JPH11186574A - 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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- JPH11186574A JPH11186574A JP9355155A JP35515597A JPH11186574A JP H11186574 A JPH11186574 A JP H11186574A JP 9355155 A JP9355155 A JP 9355155A JP 35515597 A JP35515597 A JP 35515597A JP H11186574 A JPH11186574 A JP H11186574A
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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、それによって光電変換特
性が改善されたシリコン系薄膜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、基板
（１０１）上に形成された少なくとも１つの光電変換ユ
ニット（１１１）を含み、その光電変換ユニット（１１
１）は、プラズマＣＶＤ法によって順次積層された１導
電型微結晶シリコン系半導体層（１０４）と、結晶質を
含むシリコン系薄膜光電変換層（１０５）と、逆導電型
シリコン系半導体層（１０６）とを含み、１導電型微結
晶半導体層（１０４）と結晶質光電変換層（１０５）と
の間にはシリコン系酸化薄膜（１１６）をさらに含みか
つこのシリコン系酸化薄膜（１１６）が結晶質光電変換
層（１０５）と直接接していることを特徴としている。
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、それによって光電変換特
性が改善されたシリコン系薄膜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、基板
（１０１）上に形成された少なくとも１つの光電変換ユ
ニット（１１１）を含み、その光電変換ユニット（１１
１）は、プラズマＣＶＤ法によって順次積層された１導
電型微結晶シリコン系半導体層（１０４）と、結晶質を
含むシリコン系薄膜光電変換層（１０５）と、逆導電型
シリコン系半導体層（１０６）とを含み、１導電型微結
晶半導体層（１０４）と結晶質光電変換層（１０５）と
の間にはシリコン系酸化薄膜（１１６）をさらに含みか
つこのシリコン系酸化薄膜（１１６）が結晶質光電変換
層（１０５）と直接接していることを特徴としている。
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。
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。
【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５００℃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５００℃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５００℃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５００℃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】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の結晶粒界や粒内欠
陥を低減させ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の結晶粒界や粒内欠
陥を低減させて光電変換特性を改善することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明によるシリコン系
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、そ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の光電変換層
と、逆導電型半導体層とを含み、１導電型半導体層と光
電変換層との間にはシリコン系酸化薄膜をさらに含みか
つこのシリコン系酸化薄膜が光電変換層と直接接してい
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、そ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の光電変換層
と、逆導電型半導体層とを含み、１導電型半導体層と光
電変換層との間にはシリコン系酸化薄膜をさらに含みか
つこのシリコン系酸化薄膜が光電変換層と直接接してい
ることを特徴としている。
【０００９】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とその光電変換
層との界面にごく薄いシリコン系酸化薄膜を導入するこ
とにより、結晶質シリコン系光電変換層の結晶核発生の
要因となる小粒径の結晶シリコンの密度を適度に抑制
し、すなわち光電変換層の成長初期過程における結晶核
発生密度を適度に抑制することにより、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とその光電変換
