(57)【要約】【課題】マイクロ波プラズマでの高効率・高速成膜と同時に、酸素混入を阻止し、欠陥数を低減させることのできる光電変換素子製造装置および方法、ならびに光電変換素子を提供すること。【解決手段】本発明は、基板Ｗ上に半導体の積層膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ法により成膜させる光電変換素子製造装置１００において、薄膜を成膜させたい対象の基板Ｗが載置される基台を内蔵する密閉空間であるチャンバ１０と、前記チャンバ１０内のプラズマ励起領域にプラズマ励起ガスを供給する第１のガス供給部４０と、前記チャンバ１０内の圧力を調整する調圧部７０と、前記チャンバ１０内のプラズマ拡散領域に原料ガスを供給する第２のガス供給部５０と、マイクロ波を前記チャンバ１０内に導入するマイクロ波印加部２０と、前記基板Ｗに対して基板バイアス電圧を前記ガス種に応じて選択して印加するバイアス電圧印加部６０とを具備する。【選択図】  図１
2009152265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に半導体の積層膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜させる光電変換素子製造装置において、
薄膜を成膜させたい対象の基板が載置される基台を内蔵する密閉空間であるチャンバと、
前記チャンバ内のプラズマ励起領域にプラズマ励起ガスを供給する第１のガス供給部と、
前記チャンバ内の圧力を調整する調圧部と、
前記チャンバ内のプラズマ拡散領域に原料ガスを供給する第２のガス供給部と、
マイクロ波を前記チャンバ内に導入するマイクロ波印加部と、
前記基板に対して基板バイアス電圧を前記ガス種に応じて選択して印加するバイアス電圧印加部と
を具備することを特徴とする光電変換素子製造装置。
【請求項２】
請求項１記載の光電変換素子製造装置を用いて、前記積層膜の欠陥数が１０１７個／ｃｍ３以下の光電変換素子を製造することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項３】
請求項１記載の光電変換素子製造装置を用いて、前記積層膜の酸素濃度が１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下の光電変換素子を製造することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項４】
請求項１記載の光電変換素子製造装置を用いて、前記積層膜の欠陥数が１０１７個／ｃｍ３以下かつ酸素濃度が１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下の光電変換素子を製造することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項５】
前記マイクロ波は、ＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）を使って前記チャンバ内に伝播させることを特徴とする請求項１記載の
光電変換素子製造装置。
【請求項６】
薄膜を成膜させたい対象の基板が載置された基台を内蔵するチャンバ内にプラズマ励起ガスを導入する第１のステップと、
前記チャンバ内を調圧する第２のステップと、
前記チャンバ内にマイクロ波を導入してから該チャンバ内に原料ガスを導入するか、もしくは前記チャンバ内に原料ガスを導入してから該チャンバ内にマイクロ波を導入する第３のステップと、
前記基板に対して基板バイアス電圧を印加する第４のステップと
を具備し、前記薄膜の欠陥数が１０１７個／ｃｍ３以下の光電変換素子を製造することを特徴とする光電変換素子製造方法。
【請求項７】
薄膜を成膜させたい対象の基板が載置された基台を内蔵するチャンバ内にプラズマ励起ガスを導入する第１のステップと、
前記チャンバ内を調圧する第２のステップと、
前記チャンバ内にマイクロ波を導入してから該チャンバ内に原料ガスを導入するか、もしくは前記チャンバ内に原料ガスを導入してから該チャンバ内にマイクロ波を導入する第３のステップと、
前記基板に対して基板バイアス電圧を印加する第４のステップと
を具備し、前記薄膜の酸素濃度が１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下の光電変換素子を製造することを特徴とする光電変換素子製造方法。
【請求項８】
前記第１のステップ乃至第４のステップを、前記第３のステップで導入する原料ガスを第１の原料ガス、第２の原料ガス、第３の原料ガスと逐次変えて実行することで、前記基板にｐ型半導体膜、ｉ型半導体膜、ｎ型半導体幕を順次積層させ、こうして形成される１層分のｐｉｎ接合を、１以上の所望の層分積層させることを特徴とする請求項６もしくは７記載の光電変換素子製造方法。
【請求項９】
前記積層数が２である場合に、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンを含む第１のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含む第２のｐｉｎ接合とで、当該２つの層が形成されることを特徴とする請求項８記載の光電変換素子製造方法。
【請求項１０】
前記積層数が３である場合に、少なくともｉ層がアモルファスシリコンを含む第１のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンゲルマニウムを含む第２のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含む第３のｐｉｎ接合とに係り、前記第１のｐｉｎ接合―第２のｐｉｎ接合―第３のｐｉｎ接合もしくは前記第３のｐｉｎ接合―第２のｐｉｎ接合―第１のｐｉｎ接合で積層が形成されることを特徴とする請求項８記載の光電変換素子製造方法。
【請求項１１】
基板上に、ｐ型半導体膜、ｉ型半導体膜、ｎ型半導体膜がマイクロ波によって励起されたプラズマを用いて成膜されて構成されるｐｉｎ接合が１層以上積層されてなる光電変換素子において、
前記基板に対して基板バイアス電圧を印加することにより、成膜された少なくとも１層の欠陥数を１０１７個／ｃｍ３以下としたことを特徴とする光電変換素子。
【請求項１２】
基板上に、ｐ型半導体膜、ｉ型半導体膜、ｎ型半導体膜がマイクロ波によって励起されたプラズマを用いて成膜されて構成されるｐｉｎ接合が１層以上積層されてなる光電変換素子において、
前記基板に対して基板バイアス電圧を印加することにより、成膜された少なくとも１層の酸素濃度を１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下としたことを特徴とする光電変換素子。
【請求項１３】
前記積層数が２である場合に、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンを含む第１のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含む第２のｐｉｎ接合とで、当該２つの層が形成されることを特徴とする請求項１１もしくは１２記載の光電変換素子。
【請求項１４】
