(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光到来側となる基板上に第１の光電変換積層部と前記第１の光電変換積層部上に形成された第２の光電変換積層部を備え、入射した光を電気エネルギに変換する光電変換素子において、前記第１の光電変換積層部はＳｉおよびＣを含み、前記第２の光電変換積層部は、Ｓｉ及びＣを含むか又は、Ｓｉ及びＧｅの内のいずれか一種を含み、光到来側に接近した前記第１の光電変換積層部の方が光到来側から離れた前記第２の光電変換積層部よりも光の吸収波長が短くなるように形成され、前記第１及び第２の光電変換積層部の夫々は、互いに同一の半導体材料で構成され、真性型半導体層の表裏面に、ｐ型及びｎ型半導体層を夫々備えた３層構造を有することを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換素子において、前記第１の光電変換積層部のＳｉおよびＣの含有量は、０＜Ｃ／Ｓｉ＜１の関係を満たすことを特徴とする光電変換素子。
【請求項３】
請求項１又は２の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、更に、前記第２の光電変換素子上に形成された第３の光電変換積層部を備え、前記第３の光電変換積層部はＳｉ、Ｇｅの一成分、およびＳｉとＣの２成分内のいずれかを含むことを特徴とする光電変換素子。
【請求項４】
請求項３に記載の光電変換素子において、前記第２の光電変換積層部は、Ｓｉを含み、前記第３の光電変換積層部はＧｅを含んでいることを特徴とする光電変換素子。
【請求項５】
請求項３又は４に記載の光電変換素子において、前記第３の光電変換積層部は、第２の光電変換積層部よりも、吸収波長が長くなるように形成されていることを特徴とする光電変換素子。
【請求項６】
請求項１乃至５の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、Ｓｉ及びＣを含む前記光電変換積層部の内で、光到来側の光電変換積層部よりも更に離れて形成された光電変換積層部の方がＣ成分量が少なく形成されていることを特徴とする光電変換素子。
【請求項７】
請求項１乃至６の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、前記基板は可視光線に対して透明な透明基板からなることを特徴とする光電変換素子。
【請求項８】
請求項１に記載の光電変換素子において、前記光電変換積層部の３層構造は、同一種類の半導体材料からなることを特徴とする光電変換素子。
【請求項９】
請求項１に記載の光電変換素子において、前記真性半導体層、ｐ型またはｎ型半導体層は、多結晶もしくは単結晶構造を備えていることを特徴とする光電変換素子。
【請求項１０】
請求項１乃至９の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、前記光電変換積層部はタンデム構造を備えていることを特徴とする光電変換素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光電変換素子において、前記光電変換積層部のタンデム構造は、単一のプロセスチャンバにおいて成膜形成されてなることを特徴とする光電変換素子。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、前記第１の光電変換積層部はＳｉをＣに対して実質的に３．５：１の割合で含むことを特徴とする光電変換素子。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の内のいずれか一項に記載の光電変換素子において、前記光は太陽光であることを特徴とする太陽電池。
【請求項１４】
プロセスガスとしてシランガスを用いたプラズマ処理によって、基板上に、Ｓｉ及びＣを調整された組成比で含む第１の光電変換積層部を備えた光電変換膜を形成することを含む光電変換素子の製造方法であって、前記シランガスは、モノシラン、メチルシラン、トリメチルシランの内の少なくとも一種からなり、前記各シランガスの混合割合によって、前記第１の光電変換積層部の前記Ｓｉ及びＣの組成比を調整するとともに、
前記第１の光電変換積層部上に、更に、Ｓｉ及びＣを含むか又は、Ｓｉ及びＧｅの内のいずれか一種を含む第２の光電変換積層部を形成することを含み、
