(57)【要約】【課題】結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を低減することによって、出力特性を向上させることが可能な光起電力装置を提供する。【解決手段】この光起電力装置は、ｎ型単結晶シリコン基板１と、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に形成された非晶質シリコン膜２（実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２ａおよびｐ型非晶質シリコン膜２ｂ）とを備えている。そして、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面の水素原子濃度（約６×１０２１ｃｍ−３）が、ノンドープ非晶質シリコン膜２ａ中の水素原子濃度よりも高い。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶系半導体と、
前記結晶系半導体の表面上に形成された非晶質半導体膜とを備え、
前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面の水素原子濃度が、前記非晶質半導体膜中の水素原子濃度よりも高い、光起電力装置。
【請求項２】
前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面には、前記結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量の水素原子が導入されている、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面の水素原子面密度は、１．２×１０１４ｃｍ−２以上２．１×１０１６ｃｍ−２以下である、請求項１または２に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面の水素原子濃度は、前記結晶系半導体中の水素原子濃度よりも高く、かつ、前記結晶系半導体中の水素原子濃度は、前記非晶質半導体膜中の水素原子濃度よりも低い、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記非晶質半導体膜は、
前記結晶系半導体の表面上に形成された実質的に真性な第１非晶質半導体膜と、
前記第１非晶質半導体膜の表面上に形成された第１導電型の第２非晶質半導体膜とを含む、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光起電力装置。
【請求項６】
結晶系半導体と、
前記結晶系半導体の表面上に形成された非晶質半導体膜とを備え、
前記結晶系半導体および前記非晶質半導体膜には、欠陥を不活性化することが可能な不純物が導入されているとともに、前記不純物の濃度のピークは前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面近傍に位置する、光起電力装置。
【請求項７】
前記不純物は、水素原子およびフッ素原子のいずれか一方である、請求項６に記載の光起電力装置。
【請求項８】
前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面には、前記結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量のフッ素原子が導入されている、請求項７に記載の光起電力装置。
【請求項９】
前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面のフッ素原子面密度は、１×１０１０ｃｍ−２以上１×１０１４ｃｍ−２以下である、請求項７または８に記載の光起電力装置。
【請求項１０】
前記結晶系半導体と前記非晶質半導体膜との界面のフッ素原子面密度は、５×１０１０ｃｍ−２以上２×１０１３ｃｍ−２以下である、請求項９に記載の光起電力装置。
【請求項１１】
結晶系半導体の表面を所定の流量の水素ガスで水素処理する工程と、
この後、高真空排気によるガスの置換を行わずに、前記結晶系半導体の表面上に非晶質半導体膜を形成する工程とを備えた、光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光起電力装置およびその製造方法に関し、特に、結晶系半導体上に、非晶質半導体膜が形成された光起電力装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、第１導電型の結晶系シリコン基板の表面上に、第２導電型の非晶質シリコン膜を形成することによりｐｎ接合が形成される光起電力装置において、第１導電型の結晶系シリコン基板と第２導電型の非晶質シリコン膜との間に、実質的に真性な非晶質シリコン膜を挿入することにより接合特性を改善する技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１には、ｎ型の単結晶シリコン基板上に、実質的に真性な非晶質シリコン膜およびｐ型の非晶質シリコン膜が順次形成されるとともに、ｎ型の単結晶シリコン基板と実質的に真性な非晶質シリコン膜との間にボロンが導入された光起電力装置が開示されている。この特許文献１では、プラズマＣＶＤ法を用いて約２００℃以下の低温で、ｎ型の単結晶シリコン基板上に、実質的に真性なノンドープの非晶質シリコン膜が形成されるので、約８００℃以上の高温による熱拡散法を用いてｎ型の単結晶シリコン基板の表面からｐ型の不純物を拡散させることによりｐｎ接合を形成する場合と異なり、熱ダメージを抑制することができるとともに、ｐ型の不純物とｎ型の不純物との相互拡散を抑制することができる。その結果、良好な接合特性が得られる。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３４５４６３号公報
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記特許文献１に開示された光起電力装置では、単結晶シリコン基板の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを低減する（不活性化する）ための対策が充分にはなされていない。このため、単結晶シリコン基板の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドにキャリアが捕獲されるという不都合がある。この場合、単結晶シリコン基板の表面近傍でキャリアが再結合することにより消失するので、光起電力装置の出力特性が低下するという問題点があった。このため、光起電力装置の出力特性を向上させるのは困難であった。
【０００４】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を低減することによって、出力特性を向上させることが可能な光起電力装置を提供することである。
【０００５】
この発明のもう１つの目的は、結晶系半導体中および非晶質半導体膜中の欠陥を低減することによって、出力特性を向上させることが可能な光起電力装置を提供することである。
【０００６】
