JPH0677510A - 光起電力素子 - Google Patents

光起電力素子

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JPH0677510A
JPH0677510A JP4223805A JP22380592A JPH0677510A JP H0677510 A JPH0677510 A JP H0677510A JP 4223805 A JP4223805 A JP 4223805A JP 22380592 A JP22380592 A JP 22380592A JP H0677510 A JPH0677510 A JP H0677510A
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light
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Keishi Saito
恵志 斉藤
Toshimitsu Kariya
俊光 狩谷
Koichi Matsuda
高一 松田
Naoto Okada
直人 岡田
Takaharu Kondo
隆治 近藤
Yutaka Nishio
豊 西尾
Tomonori Nishimoto
智紀 西元
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】 過酷な環境下においても高い初期特性を長期
間に渡り維持し得る光起電力素子を提供する。また、光
起電力素子を高い歩留まりで大量生産可能な光起電力素
子を提供する。 【構成】 導電性基板101上に、光反射層102、光
反射増加層103、少なくともシリコン原子を含有する
非単結晶半導体材料からなるn型層104、i型層10
5及びp型層106、及び透明電極107を積層して構
成される光起電力素子において、前記光反射層は銀また
は銅原子を主構成元素とし、酸素原子、窒素原子または
炭素原子の内少なくとも1つを含有している。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子に係わ
り、シリコン原子を含有する非単結晶半導体材料、例え
ば水素化非晶質シリコン、水素化非晶質シリコンゲルマ
ニウム、水素化非晶質シリコンカーバイド、微結晶シリ
コンまたは多結晶シリコン等からなる光起電力素子で、
特に光反射層を有する光起電力素子に関する。本発明の
光起電力素子は、例えば、太陽電池、センサー、撮像素
子等に好適に適用される。
【0002】
【従来の技術】光起電力素子については、光反射層の材
質及び表面性等の観点から多くの研究がなされている。
【0003】例えば、太陽電池への応用という観点から
は水素化非晶質シリコン半導体(a−Si:H)と金属
(Ag,Al,Au,Cu,Cr,Fe,Mo,Ni)
との間の反射率について検討されている(A,Mada
n,M.P.Shaw,The physics an
d Applications of Amorpho
us Semiconductors,Academi
c Press,1988)。また銀原子から構成され
る光反射層について反射率とテクスチャー構造について
検討されている(例えば、「29p−MF−2 ステン
レス基板上のa−SiGe太陽電池における光閉じこめ
効果」1990年秋季第51回応用物理学会学術講演会
予稿集第2分冊;”a−SiC/a−Si/a−SiG
e MULTI−BANDGAP STACKED S
OLAR CELLS WITHBANDGAP PR
OFILING”,Technical Digest
of theIInternational PVSE
C−5,Kyoto,Japan,1990,P−IA
−15)。
【0004】また更に、Al,SUS/Al/ポリマ
ー,Ti/Ag/Ti/Al等のテクスチャー基板につ
いて検討されている(M.HIRASAKA et.a
l.,”DESIGN OF TEXTURED AL
ELECTRODE FORA HYDROGENA
TED AHORPHOUS SILLIC ONSO
LAR CELL”,in Solar Energy
Materials,(1990)99−110,N
orth−Holland)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来の光起電
力素子は、優れた光電変換特性を有するものであるが、
使用される環境及び耐久特性等の観点からの検討が殆ど
されていないのが現状である。それ故、実用上の観点か
ら、優れた耐久性を有し、しかもより一層高い特性を有
す光起電力素子が強く望まれている。
【0006】本発明は、以上の状況に鑑み、過酷な環境
下においても高い初期特性を長期間に渡り維持し得る光
起電力素子を提供することを目的とする。
【0007】また、本発明は、光起電力素子を高い歩留
まりで大量生産可能な光起電力素子を提供することを目
的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来の問
題点を解決し、本発明の目的を達成するために鋭意検討
した結果、本発明を完成した。
【0009】本発明の第1の要旨は、導電性基板上に、
光反射層、光反射増加層、少なくともシリコン原子を含
有する非単結晶半導体材料からなるn型層、i型層及び
p型層、及び透明電極を積層して構成される光起電力素
子において、前記光反射層は銀原子を主構成元素とし、
酸素原子、窒素原子または炭素原子の内少なくとも1つ
を含有していることを特徴とする光起電力素子に存在す
る。
【0010】本発明の第2の要旨は、導電性基板上に、
光反射層、光反射増加層、少なくともシリコン原子を含
有する非単結晶半導体材料からなるn型層、i型層及び
p型層、及び透明電極を積層して構成される光起電力素
子において、前記光反射層は銅原子を主構成元素とし、
酸素原子、窒素原子または炭素原子の内少なくとも1つ
を含有していることを特徴とする光起電力素子に存在す
る。
【0011】第1及び第2の要旨において、光反射層に
含まれる酸素原子、窒素原子及び炭素原子の総量は、
0.1〜1000ppmであることが好ましい。
【0012】本発明の第3の要旨は、導電性基板上に、
光反射層、光反射増加層、少なくともシリコン原子を含
有する非単結晶半導体材料からなるn型層、i型層及び
p型層、及び透明電極を積層して構成される光起電力素
子において、前記光反射層は銀原子を主構成元素とし、
鉛原子または鉛原子及び金または鉛及び金及び第1遷移
金属原子を2〜100ppm含有していることを特徴と
する光起電力素子に存在する。
【0013】
【作用】銀原子を主構成元素とする光反射層は、可視光
の反射率の高い膜として知られている。そして本発明の
光起電力素子の光反射層は、銀原子を主構成元素とし、
酸素原子、窒素原子及び炭素原子の内少なくとも1つを
含有するもので、該構成にすることによって、光起電力
素子特性が著しく向上する。
【0014】銀原子を主構成元素とし、酸素原子、窒素
原子または炭素原子を含有する光反射層を有する光起電
力素子の効果の詳細なメカニズムは未だ明らかではない
ものの、その理由として、光反射層が銀原子を主構成元
素とし酸素原子、窒素原子または炭素原子を含有する層
で構成すると、含有される酸素原子、窒素原子または炭
素原子のイオン性が高いこと、酸素(または窒素、炭
素)原子と銀原子の結合距離が銀と銀の結合距離より短
いことで歪が酸素原子(窒素原子、炭素原子)の周辺に
局在化するため、光反射層の堆積時の構造的歪みが減少
すること、及び酸素原子(窒素原子、炭素原子)が銀の
結晶粒界に集まり易いため、銀の結晶の粒界に起因する
銀原子の拡散の低減、銀の結晶粒径の分散の低下、及び
銀の結晶粒界に起因する銀の異常成長の減少等が起こる
と考えられる。
【0015】銅原子を主構成元素とする光反射層は、可
視光の特に長波長領域の反射率の高い膜として知られて
いる。そして本発明の光起電力素子の光反射層は、銅原
子を主構成元素とし、酸素原子、窒素原子及び炭素原子
の内少なくとも1つを含有するもので、該構成にするこ
とによって、光起電力素子特性が著しく向上する。
【0016】銅原子を主構成元素とし、酸素原子、窒素
原子または炭素原子を含有する光反射層を有する光起電
力素子の効果の詳細なメカニズムは未だ明らかではない
が、銅原子を主構成元素とした層を形成する際、膜形成
の初期過程の格子間隔は、島状構造をとるためバルクの
格子間隔と比べて大きくなり、引張応力が発生すると考
えられる。しかし、不純物として酸素原子、窒素原子を
含有するさせると、膜中に圧縮応力が発生し、光反射層
中の前記残留応力が緩和されるものと考えられる。ま
た、炭素原子を含有させると、含有される炭素原子の最
短原子間距離(1.54A)に比べ銅原子の最短原子間
距離(2.55A)が大きいため歪が炭素原子周辺に極
在し、光反射層堆積時の構造歪が減少すると考えられ
る。更に、炭素原子、酸素原子及び窒素原子は銅の結晶
粒界に集まり易いため銅の結晶の粒界に起因する銅原子
の異常成長が抑制されると考えられる。
【0017】本発明の光起電力素子の光反射層は、銀原
子を主構成元素とし、鉛原子または鉛原子及び金原子ま
たは鉛原子及び金原子及び第1遷移金属原子を2〜10
0ppm含有するもので、該構成にすることによって、
光起電力素子特性が著しく向上する。
【0018】銀原子を主構成元素とし、鉛原子または鉛
原子及び金原子または鉛原子及び金原子及び第1遷移金
属原子を含有する光反射層を有する光起電力素子の効果
の詳細なメカニズムは未だ明らかではないもが、光反射
層が銀原子を主構成元素とし鉛原子または鉛原子及び金
原子または鉛原子及び金原子及び第1遷移金属原子を含
有する層で構成すると、含有される鉛原子、金原子また
は第1遷移金属原子により膜中に圧縮応力が発生し、銀
の膜が本来有する引張応力を相殺するため、光反射層の
堆積時の構造的歪みが減少すること、及び鉛原子、金原
子、第1遷移金属原子が銀の結晶粒界に集まり易いた
め、銀の結晶の粒界に起因する銀原子の拡散の低減、銀
の結晶粒径の分散の低下、銀の結晶粒界に起因する銀の
異常成長の減少等が起こると考えられる。更に、第1遷
移金属原子の配位子場吸収により光吸収の変化が起こ
り、その結果光反射分散の変化による初期特性の改善が
考えられる。第1遷移金属原子の内、特に鉄、ニッケ
ル、クロム原子が好ましい。
【0019】以上の結果、導電性基板と光反射層の密着
性及び光反射層と反射増加層との密着性が改善され、光
起電力素子の耐環境性及び耐久性が向上する。
【0020】更に、光反射層の金属が光反射増加層及び
非単結晶半導体層へ拡散するのを抑制し、光起電力素子
の耐久性が向上する。加えて、光反射層を堆積した後、
光反射増加層及び非単結晶半導体層を堆積する際の基板
温度変化や高温高湿を繰り返す環境下で光起電力素子を
使用することによる結晶成長の進行を抑え、光起電力素
子の特性が経時変化することを防止する。更に加えて、
光起電力素子を大量生産する場合の上記理由によって分
留りが向上するものと考えられる。
【0021】以下本発明を図面に用いて詳細に説明す
る。
【0022】図1、図2、図3は、本発明の光起電力素
子の構成例を模式的に示す概念図である。
【0023】図1の光起電力素子は、不透明の導電性基
板101上に、光反射層102、光反射増加層103、
n型(またはp型)の非単結晶シリコン系半導体層10
4、i型(実質的にintrinsic)の非単結晶シ
リコン系半導体層105、p型(またはn型)の非単結
晶シリコン系半導体層106、透明電極107、集電電
極108から構成されている。光反射層102は、銀ま
たは銅原子を主構成元素とし酸素原子、窒素原子及び炭
素原子の内少なくとも1つを含有するもの、あるいは、
銀を主構成元素とし鉛原子または鉛原子及び金原子また
は鉛原子及び金及び第1遷移金属原子を2〜100pp
m含有するものである。該光起電力素子に対して、光1
09は透明電極107側から照射される。
【0024】図2の光起電力素子は、タンデム構造の例
であり、透明基板201上に、集電電極208、透明電
極207、p型(またはn型)の非単結晶シリコン系半
導体層206b、i型(実質的にintrinsic)
の非単結晶シリコン系半導体層205b、n型(または
p型)の非単結晶シリコン系半導体層204b、p型
(またはn型)の非単結晶シリコン系半導体層206
a、i型(実質的にintrinsic)の非単結晶シ
リコン系半導体層205a、n型(またはp型)の非単
結晶シリコン系半導体層204a、光反射増加層20
3、光反射層202、導電層(または/及び保護層)2
10から構成されている。光反射層202は、銀または
銅原子を主構成元素とし酸素原子、窒素原子及び炭素原
子の内少なくとも1つを含有するもの、あるいは、銀を
主構成元素とし鉛原子または鉛原子及び金原子または鉛
原子及び金及び第1遷移金属原子を2〜100ppm含
有するものである。
【0025】不図示ではあるが、pinのユニットを3
層積層したトリプルの光起電力素子も本発明の適した光
起電力素子である。
【0026】図3の光起電力素子は、テクスチャー構造
を有するタンデムセルの例であり、不透明の導電性基板
301上に、テクスチャー構造の光反射層302、光反
射増加層303、n型(またはp型)の非単結晶シリコ
ン系半導体層304a、i型(実質的にintrins
ic)の非単結晶シリコン系半導体層305a、p型
(またはn型)の非単結晶シリコン系半導体層306
a、n型(またはp型)の非単結晶シリコン系半導体層
304b、i型(実質的にintrinsic)の非単
結晶シリコン系半導体層305b、p型(またはn型)
の非単結晶シリコン系半導体層306b、透明電極30
7、集電電極308、から構成されている。テクスチャ
構造の光反射層302は、銀または銅原子を主構成元素
とし酸素原子、窒素原子及び炭素原子の内少なくとも1
つを含有するもの、あるいは、銀を主構成元素とし鉛原
子または鉛原子及び金原子または鉛原子及び金及び第1
遷移金属原子を2〜100ppm含有するものである。
該光起電力素子に対して、光309は透明電極307側
から照射される。
【0027】図3の例では、テクスチャー構造は光反射
層で形成したが、基板301、光反射増加層303等で
形成しても良い。
【0028】以下に、本発明の光起電力素子の構成要素
を詳細に説明する。
【0029】光反射層本発明の光起電力素子において光
反射層は、光起電力素子の耐環境性や耐久性に影響を与
える重要な機能を有する層である。
【0030】本発明の光起電力素子に適した光反射層
は、銀または銅原子を主構成元素とし酸素原子、窒素原
子または炭素原子の内少なくとも1つを含むものであ
り、酸素原子、窒素原子または炭素原子の好ましい含有
量は、0.1ppm〜1000ppmである。0.1〜
1000ppmとすることで、光電変換特性、素子の耐
久性及び耐環境性は一層向上する。
【0031】本発明の光起電力素子に適した他の光反射
層は、銀原子を主構成元素とし鉛原子または鉛原子及び
金原子または鉛原子及び金及び第1遷移金属原子を2〜
100ppmを含むものである。
【0032】本発明の光起電力素子の光反射層に適した
堆積方法としてはスパッタリング法、真空蒸着法等が上
げられる。
【0033】図4は本発明の光起電力素子の光反射層の
堆積に適したDCマグネトロンスパッタリング装置の一
例を示す模式図である。該装置は、堆積室401、基板
402、加熱ヒータ403、ターゲット404、絶縁性
支持体405、DC電源406、シャッター407、真
空計408、コンダクタンスバルブ409、ガス導入バ
ルブ410、412、414、416、マスフローコン
トローラー411、413、415、417等から構成
されている。
【0034】該DCマグネトロンスパッタリング装置で
光反射層を堆積する場合、予め酸素原子、窒素原子、炭
素原子、鉛、金、第1遷移金属原子等を所定量添加した
銀または銅のターゲットを用意し堆積室401のターゲ
ット404にセットし、また光反射層を堆積すべき基板
を基板402にセットする。
【0035】酸素原子、炭素原子または窒素原子を含有
する銀の光反射層の形成に用いられる銀ターゲットに含
有される酸素原子、窒素原子または炭素原子の好ましい
含有量は0.1ppmから1500ppmである。ま
た、酸素原子、炭素原子または窒素原子を含有する銅の
光反射層の形成に用いられる銅ターゲットに含有される
酸素原子、窒素原子または炭素原子の好ましい含有量は
0.1ppmから1500ppmである。さらに、鉛原
子、鉛原子及び金原子、または鉛原子及び金原子及び第
1遷移金属原子を含有する銀の光反射層の形成に用いら
れる銀ターゲットに含有される鉛原子、金原子及び第1
遷移金属原子の総含有量は2ppmから200ppmが
好ましい範囲として挙げられる。
【0036】そして油拡散ポンプとロータリーポンプか
らなる不図示の排気系でコンダクタンスバルブ409を
介して堆積室401を5×10-5以下に排気する。また
基板402の温度を加熱ヒータ403で室温から400
℃の範囲に設定することが好ましい。
【0037】基板加熱の時、堆積室401内に水素、ヘ
リウム、ネオン、アルゴン、クリプトン等の銀のターゲ
ットと反応しにくいガスを流し、堆積室401内をパー
ジすることが好ましい。スパッタリング用の不活性ガス
としては、例えばヘリウム、ネオン、アルゴン、クリプ
トン等ガ挙げられ、堆積室401内への導入圧としては
5×10-4〜10-2torr、導入量として1〜200
sccmが好ましい。
【0038】上記ターゲットを用いる場合のDC電圧
は、10V〜500Vが好ましく、そして、光反射層の
堆積速度は、0.1A/sec〜100A/secが好
ましい。
【0039】また同様にしてDCマグネトロンスパッタ
リング法に代えてRFスパッタリング法を用いることが
できる。RFスパッタリング法の場合、前記条件の内D
C電源に代えてRF電源が使用され、周波数としては1
3.56MHz付近の周波数が好ましい周波数として挙
げられる。そしてRF電源から堆積室401に投入され
るRFパワーとしては0.01〜10W/cm2 が好ま
しい。
【0040】一方、酸素、窒素または炭素原子を含有す
る光反射層は反応性スパッタリング法で形成することも
できる。この場合、前記酸素、窒素または酸素を含有す
る銀または銅ターゲットを酸素、窒素または炭素の含有
量の少ないかまたは全く含まない銀または銅ターゲット
に取り替え、更に前記不活性ガスに替えて、酸素含有ガ
ス、窒素含有ガスまたは炭素含有ガスを添加した不活性
ガスをスパッタリング用ガスとして使用して光反射層を
堆積することができる。反応性スパッタリング法の場合
前記不活性ガス中に添加される酸素原子、窒素原子また
は炭素原子の添加量としては1〜2000ppmが好ま
しい。
【0041】図8は、光反射層と光反射増加層を堆積室
の真空を破ることなく連続して堆積できるスパッタリン
グ装置である。該装置は堆積室801、基板802、加
熱ヒータ803、光反射層堆積用のターゲット804、
光反射増加層堆積用のターゲット814等で構成され
る。光反射層の堆積条件は、図4の堆積装置の堆積条件
と同様である。
【0042】図9は、真空蒸着法による光反射層の堆積
装置(真空蒸着装置)である。該真空蒸着装置は、堆積
室901、基板902、加熱ヒータ903、蒸着源90
4、電子ビーム(EB)ガン905、高電圧電源90
6、シャッター907、真空計908、コンダクタンス
バルブ909、ガス導入バルブ910、912、91
4、916、マスフローコントロラー911、913、
915、917、不図示の排気装置等から構成されてい
る。この真空蒸着装置で、光反射層を堆積する場合、基
板を堆積室内にセットし、蒸着源をセットする。
【0043】酸素原子、窒素原子または炭素原子を含有
する銀の光反射層を形成する場合、蒸着源としては、酸
素原子、窒素原子または炭素原子を含有する銀を用い
る。蒸着源の銀に含有される酸素原子、窒素原子または
炭素原子の好ましい含有量は1ppm〜2000ppm
である。
【0044】酸素原子、窒素原子または炭素原子を含有
する銅の光反射層を形成する場合、蒸着源としては、酸
素原子、窒素原子または炭素原子を含有する銅を用い
る。蒸着源の銅に含有される酸素原子、窒素原子または
炭素原子の好ましい含有量は1ppm〜2000ppm
である。
【0045】さらに、鉛原子、鉛原子及び金原子、また
は鉛原子及び金原子及び第1遷移金属原子を含有する銀
の光反射層の形成する場合、蒸着源としては鉛原子、鉛
原子及び金原子、または鉛原子及び金原子及び第1遷移
金属原子を含有する銀を用いる。蒸着源の銀に含まれる
鉛原子、金原子及び第1遷移金属原子の総含有量は、2
ppmから200ppmが好ましい範囲として挙げられ
る。
【0046】そして堆積室を5×10-5torr以下に
排気し、基板温度を室温から400℃の間に設定する。
基板温度が所定の温度になったならば、EBガンから電
子ビームを蒸着源に照射する。蒸着時の堆積室内の圧力
は10-5torr〜5×10 -4torrが好ましく、更
に光反射層の堆積速度としては、0.1〜100A/s
ecが好ましい。
【0047】また反応性蒸着で酸素原子、炭素原子また
は窒素原子を含有する銀または銅の光反射層を堆積する
場合、前記酸素原子、窒素原子または炭素原子を含有す
る銀に代えて、上記原子の含有量の少ないかあるいは全
く含有しない銀を蒸着源にし、酸素原子含有ガス、窒素
含有ガスまたは炭素含有ガスを10-4torr〜5×1
-3torr導入する。このような圧力下で前記銀また
は銅原子を電子ビーム蒸着し、光反射層を形成すること
ができる。
【0048】図12は、光反射層を電子ビーム蒸着法で
堆積する方法と光反射増加量をスパッタリング方法で堆
積する方法とを同一の堆積装置に組み込んだ装置であ
る。光反射層の堆積条件は、前記図9に置ける電子ビー
ム蒸着装置を利用した堆積条件と同一である。
【0049】本発明の光反射層を反応性スパッタリング
法または反応性蒸着法により堆積する場合用いられる酸
素原子含有ガス、炭素原子含有ガス、窒素原子含有ガス
としては、例えばそれぞれO2、CO2,N2ガスが用い
られる。
【0050】本発明の光反射層をテクスチャー構造にす
るには、例えば、基板温度を比較的高め(300℃以
上)に設定して堆積することにより得られる。
【0051】本発明の光起電力素子に適した光反射層の
銀または銅の結晶粒経は、100A〜10μmが適した
範囲であり、500A〜2μmが最適な範囲である。ま
た、本発明の光起電力素子に適した光反射層の膜厚は5
00A〜3μmである。
【0052】光反射増加層 本発明の光起電力素子において光反射増加層は、光反射
層と接触し光起電力素子の特性に密接に関係する重要な
層であり、例えばZnO,SnO2 ,In2 a ,IT
O,TiO2 ,CdO,Cd2 SnO4 ,Bi2 3
MoO3 ,Na X WO3 (x=2〜3 )等が好適に
用いられる。
【0053】反射増加層の堆積方法としては、例えば真
空蒸着法、スパッタリング法、CVD法、スプレー法、
スピンオン法、ディップ法等が適した方法として挙げら
れる。
【0054】また層厚としては、屈折率により最適な層
厚は異なるが、好ましい膜厚の範囲としては500A〜
10μmが挙げられる。
【0055】光反射増加層でテクスチャ構造を形成する
場合、光反射増加層堆積時の基板温度を300℃以上の
高めに設定し、光反射増加層を2μm以上厚く堆積す
る。
【0056】p型層またはn型層 本発明の光起電力素子において、p型層またはn型層
は、光起電力素子の特性を左右する重要な層である。
【0057】本発明の光起電力素子のp型層またはn型
層の非晶質材料(a−と表示する)、微結晶材料(μc
−と表示する)または多結晶材料(「poly−」と表
示する)等にp型の価電子制御剤(周期率表第III族
原子 B,Al,Ga,In,Tl)やn型の価電子制
御剤(周期率表第V族原子 P,As,Sb,Bi)を
高濃度に添加した材料が挙げられる。
【0058】非晶質材料としては、例えばa−Si:
H,a−Si:HX,a−SiC:H,a−SiC:H
X,a−SiGe:H,a−SiGeC:H,a−Si
O:H,a−Sin:H,a−SiON:HX,a−S
iOCN:HX,μc−Si:H,微結晶材料として
は、例えばμc−SiC:H,μc−Si:HX,μc
−SiC:HX,μc−SiGe:H,μc−SiO:
H,μc−SiGeC:H、μc−SiN:H,μc−
SiON:HX,μc−SiOCN:HX,)、多結晶
材料としては、例えばpoly−Si:H,poly−
Si:HX,poly−SiC:H,poly−Si
C:HX,poly−SiGe:H,poly−Si,
poly−SiC,poly−SiGe等が挙げられ
る。ここで、Xはハロゲン原子である。
【0059】特に光入射側のp型層またはn型層には、
光吸収の少ない結晶性の半導体層か、またはバンドギャ
ップの広い非晶質半導体層が適している。
【0060】p型層への周期率表第III族原子の添加
量およびn型層への周期率表第V族原子の添加量は0.
