JP2001244488A - 光起電力素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高温下、多湿下、あるいは長期間にわたる使
用下などにおいて、あるいは、酸化亜鉛を含む透明導電
層を形成した後の行程において、加熱処理、アニール処
理、水素処理のような還元雰囲気の行程を含む場合で
も、亜鉛原子のシリコン原子を含んだ半導体層への拡散
を抑制し、酸化亜鉛を含む透明導電層の透過率の低下を
抑制し、基体と酸化亜鉛を含む透明導電層および半導体
層間の密着力の低下を抑制された光起電力素子を提供す
ること。 【解決手段】 少なくとも、第一の透明導電層１０１−
３と、シリコン原子を含む半導体層１０２と、第二の透
明導電層１０３とを基体１０１−１上に含む光起電力素
子において、第一の透明導電層１０１−３と、第二の透
明導電層１０３との少なくとも一つの層が酸化亜鉛を含
み、シリコン原子を含む半導体層０１２の、前記酸化亜
鉛を含む透明導電層と接する領域に、酸化珪素を含む層
を設けたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、酸化亜鉛を含んだ透明
導電層とシリコン原子を含んだ半導体層を含んだ太陽電
池、センサー等の光起電力素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、水素化非晶質シリコン、水素化非
晶質シリコンゲルマニウム、水素化非晶質シリコンカー
バイド、それらの微結晶、多結晶などからなる半導体層
を有する光起電力素子としては、長波長における収集効
率を改善するために、半導体層の裏面に反射層を設けた
ものが利用されてきた。かかる反射層は、半導体材料の
バンド端に近くその吸収の小さくなる波長、即ち８００
ｎｍから１２００ｎｍで有効な反射特性を示すのが望ま
しい。この条件を十分に見戴すのは、金・銀・銅・アル
ミニウムといった金属やそれらの合金などである。

【０００３】また、所定の波長範囲で、光学的に透明な
凹凸層を設けて光閉じ込めを行なうこともなされてい
て、一般的には前記金属層と半導体層の間に凹凸を有す
る透明導電層を設けて反射光を有効に利用して、短絡電
流密度Ｊｓｃを改善することが試みられている。さら
に、前記透明導電層は、シャントパスによる特性低下を
防止する。また、入射光を有効に利用して短絡電流密度
Ｊｓｃを改善するために、半導体の光入射側に凹凸の前
記透明導電層を設けることで、入射光の半導体層中の光
路長を増大させることが試みられている。

【０００４】その例として、”P-lA-15a-SiC/a-Si/a-Si
Ge Multi-Bandgap Stacked Solar Cells With Bandgap
Profiling”Sannnomiya et al.,Technical Digest of t
he International PVSEC-5,Kyoto,Japan,p387,1990など
に銀原子から構成される凹凸のある反射層と酸化亜鉛層
のコンビネーションにて、光閉じ込め効果による短絡電
流の増大を達成することが記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述のよう
にすでに開示された酸化亜鉛を含む透明導電層、及びそ
れを用いた光起電力素子は優れた光電変換特性を有する
ものであるが、高温下、多湿下、あるいは長期間にわた
る使用下などにおいて、さらにこれらの光起電力素子を
直列化して使用した場合、その一部にのみ光照射された
状態が長時間続いた場合に、光の照射されていない部分
に通常の光変換で発生する電位とは逆極性の電位が印加
されたばあい、あるいは、酸化亜鉛を含む透明導電層を
形成した後の行程において加熱処理、アニール処理、水
素処理のような還元雰囲気の行程を含む場合には、酸化
亜鉛中の亜鉛原子がシリコン原子を含んだ半導体層に拡
散する、あるいは透明導電層の透過率が低下する、ある
いは透明導電層と隣接する層との密着力が低下するなど
の要因により、光電変換特性を低下させるという懸念が
あった。特に、シリコン原子を含んだ半導体層の少なく
とも一部の形成過程において、結晶化された半導体層を
形成するなどの理由により、還元作用の大きな雰囲気の
行程を経て行なう場合には、特にその懸念は大きいもの
であった。

【０００６】そこで、本発明は上記した課題を解決し、
高温下、多湿下、あるいは長期間にわたる使用下などに
おいても、あるいは酸化亜鉛を含む透明導電層を形成し
た後の行程において加熱処理、アニール処理、水素処理
のような還元雰囲気の行程を含む場合にも優れた光電変
換特性をもつ光起電力素子を提供することを目的として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも、
第一の透明導電層と、シリコン原子を含む半導体層と、
第二の透明導電層とを基体上に含む光起電力素子におい
て、前記第一の透明導電層と、前記第二の透明導電層と
の少なくとも一つの層が酸化亜鉛を含み、前記シリコン
原子を含む半導体層の、前記酸化亜鉛を含む透明導電層
と接する領域に、酸化珪素を含む層を設けたことを特徴
とする光起電力素子を提供する。

【０００８】本発明は、前記シリコン原子を含む半導体
層が、ｐ型半導体層とｉ型半導体層とｎ型半導体層とか
らなるｐｉｎ接合を少なくとも一組以上含み、前記酸化
亜鉛を含む透明導電層に最も近い前記ｐ型半導体層ある
いは前記ｎ型半導体層と、前記酸化亜鉛を含む透明導電
層との間に、酸化珪素を含む層を設けたことを特徴とし
た光起電力素子を提供する。

【０００９】本発明は、前記シリコン原子を含む半導体
層が、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層から
なるｐｉｎ接合を少なくとも一組以上含み、前記酸化亜
鉛を含む透明導電層に最も近い前記ｐ型半導体層あるい
は前記ｎ型半導体層が、酸化珪素を主成分とすることを
特徴とした光起電力素子を提供する。

【００１０】本発明は、前記シリコン原子を含む半導体
層の形成過程の少なくとも―部において、結晶化処理が
なされる事を特徴とした光起電力素子を提供する。

【００１１】前記酸化珪素を含む層がドーパント原子を
含んだことが好ましい。前記酸化珪素中の酸素濃度が、
前記酸化亜鉛を含む透明導電層に向かって増大している
ことが好ましい。前記結晶化処理が、加熱処理、アニー
ル処理、水素処理の少なくとも一つの処理であることが
好ましい。前記半導体層が高周波を用いたプラズマＣＶ
Ｄ法によって作成されたことが好ましい。前記半導体層
が結晶相を含むことが好ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】前述した課題を解決するために鋭
意研究を重ねた結果、本発明者は、基体上に少なくとも
第一の透明導電層、シリコン原子を含む半導体層、第二
の透明導電層を含む光起電力素子において、前記第一の
透明導電層、前記第二の透明導電層の少なくとも一つが
酸化亜鉛を含み、前記シリコンを含む半導体層の、前記
酸化亜鉛を含む透明導電層と接する領域に、酸化珪素か
らなる層を設けたことを特徴とした光起電力素子、特に
前記シリコン原子を含む半導体層が、ｐ型半導体層、ｉ
型半導体層、ｎ型半導体層からなるｐｉｎ接合を少なく
とも一組以上含み、前記酸化亜鉛を含む透明導電層に最
も近い前記ｐ型半導体層あるいは前記ｎ型半導体層が、
少なくとも前記酸化亜鉛を含む透明導電層との間に、酸
化珪素からなる層を設けた光起電力素子や、前記酸化亜
鉛を含む透明導電層に最も近い前記ｐ型半導体層あるい
は前記ｎ型半導体層が、酸化珪素を主成分とした光起電
力素子においては、高温下、多湿下、あるいは長期間に
わたる使用下などにおいて、あるいは、酸化亜鉛を含む
透明導電層を形成した後の行程において、加熱処理、ア
ニール処理、水素処理のような還元雰囲気の行程を含む
場合でも、亜鉛原子のシリコン原子を含んだ半導体層へ
の拡散を抑制し、酸化亜鉛を含む透明導電層の透過率の
低下を抑制し、基体と酸化亜鉛を含む透明導電層および
半導体層間の密着力の低下を抑制することを見出した。

