(57)【要約】【課題】高精度かつ十分な情報を得ることができる結晶系薄膜の評価方法を提供する。さらには、高性能な光電変換装置を提供する。【解決手段】本発明の結晶系薄膜の評価方法は、透過型電子顕微鏡により結晶系薄膜の暗視野像を形成させ、その暗視野像のコントラストで結晶相とアモルファス相とを判別して結晶系薄膜の薄膜構造を評価する。本発明の光電変換装置（太陽電池１）は、ｐ型半導体特性を有するｐ型発電膜６と、真性半導体特性を有するｉ型発電膜７と、ｎ型半導体特性を有するｎ型発電膜８とからなるｐｉｎ型構造発電膜（発電膜４）あるいはｎｉｐ型構造発電膜を具備し、ｐｉｎ型構造発電膜あるいはｎｉｐ型構造発電膜の少なくともｉ型発電膜は結晶系薄膜からなり、この結晶系薄膜は、上述した結晶系薄膜の評価方法で求めた結晶相の含有量が５０〜７０体積％にされている。【選択図】  図１
2004265995.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過型電子顕微鏡により結晶系薄膜の暗視野像を形成させ、その暗視野像のコントラストで結晶相とアモルファス相とを判別して結晶系薄膜の薄膜構造を評価することを特徴とする結晶系薄膜の評価方法。
【請求項２】
結晶系薄膜が太陽電池の一部であることを特徴とする請求項１に記載の結晶系薄膜の評価方法。
【請求項３】
結晶系薄膜の暗視野像を形成させる透過型電子顕微鏡と、暗視野像のコントラストを画像解析して結晶相とアモルファス相とを判別する画像解析手段とを具備することを特徴とする結晶系薄膜の評価装置。
【請求項４】
ｐ型半導体特性を有するｐ型発電膜と、真性半導体特性を有するｉ型発電膜と、ｎ型半導体特性を有するｎ型発電膜とからなるｐｉｎ型構造発電膜あるいはｎｉｐ型構造発電膜を具備し、ｐｉｎ型構造発電膜あるいはｎｉｐ型構造発電膜の少なくともｉ型発電膜は結晶系薄膜からなる光電変換装置において、
結晶系薄膜は、請求項１または２に記載の結晶系薄膜の評価方法で求めた結晶相の含有量が５０〜７０体積％にされていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項５】
結晶系薄膜には、直径１０ｎｍ以上の大粒径結晶が３０〜５０体積％含まれることを特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
ｐｉｎ型構造発電膜あるいはｎｉｐ型構造発電膜を、２個以上直列に具備することを特徴とする請求項４または５に記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池などの光電変換装置を構成する結晶系薄膜の評価方法およびその装置に関する。さらには、結晶系薄膜を具備する光電変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池などの光電変換装置は、発電膜として結晶系薄膜を具備することがある。この結晶系薄膜は、生産性に優れることなどからプラズマＣＶＤ法によって製膜されることがあるが、プラズマＣＶＤ法は、結晶系薄膜の製膜に製膜装置依存性があった。すなわち、ある製膜装置において良好なセル特性が得られる製膜条件であっても、その製膜条件を他の製膜装置に適用しても良好なセル特性が得られないことがあった。このような装置依存性のため、個々の製膜装置について、製膜後の膜質に基づいて製膜条件を定めていたので、再現性が高かったものの、非効率であった。
【０００３】
ところで、光電変換装置の性能は、結晶系薄膜の膜質によって変化するので、結晶系薄膜の膜質を調べることは重要である。結晶系薄膜の膜質を調べる方法の一例としては、ラマン分光スペクトルによる結晶化率測定方法が挙げられる。ラマン分光スペクトルでシリコン（Ｓｉ）の結晶系薄膜を測定する場合には、結晶Ｓｉ由来のスペクトル強度とアモルファスＳｉ由来のスペクトル強度との比により結晶化率を求める。具体的には、５２０ｃｍ−１の結晶Ｓｉ由来のラマンピーク、約４８０ｃｍ−１のアモルファスＳｉ由来のラマンピークの強度値の比をもって結晶系薄膜中の結晶・アモルファス相の体積比率を求める。
