(57)【要約】【課題】安価な酸化亜鉛材料を光電変換装置の透光性導電膜として用いることのできる技術を提供する。【解決手段】第１電極と第２電極との間に、一導電型である第１不純物半導体層と、半導体層と、第１不純物半導体層と逆導電型である第２不純物半導体層とが順に積層されて半導体接合を構成するユニットセルを１つ以上含み、第１の電極または第２の電極は、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物で形成される光電変換装置である。亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物は、亜鉛の組成比が４７原子％以下であり且つ前記アルミニウムの組成比より大きく、アルミニウムの組成比は窒素の組成比より大きく、二次イオン質量分析法により測定される窒素の濃度は、５．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。【選択図】図１
2014140043.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極と第２電極との間に、
一導電型である第１不純物半導体層と、
半導体層と、
前記第１不純物半導体層とは異なる導電型である第２不純物半導体層と、が順に積層された構成を有し、
前記第１の電極は、
亜鉛、アルミニウム、窒素、及び酸素を含む導電性材料を有する第１の導電層と、
酸化インジウム又は酸化インジウムスズを含む導電性材料を有する第２の導電層と、が積層された構成を有し、
前記第２の電極は、
反射することができる機能を有する第３の導電層と、
亜鉛、アルミニウム、窒素、及び酸素を含む導電性材料を有する第４の導電層と、が積層された構成を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
第１の電極と、
前記第１の電極上の第１のユニットセルと、
前記第１のユニットセル上の中間導電層と、
前記中間導電層上の第２のユニットセルと、
前記第２のユニットセル上の第２の電極と、を有し、
前記第１のユニットセルは、
一導電型である第１の不純物半導体層と、
第１の半導体層と、
前記第１の不純物半導体層とは異なる導電型である第２の不純物半導体層と、が順に積層された構成し、
前記第２のユニットセルは、
一導電型である第３の不純物半導体層と、
第２の半導体層と、
前記第３の不純物半導体層とは異なる導電型である第４の不純物半導体層と、が順に積層された構成し、
前記第１の電極は、
亜鉛、アルミニウム、窒素、及び酸素を含む導電性材料を有する第１の導電層と、
酸化インジウム又は酸化インジウムスズを含む導電性材料を有する第２の導電層と、が積層された構成を有し、
前記第２の電極は、
反射することができる機能を有する第３の導電層と、
亜鉛、アルミニウム、窒素、及び酸素を含む導電性材料を有する第４の導電層と、が積層された構成を有し、
前記中間導電層は、
亜鉛、アルミニウム、窒素、及び酸素を含む導電性材料を有する第５の導電層と、
酸化インジウム又は酸化インジウムスズを含む導電性材料を有する第６の導電層と、が積層された構成を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
第１電極と第２電極との間に、
一導電型である第１不純物半導体層と、
半導体層と、
前記第１不純物半導体層とは異なる導電型である第２不純物半導体層と、が順に積層された構成を有する光電変換装置の作製方法であって、
前記第１の電極は、
亜鉛、アルミニウム、窒素、及び酸素を含む導電性材料を有する第１の導電層と、
酸化インジウム又は酸化インジウムスズを含む導電性材料を有する第２の導電層と、が積層された構成を有し、
前記第２の電極は、
反射することができる機能を有する第３の導電層と、
亜鉛、アルミニウム、窒素、及び酸素を含む導電性材料を有する第４の導電層と、が積層された構成を有し、
前記第１の導電層及び前記第４の導電層の少なくとも一つは、希ガスと酸素ガスとを含む雰囲気で形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項４】
第１の電極と、
前記第１の電極上の第１のユニットセルと、
前記第１のユニットセル上の中間導電層と、
前記中間導電層上の第２のユニットセルと、
前記第２のユニットセル上の第２の電極と、を有し、
前記第１のユニットセルは、
一導電型である第１の不純物半導体層と、
第１の半導体層と、
前記第１の不純物半導体層とは異なる導電型である第２の不純物半導体層と、が順に積層された構成し、
前記第２のユニットセルは、
一導電型である第３の不純物半導体層と、
第２の半導体層と、
前記第３の不純物半導体層とは異なる導電型である第４の不純物半導体層と、が順に積層された構成する光電変換装置の作製方法であって、
前記第１の電極は、
亜鉛、アルミニウム、窒素、及び酸素を含む導電性材料を有する第１の導電層と、
酸化インジウム又は酸化インジウムスズを含む導電性材料を有する第２の導電層と、が積層された構成を有し、
前記第２の電極は、
反射することができる機能を有する第３の導電層と、
亜鉛、アルミニウム、窒素、及び酸素を含む導電性材料を有する第４の導電層と、が積層された構成を有し、
前記中間導電層は、
亜鉛、アルミニウム、窒素、及び酸素を含む導電性材料を有する第５の導電層と、
酸化インジウム又は酸化インジウムスズを含む導電性材料を有する第６の導電層と、が積層された構成を有し、
前記第１の導電層、前記第４の導電層及び前記第５の導電層の少なくとも一つは、希ガスと酸素ガスとを含む雰囲気で形成することを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、半導体の光起電力効果を利用する光電変換装置に関する。開示される
一態様には透光性導電膜を用いた光電変換装置が含まれる。
【背景技術】
【０００２】
半導体薄膜を用いて構成する光電変換装置では、その構成の一部に透光性導電膜が用いら
れている。例えば、光電変換装置の光入射側の電極として、或いはタンデム型光電変換装
置の上部光電変換セルと下部光電変換セルとの間に設ける中間導電層として、さらには光
電変換装置の裏面側に設けられる反射電極と半導体層との間の導電層として用いられてい
る（例えば、特許文献１、２参照）。
【０００３】
光電変換装置に用いられる透光性導電膜として、酸化インジウムに酸化スズを添加して焼
結したターゲットを用いて成膜した酸化インジウム−酸化スズ化合物（Ｉｎ２Ｏ３―Ｓｎ
Ｏ２、以下「ＩＴＯ」と略記する。）膜や酸化スズが従来から用いられている。
【０００４】
ＩＴＯは、他の材料系の透光性導電膜と比較して抵抗率が低く、可視光領域での透明性が
高いという特性がある。その一方、ＩＴＯの主材料であるインジウムは、レアメタルであ
るため価格が高く、産出国も限られるため、工業的に広く利用されつつも課題が内在して
いる。
【０００５】
酸化スズは抵抗率がＩＴＯと比較して高く、厚膜化しなければならないこと、及び光電変
換装置に適した膜と作製するには基板温度を高温化する必要がある（例えば、特許文献３
参照）。
【０００６】
その他の透光性導電膜として酸化亜鉛が知られている。酸化亜鉛は透明性及び導電性にお
いては、ＩＴＯに劣るとされるが、ＩＴＯと比較して非常に安価な材料である。例えば、
酸化亜鉛を焼結したターゲットのコストは、ＩＴＯを焼結させたターゲットのコストの２
／３〜１／２程度である。また、酸化亜鉛の導電性を向上させるために、ドナーとして機
