JPH04255273A - 光起電力素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子に係り、
特に光電変換効率が高く、高信頼性の、太陽電池などに
用いられる光起電力素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽光を電気エネルギーに変換する光電
変換素子である太陽電池は、電卓、腕時計など民生用の
小電力用電源として広く応用されており、また、従来、
石油、石炭などのいわゆる化石燃料の代替用電力として
実用化可能な技術として注目されている。太陽電池は半
導体のｐｎ接合の光起電力を利用した技術であり、シリ
コンなどの半導体が太陽光を吸収し電子と正孔の光キャ
リヤーを生成し、該光キャリヤーをｐｎ接合部の内部電
界に依りドリフトさせ、外部に取り出すものである。こ
の様な太陽電池の作製方法としては、ほぼ半導体プロセ
スを用いることにより行われる。具体的には、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。さら
に前記ウエハーの導電型と反対の導電型となるように価
電子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接合を作るものである。

【０００３】ところで、信頼性や、変換効率の観点から
、現在、主に実用化されている太陽電池には、単結晶シ
リコンが使われているが、上述のように太陽電池作製は
半導体プロセスを用いるため生産コストは高いものとな
っている。

【０００４】単結晶シリコン太陽電池の他の欠点は、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く
、単結晶の太陽電池は入射太陽光を吸収するために少な
くとも５０ミクロンの厚さにしなければならないことや
、バンドギャップが約１．１ｅＶであり太陽電池として
好適な１．５ｅＶよりも狭いため長波長成分を有効に利
用できないことである。また、仮に、多結晶シリコンを
用いて生産コストを下げたとしても、間接遷移の問題は
残り、太陽電池の厚さを減らすことはできない。さらに
多結晶シリコンには粒界その他の問題を合わせ持ってい
る。

【０００５】更に、結晶質であるがために面積の大きな
ウエハーは製造できず大面積化が困難であり、大きな電
力を取り出す場合には単位素子を直列化あるいは、並列
化をするための配線を行なわなければならないことや、
屋外で使用する際に太陽電池を様々な気象条件によりも
たらされる機械的損傷から保護するため、高価な実装が
必要になることなどから、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。このような事情から太陽電池の電力用とし
ての実用化を進めるに当たって、低コスト化及び大面積
化が重要な技術的課題であり、様々な検討がなされてお
り、コストの安い材料、変換効率の高い材料などの材料
の探求が行なわれてきたがこのような太陽電池の材料と
しては、非結晶質シリコン、非結晶質シリコンゲルマニ
ュウム、非結晶質炭化珪素などのテトラへドラル系の非
晶質半導体や、ＣｄＳ，Ｃｕ２　ＳなどのＩＩ−ＶＩ族
やＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓなどのＩＩＩ　−Ｖ族の化合
物半導体等が挙げられる。とりわけ、非晶質半導体を光
起電力発生層に用いた薄膜太陽電池は、単結晶太陽電池
に比較して大面積の膜が作製できることや、膜厚が薄く
て済むこと、任意の基板材料に堆積できることなどの長
所があり有望視されている。

【０００６】しかしながら、上記非晶質半導体を用いた
太陽電池は、電力用素子としては光電変換効率の向上、
信頼性の向上の面で問題が残っている。

【０００７】非晶質半導体を用いた太陽電池の光電変換
効率の向上の手段としては、例えば、バンドギャップを
狭くして長波長の光に対する感度を増加することが行わ
れている。即ち、非晶質シリコンは、バンドギャップが
約１．７ｅＶ位であるため約７００ナノメーター以上の
長波長の光は吸収できず、有効に利用できないため、長
波長光に感度のある、バンドギャップが狭い材料を用い
ることが検討されている。この様な材料としては成膜時
のシリコン原料ガスとゲルマニューム原料ガスの比を変
えることで容易にバンドギャップを１．３ｅＶ位から１
．７ｅＶ位まで任意に変化できる非晶質シリコンゲルマ
ニュームが挙げられる。

【０００８】また、太陽電池の変換効率を向上させる他
の方法として単位素子構造の太陽電池を複数積層するい
わゆるタンデムセルを用いることが米国特許２，９４９
，４９８号明細書に開示されている。このタンデムセル
にはｐｎ接合結晶半導体が用いられたがその思想は非晶
質あるいは結晶質いずれにも共通するものであり、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を増大させる事により
発電効率を向上させるものであった。

【０００９】タンデムセルは、異なるバンドギャップの
素子を積層し太陽光線のスぺクトルの各部分を効率よく
吸収することにより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様に設計される。 これに対して浜川らは同じバンドギャップの非晶質シリ
コンを光起電力素子間に絶縁層を持たない形で多重積層
し素子全体のＶｏｃを増加させるいわゆるカスケード型
電池を報告している。この方法では同じバンドギャップ
の非晶質シリコン材料から作られる単位素子を積層する
方法である。

【００１０】非晶質シリコンゲルマニュームはバンドギ
ャップが狭く長波長の光に対し感度が優れているため上
述したタンデムセルのボトム層として好適な材料として
用いられる。

【００１１】ところで、このように長波長感度を向上さ
せ、また、タンデムセルのボトム層としても応用可能な
非晶質シリコンゲルマニュームは、一般的に膜質に於い
ては非晶質シリコンよりも劣り太陽電池を作製した場合
も変換効率が低いという欠点がある。この原因はバンド
ギャップ内の局在準位が非晶質シリコンに比べて多いた
めである。このため、バンドギャップ内準位を減らして
膜質を向上させるための研究開発が行なわれているが、
例えば、活性化されたフッ素原子を用いて非晶質シリコ
ンゲルマニューム中のダングリングボンドの補償を行な
い局在準位密度を低減した非晶質シリコンゲルマニュー
ムが、特公昭６３−４８１９７号明細書等に開示されて
いる。

【００１２】一方、上述のような膜質の本質的な向上以
外の方法で非晶質シリコンゲルマニューム太陽電池特性
の向上が検討されている。その一例としてｐ型半導体及
び／またはｎ型半導体とｉ型半導体層との接合界面に於
てバンド幅の傾斜を持たせるいわゆるバッファ層を用い
る方法が米国特許第４，２５４，４２９号、米国特許第
４，３７７，７２３号に開示されている。該バッファ層
の目的は非晶質シリコンによって作製される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ュームで作
製される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に接合界面に非晶質
シリコンを用いることにより準位を無くして接合を良く
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。

【００１３】さらに、他の方法として、シリコンとゲル
マニュー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開示されている。

【００１４】例えば、米国特許第４，８１６，０８２号
に依れば、光入射側の第１の価電子制御された半導体層
に接する部分のｉ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、更に、
第２の価電子制御された半導体層に向かうに従い徐々に
バンドギャップを広くしていく方法が開示されている。 該方法に依れば、光により発生したキャリヤーは、内部
電界の働きにより、効率良く分離でき膜特性が向上する
。

【００１５】ところで、非晶質半導体を用いた太陽電池
の他の問題点は、光照射により変換効率が低下すること
である。これは、非晶質シリコン及び非晶質シリコンゲ
ルマニュームは光照射により膜質が低下してしまい、こ
のためキャリヤーの走行性が悪くなることにより引き起
こされるものであり、結晶系には見られない、非晶質半
導体特有の現象である。そのため電力用途に用いる場合
、信頼性が劣り、実用化の障害となっているのが実状で
ある。非晶質半導体の光劣化の改善は、鋭意研究がなさ
れているが、膜質を改善することにより光劣化を防止す
る検討がされている一方、セル構造の改良による光劣化
の低減も検討されている。この様な方法の具体例として
、上述したタンデムセル構造を用いることは有効な手段
であり、イントリンジック層を薄くしキャリヤーの走行
距離を短くすることにより、光照射によるセル特性の低
下が少なくなることが確認されている。

【００１６】

【発明が解決しようとしている課題】しかしながら、前
記非晶質太陽電池に於いては、結晶系シリコン太陽電池
に比べ膜質が劣るため変換効率が充分ではなく、１ワッ
ト当りの発電コストは既存の原子力、火力、水力発電等
よりも高いものとなっている。非晶質シリコン系の太陽
電池が既存の発電方法と伍して電力用途に用いられるた
めには変換効率をさらに向上させることが求められてい
る。

【００１７】更に、上述したように光劣化のメカニズム
の解明及び光劣化防止の検討が続けられているにもかか
わらず光劣化の問題は完全には解決できておらず、非晶
質シリコン系の太陽電池は更に信頼性が求められている
。上述したスタックセルによる劣化防止の方法に於ては
イントリンジック層を薄くすることにより光起電力素子
の全体の光吸収量が減少するために、光劣化防止として
は効果的となり得るものの初期光起電力特性は減少して
しまうため、信頼性が高く、かつ高効率という要求を両
立する太陽電池は実現できていないのが現状である。