層との界面にごく薄いシリコン系酸化薄膜を導入するこ
とにより、結晶質シリコン系光電変換層の結晶核発生の
要因となる小粒径の結晶シリコンの密度を適度に抑制
し、すなわち光電変換層の成長初期過程における結晶核
発生密度を適度に抑制することにより、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。
【００１０】
【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１０１には、ステンレ
ス等の金属、ポリイミド等の低膨張率を有する有機フィ
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１０１には、ステンレ
ス等の金属、ポリイミド等の低膨張率を有する有機フィ
ルム、または低融点の安価なガラス等が用いられ得る。
【００１１】基板１０１上の電極１１０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。なお、図１におい
て光１０９は上方から入射されるように描かれている
が、これは下方から入射されるようにされてもよいこと
は言うまでもなく、その場合には、電極１１０は金属薄
膜を含まない。 （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。
（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。なお、図１におい
て光１０９は上方から入射されるように描かれている
が、これは下方から入射されるようにされてもよいこと
は言うまでもなく、その場合には、電極１１０は金属薄
膜を含まない。 （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。
【００１２】電極１１０上には光電変換ユニット１１１
のうちの１導電型半導体層１０４がプラズマＣＶＤ法に
て堆積される。この１導電型半導体層１０４としては、
たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０１原
子％以上ドープされたｎ型微結晶シリコン層、またはボ
ロンが０．０１原子％以上ドープされた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
１０４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。導電型微結晶シリコン系薄膜１０４の
厚さは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。
のうちの１導電型半導体層１０４がプラズマＣＶＤ法に
て堆積される。この１導電型半導体層１０４としては、
たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０１原
子％以上ドープされたｎ型微結晶シリコン層、またはボ
ロンが０．０１原子％以上ドープされた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
１０４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。導電型微結晶シリコン系薄膜１０４の
厚さは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。
【００１３】１導電型微結晶層１０４上には、本発明の
最も重要な特徴であるところのシリコン系酸化薄膜１１
６が形成される。このシリコン系酸化薄膜１１６の厚さ
は、経験上から、０．５〜５０ｎｍの範囲内にあること
が好ましく、０．１〜５ｎｍの範囲内にあることがさら
に好ましい。このようなシリコン系酸化薄膜１１６の形
成方法としては、いくつかの方法が可能である。たとえ
ば、１導電型微結晶層１０４の表面を酸素含有気体に曝
露させて酸化する方法や、プラズマＣＶＤ法を用いて酸
化させる方法が可能である。
最も重要な特徴であるところのシリコン系酸化薄膜１１
６が形成される。このシリコン系酸化薄膜１１６の厚さ
は、経験上から、０．５〜５０ｎｍの範囲内にあること
が好ましく、０．１〜５ｎｍの範囲内にあることがさら
に好ましい。このようなシリコン系酸化薄膜１１６の形
成方法としては、いくつかの方法が可能である。たとえ
ば、１導電型微結晶層１０４の表面を酸素含有気体に曝
露させて酸化する方法や、プラズマＣＶＤ法を用いて酸
化させる方法が可能である。
【００１４】１導電型微結晶層１０４の表面を酸素含有
気体に曝露する場合、その酸素含有気体としては、酸素
単独、窒素等の不活性ガスと酸素との混合気体、または
乾燥空気などを用いることができる。酸素とシリコンの
親和力は非常に強くかつ１導電型層１０４が少なくとも
シリコンを含んでいるので、これらの気体に１導電型層
１０４の表面を数秒から数時間の範囲内で曝露すること
により、１導電型層１０４の表面が酸化されてシリコン
系酸化薄膜１１６が形成される。この適用し得る曝露時
間の幅が広いのは、シリコン表面は酸素に触れれば瞬時
に酸化されるが、その酸化膜は緻密であって内部への酸
素の拡散を著しく制限するからである。したがって、こ
の曝露時間はかなり長くてもよいが、あまりに長くすれ
ば１導電型層１０４自体に欠陥を生じたりピンホールを
生じる恐れがある。
気体に曝露する場合、その酸素含有気体としては、酸素
単独、窒素等の不活性ガスと酸素との混合気体、または
乾燥空気などを用いることができる。酸素とシリコンの
親和力は非常に強くかつ１導電型層１０４が少なくとも
