(57)【要約】【課題】フィルファクタ、開放端電圧および短絡電流密度に優れた薄膜光電変換装置の製造方法を得ること。【解決手段】透光性基板上に透明導電膜からなる透明電極層を形成する第１工程と、前記透明電極層上に、ワイドギャップ材料層と結晶層とを含有する第１導電型層をイオンアシストプラズマＣＶＤ法により形成する第２工程と、前記第１導電型層上に、光を電気に変換する光電変換層を形成する第３工程と、前記光電変換層上に第２導電型層を形成する第４工程と、前記第２導電型層上に裏面反射電極層を形成する第５工程と、を含み、前記第２工程では、照射イオンの原料として前記ワイドギャップ材料層の形成に用いる原料ガスのうちの少なくとも一種のガスと、水素ガスとを用いたイオンアシストプラズマＣＶＤ法により前記第１導電型層を製膜する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板上に透明導電膜からなる透明電極層を形成する第１工程と、
前記透明電極層上に、ワイドギャップ材料層と結晶層とを含有する第１導電型層をイオンアシストプラズマＣＶＤ法により形成する第２工程と、
前記第１導電型層上に、光を電気に変換する光電変換層を形成する第３工程と、
前記光電変換層上に第２導電型層を形成する第４工程と、
前記第２導電型層上に裏面反射電極層を形成する第５工程と、
を含み、
前記第２工程では、照射イオンの原料として前記ワイドギャップ材料層の形成に用いる原料ガスのうちの少なくとも一種のガスと、水素ガスとを用いたイオンアシストプラズマＣＶＤ法により前記第１導電型層を製膜すること、
を特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記第１導電型層の膜厚を０．１ｎｍ〜５０ｎｍとすること、
を特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記第１導電型層のレーザーラマン分光法における非晶質シリコンＴＯモードに対する結晶質シリコンＴＯモードのラマンピークの強度比を１〜５とすること、
を特徴とする請求項１または２に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記第１工程と前記第２工程との間に、前記透明電極層上に非晶質層を形成する工程を有し、
前記第２工程では、前記非晶質層上に前記第１導電型層を形成するとともにイオンアシストプラズマＣＶＤ法により前記非晶質層を部分的に溶融および再結晶化させること、
を特徴とする請求項１から３のいずれか１つ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、薄膜光電変換装置の製造方法に関し、特に、ワイドギャップ材料を含む導電型層を有する薄膜光電変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池の低コスト化、高効率化を両立するために薄膜太陽電池の開発が精力的になされており、多接合型の薄膜光電変換装置が注目されている。一般に、多接合型の光電変換装置の構成には透明導電層、光電変換層、導電型層、中間層、裏面反射電極層が含まれ、導電型層の作る内蔵電界によって光電変換層で発生したキャリアが輸送される。
【０００３】
光電変換層には、例えば非晶質シリコンや微結晶シリコンが用いられる。導電型層には、キャリア移動度と導電性とが高い微結晶シリコンを用いて、光電変換装置の電気特性を良好に保つことが多い。これらの層の形成には、通常プラズマＣＶＤ法が用いられる。
【０００４】
ＴＦＴ関連デバイス分野では、シリコン薄膜に対してイオン照射を施す、イオンアシストプラズマＣＶＤ法によって微結晶シリコン成分を増加させる方法が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。イオンアシストプラズマＣＶＤ法は、通常のプラズマＣＶＤ法による製膜過程において堆積面に活性イオンを照射することを特徴とし、これにより堆積物がエネルギを得て安定な結晶構造サイトへ移動し易くなり、結晶化が促進される。
【０００５】