前記積層数が３である場合に、少なくともｉ層がアモルファスシリコンを含む第１のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンゲルマニウムを含む第２のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含む第３のｐｉｎ接合とに係り、前記第１のｐｉｎ接合―第２のｐｉｎ接合―第３のｐｉｎ接合もしくは前記第３のｐｉｎ接合―第２のｐｉｎ接合―第１のｐｉｎ接合で積層が形成されることを特徴とする請求項１１もしくは１２記載の光電変換素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はたとえば光電変換素子製造装置及び方法、並びに光電変換素子に係り、特に、成膜速度の向上と変換効率の増大を実現する光電変換素子製造装置及び方法、並びに光電変換素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から使用されてきた石油資源には資源としての有限性や、燃焼に伴う二酸化炭素の増大によるいわゆる地球温暖化現象などの諸問題が付随することから、近年、クリーンなエネルギー源として太陽電池が益々注目されてきている。
【０００３】
従来、太陽電池に求められるのはＣＰＴ（コスト・ペイバック・タイム）であり、これは、次の式によって定められる。
【０００４】
2009152265.tif 000003
【０００５】
２００７年現在において、上記のＣＰＴ値は、結晶系太陽電池で２５年、薄膜系太陽電池で４０年程度といったところである。このペイバックが得られる期間がかなりの長期になることから、必然的に、過大なコスト（イニシャルコスト）の負担を余儀なくされ、このことが太陽電池が現実的に普及しにくい要因の一つとなっていた。
【０００６】
ＣＰＴ値を下げる（コスト・ペイバック・タイムを減少させる）には、初期導入コストの低下、導入による年間利得の増大、年間運用コストの低下などの実現が必要である。これらを実現するには、太陽電池の装置代を低下させるべく、成膜速度を向上させ変換効率を増大させることが必要である。成膜速度を向上させるためには、高密度プラズマを利用することができる。さらに、変換効率を増大させるためには、欠陥数が少なく、酸素濃度が低い膜を作ることが必要である。
【０００７】
一方で、広い波長域を持つ太陽光を余すところなく利用することも必要となるが、このためにはタンデム型太陽電池が利用される。
【特許文献１】特開２００６−２１０５５８号公報
【特許文献２】特開２００２−２９７２７号公報
【特許文献３】特開平９−５１１１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来からプラズマの生成にはマイクロ波が利用されており、それによって高密度プラズマが実現され成膜速度は向上されているものの、十分に緻密な膜が成膜できなかった。そのために大気中へ露出した際など、酸素や水分を膜中に取り込んでしまい、実用に耐えるような十分に低酸素で欠陥密度の低い膜を得ることができないという問題があった。
【０００９】
特に太陽電池では、Ｓｉ（シリコン）中に酸素が混入するとＳｉがｎ型化されて暗導電率の増大（リーク電流の増大）や、欠陥による光導電率の低下が発生するとの報告がされている。
【００１０】
他方において、近年、低コスト太陽電池として注目されるアモルファス・シリコン太陽電池の最大の課題は、変換効率が結晶系太陽電池に比して低いという点である。
【００１１】
これについても、たとえばｐ型半導体、ｉ型半導体、ｎ型半導体を積層し、異なる吸収波長帯を持つｐｉｎ接合の組を何層分か積層したタンデム型太陽電池が種々研究されてはいるものの、入射光の有効利用性及び光吸収特性といった性能と材質との関係で、まだ改良の余地がある。特に、アモルファスシリコン系と微結晶シリコン系、微結晶シリコン系と微結晶シリコン系との組合せに係るタンデム型太陽電池については、入射光の有効利用性及び光吸収特性に加えて、上記の暗導電率の増大（リーク電流の増大）や光導電率の低下が課題である。上記の特許文献を含めて従来技術のいずれも、これらの課題に対して取り組んでおらず、また回答を与えるものでもない。
【００１２】
このような従来技術上の課題である酸素の取り込みは、基板上に緻密な膜を形成することで抑制できると考えられ、本発明者は、緻密な膜の形成に自己バイアス電圧が大きく関係することを突き止めた。
【００１３】
そこで、本発明は、太陽電池成膜において、マイクロ波プラズマを用いることで高効率の成膜を実現して成膜速度を向上させると同時に、自己バイアス電圧を適応的に選択・制御することで緻密な膜を形成して酸素の混入を抑制し、さらに欠陥数を低減させて、変換効率を増大させることのできる光電変換素子製造装置および方法、ならびに光電変換素子を提供することを目的とする。
【００１４】
本発明は、このような従来技術上の課題である酸素の取り込みを解決するためになされたもので、まず、太陽電池の成膜一般において、マイクロ波プラズマを用いることで高効率の成膜を実現して成膜速度を向上させると同時に、酸素混入を抑制し、さらに欠陥数を低減させることにより、変換効率を増大させることのできる光電変換素子製造装置及び方法、並びに光電変換素子を提供することを目的とする。
【００１５】
本発明の更に別の目的は、変換効率の高い太陽電池（微結晶系、アモルファス系を含む）を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
まず、本発明に係る光電変換素子製造装置は、基板上に半導体の積層膜をマイクロ波プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により成膜させる光電変換素子製造装置において、薄膜を成膜させたい対象の基板が載置される基台を内蔵する密閉空間であるチャンバと、前記チャンバ内のプラズマ励起領域にプラズマ励起ガスを供給する第１のガス供給部と、前記チャンバ内の圧力を調整する調圧部と、前記チャンバ内のプラズマ拡散領域に原料ガスを供給する第２のガス供給部と、マイクロ波を前記チャンバ内に導入するマイクロ波印加部と、前記基板に対して基板バイアス電圧を前記ガス種に応じて選択して印加するバイアス電圧印加部とを具備することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る光電変換素子製造方法は、薄膜を成膜させたい対象の基板が載置された基台を内蔵するチャンバ内にプラズマ励起ガスを導入する第１のステップと、前記チャンバ内を調圧する第２のステップと、前記チャンバ内にマイクロ波を導入してから該チャンバ内に原料ガスを導入するか、もしくは前記チャンバ内に原料ガスを導入してから該チャンバ内にマイクロ波を導入する第３のステップと、前記基板に対して基板バイアス電圧を印加する第４のステップとを具備し、前記薄膜の欠陥数が１０１７個／ｃｍ３以下の光電変換素子を製造することを特徴とする。
【００１８】
或いは代替的に、本発明に係る光電変換素子製造方法は、薄膜を成膜させたい対象の基板が載置された基台を内蔵するチャンバ内にプラズマ励起ガスを導入する第１のステップと、前記チャンバ内を調圧する第２のステップと、前記チャンバ内にマイクロ波を導入してから該チャンバ内に原料ガスを導入するか、もしくは前記チャンバ内に原料ガスを導入してから該チャンバ内にマイクロ波を導入する第３のステップと、前記基板に対して基板バイアス電圧を印加する第４のステップとを具備し、前記薄膜の酸素濃度が１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下の光電変換素子を製造することを特徴とする。
