JPWO2005088734A6 - 薄膜光電変換装置 - Google Patents

Abstract

多接合型薄膜光電変換装置における薄膜光電変換ユニット間の界面の漏れ電流を低減し、Ｖｏｃ及びＦＦを改善すること等により、変換効率の高い多接合型薄膜光電変換装置を提供する。
本発明による薄膜光電変換装置は、薄膜光電変換ユニットが二つ以上積層された多接合型薄膜光電変換装置であって、薄膜光電変換ユニット間の界面に１０ｎｍ以下の膜厚を有しかつ導電率が１．０×１０^-9Ｓ／ｃｍ以下であるシリコン酸化物高抵抗層が形成されている。

Description

本発明は、薄膜光電変換装置の変換効率の改善に関し、特に多接合型薄膜光電変換装置の変換効率の改善に関するものである。

今日、薄膜光電変換装置は多様化し、従来の非晶質シリコン光電変換ユニットを含む非晶質シリコン光電変換装置の他に結晶質シリコン光電変換ユニットを含む結晶質シリコン光電変換装置も開発され、これらのユニットを積層した多接合型薄膜光電変換装置も実用化されている。なお、ここで使用する用語「結晶質」は、多結晶及び微結晶を包含する。
また、用語「結晶質」及び「微結晶」は、部分的に非晶質を含むものをも意味するものとする。

薄膜光電変換装置としては、透明基板上に順に積層された透明電極膜、１以上の薄膜光電変換ユニット、および裏面電極膜からなるものが一般的である。そして、１つの薄膜光電変換ユニットはｐ型層とｎ型層でサンドイッチされたｉ型層を含んでいる。

薄膜光電変換ユニットの厚さの大部分を占めるｉ型層は実質的に真性の半導体層であって、光電変換作用は主としてのこのｉ型層内で生じるので光電変換層と呼ばれる。このｉ型層は光吸収を大きくし光電流を大きくするためには厚い方が好ましい。

他方、ｐ型層やｎ型層は導電型層と呼ばれ、薄膜光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たしており、この拡散電位の大きさによって薄膜光電変換装置の特性の１つである開放電圧（Ｖｏｃ）の値が左右される。しかし、これらの導電型層は光電変換に直接寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与しない損失となる。さらに、導電型層の導電率が低いと直列抵抗が大きくなり薄膜光電変換装置の光電変換特性を低下させる。したがって、ｐ型層とｎ型層の導電型層は、十分な拡散電位を生じさせ得る範囲内であれば、できるだけ小さな厚さを有し、か
つ導電率が高い事が好ましい。

このようなことから、薄膜光電変換ユニットまたは薄膜光電変換装置は、それに含まれる導電型層の材料が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占めるｉ型層の材料が非晶質シリコンのものは非晶質シリコン光電変換ユニットまたは非晶質シリコン薄膜光電変換装置と称され、ｉ型層の材料が結晶質シリコンのものは結晶質シリコン光電変換ユニットまたは結晶質シリコン光電変換装置と称される。

ところで、薄膜光電変換装置の変換効率を向上させる方法として、２以上の薄膜光電変換ユニットを積層して多接合型にする方法がある。この方法において、薄膜光電変換装置の光入射側に大きなバンドギャップを有する光電変換層を含む前方ユニットを配置し、その後に順に小さなバンドギャップを有する（たとえばＳｉ−Ｇｅ合金などの）光電変換層を含む後方ユニットを配置することにより、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、これによって薄膜光電変換装置全体としての変換効率の向上を図ることができる。

