(57)【要約】  透光性絶縁基板１上に、第１電極層２と、第１のｐ型半導体層３ａと第１のｉ型半導体層３ｂと第１のｎ型半導体層３ｃとが前記第１電極層２側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層３と、中間層４と、第２のｐ型半導体層５ａと第２のｉ型半導体５ｂと第２のｎ型半導体層５ｃとが前記第１電極層２側から順次積層されてなり光電変換を行う第２光電変換層５と、第２電極層６と、をこの順で有し、前記中間層４は、酸化シリコンを主成分とする層４ａと導電性材料からなる層４ｂを含み、前記第１光電変換層３と前記第２光電変換層５とを電気的に接続する。
2010087312.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のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２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、をこの順で有する薄膜光電変換装置であって、
前記中間層は、酸化シリコンを主成分とする材料からなり前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とに接するとともに前記第１のｎ型半導体層から前記第２のｐ型半導体層に達する開口部を有する第１中間層と、前記第１中間層の前記開口部内に設けられて前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とを電気的に接続する導電性材料からなる第２中間層とを含み、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを電気的に接続すること、
を特徴とする薄膜光電変換装置。
【請求項２】
前記導電性材料は、透明導電性酸化膜からなり、
前記中間層の主面における前記第２中間層の占める面積の割合が１０％〜９０％であること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項３】
前記導電性材料は、金属からなり、
前記中間層の主面における前記第２中間層の占める面積の割合が０．０１％〜１０％であること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項４】
前記導電性材料は、前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とよりも不純物が高濃度に添加された微結晶シリコンを含有するｐ型またはｎ型のシリコンからなり、
前記中間層の主面における前記第２中間層の占める面積の割合が１０％〜９０％であること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項５】
前記導電性材料は、前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とが直接接合した場合の界面に生じるバンドオフセットよりも狭いバンドギャップを有する半導体もしくは半金属であるナローバンドギャップ材料からなること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項６】
前記第１中間層は、酸化シリコン、酸窒化シリコン系材料、炭素含有シリコン酸化膜系材料、酸フッ化シリコン系材料のうちのいずれかの材料からなること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項７】
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のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２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光電変換装置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光電変換層を形成する第２工程と、
前記第１光電変換層上に、酸化シリコンを主成分とする材料からなり前記第１のｎ型半導体層に接するとともに前記第１のｎ型半導体層に達する開口部を有する第１中間層と、前記第１中間層の前記開口部内に設けられて前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とを電気的に接続する導電性材料からなる第２中間層とを有して前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを電気的に接続する前記中間層を形成する第３工程と、
前記中間層の主面の前記第１中間層および前記第２中間層に接するように前記中間層上に前記第２光電変換層を形成する第４工程と、
前記第２光電変換層上に、前記第２電極層を形成する第５工程と、
を含むことを特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項８】
前記第３工程において、
前記導電性材料を、透明導電性酸化膜により形成し、
前記中間層の主面における前記第２中間層の占める面積の割合を１０％〜９０％とすること、
を特徴とする請求項７に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項９】
前記第３工程において、
前記導電性材料を、金属により形成し、
前記中間層の主面における前記第２中間層の占める面積の割合を０．０１％〜１０％とすること、
を特徴とする請求項７に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第３工程において、
前記導電性材料を、前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とよりも不純物が高濃度に添加された微結晶シリコンを含有するｐ型またはｎ型のシリコンにより形成し、
前記中間層の主面における前記第２中間層の占める面積の割合を１０％〜９０％とすること、
を特徴とする請求項７に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第３工程において、
前記導電性材料を、前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とが直接接合した場合の界面に生じるバンドオフセットよりも狭いバンドギャップを有する半導体もしくは半金属であるナローバンドギャップ材料により形成すること、
を特徴とする請求項７に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第３工程において、
前記第１中間層を、酸化シリコン、酸窒化シリコン系材料、炭素含有シリコン酸化膜系材料、酸フッ化シリコン系材料のうちのいずれかの材料により形成すること、
を特徴とする請求項７に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１３】
前記第３工程において、
前記第１光電変換層上に表面から前記第１光電変換層に達する開口部を有する前記第１中間層を形成した後に、前記開口部内に前記第２中間層を形成すること、
を特徴とする請求項７に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第３工程において、