この発明のさらにもう１つの目的は、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を低減することによって、出力特性を向上させることが可能な光起電力装置の製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および発明の効果】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による光起電力装置は、結晶系半導体と、結晶系半導体の表面上に形成された非晶質半導体膜とを備え、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子濃度が、非晶質半導体膜中の水素原子濃度よりも高い。なお、本発明における結晶系半導体は、結晶系半導体基板や基板上に形成した薄膜多結晶半導体などを含む広い概念である。また、本発明における非晶質半導体は、微結晶半導体も含む広い概念である。
【０００８】
この第１の局面による光起電力装置では、上記のように、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子濃度を、非晶質半導体膜中の水素原子濃度よりも高くすることによって、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子の量が増加するので、その増加した水素原子により結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドを終端して不活性化することができる。これにより、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を低減することができるので、結晶欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、結晶系半導体の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。また、水素原子によりシリコン原子のダングリングボンドが終端されるので、シリコン原子の配位数が低減される。これにより、シリコン原子の柔軟性が増大するので、結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドが新たに発生するのを抑制することができる。
【０００９】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面には、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量の水素原子が導入されている。このように構成すれば、容易に、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを不活性化することができるので、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを容易に低減することができる。
【００１０】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子面密度は、１．２×１０１４ｃｍ−２以上２．１×１０１６ｃｍ−２以下である。このように構成すれば、容易に、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子の量を、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを不活性化することが可能な量にすることができる。
【００１１】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子濃度は、結晶系半導体中の水素原子濃度よりも高く、かつ、結晶系半導体中の水素原子濃度は、非晶質半導体膜中の水素原子濃度よりも低い。このように構成すれば、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子の量が増加するので、その増加した水素原子により、水素濃度の低い結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を不活性化することができる。
【００１２】
上記第１の局面による光起電力装置において、好ましくは、非晶質半導体膜は、結晶系半導体の表面上に形成された実質的に真性な第１非晶質半導体膜と、第１非晶質半導体膜の表面上に形成された第１導電型の第２非晶質半導体膜とを含む。このように構成すれば、実質的に真性な第１非晶質半導体膜によって、結晶系半導体と第２非晶質半導体膜との格子不整合を緩和することができるので、接合特性を向上させることができる。
【００１３】
この発明の第２の局面による光起電力装置は、結晶系半導体と、結晶系半導体の表面上に形成された非晶質半導体膜とを備え、結晶系半導体および非晶質半導体膜には、欠陥を不活性化することが可能な不純物が導入されているとともに、不純物の濃度のピークは結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面近傍に位置する。
【００１４】
この第２の局面による光起電力装置では、上記のように、結晶系半導体および非晶質半導体膜に、欠陥を不活性化することが可能な不純物を導入することによって、導入された不純物が結晶系半導体中および非晶質半導体膜中の欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドと結合することにより、ダングリングボンドを不活性化することができる。これにより、結晶系半導体中および非晶質半導体膜中の欠陥を低減することができるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。このため、結晶系半導体中および非晶質半導体膜中でキャリアが再結合するのを抑制することができる。また、導入された不純物の濃度のピークが結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面近傍に位置することによって、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の不純物の量が増加するので、その増加した不純物により結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを終端して不活性化することができる。これにより、結晶系半導体の表面近傍において、結晶欠陥を低減することができるので、結晶欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。このため、結晶系半導体の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができる。このように、結晶系半導体中、非晶質半導体膜中および結晶系半導体の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。また、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面近傍に不純物の濃度のピークが位置することによって、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面近傍の不純物の量よりも、非晶質半導体膜中の不純物の量が増加するのを抑制することができる。これにより、非晶質半導体膜中に多くの不純物が導入されることに起因して非晶質半導体膜の緻密さなどの膜特性が低下するのを抑制することができる。このため、非晶質半導体膜の膜特性の低下に起因して光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。また、導入された不純物がシリコン原子のダングリングボンドと結合するので、シリコン原子の配位数が低減される。これにより、シリコン原子の柔軟性が増大するので、結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドが新たに発生するのを抑制することができる。
