JPH07240531A - 太陽電池およびその製造方法、並びに多層薄膜形成方法 - Google Patents

太陽電池およびその製造方法、並びに多層薄膜形成方法

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JPH07240531A
JPH07240531A JP6310981A JP31098194A JPH07240531A JP H07240531 A JPH07240531 A JP H07240531A JP 6310981 A JP6310981 A JP 6310981A JP 31098194 A JP31098194 A JP 31098194A JP H07240531 A JPH07240531 A JP H07240531A
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film
semiconductor layer
semiconductor
forming
solar cell
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Akihiro Shindo
晶弘 進藤
Daisuke Kosaka
大介 小坂
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Crystal Device Corp
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Crystal Device Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 安価で変換効率の高い太陽電池を得る。 【構成】 ガラス製透明基板２５１に透明電導膜２５２
を形成し、その上にアモルファス状に形成すると同時に
指向性の高いＮｅ原子流を各半導体層２１２，２１４に
照射することによって、各入射方向に垂直に最稠密面が
配向するよう単結晶化してｐ型の第１の半導体層２５３
を形成する。この際、第１の半導体層２５３を可及的に
薄く形成し、光透過性を上げる。その上にアモルファス
系の真性半導体層２５５を形成し、さらにアモルファス
系または結晶系のｎ型の第２の半導体層２５４を形成す
る。主に長波長光は第１の半導体層２５３で吸収し、短
波長光は真性半導体層２５５で吸収する。第１の半導体
層２５３が単結晶であるため、少数担体の吸収が少なく
変換効率が向上する。 【効果】 変換効率が高く、しかも安価に製造可能であ
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、エネルギー変換効率の
高い太陽電池およびその製造方法に関し、さらに、当該
太陽電池の製造に適した多層薄膜形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】まず、従来の太陽電池の２つの例につい
て説明する。
【０００３】＜従来例１＞図１６乃至図１９は従来例１
の太陽電池の製造工程を示す図である。ここでは、電極
の形成時の他、太陽電池としての主材料であるＣｄＴｅ
およびＣｄＳ膜をも印刷法を使って形成する場合を例に
挙げて説明する。まず、図１６の如く、ガラス基板１の
上面にペースト状のＣｄＳ膜２をスクリーン印刷する。
そして、ＣｄＳ膜２を赤外線照射してこれを乾燥させた
後、炉中で約６５０゜Ｃに加熱して焼結半導体とする。
そして、不純物をドーピングしてＣｄＳ膜２をｎ型とす
る。次に、図１７の如く、ＣｄＳ膜２の上面の一部にＣ
ｄＴｅ膜３を選択的にスクリーン印刷しこれを乾燥させ
て焼結する。そして、図１８の如く、ＣｄＴｅ膜３の上
面にカーボン電極４（アクセプタ源）を印刷し乾燥させ
て焼き付ける。このとき、約３００゜Ｃでアクセプタと
なる元素がＣｄＴｅ膜３中に拡散して強いｐ型ＣｄＴｅ
層を作ることでｐｎ接合を形成する。しかる後、図１９
の如く、上方に露出されたＣｄＳ膜２上にＡｇ−Ｉｎ電
極５を印刷・焼付するとともに、カーボン電極４の上面
の一部にＡｇ電極６を選択的に印刷・焼付する。
【０００４】なお、図１６乃至図１９に示した上記太陽
電池では、基板上のｎ型膜として、ＩＩ−ＶＩ族のＣｄ
Ｓを用いていたが、例えばＶＩ族のＳｉやＩＩＩ−Ｖ族
のＧａＡｓを用いるものもある。
【０００５】＜従来例２＞図２０（Ａ）は従来例２のタ
ンデム構造（積み重ね式）の太陽電池を示す図である。
図２０（Ａ）中の７は第１の半導体部（第１のヘテロ接
合部）、８は第２の半導体部（第２のヘテロ接合部）、
９は高濃度接合によるトンネル接合部である。一般に、
半導体が吸収できる光の波長範囲は、半導体の禁止帯幅
Ｅｇが小さい程広くなるが、吸収した光のエネルギー利
用率はＥｇが小さいほど悪くなるという矛盾要素を抱え
ている。この矛盾をできるだけ少なくするように、Ｅｇ
の異なるｐｎ接合を、Ｅｇの大きい順に光の進行方向に
重ねて配列したのがタンデム構造である。図２０（Ｂ）
の如く、短波長側の光から順次各材料によって吸収さ
れ、夫々ＥｇA ，ＥｇB に見合った電圧を発生する。各
々のｐｎ接合を有する半導体部７，８は直列に接続され
るが、その間に金属を介することなくｐ+ ｎ+ のトンネ
ル接合部９のトンネル電流を利用して良好な接続が得ら
れる。なお、図２０（Ｂ）中のＥC は伝導帯の下端、Ｅ
V は充満帯の上端、ＥF は固体の中でどのエネルギーの
ところまで電子が満たされているのかを表す尺度として
のフェルミ準位である。これらのエネルギーギャップ
は、各半導体膜に用いられる材料により自ずと決定され
る。該タンデム構造の材料としては、ＧａＡｌＡｓとＧ
ａＡｓの組み合わせや、ａ−Ｓｉとａ−ＳｉＧｅの組み
合わせ等がある。また、層の数としては２つ以上のもの
が考えられている。従来例２についても、従来例１と同
様にして、スクリーン印刷−乾燥−焼結の方法で作成す
るのが一般的であった。
【０００６】つぎに、従来の太陽電池全般にわたって概
観する。
【０００７】図４１は一般的な太陽電池の材料別の特徴
を示したものである。図４１の如く、太陽電池は、使う
材料でＳｉ系と化合物系に分かれる。通常生産されてい
る太陽電池のほとんどはＳｉ系の材料が使われている。
Ｓｉ系には結晶系とアモルファス（非晶質）系がある。
結晶系は使用する基板によって単結晶Ｓｉと多結晶Ｓｉ
がある。このうち、一般に電力系として広く使われてい
るのは単結晶Ｓｉと多結晶Ｓｉの太陽電池である。
【０００８】単結晶Ｓｉを用いた太陽電池は変換効率が
１７％（〜２０％）と高いが、単結晶Ｓｉ基板が高価で
あるという課題がある。
【０００９】多結晶Ｓｉを用いた太陽電池は単結晶Ｓｉ
太陽電池に比べれば変換効率は１２〜１４％と劣るが単
結晶Ｓｉ基板より安価に調達できる。ただし、かかる多
結晶Ｓｉにしてもインゴツトを切断して形成されるバル
クを使用する限り、バルクに一定の厚さを必要とする、
あるいは切り代が必要となる等の要因から、まだまだ基
板にかかるコストが高いという問題がある。
【００１０】コスト低減に期待がかかっているのはアモ
ルファスＳｉ太陽電池であるアモルファスＳｉ太陽電池
は、プラズマＣＶＤ法（化学的気相成長法）等の方法を
使って薄膜を積層して製作する。かかる方法によると、
２００℃〜３００℃程度の低温で薄膜が形成できるの
で、安価なガラス材料等が使用できることと、Ｓｉ材料
を単結晶または多結晶のバルクシリコンを使用する場合
と比較して大幅に少なくできることから、安価な太陽電
池が作れる。しかしながら本格的に実用化するために
は、現状６〜８％の変換効率をいかに向上させるかとい
う課題がある。また、アモルファスＳｉの場合、結晶欠
陥が多いため、変換効率の経年変化により数ヶ月で１５
％（初期劣化）程度劣化し、その後年率１〜２％程度さ
らに劣化するという課題がある。
【００１１】次に、これらの従来技術の課題解決のた
め、各メーカが取り組んでいる研究・開発の方向につい
て述べる。
【００１２】＜従来例３：単結晶Ｓｉ太陽電池＞図４２
（ａ）の如く、チョクラルスキー法（ＣＺ法）で引き上
げられた、すなわち、熱エネルギーを加えて水素還元し
たトリクロロシランを用いて多結晶の母材２０１を作成
し、これを図４２（ｂ）のように１５００℃以下の熱エ
ネルギーを加えて単結晶化した単結晶Ｓｉインゴット２
０２を、図４２（ｃ）の２０３のように切断し、これを
図４２（ｄ）のように研磨した後、ｐ型不純物を添加し
て図４２（ｅ）のようなＳｉ単結晶基板（ウェハ）２０
４を得ている。また、図４３（ａ）のようなＳｉ単結晶
基板（ウェハ）２０４の上面に図４３（ｂ）ようなｎ型
Ｓｉ半導体層２０５を形成してｐｎ接合を形成する際に
は、ＰｏＣｌ3 を用いた気相拡散法やＴｉＯ2 、Ｐ2 Ｏ
5 を用いた塗布拡散法およびＰ+ イオンを直接ドープす
るイオン打込法が用いられている。そして、図４３
（ｃ）の如く、裏面電極２０６および表面電極２０７を
形成し、単結晶Ｓｉ太陽電池が完成する。この製造方法
は、大量の電力を使用することと、Ｓｉ材料を多く使用
するのでコストが高いという問題がある。現状は自動
化、連続化に加え、図４２（ｃ）に示したインゴット２
０２の切断時に基板をいかに薄く切りスライス時のＳｉ
のロス（切り代）をいかに低減する等のコストダウンに
研究の中心がある。
【００１３】単結晶Ｓｉ太陽電池では、バルクシリコン
基板のコスト高をカバーするため変換効率の向上の改良
がなされている。すなわち、基板裏面近くでのキャリア
再結合による効率の低下を防ぐため、図４４（ａ）の如
く、基板２０４の裏面に内部電解２０８を導入したＢＳ
Ｆ（Back Surface Field）型太陽電池で、ｐ型基板の裏
面にｐ+ 層２０８を形成して内部電界をもたせ裏面付近
で発生したキャリアをこの電界で加速させ有効に電力と
して取り出せるようにしたものである。この構造によっ
て特に長波長の光感度が増大し変換効率を１５％程度ま
で上げている。
【００１４】また、太陽電池の表面側（受光側）でのキ
ャリア再結合による低下を防ぐものとして、図４４
（ｂ）に示すバイオレットセルがある。太陽電池のｎ+
層２０５の薄厚は通常０．３〜０．５μｍで、これをエ
ッチングにより０．１μｍ〜０．２μｍにすることによ
りｎ+ 層付近でのキャリア再結合を防ぎ変換効率を上げ
たものである。
【００１５】さらに、太陽電池表面での光の反射による
効率低下を防ぐものとして、図４４（ｃ）に示すＣＮＲ
太陽電池（Comsat Non Reflective solar Cell）があ
る。これは基板２０４およびｎ+ 層２０５の表面に微小
（１〜２μｍ）なピラミッド凹凸を多数作ったもので、
多重反射により表面反射を減少させるものである。この
構造によって、Ｓｉ系太陽電池としては最高レベルの変
換効率１８％を得ている。なお、ここでは、ｎ+ 層５の
厚さを０．２〜０．３μｍに設定している。
【００１６】図４５に地球の平均公転軌道上での大気圏
外で太陽光（ＡＭ−０）が入射され吸収された場合の単
結晶シリコンについての光の通過距離と光の入射光比率
との関係を示す。単結晶シリコンでは３０μｍであれば
入射光の８０％が吸収され、残り１０％の合計９０％を
吸収させるためには１００μｍ必要であることを示して
いる。これらのことから、表面から遠くなるほど、吸収
に対する寄与は少なくなるので、ある程度の薄いシリコ
ン板を使う考えもある。ここで、図４６に各種太陽電池
の基板厚さと到達変換効率の関係を示す。図４６中の＋
で示した点は、各材料を用いた場合にその最高値に対し
て十分満足できる意味での最適点であるアモルファスＳ
ｉ（ａ−Ｓｉ）は、吸収係数が大きいので極めて薄い厚
さ（１μｍ以下）で、充分であることを示している。バ
ルク単結晶Ｓｉ基板を用いた場合、１０μｍ以上になら
ないと変換効率はアモルファスＳｉを越えることができ
なく、最適点では７０μｍ〜８０μｍ程度の厚さが必要
となる。かかる厚さで形成した太陽電池は、２０％近い
変換効率が得られる。逆にいえば、８０μｍ以上の厚さ
にしても、７０μｍ〜８０μｍ程度の厚さの単結晶Ｓｉ
基板からさらに変換効率を大幅に向上することは期待で
きない。ところが、一般に、単結晶シリコン基板は、ウ
ェハ厚が約２５０μｍ、切り代が約１５０μｍ必要とな
り、インゴット１ｃｍの長さから２５枚のウェハを切り
出せるのが普通であり、各種の切断法が検討されている
ものの、ウェハ厚２００μｍ、切り代１００μｍ、合計
３００μ厚が当面の限界である。すなわち、上述の７０
μｍ〜８０μｍのウェハを作ることはできなく、実際は
２００μｍ〜４００μｍ厚のウェハを用いざるを得ず、
材料の無駄が発生し、低価格化は困難である。
【００１７】また、太陽電池に使用するシリコン基板
は、ＬＳＩ用のウェハを製造する過程でインゴットの上
端部および下端部に生ずる純度の低い規格外品を材料に
することで、できる限り安価な材料を調達することを考
える。基板材料をＬＳＩ用途の副産物に依存していて、
ＬＳＩ用ウェハ生産から得られる規格外品は１０％程度
であり、規格外品のみを用いることにすると材料面で枯
渇するという問題もかかえている。
【００１８】＜従来例４：多結晶Ｓｉ太陽電池＞単結晶
Ｓｉ太陽電池の欠点はその製造プロセスが複雑で製造エ
ネルギーが大きくかつＳｉ材料を多く使用する点にあっ
た。これらの問題点を解決するために、図４７および図
４８に示すキャスト法や、図４９に示すリボン法を用い
た多結晶Ｓｉ太陽電池の開発が進められている。一般的
なキャスト法は、図４７の如く、Ｓｉの融液２１１をル
ツボ２１２中で冷却（徐冷）して固化する方法である。
どちらも単結晶Ｓｉに比べて生産性が高く変換効率はや
や単結晶Ｓｉに劣るが１０〜１６％と比較的高効率とな
っている。図４８は日本サンシャイン計画の一環として
新エネルギー総合開発機構（ＮＥＤＯ）が開発したキャ
スト法の新たな提案例である。ルツボ２１２中のＳｉ融
液２１１はその上方からルツボごと徐冷され、ルツボと
同形の多結晶Ｓｉインゴットが得られる。なお、図４８
中の２１３はヒータ、２１４は熱遮蔽板、２１５は支持
軸、２１６はチャンバである。かかる工程を経て製造さ
れたインゴットをスライスして単結晶Ｓｉと同様の工程
を経て多結晶Ｓｉ太陽電池が形成できる。
【００１９】リボン法は、図４９の如く、Ｓｉ融液か
ら、太陽電池に必要なシート状の多結晶２２１を直接に
得る方法である。単結晶やキャスト法多結晶Ｓｉのよう
に、インゴットをスライスする必要がないので原料を有
効に利用できる。原理は、Ｓｉ融液の入ったルツボ２２
２内に立てられたキャピラリダイ２２３を通してリボン
多結晶Ｓｉを引き上げるものである。引き上げられたリ
ボン多結晶Ｓｉはレーザで適当な大きさに切断し、単結
晶Ｓｉと同様の工程で太陽電池に加工される変換効率は
７〜１４％でありキャスト法に比べてやや低い。
【００２０】多結晶Ｓｉ太陽電池も単結晶Ｓｉ太陽電池
と同様、Ｓｉ原材料を多く使用しなければならない点
で、コスト上の問題を有している。従来の技術課題も基
板材料のコストが多結晶Ｓｉ太陽電池全体のコストの約
２５％を占めるという高い比率であるため、「基板をい
かに薄く切るか、いかにスライス時のロスを少なくする
か」という点にある。
【００２１】キャスト法では、インゴットをマルチワイ
ヤソーでスライスして基板４００μｍに対し約１２０〜
１５０μｍのロスが発生する。すなわち、Ｓｉ原材料を
５２０〜５５０μｍ使用することになり、今後の技術課
題はそれを３００μｍ迄に押えることにある。しかしな
がら、この薄型化が実現したとしても、次に述べるアモ
ルファスＳｉ太陽電池等に比べ１０〜１００倍の原材料
消費となる。
【００２２】＜従来例５：アモルファスＳｉ太陽電池＞
アモルファスＳｉ太陽電池は変換効率と信頼性面で課題
があるものの、コスト、資源、製造エネルギー、公害面
で優れた特徴を持っている。
【００２３】アモルファスＳｉ太陽電池は、結晶系バル
クＳｉ基板を使用する太陽電池と全く異なった方法で形
成される。図５０に単室反応炉法、図５１に連続分離プ
ラズマ反応法の概要を示す。０．１〜１０Ｔｏｒｒ程度
の真空に保たれた反応室２４にモノシラン（ＳｉＨ4 ）
などの原料ガス２６を導入し、ＲＦ電界２２５を印加し
て原料ガスを分解し、ガラスやステンレス等の基板２２
７上にアモルファスＳｉ層２２８を形成する。この際、
原料ガスにＢ2 Ｈ6 （ジボラン）２２９を混入すればｐ
型アモルファスＳｉが、フォスフィン（ＰＨ3 ）２３０
を混入すればｎ型アモルファスＳｉができる。なお、図
５１中の２３１はシャッターである。このように、原料
ガスの切替えだけでｐｎ接合が形成できる。アモルファ
スＳｉ太陽電池は製造エネルギが少なく、素子を形成す
るＳｉ層が単結晶、多結晶バルクシリコン型太陽電池に
比較して１／１００以下となり低コスト化を実現する条
件を備えている。また、成膜温度が低く安価なガラス基
板やステンレス基板を使えることも低コスト化には有利
である。
【００２４】アモルファスＳｉ太陽電池の発電原理及び
構造は、結晶Ｓｉ太陽電池とは異なっている。一般に結
晶シリコンの場合は、図５２に示すようにｐｎ構造であ
り、光キャリアは拡散によって移動する。これに対し
て、アモルファスＳｉ太陽電池は、図５３の如く、ｐ型
層（ｐ）とｎ型層（ｎ）の間に、ｐ、ｎ両型の不純物を
含まない真性半導体層（ｉ）を介在させたＰｉｎ構造
（ｐ型−Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ−ｎ型）であり、光キャリ
アは主に太陽電池の内蔵電界によるドリフトによって移
動する。なお、図５３中のＴＣＯは電極となる透明電導
膜（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ
Ｏｘｉｄｅ）、Ｇｓはガラス板である。真性半導体層
（ｉ）を備えるメリットは、通常のｐｎ接合での境界の
空間電荷領域（空乏層）が広く、光で発生する電子正孔
の大部分が内部電界のある所で（空乏層）で発生するの
で、直ちに光発生電流として取り出せることである。す
なわち、通常のｐｎ接合の場合の拡散によるｐｎ境界へ
のマイノリティキャリアの移動という過程が省略でき
る。しかし、アモルファスＳｉ太陽電池内の光キャリア
の生成は、主に真性半導体層中で行なわれるがアモルフ
ァスＳｉは吸収係数が大きく、入射光が真性半導体層
（ｉ）に到達する前に、その一部分はｐ型ドープ層に吸
収され発電に有効に利用されないという課題がある。図
５４にアモルファスＳｉと結晶シリコン等との光の波長
（光子のエネルギー）に対する光吸収係数の比較を、図
５５に水素が混入されたアモルファスＳｉ：Ｈと単結晶
Ｓｉとの光吸収スペクトルの比較を示す。図５４および
図５５によると、太陽エネルギーのピークとなる０．５
μｍ付近で、単結晶Ｓｉに比べてほぼ１桁程度アモルフ
ァスＳｉまたはアモルファスＳｉ：Ｈの吸収係数が大き
いことがわかる。また、０．７μｍの波長より長波長側
では単結晶Ｓｉの方が１桁吸収係数がアモルファスＳｉ
に比較して大きいことがわかる。
【００２５】図５６に光吸収係数をパラメータとした光
吸収状態を示す。すなわち、吸収係数の値を定めて光子
の吸収される割合を、光の通過距離に対してプロットし
たものである。図５６では、光吸収係数が１０2 、１０
3 、１０4 、および１０5 の４通りの曲線を示してい
る。光吸収係数が高いと、短い距離で多くの光が吸収さ
れることになるので、アモルファスＳｉは単結晶シリコ
ンに比べて膜が薄くて済み、薄膜構造に適していること
がわかる。
【００２６】以上を整理すると、 １．アモルファスＳｉ型は吸収係数が大きいので、極め
て薄い層で充分である。ただし、図４６の如く、変換効
率は理論上１４％が最大であり、単結晶型の２０％を越
える変換効率に比べて著しく低い。
【００２７】２．アモルファスＳｉ型の光キャリア生成
は主に図５３に示した真性半導体層（ｉ）中で行なわれ
るが、入射光が真性半導体層（ｉ）に到達する前にその
一部はｐ型層のドープ層により吸収され発電に有効に利
用されない。入射光側のドープ層を減少させ真性半導体
層（ｉ）に到達する光を増加させるためには、ドープ層
を多結晶化、単結晶化することが重要であるが、その方
法は困難である。特に安価なガラス基板等を使用する場
合、プロセス温度を低温にする必要があるが、Ｓｉの結
晶化温度は高く従来方法では実現が難しい。
【００２８】３．アモルファスＳｉを用いた太陽電池で
は、光の入力側（フロント側）には短波長に感度を持つ
セルを配置し、バック側には長波長に感度を持つセルが
配置できれば、太陽光の広い波長範囲を有効に利用でき
るので、変換効率の大幅な向上が期待できる。そのため
には、フロント側のフロントセルにはアモルファスＳｉ
を、バック側に単結晶または多結晶シリコン薄膜を配置
できれば、変換効率は向上する。しかしながら、従来こ
のような構造を実現しようとすると、バルクシリコン単
結晶基板を使わなければならない。そうすると、安価な
ガラス基板等が使用できなくなり、しかも基板の厚さが
大となって、コスト低減が犠牲となる。
【００２９】４．吸収係数が大きいと吸収の良いもの
は、表面近くで光により発生した電子と正孔の中で小数
担体、すなわちｐ型半導体の中では電子を、ｎ型半導体
の中では正孔を有効に取り出さなければならない。その
ためには、表面部の不純物の濃いドープ層（Ｐｉｎ構造
であればｐ型層）に結晶的な欠陥が多く発生してしま
い、電子と正孔がすぐ再結合して消滅するので、結晶欠
陥を少なくするか、ｐ型層の深さを浅くし、発生したマ
イノリティキャリア（小数担体）が空乏層に有効に移動
し取り出せるようにしておくことが大切である。通常の
アモルファスＳｉ膜中に水素が含まれていて、その水素
が未結合手と結合し、欠陥を少なくしているとは言え、
一般的には、単結晶と比較して欠陥密度が３桁〜５桁も
高く、表面再結合による損失は大きい。なお、アモルフ
ァスＳｉの欠陥密度は１０20／ｃｍ3、グロ放電（プラ
ズマＣＶＤ法）にて水素化されたアモルファスＳｉ（ア
モルファスＳｉ：Ｈ）の欠陥密度は１０15〜１０17／ｃ
ｍ3 、単結晶Ｓｉの欠陥密度は１０1 2 ／ｃｍ3 であ
る。
【００３０】図５７はアモルファスＳｉ：Ｈと単結晶Ｓ
ｉの物理数を示したものである。図５７からわかる通
り、電子や正孔の移動度、拡散長、電子・正孔の寿命時
間等の電気的特性は単結晶シリコンに及ばず、変換効率
が劣る原因となっている。
【００３１】これらのことから、光学的特性と電気的特
性を有効に利用してシリコン材料が少なく（薄膜化）か
つ変換効率のすぐれたものを製作するためには、フロン
ト側に結晶系のシリコン薄膜層を配置し、真性半導体層
をアモルファスＳｉ薄膜で形成し、バック側には長波長
側に吸収係数の良い結晶系のシリコン薄膜を配置するの
が望ましい。しかし従来では、安価なガラス基板上等に
単結晶又は多結晶薄膜を形成することができないこと
や、単結晶Ｓｉは通常単結晶基板上にしか形成すること
ができなく、アモルファスＳｉ薄膜上には単結晶または
多結晶性のシリコン薄膜を形成することは困難である。
【００３２】図５８乃至図６１は、アモルファスＳｉ層
等をベースに、フロント側に短波長光に感度を持つアモ
ルファスシリコンカーバイト（アモルファスＳｉＣ）な
どの太陽電池を配置した提案例である。図５８乃至図６
１中の２３５はガラス基板、２３６は透明電導膜（ＴＣ
Ｏ）、２３７はｐ型アモルファスＳｉＣ、２３８は真性
（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）アモルファスＳｉ層、２３９は
ｎ型アモルファスＳｉ膜、２４１はアルミニウムや銀等
からなるバック側電極、図５９中の２４２はｎ型マイク
ロクリスタルＳｉ層、２４３はＴｉＯ2 、２４４はセミ
・テクスチュア（繊維）構造層（ＳｕＳ）、図６０中の
２４５はグレーデッド・ハンド・ギャップ・アモルファ
スＳｉＣ、図６１中の２４６は高品質化された真性（Ｉ
ｎｔｒｉｎｓｉｃ）アモルファスＳｉ層である。また、
図６２の如く、バック側に真性（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）
アモルファスＳｉＧｅ層２４７を配置した改良研究が行
なわれている。しかしながら、これらのすべての層にア
モルファスを用いているため、図５５の如く、長波長に
おいて吸収係数が低くなり、広い周波数範囲をカバーす
るには電気的特性に課題該あり、実現に至っていない。
なお、従来例において、図６３の如く、バックエンドに
多結晶Ｓｉ２４８を配置したものもあるが、基板材料と
して、前記多結晶Ｓｉ２４８を結晶化するための高温環
境下に耐え得るものを必要とするため、基板材料が高価
なものに制限される。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】以上に説明した従来の
太陽電池には以下のような問題点があった。
【００３４】＜従来例１、２の問題点＞図１６乃至図１
９で示した従来例１および図２０（Ａ）（Ｂ）で示した
従来例２の太陽電池は、例えばスクリーン印刷−乾燥−
焼結の方法で作成していたため、単結晶薄膜を得ること
ができず、結晶状態は通常アモルファスの状態にある。
そうすると、結晶構造が不均一な分、ｐ型またはｎ型の
不純物の添加が困難となり、その導入量の制御等も困難
となる。
【００３５】なお、下地層としての半導体基板に単結晶
のものを用いれば、これを種結晶としてその上面に単結
晶膜を形成することが可能となるが、単結晶基板自体が
大変高価であり、低コスト化の要請に反していた。ま
た、単結晶膜の形成は、従来例では高温環境下で行う必
要があり、故に基板として高温に耐え得るものを使用し
なければならず、高コスト化の要因となっていた。ま
た、特に従来例２のように、禁止帯幅の異なる複数の半
導体部７，８を積み重ねる場合、その材料を変える必要
があり、下地層を種結晶とすること自体が不可能であっ
た。
【００３６】ここで、半導体膜に例えばＳｉを用いる場
合、結晶状のＳｉの吸収係数は可視部でも１０4 ／ｃｍ
にしか過ぎず、太陽光線を全部吸収するには相当厚い板
状の材料が必要で、多結晶の場合には数百μｍの厚さが
必要である。一方、アモルファスの場合は、吸収係数が
大きいので比較的薄い材料（例えば１μｍ）でもよい。
しかし、電子移動度が低いこと、キャリアの寿命が短い
ために変換効率が悪く、５〜１０％の変換効率しか得ら
れていない。ＧａＡｓ等はこの意味で材料として適して
いるが、材料価格が高く、実用に適していない。ＩＩ−
ＶＩ族やＩＩＩ−Ｖ族の化合物も、吸収係数および吸収
端の波長から考えると好ましく、一時期、例えばＣｄＳ
が検討されたが、単結晶にし難いこと、ｐ型、ｎ型の不
純物の添加が困難といった欠点がある。但し、これらの
ＩＩ−ＶＩ族やＩＩＩ−Ｖ族の化合物で単結晶化および
不純物のドーピングが可能であれば、むしろＳｉよりこ
れらの化合物の方が望ましい。したがって、これらＩＩ
−ＶＩ族やＩＩＩ−Ｖ族の化合物を容易に単結晶化し得
る方法が望まれていた。
【００３７】本発明は、上記課題に鑑み、安価な基板を
用いつつも、不純物の添加およびその導入量の制御が容
易となる太陽電池およびその製造方法を提供することを
目的とする。
【００３８】＜従来例３、４、５の問題点＞ １）結晶系Ｓｉ太陽電池においては、バルクシリコンウ
ェハを使用しなければならないので、基板厚さを最低で
も２００μｍ厚、標準的には３００μｍ厚を要する。ま
たインゴットからシリコンウェハを切り出すので、切断
ロスが１２０μｍ〜１５０μｍ発生し、Ｓｉ材料として
は全体で３２０μｍから４５０μｍ厚を必要とする。
【００３９】これに対し、変換効率を理論値近い２０％
のものを得ようとすると、結晶Ｓｉの厚さは７０〜８０
μｍで良いので材料の無駄が発生し、コスト高になると
いう問題がある。
【００４０】コストを下げるためには、シリコンウェハ
の厚さを薄くし、切断時のロスを最少にすることが必要
であるが、歩留の問題から２００μｍ厚以下にすること
は困難であり、また切断時のロスもマルチワイヤーソ等
を用いる限り１００μｍ以下にすることは難しい。従っ
て太陽電池のコスト低減には限界がある。
【００４１】２）結晶系Ｓｉ基板は主として、ＬＳＩ用
インゴットの上下両端部の規格外品を流用しコストを下
げる方法が取られているので、従来その資源が枯渇する
という問題をかかえている。
【００４２】３）アモルファス系Ｓｉ太陽電池は、太陽
エネルギーのピーク（５００オングストローム）付近で
の光吸収係数は単結晶のそれと比較して、１桁以上高い
値が得られるので、短い距離で多くの光が吸収されるこ
とにより、アモルファスＳｉ系のものは単結晶系の太陽
電池と比較して膜厚が数十分の１〜１００分の１以下で
よいので、低コスト化を実現できる特徴がある。またア
モルファスＳｉは成膜温度が低く安価なガラス基板を用
いることができるなど低コスト化には有利である。しか
し、結晶欠陥が単結晶のそれと比較して、３〜５桁多
く、再結合で電子や正孔が消滅しやすく、かつ移動度も
４〜５桁低く変換効率が劣り、かつ経年変化により劣化
しやすいという問題がある。
【００４３】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
で、低コストで変換効率が高く、かつ劣化の少ない太陽
電池を得ることをも目的とする。
【００４４】本発明は、さらに、太陽電池の製造に好適
な多層薄膜形成方法を提供することをも目的とする。
【００４５】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１に係る
課題解決手段は、基板と、該基板の上面側に該基板と異
なる材料で形成された第１導電型の第１の半導体膜と、
該第１の半導体膜に接続される第１の電極と、前記第１
の半導体膜の上面に形成された第２導電型の第２の半導
体膜と、該第２の半導体膜側に接続される第２の電極と
を備え、前記第１の半導体膜および第２の半導体膜は単
結晶膜で構成される。
【００４６】本発明の請求項２に係る課題解決手段は、
第１導電型の第１の半導体膜および該第１の半導体膜の
上面に形成された第２導電型の第２の半導体膜とを有す
る第１のヘテロ接合部と、前記第２の半導体膜の上面側
に形成された第１導電型の第３の半導体膜および該第３
の半導体膜の上面に形成された第２導電型の第４の半導
体膜とを有する第２のヘテロ接合部とを少なくとも備
え、該両ヘテロ接合部は光の進行方向に沿って禁止帯幅
の大きい順に配列され、前記第１の半導体膜、第２の半
導体膜、第３の半導体膜および第４の半導体膜は単結晶
膜で構成される。
【００４７】本発明の請求項３に係る課題解決手段は、
前記両ヘテロ接合部の間に、光透過可能な薄さの層間導
電体が介在される。
【００４８】本発明の請求項４に係る課題解決手段は、
前記層間導電体は前記両ヘテロ接合部に対してオーミッ
ク接合特性を有する金属が使用される。
【００４９】本発明の請求項５に係る課題解決手段は、
前記層間導電体の一側に配された第２の半導体膜の結晶
方位と他側に配された第３の半導体膜の結晶方位は互い
に異なって形成される。
【００５０】本発明の請求項６に係る課題解決手段は、
前記単結晶膜は、結晶化温度以下の低温度下で反応ガス
を供給すると同時に相異なる複数方向の最稠密結晶面に
垂直な方向からビーム照射されて形成される。
【００５１】本発明の請求項７に係る課題解決手段は、
前記単結晶膜は、予め形成されたアモルファス薄膜また
は多結晶薄膜の結晶化温度以下の低温度下で相異なる複
数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射され
て形成される。
【００５２】本発明の請求項８に係る課題解決手段は、
前記単結晶膜はＩＩ−ＶＩ族化合物が用いられる。
【００５３】本発明の請求項９に係る課題解決手段は、
前記単結晶膜はＩＩＩ−Ｖ族化合物が用いられる。
【００５４】本発明の請求項１０に係る課題解決手段
は、基板の上面側に該基板と異なる材料の第１導電型の
第１の半導体膜およびその電極を形成する第１の工程
と、前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半
導体膜およびその電極を形成する第２の工程とを備え、
前記第１の工程および第２の工程は、結晶化温度以下の
低温度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方
向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して単結
晶膜よりなる前記第１の半導体膜または第２の半導体膜
を形成する工程を含む。
【００５５】本発明の請求項１１に係る課題解決手段
は、基板の上面側に該基板と異なる材料の第１導電型の
第１の半導体膜およびその電極を形成する第１の工程
と、前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半