【００１３】上記の構成にすることにより、以下の作用
がある。前記シリコンを含む半導体層の、前記酸化亜鉛
を含む透明導電層と接する領域に、酸化珪素を含む層を
設けることで、シリコン原子を含む半導体層への亜鉛の
拡散を抑制することが可能になる。

【００１４】酸化亜鉛は、そのバンドギャップは約３．
３ｅＶであり、格子間への亜鉛原子の侵入、格子中の酸
素原子の空孔などによって化学量論比に対して亜鉛過剰
型の組成を持つ場合には、過剰な亜鉛がドナー準位を形
成することにより、可視領域で透明であり、適度な導電
性をもった透明導電層として機能する。

【００１５】その一方で、過剰亜鉛は隣接層への拡散の
要因ともなっている。光起電力素子の主要な構成要素で
ある半導体層へ、半導体形成過程において、および形成
後の長期的な使用下において、酸化亜鉛中の亜鉛の拡散
が起こった場合には、シリコン原子のネットワークの乱
れ、バンドギャップ中の不純物準位の形成等による膜質
の低下が懸念される。

【００１６】酸化亜鉛を含んだ透明導電層が、シリコン
原子を含むｐｉｎ構成を含む半導体層と接する構成にお
いては、半導体層中を拡散する要因物質としては、亜
鉛、酸素、及びリンやホウ素などのドーパントがあげら
れるが、シリコン中におけるこれらの拡散係数を比較す
ると、亜鉛の拡散係数がはるかに大きく、またシリコン
中の亜鉛は、シリコンのバンドギャップ中のミドル位置
に準位を形成するために、亜鉛の拡散は、半導体層とし
ての機能を大きく損ねる大きな要因となっている。ここ
で、前記シリコンを含む半導体層の、前記酸化亜鉛を含
む透明導電層と接する領域に、酸化珪素を含む層を設け
ることで、隣接層への亜鉛の拡散を抑制することが可能
となり、上記の問題点が軽減できる。

【００１７】具体的な構成例としては、前記シリコン原
子を含む半導体層が、ｐ型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ
型半導体層からなるｐｉｎ接合を少なくとも一組以上含
み、前記酸化亜鉛を含む透明導電層に最も近い前記ｐ型
半導体層あるいは前記ｎ型半導体層と、前記酸化亜鉛を
含む透明導電層との間に酸化珪素を含む層を設けた構
成、前記シリコン原子を含む半導体層が、ｐ型半導体
層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層からなるｐｉｎ接合を
少なくとも一組以上含み、前記酸化亜鉛を含む透明導電
層に最も近い前記ｐ型半導体層あるいは前記ｎ型半導体
層が、酸化珪素を主成分とする構成などがあげられる。

【００１８】前者の、前記酸化亜鉛を含む透明導電層と
の間に酸化珪素を含む層を設けた構成では、前記酸化珪
素を含む層を酸化珪素のみからなる層としてもよいし、
ドーパント原子を含んだ層としてもよい。前記酸化珪素
を含む層を酸化珪素のみからなる層とした場合には、半
導体層で発生したキャリアをトンネル効果を利用して取
り出せる範囲の層厚で構成する。

【００１９】具体的には０．５ｎｍ以上５．０ｎｍ以下
が好ましい範囲である。また全面に堆積してもよいし、
島状に形成してた構造でも構わない。ドーパント原子を
含んだ層とする場合には、酸化珪素のみからなる層と比
較して、キャリアに対する導電性が確保できる為、３
０．０ｎｍ以下が好ましい範囲となる。又、島状に形成
する場合には、島の最も厚い領域で３０．０ｎｍ以下が
好ましい範囲である。

【００２０】亜鉛の拡散は、高温多湿下での使用、長時
間の使用下で、より進行すると考えられる。また、酸化
亜鉛以降の形成過程での加熱処理、アニール処理、水素
処理などの、還元雰囲気の行程を含む場合には、酸化亜
鉛中の過剰亜鉛原子の密度が増加するため、上記の構成
にして亜鉛の拡散を抑制することは効果的である。

【００２１】また、高湿環境下などでの長時間における
使用下で水分が混入してきた場合には、亜鉛はマイグレ
ーション現象によってシリコン中に樹状の成長体を形成
し、これが、特性の低下、さらにはシャントを発生する
要因となるため、同様に効果的である。

【００２２】また、酸化珪素からなる層を形成すること
による別の作用としては、酸化亜鉛を含む透明導電層
と、シリコン原子を含む半導体層との間の密着性が向上
することがあげられる。これは、酸化亜鉛中の亜鉛の拡
散を抑制することで、酸化亜鉛の結晶構造が安定化し、
内部応力の変化による歪みの発生が抑制されるためでは
ないかと考えられる。その結果、半導体層と酸化亜鉛を
含む透明導電層の双方の格子のストレスが低減されるた
めではないかと考えられる。

【００２３】さらに、酸化珪素からなる層にドーパント
原子を導入したり、あるいは前記酸化亜鉛を含む透明導
電層に最も近い前記ｐ型半導体層あるいは前記ｎ型半導
体層を、酸化珪素を主成分としたものにすることによ
り、シリコンからなるｐ型半導体層あるいはｎ型半導体
層より、エネルギーバンドの広いｐ型半導体層あるいは
ｎ型半導体層を形成することが可能になる。この構成が
ＢＳＦ（ｂａｃｋ ｓｕｒｆａｃｅ ｆｉｅｌｄ）構造
として機能することにより、キャリアの逆方向拡散を抑
制し、光起電力素子の特性を向上させる効果がある。

【００２４】また、前記酸化珪素中の酸素濃度が、前記
酸化亜鉛を含む透明導電層に向かって増大していること
により、上記の効果は、特に、酸化亜鉛を含む透明導電
層以降の形成過程での加熱処理、アニール処理、水素処
理などの、還元雰囲気の行程を含む場合に効果的であ
る。

【００２５】最近、高効率および特性が長期間にわたっ
て安定であり低コストな光起電力素子の開発をめざし
て、結晶成分を含む薄膜の半導体層を形成する試みが盛
んに行なわれている。結晶成分を含む半導体層をプラズ
マＣＶＤ法によって形成する場合には、相対的に、水素
希釈量が大きく、投入する高周波パワーの大きな条件下
で行われる。

【００２６】さらに、下地層として種結晶を形成させる
ために、ハロゲンランプヒーターによる加熱処理や、Ａ
ｒＦレーザー（発振波長１９３ｎｍ）、ＫｒＦレーザー
（発振波長２４８ｎｍ）、ＸｅＣｌレーザー（発振波長
３０８ｎｍ）、ＸｅＦレーザー（発振波長３５１ｎｍ）
などによるエキシマレーザーアニール処理、水素プラズ
マ処理などの還元作用のより強い環境下での行程を含む
場合が多い。これらの処理は、酸化亜鉛表面領域からの
酸素の脱離がより促進されやすい環境下で行われるため
に、前記酸化珪素中の酸素濃度が、前記酸化亜鉛を含む
透明導電層に向かって増大していることは特に効果的で
ある。

【００２７】酸化珪素を含む層の形成方法としては、ス
パッタ法、ＣＶＤ法を用いて直接形成する方法、あらか
じめＳｉからなる層を形成した後に、熱酸化法、酸素プ
ラズマ法等を用いて、Ｓｉからなる層の少なくとも一部
に酸素を導入させる方法が好ましい。

