JPH10229209A - 光起電力素子 - Google Patents
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 光の透過率が大きく、ビルトインポテンシャ
ルが大きく、界面準位の少ないドーピング層を用いた光
起電力素子を提供する。 【解決手段】 半導体接合を有する光起電力素子であっ
て、そのドーピング層の主構成成分であるＩＶ族元素の
密度が小さくなっている領域（即ち、ＩＶ族元素低密度
領域）が、当該ドーピング層の形成面内に散在すること
を特徴とする光起電力素子とする。また、主成分である
IV族元素の密度が小さくなっている低密度領域が離散的
に存在するドーピング層と、少なくとも一部が微結晶か
らなる実質的に真性の半導体層とを有することを特徴と
する光起電力素子とする。
ルが大きく、界面準位の少ないドーピング層を用いた光
起電力素子を提供する。 【解決手段】 半導体接合を有する光起電力素子であっ
て、そのドーピング層の主構成成分であるＩＶ族元素の
密度が小さくなっている領域（即ち、ＩＶ族元素低密度
領域）が、当該ドーピング層の形成面内に散在すること
を特徴とする光起電力素子とする。また、主成分である
IV族元素の密度が小さくなっている低密度領域が離散的
に存在するドーピング層と、少なくとも一部が微結晶か
らなる実質的に真性の半導体層とを有することを特徴と
する光起電力素子とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、特定のドーピング
層を有する光起電力素子に関する。詳細には、本発明
は、ｐｉｎ接合などの半導体接合を有し、そのドーピン
グ層が、該層の主構成成分であるＩＶ族元素の密度が小
さくなっているＩＶ族元素低密度領域を複数該層の形成
面内に散在した状態で有し、改善された光起電力素子特
性を発揮する光起電力素子に関する。
層を有する光起電力素子に関する。詳細には、本発明
は、ｐｉｎ接合などの半導体接合を有し、そのドーピン
グ層が、該層の主構成成分であるＩＶ族元素の密度が小
さくなっているＩＶ族元素低密度領域を複数該層の形成
面内に散在した状態で有し、改善された光起電力素子特
性を発揮する光起電力素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】太陽光などの光を電気エネルギーに変換
する光電変換素子として使用できる光起電力素子（太陽
電池）は、各種の民生用機器用の電力供給源として汎用
され、また、屋外での電力供給源としてもしばしば使用
されている。この他最近では、乗物用の電力供給源とし
てまた家屋用の電力供給源として使用されている。そし
て該光起電力素子は、環境汚染の生起問題が指摘されて
いる化石発電および原子力発電に代わる発電源として期
待され、それについての研究開発がさかんに行われてい
る。
する光電変換素子として使用できる光起電力素子（太陽
電池）は、各種の民生用機器用の電力供給源として汎用
され、また、屋外での電力供給源としてもしばしば使用
されている。この他最近では、乗物用の電力供給源とし
てまた家屋用の電力供給源として使用されている。そし
て該光起電力素子は、環境汚染の生起問題が指摘されて
いる化石発電および原子力発電に代わる発電源として期
待され、それについての研究開発がさかんに行われてい
る。
【０００３】こうした光起電力素子（太陽電池）として
は、代表的には、光起電力素子、多結晶光起電力素子、
非晶質（アモルファス）光起電力素子、銅インジウムセ
レナイド、化合物半導体光起電力素子などがある。これ
らの光起電力素子は、半導体のｐｎ接合の光起電力を利
用するものであり、その半導体が太陽光を吸収し電子と
正孔の光キャリヤーが生成し、該光キャリヤーをｐｎ接
合部の内部電界によりドリフトさせ、電力として外部に
取り出すものである。
は、代表的には、光起電力素子、多結晶光起電力素子、
非晶質（アモルファス）光起電力素子、銅インジウムセ
レナイド、化合物半導体光起電力素子などがある。これ
らの光起電力素子は、半導体のｐｎ接合の光起電力を利
用するものであり、その半導体が太陽光を吸収し電子と
正孔の光キャリヤーが生成し、該光キャリヤーをｐｎ接
合部の内部電界によりドリフトさせ、電力として外部に
取り出すものである。
【０００４】上述した光起電力素子の中、結晶（即ち、
単結晶）シリコン光起電力素子は、信頼性および光電変
換効率の観点では最も優れているが、下述するような各
種の問題がある。
単結晶）シリコン光起電力素子は、信頼性および光電変
換効率の観点では最も優れているが、下述するような各
種の問題がある。
【０００５】即ちまず、当該結晶シリコン光起電力素子
は、通常は半導体プロセスを介して製造される。すなわ
ち、ＣＺ法などの結晶成長法によりｐ型、あるいはｎ型
に価電子制御したシリコンの単結晶を作製し、該単結晶
をスライスして約３００μｍの厚みのシリコンウエハー
を作る。ついで前記ウエハーの導電型と反対の導電型と
なるように価電力制御剤を拡散などの適当な手段によ
り、異種の導電型の層を形成することでｐｎ接合を作
る。このように半導体プロセスを介して製造される結晶
シリコン光起電力素子は、不可避的に生産コストの高い
ものになってしまう。
は、通常は半導体プロセスを介して製造される。すなわ
ち、ＣＺ法などの結晶成長法によりｐ型、あるいはｎ型
に価電子制御したシリコンの単結晶を作製し、該単結晶
をスライスして約３００μｍの厚みのシリコンウエハー
を作る。ついで前記ウエハーの導電型と反対の導電型と
なるように価電力制御剤を拡散などの適当な手段によ
り、異種の導電型の層を形成することでｐｎ接合を作
る。このように半導体プロセスを介して製造される結晶
シリコン光起電力素子は、不可避的に生産コストの高い
ものになってしまう。
【０００６】この問題の他、以下に述べるような問題が
ある。
ある。
【０００７】すなわち、単結晶シリコンは間接遷移であ
るため光吸収係数が小さいので、単結晶シリコン光起電
力素子は、入射太陽光を吸収するために、少なくとも５
０ミクロンの厚さにしなければならなく、また、そのバ
ンドギャップが約１．１ｅＶであって光起電力素子とし
て好適な１．５ｅＶよりも狭いため、短波長成分を有効
に利用できない。なお、単結晶シリコンに代えて多結晶
シリコンを使用して多結晶シリコン光起電力素子とする
場合、その生産コストは結晶シリコン光起電力素子のそ
れよりは低くすることができるが、間接遷移の問題はこ
の場合にもあり、その厚みを減らすことはできない。ま
た、多結晶シリコンを使用する場合、粒界に係る問題お
よび他の問題がある。
るため光吸収係数が小さいので、単結晶シリコン光起電
力素子は、入射太陽光を吸収するために、少なくとも５
０ミクロンの厚さにしなければならなく、また、そのバ
ンドギャップが約１．１ｅＶであって光起電力素子とし
て好適な１．５ｅＶよりも狭いため、短波長成分を有効
に利用できない。なお、単結晶シリコンに代えて多結晶
シリコンを使用して多結晶シリコン光起電力素子とする
場合、その生産コストは結晶シリコン光起電力素子のそ
れよりは低くすることができるが、間接遷移の問題はこ
の場合にもあり、その厚みを減らすことはできない。ま
た、多結晶シリコンを使用する場合、粒界に係る問題お
よび他の問題がある。
【０００８】さらに、結晶シリコン光起電力素子の場
合、その製造には結晶質材料を使用することから、大面
積のウエハーを得ることは難しく、したがって該光起電
力素子を大面積のものにすることは困難である。したが
って、大電力を取り出そうとする場合、多数の結晶シリ
コン光起電力素子を、直列かもしくは並列に配線を介し
て接続して一体化することが必要である。また屋外で使
用する際に光起電力素子を様々な気象条件によりもたら
される損傷から保護するについて、高価な実装が必要で
ある。したがって、単位発電量に対する生産コストが既
存の発電方法に比べて割高になってしまうという問題が
ある。
合、その製造には結晶質材料を使用することから、大面
積のウエハーを得ることは難しく、したがって該光起電
力素子を大面積のものにすることは困難である。したが
って、大電力を取り出そうとする場合、多数の結晶シリ
コン光起電力素子を、直列かもしくは並列に配線を介し
て接続して一体化することが必要である。また屋外で使
用する際に光起電力素子を様々な気象条件によりもたら
される損傷から保護するについて、高価な実装が必要で
ある。したがって、単位発電量に対する生産コストが既
存の発電方法に比べて割高になってしまうという問題が
ある。
【０００９】以上述べたように、結晶シリコン光起電力
素子については、生産コストが高く大面積化が困難であ
るといった問題があるので、それを屋外設置の電力供給
源として使用するについては技術的問題および経済的問
題を克服しなければならない。こうしたことから、比較
的低生産コストで大面積化が可能であり、屋外設置の電
力供給源として好適に使用できる非晶質光起電力素子な
どの非単結晶光起電力素子が注目され、それらは実際に
屋外設置の電力供給源として使用され、それについて様
々な研究開発がなされている。
素子については、生産コストが高く大面積化が困難であ
るといった問題があるので、それを屋外設置の電力供給
源として使用するについては技術的問題および経済的問
題を克服しなければならない。こうしたことから、比較
的低生産コストで大面積化が可能であり、屋外設置の電
力供給源として好適に使用できる非晶質光起電力素子な
どの非単結晶光起電力素子が注目され、それらは実際に
屋外設置の電力供給源として使用され、それについて様
々な研究開発がなされている。
【００１０】そうした非単結晶光起電力素子としては、
例えば、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、非晶質シリコン
ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、非晶質炭化珪素（ａ−
ＳｉＣ）などのテトラヘドラル系のＩＶ族元素の非晶質
半導体を光起電力発生層として用いた非晶質（アモルフ
ァス）光起電力素子、ＣｄＳ，Ｃｕ２ＳなどのＩＩ−Ｖ
Ｉ族やＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族の化
合物半導体を光起電力発生層として用いた化合物半導体
光起電力素子が挙げられる。これらの中、非晶質半導体
を光起電力発生層として用いたいわゆる薄膜非晶質光起
電力素子は、単結晶光起電力素子に比較して大面積の膜
の形成が容易にできる、膜厚が薄くて済む、任意の基板
材料に堆積できるなどの多くの長所がある。しかしなが
ら、こうした非晶質光起電力素子は、上述したような利
点を有するものの、望ましい電力発生源として実用化す
るについてはその光電変換効率をさらに向上させると共
にその信頼性をいっそう高めることが検討課題になって
いる。
例えば、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、非晶質シリコン
ゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）、非晶質炭化珪素（ａ−
ＳｉＣ）などのテトラヘドラル系のＩＶ族元素の非晶質
半導体を光起電力発生層として用いた非晶質（アモルフ
ァス）光起電力素子、ＣｄＳ，Ｃｕ２ＳなどのＩＩ−Ｖ
Ｉ族やＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓなどのＩＩＩ−Ｖ族の化
合物半導体を光起電力発生層として用いた化合物半導体
光起電力素子が挙げられる。これらの中、非晶質半導体
を光起電力発生層として用いたいわゆる薄膜非晶質光起
電力素子は、単結晶光起電力素子に比較して大面積の膜
の形成が容易にできる、膜厚が薄くて済む、任意の基板
材料に堆積できるなどの多くの長所がある。しかしなが
ら、こうした非晶質光起電力素子は、上述したような利
点を有するものの、望ましい電力発生源として実用化す
るについてはその光電変換効率をさらに向上させると共
にその信頼性をいっそう高めることが検討課題になって
いる。
【００１１】非単結晶半導体を用いた光起電力素子の光
電変換効率の向上の手段としては、さまざまな方法が知
られている。例えばｐｉｎ型の半導体接合を用いた光起
電力素子の場合、その光電変換効率を向上させるについ
ては、当該光起電力素子を構成するｐ型半導体層、ｉ型
半導体層、ｎ型半導体層、透明電極、裏面電極それぞれ
の層の特性を向上させる方法が知られている。
電変換効率の向上の手段としては、さまざまな方法が知
られている。例えばｐｉｎ型の半導体接合を用いた光起
電力素子の場合、その光電変換効率を向上させるについ
ては、当該光起電力素子を構成するｐ型半導体層、ｉ型
半導体層、ｎ型半導体層、透明電極、裏面電極それぞれ
の層の特性を向上させる方法が知られている。
【００１２】また、米国特許第２，９４９，４９８号明
細書は、光起電力素子の光電変換効率を向上させる方法
として、単位素子構造の光起電力素子を複数積層するい
わゆるスタックセルを用いることを開示している。この
スタックセルにはｐｎ接合結晶半導体が用いられてい
る。このスタックセルを用いて光電変換効率を向上させ
る方法は、非晶質および結晶質光起電力素子のいずれに
も適用できるものである。この方法によれば、太陽光ス
ペクトルを、異なるバンドギャップの光起電力素子によ
り効率よく吸収させ、Ｖｏｃを増大させることにより発
電効率を向上させることができる。
細書は、光起電力素子の光電変換効率を向上させる方法
として、単位素子構造の光起電力素子を複数積層するい
わゆるスタックセルを用いることを開示している。この
スタックセルにはｐｎ接合結晶半導体が用いられてい
る。このスタックセルを用いて光電変換効率を向上させ
る方法は、非晶質および結晶質光起電力素子のいずれに
も適用できるものである。この方法によれば、太陽光ス
ペクトルを、異なるバンドギャップの光起電力素子によ
り効率よく吸収させ、Ｖｏｃを増大させることにより発
電効率を向上させることができる。
【００１３】こうしたスタックセルを用いる技術は、異
なるバンドギャップの素子を積層し太陽光線のスペクト
ルの各部分を効率よく吸収することにより光電変換効率
を向上させるものであり、積層する素子の光入射側に位
置するいわゆるトップ層のバンドギャップよりも該トッ
プ層の下に位置するいわゆるボトム層のバンドギャップ
が狭くなるように設計される。しかしながらこのスタッ
クセルを用いる技術の場合においても、単層セル（シン
グルセル）の場合と同じで、光電変換効率を向上させる
ためには、光起電力素子を構成するｐ型半導体層、ｉ型
半導体層、ｎ型半導体層、透明電極、裏面電極それぞれ
の層の特性を向上させる必要がある。
なるバンドギャップの素子を積層し太陽光線のスペクト
ルの各部分を効率よく吸収することにより光電変換効率
を向上させるものであり、積層する素子の光入射側に位
置するいわゆるトップ層のバンドギャップよりも該トッ
プ層の下に位置するいわゆるボトム層のバンドギャップ
が狭くなるように設計される。しかしながらこのスタッ
クセルを用いる技術の場合においても、単層セル（シン
グルセル）の場合と同じで、光電変換効率を向上させる
ためには、光起電力素子を構成するｐ型半導体層、ｉ型
半導体層、ｎ型半導体層、透明電極、裏面電極それぞれ
の層の特性を向上させる必要がある。
【００１４】例えば、ｉ型半導体層について、シングル
セル、スタックセルの用途に応じて所望のバンドギャッ
プを有する必要があり、ギャップ内準位（局在準位）を
できるだけ減少させ、光キャリアの走行性を向上させる
ことが重要である。
セル、スタックセルの用途に応じて所望のバンドギャッ
プを有する必要があり、ギャップ内準位（局在準位）を
できるだけ減少させ、光キャリアの走行性を向上させる
ことが重要である。
【００１５】光起電力素子の光電変換効率を向上させる
について、上述したようにｉ型半導体層の膜質の本質的
向上を図る方法以外に、他の提案がある。例えば、米国
特許第４，２５４，４２９号明細書および同第４，３７
７，７２３号明細書には、ｐ型半導体及び／またはｎ型
半導体とｉ型半導体との接合界面においてバンド幅の傾
斜をもたせるいわゆるバッファ層を用いる方法が開示さ
れている。当該方法における、該バッファ層の目的は、
非晶質シリコンのｐ型半導体またはｎ型半導体と非晶質
シリコンゲルマニウムのｉ型半導体との接合界面には、
格子定数の違いにより多数の準位が生成されるため、当
該接合界面に非晶質シリコンを用いることにより準位を
無くして接合をよくしキャリアの走行性を損なわないよ
うにしてＶｏｃを向上させることにある。
について、上述したようにｉ型半導体層の膜質の本質的
向上を図る方法以外に、他の提案がある。例えば、米国
特許第４，２５４，４２９号明細書および同第４，３７
７，７２３号明細書には、ｐ型半導体及び／またはｎ型
半導体とｉ型半導体との接合界面においてバンド幅の傾
斜をもたせるいわゆるバッファ層を用いる方法が開示さ
れている。当該方法における、該バッファ層の目的は、
非晶質シリコンのｐ型半導体またはｎ型半導体と非晶質
シリコンゲルマニウムのｉ型半導体との接合界面には、
格子定数の違いにより多数の準位が生成されるため、当
該接合界面に非晶質シリコンを用いることにより準位を
無くして接合をよくしキャリアの走行性を損なわないよ
うにしてＶｏｃを向上させることにある。
【００１６】他の方法として、例えばｉ型半導体層とし
て、非晶質シリコンゲルマニウムを用い、シリコンとゲ
ルマニウムの組成比を変化させることによりイントリン
ジック層中に組成の分布を設け特性を向上させるいわゆ
る傾斜層を設ける方法が知られている。例えば、米国特
許第４，８１６，０８２号明細書には、光入射側の価電
子制御された第１の半導体層に接する部分のｉ型半導体
層のバンドギャップを広くし、中央部に向かうに従い徐
々にバンドギャップを狭くし、さらに、価電子制御され
た第２の半導体層に向かうに従い徐々にバンドギャップ
を広くする方法が開示されている。該方法によれば、光
により発生したキャリアは、内部電界の働きにより、効
率よく分離でき光電変換効率が向上する。
て、非晶質シリコンゲルマニウムを用い、シリコンとゲ
ルマニウムの組成比を変化させることによりイントリン
ジック層中に組成の分布を設け特性を向上させるいわゆ
る傾斜層を設ける方法が知られている。例えば、米国特
許第４，８１６，０８２号明細書には、光入射側の価電
子制御された第１の半導体層に接する部分のｉ型半導体
層のバンドギャップを広くし、中央部に向かうに従い徐
々にバンドギャップを狭くし、さらに、価電子制御され
た第２の半導体層に向かうに従い徐々にバンドギャップ
を広くする方法が開示されている。該方法によれば、光
により発生したキャリアは、内部電界の働きにより、効
率よく分離でき光電変換効率が向上する。
【００１７】さらに、別の方法として、非晶質シリコン
や非晶質シリコンゲルマニウムをｉ型半導体層として用
いる場合、わずかにｎ型になっていることが多いため、
ｉ層にわずかにｐ型の価電子制御剤を混入させて、正孔
の走行性を向上させる方法が知られている。
や非晶質シリコンゲルマニウムをｉ型半導体層として用
いる場合、わずかにｎ型になっていることが多いため、
ｉ層にわずかにｐ型の価電子制御剤を混入させて、正孔
の走行性を向上させる方法が知られている。
【００１８】一方、微結晶シリコンをi型半導体層に用
いることにより、ほとんど光劣化の認めら れない光起
電力素子が最近発表された。(J.Meier et.al. 1994 IEE
E First World Conference on Photovoltaic Energy Co
nversion p409)この光起電力素子は、従来の非晶質系の
光起電力素子の製造プロセスと同じく、グロー放 電に
よるプラズマCVDを用いたものであり、従来の非晶質系
の光起電力素子と 同様に安価な製造プロセスで大面積
の光起電力素子を製造できる可能性がある。しかしなが
ら、 この光起電力素子の光電変換効率は、従来の非晶
質シリコンのシングルセルの値(約13%)に比べるとまだ
劣っている。このように、微結晶シリコンをi型半導体
層に用いた光起電力素子の重要な課題は光電変換効率の
向上である。
いることにより、ほとんど光劣化の認めら れない光起
電力素子が最近発表された。(J.Meier et.al. 1994 IEE
E First World Conference on Photovoltaic Energy Co
nversion p409)この光起電力素子は、従来の非晶質系の
光起電力素子の製造プロセスと同じく、グロー放 電に
よるプラズマCVDを用いたものであり、従来の非晶質系
の光起電力素子と 同様に安価な製造プロセスで大面積
の光起電力素子を製造できる可能性がある。しかしなが
ら、 この光起電力素子の光電変換効率は、従来の非晶
質シリコンのシングルセルの値(約13%)に比べるとまだ
劣っている。このように、微結晶シリコンをi型半導体
層に用いた光起電力素子の重要な課題は光電変換効率の
向上である。
【００１９】このように非晶質半導体或いは微結晶シリ
コンをi型半導体層に用いた光起電力素子の光電変換効
率を向上させるためには、光起電力素子を構成するｐ型
半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層、透明電極、裏
面電極それぞれの層の特性を向上させる必要がある。
コンをi型半導体層に用いた光起電力素子の光電変換効
率を向上させるためには、光起電力素子を構成するｐ型
半導体層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層、透明電極、裏
面電極それぞれの層の特性を向上させる必要がある。
【００２０】これらの各層のうち、ｐ型半導体層やｎ型
半導体層などのいわゆるドープ層については、まず、活
性化したアクセプターあるいはドナーの密度が高く、薄
膜の活性化エネルギーが小さいことが要求される。それ
によって、ｐｉｎ接合を形成したときの拡散電位(ビル
トインポテンシャル)が大きくなり、光起電力素子の開
放電圧(Voc)が大きくなって、光電変換効率が向上す
る。
半導体層などのいわゆるドープ層については、まず、活
性化したアクセプターあるいはドナーの密度が高く、薄
膜の活性化エネルギーが小さいことが要求される。それ
によって、ｐｉｎ接合を形成したときの拡散電位(ビル
トインポテンシャル)が大きくなり、光起電力素子の開
放電圧(Voc)が大きくなって、光電変換効率が向上す
る。
【００２１】次に、ドーピング層は基本的に光電流の発
生に寄与しないため、光電流を発生させるｉ型半導体層
への光入射を極力妨げないことが要求される。したがっ
て、ドーピング層については、光学的バンドギャップを
広くすることと、その膜厚を薄くすることが重要であ
る。
生に寄与しないため、光電流を発生させるｉ型半導体層
への光入射を極力妨げないことが要求される。したがっ
て、ドーピング層については、光学的バンドギャップを
広くすることと、その膜厚を薄くすることが重要であ
る。
【００２２】また、ドーピング層とｉ型半導体層で、ホ
モあるいはヘテロのｐｉｎ接合が形成され、接合界面に
おける界面準位が少ないことが要求される。
モあるいはヘテロのｐｉｎ接合が形成され、接合界面に
おける界面準位が少ないことが要求される。
【００２３】さらに、ドーピング層については、スタッ
クセルの場合には、上述の特性に加えて、以下のような
特性が要求される。すなわち、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ
接合を複数積層する場合、ｐ型半導体層とｎ型半導体層
が接する逆接合の部分が生じるが、この部分はトンネル
接合となってオーミック性を有し、シリーズ抵抗が低い
ことが要求される。
クセルの場合には、上述の特性に加えて、以下のような
特性が要求される。すなわち、ｐｎ接合あるいはｐｉｎ
接合を複数積層する場合、ｐ型半導体層とｎ型半導体層
が接する逆接合の部分が生じるが、この部分はトンネル
接合となってオーミック性を有し、シリーズ抵抗が低い
ことが要求される。
【００２４】以上のような、特性を備えたドーピング層
を達成するについて、その構成材料およびその形成方法
について提案されている。
を達成するについて、その構成材料およびその形成方法
について提案されている。
【００２５】例えば、ドーピング層の構成材料について
は、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＳｉＮ，ＳｉＯなどを使用し、非晶
質あるいは微結晶の形態のものにする提案がある。その
形成方法としては、ＲＦプラズマＣＶＤ、ＥＣＲプラズ
マＣＶＤ、光ＣＶＤなどによる提案がある。
は、Ｓｉ，ＳｉＣ，ＳｉＮ，ＳｉＯなどを使用し、非晶
質あるいは微結晶の形態のものにする提案がある。その
形成方法としては、ＲＦプラズマＣＶＤ、ＥＣＲプラズ
マＣＶＤ、光ＣＶＤなどによる提案がある。
【００２６】上記ドーピング層の構成材料の中では、光
入射方向に対してｉ型半導体層の裏側のドーピング層と
して、形成のし易さからアモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）が広く用いられ、ｉ型半導体層の光入射側のドーピ
ング層として、吸収係数の小さい観点から、アモルファ
ス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）が、また吸収係数の小さ
いことと活性化エネルギーが小さい観点から、微結晶シ
リコン（μｃ−Ｓｉ）が用いられている。
入射方向に対してｉ型半導体層の裏側のドーピング層と
して、形成のし易さからアモルファスシリコン（ａ−Ｓ
ｉ）が広く用いられ、ｉ型半導体層の光入射側のドーピ
ング層として、吸収係数の小さい観点から、アモルファ
ス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ）が、また吸収係数の小さ
いことと活性化エネルギーが小さい観点から、微結晶シ
リコン（μｃ−Ｓｉ）が用いられている。
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ドーピ
ング層の基本構成材料として、例えばアモルファス炭化
珪素（ａ−ＳｉＣ）を使用し、これに所定の元素を添加
することにより光学的バンドギャップを大きくした材料
でドーピング層を構成する場合、前記添加する元素とし
て光学的バンドギャップを拡大する、Ｈ，Ｃ，Ｎ，Ｏ、
あるいはハロゲン元素などの元素を使用し、その添加量
を増やすことによりドーピング層の吸収係数を減少さ
せ、光起電力素子の短絡電流（Ｊｓｃ）を増大させるこ
とができるが、何れの元素の添加量を増やした場合で
も、ドーピング層の活性化エネルギーは増大する傾向に
あり、光起電力素子のビルトインポテンシャルが低下し
て、開放電圧（Ｖｏｃ）が低下してしまう傾向がある。
また、ドーピング層の組成とｉ型半導体層の組成の相違
が大きくなるにつれて、ドーピング層とｉ型半導体層の
界面の界面準位が増大するという問題もしばしばある。
ング層の基本構成材料として、例えばアモルファス炭化
珪素（ａ−ＳｉＣ）を使用し、これに所定の元素を添加
することにより光学的バンドギャップを大きくした材料
でドーピング層を構成する場合、前記添加する元素とし
て光学的バンドギャップを拡大する、Ｈ，Ｃ，Ｎ，Ｏ、
あるいはハロゲン元素などの元素を使用し、その添加量
を増やすことによりドーピング層の吸収係数を減少さ
せ、光起電力素子の短絡電流（Ｊｓｃ）を増大させるこ
とができるが、何れの元素の添加量を増やした場合で
も、ドーピング層の活性化エネルギーは増大する傾向に
あり、光起電力素子のビルトインポテンシャルが低下し
て、開放電圧（Ｖｏｃ）が低下してしまう傾向がある。
また、ドーピング層の組成とｉ型半導体層の組成の相違
が大きくなるにつれて、ドーピング層とｉ型半導体層の
界面の界面準位が増大するという問題もしばしばある。
【００２８】また、ドーピング層において、価電子制御
剤（ドーパント）の濃度が高いほうが、ドーピング層の
活性化エネルギーが減少して、光起電力素子のビルトイ
ンポテンシャルが増大し、開放電圧（Ｖｏｃ）が増大す
るが、ドーピング層のドーパント濃度が高いと、ドーピ
ング層の光学的バンドギャップが減少し、ドーピング層
での光吸収が増大して、光起電力素子の短絡電流（Ｊｓ
ｃ）が減少する傾向がある。
剤（ドーパント）の濃度が高いほうが、ドーピング層の
活性化エネルギーが減少して、光起電力素子のビルトイ
ンポテンシャルが増大し、開放電圧（Ｖｏｃ）が増大す
るが、ドーピング層のドーパント濃度が高いと、ドーピ
ング層の光学的バンドギャップが減少し、ドーピング層
での光吸収が増大して、光起電力素子の短絡電流（Ｊｓ
ｃ）が減少する傾向がある。
【００２９】さらに、ドーピング層の構成材料の形態の
点では、一般に非晶質よりも微結晶の方が、吸収係数が
小さくて光学的バンドギャップが大きく、活性化エネル
ギーが小さいことから、ドーピング層として望ましいと
思われるが、以下のような問題がしばしばある。
点では、一般に非晶質よりも微結晶の方が、吸収係数が
小さくて光学的バンドギャップが大きく、活性化エネル
ギーが小さいことから、ドーピング層として望ましいと
思われるが、以下のような問題がしばしばある。
【００３０】すなわち、活性化したアクセプターあるい
はドナーの密度が高く、活性化エネルギーが小さい所望
の微結晶材料を形成することは難しい。すなわち、微結
晶Ｓｉ（μｃ−Ｓｉ）以外の材料では、開放電圧（Ｖｏ
ｃ）が大きく光電変換効率の高い光起電力素子の発表例
は少なく、実用化のめどはたっていない。また、微結晶
Ｓｉを用いた場合であっても、微結晶Ｓｉの形成条件
は、限定された範囲でしか好適な条件がみつからず、制
御が困難である。また、非晶質のｉ型半導体層の上に、
微結晶のドーピング層を形成する場合、当該微結晶のド
ーピング層形成条件がｉ型半導体層の形成条件と異なる
ため、微結晶のドーピング層形成時にｉ型半導体層にダ
メージを与えてしまうことがある。また、ｉ型半導体層
とドーピング層がヘテロ接合になる場合は、界面準位が
多くなることによって、ｐｉｎ接合を形成する場合には
当該ｐｉｎ接合に悪影響を及ぼすことがある。
はドナーの密度が高く、活性化エネルギーが小さい所望
の微結晶材料を形成することは難しい。すなわち、微結
晶Ｓｉ（μｃ−Ｓｉ）以外の材料では、開放電圧（Ｖｏ
ｃ）が大きく光電変換効率の高い光起電力素子の発表例
は少なく、実用化のめどはたっていない。また、微結晶
Ｓｉを用いた場合であっても、微結晶Ｓｉの形成条件
は、限定された範囲でしか好適な条件がみつからず、制
御が困難である。また、非晶質のｉ型半導体層の上に、
微結晶のドーピング層を形成する場合、当該微結晶のド
ーピング層形成条件がｉ型半導体層の形成条件と異なる
ため、微結晶のドーピング層形成時にｉ型半導体層にダ
メージを与えてしまうことがある。また、ｉ型半導体層
とドーピング層がヘテロ接合になる場合は、界面準位が
多くなることによって、ｐｉｎ接合を形成する場合には
当該ｐｉｎ接合に悪影響を及ぼすことがある。
【００３１】また、光起電力素子に好適なドーピング層
の膜厚を設計する場合、何れの材料を用いる場合であっ
ても、ドーピング層の膜厚が薄いほうが、ドーピング層
を透過する光量は増大するので、光起電力素子の短絡電
流（Ｊｓｃ）を増大させることができるが、ドーピング
層の膜厚が薄くなると、ドーピング層の活性化エネルギ
ーが大きくなり、光起電力素子のビルトインポテンシャ
ルが小さくなって、開放電圧（Ｖｏｃ）が小さくなる傾
向がある。したがって、光起電力素子の光電変換効率を
最大にするようにするドーピング層の膜厚は、狭い範囲
に限られ、その範囲をはずれると光電変換効率が低下し
てしまう傾向がある。
の膜厚を設計する場合、何れの材料を用いる場合であっ
ても、ドーピング層の膜厚が薄いほうが、ドーピング層
を透過する光量は増大するので、光起電力素子の短絡電
流（Ｊｓｃ）を増大させることができるが、ドーピング
層の膜厚が薄くなると、ドーピング層の活性化エネルギ
ーが大きくなり、光起電力素子のビルトインポテンシャ
ルが小さくなって、開放電圧（Ｖｏｃ）が小さくなる傾
向がある。したがって、光起電力素子の光電変換効率を
最大にするようにするドーピング層の膜厚は、狭い範囲
に限られ、その範囲をはずれると光電変換効率が低下し
てしまう傾向がある。
【００３２】以上述べたように、従来技術においては、
光の透過率が大きく、ビルトインポテンシャルが大き
く、界面準位の少ないドーピング層を実現することは困
難であり、非単結晶系の光起電力素子のドーピング層の
開発は未だ充分ではない。こうしたことから、非単結晶
系の光起電力素子について、その光電変換効率の更なる
向上を達成するためには、そのｉ型半導体層について更
なる改善をすることも重要な課題ではあるが、そのドー
ピング層について、それを理想的なものにすることが重
要な課題である。
光の透過率が大きく、ビルトインポテンシャルが大き
く、界面準位の少ないドーピング層を実現することは困
