JP2000269529A - シリコン系薄膜光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】光反射性金属層とともに裏面電極を構成する透
明導電性酸化物層の光透過率を向上させることによりシ
リコン系薄膜光電変換装置の変換効率を改善する。 【解決手段】光反射性金属層（１４１）およびその前面
側に設けられた透明導電性酸化物層（１４２）を含む裏
面電極と、一導電型層（１３１）、結晶質シリコン系薄
膜からなる光電変換層（１３２）および逆導電型層（１
３３）を含むシリコン系薄膜光電変換ユニットと、裏面
電極とを備える。光反射性金属層（１４１）は、イット
リウムを含有する酸化亜鉛を含む。

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
係り、特に、太陽電池に代表されるシリコン系薄膜光電
変換装置の変換効率等の性能改善に関するものである。
なお、本明細書において、「結晶質」と「微結晶」の用
語は、部分的に非晶質を含むものをも意味するものとす
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、例えば多結晶シリコンや微結晶シ
リコンのような結晶質シリコンを含む薄膜を光電変換層
として利用したシリコン系薄膜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、もっぱら、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り光電変換装置の低コスト化と高性
能化とを両立させることに向けられている。

【０００３】このようなシリコン系薄膜光電変換装置
は、一般に、裏面電極と、一導電型層、結晶質シリコン
系薄膜からなる光電変換層および逆導電型層を含むシリ
コン系薄膜光電変換ユニットと、光電変換ユニットに対
し裏面電極と反対側に設けらる透明前面電極とを備え
る。かかるシリコン系薄膜光電変換装置は、太陽電池ば
かりでなく、光センサ等種々の用途への応用が期待され
ている。

【０００４】ところで、シリコン系薄膜光電変換装置
は、種々の要因から変換効率が低下することが知られて
いる。例えば、結晶質シリコン系光電変換層は、長波長
領域の光に対する吸収係数が小さいため、当該光電変換
層が薄い場合には、入射した光の内、長波長領域の光を
十分に吸収し得ず、光電変換量が低下する傾向にある。
これを解決するために、例えば、光反射率の高い金属層
（光反射性金属層）を光電変換ユニットの裏側に設け、
さらにこの金属層に表面凹凸（表面テクスチャ）構造を
設けることが行われている。光電変換層に入射した光
は、この表面凹凸構造によって光電変換層内に多重反射
され、光電変換層による光吸収が増強される（光閉じ込
め効果）。このような多重反射をもたらす表面テクスチ
ャ構造による光閉じ込めは、特に結晶質シリコン系薄膜
光電変換装置において、非常に重要なものとなってい
る。

【０００５】また、近年、光反射性金属層と光電変換ユ
ニットとの間に酸化亜鉛等の透明導電性酸化物層を設け
た光電変換装置も数多く提案されており、たとえば特開
平３−９９４７７公報；特開平７−２６３７３１号公
報；IEEE 1st World Conf. onPhotovoltaic Energy Con
version, p. 405(1994)；Applied Physics Letters, Vo
l. 70, p. 2975 (1997)等において報告されている。こ
のように裏面電極の光反射性金属層とシリコン系光電変
換ユニットとの間に透明導電性酸化物層を介在させるこ
とによって、それらの間の熱膨張係数の相違による熱歪
みを緩和し、かつ金属原子がシリコン系光電変換ユニッ
ト内へ拡散して混入することを防止し得る。その結果、
得られる光電変換装置の歩留まりと信頼性が向上するの
みならず、光感度が改善されて光電変換特性も向上す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
透明導電性酸化物層は、光透過率がなお十分でなく、そ
のため結晶質シリコン系薄膜光電変換装置において透明
導電性酸化物層の裏面側に配置される光反射性金属層に
到達する光量が減少するばかりでなく、特に上記光閉じ
込め構造の場合、光反射性金属層により多重反射されて
光電変換層に繰り返し再入射される光が透明導電性酸化
物層を通過するたびに吸収されることとなるため再入射
光量が逐次減少し、入射光の利用率が低下する結果、光
電変換装置の短絡電流密度が低下することがわかった。

