JPH11145498A - シリコン系薄膜光電変換装置 - Google Patents
シリコン系薄膜光電変換装置Info
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- JPH11145498A JPH11145498A JP9307063A JP30706397A JPH11145498A JP H11145498 A JPH11145498 A JP H11145498A JP 9307063 A JP9307063 A JP 9307063A JP 30706397 A JP30706397 A JP 30706397A JP H11145498 A JPH11145498 A JP H11145498A
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
(57)【要約】
【課題】 プラズマＣＶＤ法による低温プロセスを用い
て形成される結晶質シリコン系薄膜光電変換層における
結晶粒界や粒内欠陥を低減し、かつそれに隣接する導電
層からの不純物原子の拡散混入を抑制することにより、
光電変換特性が改善された光電変換装置を提供する。 【解決手段】 シリコン系薄膜光電変換装置は、プラズ
マＣＶＤ法によって順次積層された１導電型半導体層２
０４と、結晶質シリコン系薄膜光電変換層２０５と、逆
導電型半導体層２０６とを含み、第１導電型半導体層２
０４は光電変換層２０５の基板側の面に直接接している
微結晶シリコン系導電型薄膜を含み、これが０．０５原
子％から９原子％の範囲内の導電型決定不純物原子を含
むとともに１ｎｍ以上で１０ｎｍ未満の範囲内の厚さを
有している。
て形成される結晶質シリコン系薄膜光電変換層における
結晶粒界や粒内欠陥を低減し、かつそれに隣接する導電
層からの不純物原子の拡散混入を抑制することにより、
光電変換特性が改善された光電変換装置を提供する。 【解決手段】 シリコン系薄膜光電変換装置は、プラズ
マＣＶＤ法によって順次積層された１導電型半導体層２
０４と、結晶質シリコン系薄膜光電変換層２０５と、逆
導電型半導体層２０６とを含み、第１導電型半導体層２
０４は光電変換層２０５の基板側の面に直接接している
微結晶シリコン系導電型薄膜を含み、これが０．０５原
子％から９原子％の範囲内の導電型決定不純物原子を含
むとともに１ｎｍ以上で１０ｎｍ未満の範囲内の厚さを
有している。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置に
関し、特に、シリコン系薄膜光電変換装置の性能改善に
関するものである。なお、本明細書において「結晶質」
と「微結晶」の用語は、部分的に非晶質状態を含むもの
をも意味するものとする。
関し、特に、シリコン系薄膜光電変換装置の性能改善に
関するものである。なお、本明細書において「結晶質」
と「微結晶」の用語は、部分的に非晶質状態を含むもの
をも意味するものとする。
【０００２】
【従来の技術】近年、たとえば多結晶シリコンや微結晶
シリコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を利用した
光電変換装置の開発が精力的に行なわれている。これら
の開発は、安価な基板上に低温プロセスで良質の結晶質
シリコン薄膜を形成することによって光電変換装置の低
コスト化と高性能化を両立させようという試みであり、
太陽電池だけでなく光センサ等の様々な光電変換装置へ
の応用が期待されている。
シリコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を利用した
光電変換装置の開発が精力的に行なわれている。これら
の開発は、安価な基板上に低温プロセスで良質の結晶質
シリコン薄膜を形成することによって光電変換装置の低
コスト化と高性能化を両立させようという試みであり、
太陽電池だけでなく光センサ等の様々な光電変換装置へ
の応用が期待されている。
【０００３】このような良質の結晶質シリコン薄膜を形
成する方法としては、基板上に大結晶粒径のシリコン薄
膜の下地層を何らかのプロセスで形成した後に、この下
地層をシード層または結晶化制御層として用いることに
よって、結晶粒界や粒内欠陥が少なくて一方向に強く結
晶配向した良質の光電変換層となる結晶質シリコン薄膜
をその下地層上に堆積させるという手法が知られてい
る。より具体的には、基板上に堆積されたシリコン膜を
ゾーンメルト法によって大結晶粒径化したものを下地層
に用いる方法がSolar Energy Materials and Solar Cel
ls, Vol.34, 1994, p.285 に記載されており、また、基
板上に堆積されたシリコン膜を固相成長法によって大粒
径化したものを下地層に用いる方法がSolar Energy Mat
erials andSolar Cells, Vol.34, 1994, p.257 に記載
されている。しかし、これらのいずれにおいても、下地
層または光電変換層の形成に５５０℃以上の比較的に高
温度のプロセスを含んでいることから、用いられ得る基
板の種類に制約がある。
成する方法としては、基板上に大結晶粒径のシリコン薄
膜の下地層を何らかのプロセスで形成した後に、この下
地層をシード層または結晶化制御層として用いることに
よって、結晶粒界や粒内欠陥が少なくて一方向に強く結
晶配向した良質の光電変換層となる結晶質シリコン薄膜
をその下地層上に堆積させるという手法が知られてい
る。より具体的には、基板上に堆積されたシリコン膜を
ゾーンメルト法によって大結晶粒径化したものを下地層
に用いる方法がSolar Energy Materials and Solar Cel
ls, Vol.34, 1994, p.285 に記載されており、また、基
板上に堆積されたシリコン膜を固相成長法によって大粒
径化したものを下地層に用いる方法がSolar Energy Mat
erials andSolar Cells, Vol.34, 1994, p.257 に記載
されている。しかし、これらのいずれにおいても、下地
層または光電変換層の形成に５５０℃以上の比較的に高
温度のプロセスを含んでいることから、用いられ得る基
板の種類に制約がある。
【０００４】また、結晶質シリコン系光電変換層の下地
層として非晶質シリコン系薄膜を用いた光電変換装置
が、特開平７−２６３７３２に記載されている。この非
晶質シリコン系薄膜は基板材料と結晶質シリコン系薄膜
との熱膨張係数の相違による歪を緩和させることを目的
としているが、この技術も５５０℃以上の高温度のプロ
セスにおける熱応力に対処するために必要とされるもの
であり、また、このような形成方法によって高い光電変
換特性が得られたという事例は未だ存在していない。
層として非晶質シリコン系薄膜を用いた光電変換装置
が、特開平７−２６３７３２に記載されている。この非
晶質シリコン系薄膜は基板材料と結晶質シリコン系薄膜
との熱膨張係数の相違による歪を緩和させることを目的
としているが、この技術も５５０℃以上の高温度のプロ
セスにおける熱応力に対処するために必要とされるもの
であり、また、このような形成方法によって高い光電変
換特性が得られたという事例は未だ存在していない。
【０００５】他方、安価な低融点ガラスの基板を用いる
ことができかつ熱膨張係数の差異に基づく積層膜内の応
力や歪が生じにくい比較的低温のプロセスのみを用いる
方法であって、優れた光電変換効率の結晶質シリコン系
薄膜光電変換装置を形成し得る方法が近年脚光を浴びて
いる。たとえば、微結晶シリコンのｐｉｎ接合からなる
光電変換ユニットを含む光電変換装置がAppl.Phys.Let
t.,Vol.65,1994,p.860に記載されている。この光電変換
ユニットは、簡便にプラズマＣＶＤ法で順次積層された
ｐ型半導体層、光電変換層たるｉ型半導体層およびｎ型
半導体層からなり、これらの半導体層のすべてが微結晶
シリコンであることを特徴としている。
ことができかつ熱膨張係数の差異に基づく積層膜内の応
力や歪が生じにくい比較的低温のプロセスのみを用いる
方法であって、優れた光電変換効率の結晶質シリコン系
薄膜光電変換装置を形成し得る方法が近年脚光を浴びて
いる。たとえば、微結晶シリコンのｐｉｎ接合からなる
光電変換ユニットを含む光電変換装置がAppl.Phys.Let
t.,Vol.65,1994,p.860に記載されている。この光電変換
ユニットは、簡便にプラズマＣＶＤ法で順次積層された
ｐ型半導体層、光電変換層たるｉ型半導体層およびｎ型
半導体層からなり、これらの半導体層のすべてが微結晶