前記第１及び第２の光電変換積層部の夫々を、互いに同一の半導体材料で、真性型半導体層の表裏面に、ｐ型及びｎ型半導体層を備えた３層構造を形成するとともに光到来側に接近した側の光電変換積層部の方が光到来側から離れたものの方よりも光の吸収波長が短くなるように形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の光電変換素子の製造方法において、前記第１の光電変換積層部のＳｉおよびＣの含有量が、０＜Ｃ／Ｓｉ＜１の関係を満たすように形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の光電変換素子の製造方法において、前記真性型半導体層、前記ｐ型及びｎ型半導体層は多結晶もしくは単結晶構造を備えていることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１４乃至１６の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法において、前記第１および第２の光電変換積層部はタンデム構造をなすように単一のプロセスチャンバにおいて積層成膜されることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１４乃至１７の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造方法において、組成の互いに異なる光電変換積層部のプロセスガス切替時間は１０秒以内であることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１９】
中に基板を配置するチャンバと、プロセスガスを前記チャンバ内に導入する導入管と、プラズマを発生するプラズマ発生器とを備え、前記プロセスガスとしてシランガスを用いたプラズマ処理によって前記基板上にＳｉ及びＣを調整された組成比で含む第１の光電変換積層部を形成し、更にその上にＳｉ及びＣを含むか又は、Ｓｉ及びＧｅの内のいずれか一種を含む第２の光電変換積層部を形成するとともに、前記第１及び第２の光電変換積層部として、真性半導体層の表裏面に、互いに同一の半導体材料からなるｐ型およびｎ型半導体層を備えた３層構造を夫々形成した光電変換膜を形成するためのプラズマ処理装置であって、前記シランガスは、モノシラン、メチルシラン、トリメチルシランの内の少なくとも一種からなり、前記各シランガスの混合割合によって、前記光電変換積層部のＳｉ及びＣの組成比を調整することで、
前記光変換膜は、光到来側に接近した側の光電変換積層部の方が光到来側から離れたものの方よりも光の吸収波長が短くなるように形成されていることを特徴とする光電変換素子の製造装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の光電変換素子の製造装置において、前記第１の光電変換積層部をＳｉおよびＣの含有比率が０＜Ｃ／Ｓｉ＜１であるように形成することを特徴とする光電変換素子の製造装置。
【請求項２１】
請求項１９に記載の光電変換素子の製造装置において、前記３層構造の前記真性半導体層と前記ｐ型およびｎ型半導体層は、同一種類の半導体材料から形成することを特徴とする光電変換素子の製造装置。
【請求項２２】
請求項１９乃至２１の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造装置において、前記光電変換膜は、更に、前記第２の光電変換積層部上に形成された第３の光電変換積層部を備え、前記第３の光電変換積層部をＳｉ、Ｇｅの一成分、およびＳｉとＣの２成分内のいずれかを含むように形成することを特徴とする光電変換素子の製造装置。
【請求項２３】
請求項１９に記載の光電変換素子の製造装置において、前記半導体層は多結晶もしくは単結晶構造を備えていることを特徴とする光電変換素子の製造装置。
【請求項２４】
請求項１９乃至２３の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造装置において、前記光電変換膜を前記光電変換積層部がタンデム構造をなすように単一のプロセスチャンバにおいて積層成膜することを特徴とする光電変換素子の製造装置。
【請求項２５】
請求項１９乃至２４の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造装置において、組成の互いに異なる光電変換積層部のプロセスガス切替時間は１０秒以内であることを特徴とする光電変換素子の製造装置。
【請求項２６】
請求項１９乃至２５の内のいずれか一項に記載の光電変換素子の製造装置において、前記プロセスガス導入管は、ガス流量制御器を備え、前記チャンバ内容積Ｖｃと前記チャンバと前記ガス流量制御器の間のガス導入管の内容積ＶＴとの関係が、ＶＴ／Ｖｃ＜１であることを特徴とする光電変換素子の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子に関し、詳しくは、太陽電池等に用いられる光電変換気素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