導体膜およびその電極を形成する第２の工程とを備え、
前記第１の工程および第２の工程は、予めアモルファス
薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化温度以下の低温
度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向か
らビーム照射して単結晶膜よりなる前記第１の半導体膜
または前記第２の半導体膜を形成する工程を含む。
【００５６】本発明の請求項１２に係る課題解決手段
は、基板の上面側に該基板と異なる材料の第１導電型の
第１の半導体膜およびその電極を形成する第１の工程
と、前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半
導体膜を形成して第１のヘテロ接合部を形成する第２の
工程と、前記第２の半導体膜の上面側に第１導電型の第
３の半導体膜を形成する第３の工程と、前記第３の半導
体膜の上面に第２導電型の第４の半導体膜およびその電
極を形成して第２のヘテロ接合部を形成する第４の工程
とを少なくとも備え、前記第１の工程、第２の工程、第
３の工程および第４の工程は、結晶化温度以下の低温度
下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方向の最
稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して単結晶膜よ
りなる前記第１の半導体膜、前記第２の半導体膜、前記
第３の半導体膜または前記第４の半導体膜を形成する工
程を含む。
【００５７】本発明の請求項１３に係る課題解決手段
は、基板の上面側に該基板と異なる材料の第１導電型の
第１の半導体膜およびその電極を形成する第１の工程
と、前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半
導体膜を形成して第１のヘテロ接合部を形成する第２の
工程と、前記第２の半導体膜の上面側に第１導電型の第
３の半導体膜を形成する第３の工程と、前記第３の半導
体膜の上面に第２導電型の第４の半導体膜およびその電
極を形成して第２のヘテロ接合部を形成する第４の工程
とを少なくとも備え、前記第１の工程、第２の工程、第
３の工程および第４の工程は、予めアモルファス薄膜ま
たは多結晶薄膜を形成し、結晶化温度以下の低温度下で
相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビー
ム照射して単結晶膜よりなる前記第１の半導体膜、前記
第２の半導体膜、前記第３の半導体膜または前記第４の
半導体膜を形成する工程を含む。
【００５８】本発明の請求項１４に係る課題解決手段
は、前記第２の工程と前記第３の工程との間に、両ヘテ
ロ接合部の間に前記両ヘテロ接合部に対してオーミック
接合特性を有する金属からなる層間導電体を光透過可能
な薄さに形成する工程をさらに備える。
【００５９】本発明の請求項１５に係る課題解決手段
は、前記第３の工程において、第３の半導体膜の結晶方
位を第２の半導体膜の結晶方位と異なって形成する。
【００６０】本発明の請求項１６に係る課題解決手段で
は、基板と、該基板の上面側に該基板と異なる材料で形
成された第１導電型の第１の半導体膜と、該第１の半導
体膜に接続される第１の電極と、前記第１の半導体膜の
上面に形成された第２導電型の第２の半導体膜と、該第
２の半導体膜側に接続される第２の電極とを備え、前記
第１の半導体膜および第２の半導体膜の各１は、単結晶
膜または軸配向多結晶膜のいずれかで構成される。
【００６１】本発明の請求項１７に係る課題解決手段で
は、第１導電型の第１の半導体膜および該第１の半導体
膜の上面に形成された第２導電型の第２の半導体膜とを
有する第１のヘテロ接合部と、前記第２の半導体膜の上
面側に形成された第１導電型の第３の半導体膜および該
第３の半導体膜の上面に形成された第２導電型の第４の
半導体膜とを有する第２のヘテロ接合部とを少なくとも
備え、該両ヘテロ接合部は光の進行方向に沿って禁止帯
幅の大きい順に配列され、前記第１の半導体膜、第２の
半導体膜、第３の半導体膜および第４の半導体膜の各１
は、単結晶膜または軸配向多結晶膜のいずれかで構成さ
れる。
【００６２】本発明の請求項１８に係る課題解決手段で
は、前記両ヘテロ接合部の間に、光透過可能な薄さの層
間導電体が介在される。
【００６３】本発明の請求項１９に係る課題解決手段で
は、前記層間導電体は前記両ヘテロ接合部に対してオー
ミック接合特性を有する金属が使用される。
【００６４】本発明の請求項２０に係る課題解決手段で
は、前記層間導電体の一側に配された第２の半導体膜の
結晶方位と他側に配された第３の半導体膜の結晶方位は
互いに異なって形成される。
【００６５】本発明の請求項２１に係る課題解決手段で
は、前記単結晶膜は、結晶化温度以下の低温度下で反応
ガスを供給すると同時に、相異なる複数方向の最稠密結
晶面に垂直な方向からビーム照射されて形成される。
【００６６】本発明の請求項２２に係る課題解決手段で
は、前記単結晶膜は、予め形成されたアモルファス薄膜
または多結晶薄膜の結晶化温度以下の低温度下で相異な
る複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射
されて形成される。
【００６７】本発明の請求項２３に係る課題解決手段で
は、前記軸配向多結晶膜は、結晶化温度以下の低温度下
で反応ガスを供給すると同時に一方向からビーム照射さ
れて形成される。
【００６８】本発明の請求項２４に係る課題解決手段で
は、前記軸配向多結晶膜は、予め形成されたアモルファ
ス薄膜または多結晶薄膜の結晶化温度以下の低温度下で
一方向からビーム照射されて形成される。
【００６９】本発明の請求項２５に係る課題解決手段で
は、前記単結晶薄膜または前記軸配向多結晶膜はＩＩ−
ＶＩ族化合物が用いられる。
【００７０】本発明の請求項２６に係る課題解決手段で
は、前記単結晶薄膜または前記軸配向多結晶膜はＩＩＩ
−Ｖ族化合物が用いられる。
【００７１】本発明の請求項２７に係る課題解決手段
は、基板の上面側に該基板と異なる材料の第１導電型の
第１の半導体膜およびその電極を形成する第１の工程
と、前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半
導体膜およびその電極を形成する第２の工程とを備え、
前記第１の工程および第２の工程の各１は、(a)結晶化
温度以下の低温度下で反応ガスを供給すると同時に一方
向からビーム照射して軸配向多結晶半導体膜を形成する
工程、(b)予めアモルファス薄膜または多結晶薄膜を形
成し、結晶化温度以下の低温度下で一方向からビーム照
射して軸配向多結晶半導体膜を形成する工程、(c)結晶
化温度以下の低温度下で反応ガスを供給すると同時に相
異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム
照射して単結晶半導体膜を形成する工程、および(d)予
めアモルファス薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化
温度以下の低温度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面
に垂直な方向からビーム照射して単結晶半導体膜を形成
する工程、の４工程の中のいずれか１つの工程を含む。
【００７２】本発明の請求項２８に係る課題解決手段
は、基板の上面側に該基板と異なる材料の第１導電型の
第１の半導体膜およびその電極を形成する第１の工程
と、前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半
導体膜を形成して第１のヘテロ接合部を形成する第２の
工程と、前記第２の半導体膜の上面側に第１導電型の第
３の半導体膜を形成する第３の工程と、前記第３の半導
体膜の上面に第２導電型の第４の半導体膜およびその電
極を形成して第２のヘテロ接合部を形成する第４の工程
とを少なくとも備え、前記第１の工程、第２の工程、第
３の工程および第４の工程の各１は、(a)結晶化温度以
下の低温度下で反応ガスを供給すると同時に一方向から
ビーム照射して軸配向多結晶半導体膜を形成する工程、
(b)予めアモルファス薄膜または多結晶薄膜を形成し、
結晶化温度以下の低温度下で一方向からビーム照射して
軸配向多結晶半導体膜を形成する工程、(c)結晶化温度
以下の低温度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる
複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射し
て単結晶半導体膜を形成する工程、および(d)予めアモ
ルファス薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化温度以
下の低温度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直
な方向からビーム照射して単結晶半導体膜を形成する工
程、の４工程の中のいずれか１つの工程を含む。
【００７３】本発明の請求項２９に係る課題解決手段
は、前記第２の工程と前記第３の工程との間に、両ヘテ
ロ接合部の間に前記両ヘテロ接合部に対してオーミック
接合特性を有する金属からなる層間導電体を光透過可能
な薄さに形成する工程をさらに備える。
【００７４】本発明の請求項３０に係る課題解決手段で
は、前記第３の工程において、第３の半導体膜の結晶方
位を第２の半導体膜の結晶方位と異なって形成する。
【００７５】本発明の請求項３１に係る課題解決手段で
は、前記多結晶薄膜は、結晶化温度以下の低温度下で反
応ガスを供給すると同時に一方向からビーム照射されて
形成された軸配向多結晶薄膜である。
【００７６】本発明の請求項３２に係る課題解決手段で
は、前記多結晶薄膜は、予め形成されたアモルファス薄
膜または多結晶薄膜の結晶化温度以下の低温度下で一方
向からビーム照射されて形成された軸配向多結晶薄膜で
ある。
【００７７】本発明の請求項３３に係る課題解決手段で
は、前記軸配向多結晶薄膜を形成する際における前記ビ
ーム照射の方向と、前記軸配向多結晶薄膜を前記単結晶
膜へ転換する際における前記ビーム照射の複数方向の１
つとが、互いに同一である。
【００７８】本発明の請求項３４に係る課題解決手段で
は、前記工程(d)において予め形成される前記多結晶薄
膜が、結晶化温度以下の低温度下で反応ガスを供給する
と同時に一方向からビーム照射することによって、軸配
向多結晶薄膜として形成される。
【００７９】本発明の請求項３５に係る課題解決手段で
は、前記工程(d)において予め形成される前記多結晶薄
膜が、予め形成されたアモルファス薄膜または多結晶薄
膜の結晶化温度以下の低温度下で一方向からビーム照射
することによって、軸配向多結晶薄膜として形成され
る。
【００８０】本発明の請求項３６に係る課題解決手段で
は、前記軸配向多結晶薄膜を形成する際における前記ビ
ーム照射の方向と、前記軸配向多結晶薄膜を前記単結晶
半導体膜へ転換する際における前記ビーム照射の複数方
向の１つとが、互いに同一である。
【００８１】本発明の請求項３７，請求項３８に係る課
題解決手段は、受光側に配される第１の導電型の第１の
半導体層と、該第１の半導体層より光の進行方向側に配
される第２の導電型の第２の半導体層と、前記第１の半
導体層および前記第２の半導体層の間に介在されるアモ
ルファス膜からなる真性半導体層とを備え、前記第１の
半導体層は単結晶膜または多結晶膜から構成される。
【００８２】本発明の請求項３９，請求項４０に係る課
題解決手段は、前記第２の半導体層は単結晶膜または多
結晶膜から構成される。
【００８３】本発明の請求項４１，請求項４２に係る課
題解決手段は、受光側に配される第１の導電型の第１の
半導体層と、該第１の半導体層より光の進行方向側に配
されるアモルファス膜からなる真性半導体層と、該真性
半導体層より光の進行方向側に配される第２の導電型の
第２の半導体層と、該第２の半導体層の光の進行方向側
に配される第１の導電型の第３の半導体層と、前記第１
の半導体層および前記第２の半導体層の間に介在される
アモルファス膜からなる真性半導体層とを備え、前記第
２の半導体層および前記第３の半導体層は単結晶膜また
は多結晶膜から構成される。
【００８４】本発明の請求項４３，請求項４４に係る課
題解決手段は、前記第１の半導体層は単結晶膜または多
結晶膜から構成される。
【００８５】前記単結晶膜は、結晶化温度未満の低温度
下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方向の最
稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射されて形成され
る。
【００８６】あるいは、前記単結晶膜は、予め形成され
たアモルファス薄膜に対して結晶化温度未満の低温度下
で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビ
ーム照射されて形成される。
【００８７】前記多結晶膜は、結晶化温度未満の低温度
下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶面に垂直な
一方向からビーム照射されて形成される。
【００８８】あるいは、前記多結晶膜は、予め形成され
たアモルファス薄膜または多結晶薄膜に対して結晶化温
度未満の低温度下で最稠密結晶面に垂直な一方向からビ
ーム照射されて形成される。
【００８９】望ましくは、前記第１の半導体層は前記真
性半導体層より薄く形成される。
【００９０】本発明の請求項５０乃至請求項５７に係る
課題解決手段は、基板の上面側に該基板と異なる材料の
第１の導電型の単結晶膜または多結晶膜からなる第１の
半導体層およびその電極を形成する第１の工程と、前記
第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真性半
導体層を形成する第２の工程と、前記真性半導体層の上
面に第２の導電型の第２の半導体層およびその電極を形
成する第３の工程とを備える。
【００９１】望ましくは、前記第２の半導体層を単結晶
膜または多結晶膜で構成する。
【００９２】本発明の請求項５８乃至請求項６１に係る
課題解決手段は、基板の上面側に該基板と異なる材料の
第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を形成す
る第１の工程と、前記第１の半導体層の上面にアモルフ
ァス膜からなる真性半導体層を形成する第２の工程と、
前記真性半導体層の上面に第２の導電型の単結晶膜また
は多結晶膜よりなる第２の半導体層およびその電極を形
成する第３の工程とを備える。
【００９３】本発明の請求項６２乃至請求項７３に係る
課題解決手段は、基板の上面側に該基板と異なる材料の
第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を形成す
る第１の工程と、前記第１の半導体層の上面にアモルフ
ァス膜からなる真性半導体層を形成する第２の工程と、
前記真性半導体層の上面に第２の導電型の単結晶膜また
は多結晶膜からなる第２の半導体層を形成する第３の工
程と、前記第２の半導体層の上面に第１の導電型の単結
晶膜または多結晶膜からなる第３の半導体層およびその
電極を形成する第４の工程とを備える。
【００９４】望ましくは、前記第１の半導体層を単結晶
膜または多結晶膜で構成する。
【００９５】本発明の請求項７４乃至請求項８５に係る
課題解決手段は、裏面基板の上面側に該裏面基板と異な
る材料の第１の導電型の単結晶膜または多結晶膜からな
る第３の半導体層を形成する第１の工程と、前記第３の
半導体層の上面に第２の導電型の単結晶膜または多結晶
膜からなる第２の半導体層を形成する第２の工程と、前
記第２の半導体層の上側にアモルファス膜からなる真性
半導体層を形成する第３の工程と、前記真性半導体層の
上面に第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を
形成する第４の工程とを備える。
【００９６】望ましくは、前記第１の半導体層を単結晶
膜または多結晶膜で構成する。
【００９７】そして、前記単結晶膜の形成時には、結晶
化温度未満の低温度下で反応ガスを供給すると同時に相
異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム
照射して単結晶膜を形成する。
【００９８】あるいは、前記単結晶膜の形成時には、予
めアモルファス薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化
温度未満の低温度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面
に垂直な方向からビーム照射して単結晶膜を形成する。
【００９９】前記多結晶膜の形成時には、結晶化温度未
満の低温度下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶
面に垂直な一方向からビーム照射して多結晶膜を形成す
る。
【０１００】あるいは、前記多結晶膜の形成時には、予
めアモルファス薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温度
下で最稠密結晶面に垂直な一方向からビーム照射して多
結晶膜を形成する。
【０１０１】また、望ましくは、前記多結晶薄膜は、結
晶化温度未満の低温度下で反応ガスを供給すると同時に
最稠密結晶面に垂直な一方向からビーム照射されて形成
される。
【０１０２】あるいは、前記多結晶薄膜は、予め形成さ
れたアモルファス薄膜に対して結晶化温度未満の低温度
下で最稠密結晶面に垂直な一方向からビーム照射されて
形成される。
【０１０３】さらに望ましくは、前記多結晶薄膜を形成
する際における前記ビーム照射の方向と、前記多結晶薄
膜を前記単結晶薄膜へ転換する際における前記ビーム照
射の複数方向の１つとが、互いに同一である。
【０１０４】本発明の請求項８９に係る課題解決手段
は、太陽電池であって、少なくとも一方が光透過性の第
１および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極
の間に形成された半導体部とを、備え、前記半導体部
は、積層された複数の半導体層を備え、前記複数の半導
体層の各１は、単結晶または軸配向多結晶のｐ型半導体
層とアモルファスの真性半導体層と単結晶または軸配向
多結晶のｎ型半導体層とが順に積層してなるｐｉｎ接合
を有する。
【０１０５】本発明の請求項９０に係る課題解決手段
は、太陽電池であって、少なくとも一方が光透過性の第
１および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極
の間に形成された半導体部とを、備え、前記半導体部
は、積層された複数の半導体層を備え、前記複数の半導
体層の各１は、単結晶または軸配向多結晶のｐ型半導体
層と単結晶または軸配向多結晶のｎ型半導体層とが積層
してなるｐｎ接合を有する。
【０１０６】本発明の請求項９１に係る課題解決手段
は、太陽電池であって、少なくとも一方が光透過性の第
１および第２電極と、前記第１電極および前記第２電極
の間に形成された半導体部とを、備え、前記半導体部
は、積層された複数の半導体層を備え、前記複数の半導
体層の各１は、単結晶または軸配向多結晶のｐ型半導体
層と単結晶または軸配向多結晶のｎ型半導体層とが積層
してなるｐｎ接合と、単結晶または軸配向多結晶のｐ型
半導体層とアモルファスの真性半導体層と単結晶または
軸配向多結晶のｎ型半導体層とが順に積層してなるｐｉ
ｎ接合のいずれかを有する。
【０１０７】本発明の請求項９２に係る課題解決手段
は、請求項８９ないし請求項９１のいずれかに係る太陽
電池であって、前記複数の半導体層の間に介挿される第
３電極をさらに備える。
【０１０８】本発明の請求項９３に係る課題解決手段
は、ｐｉｎ接合を有する複数の半導体層が積層した半導
体部を基板の上に備える太陽電池の製造方法であって、
(a)所定の半導体物質の結晶化が起こらない低温度の下
で、第１導電型不純物を含む反応ガスを前記基板上に供
給することによって当該所定の半導体物質を前記基板上
に堆積する過程の中で、前記所定の半導体物質がスパッ
タリングを起こさない程度の低エネルギーの気体のビー
ムを、一方向または当該所定の半導体物質の単結晶の複
数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記基板上へ照
射し、その結果、第１導電型の当該所定の半導体物質の
軸配向多結晶層または単結晶層を形成する工程と、(b)
前記工程(a)の後で、所定の半導体物質の結晶化が起こ
らない低温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給する
ことによって当該所定の半導体物質を堆積し、その結
果、当該所定の半導体物質のアモルファス薄膜を形成す
る工程と、(c)前記工程(b)の後で、所定の半導体物質の
結晶化が起こらない低温度の下で、第２導電型不純物を
含む反応ガスを前記基板上に供給することによって当該
所定の半導体物質を前記基板上に堆積する過程の中で、
前記所定の半導体物質がスパッタリングを起こさない程
度の低エネルギーの気体のビームを、一方向または当該
所定の半導体物質の単結晶の複数の最稠密面に垂直な複
数の方向から、前記基板上へ照射し、その結果、第２導
電型の当該所定の半導体物質の軸配向多結晶層または単
結晶層を形成する工程と、(d)前記工程(c)の後に、前記
工程(a)〜(c)をさらに少なくとも１回反復する工程と、
を備える。
【０１０９】本発明の請求項９４に係る課題解決手段
は、ｐｎ接合を有する複数の半導体層が積層した半導体
部を基板の上に備える太陽電池の製造方法であって、
(a)所定の半導体物質の結晶化が起こらない低温度の下
で、第１導電型不純物を含む反応ガスを前記基板上に供
給することによって当該所定の半導体物質を前記基板上
に堆積する過程の中で、前記所定の半導体物質がスパッ
タリングを起こさない程度の低エネルギーの気体のビー
ムを、一方向または当該所定の半導体物質の単結晶の複
数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記基板上へ照
射し、その結果、第１導電型の当該所定の半導体物質の
軸配向多結晶層または単結晶層を形成する工程と、(c)
前記工程(a)の後で、所定の半導体物質の結晶化が起こ
らない低温度の下で、第２導電型不純物を含む反応ガス
を前記基板上に供給することによって当該所定の半導体
物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所定の半
導体物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネル
ギーの気体のビームを、一方向または当該所定の半導体
物質の単結晶の複数の最稠密面に垂直な複数の方向か
ら、前記基板上へ照射し、その結果、第２導電型の当該
所定の半導体物質の軸配向多結晶層または単結晶層を形
成する工程と、(d)前記工程(c)の後に、前記工程(a)、
(c)をさらに少なくとも１回反復する工程と、を備え
る。
【０１１０】本発明の請求項９５に係る課題解決手段
は、ｐｉｎ接合を有する半導体層とｐｎ接合を有する半
導体層が二層以上に積層した半導体部を基板の上に備え
る太陽電池の製造方法であって、(A)ｐｉｎ接合を有す
る半導体層を形成する工程と、(B)ｐｎ接合を有する半
導体層を形成する工程とを、備え、前記工程(A)が、(A-
1)所定の半導体物質の結晶化が起こらない低温度の下
で、第１導電型不純物を含む反応ガスを前記基板上に供
給することによって当該所定の半導体物質を前記基板上
に堆積する過程の中で、前記所定の半導体物質がスパッ
タリングを起こさない程度の低エネルギーの気体のビー
ムを、一方向または当該所定の半導体物質の単結晶の複
数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記基板上へ照
射し、その結果、第１導電型の当該所定の半導体物質の
軸配向多結晶層または単結晶層を形成する工程と、(A-
2)前記工程(A-1)の後で、所定の半導体物質の結晶化が
起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給
することによって当該所定の半導体物質を堆積し、その
結果、当該所定の半導体物質のアモルファス薄膜を形成
する工程と、(A-3)前記工程(A-2)の後で、所定の半導体
物質の結晶化が起こらない低温度の下で、第２導電型不
純物を含む反応ガスを前記基板上に供給することによっ
て当該所定の半導体物質を前記基板上に堆積する過程の
中で、前記所定の半導体物質がスパッタリングを起こさ
ない程度の低エネルギーの気体のビームを、一方向また
は当該所定の半導体物質の単結晶の複数の最稠密面に垂
直な複数の方向から、前記基板上へ照射し、その結果、
第２導電型の当該所定の半導体物質の軸配向多結晶層ま
たは単結晶層を形成する工程と、を備え、前記工程(B)
が、(B-1)所定の半導体物質の結晶化が起こらない低温
度の下で、第１導電型不純物を含む反応ガスを前記基板
上に供給することによって当該所定の半導体物質を前記
基板上に堆積する過程の中で、前記所定の半導体物質が
スパッタリングを起こさない程度の低エネルギーの気体
のビームを、一方向または当該所定の半導体物質の単結
晶の複数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記基板
上へ照射し、その結果、第１導電型の当該所定の半導体
物質の軸配向多結晶層または単結晶層を形成する工程
と、(B-2)所定の半導体物質の結晶化が起こらない低温
度の下で、第２導電型不純物を含む反応ガスを前記基板
上に供給することによって当該所定の半導体物質を前記
基板上に堆積する過程の中で、前記所定の半導体物質が
スパッタリングを起こさない程度の低エネルギーの気体
のビームを、一方向または当該所定の半導体物質の単結
晶の複数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記基板
上へ照射し、その結果、第２導電型の当該所定の半導体
物質の軸配向多結晶層または単結晶層を形成する工程
と、を備える。
【０１１１】本発明の請求項９６に係る課題解決手段
は、基板の上にアモルファスの薄膜と結晶性の薄膜とを
含む複数種類の薄膜が積層して成る多層薄膜を形成する
ための多層薄膜形成方法であって、下記の工程(a),(b),
(c),および(d)の中から、少なくとも工程(a)とその他の
いずれか１つの工程とをそれぞれ少なくとも１回含むよ
うに、重複を許して複数回選択して連続的に実行する；
ここで前記工程(a)〜(d)は、(a)所定の物質の結晶化が
起こらない低温度の下で、当該所定の物質の原料ガスと
水素ガスとを含む反応ガスを前記基板上に供給しつつ化
学気相成長法を実行することによって当該所定の物質を
堆積し、その結果、当該所定の物質のアモルファス薄膜
を形成する工程；(b)所定の物質の結晶化が起こらない
低温度の下で、反応ガスを前記基板上に供給しつつ化学
気相成長法を実行することによって当該所定の物質を前
記基板上に堆積する過程の中で、前記所定の物質がスパ
ッタリングを起こさない程度の低エネルギーの気体のビ
ームを、当該所定の物質の単結晶の複数の最稠密面に垂
直な複数の方向から、前記基板上へ照射し、その結果、
当該所定の物質の単結晶薄膜を形成する工程；(c)所定
の物質の結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガスを
前記基板上に供給しつつ化学気相成長法を実行すること
によって当該所定の物質を前記基板上に堆積する過程の
中で、前記所定の物質がスパッタリングを起こさない程
度の低エネルギーの気体のビームを、前記基板上へ一方
向から照射し、その結果、前記所定の物質の軸配向多結
晶薄膜を形成する工程；および、(d)所定の物質の結晶
化が起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板上に
供給しつつ化学気相成長法を実行することによって当該
所定の物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所
定の物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネル
ギーの気体のビームを、前記基板上へ一方向から照射
し、その結果、前記所定の物質の軸配向多結晶薄膜を形
成し、その後、前記反応ガスの供給を停止して、所定の
物質の結晶化が起こらない範囲の高温度の下で、当該所
定の物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネル
ギーの気体のビームを、当該所定の物質の単結晶の複数
の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記基板上へ照射
し、その結果、前記軸配向多結晶薄膜を単結晶薄膜へと
転換する工程；である。
【０１１２】本発明の請求項９７に係る課題解決手段
は、請求項９６に係る方法であって、前記工程(d)で、
前記軸配向多結晶薄膜を形成する際における前記気体の
ビームの方向と、前記軸配向多結晶薄膜を前記単結晶薄
膜へ転換する際における前記気体のビームの複数方向の
１つとが、互いに同一である。
【０１１３】本発明の請求項９８に係る課題解決手段
は、請求項９６または請求項９７に係る方法において、
前記気体が不活性ガスである。
【０１１４】本発明の請求項９９に係る課題解決手段
は、請求項９８に係る方法において、前記不活性ガスを
構成する元素の原子量が、照射を受ける前記所定の物質
を構成する元素の最大の原子量を越えない。
【０１１５】本発明の請求項１００に係る課題解決手段
は、請求項９９に係る方法において、前記不活性ガスを
構成する元素の原子量が、前記所定の物質を構成する元
素の最大の原子量を越えず、かつ、最も近い原子量であ
る。
【０１１６】本発明の請求項１０１に係る課題解決手段
は、請求項９６に係る方法であって、前記工程(a)で供
給される原料ガスがシランガスである。
【０１１７】なお、この発明において「基板」とは、そ
の上に薄膜を形成する対象とされる媒体全般を意味す
る。
【０１１８】また、この発明において「気体のビーム」
とは、ビーム状のイオン流、原子流、分子流の何れをも
包含する概念である。
【０１１９】
【作用】本発明請求項１では、各半導体膜を夫々単結晶
膜で構成しているので、光が進入した際の電子移動度を
飛躍的に向上でき、電気的性質を向上できる。また、半
導体膜が単結晶のため、不純物の添加が容易となる。
【０１２０】本発明請求項２では、タンデム構造を採用
して広範囲の光を吸収しつつ、各半導体膜を夫々単結晶
膜で構成することで、光が進入した際の電子移動度を飛
躍的に向上させ、電気的性質を向上できる。
【０１２１】本発明請求項３では、両ヘテロ接合部の間
に層間導電体を介在させているので、両ヘテロ接合部の
界面でトンネル電流を発生させるだけの場合に比べて、
太陽電池の抵抗値を低減できる。特に、請求項４では、
オーミック接合特性を有せしめることで、抵抗値を飛躍
的に低減できる。また、請求項３では、層間導電体を光
透過可能な薄さに形成しているので、一方のヘテロ接合
部を通過した光をできるだけ他方のヘテロ接合部に進入
させることができ、光吸収性を向上できる。
【０１２２】本発明請求項５では、層間導電体の一側に
配された第２の半導体膜の結晶方位と他側に配された第
３の半導体膜の結晶方位を変化させているので、低抵抗
のオーミック接合が得られる。
【０１２３】本発明請求項６、請求項７、および請求項
１０乃至請求項１５では、下地層が単結晶構造でなくて
も、その上面に結晶方位の揃った単結晶の膜を、自由な
膜厚の設定で、しかも低温下で容易に形成できる。特
に、半導体膜の厚さを、太陽電池として必要十分な程度
に薄くでき、部材コストを可及的に低減できる。
【０１２４】本発明請求項８および請求項９では、一般
に半導体材料中で吸収できる光子数は、禁止帯幅が大き
いほど少なくなるが、吸収した光子のもつエネルギーの
中で外部に取り出せるエネルギーの割合は禁止帯幅に比
例して大きくなる。したがって、吸収できる光子数と光
子の外部に取り出せるエネルギーの割合とを掛け合わす