また、結晶系薄膜の膜質を調べる方法の他の例として、特許文献１には、Ｘ線回折のピークの半値幅から求めた微結晶の平均粒径と、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の暗視野像から求めた微結晶の平均粒径との比を測定することが記載されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−１５６０２６号公報（請求項３、請求項１０）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、ラマン分光スペクトルで求めた結晶化率は十分に精度が高いとは言えなかった。これは、ラマン分光スペクトルでは、結晶・アモルファスＳｉが吸収しやすい励起光を照射する場合には、表面状態を強く反映する反面、バルクの状態を十分に反映していないことが原因である。さらに、アモルファスＳｉのラマン散乱特性は製膜条件に依存し複雑である。そのため、ラマン分光スペクトルでは、結晶化率について約±１０％以上は誤差が生じることを考慮する必要があった。しかも、ラマン分光スペクトルでは、結晶Ｓｉを構成する結晶粒の粒径までは測定できなかった。
【０００６】
結晶粒の粒径については、結晶Ｓｉだけを対象としてＸ線回折で観測される回折ピークの半値幅から結晶粒径（Ｓｃｈｅｒｒｅｒ径）を推定できる。しかしながら、Ｓｃｈｅｒｒｅｒ径が大きいときには回折ピークの半値幅が小さくなるという性質があるため、結晶Ｓｉ中の結晶粒径が不均一である場合には、小粒径の結晶粒に由来する半値幅の大きなピークと大粒径結晶粒由来の半値幅の大きなピークが混合して区別しにくくなり、結晶粒の粒径に対する存在頻度を知ることは難しかった。
同様の理由から、Ｘ線回折のピークの半値幅から求めた微結晶の平均粒径と、ＴＥＭの暗視野像から求めた微結晶の平均粒径との比は、高精度な情報でないことがあった。具体的には、結晶粒径のばらつきを取り扱っていないためであった。
【０００７】
このように、上述した従来の膜質評価法では高精度かつ十分な情報を得るのが困難であったため、上記膜質評価法に基づいて結晶系薄膜の膜質を調べて製膜条件を定めても、製膜条件の最適化を図ることは難しかった。また、上記膜質評価法によって製膜条件を定めても、膜質は均一化されていないから、得られる結晶系薄膜の特性が不安定になりやすかった。その一方で、太陽電池などの光電変換装置においては、太陽エネルギーをより有効に利用するために、さらなる性能向上が求められている。また、コストを下げるために、その製造効率を向上させることが求められている。
本発明は、前記事情を鑑みてなされたものであり、高精度かつ十分な情報を得ることができる結晶系薄膜の評価方法およびその装置を提供することを目的とする。さらには、高性能な光電変換装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の結晶系薄膜の評価方法は、透過型電子顕微鏡で結晶系薄膜の暗視野像を形成させ、その暗視野像のコントラストから結晶相とアモルファス相とを判別して結晶系薄膜の薄膜構造を評価することを特徴としている。
このような結晶系薄膜の評価方法によれば、暗視野像のコントラストが結晶相とアモルファス相とで異なることを利用することで、結晶相およびアモルファス相の位置分布、体積比率などの膜質構造の高精度かつ十分な情報を得ることができる。そして、製膜条件と膜質構造とを照らし合わせることにより、最適な製膜条件を見出すことができる。
本発明の結晶系薄膜の評価方法においては、結晶系薄膜が太陽電池の一部であってもよい。結晶系薄膜が太陽電池である場合には、本発明は上記作用効果を特に発揮できる。
本発明の結晶系薄膜の評価装置は、結晶系薄膜の暗視野像を形成させる透過型電子顕微鏡と、暗視野像のコントラストを画像解析して結晶相とアモルファス相とを判別する画像解析手段とを具備することを特徴としている。このような結晶系薄膜の評価装置によれば、上述した評価方法を確実に行うことができる。