シリコンを含んでいるので、これらの気体に１導電型層
１０４の表面を数秒から数時間の範囲内で曝露すること
により、１導電型層１０４の表面が酸化されてシリコン
系酸化薄膜１１６が形成される。この適用し得る曝露時
間の幅が広いのは、シリコン表面は酸素に触れれば瞬時
に酸化されるが、その酸化膜は緻密であって内部への酸
素の拡散を著しく制限するからである。したがって、こ
の曝露時間はかなり長くてもよいが、あまりに長くすれ
ば１導電型層１０４自体に欠陥を生じたりピンホールを
生じる恐れがある。
【００１５】また、酸素含有気体に曝露させるときの温
度は通常簡便に得られる温度でよく、その温度が高すぎ
れば１導電型層１０４や裏面電極１１０が劣化すること
がある。したがって、具体的には曝露温度として液体窒
素温度から１導電型層１０４の形成温度までの範囲内で
あればよいが、０℃から１導電型微結晶層の形成温度ま
での範囲内にあることがより好ましい。より具体的に
は、曝露温度が室温の場合には、曝露時間は１秒から２
０時間の範囲内であることが好ましく、１０秒から３時
間の範囲内にあることがより好ましい。
度は通常簡便に得られる温度でよく、その温度が高すぎ
れば１導電型層１０４や裏面電極１１０が劣化すること
がある。したがって、具体的には曝露温度として液体窒
素温度から１導電型層１０４の形成温度までの範囲内で
あればよいが、０℃から１導電型微結晶層の形成温度ま
での範囲内にあることがより好ましい。より具体的に
は、曝露温度が室温の場合には、曝露時間は１秒から２
０時間の範囲内であることが好ましく、１０秒から３時
間の範囲内にあることがより好ましい。
【００１６】他方、二酸化炭素、または窒素等の不活性
ガスと二酸化炭素との混合気体を雰囲気として用いるプ
ラズマＣＶＤ法によって１導電型層１０４の表面を酸化
させる場合には、プラズマ曝露時間は数分以内でよい。
すなわち、曝露時間は１０秒から１０分までの範囲内が
好ましく、３０秒から３分までの範囲内がより好まし
い。プラズマＣＶＤ法を用いる場合にも、曝露温度は液
体窒素温度から１導電型層１０４の形成温度までの範囲
内にあればよいが、０℃から１導電型層１０４の形成温
度までの範囲内にあることがより好ましい。また、プラ
ズマガス圧としては、０．１Ｔｏｒｒから１気圧までの
範囲内で任意の圧力を用いることができるが、０．１〜
１０Ｔｏｒｒの範囲内の圧力がより好ましい。
ガスと二酸化炭素との混合気体を雰囲気として用いるプ
ラズマＣＶＤ法によって１導電型層１０４の表面を酸化
させる場合には、プラズマ曝露時間は数分以内でよい。
すなわち、曝露時間は１０秒から１０分までの範囲内が
好ましく、３０秒から３分までの範囲内がより好まし
い。プラズマＣＶＤ法を用いる場合にも、曝露温度は液
体窒素温度から１導電型層１０４の形成温度までの範囲
内にあればよいが、０℃から１導電型層１０４の形成温
度までの範囲内にあることがより好ましい。また、プラ
ズマガス圧としては、０．１Ｔｏｒｒから１気圧までの
範囲内で任意の圧力を用いることができるが、０．１〜
１０Ｔｏｒｒの範囲内の圧力がより好ましい。
【００１７】なお、乾燥空気やその他の酸素含有気体に
１導電型層１０４の表面を曝露することによってシリコ
ン系酸化薄膜１１６を形成する方法では、簡便な方法で
コストが安いという利点が得られる。他方、プラズマＣ
ＶＤ法を用いて１導電型層１０４の表面を酸化させる方
法では、処理時間の管理が簡単であり、シリコン系酸化
薄膜１１６の特性についてバッチ間のばらつきが小さい
という利点が得られる。
１導電型層１０４の表面を曝露することによってシリコ
ン系酸化薄膜１１６を形成する方法では、簡便な方法で
コストが安いという利点が得られる。他方、プラズマＣ
ＶＤ法を用いて１導電型層１０４の表面を酸化させる方
法では、処理時間の管理が簡単であり、シリコン系酸化
薄膜１１６の特性についてバッチ間のばらつきが小さい
という利点が得られる。
【００１８】シリコン系酸化薄膜１１６上には、光電変
換層１０５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４００℃以下の下地温度のもとで
形成される。この光電変換層１０５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１０５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。
換層１０５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４００℃以下の下地温度のもとで
形成される。この光電変換層１０５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１０５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。
【００１９】光電変換層１０５の膜厚は０．５〜２０μ
ｍの範囲内で、より好ましくは１〜１０μｍ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１０５は４０
０℃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、その好ましい水素含有量は０．１〜３０原子％
の範囲内であり、より好ましくは１〜２０原子％の範囲
内にある。
ｍの範囲内で、より好ましくは１〜１０μｍ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１０５は４０