【００２８】酸化珪素を含む半導体層にドーパント原子
を含ませる方法としては、堆積時の原料ガス、あるいは
雰囲気ガス中にドーピング元素を含んだガスを混ぜる方
法、ノンドープで堆積したあとに、ドーピング原子をＣ
ＶＤ法、イオン注入法で導入する方法などが好ましい。

【００２９】また、酸化珪素中の酸素濃度を変化させる
方法としては、投入パワーの変化、原料ガス中の酸素流
量の変化、雰囲気ガス中の酸素分圧の変化、などが好ま
しい。

【００３０】次に本発明の光起電力素子の構成要素につ
いて説明する。図１は本発明の光起電力素子の一例を示
す模式的な断面図である。図中１０１は基板、１０２は
半導体層、１０３は第二の透明導電層、１０４は集電電
極である。また、１０１−１は基体、１０１−２は金属
層、１０１−３は第一の透明導電層である。これらは基
板１０１の構成部材である。

【００３１】（基体）基体１０１−１としては、金属、
樹脂、ガラス、セラミックス、半導体バルク等からなる
板状部材やシート状部材が好適に用いられる。その表面
には微細な凸凹を有していてもよい。透明基体を用いて
基体側から光が入射する構成としてもよい。また、基体
を長尺の形状とすることによってロール・ツー・ロール
法を用いた連続成膜を行うことができる。特にステンレ
ス、ポリイミド等の可撓性を有する材料は基体１０１−
１の材料として好適である。

【００３２】（金属層）金属層１０１−２は電極として
の役割と、基体１０１−１にまで到達した光を反射して
半導体層１０２で再利用させる反射層としての役割とを
有する。その材料としては、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕ、
ＣｕＭｇ、ＡｌＳｉ等を好適に用いることができる。そ
の形成方法としては、蒸着、スパッタ、電析、印刷等の
方法が好適である。金属層１０１−２は、その表面に凸
凹を有することが好ましい。それにより反射光の半導体
層１０２内での光路長を伸ばし、短絡電流を増大させる
ことができる。基体１０１−１が専電性を有する場合に
は金属層１０１−２は形成しなくてもよい。

【００３３】（第一の透明導電層）第一の透明導電層１
０１−３は、入射光及び反射光の乱反射を増大し、半導
体層１０２内での光路長を伸ばす役割を有する。また、
金属層１０１−２の元素が半導体層１０２へ拡散あるい
はマイグレーションを起こし、光起電力素子がシャント
することを防止する役割を有する。さらに、適度な抵抗
をもつことにより、半導体層のピンホール等の欠陥によ
るショートを防止する役割を有する。

【００３４】さらに、第一の透明導電層１０１−３は、
金属層１０１−２と同様にその表面に凸凹を有している
ことが望ましい。第一の透明導電層１０１−３は、Ｚｎ
Ｏ、ＩＴＯ等の導電性酸化物からなることが好ましく、
蒸着、スパッタ、ＣＶＤ、電析等の方法を用いて形成さ
れることが好ましい。これらの導電性酸化物に導電率を
変化させる物質を添加してもよい。

【００３５】また、酸化亜鉛層の形成方法としては、ス
パッタ、電析等の方法を用いて形成されることが好まし
い。

【００３６】スパッタ法によって酸化亜鉛膜を形成する
条件は、方法やガスの種類と流量、内圧、投入電力、成
膜速度、基板温度等が大きく影響を及ぼす。例えば、Ｄ
Ｃマグネトロンスパッタ法で、酸化亜鉛ターゲットを用
いて酸化亜鉛膜を形成する場合には、ガスの種類として
はＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｇ、Ｏ₂などがあげら
れ、流量は、装置の大きさと排気速度によって異なる
が、例えば成膜空間の容積が２０リットルの場合、１ｓ
ｃｃｍから１００ｓｃｃｍが望ましい。また成膜時の内
圧は１×１０^-4Ｔｏｒｒから０．１Ｔｏｒｒが望まし
い。投入電力は、ターゲットの大きさにもよるが、直径
１５ｃｍの場合、１０Ｗから１００ＫＷが望ましい。ま
た基板温度は、成膜速度によって好適な範囲が異なる
が、１μｍ／ｈで成膜する場合は、７０℃から４５０℃
であることが望ましい。

【００３７】また、電析法によって酸化亜鉛膜を形成す
る条件は、耐腐食性容器内に、硝酸イオン、亜鉛イオン
を含んだ水溶液を用いるのが好ましい。硝酸イオン、亜
鉛イオンの濃度は、０．００１ｍｏｌ／ｌから１．０ｍ
ｏｌ／ｌの範囲にあるのが望ましく、０．０１ｍｏｌ／
ｌから０．５ｍｏｌ／ｌ範囲にあるのがより望ましく、
０．１ｍｏｌ／ｌから０．２５ｍｏｌ／ｌの範囲にある
のがさらに望ましい。

【００３８】硝酸イオン、亜鉛イオンの供給源としては
特に限定するものではなく、両方のイオンの供給源であ
る硝酸亜鉛でもよいし、硝酸イオンの供給源である硝酸
アンモニウムなどの水溶性の硝酸塩と、亜鉛イオンの供
給源である硫酸亜鉛などの亜鉛塩の混合物であってもよ
い。さらに、これらの水溶液に、異常成長を抑制したり
密着性を向上させるために、炭水化物を加えることも好
ましいものである。

【００３９】炭水化物の種類は特に限定されるものでは
ないが、グルコース（ブドウ糖）、フルクトース（果
糖）などの単糖類、マルトース（麦芽糖）、サッカロー
ス（ショ糖）などの二糖類、デキストリン、デンプンな
どの多糖類などや、これらを混合したものを用いること
ができる。

【００４０】水溶液中の炭水化物の量は、炭水化物の種
類にもよるが概ね、０．００１ｇ／ｌから３００ｇ／ｌ
の範囲にあるのが望ましく、０．００５ｇ／ｌから１０
０ｇ／ｌの範囲にあるのがより望ましく、０．０１ｇ／
ｌから６０ｇ／ｌの範囲にあることがさらに望ましい。

【００４１】電析法により酸化亜鉛膜を堆積する場合に
は、前記の水溶液中に酸化亜鉛膜を堆積する基体を陰極
にし、亜鉛、白金、炭素などを陽極とするのが好まし
い。このとき負荷抵抗を通して流れる電流密度は、１０
ｍＡ／ｄｍから１０Ａ／ｄｍであることが好ましい。

【００４２】（基板）以上の方法により、基体１０１−
１上に必要に応じて、金属層１０１−２、第一の透明導
電層１０１−３を積層して基板１０１を形成する。ま
た、素子の集積化を容易にするために、基板１０１に絶
縁層を設けてもよい。

【００４３】（半導体層）本発明のシリコン系半導体及
び半導体層１０２の主たる材料としては、アモルファス
相あるいは結晶相、さらにはこれらの混相系のＳｉが用
いられる。Ｓｉに代えて、ＳｉとＣ又はＧｅとの合金を
用いても構わない。

【００４４】半導体層１０２には同時に、水素及び／又
はハロゲン原子が含有される。その好ましい含有量は
０．１〜４０原子％である。半導体層をｐ型半導体層と
するにはIII属元素、ｎ型半導体層とするにはＶ属元素
を含有する。

【００４５】ｐ型層及びｎ型層び電気特性としては、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。

【００４６】また、比抵抗としては１００Ωｃｍ以下が
好ましく、１Ωｃｍ以下が最適である。スタックセル
（ｐｉｎ接合を複数有する光起電力素子）の場合、光入
射側に近いｐｉｎ接合のｉ型半導体層はバンドギャップ
が広く、遠いｐｉｎ接合になるに随いバンドギャップが
狭くなるのが好ましい。