難であり、非単結晶系の光起電力素子のドーピング層の
開発は未だ充分ではない。こうしたことから、非単結晶
系の光起電力素子について、その光電変換効率の更なる
向上を達成するためには、そのｉ型半導体層について更
なる改善をすることも重要な課題ではあるが、そのドー
ピング層について、それを理想的なものにすることが重
要な課題である。
【００３３】本発明は、従来技術における上述した問題
点を克服し、上述の課題を達成する理想的なドーピング
層を有し、光電変換効率が高くかつ信頼性が高く、妥当
な生産コストで多量生産でき、発電源として実用に供し
得る光起電力素子を提供することにある。
点を克服し、上述の課題を達成する理想的なドーピング
層を有し、光電変換効率が高くかつ信頼性が高く、妥当
な生産コストで多量生産でき、発電源として実用に供し
得る光起電力素子を提供することにある。
【００３４】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、従来技術
における上述した問題点を克服し、上記目的を達成すべ
く光起電力素子のドーピング層の構造およびその形成方
法について鋭意検討した結果、以下に述べるような構成
のドーピング層を備えた光起電力素子が、開放電圧（Ｖ
ｏｃ）が大きく光電変換効率が高く、信頼性が高く、妥
当な生産コストで多量生産でき、発電源として実用に供
し得るものであることが判った。
における上述した問題点を克服し、上記目的を達成すべ
く光起電力素子のドーピング層の構造およびその形成方
法について鋭意検討した結果、以下に述べるような構成
のドーピング層を備えた光起電力素子が、開放電圧（Ｖ
ｏｃ）が大きく光電変換効率が高く、信頼性が高く、妥
当な生産コストで多量生産でき、発電源として実用に供
し得るものであることが判った。
【００３５】すなわち、基本的態様は、半導体接合を有
する光起電力素子であって、そのドーピング層の主構成
成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなっている領域
（即ち、ＩＶ族元素低密度領域）が、当該ドーピング層
の形成面内に散在することを特徴とする光起電力素子で
ある。
する光起電力素子であって、そのドーピング層の主構成
成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなっている領域
（即ち、ＩＶ族元素低密度領域）が、当該ドーピング層
の形成面内に散在することを特徴とする光起電力素子で
ある。
【００３６】ここで、前記ＩＶ族元素低密度領域とは、
ドーピング層中の他の部分に対してドーピング層の主構
成成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなっている領域
であり、ドーピング層を形成した形成面の面内に複数の
当該領域が間欠的に存在している。当該低密度領域の形
状は、球状でも、回転楕円体状でも、立体多角状でも、
不定形でもよい。また、隣り合う該低密度領域が互いに
接して、不均一に連続していてもよい。
ドーピング層中の他の部分に対してドーピング層の主構
成成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなっている領域
であり、ドーピング層を形成した形成面の面内に複数の
当該領域が間欠的に存在している。当該低密度領域の形
状は、球状でも、回転楕円体状でも、立体多角状でも、
不定形でもよい。また、隣り合う該低密度領域が互いに
接して、不均一に連続していてもよい。
【００３７】前記低密度領域の膜厚方向の平均高さを
ｄ、半導体層の形成された基板面に平行方向の平均径を
Ｌとしたとき、３ｎｍ≦ｄ≦４０ｎｍかつ３ｎｍ≦Ｌ≦
８０ｎｍであることを特徴とする。
ｄ、半導体層の形成された基板面に平行方向の平均径を
Ｌとしたとき、３ｎｍ≦ｄ≦４０ｎｍかつ３ｎｍ≦Ｌ≦
８０ｎｍであることを特徴とする。
【００３８】前記低密度領域で、光学的バンドギャップ
を拡大させる元素の濃度が、ドーピング層の他の部分よ
り高くなっていることを特徴とする。
を拡大させる元素の濃度が、ドーピング層の他の部分よ
り高くなっていることを特徴とする。
【００３９】前記低密度領域で、価電子制御剤の濃度
が、ドーピング層の他の部分より高くなっていることを
特徴とする。
が、ドーピング層の他の部分より高くなっていることを
特徴とする。
【００４０】前記低密度領域が存在するドーピング層の
少なくとも一部が微結晶半導体からなることを特徴とす
る。
少なくとも一部が微結晶半導体からなることを特徴とす
る。
【００４１】前記低密度領域は非晶質であることを特徴
とする。
とする。
【００４２】前記ドーピング層および実質的に真性な半
導体層からなるｐｉｎ接合を有することを特徴とする。
導体層からなるｐｉｎ接合を有することを特徴とする。
【００４３】また、主成分であるIV族元素の密度が小さ
くなっている低密度領域が離散的に存在するドーピング
層と、少なくとも一部が微結晶からなる実質的に真性の
半導体層とを有することを特徴とする光起電力素子とす
る。さらに以下の特徴を有する光起電力素子とする。
くなっている低密度領域が離散的に存在するドーピング
層と、少なくとも一部が微結晶からなる実質的に真性の
半導体層とを有することを特徴とする光起電力素子とす
る。さらに以下の特徴を有する光起電力素子とする。
【００４４】前記低密度領域の膜厚方向の平均高さを
d、半導体層の形成面に平行方向の平均径をLとしたと
き、 3nm≦d≦40nm かつ 3nm≦L≦80nm とする。
d、半導体層の形成面に平行方向の平均径をLとしたと
き、 3nm≦d≦40nm かつ 3nm≦L≦80nm とする。
【００４５】前記低密度領域で、光学的バンドギャップ
を拡大させる元素の濃度が、ドーピング層の他の部分よ
り高くなっている。
を拡大させる元素の濃度が、ドーピング層の他の部分よ
り高くなっている。
【００４６】前記ドーピング層の少なくとも一部が微結
晶半導体からなる。
晶半導体からなる。
【００４７】前記低密度領域は非晶質である。
【００４８】前記実質的に真性の半導体層の微結晶の体
積率が50%以上であり、微結晶の平均粒径が3nm以上であ
り、微結晶粒の半導体層の形成面に対して垂直方向の平
均径が水平方向の平均径の2倍以上である。
積率が50%以上であり、微結晶の平均粒径が3nm以上であ
り、微結晶粒の半導体層の形成面に対して垂直方向の平
均径が水平方向の平均径の2倍以上である。
【００４９】非晶質のドーピング層の上に、同じ導電型
で少なくとも一部が微結晶半導体からなるドーピング層
を積層し、その上に少なくとも一部が微結晶からなる実
質的に真性の半導体層を積層する。
で少なくとも一部が微結晶半導体からなるドーピング層
を積層し、その上に少なくとも一部が微結晶からなる実
質的に真性の半導体層を積層する。
【００５０】前記ドーピング層及び実質的に真性な半導
体層からなるpin接合を複数有する。
体層からなるpin接合を複数有する。
【００５１】（作用）活性化したアクセプターあるいは
ドナーの密度が高く、活性化エネルギーが小さいことと
吸収係数が小さいこととを両立させたドーピング層を形
成することができ、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）
と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（ＦＦ）が増
大し、光電変換効率が向上する。また、ドーピング層の
応力が緩和されて、ドーピング層の上下の界面における
膜はがれがなくなり、光起電力素子の製造の歩留まりが
向上する。
ドナーの密度が高く、活性化エネルギーが小さいことと
吸収係数が小さいこととを両立させたドーピング層を形
成することができ、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）
と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（ＦＦ）が増
大し、光電変換効率が向上する。また、ドーピング層の
応力が緩和されて、ドーピング層の上下の界面における
膜はがれがなくなり、光起電力素子の製造の歩留まりが
向上する。
【００５２】以上の作用の詳細なメカニズムは未だ充分
に解明できてはいないが、以下のようなことが考えられ
る。まず、ＩＶ族元素の密度が小さくなっているＩＶ族
元素低密度領域が間欠的に存在することによって、当該
ＩＶ族元素低密度領域の光学的バンドギャップが拡大
し、ドーピング層全体での光吸収が減少し、ｉ型半導体
層への光入射が増大して、こうしたＩＶ族元素の密度が
小さくなっているＩＶ族元素低密度領域が存在しない従
来のドーピング層を用いた光起電力素子に比べて、短絡
電流（Ｊｓｃ）が向上する。また、該ＩＶ族元素低密度
領域が離散的に存在することによって、ドーピング層の
活性化エネルギーが低い値で維持され、ビルトインポテ
ンシャルが高い値で維持されるので、光起電力素子の開
放電圧（Ｖｏｃ）が高い値で維持される。また、本発明
のドーピング層と同程度に光吸収が減少するように、膜
厚を薄くした従来のドーピング層と比較すると、ドーピ
ング層の活性化エネルギーが低くなり、ビルトインポテ
ンシャルが高くなって、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏ
ｃ）が向上する。また、ビルトインポテンシャルが高く
なったことによって、光起電力素子のｉ型半導体層の内
部電界が増大し、ドーピング層とｉ型半導体層の界面で
の光キャリアの再結合が減少して、フィルファクター
（ＦＦ）が向上する。
に解明できてはいないが、以下のようなことが考えられ
る。まず、ＩＶ族元素の密度が小さくなっているＩＶ族
元素低密度領域が間欠的に存在することによって、当該
ＩＶ族元素低密度領域の光学的バンドギャップが拡大
し、ドーピング層全体での光吸収が減少し、ｉ型半導体
層への光入射が増大して、こうしたＩＶ族元素の密度が
小さくなっているＩＶ族元素低密度領域が存在しない従
来のドーピング層を用いた光起電力素子に比べて、短絡
電流（Ｊｓｃ）が向上する。また、該ＩＶ族元素低密度
領域が離散的に存在することによって、ドーピング層の
活性化エネルギーが低い値で維持され、ビルトインポテ
ンシャルが高い値で維持されるので、光起電力素子の開
放電圧（Ｖｏｃ）が高い値で維持される。また、本発明
のドーピング層と同程度に光吸収が減少するように、膜
厚を薄くした従来のドーピング層と比較すると、ドーピ
ング層の活性化エネルギーが低くなり、ビルトインポテ
ンシャルが高くなって、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏ
ｃ）が向上する。また、ビルトインポテンシャルが高く
なったことによって、光起電力素子のｉ型半導体層の内
部電界が増大し、ドーピング層とｉ型半導体層の界面で
の光キャリアの再結合が減少して、フィルファクター
（ＦＦ）が向上する。
【００５３】また、前記ＩＶ族元素低密度領域の膜厚方
向の平均高さをｄ、半導体層の形成された基板面に平行
方向の平均径をＬとしたとき、３ｎｍ≦ｄ≦４０ｎｍか
つ３ｎｍ≦Ｌ≦８０ｎｍとすることによって、上述した
第１の態様における作用がさらに強調され、光起電力素
子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィル
ファクター（ＦＦ）がさらに増大し、光電変換効率がさ
らに向上する。この作用の詳細なメカニズムはまだ充分
に解明できていないが、以下のようなことが考えられ
る。すなわち、前記ＩＶ族元素低密度領域を上述のよう
に微小な大きさにして離散的に配置することによって、
ＩＶ族元素が通常密度の領域も上述の大きさと同様に微
小な大きさになり、ドーピング層の形成面と平行な方向
において、量子井戸効果がおこり、ＩＶ族元素が通常密
度の領域の光学的バンドギャップが増大して、ドーピン
グ層での光吸収がさらに小さくなる。
向の平均高さをｄ、半導体層の形成された基板面に平行
方向の平均径をＬとしたとき、３ｎｍ≦ｄ≦４０ｎｍか
つ３ｎｍ≦Ｌ≦８０ｎｍとすることによって、上述した
第１の態様における作用がさらに強調され、光起電力素
子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィル
ファクター（ＦＦ）がさらに増大し、光電変換効率がさ
らに向上する。この作用の詳細なメカニズムはまだ充分
に解明できていないが、以下のようなことが考えられ
る。すなわち、前記ＩＶ族元素低密度領域を上述のよう
に微小な大きさにして離散的に配置することによって、
ＩＶ族元素が通常密度の領域も上述の大きさと同様に微
小な大きさになり、ドーピング層の形成面と平行な方向
において、量子井戸効果がおこり、ＩＶ族元素が通常密
度の領域の光学的バンドギャップが増大して、ドーピン
グ層での光吸収がさらに小さくなる。
【００５４】前記ＩＶ族元素低密度領域で、光学的バン
ドギャップを拡大させる元素の濃度が、ドーピング層の
他の部分より高くなっていることによって、上述した第
１の態様における作用がさらに強調され、光起電力素子
の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）がさらに増
大し、光電変換効率がさらに向上する。ここで、主構成
成分であるＩＶ族元素がＳｉの場合、光学的バンドギャ
ップを拡大させる元素としては、Ｈ，Ｃ，Ｎ，Ｏ、ある
いはハロゲン元素などが挙げられる。従来の均一な組成
のドーピング層では、前述したように、これらの元素の
添加量を増大させると、ドーピング層の光吸収は減少す
るが、活性化エネルギーが増大して、光起電力素子の開
放電圧（Ｖｏｃ）が低下してしまうことがある。これに
対し、本発明のドーピング層を用いた場合は、光学的バ
ンドギャップを拡大させる元素の濃度が高くなっている
領域が局所的で、離散的に配置されているため、ドーピ
ング層のネットワーク構造の乱れが抑制され、ドナーあ
るいはアクセプターが活性化して、活性化エネルギーが
低い値で維持された結果、短絡電流（Ｊｓｃ）を増大さ
せた場合でも、ビルトインポテンシャルが高い値で維持
されるので、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）が高い
値で維持されると考えられる。
ドギャップを拡大させる元素の濃度が、ドーピング層の
他の部分より高くなっていることによって、上述した第
１の態様における作用がさらに強調され、光起電力素子
の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）がさらに増
大し、光電変換効率がさらに向上する。ここで、主構成
成分であるＩＶ族元素がＳｉの場合、光学的バンドギャ
ップを拡大させる元素としては、Ｈ，Ｃ，Ｎ，Ｏ、ある
いはハロゲン元素などが挙げられる。従来の均一な組成
のドーピング層では、前述したように、これらの元素の
添加量を増大させると、ドーピング層の光吸収は減少す
るが、活性化エネルギーが増大して、光起電力素子の開
放電圧（Ｖｏｃ）が低下してしまうことがある。これに
対し、本発明のドーピング層を用いた場合は、光学的バ
ンドギャップを拡大させる元素の濃度が高くなっている
領域が局所的で、離散的に配置されているため、ドーピ
ング層のネットワーク構造の乱れが抑制され、ドナーあ
るいはアクセプターが活性化して、活性化エネルギーが
低い値で維持された結果、短絡電流（Ｊｓｃ）を増大さ
せた場合でも、ビルトインポテンシャルが高い値で維持
されるので、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）が高い
値で維持されると考えられる。
【００５５】前記ＩＶ族元素低密度領域で、価電子制御
剤の濃度が、ドーピング層の他の部分より高くなってい
ることによって、上述した第１の態様における作用がさ
らに強調され、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短
絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（ＦＦ）がさらに
増大し、光電変換効率がさらに向上する。ここで、主構
成成分であるＩＶ族元素がＳｉの場合、価電子制御剤と
しては、ｐ型の価電子制御剤（周期率表第ＩＩＩ族原子
Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ）やｎ型の価電子制御剤
（周期律表第Ｖ族原子Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）などが挙
げられる。従来の均一な組成のドーピング層では、前述
したように、これらの元素の添加量を増大させると、ド
ーピング層の活性化エネルギーは低下するが、光学的バ
ンドギャップも低下してしまうことが多いため、ドーピ
ング層の光吸収が増大してしまうことがある。これに対
し、本発明のドーピング層を用いた場合は、価電子制御
剤の濃度が高くなっている領域（ヘビードープ領域）が
局所的で、離散的に配置されているため、ドーピング層
のネットワーク構造の乱れが抑制され、ドーピング層の
活性化エネルギーを低下させるように価電子制御剤の濃
度を高くした（ヘビードープ）の場合でも、ドーピング
層の光学的バンドギャップの低下が少なく、ドーピング
層の光吸収が抑制されて、光起電力素子の短絡電流（Ｊ
ｓｃ）が高い値で維持できると考えられる。また、ヘビ
ードープ領域が局所的で、離散的に配置されているため
量子井戸効果によって、この領域の光学的バンドギャッ
プが拡大し、ドーピング層の光吸収が減少することも考
えられる。
剤の濃度が、ドーピング層の他の部分より高くなってい
ることによって、上述した第１の態様における作用がさ
らに強調され、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短
絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（ＦＦ）がさらに
増大し、光電変換効率がさらに向上する。ここで、主構
成成分であるＩＶ族元素がＳｉの場合、価電子制御剤と
しては、ｐ型の価電子制御剤（周期率表第ＩＩＩ族原子
Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ）やｎ型の価電子制御剤
（周期律表第Ｖ族原子Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）などが挙
げられる。従来の均一な組成のドーピング層では、前述
したように、これらの元素の添加量を増大させると、ド
ーピング層の活性化エネルギーは低下するが、光学的バ
ンドギャップも低下してしまうことが多いため、ドーピ
ング層の光吸収が増大してしまうことがある。これに対
し、本発明のドーピング層を用いた場合は、価電子制御
剤の濃度が高くなっている領域（ヘビードープ領域）が
局所的で、離散的に配置されているため、ドーピング層
のネットワーク構造の乱れが抑制され、ドーピング層の
活性化エネルギーを低下させるように価電子制御剤の濃
度を高くした（ヘビードープ）の場合でも、ドーピング
層の光学的バンドギャップの低下が少なく、ドーピング
層の光吸収が抑制されて、光起電力素子の短絡電流（Ｊ
ｓｃ）が高い値で維持できると考えられる。また、ヘビ
ードープ領域が局所的で、離散的に配置されているため
量子井戸効果によって、この領域の光学的バンドギャッ
プが拡大し、ドーピング層の光吸収が減少することも考
えられる。
【００５６】前記ＩＶ族元素低密度領域が存在するドー
ピング層の少なくとも一部が微結晶半導体からなること
によって、ドーピング層の光学的バンドギャップが増大
して、光吸収が減少し、光起電力素子の短絡電流（Ｊｓ
ｃ）が増大する。また、ドーピング層の活性化エネルギ
ーが低下して、ビルトインポテンシャルが高くなって、
光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）が向上する。
ピング層の少なくとも一部が微結晶半導体からなること
によって、ドーピング層の光学的バンドギャップが増大
して、光吸収が減少し、光起電力素子の短絡電流（Ｊｓ
ｃ）が増大する。また、ドーピング層の活性化エネルギ
ーが低下して、ビルトインポテンシャルが高くなって、
光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）が向上する。
【００５７】前記ＩＶ族元素低密度領域を非晶質のもの
にすることによって、ドーピング層の他の領域が主に微
結晶半導体から形成されている場合であっても、ドーピ
ング層の応力が緩和されて、ドーピング層の上下の界面
における膜はがれがなくなり、光起電力素子の製造の歩
留まりが向上する。また、ドーピング層とｉ型半導体層
の界面の界面準位が低減され、光起電力素子のフィルフ
ァクター（ＦＦ）が向上する。
にすることによって、ドーピング層の他の領域が主に微
結晶半導体から形成されている場合であっても、ドーピ
ング層の応力が緩和されて、ドーピング層の上下の界面
における膜はがれがなくなり、光起電力素子の製造の歩
留まりが向上する。また、ドーピング層とｉ型半導体層
の界面の界面準位が低減され、光起電力素子のフィルフ
ァクター（ＦＦ）が向上する。
【００５８】複数のｐｉｎ接合を積層した、スタック型
の光起電力素子において、ｎ層とｐ層が接する逆接合部
分の少なくとも一方のドーピング層の中に、主構成成分
であるＩＶ族元素の密度が小さくなっているＩＶ族元素
低密度領域が離散的に存在することによって、逆接合部
分のオーミック性が向上し、シリーズ抵抗が減少して、
光起電力素子のフィルファクター（ＦＦ）が向上する。
これは、ドーピング層の光吸収を抑えながらヘビードー
プして、ドーピング層の活性化エネルギーを低下させた
ことにより、逆接合部分がトンネル接合となって、オー
ミック性が向上すると考えられる。また、ドーピング層
の応力が緩和されたことにより、ｎ層とｐ層の界面の界
面準位が低減されると考えられる。また、光起電力素子
の光劣化率が低減する。これは、光起電力素子のビルト
インポテンシャルの向上によって、ｉ型半導体層中の内
部電界の強度が増加したことによってＳｔａｅｂｌｅｒ
−Ｗｒｏｎｓｋｉ効果の影響が少なくなることと、逆接
合部分がトンネル接合となって、オーミック性が向上す
ることにより逆接合部分の光劣化が減少することによる
と考えられる。
の光起電力素子において、ｎ層とｐ層が接する逆接合部
分の少なくとも一方のドーピング層の中に、主構成成分
であるＩＶ族元素の密度が小さくなっているＩＶ族元素
低密度領域が離散的に存在することによって、逆接合部
分のオーミック性が向上し、シリーズ抵抗が減少して、
光起電力素子のフィルファクター（ＦＦ）が向上する。
これは、ドーピング層の光吸収を抑えながらヘビードー
プして、ドーピング層の活性化エネルギーを低下させた
ことにより、逆接合部分がトンネル接合となって、オー
ミック性が向上すると考えられる。また、ドーピング層
の応力が緩和されたことにより、ｎ層とｐ層の界面の界
面準位が低減されると考えられる。また、光起電力素子
の光劣化率が低減する。これは、光起電力素子のビルト
インポテンシャルの向上によって、ｉ型半導体層中の内
部電界の強度が増加したことによってＳｔａｅｂｌｅｒ
−Ｗｒｏｎｓｋｉ効果の影響が少なくなることと、逆接
合部分がトンネル接合となって、オーミック性が向上す
ることにより逆接合部分の光劣化が減少することによる
と考えられる。
【００５９】また、従来はi型半導体層が微結晶の場
合、微結晶の粒界の部分でキャリアの再結合が起きやす
く、ドーピング層とi型半導体層の界面近傍では特に粒
界の部分での再結合の影響が大きかった。そして微結晶
の粒界の部分は、リーク電流の増大の要因と考えられ
た。これに対し本発明の構成では、IV族元素の密度が小
さくなっている低密度領域がドーピング層とi型半導体
層の微結晶の粒界との接触に対する緩衝部となって、キ
ャリアの再結合を減少させ、またリーク電流が減少し
て、光起電力素子のフィルファクター(FF)と製造の歩留
まりを向上させたと考えられる。
合、微結晶の粒界の部分でキャリアの再結合が起きやす
く、ドーピング層とi型半導体層の界面近傍では特に粒
界の部分での再結合の影響が大きかった。そして微結晶
の粒界の部分は、リーク電流の増大の要因と考えられ
た。これに対し本発明の構成では、IV族元素の密度が小
さくなっている低密度領域がドーピング層とi型半導体
層の微結晶の粒界との接触に対する緩衝部となって、キ
ャリアの再結合を減少させ、またリーク電流が減少し
て、光起電力素子のフィルファクター(FF)と製造の歩留
まりを向上させたと考えられる。
【００６０】また、従来は微結晶を含めた非晶質系の光
起電力素子では、光起電力素子の熱による劣化の一因
は、価電子制御剤の熱拡散であり、微結晶の粒界部分で
は、熱拡散が大きいと考えられた。これに対し本発明
の構成では、光起電力素子のIV族元素の密度が小さくな
っている低密度領域がドーピング層とi型半導体層の微
結晶の粒界との接触に対する緩衝部となることにより、
微結晶の粒界部分を通した価電子制御剤の熱拡散が減少
し、光起電力素子の耐熱性が向上したと考えられる。
起電力素子では、光起電力素子の熱による劣化の一因
は、価電子制御剤の熱拡散であり、微結晶の粒界部分で
は、熱拡散が大きいと考えられた。これに対し本発明
の構成では、光起電力素子のIV族元素の密度が小さくな
っている低密度領域がドーピング層とi型半導体層の微
結晶の粒界との接触に対する緩衝部となることにより、
微結晶の粒界部分を通した価電子制御剤の熱拡散が減少
し、光起電力素子の耐熱性が向上したと考えられる。
【００６１】前記i型半導体層の微結晶の体積率が50%以
上であり、微結晶の平均粒径が3nm以上であり、微結晶
粒の半導体層の形成面に対して垂直方向の平均径が水平
方向の平均径の2倍以上であることによって、以下の作
用がある。
上であり、微結晶の平均粒径が3nm以上であり、微結晶
粒の半導体層の形成面に対して垂直方向の平均径が水平
方向の平均径の2倍以上であることによって、以下の作
用がある。
【００６２】微結晶の体積率が50%以上であることによ
って、特に赤外の長波長光の吸収係数が増大し、光起電
力素子の短絡電流(Jsc)が向上するとともに、光劣化率
が5%以下に減少した。また、微結晶の平均粒径が3nm以
上であることによって、光キャリアの走行性が促進さ
れ、光起電力素子のフィルファクター(FF)が向上すると
ともに、光劣化率が5%以下に減少した。
って、特に赤外の長波長光の吸収係数が増大し、光起電
力素子の短絡電流(Jsc)が向上するとともに、光劣化率
が5%以下に減少した。また、微結晶の平均粒径が3nm以
上であることによって、光キャリアの走行性が促進さ
れ、光起電力素子のフィルファクター(FF)が向上すると
ともに、光劣化率が5%以下に減少した。
【００６３】さらに微結晶粒の半導体層の形成面に対し
て垂直方向の平均径が水平方向の平均径の2倍以上であ
ることによって、紫外光と可視光の高い吸収係数を維持
しつつ、真性半導体層内の膜厚方向に対する光キャリア
の走行性が促進されて、光起電力素子のフィルファクタ
ー(FF)が向上した。
て垂直方向の平均径が水平方向の平均径の2倍以上であ
ることによって、紫外光と可視光の高い吸収係数を維持
しつつ、真性半導体層内の膜厚方向に対する光キャリア
の走行性が促進されて、光起電力素子のフィルファクタ
ー(FF)が向上した。
【００６４】非晶質のドーピング層の上に、同じ導電型
で少なくとも一部が微結晶半導体からなるドーピング層
を積層し、その上に少なくとも一部が微結晶からなる実
質的に真性の半導体層を積層したことによって、以下の
作用がある。
で少なくとも一部が微結晶半導体からなるドーピング層
を積層し、その上に少なくとも一部が微結晶からなる実
質的に真性の半導体層を積層したことによって、以下の
作用がある。
【００６５】透明導電層あるいは異なる導電型のドーピ
ング層の上に、少なくとも一部が微結晶半導体からなる
ドーピング層を形成したことで起きていた下地の層に対
するダメージがなくなり、光起電力素子のシリーズ抵抗
が減少して、フィルファクター(FF)が向上した。
ング層の上に、少なくとも一部が微結晶半導体からなる
ドーピング層を形成したことで起きていた下地の層に対
するダメージがなくなり、光起電力素子のシリーズ抵抗
が減少して、フィルファクター(FF)が向上した。
【００６６】該ドーピング層と少なくとも一部が微結晶
からなる実質的に真性の半導体層を接合した部分を少な
くとも一部に有することによって、スタック型の光起電
力素子全体の光劣化率が低減した。
からなる実質的に真性の半導体層を接合した部分を少な
くとも一部に有することによって、スタック型の光起電
力素子全体の光劣化率が低減した。
【００６７】
（光起電力素子の構成）図面を参照しながら、本発明の
光起電力素子（または、光起電力デバイス）の構成例と
その製造例を説明する。
光起電力素子（または、光起電力デバイス）の構成例と
その製造例を説明する。
【００６８】図１ａは、本発明の概念を説明するため
の、本発明の光起電力素子の一例の模式的断面図であ
る。図１ｂはｉ型半導体層１０５として微結晶半導体を
用いた場合である。ただし、本発明は図１の構成の光起
電力素子に限定されるものではない。
の、本発明の光起電力素子の一例の模式的断面図であ
る。図１ｂはｉ型半導体層１０５として微結晶半導体を
用いた場合である。ただし、本発明は図１の構成の光起
電力素子に限定されるものではない。
【００６９】図１において、１０１は基板、１０２は裏
面電極、１０３は透明導電層、１０４はｎ型半導体層、
１０５はｉ型半導体層、１０６はｐ型半導体層、１０７
は透明電極、１０８は集電電極である。また、１０９，
１１０は、それぞれ本発明の特徴である、ドーピング層
の主構成成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなってい
るＩＶ族元素低密度領域を示す。また、図１はｐ型半導
体層側から光入射する構成であるが、ｎ型半導体層側か
ら光入射する構成の光起電力素子の場合は、１０４がｐ
型半導体層、１０６がｎ型半導体層となる。
面電極、１０３は透明導電層、１０４はｎ型半導体層、
１０５はｉ型半導体層、１０６はｐ型半導体層、１０７
は透明電極、１０８は集電電極である。また、１０９，
１１０は、それぞれ本発明の特徴である、ドーピング層
の主構成成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなってい
るＩＶ族元素低密度領域を示す。また、図１はｐ型半導
体層側から光入射する構成であるが、ｎ型半導体層側か
ら光入射する構成の光起電力素子の場合は、１０４がｐ
型半導体層、１０６がｎ型半導体層となる。
【００７０】さらに、図１は基板と逆側から光を入射す
る構成であるが、基板側から光を入射する構成の光起電
力素子では、基板を除いて図１とは逆の順番に各層が積
層されることもある。
る構成であるが、基板側から光を入射する構成の光起電
力素子では、基板を除いて図１とは逆の順番に各層が積
層されることもある。
【００７１】図２は、本発明の概念を詳しく説明するた
めの、本発明のスタック型の光起電力素子の一例の模式
的断面図である。
めの、本発明のスタック型の光起電力素子の一例の模式
的断面図である。
【００７２】図２に示すスタック型の光起電力素子は、
３つのｐｉｎ接合が積層された構造をしており、２１５
は光入射側から数えて第１のｐｉｎ接合、２１６は第２
のｐｉｎ接合、２１７は第３のｐｉｎ接合である。これ
ら３つのｐｉｎ接合は、基板２０１上に裏面電極２０２
と透明導電層２０３を形成し、その上に積層されたもの
であり、３つのｐｉｎ接合の最上部に、透明電極２１３
と集電電極２１４が形成されて、スタック型の光起電力
素子を形成している。そして、それぞれのｐｉｎ接合
は、ｎ型半導体層２０４，２０７，２１０、ｉ型半導体
層２０５，２０８，２１１、ｐ型半導体層２０６，２０
９，２１２からなる。また、図１の光起電力素子と同様
に光の入射方向によって、ドーピング層や電極の配置が
入れ代わることもある。
３つのｐｉｎ接合が積層された構造をしており、２１５
は光入射側から数えて第１のｐｉｎ接合、２１６は第２
のｐｉｎ接合、２１７は第３のｐｉｎ接合である。これ
ら３つのｐｉｎ接合は、基板２０１上に裏面電極２０２
と透明導電層２０３を形成し、その上に積層されたもの
であり、３つのｐｉｎ接合の最上部に、透明電極２１３
と集電電極２１４が形成されて、スタック型の光起電力
素子を形成している。そして、それぞれのｐｉｎ接合
は、ｎ型半導体層２０４，２０７，２１０、ｉ型半導体
層２０５，２０８，２１１、ｐ型半導体層２０６，２０
９，２１２からなる。また、図１の光起電力素子と同様
に光の入射方向によって、ドーピング層や電極の配置が
入れ代わることもある。
【００７３】以下に、本発明の光起電力素子の構成要素
について詳しく説明する。
について詳しく説明する。
【００７４】（基板）半導体層１０４〜１０６、２０４