【００１５】
上記第２の局面による光起電力装置において、好ましくは、不純物は、水素原子およびフッ素原子のいずれか一方である。このような原子を用いれば、容易に、結晶系半導体中、非晶質半導体膜中および結晶系半導体の表面近傍の欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドを不活性化することができる。これにより、容易に、光起電力装置の出力特性を向上することができる。なお、この点は、本願発明者の実験により確認済みである。
【００１６】
この場合、好ましくは、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面には、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量のフッ素原子が導入されている。このように構成すれば、容易に、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを不活性化することができるので、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを容易に低減することができる。
【００１７】
また、この場合、好ましくは、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面のフッ素原子面密度は、１×１０１０ｃｍ−２以上１×１０１４ｃｍ−２以下である。このように構成すれば、容易に、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面のフッ素原子の量を、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを不活性化することが可能な量にすることができる。
【００１８】
また、この場合、好ましくは、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面のフッ素原子面密度は、５×１０１０ｃｍ−２以上２×１０１３ｃｍ−２以下である。このように構成すれば、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドをより不活性化することができる。
【００１９】
この発明の第３の局面による光起電力装置の製造方法は、結晶系半導体の表面を所定の流量の水素ガスで水素処理する工程と、この後、高真空排気によるガスの置換を行わずに、結晶系半導体の表面上に非晶質半導体膜を形成する工程とを備えている。ここで、高真空排気によるガスの置換とは、たとえば、１Ｐａ程度以下の真空度でガスの置換を行うことを意味する。
【００２０】
この第３の局面による光起電力装置の製造方法では、上記のように、結晶系半導体の表面を所定の流量の水素ガスで水素処理した後、高真空排気によるガスの置換を行わずに、結晶系半導体の表面上に非晶質半導体膜を形成することによって、結晶系半導体の表面近傍に不安定な状態で吸着している水素原子が高真空排気により除去されるのを防止することができる。この場合、結晶系半導体と非晶質半導体膜との界面の水素原子の量が増加した状態が保持されるので、その増加した水素原子により結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドを終端して不活性化することができる。これにより、結晶系半導体の表面近傍の結晶欠陥を低減することができるので、結晶欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、結晶系半導体の表面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。また、水素原子によりシリコン原子のダングリングボンドが終端されるので、シリコン原子の配位数が低減される。これにより、シリコン原子の柔軟性が増大するので、結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドが新たに発生するのを抑制することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。まず、図１を参照して、第１実施形態による光起電力装置の構造について説明する。
【００２３】
第１実施形態による光起電力装置では、図１に示すように、水素処理されたｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に、非晶質シリコン膜２、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる表面電極３、および、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極４が順次形成されている。非晶質シリコン膜２は、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に形成された約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２ａと、ノンドープ非晶質シリコン膜２ａ上に形成された約３ｎｍ〜約１０ｎｍの厚みを有するボロン（Ｂ）がドープされたｐ型非晶質シリコン膜２ｂとによって構成されている。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１は、本発明の「結晶系半導体」の一例である。また、ノンドープ非晶質シリコン膜２ａは、本発明の「非晶質半導体膜」および「第１非晶質半導体膜」の一例であり、ｐ型非晶質シリコン膜２ｂは、本発明の「非晶質半導体膜」および「第２非晶質半導体膜」の一例である。
【００２４】
また、水素処理されたｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上には、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面に近い方から順に、非晶質シリコン膜１２、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる裏面電極１３、および、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極１４が形成されている。非晶質シリコン膜１２は、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に形成された約５ｎｍ〜約４０ｎｍの厚みを有する実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜１２ａと、ノンドープ非晶質シリコン膜１２ａの裏面上に形成された約５ｎｍ〜約４０ｎｍの厚みを有するリン（Ｐ）がドープされたｎ型非晶質シリコン膜１２ｂとによって構成されている。そして、ノンドープ非晶質シリコン膜１２ａ、ｎ型非晶質シリコン膜１２ｂおよび裏面電極１３によって、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）構造が構成される。なお、ノンドープ非晶質シリコン膜１２ａは、本発明の「非晶質半導体膜」および「第１非晶質半導体膜」の一例であり、ｎ型非晶質シリコン膜１２ｂは、本発明の「非晶質半導体膜」および「第２非晶質半導体膜」の一例である。
【００２５】
ここで、第１実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面に、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量の水素原子が導入されている。以下、この点を詳細に説明する。
