(57)【要約】【課題】下層の光電変換素子に光を入射させる透光性を低下させることなく、接合部でのキャリア伝導性を向上させること。【解決手段】透明電極層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とが透光性絶縁基板１上に順次積層され、第１光電変換層３と、第１の中間層４ａと第２の中間層４ｂとが順次積層された中間層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とが順次積層された第２光電変換層５と、裏面電極層６とを有し、中間層４は、第１の中間層４ａとしてｎ型半導体層３ｃのエネルギーバンドを負の方向へ傾斜させる透光性材料からなる層と、第２の中間層４ｂとしてｐ型半導体層５ａのエネルギーバンドを正の方向へ傾斜させる透光性材料からなる層を含み、第１光電変換層３と第２光電変換層５とを電気的に接続する。【選択図】        図１
2011114290.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを有する第１光電変換層と、
ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを有するとともに前記第１光電変換層と光吸収波長特性が異なる第２光電変換層と、
前記第１光電変換層のｎ型半導体層と前記第２光電変換層のｐ型半導体層との間に挟まれた位置にあり、前記ｎ型半導体層のエネルギーバンドを負の方向に傾斜させる正の固定電荷が存在する酸化膜を含む第１中間層と、前記ｐ型半導体層のエネルギーバンドを正の方向に傾斜させる負の固定電荷が存在する酸化膜を含む第２中間層との少なくとも２層の膜よりなる透光性の中間層とを備えることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記中間層に接するｎ型半導体層中の電子エネルギーレベルは中間層に接する部分で最も低く、
前記中間層に接するｐ型半導体層中の正孔エネルギーレベルは中間層に接する部分で最も低いことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記第１中間層は、酸化ランタン（Ｌａ２Ｏ３）、酸化イットリウム（Ｙ２Ｏ３）、酸化セリウム（Ｃｅ２Ｏ３）のいずれかまたはこれらの組み合わせで構成された膜よりなり、
前記第２中間層は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化ハフニウム（ＨｆＯ２）、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）のいずれかまたはこれらの組み合わせで構成された膜よりなることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第１光電変換層のｎ型半導体層と前記第１中間層との間に形成された相対的に高ドープのｎ＋型半導体層と、
前記第２光電変換層のｐ型半導体層と前記第２中間層との間に形成された相対的に高ドープのｐ＋型半導体層をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記第２中間層と前記第２光電変換層のｐ型半導体層との間に形成された酸化シリコン層をさらに備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の光電変換装置。
【請求項６】
第１光電変換層と、
前記第１光電変換層と光吸収波長特性が異なる第２光電変換層と、
前記第１光電変換層と前記第２光電変換層との間に配置され、前記第１光電変換層の電子エネルギーレベルと前記第２光電変換層の正孔エネルギーレベルが互いに近づくように前記第１光電変換層または前記第２光電変換層との界面近傍でエネルギーレベルを傾斜させるトンネル酸化膜とを備えることを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを有する第１光電変換層を形成する工程と、
酸化膜よりなる透光性の中間層を前記第１光電変換層上に形成する工程と、
ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを有するとともに前記第１光電変換層と光吸収波長特性が異なる第２光電変換層を前記中間層上に形成する工程とを備え、
これらの工程間において真空状態を保持することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項８】
ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを有する第１光電変換層を形成する工程と、
酸化膜よりなる透光性の中間層を前記第１光電変換層上に形成する工程と、
ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを有するとともに前記第１光電変換層と光吸収波長特性が異なる第２光電変換層を前記中間層上に形成する工程とを備え、