【００１９】
かかる構成を備える本発明によれば、チャンバ内に内蔵された基台上に載置された基板上部のプラズマ励起領域に対して、第１のガス供給部から第１のシャワーヘッドを通じてプラズマ励起ガスが導入される。次に、調圧部がチャンバ内の圧力を調節する。この次に、プラズマ発生源がチャンバ内にマイクロ波を導入してから第２のガス供給部が第２のシャワーヘッドを通じてチャンバ内のプラズマ拡散領域に原料ガスを導入するか、もしくは第２のガス供給部が第２のシャワーヘッドを通じてチャンバ内のプラズマ拡散領域に原料ガスを導入してからプラズマ発生源がチャンバ内にマイクロ波を導入する。しかる後に、バイアス電圧印加部が基板に対して基板バイアス電圧を導入する。このバイアス電圧はプラズマを変動させず、自己バイアスとしてのみ機能するようにガス種等により適応するバイアスパワーを選択する。こうすれば、基板表面での照射イオンエネルギーを制御できる。換言すれば、まず、マイクロ波導入により、高密度のプラズマが実現される。この高密度プラズマにより高成膜速度が実現される。
【００２０】
上記構成によって緻密な膜が形成され、生成された膜中の欠陥密度を低減し、酸素濃度を低下させ、暗導電率（リーク電流）の低減と光導電率の向上とをもたらすので、太陽電池の変換効率を増大させることになる。
【００２１】
この場合において、前記第１のステップ乃至第４のステップを、前記第３のステップで導入する原料ガスを第１の原料ガス、第２の原料ガス、第３の原料ガスと逐次変えて実行することで、前記基板にｐ型半導体膜、ｉ型半導体膜、ｎ型半導体膜を順次積層させ、こうして形成される１層分のｐｉｎ接合を、１以上の所望の層分積層させるように構成することができる。欠陥密度を低減し、酸素濃度を低下させた膜を有し、暗導電率（リーク電流）の低下、光導電率の増大を達成する本光電変換素子を、ｐｉｎ接合として実現することができ、これらのｐｉｎ接合を逐次積層させることで、太陽光のそれぞれの波長域を効率よく吸収するように構成する（タンデム化する）ことが可能となる。
【００２２】
更にこの積層数が２である場合に、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンを含む第１のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含む第２のｐｉｎ接合とで、当該２つの層が形成されるように構成しても良い。或いは、積層数が３である場合に、少なくともｉ層がアモルファスシリコンを含む第１のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンゲルマニウムを含む第２のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含む第３のｐｉｎ接合とに係り、前記第１のｐｉｎ接合―第２のｐｉｎ接合―第３のｐｉｎ接合もしくは前記第３のｐｉｎ接合―第２のｐｉｎ接合―第１のｐｉｎ接合で積層が形成されるように構成しても良い。
【００２３】
上記２層の構成を備える本発明によれば、たとえば１層目を微結晶或いは多結晶ｐｉｎ接合、２層目を微結晶或いは多結晶ｐｉｎ接合とすることで、入射光の有効利用、光吸収特性の向上が一層促進される。好適には１層目に微結晶或いは多結晶シリコンｐｉｎ接合（少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンを含むｐｉｎ接合）、２層目に微結晶或いは多結晶ゲルマニウムｐｉｎ接合（少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含むｐｉｎ接合）が積層されるタンデム構造太陽電池とする。これにより、単層型に比して入射光が有効に利用できるとともに、微結晶或いは多結晶シリコン−微結晶或いは多結晶ゲルマニウムの組合せにより光吸収特性がさらに向上する。この場合、シミュレーションによれば、Ｖｏｃ＝１．０Ｖ、Ｉｓｃ＝２５．８ｍＡ／ｃｍ２、Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ＝２０．８％が得られる。
【００２４】
また、上記３層の構成を備える本発明によれば、１層目を非結晶ｐｉｎ接合、２層目を微結晶或いは多結晶ｐｉｎ接合、３層目を微結晶或いは多結晶ｐｉｎ接合とすることで、或いはこれらの順列を３層目、２層目、１層目とすることで、入射光の有効利用、光吸収特性の向上がさらに一層促進される。好適には１層目にアモルファスシリコンｐｉｎ接合（少なくともｉ層がアモルファスシリコンを含むｐｉｎ接合）、２層目に微結晶（もしくは多結晶）シリコンゲルマニウムｐｉｎ接合（少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンゲルマニウムを含むｐｉｎ接合）、３層目に微結晶（もしくは多結晶）ゲルマニウムｐｉｎ接合（少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含むｐｉｎ接合）が積層されるタンデム構造太陽電池とする。これにより、単層型に比して入射光がさらに有効に利用できるとともに、アモルファスシリコン−微結晶（もしくは多結晶）シリコンゲルマニウム−微結晶（もしくは多結晶）ゲルマニウムの組合せにより光吸収特性がさらに向上する。この場合、シミュレーションによれば、Ｖｏｃ＝１．７５Ｖ、Ｉｓｃ＝１７．２ｍＡ／ｃｍ２、Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ＝２４．３％が得られる。
【００２５】
しかもこれらの成膜においては、基板に対して基板バイアス電圧が印加されることにより、前述のとおり、緻密な膜を成膜でき、低酸素濃度で欠陥密度の低い薄膜の太陽電池が実現されることになる。
【００２６】
さらに上記構成において、基板の表面に微小なピラミッド型の凹凸加工を形成して、太陽光をとじこめ、集光効率を増大させるような構成としてもよい。
【００２７】
また、本発明に係る光電変換素子は、基板上に、ｐ型半導体膜、ｉ型半導体膜、ｎ型半導体膜がマイクロ波によって励起されたプラズマを用いて成膜されて構成されるｐｉｎ接合が１層以上積層されてなる光電変換素子において、前記基板に対して基板バイアス電圧を印加することにより、成膜された少なくとも１層の欠陥数を１０１７個／ｃｍ３以下としたことを特徴とする。
【００２８】
さらにまた、本発明に係る光電変換素子は、基板上に、ｐ型半導体膜、ｉ型半導体膜、ｎ型半導体膜がマイクロ波によって励起されたプラズマを用いて成膜されて構成されるｐｉｎ接合が１層以上積層されてなる光電変換素子において、前記基板に対して基板バイアス電圧を印加することにより、成膜された少なくとも１層の酸素濃度を１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下としたことを特徴とする。
【００２９】