【００１８】本発明の目的は、上述した問題点を解決し
、信頼性が高くかつ光電変換効率の高い太陽電池等に用
いられる光起電力素子を提供することである。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
問題点を克服し、光劣化が少なく、且つ、変換効率の高
い太陽電池を鋭意検討した結果、成膜に用いるシリコン
系ガスとゲルマニューム系ガスの化学量比を制御するこ
とで連続光照射に対して導電率および膜中の欠陥の増加
が極めて少ない良質の膜が得られると言う知見を得、さ
らに非晶質シリコンゲルマニューム領域中の膜厚方向に
対するシリコンとゲルマニュームの組成比を制御するこ
とにより初期効率の高い太陽電池が得られるという知見
を得た。本発明は該知見に基いて更なる研究を行ない、
光起電力素子に適用し、完成するに至ったものであり、
本発明の骨子とするところは、ｉ型半導体層が非晶質シ
リコンゲルマニュームを構成材料とするｐｉｎ型の光起
電力素子のｉ型半導体層を、ゲルマニューム元素を含ま
ない層と、ゲルマニューム元素を含む層とから形成し、
前記ゲルマニューム元素を含まない層をｐ型半導体およ
びｎ型半導体に接する部分に設けることにある。また、
前記ゲルマニューム元素を含まない層の厚みが５０から
１０００オングストロームとすることで好適な構成とな
る。さらに、前記ゲルマニューム元素を含む層のゲルマ
ニューム元素を２０ａｔｍ％から７０ａｔｍ％とするこ
とにより劣化の少ない構成となる。さらに、前記ゲルマ
ニューム元素を含む層のゲルマニュームの組成を連続し
て変化させることにより、より特性が向上する。このと
き連続して変化するゲルマニューム元素の組成の極大値
をｉ型半導体層の中に位置させることにより更に特性が
向上する。また、本発明はｐｉｎの単位素子構造を２つ
以上積層する積層型光起電力素子に応用することも可能
であり、この場合、少なくとも１つ以上のｉ型半導体層
の構成を上述したように、ゲルマニューム元素を含まな
い層の厚みを５０から１０００オングストロームとした
り、ゲルマニュームを含む層のゲルマニューム元素量を
２０ａｔｍ％から７０ａｔｍ％にしたり、ゲルマニュー
ム元素の組成を連続して変化させたり、ゲルマニューム
元素の組成の極大値をｉ型半導体の層の中に位置させる
ようにすることで同様な効果が得られることは言うまで
もない。

【００２０】以下に、図面を用いて本発明について詳細
に説明するが、本発明の光起電力素子はこれにより何ら
限定されるものではない。

【００２１】まず、本発明の説明に先だって本発明の光
起電力素子を応用するに好適なｐｉｎ型非晶質太陽電池
について説明する。

【００２２】図６〜図９は、本発明の光起電力素子を応
用するに好適なｐｉｎ型非晶質太陽電池を模式的に表わ
したものである。

【００２３】なお、各実施例において、同一構成部材に
ついては同一符号を付する。

【００２４】図６は光が図の上部から入射する構造の太
陽電池で有り、図に於いて３００は太陽電池本体、３０
１は基板、３０２は下部電極、３０３はｎ型半導体層（
以下、ｎ層という）、３０４はｉ型半導体層（以下、ｉ
層という）、３０５はｐ型半導体層（以下、ｐ層という
）、３０６は上部電極、３０７は集電電極を表わす。 図７は基板３０１が透明であり、光が図の下部から入射
する構造の太陽電池を示す。したがって、下部電極３０
２、ｎ層３０３、ｉ層３０４、ｐ層３０５、上部電極３
０６の配置は図６に示したものと逆になっている。３０
０´は太陽電池本体を示す。

【００２５】図８は図６を２層積層した構造の太陽電池
で有り、図に於いて３１０は太陽電池本体、３０８およ
び３０９は太陽電池の単位素子を表わし、３０３，３１
３はｎ層、３０４，３１４はｉ層、３０５，３１５はｐ
層を表わす。図９は図６を３層積層した構造の太陽電池
で有り、図に於いて３１２は太陽電池本体、３０８，３
１１、および３０９は太陽電池の単位素子を表わし、３
０３，３１３，３２３はｎ層、３０４，３１４，３２４
はｉ層、３０５，３１５，３２５はｐ層を表わす。なお
、いずれの光起電力素子に於いてもｎ層とｐ層とは目的
に応じて各層の積層順を入れかえて使用することもでき
る。以下、これらの光起電力素子の構成について説明す
る。

【００２６】（基板）半導体層３０３，３０４，３０５
は高々１μｍ程度の薄膜であるため適当な基板上に堆積
される。このような基板３０１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、所望の強度を有するものであることが好ましい
。具体的にはＦｅ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎ
ｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｐｂ等の金属またはこれら
の合金、例えば真鍮、ステンレス鋼等の薄板及びその複
合体、及びポリエステル、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、エポキシ等の耐熱性合成樹脂のフィ
ルムまたはシート又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、金属繊維等との複
合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等の表面に
異種材質の金属薄膜及び／またはＳｉＯ２　，Ｓｉ３　
Ｎ４　，Ａｌ２　Ｏ３，ＡｌＮ等の絶縁性薄膜をスパッ
タ法、蒸着法、鍍金法により表面コーティング処理を行
ったものおよび、ガラス、セラミックスなどが挙げられ
る。

【００２７】前記基板を太陽電池用の基板として用いる
場合には、該帯状基板が金属等の電気導電性である場合
には直接電流取り出し用の電極としても良いし、合成樹
脂等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，真ちゅう，ニ
クロム，ＳｎＯ２　，Ｉｎ２　Ｏ３　，ＺｎＯ，ＩＴＯ
等のいわゆる金属単体又は合金、及び透明導電性酸化物
（ＴＣＯ）を鍍金、蒸着、スパッタ等の方法であらかじ
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。

【００２８】勿論、前記帯状基板が金属等の電気導電性
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の構成元素の
相互拡散を防止する等の目的で異種の金属層等を前記基
板上の堆積膜が形成される側に設けても良い。又、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
う層構成の太陽電池とする場合には前記透明導電性酸化
物や金属薄膜等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。

【００２９】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良い。

【００３０】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、角錐状等であって、且つその最大高さ
（Ｒｍａｘ　）が好ましくは５００Å乃至５０００Å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、用途により平滑表面或は凸凹表面の板状、長尺ベル
ト状、円筒状等であることができ、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するが、
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
出来る。しかしながら、基板の製造上及び取扱い上、機
械的強度等の点から、通常は、１０μｍ以上とされる。

【００３１】本発明の光起電力素子においては、当該素
子の構成形態により適宜の電極が選択使用される。それ
らの電極としては、下部電極、上部電極（透明電極）、
集電電極を挙げることができる（ただし、ここでいう上
部電極とは光の入射側に設けられたものを示し、下部電
極とは半導体層を挟んで上部電極に対向して設けられた
ものを示すこととする）。

【００３２】これらの電極について以下に詳しく説明す
る。

【００３３】（下部電極）本発明において用いられる下
部電極３０２としては、上述した基板３０１の材料が透
光性であるか否かによって、光起電力発生用の光を照射
する面が異なる故（たとえば基板３０１が金属等の非透
光性の材料である場合には、図６で示したごとく上部電
極３０６側から光起電力発生用の光を照射する。）その
設置される場所が異なる。具体的には、図６、図８及び
図９のような層構成の場合には基板３０１とｎ層３０３
との間に設けられる。しかし、基板３０１が導電性であ
る場合には、該基板が下部電極を兼ねることができる。 ただし、基板３０１が導電性であってもシート抵抗値が
高い場合には、電流取り出し用の低抵抗の電極として、
あるいは基板面での反射率を高め入射光の有効利用を図
る目的で電極３０２を設置してもよい。

【００３４】図７の場合には透光性の基板３０１が用い
られており、基板３０１の側から光が入射されるので、
電流取り出し及び当該電極での光反射用の目的で、下部
電極３０２が基板３０１と対向して半導体層を挟んで設
けられている。

【００３５】また、基板３０１として電気絶縁性のもの
を用いる場合には電流取り出し用の電極として、基板３
０１とｎ層３０３との間に下部電極３０２が設けられる
。電極材料としては、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃｒ，
Ｃｕ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｗ等の金属又はこれら
の合金が挙げられ、これらの金属の薄膜を真空蒸着、電
子ビーム蒸着、スパッタリング等で形成する。また、形
成された金属薄膜は光起電力素子の出力に対して抵抗成
分とならぬように配慮されねばならず、シート抵抗値と
して好ましくは５０Ω以下、より好ましくは１０Ω以下
であることが望ましい。

【００３６】下部電極３０２とｎ層３０３との間に、図
中には示されていないが、導電性酸化亜鉛等の拡散防止
層を設けても良い。該拡散防止層の効果としては下部電
極３０２を構成する金属元素がｎ型半導体層中へ拡散す
るのを防止するのみならず、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下部電極３０２と透明
電極（上部電極）３０６との間にピンホール等の欠陥で
発生するショートを防止すること、及び薄膜による多重
干渉を発生させ入射された光を光起電力素子内に閉じ込
める等の効果を挙げることができる。

【００３７】（上部電極（透明電極））本発明において
用いられる透明電極（上部電極）３０６としては太陽や
白色蛍光灯等からの光を半導体層内に効率良く吸収させ
るために光の透過率が８５％以上であることが望ましく
、さらに、電気的には光起電力素子の出力に対して抵抗
成分とならぬようにシート抵抗値は１００Ω以下である
ことが望ましい。このような特性を備えた材料として、
ＳｎＯ２　，Ｉｎ２　Ｏ３　，ＺｎＯ，ＣｄＯ，ＣｄＳ
ｎＯ４　，ＩＴＯ（Ｉｎ２　Ｏ３　＋ＳｎＯ２　）など
の金属酸化物や、Ａｕ，Ａｌ，Ｃｕ等の金属を極めて薄
く半透明状に成膜した金属薄膜等が挙げられる。透明電
極は図６，図８，図９においてはそれぞれｐ層３０５，
３１５，３２５の上に積層され、図７においては基板３
０１の上に積層されるものであるため、互いの密着性の
良いものを選ぶことが必要である。これらの作製方法と
しては、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム加熱蒸着法、スパ
タリング法、スプレー法等を用いることができ所望に応
じて適宜選択される。

【００３８】（集電電極）本発明において用いられる集
電電極３０７は、透明電極３０６の表面抵抗値を低減さ
せる目的で透明電極３０６上に設けられる。電極材料と
してはＡｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｐ
ｔ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｗ等の金属またはこれらの合金の薄膜
が挙げられる。これらの薄膜は積層させて用いることが
できる。また、半導体層への光入射光量が十分に確保さ
れるよう、その形状及び面積が適宜設計される。

