CN1739200B

CN1739200B - 光电转换元件、光电转换装置和硅化铁膜

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Publication number: CN1739200B
Application number: CN2004800023385A
Authority: CN
Inventors: 山田宽; 师冈久雄; 西和夫
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd; TDK Corp
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd; TDK Corp
Priority date: 2003-01-16
Filing date: 2004-01-16
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-01-16
Also published as: US20060049478A1; CN1739200A; JP2004265889A; US7352044B2; WO2004064166A1

Abstract

太阳电池(10)在硅基板等的基体(11)上顺序层积金属电极层(12)、pin结(100)和透明电极层(16)。另外，pin结(100)构成为依次层积n层(13)、i层(14)和p层(15)。并且，i层(14)由含有氢原子的非晶质的硅化铁(Fe_xSi_y:H)形成。在i层(14)中，通过使这里含有的氢原子的至少一部分来终结硅原子和/或铁原子的悬空键，而能够消除在非晶质的硅铁膜中产生的多种陷阱能级，由此，i层(14)发现了作为真半导体层的特性。

Description

光电转换元件、光电转换装置和硅化铁膜

技术领域

本发明涉及光电转换元件、光电转换装置以及硅化铁膜。

背景技术

在用于太阳电池(cell)等中的光电转换元件中，使用IV族半导体(结晶系、非晶系)、化合物半导体(III-V族、II-VI族、I-III-VI族、跃迁金属硅化物等)、有机半导体(色素、聚合物等)等材料。在这些元件材料中，化合物半导体具有光的吸收系数高以及适合于得到良好的光电转换效率的禁止带宽(带隙能量：Eg)的优点。

作为构成光电转换元件的各层的结合形态，已知有pn结、pin结和异质结合的各种结构。对于pin结来说，因为光电子和空穴的大部分都是在具有内部电场的层(空穴层)内产生，所以与pn结相比，可以增大产生电流，并可以省去在pn结中发生的因向pn边界的扩散而引起的载流子的移动。因此，近年来，pin结广泛应用于所谓的非晶型太阳电池中。

进一步，作为具有pin结的光电转换元件的i层(真正半导体层)，在跃迁金属硅化物中表示半导体特性的硅化铁显露头角。硅化铁是构成元素为铁和硅这样的环境负担低且资源寿命长的元素。另外，硅化铁还是与半导体装置中一般使用的硅基板的晶格不匹配较小、在宽的光学特性、电特性、磁特性和热电特性方面优秀的材料。

一般，由Fe_xSi_y表示的硅化铁主要通过其生长条件以及铁原子和硅原子的组成比(x∶y)而发现具有多种结晶相。在结晶性的硅化铁中具有半导体特性的是已知是β-FeSi₂，作为其形成方法提出了各种方法。这些方法中，作为可适用于光电转换元件等大面积元件的β-FeSi₂以及其形成方法，例如可以采用专利文献1～4中所记载的方法。

【专利文献1】特开平4-210463号公报

【专利文献2】特开平7-166323号公报

【专利文献3】特开2001-64099号公报

【专利文献4】特开2002-47569号公报

但是，从上述现有文献的记载中可以看出，为了形成具有半导体特性的β-FeSi₂，需要在实施其成膜工艺时或者在实施后，通过400～800℃左右的高温处理来充分生长β相结晶。但是，若在制造将β-FeSi₂用于i层的光电转换元件等时实施上述的高温处理，则存在向形成元件的基板的输入热量增大而产生形状变化的问题。若为了抑制该形状变化而使用高耐热性基板，则对于构成元件的i层之外的其他层(p层、n层、电极层、保护层、功能层等)的热预算量(thermal budget)增加，存在层(膜)的变质以及给特性乃至元件特性带来恶劣影响的问题，同时，增大了工艺上的制约。另外，因为使用高耐热性基板，所以材料成本变高。

而且，近年来，对于以太阳电池为基础的光电转换装置，期望进一步实现薄型并且轻量化，有代替硅基板等而将耐热性树脂薄膜等的薄型部件作为基体来采用的倾向，其开发正在发展。但是，该树脂薄膜在几百度的环境下难免会产生组成变形，将在上述形成过程中必须经过400℃以上的高温处理的β-FeSi₂用于i层的光电转换元件设置在这种树脂薄膜上是极其困难的。

