(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
非単結晶薄膜からなるｐ型半導体層、実質的に真性なｉ型半導体層、ｎ型半導体層を積層したｐｉｎ接合を少なくとも一つ有する非単結晶太陽電池において、ｐ型半導体層が受光面側に位置し、ｐ型半導体層がアモルファスシリコンオキサイドである非単結晶太陽電池であって、非単結晶太陽電池の光照射前の開放電圧が、光照射前の開放電圧の最大値の０．８５〜０．９９倍になるように前記ｐ型半導体を設定し、光照射をおこなうことを特徴とする非単結晶太陽電池。
【請求項２】
非単結晶薄膜からなるｐ型半導体層、実質的に真性なｉ型半導体層、ｎ型半導体層を積層したｐｉｎ接合を少なくとも一つ有する非単結晶太陽電池において、ｐ型半導体層が受光面側に位置し、ｐ型半導体層が微結晶シリコンである非単結晶太陽電池であって、非単結晶太陽電池の光照射前の開放電圧が、光照射前の開放電圧の最大値の０．８５〜０．９９倍になるように前記ｐ型半導体を設定し、光照射をおこなうことを特徴とする非単結晶太陽電池。
【請求項３】
光照射前の開放電圧が、ｐ型半導体の膜厚に対する光照射前の開放電圧の最大値の０．８５〜０．９９倍になるように前記ｐ型半導体の膜厚を設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の非単結晶太陽電池。
【請求項４】
光照射前の開放電圧が、ｐ型半導体のアクセプタ不純物濃度に対する光照射前の開放電圧の最大値の０．８５〜０．９９倍のなるように前記ｐ型半導体のアクセプタ不純物濃度を設定することを特徴とする請求項１または請求項２記載の非単結晶太陽電池。
【請求項５】
非単結晶薄膜からなるｐ型半導体層、実質的に真性なｉ型半導体層、ｎ型半導体層を積層したｐｉｎ接合を少なくとも一つ有する非単結晶太陽電池において、ｐ型半導体層が受光面側に位置し、ｐ型半導体層としてアモルファスシリコンオキサイドを用い、該ｐ型半導体層の膜厚を、光照射前の開放電圧が最大となるｐ型半導体層の膜厚の０．２５〜０．８３倍とし、光照射をおこなうことを特徴とする非単結晶太陽電池。
【請求項６】
非単結晶薄膜からなるｐ型半導体層、実質的に真性なｉ型半導体層、ｎ型半導体層を積層したｐｉｎ接合を少なくとも一つ有する非単結晶太陽電池において、ｐ型半導体層が受光面側に位置し、ｐ型半導体層として微結晶シリコンを用い、該ｐ型半導体層の膜厚を、光照射前の開放電圧が最大となるｐ型半導体層の膜厚の０．０８〜０．８３倍とし、光照射をおこなうことを特徴とする非単結晶太陽電池。
【請求項７】
ｉ型半導体層とｐ型半導体層との間に、非単結晶薄膜からなるｐ−ｉ界面層を有することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の非単結晶太陽電池。
【請求項８】
光照射を、光強度１ＳＵＮで１０時間以上おこなうことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一項に記載の非単結晶太陽電池。
【請求項９】
（光強度［ＳＵＮ］）2×（時間［ｈ］）＞１０なる条件の光照射をおこなうことを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一項に記載の非単結晶太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、非単結晶薄膜を用いた薄膜太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】
非単結晶薄膜のp型半導体層（以下p層）、実質的に真性な半導体層（以下i層）、n型半導体層（以下n層）を積層したpin接合を少なくとも一つ有するp-i-n薄膜太陽電池、特にシリコン系のアモルファスシリコン（以下a-Siと記す）、微結晶シリコン（以下μc-Siと記す）、多結晶シリコン等の非単結晶薄膜を用いたp-i-n薄膜太陽電池は、単結晶シリコンの太陽電池と比較して、大面積に、低温で、安価に作成できることから、電力用の大面積薄膜太陽電池として期待されている。
【０００３】