これらの工程間において雰囲気の湿度を４０％以下に保持することを特徴とする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、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
入射光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換装置のうち、太陽電池は白色光である太陽光を電気エネルギーに変換するものであり、広い波長域の光を電気エネルギーに変換する。そのため、高い変換効率を達成するためには、太陽電池は広い波長領域全体にわたって無駄なく光を吸収する必要がある。
【０００３】
その解決手段の一つとして、異なるバンドギャップの光活性層を含む光電変換素子が積層された積層型光電変換装置が知られている。この積層型光電変換装置は、バンドギャップが相対的に広い光活性層を光入射側に用いた光電変換素子を配置して短波長の光を吸収させ、その下にバンドギャップが相対的に狭い半導体を用いた光電変換素子を配置することで、上部の素子を透過した長波長の光を吸収させることにより、広い波長域で効率よく光を吸収利用するものである。
【０００４】
このような積層型光電変換装置の各光電変換素子の接合部は、その下の光電変換素子にできる限り多くの光を入射させるための高い透光性と、各光電変換素子で発生したキャリアを滞りなく伝導させるための高い導電性とを有することが求められる。
【０００５】
従来のｐｉｎ接合を有する複数のシリコン系光電変換層が積層された積層型の薄膜光電変換装置においては、例えば、各光電変換素子で発生したキャリアを滞りなく伝導させるために、２つのシリコン系光電変換層の間に導電性と透光性を併せ持つ中間層を挟持させるものがある。このような中間層としては、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）あるいは酸化錫（ＳｎＯ２）のような透明導電膜が用いられている。例えば、特許文献１には、中間層の材料として酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）を主成分とする層を用いることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−３３２０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来の技術によれば、光電変換層で発生したキャリアが接合部に多く流れる（電流が大きい）場合には、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などの中間層を用いても、電流が中間層の抵抗によって律速され、光電変換装置の光電変換効率が低下するという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、下層の光電変換素子に光を入射させる透光性を低下させることなく、接合部でのキャリア伝導性を向上させることが可能な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】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の光電変換装置は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを有する第１光電変換層と、ｎ型半導体層とｐ型半導体層とを有するとともに前記第１光電変換層と光吸収波長特性が異なる第２光電変換層と、前記第１光電変換層のｎ型半導体層と前記第２光電変換層のｐ型半導体層との間に挟まれた位置にあり、前記ｎ型半導体層のエネルギーバンドを負の方向に傾斜させる正の固定電荷が存在する酸化膜を含む第１中間層と、前記ｐ型半導体層のエネルギーバンドを正の方向に傾斜させる負の固定電荷が存在する酸化膜を含む第２中間層との少なくとも２層の膜よりなる透光性の中間層とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、下層の光電変換素子に光を入射させる透光性を低下させることなく、接合部でのキャリア伝導性を向上させることが可能という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態１の概略構成を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態１の中間層とその両側に接合された半導体層のエネルギーバンドを示す図である。
【図３】図３は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態２の中間層とその両側に接合された半導体層のエネルギーバンドを示す図である。