と、変換効率と禁止帯幅とに相関関係が生じることがわ
かる。そして、かかる相関関係において、ＣｄＳ／Ｃｄ
Ｔｅ接合等のＩＩ−ＶＩ族またはＧａＡｓ等のＩＩＩ−
Ｖ族の化合物の禁止帯幅が最も高い変換効率を示すこと
が知られている。このことに鑑み、半導体膜の材料とし
てＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族の化合物を使用する
ことで、吸収係数および吸収端の波長の特性が飛躍的に
向上する。
【０１２５】本発明請求項１６ないし請求項３６のいず
れかでは、各半導体膜が単結晶膜か軸配向多結晶膜のい
ずれかで構成される。軸配向多結晶膜は、結晶粒の間で
一つの結晶方位だけが揃っている多結晶膜であり、結晶
粒の方位が任意である通常の多結晶膜に比べて規則性が
高いので、単結晶膜に近い特性をもっている。したがっ
て、半導体膜の一部ないし全部が単結晶膜の代わりに軸
配向多結晶膜に置き換えられた太陽電池においても、各
半導体膜のいずれもが単結晶膜で構成される太陽電池に
近い特性が得られる。
【０１２６】特に、軸配向多結晶膜が一方向からのビー
ム照射によって形成される場合では、単結晶膜が複数方
向からのビーム照射によって形成される場合と同様に、
下地層の結晶構造には無関係に、その上面に軸配向多結
晶膜を、自由な膜厚の設定で、しかも低温下で容易に形
成できる。特に、半導体膜の厚さを、太陽電池として必
要十分な程度に薄くでき、部材コストを可及的に低減で
きる。
【０１２７】さらに、本発明請求項３１ないし請求項３
６のいずれかでは、一方向からのビーム照射によって軸
配向多結晶薄膜を一旦形成し、この軸配向多結晶薄膜に
さらに複数方向からのビーム照射を行ってこれを単結晶
化することによって単結晶膜が得られる。このため、多
結晶薄膜から単結晶膜への転換が十分に行われない場合
でも、少なくとも軸配向多結晶膜が存在するために、半
導体膜が単結晶膜で構成される太陽電池に近い特性が保
証される。
【０１２８】さらに、本発明請求項３３または請求項３
６によれば、軸配向多結晶薄膜を形成する際におけるビ
ーム照射の方向と、軸配向多結晶薄膜を単結晶膜へと転
換する際におけるビーム照射の複数方向の１つとが、互
いに同一であるので、単結晶膜への転換が円滑に行われ
る。
【０１２９】本発明請求項３７、請求項３８、請求項４
３、請求項４４、請求項５０、請求項５１、請求項５
２、請求項５３、請求項７０、請求項７１、請求項７
２、請求項７３、請求項８２、請求項８３、請求項８４
および請求項８５では、Ｐｉｎ構造の太陽電池の受光側
の第１の半導体層を単結晶膜または多結晶で構成し、光
の進行方向側の真性半導体層をアモルファス膜で構成す
ることで、受光側の第１の半導体層で主として長波長光
を吸収し、真性半導体層で主として短波長光を吸収でき
る。そうすると、両層をアモルファス膜で構成していた
従来例に比べて広い波長の光を効率よく吸収できる。
【０１３０】また、特に請求項３７、請求項４３、請求
項５０、請求項５１、請求項７０、請求項７１、請求項
８２および請求項８３では、表面層を単結晶膜で形成す
ることで、欠陥密度を大幅に低減させることができ、光
の吸収により発生した小数担体が再結合により消滅する
割合を少なくでき、小数担体を有効に取り出すことがで
きる。
【０１３１】さらに、上記のように各半導体層を結晶化
することで、該半導体層の経時的変化による劣化を防止
できる。
【０１３２】ここで、単結晶膜または多結晶膜の第１の
半導体層で吸収しきれず通過してしまう長波長光につい
て、請求項３９、請求項４０、請求項５４および請求項
５５では、第２の半導体層によって、あるいは請求項４
１、請求項４２、請求項６２乃至請求項６９および請求
項７４乃至請求項８１では第２の半導体層および第３の
半導体層によって長波長光をさらに吸収でき、長波長側
の吸収特性を向上し得る。特に、請求項４１、請求項４
２、請求項６２乃至請求項６９および請求項７４乃至請
求項８１では、タンデム構造を採用しているため、広い
光波長の吸収特性を有せしめることができる。
【０１３３】本発明請求項４５では、受光側の半導体層
を薄膜化することで、受けた光の一部、すなわち主とし
て長波長光の一部を吸収した後、できるだけ多くの光を
真性半導体層へ通過させることができ、真性半導体層で
の短波長を中心とした光の吸収効率を向上できる。しか
も、アモルファス膜としての真性半導体層は元来吸収効
率がよく、薄膜化してもその吸収特性が損なわれること
が少ないため、全体としての薄膜化を容易に達成でき
る。
【０１３４】本発明請求項４６乃至乃至請求項８８で
は、結晶化に当たって低温環境下で作業を行うことがで
き、故に下地層に耐熱性が要求されないため、例えばガ
ラス等の安価な基板を用いて該基板上に結晶膜を形成で
きる。また、単結晶膜または多結晶膜の半導体層の厚さ
を、アモルファス膜の形成と全く同様にして自由に設定
でき、単結晶膜または多結晶膜のウェハから半導体膜を
成長形成していた従来例に比べて、該半導体層の厚さを
大幅に薄く設定できる。そうすると、結晶膜として十分
な光吸収特性を有する範囲内で半導体層を可及的に薄膜
化でき、太陽電池全体の薄型化を図り得る。これらのこ
とから、結晶化半導体層にて特性を向上させながらも部
材コストを大幅に低減できる。
【０１３５】特に、請求項８６ないし請求項８８によれ
ば、一方向からのビーム照射によって一つの最稠密面の
方向が揃った多結晶薄膜すなわち軸配向多結晶薄膜を一
旦形成し、この軸配向多結晶薄膜にさらに複数方向から
のビーム照射を行ってこれを単結晶化することによって
単結晶膜が得られる。
【０１３６】さらに、請求項８８によれば、軸配向多結
晶薄膜を形成する際におけるビーム照射の方向と、軸配
向多結晶薄膜を単結晶膜へと転換する際におけるビーム
照射の複数方向の１つとが、互いに同一である。このた
め、軸配向多結晶薄膜における方位の揃った最稠密面に
ついては、単結晶化に際してその方向が維持される。し
たがって、単結晶化がより円滑に進行する。
【０１３７】請求項８９〜請求項９１のいずれかに記載
の太陽電池では、ｐｉｎ接合またはｐｎ接合を有する半
導体層が複数層に積層されているので、大きな起電力が
得られる。また、一つのｐｉｎ接合またはｐｎ接合で吸
収しきれなかった光が他のｐｉｎ接合またはｐｎ接合で
無駄なく吸収される。また、ｐ型半導体層とｎ型半導体
層の結晶構造が単結晶または軸配向多結晶であるため
に、これらの半導体層での欠陥の密度が低く、そのた
め、少数担体の再結合が起こりにくい。
【０１３８】請求項９２に記載の太陽電池では、ｐｉｎ
接合またはｐｎ接合を有する各半導体層の間に第３電極
が介挿されている。したがって、各半導体層で発生した
起電力を独立して取り出すことが可能である。
【０１３９】請求項９３〜請求項９５に記載の製造方法
は、請求項８９〜請求項９５に記載の太陽電池の製造に
それぞれ適している。
【０１４０】請求項９６に記載の多層薄膜形成方法で
は、比較的低温度で、結晶構造の異なる複数層を有する
薄膜が形成される。しかも、このような多層膜を真空中
で連続して形成できるので、界面に水分等の汚染物質が
付着しないために、優れた界面特性を得ることができ
る。さらに、アモルファス薄膜を形成する過程では、例
えばシリコンなどの薄膜物質を構成するシランガスなど
の原料ガスに、水素ガスが混入される。水素ガスはアモ
ルファス薄膜を安定化する働きがあるので、アモルファ
ス薄膜が安定して形成される。
【０１４１】請求項９７に記載の方法では、軸配向多結
晶薄膜を一旦形成し、その後、これを単結晶化するとい
う２段階で単結晶薄膜を形成する工程において、最初の
軸配向多結晶薄膜を形成する段階でのビーム照射の方向
と、後の単結晶化の段階でのビーム照射の複数方向の一
つとが一致している。このため、単結晶化に際して、軸
配向多結晶薄膜の方位の揃った最稠密面はそのまま維持
されるので、単結晶化が円滑に進行する。
【０１４２】請求項９８に記載の方法では、ビームとし
て照射される気体が不活性ガスであるので、照射後に気
体の原子またはイオンが薄膜の中に残留しても、これら
が薄膜の電子物性へ不純物として悪影響を及ぼすことが
少ない。
【０１４３】請求項９９に記載の方法では、照射される
不活性ガスを構成する元素の原子量が、照射対象である
所定の物質の構成元素の最大の原子量よりも低いので、
照射された不活性ガスの原子またはイオンの大部分が、
薄膜の表面ないしその近傍で後方へ反跳し、薄膜の中に
残留し難い。
【０１４４】請求項１００に記載の方法では、照射され
る不活性ガスを構成する元素の原子量が、照射を受ける
所定の物質を構成する元素の最大の原子量に最も近い値
であるので、ビームの照射効果を最大限に引き出すこと
ができる。
【０１４５】請求項１０１に記載の方法では、アモルフ
ァス薄膜を形成する際の原料ガスがシランガスであるた
めにシリコンのアモルファス薄膜が形成される。また、
シランガスに水素ガスが混入されるので、アモルファス
シリコンの薄膜が安定して得られる。
【０１４６】
【実施例】
［第１の実施例］ （構成）図１は本発明の第１の実施例として、ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体を用いた太陽電池を示す断面図であ
る。図１中、１１はガラス製またはＳｉＯ2 ／Ｓｉ製の
基板、１２は前記基板１１の上面側に基板１１と異なる
ＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族材料で形成されたｎ型（第１
導電型）の第１の半導体膜、１３は前記第１の半導体膜
１２の裏面に接続される第１の電極（裏面側電極）、１
４は前記第１の半導体膜１２の上面に形成されたｐ型
（第２導電型）ＧａＡｓ製等の第２の半導体膜、１５は
光によって生成したキャリアの再結合を防ぐための表面
電界形成用のｐ型ＡｌＧａＡｓ膜、１６は第２の電極
（表面側電極）である。そして、前記第１の半導体膜１
２、第２の半導体膜１４およびｐ型ＡｌＧａＡｓ膜１５
は夫々単結晶膜で構成されている。このように、各半導
体膜１２，１４，１５を夫々単結晶膜で構成しているの
で、光が進入した際の電子移動度を飛躍的に向上でき、
電気的性質を向上できる。
【０１４７】ここで、一般に半導体材料中で吸収できる
光子数は、禁止帯幅が大きいほど少なくなるが、吸収し
た光子のもつエネルギーの中で外部に取り出せるエネル
ギーの割合は禁止帯幅に比例して大きくなる。したがっ
て、吸収できる光子数と光子の外部に取り出せるエネル
ギーの割合とを掛け合わすと、変換効率と禁止帯幅とに
相関関係が生じることがわかる。そして、かかる相関関
係において、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ接合等のＩＩ−ＶＩ族ま
たはＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族の化合物の禁止帯幅が最
も高い変換効率を示すことが知られている。このことに
鑑み、本実施例では、半導体膜１２，１４，１５の材料
としてＩＩＩ−Ｖ族の化合物を使用することで、吸収係
数および吸収端の波長の特性が飛躍的に向上する。
【０１４８】（製造方法）上記構成の太陽電池は次のよ
うに製造される。まず、図２に示した基板１１の上面に
Ａｇ等を用いて第１の電極１３を蒸着等にて形成した
後、図３の如く、第１の電極１３の上面に、ＣＶＤ法等
にてｎ型の第１の半導体膜１２をアモルファス状に形成
する。そして、これと同時に、第１の半導体膜１２を、
後述のラディカルビーム照射法にて単結晶化する。
【０１４９】次に、図４の如く、第１の半導体膜１２の
上面に、ＣＶＤ法等にてｐ型の第２の半導体膜１４をア
モルファス状に形成する。そして、これと同時に、第２
の半導体膜１４を、後述のラディカルビーム照射法にて
単結晶化する。ひき続き、図５の如く、第２の半導体膜
１４の上面に、ＣＶＤ法等にてｐ型ＡｌＧａＡｓ膜１５
をアモルファス状に形成する。そして、これと同時に、
ｐ型ＡｌＧａＡｓ膜１５を、後述のラディカルビーム照
射法にて単結晶化する。しかる後、ｐ型ＡｌＧａＡｓ膜
１５の上面に、Ａｇ等を用いて第２の電極１６を蒸着法
またはスパッタリング法等にて選択的に形成し、図１に
示した太陽電池を完成させる。
【０１５０】（単結晶膜形成方法）上記製造方法のう
ち、各膜１２，１４，１５をアモルファス状に形成し、
これと同時に単結晶化する単結晶膜形成方法（ラディカ
ルビーム照射法）について詳述する。
【０１５１】＜単結晶膜形成装置の全体構成＞図６はこ
の発明の実施例における単結晶膜形成方法を効果的に実
現するための単結晶膜形成装置の一例を示す正面断面図
である。この単結晶膜形成装置６０では、反応容器６１
の上部に、電子サイクロトロン共鳴型（ＥＣＲ）のイオ
ン発生器６２が組み込まれている。ＥＣＲイオン発生器
６２は、プラズマ室６４を内部に規定するプラズマ容器
６３を備えている。プラズマ容器６３の周囲には、プラ
ズマ室６４に直流の高磁場を印加する磁気コイル６５が
設置されている。プラズマ容器６３の上面には、マイク
ロ波をプラズマ室６４へ導入する導波管６６、およびネ
オン（Ｎｅ）や酸素（Ｏ）などの不活性ガスを導入する
不活性ガス導入管６７が設けられている。
【０１５２】反応容器６１は、その内部に反応室６８を
規定する。プラズマ容器６３の底部はその中央部に、プ
ラズマが通過する引出口６９を規定する。反応室６８と
プラズマ室６４とは、この引出口６９を介して互いに連
通している。反応室６８の内部には、引出口６９の直下
の位置に試料台７０が設置されている。試料台７０の上
には、太陽電池となる試料７１が載置され、さらに反射
板７２が試料７１の上方に位置するように設置される。
そして、試料７１の上に所望の単結晶膜が形成される。
反射板７２は、好ましくは金属で構成される。試料台７
０は、図示しない回転駆動機構に連結されており、水平
面内で回転可能である。また、試料台７０は反射板７２
を固定したまま、試料７１を水平に移動し得る構造とな
っている。
【０１５３】反応室６８には、反応ガス供給管７３が連
通している。この反応ガス供給管７３を通して、プラズ
マＣＶＤにより試料７１上に所定の物質の膜を形成する
ための反応ガスが供給される。図６の例では、３本の反
応ガス供給管７３ａ、７３ｂ、および７３ｃが設けられ
ている。反応室６８には、更に真空排気管７４が連通し
ている。この真空排気管７４の一端には、図示しない真
空装置が連結しており、真空排気管７４を介して、反応
室６８に存在する気体が排気されることにより、反応室
６８における真空度が所定の高さに保持される。反応室
６８における真空度を表示する真空計７５が、反応室６
８に連通して設置されている。
【０１５４】＜反射板の構成＞図７は、反射板７２の一
例における斜視図である。この反射板７２ａは、ダイヤ
モンド構造を有する単結晶を形成するための反射板の一
例である。反射板７２ａは、平板状の基台８１の中央部
に開口部を規定する。この開口部の周囲に、６３個の直
方体のブロック８２が固定的に設置され、それらの内側
に夫々反射用ブロック８３が固定されている。その結
果、基台８１の中央部には、これらの反射用ブロック８
３で縁どりされた正三角形状の開口部８４が形成され
る。反射用ブロック８３において、開口部８４に面する
斜面８５が、気体ビームを反射する反射面として機能す
る。したがって、斜面８５の傾斜角度は、形成すべき単
結晶の結晶軸の方向に対応して適切な大きさに設定され
る。
【０１５５】図８は、ブロック８２と反射用ブロック８
３とで構成される反射板７２ａの一部分の三面図であ
り、図８（ａ）、図８（ｂ）、および図８（ｃ）は、夫
々平面図、側面図、および正面図である。図８（ｂ）に
図示するように、斜面８５の傾斜角度は例えば５５゜に
設定される。反射板７２ａは試料７１を固定しない構造
となっているので、試料７１が反射板７２ａに相対的に
水平移動し得る。このため、反射板７２ａを試料台７０
に固定したまま、試料７１を水平に移動させることによ
って、面積の大きい試料７１の上に単結晶膜を形成する
ことが可能である。
【０１５６】＜ＥＣＲイオン発生器の動作＞図６に戻っ
て、ＥＣＲイオン発生器６２の動作について説明する。
不活性ガス導入管６７からプラズマ室６４へ、Ｎｅ、
Ｏ、Ａｒ等の不活性ガスを導入しつつ、同時に導波管６
６からプラズマ室６４へマイクロ波が導入される。更に
同時に、磁気コイル６５に直流電流が供給されることに
より、プラズマ室６４およびその周囲に直流磁場が形成
される。供給された気体は、マイクロ波と直流磁場の作
用でプラズマ状態に保たれる。このプラズマは、マイク
ロ波と直流磁場とによってサイクロトロンの原理で螺旋
運動する高エネルギーの電子によって生成される。
【０１５７】この電子は、反磁性の特性を有するので、
磁場の弱い方に移動し、磁力線に沿った電子流を形成す
る。その結果、電気的中性を維持するために、電子流に
伴われて正イオンも、磁力線に沿ったイオン流を形成す
る。すなわち、引出口６９から反応室６８へ、下方向に
向かう電子流とイオン流とが形成される。イオン流は、
電子流と並行して流れるので、消イオン時間を経過する
と、互いに再結合することによって中性原子流となる。
したがって、引出口６９から下方に所定距離以上離れた
位置では、殆ど中性の原子流のみが形成されている。
【０１５８】図９は、ＥＣＲイオン発生器６２によっ
て、１０ｅＶのＡｒ+ イオンを引出口６９より取り出し
たときの、イオン電流密度と引出口６９からの距離との
関係を実測した結果を示すグラフである。このグラフに
よれば、イオン電流密度は、引出口から４〜５ｃｍの距
離から急激に減少を始め、１４ｃｍの位置では１／１０
〜１／１２の大きさに減衰することが読み取れる。イオ
ン電流が減衰した分、中性原子流が増加しており、引出
口６９から下方に１４ｃｍ以上離れた位置では、殆ど中
性の原子流のみが下方向へ向かって流れている。
【０１５９】このように、ＥＣＲイオン発生器６２は、
イオンを発生する装置でありながら、イオン流を電子流
に並行して形成するので、ＥＣＲイオン発生器６２を用
いることにより、イオン流を中性化する他の手段を用い
ることなく、密度の高い中性の原子流を容易に得ること
ができるという利点がある。また、イオン流が電子流と
並行して形成されるので、進行方向があまり発散するこ
となく、進行方向の揃った平行流に近いイオン流が得ら
れる。また、平行なイオン流が中性の原子流に転換され
るので、原子流も進行方向の揃った平行流に近いものと
なる。
【０１６０】＜単結晶膜形成装置の動作＞再び図６に戻
って、第１の半導体膜１２、第２の半導体膜１４および
ＡｌＧａＡｓ膜１５を形成する際の装置６０の動作につ
いて説明する。反射板７２として図７および図８に示し
た反射板７２ａを用いる。まず、夫々の下地層の上面
に、反応ガス供給管７３ａ、７３ｂ、および７３ｃの夫
々から反応ガスを供給する。具体的には、第１の半導体
（ｎ型ＧａＡｓ）膜１２の形成時には、反応ガス供給管
７３ａからはキャリアガスとしてＡｒを用い−１２〜１
０゜Ｃに保持されたトリエチルガリウム（ＴＥＧ）また
はトリメチルガリウム（ＴＭＧ）等の気相化合物（５ｓ
ｃｃｍ［１×１０-5〜４×１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ］）
を、反応ガス供給管７３ｂからはＡｒで１０％に希釈し
たＡｓＨ3 （１０ｓｃｃｍ［４×１０-4ｍｏｌ／ｍｉ
ｎ］）を、反応ガス供給管７３ｃからはＡｒで１０％に
希釈したＨ2Ｔｅ（５ｓｃｃｍ［１×１０-5〜２．４×
１０-5ｍｏｌ／ｍｉｎ］）を夫々供給する。また、第２
の半導体（ｐ型ＧａＡｓ）膜１４の形成時には、反応ガ
ス供給管７３ｃからの供給材をＨ2 Ｔｅに代えてＺｎ
（ＣＨ3 ）2 とする。さらに、およびＡｌＧａＡｓ膜１
５の形成時にはＡｌを混入する。この際、装置内の真空
度は、背圧が１０-7Ｔｏｒｒ以下、動作時圧が１×１０
-4〜４×１０-4Ｔｏｒｒとなるよう設定し、また、μ波
電力としては２．３４ＧＨｚ／３００Ｗ、成長速度を
０．１〜０．３μ／ｈｒに夫々設定して行う。また、ｐ
型結晶にする場合、ＤＭＺ（Ｄｉｍｅｔｈｙｌ Ｚｉｎ
ｃ）を５ｓｃｃｍ［１×１０-5〜２．４×１０-5ｍｏｌ
／ｍｉｎ］で供給する。これらの薄膜形成時には、不活
性ガス導入管６７から比較的原子量の小さいＮｅ原子ま
たはＡｒ原子等のｎ型またはｐ型の不活性ガスを同時に
導入する。なお、例えばＡｒ原子を用いる場合は１５ｓ
ｃｃｍ［７×１０-4ｍｏｌ／ｍｉｎ］で導入するのが望
ましい。
【０１６１】ＥＣＲイオン発生器６２の働きにより、引
出口６９から下方に向かって＋イオン流と電子流が形成
される。引出口６９から反射板７２ａ（７２）までの距
離は、好ましくは、＋イオン流が殆ど中性原子流に転換
されるのに十分なだけの大きさに設定される。また、反
射板７２ａ（７２）は、この下方向へ向かう原子流が降
り注ぐ位置に設置される。反応ガス供給管７３から供給
される反応ガスは、これらの＋イオン流あるいは原子流
によって、試料７１へ向かって叩きつけられる。その結
果、試料７１の上面においてプラズマＣＶＤ反応が進行
し薄膜が成長する。
【０１６２】このとき、基板７１を、薄膜を構成する物
質の結晶化が通常のプラズマＣＶＤでは起こらない低温
度下（例えば、基板加熱を行なわない）に保っておく。
このため、薄膜は、まず非晶質であるアモルファス薄膜
として基板７１上に形成される。
【０１６３】前述の下方向へ向かうＮｅ等の原子流の一
部は、反射板７２ａに形成されている３つの斜面８５に
よって反射され、更に開口部８４を通って試料７１の上
面へ入射する。また、原子流の他の一部は、斜面８５へ
入射せずに開口部８４を通過して試料７１の上面へ直接
に入射する。すなわち、試料７１の上面に形成されつつ
あるアモルファス薄膜には、引出口６９から直進して来
た成分と、３つの斜面８５によって反射されて来た３成
分とからなる４成分の原子流が照射される。斜面８５の
傾斜角が５５゜に設定されているために、これら４成分
の原子流の入射方向は、形成すべき単結晶の４個の独立
な最稠密結晶面、すなわち（１１１）面に垂直な４方向
に対応する。
【０１６４】ところで、ＥＣＲイオン発生器６２によっ
て形成されるプラズマのエネルギーは、試料７１に到達
する原子のエネルギーが、アモルファス薄膜においてス
パッタリングを引き起こさない大きさになるように、す
なわち原子の照射によるＧａＡｓのスパッタリングにお
けるスレッショルド・エネルギーとして知られる値より
も低くなるように設定される。したがって、成長しつつ
あるアモルファス薄膜に、いわゆるブラベー（Bravais
）の法則が作用する。すなわち、アモルファス薄膜に
照射される原子流の入射方向に垂直な面が、最稠密結晶
面となるようにアモルファス薄膜内の分子が再配列す
る。照射される原子流は４つの成分を有しており、しか
も各成分の入射方向は、単一の結晶方位を有する単結晶
膜の最稠密面に垂直な方向に対応するので、これらの各
成分の入射方向に垂直な面がいずれも最稠密面となるよ
うに分子が再配列する。互いに独立な入射方向を有する
複数の原子流の成分によって、（１１１）面の方向が規
制されるので、分子が再配列することによって、単一の
結晶方位を有する単結晶膜が形成される。すなわち、プ
ラズマＣＶＤによって成長しつつあるアモルファス薄
は、結晶方位の揃った単結晶膜へ逐次転換される。
【０１６５】前述のように単結晶膜に照射する原子流を
構成する元素として、相対的に軽いＮｅを選択するのが
望ましい。これは、原子流が単結晶膜に照射された際
に、比較的重い分子が比較的軽いＮｅ原子を後方へ散乱
する確率が高いために、Ｎｅ原子が単結晶膜の中に侵入
し残留するということが起こりにくいからである。更
に、照射する原子流を構成する元素に不活性元素を選択
するのは、不活性元素が単結晶膜の中に残留しても、こ
の残留する不活性元素は、元の分子およびドープされた
不純物等のいずれとも化合物を形成することがなく、単
結晶膜の電子物性には余り影響を及ぼさず、しかも出来
上がった単結晶膜をある程度昇温することによって、容
易に外部へ除去され得るからである。
【０１６６】また、前述のように反射板７２は金属で構
成されるのが望ましい。なぜならば、中性原子流にわず
かに混在するＮｅ+ イオン流が導電性の反射板７２で反
射されたときに、Ｎｅ+ イオンが、中性原子に変換さ
れ、試料７１には変換された中性原子流が照射されるか
らである。中性原子流はイオン流と異なり、進行方向が
発散し難いので、方向の揃った流れとして試料７１へ入
射するという利点がある。
【０１６７】装置６０では、プラズマＣＶＤによりアモ
ルファス薄膜が成長する過程で、同時に単結晶への転換
が逐次進行する。このため、膜厚の大きい単結晶膜を、
しかも低温下で形成することが可能である。低温度下で
単結晶膜を形成できるので、例えば既に所定のデバイス
が作り込まれた試料の上に、このデバイスの特性を変え
ることなく、更に新たな単結晶膜を形成することが可能
である。
【０１６８】なお、上述した方法ではＣＶＤ法を用いて
いたが、Ｓｏｌ−Ｇｅｌ法で製造する場合には、これら
の成分元素の有機化合物の混合物のゲル状液をスピナー
で塗布し焼成したのち上記と同様にラディカルビーム照
射法で照射すればよい。
【０１６９】また、本実施例では、一回のアモルファス
薄膜形成と同時に、これを単結晶化していたが、単結晶
膜に一定の厚さが要求される場合は、上述の方法で単結
晶薄膜を形成した後、これを種結晶としてその上面に単
結晶膜を成長させるか、あるいは上述の方法を何度も繰
り返すことで単結晶膜を形成すれば、厚さを増しても均
一性の高い安定した単結晶膜を得ることができる。
【０１７０】このように、基板１１として、どのような
材料を用いようとも、その上面に任意の材料を用いた半
導体膜１２，１４，１５を成長させ得、かつこれらを容
易に単結晶化することができるので、吸収係数および吸
収端の波長の特性を向上させるためにＩＩＩ−Ｖ族の化
合物を材料として用いることが可能となる。また、図１
のように、金属材料を用いた第１の電極１３の上面に単
結晶膜としての第１の半導体膜１２を容易に形成するこ
とができる等、設計の自由度が増し、設計変更が容易に
なる。すなわち、本実施例では、支持基板１１の上面に
ＣＶＤ法にて単結晶の各半導体膜１２，１４，１５を形
成できるため、必ずしもウェハを用いて太陽電池を製造
する必要がなくなり、任意の安価な基板を用いて該各半
導体膜１２，１４，１５を可及的に薄く形成し、これに
より製造コストを低減することが可能となる。具体的に
は、一般に太陽電池として寄与する半導体膜の膜厚は数
十μｍで十分であるため、かかる必要最低限の厚さまで
太陽電池を薄膜化することが可能となる。
【０１７１】さらに、本実施例のようにラディカルビー
ム照射法にて各半導体膜１２，１４，１５を単結晶化す
る場合、一貫して低温環境下で実施できるため、故に基
板１１として耐熱性を要求されず、安価な基板１１を用
いることで、太陽電池全体の部材コストを低減できる。
【０１７２】［第２の実施例］ （構成）図１０は本発明の第２の実施例として、ＩＩ−
ＶＩ族化合物半導体を用いたタンデム構造の太陽電池を
示す断面図である。図１０中、２１はガラス製またはＳ
ｉＯ2 ／Ｓｉ製の基板、２２は前記基板２１の上面側に
基板２１と異なるＣｄＴｅ等のＩＩ−ＶＩ族材料で形成
されたｎ型（第１導電型）の第１の半導体膜、２３は前
記第１の半導体膜２２の裏面に接続される第１の電極
（裏面側電極）、２４は前記第１の半導体膜２２の上面
に形成されたｐ型（第２導電型）ＣｄＴｅ製等の第２の
半導体膜、Ｈ１は前記第１の半導体膜２２および第２の
半導体膜２４で構成される第１のヘテロ接合部、２５は
層間導電体、２６はＣｄＳ等の材料で形成されたｎ型
（第１導電型）の第３の半導体膜、２７はＣｄＳ等の材
料で形成されたｐ型（第２導電型）の第４の半導体膜、
Ｈ２は前記第３の半導体膜２６および第４の半導体膜２
７で構成される第２のヘテロ接合部、２８は第２の電極
（表面側電極）である。
【０１７３】ここで、前記層間導電体２５は前記両ヘテ
ロ接合部Ｈ１，Ｈ２、すなわち第２の半導体膜２４およ
び第３の半導体膜２６との界面において、オーミック接
合特性を有するタングステン等の重金属が使用される。
ここで、第２のヘテロ接合部Ｈ２を通過した光をできる
だけ第１のヘテロ接合部Ｈ１に進入させるため、該層間
導電体２５は光透過可能な程度に薄く形成される。具体
的には、約３００オングストローム以下の厚さに設定す
るのが望ましい。
【０１７４】この場合、両ヘテロ接合部Ｈ１，Ｈ２の界
面に逆向きのｐｎ接合が構成されるため、起電力を損な
うおそれがある。そこで、前記層間導電体２５の一側に
配された第２の半導体膜２４の結晶方位と、他側に配さ
れた第３の半導体膜２６の結晶方位とを、互いに異なっ
て形成しておく。このように両部材２４，２６の結晶方
位を変化させることにより、界面部分にグレインバウン
ダリができるため、その部分の電子が移動しやすくな
り、結果として低抵抗のオーミック接合が得られる。
【０１７５】そして、前記第１の半導体膜２２、第２の
半導体膜２４、第３の半導体膜２６および第４の半導体
膜２７は夫々単結晶膜で構成されている。
【０１７６】このように、本実施例では、タンデム構造
を採用しているので、広範囲の光を吸収でき、同時に、
各半導体膜２２，２４，２６，２７を夫々単結晶膜で構
成しているので、光が進入した際の電子移動度を飛躍的
に向上でき、電気的性質を向上できる。すなわち、光吸
収特性と電気的効率特性を同時に満足させ得る。
【０１７７】ここで、一般に半導体材料中で吸収できる
光子数は、禁止帯幅が大きいほど少なくなるが、吸収し
た光子のもつエネルギーの中で外部に取り出せるエネル
ギーの割合は禁止帯幅に比例して大きくなる。したがっ
て、吸収できる光子数と光子の外部に取り出せるエネル
ギーの割合とを掛け合わすと、変換効率と禁止帯幅とに
相関関係が生じることがわかる。そして、かかる相関関
係において、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ接合等のＩＩ−ＶＩ族ま
たはＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族の化合物の禁止帯幅が最
も高い変換効率を示すことが知られている。このことに
鑑み、本実施例では、半導体膜２２，２４，２６，２７
の材料としてＩＩ−ＶＩ族の化合物を使用することで、
吸収係数および吸収端の波長の特性が飛躍的に向上す
る。
【０１７８】（製造方法）上記構成の太陽電池は次のよ
うに製造される。まず、図１１に示した基板２１の上面
にＡｇ等を用いて第１の電極２３を蒸着等にて形成した
後、図１２の如く、第１の電極２３の上面に、第１の実
施例で説明したのと同様のラディカルビーム照射法（プ
ラズマＣＶＤ法）にてｎ型の第１の半導体膜２２をアモ
ルファス状に形成する。但し、本実施例では、図６中の
反応ガス供給管７３ａからＣｄ（ＣＨ3 ）2 等のガス状
化合物を、反応ガス供給管７３ｂからＴｅＨ2 ガスを、
反応ガス供給管７３ｃからハロゲンのガス状化合物を夫
々供給して薄膜形成を行う。そして、第１の実施例で説
明したのと同様のラディカルビーム照射法にて第１の半
導体膜２２を単結晶化する。
【０１７９】次に、図１３の如く、第１の半導体膜２２
の上面に、ＣＶＤ法等にてｐ型の第２の半導体膜２４を
アモルファス状に形成する。この際、図６中の反応ガス
供給管７３ａからＣｄ（ＣＨ3 ）2 等のガス状化合物
を、反応ガス供給管７３ｂからＴｅＨ2 ガスを、反応ガ
ス供給管７３ｃから１族のガス状化合物を夫々供給して
薄膜形成を行う。そして、これと同時に第１の実施例で
説明したのと同様のラディカルビーム照射法にて、第２
の半導体膜２４を単結晶化し、図１３のような第１のヘ
テロ接合部Ｈ１を形成する。そして、図１４の如く、第
２の半導体膜２４の上面に、蒸着法またはスパッタリン
グ法等にてタングステンからなる層間導電体２５を形成
する。
【０１８０】次に、図１５の如く、層間導電体２５の上
面に、第１の実施例で説明したのと同様のラディカルビ
ーム照射法（プラズマＣＶＤ法）にてｎ型の第３の半導
体膜２６をアモルファス状に形成する。但し、本実施例
では、図６中の反応ガス供給管７３ａからＣｄ（Ｃ
Ｈ3 ）2 等のガス状化合物を、反応ガス供給管７３ｂか
らＳＦ6 を、反応ガス供給管７３ｃからハロゲンのガス
状化合物を夫々供給して薄膜形成を行う。そして、第１
の実施例で説明したのと同様のラディカルビーム照射法
にて第３の半導体膜２６を単結晶化する。
【０１８１】次に、第３の半導体膜２６の上面に、ＣＶ
Ｄ法等にてｐ型の第４の半導体膜２７をアモルファス状
に形成する。この際、図６中の反応ガス供給管７３ａか
