JPH11243219A - 積層型光起電力素子 - Google Patents

積層型光起電力素子

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 光電変換効率が高く、長時間の光照射によっ
ても光電変換効率の変化のより少ない積層型光起電力素
子を提供する。 【解決手段】 支持体上に、微結晶半導体をｉ型層に有
するｐｉｎ接合の構成素子と、アモルファス半導体をｉ
型層に有するｐｉｎ接合の構成素子とを少なくとも積層
してなる積層型光起電力素子であって、微結晶半導体を
ｉ型層に有するｐｉｎ接合の構成素子によって電流値が
律速されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池等の光起
電力素子に係り、特にｐｉｎ接合の構成素子が複数積層
されている積層型光起電力素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】薄膜光起電力素子に関する技術は、例え
ばＵＳＰ４０６４５２１号公報に開示されている。しか
しながら、積層型光起電力素子の場合、どのような構成
にすると光電変換効率が向上し、光電変換効率が安定化
するのかについては全く記載されていない。
【０００３】また、積層型光起電力素子の構成について
は、光起電力素子の形状因子（ＦＦ）の低下しない方法
が、ＵＳＰ５２９８０８６号公報に開示されている。同
公報には、膜質の良い半導体層を薄くし、かつ積層型光
起電力素子の電流を膜質の良い薄い構成素子で律速する
ことが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、ＵＳＰ５２
９８０８６号公報に提案されている方法では、積層型光
起電力素子の光電変換効率を最大にし、かつ長時間の光
照射による安定性を保持する上で十分ではない。特に、
積層型光起電力素子の第一のｐｉｎ接合の構成素子のｉ
型層に微結晶半導体を用い、第二のｐｉｎ接合の構成素
子のｉ型層にアモルファス半導体を用いる場合には、こ
の方法では高い光電変換効率と安定性を保持することは
できなかった。
【０００５】本発明は、第一のｐｉｎ接合の構成素子の
ｉ型層に微結晶半導体を用い、第二のｐｉｎ接合の構成
素子のｉ型層にアモルファス半導体を用いて、光電変換
効率が高く、長時間の光照射によっても光電変換効率の
変化のより少ない積層型光起電力素子を提供することを
目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の積層型光起電力素子は、支持体上に、微
結晶半導体をｉ型層に有するｐｉｎ接合の構成素子と、
アモルファス半導体をｉ型層に有するｐｉｎ接合の構成
素子とを少なくとも積層してなる積層型光起電力素子に
おいて、微結晶半導体をｉ型層に有するｐｉｎ接合の構
成素子によって電流値が律速されているものである。
【０００７】また、微結晶半導体をｉ型層に有するｐｉ
ｎ接合の構成素子の短絡電流が、アモルファス半導体を
ｉ型層に有するｐｉｎ接合の構成素子の短絡電流よりも
小さく設定されていることが好ましい。
【０００８】さらに、微結晶半導体のｉ型層の平均結晶
粒径が、１００Å以上１０００Å以下の範囲であること
が好ましい。
【０００９】そして、微結晶半導体のｉ型層が、柱状晶
構造を有していることが好ましい。
【００１０】また、微結晶半導体のｉ型層のバンドギャ
ップが、ｐ型層とｉ型層、ｎ型層とｉ型層との各界面方
向で広くなるように設定されていることが好ましい。
【００１１】上記のように、本発明は新規な積層型光起
電力素子に係るものであり、以下に本発明の作用を説明
する。
【００１２】積層型光起電力素子において、光起電力素
子の光電変換効率を最大にするには、各構成素子の初期
特性のみならず、長時間の光照射による劣化特性をも考
慮して積層型光起電力素子を設計しなければならない。
例えば、従来のアモルファスシリコン系半導体のみによ
る積層型光起電力素子では長時間の光照射による特性低
下が大きいため、長時間の光照射で発電される電力を最
大にするように設計することができなかった。
【００１３】本発明の積層型光起電力素子は、微結晶シ
リコン半導体をｉ型層とする光起電力素子と、アモルフ
ァスシリコン半導体をｉ型層とする光起電力素子とを積
層してなる。微結晶シリコン半導体は、長時間の光照射
に対して特性変化の少ないものである。一方、アモルフ
ァスシリコン半導体は、周知の如く、長時間の光照射に
よって特性が大きく低下するものである。本発明は、光
劣化しない微結晶シリコン半導体とアモルファスシリコ
ン半導体とを組み合わせることよって上記課題を解決し
たものである。
【００１４】従来のアモルファスシリコン系半導体をｉ
型層に使用した積層型光起電力素子では、一般的には各
構成素子の光照射下における電流値が等しくなるように
設計することが一般的であった。また、光入射側のｉ型
層の堆積速度が最も遅い場合には、該層の光電流値が最
も小さくなるように各層の厚さを調節していた。
【００１５】ところが、このような設計指針では、微結
晶シリコン半導体をｉ型層に使用した光起電力素子とア
モルファスシリコン半導体をｉ型層に使用した光起電力
素子の積層型光起電力素子の最適設計を行うことはでき
ない。
【００１６】本発明における微結晶シリコン半導体は、
アモルファスシリコン半導体と違って長時間の光照射に
よっても特性が低下しないために、上記指針にしたがっ
て積層型光起電力素子を設計すると、長時間の光照射に
よって律速素子であるアモルファスシリコン光起電力素
子が光劣化し積層型光起電力素子の特性が経時的に大幅
に低下していく。
【００１７】本発明者はこの点について鋭意検討した結
果、実質的に光劣化しない微結晶シリコン半導体をｉ型
層として有するｐｉｎ接合の構成素子を積層型光起電力
素子の電流値を律速する素子とすることによって、長時
間の光照射による特性低下を大幅に減少させることがで
きることを見出した。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の積層型光起電力素
子の実施形態を説明するが、本発明はこれらによって何
ら限定されるものではない。