1〜50at%が適量として挙げられる。
【0061】またp型層またはn型層に含有される水素
原子(H,D)またはハロゲン原子Xはp型層またはn
型層の未結合手を補償する働きをし、p型層またはn型
層のドーピング効率を向上させるものである。p型層ま
たはn型層へ添加される水素原子またはハロゲン原子は
0.1〜40at%が適量である。特にp型層またはn
型層が結晶性の場合、水素原子またはハロゲン原子の好
適な含有量は0.1〜8at%である。
【0062】更にp型層/i型層、n型層/i型層の各
界面側で水素原子または/及びハロゲン原子の含有量が
多く分布しているものが好ましく、該界面近傍での水素
原子または/及びハロゲン原子の好ましい含有量はバル
ク内の含有量の1.1〜2倍である。このようにp型層
/i型層、n型層/i型層の各界面近傍で水素原子また
はハロゲン原子の含有量を多くすることによって該界面
近傍の欠陥準位や機械的歪を減少させることができ、本
発明の光起電力素子の光起電力や光電流を増加させるこ
とができる。
【0063】更に透明電極/p型層、または透明電極/
n型層の各界面側で水素原子または/及びハロゲン原子
の含有量が多く分布しているものが好ましい分布形態と
して挙げられ、該界面近傍での水素原子または/及びハ
ロゲン原子の含有量はバルク内の含有量の1.1〜2倍
が好ましい。このように透明電極/p型層、または透明
電極/n型層の各界面近傍で水素原子またはハロゲン原
子の含有量を多くすることによって該界面近傍の欠陥準
位や機械的歪みを減少させることができ、本発明の光起
電力素子の光起電力や光電流を増加させることができ
る。
【0064】本発明の光起電力素子のp型層及びn型層
の電気特性としては活性化エネルギーが0.2eV以下
のものが好ましく、0.1eV以下のものがより好まし
い。また比抵抗としては100Ωcm以下が好ましく、
1Ωcm以下がより好ましい。さらにp型層及びn型層
の層厚は10〜500Aが好ましく、30〜100Aが
より好ましい。
【0065】本発明の光起電力素子のp型層またはn型
層の堆積に適した原料ガスとしては、例えばシリコン原
子を含有したガス化し得る化合物、ゲルマニウム原子を
含有したガス化し得る化合物、窒素原子を含有したガス
化し得る化合物等、及び該化合物の混合ガスを挙げるこ
とができる。
【0066】具体的にシリコン原子を含有するガス化し
得る化合物としては、例えばSiH 4 ,SiH6 ,Si
4 ,SiFH3 ,SiF2 2 ,SiF3 H,Si3
8,SiD4 ,SiHD3 ,SiH2 2 ,SiH3
D,SiFD3 ,SiF2 2 ,SiD3 H,Si2
3 3 等が挙げられる。また、ゲルマニウム原子を含有
するガス化し得る化合物としては、例えばGeH4 ,G
eD4 ,GeF4 ,GeFH3 ,GeF2 2 ,GeF
3 H,GeHD3 ,GeH2 2 ,GeH3 D,Ge2
6 ,Ge26 等が挙げられる。炭素原子を含有する
ガス化し得る化合物としては、例えばCH4 ,CD4
n 2n+2(nは整数)Cn 2n(nは整数),C2
2 ,C6 6 ,CO2 ,CO等が挙げられる。窒素含有
ガスとしては、例えばN2 ,NH3 ,ND3 ,NO,N
2 ,N2 Oが挙げられる。酸素含有ガスとしては、例
えばO2 ,CO,CO2 ,NO,NO2 ,N2 O,CH
3 CH2 ,OH,CH3 OH等が挙げられる。
【0067】本発明において価電子制御するためにp型
層またはn型層に導入される物質としては周期率表第I
II族原子及び第V族原子が挙げられる。第III族原
子導入用の出発物質として有効に使用されるものとして
は、例えば、ホウ素原子導入用としては、B2 6 ,B
4 10,B5 9 ,B5 11,B6 10,B6 12,B
6 14等の水素化ホウ素、BF3 ,BCl3 等のハロゲ
ン化ホウ素等を挙げることができる。このほかにAlC
3 ,GaCl3 ,InCl3 ,TlCl3 等も挙げる
ことができるが、特にB2 6 ,BF3 が適している。
また、第V族原子導入用の出発物質として有効に使用さ
れるのは、例えば燐原子導入用としてはPH3 ,P2
4 等の水素化燐、PH4 I,PF3 ,PF5 ,PC
3 ,PCl 5 ,PBr3 PBr5 ,PI3 等のハロゲ
ン化燐が挙げられる。このほかAsH 3 ,AsF3 ,A
sCl3 ,AsBr3 ,AsF5 ,SbH3 ,Sb
3 ,SbF5 ,SbCl3 ,SbCl5 ,BiH3
BiCl3 ,BiBr3 等も挙げることができる。これ
らの内、特にPH3 ,PF5が適している。
【0068】p型層またはn型層の堆積方法は、RFプ
ラズマCVD法とμWプラズマCVD法である。特にR
FプラズマCVD法で堆積する場合、容量結合型のRF
プラズマCVD法が適している。
【0069】RFプラズマCVD法でp型層またはn型
層を堆積する場合、基板温度は、100〜350℃、内
圧は、0.1〜10torr、RFパワーは、0.05
〜1.0W/cm2 、堆積速度は、0.1〜30A/s
ec等が好ましい条件として挙げられる。
【0070】また前記ガス化し得る化合物をH2 ,H
e,Ne,Ar,Xe,Kr等のガスで適宜希釈して堆
積室に導入しても良い。特に微結晶半導体やa−Si
C:H等の光吸収の少ないバンドギャップの広い層を堆
積する場合は水素ガスで2〜100倍に原料ガスを希釈
し、RFパワーは比較的高くして導入するのが好まし
い。RFの周波数としては1MHz〜100MHzが適
した範囲であり、特に13.56MHz近傍の周波数が
好ましい。
【0071】また、p型層またはn型層をμWプラズマ
CVD法で堆積する場合、μWプラズマCVD装置は、
堆積室に誘電体窓(アルミナセラミックス等)を介して
導波管でマイクロ波を導入する方法が適している。p型
層またはn型層をμWプラズマCVD法で堆積する場
合、堆積室内の基板温度は100〜450℃、内圧は
0.5〜30mtorr、μWパワーは0.01〜1W
/cm3 ,μWの周波数は0.5〜10GHzが好まし
い。
【0072】この時、前記ガス化し得る化合物をH2
He,Ne,Ar,Xe,Kr等のガスで適宜希釈して
堆積室に導入しても良い。特に微結晶半導体やa−Si
C:H等の光吸収の少ない層またはバンドギャップの広
い層を堆積する場合は水素ガスで2〜100倍に原料ガ
スを希釈し、μWパワーは比較的高いパワーを導入する
のが好ましい。
【0073】i型層 本発明の光起電力素子において、i型層は照射光に対し
てキャリアを発生輸送する重要な層である。
【0074】本発明の光起電力素子のi型層としては、
僅かにp型、僅かにn型としてもよい。正孔の移動度と
寿命の積が電子の移動度と寿命との積より小さい半導体
層をi型層として用いる場合、僅かにp型とした層が適
している。また、逆の場合、即ち電子の移動度と寿命の
積が正孔の移動度と寿命との積より小さい半導体層を用
いる場合、僅かにn型の層が適している。
【0075】i型層としては、例えばa−Si:H,a
−Si:HX,a−SiC:H,a−SiC:HX、a
−SiGe:H,a−SiGe:HX,a−SiGe
C:HX等の非晶質材料等が挙げられる。特に、i型層
としては、前記の非晶質材料に価電子制御剤として周期
率表第III族原子または/および第V族原子を添加し
てイントリンジック化(intrinsic)した材料
が好適なものとして挙げられる。
【0076】i型層に含有される水素原子(H,D)ま
たはハロゲン原子(X)は、i型層の未結合手を補償す
る働きをし、i型層でのキャリアの移動度と寿命の積を
向上させるものである。またこれらの原子は、p型層/
i型層、n型層/i型層の各界面の界面準位を補償する
働きをし、光起電力素子の光起電力、光電流そして光応
答性を向上させる効果がある。i型層中の水素原子また
は/及びハロゲン原子の好適な含有量は、1〜40at
%である。特に、p型層/i型層、n型層/i型層の各
界面側では、水素原子または/及びハロゲン原子の含有
量が多く分布しているものが好ましい分布形態として挙
げられ、該界面近傍での水素原子または/及びハロゲン
原子の含有量は、バルク内の含有量の1.1〜2倍が好
ましい。
【0077】i型層の層厚は、光起電力素子の構造(例
えばシングルセル、タンデムセル、トリプルセル)及び
i型層のバンドギャップに大きく依存するが0.1〜
1.0μmが最適な層厚として挙げられる。
【0078】本発明の目的を効果的に達成するために、
i型層の基本的な物性としては、例えば電子の移動度は
0.01cm2 /V/sec以上、正孔の移動度は0.
0001cm2 V/sec以上、バンドギャップは1.
1〜2.2eV、禁制帯中央の局在密度は1018/cm
3 /eV以下、価電子帯側のアーバックテイルの傾きは
65meVが望ましい。更に本発明の光起電力素子をA
M1.5、100mW/cm2 の下で電流電圧特性を測
定しHecht式でカーブフィッティングを行い、この
カーブフィッティングから求めた移動度と寿命の積が1
-10 cm2 /V以上であることが望ましい。
【0079】またi型層のバンドギャップはp型層/i
型層、n型層/i型層の各界面側で広くなるように設計
することが好ましい。このように設計することによっ
て、光起電力素子の光起電力、光電流を大きくすること
ができ、更に長時間使用した場合の光劣化等を防止する
ことができる。
【0080】本発明の光起電力素子のi型層の堆積に適
した原料ガスとしては、シリコン原子を含有したガス化
し得る化合物、ゲルマニウム原子を含有したガス化し得
る化合物、炭素原子を含有したガス化し得る化合物等、
及び該化合物の混合ガスを挙げることができる。
【0081】具体的にシリコン原子を含有するガス化し
得る化合物としては、例えばSiH 4 ,SiH6 ,Si
4 ,SiFH3 ,SiF2 2 ,SiF3 H,Si3
8,SiD4 ,SiHD3 ,SiH2 2 ,SiH3
D,SiFD3 ,SiF2 2 ,SiD3 H,Si2
3 3 等が挙げられる。また、ゲルマニウム原子を含有
するガス化し得る化合物としては、例えばGeH4 ,G
eD4 ,GeF4 ,GeFH3 ,GeF2 2 ,GeF
3 H,GeHD3 ,GeH2 2 ,GeH3 D,Ge2
6 ,Ge26 等が挙げられる。炭素原子を含有する
ガス化し得る化合物としては、例えばCH4 ,CD4
n 2n+2(nは整数)Cn 2n(nは整数),C2
2 ,C6 6 等が挙げられる。
【0082】本発明においてi型層の価電子制御するた
めにi型層に導入される物質としては周期率表第III
族原子及び第V族原子が挙げられる。第III族原子導
入用の出発物質として有効に使用されるものとしては、
具体的にはホウ素原子導入用としては、B2 6 ,B4
10,B5 9 ,B5 11,B6 10,B6 12,B 6
14等の水素化ホウ素、BF3 ,BCl3 ,等のハロゲ
ン化ホウ素等を挙げることができる。このほかにAlC
3 ,GaCl3 ,InCl3 ,TlCl3 等も用いる
ことができる。また、第V族原子導入用の出発物質とし
て有効に使用されるのは、例えば燐原子導入用としては
PH3 ,P2 4 等の水素化燐、PH4I,PF3 ,P
5 ,PCl3 ,PCl5 ,PBr3 PBr5 ,PI3
等のハロゲン化燐が挙げられる。このほかAsH3 ,A
sF3 ,AsCl3 ,AsBr3,AsF5 ,Sb
3 ,SbF3 ,SbF5 ,SbCl3 ,SbCl5
BiH 3 ,BiCl3 ,BiBr3 等も挙げることがで
きる。
【0083】i型層に伝導型を制御するために導入され
る周期率表第III族原子及び第V族原子の導入量は1
000ppm以下が好ましい。
【0084】本発明に適したi型層の堆積方法としては
RFプラズマCVD法、μWプラズマCVD法が挙げら
れる。RFプラズマCVD法の場合、特に容量結合型の
RFプラズマCVD法が適している。
【0085】該RFプラズマCVD法でi型層を堆積す
る場合、基板温度は、100〜350℃、内圧は、0.
1〜10torr、RFパワーは、0.05〜1.0W
/cm2 、堆積速度は、0.1〜30A/sec等の条
が好適に用いられる。
【0086】また前記ガス化し得る化合物をH2 ,H
e,Ne,Ar,Xe,Kr等のガスで適宜希釈して堆
積室に導入しても良い。特にa−SiC:H等のバンド
ギャップの広い層を堆積する場合は、水素ガスで2〜1
00倍に原料ガスを希釈し、RFパワーは比較的高いパ
ワーを導入するのが好ましい。RFの周波数としては1
MHz〜100MHzが適した範囲であり、特に13.
