(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶シリコン基板を用意し、
前記単結晶シリコン基板の一面上にシラン及びＣＯ２を含む第１使用ガスを導入して、前記単結晶シリコン基板から２〜３原子層分の領域である界面近傍の極めて近傍の領域に１０19ｃｍ−３よりも小さい極小値を有するとともに、該極小値の部分から離れるにつれて増加し、１０20ｃｍ−３よりも大きい最大値を有する酸素濃度を有した第１の非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記第１の非晶質シリコン層上にシラン及びボロンを含む第２使用ガスを導入して第２の非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記単結晶シリコン基板の他面上にシランを含む第３使用ガスを導入して第３の非晶質シリコン層を形成する工程と、
前記他方面上に形成された前記第３の非晶質シリコン層上にシラン及びリンを含む第４使用ガスを導入して第４の非晶質シリコン層を形成する工程と、を含み、
前記最大値は、前記第１の非晶質シリコン層の該第１の非晶質シリコン層と前記第２の非晶質シリコン層の界面近傍にある光起電力装置の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の光起電力装置の製造方法であって、
前記第１使用ガスを導入する前に前記単結晶シリコン基板の一面を水素処理する工程を有する光起電力装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２記載の光起電力装置の製造方法であって、
前記水素処理する工程の前に前記単結晶シリコン基板を加熱する工程を有する光起電力装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法であって、
前記第３使用ガスは、ＣＯ２を含まない光起電力装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光起電力装置の製造方法であって、
前記ＣＯ２の流量を連続的に変化させながら前記第１使用ガスを導入する光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光起電力装置に関し、特に、結晶シリコンおよび第１非結晶シリコン層の間に実質的に真性である第２非結晶シリコン層を備えた光起電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、結晶シリコン（ｎ型単結晶シリコン基板）および第１非結晶シリコン層（ｐ型非晶質シリコン層）の間に実質的に真性である第２非結晶シリコン層（ｉ型非晶質シリコン層）を備えた光起電力装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、ｉ型非晶質シリコン層とｎ型単結晶シリコン基板との界面近傍の酸素濃度を高くした構造が開示されている。このように構成することにより、ｉ型非晶質シリコン層とｎ型単結晶シリコン基板との界面の欠陥密度が低減されるので、キャリアの再結合が発生するのが抑制される。これにより、上記特許文献１では、光起電力装置の出力特性を向上させている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−２５８２８７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、上記特許文献１では、ｉ型非晶質シリコン層とｎ型単結晶シリコン基板との界面近傍の酸素濃度についてのみ検討しており、ｉ型非晶質シリコン層の他の部分の酸素濃度については検討されていない。そして、上記特許文献１のようにｉ型非晶質シリコン層とｎ型単結晶シリコン基板との界面近傍の酸素濃度を高くするのみでは、光起電力素子の出力特性をより向上させるのは困難であるという問題点がある。
【０００６】
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、出力特性をより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】
【０００７】
この発明の一の局面による光起電力装置は、第１導電型の結晶シリコンと、第２導電型の第１非結晶シリコン層と、結晶シリコンおよび第１非結晶シリコン層の間に配置された実質的に真性である第２非結晶シリコン層とを備え、第２非結晶シリコン層は、結晶シリコン側に位置するとともに、１０２０ｃｍ−３以下の第１酸素濃度を有する第１部分と、第１非結晶シリコン層側に位置するとともに、１０２０ｃｍ−３以上の第２酸素濃度を有する第２部分とを含む。なお、本発明における結晶シリコンは、結晶系シリコン基板や基板上に形成した薄膜多結晶シリコンなどを含む広い概念である。また、本発明における第１非結晶シリコン層および第２非結晶シリコン層は、非晶質シリコン層のみならず微結晶シリコン層を含む広い概念である。
【０００８】