另一方面，在缓和温度条件而通过400℃以下的热处理来尝试着形成β-FeSi₂的情况下，存在硅化合物结晶不能充分生长，实质上产生了由非晶质(非晶)或者微结晶构成的硅化铁的问题。根据本发明人的观点，在这种非晶质或者微结晶硅化铁中，存在多数含有结合缺陷的倾向，因为这些结合缺陷的形态而存在处于不同能量水平的多个陷阱能级。

即使在含有多个这些结合缺陷的i层上吸收光而形成了光电子、空穴对，在层内的载流子的移动过程中，也因为多个陷阱能级而妨碍了载流子输送。由此，在i层中没有发现所要求的半导体特性，从而不能作为光电转换元件而成立。

发明内容

因此，本发明是鉴于这些情况而作出，其目的在于提供一种能够通过低温处理(工艺)简单形成、并能够充分发现半导体特性的硅化铁膜、以及具有良好元件特性的光电转换元件和具有该元件的光电转换装置。

为了解决上述问题，本发明的光电转换元件的特征在于，包括第一pin结合部，其中，上述第一pin结合部具有：第一p层；第一n层，与上述第一p层相对设置；以及第一i层，设置在上述第一p层和上述第一n层之间，并且包含铁原子、与该铁原子结合的硅原子以及氢原子。

根据这种结构的光电转换元件，第一pin结合部的i层是通过铁原子和硅原子的结合结构、即硅化铁而构成的。因此，即使该硅化铁不具有结晶性，而具有现有的结合缺陷，也能够通过使i层进一步含有氢原子来充分抑制这种结合缺陷的产生。具体地说，认为结合缺陷主要是由硅原子和/或铁原子的未结合端(悬空键)而产生，推定将氢原子结合到这种未结合端，恰恰可以终结(termination)悬空键。本发明人形成由含有氢的硅化铁(Fe_xSi_y：H)构成的i层来评价I-V特性，明确了具有明显的带隙，从而确认了具有真半导体的作用。

另外，第一i层是氢原子的至少一部分与硅原子或者铁原子结合而形成的。另外，从终结硅原子或者铁原子的悬空键的观点来看，推定为使用包含氟原子的物质来代替氢原子也是起作用的。

根据本发明人的研究，对于发现充分的半导体特性最合适的氢含有量来说，根据情况，有比从另外评价的i层的膜中缺陷量假定的必要含氢量大的倾向，i层中含有的氢原子的大部分是否高选择性地结合到悬空键上的细微结构的细节不明确的方面还有很多。但是，在会潜在产生结合缺陷的膜质中发现半导体特性的主要原因推定为通过氢原子的终结作用而消除了由上述结合缺陷造成的陷阱能级。另外，可以通过ESR来测量评价i层中的膜中缺陷量。这时，膜中缺陷量的定量可以使用在对于预先定量了缺陷量的非晶硅膜的ESR测量中得到的检测线来评价。

硅原子和氢原子的结合以及铁原子和氢原子的结合中哪一个优先还不明确。但是，通过下面的理由(1)和(2)，推定硅原子和氢原子的结合比铁原子和氢原子的结合优先。理由(1)认定硅原子和氢原子的结合比铁原子和氢原子的结合大。理由(2)：推定为在结合缺陷中，认为通过形成具有网眼状的网的基本结构来施加的硅原子的悬空键为支配地位。但是，作用并不局限于此。

另外，第一i层最好主要是非晶质。这里，所谓“主要是非晶质”是指实质上不具有单结晶性和多结晶性，包含具有非晶质、微结晶性的物质，和混合了两者的物质。这样，若第一i层主要是非晶质，则在制造时，不需要实施具有结晶性(单结晶、多结晶)的现有的β-FeSi₂中所需要的400℃以上的高温处理(工艺)。

另外，第一i层的氢原子的占有比例最好为1～25原子％。通常，推定为非晶质硅化铁中含有的结合缺陷在原子换算中为1原子％以下，大致为0.1原子％以下。根据本发明人的观点，若i层中的氢原子的占有比例未达到1原子％，则很难充分消除在i层中产生的结合缺陷。另一方面，若该占有比例超过了25原子％，则有原子的光电转换效率显著降低的问题。

