(57)【要約】【課題】  この発明は、プラズマＣＶＤ法による非晶質系半導体薄膜層を形成した以降の加熱工程で太陽電池の出力特性の低下を抑制することを課題とする。【解決手段】  この発明は、ｎ型単結晶シリコン基板と水素を含有するｐ型非晶質シリコン層との間に、水素を含有する実質的に真性な非晶質シリコン層を設けた光起電力装置において、前記ｐ型非晶質シリコン層と前記真性な非晶質シリコン層との間に、前記真性な非晶質シリコン層の水素濃度より水素濃度が低いトラップ層を設ける。このトラップ層により、真性な非晶質シリコン層からｐ型非晶質シリコン層への水素拡散を抑制する。【選択図】  図３
2010239139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶系半導体基板と、この結晶系基板上に設けられる水素を含有する実質的に真性な非晶質系半導体薄膜層と、この真性な非晶質系半導体薄膜上に設けられる水素を含有する荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と、前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と前記真性な非晶質系半導体薄膜層との間に設けられ、前記真性な非晶質系半導体薄膜層から前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層への水素拡散を抑制する水素拡散抑制領域と、を備えたことを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記水素拡散抑制領域は、前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と前記真性な非晶質系半導体薄膜層との界面近傍において、前記真性な非晶質系半導体薄膜層の水素濃度より水素濃度が高濃度な領域で形成されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記水素拡散抑制領域は、前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と前記真性な非晶質系半導体薄膜層との界面近傍において、前記真性な非晶質系半導体薄膜層の水素濃度より水素濃度が高濃度で且つ前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と同型の荷電子制御用の不純物がドープされた領域で形成されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記水素拡散抑制領域は、前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と前記真性な非晶質系半導体薄膜層との界面近傍において、前記真性な非晶質系半導体薄膜層の水素濃度より水素濃度が低いトラップ層で形成されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記トラップ層は、実質的に真性な非晶質系半導体薄膜層で形成されることを特徴とする請求項４に記載の光起電力装置。
【請求項６】
前記トラップ層は前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と同型の荷電子制御用の不純物がドープされていることを特徴とする請求項４に記載の光起電力装置。
【請求項７】
ｎ型単結晶シリコン基板と、この単結晶シリコン基板上に設けられる水素を含有する実質的に真性な非晶質シリコン層と、この真性な非晶質シリコン層上に設けられる水素を含有するｐ型非晶質シリコン層と、前記ｐ型非晶質シリコン層と前記真性な非晶質シリコン層との間に設けられ、前記真性な非晶質シリコン層から前記ｐ型非晶質シリコン層への水素拡散を抑制する水素拡散抑制領域と、を備えたことを特徴とする光起電力装置。
【請求項８】
前記水素拡散抑制領域は、前記ｐ型非晶質シリコン層と前記真性な非晶質シリコン層との界面近傍において、前記真性な非晶質シリコン層の水素濃度より水素濃度が高濃度な領域で形成されることを特徴とする請求項７に記載の光起電力装置。
【請求項９】
前記水素拡散抑制領域は、前記ｐ型非晶質シリコン層と前記真性な非晶質シリコン層との界面近傍において、前記真性な非晶質シリコン層の水素濃度より水素濃度が高濃度で且つ前記ｐ型の不純物がドープされた領域で形成されることを特徴とする請求項７に記載の光起電力装置。
【請求項１０】
前記水素拡散抑制領域は、前記ｐ型非晶質シリコン層と前記真性な非晶質シリコン層との界面近傍において、前記真性な非晶質シリコン層の水素濃度より水素濃度が低いトラップ層で形成されることを特徴とする請求項７に記載の光起電力装置。
【請求項１１】
前記トラップ層は、実質的に真性な非晶質シリコン層で形成されることを特徴とする請求項１０に記載の光起電力装置。
【請求項１２】
前記トラップ層の膜厚は１ｎｍ以上５ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光起電力装置。
【請求項１３】
前記トラップ層の膜厚は１ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１１に記載の光起電力装置。
【請求項１４】
前記トラップ層はｐ型の不純物がドープされている非晶質シリコン層であることを特徴とする請求項１０に記載の光起電力装置。
【請求項１５】
前記トラップ層の膜厚は０．１ｎｍ以上３ｎｍ未満であることを特徴とする請求項１４に記載の光起電力装置。
