JPH0621494A - 光起電力デバイス - Google Patents

光起電力デバイス

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JPH0621494A
JPH0621494A JP5085105A JP8510593A JPH0621494A JP H0621494 A JPH0621494 A JP H0621494A JP 5085105 A JP5085105 A JP 5085105A JP 8510593 A JP8510593 A JP 8510593A JP H0621494 A JPH0621494 A JP H0621494A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 初期の光起電力特性を良好にするとともに、
光照射後の特性劣化を抑制した光起電力デバイスを提供
すること。 【構成】 Ｉ層（１０４）を構成するアモルファスシリ
コンゲルマニウムにおけるＧｅ原子の含有量を２０乃至
７０原子％の範囲とし、Ｇｅ原子の含有量が層厚方向に
おいて極大値（Ｃmax）をもつように分布させるととも
に、ｐ型層（１０５）及びｎ型層（１０３）と接する側
にＧｅ原子を含まない非単結晶シリコンバッファ層（１
１７，１１８）を設ける。 【作用】 劣化し難い組成比のアモルファスシリコンゲ
ルマニウムでｉ型層の組成比に傾斜をもたせることによ
り、光キャリアの再結合による欠陥の発生を抑える。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は太陽電池や光センサに用
いられる光起電力デバイスに関し、特にエネルギー変換
効率が高く、経時劣化の少ない高信頼性の光起電力デバ
イスに関する。
【０００２】
【従来の技術】光起電力デバイスは電力供給用の太陽電
池或いはイメージリーダー用の光センサに用いられてい
る。とりわけ太陽光を電気エネルギーに変換する太陽電
池は、電卓、腕時計など民生用の小電力電源として広く
応用されており、また将来、石油などのいわゆる化石燃
料の代替用電源として実用可能な技術として注目されて
いる。
【０００３】この太陽電池はｐｎ接合を含む半導体領域
で生じる光起電力を利用した技術であり、該ｐｎ接合を
含む半導体領域の構成材料としては一般にシリコン、ゲ
ルマニウムが用いられている。これらシリコンなどの半
導体は太陽光を吸収し電子と正孔の光キャリアを生成し
該光キャリアをｐｎ接合による内部電界により分離し外
部に取り出すものである。
【０００４】ところで、光エネルギーを電力に変換する
変換効率の点では単結晶シリコン（ｓｃ−Ｓｉ）を用い
るのが望ましいが、単結晶等の結晶質シリコンは光吸収
率が小さく、単結晶シリコンの太陽電池は太陽光を吸収
するために少なくとも５０ミクロンの厚さにしなければ
ならない。また、単結晶シリコンのバンドギャップが約
１．１ｅＶであることから短波長成分を電力に変換でき
ないといった欠点もある。
【０００５】また、多結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）
は単結晶シリコンに比べその生産コストを低くすること
はできるが単結晶シリコン同様太陽電池の厚さを減らす
ことはできない。さらに多結晶シリコンには光キャリア
をトラップする粒界が存在しその性能の向上を妨げてい
る。一方、大面積化及び低コスト化の点からは化学気相
成長法（ＣＶＤ）により形成した非晶質シリコン（ａ−
Ｓｉ）が太陽電池に有利な材料とされている。非晶質シ
リコン太陽電池は民生用小電力電源として広く普及して
きたものの、未だ大電力用としては高効率化、高信頼性
化の面で解決すべき技術課題が残っている。
【０００６】変換効率を上げるための技術としては、太
陽電池の開放端電圧（Ｖｏｃ）を向上させるためにｐｎ
接合又はｐｉｎ接合を含む光起電力セルを複数積層する
技術がある。このような技術は米国特許第２，９４９，
４９８号明細書や特開昭５５−１２５６８０号公報、米
国特許第４，３７７，７２３号明細書に記載されてい
る。また、半導体のバンドギャップを所望の値に設計し
て光の吸収率を高める技術が提案されている。そして、
半導体の組成比を変えることによりバンドギャップが変
えられることは米国特許第４，２５４，４２９号、米国
特許第４，５４２，２５６号、そして米国特許第４，８
１６，０８２号等の明細書に記載されている。
【０００７】更に、開放端電圧と短絡電流（Ｊsc）を向
上させるために親和力勾配をもつ傾斜バンドギャップ層
をｉ型層とｐ型層との間またはｎ型層とｉ型層との間の
いずれかに形成する技術があり、これは上記米国特許第
４，５４２，２５６号明細書に記載されている。
【０００８】図２４は、上述した傾斜バンドギャップ層
をもつ光起電力セルのエネルギーバンド図である。図に
おいて、１はｎ型のアモルファスシリコンゲルマニウム
（ａ−ＳｉＧｅ）層であり、２はノンドープ（ｉ型）の
ａ−ＳｉＧｅ層、３はＳｉとＧｅとの組成比が層厚方向
に変化している傾斜バンドギャップ層、４はｐ型のａ−
Ｓｉ型層である。ここで傾斜バンドギャップ層３はａ−
ＳｉＧｅ層２側ではＧｅ原子を２０原子％含み、ａ−Ｓ
ｉ型層４側ではＧｅ原子を含まないように、Ｇｅ原子と
Ｓｉ原子との組成比が連続的に変化している層である。
【０００９】一方、図２５は、上記米国特許第４，８１
６，０８２号明細書に記載されているセルのバンド図で
あり、ｉ型層中にバンドギャップの最小部分を形成しｉ
型層の大部分が傾斜したバンドギャップをもつようにし
たものである。ここで１′はマイクロクリスタルシリコ
ン（μｃ−Ｓｉ）からなるｎ型層、２′はＧｅ原子の含
有量が０原子％から３０原子％まで層厚方向に連続的に
変化したｉ型のａ−ＳｉＧｅ層、３′はＧｅ原子の含有
量が３０原子％から０原子％まで層厚方向に連続的に変
化したｉ型のａ−ＳｉＧｅ層、５′はｉ型のａ−Ｓｉ型
層、４′はμｃ−Ｓｉからなるｐ型層である。
【００１０】そして図２６は、本願と同じ譲受人による
「ＰＩＮ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉ
ｃ ｅｌｅｍｅｎｔ ｈａｖｉｎｇ ａｎ ｉ−ｔｙｐ
ｅｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌａｙｅｒ ｗｉｔｈ
ａ ｐｌｕｒａｌｉｔｙｏｆ ｒｅｇｉｏｎｓ ｈａ
ｖｉｎｇ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｇｒａｄｅｄｂａｎｄ
ｇａｐｓ」というタイトルで１９９１年１１月２２日
に出願されたシリアル番号７９６，３９４号の米国特許
出願の明細書に記載されているセルのバンド図である。
１′はμｃ−Ｓｉからなるｎ型層、３′はＧｅ原子の含
有量が３０原子％から０原子％まで変化したｉ型のａ−
ＳｉＧｅ層、５′はｉ型のａ−Ｓｉ型層、４′はμｃ−
Ｓｉからなるｐ型層である。図２５に示したセルと異な
る点は２つのｉ型のａ−ＳｉＧｅ層６，７が互いに異な
る勾配の傾斜バンドギャップを有する点である。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上述した技術はバンド
ギャップを連続的に変化させた傾斜バンドギャップ層に
より光キャリアのドリフトによる分離を促進し、再結合
による光キャリアの消滅を極力防止するものである。こ
うして、初期の変換効率はある程度向上するものの、長
時間に亘る光照射下に該セルがおかれると、傾斜バンド
ギャップ層のないセル同様に依然として変換効率が劣化
するという解決すべき技術課題が残っていた。
【００１２】本発明の目的は、初期の光起電力特性が良
好でかつ光照射による特性劣化の少ない電力用として十
分使用に耐え得る光起電力デバイスを提供することにあ
る。本発明の別の目的は光キャリアの再結合自体を低減
し、しかも数少ない再結合が生じたとしても再結合によ
る欠陥の発生を抑制することにより光照射による光電変
換効率の劣化の少ない光起電力デバイスを提供すること
にある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、非単結晶半導
体からなるｐ型層とｉ型層とｎ型層とを有し、該ｉ型層
と該ｐ型層との間及び該ｉ型層と該ｎ型層との間にそれ
ぞれバッファ層が設けられている光起電力デバイスであ
って、前記ｉ型層は層内全ての領域でのＧｅ原子の含有
量が２０原子％乃至７０原子％の範囲内であるアモルフ
ァスシリコンゲルマニウムからなり、且つ該ｉ型層の層
厚方向にＧｅ原子の含有量が変化しＧｅ原子の含有量の
極大値をもっており、前記バッファ層はＧｅ原子を実質
的に含まない非単結晶シリコンからなることを特徴とす
る光起電力デバイスを提供する。
【００１４】本発明はまた、ｐｉｎ型の第１の光起電力
セル上にｐｉｎ型の第２の光起電力セルが積層され、該
第２の光起電力セル側より光の入射する光起電力デバイ
スであって、前記第１の光起電力セルはｐ型層と、ｉ型
層と、ｎ型層と、該ｉ型層と該ｐ型層との間及び該ｉ型
層と該ｎ型層との間に設けられたバッファ層と、を有し
ており、前記ｉ型層は層内全ての領域でのＧｅ原子の含
有量が２０原子％乃至７０原子％の範囲内であるアモル
ファスシリコンゲルマニウムからなり、且つ該ｉ型層の
層厚方向にＧｅ原子の含有量が変化しＧｅ原子の含有量
の極大値をもっており、前記バッファ層はＧｅ原子を実