自然エネルギを利用した発電手段として、光電変換素子、とりわけ太陽電池はエネルギ問題に対する意識の高まりと共に、普及を始めている。このような太陽電池において、爆発的な普及の鍵を握るのが、生産技術の改善による低価格化と高効率化である。
【０００３】
高効率化の手段として、特許文献１に記載の如く、タンデム構造の薄膜太陽電池の光到来側のバンドギャップを順次大きくしていくことで、太陽光利用効率を向上する手法が提案されている。
【０００４】
また、低価格化の手段として、特許文献２や特許文献３に記載の如く、部材の削減や部材コストの削減などによりこれを達成することが提案されている。
【０００５】
そこで、このような太陽電池において、本発明者らの検討によれば、特許文献１に記載のタンデム構造を形成するためには、各層毎に複数の異なる成膜装置を用いて、これらにて順次成膜を行う必要があり、製造コストが高騰する問題を抱えていた。また、特許文献１に具体的に例示は無いが、一般的なＣＶＤ装置を用いてこれらの成膜を行うと、各成膜装置間の移動の際に通過する移送装置やガス切替時に待機を余儀なくされるプロセスチャンバ内において、真空ポンプなどのシールオイル成分の逆拡散などにより有機物汚染が発生し、各膜の界面に汚染に起因する界面準位が発生することで発電効率が低下したりしてしまっていた。
【０００６】
また、材料のバンドギャップを制御するために、多数の有機金属ガスソースを要してしまい、これらの有機金属ガスソースの価格が太陽電池の価格を上昇させてしまっていた。これらのことによって、特許文献２や特許文献３に例示されるような部材の削減などを行っても太陽電池の価格を大幅に低減することが難しいという問題を生じてしまっていた。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−０８５７１８（特許３７２４２７２）
【特許文献２】特開２００２−１５１７０９
【特許文献３】特開平１０−３３９００７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の一技術的課題は、光電変換素子の光電変換効率を向上することができる光電変換素子とそれを用いた太陽電池とを提供することにある。
【０００９】
また、本発明のもう一つの技術的課題は、複数の成膜装置間を移送や待機を行うことなく、多層膜の成膜が可能となり、複数の膜同士の界面に有機物汚染等を与えないため、高品質の膜界面を形成することができこれにより光電変換効率の向上が可能となる光電変換素子の製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、上記課題を解決するためになされたものである。
【００１１】
本発明によれば、光到来側となる基板上に第１の光電変換積層部と前記第１の光電変換積層部上に形成された第２の光電変換積層部を備え、入射した光を電気エネルギに変換する光電変換素子において、前記第１の光電変換積層部はＳｉおよびＣを含み、前記第２の光電変換積層部は、Ｓｉ及びＣを含むか又は、Ｓｉ及びＧｅの内のいずれか一種を含み、光到来側に接近した前記第１の光電変換積層部の方が光到来側から離れた前記第２の光電変換積層部よりも光の吸収波長が短くなるように形成され、前記第１及び第２の光電変換積層部の夫々は、互いに同一の半導体材料で構成され、真性型半導体層の表裏面に、ｐ型及びｎ型半導体層を夫々備えた３層構造を有することを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００１３】
また、本発明によれば、前記光電変換素子において、前記第１の光電変換積層部のＳｉおよびＣの含有量は、０＜Ｃ／Ｓｉ＜１の関係を満たすことを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００１４】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子において、更に、前記第２の光電変換素子上に形成された第３の光電変換積層部を備え、前記第３の光電変換積層部はＳｉ、Ｇｅの一成分、およびＳｉとＣの２成分内のいずれかを含むことを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００１５】
