(57)【要約】【課題】高い長波長感度は保持したまま、開放電圧や形状因子の低下を抑制または向上させた光電変換装置を提供することを目的とする。【解決手段】ｉ層が、ｐ層側傾斜層が、結晶質シリコンと結晶質シリコンゲルマニウムとを含み、ｐ層側傾斜層中のゲルマニウム濃度が、結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度以下の濃度範囲で、ｐ層側結晶質シリコン層から結晶質シリコンゲルマニウム層に向かって段階的または単調にゲルマニウム濃度が増加し、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚が、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和に対して３０％以上５０％以下の厚さであり、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和が、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚と、ｐ層側傾斜層の膜厚と、結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して２０％以上５０％以下である光電変換装置１００。【選択図】図１
2011077380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に、ｐ層と、ｉ層と、ｎ層とが順に積層された光電変換層を備える光電変換装置であって、
前記ｉ層が、ｐ層側から順にｐ層側結晶質シリコン層と、ｐ層側傾斜層と、結晶質シリコンゲルマニウム層とを備え、
前記ｐ層側傾斜層が、結晶質シリコンと結晶質シリコンゲルマニウムとを含み、
前記ｐ層側傾斜層中のゲルマニウム濃度が、前記結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度以下の濃度範囲で、前記ｐ層側結晶質シリコン層から前記結晶質シリコンゲルマニウム層に向かって段階的または単調にゲルマニウム濃度が増加し、
前記ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚が、前記ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和に対して３０％以上５０％以下の厚さであり、
前記ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚と前記ｐ層側傾斜層の膜厚との和が、前記ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚と、前記ｐ層側傾斜層の膜厚と、前記結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して２０％以上５０％以下である光電変換装置。
【請求項２】
前記ｉ層が、前記結晶質シリコンゲルマニウム層の上にｎ層側傾斜層と、ｎ層側結晶質シリコン層とを順に備え、
前記ｎ層側傾斜層が、結晶質シリコンと結晶質シリコンゲルマニウムとを含み、前記結晶質シリコンゲルマニウム層から前記ｎ層に向かって段階的または単調にゲルマニウム濃度が減少し、
前記ｎ層側傾斜層の膜厚とｎ層側結晶質シリコン層の膜厚との和が、前記ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚と、前記ｐ層側傾斜層の膜厚と、前記結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して１０％以上５０％以下の厚さである請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
基板上に、
結晶質シリコンゲルマニウムを主とする光電変換層と、
結晶質シリコンゲルマニウムよりもバンドギャップ幅の広い半導体材料を主とする２つの光電変換層と、
を備えた請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に関し、特に発電層を製膜で作製する薄膜シリコン系太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光のエネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池に用いられる光電変換装置としては、ｐ型シリコン系半導体（ｐ層）、ｉ型シリコン系半導体（ｉ層）及びｎ型シリコン系半導体（ｎ層）の薄膜をプラズマＣＶＤ法等で製膜して形成した光電変換層を備えた薄膜シリコン系光電変換装置が知られている。
【０００３】
従来、薄膜シリコン系光電変換装置の変換効率を上げるため、バンドギャップの異なる光電変換層を複数積層して多接合型とする手法が採用されている。バンドギャップの異なる光電変換層を組み合わせることで、波長範囲の広い太陽光エネルギーの有効利用を図れる。多接合型光電変換装置として、２層の光電変換層を積層して接合したタンデム型光電変換装置や３層の光電変換層を積層して接合したトリプル型光電変換装置が知られている。
【０００４】
多接合型光電変換装置に用いる光電変換層の膜の一つとして、結晶質シリコンゲルマニウム膜が挙げられる。結晶質シリコンゲルマニウムは、ナローギャップ材料であり、赤外域での吸収特性が優れることが知られている。結晶質シリコンゲルマニウムは、アモルファスシリコンや結晶質シリコンなどの他の光電変換材料との積層構造として用いることにより、長波長の太陽光を吸収して高効率化を図ることができる光電変換材料として期待されている。
多接合型光電変換装置を高効率化するためには、短絡電流、開放電圧及び形状因子が重要となる。結晶質シリコンゲルマニウム膜を光電変換層として備えた光電変換装置は、長波長感度が向上するため、短絡電流密度が向上する。しかしながら、結晶質シリコンゲルマニウムは、結晶質シリコンと比べてナローギャップである点や、ゲルマニウムが含まれることで欠陥密度が増える点、また、微結晶シリコンゲルマニウムは高ゲルマニウム濃度ではｐ型化することなどから、結晶質シリコンよりも開放電圧や形状因子が低いという問題があった。
【０００５】