〜２１２は１μｍ程度の膜厚のものであり、これらは適
当な基板上に堆積される。そうした基板１０１，２０１
としては、単結晶質もしくは非単結晶質のものであって
もよく、さらにそれらは導電性のものであっても、また
電気絶縁性のものであってもよい。さらには、それらは
透光性のものであっても、また非透光性のものであって
もよいが、変形、歪みが少なく、所望の物理的強度を有
するものであることが好ましい。具体的には、Ｆｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，
Ｐｔ，Ｐｂなどの金属またはこれらの合金、例えば真
鍮、ステンレス鋼などの薄板およびその複合体、および
ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セル
ロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリ
イミド、エポキシなどの耐熱性合成樹脂のフィルムまた
はシートまたはこれらとガラスファイバー、カーボンフ
ァイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維などとの複合
体、およびこれらの金属の薄板、樹脂シートなどの表面
に異種材質の金属薄膜及び／またはＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ
４，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮなどの絶縁性薄膜をスパッタ
法、蒸着法、鍍金法などにより表面コーティング処理を
行ったもの、ガラス、セラミックスなどが挙げられる。
〜２１２は１μｍ程度の膜厚のものであり、これらは適
当な基板上に堆積される。そうした基板１０１，２０１
としては、単結晶質もしくは非単結晶質のものであって
もよく、さらにそれらは導電性のものであっても、また
電気絶縁性のものであってもよい。さらには、それらは
透光性のものであっても、また非透光性のものであって
もよいが、変形、歪みが少なく、所望の物理的強度を有
するものであることが好ましい。具体的には、Ｆｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，
Ｐｔ，Ｐｂなどの金属またはこれらの合金、例えば真
鍮、ステンレス鋼などの薄板およびその複合体、および
ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、セル
ロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、
ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリアミド、ポリ
イミド、エポキシなどの耐熱性合成樹脂のフィルムまた
はシートまたはこれらとガラスファイバー、カーボンフ
ァイバー、ホウ素ファイバー、金属繊維などとの複合
体、およびこれらの金属の薄板、樹脂シートなどの表面
に異種材質の金属薄膜及び／またはＳｉＯ２，Ｓｉ３Ｎ
４，Ａｌ２Ｏ３，ＡｌＮなどの絶縁性薄膜をスパッタ
法、蒸着法、鍍金法などにより表面コーティング処理を
行ったもの、ガラス、セラミックスなどが挙げられる。
【００７５】基板が金属などの電気導電性である場合に
は、該基板を直接電流取り出し用の電極を兼ねるように
してもよい。基板が合成樹脂などの電気絶縁性である場
合には、堆積膜の形成される側の表面に、Ａｌ，Ａｇ，
Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｃｕ，ステンレス，真鍮，ニクロム，ＳｎＯ２，Ｉｎ２
Ｏ３，ＺｎＯ，ＩＴＯなどのいわゆる金属単体または合
金、および透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を鍍金、蒸着、
スパッタなどの方法であらかじめ表面処理を行って電流
取り出し用の電極を形成しておくことが望ましい。
は、該基板を直接電流取り出し用の電極を兼ねるように
してもよい。基板が合成樹脂などの電気絶縁性である場
合には、堆積膜の形成される側の表面に、Ａｌ，Ａｇ，
Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒ，
Ｃｕ，ステンレス，真鍮，ニクロム，ＳｎＯ２，Ｉｎ２
Ｏ３，ＺｎＯ，ＩＴＯなどのいわゆる金属単体または合
金、および透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を鍍金、蒸着、
スパッタなどの方法であらかじめ表面処理を行って電流
取り出し用の電極を形成しておくことが望ましい。
【００７６】もちろん、基板が金属などの電気導電性の
ものであっても、長波長光の基板表面上での反射率を向
上させたり、基板材質と堆積膜との間で構成元素の相互
拡散を防止するなどの目的で異種の金属層などを前記基
板上の堆積膜が形成される側に設けてもよい。また、前
記基板が比較的透明であって、該基板の側から光入射を
行う層構成の光起電力素子とする場合には、前記透明導
電性酸化物や金属薄膜などの導電性薄膜をあらかじめ堆
積形成しておくことが望ましい。
ものであっても、長波長光の基板表面上での反射率を向
上させたり、基板材質と堆積膜との間で構成元素の相互
拡散を防止するなどの目的で異種の金属層などを前記基
板上の堆積膜が形成される側に設けてもよい。また、前
記基板が比較的透明であって、該基板の側から光入射を
行う層構成の光起電力素子とする場合には、前記透明導
電性酸化物や金属薄膜などの導電性薄膜をあらかじめ堆
積形成しておくことが望ましい。
【００７７】また、前記基板の表面性としては、いわゆ
る平滑面であっても、微小の凹凸面であってもよい。微
小の凹凸面とする場合にはその凹凸形状は球状、円錐
状、角錐状などであって、かつその最大高さ（Ｒｍａ
ｘ）が好ましくは０．０５μｍ乃至２μｍとすることに
より、該表面での光反射が乱反射となり、該表面での反
射光の光路長の増大をもたらす。基板の形状は、光起電
力素子の用途により平滑表面あるいは凸凹表面の板状、
長尺ベルト状、円筒状などであることができ、その厚さ
は、所望通りの光起電力素子を形成し得るように適宜決
定される。光起電力素子として可撓性が要求される場
合、または基板の側より光入射がなされる場合には、基
板としての機能が充分発揮される範囲内で可能な限り薄
くすることができる。しかしながら、基板の製造上およ
び取り扱い上、機械的強度などの点から、通常は１０μ
ｍ以上とされる。
る平滑面であっても、微小の凹凸面であってもよい。微
小の凹凸面とする場合にはその凹凸形状は球状、円錐
状、角錐状などであって、かつその最大高さ（Ｒｍａ
ｘ）が好ましくは０．０５μｍ乃至２μｍとすることに
より、該表面での光反射が乱反射となり、該表面での反
射光の光路長の増大をもたらす。基板の形状は、光起電
力素子の用途により平滑表面あるいは凸凹表面の板状、
長尺ベルト状、円筒状などであることができ、その厚さ
は、所望通りの光起電力素子を形成し得るように適宜決
定される。光起電力素子として可撓性が要求される場
合、または基板の側より光入射がなされる場合には、基
板としての機能が充分発揮される範囲内で可能な限り薄
くすることができる。しかしながら、基板の製造上およ
び取り扱い上、機械的強度などの点から、通常は１０μ
ｍ以上とされる。
【００７８】（裏面電極）裏面電極１０２，２０２は光
入射方向に対し半導体層の裏面に配される電極である。
したがって、図１の１０２の位置かあるいは、基板１０
１が透光性で、基板の方向から光を入射させる場合に
は、１０７の位置に配置される。裏面電極の材料として
は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、クロ
ム、モリブデン、タングステン、チタン、コバルト、タ
ンタル、ニオブ、ジルコニウムなどの金属またはステン
レスなどの合金が挙げられる。なかでもアルミニウム、
銅、銀、金などの反射率の高い金属が特に好ましい。反
射率の高い金属を用いる場合には、裏面電極に半導体層
で吸収しきれなかった光を再び半導体層に反射する光反
射層の役割を兼ねさせることができる。また、裏面金属
反射層として、２種類以上の材料を２層以上積層して形
成してもよい。
入射方向に対し半導体層の裏面に配される電極である。
したがって、図１の１０２の位置かあるいは、基板１０
１が透光性で、基板の方向から光を入射させる場合に
は、１０７の位置に配置される。裏面電極の材料として
は、金、銀、銅、アルミニウム、ニッケル、鉄、クロ
ム、モリブデン、タングステン、チタン、コバルト、タ
ンタル、ニオブ、ジルコニウムなどの金属またはステン
レスなどの合金が挙げられる。なかでもアルミニウム、
銅、銀、金などの反射率の高い金属が特に好ましい。反
射率の高い金属を用いる場合には、裏面電極に半導体層
で吸収しきれなかった光を再び半導体層に反射する光反
射層の役割を兼ねさせることができる。また、裏面金属
反射層として、２種類以上の材料を２層以上積層して形
成してもよい。
【００７９】裏面電極の形状は平坦であってもよいが、
光を散乱する凹凸形状を有することがより好ましい。光
を散乱する凹凸形状を有することによって、半導体層で
吸収しきれなかった長波長光を散乱させて半導体層内で
の光路長を延ばし、光起電力素子の長波長感度を向上さ
せて短絡電流を増大させ、光電変換効率を向上させるこ
とができる。光を散乱する凹凸形状は、凹凸の山と谷の
高さの差がＲｍａｘで０．２μｍから２．０μｍである
ことが望ましい。
光を散乱する凹凸形状を有することがより好ましい。光
を散乱する凹凸形状を有することによって、半導体層で
吸収しきれなかった長波長光を散乱させて半導体層内で
の光路長を延ばし、光起電力素子の長波長感度を向上さ
せて短絡電流を増大させ、光電変換効率を向上させるこ
とができる。光を散乱する凹凸形状は、凹凸の山と谷の
高さの差がＲｍａｘで０．２μｍから２．０μｍである
ことが望ましい。
【００８０】ただし基板が裏面電極を兼ねる場合には、
裏面電極の形成を必要としない場合もある。
裏面電極の形成を必要としない場合もある。
【００８１】裏面電極の形成は、蒸着法、スパッタ法、
メッキ法、印刷法などにより行うことができる。
メッキ法、印刷法などにより行うことができる。
【００８２】裏面電極を光を散乱する凹凸形状に形成す
る場合には、形成した金属あるいは合金の膜をドライエ
ッチングするかあるいはウエットエッチングするかある
いはサンドブラストするかあるいは加熱することなどに
よって形成される。また基板を加熱しながら前述の金属
あるいは合金を蒸着することにより光を散乱する凹凸形
状を形成することもできる。
る場合には、形成した金属あるいは合金の膜をドライエ
ッチングするかあるいはウエットエッチングするかある
いはサンドブラストするかあるいは加熱することなどに
よって形成される。また基板を加熱しながら前述の金属
あるいは合金を蒸着することにより光を散乱する凹凸形
状を形成することもできる。
【００８３】（透明導電層）透明導電層１０３は、主に
以下のような目的で、裏面金属反射層１０２と半導体層
１０４の間に配置される。すなわち、まず、光起電力素
子の裏面での乱反射を向上させ、薄膜による多重干渉に
よって光を光起電力素子内に閉じ込めて、半導体層内の
光路長を延ばし、光起電力素子の短絡電流（Ｊｓｃ）を
増大させ；次に、裏面電極を兼ねる裏面金属反射層の金
属が、半導体層に拡散するかあるいはマイグレーション
を起こして、光起電力素子がシャントすることを防止
し；そして透明導電層に若干の抵抗値をもたせること
で、半導体層を挟んで設けられた裏面金属反射層１０２
と透明電極１０７との間に半導体層のピンホールなどの
欠陥で発生するショートを防止する。
以下のような目的で、裏面金属反射層１０２と半導体層
１０４の間に配置される。すなわち、まず、光起電力素
子の裏面での乱反射を向上させ、薄膜による多重干渉に
よって光を光起電力素子内に閉じ込めて、半導体層内の
光路長を延ばし、光起電力素子の短絡電流（Ｊｓｃ）を
増大させ；次に、裏面電極を兼ねる裏面金属反射層の金
属が、半導体層に拡散するかあるいはマイグレーション
を起こして、光起電力素子がシャントすることを防止
し；そして透明導電層に若干の抵抗値をもたせること
で、半導体層を挟んで設けられた裏面金属反射層１０２
と透明電極１０７との間に半導体層のピンホールなどの
欠陥で発生するショートを防止する。
【００８４】透明導電層１０３は半導体層の吸収可能な
波長領域において高い透過率を有することと、適度の抵
抗率が要求される。好ましくは、６５０ｎｍ以上の透過
率が、８０％以上、より好ましくは８５％以上、最適に
は９０％以上であることが望ましい。また、抵抗率は好
ましくは、１×１０-4Ωｃｍ以上１×１０6Ωｃｍ以
下、より好ましくは、１×１０-2Ωｃｍ以上５×１０4
Ωｃｍ以下であることが望ましい。
波長領域において高い透過率を有することと、適度の抵
抗率が要求される。好ましくは、６５０ｎｍ以上の透過
率が、８０％以上、より好ましくは８５％以上、最適に
は９０％以上であることが望ましい。また、抵抗率は好
ましくは、１×１０-4Ωｃｍ以上１×１０6Ωｃｍ以
下、より好ましくは、１×１０-2Ωｃｍ以上５×１０4
Ωｃｍ以下であることが望ましい。
【００８５】透明導電層１０３の材料としては、Ｉｎ２
Ｏ３，ＳｎＯ２，ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３＋ＳｎＯ２），Ｚ
ｎＯ，ＣｄＯ，Ｃｄ２ＳｎＯ４，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ
５，Ｂｉ２Ｏ３，ＭｏＯ３，ＮａｘＷＯ３などの導電性
酸化物あるいはこれらを混合したものが好適に用いられ
る。また、これらの化合物に、導電率を変化させる元素
（ドーパント）を添加してもよい。
Ｏ３，ＳｎＯ２，ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３＋ＳｎＯ２），Ｚ
ｎＯ，ＣｄＯ，Ｃｄ２ＳｎＯ４，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ
５，Ｂｉ２Ｏ３，ＭｏＯ３，ＮａｘＷＯ３などの導電性
酸化物あるいはこれらを混合したものが好適に用いられ
る。また、これらの化合物に、導電率を変化させる元素
（ドーパント）を添加してもよい。
【００８６】導電率を変化させる元素（ドーパント）と
しては、例えば透明導電層１０３がＺｎＯの場合には、
Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｆなどが、またＩｎ２Ｏ
３の場合には、Ｓｎ，Ｆ，Ｔｅ，Ｔｉ，Ｓｂ，Ｐｂなど
が、またＳｎＯ２の場合には、Ｆ，Ｓｂ，Ｐ，Ａｓ，Ｉ
ｎ，Ｔｌ，Ｔｅ，Ｗ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉなどが好適に用い
られる。
しては、例えば透明導電層１０３がＺｎＯの場合には、
Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｆなどが、またＩｎ２Ｏ
３の場合には、Ｓｎ，Ｆ，Ｔｅ，Ｔｉ，Ｓｂ，Ｐｂなど
が、またＳｎＯ２の場合には、Ｆ，Ｓｂ，Ｐ，Ａｓ，Ｉ
ｎ，Ｔｌ，Ｔｅ，Ｗ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉなどが好適に用い
られる。
【００８７】透明導電層１０３の形成は、ＥＢ蒸着、ス
パッタ蒸着などの各種蒸着法、各種ＣＶＤ法、スプレー
法、スピンオン法、デップ法などにより行うことができ
る。 （半導体層）
パッタ蒸着などの各種蒸着法、各種ＣＶＤ法、スプレー
法、スピンオン法、デップ法などにより行うことができ
る。 （半導体層）
【００８８】本発明に用いられる半導体層の材料として
は、Ｓｉ，Ｃ，ＧｅなどのＩＶ族元素を含有する非単結
晶材料、あるいはＳｉＧｅ，ＳｉＣ，ＳｉＳｎなどのＩ
Ｖ族合金系非単結晶材料を使用できる。
は、Ｓｉ，Ｃ，ＧｅなどのＩＶ族元素を含有する非単結
晶材料、あるいはＳｉＧｅ，ＳｉＣ，ＳｉＳｎなどのＩ
Ｖ族合金系非単結晶材料を使用できる。
【００８９】以上の半導体材料の中で、本発明の光起電
力素子に特に好適に用いられる半導体材料の具体例とし
て、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ（水素化非晶質シリコンの略
記）、ａ−Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ，ａ
−ＳｉＣ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆな
どのＩＶ族およびＩＶ族合金系非単結晶半導体材料を挙
げることができる。
力素子に特に好適に用いられる半導体材料の具体例とし
て、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ（水素化非晶質シリコンの略
記）、ａ−Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ，ａ
−ＳｉＣ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆな
どのＩＶ族およびＩＶ族合金系非単結晶半導体材料を挙
げることができる。
【００９０】半導体層は価電子制御または／及び禁制帯
幅制御を行うことができる。この場合具体的には、例え
ば、半導体層を形成する際に価電子制御剤または禁制帯
幅制御剤となる元素を含む原料化合物を単独で、または
前記堆積膜形成用原料ガスまたは前記希釈ガスに混合し
て成膜空間内に導入することにより行うことができる。
幅制御を行うことができる。この場合具体的には、例え
ば、半導体層を形成する際に価電子制御剤または禁制帯
幅制御剤となる元素を含む原料化合物を単独で、または
前記堆積膜形成用原料ガスまたは前記希釈ガスに混合し
て成膜空間内に導入することにより行うことができる。
【００９１】また、半導体層には、価電子制御によっ
て、少なくともその一部が、ｐ型およびｎ型にドーピン
グされ、少なくとも一組のｐｉｎ接合を形成することが
できる。そして、ｐｉｎ接合を複数積層することによ
り、いわゆるスタックセルの構成になる。
て、少なくともその一部が、ｐ型およびｎ型にドーピン
グされ、少なくとも一組のｐｉｎ接合を形成することが
できる。そして、ｐｉｎ接合を複数積層することによ
り、いわゆるスタックセルの構成になる。
【００９２】半導体層の形成は、マイクロ波プラズマＣ
ＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ
法、ＭＯＣＶＤ法などの各種ＣＶＤ法によって、あるい
はＥＢ蒸着、ＭＢＥ、イオンプレーティング、イオンビ
ーム法などの各種蒸着法、スパッタ法、スプレー法、印
刷法などによって行うことができる。工業的に採用され
ている方法である、原料ガスをプラズマで分解し、基板
状に堆積させるプラズマＣＶＤ法が好んで用いられる。
また、反応装置としては、バッチ式の装置や連続成膜装
置などが所望に応じて使用できる。
ＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ
法、ＭＯＣＶＤ法などの各種ＣＶＤ法によって、あるい
はＥＢ蒸着、ＭＢＥ、イオンプレーティング、イオンビ
ーム法などの各種蒸着法、スパッタ法、スプレー法、印
刷法などによって行うことができる。工業的に採用され
ている方法である、原料ガスをプラズマで分解し、基板
状に堆積させるプラズマＣＶＤ法が好んで用いられる。
また、反応装置としては、バッチ式の装置や連続成膜装
置などが所望に応じて使用できる。
【００９３】以下、本発明の光起電力素子の半導体層
に、特に好適なＩＶ族系非単結晶半導体材料またはＩＶ
族合金系非単結晶半導体材料を用いる場合について述べ
る。
に、特に好適なＩＶ族系非単結晶半導体材料またはＩＶ
族合金系非単結晶半導体材料を用いる場合について述べ
る。
【００９４】（１．ｉ型半導体層（真性半導体層））特
にＩＶ族系非単結晶半導体材料またはＩＶ族合金系非単
結晶半導体材料を用いた光起電力素子において、ｐｉｎ
接合に用いるｉ型半導体層は照射光に対してキャリアを
発生輸送する重要な層である。
にＩＶ族系非単結晶半導体材料またはＩＶ族合金系非単
結晶半導体材料を用いた光起電力素子において、ｐｉｎ
接合に用いるｉ型半導体層は照射光に対してキャリアを
発生輸送する重要な層である。
【００９５】なお、ｉ型半導体層としては、僅かにｐ型
または僅かにｎ型の層も使用できる。
または僅かにｎ型の層も使用できる。
【００９６】ＩＶ族系非単結晶半導体材料またはＩＶ族
合金系非単結晶半導体材料には、上述のごとく、水素原
子（Ｈ，Ｄ）またはハロゲン原子（Ｘ）が含有され、こ
れが重要な働きを持つ。
合金系非単結晶半導体材料には、上述のごとく、水素原
子（Ｈ，Ｄ）またはハロゲン原子（Ｘ）が含有され、こ
れが重要な働きを持つ。
【００９７】ｉ型半導体層に含有される水素原子（Ｈ，
Ｄ）または／及びハロゲン原子（Ｘ）は、ｉ型半導体層
の未結合手（ダングリングボンド）を補償する働きを
し、ｉ型半導体層でのキャリアの移動度と寿命の積を向
上させるものである。また前記水素原子または／及びハ
ロゲン原子は、ｐ型半導体層／ｉ型半導体層、ｎ型半導
体層／ｉ型半導体層の各界面の界面準位を補償する働き
をし、光起電力素子の光起電力、光電流そして光応答性
を向上させる効果を奏するものである。ｉ型半導体層に
含有される水素原子または／及びハロゲン原子は１〜４
０ａｔ％が最適な含有量として挙げられる。特に、ｐ型
半導体層／ｉ型半導体層またはｎ型半導体層／ｉ型半導
体層の各界面側で水素原子または／及びハロゲン原子の
含有量が多く分布している分布形態とするのが好まし
い。該界面近傍での水素原子または／及びハロゲン原子
の含有量はバルク内の含有量の１．１〜２倍の範囲とす
るのが好ましい。さらにシリコン原子の含有量に対応し
て水素原子または／及びハロゲン原子の含有量が変化し
ていることが好ましい。
Ｄ）または／及びハロゲン原子（Ｘ）は、ｉ型半導体層
の未結合手（ダングリングボンド）を補償する働きを
し、ｉ型半導体層でのキャリアの移動度と寿命の積を向
上させるものである。また前記水素原子または／及びハ
ロゲン原子は、ｐ型半導体層／ｉ型半導体層、ｎ型半導
体層／ｉ型半導体層の各界面の界面準位を補償する働き
をし、光起電力素子の光起電力、光電流そして光応答性
を向上させる効果を奏するものである。ｉ型半導体層に
含有される水素原子または／及びハロゲン原子は１〜４
０ａｔ％が最適な含有量として挙げられる。特に、ｐ型
半導体層／ｉ型半導体層またはｎ型半導体層／ｉ型半導
体層の各界面側で水素原子または／及びハロゲン原子の
含有量が多く分布している分布形態とするのが好まし
い。該界面近傍での水素原子または／及びハロゲン原子
の含有量はバルク内の含有量の１．１〜２倍の範囲とす
るのが好ましい。さらにシリコン原子の含有量に対応し
て水素原子または／及びハロゲン原子の含有量が変化し
ていることが好ましい。
【００９８】また、スタック型の光起電力素子において
は、光入射側に近いｐｉｎ接合のｉ型半導体層の材料と
しては、バンドギャップの広い材料、光入射側に遠いｐ
ｉｎ接合のｉ型半導体層の材料としては、バンドギャッ
プの狭い材料を用いることが望ましい。
は、光入射側に近いｐｉｎ接合のｉ型半導体層の材料と
しては、バンドギャップの広い材料、光入射側に遠いｐ
ｉｎ接合のｉ型半導体層の材料としては、バンドギャッ
プの狭い材料を用いることが望ましい。
【００９９】ｉ型半導体の具体的構成材料として、非晶
質シリコン（ａ−Ｓｉ）、非晶質シリコンゲルマニウム
（ａ−ＳｉＧｅ）などが挙げられる。これらは、ダング
リングボンドを補償する元素によって、ａ−Ｓｉ：Ｈ，
ａ−Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ，
ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆなどと表記さ
れる。
質シリコン（ａ−Ｓｉ）、非晶質シリコンゲルマニウム
（ａ−ＳｉＧｅ）などが挙げられる。これらは、ダング
リングボンドを補償する元素によって、ａ−Ｓｉ：Ｈ，
ａ−Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ，
ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆなどと表記さ
れる。
【０１００】さらに、本発明の光起電力素子における好
適なｉ型半導体層としては、水素原子の含有量（ＣＨ）
が、１．０〜２５．０原子％であり；ＡＭ１．５、１０
０ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光照射下の光導電度（σｐ）
が、１．０×１０−７Ｓ／ｃｍ以上であり；暗電導度
（σｄ）が、１．０×１０-9Ｓ／ｃｍ以下であり；コン
スタントフォトカレントメソッド（ＣＰＭ）によるアー
バックエナジーが、５５ｍｅＶ以下であり；局在準位密
度が１０17／ｃｍ3以下であることが好ましい。
適なｉ型半導体層としては、水素原子の含有量（ＣＨ）
が、１．０〜２５．０原子％であり；ＡＭ１．５、１０
０ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光照射下の光導電度（σｐ）
が、１．０×１０−７Ｓ／ｃｍ以上であり；暗電導度
（σｄ）が、１．０×１０-9Ｓ／ｃｍ以下であり；コン
スタントフォトカレントメソッド（ＣＰＭ）によるアー
バックエナジーが、５５ｍｅＶ以下であり；局在準位密
度が１０17／ｃｍ3以下であることが好ましい。
【０１０１】また、微結晶を含む場合は、水素原子の含
有量（ＣH）が、0.1〜15.0％、ＡＭ１．５、１００ｍＷ
／ｃｍ2の疑似太陽光照射下の光電導度（σｐ）が、
１．０×１０-6Ｓ／ｃｍ以上、暗電導度（σｄ）が、
１．０×１０-3Ｓ／ｃｍ以下、コンスタントフォトカレ
ントメソッド（ＣＰＭ）によるアーバックエナジーが、
57ｍｅＶ以下、局在準位密度は１０17／ｃｍ3以下のも
のが好適に用いられる。
有量（ＣH）が、0.1〜15.0％、ＡＭ１．５、１００ｍＷ
／ｃｍ2の疑似太陽光照射下の光電導度（σｐ）が、
１．０×１０-6Ｓ／ｃｍ以上、暗電導度（σｄ）が、
１．０×１０-3Ｓ／ｃｍ以下、コンスタントフォトカレ
ントメソッド（ＣＰＭ）によるアーバックエナジーが、
57ｍｅＶ以下、局在準位密度は１０17／ｃｍ3以下のも
のが好適に用いられる。
【０１０２】（２．ドーピング層（ｐ型半導体層または
ｎ型半導体層））ドーピング層（ｐ型半導体層またはｎ
型半導体層）は、本発明の光起電力素子の特徴であり、
該ドーピング層は、該光起電力素子の特性を左右する重
要な層である。
ｎ型半導体層））ドーピング層（ｐ型半導体層またはｎ
型半導体層）は、本発明の光起電力素子の特徴であり、
該ドーピング層は、該光起電力素子の特性を左右する重
要な層である。
【０１０３】本発明のドーピング層の特徴は、上述した
ように、ドーピング層の中に、その主構成成分であるＩ
Ｖ族元素の密度が小さくなっているＩＶ族元素低密度領
域が離散的に存在することである。
ように、ドーピング層の中に、その主構成成分であるＩ
Ｖ族元素の密度が小さくなっているＩＶ族元素低密度領
域が離散的に存在することである。
【０１０４】また、前記ＩＶ族元素低密度領域の膜厚方
向の平均高さをｄ、半導体層の形成された基板面に平行
方向の平均径をＬとしたとき、好ましくは、３ｎｍ≦ｄ
≦４０ｎｍかつ３ｎｍ≦Ｌ≦８０ｎｍ、より好ましく
は、４ｎｍ≦ｄ≦３０ｎｍかつ４ｎｍ≦Ｌ≦６０ｎｍ、
最適には、５ｎｍ≦ｄ≦２０ｎｍかつ５ｎｍ≦Ｌ≦４０
ｎｍが望ましい。前記ＩＶ族元素低密度領域の大きさ
が、前述の範囲よりも小さい場合は、ドーピング層の光
吸収が増大してしまうことがある。また、前述の範囲よ
りも大きい場合は、前記ＩＶ族元素低密度領域が相互に
つながって、連続的になりがちになる。この場合、ドー
ピング層の光吸収は減少するが、活性化エネルギーが増
大して、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）が低下して
しまう傾向がある。前記ＩＶ族元素低密度領域の大きさ
を前述の範囲にすることによって、低い活性化エネルギ
ーを維持しながら、ドーピング層の光吸収を減少させ、
光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓ
ｃ）を向上させることができる。当該ＩＶ族元素低密度
領域の形状は、球状でも、回転楕円体状でも、立体多角
状でも、不定形でもよい。
向の平均高さをｄ、半導体層の形成された基板面に平行
方向の平均径をＬとしたとき、好ましくは、３ｎｍ≦ｄ
≦４０ｎｍかつ３ｎｍ≦Ｌ≦８０ｎｍ、より好ましく
は、４ｎｍ≦ｄ≦３０ｎｍかつ４ｎｍ≦Ｌ≦６０ｎｍ、
最適には、５ｎｍ≦ｄ≦２０ｎｍかつ５ｎｍ≦Ｌ≦４０
ｎｍが望ましい。前記ＩＶ族元素低密度領域の大きさ
が、前述の範囲よりも小さい場合は、ドーピング層の光
吸収が増大してしまうことがある。また、前述の範囲よ
りも大きい場合は、前記ＩＶ族元素低密度領域が相互に
つながって、連続的になりがちになる。この場合、ドー
ピング層の光吸収は減少するが、活性化エネルギーが増
大して、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）が低下して
しまう傾向がある。前記ＩＶ族元素低密度領域の大きさ
を前述の範囲にすることによって、低い活性化エネルギ
ーを維持しながら、ドーピング層の光吸収を減少させ、
光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓ
ｃ）を向上させることができる。当該ＩＶ族元素低密度
領域の形状は、球状でも、回転楕円体状でも、立体多角
状でも、不定形でもよい。
【０１０５】本発明のドーピング層の前記ＩＶ族元素低
密度領域の存在は、さまざまな方法で分析できるが、例
えば光起電力素子を基板に垂直な方向に切断した断面を
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することによって確認
できる。
密度領域の存在は、さまざまな方法で分析できるが、例
えば光起電力素子を基板に垂直な方向に切断した断面を
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）で観察することによって確認
できる。
【０１０６】また本発明のドーピング層は、前記ＩＶ族
元素低密度領域で、光学的バンドギャップを拡大させる
元素の濃度が、ドーピング層の他の部分より高くなって
いることが望ましい。ここで、その主構成成分であるＩ
Ｖ族元素がＳｉの場合、光学的バンドギャップを拡大さ
せる元素としては、Ｈ，Ｃ，Ｎ，Ｏ、あるいはハロゲン
元素などが挙げられる。
元素低密度領域で、光学的バンドギャップを拡大させる
元素の濃度が、ドーピング層の他の部分より高くなって
いることが望ましい。ここで、その主構成成分であるＩ
Ｖ族元素がＳｉの場合、光学的バンドギャップを拡大さ
せる元素としては、Ｈ，Ｃ，Ｎ，Ｏ、あるいはハロゲン
元素などが挙げられる。
【０１０７】また、前記光学的バンドギャップを拡大さ
せる元素の好適な濃度は、元素によって異なるが、一般
には、前記ＩＶ族元素低密度領域の中では、好ましくは
１乃至９０原子％、より好ましくは、３乃至８０原子％
とするのが望ましい。そして、ドーピング層の他の部分
では、好ましくは、０．１乃至５０原子％、より好まし
くは、１乃至４０原子％とするのが望ましい。前記ＩＶ
族元素低密度領域の中の前記光学的バンドギャップを拡
大させる元素の濃度の、ドーピング層の他の部分の濃度
に対する比率は、好ましくは２倍から２００倍、より好
ましくは３倍から１００倍が望ましい。
せる元素の好適な濃度は、元素によって異なるが、一般
には、前記ＩＶ族元素低密度領域の中では、好ましくは
１乃至９０原子％、より好ましくは、３乃至８０原子％
とするのが望ましい。そして、ドーピング層の他の部分
では、好ましくは、０．１乃至５０原子％、より好まし
くは、１乃至４０原子％とするのが望ましい。前記ＩＶ
族元素低密度領域の中の前記光学的バンドギャップを拡
大させる元素の濃度の、ドーピング層の他の部分の濃度
に対する比率は、好ましくは２倍から２００倍、より好
ましくは３倍から１００倍が望ましい。
【０１０８】また本発明のドーピング層は、前記ＩＶ族
元素低密度領域で、価電子制御剤の濃度が、ドーピング
層の他の部分より高くなっていることが望ましい。この
価電子制御剤の好適な濃度は、ドーピング層の構成材料
によって異なるが、一般には、前記ＩＶ族元素低密度領
域の中では、好ましくは、０．５乃至９０原子％、より
好ましくは、１乃至８０原子％とするのが望ましい。そ
して、ドーピング層の他の部分では、好ましくは、０．
０５乃至５０原子％、より好ましくは、０．１乃至４０
