JPH1065195A - 光起電力素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高信頼性かつ高変換効率の光起電力素子を提
供する。 【解決手段】 基板上に、金属層と透明層よりなる裏面
反射層、半導体層、及び透明電極を少なくとも有する光
起電力素子において、該金属層がマグネシウム濃度が４
０ａｔ％以下である銅−マグネシウム合金である光起電
力素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は高性能で長期使用に
対する信頼性が高く、しかも低コストでの量産が可能な
太陽電池等の光起電力素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】人類のこれからのエネルギー源として、
その使用の結果発生する二酸化炭素の為に地球の温暖化
をもたらすと言われる石油や石炭、不測の事故により、
さらには正常な運転時に於いてすら放射線の危険が皆無
とは言えない原子力に全面的に依存していく事は問題が
多い。太陽電池は太陽をエネルギー源としており地球環
境に対する影響が極めて少ないので、一層の普及が期待
されている。しかし現状に於いては、本格的な普及を妨
げているいくつかの問題点がある。

【０００３】従来太陽光発電用としては、単結晶または
多結晶のシリコンが多く用いられてきた。しかしこれら
の太陽電池では結晶の成長に多くのエネルギーと時間を
要し、またその後も複雑な工程が必要となるため量産効
果があがりにくく、低価格での提供が困難であった。

【０００４】一方、アモルファスシリコン（以下ａ−Ｓ
ｉと記載）や、ＣｄＳ・ＣｕＩｎＳｅ₂などの化合物半
導体を用いた、いわゆる薄膜半導体太陽電池が盛んに研
究、開発されてきた。これらの太陽電池では、ガラスや
ステンレススティールなどの安価な基板上に必要なだけ
の半導体層を形成すればよく、その製造工程も比較的簡
単であり、低価格化できる可能性を持っている。

【０００５】しかし薄膜太陽電池は、その変換効率が結
晶シリコン太陽電池に比べて低く、しかも長期の使用に
対する信頼性に不安があるためこれまで本格的に使用さ
れてこなかった。そこで薄膜太陽電池の性能を改善する
ため、様々な工夫がなされている。

【０００６】その一つが基板表面の光の反射率を高める
ことにより、薄膜半導体層で吸収されなかった太陽光
を、再び薄膜半導体層に戻し入射光を有効に利用するた
めの裏面反射層である。太陽光のスペクトルの内の短波
長の成分は、既に薄膜半導体に吸収されているので、そ
れより長波長の光に対して反射率が高ければ十分であ
る。どの波長以上で反射率が高ければ良いかは、用いる
薄膜半導体の光吸収係数、膜厚に依存する。

【０００７】透明な基板の基板側から太陽光を入射させ
る場合には、薄膜半導体の表面に形成する電極を銀（Ａ
ｇ）、銅（Ｃｕ）など反射率の高い金属で形成するとよ
い。ここで種々の金属の反射率比較のため、２０００オ
ングストロームに成膜したＡｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ膜の
反射率を図２に示しておく。又、薄膜半導体層の表面か
ら太陽光を入射させる場合には、同様の金属の層を基板
上に形成した後半導体層を形成するとよい。

【０００８】また、金属層と薄膜半導体層の間に適当な
光学的性質を持った透明層を介在させると、多重干渉効
果によりさらに反射率を高める事ができる。この様な透
明層を用いる事は薄膜太陽電池の信頼性を高める上で効
果がある。特公昭６０−４１８７８号公報には透明層を
用いる事により半導体と金属層が合金化する事を防止で
きるとの記載がある。また米国特許第４，５３２，３７
２および４，５９８，３０６号明細書には、適度な抵抗
を持った透明層を用いる事により万が一半導体層に短絡
箇所が発生しても電極間に過剰な電流が流れるのを防止
できるとの記載がある。

【０００９】また、薄膜太陽電池の変換効率を高めるた
めの別の工夫として、太陽電池の表面又は／及び裏面反
射層との界面を微細な凸凹構造（テクスチャー構造）と
する方法がある。このような構成にする事により、太陽
電池の表面又は／及び裏面反射層との界面で太陽光が散
乱され、更に半導体の内部に閉じこめられ（光トラップ
効果）、半導体中で有効に吸収できる様になる。

【００１０】基板が透明な場合には、基板上の酸化錫
（ＳｎＯ₂）などの透明電極の表面をテクスチャー構造
にすると良い。また薄膜半導体の表面から太陽光を入射
する場合には、裏面反射層に用いる金属層の表面をテク
スチャー構造とすればよい。ソーラー エナジー マテ
リアルズ（Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａ
ｌｓ）２０（１９９０）ｐｐ９９−１１０には、Ａｌを
基板温度や堆積速度を調整して堆積する事により裏面反
射層用のテクスチャー構造が得られる事が示されてい
る。

【００１１】このようなテクスチャー構造の裏面反射層
を用いた事による入射光の吸収の増加の例を図３に示
す。ここで曲線（ａ）は、金属層として平滑な銀を用い
たａ−ＳｉＧｅ太陽電池の分光感度、曲線（ｂ）は、テ
クスチャー構造の銀を用いた場合の分光感度を示す。図
３より、波長８００ｎｍ近傍の光がａ−ＳｉＧｅ半導体
層で有効に利用されていないことから、変換効率をより
高めるには８００ｎｍ近傍の光に対して高い反射率をも
つ裏面反射層を用いればよい。

【００１２】ここで、もう一度図２をみると、銀、銅は
本発明で用いる薄膜半導体で必要とする７００〜１００
０ｎｍの全波長域で高い反射率を示すのに対し、アルミ
ニウムは波長８００ｎｍ近傍で極小値を持つ。従って８
００ｎｍで高い反射率を示す銀、銅は金属層に最も適し
た反射率を持つ金属であると言える。

【００１３】さらに、金属層と透明層の２層からなる裏
面反射層の考え方と、テクスチャー構造の考え方を組み
合わせる事もできる。米国特許第４，４１９，５３３号
明細書には金属層の表面がテクスチャー構造を持ち、且
つその上に透明層が形成された裏面反射層の考え方が開
示されている。また、平滑な金属層の上にテクスチャー
構造の透明層を形成するのもよい。この様な組み合わせ
により太陽電池の変換効率は著しく向上する事が期待さ
れる。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】裏面反射層の金属とし
て、とりわけ優れた反射率を持つ銀や銅を用いることは
変換効率の高い太陽電池を得る上で極めて有利である。
ところがこれらの金属、特に銀は電気化学的マイグレー
ションを起こす金属として知られている。

【００１５】電気化学的マイグレーション（以下マイグ
レーションと呼ぶ）とは、箔・メッキ・ペースト状等の
金属が直流電圧の印加された条件下において、吸湿性の
大きいまたは親水性の強い絶縁物と接触した状態、かつ
高湿度の環境下で使用されると、電気分解作用により絶
縁物の表面や内部を金属が樹枝状あるいは染み状に成長
し電導経路をつくる現象のことである。