質的に含まない非単結晶シリコンからなることを特徴と
する光起電力デバイスを提供する。
【００１５】本発明は更に、ｐｉｎ型の第１の光起電力
セル上に積層されたｐｉｎ型の第２の光起電力セル上に
更にｐｉｎ型の第３の光起電力セルが積層され、該第３
の光起電力セル側より光の入射する光起電力デバイスで
あって、前記第１及び第２の光起電力セルはそれぞれ、
ｐ型層と、ｉ型層と、ｎ型層と、該ｉ型層と該ｐ型層と
の間及び該ｉ型層と該ｎ型層との間に設けられたバッフ
ァ層と、を有しており、前記ｉ型層は層内全ての領域で
のＧｅ原子の含有量が２０原子％乃至７０原子％の範囲
内であるアモルファスシリコンゲルマニウムからなり、
且つ該ｉ型層の層厚方向にＧｅ原子の含有量が変化しＧ
ｅ原子の含有量の極大値をもっており、前記バッファ層
はＧｅ原子を実質的に含まない非単結晶シリコンからな
ることを特徴とする光起電力デバイスを提供する。
【００１６】本発明者らは、複数個の光起電力セルが電
力用電源として使用に耐え得るよう高性能、高信頼性の
光起電力セルを製造し鋭意研究を重ねた。その結果、非
晶質シリコン半導体膜および非晶質シリコンゲルマニウ
ム合金半導体膜（以下、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜及びａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈ膜）を多数形成したところ、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜
については成膜に用いるシリコン系ガスとゲルマニウム
系ガスの化学量論比及びａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜領域中の膜
厚方向に対する含有元素の組成の変化量を制御すること
により連続光照射に対しても導電率および膜中の欠陥の
劣化が極めて少ない良質の膜ができることがあることの
知見を、下述する実験結果から得た。こうして本発明
は、該知見に基づいて本発明者らが更なる研究を行な
い、前記の優れた特性を有する光起電力デバイスに適用
し、完成するに至ったものである。
【００１７】以下、本発明をなす動機付けとなった実験
について説明する。
【００１８】
【実験１】実験１では図３に示されるように基体１０の
上にａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜１１を形成しバンドギャップを
測定するとともに、図４に示されるように一対の電極１
２を形成し光伝導度を測定した。図２及び図３に示す測
定試料はａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜の組成比を変えて多数準備
し、これらにつき上記測定を行った。
【００１９】試料は以下のようにして作製し準備した。
本実験では、ＣＶＤ法によりａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜１１を
形成した。即ち、使用する原料ガスが、基体の配置され
た成膜室の反応空間で混合されるように、Ｓｉ系原料ガ
ス及びＧｅ系原料ガスＨ2ガスを導入し、前記成膜室内
に設置されたカソード電極に高周波電力を印加して前記
反応空間内にグロー放電によるプラズマを形成せしめ
て、そこに導入された前記原料ガスを分解、重合ラジカ
ル化、イオン化等させて化学相互反応せしめて、前記成
膜室内に加熱保持された基体上にａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜を
形成した。
【００２０】ここで、図５に模式的略図で示す堆積膜形
成装置並びに該装置を用いての堆積膜の形成を具体的に
説明する。まず、堆積膜形成装置について説明すると、
２０１は成膜室、２０２は基体保持用カセット、２０６
は基体搬送用治具であり、基体１０１は基体保持用カセ
ット２０２上に保持され、基体搬送治具２０６上を移動
することができる。２０４は熱電対、２０５はヒーター
であり、熱電対２０４は基体１０の温度をヒーター２０
５で加熱保持するときの温度センサとして用いられる。
２１３はロードロック室であり、基体搬送治具２０６が
内蔵されゲートバルブ２０７を介して基体を真空搬送す
ることができる。また、２１６は成膜室２０１で形成さ
れるのとは異なる材料で構成される半導体層を積層形成
する場合に用いられる成膜室であり、成膜室２０１と同
様の構成になっているが、本実験では使用しない。
【００２１】２０８，２０９はガス導入管、２１０は高
周波電源、２１１はマッチングボックス、２１２はカソ
ード電極であり、カソード電極２１２には、マッチング
ボックス２１１を介して高周波電源２１０より高周波電
力が供給され、ガス導入管２０８，２０９より導入され
た原料ガスはカソード電極２１２と基体１０との間でプ
ラズマ化される。組成比の異なるａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜を
形成する場合には、前記ガス導入管よりＳｉ系原料ガス
を一定の流量で流し、Ｇｅ系原料ガスは組成比に応じて
流量を変化させて供給しプラズマ中で生成した前駆体、
水素ラジカル、及び各種イオン等に化学的相互反応を起
こさせながら基板上に到達し所望の特性を有する半導体
膜であるａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜を形成する。２１４はスロ
ットルバルブ、２１５は排気ポンプ、２１７は圧力計で
あり、圧力計２１７でモニターしながらスロットルバル
ブ２１４の開度を調整することにより成膜室２０１内の
圧力を制御する。
【００２２】次にこの堆積膜形成装置を用いてのａ−Ｓ
ｉＧｅ膜の形成方法を説明する。基体１０として２イン
チ×２インチ、厚さ０．８ｍｍのコーニング社製♯７０
５９ガラス基体を基体保持用カセット２０２にセットし
た。まず、不図示のボンベから、ガス導入管２０８，２
０９を介して成膜室２０１内へ原料ガスを導入した。Ｓ
ｉ系原料ガスの流量は一定にして、ＧｅＨ4ガスの流量
を０．５〜１０．０ｓｃｃｍの範囲で変化させて、互い
に組成比の異なるａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜を多数作製した。
得られた試料はＧｅＨ4ガス流量の少ない方から順にサ
ンプルＮｏ．１−１〜１−９とした。こうして得た図３
に示す構成の試料は可視分光器を用いてオプティカルバ
ンドギャップを測定し、また、試料の一部をオージェ電
子分光スペクトル法による元素分析し、ゲルマニウム元
素の膜中の組成比を求めた。ゲルマニウム元素以外の組
成はシリコンと水素であった。以上の結果を以下の表１
に示す。
【００２３】
【表１】
【００２４】さらに、図４に示すように試料の一部の表
面に周知の電子ビーム真空蒸着装置（ＵＬＢＡＣ社製
ＥＢＸ−６Ｄ）を用いて、電極１２としてギャップ幅２
５０μｍで長さ１ｃｍのＣｒ電極を１０００Å蒸着し
た。次にこれらの試料を温度制御可能な試料台の上に設
置し２５℃で一定に保ちキセノンランプを光源とした疑
似太陽光源（以下ソーラーシミュレーターと呼ぶ）を用
いてＡＭ１．５の太陽光スペクトルの光を１００ｍＷ／
ｃｍ2の強度で照射し初期の光伝導度σ（０）を測定
し、その後前記シミュレーターの光を１００時間連続照
射後、再び光伝導度σ（１００）を測定した。
【００２５】このようにして得たσ（０）とσ（１０
０）からσ（１００）／σ（０）の値を求め、これを劣
化率を示す物理量とした。この値とＧｅ元素組成比との
関係を図６に示す。図６より、ゲルマニウム原子の組成
比が大きい膜はσ（１００）／σ（０）の値が大きい、
すなわち光劣化が少なく、ゲルマニウム原子の組成比が
２０ａｔｍ％以上であれば、光照射に対して安定である
ことがわかった。特にゲルマニウム原子の組成比が３０
ａｔｍ％以上であれば、光照射に対して極めて安定であ
ることがわかった。
【００２６】
【実験２】実験２は光起電力デバイスとなる構成の試料
を多数作製し、実際のデバイスにおいてａ−ＳｉＧｅ：
Ｈ膜の組成比の違いがどのように影響を及ぼしているか
について考察するものである。
【００２７】試料は図７に示す断面構成となっている。
図中、１０１は基体、１０２は下部電極、ＢＣＬはボト
ムセルであり、ｎ型層１０３，ｉ型層１０４，ｐ型層１
０５とｉ型のバッファ層１１７，１１８とを有してい
る。ＭＣＬはミドルセルでありｎ型層１０６，ｉ型層１
０７，ｐ型層１０８とｉ型のバッファ層１１９，１２０
とを有している。ＴＣＬはトップセルであり、ｎ型層１
０９，ｉ型層１１０，ｐ型層１１１を有しており、その
上には透明電極１１２と集電電極１１３とが設けられて
いる。
【００２８】試料のうちセルＴＣＬ，ＭＣＬ，ＢＣＬを
形成する際には図５に示した堆積膜形成装置を用いた。
【００２９】図７に示すｐｉｎ型光起電力セルを積層し
たデバイスを図５に示す構成の堆積膜形成装置を用い
て、以下の手順で作製した。まず、５０ｍｍ×５０ｍｍ
の大きさのステンレス製基体１０１を周知のスパッタリ
ング装置内に入れ１０-5Ｔｏｒｒ以下に真空排気した
後、Ａｒをスパッタ用ガス、Ａｇをターゲットとして用
い、前記基体１０１上に下部電極１０２となる約１００
０ÅのＡｇ薄膜を堆積した。この基体１０１を取り出
し、ロードロック室２１３内にある基体搬送治具２０６
上に基体保持用カセット２０２を配し、その上に下部電