前記第１光電変換層上に表面から前記第１光電変換層に達する開口部を有する前記第２中間層を形成した後に、前記開口部内に前記第１中間層を形成すること、
を特徴とする請求項７に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜光電変換装置およびその製造方法に関し、特に、高い光電変換効率を有する薄膜光電変換装置およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ｐｉｎ接合を有する複数のシリコン系光電変換層を積層して備えるタンデム型の薄膜光電変換装置においては、例えば２つのシリコン系光電変換層の間に、開口部を有する窒化シリコン層と、その窒化シリコン層の開口部に形成された窒素原子を含有するｐ型シリコン系半導体層からなる電気的接合層と、により構成される中間層を挟持しているものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１８１９６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の技術によれば、電気的接合層と各シリコン系光電変換層との界面に形成されるバンドオフセットや界面準位により、光生成キャリアの再結合が生じる。また、窒化シリコンの屈折率が２．１に近く、窒化シリコン層とシリコン系光電変換層との界面の反射率を十分に高めることができない。その結果、薄膜光電変換装置の変換効率が低下する、という問題があった。【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換効率に優れた薄膜光電変換装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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光電変換装置は、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のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２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、をこの順で有する薄膜光電変換装置であって、前記中間層は、酸化シリコンを主成分とする材料からなり前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とに接するとともに前記第１のｎ型半導体層から前記第２のｐ型半導体層に達する開口部を有する第１中間層と、前記第１中間層の前記開口部内に設けられて前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とを電気的に接続する導電性材料からなる第２中間層とを含み、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを電気的に接続すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、導電性材料からなる層を含む中間層により第１光電変換層と第２光電変換層とを電気的に接続することにより、中間層に起因した光生成キャリアの再結合による光電変換効率の低下を防止することができる。また、中間層におけるキャリアのトンネル再結合速度が向上する。さらに第１中間層の屈折率が１．４５〜１．８程度に低く、比較的容易に所望の波長領域の反射率を向上させることができる。したがって、本発明によれば、光電変換効率に優れた薄膜光電変換装置を得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池の構成を模式的に示す断面図である。
【図２−１】図２−１は、本発明の実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図２−２】図２−２は、本発明の実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図２−３】図２−３は、本発明の実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図２−４】図２−４は、本発明の実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図２−５】図２−５は、本発明の実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【図２−６】図２−６は、本発明の実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下に、本発明にかかる薄膜光電変換装置およびそ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。
【００１０】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかる薄膜光電変換装置であるタンデム型薄膜光電変換装置の構成を模式的に示す断面図である。図１に示すように、本実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板１、透光性絶縁基板１上に形成され第１電極層となる透明電極層２、透明電極層２上に形成された第１の薄膜半導体層である第１光電変換層３、第１光電変換層３上に形成された中間層４、中間層４上に形成された第２の薄膜半導体層である第２光電変換層５、第２光電変換層５上に形成され第２電極層となる裏面電極層６、が順次積層された構造を有する。
【００１１】
透光性絶縁基板１は、ガラスや透明樹脂、プラスチック、石英などの種々の透光性を有する絶縁基板が用いられる。
【００１２】
透明電極層２は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）のうちの少なくとも１種を含む透明導電性酸化膜（ＴＣＯ：Transparent Conducting Oxide）によって構成される。また、これらのＴＣＯ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てもよい。また、透明電極層２は、表面に凹凸が形成された表面テクスチャー構造を有してもよい。このテクスチャー構造は、入射した太陽光を散乱させ、第１光電変換層３での光利用効率を高める機能を有する。このような透明電極層２は、スパッタリング法、電子ビーム堆積法、常圧化学気相成長（ＣＶＤ：Chemical  Vapor  Deposition)法、低圧ＣＶＤ法、有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ：Metal  Organic  Chemical  Vapor  Deposition）法、ゾルゲル法、印刷法、スプレー法等の種々の方法により作製することができる。
【００１３】
第１光電変換層３は、ｐｉｎ接合を有するシリコン系薄膜半導体層からなり、透光性絶縁基板１の主面に略平行なｐ型半導体層３ａ、ｉ型半導体層３ｂ、およびｎ型半導体層３ｃが順次積層されたｐｉｎ半導体接合を含んでいる。ここで、シリコン系薄膜半導体層とは、シリコン半導体、または炭素、ゲルマニウム、酸素またはその他の元素の少なくとも１つが添加された薄膜からなる層を意味する。この第１光電変換層３は、一般にプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等を用いて堆積形成される。