【００１６】金属によっては上記以外の条件を要する。
例えば実験的にマイグレーションを発生させる場合、銀
（Ａｇ）・銅（Ｃｕ）・鉛（Ｐｂ）等は蒸留水と電界の
条件下で発生し（Ａｇは樹枝状結晶の成長速度が特に速
い）、金（Ａｕ）・パラジウム（Ｐｄ）・インジウム
（Ｉｎ）等は更にハロゲンイオンの存在が必要となり、
アルミニウム（Ａｌ）・ニッケル（Ｎｉ）・鉄（Ｆｅ）
等はこれら以外の特殊な条件下でないと発生しないと報
告されている。

【００１７】様々な環境での使用が考えられる太陽電池
についても、長期使用の際、マイグレーションによる電
極間の短絡が問題となる。例えば屋外で実使用されてい
る太陽電池が高温多湿の環境下にさらされた場合を考え
る。一般に太陽電池単体では出力電圧が低いため、複数
のサブモジュール（上記の薄膜半導体太陽電池をモジュ
ール化したもの）を直列接続して使用する。このような
太陽電池が落葉等により部分被覆された場合、被覆部分
のサブモジュールの出力電流が他のサブモジュールに比
べ極端に小さくなり、実質的に内部インピーダンスが大
きくなる。その結果他のサブモジュールの出力電圧が逆
にかかる。

【００１８】即ち高温高湿かつ逆バイアスの印加という
マイグレーションの発生条件が実現され、電極間の短絡
が起こりサブモジュールの破壊に至るのである。裏面反
射層に反射率の高いＡｇ・Ｃｕを用いた場合はなおさら
である。一方、耐マイグレーションに優れている金属の
ＡｌやＮｉ等を代用した場合、反射率がＡｇやＣｕに較
べて低いため、高変換効率は望めない。

【００１９】本発明はこの様な現状に鑑みなされたもの
であって、改良された裏面反射層を用いることにより、
信頼性が高くかつ高効率の光起電力素子を低価格にて提
供することを目的とする。

【００２０】

【課題を解決するための手段】即ち、本発明は、基板上
に、少なくとも金属層と透明層よりなる裏面反射層、半
導体層、及び透明電極を少なくとも有する光起電力素子
において、該金属層がマグネシウム濃度が４０ａｔ％以
下、好ましくは２０〜４０ａｔ％、より好ましくは３０
〜３５ａｔ％である銅−マグネシウム合金であることを
特徴とする光起電力素子である。

【００２１】また、基板上に、少なくとも金属層と透明
層よりなる裏面反射層、半導体層、及び透明電極を少な
くとも有する光起電力素子において、該金属層が波長７
００〜１０００ｎｍの光に対し９０％以上の反射率を示
し、電気化学的マイグレーションを起こさない銅−マグ
ネシウム合金であることを特徴とする光起電力素子であ
る。

【００２２】また、基板上に、少なくとも金属層と透明
層よりなる裏面反射層、半導体層、及び透明電極を少な
くとも有する光起電力素子において、該金属層のマグネ
シウム濃度が４０ａｔ％以下、好ましくは２０〜４０ａ
ｔ％、より好ましくは３０〜３５ａｔ％であり、その反
射率が７００〜１０００ｎｍの光に対し９０％以上であ
る銅−マグネシウム合金からなることを特徴とする光起
電力素子である。

【００２３】本発明の金属層は、銅とマグネシウムのモ
ザイクターゲットまたは合金ターゲットを用い、スパッ
タリングにより形成されるのが好ましい。

【００２４】また、少なくとも裏面反射層がテクスチャ
ー構造を有することが好ましい。

【００２５】更に、半導体層が薄膜半導体よりなること
が好ましい。

【００２６】本発明はこの様な構成とすること、特にこ
の様な金属層を用いることにより次の様な効果を生じ
る。

【００２７】（１）Ｃｕ−Ｍｇ合金は樹枝状結晶の成長
がないため、過酷な環境下で使用される光起電力素子内
部に発生する短絡を防止することができ、信頼性が高め
られる。

【００２８】（２）ＣｕにＭｇを４０ａｔ％以下の範囲
で添加すると、７００〜１０００ｎｍの光に対する反射
率が９０％以上と高いため、入射光を有効に利用するこ
とができ光起電力素子の変換効率が向上する。

【００２９】（３）均質な合金膜が得られ、安定した特
性の光起電力素子を得ることができる。また、安価な金
属を主材料とするため、低コストでの量産が可能とな
る。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を用いて詳細
に説明する。

【００３１】本発明の光起電力素子の構成の一例を図１
に示す。

【００３２】１０１は基板である。基板１０１は導電性
のある金属基板が好ましく、導電性のない基板を用いる
場合には、例えば真空蒸着法やスパッタリング法等で金
属の導電層を堆積すると良い。

【００３３】１０２はＣｕ−Ｍｇ合金の金属層、１０３
は透明層で、これらを合わせて裏面反射層と呼ぶ。透明
層１０３は半導体層１０４を透過してきた太陽光に対し
ては透明である。また適度な電気抵抗を持ち、その表面
は図１に示す様にテクスチャー構造を持っていることが
好ましい。

【００３４】１０４は半導体層（薄膜半導体接合）であ
る。図１では半導体層１０４としてｐｉｎ型の非単結晶
光起電力素子を用いた例を示しているが、ｐｉｎ型の非
単結晶光半導体素子を複数積層したタンデムセルやトリ
プルセル構造にしても良い。ここで１０５はｎ型ａ−Ｓ
ｉ、１０６はｉ型ａ−Ｓｉ、１０７はｐ型ａ−Ｓｉであ
る。半導体層１０４が薄い場合には、図１に示す様に半
導体層１０４全体が透明層１０３と同様のテクスチャー
構造を示すことが多い。

【００３５】その上に透明電極１０８、集電電極１０９
が設けられている。

【００３６】（金属層１０２）まず、本発明の効果を示
すための実験について説明する。全ての実験において金
属層の堆積には図４に示すＤＣマグネトロンスパッタ装
置を用いたが、一般的に金属層の堆積には、抵抗加熱や
電子ビームによる真空蒸着法、スパッタリング法、イオ
ンプレーティング法、ＣＶＤ法等が用いられる。

【００３７】４０１は堆積室であり不図示の排気ポンプ
で真空排気できる。この内部に、不図示のガスボンベに
接続されたガス導入管４０２により、アルゴン（Ａｒ）
等の不活性ガスが所定の流量導入され、排気弁４０３の
開度を調節し堆積室４０１内は所定の圧力となる。

【００３８】また、基板４０４は内部にヒーター４０５
が設けられたアノード４０６の表面に固定されている。
アノード４０６に対向してその表面にターゲット４０７
が固定されたカソード電極４０８が設けられている。タ
ーゲット４０７は通常は純度９９．９乃至９９．９９９
％程度の堆積されるべき金属のブロックである。カソー
ド電極４０８はＤＣ電源４０９に接続されており、電源
４０９により直流高電圧を加え、アノード４０６・カソ
ード４０８間にプラズマ４１０を生起する。このプラズ
マ４１０の作用によリターゲット４０７の金属原子が基
板４０４上に堆積される。

