(57)【要約】【課題】課題の一つは、ＵＶ光の照射履歴の影響を受けないか実質的に影響を受けにくく、使用寿命の劣化がないか実質的に劣化がない太陽電池を提供することである。【解決手段】特定条件下にあるＵＶ劣化防止層を層構成要素の一つとして設けた太陽電池である。ＵＶ劣化防止層は、半導体極性に寄与する半導体不純物がその層厚方向に濃度分布し且つその内部に濃度分布の極大値（ＣＤMax）を有するように含有されており、その層厚（d1＋d2）が２〜６０nmの範囲にあり、極大値（ＣＤMax）は以下の範囲にあり、１ｘ１０１９個／cm3  ≦  極大値（ＣＤMax）≦  ４ｘ１０２０個／cm3  ・・・式（１）極大値（ＣＤMax）の半減値（b1）の位置がＵＶ劣化防止層の光入射側の表面からの深さ位置（A1）にあり、その深さ位置（A1）が、極大値（ＣＤMax）の深さ位置（A0）＜（「深さ位置（A1）」）≦  ２０nm・・・式（３）  の範囲にある。【選択図】図１Ａ
2018131060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
n型又はｐ型のシリコン（Si）半導体基体、
該半導体基体の極性（I）と反対の極性（II）を有し前記半導体基体と半導体接合を形成している半導体層、
該半導体層上に直接設けてあり前記極性（II）と反対の極性（III）を有し、
その層内に含有される該極性（III）の半導体不純物の中、極性（III）に寄与する半導体不純物がその層厚方向に濃度分布し且つその内部に濃度分布の極大値（ＣＤMax）を有するように含有されており、その層厚（d1＋d2）が  ２〜６０  nmの範囲にあるＵＶ劣化防止層、と備え、前記極大値（ＣＤMax）は以下の範囲にあり、
１ｘ１０１９個／cm3  ≦  極大値（ＣＤMax）≦  ４ｘ１０２０個／cm3  ・・・式（１）
前記極大値（ＣＤMax）の半減値（b1）の位置が前記ＵＶ劣化防止層の光入射側の表面からの深さ位置（A1）にあり、その深さ位置（A1）が、
前記極大値（ＣＤMax）の深さ位置（A0）＜（「深さ位置（A1）」）≦  ２０nm・・・式（３）
の範囲にあることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
半導体接合を備えている光起電力発生層、
該光起電力発生層上に直接設けてあるＵＶ劣化防止層、
とを、備えており、
前記ＵＶ劣化防止層は、その層内に半導体不純物を含有し、該半導体不純物の中、該ＵＶ劣化防止層の半導体極性に寄与する半導体不純物がその層厚方向に濃度分布し且つその内部に濃度分布の極大値（ＣＤMax）を有するように含有されており、その層厚（d1＋d2）が２〜６０  nmの範囲にあり、前記極大値（ＣＤMax）は以下の範囲にあり、
１ｘ１０１９個／cm3  ≦  極大値（ＣＤMax）≦  ４ｘ１０２０個／cm3  ・・・式（１）
前記極大値（ＣＤMax）の半減値（b1）の位置が前記ＵＶ劣化防止層の光入射側の表面からの深さ位置（A1）にあり、その深さ位置（A1）が、
前記極大値（ＣＤMax）の深さ位置（A0）＜（「深さ位置（A1）」）≦  ２０nm・・・式（３）
の範囲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、太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自然光、或は人工光を受光することで光起電力を起こして外部に電力を供給する、所謂、太陽電池は、光起電力効果（Photovoltaic effect）を利用し光エネルギーを電力に変換する電力機器であり、環境負荷軽減に優れた再生エネルギー電力機器としての期待度は益々増している。
現在一般的な太陽電池は、Ｐ型とＮ型の半導体を接合した構造（ＰＮ接合型太陽電池）を持った、シリコン系、化合物系の太陽電池がある（特許文献１，２）。
本願では、以後において使用される「太陽電池（Solar battery）」の語は、特に断らなければ、単一セル（単一Solar cell）の他、複数セル、セルを複数直並列接続して必要な電圧と電流が得られるようにしたパネル状の製品単体（ソーラーパネルまたはソーラーモジュール、ソーラーアレイといわれている）の何れか若しくは複数を指す意味で使用される。
一方、太陽電池内部に効率よく入射光が吸収されるような試みとして、たとえば、機械
的加工法や反応性イオンエッチング法、結晶面方位に依存しないテクスチャ（微小な凹凸）構造形成法、電気化学反応法や化学エッチング法などで形成した多孔質シリコン構造をテクスチャ構造として利用する方法が提案されている（特許文献１〜９）。
上記提案の何れもが、微小凹凸構造によって照射光が多重反射されることで、太陽電池内部に効率よく照射光が吸収されるように試みたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−２０４２２０号公報
【特許文献２】特開平１０−０７８１９４号公報
【特許文献３】特開２００２−２９９６６１号公報
【特許文献４】特開２００８−０５３２７号公報
【特許文献５】特開２０１２−１０４７３３号公報
【特許文献６】特開２０１４−０３３０４６号公報
【特許文献７】特開２０１４−２２９５７６号公報
【特許文献８】特開平０５−２２１８４６９号公報
【特許文献９】ＷＯ２０１３／１８６９４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記のように構造的にいくら工夫して照射光の利用効率を上げて発電効率（以後、光起電力発生効率と称する場合もある。或いはもう少し広い意味で光電変換効率と称する場合もある）を高めても、以下の点において課題が存在する。
