(57)【要約】【課題】変換効率を向上可能な光電変換素子を提供する。【解決手段】光電変換素子１０は、透明導電膜１と、ｎ型半導体膜２と、ｐ型半導体膜３と、ｉ型半導体膜４と、光電変換部５とを備える。光電変換部５は、結晶シリコンからなる。ｉ型半導体膜４は、光電変換部５に接して形成される。ｐ型半導体膜３は、ｉ型半導体膜４に接して形成される。ｎ型半導体膜２は、ｐ型半導体膜３に接して形成される。透明導電膜１は、ｎ型半導体膜２に接して形成される。そして、ｎ型半導体膜２およびｐ型半導体膜３の一方は、非晶質相からなり、ｎ型半導体膜２およびｐ型半導体膜３の他方は、微結晶相または非晶質相からなる。【選択図】図１
2013021239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶シリコンからなる光電変換部と、
前記光電変換部に接して形成されたｉ型半導体膜と、
前記ｉ型半導体膜に接して形成されたｐ型半導体膜と、
前記ｐ型半導体膜に接して形成されたｎ型半導体膜と、
前記ｎ型半導体膜に接して形成された透明導電膜とを備え、
前記ｐ型半導体膜および前記ｎ型半導体膜の一方は、非晶質相からなり、
前記ｐ型半導体膜および前記ｎ型半導体膜の他方は、微結晶相または非晶質相からなる、光電変換素子。
【請求項２】
前記光電変換部は、ｎ型単結晶シリコンからなる、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記光電変換部は、ｐ型単結晶シリコンからなる、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記ｉ型半導体膜、前記ｐ型半導体膜および前記ｎ型半導体膜は、非晶質相からなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記ｉ型半導体膜は、ｉ型アモルファスシリコンからなり、
前記ｐ型半導体膜は、ｐ型アモルファスシリコンからなり、
前記ｎ型半導体膜は、ｎ型アモルファスシリコンからなる、請求項４に記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記ｉ型半導体膜は、非晶質相からなり、
前記ｐ型半導体膜およびｎ型半導体膜の一方は、非晶質相からなり、
前記ｐ型半導体膜およびｎ型半導体膜の他方は、微結晶相からなる、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記ｉ型半導体膜は、ｉ型アモルファスシリコンからなり、
前記ｐ型半導体膜は、ｐ型微結晶シリコンからなり、
前記ｎ型半導体膜は、ｎ型アモルファスシリコンからなる、請求項６に記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記ｉ型半導体膜は、ｉ型アモルファスシリコンからなり、
前記ｐ型半導体膜は、ｐ型アモルファスシリコンからなり、
前記ｎ型半導体膜は、ｎ型微結晶シリコンからなる、請求項６に記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、光電変換素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光を電気に変換する太陽電池として特許文献１に記載の太陽電池が知られている。
【０００３】
この太陽電池は、ｎ型単結晶シリコンと、真性非晶質シリコンと、ｐ型非晶質シリコンと、透明導電膜と、裏面電極とを備える。
【０００４】
真性非晶質シリコンは、ｎ型単結晶シリコンの一主面に形成される。ｐ型非晶質シリコンは、真性非晶質シリコン上に真性非晶質シリコンに接して形成される。透明導電膜は、ｐ型非晶質シリコン上にｐ型非晶質シリコンに接して形成される。裏面電極は、透明導電膜と反対側において、ｎ型単結晶シリコンに接して形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５−１３６４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、従来の太陽電池のように、透明導電膜に接してｐ型非晶質シリコンを形成した場合、透明導電膜とｐ型非晶質シリコンとの間に正孔に対してエネルギー障壁が形成される。その結果、光励起された正孔は、ｐ型非晶質シリコンから透明導電膜へ効率良く伝導することが困難になり、太陽電池の曲線因子（ＦＦ：Ｆｉｌｌ  Ｆａｃｔｏｒ）が低下する。また、上記のエネルギー障壁は、太陽電池内の拡散電位を低下させ、太陽電池の開放電圧を低下させる。
【０００７】
そこで、この発明は、上記のエネルギー障壁による太陽電池の特性低下を解決すると言う新規な課題に着目してなされたものであり、変換効率を向上可能な光電変換素子を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明の実施の形態によれば、光電変換素子は、光電変換部と、ｉ型半導体膜と、ｐ型半導体膜と、ｎ型半導体膜と、透明導電膜とを備える。光電変換部は、結晶シリコンからなる。ｉ型半導体膜は、光電変換部に接して形成される。ｐ型半導体膜は、ｉ型半導体膜に接して形成される。ｎ型半導体膜は、ｐ型半導体膜に接して形成される。透明導電膜は、ｎ型半導体膜に接して形成される。そして、ｐ型半導体膜およびｎ型半導体膜の一方は、非晶質相からなり、ｐ型半導体膜およびｎ型半導体膜の他方は、微結晶相または非晶質相からなる。
【発明の効果】
【０００９】
この発明の実施の形態による光電変換素子においては、光電変換部において光励起された電子は、光電変換部から外部のリード線および透明導電膜を介してｎ型半導体膜へ到達する。また、光電変換部において光励起された正孔は、ｉ型半導体膜を介してｐ型半導体膜へ到達する。そして、ｎ型半導体膜とｐ型半導体膜との界面に再結合準位が存在するため、ｎ型半導体膜とｐ型半導体膜との界面における電子および正孔の再結合が促進される。また、ｎ型半導体膜とｐ型半導体膜とからなるｎ／ｐ接合は、ｎ型半導体膜とｐ型半導体膜との界面に存在する再結合準位に起因して整流特性を殆ど示さず、ｐ型半導体膜／ｉ型半導体膜／光電変換部からなる接合における内部電位の低下を抑制する。その結果、光電変換素子の開放電圧および曲線因子が向上する。
【００１０】
従って、光電変換素子の変換効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態による光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図２】実施例１における光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図３】図２に示す光電変換素子のエネルギーバンド図である。
【図４】実施例２における光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図５】実施例３における光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図６】実施例４における光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図７】実施例５における光電変換素子の構成を示す断面図である。
【図８】図７に示す光電変換素子のエネルギーバンド図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
この明細書において、「非晶質相」とは、シリコン（Ｓｉ）原子等がランダムに配列された状態を言う。また、「微結晶相」とは、Ｓｉ原子等のランダムなネットワークの中に粒径が１０〜１００ｎｍ程度であるＳｉ等の結晶粒が存在する状態を言う。更に、アモルファスシリコンを「ａ−Ｓｉ」と表記するが、この表記は、実際には、水素（Ｈ）原子が含まれていることを意味する。アモルファスシリコンカーバイド（ａ−ＳｉＣ）、アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、アモルファスゲルマニウム（ａ−Ｇｅ）、微結晶シリコンカーバイド（μｃ−ＳｉＣ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）、および微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）についても、同様に、Ｈ原子が含まれていることを意味する。
【００１４】
図１は、この発明の実施の形態による光電変換素子の構成を示す断面図である。図１を参照して、この発明の実施の形態による光電変換素子１０は、透明導電膜１と、ｎ型半導体膜２と、ｐ型半導体膜３と、ｉ型半導体膜４と、光電変換部５とを備える。
【００１５】
透明導電膜１は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２およびＺｎＯ等からなる。
【００１６】
ｎ型半導体膜２は、透明導電膜１に接して配置される。そして、ｎ型半導体膜２は、ｐ型半導体膜３が非晶質相からなる場合、非晶質相または微結晶相からなる。また、ｎ型半導体膜２は、ｐ型半導体膜３が微結晶相からなる場合、非晶質相からなる。
【００１７】
ｐ型半導体膜３は、ｎ型半導体膜２に接して配置される。そして、ｐ型半導体膜３は、ｎ型半導体膜２が非晶質相からなる場合、非晶質相または微結晶相からなる。また、ｐ型半導体膜３は、ｎ型半導体膜２が微結晶相からなる場合、非晶質相からなる。