【図４】図４は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態３の中間層とその両側に接合された半導体層のエネルギーバンドを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る光電変換装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態１の概略構成を示す断面図である。図１において、この光電変換装置では、透光性絶縁基板１上には、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が順次積層されている。なお、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。
【００１４】
透明電極層２は、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＳｎＯ２、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、これらの透明導電性酸化膜にアルミニウム（Ａｌ）を添加した膜などの透光性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。この表面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。
【００１５】
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構成することができる。この第１光電変換層３は、プラズマＣＶＤ法または熱ＣＶＤ法等を用いて堆積形成される。
【００１６】
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。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よい。
【００１７】
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構成することができる。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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
中間層４は、第１光電変換層３と第２光電変換層５とに挟まれた層である。中間層４は、第１光電変換層３で吸収されなかった光を第２光電変換層５に透過させるとともに、第１光電変換層３と第２光電変換層５との間を電気的に導通させるように、光透過性およびキャリア伝導性の双方の特性を有する膜により構成される。また、中間層４が第２光電変換層５で吸収される波長域の光を透過させる一方、第１光電変換層３で吸収される波長域の光を第１光電変換層３側へ反射させる光学特性を備えると、第１光電変換層３を通過した光が再び第１光電変換層３を通過するため、実効的な光の航路長が増加して光電変換効率が向上する。
【００２１】
中間層４は、その層の両側に接合された光電変換層で発生したキャリアを滞りなく伝導させるため、キャリア伝導性が必須である。光電変換層の接合部でキャリア伝導が妨げられると、実効的な素子間接続抵抗が高くなり、太陽電池特性の曲線因子（ＦＦ：Ｆｉｌｌ  Ｆａｃｔｏｒ）が低下するため、結果として発電効率が低下する。本実施の形態１では、中間層４として、ｎ型半導体層３ｃのエネルギーバンドを負の方向に傾斜させる正の固定電荷を持った第１中間層４ａと、ｐ型半導体層５ａのエネルギーバンドを正の方向に傾斜させる負の固定電荷を持った第２中間層４ｂが設けられている。第１中間層４ａとしては、例えば、第１光電変換層３側においてｎ型半導体層３ｃのエネルギーバンドを負の方向に傾斜させる正の固定電荷を持った酸化ランタン層、第２中間層４ｂとしては、例えば、第２光電変換層５側においてｐ型半導体層５ａのエネルギーバンドを正の方向に傾斜させる負の固定電荷を持った酸化アルミニウム層を用いることができる。
【００２２】
第１中間層４ａとして用いられる酸化ランタン層は、酸化ランタンターゲットを用いたＲＦスパッタ法により成膜した。このほか、真空蒸着法や原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などでも形成することができる。このとき、酸化ランタン層の組成比Ｌａ／Ｏは０．６７〜１．０とし、成膜時の酸素分圧により制御した。
【００２３】
第２中間層４ｂとして用いられる酸化アルミニウム層は、酸化アルミニウムターゲットを用いたＲＦスパッタ法により成膜し、組成比Ａｌ／Ｏは０．５０〜０．６７となるように成膜時の酸素分圧を制御した。
【００２４】
中間層４では、主としてトンネル伝導とキャリア再結合とによって第１光電変換層３と第２光電変換層５との間に電流が流れる。本実施の形態１の中間層４を構成する酸化ランタンと酸化アルミニウム層は基本的に絶縁性の材料であるが、十分に薄くすることによってトンネル電流が流れるようになる。それらの厚みはたとえば一原子層レベル〜１０ｎｍ程度とするとよい。ここでは酸化ランタン層および酸化アルミニウムともに１ｎｍとした。また、中間層４を構成する酸化ランタン層および酸化アルミニウム層は２次元的に連続膜となることが望ましいが、それぞれの界面をおおむね覆っていればよく、完全な連続膜とならずに一部に開口部を有するような膜であってもよい。