即ち、太陽光には、可視光以外に紫外光（ＵＶ光）も含まれているが、このＵＶ光、特に３５０nm程度以下の光波長のＵＶ光は、エネルギーが高い（約３．５eV超）ので、UV光が太陽電池に照射されると，太陽電池内部のシリコン層表面に形成された酸化膜（自然酸化膜）の中や，酸化膜・シリコン層界面に，固定電荷や界面準位ができる．この固定電荷や界面準位は前記酸化膜中や前記界面に残存（蓄積）するため、ＵＶ光の照射履歴とともにそれらの残存量が増加する。
この様に固定電荷や界面準位が増加し続けると，シリコン層の表面下付近において光照射により発生する電子または正孔（シリコン層がP型の場合は電子，N型の場合は正孔）をシリコン層表面に移動させる内部電界が生じてくる．そうなると、光照射により発生する電子または正孔は、形成されている内部電界によりシリコン層表面に移動し，シリコン層表面に蓄積されている電子又は正孔と再結合（光発生電子は蓄積正孔と、光発生正孔は蓄積電子と）して消滅して仕舞うので，光照射により発生する電子または正孔は発電電流に寄与しなくなる。
このため、ＵＶ光の照射履歴とともに太陽電池の発電効率の低下が進み何れ実用に耐えない太陽電池になってしまう。このことが、太陽電池の使用寿命を短命にしている。皮肉にも、このＵＶ光の照射による太陽電池の劣化は、赤道など照射光量の多い設置場所になればなる程著しくなり、使用寿命も短命となって投資効率を悪くする。
このようなＵＶ光による劣化を抑制する目的で、紫外線吸収剤等の耐候剤や光安定剤などを含ませた封止材で太陽電池セルを被覆して封止する技術がある。
しかし、この技術は、ＵＶ光を有効に利用して発電効率を上げるという視点からは外れるものである上に、太陽電池セルの製造工程数及びコストを増加させる要因となっている。
本願で扱うＵＶ光としては、以下に示される。
紫外線（ＵＶ光）は、分類の仕方によって波長領域は多少異なることがあるが、分類される各波長領域の紫外線にはそれぞれ名称が以下の通りにつけられている。
・近紫外線（波長３８０〜２００ｎｍ）
・ＵＶ−Ａ（波長３８０〜３１５ｎｍ） 
・ＵＶ−Ｂ（波長３１５〜２８０ｎｍ） 
・ＵＶ−Ｃ（波長２８０〜２００ｎｍ） 
・遠紫外線（ｆａｒ ＵＶ：ＦＵＶ ）又は、真空紫外線（ｖａｃｕｕｍ ＵＶ：ＶＵ Ｖ）（以後統一して遠紫外線という）（波長２００〜１０ｎｍ） 
・極紫外線若しくは極端紫外線（extreme ＵＶ，ＥＵＶまたはＸＵＶ）（波 長１０〜１ｎｍ） 但し、フォトリソグラフィやレーザー技術においては、遠紫外線（deep ＵＶ：ＤＵＶ）は上記のＦＵＶとは異なり波長３００ｎｍ以下の紫外線を指 す。【０００５】
本発明は、上記点に鑑み鋭意なされたものであって、その目的の一つは、ＵＶ光の照射履歴の影響を受けないか実質的に影響を受けにくく、使用寿命の劣化がないか実質的に劣化がない太陽電池を提供することである。
本発明の別の目的は、使用劣化を起こすことなく所期の発電効率を維持できる太陽電池を提供することである。
本発明のもう一つの目的は、ＵＶ光耐性に優れとともにＵＶ光を有効に利用して発電効率を向上させることが期待できる太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一つの側面は、
n型又はp型のシリコン（Si）半導体基体、
該半導体基体の極性（I）と反対の極性（II）を有し前記半導体基体と半導体接合を形成している半導体層、
該半導体層上に直接設けてあり前記極性（II）と反対の極性（III）を有し、
その層内に含有される該極性（III）の半導体不純物の中、極性（III）に寄与する半導体不純物がその層厚方向に濃度分布し且つその内部に濃度分布の極大値（ＣＤMax）を有するように含有されており、その層厚（d1＋d2）が  ２〜６０  nmの範囲にあるＵＶ劣化防止層、
と備え、前記極大値（ＣＤMax）は以下の範囲にあり、
１ｘ１０１９個／cm3  ≦  極大値（ＣＤMax）≦  ４ｘ１０２０個／cm3  ・・・式（１）
前記極大値（ＣＤMax）の半減値（b1）の位置が前記ＵＶ劣化防止層の光入射側の表面からの深さ位置（A１）にあり、その深さ位置（A1）が、
前記極大値（ＣＤMax）の深さ位置（A0）
＜（「深さ位置（A1）」）≦  ２０nm・・・式（３）
の範囲にあることを特徴とする太陽電池にある。
本発明のもう一つの側面は、
半導体接合を備えている光起電力発生層、
該光起電力発生層上に直接設けてあるＵＶ劣化防止層、
とを、備えており、
前記ＵＶ劣化防止層は、その層内に半導体不純物を含有し、該半導体不純物の中、該ＵＶ劣化防止層の半導体極性に寄与する半導体不純物がその層厚方向に濃度分布し且つその内部に濃度分布の極大値（ＣＤMax）を有するように含有されており、その層厚（d1＋d2）が２〜６０  nmの範囲にあり、前記極大値（ＣＤMax）は以下の範囲にあり、
１ｘ１０１９個／cm3  ≦  極大値（ＣＤMax）≦  ４ｘ１０２０個／cm3  ・・・式（１）
前記極大値（ＣＤMax）の半減値（b1）の位置が前記ＵＶ劣化防止層の光入射側の表面からの深さ位置（A1）にあり、その深さ位置（A1）が、
前記極大値（ＣＤMax）の深さ位置（A0）
＜（「深さ位置（A1）」）≦  ２０nm・・・式（３）
の範囲にある事を特徴とする太陽電池にある。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ＵＶ光の照射履歴の影響を受けないか実質的に影響を受けにくく、使用寿命の劣化がないか実質的に劣化がない太陽電池を提供することが出来る。更に、使用劣化を起こすことなく所期の発電効率を維持できる太陽電池を提供することもできる。
また、別には、ＵＶ光耐性に優れとともにＵＶ光を有効に利用して発電効率を向上させることが期待できる太陽電池を提供することもできる。
本発明のその他の特徴及び利点は、添付図面を参照とした以下の説明により明らかになるであろう。なお、添付図面においては、同じ若しくは同様の構成には、同じ参照番号を付す。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