能する微量のアルミニウムを酸化亜鉛に含ませて透光性導電性酸化物を形成する方法が知
られている（特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−０２８４５２号公報
【特許文献２】特開平２−０７３６７２号公報
【特許文献３】特開昭６３−３１３８７４号公報
【特許文献４】特開２００７−２３８３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来の酸化亜鉛膜は、耐薬品性がなくアルカリ溶液に可溶であり、耐湿性
が悪く抵抗率が増加してしまうという問題がある。そのため、光電変換装置の透光性導電
膜として用いても、特性の向上や安定化を図れないといった問題がある。
【０００９】
本発明の一態様は、安価な酸化亜鉛材料を光電変換装置の透光性導電膜として用いること
のできる技術を提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一形態は、第１電極と第２電極との間に、一導電型である第１不純物半導体層と
、半導体層と、第１不純物半導体層と逆導電型である第２不純物半導体層とが順に積層さ
れて半導体接合を構成するユニットセルを１つ以上含み、第１の電極または第２の電極は
、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物で形成される光電変換装置である。
【００１１】
また、本発明の一形態は、第１電極と、第１電極上に形成される第１のユニットセルと、
第１のユニットセル上に形成される中間導電層と、中間導電層上に形成される第２のユニ
ットセルと、第２のユニットセル上に形成される第２の電極とを有し、第１のユニットセ
ルは、一導電型である第１不純物半導体層と、第１の半導体層と、第１不純物半導体層と
逆導電型である第２不純物半導体層とが順に積層されて半導体接合を構成し、第２のユニ
ットセルは、一導電型である第３不純物半導体層と、第２の半導体層と、第３不純物半導
体層と逆導電型である第４不純物半導体層とが順に積層されて半導体接合を構成し、第１
の電極、第２の電極、または中間導電層は、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物
で形成される光電変換装置である。
【００１２】
なお、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物は、亜鉛の組成比が４７原子％以下で
あり且つ前記アルミニウムの組成比より大きく、アルミニウムの組成比は窒素の組成比よ
り大きく、二次イオン質量分析法により測定される前記窒素の濃度は、５．０×１０２０
ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。または、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物は
、亜鉛の組成比が４７原子％以下であり、且つアルミニウムの組成比より大きく、アルミ
ニウムの組成比は窒素の組成比より大きく、１．０原子％乃至８．０原子％の前記アルミ
ニウムを含み、且つ０．５原子％乃至４．０原子％の窒素を含む。
【００１３】
なお、本明細書における窒素濃度、酸素濃度、および炭素濃度は、二次イオン質量分析法
（ＳＩＭＳ；Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）によ
って計測されるピーク値の濃度である。また、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化
物の組成比の単位は原子％とし、電子線マイクロアナライザー（ＥＰＭＡ：Ｅｌｅｃｔｒ
ｏｎ  Ｐｒｏｂｅ  Ｘ−ｒａｙ  ＭｉｃｒｏＡｎａｌｙｚｅｒ）を用いた分析により評価
するものとする。
【００１４】
また、本明細書における非単結晶半導体とは、実質的に真性である半導体を範疇に含む。
具体的には、非単結晶半導体に含まれるｐ型を付与する不純物（代表的にはボロン）若し
くはｎ型を付与する不純物（代表的にはリン）が１×１０１８ｃｍ−３未満の濃度であり
、暗伝導度に対して光伝導度が１００倍以上である非単結晶半導体を指す。なお、非単結
晶半導体は、価電子制御を目的とした不純物元素を意図的に添加しないときに弱いｎ型の
電気伝導性を示す場合がある。そのため、非単結晶半導体の成膜中、或いは成膜後にｐ型
を付与する不純物（代表的にはボロン）を添加することもある。このような場合、非単結
晶半導体に含まれるｐ型不純物の濃度は概略１×１０１４／ｃｍ３〜６×１０１６／ｃｍ
３である。
【００１５】
また、本明細書における「光電変換層」とは、光電効果（内部光電効果）を発現する半導
体層を含む他、内部電界や半導体接合を形成するために接合された不純物半導体層を含め
たものをいう。すなわち、本明細書における光電変換層は、ｐｉｎ接合などを代表例とす
る接合が形成された半導体層を示す。
【００１６】
また、本明細書における「ｐｉｎ接合」は、光入射側からｐ型半導体層、ｉ型半導体層、
ｎ型半導体層の積層順で配置されるものと、光入射側からｎ型半導体層、ｉ型半導体層、
ｐ型半導体層の積層順で配置されるものを含むものとする。
【００１７】
また、本明細書において、「第１」、「第２」、「第３」などの数詞の付く用語は、要素
を区別するために便宜的に付与しているものである。したがって、数的に限定するもので
はなく、配置および段階の順序を限定するものでもない。
【発明の効果】
【００１８】
良好な透光性及び導電性を有する透光性導電膜を低コストで形成することができ、これに
より光電変換装置のコストを低減することができる。
【００１９】
また透光性導電膜の抵抗率を低減することができるので、光電流の取り出し効率を向上さ
せることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係る一形態である光電変換装置を説明する断面模式図。
【図２】本発明に係る一形態である光電変換装置の作製に適用可能なプラズマＣＶＤ装置を説明する断面模式図。
【図３】本発明に係る一形態である光電変換装置の作製に適用可能なマルチ・チャンバー構成のプラズマＣＶＤ装置を説明する平面模式図。
【図４】本発明に係る一形態である光電変換装置を説明する断面模式図。
【図５】本発明に係る一形態である光電変換装置モジュールの作製方法を説明する断面図。
【図６】本発明に係る一形態である光電変換装置モジュールの作製方法を説明する断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。ただし、本発明は以下の説
明に限定されず、本発明の趣旨およびその範囲から逸脱することなく、その形態および詳
細をさまざまに変更しうることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明
は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説
明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
【００２２】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態に係る光電変換装置１００の断面模式図の一例を示す。
【００２３】
図１に示す光電変換装置１００は、基板１０１上に設けられた第１電極１０２と第２電極
１４０との間に、ユニットセル１１０が挟持された構成を有する。ユニットセル１１０は