極１０２の堆積された面を図３中に下側に向けて固定
し、ロードロック室２１３内を不図示の排気ポンプで１
０-5Ｔｏｒｒ以下の圧力に真空排気した。この間、成膜
室２０１は排気ポンプ２１５により１０-5Ｔｏｒｒ以下
の圧力に排気されている。両室の圧力がほぼ等しくなっ
た時点でゲートバルブ２０７を開け、基体搬送治具２０
６を用いて基体保持用カセット２０２を成膜室２０１内
に移動し再びゲードバルブ２０７を閉じた。
【００３０】次に、ヒーター２０５にて基体１０１の表
面温度が２００℃となるように加熱を行った。基体温度
が安定した時点で、Ｓｉ2Ｈ6ガス１０ｓｃｃｍと水素ガ
スにて１％希釈したＰＨ3ガス１２ｓｃｃｍ及びＨ2ガス
５００ｓｃｃｍをガス供給パイプ２０８，２０９より導
入した。次いで、排気バルブ２１４の開度を調節し、成
膜室２０１の内圧を１．５Ｔｏｒｒに保った。高周波電
源２１０はマッチング回路２１１を介してカソード電極
２１２に接続されており、前記高周波電源２１０より１
３．５６ＭＨｚの高周波電力２０Ｗを直ちに投入し成膜
を開始した。このようにして、ｎ型のμｃ−Ｓｉ：Ｈ膜
を２００Å形成後ガスの導入及び高周波電力の投入を止
めて排気ポンプ２１５により成膜室２０１内を１０-5Ｔ
ｏｒｒ以下に真空排気した。
【００３１】次いで、成膜室２０１と全く同じ構成で１
０-5Ｔｏｒｒ以下に真空排気されている成膜室２１６へ
ｎ型半導体層１０３の形成された基体１０１を基体搬送
治具２０６を用いて移動させた。成膜室２１６内では次
にドーピング用原料ガスとしてのＰＨ3ガスの導入を行
わずＳｉ2Ｈ6ガスを１０ｓｃｃｍ導入し成膜室２０１内
の圧力を１．２Ｔｏｒｒに制御した後１５Ｗの高周波電
力を投入し２００Åのｉ型のａ−Ｓｉ：Ｈ半導体からな
るバッファ層１１７を作製した。さらにＧｅＨ4ガスを
０．５〜２０ｓｃｃｍまでの範囲より選ばれた所定の量
導入した後１５Ｗの高周波電力を投入し、２８００Åの
ｉ型のａ−ＳｉＧｅ：Ｈ半導体層１０４を形成し、再び
ＧｅＨ4ガスの導入をやめ２００Åのｉ型のａ−Ｓｉ：
Ｈ半導体からなるバッファ層１１８を作製し合計３２０
０ÅのボトムセルＢＣＬのｉ型半導体領域の形成を終え
た。
【００３２】次に、基体保持用カセット２０２に固定さ
れ上記工程にてｉ型のバッファ層１１８まで堆積された
基体１０１を基体搬送治具２０６にて成膜室２０１に搬
送し１０-5Ｔｏｒｒ以下に保ちつつ基体１０１をヒータ
ー２０５で２３０℃に加熱し基体温度が安定したところ
でガス導入管２０８，２０９よりＳｉＨ4ガス５ｓｃｃ
ｍ、水素ガスにて２％希釈したＢＦ3ガス５ｓｃｃｍを
成膜室２０１に導入し、排気バルブ２１４の開度を調整
して成膜室の内圧を１．５Ｔｏｒｒに保った。
【００３３】次いで前述と同じ方法で１５０Ｗの高周波
電力を投入し１００Åのｐ型μｃ−Ｓｉ半導体層１０５
をｉ型のバッファ層１１８上に堆積した。次に前述のｎ
型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜１０３の堆積方法と全く同じ条件で
成膜室２０１内でｐ型μｃ−Ｓｉ半導体層１０５上にｎ
型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜１０６を１００Å堆積させた後、更
にその上に前述のボトムセルＢＣＬのｉ型領域１１７，
１０４，１１８の形成方法と全く同様の方法により成膜
室２１６内で、まずｉ型のａ−Ｓｉ：Ｈ半導体からなる
バッファ層１１９を１００Å、その上にｉ型のａ−Ｓｉ
Ｇｅ：Ｈ半導体層１０７を６００Å、さらにその上にｉ
型のａ−Ｓｉ：Ｈ半導体からなるバッファ層１２０を１
００Å堆積した。ここで１０７層はＧｅＨ4ガスを０．
５〜２０ｓｃｃｍまでの範囲のなかから選択される所定
の量を導入して作製した。
【００３４】次に前述のｐ型μｃ−Ｓｉ半導体層１０５
と同様の方法により成膜室２０１内でｐ型μｃ−Ｓｉ半
導体層１０８を１００Å堆積し、こうして、ボトムセル
ＢＣＬの上にミドルセルＭＣＬを形成した。そして成膜
室２０１内で前述のｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜１０３の堆積
方法と全く同じ条件でｐ型μｃ−Ｓｉ半導体層１０８上
にｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜１０９を１００Å堆積させた。
次に、成膜室２１６内で、基体温度を２５０℃、Ｓｉ2
Ｈ6ガス流量１０ｓｃｃｍ、Ｈ2ガス流量５００ｓｃｃ
ｍ、圧力１．１Ｔｏｒｒ、高周波電力１５Ｗの条件下で
ｉ型のａ−Ｓｉ：Ｈ半導体層１１０を６００Å堆積し
た。
【００３５】次に前述のｐ型μｃ−Ｓｉ半導体層１０５
と同様の方法により成膜室２０１内でｐ型μｃ−Ｓｉ半
導体層１１１を１００Å堆積した。こうして、ミドルセ
ルＭＣＬ上にトップセルＴＣＬを形成した。基体搬送治
具２０６にて基体搬送用カセット２０２をゲートバルブ
２０７を介して取り出し用ロードロック室２１３に移動
させ、冷却後ｎｉｐ型半導体層の堆積された基体１０１
を取り出した。３つのセルＢＣＬ，ＭＣＬ，ＴＣＬが積
層された該基体１０１をＩｎとＳｎの金属粒が重量比
１：１で充填された蒸着用ボートがセットされた周知の
真空蒸着装置に入れ、１０-5Ｔｏｒｒ以下に真空排気し
た後、抵抗加熱法により１×１０-3Ｔｏｒｒ程度の酸素
雰囲気中で透明電極１１２としてのＩＴＯ薄膜を約７０
０Å蒸着した。この時の基体温度は１７０℃とした。冷
却後、該基体１０１を取り出し、透明電極１１２の上面
に集電電極パターン形成用のマスクパターンを密着させ
て配置し、真空蒸着器に入れ、１０-5Ｔｏｒｒ以下に真
空排気した後、抵抗加熱法によりＡｇを厚さ約０．８μ
ｍ蒸着し、櫛形の集電電極１１３を形成し、このように
して形成された光起電力デバイスを作製した。
【００３６】上述した作製方法においてはボトムセルＢ
ＣＬのａ−ＳｉＧｅ：Ｈからなるｉ型半導体層１０４と
ミドルセルＭＣＬのａ−ＳｉＧｅ：Ｈからなるｉ型半導
体層１０７とのＧｅＨ4ガス流量を表２のように７つの
条件に設定しこれらを組み合わせて計４９通りの成膜条
件により４９種類の試料素子を作製した。
【００３７】上述した４９種類の試料素子の透明電極１
１２側よりＡＭ１．５の１ｃｍ2あたり１００ｍＷの光
を照射し、周知の方法により開放端電圧Ｖｏｃ、短絡電
流Ｉｓｃを含めた電流電圧特性を測定し初期の光電変換
効率ηoを測定した。
【００３８】
【表２】
【００３９】次に上記４９種類の試料素子に負荷を接続
しこれらを２５℃の一定に保たれた設置台上に配置し前
述と同じＡＭ１．５光（１００ｍＷ／ｃｍ2）を５００
ｈｒ連続照射した後、再び前述と同様に素子の透明電極
１１２側よりＡＭ１．５光（１００ｍＷ／ｃｍ2）を照
射したときの光電変換効率ηを求めた。このようにして
得られたηとηoから劣化率としての物理量｛（ηo−
η）／ηo｝の相対値を求めた。得られた結果を表３〜
表５に示す。
【００４０】
【表３】
【００４１】
【表４】
【００４２】
【表５】
【００４３】表３乃至５よりわかるように、ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈ膜をｉ型層として用いる場合には、ミドルセルＭ
ＣＬのｉ型層とボトムセルＢＣＬのｉ型層とのいずれも
表２の条件Ｎｏ．２−３，２−４，２−５にて形成する
と初期効率を若干向上させつつ劣化率を大巾に低下させ
ることができる。
【００４４】
【実験３】本実験３では図８に示すような構成（シング
ルセル）の光起電力デバイスの試料を作製し、実験２と
同じようにして劣化率について評価した。
【００４５】なお、図７と同じ構成の部分は同じ符号と
した。即ち本実験３にて準備した試料は図７に示すボト
ムセルＢＣＬと同じ構成のセルを形成した後、ミドルセ
ルＭＣＬ、トップセルＴＣＬを形成することなく、透明
電極１１２と集電電極１１３とを形成したものである。
試料は実験２のボトムセルの形成条件と同じ条件で行な
った。加えて、本実験３ではＧｅＨ4の流量を０．５ｓ
ｃｃｍから２０ｓｃｃｍの範囲内で実験２よりも多数設
定し、Ｇｅ原子の組成比（Ｇｅ／Ｇｅ＋Ｓｉ＋Ｈ）に対
する劣化率を図９の通りグラフ化した。図９では劣化率
が小さい値がグラフの縦軸上方に位置するよう縦軸には
逆数をとった。
【００４６】図９から明らかにａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜をｉ
型層に用いた光起電力デバイスではＧｅ原子の含有量が
２０ａｔｍ％以上７０ａｔｍ％以下の場合に、劣化率の
低いデバイスとなり、より好ましくはＧｅ原子の含有量
が３０ａｔｍ％以上７０ａｔｍ％以下の場合に安定した
低い劣化率を示す。
【００４７】
【好適な実施態様の説明】本発明は上述した実験結果に
基づいてなされたものであり、その骨子はｐｉｎ型の光
起電力デバイスにおいてｐ型層及びｎ型層との界面側に
はＧｅ原子を実質的に含まない非単結晶シリコンのバッ
ファ層を配するとともに該２つのバッファ層間に設けら
れたｉ型半導体層をＧｅ原子の組成比が２０ａｔｍ％以
上７０ａｔｍ％以下であるａ−ＳｉＧｅで構成し、かつ
該ａ−ＳｉＧｅ層中にＧｅ原子の極大値が生じるよう組
成比に勾配をもたせたものである。
【００４８】図１及び図２は、本発明の一実施態様によ
る光起電力デバイスの端的な例を説明するための模式図
であり、図１は、その半導体部分であるｐ型層、ｉ型層
