(57)【要約】【課題】  半導体基板表面でのキャリアの再結合量を低減して、高い出力効率を有する太陽電池を得る。【解決手段】  光吸収層を形成するｎまたはｐ型の単結晶半導体基板（１）と、前記半導体基板（１）の受光面または該受光面に対向する裏面の少なくとも一方上に形成した絶縁性Ｓｉ化合物薄膜（６ａ、６ｂ）とを備える太陽電池において、前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜（６ａ、６ｂ）には正の極性を有する不純物イオンが添加されておりその添加量のピーク位置が前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜（６ａ、６ｂ）の膜厚方向の中心から前記単結晶半導体基板（１）側にあるようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光吸収層を形成するｎまたはｐ型の単結晶半導体基板と、前記半導体基板の受光面または該受光面に対向する裏面の少なくとも一方上に形成した絶縁性Ｓｉ化合物薄膜とを備える太陽電池において、前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜には正の極性を有する不純物イオンが添加されておりその添加量のピーク位置が前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の膜厚方向の中心から前記単結晶半導体基板側にあることを特徴とする、太陽電池。
【請求項２】
光吸収層を形成するｎまたはｐ型の単結晶半導体基板と、前記半導体基板の受光面とは反対側の面に接して該基板中に形成された電子収集層および正孔収集層と、前記基板の前記反対側の面上に形成された絶縁性Ｓｉ化合物薄膜と、前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜上にその一部を露出させかつ前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜を貫通して前記電子収集層または正孔収集層のいずれか一方に接するように形成された複数の電極とを備える太陽電池において、前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の前記正孔収集層に接する部分以外の部分には正の極性を有する不純物イオンが添加されていることを特徴とする、太陽電池。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽電池において、前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の前記正孔収集層に接する部分には、負の極性を有する不純物イオンが添加されていることを特徴とする、太陽電池。
【請求項４】
請求項２または３に記載の太陽電池において、前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜に添加される正の極性を有する不純物イオンはその添加量のピークが膜厚方向の中心から前記半導体基板側にあることを特徴とする、太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャリアの表面再結合を低減させることによって出力の向上を図った太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
単結晶太陽電池の出力効率を向上させる上で、素子表面におけるキャリアの再結合が大きな問題となっている。表面処理を施さない単結晶の半導体表面は結晶構造が分断された状態であり多数の未結合手が存在する。そのため、結晶表面には多くの結晶欠陥が存在し、この欠陥によってキャリアのトラップ準位が形成され、太陽光を受光することによって半導体層中に形成された電子、正孔の一部はこのようなトラップ準位に捕獲されて再結合し、素子の出力を低下させる。
【０００３】
従来の太陽電池では、このような結晶表面の未結合手の存在を低減するために、半導体単結晶表面上にＳｉＯ2、ＳｉＮx等の絶縁性Ｓｉ化合物薄膜によるパッシベーション膜を形成している。このパッシベーション膜の形成によって、結晶表面の未結合手の存在が低減され結晶欠陥の発生が防止されるので、結晶表面でのキャリアの再結合が低減され、素子出力が向上する。
【０００４】
太陽電池にパッシベーション膜を形成することによって、パッシベーション膜中に固定電荷が生成されることが知られている（例えば特許文献１参照）。固定電荷とは、膜の構成元素（水素元素を含む）のみで発生するものであり、膜の結合状態によってその大小が決定される。パッシベーション膜にこのような固定電荷が形成されることにより、膜中に電界が発生し、この電界が結晶表面近傍の電子と正孔を分離し再結合を妨げる働きをする。これによって、さらにキャリアの再結合が低減され、素子出力が改善する。
【０００５】