【０００７】したがって、本発明は、光反射性金属層と
ともに裏面電極を構成する透明導電性酸化物層の光透過
率を向上させることにより結晶質シリコン系薄膜光電変
換装置の短絡電流密度を増加させ、変換効率を改善する
ことを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述の課
題を解決すべく検討を重ねた結果、イットリウムを添し
た酸化亜鉛は、特に７００〜８００ｎｍより長波長領域
の光に対する透過率が向上することに着目し、このイッ
トリウムを含有する酸化亜鉛を透明導電性酸化層として
光反射性金属と光電変換ユニットとの間に設けることに
より、結晶質シリコン系薄膜光電変換装置の短絡電流密
度が増加し、変換効率が向上することを見いだした。こ
のすなわち、本発明によれば、光反射性金属層およびそ
の前面側に設けられた透明導電性酸化物層を含む裏面電
極と、前記裏面電極の前面側に設けられた、一導電型
層、結晶質シリコン系薄膜からなる光電変換層および逆
導電型層を含むシリコン系薄膜光電変換ユニットと、前
記光電変換ユニットの前面側に設けられた透明前面電極
とを備え、前記透明導電性酸化物層は、イットリウムを
含有する酸化亜鉛を含むことを特徴とするシリコン系薄
膜光電変換装置が提供される。

【０００９】本発明において、透明導電性酸化物層は、
イットリウムを１ないし１０重量％の割合で含有するこ
とが好ましい。

【００１０】また、本発明において、透明導電性酸化物
層が、ガリウムおよび／またはアルミニウムをさらに含
有することが好ましい。

【００１１】なお、本明細書において、光入射側を前面
といい、その反対側を裏面という。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図面を参照して詳
しく説明する。全図にわたり同一個所は同一符号をもっ
て示されている。

【００１３】図１は、本発明の第１の実施の形態による
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的に示す概略断面図
である。図１に示す光電変換装置は、ｐｉｎ構造のシリ
コン系薄膜光電変換ユニットを有し、基板側から光が入
射される。

【００１４】図１を参照すると、このシリコン系薄膜光
電変換装置１０は、基板１１上に、透明前面電極１２、
シリコン系薄膜光電変換ユニット１３、および裏面電極
１４を備える。

【００１５】基板１１は、有機フィルム、セラミック
ス、または低融点の安価なガラス等の透明な基板材料に
より構成することができる。

【００１６】透明前面電極１２は、好ましくは、ＩＴ
Ｏ、ＳｎＯ₂ およびＺｎＯから選択された少なくとも１
種の透明導電性酸化物から構成され、単層であっても、
多層構造でもよい。

【００１７】前面電極１２は、その表面がフラットであ
ってもよいが、図１に示すように表面凹凸（テクスチャ
構造）を有することが好ましい。前面電極１２が表面凹
凸構造を有することにより、光閉じ込め効果が増大し、
変換効率が向上する。そのような表面凹凸構造における
凹凸の高低差は、１０〜１００ｎｍであることが好まし
い。また、凹凸のピッチは凹凸の高低差より大きくかつ
その２５倍以下であることが好ましく、凹凸の高低差の
４倍以上２０倍以下であることがより好ましく、具体的
には、凹凸のピッチが３００〜１０００ｎｍであること
が好ましい。

【００１８】本明細書において、凹凸の高低差とは凸部
と凹部の高さの差の平均値であり、ピッチとはおよそ
０．１〜５μｍ周期で現れる、隣接する凸部と凸部また
は凹部と凹部の間の距離の平均値を表わしている。この
ような表面凹凸構造は、透明前面電極１２の断面ＴＥＭ
（透過型電子顕微鏡）写真の画像処理や、ＡＦＭ（原子
間力顕微鏡）による表面観察および表面形状測定によっ
ても決定することができる。

【００１９】このような表面凹凸構造を有する前面電極
１２は、それ自体既知の種々の方法により形成すること
ができる。例えば、基板１１の表面にエッチング等によ
り凹凸構造を形成し、その上に薄い透明前面電極１２を
形成して、透明電極１２の表面を基板１１の凹凸構造に
沿った凹凸構造にする方法が挙げられる。