【００１８】
ｉ型半導体膜４は、ｐ型半導体膜３に接して配置される。そして、ｉ型半導体膜４は、非晶質相からなる。
【００１９】
光電変換部５は、ｉ型半導体膜４に接して配置される。そして、光電変換部５は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンからなる。即ち、光電変換部５は、結晶シリコンからなる。
【００２０】
光電変換素子１０においては、太陽光は、透明導電膜１側から光電変換素子１０に入射される。
【００２１】
光電変換素子１０は、ｉ型半導体膜４、ｐ型半導体膜３、ｎ型半導体膜２および透明導電膜１を光電変換部５上に順次積層して製造される。
【００２２】
上述したように、ｎ型半導体膜２およびｐ型半導体膜３の一方が非晶質相からなり、かつ、ｎ型半導体膜２およびｐ型半導体膜３の他方が非晶質相または微結晶相からなるので、ｎ型半導体膜２とｐ型半導体膜３との界面には、再結合準位が存在する。また、ｎ型半導体膜２とｐ型半導体膜３とからなる接合は、ｎ型半導体膜２／ｐ型半導体膜３界面に存在する再結合準位に起因して整流特性を殆ど示さないので、ｐ型半導体膜３／ｉ型半導体膜４／光電変換部５内の拡散電位の低下が抑制される。
【００２３】
その結果、光電変換部５で光励起された正孔は、キャリア拡散および拡散電位によってｐ型半導体膜３へ移動し、ｎ型半導体膜２とｐ型半導体膜３との界面に到達する。また、光電変換部５で光励起された電子は、光電変換部５から外部のリード線（図示せず）および透明導電膜１を介してｎ型半導体膜２に到達する。そして、電子と正孔は、ｎ型半導体膜２とｐ型半導体膜３との界面において、再結合準位を介して再結合する。これによって、光電流Ｉｐｈが光電変換素子１０に流れる。
【００２４】
このように、ｎ型半導体膜２を透明導電膜１とｐ型半導体膜３との間に設けることによって、光電変換部５で光励起された正孔は、ｎ型半導体膜２とｐ型半導体膜３との界面で電子と効率良く再結合する。
【００２５】
従って、透明導電膜に接してｐ型半導体膜を形成したときに形成されるエネルギー障壁による拡散電位の低下および曲線因子の低下が抑制され、光電変換素子１０の変換効率を向上できる。
【００２６】
ｎ型半導体膜２が非晶質相からなり、ｐ型半導体膜３が微結晶相からなる場合、ｐ型半導体膜３／ｉ型半導体膜４／光電変換部５内の拡散電位は、ｐ型半導体膜３が非晶質相からなる場合よりも大きくなるので、開放電圧Ｖｏｃを大きくできる。また、ｐ型半導体膜３が微結晶相からなる場合、ｐ型半導体膜３の抵抗は、ｐ型半導体膜３が非晶質相からなる場合よりも低くなるので、曲線因子ＦＦを改善できる。その結果、光電変換素子１０の変換効率を更に向上できる。
【００２７】
以下、光電変換素子１０の実施例について説明する。光電変換素子１０を具体的に実現する場合、ｎ型半導体膜２、ｐ型半導体膜３およびｉ型半導体膜４は、ｎ型半導体膜２およびｐ型半導体膜３の一方が非晶質相からなり、かつ、ｎ型半導体膜２およびｐ型半導体膜３の他方が非晶質相または微結晶相からなる条件下において、表１に示す各材料からなる。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
（実施例１）
図２は、実施例１における光電変換素子の構成を示す断面図である。図２を参照して、光電変換素子１０Ａは、集電電極９と、透明導電膜１１と、ｎ型非晶質膜２１と、ｐ型非晶質膜３１と、ｉ型非晶質膜４１と、光電変換部５１と、絶縁層６１と、裏面電極６２とを備える。
【００３０】
ｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１、ｎ型非晶質膜２１、透明導電膜１１および集電電極９は、光電変換部５１上に順次積層される。絶縁層６１および裏面電極６２は、透明導電膜１１と反対側において、光電変換部５１上に順次積層される。
【００３１】
集電電極９は、例えば、銀（Ａｇ）からなり、透明導電膜１１の表面に櫛型に形成される。
【００３２】
透明導電膜１１は、例えば、ＳｎＯ２からなる。ｎ型非晶質膜２１は、例えば、ｎ型ａ−Ｓｉからなり、膜厚は、例えば、５ｎｍである。また、ｎ型非晶質膜２１中のリン（Ｐ）濃度は、５×１０２０ｃｍ−３〜７×１０２０ｃｍ−３である。そして、ｎ型非晶質膜２１は、透明導電膜１１に接する。
【００３３】
ｐ型非晶質膜３１は、例えば、ｐ型ａ−Ｓｉからなり、膜厚は、例えば、１０ｎｍである。そして、ｐ型非晶質膜３１は、ｎ型非晶質膜２１に接する。
【００３４】
ｉ型非晶質膜４１は、例えば、ｉ型ａ−Ｓｉからなり、膜厚は、例えば、１０ｎｍである。そして、ｉ型非晶質膜４１は、ｐ型非晶質膜３１に接する。
【００３５】
光電変換部５１は、例えば、面方位が（１００）であり、比抵抗が０．１〜１．０Ω・ｃｍであるｎ型単結晶シリコンからなり、厚みは、例えば、２００〜３００μｍである。そして、光電変換部５１は、ｉ型非晶質膜４１に接する。
【００３６】
絶縁層６１は、例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）とシリコンナイトライド（ＳｉＮ）との２層構造からなる。そして、絶縁層６１は、ＳｉＯ２が光電変換部５１に接するように光電変換部５１の表面に形成される。
【００３７】
裏面電極６２は、例えば、アルミニウム（Ａｌ）からなる。そして、裏面電極６２は、絶縁層６１に形成されたスルーホールを介して光電変換部５１に接するとともに絶縁層６１を覆う。
【００３８】
このように、光電変換素子１０Ａは、光電変換素子１０のｎ型半導体膜２、ｐ型半導体膜３およびｉ型半導体膜４の全てに非晶質膜を用いて光電変換素子１０を具体化したものである。
【００３９】
光電変換素子１０Ａの製造方法について説明する。光電変換素子１０Ａは、プラズマ装置を用いてプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｕｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法によって製造される。
【００４０】
プラズマ装置は、仕込室と、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３と、取出室と、整合器と、ＲＦ電源とを備える。仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３および取出室は、直線的に配置されている。そして、仕込室と反応室ＣＢ１との間、反応室ＣＢ１と反応室ＣＢ２との間、反応室ＣＢ２と反応室ＣＢ３との間、および反応室ＣＢ３と取出室との間は、仕切バルブで仕切られている。また、仕込室から反応室ＣＢ１、反応室ＣＢ２、反応室ＣＢ３および取出室へシリコンウェハを順次搬送する搬送機構がプラズマ装置に備えられている。
【００４１】
仕込室は、加熱機構と排気機構とを備える。加熱機構は、シリコンウェハを所定の温度に昇温する。排気機構は、仕込室内のガスを排気し、仕込室の到達圧力を、例えば、１×１０−５Ｐａ以下に設定する。
【００４２】
反応室ＣＢ１〜ＣＢ３の各々は、平行平板電極と、加熱機構と、排気機構とを備える。加熱機構は、シリコンウェハを所定の温度に昇温する。排気機構は、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３内のガスを排気し、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３の到達圧力を、例えば、１×１０−５Ｐａ以下に設定する。平行平板電極は、整合器を介してＲＦ電源に接続される。
【００４３】
取出室は、排気機構を備える。排気機構は、取出室内のガスを排気し、取出室の到達圧力を、例えば、１×１０−５Ｐａ以下に設定する。
【００４４】
仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３、および取出室の各排気機構は、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプからなる。ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプは、ターボ分子ポンプが仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３および取出室に最も近くなるように仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３、および取出室に直列的に連結されている。そして、各排気機構は、ターボ分子ポンプ、メカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプによって仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３および取出室内のガスを排気し、またはメカニカルブースタポンプおよびロータリーポンプによって仕込室、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３および取出室内のガスを排気する。
【００４５】
ＲＦ電源は、例えば、１３．５６ＭＨｚのＲＦ電力を整合器を介して反応室ＣＢ１〜ＣＢ３の平行平板電極に印加する。
【００４６】
光電変換素子１０Ａの製造が開始されると、光電変換部５１としてのｎ型単結晶シリコンからなるシリコンウェハをエタノール等で超音波洗浄して脱脂し、その後、シリコンウェハをフッ酸中に浸漬してｎ型単結晶シリコンの表面に形成された自然酸化膜を除去するとともに、ｎ型単結晶シリコンの表面を水素で終端する。