【００３９】また、カソード４０８の内部に磁石を設け
プラズマ４１０の強度を高めたマグネトロンスパッタリ
ング装置を用いる事により、堆積速度をより高めること
ができる。

【００４０】（実験１）鏡面研磨をした５ｃｍ×５ｃｍ
のステンレス板（ＳＵＳ３０４）上にＤＣマグネトロン
スパッタ法にてＭｇ濃度が６、１０、２０、３４、４
６、５１ａｔ％のＣｕ−Ｍｇ合金を１０００オングスト
ローム堆積し、それぞれを試料１ａ、１ｂ、１ｃ、１
ｄ、１ｅ、１ｆとする。また、比較のため純Ｃｕを用い
て同様に試料１ｋも作製した。これらの試料は室温にお
いて４０オングストローム／ｓｅｃで平滑基板上に堆積
したため、その表面は平滑であった。

【００４１】さらに温度依存性を調べるため、基板温度
を１００、２００、３００、４００度とした以外は１ｂ
と同様にして試料１ｇ、１ｈ、１ｉ、１ｊを作製した。
１ｇ〜１ｉの表面は数千オングストローム大の細かなテ
クスチャー構造になっていた。

【００４２】１ｋの作製には９９．９９９％のＣｕター
ゲットを用い、合金試料１ａ〜１ｊの作製には、Ｃｕと
Ｍｇのモザイクターゲットを用いた。

【００４３】モザイクターゲットではなくＣｕターゲッ
トの上にＭｇの５ｍｍ×５ｍｍ×１ｍｍ形状のチップを
置いて成膜すると、おそらく２種の金属のスパッタ率の
違いやチップの電気的接触不良、チップによってターゲ
ット表面にできる凹凸の影響等によりＭｇが均一に飛び
にくく、膜厚方向に組成ムラが発生する傾向がある。モ
ザイクターゲットでは膜厚方向の組成ムラを改善するこ
とができ好ましい。

【００４４】モザイクターゲットは、９９．９％のＭｇ
片または９９．９９％のＣｕ片がはめ込めるよう、９
９．９９％のＣｕターゲットを加工したもので、確実な
電気接触と平滑な表面が得られる。また、Ｍｇ片とＣｕ
片のはめ込む割合を変えることで組成を変化させること
が可能である。合金試料についてはＸ線エネルギー分散
型分析装置（ＸＭＡ）にて分析を行ない組成の確認を行
なった。

【００４５】これら１１種類の試料について波長４００
〜１２００ｎｍの光に対する反射率を測定した。すでに
説明したように、ａ−ＳｉＧｅ半導体層で重要となる８
００ｎｍでの反射率の値を各組成において得られた反射
率の代表値として、図５に示す。反射率はＭｇ濃度の増
加にともなって徐々に低下したが、Ｍｇ濃度４０ａｔ％
以下の１ａ〜１ｄは９０％以上の高い反射率を示した。
また基板温度の変化による影響はなく、１ｇ〜１ｊも９
０％以上の高い反射率を示した。

【００４６】（実験２）５ｃｍ×５ｃｍの７０５９無ア
ルカリガラス上に２００μｍの間隔を持つ櫛型電極マス
クを置いた他は実験１と同様にしてＣｕ−Ｍｇ合金を堆
積し、樹枝状結晶成長評価実験用試料を作製した。

【００４７】Ｍｇ濃度６、１０、２０、３４、４６、５
１ａｔ％を室温で、Ｍｇ濃度１０ａｔ％についてはさら
に１００、２００、３００、４００度で成膜し、それぞ
れ試料２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ、２ｅ、２ｆ、２ｇ、２
ｈ、２ｉ、２ｊとする。比較のための純Ｃｕ、純Ａｇ試
料２ｋ、２ｌも室温にて同様に成膜した。

【００４８】これら１２種類の試料について、作製した
２００μｍの電極間隔上に純水滴をたらして１０Ｖの電
圧を印加し、顕微鏡下で樹枝状結晶の成長を観察した。
２ａ〜２ｃ、２ｇ〜２ｊに関してはわずかな樹枝状結晶
の成長が見られたが、電極間の短絡には至らなかった。
２ｄ〜２ｆについては樹枝状結晶は見られなかったが若
千の正極の溶け出しが観察され、Ｍｇ含有量が４０ａｔ
％を越える２ｅ、２ｆは、電圧を印加して５秒程度で正
極が溶けてしまった。試料２ｋ、２ｌは電圧をかけると
同時に樹枝状結晶が発生し短絡してしまった。

【００４９】（実験３）ターゲットにＣｕ−Ｍｇ合金タ
ーゲットを用いた他は実験１と同様に、室温にてＭｇ濃
度１０ａｔ％のＣｕ−Ｍｇ合金金属層を成膜した。モザ
イクターゲット同様、均質な膜を得ることができた。

【００５０】その後、透明層としてＺｎＯを１００００
オングストローム形成し、さらにグロー放電分解法にて
ＳｉＨ₄、ＰＨ₃を原料ガスとしてｎ型ａ−Ｓｉ層を２０
０オングストローム、ＳｉＨ₄を原料ガスとしてｉ型ａ
−Ｓｉ層を４０００オングストローム、ＳｉＨ₄、Ｂ
Ｆ₃、Ｈ₂を原料ガスとしてｐ型微結晶（μｃ）Ｓｉ層を
１００オングストローム堆積し薄膜半導体接合とした。

【００５１】その上に透明電極として抵抗加熱蒸着法に
より酸化インジウム錫膜（ＩＴＯ膜）を６５０オングス
トローム堆積し、さらにＡｇペーストで幅３００ミクロ
ンの集電電極を形成、太陽電池セル化した。この様にし
て得られた試料を３ａとする。また同様にして比較のた
め金属層が純Ｃｕ、純Ａｌ、純Ａｇである試料３ｂ、３
ｃ、３ｄを得た。

【００５２】これらの試料についてＡＭ−１．５のソー
ラーシミュレーターの下で光電流Ｊｓｃを測定した。試
料３ｃが１９．１ｍＡ／ｃｍ²であったのに対し、試料
３ａは２０．７ｍＡ／ｃｍ²と純Ａｇ試料３ｄの２１．
３ｍＡ／ｃｍ²に迫る高い電流値が得られた。なお３ｂ
は太陽電池として機能しなかった。

【００５３】（実験４）実験３と同様にＭｇ濃度１０、
２０、３４、４３ａｔ％のＣｕ−Ｍｇ合金および純Ａ
ｇ、純Ａｌの金属層をステンレス板上に堆積し、実験３
同様に太陽電池セル化した。それぞれを試料４ａ、４
ｂ、４ｃ、４ｄ、４ｅ、４ｆとする。