非単結晶太陽電池の効率向上のために、p-i-n型太陽電池の窓層であるp層材料として、ワイドギャップa-Si合金やμc-Siを適用した例が報告されている。a-Si合金としては、例えば、アモルファスシリコンカーバイド( 以下a-SiC と記す)、アモルファスシリコンオキサイド( 以下a-SiO と記す)、アモルファスシリコンナイトライド( 以下a-SiN と記す)等が挙げられる。これらの材料をp層に用いることによって、光吸収損の低減による短絡電流密度（以下Jsc と記す）の増加、拡散電位の増加による開放電圧（以下Voc と記す）の向上が図られている。
【０００４】
しかし、非単結晶太陽電池、特にa-Si太陽電池は、光照射により効率が低下することが知られている。初期特性に対して光照射後は、一般にVoc 、Jsc 、曲線因子（以下FFと記す）のいずれもが低下して、効率（以下Eff と記す）が低下する。
【０００５】
これまで、p層の条件は主に、初期特性に対して最適化され、それが光照射後にも最適なものと考えられていて、光照射後の特性に関してはあまり考慮されていなかった。
【０００６】
これに対して、最近ｉ層に水素で希釈したシランを用いて成膜したa-Siを適用して、光照射後にVocが増加する例が報告されている。例えば、光CVD法を用いたSiamchaiらは、p-i界面層のないa-Si太陽電池で、i層の水素希釈度を上げると初期に対して光照射後にVocが増加すること、そしてその原因は水素希釈によるｉ層中の欠陥エネルギーの違いに起因することを報告している［Pavan Siamchai and Makoto Konagai, Proc. IEEE 25th Photovoltaic Specialists Conference(1996) pp.1093 ； Pavan Siamchai and Makoto Konagai, Appl. Phys. Lett., Vol.67(1995)pp.3468]。しかし、光照射でVocの増加するa-Si太陽電池の光照射後のEff は、p-i界面層を含む通常の光劣化を示すa-Si太陽電池のEff を上回らなかった。また、光照射によるVocの増加は、ｉ層の作成条件に依存するとしている。
【０００７】
また、Isomuraらは、プラズマCVD法を用いて、シランを10倍以上に水素希釈すると光照射後にVocが増加し、この原因はp層やp-i界面層に無関係と報告している[ Masao Isomura, Hiroshi Yamamoto, Michio Kondo and Akihisa Matsuda, Proc. 2nd World Conference on Photovoltaic Energy Conversion, to be published]。しかし、この場合も光照射によりVocが増加するものの、Eff の向上には至っていない。この報告もまた、光照射によるVocの増加は、ｉ層の作成条件に依存するとしている。
【０００８】
更に、Xiらは炭素( 以下C と記す)を多量に含むa-SiCのp層と、p-i界面層の最適化によってVocを向上したとき、初期のVocが低いときに光照射後のVocが増加することを報告している[Jinping Xi, Tongyu Liu, Vincent Iafelice, Martin Nugent, Kevi Si, Joe del Cueto, Malathi Ghosh, Frank Kampas, Proc. 23rd IEEE Photovoltaic Specialists Conference(1993) pp.821]。しかし、光照射後にVocが増加したときのEff の向上は示されていない。また、p層やp-i界面層の作成条件と光照射後のVoc増加との関係について何ら具体的に報告していない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
非単結晶薄膜p-i-n太陽電池のp層にワイドギャップアモルファス合金やμc-Siを用いて、Eff の向上が図られたが、実用化のためにはさらなるEff 向上が必要である。
【００１０】
また、p層の条件として、初期特性で最適化されたものが、光照射後も最適であると考えられてきたが、必ずしも光照射後の特性にとって最適ではないという問題がある。例えば上で記したように、ｉ層の作成条件によって、光照射後にVocが増加する例はあるが、光照射後のEff 向上には至っていない。
