JPH0982996A

JPH0982996A - 非晶質薄膜太陽電池

Info

Publication number: JPH0982996A
Application number: JP7231205A
Authority: JP
Inventors: Mitsuru Sadamoto; 満貞本; Kimihiko Saito; 公彦齊藤; Nobuyuki Ishiguro; 信行石黒; Shin Fukuda; 福田　　伸
Original assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Current assignee: Mitsui Toatsu Chemicals Inc
Priority date: 1995-09-08
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 1997-03-28

Abstract

(57)【要約】【解決手段】水素もしくは不活性ガスを含む水素化
シリコン化合物ガスを用いた化学気相蒸着法によりなる
半導体薄膜の形成工程と、水素ガスからなる放電により
該薄膜を暴露する工程を繰り返すことによりなる非晶質
シリコン薄膜を、タンデムセルのトップ光活性層に用い
ることになる非晶質薄膜太陽電池。【効果】本発明により、従来よりも高い開放端電圧
を有しかつ曲線因子の高い高効率非晶質薄膜太陽電池が
形成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、非晶質太陽電池の
高性能化に関する。

【０００２】

【従来の技術】非晶質シリコン太陽電池は、電卓や時計
および自動車の換気扇を駆動するための、出力の小さい
エネルギー供給源としてすでに実用化されている。しか
しながら、太陽光発電用途のように、１０Ｗ以上のよう
な出力の大きいエネルギー供給源としては、その発電性
能および安定性に関しては十分と言えない状態にある。
そのためにエネルギー供給の要素として極めて重要な発
電コスト低減化が十分に図られず、このことが非晶質シ
リコン太陽電池の電力用として普及を妨げている最大の
要件である。

【０００３】非晶質太陽電池の製造に通常用いられてい
るのは、シラン等の水素化金属化合物を用いたプラズマ
ＣＶＤによる成膜方法である。これは、シラン等の水素
化金属化合物を圧力１０mTorr 〜１Torrに制御した成膜
用の真空チャンバーに流すとともに、プラズマにて分解
を生じせしめるとともに、成膜用の真空チャンバーに設
置された基体上に薄膜の形成を行うものであり、大面積
に対し均一に成膜を行うことができる利点を持つ。ま
た、太陽光に対し吸収係数の高い光学特性を有する非晶
質シリコン等の薄膜の形成がこの方法により行われるた
めに、必要な膜厚が少なくて済むものに対しては、最適
な成膜方法であると言える。

【０００４】なお、異なる光学的性質、電気的性質を有
するものからなる積層薄膜を、同じくプラズマＣＶＤと
いう同様の成膜手法により行えることから、ガス種や成
膜条件を変更することにより、用意に形成することが可
能である。また、同様の成膜用の真空チャンバーを備え
た装置を直列に配置することにより、連続して形成する
ことも可能である。

【０００５】このことから、非晶質太陽電池の構成にお
いて、基体上に形成された第１の電極上に形成された第
１のｐ型の半導体薄膜、第１の薄い真性の半導体薄膜、
第１の厚い実質的に真性の半導体薄膜、第１のｎ型の半
導体薄膜と、第２の電極からなる構成を有するシングル
接合タイプのものから、さらに、第１のｎ型の半導体薄
膜と、第２の電極の間に、第２のｐ型の半導体薄膜、第
２の薄い真性の半導体薄膜、第２の厚い実質的に真性の
半導体薄膜、第２のｎ型の半導体薄膜を構成せしめたタ
ンデム接合タイプのものもある。

【０００６】このタンデム接合タイプのものについて
は、第１の厚い実質的に真性の半導体薄膜と第２の厚い
実質的に真性の半導体薄膜の光学的バンドギャップが異
なっている方が、照射太陽光の有効利用といった観点か
ら好ましい。しかしながら、プラズマＣＶＤ法による非
晶質半導体薄膜の形成において、高品質の薄膜が形成で
きるバンドギャップ範囲は限られており、非晶質シリコ
ン半導体薄膜の場合には、１．７ｅＶから１．８ｅＶの
範囲であり、また、非晶質シリコンゲルマニウム半導体
薄膜の場合には、１．５ｅＶよりも狭い光学的バンドギ
ャップ範囲においては、その膜質が急激に低下すること
が認められる。

【０００７】しかして、K. M. Mitchell, Solar Cell,
21 (1987) 127 によれば、図１に示すように、タンデム
接合タイプの太陽電池の変換効率の向上を生じせしめる
ためには、少なくとも０．４ｅＶ以上の開きがあること
が重要であり、そのためには、できるだけ広い光学的バ
ンドギャップを有するとともに、良好なキャリア輸送特
性を備えた非晶質シリコン半導体薄膜を形成することが
重要である。

【０００８】プラズマＣＶＤによる成膜は、非晶質シリ
コン薄膜の形成に、優れた手法ではあるが、これらの薄
膜の性能を決定づける因子として、大きな役割を占める
ものが、膜中に含まれる水素である。そして、この水素
の膜中の含有量や結合形態により、その光学的バンドギ
ャップが大きく影響されるとともに、キャリアの輸送特
性に大きな影響を与える。特に、光学的バンドギャップ
は、その膜中の含有水素量に大きく依存しており、非晶
質シリコン半導体薄膜においては、膜中の結合水素量Ｃ
_H(%) と光学的バンドギャップＥopt (eV)に下記の関係
があることが分かっている。Ｅopt (eV)＝１．６０＋０．０１２×Ｃ_H 従って、広い光学的バンドギャップを有する非晶質シリ
コン半導体薄膜を得るためには、結合水素量を増大させ
る方向にもっていくことが重要である。