【００１４】
また、第１光電変換層３における各層の接合特性を改善するために、ｐ型半導体層３ａとｉ型半導体層３ｂとの間、ｉ型半導体層３ｂとｎ型半導体層３ｃとの間に、各接合層のバンドギャップの中間、または同等の大きさのバンドギャップを有する非単結晶シリコン（Ｓｉ）層や非単結晶炭化シリコン（ＳｉｘＣ１−ｘ）層等の半導体層を介在させてもよい。すなわち、ｐ型半導体層３ａとｉ型半導体層３ｂとの間には、ｐ型半導体層３ａとｉ型半導体層３ｂのバンドギャップの中間、または同等の大きさのバンドギャップを有する非単結晶シリコン（Ｓｉ）層や非単結晶炭化シリコン（ＳｉｘＣ１−ｘ）層等の半導体層を介在させても良い。同様に、ｉ型半導体層３ｂとｎ型半導体層３ｃとの間には、ｉ型半導体層３ｂとｎ型半導体層３ｃのバンドギャップの中間、または同等の大きさのバンドギャップを有する非単結晶シリコン（Ｓｉ）層や非単結晶炭化シリコン（ＳｉｘＣ１−ｘ）層等の半導体層を介在させても良い。
【００１５】
第２光電変換層５は、ｐｉｎ接合を有するシリコン系薄膜半導体層からなり、中間層４上に、透光性絶縁基板１の主面に略平行なｐ型半導体層５ａ、ｉ型半導体層５ｂ、およびｎ型半導体層５ｃが順次積層されたｐｉｎ半導体接合を含んでいる。ここで、シリコン系薄膜半導体層とは、シリコン半導体、または炭素、ゲルマニウム、酸素またはその他の元素の少なくとも１つが添加された薄膜からなる層を意味する。この第２光電変換層５は、第１光電変換層３と同様にプラズマＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法等を用いて堆積形成されるが、第２光電変換層５のｉ型半導体層５ｂのバンドギャップは第１光電変換層３のｉ型半導体層３ｂのバンドギャップよりも小さいことが好ましい。
【００１６】
また、第２光電変換層５における各層の接合特性を改善するために、第１光電変換層３の場合と同様に、ｐ型半導体層５ａとｉ型半導体層５ｂとの間、ｉ型半導体層５ｂとｎ型半導体層５ｃとの間に、各接合層のバンドギャップの中間、または同等の大きさのバンドギャップを有する非単結晶シリコン（Ｓｉ）層や非単結晶炭化シリコン（ＳｉｘＣ１−ｘ）層等の半導体層を介在させてもよい。
【００１７】
中間層４は、光透過性および光反射性の双方の特性を有し、かつ導電性を有する膜を含んで構成される。中間層４は、第１光電変換層３の主面のｎ型半導体層３ｃから第２光電変換層５側の主面のｐ型半導体層５ａまで達する開口部４ｃを有する第１中間層であるワイドバンドギャップ材料層４ａと、この開口部４ｃ内に形成された金属、またはシリサイドや半金属などのナローバンドギャップ材料の導電性材料からなる第２中間層である電気的接合層４ｂとから構成される。中間層４の膜厚は、一原子層レベル〜１μｍである。
【００１８】
ワイドバンドギャップ材料層４ａとしては、例えば酸化シリコン層が第１光電変換層３上に形成される。ここで、酸化シリコンとは、主として酸素原子とシリコン原子を含む酸化シリコンを主成分とすることを意味しており、ＳｉＯ２の化学量論組成比を有するものだけではなく、水素化アモルファスシリコンや微結晶シリコンが酸素原子を含有しているものも含む。また、このような酸化シリコンは、ボロン（Ｂ）やリン（Ｐ）など微量の不純物原子を含有していてもよい。
【００１９】
酸化シリコンは、一般にスパッタリング法、熱酸化法、反応性イオンプレーティング法、印刷法、塗布法、熱ＣＶＤ法、プラズマＣＶＤ法、パルスレーザー堆積法等を用いて形成される。酸化シリコン層は、屈折率が小さいほど第１光電変換層３へ反射される光量が多くなるので、ワイドバンドギャップ材料層４ａとして形成する酸化シリコン層は、屈折率が小さいものが好ましい。また、酸化シリコン膜中の酸素原子濃度を高くするほどその屈折率を小さくすることができる。また、酸化シリコン層を透過した光は、第２光電変換層５で吸収され、光電流を発生させるため、酸化シリコン層の光吸収係数は小さいほど好ましい。酸化シリコンを主成分とする層は屈折率が１．４５〜１．８程度と低いので、その厚みの調節によって所望の波長領域の反射率を向上させることが比較的容易である。
【００２０】
なお、上記においてはワイドバンドギャップ材料層４ａとして酸化シリコンについて述べたが、ワイドバンドギャップ材料層４ａはこれに限定されるものではなく、第２光電変換層５のｉ型半導体層５ｂのバンドギャップよりも広いバンドギャップを有するものであれば種々の材料を用いることができる。たとえば酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）系材料、炭素含有シリコン酸化膜（ＳｉＯＣ）系材料や酸フッ化シリコン（ＳｉＯＦ）系材料等の材料を用いることができる。すなわち、ワイドバンドギャップ材料層４ａに用いられる材料は、ワイドバンドギャップ材料層４ａのバンドギャップが第２光電変換層５のｉ型半導体層５ｂのバンドギャップよりも広く、ワイドバンドギャップ材料層４ａと第１光電変換層３の間の界面準位、およびワイドバンドギャップ材料層４ａと第２光電変換層の間の界面準位が、第１光電変換層３と第２光電変換層５とを直接接合させたときに形成される界面準位よりも低密度となる材料であればよく、導電体、半導体、絶縁体、もしくは誘電体などの制約はない。本実施の形態では、第１光電変換層３の主面のｎ型半導体層３ｃと第２光電変換層５側の主面のｐ型半導体層５ａとに接するワイドバンドギャップ材料層４ａとして、酸化シリコンを主成分とする材料を用いたので、特に界面準位が低密度となる点で優れる。
【００２１】
また、第１光電変換層３を透過した光が第１光電変換層３と電気的接合層４ａとの界面で反射されて第１光電変換層３に再入射することにより第１光電変換層３へ入射する光量が増大するため、第１光電変換層３で発生する光電流を増加させることができる。そして、第１光電変換層３へ入射する光量が増大するため、第１光電変換層３のｉ型半導体層３ｂの膜厚を薄くすることが可能になり、製造負荷が低減する。このことから、第１光電変換層３のｉ型半導体層３ｂが水素化アモルファスシリコンからなる場合には、Ｓｔａｅｂｌｅｒ−Ｗｒｏｎｓｋｉ効果と言われる光照射に起因する光電変換装置の劣化による変換効率の低下を抑制することができ、また長寿命化を図ることができる。
【００２２】
また、ワイドバンドギャップ材料層４ａには、図１に示すように、第１光電変換層３のｎ型半導体層３ｃの主面から第２光電変換層５のｐ型半導体層５ａの主面まで達する少なくとも１つの開口部４ｃが設けられている。この開口部４ｃとは、第１光電変換層３が露出するように形成された部分を意味しており、開口部４ｃの数、形状、サイズ、および配置は特に限定されず、任意に設定可能である。例えば、格子形状を有する開口部４ｃを形成する場合、開口部４ｃの幅を第１光電変換層３の膜厚と同程度から１０倍程度とすることが好ましい。これにより、第１光電変換層３内で生成されたキャリアを外部へ効率良く取り出すことが期待できる。また、開口部４ｃを有するワイドバンドギャップ材料層４ａは、第１光電変換層３上にワイドバンドギャップ材料が島状、格子状等に形成されたものも含んでおり、ワイドバンドギャップ材料の厚さは面内で不均一でも良く、ワイドバンドギャップ材料と第１光電変換層３とが面内に混在していれば良い。