特許文献１に、ｉ型半導体層としてアモルファスシリコンよりもバンドギャップの狭いアモルファスシリコンゲルマニウム等のアモルファス合金を用いた光起電力素子が開示されている。この光起電力素子は、ｉ型半導体層のバンドギャップを所定の形状で傾斜させることを特徴としているが、３層スタック型（トリプル型）セルとしたときには、短絡電流が低下している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第２７１９２３０号公報（請求項１、第６表）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、光電変換ｉ層に結晶質シリコンゲルマニウムを用いた場合でも、高い長波長感度は保持したまま、開放電圧や形状因子の低下を抑制または向上させた光電変換装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、基板上に、ｐ層と、ｉ層と、ｎ層とが順に積層された光電変換層を備える光電変換装置であって、前記ｉ層が、ｐ層側から順にｐ層側結晶質シリコン層と、ｐ層側傾斜層と、結晶質シリコンゲルマニウム層とを備え、前記ｐ層側傾斜層が、結晶質シリコンと結晶質シリコンゲルマニウムとを含み、前記ｐ層側傾斜層中のゲルマニウム濃度が、前記結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度以下の濃度範囲で、前記ｐ層側結晶質シリコン層から前記結晶質シリコンゲルマニウム層に向かって段階的または単調にゲルマニウム濃度が増加するような構成であって、前記ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚が、前記ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和に対して、３０％以上５０％以下の厚さであり、前記ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚と前記ｐ層側傾斜層の膜厚との和が、前記ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚と、前記ｐ層側傾斜層の膜厚と、前記結晶質シリコンｉ層の膜厚との和に対して２０％以上５０％以下である光電変換装置を提供する。
【０００９】
更に、本発明者らは、鋭意研究した結果、ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚にはそれぞれ適正範囲が存在することを見出した。
ｐ層と結晶質シリコンゲルマニウム層との間に、結晶質シリコンゲルマニウム層よりも含有するゲルマニウムの濃度が低い層（ｐ層側結晶質シリコン層、ｐ層側傾斜層）を備えることによって、欠陥密度の低い部分ができる。これによってｐ／ｉ層界面側のｉ層のｐ型化を回避し、バンドギャップのゆがみが抑制されるため、開放電圧及び形状因子を向上させることができる。ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚は、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和に対して３０％以上５０％以下の厚さであることが好ましい。ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合が３０％以上であると、開放電圧及び形状因子の低下を抑制させる、または、開放電圧及び形状因子を向上させる効果が得られる。膜厚を厚くしすぎると、ｉ層に含まれるゲルマニウムの濃度が低くなり、長波長感度が低下するため、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合は、５０％以下が好ましい。
ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和は、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して２０％以上５０％以下の厚さであることが好ましい。これによって、長波長感度を保持しつつ、開放電圧及び形状因子を向上させる効果を奏する。
【００１０】
上記発明において、前記ｉ層が、前記結晶質シリコンゲルマニウム層の上にｎ層側傾斜層と、ｎ層側結晶質シリコン層とを順に備え、前記ｎ層側傾斜層が、結晶質シリコンと結晶質シリコンゲルマニウムとを含み、前記結晶質シリコンゲルマニウム層から前記ｎ層に向かって段階的または単調にゲルマニウム濃度が減少するよう構成され、前記ｎ層側傾斜層の膜厚とｎ層側結晶質シリコン層の膜厚との和が、前記ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚と前記ｐ層側傾斜層の膜厚と前記結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して１０％以上５０％以下の厚さであることが好ましい。
【００１１】
結晶質シリコンゲルマニウム層とｎ層との間に、ｎ層側傾斜層及びｎ層側結晶質シリコン層を備えることで、ｉ層としての総膜厚が厚くなり、短絡電流が増加する。
ｎ層側傾斜層の膜厚とｎ層側結晶質シリコン層の膜厚との合計膜厚にも適正範囲が存在する。上記合計膜厚は、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して１０％以上５０％以下の厚さであることが好ましい。合計膜厚が１０％以上であると、開放電圧及び形状因子が向上する。一方、膜厚を厚くしすぎると、ｉ層中の欠陥密度が高くなり、開放電圧及び形状因子が低下するため、合計膜厚は５０％以下が好ましい。
【００１２】
上記発明において、基板上に、結晶質シリコンゲルマニウムを主とする光電変換層と、結晶質シリコンゲルマニウムよりもバンドギャップ幅の広い半導体材料を主とする２つの光電変換層とを備えることが好ましい。結晶質シリコンゲルマニウム層は、短波長域での分光感度が低い。例えば、非晶質シリコンや結晶質シリコンなどの結晶質シリコンゲルマニウムよりもバンドギャップ幅の広い材料を主とする光電変換層を備えることで、短波長域での分光感度を得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
上記発明によれば、結晶質シリコンゲルマニウム層を備えた光電変換装置の長波長感度を保持するとともに、開放電圧及び形状因子の低下を抑制できる。これにより、高変換効率の光電変換装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の光電変換装置の構成を表す概略図である。
【図２】太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図３】太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図４】太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図５】太陽電池パネルを製造する一実施形態を説明する概略図である。
【図６】結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを示す図である。
【図７】結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを示す図である。
【図８】結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを示す図である。
【図９】結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの短絡電流との関係について示すグラフである。
【図１０】結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの開放電圧との関係について示すグラフである。
【図１１】結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの形状因子との関係について示すグラフである。