【００４７】
なお、ｎ型単結晶シリコンの表面をテクスチャ化する場合、シリコンウェハをエタノール等で超音波洗浄した後、シリコンウェハの表面をアルカリを用いて化学的に異方性エッチングし、ｎ型単結晶シリコンの表面をテクスチャ化する。その後、上述したようにフッ酸を用いて自然酸化膜を除去するとともに、ｎ型単結晶シリコンの表面を水素で終端する。
【００４８】
シリコンウェハの洗浄が終了すると、シリコンウェハをプラズマ装置の仕込室の基板ホルダー上に配置する。
【００４９】
そして、仕込室の排気機構は、１×１０−５Ｐａ以下に仕込室内のガスを排気し、仕込室の加熱機構は、シリコンウェハ（ｎ型単結晶シリコン）の温度を２００℃に設定するように基板ホルダーを加熱する。また、反応室ＣＢ１〜ＣＢ３の加熱機構も、シリコンウェハ（ｎ型単結晶シリコン）の温度を２００℃に設定するように基板ホルダーを加熱する。
【００５０】
シリコンウェハ（ｎ型単結晶シリコン）の温度が２００℃に達すると、仕込室と反応室ＣＢ１との間の仕切バルブが開けられ、シリコンウェハ（ｎ型単結晶シリコン）は、仕込室から反応室ＣＢ１へ搬送される。
【００５１】
ｎ型非晶質膜２１、ｐ型非晶質膜３１およびｉ型非晶質膜４１を形成するときの材料ガスの流量を表２に示す。
【００５２】
【表２】
2013021239.tif 000004
【００５３】
シリコンウェハ（ｎ型単結晶シリコン）が反応室ＣＢ１へ搬送されると、１０ｓｃｃｍのシラン（ＳｉＨ４）ガスと、１００ｓｃｃｍの水素（Ｈ２）ガスとを反応室ＣＢ１に流し、反応室ＣＢ１の圧力を１３．３Ｐａ〜６６５Ｐａの範囲に設定する。そして、ＲＦ電源は、１６〜８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲のＲＦパワーを整合器を介して平行平板電極に印加する。これによって、反応室ＣＢ１内でプラズマが発生し、ｉ型非晶質膜４１としてのｉ型ａ−Ｓｉがｎ型単結晶シリコンの一主面上に堆積される。
【００５４】
ｉ型非晶質膜４１の膜厚が１０ｎｍになると、反応室ＣＢ１の平行平板電極へのＲＦパワーの印加を停止するとともに、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの反応室ＣＢ１への供給を停止し、排気機構によって１×１０−５Ｐａ以下に反応室ＣＢ１を真空引きする。そして、仕切バルブを開け、ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコンを反応室ＣＢ１から反応室ＣＢ２へ搬送する。
【００５５】
ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコンが反応室ＣＢ２へ搬送されると、２ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと、４２ｓｃｃｍのＨ２ガスと、水素希釈された１２ｓｃｃｍのジボラン（Ｂ２Ｈ６）ガスとを反応室ＣＢ２に流し、反応室ＣＢ２の圧力を１３．３Ｐａ〜６６５Ｐａの範囲に設定する。そして、ＲＦ電源は、１６〜８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲のＲＦパワーを整合器を介して平行平板電極に印加する。なお、水素希釈されたＢ２Ｈ６ガスの濃度は、０．１％である。
【００５６】
これによって、反応室ＣＢ２内でプラズマが発生し、ｐ型非晶質膜３１としてのｐ型ａ−Ｓｉがｉ型非晶質膜４１上に堆積される。
【００５７】
ｐ型非晶質膜３１の膜厚が１０ｎｍになると、反応室ＣＢ２の平行平板電極へのＲＦパワーの印加を停止するとともに、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスおよびＢ２Ｈ６ガスの反応室ＣＢ２への供給を停止し、排気機構によって１×１０−５Ｐａ以下に反応室ＣＢ２を真空引きする。そして、仕切バルブを開け、ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコンを反応室ＣＢ２から反応室ＣＢ３へ搬送する。
【００５８】
ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコンが反応室ＣＢ３へ搬送されると、２０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと、１５０ｓｃｃｍのＨ２ガスと、水素希釈された５０ｓｃｃｍのホスフィン（ＰＨ３）ガスとを反応室ＣＢ３に流し、反応室ＣＢ３の圧力を１３．３Ｐａ〜６６５Ｐａの範囲に設定する。そして、ＲＦ電源は、１６〜８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲のＲＦパワーを整合器を介して平行平板電極に印加する。
【００５９】
これによって、反応室ＣＢ３内でプラズマが発生し、ｎ型非晶質膜２１としてのｎ型ａ−Ｓｉがｐ型非晶質膜３１上に堆積される。なお、水素希釈されたＰＨ３ガスの濃度は、０．２％である。
【００６０】
ｎ型非晶質膜２１の膜厚が５ｎｍになると、反応室ＣＢ３の平行平板電極へのＲＦパワーの印加を停止するとともに、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスおよびＰＨ３ガスの反応室ＣＢ３への供給を停止し、排気機構によって１×１０−５Ｐａ以下に反応室ＣＢ３を真空引きする。そして、仕切バルブを開け、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコンを反応室ＣＢ３から取出室へ搬送する。
【００６１】
そして、取出室でｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコンを室温まで冷却した後、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコンを取出室から取出し、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコンをスパッタリング装置にセットする。
【００６２】
そして、スパッタリング法によって透明導電膜１１としてのＳｎＯ２をｎ型非晶質膜２１上に形成し、その後、金属マスクを用いてスパッタリング法によって集電電極９としてのＡｇを透明導電膜１１上に形成する。
【００６３】
引き続いて、透明導電膜１１と反対側のｎ型単結晶シリコンの表面にスパッタリング法によってＳｉＯ２およびＳｉＮを順次積層する。
【００６４】
そうすると、集電電極９／透明導電膜１１／ｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン／ＳｉＯ２／ＳｉＮをスパッタリング装置から取り出す。そして、集電電極９／透明導電膜１１／ｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン／ＳｉＯ２／ＳｉＮのＳｉＮの表面にレジストを塗布し、その塗布したレジストをフォトリソグラフィによって所定のパターンにパターンニングする。
【００６５】
その後、レジストパターンをマスクとしてＳｉＯ２／ＳｉＮをエッチングする。ＳｉＯ２／ＳｉＮのエッチングは、化学的なウェットエッチングでも、プラズマを用いたドライエッチングでもよい。
【００６６】
そして、レジストパターンを除去し、エッチングされたＳｉＯ２／ＳｉＮの全面に蒸着等によって裏面電極（Ａｌ）を形成する。これによって、光電変換素子１０Ａが完成する。
【００６７】
このように、光電変換素子１０Ａは、ｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１およびｎ型非晶質膜２１をプラズマＣＶＤ法によって光電変換部５１の一主面上に順次積層し、その後、スパッタリング法によって透明導電膜１１（ＳｎＯ２）および集電電極９（Ａｇ）をｎ型非晶質膜２１上に順次積層し、絶縁層６１（ＳｉＯ２／ＳｉＮ）および裏面電極６２（Ａｌ）を光電変換部５１の他方の表面上に順次積層することによって製造される。
【００６８】
図３は、図２に示す光電変換素子１０Ａのエネルギーバンド図である。なお、図３においては、集電電極９、絶縁層６１および裏面電極６２が省略されている。
【００６９】
図３を参照して、ｎ型非晶質膜２１およびｐ型非晶質膜３１は、１．８ｅＶの光学バンドギャップおよび０．２０ｅＶの活性化エネルギーを有し、ｉ型非晶質膜４１は、１．７４ｅＶの光学バンドギャップおよび０．７３ｅＶの活性化エネルギーを有し、光電変換部５１としてのｎ型単結晶シリコンは、１．１ｅＶの光学バンドギャップおよび０．４〜０．５ｅＶの活性化エネルギーを有する。
【００７０】
その結果、ｐ型非晶質膜３１およびｉ型非晶質膜４１は、ヘテロ接合を形成し、ｉ型非晶質膜４１およびｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）も、ヘテロ接合を形成する。
【００７１】
