(57)【要約】【課題】  本発明の課題は、同一製膜室で製膜されたｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換装置において、結晶質シリコン光電変換装置の光電変換効率を改善することである。【解決手段】  本発明の薄膜光電変換装置の製造方法は、透明基板上に同一製膜室で順次積層されたｐｉｎ接合からなる非晶質シリコンｉ型層を含む非晶質シリコン光電変換ユニット、中間反射層として作用するシリコン酸化物層、結晶質シリコンｉ型層を含むｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換ユニットからなる薄膜光電変換装置の製造方法であって、結晶質シリコン光電変換層を含むｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換ユニットの結晶質シリコンｐ型層と結晶質シリコンｉ型層の間に結晶質シリコンｉ型初期層を製膜する工程を導入することを特徴とする。【選択図】図２
2012009685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板上に同一製膜室で順次積層されたｐｉｎ接合からなる非晶質シリコンｉ型層を含む非晶質シリコン光電変換ユニット、中間反射層として作用するシリコン酸化物層、結晶質シリコンｉ型層を含むｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換ユニットからなる薄膜光電変換装置の製造方法であって、結晶質シリコン光電変換層を含むｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換ユニットの結晶質シリコンｐ型層と結晶質シリコンｉ型層の間に結晶質シリコンｉ型初期層を製膜する工程を導入することを特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記薄膜光電変換装置の結晶質シリコン光電変換ユニットのｐ型層とｉ型層の界面近傍の膜中ホウ素濃度が１．０×１０−１６（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）以下であることを特徴とする、請求項１に記載の薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記結晶質シリコンｉ型初期層の製膜速度は、結晶質シリコンｉ型層の製膜速度の６０％以下であることを特徴とする請求項１、２のいずれかに記載の積層型光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一製膜室で製膜されたｐｉｎ接合からなる結晶質シリコンを含む積層型光電変換装置を製造する際、結晶質シリコンｐ型層のエッチングを抑制するが出来る。ｐ型層のエッチングを抑制することで、結晶質シリコンｉ型層を高品質に保ち、光電変換特性が改善された積層型光電変換装置を提供する。
【背景技術】
【０００２】
今日、薄膜光電変換装置は多様化し、従来の非晶質シリコン光電変換ユニットを含む非晶質シリコン光電変換装置の他に結晶質シリコン光電変換ユニットを含む結晶質シリコン光電変換装置も開発され、これらのユニットを積層した多接合型薄膜光電変換装置も実用化されている。なお、ここで使用する用語「結晶質」は、多結晶及び微結晶を包含する。また、用語「結晶質」及び「微結晶」は、部分的に非晶質を含むものをも意味するものとする。
【０００３】
薄膜光電変換装置は、一般に透明基板上に順に積層された第一電極、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット、及び第二電極とを含んでいる。そして１つの薄膜光電変換ユニットはｐ型層とｎ型層でサンドイッチされたｉ型層からなる。
【０００４】