【００２０】透明前面電極１２上に形成されるシリコン
系光電変換ユニット１３は、ｐ型層１３１、結晶質シリ
コン系薄膜光電変換層１３２、およびｐ型層とは逆導電
型のｎ型層１３３を含む。この光電変換ユニット１３に
含まれるすべての半導体層は、４００℃以下の下地温度
の条件の下にプラズマＣＶＤ法によって堆積させること
ができる。プラズマＣＶＤ法としては、一般によく知ら
れている平行平板型のＲＦプラズマＣＶＤの他、周波数
が１５０ＭＨｚ以下のＲＦ帯からＶＨＦ帯までの高周波
電源を利用するプラズマＣＶＤも用いることができる。

【００２１】前面電極１２上に形成されるｐ型層１３１
としては、ホウ素、アルミニウム等のｐ型不純物原子が
ドープされたｐ型シリコン系薄層を用いることができ
る。また、ｐ型層１３１の材料としては、非晶質シリコ
ンの他に非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲ
ルマニウム等の合金材料の他に、多結晶もしくは部分的
に非晶質を含む微結晶のシリコンまたはその合金材料を
用いることもできる。なお、望まれる場合には、堆積さ
れたこのようなｐ型層１３１にパルスレーザ光を照射す
ることにより、その結晶化分率や導電型決定不純物原子
によるキャリア濃度を制御することもできる。

【００２２】ｐ型層１３１上に形成される結晶質シリコ
ン系光電変換層１３２としては、ノンドープの真性半導
体の多結晶シリコン薄膜や体積結晶化分率が８０％以上
の微結晶シリコン膜、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
コン系薄膜材料が用いられ得る。しかし、この光電変換
層１３２はこれらに限定されず、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て形成されて
もよい。

【００２３】このような光電変換層１３２の厚さは０．
５〜２０μｍの範囲内にあることが好ましく、これは結
晶質シリコン系薄膜光電変換層としての必要かつ十分な
膜厚である。また、この結晶質シリコン系薄膜光電変換
層１３２は４００℃以下の低温で形成されるので、結晶
粒界や粒内における欠陥を終端または不活性化させる水
素原子を多く含み、その水素含有量は１〜３０原子％の
範囲内にあることが好ましい。さらに、結晶質シリコン
系薄膜光電変換層１３２に含まれる結晶粒の多くは下地
層から上方に柱状に延びて成長しており、その膜面に平
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０．４以下であることが好ましい。

【００２４】結晶質光電変換層１３２上に形成されるｎ
型層１３３としては、リン、窒素等のｎ型不純物原子が
ドープされたｎ型シリコン系薄膜等を用いることができ
る。また、ｎ型層１３３の材料としては、非晶質シリコ
ンの他に非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲ
ルマニウム等の合金材料を用いてもよく、多結晶もしく
は部分的に非晶質を含む微結晶のシリコンまたはその合
金材料を用いることもできる。

【００２５】ここで、堆積される光電変換ユニット１３
の上面１３Ａには、微細な凹凸を含む表面テクスチャ構
造が形成される。これは、光電変換ユニット１３に含ま
れる結晶質光電変換層１３２がその堆積時に自然に凹凸
テクスチャ構造を生じることによるものであり、これに
よって、光電変換ユニット１３の上面１３Ａが、広範囲
の波長領域の入射光を散乱させために一層適した微細な
表面凹凸テクスチャ構造になり、光電変換装置における
光閉じ込め効果も大きくなる。

【００２６】光電変換ユニット１３上に形成される裏面
電極１４は、透明導電性酸化物層１４１とその裏面側に
設けられた光反射性金属層１４２との２層構造を含む。

【００２７】透明導電性酸化物層１４１は、本発明によ
り、イットリウムを含有する酸化亜鉛を含む。本発明の
好ましい態様において、イットリウムは、１〜１０重量
％、より好ましくは１〜５重量％の割合で含有される。
既述のように、イットリウムの添加による光透過率の向
上効果は、透明導電性酸化物の中で、酸化亜鉛に特有の
ものであるので、透明導電性酸化物層１４１は、それを
構成する透明導電性酸化物材料の主成分（５０重量％以
上）を酸化亜鉛により構成するものである。いうまでも
なく、透明導電性酸化物層１４１を構成する透明導電性
酸化物は、実質的に酸化亜鉛のみからなることが特に好
ましい。

