JP4171428B2 - 光起電力装置 - Google Patents

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Description

本発明は、光起電力装置に関し、特に、結晶系半導体上に、非晶質半導体層が形成された光起電力装置に関する。
従来、第１導電型の結晶系シリコン基板の表面上に、第２導電型の非晶質シリコン膜を形成することによりｐｎ接合が形成される光起電力装置において、第１導電型の結晶系シリコン基板と第２導電型の非晶質シリコン層との間に、実質的に真性な非晶質シリコン層を挿入することにより接合特性を改善する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
上記特許文献１には、ｎ型の単結晶シリコン基板上に、実質的に真性な非晶質シリコン層およびｐ型の非晶質シリコン層が順次形成されるとともに、ｎ型の単結晶シリコン基板と実質的に真性な非晶質シリコン層との間にボロンが導入された光起電力装置が開示されている。この特許文献１では、プラズマＣＶＤ法を用いて、約２００℃以下の低温で、ｎ型の単結晶シリコン基板上に、実質的に真性なノンドープの非晶質シリコン層およびｐ型の非晶質シリコン層が形成されるので、約８００℃以上の高温による熱拡散法を用いてｎ型の単結晶シリコン基板の表面からｐ型の不純物を拡散させることによりｐｎ接合を形成する場合と異なり、熱ダメージを抑制することができるとともに、ｐ型の不純物とｎ型の不純物との相互拡散を抑制することができる。その結果、良好な接合特性が得られる。
特開２００１−３４５４６３号公報
しかしながら、上記特許文献１に開示された光起電力装置では、単結晶シリコン基板で生成されたキャリアが実質的に真性な非晶質シリコン層を介してｐ型の非晶質シリコン層へ移動される際に、実質的に真性な非晶質シリコン層中の欠陥であるダングリングボンドによるキャリア再結合を抑制するための対策が充分にはなされていない。このため、実質的に真性な非晶質シリコン層中で光生成キャリアが再結合により消失するので、光起電力装置の出力特性を向上させるのが困難であるという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、出力特性を向上させることが可能な光起電力装置を提供することである。
課題を解決するための手段および発明の効果
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における光起電力装置は、結晶系半導体と、結晶系半導体の表面上に形成され、実質的に真性な第１非晶質半導体層と、第１非晶質半導体層の表面上に形成された第１導電型の第２非晶質半導体層とを備え、第１非晶質半導体層中に水素濃度のピークを有する。なお、本発明における結晶系半導体は、結晶系半導体基板や基板上に形成した薄膜多結晶半導体などを含む広い概念である。また、本発明における非晶質半導体は、微結晶半導体も含む広い概念である。
この一の局面による光起電力装置では、上記のように、第１非晶質半導体層中に水素濃度のピークを有するように、第１非晶質半導体層を形成することによって、第１非晶質半導体層中の水素原子（Ｈ）の量が増加するので、その増加した水素原子が第１非晶質半導体層中の欠陥であるシリコン原子（Ｓｉ）のダングリングボンドと結合することにより、ダングリングボンドを不活性化することができる。これにより、第１非晶質半導体層中の欠陥を低減することができるので、結晶系半導体で生成されたキャリアが第１非晶質半導体層を介して第２非晶質半導体層へ移動される際に、第１非晶質半導体層中の欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、第１非晶質半導体層中でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。また、第１非晶質半導体層中の水素原子（Ｈ）の量が増加することにより、第１非晶質半導体層中のＳｉ−Ｈ結合を増加させることができる。この場合、Ｓｉ−Ｈ結合は、Ｓｉ−Ｓｉ結合よりも大きな結合エネルギーを有するので、第１非晶質半導体層中の原子間の結合エネルギーの総和を増大させることができる。これにより、第１非晶質半導体層のバンドギャップを大きくすることができるので、ｐｉｎ接合における内蔵電界を大きくすることができる。このため、光起電力装置の開放電圧を大きくすることができる。また、第１非晶質半導体層のバンドギャップを大きくすることができるので、第１非晶質半導体層の光の吸収損失を小さくすることができる。これにより、結晶系半導体への光の入射量を増加することができるので、結晶系半導体での発電量を増加させることができる。このため、光起電力装置の短絡電流を増加することができる。このように、開放電圧および短絡電流を大きくすることができるので、光起電力装置のセル出力を大きくすることができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。また、第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークの第２非晶質半導体層側の領域を第１非晶質半導体層の水素濃度のピーク値よりも低い水素濃度に設定した場合には、第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層との界面の水素濃度を第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークよりも低い濃度にすることができる。これにより、第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層との界面の水素濃度が第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークよりも高い場合に比べて、第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層との界面から第２非晶質半導体層中へ拡散される水素原子の量を減少させることができる。このため、その拡散される水素原子に起因して第２非晶質半導体層中の第１導電型の不純物の活性化率が低下するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。
上記一の局面による光起電力装置において、好ましくは、第１非晶質半導体層は、実質的に発電に寄与しない小さい厚みを有する。このように構成すれば、第１非晶質半導体層の厚みが大きいことに起因して第１非晶質半導体層の厚み方向の抵抗が増大するのを抑制することができる。これにより、結晶系半導体で生成されたキャリアが第１非晶質半導体層を介して第２非晶質半導体層へ移動しにくくなるのを抑制することができる。このため、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。なお、第１非晶質半導体層の実質的に発電に寄与しない厚みとは、数／１０ｎｍ〜約２５ｎｍの範囲の厚みである。