０℃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、その好ましい水素含有量は０．１〜３０原子％
の範囲内であり、より好ましくは１〜２０原子％の範囲
内にある。
【００２０】シリコン系薄膜光電変換層１０５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
は１／５以下であり、１／１０以下であることがより好
ましい。
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
は１／５以下であり、１／１０以下であることがより好
ましい。
【００２１】光電変換層１０５を形成する前に本発明の
重要な特徴であるところのシリコン系酸化薄膜１１６を
形成した場合、その酸化薄膜１１６を形成しない場合に
比べて、光電変換層１０５中における（１１０）面配向
が顕著になり、結晶粒度も大きくなる。すなわち、光電
変換層１０５からのＸ線回折において、（２２０）面反
射ピークが高くかつその半値幅が狭くなる。
重要な特徴であるところのシリコン系酸化薄膜１１６を
形成した場合、その酸化薄膜１１６を形成しない場合に
比べて、光電変換層１０５中における（１１０）面配向
が顕著になり、結晶粒度も大きくなる。すなわち、光電
変換層１０５からのＸ線回折において、（２２０）面反
射ピークが高くかつその半値幅が狭くなる。
【００２２】なお、上述のように１導電型層１０４の表
面にシリコン系酸化薄膜１１６を形成してその上に光電
変換層１０５を堆積させた場合にその光電変換層１０５
の結晶構造が著しく改善されるが、現時点においてその
理由は必ずしも明らかではない。また、シリコン系酸化
膜は典型的な絶縁膜として知られているが、本発明者た
ちはこの酸化膜が本発明による光電変換装置内の電流を
阻害しないことをも経験的に見出した。これは、酸化膜
が極めて薄いために光電変換層１０５を堆積した後には
酸化薄膜１１６が編み目状の構造になっているために電
流が流れ得ると考えるか、またはその酸化膜が極めて薄
いことによるトンネル効果によって電流が流れ得ると考
えることもできるが、現時点においてはその理由も必ず
しも明らかではない。
面にシリコン系酸化薄膜１１６を形成してその上に光電
変換層１０５を堆積させた場合にその光電変換層１０５
の結晶構造が著しく改善されるが、現時点においてその
理由は必ずしも明らかではない。また、シリコン系酸化
膜は典型的な絶縁膜として知られているが、本発明者た
ちはこの酸化膜が本発明による光電変換装置内の電流を
阻害しないことをも経験的に見出した。これは、酸化膜
が極めて薄いために光電変換層１０５を堆積した後には
酸化薄膜１１６が編み目状の構造になっているために電
流が流れ得ると考えるか、またはその酸化膜が極めて薄
いことによるトンネル効果によって電流が流れ得ると考
えることもできるが、現時点においてはその理由も必ず
しも明らかではない。
【００２３】光電変換層１０５上には、一導電型層１０
４とは逆タイプの導電型半導体層１０６がプラズマＣＶ
Ｄ法によって堆積される。この逆導電型層１０６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型の非晶質もしくは微結
晶のシリコン層またはそれらの重複層あるいはリンが
０．０１原子％以上ドープされたｎ型の非晶質もしくは
微結晶のシリコン層またはそれらの重複層などが用いら
れ得る。しかし、逆導電型半導体層１０６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
等の合金材料の層を用いてもよい。なお、逆導電型半導
体層１０６として非晶質シリコン系層が用いられる場合
には、その厚さは１〜５０ｎｍの範囲内にあることが好
ましく、２〜３０ｎｍの範囲内にあることがさらに好ま
しく、また、微結晶シリコン系層が用いられる場合に
は、その厚さは３〜１００ｎｍの範囲内にあることが好
ましく、５〜５０ｎｍの範囲内にあることがさらに好ま
しい。
４とは逆タイプの導電型半導体層１０６がプラズマＣＶ
Ｄ法によって堆積される。この逆導電型層１０６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型の非晶質もしくは微結
晶のシリコン層またはそれらの重複層あるいはリンが
０．０１原子％以上ドープされたｎ型の非晶質もしくは
微結晶のシリコン層またはそれらの重複層などが用いら
れ得る。しかし、逆導電型半導体層１０６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
等の合金材料の層を用いてもよい。なお、逆導電型半導
体層１０６として非晶質シリコン系層が用いられる場合
には、その厚さは１〜５０ｎｍの範囲内にあることが好
ましく、２〜３０ｎｍの範囲内にあることがさらに好ま
しく、また、微結晶シリコン系層が用いられる場合に
は、その厚さは３〜１００ｎｍの範囲内にあることが好
ましく、５〜５０ｎｍの範囲内にあることがさらに好ま
しい。
【００２４】光電変換ユニット１１１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１０７と、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１０８とがスパッタ法ま
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。なお、図１にお
いて光１０９は上方から入射されるように描かれている
