(57)【要約】【課題】高い変換効率を有する光電変換素子およびその製造方法を提供する。【解決手段】透明導電層と微結晶ｐ型半導体層との間に非晶質半導体層が隣接して配置され、非晶質半導体層の光電変換層側の導電率が透明導電層側よりも高い光電変換素子とその製造方法である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明導電層と、
前記透明導電層上に設けられた光電変換層と、を備え、
前記光電変換層は、微結晶ｐ型半導体層と、ｉ型半導体層と、ｎ型半導体層とを含み、
前記透明導電層と前記微結晶ｐ型半導体層との間に非晶質半導体層が隣接して配置され、
前記非晶質半導体層の前記光電変換層側の導電率が、前記透明導電層側よりも高い、光電変換素子。
【請求項２】
前記非晶質半導体層は、非晶質ｐ型半導体層であり、
前記非晶質ｐ型半導体層の前記光電変換層側の炭素濃度が、前記透明導電層側よりも低い、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項３】
前記非晶質半導体層は、非晶質ｐ型半導体層であり、
前記非晶質ｐ型半導体層の前記光電変換層側のｐ型不純物のドーピング濃度が、前記透明導電層側よりも高い、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項４】
前記非晶質半導体層は、非晶質ｐ型半導体層であり、
前記非晶質ｐ型半導体層の前記光電変換層側の水素濃度が、前記透明導電層側よりも低い、請求項１に記載の光電変換素子。
【請求項５】
前記透明導電層から離れるにしたがって前記非晶質半導体層の導電率が段階的に高くなる、請求項１から４のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項６】
前記透明導電層から離れるにしたがって前記非晶質半導体層の導電率が連続的に高くなる、請求項１から４のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項７】
前記透明導電層が透明電極層である、請求項１から６のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項８】
前記透明導電層が中間コンタクト層である、請求項１から６のいずれかに記載の光電変換素子。
【請求項９】
透明導電層上に非晶質半導体層を形成する工程と、
前記非晶質半導体層上に微結晶ｐ型半導体層を形成する工程と、
前記微結晶ｐ型半導体層上にｉ型半導体層を形成する工程と、
前記ｉ型半導体層上にｎ型半導体層を形成する工程と、を含み、
前記非晶質半導体層を形成する工程においては、前記非晶質半導体層の導電率が前記透明導電層側よりも前記微結晶ｐ型半導体層側が高くなるように前記非晶質半導体層を形成する、光電変換素子の製造方法。
【請求項１０】
前記非晶質半導体層は、前記透明導電層側に位置する第１の非晶質半導体層と、前記微結晶ｐ型半導体層側に位置する第２の非晶質半導体層とを含み、
前記非晶質半導体層を形成する工程においては、前記第２の非晶質半導体層の導電率が前記第１の非晶質半導体層の導電率よりも高くなるように前記非晶質半導体層を形成する、請求項９に記載の光電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
光を受光して電力に変換する光電変換素子の一例として、発電層（光電変換層）に薄膜シリコン系の層を積層させた薄膜系太陽電池が知られている。薄膜系太陽電池は、一般に、絶縁性基板上に、透明電極層、シリコン系半導体層（光電変換層）、および裏面電極層が順次積層された構成を有している。
【０００３】
透明電極層は、通常、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）または酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の金属酸化物を主成分とする透明導電層からなる。光電変換層は、非晶質シリコンや微結晶シリコンからなり、ｐ型シリコン系半導体（ｐ層）、ｉ型シリコン系半導体（ｉ層）およびｎ型シリコン系半導体（ｎ層）によって形成されるｐｉｎ接合を有している。光電変換層がエネルギー変換部となって、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する。光電変換層は、一般的に、プラズマＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法によって透明導電層上に形成される。
【０００４】
一般に、微結晶シリコンを用いた薄膜系太陽電池では、透明電極層上に光電変換層の一部として微結晶シリコンｐ層が積層される。そのため、透明電極層に含まれる酸素が微結晶シリコンｐ層中に拡散して、微結晶シリコンｐ層中に混入する。微結晶シリコンｐ層中に酸素が混入した場合には、酸素に関連したドナー準位が形成されると言われており、このドナー準位は、たとえば、真性の微結晶シリコンの場合にはｎ型化の原因となる。
【０００５】
このドナー準位の形成は、微結晶シリコンｐ層に対してはｐ型を弱める働きをするために、従来は必要以上にドーピング濃度を高くすることでｐ型を維持させていた。
【０００６】
しかしながら、この方法では、微結晶シリコンｐ層のバンドギャップが狭くなり、光の吸収損失が発生するため、薄膜系太陽電池の短絡電流量が低下する。一方、薄膜系太陽電池の短絡電流量を低下させないために微結晶シリコンｐ層へのドーパント添加量を減少させた場合には、微結晶シリコンｐ層のドーピング不足によって、薄膜系太陽電池の開放電圧およびＦ．Ｆ（Fill Factor）が低下するため、変換効率が低下する。
【０００７】
上記の課題を解決する手段として、たとえば特許文献１には、透明電極層と微結晶シリコンｐ層との間に非晶質シリコン層が隣接して配置された光電変換装置が開示されている。
【０００８】
特許文献１に記載の光電変換装置においては、透明電極層と微結晶シリコンｐ層との間に非晶質シリコン層を隣接して配置することにより、透明電極層に含まれる酸素が微結晶シリコンｐ層に拡散するのを防止することができる。これにより、微結晶シリコンｐ層のｎ型化を抑制することができ、光電変換装置の変換効率の低下を抑制できるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−６６２１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１において、非晶質シリコン層は、シラン等を含む混合ガスをグロー放電分解することにより形成される。また、グロー放電分解において、グロー放電用電極に印加される高周波電力が大きいほどシリコンの微結晶化が進むとされていることから、グロー放電用電極に印加される高周波電力を非晶質シリコンの形成時の数倍以上にして微結晶シリコンｐ層が形成される。
【００１１】
そのため、特許文献１の光電変換装置においては、微結晶シリコンｐ層の形成時に、下層の非晶質シリコン層、および非晶質シリコン層と微結晶シリコンｐ層との界面がグロー放電により生じるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加するため、光電変換装置の変換効率が低下するという問題があった。
【００１２】
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、高い変換効率を有する光電変換素子およびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、透明導電層と、透明導電層上に設けられた光電変換層と、を備え、光電変換層は、微結晶ｐ型半導体層と、ｉ型半導体層と、ｎ型半導体層とを含み、透明導電層と微結晶ｐ型半導体層との間に非晶質半導体層が隣接して配置され、非晶質半導体層の光電変換層側の導電率が透明導電層側よりも高い光電変換素子である。
【００１４】
ここで、本発明の光電変換素子において、非晶質半導体層は、非晶質ｐ型半導体層であり、非晶質ｐ型半導体層の光電変換層側の炭素濃度が透明導電層側よりも低いことが好ましい。
【００１５】
また、本発明の光電変換素子において、非晶質半導体層は、非晶質ｐ型半導体層であり、非晶質ｐ型半導体層の光電変換層側のｐ型不純物のドーピング濃度が透明導電層側よりも高いことが好ましい。
【００１６】
また、本発明の光電変換素子において、非晶質半導体層は、非晶質ｐ型半導体層であり、非晶質ｐ型半導体層の光電変換層側の水素濃度が、透明導電層側よりも低いことが好ましい。
【００１７】
また、本発明の光電変換素子においては、透明導電層から離れるにしたがって非晶質半導体層の導電率が段階的に高くなることが好ましい。
【００１８】
また、本発明の光電変換素子においては、透明導電層から離れるにしたがって非晶質半導体層の導電率が連続的に高くなることが好ましい。
【００１９】
また、本発明の光電変換素子においては、透明導電層が透明電極層であることが好ましい。
【００２０】
また、本発明の光電変換素子においては、透明導電層が中間コンタクト層であることが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明は、透明導電層上に非晶質半導体層を形成する工程と、非晶質半導体層上に微結晶ｐ型半導体層を形成する工程と、微結晶ｐ型半導体層上にｉ型半導体層を形成する工程と、ｉ型半導体層上にｎ型半導体層を形成する工程と、を含み、非晶質半導体層を形成する工程においては、非晶質半導体層の導電率が透明導電層側よりも微結晶ｐ型半導体層側が高くなるように非晶質半導体層を形成する光電変換素子の製造方法である。
【００２２】
ここで、本発明の光電変換素子の製造方法において、非晶質半導体層は、透明導電層側に位置する第１非晶質半導体層と、微結晶ｐ型半導体層側に位置する第２非晶質半導体層とを含み、非晶質半導体層を形成する工程においては第２非晶質半導体層の導電率が第１非晶質半導体層の導電率よりも高くなるように非晶質半導体層を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高い変換効率を有する光電変換素子およびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】実施の形態１の光電変換素子の模式的な断面図である。
【図２】実施の形態１の光電変換素子の非晶質半導体層の導電率と、非晶質半導体層の厚さ方向における透明電極層からの距離との関係の一例を示す図である。
【図３】実施の形態１の光電変換素子の非晶質半導体層の炭素濃度と、非晶質半導体層の厚さ方向における透明電極層からの距離との関係の一例を示す図である。
【図４】実施の形態１の光電変換素子の非晶質半導体層のｐ型不純物のドーピング濃度と、非晶質半導体層の厚さ方向における透明電極層からの距離との関係の一例を示す図である。
【図５】実施の形態１の光電変換素子の非晶質半導体層の水素濃度と、非晶質半導体層の厚さ方向における透明電極層からの距離との関係の一例を示す図である。
【図６】実施の形態１の光電変換素子の非晶質半導体層の導電率と、非晶質半導体層の厚さ方向における透明電極層からの距離との関係の他の一例を示す図である。
【図７】実施の形態１の光電変換素子の非晶質半導体層の炭素濃度と、非晶質半導体層の厚さ方向における透明電極層からの距離との関係の他の一例を示す図である。