另外，最好上述第一pin结合部进一步具有第二i层，其设置在上述第一p层和上述第一n层之间，并且主要由作为非晶质的硅膜构成。在这种结构的光电转换元件中，可以说悬空键型元件，即第一pin结合部的真半导体层构成为由含有氢的硅化铁(Fe_xSi_y：H)构成的第一i层和由非晶硅和/或微结晶硅构成的第二i层的复合层构成。第二i层与第一i层相比高能量光子(短波长光子)的吸收系数高，所以作为元件整体的吸收波长区域扩大，可以增加输出电流。

另外，包括第二pin结合部，其具有第二p层；第二n层，与第二p层相对设置；第三i层，设置在第二p层和第二n层之间，并且由非晶质硅膜构成，其中，上述第二pin结合部与第一pin结合部串联配置是有用的。由此，构成串联配置了第一pin结合部和第二pin结合部的级联型的元件，并且在构成两者的各个第一i层和第三i层中如上所述，波长吸收特性不同，所以元件的输出电压增大。

本发明的光电转换装置包括：基体；第一电极层，设置在基体的一侧；第二电极层，与上述第一电极层相对设置；以及第一pin结合部，具有：第一n层，形成在上述第一电极层上；第一p层，相对于上述第一n层而形成在上述第二电极层的一侧上；以及第一i层，设置在该第一p层和该第一n层之间，且包含铁原子、与该铁原子结合的硅原子以及氢原子。另外，也可以在第一电极层的一侧设置第一p层，在第二电极层的一侧形成第一n层。

另外，本发明的硅化铁膜构成pin结合中的i层，其特征在于：包含铁原子、与铁原子结合的硅原子以及氢原子或者氟原子，并且主要为非晶质。

根据本发明的硅化铁膜、将其作为pin结合部的i层而使用的光电转换元件和具有该元件的光电转换装置，可以通过低温处理来简单制造，可以排除向构成基体和元件的各层的热的恶劣影响，同时可以发现好的半导体特性，由此，实现了高的转换效率，可以提高元件特性。

附图说明

图1是表示第一实施方式的太阳电池的截面结构的模式图。

图2是表示第二实施方式的太阳电池的截面结构的模式图。

图3是表示第三实施方式的太阳电池的截面结构的模式图。

图4是表示在实施例1中得到的硅化铁膜的透过率和反射率的分光频谱的曲线。

图5是表示在比较例中得到的硅化铁膜的透过率和反射率的分光频谱的曲线。

图6是表示对在实施例1中得到的硅化铁膜的光子能量hv的吸收系数α的变化的曲线。

图7是表示表示对在实施例1中得到的硅化铁膜的光子能量hv(αhv)²值的变化的曲线。

具体实施方式

下面，参照附图来详细说明本发明的实施方式。其中，对同一要素标注同一符号，并省略重复的说明。另外，上下左右等的位置关系是基于附图的位置关系。其中，本实施方式中，表示了将本发明适用于太阳电池的例子。当然，本实施方式的太阳电池包含本发明的实施方式的光电转换元件和硅化铁膜。

(第一实施方式)

图1是表示第一实施方式的太阳电池的截面结构的模式图。太阳电池10(光电转换装置)在基体11上依次层积有金属电极层12、pin结100(第一pin结合部、光电转换元件)以及透明电极层16。作为基体11，可以使用硅基板和由聚酰胺树脂或者聚亚酰胺树脂所构成的薄膜等。

虽然并不特别限制金属电极层12的材料，但是最好由具有规定的高导电性、且通过400℃左右的高温气氛难以受到损伤，而且与构成pin结100的各层(后述)的反应性极低的材料所构成。作为该材料，列举出Au、Pt、Pd、Ir、Ag等的贵金属、Au-Pd、Au-Pt、Ag-Pd、Ag-Pt等的贵金属合金、以Ag-Pd-Cu等的贵金属作为主要成份来添加贱金属元素的合金来作为最佳例子。另外，金属电极层12通常例如为0.1～1μm左右的厚度，可以使用溅射等的PVD法等公知方法来形成。

透明电极层16位于太阳电池10的受光面侧，由透明导电材料构成。作为该透明导电材料，例如可以使用In₂O₃、SnO₂、ITO或者ZnO-Al等的氧化物导电性材料。另外，透明电极层16通常例如为0.05～1μm左右的厚度，可以使用溅射等PVD法的公知方法来形成。