添付図面は明細書に含まれ、その一部を構成し、本発明の実施の形態を示し、その記述と共に本発明の原理を説明するために用いられる。
【図１Ａ】図１Ａは、本発明の太陽電池の好適な実施態様例の一つの例の構成を説明するための模式的構成説明図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示す太陽電池の光起電力発生部中に含有される実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の好適な例の一つを示すグラフである。
【図１Ｃ】図１Ｃは、図１Ａに示す太陽電池の光起電力発生部中に含有される実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の好適な例の一つを示すグラフである。
【図１Ｄ】図１Ｄは、図１Ａに示す太陽電池の光起電力発生部中に含有される実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の好適な例の一つを示すグラフである。
【図１Ｅ】図１Ｅは、図１Ａに示す太陽電池の光起電力発生部中に含有される実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の好適な例の一つを示すグラフである。
【図１Ｆ】図１Ｆは、図１Ａに示す太陽電池の光起電力発生部中に含有される実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の好適な例の一つを示すグラフである。
【図１Ｇ】図１Ｇは、図１Ａに示す太陽電池の光起電力発生部中に含有される実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の好適な例の一つを示すグラフである。
【図１Ｈ】図１Ｈは、図１Ａに示す太陽電池の光起電力発生部中に含有される実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の好適な例の一つを示すグラフである。
【図１Ｉ】図１Ｉは、図１Ａに示す太陽電池の光起電力発生部中に含有される実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の好適な例の一つを示すグラフである。
【図２】図２は、本発明の太陽電池の好適な実施態様例のもう一つの例の構成を説明するための模式的構成説明図である。
【図２Ａ】図２Ａは、図２に示す太陽電池の模式的上面図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の太陽電池の好適な実施態様例の更にもう一つの例の構成を説明するための模式的構成説明図である。
【図３】図３は、本発明の実施例の分光感度特性の一例を示すグラフである。
【図４】図４は、比較例の分光感度特性の一例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１Ａに示される太陽電池１００は、基体１０１、光起電力発生部１００ａ、中間層１１３、パッシベーション層１１４を備えている。
光起電力発生部１００ａは、光起電力発生層１０２、ＵＶ（紫外線）劣化防止層１０９を備えている。
光起電力発生層１０２は、半導体で構成される層領域（１）１０３、層領域（２）１０４で構成されている。
層領域（１）１０３、層領域（２）１０４には、半導体不純物が含有されて所定の半導体極性が付与されている。
例えば、層領域（１）１０３がｎ型極性の場合は、層領域（２）１０４はｐ型極性とされるのが好適な典型例の一例である。
本願において、層領域がｎ型極性或いはｐ型極性ということの技術的意味は、層領域の半導体極性に寄与する量（実効半導体不純物含有量）のｎ型或いはｐ型の半導体不純物が含有されて層領域がｎ型或いはｐ型の半導体極性が付与されていることをいう。
ＵＶ劣化防止層１０９は、層領域（３）１１０及び層領域（４）１１１で構成され、且つ、半導体不純物が含有されて所定の半導体極性が付与されている。ＵＶ劣化防止層１０９中に含有されている半導体不純物は、ＵＶ劣化防止層１０９の層厚方向（ＵＶ劣化防止層１０９の上部表面１０７からの層深さ方向）に濃度分布して含有されている。この場合の濃度分布は、ＵＶ劣化防止層１０９の半導体極性に寄与する半導体不純物の濃度（以後、「実効半導体不純物濃度」ということもある）の分布（以後、「実効半導体不純物濃度分布」ということもある）を意味する。そして、以後、表面１０７からの深さ（Ｄ）における実効半導体不純物濃度を実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）ということもある。
本発明においては、この実効半導体不純物濃度分布を以後の説明のようにすることで太陽電池１００の紫外線被爆による光起電力発生力の劣化を効果的に防止若しくは実質的に防止することが出来る。
本発明においては、層領域（４）１１１は、層の深さ方向に高濃度の実効半導体不純物濃度（ＣＤ）の領域を備え、且つ実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の極大値（ＣＤMax）が設けられている。即ち、図１Ｂに図示するように層領域（４）１１１内の極大値位置１０８に、実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の極大値（ＣＤMax）が設けられている。
極大値（ＣＤMax）及び極大値（ＣＤMax）の位置する深さ（Ｄmax）（＝「位置A0の深さ」）の数値範囲は、太陽電池１００が紫外線被爆履歴による光起電力発生力の劣化を最大限に防止するのに重要な技術的ファクターである。
本発明において、好ましい極大値（ＣＤMax）及び深さ（Ｄmax）は、以下の数値範囲にある事が望ましい。
【００１０】
１ｘ１０１９個／cm3  ≦  極大値（ＣＤMax）≦  ４ｘ１０２０個／cm3  ・・・式（１）