【図８】実施の形態１の光電変換素子の非晶質半導体層のｐ型不純物のドーピング濃度と、非晶質半導体層の厚さ方向における透明電極層からの距離との関係の他の一例を示す図である。
【図９】実施の形態１の光電変換素子の非晶質半導体層の水素濃度と、非晶質半導体層の厚さ方向における透明電極層からの距離との関係の他の一例を示す図である。
【図１０】実施の形態１の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１１】実施の形態１の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１２】実施の形態１の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１３】実施の形態１の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図１４】実施の形態２の光電変換素子の模式的な断面図である。
【図１５】実施の形態２の光電変換素子の第２の非晶質半導体層の導電率と、第２の非晶質半導体層の厚さ方向における中間コンタクト層からの距離との関係の一例を示す図である。
【図１６】実施の形態２の光電変換素子の第２の非晶質半導体層の炭素濃度と、第２の非晶質半導体層の厚さ方向における中間コンタクト層からの距離との関係の一例を示す図である。
【図１７】実施の形態２の光電変換素子の第２の非晶質半導体層のｐ型不純物のドーピング濃度と、第２の非晶質半導体層の厚さ方向における中間コンタクト層からの距離との関係の一例を示す図である。
【図１８】実施の形態２の光電変換素子の第２の非晶質半導体層の水素濃度と、第２の非晶質半導体層の厚さ方向における中間コンタクト層からの距離との関係の一例を示す図である。
【図１９】実施の形態２の光電変換素子の第２の非晶質半導体層の導電率と、第２の非晶質半導体層の厚さ方向における中間コンタクト層からの距離との関係の他の一例を示す図である。
【図２０】実施の形態２の光電変換素子の第２の非晶質半導体層の炭素濃度と、第２の非晶質半導体層の厚さ方向における中間コンタクト層からの距離との関係の他の一例を示す図である。
【図２１】実施の形態２の光電変換素子の第２の非晶質半導体層のｐ型不純物のドーピング濃度と、第２の非晶質半導体層の厚さ方向における中間コンタクト層からの距離との関係の他の一例を示す図である。
【図２２】実施の形態２の光電変換素子の第２の非晶質半導体層の水素濃度と、第２の非晶質半導体層の厚さ方向における中間コンタクト層からの距離との関係の他の一例を示す図である。
【図２３】実施の形態２の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の一部を図解する模式的な断面図である。
【図２４】実施の形態２の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図２５】実施の形態２の光電変換素子の製造方法の一例の製造工程の他の一部を図解する模式的な断面図である。
【図２６】実施例１〜２および比較例１〜２の光電変換素子の第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さ［ｎｍ］と短絡電流密度［ｍＡ／ｃｍ2］との関係を示す図である。
【図２７】実施例１〜２および比較例１〜２の光電変換素子の第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さ［ｎｍ］と開放電圧［Ｖ］との関係を示す図である。
【図２８】実施例１〜２および比較例１〜２の光電変換素子の第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さ［ｎｍ］とＦＦとの関係を示す図である。
【図２９】実施例１〜２および比較例１〜２の光電変換素子の第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さ［ｎｍ］と変換効率［％］との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００２６】
本発明は非晶質シリコン、及び微結晶シリコン層を有する光電変換素子に関するものである。また、本明細書において、「多結晶」と「微結晶」と「結晶質」の用語は、シリコン系薄膜光電変換素子の技術分野において通常用いられているように、結晶質とともに部分的に非晶質（アモルファス）を含んでいる場合をも含んでいてもよいことを意味するものとする。
【００２７】
＜実施の形態１＞
（基本構成）
図１に、実施の形態１の光電変換素子の模式的な断面図を示す。図１に示すように、実施の形態１の光電変換素子は、絶縁性基板１と、絶縁性基板１上に設けられた透明導電層としての透明電極層２と、透明電極層２上に設けられた第１の非晶質ｐ型半導体層４１と、第１の非晶質ｐ型半導体層４１上に設けられた第２の非晶質ｐ型半導体層４２と、第２の非晶質ｐ型半導体層４２上に設けられた微結晶ｐ型半導体層３１と、微結晶ｐ型半導体層３１上に設けられたｉ型半導体層３２と、ｉ型半導体層３２上に設けられたｎ型半導体層３３と、ｎ型半導体層３３上に設けられた透明導電層５と、透明導電層５上に設けられた裏面電極層６とを備えている。
【００２８】
ここで、非晶質半導体層４は、第１の非晶質ｐ型半導体層４１と第２の非晶質ｐ型半導体層４２との積層体から構成されている。また、光電変換層３は、微結晶ｐ型半導体層３１とｉ型半導体層３２とｎ型半導体層３３との積層体から構成されている。また、非晶質半導体層４は、透明電極層２および微結晶ｐ型半導体層３１のそれぞれと隣接して設けられている。
【００２９】
（絶縁性基板）
絶縁性基板１としては、光を透過させることができるとともに絶縁性を有する基板を用いることができ、たとえば、ガラス基板、ポリイミド樹脂などの透明樹脂を含む樹脂基板、またはこれらの基板の複数を積層した基板などの透光性基板を用いることができる。
【００３０】
（透明電極層）
透明電極層２としては、光を透過させることができるとともに導電性を有する層が用いられ、たとえば、酸化錫膜、ＩＴＯ（Indium  Tin  Oxide）膜、酸化亜鉛膜、若しくはこれらの膜に微量の不純物を添加した膜の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などを用いることができる。透明電極層２が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる材料から形成されていてもよい。
【００３１】
また、透明電極層２の表面にはたとえばテクスチャ構造等の凹凸が形成されていることが好ましい。透明電極層２の表面に凹凸が形成されていることによって、絶縁性基板１側から入射した入射光を散乱および／または屈折させて光路長を伸ばすことができ、光電変換層３における光閉じ込め効果を高めることができるため短絡電流量を増大させることができる。透明電極層２の表面に凹凸を形成する方法としては、たとえば、エッチング法やサンドブラストのような機械加工による方法、または透明電極層２の結晶成長を利用する方法などを用いることができる。
【００３２】
（非晶質半導体層）
非晶質半導体層４は、第１の非晶質ｐ型半導体層４１と第２の非晶質ｐ型半導体層４２との積層体から構成されている。ここで、たとえば図２に示すように、非晶質半導体層４においては、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率よりも第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率の方が高くなっている。そのため、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の導電率が段階的に高くなっている。なお、図２において、縦軸は導電率を示し、横軸は非晶質半導体層４の厚さ方向における透明電極層２からの距離を示している。
【００３３】
非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の導電率が段階的に高くなっている場合には、たとえば図３に示すように、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の炭素濃度よりも第２の非晶質ｐ型半導体層４２の炭素濃度の方を低くすることによって、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の炭素濃度を段階的に低くすることが好ましい。非晶質半導体層４の炭素濃度が低いほど、非晶質半導体層４の導電率が高くなるため、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率よりも、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることができる。また、第２の非晶質ｐ型半導体層４２は、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第１の非晶質ｐ型半導体層４１は、第２の非晶質ｐ型半導体層４２よりも、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率の低下を相殺することができる。一方、炭素濃度が低いほど、光透明度が低くなるため、非晶質半導体層４全体に渡って炭素濃度を低くすると、非晶質半導体層４における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第１の非晶質ｐ型半導体層４１の炭素濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２の炭素濃度よりも高くすることによって、非晶質半導体層４全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図３において、縦軸は炭素濃度を示し、横軸は非晶質半導体層４の厚さ方向における透明電極層２からの距離を示している。
【００３４】
非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の導電率が段階的に高くなっている場合には、たとえば図４に示すように、第１の非晶質ｐ型半導体層４１のｐ型不純物のドーピング濃度よりも第２の非晶質ｐ型半導体層４２のｐ型不純物のドーピング濃度の方を高くすることによって、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４のｐ型不純物のドーピング濃度を段階的に高くすることが好ましい。非晶質半導体層４のｐ型不純物のドーピング濃度が高いほど、非晶質半導体層４の導電率が高くなるため、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率よりも、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることができる。また、第２の非晶質ｐ型半導体層４２は、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第１の非晶質ｐ型半導体層４１は、第２の非晶質ｐ型半導体層４２よりも、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率の低下を相殺することができる。一方、ｐ型不純物のドーピング濃度が高いほど、光透明度が低くなるため、非晶質半導体層４全体に渡ってｐ型不純物のドーピング濃度が高くすると、非晶質半導体層４における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第１の非晶質ｐ型半導体層４１のｐ型不純物のドーピング濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２のｐ型不純物のドーピング濃度よりも低くすることによって、非晶質半導体層４全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図４において、縦軸はｐ型不純物のドーピング濃度を示し、横軸は非晶質半導体層４の厚さ方向における透明電極層２からの距離を示している。また、ｐ型不純物としては、たとえば、ボロンなどを挙げることができる。