また、ｎ型非晶質膜２１は、ｎ型ａ−Ｓｉからなり、ｐ型非晶質膜３１は、ｐ型ａ−Ｓｉからなる。そして、ｎ型非晶質膜２１（ｎ型ａ−Ｓｉ）は、プラズマＣＶＤ法によってｐ型非晶質膜３１（ｐ型ａ−Ｓｉ）に接してｐ型非晶質膜３１（ｐ型ａ−Ｓｉ）上に堆積される。その結果、ｎ型非晶質膜２１（ｎ型ａ−Ｓｉ）の堆積時に、ｎ型非晶質膜２１（ｎ型ａ−Ｓｉ）中のＰ原子とｐ型非晶質膜３１（ｐ型ａ−Ｓｉ）中のボロン（Ｂ）原子とが相互に拡散する。従って、ｎ型非晶質膜２１とｐ型非晶質膜３１との界面には、再結合準位が存在する。そして、この再結合準位が存在するために、ｎ型非晶質膜２１とｐ型非晶質膜３１とからなる接合（ｎ／ｐ接合）は、殆ど整流特性を示さない。その結果、ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）からなるｐｉｎ接合の拡散電位（＝内部電位Ｖｂｉ）は、殆ど低下しない。
【００７２】
更に、ｉ型非晶質膜４１をｐ型非晶質膜３１とｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）との間に挿入することによって、ｐ型非晶質膜３１中のＢ原子と、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）中のＰ原子とが相互に混入するのを防止するとともに、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の表面に存在するダングリングボンドをＨ原子によって終端する。その結果、ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１界面およびｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）界面におけるキャリア（電子および正孔）の再結合が低減される。
【００７３】
更に、絶縁層６１のＳｉＯ２は、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）に接するため、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）／絶縁層６１（ＳｉＯ２）界面における電子および正孔の再結合が低減される。
【００７４】
そうすると、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）において光励起された正孔は、キャリア拡散によってｉ型非晶質膜４１側へ移動し、内部電位Ｖｂｉによってｐ型非晶質膜３１へ移動する。また、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）において光励起された電子は、キャリア拡散によって裏面電極６２側へ移動する。
【００７５】
そして、電子は、裏面電極６２、外部のリード線（図示せず）および透明導電膜１１を介してｎ型非晶質膜２１へ到達する。この場合、ｎ型非晶質膜２１とｐ型非晶質膜３１との界面には、電子に対するエネルギー障壁φｎが存在するので、ｎ型非晶質膜２１中の電子は、ｐ型非晶質膜３１へ移動することができない。
【００７６】
また、ｐ型非晶質膜３１とｎ型非晶質膜２１との界面には、正孔に対するエネルギー障壁φｐが存在するので、ｐ型非晶質膜３１中の正孔は、透明導電膜１１へ移動することができない。
【００７７】
その結果、電子および正孔は、ｎ型非晶質膜２１とｐ型非晶質膜３１との界面における再結合準位を介して効率的に再結合する。上述したように、ｎ型非晶質膜２１中のＰ濃度は、５×１０２０ｃｍ−３〜７×１０２０ｃｍ−３であるので、ｎ型非晶質膜２１とｐ型非晶質膜３１との界面における再結合準位が多くなり、電子および正孔は、この再結合準位を介して効率的に再結合する。これによって、光電変換素子１０Ａには、光電流Ｉｐｈが流れ、曲線因子ＦＦは、ｐ型非晶質膜３１が透明導電膜１１に接する場合よりも改善される。
【００７８】
また、上述したように、ｎ型非晶質膜２１およびｐ型非晶質膜３１からなるｎ／ｐ接合は、内部電位Ｖｂｉを殆ど低下させず、内部電位Ｖｂｉによる電子と正孔との分離効果が大きいので、光電流Ｉｐｈが零になるときの電圧（開放電圧Ｖｏｃ）は、ｐ型非晶質膜３１が透明導電膜１１に接する場合よりも大きくなる。
【００７９】
従って、ｎ型非晶質膜２１を透明導電膜１１とｐ型非晶質膜３１との間に設けることによって光電変換素子１０Ａの変換効率を向上できる。
【００８０】
そして、光電変換素子１０Ａにおいては、ｎ型非晶質膜２１の膜厚と、ｐ型非晶質膜３１の膜厚と、ｉ型非晶質膜４１の膜厚との合計は、２５ｎｍである。従って、ｎ型半導体膜２、ｐ型半導体膜３およびｉ型半導体膜４の全てに非晶質膜を適用することによって、熱拡散によってｐ／ｎ接合を形成する従来の結晶シリコン系の光電変換素子に比べ、接合深さが浅くなるとともに、光電変換素子１０Ａの厚み方向におけるドーパント（Ｂ）の分布が急峻になる。
【００８１】
その結果、光電変換部５１（ｎ型単結晶シリコン）の厚み方向の全領域において入射光によって電子および正孔を生成することができ、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１界面における電子と正孔との再結合の促進との相乗効果によって短絡電流密度を大きくできる。
【００８２】
なお、ｎ型非晶質膜２１は、ｎ型ａ−Ｓｉ以外にｎ型ａ−ＳｉＣ，ｎ型ａ−ＳｉＧｅ，ｎ型ａ−Ｇｅのいずれかからなっていてもよい。この場合、ｎ型ａ−ＳｉＣは、ＳｉＨ４ガス、メタン（ＣＨ４）ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｎ型ａ−ＳｉＧｅは、ＳｉＨ４ガス、ゲルマン（ＧｅＨ４）ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｎ型ａ−Ｇｅは、ＧｅＨ４ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【００８３】
また、ｐ型非晶質膜３１は、ｐ型ａ−Ｓｉ以外にｐ型ａ−ＳｉＣ，ｐ型ａ−ＳｉＧｅ，ｐ型ａ−Ｇｅのいずれかからなっていてもよい。この場合、ｐ型ａ−ＳｉＣは、ＳｉＨ４ガス、ＣＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｐ型ａ−ＳｉＧｅは、ＳｉＨ４ガス、ＧｅＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｐ型ａ−Ｇｅは、ＧｅＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【００８４】
更に、ｉ型非晶質膜４１は、ｉ型ａ−Ｓｉ以外にｉ型ａ−ＳｉＣ，ｉ型ａ−ＳｉＧｅのいずれかからなっていてもよい。この場合、ｉ型ａ−ＳｉＣは、ＳｉＨ４ガス、ＣＨ４ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｉ型ａ−ＳｉＧｅは、ＳｉＨ４ガス、ＧｅＨ４ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【００８５】
なお、ｉ型非晶質膜４１としては、ｉ型ａ−Ｇｅも想定されるが、ｉ型ａ−Ｇｅは、ｎ型単結晶シリコンよりも光学バンドギャップが小さいので、ｉ型ａ−Ｇｅをｉ型非晶質膜４１として用いた場合、開放電圧Ｖｏｃの向上が困難である。光電変換素子１０Ａにおいては、ｉ型非晶質膜４１の光学バンドギャップが開放電圧Ｖｏｃを支配的に決定するからである。
【００８６】
そこで、この発明の実施の形態においては、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の光学バンドギャップよりも大きいｉ型ａ−ＳｉＣ，ｉ型ａ−Ｓｉ，ｉ型ａ−ＳｉＧｅをｉ型非晶質膜４１として用いることにした。
【００８７】
また、ｎ型非晶質膜２１、ｐ型非晶質膜３１およびｉ型非晶質膜４１にａ−Ｓｉ等を適用することによって、ｎ型非晶質膜２１、ｐ型非晶質膜３１およびｉ型非晶質膜４１は、プラズマＣＶＤ法によって２００℃程度の低温で連続して光電変換部５１（ｎ型単結晶シリコン）上に積層される。また、絶縁層６１および裏面電極６２も、２００℃以下の温度でスパッタリング法によって光電変換部５１（ｎ型単結晶シリコン）上に積層される。その結果、光電変換部５１としてのｎ型単結晶シリコンの品質が熱ダメージによって劣化するのを防止できる。
【００８８】
このように、実施例１においては、ｎ型非晶質膜２１、ｐ型非晶質膜３１およびｉ型非晶質膜４１は、表１に示すａ−ＳｉＣ，ａ−Ｓｉ，ａ−ＳｉＧｅ，ａ−Ｇｅ等の非晶質材料からなる。
【００８９】
そして、ｐ型非晶質膜３１がｐ型ａ−ＳｉＧｅからなり、ｉ型非晶質膜４１がｉ型ａ−Ｓｉからなる場合等のように、ｐ型非晶質膜３１の光学バンドギャップがｉ型非晶質膜４１の光学バンドギャップよりも小さい場合、光電変換素子１０Ａのエネルギーバンド図において、ｐ型ａ−ＳｉＧｅの価電子帯の端がｉ型ａ−Ｓｉの価電子帯の端よりもエネルギー的に低くなる。即ち、ｐ型ａ−ＳｉＧｅの価電子帯の端は、図３の紙面において、ｉ型ａ−Ｓｉの価電子帯の端よりも上側に位置する。その結果、光電変換部５１（ｎ型単結晶シリコン）において光励起された正孔は、ｐ型非晶質膜３１へ到達した後、ｐ型非晶質膜３１に閉じ込められ、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１界面において、電子と正孔との再結合が促進される。
【００９０】
従って、ｐ型非晶質膜３１の光学バンドギャップがｉ型非晶質膜４１の光学バンドギャップよりも小さくなる非晶質材料を用いて光電変換素子１０Ａを作製することによって、光電変換素子１０Ａの変換効率を向上可能である。
【００９１】
