JPH065895A

JPH065895A - 太陽電池

Info

Publication number: JPH065895A
Application number: JP4181556A
Authority: JP
Inventors: Keishi Saito; 恵志斉藤; Toshimitsu Kariya; 俊光狩谷; Yuzo Koda; 勇蔵幸田; Tatsuyuki Aoike; 達行青池; Mitsuyuki Niwa; 光行丹羽
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1994-01-14
Anticipated expiration: 2014-08-23
Also published as: JP2936033B2

Abstract

(57)【要約】第１の非単結晶質層と第２の非単結晶質層の間に、Ｓｉ
_xＣ_1-x（０．４９＜ｘ＜０．５１）で表わされ実質的に
ストイキオメトリであり且つ水素の含有量が５００ｐｐ
ｍ以下である層を有する太陽電池。【目的】改善された出力特性とりわけ開放電圧および
フィルファクター発揮し、もっと改善された出力特性を
もたらす太陽電池の提供。【構成】少なくともシリコン原子を含む第１の非単結
晶質層と、少なくともシリコン原子を含み且つ第１の非
単結晶質層とは導電型を異にする第２の非単結晶質層が
積層されてなる太陽電池において、第１の非単結晶質層
と第２の非単結晶質層の間に、Ｓｉ_xＣ_1-x（０．４９＜
ｘ＜０．５１）で表わされ実質的にストイキオメトリで
あり且つ水素の含有量が５００ｐｐｍ以下である層を設
けて成ることを特徴とする太陽電池。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ｐｉおよびｎｉ接
合を有する非単結晶質シリコン太陽電池に関し、とりわ
け該接合界面に特定の拡散防止層を設けることにより不
純物原子の熱的拡散を防止し、急峻な接合を保持し、そ
の結果として光電変換効率および信頼性を飛躍的に向上
させた太陽電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、全世界的に電力需要が急激に増大
し、そうした需要をまかなうべく電力生産が活発化する
に及んで環境汚染の問題が深刻化して来ている。因に、
火力発電に代替する発電方式として期待され、すでに実
用期に入ってきている原子力発電においては、チェルノ
ブイリ原子力発電所事故に代表されるように重大な放射
能汚染が人体に被害を与えると共に自然環境を侵す事態
が発生し、原子力発電の今後の普及が危ぶまれ、現実に
原子力発電所の新設を禁止する法令を定めた国さえ出て
来ている。また、火力発電にしても増大する電力需要を
まかなう上から石炭、石油に代表される化石燃料の使用
量は増加の一途をたどり、それにつれて排出される二酸
化炭素の量が増大し、大気中の二酸化炭素等の温室効果
ガス濃度を上昇させ、地球温暖化現象を招き、地球の年
平均気温は確実に上昇の一途をたどっており、ＩＥＡ
（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＥｎｅｒｇｙＡｇｅ
ｎｃｙ）では２００５年までに二酸化炭素の排出量を２
０％削減することを提言している。

【０００３】こうした背景のある一方、開発途上国にお
ける人口増加、そして、それに伴う電力需要の増大は必
至であり、先進諸国における今後更なる生活様式のエレ
クトロニクス化の促進による人口一人当りの電力消費量
の増大と相まって、電力供給問題は地球規模で検討され
ねばならない状況になってきている。このような状況下
で、太陽光を利用する太陽電池による発電方式は、前述
した放射能汚染や地球温暖化等の問題を惹起することは
なく、また、太陽光は地球上至るところに降り注いでい
るためエネルギー源の偏在が少なく、さらには、複雑な
大型の設備を必要とせず比較的高い発電効率が得られる
等、今後の電力需要の増大に対しても、環境破壊を引き
起こすことなく対応できるクリーンな発電方式として注
目を集め、実用化に向けて様々な研究開発がなされてい
る。

【０００４】ところで、太陽電池を用いる発電方式につ
いては、それを電力需要を賄うものとして確立させるた
めには、使用する太陽電池が、光電変換効率が充分に高
く、特性安定性に優れたものであり、且つ大量生産し得
るものであることが基本的に要求される。因に、一般的
な家庭において必要な電力を賄うには、一世帯あたり３
ｋＷ程度の出力の太陽電池が必要とされるところ、その
太陽電池の光電変換効率が例えば１０％程度であるとす
ると、必要な出力を得るための前記太陽電池の面積は３
０ｍ²程度となる。そして、例えば十万世帯の家庭にお
いて必要な電力を供給するには３，０００，０００ｍ²
といった面積の太陽電池が必要となる。

【０００５】こうしたことから、容易に入手できるシラ
ン等の気体状の原料ガスを使用し、これをグロー放電分
解して、ガラスや金属シート等の比較的安価な基板上に
非単結晶質シリコン等の半導体薄膜を堆積させることに
より作成できる太陽電池が、量産性に富み、単結晶シリ
コン等を用いて作成される太陽電池に比較して低コスト
で、且つ少ないエネルギー消費で生産できる可能性があ
るとして注目されている。この非単結晶質シリコンを太
陽電池等の光起電力素子に応用する研究は、Ｗ．Ｅ．Ｓ
ｐｅａｒとＰ．Ｇ．ＬｅＣｏｍｂｅｒによるドーピング
の成功（ＳｏｌｉｄＳｔａｔｅＣｏｍｍｕｎｉｃａ
ｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．１７，ｐｐ１１９３−１１９６，１
９７５）を基礎にして、Ｄ．Ｅ．Ｃａｒｌｓｏｎによる
太陽電池の発明（米国特許第４，０６４，５２１号明細
書）により始まり、数多くの研究が成されている。

【０００６】太陽電池の重要な構成要素たる半導体層
は、いわゆるｐｎ接合、ｐｉｎ接合等の半導体接合がな
されている。それらの半導体接合は、導電型の異なる半
導体層を順次積層したり、一導電型の半導体層中に異な
る導電型のドーパントをイオン打込み法等によって打込
んだり、熱拡散によって拡散させたりすることにより達
成されるが、この点を前述した注目されているアモルフ
ァスシリコン等の薄膜半導体を用いた太陽電池について
みると、その作成においては、ホスフィン（ＰＨ₃、ｎ
型半導体）、ジボラン（Ｂ₂Ｈ₆、ｐ型半導体）等のドー
パントとなる元素を含む原料ガスを主原料ガスであるシ
ラン等に混合してグロー放電等を用いて分解することに
より所望の導電型を有する半導体膜が得られ、所望の基
板上にこれらの半導体膜をｐｉｎもしくはｎｉｐの順で
順次積層形成することによって容易に半導体接合が達成
できることが知られている。

【０００７】このような研究の成果として、非単結晶質
シリコンを用いた太陽電池は既に、時計、小型計算機、
街灯等の小規模な発電用途において使用され始めている
が、大きな規模で発電を行う場合、例えば電力用に用い
るためには、単結晶系太陽電池や化合物太陽電池等に比
べて低い変換効率、劣化の問題、等の越さねばならない
障壁が未だ残されており、非単結晶質シリコン太陽電池
の不利な点として挙げられている。これを克服するため
にこれまで数多くの試みが行われてきた。

【０００８】例えば、光入射側の窓層として禁制帯幅の
広いｐ型非単結晶質炭化シリコンを用いるもの（Ｙ．Ｕ
ｃｈｉｄａ，ＵＳ−ＪａｐａｎＪｏｉｎｔＳｅｍｉ
ｎａｒ，ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌＡｐｐｌｉｃａ
ｔｉｏｎｓｏｆＴｅｔｒａｈｅｄｒａｌＡｍｏｒ
ｐｈｏｕｓＳｏｌｉｄｓ，ＰａｌｏＡｌｔｏ，Ｃａ
ｌｉｆｏｒｎｉａ（１９８２））、あるいは、窓層にｐ
型の微結晶炭化シリコンを用いるもの（Ｙ．Ｕｃｈｉｄ
ａｅｔａｌ，ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ
ｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＰＶＳＥ
Ｃ−３，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ１９８７Ａ−ＩＩ
ａ−３）等がある。

