JP2000252489A

JP2000252489A - 集積型シリコン系薄膜光電変換装置とその製造方法

Info

Publication number: JP2000252489A
Application number: JP11055521A
Authority: JP
Inventors: Keiji Okamoto; 圭史岡本; Masashi Yoshimi; 雅士吉見
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1999-03-03
Filing date: 1999-03-03
Publication date: 2000-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】優れた光電変換特性を有し、高電圧で高出力
を生じ得る集積型シリコン系薄膜光電変換装置を提供す
る。【解決手段】集積型シリコン系薄膜光電変換装置は、
絶縁基板１上に順次積層された裏面電極層２、シリコン
系光電変換ユニット層３Ａ、および第２電極層４が複数
の光電変換セルを形成するように実質的に直線状で互い
に平行な複数の分離溝２ａ，４ａによって分離されてい
て、それらのセルは光電変換ユニット層３Ａを貫通する
接続用溝３ａを介して電気的に直列接続されており、光
電変換ユニット層３Ａは順次積層された１導電型層と実
質的に真性の半導体層と逆導電型層とを含み、少なくと
も真性半導体層において接続用溝の側壁から１〜３００
μｍの範囲までの領域は他の残りの領域である光電変換
領域に比べて小さな体積結晶化分率を有する高抵抗領域
にされていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置に
関し、特に、少なくとも１つの結晶質シリコン系光電変
換ユニット層を含む光電変換セルの集積化と、その集積
型シリコン系薄膜光電変換装置の特性改善とに関するも
のである。なお、本願明細書において、「多結晶」と
「微結晶」と「結晶質」の用語は、薄膜光電変換装置の
技術分野で通常用いられているように、部分的に非晶質
状態を含むものをも意味するものとする。

【０００２】

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

【０００３】ところで、高電圧で高出力を生じ得る大面
積の太陽電池を作製する場合、非晶質シリコン系薄膜太
陽電池では、複数の大きな基板上に形成された複数の太
陽電池を直列接続して用いるのではなく、歩留りをよく
するために、１つの大きな基板上に形成された太陽電池
を複数のセルに分割して、それらのセルを電気的に直列
接続して集積化を行なうのが一般的である。特に、酸化
物透明電極の抵抗によるロスを低減するために、レーザ
ビームを用いて透明電極を所定幅の短冊状に加工し、そ
の短冊状の長手方向に直交する方向に各セルを直列接続
して集積化するのが一般的である。

【０００４】図２は、このような集積型非晶質薄膜太陽
電池の典型的な一例を模式的な断面部分図で示してい
る。なお、本願の各図においては、図面の明瞭化と簡略
化のために、長さや厚さ等の寸法関係は実際の寸法関係
を反映してはいない。

【０００５】集積型非晶質太陽電池においては、まず、
少なくとも表面が絶縁性である基板１上に第１電極層２
が気相堆積法によって形成される。この第１電極層２
は、レーザスクライブによって形成された複数の第１電
極分離溝２ａによって複数の帯状第１電極に分離され
る。すなわち、複数の第１電極分離溝２ａは、図２の紙
面に直交する方向で互いに平行に延びている。

【０００６】第１電極層２および分離溝２ａ上には、そ
れらを覆うように非晶質半導体層３が気相堆積法によっ
て形成される。この半導体層３は、順次積層された１導
電型層、光電変換層として作用する実質的に真性の半導
体層、および逆導電型層を含んでいる。半導体層３は、
第１電極層２と同様に、レーザスクライブで形成された
複数の半導体層分割溝３ａによって複数の帯状半導体領
域に分割される。すなわち、これらの半導体層分割溝３
ａも、図２の紙面に直交する方向で互いに平行に延びて
いる。

【０００７】半導体層３および分割溝３ａ上には、それ
らを覆うように第２電極層４が気相堆積法によって形成
される。第２電極層４も、レーザスクライブで形成され
た複数の第２電極分離溝４ａによって、複数の帯状の第
２電極に分離される。すなわち、これらの第２電極分離
溝４ａも、図２の紙面に直交する方向で互いに平行に延
びている。