なお、実施例１における光電変換素子１０Ａの光電変換部５１は、ｎ型多結晶シリコンからなっていてもよい。この場合、ｎ型多結晶シリコンは、例えば、０．１〜数Ω・ｃｍの比抵抗および２００〜３００μｍの厚みを有する。
【００９２】
そして、ｎ型多結晶シリコンを光電変換部５１に適用した場合、好ましくは、２００℃以下の温度でｎ型多結晶シリコンを水素プラズマ処理し、その後、ｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１およびｎ型非晶質膜２１をプラズマＣＶＤ法によってｎ型多結晶シリコン上に順次積層して光電変換素子１０Ａを作製する。これによって、ｎ型多結晶シリコンの粒界がＨ原子によってパッシベートされ、粒界におけるキャリア（電子および正孔）の再結合を低減できる。
【００９３】
また、ｎ型多結晶シリコンの表面は、凹凸構造（テクスチャ構造）になっていてもよい。この場合、プラズマエッチングおよび反応性イオンエッチング等によってｎ型多結晶シリコンの表面を凹凸化する。
【００９４】
（実施例２）
図４は、実施例２における光電変換素子の構成を示す断面図である。図４を参照して、実施例２における光電変換素子１０Ｂは、光電変換素子１０Ａの光電変換部５１を光電変換部７１に代えたものであり、その他は、光電変換素子１０Ａと同じである。
【００９５】
このように、光電変換素子１０Ｂは、光電変換素子１０Ａと同様に、光電変換素子１０のｎ型半導体膜２、ｐ型半導体膜３およびｉ型半導体膜４の全てに非晶質膜を用いて光電変換素子１０を具体化したものである。
【００９６】
光電変換部７１は、例えば、面方位が（１００）であり、比抵抗が０．１〜１．０Ω・ｃｍであるｐ型単結晶シリコンからなり、厚みは、例えば、２００〜３００μｍである。そして、光電変換部７１は、その一方の表面がｉ型非晶質膜４１に接するとともに、他方の表面が絶縁層６１および裏面電極６２に接する。
【００９７】
このように、光電変換素子１０Ｂは、ｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１、ｎ型非晶質膜２１、透明導電膜１１および集電電極９を光電変換部７１（ｐ型単結晶シリコン）の一方の表面に順次積層し、絶縁層６１および裏面電極６２を光電変換部７１（ｐ型単結晶シリコン）の他方の表面に順次積層した構造からなる。
【００９８】
光電変換素子１０Ｂの製造方法について説明する。光電変換部７１としてのｐ型単結晶シリコンからなるシリコンウェハを上述した方法によって洗浄する。この場合、ｐ型単結晶シリコンの表面は、光電変換部５１としてのｎ型単結晶シリコンと同様にテクスチャ化されてもよい。
【００９９】
そして、シリコンウェハ（ｐ型単結晶シリコン）をプラズマ装置内にセットし、プラズマＣＶＤ法によって上述した条件を用いてｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１およびｎ型非晶質膜２１をｐ型単結晶シリコン（光電変換部７１）上に順次積層する。
【０１００】
その後、透明導電膜１１および集電電極９を上述した方法によって、ｎ型非晶質膜２１上に順次積層する。そして、絶縁層６１および裏面電極６２を上述した方法によってｐ型単結晶シリコン（光電変換部７１）の他方の表面に順次積層する。
【０１０１】
これによって、光電変換素子１０Ｂが完成する。
【０１０２】
光電変換素子１０Ｂのエネルギーバンド図は、図３に示す光電変換素子１０Ａのエネルギーバンド図とほぼ同じであり、光電変換素子１０Ｂにおける発電機構は、光電変換素子１０Ａと同じである。
【０１０３】
従って、電子および正孔は、ｎ型非晶質膜２１とｐ型非晶質膜３１との界面における再結合準位を介して効率良く再結合する。
【０１０４】
また、光電変換素子１０Ｂにおいても、ｎ型非晶質膜２１とｐ型非晶質膜３１とからなるｎ／ｐ接合は、上述した理由によって、ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｐ型単結晶シリコン（光電変換部７１）からなる接合の内部電位Ｖｂｉを殆ど低下させない。
【０１０５】
その結果、光電変換部７１としてｐ型単結晶シリコンを用いた場合も、開放電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦが向上し、光電変換素子１０Ｂの変換効率を向上できる。
【０１０６】
なお、実施例２における光電変換素子１０Ｂの光電変換部７１は、ｐ型多結晶シリコンからなっていてもよい。この場合、ｐ型多結晶シリコンは、例えば、０．１〜数Ω・ｃｍの比抵抗および２００〜３００μｍの厚みを有する。
【０１０７】
そして、ｐ型多結晶シリコンを光電変換部７１に適用した場合、好ましくは、２００℃以下の温度でｐ型多結晶シリコンを水素プラズマ処理し、その後、ｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１およびｎ型非晶質膜２１をプラズマＣＶＤ法によってｐ型多結晶シリコン上に順次積層して光電変換素子１０Ｂを作製する。これによって、ｐ型多結晶シリコンの粒界がＨ原子によってパッシベートされ、粒界におけるキャリア（電子および正孔）の再結合を低減できる。
【０１０８】
また、ｐ型多結晶シリコンの表面は、凹凸構造（テクスチャ構造）になっていてもよい。この場合、プラズマエッチングおよび反応性イオンエッチング等によってｐ型多結晶シリコンの表面を凹凸化する。
【０１０９】
光電変換素子１０Ｂについてのその他の説明は、光電変換素子１０Ａについての説明と同じである。
【０１１０】
（実施例３）
図５は、実施例３における光電変換素子の構成を示す断面図である。図５を参照して、光電変換素子１０Ｃは、図２に示す光電変換素子１０Ａのｐ型非晶質膜３１をｐ型微結晶膜８１に代えたものであり、その他は、光電変換素子１０Ａと同じである。
【０１１１】
このように、光電変換素子１０Ｃは、光電変換素子１０のｎ型半導体膜２およびｉ型半導体膜４に非晶質膜を用い、光電変換素子１０のｐ型半導体膜３に微結晶膜を用いて光電変換素子１０を具体化したものである。
【０１１２】
ｐ型微結晶膜８１は、例えば、ｐ型μｃ−Ｓｉからなり、膜厚は、例えば、１０ｎｍである。そして、ｐ型微結晶膜８１は、ｎ型非晶質膜２１およびｉ型非晶質膜４１に接してｎ型非晶質膜２１とｉ型非晶質膜４１との間に配置される。
【０１１３】
このように、光電変換素子１０Ｃは、ｉ型非晶質膜４１、ｐ型微結晶膜８１、ｎ型非晶質膜２１、透明導電膜１１および集電電極９を光電変換部５１（ｎ型単結晶シリコン）の一方の表面に順次積層し、絶縁層６１および裏面電極６２を光電変換部５１（ｎ型単結晶シリコン）の他方の表面に順次積層した構造からなる。
【０１１４】
光電変換素子１０Ｃの製造方法について説明する。ｎ型非晶質膜２１、ｐ型微結晶膜８１およびｉ型非晶質膜４１を形成するときの材料ガスの流量を表３に示す。
【０１１５】
【表３】
2013021239.tif 000005
【０１１６】
光電変換部５１としてのｎ型単結晶シリコンからなるシリコンウェハを上述した方法によって洗浄する。そして、シリコンウェハ（ｎ型単結晶シリコン）をプラズマ装置内にセットし、プラズマＣＶＤ法によって上述した条件を用いてｉ型非晶質膜４１をｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）上に堆積する。
【０１１７】
その後、２ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと、１４０ｓｃｃｍのＨ２ガスと、水素希釈された１２ｓｃｃｍのＢ２Ｈ６ガスとを材料ガスとしてプラズマＣＶＤ法によってｐ型微結晶膜８１をｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）上に堆積する。この場合、反応室ＣＢ２内の圧力は、１３．３Ｐａ〜６６５Ｐａの範囲であり、ＲＦパワーは、１６〜８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲である。
【０１１８】
そして、ｐ型微結晶膜８１の膜厚が１０ｎｍになると、ＲＦパワーの平行平板電極への印加およびＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスおよびＢ２Ｈ６ガスの反応室ＣＢ２への供給を停止する。
【０１１９】
引き続いて、プラズマＣＶＤ法によって上述した条件を用いてｎ型非晶質膜２１をｐ型微結晶膜８１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）上に堆積する。
【０１２０】
その後、透明導電膜１１および集電電極９を上述した方法によって、ｎ型非晶質膜２１上に順次積層する。そして、絶縁層６１および裏面電極６２を上述した方法によってｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の他方の表面に順次積層する。
【０１２１】
これによって、光電変換素子１０Ｃが完成する。
【０１２２】
光電変換素子１０Ｃにおいては、ｎ型非晶質膜２１（ｎ型ａ−Ｓｉ）は、プラズマＣＶＤ法によってｐ型微結晶膜８１（ｐ型μｃ−Ｓｉ）に接してｐ型微結晶膜８１（ｐ型μｃ−Ｓｉ）上に堆積される。その結果、ｎ型非晶質膜２１（ｎ型ａ−Ｓｉ）中のＰ原子と、ｐ型微結晶膜８１（ｐ型μｃ−Ｓｉ）中のＢ原子とが相互に拡散する。従って、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型微結晶膜８１には、再結合準位が存在する。