原子％とするのが望ましい。前記ＩＶ族元素低密度領域
の中の価電子制御剤の濃度の、ドーピング層の他の部分
の濃度に対する比率は、好ましくは２倍から５００倍、
より好ましくは３倍から３００倍が望ましい。
元素低密度領域で、価電子制御剤の濃度が、ドーピング
層の他の部分より高くなっていることが望ましい。この
価電子制御剤の好適な濃度は、ドーピング層の構成材料
によって異なるが、一般には、前記ＩＶ族元素低密度領
域の中では、好ましくは、０．５乃至９０原子％、より
好ましくは、１乃至８０原子％とするのが望ましい。そ
して、ドーピング層の他の部分では、好ましくは、０．
０５乃至５０原子％、より好ましくは、０．１乃至４０
原子％とするのが望ましい。前記ＩＶ族元素低密度領域
の中の価電子制御剤の濃度の、ドーピング層の他の部分
の濃度に対する比率は、好ましくは２倍から５００倍、
より好ましくは３倍から３００倍が望ましい。
【０１０９】また本発明のドーピング層は、前記ＩＶ族
元素低密度領域が存在するドーピング層の少なくとも一
部が微結晶半導体からなることが望ましい。また本発明
のドーピング層は、前記ＩＶ族元素低密度領域は非晶質
であることが望ましい。
元素低密度領域が存在するドーピング層の少なくとも一
部が微結晶半導体からなることが望ましい。また本発明
のドーピング層は、前記ＩＶ族元素低密度領域は非晶質
であることが望ましい。
【０１１０】本発明のドーピング層の構成材料の好適な
ものとしては、非晶質〔アモルファス（ａ−）材料、微
結晶〔マイクロクリスタル（μｃ−）〕材料および多結
晶〔ポリクリスタル（ｐｏｌｙ−）〕材料が代表的なも
のである。
ものとしては、非晶質〔アモルファス（ａ−）材料、微
結晶〔マイクロクリスタル（μｃ−）〕材料および多結
晶〔ポリクリスタル（ｐｏｌｙ−）〕材料が代表的なも
のである。
【０１１１】前記非晶質材料および前記微結晶材料の具
体例としては、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ−Ｓｉ：Ｈ
Ｘ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：ＨＸ，ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈ，ａ−ＳｉＧｅ：ＨＸ，ａ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ，ａ
−ＳｉＧｅＣ：ＨＸ，ａ−ＳｉＯ：Ｈ，ａ−ＳｉＯ：Ｈ
Ｘ，ａ−ＳｉＮ：Ｈ，ａ−ＳｉＮ：ＨＸ，ａ−ＳｉＯ
Ｎ：Ｈ，ａ−ＳｉＯＮ：ＨＸ，ａ−ＳｉＯＣＮ：Ｈ，ａ
−ＳｉＯＣＮ：ＨＸ，μｃ−Ｓｉ：Ｈ，μｃ−Ｓｉ：Ｈ
Ｘ，μｃ−ＳｉＣ：Ｈ，μｃ−ＳｉＣ：ＨＸ，μｃ−Ｓ
ｉＯ：Ｈ，μｃ−ＳｉＯ：ＨＸ，μｃ−ＳｉＮ：Ｈ，μ
ｃ−ＳｉＮ：ＨＸ，μｃ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ，μｃ−Ｓｉ
ＧｅＣ：ＨＸ，μｃ−ＳｉＯＮ：Ｈ，μｃ−ＳｉＯＮ：
ＨＸ，μｃ−ＳｉＯＣＮ：Ｈ，μｃ−ＳｉＯＣＮ：ＨＸ
などにｐ型の価電子制御剤（周期律表第ＩＩＩ族原子
Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ）やｎ型の価電子制御剤
（周期律表第Ｖ族原子Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）を高濃度
に添加した材料が挙げられる。
体例としては、例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ−Ｓｉ：Ｈ
Ｘ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：ＨＸ，ａ−ＳｉＧ
ｅ：Ｈ，ａ−ＳｉＧｅ：ＨＸ，ａ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ，ａ
−ＳｉＧｅＣ：ＨＸ，ａ−ＳｉＯ：Ｈ，ａ−ＳｉＯ：Ｈ
Ｘ，ａ−ＳｉＮ：Ｈ，ａ−ＳｉＮ：ＨＸ，ａ−ＳｉＯ
Ｎ：Ｈ，ａ−ＳｉＯＮ：ＨＸ，ａ−ＳｉＯＣＮ：Ｈ，ａ
−ＳｉＯＣＮ：ＨＸ，μｃ−Ｓｉ：Ｈ，μｃ−Ｓｉ：Ｈ
Ｘ，μｃ−ＳｉＣ：Ｈ，μｃ−ＳｉＣ：ＨＸ，μｃ−Ｓ
ｉＯ：Ｈ，μｃ−ＳｉＯ：ＨＸ，μｃ−ＳｉＮ：Ｈ，μ
ｃ−ＳｉＮ：ＨＸ，μｃ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ，μｃ−Ｓｉ
ＧｅＣ：ＨＸ，μｃ−ＳｉＯＮ：Ｈ，μｃ−ＳｉＯＮ：
ＨＸ，μｃ−ＳｉＯＣＮ：Ｈ，μｃ−ＳｉＯＣＮ：ＨＸ
などにｐ型の価電子制御剤（周期律表第ＩＩＩ族原子
Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ）やｎ型の価電子制御剤
（周期律表第Ｖ族原子Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）を高濃度
に添加した材料が挙げられる。
【０１１２】前記多結晶材料の具体例としては、例えば
ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ：ＨＸ，ｐｏｌｙ
−ＳｉＣ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＣ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉＯ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ
Ｎ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＮ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅ
Ｃ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅＣ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ
ＯＮ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯＮ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ
ＯＣＮ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯＣＮ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−
Ｓｉ，ｐｏｌｙ−ＳｉＣ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯ，ｐｏｌｙ
−ＳｉＮなどにｐ型の価電子制御剤（周期律表第ＩＩＩ
族原子Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ）やｎ型の価電子制
御剤（周期律表第Ｖ族原子Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）を高
濃度に添加した材料が挙げられる。
ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ：ＨＸ，ｐｏｌｙ
−ＳｉＣ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＣ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−Ｓ
ｉＯ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ
Ｎ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＮ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅ
Ｃ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅＣ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ
ＯＮ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯＮ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ
ＯＣＮ：Ｈ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯＣＮ：ＨＸ，ｐｏｌｙ−
Ｓｉ，ｐｏｌｙ−ＳｉＣ，ｐｏｌｙ−ＳｉＯ，ｐｏｌｙ
−ＳｉＮなどにｐ型の価電子制御剤（周期律表第ＩＩＩ
族原子Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｔｌ）やｎ型の価電子制
御剤（周期律表第Ｖ族原子Ｐ，Ａｓ，Ｓｂ，Ｂｉ）を高
濃度に添加した材料が挙げられる。
【０１１３】特に光入射側のドーピング層（ｐ型半導体
層またはｎ型半導体層）は、光吸収の少ない結晶性の半
導体層またはバンドギャップの広い非晶質半導体層とす
るのが好ましい。
層またはｎ型半導体層）は、光吸収の少ない結晶性の半
導体層またはバンドギャップの広い非晶質半導体層とす
るのが好ましい。
【０１１４】ドーピング層としてのｐ型半導体層または
ｎ型半導体層に含有される水素原子（Ｈ，Ｄ）または／
及びハロゲン原子（Ｘ）は、ｐ型半導体層またはｎ型半
導体層の未結合手を補償する働きをしｐ型半導体層また
はｎ型半導体層のドーピング効率を向上させるものであ
る。ｐ型半導体層またはｎ型半導体層へ添加される水素
原子または／及びハロゲン原子の好適な量は前述のとお
りであるが、ｐ型半導体層またはｎ型半導体層が結晶性
の場合、水素原子または／及びハロゲン原子は０．１〜
１０原子％が最適量として挙げられる。光起電力素子の
ｐ型半導体層およびｎ型半導体層の電気特性としては、
活性化エネルギーが、好適には０．２ｅＶ以下、最適に
は０．１ｅＶ以下とするのが望ましい。また比抵抗とし
ては、好ましくは１００Ωｃｍ以下、最適には１Ωｃｍ
以下とするのが望ましい。さらにｐ型半導体層およびｎ
型半導体層の層厚については、好ましくは１〜５０ｎ
ｍ、最適には３〜１０ｎｍである。
ｎ型半導体層に含有される水素原子（Ｈ，Ｄ）または／
及びハロゲン原子（Ｘ）は、ｐ型半導体層またはｎ型半
導体層の未結合手を補償する働きをしｐ型半導体層また
はｎ型半導体層のドーピング効率を向上させるものであ
る。ｐ型半導体層またはｎ型半導体層へ添加される水素
原子または／及びハロゲン原子の好適な量は前述のとお
りであるが、ｐ型半導体層またはｎ型半導体層が結晶性
の場合、水素原子または／及びハロゲン原子は０．１〜
１０原子％が最適量として挙げられる。光起電力素子の
ｐ型半導体層およびｎ型半導体層の電気特性としては、
活性化エネルギーが、好適には０．２ｅＶ以下、最適に
は０．１ｅＶ以下とするのが望ましい。また比抵抗とし
ては、好ましくは１００Ωｃｍ以下、最適には１Ωｃｍ
以下とするのが望ましい。さらにｐ型半導体層およびｎ
型半導体層の層厚については、好ましくは１〜５０ｎ
ｍ、最適には３〜１０ｎｍである。
【０１１５】（３．半導体層の形成方法）本発明の光起
電力素子における半導体層としての、好適なＩＶ族非単
結晶材料またはＩＶ族合金系非単結晶材料で構成される
半導体層の形成は、公知の成膜方法で行うことができ
る。好ましい成膜方法として、ＲＦプラズマＣＶＤ法、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法などの交流あるいは高周波
を用いたプラズマＣＶＤ法が挙げられる。
電力素子における半導体層としての、好適なＩＶ族非単
結晶材料またはＩＶ族合金系非単結晶材料で構成される
半導体層の形成は、公知の成膜方法で行うことができ
る。好ましい成膜方法として、ＲＦプラズマＣＶＤ法、
マイクロ波プラズマＣＶＤ法などの交流あるいは高周波
を用いたプラズマＣＶＤ法が挙げられる。
【０１１６】マイクロ波プラズマＣＶＤ法においては、
減圧状態にできる堆積室（真空チャンバー）に原料ガ
ス、希釈ガスなどの材料ガスを導入し、堆積室内も真空
ポンプによって排気しつつ、堆積室の内圧を一定にし
て、マイクロ波電源によって発振されたマイクロ波を、
導波管によって導き、誘電体窓（アルミナセラミックス
など）を介して前記堆積室に導入して、プラズマを生起
させて前記材料ガスを分解し、堆積室内に配置された基
板上に、所望の堆積膜を形成する。当該マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法においては、広い堆積条件で光起電力素子
に適用可能な堆積膜を形成することができる。
減圧状態にできる堆積室（真空チャンバー）に原料ガ
ス、希釈ガスなどの材料ガスを導入し、堆積室内も真空
ポンプによって排気しつつ、堆積室の内圧を一定にし
て、マイクロ波電源によって発振されたマイクロ波を、
導波管によって導き、誘電体窓（アルミナセラミックス
など）を介して前記堆積室に導入して、プラズマを生起
させて前記材料ガスを分解し、堆積室内に配置された基
板上に、所望の堆積膜を形成する。当該マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法においては、広い堆積条件で光起電力素子
に適用可能な堆積膜を形成することができる。
【０１１７】本発明の光起電力素子用の半導体層を、マ
イクロ波プラズマＣＶＤ法で、形成する場合の好ましい
成膜条件としては、基板温度は１００〜４５０℃、内圧
は０．５〜３０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワーは０．０
１〜１Ｗ／ｃｍ3、マイクロ波の周波数は０．１〜１０
ＧＨｚ、堆積速度は０．０５〜２０ｎｍ／ｓｅｃであ
る。
イクロ波プラズマＣＶＤ法で、形成する場合の好ましい
成膜条件としては、基板温度は１００〜４５０℃、内圧
は０．５〜３０ｍＴｏｒｒ、マイクロ波パワーは０．０
１〜１Ｗ／ｃｍ3、マイクロ波の周波数は０．１〜１０
ＧＨｚ、堆積速度は０．０５〜２０ｎｍ／ｓｅｃであ
る。
【０１１８】ＲＦプラズマＣＶＤ法による前記半導体層
の形成は、マイクロ波パワーに代えてＲＦパワーを使用
する以外は、上述したマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
る成膜手法と同様にして行うことができる。ＲＦプラズ
マＣＶＤ法により前記半導体層を形成する場合の好まし
い成膜条件としては、基板温度は１００〜３５０℃、内
圧は０．１〜１０Ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは０．００１〜
０．５Ｗ／ｃｍ3、堆積速度は０．０１〜３ｎｍ／ｓｅ
ｃである。
の形成は、マイクロ波パワーに代えてＲＦパワーを使用
する以外は、上述したマイクロ波プラズマＣＶＤ法によ
る成膜手法と同様にして行うことができる。ＲＦプラズ
マＣＶＤ法により前記半導体層を形成する場合の好まし
い成膜条件としては、基板温度は１００〜３５０℃、内
圧は０．１〜１０Ｔｏｒｒ、ＲＦパワーは０．００１〜
０．５Ｗ／ｃｍ3、堆積速度は０．０１〜３ｎｍ／ｓｅ
ｃである。
【０１１９】微結晶を含むi型半導体層を形成する場合
は、マイクロ波CVD法により、０．1〜１０ＧＨｚのマイ
クロ波プラズマに0.1〜100MHzのRF高周波を重畳して用
いると良い。RF高周波を印加する電極(RF電極)には負の
バイアス電圧が印加されるようにすることが望ましい。
またそれに加えて、DCバイアス電圧を重畳しても良い。
また、０．1〜１０ＧＨｚのマイクロ波をRF高周波を印
加する電極と共通の電極から印加しても良い。RF電極に
は、好ましくは-100V以下、より好ましくは-200V以下の
バイアス電圧がかかるようにすることが望ましい。それ
によって、正イオンによる堆積膜表面のダメージが減少
し、前述したような望ましい特性の微結晶を含むi型半
導体層を形成することができる。
は、マイクロ波CVD法により、０．1〜１０ＧＨｚのマイ
クロ波プラズマに0.1〜100MHzのRF高周波を重畳して用
いると良い。RF高周波を印加する電極(RF電極)には負の
バイアス電圧が印加されるようにすることが望ましい。
またそれに加えて、DCバイアス電圧を重畳しても良い。
また、０．1〜１０ＧＨｚのマイクロ波をRF高周波を印
加する電極と共通の電極から印加しても良い。RF電極に
は、好ましくは-100V以下、より好ましくは-200V以下の
バイアス電圧がかかるようにすることが望ましい。それ
によって、正イオンによる堆積膜表面のダメージが減少
し、前述したような望ましい特性の微結晶を含むi型半
導体層を形成することができる。
【０１２０】又、水素希釈率(堆積膜の構成元素を含む
原料ガスの流量に対する水素ガスの流量の比率) は、好
ましくは、10倍以上、より好ましくは、20倍以上にする
ことが望ましい。また、マイクロ波のパワーより大きい
RFパワーを投入することが望ましい。
原料ガスの流量に対する水素ガスの流量の比率) は、好
ましくは、10倍以上、より好ましくは、20倍以上にする
ことが望ましい。また、マイクロ波のパワーより大きい
RFパワーを投入することが望ましい。
【０１２１】本発明のi型半導体層中の微結晶の体積率
は、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、最適
には70%以上が望ましい。また、微結晶の平均粒径は、
好ましくは3nm以上、より好ましくは4nm以上、最適には
5nm以上が望ましい。また、微結晶粒の半導体層の形成
面に対して垂直方向の平均径が水平方向の平均径の、好
ましくは2倍以上、より好ましくは3倍以上、最適には5
倍以上であることが望ましい。微結晶の体積率は、断面
を透過電子顕微鏡(TEM)で観察することによって、ある
いは、Raman分光でピークの比率を解析することによっ
て測定される。また、微結晶の平均粒径は、X線回折で
ピークの半値巾から計算される。i型半導体層が、上述
のような範囲の微結晶を有することによって、紫外光、
可視光、赤外光の吸収係数が増大し、光キャリアの走行
性が向上し、光起電力素子の光劣化が5%以下になった。
例えば、i型半導体層の半導体材料としてシリコンを用
いた場合、光の吸収係数と光のエネルギーのグラフから
見積もられたバンドギャップは、単結晶シリコン(1.1e
V)よりも小さい1.0eVと見積もられた。また、少なくと
も一部が微結晶からなるi型半導体層の好適な膜厚は材
料によって異なるが、例えばシリコンの場合は、好まし
くは0.2μm以上10μm以下、より好ましくは0.4μm以上5
μm以下が望ましい。
は、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、最適
には70%以上が望ましい。また、微結晶の平均粒径は、
好ましくは3nm以上、より好ましくは4nm以上、最適には
5nm以上が望ましい。また、微結晶粒の半導体層の形成
面に対して垂直方向の平均径が水平方向の平均径の、好
ましくは2倍以上、より好ましくは3倍以上、最適には5
倍以上であることが望ましい。微結晶の体積率は、断面
を透過電子顕微鏡(TEM)で観察することによって、ある
いは、Raman分光でピークの比率を解析することによっ
て測定される。また、微結晶の平均粒径は、X線回折で
ピークの半値巾から計算される。i型半導体層が、上述
のような範囲の微結晶を有することによって、紫外光、
可視光、赤外光の吸収係数が増大し、光キャリアの走行
性が向上し、光起電力素子の光劣化が5%以下になった。
例えば、i型半導体層の半導体材料としてシリコンを用
いた場合、光の吸収係数と光のエネルギーのグラフから
見積もられたバンドギャップは、単結晶シリコン(1.1e
V)よりも小さい1.0eVと見積もられた。また、少なくと
も一部が微結晶からなるi型半導体層の好適な膜厚は材
料によって異なるが、例えばシリコンの場合は、好まし
くは0.2μm以上10μm以下、より好ましくは0.4μm以上5
μm以下が望ましい。
【０１２２】上述したＩＶ族系非単結晶材料またはＩＶ
族合金系非単結晶材料で構成される半導体層をプラズマ
ＣＶＤ法で形成する場合に使用する成膜用の原料ガスと
しては、常温でガス状態であるかまたは容易にガス化し
得るシリコン原子含有化合物、常温でガス状態であるか
または容易にガス化し得るゲルマニウム原子含有化合
物、常温でガス状態であるかまたは容易にガス化し得る
炭素原子含有化合物、およびこれら化合物の混合物を挙
げることができる。
族合金系非単結晶材料で構成される半導体層をプラズマ
ＣＶＤ法で形成する場合に使用する成膜用の原料ガスと
しては、常温でガス状態であるかまたは容易にガス化し
得るシリコン原子含有化合物、常温でガス状態であるか
または容易にガス化し得るゲルマニウム原子含有化合
物、常温でガス状態であるかまたは容易にガス化し得る
炭素原子含有化合物、およびこれら化合物の混合物を挙
げることができる。
【０１２３】前記シリコン原子含有化合物としては、常
温でガス状態であるかまたは容易にガス化し得る鎖状ま
たは環状シラン化合物を挙げることができる。具体的例
としては、例えば、ＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６，ＳｉＦ４，
ＳｉＦＨ３，ＳｉＦ２Ｈ２，ＳｉＦ３Ｈ，Ｓｉ３Ｈ８，
ＳｉＤ４，ＳｉＨＤ３，ＳｉＨ２Ｄ２，ＳｉＨ３Ｄ，Ｓ
ｉＦＤ３，ＳｉＦ２Ｄ２，Ｓｉ２Ｄ３Ｈ３，（ＳｉＦ
２）５，（ＳｉＦ２）６，（ＳｉＦ２）４，Ｓｉ２Ｆ
６，Ｓｉ３Ｆ８，Ｓｉ２Ｈ２Ｆ４，Ｓｉ２Ｈ３Ｆ３，Ｓ
ｉＣｌ４，（ＳｉＣｌ２）５，ＳｉＢｒ４，（ＳｉＢｒ
２）５，Ｓｉ２Ｃｌ６，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｂｒ
２，ＳｉＨ２Ｃｌ２，Ｓｉ２Ｃｌ３Ｆ３などの常温でガ
ス状態であるかまたは容易にガス化し得る化合物が挙げ
られる。
温でガス状態であるかまたは容易にガス化し得る鎖状ま
たは環状シラン化合物を挙げることができる。具体的例
としては、例えば、ＳｉＨ４，Ｓｉ２Ｈ６，ＳｉＦ４，
ＳｉＦＨ３，ＳｉＦ２Ｈ２，ＳｉＦ３Ｈ，Ｓｉ３Ｈ８，
ＳｉＤ４，ＳｉＨＤ３，ＳｉＨ２Ｄ２，ＳｉＨ３Ｄ，Ｓ
ｉＦＤ３，ＳｉＦ２Ｄ２，Ｓｉ２Ｄ３Ｈ３，（ＳｉＦ
２）５，（ＳｉＦ２）６，（ＳｉＦ２）４，Ｓｉ２Ｆ
６，Ｓｉ３Ｆ８，Ｓｉ２Ｈ２Ｆ４，Ｓｉ２Ｈ３Ｆ３，Ｓ
ｉＣｌ４，（ＳｉＣｌ２）５，ＳｉＢｒ４，（ＳｉＢｒ
２）５，Ｓｉ２Ｃｌ６，ＳｉＨＣｌ３，ＳｉＨ２Ｂｒ
２，ＳｉＨ２Ｃｌ２，Ｓｉ２Ｃｌ３Ｆ３などの常温でガ
ス状態であるかまたは容易にガス化し得る化合物が挙げ
られる。
【０１２４】前記ゲルマニウム原子含有化合物の具体例
としては、例えば、ＧｅＨ４，ＧｅＤ４，ＧｅＦ４，Ｇ
ｅＦＨ３，ＧｅＦ２Ｈ２，ＧｅＦ３Ｈ，ＧｅＨＤ３，Ｇ
ｅＨ２Ｄ２，ＧｅＨ３Ｄ，Ｇｅ２Ｈ６，Ｇｅ２Ｄ６など
の常温でガス状態であるかまたは容易にガス化し得る化
合物が挙げられる。
としては、例えば、ＧｅＨ４，ＧｅＤ４，ＧｅＦ４，Ｇ
ｅＦＨ３，ＧｅＦ２Ｈ２，ＧｅＦ３Ｈ，ＧｅＨＤ３，Ｇ
ｅＨ２Ｄ２，ＧｅＨ３Ｄ，Ｇｅ２Ｈ６，Ｇｅ２Ｄ６など
の常温でガス状態であるかまたは容易にガス化し得る化
合物が挙げられる。
【０１２５】前記炭素原子含有化合物の具体例として
は、例えば、ＣＨ４，ＣＤ４，ＣｎＨ２ｎ＋２（ｎは整
数），ＣｎＨ２ｎ（ｎは整数），Ｃ２Ｈ２，Ｃ６Ｈ６，
ＣＯ２，ＣＯなどの常温でガス状態であるかまたは容易
にガス化し得る化合物が挙げられる。
は、例えば、ＣＨ４，ＣＤ４，ＣｎＨ２ｎ＋２（ｎは整
数），ＣｎＨ２ｎ（ｎは整数），Ｃ２Ｈ２，Ｃ６Ｈ６，
ＣＯ２，ＣＯなどの常温でガス状態であるかまたは容易
にガス化し得る化合物が挙げられる。
【０１２６】これらの成膜用原料ガスの他、必要により
ガス状の窒素原子含有化合物、ガス状の酸素原子含有化
合物などを使用することができる。
ガス状の窒素原子含有化合物、ガス状の酸素原子含有化
合物などを使用することができる。
【０１２７】そうした窒素原子含有化合物の具体例とし
て、例えば、Ｎ２，ＮＨ３，ＮＤ３，ＮＯ，ＮＯ２，Ｎ
２Ｏが挙げられる。
て、例えば、Ｎ２，ＮＨ３，ＮＤ３，ＮＯ，ＮＯ２，Ｎ
２Ｏが挙げられる。
【０１２８】また酸素原子含有化合物の具体例として、
例えば、Ｏ２，ＣＯ，ＣＯ２，ＮＯ，ＮＯ２，Ｎ２Ｏ，
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ，ＣＨ３ＯＨ，Ｈ２Ｏなどが挙げられ
る。
例えば、Ｏ２，ＣＯ，ＣＯ２，ＮＯ，ＮＯ２，Ｎ２Ｏ，
ＣＨ３ＣＨ２ＯＨ，ＣＨ３ＯＨ，Ｈ２Ｏなどが挙げられ
る。
【０１２９】価電子制御するためにｐ型半導体層または
ｎ型半導体層に導入される物質としてはＩＩＩ族原子お
よびＶ族原子が挙げられる。
ｎ型半導体層に導入される物質としてはＩＩＩ族原子お
よびＶ族原子が挙げられる。
【０１３０】ＩＩＩ族原子導入用の出発物質として有効
に使用されるものとしては、例えば、ホウ素原子導入用
として、Ｂ２Ｈ６，Ｂ４Ｈ１０，Ｂ５Ｈ９，Ｂ５Ｈ１
１，Ｂ６Ｈ１０，Ｂ６Ｈ１２，Ｂ６Ｈ１４などの常温で
ガス状態であるかまたは容易にガス化し得る水素化ホウ
素、ＢＦ３，ＢＣｌ３，などの常温でガス状態であるか
または容易にガス化し得るハロゲン化ホウ素などを挙げ
ることができる。このほかにＡｌＣｌ３，ＧａＣｌ３，
ＩｎＣｌ３，ＴｌＣｌ３などの常温でガス状態であるか
または容易にガス化し得る化合物を使用することもでき
る。これらの中、特にＢ２Ｈ６，ＢＦ３が適している。
に使用されるものとしては、例えば、ホウ素原子導入用
として、Ｂ２Ｈ６，Ｂ４Ｈ１０，Ｂ５Ｈ９，Ｂ５Ｈ１
１，Ｂ６Ｈ１０，Ｂ６Ｈ１２，Ｂ６Ｈ１４などの常温で
ガス状態であるかまたは容易にガス化し得る水素化ホウ
素、ＢＦ３，ＢＣｌ３，などの常温でガス状態であるか
または容易にガス化し得るハロゲン化ホウ素などを挙げ
ることができる。このほかにＡｌＣｌ３，ＧａＣｌ３，
ＩｎＣｌ３，ＴｌＣｌ３などの常温でガス状態であるか
または容易にガス化し得る化合物を使用することもでき
る。これらの中、特にＢ２Ｈ６，ＢＦ３が適している。
【０１３１】Ｖ族原子導入用の出発物質として有効に使
用されるものとしては、例えば、燐原子導入用とし、Ｐ
Ｈ３，Ｐ２Ｈ４などの常温でガス状態であるかまたは容
易にガス化し得る水素化燐、ＰＨ４Ｉ，ＰＦ３，ＰＦ
５，ＰＣｌ３，ＰＣｌ５，ＰＢｒ３，ＰＢｒ５，ＰＩ３
などの常温でガス状態であるかまたは容易にガス化し得
るハロゲン化燐が挙げられる。このほかＡｓＨ３，Ａｓ
Ｆ３，ＡｓＣｌ３，ＡｓＢｒ３，ＡｓＦ５，ＳｂＨ３，
ＳｂＦ３，ＳｂＦ５，ＳｂＣｌ３，ＳｂＣｌ５，ＢｉＨ
３，ＢｉＣｌ３，ＢｉＢｒ３などの常温でガス状態であ
るかまたは容易にガス化し得る化合物を使用することが
できる。これらの中、特にＰＨ３，ＰＦ３が適してい
る。
用されるものとしては、例えば、燐原子導入用とし、Ｐ
Ｈ３，Ｐ２Ｈ４などの常温でガス状態であるかまたは容
易にガス化し得る水素化燐、ＰＨ４Ｉ，ＰＦ３，ＰＦ
５，ＰＣｌ３，ＰＣｌ５，ＰＢｒ３，ＰＢｒ５，ＰＩ３
などの常温でガス状態であるかまたは容易にガス化し得
るハロゲン化燐が挙げられる。このほかＡｓＨ３，Ａｓ
Ｆ３，ＡｓＣｌ３，ＡｓＢｒ３，ＡｓＦ５，ＳｂＨ３，
ＳｂＦ３，ＳｂＦ５，ＳｂＣｌ３，ＳｂＣｌ５，ＢｉＨ
３，ＢｉＣｌ３，ＢｉＢｒ３などの常温でガス状態であ
るかまたは容易にガス化し得る化合物を使用することが
できる。これらの中、特にＰＨ３，ＰＦ３が適してい
る。
【０１３２】いずれの場合にあっても、使用する原料ガ
スは、Ｈ２，Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒなどのガス
で適宜希釈して堆積室に導入してもよい。特に微結晶あ
るいは多結晶半導体材料やａ−ＳｉＣ：Ｈなどの光吸収
が少ないかバンドギャップの広い半導体材料で構成され
る層をマイクロ波プラズマＣＶＤ法またはＲＦプラズマ
ＣＶＤ法で形成する場合には、水素ガスで原料ガスを希
釈し、マイクロ波パワー、あるいはＲＦパワーは比較的
高いパワーを導入するのが好ましい。
スは、Ｈ２，Ｈｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｘｅ，Ｋｒなどのガス
で適宜希釈して堆積室に導入してもよい。特に微結晶あ
るいは多結晶半導体材料やａ−ＳｉＣ：Ｈなどの光吸収
が少ないかバンドギャップの広い半導体材料で構成され
る層をマイクロ波プラズマＣＶＤ法またはＲＦプラズマ
ＣＶＤ法で形成する場合には、水素ガスで原料ガスを希
釈し、マイクロ波パワー、あるいはＲＦパワーは比較的
高いパワーを導入するのが好ましい。
【０１３３】（４．ドーピング層の形成方法）以下に、
本発明の特徴であるドーピング層の形成方法について述
べる。
本発明の特徴であるドーピング層の形成方法について述
べる。
【０１３４】主構成成分であるＩＶ族元素の密度が小さ
くなっているＩＶ族元素低密度領域が離散的に存在する
本発明のドーピング層を形成するには、基本的には、前
述の半導体層の形成方法を用いることができるが、少な
くとも以下の形成条件を好適に調整することが必要であ
る。すなわち、第１には、基板に対して高周波が印加さ
れる電極にかかるバイアス電圧であり、そして第２に
は、水素ガスで成膜用原料ガスを希釈する場合の希釈率
である。
くなっているＩＶ族元素低密度領域が離散的に存在する
本発明のドーピング層を形成するには、基本的には、前
述の半導体層の形成方法を用いることができるが、少な
くとも以下の形成条件を好適に調整することが必要であ
る。すなわち、第１には、基板に対して高周波が印加さ
れる電極にかかるバイアス電圧であり、そして第２に
は、水素ガスで成膜用原料ガスを希釈する場合の希釈率
である。
【０１３５】これらの形成条件の好適な範囲は、半導体
層の成膜方法によって異なるので一概には決められな
い。ここでは、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ
プラズマＣＶＤ法を用いる場合と、周波数２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波ＣＶＤを用いる場合を例にとって、以下
に説明する。
層の成膜方法によって異なるので一概には決められな
い。ここでは、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚのＲＦ
プラズマＣＶＤ法を用いる場合と、周波数２．４５ＧＨ
ｚのマイクロ波ＣＶＤを用いる場合を例にとって、以下
に説明する。
【０１３６】第１の条件である前記基板に対して高周波
電極のバイアス電圧については、正のバイアス電圧がか
かるようにすることが重要である。それによって、正イ
オンが基板に入射して、本発明のドーピング層を形成す
ることができる。高周波電極のセルフバイアス電圧は、
一般には負の電圧が現れる。これは、高周波電極（カソ
ード）の電極表面積が、一般に小さいため、移動度が大
きく高周波の周波数に追従できる電子が高周波電極にチ
ャージアップするためと考えられる。しかしながら、本
発明では、例えば、高周波電極（カソード）の電極表面
で、プラズマに接してシースを形成する面積の方が、成
膜室の内壁などの接地された部分で、プラズマに接して
シースを形成する面積よりも大きくすることによって、
カソードに正のセルフバイアス電圧がかかるようにな
る。したがって、基板が接地（アース）されている場
合、基板に対して正のバイアス電圧がカソードに印加さ
れることになる。本発明では、このような基板に対する
カソードの正のバイアス電圧を、例えば周波数１３．５
６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤ法を用いる場合には、好
ましくは１００Ｖ以上、より好ましくは１３０Ｖ以上に
することが望ましい。ここで、基板に対するカソードの
正のバイアス電圧の値は、電極表面積の比率の他に、投
入するＲＦ電力と、成膜圧力に大きく左右される。ま
た、成膜用原料ガスの種類や混合比率によっても変動す
るので、上述の範囲のバイアス電圧が得られるように適
宜調整が必要である。さらに、基板に対してカソードを
正のバイアス電圧にするには、以下のような方法もあ
る。その１つの方法としては、カソードに正のＤＣ電圧
を重畳する方法であり、他の方法としては、基板をフロ
ーティングにして、基板側に負のＤＣ電圧を重畳する方
法である。
電極のバイアス電圧については、正のバイアス電圧がか
かるようにすることが重要である。それによって、正イ
オンが基板に入射して、本発明のドーピング層を形成す
ることができる。高周波電極のセルフバイアス電圧は、
一般には負の電圧が現れる。これは、高周波電極（カソ
ード）の電極表面積が、一般に小さいため、移動度が大
きく高周波の周波数に追従できる電子が高周波電極にチ
ャージアップするためと考えられる。しかしながら、本
発明では、例えば、高周波電極（カソード）の電極表面
で、プラズマに接してシースを形成する面積の方が、成
膜室の内壁などの接地された部分で、プラズマに接して
シースを形成する面積よりも大きくすることによって、