【００２５】
なお、第１光電変換層３形成後から、中間層４である酸化ランタン層および酸化アルミニウムを形成して、第２光電変換層５形成開始までは、雰囲気の湿度を４０％以下に保持することが望ましく、真空を保持するとさらに望ましい。中間層４内に大気中の水分などが吸着されて特性が劣化するなどの現象を防止できる。
【００２６】
次に、このような中間層４の作用について説明する。これまで、ｈｉｇｈ−ｋ材料とシリコンとの接合界面においては、シリコンのエネルギーバンドが傾斜することが知られており、この傾斜はｈｉｇｈ−ｋ材料とシリコンとの界面の固定電荷あるいは界面ダイポールの形成に起因していると考えられている。このとき、界面に正の固定電荷が発生したり、ｈｉｇｈ−ｋ材料からシリコンへ酸素原子（負電荷）が移動したりすることによりダイポールが形成されると、シリコンのエネルギーバンドは負側へ傾斜する。界面に負の固定電荷が発生したり、シリコンからｈｉｇｈ−ｋ材料へ酸素原子（負電荷）が移動したりすることによりダイポールが形成されると、シリコンのエネルギーバンドは正側へ傾斜する。このシリコンのエネルギーバンドの傾斜は、主にシリコンに接合されるｈｉｇｈ−ｋ材料の膜種に支配されると考えられている。
【００２７】
酸化ランタンはシリコンのエネルギーバンドを負側へ傾斜させ、酸化アルミニウムはシリコンのエネルギーバンドを正側へ傾斜させる材料であることから、酸化ランタン層に接しているｎ型半導体層３ｃの酸化ランタン層との界面近傍のエネルギーバンドは下側（電子のポテンシャルが低くなる側）に傾斜し、酸化アルミニウム層に接しているｐ型半導体層５ａの酸化アルミニウム層との界面近傍のエネルギーバンドは上側（ホールのポテンシャルが低くなる側）に傾斜する。このとき、酸化ランタン層の膜中に酸素欠陥が多いほど酸素ランタン層中の正の固定電荷が増加するため、シリコンのエネルギーバンドはより負の方向へ傾斜することになり、酸化アルミニウム層の膜中に過剰酸素が多いほど酸化アルミニウム層中の負の固定電荷が増加するため、シリコンのエネルギーバンドはより正の方向へ傾斜することになる。このため、第１光電変換層３内のｎ型半導体層３ｃの伝導帯エネルギーと第２光電変換層５内のｐ型半導体層５ａの価電子帯エネルギーの差が狭くなり、これらの光電変換素子間のトンネル伝導、キャリア再結合の効率が向上する。
【００２８】
図２は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態１の中間層とその両側に接合された半導体層のエネルギーバンドを示す図である。なお、図中の点線はフェルミレベルを示す。図２において、ｎ型半導体層３ｃ側を正の固定電荷を持った酸化ランタン層、ｐ型半導体層５ａ側を負の固定電荷を持った酸化アルミニウム層としたことにより、それぞれの層の電荷と正孔の蓄積傾向の違いによって、第１中間層４ａとの界面の近傍ではｎ型半導体層３ｃのエネルギーレベルの傾きが変化し、第２中間層４ｂの界面の近傍ではｐ型半導体層５ａのエネルギーレベルの傾きが変化する。このため、ｎ型半導体層３ｃの伝導帯エネルギー（Ｅｃ，ｎ）と、ｐ型半導体層５ａの価電子帯エネルギー（Ｅｖ，ｐ）が接近する。中間層４に接するｎ型半導体層３ｃ中の電子エネルギーレベルは中間層に接する部分で最も低く、中間層に接するｐ型半導体層中５ａの正孔エネルギーレベルは中間層に接する部分で最も低くなる。つまり、ｎ型半導体層３ｃおよびｐ型半導体層５ａの中間層４との接合膜界面近傍でｎ型半導体層３ｃの電子エネルギーレベルとｐ型半導体層５ａの正孔エネルギーレベルが近づくようにそれぞれのエネルギーレベルが変化している。このように、ｎ型層伝導帯−ｐ型層価電子帯間のエネルギーギャップが狭いと、層間のトンネル伝導性が向上し、キャリア再結合が促進されて、電流が流れやすくなる。
【００２９】
以上のように、本実施の形態１では、ｎ型半導体層３ｃの電子エネルギーレベルとｐ型半導体層５ａの正孔エネルギーレベルが近づき、ｐ型半導体層５ａとｎ型半導体層３ｃとの間でトンネル電流が流れやすくなり、結果として光電変換装置の効率が改善される。
【００３０】
また、中間層４としてトンネル酸化膜を用いることにより、中間層４を絶縁体で構成することができ、中間層４がｎ型半導体層３ｃおよびｐ型半導体層５ａと合金化するのを防止することができる。このため、接合界面近傍のエネルギーバンドの傾斜を急峻化することが可能となり、トンネル伝導性を向上させることが可能となることから、各光電変換素子で発生したキャリアを滞りなく伝導させることができる。
【００３１】
また、中間層４としてトンネル酸化膜を用いることにより、中間層４とｎ型半導体層３ｃおよびｐ型半導体層５ａとの間の界面の順位を低減することができ、キャリア損失を低減することが可能となることから、光電変換装置の効率が改善される。
【００３２】
