(57)【要約】【課題】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、少なくとも１つの層を含むｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層３と、ｎ型層３上に形成され、少なくとも１つの層を含むノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層４と、光電変換層４上に形成され、少なくとも１つの層を含むｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層５とを有する発電ユニットを少なくとも１つ含んでいる。そして、ｎ型層３を構成する層、光電変換層４を構成する層およびｐ型層５を構成する層のうちの少なくとも１つの層は、他の層と異なる優先結晶配向面を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの層を含む第１導電型の第１非単結晶半導体層と、前記第１非単結晶半導体層上に形成され、少なくとも１つの層を含む、光電変換層として機能する実質的に真性な第２非単結晶半導体層と、前記第２非単結晶半導体層上に形成され、少なくとも１つの層を含む第２導電型の第３非単結晶半導体層とを有する発電ユニットを少なくとも１つ含み、
前記第１非単結晶半導体層を構成する層、前記第２非単結晶半導体層を構成する層および前記第３非単結晶半導体層を構成する層のうちの少なくとも１つの層は、他の層と異なる優先結晶配向面を有する、光起電力装置。
【請求項２】
前記第１非単結晶半導体層を構成する層および前記第３非単結晶半導体層を構成する層と、前記第２非単結晶半導体層を構成する層とは、互いに異なる優先結晶配向面を有する、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記第１非単結晶半導体層、前記第２非単結晶半導体層および前記第３非単結晶半導体層は、非単結晶シリコン層を含み、
前記第１非単結晶半導体層を構成する層および前記第３非単結晶半導体層を構成する層と、前記第２非単結晶半導体層を構成する層とのいずれか一方は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、他方は、（２２０）面の優先結晶配向を有する、請求項２に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記第２非単結晶半導体層を構成する層は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、前記第１非単結晶半導体層を構成する層および前記第３非単結晶半導体層を構成する層は、（１１１）面の優先結晶配向を有する、請求項３に記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記第１非単結晶半導体層を構成する層および前記第３非単結晶半導体層を構成する層のいずれか一方は、前記第２非単結晶半導体層を構成する層と同じ優先結晶配向面を有するとともに、他方は、前記第２非単結晶半導体層を構成する層と異なる優先結晶配向面を有する、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項６】
前記第１非単結晶半導体層、前記第２非単結晶半導体層および前記第３非単結晶半導体層の少なくとも１つは、複数の層を含み、
前記複数の層のうちの少なくとも１つの層は、他の層と異なる優先結晶配向面を有する、請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項７】
前記第１非単結晶半導体層を構成する層、前記第２非単結晶半導体層を構成する層および前記第３非単結晶半導体層を構成する層の少なくとも１つは、凹凸形状の表面を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の光起電力装置。
【請求項８】
前記凹凸形状の表面を有する層は、（１１１）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層を含む、請求項７に記載の光起電力装置。
【請求項９】
凹凸形状の表面を有する下地層をさらに備え、
前記第１非単結晶半導体層は、凹凸形状の表面を有し、
前記凹凸形状の表面を有する第１非単結晶半導体層は、前記凹凸形状の表面を有する下地層上に形成されている、請求項１〜８のいずれか１項に記載の光起電力装置。
【請求項１０】
第１導電型の第１非単結晶半導体層と、前記第１非単結晶半導体層上に形成され、光電変換層として機能する実質的に真性な第２非単結晶半導体層と、前記第２非単結晶半導体層上に形成された第２導電型の第３非単結晶半導体層とを有する発電ユニットを少なくとも１つ含み、
前記第１非単結晶半導体層および前記第３非単結晶半導体層と、前記第２非単結晶半導体層とは、互いに異なる優先結晶配向面を有する、光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光起電力装置に関し、特に、複数の非単結晶半導体層からなる発電ユニットを少なくとも１つ含む光起電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、微結晶シリコン系半導体層を光電変換層として用いた光起電力装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。ここで、微結晶シリコン系半導体とは、最大粒径が数百ｎｍ以下の結晶粒を多数含み、かつ、構成元素としてＳｉを含む半導体であり、内部に非晶質相を有するものも含む。上記特許文献１に開示された微結晶シリコン系半導体層を光電変換層として用いた光起電力装置は、非晶質シリコン系半導体層を光電変換層として用いた光起電力装置と比べて、光劣化による変換効率の低下が少なく、かつ、広い範囲の光を吸収することができるという特徴を有する。
【０００３】
また、上記特許文献１に開示された微結晶シリコン系半導体層を光電変換層として用いた光起電力装置では、凹凸形状の表面を有する基板を用いるとともに、その基板上に、裏面電極、ｎ型層、光電変換層、ｐ型層および表面電極が順次形成されている。このため、裏面電極およびｎ型層の表面は、基板の表面の凹凸形状を反映した凹凸形状になるので、裏面電極およびｎ型層の凹凸形状の表面により入射した光を散乱させることができる。これにより、光閉じ込め効果を向上させることが可能となる。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−３３５００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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、未だ、光閉じ込め効果が充分ではないという問題点がある。具体的には、微結晶シリコン系半導体は、非晶質シリコン系半導体よりも吸収係数が１桁低いため、微結晶シリコン系半導体層を光電変換層として用いる場合では、非晶質シリコン系半導体層を光電変換層として用いる場合と同様の光吸収を得るためには、微結晶シリコン系半導体層からなる光電変換層の厚みを大きくする必要がある。このように光電変換層の厚みを大きくすると、凹凸形状の表面を有する基板を用いたとしても、微結晶シリコン系半導体層からなる光電変換層の表面の凹凸形状は、緩やかになり、実質的に平坦な形状に近づく。したがって、光電変換層上に順次形成されるｐ型層および表面電極の表面も実質的に平坦な形状に近づくので、入射した光をｐ型層および表面電極の表面により散乱させるのが困難になる。このため、上記特許文献１による光起電力装置では、表面側での散乱によって、光閉じ込め効果を向上させるのが困難になる。その結果、上記特許文献１に開示された従来の微結晶シリコン系半導体層からなる光電変換層を含む光起電力装置では、入射した光をより効率的に光電変換層に吸収させるのが困難になるので、出力特性を向上させるのが困難になるという問題点がある。
【０００６】
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、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。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００７】
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、少なくとも１つの層を含む第１導電型の第１非単結晶半導体層と、第１非単結晶半導体層上に形成され、少なくとも１つの層を含む、光電変換層として機能する実質的に真性な第２非単結晶半導体層と、第２非単結晶半導体層上に形成され、少なくとも１つの層を含む第２導電型の第３非単結晶半導体層とを有する発電ユニットを少なくとも１つ含み、第１非単結晶半導体層を構成する層、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層のうちの少なくとも１つの層は、他の層と異なる優先結晶配向面を有する。
【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、第１非単結晶半導体層を構成する層、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層のうちの少なくとも１つの層を、他の層と異なる優先結晶配向面を有するように構成することによって、たとえば、第１非単結晶半導体層を構成する層、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層のうちの少なくとも１つの層を、凹凸形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成するとともに、他の層を、実質的に平坦な表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成すれば、他の層の表面が実質的に平坦な形状になったとしても、第１非単結晶半導体層を構成する層、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層のうちの少なくとも１つの層の表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、第１非単結晶半導体層を構成する層、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層のうちの少なくとも１つの層の凹凸形状の表面により、入射した光を散乱させることができるので、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。その結果、入射した光を、効率的に光電変換層として機能する第２非単結晶半導体層を構成する層に吸収させることができるので、出力特性を向上させることができる。
【０００９】
上記第１の局面による光起電力装置において、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層と、第２非単結晶半導体層を構成する層とは、互いに異なる優先結晶配向面を有するようにしてもよい。このように構成すれば、たとえば、第２非単結晶半導体層を構成する層を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成するとともに、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層を、凹凸形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成すれば、第２非単結晶半導体層を構成する層の表面が実質的に平坦な形状になったとしても、第２非単結晶半導体層を構成する層上に形成される第３非単結晶半導体層を構成する層の表面に凹凸形状を設けることができ、かつ、第２非単結晶半導体層を構成する層下に形成される第１非単結晶半導体層を構成する層の表面にも凹凸形状を設けることができる。これにより、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の凹凸形状の表面により、入射した光を散乱させることができるので、より良好な光閉じ込め効果を得ることができる。また、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成するとともに、第２非単結晶半導体層を構成する層を、凹凸形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成すれば、第１非単結晶半導体層を構成する層の表面が実質的に平坦な形状になったとしても、第１非単結晶半導体層を構成する層上に形成される第２非単結晶半導体層を構成する層の表面に凹凸形状を設けることができるので、第２非単結晶半導体層を構成する層の凹凸形状の表面により、入射した光を散乱させることができる。この場合にも、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。
【００１０】
この場合、好ましくは、第１非単結晶半導体層、第２非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層は、非単結晶シリコン層を含み、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層と、第２非単結晶半導体層を構成する層とのいずれか一方は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、他方は、（２２０）面の優先結晶配向を有する。このように構成すれば、（１１１）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、凹凸形状の表面になりやすいとともに、（２２０）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、実質的に平坦な形状の表面になりやすいので、たとえば、第２非単結晶半導体層を構成する層を、（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層を、（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成すれば、第２非単結晶半導体層を構成する層の表面が実質的に平坦な形状になったとしても、容易に、第２非単結晶半導体層を構成する層上に形成される第３非単結晶半導体層を構成する層の表面に凹凸形状を設けることができ、かつ、第２非単結晶半導体層を構成する層下に形成される第１非単結晶半導体層を構成する層の表面にも、容易に、凹凸形状を設けることができる。また、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層を、（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、第２非単結晶半導体層を構成する層を、（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成すれば、第１非単結晶半導体層を構成する層の表面が実質的に平坦な形状になったとしても、容易に、第１非単結晶半導体層を構成する層上に形成される第２非単結晶半導体層を構成する層の表面に凹凸形状を設けることができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、第２非単結晶半導体層を構成する層は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層は、（１１１）面の優先結晶配向を有する。このように構成すれば、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の表面が凹凸形状となるので、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の表面により、入射した光を散乱させることができる。また、（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成された第２非単結晶半導体層を構成する層からなる光電変換層は、特に良好な特性を有するので、出力特性をより向上させることができる。