この一の局面による光起電力装置では、上記のように、実質的に真性の第２非結晶シリコン層に、結晶シリコン側に位置するとともに、１０２０ｃｍ−３以下の第１酸素濃度を有する第１部分と、第１非結晶シリコン層側に位置するとともに、１０２０ｃｍ−３以上の第２酸素濃度を有する第２部分とを形成することによって、実質的に真性の第２非結晶シリコン層において、結晶シリコン側の酸素濃度を低くするとともに、第１非結晶シリコン層側の酸素濃度を高くすることができる。これにより、第２非結晶シリコン層の結晶シリコン側の酸素濃度の低い第１部分により、実質的に真性の第２非結晶シリコン層の結晶シリコン側を、不純物（酸素）が少なく、高品質な非結晶シリコンとすることができるとともに、第１部分の酸素に起因する欠陥が少なくなるので、第１部分における光生成キャリアの捕捉が発生するのを抑制することができる。また、第２非結晶シリコン層の第１非結晶シリコン層側の酸素濃度の高い第２部分により、第２非結晶シリコン層の第１非結晶シリコン層側をｎ型のドーパントとしての性質を有する酸素によりｎ型の性質を比較的強く持たせることができるので、第２導電型の第１非結晶シリコン層がｐ型である場合には、実質的に真性の第２非結晶シリコン層と第２導電型（ｐ型）の第１非結晶シリコン層との界面近傍において、内部電界を強くすることができる。これにより、光生成キャリアの分離をスムーズに行うことができる。上記のように、実質的に真性の第２非結晶シリコン層の結晶シリコン側において光生成キャリアの捕捉が発生するのを抑制することができ、かつ、第２非結晶シリコン層のｐ型の第１非結晶シリコン層側において光生成キャリアの分離をスムーズに行うことができるので、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。
【０００９】
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非結晶シリコン層は、第１部分の第１酸素濃度より大きい第３酸素濃度を有するとともに、第１部分よりも結晶シリコン側で、かつ、結晶シリコンと第２非結晶シリコン層との界面近傍に位置する第３部分をさらに含む。
【００１０】
上記構成において、好ましくは、第２部分の第２酸素濃度は、第３部分の第３酸素濃度よりも大きい。
【００１１】
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部分の第２酸素濃度は、第１非結晶シリコン層と第２非結晶シリコン層との界面近傍において最大である。
【００１２】
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部分の第１酸素濃度に対する第２部分の第２酸素濃度の濃度比は、少なくとも５０以上である。
【００１３】
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部分の第１酸素濃度は、第２非結晶シリコン層内において、最小である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
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。
【００１６】
本実施形態による光起電力装置では、図１に示すように、ｎ型単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）基板１の上面上に、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）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８ｎｍ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。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が光活性層としては実質的に発電に寄与しない小さい厚みである。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１、ｉ型非晶質シリコン層２ａおよびｐ型非晶質シリコン層２ｂは、それぞれ、本発明の「結晶シリコン」、「第２非結晶シリコン層」および「第１非結晶シリコン層」の一例である。
【００１７】
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５、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる裏面電極６、および、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極７が形成されている。非晶質シリコン層５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５ａと、ｉ型非晶質シリコン層５ａ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５ｂとによって構成されている。また、ｉ型非晶質シリコン層５ａの約９ｎｍ〜約１３ｎｍの厚みは、ｉ型非晶質シリコン層５ａ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５ａ、ｎ型非晶質シリコン層５ｂおよび裏面電極６によって、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）構造が構成されている。