また、本発明によれば、前記光電変換素子において、前記第２の光電変換積層部は、Ｓｉを含み、前記第３の光電変換積層部はＧｅを含んでいることを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００１６】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子において、前記第３の光電変換積層部は、第２の光電変換積層部よりも、吸収波長が長くなるように形成されていることを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００１７】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子において、Ｓｉ及びＣを含む前記光電変換積層部の内で、光到来側の光電変換積層部よりも更に離れて形成された光電変換積層部の方がＣ成分量が少なく形成されていることを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子において、前記基板は可視光線に対して透明な透明基板からなることを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００１９】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子において、前記光電変換積層部の３層構造は、同一種類の半導体材料からなることを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００２０】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子において、前記真性半導体層、ｐ型またはｎ型半導体層は、多結晶もしくは単結晶構造を備えていることを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００２１】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子において、前記光電変換積層部はタンデム構造を備えていることを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００２２】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子において、前記光電変換積層部のタンデム構造は、単一のプロセスチャンバにおいて成膜形成されてなることを特徴とする光電変換素子が得られる。
【００２３】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子において、前記第１の光電変換積層部はＳｉをＣに対して実質的に３．５：１の割合で含むことを特徴とする光電変換素子。
【００２４】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子において、前記光は太陽光であることを特徴とする太陽電池が得られる。
【００２５】
また、本発明によれば、プロセスガスとしてシランガスを用いたプラズマ処理によって、基板上に、Ｓｉ及びＣを調整された組成比で含む第１の光電変換積層部を備えた光電変換膜を形成することを含む光電変換素子の製造方法であって、前記シランガスは、モノシラン、メチルシラン、トリメチルシランの内の少なくとも一種からなり、前記各シランガスの混合割合によって、前記第１の光電変換積層部の前記Ｓｉ及びＣの組成比を調整するとともに、前記第１の光電変換積層部上に、更に、Ｓｉ及びＣを含むか又は、Ｓｉ及びＧｅの内のいずれか一種を含む第２の光電変換積層部を形成することを含み、前記第１及び第２の光電変換積層部の夫々を、互いに同一の半導体材料で、真性型半導体層の表裏面に、ｐ型及びｎ型半導体層を備えた３層構造を形成するとともに光到来側に接近した側の光電変換積層部の方が光到来側から離れたものの方よりも光の吸収波長が短くなるように形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法が得られる。
【００２８】
また、本発明によれば、前記光電変換素子の製造方法において、前記第１の光電変換積層部のＳｉおよびＣの含有量が、０＜Ｃ／Ｓｉ＜１の関係を満たすように形成することを特徴とする光電変換素子の製造方法が得られる。
【００２９】
また、本発明によれば、前記光電変換素子の製造方法において、前記真性型半導体層、前記ｐ型及びｎ型半導体層は多結晶もしくは単結晶構造を備えていることを特徴とする光電変換素子の製造方法が得られる。
【００３０】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子の製造方法において、前記第１および第２の光電変換積層部はタンデム構造をなすように単一のプロセスチャンバにおいて積層成膜されることを特徴とする光電変換素子の製造方法が得られる。
