(57)【要約】【課題】  中間反射層にシリコン複合層を適用する集積化多接合薄膜光電変換装置において、各光電変換ユニットにおいてリークが無く、発生した電力が十分に出力される集積化多接合薄膜光電変換装置及びその製造方法を提供すること。【解決手段】  基板上に中間層を介して直列接続された２つの薄膜光電変換ユニットを少なくとも１組含む多接合薄膜光電変換セルを集積化した集積化多接合薄膜光電変換装置であって、該中間層の材料がｎ型Ｓｉ1-XＯXで、かつ、該１組の薄膜光電変換ユニットの少なくとも一方の薄膜光電変換ユニットの一部を構成する該中間層に隣接する中間層隣接ｐ型半導体層の不純物のドーピング量が５０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする。【選択図】    図３
2006310694.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に中間層を介して直列接続された２つの薄膜光電変換ユニットを少なくとも１組含む多接合薄膜光電変換セルを集積化した集積化多接合薄膜光電変換装置であって、該中間層の材料がｎ型Ｓｉ1-XＯX（但し、０．３＜Ｘ＜０．６）で、かつ、該１組の薄膜光電変換ユニットの少なくとも一方の薄膜光電変換ユニットの一部を構成する該中間層に隣接する中間層隣接ｐ型半導体層の不純物のドーピング量が２５００ｐｐｍ以上、かつ５０００ｐｐｍ以下であることを特徴とする集積化多接合薄膜光電変換装置。
【請求項２】
前記中間層隣接ｐ型半導体層の材料がｐ型シリコン系半導体であることを特徴とする請求項１に記載の集積化多接合薄膜光電変換装置。
【請求項３】
硼素が前記中間層隣接ｐ型半導体層に不純物としてドーピングされてなることを特徴する請求項１または２のいずれかに記載の集積化多接合薄膜光電変換装置。
【請求項４】
前記中間層隣接ｐ型半導体層が前記基板から前記中間層を挟んで形成された薄膜光電変換ユニットの一部を構成してなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の集積化多接合薄膜光電変換装置。
【請求項５】
前記１組の薄膜光電変換ユニットの少なくとも基板側の薄膜光電変換ユニットを構成する該中間層に隣接する中間層隣接ｎ型半導体層の材料がｎ型微結晶シリコンであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の集積化多接合薄膜光電変換装置。
【請求項６】
１％〜２．８％の燐が前記中間層隣接ｎ型半導体層に不純物としてドーピングされてなることを特徴する請求項１〜５のいずれかに記載の集積化多接合薄膜光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非結晶光電変換ユニット層と結晶質光電変換ユニット層との間で、部分的に光を反射しかつ透過する導電性の中間反射層（又は中間層）を含むタンデム型薄膜光電変換装置の特性改善に関するものである。
【０００２】
なお、本願明細書における「結晶質」、「微結晶」の用語は、部分的に非晶質を含むものも含んでいるものとする。
【背景技術】
【０００３】
近年、光電変換装置の低コスト化、高効率化を両立するために資源面での問題もほとんど無い薄膜光電変換装置が注目され、開発が精力的に行われている。薄膜光電変換装置は、太陽電池、光センサ、ディスプレイなど、さまざまな用途への応用が期待されている。薄膜光電変換装置の一つである非晶質シリコン光電変換装置は、低温で大面積のガラス基板やステンレス基板上に形成できることから、低コスト化が期待できる。
【０００４】
薄膜光電変換装置は、一般に表面が絶縁性の基板上に順に積層された第一電極、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、及び第二電極とを含んでいる。そして１つの薄膜光電変換ユニットはｐ型層とｎ型層でサンドイッチされたｉ型層からなる。
【０００５】
薄膜光電変換ユニットの厚さの大部分は、実質的に真性の半導体層であるｉ型層によって占められ、光電変換作用は主としてこのｉ型層内で生じる。従って、光電変換層であるｉ型層の膜厚は光吸収のためには厚いほうが好ましいが、必要以上に厚くすると、その堆積にコストと時間がかかることになる。
【０００６】
他方、ｐ型やｎ型の導電型層は光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たし、この拡散電位の大きさによって薄膜光電変換装置の重要な特性の１つである開放端電圧の値が左右される。しかし、これらの導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与せず損失となる。したがって、ｐ型とｎ型の導電型層の膜厚は、十分な拡散電位を生じさせる範囲内で可能な限り薄くすることが好ましい。
【０００７】
ここで、光電変換ユニットまたは薄膜太陽電池は、それに含まれるｐ型とｎ型の導電型層が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占めるｉ型の光電変換層が非晶質のものは非晶質光電変換ユニットまたは非晶質薄膜太陽電池と称され、ｉ型層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットまたは結晶質薄膜太陽電池と称される。