【００１１】
極大値（ＣＤMax）を式（１）の範囲とすることで、太陽電池内部のシリコン層表面に形成された酸化膜（自然酸化膜）の中や，酸化膜・シリコン層界面にUV光の照射によって固定電荷や界面準位が生成されたとしても，層領域（４）１１１中のキャリアないし不純物イオンによって，固定電荷との電気力線を結合することができるために実質的に内部電界に変化を生じさせることがなく、また界面準位が再結合中心とならないように不活性にすることが出来る。極大値（ＣＤMax）が式（１）の範囲を外れると、上記の効果が効果的に得られ難くなるので好ましくない。
【００１２】
０  ＜  深さ（Ｄmax）≦  ４nm  ・・・・式（２）
【００１３】
極大値（ＣＤMax）の位置A0（＝「深さ（Ｄmax）」）の範囲を式（２）の範囲とすることで、UV光に対する発電効率を向上させることが出来る。
極大値（ＣＤMax）の位置A0（＝「深さ（Ｄmax）」）が、４nmを超えると，極大値の位置よりもシリコン表面に近い側で光電変換した光電荷は光起電力発生層１０２へ到達しづらくなる。即ち、シリコン層における侵入長が短い紫外（UV）光の照射によって発生する光電荷が再結合によって消滅してしまう確率が高まるため光電変換した光電荷が光起電力の発生に寄与しにくくなるために発電効率の低下傾向が見受けられるようになる。
【００１４】
層領域（４）１１１の層厚（d1）（nm）は、
（「位置（A0）の深さD（A0）」１０８または「深さ（Ｄmax）」）  
＜  d1  = (「位置（A1）の深さD(A1)」)   ≦ ２０nm  ・・・・式（３）
『ただし、「位置（A1）の深さD(A1)」とは、実効不純物分布濃度（CD）が、極大値（ＣＤMax）の１／２になる位置の深さと定義される。』
とされるのが好ましい。
【００１５】
層厚（d1）を上記の範囲とすることで、層領域（４）１１１に含まれる実効不純物の総数がUV光の照射によって生成される固定電荷数および界面準位数よりも大きくすることが出来る。
層厚（d1）が、２０nmを超えると、UV光の照射によって生成される固定電荷および界面準位によって内部電界が変化し，発電効率が低下することとなり好ましくない。
【００１６】
ＵＶ劣化防止層１０９の層厚（d1+d2）は、以下の範囲とするのが好ましい。
２nm ≦ （d1+d2） ≦ ６０nm ・・・・式（４）
【００１７】
層厚（d1+d2）が２nm未満となると、層領域（４）に含まれる実効不純物の総数がUV光の照射によって生成される固定電荷数および界面準位数よりも少なくなることで発電効率が低下してしまうこととなり、また６０nmを超えるとPN接合によって形成される空乏層による内部電界がシリコン表面近くに形成されづらくなるため光電荷を光起電力発生層へ輸送しづらくなり好ましくはない。
尚、図１Ａに示す太陽電池１００では、外部に電力を取り出すための電極（例えば、受光面電極、裏面電極）は省略されている。
ＵＶ劣化防止層１０９上に更に別の層を設ける場合に、該別の層を直接ＵＶ劣化防止層１０９上に設けると、場合によってはＵＶ劣化防止層１０９と該別の層との界面若しくは該界面のＵＶ劣化防止層１０９側付近に表面準位若しくはローカル準位が形成され、発電効率を低下させる原因になる。この点を避けるために中間層１１３を適切な材料を用いて適切な製法と条件で形成する。
また、中間層１１２は、上記の目的で設けるほか反射防止機能を持たせて反射防止膜とすることもできる。
被覆層あるいは封止層と呼ばれる表面層１１３は、例えば、太陽電電池１００に耐水性、耐降雨性、耐汚染性などを持たせて発電能力を低下させないようにして耐用年数の低減防止をする目的で設けられる。
【００１８】
図１Ｂに、光起電力発生部１００ａ中に含有される半導体不純物の実効分布濃度（「実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）」）の好適な例の一つを示す。図１Ｂにおいて、横軸は、表面１０７から深さ、縦軸は、実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の対数表示である。
以後の図１Ｃ〜図１Ｉにおける横軸、縦軸も同様である。
図１Ｂに示される半導体不純物の実効分布濃度の曲線は、3つのピーク（「Pmax(1)、Pmax(２)、Pmax(３)」）を有し、ピークごとに３つの領域に分けることが出来る。
図１Ｂに明示す太陽電池１００は、層領域（１）１０３、層領域（２）１０４、ＵＶ劣化防止層１０９の３領域を備えており、各領域において、実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の極大値（ピーク）が設けられている。即ち、層領域（１）１０３においては深さＤ１の位置に、層領域（１）１０３においては深さＤ２の位置に、ＵＶ劣化防止層１０９においては深さ１０８の位置にそれぞれ極大値（ピーク）が設けられた実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）を備えた太陽電池１００とされている。
図１Ｂに示す実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線は、位置（点）Ｂ１（「座標表示で示せば（B1,0）」），Ｃ１（「座標表示で示せば（C1,0）」）において変曲点を有している。
層領域（１）１０３と層領域（２）１０４、層領域（２）１０４とＵＶ劣化防止層１０９との接触面には、半導体接合１０５（１）、１０５（２）がそれぞれ形成されている。
本発明において特に技術的に重要なのは、ＵＶ劣化防止層１０９における半導体不純物の実効分布濃度の曲線の形状と横軸・縦軸の値である。
【００１９】