薄膜光電変換ユニットの厚さの大部分は、実質的に真性の半導体層であるｉ型層によって占められ、光電変換作用は主としてこのｉ型層内で生じる。従って、光電変換層であるｉ型層の膜厚は光吸収のためには厚いほうが好ましいが、必要以上に厚くすると、その堆積にコストと時間がかかることになる。
【０００５】
他方、ｐ型やｎ型の導電型層は光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役目を果たし、この拡散電位の大きさによって薄膜光電変換装置の重要な特性の１つである開放端電圧の値が左右される。しかし、これらの導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であり、導電型層にドープされた不純物によって吸収される光は発電に寄与せず損失となる。したがって、ｐ型とｎ型の導電型層の膜厚は、十分な拡散電位を生じさせる範囲内で可能な限り薄くすることが好ましい。
【０００６】
ここで、光電変換ユニットまたは薄膜太陽電池は、それに含まれるｐ型とｎ型の導電型層が非晶質か結晶質かにかかわらず、その主要部を占めるｉ型の光電変換層が非晶質のものは非晶質光電変換ユニットまたは非晶質薄膜太陽電池と称され、ｉ型層が結晶質のものは結晶質光電変換ユニットまたは結晶質薄膜太陽電池と称される。
【０００７】
一般に光電変換層に用いられている半導体は、波長が長くなるに従い光吸収係数が小さくなる。特に、光電変換材料が薄膜である場合は、吸収係数の小さな波長領域において十分な光吸収が生じないために、光電変換量が光電変換層の膜厚によって制限されることになる。そこで、光電変換装置内に入射した光が外部に逃げにくい光散乱構造を形成することによって、実質的な光路長を長くし、十分な吸収を得られ、大きな光電流を発生させ得る工夫がなされている。例えば、光が基板側から入射する場合、光入射側電極として表面形状が凹凸であるテクスチャ透明導電膜が用いられている。
【０００８】
また、薄膜光電変換装置の変換効率を向上させる方法として、２つ以上の光電変換ユニットを積層した積層型光電変換装置にする方法が知られている。この方法においては、光電変換装置の光入射側に大きなバンドギャップを有する光電変換層を含む前方光電変換ユニット（本願では、相対的に光入射側に配置された光電変換ユニットを前方光電変換ユニット、相対的に光入射側から遠い側に配置された光電変換ユニットを後方光電変換ユニットと呼ぶ。）を配置し、その後ろに順に小さなバンドギャップを有する（例えばＳｉ−Ｇｅ合金の）光電変換層を含む後方光電変換ユニットを配置することにより、入射光の広い波長範囲にわたって光電変換を可能にし、これによって装置全体としての変換効率の向上が図ることができる。  たとえば非晶質シリコン光電変換ユニットと結晶質シリコン光電変換ユニットとを積層した２接合型薄膜光電変換装置の場合、ｉ型の非晶質シリコンが光電変換し得る光の波長は長波長側において８００ｎｍ程度までであるが、ｉ型の結晶質シリコンはそれより長い約１１００ｎｍ程度の波長の光までを光電変換することができる。ここで、光吸収係数の大きな非晶質シリコンからなる非晶質シリコン光電変換層では光電変換に充分な光吸収のためには０．３μｍ以下の厚さでも十分であるが、比較して光吸収係数の小さな結晶質シリコンからなる結晶質シリコン光電変換層では長波長の光をも十分に吸収するためには２〜３μｍ程度以上の厚さを有することが好ましい。すなわち、結晶質シリコン光電変換層は、通常は、非晶質シリコン光電変換層に比べて１０倍程度の大きな厚さが必要となる。なお、この２接合型薄膜光電変換装置の場合、光入射側にある非晶質シリコン光電変換ユニットをトップ層、後方にある結晶質シリコン光電変換ユニットをボトム層と呼ぶ事もある。
【０００９】