【００２３】
ワイドバンドギャップ材料層４ａの開口部４ｃは、例えばマスクプロセスとして第１光電変換層３上の所定の領域をマスキングした状態でワイドバンドギャップ材料層４ａを形成する方法、第１光電変換層３上の全面に一様に形成したワイドバンドギャップ材料層４ａ上にレジストパターンを形成した後に該レジストパターンを用いてドライエッチング法やウェットエッチング法により開口部４ｃを形成する方法、第１光電変換層３上の全面に一様にワイドバンドギャップ材料層４ａを形成した後にレーザースクライブ法により開口部４ｃを形成する方法など、種々の方法を用いて形成することができる。さらに、ワイドバンドギャップ材料の堆積時にアニールを実施することにより、ワイドバンドギャップ材料を島状に凝集させて開口部４ａを形成しても良い。
【００２４】
ワイドバンドギャップ材料層４ａの開口部４ｃ内に形成される電気的接合層４ｂとしての導電性材料、またはシリサイドや半金属などのナローバンドギャップ材料は、太陽電池として使用する電圧範囲において良好なオーミック性と同等の接合特性を示すことが求められ、第１光電変換層３および第２光電変換層５との接合において、電気的損失は小さい方が好ましい。従って電気的接合層４ｂの電気伝導率がｎ型半導体層３ｃおよびｐ型半導体層５ａよりも大きいことが望ましい。
【００２５】
ここで、ワイドバンドギャップ材料層４ａの開口部４ｃに電気的接合層４ｂとして形成される導電性材料は、種々の金属、金属シリサイド、透明導電膜、導電性有機物等、種々の導電性材料を含むことを意味している。電気的接合層４ｂとして形成される導電性材料に微結晶シリコンを含有する層を用いることにより、電気的接合層４ｂ内部の欠陥準位、および電気的接合層４ｂとシリコン系の光電変換層との間の界面準位を低減することができるため、第１光電変換層３と第２光電変換層５との間のオーミック接合特性をより確実に、かつ簡便に実現できる効果を得られる。微結晶シリコンを含有する層にはｎ型半導体層３ｃおよびｐ型半導体層５ａに比べて高濃度に不純物を添加して電気伝導率を高めた物を用いるとよい。
【００２６】
電気的接合層４ｂとして形成される導電性材料に透明導電膜を用いる場合は、より高い導電率を得られるように、透明電極層２よりも高濃度にドープされることが好ましい。その理由は、第２光電変換層５において必要な光としては、中間層４のワイドバンドギャップ材料層４ａを透過した光を用いることができるため、中間層４の開口部４ｃに形成される電気的接合層４ｂは、より高い導電率を有することが好ましいからである。
【００２７】
また、電気的接合層４ｂとして形成される導電性材料に、例えばアルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、金（Ａｕ）、タングステン（Ｗ）、ニッケルシリサイド（ＮｉｘＳｉ１−ｘ）、コバルトシリサイド（ＣｏｘＳｉ１−ｘ）、チタンシリサイド（ＴｉｘＳｉ１−ｘ）等を用いることがより好ましい。その理由は、これらの導電性材料の仕事関数の値は、第１光電変換層３のｎ型半導体層３ｃおよび第２光電変換層５のｐ型半導体層５ａの仕事関数の値に近いため、導電性材料と光電変換層との間のバンドギャップオフセットを低減できる可能性があり、その結果、光生成キャリアの移動を妨げないことが期待できるからである。また、第１光電変換層３および第２光電変換層５への導電性材料の拡散や第１光電変換層３および第２光電変換層５と導電性材料との間のバンドギャップオフセット等により光電変換装置の変換効率が低下する場合には、電気的接合層４ｂとして、導電性材料を単層ではなく、導電性材料、窒化物、酸化物等のうち少なくとも２つ以上の材料を積層したものを用いてもよい。
【００２８】
以上のような導電性材料からなる電気的接合層４ｂは、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、原子層堆積法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、印刷法、塗布法、マスク堆積法、電着法、印刷法等により形成される。
【００２９】
一方、ワイドバンドギャップ材料層４ａの開口部４ｃに電気的接合層４ｂとして形成されるナローバンドギャップ材料としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）、インジウム砒素（ＩｎＡｓ）、アンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、インジウムガリウム砒素（ＩｎＧａＡｓ）、グラファイト等の種々の半導体や半金属の他、シリコンゲルマニウム（ＳｉｘＧｅ１−ｘ）、高ドープのｐ型微結晶シリコンもしくはｎ型微結晶シリコン等の種々の半導体シリサイドが用いられる。ここで、ナローバンドギャップ材料とは、第１光電変換層３のｎ型半導体層３ｃと第２光電変換層５のｐ型半導体層５ａとが直接接合した際に界面に生じるバンドギャップオフセット（第１光電変換層３のｎ型半導体層３ｃの伝導帯と、第２光電変換層５のｐ型半導体層５ａの価電子帯との間のバンドギャップオフセット）よりも狭いバンドギャップを有する半導体または半金属を意味しており、おおよそ１ｅＶ以下のバンドギャップを有するものである。
【００３０】
このとき、中間層４の電気的接合層４ｂと、第１光電変換層３および第２光電変換層５とのバンドギャップオフセットを低下させるために、ナローバンドギャップ材料からなる電気的接合層４ｂとして、高濃度ドープさせたｎ型半導体層とｐ型半導体層との積層構造、または第１光電変換層３のｎ型半導体層３ｃおよび第２光電変換層５のｐ型半導体層５ａからドープ量を高濃度に段階的に変化させたグレーディッド構造を用いてもよい。
【００３１】
以上のようなナローバンドギャップ材料からなる電気的接合層４ｂは、プラズマＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法などにより形成される。開口部４ｃにパターニングされたナローバンドギャップ材料などの導電性材料からなる電気的接合層４ｂは、例えば開口部４ｃを有するワイドバンドギャップ材料層４ａの全面に導電性材料を形成した後、リソグラフィ技術およびドライエッチング法やウェットエッチング法などのエッチング技術を用いて形成することができる。その場合、開口部４ｃ内に電気的接合層４ｂが残るようにしてワイドバンドギャップ材料層４ａの上の導電性材料を除去するとよい。
【００３２】
また、ワイドバンドギャップ材料層４ａと電気的接合層４ｂとは、形成される順序を入れ替えて上記と逆の順番としてもよい。すなわち、開口部を有する電気的接合層４ｂを形成した後に、該開口部にワイドバンドギャップ材料層４ａを形成してもよい。開口部を有する導電性材料からなる電気的接合層４ｂは、第１光電変換層３上にレジストをパターニングして導電性材料層を形成した後にドライエッチング法やウェットエッチング等のエッチング技術を用いて形成する方法、導電性材料を蒸着法やスパッタリング法等を用いて堆積させる際にアニールを実施して導電性材料を島状成長させる方法等を用いて形成することができる。
【００３３】
そして、開口部にパターニングされたワイドバンドギャップ材料層４ａは、開口部を有する導電性材料層（電気的接合層４ｂ）の全面にワイドバンドギャップ材料層を形成した後に、リソグラフィ技術およびドライエッチング法やウェットエッチング法などのエッチング技術を用いて形成することができる。その場合、開口部内にワイドバンドギャップ材料層が残るようにして導電性材料層の上のワイドバンドギャップ材料層４ａを除去するとよい。