【０００８】こうして、図２の紙面に直交する方向に延
びる複数の帯状光電変換セルが形成される。このとき、
半導体層分割溝３ａは第２電極層４と同じ導電材料で埋
められているので、任意の１つのセルの第２電極４はそ
の右側に隣接するセルの第１電極２へ電気的に接続され
ている。すなわち、半導体層分割溝３ａは電気的接続用
溝として働き、複数のセルが左右の方向に電気的に直列
接続された集積型非晶質薄膜太陽電池が得られる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述のような集積型の
薄膜太陽電池においては、絶縁基板１上の第１電極層２
を分離する第１電極分離溝２ａは半導体層３によって埋
められており、その半導体層３を介して基板に平行な方
向に不要な接触をしている。また、複数のセルを直列接
続するための接続用溝３ａ内に形成される導電体は、半
導体層３の側面全体と接触している。しかし、非晶質薄
膜太陽電池における半導体層の厚みは非常に薄く、その
非晶質シリコン自体の抵抗が高いので、上述のような不
要な接触部分を経由して電流が流れることによるいわゆ
るサイドリークが生じることはほとんどなく、ほぼ完全
に半導体層３の厚みの方向に電流が流れるので、上述の
ような不要な接触が太陽電池の性能にほとんど悪影響を
及ぼすことがない。

【００１０】しかし、従来の結晶質シリコン系薄膜太陽
電池においては、半導体層中の結晶粒が種々の方向にラ
ンダムに成長しているので、結晶質半導体層内のすべて
の方向に均一かつ良好な導電性を有し、上述のような不
要な接触部を通る電流のサイドリークを無視することが
できず、それによる太陽電池の性能の低下が生じるとい
う問題がある。

【００１１】以上のような問題から、従来では１つの基
板上で複数の結晶質シリコン系薄膜光電変換セルが集積
化されることはなく、個別の基板上に櫛形電極を備えて
形成された複数の光電変換ユニットにリード線をはんだ
付けすることによって直列接続され、高電圧で高出力を
生じ得る大面積の太陽電池の製造工程の自動化を図るこ
とができなくて不便であった。

【００１２】本発明は、上述のような先行技術の課題に
鑑み、安価な基板が使用可能な低温プロセスのみを用い
て結晶質シリコン系薄膜半導体層における結晶粒界や流
内欠陥の低減を図りつつ、優れた光電変換効率で高電圧
と高出力を生じ得る大面積の集積型シリコン系薄膜光電
変換装置を提供することを目的としている。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明によるシリコン系
薄膜光電変換装置においては、絶縁基板上に順次積層さ
れた第１電極層、シリコン系光電変換ユニット層、およ
び第２電極層が複数の光電変換セルを形成するように実
質的に直線状で互いに平行な複数の分離溝によって分離
されていて、かつそれらの複数のセルは前記分離溝に平
行で前記光電変換ユニット層を貫通する接続用溝を介し
て互いに電気的に直列接続されており、前記光電変換ユ
ニット層は順次積層された１導電型層と実質的に真性の
半導体層と逆導電型層とを含み、少なくとも前記真性半
導体層において前記接続用溝の側壁から１０〜３００μ
ｍの範囲までの領域は他の残りの領域である光電変換領
域に比べて小さな体積結晶化分率を有する高抵抗領域に
されていることを特徴としている。

【００１４】また、本発明による集積型シリコン系薄膜
光電変換装置の製造方法においては、それに含まれる１
導電型層が３５０℃以下の下地温度のもとでプラズマＣ
ＶＤ法によって非晶質層として形成された後に、同じく
３５０℃以下の下地温度のもとでプラズマＣＶＤ法で堆
積される光電変換領域のための下地となるべき領域がパ
ルスレーザの照射によるアニールによって結晶質化され
ることを特徴としている。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１において、本発明の実施の形
態の一例として、集積型シリコン系薄膜光電変換装置が
模式的な断面部分図で示されている。