【図１２】結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの変換効率との関係について示すグラフである。
【図１３】ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、シングル型太陽電池セルの短絡電流との関係について示すグラフである。
【図１４】ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、シングル型太陽電池セルの開放電圧との関係について示すグラフである。
【図１５】ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、シングル型太陽電池セルの形状因子との関係について示すグラフである。
【図１６】ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、シングル型太陽電池セルの変換効率との関係について示すグラフである。
【図１７】トリプルセルにおける結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合と、短絡電流との関係について示すグラフである。
【図１８】トリプルセルにおける結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合と、開放電圧との関係について示すグラフである。
【図１９】トリプルセルにおける結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合と、形状因子との関係について示すグラフである。
【図２０】トリプルセルにおける結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合と、変換効率との関係について示すグラフである。
【図２１】トリプルセルにおけるｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、短絡電流との関係について示すグラフである。
【図２２】トリプルセルにおけるｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、開放電圧との関係について示すグラフである。
【図２３】トリプルセルにおけるｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、形状因子との関係について示すグラフである。
【図２４】トリプルセルにおけるｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合と、変換効率との関係について示すグラフである。
【図２５】結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを示す図である。
【図２６】ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するｎ層側傾斜層及びｎ層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの短絡電流との関係を示すグラフである。
【図２７】ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するｎ層側傾斜層及びｎ層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの開放電圧との関係を示すグラフである。
【図２８】ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するｎ層側傾斜層及びｎ層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの形状因子との関係を示すグラフである。
【図２９】ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するｎ層側傾斜層及びｎ層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合と、シングル型太陽電池セルの変換効率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明の光電変換装置の構成を示す概略図である。光電変換装置１００は、トリプル型シリコン系太陽電池であり、基板１、透明電極層２、太陽電池光電変換層３としての第１セル層９１（非晶質シリコン系）、第２セル層９２（結晶質シリコン系）及び第３セル層９３（結晶質シリコン系）、中間コンタクト層５ａ、５ｂ、及び裏面電極層４を備える。なお、ここで、シリコン系とはシリコン（Ｓｉ）やシリコンカーバイト（ＳｉＣ）やシリコンゲルマニウム（ＳｉＧｅ）を含む総称である。また、結晶質シリコン系とは、非晶質シリコン系以外のシリコン系を意味するものであり、微結晶シリコンや多結晶シリコンも含まれる。
【００１６】
本実施形態に係る光電変換装置の製造方法を、太陽電池パネルを製造する工程を例に挙げて説明する。図２から図５は、本実施形態の太陽電池パネルの製造方法を示す概略図である。
【００１７】
（１）図２（ａ）
基板１としてソーダフロートガラス基板（例えば１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５ｍｍ〜４．５ｍｍ）を使用する。基板端面は熱応力や衝撃などによる破損防止にコーナー面取りやＲ面取り加工されていることが望ましい。
【００１８】
（２）図２（ｂ）
透明電極層２として、酸化錫（ＳｎＯ２）を主成分とする膜厚約５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下の透明導電膜を、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜する。この際、透明電極膜の表面には、適当な凹凸のあるテクスチャーが形成される。透明電極層２として、透明電極膜に加えて、基板１と透明電極膜との間にアルカリバリア膜（図示されず）を形成しても良い。アルカリバリア膜は、酸化シリコン膜（ＳｉＯ２）を５０ｎｍ〜１５０ｎｍ、熱ＣＶＤ装置にて約５００℃で製膜処理する。
【００１９】
（３）図２（ｃ）
その後、基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、ＹＡＧレーザーのｐ層側高調波（１０６４ｎｍ）を、図の矢印に示すように、透明電極膜の膜面側から照射する。加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極膜を発電セルの直列接続方向に対して垂直な方向へ、基板１とレーザー光を相対移動して、溝１０を形成するように幅約６ｍｍから１５ｍｍの所定幅の短冊状にレーザーエッチングする。
【００２０】
（４）図２（ｄ）