【００１２】
上記第１の局面による光起電力装置において、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層のいずれか一方は、第２非単結晶半導体層を構成する層と同じ優先結晶配向面を有するとともに、他方は、第２非単結晶半導体層を構成する層と異なる優先結晶配向面を有するようにしてもよい。このように構成すれば、たとえば、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の一方と、第２非単結晶半導体層を構成する層とを、実質的に平坦な形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成したとしても、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の他方を、凹凸形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成することにより、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の他方の表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の他方の表面により、入射した光を散乱させることができるので、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。また、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の他方を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成したとしても、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の一方と、第２非単結晶半導体層を構成する層とを、凹凸形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成することにより、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の一方と、第２非単結晶半導体層を構成する層との表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の一方と、第２非単結晶半導体層を構成する層との表面により、入射した光を散乱させることができるので、この場合にも良好な光閉じ込め効果を得ることができる。
【００１３】
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、第１非単結晶半導体層、第２非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層の少なくとも１つは、複数の層を含み、複数の層のうちの少なくとも１つの層は、他の層と異なる優先結晶配向面を有する。このように構成すれば、たとえば、複数の層のうちの少なくとも１つの層を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成したとしても、複数の層のうちの少なくとも１つの層以外の他の層を、凹凸形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成することにより、その他の層の表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、複数の層のうちの少なくとも１つの層以外の他の層の表面により、入射した光を散乱させることができるので、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。また、複数の層のうちの少なくとも１つの層以外の他の層を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成したとしても、複数の層のうちの少なくとも１つの層を、凹凸形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成することにより、複数の層のうちの少なくとも１つの層の表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、複数の層のうちの少なくとも１つの層の表面により、入射した光を散乱させることができるので、この場合にも良好な光閉じ込め効果を得ることができる。
【００１４】
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、第１非単結晶半導体層を構成する層、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の少なくとも１つは、凹凸形状の表面を有する。このように構成すれば、少なくとも１つの層の凹凸形状の表面により入射した光を散乱させることができるので、容易に、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。
【００１５】
この場合、好ましくは、凹凸形状の表面を有する層は、（１１１）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層を含む。このように構成すれば、（１１１）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、凹凸形状の表面になりやすいので、容易に、凹凸形状の表面を有する非単結晶シリコン層を形成することができる。
【００１６】
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、凹凸形状の表面を有する下地層をさらに備え、第１非単結晶半導体層は、凹凸形状の表面を有し、凹凸形状の表面を有する第１非単結晶半導体層は、凹凸形状の表面を有する下地層上に形成されている。このように構成すれば、下地層の凹凸形状の表面と第１非単結晶半導体層の凹凸形状の表面との両方により入射した光を散乱させることができるので、第１非単結晶半導体層の凹凸形状の表面のみにより入射した光を散乱させる場合よりも、より良好な光閉じ込め効果を得ることができる。
【００１７】
この発明の第２の局面による光起電力装置は、第１導電型の第１非単結晶半導体層と、第１非単結晶半導体層上に形成され、光電変換層として機能する実質的に真性な第２非単結晶半導体層と、第２非単結晶半導体層上に形成された第２導電型の第３非単結晶半導体層とを有する発電ユニットを少なくとも１つ含み、第１非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層と、第２非単結晶半導体層とは、互いに異なる優先結晶配向面を有する。
【００１８】
この第２の局面による光起電力装置では、上記のように、第１非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層と、第２非単結晶半導体層とが互いに異なる優先結晶配向面を有するように構成することによって、たとえば、第２非単結晶半導体層を、実質的に平坦な形状の表面になり易い優先結晶配向面を有するように形成するとともに、第１非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層を、凹凸形状の表面になり易い優先結晶配向面を有するように形成すれば、第２非単結晶半導体層の表面が実質的に平坦な形状になったとしても、第２非単結晶半導体層上に形成される第３非単結晶半導体層の表面に凹凸形状を設けることができ、かつ、第２非単結晶半導体層下に形成される第１非単結晶半導体層の表面にも凹凸形状を設けることができる。これにより、第１非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層の凹凸形状の表面により入射した光を散乱させることができるので、より良好な光閉じ込め効果を得ることができる。その結果、入射した光をより効率的に光電変換層として機能する第２非単結晶半導体層に吸収させることができるので、出力特性を向上させることができる。また、第１非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層を、実質的に平坦な形状の表面になり易い優先結晶配向面を有するように形成するとともに、第２非単結晶半導体層を、凹凸形状の表面になり易い優先結晶配向面を有するように形成すれば、第１非単結晶半導体層の表面が実質的に平坦な形状になったとしても、第１非単結晶半導体層上に形成される第２非単結晶半導体層の表面に凹凸形状を設けることができるので、第２非単結晶半導体層の凹凸形状の表面により入射した光を散乱させることができる。この場合にも、良好な光閉じ込め効果を得ることができるので、出力特性を向上させることができる。
【００１９】
なお、上記第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層と、第２非単結晶半導体層を構成する層とのいずれか一方が（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、他方が（２２０）面の優先結晶配向を有する構成において、第２非単結晶半導体層を構成する層は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層は、（２２０）面の優先結晶配向を有するようにしてもよい。このように構成すれば、第２非単結晶半導体層を構成する層の表面が凹凸形状となるので、第２非単結晶半導体層を構成する層の表面により、入射した光を散乱させることができる。
【００２０】
また、上記第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層のいずれか一方が第２非単結晶半導体層を構成する層と同じ優先結晶配向面を有するとともに、他方が第２非単結晶半導体層を構成する層と異なる優先結晶配向面を有する構成において、第１非単結晶半導体層、第２非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層は、非単結晶シリコン層を含み、第１非単結晶半導体層を構成する層は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層は、（２２０）面の優先結晶配向を有するようにしてもよい。このように構成すれば、（１１１）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、凹凸形状の表面になりやすいとともに、（２２０）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、実質的に平坦な形状の表面になりやすいので、第１非単結晶半導体層を構成する層の表面が凹凸形状になるとともに、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の表面が実質的に平坦な形状となる。これにより、第１非単結晶半導体層を構成する層の表面により、入射した光を散乱させることができる。また、（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成された第２非単結晶半導体層を構成する層からなる光電変換層は、特に良好な特性を有するので、出力特性をより向上させることができる。
【００２１】
また、上記第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層のいずれか一方が第２非単結晶半導体層を構成する層と同じ優先結晶配向面を有するとともに、他方が第２非単結晶半導体層を構成する層と異なる優先結晶配向面を有する構成において、第１非単結晶半導体層、第２非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層は、非単結晶シリコン層を含み、第１非単結晶半導体層を構成する層および第２非単結晶半導体層を構成する層は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、第３非単結晶半導体層を構成する層は、（２２０）面の優先結晶配向を有するようにしてもよい。このように構成すれば、（１１１）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、凹凸形状の表面になりやすいとともに、（２２０）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、実質的に平坦な形状の表面になりやすいので、第１非単結晶半導体層を構成する層および第２非単結晶半導体層を構成する層の表面が凹凸形状になるとともに、第３非単結晶半導体層を構成する層の表面が実質的に平坦な形状となる。これにより、第１非単結晶半導体層を構成する層および第２非単結晶半導体層を構成する層の表面により、入射した光を散乱させることができる。
【００２２】
また、上記第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層のいずれか一方が第２非単結晶半導体層を構成する層と同じ優先結晶配向面を有するとともに、他方が第２非単結晶半導体層を構成する層と異なる優先結晶配向面を有する構成において、第１非単結晶半導体層、第２非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層は、非単結晶シリコン層を含み、第１非単結晶半導体層を構成する層は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層は、（１１１）面の優先結晶配向を有するようにしてもよい。このように構成すれば、（１１１）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、凹凸形状の表面になりやすいとともに、（２２０）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、実質的に平坦な形状の表面になりやすいので、第１非単結晶半導体層を構成する層の表面が実質的に平坦な形状になるとともに、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の表面が凹凸形状となる。これにより、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の表面により、入射した光を散乱させることができる。
【００２３】
また、上記第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層のいずれか一方が第２非単結晶半導体層を構成する層と同じ優先結晶配向面を有するとともに、他方が第２非単結晶半導体層を構成する層と異なる優先結晶配向面を有する構成において、第１非単結晶半導体層、第２非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層は、非単結晶シリコン層を含み、第１非単結晶半導体層を構成する層および第２非単結晶半導体層を構成する層は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、第３非単結晶半導体層を構成する層は、（１１１）面の優先結晶配向を有するようにしてもよい。このように構成すれば、（１１１）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、凹凸形状の表面になりやすいとともに、（２２０）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、実質的に平坦な形状の表面になりやすいので、第１非単結晶半導体層を構成する層および第２非単結晶半導体層を構成する層の表面が実質的に平坦な形状になるとともに、第３非単結晶半導体層を構成する層の表面が凹凸形状となる。これにより、第３非単結晶半導体層を構成する層の表面により、入射した光を散乱させることができる。また、（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成された第２非単結晶半導体層を構成する層からなる光電変換層は、特に良好な特性を有するので、出力特性をより向上させることができる。