【請求項１６】
前記トラップ層の膜厚は０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ヘテロ半導体接合を有する光起電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光起電力装置として、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系半導体を用いた太陽電池の研究および実用化が盛んに行なわれている。中でも、非晶質シリコンと結晶系シリコンとを組合せることにより構成されたヘテロ半導体接合を有する太陽電池は、その接合を２００℃以下のプラズマＣＶＤ法などの低温プロセスで形成することができ、かつ、高い変換効率が得られることから、注目を集めている。このような光起電力素子において、光電変換効率を向上させるためには、高い短絡電流（Ｉｓｃ）および開放電圧（Ｖｏｃ）を維持しつつ曲線因子（Ｆ．Ｆ．）を向上させる必要がある。
【０００３】
そこで、ｎ型単結晶シリコン基板と水素を含有したｐ型非晶質シリコン層との間に、水素を含有した実質的に真性な非晶質シリコン層（ｉ型非晶質シリコン層）が挿入された所謂Ｈ．Ｉ．Ｔ．（Ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ  ｗｉｔｈ  Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ  Ｔｈｉｎ−ｌａｙｅｒ）構造を有する太陽電池が開発されている。H.I.T．構造を有する太陽電池装置において、光生成キャリアの再結合を更に低減し、光電変換効率を向上させるために、ｉ型非晶質シリコン層の光学的バンドギャップをｐ型非晶質シリコン層と接する側において広く構成したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
上記したＨ．Ｉ．Ｔ．構造を有する太陽電池装置においては、光入射側に位置するｐ型非晶質シリコン層は導電性と光透過性の両方を考慮して水素濃度やボロン（Ｂ）などのｐ型不純物のドープ量等の組成が最適化された層に構成されている。また、ｉ型非晶質シリコン層も界面特性を向上すべく水素濃度などの組成が最適化された層に構成されている。このように、単にｐ型非晶質シリコン層、ｉ型非晶質シリコン層をそれぞれを最適化した従来のH.I.T．構造の太陽電池においては、水素濃度がｐ型非晶質シリコン層よりｉ型非晶質シリコン層の方が高くなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−７６４０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、プラズマＣＶＤ法で形成した非晶質シリコン層を有する各種太陽電池は２００℃以上の高温で長時間加熱すると出力特性が低下してしまう。このため、非晶質シリコン層形成後の電極形成やラミネート工程はなるべくＣＶＤ工程の温度を超えないように管理されている。
【０００７】
高温加熱による特性低下の原因としては、（１）水素を含有した荷電子制御された非晶質系半導体薄膜への電極材料の拡散、（２）水素を含有した実質的に真性な非晶質系半導体薄膜層へのドーパントの拡散、（３）水素の拡散、等が考えられる。このうち（３）が最も低温でその影響が現れる。
【０００８】
特に、ｉ型非晶質シリコン層からｐ型非晶質シリコン層への水素拡散により、ドーパントであるボロン（Ｂ）の活性化率が低下して内蔵電界が低下して太陽電池の出力特性が低下してしまうという問題があった。
【０００９】
この発明は、上記した問題点に鑑み、プラズマＣＶＤ法による非晶質系半導体薄膜層を形成した以降の加熱工程で太陽電池の出力特性の低下を抑制することを課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明は、結晶系半導体基板と、この結晶系基板上に設けられる水素を含有する実質的に真性な非晶質系半導体薄膜層と、この真性な非晶質系半導体薄膜上に設けられる水素を含有する荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と、前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と前記真性な非晶質系半導体薄膜層との間に設けられ、前記真性な非晶質系半導体薄膜層から前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層への水素拡散を抑制する水素拡散抑制領域と、を備えてなる。
【００１１】
上記のように、この発明は、水素拡散抑制領域により、真性な非晶質系半導体薄膜層から前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層への水素拡散を抑制することができる。この結果、非晶質系半導体薄膜層の形成以降の加熱工程で太陽電池の出力特性の低下を抑制することができる。
【００１２】
前記水素拡散抑制領域は、前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と前記真性な非晶質系半導体薄膜層との界面近傍において、前記真性な非晶質系半導体薄膜層の水素濃度より水素濃度が高濃度な領域で形成することができる。
【００１３】
上記のように、前記真性な非晶質系半導体薄膜層より水素濃度が高濃度な領域を設けることで、水素拡散抑制領域を構成することができる。そして、水素濃度が高濃度な領域により、真性な非晶質系半導体薄膜層から前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層への水素拡散を抑制することができる。