【００３１】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子の製造方法において、組成の互いに異なる光電変換積層部のプロセスガス切替時間は１０秒以内であることを特徴とする光電変換素子の製造方法が得られる。
【００３２】
また、本発明によれば、中に基板を配置するチャンバと、プロセスガスを前記チャンバ内に導入する導入管と、プラズマを発生するプラズマ発生器とを備え、前記プロセスガスとしてシランガスを用いたプラズマ処理によって前記基板上にＳｉ及びＣを調整された組成比で含む第１の光電変換積層部を形成し、更にその上にＳｉ及びＣを含むか又は、Ｓｉ及びＧｅの内のいずれか一種を含む第２の光電変換積層部を形成するとともに、前記第１及び第２の光電変換積層部として、真性半導体層の表裏面に、互いに同一の半導体材料からなるｐ型およびｎ型半導体層を備えた３層構造を夫々形成した光電変換膜を形成するためのプラズマ処理装置であって、前記シランガスは、モノシラン、メチルシラン、トリメチルシランの内の少なくとも一種からなり、前記各シランガスの混合割合によって、前記光電変換積層部のＳｉ及びＣの組成比を調整することで、前記光変換膜は、光到来側に接近した側の光電変換積層部の方が光到来側から離れたものの方よりも光の吸収波長が短くなるように形成されていることを特徴とする光電変換素子の製造装置が得られる。
【００３４】
また、本発明によれば、前記光電変換素子の製造装置において、前記第１の光電変換積層部をＳｉおよびＣの含有比率が０＜Ｃ／Ｓｉ＜１であるように形成することを特徴とする光電変換素子の製造装置が得られる。
【００３５】
また、本発明によれば、前記光電変換素子の製造装置において、前記３層構造の前記真性半導体層と前記ｐ型およびｎ型半導体層は、同一種類の半導体材料から形成することを特徴とする光電変換素子の製造装置が得られる。
【００３６】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子の製造装置において、前記光電変換膜は、更に、前記第２の光電変換素子上に形成された第３の光電変換積層部を備え、前記第３の光電変換積層部をＳｉ、Ｇｅの一成分、およびＳｉとＣの２成分内のいずれかを含むように形成することを特徴とする光電変換素子の製造装置が得られる。
【００３７】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子の製造装置において、前記半導体層は多結晶もしくは単結晶構造を備えていることを特徴とする光電変換素子の製造装置が得られる。
【００３８】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子の製造装置において、前記光電変換膜を前記光電変換積層部がタンデム構造をなすように単一のプロセスチャンバにおいて積層成膜することを特徴とする光電変換素子の製造装置が得られる。
【００３９】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子の製造装置において、組成の互いに異なる光電変換積層部のプロセスガス切替時間は１０秒以内であることを特徴とする光電変換素子の製造装置が得られる。
【００４０】
また、本発明によれば、前記いずれか一つの光電変換素子の製造装置において、前記プロセスガス導入管は、ガス流量制御器を備え、前記チャンバ内容積Ｖｃと前記チャンバと前記ガス流量制御器の間のガス導入管の内容積ＶＴとの関係が、ＶＴ／Ｖｃ＜１であることを特徴とする光電変換素子の製造装置が得られる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明の光電変換素子によれば、０．７ｅＶから２．２ｅＶの間の光を連続的に吸収することが可能となり、光電変換素子の光電変換効率を向上することが可能となる。
【００４４】
また、本発明の光電変換素子の製造方法および製造装置によれば、複数の成膜装置間を移送や待機を行うことなく、多層膜の成膜が可能となり、複数の膜同士の界面に有機物汚染等を与えないため、高品質の膜界面を形成することができこれにより光電変換効率の向上が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４５】
本発明について、さらに詳細に説明する。本発明の光電変換気素子は、次の構成を有する。
【００４６】
光電変換素子は、基板上に所定の光電変換積層部を備え、入射した光、例えば、太陽光などを電気エネルギに変換する光電変換膜を形成したものである。この光変換素子において、前記所定の光電変換積層部はＳｉおよびＣを含む構成である。
【００４７】