【０１２３】
また、ｐ型微結晶膜８１は、上述したｐ型非晶質膜３１よりも大きい１．９７ｅＶの光学バンドギャップおよびｐ型非晶質膜３１（＝ｐ型ａ−Ｓｉ）よりも小さい活性化エネルギーを有する。その結果、光電変換素子１０Ｃのエネルギーバンド図は、ｐ型微結晶膜８１の伝導帯の端が図３に示すエネルギーバンド図におけるｐ型非晶質膜３１（＝ｐ型ａ−Ｓｉ）の伝導帯の端よりも上側に位置するエネルギーバンド図になる。
【０１２４】
そうすると、光励起された電子および正孔は、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型微結晶膜８１界面における再結合準位を介して効率的に再結合し、ｐ型微結晶膜８１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）からなるｐｉｎ接合の内部電位は、ｐ型半導体膜３が非晶質相からなる場合よりも大きくなり、ｐ型半導体膜３の導電率は、ｐ型半導体膜３が非晶質相からなる場合よりも高くなる。その結果、開放電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦの向上によって光電変換素子１０Ｃの変換効率を光電変換素子１０Ａの変換効率よりも向上できる。特に、曲線因子ＦＦの向上は、ｐ型微結晶膜８１の高い導電率による直列抵抗の低下と、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型微結晶膜８１界面における電子および正孔の再結合の促進との相乗効果によるものである。
【０１２５】
ｐ型微結晶膜８１は、ｐ型μｃ−Ｓｉ以外に、表１に示すようにｐ型μｃ−ＳｉＣ，ｐ型μｃ−ＳｉＧｅ，ｐ型μｃ−Ｇｅのいずれかからなっていてもよい。そして、ｐ型μｃ−ＳｉＣは、ＳｉＨ４ガス、ＣＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｐ型μｃ−ＳｉＧｅは、ＳｉＨ４ガス、ＧｅＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｐ型μｃ−Ｇｅは、ＧｅＨ４ガス、Ｂ２Ｈ６ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。この場合、ＳｉＨ４ガスとＣＨ４ガスとＢ２Ｈ６ガスとの合計流量とＨ２ガスの流量との比［ＳｉＨ４＋ＣＨ４＋Ｂ２Ｈ６］／［Ｈ２］は、１／１０以下に設定される。また、ｐ型μｃ−ＳｉＧｅ，ｐ型μｃ−ＧｅをプラズマＣＶＤ法によって形成する場合も、ガス流量比は、同様に設定される。
【０１２６】
上述したように、ｐ型μｃ−ＳｉＣ，ｐ型μｃ−Ｓｉ，ｐ型μｃ−ＳｉＧｅ，ｐ型μｃ−Ｇｅは、ＳｉＨ４ガス等をＨ２ガスによって希釈した条件でプラズマＣＶＤ法によって形成されるので、プラズマ中の水素イオン等による下地層（＝ｎ型非晶質膜２１）へのダメージによって、ｎ型非晶質膜２１の欠陥密度を増加させることができる。その結果、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型微結晶膜８１界面における電子および正孔の再結合を促進できる。
【０１２７】
なお、実施例３においては、光電変換素子１０Ａから光電変換素子１０Ｂへの変更と同じ変更を光電変換素子１０Ｃに対して適用してもよい。この場合、光電変換部７１は、ｐ型単結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンからなる。そして、ｐ型単結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンの表面は、凹凸構造（テクスチャ構造）になっていてもよい。
【０１２８】
光電変換素子１０Ｃについてのその他の説明は、光電変換素子１０Ａについての説明と同じである。
【０１２９】
（実施例４）
図６は、実施例４における光電変換素子の構成を示す断面図である。図６を参照して、光電変換素子１０Ｄは、図２に示す光電変換素子１０Ａのｎ型非晶質膜２１をｎ型微結晶膜９１に代えたものであり、その他は、光電変換素子１０Ａと同じである。
【０１３０】
このように、光電変換素子１０Ｄは、光電変換素子１０のｐ型半導体膜３およびｉ型半導体膜４に非晶質膜を用い、ｎ型半導体膜２に微結晶膜を用いて光電変換素子１０を具体化したものである。
【０１３１】
ｎ型微結晶膜９１は、例えば、ｎ型μｃ−Ｓｉからなり、膜厚は、例えば、５ｎｍである。そして、ｎ型微結晶膜９１は、透明導電膜１１およびｐ型非晶質膜３１に接して透明導電膜１１とｐ型非晶質膜３１との間に配置される。
【０１３２】
このように、光電変換素子１０Ｄは、ｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１、ｎ型微結晶膜９１、透明導電膜１１および集電電極９を光電変換部５１（ｎ型単結晶シリコン）の一方の表面に順次積層し、絶縁層６１および裏面電極６２を光電変換部５１（ｎ型単結晶シリコン）の他方の表面に順次積層した構造からなる。
【０１３３】
光電変換素子１０Ｄの製造方法について説明する。ｎ型微結晶膜９１、ｐ型非晶質膜３１およびｉ型非晶質膜４１を形成するときの材料ガスの流量を表４に示す。
【０１３４】
【表４】
2013021239.tif 000006
【０１３５】
光電変換部５１としてのｎ型単結晶シリコンからなるシリコンウェハを上述した方法によって洗浄する。そして、シリコンウェハ（ｎ型単結晶シリコン）をプラズマ装置内にセットし、プラズマＣＶＤ法によって上述した条件を用いてｉ型非晶質膜４１およびｐ型非晶質膜３１をｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）上に順次堆積する。
【０１３６】
その後、４ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと、２５０ｓｃｃｍのＨ２ガスと、水素希釈された２５ｓｃｃｍのＰＨ３ガスとを材料ガスとしてプラズマＣＶＤ法によってｎ型微結晶膜９１をｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）上に堆積する。この場合、反応室ＣＢ３内の圧力は、１３．３Ｐａ〜６６５Ｐａの範囲であり、ＲＦパワーは、１６〜８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲である。
【０１３７】
そして、ｎ型微結晶膜９１の膜厚が５ｎｍになると、ＲＦパワーの平行平板電極への印加およびＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスおよびＰＨ３ガスの反応室ＣＢ３への供給を停止する。
【０１３８】
引き続いて、透明導電膜１１および集電電極９を上述した方法によってｎ型微結晶膜９１上に順次積層する。そして、絶縁層６１および裏面電極６２を上述した方法によってｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の他方の表面に順次積層する。
【０１３９】
これによって、光電変換素子１０Ｄが完成する。
【０１４０】
光電変換素子１０Ｄは、ｎ型微結晶膜９１がｐ型非晶質膜３１に直接接合したｎ／ｐ接合を備える。そして、ｎ型微結晶膜９１（ｎ型μｃ−Ｓｉ）は、プラズマＣＶＤ法によってｐ型非晶質膜３１（ｐ型ａ−Ｓｉ）に接してｐ型非晶質膜３１（ｐ型ａ−Ｓｉ）上に堆積される。その結果、ｎ型微結晶膜９１（ｎ型μｃ−Ｓｉ）の堆積時に、ｎ型微結晶膜９１（ｎ型μｃ−Ｓｉ）中のＰ原子と、型非晶質膜３１（ｐ型ａ−Ｓｉ）中のＢ原子とが相互に拡散する。従って、ｎ型微結晶膜９１／ｐ型非晶質膜３１界面に再結合準位が存在する。
【０１４１】
そして、ｎ型微結晶膜９１／ｐ型非晶質膜３１からなるｎ／ｐ接合は、ｎ型微結晶膜９１／ｐ型非晶質膜３１界面における再結合準位に起因してｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）からなるｐｉｎ接合の内部電位の低下を抑制する。また、電子および正孔は、ｎ型微結晶膜９１／ｐ型非晶質膜３１界面において効率的に再結合する。
【０１４２】
従って、開放電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦの向上によって光電変換素子１０Ｄの変換効率を向上できる。
【０１４３】
ｎ型微結晶膜９１は、ｎ型μｃ−Ｓｉ以外に、表１に示すようにｎ型μｃ−ＳｉＣ，ｎ型μｃ−ＳｉＧｅ，ｎ型μｃ−Ｇｅのいずれかからなっていてもよい。そして、ｎ型μｃ−ＳｉＣは、ＳｉＨ４ガス、ＣＨ４ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｎ型μｃ−ＳｉＧｅは、ＳｉＨ４ガス、ＧｅＨ４ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。ｎ型μｃ−Ｇｅは、ＧｅＨ４ガス、ＰＨ３ガスおよびＨ２ガスを材料ガスとして、上述したプラズマＣＶＤ法によって形成される。この場合、ＳｉＨ４ガスとＣＨ４ガスとＰＨ３ガスとの合計流量とＨ２ガスの流量との比［ＳｉＨ４＋ＣＨ４＋ＰＨ３］／［Ｈ２］は、１／１０以下に設定される。また、ｎ型μｃ−ＳｉＧｅ，ｎ型μｃ−ＧｅをプラズマＣＶＤ法によって形成する場合も、ガス流量比は、同様に設定される。
【０１４４】