薄膜光電変換装置の変換効率の向上に取り組む一方で、薄膜光電変換装置の低コスト化に関してｐｉｎ接合からなる非晶質シリコンおよび結晶質シリコンを含む積層型薄膜光電変換装置を同一の製膜室で形成する形成方法が実用化されている。同一の製膜室で積層型薄膜光電変換装置を形成する方法により、生産設備が光電変換装置の搬送系なども含め簡略化されることや、生産設備のメンテナンス回数の低減により、生産コストの低減及び生産効率の向上が実現可能となる。文献１では同一の製膜室で導電型決定不純物を含むシリコン酸化物層と導電型決定不純物を含まない酸化物層と結晶質シリコン光電変換装置を形成しても膜質低下を招くことなく、安定的に高性能の薄膜光電変換装置が得られる形成方法が開示されている。しかしながら、ｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換層を同一の製膜室で製膜した場合、結晶質シリコンｐ型層を形成後に同一製膜室で結晶質シリコンｉ型層を形成することで結晶質シリコンｐ型層が水素プラズマによりエッチングされ結晶質シリコンｉ型層中にｐ型決定不純物が取り込まれ薄膜光電変換装置の変換効率を著しく低下させてしまう問題や、結晶質シリコンｐ型層の膜厚が薄くなることで拡散電位が小さくなり、光照射で生成されたキャリアが上手く取り出せない問題が起こりうる。このように、同一製膜室で結晶質シリコン光電変換層を製膜する場合、結晶質シリコンｉ型層の形成時に水素プラズマにより下層の結晶質シリコンｐ型層がエッチングされる場合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第４２８３８４９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、同一製膜室で製膜されたｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換装置において、結晶質シリコンｐ型層を形成後に製膜速度の遅い結晶質シリコンｉ型初期層を形成することで結晶質シリコンｐ型層が結晶質シリコンｉ型層形成時の水素プラズマによりエッチングされ結晶質シリコンｉ型層中にｐ型決定不純物が取り込まれることや結晶質シリコンｐ型層が薄くなることを抑制するための製造方法であり、結晶質シリコン光電変換装置の光電変換効率を改善することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によると、同一製膜室で製膜されたｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換装置において、結晶質シリコンｐ型層を形成後、結晶質シリコンｉ型層を形成する前に、前記結晶質シリコンｉ型層よりも製膜速度が遅い結晶質シリコンｉ型初期層を製膜する工程を入れることで水素プラズマによる結晶質シリコンｐ型層のエッチングを抑制することが出来る。結晶質シリコンｉ型初期層とは、結晶質シリコンｐ型層と結晶質シリコンｉ型層に接し、かつその膜厚は５０ｎｍ以下であることが望ましい。また、結晶質シリコンｉ型層の製膜速度が２．５Å／ｓｅｃ以上である場合、結晶質シリコンｉ型初期層の製膜速度は１．５Å／ｓｅｃ以下、すなわち、製膜速度の比で６０％以下であることが望ましい。
前記結晶質シリコンｉ型初期層は、結晶質シリコンｉ型層製膜時の水素プラズマによる結晶質シリコンｐ型層のエッチングを抑制し、変換効率を改善することが出来る。また、上記ｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換ユニットを１つ以上含む積層型薄膜光電変換装置に適用することで高い光電変換効率の薄膜光電変換装置が安定的に得られ、特に効果的である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、同一製膜室で製膜されたｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換装置において、結晶質シリコンｐ型層形成後に製膜速度が例えば１．