【００１９】図１および表１〜表４に基づいて本発明を
詳細に説明する。図１は、本発明の積層型光起電力素子
の層構造の一形態を示す概略図である。
【００２０】図１において、本発明の積層型光起電力素
子は、ステンレス鋼等の金属基板、またはガラス等の絶
縁基板１１１上に、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ等からなる反射層
１１０、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化錫等からなる
反射増化層１０９、ｎまたはｐ型層１０８、ｉ型層１０
７、ｐまたはｎ型層１０６からなるボトム光起電力素子
１１２、ｎまたはｐ型層１０５、ｉ型層１０４、ｐまた
はｎ型層１０３からなるトップ光起電力素子１１３、Ｉ
ＴＯ等の透明電極１０２、および集電電極１０１が順に
積層されている。この光起電力素子において、ボトム光
起電力素子１１２のｉ型層は微結晶シリコン半導体から
構成されている。
【００２１】表１〜表４は、トップ光起電力素子（トッ
プ）とボトム光起電力素子（ボトム）の短絡光電流を変
えて光劣化させた場合に、積層型光起電力素子（ダブ
ル）の光電変換効率がどのように変化していくかを示し
ている。本発明において、光劣化は主にトップ光起電力
素子で起こり、ボトム光起電力素子では起こらないもの
である。
【００２２】
【表１】
【００２３】表１は、トップ光起電力素子とボトム光起
電力素子の短絡光電流が等しい場合である。
【００２４】
【表２】
【００２５】表２は、トップ光起電力素子の短絡光電流
がボトム光起電力素子の短絡光電流よりも少ない場合で
ある。
【００２６】
【表３】
【００２７】表３は、トップ光起電力素子の短絡光電流
がボトムの短絡光電流よりも多い場合である。
【００２８】
【表４】
【００２９】表４は、トップの短絡光電流がボトムの短
絡光電流よりも極端に多い場合である。
【００３０】以上の４つの場合を比較すると、明らかに
トップ光起電力素子の短絡光電流が大きい方が、トップ
光起電力素子の光劣化が生じた場合には積層型光起電力
素子の光電変換効率が高くなることが判る。
【００３１】以上のように、微結晶シリコン半導体をｉ
型層に用いた光起電力素子とアモルファスシリコン半導
体をｉ型層に用いた光起電力素子とを積層した積層型光
起電力素子においては、光劣化の殆どない微結晶シリコ
ン半導体をｉ型層に用いた光起電力素子の電流値により
積層型光起電力素子の光電流が定まるようにすることに
よって、長期間にわたって光電変換効率の安定した光起
電力素子を提供することができるものである。
【００３２】積層型光起電力素子の各構成素子の短絡光
電流は、光起電力素子の分光感度特性から測定される。
例えば、ｐｉｎ接合を有する光起電力素子を２つ積層し
たダブル構造の光起電力素子の場合、トップ光起電力素
子とボトム光起電力素子の短絡光電流は以下のようにし
て測定される。
【００３３】トップ光起電力素子の短絡光電流は、積層
型光起電力素子にボトム光起電力素子の光照射時の起電
力に対応する順バイアスを印加し、かつボトム光起電力
素子で主に吸収される領域の光を照射して、この状態で
トップ光起電力素子に分光した光を照射して分光特性を
測定し、この分光特性に太陽光の分光強度を畳み込んで
トップ光起電力素子の電流値を計算する。
【００３４】ボトム光起電力素子の短絡光電流は、トッ
プ光起電力素子と同様に、トップ光起電力素子にトップ
光起電力で主に吸収される光を照射し、トップ光起電力
素子の起電力に対応する順バイアスを印加して、この状
態で分光感度特性を測定し、この分光感度特性と太陽光
の分光特性とを畳み込んでトップ光起電力素子の電流値
を計算する。
【００３５】また、このようなｐｉｎ接合を有する光起
電力素子を２つ積層したダブル構造の光起電力素子の他
に、ｐｉｎ接合を有する光起電力素子を３つ積層したト
リプル構造、およびそれ以上の積層型光起電力素子にお
いても本発明を適用することができるものである。
【００３６】図２は、本発明の積層型光起電力素子を作
成するための堆積膜形成装置を示す模式図である。図２
において、堆積膜形成装置は、ロードチャンバー２０
１、微結晶シリコンｉ型層チャンバー２０２、アモルフ
ァスシリコンｉ型層とｐ型層とｎ型層のＲＦチャンバー
２０３、微結晶シリコンゲルマニウムｉ型層チャンバー
２０４、およびアンロードチャンバー２２０から主に構
成されている。各チヤンバーは、ゲートバルブ２０６、
２０７、２０８、２０９で各原料ガスが混合しないよう
に分離されている。
【００３７】微結晶シリコンｉ型層チャンバー２０２
は、基板加熱用のヒーター２１１およびプラズマＣＶＤ
室２１０から構成されている。ＲＦチャンバー２０３
は、ｎ型層堆積用ヒーター２１２とｎ型層堆積用の堆積
室２１５、ｉ型層堆積用ヒーター２１３とｉ型層堆積用
の堆積室２１６、ｐ型層堆積用ヒーター２１４とｐ型層
堆積用の堆積室２１７を有している。微結晶シリコンゲ
ルマニウムｉ型層チャンバー２０４は、ヒーター２１８
とプラズマＣＶＤ室２１９を有している。
【００３８】基板は基板ホルダー２２１に取り付けら
れ、レール２２０上を外部から駆動されるローラーによ
って移動する。
【００３９】プラズマＣＶＤ室２１０と２１９では、微
結晶を堆積する。微結晶は、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法またはＶＨＦプラズマＣＶＤ法が使用される。
【００４０】このような堆積膜形成装置を使用して、本
発明の積層型光起電力素子は以下のようにして形成され
る。まず、ステンレス基板を基板ホルダー２２１にセッ
トしロードチャンバー２０１のレール２２０上にセット
する。そして、ロードチャンバー２０１内を数ｍＴｏｒ
ｒ以下の真空度に排気する。
【００４１】次に、ゲートバルブ２０６と２０７を開
け、基板ホルダー２２１をチャンバー２０３のｎ型層堆
積室２１５に移動する。各ゲートバルブ２０６，２０７
を閉じ、所望の原料ガスでｎ型層を所望の層厚に堆積す
る。十分に排気した後、ゲートバルブ２０７を開けて基
板ホルダー２２１を堆積チャンバー２０２に移動し、ゲ
ートバルブ２０７を閉じる。