従って、さらに表面近傍でのキャリアの再結合を低減し太陽電池の性能を向上させるためには、パッシベーション膜中の固定電荷量を増加させる必要がある。特許文献２は、パッシベーション膜中の固定電荷量を増加させることにより、太陽電池の性能の向上を図ることの可能性について記載している。ところが、特許文献２の段落（０００６）にも記載するように、膜中の固定電荷の量（固定電荷密度）は、膜構造や膜の形成条件によって変化するものの上限（１０12ｃｍ-2程度）があり、太陽電池の性能の向上に寄与する程度に増加させることが困難であった。
【０００６】
【特許文献１】特開平２−２０１９７２号公報
【特許文献２】特開平９−１９９７３８号公報
【特許文献３】特開平１０−２２９２２１号公報
【特許文献４】特開平１１−９７４３８号公報
【特許文献５】特開２００３−２７３１２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来の太陽電池の欠点を解決する目的でなされたもので、素子表面の欠陥によるキャリア再結合量をさらに低減して、高い出力効率を有する太陽電池を提供することをその課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１の太陽電池は、上記課題を解決するために、光吸収層を形成するｎまたはｐ型の単結晶半導体基板と、前記半導体基板の受光面または該受光面に対向する裏面の少なくとも一方上に形成した絶縁性Ｓｉ化合物薄膜とを備える太陽電池において、前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜には正の極性を有する不純物イオンが添加されておりその添加量のピーク位置が前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の膜厚方向の中心から前記単結晶半導体基板側にあるようにしている。
【０００９】
上記構造の太陽電池では、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜中に本来存在する固定電荷に加えて、正の極性を有する不純物イオンの添加によりさらに多くの電荷が形成されるので、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜中の電荷密度は高濃度となる。さらに、不純物イオンの添加量のピークを絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の膜厚方向の中心から基板側にあるようにしているので、不純物イオンの添加によって形成された電荷が基板に効果的に印加されるようになる。この結果、基板表面近傍において正孔に対する大きな障壁が形成され正孔の基板表面近傍への移動が阻止されるので、その部分での正孔数が電子数に比べて大きく減少する。この結果、キャリアの再結合量が低減し、太陽電池の出力効率が大きく向上する。
【００１０】
本発明の第２の太陽電池では、上記課題を解決するために、光吸収層を形成するｎまたはｐ型の単結晶半導体基板と、前記半導体基板の受光面とは反対側の面に接して該基板中に形成された電子収集層および正孔収集層と、前記基板の前記反対側の面上に形成された絶縁性Ｓｉ化合物薄膜と、前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜上にその一部を露出させかつ前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜を貫通して前記電子収集層または正孔収集層のいずれか一方に接するように形成された複数の電極とを備える太陽電池において、前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の前記正孔収集層に接する部分以外の部分に正の極性を有する不純物イオンを添加するようにしている。
【００１１】
正孔収集層に接する部分に正の極性を有する不純物イオンを添加した場合は、添加されたイオンによる追加の電荷によって、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜と基板間の界面が真性半導体に近い状態となる。そのため、電子と正孔とがほぼ同数存在し、再結合確率が高くなる。上記第２の太陽電池では、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の正孔収集層に接する部分に上述したように不純物イオンを積極的に添加しない構成としており、これによって、界面が真性半導体に近い状態となることを防止している。この結果、正孔収集層の表面近傍でのキャリアの再結合が防止され、さらに出力効率が増加する。
【００１２】
また、上記第２の太陽電池において、前記絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の前記正孔収集層に接する部分に、負の極性を有する不純物イオンを添加することにより、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜と正孔収集層との界面に電子に対する障壁が形成され、電子がこの部分に移動するのが阻止される。この結果、キャリア再結合量がさらに低減し、太陽電池の出力効率が向上する。