Pin结100在金属电极层12上依次层积n层13、i层14(硅化铁膜)和p层15而形成。作为n层13(n型半导体层)，例如举出n型硅层，作为n型硅层，通常如果是用于太阳电池用的pin结中，则并不特别限制，可以是包含结晶相的层，也可以是非晶质(非晶)层。在使用硅层的情况下，作为添加n型的不纯物(掺杂物)，列举出有V族元素(磷、砷、锑等)的原子。另外，n层13通常例如为10～500nm左右的厚度，可以使用等离子CVD法、热CVD法等CVD法的公知方法来形成。

i层14(i型半导体层)由含有氢原子的硅化铁(Fe_xSi_y：H)构成，主要是非晶质(如前所述，可以由微结晶相构成，也可包含微结晶相)材料，即实质上是不含有单结晶和多结晶成份的材料。另外，i层14的氢原子的占有比例最好是1～25原子％，更好是5～20原子％。i层14的厚度通常最好例如为0.1～10μm左右。

其中，i层14的“氢原子的占有比例”可以从通过升温脱离法(TDS：Thermal Desorption Spectroscopy)而测定的膜中脱气体的氢气(H₂：M/S＝2)量的值中求出。

作为形成这种i层14的方法，可以有以下示例表示的方法。首先，在适当的空腔内设置形成有金属电极层12和n层13的基体11，在减压气氛下将甲硅烷和乙硅烷等含有硅原子的气体和氢气(H₂)作为原料气体供给到空腔内。并且，向空腔内施加高频功率而形成原料气体的等离子，进一步向该等离子供给例如加热铁靶(target)而产生的铁蒸气。这时，将基体11加热到100℃以上且不足400℃，在n层13上堆积Fe_xSi_y：H，而得到i层14。

这样得到的i层14，确认为具有Eg(opt)

0.85eV的光学带隙，具有半导体特有的I-V特性，同时，具有从相当于其Eg的光波长(1500nm左右)向长波长一侧的光的透过特性。另外，由于上述Eg与β-FeSi₂的Eg大致相同，所以类推为i层14的铁原子和硅原子的组成比为x∶y1∶2左右的值。

但是，通过不断变化原料供给量的比、即上述含有硅元素的气体的供给量和铁蒸气的供给量，而求出i层14可发现半导体特性的原料组成比，确认了从其结果推出的i层14的铁原子和硅原子的组成比在x∶y1∶2的前后稍微变化(根据情况，为1∶1.7～1∶3.5左右)。因此，i层14是否具有与结晶性的β-FeSi₂相同的化学计量法的细节现在还不明确，但是也不能否定通过与现有的β-FeSi₂不同的机构而发现半导体特性。

作为p层15(p型半导体层)，例如举出有p型硅层。作为p型硅层，若是通常用于太阳电池的pin结，则不特别限定，可以是含有结晶相的层，也可以是非晶质(非晶)层。在使用硅层的情况下，作为添加的p型的不纯物(掺杂物)，举出有III族元件(硼、铝、钾等)的原子。另外，p层15通常例如为10～100nm左右的厚度，可以使用等离子CVD、热CVD法等CVD法的公知方法来形成。

根据具有这种结构的太阳电池10，i层14由包含氢原子的主要为非晶质的硅化铁(Fe_xSi_y：H)形成，发现了半导体特性，所以pin结100起到了良好的光电转换元件的作用。即，在通过透明电极层16入射到pin结100的光子中，具有比i层14的带隙能量Eg大的能量波长的光在i层14内进行光电转换后形成光电子、空穴对，作为电池能够得到高效的光电转换效率。

其将所含的氢原子的至少一部分结合到硅原子和/或铁原子的未结合端，换而言之，由氢原子来终结在非晶质的硅铁氧化物上产生的悬空键，来推定为消除了i层14中的结合缺陷。并且，防止了因这些结合缺陷而在i层14内出现多个陷阱能级，认为平滑进行了i层14内的载流子移动过程中的载流子输送。