たとえば非晶質シリコン光電変換ユニットと結晶質シリコン光電変換ユニットとを積層した２接合型薄膜光電変換装置の場合、ｉ型の非晶質シリコンが光電変換し得る光の波長は長波長側において８００ｎｍ程度までであるが、ｉ型の結晶質シリコンはそれより長い１１００ｎｍ程度の波長の光までを光電変換することができる。ここで、光吸収係数の大きな非晶質シリコンからなる非晶質シリコン光電変換層では光電変換に充分な光吸収のためには０．３μｍ以下の厚さでも十分であるが、比較して光吸収係数の小さな結晶質シリコンからなる結晶質シリコン光電変換層では長波長の光をも十分に吸収するためには２〜３μｍ程度以上の厚さを有することが好ましい。すなわち、結晶質シリコン光電変換層は、通常は、非晶質シリコン光電変換層に比べて１０倍程度の大きな厚さが必要となる。

なお、この２接合型薄膜光電変換装置の場合、光入射側にある非晶質シリコン光電変換ユニットをトップ層、後方にある結晶質シリコン光電変換ユニットをボトム層と呼ぶ事とする。

ところで非晶質シリコン光電変換ユニットは、光照射によってその性能が若干量低下する光劣化と呼ばれる性質を有しており、この光劣化は非晶質シリコン光電変換層の膜厚が薄いほど抑えることができる。しかし非晶質シリコン光電変換層の膜厚が薄くなるとそれだけ光電流も小さくなる。多接合型薄膜光電変換装置では、薄膜光電変換ユニット同士が直列に接合されているため、最も光電流の小さい薄膜光電変換ユニットの電流値がその多接合型薄膜光電変換装置の電流値を決定する。そのため光劣化を抑えるために非晶質シリコン光電変換ユニットを薄くすると、全体の電流が小さくなり変換効率が低下してしまう
。これを解決するために、前記２接合型薄膜光電反感装置のトップ層とボトム層の間に更に結晶質シリコン光電変換ユニットを挿入した３接合型薄膜光電変換装置も用いられる。

この際このトップ層とボトム層の間にある結晶質光電変換ユニットをミドル層と呼ぶ事とする。

薄膜光電変換装置の変換効率の向上には、上述した薄膜光電変換ユニットを複数積層する方法のほかに、凹凸を有する基体上に薄膜光電変換ユニットを形成する方法がある。この方法は光散乱による光路長の増加により、薄膜光電変換ユニット中に光の閉じ込めを行い光電流を増加させるものである。これは光吸収係数が非晶質シリコンより小さい結晶質シリコンからなる結晶質シリコン光電変換ユニットを有する薄膜光電変換装置には特に有効である。

以上述べてきたように、凹凸を有する基体上に多接合型薄膜光電変換装置を形成することは変換効率の向上に有効である。しかし、入射した光を散乱させる事を目的に基体の凹凸の山と谷の高低差（以降は単に凹凸の深さと表記する）を大きくした場合、薄い導電型層の膜厚に分布ができ、開放電圧（Ｖｏｃ）が低下し、また結晶質シリコン光電変換ユニットを用いた薄膜光電変換装置 の場合は、凹凸の深さが大きいと、凹部から結晶粒界が発生しやすくなり、光電変換層の膜質の低下や内部短絡を起こしやすくなり曲線因子（ＦＦ）が低下するという問題が発生する。また更に多接合型薄膜光電変換装置の場合、薄膜光電変換ユニット同士の界面は導電型層同士の逆接合になっているが、凹凸の深さが大きい基体上に薄膜光電変換ユニットを複数形成する場合、薄膜光電変換ユニット間の界面にキャリアである電子及び正孔を捕獲するエネルギー準位（界面トラップ）が多数形成され、漏れ電流の原因となり、開放電圧（Ｖｏｃ）及び曲線因子（ＦＦ）を低下させる。これは基体に接している薄膜光電変換ユニットの膜厚が薄いほど顕著に表れる。