【００１３】
なお、上記第２の太陽電池において、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜への不純物イオンの添加量のピークを膜厚方向の中心から基板側にあるようにすることによって、膜中の電荷がより効率的に半導体基板に印加されるようになり、上記第１の太陽電池と同じ効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１にかかる太陽電池の概略構成を示す断面図である。図において、１は光吸収層を形成するためのｐ型またはｎ型の単結晶半導体基板、２は電子収集層を形成するためのｎ+層、３は正孔収集層を形成するためのｐ+層、４は負電極、５は正電極である。さらに、６ａおよび６ｂはパッシベーション膜として作用するＳｉＯ2あるいはＳｉＮx等の絶縁性Ｓｉ化合物薄膜であって、本発明に従ってＢ+等の正の極性にイオン化した不純物イオンが添加されている。膜６ａおよび６ｂに示す＋の記号は、正の極性を有する不純物イオンが添加された結果、正の電荷密度が増加したことを表している。７は、この太陽電池の受光面上に形成された反射防止膜であり、例えばＳｉＯ2とＴｉＯ2の２層膜で形成されている。
【００１５】
図１に示す実施形態１では、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａ、６ｂは太陽電池の受光面（表面）上および裏面上にそれぞれ形成されているが、必ずしも両面に形成する必要は無く、いずれか一方の面上に形成すればよい。また、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａ、６ｂへの不純物の添加は、その添加量のピークが、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の膜厚の中間点より基板１側にあるようにされている。
【００１６】
図２は、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａおよび６ｂにおける不純物イオンの分布状態を示す図である。図２の（ａ）は、表面側絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａにおける不純物イオンの分布状況を、図（ｂ）は裏面側絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ｂにおける不純物イオンの分布状況を示している。これらの図において、横軸は絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａ（図（ａ））または６ｂ（図（ｂ））の表面からの深さ位置を示し、縦軸は不純物イオン添加量を示す。
【００１７】
図２から明らかなように、本実施形態の太陽電池では、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜における不純物濃度のピークが膜厚の中心から基板１側にあるようにされている。これによって、薄膜中の電荷が半導体基板に効果的に印加されるので、不純物イオンの添加量を少なくすることが可能である。なお、図２では、不純物濃度分布が放物線状となっているが、これに限定されるものではなく、ステップ（階段）状としても良い。
【００１８】
次に、本実施形態の太陽電池において出力効率が改善する理由を、図３を参照して説明する。図３（ａ）は、半導体基板１と絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａまたは６ｂの界面におけるエネルギーバンド構造を示す図である。比較のために、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜に不純物イオンを添加しない従来の太陽電池におけるエネルギーバンド構造を図（ｂ）に示す。
【００１９】
図３（ａ）、（ｂ）において、ＥCは伝導帯のエネルギーレベルを、ＥFはフェルミレベルを、ＥVは価電子帯のエネルギーレベルをそれぞれ示す。図（ａ）に示すように、本実施形態における太陽電池では、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａまたは６ｂに正の極性を有する不純物イオンを添加したことによってこの膜の電荷密度が増加し、その結果、基板１との界面においてエネルギーバンドが大きく下方に曲げられる。この、下方に曲げられたエネルギーバンドは価電子帯を移動する正孔８にとって大きな障壁となり、正孔８が基板の表面近傍へ移動することを妨害する。その結果、基板１の表面近傍での正孔濃度が低下するため、キャリアをトラップする欠陥が多く存在する表面近傍でのキャリアの再結合確率が低下し、素子の出力効率が向上する。
【００２０】