【０００９】また、窓層に禁制帯幅の広い非単結晶質炭
化シリコンを用いる場合に、ｐｉ界面で起きるエネルギ
ーバンドの段差をなくし、キャリアの逆拡散、再結合に
よる短波長域における光電変換効率の低下を防ぐことを
目的として該界面に禁制帯幅が連続的に変わるいわゆる
グレーデッドバッファ層を設ける方法（Ｒ．Ｒ．Ａｒｙ
ａｅｔａｌ，ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｇｅｓｔ
ｏｆｔｈｅＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＰＶＳＥ
Ｃ−３，Ｔｏｋｙｏ，Ｊａｐａｎ１９８７Ａ−ＩＩＩ
ａ−４）が試みられている。

【００１０】また、ｉ層内でのキャリアの移動距離を増
加させるためにｉ層内にリン原子（Ｐ）やホウ素原子
（Ｂ）を１０ｐｐｍ以下の微量添加すること（Ｗ．Ｋｕ
ｗａｎｏｅｔａｌ，Ｔｈｅｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ
ｒｅｃｏｒｄｏｆｔｈｅｎｉｎｅｔｅｅｎｔｈ
ＩＥＥＥｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃｓｐｅｃｉａｌ
ｉｓｔｓｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ−１９８７，ｐ５９
９，Ｍ．Ｋｏｎｄｏｅｔａｌ，ｔｈｅｃｏｎｆ
ｅｒｅｎｃｅｒｅｃｏｒｄｏｆｔｈｅｎｉｎｅ
ｔｅｅｎｔｈＩＥＥＥｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ
ｓｐｅｃｉａｌｉｓｔｓｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ−１９
８７，ｐ６０４）も試みられている。

【００１１】更に、ｉ型半導体層中へのｐ型およびｎ型
ドーパントの拡散によって、ｐｉ界面およびｎｉ界面に
おける半導体接合が弱くなり、その結果として光起電力
素子の光電変換効率が低下することを防ぐ試みも成され
ている。この例として、特開昭５５−１２５６８１号公
報（出願人三洋電機）にはベルトコンベアに載せたガラ
ス基板を通過させるプラズマ反応室の間に隔壁扉を設け
て太陽電池を形成する方法が開示されている。また、米
国特許４，２２６，８９７号明細書には、連続して太陽
電池を形成する装置において各半導体層を形成する空間
をガスゲート（成膜には寄与しないガスを強く流すこと
により、成膜ガスに対して実質的な隔壁の役割を果たす
機構）を用いて分離し、他の成膜空間へのドーパントの
混入を防ぐ方法が開示されている。これらの試みをはじ
めとして他に数多くの研究の結果、光電変換効率、およ
び劣化等の非単結晶質シリコン太陽電池の不利な点は次
第に改善されつつあるが、依然として以下のような問題
が残されている。

【００１２】即ち、前述したような方法を用いてｐ型半
導体層やｎ型半導体層の形成空間をｉ型半導体層の形成
空間と実質的に分離することによりガス状態でのドーパ
ントの混入は防ぐことができたとしても、例えばｎ層の
上にｉ層を形成する際に、あるいは形成した後にｎ層中
のドーパントであるホウ素（Ｂ）がｉ層中に熱的に拡散
することにより、該ｎｉ半導体接合が弱められてしま
い、太陽電池の開放電圧やフィルファクターが悪化し、
その結果として光電変換効率が低いものになってしまう
という初期特性上の問題点が残されている。また、たと
え製造初期の光電変換効率がある程度高いものであった
としても、様々な天候や設置条件の下での実使用状態に
おいて、ｐ層やｎ層のドーパントのｉ層への熱的拡散が
次第に進み、これが太陽電池の劣化を促進してしまうと
いう信頼性問題が残されている。

【００１３】

【発明の目的】本発明の目的は、以上の点に鑑みてなさ
れたものであって、ｐ層やｎ層のドーパントが成膜中に
ｉ層中に熱的に拡散することを有効に防ぎ得る拡散防止
層をｐｉ界面あるいはｎｉ界面に設けることによって、
太陽電池の出力特性とりわけ開放電圧、フィルファクタ
ーを向上させ、結果として出力特性の向上した太陽電池
を提供することにある。

【００１４】本発明の他の目的は、効果的な拡散防止層
をｐｉ界面あるいはｎｉ界面に設け、実使用状態におけ
るドーパントの拡散を防ぐことによって太陽電池の劣化
を低減し、その結果として信頼性の向上した太陽電池を
提供することにある。

【００１５】

【発明の構成・効果】本発明は、従来技術における問題
点を解決し、上記の目的を達成すべく、本発明者らが鋭
意研究を重ねた結果完成に至ったものである。

【００１６】本発明の太陽電池は、少なくともシリコン
原子を含む第１の非単結晶質層と、少なくともシリコン
原子を含み且つ第１の非単結晶質層とは導電型を異にす
る第２の非単結晶質層が積層されて成り、第１の非単結
晶質層と第２の非単結晶質層の間に、Ｓｉ_xＣ_1-x（０．
４９＜ｘ＜０．５１）で表わされ実質的にストイキオメ
トリであり且つ水素の含有量が５００ｐｐｍ以下である
層を設けて成ることを特徴とする。

【００１７】上記構成の、本発明の太陽電池の具体的な
内容を以下に説明する。図１は、本発明の太陽電池の典
型的な例の構成を示す模式図である。図１に示す本発明
の太陽電池１０１は、導電性基体１０２、ｎ型半導体層
１０３、拡散防止層１０４、ｉ型半導体層１０５、ｐ型
半導体層１０６、透明電極１０７、集電電極１０８、取
り出し電極１０９から構成され、光が透明電極１０７を
介して入射することが前提となっている。本発明の太陽
電池は、従来の太陽電池と比較して、前述の拡散防止層
１０４を有していることが大きく違う点である。

【００１８】図７は、本発明の太陽電池の他の典型的な
例の構成を示す模式図である。本例の太陽電池７０１で
は、透明基体７０２の上に透明電極７０３、ｐ型半導体
層７０４、拡散防止層７０５、ｉ型半導体層７０６、ｎ
型半導体層７０７および裏面電極７０８の順で形成され
ており、光が透明基体７０２を介して入射することが前
提となっている。

【００１９】図９は、本発明の太陽電池の他の典型的な
例の構成を示す模式図である。本例の太陽電池９０１
は、バンドギャップあるいは層厚の異なる２種の半導体
層をｉ層として用いたｐｉｎ接合型太陽電池を２素子積
層して構成されたタンデム型と呼ばれる太陽電池であ
る。太陽電池９０１は、導電性基体９０２の上にｎ型半
導体層（１）９０３、拡散防止層（１）９０４、ｉ型半
導体層（１）９０５、拡散防止層（２）９０６、ｐ型半
導体層（１）９０７、拡散防止層（３）９０８、ｎ型半
導体層（２）９０９、拡散防止層（４）９１０、ｉ型半
導体層（２）９１１、拡散防止層（５）９１２、ｐ型半
導体層（２）９１３、透明電極９１４および集電電極９
１５の順で形成されており、光は透明電極９１４を通し
て入射することが前提となっている。

【００２０】いずれの太陽電池の例においてもｎ型半導
体層とｐ型半導体層とは目的に応じて積層順を入れ換え
ることができるが、光入射面に近い方にｐ型半導体層を
設けた方が発生したキャリアをより有効に利用する点で
望ましい。