第１セル層９１として、非晶質シリコン薄膜からなるｐ層、ｉ層及びｎ層を、プラズマＣＶＤ装置により製膜する。ＳｉＨ４ガス及びＨ２ガスを主原料にして、減圧雰囲気：３０Ｐａ以上１０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃にて、透明電極層２上に太陽光の入射する側から非晶質シリコンｐ層３１、非晶質シリコンｉ層３２、非晶質シリコンｎ層３３の順で製膜する。非晶質シリコンｐ層３１は非晶質のＢドープシリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｉ層３２は、膜厚２００ｎｍ以上３５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｎ層３３は、非晶質シリコンに微結晶シリコンを含有するＰドープシリコンを主とし、膜厚３０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。非晶質シリコンｐ層３１と非晶質シリコンｉ層３２の間には、界面特性の向上のためにバッファー層を設けても良い。
【００２１】
次に、第１セル層９１の上に、プラズマＣＶＤ装置により、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下にて、第２セル層９２としての結晶質シリコンｐ層４１、結晶質シリコンｉ層４２、及び、結晶質シリコンｎ層４３を順次製膜する。結晶質シリコンｐ層４１はＢドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｉ層４２は微結晶シリコンを主とし、膜厚は１．２μｍ以上３．０μｍ以下である。結晶質シリコンｎ層４３はＰドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。
【００２２】
次に、第２セル層９２の上に、プラズマＣＶＤ装置を用いて、第３セル層９３としての結晶質シリコンｐ層６１、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２、及び、結晶質シリコンｎ層６３を順次製膜する。
結晶質シリコンｐ層６１は、Ｂドープした微結晶シリコンを主とし、膜厚１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下である。結晶質シリコンｐ層６１は、ガス種：ＳｉＨ４、Ｈ２及びＢ２Ｈ６、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の条件で製膜する。
【００２３】
結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２は、ｐ層側結晶質シリコン層、ｐ層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層が、結晶質シリコンｐ層６１上にｐ層側から順に積層される構成となっている。
ｐ層側結晶質シリコン層は、該層の膜厚が、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和に対して、３０％以上５０％以下の厚さとなるように設計される。本実施形態において、ｐ層側結晶質シリコン層は、膜厚が６０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である微結晶シリコンを主とする膜である。本発明は、この実施形態の範囲に縛られるものではなく、膜厚の比率が重要である。ｐ層側結晶質シリコン層は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガス種：ＳｉＨ４及びＨ２、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の条件で製膜する。
【００２４】
ｐ層側傾斜層は、結晶質シリコン及び結晶質シリコンゲルマニウムを含み、ゲルマニウム濃度がｐ層側結晶質シリコン層側から結晶質シリコンゲルマニウム層側へ向かって段階的に増加する構成とされる。ｐ層側傾斜層に含まれるゲルマニウム濃度は、結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度以下とする。ｐ層側傾斜層の膜厚は、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和が、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して２０％以上５０％以下となるように設計される。本実施形態においては、ｐ層側傾斜層の膜厚は、１００ｎｍ以上４００ｎｍ以下とする。本発明は、この実施形態の範囲に縛られるものではなく、膜厚の比率が重要である。
【００２５】
ｐ層側傾斜層は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガス種：ＳｉＨ４、ＧｅＨ４及びＨ２、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の条件で製膜する。ｐ層側傾斜層中のゲルマニウム濃度を段階的に変化させる方法として、ｐ層側結晶質シリコン層側から結晶質シリコンゲルマニウム層側へ向かってゲルマニウム濃度が増加するように、所定時間毎に原料ガス中のＧｅＨ４流量を増加させて製膜する方法が挙げられる。このとき、ＧｅＨ４流量増加に併せてＨ２流量も調整すると、結晶質シリコンゲルマニウムの結晶性を制御することができる。
【００２６】
結晶質シリコンゲルマニウム層は、膜厚が５００ｎｍ以上８００ｎｍ以下であり、１５原子％以上３５原子％以下の濃度でゲルマニウムを含む。結晶質シリコンゲルマニウム層は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガス種：ＳｉＨ４、ＧｅＨ４及びＨ２、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の条件で製膜する。
【００２７】
結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２は、結晶質シリコンｎ層６３側に、ｎ層側傾斜層及びｎ層側結晶質シリコン層を順に備えても良い。
ｎ層側傾斜層は、結晶質シリコン及び結晶質シリコンゲルマニウムを含み、ゲルマニウム濃度が結晶質シリコンゲルマニウム層側から結晶質シリコンｎ層６３側へ向かって段階的に減少するような構成とされる。ｎ層側傾斜層の膜厚は、ｎ層側傾斜層の膜厚とｎ層側結晶質シリコン層の膜厚との和が、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して１０％以上５０％以下となるように設計される。本実施形態においては、ｎ層側傾斜層の膜厚は、１００ｎｍ以上５００ｎｍ以下とする。
【００２８】
ｎ層側傾斜層は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガス種：ＳｉＨ４、ＧｅＨ４及びＨ２、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の条件で製膜する。ｎ層側傾斜層中のゲルマニウム濃度を段階的に変化させる方法として、ｐ層側結晶質シリコン層側から側へ向かってゲルマニウム濃度が減少するように、所定時間毎に原料ガス中のＧｅＨ４流量を低下させて製膜する方法が挙げられる。このとき、ＧｅＨ４流量増加に併せてＨ２流量も調整すると、結晶質シリコンゲルマニウムの結晶性を制御することができる。