【００２４】
また、上記第１非単結晶半導体層、第２非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層の少なくとも１つが複数の層を含み、複数の層のうちの少なくとも１つの層が他の層と異なる優先結晶配向面を有する構成において、第２非単結晶半導体層は、第１の層と第２の層とを含み、第１の層と第２の層とは、互いに異なる優先結晶配向面を有するようにしてもよい。このように構成すれば、たとえば、第１の層および第２の層の一方を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成したとしても、他方を、凹凸形状の表面になりやすい優先結晶配向面を有するように形成することにより、その第１の層および第２の層の他方の表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、第１の層および第２の層の他方の凹凸形状の表面により、入射した光を散乱させることができるので、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。
【００２５】
また、上記第２非単結晶半導体層が互いに異なる優先結晶配向面を有する第１の層と第２の層とを含む構成において、第２非単結晶半導体層は、非単結晶シリコン層を含み、第１の層は、（１１１）面の優先結晶配向を有し、第２の層は、第１の層上に形成されているとともに、（２２０）面の優先結晶配向を有するようにしてもよい。このように構成すれば、（１１１）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、凹凸形状の表面になりやすいとともに、（２２０）面の優先結晶配向を有する非単結晶シリコン層は、実質的に平坦な形状の表面になりやすいので、第１の層の表面が凹凸形状になるとともに、第２の層の表面が実質的に平坦な形状となる。これにより、第１の層の表面により入射した光を散乱させることができる。また、（２２０）面の優先結晶配向を有する第２の層を、（１１１）面の優先結晶配向を有する第１の層上に形成することによって、第２の層を結晶成長させる際に、第１の層の微細な微結晶粒を起点（核）として結晶成長させることができるので、第２の層の膜質を改善することができる。この場合、優先結晶配向面が（２２０）面であることにより良好な光電変換特性を有する第２の層の膜質が改善されることにより、第２の層の光電変換特性をより向上させることができる。その結果、光電変換層として機能する第２の層を含む第２非単結晶半導体層により生成されたキャリアの取り出し効率を向上させることができる。
【００２６】
また、上記第２非単結晶半導体層が非単結晶シリコン層を含み、第１の層が（１１１）面の優先結晶配向を有し、第２の層が第１の層上に形成されているとともに、（２２０）面の優先結晶配向を有する構成において、第１非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層は、非単結晶シリコン層を含み、第１非単結晶半導体層を構成する層は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、第３非単結晶半導体層を構成する層は、（１１１）面の優先結晶配向を有するようにしてもよい。このように構成すれば、第１非単結晶半導体層を構成する層の表面が実質的に平坦な形状になるとともに、第３非単結晶半導体層を構成する層の表面が凹凸形状となる。これにより、第３非単結晶半導体層を構成する層の表面においても入射した光を散乱させることができる。
【００２７】
また、上記第１非単結晶半導体層を構成する層、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の少なくとも１つが凹凸形状の表面を有する構成において、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層は、凹凸形状の表面を有するようにしてもよい。このように構成すれば、第１非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の両方の表面において、入射した光を散乱させることができる。
【００２８】
また、上記第１非単結晶半導体層を構成する層、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の少なくとも１つが凹凸形状の表面を有する構成において、第１非単結晶半導体層を構成する層および第２非単結晶半導体層を構成する層は、凹凸形状の表面を有するようにしてもよい。このように構成すれば、第１非単結晶半導体層を構成する層および第２非単結晶半導体層を構成する層の両方の表面において、入射した光を散乱させることができる。
【００２９】
また、上記第１非単結晶半導体層を構成する層、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の少なくとも１つが凹凸形状の表面を有する構成において、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層は、凹凸形状の表面を有するようにしてもよい。このように構成すれば、第２非単結晶半導体層を構成する層および第３非単結晶半導体層を構成する層の両方の表面において、入射した光を散乱させることができる。
【００３０】
また、上記第１および第２の局面による光起電力装置において、第１非単結晶半導体層、第２非単結晶半導体層および第３非単結晶半導体層は、微結晶半導体層を含んでいてもよい。このように構成すれば、微結晶半導体層を含む光起電力装置において、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。
【実施例】
【００３１】
以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
【００３２】
（実施例１）
図１は、本発明に従って作製した実施例１による光起電力装置の構造を示した断面図である。図１を参照して、まず、本発明に従って作製した実施例１による光起電力装置の構造について説明する。
【００３３】
実施例１による光起電力装置では、図１に示すように、０．１５ｍｍの厚みを有する平坦なステンレス板（ＳＵＳ４３０）１ａ上に、２０μｍの厚みを有するポリイミド樹脂１ｂが形成されている。このステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって、基板１が構成されている。基板１（ポリイミド樹脂１ｂ）上には、２００ｎｍの厚みを有するＡｇ（銀）からなる平坦な裏面電極２が形成されている。
【００３４】
裏面電極２上には、５０ｎｍの厚みを有するｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層３が形成されている。ｎ型層３上には、２μｍの厚みを有するノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層４が形成されている。光電変換層４上には、２０ｎｍの厚みを有するｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層５が形成されている。そして、ｎ型層３、光電変換層４およびｐ型層５によって、発電ユニットが構成されている。なお、ｎ型層３、光電変換層４およびｐ型層５は、それぞれ、本発明の「第１非単結晶半導体層」、「第２非単結晶半導体層」および「第３非単結晶半導体層」の一例である。
【００３５】
ここで、実施例１では、ｎ型層３およびｐ型層５と、光電変換層４とは、互いに異なる優先結晶配向面を有している。具体的には、ｎ型層３およびｐ型層５は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、光電変換層４は、（２２０）面の優先結晶配向を有している。また、ｎ型層３およびｐ型層５は、ピラミッド状（四角錐状）の凹凸形状の表面を有する一方、光電変換層４は、実質的に平坦な形状に近い緩やかな凹凸形状の表面を有している。
【００３６】
また、ｐ型層５上には、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（酸化インジウム錫）からなる表面透明電極６が形成されている。表面透明電極６上の所定領域には、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極７が形成されている。
【００３７】
次に、上記した実施例１による光起電力装置を実際に作製した際の作製プロセスについて説明する。
【００３８】
［光起電力装置の作製］
まず、図１に示すように、０．１５ｍｍの厚みを有する平坦なステンレス板１ａ上に、２０μｍの厚みを有するポリイミド樹脂１ｂを蒸着重合することによって、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１を作製した。この後、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、基板１（ポリイミド樹脂１ｂ）上に、２００ｎｍの厚みを有するＡｇからなる平坦な裏面電極２を形成した。
【００３９】
次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、発電ユニットを構成する微結晶半導体各層を順次形成した。具体的には、ｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層３、ノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層４およびｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層５を順次形成した。なお、ｎ型層３、光電変換層４およびｐ型層５は、それぞれ、５０ｎｍ、２μｍおよび２０ｎｍの厚みを有するように形成した。
【００４０】
ここで、実施例１では、ｎ型層３およびｐ型層５が（１１１）面の優先結晶配向を有するように、かつ、光電変換層４が（２２０）面の優先結晶配向を有するように、以下の表１に示す条件下で作製した。
【００４１】
【表１】
2005109461.tif 000003
上記表１を参照して、実施例１では、ｎ型層３を形成する際に、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび３００Ｗに設定した。また、ｎ型層３を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１５ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２０００ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：３ｓｃｃｍに設定した。
【００４２】
また、光電変換層４を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、１３３Ｐａおよび３０Ｗに設定した。また、光電変換層４を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２０ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：４００ｓｃｃｍに設定した。
【００４３】
また、ｐ型層５を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび２４０Ｗに設定した。また、ｐ型層５を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２０００ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【００４４】
次に、上記表１に示した条件下で作製したｎ型層３、光電変換層４およびｐ型層５のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を測定した。図２は、図１に示した実施例１による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【００４５】
図２を参照して、実施例１では、ｎ型層３およびｐ型層５は、ほぼ同様のＸ線回折スペクトルを有し、ｎ型層３およびｐ型層５の（１１１）回折ピークの強度は、（２２０）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。また、光電変換層４の（２２０）回折ピークの強度は、（１１１）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。すなわち、実施例１では、ｎ型層３およびｐ型層５は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、光電変換層４は、（２２０）面の優先結晶配向を有することを確認することができた。
【００４６】
ここで、（１１１）面の優先結晶配向を有するように微結晶シリコン層を形成した場合、微結晶シリコン層の表面は、ピラミッド状の凹凸形状になりやすいことが知られている。その一方、（２２０）面の優先結晶配向を有するように微結晶シリコン層を形成した場合、微結晶シリコン層の表面は、平坦な形状になりやすいことが知られている。
【００４７】
これにより、実施例１では、図１に示したように、ｎ型層３およびｐ型層５の表面が、ピラミッド状の凹凸形状になったと考えられる一方、光電変換層４の表面が、実質的に平坦な形状に近づいたと考えられる。
【００４８】
次に、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、ｐ型層５上に、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極６を形成した。この後、真空蒸着法を用いて、表面透明電極６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極７を形成することによって、図１に示した実施例１による光起電力装置を作製した。
【００４９】
（実施例２）
図３は、本発明に従って作製した実施例２による光起電力装置の構造を示した断面図である。図３を参照して、まず、本発明に従って作製した実施例２による光起電力装置の構造について説明する。
【００５０】
この実施例２による光起電力装置では、図３に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２が形成されている。裏面電極２上には、５０ｎｍの厚みを有するｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層１３が形成されている。ｎ型層１３上には、２μｍの厚みを有するノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層１４が形成されている。光電変換層１４上には、２０ｎｍの厚みを有するｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層１５が形成されている。そして、ｎ型層１３、光電変換層１４およびｐ型層１５によって、発電ユニットが構成されている。なお、ｎ型層１３、光電変換層１４およびｐ型層１５は、それぞれ、本発明の「第１非単結晶半導体層」、「第２非単結晶半導体層」および「第３非単結晶半導体層」の一例である。
