JPH11251610A

JPH11251610A - 光起電力素子、光起電力素子の製造方法、建材一体型光起電力素子及び発電装置

Info

Publication number: JPH11251610A
Application number: JP11000321A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Shiozaki; 篤志塩崎
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1998-01-05
Filing date: 1999-01-05
Publication date: 1999-09-17

Abstract

(57)【要約】【課題】薄い半導体層でも多くの電流を発生させるこ
とができ、光電変換効率が高く、低温で安価に製造でき
る光起電力素子、その製造方法、建材一体型光起電力素
子及び発電装置を提供する。【解決手段】基板１０１上に半導体層１０５、１０
６、１０７を堆積してなる光起電力素子において、半導
体接合層表面の凹凸の中心値以上の領域の投影面積の投
影面積全体に対する割合が、基板表面の凹凸の中心値以
上の領域の投影面積の投影面積全体に対する割合よりも
大きい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光から電気への変
換効率が高く、屋外で長期間使用しても変換効率の経年
変化が少ない太陽電池、センサーなどの光起電力素子、
その製造方法、建材一体型光起電力素子及び発電装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】電気機器の独立電源や、系統電力の代替
エネルギー源として、既に様々な光起電力素子が利用さ
れている。しかしながら、特に系統電力の代替とするに
は発電量当りの価格が依然として高い。そこで、現在盛
んに研究や開発がなされている。

【０００３】例えば、光起電力素子の材料に関する技術
としては、単結晶や多結晶のシリコンからなる結晶材
料、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコ
ン（μｃ−Ｓｉ）、化合物半導体を用いたいわゆる薄膜
材料などについて研究されている。

【０００４】微結晶シリコンを用いた太陽電池に関して
は、Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．Ｖ
ｏｌ．４２０，ｐ．３，１９９６，Ｊ．Ｍｅｉｅｒ，
Ｈ．Ｋｅｐｐｎｅｒ，Ａ．Ｓｈａｈ．ｅｔ．ａｌにおい
て、ＶＨＦ（７０ＭＨｚ）を用いたプラズマＣＶＤ法に
より光電変換効率７．７％が得られ、該太陽電池は光劣
化がまったく見られないことが報告されている。さら
に、上記文献によれば非晶質シリコンと微結晶シリコン
との積層型太陽電池を作製することによって、初期光電
変換効率１３．１％が得られている。

【０００５】また、１９９７年の応用物理学会春季予稿
集第２分冊ｐ．７６４、記事３０ｐ−Ｂ−４では、多結
晶シリコンの表面を凹凸の形状にする技術が報告されて
いる。

【０００６】さらに、米国特許第４，４１９，５３３号
明細書では、半導体接合層の裏面の金属の反射層を凹凸
に作製し、さらにこの反射層の元素が半導体接合層に拡
散しないように酸化亜鉛などのバリア層を設ける技術が
開示されている。

【０００７】そして、特開平５−２１８４６９号公報に
は、金属の反射層を平坦に作製し、バリア層の表面を水
溶液によりエッチングして凹凸を作製し、光を閉じ込め
る技術が開示されている。

【０００８】このように変換効率を向上させる技術が研
究されている一方、薄膜半導体接合層を安価に製造する
ための技術として、ステンレス鋼のロール状の基板上に
半導体接合層を連続的に作製（Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌ
ｌ方式）し、その際堆積速度が早くなるマイクロ波を用
いた製造技術も報告されている。

【０００９】光起電力素子を利用する上で最も重要なこ
とは、使用する材料の量、作製にかかる費用、設置面
積、外観などを総合したものが、得られる発電量に見合
ったものであるかどうかである。必ずしも、光から電気
への変換効率だけが、最も重要というわけではない。こ
れが、変換効率の高い結晶系光起電力素子に対して変換
効率はやや劣るが圧倒的に低価格で作製可能な薄膜系の
光起電力素子が注目を浴びている理由である。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】このように、光起電力
素子に求められている課題はトータルの電力コスト（コ
スト／Ｗ）をいかに安くするかである。その点、薄膜系
の非晶質シリコン光起電力素子は、他の光起電力素子よ
りも安く製造することができる。さらに、上記のＲｏｌ
ｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌ方式を用いることで、飛躍的にコス
トダウンを図ることができる。

【００１１】しかし、ａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＧｅに代表さ
れる非晶質シリコン系半導体材料には、太陽光相当の光
を長時間照射すると光電変換効率などが低下する（光劣
化する）現象があり、問題となっている。光劣化現象を
抑制する試みとしてａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ／ａ−Ｓｉ
Ｇｅ、ａ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅ、ａ−ＳｉＣ
／ａ−ＳｉＧｅ／ａ−ＳｉＧｅなどの積層構造の光起電
力素子が提案されているが、結晶シリコン光起電力素子
と比較するとまだ不十分である。さらに、ａ−ＳｉＧｅ
の層を形成する際に、高価なゲルマン（ＧｅＨ₄）ガス
を使用するため、コストダウンを図ることが容易ではな
い。

【００１２】このような光劣化現象を抑制する試みとし
て、微結晶シリコン系材料を用いた光起電力素子が検討
されている。この光起電力素子は、光劣化は全く見られ
ないが、膜厚が３．６μｍで、短絡電流が２５．４ｍＡ
／ｃｍ²、光電変換効率が７．７％と依然として低い。
さらにはａ−Ｓｉ／μｃ−Ｓｉ型の積層型太陽電池にお
いて初期光電変換効率は１３．１％が得られているが、
光入射側のａ−Ｓｉ層の光劣化が大きく問題である。さ
らに、μｃ−Ｓｉ層の膜厚が３．６μｍと厚い上に堆積
速度が１．２Å／ｓｅｃと遅いため、層形成時間が８時
間程度必要となり、産業的に実用レベルではないという
問題があった。

【００１３】また、１９９７年の応用物理学界春季予稿
集第２分冊ｐ．７６４、記事３０ｐ−Ｂ−４の多結晶シ
リコンの表面を凹凸の形状にする技術等では、５μｍも
の膜厚が必要で、作製温度が高く、使用できる基板の材
質が制限されるという問題もある。

【００１４】そこで本発明は、薄い半導体接合層でも多
くの電流を発生させることができ、光電変換効率が高
く、低温で安価に製造でき、かつ長期間の使用において
も変換効率をほぼ一定に維持させることができる総合的
に優れた光起電力素子、その製造方法、建材一体型光起
電力素子及び発電装置を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも基
板上に半導体接合層を有する光起電力素子において、前
記基板及び半導体接合層は表面に凹凸を有し、それぞれ
の表面の最高点と最低点の平均をそれぞれの中心値と
し、それぞれの表面を前記基板に垂直な方向に投影した
時に、前記半導体接合層表面の前記中心値以上の高さを
有する領域の投影面積の該半導体接合層表面全体の投影
面積に対する割合が、前記基板表面の前記中心値以上の
高さを有する領域の投影面積の該基板表面全体の投影面
積に対する割合よりも大きいことを特徴とする光起電力
素子を提供する。

【００１６】また、本発明は、基板上に半導体接合層を
堆積する工程を少なくとも有する光起電力素子の製造方
法において、前記基板及び半導体接合層の表面に凹凸を
形成し、それぞれの表面の最高点と最低点の平均をそれ
ぞれの中心値とし、それぞれの表面を前記基板に垂直な
方向に投影した時に、前記半導体接合層表面の前記中心
値以上の高さを有する領域の投影面積の該半導体接合層
表面全体の投影面積に対する割合が、前記基板表面の前
記中心値以上の高さを有する領域の投影面積の該基板表
面全体の投影面積に対する割合よりも大きくすることを
特徴とする光起電力素子の製造方法を提供する。

【００１７】さらに、本発明は、少なくとも基板上に半
導体接合層を有する光起電力素子と裏面補強材とこれら
を一体的に封止する封止材とを有する建材一体型光起電
力素子であって、前記基板及び半導体接合層は表面に凹
凸を有し、それぞれの表面の最高点と最低点の平均をそ
れぞれの中心値とし、それぞれの表面を前記基板に垂直
な方向に投影した時に、前記半導体接合層表面の前記中
心値以上の高さを有する領域の投影面積の該半導体接合
層表面全体の投影面積に対する割合が、前記基板表面の
前記中心値以上の高さを有する領域の投影面積の該基板
表面全体の投影面積に対する割合よりも大きいことを特
徴とする建材一体型光起電力素子を提供する。

【００１８】加えて、本発明は、少なくとも基板上に半
導体接合層を有する光起電力素子と、該光起電力素子で
発電された電力を所定の電力に変換する手段とを有する
発電装置であって、前記基板及び半導体接合層は表面に
凹凸を有し、それぞれの表面の最高点と最低点の平均を
それぞれの中心値とし、それぞれの表面を前記基板に垂
直な方向に投影した時に、前記半導体接合層表面の前記
中心値以上の高さを有する領域の投影面積の該半導体接
合層表面全体の投影面積に対する割合が、前記基板表面
の前記中心値以上の高さを有する領域の投影面積の該基
板表面全体の投影面積に対する割合よりも大きい光起電
力素子と、光起電力素子の電力が入力される電力変換装
置と、光起電力素子の出力電圧・電流を検出する検出手
段と、該検出手段が入力される出力設定手段と、該出力
設定手段に入力された信号に基づいて、上記電力変換装
置を制御する制御回路と、を備えていることを特徴とす
る発電装置を提供する。

【００１９】

【発明の実施の形態】上記のように、本発明は、新規な
光起電力素子、その製造方法、建材一体型光起電力素
子、及び発電装置に係るものであり、以下に本発明の構
成及び作用をさらに説明する。

【００２０】本発明において、基板や半導体接合層の高
さを測定したり、最高点や最低点を求めるためには、以
下の方法を用いる。

【００２１】即ち、原子間力顕微鏡を用いて、５μｍ×
５μｍの領域で３００×３００ポイントの測定を行な
う。具体的には、上記高さは原子間力顕微鏡の試料台か
らの高さとして算出される。それにより、最高点、最低
点が定まり、それらの高さの中心値（最高点の高さと最
低点の高さの平均値）が定まる。

