(57)【要約】【課題】第１導電型のａ−ＳｉＣ層と、第２導電型のシリコン含有層、第３導電型のシリコン含有層とが積層された光電変換層を有し、ｐ型アモルファス炭化シリコン層と第２導電型のシリコン含有層との界面でのキャリアの再結合が抑制された光電変換効率に優れた薄膜太陽電池を製造可能な薄膜太陽電池の製造方法を得ること。【解決手段】第１導電型のａ−ＳｉＣ層上にバッファ層をプラズマ分解法により形成する工程と、バッファ層上に第２導電型のシリコン含有層をプラズマ分解法により形成する第工程とを有し、バッファ層を形成する工程は、第１導電型のａ−ＳｉＣ層上に、水素を含有するａ−Ｓｉ膜を製膜する工程と、水素を含む雰囲気中において熱処理することにより、ａ−Ｓｉ膜中の水素を熱脱離させるとともにａ−Ｓｉ膜中に第１導電型のａ−ＳｉＣ層層中の炭素を拡散させてａ−Ｓｉ膜の一部または全部をａ−ＳｉＣ膜に改質する工程と、を有する。【選択図】        図３
2010135415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、第１導電型のアモルファス炭化シリコン層、バッファ層、第２導電型のシリコン含有層、第３導電型のシリコン含有層が前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層された薄膜太陽電池の製造方法であって、
前記透光性絶縁基板上に、前記第１電極層を形成する第１工程と、
前記第１電極層上に、前記第１導電型のアモルファス炭化シリコン層をプラズマ分解法により形成する第２工程と、
前記第１導電型のアモルファス炭化シリコン層上に、前記バッファ層をプラズマ分解法により形成する第３工程と、
前記バッファ層上に、前記第２導電型のシリコン含有層をプラズマ分解法により形成する第４工程と、
前記第２導電型のシリコン含有層上に、前記第３導電型のシリコン含有層をプラズマ分解法により形成する第５工程と、
前記第３導電型のシリコン含有層上に、前記第２電極層を形成する第６工程と、
を含み、
前記第３工程は、
前記第１導電型のアモルファス炭化シリコン層上に、水素を含有するアモルファスシリコン膜を製膜する第７工程と、
水素を含む雰囲気中において前記透光性絶縁基板を熱処理することにより、前記アモルファスシリコン膜中の水素を熱脱離させるとともに前記アモルファスシリコン膜中に前記第１導電型のアモルファス炭化シリコン層中の炭素を拡散させて前記アモルファスシリコン膜の一部または全部をアモルファス炭化シリコン膜に改質する第８工程と、
を有すること、
を特徴とする薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記第７工程で成膜する前記水素を含有するアモルファスシリコン膜の水素濃度が、１５原子％以上３０原子％以下であること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第８工程における熱処理の温度が、４５０℃〜６００℃の範囲であること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池の製造方法に関し、特に、ｐｉｎ接合を有する半導体薄膜光電変換層を備える薄膜太陽電池の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
薄膜太陽電池は、基板上に第１電極層、半導体薄膜光電変換層、および第２電極層が順次積層されて太陽電池セルが形成されている。ｐ型のアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）を用いたｐｉｎ接合を有する半導体薄膜光電変換層を備えるｐｉｎ型薄膜太陽電池セルにおいては、ヘテロ接合部であるｐ型のアモルファスシリコン層とｉ型のアモルファスシリコン層との界面にバッファ層を設け、該バッファ層のバンドギャップを漸減させることにより、ｐ型のアモルファスシリコン層とｉ型のアモルファスシリコン層とのバンドギャップが連続的につながり障壁を緩和することができる。このような構成とすることによって、ｐ型のアモルファスシリコン層とｉ型のアモルファスシリコン層との界面でのキャリアの再結合が減少し、光電変換効率が向上することが知られている。
【０００３】
また、バッファ層においては、炭素（Ｃ）濃度をｉ型のアモルファスシリコン層側に向かって漸減させた構造を採ることによってバンドギャップを漸減する方法が知られている。炭素（Ｃ）濃度を漸減させる方法としては、製膜用ガスであるメタンガスおよびシランガスの流量を徐々に減らして製膜する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平５−１６７０９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術によれば、炭素（Ｃ）濃度を漸減させる方法として、放電していない状態で炭素（Ｃ）を含むガスとシリコン（Ｓｉ）を含むガスの流量を変えて製膜室内に導入し、雰囲気が安定になった後に放電により製膜を行い、これを何回か繰り返すことによって炭素（Ｃ）濃度を漸減させてバンドギャップを漸減させる。
【０００６】
この場合は、ガスの流量を変更するたびにバッファ層中の炭素（Ｃ）濃度が不連続となり、バッファ層のバンドギャップが不連続となる。このため、このバンドギャップの不連続部分でキャリアの再結合が生じて光電変換効率が低下する、という問題があった。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、第１導電型のアモルファス炭化シリコン層と、第２導電型のシリコン含有層、第３導電型のシリコン含有層とが積層された光電変換層を有し、ｐ型アモルファス炭化シリコン層と第２導電型のシリコン含有層との界面でのキャリアの再結合が抑制された光電変換効率に優れた薄膜太陽電池を製造可能な薄膜太陽電池の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法は、透光性絶縁基板上に、透明導電膜からなる第１電極層と、第１導電型のアモルファス炭化シリコン層、バッファ層、第２導電型のシリコン含有層、第３導電型のシリコン含有層が前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う光電変換層と、光を反射する導電膜からなる第２電極層と、がこの順で積層された薄膜太陽電池の製造方法であって、前記透光性絶縁基板上に、前記第１電極層を形成する第１工程と、前記第１電極層上に、前記第１導電型のアモルファス炭化シリコン層をプラズマ分解法により形成する第２工程と、前記第１導電型のアモルファス炭化シリコン層上に、前記バッファ層をプラズマ分解法により形成する第３