【００５１】
ここで、実施例２では、上記実施例１と同様、ｎ型層１３およびｐ型層１５と、光電変換層１４とは、互いに異なる優先結晶配向面を有している。ただし、この実施例２では、ｎ型層１３およびｐ型層１５は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、光電変換層１４は、（１１１）面の優先結晶配向を有している。また、ｎ型層１３およびｐ型層１５は、実質的に平坦な形状に近い緩やかな凹凸形状の表面を有する一方、光電変換層１４は、ピラミッド状の凹凸形状の表面を有している。
【００５２】
また、ｐ型層１５上には、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極１６が形成されている。表面透明電極１６上の所定領域には、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極１７が形成されている。
【００５３】
次に、上記した実施例２による光起電力装置を実際に作製した際の作製プロセスについて説明する。
【００５４】
［光起電力装置の作製］
まず、図３に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２を形成した。
【００５５】
次に、上記実施例１と同様、ＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、発電ユニットを構成する微結晶半導体各層を順次形成した。具体的には、ｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層１３、ノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層１４およびｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層１５を順次形成した。なお、ｎ型層１３、光電変換層１４およびｐ型層１５は、それぞれ、５０ｎｍ、２μｍおよび２０ｎｍの厚みを有するように形成した。
【００５６】
ここで、実施例２では、ｎ型層１３およびｐ型層１５が（２２０）面の優先結晶配向を有するように、かつ、光電変換層１４が（１１１）面の優先結晶配向を有するように、以下の表２に示す条件下で作製した。
【００５７】
【表２】
2005109461.tif 000004
上記表２を参照して、実施例２では、ｎ型層１３を形成する際に、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび１００Ｗに設定した。また、ｎ型層１３を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２００ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【００５８】
また、光電変換層１４を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、８０Ｐａおよび４００Ｗに設定した。また、光電変換層１４を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：５０ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：２０００ｓｃｃｍに設定した。
【００５９】
また、ｐ型層１５を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび６０Ｗに設定した。また、ｐ型層１５を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：３００ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【００６０】
次に、上記表２に示した条件下で作製したｎ型層１３、光電変換層１４およびｐ型層１５のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を測定した。図４は、図３に示した実施例２による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【００６１】
図４を参照して、実施例２では、ｎ型層１３およびｐ型層１５は、ほぼ同様のＸ線回折スペクトルを有し、ｎ型層１３およびｐ型層１５の（２２０）回折ピークの強度は、（１１１）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。また、光電変換層１４の（１１１）回折ピークの強度は、（２２０）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。すなわち、実施例２では、ｎ型層１３およびｐ型層１５は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、光電変換層１４は、（１１１）面の優先結晶配向を有することを確認することができた。これにより、実施例２では、図３に示したように、ｎ型層１３およびｐ型層１５の表面が、緩やかな凹凸形状になり、実質的に平坦な形状に近づいたと考えられる一方、光電変換層１４の表面が、ピラミッド状の凹凸形状になったと考えられる。
【００６２】
次に、上記実施例１と同様、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、ｐ型層１５上に、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極１６を形成した。また、真空蒸着法を用いて、表面透明電極１６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極１７を形成した。このようにして、図３に示した実施例２による光起電力装置を作製した。
【００６３】
（実施例３）
図５は、本発明に従って作製した実施例３による光起電力装置の構造を示した断面図である。図５を参照して、この実施例３では、上記実施例１および２と異なり、ｎ型層を（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、光電変換層およびｐ型層を（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成した例について説明する。
【００６４】
この実施例３による光起電力装置では、図５に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２が形成されている。裏面電極２上には、５０ｎｍの厚みを有するｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層４３が形成されている。ｎ型層４３上には、２μｍの厚みを有するノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層４４が形成されている。光電変換層４４上には、２０ｎｍの厚みを有するｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層４５が形成されている。そして、ｎ型層４３、光電変換層４４およびｐ型層４５によって、発電ユニットが構成されている。なお、ｎ型層４３、光電変換層４４およびｐ型層４５は、それぞれ、本発明の「第１非単結晶半導体層」、「第２非単結晶半導体層」および「第３非単結晶半導体層」の一例である。
【００６５】
ここで、実施例３では、ｎ型層４３は、光電変換層４４と異なる優先結晶配向面を有するとともに、ｐ型層４５は、光電変換層４４と同じ優先結晶配向面を有している。具体的には、ｎ型層４３は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、光電変換層４４およびｐ型層４５は、（２２０）面の優先結晶配向を有している。また、ｎ型層４３は、ピラミッド状の凹凸形状の表面を有する一方、光電変換層４４およびｐ型層４５は、実質的に平坦な形状に近い緩やかな凹凸形状の表面を有している。
【００６６】
また、ｐ型層４５上には，８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極４６が形成されている。表面透明電極４６上の所定領域には、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極４７が形成されている。
【００６７】
次に、上記した実施例３による光起電力装置を実際に作製した際の作製プロセスについて説明する。
【００６８】
［光起電力装置の作製］
まず、図５に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２を形成した。
【００６９】
次に、上記実施例１と同様、ＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、発電ユニットを構成する微結晶半導体各層を順次形成した。具体的には、ｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層４３、ノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層４４およびｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層４５を順次形成した。なお、ｎ型層４３、光電変換層４４およびｐ型層４５は、それぞれ、５０ｎｍ、２μｍおよび２０ｎｍの厚みを有するように形成した。
【００７０】
ここで、実施例３では、ｎ型層４３が（１１１）面の優先結晶配向を有するように、かつ、光電変換層４４およびｐ型層４５が（２２０）面の優先結晶配向を有するように、以下の表３に示す条件下で作製した。
【００７１】
【表３】
2005109461.tif 000005
上記表３を参照して、実施例３では、ｎ型層４３を形成する際に、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび１００Ｗに設定した。また、ｎ型層４３を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：３ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２００ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：０．６ｓｃｃｍに設定した。
【００７２】
また、光電変換層４４を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、１３３Ｐａおよび３０Ｗに設定した。また、光電変換層４４を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２０ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：４００ｓｃｃｍに設定した。
【００７３】
また、ｐ型層４５を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび６０Ｗに設定した。また、ｐ型層４５を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：１５０ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【００７４】
次に、上記表３に示した条件下で作製したｎ型層４３、光電変換層４４およびｐ型層４５のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を測定した。図６は、図５に示した実施例３による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【００７５】
図６を参照して、実施例３では、ｎ型層４３の（１１１）回折ピークの強度は、（２２０）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。また、光電変換層４４およびｐ型層４５の（２２０）回折ピークの強度は、（１１１）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。すなわち、実施例３では、ｎ型層４３は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、光電変換層４４およびｐ型層４５は、（２２０）面の優先結晶配向を有することを確認することができた。これにより、実施例３では、図５に示したように、ｎ型層４３の表面が、ピラミッド状の凹凸形状になったと考えられる一方、光電変換層４４およびｐ型層４５の表面が、緩やかな凹凸形状になり、実質的に平坦な形状に近づいたと考えられる。
【００７６】
次に、上記実施例１と同様、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、ｐ型層４５上に、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極４６を形成した。また、真空蒸着法を用いて、表面透明電極４６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極４７を形成した。このようにして、図５に示した実施例３による光起電力装置を作製した。
【００７７】
（実施例４）
図７は、本発明に従って作製した実施例４による光起電力装置の構造を示した断面図である。図７を参照して、この実施例４では、上記実施例３と異なり、ｎ型層および光電変換層を（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、ｐ型層を（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成した例について説明する。
【００７８】
この実施例４による光起電力装置では、図７に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２が形成されている。裏面電極２上には、５０ｎｍの厚みを有するｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層５３が形成されている。ｎ型層５３上には、２μｍの厚みを有するノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層５４が形成されている。光電変換層５４上には、２０ｎｍの厚みを有するｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層５５が形成されている。そして、ｎ型層５３、光電変換層５４およびｐ型層５５によって、発電ユニットが構成されている。なお、ｎ型層５３、光電変換層５４およびｐ型層５５は、それぞれ、本発明の「第１非単結晶半導体層」、「第２非単結晶半導体層」および「第３非単結晶半導体層」の一例である。
【００７９】
ここで、実施例４では、ｎ型層５３は、光電変換層５４と同じ優先結晶配向面を有するとともに、ｐ型層５５は、光電変換層５４と異なる優先結晶配向面を有している。具体的には、ｎ型層５３および光電変換層５４は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、ｐ型層５５は、（２２０）面の優先結晶配向を有している。また、ｎ型層５３および光電変換層５４は、ピラミッド状の凹凸形状の表面を有する一方、ｐ型層５５は、実質的に平坦な形状に近い緩やかな凹凸形状の表面を有している。