【００２６】
図２は、図１に示した第１実施形態による光起電力装置のｎ型単結晶シリコン基板１の上面近傍の水素原子の濃度プロファイル図である。なお、図２中の実線は、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ）で測定した水素原子の濃度プロファイルである。また、図２中の破線は、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面の水素原子濃度を正規関数（ガウシアン関数）でフィッティングした曲線である。この水素原子（Ｈ）の濃度プロファイルの測定には、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＳＩＭＳ（ＡＤＥＰＴ  １０１０）を用いた。このときの測定条件は、照射イオン種：Ｃｓ＋イオン、イオン照射エネルギー：１ｋｅＶ、照射角度：６０°、検出二次イオン種：Ｈ−イオン、リファレンス二次イオン種：Ｓｉ−イオンであった。なお、ＳＩＭＳによる測定では、光起電力装置にＣｓ＋イオンを照射して、たたき出された二次イオン（Ｈ−イオンおよびＳｉ−イオン）の数を測定するとともに、Ｓｉ−イオンの数［Ｓｉ−］に対するＨ−イオンの数［Ｈ−］の比（［Ｈ−］／［Ｓｉ−］、ただし、［Ｓｉ−］＝５．０×１０２２／ｃｍ３）を計算することにより、水素原子の濃度が求められる。
【００２７】
図２中の実線（ＳＩＭＳ測定データ）を参照して、第１実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面の水素原子濃度は、ｎ型単結晶シリコン基板１中の水素原子濃度およびノンドープ非晶質シリコン膜２ａ中の水素原子濃度よりも高いことがわかる。すなわち、水素原子のピーク濃度がｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面に位置しており、そのピーク濃度は、約６．０×１０２１ｃｍ−３である。
【００２８】
ここで、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面のような極めて薄い領域の不純物濃度をＳＩＭＳで測定する場合は、測定値が測定条件および測定装置に依存することが知られている。たとえば、深さ方向の分解能が低い測定条件では、ピーク濃度の値が低くなるとともに、半値幅が広くなる。その一方、深さ方向の分解能が高い測定条件では、ピーク濃度の値が高くなるとともに、半値幅が狭くなる。また、測定装置の分解能が低い場合には、ピーク濃度の値が低くなるとともに、半値幅が広くなる。その一方、測定装置の分解能が高い場合には、ピーク濃度の値が高くなるとともに、半値幅が狭くなる。このため、第１実施形態では、ＳＩＭＳ測定データの測定条件依存性を排除するために、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面の水素原子のピーク濃度を、深さ方向に積分した面密度で規定する。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面の水素原子面密度は、図２中の破線で示した曲線の積分値（図２中の斜線部の面積）であり、約１．９×１０１５ｃｍ−２となる。
【００２９】
図３〜図５は、図１に示した第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。次に、図１および図３〜図５を参照して、第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスについて説明する。
【００３０】
まず、図３に示すように、洗浄したｎ型単結晶シリコン基板１を真空チャンバ（図示せず）内に設置した後、約２００℃以下の温度条件下で、ｎ型単結晶シリコン基板１を加熱することによって、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面に付着した水分を極力除去する。これにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の表面に付着した水分中の酸素がシリコンと結合して結晶欠陥になるのが抑制される。
【００３１】
次に、基板温度を約１７０℃に保持した状態で、水素（Ｈ２）ガスを導入するとともに、約３ｍＷ／ｃｍ２〜約３０ｍＷ／ｃｍ２の電力を供給することによって、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面を水素処理する。この際、第１実施形態では、水素ガスを約５００ｓｃｃｍ〜約２０００ｓｃｃｍの流量で、かつ、約５０Ｐａ〜約２００Ｐａの圧力で導入することによって、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面がクリーニングされるとともに、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面近傍に、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面の結晶欠陥を不活性化することが可能な量の水素原子が吸着される。
【００３２】
この後、第１実施形態では、高真空排気（約１Ｐａ以下の真空度での排気）によるガスの置換を行わずに、図４に示すように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に、ノンドープ非晶質シリコン膜２ａを形成する。具体的には、基板温度を約１７０℃に保持した状態で、シラン（ＳｉＨ４）ガスを約４０ｓｃｃｍの流量で、かつ、約４０Ｐａの圧力で導入するとともに、約８．３３ｍＷ／ｃｍ２の電力を供給することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するノンドープ非晶質シリコン膜２ａを形成する。この場合、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面には、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量の水素原子（水素原子面密度：約１．９×１０１５ｃｍ−２）が導入される。
【００３３】
このノンドープ非晶質シリコン膜２ａの形成プロセスにおいて、水素処理の後に高真空排気によるガスの置換を行えば、水素原子面密度は低くなる。特に、約１分間以上の高真空排気を行えば、水素原子面密度は、水素処理を行わない場合とほぼ同等の水素原子面密度となる。このことは、水素処理によってｎ型単結晶シリコン基板１の上面に供給された水素原子が、必ずしもｎ型単結晶シリコン基板１中に打ち込まれて安定な共有結合をしているわけではなく、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面およびその近傍に吸着した不安定な状態にあることを示唆している。したがって、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面の水素原子面密度の制御においては、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面に水素処理を施した後に、高真空排気によるガスの置換を行わずに、連続的にノンドープ非晶質シリコン膜２ａを形成することが重要である。
【００３４】