なお、不純物イオンを添加しない従来の絶縁性Ｓｉ化合物薄膜９を有する太陽電池では、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜９の固定電荷密度が低いために、図３（ｂ）に示すように、膜９と基板１間の界面に形成されるエネルギーバンドの曲がりが小さく、価電子帯を移動する正孔８は容易に表面近傍に達するので、表面近傍でのキャリアの再結合確率が増加する。その結果、素子の出力効率は低下する。
【００２１】
また、本実施形態では、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６における不純物イオン添加量のピーク位置が基板１側に来るようされており、半導体基板１に電界が効果的に印加されるようにしている。これにより、基板１と絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａまたは６ｂとの界面により大きなエネルギー障壁が形成される。なお、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の生成過程で自然に形成される固定電荷の場合は、その電荷分布を膜厚内で制御することは不可能である。
【００２２】
以下に、図１に示す太陽電池の具体的構成例を示す。
【００２３】
基板１（光吸収層）…ｐ型Ｓｉ単結晶基板、不純物濃度１×１０14ｃｍ-3、厚さ１５０μｍ
ｎ+型層２（電子収集層）…ｎ+型Ｓｉ層、不純物濃度１×１０19ｃｍ-3、拡散深さ１μｍ
ｐ+型層３（正孔収集層）…ｐ+型Ｓｉ層、不純物濃度１×１０19ｃｍ-3、拡散深さ１μｍ
負電極４…Ａｌ、膜厚２μｍ
正電極５…Ａｌ、膜厚２μｍ
絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａ／６ｂ…Ｌｉ+含有ＳｉＯ2、膜厚３０ｎｍ（６ａ）／１μｍ（６ｂ）、不純物濃度ピーク位置、基板側より５ｎｍ、ピーク位置のＬｉ+含有量（面密度）１×１０16ｃｍ-2
反射防止膜７…ＭｇＦ2／ＺｎＳ２層膜、厚さ１１０ｎｍ／５０ｎｍ
【００２４】
なお、上記の事例では基板１の材料としてＳｉを挙げているが、Ｇｅ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、Ｃ等の材料を用いても同様の効果を得ることができる。また、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａ、ｂに添加する不純物イオンとしてＬｉ+を挙げているが、Ｂ+、Ｐ+、Ｇａ+等、正の極性にイオン化する元素であれば良い。
【００２５】
（実施形態２）
図４は、本発明の実施形態２にかかる太陽電池の概略構成を示す断面図である。本実施形態の太陽電池は、半導体基板１の裏面電極側に形成する絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ｂにおいて、ｐ+層３に対応した部分１１に不純物イオンを添加しない構成を特徴とする。すなわち、本実施形態では、ｐ+層３に対応する部分１１以外の部分１０において、膜６ｂ中に実施形態１に示すものと同様に不純物イオンを添加した構成を特徴とする。なお、図４以下において、図１乃至３に示すものと同じ符号は、同一または類似の構成部材を示すのでその重複した説明は行わない。
【００２６】
次に、図５を参照して本実施形態にかかる太陽電池の動作およびその効果を説明する。図５（ａ）は、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ｂのｐ+層３に接する部分１１に不純物イオンを添加した場合の基板１のエネルギーバンド構造を示し、図（ｂ）は、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜１０のｐ+層３に接する部分１１に本実施形態に従って不純物イオンを添加しない場合のエネルギーバンド構造を示す。
【００２７】
図（ａ）に示すように、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ｂのｐ+層３に接する部分１１に不純物イオンを添加した場合は、形成された電荷によって、エネルギーバンドが下方に大きく曲げられ、基板１のごく表面が真性半導体に近い状態となる。真性半導体の場合、フェルミレベルＥFが伝導帯と価電子帯の中間にあり正孔と電子がほぼ同量存在できるため、キャリアの再結合確率が高くなる。これに対して、図（ｂ）に示すように、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ｂのｐ+層３に接する部分１１に不純物イオンを添加しない場合は、エネルギーバンドが基板１のごく表面で大きく曲がることは無く、従ってこの部分が真性半導体に近い状態になることが回避される。この結果、正孔と電子数はバランスを欠いたままであり、キャリアの再結合確率が低減する。
【００２８】