、第１不純物半導体層１１２ｐと第２不純物半導体層１１６ｎとの間に半導体層１１４ｉ
が設けられており、少なくとも一つの半導体接合を含んでいる。半導体接合としては、代
表的にはｐｉｎ接合が挙げられる。
【００２４】
第１電極１０２は、本実施の形態では基板１０１側を光入射側とするため、透光性を有す
る電極とする。本実施の形態では、第１電極１０２として、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム
（Ａｌ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）を含む酸窒化物導電膜を用いる。このような酸窒化物
導電膜を、「ＺｎＯＡｌＮ」、「ＡＺＯＮ」、或いは亜鉛及びアルミニウムを含む導電性
酸窒化物と呼ぶこととする。ただし、「ＺｎＯＡｌＮ」あるいは「ＡＺＯＮ」は、ＺｎＯ
ＡｌＮあるいはＡＺＯＮに含まれる亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒素（Ｎ）、
酸素（Ｏ）の組成比を表すものではない。
【００２５】
本実施の形態における亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物とは、代表的には、亜
鉛の組成比が４７原子％以下であり、アルミニウムの組成比（原子％）より大きい。また
、アルミニウムの組成比（原子％）は窒素の組成比より大きい。また、ＳＩＭＳにより測
定される窒素の濃度は、５．０×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である導電性酸窒化物
である。また、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物は、少なくとも多結晶構造を
有することが好ましい。
【００２６】
ここで、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物のキャリア密度は、１．０×１０２
０ｃｍ−３乃至２．０×１０２１ｃｍ−３が好ましく、より好ましくは、２．２×１０２
０ｃｍ−３以上４．２×１０２０ｃｍ−３未満とする。また、亜鉛及びアルミニウムを含
む導電性酸窒化物の移動度は、４．０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ乃至６０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃが
好ましく、より好ましくは、４．７ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ以上３６．０ｃｍ２／Ｖ・ｓｅｃ
未満とする。また、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物の抵抗率は、１．０×１
０−４Ω・ｃｍ乃至１．０×１０−２Ω・ｃｍが好ましく、より好ましくは、４．１×１
０−４Ω・ｃｍより大きく、６．１×１０−３Ω・ｃｍ以下とする。
【００２７】
また、厚さ１００ｎｍ程度に形成された亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物の波
長４７０ｎｍの青色光の透過率は、０．７０以上であることが好ましく、より好ましくは
、０．７５以上とする。また、厚さ１００ｎｍ程度に形成された亜鉛及びアルミニウムを
含む導電性酸窒化物の波長５３０ｎｍの緑色光の透過率は、０．７０以上であることが好
ましく、より好ましくは、０．７５以上とする。また、厚さ１００ｎｍ程度に形成された
亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物の波長６８０ｎｍの赤色光の透過率は、０．
７０以上であることが好ましく、より好ましくは、０．７５以上とする。なお、亜鉛及び
アルミニウムを含む導電性酸窒化物は、以上の条件のうち少なくとも１つを満たすものと
する。
【００２８】
また、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物中の亜鉛の組成比（原子％）は、４７
原子％以下とし、アルミニウムの組成比（原子％）より大きい。また、アルミニウムの組
成比（原子％）は、窒素の組成比（原子％）より大きい。また、亜鉛及びアルミニウムを
含む導電性酸窒化物中には、１．０原子％乃至８．０原子％のアルミニウム及び０．５原
子％乃至４．０原子％の窒素が含まれるのが好ましい。
【００２９】
以上のような組成となるように形成することによって、抵抗率の低減された亜鉛及びアル
ミニウムを含む導電性酸窒化物を作製することができる。なお、亜鉛及びアルミニウムを
含む導電性酸窒化物の組成比の単位は原子％とし、電子線マイクロアナライザーを用いた
分析により評価するものとする。
【００３０】
また、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物は、少なくとも多結晶構造を有する。
なお、導電性酸窒化物の結晶状態は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ  ｄｉｆｆｒａｃｔ
ｉｏｎ）の分析により評価するものとする。
【００３１】
なお、第１電極１０２と基板１０１の間に、酸化インジウム、酸化インジウムスズ合金（
ＩＴＯ）、酸化亜鉛などの透光性の導電材料を用いて、透光性を有する電極を形成しても
よい。
【００３２】
半導体層１１４ｉは、単結晶半導体または非単結晶半導体を用いて形成する。
【００３３】
半導体層１１４ｉに用いることが可能な非単結晶半導体層としては、非晶質半導体、微結
晶半導体、または多結晶半導体がある。非晶質半導体の代表例としては、アモルファスシ
リコン、アモルファスシリコンゲルマニウム等がある。また、微結晶半導体、としては、
微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウム等がある。また、多結晶半導体の代表例と
しては、ポリシリコン、ポリシリコンゲルマニウム等がある。
【００３４】
非晶質半導体（代表的にはアモルファスシリコン）のバンドギャップは１．６ｅＶ乃至１
．８ｅＶであり、多結晶半導体（代表的にはポリシリコン）のバンドギャップは１．１ｅ
Ｖ乃至１．４ｅＶ程度である。
【００３５】
非単結晶半導体は、単結晶半導体よりもバンドギャップが広い。そのため、単結晶半導体
により長波長域光を利用して発電することができ、非単結晶半導体により短波長域光を利
用して発電することができる。太陽光は広範囲の波長帯域を有するため、非単結晶半導体
を用いた場合には効率よく発電を行うことができる。
【００３６】
また、非単結晶半導体として、非晶質構造の中に結晶が離散的に存在している半導体を用
いてもよい。当該結晶は、内部電界を形成するために接合された一対の不純物半導体層間
、すなわちｐ型半導体層及びｎ型半導体層の間に連続的に存在して貫通するように成長し
ていてもよい。
【００３７】
非晶質構造の中に離散的に存在する結晶の形状は、針状であることが好ましい。ここで、
「針状」とは、錐形状や柱状のものを含む。具体的には、円錐、円柱、角錐、または角柱
などが挙げられる。角錐としては、三角錐、四角錐、六角錐などが挙げられ、角柱として
は、三角柱、四角柱、六角柱などが挙げられる。もちろん、その他の多角錐形状または多
角柱状のものでもよい。また、円錐状や角錐状で先端が平坦なもの、円柱状や角柱状で先