【００４７】また、ｉ層内部ではその膜厚方向の中心よ
りもｐ層寄りにバンドギャップの極小値があるのが好ま
しい。先入射側のドープ層（ｐ型層もしくはｎ型層）は
光吸収の少ない結晶性の半導体か、又はバンドギャップ
の広い半導体が適している。ｐｉｎ接合を２組積層した
スタックセルの例としては、ｉ型シリコン系半導体層の
組み合わせとして、先入射側から（アモルファス半導体
層、結晶相を含む半導体層）、（結晶相を含む半導体
層、結晶相を含む半導体層）となるものがあげられる。

【００４８】また、ｐｉｎ接合を３組積層した光起電力
素子の例としてはｉ型シリコン系半導体層の組み合わせ
として、光入射側から（アモルファス半導体層、アモル
ファス半導体層、結晶相を含む半導体層）、（アモルフ
ァス、結晶相を含む半導体層、結晶相を含む半導体
層）、（結晶相を含む半導体層、結晶相を含む半導体
層、結晶相を含む半導体層）となるものがあげられる。

【００４９】ｉ型半導体層としては光（６３０ｎｍ）の
吸収係数（α）が５０００ｃｍ^-1以上、ソーラーシミュ
レーター（ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ²）による擬
似太陽光照射化の光伝導度（σｐ）が１０×１０^-5Ｓ／
ｃｍ以上、暗伝導度（σｄ）が１０×１０^-6Ｓ／ｃｍ以
下、コンスタントフォトカレントメソッド（ＣＰＭ）に
よるアーバックエナジーが５５ｍｅＶ以下であるのが好
ましい。ｉ型半導体層としては、わずかにｐ型、ｎ型に
なっているものでも使用することができる。

【００５０】本発明の構成要素である半導体層１０２に
ついてさらに説明を加えると、図２は本発明の半導体層
の一例として、一組のｐｉｎ接合をもつ半導体層１０２
を示す模式的な断面図である。

【００５１】図中１０２−１Ａは酸化珪素を含む層であ
り、１０２−１は結晶相を含むｎ型半導体層であり、さ
らに、結晶相を含むｉ型半導体層１０２−２、結晶相を
含むｐ型半導体層１０２−３、酸化珪素を含む層１０２
−３Ａを積層する。

【００５２】ここで、１０２−１Ａ、１０２−３Ａの酸
化珪素を含む層は、隣接する透明導電層が酸化亜鉛を含
む場合に設けられる。

【００５３】また、１０２−１Ａ、１０２−３Ａの酸化
珪素を含む層は、それぞれ１０２−１および１０２−３
と同じ導電型になるようなドーパント原子を含んでいて
もよい。さらには、図３に示すように、酸化珪素を主成
分とする結晶相を含むｎ型半導体層１０２−１Ｂ、結晶
相を含むｉ型半導体層１０２−２、酸化珪素を主成分と
する結晶相を含むｐ型半導体層１０２−３Ｂの構成と
し、導電型を示す層全体を酸化珪素を主成分とする層と
しても構わない。

【００５４】また、上記のパターンの組み合わせでも構
わない。ｐｉｎ接合を複数持つ半導体層においては、酸
化亜鉛を含む透明導電層に隣接する層に、上記の酸化珪
素が含まれる層がある構成であることが好ましい。また
先入射側の導電型は、ｐ型半導体層でも、ｎ型半導体層
でも構わない。

【００５５】（半導体層の形成方法）本発明の半導体層
１０２を形成するには、高周波プラズマＣＶＤ法が適し
ている。以下、高周波プラズマＣＶＤ法によって半導体
層１０２を形成する手順の好適な例を示す。 （１）減圧状態にできる堆積室（真空チャンバー）内を
所定の堆積圧力に減圧する。 （２）堆積室内に原料ガス、希釈ガス等の材料ガスを導
入し、堆積室内を真空ポンプによって排気しつつ、堆積
室内を所定の堆積圧力に設定する。 （３）基板１０１をヒーターによって所定の温度に設定
する。 （４）高周波電源によって発振された高周波を前記堆積
室に導入する。前記堆積室への導入方法は、高周波を導
波管によって導き、アルミナセラミックスなどの誘電体
窓を介して堆積室内に導入したり、高周波を同軸ケーブ
ルによって導き、金属電極を介して堆積室内に導入した
りする方法がある。 （５）堆積室内にプラズマを生起させて原料ガスを分解
し、堆積室内に配置された基板１０１上に堆積膜を形成
する。この手順を必要に応じて複数回繰り返して半導体
層１０２を形成する。

【００５６】シリコン系半導体、及び上述の半導体層１
０２の形成条件としては、堆積室内の基板温度は１００
〜４５０℃、圧力は０．５ｍＴｏｒｒ〜１００Ｔｏｒ
ｒ、高周波パワーは０．００１〜２Ｗ／ｃｍ³が好適な
条件としてあげられる。シリコン系半導体、及び上述の
半導体層１０２の形成に適した原料ガスとしては、Ｓｉ
Ｈ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄等のシリコン原子を含有したガ
ス化しうる化合物があげられる。合金系にする場合には
さらに、ＧｅＨ₄やＣＨ₄などのようにＧｅやＣを合有し
たガス化しうる化合物を原料ガスに添加することが望ま
しい。原料ガスは、希釈ガスで希釈して堆積室内に導入
することが望ましい。希釈ガスとしては、Ｈ₂やＨｅな
どがあげられる。さらに窒素、酸素等を含有したガス化
しうる化合物を原料ガス乃至希釈ガスとして添加しても
よい。半導体層をｐ型層とするためのドーパントガスと
してはＢ₂Ｈ₆、ＢＦ₃等が用いられる。また、半導体層
をｎ型層とするためのドーパントガスとしては、Ｐ
Ｈ₃、ＰＦ₃等が用いられる。結晶相の薄膜や、ＳｉＣ等
の光吸収が少ないかバンドギャップの広い層を堆積する
場合には、原料ガスに対する希釈ガスの割合を増やし、
比較的高いパワーの高周波を導入するのが好ましい。

【００５７】本発明の酸化珪素を含む層をスパッタ法で
形成する場合には、方法やガスの種類と流量、内圧、投
入電力、成膜速度、基板温度等が大きく影響を及ぼす。
例えばＲＦマグネトロンスパッタ法で、酸化珪素ターゲ
ットを用いて酸化珪素を含む膜を形成する場合には、ガ
スの種類としてはＡｒ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅ、Ｈｇ、Ｏ₂
などがあげられ、流量は、装置の大きさと排気速度によ
って異なるが、例えば成膜空間の容積が２０リットルの
場合、１ｓｃｃｍから１００ｓｃｃｍが望ましい。

【００５８】また、成膜時の内圧は１×１０^-4Ｔｏｒｒ
から０．１Ｔｏｒｒが望ましい。投入電力は、ターゲッ
トの大きさにもよるが、直径１５ｃｍの場合、１０Ｗか
ら１００ＫＷが望ましい。また、基板温度は、成膜速度
によって好適な範囲が異なるが、１μｍ／ｈで成膜する
場合は、７０℃から４５０℃であることが望ましい。

【００５９】また、ＣＶＤ法で形成する場合には、原料
ガスとしてＳｉＨ₄とＯ₂および酸素化合物との混合ガス
が好ましい。このとき、ＳｉＨ₄とＯ₂はたやすく反応す
るため、別系統で導入する。形成条件としては、堆積室
内の基板温度は１００〜４５０℃、圧力は０．５ｍＴｏ
ｒｒ〜１０Ｔｏｒｒ、高周波パワーは０．００１〜１Ｗ
／ｃｍ³が好適な条件としてあげられる。