シリコンであることを特徴としている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】光電変換ユニットを構
成するシリコン系薄膜のすべてを低温プロセスのみで形
成しようとする場合、光電変換層のための下地層とし
て、シード層となり得る大粒径結晶質シリコン薄膜を形
成することは非常に困難である。しかしながら、上述の
先行技術中で、微結晶シリコンのｐｉｎ接合をプラズマ
ＣＶＤ法にて低温で形成する光電変換ユニットでは、導
電型微結晶シリコンが光電変換層の下地層となっている
ものの、これは単に光電変換層との材料的類似性を考慮
したものであって、光電変換層の結晶性を積極的に制御
しようとするためのものではない。また、この下地層の
導電型微結晶シリコン膜は通常数ｎｍから数十ｎｍの小
粒径の結晶シリコンが多数存在する膜であるので、この
上に形成される結晶質シリコン系光電変換層はその成長
初期過程で必要以上に多数の結晶核を生じ、結果として
光電変換特性に悪影響を及ぼす結晶粒界や粒内欠陥の多
い膜になりやすいという問題がある。
成するシリコン系薄膜のすべてを低温プロセスのみで形
成しようとする場合、光電変換層のための下地層とし
て、シード層となり得る大粒径結晶質シリコン薄膜を形
成することは非常に困難である。しかしながら、上述の
先行技術中で、微結晶シリコンのｐｉｎ接合をプラズマ
ＣＶＤ法にて低温で形成する光電変換ユニットでは、導
電型微結晶シリコンが光電変換層の下地層となっている
ものの、これは単に光電変換層との材料的類似性を考慮
したものであって、光電変換層の結晶性を積極的に制御
しようとするためのものではない。また、この下地層の
導電型微結晶シリコン膜は通常数ｎｍから数十ｎｍの小
粒径の結晶シリコンが多数存在する膜であるので、この
上に形成される結晶質シリコン系光電変換層はその成長
初期過程で必要以上に多数の結晶核を生じ、結果として
光電変換特性に悪影響を及ぼす結晶粒界や粒内欠陥の多
い膜になりやすいという問題がある。
【０００７】さらに、下地導電型層上に光電変換層を形
成する場合、その成長過程において導電型層に含まれる
ている導電型決定不純物原子が光電変換層内に拡散して
混入するという現象が起こる。これは、その不純物原子
がたとえばｎ型層におけるリン原子などの場合に特に顕
著な問題となることが知られている。
成する場合、その成長過程において導電型層に含まれる
ている導電型決定不純物原子が光電変換層内に拡散して
混入するという現象が起こる。これは、その不純物原子
がたとえばｎ型層におけるリン原子などの場合に特に顕
著な問題となることが知られている。
【０００８】本発明の目的は、上述のような先行技術の
課題に鑑み、安価な基板が使用可能な低温プロセスのみ
を用いて形成されるシリコン系薄膜光電変換装置におい
て、結晶質シリコン系薄膜光電変換層中で結晶粒界や粒
内欠陥を低減させ、かつそれに隣接する導電型層からの
不純物原子の拡散を抑制することによって、光電変換特
性を改善することにある。
課題に鑑み、安価な基板が使用可能な低温プロセスのみ
を用いて形成されるシリコン系薄膜光電変換装置におい
て、結晶質シリコン系薄膜光電変換層中で結晶粒界や粒
内欠陥を低減させ、かつそれに隣接する導電型層からの
不純物原子の拡散を抑制することによって、光電変換特
性を改善することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
るシリコン系薄膜光電変換装置は、基板上に形成された
少なくとも１つの光電変換ユニットを含み、この光電変
換ユニットは、プラズマＣＶＤ法によって順次積層され
た１導電型半導体層と、結晶質を含むシリコン系薄膜光
電変換層と、逆導電型半導体層とを含み、第１導電型半
導体層は光電変換層の基板側の面に直接接している微結
晶シリコン系導電型薄膜を含み、この微結晶シリコン系
導電型薄膜が０．０５原子％から９原子％の範囲内の導
電型決定不純物原子を含むとともに１ｎｍ以上で１０ｎ
ｍ未満の範囲内の厚さを有していることを特徴としてい
る。
るシリコン系薄膜光電変換装置は、基板上に形成された
少なくとも１つの光電変換ユニットを含み、この光電変
換ユニットは、プラズマＣＶＤ法によって順次積層され
た１導電型半導体層と、結晶質を含むシリコン系薄膜光
電変換層と、逆導電型半導体層とを含み、第１導電型半
導体層は光電変換層の基板側の面に直接接している微結
晶シリコン系導電型薄膜を含み、この微結晶シリコン系
導電型薄膜が０．０５原子％から９原子％の範囲内の導
電型決定不純物原子を含むとともに１ｎｍ以上で１０ｎ
ｍ未満の範囲内の厚さを有していることを特徴としてい
る。
【００１０】本発明のもう１つの態様によるシリコン系
薄膜光電変換装置は、基板上に形成された少なくとも１
つの光電変換ユニットを含み、この光電変換ユニット
は、プラズマＣＶＤ法によって順次積層された１導電型
半導体層と、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層
と、逆導電型半導体層とを含み、１導電型半導体層は光
電変換層の基板側の面に直接接している微結晶シリコン
系導電型薄膜を含み、この微結晶シリコン系導電型薄膜
が０．０５原子％から９原子％の範囲内のｎ型不純物原
子を含むとともに１ｎｍ以上で３０ｎｍ以下の範囲内の
厚さを有していることを特徴としている。
薄膜光電変換装置は、基板上に形成された少なくとも１
つの光電変換ユニットを含み、この光電変換ユニット
は、プラズマＣＶＤ法によって順次積層された１導電型
半導体層と、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層
と、逆導電型半導体層とを含み、１導電型半導体層は光
電変換層の基板側の面に直接接している微結晶シリコン
系導電型薄膜を含み、この微結晶シリコン系導電型薄膜
が０．０５原子％から９原子％の範囲内のｎ型不純物原
子を含むとともに１ｎｍ以上で３０ｎｍ以下の範囲内の
厚さを有していることを特徴としている。
【００１１】すなわち、本発明者らは、上述の先行技術
における課題を解決すべく検討を重ねた結果、光電変換
ユニットに含まれる半導体層のすべてをプラズマＣＶＤ
法にて低温で形成するシリコン系薄膜光電変換装置の場
合に、光電変換層の下地となる導電型層の結晶性、不純
物濃度、膜厚等を制御することによって、光電変換層へ
の不純物原子を制御できること、および光電変換層の成
長初期過程における結晶核発生密度が適度に抑制されて
結晶粒界や粒内欠陥が少なくかつ一方向に強く結晶配向
した良質の光電変換層が得られることを見出したのであ
る。
における課題を解決すべく検討を重ねた結果、光電変換
ユニットに含まれる半導体層のすべてをプラズマＣＶＤ
法にて低温で形成するシリコン系薄膜光電変換装置の場
合に、光電変換層の下地となる導電型層の結晶性、不純
物濃度、膜厚等を制御することによって、光電変換層へ
の不純物原子を制御できること、および光電変換層の成
長初期過程における結晶核発生密度が適度に抑制されて
結晶粒界や粒内欠陥が少なくかつ一方向に強く結晶配向
した良質の光電変換層が得られることを見出したのであ
る。
【００１２】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態によるシリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視図
で図解している。この装置の基板２０１にはステンレス
等の金属、有機フィルム、または低融点の安価なガラス
等が用いられ得る。
態によるシリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視図
で図解している。この装置の基板２０１にはステンレス
等の金属、有機フィルム、または低融点の安価なガラス
等が用いられ得る。
【００１３】基板２０１上の裏面電極２１０は、下記の
薄膜（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば蒸
着法やスパッタ法によって形成され得る。 （Ａ） Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる金属薄膜。 （Ｂ） ＩＴＯ、ＳｎＯ2 およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる透明導電性薄膜。
薄膜（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば蒸