【００２８】イットリウムを含有する酸化亜鉛層１２
は、スパッタターゲットまたは蒸着材料にイットリウム
を添加して真空蒸着、スパッタ等のそれ自体既知の気相
堆積法により形成することができるが、特にイットリウ
ムを含有する酸化亜鉛ターゲットを用いたＲＦスパッタ
法により形成することが好ましい。

【００２９】なお、透明導電性酸化物層１４１の抵抗を
より低下させるために、層１４１にガリウムおよび／ま
たはアルミニウムを含有させることが好ましい。ガリウ
ムおよび／またはアルミニウムは、透明導電性酸化物層
１４１に０．５〜８重量％の割合で添加することが好ま
しい。

【００３０】さらに、本発明の透明導電性酸化物層１４
１は、１００〜４５０℃の範囲内の下地温度の下で形成
することが望ましい。また、透明導電性酸化物層１４１
の厚さは、４０ｎｍ〜１μｍの範囲内にあることが好ま
しく、その比抵抗は１．５×１０^-2Ωｃｍ以下であるこ
とが好ましい。このような条件を満たす透明導電性酸化
物層１４１は、上記温度条件に加えて、２×１０^-2Ｔｏ
ｒｒ以下の圧力、５００〜１５００ｍＷ／ｃｍ² の放電
電力というスパッタ条件下で形成することができる。

【００３１】本発明の透明導電性酸化物層１４１はイッ
トリウムを含有する酸化亜鉛を含むことにより、光透過
率が大幅に向上する。特に、７００〜８００ｎｍより長
波長領域の光に対する透過率が向上する。従って、当該
透明導電性酸化物層１４１を透過して光反射性金属層１
４１に到達し、光反射性金属層１４１により反射されて
光電変換層１３２に再入射する光量が増大する結果、短
絡電流密度が増大し、変換効率が向上する。

【００３２】透明導電性酸化物層１４１の裏面側に設け
られる光反射性金属層１４２は、５００〜１２００ｎｍ
の範囲内の波長の光に対して９５％以上の高い反射率を
有することが好ましい。そのような光反射性金属層１４
２は、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａ
ｌ）、銅（Ｃｕ）および白金（Ｐｔ）から選択された１
つまたはそれを含む合金によって形成されることが好ま
しく、単層または多層として形成することができる。光
反射性金属層１４２は、少なくともその前面側表面領域
が、銀または銀合金からなる銀系金属材料で形成される
ことが特に好ましい。

【００３３】このような光反射性金属層１４２は、真空
蒸着、スパッタ等の気相堆積法によって形成することが
できる。例えば、光反射性の高い銀層１４２を１００〜
３３０℃の範囲内の基板温度、より好ましくは２００〜
３００℃の下地温度の下に真空蒸着法によって形成する
ことができる。

【００３４】なお、上述のように、光電変換ユニットの
上面には、表面凹凸構造が形成されるので、その上に設
けられる透明導電性酸化物層１４１および光反射性金属
層１４２も自然に表面凹凸構造を有し得る。

【００３５】図１に示すｐｉｎ構造の光電変換ユニット
１３を有する光電変換装置１０では、光電変換されるべ
き光ｈνは、基板１１側から入射される。

【００３６】図２は、本発明の第２の実施の形態による
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的に示す概略断面図
である。図２において、図１と同一部分は同一符号を付
し、その詳細な説明は以下の記載から省略する。

【００３７】図２に示すシリコン系薄膜光電変換装置２
０は、非晶質／結晶質型のタンデム型シリコン系薄膜光
電変換装置である。図２に示すタンデム型光電変換装置
２０においては、図１の光電変換装置１０の場合と同様
に、基板１１上に、透明前面電極１２を備え、この透明
前面電極１２の上に、前方光電変換ユニット２１が形成
されている。前方光電変換ユニット２１は、好ましくは
プラズマＣＶＤ法により順次堆積されたｐ型の微結晶ま
たは非晶質のシリコン系薄膜２１１、実質的に真性半導
体である非晶質シリコン系薄膜光電変換層２１２、およ
びｎ型の微結晶または非晶質のシリコン系薄膜２１３を
含む。