【００１４】
また、前記水素拡散抑制領域は、前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と前記真性な非晶質系半導体薄膜層との界面近傍において、前記真性な非晶質系半導体薄膜層の水素濃度より水素濃度が高濃度で且つ前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と同型の荷電子制御用の不純物がドープされた領域で形成することができる。
【００１５】
上記のように、前記真性な非晶質系半導体薄膜層より水素濃度が高濃度で且つ前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と同型の荷電子制御用の不純物がドープされた領域を設けることで、水素拡散抑制領域を構成することができる。そして、前記領域により、真性な非晶質系半導体薄膜層から前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層への水素拡散を抑制することができる。
【００１６】
また、前記水素拡散抑制領域は、前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と前記真性な非晶質系半導体薄膜層との界面近傍において、前記真性な非晶質系半導体薄膜層の水素濃度より水素濃度が低いトラップ層で形成することができる。
【００１７】
上記のように、前記真性な非晶質系半導体薄膜層より水素濃度より水素濃度が低いトラップ層を設けることで、水素拡散抑制領域を構成することができる。そして、前記トラップ層により、真性な非晶質系半導体薄膜層から前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層への水素拡散を抑制することができる。
【００１８】
前記トラップ層は、実質的に真性な非晶質系半導体薄膜層で構成することができる。
【００１９】
前記トラップ層は、前記荷電子制御された非晶質系半導体薄膜層と同型の荷電子制御用の不純物がドープされていてもよい。
【００２０】
また、この発明は、ｎ型単結晶シリコン基板と、この単結晶シリコン基板上に設けられる水素を含有する実質的に真性な非晶質シリコン層と、この真性な非晶質シリコン層上に設けられる水素を含有するｐ型非晶質シリコン層と、前記ｐ型非晶質シリコン層と前記真性な非晶質シリコン層との間に設けられ、前記真性な非晶質シリコン層から前記ｐ型非晶質シリコン層への水素拡散を抑制する水素拡散抑制領域と、を備えたことを特徴とする。
【００２１】
上記のように、この発明は、水素拡散抑制領域により、真性な非晶質シリコン層から前記ｐ型非晶質シリコン層への水素拡散を抑制することができる。この結果、非晶質シリコン層の形成以降の加熱工程で太陽電池の出力特性の低下を抑制することができる。
【００２２】
前記水素拡散抑制領域は、前記ｐ型非晶質シリコン層と前記真性な非晶質シリコン層との界面近傍において、前記真性な非晶質シリコン層の水素濃度より水素濃度が高濃度な領域で形成することができる。
【００２３】
上記のように、前記真性な非晶質シリコン層より水素濃度が高濃度な領域を設けることで、水素拡散抑制領域を構成することができる。そして、水素濃度が高濃度な領域により、真性な非晶質シリコン層から前記ｐ型非晶シリコン層への水素拡散を抑制することができる。
【００２４】
また、前記水素拡散抑制領域は、前記ｐ型非晶質シリコン層と前記真性な非晶質シリコン層との界面近傍において、前記真性な非晶質シリコン層の水素濃度より水素濃度が高濃度で且つ前記ｐ型の不純物がドープされた領域で形成することができる。
【００２５】
上記のように、前記真性な非晶質シリコン層より水素濃度が高濃度且つ前記ｐ型の不純物がドープされた領域を設けることで、水素拡散抑制領域を構成することができる。そして、前記領域により、真性な非晶質シリコン層から前記ｐ型非晶質シリコン層への水素拡散を抑制することができる。
【００２６】
前記水素拡散抑制領域は、前記ｐ型非晶質シリコン半導体薄膜層と前記真性な非晶質シリコン層との界面近傍において、前記真性な非晶質シリコン層の水素濃度より水素濃度が低いトラップ層で形成してもよい。
【００２７】
上記のように、前記真性な非晶質シリコン層の水素濃度より水素濃度が低いトラップ層を設けることで、水素拡散抑制領域を構成することができる。そして、前記トラップ層により、真性な非晶質シリコン層から前記ｐ型非晶質シリコン層への水素拡散を抑制することができる。
【００２８】
前記トラップ層は、実質的に真性な非晶質シリコン層で形成することができる。そして、この場合、トラップ層の膜厚は１ｎｍ以上５ｎｍ以下、好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下にするとよい。
【００２９】
前記トラップ層はｐ型の不純物がドープされた非晶質シリコン層で構成することができる。そして、この場合、トラップ層の膜厚は０．１ｎｍ以上３ｎｍ未満、好ましくは０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下にするとよい。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】この発明が適用されるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の光起電力装置を示す概略断面図である。