【００３５】
非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の導電率が段階的に高くなっている場合には、たとえば図５に示すように、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の水素濃度よりも第２の非晶質ｐ型半導体層４２の水素濃度の方を低くすることによって、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の水素濃度を段階的に低くすることが好ましい。非晶質半導体層４の水素濃度が低いほど、非晶質半導体層４の導電率が高くなるため、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率よりも、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることができる。また、第２の非晶質ｐ型半導体層４２は、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第１の非晶質ｐ型半導体層４１は、第２の非晶質ｐ型半導体層４２よりも、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率の低下を相殺することができる。一方、水素濃度が低いほど、光透明度が低くなるため、非晶質半導体層４全体に渡って水素濃度を低くすると、非晶質半導体層４における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第１の非晶質ｐ型半導体層４１の水素濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２の水素濃度よりも高くすることによって、非晶質半導体層４全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図５において、縦軸は水素濃度を示し、横軸は非晶質半導体層４の厚さ方向における透明電極層２からの距離を示している。
【００３６】
また、たとえば図６に示すように、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率および第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率をそれぞれ、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって連続的に高くすることによって、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の導電率を連続的に高くすることもできる。なお、図６において、縦軸は導電率を示し、横軸は非晶質半導体層４の厚さ方向における透明電極層２からの距離を示している。
【００３７】
非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の導電率が連続的に高くなっている場合には、たとえば図７に示すように、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の炭素濃度および第２の非晶質ｐ型半導体層４２の炭素濃度をそれぞれ非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって連続的に低くすることによって、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の炭素濃度を連続的に低くすることが好ましい。非晶質半導体層４の炭素濃度が低いほど、非晶質半導体層４の導電率が高くなるため、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率よりも、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることができる。また、第２の非晶質ｐ型半導体層４２は、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第１の非晶質ｐ型半導体層４１は、第２の非晶質ｐ型半導体層４２よりも、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率の低下を相殺することができる。一方、炭素濃度が低いほど、光透明度が低くなるため、非晶質半導体層４全体に渡って炭素濃度を低くすると、非晶質半導体層４における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第１の非晶質ｐ型半導体層４１の炭素濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２の炭素濃度よりも高くすることによって、非晶質半導体層４全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図７において、縦軸は炭素濃度を示し、横軸は非晶質半導体層４の厚さ方向における透明電極層２からの距離を示している。
【００３８】
非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の導電率が連続的に高くなっている場合には、たとえば図８に示すように、第１の非晶質ｐ型半導体層４１のｐ型不純物のドーピング濃度および第２の非晶質ｐ型半導体層４２のｐ型不純物のドーピング濃度をそれぞれ非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって連続的に高くすることによって、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４のｐ型不純物のドーピング濃度を連続的に高くすることが好ましい。非晶質半導体層４のｐ型不純物のドーピング濃度が高いほど、非晶質半導体層４の導電率が高くなるため、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率よりも、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることができる。また、第２の非晶質ｐ型半導体層４２は、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第１の非晶質ｐ型半導体層４１は、第２の非晶質ｐ型半導体層４２よりも、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率の低下を相殺することができる。一方、ｐ型不純物のドーピング濃度が高いほど、光透明度が低くなるため、非晶質半導体層４全体に渡ってｐ型不純物のドーピング濃度が高くすると、非晶質半導体層４における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第１の非晶質ｐ型半導体層４１のｐ型不純物のドーピング濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２のｐ型不純物のドーピング濃度よりも低くすることによって、非晶質半導体層４全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図８において、縦軸はｐ型不純物のドーピング濃度を示し、横軸は非晶質半導体層４の厚さ方向における透明電極層２からの距離を示している。
【００３９】
非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の導電率が連続的に高くなっている場合には、たとえば図９に示すように、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の水素濃度および第２の非晶質ｐ型半導体層４２の水素濃度をそれぞれ非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって連続的に低くすることによって、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがって非晶質半導体層４の水素濃度を連続的に低くすることが好ましい。非晶質半導体層４の水素濃度が低いほど、非晶質半導体層４の導電率が高くなるため、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率よりも、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることができる。また、第２の非晶質ｐ型半導体層４２は、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第１の非晶質ｐ型半導体層４１は、第２の非晶質ｐ型半導体層４２よりも、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率の低下を相殺することができる。一方、水素濃度が低いほど、光透明度が低くなるため、非晶質半導体層４全体に渡って水素濃度を低くすると、非晶質半導体層４における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第１の非晶質ｐ型半導体層４１の水素濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第２の非晶質ｐ型半導体層４２の水素濃度よりも高くすることによって、非晶質半導体層４全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図９において、縦軸は水素濃度を示し、横軸は非晶質半導体層４の厚さ方向における透明電極層２からの距離を示している。
【００４０】