着法やスパッタ法によって形成され得る。 （Ａ） Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる金属薄膜。 （Ｂ） ＩＴＯ、ＳｎＯ2 およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる透明導電性薄膜。
【００１４】裏面電極２１０上には光電変換ユニット２
１１のうちの１導電型半導体層２０４がプラズマＣＶＤ
法にて堆積される。この１導電型半導体層２０４として
は、たとえば導電型決定不純物原子であるリンがドープ
されたｎ型微結晶シリコン層、またはボロンがドープさ
れたｐ型微結晶シリコン層などが用いられ得る。しか
し、１導電型半導体層２０４に関するこれらの条件は限
定的なものではなく、不純物原子としてはたとえばｐ型
微結晶シリコンにおいてはアルミニウム等でもよく、ま
た微結晶シリコンカーバイドや微結晶シリコンゲルマニ
ウム等の合金材料の層を用いてもよい。
１１のうちの１導電型半導体層２０４がプラズマＣＶＤ
法にて堆積される。この１導電型半導体層２０４として
は、たとえば導電型決定不純物原子であるリンがドープ
されたｎ型微結晶シリコン層、またはボロンがドープさ
れたｐ型微結晶シリコン層などが用いられ得る。しか
し、１導電型半導体層２０４に関するこれらの条件は限
定的なものではなく、不純物原子としてはたとえばｐ型
微結晶シリコンにおいてはアルミニウム等でもよく、ま
た微結晶シリコンカーバイドや微結晶シリコンゲルマニ
ウム等の合金材料の層を用いてもよい。
【００１５】１導電型層２０４の成膜工程としては、一
般的に用いられているＲＦからＶＨＦの周波数帯の放電
電力によるプラズマＣＶＤ法の他に、ＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法、またはこれらの組合せなどが用いられ得る。成
膜用原料ガスとしては、モノシラン等の水素化シラン系
ガスの他に、四フッ化ケイ素、ジクロルシラン等のハロ
ゲン系ガスも用いられ得る。また、ドーパントガスとし
ては、たとえばジボランやホスフィン等が用いられ得
る。さらに、これらのガスに加えて、水素ガス、および
／またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガスが
希釈ガスやキャリアガスとして混合される場合もある。
般的に用いられているＲＦからＶＨＦの周波数帯の放電
電力によるプラズマＣＶＤ法の他に、ＥＣＲプラズマＣ
ＶＤ法、またはこれらの組合せなどが用いられ得る。成
膜用原料ガスとしては、モノシラン等の水素化シラン系
ガスの他に、四フッ化ケイ素、ジクロルシラン等のハロ
ゲン系ガスも用いられ得る。また、ドーパントガスとし
ては、たとえばジボランやホスフィン等が用いられ得
る。さらに、これらのガスに加えて、水素ガス、および
／またはヘリウム、ネオン、アルゴン等の不活性ガスが
希釈ガスやキャリアガスとして混合される場合もある。
【００１６】ここで、ＲＦプラズマＣＶＤ法によるｎ型
微結晶シリコン層２０４の形成の場合を１具体例として
説明すれば、基板温度は５０℃以上で５５０℃以下の範
囲内に設定される。また、反応室内圧力は０．０５〜１
０．０Ｔｏｒｒの範囲内にあり、放電パワーは５〜５０
０ｍＷ／ｃｍ2 の範囲内にある。原料ガスにはシランが
用いられて、ドーピングガスにはホスフィンが用いら
れ、このときのシランガスに対するホスフィンガスの混
合率は０．０２〜１０％の範囲内にあることが好まし
い。
微結晶シリコン層２０４の形成の場合を１具体例として
説明すれば、基板温度は５０℃以上で５５０℃以下の範
囲内に設定される。また、反応室内圧力は０．０５〜１
０．０Ｔｏｒｒの範囲内にあり、放電パワーは５〜５０
０ｍＷ／ｃｍ2 の範囲内にある。原料ガスにはシランが
用いられて、ドーピングガスにはホスフィンが用いら
れ、このときのシランガスに対するホスフィンガスの混
合率は０．０２〜１０％の範囲内にあることが好まし
い。
【００１７】このような成膜条件の範囲内において、ガ
ラス等の基板上に直接堆積されたｎ型微結晶シリコン膜
が１００ｎｍ以上の膜厚でバルクと同様な構造を有する
ときに次のような範囲内の物性値を示すような成膜条件
に設定される。すなわち、その膜中の導電型決定不純物
濃度は好ましくは０．０５原子％から９原子％の範囲内
であって、より好ましくは０．１原子％から５原子％の
範囲内にあり、また、その体積結晶化分率は１０％以上
で８０％以下の範囲内にあることが好ましい。
ラス等の基板上に直接堆積されたｎ型微結晶シリコン膜
が１００ｎｍ以上の膜厚でバルクと同様な構造を有する
ときに次のような範囲内の物性値を示すような成膜条件
に設定される。すなわち、その膜中の導電型決定不純物
濃度は好ましくは０．０５原子％から９原子％の範囲内
であって、より好ましくは０．１原子％から５原子％の
範囲内にあり、また、その体積結晶化分率は１０％以上
で８０％以下の範囲内にあることが好ましい。
【００１８】ここで示したバルク状構造のときの物性値
は、実際の光電変換装置において同一の成膜条件で形成
された導電型微結晶シリコン薄膜２０４のそれらとは絶
対値が多少異なるものと思われる。しかし、実際の導電
型微結晶シリコン薄膜２０４の物性値を正確に評価する
のは困難であり、またはかなり高度な評価方法を必要と
するので、上述のようにバルク状構造時の物性値で相対
的に評価することとした。しかし、両者の物性値間に密
接な相関性があることは容易に類推できるであろう。
は、実際の光電変換装置において同一の成膜条件で形成
された導電型微結晶シリコン薄膜２０４のそれらとは絶
対値が多少異なるものと思われる。しかし、実際の導電
型微結晶シリコン薄膜２０４の物性値を正確に評価する
のは困難であり、またはかなり高度な評価方法を必要と
するので、上述のようにバルク状構造時の物性値で相対
的に評価することとした。しかし、両者の物性値間に密
接な相関性があることは容易に類推できるであろう。
【００１９】薄膜光電変換装置において形成される１導
電型微結晶シリコン膜２０４は通常１００ｎｍ以下の薄
さであり、そのような薄さの領域では膜の結晶化率の膜
厚依存性が顕著になり、薄いほど結晶化率が低下する。
このような事実を利用することによって、１導電型微結
晶シリコン系薄膜２０４の結晶化率をその膜厚によって
制御することができる。本発明によるシリコン系薄膜光
電変換装置における１導電型微結晶シリコン系薄膜２０
４の厚さは１ｎｍ以上で３０ｎｍ以下の範囲内に設定さ
れ、より好ましくは１ｎｍ以上で１０ｎｍ未満の範囲内
に設定される。
電型微結晶シリコン膜２０４は通常１００ｎｍ以下の薄
さであり、そのような薄さの領域では膜の結晶化率の膜
厚依存性が顕著になり、薄いほど結晶化率が低下する。
このような事実を利用することによって、１導電型微結
晶シリコン系薄膜２０４の結晶化率をその膜厚によって
制御することができる。本発明によるシリコン系薄膜光
電変換装置における１導電型微結晶シリコン系薄膜２０
４の厚さは１ｎｍ以上で３０ｎｍ以下の範囲内に設定さ
れ、より好ましくは１ｎｍ以上で１０ｎｍ未満の範囲内
に設定される。
【００２０】下地となる１導電型半導体層２０４上に
は、光電変換層２０５として、結晶質を含むシリコン系
薄膜がプラズマＣＶＤ法によって５５０℃以下の下地温
度のもとで形成される。この光電変換層２０５として
は、ノンドープのｉ型多結晶シリコン薄膜や体積結晶化
分率８０％以上のｉ型微結晶シリコン薄膜、あるいは微
量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を
十分に備えている結晶質シリコン系薄膜が使用され得
る。また、光電変換層２０５はこれらに限定されず、合
金材料であるシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウ
ム等の膜を用いてもよい。
は、光電変換層２０５として、結晶質を含むシリコン系
薄膜がプラズマＣＶＤ法によって５５０℃以下の下地温
度のもとで形成される。この光電変換層２０５として
は、ノンドープのｉ型多結晶シリコン薄膜や体積結晶化
分率８０％以上のｉ型微結晶シリコン薄膜、あるいは微
量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を
十分に備えている結晶質シリコン系薄膜が使用され得
る。また、光電変換層２０５はこれらに限定されず、合
金材料であるシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウ
ム等の膜を用いてもよい。
【００２１】光電変換層２０５の膜厚は０．５〜２０μ
ｍの範囲内に設定され、結晶質を含むシリコン系薄膜光