５Å／ｓｅｃ以下の結晶質シリコンｉ型初期層を膜厚５０ｎｍ以下で製膜することで、その後に形成する製膜速度が例えば２．５Å／ｓｅｃ以上である結晶質シリコンｉ型層形成時の水素プラズマによる結晶質シリコンｐ型層のエッチングを抑制できる。結晶質シリコンｐ型層のエッチングを抑制することで、結晶質シリコンｉ型層中へのｐ型決定不純物の取り込まれによる結晶質シリコンｉ型層中のｐ型決定不純物濃度の増加が抑制され、また、結晶質シリコンｐ型層が薄くなることによる結晶質シリコンｉ型層に生じる拡散電位の低下を抑制する効果があり、それらの効果により薄膜光電変換装置の効率を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】結晶質シリコン光電変換ユニットを有する薄膜光電変換装置を概略的に示す断面図。
【図２】実施例１、３及び比較例１のｐ型層及び結晶質シリコンｉ型層の部分のＳＩＭＳ分析（二次イオン質量分析）におけるボロン原子濃度の測定結果を示す図。
【図３】非晶質シリコン光電変換ユニット及び結晶質シリコン光電変換ユニットを有する薄膜光電変換装置を概略的に示す断面図。
【図４】非晶質シリコン光電変換ユニット及び結晶質シリコン光電変換ユニットを有する集積型薄膜光電変換装置の構造断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下において、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しつつ説明する。なお本願の各図において、厚さや長さなどの寸法関係については図面の明瞭化と簡略化のため適宜変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。また、各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。
【００１６】
図１に、本発明の実施形態の一例に係る積層型光電変換装置の断面図を示す。透明基板１上に透明電極層２、結晶質シリコン光電変換ユニット３、裏面電極層４からなる単接合型結晶質シリコン光電変換装置である。
【００１７】
図３は、図１に示す単接合型結晶質シリコン光電変換装置における透明電極２と結晶質シリコン光電変換ユニット３との間に、さらに非晶質シリコン光電変換ユニット５を含む多接合型シリコン光電変換装置である。
【００１８】
本発明に関わる薄膜光電変換装置の各構成要素について説明する。
【００１９】
図１に示す薄膜光電変換装置は、透明電極膜２上に結晶質シリコン光電変換ユニット３が、ｐ型層３１、結晶質シリコンｉ型初期層３２ａ、製膜速度が２．５Å／ｓｅｃ以上である結晶質シリコンｉ型層３２ｂ、及びｎ型層３３の順に形成されている。ｐ型層３１、結晶質シリコンｉ型初期層３２ａ、結晶質シリコンｉ型層３２ｂ、及びｎ型層３３は、同一の製膜室でプラズマＣＶＤ法にて連続して形成される。
【００２０】
図３に示す薄膜光電変換装置は図１の透明導電膜２と結晶質シリコン光電変換ユニットの間に、さらに非晶質シリコン光電変換ユニット６を含み、この非晶質シリコン光電変換ユニット６はｐ型層６１、非晶質シリコンｉ型層６２、及びｎ型層６３の順に形成されている。これら非晶質シリコン光電変換ユニット６の各層はいずれもプラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００２１】
なお、非晶質あるいは結晶質のシリコン系材料としては、半導体を構成する主要元素としてシリコンのみを用いる場合だけでなく、炭素、酸素、窒素、ゲルマニウムなどの元素をも含む合金材料であってもよい。
【００２２】
導電型層の主要構成材料としては、必ずしもｉ型層と同質のものである必要はなく、例えば非晶質シリコン光電変換ユニットのｐ型（またはｎ型）層に非晶質シリコンカーバイドを用い得るし、ｎ型（またはｐ型）層に結晶質を含むシリコン層（微結晶シリコンとも呼ばれる）も用い得る。
【００２３】