【０００８】
一般に光電変換層に用いられている半導体は、波長が長くなるに従い光吸収係数が小さくなる。特に、光電変換材料が薄膜である場合は、吸収係数の小さな波長領域において十分な光吸収が生じないために、光電変換量が光電変換層の膜厚によって制限されることになる。そこで、光電変換装置内に入射した光が外部に逃げにくい光散乱構造を形成することによって、実質的な光路長を長くし、十分な吸収を得、大きな光電流を発生させ得る工夫がなされている。例えば、光が基板側から入射する場合、光入射側電極として表面型状が凹凸であるテクスチャ透明導電膜が用いられている。
【０００９】
また、薄膜光電変換装置の変換効率を向上させる方法として、２つ以上の光電変換ユニットを積層した積層型光電変換装置にする方法が知られている。この方法においては、光電変換装置の光入射側に大きなバンドギャップを有する光電変換層を含む前方光電変換ユニット（本願では、相対的に光入射側に配置された光電変換ユニットを前方光電変換ユニット、相対的に光入射側から遠い側に配置された光電変換ユニットを後方光電変換ユニットと呼ぶ。）を配置し、その後ろに順に小さなバンドギャップを有する（例えばＳｉ−Ｇｅ合金の）光電変換層を含む後方光電変換ユニットを配置することにより、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、これによって装置全体としての変換効率の向上が図られている。積層型薄膜光電変換装置の中でも、非晶質光電変換ユニットと結晶質光電変換ユニットを積層したものはハイブリッド型光電変換装置と称される。ハイブリッド型光電変換装置においては、非晶質シリコンが光電変換し得る光の波長は長波長側において８００ｎｍ程度であるが、結晶質シリコンはそれより長い約１１００ｎｍ程度までの光を光電変換することが可能であるため、入射光のより広い範囲を有効に光電変換することが可能になる。
【００１０】
ところで、積層型光電変換装置では、各光電変換ユニットが直列に接続されているため、光電変換装置としての短絡電流密度（Ｊｓｃ）は各光電変換ユニットで発生する電流値のうち最も小さな値で制限される。従って、各光電変換ユニットの電流値は均等であるほど好ましく、さらに電流の絶対値が大きいほど変換効率の向上が期待できる。
【００１１】
また、積層型の薄膜光電変換装置では、積層された複数の薄膜光電変換ユニットの間に光透過性及び光反射性の双方を有し且つ導電性の中間反射層を介在させることがある。この場合、中間反射層に到達した光の一部が反射し、中間反射層よりも光入射側に位置する光電変換ユニット内での光吸収量が増加し、その光電変換ユニットで発生する電流値を増大させることができる。すなわち、見かけ上中間反射層よりも光入射側に位置する光電変換ユニットの実効的な膜厚が増加したことになる。
【００１２】
例えば、非晶質シリコン光電変換ユニットと結晶質シリコン光電変換ユニットからなるハイブリッド型光電変換装置に中間反射層を挿入した場合、非晶質シリコン層の膜厚を増やすことなく非晶質シリコン光電変換ユニットによって発生する電流を増加させることができる。もしくは、同一の電流値を得るために必要な非晶質シリコン層の膜厚を薄くできることから、非晶質シリコン層の膜厚増加に応じて顕著となる光劣化による非晶質シリコン光電変換ユニットの特性低下を押さえることが可能となる。
【００１３】
中間反射層は、多結晶のＩＴＯ、ＺｎＯのような透明導電性金属酸化物層、特にＺｎＯで構成されることが多い。しかしながら、ＺｎＯはスパッタ、スプレーなどの手法で形成されるため、プラズマＣＶＤ法等で一般的に形成される半導体薄膜とは別設備を用いる必要があり、設備コストがかかり、生産タクトも長くなるという問題が発生する。さらに、特にＺｎＯの形成にスパッタ法を用いる場合、下地半導体薄膜へのスパッタダメージによる性能低下を引き起こす可能性がある、という問題も発生する。
【００１４】
また、太陽電池の直列抵抗に与える影響を抑制するために、透明導電性金属酸化物層と半導体薄膜と界面で良好なオーミックコンタクトを取る必要がある。このために透明導電性金属酸化物層の暗導電率は、不純物をドープすることや酸化度を変化させることなどによって１．０×１０2Ｓ／ｃｍ〜１．０×１０3Ｓ／ｃｍの高い値に調整する必要がある。
【００１５】
特にＺｎＯは、非晶質シリコンまたは結晶質シリコンとの界面でオーミックコンタクトを取ることが困難であることが一般に知られている。暗導電率がこの範囲よりも低いと、中間反射層と前方光電変換ユニット、および中間反射層と後方光電変換ユニットとの良好なオーミックコンタクトが取れなくなり、接触抵抗が増加してセルの曲線因子（ＦＦ）を低下させ、光電変換装置の特性が悪くなる。逆に、暗導電率がこの範囲より高いと透明導電性金属酸化物層の透過率が低下して短絡電流密度（Ｊｓｃ）を低下させ、光電変換装置の特性が悪くなる。
【００１６】
しかし、中間反射層にシリコンと酸素の非晶質合金中にシリコン結晶相を含む一導電型の酸化シリコン層（本願ではシリコン複合層（Ｓｉ1-XＯX）と呼ぶ）を用いた場合、膜中酸素濃度を高くすれば低い屈折率を実現でき、非晶質シリコンとシリコン複合層との界面での高い反射効果を得ることが可能となる。また、一導電型のシリコン複合層は膜中酸素濃度が高いにもかかわらず、シリコン結晶相を含むことによって、高い暗導電率を実現することが可能となる。その結果、シリコン複合層を用いることによって、高い反射効果と、高い暗導電率の両立が可能となり、第一の光電変換ユニットの発電電流が増加して積層型光電変換装置の特性が改善される。
