(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を電気に変換する半導体と異なる材料からなる基板と、
前記基板上に形成され、第１の導電型を有する第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成され、光を電気に変換する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成され、前記第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第３の半導体層とを備え、
前記第２の半導体層は、非晶質相と結晶相と光吸収量を増加させる物質とを含む、光起電力素子。
【請求項２】
前記第２の半導体層は、
前記非晶質相からなる複数の第４の半導体層と、
前記結晶相からなる複数の第５の半導体層と、
前記複数の第４の半導体層の少なくとも１つの第４の半導体層中に形成され、各々がナノサイズの結晶粒からなるｎ（ｎは正の整数）個の第６の半導体層と、
前記ｎ個の第６の半導体層の少なくとも１つに結合され、各々が所定の範囲の波長を有する光を吸収するｍ（ｍは正の整数）個の光吸収物質とを含む、請求項１に記載の光起電力素子。
【請求項３】
前記複数の第４の半導体層の各々は、ポーラス状の非晶質相からなる、請求項２に記載の光起電力素子。
【請求項４】
前記第２の半導体層は、
前記非晶質相からなる複数の第４の半導体層と、
前記結晶相からなる複数の第５の半導体層と、
前記複数の第５の半導体層の少なくとも１つの周囲に配置され、各々がナノサイズの結晶粒からなるｎ（ｎは正の整数）個の第６の半導体層と、
前記ｎ個の第６の半導体層の少なくとも１つに結合され、各々が所定の範囲の波長を有する光を吸収するｍ（ｍは正の整数）個の光吸収物質とを含む、請求項１に記載の光起電力素子。
【請求項５】
前記ｍ個の光吸収物質の各々は、金属錯体または有機色素分子からなる、請求項２から請求項４のいずれか１項に記載の光起電力素子。
【請求項６】
前記複数の第５の半導体層の各々は、一方端が前記第１および第３の半導体層のいずれか一方に接し、かつ、他方端が前記第１および第３の半導体層のいずれか他方に接して形成され、前記第１の半導体層から前記第３の半導体層へ向かう方向へ延伸した柱状構造からなる、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の光起電力素子。
【請求項７】
光を電気に変換する半導体と異なる材料からなる基板の上に第１の導電型を有する第１の半導体層を形成する第１のステップと、
光を電気に変換し、非晶質相と結晶相と光吸収量を増加させる物質とを含む第２の半導体層を前記第１の半導体層上に形成する第２のステップと、
前記第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第３の半導体層を前記第２の半導体層上に形成する第３のステップとを備える光起電力素子の製造方法。
【請求項８】
前記第２の半導体層は、
前記非晶質相からなる複数の第４の半導体層と、
前記結晶相からなる複数の第５の半導体層と、
前記複数の第４の半導体層の少なくとも１つの第４の半導体層中に形成され、各々がナノサイズの結晶粒からなるｎ（ｎは正の整数）個の第６の半導体層と、
前記ｎ個の第６の半導体層の少なくとも１つに結合され、各々が所定の範囲の波長を有する光を吸収するｍ（ｍは正の整数）個の光吸収物質とを含み、
前記光起電力素子の製造方法の前記第２のステップは、
前記第１の半導体層上に複数の結晶核を形成する第１のサブステップと、
前記複数の第４の半導体層が前記複数の結晶核上に形成されるように前記複数の第４の半導体層、前記複数の第５の半導体層および前記ｎ個の第６の半導体層を形成する第２のサブステップと、
前記ｍ個の光吸収物質を形成する第３のサブステップとを含む、請求項７に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項９】
前記第２のサブステップは、
前記非結晶相が形成される条件で前記第４および第５の半導体層を堆積するステップＡと、
前記第６の半導体層を堆積するステップＢと、
前記ステップＡおよび前記ステップＢとを所定回数だけ繰り返し実行するステップＣとを含む、請求項８に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１０】
前記第２の半導体層は、
前記非晶質相からなる複数の第４の半導体層と、
前記結晶相からなる複数の第５の半導体層と、
前記複数の第４の半導体層の少なくとも１つの第４の半導体層中に形成され、各々がナノサイズの結晶粒からなるｎ（ｎは正の整数）個の第６の半導体層と、
前記ｎ個の第６の半導体層の少なくとも１つに結合され、各々が所定の範囲の波長を有する光を吸収するｍ（ｍは正の整数）個の光吸収物質とを含み、
前記光起電力素子の製造方法の前記第２のステップは、
前記第１の半導体層上に複数の結晶核を形成する第１のサブステップと、
前記複数の第４の半導体層が前記複数の結晶核上に形成されるように前記複数の第４の半導体層および前記複数の第５の半導体層を形成する第２のサブステップと、
前記複数の第４の半導体層をポーラス化する第３のサブステップと、
前記ポーラス化された前記第４の半導体層中に前記ｍ個の光吸収物質を形成する第４のサブステップとを含む、請求項７に記載の光起電力素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光起電力素子およびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、量子ドットを発電層に含む太陽電池が知られている（特許文献１）。この太陽電池は、基板上に形成されたｐｉｎ構造からなる。そして、ｐ層は、不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３であるｐ型ＧａＡｓからなる。ｉ層は、ＧａＡｓの母体材料と、ＧａＳｂからなる量子ドットとを含む。ｎ層は、不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３であるｎ型ＧａＡｓからなる。基板は、不純物濃度が１×１０１８ｃｍ−３であるｎ型ＧａＡｓからなる。
【０００３】
この太陽電池は、基板上にＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ  Ｂｅａｍ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法によってｎ型ＧａＡｓ、ＧａＡｓ／ＧａＳｂおよびｐ型ＧａＡｓを順次積層することによって作成される。
【０００４】
この太陽電池は、ｐ型ＧａＡｓ側から太陽光を受け、ｉ層を構成する母体材料（ＧａＡｓ）およびｉ層中に形成された量子ドット（ＧａＳｂ）によって光を吸収して電子−正孔対を生成する。
【０００５】
ＧａＳｂのエネルギーバンドギャップは、ＧａＡｓのエネルギーバンドギャップよりも小さいので、ＧａＳｂからなる量子ドットは、ＧａＡｓでは吸収できない長波長側の光を吸収して電子−正孔対を生成する。
【０００６】
したがって、この太陽電池は、ｉ層がＧａＡｓからなる場合よりも多くの光を吸収でき、変換効率が向上する。
【特許文献１】特開２００６−１１４８１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載された太陽電池は、ＭＢＥ法を用いて半導体基板上に形成されるため、製造コストを低減し難いという問題がある。
【０００８】
また、特許文献１に記載された太陽電池のｉ層は、１〜２．５μｍの膜厚を有するため、太陽光を十分に吸収できず、変換効率が低いという問題がある。
【０００９】
そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、低コストが容易な光起電力素子を提供することである。
【００１０】
また、この発明の別の目的は、変換効率を向上可能な光起電力素子を提供することである。
【００１１】
さらに、この発明の別の目的は、低コストが容易な光起電力素子の製造方法を提供することである。
【００１２】
さらに、この発明の別の目的は、変換効率を向上可能な光起電力素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明によれば、光起電力素子は、基板と、第１の半導体層と、第２の半導体層と、第３の半導体層とを備える。基板は、光を電気に変換する半導体と異なる材料からなる。第１の半導体層は、基板上に形成され、第１の導電型を有する。第２の半導体層は、第１の半導体層上に形成され、光を電気に変換する。第３の半導体層は、第２の半導体層上に形成され、第１の導電型と異なる第２の導電型を有する。そして、第２の半導体層は、非晶質相と結晶相と光吸収量を増加させる物質とを含む。
【００１４】
好ましくは、第２の半導体層は、複数の第４の半導体層と、複数の第５の半導体層と、ｎ（ｎは正の整数）個の第６の半導体層と、ｍ（ｍは正の整数）個の光吸収物質とを含む。複数の第４の半導体層は、非晶質相からなる。複数の第５の半導体層は、結晶相からなる。ｎ個の第６の半導体層は、複数の第４の半導体層の少なくとも１つの第４の半導体層中に形成され、各々がナノサイズの結晶粒からなる。ｍ個の光吸収物質は、ｎ個の第６の半導体層の少なくとも１つに結合され、各々が所定の範囲の波長を有する光を吸収する。