端が尖っているものも含む。多角錐または多角柱の場合、多角形の各辺は等しくともよい
し、異なる長さでもよい。
【００３８】
非晶質構造の中に離散的に存在する結晶は、微結晶、多結晶、単結晶などの結晶質半導体
を含み、代表的にはポリシリコン、またはポリシリコンゲルマニウムを含む。非晶質構造
は非晶質半導体で構成され、代表的にはアモルファスシリコン、またはアモルファスシリ
コンゲルマニウムで構成される。アモルファスシリコン、またはアモルファスシリコンゲ
ルマニウムに代表される非晶質半導体は、直接遷移型であり、光吸収係数が高い。そのた
め、非晶質構造の中に結晶が存在する非単結晶半導体層において、非晶質構造は結晶より
も光生成キャリアを発生しやすい。
【００３９】
また、アモルファスシリコンで構成される非晶質構造のバンドギャップは１．６ｅＶ乃至
１．８ｅＶであるのに対し、ポリシリコンで構成される結晶のバンドギャップは１．１ｅ
Ｖ乃至１．４ｅＶ程度である。この関係から、非晶質構造の中に結晶を含む非単結晶半導
体で発生した光生成キャリアは、拡散あるいはドリフトにより、非晶質構造の中に離散的
に存在する結晶に移動する。非晶質構造の中に離散的に存在する結晶は、光生成キャリア
の導通路（キャリアパス）として機能する。
【００４０】
以上のような構成によれば、光誘起欠陥が生成されたとしても光生成キャリアは、非晶質
構造の中に離散的に存在する結晶に、より流れやすいため、非単結晶半導体の欠陥準位に
光生成キャリアがトラップされる確率が減る。また、非晶質構造の中に離散的に存在する
結晶は、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層の間を貫通するように形成することで、光生成キ
ャリアである電子および正孔とも、欠陥準位にトラップされる確率が減り流れやすくなる
。以上のことから、従来から問題となっている光劣化による特性変動を低減することがで
きる。
【００４１】
半導体層１１４ｉに用いることが可能な単結晶半導体としては、薄片化した単結晶半導体
基板を用いればよい。代表的には、単結晶シリコン基板を薄片化した単結晶シリコンを用
いることができる。単結晶シリコンに代表される単結晶半導体は結晶粒界がないため、多
結晶半導体、微結晶半導体または非晶質半導体に比べ、変換効率が高い。そのため、優れ
た光電変換特性を得ることができる。
【００４２】
単結晶半導体（代表的には単結晶シリコン）のバンドギャップは１．１ｅＶである。
【００４３】
第１不純物半導体層１１２ｐと第２不純物半導体層１１６ｎは、一方がｐ型半導体層であ
り、他方がｎ型半導体層である。本実施の形態では、基板１０１側を光入射側とする構成
について説明するため、第１不純物半導体層１１２ｐとしてｐ型半導体層、第２不純物半
導体層１１６ｎとしてｎ型半導体層を形成する。
【００４４】
なお、第１不純物半導体層１１２ｐと第２不純物半導体層１１６ｎは、非晶質半導体（代
表的にはアモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイトなど）、微結晶半導体
（代表的には微結晶シリコンなど）、多結晶半導体（ポリシリコン）、または単結晶半導
体（単結晶シリコン）で形成される。
【００４５】
なお、第１不純物半導体層１１２ｐ、半導体層１１４ｉ、及び第２不純物半導体層１１６
ｎが単結晶半導体で形成される場合は、基板１０１を設けなくともよい。
【００４６】
第２電極１４０は、アルミニウム、銀、チタン、タンタル、または銅などの導電材料を用
いて反射電極を形成する。なお、第２電極１４０の表面を凹凸状としてもよい。光入射面
側に形成された凹凸は表面テクスチャとして機能でき、光の吸収率を向上させ、光電変換
効率の向上を実現できる。
【００４７】
なお、第２電極と第２不純物半導体層１１６ｎの間に、第１電極１０２で列記した亜鉛及
びアルミニウムを含む導電性酸窒化物、酸化インジウム、酸化インジウムスズ合金（ＩＴ
Ｏ）、酸化亜鉛などの透光性の導電材料を設けてもよい。
【００４８】
本実施の形態では、基板１０１側を光入射側とするため、第１電極を透光性を有する電極
としたが、第２電極１４０側を光入射側とする場合、第１電極１０２として、第２電極１
４０に列記した材料を適宜用い、第２電極１４０として、第１電極１０２に列記した材料
を適宜用いることができる。
【００４９】
基板１０１は、絶縁表面を有する基板または絶縁基板である。また、本実施の形態では基
板１０１側を光入射側とするため、透光性を有する基板とする。基板１０１としては、例
えば、青板ガラス、白板ガラス、鉛ガラス、強化ガラス或いはセラミックガラスなど市販
されている様々なガラス板、アルミノシリケート酸ガラス或いはバリウムホウケイ酸ガラ
スなどの無アルカリガラス基板、または、石英基板などが挙げられる。
【００５０】
次に、図１で示す光電変換装置の具体的な構成、および作製方法について、詳細に説明す
る。
【００５１】
基板１０１上に第１電極１０２を形成する。
【００５２】
基板１０１としては、本発明に係る光電変換装置の製造プロセスに耐えうるものであれば
特に限定されず、絶縁表面を有する基板または絶縁基板を用いることができる。好ましく
は、ガラス基板を用いると、大面積化や低コスト化を図ることができる。例えば、液晶デ
ィスプレイ用ガラス基板として流通しており、第１世代と呼ばれる３００ｍｍ×４００ｍ
ｍ、第２世代の４００ｍｍ×５００ｍｍ、第３世代の５５０ｍｍ×６５０ｍｍ、第４世代
の７３０ｍｍ×９２０ｍｍ、第５世代の１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、第６世代の２４５
０ｍｍ×１８５０ｍｍ、第７世代の１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ、第８世代の２０００ｍ
ｍ×２４００ｍｍなどの大面積基板を基板１０１として用いることができる。
【００５３】
第１電極１０２は、スパッタリング法などにより、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸
窒化物を形成する。導電性酸窒化物の膜厚は５０ｎｍ乃至５００ｎｍ程度とするのが好ま
しい。本実施の形態では導電性酸窒化物の膜厚は１００ｎｍとする。
【００５４】
亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物は、希ガス雰囲気、あるいは希ガスと酸素ガ
スを含む雰囲気下で、酸化亜鉛と窒化アルミニウムとを含むターゲットを用いたスパッタ
リング法を用いて形成することができる。なお、希ガスと酸素ガスを含む雰囲気で形成す
ることにより、導電性酸窒化物の透過率を向上させることができる。ただし、酸素ガスを
含ませた雰囲気下で形成した導電性酸窒化物は、抵抗率も増加するので、酸素ガスの濃度
は、０．１０％以上とするのが好ましく、より好ましくは０．３６％以上５％未満とする
。また、アルゴン等の希ガスのみの雰囲気下でスパッタリング法を行うことで、導電性酸
窒化物の抵抗率を低減させることができる。
【００５５】
また、スパッタリング法を用いて亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物を堆積させ
た後、加熱処理を行ってもよい。当該加熱処理は、窒素雰囲気下で行うことが好ましい。
このときの加熱温度を１５０℃以上３５０℃以下、好ましくは１５０℃以上２５０℃以下
で行うことが望ましい。
【００５６】
また、酸化亜鉛を含むターゲットの上に、窒化アルミニウムのチップを配置してスパッタ