【００３９】たとえば、その形状は光起電力素子の受光
面に対して一様に広がり、且つ受光面積に対してその面
積は好ましくは１５％以下、より好ましくは１０％以下
であることが望ましい。

【００４０】また、シート抵抗値としては、好ましくは
５０Ω以下、より好ましくは１０Ω以下であることが望
ましい。

【００４１】半導体層３０３，３０４，３０５は通常の
薄膜作製プロセスに依って作製されるもので、蒸着法、
スパッタ法、高周波プラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラ
ズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法等
公知の方法を所望に応じて用いることにより作製できる
。工業的に採用されている方法としては、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
。価電子制御された半導体を作製する場合は、リン、ボ
ロン等を構成原子として含むＰＨ３　，Ｂ２　Ｈ６　ガ
ス等を同時に分解することにより行なわれる。 （ｉ層）本光起電力素子において好適に用いられるｉ層
を構成する半導体材料としては、非晶質シリコンゲルマ
ニュームのｉ層を作製する場合はａ−ＳｉＧｅ：Ｈ，ａ
−ＳｉＧｅ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：Ｆ等のいわゆるＩ
Ｖ族合金系半導体材料が挙げられる。また、単位素子構
成を積層したタンデムセル構造に於て非晶質シリコンゲ
ルマニューム以外のｉ層を構成する半導体材料としては
、ａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ−Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，ａ
−ＳｉＣ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆ，
ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ，ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｆ，ｐｏｌｙ−
Ｓｉ：Ｈ：Ｆ等のいわゆるＩＶ族及びＩＶ族合金系半導
体材料の他、ＩＩＩ　−Ｖ及びＩＩ−ＶＩ族のいわゆる
化合物半導体材料等が挙げられる。

【００４２】ＣＶＤ法に用いる原料ガスとしては、シリ
コン元素を含む化合物として鎖状または環状シラン化合
物が用いられ、具体的には、例えば、ＳｉＨ４　，Ｓｉ
Ｆ４　，（ＳｉＦ２　）５　，（ＳｉＦ２　）６　，（
ＳｉＦ２　）４　，Ｓｉ２　Ｆ６　，Ｓｉ３　Ｆ８　，
ＳｉＨＦ３　，ＳｉＨ２　Ｆ２　，Ｓｉ２　Ｈ２　Ｆ４
　，Ｓｉ２　Ｈ３　Ｆ３　，ＳｉＣｌ４　，（ＳｉＣｌ
２　）５　，ＳｉＢｒ４　，（ＳｉＢｒ２　）５　，Ｓ
ｉＣｌ６　，ＳｉＨＣｌ３　，ＳｉＨＢｒ２　，ＳｉＨ
２　Ｃｌ２　，ＳｉＣｌ３　Ｆ３　などのガス状態のま
たは容易にガス化し得るものが挙げられる。

【００４３】また、ゲルマニューム元素を含む化合物と
して、鎖状ゲルマンまたはハロゲン化ゲルマニューム、
環状ゲルマン、またはハロゲン化ゲルマニューム、鎖状
または環状ゲルマニューム化合物及びアルキル基などを
有する有機ゲルマニューム化合物、具体的にはＧｅＨ４
　，Ｇｅ２　Ｈ６　，Ｇｅ３　Ｈ８　，ｎ−ＧｅＨ１０
，ｔ−Ｇｅ４　Ｈ１０，ＧｅＨ６　，Ｇｅ５　Ｈ１０，
ＧｅＨ３　Ｃｌ，ＧｅＨ２　Ｆ２　，Ｇｅ（ＣＨ３　）
４　，Ｇｅ（Ｃ２　Ｈ５　）４　，Ｇｅ（Ｃ６　Ｈ５　
）４　，Ｇｅ（ＣＨ３　）２　Ｆ２　，ＧｅＦ２　，Ｇ
ｅＦ４などが挙げられる。

【００４４】（ｐ層及びｎ層）本光起電力素子において
好適に用いられるｐ層またはｎ層を構成する半導体材料
としては、前述したｉ層を構成する半導体材料に価電子
制御剤をドーピングすることによって得られる。作製方
法は、前述したｉ層の作製方法と同様の方法が好適に利
用できる。また原料としては、周期律表第ＩＶ族堆積膜
を得る場合、ｐ型半導体を得るための価電子制御剤とし
ては周期律表第ＩＩＩ　族の元素を含む化合物が用いら
れる。 第ＩＩＩ　族の元素としては、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎが
挙げられる。第ＩＩＩ　族元素を含む化合物としては、
具体的には、ＢＦ３　，Ｂ２　Ｈ６　，Ｂ４　Ｈ１０，
Ｂ５　Ｈ９　，Ｂ５　Ｈ１１，Ｂ６　Ｈ１０，Ｂ（ＣＨ
３　）３　，Ｂ（Ｃ２　Ｈ５　）３　，Ｂ６　Ｈ１２，
Ａｌ（ＣＨ３　）２　Ｃｌ，Ａｌ（ＣＨ３　）３　，Ａ
ｌ（ＯＣＨ３　）２　Ｃｌ，Ａｌ（ＣＨ３　）Ｃｌ２　
，Ａｌ（Ｃ２　Ｈ５　）３　，Ａｌ（ＯＣ２　Ｈ５　）
３　，Ａｌ（ＣＨ３　）３　Ｃｌ３　，Ａｌ（ｉ−Ｃ４
　Ｈ９　）５　，Ａｌ（Ｃ３　Ｈ７　）３　，Ａｌ（Ｏ
Ｃ４　Ｈ９　）３　，Ｇａ（ＯＣＨ３　）３　，Ｇａ（
ＯＣ２　Ｈ５　）３　，Ｇａ（ＯＣ３　Ｈ７　）３　，
Ｇａ（ＣＨ３　）３　，Ｇａ２　Ｈ６　，ＧａＨ（Ｃ２
　Ｈ５　）２　，Ｇａ（ＯＣ２　Ｈ５　），（Ｃ２　Ｈ
５　）２　，Ｉｎ（ＣＨ３　）３　，Ｉｎ（Ｃ３　Ｈ７
　）３，Ｉｎ（Ｃ４　Ｈ９　）３　等が挙げられる。

【００４５】ｎ型半導体を得るための価電子制御剤とし
ては周期律表第Ｖ族の元素を含む化合物が用いられる。 第Ｖ族の元素としては、Ｐ，Ｎ，Ａｓ，Ｓｂが挙げられ
る。第Ｖ族の元素を含む化合物としては、具体的には、
ＮＨ３　ＨＮ３　，Ｎ２　Ｈ５　Ｎ３　，Ｎ２　Ｈ４　
，ＮＨ４　Ｎ３　，ＰＨ３　，Ｐ（ＯＣＨ３　）３　，
Ｐ（ＯＣ２　Ｈ５　）３　，Ｐ（Ｃ３　Ｈ７　）３　，
Ｐ（ＯＣ４　Ｈ９　）３　，Ｐ（ＣＨ３　）３　，Ｐ（
Ｃ２　Ｈ５　）３　，Ｐ（Ｃ３　Ｈ７　）３　，Ｐ（Ｃ
４　Ｈ９　）３　，Ｐ（ＯＣＨ３　）３　，Ｐ（ＯＣ２
　Ｈ５　）３　，Ｐ（ＯＣ３　Ｈ７　）３　，Ｐ（ＯＣ
４　Ｈ９　）３　，Ｐ（ＳＣＮ）３　，Ｐ２　Ｈ４　，
ＰＨ３　，ＡｓＨ３　，ＡｓＨ３　，Ａｓ（ＯＣＨ３　
）３　，Ａｓ（ＯＣ２　Ｈ５　）３　，Ａｓ（ＯＣ３　
Ｈ７　）３　，Ａｓ（ＯＣ４　Ｈ９　）３　，Ａｓ（Ｃ
Ｈ３　）３　，Ａｓ（ＣＨ３　）３　，Ａｓ（Ｃ２　Ｈ
５　）３　，Ａｓ（Ｃ６　Ｈ５　）３　，ＳｂＨ３　，
Ｓｂ（ＯＣＨ３　）３　，Ｓｂ（ＯＣ２　Ｈ５　）３　
，Ｓｂ（ＯＣ３　Ｈ７　）３　，Ｓｂ（ＯＣ４　Ｈ９　
）３　，Ｓｂ（ＣＨ３　）３　，Ｓｂ（Ｃ３　Ｈ７　）
３　，Ｓｂ（Ｃ４　Ｈ９　）３　等が挙げられる。

【００４６】もちろん、これらの原料ガスは１種であっ
ても良いが、２種またはそれ以上を併用してもよい。

【００４７】前記した原料物質が常温、常圧下で気体状
態である場合にはマスフローコントローラー（以下ＭＦ
Ｃ）等によって成膜空間への導入量を制御し、液体状態
である場合には、Ａｒ，Ｈｅ等の希ガスまたは水素ガス
をキャリアーガスとして、必要に応じ温度制御が可能な
バブラーを用いてガス化し、また固体状態である場合に
は、Ａｒ，Ｈｅ等の希ガスまたは水素ガスをキャリアー
ガスとして加熱昇華炉を用いてガス化して、主にキャリ
アーガス流量と炉温度により導入量を制御する。

【００４８】ところで、図６乃至図９の構成の従来の素
子のバンドギャップのプロファイルは、図１０乃至図１
２のように示される。図に於いて上部の線はエネルギー
準位の伝導帯の底、下部の線は価電子帯の頂上を示し、
４０３はｎ層、４０５はｐ層、４０４はｉ層を示す。ま
た、４０８及び４０９はバッファ層を示す。図１０に於
てｉ層４０４のバンドギャップは不純物ドーピング層と
なるｎ層４０３、ｐ層４０５よりも狭くなっている。