【０００９】特に、光学的バンドギャップ１．８eV以上
の非晶質シリコン薄膜については、これまでは、水素希
釈による方法が取られてきた。その結果、従来の１．７
７eV付近の膜に比較して、０．６eV程度高い光学的バン
ドギャップを有するものが得られ、かつ得られた膜を非
晶質太陽電池に適用してきた結果、高い開放端電圧を得
るものを得ることができた。しかしながら、さらに高い
開放端電圧を得るためには、より高い光学的バンドギャ
ップを有する膜を得ることが必要である。さらに、高い
曲線因子を有する太陽電池を得るためには、これらの膜
の欠陥密度も低いものであることが望まれる。また、膜
中の水素の存在が欠陥密度の低減に大きな役割を担って
いることは知られているが、欠陥密度の低減を意図して
の水素量そのものを制御することはできていないのが現
実であった。そのために、膜中の水素含有量のみなら
ず、水素結合形態を含めての欠陥の制御を行うことがこ
れまでの重要な課題であった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる問題
に鑑み、化学気相蒸着法により、膜中の水素含有量や水
素結合形態を直接制御することによって形成した、光学
的バンドギャップの広くかつ欠陥密度を低減させた非晶
質シリコン半導体薄膜を、真性の光活性層に用いること
により、特に開放端電圧と曲線因子を向上させ、ひいて
は太陽電池の変換効率を向上させることことを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記の事項に
より特定されるものである。（１）基板上に形成された第１の電極上に形成された
第１の導電性の薄膜、第１の薄い真性の半導体薄膜、第
１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄膜、第２の導
電性の薄膜、第３の導電性の薄膜、第２の薄い真性の半
導体薄膜、第２の厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄
膜、第４の導電性の薄膜、第２の電極の順に形成された
構成を持ち、第１の電極が透明であり、第１の厚い真性
の非晶質シリコン薄膜の光学的バンドギャップが、第２
の厚い真性の非晶質シリコン薄膜の光学的バンドギャッ
プよりも広い構成を有する太陽電池であって、該第１の
厚い真性の非晶質シリコン薄膜の光学的バンドギャップ
が１．８３ｅＶ以上、１．９５ｅＶ以下である太陽電池
において、該第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン
薄膜の形成が、水素化シリコン化合物ガスを用いた化学
気相蒸着法によりなる非晶質シリコン半導体薄膜の形成
工程と、水素ガスからなるプラズマにより該薄膜を暴露
する工程を繰り返すことにより行われ、かつ、該水素ガ
スからなるプラズマにより該薄膜を暴露する工程におい
て、該第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄膜へ
の原子状水素の供給量が、１×１０¹⁵ケ／cm²以上５×
１０¹⁵ケ／cm²以下であることを特徴とする非晶質太陽
電池。（２）第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄膜
の厚みが、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを
特徴とする（１）記載の太陽電池。（３）水素もしくは不活性ガスを含む薄膜原料ガスを
用いる（１）または（２）記載の非晶質太陽電池。（４）化学気相蒸着法によりなる第１の厚い実質的に
真性の非晶質シリコン半導体薄膜の結合水素量が２５原
子％以下１５原子％以上含むことを特徴とする（１）〜
（３）の何れかに記載の非晶質太陽電池。（５）化学気相蒸着法によりなる１回の成膜工程にて
形成される第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄
膜の厚みが、１ｎｍ以上６ｎｍ以下であることを特徴と
する（１）〜（４）の何れかに記載の非晶質太陽電池。（６）該化学気相蒸着法が、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ
法、プラズマエンハンストＣＶＤ法、レーザーエンハン
ストＣＶＤ法、または、反応性スパッタ法であることを
特徴とする（１）〜（５）の何れかに記載の非晶質太陽
電池。（７）該水素化シリコン化合物がSiH₄、Si₂H₆からな
ることを特徴とする（１）〜（６）の何れかに記載の非
晶質太陽電池。（８）該不活性ガスがＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ
から選択される希ガスであることを特徴とする（３）〜
（６）の何れかに記載の非晶質太陽電池。（９）第１の導電性の薄膜および第３の導電性の薄膜
がｐ型の半導体薄膜であり、かつ第２の導電性の薄膜お
よび第４の導電性の薄膜がｎ型の半導体薄膜であること
を特徴とする（１）〜（８）の何れかに記載の記載の非
晶質太陽電池。（１０）第１の導電性の薄膜および第３の導電性の薄
膜がｎ型の半導体薄膜であり、かつ第２の導電性の薄膜
および第４の導電性の薄膜がｐ型の半導体薄膜であるこ
とを特徴とする（１）〜（８）の何れかに記載の非晶質
太陽電池。

【００１２】

【発明の実施の形態】まず、添付図面について説明する
に、図１は、第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン
薄膜の光学的バンドギャップと第２の厚い実質的に真性
の非晶質シリコン薄膜の光学的バンドギャップを組み合
わせて得られる、２層タンデム型太陽電池の理論変換効
率の結果を示したものである。図２は、本開示の太陽電
池の構成である。図３は、原子状水素の供給量と導電率
及び光感度の変化を示したものである。図４は非晶質シ
リコン薄膜中の水素原子の拡散係数をプロットしたもの
である。図５は、本開示の発明のために用いた成膜装置
である。図６は、結合水素の変化量と欠陥密度の関係を
示したものである。図７は、本開示の方法によって形成
した太陽電池の開放端電圧と曲線因子の特性を、水素希
釈成膜法によって形成した太陽電池の特性と比較したも
のある。図８は、実施例１中における、原子状水素供給
量と欠陥密度の関係を示したものである。図９は、実施
例２において使用したＥＢ蒸着器の概略図である。

【００１３】本発明の太陽電池の基本的な構成は、図２
に示すように、基体上に形成された第１の電極上に形成
された第１のｐ型の半導体薄膜、第１の薄い真性の半導
体薄膜、第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄
膜、第１のｎ型の半導体薄膜、第２のｐ型の半導体薄
膜、第２の薄い真性の半導体薄膜、第２の厚い実質的に
真性の半導体薄膜、第２のｎ型の半導体薄膜、第２の電
極の順に形成された構成を持っているものである。

【００１４】そしてこの基本構成は、高開放端電圧を有
しかつ曲線因子の高い、ひいては変換効率の高い太陽電
池を形成することに主眼が置かれており、該目的のため
に、光活性層の高品質化を図る事を目的とし、単独で、
好ましくは水素もしくは不活性ガスを含む、水素化シリ
コン化合物ガスを用いた化学気相蒸着法により所定膜厚
を形成する工程と、形成した非晶質シリコン薄膜を特定
の条件で水素プラズマに曝すことによりなる工程を繰り
返すことを行うものである。

【００１５】本発明による太陽電池における基体には、
ガラスや高耐熱性樹脂である透明のポリイミドが用いら
れる。第１の電極には、３５０ｎｍから１０００ｎｍま
での広い範囲に渡って８０％以上の光線透過率を有する
透明でかつ１×１０^-3Ω・cm以下の低抵抗率を示す、透
明導電膜であることが好ましい。具体的には、インジウ
ムー錫酸化物、酸化亜鉛、およびこれらの積層構造薄膜
である。

【００１６】本発明による太陽電池を構成する半導体薄
膜は、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、反応性スパッタ
法等の化学気相蒸着法により行われ、かつ形成される温
度は３００℃以下１００℃以上であることが望ましい。
さらに好ましくは、２５０℃以下１５０℃以上である。
これらの温度の制限は、下地となる第１の電極に対して
与える熱的なダメージを極力抑えるために、加えられる
ものである。