一方、導電型層にワイドギャップ材料、例えば炭化シリコンや酸化シリコンを用いて、内蔵電界の増加による開放端電圧の向上や光吸収係数の低減による光吸収損失の低減および短絡電流密度の向上が検討されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０３０４４９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、ワイドギャップ材料は導電性が低いため、光電変換装置の導電型層に用いるとセル効率、主にフィルファクタを低下させ得る、という問題があった。そこで、導電型層においてワイドギャップ材料と結晶成分を増加させて導電性を向上させることが考えられる。
【０００８】
容量結合型のプラズマＣＶＤ法によってシリコン系のワイドギャップ材料を含む導電型層を形成する場合、膜中の微結晶シリコン成分を増加させて導電性を向上させるべく、メタン（ＣＨ４）ガスや二酸化炭素（ＣＯ２）ガスなどのワイドギャップ材料形成に必要なガスの流量調節、水素（Ｈ２）ガス希釈量、ＲＦパワー、電極−基板間距離などのプロセスパラメータを変更すると、ワイドギャップ材料成分が過少となり、導電型層にワイドギャップ材料を用いる効果が十分に得られない。
【０００９】
逆にワイドギャップ材料成分の増加を目的として上記のプロセスパラメータを変更しても、微結晶シリコン成分が過少となり、フィルファクタが低下する。これは、メタン（ＣＨ４）ガスや二酸化炭素（ＣＯ２）ガスに含まれるＣ−ＨおよびＣ＝Ｏ結合の解離エネルギがシラン（ＳｉＨ４）に含まれるＳｉ−Ｈ結合の解離エネルギに比べて大きい。このため、異種材料の混合する状況下においてはプロセスパラメータの調節だけでは膜中のワイドギャップ材料と微結晶シリコンとの形成を独立に制御できず、容量結合型のプラズマＣＶＤ法によりワイドギャップおよび高導電性を兼ね備える膜を得ることが困難であることを示唆している。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、フィルファクタ、開放端電圧および短絡電流密度に優れた薄膜光電変換装置の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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の製造方法は、透光性基板上に透明導電膜からなる透明電極層を形成する第１工程と、前記透明電極層上に、ワイドギャップ材料層と結晶層とを含有する第１導電型層をイオンアシストプラズマＣＶＤ法により形成する第２工程と、前記第１導電型層上に、光を電気に変換する光電変換層を形成する第３工程と、前記光電変換層上に第２導電型層を形成する第４工程と、前記第２導電型層上に裏面反射電極層を形成する第５工程と、を含み、前記第２工程では、照射イオンの原料として前記ワイドギャップ材料層の形成に用いる原料ガスのうちの少なくとも一種のガスと、水素ガスとを用いたイオンアシストプラズマＣＶＤ法により前記第１導電型層を製膜すること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ワイドギャップ材料を導電層に用いた構成を有し、フィルファクタ、開放端電圧および短絡電流密度に優れた薄膜光電変換装置の製造方法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】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の構造を示す断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。
【図３−１】図３−１は、本発明の実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。
【図３−２】図３−２は、本発明の実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。
【図３−３】図３−３は、本発明の実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。
【図３−４】図３−４は、本発明の実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。
【図３−５】図３−５は、本発明の実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。
【図４】図４は、本実施の形態にかかる第１導電型層の製造に用いるイオンアシストＣＶＤ装置の構成の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる薄膜光電変換装置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。