かかる構成を備える本発明によれば、光電変換素子に係るｐｉｎ接合を形成するｐ型半導体、ｉ型半導体、ｎ型半導体は、チャンバ内にプラズマ励起ガスが導入されて調圧後に、原料ガスの導入→マイクロ波の導入或いは代替的にマイクロ波の導入→原料ガスの導入がなされ、その後に基板に対してバイアス電圧印加部による基板バイアス電圧がガス種に応じて適応的に選択されて印加して成膜される。つまり、パワーを適応的に選択することにより、プラズマによって励起された原料ガスがバイアス電圧印加基板上に成膜することになるので、かかる光電変換素子はマイクロ波導入による低電子温度がもたらす不純物濃度の低減、及び、バイアス電圧印加による照射エネルギー制御がもたらす膜の緻密化が達成される。これにより、こうして成膜される光電変換素子は、酸素の混入が最大限阻止される結果、低酸素濃度が実現されるから、暗導電率（リーク電流）が低下し、光導電率が増大する高品質のものとなることが可能となる。
【００３０】
更にこの積層数が２である場合に、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンを含む第１のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含む第２のｐｉｎ接合とで、当該２つの層が形成されるように構成しても良い。或いは、積層数が３である場合に、少なくともｉ層がアモルファスシリコンを含む第１のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンゲルマニウムを含む第２のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含む第３のｐｉｎ接合とに係り、前記第１のｐｉｎ接合―第２のｐｉｎ接合―第３のｐｉｎ接合もしくは前記第３のｐｉｎ接合―第２のｐｉｎ接合―第１のｐｉｎ接合で積層が形成されるように構成しても良い。
【００３１】
これらの構成を備える光電変換素子に係る本発明によれば、入射光の有効利用、光吸収特性の向上が一層促進される。具体的には、単層型に比して入射光が有効に利用できるとともに、微結晶或いは多結晶シリコン−微結晶或いは多結晶ゲルマニウムの組合せにより、或いはアモルファスシリコン−微結晶或いは多結晶シリコンゲルマニウム−微結晶或いは多結晶ゲルマニウムの組合せにより、光吸収特性がさらに向上する。
【００３２】
また、上記の構成によって実現される光電変換素子は、酸素濃度が１０１９ａｔｏｍ／ｃｍ３以下もしくは欠陥数が１０１７個／ｃｍ３以下であることが確認できる。すなわち、非常に低度の酸素濃度、或いは非常に少ない欠陥数の光電変換素子の成膜が実現できる。
【発明の効果】
【００３３】
本発明においては、チャンバ内に内蔵された基台上に載置された基板上部のプラズマ励起領域に対してプラズマ励起ガスが導入され、チャンバ内の圧力が調節され、チャンバ内にマイクロ波が導入されてからチャンバ内のプラズマ拡散領域に原料ガスが導入されるかもしくはチャンバ内のプラズマ拡散領域に原料ガスが導入されてからチャンバ内にマイクロ波が導入され、基板に対して基板バイアス電圧が印加されるプロセスにおいて、このバイアス電圧はプラズマを変動させず、自己バイアスとしてのみ機能する。ガス種等により適応するバイアスパワーを選択する。こうして、基板表面での照射イオンエネルギーを制御できる。
【００３４】
換言すれば、マイクロ波導入により、高密度のプラズマが実現され、この高密度のプラズマにより高成膜速度が実現される。同時に、バイアス電圧印加部による基板バイアス電圧の印加により照射エネルギーが制御されることから、膜の緻密化が実現され、これにより、外部に露出させても酸素の混入が最大限阻止される結果、低酸素濃度が実現され、膜中の欠陥密度が低下した高品質の成膜が実現される。
【００３５】
また、これを光電変換素子分野に応用した場合には、低酸素濃度を持つ、欠陥密度が低下した高品質のＳｉ等の膜の形成が可能となることから、暗導電率（リーク電流）の低下、光導電率の増大がもたらされる。
【００３６】
さらに、タンデム型太陽電池において、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンを含む第１のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含む第２のｐｉｎ接合とで２層が形成されるようにすることで、入射光の有効利用、光吸収特性の向上が一層促進される太陽電池が実現される。
【００３７】
またさらに、タンデム型太陽電池において、少なくともｉ層がアモルファスシリコンを含む第１のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶シリコンゲルマニウムを含む第２のｐｉｎ接合と、少なくともｉ層が微結晶或いは多結晶ゲルマニウムを含む第３のｐｉｎ接合とに係り、前記第１のｐｉｎ接合―第２のｐｉｎ接合―第３のｐｉｎ接合もしくは前記第３のｐｉｎ接合―第２のｐｉｎ接合―第１のｐｉｎ接合で積層が形成されるようにすることで、入射光の有効利用、光吸収特性の向上がさらに一層促進される太陽電池が実現される。
【００３８】
更に、これらのタンデム型太陽電池の成膜過程においては、マイクロ波導入により、高密度のプラズマが実現され、この高密度のプラズマにより高成膜速度が実現されると同時に、基板バイアス電圧の印加により照射エネルギーが制御されることから、膜の緻密化が実現され、これにより、外部に露出させても酸素の混入が最大限阻止される結果、酸素濃度が低く、欠陥密度が低下した高品質の成膜が実現される。このことから、暗導電率（リーク電流）の低下、光導電率の増大という特性を持った太陽電池、つまり変換効率の高い太陽電池が実現される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
以下、発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。
【００４０】
図１は、本発明の好適な一実施形態に係る光電変換素子製造装置の全体の概略構成を示した構成概念図である。ここでは、本発明の技術思想を実現する一例として光電変換素子製造装置の場合を例にとり説明するが、当該思想は半導体の成膜装置一般に適用可能なものであり、下記の説明は、成膜装置・成膜方法としての本願の実施態様の説明をも包含するものである。同図には本発明の説明に必要な箇所のみを示しており、その他の事項については従来から公知である技術を採用している。
【００４１】
同図に示すように、本発明の光電変換素子製造装置１００は、基板Ｗに対してプラズマ処理を行うためのプラズマ処理室であり基板Ｗが載置される基台１２を内蔵するチャンバ１０と、プラズマ励起用のマイクロ波を発生させこの発生したマイクロ波をチャンバ１０内に供給するマイクロ波印加部２０と、マイクロ波印加部２０に接続され、チャンバ１０内にマイクロ波を案内するアンテナ部３０（好適には、ＲＬＳＡ：Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａを用いる）と、プラズマ励起用ガスをチャンバ１０内（の好適にはプラズマ励起領域）に供給するプラズマ励起用ガス供給部４０と、成膜の原料となる原料ガス、ＳｉｘＨｙ（たとえばＳｉＨ４、ＳｉＨ６）、ＳｉＣｌｘＨｙ（たとえばＳｉＣｌ２Ｈ２）、Ｓｉ（ＣＨ３）４、ＳｉＦ４等をチャンバ内（の好適には拡散プラズマ領域）に供給する原料ガス供給部５０と、高周波による基板バイアス電圧を発生させ、基台１２に内蔵された（図示しない）電極に対してこの高周波による基板バイアス電圧を印加するＲＦ電力印加部６０と、チャンバ１０内から排気管７２を通して排気しチャンバ内部の圧力を調整する調圧・排気部７０と、これら各部・各装置全体の動作を制御する全体制御部８０とを少なくとも備えて構成される。
【００４２】