電変換層として必要かつ十分な厚さである。光電変換層
２０５は５５０℃以下という低温で形成されるので、結
晶粒界や粒内における欠陥を終端または不活性化させる
水素原子を多く含み、その水素含有量は０．１〜３０原
子％の範囲内にある。
ｍの範囲内に設定され、結晶質を含むシリコン系薄膜光
電変換層として必要かつ十分な厚さである。光電変換層
２０５は５５０℃以下という低温で形成されるので、結
晶粒界や粒内における欠陥を終端または不活性化させる
水素原子を多く含み、その水素含有量は０．１〜３０原
子％の範囲内にある。
【００２２】シリコン系薄膜光電変換層２０５に含まれ
る結晶粒の多くは、下地層から上方に柱状に延びて成長
している。それらの多くの結晶粒は膜面に平行に（１１
０）の優先結晶配向面を有し、Ｘ線回折で求めた（２２
０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比
が１／５以下である。
る結晶粒の多くは、下地層から上方に柱状に延びて成長
している。それらの多くの結晶粒は膜面に平行に（１１
０）の優先結晶配向面を有し、Ｘ線回折で求めた（２２
０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比
が１／５以下である。
【００２３】光電変換層２０５上には、その下地層２０
４とは逆タイプの導電型半導体層２０６としてのシリコ
ン系薄膜がプラズマＣＶＤ法によって堆積される。この
逆導電型シリコン系薄膜２０６としては、たとえば導電
型決定不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ド
ープされたｐ型シリコン薄膜、またはリンが０．０１原
子％以上ドープされたｎ型シリコン薄膜などが用いられ
得る。しかし、逆導電型半導体層２０６についてのこれ
らの条件は限定的なものではなく、不純物原子としては
たとえばｐ型シリコンにおいてはアルミニウム等でもよ
く、またシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等
の合金材料の膜を用いてもよい。なお、逆導電型シリコ
ン系薄膜２０６は多結晶、微結晶または非晶質のいずれ
でもよく、その膜厚は３〜１００ｎｍの範囲内に設定さ
れ、より好ましくは５〜５０ｎｍの範囲内に設定され
る。
４とは逆タイプの導電型半導体層２０６としてのシリコ
ン系薄膜がプラズマＣＶＤ法によって堆積される。この
逆導電型シリコン系薄膜２０６としては、たとえば導電
型決定不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ド
ープされたｐ型シリコン薄膜、またはリンが０．０１原
子％以上ドープされたｎ型シリコン薄膜などが用いられ
得る。しかし、逆導電型半導体層２０６についてのこれ
らの条件は限定的なものではなく、不純物原子としては
たとえばｐ型シリコンにおいてはアルミニウム等でもよ
く、またシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等
の合金材料の膜を用いてもよい。なお、逆導電型シリコ
ン系薄膜２０６は多結晶、微結晶または非晶質のいずれ
でもよく、その膜厚は３〜１００ｎｍの範囲内に設定さ
れ、より好ましくは５〜５０ｎｍの範囲内に設定され
る。
【００２４】光電変換ユニット２１１上には、ＩＴＯ、
ＳｎＯ2 、ＺｎＯ等から選択された少なくとも１以上の
層からなる透明導電性酸化膜２０７が形成され、さらに
この上にグリッド電極としてＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、
Ｐｔ等から選択された少なくとも１以上の金属またはこ
れらの合金の層を含む櫛形状の金属電極２０８がスパッ
タ法または蒸着法により形成され、これによって図１に
示されているような光電変換装置が完成する。
ＳｎＯ2 、ＺｎＯ等から選択された少なくとも１以上の
層からなる透明導電性酸化膜２０７が形成され、さらに
この上にグリッド電極としてＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、
Ｐｔ等から選択された少なくとも１以上の金属またはこ
れらの合金の層を含む櫛形状の金属電極２０８がスパッ
タ法または蒸着法により形成され、これによって図１に
示されているような光電変換装置が完成する。
【００２５】図２は、本発明の第２の実施の形態による
タンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視
図で図解している。図２のタンデム型光電変換装置にお
いては、図１の場合と同様に基板４０１上の複数の層４
０２〜４０６が、図１の基板２０１上の複数の層２０２
〜２０６に対応して同様に形成される。
タンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を模式的な斜視
図で図解している。図２のタンデム型光電変換装置にお
いては、図１の場合と同様に基板４０１上の複数の層４
０２〜４０６が、図１の基板２０１上の複数の層２０２
〜２０６に対応して同様に形成される。
【００２６】しかし、図２のタンデム型光電変換装置に
おいては、第１の光電変換ユニット４１１上に重ねて第
２の光電変換ユニット４１２がさらに形成される。第２
の光電変換ユニット４１２は、第１の光電変換ユニット
４１１上に順次積層された１導電型の微結晶または非晶
質のシリコン系薄膜４１３、実質的に真正半導体である
非晶質シリコン系薄膜光電変換層４１４、および逆導電
型の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜４１５を含ん
でいる。
おいては、第１の光電変換ユニット４１１上に重ねて第
２の光電変換ユニット４１２がさらに形成される。第２
の光電変換ユニット４１２は、第１の光電変換ユニット
４１１上に順次積層された１導電型の微結晶または非晶
質のシリコン系薄膜４１３、実質的に真正半導体である
非晶質シリコン系薄膜光電変換層４１４、および逆導電
型の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜４１５を含ん
でいる。
【００２７】第２の光電変換ユニット４１２上には、前
面透明電極４０７および櫛形状金属電極４０８が図１中
の対応する要素２０７および２０８と同様に形成され、
これによって図２のタンデム型光電変換装置が完成す
る。
面透明電極４０７および櫛形状金属電極４０８が図１中
の対応する要素２０７および２０８と同様に形成され、
これによって図２のタンデム型光電変換装置が完成す
る。
【００２８】図３は、本発明の第３の実施の態様による
ガラス基板側光入射タイプのタンデム型シリコン系薄膜
光電変換装置を模式的な斜視図で図解している。この図
３の光電変換装置においては、まず透明基板６０１上に
図２中の透明導電層４０７に対応する層６０７が形成さ
れる。そして、この透明導電層６０７上には、図２中の
複数の層４０２〜４０６と４１３〜４１５にそれぞれ対
応する複数の層６０２〜６０６と６１３〜６１５が積層
順序を逆にして堆積される。また、図３中の実質的にｉ
型の非晶質シリコン系薄膜６１４は図２中の薄膜４１４
に対応する。図３と図２において対応する各層は、それ
ぞれ対応する同様の条件で形成され得る。
ガラス基板側光入射タイプのタンデム型シリコン系薄膜
光電変換装置を模式的な斜視図で図解している。この図
３の光電変換装置においては、まず透明基板６０１上に
図２中の透明導電層４０７に対応する層６０７が形成さ
れる。そして、この透明導電層６０７上には、図２中の
複数の層４０２〜４０６と４１３〜４１５にそれぞれ対
応する複数の層６０２〜６０６と６１３〜６１５が積層
順序を逆にして堆積される。また、図３中の実質的にｉ
型の非晶質シリコン系薄膜６１４は図２中の薄膜４１４
に対応する。図３と図２において対応する各層は、それ
ぞれ対応する同様の条件で形成され得る。
【００２９】また、本発明のさらに他の実施の形態によ
る光電変換装置として、結晶質光電変換層を含む光電変
換ユニットと非晶質光電変換層を含む光電変換ユニット
との少なくとも一方のユニットを複数含む多段のタンデ
ム型光電変換装置も可能であることは言うまでもない。
る光電変換装置として、結晶質光電変換層を含む光電変
換ユニットと非晶質光電変換層を含む光電変換ユニット
との少なくとも一方のユニットを複数含む多段のタンデ
ム型光電変換装置も可能であることは言うまでもない。
【００３０】
【実施例】以下において、本発明のいくつかの実施例に