【００１５】
実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の構造を示す断面図である。本実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置は、透光性絶縁基板１上に、透明電極層２、前方光電変換セル３、中間光電変換セル４、中間層５、後方光電変換セル６、裏面透明導電層７、裏面反射電極層８が順次積層された三接合型光電変換装置である。また、この多接合型薄膜光電変換装置では、透光性絶縁基板１側から光が入射する。
【００１６】
また、この多接合型薄膜光電変換装置では、光電変換セルの接合数を三接合としているが、本発明においては光電変換セルの接合数に限定は無い。例えば二接合以上の光電変換装置、例えば非晶質シリコンと微結晶シリコンからなる二接合光電変換装置、さらにはこれに非晶質シリコンゲルマニウムを加えた三接合光電変換装置にも適用する場合などが挙げられるが、組み合わせはこの限りではない。
【００１７】
透光性絶縁基板１としては、例えばガラス基板、ポリイミド若しくはポリビニルなどの耐熱性を有する光透過性樹脂、又はそれらが積層されたものなどを適宜用いることができるが、光透過性が高く、光電変換装置全体を構造的に支持しえるものであれば特に限定されない。また、これらの表面に、透過性の高い金属膜、透明導電膜、絶縁膜を成膜したものであってもよい。
【００１８】
透明電極層２は透光性導電材料からなり、例えば酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）などを用いることができる。なお、透明電極層２の膜中に微量の不純物が添加されていてもよい。また、透明電極層２は、これらの材料の積層膜であってもよい。透明電極層２は、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等の公知の方法を用いて形成される。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することが好ましい。このテクスチャー構造は、透光性絶縁基板１側から入射した光を散乱させ、光電変換セル３、４、６内での実質的な光路長を伸ばすことにより光吸収量を増加させ、光電変換効率を向上させることができる。
【００１９】
前方光電変換セル３、中間光電変換セル４、後方光電変換セル６は、少なくとも１組のｐｎ接合またはｐｉｎ接合を有し、入射する光により発電を行って光起電力を発生させる薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される半導体層である。本実施の形態では、前方光電変換セル３は、非晶質層３０を介して透明電極層２上に第１導電型層３１、光電変換層３２、第２導電型層３３が順次積層されている。中間光電変換セル４は、非晶質層４０を介して前方光電変換セル３上に第１導電型層４１、光電変換層４２、第２導電型層４３が順次積層されている。後方光電変換セル６は、非晶質層６０を介して中間層５上に第１導電型層６１、光電変換層６２、第２導電型層６３が順次積層されている。前方光電変換セル３には、相対的にバンドギャップの広い材料、例えば非晶質シリコンを用いる。また、後方光電変換セル６には、相対的にバンドギャップの狭い材料、例えば微結晶シリコンや微結晶シリコンゲルマニウムを用いることが好ましい。
【００２０】
非晶質層３０と第１導電型層３１とには同材料を用いることが好ましく、例えばシリコン、炭化シリコン、酸化シリコンを用いる。ここで非晶質層３０と第１導電型層３１とに同材料を用いるのは、イオンアシストプラズマＣＶＤ法で第１導電型層３１が形成される際に部分的に融解・再結晶化される非晶質層３０と、その直上に成長させる第１導電型層３１との格子間距離や結晶構造を同じにすることで界面の構造欠陥を最小限に抑えるためである。また、非晶質層３０と第１導電型層３１とに同材料を用いない場合は、非晶質層３０と第１導電型層３１との材料として、格子間距離や結晶構造が近い材料を選ぶことが好ましい。これも、界面の構造欠陥を最小限に抑えるためである。また、非晶質層３０のうち結晶化した部分は、第１導電型層３１と一体となって導電型層として機能するため、電気抵抗が緩和される。
【００２１】