【００８０】
また、ｐ型層５５上には、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極５６が形成されている。表面透明電極５６上の所定領域には、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極５７が形成されている。
【００８１】
次に、上記した実施例４による光起電力装置を実際に作製した際の作製プロセスについて説明する。
【００８２】
［光起電力装置の作製］
まず、図７に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２を形成した。
【００８３】
次に、上記実施例１と同様、ＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、発電ユニットを構成する微結晶半導体各層を順次形成した。具体的には、ｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層５３、ノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層５４およびｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層５５を順次形成した。なお、ｎ型層５３、光電変換層５４およびｐ型層５５は、それぞれ、５０ｎｍ、２μｍおよび２０ｎｍの厚みを有するように形成した。
【００８４】
ここで、実施例４では、ｎ型層５３および光電変換層５４が（１１１）面の優先結晶配向を有するように、かつ、ｐ型層５５が（２２０）面の優先結晶配向を有するように、以下の表４に示す条件下で作製した。
【００８５】
【表４】
2005109461.tif 000006
上記表４を参照して、実施例４では、ｎ型層５３を形成する際に、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび１００Ｗに設定した。また、ｎ型層５３を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：３ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２００ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：０．６ｓｃｃｍに設定した。
【００８６】
また、光電変換層５４を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、８０Ｐａおよび４００Ｗに設定した。また、光電変換層５４を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：５０ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：２０００ｓｃｃｍに設定した。
【００８７】
また、ｐ型層５５を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび６０Ｗに設定した。また、ｐ型層５５を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：１５０ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【００８８】
次に、上記表４に示した条件下で作製したｎ型層５３、光電変換層５４およびｐ型層５５のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を測定した。図８は、図７に示した実施例４による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【００８９】
図８を参照して、実施例４では、ｎ型層５３および光電変換層５４の（１１１）回折ピークの強度は、（２２０）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。また、ｐ型層５５の（２２０）回折ピークの強度は、（１１１）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。すなわち、実施例４では、ｎ型層５３および光電変換層５４は、（１１１）面の優先結晶配向を有するとともに、ｐ型層５５は、（２２０）面の優先結晶配向を有することを確認することができた。これにより、実施例４では、図７に示したように、ｎ型層５３および光電変換層５４の表面が、ピラミッド状の凹凸形状になったと考えられる一方、ｐ型層５５の表面が、緩やかな凹凸形状になり、実質的に平坦な形状に近づいたと考えられる。
【００９０】
次に、上記実施例１と同様、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、ｐ型層５５上に、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極５６を形成した。また、真空蒸着法を用いて、表面透明電極５６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極５７を形成した。このようにして、図７に示した実施例４による光起電力装置を作製した。
【００９１】
（実施例５）
図９は、本発明に従って作製した実施例５による光起電力装置の構造を示した断面図である。図９を参照して、この実施例５では、上記実施例３および４と異なり、ｎ型層を（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、光電変換層およびｐ型層を（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成した例について説明する。
【００９２】
この実施例５による光起電力装置では、図９に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２が形成されている。裏面電極２上には、５０ｎｍの厚みを有するｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層６３が形成されている。ｎ型層６３上には、２μｍの厚みを有するノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層６４が形成されている。光電変換層６４上には、２０ｎｍの厚みを有するｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層６５が形成されている。そして、ｎ型層６３、光電変換層６４およびｐ型層６５によって、発電ユニットが構成されている。なお、ｎ型層６３、光電変換層６４およびｐ型層６５は、それぞれ、本発明の「第１非単結晶半導体層」、「第２非単結晶半導体層」および「第３非単結晶半導体層」の一例である。
【００９３】
ここで、実施例５では、ｎ型層６３は、光電変換層６４と異なる優先結晶配向面を有するとともに、ｐ型層６５は、光電変換層６４と同じ優先結晶配向面を有している。具体的には、ｎ型層６３は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、光電変換層６４およびｐ型層６５は、（１１１）面の優先結晶配向を有している。また、ｎ型層６３は、実質的に平坦な形状に近い緩やかな凹凸形状の表面を有する一方、光電変換層６４およびｐ型層６５は、ピラミッド状の凹凸形状の表面を有している。
【００９４】
また、ｐ型層６５上には、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極６６が形成されている。表面透明電極６６上の所定領域には、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極６７が形成されている。
【００９５】
次に、上記した実施例５による光起電力装置を実際に作製した際の作製プロセスについて説明する。
【００９６】
［光起電力装置の作製］
まず、図９に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２を形成した。
【００９７】
次に、上記実施例１と同様、ＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、発電ユニットを構成する微結晶半導体各層を順次形成した。具体的には、ｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層６３、ノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層６４およびｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層６５を順次形成した。なお、ｎ型層６３、光電変換層６４およびｐ型層６５は、それぞれ、５０ｎｍ、２μｍおよび２０ｎｍの厚みを有するように形成した。
【００９８】
ここで、実施例５では、ｎ型層６３が（２２０）面の優先結晶配向を有するように、かつ、光電変換層６４およびｐ型層６５が（１１１）面の優先結晶配向を有するように、以下の表５に示す条件下で作製した。
【００９９】
【表５】
2005109461.tif 000007
上記表５を参照して、実施例５では、ｎ型層６３を形成する際に、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび１００Ｗに設定した。また、ｎ型層６３を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２００ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【０１００】
また、光電変換層６４を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、８０Ｐａおよび４００Ｗに設定した。また、光電変換層６４を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：５０ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：２０００ｓｃｃｍに設定した。
【０１０１】
また、ｐ型層６５を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび２４０Ｗに設定した。また、ｐ型層６５を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２０００ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【０１０２】
次に、上記表５に示した条件下で作製したｎ型層６３、光電変換層６４およびｐ型層６５のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を測定した。図１０は、図９に示した実施例５による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【０１０３】
図１０を参照して、実施例５では、ｎ型層６３の（２２０）回折ピークの強度は、（１１１）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。また、光電変換層６４およびｐ型層６５の（１１１）回折ピークの強度は、（２２０）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。すなわち、実施例５では、ｎ型層６３は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、光電変換層６４およびｐ型層６５は、（１１１）面の優先結晶配向を有することを確認することができた。これにより、実施例５では、図９に示したように、ｎ型層６３の表面が、緩やかな凹凸形状になり、実質的に平坦な形状に近づいたと考えられる一方、光電変換層６４およびｐ型層６５の表面が、ピラミッド状の凹凸形状になったと考えられる。
【０１０４】
次に、上記実施例１と同様、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、ｐ型層６５上に、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極６６を形成した。また、真空蒸着法を用いて、表面透明電極６６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極６７を形成した。このようにして、図９に示した実施例５による光起電力装置を作製した。
【０１０５】
（実施例６）
図１１は、本発明に従って作製した実施例６による光起電力装置の構造を示した断面図である。図１１を参照して、この実施例６では、上記実施例３〜５と異なり、ｎ型層および光電変換層を（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、ｐ型層を（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成した例について説明する。
【０１０６】
この実施例６による光起電力装置では、図１１に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２が形成されている。裏面電極２上には、５０ｎｍの厚みを有するｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層７３が形成されている。ｎ型層７３上には、２μｍの厚みを有するノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層７４が形成されている。光電変換層７４上には、２０ｎｍの厚みを有するｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層７５が形成されている。そして、ｎ型層７３、光電変換層７４およびｐ型層７５によって、発電ユニットが構成されている。なお、ｎ型層７３、光電変換層７４およびｐ型層７５は、それぞれ、本発明の「第１非単結晶半導体層」、「第２非単結晶半導体層」および「第３非単結晶半導体層」の一例である。
【０１０７】
ここで、実施例６では、ｎ型層７３は、光電変換層７４と同じ優先結晶配向面を有するとともに、ｐ型層７５は、光電変換層７４と異なる優先結晶配向面を有している。具体的には、ｎ型層７３および光電変換層７４は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、ｐ型層７５は、（１１１）面の優先結晶配向を有している。また、ｎ型層７３および光電変換層７４は、実質的に平坦な形状に近い緩やかな凹凸形状の表面を有する一方、ｐ型層７５は、ピラミッド状の凹凸形状の表面を有している。
【０１０８】
また、ｐ型層７５上には、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極７６が形成されている。表面透明電極７６上の所定領域には、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極７７が形成されている。
【０１０９】
次に、上記した実施例６による光起電力装置を実際に作製した際の作製プロセスについて説明する。
【０１１０】
［光起電力装置の作製］
まず、図１１に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２を形成した。
【０１１１】