【００１７】通常は、プラズマＣＶＤ法により、原料ガ
スである水素化シリコン化合物ガスであるSiH₄やSi₂H₆
や、これらの塩素置換化合物またはフッ素置換化合物
が、必要に応じ水素ガスおよび希ガスとともに供給され
る。さらに、必要に応じ炭素を含む水素化合物ガスも供
給される。常法に従い、ｐ型の半導体薄膜を形成するた
めには、水素化硼素化合物ガスが用いられ、ｎ型の半導
体薄膜を形成するためには、水素化燐化合物ガスや水素
化砒素化合物ガスが用いられる。

【００１８】プラズマＣＶＤ法により形成される際の圧
力は、１Torr以下の条件にて行われる。流すガス量につ
いては、所定の圧力にあうように適時決定される。

【００１９】第１のｐ型の半導体薄膜および第２のｐ型
の半導体薄膜には、硼素が不純物として意図的に混入さ
れており、その含有量は、１％以下、０．５％以上であ
る。この結果、これらのｐ型半導体薄膜が非晶質である
場合には、１×１０^-6Ｓ・cm以上１×１０^-4Ｓ・cm以下
の導電率を有し、微結晶層である場合には、１×１０ ^-1
Ｓ・cm以上１×１０¹Ｓ・cm以下の導電率を有してい
る。なお、このｐ型の半導体薄膜は１．８ｅＶ以上の広
い光学的バンドギャップを有しており、非晶質炭化シリ
コン半導体薄膜が用いられる。そして、これらのｐ型半
導体薄膜の厚みは５ｎｍ以上１５ｎｍ以下であることが
望ましく、さらに望ましくは６ｎｍ以上１０ｎｍ以下で
ある。

【００２０】第１の薄い真性の半導体薄膜および第２の
薄い真性の半導体薄膜は、第１のｐ型半導体薄膜と第１
の厚い実質的に真性の半導体薄膜との接合および電気的
輸送特性、及び、第２のｐ型半導体薄膜と第２の厚い実
質的に真性の半導体薄膜との接合および電気的輸送特性
をなめらかにするための特性を有している。これらの薄
い真性の半導体薄膜の厚みは５ｎｍ以上２５ｎｍ以下で
あることが望ましく、さらに望ましくは１０ｎｍ以上２
０ｎｍ以下である。

【００２１】第１のｎ型の半導体薄膜および第２のｎ型
の半導体薄膜には、燐及び砒素が不純物として意図的に
混入されており、その含有量は、１％以下、０．５％以
上である。なお、このｎ型の半導体薄膜は，非晶質であ
っても微結晶であってもかまわない。この結果、これら
のｎ型半導体薄膜が非晶質である場合には、１×１０ ^-6
Ｓ・cm以上１×１０^-4Ｓ・cm以下の導電率を有し、微結
晶層である場合には、１×１０^-1Ｓ・cm以上１×１０¹
Ｓ・cm以下の導電率を有している。これらのｎ型半導体
薄膜の厚みは５ｎｍ以上２５ｎｍ以下であることが望ま
しく、さらに望ましくは１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下であ
る。

【００２２】第２の厚い実質的に真性の半導体薄膜は、
非晶質シリコン半導体薄膜および、非晶質シリコンゲル
マニウム半導体薄膜が用いられる。非晶質シリコン半導
体薄膜の形成には、原料ガスとして水素化シリコン化合
物ガスであるSiH₄やSi₂H₆や、これらの塩素置換化合物
またはフッ素置換化合物が、必要に応じ水素ガスおよび
希ガスとともに供給される。時に、水素希釈によって１
００ｐｐｍ以下に調整された水素化硼素化合物が供給さ
れることもある。

【００２３】非晶質シリコンーゲルマニウム半導体薄膜
の形成には、原料ガスとして水素化シリコン化合物ガス
であるSiH₄やSi₂H₆や、水素化ゲルマニウム化合物ガス
であるGeH₄や、これらの塩素置換化合物やフッ素置換化
合物が、必要に応じ水素ガスおよび希ガスとともに供給
される。時に、水素希釈によって１００ｐｐｍ以下に調
整された水素化硼素化合物が供給されることもある。

【００２４】第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン
半導体薄膜は、以下に示す手順によって形成される。す
なわち、単独の、好ましくは水素もしくは不活性ガスを
含む、水素化シリコン化合物ガスを用いた化学気相蒸着
法により、所定の膜厚が形成される。ここで用いられる
化学気相蒸着法は、光ＣＶＤ法、プラズマエンハンスト
ＣＶＤ法や反応性スパッタ法などである。

【００２５】水素化シリコン化合物ガスには、Ｓｉ_nＨ
_2m+2（ｎ，ｍは１以上の整数）であるＳｉＨ₄，Ｓｉ₂
Ｈ₆及びＳｉ₃Ｈ₈等が挙げられる。また、これら水素
化金属化合物の材料として、水素原子が塩素原子やフッ
素原子によって置換された化合物を用いることも可能で
ある。

【００２６】さらに、水素と同様に、希釈ガスとして用
いられる不活性ガスはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等
がある。なお、これらのガスによる希釈率の割合につい
ては特に規制するものではないが、通常、体積流量比と
して、成膜原料ガス１に対し３０以下であることが好ま
しい。これらのガスを含む系において、化学気相蒸着法
により、非晶質半導体薄膜が形成される工程が終了した
段階から、水素プラズマに曝す工程に移行する間におい
て、真空引きを行う。このことにより、成膜工程終了後
に水素プラズマに曝す工程に入る前に成膜用のガスの残
留の影響をできるだけ小さくしてしまうことができる。

【００２７】逆に、この真空引きを成膜工程と水素プラ
ズマに曝す工程の間に挿入しない場合においては、成膜
工程において流した成膜用のガスがその滞在時間分だけ
残留するともに、多量の水素ガスによって希釈された状
態になるために、結晶化を生じやすくなってしまう。そ
のため、目的とする高品質の非晶質シリコン薄膜の製造
の目的から離れた結果になってしまう。

【００２８】成膜工程において形成する非晶質シリコン
薄膜の結合水素量は、２５原子％未満１５原子％以上で
あることが好ましい。結合水素量が１５原子％未満であ
る場合においては、もはや本発明の方法によっても、目
的とする光学的バンドギャップ１．８５ｅＶ以上の薄膜
を得ることはできない。従って、膜中の結合水素量は１
５原子％以上であることが好ましい。