工程と、前記バッファ層上に、前記第２導電型のシリコン含有層をプラズマ分解法により形成する第４工程と、前記第２導電型のシリコン含有層上に、前記第３導電型のシリコン含有層をプラズマ分解法により形成する第５工程と、前記第３導電型のシリコン含有層上に、前記第２電極層を形成する第６工程と、を含み、前記第３工程は、前記第１導電型のアモルファス炭化シリコン層上に、水素を含有するアモルファスシリコン膜を製膜する第７工程と、水素を含む雰囲気中において前記透光性絶縁基板を熱処理することにより、前記アモルファスシリコン膜中の水素を熱脱離させるとともに前記アモルファスシリコン膜中に前記第１導電型のアモルファス炭化シリコン層中の炭素を拡散させて前記アモルファスシリコン膜の一部または全部をアモルファス炭化シリコン膜に改質する第８工程と、を有すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、光電変換層のｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）との間に、バンドギャップがｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）側からｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３側に向かって連続的に漸減したバッファ層を形成することにより、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）との間のバンドギャップの不連続部分でのキャリアの再結合に起因した光電変換効率の低下を抑制して、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池を製造することができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１１】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。図１に示すように、実施の形態にかかる薄膜太陽電池１は、透光性絶縁基板２、透光性絶縁基板２上に形成され第１電極層となる透明電極層３、透明電極層３上に形成される薄膜半導体層である光電変換層４、光電変換層４上に形成され第２電極層となる裏面電極層５が順次積層された構造を有する。また、薄膜光電変換層４は、第１導電型半導体層であるｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１、バッファ層１２、第２導電型のシリコン含有層であるｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３、第３導電型のシリコン含有層であるｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１４、が透明電極層３側から順次積層された構造を有する。
【００１２】
透光性絶縁基板２は、ガラスや透明樹脂などの透光性を有する絶縁基板が用いられる。
【００１３】
透明電極層３は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ２）などの透光性酸化物導電材料膜や、これらの透光性酸化物導電材料膜にアルミニウム（Ａｌ）を添加した膜などの透光性の膜によって構成される。また、透明電極層３は、ドーパントとしてアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、ホウ素（Ｂ）、イットリウム（Ｙ）、シリコン（Ｓｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、チタン（Ｔｉ）から選択した少なくとも１種類以上の元素を用いたＺｎＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ２膜、またはこれらを積層して形成した透光性酸化物導電材料膜であってもよく、光透過性を有している透明導電膜であればよい。なお、これらの透明電極層３の透光性酸化物導電材料としての具体的材料は特に限定されるものではなく、周知の材料から適宜に選択して用いることができる。また、透明電極層３は、表面に凹凸が形成された表面テクスチャ構造を有してもよい。このテクスチャ構造は、入射した太陽光を散乱させ、光電変換層４での光利用効率を高める機能を有する。
【００１４】
光電変換層４は、ＰＩＮ接合を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。本実施の形態では、光電変換層４として、透明電極層３側からｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１、バッファ層１２、ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３、ｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１４が順次積層されている。
【００１５】
第２導電型のシリコン含有層としては、ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３の他には、非晶質または結晶シリコンを含む材料からなるシリコン膜であり、例えば多結晶シリコンや微結晶シリコンなどの結晶質シリコン、水素化結晶質シリコン、非晶質シリコンカーバイドや結晶質シリコンカーバイドなどのシリコンカーバイド、非晶質シリコンナイトライドや結晶質シリコンナイトライドなどのシリコンナイトライド、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、ハフニウム（Ｈｆ）などを含む非晶質シリコン合金もしくは結晶シリコン合金などが用いられる。
【００１６】
第３導電型のシリコン含有層としては、ｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１４の他には、第２導電型のシリコン含有層の構成材料にドーパント元素を添加することによって荷電子制御を行なった材料が用いられる。
【００１７】
バッファ層１２は、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３との界面に設けられ、該バッファ層１２のバンドギャップを漸減させることにより、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３とのバンドギャップを連続的につなげて障壁を緩和する。
【００１８】