続いて、基板温度を約１７０℃に保持した状態で、ＳｉＨ４ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、水素ガス流量：０〜約１００ｓｃｃｍ、ジボラン（Ｂ２Ｈ６）／Ｈ２（Ｈ２に対するＢ２Ｈ６ガスの濃度：約２％）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約４０Ｐａ、および、電力密度：約８．３３ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、ノンドープ非晶質シリコン膜２ａ上に、約３ｎｍ〜約１０ｎｍの厚みを有するボロン（Ｂ）がドープされたｐ型非晶質シリコン膜２ｂを形成する。
【００３５】
次に、図５に示すように、スパッタリング法を用いて、ｐ型非晶質シリコン膜２ｂの上面上に、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる表面電極３を形成する。この後、スクリーン印刷法を用いて、表面電極３上の所定領域に、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極４を形成する。
【００３６】
次に、上記したｎ型単結晶シリコン基板１の上面の水素処理と同様の水素処理を、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面についても行う。ただし、この場合の水素ガスは、約１００ｓｃｃｍの流量で、かつ、約５０Ｐａの圧力で導入する。
【００３７】
この後、図１に示したように、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に、ノンドープ非晶質シリコン膜１２ａを形成する。具体的には、基板温度を約１７０℃に保持した状態で、ＳｉＨ４ガスを約４０ｓｃｃｍの流量で、かつ、約４０Ｐａの圧力で導入するとともに、約８．３３ｍＷ／ｃｍ２の電力を供給することにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に、約５ｎｍ〜約４０ｎｍの厚みを有するノンドープ非晶質シリコン膜１２ａを形成する。続いて、基板温度を約１７０℃に保持した状態で、ＳｉＨ４ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、水素ガス流量：０〜約１００ｓｃｃｍ、ホスフィン（ＰＨ３）／Ｈ２（Ｈ２に対するＰＨ３の濃度：約１％）ガス流量：約４０ｓｃｃｍ、圧力：約４０Ｐａ、および、電力密度：８．３３ｍＷ／ｃｍ２の条件下で、ノンドープ非晶質シリコン膜１２ａの裏面上に、約５ｎｍ〜約４０ｎｍの厚みを有するリン（Ｐ）がドープされたｎ型非晶質シリコン膜１２ｂを形成する。
【００３８】
最後に、スパッタリング法を用いて、ｎ型非晶質シリコン膜１２ｂの裏面上に、約７０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる裏面電極１３を形成した後、裏面電極１３上の所定領域に、数十μｍの厚みを有する銀からなる集電極１４を形成する。このようにして、図１に示した第１実施形態による光起電力装置が形成される。
【００３９】
第１実施形態では、上記のように、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面の水素原子濃度（約６×１０２１ｃｍ−３）を、ノンドープ非晶質シリコン膜２ａ中の水素原子濃度よりも高くするとともに、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面の水素原子面密度を、約１．９×１０１５ｃｍ−２にすることによって、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面の水素原子の量が、ノンドープ非晶質シリコン膜２ａ中の水素原子の量よりも増加するので、その増加した水素原子によりｎ型単結晶シリコン基板１の上面近傍の結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドを終端して不活性化することができる。これにより、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面近傍の結晶欠陥を低減することができるので、結晶欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。その結果、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。また、水素原子によりシリコン原子のダングリングボンドが終端されるので、シリコン原子の配位数が低減される。これにより、シリコン原子の柔軟性が増大するので、結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドが新たに発生するのを抑制することができる。
【００４０】
次に、上記したｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面への水素原子の導入による効果を確認するために行った実験について説明する。具体的には、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面の水素原子面密度の違いによる光起電力装置の特性を調べるために、水素原子面密度がそれぞれ異なる６つの光起電力装置の開放電圧ＶＯＣ、短絡電流ＩＳＣ、曲線因子Ｆ．Ｆおよびセル出力Ｐｍａｘを測定した。結果を以下の表１に示すとともに、表１中の水素原子面密度とセル出力Ｐｍａｘとの関係を図６に示す。なお、表１中の開放電圧ＶＯＣは、光起電力装置に光を当てた際に発生する電圧を、表面電極と裏面電極との間に電圧計を接続して測定した電圧であり、電流を流さない状態での出力電圧値である。また、短絡電流ＩＳＣは、光起電力装置に光を当てた際に流れる電流を、光起電力装置の表面電極と裏面電極との間に電流計を接続して測定した電流であり、負荷がない場合の出力電流値である。また、セル出力Ｐｍａｘは、光起電力装置に負荷抵抗を接続したときに、負荷抵抗を変化させて最大の電力が得られる場合の電圧Ｖｍおよび電流Ｉｍの積である。また、曲線因子Ｆ．Ｆは、セル出力Ｐｍａｘを開放電圧ＶＯＣと短絡電流ＩＳＣとの積で除した値であり、この曲線因子Ｆ．Ｆの値が１に近づくほど、光起電力装置の電流電圧特性が優れている。
【００４１】
【表１】
2004274006.tif 000003
上記表１を参照して、６つの光起電力装置のｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面の水素原子面密度を、それぞれ、約５．３×１０１３ｃｍ−２、約１．２×１０１４ｃｍ−２、約２．５×１０１４ｃｍ−２、約１．９×１０１５ｃｍ−２（上記第１実施形態に対応するもの）、約２．１×１０１６ｃｍ−２および約１．３×１０１７ｃｍ−２とした。ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面の水素原子面密度は、上記した製造プロセスにおいて、ｎ型単結晶シリコン基板の上面を水素処理する際の水素ガスの流量を制御することにより制御される。なお、水素原子面密度が約５．３×１０１３ｃｍ−２の場合の光起電力装置では、水素処理は行われていない。この水素原子面密度が約５．３×１０１３ｃｍ−２の場合の水素原子は、ノンドープ非晶質シリコン膜の形成時に、原料ガスであるシラン（ＳｉＨ４）中に含まれていた水素がｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面に導入されたものであると考えられる。
【００４２】
