JPH11204814A - シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリコン系薄膜光電変換装置の製造工程にお
いて最も長い堆積時間を要するｉ型光電変換層を形成し
た後に、基板を次の膜堆積チャンバ内に移送するときに
大気中で移動または待機させることを可能にして、光電
変換装置の性能を低下させることなく低コストで効率よ
く製造することを可能にする。 【解決手段】 シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法
は、１導電型半導体層１０４が堆積された後にその１導
電型半導体層が大気に露呈されることなくそれを覆うよ
うに引続いて光電変換層１０５を形成し、その後に光電
変換層１０５の表面が一旦大気に露呈された後にその表
面を気相エッチングし、その気相エッチングされた表面
が大気に露呈されることなく引続いて逆導電型半導体層
１０６が形成されることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置の
製造方法に関し、特に、シリコン系薄膜光電変換装置の
性能を低下させずにむしろ向上させつつその生産性を改
善し得る製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、たとえば多結晶シリコンや微結晶
シリコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を利用した
光電変換装置の開発が精力的に行なわれている。これら
の開発は、安価な基板上に低温プロセスで良質の結晶質
シリコン薄膜を形成することによって光電変換装置の低
コスト化と高性能化を両立させようという試みであり、
太陽電池だけでなくて光センサ等の様々な光電変換装置
への応用が期待されている。

【０００３】従来から、太陽電池の生産装置としては、
複数の膜堆積室（チャンバとも呼ばれる）を直線状に連
結したインライン方式、または中央に中間室を設けてそ
の周りに複数のチャンバを配置するマルチチャンバ方式
が採用されている。これは、従来の製造方法では太陽電
池の性能低下を防止するために１導電型層、光電変換層
および逆導電型層を一度も大気に晒すことなく真空プロ
セス中で連続的に形成する必要があるからである。

【０００４】たとえば、基板側からｎ層、ｉ層およびｐ
層が順次積層されるｎｉｐ型太陽電池の場合、インライ
ン方式ではｎ層を形成するためのｎ層堆積室、光電変換
層を形成するためのｉ層堆積室、およびｐ層を形成する
ためのｐ層堆積室が連続して連結された構造が用いられ
る。この場合に、ｎ層とｐ層はｉ層に比べて薄くて成膜
時間が格段に短いので、生産効率を上げるために通常は
複数のｉ層堆積室が連結されるのが一般的であり、ｎ層
およびｐ層の成膜時間が律速状態になるまではｉ層堆積
室の数が増えるほど生産性が向上する。しかし、このイ
ンライン方式では最もメンテナンスが必要とされるｉ層
堆積室を複数含んでいるので、１つのｉ層堆積室でもそ
のメンテナンスが必要となった場合にその生産ライン全
体が停止させられるという難点がある。

【０００５】他方、マルチチャンバ方式は、膜が堆積さ
れるべき基板が中間室を経由して各膜堆積チャンバに移
動させられる方式である。そして、それぞれのチャンバ
と中間室との間には気密を維持し得る可動仕切りが設け
られているので、ある１つのチャンバに不都合が生じた
場合でも他のチャンバは使用可能であり、生産が全体的
に停止させられるということはない。しかし、このマル
チチャンバ方式の生産装置は、中間室と各チャンバとの
間の気密性を維持しつつ基板を移動させる機構が複雑で
あって高価であり、また、中間室の周りに配置されるチ
ャンバの数が空間的に制限されるという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】以上のように、従来の
シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法においては、光
電変換装置の特性を低下させることなく低コストでかつ
効率よく生産することができない。これは、光電変換ユ
ニットに含まれる光電変換層と導電型層との界面を大気
に晒せばその光電変換装置の性能が低下するという問題
があるために、その光電変換ユニットに含まれるすべて
の半導体層を一度も大気に晒すことなく真空プロセス中
で連続的に形成することが必要とされているからであ
る。特に、光電変換層であるｉ層と導電型層であるｐ層
との界面が大気に晒された場合に、光電変換装置の性能
劣化が著しくなる。