【図２】従来のＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池のｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面近傍の水素濃度プロファイルを示す模式図である。
【図３】この発明の第１の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池のｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面近傍の水素濃度プロファイルを示す模式図である。
【図４】この発明の第１の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池をＳＩＭＳで測定したｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面部分の水素濃度プロファイルを示す図である。
【図５】この発明の第２の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池のｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面近傍の水素濃度プロファイルを示す模式図である。
【図６】この発明の第２の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池をＳＩＭＳで測定したｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面部分の水素濃度プロファイルを示す図である。
【図７】この発明の第３の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池のｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面近傍の水素濃度プロファイルを示す模式図である。
【図８】この発明の第３の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池をＳＩＭＳで測定したｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面部分の水素濃度プロファイルを示す図である。
【図９】この発明の第４の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池のｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面近傍の水素濃度プロファイルを示す模式図である。
【図１０】この発明の第４の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池をＳＩＭＳで測定したｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面部分の水素濃度プロファイルを示す図である。
【図１１】この発明の第３の実施形態におけるトラップ層の膜厚と初期特性との関係を示す特性図である。
【図１２】この発明の第３の実施形態における変化率として熱処理後の特性と初期特性の相対出力を求め、トラップ層の膜厚との関係で示した特性図である。
【図１３】この発明の第３の実施形態における熱処理後の相対出力をトラップ層の膜厚との関係で示した特性図である。
【図１４】この発明の第４の実施形態におけるトラップ層の膜厚と初期特性との関係を示す特性図である。
【図１５】この発明の第４の実施形態における変化率として熱処理後の特性と初期特性の相対出力を求め、トラップ層の膜厚との関係で示した特性図である。
【図１６】この発明の第４の実施形態における熱処理後の相対出力をトラップ層の膜厚との関係で示した特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、この発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。まず、この発明が適用されるH.I.T.構造の光起電力装置につき図１に従い説明する。図１は、この発明が適用されるH.I.T．構造の光起電力装置を示す概略断面図である。
【００３２】
この光電変換装置は、図１に示すように、結晶系半導体基板として、約１Ω・ｃｍの抵抗率と約３００μｍの厚みとを有するとともに、（１００）面を有するｎ型単結晶シリコン（Ｃ−Ｓｉ）基板１（以下、ｎ型単結晶シリコン基板１という）を備えている。ｎ型単結晶シリコン基板１の表面には、数μｍから数十μｍの高さを有する光閉じ込めのためのピラミッド状凹凸が形成されている。このｎ型単結晶シリコン基板１上には、ＲＦプラズマＣＶＤ法により水素を含有する実質的に真性な非晶質半導体薄膜層として、３ｎｍ〜２５０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層２が形成されている。また、ｉ型非晶質シリコン層２上には、水素を含有する荷電子制御された非晶質半導体薄膜層として、約５ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層３が形成されている。
【００３３】
そして、ｐ型非晶質シリコン層３上には、約１００ｎｍの厚みを有する酸化物透明導電膜として、この実施形態では、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍｅ  ｔｈｉｎ  Ｏｘｉｃｉｄｅ）膜４がマグネトロンスパッタ法により形成されている。このＩＴＯ膜４は、ＳｎＯ2（酸化錫）を添加したＩｎ2Ｏ3（インジウム酸化物）によって形成されている。