よるシリコン系薄膜光電変換装置としてのシリコン系薄
膜太陽電池が、比較例による太陽電池とともに説明され
る。
よるシリコン系薄膜光電変換装置としてのシリコン系薄
膜太陽電池が、比較例による太陽電池とともに説明され
る。
【００３１】（実施例１）図１の実施の形態に対応し
て、実施例１としての結晶質シリコン薄膜太陽電池が作
製された。まず、ガラス基板２０１上に、裏面電極２１
０として、厚さ３００ｎｍのＡｇ膜２０２とその上の厚
さ１００ｎｍのＺｎＯ膜２０３のそれぞれがスパッタ法
にて形成された。裏面電極２１０上には、厚さ５ｎｍで
リンドープされたｎ型微結晶シリコン層２０４、厚さ３
μｍでノンドープの多結晶シリコン光電変換層２０５、
および厚さ１５ｎｍでボロンドープされたｐ型微結晶シ
リコン層２０６がそれぞれプラズマＣＶＤ法により成膜
され、ｎｉｐ光電変換ユニット２１１が形成された。光
電変換ユニット２１１上には、前面電極２０７として、
厚さ８０ｎｍの透明導電性ＩＴＯ膜がスパッタ法にて堆
積され、その上に電流取出のための櫛形Ａｇ電極２０８
が蒸着法にて形成された。
て、実施例１としての結晶質シリコン薄膜太陽電池が作
製された。まず、ガラス基板２０１上に、裏面電極２１
０として、厚さ３００ｎｍのＡｇ膜２０２とその上の厚
さ１００ｎｍのＺｎＯ膜２０３のそれぞれがスパッタ法
にて形成された。裏面電極２１０上には、厚さ５ｎｍで
リンドープされたｎ型微結晶シリコン層２０４、厚さ３
μｍでノンドープの多結晶シリコン光電変換層２０５、
および厚さ１５ｎｍでボロンドープされたｐ型微結晶シ
リコン層２０６がそれぞれプラズマＣＶＤ法により成膜
され、ｎｉｐ光電変換ユニット２１１が形成された。光
電変換ユニット２１１上には、前面電極２０７として、
厚さ８０ｎｍの透明導電性ＩＴＯ膜がスパッタ法にて堆
積され、その上に電流取出のための櫛形Ａｇ電極２０８
が蒸着法にて形成された。
【００３２】ｎ型微結晶シリコン層２０４は、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ法により、以下に示す条件にて堆積された。
すなわち、反応ガスの流量としては、シランが５ｓｃｃ
ｍ、水素が２００ｓｃｃｍ、そしてホスフィンが０．０
５ｓｃｃｍであり、反応室内圧力は１Ｔｏｒｒに設定さ
れた。また、ＲＦパワー密度は１５０ｍＷ／ｃｍ2 であ
り、成膜温度は２００℃であった。これと同一の成膜条
件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｎ型
微結晶シリコン膜において、その体積結晶化分率は４０
％であり、２次イオン質量分析法により求めたリン含有
量は１．０原子％であった。
ズマＣＶＤ法により、以下に示す条件にて堆積された。
すなわち、反応ガスの流量としては、シランが５ｓｃｃ
ｍ、水素が２００ｓｃｃｍ、そしてホスフィンが０．０
５ｓｃｃｍであり、反応室内圧力は１Ｔｏｒｒに設定さ
れた。また、ＲＦパワー密度は１５０ｍＷ／ｃｍ2 であ
り、成膜温度は２００℃であった。これと同一の成膜条
件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｎ型
微結晶シリコン膜において、その体積結晶化分率は４０
％であり、２次イオン質量分析法により求めたリン含有
量は１．０原子％であった。
【００３３】さらに、このｎ型微結晶シリコン層２０４
上に形成される多結晶シリコン光電変換層２０５は、成
膜温度４００℃のもとでＲＦプラズマＣＶＤ法により堆
積された。多結晶シリコン光電変換層２０５において、
２次イオン質量分析法から求めた水素含有量は１．５原
子％であり、Ｘ線回折における（２２０）回折ピークに
対する（１１１）回折ピークの強度比は０．０３７であ
った。
上に形成される多結晶シリコン光電変換層２０５は、成
膜温度４００℃のもとでＲＦプラズマＣＶＤ法により堆
積された。多結晶シリコン光電変換層２０５において、
２次イオン質量分析法から求めた水素含有量は１．５原
子％であり、Ｘ線回折における（２２０）回折ピークに
対する（１１１）回折ピークの強度比は０．０３７であ
った。
【００３４】この実施例１の太陽電池に入射光２０９と
してＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で照射
したときの出力特性においては、開放端電圧が０．５４
４Ｖ、短絡電流密度が２７．２ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
が７４．４％、そして変換効率が１１．０％であった。
してＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2 の光量で照射
したときの出力特性においては、開放端電圧が０．５４
４Ｖ、短絡電流密度が２７．２ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
が７４．４％、そして変換効率が１１．０％であった。
【００３５】（実施例２〜７および比較例１〜２）実施
例２〜７および比較例１〜２による結晶質シリコン薄膜
太陽電池は実施例１と同様に作製されたものであり、微
結晶シリコン系導電型薄膜層２０４の不純物濃度が種々
に変化させられたことのみにおいて異なっている。すな
わち、これらの実施例と比較例において、ｎ型微結晶シ
リコン層２０４はそのリン含有率が種々に変化させられ
ているが、５ｎｍの厚さを有し、それと同一の成膜条件
でガラス基板上に直接３００ｎｍの厚さに堆積されたｎ
型微結晶シリコン膜の体積結晶化分率が４０％である。
このとき、ｎ型微結晶シリコン層２０４のリン含有量
は、その成膜時の原料ガス中でシランに対するホスフィ
ンの混合比を変えることなどによって制御された。
例２〜７および比較例１〜２による結晶質シリコン薄膜
太陽電池は実施例１と同様に作製されたものであり、微
結晶シリコン系導電型薄膜層２０４の不純物濃度が種々
に変化させられたことのみにおいて異なっている。すな
わち、これらの実施例と比較例において、ｎ型微結晶シ
リコン層２０４はそのリン含有率が種々に変化させられ
ているが、５ｎｍの厚さを有し、それと同一の成膜条件
でガラス基板上に直接３００ｎｍの厚さに堆積されたｎ
型微結晶シリコン膜の体積結晶化分率が４０％である。
このとき、ｎ型微結晶シリコン層２０４のリン含有量
は、その成膜時の原料ガス中でシランに対するホスフィ
ンの混合比を変えることなどによって制御された。
【００３６】これらの実施例２〜７および比較例１〜２
について、多結晶シリコン光電変換層２０５においてＸ
線回折で求めた（２２０）回折ピークに対する（１１
１）回折ピークの強度比、および実施例１と同一の光照
射条件における太陽電池の光電変換特性として、表１に
示されているような結果が得られた。なお、表１におい
ては、実施例１についての結果も併記されている。
について、多結晶シリコン光電変換層２０５においてＸ
線回折で求めた（２２０）回折ピークに対する（１１
１）回折ピークの強度比、および実施例１と同一の光照
射条件における太陽電池の光電変換特性として、表１に
示されているような結果が得られた。なお、表１におい
ては、実施例１についての結果も併記されている。
【００３７】
【表１】
【００３８】表１からわかるように、比較例１のように
ｎ型微結晶シリコン層２０４においてリン含有量が少な
い場合には、その導電型層としての機能が不足し、太陽
電池の開放端電圧が低下して変換効率が低くなる。他
方、比較例２のようにｎ型層２０４中のリン含有量が多
すぎる場合には、光電変換層２０５内へ拡散して混入す
るリン原子の量が増加し、その影響で太陽電池の短絡電
流密度が減少する。
ｎ型微結晶シリコン層２０４においてリン含有量が少な
い場合には、その導電型層としての機能が不足し、太陽
電池の開放端電圧が低下して変換効率が低くなる。他
方、比較例２のようにｎ型層２０４中のリン含有量が多
すぎる場合には、光電変換層２０５内へ拡散して混入す
るリン原子の量が増加し、その影響で太陽電池の短絡電
流密度が減少する。
【００３９】図４においては実施例１の結晶質シリコン
薄膜太陽電池における分光感度スペクトルが比較例２の
ものと比較して示されている。図４のグラフにおいて、
横軸は光の波長（ｎｍ）を表わし、縦軸は太陽電池の収
集効率を表わしている。そして、曲線４Ａは実施例１に
おける特性を表わし、曲線４Ｂは比較例２における特性
を表わしている。図４からわかるように、実施例１にお
いては７００ｎｍ以上の長波長領域での感度が比較例２
の場合に比べて増大している。これは、リン原子の拡散
の影響により、光電変換層２０５のうちのｎ型層２０４