【０００７】このような従来技術の課題に鑑み、本発明
は、光電変換層と導電型層との界面を大気に晒しても光
電変換装置の性能を低下させずにむしろ向上させつつ低
コストでかつ優れた生産性を発揮し得るシリコン系薄膜
光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明においては、基板
上に形成される少なくとも１つの光電変換ユニットを含
み、そのユニットはプラズマＣＶＤ法によって順次積層
される１導電型半導体層と、結晶質を含むシリコン系薄
膜光電変換層と、逆導電型半導体層とを含むシリコン系
薄膜光電変換装置の製造方法は、１導電型半導体層が形
成された後にその位置導電型半導体層が大気に露呈され
ることなくそれを覆うように引続いて光電変換層を形成
し、その光電変換層の表面が一旦大気に露呈された後に
その表面を気相エッチングし、その気相エッチングされ
た表面が大気に露呈されることなく引続いて逆導電型半
導体層が形成されることを特徴としている。

【０００９】すなわち、本発明者たちは、上述の従来技
術における課題を解決すべく検討を重ねた結果、すべて
の半導体層が低温においてプラズマＣＶＤ法で形成され
るシリコン系薄膜光電変換装置の場合に、光電変換層を
形成した後にその表面が大気に晒された場合でも、その
表面を適当な水素プラズマや不活性ガスのプラズマなど
を利用して気相エッチング処理した後に導電型層を積層
することによって光電変換装置の性能低下が防止され、
逆に適切なエッチング条件のもとでは光電変換装置の性
能を向上させ得ることをも見いだしたのである。

【００１０】これによって、光電変換層を形成した後に
導電型層を積層するときに基板を膜堆積チャンバ間で真
空雰囲気のもとで移送する必要がなくなり、低コストで
かつ効率のよい光電変換装置の製造が可能となる。すな
わち、１導電型層と長い堆積時間を必要とする光電変換
層までが積層された複数の基板を大気中で移送および待
機させることができ、それらの複数の基板を次に短い時
間で形成し得る逆導電型層のための膜堆積チャンバで迅
速に処理することができるようになる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の第１の実施の形
態として製造されるシリコン系薄膜光電変換装置を模式
的な斜視図で図解している。この装置の基板１０１とし
ては、ステンレス等の金属、ポリイミド等の低膨張率を
有する有機フィルム、または低融点の安価なガラス等が
用いられ得る。

【００１２】基板１０１上の電極１１０は、下記の薄膜
（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含み、たとえば真空蒸
着法やスパッタ法によって裏面電極堆積チャンバ内で形
成される。なお、図１において光１０９は上方から入射
されるように描かれているが、これは下方から入射され
るようにされてもよく、その場合には、電極１１０は金
属薄膜を含まない。 （Ａ） Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる金属薄膜。 （Ｂ） ＩＴＯ、ＳｎＯ₂ およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる透明導電性薄膜。

【００１３】裏面電極１１０が形成された基板１０１は
裏面電極堆積チャンバから取出されて１導電型半導体層
形成用の膜堆積チャンバ内に移され、光電変換ユニット
１１１に含まれる位置導電型半導体層１０４がプラズマ
ＣＶＤ法により堆積される。このときのチャンバ間にお
ける基板の移送は、大気中で行なわれても何ら問題は生
じない。１導電型半導体層１０４としては、たとえば導
電型決定不純物原子であるリンが０．０１原子％以上ド
ープされたｎ型微結晶シリコン系薄膜などが用いられ得
る。しかし、第１導電型層１０４に関するこれらの条件
は限定的なものではなく、微結晶シリコンカーバイドや
微結晶シリコンゲルマニウム等の合金材料の層を用いて
もよい。１導電型微結晶シリコン系薄膜１０４の厚さは
３〜１００ｎｍの範囲内に設定され、より好ましくは５
〜５０ｎｍの範囲内に設定される。

【００１４】１導電型層１０４が形成された後に、基板
１０１は真空雰囲気のもとで光電変換層堆積チャンバ内
へ移される。光電変換層堆積チャンバ内においては、好
ましくは光電変換層１０５が形成される前に極めて薄い
真性の非晶質シリコン系層１１６が形成される。ここで
の真性非晶質シリコン系層とは、４００℃以下の下地温
度のもとでプラズマＣＶＤ法によって形成されたもので
あって、導電型決定不純物原子の密度が１×１０¹⁸ｃｍ
^-3以下である実質的に真性半導体の非晶質シリコン系薄
膜を意味する。すなわち、非晶質薄膜１１６として、真
性非晶質シリコン膜のみならず、合金材料である非晶質
シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウム等の
真性半導体層を用いてもよい。