同様の理由から、非晶質層４０と第１導電型層４１とには同材料を用いることが好ましく、例えばシリコン、炭化シリコン、酸化シリコンを用いる。また、非晶質層４０のうち結晶化した部分は、第１導電型層４１と一体となって導電型層として機能するため、電気抵抗が緩和される。
【００２２】
同様の理由から、非晶質層６０と第１導電型層６１とには同材料を用いることが好ましく、例えばシリコン、炭化シリコン、酸化シリコンを用いる。また、非晶質層６０のうち結晶化した部分は、第１導電型層６１と一体となって導電型層として機能するため、電気抵抗が緩和される。
【００２３】
また、イオンアシストプラズマＣＶＤ法における活性イオンによる透明電極層２へのダメージを抑制するために、非晶質層３０の膜厚を０．１ｎｍ〜５０ｎｍとすることが好ましく、３ｎｍ〜２０ｎｍにすることがさらに好ましい。非晶質層３０の膜厚をある程度以上の厚みにすることで、透明電極層２に到達する活性イオンを少なくでき、透明電極層２へのダメージを抑制できる。一方、非晶質層３０の膜厚が厚くなりすぎると、この非晶質層３０による光吸収損失が増える。したがって、非晶質層３０の膜厚は、上記のような範囲とすることが好ましい。
【００２４】
同様に、イオンアシストプラズマＣＶＤ法における活性イオンによる第２導電型層３３およびそれ以下の層へのダメージを抑制するために、非晶質層４０の膜厚を０．１ｎｍ〜５０ｎｍとすることが好ましく、３ｎｍ〜２０ｎｍにすることがさらに好ましい。
【００２５】
同様に、イオンアシストプラズマＣＶＤ法における活性イオンによる中間層５およびそれ以下の層へのダメージを抑制するために、非晶質層６０の膜厚を０．１ｎｍ〜５０ｎｍとすることが好ましく、３ｎｍ〜２０ｎｍにすることがさらに好ましい。
【００２６】
第１導電型層３１、４１、６１は、例えば炭化シリコンや酸化シリコンなどからなるワイドギャップ材料層と、結晶層とを含有する導電型層である。このような第１導電型層３１、４１、６１では、ワイドギャップ材料層を含有することにより、内蔵電界の増加による開放端電圧の向上、光吸収係数の低減による光吸収損失の低減および短絡電流密度の向上が図られている。また、結晶層を含有することにより、導電性の向上が図られている。すなわち、このような第１導電型層３１、４１、６１では、光電変換装置の電気特性における、フィルファクタ保持・開放端電圧および短絡電流密度の向上の両立が図られている。
【００２７】
第１導電型層３１、４１、６１は、イオンアシストプラズマＣＶＤ法において照射するイオン種としてワイドギャップ材料形成に必要なガスのうち少なくとも一種から発生させたイオン（ワイドギャップ材料ガスイオン）と水素（Ｈ２）ガスから発生させたイオン（水素イオン）とを用いて形成される。例えば、ワイドギャップ材料層が炭化シリコンや酸化シリコンなどからなる場合は、メタン（ＣＨ４）、二酸化炭素（ＣＯ２）などのワイドギャップ材料層形成に必要なガスを分解してアシストイオンとして用いる。照射するイオンとしてこれらのイオン種を用いることにより、膜中に炭化シリコンや酸化シリコンなどのワイドギャップ材料層を形成させながら微結晶シリコンを含ませることができるため、光電変換装置の電気特性において、フィルファクタ保持・開放端電圧および短絡電流密度向上を両立させることができる。
【００２８】
また、メタン（ＣＨ４）、二酸化炭素（ＣＯ２）などのワイドギャップ材料層形成に必要なガスを分解してアシストイオンとして用いるため、容量結合型プラズマによるガスの分解は独立に制御でき、ＣＨ４やＣＯ２に含まれるＣ−ＨおよびＣ＝Ｏ結合の解離エネルギとシラン（ＳｉＨ４）に含まれるＳｉ−Ｈ結合の解離エネルギは異なっているが容易に膜の組成を変更することができる。なお、水素（Ｈ2）ガスイオン照射によって膜中へ水素（Ｈ）が取り込まれるが、他の活性ガスを使用するときのようにクロスコンタミとはならない。
【００２９】
また、第１導電型層３１、４１、６１の膜厚は、０．１ｎｍ〜５０ｎｍとすることが好ましく、３ｎｍ〜２０ｎｍにすることがさらに好ましい。第１導電型層３１、４１、６１の膜厚を上記の範囲とすることで、第１導電型層３１、４１、６１が任意の結晶性を有する上、この第１導電型層３１、４１、６１による光吸収損失を許容できる。したがって、第１導電型層３１、４１、６１の膜厚は、０．１ｎｍ〜５０ｎｍとすることが好ましい。
【００３０】