なお、実施例４においては、光電変換素子１０Ａから光電変換素子１０Ｂへの変更と同じ変更を光電変換素子１０Ｄに対して適用してもよい。この場合、光電変換部７１は、ｐ型単結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンからなる。そして、ｐ型単結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンの表面は、凹凸構造（テクスチャ構造）になっていてもよい。
【０１４５】
光電変換素子１０Ｄについてのその他の説明は、光電変換素子１０Ａについての説明と同じである。
【０１４６】
（実施例５）
図７は、実施例５における光電変換素子の構成を示す断面図である。図７を参照して、光電変換素子１０Ｅは、図２に示す光電変換素子１０Ａの絶縁層６１および裏面電極６２をｉ型非晶質膜１０１、ｎ型非晶質膜１１１、透明導電膜１２１および集電電極１３１に代えたものであり、その他は、光電変換素子１０Ａと同じである。
【０１４７】
このように、光電変換素子１０Ｅは、光電変換素子１０Ａと同じように、光電変換素子１０のｎ型半導体膜２、ｐ型半導体膜３およびｉ型半導体膜４の全てに非晶質膜を用いて光電変換素子１０を具体化したものである。
【０１４８】
ｉ型非晶質膜１０１は、例えば、ｉ型ａ−Ｓｉからなり、膜厚は、例えば、１０ｎｍである。そして、ｉ型非晶質膜１０１は、光電変換部５１（ｎ型単結晶シリコン）に接する。
【０１４９】
ｎ型非晶質膜１１１は、例えば、ｎ型ａ−Ｓｉからなり、膜厚は、例えば、１０ｎｍである。そして、ｎ型非晶質膜１１１は、ｉ型非晶質膜１０１に接する。
【０１５０】
透明導電膜１２１は、例えば、ＳｎＯ２からなる。そして、透明導電膜１２１は、ｎ型非晶質膜１１１に接する。
【０１５１】
集電電極１３１は、例えば、Ａｇからなり、透明導電膜１２１に接して櫛型に形成される。
【０１５２】
このように、光電変換素子１０Ｅは、光電変換部５１としてのｎ型単結晶シリコンの両面を非晶質膜で覆った構造からなる。
【０１５３】
光電変換素子１０Ｅの製造方法について説明する。ｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１、ｎ型非晶質膜２１、ｉ型非晶質膜１０１およびｎ型非晶質膜１１１を形成するときの材料ガスの流量を表５に示す。
【０１５４】
【表５】
2013021239.tif 000007
【０１５５】
光電変換部５１としてのｎ型単結晶シリコンからなるシリコンウェハを上述した方法によって洗浄し、その洗浄したシリコンウェハ（ｎ型単結晶シリコン）をプラズマ装置にセットする。この場合、ｎ型単結晶シリコンの表面は、凹凸構造（テクスチャ構造）になっていてもよい。
【０１５６】
そして、プラズマＣＶＤ法によって上述した条件を用いてｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１およびｎ型非晶質膜２１をｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の一方の表面上に順次積層する。
【０１５７】
そして、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）をプラズマ装置から取り出し、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の表裏を裏返してプラズマ装置にセットする。
【０１５８】
その後、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）／ｉ型非晶質膜４１／ｐ型非晶質膜３１／ｎ型非晶質膜２１が反応室ＣＢ１へ搬送されると、１０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと１００ｓｃｃｍのＨ２ガスとを反応室ＣＢ１へ供給し、反応室ＣＢ１の圧力を１３．３Ｐａ〜６６５Ｐａの範囲に設定し、平行平板電極に１６〜８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲のＲＦパワーを印加する。これによって、反応室ＣＢ１内でプラズマが発生し、ｉ型非晶質膜１０１がｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の他方の表面上に堆積される。
【０１５９】
そして、ｉ型非晶質膜１０１の膜厚が１０ｎｍになると、ＲＦパワーの平行平板電極への印加を停止するとともに、ＳｉＨ４ガスおよびＨ２ガスの反応室ＣＢ１への供給を停止する。
【０１６０】
その後、ｉ型非晶質膜１０１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）／ｉ型非晶質膜４１／ｐ型非晶質膜３１／ｎ型非晶質膜２１を反応室ＣＢ３へ搬送する。そして、２０ｓｃｃｍのＳｉＨ４ガスと１５０ｓｃｃｍのＨ２ガスと水素希釈された５０ｓｃｃｍのＰＨ３ガスとを反応室ＣＢ３へ供給し、反応室ＣＢ３の圧力を１３．３Ｐａ〜６６５Ｐａの範囲に設定し、平行平板電極に１６〜８０ｍＷ／ｃｍ２の範囲のＲＦパワーを印加する。これによって、反応室ＣＢ３内でプラズマが発生し、ｎ型非晶質膜１１１がｉ型非晶質膜１０１上に堆積される。
【０１６１】
そして、ｎ型非晶質膜１１１の膜厚が１０ｎｍになると、ＲＦパワーの平行平板電極への印加を停止するとともに、ＳｉＨ４ガス、Ｈ２ガスおよびＰＨ３ガスの反応室ＣＢ３への供給を停止する。
【０１６２】
その後、ｎ型非晶質膜１１１／ｉ型非晶質膜１０１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）／ｉ型非晶質膜４１／ｐ型非晶質膜３１／ｎ型非晶質膜２１をプラズマ装置から取り出してスパッタリング装置にセットする。
【０１６３】
そして、透明導電膜１１としてのＳｎＯ２および集電電極９としてのＡｇを上述した方法によってｎ型非晶質膜２１上に順次積層する。
【０１６４】
引き続いて、透明導電膜１２１としてのＳｎＯ２および集電電極１３１としてのＡｇを上述した方法によってｎ型非晶質膜１１１上に順次積層する。
【０１６５】
これによって、光電変換素子１０Ｅが完成する。
【０１６６】
図８は、図７に示す光電変換素子１０Ｅのエネルギーバンド図である。なお、図８においては、集電電極９，１３１が省略されている。また、図８においては、ｐ型非晶質膜３１／ｉ型非晶質膜４１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）からなるｐｉｎ接合の内部電位を“Ｖｂｉ１”と表記し、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）／ｉ型非晶質膜１０１／ｎ型非晶質膜１１１からなる接合の内部電位を“Ｖｂｉ２”と表記する。
【０１６７】
図８を参照して、ｎ型非晶質膜２１、ｐ型非晶質膜３１、ｉ型非晶質膜４１およびｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の部分のエネルギーバンド図については、図３において説明したとおりである。
【０１６８】
ｉ型非晶質膜１０１としてのｉ型ａ−Ｓｉは、１．７４ｅＶの光学バンドギャップおよび０．７３ｅＶの活性化エネルギーを有するので、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）／ｉ型非晶質膜１０１界面は、ヘテロ接合になる。そして、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）／ｉ型非晶質膜１０１界面においては、バンドの不連続が存在する。
【０１６９】
また、ｎ型非晶質膜１１１としてのｎ型ａ−Ｓｉは、１．８０ｅＶの光学バンドギャップおよび０．２０ｅＶの活性化エネルギーを有するので、ｉ型非晶質膜１０１／ｎ型非晶質膜１１１界面も、ヘテロ接合になる。
【０１７０】
そして、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）／ｉ型非晶質膜１０１／ｎ型非晶質膜１１１からなる接合には、内部電位Ｖｂｉ２が発生する。
【０１７１】
更に、ｉ型非晶質膜１０１をｎ型非晶質膜１１１とｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）との間に挿入することによって、ｎ型非晶質膜１１１／ｉ型非晶質膜１０１界面およびｉ型非晶質膜１０１／ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）界面におけるキャリア（電子および正孔）の再結合が低減される。
【０１７２】
そうすると、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）において光励起された電子は、キャリア拡散によってｉ型非晶質膜１０１側へ移動し、内部電界Ｖｂｉ２によって透明導電膜１２１へ効率的に到達する。また、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）において光励起された正孔は、キャリア拡散によってｉ型非晶質膜４１側へ移動し、内部電位Ｖｂｉ１によってｐ型非晶質膜３１へ効率的に到達する。
【０１７３】
そして、電子は、集電電極１３１、外部のリード線（図示せず）、集電電極９および透明導電膜１１を介してｎ型非晶質膜２１へ到達する。
【０１７４】
そうすると、ｎ型非晶質膜２１／ｐ型非晶質膜３１界面において、電子は、再結合準位を介して正孔と効率的に再結合する。