【００１７】
このようなことから特許文献１では、不純物の取り込みやピンホールの発生が無く、変換効率が高く、かつ製造が容易な多接合型薄膜太陽電池を提供するために、ｐｉｎ型セルを複数層積層してなり、光入射側の上側セルと反入射側の下側セルとの境界をなす二つの層（前記ｎ層またはｐ層）の少なくともいずれかの層又はその一部の層を、前記いずれかの層又はその一部の層より上側の半導体層の屈折率より低い屈折率を有する低屈折率層としてなる多接合型薄膜太陽電池において、前記低屈折率層はシリコンオキサイド半導体層としている。つまり、特許文献１においては低屈折率層（本願での中間層に相当する）を従来低温で形成したｎ型微結晶シリコン層や、スパッタリングや蒸着により形成される金属酸化物層に代わり、シリコンオキサイド半導体層とすることで、屈折率の低減化や不純物の取りこみやピンホール低減によるデバイス特性の向上および歩留まりの向上が出来るとしている。
【００１８】
ところで、大面積の薄膜光電変換装置は、通常、集積型薄膜光電変換モジュールとして形成される。集積型薄膜光電変換モジュールは、小面積に区切られた光電変換装置である光電変換セルを、複数個、ガラス基板上で相互に直列接続した構造を有している。それぞれの光電変換セルは、一般的には、ガラス基板上への透明電極層、１つ以上の薄膜半導体光電変換ユニット、及び裏面電極層の製膜とパターニングとを順次行うことにより形成されている。
【００１９】
図１は積層型光電変換装置を複数直列接続した中間反射層のない従来の集積型薄膜光電変換モジュールの例を概略的に示す断面図である。図１に示す集積型薄膜光電変換モジュール１０１は、ガラス基板１０２上に、透明電極層１０３、非晶質シリコン光電ユニットである前方光電変換ユニット１０４、結晶質シリコン光電変換ユニットである後方光電変換ユニット１０６、及び裏面電極層１０７を順次積層した構造を有している。
【００２０】
図１に示すように、集積型薄膜光電変換モジュール１０１には、上記薄膜を分割する第１、第２の分離溝１２１、１２３と接続溝１２２とが設けられている。これら第１、第２の分離溝１２１、１２３及び接続溝１２２は、互いに平行であって、紙面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合う光電変換セル１１０間の境界は、第１及び第２の分離溝１２１，１２３によって規定されている。
【００２１】
第１の分離溝１２１は、透明電極層１０３をそれぞれの光電変換セル１１０に対応して分割しており、透明電極層１０３と非晶質シリコン光電変換ユニット１０４との界面に開口を有し且つ透明基板１０２の表面を底面としている。この第１の分離溝１２１は、非晶質シリコン光電変換ユニット１０４を構成する非晶質によって埋め込まれており、隣り合う透明電極膜１０３同士を電気的に絶縁している。
【００２２】
第２の分離溝１２３は、第１の分離溝１２１から離れた位置に設けられている。第２の分離溝１２３は、前方光電変換ユニット１０４、後方光電変換ユニット１０６、及び裏面電極層１０７をそれぞれの光電変換セル１１０に対応して分割しており、裏面電極層１０８の上面に開口を有し且つ透明電極層１０３と前方光電変換ユニット１０４の界面を底面としている。この第２の分離溝１２３は、隣り合う光電変換セル１１０間で裏面電極層１０７同士を電気的に絶縁している。
【００２３】
接続溝１２２は、第１の分離溝１２１と第２の分離溝１２３との間に設けられている。接続溝１２２は、前方光電変換ユニット１０４、および後方光電変換ユニット１０６を分割しており、後方光電変換ユニット１０６と裏面電極層１０７との界面に開口を有し且つ透明電極層１０３と前方光電変換ユニット１０４の界面を底面としている。この接続溝１２２は、裏面電極層１０７を構成する金属材料で埋め込まれており、隣り合う光電変換セル１１０の一方の裏面電極層１０７と他方の透明電極層１０３とを電気的に接続している。すなわち、接続溝１２２及びそれを埋め込む金属材料は、ガラス基板１０２上に並置された光電変換セル１１０同士を直列接続する役割を担っている。
【特許文献１】特開２００３−２５８２７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
上述のような課題に鑑み、本発明は、中間反射層にシリコン複合層を適用する集積化多接合薄膜光電変換装置において、各光電変換ユニットにおいてリークが無く、発生した電力が十分に出力される集積化多接合薄膜光電変換装置及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明の集積化多接合薄膜光電変換装置は基板上に中間層を介して直列接続された２つの薄膜光電変換ユニットを少なくとも１組含む多接合薄膜光電変換セルを集積化した集積化多接合薄膜光電変換装置であって、該中間層の材料がｎ型Ｓｉ1-XＯX（但し、０．３＜Ｘ＜０．６）で、かつ、該１組の薄膜光電変換ユニットの少なくとも一方の薄膜光電変換ユニットの一部を構成する該中間層に隣接する中間層隣接ｐ型半導体層の不純物のドーピング量が２５００ｐｐｍ以上、かつ５０００ｐｐｍ以下であることを特徴としている。