ここで、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率は、１×１０-9［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-5［Ｓ／ｃｍ］以下であることが好ましく、１×１０-7［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-6［Ｓ／ｃｍ］以下であることがより好ましい。第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率が、１×１０-9［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-5［Ｓ／ｃｍ］である場合、特に、１×１０-7［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-6［Ｓ／ｃｍ］以下である場合には、非晶質半導体層４のバンドギャップが十分に大きくなって、絶縁性基板１側からの入射光の非晶質半導体層４での吸収量を十分に抑制することができることから、光電変換素子の変換効率を向上することができる。
【００４１】
また、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率は、１×１０-7［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-3［Ｓ／ｃｍ］以下であることが好ましく、１×１０-6［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-4［Ｓ／ｃｍ］以下であることがより好ましい。第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率が、１×１０-7［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-3［Ｓ／ｃｍ］以下である場合、特に、１×１０-6［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-4［Ｓ／ｃｍ］以下である場合には、後述する微結晶ｐ型半導体層３１の形成時における第２の非晶質ｐ型半導体層４２へのプラズマダメージによる非晶質半導体層４の高抵抗化を相殺することによって、非晶質半導体層４と微結晶ｐ型半導体層３１との接触抵抗を低減することができるため、光電変換素子の変換効率を向上することができる。
【００４２】
なお、本実施の形態においては、非晶質半導体層４が第１の非晶質ｐ型半導体層４１と第２の非晶質ｐ型半導体層４２との２層からなる場合について説明したが、本発明においては、非晶質半導体層４は単層であってもよく、３層以上の複数層であってもよい。非晶質半導体層４が単層または３層以上の複数層である場合であっても、非晶質半導体層４の厚さ方向において透明電極層２から離れるにしたがって導電率がたとえば段階的または連続的に高くなっていればよい。
【００４３】
また、非晶質半導体層４が単層または３層以上の複数層である場合には、透明電極層２との界面における非晶質半導体層４の導電率、炭素濃度、ｐ型不純物のドーピング濃度および水素濃度の好ましい範囲が、それぞれ、上記の第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率、炭素濃度、ｐ型不純物のドーピング濃度および水素濃度の好ましい範囲と一致し、微結晶ｐ型半導体層３１との界面における非晶質半導体層４の導電率、炭素濃度、ｐ型不純物のドーピング濃度および水素濃度の好ましい範囲が、それぞれ、上記の第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率、炭素濃度、ｐ型不純物のドーピング濃度および水素濃度の好ましい範囲と一致していればよい。
【００４４】
（光電変換層）
光電変換層３は、微結晶ｐ型半導体層３１とｉ型半導体層３２とｎ型半導体層３３との積層体から構成されたｐｉｎ接合を有している。なお、光電変換層３は、ｐｉｎ接合を１つのみ有する場合に限られず、複数のｐｉｎ接合を有していてもよい。
【００４５】
（微結晶ｐ型半導体層）
微結晶ｐ型半導体層３１としては、ｐ型の半導体からなる層を用いることができ、たとえば、ｐ型微結晶シリコン層、ｐ型微結晶炭化シリコン層、またはｐ型微結晶窒化シリコン層などのｐ型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層を用いることができる。微結晶ｐ型半導体層３１が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。微結晶ｐ型半導体層３１にドープされるｐ型不純物元素としては、たとえばボロンなどを用いることができる。
【００４６】
（ｉ型半導体層）
ｉ型半導体層３２としては、ｉ型の半導体からなる層を用いることができ、たとえば、非晶質シリコン層の単層若しくは複数層、または微結晶シリコン層の単層または複数層などを用いることができる。ｉ型半導体層３２は、ｐ型不純物元素およびｎ型不純物元素のいずれもドープされない真性半導体であるが、微結晶ｐ型半導体層３１との界面近傍およびｎ型半導体層３３との界面近傍ではそれぞれｐ型不純物元素およびｎ型不純物元素がｉ型半導体層３２中に微量に含まれる場合がある。また、ｉ型半導体層３２のバンドギャップを制御するために、炭素、ゲルマニウム等の元素を積極的に添加した非晶質炭化シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム等を用いることもできる。
【００４７】
（ｎ型半導体層）
ｎ型半導体層３３としては、ｎ型の半導体からなる層を用いることができ、たとえば、ｎ型非晶質シリコン層、またはｎ型微結晶シリコン層などのｎ型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などを用いることができる。ｎ型半導体層３３が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。ｎ型半導体層３３にドープされるｎ型不純物元素としては、たとえばリンなどを用いることができる。
【００４８】
なお、微結晶ｐ型半導体層３１およびｎ型半導体層３３としては、ｉ型半導体層３２と同一の半導体材料を用いてもよく、異なる半導体材料を用いてもよい。たとえば、微結晶ｐ型半導体層３１、ｉ型半導体層３２およびｎ型半導体層３３にそれぞれ、ｐ型微結晶シリコン層、ｉ型非晶質シリコン層およびｎ型非晶質シリコン層を用いてもよい。
【００４９】
また、本明細書において、「非晶質シリコン」は「水素化非晶質シリコン」を含む概念であり、「微結晶シリコン」は「水素化微結晶シリコン」を含む概念である。
【００５０】
（透明導電層）
透明導電層５としては、光を透過させることができるとともに導電性を有する層を用いることができ、たとえば、酸化錫膜、ＩＴＯ膜、酸化亜鉛膜、若しくはこれらの膜に微量の不純物を添加した膜の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などを用いることができる。透明導電層５が複数層から構成される場合には、すべての層が同一の材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる材料から形成されていてもよい。
【００５１】
なお、透明導電層５を形成しなくてもよいが、入射光に対する光閉じ込め向上効果および光反射率向上効果が得られることに加えて、透明導電層５の存在によって、裏面電極層６を構成する原子がｎ型半導体層３３に拡散をするのを抑制することができる点からは透明導電層５を形成することが好ましい。
【００５２】
（裏面電極層）
裏面電極層６としては、たとえば、導電性を有するとともに光の反射率の高い材料からなる層を用いることができる。光の反射率の高い材料からなる層としては、たとえばＡｇ（銀）層、Ａｌ（アルミニウム）層またはこれらの層の積層体などが挙げられる。
【００５３】
なお、裏面電極層６として導電性を有するとともに光の反射率の高い材料からなる層を用いた場合には、光電変換層３で吸収されなかった光を反射して光電変換層３に戻すことができるため、光電変換素子の変換効率の向上に寄与する。
【００５４】
（製造方法）
以下、図１０〜図１３の模式的断面図を参照して、実施の形態１の光電変換素子の製造方法の一例について説明する。まず、図１０に示すように、絶縁性基板１の表面上に透明電極層２を形成する。ここで、透明電極層２は、たとえば、スパッタリング法、ＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、スプレー法および電析法などの方法によって形成される。なお、絶縁性基板１の表面上に透明電極層２を形成する場合に限られず、予め透明電極層２が設けられた絶縁性基板１を入手してもよい。
【００５５】
次に、図１１に示すように、透明電極層２の表面に接するようにして第１の非晶質ｐ型半導体層４１を形成し、その後、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の表面に接するようにして第２の非晶質ｐ型半導体層４２を形成することによって、非晶質半導体層４を形成する。ここで、第１の非晶質ｐ型半導体層４１および第２の非晶質ｐ型半導体層４２は、それぞれ、たとえばプラズマＣＶＤ法により形成することができ、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率が第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率よりも高くなるように形成される。たとえば、プラズマＣＶＤ法により第１の非晶質ｐ型半導体層４１および第２の非晶質ｐ型半導体層４２を形成する場合には、第１の非晶質ｐ型半導体層４１の形成時と第２の非晶質ｐ型半導体層４２の形成時とで、プラズマＣＶＤ装置の成膜室内に導入される所定のガスの流量を変更すること等によって、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の導電率を第１の非晶質ｐ型半導体層４１の導電率よりも高くすることができる。
【００５６】
なお、上述したように、非晶質半導体層４の導電率は、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるしたがってたとえば段階的または連続的に高くすることができる。また、上述したように、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の炭素濃度を第１の非晶質ｐ型半導体層４１の炭素濃度よりも低くすることが好ましく、第２の非晶質ｐ型半導体層４２のｐ型不純物のドーピング濃度を第１の非晶質ｐ型半導体層４１のｐ型不純物のドーピング濃度よりも高くすることが好ましく、第２の非晶質ｐ型半導体層４２の水素濃度を第１の非晶質ｐ型半導体層４１の水素濃度よりも低くすることが好ましい。
【００５７】
次に、図１２に示すように、非晶質半導体層４の表面に接するようにして微結晶ｐ型半導体層３１を形成し、その後、微結晶ｐ型半導体層３１上にｉ型半導体層３２を形成し、さらにｉ型半導体層３２上にｎ型半導体層３３を形成する。ここで、微結晶ｐ型半導体層３１、ｉ型半導体層３２およびｎ型半導体層３３は、それぞれ、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００５８】
次に、図１３に示すように、ｎ型半導体層３３の表面上に透明導電層５を形成する。ここで、透明導電層５は、たとえば、スパッタリング法、ＣＶＤ法、電子ビーム蒸着法、ゾルゲル法、スプレー法および電析法などの方法によって形成することができる。
【００５９】