【００３８】前方光電変換ユニット２１上には、後方光
電変換ユニットとして、図１に示すｐ型層１３１、光電
変換層１３２およびｎ型層１３３を含む光電変換ユニッ
ト１３が形成されている。この後方光電変換ユニット１
３の上には、本発明のイットリウムを含有する酸化亜鉛
を含む透明導電性酸化物層１４１および光反射性金属層
１４２からなる裏面電極１４が、図１の光電変換装置１
０の場合と同様に形成され、これによって図２に示され
るタンデム型光電変換装置２０が完成する。

【００３９】次に、図３を参照して、本発明の第３の実
施の形態に係るシリコン系薄膜光電変換装置を説明す
る。図３に示す光電変換装置３０は、ｎｉｐ構造のシリ
コン系薄膜光電変換ユニットを有し、基板とは反対側か
ら光が入射される。

【００４０】図３を参照すると、このシリコン系薄膜光
電変換装置３０は、基板３１上に、裏面電極３２、シリ
コン系薄膜光電変換ユニット３３、および前面電極３４
を備える。

【００４１】基板３１は、図１の光電変換装置１０にお
ける基板１１と同様の基板材料で形成することができ
る。しかし、基板３１は、透明である必要がないので、
ステンレス鋼等の金属材料で形成することもできる。

【００４２】基板３１上に形成される裏面電極３２は、
基板３１上に設けられた光反射性金属層３２１とその上
に形成された本発明の透明導電性酸化物層３２２との２
層構造を含む。

【００４３】光反射性金属層３２１は、図１の光電変換
装置における光反射性金属層１４２に相当するものであ
り、それと同様にして形成することができる。しかし、
この光反射性金属層３２１は、表面凹凸構造（表面テク
スチャ構造）を有することが好ましい。光反射性金属層
３２１の表面凹凸構造は、光反射性金属の成膜条件（温
度、堆積速度等）を選択することにより得ることがで
き、または基板３１の表面を予めエッチング等によって
凹凸構造に加工し、その凹凸構造をそれ自体の上表面に
伝達し得るような薄い光反射性金属層３２１を形成する
ことによって得ることもできる。あるいは、基板３１上
に凹凸表面を有する透明導電性酸化物層（図示せず）を
堆積した後に、その凹凸構造をそれ自体の上表面に伝達
し得るような薄い光反射性金属層３２１を形成すること
によっても得られる。

【００４４】光反射性金属層３２１の表面凹凸構造にお
ける凹凸の高低差は０．０１〜２μｍの範囲内にあると
ともに、凹凸のピッチはその高低差より大きくかつその
２５倍以下であることが好ましく、４〜２０倍の範囲内
にあることがより好ましい。このような表面凹凸構造を
有する光反射性金属層３２１を用いることにより、開放
端電圧の低下や製造歩留まりの低下を伴うことなく、光
閉じ込め効果を改善して高性能の光電変換装置を得るこ
とができる。なお、このような表面凹凸構造は、図１の
光電変換装置１０における透明前面電極１２の場合と同
様、光反射性金属層３２１の断面のＴＥＭ（透過型電子
顕微鏡）写真やＡＦＭ（原子間力顕微鏡）による表面観
察によって測定することができる。

【００４５】光反射性金属層３２１上に設けられる透明
導電性酸化物層３２２は、図１に示す透明導電性酸化物
層１４１に相当するものであり、イットリウムを含有す
る酸化亜鉛を含む。いうまでもなく、図１に示す透明導
電性酸化物層１４１についての記述は、透明導電性酸化
物層３２２についてもそのまま適用される。