本発明に目的を効果的に達成するには、我々発明者のデバイス作成とデバイス特性の測定・検証・シミュレーションとする一連の多くの実験の結果から帰納法的に導きだされた結果によれば、ＵＶ劣化防止層１０９中のピークPmax(3)（極大点）は、表面１０７を基準にして、ＵＶ劣化防止層１０９の層内４nmまでの層厚内にあり、且つその値（「ピーク値」若しくは「極大値」ということもある）は、少なくとも１ｘ１０１９個／cm3であることが好ましいものである。上限は、４ｘ１０２０個／cm3であるのが好ましい。然も、ピークPmax(3)から左側（「層領域（２）１０４」側）における半導体不純物の実効分布濃度の曲線は急峻に減少していることが好ましい。
【００２０】
本願の発明者らの多くの実験結果から、表面１０７からのピーク位置をA0（１０８）とすると、より好ましくは、表面１０７から深さ位置A1において、少なくとも極大値（ＣＤMax）の半減値（個／cm3）に減少しているのが望ましいことが分かった。即ち、図１Ｂの例で説明すれば、深さ位置A１において、
ｂ1  = 極大値（ＣＤMax）の半減値（個／cm3）・・・式（５）
であることが好ましい。
【００２１】
深さ位置A1としては、ピークPmax(3)をできる限り表面１０７近傍に設けることが技術的に重要であることが実験結果ら分かっている。
そのために本発明においては、好ましくは、式（３）を満足するように設計されるのが望ましい。
深さ位置A1が、深さ位置（A0）１０８以下になる（「ピークPmax（３）」が「層領域（４）１１１」内に存在しない）と層領域（４）１１１に含まれる実効不純物総数がUV光の照射によって生成される固定電荷数および界面準位数よりも少なくなることで発電効率が低下してしまうこととなる。２０nmを超えると実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の深さ方向の変化によって発生する内部電界が小さくなるため侵入長の短いUV光によって発生する光電荷を光起電力発生層へ輸送しづらくなる。いずれにしても深さ位置（A1）が式（３）に範囲を外れるのは本発明においては好ましくない。
図１Ｂの例においては、例えば、層領域１０３がｎ型であれば、層領域１０４はｐ型であり、層領域１０９はｎ型である。本発明の場合、各層領域のこのｎ型、ｐ型を入れ替えた極性にしても差し支えないことは容易に想到でき、本発明の範疇である。
図１Ｂの例においては、層領域１０３，１０４の場合も表面１０７からの深さ位置（D1）１０６（１）、深さ位置（D２）１０６（２）に、それぞれ濃度分布曲線にピ−クPmax(1)、Pmax(2)が設けられている。
【００２２】
図１Ｃの例の場合は、層領域１０３に於ける半導体不純物の実効濃度分布が、略フラットになっている以外は、図１Ｂの場合と実質的に同じである。
図１Ｄの場合は、層領域（４）１１１に於ける半導体不純物の実効濃度分布が図示のごとく異なる以外は図１Ｃの場合と実質的に同じである。
図１Ｂ、図１Ｃの場合は、ピークPmax(3)の図での左側の半導体不純物の実効分布濃度曲線は減少傾向のまま縦軸に至っているが、図１Ｄの場合は、一旦減少して極小点Pmin(3)に達した後に再び増加して縦軸上にある点a1に至っている。点a1の分布濃度値は、ピークPmax(3)の分布濃度値と同じか若しくは大きな値である。
【００２３】
図１Ｅには、好適な例のもう一つが示される。
図１Ｅは、UV劣化防止層１０９に於ける分布濃度曲線が異なる以外は、図１Ｄの場合と実質的に同じである。
図１Ｅの場合、一旦減少して極小点Pmin(3)に達した後に再び増加して縦軸上にある点a1に至っている。点a1の分布濃度値は、ピークPmax(3)の分布濃度値と同じか若しくは大きな値である。
【００２４】
図１Ｆには、もう一つ別な好適な例が示される。
図１Ｆに示される太陽電池１００Ｆの実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線は、図１Ｃの場合の実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線とは、以下の点で異なっている。
即ち、図１Ｆに示す太陽電池の実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線は、図１Ｃの場合と同様に３つの変曲点を有するが、位置B1にある変曲点は、横軸上になく、座標点（B1、y1）に設けられている。層領域（１）１０３、層領域（２）１０４、UV劣化防止層１０９の半導体極性は、図示のごとく、n／p／pか若しくはp／n／nである。
【００２５】
図１Ｇには、更にもう一つ別な好適な例が示される。
図１Ｇに示される太陽電池１００Ｇの実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線は、図１Ｆの場合の実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線とは、以下の点で異なっている。
即ち、図１Ｇに示す太陽電池の実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線は、図１Ｆの場合と異なり、変曲点一つしか有さないか若しくは実質的に1つしか有さない。
層領域（２）１０４とUV劣化防止層１０９との境界では、実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線は、連続的に変化している。そして層領域（２）１０４とUV劣化防止層１０９との半導体極性は同極性である。即ち、図１Ｇに示す太陽電池は、太陽光の入射側と反対側からn／p／pかp／n／nの半導体極性の層構造を有している。
【００２６】
図１Ｈには、更にもう一つ別な好適な例が示される。
図１Ｈに示される太陽電池１００Ｈの実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線のUV劣化防止層１０９の部分において、図１Ｅの場合の様に、極大ピークPmax(3)と極小ピークPmin(3)を有している以外は、図１Ｇの場合と実質的に同じである。