【００１６】このような本発明による薄膜光電変換装置
においては、まず基板１として、表面が絶縁処理された
ステンレス等の金属、ポリイミド等の低膨張率を有する
有機フィルム、または低融点の安価なガラス等が用いら
れ得る。この基板１上に配置される第１電極層２とし
て、下記の薄膜（Ａ）と（Ｂ）のうちの１以上を含む導
電層が真空蒸着法やスパッタ法などによって形成され得
る。（Ａ）Ｔｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ、Ａｕ、ＣｕおよびＰ
ｔから選択された少なくとも１以上の金属またはこれら
の合金からなる層を含む金属薄膜。（Ｂ）ＩＴＯ、ＳｎＯ₂およびＺｎＯから選択された
少なくとも１以上の酸化物からなる層を含む透明導電性
薄膜。

【００１７】このような第１電極層２において、集積化
される複数の光電変換セルに対応する複数の領域に分離
するために、レーザスクライブ法または機械的スクライ
ブ法によって第１電極分離溝２ａが形成される。これら
の第１電極分離溝２は、図１の紙面に直交する方向に直
線状に延びている。レーザスクライブ法に用いられるレ
ーザとしては、ＹＡＧ、色素、エキシマ等の一般的に周
知のレーザから発振されるものを用いることができる。
また、機械的スクライブ法においては、ダイヤモンドペ
ン、金属針等であって、金属膜、透明導電性酸化物膜、
およびシリコン系薄膜より硬度が高くて鋭利なものが用
いられ得る。

【００１８】第１電極層２上には、まずシリコン系薄膜
光電変換ユニット層３Ａに含まれる１導電型層が、３５
０℃以下の下地温度のもとにプラズマＣＶＤ法によって
非晶質層として堆積される。この１導電型層としては、
たとえば導電型決定不純物原子であるリンが０．０１原
子％以上ドープされたｎ型シリコン系薄膜などが用いら
れ得る。しかし、この１導電型半導体層に関するこれら
の条件は限定的なものではなく、たとえばシリコンの代
わりにシリコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等の
合金材料を用いることもできる。なお、１導電型層の厚
さは５〜５０ｎｍの範囲内にあることが好ましく、５〜
３０ｎｍの範囲内にあることがより好ましい。

【００１９】非晶質層として堆積された１導電型層は、
半導体光電変換ユニット層３Ａに含まれる領域３ｂに対
応する幅の範囲内において、レーザアニールによって結
晶質化される。このようなレーザアニールは、幅３ｂの
範囲内において、図１の紙面に直交する方向に１導電型
層へレーザビームを走査させながら照射することによっ
て行なうことができる。その結果、１導電型層のうち
で、レーザアニールされた幅３ｂ内の領域は結晶質化さ
れるが、レーザアニールされなかった幅３ｃ内の領域は
非晶質のままで残されて高い電気抵抗値を有している。

【００２０】レーザアニールのためには、高いエネルギ
密度を有するパルスレーザが好ましく用いられ得る。そ
の場合、一定の面積を有するレーザスポットが、１導電
型層に対して幅３ｂの範囲内において図１の紙面に直交
する方向でパルス状に走査させられる。このとき、レー
ザスポットの幅は、アニール幅３ｂに等しいかまたはそ
の整数分の１に等しいことが走査の効率の観点から好ま
しい。

【００２１】上述のようにレーザアニール処理された１
導電型層上には、光電変換層として作用させるための実
質的に真性半導体のシリコン系薄膜が、プラズマＣＶＤ
法によって堆積される。この実質的に真性の半導体層と
しては、ノンドープトのｉ型、または微量の不純物を含
む弱ｐ型もしくは弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えて
いるシリコン系薄膜が使用され得る。また、実質的に真
性の半導体層はこれらに限定されず、合金材料であるシ
リコンカーバイドやシリコンゲルマニウム等の膜を用い
てもよい。真性半導体層の膜厚は、０．３〜２０μｍの
範囲内にあることが好ましく、０．５〜１０μｍの範囲
内にあることがより好ましい。