チャンバ１０は、たとえばアルミニウム合金等により構成される。図１はチャンバ１０の（概念的）断面図である。チャンバ１０内部の略中央位置に、基板Ｗが載置される基台１２が配置される。基台１２には、図示しない温度調整部が配設され、かかる温度調整部により基板Ｗは好適な温度、たとえば室温〜略６００℃に加熱・保熱されることができる。
【００４３】
チャンバ１０のたとえば底部には、排気管７２が接続されている。排気管７２の他端は調圧・排気部７０に接続される。調圧・排気部７０はたとえば排気ポンプ等の排気機構（図示しない）を備えている。調圧・排気部７０等により、チャンバ内は減圧状態にされ、或いは、所定の圧力に設定される。
【００４４】
マイクロ波印加部２０は、マイクロ波によってプラズマを発生させるための機構である。プラズマ励起領域（図示しない）では比較的高エネルギーの電子（たとえばＡｒの場合は略２．０ｅＶ以下。）によって（後述する）励起用ガスのイオンが生成され、かかるイオンと原料ガスとがチャンバ１０内の拡散プラズマ領域もしくは基板Ｗ表面付近で衝突する結果、反応種、イオン種、ラジカル種、発光種等が生成され、これら活性種が基板Ｗ上に堆積することで膜が形成される。マイクロ波としては、たとえば２．４５ＧＨｚを上段シャワー上部から導入する。
【００４５】
アンテナ部３０は、ＲＬＳＡ（ラジアル・ライン・スロット・アンテナ）及び（図示しない）導波路を有している。ＲＬＳＡを用いることで基板全面において均一な高密度、低電子温度のプラズマを生成でき、基板に対して成膜のダメージを低減し、面内で均一に成膜することを可能にする。さらにＲＬＳＡを用いたマイクロ波導入の場合には、低電子温度が実現され、チャンバがスパッタされることが抑制されるので、チャンバ壁等から不純物、たとえば酸素や水分が発生してこれが膜中に取り込まれるということがなくなり、膜中の不純物濃度が低くなる。
【００４６】
プラズマ励起用ガス供給部４０は、プラズマ励起用ガス、たとえばＡｒ／Ｈ２、Ｈ２、Ａｒ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒなど、を供給する機構である。このプラズマ励起用ガス供給部４０には、たとえば天板（図示しない）に設けたガス流路を流れ、天板の下面に多数分散させて配置した各ガス噴射穴から励起空間（図示しない）の略全面に向けてシャワー状態で拡散させて供給することができるように、多数のガス噴出孔が形成されている上段シャワープレート４２を有している。また同図では、ガス流路（図示しない）へは側面部側開口を通じてガスが供給されるようになっているが、このガス供給には上部の開口を介してガスが流通されるような構成としてもよい。この上段シャワープレート４２は好適には、石英やアルミナ等で形成できる。
【００４７】
原料ガス供給部５０は、プラズマ励起プロセスによって成膜させるための原料ガス、ＳｉｘＨｙ（たとえばＳｉＨ４、ＳｉＨ６）、ＳｉＣｌｘＨｙ（たとえばＳｉＣｌ２Ｈ２）、Ｓｉ（ＣＨ３）４、ＳｉＦ４等、を供給する機構である。この原料ガスの供給により、原料ガスが励起され活発化され、所望の基板Ｗの表面に成膜される。この原料ガス供給部５０は、拡散プラズマの領域に設置されている供給部であり、たとえばガス流路の途上に多数のガス噴出孔が形成されている下段シャワープレート５２が具備されている。この下段シャワープレート５２は、域内に均一にガスを供給できるようにすべく、たとえば、鉛直方向斜めに向けて噴出孔が穿設されていてもよい。また同図では、ガス流路（図示しない）へは両端部側からガスが供給され、このガス供給には上部の開口を介してガスが流通されるようになっている。この下段シャワープレート５２は好適には、金属や石英等で形成できる。温度制御するためには金属を用いるのが好適である。
【００４８】
ＲＦ電力印加部６０は、基台１２に内蔵された（図示しない）電極に対して高周波による基板バイアス電圧を印加する機構である。本発明では、プラズマ励起にはマイクロ波印加部２０によるマイクロ波を用い、ＲＦ電力印加部６０によって印加される高周波による基板バイアス電圧は自己バイアスを発生させるために用いる。高周波による基板バイアス電圧を印加してもプラズマは変動しない。この高周波は、自己バイアスを作れるような周波数であればよく、理論的には、たとえば１００ＭＨｚ程度が可能であり、好適には４０ＭＨｚ程度がよい。中でも、１３．５６ＭＨｚ以下とするのが最も好適である。後述の実施例では、４００ｋＨｚを採用した場合を例にとって説明している。
【００４９】
なお、このＲＦの値は、ガスの種類によって調節することが望まれる。励起ガスの種類としては、たとえば、Ａｒ／Ｈ２、Ｈ２、Ａｒ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒなどが可能であるが、これらに限定されるわけではない。また、原料ガスとしては、ＳｉｘＨｙ（たとえばＳｉＨ４、ＳｉＨ６）、ＳｉＣｌｘＨｙ（たとえばＳｉＣｌ２Ｈ２）、Ｓｉ（ＣＨ３）４、ＳｉＦ４等が可能であるが、これらに限定されるわけではない。
【００５０】
全体制御部８０は、上記各部・各装置全体の制御の他、マイクロ波印加部２０、プラズマ励起用ガス供給部４０、原料ガス供給部５０、ＲＦ電力印加部６０、調圧・排気部７０の各機構・装置の細かい制御及び動作タイミングの制御・管理等を、たとえば制御ソフトウェア或いは制御回路によって行う機能を有する部分であり、これはかかる機能を果たすソフトウェア、回路、ソフトウェアを搭載した記憶媒体等として実現される。
【００５１】
次に、このように構成される光電変換素子製造装置１００の動作を、この装置１００を用いて光電変換素子を製造するプロセスによって説明する。
【００５２】
まず、チャンバ１０の側壁に設けられている図示しないゲートバルブを介して成膜を所望する対象である基板Ｗが（図示しない）搬送アームによってチャンバ１０内の基台１２上の所望位置に載置される。この基板Ｗは、必要に応じてその表面が加工されていてもよい。
【００５３】
次に、チャンバ１０内が、全体制御部８０の制御を受けた調圧・排気部７０の働きによって、所定の処理圧力に維持された上で、プラズマ励起用ガス供給部４０によりプラズマ励起用ガスが上段シャワープレート４２を介して（全体制御部８０の制御を受けて）流量制御されつつチャンバ１０内のプラズマ励起領域に導入される。
【００５４】
次に、（全体制御部８０の制御を受けて）調圧・排気部７０がチャンバ１０内の圧力を調整する。このとき、チャンバ１０内は図示しない温度調整部により一定の所望温度になるように調整されている。
【００５５】
次に、原料ガス供給部５０により原料ガスが下段シャワープレート５２を介して（全体制御部８０の制御を受けて）流量制御されつつチャンバ１０内の拡散プラズマ領域に導入されると、全体制御部８０の制御を受けたマイクロ波印加部２０により、マイクロ波が図示しない矩形導波管や同軸導波管等を介してアンテナ部３０内に導入される。
【００５６】
マイクロ波が導入されたチャンバ１０内の（図示しない）プラズマ励起領域では、後述するように、プラズマ励起ガス（たとえばＨ２等）がプラズマ励起されてイオン化され、Ｈ＋、ｅ−、Ｈラジカル、Ｈ２ラジカルが生成される。この励起ガスイオンが、拡散プラズマ領域もしくは基板Ｗ表面で、原料ガス、ＳｉｘＨｙ（たとえばＳｉＨ４、ＳｉＨ６）、ＳｉＣｌｘＨｙ（たとえばＳｉＣｌ２Ｈ２）、Ｓｉ（ＣＨ３）４、ＳｉＦ４等に衝突することで原料ガスをラジカル化させてＳｉＨｘ（ｘ＝０〜４）が生成される。このラジカルが基板Ｗ上に不完全状態で付着し、付着後に完全状態となって堆積することで膜が成膜される。