及びｎ型層のエネルギーバンドのプロファイルを、図２
はその断面構成をそれぞれ示している。
【００４９】以下、これらの光起電力デバイス各部位に
ついて説明する。
【００５０】
【基体】本発明において用いられる基体１０１は、単結
晶質もしくは非単結晶質のものであってもよく、さらに
それらは導電性のものであっても、また電気絶縁性のも
のであってもよい。さらには、それらは透光性のもので
あっても、また非透光性のものであってもよいが、基体
１０１の側より光入射が行われる場合には、もちろん透
光性であることが必要である。それらの具体例として、
Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，
Ｖ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｂ等の金属またはこれらの合金、例
えば真鍮、ステンレス鋼等が挙げられる。
【００５１】これらの他、ポリエステル、ポリエチレ
ン、ポリカーボネート、セルロースアセテート、ポリプ
ロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリ
スチレン、ポリアミド、ポリイミド等の合成樹脂のフィ
ルムまたはシート、ガラス、セラミックス等が挙げられ
る。
【００５２】また、単結晶性基体としては、Ｓｉ，Ｇ
ｅ，Ｃ，ＮａＣｌ，ＫＣｌ，ＬｉＦ，ＧａＳｂ，ＩｎＡ
ｓ，ＩｎＳｂ，ＧａＰ，ＭｇＯ，ＣａＦ2，ＢａＦ2，α
−Ａｌ2Ｏ3等の単結晶体よりスライスしてウェハー状等
に加工したもの、及びこれらの上に同物質もしくは格子
定数の近い物質をエピタキシャル成長させたものが挙げ
られる。
【００５３】基体の形状は、用途により平滑表面域は凸
凹表面の板状、長尺ベルト状、円筒状等であることがで
き、その厚さは、所望通りの光起電力デバイスを形成し
得るように適宜決定するが、光起電力デバイスとして可
撓性が要求される場合、または基体の側より光入射がな
される場合には、基体としての機能が充分発揮される範
囲内で可能な限り薄くすることが好ましい。しかしなが
ら、基体の製造上及び取り扱い上、機械的強度等の点か
ら、通常は、１０μｍ以上とされる。
【００５４】
【電極】本発明の光起電力デバイスにおいては、当該デ
バイスの構成形態により適宜の電極が選択使用される。
それら電極としては、下部電極、上部電極（透明電
極）、集電電極を挙げることができる。（ただしここで
言う上部電極とは光の入射側に設けられたものを示し、
下部電極とは半導体層をはさんで上部電極に対向して設
けられたものを示すこととする。）これらの電極につい
て以下に詳しく説明する。
【００５５】
【下部電極】本発明において用いられる下部電極１０２
としては、上述した基体１０１の材料が透光性であるか
否かによって、光起電力発生用の光を照射する面が異な
る故その設置される場所が異なる。例えば基体１０１が
金属などの非透光性の材料である場合には、透明電極１
１２側から光起電力発生用の光を照射する。
【００５６】具体的には、基体１０１とｎ型半導体層１
０３との間に設けられる。しかし、基体１０１が導電性
である場合には、該基体が下部電極を兼ねられるので下
部電極１０２は省略できる。ただし、基体１０１が導電
性であってもシート抵抗値が高い場合には、電流取り出
し用の低抵抗の電極として、あるいは基体面での反射率
を高め入射光の有効利用を図る目的で電極１０２を設置
してもよい。もちろん、基体１０１として電気絶縁性の
ものを用いる場合には電流取り出し用の電極として、基
体１０１とｎ型半導体層１０３との間に下部電極１０２
を設けることが必要である。
【００５７】下部電極１０２の材料としては、Ａｇ，Ａ
ｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍ
ｏ，Ｗ等の金属またはこれらの合金が挙げられ、これら
の金属の薄膜を真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリ
ング等で形成する。また、形成された金属薄膜は光起電
力素子の出力に対して抵抗成分とならないように配慮さ
れねばならず、シート抵抗値としては、好ましくは５０
Ω以下、より好ましくは１０Ω以下である。
【００５８】下部電極１０２とｎ型半導体層１０３との
間に、図中には示されていないが、導電性酸化亜鉛など
の拡散防止層を設けてもよい。該拡散防止層の効果とし
ては電極１０２を構成する金属元素がｎ型半導体層中へ
拡散するのを防止するのみならず、若干の抵抗値をもた
せることで半導体層をはさんで設けられた下部電極１０
２と透明電極１１２との間にピンホールなどの欠陥で発
生するショートを防止すること、および薄膜による多重
干渉を発生させ入射された光を光起電力デバイス内に閉
じ込めるなどの効果を挙げることができる。
【００５９】
【上部電極（透明電極）】本発明において用いられる透
明電極１１２としては太陽や白色蛍光灯からの光を半導
体層内に効率よく吸収させるために光の透過率が８５％
以上であることが好ましく、さらに電気的には光起電力
デバイスの出力に対して抵抗成分とならぬようにシート
抵抗値は１００Ω以下であることが望ましい。このよう
な特性を備えた材料として、ＳｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，Ｚｎ
Ｏ，ＣｄＯ，Ｃｄ2ＳｎＯ4，ＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3＋ＳｎＯ
2）等の酸化物や、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ等の金属を極めて
薄く半透明状に成膜した金属薄膜などが挙げられる。透
明電極は図１に示す例においては、ｐ型半導体層１０５
の上に積層される。これらの作製方法としては、周知の
抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング
法、スプレー法などを用いることができる。
【００６０】
【集電電極】本発明において用いられる集電電極１１３
は、透明電極１１２の表面抵抗値を低減させる目的で透
明電極１１２上に設けられる。電極材料としてはＡｇ，
Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｗ
等の金属またはこれらの合金の薄膜が挙げられる。これ
らの薄膜は積層させて用いることができる。また、半導
体層への光の入射量が充分に確保されるよう、その形状
及び面積が適宜設計される。
【００６１】例えば、その形状は光起電力デバイスの受
光面に対して一様に広がり、かつ受光面積に対してその
面積は好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以
下である。また、シート抵抗値としては好ましくは５０
Ω以下、より好ましくは１０Ω以下である。
【００６２】
【半導体層】
【ｉ型半導体層】半導体層１０４は通常の薄膜作製プロ
セスによって製作されるもので、蒸着法、スパッタ法、
高周波プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法など公知の方
法を所望に応じて用いることにより作製できる。工業的
に採用されている方法としては、原料ガスをプラズマで
分解し、基板上に堆積させるプラズマＣＶＤ法が好んで
用いられている。また、反応装置としては、バッチ式の
装置や連続成膜装置などが所望に応じて使用できる。
【００６３】本発明の光起電力デバイスにおいて好適に
用いられる、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜を形成するのに用いら
れる原料ガスは、具体的にはＳｉ系ガスとして、ＳｉＨ
4，Ｓｉ2Ｈ6，Ｓｉ3Ｈ8，（Ｓｉ2）4，（ＳｉＨ2）5，
（ＳｉＨ2）6，ＳｉＦ4，（ＳｉＦ2）5，（Ｓｉ
Ｆ2）6，（ＳｉＦ2）4，Ｓｉ2Ｆ6，Ｓｉ3Ｆ8，ＳｉＨＦ
3，ＳｉＨ2Ｆ2、またＧｅ系としてＧｅＨ4，Ｇｅ2Ｈ6，
ＧｅＦ4，（ＧｅＦ2）5，（ＧｅＦ2）6，（Ｇｅ
Ｆ2）4，Ｇｅ2Ｆ6，Ｇｅ3Ｆ8，ＧｅＨＦ3，ＧｅＨ2Ｆ2
等を挙げることができる。もちろん、これらの原料物質
は１種のみならず２種以上混合して使用することもでき
る。
【００６４】前記した原料物質が常温、常圧下で気体状
態である場合にはマスフローコントローラー（以下ＭＦ
Ｃと略す）等によって成膜空間への導入量を制御し、液
体状態である場合には、Ａｒ，Ｈｅ等の希ガスまたは水
素ガスをキャリアーガスとして、必要に応じ温度制御が
可能なバブラーを用いてガス化し、また固体状態である
場合には、Ａｒ，Ｈｅ等の希ガスまたは水素ガスをキャ
リアーガスとして加熱昇華炉を用いてガス化し、主にキ
ャリアーガス流量と炉温度により導入量を制御する。
【００６５】そして、本発明においては、ａ−ＳｉＧｅ
からなるｉ型層１０４における組成比、即ちＧｅ含有量
を２０ａｔｍ％以上７０ａｔｍ％以下、より好ましくは
３０ａｔｍ％以上７０ａｔｍ％以下とする。これと同時
に層厚方向にａ−ＳｉＧｅからなるｉ型層１０４の層厚
方向内部にＧｅ原子の含有量が極大値をとるように組成
比の傾斜をもたせる。
【００６６】即ち、図１及び図２に示されるようにａ−
ＳｉＧｅ：Ｈからなるｉ型層はｉ型層領域１０４′とも
う１つのｉ型層領域１０４″とからなり、それらの層領
域の界面付近にＧｅ原子含有量の極大値Ｃmaxが存在す