次に、上記実施例１と同様、ＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、発電ユニットを構成する微結晶半導体各層を順次形成した。具体的には、ｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層７３、ノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層７４およびｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層７５を順次形成した。なお、ｎ型層７３、光電変換層７４およびｐ型層７５は、それぞれ、５０ｎｍ、２μｍおよび２０ｎｍの厚みを有するように形成した。
【０１１２】
ここで、実施例６では、ｎ型層７３および光電変換層７４が（２２０）面の優先結晶配向を有するように、かつ、ｐ型層７５が（１１１）面の優先結晶配向を有するように、以下の表６に示す条件下で作製した。
【０１１３】
【表６】
2005109461.tif 000008
上記表６を参照して、実施例６では、ｎ型層７３を形成する際に、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび１００Ｗに設定した。また、ｎ型層７３を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２００ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【０１１４】
また、光電変換層７４を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、１３３Ｐａおよび３０Ｗに設定した。また、光電変換層７４を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２０ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：４００ｓｃｃｍに設定した。
【０１１５】
また、ｐ型層７５を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび２４０Ｗに設定した。また、ｐ型層７５を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２０００ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【０１１６】
次に、上記表６に示した条件下で作製したｎ型層７３、光電変換層７４およびｐ型層７５のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を測定した。図１２は、図１１に示した実施例６による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【０１１７】
図１２を参照して、実施例６では、ｎ型層７３および光電変換層７４の（２２０）回折ピークの強度は、（１１１）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。また、ｐ型層７５の（１１１）回折ピークの強度は、（２２０）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。すなわち、実施例６では、ｎ型層７３および光電変換層７４は、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、ｐ型層７５は、（１１１）面の優先結晶配向を有することを確認することができた。これにより、実施例６では、図１１に示したように、ｎ型層７３および光電変換層７４の表面が、緩やかな凹凸形状になり、実質的に平坦な形状に近づいたと考えられる一方、ｐ型層７５の表面が、ピラミッド状の凹凸形状になったと考えられる。
【０１１８】
次に、上記実施例１と同様、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、ｐ型層７５上に、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極７６を形成した。また、真空蒸着法を用いて、表面透明電極７６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極７７を形成した。このようにして、図１１に示した実施例６による光起電力装置を作製した。
【０１１９】
次に、上記実施例１〜６に対する比較例として、以下の比較例１および２による光起電力装置を作製した。
【０１２０】
（比較例１）
図１３は、比較例１による光起電力装置の構造を示した断面図であり、図１４は、図１３に示した比較例１による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。図１３および図１４を参照して、比較例１による光起電力装置の作製プロセスについて説明する。
【０１２１】
［光起電力装置の作製］
まず、図１３に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２を形成した。
【０１２２】
次に、上記実施例１と同様、ＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、発電ユニットを構成する微結晶半導体各層を順次形成した。具体的には、ｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層２３、ノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層２４およびｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層２５を順次形成した。なお、ｎ型層２３、光電変換層２４およびｐ型層２５は、それぞれ、５０ｎｍ、２μｍおよび２０ｎｍの厚みを有するように形成した。
【０１２３】
ここで、比較例１では、ｎ型層２３、光電変換層２４およびｐ型層２５のすべてが（２２０）面の優先結晶配向を有するように、以下の表７に示す条件下で作製した。
【０１２４】
【表７】
2005109461.tif 000009
上記表７を参照して、比較例１では、ｎ型層２３を形成する際に、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび１００Ｗに設定した。また、ｎ型層２３を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２００ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【０１２５】
また、光電変換層２４を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、１３３Ｐａおよび３０Ｗに設定した。また、光電変換層２４を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２０ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：４００ｓｃｃｍに設定した。
【０１２６】
また、ｐ型層２５を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび６０Ｗに設定した。また、ｐ型層２５を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：３００ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【０１２７】
次に、上記表７に示した条件下で作製したｎ型層２３、光電変換層２４およびｐ型層２５のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を測定した。
【０１２８】
比較例１では、図１４に示すように、ｎ型層２３およびｐ型層２５は、ほぼ同様のＸ線回折スペクトルを有し、ｎ型層２３およびｐ型層２５の（２２０）回折ピークの強度は、（１１１）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。また、光電変換層２４の（２２０）回折ピークの強度は、（１１１）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。すなわち、比較例１では、ｎ型層２３、光電変換層２４およびｐ型層２５のすべてが、（２２０）面の優先結晶配向を有することを確認することができた。これにより、比較例１では、図１３に示したように、ｎ型層２３、光電変換層２４およびｐ型層２５のすべての表面が、緩やかな凹凸形状になり、実質的に平坦な形状に近づいたと考えられる。
【０１２９】
次に、上記実施例１と同様、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、ｐ型層２５上に、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極２６を形成した。また、真空蒸着法を用いて、表面透明電極２６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極２７を形成した。このようにして、図１３に示した比較例１による光起電力装置を作製した。
【０１３０】
（比較例２）
図１５は、比較例２による光起電力装置の構造を示した断面図であり、図１６は、図１５に示した比較例２による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。図１５および図１６を参照して、比較例２による光起電力装置の作製プロセスについて説明する。
【０１３１】
［光起電力装置の作製］
まず、図１５に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２を形成した。
【０１３２】
次に、上記実施例１と同様、ＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、発電ユニットを構成する微結晶半導体各層を順次形成した。具体的には、ｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層３３、ノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層３４およびｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層３５を順次形成した。なお、ｎ型層３３、光電変換層３４およびｐ型層３５は、それぞれ、５０ｎｍ、２μｍおよび２０ｎｍの厚みを有するように形成した。
【０１３３】
ここで、比較例２では、ｎ型層３３、光電変換層３４およびｐ型層３５のすべてが（１１１）面の優先結晶配向を有するように、以下の表８に示す条件下で形成した。
【０１３４】
【表８】
2005109461.tif 000010
上記表８を参照して、比較例２では、ｎ型層３３を形成する際に、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび３００Ｗに設定した。また、ｎ型層３３を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１５ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２０００ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：３ｓｃｃｍに設定した。
【０１３５】
また、光電変換層３４を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、８０Ｐａおよび４００Ｗに設定した。また、光電変換層３４を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：５０ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：２０００ｓｃｃｍに設定した。
【０１３６】
また、ｐ型層３５を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび２４０Ｗに設定した。また、ｐ型層３５を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２０００ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【０１３７】
次に、上記表８に示した条件下で作製したｎ型層３３、光電変換層３４およびｐ型層３５のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を測定した。
【０１３８】
比較例２では、図１６に示すように、ｎ型層３３およびｐ型層３５は、ほぼ同様のＸ線回折スペクトルを有し、ｎ型層３３およびｐ型層３５の（１１１）回折ピークの強度は、（２２０）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。また、光電変換層３４の（１１１）回折ピークの強度は、（２２０）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。すなわち、比較例２では、ｎ型層３３、光電変換層３４およびｐ型層３５のすべてが、（１１１）面の優先結晶配向を有することを確認することができた。
【０１３９】
これにより、比較例２では、図１５に示したように、ｎ型層３３、光電変換層３４およびｐ型層３５のすべての表面が、ピラミッド状の凹凸形状になったと考えられる。なお、比較例２では、（１１１）面の優先結晶配向を有するｎ型層３３上に、（１１１）面の優先結晶配向を有する光電変換層３４が形成されるので、光電変換層３４の表面の凹凸形状は、同じ条件で形成された実施例２の光電変換層１４の表面の凹凸形状よりも急峻になったと考えられる。また、急峻な凹凸形状の表面を有する光電変換層３４上に、（１１１）面の優先結晶配向を有するｐ型層３５が形成されるので、ｐ型層３５の表面の凹凸形状も、同じ条件で形成された実施例１のｐ型層５の表面の凹凸形状よりも急峻になったと考えられる。
【０１４０】
次に、上記実施例１と同様、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、ｐ型層３５上に、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極３６を形成した。また、真空蒸着法を用いて、表面透明電極３６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極３７を形成した。このようにして、図１５に示した比較例２による光起電力装置を作製した。
【０１４１】
（実施例１〜実施例６、比較例１および比較例２共通）
［出力特性実験］
次に、上記のようにして作製した実施例１〜実施例６、比較例１および比較例２による光起電力装置について、光スペクトル：ＡＭ１．５、光強度：１００ｍＷ／ｃｍ２、および、測定温度：２５℃の擬似太陽光照射条件下で出力特性を測定した。ここで、ＡＭ（Ａｉｒ  Ｍａｓｓ）とは、地球大気に入射する直達太陽光が通過する路程の標準状態の大気（標準気圧１０１３ｈＰａ）に垂直に入射した場合の路程に対する比である。この測定結果を以下の表９に示す。なお、表９中の規格化変換効率および規格化短絡電流は、それぞれ、比較例１の変換効率および短絡電流との比率である。
【０１４２】
【表９】
2005109461.tif 000011
上記表９を参照して、ｎ型層３およびｐ型層５が（１１１）面の優先結晶配向を有し、かつ、光電変換層４が（２２０）面の優先結晶配向を有する実施例１、および、ｎ型層１３およびｐ型層１５が（２２０）面の優先結晶配向を有し、かつ、光電変換層１４が（１１１）面の優先結晶配向を有する実施例２は、ｎ型層２３、光電変換層２４およびｐ型層２５のすべてが（２２０）面の優先結晶配向を有する比較例１よりも、変換効率および短絡電流が高くなることが判明した。具体的には、比較例1の変換効率および短絡電流の値を１．００とした場合、実施例１の変換効率および短絡電流は、それぞれ、１．０３および１．０４であった。また、実施例２の変換効率および短絡電流は、それぞれ、１．０２および１．０２であった。