【００２９】
ｎ層側結晶質シリコン層は、微結晶シリコンを主とする膜であり、その膜厚はｎ層側傾斜層の膜厚の記載に準じて設計される。本実施形態において、ｎ層側結晶質シリコン層の膜厚は、１０ｎｍ以上５０ｎｍ以下とする。製膜条件は、ｐ層側結晶質シリコン層と同様とする。
【００３０】
結晶質シリコン系の材料を主とするｉ層膜をプラズマＣＶＤ法で形成するにあたり、プラズマ放電電極と基板１の表面との距離ｄは、３ｍｍ以上１０ｍｍ以下にすることが好ましい。３ｍｍより小さい場合、大型基板に対応する製膜室内の各構成機器精度から距離ｄを一定に保つことが難しくなるとともに、近過ぎて放電が不安定になる恐れがある。１０ｍｍより大きい場合、十分な製膜速度（１ｎｍ／ｓ以上）を得難くなるとともに、プラズマの均一性が低下しイオン衝撃により膜質が低下する。
【００３１】
第１セル層９１と第２セル層９２の間、及び、第２セル層９２と第３セル層９３の間に、接触性を改善するとともに電流整合性を取るために半反射膜となる中間コンタクト層５ａ、５ｂをそれぞれ設ける。中間コンタクト層５ａ、５ｂとして、膜厚：２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を、ターゲット：ＧａドープＺｎＯ焼結体を用いてスパッタリング装置により製膜する。また、中間コンタクト層５ａ、５ｂを設けない場合もある。
【００３２】
（５）図２（ｅ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、光電変換層３の膜面側から照射する。パルス発振：１０ｋＨｚから２０ｋＨｚとして、加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの約１００μｍから１５０μｍの横側を、溝１１を形成するようにレーザーエッチングする。またこのレーザーは基板１側から照射しても良く、この場合は光電変換層３の非晶質シリコン系の第１セル層で吸収されたエネルギーで発生する高い蒸気圧を利用して光電変換層３をエッチングできるので、更に安定したレーザーエッチング加工を行うことが可能となる。レーザーエッチングラインの位置は前工程でのエッチングラインと交差しないように位置決め公差を考慮して選定する。
【００３３】
（６）図３（ａ）
裏面電極層４としてＡｇ膜／Ｔｉ膜を、スパッタリング装置により、減圧雰囲気、製膜温度：１５０℃から２００℃にて製膜する。本実施形態では、Ａｇ膜：１５０ｎｍ以上５００ｎｍ以下、これを保護するものとして防食効果の高いＴｉ膜：１０ｎｍ以上２０ｎｍ以下を、この順に積層する。あるいは、裏面電極層４を、２５ｎｍから１００ｎｍの膜厚を有するＡｇ膜と、１５ｎｍから５００ｎｍの膜厚を有するＡｌ膜との積層構造としても良い。結晶質シリコンｎ層４３と裏面電極層４との接触抵抗低減と光反射向上を目的に、光電変換層３と裏面電極層４との間に、スパッタリング装置により、膜厚：５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下のＧＺＯ（ＧａドープＺｎＯ）膜を製膜して設けても良い。
【００３４】
（７）図３（ｂ）
基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、図の矢印に示すように、基板１側から照射する。レーザー光が光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、透明電極層２のレーザーエッチングラインの２５０μｍから４００μｍの横側を、溝１２を形成するようにレーザーエッチングする。
【００３５】
（８）図３（ｃ）と図４（ａ）
発電領域を区分して、基板端周辺の膜端部をレーザーエッチングし、直列接続部分で短絡し易い影響を除去する。基板１をＸ−Ｙテーブルに設置して、レーザーダイオード励起ＹＡＧレーザーの第２高調波（５３２ｎｍ）を、基板１側から照射する。レーザー光が透明電極層２と光電変換層３で吸収され、このとき発生する高いガス蒸気圧を利用して裏面電極層４が爆裂して、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２が除去される。パルス発振：１ｋＨｚ以上１０ｋＨｚ以下として加工速度に適切となるようにレーザーパワーを調整して、基板１の端部から５ｍｍから２０ｍｍの位置を、図３（ｃ）に示すように、Ｘ方向絶縁溝１５を形成するようにレーザーエッチングする。なお、図３（ｃ）では、光電変換層３が直列に接続された方向に切断したＸ方向断面図となっているため、本来であれば絶縁溝１５位置には裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２の膜研磨除去をした周囲膜除去領域１４がある状態（図４（ａ）参照）が表れるべきであるが、基板１の端部への加工の説明の便宜上、この位置にＹ方向断面を表して形成された絶縁溝をＸ方向絶縁溝１５として説明する。このとき、Ｙ方向絶縁溝は後工程で基板１周囲膜除去領域の膜面研磨除去処理を行うので、設ける必要がない。
【００３６】
絶縁溝１５は基板１の端より５ｍｍから１５ｍｍの位置にてエッチングを終了させることにより、太陽電池パネル端部からの太陽電池モジュール６内部への外部湿分浸入の抑制に、有効な効果を呈するので好ましい。
【００３７】
尚、以上までの工程におけるレーザー光はＹＡＧレーザーとしているが、ＹＶＯ４レーザーやファイバーレーザーなどが同様に使用できるものがある。
【００３８】
（９）図４（ａ：太陽電池膜面側から見た図、ｂ：受光面の基板側から見た図）
後工程のＥＶＡ等を介したバックシート２４との健全な接着・シール面を確保するために、基板１周辺（周囲膜除去領域１４）の積層膜は、段差があるとともに剥離し易いため、この膜を除去して周囲膜除去領域１４を形成する。基板１の端から５〜２０ｍｍで基板１の全周囲にわたり膜を除去するにあたり、Ｘ方向は前述の図３（ｃ）工程で設けた絶縁溝１５よりも基板端側において、Ｙ方向は基板端側部付近の溝１０よりも基板端側において、裏面電極層４／光電変換層３／透明電極層２を、砥石研磨やブラスト研磨などを用いて除去を行う。
研磨屑や砥粒は基板１を洗浄処理して除去した。
【００３９】
（１０）図５（ａ）（ｂ）
端子箱２３の取付け部分はバックシート２４に開口貫通窓を設けて集電板を取出す。この開口貫通窓部分には絶縁材を複数層で設置して外部からの湿分などの浸入を抑制する。
直列に並んだ一方端の太陽電池発電セルと、他方端部の太陽電池発電セルとから銅箔を用いて集電して太陽電池パネル裏側の端子箱２３の部分から電力が取出せるように処理する。銅箔は各部との短絡を防止するために銅箔幅より広い絶縁シートを配置する。
集電用銅箔などが所定位置に配置された後に、太陽電池モジュール６の全体を覆い、基板１からはみ出さないようにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等による接着充填材シートを配置する。
ＥＶＡの上に、防水効果の高いバックシート２４を設置する。バックシート２４は本実施形態では防水防湿効果が高いようにＰＥＴシート／Ａｌ箔／ＰＥＴシートの３層構造よりなる。