【００４６】裏面電極３２上に形成される光電変換ユニ
ット３３は、図１におけるｐ型層１３１とｎ型層１３３
の配置を逆転させた以外は図１の光電変換装置１０にお
ける光電変換ユニット１３と同様の構成を有する。すな
わち、光電変換ユニット３３は、基板３１側から、図１
のｎ型層１３３に相当するｎ型層３３１、図１の結晶質
シリコン系薄膜光電変換層１３２に相当する結晶質シリ
コン系薄膜光電変換層３３２、および図１のｐ型層１３
１に相当するｐ型層３３３を備える。

【００４７】光電変換ユニット３３上に形成される透明
前面電極３４は、図１の光電変換装置１０における本発
明の透明前面電極１２に相当するものである。ただし、
既述のように、光電変換ユニット３３の上面には、表面
テクスチャ構造が自然に形成されるので、前面電極３４
も自然に表面テクスチャ構造を有し得る。

【００４８】さらに、この前面電極３４上には、グリッ
ド電極として、好ましくはＡｌ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｕおよ
びＰｔから選択された少なくとも１種以上の金属または
これらの合金の層を含む櫛型状の金属電極３５が形成さ
れている。

【００４９】このようなシリコン系薄膜光電変換装置３
０において、光電変換されるべき光ｈνは、透明前面電
極３４側から照射される。

【００５０】図４は、本発明の第４の実施の形態による
シリコン系薄膜光電変換装置を模式的に示す概略断面図
である。図４において、図３と同一部分は同一符号を付
し、その詳細な説明は以下の記載から省略する。

【００５１】図４に示すシリコン系薄膜光電変換装置４
０は、図３に示す光電変換装置と同様の非晶質／結晶質
型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置である。図
４に示すタンデム型光電変換装置４０においては、図３
の光電変換装置３０の場合と同様に、基板３１上に、光
反射金属層３２１および本発明の透明導電性酸化物層３
２２を含む裏面電極３２と、ｎ型層３３１、光電変換層
３３２およびｐ型層１３３を含む光電変換ユニット３３
とが形成されている。この光電変化ユニット３３は、後
方光電変換ユニットを構成する。

【００５２】この後方光電変換ユニット３３上に重ね
て、前方光電変換ユニット４１がさらに形成されてい
る。この第２の光電変換ユニット４１は、図２における
ｐ型薄膜２１１とｎ型薄膜２１３との配置を逆転させた
以外は図２のタンデム型光電変換装置２０における前方
光電変換ユニット２１と同様の構成を有する。すなわ
ち、前方光電変換ユニット４１は、図２のｎ型薄膜２１
３に相当するｎ型シリコン系薄膜４１１、図２の光電変
換層２１２に相当する実質的に真性半導体である非晶質
シリコン系薄膜光電変換層４１２、および図２のｐ型薄
膜２１１に相当するｐ型シリコン系薄膜４１３を含む。
この前方光電変換ユニット４１上には、前面透明電極３
４および櫛型金属電極３５が図３に示す光電変換装置３
０の場合と同様に形成され、これによって図４に示され
ているようなタンデム型光電変換装置４０が完成する。

【００５３】

【実施例】以下、本発明を実施例により説明する。

【００５４】実施例１ 本実施例では、図１に示す構造を有するシリコン系薄膜
光電変換装置を作製した。

【００５５】すなわち、まず、ガラス基板１１上に前面
電極１２としてＩＴＯ層をＲＦスパッタ法によって堆積
させた。

【００５６】次に、ＩＴＯ層１２上に、光電変換ユニッ
ト１３を構成するｐ型シリコン層１３１、ノンドープの
結晶質シリコン系光電変換層１３２およびｎ型シリコン
層１３３をプラズマＣＶＤ法により形成した。ノンドー
プの結晶質シリコン系光電変換層１３２は３００℃の下
地温度の下でＲＦプラズマＣＶＤ法によって３．０μｍ
の厚さに形成した。この結晶質光電変換層１３２におい
て、２次イオン質量分析法によって求めた水素含有量は
２．３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０．０
８４であった。