【００２９】また、結合水素量が５原子％未満である場
合においては、その非晶質シリコン半導体薄膜を形成す
るためには、下記に示す２つの場合がある。すなわち、
膜中に含まれる水素が離脱していくに十分な高い温度、
具体的には基板温度３８５℃以上で成膜を行った場合で
ある。また、大過剰の水素を含む水素希釈状態であの成
膜を行った場合であり、この場合、非晶質半導体薄膜が
膜中の結合形態が大きく変化し、かつ結合水素量が大き
く低下した結果、微結晶化してしまう。

【００３０】まず、基板温度が高すぎる場合、すなわ
ち、基板温度が３８５℃以上である場合においては、膜
形成過程において水素の侵入よりも水素の離脱の方が強
くなっている。そのために、成膜と同温度条件での水素
プラズマに曝すことがもはや有効な役割を成しえないこ
とになってしまう。また、微結晶化を生ずる場合におい
ては、膜中の結合水素量が大きく低減し、通常３原子％
程度になってしまい、これは、請求の範囲からはずれて
しまう。また、微結晶化を生じた膜については、膜中の
水素の動きが制限されるために、水素プラズナに曝すこ
とによる構造的な変化が期待できなくなってしまう。さ
らに、膜中の結合水素量が２５原子％を越える場合とし
ては、室温に近いような低温の状態で膜を化学気相蒸着
法によって非晶質半導体薄膜を形成する場合と、イオン
注入装置等にとって、強制的に膜中に水素を打ち込むこ
とが必要とされる場合である。

【００３１】室温に近いような状態では、条件により膜
中結合水素量が２５原子％を越えるような薄膜を形成す
ることも可能であるが、膜成長過程において、膜形成を
行うための成膜ラジカルが十分に表面で泳動することが
できない。この場合においては、既に膜中に多量の水素
が存在しているために、もはや水素プラズマに曝すこと
による膜中に水素を侵入させることによる、欠陥の補償
のような効果はもはや期待できなくなってしまう。従っ
て、水素もしくは不活性ガスを含む水素化金属化合物ガ
スを用いた化学気相蒸着法により膜を形成する方法にお
いて形成する膜の膜中結合水素量は２５原子％未満１５
原子％以上であることが好ましいのである。

【００３２】従って、非晶質シリコン薄膜を形成する場
合においては、その適する成膜温度範囲が限定される。
化学気相蒸着法によって形成する非晶質半導体の膜中結
合水素量が２５原子％以下１５原子％以上であるために
は、その成膜温度範囲が、２５０℃未満１００℃以上で
あることが好ましい。さらに、これらの化学気相蒸着法
によって、１回の成膜工程にて形成される薄膜の厚みは
１ｎｍ以上６ｎｍ以下であることが好ましく、さらに好
ましくは、２ｎｍ以上５ｎｍ以下である。

【００３３】１回の成膜工程によって形成される膜厚が
あまり薄い１ｎｍ未満の場合においては、膜中に過剰の
水素が供給され、目的とする高品質の非晶質シリコン薄
膜の形成を行うことができない。

【００３４】また、１回の成膜工程によって形成される
膜厚が６ｎｍよりあまり厚い場合においては、水素プラ
ズマに曝すことにより工程において、もはや供給される
原子状水素の浸透が十分に行われない結果になってしま
う。さらに、水素ガスからなるプラズマによる該薄膜を
暴露する工程において、放電中に発生して基体表面に供
給される原子状水素の量は、１×１０¹⁵ケ／cm²以上５
×１０¹⁵ケ／cm²以下であることが望ましい。

【００３５】図３は、原子状水素の供給量の違いに応じ
て得られた膜の導電率及び光感度を観察したものであ
る。原子状水素の供給量が１×１０¹⁵ケ／cm²未満の場
合には、光感度が低いことがわかる。これに対して、原
子状水素の供給量が６×１０¹⁵ケ／cm²より多い場合に
おいては、非晶質薄膜の導電率の急激な増加が確認さ
れ、結晶化が生じていることと判断される。

【００３６】このように、この方法の重要な点は、原子
状水素の供給量自体が重要であることである。水素プラ
ズマに曝すことによる水素の浸透が、原子状水素の拡散
により行われているのであれば、成膜温度により大きく
影響を受けるはずである。図４は、W.Beyer J.Appl.Phy
s. 53, 8735(1982) ，M.Reinelt J.Non-Cryst. Solid59
& 60, 169(1983)によって測定された、水素の拡散係数
を絶対温度の逆数としてプロットしたものである。

【００３７】本方法による最も好適な薄膜形成温度範囲
は、１６０℃から２００℃の範囲であり、この範囲にお
ける水素の拡散定数は２×10^-20cm²/s以上２×10^-18cm²
/s以下である。例えば、本開示の方法における好適な温
度範囲における、水素の拡散定数２×10^-18cm²/sの場合
においては、この値が極めて小さいために、表面より４
nm深い位置における表面水素からの２０秒後における水
素濃度は、表面水素濃度に対して、極めて低くなること
が予想される。従って水素の拡散がこの方法の本質的な
効果ではないことは明白である。そこで、考えられるの
が成膜表面から数ｎｍの深さにおいては、膜構造を構成
する構成分子のネットワークが十分に固まっておらず混
沌とした状態にあるのではないかということである。こ
のような領域においては成膜表面から与えられた原子状
水素が容易に浸透し、膜構造を変質させてしまったので
はないかと考えられるのである。また、成膜工程におけ
る供給エネルギー密度や成膜圧力条件と、水素プラズマ
に曝す工程におけるＲＦ出力密度や成膜圧力条件とは、
異なっていてもかまわない。

【００３８】本発明において成膜工程においては、通常
の非晶質半導体を形成するための条件であればよい。例
えば、ＲＦプラズマを用いた成膜方法の場合、好適な供
給エネルギー密度は、０．０１W/cm²以上１W/cm²以下
であることが望ましく、その成膜圧力は、１０mTorr 以
上１Torr以下であることが望ましい。さらに、水素プラ
ズマに曝す工程においては、そのＲＦ出力密度は、０．
０１W/cm²以上１W/cm ²以下であることが望ましく、そ
の成膜圧力は、１０mTorr 以上１Torr以下であることが
望ましい。