カソードに正のセルフバイアス電圧がかかるようにな
る。したがって、基板が接地（アース）されている場
合、基板に対して正のバイアス電圧がカソードに印加さ
れることになる。本発明では、このような基板に対する
カソードの正のバイアス電圧を、例えば周波数１３．５
６ＭＨｚのＲＦプラズマＣＶＤ法を用いる場合には、好
ましくは１００Ｖ以上、より好ましくは１３０Ｖ以上に
することが望ましい。ここで、基板に対するカソードの
正のバイアス電圧の値は、電極表面積の比率の他に、投
入するＲＦ電力と、成膜圧力に大きく左右される。ま
た、成膜用原料ガスの種類や混合比率によっても変動す
るので、上述の範囲のバイアス電圧が得られるように適
宜調整が必要である。さらに、基板に対してカソードを
正のバイアス電圧にするには、以下のような方法もあ
る。その１つの方法としては、カソードに正のＤＣ電圧
を重畳する方法であり、他の方法としては、基板をフロ
ーティングにして、基板側に負のＤＣ電圧を重畳する方
法である。
【０１３７】また、高周波の周波数が高い場合、例えば
周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＣＶＤを用いる場合
には、高周波電極を用いるよりも、誘電体の導入窓から
成膜空間の中にマイクロ波を投入することが望ましいの
で、基板をフローティングにして、基板側に負のＤＣ電
圧を重畳するか、あるいはマイクロ波プラズマ中にＤＣ
あるいはＲＦのバイアスを印加できる電極を設置して、
該電極に基板に対して正のバイアス電圧がかかるように
調節するとよい。
周波数２．４５ＧＨｚのマイクロ波ＣＶＤを用いる場合
には、高周波電極を用いるよりも、誘電体の導入窓から
成膜空間の中にマイクロ波を投入することが望ましいの
で、基板をフローティングにして、基板側に負のＤＣ電
圧を重畳するか、あるいはマイクロ波プラズマ中にＤＣ
あるいはＲＦのバイアスを印加できる電極を設置して、
該電極に基板に対して正のバイアス電圧がかかるように
調節するとよい。
【０１３８】第２の条件である前記水素希釈率は、堆積
膜の構成元素を含む原料ガスの流量に対する水素ガスの
流量の比率であって、形成する堆積膜の種類によって好
適な範囲が異なるが、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚ
のＲＦプラズマＣＶＤ法を用いる場合、好ましくは１０
０倍以上、より好ましくは２００倍以上にすることが望
ましい。その場合、堆積膜に微結晶を含むこともある。
水素希釈率の上限は、原料ガスの種類によって異なるの
で、一概には決められない。例えば、ボロンを含むシリ
コン膜形成の場合には、燐を含むシリコン膜形成の場合
よりも高い希釈率にするのが望ましい。
膜の構成元素を含む原料ガスの流量に対する水素ガスの
流量の比率であって、形成する堆積膜の種類によって好
適な範囲が異なるが、例えば、周波数１３．５６ＭＨｚ
のＲＦプラズマＣＶＤ法を用いる場合、好ましくは１０
０倍以上、より好ましくは２００倍以上にすることが望
ましい。その場合、堆積膜に微結晶を含むこともある。
水素希釈率の上限は、原料ガスの種類によって異なるの
で、一概には決められない。例えば、ボロンを含むシリ
コン膜形成の場合には、燐を含むシリコン膜形成の場合
よりも高い希釈率にするのが望ましい。
【０１３９】また、例えば周波数２．４５ＧＨｚのマイ
クロ波ＣＶＤを用いる場合には、水素希釈率は、形成す
る堆積膜の種類によって好適な範囲は異なるが、一般的
には、好ましくは２０倍以上、より好ましくは３０倍以
上にすることが望ましい。その場合、堆積膜に微結晶を
含むこともある。
クロ波ＣＶＤを用いる場合には、水素希釈率は、形成す
る堆積膜の種類によって好適な範囲は異なるが、一般的
には、好ましくは２０倍以上、より好ましくは３０倍以
上にすることが望ましい。その場合、堆積膜に微結晶を
含むこともある。
【０１４０】以上述べたように、基板に対するバイアス
電圧および水素希釈率を好適な値に調整することによっ
て、主構成成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなって
いるＩＶ族元素低密度領域が離散的に存在する本発明の
ドーピング層を形成することができる。
電圧および水素希釈率を好適な値に調整することによっ
て、主構成成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなって
いるＩＶ族元素低密度領域が離散的に存在する本発明の
ドーピング層を形成することができる。
【０１４１】このメカニズムの詳細は明らかになってい
ないが、基板に対するカソードのバイアス電圧を正にし
て、あるいは基板のバイアス電圧を相対的に負にして、
上述の好適な値に調整することと、かつ水素希釈率を上
述の好適な値に調整することによって、水素の正イオ
ン、バンドギャップを拡大する元素の正イオン、価電子
制御剤の正イオンの少なくともいずれかが基板に対し
て、適度なエネルギーで加速されることにより、主構成
成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなっているＩＶ族
元素低密度領域が離散的に形成されると考えられる。
ないが、基板に対するカソードのバイアス電圧を正にし
て、あるいは基板のバイアス電圧を相対的に負にして、
上述の好適な値に調整することと、かつ水素希釈率を上
述の好適な値に調整することによって、水素の正イオ
ン、バンドギャップを拡大する元素の正イオン、価電子
制御剤の正イオンの少なくともいずれかが基板に対し
て、適度なエネルギーで加速されることにより、主構成
成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなっているＩＶ族
元素低密度領域が離散的に形成されると考えられる。
【０１４２】（透明電極）透明電極１０７は光を透過す
る、光入射側の電極であるとともに、その膜厚を最適化
することによって反射防止膜としての役割も兼ねる。透
明電極１０７は半導体層の吸収可能な波長領域において
高い透過率を有することと、抵抗率が低いことが要求さ
れる。好ましくは５５０ｎｍにおける透過率が８０％以
上、より好ましくは８５％以上であることが望ましい。
また、抵抗率は好ましくは５×１０-3Ωｃｍ以下、より
好ましくは１×１０-3Ωｃｍ以下であることが望まし
い。
る、光入射側の電極であるとともに、その膜厚を最適化
することによって反射防止膜としての役割も兼ねる。透
明電極１０７は半導体層の吸収可能な波長領域において
高い透過率を有することと、抵抗率が低いことが要求さ
れる。好ましくは５５０ｎｍにおける透過率が８０％以
上、より好ましくは８５％以上であることが望ましい。
また、抵抗率は好ましくは５×１０-3Ωｃｍ以下、より
好ましくは１×１０-3Ωｃｍ以下であることが望まし
い。
【０１４３】該透明電極の構成材料としては、Ｉｎ２Ｏ
３，ＳｎＯ２，ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３＋ＳｎＯ２），Ｚｎ
Ｏ，ＣｄＯ，Ｃｄ２ＳｎＯ４，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，
Ｂｉ２Ｏ３，ＭｏＯ３，ＮａｘＷＯ３などの導電性酸化
物あるいはこれらを混合したものが好適に用いられる。
また、これらの材料に、導電率を変化させる元素（ドー
パント）を添加してもよい。
３，ＳｎＯ２，ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３＋ＳｎＯ２），Ｚｎ
Ｏ，ＣｄＯ，Ｃｄ２ＳｎＯ４，ＴｉＯ２，Ｔａ２Ｏ５，
Ｂｉ２Ｏ３，ＭｏＯ３，ＮａｘＷＯ３などの導電性酸化
物あるいはこれらを混合したものが好適に用いられる。
また、これらの材料に、導電率を変化させる元素（ドー
パント）を添加してもよい。
【０１４４】導電率を変化させる元素（ドーパント）と
しては、例えば透明電極１０７がＺｎＯの場合には、Ａ
ｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｆなどが、またＩｎ２Ｏ３
の場合には、Ｓｎ，Ｆ，Ｔｅ，Ｔｉ，Ｓｂ，Ｐｂなど
が、またＳｎＯ２の場合には、Ｆ，Ｓｂ，Ｐ，Ａｓ，Ｉ
ｎ，Ｔｌ，Ｔｅ，Ｗ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉなどが好適に用い
られる。
しては、例えば透明電極１０７がＺｎＯの場合には、Ａ
ｌ，Ｉｎ，Ｂ，Ｇａ，Ｓｉ，Ｆなどが、またＩｎ２Ｏ３
の場合には、Ｓｎ，Ｆ，Ｔｅ，Ｔｉ，Ｓｂ，Ｐｂなど
が、またＳｎＯ２の場合には、Ｆ，Ｓｂ，Ｐ，Ａｓ，Ｉ
ｎ，Ｔｌ，Ｔｅ，Ｗ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉなどが好適に用い
られる。
【０１４５】透明電極１０７の形成は、蒸着法、ＣＶＤ
法、スプレー法、スピンオン法、デップ法などにより行
うことができる。
法、スプレー法、スピンオン法、デップ法などにより行
うことができる。
【０１４６】（集電電極）集電電極１０８は、透明電極
１０７の抵抗率が充分低くできない場合に必要に応じて
透明電極１０７上に形成され、透明電極の抵抗率を下げ
光起電力素子の直列抵抗を下げる働きをする。集電電極
１０８の構成材料としては、金、銀、銅、アルミニウ
ム、ニッケル、鉄、クロム、モリブデン、タングステ
ン、チタン、コバルト、タンタル、ニオブ、ジルコニウ
ムなどの金属、またはステンレスなどの合金、あるいは
粉末状金属を用いた導電ペーストなどが挙げられる。集
電電極１０８の形状は、できるだけ半導体層への入射光
を遮らないように、例えば図５のように枝状に形成され
る。
１０７の抵抗率が充分低くできない場合に必要に応じて
透明電極１０７上に形成され、透明電極の抵抗率を下げ
光起電力素子の直列抵抗を下げる働きをする。集電電極
１０８の構成材料としては、金、銀、銅、アルミニウ
ム、ニッケル、鉄、クロム、モリブデン、タングステ
ン、チタン、コバルト、タンタル、ニオブ、ジルコニウ
ムなどの金属、またはステンレスなどの合金、あるいは
粉末状金属を用いた導電ペーストなどが挙げられる。集
電電極１０８の形状は、できるだけ半導体層への入射光
を遮らないように、例えば図５のように枝状に形成され
る。
【０１４７】また、光起電力素子の全体の面積の中で、
集電電極の占める面積は、好ましくは１５％以下、より
好ましくは１０％以下、最適には５％以下が望ましい。
集電電極の占める面積は、好ましくは１５％以下、より
好ましくは１０％以下、最適には５％以下が望ましい。
【０１４８】また、集電電極１０８のパターンの形成に
は、マスクを用い、形成方法としては、蒸着法、スパッ
タ法、メッキ法、印刷法などが用いられる。或いは、金
属ワイヤーを導電性ペーストで固定しても良い。
は、マスクを用い、形成方法としては、蒸着法、スパッ
タ法、メッキ法、印刷法などが用いられる。或いは、金
属ワイヤーを導電性ペーストで固定しても良い。
【０１４９】
【実施例】本発明の光起電力素子を用いて、所望の出力
電圧、出力電流の光起電力装置（モジュールあるいはパ
ネル）を製造する場合には、本発明の光起電力素子を複
数個用意し、それらを直列あるいは並列に接続し、表面
と裏面に保護層を形成し、出力の取り出し電極などが取
り付けられる。また、複数個の本発明の光起電力素子を
直列接続する場合、逆流防止用のダイオードを組み込む
ようにしてもよい。本発明の光起電力素子の作製は、例
えば図４または図６に示す構成の成膜装置を使用して行
うことができる。
電圧、出力電流の光起電力装置（モジュールあるいはパ
ネル）を製造する場合には、本発明の光起電力素子を複
数個用意し、それらを直列あるいは並列に接続し、表面
と裏面に保護層を形成し、出力の取り出し電極などが取
り付けられる。また、複数個の本発明の光起電力素子を
直列接続する場合、逆流防止用のダイオードを組み込む
ようにしてもよい。本発明の光起電力素子の作製は、例
えば図４または図６に示す構成の成膜装置を使用して行
うことができる。
【０１５０】図４に示す成膜装置は、比較的小面積の本
発明の光起電力素子の作製に適したものである。図４に
示す成膜装置は、基本的には、接続された複数の搬送室
４０１，４０２，４０３，４０４，４０５と、搬送室の
下部に設置された半導体層の堆積室４１７，４１８，４
１９と、基板加熱用のヒーター４１０，４１１，４１２
と、ＲＦ高周波電極４２０，４２１と、マイクロ波導入
用窓４２５と、ガス供給管４２９，４４９，４６９と、
不図示の排気ポートと、不図示の排気装置からなる。半
導体層の堆積室４１７，４１８，４１９は、それぞれ堆
積される半導体層の種類によって分けられており、堆積
室４１７では、ＲＦプラズマＣＶＤ法によってｎ型半導
体層が、堆積室４１８ではマイクロ波（ＭＷ）プラズマ
ＣＶＤ法によってｉ型半導体層が、堆積室４１９ではＲ
ＦプラズマＣＶＤ法によってｐ型半導体層が、それぞれ
堆積される。図４の円の中の図は堆積室４１８の内部の
拡大図であり、マイクロ波導入用窓４２５から導入され
るマイクロ波に加えて、バイアス電極４２８からＲＦ及
び／またはＤＣのバイアス電力が印加される。また、Ｒ
Ｆ高周波電極４２０，４２１は、上述した本発明の光起
電力素子のドーピング層を形成する方法に好適なよう
に、プラズマに接する部分の表面積を従来のＲＦ高周波
電極よりも増大させてある。
発明の光起電力素子の作製に適したものである。図４に
示す成膜装置は、基本的には、接続された複数の搬送室
４０１，４０２，４０３，４０４，４０５と、搬送室の
下部に設置された半導体層の堆積室４１７，４１８，４
１９と、基板加熱用のヒーター４１０，４１１，４１２
と、ＲＦ高周波電極４２０，４２１と、マイクロ波導入
用窓４２５と、ガス供給管４２９，４４９，４６９と、
不図示の排気ポートと、不図示の排気装置からなる。半
導体層の堆積室４１７，４１８，４１９は、それぞれ堆
積される半導体層の種類によって分けられており、堆積
室４１７では、ＲＦプラズマＣＶＤ法によってｎ型半導
体層が、堆積室４１８ではマイクロ波（ＭＷ）プラズマ
ＣＶＤ法によってｉ型半導体層が、堆積室４１９ではＲ
ＦプラズマＣＶＤ法によってｐ型半導体層が、それぞれ
堆積される。図４の円の中の図は堆積室４１８の内部の
拡大図であり、マイクロ波導入用窓４２５から導入され
るマイクロ波に加えて、バイアス電極４２８からＲＦ及
び／またはＤＣのバイアス電力が印加される。また、Ｒ
Ｆ高周波電極４２０，４２１は、上述した本発明の光起
電力素子のドーピング層を形成する方法に好適なよう
に、プラズマに接する部分の表面積を従来のＲＦ高周波
電極よりも増大させてある。
【０１５１】図６に示す成膜装置は、本発明の光起電力
素子を連続的に製造するに適した装置であり、該成膜装
置は、複数の半導体層形成室の中を長尺の基板をその長
さ方向に搬送しながら通過させつつ該基板上に複数の半
導体層を連続的に積層形成する方法（いわゆるロール・
ツー・ロール法）を用いている。ロール・ツー・ロール
法は、製造コストの低減、均一性の向上を図る効果があ
り特に好適に用いられる。
素子を連続的に製造するに適した装置であり、該成膜装
置は、複数の半導体層形成室の中を長尺の基板をその長
さ方向に搬送しながら通過させつつ該基板上に複数の半
導体層を連続的に積層形成する方法（いわゆるロール・
ツー・ロール法）を用いている。ロール・ツー・ロール
法は、製造コストの低減、均一性の向上を図る効果があ
り特に好適に用いられる。
【０１５２】図６（ａ）は、ロール・ツー・ロール法を
用いた連続成膜装置の概略図である。この装置は、基板
送り出し室６０１と、複数の堆積室６０２〜６１４と、
基板巻き取り室６１５を順次配置し、それらの間を分離
通路６１６で接続してなり、各堆積室には排気口があ
り、内部を真空にすることができる。
用いた連続成膜装置の概略図である。この装置は、基板
送り出し室６０１と、複数の堆積室６０２〜６１４と、
基板巻き取り室６１５を順次配置し、それらの間を分離
通路６１６で接続してなり、各堆積室には排気口があ
り、内部を真空にすることができる。
【０１５３】帯状の基板６１７はこれらの堆積室、分離
通路を通って、基板送り出し室から基板巻き取り室に巻
き取られていく。同時に各堆積室、分離通路のガス入り
口からガスを導入し、それぞれの排気口からガスを排気
し、それぞれの層を形成することができるようになって
いる。各堆積室には基板を加熱するハロゲンランプヒー
ター６１８が内部に設置され、これにより各堆積室で基
板６１７は所定の温度に加熱される。
通路を通って、基板送り出し室から基板巻き取り室に巻
き取られていく。同時に各堆積室、分離通路のガス入り
口からガスを導入し、それぞれの排気口からガスを排気
し、それぞれの層を形成することができるようになって
いる。各堆積室には基板を加熱するハロゲンランプヒー
ター６１８が内部に設置され、これにより各堆積室で基
板６１７は所定の温度に加熱される。
【０１５４】図６（ｂ）は、図６（ａ）の装置の堆積室
を上から見た図である。各堆積室には原料ガスの入り口
６１９と排気口６２０があり、ＲＦ電極６２１あるいは
マイクロ波導入部６２２が取り付けられ、原料ガスの入
り口６１９には原料ガス供給装置（不図示）が接続され
ている。各堆積室の排気口には、油拡散ポンプ、メカニ
カルブースターポンプなどの真空排気ポンプ（不図示）
が接続され、堆積室に接続された分離通路６１６には掃
気ガスを流入させる入り口６２４がある。
を上から見た図である。各堆積室には原料ガスの入り口
６１９と排気口６２０があり、ＲＦ電極６２１あるいは
マイクロ波導入部６２２が取り付けられ、原料ガスの入
り口６１９には原料ガス供給装置（不図示）が接続され
ている。各堆積室の排気口には、油拡散ポンプ、メカニ
カルブースターポンプなどの真空排気ポンプ（不図示）
が接続され、堆積室に接続された分離通路６１６には掃
気ガスを流入させる入り口６２４がある。
【０１５５】マイクロ波ＣＶＤ法によるｉ型層（ＭＷ−
ｉ層）の堆積室である堆積室６０４と６０９にはＲＦバ
イアス電極６３１が配置されており、電源としてＲＦ電
源（不図示）が接続されている。基板送り出し室には送
り出しロール６２５と基板に適度の張力を与え、常に水
平に保つためのガイドローラー６２６があり、基板巻き
取り室には巻き取りロール６２７とガイドローラー６２
８がある。
ｉ層）の堆積室である堆積室６０４と６０９にはＲＦバ
イアス電極６３１が配置されており、電源としてＲＦ電
源（不図示）が接続されている。基板送り出し室には送
り出しロール６２５と基板に適度の張力を与え、常に水
平に保つためのガイドローラー６２６があり、基板巻き
取り室には巻き取りロール６２７とガイドローラー６２
８がある。
【０１５６】実施例１ 図４に示す装置を用いて図１に示す構成の光起電力素子
を作製した。当該光起電力素子は、以下に述べる工程を
順次行って作製した。 （１）基板１０１を洗浄し、（２）裏面電極１０２を形
成し、（３）透明導電層１０３を形成し、（４）ｎ型の
水素化アモルファスシリコン層（ａ−ｎ層と略記する）
を形成し、（５）ｎ型の微結晶シリコン層（μｃ−ｎ層
と略記する）を形成し、（６）再度ａ−ｎ層を形成し、
（７）水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）か
らなる真性半導体層（ｉ層と略記する）１０５を形成
し、（８）ｐ型の微結晶シリコン層（μｃ−ｐ層と略記
する）１０６を形成し、（９）透明電極１０７を形成
し、そして（１０）集電電極１０８を形成して、前記光
起電力素子を得た。
を作製した。当該光起電力素子は、以下に述べる工程を
順次行って作製した。 （１）基板１０１を洗浄し、（２）裏面電極１０２を形
成し、（３）透明導電層１０３を形成し、（４）ｎ型の
水素化アモルファスシリコン層（ａ−ｎ層と略記する）
を形成し、（５）ｎ型の微結晶シリコン層（μｃ−ｎ層
と略記する）を形成し、（６）再度ａ−ｎ層を形成し、
（７）水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）か
らなる真性半導体層（ｉ層と略記する）１０５を形成
し、（８）ｐ型の微結晶シリコン層（μｃ−ｐ層と略記
する）１０６を形成し、（９）透明電極１０７を形成
し、そして（１０）集電電極１０８を形成して、前記光
起電力素子を得た。
【０１５７】このとき、（５）のμｃ−ｎの形成条件を
変化させることにより、離散的に存在するさまざまな大
きさの、シリコンの密度が小さくなっているシリコン元
素低密度領域をｎ層中に形成することができた。図示し
てないが、本実施例のｎ型半導体層１０４は、前述の
（４）〜（６）の３層からなる構成になっている。
変化させることにより、離散的に存在するさまざまな大
きさの、シリコンの密度が小さくなっているシリコン元
素低密度領域をｎ層中に形成することができた。図示し
てないが、本実施例のｎ型半導体層１０４は、前述の
（４）〜（６）の３層からなる構成になっている。
【０１５８】以下、上述した作製工程を詳細に説明す
る。
る。
【０１５９】＜工程（１）＞まず、基板の作製を行っ
た。厚さ０．５ｍｍ、５０×５０ｍｍ２のステンレス
（ＳＵＳ４３０ＢＡ）製の支持体１０１をアセトンとイ
ソプロパノールで超音波洗浄し、温風乾燥させた。
た。厚さ０．５ｍｍ、５０×５０ｍｍ２のステンレス
（ＳＵＳ４３０ＢＡ）製の支持体１０１をアセトンとイ
ソプロパノールで超音波洗浄し、温風乾燥させた。
【０１６０】＜工程（２）＞次に、ＤＣマグネトロンス
パッタ法を用いて室温で前記ステンレス製の支持体１０
１表面上に層厚０．３μｍのＡｇの裏面電極１０２を形
成した。
パッタ法を用いて室温で前記ステンレス製の支持体１０
１表面上に層厚０．３μｍのＡｇの裏面電極１０２を形
成した。
【０１６１】＜工程（３）＞その上にＤＣマグネトロン
スパッタにより、基板温度３５０℃で層厚１．０μｍの
ＺｎＯの透明導電層１０３を形成した。
スパッタにより、基板温度３５０℃で層厚１．０μｍの
ＺｎＯの透明導電層１０３を形成した。
【０１６２】＜工程（４）＞工程（３）で得られたもの
を図４の装置に導入し、前記ＺｎＯ透明導電層１０３上
に膜厚２０ｎｍのａ−ｎ層を形成した。
を図４の装置に導入し、前記ＺｎＯ透明導電層１０３上
に膜厚２０ｎｍのａ−ｎ層を形成した。
【０１６３】図４において、堆積装置４００は、搬入室
４０１と搬出室４０５を備え、複数の成膜室の間を減圧
下で基板を搬送して、複数の半導体層を積層する装置で
ある。当該装置においては、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法とＲＦプラズマＣＶＤ法の両方を実施することができ
る。これを用いて、基板上に各半導体層が形成される。
４０１と搬出室４０５を備え、複数の成膜室の間を減圧
下で基板を搬送して、複数の半導体層を積層する装置で
ある。当該装置においては、マイクロ波プラズマＣＶＤ
法とＲＦプラズマＣＶＤ法の両方を実施することができ
る。これを用いて、基板上に各半導体層が形成される。
【０１６４】堆積装置には不図示の原料ガスボンベがガ
ス導入管を介して接続されている。原料ガスボンベはい
ずれも超高純度に精製されたもので、それらは、ＳｉＨ
4ガスボンベ、ＳｉＦ4ガスボンベ、ＣＨ4ガスボンベ、
ＧｅＨ4ガスボンベ、ＧｅＦ4ガスボンベ、Ｓｉ2Ｈ6ガス
ボンベ、ＰＨ3／Ｈ2（Ｈ2で希釈したＰＨ3ガス、濃度：
２％）ガスボンベ、ＢＦ3／Ｈ2（濃度：２％）ガスボン
ベ、Ｈ2ガスボンベ、Ｈｅガスボンベ、ＳｉＨ4／Ｈ
2（濃度：１０％）ガスボンベである。
ス導入管を介して接続されている。原料ガスボンベはい
ずれも超高純度に精製されたもので、それらは、ＳｉＨ
4ガスボンベ、ＳｉＦ4ガスボンベ、ＣＨ4ガスボンベ、
ＧｅＨ4ガスボンベ、ＧｅＦ4ガスボンベ、Ｓｉ2Ｈ6ガス
ボンベ、ＰＨ3／Ｈ2（Ｈ2で希釈したＰＨ3ガス、濃度：
２％）ガスボンベ、ＢＦ3／Ｈ2（濃度：２％）ガスボン
ベ、Ｈ2ガスボンベ、Ｈｅガスボンベ、ＳｉＨ4／Ｈ
2（濃度：１０％）ガスボンベである。
【０１６５】次に、基板４９０を搬入室４０１内の基板
搬送用レール４１３上に配置し、不図示の真空排気ポン
プにより搬入室４０１内を圧力が約１×１０-5Ｔｏｒｒ
になるまで真空排気した。
搬送用レール４１３上に配置し、不図示の真空排気ポン
プにより搬入室４０１内を圧力が約１×１０-5Ｔｏｒｒ
になるまで真空排気した。
【０１６６】次にあらかじめ不図示の真空排気ポンプに
より真空引きしておいた搬送チャンバー４０２および堆
積チャンバー４１７内へゲートバルブ４０６を開けて基
板４９０を搬送した。基板４９０の裏面を基板加熱用ヒ
ーター４１０に密着させて加熱し、堆積チャンバー４１
７内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約１×１０
−５Ｔｏｒｒになるまで真空排気した。以上のようにし
て成膜の準備が完了した。
より真空引きしておいた搬送チャンバー４０２および堆
積チャンバー４１７内へゲートバルブ４０６を開けて基
板４９０を搬送した。基板４９０の裏面を基板加熱用ヒ
ーター４１０に密着させて加熱し、堆積チャンバー４１
７内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約１×１０
−５Ｔｏｒｒになるまで真空排気した。以上のようにし
て成膜の準備が完了した。
【０１６７】そして、ＲＦプラズマＣＶＤ法によって、
以下の手法でａ−ｎ層を形成した。まず、Ｈ２ガスを堆
積チャンバー４１７内にガス導入管４２９を介して導入
し、Ｈ２ガスが５０ｓｃｃｍになるように不図示のバル
ブを開け、不図示のマスフローコントローラーで調整し
た。堆積チャンバー４１７内の圧力が１．２Ｔｏｒｒに
なるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。
基板４９０の温度が３５０℃になるように基板加熱用ヒ
ーター４１０を設定し、基板温度が安定したところで、
ＳｉＨ4ガス、ＰＨ3／Ｈ2ガスを堆積チャンバー４１７
内に不図示のバルブを操作してガス導入管４２９を介し
て導入した。このとき、ＳｉＨ４ガスが２ｓｃｃｍ、Ｈ
２ガスが５０ｓｃｃｍ、ＰＨ3／Ｈ2ガスが０．５ｓｃｃ
ｍとなるようにマスフローコントローラーで調整し、堆
積チャンバー４１７内の圧力は１．２Ｔｏｒｒとなるよ
うに調整した。１３．５６ＭＨｚのＲＦ高周波（以下
「ＲＦ」と略記する）電源４２２の電力を５ｍＷ／ｃｍ
3に設定し、ＲＦ電極であるプラズマ形成用カップ４２
０にＲＦ電力を導入し、グロー放電を生起させ、基板上
にａ−ｎ層の形成を開始し、層厚２０ｎｍのａ−ｎ層を
形成したところでＲＦ電源を切って、グロー放電を止
め、ａ−ｎ層の形成を終えた。このとき、基板は接地さ
れており、ＲＦ電極４２０には＋１３Ｖのセルフバイア
スがかかっていた。
以下の手法でａ−ｎ層を形成した。まず、Ｈ２ガスを堆
積チャンバー４１７内にガス導入管４２９を介して導入
し、Ｈ２ガスが５０ｓｃｃｍになるように不図示のバル
ブを開け、不図示のマスフローコントローラーで調整し
た。堆積チャンバー４１７内の圧力が１．２Ｔｏｒｒに
なるように不図示のコンダクタンスバルブで調整した。
基板４９０の温度が３５０℃になるように基板加熱用ヒ
ーター４１０を設定し、基板温度が安定したところで、
ＳｉＨ4ガス、ＰＨ3／Ｈ2ガスを堆積チャンバー４１７
内に不図示のバルブを操作してガス導入管４２９を介し
て導入した。このとき、ＳｉＨ４ガスが２ｓｃｃｍ、Ｈ
２ガスが５０ｓｃｃｍ、ＰＨ3／Ｈ2ガスが０．５ｓｃｃ
ｍとなるようにマスフローコントローラーで調整し、堆
積チャンバー４１７内の圧力は１．２Ｔｏｒｒとなるよ
うに調整した。１３．５６ＭＨｚのＲＦ高周波（以下
「ＲＦ」と略記する）電源４２２の電力を５ｍＷ／ｃｍ
3に設定し、ＲＦ電極であるプラズマ形成用カップ４２
０にＲＦ電力を導入し、グロー放電を生起させ、基板上
にａ−ｎ層の形成を開始し、層厚２０ｎｍのａ−ｎ層を
形成したところでＲＦ電源を切って、グロー放電を止
め、ａ−ｎ層の形成を終えた。このとき、基板は接地さ
れており、ＲＦ電極４２０には＋１３Ｖのセルフバイア
スがかかっていた。
【０１６８】＜工程（５）＞次に、同じ堆積装置を用い
て、膜厚３０ｎｍのμｃ−ｎ層を形成した。当該μｃ−
ｎ層の形成手法は、上記工程（４）におけるａ−ｎ層の
形成手法と同様であるが、形成条件を以下の表のように
変化させることにより、離散的に存在するさまざまな大
きさの、シリコンの密度が小さくなっているシリコン元
素低密度領域をｎ層中に形成することができた。
て、膜厚３０ｎｍのμｃ−ｎ層を形成した。当該μｃ−
ｎ層の形成手法は、上記工程（４）におけるａ−ｎ層の
形成手法と同様であるが、形成条件を以下の表のように
変化させることにより、離散的に存在するさまざまな大
きさの、シリコンの密度が小さくなっているシリコン元
素低密度領域をｎ層中に形成することができた。
【０１６９】なお、光起電力素子の形成後、光起電力素
子を基板に垂直に切断して断面ＴＥＭによって観察した
結果、前記低密度領域の膜厚方向の平均高さをｄ、半導
体層の形成された基板面に平行方向の平均径をＬとした
とき、各形成条件における、ｄとＬの値は、表１に示さ
れるようになった。また、前記シリコン元素低密度領域
の内部は、非晶質であった。
子を基板に垂直に切断して断面ＴＥＭによって観察した
結果、前記低密度領域の膜厚方向の平均高さをｄ、半導
体層の形成された基板面に平行方向の平均径をＬとした
とき、各形成条件における、ｄとＬの値は、表１に示さ
れるようになった。また、前記シリコン元素低密度領域
の内部は、非晶質であった。
【０１７０】ただし、このときＳｉＨ4ガスはＨ2で希釈
して１０％の濃度にしたＳｉＨ4／Ｈ2ガスを用いて、マ
スフローで流量をコントロールした。また、ＰＨ3／Ｈ2
ガスは、ＳｉＨ4／Ｈ2ガスの１／４の流量にコントロー
ルした。また基板温度は３５０℃、ガス圧力は１．０Ｔ
ｏｒｒにコントロールした。
して１０％の濃度にしたＳｉＨ4／Ｈ2ガスを用いて、マ
スフローで流量をコントロールした。また、ＰＨ3／Ｈ2
ガスは、ＳｉＨ4／Ｈ2ガスの１／４の流量にコントロー
ルした。また基板温度は３５０℃、ガス圧力は１．０Ｔ
ｏｒｒにコントロールした。
【０１７１】＜工程（６）＞次に、工程（４）と同様に
して、膜厚１０ｎｍのａ−ｎ層を形成した。
して、膜厚１０ｎｍのａ−ｎ層を形成した。
【０１７２】この後、堆積チャンバー４１７内へのＳｉ
Ｈ4ガス、ＰＨ3／Ｈ2の流入を止め、５分間、堆積室内
へＨ2ガスを流し続けたのち、Ｈ２の流入も止め、堆積
室内およびガス配管内を１×１０-5Ｔｏｒｒまで真空排
気した。
Ｈ4ガス、ＰＨ3／Ｈ2の流入を止め、５分間、堆積室内
へＨ2ガスを流し続けたのち、Ｈ２の流入も止め、堆積
室内およびガス配管内を１×１０-5Ｔｏｒｒまで真空排
気した。
【０１７３】＜工程（７）＞次に以下の工程で、マイク
ロ波プラズマＣＶＤ法によって、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる
ｉ層１０５を膜厚４００ｎｍ形成した。
ロ波プラズマＣＶＤ法によって、ａ−Ｓｉ：Ｈからなる
ｉ層１０５を膜厚４００ｎｍ形成した。
【０１７４】まず、あらかじめ不図示の真空排気ポンプ
により真空引きしておいた搬送チャンバー４０３および
ｉ層堆積チャンバー４１８内へゲートバルブ４０７を開
けて基板４９０を搬送した。基板４９０の裏面を基板加
熱用ヒーター４１１に密着させ加熱し、ｉ層堆積チャン
バー４１８内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約
１×１０-5Ｔｏｒｒになるまで真空排気した。
により真空引きしておいた搬送チャンバー４０３および
ｉ層堆積チャンバー４１８内へゲートバルブ４０７を開
けて基板４９０を搬送した。基板４９０の裏面を基板加
熱用ヒーター４１１に密着させ加熱し、ｉ層堆積チャン
バー４１８内を不図示の真空排気ポンプにより圧力が約
１×１０-5Ｔｏｒｒになるまで真空排気した。
【０１７５】１０５の形成はつぎのようにして行った。
基板４９０の温度が３５０℃になるように基板加熱用ヒ
ーター４１１を設定し、基板が充分加熱されたところで
不図示のバルブを徐々に開いて、ＳｉＨ4ガス、Ｈ2ガス
をガス導入管４４９を介してｉ層堆積チャンバー４１８
内に流入させた。このとき、ＳｉＨ4ガスが５０ｓｃｃ
ｍ、Ｈ２ガスが１００ｓｃｃｍとなるように各々の不図
示のマスフローコントローラーで調整した。ｉ層堆積チ
ャンバー４１８内の圧力は、５ｍＴｏｒｒとなるように
不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次
に、ＲＦ電源４２４から０．５Ｗ／ｃｍ3のＲＦ電力を
バイアス棒４２８に印加した。
基板４９０の温度が３５０℃になるように基板加熱用ヒ
ーター４１１を設定し、基板が充分加熱されたところで
不図示のバルブを徐々に開いて、ＳｉＨ4ガス、Ｈ2ガス
をガス導入管４４９を介してｉ層堆積チャンバー４１８
内に流入させた。このとき、ＳｉＨ4ガスが５０ｓｃｃ
ｍ、Ｈ２ガスが１００ｓｃｃｍとなるように各々の不図
示のマスフローコントローラーで調整した。ｉ層堆積チ