このような問題に鑑み本発明の目的は、光照射後の特性に注目し、特に光照射後の効率が高い非単結晶薄膜太陽電池を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
発明者らは様々な実験をおこない、例えばVoc などの初期特性で最適化されたp層が光照射後には最適でないことを見いだし、光照射後の特性、特に効率に着目し、その最大化のための条件を確立した。すなわち、
非単結晶薄膜からなるp型半導体層、実質的に真性なi型半導体層、n型半導体層を積層したpin接合を少なくとも一つ有する非単結晶太陽電池において、非単結晶太陽電池の光照射前の開放電圧が、光照射前の開放電圧の最大値の０．８５〜０．９９倍になるように前記p型半導体層、例えば、その膜厚やアクセプタ不純物濃度等を設定し、光照射をおこなうものとする。
【００１２】
後述するように、p型半導体層の材質、膜厚、不純物濃度を変えた実験で、いずれも同じ結果として光照射前の開放電圧が最大値の０．８５〜０．９９倍になるように設定すれば、光照射前の開放電圧が最大値のものより光照射後に高い効率が得られることがわかった。
【００１３】
この理由は次のように説明される。
初期のVocはp層の膜厚(Dp)を厚くするに従って増加し、ある膜厚で最大になる。初期においてVocが最大になるこの膜厚をDpsatと呼ぶことにする。しかし、Dpが厚くなるに従って、p層での光吸収ロスが増えてJscは減少する。従って、初期の効率はほぼDp〜Dpsatで最大になる。
【００１４】
一方、我々はDp<Dpsatとした非単結晶太陽電池に光照射すると、Vocが増加することを実験的に見出した。そして光照射後にVocが最大になる膜厚Dpsat-2 はDpsatより薄い。Dpsat-2近傍のセルでは、膜厚が薄いために光吸収ロスが低減してJscが増加する。従って、光照射後の効率はDpsatのセルよりも高くなるのである。
【００１５】
Dpsat-2よりさらに膜厚を薄くしていくと、光照射によってVocは増加するが、Vocの絶対値はDpsatのセルの光照射後のVocよりも低くなってしまう。ただし、薄いDpによって増加したJscとの兼ね合いで、ある膜厚まで効率がDpsatのセルよりも高くなる。
【００１６】
Dpsat のセルより効率の高くなる範囲については、Vocの最大値に対して、初期のVocが０．８５〜０．９９倍になるようにp層の膜厚、不純物濃度等を制御すると、光照射後の効率が向上するという統一した結果が得られた。
０．８５倍よりもVocが低くなると、光照射後の効率は低下する。
【００１７】
光照射によるVocの増大の機構は明確には分かっていない。しかし、光照射によるVocの増加は、フォトカレントの増加によるものではなく、ダークカレントの減少によって発生していることを確認している。
【００１８】
光照射の前後で、ダークカレントの立ち上がる電圧が高い電圧にシフトしていることから、透明電極、p層、p-i界面、i層の電位分布が変化していると考えられる。また、光照射の前後で、片対数プロットのダークカレントの傾きが光照射後に小さくなり、ダイオードのn値が大きくなって拡散電流に対して再結合電流の割合が増加しているといえる。ただし、Voc相当の電圧より低いバイアス電圧におけるダークカレントの絶対値がフォトカレントに比較して小さいため、リーク電流としてはあまり効かないため、ダークカレントの立ち上がり電圧のシフトがVoc増加として現れると考えられる。
【００１９】
また、光照射によるVocの増加は、１００〜１５０℃で数時間の熱アニールを行うと初期値に回復する。従って、不純物の拡散などの不可逆な過程ではない。光照射による欠陥の生成、熱アニールによる欠陥の消滅の可逆過程が関連していると考えられる。
【００２０】
p型半導体層としては、a-Siまたはa-SiO 、a-SiC 、a-SiN 等のアモルファスシリコン合金、μc-Siまたは微結晶シリコンオキサイド、微結晶シリコンカーバイド、微結晶シリコンナイトライド等の微結晶シリコン合金もしくは多結晶シリコンであるものとする。
【００２１】