が、これは下方から入射されてもよいことはいうまでも
なく、その場合には、金属電極１０８は櫛形状である必
要はなく、また、透明導電性酸化膜１０７を省略して逆
導電型層１０６を覆うように形成されてもよい。
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１０７と、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１０８とがスパッタ法ま
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。なお、図１にお
いて光１０９は上方から入射されるように描かれている
が、これは下方から入射されてもよいことはいうまでも
なく、その場合には、金属電極１０８は櫛形状である必
要はなく、また、透明導電性酸化膜１０７を省略して逆
導電型層１０６を覆うように形成されてもよい。
【００２５】図３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３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３０１上の複数の層３
０２〜３０６が、図１の基板１０１上の複数の層１０２
〜１０６にそれぞれ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３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３０１上の複数の層３
０２〜３０６が、図１の基板１０１上の複数の層１０２
〜１０６にそれぞれ対応して同様に形成される。
【００２６】しかし、図３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３１１上に重ねて第
２の光電変換ユニット３１２がさらに形成される。第２
の光電変換ユニット３１２は、第１の光電変換ユニット
３１１上にプラズマＣＶＤ法で順次積層された１導電型
の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜３１３、実質的
にｉ型の非晶質シリコン系薄膜光電変換層３１４、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３１
５を含んでる。
おいては、第１の光電変換ユニット３１１上に重ねて第
２の光電変換ユニット３１２がさらに形成される。第２
の光電変換ユニット３１２は、第１の光電変換ユニット
３１１上にプラズマＣＶＤ法で順次積層された１導電型
の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜３１３、実質的
にｉ型の非晶質シリコン系薄膜光電変換層３１４、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３１
５を含んでる。
【００２７】第２の光電変換ユニット３１２上には、透
明電極３０７および櫛形状金属電極３０８が図１中の対
応する要素１０７および１０８と同様に形成され、これ
によって図３のタンデム型光電変換装置が完成する。
明電極３０７および櫛形状金属電極３０８が図１中の対
応する要素１０７および１０８と同様に形成され、これ
によって図３のタンデム型光電変換装置が完成する。
【００２８】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いうまでもない。
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いうまでもない。
【００２９】
【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。
【００３０】（比較例１）図２に示されているような多
結晶シリコン薄膜太陽電池が、比較例１として作製され
た。まず、ガラス基板２０１上に、裏面電極２１０とし
て、厚さ３００ｎｍのＡｇ膜２０２とその上の厚さ１０
０ｎｍ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３０ｎｍでリン
ドープされたｎ型微結晶シリコン層２０４、厚さ３μｍ
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。
結晶シリコン薄膜太陽電池が、比較例１として作製され
た。まず、ガラス基板２０１上に、裏面電極２１０とし
て、厚さ３００ｎｍのＡｇ膜２０２とその上の厚さ１０
０ｎｍ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３０ｎｍでリン
ドープされたｎ型微結晶シリコン層２０４、厚さ３μｍ
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。
【００３１】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
微結晶シリコン膜の暗導電率は、１０Ｓ／ｃｍであっ
た。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２
００℃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１／４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
微結晶シリコン膜の暗導電率は、１０Ｓ／ｃｍであっ
た。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２