る。従って、ｉ型層領域１０４′はｐ型層１０５側に向
かってＧｅ原子含有量が最小値Ｃminから極大値Ｃmaxま
で徐々に増大し、バンドギャップが徐々に小さくなるよ
うに組成比及びバンドギャップが傾斜している。一方、
ｉ型層領域１０４″はｐ型層１０５側に向かって、Ｇｅ
原子含有量が極大値Ｃmaxから最小値Ｃminまで徐々に減
少し、これに応じてバンドギャップも徐々に大きくなっ
ている。即ち、ｉ型層領域１０４′とｉ型層領域１０
４″とは互いに反対向きの組成比及びバンドギャップの
傾斜をもっている。
【００６７】従って、図１及び図２のように最小値Ｃ
minは２０ａｔｍ％以上より好ましくは３０ａｔｍ％以
上とする。同様に極大値Ｃmaxがａ−ＳｉＧからなるｉ
型層１０４の最大値である場合にはその値Ｃmaxを７０
ａｔｍ％以下とする。このようにＧｅ原子の組成比を所
定の範囲内で傾斜させることにより、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ
膜内での光キャリアの再結合を少なくすることにより劣
化を抑制するとともに、該範囲としてＧｅ含有量を劣化
に対して最も安定な組成比である２０ａｔｍ％以上７０
ａｔｍ％以下とすることにより光キャリアの再結合が生
じてもそれがダングリングボンド等の欠陥を生じないよ
うにして、より劣化を抑制することができる。
【００６８】更に本発明に用いられるｉ型層１０４のバ
ンドギャップは該ｉ型層１０４のいずれの部分において
も１．３５ｅＶ以上１．６０ｅＶ未満の範囲内とするこ
とが好ましい。換言すれば極大値Ｃmaxをもつ部分も最
小値Ｃminをもつ部分もそれぞれその部分のバンドギャ
ップが１．３５ｅＶ以上１．６０ｅＶ未満の範囲内にな
るようにする。又、ｉ型層１０４は通常はｐ型ドーパン
トであるボロン、ｎ型ドーパントであるリンやひ素のド
ーピングを行わないノンドープの半導体層であるため若
干ｎ型（ｎ型）の導電性を示す。よって、必要に応じて
上記ｐ型ドーパントを若干含有させてｎ型を補償しても
よい。
【００６９】本発明においてはノンドープのｎ型半導体
層とｐ型ドーパントの若干の含有により真性に補償され
た半導体層の両者を含めてｉ型層と呼ぶことにする。
【００７０】
【バッファ層】本発明においては、ｐ型層１０５やｎ型
層１０３との界面における欠陥に基づくキャリアのトラ
ップ準位ができるだけ生じないようにｉ型の半導体から
なるバッファ層１１７，１１８を設ける。しかしなが
ら、このバッファ層を組成比の変化したａ−ＳｉＧｅ層
を用いると、Ｇｅ原子の含有量が２０ａｔｍ％以下とな
る領域を生じてしまう。従って、本発明においてはバッ
ファ層に実質的にＧｅ原子を含有させずに形成すること
が望ましい。そこで、本発明に用いられるバッファ層１
１７，１１８としては非単結晶シリコンとしてのａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜又はμｃ−Ｓｉ：Ｈ膜で形成することが好まし
い。
【００７１】しかしながら、隣接するｉ型層１０４には
Ｇｅ原子が２０ａｔｍ％以上７０ａｔｍ％以下の範囲内
で含まれているので、バッファ層形成時にＧｅ原子を含
むガスを用いずに成膜を行ってもコンタミネーションに
より若干のＧｅ原子がバッファ層中に含まれることがあ
る。しかしながら、そのＧｅ原子の量も０．１ａｔｍ％
以下、より好ましくは０．０１ａｔｍ％以下であれば、
純ａ−Ｓｉ：Ｈ膜と等価であり、ｉ型層１０４同様に劣
化が生じることはない。つまり、ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜で
はＧｅ原子の含有量を例えば１ａｔｍ％以上１９ａｔｍ
％以下の範囲とする膜が光照射後に劣化しやすいわけで
ある。従って、このような膜を用いてバッファ層を形成
することはなく、代わりに隣接するｐ又はｎ型層及び隣
接するａ−ＳｉＧｅ：Ｈからなるｉ型層のいずれとも整
合性が良く、劣化し難い膜として非単結晶Ｓｉ膜を用い
るのである。又、バッファ層の層厚は５０Å以上１００
０Å以下の範囲内から適宜決定されることが望ましい。
【００７２】従来の素子構成においてはｐ型半導体およ
び／またはｎ型半導体とイントリンジック層との接合界
面においてバンド幅の傾斜を持たせることにより内部電
界を向上させる、いわゆるバッファ層を用いることで太
陽電池特性の向上を図っていた。この従来のバッファ層
はシリコンとゲルマニウムの組成比を連続的に変えるこ
とでバンドギャップを約１．７ｅＶから約１．５ｅＶま
で変化させたａ−ＳｉＧｅ膜で作製していた。この時の
ゲルマニウム元素の組成比は、０から２０ａｔｍ％又は
０から５０ａｔｍ％位まで変化している。また、シリコ
ンとゲルマニウムの組成比を変化させることによりバッ
ファ層以外のｉ型層中に組成の分布を設け特性を向上さ
せる、いわゆる傾斜層を設ける場合でもバンドギャップ
の広い組成を用いる場合にはゲルマニウム元素の組成比
を０から２０ａｔｍ％以下に連続的に変化した部分を含
んでいた。このようなデバイスにおいては、上述したよ
うなゲルマニウム元素の組成比が低いと光劣化し易いと
いう事実は考慮されておらず、従ってバッファ層、傾斜
層により初期特性は改善されるが、光劣化に対しては配
慮されていないのが現状であった。
【００７３】従って、本発明のように特定のＧｅ原子含
有量をもつａ−ＳｉＧｅ膜とＧｅ原子を実質的に含まな
い即ち多くとも０．１ａｔｍ％以下の非単結晶Ｓｉバッ
ファ層とを用いることにより劣化が極めて低いデバイス
を提供できる。
【００７４】
【ｐおよびｎ型半導体層】本光起電力デバイスを形成す
る際に好適に用いられるｐ型またはｎ型の半導体層を構
成する材料としては、前述したｉ型半導体層を構成する
半導体材料に価電子制御材をドーピングすることにより
得られる。作製方法は前述したｉ型層の作製方法と同様
の方法が好適に利用できる。また、原料ガスとしては、
Ｂ原子を含む原料物質としては、Ｂ2Ｈ6，Ｂ4Ｈ10，Ｂ5
Ｈ9，Ｂ5Ｈ11，Ｂ6Ｈ10，Ｂ6Ｈ12，Ｂ6Ｈ14，ＢＦ3等の
水素化ホウ素が挙げられる。また、ｎ型半導体の原料ガ
スとしては、Ｐ原子を含有する原料物質として、具体的
には、ＰＨ3，Ｐ2Ｈ4，ＰＦ3等を挙げることができる。
勿論、これらの原料物質は１種のみならず２種以上混合
して使用することもできる。
【００７５】また、光入射側からｐ型層／ｉ型層／ｎ型
層を１つのセル構成として３つのセルの重ね合わせから
なる光起電力デバイスにおけるｐ及びｎ型半導体層にお
いては、ｉ型半導体層の光吸収の妨げにならないような
材料の方がより望ましく、具体的にはＳｉＣ：Ｈ，Ｓｉ
Ｎ：Ｈ，ＳｉＯ：Ｈ等のアモルファス材料や、Ｓｉ：Ｈ
もしくはＳｉＣ：Ｈ，ＳｉＮ：Ｈ，ＳｉＯ：Ｈ等の微結
晶材料が用いられる。
【００７６】本発明に用いられる光起電力デバイスは、
ｐｉｎ型の光起電力セルを単一或いは複数積層したもの
として構成される。単一セルからなるデバイスは長波長
光を検知するための光センサとして好適に用いられ、タ
ンデムセル、トリプルセルと呼ばれる２つ或いは３つの
セルを積層したデバイスは太陽電池として好適に用いら
れる。２つのセルが積層されたタンデムセルの場合には
光入射側にあるセル（トップセル）のｉ型層はａ−Ｓ
ｉ：Ｈ膜により形成し、光入射側と反対側にあるセル
（ボトムセル）を図１および図２に示したようなｐｉｎ
構成とする。
【００７７】３つのセルが積層されたトリプルセルの場
合には少なくともボトムセル或いはミドルセルの少なく
ともいずれか一方を図１に示したようなｐｉｎ構成とす
る。より好ましくは、ボトムセルとミドルセルの両方を
図１に示したようなＰＩＮ構成とする。
【００７８】図１０は本発明に用いられるトリプルセル
構成の光起電力デバイスの端的な例を示す模式的断面図
である。図７に示した実験２用の試料デバイスと異なる
点はｉ型層１０４とｉ型層１０７との両者がＧｅ原子の
含有量に傾斜のあるａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜で形成されてい
る点である。そして、層領域１０４′と１０４″との界
面及び層領域１０７′と１０７″との界面にＧｅ原子含
有量の極大値が存在する。ｉ型層１０４のＧｅ原子含有
量の極大値をＣmax１０４、ｉ型層１０７のＧｅ原子含
有量の極大値をＣmax１０７、とした場合、Ｃmax１０４
＞Ｃmax１０７の関係を満たすように各ｉ型層１０４，
１０７の組成比を設計することが望ましい。
【００７９】そして、ｉ型層１０４全体の層厚としては
１０００Å以上３０００Å以下が望ましい。一方ｉ型層
１０７全体の層厚としては８００Å以上２０００Å以下
が望ましく、しかもｉ型層１０４全体の層厚より小さい
ことが望ましい。また、層領域１０４″の厚みは層領域
１０７″の厚みより厚くすることが望ましい。
【００８０】本発明に用いられるＳｉ：Ｈ膜もしくはＳ
ｉＧｅ：Ｈ膜を形成する際には、ＣＶＤ法が好ましく用
いられるがこの時基体温度は好ましくは１００℃〜５０
０℃、より好ましくは１５０℃〜４５０℃、最適には２
００℃〜４００℃に設定される。また、成膜時の内圧は
ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いる場合には、好ましくは１
０-2Ｔｏｒｒ〜５０Ｔｏｒｒ、より好ましくは１０-1Ｔ
ｏｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ、最適には０．５Ｔｏｒｒ〜１．