【００１５】非晶質シリコン系薄膜１１６の厚さは、
０．５〜５０ｎｍの範囲内にあることが好ましく、１〜
５ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。なお、ここ
でいう薄膜の厚さは所定のプラズマＣＶＤ条件下におけ
る堆積時間から計算して得られたものである。したがっ
て、非晶質シリコン系薄膜１１６は非常に薄い範囲では
その膜が完全に連続で均一な厚さを有するものではない
と考えられ、多くの島状部分や半島状部分を含む網状の
薄膜になっているとも考えられる。

【００１６】非晶質シリコン系薄膜１１６上には、光電
変換層１０５として、結晶質を含むシリコン系薄膜がプ
ラズマＣＶＤ法によって４００℃以下の下地温度のもと
で形成される。この光電変換層１０５としては、ノンド
ープのｉ型多結晶シリコン薄膜や体積結晶化分率８０％
以上のｉ型微結晶シリコン薄膜、あるいは微量の不純物
を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を十分に備え
ている結晶質シリコン系薄膜が使用され得る。また、光
電変換層１０５はこれらに限定されず、合金材料である
シリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等の膜を用
いてもよい。

【００１７】光電変換層１０５の膜厚は０．５〜２０μ
ｍの範囲内で、より好ましくは１〜１０μｍの範囲内に
設定され、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層とし
て必要かつ十分な厚さにされる。光電変換層１０５は４
００℃以下という低温で形成されるので、結晶粒界や粒
内における欠陥を終端または不活性化させる水素原子を
多く含み、その好ましい水素含有量は０．５〜３０原子
％の範囲内であり、より好ましくは１〜２０原子％の範
囲内にある。

【００１８】シリコン系薄膜光電変換層１０５に含まれ
る結晶粒の多くは下地層から上方に柱状に延びて成長し
ている。これらの多くの結晶粒は膜面に平行に（１１
０）の優先結晶配向面を有し、Ｘ線回折における（２２
０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比
が１／５以下であり、１／１０以下であることがより好
ましい。

【００１９】光電変換層１０５を形成する前に前述の非
晶質シリコン薄膜１１６を形成した場合、その非晶質薄
膜１１６を形成しない場合に比べて、光電変換層１０５
中における（１１０）面配向が顕著になり、結晶粒度も
大きくなる。すなわち、光電変換層１０５からのＸ線回
折において、（２２０）面反射ピークが高くかつその半
値幅が狭くなる。したがって、非晶質シリコン層１１６
を形成することにより、光電変換層１０５の結晶構造を
より好ましいものにすることができる。光電変換層１０
５が形成された後は、基板１０１は大気中に取出されて
もよく、光電変換層１０５の表面が大気に晒されてもよ
い。そして、基板１０１は逆導電型層堆積チャンバ内に
移される。

【００２０】逆導電型層堆積チャンバ内において、逆導
電型層１０６が堆積される前に、光電変換層１０５の表
面が気相エッチングされる。これは、光電変換層１０５
の表面が大気に晒されたことによってその表面に形成さ
れるシリコン系酸化膜に起因する光電変換装置の性能低
下を防止する意図のもとに行なわれる。光電変換層１０
５の表面に形成された酸化膜は、たとえば水素プラズマ
に晒されることによって還元またはエッチングされ、光
電変換層１０５のフレッシュな表面が復元される。ま
た、適当な条件でこの気相エッチングを行なえば、光電
変換層１０５の表面における結晶粒界がエッチングされ
て微細な表面凹凸を生じ、その表面凹凸によって光電変
換層内に光が閉じ込められる効果によって光電変換層内
で光吸収が増大することによる光電変換効率の向上が期
待され得る。気相エッチングの条件としては、たとえば
水素プラズマを用いる場合には、０．１〜１０Ｔｏｒｒ
の範囲内の圧力と、１〜３０ｍＷ／ｃｍ² の範囲内のＲ
Ｆパワーが用いられる。また、エッチングにおけるプラ
ズマ照射時間は１〜２０ｍｉｎの範囲内であり、好まし
くは３〜１０ｍｉｎの範囲内にある。なお、気相エッチ
ングとしては、スパッタエッチングのような他のエッチ
ング方法を用いてもよい。