このようなバッファ層１２は、図２に示すようにｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１側に設けられたアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）１２ａとｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３側に設けられた水素（Ｈ）を含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）１２ｂにより構成される。図２は、本実施の形態にかかるバッファ層１２の構造を説明するための断面図である。
【００１９】
このように、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３との間に、バンドギャップがｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１側からｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３側に向かって漸減したバッファ層１２が形成されることで、図３に示すようにｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３とのバンドギャップを連続的につなげて障壁を緩和する。これにより、この薄膜太陽電池では、バンドギャップの不連続部分でキャリアの再結合に起因した光電変換効率の低下を抑制して、光電変換効率を向上させることができる。図３は、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池におけるｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１、バッファ層１２、ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３、ｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１４のバンドギャップの模式図である。
【００２０】
また、光電変換層４は、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１、バッファ層１２、ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３、ｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１４が積層された単位光電変換層が複数積層された構造としてもよい。例えば単位光電変換層が２層積層されたタンデム構造としても良く、単位光電変換層が３層積層されたトリプル型としてもよい。また、複数の単位光電変換層が積層されて光電変換層４が構成される場合には、それぞれのＰＩＮ接合間（単位光電変換層間）に一酸化微結晶シリコン（μｃ−ＳｉＯ）やアルミニウム添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）などの中間層を挿入して、ＰＩＮ接合間（単位光電変換層間）の電気的、光学的接続を改善してもよい。
【００２１】
裏面電極層５は、例えばチタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）から選択された少なくとも１つ以上の金属またはこれらの合金からなる層が用いられる。また、これらの材料の層を積層して形成してもよい。なお、これらの裏面電極層５の金属材料としての具体的材料は特に限定されるものではなく、周知の材料から適宜に選択して用いることができる。
【００２２】
以上のように構成された本実施の形態にかかる薄膜太陽電池においては、光電変換層４のｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３との間に、バンドギャップがｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１側からｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３側に向かって連続的に漸減したバッファ層１２が形成されており、該バッファ層により１２ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３とのバンドギャップを連続的につなげて障壁を緩和することができる。これにより、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池では、バンドギャップの不連続部分でキャリアの再結合に起因した光電変換効率の低下が防止され、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池が実現されている。
【００２３】
次に、上記のように構成された実施の形態にかかる薄膜太陽電池の製造方法について説明する。まず、透光性絶縁基板２を用意する。ここでは、透光性絶縁基板２として例えば平板状の白板ガラスを用いる。この透光性絶縁基板２上に透明電極層３を公知の方法で形成する。例えば、透光性絶縁基板２上に透明電極層３としてＺｎＯ膜をスパッタリング法により形成する。ＺｎＯ膜の他にＩＴＯ、ＳｎＯ２などの透光性酸化物導電材料膜や、導電率向上のためにこれらの透光性酸化物導電材料膜にアルミニウム（Ａｌ）などの金属を添加した膜を用いることができる。また、成膜方法として、ＣＶＤ法などの他の成膜方法を用いてもよい。
【００２４】
次に、透明電極層３上に光電変換層４を高周波プラズマ分解法を用いて形成する。高周波プラズマ分解法により光電変換層４の各層を形成する高周波プラズマ装置は、例えば成膜室である成膜チャンバーと、成膜チャンバーに原料ガス等を導入するガス導入手段と、成膜チャンバーの排気を行う排気手段と、成膜チャンバー内において透光性絶縁基板２を保持する接地された基板ステージと、基板ステージを過熱するヒータと、高周波電力が印加されて混合ガスに励起エネルギーを印加する高周波電極と、高周波電極に高周波電力を印加する電源と、を備える。
【００２５】
まず、透明電極層３上にｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１を形成する。高周波プラズマ装置の成膜チャンバー内の基板ステージに透光性絶縁基板２を配置し、モノシラン（ＳｉＨ４）：２０ｓｃｃｍ、メタン（ＣＨ４）：６０ｓｃｃｍ、水素（Ｈ２）：８０ｓｃｃｍ、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）：０．０８ｓｃｃｍの混合ガスを導入し、２Ｔｏｒｒ、２００℃の条件で混合ガスに５０ｍＷ／ｃｍ２の励起エネルギーを印加する。これにより、例えば膜厚１０ｎｍ、膜中炭素（Ｃ）濃度が１０原子％の膜を透明電極層３上に形成する。