特開２００３−２９８０８８では、基体の凹凸の深さを大きくした場合の前記問題を回避するため、光閉じ込め効果を高めるために基体の凹凸の深さを大きくするのではなく、基体と薄膜光電変換ユニットを挟んだ反対側に、屈折率１．７以下の材料を含んで構成された光散乱層を設ける事で光閉じ込め効果を大きくし、変換効率を向上させることが記載されている。つまり、基体の凹凸の深さが大きい場合に生ずる開放電圧（Ｖｏｃ）と曲線因子（ＦＦ）の低下の問題を解決するのではなく、その問題を避けるために凹凸の深さを大きくせずにそれ以外の方法で変換効率の向上を図っているのであり、基体の凹凸の深さが大きい場合の開放電圧（Ｖｏｃ）と曲線因子（ＦＦ）の改善に関する記述はない。

また特開平１０―１１７００５では、ＡＢＣ2（Ａ＝Ｃｕ，Ａｇのうちの少なくとも１元素、Ｂ＝Ｉｎ，Ｇａ，Ａｌのうちの少なくとも１元素、Ｃ＝Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅのうちの少なくとも１元素）型カルコパイライト半導体薄膜とｎタイプの半導体薄膜よりなるｐｎ接合を有し、その上に透明電極を設けてなる太陽電池 において、ＡＢＣ２型カルコパイライト半導体薄膜とｎタイプの半導体薄膜の間に、局部的に好ましくはＡＢＣ２型カルコパイライト半導体薄膜の表面上の結晶粒界にそってあるいは表面を１００オングストローム以下の膜厚で表面を覆うように高抵抗薄膜を形成することにより接合部の漏れ電流を減少させ太陽電池の高性能化を行う事が記載されているが、多接合型薄膜光電変換装置における薄膜光電変換ユニット間の界面における漏れ電流を減少させる記載は無い。

上述のような状況に鑑み、本発明は、多接合型薄膜光電変換装置における薄膜光電変換ユニット間の界面の漏れ電流を低減し、変換効率の高い多接合型薄膜光電変換装置を提供することを目的としている。

本発明による薄膜光電変換装置は、薄膜光電変換ユニットが二つ以上積層された多接合型薄膜光電変換装置であって、前記薄膜光電変換ユニット間の界面に１０ｎｍ以下、望ましくは３ｎｍ以下の膜厚を有しかつ導電率が１．０×１０^-9Ｓ／ｃｍ以下、望ましくは１．０×１０^-11Ｓ／ｃｍ以下であるシリコン酸化物高抵抗層が形成されている事を特徴としている。

この様な構成を有することにより、界面トラップを低減し、薄膜光電変換ユニット間の界面での漏れ電流を低減させる事が可能となる。しかし、シリコン酸化物高抵抗層の膜厚が１０ｎｍより大きくなると、膜厚方向の抵抗が直列抵抗となり曲線因子（ＦＦ）を低下させて変換効率を低下させる。また導電率が１．０×１０^-9Ｓ／ｃｍより大きいと導電型層の一部分となり、界面トラップの低減効果が極端に低下する。

また本発明におけるシリコン酸化物高抵抗層が、被形成基体の温度が３００℃以下におけるプラズマＣＶＤ法により形成される事が好ましい。また、該被形成基体は主表面に凹凸を有する基体であることが好ましい。

特開２００３−２９８０８８において、薄膜光電変換ユニット間に透明導電性薄膜と透明絶縁性薄膜を含んで構成されている光散乱層をもつ構造が記載されているが、該先行技術は該透明絶縁性薄膜の表面被覆率３０〜７０％で配置されていることを特徴とするとの記載もあり、透明絶縁性薄膜を有する場合の実施の形態としては膜厚方向の導電性確保の為に透明絶縁性薄膜に隙間を規定している。本発明においては全面に１０ｎｍ以下という薄いシリコン酸化物高抵抗層が存在する事を特徴としており、該先行技術とは異なる。

また、本発明の効果は該多接合型光電変換装置が凹凸を持つ導電性基体上に形成されている場合に特に明確になり、凹凸の深さを大きくせずに変換効率の向上を図っている特開２００３−２９８０８８に記載されている先行技術とは本質的に異なる。