また、前記所定の光電変換積層部上に第２の光電変換積層部を備えていても良い。この第２の光電変換積層部は、Ｓｉ及びＣを含むものであることが好ましい。
【００４８】
更に、前記第２の光電変換素子上に第３の光電変換積層部を備えていても良い。
【００４９】
前記第３の光電変換積層部はＳｉ、Ｇｅの一成分、およびＳｉとＣの２成分内のいずれかを含むものであることが好ましい。
【００５０】
前述したＳｉ及びＣを含む前記光電変換積層部の内で、光到来側の光電変換積層部よりも更に離れて形成された光電変換積層部の方がＣ成分量が少なく形成されていても良い。これらの光電変換部において、上記光電変換積層部におけるＳｉおよびＣの含有比率が０＜Ｃ／Ｓｉ＜１である層を少なくとも１層有することが好ましい。
【００５１】
さらに、上記光電変換積層部の内、光到来側に接近した側の光電変換積層部の方が光到来側から離れたものの方よりも吸収波長が長くなるよう形成されていることが好ましい。
【００５２】
また、前記所定の光電変換部上には、第２の光電変換積層部を備え、前記第２の光電変換積層部は、Ｓｉ及びＧｅの内のいずれか一種を含むことも好ましい。
【００５３】
前記第２の光電変換積層部は、Ｓｉを含み、更に、前記第２の光電変換積層部上に形成された第３の光電変換積層部を備え、前記第３の光電変換積層部はＧｅを含んでいることが好ましい。
【００５４】
さらに、前記第１の光電積層部において光到来側に隣接した光電変換積層部は、光到来側から離れて形成された光電変換積層部よりも、吸収波長が長くなるように形成されていることが好ましい。
【００５５】
また、いずれか１つにおいて、前記基板は可視光線に対して透明な透明基板からなることが好ましい。
【００５６】
さらに、前記光電変換積層部は、真性型半導体層の表裏面にｐ型及びｎ型半導体層を備えた３層構造を有することが好ましい。この前記半導体層は多結晶であっても、単結晶構造であってもよい。
【００５７】
また、前記光電変換膜は前記光電変換積層部のタンデム構造を備えていることが好ましい。この光電変換積層部のタンデム構造は、単一のプロセスチャンバにおいて成膜形成されてなることが好ましい。
【００５８】
さらに本発明において上記構造を形成するための製造方法として、以下の構成を有する。
【００５９】
まず、プロセスガスとしてシランガスを用いたプラズマ処理によって、基板上に、Ｓｉ及びＣを含む光電変換積層部を備えた光電変換膜を形成する。このシランガスは、モノシラン、メチルシラン、トリメチルシランの内の少なくとも一種からなり、前記各シランガスの混合割合によって、前記光電変換積層部のＳｉ及びＣの組成比を調整することが好ましい。
【００６０】
更に、Ｓｉ及びＧｅを夫々含む光電変換積層部の内の少なくとも一方を形成してもよい。前記光電変換積層部として、真性型半導体層の表裏面にｐ型及びｎ型半導体層を備えた３層構造を形成することが好ましい。この半導体層は多結晶構造であっても単結晶構造であっても良い。前記光電変換膜を前記光電変換積層部のタンデム構造に単一のプロセスチャンバにおいて積層成膜することが好ましい。
【００６１】
また、前記したいずれか１つの光電変換素子の製造装置において、組成の互いに異なる光電変換積層部のプロセスガス切替時間は１０秒以内であることが好ましい。
【００６２】
また、本発明の光電変換気素子の製造装置は、中に基板を配置するチャンバと、プロセスガスを前記チャンバ内に導入する導入管と、プラズマを発生するプラズマ発生器とを備えたプラズマ処理装置において、前記プロセスガスとしてシランガスを用いたプラズマ処理によって前記基板上にＳｉ及びＣを含む光電変換積層部を備えた光電変換膜を形成する構成である。使用されるシランガスは、モノシラン、メチルシラン、トリメチルシランの内の少なくとも一種からなり、前記各シランガスの混合割合によって、前記光電変換積層部のＳｉ及びＣの組成比を調整することができる。
【００６３】
更に、Ｓｉ及びＧｅを夫々含む光電変換積層部の内の少なくとも一方を形成することが好ましい。
【００６４】
さらに本発明の製造装置において、以下の構成を形成する。
【００６５】
前記光電変換積層部として、真性半導体層の表裏面にｐ型およびｎ型半導体層を備えた３層構造を形成する。この半導体層は多結晶構造であっても、単結晶構造であっても良い。
【００６６】
前記光電変換膜を前記光電変換積層部のタンデム構造に単一のプロセスチャンバにおいて積層成膜すること。
【００６７】
組成の互いに異なる光電変換積層部のプロセスガス切替時間は１０秒以内であることが好ましい。前記プロセスガス導入管は、ガス流量制御器を備え、前記チャンバ内容積Ｖｃと前記チャンバと前記ガス流量制御器の間のガス導入管の内容積ＶＴとの関係が、ＶＴ／Ｖｃ＜０．１であることが好ましい。