実験で確かめられたのは、p型半導体層がa-SiO およびμc-Siの場合であるが、上記の他の材料もワイドギャップ半導体であり、同様の効果が得られると考えられる。
【００２２】
p型半導体層としてa-SiO を用い、該p型半導体層の膜厚を、光照射前の開放電圧が最大となるp型半導体層の膜厚の０．２５〜０．８３倍とした場合、具体的には膜厚を３〜１０nmとした場合には、後述のように効果が確認されている。
【００２３】
p型半導体層としてμc-Siを用い、該p型半導体の膜厚を、光照射前の開放電圧が最大となるp型半導体層の膜厚の０．０８〜０．８３倍ととした場合、具体的には膜厚を５〜５０nmとした場合には、後述のように光照射後に効果が確認されている。
i型半導体層とp型半導体層との間に、非単結晶薄膜からなるp-i界面層を有するものとしてもよい。
【００２４】
p-i界面層の有無は、Vocや効率Effの絶対値には多少影響したが、いずれもの場合もp型半導体層の薄い範囲で光照射によるVocの増加が認められ、同様の効果が得られた。
【００２５】
光強度１SUN で１０時間以上、或いは（光強度[SUN]）2 ×（時間[h]）＞１０なる条件の光照射をおこなえば、特性が安定することが実験により確かめられている。
【００２６】
【発明の実施の形態】
［実施例１］
図２は、本発明の第一の実施例の非単結晶薄膜太陽電池の構造を示す断面図である。このような薄膜太陽電池をセルと呼ぶことにする。
【００２７】
ガラス基板１の上に、金属電極２、a-Siのn層３、a-Siのi層４、a-SiOのp-i界面層５、a-SiOのp層６、透明電極７が順次積層され、その上にグリッド電極８が設けられている。
【００２８】
例えば、金属電極２は銀、アルミニウム等が用いられ、n層３の厚さは１０〜５０nm、i層４の厚さは１００〜５００nm、p-i界面層５の厚さは１０〜５０nm、p層６の厚さは２〜１６nmであり、透明電極７はインジウム錫酸化物（以下ITOと記す）、酸化亜鉛（以下ZnOと記す）が用いられる。グリッド電極８は銀である。
【００２９】
以下に図２のセルの製造方法を以下に記す。
ガラス基板１の上に、金属電極２をスパッタ法もしくは蒸着法で形成する。
次にプラズマCVD法を用いて、a-Siのn層３、a-Siのi層4、a-SiOのp-i界面層5、a-SiOのp層6を順次形成する。そのときの成膜条件としては、基板温度が６０〜３００℃、反応圧力が約１０〜１００Paである。n層３成膜時の各ガス流量は、モノシラン（以下SiH4と記す）１０〜２００ml/min、フオスフィン（以下PH3 と記す）０．１〜２ml/min、水素（以下H2と記す）１００〜２０００ml/minである。i層４成膜時の各ガス流量は、SiH4１０〜２０００ml/min、H2１０〜２０００ml/minである。p-i界面層５成膜時の各ガス流量は、SiH4１０〜１００ml/min、炭酸ガス（以下CO2と記す）１〜５０ml/min、H2２００〜２０００ml/minである。p層６成膜時の各ガス流量は、SiH4１０〜２００ml/min、CO2 １０〜１０００ml/min、ディボラン（以下B2H6と記す）０．１〜２ml/min、H2１００〜２０００ml/minである。
【００３０】
続いて、透明電極７をスパッタ法もしくは蒸着法で形成し、その上に、グリッド電極８を形成する。
図３は、上記の製造方法で作った図２のセルにおけるVocの光照射時間依存性を示す特性図である。縦軸はVoc、横軸は対数表示した時間である。
光照射は、１SUN （AM１．５、１００mW/cm2) で、４０〜５０℃で行っている。a-SiOのp層６の厚さを、４、８、１２nmと変えた三種類のセルについて示した。
【００３１】
Vocの初期値はp層６の膜厚１２nmのセルが一番高く、８nm、４nmの順に低くなっている。光照射を行うと、p層６の膜厚１２nmのセルは、単調にVocが減少する。p層膜厚８nmのセルは約１０hの光照射でわずかにVocが増加し、それ以上の光照射時間では緩やかに減少している。初期と７００h 光照射後との間のVocの減少幅は、p層膜厚１２nmのセルよりも小さく、７００h の光照射後のVocはp層膜厚１２nmのセルのVocとほぼ同じ値になっている。
【００３２】