上記表１および図６を参照して、水素原子面密度が約１．２×１０１４ｃｍ−２〜約２．１×１０１６ｃｍ−２の場合の開放電圧ＶＯＣは、約０．６７１Ｖ〜約０．７０８Ｖとなり、水素処理を行わなかった水素原子面密度が約５．３×１０１３ｃｍ−２の場合の開放電圧ＶＯＣ（約０．６６５Ｖ）よりも向上することが判明した。また、水素原子面密度が約１．２×１０１４ｃｍ−２〜約２．１×１０１６ｃｍ−２の場合の曲線因子Ｆ．Ｆは、約０．７５７〜約０．７６５となり、水素処理を行わなかった水素原子面密度が約５．３×１０１３ｃｍ−２の場合の曲線因子Ｆ．Ｆ（約０．７３１）よりもより１に近づくことが判明した。また、水素原子面密度が約１．２×１０１４ｃｍ−２〜約２．１×１０１６ｃｍ−２の場合のセル出力Ｐｍａｘは、約１．８７５Ｗ〜約２．０１６Ｗとなり、水素処理を行わなかった水素原子面密度が約５．３×１０１３ｃｍ−２の場合のセル出力Ｐｍａｘ（約１．８１Ｗ）よりも向上することが判明した。これにより、水素処理を行った場合で、かつ、水素原子面密度が約１．２×１０１４ｃｍ−２〜約２．１×１０１６ｃｍ−２の範囲では、水素原子により結晶欠陥が不活性化されると考えられる。
【００４３】
その一方、水素処理を行った場合でも、水素原子面密度が約１．３×１０１７ｃｍ−２と高すぎる場合には、開放電圧ＶＯＣが約０．６４８Ｖ、および、セル出力Ｐｍａｘが約１．７７７Ｗとなり、水素処理を行わなかった水素原子面密度が約５．３×１０１３ｃｍ−２の場合よりも、開放電圧ＶＯＣおよびセル出力Ｐｍａｘが低下することが判明した。これは、水素処理時に、水素原子の量が多くなることに起因して水素のイオンエネルギが増加し、その結果、水素イオンがｎ型単結晶シリコン基板の表面に照射されて欠陥が発生したためであると考えられる。
【００４４】
上記表１および図６の結果より、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面の水素原子面密度が約１．２×１０１４ｃｍ−２以上約２．１×１０１６ｃｍ−２以下の場合に、開放電圧ＶＯＣ、曲線因子Ｆ．Ｆおよびセル出力Ｐｍａｘを向上させることができる。したがって、上記した第１実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１とノンドープ非晶質シリコン膜２ａとの界面の水素原子面密度を約１．９×１０１５ｃｍ−２に設定しているので、開放電圧ＶＯＣ、曲線因子Ｆ．Ｆおよびセル出力Ｐｍａｘを向上させることができる。
【００４５】
（第２実施形態）
この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、欠陥を不活性化するために、フッ素原子をｎ型単結晶シリコン基板中、ノンドープ非晶質シリコン膜中、および、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍に導入した場合の例について説明する。すなわち、この第２実施形態による光起電力装置では、製造プロセスの最初にｎ型単結晶シリコン基板を洗浄する工程中に、ｎ型単結晶シリコン基板をフッ酸で処理することによってフッ素原子を導入する。
【００４６】
具体的には、この第２実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板を洗浄する工程において、ｎ型単結晶シリコン基板の表面に対して、フッ酸（ＨＦ／Ｈ２Ｏ）（約３ｍｏｌ／ｌ〜約１０ｍｏｌ／ｌのＨＦ含有量、室温）による処理を行った後、Ｈ２Ｏリンス（室温、約１０秒〜約１０分）を行う。これにより、ｎ型単結晶シリコン基板の表面に、Ｈ２Ｏリンスによって除去されなかったフッ酸の残留分が残る。なお、上記したフッ酸（ＨＦ／Ｈ２Ｏ）の濃度およびＨ２Ｏリンスのリンス時間を変化させることにより、導入されるフッ素原子の量を制御することができる。たとえば、フッ酸の濃度を大きくすれば、導入されるフッ素原子の量は多くなる。また、Ｈ２Ｏリンスのリンス時間を短くすれば、フッ酸の残留分が多くなるので、導入されるフッ素原子の量は多くなる。
【００４７】
また、この第２実施形態では、上記第１実施形態のようなｎ型単結晶シリコン基板の表面の水素処理を行わない。なお、第２実施形態のこれら以外の部分の構造および製造プロセスは、上記第１実施形態と同様である。
【００４８】
第２実施形態では、上記のようなフッ酸処理およびＨ２Ｏリンスによって、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面に、ｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍の結晶欠陥を不活性化することが可能な量のフッ素原子（フッ素原子面密度：約１．５×１０１２ｃｍ−２）が導入される。また、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面に導入されたフッ素原子が、ｎ型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中に拡散することにより、ｎ型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中にフッ素原子が導入される。
【００４９】
図７には、第２実施形態による光起電力装置および比較例による光起電力装置のＳＩＭＳにより測定したｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍のフッ素原子の濃度プロファイル図が示されている。このフッ素原子（Ｆ）の濃度プロファイルの測定には、Ｐｈｙｓｉｃａｌ  ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ製のＳＩＭＳ（ＡＤＥＰＴ  １０１０）を用いた。このときの測定条件は、照射イオン種：Ｃｓ＋イオン、イオン照射エネルギー：１ｋｅＶ、照射角度：６０°、検出二次イオン種：Ｆ−イオン、リファレンス二次イオン種：Ｓｉ−イオンであった。なお、ＳＩＭＳによる測定では、光起電力装置にＣｓ＋イオンを照射して、たたき出された二次イオン（Ｆ−イオンおよびＳｉ−イオン）の数を測定するとともに、Ｓｉ−イオンの数［Ｓｉ−］に対するＦ−イオンの数［Ｆ−］の比（［Ｆ−］／［Ｓｉ−］、ただし、［Ｓｉ−］＝５．０×１０２２／ｃｍ３）を計算することにより、フッ素原子の濃度が求められる。
【００５０】
ここで、第２実施形態による光起電力装置では、上記した約３ｍｏｌ／ｌ〜約１０ｍｏｌ／ｌのＨＦ含有量で室温でのフッ酸処理および約１０秒〜約１０分間の室温でのＨ２Ｏリンスを行った後、基板温度を約１７０℃に保持した状態で、シラン（ＳｉＨ４）ガスを約４０ｓｃｃｍの流量で、かつ、約４０Ｐａの圧力で導入するとともに、約８．３３ｍＷ／ｃｍ２の電力を供給することにより、ｎ型単結晶シリコン基板の上面上に、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するノンドープ非晶質シリコン膜を形成した。つまり、この第２実施形態では、ノンドープ非晶質シリコン膜の形成前にフッ素の導入を行うとともに、ノンドープ非晶質シリコン膜の形成中はフッ素の導入を行っていない。その一方、比較例による光起電力装置では、上記した約３ｍｏｌ／ｌ〜約１０ｍｏｌ／ｌのＨＦ含有量で室温でのフッ酸処理および約１０秒〜約１０分間の室温でのＨ２Ｏリンスを行った後、基板温度を約１７０℃に保持した状態で、フッ素（Ｆ）／シラン（ＳｉＨ４）（ＳｉＨ４ガスに対するＦの濃度：約０．２％で一定に保持）ガスを約４０ｓｃｃｍの流量で、かつ、約４０Ｐａの圧力で導入するとともに、約８．３３ｍＷ／ｃｍ２の電力を供給することにより、ｎ型単結晶シリコン基板の上面上に、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するノンドープ非晶質シリコン膜を形成した。すなわち、比較例では、ノンドープ非晶質シリコン膜の形成前のみならず、ノンドープ非晶質シリコン膜の形成中もフッ素を導入している。これ以外は、上記第２実施形態と同様にして比較例による光起電力装置を作製した。