５Ｔｏｒｒに設定され、マイクロ波プラズマＣＶＤ法を
用いる場合には、好ましくは１０-4Ｔｏｒｒ〜１Ｔｏｒ
ｒ、より好ましくは１０-3Ｔｏｒｒ〜１０-1Ｔｏｒｒ、
最適には２×１０-3Ｔｏｒｒ〜２×１０-2Ｔｏｒｒに設
定される。
【００８１】そして、本発明に用いられるバッファ層１
１７，１１８及びｉ型層１０４を形成する場合にはＧｅ
原子を含むガスの供給流量を制御することが望ましい。
【００８２】図１１はＳｉ系ガスの供給流量とＧｅ系ガ
スの供給流量の経時変化を示すグラフであり、端的な例
を挙げている。つまり、ｐ型層及びｎ型層と隣接するバ
ッファ層１１７の形成時にはＧｅ系ガスを流さずにＳｉ
系ガスと水素ガスのみで成膜を行い、その後、Ｇｅ系ガ
スの流量をＭminからＭmaxの範囲内で経時的に変化させ
図１のようなバンドプロファイルのｉ型層１０４を形成
する。この時最小流量Ｍminと最大流量Ｍmaxを形成され
るａ−ＳｉＧｅ膜のＧｅ含有量の最小値が２０ａｔｍ
％、最大値が７０ａｔｍ％となるように定める。具体的
にはＳｉ系ガスを１０ｓｃｃｍ、水素ガスを５００ｓｃ
ｃｍとし、Ｇｅ系ガスを１．５ｓｃｃｍ乃至１６ｓｃｃ
ｍとする。
【００８３】この例は図５の装置のようにｉ型層１０４
バッファ層１１７，１１８とを同じ成膜室内で形成した
場合についてのものであるが、バッファ層１１７，１１
８とｉ型層１０４とをそれぞれ別の独立した成膜室内で
行うことが望ましい。この場合には、バッファ層の形成
時に不本意に導入されてしまうＧｅ原子の量をより低下
させることができ、本発明に用いられるバッファ層に適
したＳｉ：Ｈ膜を容易に得ることができる。
【００８４】
【実施例１】本実施例１は図１０に示した構成の光起電
力デバイスを形成するものであり、基本的な成膜方法、
成膜条件は上述した実験２と同じである。異なる点はボ
トムセルのｉ型層１０４とミドルセルのｉ型層１０７と
を形成する際に図１２乃至１５に示すようなＧｅ原子の
組成比分布をもつようにＧｅ原子を含むガスの流量を
１．１ｓｃｃｍから１６ｓｃｃｍまでの範囲内で制御し
た点である。
【００８５】まず、実験２と同様に５０ｍｍ×５０ｍｍ
の大きさのステンレス製基体１０１上に、１０００Å厚
のＡｇからなる下部電極１０２、ｎ型層１０３をバッフ
ァ層１１７に形成した後、図１２に示すように、ＧｅＨ
4の流量を制御して図１２に示すようなＧｅ原子の分布
をもつｉ型層１０４を形成した。次に、実験２と同様に
バッファ層１１８、ｐ型層１０５、ｎ型層１０６、バッ
ファ層１１９を順次積層した。続いて、前記ｉ型層１０
４の形成時と同様にＧｅＨ4の流量を制御して同じく図
１２に示すＧｅ原子の分布を持つａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜を
ｉ型層１０７として形成した。
【００８６】その後は、また実験２と同様にバッファ層
１２０、ｐ型層１０８、ｎ型層１０９、ｉ型層１１０、
ｐ型層１１１、透明電極１１２、集電電極１１３を順次
形成した。このようにして試料１１−１を得た。次に、
ｉ型層１０４，１０７として図１３に示すＧｅ原子の分
布をもつａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜を有し、それ以外の構成は
試料１１−１と同じである試料１１−２を作製した。同
様にして図１４に示すＧｅ原子の分布をもつ試料１１−
３、図１５に示すＧｅ原子の分布をもつ試料１１−４を
作製した。
【００８７】
【比較例】実施例１による試料の作製方法とほぼ同じよ
うにして比較例に基づくトルプルセル構成のデバイスの
試料を作製した。実施例１と異なる点は、ボトムセル及
びミドルセルのｉ型層１０４，１０７のａ−ＳｉＧｅ：
Ｈ膜の組成である。
【００８８】図１６乃至図１８に示すように、ＧｅＨ4
ガスの流量を変えて、該各図に示すＧｅ原子の分布をも
つａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜をｉ型層１０４，１０７に用いた
試料を作製し、それぞれ試料番号２１−１，２１−２，
２１−３とした。これら３つの試料のａ−ＳｉＧｅ：Ｈ
からなるｉ型層１０４，１０７においてはＧｅ原子の含
有量が極大値となる部分がなく、Ｇｅ原子は層厚方向に
単調に減少又は増加するか、均一であるかのいずれかの
Ｇｅ原子分布をもつ。
【００８９】図１９乃至図２１に示すように、ＧｅＨ4
ガスの流量を変えて、該各図に示すようなＧｅ原子の分
布をもつａ−ＳｉＧｅ：Ｈ膜をｉ型層１０４，１０７に
用いた試料を作製し、試料番号２１−４，２１−５，２
１−６とした。
【００９０】これらの試料におけるｉ型層１０４，１０
７中のＧｅ原子の分布はそれぞれ層厚方向中心付近にＧ
ｅ含有量の極大値をもち、バッファ層との界面に最小値
をもつものであるが、試料２１−４では極大値が７０ａ
ｔｍ％より大きく、試料２１−５では最小値が２０ａｔ
ｍ％より小さく、試料２１−６では極大値が７０ａｔｍ
％より大きく、且つ最小値が２０ａｔｍ％より小さくな
っている。
【００９１】これらの光起電力デバイスの試料１１−
１，１１−２，１１−３，１１−４，２１−１，２１−
２，２１−３，２１−４，２１−５，２１−６に透明電
極１１２側よりＡＭ１．５光（１００ｍＷ／ｃｍ-2）を
照射したときの初期光電変換効率ηoを求めた。このよ
うにして得られたηoの相対値を初期効率として表５に
示す。
【００９２】また、この後、各光起電力素子に対応した
負荷を接続された素子を２５℃の一定に保たれた設置台
上に配置し、ＡＭ１．５光（１００ｍＷ／ｃｍ-2）を５
００ｈｒ連続照射した後、再び前述と同様に素子の透明
電極１１２側よりＡＭ１．５光（１００ｍＷ／ｃｍ-2）
を照射したときの光電変換効率ηを求めた。このように
して得られたηとηoから劣化率を求め｛（ηo−η）／
ηo｝相対値を求めた。得られた結果を、光劣化後とし
て表５に示す。表５より、本実施例の光起電力デバイス
は、Ｇｅ元素の分布においてもｉ型のａ−ＳｉＧｅ：Ｈ
層中で極大値ピークを持たない光起電力デバイスと比べ
て、初期効率及び光劣化後において優れた特性を示すこ
とがわかった。
【００９３】
【表５】
【００９４】
【実施例２】実施例１と同様に、図１０に示すｐｉｎ型
光起電力デバイスを図５に示す構成の堆積膜形成装置を
用いて、以下に記載の手順の他は実施例１と同じ手順で
作製した。まず実施例１と同様に５０ｍｍ×５０ｍｍの
大きさのステンレス製基体１０１上に真空スパッタ装置
を用いてＡｒスパッタにより下部電極１０２となる約１
０００ÅのＡｇ薄膜を堆積した。
【００９５】その上に実施例１と同じくｎ型層１０３を
形成した。続いてバッファ層１１７を層厚５０Åとして
形成した。その後図１４に示すようにＧｅＨ4の流量を
制御して同図に示すようなＧｅ原子の分布をもつｉ型層
１０４を形成した。次にバッファ層１１８を層厚５０Å
として形成した後、実施例１同様ｐ型層１０５，ｎ型層
１０６を順次形成した。再びバッファ層１１９を５０Å
形成し、前記ｉ型層１０４の形成時と同様、ＧｅＨ4の
流量を制御して図１４に示すＧｅ原子の分布をもつｉ型
層１０７を形成した。その後、バッファ層１２０を層厚
５０Åとして形成した後、実施例１と同様にｐ型層１０
８，ｎ型層１０９，ｉ型層１１０，ｐ型層１１１，透明
電極１１２，集電電極１１３を順次形成した。こうして
試料を得た。
【００９６】次にバッファ層１１７，１１８，１１９，
１２０の層厚を全て同じ厚さとし、その厚さのみを１０
Å，３０Å，１００Å，５００Å，１０００Å，１２０
０Åと変えた６つの試料を作製した。以上７つの試料を
バッファ層の層厚が１０，３０，５０，１００，５０
０，１０００，１２００Åの試料をこの順で１２−１，
１２−２，１２−３，１２−４，１２−５，１２−６，
１２−７とした。また、バッファ層の全くない試料も作
製し、この試料を２２−１とした。
【００９７】これらの光起電力デバイスは実施例１と同
様、素子の透明電極１１２側よりＡＭ１．５光（１００
ｍＷ／ｃｍ-2）を照射したときの初期光電変換効率ηo
を求めた。得られたηoの相対値を初期効率として表７
に示す。また、実施例１と同様、ＡＭ１．５光（１００
ｍＷ／ｃｍ-2）を５００ｈｒ連続照射した後、再び前述
と同様に素子の透明電極１１２側よりＡＭ１．５光（１
００ｍＷ／ｃｍ-2）を照射したときの光電変換効率ηを
求めた。
【００９８】このようにして得られたηとηoから劣化
率を求め｛（ηo−η）／ηO｝相対値を求めた。得られ
た結果を、光劣化後として表６に示す。表６より、本発
明の光起電力デバイスは、ｉ型Ｓｉバッファ層の厚さが
５０Å以下もしくは１０００Å以上であるような光起電
力デバイスと比べて、初期効率及び光劣化後において優
れた特性を示すことがわかった。
【００９９】
【表６】
【０１００】
【実施例３】本実施例３においては、図１０に示したよ
うな断面構成のデバイスを作製した。作製工程等の基本
的な方法は実施例１と同じである。異なる点はミドルセ
ルＭＣＬのｉ型層１０７におけるＧｅ原子の含有量の極
大値（Ｃmax１０７）とボトムセルＢＣＬのｉ型層１０
４におけるＧｅ原子の含有量の極大値（Ｃmax１０４）
とを異ならしめＣmax１０４＞Ｃmax１０７とした点であ
る。
【０１０１】図５に示す構成の堆積膜形成装置を用い
て、以下の手順で作製した。まず、５０ｍｍ×５０ｍｍ
の大きさのステンレス製基体１０１を周知のスパッタリ