リング法を行ってもよい。このとき、酸化亜鉛を含むターゲットに含まれるアルミニウム
量より、窒化アルミニウムのチップに含まれるアルミニウム量の方が多くなるようにする
。このようにすることで、導電性酸窒化物中の窒素とアルミニウムの量を容易に調節する
ことができる。また、窒化アルミニウムチップは、互いに点対称の位置となるように配置
するのが好ましい。このように窒化アルミニウムチップを配置することによって、形成後
の導電性酸窒化物中に窒素及びアルミニウムを均一に含ませることができる。
【００５７】
例えば、直径６インチの酸化亜鉛及び窒化アルミニウムを焼結したターゲット（ＺｎＯ：
ＡｌＮ＝１００：１（ｍｏｌ））上に窒化アルミニウムのチップ（１０ｍｍ×１０ｍｍ×
１ｍｍ）を、互いに点対称の位置となるように配置して、基板とターゲットの間との距離
を１８５ｍｍ、圧力０．４Ｐａ、高周波（ＲＦ）電源０．５ｋＷ、室温、アルゴン雰囲気
下でスパッタリングすることで、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物を形成する
ことができる。
【００５８】
本実施の形態に示す亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物は、レアメタルであるイ
ンジウム（Ｉｎ）を使うことなく作製することができるので、酸化インジウム−酸化錫化
合物（ＩＴＯ）からなる透光性導電膜と比較して、ターゲットのコストを１／２〜２／３
程度に抑えることができる。よって、光電変換装置１００の作製コストを低減することが
できる。
【００５９】
なお、スパッタリング装置は、パルス直流（ＤＣ）電源を用いると、ごみが軽減でき、膜
厚分布も均一にできるので、パルス直流（ＤＣ）電源を用いるのが好ましい。ただし、酸
化亜鉛を含むターゲットの上に、窒化アルミニウムのチップを配置してスパッタリングを
行う場合、窒化アルミニウムは導電性がないので、高周波（ＲＦ）電源を用いるのがよい
。
【００６０】
以上より、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物からなる透光性導電膜を形成する
ことができる。
【００６１】
第１電極１０２上に、第１不純物半導体層１１２ｐ、半導体層１１４ｉ、および第２不純
物半導体層１１６ｎを形成する。ここでは、一形態として第１不純物半導体層１１２ｐ、
半導体層１１４ｉ、および第２不純物半導体層１１６ｎとして、アモルファスシリコン層
を用いた作製方法を示すが、これに限定されるものではなく、適宜光電変換装置の作製方
法を用いることができる。
【００６２】
第１不純物半導体層１１２ｐ、半導体層１１４ｉ、および第２不純物半導体層１１６ｎは
、化学気相成長（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、
代表的にはプラズマＣＶＤ法により、半導体材料ガスと希釈ガスとを反応ガスとして用い
て形成する。半導体材料ガスとしては、シラン、ジシランに代表される水素化シリコン、
ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４等の塩化シリコン、またはＳｉＦ４等のフッ
化シリコンを用いることができる。また、希釈ガスとしては、代表的には水素が挙げられ
、水素に加えて、ヘリウム、アルゴン、クリプトン及びネオンから選ばれた一種または複
数種の希ガス元素を希釈ガスとして用いることができる。また、希釈ガスとして、複数の
種類（例えば水素とアルゴン）を組み合わせて用いることもできる。
【００６３】
例えば、第１不純物半導体層１１２ｐ、半導体層１１４ｉ、および第２不純物半導体層１
１６ｎは、上記反応ガスを用い、電力周波数３ＭＨｚ以上３００ＭＨｚ以下の高周波電力
を印加してプラズマを生成するプラズマＣＶＤ装置により形成することができる。また、
高周波電力に代えて電力周波数１ＧＨｚ以上５ＧＨｚ以下、代表的には２．４５ＧＨｚの
マイクロ波電力を印加しても良い。例えば、プラズマＣＶＤ装置の処理室内において、水
素化シリコン（代表的にはシラン）と水素とを混合し、グロー放電プラズマにより形成す
ることができる。グロー放電プラズマの生成は、３ＭＨｚ以上３０ＭＨｚ以下、代表的に
は１３．５６ＭＨｚ、２７．１２ＭＨｚの高周波電力、または３０ＭＨｚより大きく３０
０ＭＨｚ程度までのＶＨＦ帯の高周波電力、代表的には６０ＭＨｚを印加することで行わ
れる。基板の加熱温度は１００℃以上３００℃以下、好ましくは１２０℃以上２２０℃以
下で行う。
【００６４】
半導体層１１４ｉとしては、ここではアモルファスシリコン層を形成する。具体的には、
処理室内に反応ガスを導入し、所定の圧力を維持してグロー放電プラズマを生成し、アモ
ルファスシリコン層を形成することができる。なお、半導体層１１４ｉの酸素濃度および
炭素濃度は、極力低減させることが好ましい。具体的には、酸素濃度および炭素濃度が５
×１０１８／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満となるように、処理室内
の酸素濃度および炭素濃度、並びに反応ガスの酸素濃度および炭素濃度（反応ガスの純度
）を制御する。
【００６５】
また、半導体層１１４ｉに含まれる酸素濃度および炭素濃度を極力低減させるため、半導
体層１１４ｉは、超高真空（ＵＨＶ；Ｕｌｔｒａ  Ｈｉｇｈ  Ｖａｃｕｕｍ）処理室で形
成することが好ましい。具体的には、１×１０−８Ｐａを超え、１×１０−５Ｐａ以下の
真空度に到達させることができる処理室で、半導体層１１４ｉを形成することが好ましい
。
【００６６】
第１不純物半導体層１１２ｐは、半導体材料ガスと希釈ガスとを含む反応ガスに、一導電
型を付与する不純物を含むドーピングガスを混合して、一導電型の不純物半導体層を形成
する。本実施の形態では、ｐ型を付与する不純物を含むドーピングガスを混合して、ｐ型
のアモルファスシリコン層を形成する。ｐ型を付与する不純物としては、代表的には周期
表第１３族元素であるボロンまたはアルミニウムなどが挙げられる。例えば、ジボランな
どのドーピングガスを反応ガスに混合することで、ｐ型のアモルファスシリコン層を形成
することができる。
【００６７】
第２不純物半導体層１１６ｎは、第１不純物半導体層１１２ｐと逆導電型である不純物半
導体層を形成する。本実施の形態では、ｎ型を付与する不純物を含むドーピングガスを反
応ガスに混合して、ｎ型のアモルファスシリコン層を形成する。ｎ型を付与する不純物と
しては、代表的には周期表第１５族元素であるリン、ヒ素、またはアンチモンなどが挙げ
られる。例えば、フォスフィンなどのドーピングガスを反応ガスに混合することで、ｎ型
のアモルファスシリコン層を形成することができる。
【００６８】
ここで、第１不純物半導体層１１２ｐ、半導体層１１４ｉ、および第２不純物半導体層１
１６ｎの形成に用いることができるＣＶＤ装置の模式図を図２に示す。
【００６９】
図２に示すプラズマＣＶＤ装置１６１は、ガス供給手段１５０及び排気手段１５１に接続
されている。
【００７０】
また、プラズマＣＶＤ装置１６１は、処理室１４１と、ステージ１４２と、ガス供給部１
４３と、シャワープレート１４４と、排気口１４５と、上部電極１４６と、下部電極１４
７と、交流電源１４８と、温度制御部１４９と、を具備する。
【００７１】
処理室１４１は剛性のある素材で形成され、内部を真空排気（好ましくは超高真空排気）
できるように構成されている。処理室１４１には、上部電極１４６と下部電極１４７が備