【００２６】
この様に、中間層に隣接するｐ型半導体層の不純物のドーピング量を限定することで、該１組の薄膜光電変換ユニットでのリークを低減させ、発生した電力を十分に取り出すことが可能となる。
【００２７】
また、中間反射層に隣接するｐ型半導体層の材料がｐ型シリコン系半導体とすることで、バンド不連続なく、界面での欠陥を低減させることができる。
【００２８】
さらに、不純物として硼素が前記中間層隣接ｐ型半導体層にドーピングされていることで良好なｐ型シリコン系半導体を形成しやすい。
【００２９】
ところで、本発明では前記中間層隣接ｐ型半導体層が前記基板から前記中間層を挟んで形成された薄膜光電変換ユニットの一部を構成してなることを特徴としている。すなわち中間反射層上に形成される後方光電変換ユニット側のｐ型半導体層を指しており、後方光電変換ユニットのリークが低減され、発生した電力を十分に取り出すことが可能となる。
【００３０】
その上、前記１組の薄膜光電変換ユニットの少なくとも基板側の薄膜光電変換ユニットを構成する該中間層に隣接する中間反射層に隣接するｎ型半導体層の材料がｎ型微結晶シリコンであることで、ｎ型半導体層と中間反射層との間で良好な接合が形成され、またｎ型半導体層が微結晶シリコンであることにより、中間反射層形成の際に微結晶シリコンの種層となる役割も果たし、良好な中間反射層を形成することが可能となる。
【００３１】
特に、１％〜２．８％の燐が前記中間層に隣接するｎ型半導体層に不純物としてドーピングされていれば不純物による吸収も少なく、n型半導体層として良好な導電率を持つためである。
【発明の効果】
【００３２】
基板上に中間層を介して直列接続された２つの薄膜光電変換ユニットを少なくとも１組含む多接合薄膜光電変換セルを集積化した集積化多接合薄膜光電変換装置であって、該中間層の材料がｎ型Ｓｉ1-XＯXで、かつ、該１組の薄膜光電変換ユニットの少なくとも一方の薄膜光電変換ユニットの一部を構成する該中間層に隣接する中間層隣接ｐ型半導体層の不純物のドーピング量が５０００ｐｐｍ以下であれば、ｐ型半導体層から接続溝を経由する電流パスの抵抗が高くなり、リーク電流を低減することが出来る。言いかえれば、各光電変換ユニットから十分に光電変換特性を引き出すことができるので効率が改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明者らは、中間層の材料としてｎ型Ｓｉ1-XＯXを用いて図２に示すような中間層を有する集積化多接合薄膜光電変換装置を実際に作製し検討を行った。その結果、後方光電変換ユニット１０６のｐ型微結晶シリコン層１０６ａを従来の製膜条件で形成し、集積化多接合薄膜光電変換装置を作製すると後方光電変換ユニット側１０６側でリーク電流が発生し、集積化光電変換モジュールの特性が低下することを見出し、本発明を為すに到った。
【００３４】
つまり、図１に示す従来型の中間反射層のない集積化多接合薄膜光電変換装置では前方光電変換ユニットおよび後方光電変換ユニットにおいて分光感度でリークの発生は無かったが、図２に示すような中間反射層を前方光電変換ユニットと後方光電変換ユニットの間に挿入した集積化多接合薄膜光電変換装置では後方光電変換ユニットにおいて分光感度で図３に示すように５００ｎｍ付近において通常現れない見かけ上の感度が観測された。すなわち後方光電変換ユニットにおいてリークが発生し、後方光電変換ユニットで発生した電力が十分に出力されない。
【００３５】
このリーク電流は図３に示すように集積化光電変換モジュールの分光感度測定において後方光電変換ユニット側の分光感度で通常５００ｎｍ付近には現れない見かけ上の感度が観測されることから分かる。これは中間反射層１０５を設けたことで、その上に製膜される後方光電変換ユニット１０６のｐ型微結晶シリコン層１０６ａの導電率が高くなる方向に変質し、基板と平行な方向にも容易に電流が流れて、電極層の役割をも果たしてしまったためであると考えられる。すなわち、ｐ型微結晶シリコン層１０６ａ、接続溝１２３、裏面電極層１０７の電流経路で、後方光電変換ユニット１０６が短絡してしまい、リーク電流が流れる。そのため、従来条件で製膜したｐ型微結晶シリコン層１０６ａでは後方光電変換ユニット１０６で生じた電力を十分に取り出すことが出来ない。
【００３６】
これらのことから、本発明者らは、２段以上の光電変換ユニットを積層した多接合薄膜光電変換装置を集積化した集積化多接合薄膜光電変換装置で、各光電変換ユニットで発生した電力を十分に取り出すためには、中間反射層に近接する不純物層のドーピング量をある限られた範囲に設定することが重要であることを見出したのである。
【００３７】
以下、本発明の一つの実施形態による光電変換装置である図２の中間層を有する二接合型薄膜シリコン系光電変換装置の模式的な断面図をを用いて本発明につき詳細に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００３８】
本発明の二接合型薄膜シリコン系光電変換装置の各構成要素について説明する。
【００３９】
基板１０２としては、例えば、金属基板やガラス板、フレキシブルな透明樹脂フィルムなどの透光性絶縁基板を用いることができる。金属基板では図２とは異なる構造を有するが、ここでは割愛する。透光性絶縁基板では一般にガラス基板が用いられ、大面積な板が安価に入手可能で透明性、絶縁性が高い、ＳiＯ2、Ｎａ2Ｏ及びＣａＯを主成分とする両主面が平滑なソーダライム板ガラスを用いることができる。