【００５４】これら６種類の試料に光の当たらない状態
で湿度８５％、雰囲気温度８５℃中で逆電圧０．８５Ｖ
を印加し（高湿逆バイアス試験）、時間に伴うＲｓｈＤ
ｋ（光の当たらない状態でのＲｓｈ）の変化を測定、比
較評価した。ＲｓｈＤｋが１０Ωｃｍ²以下に低下する
と、低照度光の下で開放電圧が出なくなり、太陽電池と
しての特性、信頼性に問題がでてくる。従って高湿逆バ
イアス試験ではＲｓｈＤｋ≧１０ｋΩｃｍ²を合格基準
とする。

【００５５】試料４ｅは測定を始めると同時にＲｓｈＤ
ｋが急激に低下し、１０ｋΩｃｍ²をわってしまった。
試料４ｆは１００時間を越えても３１ｋΩｃｍ²より低
下する事はなかった。試料４ａ、４ｂ、４ｃは、若干Ｒ
ｓｈＤｋの低下が見られたものの、１００時間の時点で
１６ｋΩｃｍ²以上を保持したが、４ｄは１０ｋΩｃｍ²
を僅かながら下回ってしまった。実験２の結果と合わせ
ると、Ｍｇ濃度が４０ａｔ％以下のＣｕ−Ｍｇ合金膜は
信頼性に優れていると言える。

【００５６】以上の実験結果から、本発明のＭｇ濃度４
０ａｔ％以下、好ましくは２０〜４０ａｔ％、より好ま
しくは３０〜３５ａｔ％の範囲のＣｕ−Ｍｇ合金、特に
モザイクターゲットまたは合金ターゲットを用いてスパ
ッタ成膜したＣｕ−Ｍｇ合金を裏面反射層の金属層に適
応することにより、高効率、高信頼性の光起電力素子を
得ることができる。

【００５７】（透明層１０３）透明層としては、ＺｎＯ
をはじめＩｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、ＣｄＯ、ＣｄＳｎＯ₄、Ｔ
ｉＯ等の酸化物がしばしば用いられる（ただしここで示
した化合物の組成比は実態と必ずしも一致していな
い）。透明層の光の透過率は一般的には高いほど良い
が、半導体層に吸収される波長域の光に対しては、透明
である必要はない。

【００５８】透明層はピンホールなどによる電流を抑制
するためにはむしろ抵抗があった方がよい。ただしこの
抵抗による直列抵抗損失が光起電力素子の変換効率に与
える影響が無視できる範囲でなくてはならない。この様
な観点から単位面積（１ｃｍ²）あたりの抵抗の範囲は
好ましくは１０^-6〜１０Ω、更に好ましくは１０^-5〜３
Ω、最も好ましくは１０^-4〜１Ωである。

【００５９】また透明層の膜厚は透明性の点からは薄い
ほどよいが、表面のテクスチャー構造を取る場合には平
均的な膜厚として１０００オングストローム以上必要で
ある。また信頼性の点からこれ以上の膜厚が必要な場合
もある。

【００６０】透明層の堆積には、抵抗加熱や電子ビーム
による真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーテ
ィング法、ＣＶＤ法、スプレーコート法等が用いられ
る。この場合も図４に示したスパッタリング装置が使用
できる。ただし酸化物ではターゲットとして酸化物その
ものを用いる場合と、金属（Ｚｎ、Ｓｎ等）のターゲッ
トを用いる場合がある。後者の場合では、堆積室にＡｒ
と同時に酸素を流す必要がある（反応性スパッタリング
法と呼ばれる）。

【００６１】また透明層の比抵抗を制御するためには適
当な不純物を添加すると良い。導電性酸化物の比抵抗を
高めたい時には、その添加により抵抗を適度に高める物
が好ましい。例えばｎ型の半導体である透明層にアクセ
プター型の不純物（例えばＺｎＯにＣｕ、ＳｎＯ₂にＡ
ｌ等）を適当量加えて真性化し抵抗を高めることができ
る。また不純物の添加が耐薬品性を高める場合が多い。
透明膜へ不純物を添加するには蒸発源やターゲットに所
望の不純物を添加しても良いし、特にスパッタリング法
では普通、ターゲットの上に不純物を含む材料の小片を
置いても良い。

【００６２】（裏面反射層のテクスチャー構造）本発明
の少なくとも金属層と透明層よりなる裏面反射層は、テ
クスチャー構造を有することにより光閉じ込めが起こり
好ましい。

【００６３】光閉じ込めが起こる理由としては、金属層
がテクスチャー構造を取っていることによる金属層での
光の散乱が考えられる。また半導体層の表面が透明層と
同様なテクスチャー構造になると光の位相差による光の
散乱が起こり易く光トラップの効果が高い。ただし実験
１の試料１ｇ〜１ｊの表面の様な細かなテクスチャー構
造には乱反射を増大させる効果はない。このような場
合、より成膜速度を遅くする、膜厚を厚くするといった
方法で金属層の乱反射率を高めることは可能であり、ま
た金属層成膜前にテクスチャー構造を作製したり、透明
層をテクスチャー構造とすることでも光閉じ込めは起こ
り、入射光の有効利用はできる。

【００６４】（基板１０１）基板としては各種の金属が
用いられる。中でもステンレススチール板、亜鉛鋼板、
アルミニウム板、銅板等は、価格が比較的低く好適であ
る。これらの金属板は、一定の形状に切断して用いても
良いし、板厚によっては長尺のシート状の形態で用いて
も良い。この場合にはコイル状に巻く事ができるので連
続生産に適合性がよく、保管や輸送も容易になる。又用
途によってはシリコン等の結晶基板、ガラスやセラミッ
クスの板を用いる事もできる。基板の表面は研磨しても
良いが、例えばブライトアニール処理されたステンレス
板の様に仕上がりの良い場合にはそのまま用いても良
い。

【００６５】（半導体層１０４）本発明の光起電力素子
に特に好適に用いられる半導体材料としては、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ（水素化非晶質シリコンの略記）、ａ−Ｓｉ：
Ｆ、ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆなどの非晶質半導体材料、μＣ−
Ｓｉ：Ｈ（水素化微結晶シリコンの略記）、μＣ−Ｓ
ｉ：Ｆ、μＣ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆなどの微結晶半導体材料な
どが挙げられる。

【００６６】また、半導体層は価電子制御及び禁制帯幅
制御を行うことができる。具体的には半導体層を形成す
る際に価電子制御又は禁制帯幅制御剤となる元素を含む
原料化合物を単独で、又は堆積膜形成用原料ガス又は希
釈ガスに混合して成膜空間内に導入してやれば良い。

【００６７】また、半導体層は、価電子制御によって、
少なくともその一部が、ｐ型およびｎ型にドーピングさ
れ、少なくとも一組のｐｉｎ接合を形成する。

【００６８】また、半導体層の形成方法としては、マイ
クロ波プラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、光Ｃ
ＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法などの各種ＣＶＤ法
によって、あるいはＥＢ蒸着、ＭＢＥ、イオンプレーテ
ィング、イオンビーム法等の各種蒸着法、スパッタ法、
スプレー法、印刷法などによって、形成される。工業的
に採用されている方法としては、原料ガスをプラズマで
分解し、基板状に堆積させるプラズマＣＶＤ法が好んで
用いられる。また、反応装置としては、バッチ式の装置
や連続成膜装置などが所望に応じて使用できる。