【００２１】以下、これらの太陽電池の各構成要素につ
いて説明する。

【００２２】

【基体】本発明の太陽電池における導電性基体（１０
２，９０２）の構成材料としては、モリブデン、タング
ステン、チタン、コバルト、クロム、鉄、銅、タンタ
ル、ニオブ、ジルコニウム、アルミニウム金属またはそ
れらの合金の板状体、フィルム体が挙げられる。なかで
もステンレス鋼、ニッケルクロム合金、ニッケル、タン
タル、ニオブ、ジルコニウム、チタン金属、これら金属
の合金は、耐蝕性の点から特に好ましい。また、これら
の金属または合金を、ポリエステル、ポリエチレン、ポ
リカーボネート、セルローズアセテート、ポリプロピレ
ン、ポリ塩化ビニル、ポ塩化ビニリデン、ポリスチレ
ン、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、
ガラス、セラミック等の上に形成したものも使用可能で
ある。

【００２３】前記基体は単独でも用いられ得るが、該基
体上に実質的に可視光に対する反射性および導電性を有
する層（以下、「反射性導電層」と呼ぶ）が設けられて
いることが望ましい。本発明に適用可能な反射性導電層
の材料としては、銀、シリコン、アルミニウムまたはそ
れらの合金または鉄、銅、ニッケル、クロム、モリブデ
ンとの合金が適用可能である。中でも銀、アルミニウ
ム、アルミシリコン合金が好適である。また、該反射性
導電層の厚みを大きくとることによって、そのものを基
板とすることも可能である。

【００２４】前記基体の表面に前記反射性導電層を形成
する場合に好適に用いられる方法として、抵抗加熱蒸着
法、電子ビーム蒸着法、スパッタ法等が挙げられる。

【００２５】本発明の太陽電池における透明基体７０２
の構成材料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポ
リカーボネート、セルローズアセテート、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、ポリアミド等の合成樹脂のフィルムまたはシート、
ガラス等が挙げられる。

【００２６】

【電極】本発明の太陽電池においては、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指し、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指
すものとする）。

【００２７】本発明において用いられる下部電極として
は、上述した基体が透光性であるか否かによって光が入
射する面が異なるため、その設置される場所が異なる。

【００２８】具体的には、図１および図９のような層構
成の場合には基体（１０２，９０２）とｎ型半導体層
（あるいはｐ型半導体層）（１０３，９０３）との間に
設けられる。また、基体（１０２，９０２）が導電性で
ある場合には、該基体が下部電極を兼ねることができ
る。

【００２９】図７のような層構成の場合には、透光性の
基体（７０２）が用いられ、該基体の側から光が入射さ
れるので、電流を取り出すため、および半導体層で吸収
されきれずに該電極に達した光を有効に反射するため
に、下部電極７０８が基体７０２と対向して半導体層を
挟んで設けられる。

【００３０】本発明の太陽電池に好適に用いられる下部
電極の構成材料としては、Ａｇ，Ａｕ，Ｐｔ，Ｎｉ，Ｃ
ｒ，Ｃｕ，Ａｌ，Ｔｉ，Ｚｎ，Ｍｏ，Ｗ等の金属または
これらの合金が挙げられる。下部電極は、これらの金属
を使用し、真空蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング
等の成膜手段により形成できる。その際形成される金属
薄膜は太陽電池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５
０Ω以下、より好ましくは１０Ω以下であることが望ま
しい。

【００３１】下部電極（１０２，７０８，９０２）とｎ
型半導体層（あるいはｐ型半導体層）（１０３，７０
７，９０３）との間に、図中には示されていないが、Ｚ
ｎＯ等の短絡防止および電極金属の拡散防止のための緩
衝層を設けても良い。該緩衝層の効果としては下部電極
（１０２，７０８，９０２）を構成する金属元素がｎ型
半導体層（あるいはｐ型半導体層）の中へ拡散するのを
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（１０２，７０８，
９０２）と上部（透明）電極（１０７，７０３，９１
４）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、および薄膜による多重干渉を発生させ入
射された光を太陽電池内に閉じ込める等の効果を挙げる
ことができる。

【００３２】該緩衝層の構成材料として好適に用いられ
るものとして、フッ化マグネシウムベースの材料、イン
ジウム、スズ、カドミウム、亜鉛、アンチモン、シリコ
ン、クロム、銀、銅、アルミニウムの酸化物、窒化物お
よび炭化物あるいはこれらの混合物の内から選ばれる材
料が挙げられる。とりわけフッ化マグネシウム、酸化亜
鉛は形成が容易であり、且つ緩衝層として適度な抵抗値
と光透過率を有するため望ましい。

【００３３】本発明において用いられる透明電極１０
７，７０３，９１４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７０％以上であることが望ましく、８０％以上であ
ることが更に望ましい。さらに、電気的には太陽電池の
出力に対して抵抗成分とならぬようにシート抵抗値は１
００Ω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，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＣｄＯ，
Ｃｄ₂ＳｎＯ₄，ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）等の金属
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１、図９に示されるような構成の太陽電池において
は、ｐ型半導体層（あるいはｎ型半導体層）（１０６，
９０３）の上に積層され、図７に示されるような構成の
太陽電池においては基体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。
これらの作成方法としては、抵抗加熱蒸着法、電子ビー
ム加熱蒸着法、スパッタリング法、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。

【００３４】本発明において用いられる集電電極（１０
８，９０５）は、透明電極（１０７，９１４）のシート
抵抗値を低減させる目的で透明電極１０７，９１４上に
設けられる。図１、図９に示すような構成の太陽電池に
おいては、半導体層形成後に該透明電極（１０７，９１
４）を形成するため、該透明電極（１０７，９１４）の
形成時の基板温度をあまり高くすることができず、該透
明電極のシート抵抗値が比較的高いものに成らざるを得
ないので、該集電電極（１０８，９１５）を形成するこ
とが特に好ましい。一方、図７に示すような構成の太陽
電池においては、透明電極７０３は基板上に直接形成す
るので、形成時の基板温度を高くすることができ、該透
明電極７０３のシート抵抗値を比較的低くすることがで
きるので、集電電極が不用あるいは少なくて済む。図７
では、集電電極が不用である例として、透明電極７０３
に取り出し電極７０９が直接設けられている構成の太陽
電池が示されている。

【００３５】本発明の太陽電池に好適に用いられる集電
電極の構成材料としては、Ａｇ，Ｃｒ，Ｎｉ，Ａｌ，Ａ
ｇ，Ａｕ，Ｔｉ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｍｏ，Ｗ等の金属の単体
またはこれらの合金あるいはカーボンが挙げられる。ま
た、これらの金属あるいはカーボンを積層させて用いる
ことによって、各々の金属あるいはカーボンの長所（低
抵抗、半導体層への拡散が少ない、堅牢である、印刷等
により電極形成が容易、等）を組み合わせて用いること
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、その形状および面積が適宜設計されるが、
その形状は太陽電池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。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。

【００３６】

【半導体層】本発明の太陽電池において好適に用いられ
るｉ型半導体層を構成する半導体材料としては、ａ−Ｓ
ｉ：Ｈ，ａ−Ｓｉ：Ｆ，ａ−Ｓｉ：Ｈ：Ｆ，ａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ，ａ−ＳｉＣ：Ｆ，ａ−ＳｉＣ：Ｈ：Ｆ，ａ−Ｓ
ｉＧｅ：Ｈ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｆ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ：
Ｆ，多結晶質Ｓｉ：Ｈ，多結晶質Ｓｉ：Ｆ，多結晶質Ｓ
ｉ：Ｈ：Ｆ等いわゆるＩＶ族およびＩＶ族合金系半導体
材料が挙げられる。また、該ｉ型半導体層に含まれる水
素原子の量は、好ましくは２０原子％以下、より好まし
くは１０原子％以下である。