【００２２】真性半導体層をプラズマＣＶＤ法によって
堆積させる条件としては、下地温度が３５０℃以下に設
定される。プラズマ反応ガスは、主成分としてシラン系
ガスと水素ガスとを含む。そのシラン系ガスに対する水
素ガスの流量比は、通常の平行平板型のプラズマ放電電
極を用いる場合には１００〜５００倍の範囲内にあるこ
とが好ましいが、電極面積の増大、電極形状の最適化、
高周波電力の周波数の最適化などによって３０倍程度ま
で下げることができる。プラズマ放電電力も同様に、通
常の平行平板型電極を用いる場合には５０ｍＷ／ｃｍ²
以上であることが好ましいが、電極の面積や形状の最適
化や高周波の周波数の最適化などによって３０ｍＷ／ｃ
ｍ²程度まで下げることができる。プラズマ反応ガスの
圧力は５Ｔｏｒｒ以上にされる。そして、真性半導体層
はこのようなプラズマＣＶＤ条件のもとにおいて厚さ方
向に０．７μｍ／ｈｒ以上の速度で堆積され得る。

【００２３】このとき、幅３ｂの範囲内においては下地
層となる１導電型層がレーザアニールによって結晶質化
されているので、その上に堆積される真性半導体層も下
地層に含まれる結晶粒を核として厚さ方向に成長した結
晶を含む結晶質層として成長する。他方、１導電型層が
非晶質のままで残された幅３ｃの範囲内においては、結
晶核が存在しないので、真性半導体層は幅３ｂの領域に
比べて遙に非晶質部分を多く含む高抵抗領域として堆積
される。

【００２４】真性半導体層中で幅３ｂの結晶質領域に含
まれる結晶粒のおおくは、下地層から厚さ方向に柱状に
延びて成長している。それらの多くの結晶粒は膜面に平
行に（１１０）の優先結晶配向面を有し、そのＸ線回折
における（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折
ピークの強度比は１／８以下であり、１／１０以下であ
ることがより好ましい。また、真性半導体層は３５０℃
以下の低温で堆積されるので、結晶粒界や粒内における
欠陥を終端させまたは不活性化させる水素原子を多く含
み、その水素含有量は０．１〜３０原子％範囲内であ
り、１〜２０原子％範囲内にあることがより好ましい。

【００２５】真性半導体層上には、１導電型層とは逆タ
イプの導電型半導体層がプラズマＣＶＤ法によって堆積
される。この逆導電型層としては、たとえば導電型決定
不純物原子であるボロンが０．０１原子％以上ドープさ
れたｐ型のシリコン層などが用いられ得る。しかし、こ
の逆導電型不純物層についてのこれらの条件は限定的な
ものではなく、不純物原子としてはたとえばアルミニウ
ム等でもよく、またシリコンカーバイドやシリコンゲル
マニウム等の合金材料の層を用いてもよい。なお、この
逆導電型層の膜厚は５〜３０ｎｍの範囲内にあることが
好ましく、５〜１５ｎｍの範囲内にあることがより好ま
しい。

【００２６】以上のようにして、順次積層された１導電
型層、実質的に真性の半導体層、および逆導電型層を含
む光電変換ユニット層３Ａにおいては、左右に隣接する
光電変換セルを電気的に直列接続するための接続用開口
溝３ａが、レーザスクライブ法または機械的スクライブ
法によって形成される。これらの接続用溝３ａも、図１
の紙面に直交する方向で直線状に延びている。

【００２７】そして、接続用溝３ａを埋めかつ光電変換
ユニット層３Ａを覆うように、第２電極層４が気相堆積
法によって形成される。第１電極層２の場合と同様に、
複数の光電変換セルに対応して、第２電極分離溝４ａが
レーザスクライブ法または機械的スクライブ法によって
形成される。こうして、図１の紙面に直交する方向に延
びた複数の短冊状の光電変換セルが左右の方向に直列接
続された集積型シリコン系薄膜光電変換装置が完成す
る。

【００２８】図１に示されているような集積型シリコン
系薄膜光電変換装置においては、光電変換ユニット層３
Ａに含まれる幅３ｃの領域は非晶質シリコンを多く含む
高抵抗領域であるので、従来のような結晶質光電変換層
を含む集積型シリコン系薄膜光電変換装置におけるサイ
ドリークが防止される。このようなサイドリークが防止
されれば、光電変換装置の出力特性において主として曲
線因子が改善され、それに伴って光電変換効率も改善さ
れる。