【００２７】
図１Ｉには、更にもう一つ別な好適な例が示される。
図１Ｉに示される太陽電池１００Ｉの実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線のUV劣化防止層１０９の部分において、図１Ｄの場合の様に、極大ピークPmax(3)と極小ピークPmin(3)を有している以外は、図１Ｇの場合と実質的に同じである。
【００２８】
図２には、本発明の好適な実施態様例のもう一つが示される。
図２には太陽電池２００の構造が模式的に示される。
図２に示す太陽電池１００は、光照射側の層構造が鋸状、ピラミット状、或いは波状の凹凸構造を有している。この様な凹凸構造を設けることで多重反射効果により照射光を太陽電池２００内に効率よく取り込むことが出来る。
太陽電池２００は、結晶性半導体部２０１を備えている。結晶性半導体部２０１は、単結晶、多結晶、マイクロ／ナノ結晶の何れかのシリコン（Si）半導体材料などの半導体材料で構成されるが、好ましくは単結晶のシリコン（Si）半導体材料で構成されるのが望ましい。
結晶性半導体部２０１は、光起電力発生層２０２とＵＶ劣化防止層２０５、裏面高濃度層２０７を内部に有している。
光起電力発生層２０２は、層領域（１）２０３と層領域（２）２０４を有している。層領域（１）２０３と層領域（２）２０４との接触面には半導体接合が形成されている。この半導体接合は、例えば、層領域（１）２０３と層領域（２）２０４の何れか一方をある半導体極性とし、他方を該極性と異なる半導体極性とすることで形成される。具体的には、層領域（１）２０３と層領域（２）２０４の何れか一方をＰ型とし他方をＮ型とする。
結晶性半導体部２０１は、光照射側（図の上側）に、反射防止層２０６と受光面電極２０８、光照射側と反対側（図の下側）に裏面電極２０９を備えている。
裏面高濃度層２０７は、層領域（１）２０３と裏面電極２０９と間の電気的抵抗を可能な限り小さくするか或いは実質的になくし、光起電力の取り出しを可能な限り効率よく行うために設けられる。その目的のために、裏面高濃度層２０７には、所望の半導体極性の半導体不純物が高濃度に含有される。具体的には、例えば、結晶性半導体部２０１がＳｉ半導体材料で構成される場合は、Ｐ+型又はＮ+型のＳｉ半導体材料で構成される。
同様な目的で設けられるのが、受光面電極２０８の下部に設けられる上面高濃度層２１０である。
裏面電極２０９は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）などで構成される。
太陽電池２００では、ＵＶ劣化防止層２０５は、遮光される受光面電極２０８の下部には設けられていないが、製造の効率の点で、遮光される受光面電極２０８の下部に設けても差し支えない。
ＵＶ劣化防止層２０５中の半導体不純物の濃度分布は、図１Ｂ乃至図１Ｉで示した濃度分布曲線の何れかのパターンが採用される。
【００２９】
図２Ａは、太陽電池２００の上面（図２の上方側から見た面）を模式的に示したものである。
受光面電極２０８は、太陽電池２００の周囲と入射面２１１の周囲に図示のように受光面電極２０８の表面２１２が光照射側になるように配されている。受光面電極２０８は、例えば、銀（Ａｇ）などで構成される。
【００３０】
図２Ｂには、図２に示す太陽電池２００の変形例として本発明の好適な実施態様例のもう一つが示される。
図２Ｂに示す太陽電池２００Ｂは、その層構造と実効半導体不純物分布濃度（ＣＤ）の曲線が、図１Ｇ乃至図１Ｉに示す太陽電池の場合と類似している。
【００３１】
次に本発明に係る太陽電池の典型的な製造例の一つを具合的に記述する。
以下は図１Ｆに実効濃度分布を示すp+pn型素子構造を有する本発明の太陽電池の主要部の好適な製造例である。
素子構造の極性が逆極性であっても本発明の範疇に入ることは、当該技術分野においては当然のことである。
本発明の太陽電池は、通常の半導体製造技術で形成する事が出来る。従って、以下の工程での説明では当該分野の技術者のとって自明のことは省略し要点を簡略に記載することにする。
【００３２】
・工程（１）：Siウェハ（半導体基体）を準備する。ここではn型の不純物濃度が1×1014cm-3のn型Siウェハを用意する。
Siウェハの不純物濃度は低濃度であるほど長光波長帯域の感度が高くなるため好適であるが、1×1014cm-3以外の不純物濃度を用いても良いことは断るまでもない。また、p型のSiウェハを用いても良い。
・工程（２）：半導体基体(n型Siウェハ)表面に7nmのSiO2膜を形成する。ここでは750℃の水分酸化を行うが、化学気相成長法を用いても良い。
また、この工程に先立ち、入射光の反射を抑えるための表面テクスチャ構造を、ウェットエッチング工程等を用いて形成しても良い。
・工程（３）：埋め込みp型の半導体領域を形成するためのイオン注入を行う。
イオン注入条件は、イオン種をB+とし、注入エネルギー20keV, ドーズ4×1012cm-2とする。
・工程（４）：工程（４）で注入した不純物原子を活性化するために、熱処理を行う。
ここでは、窒素雰囲気において1000℃の熱処理を5秒間行う。
・工程（５）：UV劣化阻止層を形成するためのイオン注入を行う。
イオン注入条件は、イオン種をBF2+とし、注入エネルギー8keV, ドーズ8.0×1013cm-2とする。
・工程（６）：配線層間絶縁膜を形成するここでは、化学気相成長法を用いて300nmのSiO2膜を形成する。 
・工程（７）：埋め込みp型の半導体領域と配線を接続するためのコンタクトホールを開口する。
ここでは、ウェットエッチングによって配線層間絶縁膜をエッチングする。
・工程（８）：コンタクトホール開口領域にp+半導体層を形成するためのイオン注入を行う。
ここでは、イオン種をBF2+とし、エネルギー35keV,ドーズ3.0×1015cm-2とする。