【００３７】本発明の太陽電池において好適に用いられ
るｐ型あるいはｎ型半導体層を構成する半導体材料は、
前述したｉ型半導体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が、該ｐ型
あるいはｎ型半導体層を構成する半導体材料中に結晶層
を含んでいる方が、光の利用率およびキャリア密度を高
めることができるので好ましい。その場合の結晶の粒径
は３０Å以上であることが好ましい。但し、前記拡散防
止層と前記ｐ型あるいはｎ型半導体層の界面において結
晶層が直接接するよりも、該界面に少なくともアモルフ
ァスである半導体層が介在することが太陽電池の光電変
換効率を向上させる点で好ましい。これは前記拡散防止
層と前記ｐ型あるいはｎ型半導体層の界面において発生
する構造の乱れや応力を緩和し、該界面における整合性
を高めることによるものと考えられる。

【００３８】また、前記拡散防止層と前記ｐ型あるいは
ｎ型半導体層の界面において結晶層が直接接するより
も、該界面に少なくともアモルファスである半導体層が
介在することが太陽電池の信頼性を向上させる点で好ま
しい。これは、前記拡散防止層と前記ｐ型あるいはｎ型
半導体層の界面に前記アモルファスである半導体層を介
在させることによって、前記拡散防止層と前記ｐ型ある
いはｎ型半導体層で熱膨張係数が異なるために太陽電池
の実使用状態において発生する熱歪による接合特性の劣
化を低減させ、且つ前記拡散防止層と前記ｐ型あるいは
ｎ型半導体層の間の密着性を高めて剥がれにくくし、且
つ折り曲げや撃力に対する強度を高めた結果であると推
測される。また、前記ｐ型あるいはｎ型半導体層中に含
まれる水素の濃度は、５原子％以下であることが好まし
く、１原子％以下であることが更に好ましい。

【００３９】これらの半導体層を形成する際に用いられ
る半導体層形成用原料ガスとしては、上述した各種半導
体層の構成元素の単体、水素化物、ハロゲン化物、有機
金属化合物等で、成膜空間に気体状態で導入できるもの
が好適に使用される。

【００４０】もちろん、これらの原料ガスは１種のみな
らず、２種以上混合して使用することもできる。また、
これらの原料ガスはＨｅ，Ｎｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ．Ｒ
ｎ等の希ガス、およびＨ₂，ＨＦ，ＨＣｌ等の希釈ガス
と混合して導入されても良い。

【００４１】本発明の太陽電池において用いられる前記
拡散防止層１０４，７０５，９０４，９０６，９０８，
９１０，９１２を構成する半導体材料は、Ｓｉ_xＣ
_1-x（０．４９＜ｘ＜０．５１）で表わされ実質的にス
トイキオメトリであり、且つ水素の含有量が５００ｐｐ
ｍ以下である。

【００４２】本発明の太陽電池に用いられる前記各半導
体層および前記拡散防止層を形成する手段として、マイ
クロ波プラズマＣＶＤ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、スパ
ッタリング法および反応性スパッタリング法、イオンプ
レーティング法、光ＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、ＭＯＣＶＤ
法、ＭＢＥ法そしてＨＲ−ＣＶＤ法等、半導体堆積膜形
成を実現できる成膜手段を挙げることができ、これらは
適宜選択して用いられる。

【００４３】本発明における拡散防止層を有する非単結
晶質シリコン太陽電池の形成方法について、図を用いて
詳しく説明する。説明において、例としてマイクロ波
（以下「μＷ」と略記する）グロー放電分解法を採用す
るが、本発明はこれによって限定されるものではない。

【００４４】ｎ型半導体層１０３、拡散防止層１０４、
ｉ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６を、図３
に示す、原料ガス供給系１０２０と堆積系１０００から
なるμＷグロー放電分解法による装置を使用して形成す
る方法の一例を説明する。図中のガスボンベ１０７１乃
至１０７６には、本発明の各々の層を形成するための原
料ガスが充填されており、１０７１はＳｉＨ₄ガスボン
ベ、１０７２はＨ₂ガスボンベ、１０７３はＨ₂ガスで１
０％に希釈されたＰＨ₃ガス（以下「ＰＨ₃／Ｈ₂」と略
記する）ボンベ、１０７４はＨ₂ガスで１０％に希釈さ
れたＢＦ₃ガス（以下「ＢＦ₃／Ｈ₂」と略記する）ボン
ベ、１０７５はＣＨ₄ガスボンベおよび１０７６はＡｒ
ガスボンベである。

【００４５】ガスボンベ１０７１よりＳｉＨ₄ガス、ガ
スボンベ１０７２よりＨ₂ガス、ガスボンベ１０７３よ
りＰＨ₃／Ｈ₂ガス、ガスボンベ１０７４よりＢＦ₃／Ｈ₂
ガス、ガスボンベ１０７５よりＣＨ₄ガスおよびガスボ
ンベ１０７６よりＡｒガスを、バルブ１０５１乃至１０
５６を開けて、流入バルブ１０３１乃至１０３６までの
それぞれのガス配管内に導入し、圧力調整器１０６１乃
至１０６６によりそれぞれの配管内のガス圧力を約２ｋ
ｇ／ｃｍ²に調整する。

【００４６】図中の基板１００４は、加熱ヒーター１０
０５´を有する支持手段１００５上に配置される。流入
バルブ１０３１乃至１０３６および堆積室１００１のリ
ークバルブ１００９が閉じられていることを確認し、ま
た、流出バルブ１０４１乃至１０４６および補助バルブ
１００８が開かれていることを確認して、コンダクタン
ス（バタフライ型）バルブ１００７を全開にして、不図
示の真空ポンプにより堆積室１００１およびガス配管内
を排気し、真空計１００６の読みが、好ましくは１×１
０^-4Ｔｏｒｒ、より好ましくは１×１０^-5Ｔｏｒｒにな
った時点で補助バルブ１００８および流出バルブ１０４
１乃至１０４６を閉じる。次に、流入バルブ１０３１乃
至１０３６を徐々に開けて、各々のガスをマスフローコ
ントローラー１０２１乃至１０２６内に導入する。

【００４７】以上のようにして成膜の準備が整った後、
基板１００４上に、ｎ型半導体層１０３、拡散防止層１
０４、ｉ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０６の
成膜を開始する。

【００４８】ｎ型半導体層１０３を形成するには、基板
１００４を加熱ヒーター１００５により、好ましくは２
００℃以上、より好ましくは２５０℃以上に加熱、保持
し、流出バルブ１０４１，１０４２，１０４３および補
助バルブ１００８を堆積室内でダストが飛散しないよう
に徐々に開いて、ＳｉＨ₄ガス、Ｈ₂ガスおよびＰＨ₃／
Ｈ₂ガスをガス導入管１００３を通じて堆積室１００１
内に流入させる。このときのＳｉＨ₄ガス流量は１乃至
５００ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス流量は１０ｓｃｃｍ乃至１０
００ｓｃｃｍ、ＰＨ₃／Ｈ₂ガス流量はＳｉＨ₄ガスの流
量に対して０．５％乃至３０％となるように各々のマス
フローコントローラー１０２１および１０２３で調整す
る。

【００４９】堆積室１００１内の圧力は、好ましくは５
０ｍＴｏｒｒ以下、より好ましくは２０ｍＴｏｒｒ以下
の所望の圧力となるように真空計１００６を見ながらコ
ンダクタンスバルブ１００７の開口を調整する。