ング装置内に入れ１０-5Ｔｏｒｒ以下に真空排気した
後、Ａｒをスパッタ用ガス、Ａｇをターゲットとして用
い、前記基体１０１上に下部電極１０２となる約１００
０ÅのＡｇ薄膜を堆積した。この基体１０１を取り出
し、ロードロック室２１３内にある基体搬送治具２０６
上に基体保持用カセット２０２を配し、その上に下部電
極１０２の堆積された面を図５中下側に向けて固定し、
ロードロック室２１３内を不図示の排気ポンプで１０-5
Ｔｏｒｒ以下の圧力に真空排気した。この間、成膜室２
０１は排気ポンプ２１５により１０-5Ｔｏｒｒ以下の圧
力に排気されている。両室の圧力がほぼ等しくなった時
点でゲートバルブ２０７を開け、基体搬送治具２０６を
用いて基体保持用カセット２０２を成膜室２０１内に移
動し再びゲートバルブ２０７を閉じた。
【０１０２】次に、ヒーター２０５にて基体１０１の表
面温度が２００℃となるように加熱を行った。基体温度
が安定した時点で、Ｓｉ2Ｈ6ガス１０ｓｃｃｍと水素ガ
スにて１％希釈したＰＨ3ガス、１２ｓｃｃｍ及びＨ2ガ
ス５００ｓｃｃｍをガス供給パイプ２０８，２０９より
導入した。次いで、排気バルブ２１４の開度を調節し、
成膜室２０１の内圧を１．５Ｔｏｒｒに保った。
【０１０３】高周波電源２１０はマッチング回路２１１
を介してカソード電極２１２に接続されており、前記高
周波電源２１０より１３．５６ＭＨｚの高周波電力２０
Ｗを直ちに投入し成膜を開始した。このようにして、ｎ
型のμｃ−Ｓｉ：Ｈ膜を２００Å形成後ガスの導入及び
高周波電力の投入を止めて排気ポンプ２１５により成膜
室２０１内を１０-5Ｔｏｒｒ以下に真空排気した。次い
で、成膜室２０１と全く同じ構成で１０-5Ｔｏｒｒ以下
に真空排気されている成膜室２１６へｎ型半導体層１０
３の形成された基体１０１を基体搬送治具２０６を用い
て移動させた。
【０１０４】以下成膜室２１６内の構成は成膜室２０１
と同じ故、同じ図面番号にて説明する。成膜室２１６内
では圧力を１．２ＴｏｒｒとしＳｉ2Ｈ6ガスを１０ｓｃ
ｃｍ導入し、１５Ｗの高周波電力を投入して２００Å厚
のノンドープのａ−Ｓｉ：Ｈからなるバッファ層１１７
を形成した。次いで、一旦高周波電力の投入を止めＳｉ
2Ｈ6ガスの流量を一定にしたまま、ＧｅＨ4ガスを流量
１．５ｓｃｃｍで供給し、再び１５Ｗの高周波電力を投
入したままＧｅＨ4ガスの流量を徐々に１０ｓｃｃｍま
で増大させてｉ型層１０４中の層領域１０４′を２００
０Å程形成し続いてＧｅＨ4ガスの流量を徐々に１．５
ｓｃｃｍまで減少させ８００Åの層領域１０４″を形成
した。高周波電力の投入を止めＧｅＨ4ガスの供給を中
止してから再度高周波電力を投入し２００Åのノンドー
プのａ−Ｓｉ：Ｈからなるバッファ層１１８を形成し
た。
【０１０５】次に、基体保持用カセット２０２に固定さ
れ上記工程にてバッファ層１１８まで堆積された基体１
０１を基体搬送治具２０６にて成膜室２０１に搬送し１
０-5Ｔｏｒｒ以下に保ちつつ基体１０１をヒーター２０
５で２３０℃に加熱し基体温度が安定したところでガス
導入管２０８，２０９よりＳｉＨ4ガス５ｓｃｃｍ，水
素ガスにて２％希釈したＢＦ3ガス５ｓｃｃｍを成膜室
２０１に導入し、排気バルブ２１４の開度を調整して成
膜室の内圧を１．５Ｔｏｒｒに保った。次いで前述と同
じ方法で１５０Ｗの高周波電力を投入し１００Åのｐ型
μｃ−Ｓｉ半導体層１０５をｉ型のバッファ層１１８上
に堆積した。次に前述のｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜１０３の
堆積方法と全く同じ条件で成膜室２０１内でｐ型μｃ−
Ｓｉ半導体層１０５上にｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜１０６を
１００Å堆積させた。
【０１０６】次に成膜室２１６内に基体を配し、圧力
１．２Ｔｏｒｒ Ｓｉ2Ｈ6ガスを１０ｓｃｃｍ導入し、
１５Ｗの高周波電力を投入してノンドープのａ−Ｓｉ：
Ｈを１００Å堆積させバッファ層１１９を形成した。続
いて、一旦高周波電力の投入を止め、ＧｅＨ4ガスを流
量１．５ｓｃｃｍで供給した後、再び高周波電力を投入
しながらＧｅＨ4ガスの流量を５．０ｓｃｃｍまで徐々
に増大させａ−ＳｉＧｅ：Ｈからなる層厚４００Åの層
領域１０７′を形成し、続いてＧｅＨ4ガスの流量を
１．５ｓｃｃｍまで徐々に減少させａ−ＳｉＧｅ：Ｈか
らなる層厚２００Åの層領域１０７″を形成した。再び
高周波電力の投入を中止し、ＧｅＨ4ガスの供給を停止
させた後、高周波電力の投入を再開しノンドープのａ−
Ｓｉ：Ｈからなる１００Åのバッファ層１２０を形成し
た。
【０１０７】次に前述のｐ型μｃ−Ｓｉ半導体層１０５
と同様の方法により成膜室２０１内でｐ型μｃ−Ｓｉ半
導体層１０８を１００Å堆積し、こうしてボトムセルＢ
ＣＬの上にミドルセルＭＣＬを形成した。そして成膜室
２０１内で前述のｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜１０３の堆積方
法と全く同じ条件でｐ型μｃ−Ｓｉ半導体層１０８上に
ｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ膜１０９を１００Å堆積させた。次
に、成膜室２１６内で、基体温度を２５０℃、Ｓｉ2Ｈ6
ガス流量１０ｓｃｃｍ、Ｈ2ガス流量５００ｓｃｃｍ、
圧力１．１Ｔｏｒｒ、高周波電力１５Ｗの条件下でｉ型
のａ−Ｓｉ：Ｈ半導体層１１０を６００Å堆積した。
【０１０８】次に前述のｐ型μｃ−Ｓｉ半導体層１０５
と同様の方法により成膜室２０１内でｐ型μｃ−Ｓｉ半
導体層１１１を１００Å堆積した。こうしてミドルセル
ＭＣＬ上にトップセルＴＣＬを形成した。基体搬送治具
２０６にて基体搬送用カセット２０２をゲートバルブ２
０７を介して取り出し用ロードロック室２１３に移動さ
せ、冷却後ｎｉｐ型半導体層の堆積された基体１０１を
取り出した。
【０１０９】３つのセルＢＣＬ，ＭＣＬ，ＴＣＬが積層
された基体１０１をＩｎとＳｎの金属粒が重量比１：１
で充填された蒸着用ボートがセットされた周知の真空蒸
着装置に入れ、１０-5Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、
抵抗加熱法により１×１０-3Ｔｏｒｒ程度の酸素雰囲気
中で透明電極１１２としてのＩＴＯ薄膜を約７００Å蒸
着した。この時の基体温度は１７０℃とした。冷却後、
該基体１０１を取り出し、透明電極１１２の上面に集電
電極パターン形成用のマスクパターンを密着させて配置
し、真空蒸着器に入れ、１０-5Ｔｏｒｒ以下に真空排気
した後、抵抗加熱法によりＡｇを厚さ約０．８μｍ蒸着
し、櫛形の集電電極１１３を形成し、このようにして形
成された光起電力デバイスを作製した。
【０１１０】図２２及び図２３に、本実施例３によるデ
バイスのｉ型層１０４とバッファ層１１７，１１８にお
けるＧｅ原子含有量とその層形成の際のＧｅＨ4ガスの
流量変化のグラフ（図２２）と、ｉ型層１０７とバッフ
ァ層１１９，１２０におけるＧｅ原子含有量とその層形
成の際のＧｅＨ4ガスの流量変化のグラフ（図２３）と
を示す。本実施例のデバイスにおけるｉ型層１０４中の
Ｇｅ原子の最大含有量は５６．０ａｔｍ％、Ｇｅ原子の
最小含有量は２２．０ａｔｍ％であり、バンドギャップ
の最小値は１．３７ｅＶ、最大値は１．５８ｅＶであっ
た。一方、ｉ型層１０７中のＧｅ原子の最大含有量は４
０．５ａｔｍ％、最小含有量は２２．０ａｔｍ％であ
り、バンドギャップの最小値は１．４５ｅＶ、最大値は
１．５８ｅＶであった。
【０１１１】そして、実施例１同様に初期効率と光照射
後の効率とを測定した結果、表５の試料２１−１を基準
とした時、初期効率は１．１４となり、光照射後の効率
も１．１３と向上していた。
【０１１２】
【発明の効果の概要】以上、説明してきたように、本発
明によれば、従来の傾斜バンドギャップを有するａ−Ｓ
ｉＧｅ膜を具備する光起電力デバイスが含んでいた劣化
し易い組成のａ−ＳｉＧｅ膜を用いずに、傾斜バンドギ
ャップをもつａ−ＳｉＧｅ膜を具備する光起電力デバイ
スを構成することにより光劣化が抑制され高効率かつ高
信頼性のデバイスを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様例による光起電力デバイス
を説明するための模式的バンド図である。
【図２】図１に示した光起電力デバイスの模式的断面図
である。
【図３】実験１で用いた試料を説明するための模式的断
面図である。
【図４】実験１で用いた試料を説明するための模式的断
面図である。
【図５】本発明の光起電力デバイスの作製に用いられる
堆積膜形成装置の模式的断面図である。
【図６】Ｇｅ原子の含有量と、伝導度における劣化率
と、の関係を示すグラフである。
【図７】実験２で用いた試料を説明するための模式的断
面図である。
【図８】実験３で用いた試料を説明するための模式的断
面図である。
【図９】Ｇｅ原子の含有量と、光電変換効率における劣
化率と、の関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の別の実施態様例における光起電力デ
バイスを示す模式的断面図である。
【図１１】本発明に用いられるＳｉＧｅ膜を形成する場
合のガス流量の変化を示すグラフである。
【図１２】本発明の実施例１においてＳｉＧｅ膜を形成
する場合のガス流量の変化の一例を示すグラフである。
【図１３】本発明の実施例１においてＳｉＧｅ膜を形成