らＣｄ（ＣＨ3 ）2 等のガス状化合物を、反応ガス供給
管７３ｂからＳＦ6 を、反応ガス供給管７３ｃからＡｇ
Ｒ｛Ｐ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ｝を夫々供給して薄膜形成を行
う。そして、これと同時に第１の実施例で説明したのと
同様のラディカルビーム照射法にて、第４の半導体膜２
７を単結晶化し、さらに第４の半導体膜２７の上面にＡ
ｇ等を用いて第２の電極２８を蒸着法またはスパッタリ
ング法等にて選択的に形成し、図１０に示した太陽電池
を完成させる。
【０１８２】このように、基板２１として、どのような
材料を用いようとも、その上面に任意の材料を用いた半
導体膜２２，２４，２６，２７を成長させ得、かつこれ
らを容易に単結晶化ることができるので、吸収係数およ
び吸収端の波長の特性を向上させるためにＩＩ−ＶＩ族
の化合物を材料として用いることが可能となる。
【０１８３】［第１および第２の実施例の変形例］ （１）上記各実施例におけるラディカルビーム照射法で
は、結晶化温度以下の低温度下で反応ガスを供給すると
同時に相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向か
らビーム照射して単結晶膜を形成していたが、予めアモ
ルファ膜または多結晶膜を形成し、その後、結晶化温度
以下の低温度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂
直な方向からビーム照射することによって、アモルファ
ス膜または多結晶膜を単結晶膜へ転換しても良い。この
場合には、ビーム照射は結晶化温度以下の比較的高温下
で行われるのが望ましい。そうすることによって、膜厚
が比較的厚いアモルファス膜あるいは多結晶膜を円滑に
単結晶化することが可能である。
【０１８４】多結晶膜は、例えば装置６０において、膜
を構成する物質の結晶化温度以上の温度下で反応ガスを
供給することによって、形成可能である。あるいは、装
置６０を用いなくとも、ＣＶＤ法その他の方法を用いて
あらかじめアモルファス膜あるいは多結晶膜を形成して
もよい。その後、例えば装置６０を用いてビーム照射を
行うことによって単結晶化が可能である。このときに
は、装置６０は反応ガス供給管７３を備えなくてもよ
い。
【０１８５】（２）第１の実施例では、ＩＩＩ−Ｖ族化
合物半導体として第１および第２の半導体膜１２，１４
にＧａＡｓを用いていたが、これらに代えて、第１の半
導体膜１２にｎ型ＩｎＰを、あるいは第１２半導体膜１
４にｐ型ＩｎＰを用いてもよい。この場合、アモルファ
ス薄膜または多結晶薄膜を形成する際に、第１の半導体
（ｎ型ＩｎＰ）膜１２の形成時には、反応ガス供給管７
３ａから（ＣＨ3 ）3Ｉｎを、反応ガス供給管７３ｂか
らＰＨ3 を、反応ガス供給管７３ｃからＨ2 Ｔｅを夫々
供給する。また、第２の半導体（ｐ型ＩｎＰ）膜１４の
形成時には、反応ガス供給管７３ｃからの供給材をＨ2
Ｔｅに代えてＺｎ（ＣＨ3 ）2 とすればよい。その他の
構成および製造方法は第１の実施例と同様であるため、
その説明を省略する。
【０１８６】（３）また、第１の実施例では、ＩＩＩ−
Ｖ族化合物半導体を用いていたが、この他、ＣｄＳ、Ｃ
ｄＴｅまたはＺｎＴｅ等のＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を
用いてもよい。
【０１８７】ここで、ＣｄＳを用いる場合、すなわち、
第１の半導体膜１２にｎ型ＣｄＳを、あるいは第２の半
導体膜１４にｐ型ＣｄＳを用いる場合、アモルファス薄
膜または多結晶薄膜を形成する際に、第１の半導体（ｎ
型ＣｄＳ）膜１２の形成時には、反応ガス供給管７３ａ
からＣｄ（ＣＨ3 ）2 等のガス状化合物を、反応ガス供
給管７３ｂからＳＦ6 を、反応ガス供給管７３ｃからＡ
ｇＲ｛Ｐ（Ｃ2 Ｈ5 ）3 ｝を夫々供給する。
【０１８８】ＣｄＴｅを用いる場合、すなわち、第１の
半導体膜１２にｎ型ＣｄＴｅを、あるいは第２の半導体
膜１４にｐ型ＣｄＴｅを用いる場合、アモルファス薄膜
または多結晶薄膜を形成する際に、第１の半導体（ｎ型
ＣｄＴｅ）膜１２の形成時には、反応ガス供給管７３ａ
からＣｄ（ＣＨ3 ）2 等のガス状化合物を、反応ガス供
給管７３ｂからＴｅＨ2 ガスを、反応ガス供給管７３ｃ
からハロゲンのガス状化合物を夫々供給する。また、第
２の半導体（ｐ型ＣｄＴｅ）膜１４の形成時には、反応
ガス供給管７３ｃからの供給材をハロゲンのガス状化合
物に代えて１族のガス状化合物とすればよい。
【０１８９】ＺｎＴｅを用いる場合、すなわち、第１の
半導体膜１２にｎ型ＺｎＴｅを、あるいは第２の半導体
膜１４にｐ型ＺｎＴｅを用いる場合、アモルファス薄膜
または多結晶薄膜を形成する際に、第１の半導体（ｎ型
ＺｎＴｅ）膜１２の形成時には、反応ガス供給管７３ａ
からＺｎ（ＣＨ3 ）2 等のガス状化合物を、反応ガス供
給管７３ｂからＴｅＨ2 ガスを、反応ガス供給管７３ｃ
からハロゲンのガス状化合物を夫々供給する。また、第
２の半導体（ｐ型ＺｎＴｅ）膜１４の形成時には、反応
ガス供給管７３ｃからの供給材をハロゲンのガス状化合
物に代えて１族のガス状化合物とすればよい。
【０１９０】（４）第２の実施例では、ＣｄＳ、ＣｄＴ
ｅのＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を使用していたが、第１
の実施例と同様のＧａＡｓ等のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導
体を用いてもよい。
【０１９１】（５）第２の実施例では、層間導電体２５
の材料の例として薄いタングステンをあげたが、この他
に、チタンシリサイド、タングステンシリサイド、白金
シリサイド等の薄膜を用いてもよく、あるいはＩＴＯ
（インジウムティンオキサイト）のような透明電極を用
いてもよい。このように材料を工夫することで層間導電
体２５の透明性を向上させることで、太陽電池の光効率
性を向上させ得る。
【０１９２】（６）上記各実施例では、光の吸収効率を
向上させるためのレンズを省略していたが、円型または
線形等の一般的なフレネルレンズ等の集光部材を一体的
に固着してもよい。
【０１９３】（７）上記各実施例および変形例（１）で
は、各半導体膜をＣＶＤ法にてアモルファス状に形成し
つつ、あるいはアモルファス状または多結晶状等に一旦
形成を終了した後、単結晶化していたが、スクリーン印
刷にてアモルファス状等に形成した後単結晶化してもよ
い。
【０１９４】（８）上記各実施例において、単結晶膜で
構成される各半導体膜の一部またはすべてを軸配向多結
晶膜で置き換えてもよい。軸配向多結晶膜は、各結晶粒
の間で一つの結晶方位のみが揃った多結晶膜であり、各
結晶粒の方位が任意である通常の多結晶膜に比べて規則
性が高いので、単結晶膜に近い特性を有している。この
ため、各半導体膜の一部またはすべてを、単結晶膜の代
わりに軸配向多結晶膜で置き換えた太陽電池において
も、各半導体膜のいずれもが単結晶膜で構成される太陽
電池に近い特性が得られる。
【０１９５】軸配向多結晶膜を形成するには、例えば図
２１の正面断面図に示す装置６０ａを用いるとよい。図
２１において、図６に示す装置６０と同一部分には同一
符号を付して、その詳細な説明を略する。図２１に示す
軸配向多結晶薄膜形成装置６０ａは、装置６０と同様に
反応ガスを供給することによって試料７１の上にアモル
ファス薄膜を堆積しつつ、それと同時に一方向からＮｅ
原子流等の気体のビームを照射することによって、堆積
しつつある薄膜を軸配向多結晶薄膜へと逐次的に転換す
る。
【０１９６】装置６０ａは、装置６０において、あたか
も反射板７２が除去された構造をなしており、そのこと
によって、気体のビームが試料１１の上へ一方向から照
射される。気体のビームを照射することによってブラベ
ーの法則が作用するが、照射が一方向から行われるの
で、この照射方向に直交するように一つの最稠密面の方
向のみが規制され、他の最稠密面の方向は規制されな
い。このため、装置６０ａによって形成される薄膜は、
一般には単結晶構造ではなく、一軸方向のみが揃った軸
配向多結晶構造となる。
【０１９７】このように、装置６０ａを用いて軸配向多
結晶膜を形成する方法は、装置６０を用いて単結晶膜を
形成する方法において、単に照射方向を一方向に限定す
るのみであるので、装置６０を用いて単結晶膜を形成す
る方法よりも一層容易であるという利点がある。
【０１９８】（９）変形例（８）では、軸配向多結晶膜
を形成するのに、結晶化温度以下の低温度下で反応ガス
を供給すると同時に、一方向からビーム照射して軸配向
多結晶膜を形成したが、予めアモルファス薄膜または多
結晶薄膜（各結晶粒が任意の方向に配向した通常の多結
晶構造であってよい）を形成し、結晶化温度以下の低温
度下で、一方向からビーム照射することによって軸配向
多結晶膜を形成しても良い。
【０１９９】（１０）変形例（１）において、予め多結
晶薄膜を形成した後に複数方向からのビーム照射を行っ
て単結晶膜へと転換する際に、予め形成される多結晶薄
膜は特に軸配向多結晶薄膜であるのが望ましい。この軸
配向多結晶薄膜は、例えば変形例（８）または（９）で
述べた方法を用いれば、容易に形成可能である。
【０２００】上述したように軸配向多結晶膜の形成は単
結晶膜の形成に比べて容易であり、しかもその特性は単
結晶膜の特性に近い。このため、半導体膜として単結晶
膜を形成する際に、まず軸配向多結晶薄膜を形成するこ
とによって、軸配向多結晶薄膜に相応する良好な特性を
確保することができる。その後、軸配向多結晶薄膜へ複
数方向からのビームを照射することによって、軸配向多
結晶薄膜が単結晶膜へ転換される度合いに応じて、さら
に良好な特性へと向上する。すなわち、この方法では、
例えば複数方向からのビーム照射にむらがあるなど、軸
配向多結晶薄膜から単結晶膜への転換が十分に行われな
い場合でも、半導体膜が単結晶膜で構成される太陽電池
に近い特性が保証される。
【０２０１】（１１）変形例（１０）において、軸配向
多結晶薄膜を形成する際におけるビーム照射の方向と、
軸配向多結晶薄膜を単結晶膜へと転換する際におけるビ
ーム照射の複数方向の１つとを、互いに同一にするのが
望ましい。このとき、軸配向多結晶薄膜における方位の
揃った最稠密面については、単結晶化に際してその方向
が維持されるので、単結晶膜への転換が円滑に進行す
る。
【０２０２】［第３の実施例］ （構成）図２２は本発明第３の実施例のＰｉｎ構造の太
陽電池を示す断面図である。図２２中、２５１は受光側
（フロント側）に配されるガラス製透明基板、２５２は
前記透明基板２５１の光の進行方向側（バック側）に形
成される電極としての透明電導膜（Ｔｒａｎｓｐａｒｅ
ｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ：ＴＣＯ）、
２５３は前記透明電導膜２５２の光の進行方向側に形成
されるｐ型（第１の導電型）Ｓｉ製の第１の半導体層、
２５４は前記第１の半導体層２５３より光の進行方向側
に配されるｎ型（第２の導電型）Ｓｉ製の第２の半導体
層、２５５は前記第１の半導体層２５３および前記第２
の半導体層２５４の間に介在される真性半導体層、２５
６は前記第２の半導体層２５４の光の進行方向側に形成
されるアルミニウム等からなる裏面電極である。そし
て、前記第１の半導体層２５３は単結晶膜で構成され、
前記真性半導体層２５５および前記第２の半導体層２５
４はアモルファス膜から夫々構成されている。
【０２０３】ここで、第１の半導体層２５３は単結晶膜
で構成されるため、主として長波長の光をある程度吸収
できるが、太陽電池全体を薄膜化してＳｉ材料の使用を
可及的に少なくしてコストを下げるためには、第１の半
導体層２５３を可及的に薄く形成するのが望ましい。特
に、短波長特性を有する太陽電池の場合、長波長特性を
犠牲にしてでもコストを下げることが望まれる。また、
第１の半導体層２５３で吸収できなかった短波長光をで
きるだけ多く進行方向側の真性半導体層２５５および第
２の半導体層２５４へ進行させるためには、第１の半導
体層２５３の厚さをできるだけ薄く形成してやるのが望
ましい。このため、前記第１の半導体層２５３を前記真
性半導体層２５５よりも薄く形成する。具体的には、真
性半導体層２５５を５０００〜１００００オングストロ
ーム程度に形成するのに対し、第１の半導体層２５３を
１５０〜１０００オングストローム程度に形成してお
く。また、前記第２の半導体層２５４は５００〜１００
０オングストローム、前記裏面電極２５６は１００００
オングストローム程度の厚さに設定しておく。なお、真
性半導体層２５５の厚さは、図４６に示した変換効率最
適点を考慮して決定している。
【０２０４】（受光動作）上記構成の太陽電池が太陽光
等を受光する場合、光は透明基板２５１、透明導電膜２
５２を経て第１の半導体層２５３に進入し、続いて真性
半導体層２５５および第２の半導体層２５４へ進入す
る。そして、各半導体層２５３，２５５，２５４におい
て夫々光を吸収し、光エネルギーを有する光子によって
電子と正孔が発生する。かかる電子と正孔は夫々ｎ型お
よびｐ型に分離され、ｐ型領域では正孔が、ｎ型領域で
は電子が過剰になって正負に帯電する。かかる状態で外
部の負荷を接続すると、電気的エネルギーを取り出すこ
とで前記負荷を駆動することが可能となる。この際、本
実施例の太陽電池はＰｉｎ構造を採用しているので、光
で発生する電子および正孔の大部分を、前記真性半導体
層２５５および該真性半導体層２５５に隣接する両半導
体層２５３，２５４の一部分、すなわち、内部電界のあ
る空乏層領域で発生させることができ、一般的なｐｎ接
合の太陽電池に比べて直ちに光発生電流として取り出す
ことができる。つまり、一般的なｐｎ接合の太陽電池の
拡散によるｐｎ境界への小数担体の移動という課程を省
略できるという利点がある。
【０２０５】ここで、受光側に配置される第１の半導体
層２５３をＳｉ単結晶膜で構成しているので、図５５に
示したように０．７μｍ以上の長波長側の吸収係数が高
くなり、受光側における長波長側の起電力特性が向上す
る。
【０２０６】ところで、第１の半導体層２５３を１５０
〜１０００オングストローム程度に薄く設定しているの
で、例えば２００μｍ以上の厚さを有していた従来例に
比べて特に短波長側の光の吸収を減少させることができ
る。そして、第１の半導体層２５３で吸収できなかっ
た、光、すなわち主に０．７μｍ未満の短波長を中心と
する光をできるだけ多く進行方向側の真性半導体層２５
５および第２の半導体層２５４へ進行させることができ
る。すなわち、かかる短波長光のほとんどは、光の進行
方向側に配置されたＳｉアモルファス膜からなる真性半
導体層２５５および第２の半導体層２５４にて、図５５
のように高い吸収係数で吸収され励起されて発電する。
【０２０７】また、第１の半導体層２５３をＳｉ単結晶
膜で構成しているので、表面層の結晶欠陥密度を約１０
3 〜１０5 ／ｃｍ2 程度に低減させることができ、再結
合による小数担体の消滅を少なくできる。したがって、
表面層で光の吸収により発生した小数担体を有効に取り
出すことができる。
【０２０８】（製造方法）上記構成の太陽電池は次のよ
うに製造される。まず、図２３に示したガラス製透明基
板２５１を洗浄した後、図２４の如く、透明基板２５１
の上面に透明電導膜２５２を、酸化すず（ＳｎＯ2 ）お
よび酸化インジュームすず（ＩＴＯ）を用いて蒸着また
は熱ＣＶＤ法にて形成する。次に、約３００℃の温度環
境下でＳｉＨ4 およびＢ2 Ｈ6 を用いたプラズマＣＶＤ
法にてｐ型アモルファスシリコン膜のデポジションを行
いつつ、これと同時に、第１の実施例で詳述したラディ
カルビーム照射法にてＮｅ等の中性原子をビーム照射
し、図２５の如く、ｐ型アモルファスシリコン膜を単結
晶化して第１の半導体層２５３を形成する。この際、ｐ
型アモルファスシリコン膜の厚さは１５０〜１０００オ
ングストローム程度に設定しておく。続いて、図２６の
如く、約３００℃程度の温度環境下でＳｉＨ4 を用いた
プラズマＣＶＤ法にてイントリンシック・アモルファス
シリコン膜のデポジションを行い真性半導体層２５５を
形成する。さらに、図２７の如く、約３００℃の温度環
境下でＳｉＨ4 およびＰＨ3 を用いたプラズマＣＶＤ法
にてｎ型アモルファスシリコン膜のデポジションを行い
第２の半導体層２５４を形成する。しかる後、アルミニ
ウム等を用いて蒸着法にて裏面電極５６を形成し、図２
２に示した太陽電池を完成させる。
【０２０９】（結晶膜形成装置の動作）上記した製造方
法のうち、アモルファス膜を形成しつつ、同時にこれを
単結晶化する単結晶膜形成方法（ラディカルビーム照射
法）を実施するのに好適な結晶膜形成装置については、
第１実施例で既に詳述している。図６に示した装置６０
を用いて、試料台７０の上に太陽電池の試料７１（第３
の実施例における透明基板２５１）を載置することによ
って、試料７１の上に所望の単結晶膜（第３の実施例に
おける第１の半導体層２５３）を形成することが可能で
ある。
【０２１０】ここでは、この結晶薄膜形成装置６０を用
いて、第１の半導体層２５３を形成する方法について詳
述する。反射板７２として図７および図８に示した反射
板７２ａを用いる。まず、下地層としてのガラス製透明
基板２５１の上面に、反応ガス供給管７３ａ、７３ｂ、
および７３ｃの夫々から反応ガスを供給する。具体的に
は、ｐ型の半導体層（第３の実施例における第１の半導
体層２５３）の形成時には、約３００℃の温度環境下で
例えば反応ガス供給管７３ａからＳｉＨ4 を、反応ガス
供給管７３ｂからＢ2 Ｈ6 を供給する。なお、ｎ型の半
導体層の形成時には、約３００℃の温度環境下で例えば
反応ガス供給管７３ａからＳｉＨ4 を、反応ガス供給管
７３ｂからＰＨ3 を供給すればよい。この際、装置内の
真空度は、背圧が１０-7Ｔｏｒｒ以下、動作時圧が１×
１０-4〜４×１０-4Ｔｏｒｒとなるよう設定し、また、
マイクロ波電力としては２．３４ＧＨｚ／３００Ｗ、成
長速度を０．１〜０．３μｍ／ｈｒに夫々設定して行
う。これらの薄膜形成時には、不活性ガス導入管６７か
ら比較的原子量の小さいＮｅ原子またはＡｒ原子等のｎ
型またはｐ型の不活性ガスを同時に導入する。なお、例
えばＡｒ原子を用いる場合は１５ｓｃｃｍ［７×１０-4
ｍｏｌ／ｍｉｎ］で導入するのが望ましい。
【０２１１】ＥＣＲイオン発生器６２の働きにより、引
出口６９から下方に向かって＋イオン流と電子流が形成
される。引出口６９から反射板７２ａ（７２）までの距
離は、好ましくは、＋イオン流が殆ど中性原子流に転換
されるのに十分なだけの大きさに設定される。また、反
射板７２ａ（７２）は、この下方向へ向かう原子流が降
り注ぐ位置に設置される。反応ガス供給管７３から供給
される反応ガスは、これらの＋イオン流あるいは原子流
によって、試料７１へ向かって叩きつけられる。その結
果、試料７１の上面においてプラズマＣＶＤ法反応が進
行しアモルファス薄膜が成長する。
【０２１２】このとき、基板７１は、通常のプラズマＣ
ＶＤでは、Ｓｉの結晶化が起こらない低温度下に保たれ
ている。したがって、Ｓｉ薄膜は、まず非晶質であるア
モルファスＳｉ薄膜として基板７１上に形成される。
【０２１３】前述の下方向へ向かうＮｅ等の原子流の一
部は、反射板７２ａに形成されている３つの斜面８５に
よって反射され、更に開口部８４を通って試料７１の上
面へ入射する。また、原子流の他の一部は、斜面８５へ
入射せずに開口部８４を通過して試料７１の上面へ直接
に入射する。すなわち、試料７１の上面に形成されつつ
あるアモルファス薄膜には、引出口６９から直進して来
た成分と、３つの斜面８５によって反射されて来た３成
分とからなる４成分の原子流が照射される。斜面８５の
傾斜角が５５゜に設定されているために、これら４成分
の原子流の入射方向は、形成すべき単結晶の４個の独立
な最稠密結晶面、すなわち（１１１）面に垂直な４方向
に対応する。
【０２１４】ところで、ＥＣＲイオン発生器６２によっ
て形成されるプラズマのエネルギーは、試料７１に到達
する原子のエネルギーが、アモルファス薄膜においてス
パッタリングを引き起こさない大きさになるように、す
なわち原子の照射によるＳｉのスパッタリングにおける
スレッショルド・エネルギーとして知られる値よりも低
くなるように設定される。したがって、成長しつつある
アモルファス薄膜に、いわゆるブラベー（Bravais ）の
法則が作用する。すなわち、アモルファス薄膜に照射さ
れる原子流の入射方向に垂直な面が、最稠密結晶面とな
るようにアモルファス薄膜内の分子が再配列する。照射
される原子流は４つの成分を有しており、しかも各成分
の入射方向は、単一の結晶方位を有する単結晶膜の最稠
密面に垂直な方向に対応するので、これらの各成分の入
射方向に垂直な面がいずれも最稠密面となるように分子
が再配列する。互いに独立な入射方向を有する複数の原
子流の成分によって、（１１１）面の方向が規制される
ので、分子が再配列することによって、単一の結晶方位
を有する単結晶膜が形成される。すなわち、プラズマＣ
ＶＤ法によって成長しつつあるアモルファス薄膜は、結
晶方位の揃った単結晶膜へ逐次転換される。
【０２１５】前述のように単結晶膜に照射する原子流を
構成する元素として、相対的に軽いＮｅを選択するのが
望ましい。これは、原子流が単結晶膜に照射された際
に、比較的重い分子が比較的軽いＮｅ原子を後方へ散乱
する確率が高いために、Ｎｅ原子が単結晶膜の中に侵入
し残留するということが起こりにくいからである。更
に、照射する原子流を構成する元素に不活性元素を選択
するのは、不活性元素が単結晶膜の中に残留しても、こ
の残留する不活性元素は、元の分子およびドープされた
不純物等のいずれとも化合物を形成することがなく、単
結晶膜の電子物性には余り影響を及ぼさず、しかもでき
上がった単結晶膜をある程度昇温することによって、容
易に外部へ除去され得るからである。
【０２１６】装置６０では、プラズマＣＶＤ法によりア
モルファス薄膜が成長する過程で、同時に単結晶への転
換が逐次進行する。このため、膜厚の大きい単結晶膜
を、しかも低温下で形成することが可能である。低温度
下で単結晶膜を形成できるので、ガラス製の安価な透明
基板２５１の上面に単結晶膜を形成することが可能であ
る。
【０２１７】なお、上述した方法ではＣＶＤ法を用いて
いたが、Ｓｏｌ−Ｇｅｌ法で製造する場合には、これら
の成分元素の有機化合物の混合物のゲル状液をスピナー
で塗布し焼成したのち上記と同様にラディカルビーム照
射法で照射すればよい。
【０２１８】また、本実施例の第１の半導体層２５３は
１５０〜１０００オングストローム程度に薄く形成する
のが望ましいため、一回のラディカルビーム照射法で単
結晶化するだけでよかったが、単結晶膜に一定の厚さが
要求される場合は、上述のラディカルビーム照射法を何
度も繰り返すことで単結晶膜を形成すれば、厚さを増し
ても均一性の高い安定した単結晶膜を得ることができ
る。
【０２１９】このように、下地層としてガラス製透明基
板２５１のようにどのような材料を用いようとも、その
上面に単結晶膜からなる第１の半導体層２５３を任意の
薄さで形成でき、インゴットを切断したウェハを用いて
単結晶膜を得る必要がなくなる。したがって、安価なガ
ラス製の透明基板２５１を下地層として、その上面に第
１の半導体層２５３を可及的に薄く形成し、これにより
製造コストを低減することが可能となる。また、薄膜化
することで、特に短波長側の光のほとんどを真性半導体
層２５５および第２の半導体層２５４に通過させること
ができ、受光側で単結晶膜長により波長光の一部を、光
の進行方向側でアモルファス膜により短波長光を吸収で
き、夫々の吸収特性に合致した効率のよい光吸収を実現
できる。
【０２２０】さらに、本実施例のようにラディカルビー
ム照射法にて単結晶膜を形成する場合、一貫して低温環
境下で実施できるため、故に透明基板２５１として耐熱
性を要求されず、安価なガラス製の透明基板２５１を用
いることで、太陽電池全体の部材コストを低減できる。
【０２２１】［第４の実施例］本発明の第４の実施例の
太陽電池は、図２２に示した第３の実施例と同様のＰｉ
ｎ構造のものであるが、受光側の第１の半導体層２５３
に加えて、光の進行方向側（バック側）に配置されるｎ
型（第２の導電型）の第２の半導体層２５４をも単結晶
膜で構成する点で、第３の実施例と異なる。前記第２の
半導体層２５４は、約３００℃の温度環境下でＳｉＨ4
およびＰＨ3 を用いたプラズマＣＶＤ法にてｎ型アモル
ファスシリコン膜のデポジションを行いつつ、これと同
時に、第３の実施例で説明したのと同様のラディカルビ
ーム照射法にてＮｅ等の中性原子をビーム照射し、ｎ型
アモルファスシリコン膜を単結晶化して形成される。こ
の際、ｎ型アモルファスシリコン膜の厚さは５００〜１
０００オングストローム程度に設定しておく。その他の
構成は、第３の実施例と同様であるため、その説明を省
略する。
【０２２２】本実施例によれば、単結晶膜の第１の半導
体層２５３にて主として０．７μｍ以上の長波長光を吸
収した後であっても、図５５のようにその吸収係数は１
０3ｃｍ-1強以下であり、長波長光を完全に吸収できる
とはいい難い。しかしながら、本実施例では、アモルフ
ァス膜の真性半導体層２５５で０．７μｍ未満の短波長
光を吸収した後、さらに単結晶膜の第２の半導体層２５
４で長波長光を吸収でき、幅広い波長にわたって光吸収
特性を向上できる。その他の作用および効果は第３の実
施例と同様である。
【０２２３】［第５の実施例］ （構成）本発明の第５の実施例の太陽電池は、図２８の
如く、真性半導体層を有するＰｉｎ構造のものであり、
かつ、タンデム（積み重ね式）構造のものであって、図
２８中、２９１は受光側に配されるガラス製透明基板、
２９２は前記透明基板２９１の光の進行方向側に形成さ
れる電極としての透明電導膜（ＴＣＯ）、２９３は前記
透明電導膜２９２の光の進行方向側に形成されるｐ型
（第１の導電型）Ｓｉ製の第１の半導体層、２９４は前
記第１の半導体層２９３より光の進行方向側に配される
ｎ型（第２の導電型）Ｓｉ製の第２の半導体層、２９５
は前記第１の半導体層２９３および前記第２の半導体層
２９４の間に介在される真性半導体層、２９６は前記真
性半導体層２９５の光の進行方向側に形成されるｐ型
（第１の導電型）の第３の半導体層、２９７は前記第２
の半導体層２９４の光の進行方向側に形成されるアルミ
ニウム等からなる裏面電極である。そして、前記第１の
半導体層２９３、前記第２の半導体層２９４および前記
第３の半導体層２９６は夫々単結晶膜で構成され、前記
真性半導体層２９５はアモルファス膜から夫々構成され
ている。ここで、前記第３の半導体層２９６としては、
第１の半導体層２９３と同様のｐ型単結晶Ｓｉを用いて
もよく、あるいは前記ｐ型単結晶Ｓｉに比べて長波長側
に感度を持つ材料、例えばＳｉＧｅ、ＧａＡｓまたはＣ
ｄＴｅ等の材料を用いてもよい。前記第２の半導体層２
９４および前記第３の半導体層２９６の厚さは、一定の
光吸収を達成できる程度であればよく、例えば両半導体
層２９４，２９６を併せて７０μｍ乃至８０μｍ程度に
設定しておく。
【０２２４】本実施例では、単結晶膜の第１の半導体層
２９３で長波長光を吸収した後であっても、図５５のよ
うにその吸収係数は１０3 ｃｍ-1強以下であり、長波長
光を完全に吸収できるとはいい難い。しかしながら、本
実施例では、アモルファス膜の真性半導体層２９５で短
波長光を吸収した後、さらに単結晶膜の第２の半導体層
２９４および第３の半導体層２９６で長波長光を吸収で
き、幅広い波長にわたって光吸収特性を向上できる。
【０２２５】（製造方法）上記構成の太陽電池は次のよ
うに製造される。まず、ガラス製透明基板２９１を洗浄
した後、図２９の如く、透明基板２９１の上面に透明電
導膜２９２を、酸化すず（ＳｎＯ2 ）および酸化インジ
ュームすず（ＩＴＯ）を用いて蒸着または熱ＣＶＤ法に
て形成する。次に、約３００℃の温度環境下でＳｉＨ4
およびＢ2Ｈ6 を用いたプラズマＣＶＤ法にてｐ型アモ
ルファスシリコン膜のデポジションを行いつつ、これと
同時に、第３の実施例で説明したラディカルビーム照射
法にてＮｅ等の中性原子をビーム照射し、図３０の如
く、ｐ型アモルファスシリコン膜を単結晶化して第１の
半導体層２９３を形成する。この際、ｐ型アモルファス
シリコン膜の厚さは１５０〜１０００オングストローム
程度に設定しておく。続いて、図３１の如く、約３００
℃の温度環境下でＳｉＨ4 を用いたプラズマＣＶＤ法に
てイントリンシック・アモルファスシリコン膜のデポジ
ションを行い真性半導体層２９５を形成する。さらに、
約３００℃の温度環境下でＳｉＨ4 およびＰＨ3 を用い
たプラズマＣＶＤ法にてｎ型アモルファスシリコン膜の
デポジションを行いつつ、これと同時に、第３の実施例
で説明したラディカルビーム照射法にてＮｅ等の中性原
子をビーム照射し、図３２の如く、ｐ型アモルファスシ
リコン膜を単結晶化して第２の半導体層２９４を形成す
る。そして、約３００℃の温度環境下で、Ｓｉ、ＳｉＧ
ｅ、ＧａＡｓまたはＣｄＴｅ等のｐ型の材料を用いたプ
ラズマＣＶＤ法にてｎ型アモルファス膜のデポジション
を行いつつ、これと同時に、基板温度が約３００〜４９
０℃程度となるような温度環境下で第３の実施例で説明
したラディカルビーム照射法にてＮｅ等の中性原子をビ
ーム照射し、図３３の如く、これを単結晶化してｐ型単
結晶膜としての第３の半導体層２９６を形成する。しか
る後、アルミニウム等を用いて蒸着法にて裏面電極２９
７を形成し、図２８に示した太陽電池を完成させる。本
実施例によっても、第３または第４の実施例と同様の作
用および効果を得ることができる。
【０２２６】［第６の実施例］ （構成）本発明の第６の実施例の太陽電池は、図３４の
如く、真性半導体層を有するＰｉｎ構造のものであり、
かつ、タンデム（積み重ね式）構造のものであって、図
３４中、１０１は受光側に配されるガラス製透明基板、
１０２は前記透明基板１０１の光の進行方向側に形成さ
れる電極としての透明電導膜（ＴＣＯ）、１０３は前記
透明電導膜１０２の光の進行方向側に形成されるｐ型
（第１の導電型）Ｓｉ製の第１の半導体層、１０４は前
記第１の半導体層１０３より光の進行方向側に配される
ｎ型（第２の導電型）Ｓｉ製の第２の半導体層、１０５
ａ，１０５ｂは前記第１の半導体層１０３および前記第
２の半導体層１０４の間に介在される真性半導体層およ
びｎ型Ｓｉ膜、１０６は前記ｎ型Ｓｉ膜１０５ｂより光
の進行方向側に形成されるｐ型（第１の導電型）の第３
の半導体層、１０７は前記第２の半導体層１０４の光の
進行方向側に形成されるセミ・テクスチュア構造層（Ｓ
ｕＳ）である。そして、前記第１の半導体層１０３、前
記第２の半導体層１０４および前記第３の半導体層１０
６は夫々単結晶膜で構成され、また、前記真性半導体層
１０５ａおよびｎ型Ｓｉ膜１０５ｂはアモルファス膜か
ら夫々構成されている。ここで、前記第３の半導体層１
０６としては、第１の半導体層１０３と同様のｐ型単結
晶Ｓｉを用いてもよく、あるいは前記ｐ型単結晶Ｓｉに
比べて長波長側に感度を持つ材料、例えばＳｉＧｅ、Ｇ
ａＡｓまたはＣｄＴｅ等の材料を用いてもよい。なお、
前記セミ・テクスチュア構造層（ＳｕＳ）１０７は、図
３５の如く、基板層１０７ａの第３の半導体層１０６と
の境界となる側の表面にＡｇ膜１０８およびＴｉＯ2 膜
１０９を順次付着させてもよい。
【０２２７】（製造方法）上記構成の太陽電池は次のよ
うに製造される。まず、図３５の如く、セミ・テクスチ
ュア構造層（ＳｕＳ）１０７となる基板層１０７ａの上
面に、蒸着法等にてＡｇ膜１０８およびＴｉＯ2 膜１０
９を付着させ、これらを洗浄した後、約３００℃の温度
環境下で、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓまたはＣｄＴｅ等
のｐ型の材料を用いたプラズマＣＶＤ法にてｎ型アモル
ファス膜のデポジションを行いつつ、これと同時に、第
３の実施例で説明したラディカルビーム照射法にてＮｅ
等の中性原子をビーム照射し、図３６の如く、これを単
結晶化してｐ型単結晶膜としての第３の半導体層１０６
を形成する。なお、前記第３の半導体層１０６例えば単
結晶Ｓｉ膜を形成する場合は、ＳｉＨ4 およびＢ2 Ｈ6
を混合させて膜成長を行いながら単結晶化する。次に、
約３００℃の温度環境下でＳｉＨ4 およびＰＨ3 を用い
たプラズマＣＶＤ法にてｎ型アモルファスシリコン膜の
デポジションを行いつつ、これと同時に、第３の実施例
で説明したラディカルビーム照射法にてＮｅ等の中性原
子をビーム照射し、図３７の如く、ｐ型アモルファスシ
リコン膜を単結晶化して第２の半導体層１０４を形成す
る。さらに、図３８の如く、アモルファス膜としてのｎ