【００２１】このような気相エッチングの後に、逆導電
型層１０６が形成される。この逆導電型層１０６として
は、たとえば導電型決定不純物原子であるボロンが０．
０１原子％以上ドープされたｐ型非晶質シリコン薄膜な
どが用いられ得る。しかし、逆導電型層１０６について
のこれらの条件は限定的なものではなく、不純物原子と
してはたとえばアルミニウム等でもよく、また非晶質シ
リコンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウム等の合
金材料の層を用いてもよい。逆導電型層１０６として非
晶質シリコン系薄膜が用いられる場合には、その厚さは
１〜５０ｎｍの範囲内にあり、２〜３０ｎｍの範囲内に
あることがより好ましい。なお、逆導電型層１０６は非
晶質薄膜に限られず、ｐ型微結晶シリコン系薄膜であっ
てもよく、また微結晶薄膜と非晶質薄膜の積層であって
もよい。

【００２２】光電変換ユニット１１１上には、ＩＴＯ、
ＳｎＯ₂ 、ＺｎＯ等から選択された少なくとも１以上の
層からなる透明導電性酸化膜１０７と、さらにこの上に
グリッド電極としてＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｔ等か
ら選択された少なくとも１以上の金属またはこれらの合
金の層を含む櫛型状の金属電極１０８とがスパッタ法ま
たは真空蒸着法によって形成され、これによって図１に
示されたような光電変換装置が完成する。なお、図１に
おいて光１０９は上方から入射されるように描かれてい
るが、これは下方から入射されるようにされてもよく、
その場合には金属電極１０８は櫛型状である必要はな
く、また、透明導電膜１０７を省略して逆導電型層１０
６を覆うように形成されてもよい。

【００２３】図３は、本発明の第２の実施の形態により
製造されるタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を模
式的な斜視図で図解している。図３のタンデム型光電変
換装置の製造においては、図１の場合と同様に、基板３
０１上の複数の層３０２〜３０６が図１の基板１０１上
の複数の層１０２〜１０６にそれぞれ対応して形成され
る。

【００２４】しかし、図３のタンデム型光電変換装置に
おいては、第１の光電変換ユニット３１１上に重ねて第
２の光電変換ユニット３１２がさらに形成される。第２
の光電変換ユニット３１２は、第１の光電変換ユニット
３１１上にプラズマＣＶＤ法で順次積層された第１導電
型の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜３１３、実質
的にｉ型の非晶質シリコン系薄膜光電変換層３１４、お
よび逆導電型の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜３
１５を含んでいる。この場合、第１導電型のシリコン系
薄膜３１３とｉ型非晶質シリコン系光電変換層３１４は
真空雰囲気中で連続して形成され、非晶質シリコン系光
電変換層３１４が形成された後に基板３０１が大気中に
取出されて逆導電型シリコン系薄膜３１５を堆積するた
めの膜堆積チャンバ内に移される。そして、その逆導電
型層堆積チャンバ内で非晶質シリコン系光電変換層３１
４の表面が水素プラズマ等によって気相エッチングされ
た後に、逆導電型の非晶質シリコン系薄膜３１５が形成
される。

【００２５】第２の光電変換ユニット３１２上には、透
明電極３０７および櫛型状金属電極３０８が図１中の対
応する要素１０７および１０８と同様に形成され、これ
によって図３のタンデム型光電変換装置が完成する。

【００２６】また、本発明のさらに他の実施の形態によ
る製造方法によって、結晶質光電変換層を含む光電変換
ユニットと非晶質光電変換層を含む光電変換ユニットと
の少なくとも一方のユニットを複数含む多段のタンデム
型光電変換装置を製造することも可能であることはいう
までもない。

【００２７】

【実施例】以下において、本発明のいくつかの実施例に
よるシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法が、比較例
としての光電変換装置の製造方法とともに説明される。

【００２８】（比較例１）図２に示されているような多
結晶シリコン薄膜太陽電池が、比較例１としての製造方
法により作成された。まず、ガラス基板２０１上に、裏
面電極２１０として、厚さ３００ｎｍのＡｇ膜２０２と
その上の厚さ１００ｎｍのＺｎＯ膜２０３のそれぞれが
スパッタ法にて形成された。裏面電極２１０上には、厚
さ１０ｎｍでリンドープされたｎ型微結晶シリコン層２
０４、厚さ３μｍでノンドープの多結晶シリコン光電変
換層２０５、および厚さ１０ｎｍでボロンドープされた
ｐ型微結晶シリコン層２０６がそれぞれプラズマＣＶＤ
法により成膜され、ｎｉｐ型光電変換ユニット２１１が
形成された。ただし、これらの半導体層２０４，２０
５，２０６は、いずれもが大気に晒されることなく基板
２０１を膜堆積チャンバ間で移動させることによって形
成された。そして、光電変換ユニット２１１上には、前
面電極２０７として、厚さ８０ｎｍの透明導電性ＩＴＯ
膜がスパッタ法にて堆積され、その上に電流取出しのた
めの櫛型Ａｇ電極２０８が真空蒸着法によって形成され
た。