【００５７】
このとき、アンテナ部３０内は図示しない温度調整部により最適温度に温度調整されており、熱膨張による変形等を受けないため、マイクロ波は全体として均一かつ最適密度で導入される。
【００５８】
なお、上記の原料ガス供給部５０による原料ガスの供給動作と、マイクロ波印加部２０によるマイクロ波導入動作は、順序を逆にしてもよい。
【００５９】
一方、基台１２内に配設される図示しない温度調整部により基板Ｗの温度が一定に調整されるのと好適なタイミングで、全体制御部８０によって駆動・制御されたＲＦ電力印加部６０により、基台１２に対して高周波による基板バイアス電圧が印加される。この高周波による基板バイアス電圧によってはプラズマは変動しない。このバイアス電圧はプラズマを変動させず、自己バイアスとしてのみ機能することから、基板Ｗ表面での照射イオンエネルギーを制御できる。
【００６０】
ＲＬＳＡ３０を介して発生されたプラズマによりプラズマ励起領域内では、低温度電子の電子ｅ−によって励起ガスＡｒ２（励起ガスとしてはこれに限定されず、たとえば、Ａｒ／Ｈ２、Ｈ２、Ａｒ２、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅ、Ｋｒ等でもよい）が励起され、低エネルギーＡｒ＋イオンが生成されている。拡散プラズマ領域もしくは基板Ｗ表面で、このＡｒイオンが原料ガス、ＳｉｘＨｙ（たとえばＳｉＨ４、ＳｉＨ６）、ＳｉＣｌｘＨｙ（たとえばＳｉＣｌ２Ｈ２）、Ｓｉ（ＣＨ３）４、ＳｉＦ４等と衝突して、ラジカルであるＳｉＨｘ（ｘ＝０〜４）が生成される。基台１２内に埋め込まれている電極にＲＦ（４００ｋＨｚ）の自己バイアス電圧が印加された状態で、上記生成されたラジカルが基板Ｗ上に不完全状態で付着した後、化学反応によって完全状態で堆積することで膜が形成される。
【００６１】
このとき、基台１２に自己バイアス電圧が印加された状態でラジカルが堆積されるため、これらの成膜においては、高成膜速度の実現・低不純物の混入といったマイクロ波プラズマによる効果を奏すると同時に、ＲＦ導入による照射イオンエネルギーの制御を通じて、低酸素濃度で欠陥密度の低い薄膜の太陽電池が実現されることになる。
【００６２】
こうして成膜処理が所与の時間だけ行われた後、基板Ｗは、図示しないゲートバルブからチャンバ１０の外へと搬出される。
【００６３】
後述するようなたとえばタンデム（積層）型太陽電池の場合には、上記のプロセスで１層を成膜したのち、２層、３層、・・・はたとえば、上記チャンバ１０（及び製造装置１００）と略同様の構成を備える第２チャンバ、第３チャンバ、・・・に移送して同様のプロセスを行うことで、積層型光電変換素子が得られるようにしてもよいし、或いは同一チャンバ内で排気を繰り返して積層させるようにしてもよい。
【００６４】
こうして成膜された基板Ｗは、チャンバ１０内のマイクロ波密度が均一であることから均一に形成された膜厚を持ち、チャンバ内の温度が一定に調整されることから成膜品質が一定に保たれるのに加えて、高成膜速度の実現・低不純物の混入といったマイクロ波プラズマによる効果を奏すると同時に、基板に対して高周波による基板バイアス電圧が印加されるから、ＲＦ導入による照射イオンエネルギーの制御を通じて、高精度、高品質での成膜が実現される。光電変換素子としては、低酸素濃度で欠陥密度の低い薄膜の太陽電池が実現されることになる。このため、太陽電池として、暗導電率（リーク電流）が低下し、光導電率が増大し、変換効率が増大する。
【００６５】
図２乃至４は、同じように、本願発明者が上記の技術的思想の効果を実験によって確かめるべく、一定の条件を設定した下で得られた高周波（ＲＦ）による基板バイアス電圧による膜質改善の効果をグラフとして表したものである。特に、図２はＲＦセルフバイアス投入電力と欠陥密度との関係を示した図であり、図３は、ＳＩＭＳ（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ：二次イオン質量分析計）によって計測された、シリコン薄膜深さと同薄膜中の酸素濃度との関係を、バイアスをかけた場合とかけない場合とで分別して示した図である。なお同図において、シリコン濃度は５Ｅ２２（ａｔｏｍ／ｃｍ３）としている。また、図２に示されるように、ＲＦ印加により、膜中の欠陥密度が低下することが確かめられた。さらに、図３に示されるように、基台へのＲＦ印加したマイクロ波プラズマにより、低酸素濃度のシリコン（Ｓｉ）膜が成膜されることが確かめられた。またさらに、図４に示されるように、バイアス以外は同一条件下で行ったところ、膜質改善の様子が、０Ｗ、１００Ｗ、１５０Ｗ、２００Ｗのそれぞれについて視覚的に確かめられた。
【００６６】
つまり、上述した本実施形態によれば、マイクロ波導入により、高密度のプラズマが実現される。この高密度のプラズマにより高成膜速度が実現される。一方、ＲＬＳＡを用いた場合には、ＲＬＳＡによって低電子温度のプラズマが生成されチャンバがスパッタされることが抑制されるので、チャンバ壁等から不純物が発生することがなくなり、膜中の不純物濃度が低くなる。こうしたマイクロ波プラズマによる効果を奏する上に、更に高周波（ＲＦ）による基板バイアス電圧を基板に対して印加することで、照射エネルギーが制御されるから、膜が緻密化する。膜が緻密化することで、たとえば評価の際に外部に出しても酸素の混入が最大限阻止される結果、低酸素濃度が実現されることになる。
【００６７】
次に、かかる製造装置及び製造方法によって製造される光電変換素子の構造について説明する。
【００６８】
図５は、上記の製造装置及び製造方法によって製造される光電変換素子のうち、６層の場合の光電変換素子２００の断面的構成を示した図である。なお同図においては、寸法は説明のために一部を強調して表す場合もあり、必ずしも正確な寸法を反映していない場合もある。
【００６９】
同図に示されるように、光電変換素子２００の製造においては、基板Ｗとしてたとえば透明電極を用いる。この透明電極は、たとえば小さなピラミッド型の凹凸がその表面に加工形成されている。ただしここで示す例は一例にすぎず、電極は必ずしも透明電極でなくともよく、また電極の表面は必ずしも小さなピラミッド型の凹凸が加工形成されていなくてもよい。上記説明したプロセスによる結果、光電変換素子２００は、透明電極（ＴＣＯ）２１０の上に、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）のｐ層２２１、ｉ層２２３、ｎ層２２５が形成され（第１ｐｉｎ接合）、かかる第１ｐｉｎ接合の上に、微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）のｐ層２３１、ｉ層２３３、ｎ層２３５が形成され（第２ｐｉｎ接合）、その上に金属（たとえばアルミニウム）２９０が積層されて構成される。
【００７０】
このように微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合―微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合のタンデム６層構造とすることにより、それぞれの波長帯域に適した受光性能を発揮することができる。ここでは好適には、第１ｐｉｎ接合に微結晶シリコンを採用し、第２ｐｉｎ接合に微結晶ゲルマニウムを採用する。この構成により、微結晶シリコン及び微結晶ゲルマニウムからｐｉｎ構造がそれぞれに適した波長帯域の太陽光スペクトルを効率良く吸収することが可能となる。なお、この第１ｐｉｎ接合及び第２ｐｉｎ接合の構成を入れ替えてもよい。