二種類の導電型層は各光電変換ユニット内に拡散電位を生じさせる役割を果たし、この拡散電位の大きさによって薄膜光電変換装置の特性の一つである開放端電圧（Ｖｏｃ）が左右される。しかし、これらの導電型層は光電変換には寄与しない不活性な層であり、ここで吸収される光はほとんど発電に寄与しない。従って、導電型層は十分な拡散電位を生じさせる範囲内で可能な限り薄くあるいは透明なものとすることが好ましい。
【００２４】
本発明者らは、同一製膜室で形成されたｐｉｎ接合からなる結晶質シリコン光電変換ユニットのｐ型層３１と結晶質シリコンｉ型層３２ｂとの間に結晶質シリコンｉ型初期層３１ａを導入することで、ｐ型層の水素プラズマによるエッチングを抑制でき、結晶質シリコンｉ型層内のｐ型決定不純物原子濃度の増加を抑制する効果、及び結晶質シリコン光電変換ユニットにかかる拡散電位の低下を抑制する効果が期待出来ることを見出した。
【００２５】
上記結晶質シリコンｉ型初期層３２ａの製膜速度は、例えば、反応ガスとしてＳｉＨ４、Ｈ２を用い、Ｈ２／ＳｉＨ４比が大きい、いわゆる微結晶作製条件で作製できる。このとき、プラズマの条件としては、例えば、容量結合型の平行平板電極を用いて、電源周波数１０〜１００ＭＨｚ、パワー密度５０〜５００ｍＷ／ｃｍ２、圧力５０〜１０００Ｐａ、基板温度１５０〜２００℃の範囲で適宜調整すればよい。
【００２６】
上記結晶質シリコンｉ型初期層３２ａの結晶状態は、透明基板上に上記ｉ型初期層を製膜し、膜面から入射させたレーザー光に対するラマン散乱光で測定した結晶シリコン成分のＴＯモードピークの有無で判断し得る。
【００２７】
本発明におけるラマン散乱光の測定方法について以下に説明する。例えば、レーザー光源は、Ｈｅ−Ｎｅレーザーを使用し、露光時間１８０ｓｅｃ、積算回数３回の測定方法を用いればよい。
【実施例】
【００２８】
以下においては、上述の実施の形態に対応する結晶質シリコン光電変換ユニットを含む薄膜光電変換装置の製造方法の実施例として、結晶質シリコン光電変換装置、非晶質シリコン光電変換ユニットと結晶質シリコン光電変換ユニットとが積層された２スタック型スーパーストレート構造の積層型光電変換装置を挙げ、従来技術による比較例と比較しつつ詳細に説明する。各図において同様の部材には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。また、本発明はその趣旨を超えない限り以下の実施例に限定されるものではない。
【００２９】
（実施例１）
実施例１として、図１に示すような小面積（１ｃｍ×１ｃｍ）結晶質シリコン光電変換装置を作製した。透明基板１、透明電極層２上に、結晶質シリコン光電変換ユニット３のｐ型層３１を１５ｎｍ形成後、製膜速度が０．８Å／ｓｅｃの結晶質シリコンｉ型初期層３２ａを１０ｎｍ、製膜速度３Å／ｓｅｃの結晶質シリコンｉ型層３２ｂを２５００ｎｍ形成し、その後、ｎ型層３３を５ｎｍ形成することで結晶シリコン光電変換ユニット３を形成した。
【００３０】
製膜速度が０．８Å／ｓｅｃで製膜した結晶質シリコンｉ型層３２ａは以下の条件で形成した。反応ガスとしてＳｉＨ４、Ｈ２を用い、ガス流量はＳｉＨ４／Ｈ２＝５／９８０ｓｃｃｍであった。電源周波数は１３．５６ＭＨｚ、パワー密度８０ｍＷ／ｃｍ２、圧力４００Ｐａ、基板温度２００℃で製膜した。
【００３１】
（実施例２）
実施例２として、図１に示すような小面積（１ｃｍ×１ｃｍ）結晶質シリコン光電変換装置を作製した。透明基板１、透明電極層２上に、結晶質シリコン光電変換ユニット３のｐ型層３１を１５ｎｍ形成後、製膜速度が１．５Å／ｓｅｃの結晶質シリコンｉ型初期層３２ａを１０ｎｍ、製膜速度３Å／ｓｅｃの結晶質シリコンｉ型層３２ｂを２５００ｎｍ形成し、その後、ｎ型層３３を５ｎｍ形成することで結晶シリコン光電変換ユニット３を形成した。
【００３２】