【００１５】
好ましくは、複数の第４の半導体層の各々は、ポーラス状の非晶質相からなる。
【００１６】
好ましくは、第２の半導体層は、複数の第４の半導体層と、複数の第５の半導体層と、ｎ（ｎは正の整数）個の第６の半導体層と、ｍ（ｍは正の整数）個の光吸収物質とを含む。複数の第４の半導体層は、非晶質相からなる。複数の第５の半導体層は、結晶相からなる。ｎ個の第６の半導体層は、複数の第５の半導体層の少なくとも１つの周囲に配置され、各々がナノサイズの結晶粒からなる。ｍ個の光吸収物質は、ｎ個の第６の半導体層の少なくとも１つに結合され、各々が所定の範囲の波長を有する光を吸収する。
【００１７】
好ましくは、ｍ個の光吸収物質の各々は、金属錯体または有機色素分子からなる。
【００１８】
好ましくは、複数の第５の半導体層の各々は、一方端が第１および第３の半導体層のいずれか一方に接し、かつ、他方端が第１および第３の半導体層のいずれか他方に接して形成され、第１の半導体層から第３の半導体層へ向かう方向へ延伸した柱状構造からなる。
【００１９】
また、この発明によれば、光起電力素子の製造方法は、光を電気に変換する半導体と異なる材料からなる基板の上に第１の導電型を有する第１の半導体層を形成する第１のステップと、光を電気に変換し、非晶質相と結晶相と光吸収量を増加させる物質とを含む第２の半導体層を第１の半導体層上に形成する第２のステップと、第１の導電型と異なる第２の導電型を有する第３の半導体層を第２の半導体層上に形成する第３のステップとを備える。
【００２０】
好ましくは、第２の半導体層は、複数の第４の半導体層と、複数の第５の半導体層と、ｎ（ｎは正の整数）個の第６の半導体層と、ｍ（ｍは正の整数）個の光吸収物質とを含む。複数の第４の半導体層は、非晶質相からなる。複数の第５の半導体層は、結晶相からなる。ｎ個の第６の半導体層は、複数の第４の半導体層の少なくとも１つの第４の半導体層中に形成され、各々がナノサイズの結晶粒からなる。ｍ個の光吸収物質は、ｎ個の第６の半導体層の少なくとも１つに結合され、各々が所定の範囲の波長を有する光を吸収する。そして、光起電力素子の製造方法の第２のステップは、第１の半導体層上に複数の結晶核を形成する第１のサブステップと、複数の第４の半導体層が複数の結晶核上に形成されるように複数の第４の半導体層、複数の第５の半導体層およびｎ個の第６の半導体層を形成する第２のサブステップと、ｍ個の光吸収物質を形成する第３のサブステップとを含む。
【００２１】
好ましくは、第２のサブステップは、非結晶相が形成される条件で第４および第５の半導体層を堆積するステップＡと、第６の半導体層を堆積するステップＢと、ステップＡおよびステップＢとを所定回数だけ繰り返し実行するステップＣとを含む。
【００２２】
好ましくは、第２の半導体層は、複数の第４の半導体層と、複数の第５の半導体層と、ｎ（ｎは正の整数）個の第６の半導体層と、ｍ（ｍは正の整数）個の光吸収物質とを含む。複数の第４の半導体層は、非晶質相からなる。複数の第５の半導体層は、結晶相からなる。ｎ個の第６の半導体層は、複数の第４の半導体層の少なくとも１つの第４の半導体層中に形成され、各々がナノサイズの結晶粒からなる。ｍ個の光吸収物質は、ｎ個の第６の半導体層の少なくとも１つに結合され、各々が所定の範囲の波長を有する光を吸収する。そして、光起電力素子の製造方法の第２のステップは、第１の半導体層上に複数の結晶核を形成する第１のサブステップと、複数の第４の半導体層が複数の結晶核上に形成されるように複数の第４の半導体層および複数の第５の半導体層を形成する第２のサブステップと、複数の第４の半導体層をポーラス化する第３のサブステップと、ポーラス化された第４の半導体層中にｍ個の光吸収物質を形成する第４のサブステップとを含む。
【発明の効果】
【００２３】
この発明においては、光起電力素子は、光を電気に変換する半導体と異なる材料からなる基板の上に第１から第３の半導体層が形成された構造からなる。そして、光を電気に変換する第２の半導体層は、非晶質相と結晶相と光吸収量を増加させる構造物とを含む。
【００２４】
したがって、この発明によれば、光起電力素子の製造コストを低減できる。
【００２５】
また、光を電気に変換する第２の半導体層は、非晶質相と結晶相と光吸収量を増加させる構造物とを含むので、より多くの入射光を吸収して電子および正孔を生成し、その光生成された電子および正孔の輸送特性が改善される。
【００２６】
したがって、この発明によれば、光起電力素子の変換効率を向上できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２８】
［実施の形態１］
図１は、この発明の実施の形態１による光起電力素子の概略断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態１による光起電力素子１０は、絶縁基板１と、透明導電膜２と、ｐ層３と、ｉ層４と、ｎ層５と、電極６とを備える。
【００２９】
透明導電膜２は、絶縁基板１の一主面に形成される。ｐ層３は、透明導電膜２に接して形成される。ｉ層４は、ｐ層３に接して形成される。ｎ層５は、ｉ層４に接して形成される。電極６は、ｎ層５に接して形成される。
【００３０】
絶縁基板１は、たとえば、ガラスからなる。透明導電膜２は、たとえば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）からなり、５００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の膜厚を有する。ｐ層３は、たとえば、ｐ型水素化アモルファスシリコン（ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなり、１０ｎｍの膜厚を有する。
【００３１】
ｉ層４は、３００ｎｍ〜１０００ｎｍの膜厚を有し、複数の非晶質薄膜４１と、複数の結晶薄膜４２とからなる。そして、複数の非晶質薄膜４１および複数の結晶薄膜４２は、非晶質薄膜４１および結晶薄膜４２が相互に接するようにｐ層３からｎ層５へ向かう方向に積層される。
【００３２】
非晶質薄膜４１は、たとえば、２〜１０ｎｍの範囲の膜厚を有し、ナノサイズの結晶粒４１１と光吸収物質４１２とをｉ型水素化アモルファスシリコン（ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）中に含む構造からなる。そして、光吸収物質４１２は、金属錯体または有機色素分子からなり、結晶粒４１１に結合される。金属錯体の具体例は、Ｍｇ−フタロシアニンまたはＲｕ−ターピリジンであり、有機色素分子の具体例は、メロシアニンである。
【００３３】
結晶粒４１１は、ナノサイズを有するので、非晶質薄膜４１は、ナノサイズ効果によって結晶粒４１１中のフォノンとａ−Ｓｉ：Ｈ中のフォノンとのエネルギー差に相当するエネルギーを有する光を吸収して発電に寄与する。また、光吸収物質４１２は、ａ−Ｓｉ：Ｈ中の禁制帯中に準位を有し、非晶質薄膜４１を構成するａ−Ｓｉ：Ｈでは吸収できない波長の光（たとえば、約７３０ｎｍから約８００ｎｍの範囲の波長を有する光）を吸収し、発電に寄与する電子および正孔を生成する。つまり、非晶質薄膜４１は、ａ−Ｓｉ：Ｈでは吸収できない波長の光を吸収して発電に寄与する。したがって、結晶粒４１１および光吸収物質４１２は、光吸収量を増加させる物質である。
【００３４】
結晶薄膜４２は、ｉ型の多結晶Ｓｉ（ｉ型ｐｏｌｙ−Ｓｉ）からなり、２〜１０ｎｍの範囲の膜厚を有する。
【００３５】
ｎ層５は、ｎ型水素化アモルファスシリコン（ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなり、２０ｎｍの膜厚を有する。電極６は、たとえば、アルミニウム（Ａｌ）からなる。
【００３６】
光起電力素子１０は、ｐ層３側から光Ｌｇｔを受け、その受けた光Ｌｇｔを電気に変換する。
【００３７】
図２は、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の概略断面図である。図２を参照して、プラズマＣＶＤ装置１００は、反応室１１０と、搬送室１２０と、アンテナ１３０，１４０と、ガス供給管１５０，１６０と、支持台１７０と、アーム１８０と、ヒーター１９０と、高周波電源２００とを備える。
【００３８】
反応室１１０は、中空の円筒形状を有し、内直径が４５０ｍｍφである。そして、反応室１１０は、側壁１１０Ａに排気管１１１を有する。また、反応室１１０は、支持台１７０が通過可能な孔（図示せず）を底面１１０Ｂに有する。排気管１１１は、一方端が反応室１１０に接続され、他方端が排気装置（図示せず）に接続されている。排気装置は、ターボ分子ポンプおよびロータリーポンプ等からなる。
【００３９】
搬送室１２０は、中空の円筒形状を有し、反応室１１０の底面１１０Ｂに接して配置されている。そして、搬送室１２０は、開閉扉１２１を側壁１２０Ａに有する。
【００４０】
アンテナ１３０，１４０は、反応室１１０の上面１１０Ｃを貫通し、一方端が反応室１１０の上面１１０Ｃに接するように反応室１１０に固定されている。そして、反応室１１０内に配置されたアンテナ１３０，１４０の一部分は、略円弧状に湾曲されている。
【００４１】
ガス供給管１５０，１６０は、直径が１／４インチφの配管からなり、一方端が反応室１１０の上面１１０Ｃに接続され、他方端がガスボンベ（図示せず）に接続されている。