【００４０】
透明電極層１０３はＩＴＯ膜、ＳｎＯ2膜、或いはＺｎＯ膜のような透明導電性酸化物層等で構成することができる。透明電極膜１０３は単層構造でも多層構造であっても良い。透明電極膜１０３は、蒸着法、ＣＶＤ法、或いはスパッタリング法等それ自体既知の気相堆積法を用いて形成することができる。透明電極膜１０３の表面には、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構造を形成することが好ましい。この凹凸の深さは０．０５μｍ以上１．０μｍ以下である事が好ましく、更に一つの山と山の間隔は０．０５μｍ以上１．０μｍ以下である事が好ましい。透明電極膜１０３の表面にこのようなテクスチャ構造を形成することにより、光閉じ込め効果を増大させる事が可能となる。
【００４１】
図２に示す本発明における二接合型薄膜シリコン系光電変換装置においては、非晶質シリコン光電ユニットである前方光電変換ユニット１０４、中間反射層１０５、結晶質シリコン光電変換ユニットである後方光電変換ユニット１０６、及び裏面電極層１０７を順次積層した構造を有している。
【００４２】
非晶質シリコン光電変換ユニット１０４は非晶質シリコン光電変換層を備えており、透明電極膜１０３側からｐ型半導体層１０４ａ、非晶質シリコン光電変換層１０４ｂ、及びｎ型半導体層１０４ｃを順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、非晶質シリコン光電変換層、及びｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００４３】
一方、結晶質シリコン光電変換ユニット１０６は結晶質シリコン光電変換層を備えており、例えば、中間反射層１０５側からｐ型半導体層１０６ａ、結晶質シリコン光電変換層１０６ｂ、及びｎ型半導体層１０６ｃを順次積層した構造を有する。これらｐ型半導体層、結晶質シリコン光電変換層、及びｎ型半導体層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００４４】
非晶質シリコン光電変換ユニット１０４の厚さは、０．０１μｍ〜０．５μｍの範囲内にあることが好ましく、０．１μｍ〜０．３μｍの範囲内にあることがより好ましい。
【００４５】
また、ｎ型半導体層１０４ｃは非晶質シリコンでも良いが、微結晶シリコンの方が好ましい。微結晶シリコンを用いることでその上に形成される中間反射層であるシリコン複合層の結晶質シリコンの結晶化度を向上させることが出来る。さらに、不純物として１％〜２．８％の範囲内で燐がドーピングされていることがより好ましい。燐の濃度が〜２．８％より大きいと不純物の吸収が大きくなりＪｓｃの低下を招き、また１％未満であると十分な導電率および拡散電位が得られず、変換効率は低下する。
【００４６】
一方、結晶質シリコン光電変換ユニット１０６の厚さは、０．１μｍ〜１０μｍの範囲内にあることが好ましく、０．１μｍ〜５μｍの範囲内にあることがより好ましい。また、ｐ型半導体層１０６ａは不純物のドーピング量が２５００ｐｐｍ以上、かつ５０００ｐｐｍ以下である。５０００ｐｐｍ以下とすることでｐ型半導体層から接続溝を経由する電流パスの抵抗が高くなり、リーク電流を低減することが出来る。また、２５００ｐｐｍ以上とすると、シリーズ抵抗小さくできるので、高い変換効率が達成される。さらに、不純物としては硼素を用いることがより好ましい。硼素を不純物とすることで、良好なｐ型半導体を形成することが出来る。また、ｎ型半導体層１０６ｃの一部に裏面反射層としてシリコン複合層を用いるほうが好ましい。
【００４７】
中間反射層１０５及び裏面反射層１０６ｃの一部は６００ｎｍの波長の光に対して屈折率が２．５以下であり、望ましくは２．０以下である。屈折率が２．５より大きいと十分な反射が得られず、十分な光閉じ込め効果を得ることが出来ない。屈折率は以下のように測定される。ガラス基板のような透明でかつ絶縁性の基体上に中間反射層１０５あるいは裏面反射層１０６ｃの一部を形成するときと同条件で導電型決定不純物、酸素、窒素及び結晶質シリコン含むシリコン合金層を０．１〜０．４μｍ程度形成し、この形成層を分光エリプソメトリーにより測定することで屈折率を測定する。また同時に膜厚の決定を行うことも可能である。この際形成したシリコン合金層の導電率は１．０×１０-9Ｓ／ｃｍ以上であり、導電率の測定は以下のようにして行われる。０．１〜０．４μｍ程度形成された該シリコン合金層上に真空蒸着法により１ｍｍ×１５ｍｍのアルミ電極を１ｍｍの間隔を空けて形成し、１００Ｖの電圧をその２電極間に印加した時の電流値から算出される。この時の計算に用いられる該シリコン合金層の膜厚は分光エリプソメトリーにて得られた値を用いる。導電率が１．０×１０-9Ｓ／ｃｍより小さいと、直列抵抗が大きくなり変換効率が低下する。
【００４８】
裏面電極膜１０７は電極としての機能を有するだけでなく、基板１０２から前方光電変換ユニット１０４および後方光電変換ユニット１０６に入射し裏面電極膜１０７に到着した光を反射して後方光電変換ユニット１０６および前方光電変換ユニット１０４内に再入射させる反射層としての機能も有している。裏面電極膜１０７は、銀やアルミニウム等を用いて、蒸着法やスパッタリング法等により、例えば２００ｎｍ〜４００ｎｍ程度の厚さに形成することができる。