【００３９】本発明において、水素ガスからなるプラズ
マによる該薄膜を暴露する工程において、放電中に発生
して基体表面に供給される原子状水素の量は、１×１０
¹⁵ケ／cm²以上５×１０¹⁵ケ／cm²以下であることが望
ましい。基板表面に供給される原子状水素量の測定は次
のように行われる。すなわち、ガラス基板上に、電子ビ
−ム蒸着法を用いて酸化タングステン薄膜を形成する。
この酸化タングステン薄膜を水素プラズマ中に挿入させ
ると、原子状水素により水素化反応により吸光度が変化
する。この変化を分光光度計により評価し、その吸収ス
ペクトルの吸光度と半値幅を下記のＳＭＡＫＲＡの式、
Ｎｆ＝0.87×10¹⁷ｎ（ｎ²＋２）^-2（kmaxＬ）Ｗ_1/2に
代入することにより、基板表面に到達した原子状水素量
を見積もることができる。ここで、Ｎは色中心数（c
m^-2）であり、ｎは酸化タングステンの屈折率（＝2.5)
であり、kmaxＬはピ−クの吸光度、Ｗ_1/2はピ−クの半
値幅、ｆは0.1 である。

【００４０】例えば、水素流量１０sccm、圧力0.15Tor
r、ＲＦ出力密度0.64W/cm²の条件で形成した水素プラ
ズマ中に上記、酸化タングステン薄膜を曝すことによる
時間変化をプロットすると、水素プラズマ暴露時間１０
分まではほぼ直線的に原子状水素量が増加していること
がわかった。なお、さらに長時間曝すことにより、その
増加量は飽和するが、これは酸化タングステンの水素化
反応が飽和するのであって、原子状水素量が飽和するの
ではない。従って、直線部分の傾きより単位時間中に供
給される原子状水素量を求めることができるのである。

【００４１】この直線部分より求められた原子状水素の
供給速度は、上記条件であるＲＦ出力密度0.64W/cm²の
条件において、１×１０¹⁴ケ／cm²／秒となった。さら
に、水素流量１０sccm、圧力0.15Torr、ＲＦ出力密度0.
13W/cm²の条件で形成した水素プラズマに曝した場合に
おいて、同様に原子状水素供給速度を求めたところ、４
×１０¹³ケ／cm²／秒となった。

【００４２】そこで、ＲＦ出力密度の平方根を横軸にし
て、原子状水素供給速度をプロットすると、２つのＲＦ
出力密度において得られた原子状水素の供給速度は、原
点を通過する直線により近似することができる。このよ
うに、供給される原子状水素供給量は、ＲＦ出力密度の
平方根により一義的に決定する事ができる。

【００４３】これより、供給される原子状水素の量はそ
のＲＦ出力密度および時間により制御できるのである。
例えば、水素プラズマを形成するためのＲＦ放電出力密
度が、０．６４W/cm²である場合においては、供給され
る原子状水素は１秒間あたり１×１０¹⁴ケ／cm ²であ
る。従って、本開示の方法による原子状水素の供給量に
適合する水素プラズマに曝す時間は、２０秒以上５０秒
未満になる。

【００４４】次に、本発明を実施するための装置の基本
構成を図５に示す。すなわち、この装置は、基板仕込み
室１と、３つの成膜室２、３、４及び基板取り出し室５
の５室構成になっている。そして、基体仕込み室と成膜
室及び基板仕込み室は、それぞれゲートバルブ17、27、
37、47によって接続している。

【００４５】基板仕込み室は、基体を保持するための基
体保持台11、基体を加熱するためヒーター12と、そのヒ
ーターに電力を投入するための電源12a 、および真空排
気のためのターボ分子ポンプ13およびロータリーポンプ
14によって形成される。この排気系によって、基板仕込
みに設置された基板は、ヒーターによって加熱されると
ともに、真空排気されることにより、成膜に必要な準備
が行われる。

【００４６】成膜室２にはＲＦ電極21があり、基板加熱
ヒーター22上との間に放電を形成する。ＲＦ電極21は、
高周波電源21a によって電力を印加される。また、ヒー
ター22は、ヒーター電源22a によって電力を印加され
る。基板０はヒーターの上に設置され、ヒーターによっ
て加熱昇温される。また、この成膜室２はターボ分子ポ
ンプ23およびロータリーポンプ24によって真空排気され
るが、この成膜室の圧力は、コンダクタンスバルブ25に
よって調圧できる構成となっている。成膜用のガスはマ
スフローコントローラー26a,26b,26c,26d によって、流
量を制御されたガスが供給されるとともに制御される。

【００４７】なお、成膜室３、４についても、成膜室２
と同様の構成である。基板取り出し室５は、基体を保持
するための基体保持台51、真空排気のためのターボ分子
ポンプ53およびロータリーポンプ54によって形成され
る。この排気系によって、基板仕込みに設置された基板
は、基体保持台上にて自然放冷された後に、外部に取り
出される。成膜室２、３、４は、得られる太陽電池の各
層に適して用いられる。

【００４８】即ち、第１のｐ型の半導体薄膜、第１の厚
い真性の半導体薄膜、第２のｐ型の半導体薄膜及び第２
の薄い真性の半導体薄膜は成膜室２において形成され
る。第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄膜及
び、第２の厚い実質的に真性の半導体薄膜は成膜室３に
おいて形成される。そして、第１のｎ型の半導体薄膜及
び第２のｎ型の半導体薄膜は、成膜室４において形成さ
れる。

【００４９】本装置における重要な点は、成膜用の機構
とは別に、水素プラズマを形成するためのＲＦ放電電極
を有していることである。図５における成膜装置の場合
には、第１の真性な非晶質シリコン薄膜を形成する室
は、成膜室３である。図５における成膜装置を用いた場
合、成膜においてもＲＦ放電電極を用いた成膜手法によ
るために、同一のシステムにより成膜工程と水素プラズ
マに曝す工程を行うことができる。

【００５０】この方法を行うことにより、膜中に存在す
る結合水素量は増加する傾向にある。これに伴い、例え
ば、水素化非晶質シリコン薄膜の場合、膜中の結合水素
量が増加するとともに、その光学的バンドギャップが広
くする傾向にある。これは、活性な原子状水素が膜中に
有効に供給されるためであり、この方法により、通常の
成膜方法ではその発生を制御する方法のなかった膜中の
未結合手に、有効に水素を供給することができ、その結
果欠陥密度を大きく低減させることができる。図６は、
図５に示す構成の成膜室３に相当する、第１の実質的に
真性の非晶質シリコン半導体薄膜のみを形成した時の、
水素プラズマに曝すことにより増加する膜中結合水素量
の変化値と欠陥密度の低減の度合いを比較したものであ
る。この結果、膜中結合水素量の増加の大きい場合程、
より欠陥密度の低減に効果のあることが認められる。

【００５１】このように、水素膜中の水素含有量や水素
結合形態を直接制御することによって、非晶質薄膜の光
学的バンドギャップを自由に設計できることを可能にす
るとともに、欠陥の低減による薄膜の高品質化を達成す
ることができるようになるものである。