【００６０】（第二の透明導電層）第二の透明導電層１
０３−１は、先入射側の電極であるとともに、その膜厚
を適当に設定することにより反射防止膜の役割をかねる
ことができる。第二の透明導電層１０３は、半導体層１
０２の吸収可能な波長領域において高い透過率を有する
ことと、抵抗率が低いことが要求される。好ましくは５
５０ｎｍにおける透過率が８０％以上、より好ましくは
８５％以上であることが望ましい。

【００６１】第二の透明導電層１０３の材料としては、
ＩＴＯ、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｏ₃等を好適に用いることができ
る。その形成方法としては、蒸着、ＣＶＤ、スプレー、
スピンオン、浸漬などの方法が好適である。これらの材
料に導電率を変化させる物質を添加してもよい。第二の
透明導電層をＺｎＯによって形成された場合には、必要
に応じて、半導体層と接する領域に酸化亜鉛中の亜鉛量
に対する酸素量の比Ｒ_Mが、中間層以外の部分の酸化亜
鉛中の亜鉛量に対する酸素量の比Ｒ_Bより大きく形成し
た中間層１０３−２を必要に応じて設けてもよい。

【００６２】（集電電極）集電電極１０４は集電効率を
向上するために透明電極１０３上に設けられる。その形
成方法として、マスクを用いてスパッタによって電極パ
ターンの金属を形成する方法や、導電性ペーストあるい
は半田ペーストを印刷する方法、金属線を導電性ペース
トで固着する方法などが好適である。

【００６３】なお、必要に応じて光起電力素子の両面に
保護層を形成することがある。同時に光起電力素子の裏
面（先入射側と反射側）などに鋼板等の補教材を併用し
てもよい。

【００６４】

【実施例】以下の実施例では、光起電力素子として太陽
電池を例に挙げて本発明を具体的にするが、これらの実
施例は本発明の内容を何ら限定するものではない。

【００６５】（実施例１）図４に示した堆積膜形成装置
２０１を用い、以下の手順で光起電力素子を形成した。
図５に示したpin型光起電力素子を形成した。図５は本
発明のシリコン系半導体を有する光起電力素子の一例を
示す模式的な断面図である。図中、図１と同様の部材に
は同じ符号を付して説明を省略する。

【００６６】この光起電力素子の半導体層は、酸化珪素
を含む層１０２−１Ａ、結晶相を含むｎ型半導体層１０
２−１と、結晶相を含むｉ型半導体層１０２−２と結晶
相を含むｐ型半導体層１０２−３とからなっている。す
なわち、この光起電力素子はいわゆるｐｉｎ型シングル
セル光起電力素子である。

【００６７】図４は、本発明のシリコン系半導体及び光
起電力素子を製造する堆積膜形成装置の一例を示す模式
的な断面図である。

【００６８】図４に示す堆積膜形成装置２０１は、基板
送り出し容器２０２、半導体形成用真空容器２１１〜２
１７、基板巻き取り容器２０３が、ガスゲートを介して
結合することによって構成されている。この堆積膜形成
装置２０１には、各容器及び各ガスゲートを貫いて帯状
の導電性基板２０４がセットされる。帯状の導電性基板
２０４は、基板送り出し容器２０２に設置されたボビン
から巻き出され、基板巻き取り容器２０３で別のボビン
に巻き取られる。

【００６９】半導体形成用真空容器２１１〜２１７は、
それぞれ堆積室を有しており、該放電室内の放電電極２
４１〜２４７に高周波電源２５１〜２５７から高周波電
力を印加することによってグロー放電を生起させ、それ
によって原料ガスを分解し導電性基板２０４上に半導体
層を堆積させる。また、各半導体形成用真空容器２１１
〜２１７には、原料ガスや希釈ガスを導入するためのガ
ス導入管２３１〜２３７が接続されている。

【００７０】半導体形成用真空容器２１２と半導体形成
用真空容器２１３の間および半導体形成用真空容器２１
５と半導体形成用真空容器２１６の間には、結晶化手段
用の結晶化容器２２１、２２２が具備されている。結晶
化容器２２１、２２２には、ガス導入管２２７、２２
８、エキシマレーザー装置２２３、２２４が具備されて
いる。

【００７１】図４に示した堆積膜形成装置２０１は、半
導体形成用真空装置を７個具備しているが、以下の実施
例においては、すべての半導体形成用真空容器でグロー
放電を生起させる必要はなく、製造する光起電力素子の
層構成にあわせて各容器でのグロー放電の有無を選択す
ることができる。

【００７２】また、各半導体形成装置には、各堆積室内
での導電性基板２０４と放電空間との接触面積を調整す
るための、不図示の成膜領域調整板が設けられており、
これを調整することによって各容器で形成される各半導
体膜の膜厚を調整することができるようになっている。

【００７３】次に基板送り出し容器２０２に、導電性基
板２０４を巻いたボビンを装着し、導電性基板２０４を
搬入側のガスゲート、半導体形成用真空容器２１１、２
１２、結晶化容器２２１、半導体形成用容器２１３、２
１４、２１５、結晶化容器２２２、半導体形成容器２１
６、２１７、搬出側のガスゲートを介し、基板巻き取り
容器２０３まで通し、帯状の導電性基板２０４がたるま
ないように張力調整を行った。

【００７４】そして、基板送り出し容器２０２、半導体
形成用真空容器２１１、２１２、２１３、２１４、２１
５、２１６、２１７、結晶化容器２２１、２２２、基板
巻き取り容器２０３を不図示の真空ポンプからなる真空
排気系により、５×１０^-6Ｔｏｒｒ以下まで充分に真空
排気した。

【００７５】次に、真空排気系を作動させつつ、半導体
形成用真空容器２１１〜２１４へガス導入管２３１〜２
３４から原料ガス及び希釈ガスを、結晶化容器２２１へ
５００ｓｃｃｍの水素ガスを供給した。

【００７６】また、半導体形成用真空容器２１１〜２１
４以外の半導体形成用真空容器、結晶化容器２２２には
ガス導入管から２００ｓｃｃｍのＨ₂ガスを供給し、同
時に不図示の各ゲートガス供給管から、各ガスゲートに
ゲートガスとして５００ｓｃｃｍのＨ₂ガスを供給し
た。この状態で真空排気系の排気能力を調整して、半導
体形成用真空容器２１１〜２１４内の圧力を所望の圧力
に調整した。形成条件は表１に示す通りである。このと
き、ガス導入管２３１は独立な２系統で構成し、ＳｉＨ
₄とＯ₂はガス導入管内では混合しないようにした。ま
た、結晶化容器２２１内は２Ｔｏｒｒの圧力に保持し
た。

【表１】

【００７７】半導体形成用真空容器２１１〜２１４内の
圧力が安定したところで、基板送り出し容器２０２から
基板巻き取り容器２０３の方向に、導電性基板２０４の
移動を開始した。

【００７８】次に、半導体形成用真空容器２１１〜２１
４内の放電電極２４１〜２４４に高周波電源２５１〜２
５４より高周波を導入し、半導体形成用真空容器２１１
〜２１４内の堆積室内にグロー放電を生起し、導電性基
板２０４上に、導電性基板２０４上に酸化珪素を含む層
（膜厚１．５ｎｍ）を形成し、アモルファスｎ型半導体
層（膜厚２０ｎｍ）を形成したした後、ＸｅＣｌエキシ
マレーザーによる結晶化処理（パルスエネルギー１５０
ｍＪ／ｃｍ²）を行って、結晶相を含むｎ型半導体層を
形成した後に、前記結晶相を含むｎ型半導体層上に、結
晶相を含むｉ型半導体層（膜厚１．５μｍ）、結晶相を
含むｐ型半導体層（膜厚１０ｎｍ）を形成し光起電力素
子を形成した（実施例１−１）。