次に、図１に示すように、透明導電層５の表面上に裏面電極層６を形成して、実施の形態１の光電変換素子が製造される。ここで、裏面電極層６は、たとえば、ＣＶＤ法、スパッタリング法、真空蒸着法、電子ビーム蒸着法、スプレー法、スクリーン印刷法および電析法などの方法によって形成することができる。
【００６０】
なお、上記においては、１枚の絶縁性基板１上に１つの光電変換層３を形成する場合について説明したが、透明電極層２、光電変換層３、透明導電層５および裏面電極層６に分離溝を設ける等によって、１枚の絶縁性基板１上に複数の光電変換層３が直列に接続された構成としてもよい。
【００６１】
（作用・効果）
実施の形態１の光電変換素子は、上記の構成を有するため、以下の作用・効果を有する。すなわち、プラズマＣＶＤ法により微結晶ｐ型半導体層３１を形成する場合には、下地層となる非晶質半導体層４の表面にプラズマダメージによる欠陥が形成されるため、非晶質半導体層４と微結晶ｐ型半導体層３１との接触抵抗が高抵抗化する。そこで、微結晶ｐ型半導体層３１に隣接する非晶質半導体層４の表面を予め低抵抗化（高導電率化）しておくことによって、プラズマダメージによる高抵抗化を相殺することができる。
【００６２】
一方、半導体層の低抵抗化（高導電率化）と光透過性とは相反する特性であるため、非晶質半導体層４の全体を低抵抗化（高導電率化）した場合には、絶縁性基板１側からの入射光の非晶質半導体層４での吸収量が増大するため、光電変換素子の短絡電流量が低下するという問題が生じる。
【００６３】
そこで、実施の形態１の光電変換素子においては、非晶質半導体層４の光電変換層３側の導電率を非晶質半導体層４の透明導電層２側よりも高くし、好ましくは非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるにしたがって非晶質半導体層４の導電率を高くすることによって、微結晶ｐ型半導体層３１に隣接する側の非晶質半導体層４の領域のみを予め低抵抗化（高導電率化）しておき、透明電極層２に隣接する側の非晶質半導体層４の領域は低抵抗化（高導電率化）せずに光透過性を高くして非晶質半導体層４での入射光の吸収量の増大を抑えた構成としている。これにより、実施の形態１の光電変換素子においては、微結晶ｐ型半導体層３１の形成時におけるプラズマダメージによる非晶質半導体層４の高抵抗化を相殺して非晶質半導体層４と微結晶ｐ型半導体層３１との接触抵抗を低く抑えつつ、非晶質半導体層４における入射光の吸収量の増大を抑えることができるため、光電変換素子の変換効率を向上させることができる。
【００６４】
なお、実施の形態１の光電変換素子の非晶質半導体層４の導電率を、非晶質半導体層４の厚さ方向に透明電極層２から離れるにしたがって高くする場合には、上述のように、連続的に高くしても、段階的に高くしても同様の効果が得られる。
【００６５】
＜実施の形態２＞
（基本構成）
図１４に、実施の形態２の光電変換素子の模式的な断面図を示す。図１４に示すように、実施の形態２の光電変換素子は、光電変換層３上に設けられた中間コンタクト層７と、中間コンタクト層７上に設けられた透明導電層としての第２の非晶質半導体層８と、第２の非晶質半導体層８上に設けられた第２の光電変換層３ａとを備えており、第２の光電変換層３ａは、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａと、第２のｉ型半導体層３２ａと、第２のｎ型半導体層３３ａとの積層体から構成されており、中間コンタクト層７と第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａとの間に隣接して配置された第２の非晶質半導体層８の第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａ側の導電率が中間コンタクト層７側よりも高く、好ましくは第２の非晶質半導体層８の導電率が第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるにしたがって高くなっている点に特徴がある。
【００６６】
ここで、第２の非晶質半導体層８は、中間コンタクト層７に接する第３の非晶質ｐ型半導体層８１と、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａに接する第４の非晶質ｐ型半導体層８２との積層体から構成されている。
【００６７】
（中間コンタクト層）
中間コンタクト層７としては、半導体層よりも屈折率の低い材料が選択され、光電変換層３と第２の光電変換層３ａとの間に挿入され、中間コンタクト層７で入射光のうちの短波長領域の光を光電変換層３側に選択的に反射させて、光電変換層３の光電変換効率を向上させることができる。中間コンタクト層７としては、一般的には、透明導電性金属酸化物層を用いることができ、たとえばＩＴＯまたはＺｎＯなどを用いることができる。
【００６８】
（第２の非晶質半導体層）
第２の非晶質半導体層８は、第３の非晶質ｐ型半導体層８１と第４の非晶質ｐ型半導体層８２との積層体から構成されている。ここで、たとえば図１５に示すように、第２の非晶質半導体層８においては、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率よりも第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率の方が高くなっているため、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の導電率が段階的に高くなっている。なお、図１５において、縦軸は導電率を示し、横軸は第２の非晶質半導体層８の厚さ方向における中間コンタクト層７からの距離を示している。
【００６９】
第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の導電率が段階的に高くなっている場合には、たとえば図１６に示すように、第３の非晶質半導体層８１の炭素濃度よりも第４の非晶質半導体層８２の炭素濃度の方を低くすることによって、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の炭素濃度を段階的に低くすることが好ましい。第２の非晶質半導体層８の炭素濃度が低いほど、第２の非晶質半導体層８の導電率が高くなるため、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率よりも、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることができる。また、第４の非晶質ｐ型半導体層８２は、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第３の非晶質ｐ型半導体層８１は、第４の非晶質ｐ型半導体層８２よりも、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率の低下を相殺することができる。一方、炭素濃度が低いほど、光透明度が低くなるため、第２の非晶質半導体層８全体に渡って炭素濃度を低くすると、第２の非晶質半導体層８における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第３の非晶質ｐ型半導体層８１の炭素濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の炭素濃度よりも高くすることによって、第２の非晶質半導体層８全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図１６において、縦軸は炭素濃度を示し、横軸は第２の非晶質半導体層８の厚さ方向における中間コンタクト層７からの距離を示している。
【００７０】
第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の導電率が段階的に高くなっている場合には、たとえば図１７に示すように、第３の非晶質ｐ型半導体層８１のｐ型不純物のドーピング濃度よりも第４の非晶質ｐ型半導体層８２のｐ型不純物のドーピング濃度の方を高くすることによって、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８のｐ型不純物のドーピング濃度を段階的に高くすることが好ましい。第２の非晶質半導体層８のｐ型不純物のドーピング濃度が高いほど、第２の非晶質半導体層８の導電率が高くなるため、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率よりも、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることができる。また、第４の非晶質ｐ型半導体層８２は、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第３の非晶質ｐ型半導体層８１は、第４の非晶質ｐ型半導体層８２よりも、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率の低下を相殺することができる。一方、炭素濃度が低いほど、光透明度が低くなるため、第２の非晶質半導体層８全体に渡ってｐ型不純物のドーピング濃度を高くすると、第２の非晶質半導体層８における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第３の非晶質ｐ型半導体層８１のｐ型不純物のドーピング濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２のｐ型不純物のドーピング濃度よりも低くすることによって、第２の非晶質半導体層８全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図１７において、縦軸はｐ型不純物のドーピング濃度を示し、横軸は第２の非晶質半導体層８の厚さ方向における中間コンタクト層７からの距離を示している。また、ｐ型不純物としては、たとえば、ボロンなどを挙げることができる。
【００７１】
第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の導電率が段階的に高くなっている場合には、たとえば図１８に示すように、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の水素濃度よりも第４の非晶質ｐ型半導体層８２の水素濃度の方を低くすることによって、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の水素濃度を段階的に低くすることが好ましい。第２の非晶質半導体層８の水素濃度が低いほど、第２の非晶質半導体層８の導電率が高くなるため、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率よりも、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることができる。また、第４の非晶質ｐ型半導体層８２は、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第３の非晶質ｐ型半導体層８１は、第４の非晶質ｐ型半導体層８２よりも、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率の低下を相殺することができる。一方、水素濃度が低いほど、光透明度が低くなるため、第２の非晶質半導体層８全体に渡って水素濃度を低くすると、第２の非晶質半導体層８における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第３の非晶質ｐ型半導体層８１の炭素濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の水素濃度よりも高くすることによって、第２の非晶質半導体層８全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図１８において、縦軸は水素濃度を示し、横軸は第２の非晶質半導体層８の厚さ方向における中間コンタクト層７からの距離を示している。