上記一の局面による光起電力装置において、好ましくは、第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層との界面の水素濃度は、第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークよりも低い濃度に設定されている。このように構成すれば、第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層との界面の水素濃度が第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークよりも高い場合に比べて、第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層との界面から第２非晶質半導体層中へ拡散される水素原子の量を減少させることができる。これにより、その拡散される水素原子に起因して第２非晶質半導体層中の第１導電型の不純物の活性化率が低下するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。
上記一の局面による光起電力装置において、好ましくは、第１非晶質半導体層の水素濃度のピーク値と、第１非晶質半導体層の水素濃度の最小値との差は、９×１０２０原子／ｃｍ３以上である。このように構成すれば、光起電力装置の出力特性を向上させるのに十分な量の水素原子を第１非晶質半導体層中に存在させることができる。
上記一の局面による光起電力装置において、好ましくは、第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークは、第１非晶質半導体層の厚み方向の中央部近傍に位置する。このように構成すれば、第１非晶質半導体層の厚み方向の中央部近傍の水素原子の量が増加するので、第１非晶質半導体層の厚み方向の中央部近傍の欠陥を低減することができる。その結果、第１非晶質半導体層の厚み方向の中央部近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができる。
上記一の局面による光起電力装置において、好ましくは、第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークは、第１非晶質半導体層の厚み方向の中央部よりも、第１非晶質半導体層と第２非晶質半導体層との界面に近い側に位置する。このように構成すれば、水素濃度のピークの形状を反映するように形成される第１非晶質半導体層の価電子帯の傾きは、結晶系半導体側の領域で小さくなる。このように価電子帯の傾きが小さくなると、正孔（ホール）を結晶系半導体から第１非晶質半導体層を介して、第２非晶質半導体層へ移動させやすくすることができる。その結果、正孔（ホール）が収集されやすくなるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
この場合、好ましくは、第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークは、第１非晶質半導体層の第２非晶質半導体層との界面近傍に位置する。このように構成すれば、水素濃度のピークの形状を反映するように形成される第１非晶質半導体層の価電子帯の傾きは、結晶系半導体側の領域でより小さくなる。このように価電子帯の傾きがより小さくなると、正孔（ホール）を結晶系半導体から第１非晶質半導体層を介して、第２非晶質半導体層へ、より移動させやすくすることができる。その結果、正孔（ホール）がより収集されやすくなるので、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。
また、この場合、好ましくは、第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークは、２つのピークを有する。このように構成すれば、たとえば、第２非晶質半導体層側の水素濃度のピークを結晶系半導体側の水素濃度のピークよりも大きくすることにより、水素濃度の２つのピークの形状を反映するように形成される第１非晶質半導体層の価電子帯は、階段状になる。これにより、水素濃度のピークが１つの場合と比べて、正孔（ホール）を結晶系半導体から第１非晶質半導体層を介して、第２非晶質半導体層へ、より移動させやすくすることができる。その結果、正孔（ホール）がより収集されやすくなるので、光起電力装置の出力特性をより向上させることができる。
上記一の局面による光起電力装置において、好ましくは、結晶系半導体の裏面上に形成され、実質的に真性な第３非晶質半導体層と、第３非晶質半導体層の裏面上に形成された第２導電型の第４非晶質半導体層とをさらに備え、第３非晶質半導体層中に水素濃度のピークを有する。このように構成すれば、第３非晶質半導体層中の水素原子（Ｈ）の量が増加するので、その増加した水素原子が第３非晶質半導体層中の欠陥であるシリコン原子（Ｓｉ）のダングリングボンドと結合することにより、ダングリングボンドを不活性化することができる。これにより、第３非晶質半導体層中の欠陥を低減することができるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、第３非晶質半導体層中でキャリアが再結合するのを抑制することができる。
上記第３非晶質半導体層を含む構成において、好ましくは、第３非晶質半導体層は、実質的に発電に寄与しない小さい厚みを有する。このように構成すれば、第３非晶質半導体層の厚みが大きいことに起因して第３非晶質半導体層の厚み方向の抵抗が増大するのを抑制することができる。これにより、結晶系半導体で生成されたキャリアが第３非晶質半導体層を介して第４非晶質半導体層へ移動しにくくなるのを抑制することができる。このため、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。なお、第３非晶質半導体層の実質的に発電に寄与しない厚みとは、数／１０ｎｍ〜約２５ｎｍの範囲の厚みである。
上記第３非晶質半導体層および第４非晶質半導体層を含む構成において、好ましくは、第３非晶質半導体層と第４非晶質半導体層との界面の水素濃度は、第３非晶質半導体層中の水素濃度のピークよりも低い濃度に設定されている。このように構成すれば、第３非晶質半導体層と第４非晶質半導体層との界面の水素濃度が第３非晶質半導体層中の水素濃度のピークよりも高い場合に比べて、第３非晶質半導体層と第４非晶質半導体層との界面から第４非晶質半導体層中へ拡散される水素原子の量を減少させることができる。これにより、その拡散される水素原子に起因して第４非晶質半導体層中の第２導電型の不純物の活性化率が低下するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。
上記一の局面による光起電力装置において、好ましくは、結晶系半導体は、第２導電型である。このように構成すれば、第２導電型の結晶系半導体の上に実質的に真性の第１非晶質半導体層と第１導電型の第２非晶質半導体層とが積層された光起電力装置において、第１非晶質半導体層中でキャリアが再結合するのを抑制することができるとともに、第１非晶質半導体層のバンドギャップを大きくすることができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
上記一の局面による光起電力装置において、好ましくは、第２非晶質半導体層は、ｐ型であり、結晶系半導体は、ｎ型である。このように構成すれば、ｎ型の結晶系半導体の上に実質的に真性の第１非晶質半導体層とｐ型の第２非晶質半導体層とが積層された光起電力装置において、第１非晶質半導体層中でキャリアが再結合するのを抑制することができるとともに、第１非晶質半導体層のバンドギャップを大きくすることができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