【００３４】
また、上述のワイドバンドギャップ材料層４ａの開口率は、ワイドバンドギャップ材料層４ａの透過光量と、導電性材料またはナローバンドギャップ材料の導電率とのバランスを考慮して調節される。例えば、第１中間層としてＳｉＯ２、第２中間層としてＴｉなどの金属を用いた場合は、第２中間層の占める面積が０．０１％〜１０％程度であれば良く、０．０５％〜１％であればより好ましい。このとき、第２中間層の占める面積が０．０１％より小さい場合は中間層部において必要な導電率が得られなくなる可能性があり、１０％より大きい場合は透過率が低下することにより第２光電変換層へ光が届かなくなる可能性があるため、どちらの場合においても光電変換効率が低下する可能性がある。金属を用いることにより、電気的接合層の占める面積比をより小さくすることができ、酸化シリコンによるパッシベーション効果、可視光領域の反射率、可視光〜近赤外光領域の透過率を向上させることができる。
【００３５】
また、第２中間層の導電性材料として透明導電性酸化膜からなる材料を用いた場合は第２中間層の占める面積の割合が１０％〜９０％であることが好ましい。その場合、異なる透明材料が混在するので、可視光の反射と、可視光〜近赤外光領域の透過の両方を得ることが可能となる。このとき、第２中間層の占める面積が１０％より小さい場合は従来の中間層と比較して発明の効果が得られない可能性があり、９０％より大きい場合は中間層部において必要な導電率が得られなくなる可能性があるため、どちらの場合においても光電変換効率が低下する可能性がある。
【００３６】
また、第２中間層の導電性材料として上下の層（第１光電変換層３のｎ型半導体層３ｃと第２光電変換層５のｐ型半導体層５ａ）よりも高濃度に不純物がドープされた微結晶シリコンを含有するｐ型またはｎ型のシリコンからなる材料を用いた場合は、第２中間層の占める面積の割合が１０％〜９０％とするとよい。このとき、第２中間層の占める面積が１０％より小さい場合は従来の中間層と比較して発明の効果が得られない可能性があり、９０％より大きい場合は第２中間層の光吸収の影響を無視できなくなる可能性があるため、どちらの場合においても光電変換効率が低下する可能性がある。微結晶シリコンを用いることにより、自己組織的に開口部を有する電気的接合層を形成することもできる。
【００３７】
なお、占める面積の割合とは、中間層が光電変換層に接する主面の面積を基準として、その主面に露出する第２中間層の占める面積の割合である。このとき、生成される光電流は、各光電変換層のｉ型半導体層の膜厚にも依存するため、中間層４の開口率と各光電変換層のｉ型半導体層の膜厚とを、タンデム型薄膜光電変換装置の光電変換効率が最も高くなるように調整される。
【００３８】
以上のような中間層４を備えることにより、第１光電変換層３と第２光電変換層５とは、ワイドバンドギャップ材料層４ａの開口部４ｃに形成した電気的接合層４ｂの導電性材料またはナローバンドギャップ材料を介して互いに電気的に接続される。
【００３９】
裏面電極層６は、導電層を少なくとも１層有していればよく、また第２光電変換層５を透過した光を再度光電変換層で利用するために、より多くの透過光を反射させることが好ましい。裏面電極層６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つの金属またはこれらの合金からなる層が用いられる。なお、これらの裏面電極層６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。
【００４０】
また、裏面電極層６は、透明導電層と高反射率を有する導電層とが第２光電変換層５側からこの順で積層された積層構造であってもよい。裏面電極層６がこのような積層構造である場合は、高反射率を有する導電層と第２光電変換層５との間に透明導電層が介在するため、高反射率を有する導電層に含まれる元素が第２光電変換層５へ拡散することを抑制することができる。また、光閉じ込め効果や、第２光電変換層５と裏面電極層６との界面における光反射率の向上効果が得られる。このような裏面電極層６は、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、原子層堆積法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、印刷法、塗布法等により形成される。
【００４１】
上述したように、本実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池においては、第１光電変換層３と第２光電変換層５との間に、開口部４ｃを有するワイドバンドギャップ材料層４ａと該開口部４ｃ内に形成されたナローバンドギャップ材料などの導電性材料からなる電気的接合層４ｂとから構成された中間層４を備える。
【００４２】
中間層４としてナローバンドギャップ材料などの導電性材料からなる電気的接合層４ｂを有することにより、第１光電変換層３および第２光電変換層５と、中間層４との間の界面準位、および中間層４内部の欠陥準位による光生成キャリアの再結合による光電変換効率の低下が防止され、かつ電気的接合層４ｂ内部におけるキャリアのトンネル再結合速度が向上するため、光電変換効率の向上が図られている。これらの理由により、光電変換セルの変換効率が向上し、光電変換効率が向上する。また、中間層４としてナローバンドギャップ材料などの導電性材料からなる電気的接合層４ｂを用いることにより、第１光電変換層３および第２光電変換層５と、電気的接合層４ｂとの界面のバンドプロファイルに勾配が形成されるため、電気的接合層４ｂに流れ込んできた光生成キャリアが逆流することを抑制できる。
【００４３】
また、電気的接合層４ｂとしてナローバンドギャップ材料などの導電性材料を用いることにより、第１光電変換層３と電気的接合層４ｂの界面において光が反射し、光入射側の第１光電変換層３の光電流を増加することができるため、第１光電変換層３のｉ型半導体層３ｂの膜厚を薄くすることができる。そして、この第１光電変換層３が非晶質シリコン光電変換層である場合、光の利用効率が高まるため、ｉ型半導体層３ｂの薄膜化が可能となり、光劣化を抑制することができる。
【００４４】
また、ワイドバンドギャップ材料層４ａとして、酸化シリコンを主とする材料を用いることにより、第１光電変換層３と第２光電変換層とを直接接合するよりも界面準位を低減することができるため、光電変換効率を向上させることができる。また、ワイドバンドギャップ材料層４ａは必ずしも導電性を有する必要がないため、比較的容易に屈折率を１．４５〜１．８程度に低下させることができ、さらにこのワイドバンドギャップ材料層４ａの膜厚を制御することにより、所望の波長領域の反射率を向上させることができる。これらの理由により、光電変換効率を向上することができる。
【００４５】
したがって、本実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池においては、光電変換特性に優れたタンデム型薄膜太陽電池が実現されている。
【００４６】