また本発明の一つの態様によれば、該多接合型薄膜光電変換装置が、透明基板の一方の面上に、少なくとも一方の主面上に凹凸を有する透明電極膜を形成した構造の導電性基体に、非晶質シリコン光電変換ユニット、結晶質シリコン光電変換ユニット及び裏面電極膜が順に形成されている２接合型薄膜光電変換装置である事を特徴とする。

さらに本発明の一つの態様によれば、前記２接合型薄膜光電変換装置のトップ層とボトム層の間に、少なくとも一層の結晶質シリコン光電変換ユニットを形成した多層接合型薄膜光電変換装置、好ましくはミドル層を有する３接合型薄膜光電変換装置であることを特徴としている。

本発明の一つの実施の形態による多接合型薄膜光電変換装置 の模式的な断面図を図１に示す。以下、図１を用いて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。

本発明の多接合型薄膜光電変換装置の各構成要素について説明する。

透明基板１としては、例えば、ガラス板や透明樹脂フィルムなどを用いることができる。ガラス板としては、大面積な板が安価に入手可能で透明性、絶縁性が高い、ＳiＯ₂、Ｎａ₂Ｏ及びＣａＯを主成分とする両主面が平滑なフロート板ガラスを用いることができる。

透明電極膜２は、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ₂膜、或いはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物層等で構成することができる。透明電極膜２は単層構造でも多層構造であっても良い。透明電極膜２は、蒸着法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。透明電極膜２の表面には、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。この凹凸の深さは０．１μｍ以上５．０μｍ以下である事が好ましく、更に一つの山と山の間隔は０．１μｍ以上５．０μｍ以下である事が好ましい。透明電極膜２の表面にこのようなテクスチャ構造を形成することにより、光閉じ込め効果を増大させる事が可能となる。

図１に示す本発明における２接合型薄膜光電変換装置においては、薄膜光電変換ユニット３は非晶質シリコン光電変換ユニット３ａ、結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂを備えており、３ａと３ｂの間に本発明の特徴となるシリコン酸化物高抵抗層４ａを有している。

非晶質シリコン光電変換ユニット３ａは非晶質シリコン光電変換層を備えており、透明電極膜２側からｐ型層、非晶質シリコン光電変換層、及びｎ型層を順次積層した構造を有する。これらｐ型層、非晶質シリコン光電変換層、及びｎ型層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。

一方、結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂは結晶質シリコン光電変換層を備えており、例えば、シリコン酸化物高抵抗層４ａ側からｐ型層、結晶質シリコン光電変換層、及びｎ型層を順次積層した構造を有する。これらｐ型層、結晶質シリコン光電変換層、及びｎ型層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。

これら薄膜光電変換ユニット３ａ、３ｂを構成するｐ型層は、例えば、シリコン、シリコンカーバイド、シリコン酸化物またはシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、ボロンやアルミニウム等のｐ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。また、非晶質シリコン光電変換層及び結晶質シリコン光電変換層は、非晶質シリコン系半導体材料及び結晶質シリコン系半導体材料でそれぞれ形成することができ、そのような材料としては、真性半導体のシリコン（水素化シリコン等）やシリコンカーバイド及びシリコンゲルマニウム等のシリコン合金等を拳げることができる。また、光電変換機能
を十分に備えていれば、微量の導電型決定不純物を含む弱ｐ型もしくは弱ｎ型のシリコン系半導体材料も用いられ得る。さらに、ｎ型層は、シリコン、シリコンカーバイド、シリコン酸化物またはシリコンゲルマニウム等のシリコン合金に、燐や窒素等のｎ導電型決定不純物原子をドープすることにより形成することができる。

以上のように構成される非晶質シリコン光電変換ユニット３ａと結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂとでは互いに吸収波長域が異なっている。非晶質シリコン光電変換ユニット３ａの光電変換層は非晶質シリコンで構成され、結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂの光電変換層は結晶質シリコンで構成されているので、前者に５５０ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収させ、後者に９００ｎｍ程度の光成分を最も効率的に吸収させることができる。