【００２６】
次に、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１上に、高周波プラズマ分解法を用いて膜厚５ｎｍのバッファ層１２を形成する。バッファ層４は、以下のようにして形成する。まず、高周波プラズマ装置の成膜チャンバー内の基板ステージに透光性絶縁基板２を配置し、成膜チャンバー内に水素（Ｈ２）：１０００ｓｃｃｍとモノシラン（ＳｉＨ４）：３０ｓｃｃｍの混合ガスを導入し、２Ｔｏｒｒ、２００℃の条件で成膜チャンバー内の雰囲気を安定させた後、混合ガスに５０ｍＷ／ｃｍ２の励起エネルギーを印加する。これにより、バッファ層１２の中間体となる、水素（Ｈ）を１５原子％含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）をｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１上に製膜する。
【００２７】
次に、励起エネルギーの印加を停止して透光性絶縁基板２を成膜チャンバー内から取り出した後、水素（Ｈ２）ガスを成膜チャンバー内に導入する。次に、基板ステージの温度を例えば５００℃まで上げる。そして、透光性絶縁基板２を成膜チャンバー内の基板ステージ上に配置して例えば２時間保持することによって、透光性絶縁基板２を水素（Ｈ２）雰囲気で熱処理する。これにより、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１上にバッファ層１２としてアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ層）が形成される。
【００２８】
このように透光性絶縁基板２を水素（Ｈ２）雰囲気で熱処理することによって、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１およびバッファ層１２となるアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の欠陥が修復される。また、バッファ層１２の形成過程における中間体である、水素（Ｈ）を１５原子％含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素（Ｈ）が熱脱離し、その結合サイトに、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１中から熱拡散した炭素（Ｃ）が配位して、バッファ層１２としてアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）１２ａが形成される。
【００２９】
このようにして、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１中から炭素（Ｃ）が熱拡散することにより、バッファ層１２としてのアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）１２ａでは、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１からｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３へ向かって炭素（Ｃ）濃度が連続的に漸減した構造となるため、バッファ層１２中のバンドギャップはｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１からｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３へ向かって連続的に減少する。
【００３０】
ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１の光学バンドギャップは１．９５ｅＶである。そこで、バッファ層１２のｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１側のバンドギャップをこれに合わせるために、図４に示すように、バッファ層１２の形成過程において中間体となる、水素（Ｈ）を含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素（Ｈ）濃度を１５原子％とした。図４は、バッファ層１２の形成過程において中間体となるアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素（Ｈ）濃度とバンドギャップとの関係を示す特性図である。なお、水素（Ｈ）を含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素（Ｈ）濃度は１５原子％〜３０原子％の範囲であればよい。前記水素を含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素濃度が３０原子％より高くなるとこの膜中の欠陥が多くなり明導電率が１ｘ１０−７Ｓ／ｃｍより低くなるため光電変換効率の低下を招く。したがって前記水素を含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素濃度の上限は３０原子％である。
【００３１】
バッファ層１２の形成過程において中間体となるアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素（Ｈ）濃度は、図５に示すように該アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の製膜時のモノシラン（ＳｉＨ４）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの流量比（ＳｉＨ４／Ｈ２）を調製することで制御できる。図５は、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の製膜時のモノシラン（ＳｉＨ４）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの流量比（ＳｉＨ４／Ｈ２）と、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素（Ｈ）濃度と、の関係を示す特性図である。今回は水素（Ｈ）濃度を１５原子％とするために、モノシラン（ＳｉＨ４）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの流量比（ＳｉＨ４／Ｈ２）を３％とした。
【００３２】