【００２２】こうして求められた中心値以上の高さを有
する測定点の数を測定点全体の数（３００×３００）で
割った値が、本発明でいうところの、中心値以上の高さ
を有する領域の投影面積の基板表面（又は半導体接合層
表面全体）の投影面積に対する割合となる。

【００２３】なお、便宜上、本明細書において、「基板
及び半導体接合層は表面に凹凸を有し、それぞれの表面
の最高点と最低点の平均をそれぞれの中心値とし、それ
ぞれの表面を前記基板に垂直な方向に投影した時に、前
記半導体接合層表面の前記中心値以上の高さを有する領
域の投影面積の該半導体接合層表面全体の投影面積に対
する割合が、前記基板表面の前記中心値以上の高さを有
する領域の投影面積の該基板表面全体の投影面積に対す
る割合よりも大きい」という表現に代えて、「半導体接
合層表面の凹凸の中心値以上の領域の投影面積の投影面
積全体に対する割合が、基板表面の凹凸の中心値以上の
領域の投影面積の投影面積全体に対する割合よりも大き
い」という表現を用いることがあるが、これらは同義で
ある。

【００２４】上記本発明において、前記半導体接合層表
面の前記中心値以上の高さを有する領域の投影面積の該
半導体接合層表面全体の投影面積に対する割合が、前記
基板表面の前記中心値以上の高さを有する領域の投影面
積の該基板表面全体の投影面積に対する割合よりも１０
％以上大きいことが好ましい。

【００２５】また、前記半導体接合層がｎ型又はｐ型の
第１の半導体層と、弱いｎ型もしくは弱いｐ型又はｉ型
の第２の半導体層と、第１の半導体層とは異なる導電型
のｐ型又はｎ型の第３の半導体層と、からなることが好
ましい。ここで、前記ｉ型半導体層が微結晶半導体から
なることが好ましい。

【００２６】また、前記基板が第１の電極層を含み、前
記半導体接合層上に第２の電極層を有することが好まし
い。

【００２７】さらに、前記基板の表面の、平均高さが１
００〜１５０ｎｍ、中心線平均粗さＲａが１００〜２０
０ｎｍ、前記中心値以上の高さを有する領域の投影面積
の該基板表面全体の投影面積に対する割合が４０〜８０
％であることが好ましい。

【００２８】また、前記基板の表面が、ステンレス鋼、
銀、鉄、ニッケル、アルミニウムから選ばれる少なくと
も１種を含有することが好ましい。

【００２９】さらに、前記基板の表面に、酸化亜鉛、酸
化錫、酸化インジウム、酸化チタンから選ばれる少なく
とも１種からなる透明導電層を有することが好ましい。

【００３０】また、前記透明導電層が、スパッタリング
法又は電解溶液からの電気析出法により形成されること
が好ましい。

【００３１】さらに、前記基板の表面に、ドライエッチ
ング法又はウエットエッチング法により凹凸が形成され
ていることが好ましい。

【００３２】また、前記半導体接合層の少なくとも一部
が、基板温度１５０〜３００℃、圧力０．０２〜０．５
ｔｏｒｒの条件下で、原料ガスとしてＳｉＨ₄をＨ₂で５
％以下に希釈したものを供給し、周波数５０〜５５０Ｍ
Ｈｚの高周波電力を０．０５〜１．０Ｗ／ｃｍ³の電力
密度で供給するプラズマＣＶＤ法により作製されている
ことが好ましい。

【００３３】さらに、前記半導体接合層の少なくとも一
部が、シリコンを主成分とし、水素原子を含有し、Ｘ線
回折により（２２０）面のピークを示す結晶相を含んで
いることが好ましい。

【００３４】また、前記半導体接合層の少なくとも一部
がシリコンを主成分とし、水素を含有し、５１４．５ｎ
ｍのレーザー光を用いたラマン分光法により５１０〜５
３０ｃｍ^-1にピークを示す結晶相を含んでいることが好
ましい。

【００３５】さらに、前記半導体接合層がｎ型又はｐ型
の第１の半導体層と、弱いｎ型もしくは弱いｐ型又はｉ
型の第２の半導体層と、第１の半導体層とは異なる導電
型のｐ型又はｎ型の第３の半導体層と、からなる半導体
接合を２組以上有することが好ましい。その際、前記ｉ
型半導体層のうち少なくとも一層が微結晶半導体からな
ることが好ましい。また、半導体接合を２組以上有する
場合、いずれかの半導体接合の表面において本発明の構
成要件が満たされていればよい。

【００３６】また、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）
の太陽光下での短絡電流を前記第２の半導体層の膜厚で
割った値が２０ｍＡ／ｃｍ²／μｍ以上であることが好
ましい。

【００３７】さらに、本発明の製造方法においては、前
記高周波電力を電極間距離５０ｍｍ以下で前記基板に対
向する電極から供給することが好ましい。

【００３８】また、本発明の発電装置においては、前記
光起電力素子が複数直列又は並列に接続されていること
が好ましい。

【００３９】さらに、前記電力変換装置が、自己消弧型
スイッチング素子を用いたＤＣ／ＤＣコンバータ、自励
式ＤＣ／ＡＣインバータのいずれかからなることが好ま
しい。

【００４０】また、前記出力設定手段が、前記検出手段
の検出信号に基づいて演算を行い、出力電圧設定値を決
定し、前記光起電力素子の出力電圧が設定値となるよう
に制御することが好ましい。

【００４１】さらに、前記制御回路が、瞬時値電流比較
又は正弦波／三角波比較方式によりゲートパルスを発生
するゲート駆動回路であることが好ましい。

【００４２】本発明者等は、如何にして光電変換効率が
高く、光劣化が少なく、信頼性があり、作製が容易であ
る光起電力素子を開発すべきか鋭意研究してきた結果、
下記の発明を見出したものである。

【００４３】まず、表面が凹凸の基板を使用する。この
基板はそれ自体が電極を兼ねてもよく、表面に電極層を
設けてもよい。また、半導体層で吸収されなかった光を
反射する反射層や透明導電層を設けてもよい。また、基
板側から光を照射する構成であってもよい。

【００４４】次に、ＳｉＨ₄にドーピングガスとしてＰ
Ｈ₃やＢＦ₃などを添加した原料ガスを使用して、プラズ
マＣＶＤ法により、基板上にｎ型またはｐ型の導電型の
第１の半導体層を約２０ｎｍの厚さに形成する。第１の
半導体層は、作製条件によってはアモルファスにもなる
が、後述する第２の半導体層と同様の作製条件で微結晶
化させてもよい。

【００４５】さらに、基板温度を１５０〜３００℃の範
囲に保ち、かつ圧力を０．０２〜０．５ｔｏｒｒの範囲
に保って、原料ガスとしてＳｉＨ₄／（Ｈ₂＋ＳｉＨ₄）
を５％以下で供給し、周波数が５０〜５５０ＭＨｚの高
周波電力を０．０５〜１．０ｗ／ｃｍ³の電力密度で供
給して、電極間距離を５０ｍｍ以下とした条件で、プラ
ズマＣＶＤ法により、第１の半導体層上に弱いｎ型もし
くは弱いｐ型、またはｉ型の微結晶化した第２の半導体
層を５００〜３０００ｎｍの厚さに形成する。このと
き、微妙な価電子制御を行うため、わずかにドーピング
ガスを添加してもよい。

【００４６】さらに、ＳｉＨ₄にドーピングガスとして
ＢＦ₃やＰＨ₃などを添加した原料ガスを使用して、プラ
ズマＣＶＤ法により、第２の半導体層の上に第１の半導
体層とは異なる導電型のｐ型またはｎ型の第３の半導体
層を約１０ｎｍの厚さに形成する。第３の半導体層の作
製条件は、アモルファスとなる条件でも微結晶化する条
件でもよい。

【００４７】以上のように作製することにより、本発明
者等は、第２の半導体層の結晶成長の影響により、半導
体接合層表面の凹凸の中心値以上の領域の投影面積の投
影面積全体に対する割合が、基板表面の凹凸の中心値以
上の領域の投影面積の投影面積全体に対する割合より大
きくなり、良好な変換効率を得ることができるのを見出
した。

【００４８】この半導体接合層をＸ線回折により分析し
た結果、（２２０）面のピークが認められ、結晶相を確
認することができたが、ピークから結晶粒径を算出した
場合に、必ずしも光電変換効率が大きい方が結晶粒径が
大きいというわけではなかった。また、５１４．５ｎｍ
のレーザ光によるラマン分光の結果からも約５２０ｃｍ
^-1にピークが認められ、結晶相を確認することができた
が、必ずしも、ピークの大きさが大きい程あるいは結晶
の体積率が大きい程、変換効率が良いというわけでもな
かった。

【００４９】また、本発明者らが検討した範囲では、平
坦な表面の基板上に作製した半導体接合層や、上記以外
の条件により作製した半導体接合層でも結晶相を含む場
合もあるが、表面形状の凹凸の中心値以上の割合が増加
していなかったり、反対に減少している場合もあった。
これらの場合には、例外なく良好な変換効率は得られな
かった。なお、半導体接合層の表面形状は、基板表面の
形状と性質、及び第１と第２の半導体層の性質で支配的
に左右され、第３の半導体層は薄いために表面形状に与
える影響は小さい。

【００５０】以下に、本発明の好適な実施態様について
詳述するが、本発明の趣旨に合致するかぎり、これらに
限定されるものではない。

【００５１】図１は、本発明の光起電力素子の一例の断
面構造を示す模式的な概略断面図である。図１に示すよ
うに、基板１０１は、本例では、ステンレス鋼板からな
る支持基体１０２にアルミニウムからなる反射層１０３
を設け、その上にスパッタリング法や電解溶液からの電
気析出法などにより、酸化亜鉛からなる透明導電層１０
４を堆積している。透明導電層１０４の表面の凹凸は１
００ｎｍ〜５００ｎｍの大きさであった方が、光を散乱
することができるので、光電変換効率が向上する。この
透明導電層１０４の作製条件を制御することにより凹凸
を形成してもよく、また平坦な表面をウェットエッチン
グすることにより凹凸を大きく形成してもよい。