56MHz近傍の周波数が好ましい。
【0087】i型層をμWプラズマCVD法で堆積する
場合、堆積室に誘電体窓(アルミナセラミックス等)を
介して導波管でマイクロ波を導入する方法が適してい
る。堆積室内の基板温度は100〜450℃、内圧は
0.5〜30mtorr、μWパワーは0.01〜1W
/cm3 ,μWの周波数は0.5〜10GHzが好まし
い。更にプラズマ内にバイアス棒(板状、リング状でも
良い)を設置してプラズマ電位を制御すると特性がより
一層向上する。特に導入したμWパワーに対して堆積速
度が飽和していない領域では、バイアス棒によるプラズ
マ電位の制御が効果的に働く。この時、バイアス棒を基
板の電位に対してプラスにすることがもっとも効果的で
ある。バイアス棒に印加するバイアスがDCバイアスの
場合、10Vから500Vが好ましく、またACバイア
スの場合は、印加電圧の極大極小間の電圧は10Vから
500Vが好ましい。更にバイアス棒にRFバイアスを
印加する場合、RF電力は、10Wから3KWが好まし
い。RFバイアスの場合、特にμWパワーより以上にR
Fパワーを導入すると特性が向上する。ACバイアス、
RFバイアスいずれの場合もDCバイアスの場合と同様
に基板がバイアス棒にたいして負電位であることが好ま
しい。
【0088】このようにバイアスによる堆積膜の特性が
向上するのは、μWプラズマCVD法において正イオン
が重要な働きをしていると考えられる。更にμWパワー
とバイアスの特異な組み合わせにおいて特性が向上する
ことからプラズマ中の活性種とイオン種の組み合わせが
重要であることが考えられる。
【0089】また前記ガス化し得る化合物をH2 ,H
e,Ne,Ar,Xe,Kr等のガスで適宜希釈して堆
積室に導入しても良い。特にa−SiC:H等のバンド
ギャップの広い層を堆積する場合は水素ガスで2〜10
0倍に原料ガスを希釈し、μWパワーは比較的高いパワ
ーを導入するのが好ましい。
【0090】図13、図14は本発明のp型層、n型層
及びi型層の堆積に適したμWプラズマCVD装置とR
FプラズマCVD装置の模式的説明図である。
【0091】図13に示すμWプラズマCVD装置は堆
積室1301、マイクロ波導入用誘電体窓1302、ガ
ス導入管1303、基板1304、加熱ヒータ130
5、真空計1306、コンダクタンスバルブ1307、
補助バルブ1308、リークバルブ1309、導波部1
310、バイアス電源1311、バイアス棒1312、
原料ガス供給装置1320、マスフローコントローラー
1321〜1326、ガス流入バルブ1331〜133
6、ガス流出バルブ1341〜1346、原料ガスボン
ベのバルブ1351〜l356、圧力調整器1361〜
1366、原料ガスボンベl371〜1376等から構
成されている。
【0092】図14に示すRFプラズマCVD装置は、
堆積室1401、カソード1402、ガス導入管l40
3、基板1404、加熱ヒーター1405、真空計14
06、コンダクタンスバルブ1407、補助バルブ14
08、リークバルブ1409、RFマッチングボックス
1412等から構成されている。
【0093】本発明の光起電力素子の堆積に適した図1
3及び図14に示す堆積装置は、ステンレスまたはアル
ミニウム材で作製するのが適している。特にステンレス
材で作製する場合にはSUS304,SUS304N
2,SUS304L,SUS304LN,SUS32
1,SUS347,SUS316,SUS316L等の
耐食性、耐孔食性、耐粒界腐食性、及び耐熱性の優れた
ステンレス材が最適な材料として挙げられる。また、ア
ルミニウム材で堆積装置を作製する場合は、JISの5
000番台のAl−Mg系の材料が最適なものとして挙
げられる。
【0094】図13に示すμWプラズマCVD装置のマ
イクロ波導入用の誘電体窓の材料としてはアルミナセラ
ミックス(Al2O3)が95%以上含有されているもの
が最適なものとして挙げられる。
【0095】透明電極 本発明の光起電力素子で用いられる透明電極は、例えば
スズ酸化物、インジウム酸化物、インジウム−スズ酸化
物等の透明電極が適し、特にこれら酸化物透明電極に窒
素原子または/及び炭素原子を含有させた酸化物透明電
極が適している。
【0096】スズ酸化物、インジウム酸化物、インジウ
ム−スズ酸化物に窒素原子を含有させることにより、透
明電極を構成する前記酸化物の結晶粒径が増加し、また
該結晶粒径の分散が小さくなる。更には透明電極の歪を
小さくすることができる。この結果、透明電極の比抵抗
を小さくすると共に透明電極の透過率を向上させること
ができる。
【0097】更に加えて透明電極に窒素原子を含有させ
ることによって透明電極を構成する前記酸化物の結晶の
形を比較的なめらかな形にすることができ、透明電極の
表面性を向上させることができる。特に半導体層上に前
記透明電極を堆積した場合、半導体層と透明電極の密着
性が著しく向上する。また、該透明電極上に非単結晶シ
リコン系半導体層を堆積する場合に、非単結晶シリコン
系半導体層の異常堆積を少なくすることも可能となる。
したがって、薄いp型層(またはn型層)を堆積しても
電気的リークを減少させることができる。その結果光起
電力素子の平均的な特性が向上する。
【0098】また、詳細は不明であるが窒素原子が酸化
物の結晶成長に関係すると考えられ、窒素原子を導入す
ることで比較的低温においても良質な特性の透明電極を
得ることができる。
【0099】本発明の窒素原子を含有する透明電極は以
下のようにして堆積される。
【0100】透明電極の堆積にはスパッタリング法と真
空蒸着法が適した堆積方法である。例えば、DCマグネ
トロンスパッタリング装置において、窒素原子を含有す
るスズ酸化物から成る透明電極を基板上に堆積する場
合、ターゲットは金属スズ(Sn)やスズ酸化物(Sn
2 )等に窒素原子含有物を含有させたターゲット等が
用いられる。
【0101】また窒素原子を含有するインジウム酸化物
から成る透明電極を堆積する場合、ターゲットは金属イ
ンジウム(In)やインジウム酸化物(In2 3 )等
に窒素原子含有物を含有させたターゲットが用いられ
る。窒素原子を含有するインジウム−スズ酸化物から成
る透明電極を堆積する場合には、ターゲットは金属ス
ズ、金属インジウムまたは金属スズと金属インジウムの
合金、スズ酸化物、インジウム酸化物、インジウム−ス
ズ酸化物等に窒素原子含有物を含有させたターゲットを
適宜組み合わせて用いられる。
【0102】また反応性スパッタリング法で本発明の透
明電極を堆積する場合には、前記ターゲットまたは/及
び窒素原子を含有しない前記ターゲットを適宜組み合わ
せたものをスパッタ用ターゲットとし、窒素原子含有の
原料ガスを堆積室に導入してプラズマエネルギーを利用
して透明電極に窒素原子を導入することができる。
【0103】反応性スパッタリング法に適した窒素原子
含有の原料ガスとしては、例えばN 2 ,NH3 ,N
3 ,NO,NO2 ,N2 Oが挙げられる。
【0104】本発明の透明電極中に含有される窒素原子
の含有量は100ppm以下が好ましい。また、透明電
極中に100ppm以下の窒素原子を含有させるために
前記ターゲット中に含有される窒素原子の含有量はスパ
ッター条件によって大きく依存するもののおおむね10
0ppmである。
【0105】また反応性スパッタリング法で透明電極中
に100ppm以下の窒素原子を含有させるためには前
記窒素原子含有ガスのスパッタリング用ガスへの混合比
は200ppm以下が好ましい。
【0106】本発明の窒素原子を含有する透明電極をス
パッタリング法で堆積する場合、基板温度は重要な因子
であって、25℃〜600℃が好ましい。25℃〜25
0℃の低温でも、従来技術と比べて優れた特性を示す透
明電極が得られる。また、スパッタリング用のガスとし
ては、アルゴンガス(Ar),ネオンガス(Ne)、キ
セノンガス(Xe),ヘリウムガス(He)等の不活性
ガスが用いられ、特にArガスが好ましい。また前記不
活性ガスに酸素ガス(O2 )を必要に応じて添加するこ
とが好ましく、特に金属をターゲットにしている場合、
酸素ガス(O2)は必須のものである。
【0107】スパッタリングする場合、放電空間の圧力
は効果的にスパッタリングを行うために、0.1〜50
mtorrが好ましい。電源としては、DC電源やRF
電源が適したものとして挙げられる。スパッタリング時
の電力としては10〜1000Wが適した範囲である。
また、堆積速度は、放電空間内の圧力や放電電力に依存
し、好ましい堆積速度としては、0.1〜100A/s
ecである。
【0108】本発明の窒素原子を含有する透明電極の層
厚は、反射防止膜の条件を満たすような条件に堆積する
のが好ましい。具体的な層厚としては500A〜300
0Aである。
【0109】本発明の窒素原子を含有する透明電極を堆
積するに適した第2の方法として真空蒸着法が挙げられ
る。蒸着源としては、金属スズ、金属インジウム、イン
ジウム−スズ合金に前記窒素原子含有物を添加したもの
が用いられる。前記窒素原子の含有量としては、おおむ
ね100ppm以下が適した範囲である。
【0110】また、堆積条件としては、基板温度を25
℃〜600℃として、圧力10-6torr台以下に減圧
した後に酸素ガス(O2 )を5×10-5torr〜9×
10 -4torrの範囲で堆積室に導入する。
【0111】この範囲の酸素を導入することによって蒸
着源から気化した金属が気相中の酸素と反応して良好な
透明電極が堆積される。
【0112】また反応性蒸着で窒素原子含有の透明電極
を堆積する場合、前記蒸着源または/及び窒素原子を含
有しない蒸着源を、窒素原子含有ガスを堆積室内に5×
10 -4torr以下導入した状態で、蒸発させて透明電
極を堆積しても良い。加えて前記真空度でRF電力を導
入してプラズマを発生させて、該プラズマを介して蒸着
を行っても良い。
【0113】上記条件による透明電極の好ましい堆積速
度としては0.1〜100A/secである。堆積速度
が0.1A/sec未満であると生産性が低下し、10
0A/secより大きくなると粗い膜となり透過率、導
電率や密着性が低下する。
【0114】本発明の窒素原子を含有する透明電極に炭
素原子を同時に含有させることによって、光起電力素子
の特性を一層向上させることができる。即ち、透明電極
に窒素原子と炭素原子を同時に含有させることによっ
て、光起電力素子のヒートサイクルに対する耐性がより
改善され、また透明電極の柔軟性がより向上して光起電
力素子のひび割れを防止する効果がより一層向上する。
本発明の添加される炭素原子の好ましい添加量は、10
0ppm以下である。
【0115】炭素原子の透明電極への導入方法は前記窒
素原子と同様な手段方法で行うことができる。
【0116】例えば、透明電極堆積用のターゲットや蒸
着源に炭素原子を含有させたターゲットや蒸着源を使用
してスパッタリングや真空蒸着を行うことで透明電極に
炭素原子を含有させることができる。この際、ターゲッ
トや蒸着源に含有させる炭素原子の出発物質としてはグ
ラファイト状炭素、ダイヤモンド状炭素等が適してい
る。
【0117】また反応性スパッタリング法で窒素原子と
炭素原子を含有する透明電極を堆積する場合は、前記タ
ーゲットまたは/及び炭素原子を含有しないターゲット
を適宜組み合わせて、スパッタリング用ターゲットとし
て、前記窒素原子含有の原料ガスに加えて炭素原子含有
の原料ガスを堆積室に導入してプラズマエネルギーを利
用して透明電極に窒素原子に加えて炭素原子を導入する
ことができる。
【0118】反応性スパッタリング法に適した炭素原子
含有の原料ガスとしてはCH4 ,CD4 ,Cn
2n+2(nは整数)Cn 2n(nは整数),C2 2 ,C
6 6 ,CO2 CO等が挙げられる。
【0119】また反応性蒸着により窒素原子に加えて炭
素原子含有の透明電極を堆積する場合、前記蒸着源また
は/及び炭素原子を含有しない蒸着源を、前記炭素原子
含有ガスを堆積室内に5×10-4torr以下導入した
状態で、蒸発させて透明電極を堆積しても良い。加えて
前記真空度でRF電力を導入してプラズマを発生させ
て、該プラズマを介して蒸着を行っても良い。
【0120】一方窒素原子及び/または炭素原子を含有
しない酸化物からなる透明電極を形成する場合には、従
来の方法で透明電極を堆積すれば良い。
【0121】導電性基板 導電性基板は、導電性材料そのまま用いてもよく、また
絶縁性材料または導電性材料で支持体を形成し、その上
に導電性処理をしたものであっても良い。導電性支持体
としては、例えば、NiCr,ステンレス,Al,C
r,Mo,Au,Nb,Ta,V,Ti,Pt,Pb,
Sn等の金属または、これらの合金が挙げられる。ま
た、電気絶縁性支持体としては、ポリエステル、ポリエ
チレン、ポリカーボネートナー、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、紙などが挙
げられる。これらの電気絶縁性支持体は、少なくともそ
の一方の表面を導電処理し、該導電処理された表面側に
光起電力層を設けるのが望ましい。
【0122】例えばガラスであれば、その表面に、例え
ばNiCr,Al,Cr,Mo,Ir,Nb,Ta,
V,Ti,Pt,Pb,In2 3 ,ITO(In2
3 +SnO2)等から成る膜薄を設けることによって導
電性を付与し、或いはポリエステルフィルム等の合成樹
脂フィルムであれば、例えばNiCr,Al,Ag,P
b,Zn,Ni,Au,Cr,Mo,Ir,Nb,T
a,V,Ti,Pt等の金属薄膜を真空蒸着、電子ビー
ム蒸着、スパッタリング等でその表面に設け、または前
記金属でその表面を面をラミネート処理して、その表面
に導電性を付与する。支持体の形状は平滑表面あるいは
凹凸表面のシート状でよい。その厚さは所望通りの光起
電力素子を形成し得るように適宜決定するが光起電力素
子としての柔軟性が要求される場合には、支持体として
の機能が十分発揮される範囲で可能な限り薄くすること
ができる。しかしながら、支持体の製造上および取扱い
上、機械的強度等の点から、通常は10μm以上とされ
る。
【0123】導電層(及び保護層) 導電層は、導電性材料そのものであってもよく、導電性
材料に絶縁性材料を形成したものであっても良い。導電
性材料としては、例えば、NiCr,ステンレス,A
l,Cr,Mo,Au,Nb,Ta,V,Ti,Pt,
Pb,Sn等の金属または、これらの合金が挙げられ
る。該金属を真空蒸着法、スパッタリング法等で薄膜と
して形成すれば良い。電気絶縁性材料としては、ポリエ
ステル、ポリエチレン、ポリカーボネートナー、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、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、紙などが挙げられる。これらの電気絶縁性材料は、
好適には少なくともその一方の表面に接着剤を塗布し、
前記金属薄膜層上に接着するのが好ましい。
【0124】電気絶縁性材料は保護層としての機能が十
分発揮される範囲で可能な限り薄くすることができる。
しかしながら、製造上および取扱い上、機械的強度等の
点から、通常は10μm以上とされる。
【0125】(実験例)以下の本発明に至る過程で行っ
た実験例により本発明の効果を詳細に説明する。
【0126】(実験例1−1)まず、図4に示すDCマ
グネトロンスパッタリング装置により、ステンレス基板
上に酸素原子を含有するAgの光反射層を作製した。
【0127】図中402は50mm角、厚さ0.2m
m、表面に鏡面加工を施したステンレス(SUS43
0)であり、アセトン(CH3 OCH3 )で10分間、
イソプロパノール(CH3 CHOHCH3 )で10分間
の超音波洗浄を行い、80℃で30分間の温風乾燥を行
ったものである。
【0128】図中404は、純度99.999%の銀
(Ag)ターゲットであり、絶縁性支持体405で堆積
室401より絶縁されている。図中410、412、4
14、414はガス導入バルブであり、それぞれアルゴ
ン(Ar)ガスボンベ(純度99.9999%)、アル
ゴン(Ar)ガスで50ppmに希釈された窒素(N2
/Ar)ガスボンベ、アルゴン(Ar)ガスで50pp
mに希釈されたメタン(CH4/Ar)ガスボンベ、ア
ルゴン(Ar)ガスで50ppmに希釈された酸素(O
2 /Ar)ガスボンベに接続されている。
【0129】まず、堆積室401内を不図示の真空ポン
プにより排気し、真空計408の読みが約1×10-5
orrになった時点で、ガス導入バルブ410、416
を徐々に開いて、O2 /Arガス流量が2sccm、A
rガス流量が10sccmとなるように、各々のマスフ
ローコントローラー411、417で調整し、堆積室4
01内の圧力が6mTorrとなるように、真空計40
8を見ながらコンダクタンスバルブ(バタフライ型)4
09の開口を調整した。その後、DC電源406の電圧
を−400Vに設定して、ターゲット404にDC電力
を導入し、DCグロー放電を生起させた。5分経過した
後にシャッター407を開けて、基板402上にAgの
光反射層の作製を開始し、層厚450nmの光反射層を
作製したところでシャッター407を閉じ、DC電源4
06の出力を切り、DCグロー放電を止めた。次に、ガ
ス導入バルブ416を閉じて、堆積室401内へのO2
/Arガスの流入を止め、Arガスの流量が100sc
cmとなるようにマスフローコントロラー411を調整
した。
【0130】次に、コンダクタンスバルブ409を閉じ
て、堆積室401を徐々にリークし、酸素原子を含むA
gの光反射層の作製を終えた。
【0131】(実験例1−2)実験例1−1において、
Arガスで希釈した酸素ガスの代わりに、Arガスで5
0ppmに希釈したN2 ガスを導入し、他は実験例1−
1と同様にして窒素原子を含有する光反射層を作製し
た。
【0132】(実験例1−3)実験例1−1において、
Arガスで希釈した酸素ガスの代わりに、Arガスで5
0ppmに希釈したCH4 ガスを導入し、他は実験例1
−1と同様にして炭素原子を含有する光反射層を作製し
た。
【0133】(実験例1−4)実験例1−1において、
Arガスで希釈した酸素ガスの代わりに、Arガスで5
0ppmに希釈したNOガス(NO/Arガス)を用
い、Arガス流量20sccm、NO/Arガス20s
ccm、圧力5mTorrとし、他は実験例1−1と同
様にして窒素原子と酸素原子を含有する光反射層を作製
した。
【0134】(実験例1−5)実験例1−1において、
Arガス流量10sccm、CH4 /Arガス流量10
sccm、O2 /Arガス流量5sccm、N2 ガス流
量10sccm、圧力8mTorrの条件とし、他は実
験例1−1と同様にして窒素原子、酸素原子及び炭素原
子を含有する光反射層を作製した。
【0135】(比較実験例1)光反射層の作製中に堆積
室401内へO2 ガスを流さず、他は実験例1−1と同
様な方法により、従来のAgの光反射層を作製した。
【0136】以上のようにして作製した光反射層に対し
て本発明の効果を実証するために次に挙げる4つの評価
試験を行った。
【0137】1.(評価a)結晶粒径のばらつき 2.(評価b)密着性 3.(評価c)結晶粒径の温度依存性 4.(評価d)積層構造での密着性。
【0138】(評価a)結晶粒径のばらつき 光反射層中のAgの結晶粒径のばらつきを調べるため
に、日立製作所製の走査型電子顕微鏡(SEM)S−5
30を用いてその表面を観察し、面積100μm×10
0μmの正方形内のすべての結晶の粒径を測定した。試
料の粒径分布は図5に示すようになり、実験例1−1〜
1−5のほうが比較実験例1よりもはるかに結晶粒径の
ばらつきが小さいことが分かった。また、実験例1−1
〜1−5の試料間での違いはほとんど観られなかった。
【0139】(評価b)密着性 光反射層の密着製を調べるために、図6のような曲げ試
験器を用いて光反射層が作製されたステンレス基板60
1の曲げ試験をおこなった。(条件A)図において、ま
ず光反射層が作製された面601aを右方向に向け、曲
げ棒602の先端にわずかに接触するようにステンレス
基板601の端部をしっかりと固定する。つぎにエアー
シリンダー603に圧縮空気を導入し、曲げ棒の押し出
し速度約1m/s、引き込み速度約1m/s、ストロー
ク3.0cmになるように圧縮空気の圧力を調整した。
通常雰囲気中にて10000回の曲げ試験を行ない、通
常の光学顕微鏡を使用して剥がれた光反射層の面積を算
出した。(条件B)さらに光反射層が作製された面60
1aを左方向に向けて、同様な曲げ試験を行った。結果
を表1に示す。
【0140】表1から明らかなように、実験例1−1〜
1−5の光反射層は、比較実験例1に比べ、密着性が大
きく改善されていることが分かる。
【0141】(評価c)結晶粒径の温度依存性 光反射層中のAg結晶の成長と温度との関係を調べるた
めに図4の装置を用い、光反射層を形成したステンレス
基板の加熱アニーリングを行った。まず光反射層を形成
したステンレス基板を光反射層が下向きになるように加
熱ヒーター403に取り付け、堆積室401内を不図示
の真空ポンプにより排気し、真空計408の読みが約1
×10-6Torrになった時点で、ガス導入バルブ41
2を徐々に開いて、Arガス流量が100sccmとな
るようにマスフローコントローラー411で調整し、堆
積室401内の圧力が8mTorrとなるように、コン
ダクタンスバルブ409の開口を調整した。つぎに加熱
ヒーター403に電力を供給し、ステンレス基板402
が400℃となるように不図示の温度コントローラーで
調整した。加熱アニーリングを3時間施した後にヒータ
ーへの電力供給を止め、堆積室401内の圧力が10T
orrになるようにコンダクタンスバルブ409の開口
を調整し、ステンレス基板402を徐冷した。ステンレ
ス基板402の温度が室温まで下がったところで、コン
ダクタンスバルブ409を閉じ、堆積室401をリーク
し、ステンレス基板を取り出した。
【0142】取り出したステンレス基板を(評価a)で
用いた走査型電子顕微鏡を使用して同様な方法でそれぞ
れの結晶粒径を調べた。その結果、実験例1−1〜1−
5の試料はいずれも図7(a)に示すように、加熱アニ
ーリングによって結晶粒径の変化は観られなかった(平
均粒径0.2μm)。一方、比較実験例1の試料は、図