中間層５は低屈折率を有し、所望の波長に対して高透過率または高反射率を持ち、導電性を併せ持った薄膜である。このような中間層５は、例えば屈折率が１．５〜２．５程度、膜厚が２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度とされる。これにより、図１に示す実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置に適用した場合にも、中間層５による電気的損失が無く、中間層５よりも入射側にある光電変換セルへ所望の波長の光を反射させ、それと反対側にある光電変換セルへ所望の波長の光を透過させることができる。
【００３１】
裏面反射電極層８は、裏面電極として機能するとともに、光電変換層３２、４２、６２で吸収されなかった光を反射して再度光電変換層３２、４２、６２に戻す反射層として機能するため、光電変換効率の向上に寄与する。したがって、裏面反射電極層８は、光反射率が大きく導電率が高いことが好ましい。このような裏面反射電極層８は、例えば銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属材料、またはこれらの金属材料の合金、これらの金属材料の窒化物、これらの金属材料の酸化物などにより形成することができる。なお、これらの裏面反射電極層８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。裏面反射電極層８は、蒸着法やスパッタリング法などの公知の方法によって作製できる。
【００３２】
また、光電変換セル６と裏面反射電極層８との間には、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透光性導電材料からなる裏面透明導電層７を形成することが好ましい。なお、裏面透明導電層７の膜中に微量の不純物が添加されていてもよい。また、裏面透明導電層７は、これらの材料の積層膜であってもよい。裏面透明導電層７は、例えばＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着法等の公知の方法を用いて形成できる。
【００３３】
つぎに、上記のように構成された本実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の製造方法について説明する。図２は、実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の製造工程の一例を説明するためのフローチャートである。図３−１〜図３−５は、実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。
【００３４】
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として無アルカリガラス基板を用いて以下説明する。また、透光性絶縁基板１として安価な青板ガラス基板を用いてもよいが、この場合は、透光性絶縁基板１からのアルカリ成分の拡散を防止するためにプラズマＣＶＤ法などによりＳｉＯ２膜を形成するのがよい。
【００３５】
つぎに、たとえば酸化スズ（ＳｎＯ２）膜をスパッタリング法により透光性絶縁基板１上に製膜し、表面に凹凸を有する透明電極層２を形成する（ステップＳ１０）。透明電極層２を形成する方法としてスパッタリング法の他に、ＣＶＤ法や蒸着法等の公知の方法を用いてもよい。
【００３６】
つぎに、透明電極層２上に光電変換セル３を形成する。まず、プラズマＣＶＤ法により透明電極層２上に非晶質層３０を形成する（ステップＳ２０、図３−１）。つぎに、透明電極層２上にイオンアシストプラズマＣＶＤ法により第１導電型層３１を形成する（ステップＳ３０、図３−２）。
【００３７】
プラズマＣＶＤ法による非晶質層３０の形成には、例えば真空チャンバ内にシラン（ＳｉＨ４）ガス、水素（Ｈ２）ガスを流量比１：Ｘ（０≦Ｘ≦５０）で導入し、ドープガスとして例えばジボラン（Ｂ２Ｈ６）をシラン（ＳｉＨ４）ガスに対して０．１体積％〜１体積％導入し、例えば１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ程度の高周波電源によりＲＦパワーを１５ｍＷ／ｃｍ２〜３２０ｍＷ／ｃｍ２で印加することで発生する容量結合型プラズマを用いる。
【００３８】