另外，由于i层14主要由作为非晶质的Fe_xSi_y：H而形成，所以在其形成过程中，不需要在形成现有的结晶性β-FeSi₂时所需的400～800℃左右的高温处理。由此，可以显著降低向基体11输入的热量而抑制基体11的变质和变形。另外，由于输入热量的降低而减少了热预算量，所以可以排除对金属电极层12和n层13的热影响。

而且，作为基体11不需要使用比较昂贵的高耐热性的基体，从而能够降低太阳电池10的经济性。此外，由于能够使用低温处理(工艺)，所以作为基体11可以使用耐热性树脂薄膜，可以进一步实现太阳电池10的薄层化以及轻量化。而且，若i层14的氢原子的占有比例是1原子％以上，则可以充分促进悬空键的终结(在概念上，结合缺陷的“掩盖”)。另一方面，若i层14的氢原子的占有比例为20原子％以下，则可以充分抑制太阳电池10的光电转换效率。

(第二实施方式)

图2是表示第二实施方式的太阳电池的截面结构的模式图。太阳电池20(光电转换装置)除了代替pin结100而具有pin结200(第一pin结合部)之外，具有与图1所示的太阳电池10相同的结构。另外，pin结200除了代替i层14而具有复合化i层24之外，与太阳电池10的pin结100结构相同。

复合化i层24构成为：在p层13上形成的由非晶质Fe_xSi_y：H构成的i层241(第一i层、硅化铁膜)上层积有由非晶硅构成的i层242(第二i层)。即，太阳电池20是层积有多种不同i层的混合型的光电转换转置。i层241具有与上述i层14相同的结构，可以与i层14相同地形成。另外，i层242通常例如为100～500nm左右的厚度，可以使用等离子CVD法、热CVD法等CVD法的公知方法来形成。

根据这样构成的太阳电池20，由于i层241与i层242相比，低能量光子(长波长光子)的吸收系数高，所以入射到i层242的光子中比较短的波长的光子高效地进行光电转换，比较长的波长的光子透过i层242而入射到i层241。在i层241中，光电转换该比较长波长的光子来进行吸收。这样，由于可以扩大作为太阳电池20整体的吸收波长区域，所以在与太阳电池10相同的电压下可以得到更大的电流。另外，太阳电池20实现的其他作用效果与太阳电池10相同，为了避免重复说明，而省略这里的说明。

(第三实施方式)

图3是表示第三实施方式的太阳电池的截面结构的模式图。太阳电池30(光电转换装置)除了在pin结100和透明电极层16之间进一步具有pin结300(第二pin结合部)之外，具有与图1所示的太阳电池10相同的结构。pin结300在与n层13相同形成的n层33(第二n层)和、与p层15相同构成的p层35(第二p层)之间，与i层242相同地设置由非晶硅构成的i层34(第三i层)。

这样构成的太阳电池30是串联设置了pin结100、300的级联型的光电转换装置。通过透明电极层16入射到pin结300的i层34的光子中波长较短的光子高效地进行光电转换，波长较长的光子透过i层34后入射到pin结100的i层14。在i层14中，光电转换该波长较长的光子来吸收。由此，与太阳电池10相比具有能够增大输出电压的优点。另外，太阳电池30实现的其他作用效果与太阳电池10相同，为了避免重复说明，而省略这里的说明。

另外，本发明并不限于上述的各实施方式，可以在不脱离其精神的范围内进行各种变形。例如，可以相互替换pin结100、200、300的各p层和各n层。

也可相互替换金属电极层12和透明电极层16，但是最好将太阳电池20的i层242配置在相对光的入射方向在i层241的上游一侧。另外，太阳电池30的pin结300最好配置在相对光的入射方向在pin结100的上游一侧。

下面，通过实施例来更具体地说明本发明的内容，但是本发明并不限于这些实施例。

(实施例1)

作为基体将主面的面方位为(100)的Si晶片收容在空腔内的上部，以面朝下的方式固定在支撑台上，为了使空腔内的压力为1.33Pa，从空腔的上部(相对Si晶片的里侧的空腔上壁)进行减压排气。在维持了该压力的状态下，从空腔的下部将甲硅烷(SiH₄)气体以50sccm、将氢气(H₂)以50sccm的流量供给到空腔内，同时，向在空腔的周围设置的L耦合的铜线圈施加50W的高频功率，在空腔内形成了甲硅烷气体和氢气的混合气体的等离子。