このように、本実施形態では、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ｂの部分１１に不純物イオンを添加しないことによりキャリアの再結合確率をより低減しているので、薄膜６ｂ全体に不純物イオンを添加する実施形態１の構造の太陽電池に比べてさらにその出力効率を改善することができる。
【００２９】
なお、実施形態２において、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ｂのｐ+層３に接する部分１１以外の部分１０におけるエネルギーバンドは、図３（ａ）に示すものと同じとなるので、ここでは記載しない。
【００３０】
以下に、図４に示す太陽電池の具体的構成例を示す。
【００３１】
基板１…ｐ型Ｇｅ単結晶基板、不純物濃度１×１０15ｃｍ-3、厚さ１５０μｍ
ｎ+型層２…ｎ+型Ｇｅ層、不純物濃度１×１０19ｃｍ-3、拡散深さ１μｍ
ｐ+型層３…ｐ+型Ｇｅ層、不純物濃度１×１０19ｃｍ-3、拡散深さ１μｍ
負電極４…Ａｌ、膜厚２μｍ
正電極５…Ａｌ、膜厚２μｍ
絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａ／６ｂ…Ｂ+含有ＳｉＮx、膜厚３０ｎｍ（６ａ）／１μｍ（６ｂ）、Ｂ+含有量（面密度）１×１０15ｃｍ-2
領域１１…ＳｉＮx、膜厚１μｍ（ノンドープ）
反射防止膜７…ＳｉＯ2／ＴｉＯ2２層膜、厚さ１００ｎｍ／６０ｎｍ
【００３２】
なお、上記の事例では基板１の材料としてＧｅを挙げているが、Ｓｉ、ＳｉＧｅ、ＳｉＣ、Ｃ等の材料を用いても同様の効果を得ることができる。また、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａ、ｂに添加する不純物イオンとしてＢ+を挙げているが、Ｌｉ+、Ｐ+、Ｇａ+等、正の極性にイオン化する元素であれば良い。
（実施形態３）
図６は、本発明の実施形態３にかかる太陽電池の概略構成を示す断面図である。本実施形態では、図４に示した構造の太陽電池において、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ｂのｐ+層３に接する部分１１に積極的に負の極性を有する不純物イオンを添加したことを特徴とする。図６において、領域１１における−の表示は、この部分に負の極性を有する不純物イオンが添加されたことを示している。
【００３３】
図７に、本実施形態における領域１１に接する部分のエネルギーバンド構造を示す。本実施形態の領域１１では負の極性を有するイオンが積極的に添加されているので、基板１の領域１１に接する部分に負の電界が印加され、その結果エネルギーバンドが上方に曲げられた形となる。この上方に曲げられた部分は電子に対して障壁となり、電子が欠陥の多い表面近傍に移動するのを妨げる。その結果、表面近傍の電子数が減少し、これによって図４に示した実施形態の場合よりさらにキャリアの再結合量が減少する。
【００３４】
なお、本実施形態において、領域１１以外の部分１０に接する基板１の部分のエネルギーバンド構造は、図３（a）に示すものと同じとなるため、ここでは重複して説明しない。
【００３５】
以下に、図６に示す太陽電池の具体的構成例を示す。
【００３６】
基板１…ｐ型Ｓｉ単結晶基板、不純物濃度１×１０14ｃｍ-3、厚さ１５０μｍ
ｎ+型層２…ｎ+型Ｓｉ層、不純物濃度１×１０19ｃｍ-3、拡散深さ１μｍ
ｐ+型層３…ｐ+型Ｓｉ層、不純物濃度１×１０19ｃｍ-3、拡散深さ１μｍ
負電極４…Ａｌ、膜厚２μｍ
正電極５…Ａｌ、膜厚２μｍ
絶縁性Ｓｉ化合物薄膜６ａ／６ｂ…Ｇａ+含有ＳｉＮx、膜厚３０ｎｍ（６ａ）／１μ（６ｂ）、Ｇａ+含有量（面密度）１×１０15ｃｍ-2
領域１１…Ｃｕ-含有ＳｉＮｘ、膜厚１μｍ、Ｃｕ-含有量（面密度）１×１０15ｃｍ-2
反射防止膜７…ＭｇＦ2／ＺｎＳ２層膜、厚さ１１０ｎｍ／５０ｎｍ
【００３７】
なお、領域１１に添加する負極性のイオンとして、Ｃｕ-を挙げているが、これに限定されるものでは無く、負の極性にイオン化する元素であればよい。
【００３８】
上記実施形態１乃至３の太陽電池における絶縁性Ｓｉ化合物薄膜は、プラズマＣＶＤ装置あるいはイオン注入装置を用いて製造することができる。以下に、図８および図９を参照して本発明にかかる絶縁性Ｓｉ化合物薄膜の製造方法の一例を説明する。
【００３９】
図８は、プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す図である。図８では平行平板型のプラズマＣＶＤ装置を示しているが、ＥＣＲプラズマ装置を使用しても良いことは勿論である。
【００４０】