型Ｓｉ膜１０５ｂを成長形成する。そして、アモルファ
ス膜としての真性半導体層１０５ａを成長形成した後、
約３００℃の温度環境下でプラズマＣＶＤ法にてｐ型ア
モルファスシリコン膜のデポジションを行いつつ、これ
と同時に、第３の実施例で説明したラディカルビーム照
射法にてＮｅ等の中性原子をビーム照射し、図３９の如
く、ｐ型アモルファスシリコン膜を単結晶化して第１の
半導体層１０３を形成する。そして、第１の半導体層１
０３の上面に、図４０に示した透明電導膜１０２を、酸
化すず（ＳｎＯ2 ）および酸化インジュームすず（ＩＴ
Ｏ）を用いて蒸着または熱ＣＶＤ法にて形成する。さら
に、ガラス製の透明基板１０１を取り付け、図３４に示
した太陽電池を完成させる。本実施例によっても、第５
の実施例と同様の作用および効果を得ることができる。
【０２２８】［第７の実施例］本発明の第７の実施例の
太陽電池は、第４の実施例と同様のＰｉｎ構造のもので
あるが、受光側に配置されるｐ型の第１の半導体層２５
３および光の進行方向側に配置されるｎ型の第２の半導
体層２５４を多結晶膜で構成する点で、第４の実施例と
異なる。前記第１の半導体層２５３および前記第２の半
導体層２５４は、約３００℃の温度環境下でプラズマＣ
ＶＤ法にてｎ型アモルファスシリコン膜のデポジション
を行いつつ、これと同時に、第３の実施例で説明した結
晶膜形成装置（図６参照）を用いてＮｅ等の中性原子を
ビーム照射し結晶化するが、第３の実施例では相異なる
複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射し
て単結晶膜を形成していたのに対し、本実施例では、最
稠密結晶面に垂直な１方向からビーム照射して多結晶膜
を形成する。本実施例によっても、第１の半導体層２５
３および第２の半導体層２５４が結晶化されているた
め、第４の実施例に近似した電気的特性を有する。
【０２２９】＜多結晶膜の形成方法＞次に、非晶質のＳ
ｉ薄膜の上に一方向からのみ気体のビームを照射するこ
とによって、多結晶のＳｉ薄膜を形成する方法を説明す
る。この方法を実行するには、図２１に示した結晶膜形
成装置６１ａを用いて、原子流を試料７１の上に一方向
から照射すればよい。すなわち、装置６１ａを用いて、
Ｓｉの結晶化温度よりも十分に低い温度、例えば基板７
１が加熱されることなく常温度に保たれた中でＣＶＤ法
を実行することにより、試料７１の上に非晶質であるア
モルファスＳｉ薄膜を形成する。そして、これと同時
に、Ｎｅ原子流の照射を一方向から行う。
【０２３０】試料７１を試料台７０の上に例えば水平に
載置することによって、試料７１に垂直な方向からＮｅ
原子流の照射を実行することが可能である。Ｎｅ原子流
の照射によって、試料７１に成長しつつあるアモルファ
スＳｉ薄膜が多結晶Ｓｉ薄膜に転換される。すなわち、
Ｎｅ原子流の照射によって、アモルファスＳｉ薄膜にブ
ラベの法則が作用し、１つの最稠密面がＮｅ原子流の入
射方向に垂直な方向に配向し、他の最稠密面の方向は任
意であるような結晶粒が集合して成る多結晶（軸配向多
結晶）薄膜が形成される。
【０２３１】この方法とは別に、あらかじめ、試料７１
の上にアモルファスＳｉ薄膜あるいは多結晶（軸配向多
結晶ではない通常の多結晶）Ｓｉ薄膜を形成しておき、
その後、一方向からビーム照射を行うことによって、こ
れらのＳｉ薄膜を軸配向多結晶Ｓｉ薄膜に転換すること
も可能である。この場合にも、ビーム照射を行うのに装
置６０ａを用いることが可能である。
【０２３２】あらかじめ形成されたアモルファスＳｉ薄
膜あるいは多結晶Ｓｉ薄膜へ、装置６０ａを用いて一方
向からビーム照射を行うことによって、それらのＳｉ薄
膜の上面近傍が軸配向多結晶層に転換される。そして、
ビーム照射が行われる際の薄膜の温度は、試料台７０が
備えるヒータの作用により、例えば５５０℃などＳｉの
結晶化温度以下の範囲の比較的高温度、すなわち種結晶
が成長するに適した範囲内の温度に調整される。このた
め、Ｓｉ薄膜の表面に形成された軸配向多結晶Ｓｉ層が
種結晶として機能し、軸配向多結晶Ｓｉ層がＳｉ薄膜の
深部に向かって成長する。そして、Ｓｉ薄膜の全領域が
軸配向多結晶Ｓｉ層へ転換される。このようにして、試
料７１の上に軸配向多結晶Ｓｉ層が形成される。
【０２３３】あらかじめアモルファスＳｉ薄膜あるいは
多結晶Ｓｉ薄膜を形成するのにも、また、その後ビーム
照射によって軸配向多結晶化するのにも装置６０ａを用
いることが可能であるが、あらかじめアモルファスＳｉ
薄膜あるいは多結晶Ｓｉ薄膜を形成するのに、他のＣＶ
Ｄ装置など装置６０ａ以外の装置を用いてもよい。その
後、試料を装置６０ａへ挿入してビーム照射を行っても
よい。この場合には、装置６０ａには、反応ガス供給管
７３は備えられなくてもよい。
【０２３４】このように、軸配向多結晶Ｓｉ薄膜を製造
する際においても、単結晶Ｓｉ薄膜を製造する際と同
様、試料７１はＳｉの種結晶が成長するのに必要な温度
である５５０℃を超える温度に加熱されることはない。
また、薄膜の成長と同時にビーム照射を行う方法におい
ても、試料７１は薄膜の結晶化温度以下（例えば加熱さ
れずに略常温度）に保たれる。すなわち、原子流の照射
を用いたこれらの方法では、低温度下で軸配向多結晶薄
膜を形成することができるという利点がある。このこと
は、例えば試料７１として耐用温度の低い安価なガラス
基板を用いることを可能にする。
【０２３５】［第８の実施例］本発明の第８の実施例の
太陽電池は、図２８に示した第５の実施例と同様、真性
半導体層を有するＰｉｎ構造のものであり、かつ、タン
デム（積み重ね式）構造のものであるが、第１の半導体
層２９３、第２の半導体層２９４および第３の半導体層
２９６を夫々多結晶膜で構成する点が第５の実施例と異
なる。該第１の半導体層２９３、第２の半導体層２９４
および第３の半導体層２９６は、アモルファス膜の形成
後に第７の実施例で説明した多結晶膜の形成方法にてＮ
ｅ等の中性原子をビーム照射して形成される。その他の
構成は第５の実施例と同様であるため、その説明を省略
する。本実施例においても、第５の実施例と同様、多結
晶膜の第１の半導体層２９３で長波長光をある程度吸収
し、アモルファス膜の真性半導体層２９５で短波長光を
吸収した後、さらに多結晶膜の第２の半導体層２９４お
よび第３の半導体層２９６で長波長光を吸収でき、幅広
い波長にわたって光吸収特性を向上できる。
【０２３６】［第９の実施例］本発明の第９の実施例の
太陽電池は、図３４に示した第６の実施例と同様、真性
半導体層を有するＰｉｎ構造のものであり、かつ、タン
デム（積み重ね式）構造のものであるが、第１の半導体
層１０３、第２の半導体層１０４および第３の半導体層
１０６を夫々多結晶膜で構成する点が第６の実施例と異
なる。該第１の半導体層１０３、第２の半導体層１０４
および第３の半導体層１０６は、アモルファス膜の形成
後に第７の実施例で説明した多結晶膜の形成方法にてＮ
ｅ等の中性原子をビーム照射して形成される。その他の
構成は第６の実施例と同様であるため、その説明を省略
する。本実施例によっても、第８の実施例と同様の作用
および効果を得ることができる。
【０２３７】［第３〜第９の実施例の変形例］ （１）第３、第４、第５および第６の実施例における全
ての単結晶膜の形成は、結晶化温度未満の低温度下で反
応ガスを供給すると同時に相異なる複数方向の最稠密結
晶面に垂直な方向からビーム照射して単結晶膜を形成す
るラディカルビーム照射法を採用していた。第７実施例
で軸配向多結晶薄膜を形成する方法として２通りの方法
を説明したように、全ての単結晶膜または一部の単結晶
膜の形成について、予めアモルファス膜または多結晶膜
を形成し、その後、結晶化温度未満の低温度下で相異な
る複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射
することによって、アモルファス膜または多結晶膜を単
結晶膜へ転換しても良い。この場合には、ビーム照射は
結晶化温度以下の比較的高温下で行われるのが望まし
い。そうすることによって、膜厚が比較的厚いアモルフ
ァス膜あるいは多結晶膜を円滑に単結晶化することが可
能である。
【０２３８】多結晶膜は、例えば装置６０において、膜
を構成する物質の結晶化温度以上の温度下で反応ガスを
供給することによって、形成可能である。あるいは、装
置６０を用いなくとも、ＣＶＤ法その他の方法を用いて
あらかじめアモルファス膜あるいは多結晶膜を形成して
もよい。その後、例えば装置６０を用いてビーム照射を
行うことによって単結晶化が可能である。このときに
は、装置６０は反応ガス供給管７３を備えなくてもよ
い。
【０２３９】（２）第３〜第９の各実施例および変形例
（１）では、各半導体膜をＣＶＤ法にてアモルファス状
に形成しつつ、あるいはアモルファス状または多結晶状
等に一旦形成を終了した後、単結晶化していたが、スク
リーン印刷にてアモルファス状等に形成した後単結晶化
してもよい。
【０２４０】（３）第４の実施例では、第１の半導体層
５３および第２の半導体層５４を単結晶膜で構成してい
たが、このうちの一方を多結晶膜で構成してもよい。ま
た、第５および第６の実施例において、第１の半導体層
２９３，１０３、第２の半導体層２９４，１０４および
第３の半導体層２９６，１０６を単結晶膜で構成してい
たが、このうちのいずれかを多結晶膜で構成してもよ
い。この場合、多結晶膜の形成は、結晶化温度未満の低
温度下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶面に垂
直な一方向からビーム照射して形成してもよく、あるい
は、予めアモルファス薄膜を形成し、結晶化温度未満の
低温度下で最稠密結晶面に垂直な一方向からビーム照射
して形成してもよく、さらに、上記いずれかの方法を構
成部材ごとに選択的に適用してもよい。
【０２４１】（４）第７、第８および第９の実施例にお
ける全ての多結晶膜の形成は、結晶化温度未満の低温度
下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶面に垂直な
一方向からビーム照射して多結晶膜を形成してもよい
し、あるいは全ての多結晶膜または一部の多結晶膜の形
成について、予めアモルファス薄膜を形成し、結晶化温
度未満の低温度下で最稠密結晶面に垂直な一方向からビ
ーム照射して多結晶膜を形成してもよい。
【０２４２】（５）第３、第４および第７の実施例にお
いて、最下地層基板としてのガラス製透明基板上に透明
電導膜を形成した後、受光側から光の進行方向側の半導
体層へと順次形成していたが、裏面電極をセミ・テクス
チュア構造層（ＳｕＳ）等の基板で構成し、この上に光
の進行方向側から受光側の半導体層へと順次形成しても
よい。この場合、第１の半導体層を光の進行方向側に配
し、第３の半導体層を受光側に配してもよい。
【０２４３】（６）第３〜第９の各実施例において、受
光側の第１の導電型の第１の半導体層をｐ型とし、第２
の導電型の第２の半導体層をｎ型としていたが、第１の
導電型をｎ型にし、第２の導電型をｐ型としてもよい。
【０２４４】（７）第３〜第９の各実施例では、受光側
にガラス製の透明基板を設けていたが、例えば第６およ
び第９の実施例のようにセミ・テクスチュア構造層を基
板として光の進行方向側から受光側へと半導体層を順次
形成していく場合、受光側の透明基板を省略してもよ
い。
【０２４５】（８）変形例（１）において、単結晶膜へ
と転換する前に予め形成される多結晶薄膜は、第７の実
施例において記述した方法、すなわち予めアモルファス
薄膜を形成した後にこれに一方向からビーム照射を行う
方法、あるいは反応ガスを供給しつつ一方向からビーム
照射を行う方法によって形成してもよい。このとき、多
結晶薄膜は、第７の実施例において記述したように、一
つの最稠密面の方位が揃った多結晶薄膜、言い替えると
軸配向多結晶薄膜として形成される。
【０２４６】軸配向多結晶薄膜は結晶方位が任意である
通常の多結晶薄膜にくらべて規則性が高いために単結晶
膜に近い特性を有する。このため、例えば複数方向から
のビーム照射にむらがあるなど、多結晶薄膜から単結晶
膜への転換が十分に行われない場合でも、単結晶膜を有
する太陽電池に近い特性が保証される。
【０２４７】（９）変形例（８）において、軸配向多結
晶薄膜を形成する際におけるビーム照射の方向と、軸配
向多結晶薄膜を単結晶膜へと転換する際におけるビーム
照射の複数方向の１つとを、互いに同一にするのが望ま
しい。このとき、軸配向多結晶薄膜における方位の揃っ
た最稠密面については、単結晶化に際してその方向が維
持されるので、単結晶膜への転換が円滑に進行する。
【０２４８】［第１０の実施例］つぎに、この発明の第
１０実施例について説明する。
【０２４９】＜装置の構成＞図６４は、第１０実施例の
太陽電池の構成を示す断面図である。図６４に示すよう
に、この太陽電池４００では、フロント側に配される透
明なガラス基板４１１の上に透明導電膜４１２が形成さ
れており、さらに、この透明導電膜４１２の上に、３層
の半導体層４０１、４０２、４０３が積層されている。
そして、半導体層４０３のバック側には、例えばアルミ
ニウムで構成される裏面電極４１６が形成されている。
【０２５０】３層の半導体層４０１、４０２、４０３の
いずれも、第４実施例のｐｉｎ接合を有する半導体層と
同様に、単結晶のｐ型Ｓｉ層４１３、アモルファスのｉ
型（真性）Ｓｉ層４１４、および、単結晶のｎ型Ｓｉ層
４１５が、この順に積層された構造を有している。すな
わち、この太陽電池４００は、ｐｉｎ接合型太陽電池が
あたかも３段に直列に接続された形式であり、タンデム
構造の太陽電池の一例となっている。半導体層４０１と
半導体層４０２との間の接合部、および、半導体層４０
２と半導体層４０３との間の接合部は、いずれもトンネ
ル接合である。
【０２５１】この太陽電池４００は、各半導体層４０
１、４０２、４０３が第４実施例のｐｉｎ接合を有する
半導体層と同一構造であるために、第４実施例と同様の
利点を有している。すなわち、ｐ型Ｓｉ層４１３および
ｎ型Ｓｉ層４１５が、単結晶で構成されるので、欠陥密
度を低く抑えることができ、その結果、再結合による少
数担体の消滅を少なくできる。したがって、これらの半
導体層で光吸収によって発生した少数担体を有効に取り
出すことができる。このため、高い変換効率が実現す
る。
【０２５２】また、ｐｉｎ接合を有する各半導体層４０
１、４０２、４０３が、バンドギャップが互いに異なる
単結晶Ｓｉ層とアモルファスＳｉ層とで構成される。こ
のため、各半導体層４０１、４０２、４０３の間で、光
感度の高い波長が互いに異なるために、太陽電池４００
全体で広い範囲の波長の光が吸収される。このことも、
変換効率の向上に寄与する。
【０２５３】太陽電池４００では、さらに、各ｐｉｎ型
の半導体層４０１、４０２、４０３が、直列に接続され
ているので、高い起電力（発電電圧）が得られるという
利点がある。すなわち、各半導体層４０１、４０２、４
０３が単独で生成する起電力は、約０．５Ｖ程度である
が、これらを３層に積層することによって約１．５Ｖの
起電力が得られる。さらに、第１層目の半導体層４０１
で吸収されなかった光（透過光）が、第２層目の半導体
層４０２で吸収され、さらに第２層目をも透過した光が
第３層目の半導体層４０３で吸収されることによって、
変換効率がさらに改善されるという利点ある。
【０２５４】なお、太陽電池４００では、ｐｉｎ接合を
有する半導体層が３層に積層されているが、２層、ある
いは４層以上であってもよい。また、各半導体層４０
１、４０２、４０３の中のｎ型Ｓｉ層４１５は、第３実
施例の半導体層５４と同様に、アモルファスであっても
よい。
【０２５５】＜薄膜形成装置＞太陽電池４００の製造方
法を説明するのに先だって、アモルファス半導体層と単
結晶半導体層とが積層した多層構造の半導体部を形成す
るのに特に適した薄膜形成装置について説明する。
【０２５６】図６５は、この薄膜形成装置の正面断面図
である。なお以下の図において、図６に示した薄膜形成
装置６０と同一部分には同一符号を付して、その詳細な
説明を略する。図６５に示すように、この装置３００で
は、ガス導入管６７へ導入されるガスとして、多種類の
ガスが貯蔵された多数のガスボンベ３３１の中から、ガ
スセレクタ３３２の働きで所望のガスが選択される。ま
た、反応ガス供給管７３へ導入される反応ガスとして、
多種類のガスが貯蔵された多数のガスボンベ３３３の中
から、ガスセレクタ３３４の働きで所望のガスが選択さ
れる。ガスボンベ３３３には、薄膜を構成する物質の主
成分を供給する反応ガスだけでなく、主成分に添加すべ
き不純物を含んだ反応ガスも準備される。
【０２５７】ガスセレクタ３３２、３３４の動作、およ
び、導波管６６へマイクロ波を送出する発振器３３８の
動作は、コントローラ３６によって制御される。また、
試料台７０は基板７１を加熱するためのヒータを内蔵し
てもよく、その場合には、このヒータの動作もコントロ
ーラ３６によって制御される。
【０２５８】つぎに、装置３００を用いて、例えばアモ
ルファスＳｉ層と単結晶Ｓｉ層とが積層した多層構造の
Ｓｉ薄膜を形成する方法について説明する。
【０２５９】基板７１が試料台７０の上に載置され、反
応室６８が真空状態とされた後に、反応ガス供給管７３
ａより、Ｓｉを供給するためのＳｉＨ4（シラン）、Ｓ
ｉ2Ｈ6（ジシラン）等のガスが供給される。ここで、形
成するシリコン薄膜をｐ型にする場合には、ｐ型不純物
をドープするためのＢ2Ｈ3（ジボラン）ガスを、また、
ｎ型にする場合には、ｎ型不純物をドープするためのＰ
Ｈ3（ホスフィン）ガス、もしくは、ＡｓＨ3（アルシ
ン）ガス等を、反応ガス供給管７３ｂまたは７３ｃより
供給すればよい。
【０２６０】ガス導入管６７より不活性ガスを導入する
場合には、第１および第３実施例でも述べたように、Ｓ
ｉより原子量の小さいＮｅ、Ｈｅ等を導入するのが望ま
しい。ここで、より効果的に単結晶シリコンを形成する
ためには、比較的原子量の大きいＮｅを用いるのがよ
い。以下の説明では、不活性ガスとしてＮｅを用いた場
合で説明を行なう。
【０２６１】以上のようなガスを導入して、薄膜形成装
置３００を動作させると、ＥＣＲイオン発生器６２で形
成されたＮｅイオン流と電子流が引き出し口６９から、
基板７１の方向に流れる。この、Ｎｅのイオン流あるい
は中性原子流と電子流とによって、反応ガス供給管７３
から供給されたＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等の反応ガスのプラ
ズマＣＶＤ反応が進行して、基板７１の上面にＳｉ薄膜
が成長する（堆積する）。このとき、基板７１は、通常
のプラズマＣＶＤでは、Ｓｉの結晶化が起こらない低温
度下（例えば、基板加熱を行なわない）に保っておく。
したがって、Ｓｉ薄膜は、まず非晶質であるアモルファ
スＳｉ膜として基板７１上に形成される。
【０２６２】ここで、反応室６８における、Ｎｅのイオ
ンあるいは中性原子の量をＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6等の反応
ガスの量に比較して、相対的に多くなるように、ガス導
入量を調整しておき、Ｎｅのイオンあるいは中性原子が
基板７１に照射されるようにしておく。また、ＥＣＲイ
オン発生器６２によって形成されるプラズマエネルギー
は、基板７１に照射されるＮｅのイオンあるいは中性原
子のエネルギーが、Ｓｉのスパッタリングを引き起こさ
ない、すなわち、ＮｅのＳｉに対するスパッタリングの
スレショールドエネルギー値（約２７ｅＶ）よりも低い
値となるよう設定する。
【０２６３】この様なエネルギー値のＮｅのイオンある
いは中性原子が、成長しつつあるアモルファスＳｉ薄膜
に照射されると、既に述べたように、イオンあるいは中
性原子の入射方向に最稠密面が直交するように、アモル
ファスＳｉ薄膜のシリコン原子が再配列する。前述のよ
うに、Ｎｅのイオンあるいは中性原子は、反射板７２の
働きで、Ｓｉ単結晶の４つの最稠密面に垂直な４成分の
ビームとして、基板７１へ入射する。
【０２６４】その結果、これらの各成分の入射方向に垂
直な面がいずれも最稠密面となるように、Ｓｉ原子が再
配列することによって、単一の結晶方位を有する単結晶
Ｓｉが形成される。すなわち、プラズマＣＶＤによって
成長しつつあるアモルファスＳｉ薄膜は、結晶方位の揃
った単結晶Ｓｉ薄膜へ逐次転換される。この工程によっ
て、基板７１の上に積層した単結晶Ｓｉ層が得られる。
【０２６５】つぎに、形成された単結晶Ｓｉ層の上に、
単結晶ＳｉではなくアモルファスＳｉ層を積層させるに
は、ガス導入管６７からＮｅガスの導入を停止すればよ
い。そうすれば、基板７１へのＮｅのイオンまたは中性
原子の照射が停止するので、単結晶Ｓｉ層の上に成長し
つつあるアモルファスＳｉは、単結晶へと転換されるこ
とがなく、アモルファスＳｉのままにとどまる。この工
程によって、単結晶Ｓｉ層の上に積層したアモルファス
Ｓｉ層が得られる。
【０２６６】アモルファスＳｉ層を形成する工程では、
反応ガス供給管７３から、Ｈ2（水素）ガスをＳｉＨ4ガ
スに混合して供給するのが望ましい。そうすることによ
って、安定したアモルファスＳｉが形成される。すなわ
ち、アモルファスＳｉの中の未結合手（ダングリングボ
ンド）に水素が結合し、水素化アモルファスＳｉが形成
されるので、欠陥密度が低くなる。このために、アモル
ファスＳｉが安定して形成される。
【０２６７】さらに、このときの基板温度は、２００゜
Ｃ〜３００゜Ｃに保たれるのが望ましい。基板温度が、
３００゜Ｃ以下であるときには、１０％を超える結合水
素量が得られ、このため、特に欠陥の少ない水素化アモ
ルファスＳｉが得られる。基板７１を加熱するために
は、試料台７０にヒータをあらかじめ内蔵しておき、こ
のヒータをコントローラ３３６で制御しつつ動作させれ
ばよい。
【０２６８】以上の工程を交互に実行することによっ
て、単結晶Ｓｉ層とアモルファスＳｉ層とが交互に積層
した多層構造のＳｉ薄膜を形成することができる。ま
た、いうまでもなく、各Ｓｉ層を形成する工程におい
て、反応ガス供給管７３ｂまたは７３ｃから供給される
不純物を含んだガスの種類だけでなく、その量をも適宜
異ならせることによって、キャリア濃度の異なる各種Ｓ
ｉ層が積層した多層構造のＳｉ薄膜を形成することも可
能である。
【０２６９】この装置３００では、反応室６８の中に基
板７１を挿入したままで、真空状態を保ちつつ連続して
多層構造の薄膜が形成されるので、各層の間の接合面に
水分その他の不純物が混在する恐れがなく、理想的な接
合面を有する多層構造の薄膜が得られる。
【０２７０】さらに、上述したように、Ｓｉの結晶化が
起こらない低温度下でアモルファスおよび単結晶のＳｉ
層が形成されるので、基板７１には耐熱性の低い安価な
ガラスなどを用いることが可能である。
【０２７１】また、装置３００は、反応ガス供給管７３
およびガス導入管６７から供給されるガスの種類を適宜
選択することによって、ここに例示したＳｉ薄膜だけで
なく、任意の物質のアモルファス層と単結晶層とが積層
した多層構造の薄膜を形成することが可能である。
【０２７２】＜製造方法＞太陽電池４００を製造するに
は、まず、ガラス基板４１１を準備し、さらにその表面
を洗浄した後、図６６に示すように透明導電膜４１２を
その上面に形成する。ガラス基板４１１には、耐熱性の
低い低廉なものを選ぶことが可能である。例えば、市販
の製品であるＣＧＷ＃７０５９を使用してもよい。この
ＣＧＷ＃７０５９は、歪点が５９０゜Ｃであり、積層さ
れたＳｉ半導体の熱膨張・収縮には５００゜Ｃまで対応
し得る。透明導電膜４１２は、例えば、酸化すず（Ｓｎ
Ｏ2）および酸化インジュームすず（ＩＴＯ）を用いて
蒸着または熱ＣＶＤ法にて形成される。
【０２７３】つぎに、透明導電膜４１２が形成されたガ
ラス基板４１１を、基板７１として、例えば上述した装
置３００の反応室６８の中に挿入する。そして、反応室
６８の中を真空状態とした後、上述した方法によって、
図６７に示すように透明導電膜４１２の上にまず単結晶
のｐ型Ｓｉ層４１３を形成する。基板温度は、使用され
るガラス基板４１１のひずみ点や熱膨張係数をも考慮し
て適切に設定される。例えば、ガラス基板４１１に上述
のＣＧＷ＃７０５９を用いる場合には、基板温度は５０
０゜Ｃ以下に設定するのがよい。
【０２７４】単結晶のｐ型Ｓｉ層４１３が所望の厚さに
形成されると、反応ガスの供給およびビームの照射を停
止する。そして、反応室６８を排気することによって、
ｐ型Ｓｉ層４１３を形成するために供給された反応ガス
を除去する。
【０２７５】つぎに、上述した方法によって、図６８に
示すようにｐ型Ｓｉ層４１３の上にアモルファスのｉ型
Ｓｉ層４１４を形成する。このとき、反応ガス供給管７
３から、ｐ型あるいはｎ型の不純物を含むガスは供給さ
れない。また、上述したように、好ましくは、Ｈ2ガス
がＳｉＨ4ガスに混合して供給される。さらに、基板温
度は、好ましくは２００゜Ｃ〜３００゜Ｃに保たれる。
ｉ型Ｓｉ層４１４が所望の厚さに形成されると、再び反
応室６８を排気することによって、ｉ型Ｓｉ層４１４を
形成するために供給された反応ガスを除去する。
【０２７６】つぎに、上述した方法によって、図６９に
示すようにｉ型Ｓｉ層４１４の上に単結晶のｎ型Ｓｉ層
４１５を形成する。単結晶のｎ型Ｓｉ層４１５が所望の
厚さに形成されると、反応ガスの供給およびビームの照
射を停止する。そして、反応室６８を排気することによ
って、ｎ型Ｓｉ層４１５を形成するために供給された反
応ガスを除去する。以上の工程によってｐｉｎ接合を有
する半導体層４０１が形成される。
【０２７７】さらに、半導体層４０１を形成するために
行われた以上の工程を反復することによって、図７０に
示すように、半導体層４０１と同様のｐｉｎ接合を有す
る半導体層４０２、および４０３が半導体層４０１の上
に積層して形成される。
【０２７８】その後、試料を反応室６８から取り出した
後、蒸着法などを用いて最上層の半導体層４０３の上面
に、例えばアルミニウムを１〜１．５μｍの厚さに堆積
することによって図６４に示すように裏面電極４１６が
形成される。以上の工程の結果、太陽電池４００が完成
する。
【０２７９】なお、以上の製造方法では、ガラス基板４
１１の側から順に各Ｓｉ層を積層していったが、逆に、
裏面電極４１６を例えば幾分厚めのアルミニウム基板と
してあらかじめ準備し、その後、装置３００を用いて各
Ｓｉ層を裏面電極４１６の側から順に積層していっても
よい。このとき、基板温度は、アルミニウム基板の耐熱
性を考慮してその上限が設定される。裏面電極４１６の
上に、半導体層４０３、４０２、４０１がこの順に積層
されると、装置３００から試料が取り出される。その
後、蒸着または熱ＣＶＤ法を用いて導体層４０１の表面
に透明導電膜４１２が形成される。ガラス基板４１１は
必ずしも形成されなくてもよい。以上の工程によって、
太陽電池４００と同様の構成を有する太陽電池が完成す
る。
【０２８０】また、裏面電極４１６は、アルミニウムの
他に、例えば、ステンレススチール（ＳＳ）、プラスチ
ックの上に金属を蒸着した構造のもの（Metal on Plast
ics）、あるいは、ＴｉＯ2／Ａｇ／ＳＳなどであっても
よい。
【０２８１】［第１１の実施例］ここでは、第１０の実
施例と同様に、起電力を生じるｐｎ接合またはｐｉｎ接
合を有する半導体層が複数層に積層したタンデム構造の
太陽電池の他の例を示す。これらの太陽電池のいずれに
おいても、太陽電池４００と同様に、高い起電力が得ら
れるという利点がある。また、複数の半導体層でそれぞ
れ光が吸収されるので、変換効率が改善されるという利
点ある。
【０２８２】図７１は、第１０実施例で説明した透明導
電膜４１２と裏面電極４１６の間に、２つのｐｉｎ接合
を有する半導体層４２１、４２２が積層された構造を有
する太陽電池の断面図である。この太陽電池４２０で
は、単結晶のｐ型Ｓｉ層４３１、アモルファスのｉ型Ｓ
ｉ層４３２、および単結晶のｎ型Ｓｉ層４３８が透明導
電膜４１２の側から順に積層することによって、一方の
半導体層４２１が形成されている。そして、ｎ型Ｓｉ層
４３８は、ｎ型Ｓｉ層４３３と、これよりも不純物濃度
の高いｎ型Ｓｉ層４３４との２層で構成されている。ｎ
型Ｓｉ層４３４は半導体層４２２に接合している。
【０２８３】他方の半導体層４２２では、単結晶のｐ型
Ｓｉ層４３５、アモルファスのｉ型Ｓｉ層４３６、およ
び単結晶のｎ型Ｓｉ層４３７が半導体層４２１の側から
順に積層している。ｎ型Ｓｉ層４３４に接合するｐ型Ｓ
ｉ層４３５では、特にｐ型不純物の濃度が高くなってい
る。
【０２８４】図７２は、透明導電膜４１２と裏面電極４
１６の間に、ｐｉｎ接合を有する半導体層４４１とｐｎ
接合を有する半導体層４４２とが積層された太陽電池の
断面図である。この太陽電池４４０では、単結晶のｎ型
Ｓｉ層４５１、アモルファスのｉ型Ｓｉ層４５２、およ
び単結晶のｐ型Ｓｉ層４５８が透明導電膜４１２の側か
ら順に積層することによって、一方の半導体層４４１が
形成されている。そして、ｐ型Ｓｉ層４５８は、ｐ型Ｓ
ｉ層４５３と、これよりも不純物濃度の高いｐ型Ｓｉ層
４５４との２層で構成されている。ｐ型Ｓｉ層４５４は
半導体層４４２に接合している。
【０２８５】他方の半導体層４４２では、単結晶のｎ型
Ｓｉ層４５５、および、同じく単結晶のｐ型Ｓｉ層４５
６が半導体層４４１の側から順に積層している。ｐ型Ｓ
ｉ層４５４と接合するｎ型Ｓｉ層４５５では、特にｎ型
不純物の濃度が高くなっている。
【０２８６】図７３は、透明導電膜４１２と裏面電極４
１６の間に、ｐｎ接合を有する半導体層４６１と、同じ
くｐｎ接合型の半導体層４６２とが積層された太陽電池
の断面図である。この太陽電池４６０では、単結晶のｎ
型Ｓｉ層４７１、アモルファスのｉ型Ｓｉ層４７２、お
よび単結晶のｐ型Ｓｉ層４７７が透明導電膜４１２の側
から順に積層することによって、一方の半導体層４６１
が形成されている。そして、ｐ型Ｓｉ層４７７は、ｐ型
Ｓｉ層４７２と、これよりも不純物濃度の高いｐ型Ｓｉ
層４７３との２層で構成されている。ｐ型Ｓｉ層４７３
は半導体層４６２に接合している。
【０２８７】他方の半導体層４６２では、単結晶のｎ型
Ｓｉ層４７４、および、同じく単結晶のｐ型Ｓｉ層４７
８が半導体層４６１の側から順に積層している。ｐ型Ｓ
ｉ層４７３と接合するｎ型Ｓｉ層４７４では、特にｎ型
不純物の濃度が高くなっている。
【０２８８】これらの、太陽電池４２０、４４０、４６
０も、太陽電池４００と同様に、例えば薄膜形成装置３
００を用いて、単結晶Ｓｉ層とアモルファスＳｉ層と
を、適宜不純物の導入を伴いつつ積層することによっ
て、製造可能である。
【０２８９】［第１２の実施例］第１０および第１１実
施例では、アモルファスのＳｉ層と単結晶のＳｉ層とが
積層して構成される太陽電池の例を示したが、それらの
太陽電池において、単結晶のＳｉ層の代わりに軸配向多
結晶のＳｉ層で置き換えてもよい。既にのべたように、
軸配向多結晶はあらゆる点で単結晶に近い特性を有する
ので、軸配向多結晶は単結晶の代用として有効である。
【０２９０】例えば、第１０実施例の太陽電池４００に
おいて、３層の単結晶ｐ型Ｓｉ層４１３と同じく３層の
ｎ型Ｓｉ層４１５のすべて、あるいはそれら６層の中の
一部を軸配向多結晶のＳｉ層に置き換えてもよい。この
ように構成される太陽電池においても、太陽電池４００
に近い特性が得られる。同様に、図７１〜図７３に示し
た各太陽電池において、ｉ型Ｓｉ層以外の各単結晶Ｓｉ
層のすべて、あるいは一部を軸配向多結晶Ｓｉ層に置き
換えてもよい。
【０２９１】アモルファスＳｉ層と軸配向多結晶Ｓｉ層
とが積層した太陽電池を形成するには、図２１に示した
薄膜形成装置６０ａの他に、例えば図７４の正面断面図
に示す薄膜形成装置３０１を用いるとよい。装置３０１
は、反射板７２が装備されない点で装置３００とは特徴
的に異なっており、その他の点では装置３００と共通で
ある。装置３０１では、反射板７２が装備されないの
で、引き出し口６９から下方へ向かう例えばＮｅのイオ
ンまたは中性原子は、直接に基板７１へと降り注ぐ。す
なわち、基板７１へはイオンまたは中性原子のビームが
略一方向から入射する。
【０２９２】このため、基板７１の上に成長しつつある
例えばアモルファスＳｉなどのアモルファス物質の一つ
の最稠密面の方向が、ビームの入射方向に垂直となるよ
うに揃う。その結果、結晶軸が基板７１の法線方向に配
向した軸配向多結晶物質が形成される。軸配向多結晶物
質を形成する際の基板温度は、単結晶物質を形成するの
に適した基板温度に合わせるとよい。
【０２９３】また、装置３００と同様に、この装置３０
１においても、反応室６８の中に基板７１を挿入したま
まで、真空状態を保ちつつ連続して多層構造の薄膜が形
成されるので、各層の間の接合面に水分その他の不純物