ャンバー４１８内の圧力は、５ｍＴｏｒｒとなるように
不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。次
に、ＲＦ電源４２４から０．５Ｗ／ｃｍ3のＲＦ電力を
バイアス棒４２８に印加した。
【０１７６】その後、不図示のマイクロ波電源の電力か
ら０．２Ｗ／ｃｍ3のマイクロ波を、マイクロ波導入用
導波管４２６、およびマイクロ波導入用窓４２５を介し
てｉ層堆積チャンバー４１８内に導入し、グロー放電を
生起させ、シャッター４２７を開けることでｎ層上にｉ
層の形成を開始し、膜厚４００ｎｍのｉ層を形成したと
ころでマイクロ波グロー放電を止め、ＲＦ電源４２４の
出力を切り、ｉ層１０５の形成を終えた。不図示のバル
ブを閉じて、ｉ層堆積チャンバー４１８内へのＳｉＨ４
ガスの流入を止め、２分間ｉ層堆積チャンバー４１８内
へＨ2ガスを流し続けたのち、不図示のバルブを閉じ、
ｉ層堆積チャンバー４１８内およびガス配管内を１×１
０-5Ｔｏｒｒまで真空排気した。
ら０．２Ｗ／ｃｍ3のマイクロ波を、マイクロ波導入用
導波管４２６、およびマイクロ波導入用窓４２５を介し
てｉ層堆積チャンバー４１８内に導入し、グロー放電を
生起させ、シャッター４２７を開けることでｎ層上にｉ
層の形成を開始し、膜厚４００ｎｍのｉ層を形成したと
ころでマイクロ波グロー放電を止め、ＲＦ電源４２４の
出力を切り、ｉ層１０５の形成を終えた。不図示のバル
ブを閉じて、ｉ層堆積チャンバー４１８内へのＳｉＨ４
ガスの流入を止め、２分間ｉ層堆積チャンバー４１８内
へＨ2ガスを流し続けたのち、不図示のバルブを閉じ、
ｉ層堆積チャンバー４１８内およびガス配管内を１×１
０-5Ｔｏｒｒまで真空排気した。
【０１７７】＜工程（８）＞次に、以下の手順で、微結
晶シリコンからなるｐ層を膜厚１０ｎｍ形成した。ま
ず、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引き
しておいた搬送チャンバー４０４およびｐ層堆積チャン
バー４１９内へゲートバルブ４０８を開けて基板４９０
を搬送した。基板４９０の裏面を基板加熱用ヒーター４
１２に密着させ加熱し、ｐ層堆積チャンバー４１９内を
不図示の真空排気ポンプにより圧力が約１×１０-5Ｔｏ
ｒｒになるまで真空排気した。基板４９０の温度が２３
０℃になるように基板加熱用ヒーター４１２を設定し、
基板温度が安定したところで、Ｈ2ガス、ＢＦ3／Ｈ2ガ
スを堆積チャンバー４１９内に不図示のバルブを操作し
てガス導入管４６９を介して導入した。このとき、Ｈ２
ガスが３５ｓｃｃｍ、ＳｉＨ4ガスを０．２ｓｃｃｍ、
ＢＦ3／Ｈ2ガスが０．５ｓｃｃｍとなるようにマスフロ
コントローラーで調整し層堆積チャンバー４１９内の圧
力は２．０Ｔｏｒｒとなるように不図示のコンダクタン
スバルブの開口を調整した。ＲＦ電源４２３の電力を６
５ｍＷ／ｃｍ3に設定し、プラズマ形成用カップ４２１
にＲＦ電力を導入し、グロー放電を生起させ、μｃ−ｐ
層を膜厚１０ｎｍを形成したところでＲＦ電源を切っ
て、グロー放電を止め、μｃ−ｐ層１０６の形成を終え
た。このとき、基板は接地されており、ＲＦ電極４２３
には＋７２Ｖのセルフバイアスがかかっていた。次に不
図示のバルブを閉じてｐ層堆積チャンバー４１９内への
ＳｉＨ４／Ｈ２ガス、ＢＦ３／Ｈ２ガスの流入を止め、
３分間、ｐ層堆積チャンバー４１９内へＨ２ガスを流し
続けたのち、不図示のバルブを閉じてＨ２の流入も止
め、ｐ層堆積チャンバー４１９内およびガス配管内を１
×１０-5Ｔｏｒｒまで真空排気した。次にあらかじめ不
図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬出室
４０５内へゲートバルブ４０９を開けて基板４９０を搬
送し不図示のリークバルブを開けて、搬出室４０５をリ
ークした。
晶シリコンからなるｐ層を膜厚１０ｎｍ形成した。ま
ず、あらかじめ不図示の真空排気ポンプにより真空引き
しておいた搬送チャンバー４０４およびｐ層堆積チャン
バー４１９内へゲートバルブ４０８を開けて基板４９０
を搬送した。基板４９０の裏面を基板加熱用ヒーター４
１２に密着させ加熱し、ｐ層堆積チャンバー４１９内を
不図示の真空排気ポンプにより圧力が約１×１０-5Ｔｏ
ｒｒになるまで真空排気した。基板４９０の温度が２３
０℃になるように基板加熱用ヒーター４１２を設定し、
基板温度が安定したところで、Ｈ2ガス、ＢＦ3／Ｈ2ガ
スを堆積チャンバー４１９内に不図示のバルブを操作し
てガス導入管４６９を介して導入した。このとき、Ｈ２
ガスが３５ｓｃｃｍ、ＳｉＨ4ガスを０．２ｓｃｃｍ、
ＢＦ3／Ｈ2ガスが０．５ｓｃｃｍとなるようにマスフロ
コントローラーで調整し層堆積チャンバー４１９内の圧
力は２．０Ｔｏｒｒとなるように不図示のコンダクタン
スバルブの開口を調整した。ＲＦ電源４２３の電力を６
５ｍＷ／ｃｍ3に設定し、プラズマ形成用カップ４２１
にＲＦ電力を導入し、グロー放電を生起させ、μｃ−ｐ
層を膜厚１０ｎｍを形成したところでＲＦ電源を切っ
て、グロー放電を止め、μｃ−ｐ層１０６の形成を終え
た。このとき、基板は接地されており、ＲＦ電極４２３
には＋７２Ｖのセルフバイアスがかかっていた。次に不
図示のバルブを閉じてｐ層堆積チャンバー４１９内への
ＳｉＨ４／Ｈ２ガス、ＢＦ３／Ｈ２ガスの流入を止め、
３分間、ｐ層堆積チャンバー４１９内へＨ２ガスを流し
続けたのち、不図示のバルブを閉じてＨ２の流入も止
め、ｐ層堆積チャンバー４１９内およびガス配管内を１
×１０-5Ｔｏｒｒまで真空排気した。次にあらかじめ不
図示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬出室
４０５内へゲートバルブ４０９を開けて基板４９０を搬
送し不図示のリークバルブを開けて、搬出室４０５をリ
ークした。
【０１７８】断面ＴＥＭによる観察の結果、ｐ層の中
に、ｄ，Ｌともに約２ｎｍのシリコンの密度が小さくな
っているシリコン元素低密度領域が離散的に観測され
た。
に、ｄ，Ｌともに約２ｎｍのシリコンの密度が小さくな
っているシリコン元素低密度領域が離散的に観測され
た。
【０１７９】＜工程（９）＞次に、ｐ層上に、２５個
（面積０．２５ｃｍ2）の穴の開いたマスクを乗せ、透
明導電層１０７として、層厚７０ｎｍのＩＴＯ（Ｉｎ2
Ｏ3＋ＳｎＯ2）を抵抗加熱真空蒸着法で形成した。
（面積０．２５ｃｍ2）の穴の開いたマスクを乗せ、透
明導電層１０７として、層厚７０ｎｍのＩＴＯ（Ｉｎ2
Ｏ3＋ＳｎＯ2）を抵抗加熱真空蒸着法で形成した。
【０１８０】＜工程（１０）＞次に透明導電層１０７上
に櫛型の穴が開いたマスクを乗せ、Ｃｒ（４０ｎｍ）／
Ａｇ（１０００ｎｍ）／Ｃｒ（４０ｎｍ）からなる櫛型
の集電電極１１３を電子ビーム真空蒸着法で形成した。
に櫛型の穴が開いたマスクを乗せ、Ｃｒ（４０ｎｍ）／
Ａｇ（１０００ｎｍ）／Ｃｒ（４０ｎｍ）からなる櫛型
の集電電極１１３を電子ビーム真空蒸着法で形成した。
【０１８１】以上の手法で、本発明に属する５種類の光
起電力素子を作製した。即ち、ｎ型半導体層１０４の形
成条件を表１の実１−１乃至実１−５の欄に示すように
それぞれ変えた以外は上述の手法に従って、５つの光起
電力素子サンプル（実１−１乃至実１−５）を作製し
た。これらの光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ
／ｃｍ2の光照射下に設置して、２５℃でＶ−Ｉ特性を
測定し、光電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短
絡電流（Ｊｓｃ）、曲線因子（フィルファクター）（Ｆ
Ｆ）を求めた。
起電力素子を作製した。即ち、ｎ型半導体層１０４の形
成条件を表１の実１−１乃至実１−５の欄に示すように
それぞれ変えた以外は上述の手法に従って、５つの光起
電力素子サンプル（実１−１乃至実１−５）を作製し
た。これらの光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ
／ｃｍ2の光照射下に設置して、２５℃でＶ−Ｉ特性を
測定し、光電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短
絡電流（Ｊｓｃ）、曲線因子（フィルファクター）（Ｆ
Ｆ）を求めた。
【０１８２】このようにして作成条件を変えて種々の大
きさのｄ（低密度領域の平均高さ）を有する素子を得
て、素子特性（変換効率、開放電圧、短絡電流、及びfi
llfactor）との関係を調べた。測定結果は、後述する比
較例１で得られた比１−１のサンプルの値を１として、
図３（ａ）にまとめて示した。
きさのｄ（低密度領域の平均高さ）を有する素子を得
て、素子特性（変換効率、開放電圧、短絡電流、及びfi
llfactor）との関係を調べた。測定結果は、後述する比
較例１で得られた比１−１のサンプルの値を１として、
図３（ａ）にまとめて示した。
【０１８３】
【表１】
【０１８４】比較例１ 実施例１の工程（５）のμｃ−ｎ層の形成において、形
成条件を表２に示すように変更した以外は、実施例１と
同様にして、３つの光起電力素子サンプル（比１−１乃
至比１−３）を作製した。なお、サンプル比１−１およ
び比１−２のｎ層は全体がアモルファスであった。ま
た、サンプル比１−１には、シリコンの密度が小さくな
っているシリコン元素低密度領域は観測されなかった。
これらの光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃ
ｍ2の光照射下に設置して、２５℃でＶ−１特性を測定
し、光電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電
流（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）を求めた。測
定結果は、比１−１のサンプルの値を１として、図３
（ａ）にまとめて示した。
成条件を表２に示すように変更した以外は、実施例１と
同様にして、３つの光起電力素子サンプル（比１−１乃
至比１−３）を作製した。なお、サンプル比１−１およ
び比１−２のｎ層は全体がアモルファスであった。ま
た、サンプル比１−１には、シリコンの密度が小さくな
っているシリコン元素低密度領域は観測されなかった。
これらの光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃ
ｍ2の光照射下に設置して、２５℃でＶ−１特性を測定
し、光電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電
流（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）を求めた。測
定結果は、比１−１のサンプルの値を１として、図３
（ａ）にまとめて示した。
【０１８５】
【表２】
【０１８６】実施例２ 実施例１における光起電力素子サンプル実１−３（すな
わち、実施例１−３）の作製手法において、μｃ−ｐ層
１０６の形成条件を表３に示すように変更した。このと
き成膜ガスは、水素希釈率を高めるため、ＳｉＨ4ガス
のかわりに、Ｈ2で希釈して１０％の濃度にしたＳｉＨ4
／Ｈ2ガスを用いた。また、表３でＳｉＨ4およびＢＦ3
の流量は、ＳｉＨ4／Ｈ2およびＢＦ3／Ｈ2の流量にそれ
ぞれの濃度である１０％と２％をかけた計算値を記し
た。
わち、実施例１−３）の作製手法において、μｃ−ｐ層
１０６の形成条件を表３に示すように変更した。このと
き成膜ガスは、水素希釈率を高めるため、ＳｉＨ4ガス
のかわりに、Ｈ2で希釈して１０％の濃度にしたＳｉＨ4
／Ｈ2ガスを用いた。また、表３でＳｉＨ4およびＢＦ3
の流量は、ＳｉＨ4／Ｈ2およびＢＦ3／Ｈ2の流量にそれ
ぞれの濃度である１０％と２％をかけた計算値を記し
た。
【０１８７】
【表３】
【０１８８】水素希釈率を高め、圧力を下げて、ＲＦ電
力を高めて、バイアス値を表３のように増大させた結
果、シリコンの密度が小さくなっているシリコン元素低
密度領域の大きさが適度に大きくなり、光起電力素子の
開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファ
クター（ＦＦ）が実施例１−３よりもさらに向上して、
光電変換効率がさらに向上した。また歩留まりも向上し
た。ここで、光起電力素子の特性は、比較例１−１の値
を１としている。
力を高めて、バイアス値を表３のように増大させた結
果、シリコンの密度が小さくなっているシリコン元素低
密度領域の大きさが適度に大きくなり、光起電力素子の
開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファ
クター（ＦＦ）が実施例１−３よりもさらに向上して、
光電変換効率がさらに向上した。また歩留まりも向上し
た。ここで、光起電力素子の特性は、比較例１−１の値
を１としている。
【０１８９】また、実施例２−１と実施例２−２を比較
すると、シリコンの密度が小さくなっているシリコン元
素低密度領域の大きさのみ異なるにもかかわらず、２次
イオン質量分析（ＳＩＭＳ）でμｃ−ｐ層１０６の組成
を分析した結果、Ｓｉの検出強度の若干の低下とともに
水素、ボロン、フッ素の強度が増加していたことから、
前記シリコン元素低密度領域における水素、ボロン、フ
ッ素の密度が他の部分より高くなっていると考えられ
る。その比率は、水素が他の部分の約５倍、ボロンが他
の部分の約４倍、フッ素が他の部分の約４倍と見積もら
れた。
すると、シリコンの密度が小さくなっているシリコン元
素低密度領域の大きさのみ異なるにもかかわらず、２次
イオン質量分析（ＳＩＭＳ）でμｃ−ｐ層１０６の組成
を分析した結果、Ｓｉの検出強度の若干の低下とともに
水素、ボロン、フッ素の強度が増加していたことから、
前記シリコン元素低密度領域における水素、ボロン、フ
ッ素の密度が他の部分より高くなっていると考えられ
る。その比率は、水素が他の部分の約５倍、ボロンが他
の部分の約４倍、フッ素が他の部分の約４倍と見積もら
れた。
【０１９０】実施例３ 実施例１において、ｎ型半導体層１０４を水素化アモル
ファスシリコンで２０ｎｍ形成し、ｐ型半導体層１０６
をアモルファス炭化珪素（ａ−ＳｉＣと略記する）で１
５ｎｍ形成した点が異なる光起電力素子を実施例１と同
様の方法で作製した。
ファスシリコンで２０ｎｍ形成し、ｐ型半導体層１０６
をアモルファス炭化珪素（ａ−ＳｉＣと略記する）で１
５ｎｍ形成した点が異なる光起電力素子を実施例１と同
様の方法で作製した。
【０１９１】ここで、ａ−ＳｉＣのｐ層の形成条件を変
化させることにより、表４に示されるごとくａ−ＳｉＣ
のｐ層中のシリコンの密度が小さくなっているシリコン
元素低密度領域の大きさが異なる2種類の光起電力素子
（実施例3-1、3-2）を作製した。
化させることにより、表４に示されるごとくａ−ＳｉＣ
のｐ層中のシリコンの密度が小さくなっているシリコン
元素低密度領域の大きさが異なる2種類の光起電力素子
（実施例3-1、3-2）を作製した。
【０１９２】ａ−ＳｉＣのｐ層の形成には、実施例１に
記した成膜ガスに加えて、ＣＨ４ガスを用いた。また、
ａ−ＳｉＣのｐ層の形成条件は表４のとおりで、基板温
度は、２００℃にコントロールした。また、表４でＢＦ
3の流量は、ＢＦ3／Ｈ2の流量に濃度をかけた計算値を
記した。
記した成膜ガスに加えて、ＣＨ４ガスを用いた。また、
ａ−ＳｉＣのｐ層の形成条件は表４のとおりで、基板温
度は、２００℃にコントロールした。また、表４でＢＦ
3の流量は、ＢＦ3／Ｈ2の流量に濃度をかけた計算値を
記した。
【０１９３】
【表４】
【０１９４】表４から明らかなように、水素希釈率を高
め、ＲＦ電力を高めて、バイアス値を表４に示すように
増大させた結果、シリコンの密度が小さくなっているシ
リコン元素低密度領域の大きさが適度に大きくなり、光
起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）
とフィルファクター（ＦＦ）が向上して、光電変換効率
が向上した。また歩留まりも向上した。ここで、光起電
力素子の特性は、後述する比較例２で得られた光起電力
素子サンプル（比較例２−１）の値を１としている。
め、ＲＦ電力を高めて、バイアス値を表４に示すように
増大させた結果、シリコンの密度が小さくなっているシ
リコン元素低密度領域の大きさが適度に大きくなり、光
起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）
とフィルファクター（ＦＦ）が向上して、光電変換効率
が向上した。また歩留まりも向上した。ここで、光起電
力素子の特性は、後述する比較例２で得られた光起電力
素子サンプル（比較例２−１）の値を１としている。
【０１９５】比較例２ 実施例３における、ａ−ＳｉＣのｐ層の形成条件を表５
に示すように変更した以外は、実施例３と同様にして、
光起電力素子サンプル（比較例２−１）を作製した。こ
の光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の
光照射下に設置して、２５℃でＶ−Ｉ特性を測定し、光
電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｊ
ｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）を求めた。当該光起
電力素子サンプルについての測定結果は、表４において
当該サンプルの値を１としていることから、表４に示す
結果から理解される。
に示すように変更した以外は、実施例３と同様にして、
光起電力素子サンプル（比較例２−１）を作製した。こ
の光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の
光照射下に設置して、２５℃でＶ−Ｉ特性を測定し、光
電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｊ
ｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）を求めた。当該光起
電力素子サンプルについての測定結果は、表４において
当該サンプルの値を１としていることから、表４に示す
結果から理解される。
【０１９６】
【表５】
【０１９７】実施例４ 実施例３において、ｐ型半導体層１０６をアモルファス
窒化珪素（ａ−ＳｉＮと略記する）で１５ｎｍ形成した
点が異なる光起電力素子を実施例１と同様の方法で作製
した。
窒化珪素（ａ−ＳｉＮと略記する）で１５ｎｍ形成した
点が異なる光起電力素子を実施例１と同様の方法で作製
した。
【０１９８】ここで、ａ−ＳｉＮのｐ層の形成条件を変
化させることにより、表６に示すごとくａ−ＳｉＮのｐ
層中のシリコンの密度が小さくなっているシリコン元素
低密度領域の大きさが異なる2種類の光起電力素子（実
施例4-1、4-2）を作製した。
化させることにより、表６に示すごとくａ−ＳｉＮのｐ
層中のシリコンの密度が小さくなっているシリコン元素
低密度領域の大きさが異なる2種類の光起電力素子（実
施例4-1、4-2）を作製した。
【０１９９】ａ−ＳｉＮのｐ層の形成には、実施例１に
記した成膜ガスに加えて、Ｈ2で濃度１０％に希釈した
ＮＨ3／Ｈ2ガスを用いた。また、ａ−ＳｉＮのｐ層の形
成条件は表６のとおりで、基板温度は、２５０℃にコン
トロールした。また、表６でＮＨ3およびＢＦ3の流量
は、ＮＨ3／Ｈ2およびＢＦ3／Ｈ2の流量に濃度をかけた
計算値を記した。
記した成膜ガスに加えて、Ｈ2で濃度１０％に希釈した
ＮＨ3／Ｈ2ガスを用いた。また、ａ−ＳｉＮのｐ層の形
成条件は表６のとおりで、基板温度は、２５０℃にコン
トロールした。また、表６でＮＨ3およびＢＦ3の流量
は、ＮＨ3／Ｈ2およびＢＦ3／Ｈ2の流量に濃度をかけた
計算値を記した。
【０２００】
【表６】
【０２０１】表６から明らかなように、水素希釈率を高
め、ＲＦ電力を高めて、バイアス値を表６のように増大
させた結果、シリコンの密度が小さくなっているシリコ
ン元素低密度領域の大きさが適度に大きくなり、光起電
力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフ
ィルファクター（ＦＦ）が向上して、光電変換効率が向
上した。また歩留まりも向上した。ここで、光起電力素
子の特性は、後述する比較例３で得られた光起電力素子
サンプル（比較例３−１）の値を１としている。
め、ＲＦ電力を高めて、バイアス値を表６のように増大
させた結果、シリコンの密度が小さくなっているシリコ
ン元素低密度領域の大きさが適度に大きくなり、光起電
力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフ
ィルファクター（ＦＦ）が向上して、光電変換効率が向
上した。また歩留まりも向上した。ここで、光起電力素
子の特性は、後述する比較例３で得られた光起電力素子
サンプル（比較例３−１）の値を１としている。
【０２０２】比較例３ 実施例４における、ａ−ＳｉＮのｐ層の形成条件を表７
に示すように変更した以外は、実施例４と同様にして、
光起電力素子サンプル（比較例３−１）を作製した。こ
の光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の
光照射下に設置して、２５℃でＶ−Ｉ特性を測定し、光
電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｊ
ｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）を求めた。当該光起
電力素子サンプルの測定結果は、表６において当該サン
プルの値を１としていることから、表６に示す結果から
理解される。
に示すように変更した以外は、実施例４と同様にして、
光起電力素子サンプル（比較例３−１）を作製した。こ
の光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の
光照射下に設置して、２５℃でＶ−Ｉ特性を測定し、光
電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電流（Ｊ
ｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）を求めた。当該光起
電力素子サンプルの測定結果は、表６において当該サン
プルの値を１としていることから、表６に示す結果から
理解される。
【０２０３】
【表７】
【０２０４】実施例５ 実施例３において、ｐ型半導体層１０６として、マイク
ロ波ＣＶＤ法を用いて堆積チャンバー４１８で、微結晶
酸化珪素（μｃ−ＳｉＯと略記する）を１５ｎｍ形成し
た点が異なる光起電力素子を実施例１と同様の方法で作
製した。このときＲＦ電力をバイアス棒４２８に印加す
ると同時に、不図示のＤＣ電源から正のＤＣ電圧をバイ
アス棒４２８に重畳した。
ロ波ＣＶＤ法を用いて堆積チャンバー４１８で、微結晶
酸化珪素（μｃ−ＳｉＯと略記する）を１５ｎｍ形成し
た点が異なる光起電力素子を実施例１と同様の方法で作
製した。このときＲＦ電力をバイアス棒４２８に印加す
ると同時に、不図示のＤＣ電源から正のＤＣ電圧をバイ
アス棒４２８に重畳した。
【０２０５】ここで、μｃ−ＳｉＯのｐ層の形成条件を
変化させることにより、表８に示すごとくμｃ−ＳｉＯ
のｐ層中のシリコンの密度が小さくなっているシリコン
元素低密度領域の大きさが異なる2種類の光起電力素子
（実施例5-1、5-2）を作製した。
変化させることにより、表８に示すごとくμｃ−ＳｉＯ
のｐ層中のシリコンの密度が小さくなっているシリコン
元素低密度領域の大きさが異なる2種類の光起電力素子
（実施例5-1、5-2）を作製した。
【０２０６】μｃ−ＳｉＯのｐ層の形成には、実施例１
に記した成膜ガスに加えて、ガス化したＨ2Ｏを用い
た。また、μｃ−ＳｉＯのｐ層の形成条件は表８のとお
りで、基板温度は２５０℃にコントロールした。また、
表８でＢＦ3の流量は、ＢＦ3／Ｈ2の流量に濃度をかけ
た計算値を記した。
に記した成膜ガスに加えて、ガス化したＨ2Ｏを用い
た。また、μｃ−ＳｉＯのｐ層の形成条件は表８のとお
りで、基板温度は２５０℃にコントロールした。また、
表８でＢＦ3の流量は、ＢＦ3／Ｈ2の流量に濃度をかけ
た計算値を記した。
【０２０７】
【表８】
【０２０８】表８から明らかなように、水素希釈率を高
め、ＲＦ電力を高め、ＤＣ電圧を高めた結果、シリコン
の密度が小さくなっているシリコン元素低密度領域の大
きさが適度に大きくなり、光起電力素子の開放電圧（Ｖ
ｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（Ｆ
Ｆ）が向上して、光電変換効率が向上した。また歩留ま
りも向上した。ここで、光起電力素子の特性は、後述す
る比較例４で得られた光起電力素子サンプル（比較例４
−１）の値を１としている。
め、ＲＦ電力を高め、ＤＣ電圧を高めた結果、シリコン
の密度が小さくなっているシリコン元素低密度領域の大
きさが適度に大きくなり、光起電力素子の開放電圧（Ｖ
ｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（Ｆ
Ｆ）が向上して、光電変換効率が向上した。また歩留ま
りも向上した。ここで、光起電力素子の特性は、後述す
る比較例４で得られた光起電力素子サンプル（比較例４
−１）の値を１としている。
【０２０９】比較例４ 実施例５における、μｃ−ＳｉＯのｐ層の形成条件を表
９に示すように変更した以外は、実施例５と同様にし
て、光起電力素子サンプル（比較例４−１）を作製し
た。この光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃ
ｍ2の光照射下に設置して、２５℃でＶ−Ｉ特性を測定
し、光電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電
流（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）を求めた。当
該光起電力素子サンプルについての測定結果は、表８に
おいて当該サンプルの値を１としていることから、表８
に示す結果から理解される。
９に示すように変更した以外は、実施例５と同様にし
て、光起電力素子サンプル（比較例４−１）を作製し
た。この光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃ
ｍ2の光照射下に設置して、２５℃でＶ−Ｉ特性を測定
し、光電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡電
流（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）を求めた。当
該光起電力素子サンプルについての測定結果は、表８に
おいて当該サンプルの値を１としていることから、表８
に示す結果から理解される。
【０２１０】
【表９】
【０２１１】実施例６ 半導体層以外、実施例１と同様の工程で、図２に示すト
リプルセル（Ｓｉ／ＳｉＧｅ／ＳｉＧｅ）構成の光起電
力素子を作製した。このトリプルセル構成の光起電力素
子は、第１のｐｉｎ接合２１５のｉ型半導体層２１１
が、アモルファスシリコンからなり、第２のｐｉｎ接合
２１６のｉ型半導体層２０８と第３のｐｉｎ接合２１７
のｉ型半導体層２０５とが、アモルファスシリコンゲル
マニウム（ａ−ＳｉＧｅ）からなるスタック型の光起電
力素子である（表１０参照）。
リプルセル（Ｓｉ／ＳｉＧｅ／ＳｉＧｅ）構成の光起電
力素子を作製した。このトリプルセル構成の光起電力素
子は、第１のｐｉｎ接合２１５のｉ型半導体層２１１
が、アモルファスシリコンからなり、第２のｐｉｎ接合
２１６のｉ型半導体層２０８と第３のｐｉｎ接合２１７
のｉ型半導体層２０５とが、アモルファスシリコンゲル
マニウム（ａ−ＳｉＧｅ）からなるスタック型の光起電
力素子である（表１０参照）。
【０２１２】
【表１０】
【０２１３】このトリプルセルは、図６のロール・ツー
・ロール法を用いた成膜装置を用いて、以下に述べる手
法で作製した。
・ロール法を用いた成膜装置を用いて、以下に述べる手
法で作製した。
【０２１４】基板は長さ１００ｍ、幅３０ｃｍ、厚さ
０．１５ｍｍの帯状のステンレス（ＳＵＳ４３０ＢＡ）
シートを用いた。該ＳＵＳ４３０ＢＡシートは真空容器
（不図示）中の送りボビン（不図示）に巻き、一方の端
を接続した巻き取りボビンを回転させＳＵＳ４３０ＢＡ
シートを送り込みながらＡｒプラズマによるＲＦプラズ
マエッチングを行った。その後ロール・ツー・ロール法
のＤＣマグネトロンスパッタにより表１０に示す条件で
ＡｌＳｉ反射層およびＺｎＯ透明導電層を形成した。得
られたものを図６の成膜装置に導入し、表１０および表
１１に示す条件でトリプルセルの形成を以下に述べる手
法で行った。
０．１５ｍｍの帯状のステンレス（ＳＵＳ４３０ＢＡ）
シートを用いた。該ＳＵＳ４３０ＢＡシートは真空容器
（不図示）中の送りボビン（不図示）に巻き、一方の端
を接続した巻き取りボビンを回転させＳＵＳ４３０ＢＡ
シートを送り込みながらＡｒプラズマによるＲＦプラズ
マエッチングを行った。その後ロール・ツー・ロール法
のＤＣマグネトロンスパッタにより表１０に示す条件で
ＡｌＳｉ反射層およびＺｎＯ透明導電層を形成した。得
られたものを図６の成膜装置に導入し、表１０および表
１１に示す条件でトリプルセルの形成を以下に述べる手
法で行った。
【０２１５】まず、前記のＳＵＳ４３０ＢＡシートを送
り出しロール６２５に巻き付け（平均曲率半径３０ｃ
ｍ）、基板送り出し室６０１にセットし、各堆積室内を
通過させた後に基板の端を基板巻き取りロール６２７に
巻き付ける。装置全体を真空排気ポンプで真空排気し、
各堆積室のランプヒーターを点灯させ、各堆積室内の基
板温度が所定の温度になるように設定する。装置全体の
圧力が１ｍＴｏｒｒ以下になったら掃気ガスの入り口６
１９から掃気ガスを流入させ、基板を図の矢印の方向に
移動させながら、巻き取りロールで巻き取っていく。各
堆積室にそれぞれの原料ガスを流入させる。この際、各
堆積室に流入させる原料ガスが他の堆積室に拡散しない
ように各分離通路に流入させる掃気ガスの流量、あるい
は各堆積室の圧力を調整する。次にＲＦ電力、またはマ
イクロ波電力およびＲＦバイアス電力を導入してプラズ
マを生起し、表１０および１１に示す条件で第１のｐｉ
ｎ接合として堆積室６０２でｎ１層、堆積室６０３，６
０５でＲＦＣＶＤ法によるｉ層（ＲＦ−ｉ１層）、６０
４でマイクロ波ＣＶＤ法によるｉ層（ＭＷ−ｉ１層）、
堆積室６０６でｐ１層を堆積し、第２のｐｉｎ接合とし
て堆積室６０７でｎ２層、堆積室６０８，６１０でＲＦ
−ｉ２層、６０９でＭＷ−ｉ２層、堆積室６１１でｐ２
層を堆積し、第３のｐｉｎ接合として堆積室６１２でｎ
３層、堆積室６１３でｉ３層、堆積室６１４でｐ３層を
堆積し３層のｐｉｎ接合からなるトリプルセルを形成す
る。この手法で、透明電極層２０３上にトリプルセルを
形成した。なお、ＧｅＨ4ガスについては、一つの堆積
室に対し、複数のガス導入口６２９から、６３０のよう
に流量を変えて導入した。
り出しロール６２５に巻き付け（平均曲率半径３０ｃ
ｍ）、基板送り出し室６０１にセットし、各堆積室内を
通過させた後に基板の端を基板巻き取りロール６２７に
巻き付ける。装置全体を真空排気ポンプで真空排気し、
各堆積室のランプヒーターを点灯させ、各堆積室内の基
板温度が所定の温度になるように設定する。装置全体の
圧力が１ｍＴｏｒｒ以下になったら掃気ガスの入り口６
１９から掃気ガスを流入させ、基板を図の矢印の方向に
移動させながら、巻き取りロールで巻き取っていく。各
堆積室にそれぞれの原料ガスを流入させる。この際、各
堆積室に流入させる原料ガスが他の堆積室に拡散しない
ように各分離通路に流入させる掃気ガスの流量、あるい
は各堆積室の圧力を調整する。次にＲＦ電力、またはマ
イクロ波電力およびＲＦバイアス電力を導入してプラズ
マを生起し、表１０および１１に示す条件で第１のｐｉ
ｎ接合として堆積室６０２でｎ１層、堆積室６０３，６
０５でＲＦＣＶＤ法によるｉ層（ＲＦ−ｉ１層）、６０
４でマイクロ波ＣＶＤ法によるｉ層（ＭＷ−ｉ１層）、
堆積室６０６でｐ１層を堆積し、第２のｐｉｎ接合とし
て堆積室６０７でｎ２層、堆積室６０８，６１０でＲＦ
−ｉ２層、６０９でＭＷ−ｉ２層、堆積室６１１でｐ２
層を堆積し、第３のｐｉｎ接合として堆積室６１２でｎ
３層、堆積室６１３でｉ３層、堆積室６１４でｐ３層を
堆積し３層のｐｉｎ接合からなるトリプルセルを形成す
る。この手法で、透明電極層２０３上にトリプルセルを
形成した。なお、ＧｅＨ4ガスについては、一つの堆積
室に対し、複数のガス導入口６２９から、６３０のよう
に流量を変えて導入した。
【０２１６】基板の巻き取り終わったところで、すべて
のマイクロ波電源、ＲＦ電源からの電力の導入を停止
し、プラズマを消滅させ、原料ガス、掃気ガスの流入を
止めた。装置全体をリークし、巻き取りロールを取りだ
した。
のマイクロ波電源、ＲＦ電源からの電力の導入を停止
し、プラズマを消滅させ、原料ガス、掃気ガスの流入を