7(b)に示すように、アニーリングにより結晶粒径が
大きくなることが分かった。
【0143】(評価d)積層構造での密着性 積層構造にした場合の密着性を評価するために、光反射
層の上に酸化亜鉛(ZnO)の光反射増加層を作製し
た。
【0144】まず、図8に示すDCマグネトロンスパッ
タリング装置により、基板上に実験例1−1〜1−5と
比較実験例1と同じ光反射層を作製した。
【0145】実験例1−1と同様な手順に従ってシャッ
ター807を開けて、基板802上にAgの光反射層の
作製を開始し、層厚450nmの光反射層を作製したと
ころでシャッター807を閉じ、DC電源806の出力
を切り、DCグロー放電を止めた。次に、ガス導入バル
ブを閉じ、再び堆積室801内の圧力が1×10-6To
rrになるまで十分に真空排気した。
【0146】次にAgの光反射層の上に酸化亜鉛(Zn
O)の光反射増加層を作製した。図中818は、純度9
9.99%の酸化亜鉛(ZnO)ターゲットであり、絶
縁性支持体805で堆積室801より絶縁されている。
まずガス導入バルブ810を徐々に開いて、Arガス流
量が30sccmとなるようにマスフローコントローラ
ー811を調整し、堆積室801内の圧力が6mTor
rとなるように、コンダクタンスバルブ809の開口を
調整した。その後、DC電源820の電圧を−400V
に設定して、ZnOのターゲット818にDC電力を導
入し、DCグロー放電を生起させた。5分経過した後に
シャッター821を開けて、Agの光反射層の上にZn
Oの光反射増加層の作製を開始し、層厚1.0μmの光
反射増加量を作製したところでシャッター821を閉
じ、DC電源820の出力を切り、DCグロー放電を止
めた。次に、Arガスの流量が100sccmとなるよ
うにマスフローコントローラー811を調整し、コンダ
クタンスバルブ809を閉じて、堆積室801を徐々に
リークし、ZnOの光反射増加量の作製を終えた。
【0147】以上の試料について、(評価b)と同様な
方法で密着性を評価した。結果を表2に示す。
【0148】表2が示すように、実験例1−1〜1−5
の試料は比較実験例1に比べて膜の剥離は少なく、積層
構造とした場合でも高い密着性を示すことが分かった。
【0149】実験例2 電子ビーム(EB)真空蒸着法によって本発明のAgの
光反射層子を作製した。
【0150】まず、図9に示す電子ビーム(EB)真空
蒸着法の製造装置により、基板上に、酸素原子を含有す
る銀(Ag)の光反射層を作製した。
【0151】図中902は実験例1−1で用いたステン
レス基板であり、904は、純度99.999%のEB
蒸着用の銀(Ag)の蒸着源である。図中910、91
2、914、916はガス導入バルブであり、それぞれ
アルゴン(Ar)ボンベ(純度99.999%)、アル
ゴン(Ar)ガスで50ppmに希釈された窒素(N 2
/Ar)ガスボンベ、アルゴン(Ar)ガスで50pp
mに希釈されたメタン(CH4/Ar)ガスボンベ、ア
ルゴン(Ar)ガスで50ppmに希釈された酸素(O
2 /Ar)ガスボンベに接続されている。
【0152】まず、堆積室901内を不図示の真空ポン
プにより排気し、真空計908の読みが約1×10-6
orrになった時点で、ガス導入バルブ916を徐々に
開いて、O2 /Arガス流量が2sccmとなるよう
に、マスフローコントローラー917で調整し、堆積室
901内の圧力が1×10-4Torrとなるように、真
空計908を見ながらコンダクタンスバルブ(バタフラ
イ型)909の開口を調整した。その後、電子銃905
に高電圧を印加し、成膜速度が2.5A/secとなる
ように高電圧電源906の電圧を調整した。5分経過し
た後にシャッター907を開けて、基板902上にAg
の光反射層の作製を開始し、層厚450nmの光反射層
を作製したところでシャッター907を閉じ、高電圧電
源906の出力を切り、EB真空蒸着を終えた。次に、
ガス導入バルブ916を閉じて、堆積室901内へのO
2 /Arガスの流入を止め、ガス導入バルブ910を開
け、Arガスの流量が100sccmとなるようにマス
フローコントローラー911を調整した。
【0153】次に、コンダクタンスバルブ909を閉じ
て、堆積室901を徐々にリークし、酸素原子を含むA
gの光反射層の作製を終えた。
【0154】(比較実験例2)光反射層の作製中に堆積
室901内へO2 /Arガスを流さず、他は実験例2と
同様な方法により、従来の光反射層を作製した。
【0155】以上、真空蒸着法で作製した二つのAgの
光反射層に対して本発明の効果を実証するために実験例
1−1〜1−5と同様な評価試験を行った。
【0156】(評価a)光反射層中のAgの結晶粒径の
ばらつきを図10に示す。図から明らかなように、実験
例2の試料のほうが比較実験例2の試料よりもはるかに
結晶粒径(平均粒径0.1μm)のばらつきが小さいこ
とが分かる。
【0157】(評価b)光反射膜の密着性評価の結果、
条件Aでは実験例2の試料はその表面積の0.3%しか
剥がれなかったのに対して、Ag比較実験例2のそれは
2%であった。
【0158】また、条件Bでは、実験2の試料はその表
面積の0.4%しか剥がれなかったのに対して、比較実
験例のそれは2%であった。
【0159】(評価c)光反射層中のAgの結晶粒径の
温度依存性測定結果を図11に示す。図から明らかなよ
うに、実験例2の試料では、加熱アニーリングによって
結晶粒径の変化はほとんどないが、比較実験例2では結
晶粒径が大きくなっていることが分かった。
【0160】(評価d)積層構造にした場合の密着性を
評価するためにAgの光反射層の上に酸化亜鉛(Zn
O)の光反射増加層を作製した。
【0161】図12に示すEB真空蒸着法とDCマグネ
トロンスパッタリング法を兼ね備える装置を使用し、ま
ず、EB真空蒸着法でステンレス基板上に酸素原子を含
有するAgの光反射層を作製した。図中1202はステ
ンレス基板であり、1204は、純度99.999%の
EB蒸着用の銀(Ag)の蒸着源である。
【0162】図中1210、1212、1214、12
16はガス導入バルブであり、それぞれ図9と同じボン
ベが接続されている(不図示)。手順は実験例2と同様
に堆積室1201内を不図示の真空ポンプにより排気
し、真空計1208読みが約1×10-6Torrになっ
た時点で、ガス導入バルブ1216を徐々に開いて、O
2 /Arガス流量が1sccmとなるように、マスフロ
ーコントローラー1217で調整し、堆積室1201内
の圧力が1×10-4Torrとなるように、真空計12
08を見ながらコンダクタンスバルブ(バタフライ型)
1209の開口を調整した。その後、電子銃1205に
高電圧を印加し、成膜速度が2.5A/secとなるよ
うに高電圧電源1206の電圧を調整した。5分経過し
た後にシャッター1207を開けて、基板1202上に
光反射層の作製を開始し、層厚450nmの光反射層を
作製したところでシャッター1207を閉じ、高電圧電
源1206の出力を切り、EB真空蒸着を終えた。次
に、ガス導入バルブ1216を閉じて、堆積室1201
内への、O2 /Arガスの流入を止め、再び堆積室12
01内の圧力が1×10-6Torrになるまで十分に真
空排気し、酸素原子を含むAgの光反射層の作製を終え
た。
【0163】次にAgの光反射層の上に酸化亜鉛(Zn
O)の光反射増加層を作製した。
【0164】図中1218は、純度99.99%の酸化
亜鉛(ZnO)ターゲットであり、絶縁性支持体121
9で堆積室1201より絶縁されている。まず、Agの
光反射層を作製した基板1202を、ヒーター1203
により350℃に保持し、次にガス導入バルブ1210
を徐々に開いて、Arガス流量が20sccmとなるよ
うにマスフローコントローラー1211を調整し、堆積
室1201内の圧力が5mTorrとなるように、コン
ダクタンスバルブ1209の開口を調整した。その後、
DC電源1220の電圧を−400Vに設定して、Zn
Oのターゲット1218にDC電力を導入し、DCグロ
ー放電を生起させた。
【0165】5分経過した後にシャッター1221を開
けて、Agの光反射層の上にZnOの光反射増加層の作
製を開始し、層厚1.0μmの光反射増加層を作製した
ところでシャッター1221を閉じ、DC電源1220
の出力を切り、DCグロー放電を止めた。次に、Arガ
スの流量が100sccmとなるようにマスフローコン
トローラー1210を調整し、コンダクタンスバルブ1
209を閉じて、堆積室1201を徐々にリークし、Z
nOの光反射増加層の作製を終えた。
【0166】同様にO2 /Arガスを堆積室に流さずに
作製した光反射層Agの上にも上記と同じZnOの光反
射増加量を作製した。
【0167】以上のようにして作製した積層構造の密着
性を前記した方法で評価した。その結果、条件Aでは実
験2の試料はその表面積の0.4%しか剥がれなかった
のに対して、比較実験例のそれは1.5%であった。さ
らに条件Bでは実験例2の試料の剥離面積は0.5%で
あったのに対して、比較実験例2のそれは2.3%であ
った。
【0168】実験例3 (実験例3−1)実験例1−1と同様にして、図4に示
すDCマグネトロンスパッタリング装置により酸素原子
を含有する銅の光反射層を作製した。
【0169】ターゲットを銅(99.999%)に変
え、O2/Arガス流量を5sccm,圧力を8mTo
rrと変えた以外は、実験例1−1と同様の条件で酸素
を含有する銅の光反射層を300nm形成した。
【0170】(実験例3−2)実験例1−1と同様にし
て、図4に示すDCマグネトロンスパッタリング装置に
より窒素原子を含有する銅の光反射層を作製した。
【0171】ターゲットを銅(99.999%)に変
え、N2/Arガス流量を10sccm,圧力を8mT
orrと変えた以外は、実験例1−1と同様の条件で窒
素を含有する銅の光反射層を300nm形成した。
【0172】(実験例3−3)実験例1−1と同様にし
て、図4に示すDCマグネトロンスパッタリング装置に
より炭素原子を含有する銅の光反射層を作製した。
【0173】ターゲットを銅(99.999%)に変
え、CH4/Arガス流量を10sccm,圧力を8m
Torrと変えた以外は、実験例1−1と同様の条件で
炭素を含有する銅の光反射層を300nm形成した。
【0174】(比較実験例3)光反射層の作製中に堆積
室401内へ,O2/Arガスを流さず、Arガスを3
5sccm流入させ、他は実験例3−1と同様にして従
来の光反射層を作製した。
【0175】以上スパッタリング法で作製した実験例3
−1〜3−3及び比較実験例3の光反射層について、本
発明の効果を実証するために実験例1と同様な評価を行
った。
【0176】(評価a)光反射層中のCuの結晶粒径の
ばらつきを実験例1と同様にして調べたところ図5と同
様に、実験例3−1〜3−3の試料のほうが比較実験例
3の試料よりもはるかに結晶粒径のばらつきが小さいこ
とが分かった。
【0177】(評価b)光反射膜の密着性評価の結果、
実験例3−1の膜剥離面積は比較実験例3の1/4(条
件A),1/5(条件B)となった。または実験例3−
2の試料については、1/6(条件A,B)、実験例3
−3の試料では1/5(条件A),1/6(条件B)と
なり、実験例3の光反射層が従来の反射層に比べ高い密
着性を示すことがわかった。
【0178】(評価c)光反射層中のCuの結晶粒径の
温度依存性を実験例1と同様にして測定したところ、図
7と同様な結果となり、実験例3−1〜3−3の試料で
は、加熱アニーリングによって結晶粒径の変化はほとん
どないが、比較実験例3では結晶粒径が大きくなってい
ることが分かった。
【0179】(評価d)積層構造にした場合の密着性を
評価するためにCuの光反射層の上に酸化亜鉛(Zn
O)の光反射増加層を作製した。
【0180】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ装置を使用し、基板温度を350℃とした以外は実験
例3−1〜3−3及び比較実験例3と同条件で銅の光反
射層を300nm形成した後、それぞれの光反射増加層
1.0μm形成した。
【0181】光反射増加層の形成は、純度99.99%
のZnOターゲット818を用い、基板温度を350
℃、Arガス流量を25sccm、堆積室801内の圧
力を5mTorrとし、ZnOのターゲット818に−
400VのDC電力を導入し、DCグロー放電を生起さ
せて行った。
【0182】以上の試料について、(評価b)と同様な
方法で密着性を評価したところ、実験例3−1の試料の
膜剥離面積は比較実験例3の試料に対し、条件A及びB
の評価方法とも1/5であった。また、実験例3ー2の
試料は,1/6(条件A),1/7(条件B)、実験例
3−3の試料は,1/6(条件A,B)となり、本実験
例の光反射層は従来の光反射層に比べ、積層構造とした
場合でも高い密着性を示すことが分かった。
【0183】実験例4 (実験例4−1)電子ビーム(EB)真空蒸着法によっ
て本発明のCuの光反射層子を作製した。作製には図9
に示す電子ビーム(EB)真空蒸着法の製造装置を用
い、ステンレス基板上に、酸素原子を含有する銅(C
u)の光反射層を作製した。
【0184】純度99.999%のEB蒸着用の銅(C
u)の蒸着源を用い、O2 /Arガス流量を1sccm
とし、他は実験例2と同様にして酸素を含有するCuの
光反射層を300nm形成した。
【0185】(実験例4−2)図9に示す電子ビーム
(EB)真空蒸着法の製造装置を用い、ステンレス基板
上に、窒素原子を含有する銅(Cu)の光反射層を作製
した。
【0186】純度99.999%のEB蒸着用の銅(C
u)の蒸着源を用い、N2 /Arガス流量を2sccm
とし、他は実験例4−1と同様にして窒素を含有するC
uの光反射層を300nm形成した。
【0187】(実験例4−3)図9に示す電子ビーム
(EB)真空蒸着法の製造装置を用い、ステンレス基板
上に、炭素原子を含有する銅(Cu)の光反射層を作製
した。
【0188】純度99.999%のEB蒸着用の銅(C
u)の蒸着源を用い、CH4/Arガス流量を2scc
mとし、他は実験例4−1と同様にして炭素を含有する
Cuの光反射層を300nm形成した。
【0189】(比較実験例4)光反射層の作製中に堆積
室901内へO2 /Arガスを流さずに、他は実験例4
−1と同様な方法により、従来の光反射層を作製した。
【0190】以上、真空蒸着法で作製した二つのCuの
光反射層に対して本発明の効果を実証するために実験例
1と同様な評価試験を行った。
【0191】(評価a)光反射層中のCuの結晶粒径の
ばらつきを調べたところ、図10と同様な結果が得ら
れ、実験例4−1〜4−3の試料のほうが比較実験例4
の試料よりもはるかに結晶粒径のばらつきが小さいこと
が分かった。
【0192】(評価b)光反射膜の密着性評価の結果、
実験例4−1の試料の剥離した面積は、比較実験例4の
試料に比べ1/4(条件A,B)であった。また、実験
例4−2の試料は1/6(条件A),1/7(条件
B)、実験例4−3の試料は,1/5(条件A、B)で
あり、本実験例の光反射膜が優れた密着性を示すことが
分かった。
【0193】(評価c)光反射層中のCuの結晶粒径の
温度依存性を調べたところ、図11と同様な結果とな
り、実験例4−1〜4−3の試料では、加熱アニーリン
グによって結晶粒径の変化はほとんどないが、比較実験
例4では結晶粒径が大きくなっていることが分かった。
【0194】(評価d)積層構造にした場合の光反射膜
の密着性を評価するためにCuの光反射層の上に酸化亜
鉛(ZnO)の光反射増加層を作製した。
【0195】積層膜の作製には図12に示すEB真空蒸
着法とDCマグネトロンスパッタリング法を兼ね備える
装置を使用した。まず、実験例4−1〜4−3で述べた
光反射膜と同じ条件で酸素原子、窒素原子または炭素原
子を含有するCuの光反射層を300nm形成し、続い
て実験例3の(評価d)で形成したZnOと同条件で光
反射増加層1μmを作製した。
【0196】以上のようにして作製した積層構造の密着
性を前記した方法で評価した。その結果、実験4−1の
試料の膜剥離面積は比較実験例4の膜剥離面積の1/4
(条件A,B)、実験例4−2は1/7(条件A),1
/8(条件B)、実験例4−3は1/6(条件A,B)
となり、本実験例の光反射膜は積層構造でも優れた密着
性を示した。
【0197】実験例5 図4のDCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、
鉛、鉛及び金、鉛及び第1遷移金属を含有する銀の光反
射層を作製した。
【0198】ターゲットとして、純度99.999%の
銀に、鉛原子を20ppm含有させたもの(実験例5−
1)、鉛原子と金原子を20ppm含有させたもの(実
験例5−2)、鉛原子と金原子と第1遷移金属原子
(鉄、クロム、ニッケルのいずれか)を20ppm含有
させたもの(実験例5ー3−1〜5−3−3)を用い、
スパッタリングガスとしてArガスだけを40sccm
流し、圧力を5mTorrとした以外は、実験例1と同
条件で光反射膜を300nm作製した。
【0199】(比較実験例5)比較のために、ターゲッ
トとして含有原子のない99,999%Agを用い、他
は実験例5と同様にして光反射層を作製した。
【0200】得られた試料について、実験例1と同様な
評価を行った。結果を表3に示す。
【0201】(評価a)光反射層中のAgの結晶粒径の
ばらつきを実験例1と同様にして調べたところ図5と同
様な結果となり、また表3に示す粒径分布の半値幅から
本実験例の試料のほうがいずれも比較実験例5の試料よ
りも結晶粒径のばらつきが小さいことが分かった。
【0202】(評価b)表3の光反射膜の条件Aでの密
着性評価の結果から明らかなように、本実験例の膜剥離
面積は比較実験例5と比べはるかに小さく、本実験例の
光反射層が従来の反射層に比べ高い密着性を示すことが
わかった。
【0203】(評価c)光反射層中のAgの結晶粒径の
温度依存性を実験例1と同様にして測定したところ、表
3に示すように、比較実験例3では加熱アニーリングに
よって結晶粒径が増加したのに対し、本実験例の試料で
はいずれも結晶粒径の変化はほとんどないことが分かっ
た。
【0204】(評価d)積層構造にした場合の密着性を
評価するためにAgの光反射層の上に酸化亜鉛(Zn
O)の光反射増加層を作製し、評価bと同様な試験を行
った。
【0205】試料は、図8のDCスパッタリング装置に
より、実験例5−1〜5−3−3及び比較実験例5と同
条件で光反射層を300nm作製し、続いて、2μmの
ZnO光反射層を作製した。本実験例ではO2/Arガ
スボンベの代わりにO2ボンベを取り付けた。
【0206】光反射増加層の形成は、純度99.99%
のZnOターゲット818を用い、基板温度を350
℃、Arガス流量を25sccm、O2ガスを0.2s
ccm、堆積室801内の圧力を5mTorrとし、Z
nOのターゲット818に−450VのDC電力を導入
し、DCグロー放電を生起させて行った。
【0207】評価結果は、表3に示すとおり、本実験例
の光反射膜は積層構造としても極めて高い密着性を示す
ことが分かった。
【0208】実験例6 図9のEB加熱真空蒸着装置を用いて、鉛、鉛及び金、
鉛及び第1遷移金属を含有する銀の光反射層を作製し
た。
【0209】蒸着源として、純度99.999%の銀
に、鉛原子を20ppm含有させたもの(実験例6−
1)、鉛原子と金原子を20ppm含有させたもの(実
験例6−2)、鉛原子と金原子と第1遷移金属原子
(鉄、クロム、ニッケルのいずれか)を20ppm含有
させたもの(実験例6ー3−1〜6−3−3)を用い、
成膜速度2.5A/secで、光反射層300nmを形
成した。
【0210】(比較実験例6)比較のために、蒸着源と
して含有原子のない99,999%Agを用い、他は実
験例6と同様にして光反射層を作製した。
【0211】得られた試料について、実験例1と同様な
評価を行った。結果を表4に示す。
【0212】(評価a)光反射層中のAgの結晶粒径の
ばらつきを実験例1と同様にして調べたところ図10と
同様な結果となり、また表4に示す粒径分布の半値幅か
ら、本実験例の試料のいずれも比較実験例6の試料より
も結晶粒径のばらつきが小さいことが分かった。
【0213】(評価b)表4の光反射膜の条件Aでの密
着性評価の結果から明らかなように、本実験例の膜剥離
面積は比較実験例6と比べはるかに小さく、本実験例の
光反射層が従来の反射層に比べ高い密着性を示すことが
わかった。
【0214】(評価c)光反射層中のAgの結晶粒径の
温度依存性を実験例1と同様にして測定したところ、表
4に示すように、本実験例の試料ではいずれも、加熱ア
ニーリングによって結晶粒径の変化はほとんどないが、
比較実験例6では結晶粒径が大きくなっていることが分
かった。
【0215】(評価d)積層構造にした場合の密着性を
評価するためにAgの光反射層の上に酸化亜鉛(Zn
O)の光反射増加層を作製し、評価bと同様な試験を行
った。
【0216】試料は、図12の装置を用いて、まずEB
真空蒸着により実験例6−1〜6−3−3及び比較実験
例6と同条件で光反射層を300nm作製し、続いて、
スパッタリング法により1μmのZnO光反射層を作製
した。
【0217】光反射増加層の形成は、純度99.99%
のZnOターゲット818を用い、基板温度を350
℃、Arガス流量を25sccm、堆積室801内の圧
力を5mTorrとし、ZnOのターゲット818に−
450VのDC電力を導入し、DCグロー放電を生起さ
せて行った。
【0218】評価結果は、表4に示すとおり、本実験例
の光反射膜は積層構造としても極めて高い密着性を示す
ことが分かった。
【0219】
【実施例】以下実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明
するが、本発明はこれら実施例によって限定されるもの
ではない。
【0220】実施例1及び比較例1 (実施例1)DCマグネトロンスパッタリング法及びマ
イクロ波(μW)グロー放電分解法によって図1に示し
た構成の光起電力素子を作製した。
【0221】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ法の製造装置により、50mm角、厚さ0.2mmの