【００７９】ここで、半導体形成用真空容器２１１には
周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ³の
高周波電力を、半導体形成用真空容器２１２には周波数
１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ³の高周波
電力を、半導体形成用真空容器２１３には周波数１００
ＭＨｚ、パワー密度２０ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力を導
入した。半導体形成用真空容器２１４には周波数１３．
５６ＭＨｚ、パワー密度３０ｍＷ／ｃｍ³を導入した。

【００８０】次に、不図示の連続モジュール化装置を用
いて、形成した帯状の光起電力素子を３６ｃｍ×２２ｃ
ｍの太陽電池モジュールに加工した（実施例１−２）。
次に、堆積膜形成装置２１１で酸化珪素を含む層を形成
しなかった以外は、実施例１−１と同様の方法で光起電
力素子（比較例１−１）を、実施例１−２と同様の方法
で太陽電池モジュールを形成した（比較例１−２）。

【００８１】実施例１−１、比較例１−１の光起電力素
子を碁盤目テープ法（切り傷の隙間間隔１ｍｍ、ます目
の数１００）を用いて導電性基板と半導体層との間の密
着性を調べた。またあらかじめ初期光電変換効率を測定
しておいた実施例１−２、比較例１−２の太陽電池モジ
ュールを、温度８５℃、湿度８５％の暗所に設置し３０
分保持、その後７０分かけて温度−２０℃まで下げ３０
分保持、再び７０分かけて温度８５℃ｍ湿度８５％まで
戻す、このサイクルを１００回繰り返した後に再度光電
変換効率を測定し、温湿度試験による光電変換効率の変
化を調べた。また、あらかじめ初期光電変換効率を測定
しておいた実施例１−２、比較例１−２の太陽電池モジ
ュールを温度８５℃、湿度８５％の暗所に設置し、同時
に逆方向バイアスを１０Ｖ印加させながら５００時間経
過後に、再度光電変換効率を測定し、高温多湿下での逆
バイアス印加による光電変換効率の変化を調べた。これ
らの結果を表２に示す。

【表２】

【００８２】表２に示すように、本発明の実施例１−１
の光起電力素子および光起電力素子を含む実施例１−２
太陽電池モジュールは、比較例１−１の光起電力素子、
比較例１−２の太陽電池モジュール比較して、密着性、
初期変換効率、温湿度試験や高温多湿逆バイアス印加試
験に対する耐久性に優れている。以上のことより本発明
の光起電力素子を含む太陽電池モジュールは、優れた特
長を持つことが分かる。

【００８３】（実施例２）図４に示した堆積膜形成装置
２０１を用い、以下の手順で図６に示したｐｉｎ型光起
電力素子を形成した。図６は本発明のシリコン系薄膜を
有する光起電力素子の一例粗示す模式的な断面図であ
る。図中、図１と同様の部材には同じ符号を付して説明
を省略する。この光起電力素子の半導体層は、酸化珪素
を主成分とする結晶相を含むｎ型半導体層１０２−１Ｂ
と結晶相を含むｉ型半導体層１０２−２と結晶相を含む
ｐ型半導体層１０２−３とからなっている。すなわち、
この光起電力素子はいわゆるｐｉｎ型シングルセル光起
電力素子である。

【００８４】実施例１と同様に、帯状の導電性基板２０
４を作成し、堆積膜形成装置２０１に装着し、基板送り
出し容器２０２、半導体形成用真空容器２１１、２１
２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、結晶化
容器２２１、２２２、基板巻き取り容器２０３を不図示
の真空ポンプからなる真空排気系により、５×１０^-6Ｔ
ｏｒｒ以下まで充分に真空排気した。

【００８５】次に、真空排気系を作動させつつ、半導体
形成用真空容器２１２〜２１４へガス導入管２３２〜２
３４から原料ガス及び希釈ガスを供給した。

【００８６】また、半導体形成用真空容器２１２〜２１
４以外の半導体形成用真空容器にはガス導入管から２０
０ｓｃｃｍのＨ₂ガスを供給し、同時に不図示の各ゲー
トガス供給管から、各ガスゲートにゲートガスとして５
００ｓｃｃｍのＨ₂ガスを供給した。この状態で真空排
気系の排気能力を調整して、半導体形成用真空容器２１
２〜２１４内の圧力を所望の圧力に調整した。形成条件
は表３に示す通りである。

【表３】

【００８７】半導体形成用真空容器２１２〜２１４内の
圧力が安定したところで、基板送り出し容器２０２から
基板巻き取り容器２０３の方向に、導電性基板２０４の
移動を開始した。

【００８８】次に、半導体形成用真空容器２１２〜２１
４内の高周波導入部２４２〜２４４に高周波電源２５２
〜２５４より高周波を導入し、半導体形成用真空容器２
１２〜２１４内の堆積室内にグロー放電を生起し、導電
性基板２０４上に、導電性基板２０４上に酸化珪素を主
成分とするアモルファスｎ型半導体層（膜厚３０ｎｍ）
を形成した後、ＸｅＣｌエキシマレーザーによる結晶化
処理（パルスエネルギー１５０ｍＪ／ｃｍ²）を行っ
て、酸化珪素を主成分とする結晶相を含むｎ型半導体層
を形成した後に、前記酸化珪素を主成分とする結晶相を
含むｎ型半導体層上に結晶相を含むｉ型半導体層（膜厚
１．５μｍ）、結晶相を含むｐ型半導体層（膜厚１０ｎ
ｍ）を形成し光起電力素子を形成した（実施例２−
１）。

【００８９】ここで、半導体形成用真空容器２１２には
周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ³の
高周波電力を、半導体形成用真空容器２１３には周波数
２．４５ＧＨｚ、パワー密度５０ｍＷ／ｃｍ³の高周波
電を、半導体形成用真空容器２１４には周波数１３．５
６ＭＨｚ、パワー密度３０ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力を
導入した。

【００９０】次に不図示の連続モジュール化装置を用い
て、形成した帯状の光起電力素子を３６ｃｍ×２２ｃｍ
の太陽電池モジュールに加工した（実施例２−２）

【００９１】次に堆積膜形成装置２１２に酸素のかわり
に水素を導入した以外は実施例２−１と同様の方法で光
起電力素子（比較例２−１）を、実施例２−２と同様の
方法で太陽電池モジュールを形成した（比較例２−
２）。

【００９２】実施例２−１、比較例２−１の光起電力素
子を碁盤目テープ法（切り傷の隙間間隔１ｍｍ、ます目
の数１００）を用いて導電性基板と半導体層との間の密
着性を調べた。またあらかじめ初期光電変換効率を測定
しておいた実施例２−２、比較例２−２の太陽電池モジ
ュールを、温度８５℃、湿度８５％の暗所に設置し３０
分保持、その後７０分かけて温度−２０℃まで下げ３０
分保持、再び７０分かけて温度８５℃ｍ湿度８５％まで
戻す、このサイクルを１００回繰り返した後に再度光電
変換効率を測定し、温湿度試験による光電変換効率の変
化を調べた。また、あらかじめ初期光電変換効率を測定
しておいた実施例２−２、比較例２−２の太陽電池モジ
ュールを温度８５℃、湿度８５％の暗所に設置し、同時
に逆方向バイアスを１０Ｖ印加させながら５００時間経
過後に、再度光電変換効率を測定し、高温多湿下での逆
バイアス印加による光電変換効率の変化を調べた。これ
らの結果を表４に示す。