上記第４非晶質半導体層を含む構成において、好ましくは、第４非晶質半導体層は、ｎ型である。このように構成すれば、ｎ型の結晶系半導体の裏面上に実質的に真性の第３非晶質半導体層とｎ型の第４非晶質半導体層とが積層された光起電力装置において、第３非晶質半導体層中でキャリアが再結合するのを抑制することができるとともに、第３非晶質半導体層のバンドギャップを大きくすることができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。まず、図１を参照して、本実施形態による光起電力装置の構造について説明する。
本実施形態による光起電力装置では、図１に示すように、水素処理されたｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に、非晶質シリコン層２、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる表面電極３、および、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極４が順次形成されている。非晶質シリコン層２は、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に形成された約９ｎｍ〜約１３ｎｍの小さい厚みを有する実質的に真性なｉ型非晶質シリコン層２ａと、ｉ型非晶質シリコン層２ａ上に形成された約２ｎｍ〜約５ｎｍの厚みを有するボロン（Ｂ）がドープされたｐ型非晶質シリコン層２ｂとによって構成されている。なお、ｉ型非晶質シリコン層２ａの主な機能は、ｎ型単結晶シリコン基板１のｐ型非晶質シリコン層２ｂとの界面準位を低減することである。また、ｉ型非晶質シリコン層２ａの約９ｍｍ〜約１３ｍｍの厚みは、ｉ型非晶質シリコン層２ａが実質的に発電に寄与しない小さい厚みである。
ここで、本実施形態では、光入射側のｉ型非晶質シリコン層２ａは、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中に、水素濃度のピークを有するように形成されている。また、ｉ型非晶質シリコン層２ａとｐ型非晶質シリコン層２ｂとの界面の水素濃度は、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中の水素濃度のピークよりも低い濃度に設定されている。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１は、本発明の「結晶系半導体」の一例である。また、ｉ型非晶質シリコン層２ａは、本発明の「第１非晶質半導体層」の一例である。また、ｐ型非晶質シリコン層２ｂは、本発明の「第２非晶質半導体層」の一例である。
また、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上には、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に近い方から順に、非晶質シリコン層１２、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる裏面電極１３、および、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極１４が形成されている。非晶質シリコン層１２は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に形成された約９ｎｍ〜約１３ｎｍの小さい厚みを有する実質的に真性なｉ型非晶質シリコン層１２ａと、ｉ型非晶質シリコン層１２ａの裏面上に形成された約１０ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するリン（Ｐ）がドープされたｎ型非晶質シリコン層１２ｂとによって構成されている。なお、ｉ型非晶質シリコン層１２ａの主な機能は、ｎ型単結晶シリコン基板１のｎ型非晶質シリコン層１２ｂとの界面準位を低減することである。また、ｉ型非晶質シリコン層１２ａの約９ｎｍ〜約１３ｎｍの厚みは、ｉ型非晶質シリコン層１２ａが実質的に発電に寄与しない小さい厚みである。そして、ｉ型非晶質シリコン層１２ａ、ｎ型非晶質シリコン層１２ｂおよび裏面電極１３によって、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）構造が構成される。なお、ｉ型非晶質シリコン層１２ａは、本発明の「第３非晶質半導体層」の一例であり、ｎ型非晶質シリコン層１２ｂは、本発明の「第４非晶質半導体層」の一例である。
次に、図１を参照して、本実施形態による光起電力装置の製造プロセスについて説明する。まず、図１に示すように、洗浄したｎ型単結晶シリコン基板１を真空チャンバ（図示せず）内に設置した後、約２００℃以下の温度条件下で、ｎ型単結晶シリコン基板１を加熱することによって、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面に付着した水分を極力除去する。これにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面に付着した水分中の酸素がシリコンと結合して欠陥になるのが抑制される。
次に、基板温度を約１７０℃に保持した状態で、水素（Ｈ２）ガスを導入するとともに、プラズマ放電を行うことによって、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面を水素処理する。これにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面がクリーニングされるとともに、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面近傍に水素原子が吸着される。この吸着した水素原子によって、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面の欠陥は不活性化される。
この後、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に、約９ｎｍ〜約１３ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層２ａを形成する。この際、本実施形態では、ｉ型非晶質シリコン層２ａの形成条件を（１）低水素条件、（２）高水素条件および（３）低水素条件の順で変化させる。ここで、高水素条件とは、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中に多くの水素原子を導入することが可能な条件であり、低水素条件とは、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中に高水素条件よりも少ない水素原子を導入可能な条件である。具体的には、高水素条件は、基板温度：約１７０℃、水素（Ｈ２）ガス流量：０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍ、シラン（ＳｉＨ４）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約４０Ｐａ、ＲＦパワー密度：約８．３３ｍＷ／ｃｍ２〜約８０ｍＷ／ｃｍ２である。また、低水素条件は、基板温度：約１７０℃、水素（Ｈ２）ガス流量：０ｓｃｃｍ、シラン（ＳｉＨ４）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約４０Ｐａ、ＲＦパワー密度：約８．３３ｍＷ／ｃｍ２である。