イオンアシストプラズマＣＶＤ法による第１導電型層３１の形成方法には、図４に示されるような製膜装置を使用し、通常の容量結合型プラズマＣＶＤ法によるワイドギャップ材料からなる導電型層の形成と同時に、イオン源からのイオン照射を行う。図４は、本実施の形態にかかる第１導電型層３１の製造に用いるイオンアシストＣＶＤ装置の構成の一例を示す模式図である。
【００３９】
この装置を用いて第１導電型層３１を形成するにあたっては、透光性絶縁基板１を真空チャンバ９内において基板ホルダー（カソード）１０上に設置するとともに、真空チャンバ９内を真空排気系１２の運転により所定圧力とする。
【００４０】
次いで、原料ガス供給部１３からシャワープレート（アノード）１１を介して真空チャンバ９内にシリコン系ガスを含む原料ガスを導入するとともに、高周波電源１６からマッチングボックス１５を介して容量結合型高周波電界を印加して前記導入したガスをプラズマ化し、真空チャンバ９内にプラズマを形成する。原料ガスとしては、シリコン系ガスのうち少なくとも一種のガス又はシリコン系ガスのうち少なくとも一種のガスと反応性ガスのうち少なくとも一種のガスを用いる。
【００４１】
また、イオン源１７にイオン源用ガス供給部１４からイオンの原料ガスとしてワイドギャップ材料層の形成に必要なガスを導入し、これに高周波電源１６からマッチングボックス１５を介して高周波電力を供給して、真空チャンバ９内にプラズマを発生させ、図示しないイオン照射用電極系に加速電極１８、減速電極１９により適当な電圧を印加することによりプラズマから加速エネルギ２ｋｅＶ以上、より好ましくは５ｋｅＶ以上でイオンを引き出し、透光性絶縁基板１上に該イオンビームを照射する。これにより、非晶質層３０上に第１導電型層３１としてワイドギャップ材料層と結晶層とを含有する導電型層が形成される。
【００４２】
ここで、容量結合型プラズマＣＶＤ法については、例えばシラン（ＳｉＨ４）ガス、水素（Ｈ２）ガスを流量比１：Ｘ（０≦Ｘ≦３００）で導入し、１３ＭＨｚ〜６０ＭＨｚ程度の高周波電源によりＲＦパワーを１５ｍＷ／ｃｍ２〜８００ｍＷ／ｃｍ２印加する条件を用いる。また、イオン照射については、照射イオンの原料としてワイドギャップ材料形成に必要なガスのうち少なくとも一種と水素（Ｈ２）ガスとを用いたアシストイオン照射を行う。すなわち、イオン照射においては、照射するアシストイオンとして水素（Ｈ２）ガスのイオン（水素イオン）と、ＣＨ４、ＣＯ２などのワイドギャップ材料層の形成に必要なガスのうち少なくとも一種から発生させたイオン（ワイドギャップ材料ガスイオン）を使用し、イオンエネルギを２ｋｅＶ以上として照射する条件を適用する。また、さらなる結晶性向上のためには、好ましくはイオンエネルギを５ｋｅＶ以上として照射する条件を適用する。これにより、導電型層として炭化シリコンや酸化シリコンなどのワイドギャップ材料層を形成させながらその膜中に微結晶シリコン層を含ませることができるため、光電変換装置の電気特性において、フィルファクタ保持・開放端電圧および短絡電流密度向上の両立が期待できる。
【００４３】
第１導電型層３１形成時、非晶質層３０が下地の透明電極層２へ到達する活性イオンを減少させることで、アシストイオンによるチャネリング現象を抑制して下地の透明電極層２へのイオンダメージを抑制する。これにより、イオンダメージに起因した構造欠陥等によるデバイス機能低下を引き起こすことが防止される。また、アシストイオンによる結晶化促進作用により、第１導電型層３１を結晶化させることができ、ワイドギャップ材料を含みながら結晶性を有する第１導電型層３１を形成することができる。したがって、アシストイオンによるイオンダメージに起因したデバイス機能低下を引き起こすこと無く、ワイドギャップ材料を含みながら結晶性を有する第１導電型層３１を形成することができる。また、第１導電型層３１形成時、非晶質層３０におけるイオン照射面と層内部がアシストイオンの持つエネルギによって部分的に溶融・再結晶化し、膜厚方向の導電性を増す。これにより、光電変換装置の光電変換効率（主にフィルファクタ）を低下させずに、開放端電圧や短絡電流密度の向上が図れる。
【００４４】
また、第１導電型層３１の形成時には、非晶質層３０が溶融・再結晶化することで、第１導電型層３１を含む結晶層の構造体が形成される。この構造体については、レーザーラマン分光法による非晶質シリコンＴＯモードに対する結晶質シリコンＴＯモードのラマンピーク強度比は１〜５であることが好ましい。上記ラマンピーク強度比が１より小さい場合には、この構造体による光吸収損失が顕著となる。また、上記ラマンピーク強度比が５より大きい場合には、この構造体上に成長させる光電変換層３２が結晶質を含む場合に構造欠陥が生じやすくなる。上記ラマンピーク強度比を１〜５とすることで、光吸収損失低減、かつ上層構造欠陥抑制を達成できる。