【００５２】そして、図７には、第１の実質的に真性な
非晶質シリコン薄膜の光学的バンドギャップに対して得
られた、開放端電圧と曲線因子の関係を示したものであ
る。図中、□は第１の実質的に真性な非晶質シリコン薄
膜を水素希釈成膜法によって形成したものであり、○は
本発明を実施するための方法によって、第１の実質的に
真性な非晶質シリコン薄膜を形成したものである。これ
より、水素希釈成膜法によって形成した膜の光学的バン
ドギャップは、１．８３ｅＶ以下であり、そのために得
られる開放端電圧は、１．８１Ｖ以下である。また、
１．７７ｅＶの光学的バンドギャップを有する膜を用い
た場合には、曲線因子こそ高い結果を得ているものの、
開放端電圧は低く、１．８Ｖ以下のものを得ることはで
きていないことがわかる。

【００５３】これに対して、本発明を実施するための方
法によって形成した膜を用いて形成した第１の実質的に
真性な非晶質シリコン薄膜を用いた太陽電池の場合に
は、１．８Ｖ以上の高い開放端電圧が容易に得られてお
り、かつ曲線因子も０．７を上回る高い値を有してい
る。以上の結果からわかるように、本開示の方法が、開
放端電圧および曲線因子の向上に大きな役割を果たすこ
とが認められる。以下、実施例により本発明の実施の態
様の一例を説明する。

【００５４】

【実施例】

（実施例１）薄膜の形成に用いた装置は、図５に示す装
置と同じものである。実施例１においては、第１の厚い
実質的に真性の非晶質シリコン薄膜のみを形成した。成
膜用の原料ガスとして、モノシランガスをそのまま用い
た。モノシランガスの流量は１０sccmであり、図５にお
けるマスフローコントローラー36a を介して流されてい
る。この系における成膜温度は１７５℃である。そし
て、所定の膜厚になるように成膜を実行するが、本実施
例においては、１回あたりの膜厚は４nmとした。ＲＦ放
電の終了とともに成膜を中断し、チャンバーに供給する
ガスを停止する。そして、主弁開状態にて真空引きを開
始し１０^-6Torr以下にする。

【００５５】次に、水素プラズマに曝す工程に入る。ま
ず、水素を供給するとともに、圧力制御を行い、成膜と
同じく１５０mTorr に調整を行う。なお、水素は図５に
おけるマスフローコントローラー36b を介して流されて
いる。そして、ＲＦの放電を行う。この時のＲＦ出力密
度は０．６４Ｗ／cm²である。所定の時間、水素プラズ
マに曝す操作を行い、再び放電の停止とともに、水素ガ
スの流量を停止し、成膜工程終了時と同様に、１０^-6To
rr以下になるまで真空引きを行った。これらの一連の工
程を繰り返すことにより、所定の膜厚（３００ｎｍ以
上）になるまでこの操作を繰り返し行った。

【００５６】図８は、上記の結果、すなわち原子状水素
の供給量を横軸にして欠陥密度の低下の様子を示したも
のである。この結果から、原子状水素の供給量によっ
て、その膜特性が大きく変化していることが認められ
る。ＲＦの放電出力密度は０．６４Ｗ／cm²であり、こ
のときの原子場水素の供給速度は１×１０¹⁴ケ／cm² ／
sである。この検討の結果、水素プラズマに曝す時間が
増加に依存してその膜特性が大きく変化していることが
認められる。

【００５７】水素プラズマに曝す時間を増加させていく
につれて、膜中の欠陥密度が低下している。さらに、こ
の水素プラズマに曝す時間が６０秒を越えると、結晶化
が生じ、暗導電率の著しい増加が始まっていることが認
められた。この時は、原子状水素の供給量が６×１０¹⁵
ケ／cm²に達した時である。

【００５８】図８より欠陥密度の低減に効果のある原子
状水素の供給量は、２×１０¹⁵ケ／cm²以上４×１０¹⁵
ケ／cm²以下であることがわかる。以上のように、本開
示の方法により非晶質シリコン薄膜の高品質化がなされ
たことが確認された。

【００５９】（実施例２）薄膜の形成に用いた装置は、
図５に示す装置と同じものである。太陽電池に形成に際
して用いた基板は、ガラス基板上に、第１の電極とし
て、酸化錫の薄膜を形成したものである。この酸化錫が
形成された基板は、旭ガラス株式会社製のＵタイプ基板
であり、３００ｎｍから８００ｎｍにおける可視光領域
において８０％以上の光線透過率を有し、かつ１×１０
^-3Ω/cm 以下の抵抗率を有したものを用いた。この酸化
錫層の厚みは約１μｍである。基板は基板仕込み室に
て、１０^-6Torr以下になるまで、真空排気されるととも
に、１２０℃の加熱され、１５分放置された。その後、
基板は、成膜室２に搬送され、１０^-6Torr以下になるよ
うに真空排気される。この成膜室２においては、基体は
１５０℃の加熱される。

【００６０】まず、第１のｐ型の半導体薄膜を形成す
る。用いる原料ガスとしては、モノシラン、メタン及び
水素希釈による１％ジボランガス（水素化硼素化合物）
である。各々の流量は、モノシラン４sccm、１％希釈ジ
ボランガス６sccm、メタンガス流量５sccmであり、ま
た、成膜圧力１５０mTorr 、ＲＦ放電電力密度０．１W/
cm ²、成膜時間９０秒であった。この時の基体保持温度
は１６０℃である。この結果、約６０の膜厚を有する、
第１のｐ型の半導体薄膜が形成された。

【００６１】さらに、第１の薄い真性の半導体薄膜を形
成する。用いる原料ガスとしては、モノシラン、メタン
及び水素である。各々の流量は、モノシラン６sccm、メ
タンガス流量初期流量５sccm、終了時流量０sccm，水素
ガス２０sccmである。また、成膜圧力１００mTorr 、Ｒ
Ｆ放電電力密度０．１W/cm²、成膜時間３００秒であっ
た。この時の基体保持温度は１６０℃である。この結
果、約１２０Åの膜厚を有する、第１の薄い真性の半導
体薄膜が形成された。

【００６２】基板にガスの供給をストップし、１０^-6To
rr以下になるまで、真空排気した後、基板を成膜室３に
搬送する。基板を成膜室３に搬送し、第１の厚い実質的
に真性の非晶質シリコン薄膜を形成する。該薄膜の形成
条件は、実施例１と全く同様である。ただ、膜厚だけが
異なり、実施例２においては２００ｎｍに設定した。