【００５０】次に、直流電源１０１１による１０Ｖ乃至
１２０Ｖの直流バイアスならびに高周波電源１０１２に
よる０Ｗ乃至２００Ｗの高周波電力（周波数１３．５６
ＭＨｚ）の和をバイアス印加電極１０１３に印加する。
その後、不図示のμＷ電源の電力を、好ましくは１００
Ｗ乃至１２００Ｗ、より好ましくは２００Ｗ乃至８００
Ｗに設定し、不図示の導波管、導波部１０１０および誘
電体窓１００２を介して堆積室１００１内にμＷ電力を
導入しμＷグロー放電を生起させ、基板１００４上にｎ
型半導体層の形成を行う。該ｎ型半導体層の層厚が好ま
しくは２０オングストローム（以下「Å」と略記する）
乃至３００Å、より好ましくは３０Å乃至２００Åの所
望の値となったところでμＷグロー放電を止め、直流電
源１０１１および高周波電源１０１２の出力を切り、ま
た、流出バルブ１０４１，１０４２，１０４３および補
助バルブ１００８を閉じて、堆積室１００１内へのガス
流入を止める。

【００５１】次に、拡散防止層１０４を形成するには、
基板１００４を加熱ヒーター１００５´により、好まし
くは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上に加
熱、保持し、流出バルブ１０４１，１０４５および補助
バルブ１００８を徐々に開いて、ＳｉＨ₄ガス、ＣＨ₄ガ
スをガス導入管１００３を通じて堆積室１００１内に流
入させる。このときのＳｉＨ₄ガス流量は１乃至５０ｓ
ｃｃｍ、ＣＨ₄ガス流量は１乃至５０ｓｃｃｍとなるよ
うに各々のマスフローコントローラー１０２１，１０２
５で調整する。堆積室１００１内の圧力は、好ましくは
５０ｍＴｏｒｒ以下、より好ましくは２０ｍＴｏｒｒ以
下の所望の圧力になるように真空計１００６を見ながら
コンダクタンスバルブ１００７の開口を調整する。次
に、直流電源１０１１による１０Ｖ乃至１２０Ｖの直流
バイアスならびに高周波電源１０１２による１０Ｗ乃至
２００Ｗの高周波電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）の和
をバイアス印加電極１０１３に印加する。その後、不図
示のμＷ電源の電力を好ましくは１００Ｗ乃至１２００
Ｗ、より好ましくは２００Ｗ乃至８００Ｗに設定し、不
図示の導波管、導波部１０１０および誘電体窓１００２
を介して堆積室１００１内にμＷ電力を導入し、μＷグ
ロー放電を生起させる。その際回転可能なメッシュ状グ
リッド１０１４を基板１００４近傍に設置し、低エネル
ギイオンを除去し高エネルギイオンを選択的に基板上に
入射させる。拡散防止層１０４の層厚が好ましくは５Å
乃至２０Åの所望の層厚となったところでμＷグロー放
電を止め、直流電源１０１１および高周波電源１０１２
の出力を切り、また、流出バルブ１０４１，１０４５お
よび補助バルブ１００８を閉じて、堆積室１００１内へ
のガス流入を止める。

【００５２】次に、ｉ型半導体層１０５を形成するに
は、基板１００４を加熱ヒーター１００５´により、好
ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上に
加熱、保持し、流出バルブ１０４１および補助バルブ１
００８を徐々に開いて、ＳｉＨ₄ガスをガス導入管１０
０３を通じて堆積室１００１内に流入させる。このとき
のＳｉＨ₄ガス流量は好ましくは１ｓｃｃｍ乃至５００
ｓｃｃｍとなるようにマスフローコントローラー１０２
１で調整する。堆積室１００１内の圧力は、好ましくは
５０ｍＴｏｒｒ以下、より好ましくは２０ｍＴｏｒｒ以
下の所望の圧力になるように真空計１００６を見ながら
コンダクタンスバルブ１００７の開口を調整する。回転
可能なメッシュ状グリッド１０１４は回転させることに
よって基板１００４近傍から取り除いておく。次に、直
流電源１０１１による１０Ｖ乃至１２０Ｖの直流バイア
ス、ならびに高周波電源１０１２による１０Ｗ乃至２０
０Ｗの高周波電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）の和をバ
イアス印加電極１０１３に印加する。その後、不図示の
μＷ電源の電力を、好ましくは１００Ｗ乃至１２００
Ｗ、より好ましくは２００Ｗ乃至８００Ｗに設定し、不
図示の導波管、導波部１０１０および誘電体窓１００２
を介して堆積室１００１内にμＷ電力を導入しμＷグロ
ー放電を生起させ、基板１００４上にｉ型半導体層の形
成を行う。

【００５３】該ｉ型半導体層の層厚が好ましくは１００
０Å乃至８０００Å、より好ましくは２０００Å乃至６
０００Åの所望の値となったところでμＷグロー放電を
止め、直流電源１０１１および高周波電源１０１２の出
力を切り、また、流出バルブ１０４１，１０４３および
補助バルブ１００８を閉じて、堆積室１００１内へのガ
ス流入を止める。

【００５４】次に、ｐ型半導体層１０６を形成するに
は、基板１００４を加熱ヒーター１００５´により、好
ましくは１５０℃以上、より好ましくは２００℃以上に
加熱、保持し、流出バルブ１０４１，１０４２，１０４
４を徐々に開いて、ＳｉＨ₄ガス、Ｈ₂ガス、ＢＦ₃／Ｈ₂
ガスをガス導入管１００３を通じて堆積室１００１内に
流入させる。このときのＳｉＨ₄ガス流量は１ｓｃｃｍ
乃至５００ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス流量は１０ｓｃｃｍ乃至
１０００ｓｃｃｍ、ＢＦ₃／Ｈ₂ガス流量はＳｉＨ₄ガス
流量に対して０．５％乃至３０％となるように各々のマ
スフローコントローラー１０２１，１０２２，１０２４
で調整する。堆積室１００１内の圧力は、好ましくは５
０ｍＴｏｒｒ以下、より好ましくは２０ｍＴｏｒｒ以下
の所望の圧力になるように真空計１００６を見ながらコ
ンダクタンスバルブ１００７の開口を調整する。次に、
直流電源１０１１による１０Ｖ乃至１２０Ｖの直流バイ
アス、ならびに高周波電源１０１２による０Ｗ乃至２０
０Ｗの高周波電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）の和をバ
イアス印加電極１０１３に印加する。その後、不図示の
μＷ電源の電力を、好ましくは１００Ｗ乃至１２００
Ｗ、より好ましくは２００Ｗ乃至８００Ｗに設定し、不
図示の導波管、導波部１０１０および誘電体窓１００２
を介して堆積室１００１内にμＷ電力を導入しμＷグロ
ー放電を生起させ、基板１００４上にｐ型半導体層の形
成を行う。

【００５５】該ｐ型半導体層の層厚が好ましくは２０Å
乃至３００Å、より好ましくは３０Å乃至２００Åの所
望の値となったところでμＷグロー放電を止め、直流電
源１０１１および高周波電源１０１２の出力を切り、ま
た、流出バルブ１０４１，１０４２，１０４３および補
助バルブ１００８を閉じて、堆積室１００１内へのガス
流入を止める。

【００５６】それぞれの層を形成する際に、必要なガス
以外の流出バルブ１０４１乃至１０４６は完全に閉じら
れていることは云うまでもなく、また、それぞれのガス
が堆積室１００１内、流出バルブ１０４１乃至１０４６
から堆積室１００１に至る配管内に残留することを避け
るために、流出バルブ１０４１乃至１０４６を閉じ、補
助バルブ１００８を開き、さらにコンダクタンスバルブ
１００７を全開にして、系内を一旦高真空に排気する操
作を必要に応じて行うものとする。

【００５７】最後に、流入バルブ１０３１乃至１０３
６、堆積室１００１のリークバルブ１００９が閉じられ
ていることを確認し、また、流出バルブ１０４１乃至１
０４６、補助バルブ１００８が開かれていることを確認
して、コンダクタンス（バタフライ型）バルブ１００７
を全開にして、不図示の真空ポンプにより堆積室１００
１およびガス配管内を排気し、真空計１００６の読みが
約１×１０^-4Ｔｏｒｒになった時点で流出バルブ１０４
１乃至１０４６および補助バルブ１００８を閉じ、リー
クバルブ１００９を開けて堆積室１００１内をリーク
し、表面上にｎ型半導体層、拡散防止層、ｉ型半導体層
およびｐ型半導体層が形成された基板１００４を堆積室
１００１内から取り出す。