鏡面研磨されたステンレス(SUS430)製基板上
に、実験例1−1と同様に酸素原子を含有するAgの光
反射層を450nm、及び光反射増加層を1μm作製し
た。
【0222】次に、図13に示す原料ガス供給装置13
20と堆積装置1300からなるμWグロー放電分解法
による製造装置により、光反射増加層上に非単結晶シリ
コン系半導体層を作製した。
【0223】図中の1371〜1376のガスボンベに
は、本発明の非単結晶シリコン系半導体層を作製するた
めの原料ガスが密封されており、1371はSiH4
ス(純度99.999%)ボンベ、1372はH2 ガス
(純度99.9999%)ボンベ、1373はH2 ガス
で10%に希釈されたPH3 ガス(純度99.99%、
以下「PH3 /H2 」と略記する)ボンベ、1374は
2 ガスで10%に希釈されたB2 6 ガス(純度9
9.99%、以下「B2 6 /H2 」と略記する)ボン
ベ、1375はCH4 ガス(純度99.9999%)ボ
ンベ、1376はGeH4 ガス(純度99.99%)ボ
ンベである。また、あらかじめ、ガスボンベ1371〜
1376を取り付ける際に、各々のガスを、バルブ13
51〜1356から流入バルブ1331〜1336のガ
ス配管内に導入してある。
【0224】図中1304は、前述した方法により、光
反射層及び光反射増加層を作製した基板である。
【0225】まず、ガスボンベ1371よりSiH4
ス、ガスボンベ1372よりH2 ガス、ガスボンベ13
73よりPH3 /H2 ガス、ガスボンベ1374よりB
2 6 /H2 ガス、ガスボンベ1375よりCH4
ス、ガスボンベ1376よりGeH4 ガスを、バルブ1
351〜1356を開けて導入し、圧力調整器1361
〜1366により各ガス圧力を約2Kg/cm2 に調整
した。
【0226】次に、流入バルブ1331〜1336、堆
積室1301のリークバルブ1309が閉じられている
ことを確認し、また、流出バルブ1341〜1346、
補助バルブ1308が開かれていることを確認して、コ
ンダクタンス(バタフライ型)バルブ1307を全開に
して、不図示の真空ポンプにより堆積室1301及びガ
ス配管内を排気し、真空計1306の読みが約1×10
-4Torrになった時点で流出バルブ1341〜134
6を閉じた。
【0227】次に、流入バルブ1331〜1336を徐
々に開けて、各々のガスをマスフローコントローラー1
321〜1326内に導入した。
【0228】以上のようにして成膜の準備が完了した
後、基板1304上に、n型層、i型層、p型層の成膜
を行なった。
【0229】n型層を作製するには、基板1304を加
熱ヒーター1305により350℃に加熱し、流出バル
ブ1341〜1343を徐々に開いて、SiH4 ガス、
2ガス、PH3 /H2 ガス流量がそれぞれ30scc
m、100sccm、6sccmとなるように各々のマ
スフローコントローラー1321〜1323で調整し
た。堆積室1301内の圧力は、10mTorrとなる
ように真空計1306を見ながらコンダクタンスバルブ
1307の開口を調整した。その後、不図示のμW電源
の電力を50mW/cm3 に設定し、不図示の導波管、
導波部1310及び誘電体窓1302を通じて堆積室1
301内にμW電力を導入し、μWグロー放電を生起さ
せ、光反射増加層上にn型層の作製を開始し、層厚10
nmのn型層を作製したところでμWグロー放電を止
め、流出バルブ1341〜1343及び補助バルブ13
08を閉じて、堆積室1301内へのガス流入を止め、
n型層の作製を終えた。
【0230】次に、i型層を作製するには、基板130
4を加熱ヒーター1305により350℃に加熱し、流
出バルブ1341,1342を徐々に開いて、SiH4
ガス、H2 ガスをガス導入管1303を通じて堆積室1
301内に流入させた。この時、SiH4 ガス流量が、
100sccm、H2 ガス流量が200sccmとなる
ように各々のマスフローコントローラー1321,13
22で調整した。堆積室1301内の圧力は、5mTo
rrとなるように真空計1306を見ながらコンダクタ
ンスバルブ1307の開口を調整した。次に、バイアス
電源の高周波(RF)バイアスを100mW/cm3
直流バイアスを基板1304に対して75Vに設定し、
バイアス棒1312に印加した。その後、不図示のμW
電源の電力を100mW/cm3 に設定し、不図示の導
波管、導波部1310及び誘電体窓1302を通じて堆
積室1301内にμW電力を導入し、μWグロー放電を
生起させ、n型層上にi型層の作製を開始し、層厚40
0nmのi型層を作製したところでμWグロー放電を止
め、バイアス電源1311の出力を切り、i型層の作製
を終えた。
【0231】p型層を作製するには、基板1304を加
熱ヒーター1305により300℃に加熱し、流出バル
ブ1344を徐々に開いて、SiH4 ガス、H2 ガス、
26 /H2 ガスをガス導入管1303を通じて堆積
室1301内に流入させた。この時、SiH4 ガス流量
が10sccm、H2 ガス流量が100sccm、B 2
6 /H2 ガス流量が5sccmとなるように各々のマ
スフローコントローラー1321、1322、1324
で調整した。堆積室1301内の圧力は、20mTor
rとなるように真空計1306を見ながらコンダクタン
スバルブ1007の開口を調整した。その後、μW電源
の電力を400mW/cm3 に設定し、不図示の導波
管、導波部1310及び誘電体窓1302を通じて堆積
室1301内にμW電力を導入し、μWグロー放電を生
起させ、i型層上にp型層の作製を開始し、層厚5nm
のp型層を作製したところでμWグロー放電を止め、流
出バルブ1341、1342、1344及び補助バルブ
1308を閉じて、堆積室1301内へのガス流入を止
め、p型層の作製を終えた。
【0232】それぞれの層を作製する際に、必要なガス
以外の流出バルブ1341〜1346は完全に閉じられ
ていることは言うまでもなく、また、それぞれのガスが
堆積室1301内、流出バルブ1341〜1346から
堆積室1301に至る配管内に残留することを避けるた
めに、流出バルブ1341〜1346を閉じ、補助バル
ブ1308を開き、さらにコンダクタンスバルブ130
7を全開にして、系内を一旦高真空を排気する操作を必
要に応じて行う。
【0233】次に、p型層上に、透明電極として、IT
O(In2 3 +SnO2 )を真空蒸着にて80nm蒸
着し、集電電極としてCrを真空蒸着にて1μm蒸着
し、光起電力素子を作製した(素子実1)。以上の、光
起電力素子の作製条件を表5に示す。
【0234】(比較例1)実施例1と同様に方法によ
り、従来の光起電力素子を作製した。
【0235】まず、図8示すDCマグネトロンスパッタ
リング法の製造装置により、基板上に、比較実験1と同
様の方法で酸素原子を含有していないAg光反射層を4
50nmに作製した。
【0236】次に、実施例1と同じ作製条件で、光反射
層上に、光反射増加層、n型層、i型層、p型層、透明
電極、集電電極を作製して光起電力素子を作製した(素
子比1)。
【0237】以上作製した実施例1及び比較例1の光起
電力素子について、本発明の効果を実証するために、次
に挙げる3つの評価を行った。
【0238】1.(A)初期特性 2.(B)特性の密着性依存 3.(C)特性の環境変化依存性。 (A)初期特性 光起電力素子及びの太陽電池特性の初期特性を調べるた
めに前記光起電力素子を、AM−1.5 (100mW/c
2 )光照射下に設置して、V−1特性を測定すること
により得られる光電変換効率により評価した。結果を表
6に示す。
【0239】表6が示すようにより、比較例1の光起電
力素子に対して実施例1の光起電力素子は光電変換効率
が1.04倍大きく、本発明の酸素原子を含有する光反
射層を用いた光起電力素子が従来の光反射層を用いた光
起電力素子に比べて優れた特性を示すことが実証され
た。
【0240】(B)特性の密着性依存 光起電力素子の太陽電池特性の密着性に対する依存性を
調べるためち、実験例と同様にして、図6のような曲げ
試験器を用いて光起電力素子が堆積されたステンレス基
板の601の曲げ試験をおこなった。
【0241】特性については前述したように光電変換効
率の測定を行い、次に光起電力素子が堆積された面60
1aを右方向に向け、曲げ棒602の先端にわずかに接
触するようにステンレス基板601の端部をしっかりと
固定し、次にエアーシリンダー603に圧縮空気を導入
し、曲げ棒の押し出し速度約1m/s、引き込み速度約
1m/s、ストローク3.0cmになるように圧縮空気
の圧力を調整し、通常雰囲気中にて10000回の曲げ
試験を行った後、再びAM−1.5光照射下において、
光電変換効率を測定した。測定結果を表6にまとめた。
【0242】この結果より、比較例1の光起電力素子に
対して実施例1の光起電力素子の光電変換効率が1.0
5倍おおきく、本発明の酸素原子を含有する光反射層を
用いた光起電力素子が従来の光起電力素子をに比べて優
れた耐久性を示すことが実証された。
【0243】(C)特性の環境変化依存性 実施例1及び比較例1で作製した光起電力素子を、温度
85℃での相対温度85%の暗所に放置し、温度85℃
で4時間、温度−40℃で30分のヒートサイクルを3
0回繰り返し、光電変換効率の変化を調べた。結果を表
6に示す。
【0244】表6から明らかなように、実施例1の光起
電力素子では、ヒートサイクルによる光電変換効率の低
下は抑えられ、耐環境性は比較例1の光起電力素子に対
して、1.08倍優れていることが分かった。
【0245】以上の評価試験により、本発明の酸素原子
を含有する光反射層を用いた光起電力素子が、従来の光
起電力素子に対して、優れた耐環境特性を有することが
判明し、本発明の効果が実証された。
【0246】実施例2及び3 (実施例2)図8のDCマグネトロンスパッタリング装
置を用い、実験例1−4と同様にして、SUS基板上
に、0.3μmの窒素及び酸素原子を含有した光反射層
を形成し、他は実施例1と同様にして光起電力素子を作
製した。得られた光起電力素子を実施例1と同様な評価
を行った。結果を表7に示す。
【0247】(実施例3)図8のDCマグネトロンスパ
ッタリング装置を用い、実験例1−5と同様にしてSU
S基板上に0.3μmの酸素、窒素及び炭素を含む光反
射層を作製し、他は実施例1と同様にして、光起電力素
子を作製した。この素子についての評価結果を表7に示
す。
【0248】表7から明らかなように、実施例2及び3
の光起電力素子は、比較例1の素子に比べ、初期特性の
みならず耐久性、耐環境性においても優れていることが
分かる。また、実施例1との比較により、Ag中の添加
物は2種以上添加した方がより高い特性が得られること
が分かった。
【0249】実施例4〜6及び比較例2 (実施例4)DCマグネトロンスパッタリング法及び高
周波(RF)グロー放電分解法によって本発明の光起電
力素子を作製した。
【0250】まず、実施例1と同じ作製条件で、図8の
DCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、基板上
に酸素原子を含むAgの光反射層を450nm、及び光
反射増加層を1μm作製した。
【0251】次に、図14に示す原料ガス供給装置13
20と堆積装置1400からなるRFグロー放電分解法
による製造装置により、光反射増加層上に非単結晶シリ
コン系半導体層を作製した。
【0252】図中1404は、前述した光反射増加層及
び光反射層を作製した基板である。図中、ガスボンベ1
371〜1376の各ガスボンベには、実施例1と同じ
原料ガスが密封されており、実施例1と同様の操作手順
により各ガスをマスフローコントローラー1321〜1
326内に導入した。
【0253】以上のようにして成膜の準備が完了した
後、基板1404上にn型層、i型層、p型層の成膜を
行なった。
【0254】n型層を作製するには、基板1404を加
熱ヒーター1405により300℃に加熱し、流出バル
ブ1341〜1343及び補助バルブ1408を除々に
開いて、SiH4 ガス、H2 ガス、PH3 /ガスをガス
導入管1403を通じて堆積室1401内に流入させ
た。この時、SiH4 ガス流量が2sccm、H2 ガス
流量が20sccm、PH3 /H2 ガス流量が1scc
mとなるように各々のマスフローコントローラー132
1〜1323で調整した。堆積室1401内の圧力は、
1Torrとなるように真空計1406を見ながらコン
ダクタンスバルブ1407の開口を調整した。その後、
不図示のRF電源の電力を5mW/cm3に設定し、R
Fマッチングボックス1412を通じてカソード140
2にRF電力を導入し、RFグロー放電を生起サセ、光
反射増加層上にn型層の作製を開始し、層厚10nmの
n型層を作製したことろでRFグロー放電を止め、流出
バルブ1341〜1343を閉じて、堆積室1401内
へのガス流入を止め、n型層の作製を終えた。
【0255】次に、i型層を作製するには、基板140
4を加熱ヒーター1405により300℃に加熱し、流
出バルブ1341,1342を除々に開いて、SiH4
ガス、H2 ガスをガス導入管1403を通じて堆積室1
401内に流入させた。この時、SiH4 ガス流量が2
sccm、H2 ガス流量が20sccmとなるように各
々のマスフローコントローラー1321,1322で調
整した。堆積室1041内の圧力は、1Torrとなる
ように真空計1406を見ながらコンダクタンスバルブ
1407の開口を調整した。その後、不図示のRF電源
の電力を5mW/cm3 に設定し、RFマッチングボッ
クス1412を通じてカソード1402にRF電力を導
入し、RFグロー放電を生起させ、p型層上にi型層の
作製を開始し、層厚400μmのi型層を作製したこと
ろでRFグロー放電を止め、i型層の作製を終えた。
【0256】次にp型層を作製するには、基板1404
を加熱ヒーター1405により250℃に加熱し、流出
バルブ1344を除々に開いて、SiH4 ガス、H2
ス、B2 6 /H2 ガスをガス導入管1403を通じて
堆積室1401内に流入させた。この時、SiH4 ガス
流量が2sccm、H2 ガス流量が50sccm、B 2
6 /H2 ガス流量が1sccmとなるように各々のマ
スフローコントローラー1321,1322,1324
で調整した。堆積室1401内の圧力は、1Torrと
なるように真空計1406を見ながらコンダクタンスバ
ルブ1407の開口を調整した。その後、不図示のRF
電源の電力を200mW/cm3 に設定し、RFマッチ
ングボックス1412を通じてカソード1402にRF
電力を導入し、RFグロー放電を生起させ、i型層上に
p型層の作製を開始し、層厚5nmのp型層を作製した
したろでRFグロー放電を止め、流出バルブ1341,
1342,1344及び補助バルブ1408をとじて、
堆積室1401内へのガス流入を止め、p型層の作製を
終えた。
【0257】それぞれの層を作製する際に、必要なガス
以外の流出バルブ1341〜1346は完全に閉じられ
ていることは言うまでもなく、また、それぞれのガスが
堆積室1401内、流出バルブ1341〜1346から
堆積室1401に至る配管内に残留することを避けるた
めに、流出バルブ1341〜1346を閉じ、補助バル
ブ1408を開き、さらにコンダクタンスバルブ140
7を全開にして、系内を一旦高真空に排気する操作を必
要に応じて行う。
【0258】次に、p型層上に、透明電極として、IT
O(In2 3 +SnO2 )を真空蒸着にて80nm蒸
着し、集電電極としてCrを真空蒸着にて1μm蒸着
し、光起電力素子を作製した(素子実4)。以上の、光
起電力素子の作製条件を表8に示す。
【0259】(比較例2)比較例1と同様な方法により
光反射層を形成し、その後実施例4と同様にして光反射
増加層、半導体層、透明電極、集電電極を形成し、従来
の光起電力素子を作製した。
【0260】まず、図8に示すDCマグネトロンスパッ
タリング装置により、基板上に比較実験例1同様な方法
で酸素原子を含有しないAg光反射層を450nm作製
した。続いて、実施例5と同じ作製条件で、光反射層上
に光反射増加層、n型層,i型層、p型層、透明電極、
集電電極を形成し、光起電力素子を作製した(素子比
2)。
【0261】(実施例5)実施例2と同様にしてSUS
基板上に光反射層及び光反射増加層を形成し、その後実
施例4と同様にして光起電力素子を作製した(素子実
5)。
【0262】(実施例6)実施例3と同様にしてSUS
基板上に光反射層及び光反射増加層を形成し、その後実
施例4と同様にして光起電力素子を作製した(素子実
6)。
【0263】実施例4〜6及び比較例2で作製した光起
電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を実証す
るために、実施例1と同様な評価試験を行った。結果を
表9に示す。
【0264】表9から明らかなように、実施例4〜6の
光起電力素子は、比較例2の素子に比べ、初期特性のみ
らず耐久性、耐環境性が大きく改善されることが分かっ
た。実施例7 実施例1と同様に、図8に示すDCマグネトロンスパッ
タリング法の製造装置により、基板上に実施例1と同様
の方法で堆積室801に導入するO2 ガスの流量を、A
rガス流量に対して1ppm〜10000ppmまで変
化させて、酸素原子の含有量の異なるAgの光反射層を
450nm作製した。本実施例では、O 2/Arガスボ
ンベとして50ppm希釈と1%希釈のO2ガスを用い
た。
【0265】次にそれぞれの光反射層の堆積した基板に
ついて、その一部を用いて二次イオン質量分析(SIM
S)を行いAgの光反射層中の酸素量を測定した。
【0266】この結果作製された光反射層に含まれる酸
素原子の量は0.05ppmから1%であることがわか
った。
【0267】次に、実施例1と同様に、図8に示すDC
マグネトロンスパッタリング法の製造装置によりそれぞ
れの量の酸素原子を含む光反射層上に、層厚1μmの光
反射増加層を堆積し、さらに光反射増加層層上に図13
に示すμWグロー放電分解法による製造装置により、光
反射増加上に非単結晶シリコン系半導体層、透明電極、
集電電極を積層し、光起電力素子を作製した。これら光
起電力素子の太陽電池特性について、実施例1と同様な
評価試験を行った。結果を表10に示す。
【0268】表10から明らかなように、光反射層に含
まれる酸素原子の量が0.1ppmから1000ppm
の範囲内にあるときの光起電力素子は、酸素原子の量
が、0.1ppm以下または1000ppm以上の光起
電力素子に対して、光電変換特性の初期特性で1.03
倍以上大きく、また密着性試験後及び環境試験後で1.
04倍以上大きくなり、酸素原子を0.1ppmから1
000ppm含有する光反射層を用いることにより、よ
り一層高い効果が得られることが分かった。
【0269】(実施例8)実施例2と同様に、図8に示
すDCマグネトロンスパッタリング法の製造装置によ
り、基板上に、実施例2と同様の方法で堆積室801に
導入するNOガスの流量を、Arガス流量に対して0.
5〜300sccmまで変化させて、酸素及び窒素原子
の含有流量の異なるAgの光反射層を300nm作製し
た。次にそれぞれの光反射層の堆積した基板について、
その一部を用いて二次イオン質量分析(SIMS)を行
い、Agの光反射層中の酸素及び窒素原子含有量を測定
した。
【0270】更に、実施例2と同様に、図8に示すDC
マグネトロンスパッタリング法の製造装置によりそれぞ
れの量の酸素及び窒素原子を含む光反射層上に、層厚1
μmの光反射増加層を堆積し、さらに光反射増加層上に
図13に示すμWグロー放電分解法による製造装置によ
り、光反射増加上に非単結晶シリコン系半導体層、透明
電極、集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素
子実8−1〜8−9)。こられ光起電力素子の太陽電池
特性について、実施例1と同様な評価試験を行った。光
反射層中の酸素および窒素含有量(全量)と光電変換効
率の関係を表11に示す。
【0271】表11から明らかなように、光反射層に含
まれる酸素と窒素の全量が0.1ppmから1000p
pmの範囲内にあるときの光起電力素子は、前記酸素及
び窒素原子の総量が、0.1ppm以下または1000
ppm以上の光起電力素子に対して、光電変換特性の初
期特性で1.03倍以上大きく、また密着性試験及び環
境試験後で、1.05倍以上大きくなり、酸素及び窒素
原子の全量で0.1ppmから1000ppm含有する
光反射層を用いることにより、より一層高い効果が得ら
れることが分かった。
【0272】実施例9 実施例3と同様に、図8に示すDCマグネトロンスパッ
タリング法の製造装置により、基板上に、実施例3と同
様の方法で堆積室801に導入するメタンガス、酸素ガ
ス及び窒素ガスの流量を変えて、炭素、酸素及び窒素原
子の含有量の異なるAgの反射層を300nm作製し
た。この際、メタンガスボンベ、酸素ガスボンベ及び窒
素ガスボンベには、Arガスで1ppmに希釈したもの
と1%に希釈したものを用意した。
【0273】次にそれぞれの光反射層の堆積した基板に
ついて、その一部を用いて二次イオン質量分析(SIM
S)を行いAgの光反射層中の酸素、炭素及び窒素原子
含有量を測定した。
【0274】更に、実施例3と同様に、図8に示すDC
マグネトロンスパッタリング法の製造装置によりそれぞ
れの量の酸素、窒素及び炭素原子を含む光反射層上に、
層厚1μmの光反射増加層を堆積し、さらに光反射増加
層上に図13に示すμWグロー放電分解法による製造装
置により、光反射増加層上に非単結晶シリコン系半導体
層、透明電極集電電極を積層し、光起電力素子を作製し
た(素子実9−1〜9−7)。これら光起電力素子の太
陽電池特性につてい、実施例1と同様な評価試験を行っ
た。光反射層中の酸素、窒素及び炭素含有量と光電変換
効率の関係を表12に示す。
【0275】表12から明らかなように、光反射層に含
まれる酸素原子の量が0.1ppmから1000ppm
の範囲内にあるときの光起電力素子は、前記酸素原子の
量が0.1ppm以下または1000ppm以上の光起
電力素子に対して、光電変換特性の初期特性で1.13
倍以上大きく、また密着性試験後及び環境試験後で1.