次に、上記のように構成された本実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法について図２−１〜図２−６を参照して説明する。図２−１〜図２−６は、本実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池の製造方法を説明するための断面図である。まず、透光性絶縁基板１を用意する。ここでは、透光性絶縁基板１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１上に透明電極層２を公知の方法で形成する。例えば、透光性絶縁基板１上にＴＣＯからなる透明電極層２をスパッタリング法により形成する（図２−１）。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。
【００４７】
次に、透明電極層２上に第１光電変換層３としてｐ型半導体層３ａ、ｉ型半導体層３ｂ、およびｎ型半導体層３ｃをプラズマＣＶＤ法により順次積層形成する（図２−２）。次に、第１光電変換層３上の全面に一様にワイドバンドギャップ材料膜として例えば酸化シリコン膜をスパッタリング法により形成する。そして、リソグラフィ技術およびドライエッチング技術を用いて、ワイドバンドギャップ材料膜に開口部４ｃを形成して、ワイドバンドギャップ材料層４ａを形成する（図２−３）。
【００４８】
次に、開口部４ｃを有するワイドバンドギャップ材料層４ａの全面に導電性材料を形成した後、該導電性材料を開口部４ｃ内のみに残すように例えばドライエッチング技術を用いてパターニングして、電気的接合層４ｂを形成する（図２−４）。これにより、中間層４が得られる。次に、中間層４上に、第２光電変換層５としてｐ型半導体層５ａ、ｉ型半導体層５ｂ、およびｎ型半導体層５ｃをプラズマＣＶＤ法により順次積層形成する（図２−５）。
【００４９】
次に、第２光電変換層５上に裏面電極層６を公知の方法で形成する。例えば、中間層４上に高反射率を有する銀（Ａｇ）膜からなる裏面電極層６をスパッタリング法により形成する（図２−６）。以上の処理により、図１に示す本実施の形態にかかるタンデム型薄膜光電変換装置が得られる。
【００５０】
上述したように、本実施の形態にかかるタンデム型薄膜太陽電池においては、第１光電変換層３と第２光電変換層５との間に、開口部４ｃを有するワイドバンドギャップ材料層４ａと該開口部４ｃ内に形成されたナローバンドギャップ材料などの導電性材料からなる電気的接合層４ｂとから構成された中間層４を備える。
【００５１】
また、上記においては、薄膜光電変換層を２層積層したタンデム型薄膜光電変換装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、薄膜光電変換層を３層以上の任意の層数だけ積層した薄膜光電変換装置に適用することも可能である。すなわち、本発明は、上記のような２つの薄膜光電変換層間に中間層が１つ存在するタンデム型に限定されることはなく、中間層が２つ以上存在する多接合型の薄膜光電変換装置に適用することも可能である。
【００５２】
また、本発明は、スーパーストレート型のシリコン系薄膜光電変換装置に限定されることなく、サブストレート型のシリコン系薄膜光電変換装置、および化合物系や有機物系の半導体光電変換層を用いたスーパーストレート型またはサブストレート型の場合にも適用可能である。
【００５３】
（実施例）
以下、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明はその趣旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【００５４】
実施例１．
実施例１では、上述した実施の形態にかかる薄膜光電変換装置として光電変換セルを作製した。透光性絶縁基板１として、厚さ５ｍｍのガラス基板を使用した。ガラス基板上に、不純物としてＡｌ原子を２×１０２１ｃｍ−３程度ドープしたＺｎＯ膜をスパッタリング法により膜厚１μｍで成膜し、薬液として０．５ｗｔ％に希釈された塩酸を用いてエッチング処理を６０秒間実施することにより、表面に凹凸構造を有する透明導電層２を形成した。
【００５５】
次に、透明電極層２上に、第１光電変換層３として、膜厚１０ｎｍのｐ型炭化シリコン膜、膜厚２００ｎｍのｉ型非晶質シリコン膜、および膜厚３０ｎｍのｎ型微結晶シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により積層した。
【００５６】
次に、中間層４のうち、電気的接合層４ｂとして、ｎ＋型微結晶シリコン層を第１光電変換層３のｎ型微結晶シリコン膜上に形成した。このとき、ｎ＋型微結晶シリコンは、下地の凹凸構造の凸部に優先的に形成されるため、ｎ型微結晶シリコン膜の表面における凸部に部分的にｎ＋型微結晶シリコンが形成された。
【００５７】
次に、中間層４のうち、ワイドバンドギャップ材料層４ａとして、シリコンと酸素の比がおおよそ１：２となるように調整した膜厚１００ｎｍ程度の酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により堆積した。酸化シリコン膜を堆積後、ドライエッチング法により、凸部の酸化シリコン膜を部分的に除去した。このとき、中間層４の面内で、電気的接合層４ｂの部分の面積比は約５０％であった。
【００５８】
次に、中間層４上に、第２光電変換層５として、膜厚２０ｎｍのｐ型微結晶シリコン膜、膜厚２μｍのｉ型微結晶シリコン膜、膜厚３０ｎｍのｎ型微結晶シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により積層した。
【００５９】
次に、裏面側透明導電層として、不純物としてＡｌ原子を２×１０２１ｃｍ−３程度ドープしたＺｎＯ膜をスパッタリング法により膜厚１００ｎｍ成膜した。次に、裏面側透明導電層上に、銀をスパッタリング法で膜厚５００ｎｍに成膜して裏面電極層６を形成することにより、光電変換セルを作製した。
【００６０】
作製した光電変換セルのセル特性を評価した結果、光電変換効率（η）は１１．２％、短絡電流密度（Ｊｓｃ）は１１．０ｍＡ／ｃｍ２、開放端電圧（Ｖｏｃ）は１．４０Ｖ、フィルファクター（ＦＦ）は０．７３であった。従来の光電変換セルのセル特性、光電変換効率（η）は１１．０％、短絡電流密度（Ｊｓｃ）は１０．８ｍＡ／ｃｍ２、開放端電圧（Ｖｏｃ）は１．４１Ｖ、フィルファクター（ＦＦ）は０．７２に対して短絡電流密度（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）が向上し、その結果光電変換効率（η）が向上した。
【００６１】
上記の実施例１によれば、ワイドバンドギャップ材料層４ａである酸化シリコン膜により、中間層４と第１光電変換層３、および中間層４と第２光電変換層５の界面準位を減少させ、可視光〜近赤外光領域の反射率を向上させることができる。さらに、電気的接合層４ｂとしてｎ＋型微結晶シリコンを用いることにより、光生成キャリアの再結合速度の向上による光生成キャリアの損失を抑制できる。また、下地層であるｎ型微結晶シリコン膜の表面の凹凸構造の凸部に自己組織的にｎ＋型微結晶シリコンを形成するため、簡便に中間層４を形成することが可能である。
【００６２】
実施例２．
実施例２では、上述した実施の形態にかかる薄膜光電変換装置として他の光電変換セルを作製した。透光性絶縁基板１として、厚さ５ｍｍのガラス基板を使用した。ガラス基板上に、不純物としてＡｌ原子を２×１０２１ｃｍ−３程度ドープしたＺｎＯ膜をスパッタリング法により膜厚１μｍで成膜し、薬液として０．５ｗｔ％に希釈された塩酸を用いてエッチング処理を６０秒間実施することにより、表面に凹凸構造を有する透明導電層２を形成した。