【００５８】

【実施例】以下実施例により本発明を更に詳細に説明す
るが、本発明はこれらによって限定されるものではな
い。

【００５９】実施例１本発明における拡散防止層を有する非単結晶質シリコン
太陽電池を以下のようにして作成した。

【００６０】非単結晶質シリコンからなるｎ型半導体層
１０３、拡散防止層１０４、ｉ型半導体層１０５および
ｐ型半導体層１０６をμＷグロー放電分解法によって形
成した。各シリコン含有層の形成には、図３に示す原料
ガス供給系１０２０と堆積系１０００からなる装置を使
用した。図中のガスボンベ１０７１乃至１０７６には、
本発明の各々の層を形成するための原料ガスが充填され
ており、１０７１はＳｉＨ₄ガス（純度９９．９９％）
ボンベ、１０７２はＨ₂ガス（純度９９．９９９９％）
ボンベ、１０７３はＨ₂ガスで１０％に希釈されたＰＨ₃
ガス（純度９９．９９９％、以下「ＰＨ₃／Ｈ₂」と略記
する）ボンベ、１０７４はＨ₂ガスで１０％に希釈され
たＢＦ₃ガス（純度９９．９９９％、以下「ＢＦ₃／
Ｈ₂」と略記する）ボンベ、１０７５はＣＨ₄ガス（純度
９９．９９％）ボンベおよび１０７６はＡｒガス（純度
９９．９９９％）ボンベである。

【００６１】ガスボンベ１０７１よりＳｉＨ₄ガス、ガ
スボンベ１０７２よりＨ₂ガス、ガスボンベ１０７３よ
りＰＨ₃／Ｈ₂ガス、ガスボンベ１０７４よりＢＦ₃／Ｈ₂
ガス、ガスボンベ１０７５よりＣＨ₄ガスおよびガスボ
ンベ１０７６よりＡｒガスを、バルブ１０５１乃至１０
５６を開けて、流入バルブ１０３１乃至１０３６までの
それぞれのガス配管内に導入し、圧力調整器１０６１乃
至１０６６によりそれぞれの配管内のガス圧力を約２ｋ
ｇ／ｃｍ²に調整した。

【００６２】図中の基板１００４は、大きさは１００ｍ
ｍ角で厚さは１．０ｍｍで表面は鏡面加工を施したステ
ンレス（ＳＵＳ３０４）板上に、層厚が約０．３μｍの
不指示の銀（Ａｇ）層を、その上に層厚が約１．０μｍ
の不指示の酸化亜鉛（ＺｎＯ）層を重ねて予め堆積した
基板を使用した。

【００６３】次に、流入バルブ１０３１乃至１０３６お
よび堆積室１００１のリークバルブ１００９が閉じられ
ていることを確認し、また、流出バルブ１０４１乃至１
０４６および補助バルブ１００８が開かれていることを
確認して、コンダクタンス（バタフライ型）バルブ１０
０７を全開にして、不図示の真空ポンプにより堆積室１
００１およびガス配管内を排気し、真空計１００６の読
みが約１×１０^-4Ｔｏｒｒになった時点で補助バルブ１
００８および流出バルブ１０４１乃至１０４６を閉じ
た。次に、流入バルブ１０３１乃至１０３６を徐々に開
けて、各々のガスをマスフローコントローラー１０２１
乃至１０２６内に導入した。

【００６４】以上のようにして成膜の準備が完了した
後、基板１００２上に、ｎ型半導体層１０３、拡散防止
層１０４、ｉ型半導体層１０５およびｐ型半導体層１０
６の成膜を行った。

【００６５】ｎ型半導体層１０３をつぎのようにして形
成した。即ち、基板１００４を加熱ヒーター１００５´
により３００℃に加熱し、流出バルブ１０４１，１０４
２，１０４３および補助バルブ１００８を徐々に開い
て、ＳｉＨ₄ガス、Ｈ₂ガスおよびＰＨ₃／Ｈ₂ガスをガス
導入管１００３を通じて堆積室１００１内に流入させ
た。この時、ＳｉＨ₄ガス流量が１０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス
流量が１００ｓｃｃｍおよびＰＨ₃／Ｈ₂ガス流量が１．
０ｓｃｃｍとなるように各々のマスフローコントローラ
ー１０２１，１０２２および１０２３で調整した。堆積
室１００１内の圧力は、５ｍＴｏｒｒとなるように真空
計１００６を見ながらコンダクタンスバルブ１００７の
開口を調整した。次に、直流電源１０１１による＋１０
０Ｖの直流バイアスをバイアス印加電極１０１３に印加
した。その後、不図示のμＷ電源の電力を４００Ｗに設
定し、不図示の導波管、導波部１０１０および誘電体窓
１００２を介して堆積室１００１内にμＷ電力を導入し
μＷグロー放電を生起させ、基板１００４上にｎ型半導
体層の形成を開始し、層厚約２００Åのｎ型半導体層１
０３を形成したところでμＷグロー放電を止め、直流電
源１０１１および高周波電源１０１２の出力を切り、ま
た、流出バルブ１０４１，１０４２，１０４３および補
助バルブ１００８を閉じて、堆積室１００１内へのガス
流入を止め、ｎ型半導体層１０３の形成を終えた。

【００６６】次に、拡散防止層１０４をつぎのようにし
て形成した。即ち、基板１００４を加熱ヒーター１００
５´により２５０℃に加熱し、流出バルブ１０４１，１
０４５および補助バルブ１００８を徐々に開いて、Ｓｉ
Ｈ₄ガス、ＣＨ₄ガスをガス導入管１００３を通じて堆積
室１００１内に流入させた。この時、ＳｉＨ₄ガス流量
が４ｓｃｃｍ、ＣＨ₄ガス流量が３ｓｃｃｍとなるよう
に各々のマスフローコントローラー１０２１，１０２５
で調整した。堆積室１００１内の圧力は、５ｍＴｏｒｒ
となるように真空計１００６を見ながらコンダクタンス
バルブ１００７の開口を調整した。次に、直流電源１０
１１による＋３０Ｖの直流バイアスならびに高周波電源
１０１２による４０Ｗの高周波電力（周波数１３．５６
ＭＨｚ）の和をバイアス印加電極１０１３に印加した。
その後、不図示のμＷ電源の電力を１００Ｗに設定し、
不図示の導波管、導波部１０１０および誘電体窓１００
２を介して堆積室１００１内にμＷ電力を導入し、μＷ
グロー放電を生起させた。その際回転可能なメッシュ状
グリッド１０１４を基板１００４近傍に設置し、低エネ
ルギイオンを除去し高エネルギイオンを選択的に基板上
に入射させた。ｎ型半導体層上に拡散防止層の形成を開
始し、層厚１０Åの拡散防止層１０４を形成したところ
でμＷグロー放電を止め、直流電源１０１１および高周
波電源１０１２の出力を切り、また、流出バルブ１０４
１，１０４５および補助バルブ１００８を閉じて、堆積
室１００１内へのガス流入を止め、拡散防止層１０４の
形成を終えた。

【００６７】次に、ｉ型半導体層１０５をつぎのように
して形成した。即ち、基板１００４を加熱ヒーター１０
０５´により２５０℃に加熱し、流出バルブ１０４１お
よび補助バルブ１００８を徐々に開いて、ＳｉＨ₄ガス
をガス導入管１００３を通じて堆積室１００１内に流入
させた。この時、ＳｉＨ₄ガス流量が１５０ｓｃｃｍと
なるようにマスフローコントローラー１０２１で調整し
た。堆積室１００１内の圧力は、５ｍＴｏｒｒとなるよ
うに真空計１００６を見ながらコンダクタンスバルブ１
００７の開口を調整した。次に、その際回転可能なメッ
シュ状グリッド１０１４を回転させ、基板１００４近傍
から取り除いた。次に、直流電源１０１１による＋６０
Ｖの直流バイアスならびに高周波電源１０１２による１
００Ｗの高周波電力（周波数１３．５６ＭＨｚ）の和を
バイアス印加電極１０１３に印加した。

