JPH1187742A

JPH1187742A - シリコン系薄膜光電変換装置

Info

Publication number: JPH1187742A
Application number: JP9235915A
Authority: JP
Inventors: Keiji Okamoto; 圭史岡本; Masashi Yoshimi; 雅士吉見
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1997-09-01
Filing date: 1997-09-01
Publication date: 1999-03-30

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、逆導電型半導体層
（１０６）とを含み、１導電型微結晶半導体層（１０
４）と結晶質光電変換層（１０５）との間には実質的に
ｉ型の非晶質シリコン系薄膜（１１６）をさらに含みか
つこの非晶質シリコン系薄膜（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

【発明の詳細な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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実質的にｉ型の非晶質シリコン系薄
膜をさらに含みかつこの非晶質シリコン系薄膜が光電変
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
層との界面に実質的にｉ型のごく薄い非晶質シリコン系
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。

【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。

【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。

【００１３】一導電型微結晶層１０４上には、本願発明
の最も重要な特徴であるところの実質的にｉ型の非晶質
シリコン系薄膜１１６が形成される。ここで、実質的に
ｉ型の非晶質シリコン系薄膜とは、プラズマＣＶＤ法に
より４００℃以下の下地温度の下で形成され、導電型決
定不純物原子の密度が１×１０¹⁸ｃｍ^-3以下である非晶
質シリコン系薄膜を意味する。また、この実質的にｉ型
のシリコン系薄膜としては、合金材料である非晶質シリ
コンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウム等を用い
てもよい。

【００１４】非晶質シリコン系薄膜１１６の厚さは、
０．５〜５０ｎｍの範囲内にあることが好ましく、１〜
５ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。なお、ここ
でいう薄膜の厚さは所定のプラズマＣＶＤ条件下におけ
る堆積時間から計算して得られたものである。したがっ
て、非晶質シリコン系薄膜１１６は非常に薄い範囲で
は、その膜が完全に連続で均一な厚さを有するものでは
なくて、多くの島状部分や半島状部分を含む網状の薄膜
になっていると考えられる。

【００１５】非晶質シリコン系薄膜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。

【００１６】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。

【００１７】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
が１／５以下であることが好ましく、１／１０以下であ
ることがより好ましい。

【００１８】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非晶質シリコン薄膜１１６を
形成した場合、その非晶質薄膜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。

【００１９】これは、一導電型微結晶層１０４の上面に
おいて（１１０）表面を有する微結晶の方位を非晶質薄
膜１１６が選択的に光電変換層１０５中の結晶成長に伝
達させやすい性質を有しているからであると考えられ
る。前述のように、非晶質薄膜１１６が極めて薄い場
合、それは不完全に連続する網状の膜になっていると考
えられ、このとき、一導電型微結晶層１０４の上面にお
いて（１１０）表面を有する微結晶上にその網状の非晶
質薄膜１１６の開口部が形成されやすく、逆に他の結晶
方位を有する面がマスクされやすいと考えられる。ま
た、非晶質薄膜１１６の厚さが増大して完全な連続膜に
なった場合でも、非晶質薄膜１１６のうち一導電型微結
晶層１０４の上面において（１１０）表面を有する微結
晶を覆っている領域では完全にランダムな非晶質にはな
らずに（１１０）面方位の影響を受けた原子配列構造を
有していると考えられ、この領域上において光電変換層
１０５中で（１１０）面方位の結晶が核生成しやすいも
のと考えられる。しかし、非晶質薄膜１１６があまり厚
くなりすぎれば一導電型微結晶層１０４中の結晶方位を
完全にマスクしてしまうので、光電変換層１０５中の結
晶成長における方位の優先性に対する影響を喪失する。
したがって、光電変換層１０５における（１１０）面方
位の優先性と非晶質薄膜１１６の厚さとの関係について
の実験結果から、非晶質薄膜１１６の厚さは、前述のよ
うに０．５〜５０ｎｍの範囲内にあることが好ましく、
１〜５ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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。

【００２３】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。

【００２４】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。

【００２５】図５は、本発明の第３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。この図５の光電変換装置において
は、まず透明基板５０１上に図３中の透明導電層３０７
に対応する層５０７が形成される。そして、この透明導
電層５０７上には、図３中の複数の層３０２〜３０６と
３１３〜３１５にそれぞれ対応する複数の層５０２〜５
０６と５１３〜５１５が積層順序を逆にして堆積され
る。また、図５中の実質的にｉ型の非晶質シリコン系薄
膜５１６は図３中の薄膜３１６に対応する。図５と図３
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。