【０１４３】
この結果から、実施例１では、表面側（ｐ型層５の表面）および裏面側（ｎ型層３の表面）の両方において、入射した光が散乱することにより良好な光閉じ込め効果を得ることができたので、入射した光を効率的に光電変換層４に吸収させることができたと考えられる。また、実施例２では、表面側（光電変換層１４の表面）において、入射した光が散乱することにより良好な光閉じ込め効果を得ることができたので、入射した光を効率的に光電変換層１４に吸収させることができたと考えられる。その一方、比較例１では、表面側および裏面側の両方において、良好な光閉じ込め効果を得ることが困難であったと考えられる。
【０１４４】
また、実施例１と実施例２とを比較した場合、実施例１の変換効率（１．０３）および短絡電流（１．０４）の方が、実施例２の変換効率（１．０２）および短絡電流（１．０２）よりも高くなることが判明した。この結果から、ｎ型層およびｐ型層の凹凸形状により表面側および裏面側の両方において、良好な光閉じ込め効果を得ることができるように構成した方が、光電変換層のみの凹凸形状により表面側のみで良好な光閉じ込め効果を得ることができるように構成した場合よりも、変換効率および短絡電流が高くなると考えられる。また、（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成された光電変換層４（実施例１）は、（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成された光電変換層１４（実施例２）よりも良好な特性を有するので、これによっても、実施例１の変換効率および短絡電流の方が、実施例２の変換効率および短絡電流よりも高くなったと考えられる。
【０１４５】
また、上記表９を参照して、互いに異なる優先結晶配向面を有するｎ型層（４３〜７３）およびｐ型層（４５〜７５）と、ｎ型層（４３〜７３）およびｐ型層（４５〜７５）のいずれか一方と同じ優先結晶配向面を有する光電変換層（４４〜７４）とを含む実施例３〜６は、ｎ型層２３、光電変換層２４およびｐ型層２５のすべてが（２２０）面の優先結晶配向を有する比較例１よりも、変換効率および短絡電流が高くなることが判明した。具体的には、ｎ型層４３、光電変換層４４およびｐ型層４５の優先結晶配向面がそれぞれ（１１１）面、（２２０）面および（２２０）面である実施例３の変換効率および短絡電流は、それぞれ、１．０４および１．０２であった。また、ｎ型層５３、光電変換層５４およびｐ型層５５の優先結晶配向面がそれぞれ（１１１）面、（１１１）面および（２２０）面である実施例４の変換効率および短絡電流は、それぞれ、１．０２および１．０３であった。また、ｎ型層６３、光電変換層６４およびｐ型層６５の優先結晶配向面がそれぞれ（２２０）面、（１１１）面および（１１１）面である実施例５の変換効率および短絡電流は、それぞれ、１．０１および１．０４であった。また、ｎ型層７３、光電変換層７４およびｐ型層７５の優先結晶配向面がそれぞれ（２２０）面、（２２０）面および（１１１）面である実施例６の変換効率および短絡電流は、それぞれ、１．０３および１．０１であった。
【０１４６】
この結果から、実施例３では、裏面側（ｎ型層４３の表面）において、入射した光が散乱することにより良好な光閉じ込め効果を得ることができたので、入射した光を効率的に光電変換層４４に吸収させることができたと考えられる。また、実施例４では、表面側（光電変換層５４の表面）および裏面側（ｎ型層５３の表面）の両方において、入射した光が散乱することにより良好な光閉じ込め効果を得ることができたので、入射した光を効率的に光電変換層５４に吸収させることができたと考えられる。また、実施例５では、表面側（光電変換層６４およびｐ型層６５の表面）において、入射した光が散乱することにより良好な光閉じ込め効果を得ることができたので、入射した光を効率的に光電変換層６４に吸収させることができたと考えられる。また、実施例６では、表面側（ｐ型層７５の表面）において、入射した光が散乱することにより良好な光閉じ込め効果を得ることができたので、入射した光を効率的に光電変換層７４に吸収させることができたと考えられる。その一方、比較例１では、上記したように、表面側および裏面側において、良好な光閉じ込め効果を得ることが困難であったと考えられる。
【０１４７】
また、実施例３〜６を比較した場合、光閉じ込めによる影響が大きいと考えられる短絡電流は、実施例５（短絡電流：１．０４）が、他の実施例３（短絡電流：１．０２）、実施例４（短絡電流：１．０３）および実施例６（短絡電流：１．０１）よりも高くなることが判明した。これにより、光電変換層６４およびｐ型層６５の表面において入射した光を散乱させる実施例５では、他の実施例３、実施例４および実施例６に比べて効率的に光閉じ込めを行うことができたと考えられる。
【０１４８】
また、実施例３〜６を比較した場合、変換効率は、実施例３（変換効率：１．０４）が、他の実施例４（変換効率：１．０２）、実施例５（変換効率：１．０１）および実施例６（変換効率：１．０３）よりも高くなることが判明した。
【０１４９】
また、ｎ型層３３、光電変換層３４およびｐ型層３５のすべてが（１１１）面の優先結晶配向を有する比較例２は、実施例１〜実施例６および比較例１よりも、変換効率および短絡電流が低くなることが判明した。具体的には、比較例１の変換効率および短絡電流の値を１．００とした場合、比較例２の変換効率および短絡電流は、それぞれ、０．８９および０．９２であった。この結果から、比較例２では、表面の凹凸形状が急峻になりすぎるようにｎ型層３３上にシリコンが堆積されて光電変換層３４が形成されたことにより、光電変換層３４中の欠陥が多くなったと考えられる。
【０１５０】
実施例１では、上記のように、光電変換層４を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、ｎ型層３およびｐ型層５を、凹凸形状の表面になりやすい（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成することによって、光電変換層４の表面が実質的に平坦な形状に近づいたとしても、光電変換層４上に形成されるｐ型層５の表面に凹凸形状を設けることができ、かつ、光電変換層４下に形成されるｎ型層３の表面にも凹凸形状を設けることができる。これにより、ｎ型層３およびｐ型層５の凹凸形状の表面により入射した光を散乱させることができるので、表面側（ｐ型層５の表面）および裏面側（ｎ型層３の表面）の両方における光散乱により、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。その結果、入射した光をより効率的に光電変換層４に吸収させることができるので、出力特性を向上させることができる。
【０１５１】
また、実施例１では、光電変換層４を、（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成することによって、（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成された光電変換層４は、特に良好な特性を有するので、出力特性をより向上させることができる。
【０１５２】
また、実施例２では、上記のように、ｎ型層１３およびｐ型層１５を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、光電変換層１４を、凹凸形状の表面になりやすい（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成することによって、ｎ型層１３の表面が実質的に平坦な形状に近づいたとしても、ｎ型層１３上に形成される光電変換層１４の表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、光電変換層１４の凹凸形状の表面により入射した光を散乱させることができる。この場合には、表面側（光電変換層１４の表面）での光散乱により、良好な光閉じ込め効果を得ることができるので、出力特性を向上させることができる。ただし、実施例２の出力特性は、表面側および裏面側の両方における光散乱により、良好な光閉じ込め効果を得ることが可能な上記実施例１よりも劣る。
【０１５３】
また、実施例３では、上記のように、光電変換層４４およびｐ型層４５を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、ｎ型層４３を、凹凸形状の表面になりやすい（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成することによって、光電変換層４４およびｐ型層４５の表面が実質的に平坦な形状に近づいたとしても、ｎ型層４３の表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、ｎ型層４３の凹凸形状の表面により入射した光を散乱させることができるので、裏面側（ｎ型層４３の表面）における光散乱により、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。その結果、入射した光を効率的に光電変換層４４に吸収させることができるので、出力特性を向上させることができる。
【０１５４】
また、実施例４では、上記のように、ｐ型層５５を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、ｎ型層５３および光電変換層５４を、凹凸形状の表面になりやすい（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成することによって、ｐ型層５５の表面が実質的に平坦な形状に近づいたとしても、ｎ型層５３および光電変換層５４の表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、ｎ型層５３および光電変換層５４の凹凸形状の表面により入射した光を散乱させることができるので、表面側（光電変換層５４の表面）および裏面側（ｎ型層５３の表面）の両方における光散乱により、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。その結果、入射した光を効率的に光電変換層５４に吸収させることができるので、出力特性を向上させることができる。
【０１５５】
また、実施例５では、上記のように、ｎ型層６３を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、光電変換層６４およびｐ型層６５を、凹凸形状の表面になりやすい（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成することによって、ｎ型層６３の表面が実質的に平坦な形状に近づいたとしても、光電変換層６４およびｐ型層６５の表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、光電変換層６４およびｐ型層６５の凹凸形状の表面により入射した光を散乱させることができるので、表面側（光電変換層６４およびｐ型層６５の表面）における光散乱により、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。その結果、入射した光を効率的に光電変換層６４に吸収させることができるので、出力特性を向上させることができる。
【０１５６】
また、実施例６では、上記のように、ｎ型層７３および光電変換層７４を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、ｐ型層７５を、凹凸形状の表面になりやすい（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成することによって、ｎ型層７３および光電変換層７４の表面が実質的に平坦な形状に近づいたとしても、ｐ型層７５の表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、ｐ型層７５の凹凸形状の表面により入射した光を散乱させることができるので、表面側（ｐ型層７５の表面）における光散乱により、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。その結果、入射した光を効率的に光電変換層７４に吸収させることができるので、出力特性を向上させることができる。
【０１５７】
また、実施例３および６では、光電変換層４４および７４を、（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成することによって、（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成された光電変換層４４および７４は、特に良好な特性を有するので、これによっても、出力特性を向上させることができる。
【０１５８】
（実施例７）
図１７は、本発明に従って作製した実施例７による光起電力装置の構造を示した断面図である。図１７を参照して、この実施例７では、上記実施例１〜６と異なり、光電変換層を２層構造にした例について説明する。
【０１５９】
この実施例７による光起電力装置では、図１７に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２が形成されている。裏面電極２上には、５０ｎｍの厚みを有するｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層８３が形成されている。ｎ型層８３上には、２μｍの厚みを有するノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層８４が形成されている。光電変換層８４上には、２０ｎｍの厚みを有するｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層８５が形成されている。そして、ｎ型層８３、光電変換層８４およびｐ型層８５によって、発電ユニットが構成されている。なお、ｎ型層８３、光電変換層８４およびｐ型層８５は、それぞれ、本発明の「第１非単結晶半導体層」、「第２非単結晶半導体層」および「第３非単結晶半導体層」の一例である。
【０１６０】
ここで、実施例７では、光電変換層８４は、ｎ型層８３上に形成された１００ｎｍ（０．１μｍ）の厚みを有する第１光電変換層８４ａと、第１光電変換層８４ａ上に形成された１．９μｍの厚みを有する第２光電変換層８４ｂとによって構成されている。また、第１光電変換層８４ａと第２光電変換層８４ｂとは、互いに異なる優先結晶配向面を有している。また、ｎ型層８３は、第２光電変換層８４ｂと同じ優先結晶配向面を有するとともに、ｐ型層８５は、第１光電変換層８４ａと同じ優先結晶配向面を有している。
【０１６１】
また、ｐ型層８５上には，８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極８６が形成されている。表面透明電極８６上の所定領域には、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極８７が形成されている。
【０１６２】
次に、上記した実施例７による光起電力装置を実際に作製した際の作製プロセスについて説明する。
【０１６３】
［光起電力装置の作製］
まず、図１７に示すように、上記実施例１と同様、ステンレス板１ａとポリイミド樹脂１ｂとによって構成される基板１上に、裏面電極２を形成した。
【０１６４】
次に、上記実施例１と同様、ＣＶＤ法を用いて、裏面電極２上に、発電ユニットを構成する微結晶半導体各層を順次形成した。具体的には、ｎ型微結晶シリコン層からなるｎ型層８３、ノンドープ微結晶シリコン層からなる光電変換層８４およびｐ型微結晶シリコン層からなるｐ型層８５を順次形成した。なお、光電変換層８４を形成する際には、第１光電変換層８４ａおよび第２光電変換層８４ｂを順次形成した。また、ｎ型層８３、第１光電変換層８４ａ、第２光電変換層８４ｂおよびｐ型層８５は、それぞれ、５０ｎｍ、１００ｎｍ、１．９μｍおよび２０ｎｍの厚みを有するように形成した。