【００６８】その後、不図示のμＷ電源の電力を３００
Ｗに設定し、不図示の導波管、導波部１０１０および誘
電体窓１００２を介して堆積室１００１内にμＷ電力を
導入し、μＷグロー放電を生起させ、拡散防止層上にｉ
型半導体層の形成を開始し、層厚約４０００Åのｉ型半
導体層１０５を形成したところでμＷグロー放電を止
め、直流電源１０１１の出力を切り、流出バルブ１０４
１および補助バルブ１００８を閉じて、堆積室１００１
へのガスの流入を止め、ｉ型半導体層１０５の形成を終
えた。

【００６９】次に、ｐ型半導体層１０６をつぎのように
して形成した。即ち、基板１００４を加熱ヒーター１０
０５´により２００℃に加熱し、流出バルブ１０４１，
１０４２，１０４４を徐々に開いて、ＳｉＨ₄ガス、Ｈ₂
ガス、ＢＦ₃／Ｈ₂ガスをガス導入菅１００３を通じて堆
積室１００１内に流入させた。この時、ＳｉＨ₄ガス流
量が１０ｓｃｃｍ、Ｈ₂ガス流量が１００ｓｃｃｍ、Ｂ
Ｆ₃／Ｈ₂ガス流量が１ｓｃｃｍとなるように各々のマス
フローコントローラー１０２１，１０２２，１０２４で
調整した。堆積室１００１内の圧力は、５ｍＴｏｒｒと
なるように真空計１００６を見ながらコンダクタンスバ
ルブ１００７の開口を調整した。次に、直流電源１０１
１による＋１００Ｖの直流バイアスをバイアス印加電極
１０１３に印加した。

【００７０】その後、不図示のμＷ電源の電力を４００
Ｗに設定し、不図示の導波菅、導波部１０１０および誘
電体窓１００２を介して堆積室１００１内にμＷ電力を
導入し、μＷグロー放電を生起させ、ｉ型半導体層上に
ｐ型半導体層の形成を開始し、層厚１００Åのｐ型半導
体層１０６を形成したところでμＷグロー放電を止め、
直流電源１０１１の出力を切り、また、流出バルブ１０
４１，１０４２，１０４４および補助バルブ１００８を
閉じて、堆積室１００１内へのガス流入を止め、ｐ型半
導体層１０６の形成を終えた。

【００７１】以上の、太陽電池の製作条件を表１に示し
た。

【００７２】それぞれの層を形成する際に、必要なガス
以外の流出バルブ１０４１乃至１０４６は完全に閉じら
れていることはいうまでもなく、また、それぞれのガス
が堆積室１００１内、流出バルブ１０４１乃至１０４６
から堆積室１００１に至る配管内に残留することを避け
るために、流出バルブ１０４１乃至１０４６を閉じ、補
助バルブ１００８を開き、さらにコンダクタンスバルブ
１００７を全開にして、系内を一旦高真空に排気する操
作を必要に応じて行った。

【００７３】次に、流入バルブ１０３１乃至１０３６、
堆積室１００１のリークバルブ１００９が閉じられてい
ることを確認し、また、流出バルブ１０４１乃至１０４
６、補助バルブ１００８が開かれていることを確認し
て、コンダクタンス（バタフライ型）バルブ１００７を
全開にして、不図示の真空ポンプにより堆積室１００１
およびガス配管内を排気し、真空計１００６の読みが約
１×１０^-4Ｔｏｒｒになった時点で流出バルブ１０４１
乃至１０４６および補助バルブ１００８を閉じ、リーク
バルブ１００９を開けて堆積室１００１内をリークし、
表面上にｎ型半導体層、拡散防止層、ｉ型半導体層およ
びｐ型半導体層が形成された基板１００４を堆積室１０
０１内から取り出した。

【００７４】次に、非単結晶質の太陽電池のｐ型半導体
層１０６上に、透明電極１０７として層厚が７００Åの
ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）を、公知の抵抗加熱真空
蒸着法にて真空蒸着し、さらに集電電極１０８として層
厚が２μｍのＡｌを、公知の抵抗加熱真空蒸着法にて蒸
着し、非単結晶質シリコン太陽電池（試料Ｎｏ．１）を
作成した。

【００７５】つぎに試料Ｎｏ．１の拡散防止層の膜構成
元素の組成比を評価した。即ち、図３における堆積室１
００１にＸ線光電子分光分析装置（株式会社島津製作
所製ＥＳＣＡ−８５０）を備え付け、上記の太陽電池製
作方法と同様な方法および同様な条件で拡散防止層１０
４をｎ型半導体層上に形成した後、基板１００４を大気
中にさらすことなく真空中で上記のＸ線光電子分光分析
装置の測定室に搬送し、拡散防止層を構成している元素
の組成分析を行った。その結果、該拡散防止層を構成す
る主な原子はＳｉとＣであり、その比率は４９．２％：
５０．８％であり、他の元素は検出限界以下であった。
このことから、上記の製作方法および製作条件で形成し
た極めて薄い拡散防止層は、実質的にストイキオメトリ
（化学量論的）な炭化珪素（ＳｉＣ）であることがわか
った。

【００７６】つぎに拡散防止層の膜中に存在する水素原
子（Ｈ）の定量分析をつぎのようにして行った。即ち、
図３における堆積室１００１に、２次イオン質量分析装
置（ＣＡＭＥＣＡ製ＩＭＳ−４Ｆ）を備え付け、上記
の太陽電池製作方法と同様な方法および同様な条件で拡
散防止層１０４をｎ型半導体層上に形成した後、基板１
００４を大気中にさらすことなく真空中で上記の２次イ
オン質量分析装置の測定室に搬送し、拡散防止層の膜中
に存在する水素原子（Ｈ）の定量分析を行ったところ、
検出限界（１００ｐｐｍ）以下であった。このことか
ら、拡散防止層の膜中の水素原子濃度は極めて小さく非
常に緻密な膜が形成されていることがわかった。

【００７７】また、図３における堆積室１００１にＴＥ
Ｍ装置（ＨＩＴＡＣＨＩ製Ｈ８０００）を備え付け、
上記の太陽電池製作方法と同様な方法および同様な条件
でｎ型半導体層上に形成した後、基板１００４を大気中
にさらすことなく真空中で上記のＴＥＭ装置の測定室に
搬送し、ｎ型半導体層の結晶性の評価を行ったところ、
このｎ型半導体層を構成している非単結晶質シリコンは
微結晶性を有していることがわかった。

【００７８】また、上記の太陽電池製作方法と同様な方
法および同様な条件でｎ型半導体層およびその上に拡散
防止層を形成した後、基板１００４を取り出し、断面を
研磨した後にＳＴＭ装置（デジタルインスツルメント製
ナノスコープＡＦＭ）を用いて観察したところ、ｎ型
半導体層と拡散防止層の界面において結晶粒が直接接し
てはおらず、アモルファスである半導体層が介在してい
ることが確認された。

【００７９】比較例１拡散防止層１０４をｎ型半導体層上に形成せず、ｎ型半
導体層上にはｉ型半導体層を形成する以外は、実施例１
と同様にして、図２に示すように、ステンレス基板２０
２上にｎ型半導体層２０３、ｉ型半導体層２０４、ｐ型
半導体層２０５、透明電極２０６および集電電極２０７
を形成し、従来の非単結晶質シリコン太陽電池を作成し
た（比較試料Ｎｏ．１）。