が混在する恐れがなく、理想的な接合面を有する多層構
造の薄膜が得られる。
【０２９４】さらに、Ｓｉの結晶化が起こらない低温度
下でアモルファスおよび軸配向多結晶のＳｉ層が形成さ
れるので、基板７１には耐熱性の低い安価なガラスなど
を用いることが可能である。
【０２９５】また、装置３０１は、反応ガス供給管７３
およびガス導入管６７から供給されるガスの種類を適宜
選択することによって、例えば太陽電池４００のような
不純物が適宜導入されたＳｉ薄膜だけでなく、任意の物
質のアモルファス層と単結晶層とが積層した多層構造の
薄膜を形成することが可能である。
【０２９６】［第１３の実施例］図７５は、もう一つの
薄膜形成装置の例を示す正面断面図である。この装置３
０２は、反射板７２が支柱３３９に回動自在に取り付け
られており、反射板７２を基板７１の上に設置すること
も、逆に基板７１の上から退避させることも可能であ
る。反射板７２の動きは、コントローラ３６によって制
御される。装置３０２はこのように構成されるので、任
意の物質のアモルファス層、単結晶層、および軸配向多
結晶層とで構成される多層構造の薄膜を、この装置一つ
で製造可能である。さらに、アモルファス層、単結晶
層、および軸配向多結晶層の中の任意の組み合わせで構
成される多層構造の薄膜を製造することも可能である。
【０２９７】図７６は、さらに別の薄膜形成装置の例を
示す正面断面図である。この装置３０３では、試料台７
０は駆動装置３３５の働きで、傾きおよび回転方向が調
整可能である点が、装置３００などとは特徴的に異な
る。図７７は試料台７０の動きを示す部分拡大図であ
る。駆動装置３３５の動作は、コントローラ３３６によ
って制御される。
【０２９８】試料台７０が自在に傾斜および回転するの
で、基板７１へのビームの照射方向を任意に設定するこ
とが可能である。このため、任意の物質の軸配向多結晶
層または単結晶層を形成する際に、その結晶方位を任意
に選ぶことができる。特に、単結晶層を形成する際に
は、形成すべき単結晶層の複数の最稠密面に垂直な複数
方向からビームが照射されるように、例えば図７７にお
ける実線と波線とで示される２つの姿勢を交互にとるよ
うにすればよい。このように時分割的に複数方向からビ
ームを照射することによっても、反射板７２を有する装
置３００を用いた方法によって同時に複数方向から照射
した場合と同様に単結晶化が実現する。
【０２９９】以上のように、この装置３０３では、試料
台７０の姿勢を制御することによって、所望する単結
晶、軸配向多結晶、および非晶質のすべての結晶構造の
層を、交互に連続的に形成することが可能である。しか
も、結晶方位も所望の任意の方向に設定することが可能
である。
【０３００】これらの装置３０２、３０３においても、
装置３００と同様に、反応室６８の中に基板７１を挿入
したままで、真空状態を保ちつつ連続して多層構造の薄
膜が形成されるので、各層の間の接合面に水分その他の
不純物が混在する恐れがなく、理想的な接合面を有する
多層構造の薄膜が得られる。さらに、構成物質の結晶化
が起こらない低温度下で、この物質のアモルファス層、
単結晶層、および軸配向多結晶層が形成されるので、基
板７１には耐熱性の低い安価なガラスなどを用いること
が可能である。
【０３０１】［第１４の実施例］つぎに、Ｓｉ層とＳｉ
化合物層とが積層された構造を有する太陽電池の例につ
いて説明する。
【０３０２】＜構成＞図７８は、透明導電膜４１２と裏
面電極４１６の間に、ｐｉｎ接合を有する半導体層４８
１が形成された太陽電池の断面図である。この太陽電池
４８０では、結晶性（すなわち単結晶または軸配向多結
晶）のｐ型ＳｉＣ（またはｐ型ＳｉＮ）層４９１、アモ
ルファスのｉ型Ｓｉ層４９３、および結晶性のｎ型Ｓｉ
（またはｎ型ＳｉＧｅ）層４９４が透明導電膜４１２の
側から順に積層することによって、半導体層４８１が形
成されている。
【０３０３】例えば、結晶性ＳｉＧｅは、結晶性Ｓｉに
比べると、バンド幅が広いために長波長側に感度が高
い。Ｓｉ層だけでなく、感度の高い波長の異なるＳｉ化
合物層をも積層して太陽電池を構成することによって、
より幅広い波長の光を吸収し起電力へと転換することが
可能となる。すなわち、変換効率の高い太陽電池が得ら
れる。
【０３０４】また、結晶性の半導体層では、アモルファ
スに比べて欠陥密度が大幅に低いので、光の吸収により
発生した小数キャリアが再結合により消滅する割合を少
なくでき、少数キャリアを有効に取り出すことができる
という利点がある。結晶性の半導体層の中でも、単結晶
の半導体層では結晶粒界がないので、この効果が特に著
しい。
【０３０５】図７９は、透明導電膜４１２と裏面電極４
１６の間に、ｐｉｎ接合を有する半導体層５０１とｐｎ
接合を有する半導体層５０２とが積層された太陽電池の
断面図である。この太陽電池５００では、結晶性のｐ型
ＳｉＣ（またはｐ型ＳｉＮ）層５１１、アモルファスの
ｉ型Ｓｉ層５１２、および結晶性のｎ型Ｓｉ層５１３が
透明導電膜４１２の側から順に積層することによって、
一方の半導体層５０１が形成されている。
【０３０６】他方の半導体層５０２では、結晶性のｎ型
Ｓｉ層５１４、および、同じく結晶性のｐ型Ｓｉ層５１
８が半導体層５０１の側から順に積層している。ｐ型Ｓ
ｉ層５１８は、ｐ型Ｓｉ層５１５と、これよりも不純物
濃度の高いｐ型Ｓｉ層５１６との２層で構成されてい
る。この中のｐ型Ｓｉ層５１６は裏面電極４１６に接続
されている。
【０３０７】図８０は、透明導電膜４１２と裏面電極４
１６の間に、ｐｎ接合を有する半導体層５２１と同じく
ｐｎ接合型の半導体層５２２とが積層された太陽電池の
断面図である。この太陽電池５２０では、結晶性のｎ型
Ｓｉ層５３１、および同じく結晶性のｐ型Ｓｉ層５３２
が透明導電膜４１２の側から順に積層することによっ
て、一方の半導体層５２１が形成されている。
【０３０８】他方の半導体層５２２では、結晶性のｎ型
Ｓｉ（またはＳｉＧｅ）層５３４、および、同じく結晶
性のｐ型Ｓｉ（またはＳｉＧｅ）層５３５が半導体層５
２１の側から順に積層している。この中のｐ型Ｓｉ層５
３５は裏面電極４１６に接続されている。ｐ型Ｓｉ層５
３２とｎ型Ｓｉ層５３４との間には、例えばＴＣＯで構
成される共通電極５３３が設けられており、ｐ型Ｓｉ層
５３２とｎ型Ｓｉ層５３４はともに共通電極５３３に接
続されている。そして、ｎ型Ｓｉ層５３１および５３４
はともに、不純物濃度が高く設定されている。
【０３０９】半導体層５２１は、例えば図８１に示す半
導体層５４０あるいは図８２に示す半導体層５５０で置
き換えてもよい。図８１に示すように、半導体層５４０
では、透明導電膜４１２の側から順に、ｎ型Ｓｉ層５４
１、ｐ型Ｓｉ層５４２、ｐ型Ｓｉ層５４３、ｎ型Ｓｉ層
５４４、およびｐ型Ｓｉ層５４５が積層されている。す
なわち、半導体層５４０は２つのｐｎ接合を有するタン
デム構造となっている。これら５層のＳｉ層はいずれも
結晶性であり、その中のｎ型Ｓｉ層５４１、ｐ型Ｓｉ層
５４３、およびｎ型Ｓｉ層５４４の３層では不純物濃度
が高く設定されている。
【０３１０】図８２に示すように、半導体層５５０で
は、透明導電膜４１２の側から順に、ｎ型Ｓｉ層５５
１、ｉ型Ｓｉ層５５２、ｐ型Ｓｉ層５５３、ｐ型Ｓｉ層
５５４、ｎ型Ｓｉ層５５５、およびｐ型Ｓｉ層５５６が
積層されている。すなわち、半導体層はｐｉｎ接合とｐ
ｎ接合とを有するタンデム構造となっている。これら６
層のＳｉ層の中で、ｉ型Ｓｉ層５５２はアモルファスで
あり、その他は結晶性である。ｐ型Ｓｉ層５５４とｎ型
Ｓｉ層５５５では、不純物濃度が高く設定されている。
【０３１１】＜製造方法＞以上に例示した、Ｓｉ層とＳ
ｉ化合物層とが積層してなる半導体部を有する太陽電池
を製造するには、例えば薄膜形成装置３００、３０１、
３０２、または３０３を用いるとよい。すなわち、これ
らの装置を用いて、ＳｉあるいはＳｉ化合物を堆積する
のに適した反応ガスを供給しつつ、また不純物の導入を
適宜行いつつ、さらに、ビーム照射を一方向あるいは複
数の所定の方向から行ったりあるいは停止することによ
って、太陽電池を構成する所望の半導体部を形成するこ
とが可能である。
【０３１２】例えば、ＳｉＣ層を形成する際には、反応
ガス供給管７３から反応ガスとしてシランガスとメタン
（ＣＨ3）ガスを供給し、ガス導入管６７へは例えばヘ
リウム（Ｈｅ）ガスまたはアルゴン（Ａｒ）ガスを導入
するとよい。
【０３１３】［第１５の実施例］つぎに、ＧａＡｓなど
のIII−Ｖ族化合物が積層された太陽電池の例について
説明する。
【０３１４】＜構成＞図８３は、ＧａＡｓの単一のｐｎ
接合を有する太陽電池の例を示す断面図である。この太
陽電池５６０では、電極として機能する導電性の基板５
６５と透明導電膜４１２との間に、半導体層５６１が形
成されている。そして、ｐ型ＧａＡｓ層５７１とｎ型Ｇ
ａＡｓ層５７２とが透明導電膜４１２の側から順に積層
することによって、半導体層５６１が形成されている。
ｐ型ＧａＡｓ層５７１およびｎ型ＧａＡｓ層５７２のい
ずれも結晶性である。
【０３１５】基板５６５には、例えば、単結晶または多
結晶のＳｉ基板、金属の上に単結晶Ｓｉが形成されたも
の、あるいは、ガラス板の上に単結晶Ｓｉが形成された
ものなどが適している。
【０３１６】図２９に示したように、ＧａＡｓなどのII
I−Ｖ族化合物で構成される太陽電池には、変換効率が
潜在的に高いという利点がある。太陽電池５６０は、こ
のIII−Ｖ族化合物で構成されるとともに、少数担体の
再結合が起こりにくい結晶性の半導体層で構成されるた
めに、変換効率の高い太陽電池が実現する。
【０３１７】図８４は、ＧａＡｓ半導体層とＳｉ半導体
層とが積層されたタンデム構造の太陽電池の一例を示す
断面図である。この太陽電池５８０では、透明導電膜４
１２と基板５６５との間に、半導体層５８１と半導体層
５８２とが、共通電極５９３を挟んで形成されている。
透明導電膜４１２の側から順に、ｐ型ＧａＡｓ層５９１
とｎ型ＧａＡｓ層５９２とが積層することによって、一
方の半導体層５８１が形成されている。
【０３１８】他方の半導体層５８２は、共通電極５９３
の側から順に、ｐ型Ｓｉ層５９４とｎ型Ｓｉ層５９５と
が積層することによって形成されている。ｎ型Ｓｉ層５
９５は基板５６５に接続され、共通基板５９３にはｎ型
ＧａＡｓ層５９２とｐ型Ｓｉ層５９４とが接続されてい
る。各層５９１、５９２、５９４、および５９５はいず
れも結晶性である。共通電極５９３は、例えばＴＣＯで
構成される。
【０３１９】この太陽電池５８０では、バンドギャップ
が異なり光感度の高い波長の異なる２種類のｐｎ接合を
有するので、広い範囲の波長の光が吸収される。このた
めに、一層高い変換効率を有する太陽電池が実現する。
【０３２０】＜製造方法＞以上に例示した、III−Ｖ族
化合物層を有する太陽電池を製造するには、例えば薄膜
形成装置３００、３０１、３０２、または３０３を用い
るとよい。すなわち、これらの装置を用いて、ＧａＡｓ
などのIII−Ｖ族化合物を堆積するのに適した反応ガス
あるいはＳｉを堆積するのに適した反応ガスを適宜切り
替えて供給しつつ、また不純物の導入を適宜行いつつ、
さらに、ビーム照射を一方向あるいは複数の所定の方向
から行ったりあるいは停止することによって、太陽電池
を構成する所望の半導体部を形成することが可能であ
る。
【０３２１】ＧａＡｓ層を形成するには、例えば、トリ
メチル・ガリウムとアルシンの混合ガスを反応ガスとし
て反応ガス供給管７３へ供給し、ガス導入管６７へは例
えばアルゴンガスを導入するとよい。
【０３２２】［第１６の実施例］つぎに、ＣｄＩｎＳｅ
2などのII−VI族化合物の層とＳｉ層とでタンデム構造
を構成した太陽電池の例について説明する。
【０３２３】＜構成＞図８５は、II−VI族化合物で構成
される単位セルとＳｉのｐｉｎ接合で構成されるもう一
つの単位セルとが複合してなるタンデム構造の太陽電池
の例を示す断面図である。この太陽電池６００では、透
明導電膜６１６、導電性の基板５６５、および、これら
の間に形成されたＣｕＩｎＳｅ2の半導体層６０２で一
つの太陽電池として機能する単位セルが構成されてい
る。
【０３２４】さらに、透明導電膜４１２、透明導電膜６
１４、および、これらの間に形成されたＳｉの半導体層
６０１で、太陽電池として機能するもう一つの単位セル
が構成されている。二つの単位セルの間、言い替えると
２つの透明電極６１４と６１６との間には、例えばガラ
スなどで構成される透明絶縁膜が設けられている。すな
わち、双方の単位セルの間は互いに電気的に絶縁されて
いる。
【０３２５】一方の半導体層６０２の構造は、従来周知
のＣｕＩｎＳｅ2太陽電池と同様である。他方の半導体
層６０１は、透明導電膜４１２の側から順に、結晶性の
ｐ型Ｓｉ層６１１、アモルファスのｉ型Ｓｉ層６１２、
および結晶性のｎ型Ｓｉ層６１３が積層されて成る。ｎ
型Ｓｉ層６１３は透明導電膜６１４に接続されている。
すなわち、半導体層６０１は半導体層４２１（図７１）
と同様の構造を有している。
【０３２６】半導体層６０１は、図８６の断面図に示す
半導体層６２０で置き換えてもよい。半導体層６２０
は、透明導電膜４１２の側から順に、ｎ型Ｓｉ層６２
１、ｐ型Ｓｉ層６２２、および、ｐ型Ｓｉ層６２３が積
層されて成る。これらの各Ｓｉ層６２１、６２２、６２
３はいずれも結晶性である。また、ｐ型Ｓｉ層６２３で
は、不純物濃度が高く設定されている。すなわち、半導
体層６２０は、半導体層４６１（図７３）と同様の構造
を有している。
【０３２７】半導体層６０１は、さらに、図８７の断面
図に示す半導体層６３０で置き換えてもよい。半導体層
６３０は、透明導電膜４１２の側から順に、ｎ型Ｓｉ層
６３１、ｐ型Ｓｉ層６３２、、ｐ型Ｓｉ層６３３、ｎ型
Ｓｉ層６３４、および、ｐ型Ｓｉ層６３５が積層されて
成る。これらの各Ｓｉ層は、いずれも結晶性である。ま
た、ｎ型Ｓｉ層６３１、ｐ型Ｓｉ層６３３、および、ｎ
型Ｓｉ層６３４では、不純物濃度が高く設定されてい
る。
【０３２８】半導体層６０１は、また、図８８の断面図
に示す半導体層６４０で置き換えてもよい。半導体層６
４０は、透明導電膜４１２の側から順に、ｎ型Ｓｉ層６
４１、ｉ型Ｓｉ層６４２、ｐ型Ｓｉ層６４３、、ｐ型Ｓ
ｉ層６４４、ｎ型Ｓｉ層６４５、および、ｐ型Ｓｉ層６
４６が積層されて成る。これらの各Ｓｉ層の中で、ｉ型
Ｓｉ層６４２はアモルファスであり、他の各Ｓｉ層はい
ずれも結晶性である。また、ｐ型Ｓｉ層６４４、および
ｎ型Ｓｉ層６４５では、不純物濃度が高く設定されてい
る。すなわち、半導体層６４０は、太陽電池４４０（図
７２）の半導体層４４１、４４２と同様の構造を有して
いる。
【０３２９】以上に例示したタンデム構造の太陽電池で
は、まずＣｕＩｎＳｅ2などのII−VI族化合物で構成さ
れる単位セルを有している。II−VI族化合物で構成され
る太陽電池は、従来周知の太陽電池であり、低価格であ
るとともに変換効率が１７％〜１８％と高いことで知ら
れている。このII−VI族化合物で構成される単位セル
と、Ｓｉ系の単位セルとを組み合わせてタンデム構造と
することによって、より広い範囲の波長の光を起電力へ
と変換することができるので、高い変換効率を有する太
陽電池が実現する。
【０３３０】＜製造方法＞II−VI族化合物で構成される
単位セルと、Ｓｉ系の単位セルとが組み合わさってタン
デム構造を成すこれらの太陽電池を製造するには、まず
II−VI族化合物で構成される太陽電池を製造するための
従来周知の方法を用いて、基板５６５の上にII−VI族化
合物の半導体層６０２と透明導電膜６１６とを形成す
る。その後、透明導電膜６１６の上に透明絶縁膜６１５
を形成した後、この試料を例えば装置３０３の反応室６
８へ挿入する。その後、第１３の実施例で説明した工程
を実施することによって、所定のＳｉ層を順次積層す
る。
【０３３１】この方法では、Ｓｉの結晶化が起こらない
低温度下で、このＳｉのアモルファス層、単結晶層、お
よび軸配向多結晶層が形成されるので、既に形成されて
いる半導体層６０２を熱で変成することなく、所望の構
造の半導体層６０１を積層することが可能である。
【０３３２】［第１０〜第１６の実施例の変形例］ （１）第１０〜第１６の各実施例において、単結晶層を
形成する際に、反応ガスを供給してアモルファスＳｉな
どのアモルファスの物質を成長させつつ、一方向からビ
ーム照射を行うことによって、軸配向多結晶層を一旦形
成し、その後、複数方向からビーム照射を行ってこの軸
配向多結晶層を単結晶層へと転換してもよい。
【０３３３】軸配向多結晶層の形成は単結晶層の形成に
比べて容易であり、しかも軸配向多結晶の特性は単結晶
の特性に近い。このため、単結晶層を形成する際に、ま
ず軸配向多結晶層を形成することによって、軸配向多結
晶層に相応する良好な特性を確保することができる。そ
の後、複数方向からのビーム照射によって、軸配向多結
晶が単結晶へ転換される度合いに応じて、さらに良好な
特性へと向上する。すなわち、この方法では、例えば複
数方向からのビーム照射にむらがあるなど、軸配向多結
晶から単結晶への転換が十分に行われない場合でも、単
結晶層を有する太陽電池に近い特性が保証される。
【０３３４】軸配向多結晶を単結晶化するときには、こ
の物質の結晶化温度以下の温度範囲の比較的高温下でビ
ーム照射が行われる。そうすることによって、単結晶化
のための物質原子の再配列がより円滑に進行する。
【０３３５】（２）変形例（１）において、軸配向多結
晶層を形成する際におけるビーム照射の方向と、単結晶
化の際におけるビーム照射の複数方向の１つとを、互い
に同一にするのが望ましい。このとき、軸配向多結晶層
における方位の揃った最稠密面については、単結晶化に
際してその方向が維持されるので、単結晶への転換が円
滑に進行する。
【０３３６】
【発明の効果】本発明請求項１によると、各半導体膜を
夫々単結晶膜で構成しているので、光が進入した際の電
子移動度を飛躍的に向上でき、電気的性質を向上でき
る。また、半導体膜が単結晶のため、不純物の添加が容
易となるという効果がある。
【０３３７】本発明請求項２によると、タンデム構造を
採用して広範囲の光を吸収しつつ、各半導体膜を夫々単
結晶膜で構成することで、光が進入した際の電子移動度
を飛躍的に向上させ、電気的性質を向上できるという効
果がある。
【０３３８】本発明請求項３によると、両ヘテロ接合部
の間に層間導電体を介在させているので、両ヘテロ接合
部の界面でトンネル電流を発生させるだけの場合に比べ
て、太陽電池の抵抗値を低減できる。特に、請求項４に
よると、オーミック接合特性を有ｐｎ接合しめること
で、抵抗値を飛躍的に低減できる。また、請求項３によ
ると、層間導電体を光透過可能な薄さに形成しているの
で、一方のヘテロ接合部を通過した光をできるだけ他方
のヘテロ接合部に進入させることができ、光吸収性を向
上できるという効果がある。
【０３３９】本発明請求項５によると、層間導電体の一
側に配された第２の半導体膜の結晶方位と他側に配され
た第３の半導体膜の結晶方位を変化させているので、低
抵抗のオーミック接合が得られるという効果がある。
【０３４０】本発明請求項６、請求項７、および請求項
１０乃至請求項１５によると、下地層が単結晶構造でな
くても、その上面に結晶方位の揃った単結晶の膜を、自
由な膜厚の設定で、しかも低温下で容易に形成できる。
特に、半導体膜の厚さを、太陽電池として必要十分な程
度に薄くでき、部材コストを可及的に低減できるという
効果がある。
【０３４１】本発明請求項８および請求項９によると、
一般に半導体材料中で吸収できる光子数は、禁止帯幅が
大きいほど少なくなるが、吸収した光子のもつエネルギ
ーの中で外部に取り出せるエネルギーの割合は禁止帯幅
に比例して大きくなる。したがって、吸収できる光子数
と光子の外部に取り出せるエネルギーの割合とを掛け合
わすと、変換効率と禁止帯幅とに相関関係が生じること
がわかる。そして、かかる相関関係において、ＣｄＳ／
ＣｄＴｅ接合等のＩＩ−ＶＩ族またはＧａＡｓ等のＩＩ
Ｉ−Ｖ族の化合物の禁止帯幅が最も高い変換効率を示す
ことが知られている。このことに鑑み、半導体膜の材料
としてＩＩ−ＶＩ族またはＩＩＩ−Ｖ族の化合物を使用
することで、吸収係数および吸収端の波長の特性が飛躍
的に向上するという効果がある。
【０３４２】本発明請求項１６ないし請求項３６のいず
れかでは、各半導体膜が単結晶膜か軸配向多結晶膜のい
ずれかで構成される。軸配向多結晶膜は単結晶膜に近い
特性をもっているので、半導体膜の一部ないし全部が単
結晶膜の代わりに軸配向多結晶膜に置き換えられた太陽
電池においても、各半導体膜のいずれもが単結晶膜で構
成される太陽電池に近い特性が得られる。
【０３４３】特に、軸配向多結晶膜が一方向からのビー
ム照射によって形成される場合では、単結晶膜が複数方
向からのビーム照射によって形成される場合と同様に、
下地層の結晶構造には無関係に、その上面に軸配向多結
晶膜を、自由な膜厚の設定で、しかも低温下で容易に形
成できる。特に、半導体膜の厚さを、太陽電池として必
要十分な程度に薄くでき、部材コストを可及的に低減で
きる。
【０３４４】さらに、本発明請求項３１ないし請求項３
６のいずれかでは、一方向からのビーム照射によって軸
配向多結晶薄膜を一旦形成し、この軸配向多結晶薄膜に
さらに複数方向からのビーム照射を行ってこれを単結晶
化することによって単結晶膜が得られる。このため、多
結晶薄膜から単結晶膜への転換が十分に行われない場合
でも、半導体膜が単結晶膜で構成される太陽電池に近い
特性が保証される。
【０３４５】さらに、本発明請求項３３または請求項３
６によれば、軸配向多結晶薄膜を形成する際におけるビ
ーム照射の方向と、軸配向多結晶薄膜を単結晶膜へと転
換する際におけるビーム照射の複数方向の１つとが、互
いに同一であるので、単結晶膜への転換が円滑に行われ
る。
【０３４６】本発明請求項３７、請求項３８、請求項４
３、請求項４４、請求項５０、請求項５１、請求項５
２、請求項５３、請求項７０、請求項７１、請求項７
２、請求項７３、請求項８２、請求項８３、請求項８４
および請求項８５によると、Ｐｉｎ構造の太陽電池の受
光側の第１の半導体層を単結晶膜または多結晶で構成
し、光の進行方向側の真性半導体層をアモルファス膜で
構成することで、受光側の第１の半導体層で主として長
波長光を吸収し、真性半導体層で主として短波長光を吸
収できる。そうすると、両層をアモルファス膜で構成し
ていた従来例に比べて広い波長の光を効率よく吸収でき
るという効果がある。
【０３４７】また、特に請求項３７、請求項４３、請求
項５０、請求項５１、請求項７０、請求項７１、請求項
８２および請求項８３によると、表面層を単結晶膜で形
成することで、欠陥密度を大幅に低減させることがで
き、光の吸収により発生した小数担体が再結合により消
滅する割合を少なくでき、小数担体を有効に取り出すこ
とができるという効果がある。
【０３４８】さらに、上記のように各半導体層を結晶化
することで、該半導体層の経時的変化による劣化を防止
できるという効果がある。
【０３４９】ここで、単結晶膜または多結晶膜の第１の
半導体層で吸収しきれず通過してしまう長波長光につい
て、請求項３９、請求項４０、請求項５４および請求項
５５によると、第２の半導体層によって、あるいは請求
項４１、請求項４２、請求項６２乃至請求項６９および
請求項７４乃至請求項８１では第２の半導体層および第
３の半導体層によって長波長光をさらに吸収でき、長波
長側の吸収特性を向上し得る。特に、請求項４１、請求
項４２、請求項６２乃至請求項６９および請求項７４乃
至請求項８１によると、タンデム構造を採用しているた
め、広い光波長の吸収特性を有せしめることができると
いう効果がある。
【０３５０】本発明請求項４５によると、受光側の半導
体層を薄膜化することで、受けた光の一部、すなわち主
として長波長光の一部を吸収した後、できるだけ多くの
光を真性半導体層へ通過させることができ、真性半導体
層での短波長を中心とした光の吸収効率を向上でき、変
換効率の良い太陽電池が得られる。しかも、アモルファ
ス膜としての真性半導体層は元来吸収効率がよく、薄膜
化してもその吸収特性が損なわれることが少ないため、
全体としての薄膜化を容易に達成できるという効果があ
る。
【０３５１】本発明請求項４６乃至請求項８８による
と、結晶化に当たって低温環境下で作業を行うことがで
き、故に下地層に耐熱性が要求されないため、例えばガ
ラス等の安価な基板を用いて該基板上に結晶膜を形成で
きる。また、安価な透明基板が使用できることからシリ
コン材料が少なくてすみ、無駄が発生せず経済的な太陽
電池が得られる。さらに、単結晶膜または多結晶膜の半
導体層の厚さを、アモルファス膜の形成と全く同様にし
て自由に設定でき、単結晶膜または多結晶膜のウェハか
ら半導体膜を成長形成していた従来例に比べて、該半導
体層の厚さを大幅に薄く設定できる。そうすると、結晶
膜として十分な光吸収特性を有する範囲内で半導体層を
可及的に薄膜化でき、太陽電池全体の薄型化を図り得
る。これらのことから、結晶化半導体層にて特性を向上
させながらも部材コストを大幅に低減できる。そして、
結晶系の半導体膜をアモルファス膜と同様のプラズマＣ
ＶＤ法で連続的に形成できるので、工程の自動化が容易
にでき、生産性を向上し得るという効果がある。
【０３５２】特に、請求項８６ないし請求項８８によれ
ば、一方向からのビーム照射によって一つの最稠密面の
方向が揃った多結晶薄膜すなわち軸配向多結晶薄膜を一
旦形成し、この軸配向多結晶薄膜にさらに複数方向から
のビーム照射を行ってこれを単結晶化することによって
単結晶膜が得られる。軸配向多結晶薄膜は結晶方位が任
意である通常の多結晶薄膜にくらべて規則性が高いため
に単結晶膜に近い特性を有する。このため、多結晶薄膜
から単結晶膜への転換が十分に行われない場合でも、単
結晶膜を有する太陽電池に近い特性が保証される。
【０３５３】さらに、請求項８８によれば、軸配向多結
晶薄膜を形成する際におけるビーム照射の方向と、軸配
向多結晶薄膜を単結晶膜へと転換する際におけるビーム
照射の複数方向の１つとが、互いに同一であるので、単
結晶膜への転換が円滑に行われる。
【０３５４】請求項８９〜請求項９１のいずれかに記載
の太陽電池では、ｐｉｎ接合またはｐｎ接合を有する半
導体層が複数層に積層されているので、大きな起電力が
得られる。また、一つのｐｉｎ接合またはｐｎ接合で吸
収しきれなかった光が他のｐｉｎ接合またはｐｎ接合で
無駄なく吸収される。このため、高い変換効率が得られ
る。また、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の結晶構造が単
結晶または軸配向多結晶であるために、これらの半導体
層での欠陥の密度が低く、そのため、少数担体の再結合
が起こりにくい。このことも、変換効率の向上に寄与す
る。
【０３５５】請求項９２に記載の太陽電池では、ｐｉｎ
接合またはｐｎ接合を有する各半導体層の間に第３電極
が介挿されている。したがって、各半導体層で発生した
起電力を独立して取り出すことが可能である。
【０３５６】請求項９３〜請求項９５に記載の製造方法
は、請求項８９〜請求項９５に記載の太陽電池の製造に
それぞれ適している。特に、気体のビームの照射を行っ
たりあるいは停止したりすることで、結晶構造の異なる
半導体層が多層に積層した構造を有する太陽電池を容易
に製造可能である。しかも、比較的低温下で製造可能で
あるために、基板に耐熱性の低い安価な材料を使用可能
である。
【０３５７】請求項９６に記載の多層薄膜形成方法で
は、比較的低温度で、結晶構造の異なる複数層を有する
薄膜が形成される。しかも、このような多層膜を真空中
で連続して形成できるので、界面に水分等の汚染物質が
付着しないために、優れた界面特性を得ることができ
る。さらに、アモルファス薄膜を形成する過程では、薄
膜物質を構成する原料ガスに、水素ガスが混入されるの
で、アモルファス薄膜が安定して得られる。
【０３５８】請求項９７に記載の方法では、軸配向多結
晶薄膜を一旦形成し、その後、これを単結晶化するとい
う２段階で単結晶薄膜を形成する工程において、最初の
軸配向多結晶薄膜を形成する段階でのビーム照射の方向
と、後の単結晶化の段階でのビーム照射の複数方向の一
つとが一致している。このため、単結晶化に際して、軸
配向多結晶薄膜の方位の揃った最稠密面はそのまま維持
されるので、単結晶化が円滑に進行する。
【０３５９】請求項９８に記載の方法では、ビームとし
て照射される気体が不活性ガスであるので、照射後に気
体の原子またはイオンが薄膜の中に残留しても、これら
が薄膜の電子物性へ不純物として悪影響を及ぼすことが
少ないという効果がある。
【０３６０】請求項９９に記載の方法では、照射される
不活性ガスを構成する元素の原子量が、照射対象である
所定の物質の構成元素の最大の原子量よりも低いので、
照射された不活性ガスの原子またはイオンの大部分が、
薄膜の表面ないしその近傍で後方へ反跳し、薄膜の中に
残留し難いという効果がある。
【０３６１】請求項１００に記載の方法では、照射され
る不活性ガスを構成する元素の原子量が、照射を受ける
所定の物質を構成する元素の最大の原子量に最も近い値
であるので、ビームの照射効果を最大限に引き出すこと
ができる。したがって、不活性ガスの導入量を反応ガス
の導入量に対して、少なく抑えることができる。あるい
は、軸配向多結晶薄膜または単結晶薄膜の形成速度を高
めることができる。
【０３６２】請求項１０１に記載の方法では、アモルフ
ァス薄膜を形成する際の原料ガスがシランガスであるた
めにシリコンのアモルファス薄膜が形成される。また、
シランガスに水素ガスが混入されるので、アモルファス
シリコンの薄膜が安定して得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例の太陽電池を示す断面図
である。
【図２】本発明の第１の実施例の太陽電池の製造工程を
示す断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例の太陽電池の製造工程を
示す断面図である。
【図４】本発明の第１の実施例の太陽電池の製造工程を
示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施例の太陽電池の製造工程を
示す断面図である。
【図６】本発明の第１の実施例の製造方法を実行するの
に適した装置の構成を示す正面断面図である。
【図７】本発明の第１の実施例における反射板の斜視図
である。
【図８】本発明の第１の実施例における反射板の三面図
である。
【図９】本発明の第１の実施例におけるＥＣＲイオン発
生器の特性を示すグラフである。
【図１０】本発明の第２の実施例の太陽電池を示す断面
図である。
【図１１】本発明の第２の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図１２】本発明の第２の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図１３】本発明の第２の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図１４】本発明の第２の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図１５】本発明の第２の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図１６】従来例１の太陽電池の製造工程を示す断面図
である。
【図１７】従来例１の太陽電池の製造工程を示す断面図
である。
【図１８】従来例１の太陽電池の製造工程を示す断面図
である。
【図１９】従来例１の太陽電池を示す断面図である。
【図２０】従来例２の太陽電池およびその特性を示す図
である。
【図２１】本発明の変形例の実施に適した装置の構成を
示す正面断面図である。
【図２２】本発明の第３の実施例の太陽電池を示す断面
図である。
【図２３】本発明の第３の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図２４】本発明の第３の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図２５】本発明の第３の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図２６】本発明の第３の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図２７】本発明の第３の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図２８】本発明の第５の実施例の太陽電池を示す断面
図である。