【００３４】
このＩＴＯ膜４の上面の所定領域には銀ペーストからなる櫛形状の集電極５が形成されている。
【００３５】
また、ｎ型単結晶シリコン基板１の下面上には、約５ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層６が形成されている。ｉ型非晶質シリコン層６上には、約２０ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層７が形成されている。このようにｎ型単結晶シリコン基板１の下面上に、ｉ型非晶質シリコン層６およびｎ型非晶質シリコン層７が順番に形成されることにより、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）構造が形成されている。更に、ｎ型非晶質シリコン層７上には、約１００ｎｍの厚みを有する酸化物透明導電膜として、この実施形態ではＩＴＯ膜８がマグネトロンスパッタ法により形成されている。このＩＴＯ膜８は、ＳｎＯ2を添加したＩｎ2Ｏ3によって形成されている。
【００３６】
このＩＴＯ膜８の上面の所定領域には銀ペーストからなる櫛形状の集電極９が形成されている。
【００３７】
上記した光起電力装置の製造例について以下に述べる。洗浄したｎ型の単結晶シリコン基板１を真空チャンバーに導入し、適度な温度（２００℃以下）に加熱し、基板表面に付着する水分を極力除去する。次に、水素ガスを導入し、プラズマ放電により基板表面のクリーニングを行う。
【００３８】
その後、シラン（ＳｉＨ4）ガス及び水素ガスを導入してノンドープのｉ型非晶質シリコン層２を形成する。続いて、ＳｉＨ4ガス、水素ガス、およびドーピングガスとしてジボラン（Ｂ2Ｈ6）ガスを導入してｐ型の非晶質シリコン層３を形成してｐｎ接合が完成される。さらに、表面電極４として酸化インジウム錫層をスパッタ法による、集電極５として銀電極をスクリーン印刷法にて形成し、この銀電極を焼成して集電極５が形成される。
【００３９】
なお、基板１の反対側にノンドープのｉ型非晶質シリコン層６、ｎ型の非晶質シリコン層７、および裏面電極層８，９を形成していわゆるＢＳＦ構造を形成してもよい。このとき、ｐ型層を作成する順序については裏面側（ｎ型側）から作成してもよいし、表側（ｐ側）から作成してもよい。
【００４０】
また、基板をｐ型とし、表側にノンドープの非晶質シリコン層、ｎ型の非晶質シリコン層、および酸化インジウム錫層、銀集電極を、裏側にノンドープの非晶質シリコン層、ｐ型の非晶質シリコン層および裏面電極層を作成する場合も全く同様に取り扱える。表１に光起電力装置としての太陽電池作成時の各非晶質シリコン層の形成条件を示す。
【００４１】
【表１】
2010239139.tif 000003
【００４２】
上述したように、ｐ型非晶質シリコン層３、ｉ型非晶質シリコン層２をそれぞれを最適化した従来のＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池においては、水素濃度がｐ型非晶質シリコン層３よりｉ型非晶質シリコン層２の方が高くなっている。  図２は、従来のＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池のｐ型非晶質シリコン層３とｉ型非晶質シリコン層２との界面近傍の水素濃度プロファイルを模式的に示したものである。ｐ型非晶質シリコン層３よりもｉ型非晶質シリコン層２の方が水素濃度が高く、ｐ型非晶質シリコン層３とｉ型非晶質シリコン層２との界面近傍には、ｉ型非晶質シリコン層（ｉ層）２からｐ型非晶質シリコン層（ｐ層）３に向かって負の水素濃度勾配が形成されている。このため、ｐ型非晶質シリコン層３とｉ型非晶質シリコン層２との界面も形成後に行われる集電極形成のための焼成やモジュール化の際のラミネート工程などの高温加熱によって、膜中の水素はｉ型非晶質シリコン層２からｐ型非晶質シリコン層３へ拡散し易くなっている。
【００４３】
図３は、この発明の第１の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池のｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面近傍の水素濃度プロファイルを模式的に示したものである。この図３に示すように、この発明の第１の実施形態においては、従来とは逆に、ｉ型非晶質シリコン層２からｐ型非晶質シリコン層３に向かって水素濃度が高くなるように、正の水素濃度勾配を持たせている。すなわち、ｉ型非晶質シリコン層２の水素濃度よりｐ型非晶質シリコン層３の水素濃度を高くして水素拡散抑制領域を形成している。このように構成することで、ｐ型非晶質シリコン層３中への水素拡散を防止するように構成している。
【００４４】
ｐ型非晶質シリコン層３中の水素濃度をｉ型非晶質シリコン層２よりも高くするには、以下の方法を用いて形成すればよい。
【００４５】
（１）ｐ型非晶質シリコン層３の形成時の基板温度をｉ型非晶質シリコン層２の形成時よりも低くする。（２）ｐ型非晶質シリコン層３の形成時の水素希釈量をｉ型非晶質シリコン層２の形成時よりも高くする。（３）ｐ型非晶質シリコン層３の形成時の成膜圧力をｉ型非晶質シリコン層２の形成時よりも高くする。（４）ｐ型非晶質シリコン層３の形成時のＲＦ投入電力をｉ型非晶質シリコン層２の形成時よりも高くする。
【００４６】