また、水素（Ｈ２）雰囲気での熱処理後のバッファ層１２中の炭素（Ｃ）の拡散距離はｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１側から３ｎｍであり、その膜厚だけアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）１２ａが形成されたことになる。すなわち、水素（Ｈ）を１５原子％含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の一部がアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）１２ａに改質される。なお、水素（Ｈ）を１５原子％含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）においてｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３側から膜厚２ｎｍの範囲は、そのまま水素（Ｈ）を含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）１２ｂとされる。これにより、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１側に設けられた膜厚３ｎｍのアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）１２ａと、ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３側に設けられた膜厚２ｎｍの水素（Ｈ）を含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）１２ｂとにより構成されるバッファ層１２が形成される。
【００３３】
また、この水素（Ｈ２）雰囲気での熱処理の温度は、４５０℃〜６００℃の範囲とすることが好ましい。熱処理の温度が４５０℃未満である場合は、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中に炭素（Ｃ）を拡散させることが困難になる。また、熱処理の温度が６００℃より高い場合は、アモルファスシリコンが結晶化する。また、この熱処理は、水素（Ｈ２）を含む混合ガス雰囲気で行ってもよい。
【００３４】
なお、ここでは水素（Ｈ）を１５原子％含有するアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の一部をアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）１２ａに改質しているが、バッファ層１２中のバンドギャップをｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１からｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３へ向かって連続的に減少するように該アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の全部をアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）１２ａに改質することも可能である。
【００３５】
次に、バッファ層１２上に膜厚３００ｎｍのｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３を、高周波プラズマ分解法を用いて形成する。さらに、ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３上に膜厚３０ｎｍのｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１４を、高周波プラズマ分解法を用いて形成する。このときのｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１、バッファ層１２、ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３、ｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１４のバンドギャップの模式図は図３のようになる。
【００３６】
このようにｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３との間に、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１側に設けられたアモルファス炭化シリコン膜（ａ−ＳｉＣ膜）１２ａと、ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３側に設けられたアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）１２ｂとにより構成されてバンドギャップが漸減しているバッファ層１２を設けることにより、図３に示すようにｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３とのバンドギャップを連続的につなげて障壁を緩和することができる。
【００３７】
図６は、従来の方法で製造した、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）２１、バッファ層２２、ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）２３、ｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）２４が積層してなる光電変換層のバンドギャップの模式図である。上述したように放電していない状態で炭素（Ｃ）を含むガスとシリコン（Ｓｉ）を含むガスの流量を変えて製膜室内に導入し、雰囲気が安定になった後に放電により製膜を行い、これを何回か繰り返すことによって炭素（Ｃ）濃度を漸減させてバンドギャップを漸減させる従来の方法では、ガスの流量を変更するたびにバッファ層中の炭素（Ｃ）濃度が不連続となり、図６に示すようにバッファ層２２のバンドギャップが不連続となる。このため、バンドギャップの不連続部分でキャリアの再結合が生じて光電変換効率が低下する。
【００３８】