【００６９】以下、本発明の光起電力素子に特に好適な
シリコン系非単結晶半導体材料を用いた半導体層につい
て、さらに詳しく述べる。

【００７０】（１）ｉ型半導体層（真性半導体層） シリコン系非単結晶半導体材料を用いた光起電力素子に
於いて、ｐｉｎ接合に用いるｉ型層は照射光に対してキ
ャリアを発生輸送する重要な層である。ｉ型層として
は、僅かｐ型、僅かｎ型の層も使用できるものである。

【００７１】シリコン系非単結晶半導体材料には、上述
のごとく、水素原子（Ｈ，Ｄ）またはハロゲン原子
（Ｘ）が含有され、これが重要な働きを持つ。ｉ型層に
含有される水素原子（Ｈ，Ｄ）またはハロゲン原子
（Ｘ）は、ｉ型層の未結合手（ダングリングボンド）を
補償する働きをし、ｉ型層でのキャリアの移動度と寿命
の積を向上させるものである。またｐ型層／ｉ型層、ｎ
型層／ｉ型層の各界面の界面準位を補償する働きをし、
光起電力素子の光起電力、光電流そして光応答性を向上
させる効果のあるものである。

【００７２】ｉ型層に含有される水素原子または／及び
ハロゲン原子は１〜４０ａｔ％が最適な含有量として挙
げられる。特に、ｐ型層／ｉ型層、ｎ型層／ｉ型層の各
界面側で水素原子または／及びハロゲン原子の含有量が
多く分布しているものが好ましい分布形態として挙げら
れ、該界面近傍での水素原子または／及びハロゲン原子
の含有量はバルク内の含有量の１．１〜２倍の範囲が好
ましい範囲として挙げられる。更にシリコン原子の含有
量に対応して水素原子または／及びハロゲン原子の含有
量が変化していることが好ましいものである。

【００７３】非晶質シリコン、微結晶シリコンは、ダン
グリングボンドを補償する元素によって、ａ−Ｓｉ：
Ｈ、ａ−Ｓｉ：Ｆ、ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ、μＣ−Ｓｉ：
Ｈ、μＣ−Ｓｉ：Ｆ、μＣ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ等と表記され
る。

【００７４】さらに、本発明の光起電力素子に好適なｉ
型半導体層の特性としては、水素原子の含有量（Ｃ_H）
が、１．０〜２５．０％、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃ
ｍ²の擬似太陽光照射下の光電導度（σｐ）が、１．０
×１０^-7Ｓ／ｃｍ以上、暗電導度（σｄ）が、１．０×
１０^-9Ｓ／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、５５ｍｅ
Ｖ以下、局在準位密度は１０¹⁷／ｃｍ³以下のものが好
適に用いられる。

【００７５】（２）ドーピング層（ｐ型半導体層または
ｎ型半導体層） ドーピング層（ｐ型半導体層またはｎ型半導体層）も、
本発明の光起電力素子の特性を左右する重要な層であ
る。

【００７６】ドーピング層の非晶質材料（ａ−と表示す
る）あるいは微結晶材料（μｃ−と表示する）として
は、例えばａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ−Ｓｉ：ＨＸ，ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：ＨＸ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ，ａ−Ｓ
ｉＧｅ：ＨＸ，ａ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ，ａ−ＳｉＧｅＣ：
ＨＸ，ａ−ＳｉＯ：Ｈ，ａ−ＳｉＯ：ＨＸ，ａ−Ｓｉ
Ｎ：Ｈ，ａ−ＳｉＮ：ＨＸ，ａ−ＳｉＯＮ：Ｈ，ａ−Ｓ
ｉＯＮ：ＨＸ，ａ−ＳｉＯＣＮ：Ｈ，ａ−ＳｉＯＣＮ：
ＨＸ，μｃ−Ｓｉ：Ｈ，μｃ−Ｓｉ：ＨＸ，μｃ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ，μｃ−ＳｉＣ：ＨＸ，μｃ−ＳｉＯ：Ｈ，μｃ
−ＳｉＯ：ＨＸ，μｃ−ＳｉＮ：Ｈ，μｃ−ＳｉＮ：Ｈ
Ｘ，μｃ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ，μｃ−ＳｉＧｅＣ：ＨＸ，
μｃ−ＳｉＯＮ：Ｈ，μｃ−ＳｉＯＮ：ＨＸ，μｃ−Ｓ
ｉＯＣＮ：Ｈ，μｃ−ＳｉＯＣＮ：ＨＸ，等にｐ型の価
電子制御剤（周期率表第ＩＩＩ族原子Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，
Ｉｎ，Ｔｌ）やｎ型の価電子制御剤（周期率表第Ｖ族原
子 Ｐ、Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）を高濃度に添加した材料が
挙げられる。

【００７７】多結晶材料（ｐｏｌｙ−と表示する）とし
ては、例えばｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ
Ｘ，ｐｏｌｙ−ＳｉＣ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＣ：ＨＸ，
ｐｏｌｙ−ＳｉＯ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯ：ＨＸ，ｐｏ
ｌｙ−ＳｉＮ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＮ：ＨＸ，ｐｏｌｙ
−ＳｉＧｅＣ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅＣ：ＨＸ，ｐｏ
ｌｙ−ＳｉＯＮ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯＮ：ＨＸ，ｐｏ
ｌｙ−ＳｉＯＣＮ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯＣＮ：ＨＸ，
ｐｏｌｙ−Ｓｉ，ｐｏｌｙ−ＳｉＣ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ
Ｏ，ｐｏｌｙ−ＳｉＮ，等にｐ型の価電子制御剤（周期
率表第ＩＩＩ族原子 Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ）や
ｎ型の価電子制御剤（周期率表第Ｖ族原子Ｐ，Ａｓ，Ｓ
ｂ，Ｂｉ）を高濃度に添加した材料が挙げられる。

【００７８】特に光入射側のｐ型層またはｎ型層には、
光吸収の少ない結晶性の半導体層かバンドギャップの広
い非晶質半導体層が適している。

【００７９】またｐ型層またはｎ型層に含有される水素
原子（Ｈ，Ｄ）またはハロゲン原子はｐ型層またはｎ型
層の未結合手を補償する働きをしｐ型層またはｎ型層の
ドーピング効率を向上させるものである。ｐ型層または
ｎ型層へ添加される水素原子またはハロゲン原子の好適
な量は好ましくは０．１％から５０％、より好ましく
は、１％から４０％が望ましい。ｐ型層またはｎ型層が
結晶性の場合、水素原子またはハロゲン原子は０．１％
〜１０％が最適量として挙げられる。