【表４】

【００９３】表４に示すように、本発明の実施例２−１
の光起電力素子および光起電力素子を含む実施例２−２
太陽電池モジュールは、比較例２−１の光起電力素子、
比較例２−２の太陽電池モジュール比較して、密着性、
初期変換効率、温湿度試験や高温多湿逆バイアス印加試
験に対する耐久性に優れている。以上のことより本発明
の光起電力素子を含む太陽電池モジュールは、優れた特
長を持つことが分かる。

【００９４】（実施例３）図４に示した堆積膜形成装置
２０１を用い、以下の手順で図７に示した光起電力素子
を形成した。図７は本発明のシリコン系半導体を有する
光起電力素子の一例粗示す模式的な断面図である。

【００９５】図中、図１と同様の部材には同じ符号を付
して説明を省略する。この光起電力素子の半導体層は、
酸化珪素を含む層１０２−１Ａ、結晶相を含むｎ型半導
体層１０２−１と、結晶相を含むｉ型半導体層１０２−
２と結晶相を含むｐ型半導体層１０２−３、結晶相を含
むｎ型半導体層１０２−１と、結晶相を含むｉ型半導体
層１０２−５と結晶相を含むｐ型半導体層１０２−６、
とからなっている。すなわち、この光起電力素子はいわ
ゆるｐｉｎｐｉｎ型ダブルセル光起電力素子である。

【００９６】実施例１と同様に、帯状の導電性基板２０
４を堆積膜形成装置２０１に装着し、基板送り出し容器
２０２、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１
３、２１４、２１５、２１６、２１７、結晶化容器２２
１、２２２、基板巻き取り容器２０３を不図示の真空ポ
ンプからなる真空排気系により、５×１０^-6Ｔｏｒｒ以
下まで充分に真空排気した。

【００９７】次に、真空排気系を作動させつつ、半導体
形成用真空容器２１１〜２１７へガス導入管２３１〜２
３７から原料ガス及び希釈ガスを、結晶化容器２２１、
２２２へ５００ｓｃｃｍの水素ガスを供給した。

【００９８】また、不図示の各ゲートガス供給管から、
各ガスゲートにゲートガスとして５００ｓｃｃｍのＨ₂
ガスを供給した。この状態で真空排気系の排気能力を調
整して、半導体形成用真空容器２１１〜２１７内の圧力
を所望の圧力に調整した。形成条件は表５に示す通りに
行なった。また、結晶化容器２２１、２２２内は２Ｔｏ
ｒｒの圧力に保持した。

【表５】

【００９９】半導体形成用真空容器２１１〜２１７内の
圧力が安定したところで、基板送り出し容器２０２から
基板巻き取り容器２０３の方向に、導電性基板２０４の
移動を開始した。

【０１００】次に、半導体形成用真空容器２１１〜２１
７内の放電電極２４１〜２４７に高周波電源２５１〜２
５７より高周波を導入し、半導体形成用真空容器２１１
〜２１７内の堆積室内にグロー放電を生起し、導電性基
板２０４上に、導電性基板２０４上に酸化珪素を含む層
（膜厚１．５ｎｍ）を形成し、アモルファスｎ型半導体
層（膜厚３０ｎｍ）を形成したした後、ＸｅＣｌエキシ
マレーザーによる結晶化処理（パルスエネルギー１５０
ｍＪ／ｃｍ²）を行って、結晶相を含むｎ型半導体層を
形成した後に、前記結晶相を含むｎ型半導体層上に、結
晶相を含むｉ型半導体層（膜厚２．０μｍ）、結晶相を
含むｐ型半導体層（膜厚１０ｎｍ）を形成してボトムセ
ルを作成し、さらにアモルファスｎ型半導体層（膜厚３
０ｎｍ）を形成したした後、ＸｅＣｌエキシマレーザー
による結晶化処理（パルスエネルギー１５０ｍＪ／ｃｍ
²）を行って、結晶相を含むｎ型半導体層を形成した後
に、前記結晶相を含むｎ型半導体層上に結晶相を含むｉ
型半導体層（膜厚１．２μｍ）、結晶相を含むｐ型半導
体層（膜厚１０ｎｍ）を形成してトップセルを作成して
ダブルセルの光起電力素子を形成した。

【０１０１】ここで、半導体形成用真空容器２１１には
周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ³の
高周波電力を、半導体形成用真空容器２１２には周波数
１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ³の高周波
電力を、半導体形成用真空容器２１３には周波数２．４
５ＧＨｚ、パワー密度５０ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力
を、半導体形成用真空容器２１４には周波数１３．５６
ＭＨｚ、パワー密度３０ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力を、
半導体形成用真空容器２１５には周波数１３．５６ＭＨ
ｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力を、半導体
形成用真空容器２１６には周波数２．４５ＧＨｚ、パワ
ー密度５０ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力を、半導体形成用
真空容器２１７には周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密
度３０ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力を導入した。

【０１０２】次に不図示の連続モジュール化装置を用い
て、形成した帯状の光起電力素子を３６ｃｍ×２２ｃｍ
の太陽電池モジュールに加工した（実施例３）。

【０１０３】実施例３の太陽電池モジュールは、実施例
１−２の太陽電池モジュールと比べて１．３倍の光電変
換効率を示し、また、実施例３の太陽電池モジュール
は、密着性、初期変換効率、温湿度試験や高温多湿逆バ
イアス印加試験に対する耐久性に優れていた。以上のこ
とより本発明の光起電力素子を含む太陽電池モジュール
は、優れた特長を持つことが分かる。

【０１０４】（実施例４）図８に示した堆積膜形成装置
２０１を用い、以下の手順で図９に示した光起電力素子
を形成した。図９は本発明のシリコン系半導体を有する
光起電力素子の一例粗示す模式的な断面図である。図
中、図１と同様の部材には同じ符号を付して説明を省略
する。この光起電力素子の半導体層は、酸化珪素主成分
とする結晶相を含むｎ型半導体層１０２−１Ｂ、結晶相
を含むｉ型半導体層１０２−２と結晶相を含むｐ型半導
体層１０２−３、結晶相を含むｎ型半導体層１０２−１
と、結晶相を含むｉ型半導体層１０２−５と結晶相を含
むｐ型半導体層１０２−６、とからなっている。すなわ
ち、この先起電力素子はいわゆるｐｉｎｐｉｎ型ダブル
セル光起電力素子である。

【０１０５】実施例１と同様に、帯状の導電性基板２０
４を堆積膜形成装置２０１に装着し、基板送り出し容器
２０２、半導体形成用真空容器２１１、２１２、２１
３、２１４、２１５、２１６、２１７、結晶化容器２２
１、２２２、基板巻き取り容器２０３を不図示の真空ポ
ンプからなる真空排気系により、５×１０^-6Ｔｏｒｒ以
下まで充分に真空排気した。

【０１０６】次に、真空排気系を作動させつつ、半導体
形成用真空容器２１１〜２１７へガス導入管２３１〜２
３７から原料ガス及び希釈ガスを、結晶化容器２２１、
２２２へ５００ｓｃｃｍの水素ガスを供給した。

【０１０７】また、不図示の各ゲートガス供給管から、
各ガスゲートにゲートガスとして５００ｓｃｃｍのＨ２
ガスを供給した。この状態で真空排気系の排気能力を調
整して、半導体形成用真空容器２１１〜２１７内の圧力
を所望の圧力に調整した。形成条件は表６に示す通りに
行なった。また、結晶化容器２２１、２２２内は２Ｔｏ
ｒｒの圧力に保持した。

【表６】

【０１０８】半導体形成用真空容器２１１〜２１７内の
圧力が安定したところで、基板送り出し容器２０２から
基板巻き取り容器２０３の方向に、導電性基板２０４の
移動を開始した。