なお、低水素条件では、水素ガス流量は０ｓｃｃｍであるが、シラン（ＳｉＨ４）ガスに水素が含まれているので、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中に水素原子を導入可能である。また、上記した実施形態では、高水素条件の水素ガス流量およびＲＦパワー密度を変化させてｉ型非晶質シリコン層２ａを形成することによって、水素濃度のピークの高さを制御することが可能である。
続いて、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、基板温度：約１７０℃、水素（Ｈ２）ガス流量：０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍ、シラン（ＳｉＨ４）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）／Ｈ２（Ｈ２に対するＢ２Ｈ６ガスの濃度：約２％）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約４０Ｐａ、および、ＲＦパワー密度：約８．３３ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、ｉ型非晶質シリコン層２ａ上に、約２ｎｍ〜約５ｎｍの厚みを有するボロン（Ｂ）がドープされたｐ型非晶質シリコン層２ｂを形成する。なお、上記したように、ｉ型非晶質シリコン層２ａのｐ型非晶質シリコン層２ｂ側の領域を低水素条件により形成するとともに、ｐ型非晶質シリコン層２ｂを上記した条件により形成することによって、ｉ型非晶質シリコン層２ａとｐ型非晶質シリコン層２ｂとの界面の水素濃度は、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中の水素濃度のピークよりも低い濃度になる。
次に、スパッタリング法を用いて、ｐ型非晶質シリコン層２ｂの上面上に、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる表面電極３を形成する。この後、スクリーン印刷法を用いて、表面電極３上の所定領域に、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極４を形成する。
次に、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、基板温度：約１７０℃、水素（Ｈ２）ガス流量：０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍ：シラン（ＳｉＨ４）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約４０Ｐａ、および、ＲＦパワー密度：約８．３３ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に、約９ｎｍ〜約１３ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層１２ａを形成する。
続いて、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、基板温度：約１７０℃、水素（Ｈ２）ガス流量：０ｓｃｃｍ〜約１０００ｓｃｃｍ、シラン（ＳｉＨ４）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、ホスフィン（ＰＨ３）／Ｈ２（Ｈ２に対するＰＨ３の濃度：約１％）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約４０Ｐａ、および、ＲＦパワー密度：約８．３３ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、ｉ型非晶質シリコン層１２ａの裏面上に、約１０ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するリン（Ｐ）がドープされたｎ型非晶質シリコン層１２ｂを形成する。
最後に、スパッタリング法を用いて、ｎ型非晶質シリコン層１２ｂの裏面上に、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる裏面電極１３を形成した後、裏面電極１３上の所定領域に、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極１４を形成する。このようにして、図１に示した本実施形態による光起電力装置が形成される。
次に、上記の製造プロセスに沿って作製した本実施形態による光起電力装置（実施形態）、および、従来の一例による光起電力装置（従来例）について、水素原子の濃度プロファイルを測定した。従来の一例による光起電力装置（従来例）では、ｉ型非晶質シリコン層を上記した低水素条件で一定に保持しながら形成した。これ以外の部分の構造および作製プロセスは、本実施形態による光起電力装置（実施形態）と同様である。
水素原子の濃度プロファイルの測定には、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ Ｉｏｎ Ｍａｓｓ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：Ｐｈｙｓｉｃａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製 ＡＤＥＰＴ１０１０）を用いた。このときの測定条件は、照射イオン種：Ｃｓ＋イオン、イオン照射エネルギー：１ｋｅＶ、照射角度：６０°、検出二次イオン源：Ｈ−イオン、リファレンス二次イオン種：Ｓｉ−イオンであった。なお、ＳＩＭＳによる測定では、光起電力装置にＣｓ＋イオンを照射して、たたき出された二次イオン（Ｈ−イオンおよびＳｉ−イオン）の数を測定するとともに、Ｓｉ−イオンの数［Ｓｉ−］に対するＨ−イオンの数［Ｈ−］の比（［Ｈ−］／［Ｓｉ−］）を計算することにより、水素濃度が求められる。
図２には、ＳＩＭＳにより測定した実施形態および従来例による光起電力装置の表側（ｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍）の水素原子の濃度プロファイルが示されている。図２を参照して、実施形態による光起電力装置では、ｉ型非晶質シリコン層の厚み方向の中央部近傍（深さ：１０ｎｍ付近）に水素濃度のピークを有することがわかる。また、ｉ型非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層との界面（深さ：５ｎｍ付近）の水素濃度は、ｉ型非晶質シリコン層中の水素濃度のピーク値よりも低いことがわかる。その一方、従来例による光起電力装置では、水素濃度がｉ型非晶質シリコン層の厚み方向でほぼ一定であるとともに、実施形態による光起電力装置の水素濃度のピーク値よりも低いことがわかる。