【００４５】
第１導電型層３１の形成後、第１導電型層３１上にプラズマＣＶＤ法により光電変換層３２を形成する（ステップＳ４０）。続いて、光電変換層３２上にプラズマＣＶＤ法により第２導電型層３３を形成する（ステップＳ５０、図３−３）。
【００４６】
続いて、上記非晶質層３０、第１導電型層３１、光電変換層３２、第２導電型層３３の形成条件と同様の形成条件により、第２導電型層３３上に非晶質層４０（ステップＳ２１）、第１導電型層４１（ステップＳ３１）、光電変換層４２（ステップＳ４１）、第２導電型層４３（ステップＳ５１）、中間層５（ステップＳ６０）、非晶質層６０（ステップＳ２２）、第１導電型層６１（ステップＳ３２）、光電変換層６２（ステップＳ４２）、第２導電型層６３（ステップＳ５２、図３−４）を順次形成する。
【００４７】
つぎに、第２導電型層６３上に裏面透明導電層７として例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）をＣＶＤ法、スパッタリング法、蒸着等の公知の方法を用いて形成する（ステップＳ７０）。続いて、裏面透明導電層７上に裏面反射電極層８として例えば銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）等の金属薄膜をスパッタリング法、蒸着法などの公知の方法によって形成する（ステップＳ８０、図３−５）。以上により、図１に示す実施の形態にかかる多接合型薄膜光電変換装置が製造される。
【００４８】
上述した実施の形態においては、イオンアシストプラズマＣＶＤ法により第１導電型層３１、４１、６１を形成する際に、ワイドギャップ材料層の形成に必要なガスのうち少なくとも一種から発生させたイオンと水素（Ｈ２）ガスから発生させたイオンとをアシストイオンとして照射する。すなわち、異種材料のガスをプラズマで分解・堆積させるのではなく、ワイドギャップ材料層の形成に必要な元素の一部をイオン照射により供給することによりワイドギャップ材料層を形成させる。また、アシストイオンによる結晶化促進作用により、第１導電型層３１を結晶化させることができる。これにより、第１導電型層３１、４１、６１の膜中に炭化シリコンや酸化シリコンなどのワイドギャップ材料層を形成させながら微結晶シリコンを含ませることができるため、光電変換装置の電気特性において、フィルファクタ保持・開放端電圧および短絡電流密度の向上を両立させることができる。
【００４９】
また、上述した実施の形態においては、イオンアシストプラズマＣＶＤ法により第１導電型層３１、４１、６１を形成する前に、それぞれ下地層として非晶質層３０、４０、６０を透明電極層２上、第２導電型層３３上、中間層５上に形成する。非晶質層３０、４０、６０は、イオンアシストプラズマＣＶＤ法による第１導電型層３１、４１、６１の形成時に、下地の透明電極層２、第２導電型層３３およびそれ以下の層、中間層５およびそれ以下の層へ到達する活性イオンを減少させることで、アシストイオンによるチャネリング現象を抑制して下層の透明電極層２、第２導電型層３３およびそれ以下の層、中間層５およびそれ以下の層へのイオンダメージを抑制する。これにより、イオンダメージに起因した構造欠陥等によるデバイス機能低下を引き起こすこと無く第１導電型層３１、４１、６１の結晶化を促進させることができ、ワイドギャップ材料を含みながら高い結晶性を有する第１導電型層３１、４１、６１を形成することができる。
【００５０】
なお、非晶質層３０、４０、６０上にそれぞれ第１導電型層３１、４１、６１を直接形成することは必須であるが、他の構成については、追加・削除等、必要に応じて適宜変更可能である。
【００５１】
また、上記においては、多接合型薄膜光電変換装置を例に説明したが、単接合型光電変換装置においても同様に本発明の効果を得ることができる。
【００５２】
つぎに、本発明を適用した具体的な実施例について説明する。以下では、本発明を適用して作製した実施例および従来の方法で作製した比較例にかかる試料を作製し、その結晶化度を比較した。
【００５３】
（実施例）