【００２９】高抵抗領域の幅３ｃは広ければ広いほどサ
イドリークの防止のためには好ましいが、この部分は光
電変換機能が期待できないので、あまり広くしすぎれば
集積型光電変換装置における有効受光面積のロスとな
り、全体としての光電変換効率が低下する結果となる。
したがって、高抵抗領域の幅３ｃを決定するための好ま
しい基準としては、接続用開口３ａの側壁面から１０〜
３００μｍの範囲内に限定されることが好ましく、１０
〜１００μｍの範囲内にあることがさらに好ましい。

【００３０】短冊状光電変換セルの幅は、それに用いら
れる酸化物透明電極の抵抗値や単一のセルに求められる
電流値などによって決定される。各セルの幅が広くなれ
ば分離溝２ａ，４ａや接続用溝３ａのために要する面積
による受光面積のロスが少なくなるが、逆に透明電極の
幅の増大に起因する抵抗の増大による損失が大きくな
る。したがって、通常は、短冊状光電変換セルの幅は５
〜２０ｍｍの範囲内に設定される。

【００３１】なお、逆導電型層としては、全体が微結晶
シリコン膜として形成される場合もあるが、これは非常
に薄いのでサイドリークに対する影響はほとんど無視し
得る。しかし、当然ながら、微結晶の逆導電型層が厚く
された場合には、多少のサイドリークを生じる原因とな
り得る。そのようなサイドリークの問題を生じないため
には、前述のように逆導電型層は５〜３０ｎｍの範囲内
にあることが好ましく、５〜１５ｎｍの範囲内にあるこ
とがより好ましい。

【００３２】なお、以上の実施の形態の説明においては
単一の光電変換ユニット層を含む集積型シリコン系薄膜
光電変換装置が述べられたが、光電変換ユニット層３Ａ
上にさらに周知の非晶質光電変換ユニット層などが積層
されたタンデム型の集積型薄膜光電変換装置にされても
よいことは言うまでもない。

【００３３】

【実施例】以下において、いくつかの参考例とともに本
発明の実施例を説明することによって、本発明をさらに
具体的に説明する。

【００３４】（参考例１）参考例１として、図２に示さ
れているのと同様の構造を有しているが、半導体層３が
結晶質半導体層で形成された集積型シリコン系薄膜太陽
電池が作製された。まず、ガラス基板１上に、裏面電極
層２として厚さ３００ｎｍのＡｇ膜と厚さ１００ｎｍの
ＺｎＯ膜が、この順序でスパッタ法によって堆積され
た。そして、この裏面電極層２を大気中でレーザスクラ
イブすることによって、複数の裏面電極分離溝２ａが形
成された。

【００３５】裏面電極層２上には、リンドープのｎ型微
結晶シリコン層、ノンドープトの多結晶シリコン光電変
換層、ｐ型微結晶シリコン層をこの順序でプラズマＣＶ
Ｄ法によって堆積し、ｎｉｐ接合を含む光電変換ユニッ
ト層３が形成された。

【００３６】ｎ型微結晶シリコン層は、ＲＦプラズマＣ
ＶＤ法により、以下に示す条件にて１０ｎｍの厚さに堆
積された。すなわち、反応ガスの流量としてはシランが
５ｓｃｃｍ、水素が２００ｓｃｃｍ、そしてホスフィン
が０．０５ｓｃｃｍであり、反応室の圧力は１Ｔｏｒｒ
に設定された。また、ＲＦパワー密度は１５０ｍＷ／ｃ
ｍ²であり、成膜温度は２００℃であった。これと同一
の成膜条件でガラス基板上に直接堆積した厚さ３００ｎ
ｍのｎ型微結晶シリコン膜の暗導電率は、１０Ｓ／ｃｍ
であった。