以上のような結果が得られたのは、次の理由によると考えられる。すなわち、実施形態による光起電力装置では、ｉ型非晶質シリコン層を、（１）低水素条件、（２）高水素条件、（３）低水素条件の順に変化させて形成することにより、ｉ型非晶質シリコン層の厚み方向で導入される水素原子の量が変化する。また、高水素条件により、ｉ型非晶質シリコン層の厚み方向の中央部近傍に水素原子の量の多い領域が形成される。また、この領域の水素原子の量は、ｉ型非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層との界面に存在する水素原子の量よりも多くなる。これにより、実施形態による光起電力装置では、図２に示したような水素原子の濃度プロファイルが得られたと考えられる。その一方、従来例による光起電力装置では、ｉ型非晶質シリコン層が低水素条件で一定に保持しながら形成されるので、ｉ型非晶質シリコン層の厚み方向で存在する水素原子の量がほぼ一定で、かつ、実施形態による水素濃度のピーク値よりも低くなる。このため、従来例による光起電力装置では、図２のような水素原子の濃度プロファイルが得られたと考えられる。
本実施形態では、上記のように、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中に水素濃度のピークを有するように、ｉ型非晶質シリコン層２ａを形成することによって、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中の水素原子（Ｈ）の量が増加するので、その増加した水素原子がｉ型非晶質シリコン層２ａ中の欠陥であるシリコン原子（Ｓｉ）のダングリングボンドと結合することにより、ダングリングボンドを不活性化することができる。これにより、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中の欠陥を低減することができるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
また、本実施形態では、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中の水素原子（Ｈ）の量が増加することにより、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中のＳｉ−Ｈ結合を増加させることができる。この場合、Ｓｉ−Ｈ結合は、Ｓｉ−Ｓｉ結合よりも大きな結合エネルギーを有するので、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中の原子間の結合エネルギーの総和を増大させることができる。これにより、ｉ型非晶質シリコン層２ａのバンドギャップを大きくすることができるので、ｐｉｎ接合における内蔵電界を大きくすることができる。このため、光起電力装置の開放電圧（Ｖｏｃ）を大きくすることができる。また、ｉ型非晶質シリコン層２ａのバンドギャップを大きくすることができるので、ｉ型非晶質シリコン層２ａの光の吸収損失を小さくすることができる。これにより、ｎ型単結晶シリコン基板１への光の入射量を増加することができるので、ｎ型単結晶シリコン基板１での発電量を増加させることができる。このため、光起電力装置の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加することができる。また、上記のようにｉ型非晶質シリコン層２ａを形成することによって、光起電力装置の曲線因子（ＦＦ）を大きくすることができる。以上のように、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）および曲線因子（ＦＦ）を大きくすることができるので、光起電力装置のセル出力（Ｐｍａｘ）を大きくすることができる。その結果、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
また、本実施形態では、ｉ型非晶質シリコン層２ａの水素濃度のピーク値と、ｉ型非晶質シリコン層２ａの水素濃度の最小値との差が９×１０２０原子／ｃｍ３以上になるように、ｉ型非晶質シリコン層２ａを形成することによって、光起電力装置の出力特性を向上させるのに十分な量の水素原子をｉ型非晶質シリコン層２ａ中に存在させることができる。
また、本実施形態では、ｉ型非晶質シリコン層２ａおよび１２ａを実質的に発電に寄与しない小さい厚みに形成することによって、ｉ型非晶質シリコン層２ａおよび１２ａの厚みが大きいことに起因してｉ型非晶質シリコン層２ａおよび１２ａの厚み方向の抵抗が増大するのを抑制することができる。これにより、ｎ型単結晶シリコン基板１で生成されたキャリアがｉ型非晶質シリコン層２ａを介してｐ型非晶質シリコン層２ｂへ移動しにくくなるのを抑制することができるとともに、キャリアがｉ型非晶質シリコン層１２ａを介してｎ型非晶質シリコン層１２ｂへ移動しにくくなるのを抑制することができる。このため、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、ｉ型非晶質シリコン層２ａとｐ型非晶質シリコン層２ｂとの界面の水素濃度をｉ型非晶質シリコン層２ａ中の水素濃度のピークよりも低い濃度に設定することによって、ｉ型非晶質シリコン層２ａとｐ型非晶質シリコン層２ｂとの界面の水素濃度がｉ型非晶質シリコン層２ａ中の水素濃度のピークよりも高い場合に比べて、ｉ型非晶質シリコン層２ａとｐ型非晶質シリコン層２ｂとの界面からｐ型非晶質シリコン層２ｂ中へ拡散される水素原子の量を減少させることができる。これにより、その拡散される水素原子に起因してｐ型非晶質シリコン層２ｂ中のｐ型不純物（ボロン）の活性化率が低下するのを抑制することができる。このため、ｉ型非晶質シリコン層２ａとｐ型非晶質シリコン層２ｂとの界面の水素濃度がｉ型非晶質シリコン層２ａ中の水素濃度のピークよりも高い場合に比べて、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。
また、本実施形態では、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中の水素濃度のピークがｉ型非晶質シリコン層２ａの厚み方向の中央部近傍に位置するようにｉ型非晶質シリコン層２ａを形成することによって、ｉ型非晶質シリコン層２ａの厚み方向の中央部近傍の水素原子の量が増加するので、ｉ型非晶質シリコン層２ａの厚み方向の中央部近傍の欠陥を低減することができる。その結果、ｉ型非晶質シリコン層２ａの厚み方向の中央部近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができる。
次に、上記実施形態の第１変形例、第２変形例および第３変形例について説明する。図３は、本発明の一実施形態の第１変形例による水素濃度プロファイルを示した図である。図３を参照して、この第１変形例では、（１）低水素条件、（２）高水素条件、（３）低水素条件および（４）高水素条件の順に変化させてｉ型非晶質シリコン層を形成している。つまり、図３には、低水素条件および高水素条件を、２回繰り返してｉ型非晶質シリコン層を形成した場合の光起電力装置の水素原子の濃度プロファイルが示されている。この第１変形例では、ｉ型非晶質シリコン層の水素濃度のピークが、６ｎｍ付近および１０ｎｍ付近に、２つ形成されていることがわかる。これは、低水素条件および高水素条件を２回繰り返してｉ型非晶質シリコン層を形成したことにより、水素原子の量の多い領域が、ｉ型非晶質シリコン層の厚み方向にわたって２箇所形成されたためであると考えられる。