図８において、２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄ、２０ｅ、２０ｆはそれぞれ原料ガスボンベであって、図示するような原料ガスが収容されている。２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｆはそれぞれのボンベに対する圧力調整器、２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄ、２２ｅ、２２ｆは流量調整器、２３ａ、２３ｂ、２３ｃ、２３ｄ、２３ｅ、２３ｆはバルブを示す。２４は、試料室でありプラズマガス放出部を構成する電極２５と、試料２７のヒータを兼用する電極２６を有している。試料室２４はポンプ２８によって減圧される。２９は電極２５に高周波電圧を印加するための高周波電源、３０は電極２６にバイアス電圧を印加するための電源である。
【００４１】
まず、試料室２４内のヒータ兼電極２７上に試料を設置し室内を例えば８０Ｐａまで減圧する。その後、絶縁性Ｓｉ化合物薄膜を構成する元素（Ｓｉ、Ｏ、Ｎ、Ｈ）を含む原料ガス、および添加する不純物イオンの元となる元素（Ｐ、Ｂ、Ａｓ）を含む原料ガスを室内に導入する。絶縁性Ｓｉ化合物薄膜としてＳｉＮxを形成し、この薄膜中にＢ+イオンを不純物イオンとして添加する場合、使用するガスの種類および成分比（容積比）は、例えば、ＳｉＨ2：ＮＨ3：Ｂ2Ｈ2：Ｎ2＝４．９％：２０％：０．１％：７５％である。
【００４２】
次に、ヒータによって基板温度を例えば３００℃まで上げ、場合によってはバイアス電源を用いて基板の電位を変化させる。この後、高周波電源を用いて放電し原料ガスを分解してプラズマを生成し、試料上に不純物イオンを含む絶縁性Ｓｉ化合物薄膜を形成する。高周波電源２９の周波数は例えば１３．５６ＭＨｚ、電力密度（電極面積に対して）は０．２Ｗ／ｃｍ2とした。これによって、Ｂ+イオンが添加されたＳｉＮx薄膜が試料２７上に形成される。絶縁性Ｓｉ化合物薄膜を所定の厚さに形成した後、熱処理やレーザ照射等で、添加した不純物と膜中のＳｉやＮ、Ｏ、Ｈ原子との結合を切断する。膜の生成後の熱処理は、例えば６００℃、３０分である。
【００４３】
上記製造過程において、不純物イオン原料を保持するボンベ２０ｆ（不純物イオンがＢ+の場合）から試料室２４に供給されるガスの流量を、流量調整器２２ｆ、バルブ２３ｆによって時間の経過を伴って制御することにより、試料２７上に形成される薄膜中に、所望の不純物イオン濃度分布を形成することができる。
【００４４】
図９は、イオン注入装置の概略構成を示す。図において、３１はイオン源、３２は質量分析装置、３３はスリット、３４は加速器、３５は収束レンズ、３６はビーム走査用の偏向装置、３７は試料室である。この装置では、まず、絶縁性Ｓｉ化合物膜を形成した試料（例えばＳｉＮx層が形成されたｐ型半導体基板）３８を試料室３７内に載置する。この場合、絶縁性Ｓｉ化合物膜は、不純物イオンを添加することなく例えばプラズマＣＶＤ装置あるいは熱ＣＶＤ装置によって予め形成されている。次に、イオン源３１から原料ガスあるいは原料ソースのイオンビームを生成し引き出す。
【００４５】
質量分析装置３２とスリット３３とによって、生成されたイオンビームから注入するイオンのみを分離し、加速器３４によって加速した後、収束レンズ３５によって試料表面に収束させる。この後、ビーム偏向手段３６によってイオンビームを試料面上で走査し、試料全面に均一にイオンビームを照射する。注入するイオンをＰ+イオンとした場合、加速電圧を６０ｋｅＶとすることにより、ドーズ量１×１０15ｃｍ-2の絶縁性Ｓｉ化合物薄膜が形成された。ここで、添加イオンの注入深さおよびドーズ量は加速電圧によって管理することができるため、図２に示す不純物イオン添加量ピーク位置の制御が容易に実行できる。
【００４６】
なお、上記実施形態１乃至３において、半導体基板１はｐ型あるいはｎ型のいずれでも良いが、固定電荷が正の電荷であるため基板表面におけるエネルギーバンドの曲がりによるキャリア障壁の効果は、基板がｐ型である場合の方が大きい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の実施形態１にかかる太陽電池の概略構成を示す断面図。
【図２】絶縁性Ｓｉ化合物薄膜における不純物イオン添加量の分布を示す図。
【図３】図１に示す装置の動作説明のためのエネルギーバンド図。
【図４】本発明の実施形態２にかかる太陽電池の概略構成を示す断面図。
【図５】図４に示す装置の動作説明のためのエネルギーバンド図。
【図６】本発明の実施形態３にかかる太陽電池の概略構成を示す断面図。
【図７】図６に示す装置の動作説明のためのエネルギーバンド図。
【図８】プラズマＣＶＤ装置の概略構成を示す図。
【図９】イオン注入装置の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００４８】
１…ｐ型またはｎ型半導体基板
２…ｎ+層
３…ｐ+層
４、５…電極
６ａ…表面側絶縁性Ｓｉ化合物薄膜
６ｂ…裏面側絶縁性Ｓｉ化合物薄膜
７…反射防止膜
【図１】
2005322780.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】
2005322780.tif 000010
【図９】
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