【００２９】ｎ型微結晶シリコン層２０４は、ＲＦプラ
ズマＣＶＤ法により、以下に示す条件にて堆積された。
すなわち、反応ガスの流量としてはシランが５ｓｃｃ
ｍ、水素が２００ｓｃｃｍ、そしてホスフィンが０．０
５ｓｃｃｍであり、反応室内圧力は１Ｔｏｒｒに設定さ
れた。また、ＲＦパワー密度は３０ｍＷ／ｃｍ² であ
り、成膜温度は２００℃であった。これと同一の成膜条
件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｎ型
微結晶シリコン膜の暗導電率は、１０Ｓ／ｃｍであっ
た。さらに、このｎ型微結晶シリコン層２０４上に形成
される多結晶シリコン光電変換層２０５は、成膜温度２
００℃のもとでＲＦプラズマＣＶＤ法により堆積され
た。多結晶シリコン光電変換層２０５において、２次イ
オン質量分析法から求めた水素含有量は５原子％であ
り、Ｘ線回折における（２２０）回折ピークに対する
（１１１）回折ピークの強度比は１／４であった。

【００３０】この比較例１において製造された太陽電池
の入射光２０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃ
ｍ² の光量で照射したときの出力特性においては、開放
端電圧が０．４７２Ｖ、短絡電流密度が２６．８ｍＡ／
ｃｍ² 、曲線因子が７４．５％、そして変換効率が９．
４％であった。

【００３１】（比較例２）比較例２の製造方法による太
陽電池として、比較例１の場合に類似して図２に示され
ているような太陽電池が作成された。すなわち、比較例
２の太陽電池の製造方法においては、ｎ型微結晶シリコ
ン層２０４、ノンドープの多結晶シリコン光電変換層２
０５、およびｐ型微結晶シリコン層２０６の各半導体層
を形成する際に、基板２０１が膜堆積チャンバ間で大気
中を通して移動させられたことだけが比較例１の製造方
法と異なっている。

【００３２】このような比較例２の製造方法により得ら
れた太陽電池に入射光２０９としてＡＭ１．５の光を１
００ｍＷ／ｃｍ² の光量で照射したときの出力特性にお
いては、開放端電圧が０．４８４Ｖ、短絡電流密度が２
６．０ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因子が６５．０％、そして変
換効率が８．２％であった。

【００３３】（実施例１）図１の第１の実施の形態に対
応する製造方法によって、実施例１としての多結晶シリ
コン薄膜太陽電池が作成された。この実施例１において
も、比較例１の場合と同様に、ガラス基板１０１上にＡ
ｇ膜１０２とＺｎＯ膜１０３を含む裏面電極１１０およ
びｎ型微結晶シリコン層１０４が形成された後に、その
基板１０１は真空経路を介してｉ層堆積チャンバ内に移
された。その後、比較例１の場合と異なって、この実施
例１においては、ｎ型微結晶シリコン層１０４上に２．
７ｎｍの厚さを有する実質的にｉ型の非晶質シリコン薄
膜１１６が形成された。

【００３４】この実質的にｉ型の非晶質シリコン薄膜１
１６は、ＲＦプラズマＣＶＤ法により、以下に示す条件
にて堆積された。すなわち、反応ガスとしてシランが用
いられ、反応室内圧力は０．３Ｔｏｒｒに設定された。
また、ＲＦパワー密度は１５ｍＷ／ｃｍ² であり、成膜
温度は１５０℃であった。これと同一の成膜条件でガラ
ス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎｍのｉ型非晶質シ
リコン膜の暗導電率は５×１０^-10 Ｓ／ｃｍであった。

【００３５】このｉ型非晶質シリコンの下地層１１６上
に比較例１と同様のＣＶＤ条件のもとに堆積された多結
晶シリコン光電変換層１０５において、２次イオン質量
分析法から求められた水素含有量は比較例１の場合とほ
ぼ同様の５原子％であったが、Ｘ線回折における（２２
０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの強度比
は１／９に減少した。