なお、図３に示した２つの水素濃度ピークを有する第１変形例においては、１回目の高水素条件よりも２回目の高水素条件でより多くの水素を導入することも可能である。この場合には、ｐ型非晶質シリコン層２ｂ側の水素濃度のピークがｎ型単結晶シリコン基板１側の水素濃度のピークよりも大きくなるので、水素濃度の２つのピークの形状を反映するように形成されるｉ型非晶質シリコン層２ａの価電子帯は、階段状になる。これにより、水素濃度のピークが１つの場合と比べて、正孔（ホール）をｎ型単結晶シリコン基板１からｉ型非晶質シリコン層２ａを介して、ｐ型非晶質シリコン層２ｂへ移動させやすくすることができる。その結果、正孔（ホール）がより収集されやすくなるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
図４は、本発明の一実施形態の第２変形例による光起電力装置の水素濃度プロファイルを示した図である。図４を参照して、この第２変形例では、上記実施形態の（１）〜（３）の水素条件中の（２）の高水素条件を用いるタイミングを上記実施形態に比べて後の方にずらしてｉ型非晶質シリコン層を形成した場合の光起電力装置の水素原子の濃度プロファイルが示されている。図４を参照して、この第２変形例では、ｉ型非晶質シリコン層の水素濃度のピーク（深さ：３．５ｎｍ付近）が、ｉ型非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層との界面（深さ：２ｎｍ付近）近傍に位置することがわかる。これは、高水素条件を用いるタイミングを後の方にずらしてｉ型非晶質シリコン層を形成したことにより、水素原子の量の多い領域が、ｉ型非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層との界面近傍に形成されたためであると考えられる。
本実施形態の第２変形例では、上記した実施形態の効果に加えて、次のような効果を得ることができる。具体的には、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中の水素濃度のピークがｉ型非晶質シリコン層２ａのｐ型非晶質シリコン層２ｂとの界面近傍に位置するようにｉ型非晶質シリコン層２ａを形成することによって、水素濃度のピークの形状を反映するように形成されるｉ型非晶質シリコン層２ａの価電子帯の傾きは、ｎ型単結晶シリコン基板１側の領域で小さくなる。このように価電子帯の傾きが小さくなると、正孔（ホール）をｎ型単結晶シリコン基板１からｉ型非晶質シリコン層２ａを介して、ｐ型非晶質シリコン層２ｂへ移動させやすくすることができる。その結果、正孔（ホール）が収集されやすくなるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
また、本実施形態の第３変形例として、図１に示したｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側のｉ型非晶質シリコン層１２ａ中に水素濃度のピークを有するようにしてもよい。このようにすれば、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側のｉ型非晶質シリコン層１２ａ中の水素原子（Ｈ）の量が増加するので、その増加した水素原子がｉ型非晶質シリコン層１２ａ中の欠陥であるシリコン原子（Ｓｉ）のダングリングボンドと結合することにより、ダングリングボンドを不活性化することができる。これにより、裏面側のｉ型非晶質シリコン層１２ａ中の欠陥を低減することができるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、裏面側のｉ型非晶質シリコン層１２ａ中でキャリアが再結合するのを抑制することができる。
また、この第３変形例において、ｉ型非晶質シリコン層１２ａとｎ型非晶質シリコン層１２ｂとの界面の水素濃度をｉ型非晶質シリコン層１２ａの水素濃度のピークよりも低い濃度に設定してもよい。このようにすれば、ｉ型非晶質シリコン層１２ａとｎ型非晶質シリコン層１２ｂとの界面の水素濃度がｉ型非晶質シリコン層１２ａ中の水素濃度のピークよりも高い場合に比べて、ｉ型非晶質シリコン層１２ａとｎ型非晶質シリコン層１２ｂとの界面からｎ型非晶質シリコン層１２ｂ中へ拡散される水素原子の量を減少させることができる。これにより、その拡散される水素原子に起因してｎ型非晶質シリコン層１２ｂ中のｎ型不純物（リン）の活性化率が低下するのを抑制することができる。このため、ｉ型非晶質シリコン層１２ａとｎ型非晶質シリコン層１２ｂとの界面の水素濃度がｉ型非晶質シリコン層１２ａ中の水素濃度のピークよりも高い場合に比べて、光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。
次に、上記した実施形態および第１変形例〜第３変形例による効果を確認するために、光起電力装置の出力特性を実際に測定した実験（実施例）について説明する。まず、本発明を光起電力装置の表側に適用した場合（一実施形態）の効果を確認するための実験を行った。具体的には、上記した光起電力装置の製造プロセスに沿って、図２に示した実施形態のような水素原子の濃度プロファイルを表側に有する光起電力装置（実施例１−１および実施例１−２）を作製した。このときの表側のｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、裏側のｉ型非晶質シリコン層およびｎ型非晶質シリコン層の形成条件を以下の表１に示す。
Figure 0004171428
上記表１の形成条件下で、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板の上面上に、１２ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層、および、５ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層を形成した。また、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面上に１２ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層、および、２０ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層を形成した。なお、これら以外の部分の構造および作製プロセスは、上記した本実施形態による光起電力装置と同様である。
ここで、実施例１−１および実施例１−２では、表側のｉ型非晶質シリコン層を、以下の表２に示すように、（１）低水素条件、（２）高水素条件、（３）低水素条件の順に変化させて形成した。
Figure 0004171428
また、実施例１−２では、上記表２中の高水素条件の範囲内で、実施例１−１よりも多くの水素原子を導入可能な高水素条件に設定して表側のｉ型非晶質シリコン層を形成した。具体的には、実施例１−２では、実施例１−１の高水素条件よりも水素（Ｈ２）ガス流量およびＲＦパワー密度が大きくなるように設定した。
また、上記した光起電力装置の製造プロセスに沿って、図２に示した従来例のような水素原子の濃度プロファイルを表側に有する光起電力装置（従来例１−１）を作製した。従来例１−１では、上記表１と同様の条件下で、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて表側のｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、裏側のｉ型非晶質シリコン層およびｎ型非晶質シリコン層を形成した。また、従来例１−１では、表側のｉ型非晶質シリコン層は、上記表２の低水素条件で一定に保持しながら形成した。なお、これら以外の部分の構造および作製プロセスは、上記した本実施形態による光起電力装置と同様である。