【００５２】図２は、本発明の半導体接合層を作製する
ために好適な装置の一例を示す模式的な概略断面図であ
る。以下、図１、図２を用いて本発明の半導体接合層の
好適な作製例について説明する。まず、図２に示すよう
に、送り出し室２０１、成膜室２０２、２０３、２０
４、回収室２０５からなる真空装置内（具体的には送り
出し室２０１内）に、基板２０６を設置する。次に、送
り出し室２０１から成膜室２０２、２０３、２０４およ
び回収室２０５までがゲートバルブ２２７〜２３０で仕
切られている状態で、不図示の真空ポンプにより所定の
圧力まで排気する。

【００５３】続いて、送り出し室２０１と第１の半導体
層の成膜室２０２との間のゲートバルブ２２７を開け、
基板２０６を基板ホルダー兼電極２１０の下に搬送し、
基板ホルダー兼電極２１０を下降させて基板２０６に接
触させ基板２０６を保持する。この基板２０６をヒータ
２０７によって加熱し、所定の温度に保持する。

【００５４】次に、送り出し室２０１と成膜室２０２と
の間のゲートバルブ２２７を閉め、ガス供給管２１６か
ら材料ガスとしてシラン、ホスフィン、水素を供給し、
不図示の排気バルブの開度を調整して、所定の圧力に調
整する。この状態で、対向電極２１３に所定の高周波電
力を所定時間だけ供給し、ｎ型の第１の半導体層１０５
（図１参照）を作製する。

【００５５】材料ガスを一度排気した後、第１の半導体
層の成膜室２０２と第２の半導体層の成膜室２０３との
間のゲートバルブ２２８を開け、基板２０６を基板ホル
ダー兼電極２１１の下に搬送し、基板ホルダー兼電極２
１１を下降させて基板２０６を保持する。この基板２０
６をヒータ２０８によって加熱し、所定の温度に保持す
る。ガス供給管２１７から材料ガスとしてシラン、水素
を供給して所定の圧力に達した後、対向電極２１４に所
定の高周波電力を所定時間だけ供給し、ｉ型の第２の半
導体層１０６（図１参照）を作製する。

【００５６】同様に基板２０６を移動して、第３の半導
体層の成膜室２０４で基板ホルダー兼電極２１２で基板
２０６を保持し、ヒータ２０８で基板２０６を加熱しガ
ス供給管２１８から材料ガスとして弗化ボロン、シラン
を供給した状態で対向電極２１５に電力を供給しｐ型の
第３の半導体層１０７（図１参照）を作製し、半導体接
合層を形成する。なお、図２中２１９〜２２６はガス供
給ラインである。さらに、別の真空装置において、第３
の半導体層の上に酸化インジウム等の反射防止層を兼ね
た第２の電極層１０８を作製する。

【００５７】このとき、半導体接合層の表面形状の凹凸
の中心値以上の領域の投影面積の投影面積全体に対する
割合が、基板１０１の表面形状に対して第２の半導体層
１０６の表面形状の方が大きくなる。第３の半導体層１
０７や第２の電極層１０８の表面形状はその膜厚が薄い
ため、ほとんど第２の半導体層１０６の表面形状を保っ
ている。

【００５８】この上に櫛型の集電電極１０９を設け、不
図示の取り出し電極を取り付け、裏面補強材１１２とし
ての鋼板と表面フィルム１１１としてのフッ化物重合体
薄膜とを熱可塑性透明有機樹脂からなる封止部材１１０
により接着し、これらを保護部材として光起電力素子を
完成する。

【００５９】このようにして製造される本発明の光起電
力素子は、短絡電流が多く、光電変換効率が向上する。
また、長時間にわたり特性の変化が少なく、信頼性も大
幅に改善されるものである。

【００６０】以下に、本発明の各構成要素について個別
に説明する。

【００６１】（基板）基板１０１は、半導体接合層から
電力を取り出すための一方の第１の電極を含んでおり、
単体の材料からなっていても、あるいは複数の材料から
なっていてもよい。支持基体１０２には、例えば、金
属、合金、これらの積層品、カーボンシート、樹脂フィ
ルムなどを使用することができる。これらはロール状に
加工することができるため、連続作製に好適である。

【００６２】用途によっては、支持基体１０２として、
例えば、シリコン等の結晶基板、ガラス板、セラミック
ス板などを使用することも可能である。また、支持基体
１０２としてガラス等の透明基板を用い、基板側から光
を入射することも可能である。さらに、支持基体１０２
としてフェライト系ステンレス鋼（ＳＵＳ４３０）のよ
うな磁性体を用いると、磁石を内蔵したローラで位置を
正確に制御しつつ支持基体１０２を搬送することも可能
である。

【００６３】支持基体１０２の表面には研磨や洗浄を施
してもよいが、そのまま用いてもよい。また、支持基体
１０２として、圧延時のローラによるダル仕上げのステ
ンレス鋼のように、表面に凹凸を有するものも使用する
ことも可能である。さらに、ニッケルやアルミニウムな
どを表面処理することにより凹凸を設けた鋼板等も、使
用することが可能である。

【００６４】反射層１０３は、支持基体１０２として反
射率の高いものを用いる場合には改めて設ける必要はな
い。支持基体１０２が絶縁性の場合には、反射層が電極
層を兼ねていてもよい。支持基体１０２としてステンレ
ス鋼やカーボンシートなどを使用する場合には、スパッ
タリング等により、その表面にアルミニウムや銀などを
形成する方がよい。反射層１０３の作製温度を高くし、
堆積速度を遅くし、膜厚を厚くすることで、表面を凹凸
に形成してもよいし、堆積後にエッチング等を施して凹
凸を形成してもよい。支持基体側から光を入射する場合
には、反射層は半導体接合層の表面側に設ける方がよ
い。

【００６５】透明導電層１０４は、必ずしも必要という
わけではないが、例えば、スパッタリング法、真空蒸着
法、化学的気相成長法、イオンプレーティング法、イオ
ンビーム法、イオンビームスパッタ法などにより作製す
ることができる。また、硝酸基、酢酸基、アンモニア基
などと金属イオンからなる水溶液中からの電気析出法
や、浸漬法によっても、透明導電層１０４を作製するこ
とができる。

【００６６】透明導電層１０４は、反射層１０３まで光
を透過させるため、透明度が高いことが望ましい。さら
に、半導体接合層の欠陥を通じて流れる電流を抑制する
ため、適度の抵抗を持つことが望ましい。透明導電層１
０４の材料としては、例えば、酸化亜鉛、酸化インジウ
ム、酸化錫、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）、酸化チタン
またはこれらを含有するものを好適に用いることができ
る。透明導電層１０４の作製条件を制御することによ
り、表面に数１００ｎｍの大きさの凹凸を作製すること
ができるが、平坦な層を作製した後に酢酸水溶液等でウ
ェットエッチングして凹凸を形成してもよい。スパッタ
リングによって透明導電層１０４を作製する場合は、基
板温度を高くし、堆積速度を遅くし、層厚を厚くするこ
とで凹凸を大きくすることができる。また、水溶液から
の電気析出法により作製する場合は、金属イオン濃度を
濃くし、層厚を厚くすることで、凹凸を大きくすること
ができる。

【００６７】いずれの材料や作製方法を使用しても、基
板１０１の表面形状を、平均高さが１００〜５００ｎ
ｍ、中心線平均粗さＲａが１０〜２００ｎｍ、凹凸の中
心値以上の領域の投影面積の投影面積全体に対する割合
が４０〜８０％とすることが、半導体接合層の形状と相
俟って、入射光を散乱し有効に利用するために望まし
い。

【００６８】（半導体接合層）半導体層１０５、１０
６、１０７の積層構成は、例えば、ｎｉｐ構成、ｐｉｎ
構成、ｎ⁺ｎ^-ｐ⁺構成、ｎ⁺ｐ^-ｐ⁺構成、ｐ⁺ｐ^-ｎ⁺構
成、ｐ⁺ｎ^-ｎ⁺構成などが可能である。ｎ型やｐ型のド
ーピングガスとしてのＰＨ₃やＢＨ₃は、シリコンの原子
数に対して０．１〜１０％で供給することが好ましく、
第２の半導体層のわずかの価電子制御には０．１〜１０
ｐｐｍで供給することが好ましい。半導体接合層には、
酸素や炭素、窒素、フッ素などが微量含まれていてもよ
い。

【００６９】また、図３に示すように、半導体接合層の
数を２組以上にしてもよい。図３において、３０１は基
板、３０２は支持基体、３０３は反射層、３０４は透明
導電層、３０５は１組目の第１の半導体層、３０６は１
組目の第２の半導体層、３０７は１組目の第３の半導体
層、３０８は第２の電極層、３０９は集電電極、３１０
は封止部材、３１１は表面フィルム、３１２は裏面補強
材、３１５は２組目の第１の半導体層、３１６は２組目
の第２の半導体層、３１７は２組目の第３の半導体層で
ある。

【００７０】さらに、作製装置についても、図２のよう
な装置以外に１つの真空槽でガスを置換して半導体接合
層を作製してもよいし、ロールツーロール方式の装置で
連続して半導体接合層を作製してもよい。

【００７１】なお第１の半導体層の厚さは１〜５０ｎｍ
が好ましく、第２の半導体層の厚さは５００〜３０００
ｎｍが好ましく、第３の半導体層の厚さは１〜５０ｎｍ
が好ましい。

【００７２】（第２の電極層）第２の電極層１０８は、
上記の半導体層から電力を取り出すための基板とは反対
側の第２の電極であり、低抵抗であることが望ましい。
第２の電極層１０８は、例えば、酸化インジウム、酸化
錫、酸化チタン、酸化亜鉛、その混合物（例えば、イン
ジウム錫酸化物（ＩＴＯ））などからなることが好まし
い。第２の電極層１０８は、抵抗加熱、電子ビームによ
る真空蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ法、スプレー
法、浸積法などにより作製することができる。