【００３７】このｎ型微結晶シリコン層上に形成される
多結晶シリコン光電変換層は、プラズマＣＶＤ法によっ
て３５０℃の下地温度と１０Ｔｏｒｒの反応ガス圧のも
とで４５０ｍＷ／ｃｍ²のＲＦパワーを印加して３μｍ
の厚さに堆積された。こうして形成された実質的に真性
半導体の多結晶シリコン光電変換層において、２次イオ
ン質量分析法から求められた水素含有量は５原子％であ
り、Ｘ線回折における（２２０）回折ピークに対する
（１１１）回折ピークの強度比は１／４であった。

【００３８】光電変換層上には、ｐ型微結晶シリコン層
がＲＦプラズマＣＶＤ法によって、以下に示す条件にて
１０μｍの厚さに堆積された。すなわち、反応ガスの流
量としてはシランが１ｓｃｃｍ、水素が５００ｓｃｃ
ｍ、そしてジボランが０．１ｓｃｃｍであり、その他の
条件はｎ型微結晶シリコン層の場合と同様にされた。

【００３９】そうして形成された光電変換ユニット層３
において、大気中のレーザスクライブによってその半導
体層を貫通する複数の接続用溝３ａが形成された。

【００４０】さらに、それらの接続用溝３ａを埋めかつ
光電変換ユニット層３を覆うように、８０ｎｍの厚さを
有するＩＴＯ膜が、透明電極層４としてスパッタ法によ
って形成された。この透明電極層４においても、大気中
のレーザスクライブによって複数の透明電極分離溝４ａ
が形成された。

【００４１】なお、上述の分離溝２ａ，４ａおよび接続
用溝３ａを形成するためのレーザビームは、基板側から
ではなくて膜面側から入射された。また、最終的に形成
された集積型の結晶質シリコン系太陽電池は短冊状の光
電変換セルが直列に１０段集積されたものである。

【００４２】このような参考例１による集積型の結晶質
シリコン系薄膜太陽電池に入射光としてＡＭ１．５の光
を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射したときの出力特性
としては、開放端電圧が４．６０Ｖ、短絡電流密度が２
５．９ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が６５．４％、そして変
換効率が７．８％であった。また、４８℃において同様
にＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で照射し
て、この参考例１の太陽電池について光劣化試験を行な
ったところ、５５０時間照射後でも変換効率が７．８％
であり、ほとんど光劣化を生じることはなかった。この
ことは、結晶質シリコン系光電変換ユニット層では光劣
化を生じにくいことを意味していることがわかる。

【００４３】（参考例２）参考例１に類似して、参考例
２として集積型の結晶質シリコン薄膜太陽電池が作製さ
れた。すなわち、この参考例の太陽電池においても、参
考例１と同様にガラス基板１上に裏面電極層２と裏面電
極分離溝２ａが形成された。

【００４４】しかし、この参考例２の太陽電池において
は、裏面電極層２を覆う１導電型層として、まず、厚さ
３０ｎｍのｎ型非晶質シリコン層がプラズマＣＶＤ法に
よって堆積された。このときのプラズマＣＶＤ条件とし
ては、基板温度が２００℃、反応室圧力が１．０Ｔｏｒ
ｒ、ＲＦパワーが１５ｍＷ／ｃｍ²であり、そして反応
ガスの流量としてはシランが５ｓｃｃｍ、水素が２ｓｃ
ｃｍ、およびホスフィンが０．０１ｓｃｃｍであった。

【００４５】このｎ型非晶質シリコン層は、大気中にお
けるパルスレーザアニールによって、ｎ型結晶質シリコ
ン層に変換された。このときに用いられたパルスレーザ
光源は２４８ｎｍの波長を有するＫｒＦエキシマレーザ
であり、約２５ｎｓｃのパルス時間幅と７０ｍＪ／ｃｍ
²のエネルギ密度を有していた。なお、同一のプラズマ
ＣＶＤ条件とパルスレーザアニール条件とを用いて直接
にガラス基板上に形成された厚さ３００ｎｍのｎ型結晶
質シリコン膜の暗導電率は４×１０²Ｓ／ｃｍであっ
た。