以上のように作製した光起電力装置（実施例１−１、実施例１−２および従来例１−１）について、出力特性（開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）、曲線因子（ＦＦ）、セル出力（Ｐｍａｘ））を測定した。その結果を以下の表３に示す。なお、表３中の水素濃度分布は、ＳＩＭＳを用いて測定した水素原子の濃度プロファイルにおけるｉ型非晶質シリコン層の水素濃度のピーク値と水素濃度の最小値との差を表している。
Figure 0004171428
上記表３から、実施例１−１の開放電圧（Ｖｏｃ：０．７１４Ｖ）および実施例１−２の開放電圧（Ｖｏｃ：０．７０７Ｖ）は、従来例１−１の開放電圧（Ｖｏｃ：０．６８５Ｖ）よりも大きいことがわかる。これは、実施例１−１および１−２の方が、従来例１−１よりもｉ型非晶質シリコン層中に多くの水素原子が導入されているのに伴って、ｉ型非晶質シリコン層のバンドギャップが大きくなることにより、ｐｉｎ接合における内蔵電界が大きくなることに起因すると考えられる。
また、上記表３から、実施例１−１の短絡電流（Ｉｓｃ：３．７３０Ａ）および実施例１−２の短絡電流（Ｉｓｃ：３．７３５Ａ）は、従来例１−１の短絡電流（Ｉｓｃ：３．７２４Ａ）よりも大きいことがわかる。これは、実施例１−１および実施例１−２では、ｉ型非晶質シリコン層のバンドギャップが大きくなるのに伴って、ｉ型非晶質シリコン層の光の吸収損失が小さくなるので、ｉ型非晶質シリコン層の下側に位置するｎ型単結晶シリコン基板への光の入射量が増加される。その結果、ｎ型単結晶シリコン基板での発電量が増加するので、実施例１−１および実施例１−２では、従来例１−１よりも短絡電流（Ｉｓｃ）が大きくなると考えられる。また、上記表３から、実施例１−１の曲線因子（ＦＦ：０．７６６）および実施例１−２の曲線因子（ＦＦ：０．７６０）は、従来例１−１の曲線因子（ＦＦ：０．７４６）よりも大きいこともわかる。
また、上記表３から、実施例１−１のセル出力（Ｐｍａｘ：２．０４Ｗ）および実施例１−２のセル出力（Ｐｍａｘ：２．０１Ｗ）は、従来例１−１のセル出力（Ｐｍａｘ：１．９０Ｗ）よりも大きいことがわかる。これは、実施例１−１および実施例１−２では、従来例１−１よりも開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｉｓｃ）および曲線因子（ＦＦ）が大きくなることに起因すると考えられる。また、実施例１−１よりも水素ガス流量およびＲＦパワー密度が大きい条件下で形成した実施例１−２では、実施例１−１よりもセル出力が大きくなっていることがわかる。これは、実施例１−２の方が実施例１−１よりも、より多くの水素が導入されていることに起因すると考えられる。
次に、本発明を光起電力装置の裏側に適用した場合（第３変形例）の効果を確認するための実験を行った。具体的には、図２に示した実施形態のような水素原子の濃度プロファイルを裏側に有する光起電力装置（実施例１−３および実施例１−４）、および、図２に示した従来例のような水素原子の濃度プロファイルを裏側に有する光起電力装置（従来例１−２）を作製して、それらの出力特性を測定した。この際、光起電力装置の表側（光入射側）のｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、裏側のｉ型非晶質シリコン層およびｎ型非晶質シリコン層は、上記表１と同様の条件下でＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて形成した。
なお、実施例１−３および実施例１−４では、裏側のｉ型非晶質シリコン層を上記表２のように、（１）低水素条件、（２）高水素条件、（３）低水素条件の順に変化させて形成した。また、実施例１−４では、上記表２中の高水素条件の範囲内で、実施例１−３よりも多くの水素原子を導入可能な高水素条件に設定して裏側のｉ型非晶質シリコン層を形成した。具体的には、実施例１−３の高水素条件よりも水素（Ｈ２）ガス流量およびＲＦパワー密度が大きくなるように設定した。実施例１−３および実施例１−４の表側のｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、裏側のｉ型非晶質シリコン層およびｎ型非晶質シリコン層の厚みは、上記実施例１−１および１−２と同様に形成した。これら以外の部分の構造および作製プロセスは、上記した本実施形態による光起電力装置と同様である。また、従来例１−２は、上記の従来例１−１と全く同様に作製した。以上のように作製した実施例１−３、実施例１−４および従来例１−２についての出力特性の測定結果を以下の表４に示す。
Figure 0004171428
上記表４から、実施例１−３の出力特性（開放電圧（Ｖｏｃ）：０．６９２Ｖ、短絡電流（Ｉｓｃ）：３．７２３Ａ、曲線因子（ＦＦ）：０．７５９、セル出力（Ｐｍａｘ）：１．９６Ｗ）および実施例１−４の出力特性（開放電圧（Ｖｏｃ）：０．６９１Ｖ、短絡電流（Ｉｓｃ）：３．７２７Ａ、曲線因子（ＦＦ）：０．７５５、セル出力（Ｐｍａｘ）：１．９４Ｗ）は、従来例１−２の出力特性（開放電圧（Ｖｏｃ）：０．６８５Ｖ、短絡電流（Ｉｓｃ）：３．７２４Ａ、曲線因子（ＦＦ）：０．７４６、セル出力（Ｐｍａｘ）：１．９０Ｗ）と比べて、実施例１−３の短絡電流（Ｉｓｃ）を除いて向上していることがわかる。これは、前述した実施例１−１および実施例１−２と同様に、実施例１−３および実施例１−４でも、増加した水素原子によって実施例１−３および１−４の裏側のｉ型非晶質シリコン層中の欠陥が低減されたことに起因すると考えられる。
また、上記表４から、実施例１−３および実施例１−４の従来例１−２に対する出力特性の向上の程度が、上記表３の実施例１−１および実施例１−２の出力特性の向上と比べて小さいことがわかる。これは、裏側の構造の光起電力装置の発電に対する寄与が、表側の構造の寄与に比べて小さいためであると考えられる。
また、上記表３および表４から、本実施形態による実施例１−１〜実施例１−４では、ｉ型非晶質シリコン層中の水素濃度のピーク値と水素濃度の最小値との差（水素濃度分布）が９×１０２０原子／ｃｍ３以上あることがわかる。これにより、水素濃度分布が、９×１０２０原子／ｃｍ３以上であれば、光起電力装置の出力特性を向上させることが可能であることがわかる。これは、水素濃度分布がこの値以上であれば、出力特性を向上させるのに十分な量の水素原子をｉ型非晶質シリコン層中に存在させることが可能であるためと考えられる。
次に、図３に示した実施形態の第１変形例のような２つのピークを有する水素原子の濃度プロファイルを表側に有する光起電力装置（実施例２−１）を作製して、その出力特性を測定した。この実施例２−１では、上記表２の低水素条件および高水素条件を２回繰り返して表側のｉ型非晶質シリコン層を形成した。これ以外は、上記実施例１−１と同様にして実施例２−１を作製した。出力特性の測定結果を以下の表５に示す。
Figure 0004171428
上記表５から、実施例２−１の出力特性（開放電圧（Ｖｏｃ）：０．７０３Ｖ、短絡電流（Ｉｓｃ）：３．７１４Ａ、曲線因子（ＦＦ）：０．７４７、セル出力（Ｐｍａｘ）：１．９５１Ｗ）は、上記従来例１−１の出力特性（表３参照）（開放電圧（Ｖｏｃ）：０．６８５Ｖ、短絡電流（Ｉｓｃ）：３．７２４Ａ、曲線因子（ＦＦ）：０．７４６、セル出力（Ｐｍａｘ）：１．９０Ｗ）と比べて、短絡電流（Ｉｓｃ）を除いて向上していることがわかる。実施例２−１で出力特性が向上したのは、前述した実施例１−１および実施例１−２で出力特性が向上したのと同様の理由によるものと考えられる。