【図２９】本発明の第５の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図３０】本発明の第５の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図３１】本発明の第５の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図３２】本発明の第５の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図３３】本発明の第５の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図３４】本発明の第６の実施例の太陽電池を示す断面
図である。
【図３５】本発明の第６の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図３６】本発明の第６の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図３７】本発明の第６の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図３８】本発明の第６の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図３９】本発明の第６の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図４０】本発明の第６の実施例の太陽電池の製造工程
を示す断面図である。
【図４１】一般的な太陽電池の材料別の特徴を示す図で
ある。
【図４２】従来の単結晶Ｓｉ太陽電池の製造工程を示す
図である。
【図４３】従来の単結晶Ｓｉ太陽電池の製造工程を示す
図である。
【図４４】従来の改良例の単結晶Ｓｉ太陽電池の製造工
程を示す図である。
【図４５】太陽光が吸収された場合の単結晶シリコンに
ついての光の通過距離と光の入射光比率との関係を示す
図である。
【図４６】各種太陽電池の基板厚さと到達変換効率の関
係を示す図である。
【図４７】一般的なキャスト法を用いた多結晶Ｓｉ太陽
電池の製造工程を示す図である。
【図４８】新たに提案したキャスト法を用いた多結晶Ｓ
ｉ太陽電池の製造工程を示す図である。
【図４９】リボン法を用いた多結晶Ｓｉ太陽電池の製造
工程を示す図である。
【図５０】単室反応炉法を用いたアモルファスＳｉ太陽
電池の製造工程を示す図である。
【図５１】連続分離プラズマ反応法を用いたアモルファ
スＳｉ太陽電池の製造工程を示す図である。
【図５２】結晶Ｓｉ太陽電池の動作原理を示す図であ
る。
【図５３】アモルファスＳｉ太陽電池の動作原理を示す
図である。
【図５４】アモルファスＳｉと結晶シリコン等との光の
波長に対する光吸収係数の比較を示す図である。
【図５５】アモルファス（ａ）Ｓｉ：Ｈ、単結晶Ｓｉお
よび太陽輻射スペクトルの吸収係数の比較を示す図であ
る。
【図５６】光吸収係数をパラメータとして光の通過距離
に対する吸収光比率を示す図である。
【図５７】アモルファスＳｉ：Ｈと単結晶Ｓｉの物性定
数を示す図である。
【図５８】従来の太陽電池の一例を示す図である。
【図５９】従来の太陽電池の一例を示す図である。
【図６０】従来の太陽電池の一例を示す図である。
【図６１】従来の太陽電池の一例を示す図である。
【図６２】従来の太陽電池の一例を示す図である。
【図６３】従来の太陽電池の一例を示す図である。
【図６４】第１０の実施例の太陽電池の断面図である。
【図６５】図６４の太陽電池の製造に好適な薄膜形成装
置の正面断面図である。
【図６６】図６４の太陽電池の製造工程図である。
【図６７】図６４の太陽電池の製造工程図である。
【図６８】図６４の太陽電池の製造工程図である。
【図６９】図６４の太陽電池の製造工程図である。
【図７０】図６４の太陽電池の製造工程図である。
【図７１】第１１の実施例の太陽電池の断面図である。
【図７２】第１１の実施例のもう一つの太陽電池の断面
図である。
【図７３】第１１の実施例のさらに別の太陽電池の断面
図である。
【図７４】第１２の実施例の太陽電池の製造に好適な薄
膜形成装置の正面断面図である。
【図７５】第１３の実施例の薄膜形成装置の正面断面図
である。
【図７６】第１３の実施例のもう一つの薄膜形成装置の
正面断面図である。
【図７７】図７６の装置の部分拡大断面図である。
【図７８】第１４の実施例の太陽電池の断面図である。
【図７９】第１４の実施例のもう一つの太陽電池の断面
図である。
【図８０】第１４の実施例のさらに別の太陽電池の断面
図である。
【図８１】第１４の実施例のさらに別の太陽電池の一部
の断面図である。
【図８２】第１４の実施例のさらに別の太陽電池の一部
の断面図である。
【図８３】第１５の実施例の太陽電池の断面図である。
【図８４】第１５の実施例のもう一つの太陽電池の断面
図である。
【図８５】第１６の実施例の太陽電池の断面図である。
【図８６】第１６の実施例のもう一つの太陽電池の一部
の断面図である。
【図８７】第１６の実施例のさらに別の太陽電池の一部
の断面図である。
【図８８】第１６の実施例のさらに別の太陽電池の一部
の断面図である。
【符号の説明】
１１ 基板 １２ 第１の半導体膜 １３ 第１の電極 １４ 第２の半導体膜 １６ 第２の電極 ２１ 基板 ２２ 第１の半導体膜 ２３ 第１の電極 ２４ 第２の半導体膜 ２５ 層間導電体 ２６ 第３の半導体膜 ２７ 第４の半導体膜 ２８ 第２の電極 Ｈ１ 第１のヘテロ接合部 Ｈ２ 第２のヘテロ接合部 １０１ 透明基板 １０２ 透明電導膜 １０３ 第１の半導体層 １０４ 第２の半導体層 １０５ａ 真性半導体層 １０５ｂ ｎ型Ｓｉ膜 １０６ 第３の半導体層 １０７ セミ・テクスチュア構造層 ２５１ 透明基板 ２５２ 透明電導膜 ２５３ 第１の半導体層 ２５４ 第２の半導体層 ２５５ 真性半導体層 ２５６ 裏面電極 ２９１ 透明基板 ２９２ 透明電導膜 ２９３ 第１の半導体層 ２９４ 第２の半導体層 ２９５ 真性半導体層 ２９６ 第３の半導体層 ２９７ 裏面電極 ４００、４２０、４４０、４６０、４８０、５００、５
２０、５６０、５８０、６００ 太陽電池 ４１２ 透明導電膜（第１電極または第２電極） ４１６ 裏面電極（第１電極または第２電極） ５６５ 基板（第１電極または第２電極） ４０１、４０２、４０３、４２１、４２２、４４１、４
４２、４６１、４６２、５０１、５０２、５２１、５２
２、５４０、５５０、５６１、５８１、５８２、６０
１、６０２、６２０、６３０、６４０ 半導体層 ４１３、４３１、４３５、４５８、４５６、４７７、４
７８、５１８、５３２、５３５、５４２、５４３、５４
５、５５３、５５４、５５６、５９４、６１１、６２
２、６２３、６３２、６３３、６３５、６４３、６４
４、６４６ ｐ型Ｓｉ層（ｐ型半導体層） ４９１、５１１ ｐ型ＳｉＣ層（ｐ型半導体層） ５７１、５９１ ｐ型ＧａＡｓ層（ｐ型半導体層） ４１４、４３２、４３６、４５２、５１２、５５２、６
１２、６４２ ｉ型Ｓｉ層（真性半導体層） ４１５、４３８、４３７、４５１、４５５、４７１、４
７４、４９４、５１３、５１４、５３１、５３４、５４
１、５４４、５５１、５５５、５９５、６１３、６２
１、６３１、６３４、６４１、６４５ ｎ型Ｓｉ層（ｎ
型半導体層） ５７２、５９２ ｎ型ＧａＡｓ層（ｎ型半導体層） ５３３、５９３ 共通電極（第３電極） ６１４、６１６ 透明導電膜（第３電極）
フロントページの続き (31)優先権主張番号 特願平6−13180 (32)優先日 平６(1994)１月10日 (33)優先権主張国 日本（ＪＰ）

Claims (101)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板と、 該基板の上面側に該基板と異なる材料で形成された第１
    導電型の第１の半導体膜と、 該第１の半導体膜に接続される第１の電極と、 前記第１の半導体膜の上面に形成された第２導電型の第
    ２の半導体膜と、 該第２の半導体膜側に接続される第２の電極とを備え、 前記第１の半導体膜および第２の半導体膜は単結晶膜で
    構成されたことを特徴とする太陽電池。
  2. 【請求項２】 第１導電型の第１の半導体膜および該第
    １の半導体膜の上面に形成された第２導電型の第２の半
    導体膜とを有する第１のヘテロ接合部と、 前記第２の半導体膜の上面側に形成された第１導電型の
    第３の半導体膜および該第３の半導体膜の上面に形成さ
    れた第２導電型の第４の半導体膜とを有する第２のヘテ
    ロ接合部とを少なくとも備え、 該両ヘテロ接合部は光の進行方向に沿って禁止帯幅の大
    きい順に配列され、 前記第１の半導体膜、第２の半導体膜、第３の半導体膜
    および第４の半導体膜は単結晶膜で構成されたことを特
    徴とする太陽電池。
  3. 【請求項３】 前記両ヘテロ接合部の間に、光透過可能
    な薄さの層間導電体が介在される、請求項２記載の太陽
    電池。
  4. 【請求項４】 前記層間導電体は前記両ヘテロ接合部に
    対してオーミック接合特性を有する金属が使用される、
    請求項３記載の太陽電池。
  5. 【請求項５】 前記層間導電体の一側に配された第２の
    半導体膜の結晶方位と他側に配された第３の半導体膜の
    結晶方位は互いに異なって形成された、請求項４記載の
    太陽電池。
  6. 【請求項６】 前記単結晶膜は、結晶化温度以下の低温
    度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方向の
    最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射されて形成さ
    れることを特徴とする、請求項１または請求項２記載の
    太陽電池。
  7. 【請求項７】 前記単結晶膜は、予め形成されたアモル
    ファス薄膜または多結晶薄膜の結晶化温度以下の低温度
    下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向から
    ビーム照射されて形成されることを特徴とする、請求項
    １または請求項２記載の太陽電池。
  8. 【請求項８】 前記単結晶膜はＩＩ−ＶＩ族化合物が用
    いられる、請求項１または請求項２記載の太陽電池。
  9. 【請求項９】 前記単結晶膜はＩＩＩ−Ｖ族化合物が用
    いられる、請求項１または請求項２記載の太陽電池。
  10. 【請求項１０】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１導電型の第１の半導体膜およびその電極を形成する
    第１の工程と、 前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半導体
    膜およびその電極を形成する第２の工程とを備え、 前記第１の工程および第２の工程は、結晶化温度以下の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方
    向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して単結
    晶膜よりなる前記第１の半導体膜または第２の半導体膜
    を形成する工程を含む太陽電池の製造方法。
  11. 【請求項１１】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１導電型の第１の半導体膜およびその電極を形成する
    第１の工程と、 前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半導体
    膜およびその電極を形成する第２の工程とを備え、 前記第１の工程および第２の工程は、予めアモルファス
    薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化温度以下の低温
    度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向か
    らビーム照射して単結晶膜よりなる前記第１の半導体膜
    または前記第２の半導体膜を形成する工程を含む太陽電
    池の製造方法。
  12. 【請求項１２】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１導電型の第１の半導体膜およびその電極を形成する
    第１の工程と、 前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半導体
    膜を形成して第１のヘテロ接合部を形成する第２の工程
    と、 前記第２の半導体膜の上面側に第１導電型の第３の半導
    体膜を形成する第３の工程と、 前記第３の半導体膜の上面に第２導電型の第４の半導体
    膜およびその電極を形成して第２のヘテロ接合部を形成
    する第４の工程とを少なくとも備え、 前記第１の工程、第２の工程、第３の工程および第４の
    工程は、結晶化温度以下の低温度下で反応ガスを供給す
    ると同時に相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方
    向からビーム照射して単結晶膜よりなる前記第１の半導
    体膜、前記第２の半導体膜、前記第３の半導体膜または
    前記第４の半導体膜を形成する工程を含む太陽電池の製
    造方法。
  13. 【請求項１３】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１導電型の第１の半導体膜およびその電極を形成する
    第１の工程と、 前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半導体
    膜を形成して第１のヘテロ接合部を形成する第２の工程
    と、 前記第２の半導体膜の上面側に第１導電型の第３の半導
    体膜を形成する第３の工程と、 前記第３の半導体膜の上面に第２導電型の第４の半導体
    膜およびその電極を形成して第２のヘテロ接合部を形成
    する第４の工程とを少なくとも備え、 前記第１の工程、第２の工程、第３の工程および第４の
    工程は、予めアモルファス薄膜または多結晶薄膜を形成
    し、結晶化温度以下の低温度下で相異なる複数方向の最
    稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して単結晶膜よ
    りなる前記第１の半導体膜、前記第２の半導体膜、前記
    第３の半導体膜または前記第４の半導体膜を形成する工
    程を含む太陽電池の製造方法。
  14. 【請求項１４】 前記第２の工程と前記第３の工程との
    間に、両ヘテロ接合部の間に前記両ヘテロ接合部に対し
    てオーミック接合特性を有する金属からなる層間導電体
    を光透過可能な薄さに形成する工程をさらに備える、請
    求項１２または請求項１３記載の太陽電池の製造方法。
  15. 【請求項１５】 前記第３の工程において、第３の半導
    体膜の結晶方位を第２の半導体膜の結晶方位と異なって
    形成する、請求項１４記載の太陽電池の製造方法。
  16. 【請求項１６】 基板と、 該基板の上面側に該基板と異なる材料で形成された第１
    導電型の第１の半導体膜と、 該第１の半導体膜に接続される第１の電極と、 前記第１の半導体膜の上面に形成された第２導電型の第
    ２の半導体膜と、 該第２の半導体膜側に接続される第２の電極とを備え、 前記第１の半導体膜および第２の半導体膜の各１は、単
    結晶膜または軸配向多結晶膜のいずれかで構成されたこ
    とを特徴とする太陽電池。
  17. 【請求項１７】 第１導電型の第１の半導体膜および該
    第１の半導体膜の上面に形成された第２導電型の第２の
    半導体膜とを有する第１のヘテロ接合部と、 前記第２の半導体膜の上面側に形成された第１導電型の
    第３の半導体膜および該第３の半導体膜の上面に形成さ
    れた第２導電型の第４の半導体膜とを有する第２のヘテ
    ロ接合部とを少なくとも備え、 該両ヘテロ接合部は光の進行方向に沿って禁止帯幅の大
    きい順に配列され、 前記第１の半導体膜、第２の半導体膜、第３の半導体膜
    および第４の半導体膜の各１は、単結晶膜または軸配向
    多結晶膜のいずれかで構成されたことを特徴とする太陽
    電池。
  18. 【請求項１８】 前記両ヘテロ接合部の間に、光透過可
    能な薄さの層間導電体が介在される、請求項１７記載の
    太陽電池。
  19. 【請求項１９】 前記層間導電体は前記両ヘテロ接合部
    に対してオーミック接合特性を有する金属が使用され
    る、請求項１８記載の太陽電池。
  20. 【請求項２０】 前記層間導電体の一側に配された第２
    の半導体膜の結晶方位と他側に配された第３の半導体膜
    の結晶方位は互いに異なって形成された、請求項１９記
    載の太陽電池。
  21. 【請求項２１】 前記単結晶膜は、結晶化温度以下の低
    温度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方向
    の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射されて形成
    されることを特徴とする、請求項１６または請求項１７
    記載の太陽電池。
  22. 【請求項２２】 前記単結晶膜は、予め形成されたアモ
    ルファス薄膜または多結晶薄膜の結晶化温度以下の低温
    度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向か
    らビーム照射されて形成されることを特徴とする、請求
    項１６または請求項１７記載の太陽電池。
  23. 【請求項２３】 前記軸配向多結晶膜は、結晶化温度以
    下の低温度下で反応ガスを供給すると同時に一方向から
    ビーム照射されて形成されることを特徴とする、請求項
    １６または請求項１７記載の太陽電池。
  24. 【請求項２４】 前記軸配向多結晶膜は、予め形成され
    たアモルファス薄膜または多結晶薄膜の結晶化温度以下
    の低温度下で一方向からビーム照射されて形成されるこ
    とを特徴とする、請求項１６または請求項１７記載の太
    陽電池。
  25. 【請求項２５】 前記単結晶薄膜または前記軸配向多結
    晶膜はＩＩ−ＶＩ族化合物が用いられる、請求項１６ま
    たは請求項１７記載の太陽電池。
  26. 【請求項２６】 前記単結晶薄膜または前記軸配向多結
    晶膜はＩＩＩ−Ｖ族化合物が用いられる、請求項１６ま
    たは請求項１７記載の太陽電池。
  27. 【請求項２７】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１導電型の第１の半導体膜およびその電極を形成する
    第１の工程と、 前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半導体
    膜およびその電極を形成する第２の工程とを備え、 前記第１の工程および第２の工程の各１は、(a)結晶化
    温度以下の低温度下で反応ガスを供給すると同時に一方
    向からビーム照射して軸配向多結晶半導体膜を形成する
    工程、(b)予めアモルファス薄膜または多結晶薄膜を形
    成し、結晶化温度以下の低温度下で一方向からビーム照
    射して軸配向多結晶半導体膜を形成する工程、(c)結晶
    化温度以下の低温度下で反応ガスを供給すると同時に相
    異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム
    照射して単結晶半導体膜を形成する工程、および(d)予
    めアモルファス薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化
    温度以下の低温度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面
    に垂直な方向からビーム照射して単結晶半導体膜を形成
    する工程、の４工程の中のいずれか１つの工程を含む太
    陽電池の製造方法。
  28. 【請求項２８】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１導電型の第１の半導体膜およびその電極を形成する
    第１の工程と、 前記第１の半導体膜の上面に第２導電型の第２の半導体
    膜を形成して第１のヘテロ接合部を形成する第２の工程
    と、 前記第２の半導体膜の上面側に第１導電型の第３の半導
    体膜を形成する第３の工程と、 前記第３の半導体膜の上面に第２導電型の第４の半導体
    膜およびその電極を形成して第２のヘテロ接合部を形成
    する第４の工程とを少なくとも備え、 前記第１の工程、第２の工程、第３の工程および第４の
    工程の各１は、(a)結晶化温度以下の低温度下で反応ガ
    スを供給すると同時に一方向からビーム照射して軸配向
    多結晶半導体膜を形成する工程、(b)予めアモルファス
    薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化温度以下の低温
    度下で一方向からビーム照射して軸配向多結晶半導体膜
    を形成する工程、(c)結晶化温度以下の低温度下で反応
    ガスを供給すると同時に相異なる複数方向の最稠密結晶
    面に垂直な方向からビーム照射して単結晶半導体膜を形
    成する工程、および(d)予めアモルファス薄膜または多
    結晶薄膜を形成し、結晶化温度以下の低温度下で相異な
    る複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射
    して単結晶半導体膜を形成する工程、の４工程の中のい
    ずれか１つの工程を含む太陽電池の製造方法。
  29. 【請求項２９】 前記第２の工程と前記第３の工程との
    間に、両ヘテロ接合部の間に前記両ヘテロ接合部に対し
    てオーミック接合特性を有する金属からなる層間導電体
    を光透過可能な薄さに形成する工程をさらに備える、請
    求項２８記載の太陽電池の製造方法。
  30. 【請求項３０】 前記第３の工程において、第３の半導
    体膜の結晶方位を第２の半導体膜の結晶方位と異なって
    形成する、請求項２９記載の太陽電池の製造方法。
  31. 【請求項３１】 前記多結晶薄膜は、結晶化温度以下の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に一方向からビー
    ム照射されて形成された軸配向多結晶薄膜であることを
    特徴とする、請求項２２記載の太陽電池。
  32. 【請求項３２】 前記多結晶薄膜は、予め形成されたア
    モルファス薄膜または多結晶薄膜の結晶化温度以下の低
    温度下で一方向からビーム照射されて形成された軸配向
    多結晶薄膜であることを特徴とする、請求項２２記載の
    太陽電池。
  33. 【請求項３３】 前記軸配向多結晶薄膜を形成する際に
    おける前記ビーム照射の方向と、前記軸配向多結晶薄膜
    を前記単結晶膜へ転換する際における前記ビーム照射の
    複数方向の１つとが、互いに同一である請求項３１また
    は請求項３２記載の太陽電池。
  34. 【請求項３４】 前記工程(d)において予め形成される
    前記多結晶薄膜が、結晶化温度以下の低温度下で反応ガ
    スを供給すると同時に一方向からビーム照射することに
    よって、軸配向多結晶薄膜として形成されることを特徴
    とする、請求項２７または請求項２８記載の太陽電池の
    製造方法。
  35. 【請求項３５】 前記工程(d)において予め形成される
    前記多結晶薄膜が、予め形成されたアモルファス薄膜ま
    たは多結晶薄膜の結晶化温度以下の低温度下で一方向か
    らビーム照射することによって、軸配向多結晶薄膜とし
    て形成されることを特徴とする、請求項２７または請求
    項２８記載の太陽電池の製造方法。
  36. 【請求項３６】 前記軸配向多結晶薄膜を形成する際に
    おける前記ビーム照射の方向と、前記軸配向多結晶薄膜
    を前記単結晶半導体膜へ転換する際における前記ビーム
    照射の複数方向の１つとが、互いに同一である請求項３
    ４または請求項３５記載の太陽電池の製造方法。
  37. 【請求項３７】 受光側に配される第１の導電型の第１
    の半導体層と、 該第１の半導体層より光の進行方向側に配される第２の
    導電型の第２の半導体層と、 前記第１の半導体層および前記第２の半導体層の間に介
    在されるアモルファス膜からなる真性半導体層とを備
    え、 前記第１の半導体層は単結晶膜から構成される太陽電
    池。
  38. 【請求項３８】 受光側に配される第１の導電型の第１
    の半導体層と、 該第１の半導体層より光の進行方向側に配される第２の
    導電型の第２の半導体層と、 前記第１の半導体層および前記第２の半導体層の間に介
    在されるアモルファス膜からなる真性半導体層とを備
    え、 前記第１の半導体層は多結晶膜から構成される太陽電
    池。
  39. 【請求項３９】 前記第２の半導体層は単結晶膜から構
    成される、請求項３７または請求項３８記載の太陽電
    池。
  40. 【請求項４０】 前記第２の半導体層は多結晶膜から構
    成される、請求項３７または請求項３８記載の太陽電
    池。
  41. 【請求項４１】 受光側に配される第１の導電型の第１
    の半導体層と、 該第１の半導体層より光の進行方向側に配されるアモル
    ファス膜からなる真性半導体層と、 該真性半導体層より光の進行方向側に配される第２の導
    電型の第２の半導体層と、 該第２の半導体層の光の進行方向側に配される第１の導
    電型の第３の半導体層と、 前記第１の半導体層および前記第２の半導体層の間に介
    在されるアモルファス膜からなる真性半導体層とを備
    え、 前記第２の半導体層および前記第３の半導体層は単結晶
    膜から構成される太陽電池。
  42. 【請求項４２】 受光側に配される第１の導電型の第１
    の半導体層と、 該第１の半導体層より光の進行方向側に配されるアモル
    ファス膜からなる真性半導体層と、 該真性半導体層より光の進行方向側に配される第２の導
    電型の第２の半導体層と、 該第２の半導体層の光の進行方向側に配される第１の導
    電型の第３の半導体層と、 前記第１の半導体層および前記第２の半導体層の間に介
    在されるアモルファス膜からなる真性半導体層とを備
    え、 前記第２の半導体層および前記第３の半導体層は多結晶
    膜から構成される太陽電池。
  43. 【請求項４３】 前記第１の半導体層は単結晶膜から構
    成される、請求項４１または請求項４２記載の太陽電
    池。
  44. 【請求項４４】 前記第１の半導体層は多結晶膜から構
    成される、請求項４１または請求項４２記載の太陽電
    池。
  45. 【請求項４５】 前記第１の半導体層は前記真性半導体
    層より薄く形成される、請求項３７、請求項３８、請求
    項３９、請求項４０、請求項４１、請求項４２、請求項
    ４３または請求項４４記載の太陽電池。
  46. 【請求項４６】 前記単結晶膜は、結晶化温度未満の低
    温度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方向
    の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射されて形成
    されることを特徴とする、請求項３７、請求項３９、請
    求項４１または請求項４３記載の太陽電池。
  47. 【請求項４７】 前記単結晶膜は、予め形成されたアモ
    ルファス薄膜または多結晶薄膜に対して結晶化温度未満
    の低温度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な
    方向からビーム照射されて形成されることを特徴とす
    る、請求項３７、請求項３９、請求項４１または請求項
    ４３記載の太陽電池。
  48. 【請求項４８】 前記多結晶膜は、結晶化温度未満の低
    温度下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶面に垂
    直な一方向からビーム照射されて形成されることを特徴
    とする、請求項３８、請求項４０、請求項４２または請
    求項４４記載の太陽電池。
  49. 【請求項４９】 前記多結晶膜は、予め形成されたアモ
    ルファス薄膜に対して結晶化温度未満の低温度下で最稠
    密結晶面に垂直な一方向からビーム照射されて形成され
    ることを特徴とする、請求項３８、請求項４０、請求項
    ４２または請求項４４記載の太陽電池。
  50. 【請求項５０】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を形成す
    る第１の工程と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の第２の半導体
    層およびその電極を形成する第３の工程とを備え、 前記第１の工程は、結晶化温度未満の低温度下で反応ガ
    スを供給すると同時に相異なる複数方向の最稠密結晶面
    に垂直な方向からビーム照射して単結晶膜よりなる前記
    第１の半導体層を形成する工程を含む太陽電池の製造方
    法。
  51. 【請求項５１】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を形成す
    る第１の工程と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の第２の半導体
    層およびその電極を形成する第３の工程とを備え、 前記第１の工程は、予めアモルファス薄膜または多結晶
    薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温度下で相異なる複
    数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して
    単結晶膜よりなる前記第１の半導体層を形成する工程を
    含む太陽電池の製造方法。
  52. 【請求項５２】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を形成す
    る第１の工程と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の第２の半導体
    層およびその電極を形成する第３の工程とを備え、 前記第１の工程は、結晶化温度未満の低温度下で反応ガ
    スを供給すると同時に最稠密結晶面に垂直な一方向から
    ビーム照射して多結晶膜よりなる前記第１の半導体層を
    形成する工程を含む太陽電池の製造方法。
  53. 【請求項５３】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を形成す
    る第１の工程と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の第２の半導体
    層およびその電極を形成する第３の工程とを備え、 前記第１の工程は、予めアモルファス薄膜を形成し、結
    晶化温度未満の低温度下で最稠密結晶面に垂直な一方向
    からビーム照射して多結晶膜よりなる前記第１の半導体
    層を形成する工程を含む太陽電池の製造方法。
  54. 【請求項５４】 前記第３の工程は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方
    向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して単結
    晶膜よりなる前記第２の半導体層を形成する工程を含