００℃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１／４であった。
【００３２】この比較例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０．４６
１Ｖ、短絡電流密度が２６．８ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
が７４．５％、そして変換効率が９．２％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０．４６
１Ｖ、短絡電流密度が２６．８ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
が７４．５％、そして変換効率が９．２％であった。
【００３３】（実施例１）図１の第１の実施の形態に対
応して、実施例１としての多結晶シリコン薄膜太陽電池
が作製された。この実施例１の太陽電池は、ｎ型微結晶
シリコン層１０４と光電変換層１０５との間にシリコン
酸化薄膜１１６を含んでいることのみにおいて、比較例
１の太陽電池と異なっている。すなわち、実施例１によ
る図１の太陽電池中のシリコン酸化薄膜１１６を除く他
の要素１０１〜１０８は、比較例１による図２の太陽電
池中の要素２０１〜２０８のそれぞれに対応した同じ方
法と条件によって形成されたものである。
応して、実施例１としての多結晶シリコン薄膜太陽電池
が作製された。この実施例１の太陽電池は、ｎ型微結晶
シリコン層１０４と光電変換層１０５との間にシリコン
酸化薄膜１１６を含んでいることのみにおいて、比較例
１の太陽電池と異なっている。すなわち、実施例１によ
る図１の太陽電池中のシリコン酸化薄膜１１６を除く他
の要素１０１〜１０８は、比較例１による図２の太陽電
池中の要素２０１〜２０８のそれぞれに対応した同じ方
法と条件によって形成されたものである。
【００３４】図１中のシリコン酸化薄膜１１６は、ｎ型
微結晶シリコン層１０４の表面を十分乾燥させた大気に
１分間曝露させることによって形成された。このシリコ
ン酸化薄膜の下地層１１６上に形成された多結晶シリコ
ン光電変換層１０５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比較例１とほぼ同じ５原子％であ
ったが、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１／９に減少した。
微結晶シリコン層１０４の表面を十分乾燥させた大気に
１分間曝露させることによって形成された。このシリコ
ン酸化薄膜の下地層１１６上に形成された多結晶シリコ
ン光電変換層１０５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比較例１とほぼ同じ５原子％であ
ったが、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１／９に減少した。
【００３５】このような実施例１の太陽電池に入射光１
０９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
０．５３５Ｖ、短絡電流密度が２７．１ｍＡ／ｃｍ2 、
曲線因子が７３．０％、そして変換効率が１０．４％で
あった。
０９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
０．５３５Ｖ、短絡電流密度が２７．１ｍＡ／ｃｍ2 、
曲線因子が７３．０％、そして変換効率が１０．４％で
あった。
【００３６】（実施例２）実施例２として作製された太
陽電池は、シリコン酸化薄膜１１６が二酸化炭素雰囲気
下で４０秒間のプラズマＣＶＤ反応によって形成された
ことのみにおいて実施例１と異なっている。この実施例
２による多結晶シリコン光電変換層１０５において２次
イオン質量分析法で求めた水素含有量は比較例１と同じ
５原子％であったが、Ｘ線回折による（２２０）回折ピ
ークに対する（１１１）回折ピークの強度比は１／９．
５に減少した。
陽電池は、シリコン酸化薄膜１１６が二酸化炭素雰囲気
下で４０秒間のプラズマＣＶＤ反応によって形成された
ことのみにおいて実施例１と異なっている。この実施例
２による多結晶シリコン光電変換層１０５において２次
イオン質量分析法で求めた水素含有量は比較例１と同じ
５原子％であったが、Ｘ線回折による（２２０）回折ピ
ークに対する（１１１）回折ピークの強度比は１／９．
５に減少した。
【００３７】この実施例２の太陽電池に入射光１０９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０．５３
４Ｖ、短絡電流密度が２６．９ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
が７３．３％、そして変換効率が１０．５％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０．５３
４Ｖ、短絡電流密度が２６．９ｍＡ／ｃｍ2 、曲線因子
が７３．３％、そして変換効率が１０．５％であった。
【００３８】（比較例２）図４に示されているようなタ
ンデム型太陽電池が比較例２として作製された。この比
較例２の太陽電池においては、要素４０１〜４０６が比
較例１の対応する要素２０１〜２０６と同様に形成され
た。しかし、この比較例２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４１３、ｉ層４１