また、図４に示した実施形態の第２変形例のようなｉ型非晶質シリコン層とｐ型非晶質シリコン層との界面近傍にピークを有する水素原子の濃度プロファイルを表側に有する光起電力装置（実施例３−１）を作製して、その出力特性を測定した。この実施例３−１では、上記表２の高水素条件を用いるタイミングを後の方にずらして表側のｉ型非晶質シリコン層を形成した。これ以外は、上記実施例１−１と同様にして実施例３−１を作製した。この実施例３−１でも、上記の従来例１−１と比べて、出力特性の向上が得られることが本願発明者により確認された。
なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
たとえば、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に、実質的に真性なｉ型非晶質シリコン層２ａを介してｐ型非晶質シリコン層２ｂを形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、ｐ型単結晶シリコン基板の上面上に、実質的に真性なｉ型非晶質シリコン層を介してｎ型非晶質シリコン層を形成するようにしてもよい。この場合、ｐ型単結晶シリコン基板の裏面上に、実質的に真性なｉ型非晶質シリコン層を介してｐ型非晶質シリコン層を形成してもよい。
また、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に、非晶質シリコン層１２（ｉ型非晶質シリコン層１２ａおよびｎ型非晶質シリコン層１２ｂ）が形成されたＢＳＦ構造を有するようにしたが、本発明はこれに限らず、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面上に、ｎ側（裏側）の非晶質シリコン層を形成せずに、裏面電極を形成するようにしてもよい。
また、上記実施形態では、ｐ側（表側）の膜形成を先に行うようにしたが、本発明はこれに限らず、ｎ側（裏側）の膜形成を先に行うようにしてもよい。
また、上記実施形態および変形例では、ｐ側（表側）のｉ型非晶質シリコン層２ａ、または、ｎ側（裏側）のｉ型非晶質シリコン層１２ａのどちらか一方のみが水素濃度のピークを有する場合を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、ｐ側（表側）およびｎ側（裏側）のｉ型非晶質シリコン層２ａおよび１２ａの両方が水素濃度のピークを有するように構成してもよい。これに伴って、表側のｉ型非晶質シリコン層２ａとｐ型非晶質シリコン層２ｂとの界面の水素濃度を表側のｉ型非晶質シリコン層２ａ中の水素濃度のピークよりも低い濃度に設定するとともに、裏側のｉ型非晶質シリコン層１２ａとｎ型非晶質シリコン層１２ｂとの界面の水素濃度を裏側のｉ型非晶質シリコン層１２ａ中の水素濃度のピークよりも低い濃度に設定してもよい。
本発明の一実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。 ＳＩＭＳにより測定した実施形態および従来例による光起電力装置の表側（ｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍）の水素原子の濃度プロファイルを示した図である。 本発明の一実施形態の第１変形例による水素濃度プロファイルを示した図である。 本発明の一実施形態の第２変形例による光起電力装置の水素濃度プロファイルを示した図である。
符号の説明
１ ｎ型単結晶シリコン基板（結晶系半導体）
２ａ ｉ型非晶質シリコン層（第１非晶質半導体層）
２ｂ ｐ型非晶質シリコン層（第２非晶質半導体層）

Claims (11)

  1. ｎ型の結晶系半導体と、
    前記結晶系半導体の表面上に形成され、実質的に発電に寄与しない小さい厚みを有する実質的に真性な第１非晶質半導体層と、
    前記第１非晶質半導体層の表面上に形成されたｐ型の第２非晶質半導体層とを備え、
    前記第１非晶質半導体層中に水素濃度のピークを有する、光起電力装置。
  2. ｐ型の結晶系半導体と、
    前記結晶系半導体の表面上に形成され、実質的に発電に寄与しない小さい厚みを有する実質的に真性な第１非晶質半導体層と、
    前記第１非晶質半導体層の表面上に形成されたｎ型の第２非晶質半導体層とを備え、
    前記第１非晶質半導体層中に水素濃度のピークを有する、光起電力装置。
  3. 前記第１非晶質半導体層と前記第２非晶質半導体層との界面の水素濃度は、前記第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークよりも低い濃度に設定されている、請求項１又は２に記載の光起電力装置。
  4. 前記第１非晶質半導体層の水素濃度のピーク値と、前記第１非晶質半導体層の水素濃度の最小値との差は、９×１０２０原子／ｃｍ３以上である、請求項１〜３いずれか１項に記載の光起電力装置。
  5. 前記第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークは、前記第１非晶質半導体層の厚み方向の中央部近傍に位置する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光起電力装置。
  6. 前記第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークは、前記第１非晶質半導体層の厚み方向の中央部よりも、前記第１非晶質半導体層と前記第２非晶質半導体層との界面に近い側に位置する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の光起電力装置。
  7. 前記第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークは、前記第１非晶質半導体層の前記第２非晶質半導体層との界面近傍に位置する、請求項６に記載の光起電力装置。
  8. 前記第１非晶質半導体層中の水素濃度のピークは、２つのピークを有する、請求項６に記載の光起電力装置。
  9. 前記ｎ型の結晶系半導体の裏面上に形成され、実質的に発電に寄与しない小さい厚みを有する実質的に真性な第３非晶質半導体層と、
    前記第３非晶質半導体層の裏面上に形成されたｎ型の第４非晶質半導体層とをさらに備え、
    前記第３非晶質半導体層中に水素濃度のピークを有する、請求項１、３〜８のいずれか１項に記載の光起電力装置。
  10. 前記ｐ型の結晶系半導体の裏面上に形成され、実質的に発電に寄与しない小さい厚みを有する実質的に真性な第３非晶質半導体層と、
    前記第３非晶質半導体層の裏面上に形成されたｐ型の第４非晶質半導体層とをさらに備え、
    前記第３非晶質半導体層中に水素濃度のピークを有する、請求項２〜８のいずれか１項に記載の光起電力装置。
  11. 前記第３非晶質半導体層と前記第４非晶質半導体層との界面の水素濃度は、前記第３非晶質半導体層中の水素濃度のピークよりも低い濃度に設定されている、請求項９又は１０に記載の光起電力装置。
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