【００７２】
また、たとえば図１９に示すように、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率および第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率をそれぞれ、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって連続的に高くすることによって、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の導電率を連続的に高くすることもできる。なお、図１９において、縦軸は導電率を示し、横軸は第２の非晶質半導体層８の厚さ方向における中間コンタクト層７からの距離を示している。
【００７３】
第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の導電率が連続的に高くなっている場合には、たとえば図２０に示すように、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の炭素濃度および第４の非晶質ｐ型半導体層８２の炭素濃度をそれぞれ第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって連続的に低くすることによって、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の炭素濃度を連続的に低くすることが好ましい。第２の非晶質半導体層８の炭素濃度が低いほど、第２の非晶質半導体層８の導電率が高くなるため、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率よりも、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることができる。また、第４の非晶質ｐ型半導体層８２は、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第３の非晶質ｐ型半導体層８１は、第４の非晶質ｐ型半導体層８２よりも、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率の低下を相殺することができる。一方、炭素濃度が低いほど、光透明度が低くなるため、第２の非晶質半導体層８全体に渡って炭素濃度を低くすると、第２の非晶質半導体層８における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第３の非晶質ｐ型半導体層８１の炭素濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の炭素濃度よりも高くすることによって、第２の非晶質半導体層８全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図２０において、縦軸は炭素濃度を示し、横軸は第２の非晶質半導体層８の厚さ方向における中間コンタクト層７からの距離を示している。
【００７４】
第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の導電率が連続的に高くなっている場合には、たとえば図２１に示すように、第３の非晶質ｐ型半導体層８１のｐ型不純物のドーピング濃度および第４の非晶質ｐ型半導体層８２のｐ型不純物のドーピング濃度をそれぞれ第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって連続的に高くすることによって、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８のｐ型不純物のドーピング濃度を連続的に高くすることが好ましい。第２の非晶質半導体層８の水素濃度が低いほど、第２の非晶質半導体層８の導電率が高くなるため、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率よりも、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることができる。また、第４の非晶質ｐ型半導体層８２は、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第３の非晶質ｐ型半導体層８１は、第４の非晶質ｐ型半導体層８２よりも、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率の低下を相殺することができる。一方、水素濃度が低いほど、光透明度が低くなるため、第２の非晶質半導体層８全体に渡って水素濃度を低くすると、第２の非晶質半導体層８における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第３の非晶質ｐ型半導体層８１の炭素濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の水素濃度よりも高くすることによって、第２の非晶質半導体層８全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図２１において、縦軸はｐ型不純物のドーピング濃度を示し、横軸は第２の非晶質半導体層８の厚さ方向における中間コンタクト層７からの距離を示している。
【００７５】
第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の導電率が連続的に高くなっている場合には、たとえば図２２に示すように、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の水素濃度および第４の非晶質ｐ型半導体層８２の水素濃度をそれぞれ第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって連続的に低くすることによって、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがって第２の非晶質半導体層８の水素濃度を連続的に低くすることが好ましい。第２の非晶質半導体層８の水素濃度が低いほど、第２の非晶質半導体層８の導電率が高くなるため、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率よりも、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることができる。また、第４の非晶質ｐ型半導体層８２は、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマの高速荷電粒子の衝突によるダメージを受け、欠陥密度が増加する結果、導電率が低下し、光電変換素子の直列抵抗が上昇し、光電変換素子の変換効率が低下する問題がある。一方、第３の非晶質ｐ型半導体層８１は、第４の非晶質ｐ型半導体層８２よりも、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマダメージを受け難い。したがって、プラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を高くすることによって、プラズマダメージによる第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率の低下を相殺することができる。一方、水素濃度が低いほど、光透明度が低くなるため、第２の非晶質半導体層８全体に渡って水素濃度を低くすると、第２の非晶質半導体層８における光吸収損失が増加し、短絡電流量の低下を伴う。そこで、プラズマダメージの影響を受け難い第３の非晶質ｐ型半導体層８１の炭素濃度をプラズマダメージの影響を受け易い第４の非晶質ｐ型半導体層８２の水素濃度よりも高くすることによって、第２の非晶質半導体層８全体での光吸収の損失を抑制することができ、光電変換素子の変換効率を向上することができる。なお、図２２において、縦軸は水素濃度を示し、横軸は第２の非晶質半導体層８の厚さ方向における中間コンタクト層７からの距離を示している。
【００７６】
ここで、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率は、１×１０-9［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-5［Ｓ／ｃｍ］以下であることが好ましく、１×１０-7［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-6［Ｓ／ｃｍ］以下であることがより好ましい。第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率が、１×１０-9［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-5［Ｓ／ｃｍ］以下である場合、特に、１×１０-7［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-6［Ｓ／ｃｍ］以下である場合には、第２の非晶質半導体層８のバンドギャップが十分に大きくなって、絶縁性基板１側からの入射光の第２の非晶質半導体層８での吸収量を十分に抑制することができることから、光電変換素子の変換効率を向上することができる。
【００７７】
また、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率は、１×１０-7［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-3［Ｓ／ｃｍ］以下であることが好ましく、１×１０-6［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-4［Ｓ／ｃｍ］以下であることがより好ましい。第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率が、１×１０-7［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-3［Ｓ／ｃｍ］以下である場合、特に、１×１０-6［Ｓ／ｃｍ］以上１×１０-4［Ｓ／ｃｍ］以下である場合には、後述する第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時における第４の非晶質ｐ型半導体層８２へのプラズマダメージによる第２の非晶質半導体層８の高抵抗化を相殺することによって、第２の非晶質半導体層８と第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａとの接触抵抗を低減することができるため、光電変換素子の変換効率を向上することができる。