４、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、０．４μｍにされた。このような第２
の光電変換セル４１２上に前面透明電極４０７および櫛
形金属電極４０８を比較例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４に示され
ているような比較例２のタンデム型太陽電池が作製され
た。
ンデム型太陽電池が比較例２として作製された。この比
較例２の太陽電池においては、要素４０１〜４０６が比
較例１の対応する要素２０１〜２０６と同様に形成され
た。しかし、この比較例２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４１３、ｉ層４１
４、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、０．４μｍにされた。このような第２
の光電変換セル４１２上に前面透明電極４０７および櫛
形金属電極４０８を比較例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４に示され
ているような比較例２のタンデム型太陽電池が作製され
た。
【００３９】このような比較例２による非晶質シリコン
薄膜／多結晶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／
ｃｍ 2 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１．３４Ｖ、短絡電流密度が１３．３ｍＡ／
ｃｍ2 、曲線因子が７３．３％、そして変換効率が１
３．０％であった。
薄膜／多結晶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／
ｃｍ 2 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１．３４Ｖ、短絡電流密度が１３．３ｍＡ／
ｃｍ2 、曲線因子が７３．３％、そして変換効率が１
３．０％であった。
【００４０】（実施例３）図３の第２の実施の形態に対
応して、実施例３としてタンデム型太陽電池が作製され
た。この実施例３のタンデム型太陽電池は、ｎ型微結晶
シリコン層３０４と光電変換層３０５との間に実施例１
のシリコン酸化薄膜１１６と同様に形成された２．７ｎ
ｍ厚さのをシリコン酸化薄膜３１６を含んでいることの
みにおいて、比較例２の太陽電池と異なっている。すな
わち、実施例３による図３の太陽電池中のシリコン酸化
薄膜３１６を除く他の要素３０１〜３０８は、比較例２
による図４の太陽電池中の要素４０１〜４０８のそれぞ
れに対応した同じ方法と条件によって形成されたもので
ある。
応して、実施例３としてタンデム型太陽電池が作製され
た。この実施例３のタンデム型太陽電池は、ｎ型微結晶
シリコン層３０４と光電変換層３０５との間に実施例１
のシリコン酸化薄膜１１６と同様に形成された２．７ｎ
ｍ厚さのをシリコン酸化薄膜３１６を含んでいることの
みにおいて、比較例２の太陽電池と異なっている。すな
わち、実施例３による図３の太陽電池中のシリコン酸化
薄膜３１６を除く他の要素３０１〜３０８は、比較例２
による図４の太陽電池中の要素４０１〜４０８のそれぞ
れに対応した同じ方法と条件によって形成されたもので
ある。
【００４１】この実施例３による非晶質シリコン薄膜／
多結晶シリコン薄膜型のタンデム型太陽電池に対して入
射光３０９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としては、開放端電圧
が１．４１Ｖ、短絡電流密度が１３．６ｍＡ／ｃｍ2 、
曲線因子が７４．１％、そして変換効率が１４．２％で
あった。
多結晶シリコン薄膜型のタンデム型太陽電池に対して入
射光３０９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としては、開放端電圧
が１．４１Ｖ、短絡電流密度が１３．６ｍＡ／ｃｍ2 、
曲線因子が７４．１％、そして変換効率が１４．２％で
あった。
【００４２】（実施例４）実施例４として作製された太
陽電池は、シリコン酸化薄膜３１６が実施例２のシリコ
ン酸化薄膜１１６と同様に形成されたことのみにおいて
実施例３と異なっている。
陽電池は、シリコン酸化薄膜３１６が実施例２のシリコ
ン酸化薄膜１１６と同様に形成されたことのみにおいて
実施例３と異なっている。
【００４３】このような実施例４の太陽電池に入射光３
０９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１３．６ｍＡ／ｃｍ2 、曲
線因子が７４．６％、そして変換効率が１４．３％であ
った。
０９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１３．６ｍＡ／ｃｍ2 、曲
線因子が７４．６％、そして変換効率が１４．３％であ
った。
【００４４】
【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】先行技術による比較例１としての結晶質シリコ
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２の実施の形態による非晶質／結晶
質型のタンデム型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。
質型のタンデム型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。