另外，与等离子的形成同时，将在Si晶片的下方设置的铁钢锭通过电阻加热而加热至约1900℃后进行熔融，并将铁气化后而产生的铁蒸汽沿着空腔内的排气流供给到等离子内。进一步，向在支撑台上设置的加热器通电来加热Si晶片，使得基板温度为250℃。由此，在Si晶片上堆积有非晶质的Fe_xSi_y：H而使得形成厚度为300nm的本发明的硅化铁膜。从通过上述的TDS得到的氢气的脱离量求出在该硅化铁膜中含有的氢原子的占有比例为12.5原子％。

(比较例1)

作为基体将主面的面方位为(100)的Si晶片收纳在PVD空腔内并固定在支撑台上，为了使空腔内的压力为1.33Pa，对空腔内进行减压排气。另外，向在支撑台上设置的加热器通电来加热Si晶片，使得基板温度为250℃。进一步，在维持了其压力的状态下，将Ar气体以40sccm的流量供给到PVD空腔内，并施加100W的高频功率而产生Ar离子，而入射到相对Si晶片在空腔内设置的硅化铁靶中。由此，将硅化铁的溅射粒子堆积在Si晶片上而使其形成厚度为300nm的硅化铁膜。

(硅化铁膜的物理评价)

(1)使用日立制作公司制造的u-4000(产品名)来测量在实施例1和比较例1中得到的硅化铁膜的透过率和反射率。图4和图5分别是表示在实施例1和比较例1中得到的硅化铁膜的透过率和反射率的分光频谱的曲线。在这些图中，曲线L1、L3表示透过率分光频谱，曲线L2、L4表示反射率分光频谱的曲线。这些图中，曲线L1、L3表示透过率分光频谱，曲线L2、L4表示反射率分光频谱。从这些结果中确认了实施例1和比较例1的任何一个硅化铁膜都至少具有对900～2400nm的波长光的反射特性。另外，确认了实施例1的硅化铁膜对具有约1500nm以上的波长的光具有透过特性，与其相对，比较例1的硅化铁膜对图示的波长区域的光不具有透过特性。

(2)使用在上述(1)中得到的实施例1的硅化铁膜的透过率和反射率分光频谱，算出每个光子能量hv(h：氟兰克常数、v：振动数)的吸收系数α。图6是表示对于在实施例1中得到的硅化铁膜的光子能量hv的吸收系数α的变化的曲线。图中的曲线L5是平滑连接了绘图数据的标记线。另外，使用所得到的吸收系数α和光子能量hv来算出(αh v)²值。图7是表示对于在实施例1中得到的硅化铁膜的光子能量hv的(αh v)²值的变化的曲线。图中的直线L6是通过连接光子能量hv0.9～1.1eV的绘图数据(×标记)而外插的标记线。

从图7中判明了在实施例1中得到的硅化铁膜具有约0.85eV(图7中的直线L6的横轴切点)的光学带隙Eg(opt)的半导体光学特性。该Eg值与图4中的曲线L1所示的透过率分光频谱的倾向匹配。这样，通过使在基板温度250℃下成膜的实施例1的硅化铁膜具有半导体特性，可以理解能够在极低温的热处理状态下形成根据本发明的光电转换元件以及装置的pin结中的i层。

(实施例2)

首先，通过溅射法在主面的面方位为“100”的玻璃基板(基体11)上形成了由Ti构成的厚度为0.3μm的金属电极层12。接着，在其上通过等离子CVD法形成由n型硅构成的厚度为30nm的n层13，进一步在其上与实施例1相同地形成了由厚度为400nm的硅化铁膜所构成的i层14。接着，在其上通过等离子CVD法形成由p型硅构成的厚度为20nm的p层而构成了pin结100。而且，形成由ITO构成的厚度为80nm的透明电极层16，制造出与图1所示的太阳电池10具有相同结构的本发明的光电转换装置。

(实施例3)

在形成了i层14后，除了在i层14(相当于i层241)上通过等离子CVD法(成膜条件；SiH₄流量：20sccm、H₂流量：200sccm、空腔内压力：133Pa、高频功率60W、基板温度200℃)形成由厚度200nm的非晶硅构成的i层242，在该i层242上形成p层15而构成了pin结200之外，与实施例2相同地来制造与图2所示的混合型的太阳电池20具有相同结构的本发明的光电转换装置。