【００７３】また、第２の電極層１０８側から光を入射
する場合には、良好な反射防止効果を得るために、膜厚
は、主に反射を防止したい光の波長に比べて、第２の電
極層１０８の屈折率の４倍分の１程度であることが好ま
しい。例えば、第２の電極層の屈折率が２．０で最も透
過したい波長が５００ｎｍとすると、膜厚は、約６３ｎ
ｍ程度（５００×（１／２．０×４））であることが好
ましい。また、第２の電極層１０８は、屈折率の異なる
材料を積層して構成してもよい。

【００７４】上記の実施形態においては、第１の電極
層、半導体接合層及び第２の電極層の一体構成によっ
て、光起電力素子を構成しているが、本発明は上記の構
成に限定されるものではない。

【００７５】（集電電極）第２の電極層１０８の上に
は、電流を効率よく集電するために、格子状の集電電極
１０９を設けてもよい。集電電極１０９の形成方法とし
ては、例えば、マスクパターンを用いてスパッタリング
法、抵抗加熱法、ＣＶＤ法等により形成する方法、全面
に金属膜を蒸着した後に不必要な部分をエッチングで取
り除きパターニングする方法、光ＣＶＤにより直接グリ
ッド電極パターンを形成する方法、グリッド電極パター
ンのネガパターンのマスクを形成した後にメッキにより
形成する方法、導電性ペーストを印刷する方法、カーボ
ンペーストを塗布した銅ワイアーを熱圧着する方法など
を利用することができる。なお、必要に応じて、起電力
を取り出すために出力端子が、基板１０１と集電電極１
０９とに取り付けられる。

【００７６】（封止部材）封止部材１１０は、光起電力
素子を温度変化、湿度、衝撃などの外部環境から守り、
かつ表面フィルム１１１、裏面補強材１１２と電極層１
０８、基板１０１とを接着する。したがって、封止部材
１１０は、耐候性、接着性、充填性、耐熱性、耐寒性、
耐衝撃性などの要求を満たす樹脂であることが好まし
い。これらの要求を満たす樹脂としては、例えば、ポリ
オレフィン系樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、フ
ッ素樹脂などが挙げられる。また、有機過酸化物を封止
部材１１０として併用し、真空下で加圧加熱しながら架
橋および熱圧着を行うことが可能である。また、架橋助
剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤、シランカ
ップリング剤、有機チタネート化合物などを封止部材１
１０に添加することで、様々な特性を改善することが可
能である。

【００７７】一方、半導体層に到達する光量の減少をな
るべく抑えるために、封止部材１１０は透明でなくては
ならず、具体的にはその光透過率が４００ｎｍ以上８０
０ｎｍ以下の可視光波長領域において８０％以上である
ことが望ましく、９０％以上であることがより望まし
い。また、大気からの光の入射を容易にするために、摂
氏２５度における封止部材１１０の屈折率は１．１から
２．０であることが好ましく、１．１から１．６である
ことがより好ましい。

【００７８】（表面フィルム）表面フィルム１１１とし
ては、例えば、フッ素樹脂、アクリル樹脂などを利用す
ることができる。上記の封止部材１１０との接着性の改
良のために、例えば、コロナ処理、プラズマ処理、オゾ
ン処理、ＵＶ照射、電子線照射、火炎処理などの表面処
理を表面樹脂フィルム１１１の片面に行うことが望まし
い。表面フィルム１１１及び封止部材１１０には、凹凸
を形成してもよい。この凹凸は、被覆形成工程中に設け
てもよいし、被覆形成後にプレスなどの方法によって設
けてもよい。

【００７９】（裏面補強材）裏面補強材１１２として
は、例えば、ナイロン、ポリエチレンテレフタレート、
鋼板、プラスチック板、ＦＲＰ（ガラス繊維強化プラス
チック）板を用いることができる。裏面補強材の機械的
強度が大きい場合には、光起電力素子を屋根材などの建
築材料に適用する（建材一体型光起電力素子とする）こ
とができる。

【００８０】（発電装置）図４は、本発明の光起電力素
子を用いた発電装置の一例を示すブロック図である。図
示するように、光起電力素子４０１で発生した直流電力
が電力変換装置４０２に入力されて変換され、負荷４０
３へと供給される。また、光起電力素子４０１の出力電
圧及び出力電流は、電圧検出手段４０４及び電流検出手
段４０５によって検出され、その検出信号が出力設定手
段４０６に入力され、その信号に基づいて制御回路４０
７により電力変換装置４０２が制御される。

【００８１】光起電力素子４０１としては、例えば、上
記の図１及び図３の光起電力素子を用いることができ、
これを直列又は並列に複数接続して所望の電圧、電流を
得るように構成することが好ましい。

【００８２】電力変換装置４０２としては、例えば、パ
ワートランジスタ、パワーＦＥＴ、ＩＧＢＴ等の自己消
弧型スイッチング素子を用いたＤＣ／ＤＣコンバータ、
自励式ＤＣ／ＡＣインバータなどがある。この電力変換
装置４０２は、制御回路４０７から送られるゲートパル
スのＯＮ／ＯＦＦデューティ比（いわゆる通流率）と周
波数によって、電力潮流、入出力電圧、出力周波数等を
制御することができるものである。

【００８３】負荷４０３としては、例えば、電熱負荷、
電動機負荷等の種々のものがあるが、交流の場合には商
用交流系統であってもよい。同様に、直流負荷として２
次電池も使用できるが、その場合には２次電池の容量を
十分大きくし、電池の充電状態の管理を行うことが望ま
しい。なお、負荷が直流の場合には、電力変換装置４０
２としてはＤＣ／ＤＣコンバータが使用される。

【００８４】電圧検出手段４０４は、例えば光起電力素
子４０１の出力電圧を抵抗で分圧し、Ａ／Ｄ変換してデ
ジタル値に変換して、出力設定手段４０６に送る。この
際、ノイズの混入等を避けるために、光起電力素子４０
１の出力回路と検出信号の送信回路は、入出力間の絶縁
を完全に行えるフォトカプラ等で絶縁しておくことが望
ましい。

【００８５】電流検出手段４０５は、例えばホール素子
または標準抵抗等で電流を電圧に変換し、電圧検出手段
４０４と同様に検出信号をデジタル値として出力設定手
段４０６に送り込む。これらの検出手段に用いられるＡ
／Ｄコンバータは十分高速かつ高精度であることが好ま
しく、具体的には１０ビット以上の分解能を持ち、５０
ｋＨｚ以上のサンプリング速度を持つものが好ましい。
このようなＡ／Ｄコンバータは０．１％以下の誤差で、
かつ、１秒以下の応答を持った制御系を構成できる。

【００８６】出力設定手段４０６は、上記の検出信号に
基づいて演算を行い、出力電圧設定値を決定し、光起電
力素子４０１の出力電圧が設定値となるようにゲート回
路の通流率等を制御する。出力設定手段４０６は制御用
マイクロコンピュータとして具体化され、ＣＰＵ，ＲＡ
Ｍ，ＲＯＭ，入出カポート、数値演算器等を備えること
ができる。

【００８７】制御回路４０７は、瞬時値電流比較、正弦
波／三角波比較方式等により、ゲートパルスを発生す
る、いわゆるゲート駆動回路である。このゲートパルス
により、光起電力素子４０１の出力電圧が、出力設定手
段４０６の出力に一致するように電力変換装置４０２を
制御する。この制御回路４０７は、アナログ回路でもデ
ジタル回路でも構成できるが、最近ではほとんどがデジ
タル化されており、ＣＰＵや高速ＣＰＵであるＤＳＰ
（Ｄｅｇｉｔａｌ・Ｓｉｇｎａｌ・Ｐｒｏｃｅｓｓｏ
ｒ）を装備している。なお、デジタル化された場合の制
御回路４０７は、上記の出力設定手段４０６と類似の構
成であり、両者を兼用するような回路を用いることも可
能である。

【００８８】

【実施例】以下に、本発明の実施例を説明するが、本発
明はこれらの実施例に限定されるものではない。

【００８９】（実施例１）本実施例は、図１の概略断面
図に示す構成の光起電力素子を同一の条件で複数枚作成
し、必要に応じて途中工程までで作製を中止し、評価を
行った。

【００９０】支持基体１０２には、縦横４５ｍｍ×４５
ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの形状で、一般的にダル仕上げ
と呼ばれる凹凸を付けたＳＵＳ４３０を使用した。この
支持基体１０２を市販の直流マグネトロンスパッタ装置
に設置し、圧力が１０^-5ｔｏｒｒ以下になるまで排気し
た。その後、アルゴンガスを３０ｓｃｃｍ供給し、圧力
を２ｍｔｏｒｒに保持した。支持基体は加熱せず、６ｉ
ｎｃｈΦのアルミニウムターゲットに１２０ｗの直流電
力を印加し、９０秒間で７０ｎｍの厚さのアルミニウム
からなる反射層１０３を支持基体１０２上に形成した。
引き続き支持基体の温度を３００℃に加熱し、６ｉｎｃ
ｈΦの酸化亜鉛のターゲットに電気接続を切り替えて５
００ｗの直流電力を３０分間印加し、約３０００ｎｍの
酸化亜鉛からなる透明導電層１０４を反射層１０３上に
作製して基板１０１とした。

【００９１】この基板の表面形状を市販の原子間力顕微
鏡（米国Ｑｕｅｓａｎｔ社製のＱｓｃｏｐｅ２５０）に
より、先端半径２０ｎｍ、尖角３６度、長さ２００ｎｍ
のプローブを用いて測定したところ、表面には平均高さ
が３００ｎｍ、中心線平均粗さＲａが８０ｎｍ、凹凸の
中心値以上の領域の投影面積の投影面積全体に対する割
合が５０％であることが明らかになった。