【００４９】このようなバンドプロファイルの場合、開
放電圧はｉ層４０４により決定されるため、バンドギャ
ップの狭い材料を用いると開放電圧は小さくなってしま
う。また、ｐ層４０５に接するｉ層４０４で発生した自
由電子及び自由正孔はｐｉ界面に存在する高濃度の再結
合準位により、再結合してしまうため、有効に取り出さ
れることなく失われてしまう。また、光の入射側では、
光量が大きく、内部に向かうに従い吸収される光量は、
指数関数的に減少する。光入射側では吸収した光のエネ
ルギーは、バンドギャップ以上のエネルギーがあり、余
分なエネルギーを有効利用できていないことになる。こ
のような欠点を解決する方法として図１１に示すような
バッファ層を設ける構成が用いられる。図に於て４０８
及び４０９はバッファ層でありｐｉおよびｎｉ界面の局
在準位を減少させる効果を持つ。さらに、図１２に示す
ような素子構成が提案されている。図に於いて４０３、
４０５はそれぞれドーピング層となるｎ層、ｐ層、４０
４はｉ層である。図に於て光は左側から入射するものと
する。ここでｉ層４０４は光入射側にバンドギャップ調
整剤を含まないバッファ層４０９を設けバンドギャップ
を広くし、その後徐々にバンドギャップ調整剤を増加し
て行きバンドギャップが狭くなるような傾斜バッファ層
４０４´を設けている。更に光入射側の反対側に向けて
バンドギャップ調整剤を減少して行きバンドギャップが
広くなるような傾斜層４０４″が設けられている。

【００５０】このようなバンドプロファイルを設けるこ
とにより、光は有効に利用でき、開放電圧が向上し、フ
ァイルファクターも改善されることが開示されている。 このような方法は一般に初期効率を向上させることを主
眼として検討されているものであるが、光劣化に関して
は特に配慮がなされていない。

【００５１】本発明の骨子は上述したバンドプロファイ
ルの改善による初期効率の向上に加えて、さらに、光劣
化の少ない素子構成を考案したことにある。本発明者ら
は非晶質シリコンゲルマニュームが特定のゲルマニュー
ム元素の組成に於いて光劣化が少ないことを見いだし、
このような光劣化が少ない組成の非晶質シリコンゲルマ
ニュームを用い、かつ、変換効率の高いセルを考案した
。

【００５２】以下に本発明者の行なった実験を示す。

【００５３】〈実験〉図１３に示す公知のＲＦ放電プラ
ズマＣＶＤ成膜装置を用いて以下のようにして非晶質シ
リコンゲルマニューム膜を作製した。

【００５４】図１３に於て７００は反応チャンバー、７
０１は基板、７０２はアノード電極、７０３はカソード
電極、７０４は基板加熱用ヒーター、７０５は接地用端
子、７０６はマッチングボックス、７０７は１３．５６
ＭＨｚのＲＦ電源、７０８は排気管、７０９は排気ポン
プ、７１０は成膜ガス導入管、７２０，７３０，７４０
，７５０，７６０，７２２，７３２，７４２，７５２お
よび７６２はバルブ、７２１，７３１，７４１，７５１
および７６１はマスフローコントローラーを示す。

【００５５】まず、５ｃｍ角の大きさのコーニング社製
７０５９番ガラス７０１を反応チャンバー７００の中の
カソードに取り付け、排気ポンプ７０９により充分排気
し、不図示のイオンゲージで反応チャンバー７００の中
の真空度が１０−６Ｔｏｒｒと成るようにした。次に基
板加熱用ヒーター７０４で基板７０１を３００℃に加熱
した。基板温度が一定になった後、バルブ７２０，７２
２を開け、マスフローコントローラー７２１を制御して
不図示のＳｉＨ４　ガスボンベからＳｉＨ４　ガス３０
ｓｃｃｍをガス導入管７１０を介して反応チャンバー７
００の中に導入した。同様にしてバルブ７４０，７４２
を開けてマスフローコントローラー７４１を制御してＨ
２　ガス３００ｓｃｃｍを供給し、バルブ７３０，７３
２を開け、マスフローコントローラー７３１を制御して
、ＧｅＨ４　ガス１ｓｃｃｍを導入した。反応チャンバ
ー７００の内圧を１．５Ｔｏｒｒに保つように不図示の
圧力コントローラーを調整した後、ＲＦ電源７０７から
２０Ｗのパワーを投入し、マッチングボックス７０６を
調整することにより反射波を最小にしながらプラズマ放
電を６０分間行い、非晶質シリコンゲルマニューム膜を
１μｍ堆積した。ガス供給をやめ反応チャンバー７００
から試料を取り出し、試料Ｎｏ．をＳ−１とした。同様
にしてＧｅＨ４　ガス量３ｓｃｃｍ，５ｓｃｃｍ，１０
ｓｃｃｍ，２０ｓｃｃｍ，４０ｓｃｃｍと変化させて試
料を作製しそれぞれＳ−２，Ｓ−３，Ｓ−４，Ｓ−５，
Ｓ−６とした。これらの試料の一部をオージェ電子分光
スペクトル法により元素分析し、ゲルマニューム元素の
膜中の組成比を求めた。ゲルマニューム元素以外の組成
はシリコンと水素であった。試料の一部を可視分光器を
用いて吸収係数を測定することにより光学的バンドギャ
ップを測定した。以上の結果を表１に示した。

【００５６】

【表１】 　　さらに、試料の一部を不図示の電子ビーム真空蒸着
装置（ＵＬＢＡＣ社製、ＥＢＸ−６Ｄ）に移して該蒸着
装置内を真空に引き、ギャップ幅２５０μｍで長さ１ｃ
ｍのＣｒ電極を１０００Å堆積した。次に、これらの試
料を温度制御可能な試料台の上に設置し２５℃一定に保
ちキセノンランプを光源として疑似太陽光源（以下ソー
ラーシミュレータと呼ぶ）を用いてＡＭ−１．５の太陽
光スペクトルの光を１００ｍＷ／ｃｍ２　の強度で照射
し初期の光伝導度σＰ　（０）を測定し、その後、前記
シミュレータの光を１００時間連続照射後、光伝導度σ
Ｐ　（１００）を測定した。

【００５７】結果を図１４に示した。図に示されるよう
にゲルマニューム元素の組成比が大きい膜は光劣化が少
なく、ゲルマニューム元素の組成比が２０ａｔｍ％以上
であるものは、光照射に対して安定であることがわかる
。特にゲルマニューム元素が３０ａｔｍ％以上であると
き光照射に対して極めて安定であることがわかる。

【００５８】ところで、従来の素子構成に於てはＰ型半
導体及び／またはＮ型半導体とイントリンシック層との
接合界面に於てバンド幅の傾斜を持たせることにより内
部電界を向上させるいわゆるバッファ層を用いることで
太陽電池特性の向上を図っているが、このバッファ層は
シリコンとゲルマニュームの組成比を連続的に変えるこ
とでバンドギャップを約１．７ｅＶから約１．５ｅＶま
で変化させて作製していた。この時のゲルマニュームの
組成比は、０から５０ａｔｍ％くらいまで変化している
。また、シリコンとゲルマニュームの組成比を変化させ
ることによりイントリンシ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場合でもバ
ンドギャップの広い組成を用いる場合にはゲルマニュー
ムの組成比が２０ａｔｍ％以下の部分を含んでいた。 この様な太陽電池に於ては上述したゲルマニュームが少
ないと劣化しやすいという事実は考慮されておらず、従
ってバッファ層、傾斜層により初期効率は改善されるが
、劣化に対しては、配慮されていなかったのが実状であ
る。

【００５９】本発明の素子構造に於いては、光劣化しや
すい組成の非晶質シリコンゲルマニュームを含まず、な
おかつ、バッファ層及び傾斜層を設けることで初期効率
を向上させることも可能にしたものである。

【００６０】図１は前記実験の結果に基づき従来例をさ
らに改善することで得られた本発明の光起電力素子の構
成のひとつを模式的に示すものである。同図において、
１００は光起電力素子本体、１０１は基板、１０２は下
部電極、１０３はｎ層、１０８および１０９はゲルマニ
ューム元素を含まない層でバッファ層となるｉ１　層、
１０４はゲルマニューム元素を含む層でｉ２　層、１０
５はｐ層、１０６は上部電極、１０７は集電電極である
。ｉ１　層１０８，１０９とｉ２　層１０４とでｉ層を
構成する。この素子のバンドプロファイルを図２に示し
た。図に於いて光は左側（ｐ層２０５側）から入射する
ものとする。図に於て２００はｉ層本体、２０３はｎ層
、２０４は非晶質ゲルマニュームシリコン層のｉ２　層
、２０５はｐ層、２０８および２０９はバッファ層たる
ｉ１　層である。また、この素子のバンドプロファイル
は図３のように非晶質ゲルマニュームシリコン層のｉ２
　層２０４を光入射側を広くするように傾斜を設けても
よいし、図４の様に逆に光入射側を狭くしても構わない
。さらに、図５の様に傾斜層２０４および２０４′を組
み合わせても良い。また図２〜図５のｐ層およびｎ層は
積層する順番を入れ換えても構わない。バッファとなる
ｉ１　層２０８および２０９はゲルマニュームを含まな
い非晶質シリコン層で構成され、バンドギャップが１．
７ｅＶ程度であり３００ｎｍから７３０ｎｍまでの光を
吸収する。ｉ２　層２０４，２０４′は成膜時の原料ガ
スであるシリコン元素を含むガスとゲルマニューム元素
を含むガスを分解させて作製され、図３、図４、図５の
様に傾斜を設ける場合には、前記ガスの流量比を変化さ
せることによりゲルマニュームの組成を変化させる。こ
の様な傾斜層の機能を図５の場合を例にして特定の構成
で説明する。図５のバッファ層となるｉ１　層２０９に
接する部分のｉ２　層２０４′のバンドギャップは１．
５５ｅＶ程度となっており、光入射側と反対の方向に向
けて徐々に狭くなり最も狭い場合部分のバンドギャップ
は１．４５ｅＶ程度となっている。ｉ２　層２０４のバ
ンドギャップはｎ層２０３に向けて徐々に広くなるよう
に設計されバッファ層となるｉ１　層２０８に接する部
分ではバンドギャップは１．５５ｅＶ程度に設計されて
いる。このように構成された素子に於てバンドプロファ
イルの機能は以下のように説明される。