【００８０】光起電力素子のｐ型層及びｎ型層の電気特
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。また非
抵抗としては１００Ωｃｍ以下が好ましく、１Ωｃｍ以
下が最適である。さらにｐ型層及びｎ型層の層厚は１〜
５０ｎｍが好ましく、３〜１０ｎｍが最適である。

【００８１】（３）半導体層の形成方法 本発明の光起電力素子の半導体層として、好適なシリコ
ン系非単結晶半導体材料を形成するために、好適な製造
方法は、高周波を用いたプラズマＣＶＤ法である。高周
波の周波数は３ＭＨｚ〜３ＧＨｚが好ましい範囲として
あげられる。

【００８２】本発明の光起電力素子に好適なシリコン系
非単結晶半導体層の堆積に適した原料ガスとしては、シ
リコン原子を含有したガス化し得る化合物を挙げること
ができる。

【００８３】具体的にシリコン原子を含有するガス化し
得る化合物としては、鎖状または環状シラン化合物が用
いられ、具体的には例えば、ＳｉＨ₄，Ｓｉ₂Ｈ₆，Ｓｉ
Ｆ₄，ＳｉＦＨ₃，ＳｉＦ₂Ｈ₂，ＳｉＦ₃Ｈ，Ｓｉ₃Ｈ₈，
ＳｉＤ₄，ＳｉＨＤ₃，ＳｉＨ₂Ｄ₂，ＳｉＨ₃Ｄ，ＳｉＦ
Ｄ₃，ＳｉＦ₂Ｄ₂，Ｓｉ₂Ｄ₃Ｈ₃，（ＳｉＦ₂）₅，（Ｓｉ
Ｆ₂）₆，（ＳｉＦ₂）₄，Ｓｉ₂Ｆ₆，Ｓｉ₃Ｆ₈，Ｓｉ₂Ｈ₂
Ｆ₄，Ｓｉ₂Ｈ₃Ｆ₃，ＳｉＣｌ₄，（ＳｉＣｌ₂）₅，Ｓｉ
Ｂｒ₄，（ＳｉＢｒ₂）₅，Ｓｉ₂Ｃｌ₆，ＳｉＨＣｌ₃，Ｓ
ｉＨ₂Ｂｒ₂，ＳｉＨ₂Ｃｌ₂，Ｓｉ₂Ｃｌ₃Ｆ₃などのガス
状態のまたは容易にガス化し得るものが挙げられる。

【００８４】また、価電子制御するためにｐ型層または
ｎ型層に導入される物質としては周期率表第ＩＩＩ族原
子及び第Ｖ族原子が挙げられる。

【００８５】第ＩＩＩ族原子導入用の出発物質として有
効に使用されるものとしては、具体的にはホウ素原子導
入用としては、Ｂ₂Ｈ₆，Ｂ₄Ｈ₁₀，Ｂ₅Ｈ₉，Ｂ₅Ｈ₁₁，Ｂ
₆Ｈ₁₀，Ｂ₆Ｈ₁₂，Ｂ₆Ｈ₁₄等の水素化ホウ素、ＢＦ₃，Ｂ
Ｃｌ₃，等のハロゲン化ホウ素等を挙げることができ
る。このほかにＡｌＣｌ₃，ＧａＣｌ₃，ＩｎＣｌ₃，Ｔ
ｌＣｌ₃等も挙げることができる。特にＢ₂Ｈ₆，ＢＦ₃が
適している。

【００８６】第Ｖ族原子導入用の出発物質として有効に
使用されるのは、具体的には燐原子導入用としてはＰＨ
₃，Ｐ₂Ｈ₄等の水素化燐、ＰＨ₄Ｉ，ＰＦ₃，ＰＦ₅，ＰＣ
ｌ₃，ＰＣｌ₅，ＰＢｒ₃，ＰＢｒ₅，ＰＩ₃等のハロゲン
化燐が挙げられる。このほかＡｓＨ₃，ＡｓＦ₃，ＡｓＣ
ｌ₃，ＡｓＢｒ₃，ＡｓＦ₅，ＳｂＨ₃，ＳｂＦ₃，Ｓｂ
Ｆ₅，ＳｂＣｌ₃，ＳｂＣｌ₅，ＢｉＨ₃，ＢｉＣｌ₃，Ｂ
ｉＢｒ₃等も挙げることができる。特にＰＨ₃，ＰＦ₃が
適している。

【００８７】また前記ガス化し得る化合物をＨ₂，Ｈ
ｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒ等のガスで適宜希釈して堆
積室に導入しても良い。

【００８８】特に微結晶あるいは多結晶半導体やａ−Ｓ
ｉＣ：Ｈ等の光吸収の少ないかバンドギャップの広い層
を堆積する場合は水素ガスで原料ガスを希釈し、高周波
パワーは比較的高いパワーを導入するのが好ましいもの
である。

【００８９】（透明電極１０８）本発明に於て、透明電
極１０８は光を透過する、光入射側の電極であるととも
に、その膜厚を最適化する事によって反射防止膜として
の役割も兼ねる。透明電極１０８は半導体層の吸収可能
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、５５０ｎｍ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。また、抵抗率は好ましくは、
５×１０^-3Ωｃｍ以下、より好ましくは、１×１０^-3Ω
ｃｍ以下であることが望ましい。

【００９０】その材料としては、Ｉｎ₂Ｏ₃、ＳｎＯ₂、
ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）、ＺｎＯ、ＣｄＯ、Ｃｄ₂
ＳｎＯ₄、ＴｉＯ₂、Ｔａ₂Ｏ₅、Ｂｉ₂Ｏ₃、ＭｏＯ₃、Ｎ
ａ_xＷＯ₃等の導電性酸化物あるいはこれらを混合したも
のが好適に用いられる。また、これらの化合物に、導電
率を変化させる元素（ドーパント）を添加しても良い。

【００９１】導電率を変化させる元素（ドーパント）と
しては、例えば透明電極１０８がＺｎＯの場合には、Ａ
ｌ、Ｉｎ、Ｂ、Ｇａ、Ｓｉ、Ｆ等が、またＩｎ₂Ｏ₃の場
合には、Ｓｎ、Ｆ、Ｔｅ、Ｔｉ、Ｓｂ、Ｐｂ等が、また
ＳｎＯ₂の場合には、Ｆ、Ｓｂ、Ｐ、Ａｓ、Ｉｎ、Ｔ
ｌ、Ｔｅ、Ｗ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ等が好適に用いられる。

【００９２】また、透明電極１０８の形成方法として
は、蒸着法、ＣＶＤ法、スプレー法、スピンオン法、デ
ップ法等が好適に用いられる。

【００９３】（集電電極１０９）本発明に於いて、集電
電極１０９は、透明電極１０８の抵抗率が充分低くでき
ない場合に必要に応じて透明電極１０８上の一部分に形
成され、電極の抵抗率を下げ光起電力素子の直列抵抗を
下げる働きをする。その材料としては、金、銀、銅、ア
ルミニウム、ニッケル、鉄、クロム、モリブデン、タン
グステン、チタン、コバルト、タンタル、ニオブ、ジル
コニウム等の金属、またはステンレス等の合金、あるい
は粉末状金属を用いた導電ペーストなどが挙げられる。
そしてその形状は、できるだけ半導体層への入射光を遮
らないように、枝状に形成される。