【０００９】
本発明の光電変換装置は、ｐ型半導体特性を有するｐ型発電膜と、真性半導体特性を有するｉ型発電膜と、ｎ型半導体特性を有するｎ型発電膜とからなるｐｉｎ型構造発電膜あるいはｎｉｐ型構造発電膜を具備し、ｐｉｎ型構造発電膜あるいはｎｉｐ型構造発電膜の少なくともｉ型発電膜は結晶系薄膜からなる光電変換装置において、
結晶系薄膜は、上述した結晶系薄膜の評価方法で求めた結晶相の含有量が５０〜７０体積％であることを特徴としている。
このような光電変換装置によれば、装置特性の指標の一つである短絡電流が向上する。これは、結晶はアモルファスと比べるとバンドギャップが小さいために長波長側の光吸収率が高く、またキャリア移動度が高いために、結晶の体積比率が上がると太陽電池中の電流密度が高くなるためである。
【００１０】
本発明の光電変換装置においては、結晶系薄膜には、直径１０ｎｍ以上の大粒径結晶が３０〜５０体積％含まれることが好ましい。
このような光電変換装置によれば、装置特性の指標の一つである開放電圧・形状因子が向上する。これは、大粒径結晶粒の体積比率が高くなれば、微細結晶粒が少なくなり、その分粒界が減少して、光吸収での発生キャリアが粒界で再結合する割合が減少するとともに、結晶系薄膜としての性能を十分に発揮する量の結晶相を含有しているためである。
【００１１】
さらに、定性的に説明する。結晶系Ｓｉの生成機構では、最初にアモルファスＳｉが基板上に生成し、その後で結晶Ｓｉ粒が発生し、結晶粒同士が成長途中で衝突して成長競合を起こしながら成長を続ける。ここで、結晶Ｓｉ粒の発生頻度が小さい場合には、結晶Ｓｉ粒の面内密度が低下し、成長途上の衝突までの時間が延びて大粒径結晶粒が形成しやすい。その結果、結晶粒密度が小さくなるために結晶粒界の総面積は減少し、大粒径結晶粒が基板近傍から表面までに至る大きさをもって基板に垂直な形状で存在しやすく、発電で生じた電流が基板に垂直方向に流れる場合には途中の欠陥が少なく、逆飽和電流密度が低下する。したがって、大粒径結晶粒の体積比率が高くなれば、開放電圧と形状因子が向上する。
その一方で、大粒径結晶粒の体積比率が高くなり、結晶の体積比率が低下し過ぎた場合には、アモルファスＳｉ相が成長に有利になり、発生結晶粒密度が小さくても結晶粒は、その成長途上でアモルファスＳｉに成長を阻害される。そのため、不十分な結晶粒径とアモルファスＳｉで囲まれた界面が卓越し、電池特性が不十分になる。また、発生結晶粒密度が小さすぎると結晶粒は基板近傍から表面まで及ぶ大きさになっても、電流の発生部位かつ粒路部位としては結晶粒体積が不足してしまうため、開放電圧・形状因子は大きくても取り出せる電流密度が減少してしまう場合がある。
【００１２】
また、ｐｉｎ型構造発電膜あるいはｎｉｐ型構造発電膜を、２個以上直列に具備することができる。発電膜が２個以上直列に具備していれば、光電変換装置の出力が増加する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の光電変換装置および結晶系薄膜の評価方法の一実施形態例について図面を参照して説明する。
図１は、この実施形態例の光電変換装置である太陽電池を示す断面図である。この太陽電池１は、ガラス基板からなる透光性の基板２と、ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）あるいは二酸化スズからなる透明導電膜３と、結晶系シリコン薄膜からなる発電膜４と、アルミニウムからなる導電性薄膜５とが順に積層されて構成される。
ここで、発電膜４は、透明導電膜３側から、ｐ型半導体特性を有するｐ型発電膜６、真性半導体特性を有するｉ型発電膜７、ｎ型半導体特性を有するｎ型発電膜８からなるｐｉｎ型構造発電膜の順に積層されたｐｉｎ型構造発電膜である。
【００１４】
ｐｉｎ型構造発電膜をなす結晶系シリコン薄膜は、大粒径結晶を有して明らかに結晶である判断できる結晶相と、アモルファス相と、微細結晶粒とアモルファスとが混合する混合相とからなる。