【００６３】さらに、基板を成膜室４に搬送し、第１の
ｎ型の半導体薄膜を形成する。用いる原料ガスとして
は、モノシラン、水素希釈による０．２％ホスフィンガ
ス（水素化燐化合物）及び水素である。各々の流量は、
モノシラン０．５sccm、０．２％希釈ホスフィンガス３
０sccm、水素ガス流量９０sccmであり、また、成膜圧力
２００mTorr 、ＲＦ放電電力密度０．８W/cm²、成膜時
間３９０秒であった。この時の基板保持温度は１６０℃
である。この結果、約３００Åの膜厚を有する、第１の
ｎ型の半導体薄膜が形成された。そして、基板は再び、
成膜室２に搬送される。成膜室２において、第２のｐ型
の半導体薄膜を、第１のｐ型の半導体薄膜と同じ形成条
件にて形成する。さらに、第２の薄い真性の半導体薄膜
を、第１の薄い真性の半導体薄膜と同じ形成条件にて形
成する。

【００６４】基板は、再び成膜室３に搬送され、第２の
厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄膜を形成する。形
成のための条件は下記のとうりである。すなわち、用い
る原料ガスとしては、モノシランを用い、その流量は、
１０sccmである。成膜圧力５０mTorr 、ＲＦ放電電力密
度０．１W/cm²、成膜時間は２時間であった。この時の
基体保持温度は１７５℃である。この結果、４０００Å
の膜厚を有する、第２の厚い真性の非晶質シリコン薄膜
が得られた。

【００６５】さらに、第２のｎ型の半導体薄膜を形成す
る。形成する条件は、第１のｎ型の半導体薄膜を形成す
る条件と全く同じである。

【００６６】さらに、第２の電極を形成する。第２の電
極は、実施例２の場合においては、インジウムー錫の酸
化物からなる層と、銀からなる層と、アルミからなる層
によって構成されている。これらの層は全て図９に示す
ＥＢ蒸着器によって形成された。

【００６７】ＥＢ蒸着器は、基板仕込み／取り出し室６
と成膜室７とから成り立っている。基板仕込み／取り出
し室６において、基体ホルダー61に搭載された基板は、
真空度１０^-6Torr以下にまで真空引きされた後に、トラ
ンスファーロッド62によって、成膜室７に搬送され、基
板ホルダー78に載せられる。成膜室７に搬送された基板
は、ヒーター72によって２００℃に加熱され、真空度１
０^-6Torr以下の条件になったところで、電子銃71a から
発せられた電子によって加熱されたターゲットからの蒸
発物によって、薄膜が形成される。

【００６８】インジウムー錫の酸化物からなる層を形成
は、マスフローコントローラー76aによって供給された
酸素の存在下にて、インジウムー錫の酸化物をターゲッ
トにしての電子線加熱による蒸発物によって行われる。
この時のインジウムー錫の酸化物からなる層の膜厚は４
００Åである。さらに、１００℃以下に冷却した後、銀
のターゲットに高密度の電子線を照射することにより、
銀の薄膜層を２０００Å形成する。ひき続いて同様にア
ルミの薄膜層を１０００Å 形成する。

【００６９】このようにして、本発明で規定する構造を
有する非晶質太陽電池を形成することができる。この太
陽電池の変換効率を測定したところ、〔表１〕に示す結
果を得た。即ち、開放端電圧が非晶質シリコン薄膜を真
性の層に有する太陽電池としては極めて高い、１．８５
Ｖという値を得た。さらに、曲線因子も膜の品質の良さ
を反映して、０．７５と高く、その結果、１０．５％の
変換効率を有する、高効率の太陽電池を形成することが
できた。

【００７０】（比較例１）以下、比較例１について説明
する。薄膜の形成に用いた装置は、図５に示す装置と同
じものである。比較例１における非晶質太陽電池の構成
は、第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄膜以外
については、実施例２と全く同様である。従ってその製
造方法も、第１の実質的に真性の薄膜以外は全く同様で
ある。従って、比較例１においては、第１の厚い実質的
に真性の非晶質シリコン薄膜の形成方法についてのみ述
べることによって、その用向きを達成することができ
る。

【００７１】まず、基体については、実施例２と全く同
様である。また、第１のｐ型の半導体薄膜および第１の
薄い実質的に真性の半導体薄膜までの形成についても、
実施例２で述べたものと全く同様である。

【００７２】実施例２と異なる第１の厚い実質的に真性
の非晶質シリコン薄膜の形成において、比較例１におい
て、用いる原料ガスとして、モノシランを用い、水素に
よって希釈して成膜を行った。モノシランの流量は１０
sccmであり、水素ガスの流量は１０sccmである。成膜圧
力５０mTorr 、ＲＦ放電電力密度０．１W/cm²、成膜時
間は２時間であった。この時の基体保持温度は１７５℃
である。この結果、２０００Åの膜厚を有する、第１の
厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄膜が得られた。な
お、この膜の光学的バンドギャップは、同様の方法にお
いて形成した単膜を用いて形成した結果、１．８３eVで
あった。

【００７３】第２の電極を形成方法についても、実施例
２の場合と全く同様である。このようにして太陽電池を
形成した。この太陽電池の変換効率を測定したところ、
表２に示す結果を得た。即ち、開放端電圧は１．８０Ｖ
であり、曲線因子は０．７０、その結果、変換効率は１
０．１％であった。結果を〔表２〕に示す。

【００７４】以下、実施例１において、成膜用の原料ガ
スとして、モノシランガスとモノゲルマンガスを用い
た。モノシランガスの流量は５sccmであり、モノゲルマ
ンガスの流量は、異なる光学的バンドギャッップのもの
を形成する目的で、その流量条件を変更した。本実施例
においては、モノゲルマンガスは図３におけるマスフロ
ーコントローラー71を介して１sccmの流量にて流し、モ
ノシランガスはマスフローコントローラー72を介して５
sccmを流した。用いた成膜条件は基板温度として１７５
℃であり、その成膜圧力は１５０mTorr であった。ＲＦ
出力密度は０．０４W/cm²である。

【００７５】実施例において用いる装置の構成は、図３
に示した装置と同じ構成である。この結果、得られた成
膜用の原料ガスとして、モノシランガスとモノゲルマン
ガスを用いて形成した膜の成膜速度は０．２Å/s以下で
あった。この結果、実施例において形成した膜の光導電
率は、水素希釈成膜によって得た膜よりも高く、かつ暗
導電率は総じて低く、良好な光感度を有する薄膜である
ことが確かめられた。これを、原子状水素の供給量を横
軸にして導電率および光感度の低下の様子を示したのが
図８である。この結果から、原子状水素の供給量によっ
て、その膜特性が大きく変化していることが認められ
る。