これに対して、p層膜厚４nmのセルは、約１０hまでの間にVocが０．０４V増加し、１０hを超えると緩やかに減少する。しかし、７００h の光照射後においてもVocは初期のVocよりも高い。
【００３３】
p層膜厚１２nmのセルと４nm のセルとで、光照射前にはVocに０．０５５V の差があったが、１０h以上光照射すると、Vocの差は０．０１Vに減少する。つまり、p層膜厚が薄いセルは初期のVocが低くても、光照射後にVocが増加し、あるいは減少の割合が小さくて、p層膜厚の厚いセルのVocとほぼ同等の値を示すことになる。このとき光照射に必要な時間は１SUN で１０h以上である。
【００３４】
図４は、図２の構造でa-SiOのp層６の膜厚を変えたセルについて、初期(Initial ) と７００h 光照射後(Light soaked ) の各種セル特性をまとめた特性図である。縦軸は、Voc、Jsc 、FF、Eff であり、横軸はp層膜厚である。
【００３５】
初期（○印）は、p層膜厚を厚くする程Vocが増大し、１２nmで最大に達した後やや低下している。Jscは、p層膜厚３〜４nm で一旦極大値をもち、それ以上の膜厚で単調に減少する。FFはp層膜厚とともに緩やかに増加している。効率(Eff)もp層膜厚４nmまで急速に増大した後、緩やかに増大し膜厚１２nmで最大になっている。
【００３６】
これに対して、光照射後（●印）は、p層膜厚の薄い範囲では（５nm以下）、Vocが増加し、その増加幅は膜厚が薄いほど大きい。p層膜厚の厚い範囲では（６nm以上）、光照射後にVocが減少し、その減少幅は膜厚が厚いほど大きい。その結果、膜厚によるVocの差は小さくなり、４〜１６nmでほぼ一定のVocを示している。Jscは光照射後の値が初期値より低下し、低下の幅はほぼ一定で、初期値と同じような傾向を示している。FFも光照射後で減少するが、p層膜厚に対してほぼ初期値とほぼ同じ依存性を示している。この結果光照射後については、p層膜厚の厚い側から薄くしていくと、４nmまでVocが高い値のまま、Jscが増加した分だけEffがやや増加する。さらにp層膜厚を薄くすると、光照射後のVocが減少するため、Effが減少する。従って、Effは約４nmで最大値をもつ。
【００３７】
光照射後のEffの値が、Voc の初期値が飽和するp層膜厚である１２nmのセルの光照射後のEffを超えているのは、p層膜厚が３〜１０nmの範囲である。すなわち、この膜厚範囲は、上記膜厚１２nmの０．２５〜０．８３倍に相当する。
【００３８】
図１は、初期(Initial)と７００h 光照射後(Light soaked)のEffとを、規格化したVocに対してプロットした特性図である。横軸は初期のVocの最大値で規格化した初期のVoc値[Voc(Normal)]、縦軸は初期(Initial)とそのセルの７００h 光照射後(Light soaked)のEff の値である。具体的に横軸は、初期のVocを、p層膜厚１２nmのセルの初期のVocで規格化した。
【００３９】
初期のEffは、Voc(Normal)=１で最も大きく、Voc(Normal)が小さい程単調にEffが減少している。しかし、光照射後のEffは、Voc(Normal)が０．９３近傍で極大になっており、そこから離れる程小さくなっている。そして、Voc(Normal)=０．８５〜０．９９の範囲でVoc(Normal)=１のEffを超えている。
【００４０】
図５（ａ）は、Vocの光照射時間依存性を示す特性図である。図２のセル構造をもち、a-SiOのp層膜厚４nmのセルを用いた。横軸は光照射時間、縦軸はVoc であり、パラメータは光照射強度とした。
【００４１】
光照射強度を１SUN 、２SUN 、５SUN と増加するに従って、Vocが増加して飽和する時間が１０h、２h 、０．３h と短くなっている。Vocの最大値はほぼ同じである。
【００４２】
図５（ｂ）は、同じデータを、（光強度[SUN]）2 ×（時間[h]）に対してプロットした特性図である。いずれの光強度についても、Vocは（光強度[SUN]）2 ×（時間[h]）に対してほぼ同じ変化を示し、（光強度[SUN]）2 ×（時間[h]）が１０以上でVocは飽和する。これは、電子と正孔の再結合頻度が、光照射で発生した電子密度と正孔密度の積に比例するため、光強度が２乗で飽和時間に効くと考えられる。