【００６８】
次に、上記した、本発明の光電変換素子の構造を更に、図を用いて詳しく説明する。
【００６９】
図１は本発明の光電変換素子の断面構造の一例を示す概略図である。図１を参照すると、透明電極１２の付いた透明基板１１上の透明電極１２側に複数の光電変換積層部１，２，３を積層したタンデム構造となっており、透明基板１２側から光が到来する（光到来方向）。それぞれの光電変換積層部１，２，３は、光到来方向側から、ｐ型、真性型、ｎ型を基本単位として単独もしくは複数層積層されてなる。真性型領域は、製造時に意図的に電荷を生み出す不純物を導入していない領域として定義される。
【００７０】
図１では、３つの異なる光電変換積層部１，２，３を積層した状態として示しているが、本発明の効果を生み出す範囲で、さらにそれぞれの光電変換積層部の組成を変更し、多段に積層してもよい。
【００７１】
図１はタンデム構造として代表的な積層構造を示しているが、各光電変換積層部１，２，３の間に公知の中間層や透明電極層を導入しても良い。
【００７２】
光到来方向側の光電変換積層部１は、吸収波長が短いことが好ましく、逆に光到来方向から遠ざかるにつれ吸収波長が長くなることが好ましい。このような形態として、光到来方向側に位置する光電変換積層部１は、ＳｉおよびＣを少なくとも含むことが好ましい。光電変換積層部に含まれるＳｉおよびＣの比率は、０＜Ｃ／Ｓｉ＜１が好ましい。ＳｉおよびＣを含む光電変換積層部を複数積層する場合には、光到来方向から遠ざかるにつれ、順次Ｃ／Ｓｉの大きさが小さくなるように成膜することが好ましい。このように配置された光電変換積層部の光到来方向側から遠い側に第２の光電変換積層部２を構成する。
【００７３】
第２の光電変換積層部２は、Ｓｉを含むことが好ましく、単結晶もしくは多結晶Ｓｉ、もしくは結晶Ｓｉあるいは多結晶Ｓｉと非晶質Ｓｉの混合物であることが好ましい。第３の光電変換積層部はＧｅを含むことが好ましく、ＳｉとＧｅを０＜Ｇｅ／Ｓｉ＜１の割合もしくはＧｅ単独で構成することが好ましい。
【００７４】
図２は、Ｇｅ，Ｓｉ、ＳｉＣ（Ｃ／Ｓｉ＝１）の組成比率とバンドギャップの関係を示した特性図であり、上述の構成をとることで、０．７ｅＶから２．２ｅＶの間の光を連続的に吸収することが可能となり、光電変換素子の光電変換効率を向上することが可能となる。
【００７５】
このような構造と組成を有する光電変換素子の製造装置について次に説明する。
【００７６】
図３は本発明の光電変換素子の光電変換膜の成膜を行う製造装置の構成の一例を示す図である。
【００７７】
図３を参照すると、プロセスチャンバ２１と、プロセスチャンバ２１に接続されたガス供給配管２２ａ，２２ｂ，２２ｃと、ガス供給配管２２ａ，２２ｂ，２２ｃに接続された流量制御器およびバルブ２３ａ，２３ｂと、プロセスチャンバに接続され不用なガスを排気する排気ポンプ２４とからなる。反応に必要なエネルギを供給するプラズマ源などは図示していない。流量制御器とバルブ２３ａ，２３ｂにはプログラム制御を外部から行えるようにプログラム制御器２５が接続されている。排気ポンプには排気側からのオイル成分などの不純物の逆拡散を抑制するためにパージガス２６が導入されている。このような構成にすることで、従来ガスの切替時にオーバーフローなどによる圧力変動や流量変動が生じていたガス切替機構を制御することが可能となり、短時間のガス切替が可能となっている。さらに、パージポートに流すガス流量をプログラム制御で流量制御器ＦＣと連動させ変化させても良い。チャンバ内表面に不用な膜が堆積しないように壁面温度を上昇させる機構を導入することが好ましい。
【００７８】
このような構成にすることで、ガス切替時間を短縮し、不用膜の堆積を抑制できることから、同一のチャンバで異なる複数の膜を成膜することが可能となる。
【００７９】
図４（ｂ）は、この構成でガス切替を行った場合の切替特性を示す特性図である。比較として、従来のプログラム制御を行っていないガス流量制御器ＦＣを用いた場合の特性も同図（ａ）に示す。
【００８０】
図４（ａ）に示すように、従来構成の場合には、ガス流量静定までの時間に２５秒程度を要していたが、図４（ｂ）に示すように、本発明の装置構成を用いることで、１０秒以内で静定が完了していることが示されている。
【００８１】
複数の成膜装置間を移送や待機を行うことなく、多層膜の成膜が可能となり、複数の膜同士の界面に有機物汚染等を与えないため、高品質の膜界面を形成することができこれにより光電変換効率の向上が可能となる。
【実施例】
【００８２】
以下に、本発明の実施例について説明する。
【００８３】
（実施例１）