【００３６】光電変換層１０５が形成された後に基板１
０１は大気中を通してｐ層堆積チャンバ内に移された。
そのｐ層堆積チャンバ内においては、まず光電変換層１
０５の表面が水素プラズマを用いて気相エッチングされ
た。この水素プラズマによる気相エッチングにおいて、
水素流量は５００ｓｃｃｍ、ＲＦパワーは３０ｍＷ／ｃ
ｍ² 、そしてプラズマ照射時間は１０分であった。その
後、比較例１の場合と同様の条件のもとで、ｐ型微結晶
シリコン層１０６、透明電極１０７および櫛型金属電極
１０８が形成された。

【００３７】このような実施例１の製造方法による太陽
電池に入射光１０９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ
／ｃｍ² の光量で照射したときの出力特性においては、
開放端電圧が０．５３０Ｖ、短絡電流密度が２７．５ｍ
Ａ／ｃｍ² 、曲線因子が７２．０％、そして変換効率が
１０．５％であった。

【００３８】（比較例３）比較例３としての製造方法に
よって、図４に示されているようなタンデム型太陽電池
が作成された。この比較例３の製造方法による太陽電池
においては、要素４０１〜４０６が比較例２の対応する
要素２０１〜２０６と同様に形成された。すなわち、半
導体層堆積チャンバ間において、基板４０１は大気中で
移送された。しかし、この比較例３においては、第１の
光電変換ユニット４１１上に、さらに非晶質シリコン光
電変換ユニット４１２が積層された。この第２の光電変
換ユニット４１２は、それぞれが非晶質であるｎ層４１
３、ｉ層４１４、およびｐ層４１５を含んでいる。これ
らの非晶質半導体層の形成の際における膜堆積チャンバ
間の基板４０１の移動も大気中で行なわれた。なお、非
晶質光電変換層４１４の厚さは、０．４μｍに設定され
た。

【００３９】その後、このような第２の光電変換ユニッ
ト４１２上に透明電極４０７および櫛型金属電極４０８
を比較例１の対応する要素２０７および２０８と同様に
形成することによって、図４に示されているような比較
例３によるタンデム型太陽電池が作成された。

【００４０】このような比較例３の製造方法による非晶
質／多結晶型のタンデム型太陽電池に対して入射光４０
９としてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ² の光量で
照射したときの出力特性においては、開放端電圧が１．
３３Ｖ、短絡電流密度が１３．０ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因
子が６４．７％、そして変換効率が１１．１％であっ
た。

【００４１】（実施例２）図３の第２の実施の形態に対
応して、実施例２の製造方法によるタンデム型太陽電池
が作成された。この実施例２においては、要素３０１〜
３０６が実施例１の対応する要素１０１〜１０６と同様
に形成された。しかし、この実施例２においては、第１
の光電変換ユニット３１１上に、さらに非晶質シリコン
光電変換ユニット３１２が積層された。この第２の光電
変換ユニット３１２は、それぞれが非晶質であるｎ層３
１３、ｉ層３１４、およびｐ層３１５を含んでいる。

【００４２】これらの非晶質半導体層のうち、ｎ層３１
３はその下地となるｐ型微結晶シリコン層３０６が大気
に晒されることなくその上に形成され、ｉ層３１４もｎ
層３１３が大気に晒されることなくその上に形成され
た。しかし、ｉ層３１４が形成された後に、基板３０１
はｐ層堆積チャンバ内へ大気中を通して移された。そし
て、ｉ層３１４の表面が実施例１における水素プラズマ
による気相エッチングされた後にｐ層３１５が形成され
た。

【００４３】その後、比較例３の場合と同様に、透明電
極３０７と櫛型金属電極３０８が形成された。

【００４４】このような実施例２による非晶質／多結晶
型のタンデム型太陽電池に対して入射光３０９としてＡ
Ｍ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ² の光量で照射したと
きの出力特性としては、開放端電圧が１．４０Ｖ、短絡
電流密度が１３．６ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因子が７３．７
％、そして変換効率が１４．０％であった。