【００４２】ヒーター２１１で基板を所望の基板温度に
加熱し、所望の原料ガスを必要量導入し、所望の真空度
にして、所定のマイクロ波エネルギーまたはＶＨＦエネ
ルギーを堆積室２１０へ導入し、プラズマを発生させて
基板上に微結晶シリコンｉ型層を所望の層厚に堆積す
る。チャンバー２０２を十分に排気し、ゲートバルブ２
０７を開けて基板ホルダー２２１をチャンバー２２０か
らチャンバー２０３へ移動する。
【００４３】基板ホルダー２２１をチャンバー２０３の
ｐ型層堆積室２１７に移動して、ヒーター２１４によっ
て基板を所望の温度に加熱する。堆積室２１７にｐ型層
堆積用の原料ガスを所望の流量だけ供給し、所望の真空
度に維持しつつ堆積室２１７にＲＦエネルギーを導入
し、ｐ型層を所望の層厚に堆積する。
【００４４】ｐ型層堆積後、堆積室２１７を十分に排気
し、基板ホルダー２２１を同じチャンバー内のｎ型層堆
積室２１５に移動する。上記のｎ型層と同様にしてｐ型
層上にｎ型層を堆積する。堆積室２１５を十分に排気
し、基板ホルダーをｉ型層堆積室２１６へ移動する。
【００４５】ヒーター２１３で基板を所望の基板温度に
加熱し、ｉ型層堆積用の原料ガスを所望の流量を堆積室
に供給し、堆積室２１６内の圧力を所望の圧力に維持し
て、所望のＲＦエネルギーを導入する。堆積室２１６を
十分に排気し、基板ホルダー２２１を堆積室２１６から
堆積室２１７に移動し、上記のｐ型層と同様にして、ｉ
型層上にｐ型層を堆積する。上記と同様にして堆積室２
１７を十分に排気した後、ゲートバルブ２０８、２０９
を開け、半導体層を堆積した基板をセットした基板ホル
ダー２２１をアンロードチャンバー２０５へ移動する。
【００４６】ゲートバルブを全て閉じ、アンロードチャ
ンバー２０５内へ窒素ガスを封入して、基板温度を所望
の温度に冷却する。その後、アンロードチャンバー２０
５の取り出しバルブを開けて、基板ホルダー２２１を取
り出す。
【００４７】そして、不図示の透明電極堆積用の蒸着器
を用いて、ｐ型層上に透明電極を所望の層厚に堆積す
る。また、同様にして、透明電極上に集電電極を堆積す
る。
【００４８】次に、本発明の積層型光起電力素子の各構
成要素について詳細に説明する。
【００４９】〈基板、反射層〉本発明の積層型光起電力
素子に用いる基板としては、ステンレス鋼などの金属基
板、特にフェライト系のステンレス鋼が適している。ま
た、絶縁性基板では、ガラスやセラミックスなどが適し
ている。
【００５０】絶縁性基板の場合には、絶縁性基板上に金
属や透明導電膜などを堆積して、絶縁性基板上を導電処
理する必要がある。ガラスなどの透光性基板を使用し
て、基板上に透明導電膜を堆積して光起電力素子を形成
した場合、光は半導体側に入射するのみならず、透光性
基板側から入射することも可能である。
【００５１】導電処理としては、Ａｌ、Ａｇ、Ｃｕなど
の金属単体、またはそれらの合金を反射層として堆積す
ることが挙げられる。反射層の厚さとしては、金属その
ものの反射率が得られる厚さ以上の厚さに堆積すること
が必要である。
【００５２】反射層の表面ができるだけ平坦であるよう
に形成するには、比較的低い温度で数１００Å〜３００
０Åの厚さで形成することが好ましい。また、反射層の
表面が凹凸であるように形成するには、３０００Åより
厚く、数μ以下の厚さで形成することが好ましい。
【００５３】〈反射増加層〉また、半導体層で吸収され
る光量を多くするための反射増加層を上記の金属基板ま
たは反射層上に設けることが望ましい。反射増加層とし
ては、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛などの酸化物
が適している。反射増加層の層厚としては、１０００Å
〜５００００Åが最適な範囲として挙げられる。
【００５４】〈ｐ型層、ｎ型層〉ｐ型層またはｎ型層
は、光起電力素子の特性を左右する重要な層である。ｐ
型層またはｎ型層のアモルファス材料、微結晶や多結晶
材料としては、例えばａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ−Ｓｉ：ＨＸ、
ａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：ＨＸ、ａ−ＳｉＧｅ：
Ｈ、ａ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＯ：Ｈ、ａ−Ｓｉ
Ｎ：Ｈ、ａ−ＳｉＯＮ：ＨＸ、ａ−ＳｉＯＣＮ：ＨＸ、
μｃ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ
Ｘ、μｃ−ＳｉＣ：ＨＸ、μｃ−ＳｉＧｅ：Ｈ、μｃ−
ＳｉＯ：Ｈ、μｃ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ、μｃ−ＳｉＮ：
Ｈ、μｃ−ＳｉＯＮ：ＨＸ、μｃ−ＳｉＯＣＮ：ＨＸ、
ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ：ＨＸ，ｐｏｌｙ
−ＳｉＣ：Ｈ、ｐｏｌｙ−ＳｉＣ：ＨＸ、ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉＧｅ：Ｈ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−ＳｉＣ、ｐｏ
ｌｙ−ＳｉＧｅなどにｐ型の価電子制御剤（周期率表第
ＩＩＩ族原子Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ）やｎ型の価
電子制御剤（周期率表第Ｖ族原子Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂ
ｉ）を高濃度に添加した材料が挙げられる。
【００５５】特に、光入射側のｐ型層またはｎ型層に
は、光吸収の少ない結晶性の半導体層かバンドギャップ
の広い非晶質半導体層が適している。
【００５６】ｐ型層への周期率表第ＩＩＩ族原子の添加
量、およびｎ型層への周期率表第Ｖ族原子の添加量は、
０．１〜５０ａｔ％が最適量として挙げられる。
【００５７】また、ｐ型層またはｎ型層に含有される水
素原子（Ｈ，Ｄ）またはハロゲン原子は、ｐ型層または
ｎ型層の未結合手を補償する働きをし、ｐ型層またはｎ