【００４２】
支持台１７０は、略円盤形状を有し、アーム１８０の一方端に固定されている。そして、支持台１７０の底面が反応室１１０の底面１１０Ｂに接している場合、反応室１１０の上面１１０Ｃと支持台１７０との間隔は、４００ｍｍである。
【００４３】
アーム１８０は、搬送室１２０内に配置されている。ヒーター１９０は、支持台１７０の内部に配置されている。高周波電源２００は、アンテナ１３０，１４０に接続されている。
【００４４】
排気管１１１は、反応室１１０内のガスを排気する。開閉扉１２１は、プラズマＣＶＤ装置１００の操作者によって開閉される。
【００４５】
ガス供給管１５０，１６０は、ガスボンベから原料ガスを反応室１１０内に供給する。より具体的には、ガス供給管１５０，１６０は、ｐ層３が形成される場合、シラン（ＳｉＨ４）ガス、水素（Ｈ２）ガスおよびＨ２ガスによって希釈された５％ジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスをガスボンベから反応室１１０内へ供給する。また、ガス供給管１５０，１６０は、ｉ層４が形成される場合、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスをガスボンベから反応室１１０内へ供給する。さらに、ガス供給管１５０，１６０は、ｎ層５が形成される場合、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスおよびＨ２ガスによって希釈された５％ホスフィン（ＰＨ３）ガスをガスボンベから反応室１１０内へ供給する。
【００４６】
支持台１７０は、試料３００を支持する。アーム１８０は、反応室１１０の底面１１０Ｂと搬送室１２０の底面１２０との間で支持台１７０を上下方向ＤＲ１に移動させる。ヒーター１９０は、試料３００を加熱する。高周波電源２００は、１３．５６ＭＨｚの高周波電力をアンテナ１３０，１４０に印加する。
【００４７】
図３は、図２に示すＡ方向から見たプラズマＣＶＤ装置１００の平面図である。図３を参照して、アンテナ１３０，１４０およびガス供給管１５０，１６０は、アンテナ１３０，１４０間を結ぶ線分がガス供給管１５０，１６０間を結ぶ線分と直交するように配置される。そして、アンテナ１３０，１４０およびガス供給管１５０，１６０は、反応室１１０の側壁１１０Ａから距離Ｌ１の位置に配置される。この場合、距離Ｌ１は、１００〜２００ｍｍに設定される。
【００４８】
また、アンテナ１３０，１４０とガス供給管１５０，１６０との間隔Ｌ２は、１００ｍｍ以上に設定される。
【００４９】
アンテナ１３０，１４０は、図３に示す平面図において、１００ｍｍの長さを有する。したがって、アンテナ１３０，１４０は、反応室１１０内においては、直径１００ｍｍの円に沿って湾曲されている。
【００５０】
プラズマＣＶＤ装置１００においては、高周波電源２００が高周波電力をアンテナ１３０，１４０に印加することによって高周波電流がアンテナ１３０，１４０に流れ、その流れた高周波電流によってアンテナ１３０，１４０の軸の周囲に高周波磁場が発生し、さらに、その発生した高周波磁場によって高周波電場が発生する。そうすると、高周波磁場および高周波電場によってプラズマがアンテナ１３０，１４０の周囲で発生する。
【００５１】
このように、プラズマＣＶＤ装置１００においては、高周波電流が湾曲されたアンテナ１３０，１４０に流れることによって、高周波磁場および高周波電場が誘起され、その誘起された高周波磁場および高周波電場によってプラズマが発生するので、プラズマＣＶＤ装置１００は、誘導結合型のプラズマ（ＩＣＰ：Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）ＣＶＤ装置である。
【００５２】
プラズマＣＶＤ装置１００を用いて薄膜を形成する動作について説明する。薄膜を形成する動作が開始されると、支持台１７０の底面が搬送室１２０の底面１２０Ｂに接するようにアーム１８０が下方向へ移動し、開閉扉１２１が開けられる。そして、試料３００が開閉扉１２１を介して支持台１７０上に設置され、開閉扉１２１が閉じられる。
【００５３】
その後、支持台１７０の底面が反応室１１０の底面１１０Ｂに接するようにアーム１８０が上方向へ移動する。そして、排気管１１１を介して反応室１１０内の真空引が行なわれる。また、ヒーター１９０は、試料３００を所定の温度に加熱する。
【００５４】
そうすると、ガス供給管１５０，１６０は、ＳｉＨ４ガス等をガスボンベから反応室１１０内に供給する。これによって、反応室１１０内の圧力は、所定の圧力に設定される。そして、高周波電源２００は、所定の高周波電力をアンテナ１３０，１４０に印加する。これによって、プラズマがアンテナ１３０，１４０の周囲で発生し、薄膜が試料３００上に堆積される。
【００５５】
図４および図５は、それぞれ、図１に示す光起電力素子１０の製造工程を示す第１および第２の工程図である。光起電力素子１０の製造が開始されると、透明導電膜２が形成された絶縁基板１は、洗浄され、プラズマＣＶＤ装置１００の支持台１７０上に設置される（図４の（ａ）参照）。
【００５６】
そして、反応室１１０の真空引が行なわれ、反応室１１０内の圧力が所定の到達圧力に達すると、表１に示す形成条件を用いてｐ層３、ｉ層４およびｎ層５が透明導電膜２上に順次形成される。
【００５７】
【表１】
0005136066.tif 000002
【００５８】
以下、ｐ層３、ｉ層４およびｎ層５の形成を具体的に説明する。
【００５９】
ｐ層３が形成される場合、ガス供給管１５０，１６０は、５〜１０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガス、２７ｓｃｃｍのＨ２ガスおよび０．５ｓｃｃｍの５％Ｂ２Ｈ６ガスをガスボンベから反応室１１０内に供給する。
【００６０】
その後、ヒーター１９０は、絶縁基板１の温度を２００℃に加熱し、高周波電源２００は、０．５〜１．０ｋＷの高周波電力をアンテナ１３０，１４０に印加する。そして、高周波電源２００は、高周波電力をアンテナ１３０，１４０に印加し始めてから１分が経過すると、高周波電力のアンテナ１３０，１４０への印加を停止する。これによって、ｐ層３が透明導電膜２上に形成される（図４の（ｂ）参照）。
【００６１】
その後、ガス供給管１５０，１６０は、５％Ｂ２Ｈ６ガスの供給を停止し、５〜１０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスおよび２７ｓｃｃｍのＨ２ガスを反応室１１０内に供給する。そして、高周波電源２００は、２．０ｋＷの高周波電力を、１０分間、アンテナ１３０，１４０に印加する。これによって、ｉ層４の非晶質薄膜４１がｐ層３上に形成される（図４の（ｃ）参照）。
【００６２】
その後、ガス供給管１３０，１４０は、３．６ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスおよび２７ｓｃｃｍのＨ２ガスを反応室１１０内に供給し、高周波電源２００は、３．０ｋＷの高周波電力を、１０分間、アンテナ１３０，１４０に印加する。これによって、ｉ層４の結晶薄膜４２が非晶質薄膜４１上に形成される（図４の（ｄ）参照）。
【００６３】
その後、ｉ層４の膜厚が３００ｎｍ〜１０００ｎｍになるまで、上述した工程（ｃ），（ｄ）が繰り返し実行される。これによって、複数の非晶質薄膜４１および複数の結晶薄膜４２がｐ層３上に形成される（図４の（ｅ）参照）。
【００６４】
そして、試料は、プラズマＣＶＤ装置１００から取り出され、その取り出された試料を、金属錯体または有機色素分子を含む溶液に浸漬して陽極酸化を行ない、金属錯体または有機色素分子からなる光吸収物質４１２を結晶粒４１１の周囲に形成する。これによって、ｉ層４がｐ層３上に形成される（図５の（ｆ）参照）。
【００６５】
その後、試料を、再び、プラズマＣＶＤ装置１００中にセットする。そして、ガス供給管１５０，１６０は、５〜１０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガス、２７ｓｃｃｍのＨ２ガスおよび１ｓｃｃｍの５％ＰＨ３ガスを反応室１１０内に供給し、高周波電源２００は、０．５〜１．０ｋＷの高周波電力を、１分間、アンテナ１３０，１４０に印加する。これによって、ｎ層５がｉ層４上に形成される（図５の（ｇ）参照）。
【００６６】
そして、試料は、プラズマＣＶＤ装置１００から取り出され、蒸着装置を用いてＡｌがｎ層５上に形成される。これによって、光起電力素子１０が完成する（図５の（ｈ）参照）。
【００６７】
図６は、図１に示す光起電力素子１０のエネルギーバンド図である。なお、ｉ層４の非晶質薄膜４１は、結晶粒４１１を含むが、非晶質薄膜４１のエネルギーバンドギャップは、ａ−Ｓｉ：Ｈによって主に決定されるので、図６においては、ａ−Ｓｉ：Ｈのエネルギーバンドギャップを示す。
【００６８】
図６を参照して、Ｅｃｐは、ｐ層３の伝導帯を表し、Ｅｖｐは、ｐ層３の価電子帯を表し、Ｅｃｎは、ｎ層５の伝導帯を表し、Ｅｖｎは、ｎ層５の価電子帯を表し、ＥＦは、フェルミレベルを表す。
【００６９】