【００６１】照射光はｐ型半導体層２０５の側から入射
し、バッファ層となるｉ１　層２０９、ｉ２　層２０４
′及び２０４、バッファ層となるｉ１　層２０８に於て
光キャリヤーが発生する。バッファ層となるｉ１　層２
０９はバンドギャップが広いため波長の短い光のみを吸
収し、波長の長い光は透過するため、セルの内部まで光
が到達し、光を有効に利用することができる。またｐｉ
界面を非晶質シリコンゲルマニュームで作製した場合、
該膜の膜質が悪いことや、ｐ層と非晶質シリコンゲルマ
ニュームとの格子間隔の不整合などのために再結合準位
は多くなり太陽電池特性は悪い。一方、非晶質シリコン
で作製したときは、再結合準位が比較的少ないため、ｐ
ｉ界面で発生した高濃度のキャリヤーが再結合しないで
有効に取り出せる。また再結合準位が少ないため開放電
圧も大きくなる。ｉ２　層２０４′では徐々にバンドギ
ャップが狭くなることによりｐ層２０５に近いところで
短波長の光を、遠いところで長波長の光を吸収するよう
になる。 バッファ層となるｉ１　層２０８はバッファ層となるｉ
１　層２０９とほぼ同様の機能を有する層でありｎｉ界
面での格子の不整合などを緩和する。

【００６２】さらに、このバンドプロファイルが光生成
キャリヤーの収集に対して与える効果は以下のように説
明される。ｉ２　層２０４′に於て伝導帯の底のエネル
ギーの傾斜はｐ層２０５側が大きくｎ層２０３側が小さ
くなるため自由電子に対して電界が大きくなるように働
く。そのため自由電子はｎ層２０３に対して加速され有
効に取り出される。それに対し、価電子帯の頂上のエネ
ルギーはｐ層２０５側で小さくｎ層２０３側で大きいた
め自由正孔に対して電界が小さくなるように働く。しか
しｉ２　層２０４’はｐ層に近いため自由電子のドリフ
ト距離は短くあまり問題にならない。

【００６３】ｉ層２０４の伝導帯の底のエネルギーの傾
斜はｐ層２０５側が小さくｎ層２０３側が大きくなるた
め自由電子に対して電界が小さくなるように働く。その
ため自由電子の走行性に対しては不利ではあるが、一般
に正孔よりも電子の走行性の方がよいため余り問題とは
ならない。それに対し、価電子帯の頂上のエネルギーは
ｐ層２０５側で大きくｎ層２０３側で小さいため自由正
孔に対して電界が大きくなるように働く。一般に太陽電
池特性は正孔の走行性に律速されるためこのように正孔
に対して電界が大きくなる構造とすると太陽電池特性は
向上する。また、図２乃至図５のバンドプロファイルの
太陽電池では非晶質シリコンゲルマニューム膜中のゲル
マニューム元素の組成比は２０ａｔｍ％以上であるため
光劣化は起りにくい膜質となっている。

【００６４】上述した図２乃至図５のバンドプロファイ
ルを有する図１のｐｉｎ構造を図６乃至図９に示した素
子構造に用いることにより高効率で信頼性の高い太陽電
池が作製可能である。

【００６５】

【実施例】次に本発明の好適な実施例を以下に示すが本
発明の内容は、以下の実施例で制約されるものではない
。 （実施例１）本発明の図２に示すバンドプロファイルの
ｐｉｎ層を用いて図６の構成の太陽電池を図１３に示す
装置により以下のようにして作製した。

【００６６】まず、表面を鏡面研磨し０．０５μｍＲｍ
ａｘ　とした５ｃｍ角の大きさのステンレス製（ＳＵＳ
３０４）基板１０１を不図示のスパッタ装置にいれ、該
装置内を１０−７Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、Ａｒ
ガスを導入し、内圧を５ｍＴｏｒｒとして２００Ｗのパ
ワーでＤＣプラズマ放電を生起しＡｇのターゲットによ
りスパッタを行い、約５０００ÅのＡｇを堆積した。そ
の後ターゲットをＺｎＯに変えて内圧、パワーとも同じ
条件でＤＣプラズマ放電を生起しスパッタを行い、約５
０００ÅのＺｎＯを堆積した。以上の工程で下部電極１
０２を作製した後、基板１０１を取り出し反応チャンバ
ー７００の中のカソードに取り付け排気ポンプ７０９に
より充分排気し、不図示のイオンゲージで反応チャンバ
ー７００の中の真空度が１０−６Ｔｏｒｒと成るように
した。次に基板加熱用ヒーター７０４で基板７０１を３
００℃に加熱した。基板温度が一定になった後、バルブ
７２０，７２２を開け、マスフローコントローラー７２
１の流量を制御して不図示のＳｉＨ４　ガスボンベから
ＳｉＨ４　ガス３０ｓｃｃｍをガス導入管７１０を介し
て反応チャンバー７００の中に導入した。同様にしてバ
ルブ７４０，７４２を開けマスフローコントローラー７
４１の流量を制御してＨ２　ガスを３００ｓｃｃｍ供給
し、バルブ７５０，７５２を開け、マスフローコントロ
ーラー７５１の流量を制御してＨ２　ガスで５％に希釈
されたＰＨ３　ガスを１０ｓｃｃｍ導入した。反応チャ
ンバー７００の内圧が１．５Ｔｏｒｒに成るように調整
した後、マッチングボックス７０６を介してＲＦ電源７
０７から１０Ｗのパワーを投入し、プラズマ放電を３分
間行いｎ型非晶質シリコン層１０３を４００Å堆積した
。ガス供給をやめた後、反応チャンバー７００を再び真
空に引き、反応チャンバー７００の中の真空度を１０−
６Ｔｏｒｒ以下に排気した後、バルブ７２０，７２２，
７３０，７３２，７４０，７４２を開けてＳｉＨ４　ガ
ス３０ｓｃｃｍとＨ２　ガス３００ｓｃｃｍとを反応チ
ャンバー７００に導入した。この時、ＧｅＨ４　ガスの
マスフローコントローラー７３１の流量はＯｓｃｃｍに
絞っておき成膜開始時は流量をＯｓｃｃｍとした。ＲＦ
電源７０７から２０Ｗのパワーを投入しプラズマ放電を
１０秒間行い膜厚１０Åのバッファ層のｉ１　層１０８
を堆積した後、ＧｅＨ４　ガスのマスフローコントロー
ラー７３１の流量設定を瞬時に５ｓｃｃｍに上げて成膜
を続け２０分間の成膜を行い約２０００Åの非晶質シリ
コンゲルマニュームのｉ２　層１０４を堆積した。マス
フローコントローラー７３１の応答速度は充分速く設定
流量に対し１秒以内に到達しオーバーシュートも無く設
定流量に対する誤差が±２％であった。また流量を急激
に上げることで圧力の変動が生じないように不図示の圧
力コントローラーで制御した。マスフローコントローラ
ー７３１の流量制御はマイクロコンピュータを用いて正
確に行えるようにした。尚、この条件で堆積される非晶
質シリコンゲルマニューム膜のバンドギャップは実験例
で確認したように約１．５３ｅＶである。次に、ＧｅＨ
４　ガスのマスフローコントローラーの流量設定を０ｓ
ｃｃｍとし、電磁弁を閉じることによりＧｅＨ４　ガス
流量を瞬時に０ｓｃｃｍとしてＳｉＨ４　ガスとＨ２　
ガスのみで成膜を続け１０秒間の成膜を行ない膜厚１０
Åのバッファ層となるｉ１　層１０９を堆積した。ＲＦ
電源７０７のパワーを０Ｗにしてプラズマ放電を止めて
ガス供給をやめた後、反応チャンバー７００の中の真空
度を１０−６Ｔｏｒｒ以下に排気した後、バルブ７２０
，７２２，７３０，７３２，７４０，７４２を開けてＳ
ｉＨ４　ガス１ｓｃｃｍとＨ２　ガス３００ｓｃｃｍと
Ｈ２　ガスで５％に希釈したＢ２　Ｈ６　ガス１０ｓｃ
ｃｍとを反応チャンバー７００に導入した。続いてＲＦ
電源７０７から２００Ｗのパワーを投入しプラズマ放電
を生起し５分間成膜を行ないｐ層１０５を１００Å堆積
した。尚、この条件でｐ層をガラス基板状に堆積した試
料により粒径２０Åから１００Åの微結晶であることを
反射型高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ）により確認した。 次に、基板１０１を反応チャンバー７００から取り出し
、不図示の抵抗加熱の蒸着装置に入れて、該装置内を１
０−７Ｔｏｒｒ以下に真空排気した後、酸素ガスを導入
し、内圧を０．５ｍＴｏｒｒとした後ＩｎとＳｎの合金
を抵抗加熱により蒸着し、反射防止効果を兼ねた機能を
有する透明導電膜（ＩＴＯ膜）を７００Å堆積し上部電
極１０６とした。蒸着終了後試料を取り出し不図示のド
ライエッチング装置により１ｃｍ×１ｃｍの大きさのサ
ブセルに分解した後、別の蒸着装置に移し、電子ビーム
蒸着法によりアルミの集電電極１０７を形成した。得ら
れた太陽電池をＮｏ．１−１とした。