【００４９】
なお、裏面電極膜１０７と前方光電変換ユニット１０４および後方光電変換ユニット１０６との間には、例えば両者の間の接着性を向上させるために、ＺｎＯのような非金属材料からなる透明電導性薄膜（図示せず）を設けることができる。
【００５０】
ところで図２に示すように、集積型薄膜光電変換モジュール１０１には、上記薄膜を分割する第１、第２の分離溝１２１、１２３と接続溝１２２とが設けられている。これら第１、第２の分離溝１２１、１２３及び接続溝１２２は、互いに平行であって、紙面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合う光電変換セル１１０間の境界は、第１及び第２の分離溝１２１，１２３によって規定されている。
【００５１】
第１の分離溝１２１は、透明電極層１０３をそれぞれの光電変換セル１１０に対応して分割しており、透明電極層１０３と非晶質シリコン光電変換ユニット１０４との界面に開口を有し且つ透明基板１０２の表面を底面としている。この第１の分離溝１２１は、非晶質シリコン光電変換ユニット１０４を構成する非晶質によって埋め込まれており、隣り合う透明電極膜１０３同士を電気的に絶縁している。
【００５２】
第２の分離溝１２３は、第１の分離溝１２１から離れた位置に設けられている。第２の分離溝１２３は、前方光電変換ユニット１０４、後方光電変換ユニット１０６、及び裏面電極層１０７をそれぞれの光電変換セル１１０に対応して分割しており、裏面電極層１０７の上面に開口を有し且つ透明電極層１０３と前方光電変換ユニット１０４の界面を底面としている。この第２の分離溝１２３は、隣り合う光電変換セル１１０間で裏面電極層１０７同士を電気的に絶縁している。
【００５３】
接続溝１２２は、第１の分離溝１２１と第２の分離溝１２３との間に設けられている。接続溝１２２は、前方光電変換ユニット１０４、後方光電変換ユニット１０６を分割しており、後方光電変換ユニット１０４と裏面電極層１０７との界面に開口を有し且つ透明電極層１０３と前方光電変換ユニット１０４の界面を底面としている。この接続溝１２２は、裏面電極層１０７を構成する金属材料で埋め込まれており、隣り合う光電変換セル１１０の一方の裏面電極層１０７と他方の透明電極層１０３とを電気的に接続している。すなわち、接続溝１２２及びそれを埋め込む金属材料は、ガラス基板１０２上に並置された光電変換セル１１０同士を直列接続する役割を担っている。
【実施例】
【００５４】
以下、本発明を比較例とともにいくつかの実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はその趣旨を超えない限り以下の記載例に限定されるものではない。
【００５５】
（実施例１）
実施例１として、図２に示される集積化多接合薄膜光電変換装置を作製した。厚み０．７ｍｍのガラス基板１０２上に、透明電極膜１０３として凹凸を有するＳｎＯ2を用いた。この透明電極１０３に隣り合う透明電極膜１０３同士を電気的に絶縁するようレーザースクライブにて分離溝１２１を形成した。
【００５６】
その後この透明電極膜１０３の上に、反応ガスとしてシラン、水素、メタン及びジボランを導入しｐ型半導体層１０４ａを１５ｎｍ形成後、反応ガスとしてシランを導入し非晶質シリコン光電変換層１０４ｂを２５０ｎｍ形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入しｎ型半導体層１０４ｃを５ｎｍ形成することで非晶質シリコン光電変換ユニット１０４を形成した。ｎ型半導体層形成時、ホスフィン／シランガス流量比を０．２５％とした。
【００５７】
非晶質シリコン光電変換ユニット１０４形成後、反応ガスとしてシラン、水素、ホスフィンおよび二酸化炭素を導入し中間反射層１０５を７０ｎｍ形成した。
【００５８】
その後反応ガスとしてシラン、水素及びジボランを導入しｐ型半導体層１０６ａを２０ｎｍ形成した。このときジボラン／シランガス流量比を０．２５％とし集積化多接合薄膜光電変換装置１０１を形成した。これにより、このｐ型半導体層１０６ａの層中のボロンドープ量は表１に示すように５０００ｐｐｍとなる。
【００５９】
ｐ型半導体層１０６ａを形成後、反応ガスとして水素とシランを導入し結晶質シリコン光電変換層１０６ｂを２．５μｍ形成し、その後反応ガスとしてシラン、水素及びホスフィンを導入しｎ型半導体層１０６ｃを５ｎｍ形成することで結晶質シリコン光電変換ユニット１０６を形成した。また、ｎ型半導体層１０６ｃの一部に反応ガスとしてシラン、水素、ホスフィンおよび二酸化炭素を導入しシリコン複合層を６０ｎｍ形成した。非晶質シリコン光電変換ユニット１０４、中間反射層１０５、および結晶質シリコン光電変換ユニット１０６はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成した。
【００６０】
その後レーザースクライブにてガラス基板１０２上に並置された光電変換セル１１０同士を直列接続する役割を担う接続溝１２２を形成し、さらに裏面反射層との密着性向上のため、スパッタ法にてＺｎＯ膜を３０ｎｍ形成後、同じくスパッタ法にてＡｇ膜を形成し裏面電極１０７を形成した。最後に隣り合う光電変換セル１１０間で裏面電極層１０７同士を電気的に絶縁するため、レーザースクライブにて分離溝１２３を形成した。