【０１６５】
ここで、実施例７では、ｎ型層８３および第２光電変換層８４ｂが（２２０）面の優先結晶配向を有するように、かつ、第１光電変換層８４ａおよびｐ型層８５が（１１１）面の優先結晶配向を有するように、以下の表１０に示す条件下で作製した。
【０１６６】
【表１０】
2005109461.tif 000012
上記表１０を参照して、実施例７では、ｎ型層８３を形成する際に、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび１００Ｗに設定した。また、ｎ型層８３を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２００ｓｃｃｍおよびＰＨ３ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【０１６７】
また、第１光電変換層８４ａを形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、１３３Ｐａおよび３０Ｗに設定した。また、第１光電変換層８４ａを形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１０ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：４００ｓｃｃｍに設定した。
【０１６８】
また、第２光電変換層８４ｂを形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、２００℃、１３３Ｐａおよび３０Ｗに設定した。また、第２光電変換層８４ｂを形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：２０ｓｃｃｍおよびＨ２ガス：４００ｓｃｃｍに設定した。
【０１６９】
また、ｐ型層８５を形成する際には、基板温度、反応圧力および高周波電力を、それぞれ、１６０℃、１３３Ｐａおよび２４０Ｗに設定した。また、ｐ型層８５を形成する際のガス流量を、ＳｉＨ４ガス：１０ｓｃｃｍ、Ｈ２ガス：２０００ｓｃｃｍおよびＢ２Ｈ６ガス：０．２ｓｃｃｍに設定した。
【０１７０】
次に、上記表１０に示した条件下で作製したｎ型層８３、第１光電変換層８４ａ、第２光電変換層８４ｂおよびｐ型層８５のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を測定した。図１８は、図１７に示した実施例７による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【０１７１】
図１８を参照して、実施例７では、ｎ型層８３および第２光電変換層８４ｂの（２２０）回折ピークの強度は、（１１１）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。また、光電変換層８４ａおよびｐ型層８５の（１１１）回折ピークの強度は、（２２０）回折ピークの強度よりも高いことが判明した。すなわち、実施例７では、ｎ型層８３および第２光電変換層８４ｂは、（２２０）面の優先結晶配向を有するとともに、第１光電変換層８４ａおよびｐ型層８５は、（１１１）面の優先結晶配向を有することを確認することができた。これにより、実施例７では、図１７に示したように、ｎ型層８３および第２光電変換層８４ｂの表面が、緩やかな凹凸形状になり、実質的に平坦な形状に近づいたと考えられる一方、第１光電変換層８４ａおよびｐ型層８５の表面が、ピラミッド状の凹凸形状になったと考えられる。
【０１７２】
次に、上記実施例１と同様、ＲＦマグネトロンスパッタリング法を用いて、ｐ型層８５上に、８０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる表面透明電極８６を形成した。また、真空蒸着法を用いて、表面透明電極８６上の所定領域に、２μｍの厚みを有するＡｇからなる集電極８７を形成した。このようにして、図１７に示した実施例７による光起電力装置を作製した。
【０１７３】
［出力特性実験］
次に、上記のようにして作製した実施例７による光起電力装置について、上記実施例１〜実施例６、比較例１および比較例２と同様の出力特性実験を行った。すなわち、光スペクトル：ＡＭ１．５、光強度：１００ｍＷ／ｃｍ２、および、測定温度：２５℃の擬似太陽光照射条件下で出力特性を測定した。この測定結果を以下の表１１に示す。なお、表１１中の規格化変換効率および規格化短絡電流は、それぞれ、比較例１の変換効率および短絡電流との比率である。
【０１７４】
【表１１】
2005109461.tif 000013
上記表９および表１１を参照して、（１１１）面および（２２０）面の優先結晶配向をそれぞれ有する第１光電変換層８４ａおよび第２光電変換層８４ｂからなる２層構造の光電変換層８４と、（２２０）面の優先結晶配向を有するｎ型層８３と、（１１１）面の優先結晶配向を有するｐ型層８５とを含む実施例７は、単層構造の光電変換層２４を含むとともに、ｎ型層２３、光電変換層２４およびｐ型層２５のすべてが（２２０）面の優先結晶配向を有する比較例１よりも、変換効率および短絡電流が高くなることが判明した。具体的には、比較例1の変換効率および短絡電流の値を１．００とした場合、実施例７の変換効率および短絡電流は、それぞれ、１．０４および１．０３であった。
【０１７５】
この結果から、実施例７では、表面側（ｐ型層８５の表面）および光電変換層８４の内部（第１光電変換層８４ａの表面）において、入射した光が散乱することにより良好な光閉じ込め効果を得ることができたので、入射した光を効率的に光電変換層８４に吸収させることができたと考えられる。その一方、比較例１では、表面側、裏面側および光電変換層２４の内部において、良好な光閉じ込め効果を得ることが困難であったと考えられる。
【０１７６】
また、ｎ型層３３、光電変換層３４およびｐ型層３５のすべてが（１１１）面の優先結晶配向を有する比較例２（変換効率：０．８９、短絡電流：０．９２）は、実施例７よりも、変換効率および短絡電流が低くなることが判明した。この結果から、実施例７では、比較例２と異なり、光電変換層８４中に多くの欠陥が発生するのを抑制できたと考えられる。
【０１７７】
実施例７では、上記のように、ｎ型層８３を、実質的に平坦な形状の表面になりやすい（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成するとともに、ｐ型層８５を、凹凸形状の表面になりやすい（１１１）面の優先結晶配向を有するように形成することによって、ｎ型層８３の表面が実質的に平坦な形状に近づいたとしても、ｐ型層８５の表面に凹凸形状を設けることができる。さらに、実施例７では、光電変換層８４を、第１光電変換層８４ａおよび第２光電変換層８４ｂからなる２層構造にするとともに、第１光電変換層８４ａおよび第２光電変換層８４ｂを、それぞれ、凹凸形状の表面になりやすい（１１１）面および実質的に平坦な形状の表面になりやすい（２２０）面の優先結晶配向を有するように形成することによって、第２光電変換層８４ｂの表面が実質的に平坦な形状に近づいたとしても、第１光電変換層８４ａの表面に凹凸形状を設けることができる。これにより、ｐ型層８５の凹凸形状の表面に加えて、第１光電変換層８４ａの凹凸形状の表面においても入射した光を散乱させることができるので、表面側（ｐ型層８５の表面）および光電変換層８４の内部（第１光電変換層８４ａの表面）における光散乱により、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。その結果、入射した光を効率的に光電変換層８４に吸収させることができるので、出力特性を向上させることができる。
【０１７８】
また、実施例７では、（２２０）面の優先結晶配向を有するノンドープ微結晶シリコン層からなる第２光電変換層８４ｂを、（１１１）面の優先結晶配向を有するノンドープ微結晶シリコン層からなる第１光電変換層８４ａ上に形成することによって、第２光電変換層８４ｂを結晶成長させる際に、第１光電変換層８４ａ内の適度な密度で形成された非常に微細な微結晶粒を起点（核）として結晶成長させることができる。ここで、非単結晶半導体層の成長においては、結晶成長のきっかけとなる何らかの成長の起点が必要であることが知られている。この実施例７では、第１光電変換層８４ａ内の適度な密度で形成された非常に微細な微結晶粒が起点となって第２光電変換層８４ｂが結晶成長するので、第２光電変換層８４ｂの膜質を改善することができる。この場合、優先結晶配向面が（２２０）面であることにより良好な光電変換特性を有するとともに、２．０μｍの厚みを有する光電変換層８４の大部分（１．９μｍ）を占める第２光電変換層８４ｂの膜質が改善されることにより、第２光電変換層８４ｂの光電変換特性をより向上させることができると考えられる。その結果、第２光電変換層８４ｂを含む光電変換層８４により生成されたキャリアの取り出し効率を向上させることができる。
【０１７９】
なお、今回開示された実施例は、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、上記した実施例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。
【０１８０】
たとえば、上記実施例１〜７では、発電ユニットが１つである場合について説明したが、本発明はこれに限らず、複数の発電ユニットが積層された、いわゆる積層型の光起電力装置において、少なくとも１つの発電ユニットが上記各実施例の発電ユニットであればよい。これにより、少なくとも１つの発電ユニットにおいて、良好な光閉じ込め効果を得ることができるので、出力特性を向上させることができる。
【０１８１】
また、上記実施例１〜７では、ステンレス板１ａ上にポリイミド樹脂１ｂが形成された基板１を用いたが、本発明はこれに限らず、ステンレス板１ａに代えて、鉄、モリブデンおよびアルミニウムなどの金属およびそれらの合金材料を用いてもよい。また、ポリイミド樹脂１ｂに代えて、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）樹脂やＳｉＯ２などの絶縁性材料を用いてもよい。なお、上記した金属および絶縁性材料の組み合わせは、いかなる組み合わせでもよい。
【０１８２】
また、上記実施例１では、平坦な裏面電極２上に、凹凸形状の表面になりやすい（１１１）面の優先結晶配向を有するようにｎ型層３を形成したが、本発明はこれに限らず、図１９に示すように、大きな凹凸形状の表面を有する裏面電極９２上に、凹凸形状の表面になりやすい（１１１）面の優先結晶配向を有するようにｎ型層９３を形成してもよい。この場合には、裏面側において、裏面電極９２の大きな凹凸形状の表面とｎ型層９３の小さな凹凸形状の表面との両方により入射した光を散乱させることができるので、ｎ型層３の凹凸形状の表面のみにより入射した光を散乱させる実施例１（図１参照）よりも、良好な光閉じ込め効果を得ることができる。また、ｎ型層９３上には、（２２０）面の優先結晶配向を有すように光電変換層９４が形成されている。なお、裏面電極９２、ｎ型層９３および光電変換層９４は、それぞれ、本発明の「下地層」、「第１非単結晶半導体層」および「第２非単結晶半導体層」の一例である。
【０１８３】
なお、裏面電極を凹凸形状にする場合には、基板を構成するポリイミド樹脂の表面を凹凸形状にすることによって、基板上に形成される裏面電極の表面を凹凸形状にする方法が考えられる。たとえば、ポリイミド樹脂中に、数１００μｍの直径を有するＳｉＯ２やＴｉＯ２などの粒子を混入することによって、基板を構成するポリイミド樹脂の表面を凹凸形状にしてもよい。
【０１８４】
また、上記実施例３〜６では、ｎ型層、光電変換層およびｐ型層を、１層からなる単層構造にしたが、本発明はこれに限らず、ｎ型層、光電変換層およびｐ型層の少なくとも１つを、２層以上の多層構造にしてもよい。この場合、ｎ型層、光電変換層およびｐ型層をそれぞれ構成する層のうち少なくとも１つの層が、他の層と異なる優先結晶配向面を有していればよい。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】本発明に従って作製した実施例１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に示した実施例１による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【図３】本発明に従って作製した実施例２による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図４】図３に示した実施例２による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【図５】本発明に従って作製した実施例３による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図６】図５に示した実施例３による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【図７】本発明に従って作製した実施例４による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図８】図７に示した実施例４による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【図９】本発明に従って作製した実施例５による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図１０】図９に示した実施例５による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【図１１】本発明に従って作製した実施例６による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図１２】図１１に示した実施例６による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【図１３】比較例１による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図１４】図１３に示した比較例１による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【図１５】比較例２による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図１６】図１５に示した比較例２による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【図１７】本発明に従って作製した実施例７による光起電力装置の構造を示した断面図である。
【図１８】図１７に示した実施例７による光起電力装置のｎ型層、光電変換層およびｐ型層のそれぞれのＸ線回折ピークの強度を示したグラフである。
【図１９】実施例１の変形例による光起電力装置のｎ型層周辺の構造を示した断面図である。
【符号の説明】
【０１８６】
３、１３、４３、５３、６３、７３、８３、９３  ｎ型層（第１非単結晶半導体層）
４、１４、４４、５４、６４、７４、８４、９４  光電変換層（第２非単結晶半導体層）
５、１５、４５、５５、６５、７５、８５  ｐ型層（第３非単結晶半導体層）
９２  裏面電極（下地層）
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【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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