型層のドーピング効率を向上させるものである。ｐ型層
またはｎ型層へ添加される水素原子またはハロゲン原子
は、０．１〜４０ａｔ％が最適量として挙げられる。特
に、ｐ型層またはｎ型層が結晶性の場合、水素原子また
はハロゲン原子は０．１〜８ａｔ％が最適量として挙げ
られる。
【００５８】さらに、ｐ型層／ｉ型層、ｎ型層／ｉ型層
の各界面側で水素原子または／およびハロゲン原子の含
有量が多く分布しているものが好ましい分布形態として
挙げられ、該界面近傍での水素原子または／およびハロ
ゲン原子の含有量はバルク内の含有量の１．１〜２倍の
範囲が好ましい範囲として挙げられる。このようにｐ型
層／ｉ型層、ｎ型層／ｉ型層の各界面近傍で水素原子ま
たはハロゲン原子の含有量を多くすることによって、該
界面近傍の欠陥準位や機械的歪を減少させることがで
き、本発明の積層型光起電力素子の光起電力や光電流を
増加させることができる。
【００５９】光起電力素子のｐ型層およびｎ型層の電気
特性としては、活性化エネルギーが０．２ｅＶ以下のも
のが好ましく、０．１ｅＶ以下のものが最適である。ま
た、非抵抗としては１００Ωｃｍ以下が好ましく、１Ω
ｃｍ以下が最適である。さらに、ｐ型層およびｎ型層の
層厚は１〜５０ｎｍが好ましく、３〜１０ｎｍが最適で
ある。
【００６０】光起電力素子のｐ型層またはｎ型層の堆積
に適した原料ガスとしては、シリコン原子を含有するガ
ス化し得る化合物、ゲルマニウム原子を含有するガス化
し得る化合物、炭素原子を含有するガス化し得る化合
物、およびこれらの化合物の混合ガスなどを挙げること
ができる。
【００６１】シリコン原子を含有するガス化し得る化合
物としては、ＳｉＨ4、ＳｉＨ6、ＳｉＦ4、ＳｉＦＨ3、
ＳｉＦ2Ｈ2、ＳｉＦ3Ｈ、Ｓｉ3Ｈ8、ＳｉＤ4、ＳｉＨＤ
3、ＳｉＨ2Ｄ2、ＳｉＨ3Ｄ、ＳｉＦＤ3、ＳｉＦ2Ｄ2、
ＳｉＤ3Ｈ、Ｓｉ2Ｄ3Ｈ3などが挙げられる。
【００６２】ゲルマニウム原子を含有するガス化し得る
化合物としては、ＧｅＨ4、ＧｅＤ4、ＧｅＦ4、ＧｅＦ
Ｈ3、ＧｅＦ2Ｈ2、ＧｅＦ3Ｈ、ＧｅＨＤ3、ＧｅＨ
2Ｄ2、ＧｅＨ3Ｄ、ＧｅＨ6、ＧｅＤ6などが挙げられ
る。
【００６３】炭素原子を含有するガス化し得る化合物と
しては、ＣＨ4、ＣＤ4、ＣnＨ2n+2（ｎは整数）、ＣnＨ
2n（ｎは整数）、Ｃ2Ｈ2、Ｃ6Ｈ6、ＣＯ2、ＣＯなどが
挙げられる。
【００６４】窒素含有ガスとしては、Ｎ2、ＮＨ3、ＮＤ
3、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏなどが挙げられる。
【００６５】酸素含有ガスとしては、Ｏ2、ＣＯ、Ｃ
Ｏ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ、ＣＨ3ＯＨ
などが挙げられる。
【００６６】価電子制御するためにｐ型層またはｎ型層
に導入される物質としては、周期率表第ＩＩＩ族原子お
よび第Ｖ族原子が挙げられる。
【００６７】第ＩＩＩ族原子導入用の出発物質として有
効に使用されるものとしては、ホウ素原子導入用とし
て、Ｂ2Ｈ6、Ｂ4Ｈ10、Ｂ5Ｈ9、Ｂ5Ｈ11、Ｂ6Ｈ10、Ｂ6
Ｈ12、Ｂ6Ｈ14などの水素化ホウ素、ＢＦ3、ＢＣｌ3な
どのハロゲン化ホウ素などが挙げられる。その他には、
ＡｌＣｌ3、ＧａＣｌ3、ＩｎＣｌ3、ＴｌＣｌ3などを挙
げることができ、特にＢ2Ｈ6、ＢＦ3が適している。
【００６８】第Ｖ族原子導入用の出発物質として有効に
使用されるのは、燐原子導入用として、ＰＨ3、Ｐ2Ｈ4
などの水素化燐、ＰＨ4Ｉ、ＰＦ3、ＰＦ5、ＰＣｌ3、Ｐ
Ｃｌ5、ＰＢｒ3、ＰＢｒ5、ＰＩ3などのハロゲン化燐が
挙げられる。その他には、ＡｓＨ3、ＡｓＦ3、ＡｓＣｌ
3、ＡｓＢｒ3、ＡｓＦ5、ＳｂＨ3、ＳｂＦ3、ＳｂＦ5、
ＳｂＣｌ3、ＳｂＣｌ5、ＢｉＨ3、ＢｉＣｌ3、ＢｉＢｒ
3などを挙げることができ、特にＰＨ3、ＰＦ3が適して
いる。
【００６９】光起電力素子に適したｐ型層またはｎ型層
の堆積方法は、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＶＨＦプラズマ
ＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法などである。特
に、ＲＦプラズマＣＶＤ法で堆積する場合、容量結合型
のＲＦプラズマＣＶＤ法が適している。ＲＦプラズマＣ
ＶＤ法でｐ型層またはｎ型層を堆積する場合、堆積室内
の基板温度は１００〜３５０℃、内圧は０．１〜１０Ｔ
ｏｒｒ、ＲＦパワーは０．０１〜５．０Ｗ／ｃｍ2、堆
積速度は０．１〜３０Ａ／ｓｅｃが最適条件として挙げ
られる。
【００７０】また、上記のガス化し得る化合物をＨ2、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒなどのガスで適宜希釈し
て堆積室に導入しても良い。
【００７１】特に、微結晶半導体やａ−ＳｉＣ：Ｈ等の
光吸収の少ないかバンドギャップの広い層を堆積する場
合には、水素ガスで２〜１００倍に原料ガスを希釈し、
ＲＦおよびＶＨＦパワーは比較的高いパワーを導入する
のが好ましい。ＲＦの周波数としては１ＭＨｚ〜３００
ＭＨｚが適した範囲であり、特に１３．５６ＭＨｚ近傍
の周波数が最適である。
【００７２】ｐ型層またはｎ型層をマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法で堆積する場合、マイクロ波プラズマＣＶＤ装
置は、堆積室に誘電体窓（アルミナセラミックス等）を
介して導波管でマイクロ波を導入する方法が適してい
る。マイクロ波プラズマＣＶＤ法でｐ型層またはｎ型層
を堆積する場合、本発明の堆積膜形成方法も適した堆積
方法であるが、更に広い堆積条件で光起電力素子に適用
可能な堆積膜を形成することができる。
【００７３】マイクロ波プラズマＣＶＤ法によりｐ型層
またはｎ型層を堆積する場合、堆積室内の基板温度は１
００〜４００℃、内圧は０．５〜３０ｍＴｏｒｒ、マイ
クロ波パワーは０．０１〜１Ｗ／ｃｍ3、マイクロ波の
周波数は０．５〜１０ＧＨｚが好ましい範囲として挙げ
られる。
【００７４】また、上記のガス化し得る化合物をＨ2、
Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒなどのガスで適宜希釈し
て堆積室に導入しても良い。
【００７５】特に、微結晶半導体やａ−ＳｉＣ：Ｈ等の
光吸収の少ないかバンドギャップの広い層を堆積する場
合には、水素ガスで２〜１００倍に原料ガスを希釈し、
マイクロ波パワーは比較的高いパワーを導入するのが好
ましい。
【００７６】〈微結晶ｉ型層〉本発明の積層型光起電力
素子の微結晶シリコンの堆積に好適な方法は、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ法、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法などが挙げられる。特に、微結晶シリコ
ンの堆積速度は使用する電磁波に依存し、同一の投入エ
ネルギーでは周波数が高い方が堆積速度が速くなる。
【００７７】本発明における微結晶シリコンに適したシ
リコン原子供給用の原料ガスとしては、ＳｉＨ4、Ｓｉ2
Ｈ6、ＳｉＦ4、ＳｉＨＦ3、ＳｉＨ2Ｆ2、ＳｉＨ3Ｆ、Ｓ
ｉＨ3Ｃｌ、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4、
ＳｉＤ4、ＳｉＨＤ3、ＳｉＨ2Ｄ2、ＳｉＨ3Ｄ、ＳｉＦ
Ｄ3、ＳｉＦ2Ｄ2、ＳｉＤ3Ｈ、Ｓｉ2Ｄ3Ｈ3などのシラ
ン系原料ガスが挙げられる。
【００７８】また、微結晶シリコンゲルマニウムに適し
たゲルマニウム供給用の原料ガスとしては、ＧｅＨ4、
ＧｅＦ4、ＧｅＨＦ3、ＧｅＨ2Ｆ2、ＧｅＨ3Ｆ、ＧｅＨ
Ｃｌ3、ＧｅＨ2Ｃｌ2、ＧｅＨ3Ｃｌ、ＧｅＨＤ3、Ｇｅ
Ｈ2Ｄ2、ＧｅＨ3Ｄ、ＧｅＨ6、ＧｅＤ6などが挙げられ
る。
【００７９】原料ガスは、良好な微結晶半導体を形成す
るために、水素ガスで希釈する必要があり、その希釈率
は１０倍以上が好ましい。特に好ましい希釈率の範囲
は、１０倍から１００倍の範囲である。希釈率が小さい
場合には微結晶が形成されず、アモルファスが形成され
る。一方、希釈率を高くし過ぎた場合には、微結晶の堆
積速度が低くなり過ぎて実用上の問題が生じる。また、
水素希釈に加えてヘリウムガスで希釈することも可能で
ある。
【００８０】本発明に適した微結晶を作成するための基
板温度は、１００〜５００℃である。特に堆積速度を大
きくする場合には、基板温度は比較的高い温度に設定す
ることが望ましい。
【００８１】本発明の微結晶を堆積するときのチャンバ
ー内の真空度としては、１ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒが好
適な範囲として挙げられる。特に、マイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法で微結晶半導体を堆積する場合には、真空度は
数ｍＴｏｒｒが好ましい真空度である。
【００８２】本発明における微結晶半導体を堆積する場
合のチャンバーヘの投入パワーとしては、０．０１〜１
０Ｗ／ｃｍ2の範囲が好適な範囲として挙げられる。ま
た、原料ガスの流量と投入パワーの関係で示すと、堆積
速度が投入パワーに依存するパワーリミテッドの領域が
適している。
【００８３】さらに、本発明における微結晶半導体の堆
積には、基板と電力投入用の電極間距離が重要な因子で
ある。本発明に適した微結晶半導体を得られる電極間距
離は、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲である。
【００８４】本発明の積層型光起電力素子の微結晶半導
体に適する平均結晶粒径は、１００Å〜１０００Åが適
した範囲として挙げられる。また、微結晶半導体中に含
有されるアモルファスの割合は、ラマンスペクトルで見
た場合に結晶に関係するピークとアモルファスに関係す
るピークの比が７０％以下が望ましいものである。
【００８５】平均結晶粒径が１００Åよりも小さいと、
結晶粒界にアモルファスが多く存在するようになり、光
劣化を示すようになる。また、結晶粒径が小さいと電子
や正孔の移動度や寿命が小さくなり、半導体としての特
性が低下する。一方、平均結晶粒径が１０００Åよりも
大きいと、結晶粒界の緩和が十分に進まず結晶粒界に未
結合手等の欠陥が生じ、該欠陥が電子や正孔の再結合中
心として働き、その結果微結晶半導体の特性が低下す
る。
【００８６】また、微結晶の形状としては、電荷の移動
方向に沿って細長い形状が適したものである。加えて、
本発明における微結晶中に含有される水素原子またはハ
ロゲン原子の割合は、３０％以下が望ましい範囲であ
る。
【００８７】光起電力素子において、ｉ型層は照射光に
対してキャリアを発生輸送する重要な層である。ｉ型層
としては、僅かにｐ型、僅かにｎ型の層も使用すること
ができる（ｐ型になるか、あるいはｎ型になるかは、テ
ールステイト等の固有欠陥の分布による。）。
【００８８】本発明の積層型光起電力素子のｉ型層とし
ては、バンドギャップが均一な半導体の他に、シリコン
原子とゲルマニウム原子とを含有してｉ型層の層厚方向
にバンドギャップが滑らかに変化し、バンドギャップの
極小値がｉ型層の中央の位置よりｐ型層とｉ型層の界面
方向に片寄っているものも適している。また、ｉ型層中
にドナーとなる価電子制御剤とアクセプターとなる価電
子制御剤とが同時にドーピングされているものも適して
いる。
【００８９】特に、ｐ型層／ｉ型層、ｎ型層／ｉ型層の
各界面側で水素原子または／およびハロゲン原子の含有
量が多く分布しているものが好ましい分布形態として挙
げられ、該界面近傍での水素原子または／およびハロゲ
ン原子の含有量はバルク内の含有量の１．１〜２倍の範
囲が好ましい範囲として挙げられる。さらに、シリコン
原子の含有量に対応して、水素原子または／およびハロ
ゲン原子の含有量が変化していることが好ましい。シリ
コン原子の含有量が最小のところでの水素原子または／
およびハロゲン原子の含有量は１〜１０ａｔ％が好まし
い範囲で、水素原子または／およびハロゲン原子の含有
量の最大の領域の０．３〜０．８倍が好ましい範囲であ
る。
【００９０】水素原子または／およびハロゲン原子の含
有量をシリコン原子に対応させて変化させる。すなわ
ち、バンドギャップに対応して、バンドギャップの狭い