に近い部分が非発電領域になってしまうという現象が抑
制されたことによると考えられる。
薄膜太陽電池における分光感度スペクトルが比較例２の
ものと比較して示されている。図４のグラフにおいて、
横軸は光の波長（ｎｍ）を表わし、縦軸は太陽電池の収
集効率を表わしている。そして、曲線４Ａは実施例１に
おける特性を表わし、曲線４Ｂは比較例２における特性
を表わしている。図４からわかるように、実施例１にお
いては７００ｎｍ以上の長波長領域での感度が比較例２
の場合に比べて増大している。これは、リン原子の拡散
の影響により、光電変換層２０５のうちのｎ型層２０４
に近い部分が非発電領域になってしまうという現象が抑
制されたことによると考えられる。
【００４０】表１中の実施例および比較例から、太陽電
池としての特性向上のためには、ｎ型微結晶シリコン層
２０４中の不純物含有量が０．０５原子％から９原子％
の範囲内にあることが好ましく、０．１原子％から５原
子％の範囲内にあることがより好ましいことがわかる。
池としての特性向上のためには、ｎ型微結晶シリコン層
２０４中の不純物含有量が０．０５原子％から９原子％
の範囲内にあることが好ましく、０．１原子％から５原
子％の範囲内にあることがより好ましいことがわかる。
【００４１】（実施例８〜１２および比較例３〜４）実
施例８〜１２および比較例３〜４による太陽電池も実施
例１と同様に作製されたものであり、微結晶シリコン系
導電型薄膜層２０４の膜厚が種々に変化させられたこと
のみにおいて異なっている。これらの実施例と比較例に
ついて、多結晶シリコン光電変換層２０５においてＸ線
回折で求めた（２２０）回折ピークに対する（１１１）
回折ピークの強度比、および太陽電池の光電変換特性と
して、表２に示されているような結果が得られた。な
お、表２においても、実施例１の結果も併記されてい
る。
施例８〜１２および比較例３〜４による太陽電池も実施
例１と同様に作製されたものであり、微結晶シリコン系
導電型薄膜層２０４の膜厚が種々に変化させられたこと
のみにおいて異なっている。これらの実施例と比較例に
ついて、多結晶シリコン光電変換層２０５においてＸ線
回折で求めた（２２０）回折ピークに対する（１１１）
回折ピークの強度比、および太陽電池の光電変換特性と
して、表２に示されているような結果が得られた。な
お、表２においても、実施例１の結果も併記されてい
る。
【００４２】
【表２】
【００４３】表２からわかるように、比較例３のように
ｎ型微結晶シリコン層２０４の膜厚が１ｎｍより薄い場
合には、そのｎ型層２０４において導電型層や結晶化制
御用下地層としての機能が不足し、光電変換層２０５の
結晶配向性および太陽電池の開放端電圧が低下するため
に変換効率が低くなる。他方、比較例４のようにｎ型層
２０４が厚すぎる場合には、そのｎ型層の結晶化率が高
くなるので光電変換層２０５を成長させる際の結晶核発
生密度が多くなりすぎて（１１０）面配向性が悪くな
り、また光電変換層２０５内へ拡散して混入する不純物
であるリン原子の量も増加する。したがって、比較例４
の場合も変換効率が低下する。表２に示された実施例お
よび比較例から、太陽電池としての特性向上のために
は、ｎ型微結晶シリコン層２０４の膜厚が１ｎｍから３
０ｎｍの範囲内にあることが好ましく、１ｎｍから１０
ｎｍの範囲内にあることがさらに好ましいことがわか
る。
ｎ型微結晶シリコン層２０４の膜厚が１ｎｍより薄い場
合には、そのｎ型層２０４において導電型層や結晶化制
御用下地層としての機能が不足し、光電変換層２０５の
結晶配向性および太陽電池の開放端電圧が低下するため
に変換効率が低くなる。他方、比較例４のようにｎ型層
２０４が厚すぎる場合には、そのｎ型層の結晶化率が高
くなるので光電変換層２０５を成長させる際の結晶核発
生密度が多くなりすぎて（１１０）面配向性が悪くな
り、また光電変換層２０５内へ拡散して混入する不純物
であるリン原子の量も増加する。したがって、比較例４
の場合も変換効率が低下する。表２に示された実施例お
よび比較例から、太陽電池としての特性向上のために
は、ｎ型微結晶シリコン層２０４の膜厚が１ｎｍから３
０ｎｍの範囲内にあることが好ましく、１ｎｍから１０
ｎｍの範囲内にあることがさらに好ましいことがわか
る。
【００４４】（実施例１３〜１５および比較例５〜６）
さらに、実施例１３〜１５および比較例５〜６による太
陽電池も実施例１と同様に作製されたものであり、微結
晶シリコン系導電型薄膜層２０４の体積結晶化分率が種
々に変化させられたことのみにおいて異なっている。す
なわち、これらの実施例と比較例において、ｎ型微結晶
シリコン層２０４はその膜厚が５ｎｍにされかつリン含
有量が１原子％になるように成長させられたが、その成
膜条件はガラス基板上に直接３００ｎｍの厚さに堆積さ
れたｎ型微結晶シリコン膜の体積結晶化分率が種々に変
化させられるようなものであった。このとき、ｎ型微結
晶シリコン層２０４の体積結晶化分率はその成膜時の原
料ガス中でシランに対する水素の混合比および下地温度
等を変えることによって制御された。これらの実施例１
３〜１５および比較例５〜６について、多結晶シリコン
光電変換層２０５においてＸ線回折で求めた（２２０）
回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比、お
よび太陽電池の光電変換特性として、表３に示されてい
るような結果が得られた。なお、表３においても、実施
例１の結果も併記されている。
さらに、実施例１３〜１５および比較例５〜６による太
陽電池も実施例１と同様に作製されたものであり、微結
晶シリコン系導電型薄膜層２０４の体積結晶化分率が種
々に変化させられたことのみにおいて異なっている。す
なわち、これらの実施例と比較例において、ｎ型微結晶
シリコン層２０４はその膜厚が５ｎｍにされかつリン含
有量が１原子％になるように成長させられたが、その成
膜条件はガラス基板上に直接３００ｎｍの厚さに堆積さ
れたｎ型微結晶シリコン膜の体積結晶化分率が種々に変
化させられるようなものであった。このとき、ｎ型微結
晶シリコン層２０４の体積結晶化分率はその成膜時の原
料ガス中でシランに対する水素の混合比および下地温度
等を変えることによって制御された。これらの実施例１
３〜１５および比較例５〜６について、多結晶シリコン
光電変換層２０５においてＸ線回折で求めた（２２０）
回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比、お
よび太陽電池の光電変換特性として、表３に示されてい
るような結果が得られた。なお、表３においても、実施
例１の結果も併記されている。
【００４５】
【表３】
【００４６】表３からわかるように、ｎ型微結晶シリコ
ン層２０４の体積結晶化分率が１０％未満の場合には、
そのｎ型層２０４において導電型層や結晶化制御用下地
層としての機能が不足し、光電変換層２０５の結晶配向
性が低下する。特に、比較例５のようにｎ型層２０４の
結晶化分率が０％、すなわちそれが完全な非晶質膜であ
る場合、変換効率が大幅に低下する。他方、比較例６の
ようにｎ型微結晶シリコン層２０４の体積結晶化分率が
高すぎる場合には、光電変換層２０５を成長させる際の
結晶核発生密度が多すぎて（１１０）面配向性が悪くな
り、この場合にも変換効率が低下する。表３に示された
実施例および比較例から、太陽電池としての特性向上の
ためには、ガラス基板上に直接３００ｎｍの厚さに堆積
した場合の体積結晶化分率が１０％以上で８０％以下の
範囲内になるようなｎ型微結晶シリコン層２０４の成膜
条件を用いることが望ましいことがわかる。
ン層２０４の体積結晶化分率が１０％未満の場合には、
そのｎ型層２０４において導電型層や結晶化制御用下地
層としての機能が不足し、光電変換層２０５の結晶配向
性が低下する。特に、比較例５のようにｎ型層２０４の
結晶化分率が０％、すなわちそれが完全な非晶質膜であ
る場合、変換効率が大幅に低下する。他方、比較例６の
ようにｎ型微結晶シリコン層２０４の体積結晶化分率が
高すぎる場合には、光電変換層２０５を成長させる際の
結晶核発生密度が多すぎて（１１０）面配向性が悪くな
り、この場合にも変換効率が低下する。表３に示された
実施例および比較例から、太陽電池としての特性向上の
ためには、ガラス基板上に直接３００ｎｍの厚さに堆積
した場合の体積結晶化分率が１０％以上で８０％以下の
範囲内になるようなｎ型微結晶シリコン層２０４の成膜
条件を用いることが望ましいことがわかる。
【００４７】（実施例１６）図２の実施の形態に対応し
て、タンデム型太陽電池が実施例１６として作製され