バックシート２４までを所定位置に配置したものを、ラミネータにより減圧雰囲気で内部の脱気を行い約１５０〜１６０℃でプレスしながら、ＥＶＡを架橋させて密着させる。
【００４０】
（１１）図５（ａ）
太陽電池モジュール６の裏側に端子箱２３を接着剤で取付ける。
（１２）図５（ｂ）
銅箔と端子箱２３の出力ケーブルとをハンダ等で接続し、端子箱２３の内部を封止剤（ポッティング剤）で充填して密閉する。これで太陽電池パネル５０が完成する。
（１３）図５（ｃ）
図５（ｂ）までの工程で形成された太陽電池パネル５０について発電検査ならびに、所定の性能試験を行う。発電検査は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行う。
（１４）図５（ｄ）
発電検査（図５（ｃ））に前後して、外観検査をはじめ所定の性能検査を行う。
【００４１】
上記実施の形態では太陽電池として、トリプル型太陽電池について説明したが、本発明は、この例に限定されるものではない。結晶質シリコンゲルマニウムを含む光電変換ｉ層を備えたシングル型太陽電池あるいはタンデム型太陽電池などの他の種類の薄膜太陽電池にも同様に適用可能である。
【実施例】
【００４２】
以下に、本実施形態に係る光電変換装置の実施例を説明する。
（実施例１）
ガラス基板１（１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５〜４．５ｍｍ）を用いて、光電変換層３に結晶質シリコンゲルマニウムｉ層を備えたシングル型太陽電池セルを作製した。
透明電極層２：酸化錫膜、膜厚５００ｎｍ〜８００ｎｍ
結晶質シリコンｐ層６１：膜厚１０ｎｍ〜５０ｎｍ
結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２：平均膜厚１０００ｎｍ
結晶質シリコンｎ層６３：膜厚２０ｎｍ〜５０ｎｍ
裏面透明電極層：ＧＺＯ膜／膜厚５０ｎｍ〜１００ｎｍ
裏面電極層４：Ａｇ膜／膜厚１５０ｎｍ〜５００ｎｍ、Ｔｉ膜／膜厚１０ｎｍ〜２０ｎｍ
【００４３】
結晶質シリコンゲルマニウムｉ層は、ｐ層側結晶質シリコン層、ｐ層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層から構成される。結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを図６に示す。同図において、横軸は各層の膜厚、縦軸はゲルマニウム濃度である。
ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和は、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の膜厚に対して１０％の厚さ、すなわち、１００ｎｍとした。ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚は、５０ｎｍ（実施例１−１）、３３ｎｍ（実施例１−２）、２５ｎｍ（実施例１−３）とした。ｐ層側傾斜層は、１層、２層または３層構造とし、ｐ層側傾斜層の各層の膜厚は等しいものとした。ｐ層側傾斜層の各層に含まれるゲルマニウム濃度は２０原子％未満とした。
結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度は２０原子％とした。
【００４４】
ｐ層側結晶質シリコン層は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガス種：ＳｉＨ４及びＨ２、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の条件で製膜した。
ｐ層側傾斜層は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガス種：ＳｉＨ４、ＧｅＨ４及びＨ２、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の条件で製膜した。このとき、製膜中の原料ガスの供給量を段階的に増加させ、ｐ層側結晶質シリコン層側から結晶質シリコンゲルマニウム層側に向かって層中に含まれるゲルマニウム濃度が増加するよう調整した。
結晶質シリコンゲルマニウム層は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガス種：ＳｉＨ４、ＧｅＨ４及びＨ２、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の条件で製膜した。
【００４５】
（実施例２）
結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを図７に示す。同図において、横軸は各層の膜厚、縦軸はゲルマニウム濃度である。
実施例１のｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和を、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の膜厚に対して２０％の厚さ、すなわち、２００ｎｍとした。ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚は、１００ｎｍ（実施例２−１）、６７ｎｍ（実施例２−２）、５０ｎｍ（実施例２−３）とした。それ以外の層構成は、実施例１と同様とした。
【００４６】
（実施例３）
結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを図８に示す。同図において、横軸は各層の膜厚、縦軸はゲルマニウム濃度である。
実施例１のｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和を、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の膜厚に対して５０％の厚さ、すなわち、５００ｎｍとした。ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚は、２５０ｎｍ（実施例３−１）、１６７ｎｍ（実施例３−２）、１２５ｎｍ（実施例３−３）とした。それ以外の層構成は、実施例１と同様とした。
【００４７】
（比較例１）
ｐ層側結晶質シリコン層とｐ層側傾斜層を設けなかったこと以外は、実施例１と同様の層構成とした。
【００４８】
実施例１〜３及び比較例１の短絡電流、開放電圧、形状因子及び変換効率を測定した。測定は、ＡＭ１．５、全天日射基準太陽光（１０００Ｗ／ｍ２）のソーラシミュレータを用いて行った。
図９〜図１２に、光電変換層３に結晶質シリコンゲルマニウムｉ層を備えたシングル型太陽電池セルの電池特性と、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合との関係を示す。同図において、横軸は結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合である。縦軸は、図９が短絡電流、図１０が開放電圧、図１１が形状因子、図１２が変換効率であり、それぞれ比較例１の値を基準としたときの相対値である。