【図４】先行技術による比較例２としての非晶質／結晶
質型のタンデム型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。
質型のタンデム型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。
１０１、２０１、３０１、４０１：ガラス等の基板 １０２、２０２、３０２、４０２：Ａｇ等の膜 １０３、２０３、３０３、４０３：ＺｎＯ、ＩＴＯ等の
膜 １０４、２０４、３０４、４０４：たとえばｎ型の１導
電型微結晶シリコン層 １０５、２０５、３０５、４０５：結晶質シリコン光電
変換層 １０６、２０６、３０６、４０６：たとえばｐ型の逆導
電型微結晶シリコン層 １０７、２０７、３０７、４０７：ＩＴＯ，ＳｎＯ等の
透明導電膜 １０８、２０８、３０８、４０８：Ａｇ等の櫛形電極 １０９、２０９、３０９、４０９：照射光 １１０、２１０、３１０、４１０：電極 １１１、２１１、３１１、４１１：結晶質シリコン光電
変換ユニット ３１２、４１２：非晶質シリコン光電変換ユニット ３１３、４１３：たとえばｎ型の第１導電型シリコン系
層 ３１４、４１４：ｉ型の非晶質シリコン光電変換層 ３１５、４１５：たとえばｐ型の逆導電型シリコン系層 １１６、３１６：シリコン酸化薄膜
膜 １０４、２０４、３０４、４０４：たとえばｎ型の１導
電型微結晶シリコン層 １０５、２０５、３０５、４０５：結晶質シリコン光電
変換層 １０６、２０６、３０６、４０６：たとえばｐ型の逆導
電型微結晶シリコン層 １０７、２０７、３０７、４０７：ＩＴＯ，ＳｎＯ等の
透明導電膜 １０８、２０８、３０８、４０８：Ａｇ等の櫛形電極 １０９、２０９、３０９、４０９：照射光 １１０、２１０、３１０、４１０：電極 １１１、２１１、３１１、４１１：結晶質シリコン光電
変換ユニット ３１２、４１２：非晶質シリコン光電変換ユニット ３１３、４１３：たとえばｎ型の第１導電型シリコン系
層 ３１４、４１４：ｉ型の非晶質シリコン光電変換層 ３１５、４１５：たとえばｐ型の逆導電型シリコン系層 １１６、３１６：シリコン酸化薄膜
Claims (7)
- 【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導電型シリコン系半導体層と、結晶質を
含むシリコン系薄膜光電変換層と、逆導電型シリコン系
半導体層とを含み、 前記１導電型半導体層と前記光電変換層との間にはシリ
コン系酸化薄膜をさらに含みかつこのシリコン系酸化薄
膜が前記光電変換層と直接接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】 前記シリコン系酸化薄膜の厚さが０．５
〜５０ｎｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１に
記載のシリコン系薄膜光電変換装置。 - 【請求項３】 前記光電変換層は４００℃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少なくとも１つの非晶
質シリコン系光電変換ユニットを含むタンデム型である
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】 前記シリコン系酸化薄膜は前記１導電型
半導体層の表面を酸素含有気体に接触させることによっ
て形成されたもの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。 - 【請求項７】 前記シリコン系酸化薄膜は、二酸化炭素
と水蒸気の少なくとも一方を含む気体を用いたプラズマ
ＣＶＤ法によって前記１導電型半導体層の表面を酸化す
ることによって形成されたもの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 |
|---|---|---|---|
| JP9355155A JPH11186574A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | シリコン系薄膜光電変換装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9355155A JPH11186574A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | シリコン系薄膜光電変換装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11186574A true JPH11186574A (ja) | 1999-07-09 |
Family
ID=18442271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9355155A Pending JPH11186574A (ja) | 1997-12-24 | 1997-12-24 | シリコン系薄膜光電変換装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11186574A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1997
- 1997-12-24 JP JP9355155A patent/JPH11186574A/ja active Pending
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