まず、公知の洗浄方法により洗浄ガラス基板（コーニング社製１７３７番）に、スパッタ法によりＩＴＯ膜を成膜した。次に、この基板を内容積が２０Ｌで、プロセスガス流量制御器からプロセスチャンバまでの距離が５ｍの１／４インチステンレス配管が接続されたプロセスチャンバに導入し、アルゴンプラズマで表面クリーニングを行った後、トリメチルシランとシランおよびアルゴンの混合ガスに切り替えて４０秒で０．１μｍの厚さにｐ型Ｓｉ３．５Ｃを、不純物ガスを止めて１２０秒で０．３μｍ厚の真性型Ｓｉ３．５Ｃを、さらにｎ型不純物ガスを加えて４０秒で０．１μｍ厚のｎ型Ｓｉ３．５Ｃを３００℃の基板温度でそれぞれ成膜した。各導電型のドーピング用プロセスガスとして、ｐ型にはＢ２Ｈ６、ｎ型にはＰＨ３を用いた。次に同一のチャンバでガスをＡｒとシランの混合ガスに切替を行い、４０秒で０．１μｍの厚さにｐ型シリコンを、不純物ガスを止めて４００秒で１．０μｍの厚さに真性型シリコンを、ｎ型不純物ガスを加えて４０秒で０．１μｍ厚のｎ型シリコンをそれぞれ成膜した。ドーピング用プロセスガスは前述のものを用いた。このときのガス切替時間はそれぞれ１秒であった。次に同一のチャンバでガスをアルゴンおよびモノゲルマンの混合ガスに切り替え、ｐ型不純物ガスを加えて４０秒で０．１μｍ厚のｐ型Ｇｅを、不純物ガスを止めて６００秒で１．５μｍ厚の真性型Ｇｅ、ｎ型不純物ガスを加えて４０秒で０．１μｍ厚のｎ型Ｇｅをそれぞれ成膜した。ドーピング用プロセスガスは前述のものを用いた。このときのガス切り替え時間はそれぞれ１秒であった。各プロセスにおいて、プラズマ源として、２．４５ＧＨｚのマイクロ波を用い、平面型スロットアンテナを用いてチャンバ内にマイクロ波を導入した。プロセスガスはシャワープレートを用いて、基板表面に均一に照射されるように供給した。チャンバ壁面温度は、反応副生成物が堆積しない温度として１５０℃とした。
【００８４】
次に、減圧移送装置を用いて、スパッタ装置に基板を移送し、アルミニウム電極を成膜した。減圧移送装置の移送圧力は１００Ｔｏｒｒとし、装置内およびポンプ内に不活性ガスとしてＮ２を流通させることにより、成膜表面の有機物汚染を抑制した。スパッタ装置内に導入しスパッタ開始前にキセノンプラズマ照射によりクリーニングを行った。キセノンを用いることで、イオン衝撃によるダメージを抑制することができる。
【００８５】
このようにして図５に示す光電変換積層部を構成した後、公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングをすることによって、正極および負極を取り出した。その後、この基板をＣＶＤチャンバに導入し、Ｓｉ３Ｎ４を保護膜として成膜した。保護膜を公知のフォトリソグラフィ法によりパターニングし、電極を取り出した。
【００８６】
このようにして作成された光電変換素子の発電効率を太陽光を用いて測定したところ、２０％の値を得た。同様の構成で、従来のプロセスチャンバを用いて作成した光電変換素子の発電効率は１３％であった。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
以上の説明の通り、本発明に係る光電変換素子は、光センサ、太陽光発電、太陽電池等に適用される。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の光電変換素子の断面構造の一例を示す概略図である。
【図２】図２は、Ｇｅ，Ｓｉ、ＳｉＣ（Ｃ／Ｓｉ＝１）の組成比率とバンドギャップの関係を示した特性図である。
【図３】本発明の光電変換素子の光電変換膜の成膜を行う製造装置の構成の一例を示す図である。
【図４】（ａ）は、比較として、従来のプログラム制御を行っていないガス流量制御器ＦＣを用いた場合の特性を示す図、（ｂ）は、この構成でガス切替を行った場合の切替特性を示す特性図である。
【図５】本発明の実施例１に係る光電気変換素子の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１    第１の光電変換積層部
２    第２の光電変換積層部
３    第３の光電変換積層部
１０    光電変換素子
１１    透明基板
１２    透明電極
１３    電極
２０    光電変換素子の製造装置
２１    プロセスチャンバ
２２ａ，２２ｂ，２２ｃ  ガス供給配管
２３ａ，２３ｂ    流量制御器及び弁
２４    排気ポンプ
２５    プログラム制御器
２６    パージガス
【図１】
0005239003.tif 000002
【図２】
0005239003.tif 000003
【図３】
0005239003.tif 000004
【図４】
0005239003.tif 000005
【図５】
0005239003.tif 000006