【００９２】この基板を図２に概略を示す装置の送り出
し室２０１に１枚ずつ設置し、１０^-4ｔｏｒｒまで真空
ボンプで排気した後、送り出し室２０１と第１の半導体
層の成膜室２０２との間のゲートバルブ２２７を開け、
第１の半導体層の成膜室２０２に基板を移動した。基板
ホルダー２１０を下げて電極間距離を３０ｍｍとし、ヒ
ータ２０７にて基板の表面温度は２５０℃に制御した。

【００９３】十分に排気が行われた時点で、ガス導入管
２１６より、ＳｉＨ₄／Ｈ₂（ＳｉＨ₄をＨ₂で１０％に希
釈）４ｓｃｃｍ、ＰＨ₃／Ｈ₂（ＰＨ₃をＨ₂で２％に希
釈）１ｓｃｃｍ、Ｈ₂１００ｓｃｃｍを導入し、スロッ
トルバルブの開度を調整して、成膜室２０２の内圧を１
ｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところで、直ちに１
０５ＭＨｚの高周波電源より電極２１３に１５Ｗの電力
を投入した。プラズマは３６０秒間持続させた。これに
より、ｎ型の第１の半導体層１０５が、透明導電層１０
４上に約２０ｎｍの厚さで形成された。

【００９４】再び排気をした後に、第２の半導体層の成
膜室２０３に基板を移し電極間距離を３０ｍｍとした
後、基板温度は２５０℃にして、ガス導入管２１７より
ＳｉＨ₄５０ｓｃｃｍ、Ｈ₂１５００ｓｃｃｍを導入し、
スロットルバルブの開度を調整して、成膜室２０３の内
圧を３００ｍｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところ
で、直ちに１０５ＭＨｚの高周波電源より電極２１４に
５Ｗの電力を投入し、不図示のバイアス電極に１３．５
６ＭＨｚの高周波電力を８Ｗ印加して１２０分間持続さ
せた。これにより、ｉ型の第２の半導体層１０６が、約
１０００ｎｍの厚さで形成された。

【００９５】再び排気をした後に、第３の半導体層の成
膜室２０４に基板を移し、基板温度は１７０℃にして、
ガス導入管２１８よりＳｉＨ₄／Ｈ₂（ＳｉＨ₄をＨ₂で１
０％に希釈）０．２ｓｃｃｍ、ＢＦ₃／Ｈ₂（ＢＦ₃をＨ₂
で２％に希釈）１ｓｃｃｍ、Ｈ₂３５ｓｃｃｍを導入
し、スロットルバルブの開度を調整して、成膜室２０４
の内圧を２ｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところ
で、直ちに１３．５６ＭＨｚの高周波電源より電極２１
５に３３Ｗの電力を投入した。プラズマは、１５０秒間
持続させた。これにより、ｐ型の第３の半導体層１０７
が、約１０ｎｍの厚さで形成された。

【００９６】なお、各層の厚さは、各条件で適当な時間
だけ作成し一部膜を機械的に剥離させたときの膜の段差
を触針式の膜厚計にて測定した結果から、時間換算で求
めた。

【００９７】表面形状を上述の原子間力顕微鏡を用いて
測定したところ、表面形状は平均高さが３５０ｎｍ、中
心線平均粗さＲａが１００ｎｍ、凹凸の中心値以上の領
域の投影面積の投影面積全体に対する割合が６０％と基
板の表面での割合よりも大きくなった。念のため第２の
半導体層１０６まで作成した試料の表面も測定したが、
第３の半導体層１０７の表面と全く同じ値を示した。も
ちろん光起電力素子として利用する場合は、半導体接合
層の作製中にこのような測定を行わずに各半導体層は引
き続いて作製した方がよい。

【００９８】また、第２の半導体層まで作成した試料を
理学電機（株）製のＸ線回折装置ＲＩＮＴ２０００で測
定した結果、シリコンの（２２０）面のピークが観測さ
れた。さらに、日本分光（株）製ラマン分光器ＮＲＳ−
２０００Ｃで測定した結果、５２０ｃｍ^-1にピークを観
測することができ、いずれの測定によっても本実施例の
半導体接合層が結晶相を含むことを確認することができ
た。

【００９９】次に試料をＤＣマグネトロンスパッタ装置
のアノードの表面に取り付け、ステンレス鋼のマスクで
試料の周囲を遮蔽して、中央部４０ｍｍ×４０ｍｍの領
域に、１０重量％の酸化錫と９０重量％の酸化インジウ
ムとからなるＩＴＯターゲットを用いて第２の電極層１
０８をスパッタリングにより形成した。第２の電極層１
０８の堆積条件は、基板温度１７０℃、不活性ガスとし
てアルゴンの流量５０ｓｃｃｍ、酸素ガス０．５ｓｃｃ
ｍ、堆積室内の圧力３ｍＴｏｒｒ、ターゲットの単位面
積当たりの投入電力量０．２Ｗ／ｃｍ²にて約１００秒
で厚さが７０ｎｍとなるように設定した。膜厚は、前も
って同じ条件で堆積時間との関係を検量して堆積するこ
とにより、所定の厚さとした。この第２の電極層１０８
の表面形状も測定したが、第３の半導体層の表面と全く
同じ値を示した。

【０１００】このようにして作製した試料に銀ペースト
をスクリーン印刷して集電電極１０９を第２の電極層１
０８の面積の２％の領域に形成し、出力端子を取り付
け、最後にマイナス側端子として銅タブをステンレス半
田を用いて支持基体１０２に取り付け、プラス側端子と
して錫箔のテープを導電性接着剤にて集電電極１０９に
取り付け出力端子とした。なお、プラス側端子は、絶縁
体を介して裏面に回し、裏面補強材に設けた穴から出力
を取り出せるようにした。

【０１０１】この状態で、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃ
ｍ²）照射時の電圧電流特性から得られる短絡電流は２
６ｍＡ／ｃｍ²、初期の変換効率は８．２％であった。
また、１０００時間の連続光照射試験後の変換効率は
８．２％であった。

【０１０２】その後、光起電力素子の受光面側に封止部
材１１０としてのＥＶＡシート（スプリングボーンラボ
ラトリーズ社製、商品名フォトキャップ、厚さ４６０マ
イクロメートル）と表面フィルム１１１としての片面を
コロナ放電処理した無延伸のＥＴＦＥフィルム（デュポ
ン社製、商品名テフゼルフィルム、厚さ５０マイクロメ
ートル）を、裏側に封止部材１１０としてのＥＶＡシー
ト（スプリングボーンラボラトリーズ社製、商品名フォ
トキャップ、厚さ４６０マイクロメートル）とナイロン
フィルム（デュポン社製、商品名ダーテック、厚さ６
３．５マイクロメートル）と裏面補強材１１２としての
ガルバリウム鋼板（亜鉛メッキ鋼板、厚さ０．２７ｍ
ｍ）をＥＴＦＥ／ＥＶＡ／光起電力素子／ＥＶＡ／ナイ
ロン／ＥＶＡ／鋼板という順に重ねた。その際、ＥＴＦ
Ｅの外側にはみ出したＥＶＡを離型するためのテフロン
フィルム（デュポン社製、商品名テフロンＰＦＡフィル
ム、厚さ５０マイクロメートル）を介して、アルミニウ
ムメッシュ（１６×１８メッシュ、線径０．０１１イン
チ）を配置した。この積層体を真空ラミネート装置を用
いて加圧脱気しながら１５０℃で３０分加熱することに
より、アルミニウムメッシュにより表面に凹凸が形成さ
れた光起電力素子を得た。

【０１０３】なお、ここで用いたＥＶＡシートは太陽電
池の封止部材として広く用いられているものであり、Ｅ
ＶＡ樹脂（酢酸ビニル含有率３３％）１００重量部に対
して架橋剤１．５重量部、紫外線吸収剤０．３重量部、
光安定化剤０．１重量部、酸化防止剤０．２重量部、シ
ランカップリング剤０．２５重量部を配合したものであ
る。出力端子は、予め光起電力素子裏面にまわしてお
き、ラミネート後、ガルバリウム鋼板に予め開けておい
た端子取り出し口から出力が取り出せるようにし、さら
に保護樹脂を接着して完成した。

【０１０４】保護樹脂を設けた後の、ＡＭ１．５（１０
０ｍＷ／ｃｍ²）照射時の電圧電流特性から得られる短
絡電流は２５ｍＡ／ｃｍ²、初期の変換効率は７．８％
であった。ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）１０００
時間照射による劣化試験後の変換効率も７．８％であ
り、変化はなかった。さらに、このサンプルを温度８５
℃、湿度８５％の環境試験箱に収納し、１０００時間の
環境試験を行った。この場合、変換効率が０．０２％低
下しただけであり、全く問題なかった。

【０１０５】（比較例１−１）比較例１−１は、第２の
半導体層の作成時に、基板温度を４００℃にして、ガス
導入管２１７よりＳｉＨ₄８０ｓｃｃｍ、Ｈ₂１５００ｓ
ｃｃｍを導入し、スロットルバルブの開度を調整して、
反応容器の内圧を３０ｍｔｏｒｒに保持し、圧力が安定
したところで、直ちに５００ＭＨｚの高周波電源より電
極２１４に５０Ｗの電力を投入し、不図示のバイアス電
極に１３．５６ＭＨｚの高周波電力を２０Ｗ印加して４
０分間持続させて作製した以外は、実施例１と同様の方
法で試料を作成した。

【０１０６】この試料の表面形状を原子間力顕微鏡を用
いて測定したところ、平均高さが３００ｎｍ、中心線平
均粗さＲａが１１０ｎｍ、凹凸の中心値以上の領域の投
影面積の投影面積全体に対する割合が２０％と基板の表
面での割合である５０％よりも小さくなった。

【０１０７】保護樹脂形成後のＡＭ１．５（１００ｍＷ
／ｃｍ²）照射時の電圧電流特性から得られる短絡電流
は１３ｍＡ／ｃｍ²、初期の変換効率は５．６％と低い
値であった。しかも、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃ
ｍ²）１０００時間照射による劣化試験後の変換効率は
５．１％であり、劣化もした。