【００１８】
図２は、光起電力装置のｉ型非晶質シリコン層の酸素原子の濃度プロファイル図である。次に、図１および図２を参照して、上記した実施形態による光起電力装置を実際に作製して出力特性を評価した際の比較実験（実施例および比較例１、２）について説明する。
【００１９】
まず、上記した実施形態に対応する実施例による光起電力装置の製造プロセスについて説明する。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、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した。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。
【００２０】
次に、基板温度を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の上面に対して水素処理を行った。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（終端）される。
【００２１】
この後、以下の表１の条件下で、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面および裏面に各層を形成した。
【００２２】
【表１】
0005526461.tif 000002
具体的には、表１に示すように、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、基板温度：１７０℃、シラン（ＳｉＨ４）ガス流量：４０ｓｃｃｍ、ＣＯ２ガス流量：０〜１０ｓｃｃｍ、圧力：４０Ｐａ、ＲＦパワー密度：８．３３ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に、１０ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層２ａを形成した。この際、本実施形態では、使用ガス（ＣＯ２）の流量を０〜１０ｓｃｃｍの間で連続的に変化させることにより、ｉ型非晶質シリコン層２ａ中の酸素濃度がｎ型単結晶シリコン基板１側で低く、かつ、ｐ型非晶質シリコン層２ｂ側で高くなるように制御した。これにより、図２の実線（実施例）に示すような酸素濃度プロファイルを有するｉ型非晶質シリコン層２ａを形成した。
【００２３】
続いて、表１に示すように、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、基板温度：１７０℃、水素（Ｈ２）ガス流量：０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、シラン（ＳｉＨ４）ガス流量：４０ｓｃｃｍ、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）／Ｈ２（Ｈ２に対するＢ２Ｈ６ガスの濃度：２％）ガス流量：４０ｓｃｃｍ、圧力：４０Ｐａ、および、ＲＦパワー密度：８．３３ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、ｉ型非晶質シリコン層２ａ上に、６ｎｍ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を形成した。
【００２４】
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、８５ｎｍ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を形成した。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を形成した。
【００２５】
次に、表１に示すように、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、基板温度：１７０℃、シラン（ＳｉＨ４）ガス流量：４０ｓｃｃｍ、圧力：４０Ｐａ、および、ＲＦパワー密度：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、１０ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層５ａを形成した。
【００２６】
続いて、表１に示すように、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、基板温度：１７０℃、水素（Ｈ２）ガス流量：０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍ、シラン（ＳｉＨ４）ガス流量：４０ｓｃｃｍ、ホスフィン（ＰＨ３）／Ｈ２（Ｈ２に対するＰＨ３の濃度：１％）ガス流量：４０ｓｃｃｍ、圧力：４０Ｐａ、および、ＲＦパワー密度：８．３３ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、ｉ型非晶質シリコン層５ａの裏面上に、１５ｎｍ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５ｂを形成した。
【００２７】