製膜速度が１．５Å／ｓｅｃで製膜した結晶質シリコンｉ型初期層３２ａは以下の条件で形成した。反応ガスとしてＳｉＨ４、Ｈ２を用い、ガス流量はＳｉＨ４／Ｈ２＝８／９８０ｓｃｃｍであった。電源周波数は１３．５６ＭＨｚ、パワー密度９０ｍＷ／ｃｍ２、圧力４００Ｐａ、基板温度２００℃で製膜した。
【００３３】
（実施例３）
実施例３として、図１に示すような小面積（１ｃｍ×１ｃｍ）結晶質シリコン光電変換装置を作製した。透明基板１、透明電極層２上に、結晶質シリコン光電変換ユニット３のｐ型層３１を１５ｎｍ形成後、製膜速度が１．８Å／ｓｅｃの結晶質シリコンｉ型初期層３２ａを１０ｎｍ、製膜速度３Å／ｓｅｃの結晶質シリコンｉ型層３２ｂを２５００ｎｍ形成し、その後、ｎ型層３３を５ｎｍ形成することで結晶シリコン光電変換ユニット３を形成した。
【００３４】
製膜速度が１．８Å／ｓｅｃで製膜した結晶質シリコンｉ型初期層３２ａは以下の条件で形成した。反応ガスとしてＳｉＨ４、Ｈ２を用い、ガス流量はＳｉＨ４／Ｈ２＝１０／９８０ｓｃｃｍであった。電源周波数は１３．５６ＭＨｚ、パワー密度１２０ｍＷ／ｃｍ２、圧力４００Ｐａ、基板温度２００℃で製膜した。
【００３５】
（実施例４）
実施例４として、図１に示すような小面積（１ｃｍ×１ｃｍ）結晶質シリコン光電変換装置を作製した。透明基板１、透明電極層２上に、結晶質シリコン光電変換ユニット３のｐ型層３１を１５ｎｍ形成後、製膜速度が２．５Å／ｓｅｃの結晶質シリコンｉ型初期層３２ａを１０ｎｍ、製膜速度３Å／ｓｅｃの結晶質シリコンｉ型層３２ｂを２５００ｎｍ形成し、その後、ｎ型層３３を５ｎｍ形成することで結晶シリコン光電変換ユニット３を形成した。
【００３６】
製膜速度が２．５Å／ｓｅｃで製膜した結晶質シリコンｉ型初期層３２ａは以下の条件で形成した。反応ガスとしてＳｉＨ４、Ｈ２を用い、ガス流量はＳｉＨ４／Ｈ２＝１５／９８０ｓｃｃｍであった。電源周波数は１３．５６ＭＨｚ、パワー密度１６０ｍＷ／ｃｍ２、圧力４００Ｐａ、基板温度２００℃で製膜した。
【００３７】
（比較例１）
比較例１として、図１に示すような小面積（１ｃｍ×１ｃｍ）結晶質シリコン光電変換装置を作製した。透明基板１、透明電極層２上に、結晶質シリコン光電変換ユニット３のｐ型層３１を１５ｎｍ形成後、製膜速度が３Å／ｓｅｃの結晶質シリコンｉ型初期層３２ａを１０ｎｍ、製膜速度３Å／ｓｅｃの結晶質シリコンｉ型層３２ｂを２５００ｎｍ形成し、その後、ｎ型層３３を５ｎｍ形成することで結晶シリコン光電変換ユニット３を形成した。結晶質シリコンｉ型層３２ａと結晶質シリコンｉ型層３２ｂの製膜速度が同じ点が実施例１、２、３、４とは異なるところである。
【００３８】
製膜速度が３Å／ｓｅｃで製膜した結晶質シリコンｉ型初期層３２ａは以下の条件で形成した。反応ガスとしてＳｉＨ４、Ｈ２を用い、ガス流量はＳｉＨ４／Ｈ２＝２０／９８０ｓｃｃｍであった。電源周波数は１３．５６ＭＨｚ、パワー密度２００ｍＷ／ｃｍ２、圧力４００Ｐａ、基板温度２００℃で製膜した。
【００３９】
実施例１、２、３、４および比較例１において作製された結晶質シリコン光電変換装置（受光面積１ｃｍ２）にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で照射して２５℃で出力特性を測定したときの、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（ＦＦ）、変換効率（Ｅｆｆ）の測定値を表１にまとめる。表１に示すように、比較例１と比較して実施例１、２、３、４の短絡電流密度（Ｊｓｃ）、及び開放電圧（Ｖｏｃ）は高い値となった。さらに、結晶質シリコンｉ型初期層３２ａの製膜速度が１．５Å／ｓｅｃ以下で作製した結晶質シリコン光電変換装置の変換効率は、比較例１の変換効率よりも最大で１３％程度高い値となった。これは、製膜速度が１．５Å／ｓｅｃ以下の結晶質シリコンｉ型初期層３２ａをｐ型層上に形成することで、ｐ型層の水素プラズマによるエッチングが抑制され、ｐ型決定不純物原子であるボロン原子の結晶質シリコンｉ型層内への取り込みが抑制されたからだと考えられる。