【００４３】
なお、光照射で増加したVocの増大分は、熱アニールで初期値に回復する可逆反応であった。図５では同一のセルを用いており、光照射と、１３０℃、４h の熱アニールを繰り返し行っている。
【００４４】
［実施例２］
図６は、本発明第二の実施例のセル断面図である。p-i界面層５と透明電極７との間にa-SiOのp層６の代わりにμc-Siのp層９を用いた以外は、セル構造、作成方法ともに図２のセルと同じである。
【００４５】
μc-Siのp層９は、プラズマCVD法を用いて作成した。製膜時の基板温度は６０〜２００℃、反応圧力は１０〜１００Paである。成膜時のガス流量は、SiH4１〜１０ml/min、B2H6０．００１〜０．１ml/min、H2１００〜２０００ml/minとした。
【００４６】
図２のセルに光照射し、太陽電池特性の変化を調べた。μc-SiOをp層に用い場合も、a-SiOをp層に用いた場合と同様に、p層膜厚が厚いセルでは単調にVoc が低下し、p層膜厚が薄いセルでは、Voc が増大した。そのVoc の増大は、１SUN １０時間の照射でほぼ飽和した。
【００４７】
図７は、図６の構造でμc-Siのp層９の膜厚を変えたセルについて、初期(Initial ) と７００h 光照射後(Light soaked ) の各種セル特性をまとめた特性図である。縦軸は、Voc、Jsc 、FF、Eff であり、横軸はp層膜厚である。
【００４８】
初期（○印）は、p層膜厚を厚くする程Vocが増大し、６０nmで最大に達した後やや低下している。Jscは、p層膜厚１０〜１５nm で一旦最大値をもち、それ以上の膜厚で単調に減少する。FFはp層膜厚とともに緩やかに増加している。効率(Eff)もp層膜厚約１５nmまで急速に増大した後、それ以上の膜厚では緩やかに増大し膜厚６０nmで最大になっている。
【００４９】
これに対して、光照射後（●印）は、p層膜厚の薄い範囲では（２０nm以下）、Vocが初期より増大し、その増大幅は膜厚が薄いものほど大きい。p層膜厚の厚い範囲では（３０nm以上）、光照射後にVocが減少し、その減少幅は膜厚が厚いほど大きい。その結果、膜厚によるVocの差は小さくなり、１５〜９０nmでほぼ一定のVocを示す。Jscは光照射後の値が初期値より低下し、低下の幅はほぼ一定で、初期値と同じような傾向を示している。FFも光照射後で減少するが、p層膜厚に対してほぼ初期値とほぼ同じ依存性を示す。この結果光照射後については、p層膜厚の厚い側から薄くしていくと、１５nmまでVocが高く、Jscが増加した分だけEffがやや増加する。さらにp層膜厚を薄くすると、光照射後のVocが減少するため、Effが減少する。従って、Effは１５nmで最大値をもつ。
【００５０】
光照射後のEffの値が、Voc の初期値が最大になるp層膜厚である６０nmのセルの光照射後のEffを超えているのは、p層膜厚が５〜５０nmの範囲である。すなわち、この膜厚範囲は、膜厚６０nmの０．０８〜０．８３倍に相当する。
【００５１】
図８は、初期(Initial)と７００h 光照射後(Light soaked)のEffとを、規格化したVocに対してプロットした特性図である。横軸は初期のVocの最大値で規格化した初期のVoc値[Voc(Normal)]、縦軸は初期(Initial)とそのセルの７００h 光照射後(Light soaked)のEff の値である。具体的に横軸は、初期のVocを、p層膜厚６０nmのセルの初期のVocで規格化した。
【００５２】
初期のEffは、Voc(Normal)=１で最も大きく、Voc(Normal)が小さい程単調にEffが減少している。しかし、光照射後のEffは、Voc(Normal)が０．９３近傍で極大になっており、そこから離れる程小さくなっている。そして、Voc(Normal)=０．８５〜０．９９の範囲でVoc(Normal)=１のセルのEffを超えている。この傾向は、p層としてa-SiO を用いた実施例１についての図１と極めて良く似ている。
【００５３】
［実施例３］