また、中間層４の電荷の正負に応じて中間層４とｎ型半導体層３ｃおよびｐ型半導体層５ａとの間の界面近傍のエネルギーバンドを傾斜させ、接合部のエネルギーギャップを縮小させることにより、ｎ型半導体層３ｃおよびｐ型半導体層５ａのフェルミレベルピンニングを利用する方法に比べて、バンド制御性を向上させることができる。
【００３３】
ここに示した中間層４は、酸化ランタンと酸化アルミニウムの場合に最も顕著な効果が得られる。その他、酸化ランタンの代わりに酸化イットリウムや酸化セリウム等を適用し、酸化アルミニウムの代わりに酸化シリコン、酸化ハフニウム、酸化スカンジウム等を適用しても同様の効果が得られる。
【００３４】
実施の形態２．
図３は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態２の中間層とその両側に接合された半導体層のエネルギーバンドを示す図である。図３において、本実施の形態２の光電変換装置は、実施の形態１の光電変換装置の中間層４を挟持するように、第１の光電変換層３のｎ型半導体層３ｃと第１中間層４ａとの間に相対的に高ドープのｎ＋型半導体層７を形成し、第２の光電変換層５のｐ型半導体層５ａと第２中間層４ｂとの間に相対的に高ドープのｐ＋型半導体層８を形成したものである。
【００３５】
ｎ＋型半導体層７はｎ型半導体層３ｃよりもフェルミレベルが伝導体に近接しており、ｐ＋型半導体層８はｐ型半導体層５ａよりもフェルミレベルが価電子帯に近接していることから、ｎ＋層とｐ＋層を中間層４とそれぞれ接合させると、ｎ層とｐ層を中間層４に接合させる場合と比較して、ｎ型層伝導帯−ｐ型層価電子帯間のエネルギーギャップが狭くなり、層間のトンネル伝導性が向上するため電流が流れやすくなる。
【００３６】
実施の形態３．
図４は、本発明に係る光電変換装置の実施の形態３の中間層とその両側に接合された半導体層のエネルギーバンドを示す図である。図４において、本実施の形態３の光電変換装置は実施の形態１の光電変換装置の第２中間層４ｂと第２光電変換層５のｐ型半導体層５ａとの間に酸化シリコン層４ｃを形成したものである。ここでは、酸化シリコンをターゲットとし、スパッタで１ｎｍの膜を成膜した。
【００３７】
第２中間層４ｂと第２光電変換層５のｐ型半導体層５ａとの間に酸化シリコン膜を挟持させることにより、ｐ型半導体層５ａの中間層４との接合近傍のエネルギーバンドがより正の方向へ傾斜するため、ｎ型半導体層３ｃの伝導帯とｐ型半導体層５ａの価電子帯が近づき、これらの層間のトンネル電流が流れやすくなる。このため光電変換装置の変換効率が向上する。
【００３８】
以上の実施の形態で述べたように本発明の光電変換装置では、それぞれｎ型の半導体層とｐ型の半導体層とを有するとともに互いに光吸収波長特性の異なる第１光電変換層および第２光電変換層が積層され、第１光電変換層のｎ型半導体層と第２光電変換層のｐ型半導体層との間に透光性の中間層を有し、中間層の成膜条件を制御することで、中間層との界面における第１光電変換層のｎ型半導体層の電子エネルギーレベルと第２光電変換層のｐ型半導体層の正孔エネルギーレベルとが近づくように、第１光電変換層のｎ型半導体層の中間層との界面近傍の電子エネルギーレベルまたは第２光電変換層のｐ型半導体層の中間層との界面近傍の正孔エネルギーレベルが変化する。このため、中間層を挟む第１光電変換層のｎ型半導体層と第２光電変換層のｐ型半導体層との間での実効的な接続抵抗が低下し、発電効率の高い光電変換装置が実現できる。
【００３９】
以上の実施の形態の構成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。
【００４０】
また、本発明は、特にＳｉを主成分とする半導体層からなる光電変換層の変換効率向上に適するがＳｉ系以外の化合物半導体系、有機物系などの材料にも適用可能である。
【００４１】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
以上のように本発明に係る光電変換装置は、各光電変換層の接合界面にシリコン層のエネルギーバンドをベンディングさせる透光性材料からなる層を形成することにより、ｎ型シリコン層のエネルギーバンドを負の方向に傾斜させ、ｐ型シリコン層のエネルギーバンドを正の方向に傾斜させることができる。このため、ｎ層の導電帯とｐ層の価電子帯とのエネルギーギャップを縮小させることができ、接合部でのキャリア伝導性を向上させ、光電変換セルの変換効率を向上させる方法に適している。
【符号の説明】
【００４３】
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  第１中間層
４ｂ  第２中間層
４ｃ  酸化シリコン層
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
７  ｎ＋型半導体層
８  ｐ＋型半導体層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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