【００７１】
図６は、この６層の微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合―微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合のうち、第１ｐｉｎ接合に微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を採用し、第２ｐｉｎ接合に微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）を採用した場合のシミュレーション結果としての光吸収特性を表したグラフである。ｐｉｎ接合の寸法としては、この例では、微結晶シリコンのｐ層２２１を５０ｎｍ、ｉ層２２３を４．５μｍ、ｎ層２２５を５０ｎｍ、微結晶ゲルマニウムのｐ層２３１を５０ｎｍ、ｉ層２３３を０．５μｍ、ｎ層２３５を５０ｎｍとしている。このとき、たとえば、光吸収特性はＶｏｃ
＝ １．０Ｖ、Ｉｓｃ ＝ ２５．８ｍＡ／ｃｍ２、Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＝ ２０．８％としているが、良好な改善が得られることが期待される。
【００７２】
図７は、上記の製造装置及び製造方法によって製造される光電変換素子のうち、９層の場合の光電変換素子３００の断面的構成を示した図である。
【００７３】
同図に示されるように、光電変換素子３００の製造においては、基板Ｗとしてたとえば透明電極を用いる。この透明電極は、たとえば小さなピラミッド型の凹凸がその表面に加工形成されている。ただしここで示す例は一例にすぎず、電極は必ずしも透明電極でなくともよく、また電極の表面は必ずしも小さなピラミッド型の凹凸が加工形成されていなくてもよい。上記説明したプロセスによる結果、光電変換素子３００は、透明電極（ＴＣＯ）３１０の上に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）のｐ層３２１、ｉ層３２３、ｎ層３２５が形成され（第１ｐｉｎ接合）、かかる第１ｐｉｎ接合の上に、微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）のｐ層３３１、ｉ層３３３、ｎ層３３５が形成され（第２ｐｉｎ接合）、かかる第２ｐｉｎ接合の上に、微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）のｐ層３４１、ｉ層３４３、ｎ層３４５が形成され（第３ｐｉｎ接合）、その上に金属（たとえばアルミニウム）３９０が積層されて構成される。なお、この第１ｐｉｎ接合、第２ｐｉｎ接合、第３ｐｉｎ接合の構成を３→２→１の順序に入れ替えてもよい。
【００７４】
このようにアモルファスｐｉｎ接合―微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合―微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合のタンデム９層構造とすることにより、それぞれの波長帯域に適した受光性能を発揮することができる。ここでは好適には、第１ｐｉｎ接合にアモルファスシリコンを採用し、第２ｐｉｎ接合に微結晶シリコンゲルマニウムを採用し、第３ｐｉｎ接合に微結晶ゲルマニウムを採用する。この構成により、アモルファスシリコン、微結晶シリコンゲルマニウム及び微結晶ゲルマニウムからｐｉｎ構造がそれぞれに適した波長帯域の太陽光スペクトルを効率良く吸収することが可能となる。
【００７５】
図８は、この９層のアモルファスｐｉｎ接合―微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合―微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合のうち、第１ｐｉｎ接合にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を採用し、第２ｐｉｎ接合に微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）を採用し、第３ｐｉｎ接合に微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）を採用した場合のシミュレーション結果としての光吸収特性を表したグラフである。ｐｉｎ接合の寸法としては、この例では、アモルファスシリコンのｐ層３２１を５０ｎｍ、ｉ層３２３を１．０μｍ、ｎ層３２５を５０ｎｍ、微結晶シリコンゲルマニウムのｐ層３３１を５０ｎｍ、ｉ層３３３を３．５μｍ、ｎ層３３５を５０ｎｍ、微結晶ゲルマニウムのｐ層３４１を５０ｎｍ、ｉ層３４３を０．５μｍ、ｎ層３４５を５０ｎｍとしている。このとき、たとえば、光吸収特性はＶｏｃ
＝ １．７５Ｖ、Ｉｓｃ ＝ ２１７．２ｍＡ／ｃｍ２、Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ＝ ２４．３％としているが、良好な改善が得られることが期待できる。なお、この第１ｐｉｎ接合、第２ｐｉｎ接合、第３ｐｉｎ接合の構成を第３ｐｉｎ接合、第２ｐｉｎ接合、第１ｐｉｎ接合という順序に入れ替えてもよい。
【００７６】
特にアモルファスシリコンを導入するタンデム構造の場合、構造柔軟性により禁制帯幅の異なる材料間の接合の形成容易性等といった利点も享受できるのはいうまでもない。
【００７７】
なお、化合物として上記ではμｃ−ＳｉＧｅを採用した場合を例にとって説明したが、μｃ−ＳｉＣを採用してもよい。
【００７８】
ＲＬＳＡを用いたマイクロ波導入の場合には、低電子温度が実現され、チャンバがスパッタされることが抑制されるので、チャンバ壁等から不純物、たとえば酸素や水分が発生してこれが膜中に取り込まれるということがなくなり、膜中の不純物濃度が低くなる。ただし、ＲＬＳＡを使わない場合であっても、同種の効果が得られる場合もある。
【００７９】
以上詳細に説明したように、本願の製造装置及び製造方法、並びにこれらによって製造される光電変換素子によれば、マイクロ波プラズマを導入しつつ、基板に対して高周波による基板バイアス電圧が印加されることから、高成膜速度の実現・低不純物の混入といったマイクロ波プラズマによる効果を奏すると同時に、低酸素濃度で欠陥密度の低い薄膜の太陽電池が実現されることになる。よって、暗導電率（リーク電流）の低下、光導電率の増大、変換効率の向上が期待できる。
【００８０】
さらに、太陽電池において、１層目を微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合、２層目を微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合とすることで、入射光の有効利用、光吸収特性の向上が一層促進される太陽電池が実現される。これにより、単層であっても、生成された膜中の欠陥密度が低減され、酸素濃度が低下されることで、暗導電率（リーク電流）の低減と光導電率の向上とがもたらされるので、変換効率が増大された太陽電池が実現される。
【００８１】