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５ｂの裏面上に、８５ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる裏面電極６を形成した後、裏面電極６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７を形成した。このようにして、図１に示した本実施形態に対応する実施例による光起電力装置を形成した。
【００２８】
また、従来の一例に対応する比較例１による光起電力装置は、ｉ型非晶質シリコン層を形成する際の形成条件として、ＣＯ２ガス流量：１０ｓｃｃｍに近い多い目の流量で一定に保持しながら形成した。また、従来の他の例に対応する比較例２による光起電力装置では、ｉ型非晶質シリコン層を形成する際の形成条件として、ＣＯ２ガス流量：０ｓｃｃｍに近い少ない目の流量で一定に保持しながら形成した。上記の形成条件以外は、実施例と同じ製造プロセスにより比較例１および２による光起電力装置を形成した。
【００２９】
次に、上記の製造プロセスに沿って作製した実施例、比較例１および２による光起電力装置について、ｉ型非晶質シリコン層の酸素原子の濃度プロファイルを測定した。
【００３０】
酸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社製  ＡＤＥＰＴ１０１０）を用いた。この時の測定条件は、照射イオン種：Ｃｓ＋イオン、イオン照射エネルギー：１ｋｅＶ、検出二次イオン源：Ｏ−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（Ｏ−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Ｏ−イオンの数［Ｏ−］の比（［Ｏ−］／［Ｓｉ−］）を計算することにより、酸素濃度が求められる。
【００３１】
図２には、ＳＩＭＳにより測定した実施例（実線）、比較例１（点線）および２（一点鎖線）による光起電力装置のｉ型非晶質シリコン層２ａの酸素原子の濃度プロファイルが示されている。
【００３２】
ここで、実施例による光起電力装置は、図２の実線（実施例）に示すように、ｉ型非晶質シリコン層２ａは、ｎ型単結晶シリコン基板１側に位置するとともに、１０２０ｃｍ−３以下の酸素濃度を有する第１部分２ｃと、ｐ型非晶質シリコン層２ｂ側に位置するとともに、１０２０ｃｍ−３以上の酸素濃度を有する第２部分２ｄと、第１部分２ｃよりもｐ型単結晶シリコン基板１側で、かつ、ｐ型単結晶シリコン基板１およびｉ型非晶質シリコン層２ａの界面２ｅ近傍に位置する第３部分２ｆとを含んでいる。
【００３３】
なお、上記した１０２０ｃｍ−３の酸素濃度は、以下のような臨界的意味を有する。ｉ型非晶質シリコン層２ａにおけるシリコン（Ｓｉ）の濃度が約５×１０２２ｃｍ−３であるので、酸素濃度が１０２０ｃｍ−３である場合には、シリコン（Ｓｉ）に対する酸素の濃度比が０．００２となる。この値（０．００２）近傍を境として、０．００２よりも濃度比が低い場合には、酸素はシリコン中で不純物として振る舞い、０．００２よりも濃度比が高い場合には、酸素とシリコンとが合金化して、酸素とシリコンとの化合物（ＳｉＯ）としての性質を有するようになる。すなわち、酸素濃度が１０２０ｃｍ−３を境にｉ型非晶質シリコン層２ａの性質が変わる。
【００３４】
また、非晶質シリコン層２におけるｉ型非晶質シリコン層２ａにおいて、酸素濃度は、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２ｇ近傍に最大値を有し、第２部分２ｄから第１部分２ｃにかけて減少している。そして、ｉ型非晶質シリコン層２ａは、第１部分２ｃにおいて、１０２０ｃｍ−３以下の酸素濃度（最小値（極小値））を有する。また、第１部分２ｃから第３部分２ｆにかけて酸素濃度は増加し、ｉ型非晶質シリコン層２ａは、ｎ型単結晶シリコン基板１との界面２ｅ近傍の第３部分２ｆにおいて、第１部分２ｃの酸素濃度よりも高く、かつ、第２部分２ｄの酸素濃度よりも低い酸素濃度（極大値）を有する。また、第１部分２ｃの酸素濃度に対する第２部分２ｄの酸素濃度の濃度比は、少なくとも５０以上である。
【００３５】
なお、図２において、実施例の酸素濃度プロファイルでは、第１部分２ｃおよび第３部分２ｆは、ｎ型単結晶シリコン基板１とｉ型非晶質シリコン層２ａとの界面２ｅから離れているが、これはＳＩＭＳによる測定原理に起因するものであり、実際には、第３部分２ｆは、ｎ型単結晶シリコン基板１とｉ型非晶質シリコン層２ａとの界面２ｅから２〜３原子層分の領域である。また、実施例の酸素濃度プロファイルでは、第１部分２ｃは、第３部分２ｆの極めて近傍の領域である。すなわち、第１部分２ｃは、ｎ型単結晶シリコン基板１とｉ型非晶質シリコン層２ａとの界面２ｅの近傍に位置する。
【００３６】
一方、比較例１（点線）による光起電力装置の酸素濃度プロファイルでは、実施例よりも酸素濃度が大きく、全体的に１０２０ｃｍ−３より高い酸素濃度を有する。また、比較例２（一点鎖線）による光起電力装置の酸素濃度プロファイルでは、実施例の第３部分２ｆに対応する領域の酸素濃度が、実施例の第３部分２ｆの酸素濃度とほぼ同じであるとともに、実施例の第１部分２ｃおよび第２部分２ｄに対応する領域の酸素濃度が、実施例の第１部分２ｃおよび第２部分２ｄの酸素濃度よりも低く、全体的に１０２０ｃｍ−３よりも低い酸素濃度を有する。