えられている。なお、図２では、容量結合型（平行平板型）の構成を示しているが、異な
る二以上の高周波電力を印加して処理室１４１の内部にプラズマを生成できるものであれ
ば、誘導結合型など他の構成を適用してもよい。
【００７２】
ここで、本実施の形態に係る半導体層１１４ｉを形成するためには、処理室１４１内の酸
素濃度および炭素濃度を極力低減させた環境にすることが好ましい。具体的には、処理室
１４１は、１×１０−８Ｐａを超え、１×１０−５Ｐａ以下の真空度に到達させることが
できる超高真空処理室とすることが好ましい。処理室１４１内の雰囲気を１×１０−８Ｐ
ａを超え、１×１０−５Ｐａ以下の真空度に真空排気した後、反応ガスを導入して半導体
層１１４ｉを形成することで、該半導体層１１４ｉの成膜中に取り込まれる酸素および炭
素の濃度を低減させることができる。
【００７３】
図２に示すプラズマＣＶＤ装置１６１により処理を行う際には、所定の反応ガスをガス供
給部１４３から供給する。供給された反応ガスは、シャワープレート１４４を通って、処
理室１４１に導入される。上部電極１４６と下部電極１４７に接続された交流電源１４８
により、高周波電力が印加されて処理室１４１内の反応ガスが励起され、プラズマが生成
される。また、真空ポンプに接続された排気口１４５によって、処理室１４１内の反応ガ
スが排気されている。また、温度制御部１４９によって、被処理体を加熱しながらプラズ
マ処理することができる。
【００７４】
ガス供給手段１５０は、反応ガスが充填されるシリンダ１５２、圧力調整弁１５３、スト
ップバルブ１５４、マスフローコントローラ１５５などで構成されている。処理室１４１
内において、上部電極１４６と被処理体との間には板状に加工され、複数の細孔が設けら
れたシャワープレートを有する。上部電極１４６に供給される反応ガスは、内部の中空構
造を経て、この細孔から処理室１４１内に供給される。
【００７５】
処理室１４１に接続される排気手段１５１は、真空排気と、反応ガスを流す場合において
処理室１４１内を所定の圧力に保持するように制御する機能が含まれている。排気手段１
５１の構成としては、バタフライバルブ１５６、コンダクタンスバルブ１５７、ターボ分
子ポンプ１５８、ドライポンプ１５９などが含まれる。バタフライバルブ１５６とコンダ
クタンスバルブ１５７を並列に配置する場合には、バタフライバルブ１５６を閉じてコン
ダクタンスバルブ１５７を動作させることで、反応ガスの排気速度を制御して処理室１４
１の圧力を所定の範囲に保つことができる。また、コンダクタンスの大きいバタフライバ
ルブ１５６を開くことで高真空排気が可能となる。
【００７６】
なお、処理室１４１を超高真空排気する場合には、クライオポンプ１６０を併用すること
が好ましい。その他、到達真空度として超高真空まで排気する場合には、処理室１４１の
内壁を鏡面加工し、内壁からのガス放出を低減するためにベーキング用のヒータを設けて
も良い。
【００７７】
また、処理室１４１の内壁全体を覆って膜が形成（被着）されるようにプレコート処理を
行うことで、処理室内壁に付着した不純物、または処理室内壁を構成する不純物が被膜（
例えば、半導体層１１４ｉ）などに混入することを防止することができる。例えば、半導
体層１１４ｉとして非単結晶シリコン層を形成する場合、プレコート処理としてシリコン
を主成分とする膜（例えばアモルファスシリコン）を形成すればよい。ただし、プレコー
ト処理で形成する膜には酸素および炭素が含まれないようにすることが好ましい。
【００７８】
なお、第１不純物半導体層１１２ｐ、半導体層１１４ｉ、および第２不純物半導体層１１
６ｎは、価電子制御などを目的として微量の不純物が添加されること、並びに、各層の界
面は大気に触れさせることなく連続的に形成することが好ましいことから、複数の成膜処
理室が備えられたマルチ・チャンバー構成とすることが望ましい。例えば、図２に示すＣ
ＶＤ装置は、図３に示すようなマルチ・チャンバー構成とすることが好ましい。
【００７９】
図３に示すプラズマＣＶＤ装置は、共通室４０７の周りに、ロード室４０１、アンロード
室４０２、処理室（１）４０３ａ、処理室（２）４０３ｂ、処理室（３）４０３ｃ、予備
室４０５を備えた構成となっている。例えば、処理室（１）４０３ａはｐ型半導体層（本
実施の形態では第１不純物半導体層１１２ｐ）を成膜し、処理室（２）４０３ｂはｉ型半
導体層（本実施の形態では半導体層１１４ｉ）を成膜し、処理室（３）４０３ｃはｎ型半
導体層（本実施の形態では第２不純物半導体層１１６ｎ）を成膜する処理室とする。図３
に示すプラズマＣＶＤ装置において、少なくとも半導体層１１４ｉを成膜する処理室（２
）４０３ｂは、処理室内の酸素濃度および炭素濃度が極力低減された処理室（図２に示し
た処理室１４１）とする。もちろん、各室（ロード室、アンロード室、各処理室および予
備室）を含むプラズマＣＶＤ装置全体において、酸素濃度および炭素濃度が極力低減され
ていることが好ましい。
【００８０】
被処理体は、共通室４０７を介して各室に搬出入される。共通室４０７と各室の間にはゲ
ートバルブ４０８が備えられ、各室で行われる処理が、相互に干渉しないように構成され
ている。被処理体（基板）は、ロード室４０１のカセット４００に装填され、共通室４０
７の搬送手段４０９により各処理室に運ばれ、所望の処理が終わった後、アンロード室４
０２のカセット４００に装填する。図３に示すようなマルチ・チャンバー構成の装置では
、成膜する膜種毎に処理室をあてがうことができ、複数の異なる被膜を大気に触れさせる
ことなく連続して形成することができる。
【００８１】
図３を用いて、第１不純物半導体層１１２ｐ、半導体層１１４ｉ、および第２不純物半導
体層１１６ｎを形成する例について説明する。
【００８２】
第１電極１０２が形成された基板１０１を被処理体としてロード室４０１のカセット４０
０に装填する。共通室４０７の搬送手段４０９により、処理室（１）４０３ａに被処理体
を搬入し、被処理体の第１電極１０２上に第１不純物半導体層１１２ｐを形成する。ここ
では、第１不純物半導体層１１２ｐとして、ｐ型の微結晶シリコン層を形成する。
【００８３】
共通室４０７の搬送手段４０９により、処理室（１）４０３ａの被処理体を搬出し、当該
被処理体を処理室（２）４０３ｂに搬入して、被処理体の第１不純物半導体層１１２ｐ上
に半導体層１１４ｉを形成する。処理室（２）４０３ｂは、例えば、酸素濃度および炭素
濃度が極力低減された超高真空処理室である。
【００８４】
処理室（２）４０３ｂ内に、半導体層１１４ｉの成膜に用いる反応ガスを導入して成膜を
行う。半導体層１１４ｉの成膜に用いる反応ガスとしては、半導体材料ガス、及び希釈ガ
スを用いる。反応ガスの酸素濃度および炭素濃度は極力低減させる。
【００８５】
半導体層１１４ｉ形成の一例としては、シラン（ＳｉＨ４）の流量を２８０ｓｃｃｍ、水
素（Ｈ２）の流量を３００ｓｃｃｍとして処理室（２）４０３ｂに導入して安定させ、処
理室（２）４０３ｂ内の圧力１７０Ｐａ、被処理体の温度２８０℃とし、ＲＦ電源周波数
１３．５６ＭＨｚ、ＲＦ電源の電力６０Ｗのプラズマ放電を行って、非単結晶シリコン層
を形成する。また、半導体層１１４ｉに含まれる酸素濃度および炭素濃度は５×１０１８
／ｃｍ３未満、好ましくは１×１０１８／ｃｍ３未満となるように、処理室（２）４０３
ｂ内の環境および処理室（２）４０３ｂに導入されるガスの純度を制御する。
【００８６】
共通室４０７の搬送手段４０９により、処理室（２）４０３ｂの被処理体を搬出し、当該