・工程（９）：工程（５）および工程（８）で注入した不純物原子を活性化するために、熱処理を行う。ここでは、窒素雰囲気において950℃の熱処理を1秒間行う。
・工程（１０）：Al配線を形成するために、500nm厚のAl膜を、スパッタ法を用いて成膜する。
・工程（１１）：Al配線を形成するために、ドライエッチングによってAlの一部の領域をエッチングしパターニングする。
・工程（１２）：Siウェハ裏面に基体と接続するためのAl電極を形成する。
【００３３】
上記の様にして作成される本発明の太陽電池は、200〜1100nmの光波長帯域に対して高い感度を有し、特に200〜900nmの光波長帯域に対しては理想的な量子効率を有し、さらに、超高圧水銀ランプを光源に用いた強い紫外光を照射したとしても感度の劣化が起こらないことが判明している。
図３は本発明に係る太陽電池の受光感度の一典型例を示すグラフである
【実施例および比較例】
【００３４】
以下に、本発明における実施例と比較例を示す。
以下に記述する実施例は本発明に関わる典型的な例であるが、本発明を一義的に限定するものではなく、本発明の優位性を示すものである。
前記工程（５）のドーズ条件のみ変化させた試料（１）〜（４）を作成した。試料（１）（本例１）では、ドーズを2.0×1013cm-2とし、試料（２）（本例２）では、ドーズを8.0×1014cm-2とし、試料（３）（比較例１）では、ドーズを1.0×1013cm-2とし、試料（４）（比較例２）では、ドーズを1.6×1015cm-2とした。
他の工程の条件は前記したものと同じである。作成した試料のＣＤMaxは、試料（１）では1×1019cm-3，試料（２）では4×1020cm-3，試料（３）では5×1018cm-3，試料（４）では8×1020cm-3であった。
また、試料（１）〜（４）共に、A0は2nm，A1は8nmであり、試料（１）〜（４）のいずれも式（３）の条件は満たしていた。試料（１）は式（１）の下限を満たし、試料（２）は式（２）の上限を満たし、試料（３）は式（１）の下限を満たさず、試料（４）は式（１）の上限を満たしていなかった。
更なる比較のために、試料（５）（比較例３）を作成した。試料（５）では前記工程（５）において、イオン種をBF2+とし、注入エネルギー25keV, ドーズ3.0×1013cm-2とした。
作成した試料（５）においては、ＣＤMaxは1×1019cm-3，A1は25nmであり、式（１）の条件は満たすものの、式（３）の条件は満たしていなかった。
試料（１）および（２）は図３と同等の特性を得た。一方、試料（３）においては、初期特性は図３と同等の特性を得たものの、紫外光を照射した後の紫外光帯域における感度の劣化が大きく、好適な特性が得られなかった。また試料（４）においては、固溶度以上の不純物が導入された結果、暗電流が高く好適な特性が得られなかった。また、試料（５）においては、初期特性は図３と同等の特性を得たものの、紫外光を照射した後の紫外光帯域における感度の劣化が大きく、好適な特性が得られなかった。
【００３５】
次に、また比較として本発明に係るUV劣化層を有さない太陽電池の製造例および受光感度の特性について記述する。
・工程（１Ａ）：Siウェハ（半導体基体）を準備する。ここではp型の不純物濃度が1×1014cm-3のp型Siウェハを用意する。
・工程（２Ａ）：半導体基体(p型Siウェハ)表面を大気中に曝露することで1nm程度の自然酸化膜を形成する。また、この工程に先立ち、入射光の反射を抑えるための表面テクスチャ構造を、ウェットエッチング工程を用いて形成する。
・工程（３Ａ）：光起電力発生層の形成のためにp型の半導体基体とpn接合を形成するためn型の半導体領域を形成するためのイオン注入を行う。
イオン注入条件は、イオン種をAs+とし、注入エネルギー35keV, ドーズ3×1015cm-2とする。
・工程（４Ａ）：工程（３Ａ）で注入した不純物原子を活性化するために、熱処理を行う。
ここでは、窒素雰囲気において1000℃の熱処理を5秒間行う。
・工程（５Ａ）：Al配線を形成するために、500nm厚のAlを、スパッタ法を用いて成膜する。
・工程（６Ａ）：Al配線を形成するために、ドライエッチングによってAlの一部の領域をエッチングしパターニングする。
・工程（７Ａ）：Siウェハ裏面に基体と接続するためのAl電極を形成する。
【００３６】
図４は上記工程で作成した太陽電池（比較試料４）の受光感度の一例を示すグラフである。作成初期から光波長450nm以下の波長帯域において理想的な感度特性を下回っている。これは特に侵入長が短い光波長によって発生した光電荷を効率よく光起電力発生層に輸送する内部電界がないためである。また、超高圧水銀ランプを照射した後では380nm以下の光波長帯域における感度が大幅に劣化し、また、600nm以下の波長帯域においても初期特性から感度が劣化した。結果として太陽光の発電効率が初期値と比べて８％程度劣化した。
【００３７】
以上、図１Ａ乃至図３を用いて説明した本発明の実施態様の好適な例のいくつかとそれらの変形例は、何れも優れた太陽電池であることが示されたが、本発明はこれらに限定され得るものではないことはこれまでの記述から明白である。
【００３８】
本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために、以下の請求項を添付する。
【符号の説明】
【００３９】
１００，２００，２００Ｂ・・・太陽電池
１００a ・・・・・・光起電力発生部
１０２，２０２，２０２Ｂ・・・光起電力発生層      
１０３，２０３，２０３Ｂ・・・層領域（１）      
１０４，２０４、２０４Ｂ・・・層領域（２）
１０５（１），１０５（２）・・・半導体接合
１０６（１），１０６（２）・・・濃度分布曲線のピーク位置
１０７・・・表面
１０８・・・極大値位置
１０９，２０５，２０５Ｂ・・・・UV劣化防止層      