ｐ型非晶質シリコン層３の形成時の水素希釈量をｉ型非晶質シリコン層２の形成時よりも高くして形成してこの発明の第１の実施形態を作成した。表２に表側のｐ型非晶質シリコン層３とｉ型非晶質シリコン層２の具体的形成条件を示す。裏面側の条件は表１に示す条件により作成した。また、ｉ型非晶質シリコン層２は膜厚１０ｎｍ、ｐ型非晶質シリコン層３は膜厚５ｎｍにしてそれぞれの膜を形成した。
【００４７】
【表２】
2010239139.tif 000004
【００４８】
表２に従いこの発明の第１の実施形態をｐ型非晶質シリコン層の形成時の水素希釈量をｉ型非晶質シリコン層の形成時よりも高くして形成した。図４に、この発明の第１の実施形態と従来装置とを用意し、ＳＩＭＳにより、膜中の水素濃度プロファイル測定した結果を示す。従来装置は同じ水素の希釈量で形成した以外は第１の実施形態と同じ条件で形成した。図４は、第１の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池をＳＩＭＳで測定したｐ型非晶質シリコン層３とｉ型非晶質シリコン層２との界面部分の水素濃度プロファイルを示す図である。
【００４９】
測定に用いたＳＩＭＳ装置と、水素（Ｈ）とフッ素（Ｆ）の測定条件を以下に記載する。測定はサンプルにセシウムプラスイオン（Ｃｓ+）を照射してたたき出された水素マイナスイオン（Ｈ-）、フッ素マイナスイオン（Ｆ-）、シリコンマイナスイオン（Ｓｉ-）の２次イオン数をカウントし、水素濃度は［Ｈ-］／［Ｓｉ-］、フッ素濃度は［Ｆ-］／［Ｓｉ-］として定量している。ただし、シリコン濃度は５．０×１０22／ｃｍ3である。また、測定装置は、ＵＬＶＡＣ−ＰＨＩ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）社製のＡＤＥＰＴ１０１０を用い、イオン照射エネルギ１ｋｅＶで行った。
【００５０】
図４に示すＳＩＭＳで測定した水素濃度プロファイルから、図２と図３の模式図と同様の水素濃度プロファイルを確認でき、この発明の第１の実施形態においては、ｉ型非晶質シリコン層２からｐ型非晶質シリコン層３に向かって正の水素濃度勾配を持ち、ｐ型非晶質シリコン層３がｉ型非晶質シリコン層２より水素濃度が高くなっていることが分かる。      
【００５１】
なお、第１の実施形態は、光入射側の窓層にあたるｐ型非晶質シリコン層３の水素濃度が高いために水素拡散を防止する効果に加えて、ｐ型非晶質シリコン層３での光吸収損失が小さくなり発電電流が増加する効果もある。
【００５２】
次に、この発明の第２の実施形態につき図５及び図６を参照して説明する。図５は、この発明の第２の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池のｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面近傍の水素濃度プロファイルを模式的に示したものである。
【００５３】
図５に示すように、第２の実施形態は、ｐ型非晶質シリコン層３の構成を変更している。第１の実施形態では、ｐ型非晶質シリコン層３全体の水素濃度を高めたのに対して、この第２の実施形態では、ｐ型非晶質シリコン層３のｉ型非晶質シリコン２に近い側の前半部３１のみ高水素濃度として、後半部３２は従来装置と同等の水素濃度に戻している。
【００５４】
この第２の実施形態の構造は、前半部のｐ型非晶質シリコン層３１のボロン（Ｂ）ドープ濃度が比較的低く（＜１．０ａｔ．％）、後半部３２のボロン（Ｂ）ドープ濃度が比較的高い（＞２．０ａｔ．％）場合に有効である。なぜなら、この第２の実施形態の構造は第１の実施形態と同様にｉ型非晶質シリコン層からｐ型非晶質シリコン層への水素拡散を防止できるが、前半部のｐ型非晶質シリコン層３１から後半部の非晶質シリコン層３２への水素の拡散が生じてしまう。しかし、後半部の非晶質シリコン層３２はボロン（Ｂ）濃度が高いので、微量の拡散水素によるボロン（Ｂ）の一部が不活性化してもデバイス特性への影響は比較的小さくできる。
【００５５】
第２の実施形態の形成条件を表３に示す。この表から分かるように、ｐ型シリコン層３１と、ｐ型シリコン層３２のＢ2Ｈ6流量を異ならして膜を形成している。Ｂ2Ｈ6流量をｐ型非晶質シリコン層３1よりｐ型非晶質シリコン層３２の方が多くし、更に、水素希釈量はｐ型非晶質シリコン層３１の方を高くした。裏面側の条件は表１に示す条件により作成した。また、ｉ型非晶質シリコン層２は膜厚１０ｎｍ、ｐ型非晶質シリコン層３１、３２はそれぞれ膜厚４ｎｍにして膜を形成した。
【００５６】
【表３】
2010239139.tif 000005
【００５７】
そして、第２の実施形態と従来装置とを用意し、ＳＩＭＳにより、膜中の水素濃度プロファイル測定した。その結果を図６に示す。図６は、第２の実施形態におけるH.I.T．構造の太陽電池をＳＩＭＳで測定したｐ型非晶質シリコン層３１、３２とｉ型非晶質シリコン層２との界面部分の水素濃度プロファイルを示す図である。測定等の条件は第１の実施形態と同じである。
【００５８】
図６のＳＩＭＳで測定した水素濃度プロファイルから、図２と図５の模式図と同様の濃度プロファイルを確認でき、ｐ型非晶質シリコン層のｉ型非晶質シリコン層に近い側の前半部３１のみ高水素濃度として、後半部３２は従来装置と同等の水素濃度の勾配を持たせていることが分かる。
【００５９】
次に、この発明の第３の実施形態につき、図７及び図８を参照して説明する。図７は、この発明の第３の実施形態におけるH.I.T.構造の太陽電池のｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面近傍の水素濃度プロファイルを模式的に示したものである。