【０１０９】次に、半導体形成用真空容器２１１〜２１
７内の放電電極２４１〜２４７に高周波電源２５１〜２
５７より高周波を導入し、半導体形成用真空容器２１１
〜２１７内の堆積室内にグロー放電を生起し、導電性基
板２０４上に、導電性基板２０４上に酸化珪素を主成分
とするアモルファスｎ型半導体層（膜厚１５ｎｍ）、酸
素量を低減させた酸化珪素を主成分とするアモルファス
ｎ型半導体層（膜厚１５ｎｍ）を形成した後、赤外ラン
プヒーター２２９で加熱処理を行なって酸化珪素を主成
分とする結晶相を含むｎ型半導体層を形成した後に、結
晶相を含むｉ型半導体層（膜厚２．０μｍ）、結晶相を
含むｐ型半導体層（膜厚１０ｎｍ）を形成してボトムセ
ルを作成し、さらにアモルファスｎ型半導体層（膜厚３
０ｎｍ）を形成したした後、赤外ランプヒーター２３０
で加熱処理を行なって、結晶相を含むｎ型半導体層を形
成した後に、前記結晶相を含むｎ型半導体層上に結晶相
を含むｉ型半導体層（膜厚１．２μｍ）、結晶相を含む
ｐ型半導体層（膜厚１０ｎｍ）を形成してトップセルを
作成してダブルセルの光起電力素子を形成した。

【０１１０】ここで、半導体形成用真空容器２１１には
周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ³の
高周波電力を、半導体形成用真空容器２１２には周波数
１３．５６ＭＨｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ³の高周波
電力を、半導体形成用真空容器２１３には周波数２．４
５ＧＨｚ、パワー密度５０ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力
を、半導体形成用真空容器２１４には周波数１３．５６
ＭＨｚ、パワー密度３０ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力を、
半導体形成用真空容器２１５には周波数１３．５６ＭＨ
ｚ、パワー密度５ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力を、半導体
形成用真空容器２１６には周波数２．４５ＧＨｚ、パワ
ー密度５０ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力を、半導体形成用
真空容器２１７には周波数１３．５６ＭＨｚ、パワー密
度３０ｍＷ／ｃｍ³の高周波電力を導入した。

【０１１１】次に不図示の連続モジュール化装置を用い
て、形成した帯状の光起電力素子を３６ｃｍ×２２ｃｍ
の太陽電池モジュールに加工した（実施例４）。

【０１１２】実施４の太陽電池モジュールは、実施例１
−２の太陽電池モジュールと比べて１．４倍の光電変換
効率を示し、また、実施例４の太陽電池モジュールは密
着性、初期変換効率、温湿度試験や高温多湿逆バイアス
印加試験に対する耐久性に優れていた。以上のことより
本発明の光起電力素子を含む太陽電池モジュールは、優
れた特徴を持つことが分かる。

【０１１３】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、高温
下、多湿下、あるいは長期間にわたる使用下などにおい
て、あるいは酸化亜鉛を含む透明導電層を形成した後の
工程において、加熱処理、アニール処理、水素処理のよ
うな還元雰囲気の行程を含む場合でも、亜鉛原子のシリ
コン原子を含んだ半導体層への拡散を抑制し、酸化亜鉛
を含む透明導電層の透過率の低下を抑制し、基体と酸化
亜鉛を含む透明導電層および半導体層間の密着力の低下
を抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例に係る光起電力素子の一例を示す模式的
な断面図

【図２】実施例に係る半導体層の一例を示す模式的な断
面図

【図３】実施例に係る半導体層の一例を示す模式的な断
面図

【図４】実施例に係る光起電力素子を製造する堆積膜形
成装置の一例を示す模式的な断面図

【図５】実施例に係る光起電力素子の一例を示す模式的
な断面図

【図６】実施例に係る光起電力素子の一例を示す模式的
な断面図

【図７】実施例に係る光起電力素子の一例を示す模式的
な断面図

【図８】実施例に係る光起電力素子を製造する堆積膜形
成装置の一例を示す模式的な断面図

【図９】実施例に係る光起電力素子の一例を示す模式的
な断面図

【符号の説明】

１０１：基板 １０１−１：基体 １０１−２：金属層 １０１−３：第一の透明導電層 １０２：半導体層 １０２−１：結晶相を含むｎ型半導体層 １０２−１Ａ：酸化珪素を含む層 １０２−１Ｂ：酸化珪素主成分とする結晶相を含むｎ型
半導体層 １０２−２：結晶相を含むｉ型半導体層 １０２−３：結晶相を含むｐ型半導体層 １０２−３Ａ：酸化珪素を含む層 １０２−３Ｂ：酸化珪素主成分とする結晶相を含むｐ型
半導体層 １０２−４：結晶相を含むｎ型半導体層 １０２−５：結晶相を含むｉ型半導体層 １０２−６：結晶相を含むｐ型半導体層 １０３：第二の透明導電層 １０４：集電電極 ２０１：堆積膜形成装置 ２０２：基板送り出し容器 ２０３：基板巻き取り容器 ２０４：導電性基板 ２１１〜２１７：半導体形成用真空容器 ２２１、２２２：結晶化容器 ２２３、２２４：エキシマレーザー装置 ２２７、２２８、２３１〜２３７：ガス導入管 ２２９、２３０：赤外線ランプヒーター ２４１〜２４７：放電電極 ２５１〜２５７：高周波電源

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも、第一の透明導電層と、シリ
   コン原子を含む半導体層と、第二の透明導電層とを基体
   上に含む光起電力素子において、 前記第一の透明導電層と、前記第二の透明導電層との少
   なくとも一つの層が酸化亜鉛を含み、前記シリコン原子
   を含む半導体層の、前記酸化亜鉛を含む透明導電層と接
   する領域に、酸化珪素を含む層を設けたことを特徴とす
   る光起電力素子。
2. 【請求項２】 前記シリコン原子を含む半導体層が、ｐ
   型半導体層とｉ型半導体層とｎ型半導体層とからなるｐ
   ｉｎ接合を少なくとも一組以上含み、前記酸化亜鉛を含
   む透明導電層に最も近い前記ｐ型半導体層あるいは前記
   ｎ型半導体層と、前記酸化亜鉛を含む透明導電層との間
   に、酸化珪素を含む層を設けたことを特徴とする請求項
   １に記載の光起電力素子。
3. 【請求項３】 前記酸化珪素を含む層が、ドーパント原
   子を含むことを特徴とする請求項２に記載の光起電力素
   子。
4. 【請求項４】 前記シリコン原子を含む半導体層が、ｐ
   型半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層からなるｐｉ
   ｎ接合を少なくとも一組以上含み、前記酸化亜鉛を含む
   透明導電層に最も近い前記ｐ型半導体層あるいは前記ｎ
   型半導体層が、酸化珪素を主成分とすることを特徴とす
   る請求項１に記載の光起電力素子。
5. 【請求項５】 前記酸化珪素中の酸素濃度が、前記酸化
   亜鉛を含む透明導電層に向かって増大していることを特
   徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
6. 【請求項６】 前記シリコン原子を含む半導体層の形成
   過程の少なくとも一部において、結晶化処理がなされる
   ことを特徴とする請求項１に記載の光起電力素子。
7. 【請求項７】 前記結晶化処理が、加熱処理、アニール
   処理、水素処理の少なくとも一つの処理であることを特
   徴とする請求項６に記載の光起電力素子。
8. 【請求項８】 前記半導体層が高周波を用いたプラズマ
   ＣＶＤ法によって作成されたことを特徴とする請求項１
   ないし７のいずれか１項に記載の光起電力素子。
9. 【請求項９】 前記半導体層が結晶相を含むことを特徴
   とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の光起電
   力素子。