【００６７】次に、バッファ層１０８の最適膜厚を求め
るためバッファ層１０８の成膜時間を変えた以外は上述
した方法と同様にして成膜を行ない膜厚を変化させた試
料を作製した。試料をＮｏ．１−２，Ｎｏ．１−３，Ｎ
ｏ．１−４，Ｎｏ．１−５，Ｎｏ．１−７とした。これ
らの試料をソーラーシミュレータを用いてＡＭ−１．５
の太陽光スペクトルの光を１００ｍＷ／ｃｍ２　の強度
で照射し、電圧−電流曲線を求めることにより太陽電池
の初期特性を測定した。

【００６８】得られた結果を図１５に示した。図に於て
変換効率ηは、バッファ層を用いないときの変換効率を
１として規格化して表わした。図１５からバッファ層１
０８の膜厚が５０Åから１０００Åである時に初期特性
が向上することがわかった。さらに、バッファ層１０９
の成膜時間を変えた以外は上述した方法と同様にして成
膜を行ないバッファ層１０９の膜厚を変化させた試料を
作製した。試料をＮｏ．１−８，Ｎｏ．１−９，Ｎｏ．
１−１０，Ｎｏ．１−１１，Ｎｏ．１−１２，Ｎｏ．１
−１３，Ｎｏ．１−１４とした。これらの試料をそれぞ
れ、上述した方法で初期特性を測定した。得られた結果
を図１６に示した。図に於て変換効率ηは、バッファ層
を用いないときの変換効率を１として規格化して表わし
た。図１６からバッファ層１０９の膜厚が５０Åから１
０００Åとすることにより初期特性が向上することがわ
かった。 （実施例２）次にバッファ層となるｉ１　層１０８，１
０９をそれぞれ３００Åとした本発明の図２のプロファ
イルを有するｉ層（ｉ１　層及びｉ２　層）を用いた図
６に示す層構成の太陽電池を図１３に示す装置を用いて
実施例１と全く同様にして作製した。下部電極１０２を
堆積したステンレス製基板１０１を反応チャンバー７０
０の中に入れｎ層１０３を４００Å堆積し、膜厚３００
Åのバッファ層１０８を堆積した後、実施例１と同様に
ＧｅＨ４　ガスのマスフローコントローラーの流量設定
を瞬時に１ｓｃｃｍに上げて成膜を行いバンドギャップ
１．６７ｅＶの非晶質シリコンゲルマニュームのｉ層１
０４を約２０００Å堆積した。さらに、膜厚３００Åの
バッファ層１０９を堆積し、ｐ型非晶質シリコン層１０
５を１００Å堆積した。基板１０１を反応チャンバー７
００から取り出し、上部電極１０６及び集電電極１０７
を形成した。得られた太陽電池をＮｏ．２−１とした。

【００６９】次に、ｉ層１０４のバンドギャップを変え
るためｉ層１０４堆積時のＧｅＨ４　ガス流量を変えた
以外は上述した方法と同様にして成膜を行ない、ｉ層１
０４のバンドギャップがそれぞれ１．５３ｅＶ，１．４
２ｅＶ，１．３０ｅＶ，１．２２ｅＶの試料を作製した
。 尚、この時それぞれの試料の膜厚は同じになるようにし
た。得られた試料をＮｏ．２−２，Ｎｏ．２−３，Ｎｏ
．２−４とした。これらの試料をそれぞれ、上述した方
法により初期特性を測定し次に、これらの試料の光劣化
特性を以下のようにして評価した。

【００７０】試料の上部電極１０６側よりＡＭ１．５光
（１００ｍＷ／ｃｍ２　）を照射したときの初期光電変
換効率η（０）を求めた。次に、前述の光電変換効率を
求めた際に得られる開放電圧Ｖｏｃ及び短絡電流１ｓｃ
から最適負荷を算出し、負荷抵抗を各々の試料に接続し
た。

【００７１】次に負荷抵抗を接続された試料を２５℃一
定に保たれた試料台上に配置し、前述と同じＡＭ１．５
光（１００ｍＷ／ｃｍ２　）を５００ｈｒ連続照射した
後、再び前述と同様に試料の上部電極１０６側よりＡＭ
１．５光（１００ｍＷ／ｃｍ２　）を照射したときの光
電変換効率η（５００）を求めた。この様にして得られ
たη（５００）とη（０）とから劣化率｛１−η（５０
０）／η（０）｝を求めた。得られた結果を図１７に示
した。図１７から分かるように、ｉ層１０４のゲルマニ
ューム元素の組成が２０ａｔｍ％以上の試料は光照射に
対し安定であることが分かる。 （比較例１）図１３に示す装置を用いて実施例１とほぼ
同様の方法により従来の傾斜型のバッファ層を持つ図１
１のバンドプロファイルのｉ層を用いて図６の層構成の
太陽電池を作製し電気特性を測定した。

【００７２】まず、下部電極３０２を堆積したステンレ
ス製基板３０１を反応チャンバー７００の中のカーソー
ドに取り付け排気ポンプ７０９により充分排気した。次
に基板加熱用ヒーター７０４で基板７０１を３００℃に
加熱した。基板温度が一定になった後、実施例１と同様
にしてｎ層３０３を４００Å堆積した。ガス供給をやめ
た後、反応チャンバー７００を再び真空に引き、バルブ
７２０，７２２，７３０，７３２，７４０，７４２を開
けてＳｉＨ４　ガス３０ｓｃｃｍとＨ２　ガス３００ｓ
ｃｃｍとを反応チャンバー７００に導入した。この時、
ＧｅＨ４　ガスのマスフローコントローラーはＯｓｃｃ
ｍに絞っておくことにより成膜開始時は流量をＯｓｃｃ
ｍとした。マッチングボックス７０６を介してＲＦ電源
７０７から５Ｗのパワーを投入しプラズマ放電を開始す
ると同時にＧｅＨ４　ガスのマスフローコントローラー
７３１の流量設定を２ｓｃｃｍ／ｍｉｎの速度で上げな
がら成膜を続け５分間の成膜を行なった。５分後のＧｅ
Ｈ４　ガスの流量は１０ｓｃｃｍとなりこの間の成膜で
約３００Åの傾斜バッファ層４０８が堆積された。バッ
ファ層のバンドギャップは１．７ｅＶから１．４２ｅＶ
まで傾斜している。その後ＧｅＨ４　の流量を１０ｓｃ
ｃｍ一定に保ち１５分間の成膜を行なった。この間の成
膜で約１５００Åのバンドギャップ１．４２ｅＶの非晶
質シリコンゲルマニュームのｉ層４０４が堆積された。 次にＧｅＨ４　ガスのマスフローコントローラーの流量
設定を２ｓｃｃｍ／ｍｉｎの速度で下げながら成膜を続
け５分間成膜を行なった。５分後のＧｅＨ４　ガスの流
量は０ｓｃｃｍとなった。この間の成膜で約３００Åの
傾斜バッファ層４０９が堆積された。バッファ層のバン
ドギャップは１．４２ｅＶから１．７ｅＶまで傾斜して
いる。直ちにＲＦ放電を止めＳｉＨ４　ガスとＨ２　ガ
スの供給をやめた後、反応チャンバ−７００を真空に引
き、ＳｉＨ４　ガスとＢ２　Ｈ６　ガスを導入して実施
例１と同様にしてｐ層３０５を２００Å堆積した。基板
７０１を反応チャンバー７００から取り出し、不図示の
透明導電膜堆積装置に入れて、上部電極３０６としてＩ
ＴＯ膜を７００Å堆積した。成膜終了後試料をエッチン
グして１ｃｍ×１ｃｍの大きさのサブセルに分離した後
、別の蒸着装置に移し電子ビーム蒸着法により集電電極
３０７を形成した。得られた試料をＲ−１とした。

【００７３】以上の試料にソーラーシミュレータ光（Ａ
Ｍ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２　）を照射し電圧電流特
性を測定することにより太陽電池初期変換効率（ηＲ　
（０））を測定し、実施例２と同様にしてＡＭ１．５光
（１００ｍＷ／ｃｍ２　）を５００ｈｒ連続照射した後
の変換効率（ηＲ　（５０））を測定した。実施例２の
各試料の初期変換効率ηを比較例１の初期変換効率ηＲ
　（０）で規格化した値η（０）／ηＲ　（０）を図１
８に示した。また、試料の劣化後の変換効率η（５００
）を比較例１の劣化後の変換効率ηＲ　（５００）で規
格化した値η（５００）／ηＲ　（５００）を図１９に
示した。

【００７４】以上の結果から理解されるように実施例２
の太陽電池は比較例１と比べて同様に初期特性を有する
とともに、ゲルマニューム元素の組成比を２０から７０
ａｔｍ％の範囲とすることにより劣化後の特性は、比較
例よりも向上することがわかった。 （実施例３）次にｉ層２０４にバンドギャップ傾斜層を
設けた、本発明の図３のバンドプロファイルのｉ層を有
する図６に示す層構成の太陽電池を図１３に示す装置を
用いて実施例２とほぼ同様にして作製した。