    む、請求項５０、請求項５１、請求項５２または請求項
    ５３記載の太陽電池の製造方法。
  55. 【請求項５５】 前記第３の工程は、予めアモルファス
    薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温
    度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向か
    らビーム照射して単結晶膜よりなる前記第２の半導体層
    を形成する工程を含む、請求項５０、請求項５１、請求
    項５２または請求項５３記載の太陽電池の製造方法。
  56. 【請求項５６】 前記第３の工程は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶面に
    垂直な一方向からビーム照射して多結晶膜よりなる前記
    第２の半導体層を形成する工程を含む、請求項５０、請
    求項５１、請求項５２または請求項５３記載の太陽電池
    の製造方法。
  57. 【請求項５７】 前記第３の工程は、予めアモルファス
    薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温度下で最稠密結晶
    面に垂直な一方向からビーム照射して多結晶膜よりなる
    前記第２の半導体層を形成する工程を含む、請求項５
    ０、請求項５１、請求項５２または請求項５３記載の太
    陽電池の製造方法。
  58. 【請求項５８】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層を形成する第１の工程
    と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の第２の半導体
    層およびその電極を形成する第３の工程とを備え、 前記第３の工程は、結晶化温度未満の低温度下で反応ガ
    スを供給すると同時に相異なる複数方向の最稠密結晶面
    に垂直な方向からビーム照射して単結晶膜よりなる前記
    第２の半導体層を形成する工程を含む太陽電池の製造方
    法。
  59. 【請求項５９】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層を形成する第１の工程
    と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の第２の半導体
    層およびその電極を形成する第３の工程とを備え、 前記第３の工程は、予めアモルファス薄膜または多結晶
    薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温度下で相異なる複
    数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して
    単結晶膜よりなる前記第２の半導体層を形成する工程を
    含む太陽電池の製造方法。
  60. 【請求項６０】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層を形成する第１の工程
    と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の第２の半導体
    層およびその電極を形成する第３の工程とを備え、 前記第３の工程は、結晶化温度未満の低温度下で反応ガ
    スを供給すると同時に最稠密結晶面に垂直な一方向から
    ビーム照射して多結晶膜よりなる前記第２の半導体層を
    形成する工程を含む太陽電池の製造方法。
  61. 【請求項６１】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層を形成する第１の工程
    と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の第２の半導体
    層およびその電極を形成する第３の工程とを備え、 前記第３の工程は、予めアモルファス薄膜を形成し、結
    晶化温度未満の低温度下で最稠密結晶面に垂直な一方向
    からビーム照射して多結晶膜よりなる前記第２の半導体
    層を形成する工程を含む太陽電池の製造方法。
  62. 【請求項６２】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を形成す
    る第１の工程と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の単結晶膜から
    なる第２の半導体層を形成する第３の工程と、 前記第２の半導体層の上面に第１の導電型の単結晶膜か
    らなる第３の半導体層およびその電極を形成する第４の
    工程とを備え、 前記第３の工程は、結晶化温度未満の低温度下で反応ガ
    スを供給すると同時に相異なる複数方向の最稠密結晶面
    に垂直な方向からビーム照射して単結晶化して前記第２
    の半導体層を形成する工程を含む太陽電池の製造方法。
  63. 【請求項６３】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を形成す
    る第１の工程と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の単結晶膜から
    なる第２の半導体層を形成する第３の工程と、 前記第２の半導体層の上面に第１の導電型の単結晶膜か
    らなる第３の半導体層およびその電極を形成する第４の
    工程とを備え、 前記第３の工程は、予めアモルファス薄膜または多結晶
    薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温度下で相異なる複
    数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して
    単結晶化し前記第２の半導体層を形成する工程を含む太
    陽電池の製造方法。
  64. 【請求項６４】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を形成す
    る第１の工程と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の多結晶膜から
    なる第２の半導体層を形成する第３の工程と、 前記第２の半導体層の上面に第１の導電型の多結晶膜か
    らなる第３の半導体層およびその電極を形成する第４の
    工程とを備え、 前記第３の工程は、結晶化温度未満の低温度下で反応ガ
    スを供給すると同時に最稠密結晶面に垂直な一方向から
    ビーム照射して多結晶化して前記第２の半導体層を形成
    する工程を含む太陽電池の製造方法。
  65. 【請求項６５】 基板の上面側に該基板と異なる材料の
    第１の導電型の第１の半導体層およびその電極を形成す
    る第１の工程と、 前記第１の半導体層の上面にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第２の工程と、 前記真性半導体層の上面に第２の導電型の多結晶膜から
    なる第２の半導体層を形成する第３の工程と、 前記第２の半導体層の上面に第１の導電型の多結晶膜か
    らなる第３の半導体層およびその電極を形成する第４の
    工程とを備え、 前記第３の工程は、予めアモルファス薄膜を形成し、結
    晶化温度未満の低温度下で最稠密結晶面に垂直な一方向
    からビーム照射して多結晶化し前記第２の半導体層を形
    成する工程を含む太陽電池の製造方法。
  66. 【請求項６６】 前記第４の工程は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方
    向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して単結
    晶化し前記第３の半導体層を形成する工程を含む、請求
    項６２または請求項６３記載の太陽電池の製造方法。
  67. 【請求項６７】 前記第４の工程は、予めアモルファス
    薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温
    度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向か
    らビーム照射して単結晶化し前記第３の半導体層を形成
    する工程を含む、請求項６２、または請求項６３記載の
    太陽電池の製造方法。
  68. 【請求項６８】 前記第４の工程は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶面に
    垂直な一方向からビーム照射して多結晶化し前記第３の
    半導体層を形成する工程を含む、請求項６４または請求
    項６５記載の太陽電池の製造方法。
  69. 【請求項６９】 前記第４の工程は、予めアモルファス
    薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温度下で最稠密結晶
    面に垂直な一方向からビーム照射して多結晶化し前記第
    ３の半導体層を形成する工程を含む、請求項６４または
    請求項６５記載の太陽電池の製造方法。
  70. 【請求項７０】 前記第１の工程は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方
    向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して単結
    晶化し前記第１の半導体層を形成する工程を含む、請求
    項６２、請求項６３、請求項６４または請求項６５記載
    の太陽電池の製造方法。
  71. 【請求項７１】 前記第１の工程は、予めアモルファス
    薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温
    度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向か
    らビーム照射して単結晶化し前記第１の半導体層を形成
    する工程を含む、請求項６２、請求項６３、請求項６４
    または請求項６５記載の太陽電池の製造方法。
  72. 【請求項７２】 前記第１の工程は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶面に
    垂直な一方向からビーム照射して多結晶化し前記第１の
    半導体層を形成する工程を含む、請求項６２、請求項６
    ３、請求項６４または請求項６５記載の太陽電池の製造
    方法。
  73. 【請求項７３】 前記第１の工程は、予めアモルファス
    薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温度下で最稠密結晶
    面に垂直な一方向からビーム照射して多結晶化し前記第
    １の半導体層を形成する工程を含む、請求項６２、請求
    項６３、請求項６４または請求項６５記載の太陽電池の
    製造方法。
  74. 【請求項７４】 裏面基板の上面側に該裏面基板と異な
    る材料の第１の導電型の単結晶膜からなる第３の半導体
    層を形成する第１の工程と、 前記第３の半導体層の上面に第２の導電型の単結晶膜か
    らなる第２の半導体層を形成する第２の工程と、 前記第２の半導体層の上側にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第３の工程と、 前記真性半導体層の上面に第１の導電型の第１の半導体
    層およびその電極を形成する第４の工程とを備え、 前記第１の工程は、結晶化温度未満の低温度下で反応ガ
    スを供給すると同時に相異なる複数方向の最稠密結晶面
    に垂直な方向からビーム照射して単結晶化して前記第３
    の半導体層を形成する工程を含む太陽電池の製造方法。
  75. 【請求項７５】 裏面基板の上面側に該裏面基板と異な
    る材料の第１の導電型の単結晶膜からなる第３の半導体
    層を形成する第１の工程と、 前記第３の半導体層の上面に第２の導電型の単結晶膜か
    らなる第２の半導体層を形成する第２の工程と、 前記第２の半導体層の上側にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第３の工程と、 前記真性半導体層の上面に第１の導電型の第１の半導体
    層およびその電極を形成する第４の工程とを備え、 前記第１の工程は、予めアモルファス薄膜または多結晶
    薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温度下で相異なる複
    数方向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して
    単結晶化し前記第３の半導体層を形成する工程を含む太
    陽電池の製造方法。
  76. 【請求項７６】 裏面基板の上面側に該裏面基板と異な
    る材料の第１の導電型の多結晶膜からなる第３の半導体
    層を形成する第１の工程と、 前記第３の半導体層の上面に第２の導電型の多結晶膜か
    らなる第２の半導体層を形成する第２の工程と、 前記第２の半導体層の上側にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第３の工程と、 前記真性半導体層の上面に第１の導電型の第１の半導体
    層およびその電極を形成する第４の工程とを備え、 前記第１の工程は、結晶化温度未満の低温度下で反応ガ
    スを供給すると同時に最稠密結晶面に垂直な一方向から
    ビーム照射して多結晶化して前記第３の半導体層を形成
    する工程を含む太陽電池の製造方法。
  77. 【請求項７７】 裏面基板の上面側に該裏面基板と異な
    る材料の第１の導電型の多結晶膜からなる第３の半導体
    層を形成する第１の工程と、 前記第３の半導体層の上面に第２の導電型の多結晶膜か
    らなる第２の半導体層を形成する第２の工程と、 前記第２の半導体層の上側にアモルファス膜からなる真
    性半導体層を形成する第３の工程と、 前記真性半導体層の上面に第１の導電型の第１の半導体
    層およびその電極を形成する第４の工程とを備え、 前記第１の工程は、予めアモルファス薄膜を形成し、結
    晶化温度未満の低温度下で最稠密結晶面に垂直な一方向
    からビーム照射して多結晶化し前記第３の半導体層を形
    成する工程を含む太陽電池の製造方法。
  78. 【請求項７８】 前記第２の工程は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方
    向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して単結
    晶化し前記第２の半導体層を形成する工程を含む、請求
    項７４または請求項７５記載の太陽電池の製造方法。
  79. 【請求項７９】 前記第２の工程は、予めアモルファス
    薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温
    度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向か
    らビーム照射して単結晶化し前記第２の半導体層を形成
    する工程を含む、請求項７４または請求項７５記載の太
    陽電池の製造方法。
  80. 【請求項８０】 前記第２の工程は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶面に
    垂直な一方向からビーム照射して多結晶化し前記第２の
    半導体層を形成する工程を含む、請求項７６または請求
    項７７記載の太陽電池の製造方法。
  81. 【請求項８１】 前記第２の工程は、予めアモルファス
    薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温度下で最稠密結晶
    面に垂直な一方向からビーム照射して多結晶化し前記第
    ２の半導体層を形成する工程を含む、請求項７６または
    請求項７７記載の太陽電池の製造方法。
  82. 【請求項８２】 前記第４の工程は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に相異なる複数方
    向の最稠密結晶面に垂直な方向からビーム照射して単結
    晶化し前記第１の半導体層を形成する工程を含む、請求
    項７４、請求項７５、請求項７６または請求項７７記載
    の太陽電池の製造方法。
  83. 【請求項８３】 前記第４の工程は、予めアモルファス
    薄膜または多結晶薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温
    度下で相異なる複数方向の最稠密結晶面に垂直な方向か
    らビーム照射して単結晶化し前記第１の半導体層を形成
    する工程を含む、請求項７４、請求項７５、請求項７６
    または請求項７７記載の太陽電池の製造方法。
  84. 【請求項８４】 前記第４の工程は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶面に
    垂直な一方向からビーム照射して多結晶化し前記第１の
    半導体層を形成する工程を含む、請求項７４、請求項７
    ５、請求項７６または請求項７７記載の太陽電池の製造
    方法。
  85. 【請求項８５】 前記第４の工程は、予めアモルファス
    薄膜を形成し、結晶化温度未満の低温度下で最稠密結晶
    面に垂直な一方向からビーム照射して多結晶化し前記第
    １の半導体層を形成する工程を含む、請求項７４、請求
    項７５、請求項７６または請求項７７記載の太陽電池の
    製造方法。
  86. 【請求項８６】 前記多結晶薄膜は、結晶化温度未満の
    低温度下で反応ガスを供給すると同時に最稠密結晶面に
    垂直な一方向からビーム照射されて形成されることを特
    徴とする、請求項５１、請求項５５、請求項５９、請求
    項６３、請求項６７、請求項７１、請求項７５、請求項
    ７９、または請求項８３記載の太陽電池の製造方法。
  87. 【請求項８７】 前記多結晶薄膜は、予め形成されたア
    モルファス薄膜に対して結晶化温度未満の低温度下で最
    稠密結晶面に垂直な一方向からビーム照射されて形成さ
    れることを特徴とする、請求項５１、請求項５５、請求
    項５９、請求項６３、請求項６７、請求項７１、請求項
    ７５、請求項７９、または請求項８３記載の太陽電池の
    製造方法。
  88. 【請求項８８】 前記多結晶薄膜を形成する際における
    前記ビーム照射の方向と、前記多結晶薄膜を前記単結晶
    薄膜へ転換する際における前記ビーム照射の複数方向の
    １つとが、互いに同一である請求項８６または請求項８
    ７記載の太陽電池の製造方法。
  89. 【請求項８９】 太陽電池であって、少なくとも一方が
    光透過性の第１および第２電極と、前記第１電極および
    前記第２電極の間に形成された半導体部とを、備え、 前記半導体部は、積層された複数の半導体層を備え、 前記複数の半導体層の各１は、単結晶または軸配向多結
    晶のｐ型半導体層とアモルファスの真性半導体層と単結
    晶または軸配向多結晶のｎ型半導体層とが順に積層して
    なるｐｉｎ接合を有する太陽電池。
  90. 【請求項９０】 太陽電池であって、少なくとも一方が
    光透過性の第１および第２電極と、前記第１電極および
    前記第２電極の間に形成された半導体部とを、備え、 前記半導体部は、積層された複数の半導体層を備え、 前記複数の半導体層の各１は、単結晶または軸配向多結
    晶のｐ型半導体層と単結晶または軸配向多結晶のｎ型半
    導体層とが積層してなるｐｎ接合を有する太陽電池。
  91. 【請求項９１】 太陽電池であって、少なくとも一方が
    光透過性の第１および第２電極と、前記第１電極および
    前記第２電極の間に形成された半導体部とを、備え、 前記半導体部は、積層された複数の半導体層を備え、 前記複数の半導体層の各１は、単結晶または軸配向多結
    晶のｐ型半導体層と単結晶または軸配向多結晶のｎ型半
    導体層とが積層してなるｐｎ接合と、単結晶または軸配
    向多結晶のｐ型半導体層とアモルファスの真性半導体層
    と単結晶または軸配向多結晶のｎ型半導体層とが順に積
    層してなるｐｉｎ接合のいずれかを有する太陽電池。
  92. 【請求項９２】 請求項８９ないし請求項９１のいずれ
    かに記載の太陽電池であって、前記複数の半導体層の間
    に介挿される第３電極をさらに備える太陽電池。
  93. 【請求項９３】 ｐｉｎ接合を有する複数の半導体層が
    積層した半導体部を基板の上に備える太陽電池の製造方
    法であって、(a)所定の半導体物質の結晶化が起こらな
    い低温度の下で、第１導電型不純物を含む反応ガスを前
    記基板上に供給することによって当該所定の半導体物質
    を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所定の半導体
    物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネルギー
    の気体のビームを、一方向または当該所定の半導体物質
    の単結晶の複数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前
    記基板上へ照射し、その結果、第１導電型の当該所定の
    半導体物質の軸配向多結晶層または単結晶層を形成する
    工程と、(b)前記工程(a)の後で、所定の半導体物質の結
    晶化が起こらない低温度の下で、反応ガスを前記基板上
    に供給することによって当該所定の半導体物質を堆積
    し、その結果、当該所定の半導体物質のアモルファス薄
    膜を形成する工程と、(c)前記工程(b)の後で、所定の半
    導体物質の結晶化が起こらない低温度の下で、第２導電
    型不純物を含む反応ガスを前記基板上に供給することに
    よって当該所定の半導体物質を前記基板上に堆積する過
    程の中で、前記所定の半導体物質がスパッタリングを起
    こさない程度の低エネルギーの気体のビームを、一方向
    または当該所定の半導体物質の単結晶の複数の最稠密面
    に垂直な複数の方向から、前記基板上へ照射し、その結
    果、第２導電型の当該所定の半導体物質の軸配向多結晶
    層または単結晶層を形成する工程と、(d)前記工程(c)の
    後に、前記工程(a)〜(c)をさらに少なくとも１回反復す
    る工程と、を備える太陽電池の製造方法。
  94. 【請求項９４】 ｐｎ接合を有する複数の半導体層が積
    層した半導体部を基板の上に備える太陽電池の製造方法
    であって、(a)所定の半導体物質の結晶化が起こらない
    低温度の下で、第１導電型不純物を含む反応ガスを前記
    基板上に供給することによって当該所定の半導体物質を
    前記基板上に堆積する過程の中で、前記所定の半導体物
    質がスパッタリングを起こさない程度の低エネルギーの
    気体のビームを、一方向または当該所定の半導体物質の
    単結晶の複数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記
    基板上へ照射し、その結果、第１導電型の当該所定の半
    導体物質の軸配向多結晶層または単結晶層を形成する工
    程と、(c)前記工程(a)の後で、所定の半導体物質の結晶
    化が起こらない低温度の下で、第２導電型不純物を含む
    反応ガスを前記基板上に供給することによって当該所定
    の半導体物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記
    所定の半導体物質がスパッタリングを起こさない程度の
    低エネルギーの気体のビームを、一方向または当該所定
    の半導体物質の単結晶の複数の最稠密面に垂直な複数の
    方向から、前記基板上へ照射し、その結果、第２導電型
    の当該所定の半導体物質の軸配向多結晶層または単結晶
    層を形成する工程と、(d)前記工程(c)の後に、前記工程
    (a)、(c)をさらに少なくとも１回反復する工程と、を備
    える太陽電池の製造方法。
  95. 【請求項９５】 ｐｉｎ接合を有する半導体層とｐｎ接
    合を有する半導体層が二層以上に積層した半導体部を基
    板の上に備える太陽電池の製造方法であって、(A)ｐｉ
    ｎ接合を有する半導体層を形成する工程と、(B)ｐｎ接
    合を有する半導体層を形成する工程とを、備え、 前記工程(A)が、(A-1)所定の半導体物質の結晶化が起こ
    らない低温度の下で、第１導電型不純物を含む反応ガス
    を前記基板上に供給することによって当該所定の半導体
    物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所定の半
    導体物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネル
    ギーの気体のビームを、一方向または当該所定の半導体
    物質の単結晶の複数の最稠密面に垂直な複数の方向か
    ら、前記基板上へ照射し、その結果、第１導電型の当該
    所定の半導体物質の軸配向多結晶層または単結晶層を形
    成する工程と、(A-2)前記工程(A-1)の後で、所定の半導
    体物質の結晶化が起こらない低温度の下で、反応ガスを
    前記基板上に供給することによって当該所定の半導体物
    質を堆積し、その結果、当該所定の半導体物質のアモル
    ファス薄膜を形成する工程と、(A-3)前記工程(A-2)の後
    で、所定の半導体物質の結晶化が起こらない低温度の下
    で、第２導電型不純物を含む反応ガスを前記基板上に供
    給することによって当該所定の半導体物質を前記基板上
    に堆積する過程の中で、前記所定の半導体物質がスパッ
    タリングを起こさない程度の低エネルギーの気体のビー
    ムを、一方向または当該所定の半導体物質の単結晶の複
    数の最稠密面に垂直な複数の方向から、前記基板上へ照
    射し、その結果、第２導電型の当該所定の半導体物質の
    軸配向多結晶層または単結晶層を形成する工程と、を備
    え、 前記工程(B)が、(B-1)所定の半導体物質の結晶化が起こ
    らない低温度の下で、第１導電型不純物を含む反応ガス
    を前記基板上に供給することによって当該所定の半導体
    物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所定の半
    導体物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネル
    ギーの気体のビームを、一方向または当該所定の半導体
    物質の単結晶の複数の最稠密面に垂直な複数の方向か
    ら、前記基板上へ照射し、その結果、第１導電型の当該
    所定の半導体物質の軸配向多結晶層または単結晶層を形
    成する工程と、(B-2)所定の半導体物質の結晶化が起こ
    らない低温度の下で、第２導電型不純物を含む反応ガス
    を前記基板上に供給することによって当該所定の半導体
    物質を前記基板上に堆積する過程の中で、前記所定の半
    導体物質がスパッタリングを起こさない程度の低エネル
    ギーの気体のビームを、一方向または当該所定の半導体
    物質の単結晶の複数の最稠密面に垂直な複数の方向か
    ら、前記基板上へ照射し、その結果、第２導電型の当該
    所定の半導体物質の軸配向多結晶層または単結晶層を形
    成する工程と、を備える太陽電池の製造方法。
  96. 【請求項９６】 基板の上にアモルファスの薄膜と結晶
    性の薄膜とを含む複数種類の薄膜が積層して成る多層薄
    膜を形成するための多層薄膜形成方法であって、 下記の工程(a),(b),(c),および(d)の中から、少なくと
    も工程(a)とその他のいずれか１つの工程とをそれぞれ
    少なくとも１回含むように、重複を許して複数回選択し
    て連続的に実行する多層薄膜形成方法；ここで前記工程
    (a)〜(d)は、 (a)所定の物質の結晶化が起こらない低温度の下で、当
    該所定の物質の原料ガスと水素ガスとを含む反応ガスを
    前記基板上に供給しつつ化学気相成長法を実行すること
    によって当該所定の物質を堆積し、その結果、当該所定
    の物質のアモルファス薄膜を形成する工程； (b)所定の物質の結晶化が起こらない低温度の下で、反
    応ガスを前記基板上に供給しつつ化学気相成長法を実行
    することによって当該所定の物質を前記基板上に堆積す
    る過程の中で、前記所定の物質がスパッタリングを起こ
    さない程度の低エネルギーの気体のビームを、当該所定
    の物質の単結晶の複数の最稠密面に垂直な複数の方向か
    ら、前記基板上へ照射し、その結果、当該所定の物質の
    単結晶薄膜を形成する工程； (c)所定の物質の結晶化が起こらない低温度の下で、反
    応ガスを前記基板上に供給しつつ化学気相成長法を実行
    することによって当該所定の物質を前記基板上に堆積す
    る過程の中で、前記所定の物質がスパッタリングを起こ
    さない程度の低エネルギーの気体のビームを、前記基板
    上へ一方向から照射し、その結果、前記所定の物質の軸
    配向多結晶薄膜を形成する工程；および、 (d)所定の物質の結晶化が起こらない低温度の下で、反
    応ガスを前記基板上に供給しつつ化学気相成長法を実行
    することによって当該所定の物質を前記基板上に堆積す
    る過程の中で、前記所定の物質がスパッタリングを起こ
    さない程度の低エネルギーの気体のビームを、前記基板
    上へ一方向から照射し、その結果、前記所定の物質の軸
    配向多結晶薄膜を形成し、その後、前記反応ガスの供給
    を停止して、所定の物質の結晶化が起こらない範囲の高
    温度の下で、当該所定の物質がスパッタリングを起こさ
    ない程度の低エネルギーの気体のビームを、当該所定の
    物質の単結晶の複数の最稠密面に垂直な複数の方向か
    ら、前記基板上へ照射し、その結果、前記軸配向多結晶
    薄膜を単結晶薄膜へと転換する工程；である。
  97. 【請求項９７】 請求項９６に記載の方法であって、 前記工程(d)で、前記軸配向多結晶薄膜を形成する際に
    おける前記気体のビームの方向と、前記軸配向多結晶薄
    膜を前記単結晶薄膜へ転換する際における前記気体のビ
    ームの複数方向の１つとが、互いに同一である多層薄膜
    形成方法。
  98. 【請求項９８】 請求項９６または請求項９７に記載の
    方法において、前記気体が不活性ガスである多層薄膜形
    成方法。
  99. 【請求項９９】 請求項９８に記載の方法において、前
    記不活性ガスを構成する元素の原子量が、照射を受ける
    前記所定の物質を構成する元素の最大の原子量を越えな
    い多層薄膜形成方法。
  100. 【請求項１００】 請求項９９に記載の方法において、
    前記不活性ガスを構成する元素の原子量が、前記所定の
    物質を構成する元素の最大の原子量を越えず、かつ、最
    も近い原子量である多層薄膜形成方法。
  101. 【請求項１０１】 請求項９６に記載の方法であって、
    前記工程(a)で供給される原料ガスがシランガスである
    多層薄膜形成方法。
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