非晶質シリコン光電変換ユニット３ａの厚さは、０．０１μｍ〜０．５μｍの範囲内にあることが好ましく、０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内にあることがより好ましい。

一方、結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂの厚さは、０．１μｍ〜１０μｍの範囲内にあることが好ましく、０．１μｍ〜５μｍの範囲内にあることがより好ましい。

本発明の特徴であるシリコン酸化物高抵抗層４ａは微量にボロンやアルミ、窒素や燐などの導電型決定不純物を含む場合もある。シリコン酸化物高抵抗層４ａは被形成基体の温度が３００℃以下におけるプラズマＣＶＤ法により形成することができる。

シリコン酸化物高抵抗層４ａは１０ｎｍ以下、望ましくは３ｎｍ以下の膜厚を有しかつ導電率が１．０×１０^-9Ｓ／ｃｍ以下、望ましくは１．０×１０^-11Ｓ／ｃｍ以下である。１０ｎｍ以下という膜厚の決定は以下の方法にて行われる。ガラス基板のような透明でかつ絶縁性の基体上にシリコン酸化物高抵抗層４ａを０．３〜０．４μｍ程度形成する。この膜厚は分光エリプソメトリーにより測定される。この膜厚と形成時間から算出した形成速度を一定とし、３ｎｍ以下の膜厚を規定する。また導電率は０．３〜０．４μｍ程度形成されたシリコン酸化物高抵抗層４ａ上に真空蒸着法により１ｍｍ×１５ｍｍのアルミ電極を１ｍｍの間隔を空けて形成し、１００Ｖの電圧をその２電極間に印加した時の電流値から算出される。この時の計算に用いられるシリコン酸化物高抵抗層４ａの膜厚は分光エリプソメトリーにて得られた値を用いる。

裏面電極膜５は電極としての機能を有するだけでなく、透明基板１から薄膜光電変換ユニット３に入射し裏面電極膜５に到着した光を反射して薄膜光電変換ユニット３内に再入射させる反射層としての機能も有している。裏面電極膜５は、銀やアルミニウム等を用いて、蒸着法やスパッタリング法等により、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の厚さに形成することができる。

なお、裏面電極膜５と薄膜光電変換ユニット３との間には、例えば両者の間の接着性を向上させるために、ＺｎＯのような非金属材料からなる透明電導性薄膜（図示せず）を設けることができる。

本発明のもう一つの実施の形態による多接合型薄膜光電変換装置 の模式的な断面図を図２に示すが、本発明はこれに限定されるものではない。

図２に示す多接合型薄膜光電変換装置は、透明基板１、透明電極膜２、非晶質光電変換ユニット３ａ、シリコン酸化物高抵抗層４ａ、結晶質光電変換ユニット３ｂ、第２シリコン酸化物高抵抗層４ｂ、第２結晶質シリコン光電変換ユニット３ｃ及び裏面電極５をこの順に積層された構造を有している。

第２結晶質シリコン光電変換ユニット３ｃは、結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂと同様な構造を有しているが、導電型層及び光電変換層が同じ材料である必要は無い。

第２シリコン酸化物高抵抗層４ｂはシリコン酸化物高抵抗層４ａと同様、被形成基体の温度が３００℃以下におけるプラズマＣＶＤ法により形成されているが、同じ形成条件である必要は無い。

本発明による薄膜光電変換装置は、薄膜光電変換ユニットが二つ以上積層された多接合型薄膜光電変換装置であって、薄膜光電変換ユニット間の界面に１０ｎｍ以下、望ましくは３ｎｍ以下の膜厚を有しかつ導電率が１．０×１０^-9Ｓ／ｃｍ以下、望ましくは１．０×１０^-11Ｓ／ｃｍ以下であるシリコン酸化物高抵抗層が形成されている事で、薄膜光電変換ユニット間の界面における漏れ電流を低減し、Ｖｏｃ及びＦＦを改善し変換効率を向上させる。