【００７５】下部電極１０２を堆積したステンレス製基
板１０１を反応チャンバー７００の中に入れｎ型非晶質
シリコン層１０３を４００Å堆積した。膜厚３００Åの
バッファ層１０８を堆積した後、実施例１と同様にＧｅ
Ｈ４　ガスのマスフローコントローラー７３１の流量設
定を瞬時に５ｓｃｃｍに上げてさらに０．５ｓｃｃｍ／
ｍｉｎの速度で流量を上げていき１０分間の成膜を行い
バンドギャップが１．５３ｅＶから１．４２ｅＶまで変
化した非晶質シリコンゲルマニュームのｉ層１０４を約
１０００Å堆積した。その後、ＧｅＨ４　ガスのマスフ
ローコントローラー７３１の流量設定を０ｓｃｃｍとし
、電磁弁を閉じることによりＧｅＨ４　ガス流量を瞬時
に０ｓｃｃｍとしてＳｉＨ４　ガスとＨ２　ガスのみで
成膜を続け３分間の成膜を行ない膜厚３００Åのバッフ
ァ層１０９を堆積した。放電終了後、実施例２と同様に
ｐ型非晶質シリコン層１０５を１００Å堆積した。基板
１０１を反応チャンバー７００から取り出し、上部電極
１０６及び集電電極１０７を形成した。得られた太陽電
池をＮｏ．３−１とした。また、傾斜層の傾きと太陽電
池特性の関係を調べるためｉ層１０４を作製する際のＧ
ｅＨ４　ガス流量の変化量を種々変化させた以外は、上
述と同様の方法を用いて成膜を行い表２のＮｏ．３−２
およびＮｏ．３−３に示すようなバンドプロファイルを
持つ太陽電池を作製した。

【００７６】

【表２】 次に本発明の図４のバンドプロファイルのｉ層を有する
図６に示す層構成の太陽電池を上述と同様の操作で作製
した。ｎ層１０３およびバッファ層１０８を堆積した後
、ＧｅＨ４　ガスのマスフローコントローラー７３１の
流量設定を１０ｓｃｃｍとして０．５ｓｃｃｍ／ｍｉｎ
の速度で流量を下げていき１０分間の成膜を行いバンド
ギャップが１．４２ｅＶから１．５３ｅＶまで変化した
非晶質シリコンゲルマニュームのｉ層１０４を約１００
０Å堆積した。バッファ層１０９を堆積後、ｐ層１０５
を堆積し、上部電極１０６及び集電電極１０７を形成し
た。得られた太陽電池をＮｏ．３−４とした。さらに、
傾斜層の傾きと太陽電池特性の関係を調べるためｉ層１
０４を作製する際のＧｅＨ４　ガス流量の変化量を種々
変化させ表３のＮｏ．３−５およびＮｏ．３−６に示す
ようなバンドプロファイルを持つ太陽電池を作製した。

【００７７】

【表３】 さらに本発明の図５のバンドプロファイルのｉ層を有す
る図６に示す層構成の太陽電池を上述と同様の操作で作
製した。ｎ層１０３およびバッファ層１０８を堆積した
後、ＧｅＨ４　ガスのマスフローコントローラー７３１
の流量設定を５ｓｃｃｍとして０．７５ｓｃｃｍ／ｍｉ
ｎの速度で流量を上げていき５分間の成膜を行いバンド
ギャップが１．５３ｅＶから１．４２ｅＶまで変化した
非晶質シリコンゲルマニュームのｉ層１０４を約５００
Å堆積しその後ＧｅＨ４　ガスのマスフローコントロー
ラー７３１の流量を０．７５ｓｃｃｍ／ｍｉｎの速度で
下げていき５分間の成膜を行いバンドギャップが１．４
２ｅＶから１．５３ｅＶまで変化した非晶質シリコンゲ
ルマニュームのｉ層１０４を約５００Å堆積し、バッフ
ァ層１０９、ｐ層１０５を堆積した後、上部電極１０６
及び集電電極１０７を形成した。得られた太陽電池をＮ
ｏ．３−７とした。さらに、傾斜層の傾きと太陽電池特
性の関係を調べるためｉ層１０４を作製する際のＧｅＨ
４　ガス流量の変化量を種々変化させ表４のＮｏ．３−
８およびＮｏ．３−９に示すようなバンドプロファイル
を持つ太陽電池を作製した。

【００７８】

【表４】 これらの試料をそれぞれ、上述した方法により初期変換
効率η（０）及び５００時間光照射後の変換効率η（５
００）を測定し劣化率Δηを求めた（１−η（５００）
／η（０）の計算式から算出した。）。その後比較例１
の試料Ｒ−１の初期効率ηＲ　および劣化率ΔηＲ　で
規格化して、得られた結果η／ηＲ　、Δη／ΔηＲ　
を表２〜表４に示した。表２〜表４の結果から全ての試
料の劣化特性は比較例１よりも劣化が少なく特にｉ層１
０４のバンドギャップが中央が狭く端に向かうに従い広
くなるような傾斜とすることにより初期特性、劣化とも
比較例１よりも向上することがわかった。 （実施例４）次に基板をガラスにしたときの本発明の実
施例を示す。本発明の図１に示す構成のｉ層を有する図
７の太陽電池を図１３に示す装置を用いて実施例２とほ
ぼ同様にして作製した。

【００７９】石英ガラス製の基板３０１に不図示の蒸着
器で透明導電膜ＳｎＯ２　を３０００Å堆積し、上部電
極３０６を作製した。その後、基板３０１を反応チャン
バー７００の中に入れｐ型非晶質シリコン層１０５を１
００Å堆積し、膜厚３００Åのバッファ層１０８を堆積
した後、実施例３と同様にＧｅＨ４　ガスのマスフロー
コントローラー７３１の流量設定を瞬時に５ｓｃｃｍと
して０．７５ｓｃｃｍ／ｍｉｎの速度で流量を上げてい
き５分間の成膜を行いバンドギャップが１．５３ｅＶか
ら１．４２ｅＶまで変化した非晶質シリコンゲルマニュ
ームのｉ層１０４を約５００Å堆積しその後ＧｅＨ４　
ガスのマスフローコントローラー７３１の流量設定を０
．７５ｓｃｃｍ／ｍｉｎの速度で下げていき５分間の成
膜を行いバンドギャップが１．４２ｅＶから１．５３ｅ
Ｖまで変化した非晶質シリコンゲルマニュームのｉ層１
０４を約５００Å堆積した。

【００８０】その後、ＧｅＨ４　ガスのマスフローコン
トローラー７３１の流量設置を０ｓｃｃｍとし、電磁弁
を閉じることによりＧｅＨ４　ガス流量を瞬時に０ｓｃ
ｃｍとしてＳｉＨ４　ガスとＨ２　ガスのみで成膜を続
け３分間の成膜を行ない膜厚３００Åのバッファ層１０
９を堆積した。放電終了後、実施例２と同様にｎ層１０
３を４００Å堆積した。基板３０１を反応チャンバー７
００から取り出し、不図示の電子ビーム蒸着器によりア
ルミニュームを５０００Å堆積して上部電極３０２を形
成した。 得られた太陽電池をＮｏ．４−１とした。この試料を上
述した方法により初期変換効率η（０）及び５００時間
光照射後の変換効率η（５００）を測定し劣化率Δηを
求め比較例１の試料Ｒ−１の初期効率ηＲ　（０）およ
び劣化率ΔηＲ　で規格化して、得られた結果η（０）
／ηＲ　（０）、およびΔη／ΔηＲ　を表５に示した
。この結果から、本発明のバンドプロファイルを用いる
ことで変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池が得られ
ることがわかる。 （実施例５）次に、本発明の図５のバンドプロファイル
のｉ層をボトム層に用いた図８に示すタンデムセル構成
の太陽電池を図１３に示す装置を用いて実施例３とほぼ
同様にして作製した。

【００８１】下部電極３０２を堆積したステンレス製基
板３０１にｎ層１０３を４００Å堆積し、膜厚３００Å
のバッファ層１０８を堆積した後、ＧｅＨ４　ガスのマ
スフローコントローラー７３１の流量設定を５ｓｃｃｍ
として０．７５ｓｃｃｍ／ｍｉｎの速度で流量を上げて
いき５分間の成膜を行いバンドギャップが１．５３ｅＶ
から１．４２ｅＶまで変化した非晶質シリコンゲルマニ
ュームのｉ層１０４を約５００Å堆積しその後ＧｅＨ４
　ガスのマスフローコントローラー７３１の流量を０．
７５ｓｃｃｍ／ｍｉｎの速度で下げていき５分間の成膜
を行いバンドギャップが１．４２ｅＶから１．５３ｅＶ
まで変化した非晶質シリコンゲルマニュームのｉ層１０
４を約５００Å堆積し、バッファ層１０９、ｐ層１０５
を堆積しボトム層を作製した。さらにｎ層３１３を４０
０Å堆積してＳｉＨ４　ガスとＨ２　ガスでｉ層３１４
を１０００Åおよびｐ層３１５を１００Å堆積してトッ
プ層を作製した後、上部電極３０６及び集電電極３０７
を形成した。得られた太陽電池をＮｏ．５−１とした。 この試料を上述した方法により初期変換効率η（０）及
び５００時間光照射後の変換効率η（５００）を測定し
劣化率Δηを求め比較例１の試料Ｒ−１の初期効率ηＲ
　および劣化率ΔηＲ　で規格化して、得られた結果η
（０）／ηＲ　（０）およびΔη／ΔηＲ　を表５に示
した。この結果から本発明のバンドプロファイルを用い
ることで変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池が得ら
れることがわかる。 （実施例６）次に、本発明の図５のバンドプロファイル
のｉ層をボトム層に用いた図９に示すトリプルセル構成
の太陽電池を図１３に示す装置を用いて実施例５とほぼ
同様にして作製した。