【００５７】ついで、光電変換ユニット１３上に透明導
電性酸化物層１４１としてイットリウムを含有する酸化
亜鉛層を形成した。このときのスパッタ条件としては、
Ａｒのスパッタガス、３×１０^-3Ｔｏｒｒの圧力、８５
０ｍＷ／ｃｍ² のＲＦパワー密度、および２００℃の下
地温度であった。ターゲットとしてイットリウムを５重
量％かつガリウムを４重量％含有する酸化亜鉛ターゲッ
トを用いた。得られたイットリウムおよびガリウム含有
酸化亜鉛層１４１は、８．７×１０^-3Ωｃｍの比抵抗を
有しており、ターゲットと同様の割合のイットリウムお
よびガリウムを含有していた。さらに、このイットリウ
ムおよびガリウム含有酸化亜鉛層１４１は、波長８００
ｎｍの光に対する透過率が９０％であった。

【００５８】ついで、イットリウムおよびガリウム含有
酸化亜鉛層１４１の上に銀層１４２を形成した。

【００５９】こうして得られた光電変換装置に入射光ｈ
νとしてＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ² の光量で
照射して出力特性を測定したところ、開放端電圧が０．
４８Ｖ、短絡電流密度が２７．０ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因
子が６７％、そして変換効率が８．６８％であった。

【００６０】比較例１ 酸化亜鉛層１４１の形成に際し、ターゲットとしてガリ
ウムを含有するがイットリウムを含有しない酸化亜鉛タ
ーゲットを使用した以外は実施例１と同様にして光電変
換装置を作製した。酸化亜鉛層の波長８００ｎｍの光に
対する光透過率は、８０％であった。

【００６１】得られた光電変換装置について実施例１と
同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧が０．４
８Ｖ、短絡電流密度が２５．０ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因子
が６７．０％、そして変換効率が８．０４％であった。

【００６２】実施例２ 本実施例では、図２に示す構造を有する非晶質／結晶質
型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を作製し
た。

【００６３】すなわち、まず、実施例１と同様に、基板
１１上に、透明前面電極１２としてＩＴＯ層を形成した
後、その上に、前方光電変換ユニット２１を形成した。
この前方光電変換ユニット２１は、順次積層されたｐ型
層２１１、非晶質シリコン系光電変換層２１２、および
ｎ型層２１３を含むものであった。なお、非晶質光電変
換層２１２の厚さは、３００ｎｍに設定した。

【００６４】得られた前方光電変換ユニット２１上に、
実施例１と同様に、ｐ型シリコン層１３１、ノンドープ
の結晶質シリコン系光電変換層１３２およびｎ型シリコ
ン層１３３をプラズマＣＶＤ法により形成した。

【００６５】最後に、実施例１と同様に、イットリウム
およびガリウム含有酸化亜鉛層１４１と銀層１４２を形
成した。

【００６６】こうして得られた光電変換装置について実
施例１と同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧
が１．４０Ｖ、短絡電流密度が１３．０ｍＡ／ｃｍ² 、
曲線因子が７５％、そして変換効率が１３．６５％であ
った。

【００６７】実施例３ 本実施例では、図３に示す構造を有するシリコン系薄膜
光電変換装置を作製した。

【００６８】すなわち、まず、ガラス基板１１上に厚さ
３００ｎｍの銀層３２１を真空蒸着により堆積させた。
ついで、イットリウムおよびガリウム含有酸化亜鉛層３
２２を実施例１と同様にして形成した。

【００６９】次に、イットリウムおよびガリウム含有酸
化亜鉛層３２２上に、光電変換ユニット３３を構成する
ｎ型層３３１、ノンドープの結晶質シリコン系光電変換
層３３２およびｐ型層３３３をプラズマＣＶＤ法により
形成した。ノンドープの結晶質シリコン系光電変換層３
３２は３００℃の下地温度の下でＲＦプラズマＣＶＤ法
によって３．０μｍの厚さに形成した。この結晶質光電
変換層３３２において、２次イオン質量分析法によって
求めた水素含有量は２．３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０．０８４であった。

【００７０】ついで、光電変換ユニット３３上に前面電
極３４としてＩＴＯ層を形成し、その上に電流取り出し
用の櫛型銀電極３５を形成した。

【００７１】こうして得られた光電変換装置について実
施例１と同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧
が０．５３Ｖ、短絡電流密度が２７．５ｍＡ／ｃｍ² 、
曲線因子が７６．８％、そして変換効率が１１．２１％
であった。