【０１７５】
また、上述したようにｎ型非晶質膜２１およびｐ型非晶質膜３１からなるｎ／ｐ接合は、内部電位Ｖｂｉ１の低下を抑制する。
【０１７６】
従って、開放電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦの向上によって光電変換素子１０Ｅの変換効率を向上できる。
【０１７７】
また、光電変換素子１０Ｅは、ｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１、ｎ型非晶質膜２１、透明導電膜１１および集電電極９をｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の一方の表面上に順次積層し、ｉ型非晶質膜１０１、ｎ型非晶質膜１１１、透明導電膜１２１および集電電極１３１をｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の他方の表面上に順次積層した構造からなる。そして、ｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１、ｎ型非晶質膜２１、透明導電膜１１、集電電極９、ｉ型非晶質膜１０１、ｎ型非晶質膜１１１、透明導電膜１２１および集電電極１３１は、２００℃以下の温度で形成される。
【０１７８】
従って、熱ダメージによるｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）の品質劣化を防止できる。
【０１７９】
更に、光電変換素子１０Ｅは、ｎ型非晶質膜２１を除いて、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）を中心として対称な構造からなる。従って、ｎ型単結晶シリコン（光電変換部５１）に印加される熱歪も対称になり、熱歪による光電変換素子１０Ｅの反りを防止できる。
【０１８０】
ｉ型非晶質膜１０１は、ｉ型ａ−Ｓｉ以外に、ｉ型ａ−ＳｉＣ，ｉ型ａ−ＳｉＧｅのいずれかからなっていてもよい。ここで、ｉ型ａ−Ｇｅが除外されている理由は、上述した理由と同じである。また、ｎ型非晶質膜１１１は、ｎ型ａ−Ｓｉ以外に、ｎ型ａ−ＳｉＣ，ｎ型ａ−ＳｉＧｅ，ｎ型ａ−Ｇｅのいずれかからなっていてもよい。
【０１８１】
これらのｉ型ａ−ＳｉＣ，ｉ型ａ−ＳｉＧｅ，ｎ型ａ−ＳｉＣ，ｎ型ａ−ＳｉＧｅ，ｎ型ａ−Ｇｅは、上述したようにプラズマＣＶＤ法によって形成される。
【０１８２】
なお、実施例５においては、光電変換素子１０Ｅの光電変換部５１は、ｐ型単結晶シリコン、ｎ型多結晶シリコンおよびｐ型多結晶シリコンのいずれかからなっていてもよい。この場合、ｐ型単結晶シリコン、ｎ型多結晶シリコンおよびｐ型多結晶シリコンは、その表面が凹凸構造（テクスチャ構造）になっていてもよい。
【０１８３】
そして、光電変換部５１がｎ型多結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンからなる場合、好ましくは、ｎ型多結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンの一方の表面をプラズマ処理した後に、ｉ型非晶質膜４１、ｐ型非晶質膜３１、ｎ型非晶質膜２１、透明導電膜１１および集電電極９をプラズマＣＶＤ法によってｎ型多結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンの一方の表面上に順次積層し、その後、ｎ型多結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンの他方の表面をプラズマ処理した後に、ｉ型非晶質膜１０１、ｎ型非晶質膜１１１、透明導電膜１２１および集電電極１３１をｎ型多結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンの他方の表面上に順次積層する。これによって、ｎ型多結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンの粒界をＨ原子によってパッシベートでき、ｎ型多結晶シリコンまたはｐ型多結晶シリコンの粒界におけるキャリア（電子および正孔）の再結合を低減できる。
【０１８４】
また、光電変換素子１０Ａから光電変換素子１０Ｃ，１０Ｄのいずれかへの変更と同じ変更を光電変換素子１０Ｅに対して適用してもよい。
【０１８５】
更に、光電変換素子１０Ｅにおいては、ｎ型非晶質膜１１１に代えてｎ型微結晶膜を適用してもよい。この場合、ｎ型微結晶膜は、ｎ型μｃ−ＳｉＣ，ｎ型μｃ−Ｓｉ，ｎ型μｃ−ＳｉＧｅ，ｎ型μｃ−Ｇｅからなる。そして、ｎ型μｃ−ＳｉＣ，ｎ型μｃ−Ｓｉ，ｎ型μｃ−ＳｉＧｅ，ｎ型μｃ−Ｇｅは、２００℃以下の温度においてプラズマＣＶＤ法によってｉ型非晶質膜１０１上に堆積される。従って、熱ダメージによって光電変換部５１（単結晶シリコンまたは多結晶シリコン）の品質が劣化するのを防止できる。また、熱歪による光電変換素子１０Ｅの反りを防止できる。
【０１８６】
上記においては、ｎ型非晶質膜２１のＰ濃度は、５×１０２０ｃｍ−３〜７×１０２０ｃｍ−３であると説明したが、この発明の実施の形態においては、これに限らず、ｎ型非晶質膜２１のＰ濃度は、５×１０２０ｃｍ−３〜７×１０２０ｃｍ−３よりも低くてもよい。
【０１８７】
ｎ型非晶質膜２１のＰ濃度が５×１０２０ｃｍ−３〜７×１０２０ｃｍ−３よりも低くても、ｎ型非晶質膜２１とｐ型非晶質膜３１（またはｐ型微結晶膜８１）との界面に再結合準位が存在し、電子および正孔の再結合が促進され、内部電位Ｖｂｉの低下が抑制されるからである。
【０１８８】
光電変換素子１０Ｅについてのその他の説明は、光電変換素子１０Ａの説明と同じである。
【０１８９】
［ｐ型半導体膜３の改良］
ｐ型半導体膜３は、非晶質相からなる層Ａと、微結晶相からなる層Ｂとからなっていてもよい。
【０１９０】
層Ａは、例えば、ｐ型ａ−Ｓｉからなり、層Ｂは、例えば、ｐ型μｃ−Ｓｉからなる。そして、層Ａは、ｎ型半導体膜２側に配置され、層Ｂは、ｉ型半導体膜４側に配置される。
【０１９１】
このように、ｐ型半導体膜３を２つの層Ａ，Ｂによって構成することによって、ｎ型半導体膜２／ｐ型半導体膜３からなる接合が整流特性を殆ど示さなくなり、かつ、層Ｂ（＝ｐ型μｃ−Ｓｉ）／ｉ型半導体膜４／光電変換部５（ｎ型単結晶シリコン、ｐ型単結晶シリコン、ｎ型多結晶シリコンおよびｐ型多結晶シリコンのいずれか）からなる接合が形成される。その結果、ｎ型半導体膜２と層Ａ（＝ｐ型ａ−Ｓｉ）との界面における電子および正孔の再結合が促進されるとともに、上記接合の内部電位が向上する。
【０１９２】
従って、開放電圧Ｖｏｃおよび曲線因子ＦＦの向上によって光電変換素子１０の変換効率を向上できる。
【０１９３】
また、層Ａの膜厚と層Ｂの膜厚との合計は、ｐ型半導体膜３が単層からなる場合の膜厚と同じであっても、異なっていてもよい。更に、層Ａの膜厚は、層Ｂの膜厚と同じであってもよく、層Ｂの膜厚と異なっていてもよい。
【０１９４】
層Ａの膜厚と層Ｂの膜厚との合計がｐ型半導体膜３１の膜厚よりも厚くても、層Ｂに用いられる微結晶膜の光吸収係数は、層Ａに用いられる非晶質膜の光吸収係数よりも小さいので、光電変換部５へ入射する太陽光の強度をｐ型半導体膜３が非晶質膜からなる場合の強度と同じに保持できる。その結果、層Ｂの膜厚を層Ａの膜厚よりも厚く設定すれば、ｐ型半導体膜３／ｉ型半導体膜４／光電変換部５からなる接合の内部電位を更に強くしてｎ型半導体膜２と層Ａ（＝ｐ型ａ−Ｓｉ）との界面における電子および正孔の再結合を促進できる。
【０１９５】
また、層Ａの膜厚と層Ｂの膜厚との合計がｐ型半導体膜３の膜厚と同じである場合、２つの層Ａ，Ｂの透過光量は、ｐ型半導体膜３が非晶質膜からなる場合よりも多くなるので、短絡電流密度Ｊｓｃを大きくできる。このように、層Ａの膜厚と層Ｂの膜厚との合計がｐ型半導体膜３の膜厚と同じである場合、電子と正孔との再結合を促進し、ｐ型半導体膜３／ｉ型半導体膜４／光電変換部５からなる接合の内部電位の低下を抑制したまま、短絡電流密度Ｊｓｃを大きくできる。
【０１９６】
なお、層Ａ，Ｂの組み合わせは、ｐ型ａ−Ｓｉ／ｐ型μｃ−Ｓｉに拘わらず、（ｐ型ａ−ＳｉＣ，ｐ型ａ−Ｓｉ，ｐ型ａ−ＳｉＧｅ，ｐ型ａ−Ｇｅのいずれか）／（ｐ型μｃ−ＳｉＣ，ｐ型μｃ−Ｓｉ，ｐ型μｃ−ＳｉＧｅ，ｐ型μｃ−Ｇｅのいずれか）であればよい。
【０１９７】
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】
【０１９８】
この発明は、光電変換素子およびそれを備えた積層型光電変換素子に適用される。
【符号の説明】
【０１９９】
１，１１，１２１  透明導電膜、２  ｎ型半導体膜、３  ｐ型半導体膜、４  ｉ型半導体膜、５，５１，７１  光電変換部、９，１３１  集電電極、１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ  光電変換素子、２１，１１１  ｎ型非晶質膜、３１  ｐ型半導体膜、４１，１０１  ｉ型非晶質膜、６１  絶縁層、６２  裏面電極、８１  ｐ型微結晶膜、９１  ｎ型微結晶膜。
【図１】
2013021239.tif 000008
【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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