【００７８】
なお、本実施の形態においては、第２の非晶質半導体層８が第３の非晶質ｐ型半導体層８１と第４の非晶質ｐ型半導体層８２との２層からなる場合について説明したが、本発明においては、第２の非晶質半導体層８は単層であってもよく、３層以上の複数層であってもよい。第２の非晶質半導体層８が単層または３層以上の複数層である場合であっても、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向において中間コンタクト層７から離れるにしたがって導電率がたとえば段階的または連続的に高くなっていればよい。
【００７９】
また、第２の非晶質半導体層８が単層または３層以上の複数層である場合には、中間コンタクト層７との界面における第２の非晶質半導体層８の導電率、炭素濃度、ｐ型不純物のドーピング濃度および水素濃度の好ましい範囲が、それぞれ、上記の第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率、炭素濃度、ｐ型不純物のドーピング濃度および水素濃度の好ましい範囲と一致し、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａとの界面における第２の非晶質半導体層８の導電率、炭素濃度、ｐ型不純物のドーピング濃度および水素濃度の好ましい範囲が、それぞれ、上記の第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率、炭素濃度、ｐ型不純物のドーピング濃度および水素濃度の好ましい範囲と一致していればよい。
【００８０】
（第２の光電変換層）
第２の光電変換層３ａは、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａと、第２のｉ型半導体層３２ａと、第２のｎ型半導体層３３ａとの積層体から構成されたｐｉｎ接合を有している。なお、第２の光電変換層３ａは、ｐｉｎ接合を１つのみ有する場合に限られず、複数のｐｉｎ接合を有していてもよい。
【００８１】
（第２の微結晶ｐ型半導体層）
第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａとしては、ｐ型の半導体からなる層を用いることができ、たとえば、ｐ型微結晶シリコン層、ｐ型微結晶炭化シリコン層、またはｐ型微結晶窒化シリコン層などのｐ型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層を用いることができる。第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａが複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａにドープされるｐ型不純物元素としては、たとえばボロンなどを用いることができる。
【００８２】
（第２のｉ型半導体層）
第２のｉ型半導体層３２ａとしては、ｉ型の半導体からなる層を用いることができ、たとえば、非晶質シリコン層の単層若しくは複数層、または微結晶シリコン層の単層または複数層などを用いることができる。第２のｉ型半導体層３２ａは、ｐ型不純物元素およびｎ型不純物元素のいずれもドープされない真性半導体であるが、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａとの界面近傍および第２のｎ型半導体層３３ａとの界面近傍ではそれぞれｐ型不純物元素およびｎ型不純物元素が第２のｉ型半導体層３２ａ中に微量に含まれる場合がある。また、第２のｉ型半導体層３２ａのバンドギャップを制御するために、炭素、ゲルマニウム等の元素を積極的に添加した非晶質炭化シリコン、非晶質シリコンゲルマニウム等を用いることもできる。
【００８３】
（第２のｎ型半導体層）
第２のｎ型半導体層３３ａとしては、ｎ型の半導体からなる層を用いることができ、たとえば、ｎ型非晶質シリコン層、またはｎ型微結晶シリコン層などのｎ型層の単層またはこれらを複数重ね合わせた複数層などを用いることができる。第２のｎ型半導体層３３ａが複数層から構成される場合には、すべての層が同一の半導体材料から形成されていてもよく、少なくとも１層が他と異なる半導体材料から形成されていてもよい。第２のｎ型半導体層３３ａにドープされるｎ型不純物元素としては、たとえばリンなどを用いることができる。
【００８４】
なお、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａおよび第２のｎ型半導体層３３ａとしては、第２のｉ型半導体層３２ａと同一の半導体材料を用いてもよく、異なる半導体材料を用いてもよい。たとえば、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａ、第２のｉ型半導体層３２ａおよび第２のｎ型半導体層３３ａにそれぞれ、ｐ型微結晶シリコン層、ｉ型非晶質シリコン層およびｎ型非晶質シリコン層を用いてもよい。
【００８５】
（製造方法）
以下、図２３〜図２５の模式的断面図を参照して、実施の形態２の光電変換素子の製造方法の一例について説明する。まず、実施の形態１と同様にして、絶縁性基板１の表面上に、透明電極層２、非晶質半導体層４および光電変換層３をこの順に形成する。
【００８６】
次に、図２３に示すように、光電変換層３のｎ型半導体層３３と接するようにして中間コンタクト層７を形成する。中間コンタクト層７は、たとえば、スパッタ法により形成することができる。
【００８７】
次に、図２４に示すように、中間コンタクト層７の表面に接するようにして第３の非晶質ｐ型半導体層８１を形成し、その後、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の表面に接するようにして第２の非晶質ｐ型半導体層８２を形成することによって、第２の非晶質半導体層８を形成する。ここで、第３の非晶質ｐ型半導体層８１および第４の非晶質ｐ型半導体層８２は、それぞれ、たとえばプラズマＣＶＤ法により形成することができ、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率が第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率よりも高くなるように形成される。たとえば、プラズマＣＶＤ法により第３の非晶質ｐ型半導体層８１および第４の非晶質ｐ型半導体層８２を形成する場合には、第３の非晶質ｐ型半導体層８１の形成時と第４の非晶質ｐ型半導体層８２の形成時とで、プラズマＣＶＤ装置の成膜室内に導入される所定のガスの流量を変更すること等によって、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の導電率を第３の非晶質ｐ型半導体層８１の導電率よりも高くすることができる。
【００８８】
なお、上述したように、第２の非晶質半導体層８の導電率は、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるしたがってたとえば段階的または連続的に高くすることができる。また、上述したように、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の炭素濃度を第３の非晶質ｐ型半導体層８１の炭素濃度よりも低くすることが好ましく、第４の非晶質ｐ型半導体層８２のｐ型不純物のドーピング濃度を第３の非晶質ｐ型半導体層８１のｐ型不純物のドーピング濃度よりも高くすることが好ましく、第４の非晶質ｐ型半導体層８２の水素濃度を第３の非晶質ｐ型半導体層８１の水素濃度よりも低くすることが好ましい。
【００８９】
次に、図２５に示すように、第２の非晶質半導体層８の表面に接するようにして第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａを形成し、その後、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａ上に第２のｉ型半導体層３２ａを形成し、さらに第２のｉ型半導体層３２ａ上に第２のｎ型半導体層３３ａを形成する。ここで、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａ、第２のｉ型半導体層３２ａおよび第２のｎ型半導体層３３ａは、それぞれ、プラズマＣＶＤ法により形成することができる。
【００９０】
次に、図１４に示すように、第２のｎ型半導体層３３ａ上に、透明導電層５および裏面電極層６をこの順に形成して、実施の形態２の光電変換素子が製造される。
【００９１】
（作用・効果）
実施の形態２の光電変換素子は、上記の構成を有するため、実施の形態１の光電変換素子によって得られる作用・効果に加えて、以下の作用・効果を有する。すなわち、プラズマＣＶＤ法により第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａを形成する場合には、下地層となる第２の非晶質半導体層８の表面にプラズマダメージによる欠陥が形成されるため、第２の非晶質半導体層８と第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａとの接触抵抗が高抵抗化する。そこで、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａに隣接する第２の非晶質半導体層８の表面を予め低抵抗化（高導電率化）しておくことによって、プラズマダメージによる高抵抗化を相殺することができる。
【００９２】
一方、半導体層の低抵抗化（高導電率化）と光透過性とは相反する特性であるため、第２の非晶質半導体層８の全体を低抵抗化（高導電率化）した場合には、絶縁性基板１側からの入射光の第２の非晶質半導体層８での吸収量が増大するため、光電変換素子の短絡電流量が低下するという問題が生じる。
【００９３】
そこで、実施の形態２の光電変換素子においては、第２の非晶質半導体層８の厚さ方向に中間コンタクト層７から離れるにしたがって第２の非晶質半導体層８の導電率を高くすることによって、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａに隣接する側の第２の非晶質半導体層８の領域のみを予め低抵抗化（高導電率化）しておき、中間コンタクト層７に隣接する側の第２の非晶質半導体層８の領域は低抵抗化（高導電率化）せずに光透過性を高くして第２の非晶質半導体層８での入射光の吸収量の増大を抑えた構成としている。これにより、実施の形態２の光電変換素子においては、第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａの形成時におけるプラズマダメージによる第２の非晶質半導体層８の高抵抗化を相殺して第２の非晶質半導体層８と第２の微結晶ｐ型半導体層３１ａとの接触抵抗を低く抑えつつ、第２の非晶質半導体層８における入射光の吸収量の増大を抑えることができるため、光電変換素子の変換効率を向上させることができる。
【００９４】