【０１０８】また、第２の半導体層まで作成した試料を
Ｘ線回折装置で測定した結果、シリコンのピークは観測
されなかった。さらに、ラマン分光器で測定した結果も
４８０ｃｍ^-1になだらかな山が観測できたに過ぎず、い
ずれの測定によっても第２の半導体層がアモルファス相
であることが確認された。

【０１０９】（比較例１−２）比較例１−２は、第２の
半導体層作成時に、基板温度を３５０℃にして、ガス導
入管２１７よりＳｉＨ₄２５ｓｃｃｍ、Ｈ₂７５０ｓｃｃ
ｍを導入し、スロットルバルブの開度を調整して、反応
容器の内圧を３００ｍｔｏｒｒに保持し、圧力が安定し
たところで、直ちに１０５ＭＨｚの高周波電源より電極
２１４に１０Ｗの電力を投入し１２０分間持続させて作
製した以外は、実施例１と同様の方法で試料を作成し
た。

【０１１０】この試料の表面形状を原子間力顕微鏡を用
いて測定したところ、平均高さが２３０ｎｍ、中心線平
均粗さＲａが８０ｎｍ、凹凸の中心値以上の領域の投影
面積の投影面積全体に対する割合が５０％と基板の表面
での割合である５０％と同じであった。

【０１１１】保護樹脂形成後のＡＭ１．５（１００ｍＷ
／ｃｍ²）照射時の電圧電流特性から得られる短絡電流
は２４ｍＡ／ｃｍ²、初期の変換効率は６．２％と低い
値であった。

【０１１２】また、第２の半導体層まで作成した試料を
Ｘ線回折装置で測定した結果、シリコンの（２２０）面
のピークが観測され、さらにラマン分光器で測定した結
果も５１８ｃｍ^-1にピークが観測でき、いずれの測定に
よっても第２の半導体層は結晶相を含む半導体層である
ことが確認された。したがって、結晶相を含むか否かよ
りも、凹凸の中心値以上の領域の投影面積の投影面積全
体に対する割合が、基板に対して半導体層の表面で大き
くなることが重要である。

【０１１３】（実施例２）本実施例においても、図１の
概略断面図に示す構成の光起電力素子を同一の条件で複
数枚作成し、必要に応じて途中工程までで作製を中止
し、評価した。

【０１１４】支持基体１０２には、縦横４５ｍｍ×４５
ｍｍ、厚さ０．１５ｍｍの形状で、一般的にＢＡ仕上げ
と呼ばれる平坦なＳＵＳ４３０を使用した。この支持基
体１０２を市販の直流マグネトロンスパッタ装置に設置
し、反射層１０３と透明導電層１０４を実施例１と同様
の方法で作製し、それぞれの厚さを７０ｎｍ、１００ｎ
ｍとした。この支持基体１０２を負極とし、亜鉛の板を
正極として、硝酸亜鉛０．０５ｍｏｌ／リットルの水溶
液中で、液温８０℃、電流密度４ｍＡ／ｃｍ²で５分間
電気析出を行った。それにより、スパッタリングで形成
された透明導電層上に新たに約１０００ｎｍの酸化亜鉛
膜（透明導電層）が形成された。

【０１１５】こうして作製した基板の表面形状を原子間
力顕微鏡にて測定したところ、表面は平均高さが３０ｎ
ｍ、中心線平均粗さＲａが２ｎｍ、凹凸の中心値以上の
領域の投影面積の投影面積全体に対する割合が５０％で
あることが明らかとなった。

【０１１６】この基板を更に、５％、３５℃の酢酸水溶
液に３０秒間浸漬した後、表面形状を再度測定したとこ
ろ、表面は平均高さが１８０ｎｍ、中心線平均粗さＲａ
が４０ｎｍ、凹凸の中心値以上の領域の投影面積の投影
面積全体に対する割合が４６％となっていた。

【０１１７】この酢酸水溶液に浸漬した基板を図２に概
略を示す装置の送り出し室２０１に１枚ずつ設置し、１
０^-4ｔｏｒｒまで真空ボンプで排気した後、送り出し室
２０１と第１の半導体層の成膜室２０２との間のゲート
バルブ２２７を開け、第１の半導体層の成膜室２０２に
基板を移動した。基板ホルダー２１０を下げて電極間距
離を１０ｍｍとし、ヒータ２０７にて基板の表面温度は
２２５℃に制御した。

【０１１８】十分に排気が行われた時点で、ガス導入管
２１６より、ＳｉＨ₄／Ｈ₂（ＳｉＨ₄をＨ₂で１０％に希
釈）４ｓｃｃｍ、ＰＨ₃／Ｈ₂（ＰＨ₃をＨ₂で２％に希
釈）０．５ｓｃｃｍ、Ｈ₂１００ｓｃｃｍを導入し、ス
ロットルバルブの開度を調整して、成膜室２０２の内圧
を１ｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところで、直ち
に１０５ＭＨｚの高周波電源より電極２１３に１５Ｗの
電力を投入した。プラズマは、３９０秒間持続させた。
これにより、ｎ型の第１の半導体層１０５が、透明導電
層１０４上に約２０ｎｍの厚さで形成された。

【０１１９】再び排気をした後に、第２の半導体層の成
膜室２０３に基板を移し、電極間距離を１０ｍｍとした
後、基板温度は２５０℃にして、ガス導入管２１７より
ＳｉＨ₄２５ｓｃｃｍ、Ｈ₂７５０ｓｃｃｍを導入し、ス
ロットルバルブの開度を調整して、成膜室２０３の内圧
を３００ｍｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところ
で、直ちに１０５ＭＨｚの高周波電源より電極２１４に
４Ｗの電力を投入し１２０分間持続させた。これによ
り、ｉ型の第２の半導体層１０６が、約１０００ｎｍの
厚さで形成された。

【０１２０】再び排気をした後に、第３の半導体層の成
膜室２０４に基板を移し、基板温度は１７０℃にして、
ガス導入管２１８よりＳｉＨ₄／Ｈ₂（ＳｉＨ₄をＨ₂で１
０％に希釈）０．２ｓｃｃｍ、ＢＦ₃／Ｈ₂（ＢＦ₃をＨ₂
で２％に希釈）１ｓｃｃｍ、Ｈ₂３５ｓｃｃｍを導入
し、スロットルバルブの開度を調整して、成膜室２０４
の内圧を２ｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところ
で、直ちに１３．５６ＭＨｚの高周波電源より電極２１
５に３３Ｗの電力を投入した。プラズマは、１５０秒間
持続させた。これにより、ｐ型の第３の半導体層１０７
が、約１０ｎｍの厚さで形成された。

【０１２１】この試料の表面形状を原子間力顕微鏡を用
いて測定したところ、表面形状は平均高さが２５０ｎ
ｍ、中心線平均粗さＲａが６０ｎｍ、凹凸の中心値以上
の領域の投影面積の投影面積全体に対する割合が５６％
と基板の表面での割合よりも大きくなった。念のため、
第２の半導体層まで作成した試料の表面も測定したが、
第３の半導体層の表面と全く同じ値を示した。

【０１２２】また、第２の半導体層まで作成した試料を
Ｘ線回折装置で測定した結果、シリコンの（２２０）面
のピークが観測された。さらに、ラマン分光器で測定し
た結果、５１８ｃｍ^-1に実施例１よりも小さいピークが
観測され、本実施例の半導体接合層が結晶相を含むこと
を確認することができた。

【０１２３】その後は、実施例１と同様の方法で光起電
力素子を作製した。

【０１２４】保護樹脂を設けた後の、ＡＭ１．５（１０
０ｍＷ／ｃｍ²）照射時の電圧電流特性から得られる短
絡電流は２６ｍＡ／ｃｍ²、初期の変換効率は７．９％
であった。ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）で１００
０時間の劣化試験後の変換効率は７．８％であり、変化
はほとんどなかった。結晶性を表わすラマンピークは小
さいが、必ずしも変換効率が悪くはならなかった。

【０１２５】さらに、このサンプルを温度８５℃、湿度
８５％の環境試験箱に収納し、１０００時間の環境試験
を行った。この場合、変換効率が０．０１％低下しただ
けであり、全く問題なかった。

【０１２６】（実施例３）本実施例では、図３の概略断
面図に示す構成の光起電力素子を同一の条件で複数枚作
成し、必要に応じて途中工程までで作製を中止し、評価
した。

【０１２７】支持基体３０２には、鉄鋼板にニッケルめ
っきを施し、凹凸を設けたものを使用した。この支持基
体３０２を市販の直流マグネトロンスパッタ装置に設置
し、反射層３０３と透明導電層３０４を実施例１と同様
の方法で作製し、基板とした。なお、それぞれの層３０
３、３０４の厚さは７０ｎｍ、１００ｎｍとした。

【０１２８】この基板の表面形状を原子間力顕微鏡によ
り測定したところ、表面には平均高さが１５０ｎｍ、中
心線平均粗さＲａが１５ｎｍ、凹凸の中心値以上の領域
の投影面積の投影面積全体に対する割合が５８％である
ことが明らかとなった。

【０１２９】この基板を図２に概略を示す装置の送り出
し室２０１に１枚ずつ設置し、１０^-4ｔｏｒｒまで真空
ポンプで排気した後、送り出し室２０１と第１の半導体
層の成膜室２０２との間のゲートバルブ２２７を開け、
第１の半導体層の成膜室２０２に基板２０６を移動し
た。基板ホルダーを２１０を下げ電極間距離を３０ｍｍ
とし、ヒータ２０７にて基板の表面温度は２５０℃に制
御した。十分に排気が行われた時点で、ガス導入管２１
６より、ＳｉＨ₄／Ｈ₂（ＳｉＨ₄をＨ₂で１０％に希釈）
４ｓｃｃｍ、ＰＨ₃／Ｈ₂（ＰＨ₃をＨ₂で２％に希釈）１
ｓｃｃｍ、Ｈ₂１００ｓｃｃｍを導入し、スロットルバ
ルブの開度を調整して、反応容器の内圧を１ｔｏｒｒに
保持し、圧力が安定したところで、直ちに１０５ＭＨｚ
の高周波電源より電極２１３に１５Ｗの電力を投入し
た。プラズマは、３６０秒間持続させた。これにより、
ｎ型の第１の半導体層３０５が、透明導電層３０４上に
約２０ｎｍの厚さで形成された。