た。この実施例１６の太陽電池においては、要素４０１
〜４０６が実施例１の対応する要素２０１〜２０６と同
様に形成された。しかし、この実施例１６においては、
第１の光電変換ユニット４１１上に、さらに非晶質シリ
コン光電変換ユニット４１２が積層された。この第２の
光電変換ユニット４１２は、それぞれが非晶質のｎ層４
１３、ｉ層４１４、およびｐ層４１５を含んでいる。非
晶質光電変換層４１４の厚さは、０．３５μｍにされ
た。このような第２の光電変換ユニット４１２上に前面
透明電極４０７および櫛形金属電極４０８を実施例１の
対応する要素２０７および２０８と同様に形成すること
によって、図２に示されているような実施例１６のタン
デム型太陽電池が作製された。
て、タンデム型太陽電池が実施例１６として作製され
た。この実施例１６の太陽電池においては、要素４０１
〜４０６が実施例１の対応する要素２０１〜２０６と同
様に形成された。しかし、この実施例１６においては、
第１の光電変換ユニット４１１上に、さらに非晶質シリ
コン光電変換ユニット４１２が積層された。この第２の
光電変換ユニット４１２は、それぞれが非晶質のｎ層４
１３、ｉ層４１４、およびｐ層４１５を含んでいる。非
晶質光電変換層４１４の厚さは、０．３５μｍにされ
た。このような第２の光電変換ユニット４１２上に前面
透明電極４０７および櫛形金属電極４０８を実施例１の
対応する要素２０７および２０８と同様に形成すること
によって、図２に示されているような実施例１６のタン
デム型太陽電池が作製された。
【００４８】このような実施例１６による非晶質シリコ
ン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型太陽電池に
対して入射光４０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ
／ｃｍ2 の光量で照射したときの出力特性においては、
開放端電圧が１．４０Ｖ、短絡電流密度が１３．０ｍＡ
／ｃｍ2 、曲線因子が７３．３％、そして変換効率が１
３．３％であった。
ン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型太陽電池に
対して入射光４０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ
／ｃｍ2 の光量で照射したときの出力特性においては、
開放端電圧が１．４０Ｖ、短絡電流密度が１３．０ｍＡ
／ｃｍ2 、曲線因子が７３．３％、そして変換効率が１
３．３％であった。
【００４９】（実施例１７）図３の実施の形態に対応し
て、ガラス基板側光入射タイプのタンデム型太陽電池が
実施例１７として作製された。この実施例１７の太陽電
池においては、まずガラス等の透明基板６０１上に図２
中の透明導電層４０７に対応するＳｎＯ2 層６０７が形
成された。そして、この透明導電層６０７上には、図２
中の複数の層４０２〜４０６と４１３〜４１５にそれぞ
れ対応する複数の層６０２〜６０６と６１３〜６１５が
積層順序を逆にして堆積された。このとき、ｐ型微結晶
シリコン層６０６が次に述べる条件で形成されたことを
除けば、この実施例１７中の各層６０２〜６０６と６１
３〜６１５は実施例１６中の対応する各層４０２〜４０
６と４１３〜４１５に準じて同様に形成された。
て、ガラス基板側光入射タイプのタンデム型太陽電池が
実施例１７として作製された。この実施例１７の太陽電
池においては、まずガラス等の透明基板６０１上に図２
中の透明導電層４０７に対応するＳｎＯ2 層６０７が形
成された。そして、この透明導電層６０７上には、図２
中の複数の層４０２〜４０６と４１３〜４１５にそれぞ
れ対応する複数の層６０２〜６０６と６１３〜６１５が
積層順序を逆にして堆積された。このとき、ｐ型微結晶
シリコン層６０６が次に述べる条件で形成されたことを
除けば、この実施例１７中の各層６０２〜６０６と６１
３〜６１５は実施例１６中の対応する各層４０２〜４０
６と４１３〜４１５に準じて同様に形成された。
【００５０】ｐ型微結晶シリコン層６０６は、プラズマ
ＣＶＤ法によって２００℃の下地温度のもとで９ｎｍの
厚さに堆積された。これと同一の成膜条件でガラス基板
上に直接３００ｎｍの厚さに堆積したｐ型微結晶シリコ
ン膜の体積結晶化分率は６０％であり、２次イオン質量
分析法で求めたボロンの含有量は１．５原子％であっ
た。このようなｐ型微結晶シリコン層６０６を下地とし
て形成された多結晶シリコン光電変換層６０５におい
て、２次イオン質量分析法で求めた水素含有量は３．５
原子％であり、Ｘ線回折で求めた（２２０）回折ピーク
に対する（１１１）回折ピークの強度比は０．０６６で
あった。
ＣＶＤ法によって２００℃の下地温度のもとで９ｎｍの
厚さに堆積された。これと同一の成膜条件でガラス基板
上に直接３００ｎｍの厚さに堆積したｐ型微結晶シリコ
ン膜の体積結晶化分率は６０％であり、２次イオン質量
分析法で求めたボロンの含有量は１．５原子％であっ
た。このようなｐ型微結晶シリコン層６０６を下地とし
て形成された多結晶シリコン光電変換層６０５におい
て、２次イオン質量分析法で求めた水素含有量は３．５
原子％であり、Ｘ線回折で求めた（２２０）回折ピーク
に対する（１１１）回折ピークの強度比は０．０６６で
あった。
【００５１】このような実施例１７による非晶質シリコ
ン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型太陽電池に
対して入射光６０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ
／ｃｍ2 の光量で照射したときの出力特性においては、
開放端電圧が１．４０Ｖ、短絡電流密度が１３．１ｍＡ
／ｃｍ2 、曲線因子が７６．０％、そして変換効率が１
３．９％であった。
ン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型太陽電池に
対して入射光６０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ
／ｃｍ2 の光量で照射したときの出力特性においては、
開放端電圧が１．４０Ｖ、短絡電流密度が１３．１ｍＡ
／ｃｍ2 、曲線因子が７６．０％、そして変換効率が１
３．９％であった。
【００５２】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、結晶質
を含むシリコン系光電変換層を高品質化することがで
き、それによってシリコン系薄膜光電変換装置の高性能
化に大きく貢献することができる。
を含むシリコン系光電変換層を高品質化することがで
き、それによってシリコン系薄膜光電変換装置の高性能
化に大きく貢献することができる。
【図１】本発明の第１の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。
ン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。
ン系薄膜光電変換装置を示す模式的な斜視図である。
【図３】本発明の第３の実施の形態による非晶質シリコ
ン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型光電変換装
置を示す模式的な斜視図である。
ン薄膜／結晶質シリコン薄膜型のタンデム型光電変換装
置を示す模式的な斜視図である。
【図４】本発明の実施例１と比較例２の太陽電池におけ
る分光感度特性を示すグラフである。
る分光感度特性を示すグラフである。
２０１、４０１、６０１：ガラス等の基板 ２０２、４０２、６０２：Ａｇ等の膜 ２０３、４０３、６０３：ＺｎＯ等の膜 ２０４、４０４、６０４：１導電型微結晶シリコン層 ２０５、４０５、６０５：結晶質シリコン光電変換層 ２０６、４０６、６０６：逆導電型微結晶シリコン層 ２０７、４０７、６０７：ＩＴＯ等の透明導電膜 ２０８、４０８：Ａｇ等の櫛形電極 ２０９、４０９、６０９：照射光 ２１０、４１０、６１０：裏面電極 ２１１、４１１、６１１：結晶質シリコン光電変換ユニ
ット ４１２、６１２：非晶質シリコン光電変換ユニット
ット ４１２、６１２：非晶質シリコン光電変換ユニット
Claims (6)
- 【請求項１】 基板上に形成された少なくとも１つの光
電変換ユニットを含み、 前記光電変換ユニットは、プラズマＣＶＤ法によって順
次積層された１導電型半導体層と、結晶質を含むシリコ
ン系薄膜光電変換層と、逆導電型半導体層とを含み、 前記１導電型半導体層は前記光電変換層の前記基板側の
面に直接接している微結晶シリコン系導電型薄膜を含