【００４６】ところで、ｎ型非晶質シリコン層は、ＣＶ
Ｄ反応室から大気中に取出されたときに、その表面が少
し自然酸化される。しかし、パルスレーザ照射によるア
ニールの際に、そのｎ型非晶質シリコン膜中に含まれて
いた水素が外部へ拡散放出され、その水素によって表面
の酸化膜が一旦還元される。その後、レーザアニールに
よって結晶質化されたｎ型シリコン層の表面は大気によ
って再び酸化され、極めて薄いシリコン酸化膜が形成さ
れる。この参考例２においては、このような極めて薄い
自然酸化膜が、その上に形成される光電変換層のための
結晶配向性制御層として作用し得る。

【００４７】すなわち、ｎ型微結晶シリコン層上にその
表面の極めて薄いシリコン酸化膜を介して光電変換層を
堆積させた場合に、その光電変換層の結晶配向性が著し
く改善される。しかし、現時点においてその理由は必ず
しも明らかではない。また、シリコン系酸化膜は典型的
な絶縁膜として知られているが、本発明者たちはこの極
めて薄い酸化膜が本発明による光電変換装置内の電流を
阻害しないことをも経験的に見い出した。これは、酸化
膜が極めて薄いために光電変換層を堆積した後に酸化膜
が編み目状の構造になっているために電流が流れ得ると
考えるか、またはその酸化膜が極めて薄いことによるト
ンネル効果によって電流が流れ得ると考えることもでき
るが、現時点においてはその理由も必ずしも明らかでは
ない。

【００４８】レーザアニールによって結晶質化されたｎ
型シリコン層上には、参考例１の場合と同様の条件で、
結晶質シリコン光電変換層、逆導電型層、および透明Ｉ
ＴＯ電極が順次形成された。こうして、参考例２として
の集積型のｎｉｐ型太陽電池が得られた。

【００４９】この参考例２の太陽電池に含まれる結晶質
シリコン光電変換層において、２次イオン質量分析法か
ら求められた水素含有量は４原子％であり、Ｘ線回折に
おける（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピ
ークの強度比は１／９であった。

【００５０】このような参考例２による集積型シリコン
系薄膜太陽電池に参考例１の場合と同じ条件で光照射し
たときの出力特性においては、開放端電圧が５．３７
Ｖ、短絡電流密度が２６．７ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が
６４．８％、そして変換効率が９．３％であった。

【００５１】すなわち、参考例１に比べて参考例２の太
陽電池においては、光電変換特性が著しく改善されてい
ることがわかる。この理由としては、参考例２において
は結晶質シリコン光電変換層に含まれる結晶が基板に対
して〈１１０〉の方向が垂直になるように柱状に成長し
ているために、光電変換層の厚さ方向に平行に延びる結
晶粒界がサイドリークを抑制するように作用しているた
めであると考えられる。すなわち、参考例２における集
積型の結晶質シリコン太陽電池においては、光電変換層
が良導性の結晶質であるにもかかわらず、それに含まれ
る結晶粒が厚さ方向に柱状に延びているので、厚さ方向
には電流に対して低抵抗でありながら、膜面に平行な方
向には電流に対して高抵抗層として作用するものと考え
られる。

【００５２】（実施例）実施例として、図１に示されて
いるような集積型の結晶質シリコン薄膜太陽電池が作製
された。この実施例の太陽電池の作製条件は、ｎ型非晶
質シリコン層が幅３ｂの領域内においてのみレーザアニ
ールによって結晶質化されたことのみにおいて、参考例
２の場合に比べて異なっている。このとき、非アニール
帯の幅３ｃは４００μｍであった。

【００５３】このようにして形成された実施例の太陽電
池に対して参考例２の場合と同様の条件で光照射したと
きの出力特性においては、開放端電圧が５．３４Ｖ、短
絡電流密度が２６．５ｍＡ／ｃｍ²、曲線因子が７０．
３％、そして変換効率が９．９％であった。すなわち、
実施例による集積型結晶質シリコン薄膜太陽電池は、参
考例２の太陽電池に比べても特に曲線因子が顕著に改善
されており、その結果として変換効率も明らかに改善さ
れていることがわかる。

【００５４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、優れた
光電変換特性を有し、高電圧で高出力を生じる集積型の
シリコン系薄膜光電変換装置を提供することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の１例による集積型シリコ
ン系薄膜光電変換装置を示す模式的な断面部分図であ
る。