ところで水素原子または／およびハロゲン原子の含有量
が少なくなっているものである。
【００９１】メカニズムの詳細については不明ではある
が、本発明の堆積膜形成方法によれば、シリコン原子と
ゲルマニウム原子を含有する合金系半導体の堆積におい
て、シリコン原子とゲルマニウム原子のイオン化率の違
いによってそれぞれの原子が獲得する電磁波エネルギー
に差が生じ、その結果、合金系半導体において水素含有
量または／およびハロゲン含有量が少なくても十分に緩
和が進み、良質な合金系半導体を堆積することができる
ものと考えられる。
【００９２】ｉ型層の層厚は、光起電力素子の構造（例
えば、シングルセル、タンデムセル、トリプルセルな
ど）、およびｉ型層のバンドギャップに大きく依存する
が０．７〜３０．０μｍが最適な層厚として挙げられ
る。
【００９３】本発明の堆積膜形成方法によるシリコン原
子またはゲルマニウム原子を含有するｉ型層は、堆積速
度を５ｎｍ／ｓｅｃ以上に上げても価電子帯側のテイル
ステイトが少ないものであって、テイルステイトの傾き
は６０ｍｅＶ以下であり、かつ電子スピン共鳴（ｅｓ
ｒ）による未結合手の密度は１０17／ｃｍ3以下であ
る。
【００９４】また、ｉ型層のバンドギャップは、ｐ型層
／ｉ型層、ｎ型層／ｉ型層の各界面方向で広くなるよう
に設計することが好ましい。このように設計することに
よって、光起電力素子の光起電力、光電流を大きくする
ことができ、更に長時間使用した場合の光劣化等を防止
することができる。
【００９５】〈アモルファスｉ型層〉本発明の積層型光
起電力素子のアモルファスシリコンの堆積に好適な方法
は、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＶＨＦプラズマＣＶＤ法、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法などが挙げられる。特に、
アモルファスシリコンの堆積速度は使用する電磁波に依
存し、同一の投入エネルギーでは周波数が高い方が堆積
速度が速くなる。
【００９６】本発明におけるアモルファスシリコンに適
したシリコン原子供給用の原料ガスとしては、Ｓｉ
Ｈ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＦ4、ＳｉＨＦ3、ＳｉＨ2Ｆ2、Ｓ
ｉＨ3Ｆ、ＳｉＨ3Ｃｌ、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、
ＳｉＣｌ4、ＳｉＤ4、ＳｉＨＤ3、ＳｉＨ2Ｄ2、ＳｉＨ3
Ｄ、ＳｉＦＤ3、ＳｉＦ2Ｄ2、ＳｉＤ3Ｈ、Ｓｉ2Ｄ3Ｈ3
などのシラン系原料ガスが挙げられる。
【００９７】また、アモルファスシリコンゲルマニウム
に適したゲルマニウム供給用の原料ガスとしては、Ｇｅ
Ｈ4、ＧｅＦ4、ＧｅＨＦ3、ＧｅＨ2Ｆ2、ＧｅＨ3Ｆ、Ｇ
ｅＨＣｌ3、ＧｅＨ2Ｃｌ2、ＧｅＨ3Ｃｌ、ＧｅＨＤ3、
ＧｅＨ2Ｄ2、ＧｅＨ3Ｄ、ＧｅＨ6、ＧｅＤ6などが挙げ
られる。
【００９８】原料ガスは、良好なアモルファス半導体を
形成するために、水素ガスで希釈する必要があり、その
希釈率は５倍以上が好ましい。特に好ましい希釈率の範
囲は、５倍から５０倍の範囲である。また、水素希釈に
加えてヘリウムガスで希釈することも可能である。
【００９９】本発明に適したアモルファスを作成するた
めの基板温度は、１００〜５００℃である。特に堆積速
度を大きくする場合には、基板温度は比較的高い温度に
設定することが望ましい。
【０１００】本発明のアモルファスを堆積するときのチ
ャンバー内の真空度としては、１ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒ
ｒが好適な範囲として挙げられる。特に、マイクロ波プ
ラズマＣＶＤ法でアモルファス半導体を堆積する場合に
は、真空度は数ｍＴｏｒｒが好ましい真空度である。
【０１０１】本発明におけるアモルファス半導体を堆積
する場合のチャンバーヘの投入パワーとしては、０．０
１〜５Ｗ／ｃｍ2の範囲が好適な範囲として挙げられ
る。また、原料ガスの流量と投入パワーの関係で示す
と、堆積速度が投入パワーに依存するパワーリミテッド
の領域が適している。アモルファス半導体の堆積速度を
早くした場合には、基板にイオンが衝突するようにバイ
アスを制御するのが好ましいものである。
【０１０２】加えて、本発明におけるアモルファス中に
含有される水素原子またはハロゲン原子の割合は、５〜
３０％が望ましい範囲である。
【０１０３】光起電力素子において、ｉ型層は照射光に
対してキャリアを発生輸送する重要な層である。ｉ型層
としては、僅かにｐ型、僅かにｎ型の層も使用すること
ができる（ｐ型になるか、あるいはｎ型になるかは、テ
ールステイト等の固有欠陥の分布による。）。
【０１０４】本発明の積層型光起電力素子のｉ型層とし
ては、バンドギャップが均一な半導体の他に、シリコン
原子とゲルマニウム原子とを含有してｉ型層の層厚方向
にバンドギャップが滑らかに変化し、バンドギャップの
極小値がｉ型層の中央の位置よりｐ型層とｉ型層の界面
方向に片寄っているものも適している。また、ｉ型層中
にドナーとなる価電子制御剤とアクセプターとなる価電
子制御剤とが同時にドーピングされているものも適して
いる。
【０１０５】特に、ｐ型層／ｉ型層、ｎ型層／ｉ型層の
各界面側で水素原子または／およびハロゲン原子の含有
量が多く分布しているものが好ましい分布形態として挙
げられ、該界面近傍での水素原子または／およびハロゲ
ン原子の含有量はバルク内の含有量の１．１〜２倍の範
囲が好ましい範囲として挙げられる。さらに、シリコン
原子の含有量に対応して、水素原子または／およびハロ
ゲン原子の含有量が変化していることが好ましい。シリ
コン原子の含有量が最小のところでの水素原子または／
およびハロゲン原子の含有量は１〜１０ａｔ％が好まし
い範囲で、水素原子または／およびハロゲン原子の含有
量の最大の領域の０．３〜０．８倍が好ましい範囲であ
る。水素原子とハロゲン原子を同時に含有量している場
合、ハロゲン原子の含有量は、水素原子の含有量よりも
１／１０以下であるのが好ましいものである。
【０１０６】水素原子または／およびハロゲン原子の含