12倍以上大きくなり、酸素、炭素及び窒素原子を全量
で0.1ppmから1000ppm含有する光反射層を
用いることにより、より一層高い効果か得られることが
分かった。
【0276】実施例10〜12及び比較例3 (実施例10)基板に、50mm角、厚さ1mmのバリ
ウムほう珪酸ガラス(コーニング(株)製7059)を
用い、基板上に透明電極として1TOを80nm作製し
た後、表13の条件を用いて、第1のp型層、第1のi
型層、第1のn型層、第2のp型層、第2のi型層、第
2のn型層を作製し、実施例1の方法で、光反射増加
層、及び酸素原子を含有するAgの光反射層を作製して
図2に示す光起電力素子を作製した(素子実10)。
【0277】(比較例3)実施例10と同様に、基板上
に透明電極としてITOを80mm作製した後、表13
の条件を用いて、第1のp型層、第1のi型層、第1の
n型層、第2のp型層、第2のi型層電第2のn型層を
作製し、比較例1と同様に光反射増加層、及び酸素原子
を含有しない光反射層を作製して光起電力素子を作製し
た(素子比3)。
【0278】(実施例11)実施例10と同様にして、
バリウムほう珪酸ガラス基板に、透明電極、第1のp型
層、第1のi型層、第1のn型層、第2のp型層、第2
のi型層、第2のn型層、光反射増加層を、作製し、続
いて実施例2と同様にして酸素原子及び窒素原子を含有
するAgの光反射層を作製して図2に示す光起電力素子
を作製した(素子実11)。
【0279】(実施例12)実施例10と同様にして、
バリウムほう珪酸ガラス基板に、透明電極、第1のp型
層、第1のi型層、第1のn型層、第2のp型層、第2
のi型層、第2のn型層、光反射増加層を、作製し、続
いて実施例3と同様にして酸素原子、窒素原子及び炭素
原子を含有するAgの光反射層を作製して図2に示す光
起電力素子を作製した(素子実12)。
【0280】以上の実施例10〜12及び比較例3で作
製した光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効
果を実証するために、実施例1と同様な評価試験を行
い、結果を表14にまとめた。
【0281】表14から明らかなように、実施例10〜
12の光起電力素子は、比較例3の素子に比べ、初期特
性のみならず耐久性、耐環境性が大きく改善されること
が分かった。
【0282】実施例13〜15及び比較例4 (実施例13)DCマグネトロンスパッタリング法及び
μWグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を
作製した。
【0283】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ装置によりステンレス基板上に、実施例1と同様に、
酸素原子を含有する層厚450nmのAgの光反射層、
光反射増加層を作製し、次に、図13に示すμWグロー
放電分解法による製造装置で表15の条件を用い、光反
射層上に非単結晶シリコン系半導体層を第1のn型層、
第1のi型層、第1のp型層、第2のn型層、第2のi
型層、第2のp型層、第3のn型層、第3のi型層、第
3のp型層からなる構成で積層し、更に透明電極、集電
電極を積層し、トリプル型の光起電力素子を作製した
(素子実13)。
【0284】(実施例14)図8に示すようにDCマグ
ネトロンスパッタリング装置によりステンレス基板上
に、実施例2と同様に、酸素と窒素原子を含有する層厚
300nmのAgの光反射層、光反射増加層を作製し、
次に、実施例13と同様にして、光反射層上に非単結晶
シリコン系半導体層を第1のn型層、第1のi型層、第
1のp型層、第2のn型層、第2のi型層、第2のp型
層、第3のn型層、第3のi型層、第3のp型層からな
る構成で積層し、更に透明電極、集電電極を積層し、光
起電力素子を作製した(素子実14)。
【0285】(実施例15)図8に示すDCマグネトロ
ンスパッタリング装置によりステンレス基板上に、実施
例3と同様に、酸素、窒素及び炭素原子を含有する層厚
300nmのAgの光反射層、光反射増加層を作製し、
次に、実施例13と同様にして、光反射層上に非単結晶
シリコン系半導体層を第1のn型層、第1のi型層、第
1のp型層、第2のn型層、第2のi型層、第2のp型
層、第3のn型層、第3のi型層、第3のp型層からな
る構成で積層し、さらに透明電極、集電電極を積層し、
光起電力素子を作製した(素子実15)。
【0286】(比較例4)比較例1と同様に、ステンレ
ス基板上に、酸素原子を含有しない光反射層及び光反射
増加層を作製し、次に実施例13と同様な方法により図
13に示すμWグロー放電分解法による製造装置によ
り、光反射層上に非単結晶シリコン系半導体層を積層
し、実施例13と同様な方法および条件で透明電極、集
電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子比
4)。
【0287】実施例13〜15及び比較例4で作製した
光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を実
証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。結
果を表16にまとめた。
【0288】表16から明らかなように、実施例13〜
15の光起電力素子は、比較例4の素子に比べ、初期特
性、耐久性、耐環境性のいずれも大きく改善されること
が分かった。
【0289】実施例16〜18及び比較例5 (実施例16)電子ビーム(EB)真空蒸着法及びDC
マグネトロンスパッタリング法、およびμWグロー放電
分解法によって本発明の光起電力素子を作製した。
【0290】図12に示す装置を用い電子ビーム(E
B)真空蒸着によりステンレス基板上に、酸素原子を含
有する層厚450nmのAgの光反射層を形成し、その
上にDCスパッタリングにより酸化亜鉛(ZnO)から
なる光反射増加層を作製した。次に、実施例13と同様
にして、光反射増加層上に非単結晶シリコン系半導体層
を積層し、続いて透明電極、集電電極を積層し、光起電
力素子を作製した(素子実16)。
【0291】(比較例5)図12の装置を用い、ステン
レス基板上に、酸素原子を含有しない層厚450nmの
Agの光反射層とその上に酸化亜鉛(ZnO)からなる
1μmの光反射増加層を作製した。他は実施例16と同
様にして、光起電力素子を作製した(素子比5)。
【0292】(実施例17)図12に示す装置を用い、
電子ビーム(EB)真空蒸着によりステンレス基板上に
酸素原子と窒素原子を含有する層厚300nmのAgの
光反射層を形成し、更にその上にDCマグネトロンスパ
ッタリング法により酸化亜鉛(ZnO)からなる光反射
増加層を作製た。他は実施例16と同様にして、光起電
力素子を作製した(素子実17)。
【0293】(実施例18)図12に示す装置を用い、
電子ビーム(EB)真空蒸着ステンレス基板上に酸素原
子、窒素原子及び炭素原子を含有する層厚300nmの
Agの光反射層を形成し、更にその上にDCマグネトロ
ンスパッタリング装置により酸化亜鉛(ZnO)からな
る光反射増加層を作製した。他は実施例16と同様にし
て、光起電力素子を作製した。
【0294】実施例16〜18及び比較例5で作製した
光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を実
証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。結
果を表17に示す。
【0295】表17から明らかなように、実施例16〜
18の光起電力素子は、比較例5の素子に比べ、初期特
性、耐久性、耐環境性のいずれも大きく改善されること
が分かった。
【0296】実施例19〜21及び比較例6 (実施例19)DCマグネトロンスパッタリング法及び
μWグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を
作製した。
【0297】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ法の製造装置により、ヒーター803により基板80
2の温度を350℃に保持する以外は実施例1と同じ条
件で基板802上に酸素原子を含有するテクスチャー構
造の光反射層を450mm作製した。 次に実施例1と
同様に、光反射層上に、層厚1μmの光反射増加層(Z
nO)を堆積し、さらに光反射増加層上に第13図に示
すμWグロー放電分解法による製造装置により、光反射
増加層上に非単結晶シリコン系半導体層、透明電極、集
電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子実1
9)。
【0298】(比較例6)堆積室802に、O2 /Ar
ガスのかわりにArガスを導入した以外は実施例19と
同じ条件で基板802上に酸素原子を含有しないテクス
チャー構造の光反射層を450nm作製した。その後、
実施例1と同様にして、光起電力素子を作製した(素子
比6)。
【0299】(実施例20)ヒーター803により基板
802の温度を350℃に保持する以外は実施例2と同
じ条件で基板802に酸素及び窒素原子を含むテクスチ
ャー構造の光反射層を450nm作製した。更に、実施
例2と同様にして、1μmの光反射増加層、非単結晶シ
リコン系半導体層、透明電極、集電電極を積層し、光起
電力素子を作製した(素子実20)。
【0300】(実施例21)ヒーター803により基板
802の温度を350℃に保持する以外は実施例3と同
じ条件で基板802上に酸素、窒素及び炭素原子を含む
テクスチャー構造の光反射層を450nm作製した。更
に、実施例3と同様にして、光反射増加層、非単結晶シ
リコン系半導体層、透明電極、集電電極を積層し、光起
電力素子を作製した(素子実21)。
【0301】実施例19〜21と比較例6で作製した光
起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を実証
するために、実施例1と同様な評価試験を行った。結果
を表18に示す。
【0302】表18から明らかなように、実施例19〜
21の光起電力素子は、比較例6の素子に比べ、初期特
性、耐久性、耐環境性のいずれも大きく改善されること
が分かった。
【0303】実施例22〜24及び比較例7 (実施例22)DCマグネトロンスパッタリング法及び
マイクロ波(μW)グロー放電分解法によって図1に示
した構成の光起電力素子を作製した。
【0304】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ装置により、50mm角、厚さ0.2mmの鏡面研磨
されたステンレス(SUS430)製基板上に、実験例
3−1と同様にして酸素原子を含有するCuの光反射層
を300nm、及び光反射増加層を1μm作製した。
【0305】次に、図13に示す原料ガス供給装置13
20と堆積装置1300からなるμWグロー放電分解法
による製造装置により、光反射増加層上にn型層、i型
層、p型層の非単結晶シリコン系半導体層を作製した。
【0306】最後に、透明電極として、ITO(In2
3 +SnO2 )を真空蒸着にて80nm蒸着し、集電
電極としてCrを真空蒸着にて1μm蒸着し、光起電力
素子を作製した(素子実22)。以上の、光起電力素子
の作製条件を表19に示す。
【0307】(実施例23)実験例3−2と同様にして
ステンレス基板上に窒素原子を含有するCuの光反射層
を300nm、光反射増加層を1μm形成した。続いて
実施例22と同様にして、n型層,i型層、p型層、透
明電極、集電電極を形成して図1の光起電力素子を作製
した(素子実23)。
【0308】(実施例24)実験例3−3と同様にし
て、ステンレス基板上に炭素原子を含有するCuの光反
射層を300nm、光反射増加層を1μm形成した。続
いて実施例22と同様にして、n型層,i型層、p型
層、透明電極、集電電極を形成して図1の光起電力素子
を作製した(素子実24)。
【0309】(比較例7)比較実験例3と同様の方法で
従来のCu光反射層を300nmに作製し、次に、実施
例22と同じ作製条件で、光反射層上に、光反射増加
層、n型層、i型層、p型層、透明電極、集電電極を作
製して光起電力素子を作製した(素子比7)。
【0310】以上作製した実施例22〜24及び比較例
7の光起電力素子について、本発明の効果を実証するた
めに、実施例1と同様な評価を行った。 (A)初期特性 光起電力素子及びの太陽電池特性の初期特性を調べるた
めに前記光起電力素子を、AM−1.5 (100mW/c
2 )光照射下に設置して、V−1特性を測定すること
により得られる光電変換効率により評価した。結果を表
20に示す。
【0311】表20が示すようにより、比較例7の光起
電力素子に対して実施例22〜24の光起電力素子は光
電変換効率が大きくなり、本発明の酸素原子、炭素原子
または窒素原子を含有するCu光反射層を用いた光起電
力素子が従来の光反射層を用いた光起電力素子に比べて
優れた特性を示すことが実証された。 (B)特性の密着性依存 光起電力素子の太陽電池特性の密着性に対する依存性を
調べるため、図6の曲げ試験器を用いて光起電力素子が
堆積されたステンレス基板の601の曲げ試験をおこな
った。その後、AM−1.5光照射下において、光電変
換効率を測定した。測定結果を表20にまとめた。
【0312】この結果より、実施例22〜24の光起電
力素子の光電変換効率は比較例7の光起電力素子に比べ
て大きく、本発明の酸素原子、炭素原子または窒素原子
を含有するCu光反射層を用いた光起電力素子が従来の
光起電力素子をに比べて優れた耐久性を示すがこと実証
された。 (C)特性の環境変化依存性 光起電力素子を、温度85℃での相対温度85%の暗所
に放置し、温度85℃で4時間、温度−40℃で40分
のヒートサイクルを30回繰り返し、光電変換効率を調
べた。結果を表20に示す。
【0313】表から明らかなように、実施例22〜24
の光起電力素子では、ヒートサイクルによる光電変換効
率の低下は抑えられ、耐環境性は比較例7の光起電力素
子に対して、優れていることが分かった。
【0314】以上の評価試験により、本発明の酸素原
子、炭素原子または窒素原子を含有するCu光反射層を
用いた光起電力素子が、従来の光起電力素子に対して、
優れた耐環境特性を有することが判明し、本発明の効果
が実証された。
【0315】実施例25〜27及び比較例8 (実施例25)DCマグネトロンスパッタリング法及び
高周波(RF)グロー放電分解法によって本発明の光起
電力素子を作製した。
【0316】まず、実験例3−1と同じ作製条件で、図
8のDCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、基
板上に酸素原子を含むCuの光反射層を300nm、及
び光反射増加層を1μm作製した。
【0317】次に、図14に示す原料ガス供給装置13
20と堆積装置1400からなるRFグロー放電分解法
による製造装置により、表8の作製条件で光反射増加層
上にn型層,i型層、p型層からなる非単結晶シリコン
系半導体層を作製した。
【0318】最後に、p型層上に、透明電極として、I
TO(In2 3 +SnO2 )を真空蒸着にて80nm
蒸着し、集電電極としてCrを真空蒸着にて1μm蒸着
し、光起電力素子を作製した(素子実25)。
【0319】(実施例26)実験例3−2と同様にして
ステンレス基板上に窒素原子を含有するCuの光反射層
を形成し、その上に実施例25と同様にして光反射増加
層、n型層,i型層、p型層、透明電極、集電電極を形
成して光起電力素子を作製した(素子実26)。
【0320】(実施例27)実験例3−3と同様にして
ステンレス基板上に炭素原子を含有するCuの光反射層
を形成し、その上に実施例25と同様にして光反射増加
層、n型層,i型層、p型層、透明電極、集電電極を形
成して光起電力素子を作製した(素子実27)。
【0321】(比較例8)比較実験例3と同様な方法に
より、光反射層を形成し、続いて実施例25と同様にし
て光反射増加層、半導体層、透明電極、集電電極を形成
し従来の光起電力素子を作製した(素子比8)。
【0322】実施例25〜27及び比較例8で作製した
光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を実
証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。結
果を表21に示す。
【0323】表21から明らかなように、実施例25〜
27の光起電力素子は、比較例8の素子に比べ、初期特
性のみらず耐久性、耐環境性が大きく改善されることが
分かった。
【0324】(実施例28)実施例22と同様に、図8
に示すDCマグネトロンスパッタリング法の製造装置に
より、基板上に実施例22と同様の方法で堆積室801
に導入する酸素ガスの流量を変えて、酸素原子含有量の
異なるCu光反射層を300nm作製した。この際、酸
素(O2/Ar)ガスボンベにはArガスで1ppmと
1%に希釈したガスを用意した。
【0325】次にそれぞれの光反射層の堆積した基板に
ついて、その一部を用いて二次イオン質量分析(SIM
S)を行いCuの光反射層中の酸素原子含有量を測定し
た。
【0326】この結果作製された光反射層に含まれる酸
素原子の量は表22に示す。
【0327】次に、実施例1と同様に、図8に示すDC
マグネトロンスパッタリング法の製造装置によりそれぞ
れの量の酸素原子を含む光反射層上に、層厚1μmの光
反射増加層を堆積し、さらに光反射増加層層上に図13
に示すμWグロー放電分解法による製造装置により、光
反射増加上に非単結晶シリコン系半導体層、透明電極、
集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子実2
8−1〜28−9)。これら光起電力素子の太陽電池特
性について、実施例1と同様な評価試験を行った。結果
を表22に示す。
【0328】表22から明らかなように、光反射層に含
まれる酸素原子の量が0.1ppmから1000ppm
の範囲内にあるときの光起電力素子は、前記酸素原子の
量が、0.1ppm以下または1000ppm以上の光
起電力素子に対して、光電変換特性の初期特性、密着性
試験後及び環境試験後の特性も高い値を示し、酸素原子
を0.1ppmから1000ppm含有する光反射層を
用いることにより、より一層高い効果が得られることが
分かった。
【0329】(実施例29)実施例23と同様に、図8
に示すDCマグネトロンスパッタリング法の製造装置に
より、基板上に実施例23と同様の方法で堆積室801
に導入する窒素ガスの流量を変えて、窒素原子含有量の
異なるCu光反射層を300nm作製した。この際、窒
素(N2/Ar)ガスボンベにはArガスで1ppmと
1%に希釈したガスを用意した。
【0330】次にそれぞれの光反射層の堆積した基板に
ついて、その一部を用いて二次イオン質量分析(SIM
S)を行いCuの光反射層中の窒素原子含有量を測定し
た。この結果作製された光反射層に含まれる窒素原子の
量は表23に示す。
【0331】次に、実施例22と同様に、図8に示すD
Cマグネトロンスパッタリング法の製造装置によりそれ
ぞれの量の窒素原子を含む光反射層上に、層厚1μmの
光反射増加層を堆積し、さらに光反射増加層層上に図1
3に示すμWグロー放電分解法による製造装置により、
光反射増加上に非単結晶シリコン系半導体層、透明電
極、集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子
実29−1〜29−9)。これら光起電力素子の太陽電
池特性について、実施例1と同様な評価試験を行った。
結果を表23に示す。
【0332】表23から明らかなように、光反射層に含
まれる窒素原子の量が0.1ppmから1000ppm
の範囲内にあるときの光起電力素子は、前記窒素原子の
量が、0.1ppm以下または1000ppm以上の光
起電力素子に対して、光電変換特性の初期特性、密着性
試験後及び環境試験後の特性も高い値を示し、窒素原子
を0.1ppmから1000ppm含有する光反射層を
用いることにより、より一層高い効果が得られることが
分かった。
【0333】(実施例30)実施例24と同様に、図8
に示すDCマグネトロンスパッタリング法の製造装置に
より、基板上に実施例24と同様の方法で堆積室801
に導入するメタンガスの流量を変えて、炭素原子含有量
の異なるCu光反射層を300nm作製した。この際、
メタン(CH4/Ar)ガスボンベにはArガスで1p
pmと1%に希釈したガスを用意した。
【0334】次にそれぞれの光反射層の堆積した基板に
ついて、その一部を用いて二次イオン質量分析(SIM
S)を行いCuの光反射層中の炭素原子含有量を測定し
た。この結果作製された光反射層に含まれる炭素原子の
量は表24に示す。
【0335】次に、実施例22と同様に、図8に示すD
Cマグネトロンスパッタリング法の製造装置によりそれ
ぞれの量の炭素原子を含む光反射層上に、層厚1μmの
光反射増加層を堆積し、さらに光反射増加層層上に図1
3に示すμWグロー放電分解法による製造装置により、
光反射増加上に非単結晶シリコン系半導体層、透明電
極、集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子
実30−1〜30−9)。これら光起電力素子の太陽電
池特性について、実施例1と同様な評価試験を行った。
結果を表24に示す。
【0336】表24から明らかなように、光反射層に含
まれる炭素原子の量が0.1ppmから1000ppm
の範囲内にあるときの光起電力素子は、前記炭素原子の
量が、0.1ppm以下または1000ppm以上の光
起電力素子に対して、光電変換特性の初期特性、密着性
試験後及び環境試験後の特性も高い値を示し、炭素原子
を0.1ppmから1000ppm含有する光反射層を
用いることにより、より一層高い効果が得られることが
分かった。
【0337】実施例31〜33及び比較例9 (実施例31)基板に、50mm角、厚さ1mmのバリ
ウムほう珪酸ガラス(コーニング(株)製7059)を
用い、基板上に透明電極として1TOを80nm作製し
た後、表25の条件を用いて、第1のp型層、第1のi
型層、第1のn型層、第2のp型層、第2のi型層、第
2のn型層を作製し、実施例22の条件で、光反射増加
層、及び酸素原子を含有するCuの光反射層を作製して
図2に示す光起電力素子を作製した(素子実31)。
【0338】(実施例32)基板に、50mm角、厚さ
1mmのバリウムほう珪酸ガラス(コーニング(株)製
7059)を用い、基板上に透明電極として1TOを8
0nm作製した後、表25の条件を用いて、第1のp型
層、第1のi型層、第1のn型層、第2のp型層、第2
のi型層、第2のn型層を作製し、実施例23の条件
で、光反射増加層、及び窒素原子を含有するCuの光反
射層を作製して図2に示す光起電力素子を作製した(素
子実32)。
【0339】(実施例33)基板に、50mm角、厚さ
1mmのバリウムほう珪酸ガラス(コーニング(株)製
7059)を用い、基板上に透明電極として1TOを8
0nm作製した後、表25の条件を用いて、第1のp型
層、第1のi型層、第1のn型層、第2のp型層、第2
のi型層、第2のn型層を作製し、実施例24の条件
で、光反射増加層、及び炭素原子を含有するCuの光反
射層を作製して図2に示す光起電力素子を作製した(素
子実33)。
【0340】(比較例9)実施例31と同様に、基板上
に透明電極としてITOを80mm作製した後、表25
の条件を用いて、第1のp型層、第1のi型層、第1の
n型層、第2のp型層、第2のi型層電第2のn型層を
作製し、比較実験例3と同様の条件で光反射増加層、及
び不純物原子を含有しない光反射層を作製して光起電力
素子を作製した(素子比9)。
【0341】以上の実施例31〜33及び比較例9で作
製した光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効
果を実証するために、実施例1と同様な評価試験を行
い、結果を表26にまとめた。
【0342】表26から明らかなように、実施例31〜