【００３７】
次に、実施例、比較例１および比較例２による光起電力装置の出力特性を測定した。測定データは、Ｖｏｃ（開放電圧）、Ｉｓｃ（短絡電流）、Ｆ．Ｆ（曲線因子）およびＰｍａｘ（セル出力）である。この測定結果を以下の表２に示す。
【００３８】
【表２】
0005526461.tif 000003
表２に示すように、ｉ型非晶質シリコン層の酸素濃度が全体的に１０２０ｃｍ−３よりも高い比較例１に対して、ｉ型非晶質シリコン層の酸素濃度が全体的に１０２０ｃｍ−３よりも低い比較例２は、出力特性が改善されている。具体的には、比較例１の開放電圧Ｖｏｃが０．６９３Ｖであるのに対して、比較例２の開放電圧Ｖｏｃは、０．７１０Ｖである。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、比較例１よりも比較例２の酸素濃度が低いため、比較例１よりも比較例２の方がｉ型非晶質シリコン層中の欠陥が少なくなる。このため、比較例１よりも比較例２の方が、欠陥による光生成キャリアの捕捉の発生が抑制されるため、開放電圧Ｖｏｃが高くなったと考えられる。
【００３９】
また、比較例２に対して、第２部分２ｄの酸素濃度が高い実施例は、出力特性がさらに改善されることが判明した。具体的には、比較例２の開放電圧Ｖｏｃが０．７１０Ｖであるのに対して、実施例の開放電圧Ｖｏｃは、０．７２１Ｖである。これは、以下の理由によるものと考えられる。すなわち、第２部分２ｄにおいて、ｎ型のドーパントとしての性質を有する酸素の濃度を高くすることにより、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２ｇを含む第２部分２ｄにｎ型の性質を比較的強く持たせることができる。これにより、界面２ｇにおいて、内部電界が比較的強くなるので、光生成キャリアの分離をスムーズにすることができるためと考えられる。
【００４０】
また、短絡電流Ｉｓｃは、比較例１よりも比較例２の方が大きく、実施例の短絡電流は、比較例１よりも大きく、比較例２よりも小さい。具体的には、比較例１、比較例２および実施例の短絡電流Ｉｓｃは、それぞれ、３．７５８Ａ、３．７６１Ａおよび３．７５９Ａであった。すなわち、酸素濃度が低い方が短絡電流は大きくなるが、実施例と比較例１および２との間で顕著な差異は見られなかった。
【００４１】
また、曲線因子Ｆ．Ｆについても、比較例１よりも比較例２の方が大きく、実施例の曲線因子Ｆ．Ｆは、比較例１よりも大きく、比較例２よりも小さい。具体的には、比較例１、比較例２および実施例の曲線因子Ｆ．Ｆは、それぞれ、０．７５１、０．７５８および０．７５５であった。すなわち、酸素濃度が低い方が曲線因子Ｆ．Ｆは大きくなるが、実施例と比較例１および２との間で顕著な差異は見られなかった。
【００４２】
また、セル出力Ｐｍａｘについては、比較例１よりも比較例２の方が大きく、実施例は、比較例２よりもさらに大きくなることが判明した。具体的には、比較例１、比較例２および実施例のセル出力Ｐｍａｘは、それぞれ、１．９５６Ｗ、２．０２４Ｗおよび２．０４６Ｗであった。このように実施例のセル出力は、比較例１および２と比較してより向上している。すなわち、第１部分２ｃの酸素濃度が低いことにより、ｎ型単結晶シリコン基板１とｉ型非晶質シリコン層２ａとの界面２ｅ近傍における酸素による欠陥に起因するキャリアの捕捉が抑制されるとともに、第２部分２ｄの酸素濃度が高いことにより、ｐ型非晶質シリコン層２ｂとｉ型非晶質シリコン層２ａとの界面２ｇ近傍における光生成キャリアの分離がスムーズになることにより、上記結果が得られたと考えられる。
【００４３】
上記のように、上記実施例では、実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層２ａに、ｎ型単結晶シリコン基板１側に位置するとともに、１０２０ｃｍ−３以下の酸素濃度を有する第１部分２ｃと、ｐ型非晶質シリコン層２ｂ側に位置するとともに、１０２０ｃｍ−３以上の酸素濃度を有する第２部分２ｄとを形成することによって、実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層２ａにおいて、ｎ型単結晶シリコン基板１側の酸素濃度を低くするとともに、ｐ型非晶質シリコン層２ｂ側の酸素濃度を高くすることができる。これにより、ｉ型非晶質シリコン層２ａのｎ型単結晶シリコン基板１側の酸素濃度の低い第１部分２ｃにより、実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層２ａのｎ型単結晶シリコン基板１側を、不純物（酸素）が少なく、高品質な非晶質シリコンとすることができるとともに、第１部分２ｃの酸素に起因する欠陥が少なくなるので、第１部分２ｃにおける光生成キャリアの捕捉が発生するのを抑制することができる。また、ｉ型非晶質シリコン層２ａのｐ型非晶質シリコン層２ｂ側の酸素濃度の高い第２部分２ｄにより、ｉ型非晶質シリコン層２ａのｎ型単結晶シリコン基板１側をｎ型のドーパントとしての性質を有する酸素によりｎ型の性質を比較的強く持たせることができる。これにより、実質的に真性の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２ｇ近傍において、内部電界を比較的強くすることができる。これにより、光生成キャリアの分離をスムーズに行うことができる。上記のように、実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層２ａのｎ型単結晶シリコン基板１側において光生成キャリアの捕捉が発生するのを抑制することができ、かつ、ｉ型非晶質シリコン層２ａのｐ型非晶質シリコン層２ｂ側において光生成キャリアの分離をスムーズに行うことができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