み、この微結晶シリコン系導電型薄膜が０．０５原子％
から９原子％の範囲内の導電型決定不純物原子を含むと
ともに１ｎｍ以上で１０ｎｍ未満の範囲内の厚さを有し
ていることを特徴とするシリコン系薄膜光電変換装置。 - 【請求項２】 基板上に形成された少なくとも１つの光
電変換ユニットを含み、 前記光電変換ユニットは、プラズマＣＶＤ法によって順
次積層された１導電型半導体層と、結晶質を含むシリコ
ン系薄膜光電変換層と、逆導電型半導体層とを含み、 前記１導電型半導体層は前記光電変換層の前記基板側の
面に直接接している微結晶シリコン系導電型薄膜を含
み、この微結晶シリコン系導電型薄膜が０．０５原子％
から９原子％の範囲内のｎ型不純物原子を含むとともに
１ｎｍ以上で３０ｎｍ以下の範囲内の厚さを有している
ことを特徴とするシリコン系薄膜光電変換装置。 - 【請求項３】 前記微結晶シリコン系導電型薄膜は、１
００ｎｍ以上の厚さに堆積されたときに１０％以上で８
０％以下の体積結晶化分率を有することになる堆積条件
のもとに形成されたものであることを特徴とする請求項
１または２に記載のシリコン系薄膜光電変換装置。 - 【請求項４】 前記光電変換層は５５０℃以下の下地温
度のもとで形成されたものであり、８０％以上の体積結
晶化分率と、０．１〜３０原子％の範囲内の水素含有量
と、０．５〜２０μｍの範囲内の厚さとを有しているこ
とを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の
シリコン系薄膜光電変換装置。 - 【請求項５】 前記光電変換層はその膜面に平行に（１
１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折における
（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの
強度比が１／５以下であることを特徴とする請求項１か
ら４のいずれかの項に記載のシリコン系薄膜光電変換装
置。 - 【請求項６】 前記シリコン系薄膜光電変換装置は前記
基板上で前記光電変換ユニットと積層された非晶質シリ
コン系光電変換ユニットをさらに含むタンデム型である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれかの項に記載
のシリコン系薄膜光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30706397A JP3792376B2 (ja) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | シリコン系薄膜光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30706397A JP3792376B2 (ja) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | シリコン系薄膜光電変換装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11145498A true JPH11145498A (ja) | 1999-05-28 |
| JP3792376B2 JP3792376B2 (ja) | 2006-07-05 |
Family
ID=17964603
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30706397A Expired - Fee Related JP3792376B2 (ja) | 1997-11-10 | 1997-11-10 | シリコン系薄膜光電変換装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3792376B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001274429A (ja) * | 2000-03-23 | 2001-10-05 | Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd | ハイブリッド型薄膜光電変換装置とその製造方法 |
| JP2001358350A (ja) * | 2000-06-12 | 2001-12-26 | Canon Inc | 光起電力素子 |
| JP2002151719A (ja) * | 2000-11-13 | 2002-05-24 | Sharp Corp | 薄膜太陽電池およびその製造方法 |
| US6512171B2 (en) | 2000-01-13 | 2003-01-28 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin film solar cell |
| US6521826B2 (en) | 1999-11-30 | 2003-02-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin film solar cell and fabrication method therefor |
| WO2003073515A1 (fr) * | 2002-02-28 | 2003-09-04 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Cellule solaire a couche mince et procede permettant de produire cette cellule |
| JP2004363580A (ja) * | 2003-05-13 | 2004-12-24 | Kyocera Corp | 光電変換装置および光発電装置 |
| JP2004363577A (ja) * | 2003-05-13 | 2004-12-24 | Kyocera Corp | 半導体薄膜およびそれを用いた光電変換装置ならびに光発電装置 |
| JP2009542008A (ja) * | 2006-06-23 | 2009-11-26 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 光起電デバイス用の微結晶シリコン膜を堆積するための方法および装置 |
-
1997
- 1997-11-10 JP JP30706397A patent/JP3792376B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP2192622A2 (en) | 1999-11-30 | 2010-06-02 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin film solar cell and fabrication method therefor |
| US6521826B2 (en) | 1999-11-30 | 2003-02-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin film solar cell and fabrication method therefor |
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| DE10101035B4 (de) * | 2000-01-13 | 2012-12-06 | Sharp K.K. | Dünnschicht-Solarzelle, Solarzellenmodul und Verfahren zum Herstellen einer Dünnschicht-Solarzelle |
| US7030313B2 (en) * | 2000-01-13 | 2006-04-18 | Sharp Kabushiki Kaisha | Thin film solar cell and method of manufacturing the same |
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| JP2009542008A (ja) * | 2006-06-23 | 2009-11-26 | アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド | 光起電デバイス用の微結晶シリコン膜を堆積するための方法および装置 |
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