そして、ｐｉｎ型構造発電膜中の結晶相の含有量は、５０〜７０体積％にされている。その理由について、結晶相の含有量に対する短絡電流の相対値を示したグラフである図２を参照して説明する。なお、ここでいう相対値とは、結晶系太陽電池としての特性を示す結晶の体積比率が最小（５０体積％）のものを基準としたときの短絡電流を１としたときの値のことである。
【００１５】
図２から分かるように、結晶相の含有量が増加するとともに、短絡電流も増加する。この理由は、結晶ＳｉはアモルファスＳｉと比べるとバンドギャップが小さいために長波長側の光吸収率が高くなり、また、結晶Ｓｉのキャリア移動度が高いために結晶Ｓｉの体積比率が高くなると太陽電池中の電流密度が高くなるためである。
そして、結晶相の含有量が５０〜７０体積％である理由は、５０体積％未満では結晶Ｓｉの性質が乏しくなって太陽電池としての性能が低下するからである。
さらに、このことを定性的に説明する。結晶系Ｓｉの生成機構を考えると、最初にアモルファスＳｉが基板上に生成し、その後で結晶Ｓｉ粒が発生し、結晶粒同士が成長途中で衝突して成長競合を起こしながら結晶粒は成長を続ける。５０体積％未満のように、結晶の体積比率が低すぎる場合には、アモルファスＳｉ相が成長に有利であることを意味している。そのため、発生結晶粒密度は小さくても結晶粒は、その成長途上にアモルファスＳｉに成長を阻害され、不十分な結晶粒径とアモルファスＳｉとで囲まれた界面が卓越するので、電池特性が良好でなくなる傾向にある。一方、７０体積％を超える場合には、結晶粒が大きくなり過ぎるとともに、図４に示すように、小粒径結晶粒が増加するために結晶粒界の面積が増加し、結晶系Ｓｉ膜全体としての電気的特性が悪化するので、かえって太陽電池としての性能が低下する傾向にある。
【００１６】
結晶系薄膜中の結晶相の含有量と、開放電圧・形状因子の相対値との関係は、図３に示すグラフのようになる。すなわち、結晶系薄膜中の結晶相（これは大粒径結晶粒と小粒径結晶粒の両方を合わせたものを意味する）の含有量が多くなると、開放電圧・形状因子の相対値が低くなる。
【００１７】
結晶系Ｓｉ薄膜には、大粒径結晶と小粒径結晶とが混在しており、図４に示すように、結晶系シリコン薄膜中の結晶相含有量が減少すれば大粒径結晶量が増加する。ここで、大粒径結晶とは１０ｎｍ以上の結晶のことであり、小粒径結晶とは１０ｎｍ未満の結晶のことである。
【００１８】
また、ｐｉｎ型構造発電膜をなす結晶系Ｓｉ薄膜には、大粒径結晶が３０〜５０体積％含まれている。その理由について、大粒径結晶の含有量に対する開放電圧・形状因子の相対値を示したグラフである図５を参照して説明する。なお、ここでいう相対値とは、安定して製膜可能な製膜条件で得られる太陽電池（大竜系結晶の含有率約４３％）の開放電圧・形状因子を１としたときの値のことである。
図５から分かるように、直径１０ｎｍ以上の大粒径結晶の含有量が増加するとともに、開放電圧・形状因子も増加する。この理由は、大粒径の結晶粒の比率が高くなると、微細結晶粒が少なくなり、その分粒界が減少するので、光吸収での発生キャリアが粒界で再結合しにくくなるためである。そして、直径１０ｎｍ以上の大粒径結晶の含有量が３０〜５０体積％にされている理由は、３０体積％未満では、図４に示すように、小粒径結晶粒の体積比率が増加しすぎて結晶粒界が多くなり、太陽電池特性が低下する傾向にある。一方、５０体積％を超える場合には、小粒径結晶粒の体積比率が低下して結晶粒界は減少するものの、アモルファス相の体積比率が増加してアモルファスと結晶との界面が増加するために、太陽電池特性が低下する傾向にある。
【００１９】
さらに、定性的に説明する。結晶系Ｓｉの生成機構では、最初にアモルファスＳｉが基板上に生成し、その後で結晶Ｓｉ粒が発生し、結晶粒同士が成長途中で衝突して成長競合を起こしながら成長を続ける。ここで、結晶Ｓｉ粒の発生頻度が小さい場合には、結晶Ｓｉ粒の面内密度が低下し、成長途上の衝突までの時間が延びて大粒径結晶粒が形成しやすい。その結果、結晶粒密度が小さくなるために結晶粒界の総面積は減少し、大粒径結晶粒が基板近傍から表面までに至る大きさをもって基板に垂直な形状で存在しやすく、発電で生じた電流が基板に垂直方向に流れる場合には途中の欠陥が少なく、逆飽和電流密度が低下する。したがって、大粒径結晶粒の体積比率が高くなれば、開放電圧と形状因子が向上する。