なお、実施の形態２の光電変換素子の第２の非晶質半導体層８の導電率を、中間コンタクト層７から離れるにしたがって高くする場合には、上述のように、連続的に高くしても、段階的に高くしても同様の効果が得られる。
【００９５】
本実施の形態における上記以外の説明は、実施の形態１と同様であるため、その説明については省略する。
【実施例】
【００９６】
＜実施例１＞
まず、長辺長さ１４００ｍｍ×短辺長さ１０００ｍｍ×厚さ３．９ｍｍの表面を有する無アルカリガラスのガラス基板の当該表面上に予めＣＶＤ法により酸化錫層が形成された基板を用意した。なお、酸化錫層の表面は、光閉じ込め効果に有効なテクスチャ構造を有していた。
【００９７】
次に、上記の酸化錫層を備えた基板をプラズマＣＶＤ装置の成膜室内に設置し、プラズマＣＶＤ装置の成膜室の内部の圧力が０．１Ｐａとなるまで成膜室内のガスを排気した後に、成膜室内にＳｉＨ4ガス（流量：２ｓｃｃｍ）、Ｈ2ガス（流量：５０ｓｃｃｍ）、Ｂ2Ｈ6ガス（流量：１２ｓｃｃｍ）およびＣＨ4ガス（流量：５ｓｃｃｍ）を導入して、プラズマＣＶＤ法により、酸化錫層の表面上に厚さ１．４ｎｍの第１の非晶質ｐ型シリコン層（バンドギャップ：１．９８［ｅＶ］、活性化エネルギー：０．４７［ｅＶ］）を形成した。
【００９８】
次に、ＣＨ4ガスの流量を１ｓｃｃｍに変更して、プラズマＣＶＤ法により、第１の非晶質ｐ型シリコン層の表面上に厚さ３．６ｎｍの第２の非晶質ｐ型シリコン層（バンドギャップ：１．７８［ｅＶ］、活性化エネルギー：０．４２［ｅＶ］）を形成した。
【００９９】
次に、ＳｉＨ4ガスの流量を２．５ｓｃｃｍに変更し、Ｈ2ガスの流量を５６０ｓｃｃｍに変更し、Ｂ2Ｈ6ガスの流量を６ｓｃｃｍに変更し、ＣＨ4ガスの流量を２ｓｃｃｍに変更して、プラズマＣＶＤ法により、第２の非晶質ｐ型シリコン層の表面上に厚さ１０ｎｍの微結晶ｐ型シリコン層（バンドギャップ：２．０３［ｅＶ］、活性化エネルギー：０．０５［ｅＶ］）を形成した。
【０１００】
次に、プラズマＣＶＤ装置の成膜室内へのガスの導入を停止し、成膜室の内部の圧力が０．１Ｐａとなるまで成膜室中のガスを排気した後、成膜室内にＳｉＨ4ガス（流量：１０ｓｃｃｍ）およびＨ2ガス（流量：１３０ｓｃｃｍ）を導入して、プラズマＣＶＤ法により、微結晶ｐ型シリコン層の表面上に厚さ４６０ｎｍのノンドープ非晶質ｉ型シリコン層（バンドギャップ：１．７４［ｅＶ］、活性化エネルギー：０．７３［ｅＶ］）を形成した。
【０１０１】
次に、プラズマＣＶＤ装置の成膜室内へのガスの導入を停止し、成膜室の内部の圧力が０．１Ｐａとなるまで成膜室内のガスを排気した後、成膜室内にＳｉＨ4ガス（流量：１８ｓｃｃｍ）、Ｈ2ガス（流量：１７０ｓｃｃｍ）およびＰＨ3ガス（流量：５０ｓｃｃｍ）を導入して、プラズマＣＶＤ法により、ノンドープ非晶質ｉ型シリコン層の表面上に厚さ２０ｎｍの非晶質ｎ型シリコン層（バンドギャップ：１．８０［ｅＶ］、活性化エネルギー：０．２０［ｅＶ］）を形成した。
【０１０２】
なお、上記の第１の非晶質ｐ型シリコン層、第２の非晶質ｐ型シリコン層、微結晶ｐ型シリコン層、ノンドープ非晶質ｉ型シリコン層および非晶質ｎ型シリコン層の形成時における基板温度は２００℃であり、ＲＦパワーは１０〜５０Ｗであって、成膜室内の圧力は０．１〜５Ｔｏｒｒであった。また、表１に、上記の第１の非晶質ｐ型シリコン層、第２の非晶質ｐ型シリコン層、微結晶ｐ型シリコン層、ノンドープ非晶質ｉ型シリコン層および非晶質ｎ型シリコン層のそれぞれの形成時に成膜室内に供給されるガスの流量をまとめる。
【０１０３】
【表１】
2013084720.tif 000003
【０１０４】
次に、非晶質ｎ型シリコン層の形成後のガラス基板をプラズマＣＶＤ装置から取り出してマグネトロンスパッタリング装置内に設置し、マグネトロンスパッタリング法によって非晶質ｎ型シリコン層の表面上に酸化亜鉛層を形成し、その後銀層を形成した。以上のようにして、実施例１の光電変換素子を作製した。
【０１０５】
表２に、実施例１の光電変換素子の第１の非晶質ｐ型シリコン層、第２の非晶質ｐ型シリコン層、微結晶ｐ型シリコン層、ノンドープ非晶質ｉ型シリコン層および非晶質ｎ型シリコン層のバンドギャップ、活性化エネルギーおよび厚さをまとめる。
【０１０６】
【表２】
2013084720.tif 000004
【０１０７】
また、第１の非晶質ｐ型シリコン層の導電率は２×１０-7［Ｓ／ｃｍ］であり、第２の非晶質ｐ型シリコン層の導電率は１×１０-5［Ｓ／ｃｍ］であった。なお、第１の非晶質ｐ型シリコン層および第２の非晶質ｐ型シリコン層の導電率はそれぞれ、電流電圧評価によって測定された。
【０１０８】
＜実施例２＞
第１の非晶質ｐ型シリコン層の厚さを３．６ｎｍとし、第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さを１．４ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、実施例２の光電変換素子を作製した。
【０１０９】
表３に、実施例２の光電変換素子の第１の非晶質ｐ型シリコン層、第２の非晶質ｐ型シリコン層、微結晶ｐ型シリコン層、ノンドープ非晶質ｉ型シリコン層および非晶質ｎ型シリコン層のバンドギャップ、活性化エネルギーおよび厚さをまとめる。
【０１１０】
【表３】
2013084720.tif 000005
【０１１１】
＜比較例１＞
第１の非晶質ｐ型シリコン層の厚さを５ｎｍとし、第２の非晶質ｐ型シリコン層を形成しなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較例１の光電変換素子を作製した。
【０１１２】
表４に、比較例１の光電変換素子の第１の非晶質ｐ型シリコン層、微結晶ｐ型シリコン層、ノンドープ非晶質ｉ型シリコン層および非晶質ｎ型シリコン層のバンドギャップ、活性化エネルギーおよび厚さをまとめる。
【０１１３】
【表４】
2013084720.tif 000006
【０１１４】
＜比較例２＞
第１の非晶質ｐ型シリコン層を形成せず、第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さを５ｎｍとしたこと以外は実施例１と同様にして、比較例２の光電変換素子を作製した。
【０１１５】
表５に、比較例２の光電変換素子の第２の非晶質ｐ型シリコン層、微結晶ｐ型シリコン層、ノンドープ非晶質ｉ型シリコン層および非晶質ｎ型シリコン層のバンドギャップ、活性化エネルギーおよび厚さをまとめる。
【０１１６】
【表５】
2013084720.tif 000007
【０１１７】
＜評価＞
実施例１、実施例２、比較例１および比較例２の光電変換素子のそれぞれについて、２５℃の温度でＡＭ１．５、エネルギ密度１００［ｍＷ／ｃｍ2］の擬似太陽光をガラス基板側から照射することによって、電流−電圧曲線（Ｉ−Ｖ曲線）を求め、Ｉ−Ｖ曲線から、短絡電流密度（Ｊsc）［ｍＡ／ｃｍ2］、開放電圧（Ｖoc）［Ｖ］、曲線因子（ＦＦ）および変換効率（Ｅff）［％］を求めた。その結果を表６に示す。
【０１１８】
【表６】
2013084720.tif 000008
【０１１９】
表６に示すように、実施例１〜２の光電変換素子は、比較例１〜２の光電変換素子よりも優れた変換効率を有することが確認された。
【０１２０】
また、表６に示すように、実施例１〜２および比較例１〜２の光電変換素子の第１の非晶質ｐ型シリコン層と第２の非晶質ｐ型シリコン層との総厚はすべて５ｎｍであるが、低導電率の第１の非晶質ｐ型シリコン層の厚さが薄い順に短絡電流密度が大きくなることが確認された。これは、高導電率の第２の非晶質ｐ型シリコン層の方が、低導電率の第１の非晶質ｐ型シリコン層と比べて、ガラス基板側からの入射光の吸収量が多いことを意味している。
【０１２１】
また、表６に示すように、高導電率の第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さが厚い順にＦＦが大きくなることが確認された。これは、低導電率の第１の非晶質ｐ型シリコン層の厚さが増加すると直列抵抗が増加してＦＦが小さくなることを意味している。
【０１２２】
また、表６に示すように、開放電圧も高導電率の第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さが厚くなると増加する傾向にあった。しかしながら、開放電圧は、ＦＦと異なり、短絡電流密度の低下に引きづられて低下する傾向があるため、必ずしも第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さが厚い順に開放電圧が大きくなるわけではなかった。
【０１２３】
なお、光電変換素子の変換効率は、短絡電流密度、開放電圧およびＦＦの積であるため第１の非晶質ｐ型シリコン層および第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さはそれぞれ所定の値で極大値を有する。上記の検討によれば、第１の非晶質ｐ型シリコン層の厚さは１．４ｎｍ程度が良く、第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さは３．６ｎｍ程度が良いと考えられる。
【０１２４】
図２６に、実施例１〜２および比較例１〜２の光電変換素子の第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さ［ｎｍ］と短絡電流密度［ｍＡ／ｃｍ2］との関係を示す。また、図２７に、実施例１〜２および比較例１〜２の光電変換素子の第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さ［ｎｍ］と開放電圧［Ｖ］との関係を示す。また、図２８に、実施例１〜２および比較例１〜２の光電変換素子の第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さ［ｎｍ］とＦＦとの関係を示す。さらに、図２９に、実施例１〜２および比較例１〜２の光電変換素子の第２の非晶質ｐ型シリコン層の厚さ［ｎｍ］と変換効率［％］との関係を示す。
【０１２５】
また、上記においては、ｐｉｎ接合を１つのみ有する光電変換素子について検討したが、ｐｉｎ接合を２つ有するタンデム型、ｐｉｎ接合を２つ有するトリプル型といった積層型光電変換素子についても同様の効果が得られる。
【０１２６】
今回開示された実施の形態および実施例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】
【０１２７】
本発明は、光電変換素子および光電変換素子の製造方法に利用することができ、特に薄膜太陽電池および薄膜太陽電池の製造方法に好適に利用することができる。
【符号の説明】
【０１２８】
１  絶縁性基板、２  透明電極層、３  光電変換層、３ａ  第２の光電変換層、４  非晶質半導体層、５  透明導電層、６  裏面電極層、７  中間コンタクト層、８  第２の非晶質半導体層、３１  微結晶ｐ型半導体層、３２  ｉ型半導体層、３３  ｎ型半導体層、４１  第１の非晶質ｐ型半導体層、４２  第２の非晶質ｐ型半導体層、８１  第３の非晶質ｐ型半導体層、８２  第４の非晶質ｐ型半導体層。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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