【００６３】
次に、透明電極層２上に、第１光電変換層３として、膜厚１０ｎｍのｐ型炭化シリコン膜、膜厚２００ｎｍのｉ型非晶質シリコン膜、および膜厚３０ｎｍのｎ型微結晶シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により積層した。
【００６４】
次に、中間層４のうち、ワイドバンドギャップ材料層４ａとして、シリコンと酸素の比がおおよそ１：２となるように調整した膜厚８０ｎｍ程度の酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により第１光電変換層３のｎ型微結晶シリコン膜上に堆積した。酸化シリコン膜を堆積後、フォトレジストを１μｍの厚みで塗布し、１００℃でベーキングした。ベーキング後、ドライエッチング処理を３００秒間実施し、下地の凹凸構造の凸部のフォトレジスト、酸化シリコン膜を部分的に除去し、開口部４ｃを形成した。
【００６５】
次に、中間層４のうち、電気的接合層４ｂとして、不純物としてＡｌ原子を８×１０２１ｃｍ−３程度ドープした膜厚８０ｎｍのＺｎＯ膜をスパッタリング法により開口部４ｃを埋めるように積層し、フォトレジストを除去した。このとき、中間層４の面内で、電気的接合層４ｂの部分の面積比は約５０％であった。
【００６６】
次に、中間層４上に、第２光電変換層５として、膜厚２０ｎｍのｐ型微結晶シリコン膜、膜厚２μｍのｉ型微結晶シリコン膜、膜厚３０ｎｍのｎ型微結晶シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により積層した。
【００６７】
次に、裏面側透明導電層として、不純物としてＡｌ原子を２×１０２１ｃｍ−３程度ドープしたＺｎＯ膜をスパッタリング法により膜厚１００ｎｍ成膜した。次に、裏面側透明導電層上に、銀をスパッタリング法で膜厚５００ｎｍに成膜して裏面電極層６を形成することにより、光電変換セルを作製した。
【００６８】
作製した光電変換セルのセル特性を評価した結果、光電変換効率（η）は１１．８％、短絡電流密度（Ｊｓｃ）は１１．５ｍＡ／ｃｍ２、開放端電圧（Ｖｏｃ）は１．４１Ｖ、フィルファクター（ＦＦ）は０．７３であった。従来の光電変換セルのセル特性、光電変換効率（η）は１１．０％、短絡電流密度（Ｊｓｃ）は１０．８ｍＡ／ｃｍ２、開放端電圧（Ｖｏｃ）は１．４１Ｖ、フィルファクター（ＦＦ）は０．７２に対して短絡電流密度（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）が向上し、その結果光電変換効率（η）が向上した。  
【００６９】
上記の実施例２によれば、ワイドバンドギャップ材料層４ａである酸化シリコン膜により、中間層４と第１光電変換層３、および中間層４と第２光電変換層５の界面準位を減少させ、可視光〜近赤外光領域の反射率を向上させることができる。さらに、電気的接合層４ｂとして高ドープＺｎＯを用いることにより、光生成キャリアの再結合速度の向上による光生成キャリア損失を抑制することができる。また、可視光の反射、可視光〜近赤外光領域の透過により、光閉じ込め効果を向上させることができる。
【００７０】
実施例３．
実施例３では、上述した実施の形態にかかる薄膜光電変換装置として他の光電変換セルを作製した。透光性絶縁基板１として、厚さ５ｍｍのガラス基板を使用した。ガラス基板上に、不純物としてＡｌ原子を２×１０２１ｃｍ−３程度ドープしたＺｎＯ膜をスパッタリング法により膜厚１μｍで成膜し、薬液として０．５ｗｔ％に希釈された塩酸を用いてエッチング処理を６０秒間実施することにより、表面に凹凸構造を有する透明電極層２を形成した。
【００７１】
次に、透明電極層２上に、第１光電変換層３として、膜厚１０ｎｍのｐ型炭化シリコン膜、膜厚２００ｎｍのｉ型非晶質シリコン膜、および膜厚３０ｎｍのｎ型微結晶シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により積層した。
【００７２】
次に、中間層４のうち、電気的接合層４ｂとして、膜厚８０ｎｍのＣｒ層をライン形状のマスクを用いたスパッタリング法により第１光電変換層３のｎ型微結晶シリコン膜上に形成した。
【００７３】
次に、中間層４のうち、ワイドバンドギャップ材料層４ａとして、シリコンと酸素の比がおおよそ１：２となるように調整した膜厚１００ｎｍ程度の酸化シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により堆積した。酸化シリコン膜を堆積後、レーザースクライブ法により、電気的接合層４ｂ上の酸化シリコン膜を除去した。このとき、中間層４の面内で、電気的接合層４ｂの部分の面積比は約１％であった。
【００７４】
次に、中間層４上に、第２光電変換層５として、膜厚２０ｎｍのｐ型微結晶シリコン膜、膜厚２μｍのｉ型微結晶シリコン膜、膜厚３０ｎｍのｎ型微結晶シリコン膜をプラズマＣＶＤ法により積層した。
【００７５】
次に、裏面側透明導電層として、不純物としてＡｌ原子を２×１０２１ｃｍ−３程度ドープしたＺｎＯ膜をスパッタリング法により膜厚１００ｎｍ成膜した。次に、裏面側透明導電層上に、銀をスパッタリング法で膜厚５００ｎｍに成膜して裏面電極層６を形成することにより、光電変換セルを作製した。
【００７６】
作製した光電変換セルのセル特性を評価した結果、光電変換効率（η）は１１．６％、短絡電流密度（Ｊｓｃ）は１１．４ｍＡ／ｃｍ２、開放端電圧（Ｖｏｃ）は１．４１Ｖ、フィルファクター（ＦＦ）は０．７２であった。従来の光電変換セルのセル特性、光電変換効率（η）は１１．０％、短絡電流密度（Ｊｓｃ）は１０．８ｍＡ／ｃｍ２、開放端電圧（Ｖｏｃ）は１．４１Ｖ、フィルファクター（ＦＦ）は０．７２に対して短絡電流密度（Ｊｓｃ）が向上し、その結果光電変換効率（η）が向上した。
【００７７】
上記の実施例３によれば、ワイドバンドギャップ材料層４ａである酸化シリコン膜により、中間層４と第１光電変換層３、および中間層４と第２光電変換層５の界面準位を減少させ、可視光〜近赤外光領域の反射率を向上させることができる。さらに、電気的接合層４ｂとして導電性の高い金属を用いることにより、光生成キャリアの再結合速度の向上による光生成キャリアの損失を抑制できる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
以上のように、本発明にかかる薄膜光電変換装置は、光電変換特性に優れた薄膜光電変換装置の実現に有用である。
【符号の説明】
【００７９】
１  透光性絶縁基板
２  透明電極層
３  第１光電変換層
３ａ  ｐ型半導体層
３ｂ  ｉ型半導体層
３ｃ  ｎ型半導体層
４  中間層
４ａ  ワイドバンドギャップ材料層
４ｂ  電気的接合層
４ｃ  開口部
５  第２光電変換層
５ａ  ｐ型半導体層
５ｂ  ｉ型半導体層
５ｃ  ｎ型半導体層
６  裏面電極層
【図１】
2010087312.tif 000003
【図２−１】
2010087312.tif 000004
【図２−２】
2010087312.tif 000005
【図２−３】
2010087312.tif 000006
【図２−４】
2010087312.tif 000007
【図２−５】
2010087312.tif 000008
【図２−６】