【００６１】
この実施例１の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の光電変換特性にソーラーシミュレーターを用いてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2の光量で２５℃のもとで照射することによって、光電変換効率を測定した。その結果表１に示すように１２．２％と高い変換効率が得られた。
【００６２】
【表１】
2006310694.tif 000003
（比較例１）
図１のような中間反射層を有さない構造で、その他の条件を実施例１と同条件で形成した。この比較例１の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の光電変換特性を実施例１と同様にして測定したところ１１．８％であった。実施例１の中間反射層を有する構造よりも集積化モジュールの変換効率が低かった。しかし、表１に示すように分離セルにくらべて集積化モジュールは実施例１と比較例１との差が少ない。
【００６３】
そこで、実施例１および比較例１で形成された集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の分光感度測定を行った。分光感度測定の測定方法は以下の通りである。プローブ光の波長範囲を集積化薄膜多結晶光電変換装置１０１の感度波長帯域である３００ｎｍから１２００ｎｍとした。また波長分解能を２０ｎｍとした。プローブ光を全波長域で５μＷとなるようＸｅランプから出射された光にＮＤフィルターを用いて校正を行った。校正検出器には単結晶シリコンフォトダイオードを使用しピコアンペアメーターにて電流値の測定を行った。
【００６４】
前方光電変換層１０４の分光感度を測定する場合は、前方光電変換層の感度より長波長側のカラーバイアス光を後方光電変換層に当てプローブ光をチョッパーでチョッピングしながら各波長での電流値をロックインアンプにて検出した。なお、プローブ光およびカラーバイアス光は集積化多接合光電変換装置１０１の前面に照射されるようにした。後方光電変換層１０６の分光感度を測定する場合は前述のカラーバイアス光を後方光電変換層の感度より短波長側のものを用いることで可能となる。
【００６５】
表１の後方光電変換層相対分光感度（５００ｎｍ）の欄は後方光電変換層１０６の波長５００ｎｍでの相対分光感度の値を示している。分光感度測定の結果、表１より明らかなように、実施例１では後方光電変換層１０６の波長５００ｎｍでの相対分光感度は分離セルでは見られないが、集積化モジュールでは見かけ上の感度が現れていることから後方光電変換層１０６においてリークが有ることが分かった。また比較例１の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の後方光電変換層相対分光感度（５００ｎｍ）の値は分離セルとほぼ同等で０に近く、後方光電変換層１０６でのリークが無いことが分かった。以上より実施例１の中間反射層を有する集積化モジュールは分光感度で見知できるリークが発生していることが原因で、比較例１の中間反射層を有さない構造に対して変換効率の大きな向上が見られないことが判った。
【００６６】
（実施例２）
上記の知見から後方光電変換層１０６でのリークを無くすために、実施例２の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１として、ｐ型半導体層１０６ａの形成条件中のジボラン／シランガス流量比を０．２０％としたこと以外は実施例１と同様にして実施例２の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１を形成した。これにより、このｐ型半導体層１０６ａの層中のボロンドープ量は表１に示すように４０００ｐｐｍとなる。
【００６７】
実施例１と同様に後方光電変換層相対分光感度の分光感度を測定したところ、実施例２の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の後方光電変換層相対分光感度（５００ｎｍ）の値は分離セルとほぼ同等で０に近く、後方光電変換層１０６でのリークが無いことが分かった。
【００６８】
この実施例２の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の光電変換特性を実施例１と同様にして測定したところ１２．４％と実施例１よりも高い変換効率であった。
【００６９】
（実施例３）
さらに、実施例３の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１として、ｐ型半導体層１０６ａの形成条件中のジボラン／シランガス流量比を０．１３％としたこと以外は実施例１と同様にして実施例３の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１を形成した。これにより、このｐ型半導体層１０６ａの層中のボロンドープ量は表１に示すように２５００ｐｐｍとなる。
【００７０】