【００４５】

【発明の効果】以上のように、導電型層に比べて長い堆
積時間を要する実質的にｉ型の光電変換層を形成した後
に基板を次の膜堆積チャンバへ移動させるときに大気中
で輸送または待機させることができるので、シリコン系
薄膜光電変換装置をその性能を低下させることなく低コ
ストで効率よく製造することができる。本発明によれば
また、気相エッチングによって光電変換層の表面に微細
な凹凸が形成され得るので、光電変換層内への光閉じ込
め効果の改善によって、その光電変換装置の性能改善に
も寄与することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置の製造方法を説明するための模式
的な斜視図である。

【図２】先行技術による比較例１および２としての結晶
質シリコン系薄膜光電変換装置の製造方法を説明するた
めの模式的な斜視図である。

【図３】本発明の第２の実施の形態による非晶質／結晶
質型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置の製造方
法を説明するための模式的な斜視図である。

【図４】先行技術による比較例３としての非晶質／結晶
質型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置の製造方
法を説明するための模式的な斜視図である。

【符号の説明】

１０１、２０１、３０１、４０１：ガラス等の基板 １０２、２０２、３０２、４０２：Ａｇ等の膜 １０３、２０３、３０３、４０３：ＺｎＯ、ＩＴＯ等の
膜 １０４、２０４、３０４、４０４：たとえばｎ型の１導
電型微結晶シリコン層 １０５、２０５、３０５、４０５：結晶質シリコン光電
変換層 １０６、２０６、３０６、４０６：たとえばｐ型の逆導
電型微結晶シリコン層 １０７、２０７、３０７、４０７：ＩＴＯ等の透明導電
膜 １０８、２０８、３０８、４０８：Ａｇ等の櫛型電極 １０９、２０９、３０９、４０９：照射光 １１０、２１０、３１０、４１０：電極 １１１、２１１、３１１、４１１：結晶質シリコン光電
変換ユニット ３１２、４１２：非晶質シリコン光電変換ユニット ３１３、４１３：たとえばｎ型の第１導電型シリコン系
層 ３１４、４１４：ｉ型の非晶質シリコン光電変換層 ３１５、４１５：たとえばｐ型の逆導電型シリコン系層 １１６、３１６：ｉ型非晶質シリコン薄膜

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成される少なくとも１つの光
   電変換ユニットを含み、前記光電変換ユニットはプラズ
   マＣＶＤ法によって順次積層される１導電型半導体層
   と、結晶質を含むシリコン系薄膜光電変換層と、逆導電
   型半導体層とを含む光電変換装置の製造方法であって、 前記１導電型半導体層が形成された後にその１導電型半
   導体層が大気に露呈されることなくそれを覆うように引
   続いて前記光電変換層を形成し、 前記光電変換層の表面が一旦大気に露呈された後にその
   表面を気相エッチングし、 前記気相エッチングされた表面が大気に露呈されること
   なく引続いて前記逆導電型半導体層が形成されることを
   特徴とするシリコン系薄膜光電変換装置の製造方法。
2. 【請求項２】 前記１導電型半導体層と前記光電変換層
   との間に実質的にｉ型の非晶質シリコン系薄膜を付加的
   に形成することを特徴とする請求項１に記載の光電変換
   装置の製造方法。
3. 【請求項３】 前記光電変換層はその膜面に平行に（１
   １０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折における
   （２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの
   強度比が１／５以下であることを特徴とする請求項２に
   記載の光電変換装置の製造方法。
4. 【請求項４】 前記光電変換層は４００℃下の下地温度
   のもとで形成され、８０％以上の体積結晶化分率と、
   ０．１〜３０原子％の範囲内の水素含有量と、０．５〜
   ２０μｍの範囲内の厚さとを有していることを特徴とす
   る請求項１から３のいずれかの項に記載の光電変換装置
   の製造方法。
5. 【請求項５】 前記気相エッチングに用いられるガスが
   水素または不活性ガスを含むことを特徴とする請求項１
   から４のいずれかの項に記載の光電変換装置の製造方
   法。
6. 【請求項６】 前記気相エッチングのエッチングガスの
   活性化に用いられる電力は１〜３０ｍＷ／ｃｍ² の範囲
   内にあることを特徴とする請求項１から５のいずれかの
   項に記載の光電変換装置の製造方法。
7. 【請求項７】 前記少なくとも１つの光電変換ユニット
   に加えて、順次積層される１導電型半導体層と非晶質シ
   リコン系薄膜光電変換層と逆導電型半導体層とを含む少
   なくともさらにもう１つの光電変換ユニットを積層する
   ことを特徴とする請求項１から６のいずれかの項に記載
   の光電変換装置の製造方法。