その一方で、大粒径結晶粒の体積比率が高くなり、結晶の体積比率が低下し過ぎた場合には、アモルファスＳｉ相が成長に有利になり、発生結晶粒密度が小さくても結晶粒は、その成長途上でアモルファスＳｉに成長を阻害される。そのため、不十分な結晶粒径とアモルファスＳｉで囲まれた界面が卓越し、電池特性が不十分になる。
【００２０】
上述したように、大粒径・小粒径を合わせた結晶体積比率が増加すれば、短絡電流が増加するとともに、大粒径の結晶体積比率が増加すれば、開放、形状因子が増加する。ここで、図４に示されるように、結晶体積比率が増加すると、結晶体積比率のうち小粒径結晶の体積比率が増加し、大粒径結晶の体積比率が減少する傾向にある。また、太陽電池の変換効率（発電効率）は、短絡電流・開放電圧・形状因子の積で表される。よって、結晶体積比率と発電効率は、図８に示されるように、上に凸の曲線で示される。図８に示されるグラフにおける最大値は、結晶粒間の成長競合を抑えて基板近傍から表面まで及ぶ大粒径になるように結晶粒の発生密度を減らすことと、電流の発生・経路部位である結晶粒の密度を増やすことを両立するように製膜条件を調整したものである。したがって、最大発電効率は、結晶体積比率と大粒径結晶粒の体積比率とに依存する。なお、図８での基準値１は、本発明実施前に標準とされていた太陽電池の特性である。
【００２１】
上述した結晶系薄膜中の結晶相の含有量および直径１０ｎｍ以上の大粒径結晶の含有量は、以下の結晶系薄膜の評価方法で評価する。
この結晶系薄膜の評価方法は、透過型電子顕微鏡で結晶系薄膜の暗視野像を形成させ、画像解析手段等を用い、その暗視野像のコントラストで結晶相とアモルファス相とを判別して結晶系薄膜の薄膜構造を評価する。ここで、暗視野像とは、ＴＥＭで電子線回折パターンを取った場合に得られる１字回折波以上の回折スポットのみを観察し、試料断面上をスキャンして得られる像のことである。また、コントラストとは、像の明暗階調のことである。
【００２２】
評価方法の原理について説明する。結晶系薄膜の評価方法に電子線を照射した場合、特定方位に配向した結晶粒は強く電子線を回折し、特定方位に配向していないものは全く電子線を回折しない。したがって、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）で形成される結晶系Ｓｉの暗視野像の白黒写真においては、通常明るい白色の部分は強く電子線を回折した部分であり、通常黒色の部分は全く電子線を回折しない部分である。そして、このような白色部分および黒色部分は結晶相を示している。また、暗視野像の白黒写真の灰色部分は、特定方位に配向した結晶粒よりはるかに弱くわずかに電子線を回折するアモルファス相の部分である。ただし、粒径が極めて小さい結晶粒（微細結晶粒）は、結晶と同じ電子線回折特性を有するに至っていないため、アモルファス相と同様のコントラストを示す。
このようなことから、結晶相とアモルファス相とが混在する結晶系薄膜の暗視野像を、所定の明るさ（コントラスト分別値）で判別することで結晶相とアモルファス相とに判別することができ、そのコントラスト分別値によって分けられた領域の総面積から各相の体積を求めることができる。
【００２３】
ここで、コントラスト分別値は、暗視野像は入射電子線強度や観察試料の状態、写真の露出等により画質が変動するために一概に定められない。通常では、結晶系Ｓｉの成長形態を利用して暗視野像ごとのコントラスト分別値を統計的に決定する。
通常の結晶系Ｓｉの成長形態は、アモルファスＳｉから結晶Ｓｉ核が発生し、その結晶Ｓｉ核が成長して結晶粒を構成する。つまり、断面の基板側にはアモルファスＳｉ、断面の表面側には結晶Ｓｉ粒が多く存在するようになる。