【０１３０】再び排気をした後に、第２の半導体層成膜
室２０３に基板を移し電極間距離を３０ｍｍとした後、
基板温度は２５０℃にして、ガス導入管２１７よりＳｉ
Ｈ₄５０ｓｃｃｍ、Ｈ₂１５００ｓｃｃｍを導入し、スロ
ットルバルブの開度を調整して、成膜室２０３の内圧を
３００ｍｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところで、
直ちに１０５ＭＨｚの高周波電源より電極２１４に５Ｗ
の電力を投入し、バイアス電極に１３．５６ＭＨｚの高
周波電力を８Ｗ印加して１２０分間持続させた。これに
より、ｉ型の第２の半導体層３０６が、約１０００ｎｍ
の厚さで形成された。

【０１３１】再び排気をした後に、第３の半導体層の成
膜室２０４に基板を移し、基板温度は２００℃にして、
ガス導入管２１８よりＳｉＨ₄／Ｈ₂（ＳｉＨ₄をＨ₂で１
０％に希釈）０．２ｓｃｃｍ、ＢＦ₃／Ｈ₂（ＢＦ₃をＨ₂
で２％に希釈）１ｓｃｃｍ、Ｈ₂３５ｓｃｃｍを導入
し、スロットルバルブの開度を調整して、成膜室２０４
の内圧を２ｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところ
で、直ちに１３．５６ＭＨｚの高周波電源より電極２１
５に３３Ｗの電力を投入した。プラズマは、１５０秒間
持続させた。これにより、ｐ型の第３の半導体層３０７
が、約１０ｎｍの厚さで形成された。

【０１３２】この段階で装置から一部の基板を取り出
し、表面形状を原子間力顕微鏡により測定したところ、
表面には平均高さが１８０ｎｍ、中心線平均粗さＲａが
３０ｎｍ、凹凸の中心値以上の領域の投影面積の投影面
積全体に対する割合が６９％であった。

【０１３３】また第２の半導体層まで作成した試料をＸ
線回折装置で測定した結果、シリコンの（２２０）面の
ピークが観測された。さらに、ラマン分光器で測定した
結果、５１６ｃｍ^-1にピークが観測され、本実施例の半
導体接合層が結晶相を含むことを確認することができ
た。

【０１３４】測定を行わない基板は引き続き、再び第１
の半導体層の成膜室２０２に移動した。基板ホルダー２
１０を下げ電極間距離を３０ｍｍとし、ヒータ２０７に
て基板の表面温度は２３０℃に制御した。

【０１３５】十分に排気が行われた時点で、ガス導入管
２１６より、ＳｉＨ₄／Ｈ₂（ＳｉＨ₄をＨ₂で１０％に希
釈）１ｓｃｃｍ、ＰＨ₃／Ｈ₂（ＰＨ₃をＨ₂で２％に希
釈）２．５ｓｃｃｍ、Ｈ₂４８ｓｃｃｍを導入し、スロ
ットルバルブの開度を調整して、成膜室２０２の内圧を
１ｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところで、直ちに
１３．５６ＭＨｚの高周波電源より電極２１３に１．５
Ｗの電力を投入した。プラズマは、６０秒間持続させ
た。これにより、ｎ型の半導体層３１５が、第３の半導
体層３０７上に約２０ｎｍの厚さで形成された。

【０１３６】再び排気をした後に、第２の半導体層の成
膜室２０３に基板を移し、電極間距離を３０ｍｍとした
後、基板温度は２５０℃にして、ガス導入管２１７より
Ｓｉ₂Ｈ₆１ｓｃｃｍ、Ｈ₂４８ｓｃｃｍを導入し、スロ
ットルバルブの開度を調整して、成膜室２０３の内圧を
１ｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところで、直ちに
１３．５６ＭＨｚの高周波電源より電極２１４に１．５
Ｗの電力を投入し２０分間持続させた。これにより、ｉ
型の半導体層３１６が、約２５０ｎｍの厚さで形成され
た。

【０１３７】再び排気をした後に、第３の半導体層の成
膜室２０４に基板を移し、基板温度は１７０℃にして、
ガス導入管２１８よりＳｉＨ₄／Ｈ₂（ＳｉＨ₄をＨ₂で１
０％に希釈）０．２ｓｃｃｍ、ＢＦ₃／Ｈ₂（ＢＦ₃をＨ₂
で２％に希釈）１ｓｃｃｍ、Ｈ₂３５ｓｃｃｍを導入
し、スロットルバルブの開度を調整して、成膜室２０４
の内圧を２ｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところ
で、直ちに１３．５６ＭＨｚの高周波電源より３３Ｗの
電力を投入した。プラズマは、１５０秒間持続させた。
これにより、ｐ型の半導体層３１７が、約１０ｎｍの厚
さで形成された。

【０１３８】その後は、実施例１と同様の方法で光起電
力素子を作製した。

【０１３９】保護樹脂を設けた後の、ＡＭ１．５（１０
０ｍＷ／ｃｍ²）照射時の電圧電流特性から得られる短
絡電流は１３ｍＡ／ｃｍ²、初期の変換効率は１４．０
％であった。ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）で１０
００時間の劣化試験後の変換効率は１３．４％であり、
変化は−５％ほどであった。

【０１４０】さらに、このサンプルを温度８５℃、湿度
８５％の環境試験箱に収納し、１０００時間の環境試験
を行った。この場合、変換効率が０．０１％低下しただ
けであり、全く問題なかった。

【０１４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半導体接合層表面の凹凸の中心値以上の領域の投影面積
の投影面積全体に対する割合が、基板表面の凹凸の中心
値以上の領域の投影面積の投影面積全体に対する割合よ
りも大きいことにより、薄い半導体接合層でも多くの電
流を発生させることができ、光電変換効率の高い光起電
力素子を低温において安価に製造することができる。こ
の光起電力素子は、１０年ないしは２０年のような長期
間の使用において、変換効率をほぼ一定に維持すること
ができ、信頼性も高い。

【０１４２】また、本発明の光起電力素子の裏面に機械
的強度に優れた裏面補強材を設けることにより、建材一
体型の光起電力素子を作製することができ、屋根材等と
して好適である。

【０１４３】さらに、上記の光起電力素子を使用し、光
起電力素子の電力が入力される電力変換装置と、光起電
力素子の出力電圧・電流を検出する検出手段と、その検
出信号が入力される出力設定手段と、出力設定手段に入
力された信号に基づいて、上記電力変換装置を制御する
制御回路とを備える発電装置を形成することにより、光
電変換効率に優れた発電装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光起電力素子の一例の断面構造を示す
模式的な概略断面図である。