図１は２接合型薄膜光電変換装置を概略的に示す断面図である。 図２は３接合型薄膜光電変換装置を概略的に示す断面図である。 図３は実施例１、比較例１及び比較例２の出力特性のグラフである。 図４は実施例２、比較例３及び比較例４の出力特性のグラフである。

符号の説明

１ 透明基板
２ 透明電極膜
３ａ、３ｂ、３ｃ 薄膜光電変換ユニット
４ａ,４ｂ シリコン酸化物高抵抗層
５ 裏面電極膜
６ 実施例１の出力特性
７ 比較例１の出力特性
８ 比較例２の出力特性
９ 実施例２の出力特性
１０ 比較例３の出力特性
１１ 比較例４の出力特性

以下、本発明を比較例とともにいくつかの実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り以下の記載例に限定されるものではない。

実施例１として、図１に示される非晶質シリコン光電変換ユニット３ａと結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂを有する多接合型薄膜光電変換装置を作製した。

厚み０．７ｍｍのガラス基板１上に、透明電極膜２として厚さ１μｍで凹凸を有するＺｎＯ膜２をＣＶＤ法にて形成した。この時の凹凸の深さは０．１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲で、山と山の間隔は０．１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であった。この透明電極膜２の上に、反応ガスとしてシラン、水素、メタン及びジボランを導入しｐ型層１５ｎｍ形成後、反応ガスとしてシランを導入し非晶質シリコン光電変換層を１５０ｎｍ形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入しｎ型層を１０ｎｍ形成することで非晶質シリコン光電変換ユニット３ａを形成した。非晶質シリコン光電変換ユニット
３ａ形成後、反応ガスとしてシラン、水素、ホスフィン及び二酸化炭素を導入しシリコン酸化物高抵抗層４ａを２ｎｍ形成した。その後反応ガスとしてシラン、水素及びジボランを導入しｐ型層１０ｎｍ形成後、反応ガスとして水素とシランを導入し結晶質シリコン光電変換層を１．８μｍ形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入しｎ型層を１５ｎｍ形成することで結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂを形成した。非晶質シリコン光電変換ユニット３ａ、結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂ及びシリコン酸化物層４ａはいずれもプラズマＣＶＤ法により形成した。

その後、裏面電極５との密着性向上のため、スパッタ法にてＺｎＯ膜を９０ｎｍ形成後、同じくスパッタ法にて裏面電極５としてＡｇ膜５を形成した。

なお、表１の条件Ａにこの時のシリコン酸化物高抵抗層４ａのガス流量条件を示す。この条件におけるシリコン酸化物高抵抗層４ａの導電率は以下のように測定した。ガラス基板１上に、表１の条件Ａで形成した膜を分光エリプソメトリーで膜厚を測定し、３９９ｎｍという値を得た。その後この高抵抗シリコン酸化物層４ａ上に真空蒸着法により１ｍｍ×１５ｍｍのアルミ電極を１ｍｍの間隔を空けて形成し、１００Ｖの電圧をその２電極間に印加し電流値を測定した。電流値が１．１０×１０^-13Ａであり、これらの値から導電率を算出すると１．８４×１０^-12Ｓ／ｃｍであった。

以上のようにして得られた多接合型薄膜光電変換装置 （受光面積１ｃｍ²）にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して出力特性を測定したところ、表２の実施例１に示すように、開放電圧（Ｖｏｃ）が１．３５Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が９．９２ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が７２．２％、そして変換効率が９．６７％であった。図３の実線６に出力特性を示す。

比較例１

実施例１の構造で、非晶質シリコン光電変換ユニット３ａと結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂの間にシリコン酸化物高抵抗層４ａを形成していない多接合型薄膜光電変換装置を形成し、実施例１と同様に出力特性を測定したところ、表２の比較例１に示すように、開放電圧（Ｖｏｃ）が１．２７Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が１０．５ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（ＦＦ）が４８．１％、そして変換効率が６．４２％であった。図３の点線７に出力特性を示す。