ｐ層３は、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなるので、約１．７ｅＶのバンドギャップＥｇｐを有し、ｎ層５は、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなるので、約１．７ｅＶのバンドギャップＥｇｎを有する。また、ｉ層４の非晶質薄膜４１は、主にｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなるので、約１．７ｅＶのバンドギャップＥｇｉ１を有し、結晶薄膜４２は、ｉ型ｐｏｌｙ−Ｓｉからなるので、１．１ｅＶのバンドギャップＥｇｉ２を有する。更に、非晶質薄膜４１は、光吸収物質４１２を含むので、光吸収物質４１２が形成する準位ＬＶを禁制帯内に有する。そして、この準位ＬＶから非晶質薄膜４１の伝導帯端までのギャップＥｇｉ３は、約１．５ｅＶである。
【００７０】
その結果、ｉ層４は、ｐ層３からｎ層５の方向へ周期的に変化するバンドギャップＥｇｉを有する。そして、ｉ層４は、ｐ層３とｎ層５とによって挟まれているため、ｉ層４の伝導帯および価電子帯は、ｐ層３とｎ層５との間で傾いている。
【００７１】
非晶質薄膜４１は、１．７ｅＶ以上のエネルギーを有する光、すなわち、約７３０ｎｍよりも短波長の光を吸収するとともに、１．７ｅＶよりも小さいエネルギーを有する光（約７３０ｎｍから約８００ｎｍの範囲の長波長を有する光）を吸収し、電子−正孔対を生成する。結晶薄膜４２は、１．１ｅＶ以上のエネルギーを有する光、すなわち、約１１３０ｎｍよりも短波長の光を吸収し、電子−正孔対を生成する。
【００７２】
非晶質薄膜４１で生成された電子−正孔対は、ｉ層４中に存在する電界によって分離され、電子は、ｎ層５側へ移動し、正孔は、ｐ層３側へ移動する。また、結晶薄膜４２で生成された電子−正孔対も、ｉ層４中に存在する電界によって分離され、電子は、非晶質薄膜４１を通ってｎ層５側へ移動し、正孔は、非晶質薄膜４１を通ってｐ層３側へ移動する。ｉ層４には、電界が存在し、非晶質薄膜４１を構成するｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈは、禁制帯中に多くの準位が存在するため、結晶薄膜４２中で生成された電子および正孔は、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈの禁制帯中の準位を介してｎ層５側またはｐ層３側へ移動可能である。
【００７３】
これによって、非晶質薄膜４１および結晶薄膜４２中で生成された電子−正孔対は、それぞれ、ｎ層５側およびｐ層３側へ分離され、発電に寄与する。
【００７４】
一般に、ａ−Ｓｉ：Ｈは、光吸収係数がｐｏｌｙ−Ｓｉよりも約１桁程度大きいため、電子−正孔対は、殆ど、非晶質薄膜４１中で生成され、発電に寄与する。そして、非晶質薄膜４１中で生成された電子および正孔は、ｉ層の全領域がａ−Ｓｉ：Ｈによって構成されている場合よりも薄いａ−Ｓｉ：Ｈの領域を通ってそれぞれｎ層５側およびｐ層３側へ移動するので、生成された電子−正孔対が発電に寄与する割合は、ｉ層の全領域がａ−Ｓｉ：Ｈによって構成されている場合よりも高くなる。
【００７５】
また、光起電力素子１０においては、結晶薄膜４２中でも電子−正孔対が生成され、その生成された電子−正孔対が発電に寄与するので、光起電力素子１０は、ｉ層の全領域がａ−Ｓｉ：Ｈによって構成されている場合よりも長波長の光を吸収して発電に寄与できる。
【００７６】
したがって、光起電力素子１０は、ｉ層の全領域がａ−Ｓｉ：Ｈによって構成されている場合よりも変換効率を向上できる。
【００７７】
そして、光起電力素子１０は、上述したように、ガラス等の絶縁基板１上に形成できるので、低コスト化が容易である。
【００７８】
図７は、実施の形態１による他の光起電力素子の概略断面図である。実施の形態１による光起電力素子は、図７に示す光起電力素子１０Ａであってもよい。図７を参照して、光起電力素子１０Ａは、図１に示す光起電力素子１０の基板１を基板１１に代え、透明導電膜２を透明導電膜１２に代えたものであり、その他は、光起電力素子１０と同じである。
【００７９】
基板１１は、ガラス、プラスチックフィルムおよびステンレス等の半導体以外の材料からなる。透明導電膜１２は、たとえば、ＩＴＯからなり、ｐ層３上に形成される。
【００８０】
そして、光起電力素子１０Ａは、図４に示す工程（ａ）において、基板１１が準備され、図４に示す工程（ｂ）において、基板１１上にｎ層５が形成され、図４および図５に示す工程（ｃ）〜（ｆ）においてｉ層４がｎ層５上に形成され、図５に示す工程（ｇ）においてｐ層３がｉ層４上に形成され、図５に示す工程（ｈ）において透明導電膜１２がスパッタリングによってｐ層３上に形成される工程に従って製造される。
【００８１】
上記においては、光起電力素子１０，１０Ａのｐ層３およびｎ層５は、ａ−Ｓｉ：Ｈからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、光起電力素子１０，１０Ａのｐ層３およびｎ層５は、ｐｏｌｙ−Ｓｉからなっていてもよい。この場合、ｐ型ｐｏｌｙ−Ｓｉおよびｎ型ｐｏｌｙ−Ｓｉは、表２に示す条件を用いて形成される。
【００８２】
【表２】
0005136066.tif 000003
【００８３】
また、光起電力素子１０，１０Ａのｐ層３およびｎ層５は、水素化アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）および水素化アモルファスシリコンナイトライド（ａ−ＳｉＮ：Ｈ）等のａ−Ｓｉ：Ｈよりも大きいバンドギャップを有する材料からなっていてもよい。
【００８４】
ｐ層３およびｎ層５がａ−ＳｉＣ：Ｈからなる場合、ｐ層３およびｎ層５は、表１に示す形成条件にメタン（ＣＨ４）ガスの流量を追加した形成条件によって形成される。また、ｐ層３およびｎ層５がａ−ＳｉＮ：Ｈからなる場合、ｐ層３およびｎ層５は、表１に示す形成条件にアンモニア（ＮＨ３）ガスの流量を追加した形成条件によって形成される。
【００８５】
また、上記においては、光起電力素子１０，１０Ａは、ｐ層３が透明導電膜２，１２に接した構造を有すると説明したが、この発明においては、これに限らず、光起電力素子１０，１０Ａは、ｎ層５が透明導電膜２，１２に接した構造であってもよい。
【００８６】
さらに、上記においては、結晶粒４１１および光吸収物質４１２は、複数の非晶質薄膜４１の全てに形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、結晶粒４１１および光吸収物質４１２は、複数の非晶質薄膜４１の少なくとも１つの非晶質薄膜４１に形成されていればよい。
【００８７】
そして、複数の非晶質薄膜４１の少なくとも１つの非晶質薄膜４１に形成される結晶粒４１１の個数は、ｎ（ｎは正の整数）個であればよく、１個の結晶粒４１１に結合される光吸収物質４１２の個数は、ｍ（ｍは正の整数）個であればよい。
【００８８】
［実施の形態２］
図８は、実施の形態２による光起電力素子の概略断面図である。図８を参照して、実施の形態２による光起電力素子１０Ｂは、図１に示す光起電力素子１０のｉ層４をｉ層４０に代えたものであり、その他は、光起電力素子１０と同じである。
【００８９】
ｉ層４０は、ｐ層３とｎ層５との間にｐ層３およびｎ層５に接して配置される。そして、ｉ層４０は、３００〜１０００ｎｍの膜厚を有する。
【００９０】
ｉ層４０は、複数の非晶質領域４０１と、複数の結晶領域４０２とからなる。複数の非晶質領域４０１および複数の結晶領域４０２は、絶縁基板１の面内方向において非晶質領域４０１および結晶領域４０２が相互に接するように配置される。また、複数の非晶質領域４０１の各々および複数の結晶領域４０２の各々は、一方端がｐ層３に接し、他方端がｎ層５に接する。
【００９１】
非晶質領域４０１は、１０〜２０ｎｍの幅Ｗ１を有し、結晶粒４１１および光吸収物質４１２がｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ中に形成された構造からなる。結晶領域４０２は、ｉ型ｐｏｌｙ−Ｓｉからなり、１０〜２０ｎｍの幅Ｗ２を有する。
【００９２】
図９および図１０は、それぞれ、図８に示す光起電力素子１０Ｂの製造工程を示す第１および第２の工程図である。図９を参照して、光起電力素子１０Ｂは、表３に示す形成条件を用いて製造される。
【００９３】
【表３】
0005136066.tif 000004
【００９４】
より具体的には、光起電力素子１０Ｂは、次のように製造される。光起電力素子１０Ｂの製造が開始されると、プラズマＣＶＤ装置１００を用いて、上述した工程（ａ），（ｂ）が順次実行され、ｐ層３が絶縁基板１の透明導電膜２上に形成される。
【００９５】
その後、表３のｉ層の最上段の形成条件を用いて、下地層４０１Ａがｐ層３上に形成される。下地層４０１Ａは、１０〜２０ｎｍの膜厚を有し、Ｓｉからなる複数の結晶核４１３がｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ中に形成された構造からなる（図９の（ｃ１）参照）。
【００９６】
この場合、下地層４０１Ａは、ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２））が１５．６％〜２７．０％の範囲である形成条件を用いて形成される。
【００９７】