実施例１と同様に後方光電変換層相対分光感度の分光感度を測定したところ、実施例２の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の後方光電変換層相対分光感度（５００ｎｍ）の値は分離セルとほぼ同等で０に近く、後方光電変換層１０６でのリークが無いことが分かった。
【００７１】
この実施例２の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の光電変換特性を実施例１と同様にして測定したところ１１．９％と実施例２に比べて変換効率が低下した。
【００７２】
（比較例２）
比較例２の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１として、ｐ型半導体層１０６ａの形成条件中のジボラン／シランガス流量比を更に小さく、０．１０％としたこと以外は実施例１と同様にして比較例２の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１を形成した。これにより、このｐ型半導体層１０６ａの層中のボロンドープ量は表１に示すように２０００ｐｐｍとなる。  実施例１と同様に後方光電変換層相対分光感度の分光感度を測定したところ、比較例２の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の後方光電変換層相対分光感度（５００ｎｍ）の値は分離セルとほぼ同等で０に近く、後方光電変換層１０６でのリークが無いことが分かった。
【００７３】
この実施例２の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の光電変換特性を実施例１と同様にして測定したところ１１．７％と中間反射層を有さない比較例１よりも変換効率が低下した。
【００７４】
（比較例３）
比較例３の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１として、ｐ型半導体層１０６ａの形成条件中のジボラン／シランガス流量比を実施例１より大きく、０．３５％としたこと以外は実施例１と同様にして比較例３の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１を形成した。これにより、このｐ型半導体層１０６ａの層中のボロンドープ量は表１に示すように７０００ｐｐｍとなる。
【００７５】
実施例１と同様に後方光電変換層相対分光感度の分光感度を測定したところ、比較例３では後方光電変換層１０６の波長５００ｎｍでの相対分光感度より集積化モジュールでは見かけ上の感度が現れており、実施例１よりもその値が大きいことから、後方光電変換層１０６においてリークが実施例１よりも大きいことが分かった。
【００７６】
この実施例３の集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の光電変換特性を実施例１と同様にして測定したところ１１．７％と中間反射層を有さない比較例１よりも変換効率が低下した。
【００７７】
上記の様に、実施例１〜３および比較例１〜３のいずれの集積化多接合薄膜光電変換装置１０１の光電変換特性、また後方光電変換層１０６の波長５００ｎｍでの相対分光感度より、本発明のｐ型半導体層１０６ａの不純物のドーピング量が５０００ｐｐｍ以下であれば、ｐ型半導体層から接続溝を経由する電流パスの抵抗が高くなり、リーク電流を低減することが出来る。言いかえれば、各光電変換ユニットから十分に光電変換特性を引き出すことができるので効率が改善されるという効果が確認できた。また、光電変換特性よりｐ型半導体層１０６ａの不純物のドーピング量が２５００ｐｐｍ以上５０００ｐｐｍ以下であればｐ型半導体層から接続溝を経由する電流パスの抵抗が高くなり、リーク電流を低減することが出来る。言いかえれば、各光電変換ユニットから十分に光電変換特性を引き出すことができるので効率が改善されるという効果が確認できた。しかし光電変換特性よりｐ型半導体層１０６ａの不純物のドーピング量が２５００ｐｐｍ以下で光電変換特性が低下しているが、これはシリーズ抵抗の増大による影響である。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】中間反射層を有さない集積化多接合薄膜光電変換装置
【図２】中間反射層を有する集積化多接合薄膜光電変換装置
【図３】中間反射層を有する多接合セルと集積化モジュールの後方光電変換層の相対分光感度
【符号の説明】
【００７９】
１０１    集積化多接合薄膜光電変換装置
１０２    基板
１０３    透明導電層
１０４    前方光電変換ユニットであり非晶質シリコン光電変換ユニット
１０４ａ  前方光電変換ユニットのｐ型半導体層
１０４ｂ  非晶質シリコン光電変換層
１０４ｃ  前方光電変換ユニットのｎ型半導体層
１０５    中間反射層、シリコン複合層
１０６    後方光電変換ユニットであり結晶質シリコン光電変換ユニット
１０６ａ  後方光電変換ユニットのｐ型半導体層
１０６ｂ  結晶質シリコン光電変換層
１０６ｃ  後方光電変換ユニットのｎ型半導体層および裏面反射層の一部
１０７    裏面電極層
１２１，１２３    分離溝
１２２    接続溝
【図１】
2006310694.tif 000004
【図２】
2006310694.tif 000005
【図３】
2006310694.tif 000006