【図２】本発明の半導体層を作製するために好適な装置
の一例を示す模式的な概略断面図である。

【図３】本発明の光起電力素子の他の例における断面構
造を示す模式的な概略断面図である。

【図４】本発明の発電装置の例を示すブロック図であ
る。

【符号の説明】

１０１、３０１、２０６基板１０２、３０２支持基体１０３、３０３反射層１０４、３０４透明導電層１０５第１の半導体層１０６第２の半導体層１０７第３の半導体層１０８、３０８第２の電極層１０９、３０９集電電極１１０、３１０封止部材１１１、３１１表面フィルム１１２、３１２裏面補強材２０１送り出し室２０２第１の半導体層の成膜室２０３第２の半導体層の成膜室２０４第３の半導体層の成膜室２０５回収室２０７、２０８、２０９ヒータ２１０、２１１、２１２基板ホルダー兼電極２１３、２１４、２１５対向電極２１６、２１７、２１８ガス供給管２１９〜２２６ガス供給ライン２２７〜２３０ゲートバルブ３０５１組目の第１の半導体層３０６１組目の第２の半導体層３０７１組目の第３の半導体層３１５２組目の第１の半導体層３１６２組目の第２の半導体層３１７２組目の第３の半導体層４０１光起電力素子４０２電力変換装置４０３負荷４０４電圧検出手段４０５電流検出手段４０６出力設定手段４０７制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも基板上に半導体接合層を有す
る光起電力素子において、前記基板及び半導体接合層は
表面に凹凸を有し、それぞれの表面の最高点と最低点の
平均をそれぞれの中心値とし、それぞれの表面を前記基
板に垂直な方向に投影した時に、前記半導体接合層表面
の前記中心値以上の高さを有する領域の投影面積の該半
導体接合層表面全体の投影面積に対する割合が、前記基
板表面の前記中心値以上の高さを有する領域の投影面積
の該基板表面全体の投影面積に対する割合よりも大きい
ことを特徴とする光起電力素子。
【請求項２】前記半導体接合層表面の前記中心値以上
の高さを有する領域の投影面積の該半導体接合層表面全
体の投影面積に対する割合が、前記基板表面の前記中心
値以上の高さを有する領域の投影面積の該基板表面全体
の投影面積に対する割合よりも１０％以上大きいことを
特徴とする請求項１記載の光起電力素子。
【請求項３】前記半導体接合層がｎ型又はｐ型の第１
の半導体層と、弱いｎ型もしくは弱いｐ型又はｉ型の第
２の半導体層と、第１の半導体層とは異なる導電型のｐ
型又はｎ型の第３の半導体層と、からなることを特徴と
する請求項１又は２に記載の光起電力素子。
【請求項４】前記ｉ型半導体層が微結晶半導体からな
ることを特徴とする請求項３記載の光起電力素子。
【請求項５】前記基板が第１の電極層を含み、前記半
導体接合層上に第２の電極層を有することを特徴とする
請求項１乃至４に記載の光起電力素子。
【請求項６】前記基板の表面の、平均高さが１００〜
１５０ｎｍ、中心線平均粗さＲａが１００〜２００ｎ
ｍ、前記中心値以上の高さを有する領域の投影面積の該
基板表面全体の投影面積に対する割合が４０〜８０％で
あることを特徴とする請求項１乃至５に記載の光起電力
素子。
【請求項７】前記基板の表面が、ステンレス鋼、銀、
鉄、ニッケル、アルミニウムから選ばれる少なくとも１
種を含有することを特徴とする請求項１乃至６に記載の
光起電力素子。
【請求項８】前記基板の表面に、酸化亜鉛、酸化錫、
酸化インジウム、酸化チタンから選ばれる少なくとも１
種からなる透明導電層を有することを特徴とする請求項
１乃至７に記載の光起電力素子。
【請求項９】前記透明導電層が、スパッタリング法又
は電解溶液からの電気析出法により形成されることを特
徴とする請求項８記載の光起電力素子。
【請求項１０】前記基板の表面に、ドライエッチング
法又はウエットエッチング法により凹凸が形成されてい
ることを特徴とする請求項１乃至９に記載の光起電力素
子。
【請求項１１】前記半導体接合層の少なくとも一部
が、基板温度を１５０〜３００℃、圧力を０．０２〜
０．５ｔｏｒｒの条件下で、原料ガスとしてＳｉＨ₄を
Ｈ₂で５％以下に希釈したものを供給し、周波数５０〜
５５０ＭＨｚの高周波電力を０．０５〜１．０Ｗ／ｃｍ
³の電力密度で供給するプラズマＣＶＤ法により作製さ
れていることを特徴とする請求項１乃至１０に記載の光
起電力素子。
【請求項１２】前記半導体接合層の少なくとも一部
が、シリコンを主成分とし、水素原子を含有し、Ｘ線回
折により（２２０）面のピークを示す結晶相を含んでい
ることを特徴とする請求項１乃至１１に記載の光起電力
素子。
【請求項１３】前記半導体接合層の少なくとも一部が
シリコンを主成分とし、水素を含有し、５１４．５ｎｍ
のレーザー光を用いたラマン分光法により５１０〜５３
０ｃｍ^-1にピークを示す結晶相を含んでいることを特徴
とする請求項１乃至１２に記載の光起電力素子。
【請求項１４】前記半導体接合層がｎ型又はｐ型の第
１の半導体層と、弱いｎ型もしくは弱いｐ型又はｉ型の
第２の半導体層と、第１の半導体層とは異なる導電型の
ｐ型又はｎ型の第３の半導体層と、からなる半導体接合
を２組以上有することを特徴とする請求項１乃至１３に
記載の光起電力素子。
【請求項１５】ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）の
太陽光下での短絡電流を第２の半導体層の膜厚で割った
値が２０ｍＡ／ｃｍ²／μｍ以上であることを特徴とす
る請求項３又は１４に記載の光起電力素子。
【請求項１６】前記ｉ型半導体層のうち少なくとも一
層が微結晶半導体からなることを特徴とする請求項１４
記載の光起電力素子。
【請求項１７】基板上に半導体接合層を堆積する工程
を少なくとも有する光起電力素子の製造方法において、
前記基板及び半導体接合層の表面に凹凸を形成し、それ
ぞれの表面の最高点と最低点の平均をそれぞれの中心値
とし、それぞれの表面を前記基板に垂直な方向に投影し
た時に、前記半導体接合層表面の前記中心値以上の高さ
を有する領域の投影面積の該半導体接合層表面全体の投
影面積に対する割合が、前記基板表面の前記中心値以上
の高さを有する領域の投影面積の該基板表面全体の投影
面積に対する割合よりも大きくすることを特徴とする光
起電力素子の製造方法。
【請求項１８】前記半導体接合層表面の前記中心値以
上の高さを有する領域の投影面積の該半導体接合層表面
全体の投影面積に対する割合を、前記基板表面の前記中
心値以上の高さを有する領域の投影面積の該基板表面全
体の投影面積に対する割合よりも１０％以上大きくする
ことを特徴とする請求項１７記載の光起電力素子の製造
方法。
【請求項１９】前記半導体接合層をｎ型又はｐ型の第
１の半導体層と、弱いｎ型もしくは弱いｐ型又はｉ型の
第２の半導体層と、第１の半導体層とは異なる導電型の
ｐ型又はｎ型の第３の半導体層と、から形成することを
特徴とする請求項１７又は１８に記載の光起電力素子の
製造方法。
【請求項２０】前記ｉ型半導体層が微結晶半導体を含
有するように形成することを特徴とする請求項１９記載
の光起電力素子の製造方法。
【請求項２１】前記基板が第１の電極層を含ませ、前
記半導体接合層上に第２の電極層を有することを特徴と
する請求項１７乃至２０に記載の光起電力素子の製造方
法。
【請求項２２】前記基板の表面の、平均高さを１００
〜１５０ｎｍ、中心線平均粗さＲａを１００〜２００ｎ
ｍ、前記中心値以上の高さを有する領域の投影面積の該
基板表面全体の投影面積に対する割合が４０〜８０％と
することを特徴とする請求項１７乃至２１に記載の光起
電力素子の製造方法。
【請求項２３】前記基板としてその表面が、ステンレ
ス鋼、銀、鉄、ニッケル、アルミニウムから選ばれる少
なくとも１種を含有する基板を用いることを特徴とする
請求項１７乃至２２に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２４】前記基板の表面に、酸化亜鉛、酸化
錫、酸化インジウム、酸化チタンから選ばれる少なくと
も１種からなる透明導電層を形成することを特徴とする
請求項１７乃至２３に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２５】前記透明導電層をスパッタリング法又
は電解溶液からの電気析出法により形成することを特徴
とする請求項２４記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２６】前記基板の表面にドライエッチング法
又はウエットエッチング法により凹凸を形成することを
特徴とする請求項１７乃至２５に記載の光起電力素子の
製造方法。
【請求項２７】前記半導体接合層の少なくとも一部
を、基板温度１５０〜３００℃、圧力０．０２〜０．５
ｔｏｒｒの条件下で、原料ガスとしてＳｉＨ₄をＨ₂で５
％以下に希釈したものを供給し、周波数５０〜５５０Ｍ
Ｈｚの高周波電力を０．０５〜１．０Ｗ／ｃｍ³の電力
密度で供給するプラズマＣＶＤ法により作製することを
特徴とする請求項１７乃至２６に記載の光起電力素子の
製造方法。
【請求項２８】前記高周波電力を電極間距離５０ｍｍ
以下で前記基板に対向する電極から供給することを特徴
とする請求項２７記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２９】前記半導体接合層の少なくとも一部が
シリコンを主成分とし、水素を含有し、５１４．５ｎｍ
のレーザー光を用いたラマン分光法により５１０〜５３
０ｃｍ^-1にピークを示す結晶相を含むようにすることを
特徴とする請求項１７乃至２８に記載の光起電力素子の
製造方法。
【請求項３０】前記半導体接合層をｎ型又はｐ型の第
１の半導体層と、弱いｎ型もしくは弱いｐ型又はｉ型の
第２の半導体層と、第１の半導体層とは異なる導電型の
ｐ型又はｎ型の第３の半導体層と、からなる半導体接合
を２組以上有することを特徴とする請求項１７乃至２９
に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項３１】ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）の
太陽光下での短絡電流を第２の半導体層の膜厚で割った
値が２０ｍＡ／ｃｍ²／μｍ以上になるようにすること
を特徴とする請求項１９又は３０に記載の光起電力素子
の製造方法。
【請求項３２】前記ｉ型半導体層のうち少なくとも一
層が微結晶半導体を含有するように形成することを特徴
とする請求項３０記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項３３】少なくとも基板上に半導体接合層を有
する光起電力素子と裏面補強材とこれらを一体的に封止
する封止材とを有する建材一体型光起電力素子であっ
て、前記基板及び半導体接合層は表面に凹凸を有し、そ
れぞれの表面の最高点と最低点の平均をそれぞれの中心
値とし、それぞれの表面を前記基板に垂直な方向に投影
した時に、前記半導体接合層表面の前記中心値以上の高
さを有する領域の投影面積の該半導体接合層表面全体の
投影面積に対する割合が、前記基板表面の前記中心値以
上の高さを有する領域の投影面積の該基板表面全体の投
影面積に対する割合よりも大きいことを特徴とする建材
一体型光起電力素子。
【請求項３４】少なくとも基板上に半導体接合層を有
する光起電力素子と、該光起電力素子で発電された電力
を所定の電力に変換する手段とを有する発電装置であっ
て、前記基板及び半導体接合層は表面に凹凸を有し、そ
れぞれの表面の最高点と最低点の平均をそれぞれの中心
値とし、それぞれの表面を前記基板に垂直な方向に投影
した時に、前記半導体接合層表面の前記中心値以上の高
さを有する領域の投影面積の該半導体接合層表面全体の
投影面積に対する割合が、前記基板表面の前記中心値以
上の高さを有する領域の投影面積の該基板表面全体の投
影面積に対する割合よりも大きい光起電力素子と、光起
電力素子の電力が入力される電力変換装置と、光起電力
素子の出力電圧・電流を検出する検出手段と、該検出手
段が入力される出力設定手段と、該出力設定手段に入力
された信号に基づいて、上記電力変換装置を制御する制
御回路と、を備えていることを特徴とする発電装置。
【請求項３５】前記光起電力素子が複数直列又は並列
に接続されていることを特徴とする請求項３４記載の発
電装置。
【請求項３６】前記電力変換装置が、自己消弧型スイ
ッチング素子を用いたＤＣ／ＤＣコンバータ、自励式Ｄ
Ｃ／ＡＣインバータのいずれかからなることを特徴とす
る請求項３４又は３５に記載の発電装置。
【請求項３７】前記出力設定手段が、前記検出手段の
検出信号に基づいて演算を行い、出力電圧設定値を決定
し、前記光起電力素子の出力電圧が設定値となるように
制御することを特徴とする請求項３４乃至３６に記載の
発電装置。
【請求項３８】前記制御回路が、瞬時値電流比較又は
正弦波／三角波比較方式によりゲートパルスを発生する
ゲート駆動回路であることを特徴とする請求項３４乃至
３７に記載の発電装置。