１１０・・・層領域（３）
１１１・・・層領域（４）
１１２・・・中間層
１１３・・・表面層
２０１，２０１Ｂ・・・結晶性半導体部
２０６，２０６Ｂ・・・反射防止膜
２０７，２０７Ｂ・・・裏面高濃度層
２０８，２０８Ｂ・・・受光面電極
２０９，２０９Ｂ・・・裏面電極
２１０、２１０Ｂ・・・上面高濃度層
２１１、２１１Ｂ・・入射面
２１２、２１２Ｂ・・・電極の表面
【図１Ａ】
2018131060.tif 000003
【図１Ｂ】
2018131060.tif 000004
【図１Ｃ】
2018131060.tif 000005
【図１Ｄ】
2018131060.tif 000006
【図１Ｅ】
2018131060.tif 000007
【図１Ｆ】
2018131060.tif 000008
【図１Ｇ】
2018131060.tif 000009
【図１Ｈ】
2018131060.tif 000010
【図１Ｉ】
2018131060.tif 000011
【図２】
2018131060.tif 000012
【図２Ａ】
2018131060.tif 000013
【図２Ｂ】
2018131060.tif 000014
【図３】
2018131060.tif 000015
【図４】
2018131060.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】令和1年7月2日(2019.7.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
n型又はｐ型のシリコン（Si）半導体基体、
該半導体基体の極性（I）と反対の極性（II）を有し前記半導体基体と半導体接合を形成している半導体層、
該半導体層上に直接設けてあり前記極性（II）と反対の極性（III）を有し、
その層内に含有される該極性（III）の半導体不純物の中、極性（III）に寄与する半導体不純物がその層厚方向に濃度分布し且つその内部に濃度分布の極大値（ＣＤMax）を有するように含有されており、その層厚（d1＋d2）が  ２〜６０  nmの範囲にあるＵＶ劣化防止層、と備え、前記極大値（ＣＤMax）は以下の範囲にあり、
１ｘ１０１９個／cm3  ≦  極大値（ＣＤMax）≦  ４ｘ１０２０個／cm3  ・・・式（１）
前記極大値（ＣＤMax）の半減値（b1）の位置が前記ＵＶ劣化防止層の光入射側の表面からの深さ位置（A1）にあり、その深さ位置（A1）が、
前記極大値（ＣＤMax）の深さ位置（A0）＜（「深さ位置（A1）」）≦  ２０nm・・・式（３）
の範囲にあることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
半導体接合を備えている光起電力発生層、
該光起電力発生層上に直接設けてあるＵＶ劣化防止層、
とを、備えており、
前記ＵＶ劣化防止層は、その層内に半導体不純物を含有し、該半導体不純物の中、該ＵＶ劣化防止層の半導体極性に寄与する半導体不純物がその層厚方向に濃度分布し且つその内部に濃度分布の極大値（ＣＤMax）を有するように含有されており、その層厚（d1＋d2）が２〜６０  nmの範囲にあり、前記極大値（ＣＤMax）は以下の範囲にあり、
１ｘ１０１９個／cm3  ≦  極大値（ＣＤMax）≦  ４ｘ１０２０個／cm3  ・・・式（１）
前記極大値（ＣＤMax）の半減値（b1）の位置が前記ＵＶ劣化防止層の光入射側の表面からの深さ位置（A1）にあり、その深さ位置（A1）が、
前記極大値（ＣＤMax）の深さ位置（A0）＜（「深さ位置（A1）」）≦  ２０nm・・・式（３）
の範囲にあることを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
n型又はｐ型のシリコン（Si）半導体基体、
該半導体基体の極性（I）と反対の極性（II）を有し前記半導体基体と半導体接合を形成している半導体層、
該半導体層上に直接設けてあり前記極性（II）と反対の極性（III）を有し、
その層内に含有される該極性（III）の半導体不純物の中、極性（III）に寄与する半導体不純物がその層厚方向に濃度分布し且つその内部に濃度分布の極大値（ＣＤMax）を有するように含有されており、その層厚（d1＋d2）が  ２〜６０  nmの範囲にあるＵＶ劣化防止層、と備え、前記極大値（ＣＤMax）は以下の範囲にあり、

１ｘ１０１９個／cm3  ≦  極大値（ＣＤMax）≦  ４ｘ１０２０個／cm3  ・・・式（１）

前記極大値（ＣＤMax）の半減値（b1）の位置が前記ＵＶ劣化防止層の光入射側の表面からの深さ位置（A1）にあり、その深さ位置（A1）が、

前記極大値（ＣＤMax）の深さ位置（A0）＜（「深さ位置（A1）」）≦  ２０nm・・・式（３）

の範囲にあることを特徴とする光電変換装置。
【請求項４】
半導体接合を備えている光電荷発生層、
該光電荷発生層上に直接設けてあるＵＶ劣化防止層、
とを、備えており、
前記ＵＶ劣化防止層は、その層内に半導体不純物を含有し、該半導体不純物の中、該ＵＶ劣化防止層の半導体極性に寄与する半導体不純物がその層厚方向に濃度分布し且つその内部に濃度分布の極大値（ＣＤMax）を有するように含有されており、その層厚（d1＋d2）が２〜６０  nmの範囲にあり、前記極大値（ＣＤMax）は以下の範囲にあり、

１ｘ１０１９個／cm3  ≦  極大値（ＣＤMax）≦  ４ｘ１０２０個／cm3  ・・・式（１）

前記極大値（ＣＤMax）の半減値（b1）の位置が前記ＵＶ劣化防止層の光入射側の表面からの深さ位置（A1）にあり、その深さ位置（A1）が、

前記極大値（ＣＤMax）の深さ位置（A0）＜（「深さ位置（A1）」）≦  ２０nm・・・式（３）

の範囲にあることを特徴とする光電変換装置。
【国際調査報告】
2018131060.tif 000017
2018131060.tif 000018