比較例２

実施例１の構造で、シリコン酸化物高抵抗層４ａの膜厚が１５ｎｍとした多接合型薄膜光電変換装置を形成し、実施例１と同様に出力特性を測定したところ、表２の比較例２に示すように、開放電圧（Ｖｏｃ）が１．３２Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が９．９３ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（ＦＦ）が３８．６％、そして変換効率が５．０４％であった。図３の鎖線８に出力特性を示す。

実施例２として、実施例１の構造で非晶質シリコン光電変換ユニット３ａのｎ型層の反応ガスとしてシラン、水素、ホスフィン及び二酸化炭素を導入しｎ型の導電性シリコン酸化物層を５８ｎｍ形成した。表１の条件Ｂにこの時のｎ型導電性シリコン酸化物層のガス流量条件を示す。このｎ型層は特許文献１でいうところの光散乱層の役割も持つ。このｎ型導電性シリコン酸化物層の導電率は１．３３×１０^-8Ｓ／ｃｍであった。導電率の測定は実施例１と同様の方法で実施した。

その後、実施例１と全く同条件でシリコン酸化物高抵抗層４ａを２ｎｍ、結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂ、ＺｎＯ膜及びＡｇ膜５の順で形成した。

以上のようにして得られた多接合型薄膜光電変換装置 （受光面積１ｃｍ²）にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して出力特性を測定したところ、表２の実施例２に示すように、開放電圧（Ｖｏｃ）が１．３６Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が１１．９ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（ＦＦ）が６８．０％、そして変換効率が１１．０％であった。図４の実線９に出力特性を示す。

比較例３

実施例２の構造で、非晶質シリコン光電変換ユニット３ａのｎ型導電性シリコン酸化物層の膜厚を６０ｎｍとし、シリコン酸化物高抵抗層４ａが存在しない多接合型薄膜光電変換装置を形成し、実施例１と同様に出力特性を測定したところ、表２の比較例３に示すように、開放電圧（Ｖｏｃ）が１．２８Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が１１．７ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（ＦＦ）が５２．９％、そして変換効率が７．９５％であった。図３の点線１０に出力特性を示す。

比較例４

実施例２の構造で、非晶質シリコン光電変換ユニット３ａのｎ型導電性シリコン酸化物層とシリコン酸化物高抵抗層４ａの形成順序が逆転している構造、つまり、シリコン酸化物高抵抗層４ａが薄膜光電変換ユニット間の界面にあるのではなく、非晶質シリコン光電変換ユニット３ａ内の非晶質シリコン光電変換層とｎ型層との間に存在する構造を持つ多接合型薄膜光電変換装置を形成し、実施例１と同様に出力特性を測定したところ、表２の比較例４に示すように、開放電圧（Ｖｏｃ）が０．５８７Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が０．９８７ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（ＦＦ）が１３．８％、そして変換効率が０．０８％
であった。図３の鎖線１１に出力特性を示す。

実施例３として、図２に示される非晶質シリコン光電変換ユニット３ａ、結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂ及び第２結晶質シリコン光電変換ユニット３ｃを有する多接合型薄膜光電変換装置を作製した。