【００４９】
図１３〜図１６に、光電変換層３に結晶質シリコンゲルマニウムｉ層を備えたシングル型太陽電池セルの電池特性と、ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合との関係を示す。同図において、横軸はｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合である。縦軸は、図１３が短絡電流、図１４が開放電圧、図１５が形状因子、図１６が変換効率であり、それぞれ比較例１の値を基準としたときの相対値である。
【００５０】
図９〜図１２では、すべての実施例において、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和の割合の増加に伴って、短絡電流、形状因子及び変換効率が上昇する傾向が確認され、比較例よりも高い値が得られた。特にｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和の割合が２０％以上のとき、より大きな向上効果が得られていた。また、開放電圧も比較例と同程度の値を維持していた。
【００５１】
図１３〜図１６では、すべての実施例において、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合の増加に伴って、短絡電流、形状因子及び変換効率が上昇する傾向が確認された。また、比較例と同等もしくは比較例よりも高い値が得られた。特にｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合が３０％以上で向上効果が得られていた。また、開放電圧も比較例と同程度の値を維持していた。
【００５２】
（実施例４）
ガラス基板１（１．４ｍ×１．１ｍ×板厚：３．５〜４．５ｍｍ）を用いて、図１に示すような光電変換層３に結晶質シリコンゲルマニウムｉ層を備えたトリプル型太陽電池セルを作製した。
透明電極層２：酸化錫膜、膜厚５００ｎｍ〜８００ｎｍ
非晶質シリコンｐ層３１：膜厚１０ｎｍ〜３０ｎｍ
非晶質シリコンｉ層３２：平均膜厚１５０ｎｍ
非晶質シリコンｎ層３３：膜厚３０ｎｍ〜５０ｎｍ
中間コンタクト層５ａ：膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍ
結晶質シリコンｐ層４１：膜厚１０ｎｍ〜５０ｎｍ
結晶質シリコンｉ層４２：平均膜厚１０００ｎｍ
結晶質シリコンｎ層４３：膜厚２０ｎｍ〜５０ｎｍ
中間コンタクト層５ｂ：膜厚２０ｎｍ〜１００ｎｍ
結晶質シリコンｐ層６１：膜厚１０ｎｍ〜５０ｎｍ
結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２：平均膜厚１０００ｎｍ
結晶質シリコンｎ層６３：膜厚２０ｎｍ〜５０ｎｍ
裏面透明電極層：ＧＺＯ膜／膜厚５０ｎｍ〜１００ｎｍ
裏面電極層４：Ａｇ膜／膜厚１５０ｎｍ〜５００ｎｍ、Ｔｉ膜／膜厚１０ｎｍ〜２０ｎｍ
【００５３】
結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２は、ｐ層側結晶質シリコン層、ｐ層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層から構成される。結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイル及び結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の製膜方法は、実施例１と同様とした。
ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和は、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の膜厚に対して１０％の厚さ（１００ｎｍ）とした。ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚は、５０ｎｍ（実施例４−１）、３３ｎｍ（実施例４−２）、２５ｎｍ（実施例４−３）とした。ｐ層側傾斜層は、１層、２層または３層構造とし、ｐ層側傾斜層の各層の膜厚は等しいものとした。ｐ層側傾斜層の各層に含まれるゲルマニウム濃度は２０原子％未満とした。
結晶質シリコンゲルマニウム層に含まれるゲルマニウム濃度は２０原子％とした。
【００５４】
（実施例５）
実施例４のｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和を、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の膜厚に対して２０％の厚さ、すなわち、２００ｎｍとした。ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚は、１００ｎｍ（実施例５−１）、６７ｎｍ（実施例５−２）、５０ｎｍ（実施例５−３）とした。それ以外の層構成は、実施例４と同様とした。
【００５５】
（実施例６）
実施例４のｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚との和を、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の膜厚に対して５０％の厚さ、すなわち、５００ｎｍとした。ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚は、２５０ｎｍ（実施例６−１）、１６７ｎｍ（実施例６−２）、１２５ｎｍ（実施例６−３）とした。それ以外の層構成は、実施例４と同様とした。
【００５６】
（比較例２）
ｐ層側結晶質シリコン層とｐ層側傾斜層を設けなかったこと以外は、実施例４と同様の層構成とした。
【００５７】
トリプルセル構造（非晶質シリコン／結晶質シリコン／結晶質シリコンゲルマニウム）を有する実施例４〜実施例６及び比較例２の短絡電流、開放電圧、形状因子及び変換効率を測定した。
図１７〜図２０に、光電変換層３に結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２を備えたトリプル型太陽電池セルの電池特性と、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合との関係を示す。同図において、横軸は結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の膜厚に対するｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚との和の割合である。縦軸は、図１７が短絡電流、図１８が開放電圧、図１９が形状因子、図２０が変換効率であり、それぞれ比較例２の値を基準としたときの相対値である。