これをさらにタンデム型太陽電池として構成した場合には、１層目を非晶質ｐｉｎ接合、２層目を微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合、３層目を微結晶もしくは多結晶ｐｉｎ接合とすることで、欠陥密度が低減され酸素濃度が低下されて変換効率が増大した高品質膜を積層するので、これらの効果を積層的に発揮した上、太陽光を余すところなく無駄なく利用することができ、入射光の有効利用、光吸収特性の向上がさらに一層促進される太陽電池が実現される。
【００８２】
尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施することが可能である。
【００８３】
たとえば、上記では高周波による基板バイアス電圧について説明したが、必ずしも高周波でなくともよく、要は、基板に対する適切なバイアス電圧が印加できるものであればよい。
【００８４】
また、たとえば、上記では、マイクロ波は、ＲＬＳＡ（Ｒａｄｉａｌ  Ｌｉｎｅ  Ｓｌｏｔ  Ａｎｔｅｎｎａ）を使って発生させたものを例にとって説明したが、これに限定される趣旨ではなく、他のソースによってマイクロ波を発生させたものであってもよい。
【００８５】
また、上述したものは本願に係る技術思想を具現化するための実施形態の一例を示したにすぎないものであり、他の実施形態でも本願に係る技術思想を適用することが可能である。
【００８６】
さらにまた、本願発明を用いて生産される装置、方法、システムが、その２次的生産品に登載されて商品化された場合であっても、本願発明の価値は何ら減ずるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８７】
本発明によれば、ＲＦ印加部により導入される基板バイアス電圧は自己バイアスとしてのみ機能するようにガス種等により適応するバイアスパワーが選択されることにより、基板表面での照射イオンエネルギーを制御できる。この効果は、生成された膜中の欠陥密度を低減し、酸素濃度を低下させ、暗導電率（リーク電流）の低減と光導電率の向上とをもたらし、太陽電池の変換効率を増大させる。したがって、これらの利点は、半導体産業、半導体製造産業にとどまらず、情報産業、電気器具産業等を初めとする、半導体を用いた二次的製品を製造・使用するあらゆる産業、或いは完成品である太陽電池を利用する可能性のある住宅産業、宇宙産業、建設産業等にとって、非常な有益性をもたらすものである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の好適な一実施形態に係る光電変換素子製造装置の全体の概略構成を示した構成概念図である。
【図２】本願発明者が上記の技術的思想の効果を実験によって確かめるべく、一定の条件を設定した下で得られたＲＦバイアスによる膜質改善の効果をグラフとして表したものである。
【図３】本願発明者が上記の技術的思想の効果を実験によって確かめるべく、一定の条件を設定した下で得られたＲＦバイアスによる膜質改善の効果をグラフとして表したものである。
【図４】本願発明者が上記の技術的思想の効果を実験によって確かめるべく、一定の条件を設定した下で得られたＲＦバイアスによる膜質改善の効果をグラフとして表したものである。
【図５】本発明の一実施形態に係る、上記の製造装置及び製造方法によって製造される光電変換素子のうち、６層の場合の光電変換素子２００の断面的構成を示した図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る、この６層の微結晶金属ｐｉｎ接合―微結晶金属ｐｉｎ接合のうち、第１ｐｉｎ接合に微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）を採用し、第２ｐｉｎ接合に微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）を採用した場合のシミュレーション結果としての光吸収特性を表したグラフである。
【図７】本発明の一実施形態に係る、上記の製造装置及び製造方法によって製造される光電変換素子のうち、９層の場合の光電変換素子３００の断面的構成を示した図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る、この９層のアモルファス金属ｐｉｎ接合―微結晶金属化合物ｐｉｎ接合―微結晶金属ｐｉｎ接合のうち、第１ｐｉｎ接合にアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を採用し、第２ｐｉｎ接合に微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）を採用し、第３ｐｉｎ接合に微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）を採用した場合のシミュレーション結果としての光吸収特性を表したグラフである。
【符号の説明】
【００８９】
１０    チャンバ
１２    基台
２０    マイクロ波印加部
３０    アンテナ部
４０    プラズマ励起用ガス供給部
４２    上段シャワープレート
５０    原料ガス供給部
５２    下段シャワープレート
６０    ＲＦ電力印加部
７０    調圧・排気部
８０    全体制御部
１００  光電変換素子製造装置
２００    ６層光電変換素子
２１０、３１０    透明電極（ＴＣＯ）
２２１    微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）のｐ層
２２３    微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）のｉ層
２２５    微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）のｎ層
２３１、３４１    微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）のｐ層
２３３、３４３    微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）のｉ層
２３５、３４５    微結晶ゲルマニウム（μｃ−Ｇｅ）のｎ層
２９０、３９０    金属
３００    ９層光電変換素子
３２１    アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）のｐ層
３２３    アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）のｉ層
３２５    アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）のｎ層
３３１    微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）のｐ層
３３３    微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）のｉ層
３３５    微結晶シリコンゲルマニウム（μｃ−ＳｉＧｅ）のｎ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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