しかしながら、本実施の形態にかかる太陽電池の製造方法では、バッファ層１２の形成過程において、中間体であるアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素（Ｈ）を熱脱離させ、その結合サイトに、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１中から熱拡散した炭素（Ｃ）が配位するため、バッファ層１２のバンドギャップは連続的に漸減し、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３とのバンドギャップを連続的につなげることができる。これにより、バンドギャップの不連続部分でのキャリアの再結合の発生を防止することができ、該キャリアの再結合に起因した光電変換効率の低下を抑制することができる。
【００３９】
次に、ｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１４の上に裏面電極層５として例えば銀（Ａｇ）を３００ｎｍの膜厚で蒸着して図１に示すような本実施の形態にかかる薄膜太陽電池が完成する。
【００４０】
上述した実施の形態にかかる薄膜太陽電池の製造方法により作製した薄膜太陽電池に対して、太陽電池としての特性を評価した。その結果、この薄膜太陽電池の短絡電流は１５ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧は０．９Ｖ、曲線因子は０．７４、光電変換効率は１０％であり、高い良好な値を示した。また、比較対象として、従来の製造方法により薄膜太陽電池を作製して太陽電池としての特性を評価した。その結果、短絡電流は１４ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧は０．９Ｖ、曲線因子は０．７０、光電変換効率は８．８％であった。以上のことから、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、従来よりも光電変換効率に優れた薄膜太陽電池を製造することができることが確認された。
【００４１】
上述したように、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池の製造方法においては、ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１およびバッファ層１２の欠陥低減を目的とした水素（Ｈ２）雰囲気での熱処理により、バッファ層１２中に含有される水素（Ｈ）を熱脱離させるとともにｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１中の炭素（Ｃ）をバッファ層１２に拡散させ、該炭素（Ｃ）をバッファ層１２中の水素（Ｈ）が熱脱離することによって生じる結合サイトに置き換えることでシリコンに配位させながら、バッファ層１２中の炭素（Ｃ）濃度をｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１側からｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３側に向かって漸減させることができる。
【００４２】
このように光電変換層４のｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３との間に、バンドギャップがｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１側からｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３側に向かって連続的に漸減したバッファ層１２を形成することにより、該バッファ層１２がｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）１１とｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）１３とのバンドギャップを連続的につなげて障壁を緩和することができる。これにより、本実施の形態にかかる薄膜太陽電池の製造方法によれば、バンドギャップの不連続部分でのキャリアの再結合に起因した光電変換効率の低下を抑制して、光電変換効率に優れた薄膜太陽電池を製造することができる。また、光電変換効率を向上させることができるため、小さい面積で同様の短絡電流や開放電圧を得ることができ、小型化、原料資源の減量化が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
以上のように、本発明にかかる薄膜太陽電池の製造方法は、第１導電型のアモルファス炭化シリコン層と、第２導電型のシリコン含有層、第３導電型のシリコン含有層とが積層された光電変換層を有する薄膜太陽電池の光電変換効率の向上に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池のバッファ層の構造を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池における光電変換層のバンドギャップの模式図である。
【図４】本発明の実施の形態にかかる薄膜太陽電池のバッファ層の形成過程において中間体となるアモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素（Ｈ）濃度とバンドギャップとの関係を示す特性図である。
【図５】アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）の製膜時のモノシラン（ＳｉＨ４）ガスと水素（Ｈ２）ガスとの流量比（ＳｉＨ４／Ｈ２）と、アモルファスシリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）中の水素（Ｈ）濃度と、の関係を示す特性図である。
【図６】従来の方法で製造した薄膜太陽電池における光電変換層のバンドギャップの模式図である。
【符号の説明】
【００４５】
１  薄膜太陽電池
２  透光性絶縁基板
３  透明電極層
４  光電変換層
５  裏面電極層
１１  ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）
１２  バッファ層
１３  ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）
１４  ｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）
２１  ｐ型アモルファス炭化シリコン層（ａ−ＳｉＣ層）
２２  バッファ層
２３  ｉ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）
２４  ｎ型アモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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