下地層４０１Ａの形成開始から１０分が経過すると、ガス供給管１５０，１６０から５〜１０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと２７ｓｃｃｍのＨ２ガスとを反応室１１０へ供給し続けながらアンテナ１３０，１４０に印加する高周波電力を３．０ｋＷから０．５〜１．０ｋＷに低下し、下地層４０１Ａ上に薄膜を、１０分間、成長させる（表３のｉ層の中段参照）。すなわち、ａ−Ｓｉ：Ｈが形成される条件で下地層４０１Ａ上に薄膜を堆積する。これによって、非晶質領域４０１の一部および結晶領域４０２の一部からなる薄膜４０１１が下地層４０１Ａ上に形成される（図９の（ｄ１）参照）。
【００９８】
その後、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの流量を保持したまま、アンテナ１３０，１４０に印加する高周波電力を０．５〜１．０ｋＷから２．０ｋＷに高くし、薄膜を堆積させる（表３のｉ層の最下段参照）。これによって、結晶粒４１１を含む薄膜４０１２が形成される（図９の（ｅ１）参照）。
【００９９】
そして、全体の膜厚が３００〜１０００ｎｍになるまで図９に示す工程（ｄ１），（ｅ１）を繰り返し実行し、結晶粒４１１を含む非晶質領域４０１と、結晶領域４０２とを含むｉ層４０がｐ層３上に形成される（図１０の（ｆ１）参照）。
【０１００】
その後、試料をプラズマＣＶＤ装置１００から取り出し、その取り出した試料を金属錯体または有機色素分子を含む溶液に浸漬して陽極酸化を行ない、金属錯体または有機色素分子からなる光吸収物質４１２を結晶粒４１１に結合させる。これによって、ｉ層４０がｐ層３上に形成される（図１０の（ｇ１）参照）。
【０１０１】
そして、試料を、再び、プラズマＣＶＤ装置１００中にセットする。ガス供給管１５０，１６０は、５〜１０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガス、２７ｓｃｃｍのＨ２ガスおよび１ｓｃｃｍの５％ＰＨ３ガスを反応室１１０内に供給し、高周波電源２００は、０．５〜１．０ｋＷの高周波電力を、１分間、アンテナ１３０，１４０に印加する。これによって、ｎ層５がｉ層４０上に形成される。
【０１０２】
そして、試料は、プラズマＣＶＤ装置１００から取り出され、蒸着装置を用いてＡｌがｎ層５上に形成される。これによって、光起電力素子１０Ｂが完成する（図１０の（ｈ１）参照）。
【０１０３】
なお、上記においては、ｉ層４０は、ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２））が１５．６％〜２７．０％の範囲に設定されて形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、ｉ層４０は、一般的には、ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２））が５０％以下の値に設定されて形成される。
【０１０４】
そして、複数の結晶領域４０２が相対的に多いｉ層４０を形成する場合、ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２））は、相対的に高い値に設定され、複数の結晶領域４０２が相対的に少ないｉ層４０を形成する場合、ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２））が相対的に低い値に設定される。
【０１０５】
ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２））が相対的に高い場合、サイズが相対的に小さく、かつ、密度が相対的に高い複数の結晶核４１３が形成され、ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２））が相対的に低い場合、サイズが相対的に大きく、かつ、密度が相対的に低い複数の結晶核４１３が形成されるからである。
【０１０６】
上述したように、この発明においては、ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２）を制御することによって、結晶粒４１１および光吸収物質４１２を含む非晶質領域４０１と、絶縁基板１に略垂直な方向に柱状形状に成長した複数の結晶領域４０２とを含むｉ層４０を形成する。
【０１０７】
図１１は、図８に示すｉ層４０の絶縁基板１の面内方向におけるエネルギーバンド図である。なお、ｉ層４０の非晶質領域４０１は、結晶粒４１１および光吸収物質４１２を含むが、非晶質領域４０１のエネルギーバンドギャップは、ａ−Ｓｉ：Ｈによって主に決定されるので、図８においては、ａ−Ｓｉ：Ｈのエネルギーバンドギャップを示す。
【０１０８】
図１１を参照して、非晶質領域４０１は、主にｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなるので、Ｅｇｉ１のバンドギャップを有し、結晶領域４０２は、ｉ型ｐｏｌｙ−Ｓｉからなるので、バンドギャップＥｇｉ１よりも小さいバンドギャップＥｇｉ２を有する。また、非晶質領域４０１は、光吸収物質４１２を含むので、光吸収物質４１２が形成する準位ＬＶを禁制帯内に有する。そして、この準位ＬＶから非晶質領域４０１の伝導帯端までのギャップＥｇｉ３は、約１．５ｅＶである。
【０１０９】
したがって、光起電力素子１０Ｂのｉ層４０においては、伝導帯および価電子帯のエネルギー準位が絶縁基板１の面内方向に周期的に変化する。
【０１１０】
そして、ｉ層４０は、ｐ層３およびｎ層５によって挟まれているため、非晶質領域４０１および結晶領域４０２には、たとえば、図１１の紙面上、手前側から奥側へ向かう方向に電界が存在する。
【０１１１】
非晶質領域４０１は、光起電力素子１０Ｂに入射される入射光のうち、バンドギャップＥｇｉ１よりも大きいエネルギーの光を吸収するとともに、ａ−Ｓｉ：Ｈの禁制帯中に形成された準位ＬＶによってバンドギャップＥｇｉ１よりも小さいエネルギーの光（８００ｎｍまでの波長を有する光）を吸収し、電子−正孔対を生成する。そして、非晶質領域４０１において生成された電子および正孔は、結晶領域４０２へ移動する。
【０１１２】
また、結晶領域４０２も、光起電力素子１０Ｂに入射された入射光を吸収し、電子−正孔対を生成する。
【０１１３】
その結果、非晶質領域４０１および結晶領域４０２において生成された電子および正孔は、結晶領域４０２に印加された電界によって結晶領域４０２を移動する。より具体的には、非晶質領域４０１および結晶領域４０２において生成された電子は、結晶領域４０２に印加された電界によってｐ層３側からｎ層５側へ移動し、非晶質領域４０１および結晶領域４０２において生成された正孔は、結晶領域４０２に印加された電界によってｎ層５側からｐ層３側へ移動する。
【０１１４】
そして、複数の結晶領域４０２は、ｐ層３およびｎ層５の両方に接しているため、ｉ層４０で生成された電子および正孔は、殆ど、再結合することなく、それぞれ、ｎ層５およびｐ層３へ到達し、発電に寄与する。
【０１１５】
上述したように、非晶質領域４０１を構成するｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈは、結晶領域４０２を構成するｉ型ｐｏｌｙ−Ｓｉよりも光吸収係数が大きく、非晶質領域４０１は、結晶粒４１１および光吸収物質４１２を含むため、光起電力素子１０Ｂにおいては、非晶質領域４０１は、主に、光を吸収して電子−正孔対を生成する役割を果たし、結晶領域４０２は、主に、光生成された電子および正孔を再結合を抑制してそれぞれｎ層５側およびｐ層３側へ走行させる役割を果たす。
【０１１６】
その結果、光生成された電子および正孔は、再結合し難くなり、変換効率が向上する。
【０１１７】
また、非晶質領域４０１において生成された電子および正孔は、同じ結晶領域４０２に移動するとは限らず、図１１に示すように、非晶質領域４０１において生成された電子が非晶質領域４０１の一方側に配置された結晶領域４０２へ移動し、非晶質領域４０１において生成された正孔が非晶質領域４０１の他方側に配置された結晶領域４０２へ移動することもある。その結果、非晶質領域４０１において生成された電子および正孔は、絶縁基板１の面内方向において空間的に分離されるため、再結合し難くなる。したがって、光起電力素子１０Ｂにおいては、光生成された電子および正孔が発電に寄与する割合が高くなり、光起電力素子１０Ｂの変換効率を向上できる。
【０１１８】
なお、光起電力素子１０Ｂにおいては、非晶質領域４０１において生成された電子および正孔がｉ層４０に存在する電界によって非晶質領域４０１中をそれぞれｎ層５側およびｐ層３側へ移動して発電に寄与する場合もある。
【０１１９】
図１２は、実施の形態２による他の光起電力素子の概略断面図である。実施の形態２による光起電力素子は、図１２に示す光起電力素子１０Ｃであってもよい。図１２を参照して、光起電力素子１０Ｃは、図８に示す光起電力素子１０Ｂのｉ層４０をｉ層４０Ａに代えたものであり、その他は、光起電力素子１０Ｂと同じである。
【０１２０】
ｉ層４０Ａは、図８に示すｉ層４０の非晶質領域４０１、結晶粒４１１および光吸収物質４１２をそれぞれ非晶質領域４０３、結晶粒４１４および光吸収物質４１５に代えたものであり、その他は、ｉ層４０と同じである。
【０１２１】
非晶質領域４０３は、ポーラスシリコンからなる。結晶粒４１４は、ナノサイズの結晶シリコンからなり、非晶質領域４０３と結晶領域４０２との界面に形成される。光吸収物質４１５は、上述した光吸収物質４１２と同じ材料からなり、結晶粒４１４の周囲に結合される。