【００４４】
また、上記実施例では、ｉ型非晶質シリコン層２ａに、第１部分２ｃの酸素濃度より大きい酸素濃度を有するとともに、第１部分２ｃよりもｎ型単結晶シリコン基板１側で、かつ、ｎ型単結晶シリコン基板１およびｉ型非晶質シリコン層２ａの界面２ｅ近傍に位置する第３部分２ｆを形成することによって、ｎ型単結晶シリコン基板１およびｉ型非晶質シリコン層２ａの界面２ｅ近傍の酸素濃度を大きくすることができる。これにより、界面２ｅ近傍において、４配位のシリコン原子の共有結合が形成するネットワーク中に２配位の酸素原子が多く混入されるので、界面２ｅ近傍のネットワークの構造柔軟性が増すとともに、終端機能を改善することができる。
【００４５】
また、上記実施例では、第１部分２ｃの酸素濃度を、ｉ型非晶質シリコン層２ａ内において、最も小さくすることによって、第１部分２ｃにおける酸素による欠陥を少なくすることができる。これにより、その欠陥によるキャリアの捕捉が発生するのを抑制することができる。
【００４６】
また、上記実施例では、第２部分２ｄの酸素濃度を、第３部分２ｆの酸素濃度よりも大きくすることによって、ｉ型非晶質シリコン層２ａとｐ型非晶質シリコン層２ｂとの間の内部電界をより高くすることができる。
【００４７】
また、上記実施例では、第２部分２ｄの酸素濃度を、ｐ型非晶質シリコン層２ｂとｉ型非晶質シリコン層２ａとの界面２ｇ近傍において最大にすることによって、ｉ型非晶質シリコン層２ａとｐ型非晶質シリコン層２ｂとの間の内部電界をより高くすることができる。
【００４８】
また、上記実施例では、第１部分２ｃの酸素濃度に対する第２部分２ｄの酸素濃度の濃度比を、少なくとも５０以上にすることによって、ｉ型非晶質シリコン層２ａにおける全体的な酸素濃度を少なくしながら、第２部分２ｄにおける酸素濃度を小さくし、かつ、第１部分２ｃにおける酸素濃度を大きくすることができる。
【００４９】
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。
【００５０】
たとえば、上記実施形態および実施例では、ＲＦプラズマＣＶＤ法により非晶質シリコン層２（ｉ型非晶質シリコン層２ａおよびｐ型非晶質シリコン層２ｂ）を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）プラズマＣＶＤ法、Ｃａｔ−ＣＶＤ（Ｃａｔａｌｙｔｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法およびスパッタリング法などの他の薄膜形成法により非晶質シリコン層２を形成してもよい。
【００５１】
また、上記実施形態および実施例では、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５（ｉ型非晶質シリコン層５ａおよびｎ型非晶質シリコン層５ｂ）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。
【００５２】
また、上記実施形態および実施例では、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面上および裏面上に、それぞれ、非晶質シリコン層２および非晶質シリコン層５を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、ｐ型単結晶シリコン基板の表面上および裏面上に、それぞれ、ｉ型非晶質シリコン層およびｎ型非晶質シリコン層からなる表側非晶質シリコン層、および、ｉ型非晶質シリコン層およびｐ型非晶質シリコン層からなる裏側非晶質シリコン層を形成してもよい。この場合、ｐ型単結晶シリコン基板と、裏側非晶質シリコン層のｉ型非晶質シリコン層と、ｐ型非晶質シリコン層とに本発明を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】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。
【図２】図１に示した光起電力装置のｉ型非晶質シリコン層の酸素原子の濃度プロファイル図である。
【符号の説明】
【００５４】
１  ｎ型単結晶シリコン基板（結晶シリコン）
２ａ  ｉ型非晶質シリコン層（第２非結晶シリコン層）
２ｂ  ｐ型非晶質シリコン層（第１非結晶シリコン層）
２ｃ  第１部分
２ｄ  第２部分
２ｅ  界面
２ｆ  第３部分
２ｇ  界面
【図１】
0005526461.tif 000004
【図２】
0005526461.tif 000005