被処理体を処理室（３）４０３ｃに搬入して、被処理体の半導体層１１４ｉ上に第２不純
物半導体層１１６ｎを形成する。ここでは、第２不純物半導体層１１６ｎとして、ｎ型の
アモルファスシリコン層を形成する。
【００８７】
共通室４０７の搬送手段４０９により、処理室（３）４０３ｃの被処理体を搬出し、当該
被処理体をアンロード室４０２のカセット４００に装填する。
【００８８】
以上により、第１不純物半導体層１１２ｐ、半導体層１１４ｉ、および第２不純物半導体
層１１６ｎを形成して、ユニットセル１１０を構成することができる。
【００８９】
第２不純物半導体層１１６ｎ上に、第２電極１４０を形成する。
【００９０】
第２電極１４０は、スパッタリング法などにより、アルミニウム、銀、チタン、タンタル
、または銅などを用いて、反射電極を形成する。なお、第２電極１４０と第２不純物半導
体層１１６ｎとが接する側の界面に凹凸を形成すると、反射率が向上するため好ましい。
【００９１】
以上により、光電流の取り出し効率が向上した光電変換装置１００を低コストで作製する
ことができる。
【００９２】
本実施の形態で示した構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて
行うことができる。
【００９３】
（実施の形態２）
本実施の形態では、上記実施の形態と異なる構成の光電変換装置を示す。具体的には、図
１に示した光電変換装置と積層されるユニットセルの数が異なる例を示す。
【００９４】
図４は、ユニットセルが２層積層されたタンデム型の光電変換装置２００を示す。光電変
換装置２００は、第１電極１０２が形成された基板１０１上に形成されたユニットセル１
１０と、当該ユニットセル１１０上に形成された中間導電層３０１と、中間導電層３０１
上に形成されたユニットセル２２０と、当該ユニットセル２２０上に形成された第２電極
１４０と、で構成される。
【００９５】
ユニットセル１１０は、第１電極１０２側から、第１不純物半導体層１１２ｐ、半導体層
１１４ｉ、および第２不純物半導体層１１６ｎの積層構造で形成される。
【００９６】
ユニットセル２２０は、ユニットセル１１０側から、第３不純物半導体層２２２ｐ、半導
体層２２４ｉ、および第４不純物半導体層２２６ｎの積層構造で形成される。ユニットセ
ル２２０は、少なくとも一つの半導体接合を有する。
【００９７】
中間導電層３０１として、第１電極１０２に示す亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒
化物を用いることができる。
【００９８】
また、中間導電層としては、亜鉛及びアルミニウムを含む導電性酸窒化物と共に、酸化イ
ンジウム、酸化インジウムスズ合金、酸化亜鉛、酸化チタン、酸化マグネシウム亜鉛、酸
化カドミウム亜鉛、酸化カドミウム、ＩｎＧａＯ３ＺｎＯ５及びＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系
のアモルファス酸化物半導体などを積層してもよい。
【００９９】
図４に示す光電変換装置２００において、基板１０１側を光入射側とする場合、光入射側
に近いユニットセル１１０の半導体層１１４ｉとして、ユニットセル２２０の半導体層２
２４ｉよりもバンドギャップの広い半導体を用いて形成することが好ましい。代表的には
、ユニットセル１１０の半導体層１１４ｉを非晶質半導体（例えばアモルファスシリコン
、アモルファスシリコンゲルマニウムなど）とし、ユニットセル２２０の半導体層２２４
ｉを微結晶半導体（例えば微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムなど）、多結晶
半導体（例えばポリシリコン、ポリシリコンゲルマニウムなど）、または単結晶半導体（
単結晶シリコンなど）とすることが好ましい。または、ユニットセル１１０の半導体層１
１４ｉを微結晶半導体（例えば微結晶シリコン、微結晶シリコンゲルマニウムなど）とし
、ユニットセル２２０の半導体層２２４ｉを多結晶半導体（例えばポリシリコン、ポリシ
リコンゲルマニウムなど）、または単結晶半導体（単結晶シリコンなど）とすることが好
ましい。なお、半導体層２２４ｉの作製方法は、実施の形態１に示す半導体層１１４ｉの
方法を適宜用いることができる。
【０１００】
第３不純物半導体層２２２ｐと第４不純物半導体層２２６ｎは、非晶質半導体（代表的に
はアモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイトなど）、微結晶半導体（代表
的には微結晶シリコンなど）、多結晶半導体（ポリシリコン）、または単結晶半導体（単
結晶シリコン）で形成される。また、第３不純物半導体層２２２ｐと第４不純物半導体層
２２６ｎは、一方がｐ型半導体層であり、他方がｎ型半導体層である。さらに、第３不純
物半導体層２２２ｐは、ユニットセル１１０の第２不純物半導体層１１６ｎと逆導電型で
ある不純物半導体層を形成する。第４不純物半導体層２２６ｎは、第３不純物半導体層２
２２ｐと逆導電型である不純物半導体層を形成する。例えば、第３不純物半導体層２２２
ｐとしてｐ型半導体層を形成し、第４不純物半導体層２２６ｎとしてはｎ型半導体層を形
成する。
【０１０１】
なお、ユニットセル２２０の半導体層２２４ｉ、第３不純物半導体層２２２ｐ、及び第４
不純物半導体層２２６ｎを単結晶半導体で形成する場合、基板１０１を設けなくともよい
。
【０１０２】
なお、さらに別のユニットセルを積層して、スタック型などの光電変換装置としてもよい
。
【０１０３】
本実施の形態で示す構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わせて行
うことができる。
【０１０４】
（実施の形態３）
本実施の形態では、同一基板上に複数の光電変換セルを形成し、複数の光電変換セルを直
列接続して光電変換装置を集積化する、集積型光電変換装置（光電変換装置モジュール）
の例を説明する。また、本実施の形態では、縦方向にユニットセルが２層積層されたタン
デム型光電変換装置を集積化する例を説明する。なお、図１に示すようにユニットセルを
１層を有する光電変換装置を集積化してもよいし、ユニットセルを３層以上積層した光電
変換装置を集積化してもよい。以下、集積型光電変換装置の作製工程および構成の概略に
ついて説明する。
【０１０５】
図５（Ａ）において、基板１００１上に第１電極１００２を設ける。或いは第１電極１０
０２を備えた基板１００１を用意する。第１電極１００２は、スパッタリング法、蒸着法
、または印刷法などにより、実施の形態１の第１電極１０２に示す亜鉛及びアルミニウム
を含む導電性酸窒化物を用いて、４０ｎｍ〜２００ｎｍ（好適には５０ｎｍ〜１００ｎｍ
）の厚さで形成する。
【０１０６】
第１電極１００２上には、ユニットセル１０１０、中間導電層１００３、およびユニット
セル１０２０が順に積層形成される。ユニットセル１０１０およびユニットセル１０２０
を構成する光電変換層は、ここではプラズマＣＶＤ法で作製される半導体層で構成され、
ｐｉｎ接合に代表される半導体接合を含む。ここでは、光入射側に配置されるユニットセ
ル１０１０を構成する光電変換層のｉ層を、ユニットセル１０２０の半導体層のｉ層より
もバンドギャップの広い半導体を用いて形成することが好ましいため、実施の形態２に示
すタンデム構造を適宜用いることができる。また、中間導電層１００３は、実施の形態２
に示す中間導電層３０１と同様に形成する。
【０１０７】
次に、素子分離された光電変換セルを形成し、光電変換セルを集積化する。光電変換セル