【０１２２】
図１３および図１４は、それぞれ、図１２に示す光起電力素子１０Ｃの製造工程を示す第１および第２の工程図である。
【０１２３】
図１３を参照して、光起電力素子１０Ｃは、表４に示す形成条件を用いて製造される。
【０１２４】
【表４】
0005136066.tif 000005
【０１２５】
より具体的には、光起電力素子１０Ｃは、次のように製造される。光起電力素子１０Ｃの製造が開始されると、プラズマＣＶＤ装置１００を用いて、上述した工程（ａ），（ｂ），（ｃ１）が順次実行され、ｐ層３および下地層４０１Ａが絶縁基板１の透明導電膜２上に順次形成される。この場合、下地層４０１Ａは、表４のｉ層の上段の形成条件を用いて形成される。
【０１２６】
下地層４０１Ａの形成開始から１０分が経過すると、高周波電源２００から３．０ｋＷの高周波電力をアンテナ１３０，１４０に印加し続けながら、ＳｉＨ４ガスの流量を３．６ｓｃｃｍに減少し、下地層４０１Ａ上に薄膜を、１５０〜５００分の間、成長させる（表４のｉ層の下段参照）。この場合、ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２）は、１１．８％である。
【０１２７】
そうすると、複数の結晶領域４０２が複数の結晶核４１３を種として成長し、絶縁基板１の面内方向に非晶質領域４０１と結晶領域４０２とが交互に配置された薄膜４１０がｐ層３上に形成される（図１３の（ｄ２）参照）。
【０１２８】
このように、薄膜４１０は、最初、ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２））を相対的に高くして下地層４０１Ａを形成し、その後、ＳｉＨ４ガスのＨ２ガスによる希釈率（＝ＳｉＨ４／（ＳｉＨ４＋Ｈ２））を低下させて薄膜を成長させることにより、形成される。
【０１２９】
その後、試料をプラズマＣＶＤ装置１００から取り出し、その取り出した試料をフッ酸およびエタノールの混合溶液に浸漬して非晶質領域４０１を非晶質領域４０３に変え、その後、電気化学的処理（陽極化成）を施して非晶質薄膜４０３と結晶薄膜４０２との界面に結晶粒４１４を形成する（図１４の（ｅ２）参照）。この場合、電気化学的処理は、エタノールに対して１〜５０ｗｔ．％のフッ酸（ＨＦ）を含む溶液中で１０〜１００ｍＡ／ｃｍ２の電流密度の電流を流して行われる。
【０１３０】
引き続いて、金属錯体または有機色素分子を含む溶液中に試料を浸漬し、陽極酸化によって光吸収物質４１５を結晶粒４１４の周囲に形成する。これによって、ｉ層４０Ａがｐ層３上に形成される（図１４の（ｆ２）参照）。
【０１３１】
その後、試料を再びプラズマＣＶＤ装置１００にセットし、上述したｎ層５および電極６をｉ層４０Ａ上に順次形成する。これによって、光起電力素子１００Ｃが完成する（図１４の（ｇ２）参照）。
【０１３２】
光起電力素子１０Ｃにおいては、非晶質領域４０３が主に光を吸収して電子−正孔対を生成する役割を果たし、結晶領域４０２が非晶質領域４０３で生成された電子−正孔対を再結合を抑制してそれぞれｎ層５側およびｐ層側３へ移動させる役割を果たす。
【０１３３】
そして、非晶質領域４０３は、上述したように、ポーラスシリコンからなるため、透明導電膜２側から入射した光を多重反射しながら吸収する。その結果、非晶質領域４０３における光吸収量は、非晶質領域４０１における光吸収量よりも多くなる。
【０１３４】
また、ｉ層４０Ａは、非晶質領域４０３と結晶領域４０２との界面に結晶粒４１４および光吸収物質４１５を含むため、非晶質領域４０３を構成するポーラスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）では吸収できない約７３０ｎｍ〜８００ｎｍの範囲の波長を有する光も吸収する。
【０１３５】
したがって、光起電力素子１０Ｃは、光起電力素子１０Ｂよりも多くの光を吸収する。
【０１３６】
更に、結晶粒４１４および光吸収物質４１５は、非晶質領域４０３と結晶領域４０２との界面に形成されるため、結晶粒４１４および光吸収物質４１５による光吸収によって生成された電子−正孔対は、殆ど再結合することなく、結晶領域４０２に移動し、発電に寄与する。
【０１３７】
したがって、光起電力素子１０Ｃの変換効率を光起電力素子１０Ｂの変換効率よりも高くできる。
【０１３８】
図１５は、実施の形態２によるさらに他の光起電力素子の構成図である。実施の形態２による光起電力素子は、図１５に示す光起電力素子１０Ｄであってもよい。図１５を参照して、光起電力素子１０Ｄは、図８に示す光起電力素子１０Ｂのｉ層４０をｉ層４０Ｂに代えたものであり、その他は、光起電力素子１０Ｂと同じである。
【０１３９】
ｉ層４０Ｂは、３００〜１０００ｎｍの膜厚Ｄ１を有し、複数の結晶領域４０２Ａと非晶質領域４０４とからなる。複数の結晶領域４０２Ａの各々は、絶縁基板１に略垂直な方向へ成長した略柱状構造を有し、一方端がｐ層３に接し、他方端が非晶質領域４０４に接する。そして、複数の結晶領域４０２Ａの各々は、幅Ｗ２を有し、絶縁基板１に略垂直な方向において、長さＬ３を有する。その結果、各結晶領域４０２Ａの他方端とｎ層５との距離は、Ｌ４に設定される。また、隣接する２つの結晶領域４０２Ａ間の距離は、Ｗ１である。そして、複数の結晶領域４０２Ａの各々は、ｉ型ｐｏｌｙ−Ｓｉからなる。
【０１４０】
非晶質領域４０４は、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなり、結晶粒４１１および光吸収物質４１２を含む。そして、非晶質領域４０４は、ｐ層３とｎ層５との間にｐ層３、ｎ層５および複数の結晶領域４０２Ａに接して形成される。
【０１４１】
結晶領域４０２Ａの長さＬ３は、ｉ層４０Ｂの膜厚Ｄ１に応じて決定される。より具体的には、結晶領域４０２Ａの長さＬ３は、ｉ層４０Ｂの膜厚Ｄ１が相対的に厚くなれば、相対的に長くなり、ｉ層４０Ｂの膜厚Ｄ１が相対的に薄くなれば、相対的に短くなる。
【０１４２】
たとえば、結晶領域４０２Ａの長さＬ３は、ｉ層４０Ｂの膜厚Ｄ１が３００ｎｍである場合、１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲に設定され、ｉ層４０Ｂの膜厚Ｄ１が１０００ｎｍである場合、８５０ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲に設定される。
【０１４３】
また、結晶領域４０２Ａの長さＬ３は、ｉ層４０Ｂの膜厚Ｄ１が変化しても距離Ｌ４が略一定になるように決定されてもよい。
【０１４４】
図１６、図１７および図１８は、それぞれ、図１５に示す光起電力素子１０Ｄの製造工程を示す第１、第２および第３の工程図である。なお、図１６、図１７および図１８においては、ｉ層４０Ｂの膜厚Ｄ１が３００ｎｍであり、結晶領域４０２Ａの長さＬ３が２００ｎｍであるとして光起電力素子１０Ｄの製造工程を説明する。
【０１４５】
図１６を参照して、光起電力素子１０Ｄは、表５に示す形成条件を用いて製造される。
【０１４６】
【表５】
0005136066.tif 000006
【０１４７】
より具体的には、光起電力素子１０Ｄは、次のように製造される。光起電力素子１０Ｄの製造が開始されると、プラズマＣＶＤ装置１００を用いて、上述した工程（ａ），（ｂ），（ｃ１）が順次実行され、ｐ層３および下地層４０１Ａが絶縁基板１の透明導電膜２上に順次形成される。この場合、下地層４０１Ａは、表５のｉ層の最上段の条件を用いて形成される。
【０１４８】
そして、下地層４０１Ａの形成開始から１０分が経過すると、ガス供給管１５０，１６０から供給されるＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの流量を保持しながら、高周波電源２００からアンテナ１３０，１４０へ印加される高周波電力を０．５〜１．０ｋＷに低くし、下地層４０１Ａ上に薄膜を、１０分間、成長させる（表５のｉ層の第２段参照）。これによって、非晶質領域４０４と結晶領域４０２Ａとの一部からなる薄膜４０１３がｐ層３上に形成される（図１６の（ｄ３）参照）。
【０１４９】
その後、ガス供給管１５０，１６０から供給されるＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの流量を保持しながら、高周波電源２００からアンテナ１３０，１４０へ印加される高周波電力を２．０ｋＷに高くし、薄膜を、１０分間、成長させる（表５のｉ層の第３段参照）。これによって、結晶粒４１１を含む非晶質領域４０４と結晶領域４０２Ａとの一部からなる薄膜４０１４が薄膜４０１３上に形成される（図１６の（ｅ３）参照）。
【０１５０】
そして、結晶領域４０２Ａの長さＬ３が２００ｎｍになるまで工程（ｄ３）および工程（ｅ３）が繰り返し実行され、非晶質領域４０４と結晶領域４０２Ａとが基板１の面内方向に交互に配置されたｉ層４０Ｂの一部がｐ層３上に形成される（図１７の（ｆ３）参照）。
【０１５１】
引き続いて、ガス供給管１５０，１６０から２０〜３０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと２７ｓｃｃｍのＨ２ガスとを供給し、高周波電源２００からアンテナ１３０，１４０へ印加される高周波電力を０．１〜０．３ｋＷに低くし、薄膜を、１０分間、成長させる（表５のｉ層の第４段参照）。これによって、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる薄膜４０１５が非晶質領域４０４および結晶領域４０２Ａ上に形成される（図１７の（ｇ３）参照）。