33の光起電力素子は、比較例9の素子に比べ、初期特
性のみならず耐久性、耐環境性が大きく改善されること
が分かった。
【0343】実施例34〜36及び比較例10 (実施例34)電子ビーム(EB)真空蒸着法及びDC
マグネトロンスパッタリング法、およびμWグロー放電
分解法によって本発明の光起電力素子を作製した。
【0344】図12に示す装置を用い電子ビーム(E
B)真空蒸着により、実験例4−1と同様にして、ステ
ンレス基板上に、酸素原子を含有する層厚300nmの
Cuの光反射層を形成し、その上にDCスパッタリング
により酸化亜鉛(ZnO)からなる光反射増加層を作製
した。次に、表27の条件で、光反射増加層上に非単結
晶シリコン系半導体層を積層し、続いて透明電極、集電
電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子実3
4)。
【0345】(実施例35)電子ビーム(EB)真空蒸
着法及びDCマグネトロンスパッタリング法、およびμ
Wグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を作
製した。
【0346】図12に示す装置を用い電子ビーム(E
B)真空蒸着により、実験例4−2と同様にして、ステ
ンレス基板上に、窒素原子を含有する層厚300nmの
Cuの光反射層を形成し、その上にDCスパッタリング
により酸化亜鉛(ZnO)からなる光反射増加層を作製
した。次に、実施例34と同様にして、光反射増加層上
に非単結晶シリコン系半導体層を積層し、続いて透明電
極、集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子
実35)。
【0347】(実施例36)電子ビーム(EB)真空蒸
着法及びDCマグネトロンスパッタリング法、およびμ
Wグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を作
製した。
【0348】図12に示す装置を用い電子ビーム(E
B)真空蒸着により、実験例4−3と同様にして、ステ
ンレス基板上に、炭素原子を含有する層厚300nmの
Cuの光反射層を形成し、その上にDCスパッタリング
により酸化亜鉛(ZnO)からなる光反射増加層を作製
した。次に、実施例34と同様にして、光反射増加層上
に非単結晶シリコン系半導体層を積層し、続いて透明電
極、集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子
実36)。
【0349】(比較例10)図12の装置を用い、比較
実験例4と同様にしてステンレス基板上に、不純物原子
を含有しない層厚300nmのCuの光反射層とその上
に酸化亜鉛(ZnO)からなる1μmの光反射増加層を
作製した。他は実施例34と同様にして、光起電力素子
を作製した(素子比10)。
【0350】実施例34〜36及び比較例10で作製し
た光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を
実証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。
結果を表28に示す。
【0351】表28から明らかなように、実施例34〜
36の光起電力素子は、比較例10の素子に比べ、初期
特性、耐久性、耐環境性のいずれも大きく改善されるこ
とが分かった。
【0352】実施例37〜39及び比較例11 (実施例37)DCマグネトロンスパッタリング法及び
μWグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を
作製した。
【0353】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ装置によりステンレス基板上に、実施例22と同様
に、酸素原子を含有する層厚300nmのCuの光反射
層、光反射増加層を作製し、次に、実施例34と同様に
して、光反射層上に非単結晶シリコン系半導体層を第1
のn型層、第1のi型層、第1のp型層、第2のn型
層、第2のi型層、第2のp型層、第3のn型層、第3
のi型層、第3のp型層からなる構成で積層し、更に透
明電極、集電電極を積層し、トリプル型の光起電力素子
を作製した(素子実37)。
【0354】(実施例38)DCマグネトロンスパッタ
リング法及びμWグロー放電分解法によって本発明の光
起電力素子を作製した。
【0355】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ装置によりステンレス基板上に、実施例23と同様
に、窒素原子を含有する層厚300nmのCuの光反射
層、光反射増加層を作製し、次に、実施例34と同様に
して、光反射層上に非単結晶シリコン系半導体層を第1
のn型層、第1のi型層、第1のp型層、第2のn型
層、第2のi型層、第2のp型層、第3のn型層、第3
のi型層、第3のp型層からなる構成で積層し、更に透
明電極、集電電極を積層し、トリプル型の光起電力素子
を作製した(素子実38)。
【0356】(実施例39)DCマグネトロンスパッタ
リング法及びμWグロー放電分解法によって本発明の光
起電力素子を作製した。
【0357】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ装置によりステンレス基板上に、実施例24と同様
に、炭素原子を含有する層厚300nmのCuの光反射
層、光反射増加層を作製し、次に、実施例34と同様に
して、光反射層上に非単結晶シリコン系半導体層を第1
のn型層、第1のi型層、第1のp型層、第2のn型
層、第2のi型層、第2のp型層、第3のn型層、第3
のi型層、第3のp型層からなる構成で積層し、更に透
明電極、集電電極を積層し、トリプル型の光起電力素子
を作製した(素子実39)。
【0358】(比較例11)比較実験例3と同様に、ス
テンレス基板上に、不純物原子を含有しない光反射層及
び光反射増加層を作製し、次に実施例34と同様な方法
により図13に示すμWグロー放電分解法による製造装
置により、光反射層上に非単結晶シリコン系半導体層を
積層し、実施例17と同様な方法および条件で透明電
極、集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子
比11)。
【0359】実施例37〜39及び比較例11で作製し
た光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を
実証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。
結果を表29にまとめた。
【0360】表29から明らかなように、実施例37〜
39の光起電力素子は、比較例11の素子に比べ、初期
特性、耐久性、耐環境性のいずれも大きく改善されるこ
とが分かった。
【0361】実施例40〜42及び比較例12 (実施例40)DCマグネトロンスパッタリング法及び
μWグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を
作製した。
【0362】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ法の製造装置により、ヒーター803により基板80
2の温度を350℃に保持する以外は実施例22と同じ
条件で基板802上に酸素原子を含むテクスチャー構造
の光反射層を300mm作製した。
【0363】次に実施例22と同様に、光反射層上に、
層厚1μmの光反射増加層(ZnO)を堆積し、さらに
光反射増加層上に図13に示すμWグロー放電分解法に
よる製造装置により、光反射増加層上に非単結晶シリコ
ン系半導体層、透明電極、集電電極を積層し、光起電力
素子を作製した(素子実40)。
【0364】(実施例41)DCマグネトロンスパッタ
リング法及びμWグロー放電分解法によって本発明の光
起電力素子を作製した。
【0365】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ法の製造装置により、ヒーター803により基板80
2の温度を350℃に保持する以外は実施例23と同じ
条件で基板802上に窒素原子を含むテクスチャー構造
の光反射層を300mm作製した。
【0366】次に実施例23と同様に、光反射層上に、
層厚1μmの光反射増加層(ZnO)を堆積し、さらに
光反射増加層上に図13に示すμWグロー放電分解法に
よる製造装置により、光反射増加層上に非単結晶シリコ
ン系半導体層、透明電極、集電電極を積層し、光起電力
素子を作製した(素子実41)。
【0367】(実施例42)DCマグネトロンスパッタ
リング法及びμWグロー放電分解法によって本発明の光
起電力素子を作製した。
【0368】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ法の製造装置により、ヒーター803により基板80
2の温度を350℃に保持する以外は実施例24と同じ
条件で基板802上に炭素原子を含むテクスチャー構造
の光反射層を300mm作製した。 次に実施例24と
同様に、光反射層上に、層厚1μmの光反射増加層(Z
nO)を堆積し、さらに光反射増加層上に図13に示す
μWグロー放電分解法による製造装置により、光反射増
加層上に非単結晶シリコン系半導体層、透明電極、集電
電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子実4
2)。
【0369】(比較例12)堆積室802に、O2 /A
rガスのかわりにArガスを導入した以外は実施例40
と同じ条件で基板802上に不純物原子を含有しないテ
クスチャー構造の光反射層を300nm作製した。その
後、実施例22同様にして、光起電力素子を作製した
(素子比12)。
【0370】実施例40〜42と比較例12で作製した
光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を実
証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。結
果を表30に示す。
【0371】表30から明らかなように、実施例40〜
42の光起電力素子は、比較例12の素子に比べ、初期
特性、耐久性、耐環境性のいずれも大きく改善されるこ
とが分かった。
【0372】実施例43〜45及び比較例13 (実施例43)電子ビーム(EB)真空蒸着法及びDC
マグネトロンスパッタリング法、およびμWグロー放電
分解法によって本発明の光起電力素子を作製した。
【0373】図12に示す装置を用い電子ビーム(E
B)真空蒸着によりステンレス基板上に、実験例4−2
においてN2ガスに加え50ppmのO2/Arガスを5
sccm流した他は実験例4ー2と同様にして、酸素原
子と窒素原子を含有する層厚300nmのCuの光反射
層を形成した。その上にDCスパッタリングにより酸化
亜鉛(ZnO)からなる光反射増加層を作製した。
【0374】次に、表27の条件で、光反射層上に非単
結晶シリコン系半導体層を第1のn型層、第1のi型
層、第1のp型層、第2のn型層、第2のi型層、第2
のp型層、第3のn型層、第3のi型層、第3のp型層
からなる構成で積層し、更に透明電極、集電電極を積層
し、トリプル型の光起電力素子を作製した(素子実4
3)。
【0375】(実施例44)電子ビーム(EB)真空蒸
着法及びDCマグネトロンスパッタリング法、およびμ
Wグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を作
製した。
【0376】図12に示す装置を用い電子ビーム(E
B)真空蒸着によりステンレス基板上に、実験例4−3
においてCH4/Arガスに加え50ppmのO2/Ar
ガスを5sccm流した他は実験例4ー3と同様にし
て、酸素原子と炭素原子を含有する層厚300nmのC
uの光反射層を形成した。その上にDCスパッタリング
により酸化亜鉛(ZnO)からなる光反射増加層を作製
した。
【0377】次に、表27の条件で、光反射層上に非単
結晶シリコン系半導体層を第1のn型層、第1のi型
層、第1のp型層、第2のn型層、第2のi型層、第2
のp型層、第3のn型層、第3のi型層、第3のp型層
からなる構成で積層し、更に透明電極、集電電極を積層
し、トリプル型の光起電力素子を作製した(素子実4
4)。
【0378】(実施例45)電子ビーム(EB)真空蒸
着法及びDCマグネトロンスパッタリング法、およびμ
Wグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を作
製した。
【0379】図12に示す装置を用い電子ビーム(E
B)真空蒸着によりステンレス基板上に、実験例4−2
においてN2ガスに加え、50ppmのO2/Arガスを
5sccm、50ppmのCH4/Arガスを10sc
cm流した他は実験例4ー2と同様にして、酸素原子、
炭素原子及び窒素原子を含有する層厚300nmのCu
の光反射層を形成した。その上にDCスパッタリングに
より酸化亜鉛(ZnO)からなる光反射増加層を作製し
た。
【0380】次に、表27の条件で、光反射層上に非単
結晶シリコン系半導体層を第1のn型層、第1のi型
層、第1のp型層、第2のn型層、第2のi型層、第2
のp型層、第3のn型層、第3のi型層、第3のp型層
からなる構成で積層し、更に透明電極、集電電極を積層
し、トリプル型の光起電力素子を作製した(素子実4
5)。
【0381】(比較例13)比較実験例4と同様に、ス
テンレス基板上に、不純物原子を含有しない光反射層及
び光反射増加層を作製し、次に、表27の条件で、光反
射層上に非単結晶シリコン系半導体層を第1のn型層、
第1のi型層、第1のp型層、第2のn型層、第2のi
型層、第2のp型層、第3のn型層、第3のi型層、第
3のp型層からなる構成で積層し、更に透明電極、集電
電極を積層し、トリプル型の光起電力素子を作製した
(素子比13)。
【0382】実施例43〜45と比較例13で作製した
光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を実
証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。結
果を表31に示す。
【0383】表31から明らかなように、実施例43〜
45の光起電力素子は、比較例13の素子に比べ、初期
特性、耐久性、耐環境性のいずれも大きく改善されるこ
とが分かった。
【0384】実施例46〜48及び比較例14 (実施例46)DCマグネトロンスパッタリング法及び
マイクロ波(μW)グロー放電分解法によって図1に示
した構成の光起電力素子を作製した。
【0385】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ装置により、50mm角、厚さ0.2mmの鏡面研磨
されたステンレス(SUS430)製基板上に、実験例
5−1と同様にして鉛原子を含有するAgの光反射層を
300nm、及び光反射増加層ZnOを1μm作製し
た。
【0386】次に、図13に示す原料ガス供給装置13
20と堆積装置1300からなるμWグロー放電分解法
による製造装置により、表5に示す作製条件で光反射増
加層上にn型層、i型層、p型層の非単結晶シリコン系
半導体層を作製した。
【0387】最後に、透明電極として、ITO(In2
3 +SnO2 )を真空蒸着にて80nm蒸着し、集電
電極としてCrを真空蒸着にて1μm蒸着し、光起電力
素子を作製した(素子実46)。
【0388】(実施例47)実験例5−2と同様にして
ステンレス基板上に鉛原子及び金原子を含有するAgの
光反射層を300nm、光反射増加層ZnOを1μm形
成した。続いて実施例46と同様にして、n型層,i型
層、p型層、透明電極、集電電極を形成して図1の光起
電力素子を作製した(素子実47)。
【0389】(実施例48)実験例5−3と同様にし
て、ステンレス基板上に鉛原子、金原子及び第1遷移金
属原子(鉄、クロム、ニッケル原子のいずれか)を含有
するAgの光反射層を300nm、光反射増加層ZnO
を1μm形成した。続いて実施例46と同様にして、n
型層,i型層、p型層、透明電極、集電電極を形成して
図1の光起電力素子を作製した(素子実48−1〜48
−3)。
【0390】(比較例14)比較実験例5と同様の方法
で不純物原子を含有していないAg光反射層を300n
mに作製し、次に、実施例46と同じ作製条件で、光反
射層上に、光反射増加層、n型層、i型層、p型層、透
明電極、集電電極を作製して光起電力素子を作製した
(素子比14)。
【0391】以上作製した実施例46〜48及び比較例
14の光起電力素子について、本発明の効果を実証する
ために、実施例1と同様な評価を行った。 (A)初期特性 光起電力素子及びの太陽電池特性の初期特性を調べるた
めに前記光起電力素子を、AM−1.5 (100μW/c
2 )光照射下に設置して、V−1特性を測定すること
により得られる光電変換効率により評価した。結果を表
32に示す。
【0392】表32が示すようにより、比較例14の光
起電力素子に対して実施例46〜48の光起電力素子は
光電変換効率が大きくなり、本発明の鉛原子、鉛と金原
子、または鉛と金と第1遷移金属原子を含有するAg光
反射層を用いた光起電力素子が従来の光反射層を用いた
光起電力素子に比べて優れた特性を示すことが実証され
た。 (B)特性の密着性依存 光起電力素子の太陽電池特性の密着性に対する依存性を
調べるため、図6の曲げ試験器を用いて光起電力素子が
堆積されたステンレス基板の601の曲げ試験をおこな
った。その後、AM−1.5光照射下において、光電変
換効率を測定した。測定結果を表32にまとめた。
【0393】この結果より、実施例46〜48の光起電
力素子の光電変換効率は比較例14の光起電力素子に比
べて大きく、本発明の鉛原子、鉛と金原子、または鉛と
金と第1遷移金属原子酸素原子を含有するAg光反射層
を用いた光起電力素子が従来の光起電力素子をに比べて
優れた耐久性を示すことが実証された。 (C)特性の環境変化依存性 光起電力素子を、温度85℃での相対温度85%の暗所
に放置し、温度85℃で4時間、温度−40℃で40分
のヒートサイクルを30回繰り返し、光電変換効率を調
べた。結果を表32に示す。
【0394】表から明らかなように、実施例46〜48
の光起電力素子では、ヒートサイクルによる光電変換効
率の低下は抑えられ、耐環境性は比較例14の光起電力
素子に対して、優れていることが分かった。
【0395】以上の評価試験により、本発明の鉛原子、
鉛と金原子、または鉛と金と第1遷移金属原子を含有す
るAg光反射層を用いた光起電力素子が、従来の光起電
力素子に対して、優れた初期特性、耐久性、耐環境特性
を有することが判明し、本発明の効果が実証された。
【0396】実施例49〜51及び比較例15 (実施例49)DCマグネトロンスパッタリング法及び
高周波(RF)グロー放電分解法によって本発明の光起
電力素子を作製した。
【0397】まず、実験例5−1と同じ作製条件で、図
8のDCマグネトロンスパッタリング装置を用いて、基
板上に鉛原子を含むAgの光反射層を300nm、及び
光反射増加層を1μm作製した。
【0398】次に、図14に示す原料ガス供給装置13
20と堆積装置1400からなるRFグロー放電分解法
による製造装置により、表8の作製条件で光反射増加層
上にn型層,i型層、p型層からなる非単結晶シリコン
系半導体層を作製した。
【0399】最後に、p型層上に、透明電極として、I
TO(In2 3 +SnO2 )を真空蒸着にて80nm
蒸着し、集電電極としてCrを真空蒸着にて1μm蒸着
し、光起電力素子を作製した(素子実49)。
【0400】(実施例50)実験例5−2と同様にして
ステンレス基板上に鉛及び金原子を含有するAgの光反
射層を形成し、その上に実施例49と同様にして光反射
増加層、n型層,i型層、p型層、透明電極、集電電極
を形成して光起電力素子を作製した(素子実50)。
【0401】(実施例51)実験例5−3と同様にして
ステンレス基板上に鉛、金及び第1遷移金属(鉄、クロ
ム、ニッケルのいずれか)を含有するCuの光反射層を
形成し、その上に実施例49と同様にして光反射増加
層、n型層,i型層、p型層、透明電極、集電電極を形
成して光起電力素子を作製した(素子実51−1〜51
−3)。
【0402】(比較例15)比較例14と同様な方法に
より、光反射層を形成し、続いて実施例49と同様にし
て光反射増加層、半導体層、透明電極、集電電極を形成
し従来の光起電力素子を作製した(素子比15)。
【0403】実施例49〜51及び比較例15で作製し
た光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を
実証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。
結果を表33に示す。
【0404】表33から明らかなように、実施例49〜
51の光起電力素子は、比較例15の素子に比べ、初期
特性のみらず耐久性、耐環境性が大きく改善されること
が分かった。
【0405】(実施例52)実施例46と同様に、図8
に示すDCマグネトロンスパッタリング法の製造装置に
より、基板上に実施例46と同様の方法でターゲットと
して純度99.999%のAgに含有させたPbの量を
2〜500ppmとした複数のターゲットを用いて、鉛
原子の含有量の異なるAg光反射層を300nm作製し
た。
【0406】次にそれぞれの光反射層の堆積した基板に
ついて、その一部を用いて二次イオン質量分析(SIM
S)を行いAgの光反射層中の鉛含有量を測定した。
【0407】この結果作製された光反射層に含まれる鉛
原子の量を表34に示す。
【0408】次に、実施例46と同様に、図8に示すD
Cマグネトロンスパッタリング法の製造装置によりそれ
ぞれの量の鉛原子を含む光反射層上に、層厚1μmの光
反射増加層を堆積し、さらに光反射増加層層上に図13
に示すμWグロー放電分解法による製造装置により、光
反射増加上に非単結晶シリコン系半導体層、透明電極、
集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子実5
2−1〜52−9)。これら光起電力素子の太陽電池特
性について、実施例1と同様な評価試験を行った。結果
を表34に示す。
【0409】表34から明らかなように、光反射層に含
まれる鉛原子の量が2ppmから100ppmの範囲内
にあるときの光起電力素子は、前記鉛原子の量が、2p
pm以下または100ppm以上の光起電力素子に対し
て、光電変換特性の初期特性、密着性試験後及び環境試
験後の特性が高い値を示し、鉛原子を2ppmから10
0ppm含有する光反射層を用いることにより、より一
層高い効果が得られることが分かった。
【0410】(実施例53)実施例47と同様に、図8
に示すDCマグネトロンスパッタリング法の製造装置に
より、基板上に実施例47と同様の方法でターゲットと
して純度99.999%のAgに含有させたPbとAu
の量を2〜500ppmとした複数のターゲットを用い
て、鉛及び金原子の含有量の異なるAg光反射層を30
0nm作製した。
【0411】次にそれぞれの光反射層の堆積した基板に
ついて、その一部を用いて二次イオン質量分析(SIM
S)を行いAgの光反射層中の鉛及び金の含有量を測定
した。
【0412】この結果作製された光反射層に含まれる鉛
及び金原子の量を表35に示す。
【0413】次に、実施例46と同様に、図8に示すD
Cマグネトロンスパッタリング法の製造装置によりそれ
ぞれの量の鉛及び金原子を含む光反射層上に、層厚1μ
mの光反射増加層を堆積し、さらに光反射増加層層上に
図13に示すμWグロー放電分解法による製造装置によ
り、光反射増加上に非単結晶シリコン系半導体層、透明
電極、集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素
子実53−1〜53−9)。これら光起電力素子の太陽
電池特性について、実施例1と同様な評価試験を行っ
た。結果を表35に示す。