止めた。装置全体をリークし、巻き取りロールを取りだ
した。
【０２１７】次に反応性スパッタリング装置を用いて表
１０に示す条件で透明電極２１３をトップセル２１５の
ｐ３層２１２に形成した。
１０に示す条件で透明電極２１３をトップセル２１５の
ｐ３層２１２に形成した。
【０２１８】次にスクリーン印刷法で層厚５μｍ、線幅
０．５ｍｍのカーボンペーストを印刷し、その上に層厚
１０μｍ、線幅０．５ｍｍの銀ペーストを印刷し、集電
電極を形成した。かくして得られた帯状の太陽電池を２
５０ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切断し、ｎｉｐｎｉｐ
ｎｉｐ型光起電力素子（太陽電池）を複数個作製した。
０．５ｍｍのカーボンペーストを印刷し、その上に層厚
１０μｍ、線幅０．５ｍｍの銀ペーストを印刷し、集電
電極を形成した。かくして得られた帯状の太陽電池を２
５０ｍｍ×１００ｍｍの大きさに切断し、ｎｉｐｎｉｐ
ｎｉｐ型光起電力素子（太陽電池）を複数個作製した。
【０２１９】なお上述の各層の形成条件は、表１１に示
したとおりである。
したとおりである。
【０２２０】
【表１１】
【０２２１】ここで、ｐ１層、ｐ２層、ｐ３層の形成条
件を表１２のようにすることにより、微結晶シリコンか
らなるｐ層中の、シリコンの密度が小さくなっているシ
リコン元素低密度領域の大きさが異なる光起電力素子が
できた。ここで、各ｐ層のカソード電極は、正のセルフ
バイアスがかかるように、表面積が大きくなっている。
件を表１２のようにすることにより、微結晶シリコンか
らなるｐ層中の、シリコンの密度が小さくなっているシ
リコン元素低密度領域の大きさが異なる光起電力素子が
できた。ここで、各ｐ層のカソード電極は、正のセルフ
バイアスがかかるように、表面積が大きくなっている。
【０２２２】
【表１２】
【０２２３】表１２から明らかなように、水素希釈率を
高め、ＲＦ電力を高め、バイアス電圧を高めた結果、シ
リコンの密度が小さくなっているシリコン元素低密度領
域の大きさが適度に大きくなり、光起電力素子の開放電
圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター
（ＦＦ）が向上して、光電変換効率が向上した。また歩
留まりも向上した。また、光劣化率が低減した。ここ
で、光起電力素子の特性および光劣化率は、後述する比
較例５で得られた光起電力素子サンプル（比較例５−
１）の値を１としている。
高め、ＲＦ電力を高め、バイアス電圧を高めた結果、シ
リコンの密度が小さくなっているシリコン元素低密度領
域の大きさが適度に大きくなり、光起電力素子の開放電
圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター
（ＦＦ）が向上して、光電変換効率が向上した。また歩
留まりも向上した。また、光劣化率が低減した。ここ
で、光起電力素子の特性および光劣化率は、後述する比
較例５で得られた光起電力素子サンプル（比較例５−
１）の値を１としている。
【０２２４】比較例５ 実施例６における、ｐ１層、ｐ２層、ｐ３層の形成条件
を表１３に示すように変更した以外は、実施例６と同様
にして、光起電力素子サンプル（比較例５−１）を作製
した。この光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／
ｃｍ2の光照射下に設置して、２５℃でＶ−Ｉ特性を測
定し、光電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡
電流（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）を求めた。
また作製した光起電力素子を５０℃に保ち、ＡＭ１．
５、１００ｍＷ／ｃｍ2の光を１０００時間照射した後
の光電変換効率を２５℃で測定し、光劣化率を計算し
た。当該光起電力素子サンプルについての測定結果は、
表１２において当該サンプルの値を１としていることか
ら、表１２に示す結果から理解される。
を表１３に示すように変更した以外は、実施例６と同様
にして、光起電力素子サンプル（比較例５−１）を作製
した。この光起電力素子を、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／
ｃｍ2の光照射下に設置して、２５℃でＶ−Ｉ特性を測
定し、光電変換効率（η）、開放電圧（Ｖｏｃ）、短絡
電流（Ｊｓｃ）、フィルファクター（ＦＦ）を求めた。
また作製した光起電力素子を５０℃に保ち、ＡＭ１．
５、１００ｍＷ／ｃｍ2の光を１０００時間照射した後
の光電変換効率を２５℃で測定し、光劣化率を計算し
た。当該光起電力素子サンプルについての測定結果は、
表１２において当該サンプルの値を１としていることか
ら、表１２に示す結果から理解される。
【０２２５】
【表１３】
【０２２６】実施例7 図４に示す堆積装置を用いて図１（ｂ）の光起電力素子
を作製した。
を作製した。
【０２２７】光起電力素子の作製の順序としては、順
に、(1)基板101を洗浄し、(2)裏面電極102を形成し、
(3)透明導電層103を形成し、(4)n型の水素化アモルファ
スシリコン層(a-n層と略記する。)を形成し、(5)n型の
微結晶シリコン層(μc-n層と略記する。)を形成し、(6)
微結晶シリコン(μc-Si)からなる真性半導体層(μc-i層
と略記する。)105を形成し、(7)p型の微結晶シリコン層
(μc-p層と略記する。)106を形成し、(8)透明電極107を
形成し、(9)集電電極108を形成して、本発明の一例の光
起電力素子を完成した。
に、(1)基板101を洗浄し、(2)裏面電極102を形成し、
(3)透明導電層103を形成し、(4)n型の水素化アモルファ
スシリコン層(a-n層と略記する。)を形成し、(5)n型の
微結晶シリコン層(μc-n層と略記する。)を形成し、(6)
微結晶シリコン(μc-Si)からなる真性半導体層(μc-i層
と略記する。)105を形成し、(7)p型の微結晶シリコン層
(μc-p層と略記する。)106を形成し、(8)透明電極107を
形成し、(9)集電電極108を形成して、本発明の一例の光
起電力素子を完成した。
【０２２８】このとき、(5)のμc-nの形成条件を変化さ
せることにより、離散的に存在するさまざまな大きさ
の、シリコンの密度が小さくなっている領域をn層中に
形成することができた。図示してないが、本実施例のn
型半導体層104は、前述の(4)、(5)の2層からなる構成に
なっている。以下、作製工程を詳細に説明する。
せることにより、離散的に存在するさまざまな大きさ
の、シリコンの密度が小さくなっている領域をn層中に
形成することができた。図示してないが、本実施例のn
型半導体層104は、前述の(4)、(5)の2層からなる構成に
なっている。以下、作製工程を詳細に説明する。
【０２２９】＜工程（1）＞まず、基板の作製を行っ
た。厚さ 0.5mm、５0x５0mm2のステンレス(SUS430BA)製
の支持体101をアセトンとイソプロパノ−ルで超音波洗
浄し、温風乾燥させた。
た。厚さ 0.5mm、５0x５0mm2のステンレス(SUS430BA)製
の支持体101をアセトンとイソプロパノ−ルで超音波洗
浄し、温風乾燥させた。
【０２３０】＜工程（2）＞ 次に、DCマグネトロンス
パッタ法を用いて室温でステンレス性の支持体 101表面
上に層厚0．3μmのＡｇの裏面電極102 を形成した。
パッタ法を用いて室温でステンレス性の支持体 101表面
上に層厚0．3μmのＡｇの裏面電極102 を形成した。
【０２３１】＜工程（3）＞ その上に DCマグネトロン
スパッタにより、基板温度350 ℃で層厚 1.0μmのＺnＯ
の透明導電層103を形成した。
スパッタにより、基板温度350 ℃で層厚 1.0μmのＺnＯ
の透明導電層103を形成した。
【０２３２】＜工程（4）＞ その上に、第4図の堆積装
置によって、膜厚20nmのa-n層を形成した。堆積装置400
は、搬入室401と搬出室405を備え、複数の成膜室の間を
減圧下で基板を搬送して、複数の半導体層を積層する装
置である。またマイクロ波プラズマCVD法とRFプラズマC
VD法の両方を実施することができる。これを用いて、基
板上に各半導体層が形成される。
置によって、膜厚20nmのa-n層を形成した。堆積装置400
は、搬入室401と搬出室405を備え、複数の成膜室の間を
減圧下で基板を搬送して、複数の半導体層を積層する装
置である。またマイクロ波プラズマCVD法とRFプラズマC
VD法の両方を実施することができる。これを用いて、基
板上に各半導体層が形成される。
【０２３３】堆積装置には不図示の原料ガスボンベがガ
ス導入管を通して接続されている。原料ガスボンベはい
ずれも超高純度に精製されたもので、SiH4ガスボンベ、
SiF4ガスボンベ、CH4ガスボンベ、GeH4ガスボンベ、GeF
4ガスボンベ、Si2H6ガスボンベ、PH3/H2（H2で希釈した
PH3ガス、濃度：2%）ガスボンベ、ＢF3/H2（濃度：2%）
ガスボンベ、H2ガスボンベ、Heガスボンベ、SiH4/H
2（濃度：10%）ガスボンベを接続した。
ス導入管を通して接続されている。原料ガスボンベはい
ずれも超高純度に精製されたもので、SiH4ガスボンベ、
SiF4ガスボンベ、CH4ガスボンベ、GeH4ガスボンベ、GeF
4ガスボンベ、Si2H6ガスボンベ、PH3/H2（H2で希釈した
PH3ガス、濃度：2%）ガスボンベ、ＢF3/H2（濃度：2%）
ガスボンベ、H2ガスボンベ、Heガスボンベ、SiH4/H
2（濃度：10%）ガスボンベを接続した。
【０２３４】次に、ZnOまで形成された基板 490 を搬入
室401内の基板搬送用レール 413上に配置し、不図示の
真空排気ポンプにより 搬入室401内を圧力が1x10-5Torr
以下になるまで真空排気した。
室401内の基板搬送用レール 413上に配置し、不図示の
真空排気ポンプにより 搬入室401内を圧力が1x10-5Torr
以下になるまで真空排気した。
【０２３５】次にあらかじめ不図示の真空排気ポンプに
より真空引きしておいた搬送チャンバー 402及び堆積チ
ャンバー417 内へゲートバルブ 406を開けて搬送した。
基板490 の裏面を基板加熱用ヒ−タ−410に密着させて
加熱し、堆積チャンバー 417内を不図示の真空排気ポン
プにより圧力が1x10-5Torr以下になるまで真空排気し
た。以上のようにして成膜の準備が完了した。
より真空引きしておいた搬送チャンバー 402及び堆積チ
ャンバー417 内へゲートバルブ 406を開けて搬送した。
基板490 の裏面を基板加熱用ヒ−タ−410に密着させて
加熱し、堆積チャンバー 417内を不図示の真空排気ポン
プにより圧力が1x10-5Torr以下になるまで真空排気し
た。以上のようにして成膜の準備が完了した。
【０２３６】そして、RFプラズマCVD法によって、以下
の工程でa-n層を形成した。
の工程でa-n層を形成した。
【０２３７】まず、H2ガスを堆積チャンバー417内にガ
ス導入管 429 を通して導入し、H2ガスが50sccmになる
ように不図示のバルブ を開け、 不図示のマスコントロ
ーラーで調整した。堆積チャンバー417内の圧力が1.2To
rrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整し
た。基板 490 の温度が350℃になるように基板加熱用ヒ
−タ−410を設定し、基板温度が安定したところで、SiH
4ガス、PH3/H2ガスを堆積チャンバー417内に不図示のバ
ルブを操作してガス導入管 429 を通して導入した。こ
の時、SiH4ガスが２sccm、H2ガスが50sccm、PH3/H2ガス
が 0.5sccmとなるようにマスフローコントローラーで調
整し、堆積チャンバー417内の圧力は1.2Torr となるよ
うに調整した。13.56MHzのRF高周波（以下「ＲＦ」と略
記する）電源422 の電力を8mＷ/cm3に設定し、RF電極で
あるプラズマ形成用カップ420にRF電力を導入し、グロ
−放電を生起させ、基板上にa-n層の形成を開始し、層
厚20nmのa-n層を形成したところでRF電源を切って、グ
ロ−放電を止め、a-n層の形成を終えた。このとき、基
板は接地されており、RF電極420には+13Vのセルフバイ
アスがかかっていた。
ス導入管 429 を通して導入し、H2ガスが50sccmになる
ように不図示のバルブ を開け、 不図示のマスコントロ
ーラーで調整した。堆積チャンバー417内の圧力が1.2To
rrになるように不図示のコンダクタンスバルブで調整し
た。基板 490 の温度が350℃になるように基板加熱用ヒ
−タ−410を設定し、基板温度が安定したところで、SiH
4ガス、PH3/H2ガスを堆積チャンバー417内に不図示のバ
ルブを操作してガス導入管 429 を通して導入した。こ
の時、SiH4ガスが２sccm、H2ガスが50sccm、PH3/H2ガス
が 0.5sccmとなるようにマスフローコントローラーで調
整し、堆積チャンバー417内の圧力は1.2Torr となるよ
うに調整した。13.56MHzのRF高周波（以下「ＲＦ」と略
記する）電源422 の電力を8mＷ/cm3に設定し、RF電極で
あるプラズマ形成用カップ420にRF電力を導入し、グロ
−放電を生起させ、基板上にa-n層の形成を開始し、層
厚20nmのa-n層を形成したところでRF電源を切って、グ
ロ−放電を止め、a-n層の形成を終えた。このとき、基
板は接地されており、RF電極420には+13Vのセルフバイ
アスがかかっていた。
【０２３８】＜工程（5）＞ 次に、同じ堆積装置を用
いて、膜厚30nmのμc-n層を形成した。形成工程は(4)の
a-n層と同様であるが、形成条件を以下の表14のように
変化させることにより、離散的に存在するさまざまな大
きさの、シリコンの密度が小さくなっている領域をn層
中に形成することができた。光起電力素子の形成後、光
起電力素子を基板に垂直に切断して断面TEMによって観
察した結果、前記領域の膜厚方向の平均高さをd、半導
体層の形成面に平行方向の平均径をLとしたとき、各形
成条件における、dとLの値は、以下の表14のようになっ
た。また、前記領域の内部は、非晶質であった。
いて、膜厚30nmのμc-n層を形成した。形成工程は(4)の
a-n層と同様であるが、形成条件を以下の表14のように
変化させることにより、離散的に存在するさまざまな大
きさの、シリコンの密度が小さくなっている領域をn層
中に形成することができた。光起電力素子の形成後、光
起電力素子を基板に垂直に切断して断面TEMによって観
察した結果、前記領域の膜厚方向の平均高さをd、半導
体層の形成面に平行方向の平均径をLとしたとき、各形
成条件における、dとLの値は、以下の表14のようになっ
た。また、前記領域の内部は、非晶質であった。
【０２３９】ただし、このときSiH4ガスはH2で希釈して
10%の濃度にしたSiH4/H2ガスを用いて、マスフローで流
量をコントロールした。また、PH3/H2ガスは、SiH4/H2
ガスの1/4の流量にコントロールした。また基板温度は3
00℃、ガス圧力は1.0Torrにコントロールした。また、
以下の表で比6-1、比6-2のn層は全体が非晶質であっ
た。(比は比較例、実は実施例。)また、比6-1のサンプ
ルには、シリコンの密度が小さくなっている領域は観測
されなかった。
10%の濃度にしたSiH4/H2ガスを用いて、マスフローで流
量をコントロールした。また、PH3/H2ガスは、SiH4/H2
ガスの1/4の流量にコントロールした。また基板温度は3
00℃、ガス圧力は1.0Torrにコントロールした。また、
以下の表で比6-1、比6-2のn層は全体が非晶質であっ
た。(比は比較例、実は実施例。)また、比6-1のサンプ
ルには、シリコンの密度が小さくなっている領域は観測
されなかった。
【０２４０】
【表１４】
【０２４１】この後、堆積チャンバー417内へのSiH4ガ
ス、PH3/H2の流入を止め、５分間、堆積室内へH2ガスを
流し続けたのち、H2の流入も止め、堆積室内およびガス
配管内を1x10-5Torr以下まで真空排気した。
ス、PH3/H2の流入を止め、５分間、堆積室内へH2ガスを
流し続けたのち、H2の流入も止め、堆積室内およびガス
配管内を1x10-5Torr以下まで真空排気した。
【０２４２】＜工程（6）＞ 次に以下の工程で、マイ
クロ波プラズマCVD法によって、μc-Siからなるi型半導
体層105を膜厚2μm形成した。
クロ波プラズマCVD法によって、μc-Siからなるi型半導
体層105を膜厚2μm形成した。
【０２４３】まず、あらかじめ不図示の真空排気ポンプ
により真空引きしておいた搬送チャンバー 403及びi層
堆積チャンバー 418 内へゲートバルブ 407を開けて基
板490を搬送した。基板 490 の裏面を基板加熱用ヒ−タ
−411に密着させ加熱し、i層堆積チャンバー 418 内を
不図示の真空排気ポンプにより圧力が1x10-5Torr以下に
なるまで真空排気した。
により真空引きしておいた搬送チャンバー 403及びi層
堆積チャンバー 418 内へゲートバルブ 407を開けて基
板490を搬送した。基板 490 の裏面を基板加熱用ヒ−タ
−411に密着させ加熱し、i層堆積チャンバー 418 内を
不図示の真空排気ポンプにより圧力が1x10-5Torr以下に
なるまで真空排気した。
【０２４４】i層を作製するには、基板490の温度が350
℃になるように基板加熱用ヒ−タ−411を設定し、基板
が十分加熱されたところで不図示のバルブを徐々に開い
て、SiH4ガス、H2ガスをガス導入管449を通じてi層堆積
チャンバー 418内に流入させた。この時、SiH4ガスが 4
0sccm、H2ガスが1300sccmとなるように各々の不図示の
マスコントローラー で調整した。i層堆積チャンバー41
8内の圧力は、25mTorrとなるように不図示のコンダクタ
ンスバルブの開口を調整した。次に、周波数13.56MHzの
RF電源424から65mＷ/cm3のRF電力をバイアス棒428に印
加した。その後、不図示の周波数2.45GHzのマイクロ波
電源の電力から50mＷ/cm3のマイクロ波を、マイクロ波
導入用導波管426、及びマイクロ波導入用窓425を通じて
i層堆積チャンバー 418内に導入し、グロ−放電を生起
させ、シャッター427を開けることでn層上にi層の作製
を開始し、膜厚2μmのi層を作製したところでマイクロ
波グロ−放電を止め、RF電源424の出力を切り、i層105
の作製を終えた。ここでRF電力を印加するバイアス棒42
8は、接地された堆積チャンバーおよび接地された基板
に対して、フローティングにされており、-420Vのセル
フバイアスが生じた。不図示のバルブを閉じて、i層堆
積チャンバー 418内へのSiH4ガスの流入を止め、2分間i
層堆積チャンバー 418内へH2ガスを流し続けたのち、不
図示のバルブを閉じ、i層堆積チャンバー 418内および
ガス配管内を1x10-5Torr以下まで真空排気した。
℃になるように基板加熱用ヒ−タ−411を設定し、基板
が十分加熱されたところで不図示のバルブを徐々に開い
て、SiH4ガス、H2ガスをガス導入管449を通じてi層堆積
チャンバー 418内に流入させた。この時、SiH4ガスが 4
0sccm、H2ガスが1300sccmとなるように各々の不図示の
マスコントローラー で調整した。i層堆積チャンバー41
8内の圧力は、25mTorrとなるように不図示のコンダクタ
ンスバルブの開口を調整した。次に、周波数13.56MHzの
RF電源424から65mＷ/cm3のRF電力をバイアス棒428に印
加した。その後、不図示の周波数2.45GHzのマイクロ波
電源の電力から50mＷ/cm3のマイクロ波を、マイクロ波
導入用導波管426、及びマイクロ波導入用窓425を通じて
i層堆積チャンバー 418内に導入し、グロ−放電を生起
させ、シャッター427を開けることでn層上にi層の作製
を開始し、膜厚2μmのi層を作製したところでマイクロ
波グロ−放電を止め、RF電源424の出力を切り、i層105
の作製を終えた。ここでRF電力を印加するバイアス棒42
8は、接地された堆積チャンバーおよび接地された基板
に対して、フローティングにされており、-420Vのセル
フバイアスが生じた。不図示のバルブを閉じて、i層堆
積チャンバー 418内へのSiH4ガスの流入を止め、2分間i
層堆積チャンバー 418内へH2ガスを流し続けたのち、不
図示のバルブを閉じ、i層堆積チャンバー 418内および
ガス配管内を1x10-5Torr以下まで真空排気した。
【０２４５】光起電力素子の形成後、光起電力素子を基
板に垂直に切断して断面TEMによって観察した結果、i型
半導体層は微結晶シリコンであり、微結晶の体積率は、
85%で、微結晶粒の径の半導体層の形成面に対して垂直
方向の平均長さは、水平方向の平均長さの5倍であっ
た。また、X線回折の測定から、微結晶の平均粒径は、1
2nmと見積もられた。
板に垂直に切断して断面TEMによって観察した結果、i型
半導体層は微結晶シリコンであり、微結晶の体積率は、
85%で、微結晶粒の径の半導体層の形成面に対して垂直
方向の平均長さは、水平方向の平均長さの5倍であっ
た。また、X線回折の測定から、微結晶の平均粒径は、1
2nmと見積もられた。
【０２４６】＜工程（7）＞ 次に、以下の手順で、微
結晶シリコンからなるp層を膜厚10nm形成した。
結晶シリコンからなるp層を膜厚10nm形成した。
【０２４７】まず、あらかじめ不図示の真空排気ポンプ
により真空引きしておいた搬送チャンバー 404及びp層
堆積チャンバー419 内へゲートバルブ 408を開けて基板
490を搬送した。基板 490 の裏面を基板加熱用ヒ−タ−
412 に密着させ加熱し、p層堆積チャンバー 419 内を不
図示の真空排気ポンプにより圧力が1x10-5Torr以下にな
るまで真空排気した。 基板 490 の温度が230℃になる
ように基板加熱用ヒ−タ−412を設定し、基板温度が安
定したところで、H2ガス、ＢF3/H2ガスを堆積チャンバ
ー419内に不図示のバルブを操作してガス導入管 469 を
通して導入した。この時、Ｈ2ガスが 40sccm、10%の濃
度のSiH4/H2ガスを0.2sccm、2%の濃度のＢF3/H2ガスが
0.5sccmとなるようにマスフローコントローラーで調整
し層堆積チャンバー419内の圧力は2.0Torrとなるように
不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。RF電
源423の電力を170mＷ/cm3に設定し、プラズマ形成用カ
ップ421にRF電力を導入し、グロ−放電を生起させ、μc
-p層を膜厚10nmを形成したところでRF電源を切って、グ
ロ−放電を止め、μc-p層106の形成を終えた。このと
き、基板は接地されており、RF電極423には+140Vのセル
フバイアスがかかっていた。次に不図示のバルブを閉じ
てp層堆積チャンバー419内へのSiH4/H2ガス、ＢF3/H2ガ
スの流入を止め、3分間、p層堆積チャンバー419内へH2
ガスを流し続けたのち、不図示のバルブを閉じてH2の流
入も止め、p層堆積チャンバ419内およびガス配管内を1x
10-5Torr以下まで真空排気した。 次にあらかじめ不図
示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬出室 4
05内へゲートバルブ 409を開けて基板490を搬送し不図
示のリ−クバルブを開けて、搬出室405をリ−クした。
により真空引きしておいた搬送チャンバー 404及びp層
堆積チャンバー419 内へゲートバルブ 408を開けて基板
490を搬送した。基板 490 の裏面を基板加熱用ヒ−タ−
412 に密着させ加熱し、p層堆積チャンバー 419 内を不
図示の真空排気ポンプにより圧力が1x10-5Torr以下にな
るまで真空排気した。 基板 490 の温度が230℃になる
ように基板加熱用ヒ−タ−412を設定し、基板温度が安
定したところで、H2ガス、ＢF3/H2ガスを堆積チャンバ
ー419内に不図示のバルブを操作してガス導入管 469 を
通して導入した。この時、Ｈ2ガスが 40sccm、10%の濃
度のSiH4/H2ガスを0.2sccm、2%の濃度のＢF3/H2ガスが
0.5sccmとなるようにマスフローコントローラーで調整
し層堆積チャンバー419内の圧力は2.0Torrとなるように
不図示のコンダクタンスバルブの開口を調整した。RF電
源423の電力を170mＷ/cm3に設定し、プラズマ形成用カ
ップ421にRF電力を導入し、グロ−放電を生起させ、μc
-p層を膜厚10nmを形成したところでRF電源を切って、グ
ロ−放電を止め、μc-p層106の形成を終えた。このと
き、基板は接地されており、RF電極423には+140Vのセル
フバイアスがかかっていた。次に不図示のバルブを閉じ
てp層堆積チャンバー419内へのSiH4/H2ガス、ＢF3/H2ガ
スの流入を止め、3分間、p層堆積チャンバー419内へH2
ガスを流し続けたのち、不図示のバルブを閉じてH2の流
入も止め、p層堆積チャンバ419内およびガス配管内を1x
10-5Torr以下まで真空排気した。 次にあらかじめ不図
示の真空排気ポンプにより真空引きしておいた搬出室 4
05内へゲートバルブ 409を開けて基板490を搬送し不図
示のリ−クバルブを開けて、搬出室405をリ−クした。
【０２４８】断面TEMによる観察の結果、p層の中に、d
が平均8nm、Lが平均10nmのシリコンの密度が小さくなっ
ている領域が離散的に観測された。
が平均8nm、Lが平均10nmのシリコンの密度が小さくなっ
ている領域が離散的に観測された。
【０２４９】＜工程（8）＞ 次に、ｐ層上に、25個(面
積0.25cm2)の穴の開いたマスクを乗せ、透明導電層107
として、層厚70nmのＩＴＯ(Ｉｎ2Ｏ3＋ＳｎＯ2)を抵抗
加熱真空蒸着法で形成した。
積0.25cm2)の穴の開いたマスクを乗せ、透明導電層107
として、層厚70nmのＩＴＯ(Ｉｎ2Ｏ3＋ＳｎＯ2)を抵抗
加熱真空蒸着法で形成した。
【０２５０】＜工程（9）＞ 次に透明導電層107上に十
字型の穴が開いたマスクを乗せ、Cr(40nm)/Ag(1000nm)/
Cr(40nm)からなる十字形の集電電極113を電子ビーム真
空蒸着法で形成した。
字型の穴が開いたマスクを乗せ、Cr(40nm)/Ag(1000nm)/
Cr(40nm)からなる十字形の集電電極113を電子ビーム真
空蒸着法で形成した。
【０２５１】以上の工程で、本発明の一例である光起電
力素子の作製を終えた。n型半導体層104の形成条件によ
って、実施例(実7-1〜実7-5)、比較例(比6-1〜6-3)の各
サンプルを作製した。これらの光起電力素子を、AM1.
5、100mW/cm2の光照射下に設置して、25℃でV-I特性を
測定し、光電変換効率(η)、開放電圧(Voc)、短絡電流
(Jsc)、曲線因子(F.F.)の平均値を求めた。
力素子の作製を終えた。n型半導体層104の形成条件によ
って、実施例(実7-1〜実7-5)、比較例(比6-1〜6-3)の各
サンプルを作製した。これらの光起電力素子を、AM1.
5、100mW/cm2の光照射下に設置して、25℃でV-I特性を
測定し、光電変換効率(η)、開放電圧(Voc)、短絡電流
(Jsc)、曲線因子(F.F.)の平均値を求めた。
【０２５２】図3bは、この結果をシリコンの密度が小さ
くなっている領域の膜厚方向の平均高さdを横軸として
まとめたグラフである。ここで、比較例、比6-1の値を1
とした。グラフから明らかなように、主成分であるIV族
元素の密度が小さくなっている領域が離散的に存在する
本発明のn型半導体層と微結晶のi型半導体層の接合によ
って、光起電力素子の開放電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、
フィルファクター(FF)が向上し、光電変換効率が向上し
た。また、前記領域の膜厚方向の平均高さをd、半導体
層の形成された基板面に平行方向の平均径をLとしたと
き、3nm≦d≦40nm かつ 3nm≦L≦80nmの範囲にあるとき
に、著しく光電変換効率が向上した。また、表14のよう
に、光起電力素子の製造の歩留まりが向上した。製造の
歩留まりは、ここでは、0.25cm2の光起電力素子を100個
ずつ作製し、シャント抵抗が、5×10E4Ω/cm2以上のも
のの割合とした。また、光起電力素子を180℃の大気中
で24時間耐熱試験を実施したところ、表14のように、光
起電力素子の熱劣化率(熱劣化24時間後の光電変換効率
の初期値に対する低下率)が減少し、耐熱性が向上し
た。
くなっている領域の膜厚方向の平均高さdを横軸として
まとめたグラフである。ここで、比較例、比6-1の値を1
とした。グラフから明らかなように、主成分であるIV族
元素の密度が小さくなっている領域が離散的に存在する
本発明のn型半導体層と微結晶のi型半導体層の接合によ
って、光起電力素子の開放電圧(Voc)、短絡電流(Jsc)、
フィルファクター(FF)が向上し、光電変換効率が向上し
た。また、前記領域の膜厚方向の平均高さをd、半導体
層の形成された基板面に平行方向の平均径をLとしたと
き、3nm≦d≦40nm かつ 3nm≦L≦80nmの範囲にあるとき
に、著しく光電変換効率が向上した。また、表14のよう
に、光起電力素子の製造の歩留まりが向上した。製造の
歩留まりは、ここでは、0.25cm2の光起電力素子を100個
ずつ作製し、シャント抵抗が、5×10E4Ω/cm2以上のも
のの割合とした。また、光起電力素子を180℃の大気中
で24時間耐熱試験を実施したところ、表14のように、光
起電力素子の熱劣化率(熱劣化24時間後の光電変換効率
の初期値に対する低下率)が減少し、耐熱性が向上し
た。
【０２５３】また、実施例7-3から実施例7-5および比較
例6-3のp層の部分を、2次イオン質量分析(SIMS)で、シ
リコン、水素、フッ素、ボロンの濃度を分析した結果、
シリコンの密度が小さくなっている領域の大きさが大き
くなるにつれて、Siの検出強度の若干の低下とともに水
素、フッ素の強度が増加していたことから、前記領域に
おける水素、フッ素の濃度が他の部分より高くなってい
ると考えられる。その比率は、水素が他の部分の約5
倍、フッ素が他の部分の約4倍と見積もられた。
例6-3のp層の部分を、2次イオン質量分析(SIMS)で、シ
リコン、水素、フッ素、ボロンの濃度を分析した結果、
シリコンの密度が小さくなっている領域の大きさが大き
くなるにつれて、Siの検出強度の若干の低下とともに水
素、フッ素の強度が増加していたことから、前記領域に
おける水素、フッ素の濃度が他の部分より高くなってい
ると考えられる。その比率は、水素が他の部分の約5
倍、フッ素が他の部分の約4倍と見積もられた。
【０２５４】実施例8 実施例7-3において、i型半導体層105の堆積に際して、
2.45GHzのマイクロ波のかわりに、500MHzの高周波を用
い、形成条件を表15のようにさまざまに変化させて、i
型半導体層が非晶質からなる光起電力素子と、さまざま
な粒径の微結晶からなる光起電力素子を作製した。ここ
で、500MHzの高周波は、誘電体窓からではなく金属電極
から、45mW/cm2の電力を印加した。また、13.56MHzのRF
電力は、比較例7-1のみ電極を接地して印加し、他の光
起電力素子は、フローティングにして印加した。その結
果、比較例7-1以外は、RF電極に負のセルフバイアスが
かかった。微結晶の体積率は、Raman分光の結果、520cm
-2のピークと480cm-2のピークの積分強度を比較するこ
とによって求めた。また、微結晶の平均粒径は、X線回
折のピークの半値巾から計算した。また、断面TEMによ
って、光起電力素子を観察し、半導体層の形成面に対し
て垂直方向の微結晶の平均径をH、半導体層の形成面に
対して水平方向の微結晶の平均径をWとして、H/Wの比を
計算した。
2.45GHzのマイクロ波のかわりに、500MHzの高周波を用
い、形成条件を表15のようにさまざまに変化させて、i
型半導体層が非晶質からなる光起電力素子と、さまざま
な粒径の微結晶からなる光起電力素子を作製した。ここ
で、500MHzの高周波は、誘電体窓からではなく金属電極
から、45mW/cm2の電力を印加した。また、13.56MHzのRF
電力は、比較例7-1のみ電極を接地して印加し、他の光
起電力素子は、フローティングにして印加した。その結
果、比較例7-1以外は、RF電極に負のセルフバイアスが
かかった。微結晶の体積率は、Raman分光の結果、520cm
-2のピークと480cm-2のピークの積分強度を比較するこ
とによって求めた。また、微結晶の平均粒径は、X線回
折のピークの半値巾から計算した。また、断面TEMによ
って、光起電力素子を観察し、半導体層の形成面に対し
て垂直方向の微結晶の平均径をH、半導体層の形成面に
対して水平方向の微結晶の平均径をWとして、H/Wの比を
計算した。
【０２５５】作製した光起電力素子を50℃に保ち、AM1.