【００２６】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。

【００２７】

【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。

【００２８】（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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】（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２．７ｎ
ｍの厚さを有する実質的にｉ型の非晶質シリコン薄膜１
１６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
陽電池中の非晶質シリコン薄膜１１６を除く他の要素１
０１〜１０８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。

【００３２】図１中の実質的にｉ型の非晶質シリコン薄
膜１１６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、反応ガスとしてシラン
が用いられ、反応室内圧力は０．３Ｔｏｒｒに設定され
た。ＲＦパワー密度は１５ｍＷ／ｃｍ²であり、成膜温
度は１５０℃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ｉ型非晶質シリ
コン膜の暗導電率は５×１０^-6Ｓ／ｃｍであった。この
ｉ型非晶質シリコンの下地層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。

【００３３】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
０．５４０Ｖ、短絡電流密度が２７．０ｍＡ／ｃｍ²、
曲線因子が７０．０％、そして変換効率が１０．２％で
あった。

【００３４】（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。

【００３５】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。

【００３６】（実施例２）図３の第２の実施の形態に対
応して、実施例２としてタンデム型太陽電池が作製され
た。この実施例２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
の薄膜１１６と同様に２．７ｎｍの厚さを有する実質的
にｉ型の非晶質シリコン薄膜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２による図３の太陽電池中の非晶質シリコ
ン薄膜３１６を除く他の要素３０１〜３０８は、比較例
１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。

【００３７】この実施例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１．４２Ｖ、短絡電流密度が１３．５ｍＡ／ｃｍ²、
曲線因子が７３．１％、そして変換効率が１４．０％で
あった。

【００３８】（比較例３）図６に示されているようなタ
ンデム型太陽電池が比較例３として作製された。この図
６の光電変換装置においては、まず透明基板６０１上に
図４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４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。このとき、透明電極６０７
として６００ｎｍの厚さのＳｎＯ膜が堆積され、非晶質
光電変換層６１４の厚さが０．３μｍにされ、そして透
明導電層６０３としてＩＴＯ膜が堆積されたことを除け
ば、この比較例３中の各層６０２〜６０７と６１３〜６
１５は比較例２中の対応する各層４０２〜４０７と４１
３〜４１５に準じて同様に形成された。

【００３９】このような比較例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６０９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１３．０ｍＡ／
ｃｍ²、曲線因子が７４．８％、そして変換効率が１
３．０％であった。

【００４０】（実施例３）図５の第３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、ｐ型微結晶
シリコン層５０６と結晶質光電変換層５０５との間に実
施例２の薄膜３１６と同様に２．７ｎｍの厚さを有する
実質的にｉ型の非晶質シリコン薄膜５１６を含めて形成
されていることのみにおいて、比較例３の太陽電池と異
なっている。

【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５０９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１．４２Ｖ、短絡電流密度が１３．２ｍＡ／ｃｍ²、
曲線因子が７５．２％、そして変換効率が１４．１％で
あった。

【００４２】

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【図３】本発明の第２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。

【図４】先行技術による比較例２としての非晶質シリコ
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。

【図５】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。

【図６】先行技術による比較例３としての非晶質シリコ
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。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１：ガ
ラス等の基板１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２：Ａ
ｇ等の膜１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３：Ｚ
ｎＯ、ＩＴＯ等の膜１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４：た
とえばｎ型の１導電型微結晶シリコン層１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５：結
晶質シリコン光電変換層１０６、２０６、３０６、４０６、５０６、６０６：た
とえばｐ型の逆導電型微結晶シリコン層１０７、２０７、３０７、４０７、５０７、６０７：Ｉ
ＴＯ，ＳｎＯ等の透明導電膜１０８、２０８、３０８、４０８：Ａｇ等の櫛形電極１０９、２０９、３０９、４０９、５０９、６０９：照
射光１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０：電
極１１１、２１１、３１１、４１１、５１１、６１１：結
晶質シリコン光電変換ユニット３１２、４１２、５１２、６１２：非晶質シリコン光電
変換ユニット３１３、４１３、５１３、６１３：たとえばｎ型の第１
導電型シリコン系層３１４、４１４、５１４、６１４：ｉ型の非晶質シリコ
ン光電変換層３１５、４１５、５１５、６１５：たとえばｐ型の逆導
電型シリコン系層１１６、３１６、５１６：ｉ型非晶質シリコン薄膜

Claims

【特許請求の範囲】

【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導電型半導体層と前記光電変換層との間には実質
的にｉ型の非晶質シリコン系薄膜をさらに含みかつこの
非晶質シリコン系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】前記実質的にｉ型の非晶質シリコン系薄
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。