【図２】集積型薄膜光電変換装置の典型的な構造の一例
を示す模式的な断面部分図である。

【符号の説明】

１ガラス等の基板２第１電極層２ａ第１電極分離溝３，３Ａ半導体光電変換ユニット層３ａ電気的接続用溝３ｂ光電変換ユニット層３Ａに含まれる１導電層が
レーザアニールによって非晶質から結晶質化される領域
の幅３ｃ光電変換ユニット層３Ａに含まれる１導電型層
がレーザアニールされることなく非晶質で高抵抗のまま
に残される領域の幅４第２電極層４ａ第２電極分離溝

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に順次積層された第１電極
層、シリコン系光電変換ユニット層、および第２電極層
が複数の光電変換セルを形成するように実質的に直線状
で互いに平行な複数の分離溝によって分離されていて、
かつそれらの複数のセルは前記分離溝に平行で前記光電
変換ユニット層を貫通する接続用溝を介して互いに電気
的に直列接続されており、前記光電変換ユニット層は順
次積層された１導電型層と実質的に真性の半導体層と逆
導電型層とを含み、少なくとも前記真性半導体層におい
て前記接続用溝の側壁から１〜３００μｍの範囲までの
領域は他の残りの領域である光電変換領域に比べて小さ
な体積結晶化分率を有する高抵抗領域にされていること
を特徴とする集積型シリコン系薄膜光電変換装置。
【請求項２】前記真性半導体層に含まれる前記光電変
換領域は、８０％以上の体積結晶化分率と、０．１〜３
０原子％の範囲内の水素含有量と、０．５〜５μｍの範
囲内の厚さとを有していることを特徴とする請求項１に
記載の集積型シリコン系薄膜光電変換装置。
【請求項３】前記光電変換領域はその膜面に平行に
（１１０）の優先結晶配向面を有し、Ｘ線回折における
（２２０）回折ピークに対する（１１１）回折ピークの
強度比が１／８以下であることを特徴とする請求項１ま
たは２に記載の集積型シリコン系薄膜光電変換装置。
【請求項４】前記集積型シリコン系薄膜光電変換装置
は、前記シリコン系光電変換ユニット層に付加して積層
された少なくとももう１つのシリコン系光電変換ユニッ
ト層を含むタンデム型であることを特徴とする請求項１
から３のいずれかの項に記載の集積型シリコン系薄膜光
電変換装置。
【請求項５】請求項１から４のいずれかの項に記載の
集積型シリコン系薄膜光電変換装置を製造するための方
法であって、前記第１導電型層は３５０℃以下の下地温
度のもとでプラズマＣＶＤ法によって非晶質層として形
成された後に、同じくプラズマＣＶＤ法で堆積される前
記光電変換領域のための下地となるべき領域がパルスレ
ーザの照射によるアニールによって結晶質化されること
を特徴とする薄膜光電変換装置の製造方法。
【請求項６】前記パルスレーザは４００ｎｍ以下の短
い波長と５０ｍＪ／ｃｍ²以上のエネルギ密度を有する
ものであることを特徴とする請求項５に記載の薄膜光電
変換装置の製造方法。
【請求項７】前記実質的に真性の半導体層はプラズマ
ＣＶＤ法によって堆積され、その条件として、下地温度が３５０℃以下であり、プラズマ反応室内に導入されるガスの主成分としてシラ
ン系ガスと水素ガスとを含み、そのシラン系ガスに対す
る水素ガスの流量比は３０〜５００倍の範囲以内にあ
り、前記反応室内の圧力は５Ｔｏｒｒ以上であり、プラズマ放電電力密度は３０ｍＷ／ｃｍ²以上に設定さ
れ、そして、堆積速度は厚さ方向で０．７μｍ／ｈｒ以上で
あることを特徴とする請求項５または６に記載の薄膜光
電変換装置の製造方法。
【請求項８】前記分離溝または前記接続用溝は、レー
ザスクライブ、機械的スクライブ、またはフォトリソグ
ラフィによって形成されることを特徴とする請求項５か
ら７のいずれかの項に記載の薄膜光電変換装置の製造方
法。