【００４０】
【表１】
2012009685.tif 000003
【００４１】
図２は、実施例１、実施例３、比較例１のｐ型層と結晶質シリコンｉ型層の界面近傍のＳＩＭＳ分析（二次イオン質量分析）におけるボロン原子濃度の測定結果を示す図である。図２に、薄膜の膜厚方向のボロン原子濃度プロファイルを示す。図２に示すように実施例１のｐ型層と結晶質シリコンｉ型層の界面近傍のボロン原子濃度は１．０×１０−１６（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）以下となっていることが確認できる。実施例３では５．０×１０−１６（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）となり、比較例１では１．０×１０−１７（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）となっていることがわかる。これらのことから、製膜速度が１．５Å／ｓｅｃ以下の結晶質シリコンｉ型初期層３２ａをｐ型層の上に形成することで、結晶質シリコンｉ型層のボロン原子濃度を低く抑制する効果があり、その時のボロン原子濃度は１．０×１０−１６（ａｔｏｍｓ／ｃｃ）以下となることが実験によりわかっている。
【００４２】
実施例５として、図３に示すような小面積（１ｃｍ×１ｃｍ）の非晶質シリコンユニットと結晶質シリコンユニットを有する多接合型シリコン薄膜光電変換装置を作製した。透明基板１、透明電極層２上にｐｉｎ接合からなる非晶質シリコン光電変換ユニット６を形成後、実施例１と全く同条件で作製した結晶質シリコン光電変換ユニット３を有する多接合型シリコン薄膜光電変換層を形成した。非晶質シリコン光電変換ユニット６を形成するために、厚さ１５ｎｍの非晶質ｐ型シリコンカーバイド（ｐ型−ＳｉＣ）層６１、厚さ２７００ｎｍの非晶質シリコンｉ型層６２、厚さ１５ｎｍの結晶化前ｉ型シリコン層（図示せず）、さらに厚さ１０ｎｍのｎ型シリコンオキサイド層６３が順次積層された。非晶質ｐ型シリコンカーバイド６１の形成においては、ＳｉＨ４、水素希釈されたＢ２Ｈ６、及びＣＨ４が反応ガスとして用いられ、非晶質ｐ型シリコンカーバイドの厚さが８ｎｍ相当となった堆積時点で放電を維持したまま水素希釈されたＢ２Ｈ６およびＣＨ４の供給を止めて残り暑さ７ｎｍの製膜が行われた。ｎ型シリコンオキサイド層６３に関しては、それによる光吸収ロスをできる限り小さくし、非晶質シリコンｉ型層６２内に十分な内部電界を生じさせ、かつそれ自体の抵抗が大きいことから太陽電池の直列抵抗成分を増大させないように、その厚さは５ｎｍ以上で２０ｎｍ未満であることが好ましい。また、ｎ型シリコンオキサイド層６３において、導電率は１０−９〜１０−６Ｓ／ｃｍ程度であることが望ましく、波長６００ｎｍの光に関する屈折率が２．２以下であることが望ましく、さらにＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）で測定した酸素量は３５原子％以上であることが望ましい。ｎ型シリコンオキサイド層６３の導電率を上記の範囲とする理由は、非晶質シリコンｉ型層６２の形成時に発生する恐れのあるパーティクル等によりｎ型シリコンオキサイド層６３とそれよりも光入射側に配置された透明導電膜２が直接接触することにより生ずるリーク抑制のためでもある。なお、ｎ型シリコンオキサイド層６３には、窒素、炭素などの元素が含まれていてもよい。
【００４３】
比較例２として、図３に示すような小面積（１ｃｍ×１ｃｍ）の非晶質シリコンユニットと結晶質シリコンユニットを有する多接合型シリコン薄膜光電変換装置を作製した。透明基板１、透明電極層２上に非晶質シリコン光電変換ユニット６を形成後、比較例１と全く同条件で作製した結晶質シリコン光電変換ユニット３を有する多接合型シリコン薄膜光電変換層を作製した。
【００４４】