有量をシリコン原子に対応させて変化させる。すなわ
ち、バンドギャップに対応して、バンドギャップの狭い
ところで水素原子または／およびハロゲン原子の含有量
が少なくなっているものである。
【０１０７】メカニズムの詳細については不明ではある
が、本発明の堆積膜形成方法によれば、シリコン原子と
ゲルマニウム原子を含有する合金系半導体の堆積におい
て、シリコン原子とゲルマニウム原子のイオン化率の違
いによってそれぞれの原子が獲得する電磁波エネルギー
に差が生じ、その結果、合金系半導体において水素含有
量または／およびハロゲン含有量が少なくても十分に緩
和が進み、良質な合金系半導体を堆積することができる
ものと考えられる。
【０１０８】ｉ型層の層厚は、光起電力素子の構造（例
えば、シングルセル、タンデムセル、トリプルセルな
ど）、およびｉ型層のバンドギャップに大きく依存する
が０．０５〜１０μｍが最適な層厚として挙げられる。
【０１０９】本発明の堆積膜形成方法によるシリコン原
子またはゲルマニウム原子を含有するｉ型層は、堆積速
度を５ｎｍ／ｓｅｃ以上に上げても価電子帯側のテイル
ステイトが少ないものであって、テイルステイトの傾き
は６０ｍｅＶ以下であり、かつ電子スピン共鳴（ｅｓ
ｒ）による未結合手の密度は５×１０17／ｃｍ3以下で
ある。
【０１１０】また、ｉ型層のバンドギャップは、ｐ型層
／ｉ型層、ｎ型層／ｉ型層の各界面方向で広くなるよう
に設計することが好ましい。このように設計することに
よって、光起電力素子の光起電力、光電流を大きくする
ことができ、更に長時間使用した場合の光劣化等を防止
することができる。
【０１１１】〈透明電極〉透明電極は、インジウム酸化
物、インジウム−スズ酸化物などの透明電極が適してい
る。
【０１１２】透明電極の堆積には、スパッタリング法と
真空蒸着法が最適な堆積方法として挙げられる。ＤＣマ
グネトロンスパッタリング装置において、基板上にイン
ジウム酸化物からなる透明電極を堆積する場合、ターゲ
ットには金属インジウム（Ｉｎ）やインジウム酸化物
（Ｉｎ2Ｏ3）などが用いられる。
【０１１３】また、基板上にインジウム−スズ酸化物か
らなる透明電極を堆積する場合、ターゲットには金属ス
ズ、金属インジウム、金属スズと金属インジウムの合
金、スズ酸化物、インジウム酸化物、インジウム−スズ
酸化物などが適宜組み合わされて用いられる。
【０１１４】スパッタリング法で堆積する場合、基板温
度は重要な因子であって、２５℃〜６００℃が好ましい
範囲として挙げられる。また、スパッタリング用のガス
としては、アルゴンガス（Ａｒ）、ネオンガス（Ｎ
ｅ）、キセノンガス（Ｘｅ）、ヘリウムガス（Ｈｅ）な
どの不活性ガスが挙げられ、特にＡｒガスが最適であ
る。また、上記の不活性ガスに酸素ガス（Ｏ2）を必要
に応じて添加することが好ましい。特に、金属をターゲ
ットにしている場合には、酸素ガス（Ｏ2）を添加する
ことは必須である。
【０１１５】さらに、上記の不活性ガスによって効果的
にスパッタリングを行うためには、放電空間の圧力は
０．１〜５０ｍＴｏｒｒの範囲であることが好ましい。
加えて、スパッタリングの電源としてはＤＣ電源やＲＦ
電源が適しており、スパッタリング時の電力としては１
０〜１０００Ｗの範囲が適している。
【０１１６】透明電極の堆積速度は、放電空間内の圧力
や放電電力に依存し、最適な堆積速度は０．０１〜１０
ｎｍ／ｓｅｃの範囲である。
【０１１７】透明電極の層厚は、反射防止膜の条件を満
たすような条件で堆積するのが好ましく、具体的には５
０〜３００ｎｍが好ましい範囲として挙げられる。
【０１１８】真空蒸着法により透明電極を堆積するに適
した蒸着源としては、金属スズ、金属インジウム、イン
ジウム−スズ合金などが挙げられる。
【０１１９】また、透明電極を堆積するときの基板温度
としては、２５℃〜６００℃の範囲が適している。
【０１２０】さらに、透明電極を堆積するとき、堆積室
を１０-6Ｔｏｒｒ以下に減圧した後に、酸素ガス
（Ｏ2）を５×１０-5Ｔｏｒｒ〜９×１０-4Ｔｏｒｒの
範囲で導入することが必要である。この範囲で酸素を導
入することによって、蒸着源から気化した金属が気相中
の酸素と反応して良好な透明電極が堆積される。
【０１２１】また、上記の真空度でＲＦ電力を導入して
プラズマを発生させ、該プラズマを介して蒸着を行って
もよい。
【０１２２】上記の条件による透明電極の堆積速度は、
０．０１〜１０ｎｍ／ｓｅｃの範囲であることが好まし
い。堆積速度が０．０１ｎｍ／ｓｅｃ未満であると生産
性が低下し、１０ｎｍ／ｓｅｃより大きくなると粗な膜
となり透過率、導伝率や密着性が低下するからである。
【０１２３】〈集電電極〉本発明において、集電電極１
０１は、透明電極１０２の抵抗率を充分低くできない場
合に必要に応じて透明電極１０２上の一部分に形成さ
れ、電極の抵抗率を下げ、光起電力素子の直列抵抗を下
げる働きをする。
【０１２４】集電電極の材料としては、金、銀、銅、ア
ルミニウム、ニッケル、鉄、クロム、モリブデン、タン
グステン、チタン、コバルト、タンタル、ニオブ、ジル
コニウムなどの金属、もしくはステンレス鋼などの合
金、または粉末状金属を用いた導電ペーストなどが挙げ
られる。そして、その形状は、できるだけ半導体層への
入射光を遮らないように、櫛状に形成される。
【０１２５】また、光起電力装置の全体の面積の中で、
集電電極の占める面積は、好ましくは１５％以下、より
好ましくは１０％以下、最適には５％以下が望ましい。
【０１２６】集電電極のパターンの形成にはマスクを用
い、形成方法としては蒸着法、スパッタリング法、メッ
キ法、印刷法などが用いられる。
【０１２７】なお、本発明の積層型光起電力素子を用い
て、所望の出力電圧、出力電流の光起電力装置を製造す
る場合には、本発明の光起電力素子を直列あるいは並列
に接続し、表面と裏面に保護層を形成し、出力の取り出
し電極等が取り付けられる。また、本発明の光起電力素
子を直列接続する場合、逆流防止用のダイオードを組み
込むことがある。
【０１２８】
【実施例】以下に、本発明の好適な実施例を添付図面に
基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に