p層膜厚を一定にして、p層のボロン等のアクセプタ不純物濃度を減少させたセルをつくったところ、初期Vocが飽和する膜厚が厚くなった。そして、アクセプタ濃度の高いセルではVocが飽和する膜厚でも、アクセプタ不純物濃度が低いセルでは初期のVocが低く、光照射後に増大した。光照射後の効率Eff が、同じ厚さでアクセプタ濃度の高いセルより向上し、初期Voc を初期Voc の最大値で規格化したVoc(Normal)が０．８５〜０．９９の範囲で、Voc(Normal)=１のセルのEffを超えた。
【００５４】
これは、不純物濃度が低い場合にも、初期でVocが飽和する膜厚が厚くなるため、実質的にVocが飽和する膜厚よりも薄いp層になったことになり、p層膜厚を薄くしたときと同様の効果が得られたと考えられる。
【００５５】
これまで示した実施例は、p-i界面層５のあるセルであったが、p-i界面層５が無い場合も、光照射によるVocの増加は認められ、Vocや効率Effの絶対値は低くなるが、同様の効果が得られた。
【００５６】
p層材料として、a-SiO、μc-Si以外のワイドギャップアモルファス合金、例えば、a-SiC、a-SiN、或いは微結晶のμc-SiO、μc-SiC、μc-SiN等を用いることも有効である。また、プラズマCVDやレーザーアニールなどで作成した薄膜多結晶シリコンを用いることも有効である。
【００５７】
また、基板としてはガラス基板を用いたが、金属基板、有機フィルム基板等を用いることも可能である。更に、ガラス基板や透光性フィルム基板などの透明な基板を用いた場合は、基板上に透明電極、p層、i層、n層、金属電極の順に積層することも可能である。p-i-n構造を２つ以上有するタンデム構造においても有効なことは勿論である。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明は、初期特性で最適化されたものが必ずしも光照射後の特性にとって最適ではないこと、および光照射後の特性を最大にする条件を明らかにした。
【００５９】
すなわち本発明によれば、非単結晶薄膜からなるp型半導体層、実質的に真性なi型半導体層、n型半導体層を積層したpin接合を少なくとも一つ有する非単結晶太陽電池において、光照射前の開放電圧が、p型半導体の膜厚に対する光照射前の開放電圧の最大値の０．８５〜０．９９倍になるように該p型半導体層、例えばその膜厚、不純物濃度等を設定することによって、光照射後の効率を向上できる。
【００６０】
光照射の条件としては、光強度１SUN で１０時間以上、または光強度を上げて（光強度[SUN]）2 ×（時間[h]）を１０以上とすることにより、光照射時間を短縮して効率向上を図ることができる。
【００６１】
従って本発明は、非単結晶太陽電池の長期の使用に関して極めて重要、かつ有用な発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施例１の非単結晶薄膜太陽電池における初期、および光照射後の効率Eff と、初期Vocを初期Vocの最大値で規格化した値[Voc(Normal)] との関係を示す特性図
【図２】本発明実施例１の非単結晶薄膜太陽電池の断面図
【図３】実施例１の非単結晶薄膜太陽電池におけるVoc の光照射時間依存性を示す特性図
【図４】実施例１の非単結晶薄膜太陽電池における各種特性のp層膜厚依存性を示す特性図
【図５】  (a)は、本発明の第5の実施例である非単結晶太陽電池の光照射時間に対する開放電圧の変化。(b)は、（光強度[SUN]）2 ×（時間[h]）に対する開放電圧の変化。
【図６】本発明実施例２の非単結晶薄膜太陽電池の断面図
【図７】実施例２の非単結晶薄膜太陽電池における各種特性のp層膜厚依存性を示す特性図
【図８】本発明実施例２の非単結晶薄膜太陽電池における初期、および光照射後の効率Eff と、初期Vocを初期Vocの最大値で規格化した値[Voc(Normal)] との関係を示す特性図
【符号の説明】
１．ガラス基板
２．金属電極
３．アモルファスシリコンn層
４．アモルファスシリコンi層
５．アモルファスシリコンオキサイドp-i界面層
６．アモルファスシリコンオキサイドp層
７．透明電極
８．グリッド電極
９．微結晶シリコンp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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