厚み０．７ｍｍのガラス基板１上に、透明電極膜２として厚さ１μｍで凹凸を有するＺｎＯ膜２をＣＶＤ法にて形成した。この時の凹凸の深さは０．１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲で、山と山の間隔は０．１μｍ以上０．５μｍ以下の範囲であった。この透明電極膜２の上に、反応ガスとしてシラン、水素、メタン及びジボランを導入しｐ型層１５ｎｍ形成後、反応ガスとしてシランを導入し非晶質シリコン光電変換層を１５０ｎｍ形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入しｎ型層を１０ｎｍ形成することで非晶質シリコン光電変換ユニット３ａを形成した。非晶質シリコン光電変換ユニット
３ａ形成後、反応ガスとしてシラン、水素、ホスフィン及び二酸化炭素を導入しシリコン酸化物高抵抗層４ａを２ｎｍ形成した。その後反応ガスとしてシラン、水素及びジボランを導入しｐ型層１０ｎｍ形成後、反応ガスとして水素とシランを導入し結晶質シリコン光電変換層を２．３μｍ形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入しｎ型層を１５ｎｍ形成することで結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂを形成した。結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂ形成後、反応ガスとしてシラン、水素、ホスフィン及び二酸化炭素を導入し第２シリコン酸化物高抵抗層４ｂを２ｎｍ形成した。その後反応ガ
スとしてシラン、水素及びジボランを導入しｐ型層１０ｎｍ形成後、反応ガスとして水素とシランを導入し結晶質シリコン光電変換層を５．４μｍ形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入しｎ型層を１５ｎｍ形成することで第２結晶質シリコン光電変換ユニット３ｃを形成した。非晶質シリコン光電変換ユニット３ａ、結晶質シリコン光電変換ユニット３ｂ、第２結晶質シリコン光電変換ユニット３ｃ、シリコン酸化物高抵抗層４ａ及び第２高抵抗シリコン酸化物層４ｂはいずれもプラズマＣＶＤ法により形成した。

その後、裏面電極５との密着性向上のため、スパッタ法にてＺｎＯ膜を９０ｎｍ形成後、同じくスパッタ法にて裏面電極５としてＡｇ膜５を形成した。

なお、シリコン酸化物高抵抗層４ａ及び第２シリコン酸化物高抵抗層４ｂの形成条件は同じであり、表１の条件Ａにガス流量条件を示す。

以上のようにして得られた多接合型薄膜光電変換装置 （受光面積１ｃｍ²）にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射して出力特性を測定したところ、表２の実施例３に示すように、開放電圧（Ｖｏｃ）が１．７２Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が９．４４ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（ＦＦ）が６５．１％、そして変換効率が１０．６％であった。

比較例５

実施例３の構造で、シリコン酸化物高抵抗層４ａ及び第２シリコン酸化物高抵抗層４ｂを形成していない多接合型薄膜光電変換装置を形成し、実施例１と同様に出力特性を測定したところ、表２の比較例５に示すように、開放電圧（Ｖｏｃ）が１．５３Ｖ、短絡電流密度（Ｊｓｃ）が９．５１ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子（ＦＦ）が５７．４％、そして変換効率が８．３３％であった。

本発明は、薄膜光電変換ユニット間の界面における漏れ電流を低減し、Ｖｏｃ及びＦＦを改善し変換効率が向上した多接合型薄膜光電変換装置を提供する。

Claims (5)

1. 薄膜光電変換ユニットが二つ以上積層され、前記薄膜光電変換ユニット間の界面に１０ｎｍ以下の膜厚を有しかつ導電率が１．０×１０-9Ｓ／ｃｍ以下であるシリコン酸化物高抵抗層が形成されている事を特徴とする多接合型薄膜光電変換装置。
2. 前記シリコン酸化物高抵抗層が、被形成基体の温度が３００℃以下においてプラズマＣＶＤ法により形成される事を特徴とする請求項１に記載の多接合型薄膜光電変換装置。
3. 主面上に凹凸を持つ導電性基体上に、前記光電変換ユニットが形成されている事を特徴とする請求項１または２記載の多接合型薄膜光電変換装置。
4. 前記主面上に凹凸を持つ導電性基体が、透明基板の一方の面上に、少なくとも一方の主面上に凹凸を有する透明電極膜を形成した構造であり、前記光電変換ユニットが非晶質シリコン光電変換ユニット、結晶質シリコン光電変換ユニットの順に形成されている事を特徴とする請求項３に記載の多接合型薄膜光電変換装置。
5. 前記非晶質シリコン光電変換ユニットおよび結晶質シリコン光電変換ユニットに、更に結晶質シリコン光電変換ユニットを形成した少なくとも３層の光電変換ユニットを有する請求項４に記載の多接合型薄膜光電変換装置。
   
   
   

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