【００９４】また、光起電力素子の全体の面積の中で、
集電電極の占める面積は、好ましくは１５％以下、より
好ましくは１０％以下、最適には５％以下が望ましい。

【００９５】また、集電電極のパターンの形成には、マ
スクを用い、形成方法としては、蒸着法、スパッタ法、
メッキ法、印刷法などが用いられる。

【００９６】なお、本発明の光起電力素子を用いて、所
望の出力電圧、出力電流の光起電力装置（モジュールあ
るいはパネル）を製造する場合には、本発明の光起電力
素子を直列あるいは並列に接続し、表面と裏面に保護層
を形成し、出力の取り出し電極等が取り付けられる。ま
た、本発明の光起電力素子を直列接続する場合、逆流防
止用のダイオードを組み込むことがある。

【００９７】

【実施例】以下、本発明を実施例により更に詳細に説明
する。

【００９８】（実施例１）図１の断面模式図に示す構成
のｐｉｎ型ａ−Ｓｉ光起電力素子を作製した。実験１で
作製した試料１ｄ（Ｍｇ３４ａｔ％）の上にＺｎＯター
ゲットを用いて基板温度３５０℃にて１００００オング
ストロームの透明層（ＺｎＯ層）１０３を堆積した。透
明層１０３の表面はテクスチャー構造である。

【００９９】続いて、金属層１０２と透明層１０３より
なる裏面反射層の形成された基板１００１を図６に示し
た市販の容量結合型高周波ＣＶＤ装置（アルバック社製
ＣＨＪ−３０３０）にセットした。排気ポンプ１００９
にて、反応容器１００４の排気管を介して荒引き、高真
空引き操作を行った。この時、基板の表面温度が３５０
℃になる様、温度制御機構により制御した。

【０１００】十分に排気が行われた時点で、ガス導入管
より、ＳｉＨ₄３００ｓｃｃｍ、ＳｉＦ₄４ｓｃｃｍ、Ｐ
Ｈ₃／Ｈ₂（１％Ｈ₂希釈）５５ｓｃｃｍ、Ｈ₂４０ｓｃｃ
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１Ｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したとこ
ろで、直ちに高周波電源より２００Ｗの電力を投入し
た。プラズマは５分間持続させた。これにより、ｎ型ａ
−Ｓｉ層１０５が透明層１０３上に形成された。

【０１０１】再び排気をした後に、今度はガス導入管よ
りＳｉＨ₄３００ｓｃｃｍ、ＳｉＦ₄４ｓｃｃｍ、Ｈ₂４
０ｓｃｃｍを導入し、スロットルバルブの開度を調整し
て、反応容器１００４の内圧を１Ｔｏｒｒに保持し、圧
力が安定したところで、直ちに高周波電源より１５０Ｗ
の電力を投入し、プラズマは６０分間持続させた。これ
によりｉ型ａ−Ｓｉ層１０６がｎ型ａ−Ｓｉ層１０５上
に形成された。

【０１０２】再び排気をした後に、今度はガス導入管よ
りＳｉＨ₄５０ｓｃｃｍ、ＢＦ₃／Ｈ₂（１％Ｈ₂希釈）５
０ｓｃｃｍ、Ｈ₂５００ｓｃｃｍを導入し、スロットル
バルブの開度を調整して、反応容器１００４の内圧を１
Ｔｏｒｒに保持し、圧力が安定したところで、直ちに高
周波電源より３００Ｗの電力を投入した。プラズマは２
分間持続させた。これによりｐ型μｃ−Ｓｉ層１０７が
ｉ型ａ−Ｓｉ層１０６上に形成された。

【０１０３】次に試料を高周波ＣＶＤ装置より取り出
し、抵抗加熱真空蒸着装置にてＩＴＯを堆積した後、塩
化鉄溶液を含むペーストを印刷し、所望の透明電極１０
８のパターンを形成した。更にＡｇペーストをスクリー
ン印刷して集電電極１０９を形成し薄膜半導体太陽電池
を完成した。

【０１０４】この方法で１０枚の試料を作成し、ＡＭ−
１．５の光の下でＪｓｃの測定を行なったところ、純Ａ
ｌ金属層の太陽電池より平均で６．１％高い電流値が得
られた。また、これらの１０枚の太陽電池を高湿逆バイ
アス試験にかけたところ、ＲｓｈＤｋは１９ｋΩより低
下することはなかった。

【０１０５】（実施例２）図７に示す装置を用いて連続
的に裏面反射層の形成を行った。

【０１０６】ここで基板送り出し室１１０１には洗浄済
みの幅３５０ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ、長さ５００ｍのス
テンレスシートロール１１０３がセットされている。こ
こからステンレスシート１１０２はＡｌ層堆積室１１０
４、金属層堆積室１１０７、透明層堆積室１１１０を経
て基板巻き取り室１１１３に送られて行く。シート１１
０２は各々の堆積室にて基板ヒーター１１０５、１１０
８、１１１１にて所望の温度に加熱できるようになって
いる。

【０１０７】ステンレスシート１１０２は、純度９９．
９９％のＡｌターゲット１００６の設置してあるＡｌ層
堆積室１００４で、基板温度４００℃にてテクスチャー
構造のＡｌ層をマグネトロンスパッタリング法により堆
積する。

【０１０８】その後、金属層堆積室１００７の純度９
９．９９％のＣｕ−Ｍｇ合金ターゲット１１０９で、Ｄ
Ｃマグネトロンスパッタにより金属層（Ｃｕ−Ｍｇ合金
層：Ｍｇ濃度１５ａｔ％）を基板昇温なしで１０００オ
ングストローム堆積する。

【０１０９】透明層堆積室１１１１のターゲット１１１
２は純度９９．９９％のＺｎＯで、ＤＣマグネトロンス
パッタにより引き続き透明層（ＺｎＯ層）を１００００
オングストローム堆積する。

【０１１０】この上に図８に示す構造のａ−Ｓｉ／ａ−
ＳｉＧｅタンデム太陽電池を形成した。

【０１１１】ここで１２０１は基板、１２０２はＡｌ
層、１２０３は金属層、１２０４は透明層、１２０５は
ボトムセル、１２０９はトップセルである。さらに１２
０６、１２１０はｎ型ａ−Ｓｉ層、１２０８、１２１２
はｐ型μｃ−Ｓｉ、１２０７はｉ型ａ−ＳｉＧｅ層、１
２１１はｉ型ａ−Ｓｉ層である。これらの薄膜半導体層
は、米国特許第４，４９２，１８１号明細書に記載され
ている様なロール・ツー・ロール型成膜装置を用いて連
続的に製造した。