の集積化方法および素子分離方法は特に限定されない。ここでは、光電変換セル毎に分離
し、互いに隣接する光電変換セル同士を電気的に直列に接続する例を説明する。
【０１０８】
図５（Ｂ）に示すように、同一基板上に複数の光電変換セルを形成するために、レーザ加
工法によりユニットセル１０１０、中間導電層１００３、およびユニットセル１０２０の
積層体と第１電極１００２とを貫通する開口Ｃ０〜Ｃｎを形成する。開口Ｃ０、Ｃ２、Ｃ
４、・・・Ｃｎ−２、Ｃｎは絶縁分離用の開口であり、素子分離された複数の光電変換セ
ルを形成するために設ける。また、開口Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、・・・Ｃｎ−１は、分離され
た第１電極と、ユニットセル１０１０、中間導電層１００３、およびユニットセル１０２
０の積層体上に後に形成される第２電極と、の接続を形成するために設ける。開口Ｃ０〜
Ｃｎの形成により、第１電極１００２は第１電極Ｔ１〜Ｔｍに、ユニットセル１０１０、
中間導電層１００３、およびユニットセル１０２０の積層体は多重接合セルＫ１〜Ｋｍに
分割される。なお、開口を形成するためのレーザ加工法に用いるレーザの種類は限定され
るものではないが、Ｎｄ−ＹＡＧレーザやエキシマレーザなどを用いることが好ましい。
いずれにしても、第１電極１００２とユニットセル１０１０、中間導電層１００３、およ
びユニットセル１０２０が積層された状態でレーザ加工を行うことにより、加工時に第１
電極１００２が基板１００１から剥離することを防ぐことができる。
【０１０９】
図５（Ｃ）に示すように、開口Ｃ０、Ｃ２、Ｃ４、・・・Ｃｎ−２、Ｃｎを充填し、且つ
開口Ｃ０、Ｃ２、Ｃ４、・・・Ｃｎ−２、Ｃｎの上端部を覆う絶縁層Ｚ０〜Ｚｍを形成す
る。絶縁層Ｚ０〜Ｚｍはスクリーン印刷法により、アクリル樹脂、フェノール樹脂、エポ
キシ樹脂、ポリイミド樹脂などの絶縁性のある樹脂材料を用いて形成することができる。
例えば、フェノキシ樹脂にシクロヘキサン、イソホロン、高抵抗カーボンブラック、アエ
ロジル（商標登録）、分散剤、消泡剤、およびレベリング剤を混合させた樹脂組成物を用
い、スクリーン印刷法により開口Ｃ０、Ｃ２、Ｃ４、・・・Ｃｎ−２、Ｃｎを充填するよ
うに絶縁樹脂パターンを形成する。絶縁樹脂パターンを形成した後、１６０℃に設定した
オーブン中にて２０分間熱硬化させることで、絶縁層Ｚ０〜Ｚｍを形成することができる
。
【０１１０】
次に、図６で示す第２電極Ｅ０〜Ｅｍを形成する。第２電極Ｅ０〜Ｅｍは導電材料で形成
する。第２電極Ｅ０〜Ｅｍは、アルミニウム、銀、モリブデン、チタン、クロムなどを用
いた導電層をスパッタリング法や真空蒸着法で形成しても良いが、吐出形成できる導電材
料を用いて形成することもできる。吐出形成できる導電材料を用いて第２電極Ｅ０〜Ｅｍ
を形成する場合は、スクリーン印刷法、インクジェット法、ディスペンス法などにより所
定のパターンを直接形成する。例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｗ、Ａｌ等の金属の導電性粒
子を主成分とした導電材料を用いて、第２電極Ｅ０〜Ｅｍを形成することができる。大面
積基板を用いて光電変換装置を作製する場合には、第２電極Ｅ０〜Ｅｍを低抵抗化するこ
とが好ましい。したがって、金属の粒子として抵抗率の低い金、銀、銅のいずれかの粒子
、好適には低抵抗な銀或いは銅を溶媒に溶解または分散させた導電材料を用いるとよい。
また、レーザ加工された開口Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、・・・Ｃｎ−１に導電材料を十分に充填
するには、導電性粒子の平均粒径が５ｎｍ〜１０ｎｍであるナノペーストを用いることが
好ましい。
【０１１１】
第２電極Ｅ０〜Ｅｍは、上記の他に、導電材料の周囲を他の導電材料で覆った導電性粒子
を含む導電性組成物を吐出形成してもよい。例えば、Ｃｕの周りをＡｇで覆った導電性粒
子において、ＣｕとＡｇの間にニッケルまたはニッケル硼素からなるバッファ層を設けた
導電性粒子を用いても良い。溶媒は、酢酸ブチル等のエステル類、イソプロピルアルコー
ル等のアルコール類、アセトン等の有機溶剤等が用いられる。吐出形成する導電性組成物
の表面張力と粘度は、溶液の濃度を調整し、界面活性剤等を加えて適宜調整する。
【０１１２】
第２電極Ｅ０〜Ｅｍを形成する導電性組成物の吐出後は、常圧下または減圧下で、レーザ
ビームの照射や瞬間熱アニール（ＲＴＡ）、加熱炉等により、乾燥および／または焼成を
行う。乾燥と焼成の工程は、両工程とも加熱処理の工程であるが、例えば、乾燥は１００
℃で３分間、焼成は２００℃〜３５０℃で１５分間〜１２０分間で行う。本工程により、
導電性組成物中の溶媒を揮発する、または導電性組成物中の分散剤を化学的に除去して、
周囲の樹脂を硬化収縮させることで融合と融着を加速する。乾燥と焼成を行う雰囲気は、
酸素雰囲気、窒素雰囲気または大気雰囲気で行う。但し、導電性粒子を溶解または分散さ
せている溶媒が除去されやすい酸素雰囲気下で行うことが好適である。
【０１１３】
第２電極Ｅ０〜Ｅｍは、多重接合セルＫ１〜Ｋｍの最上層であるユニットセル１０２０と
接触する。第２電極Ｅ０〜Ｅｍとユニットセル１０２０の接触をオーム接触とすることで
接触抵抗を下げることができる。
【０１１４】
第２電極Ｅ０〜Ｅｍ−１のそれぞれは、開口Ｃ１、Ｃ３、Ｃ５、・・・Ｃｎ−１において
、第１電極Ｔ１〜Ｔｍのそれぞれと接続するように形成する。すなわち開口Ｃ１、Ｃ３、
Ｃ５、・・・Ｃｎ−１に、第２電極Ｅ０〜Ｅｍ−１と同一材料を充填する。このようにし
て、例えば第２電極Ｅ１は第１電極Ｔ２と電気的な接続を得て、第２電極Ｅｍ−１は、第
１電極Ｔｍとの電気的な接続を得ることができる。すなわち、第２電極は、隣接する第１
電極との電気的な接続を得ることができ、各多重接合セルＫ１〜Ｋｍは直列に電気的な接
続を得る。
【０１１５】
以上のようにして、基板１００１上に、第１電極Ｔ１と多重接合セルＫ１と第２電極Ｅ１
からなる光電変換セルＳ１、・・・第１電極Ｔｍと多重接合セルＫｍと第２電極Ｅｍから
成る光電変換セルＳｍが形成される。ｍ個の光電変換セルＳ１〜Ｓｍは、直列に電気的に
接続されている。
【０１１６】
光電変換セルＳ１〜Ｓｍ上を覆うように、封止樹脂層１０８０を形成する。封止樹脂層１
０８０は、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂を用いて形成すればよい。また
、第２電極Ｅ０上の封止樹脂層１０８０に開口部１０９０、第２電極Ｅｍ上の封止樹脂層
１０８０に開口部１１００を形成し、開口部１０９０、開口部１１００で外部配線と接続
できるようにする。第２電極Ｅ０は第１電極Ｔ１と接続されており、直列接続された光電
変換セルＳ１〜Ｓｍの一方の取り出し電極となる。また、第２電極Ｅｍは、他方の取り出
し電極となる。
【０１１７】
本発明を適用した非単結晶半導体層を有する光電変換セルを用いて、集積型の光電変換装
置を作製することができる。集積型の光電変換装置とすることで、所望の電力（電流、電
圧）を得ることができる。
【０１１８】
なお、本実施の形態で示す構成は、本明細書の他の実施の形態で示す構成と適宜組み合わ
せて行うことができる。
【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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