5、100mW/cm2の光を、1000時間照射した後の光電変換効
率を25℃で測定した。光起電力素子の特性は、比較例7-
1の値を1とした。
5、100mW/cm2の光を、1000時間照射した後の光電変換効
率を25℃で測定した。光起電力素子の特性は、比較例7-
1の値を1とした。
【０２５６】表15のように、水素希釈率を高め、RF電力
を高めて、電極をフローティングにして、負の値のバイ
アス電圧が電極にかかるようにした結果、微結晶の体積
率が増大し、平均粒径が拡大し、H/Wの比率が増大し
た。特に、微結晶の体積率50%以上、平均粒径3nm以上、
H/Wが2以上の光起電力素子は、光劣化が少なく、劣化後
の光電変換効率が顕著に向上した。また、実施例8-2と
実施例8-3の光起電力素子の光劣化率は5%以下であっ
た。
を高めて、電極をフローティングにして、負の値のバイ
アス電圧が電極にかかるようにした結果、微結晶の体積
率が増大し、平均粒径が拡大し、H/Wの比率が増大し
た。特に、微結晶の体積率50%以上、平均粒径3nm以上、
H/Wが2以上の光起電力素子は、光劣化が少なく、劣化後
の光電変換効率が顕著に向上した。また、実施例8-2と
実施例8-3の光起電力素子の光劣化率は5%以下であっ
た。
【０２５７】
【表１５】
【０２５８】実施例9 実施例7において、p型半導体層106として、マイクロ波C
VD法を用いて堆積チャンバー 418で、微結晶酸化珪素
(μc-SiOと略記する)を15nm形成した点が異なる光起電
力素子を実施例1と同様の方法で作製した。このときRF
電力をバイアス棒428に印加すると同時に、不図示のDC
電源から正のDC電圧をバイアス棒428に重畳した。
VD法を用いて堆積チャンバー 418で、微結晶酸化珪素
(μc-SiOと略記する)を15nm形成した点が異なる光起電
力素子を実施例1と同様の方法で作製した。このときRF
電力をバイアス棒428に印加すると同時に、不図示のDC
電源から正のDC電圧をバイアス棒428に重畳した。
【０２５９】ここで、μc-SiOのp層の形成条件を変化さ
せることにより、表16のごとくμc-SiOのp層中のシリコ
ンの密度が小さくなっている領域の大きさ（d及びL）が
異なる光起電力素子（実施例9―1、9―2）ができた。
せることにより、表16のごとくμc-SiOのp層中のシリコ
ンの密度が小さくなっている領域の大きさ（d及びL）が
異なる光起電力素子（実施例9―1、9―2）ができた。
【０２６０】μc-SiOのp層の形成には、実施例7に記し
た成膜ガスに加えて、ガス化したH2Oを用いた。また、
μc-SiOのp層の形成条件は表16のとおりで、基板温度
は、250℃にコントロールした。また、表16でBF3の流量
は、BF3/H2の流量に濃度をかけた計算値を記した。
た成膜ガスに加えて、ガス化したH2Oを用いた。また、
μc-SiOのp層の形成条件は表16のとおりで、基板温度
は、250℃にコントロールした。また、表16でBF3の流量
は、BF3/H2の流量に濃度をかけた計算値を記した。
【０２６１】表16から明らかなように、水素希釈率を高
め、RF電力を高め、DC電圧を高めた結果、シリコンの密
度が小さくなっている領域の大きさが適度に大きくな
り、光起電力素子の開放電圧(Voc)と短絡電流(Jsc)とフ
ィルファクター(FF)が向上して、光電変換効率が向上し
た。また歩留まりが向上し、180℃、24時間後の熱劣化
率が少なくなった。ここで、光起電力素子の特性は、比
較例8-1の値を1としている。
め、RF電力を高め、DC電圧を高めた結果、シリコンの密
度が小さくなっている領域の大きさが適度に大きくな
り、光起電力素子の開放電圧(Voc)と短絡電流(Jsc)とフ
ィルファクター(FF)が向上して、光電変換効率が向上し
た。また歩留まりが向上し、180℃、24時間後の熱劣化
率が少なくなった。ここで、光起電力素子の特性は、比
較例8-1の値を1としている。
【０２６２】また、これらの光起電力素子のp層の組成
をオージェ電子分光法(AES)で測定したところ、前記領
域の大きさが、大きくなるほど、膜中の酸素の濃度が増
大していたことから、前記領域における酸素の濃度が他
の部分より高くなっていると考えられる。その比率は、
他の部分の約4倍と見積もられた。
をオージェ電子分光法(AES)で測定したところ、前記領
域の大きさが、大きくなるほど、膜中の酸素の濃度が増
大していたことから、前記領域における酸素の濃度が他
の部分より高くなっていると考えられる。その比率は、
他の部分の約4倍と見積もられた。
【０２６３】
【表１６】
【０２６４】実施例10 実施例7において、μc-n層、μc-i層、μc-p層を微結晶
炭化珪素(μc-SiCと略記する)で形成した点が異なる光
起電力素子を実施例7と同様の方法で作製した。
炭化珪素(μc-SiCと略記する)で形成した点が異なる光
起電力素子を実施例7と同様の方法で作製した。
【０２６５】μc-n層は、実施例9-2のp層の形成条件に
おいて、BF3/H2ガスをPH3/H2ガスに置き換えた条件で膜
厚15nm形成した。断面TEMにより、μc-n層中に、dが平
均12nm、Lが平均15nmのシリコンの密度が小さくなって
いる領域が観察された。
おいて、BF3/H2ガスをPH3/H2ガスに置き換えた条件で膜
厚15nm形成した。断面TEMにより、μc-n層中に、dが平
均12nm、Lが平均15nmのシリコンの密度が小さくなって
いる領域が観察された。
【０２６６】μc-i層は、実施例8-3のi層の形成条件に
おいて、CH4ガスを5sccm加えた 条件で膜厚500nm形成し
た。Raman分光の結果、微結晶の体積率は80%、X線回折
の結果、微結晶の平均粒径は9nm、断面TEMの結果、H/W
の比率は5倍であった。
おいて、CH4ガスを5sccm加えた 条件で膜厚500nm形成し
た。Raman分光の結果、微結晶の体積率は80%、X線回折
の結果、微結晶の平均粒径は9nm、断面TEMの結果、H/W
の比率は5倍であった。
【０２６７】ここで、μc-SiCのp層の形成条件を変化さ
せることにより、表4のごとくμc-SiCのp層中のシリコ
ンの密度が小さくなっている領域の大きさが異なる光起
電力素子（実施例10-1、10-2）ができた。
せることにより、表4のごとくμc-SiCのp層中のシリコ
ンの密度が小さくなっている領域の大きさが異なる光起
電力素子（実施例10-1、10-2）ができた。
【０２６８】μc-SiCのp層は、実施例7に記した成膜ガ
スに加えてCH4/H2ガスを用い、形成条件を表17のように
して、膜厚15nm形成した。基板温度は、何れも200℃に
コントロールした。また、表17でSiH4、CH4、BF3の各ガ
スは、何れもH2でそれぞれ10%、10%、2%の濃度に希釈し
たガスを用い、それぞれの流量は濃度をかけた計算値を
記した。
スに加えてCH4/H2ガスを用い、形成条件を表17のように
して、膜厚15nm形成した。基板温度は、何れも200℃に
コントロールした。また、表17でSiH4、CH4、BF3の各ガ
スは、何れもH2でそれぞれ10%、10%、2%の濃度に希釈し
たガスを用い、それぞれの流量は濃度をかけた計算値を
記した。
【０２６９】表17から明らかなように、水素希釈率を高
め、RF電力を高めて、バイアス値を表17のように増大さ
せた結果、シリコンの密度が小さくなっている領域の大
きさが適度に大きくなり、光起電力素子の開放電圧(Vo
c)と短絡電流(Jsc)とフィルファクター(FF)が向上し
て、光電変換効率が向上した。また歩留まりが向上し、
180℃、24時間後の熱劣化率が少なくなった。ここで、
光起電力素子の特性は、比較例9-1の値を1としている。
また、これらの光起電力素子の光劣化はほとんどなかっ
た。
め、RF電力を高めて、バイアス値を表17のように増大さ
せた結果、シリコンの密度が小さくなっている領域の大
きさが適度に大きくなり、光起電力素子の開放電圧(Vo
c)と短絡電流(Jsc)とフィルファクター(FF)が向上し
て、光電変換効率が向上した。また歩留まりが向上し、
180℃、24時間後の熱劣化率が少なくなった。ここで、
光起電力素子の特性は、比較例9-1の値を1としている。
また、これらの光起電力素子の光劣化はほとんどなかっ
た。
【０２７０】
【表１７】
【０２７１】実施例11 図２のような、a-Si/μc-Si/a-SiGeトリプルの光起電力
素子を作製した。a-Si/μc-Si/a-SiGeトリプルとは、第
1のpin接合215のi型半導体層211が、アモルファスシリ
コンからなり、第2のpin接合216のi型半導体層208が、
微結晶シリコンからなり、第3のpin接合217のi型半導体
層205が、アモルファスシリコンゲルマニウム(a-SiGe)
からなるスタック型の光起電力素子である。（表18参
照。）
素子を作製した。a-Si/μc-Si/a-SiGeトリプルとは、第
1のpin接合215のi型半導体層211が、アモルファスシリ
コンからなり、第2のpin接合216のi型半導体層208が、
微結晶シリコンからなり、第3のpin接合217のi型半導体
層205が、アモルファスシリコンゲルマニウム(a-SiGe)
からなるスタック型の光起電力素子である。（表18参
照。）
【０２７２】
【表１８】
【０２７３】このトリプルセルは、図6のロールツーロ
ール法を用いた堆積装置を用いて、実施例6と同様に形
成した。各層の形成条件は表19に示す通りである。ここ
で、各p層のカソード電極は、正のセルフバイアスがか
かるように表面積が大きく設定されている。
ール法を用いた堆積装置を用いて、実施例6と同様に形
成した。各層の形成条件は表19に示す通りである。ここ
で、各p層のカソード電極は、正のセルフバイアスがか
かるように表面積が大きく設定されている。
【０２７４】
【表１９】
【０２７５】ここで、表20のようにp1層、p2層、p3層、
の形成条件によって、微結晶シリコンからなるp層中
の、シリコンの密度が小さくなっている領域の大きさが
異なる光起電力素子（実施例11-1）ができた。また、比
較例10-1では、n22層を形成するかわりに、a-Siからな
るRF-i2層を10nm形成し、MW-i2層をμc-Siのかわりに、
a-SiGeで65nm形成し、H2プラズマ処理のかわりに、RF-i
2層を25nm形成した。すなわち、比較例10-1は、a-Si/a-
SiGe/a-SiGeトリプルセルを形成した。比較例10-2と実
施例11-1は、p層の形成条件のみ異なる。
の形成条件によって、微結晶シリコンからなるp層中
の、シリコンの密度が小さくなっている領域の大きさが
異なる光起電力素子（実施例11-1）ができた。また、比
較例10-1では、n22層を形成するかわりに、a-Siからな
るRF-i2層を10nm形成し、MW-i2層をμc-Siのかわりに、
a-SiGeで65nm形成し、H2プラズマ処理のかわりに、RF-i
2層を25nm形成した。すなわち、比較例10-1は、a-Si/a-
SiGe/a-SiGeトリプルセルを形成した。比較例10-2と実
施例11-1は、p層の形成条件のみ異なる。
【０２７６】作製した光起電力素子を50℃に保ち、AM1.
5、100mW/cm2の光を、1000時間照射した後の光電変換効
率を25℃で測定した。光起電力素子の特性と光劣化率
は、比較例10-1の値を1とした。
5、100mW/cm2の光を、1000時間照射した後の光電変換効
率を25℃で測定した。光起電力素子の特性と光劣化率
は、比較例10-1の値を1とした。
【０２７７】まず、比較例10-1と実施例11-1から明らか
なように、微結晶シリコンからなるi型半導体層を用い
ることによって、トリプルセル全体の光劣化率が低減し
た。さらに、比較例10-2と実施例11-1から明らかなよう
に、p層の形成条件を、水素希釈率を高め、RF電力を高
め、バイアス電圧を高めた結果、シリコンの密度が小さ
くなっている領域の大きさが適度に大きくなり、このよ
うなp層と微結晶シリコンのi型半導体層を接合させるこ
とによって、光起電力素子の光劣化後の開放電圧(Voc)
と短絡電流(Jsc)とフィルファクター(FF)が向上して、
光劣化後の安定化した光電変換効率が向上した。また製
造の歩留まりも向上した。
なように、微結晶シリコンからなるi型半導体層を用い
ることによって、トリプルセル全体の光劣化率が低減し
た。さらに、比較例10-2と実施例11-1から明らかなよう
に、p層の形成条件を、水素希釈率を高め、RF電力を高
め、バイアス電圧を高めた結果、シリコンの密度が小さ
くなっている領域の大きさが適度に大きくなり、このよ
うなp層と微結晶シリコンのi型半導体層を接合させるこ
とによって、光起電力素子の光劣化後の開放電圧(Voc)
と短絡電流(Jsc)とフィルファクター(FF)が向上して、
光劣化後の安定化した光電変換効率が向上した。また製
造の歩留まりも向上した。
【０２７８】
【表２０】
【０２７９】
【発明の効果】以上述べたことから明らかなように、本
発明によれば、基板の上に複数積層された、非単結晶の
ＩＶ族元素を主構成成分とした半導体層によって、少な
くとも一つのｐｉｎ接合が形成された光起電力素子にお
いて、少なくとも一つのドーピング層（ｐ型半導体層ま
たはｎ型半導体層を指す）の中に、主構成成分であるＩ
Ｖ族元素の密度が小さくなっているＩＶ族元素低密度領
域が離散的に存在することによって、以下のような効果
がある。
発明によれば、基板の上に複数積層された、非単結晶の
ＩＶ族元素を主構成成分とした半導体層によって、少な
くとも一つのｐｉｎ接合が形成された光起電力素子にお
いて、少なくとも一つのドーピング層（ｐ型半導体層ま
たはｎ型半導体層を指す）の中に、主構成成分であるＩ
Ｖ族元素の密度が小さくなっているＩＶ族元素低密度領
域が離散的に存在することによって、以下のような効果
がある。
【０２８０】すなわち、活性化したアクセプターあるい
はドナーの密度が高く、活性化エネルギーが小さいこと
と吸収係数が小さいこととを両立させたドーピング層を
形成することができ、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏ
ｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（ＦＦ）
が増大し、光電変換効率が向上する。また、ドーピング
層の応力が緩和されて、ドーピング層の上下の界面にお
ける膜はがれがなくなり、光起電力素子の製造の歩留ま
りが向上する。
はドナーの密度が高く、活性化エネルギーが小さいこと
と吸収係数が小さいこととを両立させたドーピング層を
形成することができ、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏ
ｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（ＦＦ）
が増大し、光電変換効率が向上する。また、ドーピング
層の応力が緩和されて、ドーピング層の上下の界面にお
ける膜はがれがなくなり、光起電力素子の製造の歩留ま
りが向上する。
【０２８１】また、前記ＩＶ族元素低密度領域の膜厚方
向の平均高さをｄ、半導体層の形成された基板面に平行
方向の平均径をＬとしたとき、３ｎｍ≦ｄ≦４０ｎｍか
つ３ｎｍ≦Ｌ≦８０ｎｍであることによって、上述の作
用がさらに強調され、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏ
ｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（ＦＦ）
がさらに増大し、光電変換効率がさらに向上する。
向の平均高さをｄ、半導体層の形成された基板面に平行
方向の平均径をＬとしたとき、３ｎｍ≦ｄ≦４０ｎｍか
つ３ｎｍ≦Ｌ≦８０ｎｍであることによって、上述の作
用がさらに強調され、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏ
ｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（ＦＦ）
がさらに増大し、光電変換効率がさらに向上する。
【０２８２】また、前記ＩＶ族元素低密度領域で、光学
的バンドギャップを拡大させる元素の濃度が、ドーピン
グ層の他の部分より高くなっていることによって、上述
の作用がさらに強調され、光起電力素子の開放電圧（Ｖ
ｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）がさらに増大し、光電変換
効率がさらに向上する。
的バンドギャップを拡大させる元素の濃度が、ドーピン
グ層の他の部分より高くなっていることによって、上述
の作用がさらに強調され、光起電力素子の開放電圧（Ｖ
ｏｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）がさらに増大し、光電変換
効率がさらに向上する。
【０２８３】また、前記ＩＶ族元素低密度領域で、価電
子制御剤の濃度が、ドーピング層の他の部分より高くな
っていることによって、上述の作用がさらに強調され、
光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓ
ｃ）とフィルファクター（ＦＦ）がさらに増大し、光電
変換効率がさらに向上する。
子制御剤の濃度が、ドーピング層の他の部分より高くな
っていることによって、上述の作用がさらに強調され、
光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）と短絡電流（Ｊｓ
ｃ）とフィルファクター（ＦＦ）がさらに増大し、光電
変換効率がさらに向上する。
【０２８４】また、前記ＩＶ族元素低密度領域が存在す
るドーピング層の少なくとも一部が微結晶半導体からな
ることによって、ドーピング層の光学的バンドギャップ
が増大して、光吸収が増大し、光起電力素子の短絡電流
（Ｊｓｃ）が増大する。また、ドーピング層の活性化エ
ネルギーが低下して、ビルトインポテンシャルが高くな
って、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）が向上する。
るドーピング層の少なくとも一部が微結晶半導体からな
ることによって、ドーピング層の光学的バンドギャップ
が増大して、光吸収が増大し、光起電力素子の短絡電流
（Ｊｓｃ）が増大する。また、ドーピング層の活性化エ
ネルギーが低下して、ビルトインポテンシャルが高くな
って、光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）が向上する。
【０２８５】また、前記ＩＶ族元素低密度領域が非晶質
であることによって、ドーピング層の他の領域が主に微
結晶半導体から形成されている場合であっても、ドーピ
ング層の応力が緩和されて、ドーピング層の上下の界面
における膜はがれがなくなり、光起電力素子の製造の歩
留まりが向上する。また、ドーピング層とｉ型半導体層
の界面の界面準位が低減され、光起電力素子のフィルフ
ァクター（ＦＦ）が向上する。
であることによって、ドーピング層の他の領域が主に微
結晶半導体から形成されている場合であっても、ドーピ
ング層の応力が緩和されて、ドーピング層の上下の界面
における膜はがれがなくなり、光起電力素子の製造の歩
留まりが向上する。また、ドーピング層とｉ型半導体層
の界面の界面準位が低減され、光起電力素子のフィルフ
ァクター（ＦＦ）が向上する。
【０２８６】また、複数のｐｉｎ接合を積層した、スタ
ック型の光起電力素子において、ｎ層とｐ層が接する逆
接合部分の少なくとも一方のドーピング層の中に、主構
成成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなっているＩＶ
族元素低密度領域が離散的に存在することによって、逆
接合部分のオーミック性が向上し、シリーズ抵抗が減少
して、光起電力素子のフィルファクター（ＦＦ）が向上
する。また、光起電力素子の光劣化率が低減する。
ック型の光起電力素子において、ｎ層とｐ層が接する逆
接合部分の少なくとも一方のドーピング層の中に、主構
成成分であるＩＶ族元素の密度が小さくなっているＩＶ
族元素低密度領域が離散的に存在することによって、逆
接合部分のオーミック性が向上し、シリーズ抵抗が減少
して、光起電力素子のフィルファクター（ＦＦ）が向上
する。また、光起電力素子の光劣化率が低減する。
【０２８７】また、i型半導体層が少なくとも一部が微
結晶からなることによって増大していたリーク電流が減
少し、光起電力素子のシャント抵抗が増大して、光起電
力素子の製造の歩留まりが向上した。また、光起電力素
子の耐熱性が向上した。
結晶からなることによって増大していたリーク電流が減
少し、光起電力素子のシャント抵抗が増大して、光起電
力素子の製造の歩留まりが向上した。また、光起電力素
子の耐熱性が向上した。
【図１】本発明の光起電力素子の一例の略断面図であ
る。
る。
【図２】本発明のスタック型の光起電力素子の一例の略
断面図である。
断面図である。
【図３】ＩＶ族元素低密度領域の平均高さｄを横軸にと
った、光起電力素子の光電変換効率と開放電圧（Ｖｏ
ｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（ＦＦ）
のグラフである。
った、光起電力素子の光電変換効率と開放電圧（Ｖｏ
ｃ）と短絡電流（Ｊｓｃ）とフィルファクター（ＦＦ）
のグラフである。
【図４】本発明の光起電力素子の半導体層を作製する成
膜装置の一例を模式的に示す図である。
膜装置の一例を模式的に示す図である。
【図５】本発明の光起電力素子の一例を上から見た模式
図である。
図である。
【図６】本発明の光起電力素子をロール・ツー・ロール
方式で作製する場合用いる連続成膜装置の一例を模式的
に示す図である。
方式で作製する場合用いる連続成膜装置の一例を模式的
に示す図である。
１０１ 基板 １０２ 裏面電極 １０３ 透明導電層 １０４ ｎ型半導体層 １０５ ｉ型半導体層 １０６ ｐ型半導体層 １０７ 透明電極 １０８ 集電電極 １０９，１１０ ドーピング層の主構成成分であるＩＶ
族元素の密度が小さくなっているＩＶ族元素低密度領域 １１１ 微結晶粒 ２０１ 基板 ２０２ 裏面電極 ２０３ 透明導電層 ２０４，２０７，２１０ ｎ型半導体層 ２０５，２０８，２１１ ｉ型半導体層 ２０６，２０９，２１２ ｐ型半導体層 ２１３ 透明電極 ２１４ 集電電極 ２１５ 第１のｐｉｎ接合 ２１６ 第２のｐｉｎ接合 ２１７ 第３のｐｉｎ接合 ２５１，２５２，２６１，２６２ ＲＦ−ｉ層 ４００ 多室分離型の堆積装置 ４０１ 基板搬入室 ４０２ ｎ型層搬送室 ４０３ ＭＷ−ｉまたはＲＦ−ｉ層搬送室 ４０４ ｐ型層搬送室 ４０５ 基板搬出室 ４０６，４０７，４０８，４０９ ゲートバルブ ４１０，４１１，４１２ 基板加熱用ヒーター ４１３ 基板搬送用レール ４１７ ｎ型層堆積室 ４１８ ＭＷ−ｉまたはＲＦ−ｉ層堆積室 ４１９ ｐ型層堆積室 ４２０，４２１ ＲＦ導入用カップ型電極 ４２２，４２３ ＲＦ電源 ４２４ バイアス印加用電源 ４２５ ＭＷ導入用窓 ４２６ ＭＷ導入用導波管 ４２７ ＭＷ−ｉ層堆積用シャッター ４２８ バイアス電極 ４２９，４４９，４６９ ガス供給管 ５０１ 光起電力素子の光入射面 ５０２ 取り出し電極 ６０１ 基板送り出し室 ６０２〜６１４ 堆積室 ６１５ 基板巻き取り室 ６１６ 分離通路 ６１７ 基板 ６１８ ランプヒーター ６１９ 原料ガス入口 ６２０ 排気口 ６２１ ＲＦ電極 ６２２ マイクロ波導入部 ６２４ 掃気ガス入口 ６２５ 送り出しロール ６２６ ガイドロール ６２７ 巻き取りロール ６２８ ガイドロール ６２９ 複数個のガス導入口 ６３０ ＧｅＨ４ガスの流量 ６３１ ＲＦバイアス電極
族元素の密度が小さくなっているＩＶ族元素低密度領域 １１１ 微結晶粒 ２０１ 基板 ２０２ 裏面電極 ２０３ 透明導電層 ２０４，２０７，２１０ ｎ型半導体層 ２０５，２０８，２１１ ｉ型半導体層 ２０６，２０９，２１２ ｐ型半導体層 ２１３ 透明電極 ２１４ 集電電極 ２１５ 第１のｐｉｎ接合 ２１６ 第２のｐｉｎ接合 ２１７ 第３のｐｉｎ接合 ２５１，２５２，２６１，２６２ ＲＦ−ｉ層 ４００ 多室分離型の堆積装置 ４０１ 基板搬入室 ４０２ ｎ型層搬送室 ４０３ ＭＷ−ｉまたはＲＦ−ｉ層搬送室 ４０４ ｐ型層搬送室 ４０５ 基板搬出室 ４０６，４０７，４０８，４０９ ゲートバルブ ４１０，４１１，４１２ 基板加熱用ヒーター ４１３ 基板搬送用レール ４１７ ｎ型層堆積室 ４１８ ＭＷ−ｉまたはＲＦ−ｉ層堆積室 ４１９ ｐ型層堆積室 ４２０，４２１ ＲＦ導入用カップ型電極 ４２２，４２３ ＲＦ電源 ４２４ バイアス印加用電源 ４２５ ＭＷ導入用窓 ４２６ ＭＷ導入用導波管 ４２７ ＭＷ−ｉ層堆積用シャッター ４２８ バイアス電極 ４２９，４４９，４６９ ガス供給管 ５０１ 光起電力素子の光入射面 ５０２ 取り出し電極 ６０１ 基板送り出し室 ６０２〜６１４ 堆積室 ６１５ 基板巻き取り室 ６１６ 分離通路 ６１７ 基板 ６１８ ランプヒーター ６１９ 原料ガス入口 ６２０ 排気口 ６２１ ＲＦ電極 ６２２ マイクロ波導入部 ６２４ 掃気ガス入口 ６２５ 送り出しロール ６２６ ガイドロール ６２７ 巻き取りロール ６２８ ガイドロール ６２９ 複数個のガス導入口 ６３０ ＧｅＨ４ガスの流量 ６３１ ＲＦバイアス電極
Claims (15)
- 【請求項１】 半導体接合を有する光起電力素子におい
て、ドーピング層の主構成成分であるＩＶ族元素の密度
が小さくなっているＩＶ族元素低密度領域が、ドーピン
グ層の形成面内に散在することを特徴とする光起電力素
子。 - 【請求項２】 前記低密度領域の膜厚方向の平均高さを
ｄ、半導体層の形成された基板面に平行方向の平均径を
Ｌとしたとき、３ｎｍ≦ｄ≦４０ｎｍかつ３ｎｍ≦Ｌ≦
８０ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の光起
電力素子。 - 【請求項３】 前記低密度領域で、光学的バンドギャッ
プを拡大させる元素の濃度が、ドーピング層の他の部分
より高くなっていることを特徴とする請求項１または２
に記載の光起電力素子。 - 【請求項４】 前記低密度領域で、価電子制御剤の濃度
が、ドーピング層の他の部分より高くなっていることを
特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光起電力
素子。 - 【請求項５】 前記低密度領域が存在するドーピング層
の少なくとも一部が微結晶半導体からなることを特徴と
する請求項１乃至４のいずれかに記載の光起電力素子。 - 【請求項６】 前記低密度領域は非晶質であることを特
徴とする請求項５に記載の光起電力素子。 - 【請求項７】 前記ドーピング層および実質的に真性な
半導体層からなるｐｉｎ接合を有することを特徴とする
請求項１乃至６のいずれかに記載の光起電力素子。 - 【請求項８】 主成分であるIV族元素の密度が小さくな
っている低密度領域が離散的に存在するドーピング層
と、少なくとも一部が微結晶からなる実質的に真性の半
導体層とを有することを特徴とする光起電力素子。 - 【請求項９】 前記低密度領域の膜厚方向の平均高さを
d、半導体層の形成面に平行方向の平均径をLとしたと
き、 3nm≦d≦40nm かつ 3nm≦L≦８０ｎｍ であることを特徴とする請求項８に記載の光起電力素
子。 - 【請求項１０】 前記低密度領域で、光学的バンドギャ
ップを拡大させる元素の濃度が、ドーピング層の他の部
分より高くなっていることを特徴とする請求項８または
９に記載の光起電力素子。 - 【請求項１１】 前記ドーピング層の少なくとも一部が
微結晶半導体からなることを特徴とする請求項８から１
０のいずれかに記載の光起電力素子。 - 【請求項１２】 前記低密度領域は非晶質であることを
特徴とする請求項１１に記載の光起電力素子。 - 【請求項１３】 前記実質的に真性の半導体層の微結晶
の体積率が５０％以上であり、微結晶の平均粒径が3nm
以上であり、微結晶粒の半導体層の形成面に対して垂直
方向の平均径が水平方向の平均径の2倍以上であること
を特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載の光起
電力素子。 - 【請求項１４】 非晶質のドーピング層の上に、同じ導
電型で少なくとも一部が微結晶半導体からなるドーピン
グ層を積層し、その上に少なくとも一部が微結晶からな
る実質的に真性の半導体層を積層したことを特徴とする
請求項８から１３のいずれかに記載の光起電力素子。 - 【請求項１５】 前記ドーピング層及び実質的に真性な
半導体層からなるpin接合を複数有することを特徴とす
る請求項８から１４のいずれかに記載の光起電力素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9248528A JPH10229209A (ja) | 1996-09-19 | 1997-09-12 | 光起電力素子 |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8-247830 | 1996-09-19 | ||
| JP24783096 | 1996-09-19 | ||
| JP8-351840 | 1996-12-12 | ||
| JP35184096 | 1996-12-12 | ||
| JP9248528A JPH10229209A (ja) | 1996-09-19 | 1997-09-12 | 光起電力素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10229209A true JPH10229209A (ja) | 1998-08-25 |
Family
ID=27333635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9248528A Abandoned JPH10229209A (ja) | 1996-09-19 | 1997-09-12 | 光起電力素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10229209A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010064455A1 (ja) * | 2008-12-05 | 2010-06-10 | 三菱重工業株式会社 | 光電変換装置 |
| JP2011029259A (ja) * | 2009-07-22 | 2011-02-10 | Kaneka Corp | 薄膜光電変換装置 |
| CN103065700A (zh) * | 2011-10-20 | 2013-04-24 | E·I·内穆尔杜邦公司 | 厚膜银浆及其在半导体装置制造中的用途 |
| WO2013080766A1 (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-06 | 京セラ株式会社 | 光電変換装置 |
-
1997
- 1997-09-12 JP JP9248528A patent/JPH10229209A/ja not_active Abandoned
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2010064455A1 (ja) * | 2008-12-05 | 2010-06-10 | 三菱重工業株式会社 | 光電変換装置 |
| JP2010135636A (ja) * | 2008-12-05 | 2010-06-17 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 光電変換装置 |
| JP2011029259A (ja) * | 2009-07-22 | 2011-02-10 | Kaneka Corp | 薄膜光電変換装置 |
| CN103065700A (zh) * | 2011-10-20 | 2013-04-24 | E·I·内穆尔杜邦公司 | 厚膜银浆及其在半导体装置制造中的用途 |
| WO2013080766A1 (ja) * | 2011-11-30 | 2013-06-06 | 京セラ株式会社 | 光電変換装置 |
| JPWO2013080766A1 (ja) * | 2011-11-30 | 2015-04-27 | 京セラ株式会社 | 光電変換装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20050627 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
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