【００５１】
図７を参照して、第２実施形態では、フッ素原子濃度のピークがｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍に位置しており、そのピーク濃度は、約１．０×１０１９ｃｍ−３であることがわかる。また、この第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、ＳＩＭＳ測定データの測定条件依存性を排除するために、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子の量を、フッ素原子のピーク濃度を深さ方向に積分した面密度で規定する。すなわち、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子面密度は、図７中の破線で示した曲線の積分値（図７中の斜線部の面積）であり、約１．５×１０１２ｃｍ−２である。
【００５２】
また、比較例では、ｎ型単結晶シリコン基板中からｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍にかけての領域では、第２実施形態と同様のフッ素原子の濃度プロファイルを示すことがわかる。その一方、比較例では、第２実施形態と異なり、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍に、フッ素原子の濃度ピークを有していない。具体的には、比較例による光起電力装置は、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面からノンドープ非晶質シリコン膜中にかけての領域では、ほぼ一定で、かつ、第２実施形態よりも大きなフッ素原子濃度（約１．０×１０１９ｃｍ−３）を有する。
【００５３】
第２実施形態において、図７に示すような濃度プロファイルが得られたのは、ｎ型単結晶シリコン基板表面のフッ酸処理によってｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍にフッ素原子の局所的に多い領域が形成されたためであると考えられる。これに対して、比較例において、図７に示すような濃度プロファイルが得られたのは、フッ酸処理に加えて、所定の割合でフッ素が混合されたフッ素／シランガスを用いてノンドープ非晶質シリコン膜を形成したことにより、ノンドープ非晶質シリコン膜の厚み方向に渡って、ほぼ均一な量で、かつ、第２実施形態よりも多くのフッ素原子が導入されたことによると考えられる。
【００５４】
第２実施形態では、上記のように、ｎ型単結晶シリコン基板およびノンドープ非晶質シリコン膜に、欠陥を不活性化することが可能なフッ素原子を導入することによって、導入されたフッ素原子がｎ型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中の欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドと結合することにより、ダングリングボンドを不活性化することができる。これにより、ｎ型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中の欠陥を低減することができるので、欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。このため、ｎ型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中でキャリアが再結合するのを抑制することができる。また、導入されたフッ素原子の濃度のピーク（ピーク濃度：約１．０×１０１９ｃｍ−３）がｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍に位置するとともに、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子面密度を約１．５×１０１２ｃｍ−２にすることによって、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子の量が増加するので、その増加したフッ素原子によりｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドを終端して不活性化することができる。これにより、ｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍において、結晶欠陥を低減することができるので、結晶欠陥にキャリアが捕獲されるのを抑制することができる。このため、ｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができる。このように、ｎ型単結晶シリコン基板中、ノンドープ非晶質シリコン膜中およびｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍でキャリアが再結合するのを抑制することができるので、光起電力装置の出力特性を向上させることができる。
【００５５】
また、第２実施形態では、比較例と異なり、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍にフッ素原子の濃度のピークが位置するように構成することによって、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面近傍のフッ素原子の量よりも、ノンドープ非晶質シリコン膜中のフッ素原子の量が多くなるのを抑制することができる。これにより、ノンドープ非晶質シリコン膜中に多くのフッ素原子が導入されることに起因してノンドープ非晶質シリコン膜の緻密さなどの膜特性が低下するのを抑制することができる。このため、ノンドープ非晶質シリコン膜の膜特性の低下に起因して光起電力装置の出力特性が低下するのを抑制することができる。
【００５６】
また、第２実施形態では、導入されたフッ素原子がシリコン原子のダングリングボンドと結合するので、シリコン原子の配位数が低減される。これにより、シリコン原子の柔軟性が増大するので、結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドが新たに発生するのを抑制することができる。
【００５７】
次に、上記した第２実施形態による効果を確認するために光起電力装置の出力特性を実際に測定した実験について説明する。具体的には、図７の第２実施形態のようなフッ素原子の濃度プロファイルを有する光起電力装置（実施例１）、および、図７の比較例のようなフッ素原子の濃度プロファイルを有する光起電力装置（比較例１）の出力特性（開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流Ｉｓｃ、曲線因子Ｆ．Ｆおよびセル出力Ｐｍａｘ）を測定した。そして、実施例１に対する比較例１の開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流Ｉｓｃ、曲線因子Ｆ．Ｆおよびセル出力Ｐｍａｘのそれぞれの比を計算した。その結果を以下の表２に示す。
【００５８】
【表２】
2004274006.tif 000004