【００６０】
第３の実施形態は、ｐ型非晶質シリコン層３とｉ型非晶質シリコン層２との界面近傍に、水素拡散抑制領域として、膜厚２ｎｍ程度の低水素濃度のｉ型トラップ層３３を設置したものである。この第３の実施形態では、ｉ型非晶質シリコン層２からｉ型トラップ層３３への水素拡散は生じるが、その影響はｐ型非晶質シリコン層までは及ばない。
【００６１】
第３の実施形態の形成条件を表４に示す。裏面側の条件は表１に示す条件と同じである。また、ｉ型トラップ層３３を含めたｉ型非晶質シリコン層２は膜厚１０ｎｍ、ｉ型トラップ層３３は２ｎｍ、ｐ型非晶質シリコン層３は膜厚８ｎｍにして膜を形成した。
【００６２】
【表４】
2010239139.tif 000006
【００６３】
ｉ型トラップ層３３中の水素濃度をｉ型非晶質シリコン層よりも低くするため、この第３の実施形態では、ｉ型トラップ層３３の水素希釈を無くしたが、そのほかにも以下の方法がある。
【００６４】
（１）ｐ型非晶質シリコン層の形成時の基板温度をｉ型非晶質シリコン層の形成時よりも高くする。（２）ｐ型非晶質シリコン層の形成時の水素希釈量をｉ型非晶質シリコン層の形成時よりも低くする。（３）ｐ型非晶質シリコン層の形成時の成膜圧力をｉ型非晶質シリコン層の形成時よりも低くする。（４）ｐ型非晶質シリコン層の形成時のＲＦ投入電力をｉ型非晶質シリコン層の形成時よりも低くする。
【００６５】
第３の実施形態と従来装置とを用意し、ＳＩＭＳにより、膜中の水素濃度プロファイル測定した。その結果を図８に示す。図８は、第３の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池をＳＩＭＳで測定したｐ型非晶質シリコン層３、ｉ型トラップ層３３とｉ型非晶質シリコン層２との界面部分の水素濃度プロファイルを示す図である。測定等の条件は第１の実施形態と同じである。測定等の条件は第１の実施形態と同じである。
【００６６】
図８のＳＩＭＳで測定した水素濃度プロファイルから、図２と図７の模式図と同様の濃度プロファイルを確認でき、ｉ型非晶質シリコン層２からの水素拡散はトラップ層３３で捕獲できることがわかる。
【００６７】
次に、この発明の第４の実施形態につき、図９及び図１０を参照して説明する。図９は、この発明の第４の実施形態におけるH.I.T.構造の太陽電池のｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との界面近傍の水素濃度プロファイルを模式的に示したものである。
【００６８】
ｐ型非晶質シリコン層３とｉ型非晶質シリコン層２との界面近傍のｉ型非晶質シリコン層２の水素濃度はH.I.T.太陽電池の発電電圧に影響を及ぼす。ｉ型非晶質シリコン層２の後半部（ｐ型非晶質シリコン層３側）の水素濃度を高くすることで出力電圧を向上できることが分かっている。上記した第３の実施形態はこれとは逆の方向であり、ｐ型非晶質シリコン層３への水素拡散を防止することができるが、出力電圧はやや低下してしまう。そこで、この第４の実施形態では、膜厚２ｎｍ程度のトラップ層３４にボロン（Ｂ）をドープした。これにより、出力電圧を低下させることなくｐ型非晶質シリコン層３への水素拡散を防止することができる。
【００６９】
第４の実施形態の形成条件を表５に示す。裏面側の条件は表１に示す条件と同じである。また、ｉ型非晶質シリコン層２は膜厚１０ｎｍ、トラップ層３４は０．５ｎｍ、ｐ型非晶質シリコン層３は膜厚６ｎｍにして膜を形成した。
【００７０】
【表５】
2010239139.tif 000007
【００７１】
第４の実施形態と従来装置とを用意し、ＳＩＭＳにより、膜中の水素濃度プロファイル測定した。その結果を図１０に示す。図１０は、第４の実施形態におけるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池をＳＩＭＳで測定したｐ型非晶質シリコン層３、トラップ層３４とｉ型非晶質シリコン層２との界面部分の水素濃度プロファイルを示す図である。測定等の条件は第１の実施形態と同じである。測定等の条件は第１の実施形態と同じである。
【００７２】
図１０のＳＩＭＳで測定した水素濃度プロファイルから、図２と図９の模式図と同様の濃度プロファイルを確認でき、ｉ型非晶質シリコン層２からの水素拡散はトラップ層３４で捕獲できることがわかる。
【００７３】
次に、上記したこの発明の第１から第４の実施形態によるＨ．Ｉ．Ｔ．構造の太陽電池装置と従来の太陽電池装置を用意し、大気中で２５０℃、３時間の熱アニールを行い、その特性変化を測定した結果を表６に示す。
【００７４】
【表６】
2010239139.tif 000008
【００７５】
表６から分かるように、この発明の第１から第４の実施形態のように、ｐ型非晶質シリコン層とｉ型非晶質シリコン層との間に水素拡散抑制領域を設けることで、高温加熱による出力特性の低下を大幅に抑制できたことが確認できた。また、高温加熱を行っても出力特性の低下が抑制できることから、集電極として高温焼成の材料を使用することが可能となり、電極抵抗が低減できる。
【００７６】
次に、トラップ層３３、トラップ層４４の膜厚を変化させ、特性の変化を調べた。まず、第３の実施形態におけるｉ型トラップ層３３の膜厚を種々変化させてサンプルとなる太陽電池装置を形成した。ｉ型トラップ層３３の膜厚を変化させた以外は上記した形成条件でサンプルを作成した。そして、各サンプルを大気中で２５０℃、３時間の熱アニールを行い、その初期特性、変化率、アニール後特性を調べた。その結果を表７及び図１１ないし図１３に示す。特性はトラップ層３３を設けていない従来例の出力を１としてそれぞれ規格化した。図１１は、膜厚と初期特性との関係を示す特性図、図１２は、変化率として熱処理後の特性と初期特性の相対出力を求め、その膜厚との関係で示した特性図、図１３は、熱処理後の相対出力をその膜厚との関係で示した特性図である。