図２１〜図２４に、光電変換層３に結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２を備えたトリプル型太陽電池セルの電池特性と、ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合との関係を示す。同図において、横軸はｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和に対するｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合である。縦軸は、図２１が短絡電流、図２２が開放電圧、図２３が形状因子、図２４が変換効率であり、それぞれ比較例２の値を基準としたときの相対値である。
【００５８】
図１７〜図２０では、すべての実施例において、比較例２と比べて、短絡電流及び開放電圧は同程度の値を維持していた。また、形状因子及び変換効率は、比較例２よりも高い値となった。特に、ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層の膜厚の和の割合が、２０％以上でより大きな向上効果が得られていた。
【００５９】
図２１〜図２４では、すべての実施例において、比較例２と比べて、短絡電流及び開放電圧は維持された。ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合の増加に伴って、形状因子及び変換効率は上昇する傾向がみられ、比較例と同程度もしくは比較例よりも高い値が得られた。特に、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚の割合が３０％以上で向上効果が得られていた。上記結果によれば、ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層を適切な膜厚で挿入すると、長波長感度を保持しつつ、変換効率の高い光電変換装置とすることができることが示された。
【００６０】
（実施例７）
実施例１の結晶質シリコンゲルマニウム層と結晶質シリコンｎ層６３との間に、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層として結晶質シリコンゲルマニウム層側から順に、ｎ層側傾斜層とｎ層側結晶質シリコン層を設けた。それ以外は、実施例３−１と同様の層構成とした。図２５に、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の各層に含まれるゲルマニウム濃度プロファイルを示す。同図において、横軸は結晶質シリコンゲルマニウムｉ層６２の各層の膜厚、縦軸はゲルマニウム濃度である。
ｎ層側傾斜層は、ゲルマニウム濃度１０原子％の１層構造の膜とした。ｎ層側傾斜層の膜厚とｎ層側結晶質シリコン層の膜厚との和は、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して１０％（実施例７−１）、２０％（実施例７−２）、５０％（実施例７−３）の厚さ、すなわち１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍとした。ｎ層側傾斜層の膜厚とｎ層側結晶質シリコン層の膜厚は、等しい厚さとした。
【００６１】
ｎ層側傾斜層は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガス種：ＳｉＨ４、ＧｅＨ４及びＨ２、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の条件で製膜した。製膜中の原料ガスの供給量を段階的に低下させ、ゲルマニウム濃度が１０原子％となるよう調整した。
ｎ層側結晶質シリコン層は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ガス種：ＳｉＨ４及びＨ２、減圧雰囲気：３０００Ｐａ以下、基板温度：約２００℃、プラズマ発生周波数：４０ＭＨｚ以上１００ＭＨｚ以下の条件で製膜した。
【００６２】
実施例７の短絡電流、開放電圧、形状因子及び変換効率を測定した。
図２６〜図２９に、実施例７のシングル型太陽電池セルの電池特性と、ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するｎ層側傾斜層及びｎ層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合との関係を示す。横軸は、ｐ層側結晶質シリコン層及びｐ層側傾斜層及び結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚の和に対するｎ層側傾斜層及びｎ層側結晶質シリコン層の膜厚の和の割合である。縦軸は、図２６が短絡電流、図２７が開放電圧、図２８が形状因子、図２９が変換効率であり、それぞれ実施例３−１の値を基準としたときの相対値である。
【００６３】
通常、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層の膜厚が厚くなると、短絡電流は増大する。しかしながら、結晶質シリコンゲルマニウムｉ層中の欠陥密度が増えるため、開放電圧及び形状因子は低下する。一方、実施例７では、結晶質シリコンゲルマニウム層と結晶質シリコンｎ層６３との間に、ｎ層側傾斜層の膜厚とｎ層側結晶質シリコン層とを設けたことで、開放電圧及び形状因子は増加し、共に実施例３−１よりも高い値を示した。ｎ層側傾斜層の膜厚とｎ層側結晶質シリコン層の膜厚の和が、ｐ層側結晶質シリコン層の膜厚とｐ層側傾斜層の膜厚と結晶質シリコンゲルマニウム層の膜厚との和に対して１０％の厚さのとき、最も高い値となった。その後、膜厚の割合を２０％または５０％としても１０％のときと同程度の効果が得られた。
【００６４】
上記結果によれば、光電変換層３に結晶質シリコンゲルマニウムｉ層を備えた光電変換装置において、高い長波長感度を有したまま、開放電圧や形状因子を向上させることができる。
【符号の説明】
【００６５】
１  基板
２  透明電極層
３  光電変換層
４  裏面電極層
５ａ，５ｂ  中間コンタクト層
６  太陽電池モジュール
３１  非晶質シリコンｐ層
３２  非晶質シリコンｉ層
３３  非晶質シリコンｎ層
４１  結晶質シリコンｐ層
４２  結晶質シリコンｉ層
４３  結晶質シリコンｎ層
６１  結晶質シリコンｐ層
６２  結晶質シリコンゲルマニウムｉ層
６３  結晶質シリコンｎ層
９１  第１セル層
９２  第２セル層
９３  第３セル層
１００  光電変換装置
【図１】
2011077380.tif 000003
【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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【図７】
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【図８】
2011077380.tif 000010
【図９】
2011077380.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2011077380.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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