【００８２】下部電極３０２を堆積したステンレス製基
板３０１にｎ層１０３、バッファ層１０８を堆積した後
、ＧｅＨ４　ガスのマスフローコントローラー７３１の
流量設定を５ｓｃｃｍとして０．７５５ｓｃｃｍ／ｍｉ
ｎの速度で流量を上げていき５分間の成膜を行いバンド
ギャップが１．５３ｅＶから１．４２ｅＶまで変化した
非晶質シリコンゲルマニュームのｉ層１０４を約５００
Å堆積しその後ＧｅＨ４　ガスのマスフローコントロー
ラー７３１の流量を０．７５ｓｃｃｍ／ｍｉｎの速度で
下げていき５分間の成膜を行いバンドギャップが１．４
２ｅＶから１．５３ｅＶまで変化した非晶質シリコンゲ
ルマニュームのｉ層１０４を約５００Å堆積し、バッフ
ァ層１０９、ｐ層１０５を堆積しボトム層を作製した。 その後ｎ層３１３、ｉ層３１４を３０００Å及びｐ層３
１５を堆積し、ミドル層を形成した。さらに、ｎ層３２
３、ｉ層３２４を７００Å及びｐ層３２５を堆積し、ト
ップ層を形成し、上部電極３０６及び集電電極３０７を
形成した。得られた太陽電池をＮｏ．６−１とした。こ
の試料を上述した方法により初期変換効率η（０）及び
５００時間光照射後の変換効率η（５００）を測定し劣
化率Δηを求め比較例１の試料Ｒ−１の初期効率ηＲ　
（０）および劣化率ΔηＲ　で規格化して、得られた結
果η（０）／ηＲ　（０）およびΔη／ΔηＲ　を表５
に示した。この結果から本発明のバンドプロファイルを
用いることで変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池が
得られることがわかる。

【００８３】

【表５】 （実施例７）次にｉ層２０４の成膜ガスを表６に示す条
件で種々変えて、本発明の図３のバンドプロファイルの
ｉ層を作製し、図６に示す層構成の太陽電池を図１３に
示す装置を用いて実施例３の試料３−７とほぼ同様にし
て作製した。得られた太陽電池をＮｏ．７−１，Ｎｏ．
７−２及びＮｏ．７−３とした。この試料を上述した方
法により初期変換効率η（０）及び５００時間光照射後
の変換効率η（５００）を測定し劣化率Δηを求め比較
例１の試料Ｒ−１の初期効率ηＲ　（０）および劣化率
ΔηＲ　で規格化して、得られた結果η（０）／ηＲ　
（０）およびΔη／ΔηＲ　を表６に示した。この結果
から本発明のバンドプロファイルを用いることで変換効
率が高く、信頼性の高い太陽電池が得られることがわか
る。

【００８４】

【表６】 （実施例８）次にｐ層２０５の成膜ガスを種々変えて表
７に示す条件で、本発明の図３のバンドプロファイルの
ｉ層を作製し、図６に示す層構成の太陽電池を図１３に
示す装置を用いて実施例３の試料３−７とほぼ同様にし
て作製した。得られた太陽電池をＮｏ．８−１，Ｎｏ．
８−２およびＮｏ．８−３とした。尚、この試料に用い
たｐ層をガラス基板状に堆積して実施例１と同様にＲＨ
ＥＥＤで結晶性を評価した結果を併せて表７に示した。 この試料を上述した方法により初期変換効率η（０）及
び５００時間光照射後の変換効率η（５００）を測定し
劣化率Δηを求め比較例１の試料Ｒ−１の初期効率ηＲ
　（０）および劣化率ΔηＲ　で規格化して、得られた
結果η（０）／ηＲ　（０）およびΔη／ΔηＲ　を表
７に示した。この結果から本発明のバンドプロファイル
を用いることで変換効率が高く、信頼性の高い太陽電池
が得られることがわかる。

【００８５】

【表７】

【００８６】

【発明の効果】本発明の光起電力素子によれば、非晶質
シリコンゲルマニュームを構成材料とするｐｉｎ型光起
電力素子のｉ層を、ゲルマニューム元素を含まない層と
、ゲルマニューム元素を含む層とから形成し、前記ゲル
マニューム元素を含まない層はｐ型半導体およびｎ型半
導体に接する部分に設けることで信頼性が高く、かつ変
換効率が高い太陽電池が得られる。

【００８７】また、前記ゲルマニューム元素を含まない
層の厚みを５０から１０００オングストロームとしたり
、前記ゲルマニューム元素を含む層のゲルマニューム元
素量を２０ａｔｍ％から７０ａｔｍ％としたり、前記ゲ
ルマニューム元素を含む層のゲルマニューム元素の組成
を連続して変化させたり、また、ゲルマニューム元素の
組成の極大値をｉ層の中に位置させることにより、更に
信頼性が高く、かつ更に変換効率が高い太陽電池が得ら
れる。

【００８８】また、本発明はｐｉｎの単位素子構造を２
つ以上積層する積層型光起電力素子に応用し、少なくと
も１つ以上のｉ層の構成を上述したように、ゲルマニュ
ーム元素を含まない層の厚みが５０から１０００オング
ストロームとしたり、ゲルマニューム元素を含む層のゲ
ルマニューム元素量を２０ａｔｍ％から７０ａｔｍ％に
したり、ゲルマニューム元素の組成を連続して変化させ
たり、ゲルマニューム元素の組成の極大値をｉ層の中に
位置させたりすることで信頼性が高く、かつ変換効率が
高い太陽電池が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光起電力素子のｉ層の構成を模式的に
示す図である。

【図２】図１のｐｉｎ構造のバンドプロファイルを示す
図である。

【図３】図１のｐｉｎ構造のバンドプロファイルを示す
図である。

【図４】図１のｐｉｎ構造のバンドプロファイルを示す
図である。

【図５】図１のｐｉｎ構造のバンドプロファイルを示す
図である。

【図６】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。

【図７】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。

【図８】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。

【図９】従来の光起電力素子の構成を模式的に示す図で
ある。

【図１０】従来の光起電力素子のバンドプロファイルを
示す図である。

【図１１】従来の光起電力素子のバンドプロファイルを
示す図である。

【図１２】従来の光起電力素子のバンドプロファイルを
示す図である。

【図１３】本発明の光起電力素子を作製するのに好適な
成膜装置を示す模式図である。

【図１４】バンドギャップの異なる試料の光劣化特性を
示す図である。

【図１５】本発明の光起電力素子の構成の一部であるバ
ッファ層の効果を示す図である。

【図１６】本発明の光起電力素子の構成の一部であるバ
ッファ層の効果を示す図である。

【図１７】本発明の光起電力素子の構成の一部であるゲ
ルマニューム元素の組成比と劣化特性の関係を示す図で
ある。

【図１８】本発明の光起電力素子の構成の一部である傾
斜層の効果を示す図である。

【図１９】本発明の光起電力素子の構成の一部である傾
斜層の効果を示す図である。

【符号の説明】

１０１　　基板，　　３０１　　基板、１０２　　下部
電極，　　３０２　　下部電極、１０３　　ｎ型半導体
層，　　２０３　　ｎ型半導体層，　　３０３　　ｎ型
半導体層，３１３ｎ型半導体層，　　３２３　　ｎ型半
導体層，　　４０３　　ｎ型半導体層、１０４　　ｉ型
半導体層，　　２０４　　ｉ型半導体層，　　２０４’
　　ｉ型半導体層，　　３０４　　ｉ型半導体層，　　
３１４　　ｉ型半導体層，　　３２４　　ｉ型半導体層
，　　４０４　　ｉ型半導体層，　　４０４’　　ｉ型
半導体層、１０５　　ｐ型半導体層，　　２０５　　ｐ
型半導体層，　　３０５　　ｐ型半導体層，３１５　　
ｐ型半導体層，　　３２５　　ｐ型半導体層，　　４０
５　　ｐ型半導体層、１０８　　バッファ層，　　１０
９　　バッファ層，　　２０８　　バッファ層，　　２
０９　　バッファ層，　　４０８　　バッファ層，４０
９　　バッファ層、１０６　　透明電極，　　３０６　
　透明電極、１０７　　集電電極，　　３０７　　集電
電極、７００　　反応チャンバー、　　７０１　　基板
、　　７０２アノード電極、　　７０３　　カソード電
極、　　７０４　　基板加熱用ヒーター、　　７０５　
　接地用端子、７０６　　マッチングボックス、　　７
０７　　ＲＦ電源、　　７０８　　排気管、　　７０９
　　排気ポンプ、７１０　　成膜ガス導入管、７２０　
　バルブ，　　７３０　　バルブ，　　７４０　　バル
ブ，　　７５０　　バルブ，７６０　　バルブ，７２２
　　バルブ，　　７３２　　バルブ，　　７４２　　バ
ルブ，７５２　　バルブ，　　７６２　　バルブ、７２
１　　マスフローコントローラー，　　７３１　　マス
フローコントローラー，７４１　　マスフローコントロ
ーラー，　　７５１　　マスフローコントローラー，７
６１　　マスフローコントローラー。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ｉ型半導体層が非晶質シリコンゲルマ
   ニュームを構成材料とするｐｉｎ型の光起電力素子に於
   て、前記ｉ型半導体層は、ゲルマニューム元素を含まな
   い層と、ゲルマニューム元素を含む層とからなり、前記
   ゲルマニューム元素を含まない層は、ｐ型半導体および
   ｎ型半導体に接する部分に設けられることを特徴とする
   光起電力素子。
2. 【請求項２】　　前記ゲルマニューム元素を含まない層
   の厚みが５０から１０００オングストロームであること
   を特徴とする請求項１記載の光起電力素子。
3. 【請求項３】　　前記ゲルマニューム元素を含む層のゲ
   ルマニューム元素量は２０ａｔｍ％から７０ａｔｍ％で
   あることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の光起
   電力素子。
4. 【請求項４】　　前記ゲルマニューム元素を含む層のゲ
   ルマニューム元素の組成が連続して変化することを特徴
   とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の光起電
   力素子。
5. 【請求項５】　　前記変化するゲルマニューム元素の組
   成の極大値がｉ型半導体層の中にあることを特徴とする
   請求項１から請求項４のいずれかに記載の光起電力素子
   。
6. 【請求項６】　　ｐｉｎ型の単位素子構造を２つ以上積
   層する積層型光起電力素子に於て、前記単位素子構造の
   少なくともひとつのｉ型半導体層が請求項１から請求項
   ５のいずれかに記載の光起電力素子の素子構造からなる
   ことを特徴とする光起電力素子。