【０１５２】
その後、ガス供給管１５０，１６０から５〜１０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと２７ｓｃｃｍのＨ２ガスとを供給し、高周波電源２００からアンテナ１３０，１４０へ印加される高周波電力を２．０ｋＷに高くし、薄膜を、１０分間、成長させる（表５のｉ層の最下段参照）。これによって、結晶粒４１１を含むａ−Ｓｉ：Ｈからなる薄膜４０１６が形成される（図１７の（ｈ３）参照）。
【０１５３】
そして、ｉ層４０Ｂの膜厚が３００ｎｍになるまで、工程（ｇ３）および工程（ｈ３）が繰り返し実行され、結晶粒４１１を含む非晶質領域４０４および結晶領域４０２Ａがｐ層３上に形成される（図１８の（ｊ１）参照）。
【０１５４】
そうすると、試料をプラズマＣＶＤ装置１００から取り出し、その取り出した試料を金属錯体または有機色素分子を含む溶液に浸漬して陽極酸化を行ない、光吸収物質４１２を結晶粒４１１の周囲に結合させる。これによって、ｉ層４０Ｂが形成される（図１８の（ｋ１）参照）。
【０１５５】
その後、上述したｎ層５および電極６をｉ層４０Ｂ上に順次形成し、光起電力素子１０Ｄが完成する（図１８の（ｍ１）参照）。
【０１５６】
光起電力素子１０Ｄのｉ層４０Ｂのうち、絶縁基板１の面内方向において結晶領域４０２Ａと非晶質領域４０４とが交互に配置された領域のエネルギーバンド図は、図１１に示すエネルギーバンド図と同じであるので、この領域で生成された電子および正孔は、上述したように、主に結晶領域４０２Ａを走行して発電に寄与する。
【０１５７】
その結果、光起電力素子１０Ｄにおいては、光生成された電子および正孔の輸送特性は、ｉ層が全てａ−Ｓｉ：Ｈによって構成される場合よりも向上する。
【０１５８】
したがって、光起電力素子１０Ｄの変換効率をｉ層が全てａ−Ｓｉ：Ｈによって構成される光起電力素子よりも高くできる。
【０１５９】
図１９は、実施の形態２によるさらに他の光起電力素子の概略断面図である。実施の形態２による光起電力素子は、図１９に示す光起電力素子１０Ｅであってもよい。図１９を参照して、光起電力素子１０Ｅは、図８に示す光起電力素子１０Ｂのｉ層４０をｉ層４０Ｃに代えたものであり、その他は、光起電力素子１０Ｂと同じである。
【０１６０】
ｉ層４０Ｃは、３００〜１０００ｎｍの膜厚Ｄ１を有し、複数の結晶領域４０２Ｂと非晶質領域４０５とからなる。複数の結晶領域４０２Ｂの各々は、絶縁基板１に略垂直な方向へ成長した略柱状構造を有し、一方端がｎ層５に接し、他方端が非晶質領域４０５に接する。そして、複数の結晶領域４０２Ｂの各々は、幅Ｗ２を有し、絶縁基板１に略垂直な方向において、長さＬ５を有する。その結果、各結晶領域４０２Ｂの他方端とｐ層３との距離は、Ｌ６に設定される。また、隣接する２つの結晶領域４０２Ｂ間の距離は、Ｗ１である。そして、複数の結晶領域４０２Ｂの各々は、ｉ型ｐｏｌｙ−Ｓｉからなる。
【０１６１】
非晶質領域４０５は、ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈからなり、結晶粒４１１および光吸収物質４１２を含む。そして、非晶質領域４０５は、ｐ層３とｎ層５との間にｐ層３、ｎ層５および複数の結晶領域４０２Ｂに接して形成される。
【０１６２】
結晶領域４０２Ｂの長さＬ５は、ｉ層４０Ｃの膜厚Ｄ１に応じて決定される。より具体的には、結晶領域４０２Ｃの長さＬ５は、ｉ層４０Ｃの膜厚Ｄ１が相対的に厚くなれば、相対的に長くなり、ｉ層４０Ｃの膜厚Ｄ１が相対的に薄くなれば、相対的に短くなる。
【０１６３】
たとえば、結晶領域４０２Ｂの長さＬ５は、ｉ層４０Ｃの膜厚Ｄ１が３００ｎｍである場合、１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲に設定され、ｉ層４０Ｃの膜厚Ｄ１が１０００ｎｍである場合、８５０ｎｍ〜９５０ｎｍの範囲に設定される。
【０１６４】
また、結晶領域４０２Ｂの長さＬ５は、ｉ層４０Ｃの膜厚Ｄ１が変化しても距離Ｌ６が略一定になるように決定されてもよい。
【０１６５】
図２０、図２１および図２２は、それぞれ、図１９に示す光起電力素子１０Ｅの製造工程を示す第１、第２および第３の工程図である。なお、図２０、図２１および図２２においては、ｉ層４０Ｃの膜厚Ｄ１が３００ｎｍであり、結晶領域４０２Ｂの長さＬ５が２００ｎｍであるとして光起電力素子１０Ｅの製造工程を説明する。
【０１６６】
図２０を参照して、光起電力素子１０Ｅは、表６に示す形成条件を用いて製造される。
【０１６７】
【表６】
0005136066.tif 000007
【０１６８】
より具体的には、光起電力素子１０Ｅは、次のように製造される。光起電力素子１０Ｅの製造が開始されると、プラズマＣＶＤ装置１００を用いて、上述した工程（ａ），（ｂ）が順次実行され、ｐ層３が絶縁基板１の透明導電膜２上に順次形成される。
【０１６９】
そして、ガス供給管１５０，１６０から２０〜３０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと２７ｓｃｃｍのＨ２ガスとを供給し、０．１〜０．３ｋＷの高周波電力を高周波電源２００からアンテナ１３０，１４０へ印加し、ｐ層３上に薄膜を、１０分間、成長させる（表６のｉ層の最上段参照）。これによって、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる薄膜４０１７がｐ層３上に形成される（図２０の（ｃ２）参照）。
【０１７０】
その後、ガス供給管１５０，１６０から５〜１０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと２７ｓｃｃｍのＨ２ガスとを反応室１１０に供給し、２．０ｋＷの高周波電力を高周波電源２００からアンテナ１３０，１４０に印加し、薄膜を、１０分間、成長させる（表６のｉ層の第２段参照）。これによって、結晶粒４１１を含む薄膜４０１８が形成される（図２０の（ｄ４）参照）。
【０１７１】
そして、非晶質領域４０５の長さＬ６が１００ｎｍになるまで工程（ｃ２）および工程（ｄ４）が繰り返し実行され、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる薄膜４０５１がｐ層３上に形成される（図２０の（ｅ４）参照）。
【０１７２】
引き続いて、ガス供給管１５０，１６０から供給されるＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの流量を保持しながら、高周波電源２００からアンテナ１３０，１４０へ印加される高周波電力を３．０ｋＷに高くし、薄膜を、１０分間、成長させる（表６のｉ層の第３段参照）。これによって、結晶核４１３を含む下地層４０１Ａが薄膜４０５１に形成される（図２１の（ｆ４）参照）。
【０１７３】
その後、ガス供給管１５０，１６０から供給されるＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの流量を保持しながら、高周波電源２００からアンテナ１３０，１４０へ供給される高周波電力を０．５〜１．０ｋＷに低くし、薄膜を、１０分間、成長させる（表６のｉ層の第４段参照）。これによって、非晶質領域４０５の一部と結晶領域４０２Ｂの一部とからなる薄膜４０１９が形成される（図２１の（ｇ４）参照）。
【０１７４】
そして、ガス供給管１５０，１６０から供給されるＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの流量を保持しながら、高周波電源２００からアンテナ１３０，１４０へ印加される高周波電力を２．０ｋＷに高くし、薄膜を、１０分間、成長させる（表６のｉ層の最下段参照）。これによって、結晶粒４１１を含む非晶質領域４０５の一部と結晶領域４０２Ｂの一部とからなる薄膜４０２０が薄膜４０１９上に形成される（図２１の（ｈ４）参照）。
【０１７５】
その後、ｉ層４０Ｃの膜厚が３００ｎｍになるまで、すなわち、結晶領域４０２Ｂの長さＬ５が２００ｎｍになるまで工程（ｇ４）および工程（ｈ４）が繰り返し実行され、結晶粒４１１を含む非晶質領域４０５と結晶領域４０２Ｂとからなる薄膜４０５２がｐ層３上に形成される（図２２の（ｊ２）参照）。
【０１７６】
そうすると、試料をプラズマＣＶＤ装置１００から取り出し、その取り出した試料を金属錯体または有機色素分子を含む溶液に浸漬して陽極酸化を行ない、光吸収物質４１２を結晶粒４１１の周囲に結合させる。これによって、ｉ層４０Ｃが形成される（図２２の（ｋ２）参照）。
【０１７７】
その後、上述したｎ層５および電極６をｉ層４０Ｃ上に順次形成し、光起電力素子１０Ｅが完成する（図２２の（ｍ２）参照）。
【０１７８】
光起電力素子１０Ｅのｉ層４０Ｃのうち、絶縁基板１の面内方向において結晶領域４０２Ｂと非晶質領域４０５とが交互に配置された領域のエネルギーバンド図は、図１１に示すエネルギーバンド図と同じであるので、この領域で生成された電子および正孔は、上述したように、主に結晶領域４０２Ｂを走行する。
【０１７９】