そして、画像の解析では、最初に結晶系Ｓｉ断面全体の暗視野像のコントラスト存在分布を調べ、続いて断面の基板側、さらに断面の表面側のコントラスト存在分布を調べる。ここで、断面の基板側にはアモルファスＳｉ、断面の表面側には結晶Ｓｉ粒が多く存在するから、結晶粒が多く存在する断面の基板側・表面側のコントラストを基にすることで、図６に示すような、結晶粒が示すコントラスト存在分布を得ることができ、断面の中間部分からアモルファス相・微細結晶粒が示すコントラスト分布を得ることができる。このような、断面の基板側・表面側のコントラストの統計処理によってコントラスト分別値を決定できる。例えば、図示例では各曲線が交叉する箇所のコントラスト強度をコントラスト分別値にする。
【００２４】
そして、このコントラスト分別値を暗視野像全体に適用して各相の割合を求める。例えば、白色をコントラスト強度１００％、黒色をコントラスト強度０％として表す場合に、コントラスト分別値を２５％および３５％とし、結晶粒をコントラスト強度０〜２０％および３５〜１００％の範囲とし、アモルファス相・微細結晶粒を２０〜３５％の範囲として、結晶粒およびアモルファス相・微細結晶粒の割合を求める。
【００２５】
このような評価を行うための結晶系Ｓｉ薄膜の膜質評価装置は、例えば、ＴＥＭと、ＴＥＭから画像データを取り出す装置（写真・電子データ等）と、画像データのコントラスト分析を行う画像解析手段とを有して構成される。そして、この評価装置を用いた評価方法では、ある製膜条件で作製した結晶系Ｓｉ薄膜試料に所定条件のＴＥＭ試料加工を施し、次いで、ＴＥＭによりこの試料の暗視野像を形成させる。次いで、この暗視野像の画像データ（例えば、白黒写真、電子線強度の位置依存性を感ずるＣＣＤ等の電気信号変換素子を用いて得た画像の電子データ）のコントラスト分析を画像解析手段で行う。そのコントラスト分析の際、上述したコントラスト分別値によって、結晶相含有量などの結晶系Ｓｉ薄膜の膜質を把握する。
【００２６】
結晶系Ｓｉ薄膜が太陽電池の一部である場合には、望ましい結晶系Ｓｉ膜質の範囲が分かっていることが多いので、画像データのコントラスト分析（画像解析）をコンピュータプログラム化して結晶系Ｓｉ薄膜の膜質検査を自動化することもできる。
【００２７】
このような評価によって、ある製膜条件の特定パラメータを変動させた際の膜質の変動を調べ、製膜条件と膜質の評価結果とを照らし合わせれば、そのパラメータの最適値を求めることができ、各パラメータの最適値を求めれば、結果的に結晶系Ｓｉ薄膜の製膜条件が最適化される。
【００２８】
さらに、本発明の結晶系薄膜評価方法の結果とラマン分光スペクトルの結果とを合わせれば、アモルファス相・微細結晶粒の混合相中の微細結晶粒比率を求めることができる。すなわち、下記式（１）に、本発明の評価方法から求められた結晶粒の体積比率と、アモルファス相・微細結晶粒の混合相の体積比率と、ラマン分光スペクトルから求められた結晶粒・アモルファス相の体積比率とを代入することで、アモルファス相・微細結晶粒の混合相中の微細結晶粒（小粒径結晶）比率ｒを求めることができる。したがって、より高精度に膜質を評価できる。
このことは、ラマン分光スペクトルにおける結晶Ｓｉに由来する信号は、結晶Ｓｉの粒径が数ｎｍ程度でも検出できるが、この程度の粒径の結晶Ｓｉにおける電子線回折は、大きな結晶Ｓｉの電子線回折と異なるためにアモルファス相に近い弱い回折強度を示す。なお、このようなことから、本発明の結晶系薄膜の評価方法による結晶系Ｓｉ薄膜の全結晶相と、ラマン分光スペクトルによる結晶化率との関係は、図７に示すように、比例関係にない。
【００２９】
（式１）  （ラマン分光スペクトルにおける結晶粒・アモルファス相の体積比率）＝（本発明の評価方法における結晶粒の体積比率＋本発明の評価方法におけるアモルファス相・微細結晶粒両者体積の体積比率×ｒ）／（本発明の評価方法におけるアモルファス相の体積比率＋本発明の評価方法におけるアモルファス相・微細結晶粒両者体積の体積比率×（１−ｒ））
【００３０】