2010087312.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月14日(2011.7.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
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光電変換装置は、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のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２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、をこの順で有する薄膜光電変換装置であって、前記第１光電変換層および前記第２光電変換層は、シリコン系半導体材料からなり、前記中間層は、酸化シリコンを主成分とする材料からなり前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とに接するとともに前記第１のｎ型半導体層から前記第２のｐ型半導体層に達する開口部を有する第１中間層と、１ｅＶ以下のバンドギャップを有する半導体からなり前記第１中間層の前記開口部内に設けられて前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とを電気的に接続する導電性材料からなる第２中間層とを含み、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを電気的に接続すること、を特徴とする。
【手続補正２】
【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】
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のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２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、をこの順で有する薄膜光電変換装置であって、
前記第１光電変換層および前記第２光電変換層は、シリコン系半導体材料からなり、
前記中間層は、酸化シリコンを主成分とする材料からなり前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とに接するとともに前記第１のｎ型半導体層から前記第２のｐ型半導体層に達する開口部を有する第１中間層と、１ｅＶ以下のバンドギャップを有する半導体からなり前記第１中間層の前記開口部内に設けられて前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とを電気的に接続する導電性材料からなる第２中間層とを含み、前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを電気的に接続すること、
を特徴とする薄膜光電変換装置。
【請求項２】
前記導電性材料は、前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とが直接接合した場合の界面に生じるバンドオフセットよりも狭いバンドギャップを有する半導体からなること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項３】
前記導電性材料は、ゲルマニウムであること、
を特徴とする請求項２に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項４】
前記第１中間層は、酸化シリコン、酸窒化シリコン系材料、炭素含有シリコン酸化膜系材料、酸フッ化シリコン系材料のうちのいずれかの材料からなること、
を特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の薄膜光電変換装置。
【請求項５】
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のｐ型半導体層と第１のｉ型半導体層と第１のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第１光電変換層と、中間層と、第２のｐ型半導体層と第２のｉ型半導体層と第２のｎ型半導体層とが前記第１電極層側から順次積層されてなり光電変換を行う第２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光電変換装置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、シリコン系半導体材料からなる前記第１光電変換層を形成する第２工程と、
前記第１光電変換層上に、酸化シリコンを主成分とする材料からなり前記第１のｎ型半導体層に接するとともに前記第１のｎ型半導体層に達する開口部を有する第１中間層と、１ｅＶ以下のバンドギャップを有する半導体からなり前記第１中間層の前記開口部内に設けられて前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とを電気的に接続する導電性材料からなる第２中間層とを有して前記第１光電変換層と前記第２光電変換層とを電気的に接続する前記中間層を形成する第３工程と、
前記中間層の主面の前記第１中間層および前記第２中間層に接するように前記中間層上にシリコン系半導体材料からなる前記第２光電変換層を形成する第４工程と、
前記第２光電変換層上に、前記第２電極層を形成する第５工程と、
を含むことを特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記第３工程において、
前記導電性材料を、前記第１のｎ型半導体層と前記第２のｐ型半導体層とが直接接合した場合の界面に生じるバンドオフセットよりも狭いバンドギャップを有する半導体により形成すること、
を特徴とする請求項５に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
前記導電性材料は、ゲルマニウムであること、
を特徴とする請求項６に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項８】
前記第３工程において、
前記第１中間層を、酸化シリコン、酸窒化シリコン系材料、炭素含有シリコン酸化膜系材料、酸フッ化シリコン系材料のうちのいずれかの材料により形成すること、
を特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項９】
前記第３工程において、
前記第１光電変換層上に表面から前記第１光電変換層に達する開口部を有する前記第１中間層を形成した後に、前記開口部内に前記第２中間層を形成すること、
を特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項１０】
前記第３工程において、
前記第１光電変換層上に表面から前記第１光電変換層に達する開口部を有する前記第２中間層を形成した後に、前記開口部内に前記第１中間層を形成すること、
を特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【国際調査報告】
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