【０１１２】また１２１３は透明電極であり図７の装置
に類似のスパッタリング装置で堆積した。１２１４は集
電電極である。透明電極１２１３のパターンニング及び
集電電極１２１４の形成を行った後シート１１０２を切
断した。

【０１１３】こうして全工程を連続的に処理し、量産効
果を上げる事ができた。

【０１１４】この方法で１００枚の試料を作成しＡＭ−
１．５の光の下でＪｓｃの測定を行なったところ、平均
で純Ａｌ金属層の太陽電池より５．３％高い電流値が得
られた。また高湿逆バイアス試験においても、ＲｓｈＤ
ｋは２３ｋΩより低下する事はなかった。

【０１１５】（実施例３）表面がテクスチャー処理され
た他は実施例２と同じ形態のステンレス・スティールを
用い、図７の装置を用いてＣｕ−Ｍｇ２０ａｔ％の金属
層および透明層を堆積した。金属層の堆積にＡｌ層堆積
室１１０４を用いなかった他は、実施例２と同様にして
各層の堆積を行なった。

【０１１６】その後、図９に示すロールツーロール方式
の光起電力素子形成装置で表１に示す光起電力素子形成
条件で光起電力素子を形成した。

【０１１７】シート状基板（シート幅３５ｃｍ）をシー
ト状基板５４０１導入用のロード室５０１０にセットし
た。シート状基板５４０１を全堆積室５０２０、５０３
０、５０４０、５０５０、５０６０、５０７０、５０８
０、５０９０、５１００、５１１０、５１２０、５１３
０、５１４０内と全ガスゲート５２０１〜５２１４を通
してアンロード室５１５０のシート巻き取り治具５４０
２に接続した。

【０１１８】各堆積室５０２０、５０３０、５０４０、
５０５０、５０６０、５０７０、５０８０、５０９０、
５１００、５１１０、５１２０、５１３０、５１４０を
不図示の排気装置で１０^-3Ｔｏｒｒ以下に排気した。

【０１１９】各堆積膜形成用のミキシング装置５０２
６、５０３６、５０４６、５０５６、５０６６、５０７
６、５０８６、５０９６、５１０６、５１１６、５１２
６、５１３６、５１４６から水素ガスを各堆積室５０２
０、５０３０、５０４０、５０５０、５０６０、５０７
０、５０８０、５０９０、５１００、５１１０、５１２
０、５１３０、５１４０に供給した。

【０１２０】各ガスゲート５２０１〜５２１４に各ゲー
トガス供給装置５３０１〜５３１４から水素ガスをに供
給した。本実施例では、ガスゲート５２０１〜５２１４
のシート状基板５４０１を通過する間隔を１ｍｍとした
ので、水素ガスは１０００ｓｃｃｍ流した。

【０１２１】各堆積装置の基板加熱用ヒーターで基板５
４０１を表１に示す基板温度に加熱した。基板温度が安
定したら各堆積室５０２０、５０３０、５０４０、５０
５０、５０６０、５０７０、５０８０、５０９０、５１
００、５１１０、５１２０、５１３０、５１４０に供給
している水素ガスを、各堆積室５０２０、５０３０、５
０４０、５０５０、５０６０、５０７０、５０８０、５
０９０、５１００、５１１０、５１２０、５１３０、５
１４０で堆積する表１に示す原料ガスに切り替えた。

【０１２２】原料ガスの切替が終了したら、各排気装置
の排気バルブの開閉度を調節して各堆積室５０２０、５
０３０、５０４０、５０５０、５０６０、５０７０、５
０８０、５０９０、５１００、５１１０、５１２０、５
１３０、５１４０を表１に示す真空度に調節し、シート
状基板５４０１の搬送を始めた。

【０１２３】真空度が安定したら、各堆積室５０２０、
５０３０、５０４０、５０５０、５０６０、５０７０、
５０８０、５０９０、５１００、５１１０、５１２０、
５１３０、５１４０にプラズマ発生用の以下に示すＲＦ
電力やＭＷ電力を供給した。

【０１２４】以上の様にしてシート状基板１００ｍ上に
ｐｉｎ構造を３つ積層した光起電力素子を形成した。

【０１２５】この方法で１００枚の試料を作製し、ＡＭ
−１．５のソーラーシミュレーターにてＪｓｃの測定を
行なった。純Ａｌ金属層を用いた太陽電池で得られる電
流値より平均で６．４％高い値が得られ高湿逆バイアス
試験も問題はなかった。

【０１２６】

【表１】

【０１２７】

【発明の効果】本発明により反射率が高くしかも耐マイ
グレーションに優れた裏面反射層が得られ、その結果高
信頼性かつ高変換効率の光起電力素子を得ることができ
る。また、裏面反射層の主材料となる銅やマグネシウム
は安価であるため、低コストでの量産も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光起電力素子の構成の一例を示す断面
模式図。

【図２】種々の金属の反射率を示すグラフ。

【図３】テクスチャー構造の裏面反射層を用いた事によ
る入射光の吸収の増加を示すグラフ。

【図４】ＤＣマグネトロンスパッタ装置の概略図。

【図５】Ｍｇ濃度と８００ｎｍでの反射率の関係を示す
グラフ。

【図６】容量結合型高周波ＣＶＤ装置の概略図。

【図７】連続式の裏面反射層形成装置の概略図。

【図８】本発明の光起電力素子の構成の他の例を示す断
面模式図。

【図９】ロールツーロール方式の光起電力素子形成装置
の概略図。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に、少なくとも金属層と透明層よ
   りなる裏面反射層、半導体層、及び透明電極を少なくと
   も有する光起電力素子において、該金属層がマグネシウ
   ム濃度が４０ａｔ％以下である銅−マグネシウム合金で
   あることを特徴とする光起電力素子。
2. 【請求項２】 基板上に、少なくとも金属層と透明層よ
   りなる裏面反射層、半導体層、及び透明電極を少なくと
   も有する光起電力素子において、該金属層が波長７００
   〜１０００ｎｍの光に対し９０％以上の反射率を示し、
   電気化学的マイグレーションを起こさない銅−マグネシ
   ウム合金であることを特徴とする光起電力素子。
3. 【請求項３】 基板上に、少なくとも金属層と透明層よ
   りなる裏面反射層、半導体層、及び透明電極を少なくと
   も有する光起電力素子において、該金属層のマグネシウ
   ム濃度が４０ａｔ％以下であり、その反射率が７００〜
   １０００ｎｍの光に対し９０％以上である銅−マグネシ
   ウム合金からなることを特徴とする光起電力素子。
4. 【請求項４】 金属層が、銅とマグネシウムのモザイク
   ターゲットまたは合金ターゲットを用い、スパッタリン
   グにより形成されたことを特徴とする請求項１〜３に記
   載の光起電力素子。
5. 【請求項５】 少なくとも裏面反射層がテクスチャー構
   造を有することを特徴とする請求項１〜４に記載の光起
   電力素子。
6. 【請求項６】 半導体層が薄膜半導体よりなることを特
   徴とする請求項１〜５に記載の光起電力素子。