その結果、光起電力素子１０Ｅにおいては、光の入射面側（ｐ層３側）から遠い位置で光生成された電子および正孔（すなわち、太陽光の長波長側の光によって生成された電子および正孔）の輸送特性は、ｉ層が全てａ−Ｓｉ：Ｈによって構成される場合よりも向上する。
【０１８０】
したがって、光起電力素子１０Ｅの変換効率をｉ層が全てａ−Ｓｉ：Ｈによって構成される光起電力素子よりも高くできる。
【０１８１】
また、光起電力素子１０Ｅにおいては、光の入射面側にａ−Ｓｉ：Ｈからなる領域が配置され、光の入射面から遠い位置に結晶領域４０２Ｂが配置されているので、光起電力素子１０Ｅは、光の入射面に近い領域で短波長の光を電気に変換し、光の入射面から遠い領域で長波長の光を電気に変換する。
【０１８２】
その結果、短波長から長波長の光までを効率良く電気に変換でき、変換効率を向上できる。
【０１８３】
さらに、実施の形態２による光起電力素子は、図１５に示す光起電力素子１０Ｄのｉ層４０Ｂの非晶質領域４０４の結晶粒４１１および光吸収物質４１２をそれぞれ結晶粒４１４および光吸収物質４１５に代えた光起電力素子であってもよい。
【０１８４】
さらに、実施の形態２による光起電力素子は、図１９に示す光起電力素子１０Ｅのｉ層４０Ｃの非晶質領域４０５の結晶粒４１１および光吸収物質４１２をそれぞれ結晶粒４１４および光吸収物質４１５に代えた光起電力素子であってもよい。
【０１８５】
さらに、実施の形態２による光起電力素子は、図８に示す光起電力素子１０Ｂ、図１２に示す光起電力素子１０Ｃ、図１５に示す光起電力素子１０Ｄおよび図１９に示す光起電力素子１０Ｅのいずれかを図７に示す光起電力素子１０Ａのタイプに変えた光起電力素子であってもよい。
【０１８６】
なお、上記においては、結晶粒４１１および光吸収物質４１２は、複数の非晶質領域４０１，４０４，４０５の全てに形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、結晶粒４１１および光吸収物質４１２は、複数の非晶質領域４０１，４０４，４０５の少なくとも１つの非晶質領域４０１，４０４，４０５に形成されていればよい。
【０１８７】
そして、複数の非晶質領域４０１，４０４，４０５の少なくとも１つの非晶質領域４０１，４０４，４０５に形成される結晶粒４１１の個数は、ｎ（ｎは正の整数）個であればよく、１個の結晶粒４１１に結合される光吸収物質４１２の個数は、ｍ（ｍは正の整数）個であればよい。結晶粒４１４および光吸収物質４１５についても同様である。
【０１８８】
また、上記においては、結晶粒４１１および光吸収物質４１２は、複数の非晶質領域４０１と複数の結晶領域４０２との複数の界面の全てに形成されると説明したが、この発明においては、これに限らず、結晶粒４１１および光吸収物質４１２は、複数の界面の少なくとも１つの界面に形成されていればよい。
【０１８９】
そして、少なくとも１つの界面に形成される結晶粒４１１の個数は、ｎ個であればよく、１個の結晶粒４１１に結合される光吸収物質４１２の個数は、ｍ個であればよい。結晶粒４１４および光吸収物質４１５についても同様である。
【０１９０】
その他は、実施の形態１と同じである。
【０１９１】
なお、上記においては、透明導電膜２，１２は、ＩＴＯからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、透明導電膜２，１２は、ＺｎＯ（Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ）およびＳｎＯ２（Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）のいずれかからなっていてもよい。
【０１９２】
また、透明導電膜２，１２および基板１１は、テクスチャ化されていてもよい。
【０１９３】
さらに、上記においては、ｉ層４は、ａ−Ｓｉ：Ｈとｐｏｌｙ−Ｓｉとからなると説明したが、この発明においては、これに限らず、ｉ層４は、水素化アモルファスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ：Ｈ）と結晶ゲルマニウム（ｃ−Ｇｅ）および水素化アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）と結晶シリコンゲルマニウムのいずれかからなっていてもよい。
【０１９４】
この発明においては、結晶粒４１１および／または光吸収物質４１２は、光吸収量を増加させる「物質」を構成する。
【０１９５】
また、この発明においては、結晶粒４１４および／または光吸収物質４１５は、光吸収量を増加させる「物質」を構成する。
【０１９６】
今回開示された実施の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、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１９７】
この発明は、低コストが容易な光起電力素子に適用される。また、この発明は、変換効率を向上可能な光起電力素子に適用される。さらに、この発明は、低コストが容易な光起電力素子の製造方法に適用される。さらに、この発明は、変換効率を向上可能な光起電力素子の製造方法に適用される。
【図面の簡単な説明】
【０１９８】
【図１】この発明の実施の形態１による光起電力素子の概略断面図である。
【図２】プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）装置の概略断面図である。
【図３】図２に示すＡ方向から見たプラズマＣＶＤ装置の平面図である。
【図４】図１に示す光起電力素子の製造工程を示す第１の工程図である。
【図５】図１に示す光起電力素子の製造工程を示す第２の工程図である。
【図６】図１に示す光起電力素子のエネルギーバンド図である。
【図７】実施の形態１による他の光起電力素子の概略断面図である。
【図８】実施の形態２による光起電力素子の概略断面図である。
【図９】図８に示す光起電力素子の製造工程を示す第１の工程図である。
【図１０】図８に示す光起電力素子の製造工程を示す第２の工程図である。
【図１１】図８に示すｉ層の絶縁基板１の面内方向におけるエネルギーバンド図である。
【図１２】実施の形態２による他の光起電力素子の概略断面図である。
【図１３】図１２に示す光起電力素子の製造工程を示す第１の工程図である。
【図１４】図１２に示す光起電力素子の製造工程を示す第２の工程図である。
【図１５】実施の形態２によるさらに他の光起電力素子の構成図である。
【図１６】図１５に示す光起電力素子の製造工程を示す第１の工程図である。
【図１７】図１５に示す光起電力素子の製造工程を示す第２の工程図である。
【図１８】図１５に示す光起電力素子の製造工程を示す第３の工程図である。
【図１９】実施の形態２によるさらに他の光起電力素子の概略断面図である。
【図２０】図１９に示す光起電力素子の製造工程を示す第１の工程図である。
【図２１】図１９に示す光起電力素子の製造工程を示す第２の工程図である。
【図２２】図１９に示す光起電力素子の製造工程を示す第３の工程図である。
【符号の説明】
【０１９９】
１，１１  基板、２，１２  透明導電膜、３  ｐ層、４，４Ａ，４Ｂ，４０，４０Ａ，４０Ｂ，４０Ｃ  ｉ層、５  ｎ層、６  電極、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ  光起電力素子、４１  非晶質薄膜、４２  結晶薄膜、１００  プラズマＣＶＤ装置、１１０  反応室、１１０Ａ，１２０Ａ  側壁、１１０Ｂ，１２０Ｂ  底面、１１０Ｃ  上面、１１１  排気管、１２０  搬送室、１２１  開閉扉、１３０，１４０  アンテナ、１５０，１６０  ガス供給管、１７０  支持台、１８０  アーム、１９０  ヒーター、２００  高周波電源、３００  試料、４０１，４０３，４０４，４０５  非晶質領域、４０１Ａ  下地層、４０２，４０２Ａ，４０２Ｂ  結晶領域、４１１，４１４  結晶粒、４１２，４１５  光吸収物質、４１３  結晶核、４０１１〜４０２０，４０５１，４０５２  薄膜。
【図１】
0005136066.tif 000008
【図２】
0005136066.tif 000009
【図３】
0005136066.tif 000010
【図４】
0005136066.tif 000011
【図５】
0005136066.tif 000012
【図６】
0005136066.tif 000013
【図７】
0005136066.tif 000014
【図８】
0005136066.tif 000015
【図９】
0005136066.tif 000016
【図１０】
0005136066.tif 000017
【図１１】
0005136066.tif 000018
【図１２】
0005136066.tif 000019
【図１３】
0005136066.tif 000020
【図１４】
0005136066.tif 000021
【図１５】
0005136066.tif 000022
【図１６】
0005136066.tif 000023
【図１７】
0005136066.tif 000024
【図１８】
0005136066.tif 000025
【図１９】
0005136066.tif 000026
【図２０】
0005136066.tif 000027
【図２１】
0005136066.tif 000028
【図２２】
0005136066.tif 000029