【００７２】比較例２ 酸化亜鉛層３２２の形成に際し、ターゲットとしてガリ
ウムを含有するがイットリウムを含有しない酸化亜鉛タ
ーゲットを使用した以外は実施例３と同様にして光電変
換装置を作製した。

【００７３】得られた光電変換装置について実施例１と
同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧が０．５
３Ｖ、短絡電流密度が２６ｍＡ／ｃｍ² 、曲線因子が７
６．８％、そして変換効率が１０．６％であった。

【００７４】実施例４ 本実施例では、図４に示す構造を有する非晶質／結晶質
型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を作製し
た。

【００７５】すなわち、実施例３の手法により、基板３
１上に、裏面電極３２および光電変換ユニット３３を形
成した。

【００７６】ついで、得られた後方光電変換ユニット３
３上に、前方光電変換ユニット４１をさらに形成した。
この前方光電変換ユニット４１は、順次積層されたｎ型
層４１１、非晶質シリコン系光電変換層４１２、および
ｐ型層４１３を含む。なお、非晶質光電変換層２１２の
厚さは、３００ｎｍに設定した。

【００７７】最後に、第２の光電変換ユニット２１上
に、実施例３の場合と同様に、透明前面電極３４と櫛型
銀電極３５を形成した。

【００７８】こうして得られた光電変換装置について実
施例１と同様に出力特性を測定したところ、開放端電圧
が１．４１Ｖ、短絡電流密度が１３．２ｍＡ／ｃｍ² 、
曲線因子が７６％、そして変換効率が１４．１４％であ
った。

【００７９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、結晶質
シリコン系薄膜光電変換装置において、向上した光透過
性を有する透明導電性酸化物層を光反射性金属層の前面
側に設けて裏面電極を構成しているので、光反射性金属
層に到達する光量の減少が抑制されるばかりでなく、特
に光閉じ込め構造の場合、光反射性金属層により多重反
射されて光電変換層に繰り返し再入射される光が透明導
電性酸化物層を通過するたびに吸収されることによる光
量の逐次減少も抑制され、入射光の利用率が低下する結
果、光電変換装置の短絡電流密度が増加し、変換効率が
向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を説明するための概略断面図。

【図２】本発明の第２の実施の形態による非晶質／結晶
質型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を説明す
るための概略断面図。

【図３】本発明の第３の実施の形態による結晶質シリコ
ン系薄膜光電変換装置を説明するための概略断面図。

【図４】本発明の第４の実施の形態による非晶質／結晶
質型のタンデム型シリコン系薄膜光電変換装置を説明す
るための概略断面図。

【符号の説明】

１１，３１…基板 １２，３４…前面電極 １３，２１，３３，４１…光電変換ユニット １４，３２…裏面電極 ３５…櫛型金属電極 １３１，２１１，３３３，４１３…ｐ型層 １３２，２１２，３３２，４１２…光電変換層 １３３，２１３、３３１，４１１…ｎ型層 １４１，３２２…イットリウム含有酸化亜鉛を含む透明
導電性酸化物層 １４２，３２１…光反射性金属層

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光反射性金属層およびその前面側に設け
   られた透明導電性酸化物層を含む裏面電極と、前記裏面
   電極の前面側に設けられた、一導電型層、結晶質シリコ
   ン系薄膜からなる光電変換層および逆導電型層を含むシ
   リコン系薄膜光電変換ユニットと、前記光電変換ユニッ
   トの前面側に設けられた透明前面電極とを備え、 前記透明導電性酸化物層は、イットリウムを含有する酸
   化亜鉛を含むことを特徴とするシリコン系薄膜光電変換
   装置。
2. 【請求項２】 前記透明導電性酸化物層が、イットリウ
   ムを１ないし１０重量％の割合で含有することを特徴と
   する請求項１に記載のシリコン系薄膜光電変換装置。
3. 【請求項３】 前記透明導電性酸化物層が、ガリウムお
   よび／またはアルミニウムをさらに含有することを特徴
   とする請求項１または２に記載のシリコン系薄膜光電変
   換装置。