上記表２を参照して、実施例１に対する比較例１の出力特性の比（開放電圧Ｖｏｃ：０．９９５、短絡電流Ｉｓｃ：１．００１、曲線因子Ｆ．Ｆ：０．９９３およびセル出力Ｐｍａｘ：０．９８９）は、短絡電流Ｉｓｃを除いて、１より小さいことがわかる。これにより、実施例１では、比較例１と比べて、短絡電流Ｉｓｃ以外の出力特性（開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆおよびセル出力Ｐｍａｘ）が向上することがわかる。これは、比較例１では、実施例１と比べて、ノンドープ非晶質シリコン膜中により多くのフッ素原子が導入されているため、ノンドープ非晶質シリコン膜の緻密さなどの膜特性が低下したことにより出力特性が低下したことによると考えられる。
【００５９】
次に、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子面密度の違いによる光起電力装置のセル出力Ｐｍａｘを調べるために、フッ素原子面密度がそれぞれ異なる光起電力装置のセル出力Ｐｍａｘを測定した。その測定結果について、図８を参照して説明する。なお、図８では、各光起電力装置のセル出力Ｐｍａｘをフッ素原子面密度が１．０×１０１２ｃｍ−２のときのセル出力Ｐｍａｘで規格化した値をセル出力の規格値として示している。
【００６０】
図８を参照して、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面でのフッ素原子面密度が１．０×１０９ｃｍ−２から大きくなるのに従って、セル出力が大きくなるとともに、フッ素原子面密度が１．０×１０１２ｃｍ−２付近でセル出力が最大となることがわかる。また、フッ素原子面密度が１．０×１０１２ｃｍ−２を超えると、セル出力が小さくなっていくことがわかる。フッ素原子面密度が１．０×１０１２ｃｍ−２付近までの範囲でセル出力が大きくなったのは、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子の増加に伴ってｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍の結晶欠陥であるシリコン原子のダングリングボンドがより不活性化されることに起因すると考えられる。また、フッ素原子面密度が１．０×１０１２ｃｍ−２付近を超えるとセル出力が小さくなっていくのは、ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面に導入されたフッ素原子の量が過剰となることに起因すると考えられる。具体的には、フッ素原子（Ｆ）の量が過剰になると結合エネルギー（結合力）の小さいＦ−Ｆ結合が発生するため、そのＦ−Ｆ結合が切れることに起因してｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍の結晶欠陥であるダングリングボンドが増加するためであると考えられる。
【００６１】
また、図８を参照して、フッ素原子面密度が１．０×１０１０ｃｍ−２以上１．０×１０１４ｃｍ−２以下の範囲では、セル出力の規格値が０．８以上になることがわかる。フッ素原子面密度がこの範囲の光起電力装置では、良好な出力特性が得られることが本願発明者により確認されている。また、フッ素原子面密度が５．０×１０１０ｃｍ−２以上２．０×１０１３ｃｍ−２以下の範囲では、セル出力の規格値が０．９以上になることがわかる。フッ素原子面密度がこの範囲の光起電力装置では、より良好な出力特性が得られることが本願発明者により確認されている。
【００６２】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６３】
たとえば、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２ａを介してｐ型非晶質シリコン膜２ｂを形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、ｐ型単結晶シリコン基板の上面上に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜を介してｎ型非晶質シリコン膜を形成するようにしてもよい。
【００６４】
また、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面上に、非晶質シリコン膜１２（ノンドープ非晶質シリコン膜１２ａおよびｎ型非晶質シリコン膜１２ｂ）が形成されたＢＳＦ構造を有するようにしたが、本発明はこれに限らず、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面上に、ｎ側の非晶質シリコン膜を形成せずに、裏面電極を形成するようにしてもよい。
【００６５】
また、上記実施形態では、ｐ側の膜形成を先に行うようにしたが、本発明はこれに限らず、ｎ側の膜形成を先に行うようにしてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板１とｐ型非晶質シリコン膜２ｂ（ｎ型非晶質シリコン膜１２ｂ）との間に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜２ａ（ノンドープ非晶質シリコン膜１２ａ）を形成するようにしたが、本発明はこれに限らず、第１導電型の結晶系半導体と第２導電型の非晶質半導体膜との間に、実質的に真性なノンドープ非晶質シリコン膜を形成しなくてもよい。
【００６７】
また、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍、ｎ型単結晶シリコン基板中およびノンドープ非晶質シリコン膜中の欠陥を不活性化するための不純物として、水素原子およびフッ素原子を導入した例について説明したが、本発明はこれに限らず、他の原子を導入してもよい。たとえば、塩素原子などを導入しても同様の効果を得ることができる。
【００６８】
また、上記実施形態では、本発明を光起電力装置のｐ側（表側）に適用した例について説明したが、本発明はこれに限らず、ｎ側（裏側）に適用した場合にも同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図２】図１に示した第１実施形態による光起電力装置のｎ型単結晶シリコン基板１の上面近傍の水素原子の濃度プロファイル図である。
【図３】図１に示した第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図４】図１に示した第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図５】図１に示した第１実施形態による光起電力装置の製造プロセスを説明するための断面図である。
【図６】水素原子面密度とセル出力Ｐｍａｘとの関係を示したグラフである。
【図７】本発明の第２実施形態による光起電力装置および比較例による光起電力装置のＳＩＭＳにより測定したｎ型単結晶シリコン基板の上面近傍のフッ素原子の濃度プロファイル図である。
【図８】ｎ型単結晶シリコン基板とノンドープ非晶質シリコン膜との界面のフッ素原子面密度とセル出力との関係を示した図である。
【符号の説明】
１  ｎ型単結晶シリコン基板（結晶系半導体）
２、１２  非晶質シリコン膜
２ａ、１２ａ  ノンドープ非晶質シリコン膜（非晶質半導体膜、第１非晶質半導体膜）
２ｂ  ｐ型非晶質シリコン膜（非晶質半導体膜、第２非晶質半導体膜）
１２ｂ  ｎ型非晶質シリコン膜（非晶質半導体膜、第２非晶質半導体膜）
【図１】
2004274006.tif 000005
【図２】
2004274006.tif 000006
【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】
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