実施例６として、実施例５と同様な構造を有する大面積（１２００ｃｍ×９９８ｃｍ）の集積型薄膜光電変換モジュールを作製した。図３に示す結晶質シリコンユニット３は実施例１と全く同条件で作製した。
【００４５】
図４は、集積型光電変換装置を複数直列した集積型モジュールの例を概略的に示す断面図である。図４に示す集積型薄膜光電変換モジュール１０１は、透明基板１０２上に、透明電極層１０３、非晶質シリコン光電変換ユニット１０４ａ、結晶質シリコン光電変換ユニット１０４ｂ、及び裏面電極層１０５を順次積層した構造を有している。
【００４６】
図４に示すように、集積型薄膜光電変換モジュール１０１には、上記薄膜を分割する第１、第２の分離溝１２１、１２２と接続溝１２３とが設けられている。これら第１、第２の分離溝１２１、１２２及び接続溝１２３は、互いに平行であって、紙面に対して垂直な方向に延在している。なお、隣り合う光電変換セル１１０間の境界は、第１及び第２の分離溝１２１、１２２によって規定されている。
【００４７】
第１の分離溝１２１は、透明電極層１０３をそれぞれの光電変換セル１１０に対応して分割しており、透明電極層１０３と非晶質シリコン光電変換ユニット１０４ａとの界面に開口を有し且つ透明基板１０２の表面を底面としている。この第１の分離溝１２１は、非晶質シリコン光電変換ユニット１０４ａを構成する非晶質によって埋め込まれており、隣り合う透明電極膜１０３同士を電気的に絶縁している。
【００４８】
第２の分離溝１２２は、第１の分離溝１２１から離れた位置に設けられている。第２の分離溝１２２は、非晶質シリコン光電変換ユニット１０４ａ、結晶質シリコン光電変換ユニット１０４ｂ、及び裏面電極層１０５をそれぞれの光電変換セル１１０に対応して分割しており、裏面電極層１０５の上面に開口を有し且つ透明電極層１０３と非晶質シリコン光電変換ユニットの界面を底面としている。この第２の分離溝１２２は、隣り合う光電変換セル１１０間で裏面電極層１０６同士を電気的に絶縁している。
【００４９】
接続溝１２３は、第１の分離溝１２１と第２の分離溝１２２との間に設けられている。接続溝１２３は、非晶質シリコン光電変換ユニット１０４ａ、結晶質シリコン光電変換ユニット１０４ｂを分割しており、結晶質シリコン光電変換ユニット１０４ｂと裏面電極層１０５との界面に開口を有し且つ透明電極層１０３と第一の光電変換ユニット１０４ａの界面を底面としている。この接続溝１２３は、裏面電極層１０５を構成する金属材料で埋め込まれており、隣り合う光電変換セル１１０の一方の裏面電極層１０６と他方の透明電極層１０３とを電気的に接続している。すなわち、接続溝１２３及びそれを埋め込む金属材料は、ガラス基板１０２上に並置された光電変換セル１１０同士を直列接続する役割を担っている。
【００５０】
比較例３として比較例２と同様な構造を有する大面積（１２００ｃｍ×９９８ｃｍ）の集積型薄膜光電変換モジュールを作製した。図３に示す結晶質シリコンユニット３は比較例１と全く同条件で作製した。
【００５１】
実施例５、６および比較例２、３において作製された結晶質シリコン光電変換装置（受光面積１ｃｍ２および１１３５０ｃｍ２）にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ２の光量で照射して２５℃で出力特性を測定したときの、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（ＦＦ）、変換効率（Ｅｆｆ）の測定値を表２にまとめる。表２に示すように、比較例２と比較して実施例５の開放電圧（Ｖｏｃ）は高い値となった。また、比較例３と実施例６の比較でも開放電圧（Ｖｏｃ）は高い値となっている。
【００５２】
【表２】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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