(实施例4)

在构成pin结100后，除了在p层15上形成与n层13相同的n层33，在其上形成与i层242相同的i层34，进一步在其上形成与p层15相同的p层35来构成pin结300之外，与实施例2相同地来制造与图3所示的级联型的太阳电池30具有相同结构的本发明的光电转换装置。

(比较例2)

除了代替i层14而与比较例1相同地形成了由厚度为400nm的硅化铁膜构成的i层之外，与实施例2相同地来制造光电转换装置。

(光电转换装置的物理评价)

在实施例2～4以及比较例2中得到的各光电转换装置(1cm×1cm的监视单元)中使用ワコム电创公司制造的太阳能仿真器(产品名：WXS-110-S)来测量在AM1.5、100mW/cm²的强度条件下照射光时的I-V特性。下面表示结果。

(1)实施例2的光电转换装置

得到了具有半导体特有的I-V特性(二极管特性)的曲线。

Jsc：13.4(mA/cm²)

Voc：0.45(V)

F.F：0.60(-)

转换效率：3.6(％)

(2)实施例3的光电转换装置

得到了表示半导体特有的I-V特性(二极管特性)的曲线。

Jsc：18.0(mA/cm²)

Voc：0.42(V)

F.F：0.56(-)

转换效率：4.2(％)

(3)实施例4的光电转换装置

得到了表示半导体特有的I-V特性(二极管特性)的曲线。

Jsc：16.2(mA/cm²)

Voc：1.27(V)

F.F.：0.50(-)

转换效率：10.3(％)

(4)比较例2的光电转换装置

不能得到表示半导体特有的I-V特性(二极管特性)的曲线。

即，在I-V平面中得到了大致由直线表示的I-V特性。由此，虽然Jsc、Voc、F.F.和转换效率的评价是不可能的，但是从I-V平面坐标的上述直线的切点值试着进行虚拟特性值的评价。下面，表示这些结果来作为参考值。

Jsc(参考值)：3.11(mA/cm²)

Voc(参考值)：0.15(V)

F.F.(参考值)：0.25(-)

转换效率(参考值)：0.11(％)

工业利用性

本发明的光电转换元件、光电转换装置和硅化铁膜可以用于太阳电池中。

Claims

1.一种光电转换元件，其特征在于：

包括第一pin结合部，

其中，所述第一pin结合部具有：

第一p层；

第一n层，与所述第一p层相对设置；以及

第一i层，设置在所述第一p层和所述第一n层之间、并且包含铁原子、与该铁原子结合的硅原子以及氢原子，

所述氢原子的至少一部分与所述铁原子相结合。

2.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：

所述第一i层是所述氢原子的至少一部分与所述硅原子结合而形成的。

3.根据权利要求1或者2所述的光电转换元件，其特征在于：

所述第一i层主要是非晶质。

4.根据权利要求1或者2所述的光电转换元件，其特征在于：

所述第一i层的所述氢原子的占有比例为，以原子比例计1～25％。

5.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：

所述第一pin结合部还具有设置在所述第一p层和所述第一n层之间、并且主要由作为非晶质的硅膜所构成的第二i层。

6.根据权利要求1所述的光电转换元件，其特征在于：

包括第二pin结合部，

其中，所述第二pin结合部具有：

第二p层；

第二n层，与所述第二p层相对设置；以及

第三i层，设置在所述第二p层和所述第二n层之间、并且由非晶质硅膜构成，

并且所述第二pin结合部与所述第一pin结合部串联配置。

7.一种光电转换装置，其特征在于，包括：

基体；

第一电极层，设置在所述基体的一侧；

第二电极层，与所述第一电极层相对设置；以及

第一pin结合部，具有：第一n层，形成在所述第一电极层上；第一p层，相对于所述第一n层而形成在所述第二电极层的一侧上；以及第一i层，设置在该第一p层和该第一n层之间，并且包含铁原子、与该铁原子结合的硅原子以及氢原子，

所述氢原子的至少一部分与所述铁原子相结合。

8.一种构成pin结中的i层的硅化铁膜，其特征在于：

包含铁原子、与该铁原子结合的硅原子以及氢原子，并且主要为非晶质，

所述氢原子的至少一部分与所述铁原子相结合。