【0414】表35から明らかなように、光反射層に含
まれる鉛及び金原子の量が2ppmから100ppmの
範囲内にあるときの光起電力素子は、前記鉛及び金原子
の量が、2ppm以下または100ppm以上の光起電
力素子に対して、光電変換特性の初期特性、密着性試験
後及び環境試験後の特性が高い値を示し、鉛及び金原子
を2ppmから100ppm含有する光反射層を用いる
ことにより、より一層高い効果が得られることが分かっ
た。
【0415】(実施例54)実施例48と同様に、図8
に示すDCマグネトロンスパッタリング法の製造装置に
より、基板上に実施例48と同様の方法でターゲットと
して純度99.999%のAgに含有させたPbとAu
と第1遷移金属原子(Ni,Cr,Fe)の量を1.5
〜500ppmとした複数のターゲットを用いて、鉛、
金及び第1遷移金属原子の含有量の異なるAg光反射層
を300nm作製した。
【0416】次にそれぞれの光反射層の堆積した基板に
ついて、その一部を用いて二次イオン質量分析(SIM
S)を行いAgの光反射層中の鉛及び金第1遷移金属原
子の含有量を測定した。
【0417】この結果作製された光反射層に含まれる鉛
及び金及び第1遷移金属原子の量を表36に示す。
【0418】次に、実施例46と同様に、図8に示すD
Cマグネトロンスパッタリング法の製造装置によりそれ
ぞれの量の鉛及び金及び第1遷移金属原子を含む光反射
層上に、層厚1μmの光反射増加層を堆積し、さらに光
反射増加層層上に図13に示すμWグロー放電分解法に
よる製造装置により、光反射増加上に非単結晶シリコン
系半導体層、透明電極、集電電極を積層し、光起電力素
子を作製した(素子実54−1−1〜54−3−9)。
これら光起電力素子の太陽電池特性について、実施例1
と同様な評価試験を行った。結果を表36に示す。
【0419】表36から明らかなように、光反射層に含
まれる鉛、金及び第1遷移金属原子の量が2ppmから
100ppmの範囲内にあるときの光起電力素子は、前
記鉛、金及び第1遷移金属原子の量が、2ppm以下ま
たは100ppm以上の光起電力素子に対して、光電変
換特性の初期特性、密着性試験後及び環境試験後の特性
が高い値を示し、鉛、金及び第1遷移金属原子を2pp
mから100ppm含有する光反射層を用いることによ
り、より一層高い効果が得られることが分かった。
【0420】実施例55〜57及び比較例16 (実施例55)基板に、50mm角、厚さ1mmのバリ
ウムほう珪酸ガラス(コーニング(株)製7059)を
用い、基板上に透明電極として1TOを80nm作製し
た後、表13の条件を用いて、第1のp型層、第1のi
型層、第1のn型層、第2のp型層、第2のi型層、第
2のn型層を作製し、実施例46の方法で、光反射増加
層、及び鉛原子を含有するAgの光反射層を作製して図
2に示す光起電力素子を作製した(素子実55)。
【0421】(実施例56)基板に、50mm角、厚さ
1mmのバリウムほう珪酸ガラス(コーニング(株)製
7059)を用い、基板上に透明電極として1TOを8
0nm作製した後、表13の条件を用いて、第1のp型
層、第1のi型層、第1のn型層、第2のp型層、第2
のi型層、第2のn型層を作製し、実施例47の方法
で、光反射増加層、及び鉛と金原子を含有するAg光反
射層を作製して図2に示す光起電力素子を作製した(素
子実56)。
【0422】(実施例57)基板に、50mm角、厚さ
1mmのバリウムほう珪酸ガラス(コーニング(株)製
7059)を用い、基板上に透明電極として1TOを8
0nm作製した後、表13の条件を用いて、第1のp型
層、第1のi型層、第1のn型層、第2のp型層、第2
のi型層、第2のn型層を作製し、実施例48の方法
で、光反射増加層、及び鉛、金及び第1遷移金属原子を
含有するAg光反射層を作製して図2に示す光起電力素
子を作製した(素子実57−1〜57−3)。
【0423】(比較例16)実施例55と同様に、基板
上に透明電極としてITOを80mm作製した後、表1
3の条件を用いて、第1のp型層、第1のi型層、第1
のn型層、第2のp型層、第2のi型層電第2のn型層
を作製し、比較実験例5の条件で光反射増加層、及び不
純物原子を含有しないAg光反射層を作製して光起電力
素子を作製した(素子比16)。
【0424】以上の実施例55〜57及び比較例16で
作製した光起電力素子の太陽電池特性について本発明の
効果を実証するために、実施例1と同様な評価試験を行
い、結果を表37にまとめた。
【0425】表37から明らかなように、実施例55〜
57の光起電力素子は、比較例16の素子に比べ、初期
特性のみならず耐久性、耐環境性が大きく改善されるこ
とが分かった。
【0426】実施例58〜60及び比較例17 (実施例58)DCマグネトロンスパッタリング法及び
μWグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を
作製した。
【0427】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ装置によりステンレス基板上に、実施例46と同様
に、鉛原子を含有する層厚300nmのAgの光反射
層、光反射増加層を作製し、次に、表15の作製条件
で、光反射増加層上に非単結晶シリコン系半導体層を第
1のn型層、第1のi型層、第1のp型層、第2のn型
層、第2のi型層、第2のp型層、第3のn型層、第3
のi型層、第3のp型層からなる構成で積層し、更に透
明電極、集電電極を積層し、トリプル型の光起電力素子
を作製した(素子実58)。
【0428】(実施例59)DCマグネトロンスパッタ
リング法及びμWグロー放電分解法によって本発明の光
起電力素子を作製した。
【0429】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ装置によりステンレス基板上に、実施例47と同様
に、鉛及び金原子を含有する層厚300nmのAg光反
射層、光反射増加層を作製し、次に、実施例58と同様
にして、光反射増加層上に非単結晶シリコン系半導体層
を第1のn型層、第1のi型層、第1のp型層、第2の
n型層、第2のi型層、第2のp型層、第3のn型層、
第3のi型層、第3のp型層からなる構成で積層し、更
に透明電極、集電電極を積層し、トリプル型の光起電力
素子を作製した(素子実59)。
【0430】(実施例60)DCマグネトロンスパッタ
リング法及びμWグロー放電分解法によって本発明の光
起電力素子を作製した。
【0431】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ装置によりステンレス基板上に、実施例48と同様
に、鉛、金及び第1遷移金属原子を含有する層厚300
nmのAg光反射層、光反射増加層を作製し、次に、実
施例58と同様にして、光反射増加層上に非単結晶シリ
コン系半導体層を第1のn型層、第1のi型層、第1の
p型層、第2のn型層、第2のi型層、第2のp型層、
第3のn型層、第3のi型層、第3のp型層からなる構
成で積層し、更に透明電極、集電電極を積層し、トリプ
ル型の光起電力素子を作製した(素子実60)。
【0432】(比較例17)比較実験例5と同様に、ス
テンレス基板上に、不純物原子を含有しない光反射層及
び光反射増加層を作製し、次に実施例58と同様な方法
により図13に示すμWグロー放電分解法による製造装
置により、光反射層上に非単結晶シリコン系半導体層を
積層し、実施例58と同様な方法および条件で透明電
極、集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子
比17)。
【0433】実施例58〜60及び比較例17で作製し
た光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を
実証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。
結果を表38にまとめた。
【0434】表38から明らかなように、実施例58〜
60の光起電力素子は、比較例17の素子に比べ、初期
特性、耐久性、耐環境性のいずれも大きく改善されるこ
とが分かった。
【0435】実施例61〜63及び比較例18 (実施例61)電子ビーム(EB)真空蒸着法及びDC
マグネトロンスパッタリング法、およびμWグロー放電
分解法によって本発明の光起電力素子を作製した。
【0436】図12に示す装置を用い電子ビーム(E
B)真空蒸着により、実験例6−1と同様にして、ステ
ンレス基板上に、鉛原子を含有する層厚300nmのA
g光反射層を形成し、その上にDCスパッタリングによ
り酸化亜鉛(ZnO)からなる光反射増加層を作製し
た。次に、実施例58と同様にして、光反射増加層上に
非単結晶シリコン系半導体層を積層し、続いて透明電
極、集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素子
実61)。
【0437】(実施例62)電子ビーム(EB)真空蒸
着法及びDCマグネトロンスパッタリング法、およびμ
Wグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を作
製した。
【0438】図12に示す装置を用い電子ビーム(E
B)真空蒸着により、実験例6−2と同様にして、ステ
ンレス基板上に、鉛及び金原子を含有する層厚300n
mのAg光反射層を形成し、その上にDCスパッタリン
グにより酸化亜鉛(ZnO)からなる光反射増加層を作
製した。次に、実施例58と同様にして、光反射増加層
上に非単結晶シリコン系半導体層を積層し、続いて透明
電極、集電電極を積層し、光起電力素子を作製した(素
子実62)。
【0439】(実施例63)電子ビーム(EB)真空蒸
着法及びDCマグネトロンスパッタリング法、およびμ
Wグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を作
製した。
【0440】図12に示す装置を用い電子ビーム(E
B)真空蒸着により、実験例6−3と同様にして、ステ
ンレス基板上に、鉛、金及び第1遷移金属原子を含有す
る層厚300nmのAg光反射層を形成し、その上にD
Cスパッタリングにより酸化亜鉛(ZnO)からなる光
反射増加層を作製した。次に、実施例58と同様にし
て、光反射増加層上に非単結晶シリコン系半導体層を積
層し、続いて透明電極、集電電極を積層し、光起電力素
子を作製した(素子実63)。
【0441】(比較例18)図12の装置を用い、比較
実験例6と同様にしてステンレス基板上に、不純物原子
を含有しない層厚300nmのAg光反射層とその上に
酸化亜鉛(ZnO)からなる1μmの光反射増加層を作
製した。他は実施例58と同様にして、光起電力素子を
作製した(素子比18)。
【0442】実施例61〜63及び比較例18で作製し
た光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を
実証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。
結果を表39に示す。
【0443】表39から明らかなように、実施例61〜
63の光起電力素子は、比較例18の素子に比べ、初期
特性、耐久性、耐環境性のいずれも大きく改善されるこ
とが分かった。
【0444】実施例64〜66及び比較例19 (実施例64)DCマグネトロンスパッタリング法及び
μWグロー放電分解法によって本発明の光起電力素子を
作製した。
【0445】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ法の製造装置により、ヒーター803により基板80
2の温度を350℃に保持する以外は実施例46と同じ
条件で基板802上に鉛原子を含むテクスチャー構造の
Ag光反射層を300mm作製した。
【0446】次に実施例46と同様に、光反射層上に、
層厚1μmの光反射増加層(ZnO)を堆積し、さらに
光反射増加層上に図13に示すμWグロー放電分解法に
よる製造装置により、光反射増加層上に非単結晶シリコ
ン系半導体層、透明電極、集電電極を積層し、光起電力
素子を作製した(素子実64)。
【0447】(実施例65)DCマグネトロンスパッタ
リング法及びμWグロー放電分解法によって本発明の光
起電力素子を作製した。
【0448】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ法の製造装置により、ヒーター803により基板80
2の温度を350℃に保持する以外は実施例47と同じ
条件で基板802上に鉛及び金原子を含むテクスチャー
構造のAg光反射層を300mm作製した。
【0449】次に実施例47と同様に、光反射層上に、
層厚1μmの光反射増加層(ZnO)を堆積し、さらに
光反射増加層上に図13に示すμWグロー放電分解法に
よる製造装置により、光反射増加層上に非単結晶シリコ
ン系半導体層、透明電極、集電電極を積層し、光起電力
素子を作製した(素子実65)。
【0450】(実施例66)DCマグネトロンスパッタ
リング法及びμWグロー放電分解法によって本発明の光
起電力素子を作製した。
【0451】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ法の製造装置により、ヒーター803により基板80
2の温度を350℃に保持する以外は実施例48と同じ
条件で基板802上に鉛、金、第1遷移金属原子を含む
テクスチャー構造の光反射層を300mm作製した。
【0452】次に実施例48と同様に、光反射層上に、
層厚1μmの光反射増加層(ZnO)を堆積し、さらに
光反射増加層上に図13に示すμWグロー放電分解法に
よる製造装置により、光反射増加層上に非単結晶シリコ
ン系半導体層、透明電極、集電電極を積層し、光起電力
素子を作製した(素子実66)。
【0453】(比較例19)DCマグネトロンスパッタ
リング法及びμWグロー放電分解法によって本発明の光
起電力素子を作製した。
【0454】図8に示すDCマグネトロンスパッタリン
グ法の製造装置により、ヒーター803により基板80
2の温度を350℃に保持する以外は比較実験例5と同
様にして基板802上に不純物原子を含有しないテクス
チャー構造のAg光反射層を300nm作製した。その
後、実施例64同様にして、光起電力素子を作製した
(素子比19)。
【0455】実施例64〜66と比較例19で作製した
光起電力素子の太陽電池特性について本発明の効果を実
証するために、実施例1と同様な評価試験を行った。結
果を表40に示す。
【0456】表40から明らかなように、実施例64〜
66の光起電力素子は、比較例19の素子に比べ、初期
特性、耐久性、耐環境性のいずれも大きく改善されるこ
とが分かった。
【0457】
【表1】
【0458】
【表2】
【0459】
【表3】
【0460】
【表4】
【0461】
【表5】
【0462】
【表6】
【0463】
【表7】
【0464】
【表8】
【0465】
【表9】
【0466】
【表10】
【0467】
【表11】
【0468】
【表12】
【0469】
【表13】
【0470】
【表14】
【0471】
【表15】
【0472】
【表16】
【0473】
【表17】
【0474】
【表18】
【0475】
【表19】
【0476】
【表20】
【0477】
【表21】
【0478】
【表22】
【0479】
【表23】
【0480】
【表24】
【0481】
【表25】
【0482】
【表26】
【0483】
【表27】
【0484】
【表28】
【0485】
【表29】
【0486】
【表30】
【0487】
【表31】
【0488】
【表32】
【0489】
【表33】
【0490】
【表34】
【0491】
【表35】
【0492】
【表36−1】
【0493】
【表36−2】
【0494】
【表36−3】
【0495】
【表37】
【0496】
【表38】
【0497】
【表39】
【0498】
【表40】
【0499】
【発明の効果】本発明により、短絡電流が増加し、直列
抵抗が減少して、変換効率が向上した光起電力素子を提
供することが可能となる。
【0500】また、本発明により、導電性基板と光反射
層の密着性及び光反射層と反射増加層との密着性が改善
され、耐環境性及び耐久性が向上した光起電力素子を提
供することが可能となる。
【0501】更に本発明により、光反射層の金属が反射
増加層及び非単結晶半導体層に拡散するのを防止でき、
耐久性の高い光起電力素子を提供することが可能とな
る。
【0502】加えて本発明により、光反射層を堆積した
後、反射増加層及び非単結晶半導体層等の堆積時の基板
温度変化や光起電力素子を高温高湿の繰り返し環境下で
使用することによる結晶成長の進行を防止でき、素子特
性が経時的に安定な光起電力素子を提供することができ
る。
【0503】更に加えて本発明により、高歩留まりで大
量生産可能な光起電力素子を提供することが可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の光起電力素子の一構成例を示した模式
図である。
【図2】本発明の光起電力素子の他の構成例を示した模
式図である。
【図3】本発明の光起電力素子の他の構成例を示した模
式図である。
【図4】本発明の光起電力素子を構成する透明電極を作
製するための装置の一例であり、DCマグネトロンスパ
ッタリング放置の模式図である。
【図5】実験例1−1〜1−5と比較実験例1で作製し
た光反射層中の銀の結晶粒径分布を示すグラフである。
【図6】曲げ試験を行うための装置の一例を示す模式図
である。
【図7】実験例1−1〜1−5と比較実験例1で作製し
た光反射層について、銀の結晶粒径の分布の変化をアニ
ーリング前後で示したグラフである。
【図8】本発明の光起電力素子を構成する光反射層と光
反射増加層を作製するための装置の一例であり、DCマ
グネトロンスパッタリング法による製造装置の模式図で
ある。
【図9】本発明の光起電力素子を構成する光反射層を作
製するための装置の一例であり、真空蒸着法による製造
装置の模式図である。
【図10】実験例2と比較実験例2で作製した光反射層
において、銀の結晶粒径分布を示すグラフである。
【図11】実験例2と比較実験例2で作製した光反射層
について、銀の結晶粒径の分布の変化をアニーリング前
後で示したグラフである。
【図12】本発明の光起電力素子を構成する光反射層と
光反射増加層を連続して作製するための装置の一例であ
り、DCマグネトロンスパッタリング法と真空蒸着法に
よる製造装置の模式図である。
【図13】本発明の光起電力素子を構成する非単結晶シ
リコン系半導体層を作製するための装置の一例であり、
マイクロ波グロー放電法による製造装置の模式図であ
る。
【図14】本発明の光起電力素子を構成する非単結晶シ
リコン系半導体層を作製するための装置の一例であり、
RFグロー放電法による製造装置の模式的図である。
【符号の説明】
101,301 導電性基板 102,202 光反射層 103,203,303 光反射増加層 104,204a,204b,304a,304b n
型(またはp型)非単結晶シリコン半導体層 105,205a,205b,305a,305b i
型非単結晶シリコン系半導体層 106,206a,206b,306a,306b p
型層(またはn型)非単結晶シリコン系半導体層 107,207,307 透明電極 108,208,308 集電電極 109,209,309 光 201 透明基板 210 導電層(または/及び保護層) 302 テクスチャ構造の光反射層 401,801 堆積室 402,802 基板 403,803 加熱ヒータ 404,804,818 ターゲット 405,805 絶縁性支持体 406,806、820 DC電源 407,807,821 シャッター 408,808 真空計 409,809,コンダクタンスバルブ 410,412,414、416、810,812、8
14、816 ガス導入バルブ 411,413,415、417、811,813、8
15、817 マスフローコントローラー 601 基板 602 基板曲げ棒 603 エアーシリンダー 901 堆積室 902 基板 903 加熱ヒータ 904 蒸着 905 電子銃 906 高電圧電源 907 シャッター 908 真空計 909 コンダクタンスバルブ 910,912、914、916 ガス導入バルブ 911,913、915、917 マスフローコントロ
ーラー 1201 堆積室 1202 基板 1203 加熱ヒータ 1204 蒸着源 1205 電子銃 1206 高電圧電源 1207,1221 シャッター 1208 真空計 1209 コンダクタンスバルブ 1210,1212、1214、1216 ガス導入バ
ルブ 1211,1213、1215、1217 マスフロー
コントローラー 1218 ターゲット 1219 絶縁性支持体 1220 DC電源 1301 μWグロー放電分解法による成膜装置の堆積
室 1302 誘電体窓 1303、1403 ガス導入管 1304,1404 基板 1305,1405 加熱ヒータ 1306,1406 真空計 1307,1407 コンダクタンスバルブ 1308,1408 補助バルブ 1309,1409 リークバルブ 1310 導波部 1311 バイアス電源 1312 バイアス棒 1320 原料ガス供給装置 1321〜1326 マスフローコントローラー 1331〜1386 ガス流入バルブ 1341〜1346 ガス流出バルブ 1351〜1356 原料ガスボンベのバルブ 1361〜1366 圧力調整器 1371〜1376 原料ガスボンベ 1401 RFグロー旗電分解法による成膜装置の堆積
室 1402 カソード 1412 FRマッチクングボックス
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡田 直人 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 近藤 隆治 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 西尾 豊 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内 (72)発明者 西元 智紀 東京都大田区下丸子3丁目30番2号キヤノ ン株式会社内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 導電性基板上に、光反射層、光反射増加
    層、少なくともシリコン原子を含有する非単結晶半導体
    材料からなるn型層、i型層及びp型層、及び透明電極
    を積層して構成される光起電力素子において、前記光反
    射層は銀原子を主構成元素とし、酸素原子、窒素原子ま
    たは炭素原子の内少なくとも1つを含有していることを
    特徴とする光起電力素子。
  2. 【請求項2】 導電性基板上に、光反射層、光反射増
    加層、少なくともシリコン原子を含有する非単結晶半導
    体材料からなるn型層、i型層及びp型層、及び透明電
    極を積層して構成される光起電力素子において、前記光
    反射層は銅原子を主構成元素とし、酸素原子、窒素原子
    または炭素原子の内少なくとも1つを含有していること
    を特徴とする光起電力素子。
  3. 【請求項3】 前記光反射層に含まれる酸素原子、窒素
    原子及び炭素原子の総量は、0.1〜1000ppmで
    あることを特徴とする請求項1または2に記載の光起電
    力素子。
  4. 【請求項4】 導電性基板上に、光反射層、光反射増加
    層、少なくともシリコン原子を含有する非単結晶半導体
    材料からなるn型層、i型層及びp型層、及び透明電極
    を積層して構成される光起電力素子において、前記光反
    射層は銀原子を主構成元素とし、鉛原子または鉛原子及
    び金または鉛及び金及び第1遷移金属原子を2〜100
    ppm含有していることを特徴とする光起電力素子。
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