【００７６】図８より欠陥密度の低減に効果のある原子
状水素の供給量は、２×１０¹⁵ケ／cm²以上４×１０¹⁵
ケ／cm²以下であることがわかる。以上のように、本開
示の方法により非晶質シリコン薄膜、ひいては非晶質シ
リコン薄膜太陽電池の高品質化がなされたことが確認さ
れた。

【００７７】

【表１】

【００７８】

【表２】

【００７９】

【発明の効果】成膜工程と水素プラズマに曝す工程を繰
り返すことにより、非晶質半導体薄膜の水素含有量や水
素結合形態を直接制御することによって、非晶質薄膜の
光学的バンドギャップを自由に設計できることを可能に
するとともに、欠陥の低減による薄膜の高品質化を達成
することができるようになるものである。そして、ひい
ては薄膜太陽電池の変換効率、特に開放端電圧と曲線因
子の向上を生じせしめることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】２層タンデム型太陽電池の理論変換効率の結果
を示すグラフ

【図２】本開示の太陽電池の構成の一例を示す模式図

【図３】原子状水素の供給量と導電率及び光感度の変化
を示すグラフ

【図４】非晶質シリコン薄膜中の水素原子の拡散係数を
示すグラフ

【図５】本開示の実施のために用いた成膜装置

【図６】結合水素の変化量と欠陥密度の関係を示すグラ
フ

【図７】太陽電池の開放端電圧と曲線因子の特性を示す
グラフ

【図８】実施例１中における、原子状水素供給量と欠陥
密度の関係を示すグラフ

【図９】実施例２において使用したＥＢ蒸着器の概略図

【符号の説明】

１基板仕込み室２成膜室３成膜室４成膜室５基板取り出し室６基板仕込み室７成膜室 11 基板保持台 12 ヒーター 12a ヒーター電源 13 油回転ポンプ 14 ターボ分子ポンプ 17 ゲート弁 21 カソード電極 21a ＲＦ電源 22 ヒーター 22a ヒーター電源 23 油回転ポンプ 24 ターボ分子ポンプ 25 コンダクタンスバルブ 26a マスフローコントローラー 26b マスフローコントローラー 26c マスフローコントローラー 26d マスフローコントローラー 27 ゲート弁 31 カソード電極 31a ＲＦ電源 32 ヒーター 32a ヒーター電源 33 油回転ポンプ 34 ターボ分子ポンプ 35 コンダクタンスバルブ 36a マスフローコントローラー 36b マスフローコントローラー 36c マスフローコントローラー 37 ゲート弁 41 カソード電極 41a ＲＦ電源 42 ヒーター 42a ヒーター電源 43 油回転ポンプ 44 ターボ分子ポンプ 45 コンダクタンスバルブ 46a マスフローコントローラー 46b マスフローコントローラー 46c マスフローコントローラー 47 ゲート弁 51 基板保持台 53 油回転ポンプ 54 ターボ分子ポンプ 61 基板ホルダー 62 トランスファーロッド 63 油回転ポンプ 64 ターボ分子ポンプ 67 ゲート弁 71 ターゲットホルダー 71a 電子銃 72 ランプヒーター 73 油回転ポンプ 74 クライオポンプ 75 コンダクタンスバルブ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者福田伸神奈川県横浜市栄区笠間町1190番地三井東圧化学株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された第１の電極上に形成
された第１の導電性の薄膜、第１の薄い真性の半導体薄
膜、第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコン薄膜、第
２の導電性の薄膜、第３の導電性の薄膜、第２の薄い真
性の半導体薄膜、第２の厚い実質的に真性の非晶質シリ
コン薄膜、第４の導電性の薄膜、第２の電極の順に形成
された構成を持ち、第１の電極が透明であり、第１の厚
い真性の非晶質シリコン薄膜の光学的バンドギャップ
が、第２の厚い真性の非晶質シリコン薄膜の光学的バン
ドギャップよりも広い構成を有する太陽電池であって、
該第１の厚い真性の非晶質シリコン薄膜の光学的バンド
ギャップが１．８３ｅＶ以上、１．９５ｅＶ以下である
太陽電池において、該第１の厚い実質的に真性の非晶質
シリコン薄膜の形成が、水素化シリコン化合物ガスを用
いた化学気相蒸着法によりなる非晶質シリコン半導体薄
膜の形成工程と、水素ガスからなるプラズマにより該薄
膜を暴露する工程を繰り返すことにより行われ、かつ、
該水素ガスからなるプラズマにより該薄膜を暴露する工
程において、該第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコ
ン薄膜への原子状水素の供給量が、１×１０¹⁵ケ／cm²
以上５×１０¹⁵ケ／cm²以下であることを特徴とする非
晶質太陽電池。
【請求項２】第１の厚い実質的に真性の非晶質シリコ
ン薄膜の厚みが、１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下である
ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】水素もしくは不活性ガスを含む薄膜原料
ガスを用いる請求項１または２記載の非晶質太陽電池。
【請求項４】化学気相蒸着法によりなる第１の厚い実
質的に真性の非晶質シリコン半導体薄膜の結合水素量が
２５原子％以下１５原子％以上含むことを特徴とする請
求項１〜３の何れかに記載の非晶質太陽電池。
【請求項５】化学気相蒸着法によりなる１回の成膜工
程にて形成される第１の厚い実質的に真性の非晶質シリ
コン薄膜の厚みが、１ｎｍ以上６ｎｍ以下であることを
特徴とする請求項１〜４の何れかに記載の非晶質太陽電
池。
【請求項６】該化学気相蒸着法が、光ＣＶＤ法、熱Ｃ
ＶＤ法、プラズマエンハンストＣＶＤ法、レーザーエン
ハンストＣＶＤ法、または、反応性スパッタ法であるこ
とを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の非晶質太
陽電池。
【請求項７】該水素化シリコン化合物がSiH₄、Si₂H₆
からなることを特徴とする請求項１〜６の何れかに記載
の非晶質太陽電池。
【請求項８】該不活性ガスがＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋ
ｒ，Ｘｅから選択される希ガスであることを特徴とする
請求項３〜６の何れかに記載の非晶質太陽電池。
【請求項９】第１の導電性の薄膜および第３の導電性
の薄膜がｐ型の半導体薄膜であり、かつ第２の導電性の
薄膜および第４の導電性の薄膜がｎ型の半導体薄膜であ
ることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れかに記載
の記載の非晶質太陽電池。
【請求項１０】第１の導電性の薄膜および第３の導電
性の薄膜がｎ型の半導体薄膜であり、かつ第２の導電性
の薄膜および第４の導電性の薄膜がｐ型の半導体薄膜で
あることを特徴とする請求項１〜請求項８の何れかに記
載の非晶質太陽電池。