限定されるものではない。
【０１２９】（実施例１）本実施例の積層型光起電力素
子は、図２に示す堆積膜形成装置を用いて堆積したもの
である。表５に本実施例と比較実施例に使用した共通の
堆積条件を示す。また、表６には、本実施例と比較実施
例の堆積条件の違い（ｉ型層の堆積時間を変えてｉ型層
の層厚を変えている。）と、その結果得られた各構成素
子の電流値を示している。
【０１３０】
【表５】
【０１３１】
【表６】
【０１３２】各構成素子の光電流は、分光感度特性から
計算により求めた。分光感度特性は、日本分光株式会社
製のＹＱ−２５０ＢＸを使用して測定した。形成した光
起電力素子は山下電装株式会社製のＹＳＳ−１５０を使
用し、ＡＭ１．５のスペクトルを１ｓｕｎの光強度で光
照射した。光照射時の光起電力素子の温度は５０℃に保
持されるように制御し、光照射は約２０００時間行っ
た。光照射前後の光起電力素子の特性は、ＷＡＣＯＭ株
式会社製のＷＸＳ−１３０Ｓ−２０Ｔを光源として使用
して測定した。光源のスペクトルはＡＭ１．５で、光強
度は１ｓｕｎで、光起電力素子の特性を評価した。その
結果を表７に示す。
【０１３３】
【表７】
【０１３４】本実施例のサンプルＮｏ．３と４で光劣化
率が、比較実施例よりも減少している。
【０１３５】本実施例の光起電力素子について、光起電
力素子の断面を観察するために断面の薄膜サンプルを作
成して、透過型電子顕微鏡により観察した。ボトム光起
電力素子のｉ型層の微結晶シリコンからなる層は、結晶
形状が厚さ方向に伸びた柱状晶形状をしていた。また、
微結晶の結晶粒径は、厚さ方向の長さと横方向の長さを
平均して計算すると約４００Åであった。
【０１３６】（実施例２）本実施例は、非単結晶半導体
の結晶粒径と光劣化の関係を検討した。光起電力素子の
堆積条件は実施例１のサンプルＮｏ．３に準じて作成し
た。ボトム光起電力素子のｉ型層の堆積条件を表８に示
す条件にした。ｉ型層の結晶粒径は、実施例１と同様
に、断面観察用のサンプルを光起電力素子から切り出し
て作成し、透過型電子顕微鏡で観察した。表８には、透
過型電子顕微鏡で測定した平均結晶粒径の結果も示され
ている。
【０１３７】表８に示すような６種類の光起電力素子に
ついて、実施例１と同様にして、光劣化特性を測定し
た。表８には、各サンプルの光劣化率も併せて示されて
いる。
【０１３８】
【表８】
【０１３９】本発明の積層型光起電力素子に適した結晶
粒径の範囲である１００Å以上で１０００Å以下の結晶
粒径において、良好な劣化率を示している。また、レー
ザーアニーリングして結晶粒径を大きくした光起電力素
子（サンプルＮｏ．８）においては、初期特性が低いも
のであった。
【０１４０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
積層光起電力素子の第一のｐｉｎ接合の構成素子のｉ型
層に微結晶半導体を用い、第二のｐｉｎ接合の構成素子
のｉ型層にアモルファス半導体を用いる場合において、
光電変換効率が高く、長時間の光照射によっても光電変
換効率の変化をより少なくすることができるという優れ
た効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の積層型光起電力素子の層構造の一形態
を示す概略図である。
【図２】本発明の積層型光起電力素子を作成するための
堆積膜形成装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１０１ 集電電極 １０２ 透明電極 １０３ ｐまたはｎ型層 １０４ ｉ型層 １０５ ｎまたはｐ型層 １０６ ｐまたはｎ型層 １０７ ｉ型層 １０８ ｎまたはｐ型層 １０９ 反射増加層 １１０ 反射層 １１１ 基板 １１２ ボトム光起電力素子 １１３ トップ光起電力素子 ２０１ ロードチャンバー ２０２ 微結晶シリコンｉ型層チャンバー ２０３ アモルファスシリコンｉ型層、ｐ型層、ｎ型層
のＲＦチャンバー ２０４ 微結晶シリコンゲルマニウムｉ型層チャンバー ２０５ アンロード室 ２０６、２０７、２０８、２０９ ゲートバルブ ２１０ プラズマＣＶＤ室 ２１１ 基板加熱用のヒーター ２１２ ｎ型層堆積用ヒーター ２１３ ｉ型層堆積用ヒーター ２１４ ｐ型層堆積用ヒーター ２１５ ｎ型層堆積用の堆積室 ２１６ ｉ層堆積用の堆積室 ２１７ ｐ型層堆積用の堆積室 ２１８ ヒーター ２１９ プラズマＣＶＤ室 ２２０ レール ２２１ 基板ホルダー

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 支持体上に、微結晶半導体をｉ型層に有
    するｐｉｎ接合の構成素子と、アモルファス半導体をｉ
    型層に有するｐｉｎ接合の構成素子とを少なくとも積層
    してなる積層型光起電力素子において、 微結晶半導体をｉ型層に有するｐｉｎ接合の構成素子に
    よって電流値が律速されていることを特徴とする積層型
    光起電力素子。
  2. 【請求項２】 微結晶半導体をｉ型層に有するｐｉｎ接
    合の構成素子の短絡光電流が、アモルファス半導体をｉ
    型層に有するｐｉｎ接合の構成素子の短絡光電流よりも
    小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載
    の積層型光起電力素子。
  3. 【請求項３】 微結晶半導体のｉ型層の平均結晶粒径
    が、１００Å以上１０００Å以下の範囲であることを特
    徴とする請求項１または２に記載の積層型光起電力素
    子。
  4. 【請求項４】 微結晶半導体のｉ型層が、柱状晶構造を
    有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
    記載の積層型光起電力素子。
  5. 【請求項５】 微結晶半導体のｉ型層のバンドギャップ
    が、ｐ型層とｉ型層、ｎ型層とｉ型層との各界面方向で
    広くなるように設定されていることを特徴とする請求項
    １〜４のいずれかに記載の積層型光起電力素子。
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