する場合のガス流量の変化の別の一例を示すグラフであ
る。
【図１４】本発明の実施例１においてＳｉＧｅ膜を形成
する場合のガス流量の変化の他の一例を示すグラフであ
る。
【図１５】本発明の実施例１においてＳｉＧｅ膜を形成
する場合のガス流量の変化の更に他の一例を示すグラフ
である。
【図１６】比較例においてＳｉＧｅ膜を形成する場合の
ガス流量の変化の一例を示すグラフである。
【図１７】比較例においてＳｉＧｅ膜を形成する場合の
ガス流量の変化の一例を示すグラフである。
【図１８】比較例においてＳｉＧｅ膜を形成する場合の
ガス流量の変化の一例を示すグラフである。
【図１９】比較例においてＳｉＧｅ膜を形成する場合の
ガス流量の変化の一例を示すグラフである。
【図２０】比較例においてＳｉＧｅ膜を形成する場合の
ガス流量の変化の一例を示すグラフである。
【図２１】比較例においてＳｉＧｅ膜を形成する場合の
ガス流量の変化の一例を示すグラフである。
【図２２】本発明の実施例３において、ボトムセルのｉ
型層とバッファ層とを形成する場合のガス流量の変化の
一例を示すグラフである。
【図２３】本発明の実施例３において、ミドルセルのｉ
型層とバッファ層とを形成する場合のガス流量の変化の
一例を示すグラフである。
【図２４】従来の光起電力デバイスのエネルギーバンド
の一例を示す図である。
【図２５】従来の光起電力デバイスのエネルギーバンド
の他の例を示す図である。
【図２６】従来の光起電力デバイスのエネルギーバンド
の更なる例を示す図である。

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 非単結晶半導体からなるｐ型層とｉ型層
    とｎ型層とを有し、該ｉ型層と該ｐ型層との間及び該ｉ
    型層と該ｎ型層との間にそれぞれバッファ層が設けられ
    ている光起電力デバイスであって、前記ｉ型層は層内全
    ての領域でのＧｅ原子の含有量が２０原子％乃至７０原
    子％の範囲内であるアモルファスシリコンゲルマニウム
    からなり、且つ該ｉ型層の層厚方向にＧｅ原子の含有量
    が変化し、Ｇｅ原子の含有量の極大値をもっており、前
    記バッファ層はＧｅ原子を実質的に含まない非単結晶シ
    リコンからなることを特徴とする光起電力デバイス。
  2. 【請求項２】 前記ｉ型層における前記Ｇｅ原子の含有
    量の極大値は該ｉ型層の層厚方向の中心より前記ｐ型層
    側の位置にあることを特徴とする請求項１に記載の光起
    電力デバイス。
  3. 【請求項３】 前記バッファ層が５０Å以上１００Å以
    下の層厚であることを特徴とする請求項２に記載の光起
    電力デバイス。
  4. 【請求項４】 前記バッファ層が水素化アモルファスシ
    リコンからなることを特徴とする請求項１に記載の光起
    電力デバイス。
  5. 【請求項５】 前記ｐ型層が水素化微結晶シリコンから
    なることを特徴とする請求項１に記載の光起電力デバイ
    ス。
  6. 【請求項６】 前記ｐ型層が炭化シリコンからなること
    を特徴とする請求項１に記載の光起電力デバイス。
  7. 【請求項７】 前記ｎ型層が水素化アモルファスシリコ
    ン又は水素化微結晶シリコンからなることを特徴とする
    請求項１に記載の光起電力デバイス。
  8. 【請求項８】 前記Ｇｅ原子の含有量が３０原子％乃至
    ７０原子％の範囲内であることを特徴とする請求項１に
    記載の光起電力デバイス。
  9. 【請求項９】 前記ｉ型層のバンドギャップが該ｉ型層
    のいずれの部分であっても１．３５ｅＶ以上１．６０ｅ
    Ｖ未満であることを特徴とする請求項１に記載の光起電
    力デバイス。
  10. 【請求項１０】 前記Ｇｅ原子の含有量の極大値をもつ
    領域におけるバンドギャップが１．３５ｅＶ以上１．６
    ０ｅＶ未満であることを特徴とする請求項１に記載の光
    起電力デバイス。
  11. 【請求項１１】 ｐｉｎ型の第１の光起電力セル上にｐ
    ｉｎ型の第２の光起電力セルが積層され、該第２の光起
    電力セル側より光の入射する光起電力デバイスであっ
    て、前記第１の光起電力セルはｐ型層と、ｉ型層と、ｎ
    型層と、該ｉ型層と該ｐ型層との間及び該ｉ型層と該ｎ
    型層との間に設けられたバッファ層と、を有しており、
    前記ｉ型層は層内全ての領域でのＧｅ原子の含有量が２
    ０原子％乃至７０原子％の範囲内であるアモルファスシ
    リコンゲルマニウムからなり、且つ該ｉ型層の層厚方向
    にＧｅ原子の含有量が変化しＧｅ原子の含有量の極大値
    をもっており、前記バッファ層はＧｅ原子を実質的に含
    まない非単結晶シリコンからなることを特徴とする光起
    電力デバイス。
  12. 【請求項１２】 前記ｉ型層における前記Ｇｅ原子の含
    有量の極大値が該ｉ型層の層厚方向の中心より前記ｐ型
    層側の位置にあることを特徴とする請求項１１に記載の
    光起電力デバイス。
  13. 【請求項１３】 前記バッファ層が５０Å以上１００Å
    以下の層厚であることを特徴とする請求項１１又は１２
    に記載の光起電力デバイス。
  14. 【請求項１４】 前記バッファ層が水素化アモルファス
    シリコンからなることを特徴とする請求項１１に記載の
    光起電力デバイス。
  15. 【請求項１５】 前記ｐ型層が水素化微結晶シリコンか
    らなることを特徴とする請求項１１に記載の光起電力デ
    バイス。
  16. 【請求項１６】 前記ｐ型層が炭化シリコンからなるこ
    とを特徴とする請求項１１に記載の光起電力デバイス。
  17. 【請求項１７】 前記ｎ型層が水素化アモルファスシリ
    コン又は水素化微結晶シリコンからなることを特徴とす
    る請求項１１に記載の光起電力デバイス。
  18. 【請求項１８】 前記Ｇｅ原子の含有量が３０原子％乃
    至７０原子％の範囲内であることを特徴とする請求項１
    １に記載の光起電力デバイス。
  19. 【請求項１９】 前記ｉ型層のバンドギャップが該ｉ型
    層のいずれの部分であっても１．３５ｅＶ以上１．６０
    ｅＶ未満であることを特徴とする請求項１１に記載の光
    起電力デバイス。
  20. 【請求項２０】 前記Ｇｅ原子の含有量の極大値をもつ
    領域におけるバンドギャップが１．３５ｅＶ以上１．６
    ０ｅＶ未満であることを特徴とする請求項１１に記載の
    光起電力デバイス。
  21. 【請求項２１】 ＰＩｎ型の第１の光起電力セル上に積
    層されたＰＩｎ型の第２の光起電力セル上に更にＰＩｎ
    型の第３の光起電力セルが積層され、該第３の光起電力
    セル側より光の入射する光起電力デバイスであって、前
    記第１及び第２の光起電力セルはそれぞれｐ型層と、ｉ
    型層と、ｎ型層と、該ｉ型層と該ｐ型層との間及び該ｉ
    型層と該ｎ型層との間に設けられたバッファ層と、を有
    しており、前記ｉ型層は層内全ての領域でのＧｅ原子の
    含有量が２０原子％乃至７０原子％の範囲内であるアモ
    ルファスシリコンゲルマニウムからなり、且つ該ｉ型層
    の層厚方向にＧｅ原子の含有量が変化しＧｅ原子の含有
    量の極大値をもっており、前記バッファ層はＧｅ原子を
    実質的に含まない非単結晶シリコンからなることを特徴
    とする光起電力デバイス。
  22. 【請求項２２】 前記ｉ型層における前記Ｇｅ原子の含
    有量の極大値が該ｉ型層の層厚方向の中心より前記ｐ型
    層側の位置にあることを特徴とする請求項２１に記載の
    光起電力デバイス。
  23. 【請求項２３】 前記バッファ層が５０Å以上１００Å
    以下の層厚であることを特徴とする請求項２１又は２２
    に記載の光起電力デバイス。
  24. 【請求項２４】 前記バッファ層が水素化アモルファス
    シリコンからなることを特徴とする請求項２１に記載の
    光起電力デバイス。
  25. 【請求項２５】 前記ｐ型層が水素化微結晶シリコンか
    らなることを特徴とする請求項２１に記載の光起電力デ
    バイス。
  26. 【請求項２６】 前記ｐ型層が炭化シリコンからなるこ
    とを特徴とする請求項２１に記載の光起電力デバイス。
  27. 【請求項２７】 前記ｎ型層が水素化アモルファスシリ
    コン又は水素化微結晶シリコンからなることを特徴とす
    る請求項２１に記載の光起電力デバイス。
  28. 【請求項２８】 前記Ｇｅ原子の含有量が３０原子％乃
    至７０原子％の範囲内であることを特徴とする請求項２
    １に記載の光起電力デバイス。
  29. 【請求項２９】 前記ｉ型層のバンドギャップが該ｉ型
    層のいずれの部分であっても１．３５ｅＶ以上１．６０
    ｅＶ未満であることを特徴とする請求項２１に記載の光
    起電力デバイス。
  30. 【請求項３０】 前記Ｇｅ原子の含有量の極大値をもつ
    領域におけるバンドギャップが１．３５ｅＶ以上１．６
    ０ｅＶ未満であることを特徴とする請求項２１に記載の
    光起電力デバイス。
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