実施例では、上述した薄膜導電型層の製造方法に従って、ガラス基板上に非晶質層とシリコン膜からなる導電型層とを積層形成して実施例にかかる試料を作製した。まず、ガラス基板上へ非晶質層をプラズマＣＶＤ法によって以下の条件で形成した。真空チャンバ内にＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、ＣＯ２ガスを流量比１：１５０：２で、ドープガスとしてＢ２Ｈ６をＳｉＨ４ガスに対して０．５体積％導入し、２７．５６ＭＨｚの高周波電源によりＲＦパワーを２００ｍＷ／ｃｍ２印加し、基板温度を２００℃、膜厚を１０ｎｍとした。
【００５４】
つぎに、非晶質層上に導電型層として炭化シリコン膜をイオンアシストプラズマＣＶＤ法によって以下の条件で形成した。主として堆積に関与する容量結合型プラズマＣＶＤ法の製膜条件は、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、を流量比１：１５０で、ドープガスとしてＢ２Ｈ６をＳｉＨ４ガスに対して０．５体積％導入し、２７．５６ＭＨｚの高周波電源によりＲＦパワーを２００ｍＷ／ｃｍ２印加し、基板温度を２００℃、膜厚を１０ｎｍとした。イオン照射条件は、Ｈ２ガスイオンとＣＯ２ガスイオンをイオン種として選び、そのイオンエネルギを５ｋｅＶとした。
【００５５】
（比較例）
比較例では、以下のようにしてガラス基板上にシリコン膜からなる導電型層を形成して比較例にかかる試料を作製した。すなわち、ガラス基板上に導電型層としてシリコン膜をプラズマＣＶＤ法によって以下の条件で形成した。真空チャンバ内にＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガス、ＣＯ２ガスを流量比１：１５０：２で、ドープガスとしてＢ２Ｈ６をＳｉＨ４ガスに対して０．５体積％導入し、２７．５６ＭＨｚの高周波電源によりＲＦパワーを２００ｍＷ／ｃｍ２印加、基板温度を２００℃、膜厚を２０ｎｍとした。
【００５６】
つぎに、実施例および比較例にかかる試料のそれぞれについて、レーザーラマン分光法による分析によってシリコン膜の結晶化度を測定し、結晶性評価を行った。その結果、非晶質シリコンＴＯモードに対する結晶質シリコンＴＯモードのラマンピーク強度比が、実施例のシリコン膜では２．０であるのに対して、比較例のシリコン膜では０．７であった。
【００５７】
比較例の試料のシリコン膜ではラマンピーク強度比が１より小さいため、電気抵抗が増大し、光吸収損失が顕著となる。したがって、このシリコン膜を導電型層として薄膜光電変換装置に適用した場合には、光電変換効率の低下の原因となる。
【００５８】
一方、実施例の試料のシリコン膜では、ラマンピーク強度比が１〜５の間の値となっており、光電変換装置における導電型層として、電気抵抗を増大させずに開放端電圧および短絡電流密度を向上させ、光吸収損失を低減し、上層構造欠陥抑制を達成できる。これにより、光電変換効率の向上を図ることができる。したがって、本発明を適用することにより、光電変換装置の光電変換効率を向上させることができるといえる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明にかかる薄膜光電変換装置の製造方法は、フィルファクタ、開放端電圧および短絡電流密度に優れた薄膜光電変換装置の製造に有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１  透光性絶縁基板
２  透明電極層
３  前方光電変換セル
４  中間光電変換セル
５  中間層
６  後方光電変換セル
７  裏面透明導電層
８  裏面反射電極層
９  真空チャンバ
１０  基板ホルダー（カソード）
１１  シャワープレート（アノード）
１２  真空排気系
１３  原料ガス供給部
１４  イオン源用ガス供給部
１５  マッチングボックス
１６  高周波電源
１７  イオン源
１８  加速電極
１９  減速電極
３０  非晶質層
３１  第１導電型層
３２  光電変換層
３３  第２導電型層
４０  非晶質層
４１  第１導電型層
４２  光電変換層
４３  第２導電型層
６０  非晶質層
６１  第１導電型層
６２  光電変換層
６３  第２導電型層
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図３−５】
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【図４】
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