【００７７】
【表７】
2010239139.tif 000009
【００７８】
表６及び図１１ないし図１３より、ｉ型トラップ層３３を設ける場合、その膜厚を１ｎｍ以上５ｎｍ以下にすると、アニール後特性が従来例より向上していることが分かる。よって、ｉ型トラップ層３３の膜厚は、１ｎｍ以上５ｎｍ以下にすると良く、更に好ましくは１ｎｍ以上２ｎｍ以下である。なお、この膜厚は、所定の膜厚を有する膜を成膜した形成時間で求め、各サンプルを形成時間に基づいて算出した値である。
【００７９】
次に、第４の実施形態におけるボロン（Ｂ）をドープしたトラップ層３４の膜厚を種々変化させてサンプルとなる太陽電池装置を形成した。トラップ層３４の膜厚を変化させた以外は上記した形成条件でサンプルを作成した。そして、各サンプルを大気中で２５０℃、３時間の熱アニールを行い、その初期特性、変化率、アニール後特性を調べた。その結果を表８及び図１４ないし図１６に示す。特性はトラップ層３４を設けていない従来例の出力を１としてそれぞれ規格化した。図１４は、膜厚と初期特性との関係を示す特性図、図１５は、変化率として熱処理後の特性と初期特性の相対出力を求め、その膜厚との関係で示した特性図、図１６は、熱処理後の相対出力をその膜厚との関係で示した特性図である。
【００８０】
【表８】
2010239139.tif 000010
【００８１】
表８及び図１４ないし図１６より、トラップ層３４を設ける場合、その膜厚を０．１ｎｍ以上３ｎｍ未満にすると、アニール後特性が向上していることが分かり、更に０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下になるとより特性が向上することが分かる。よって、トラップ層３４の膜厚は、０．１ｎｍ以上３ｎｍ未満にすると良く、更に好ましくは０．３ｎｍ以上２ｎｍ以下である。なお、この膜厚は、所定の膜厚を有する膜を成膜した形成時間で求め、各サンプルを形成時間に基づいて算出した値である。
【００８２】
なお、上記した実施形態においては、結晶系半導体基板として、単結晶シリコン基板を用いたが、多結晶シリコン基板などの多結晶半導体基板を用いても同様の効果が得られる。また、上記した実施形態においては、水素を含有する非晶質系半導体膜として、非晶質シリコン層を用いたが、これに限られず、非晶質シリコンカーバイト、非晶質シリコンゲルマニウム非晶質シリコン系合金や膜中に微少な結晶粒を含む半導体薄膜を用いても同様の効果が得られる。
【００８３】
今回開示された実施の形態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、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
【符号の説明】
【００８４】
１  ｎ型単結晶シリコン基板
２  ｉ型非晶質シリコン層
３  ｐ型非晶質シリコン層
４  ＩＴＯ膜
５  集電極
６  ｉ型非晶質シリコン層
７  ｎ型非晶質シリコン層
８  ＩＴＯ膜
９  集電極
【図１】
2010239139.tif 000011
【図２】
2010239139.tif 000012
【図３】
2010239139.tif 000013
【図４】
2010239139.tif 000014
【図５】
2010239139.tif 000015
【図６】
2010239139.tif 000016
【図７】
2010239139.tif 000017
【図８】
2010239139.tif 000018
【図９】
2010239139.tif 000019
【図１０】
2010239139.tif 000020
【図１１】
2010239139.tif 000021
【図１２】
2010239139.tif 000022
【図１３】
2010239139.tif 000023
【図１４】
2010239139.tif 000024
【図１５】
2010239139.tif 000025
【図１６】
2010239139.tif 000026
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月2日(2010.6.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型の結晶系半導体基板と、この結晶系半導体基板上に設けられる水素を含有する実質的に真性な非晶質系半導体薄膜層と、この真性な非晶質系半導体薄膜上に設けられる水素を含有するｐ型の非晶質系半導体薄膜層と、を有し、
前記ｐ型の非晶質系半導体薄膜層の水素濃度は、前記真性な非晶質系半導体層に近い側で、他側より大きくされ、
前記ｐ型の非晶質系半導体薄膜層のボロン濃度は、前記真性な非晶質系半導体層に近い側で、他側より小さくされていることを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記ｐ型の非晶質系半導体薄膜層のボロン濃度は、前記真性な非晶質系半導体層に近い側で１．０ａｔ．％より小さくされ、前記他側で２．０ａｔ．％より大きくされていることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。