以上説明したように、上述した実施形態例の結晶系薄膜の評価方法によれば、ラマン分光スペクトルでは分からなかった結晶系Ｓｉ薄膜中の結晶相含有量など、高精度かつ十分な膜質構造の情報を得ることができるので、この薄膜構造の情報と製膜条件とを検討して最適な製膜条件を導き出すことができる。その結果、安定して高性能の太陽電池を製造できる条件を見出すことができる。
また、本実施形態例の太陽電池は、結晶系Ｓｉ薄膜の膜質構造が最適化されているので、性能が優れる。
【００３１】
なお、本発明は、上述した実施形態例に限定されない。例えば、実施形態例では光電変換装置がｐｉｎ型構造発電膜を具備していたがｎｉｐ型構造発電膜を具備していてもよい。
また、ｐｉｎ型構造発電膜あるいはｎｉｐ型構造発電膜の少なくともｉ型発電膜が結晶系薄膜からなっていればよい。
【００３２】
また、光電変換装置がｐｉｎ型構造発電膜あるいはｎｉｐ型構造発電膜を２個以上直列に具備してもよい。このように、発電膜を直列に２個以上有する場合に、本発明の結晶系薄膜の評価方法を好適に適用できる。
すなわち、発電膜を直列に２個以上有する太陽電池に適用した場合には、膜質の評価結果を考慮して、例えば、１個の発電膜からの電流と同じになるように大粒径結晶の体積比率を増やして、他の発電膜からの電流を調整し、他の発電膜が呈する電圧を増加させる。このようにすれば、出力電流が同レベルでない太陽電池を直列に接続し、出力電流の大きい太陽電池の電流を調整して、出力電流の小さい太陽電池とマッチングさせる際に、出力電流を減じなくてはならない太陽電池の出力電圧を増加させることができる。そのため、１個の発電膜と同程度の電流でありながら全体構造としての電圧を上昇させて、太陽電池の効率を向上させることができる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の結晶系薄膜の評価方法によれば、結晶相およびアモルファス相の位置分布、体積比率などの膜質構造の高精度かつ十分な情報を得ることができる。そして、製膜条件と膜質構造とを照らし合わせることにより、最適な製膜条件を見出すことができ、安定なかつ高性能な結晶系薄膜を得ることができる。
本発明の光電変換装置によれば、装置特性の指標の一つである短絡電流あるいは開放電圧・形状因子が向上して性能が向上するので、高性能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電変換装置の一実施形態例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態例において、結晶系シリコン薄膜中の結晶相含有量と短絡電流との関係を示すグラフである。
【図３】本発明の実施形態例において、結晶系シリコン薄膜中の結晶相含有量と開放電圧・形状因子との関係を示すグラフである。
【図４】結晶系シリコン薄膜中の結晶相含有量に対する大粒径結晶量および小粒径結晶量を示すグラフである。
【図５】本発明の実施形態例において、結晶系シリコン薄膜中の大粒径結晶量と開放電圧・形状因子との関係を示すグラフである。
【図６】結晶相およびアモルファス相・微細結晶粒混合相のコントラスト分布の一例を示すグラフである。
【図７】本発明の結晶系薄膜の評価方法による結晶相含有量とラマン分光スペクトルによる結晶化率との関係を示すグラフである。
【図８】結晶相含有量と太陽電池の発電効率との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１  太陽電池（光電変換装置）
２  基板
３  透明導電膜
４  発電膜
６  ｐ型発電膜
７  ｉ型発電膜
８  ｎ型発電膜
【図１】
2004265995.tif 000003
【図２】
2004265995.tif 000004
【図３】
2004265995.tif 000005
【図４】
2004265995.tif 000006
【図５】
2004265995.tif 000007
【図６】
2004265995.tif 000008
【図７】
2004265995.tif 000009
【図８】
2004265995.tif 000010