【００８０】まず実施例１で得られた太陽電池（試料Ｎ
ｏ．１）および比較例１で得られた太陽電池（比較試料
Ｎｏ．１）のそれぞれについて、開放電圧、フィルファ
クターおよび光電変換効率η＝｛単位面積あたりの最大
発電電力（ｍＷ／ｃｍ²）／単位面積あたりの入射光強
度（ｍＷ／ｃｍ²）｝の評価を行った。実施例１の試料
Ｎｏ．１および比較例１の比較試料Ｎｏ．１の太陽電池
をそれぞれ５枚ずつ製作し、ＡＭ−１．５（１００ｍＷ
／ｃｍ²）光照射下に置き、図１の引き出し電極１０９
（図２では２０８）に直流電圧を印加し、電流電圧特性
を測定し、開放電圧、フィルファクターおよび光電変換
効率ηを評価したところ、比較試料Ｎｏ．１の太陽電池
に対して、試料Ｎｏ．１の太陽電池は、開放電圧の値が
平均して１．１倍、フィルファクターの値が平均して
１．１５倍、光電変換効率ηが平均して１．２７倍優れ
ていた。

【００８１】また、実施例１で作成した太陽電池（試料
Ｎｏ．１）および比較例１で作成した太陽電池（比較試
料Ｎｏ．１）の各々をポリフッ化ビニリデン（ＶＤＦ）
からなる保護フィルムで真空封止し、実使用条件下（屋
外に設置、両電極に５０オームの固定抵抗を接続）に１
年間置いた後、再び光電変換効率の評価を行い、光照射
に起因する劣化率（劣化により損なわれた光電変換効率
の値を初期の光電変換効率の値で割ったもの）を調べ
た。その結果、本発明による拡散防止層を有する太陽電
池（試料Ｎｏ．１）の劣化率は、拡散防止層を有しない
太陽電池（比較試料Ｎｏ．１）の劣化率に対する比で６
０％と低く抑えられていた。

【００８２】つぎに実施例１（試料Ｎｏ．１）および比
較例１（比較試料Ｎｏ．１）で製作した太陽電池のＰの
深さ方向分布（ｄｅｐｔｈｐｒｏｆｉｌｅ）の分析を
行った。即ち、まず、図３における堆積室１００１に２
次イオン質量分析装置を備え付け、実施例１の太陽電池
の作成方法と同様の手法および条件で、ｎ型半導体層１
０３（または２０３）、拡散防止層１０４、ｉ型半導体
層１０５（または２０４）およびｐ型半導体層１０６
（または２０５）を形成した後、基板１００４を大気中
にさらすことなく真空中で上記の２次イオン質量分析装
置の測定室に搬送し、拡散防止層近傍のＰ原子の深さ方
向分布（ｄｅｐｔｈｐｒｏｆｉｌｅ）の分析を行っ
た。その評価の結果、図４に示すように実施例１（試料
Ｎｏ．１）太陽電池内のＰの深さ方向分布は層厚が１０
Åの拡散防止層が存在するのでその近傍においてＰ分布
が急峻に変化し、拡散防止層１０４を設けていない比較
例１（比較試料Ｎｏ．１）に比べてＰのｉ型半導体層へ
の拡散が明らかに少なく、ほぼ完全に抑えられているこ
とがわかった。

【００８３】以上のことから、本発明の拡散防止層がＰ
の熱的拡散を抑制し急峻なｎｉ接合を保持できる効果が
あり、これにより太陽電池の開放電圧、フィルファクタ
ーおよび光電変換効率が飛躍的に向上し、且つ実使用条
件下における信頼性が大幅に向上していることがわかっ
た。

【００８４】実施例２拡散防止層１０４の形成条件を表２の条件に変える以外
は、実施例１と同様の手法および条件で、ｎ型半導体
層、拡散防止層、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層、透明電
極および集電電極を順次形成し、非単結晶質シリコン太
陽電池（試料Ｎｏ．２）を作成した。

【００８５】つぎに、表２に示す条件下で形成された拡
散防止層を構成している元素の組成分析を実施例１と同
様な方法で行った。その結果、該拡散防止層を構成する
主な原子はＳｉとＣでありその比率は５７％：４３％で
あり、他の元素は検出限界以下であった。この値は、炭
化珪素の化学量論比からはずれており、表２の拡散防止
層はＳｉ原子が過剰な膜であることがわかった。

【００８６】さらに拡散防止層の膜中に存在する水素
（Ｈ）原子の定量分析を実施例１と同様な方法で行っ
た。その結果、拡散防止層中の水素（Ｈ）原子濃度は検
出限界（１００ｐｐｍ）以下と極めて小さく、非常に緻
密な膜が形成されていることがわかった。

【００８７】また、拡散防止層の成膜時のガス流量比を
様々に変化させることにより、該拡散防止層中の珪素と
炭素の組成比のみを１０通りに変えて太陽電池（試料Ｎ
ｏ．２）を５枚ずつ製作し、上述したと同様な方法によ
って光電変換効率ηを評価し、図１０に示すような結果
を得た。図１０では、拡散防止層中の元素組成比と光電
変換効率の関係を実施例１の太陽電池（試料Ｎｏ．１）
の光電変換効率ηを１として表わしている。図１０から
明らかなように、拡散防止層がＳｉ_xＣ_1-x（０．４９＜
ｘ＜０．５１）で表わされ実質的にストイキオメトリで
ある場合には光電変換効率の値が優れたものであること
がわかった。

【００８８】次に、拡散防止層中の珪素と炭素の組成比
が５７％：４３％の場合の太陽電池のＰの深さ方向分布
（ｄｅｐｔｈｐｒｏｆｉｌｅ）の分析を行った。その
評価の結果、図４の比較例１の太陽電池（比較試料Ｎ
ｏ．１）と比べると、拡散防止層の近傍においてやや急
峻なＰの分布が見られたが、実施例１の太陽電池（試料
Ｎｏ．１）に比べるとｉ型半導体層へのＰの拡散が観測
された。このように実質的にストイキオメトリ（化学量
論的）な組成をもち層厚が１０Åの拡散防止層１０４を
設けた実施例１の太陽電池では、表２の実質的にストイ
キオメトリ（化学量論的）でない組成をもち層厚が１０
Åの拡散防止層を設けた実施例２の太陽電池に比べてＰ
のｉ型半導体層への拡散が明らかに少なく、ほぼ完全に
抑えられていることがわかった。

【００８９】以上のことから、本発明の拡散防止層の元
素組成が実質的にストイキオメトリ（化学量論的）な場
合には、Ｐの熱的拡散を抑制し急峻なｎｉ接合を保持で
きる効果があり、これにより太陽電池の光電変換効率η
が飛躍的に向上することがわかった。

【００９０】実施例３拡散防止層１０４の形成条件を表３に示すようにＤＣバ
イアス電圧およびＲＦバイアス電力を変化させ層中の水
素原子濃度を５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍおよび２％
と変化させる以外は、実施例１と同様の手法および条件
で、ｎ型半導体層、拡散防止層、ｉ型半導体層、ｐ型半
導体層、透明電極および集電電極を順次形成し、非単結
晶質シリコン太陽電池（試料Ｎｏ．３−１、Ｎｏ．３−
２およびＮｏ．３−３）を作成した。

【００９１】次に表３に示す条件下で形成された拡散防
止層を構成している元素の組成分析を実施例１と同様な
方法で行った。その結果、該拡散防止層を構成する主な
原子はＳｉとＣであり、その比率は５０．６％：４９．
４％であり、他の元素は検出限界以下であった。このこ
とから、上記の製作方法および製作条件で形成した極め
て薄い拡散防止層は、実質的にストイキオメトリ（化学
量論的）な炭化珪素（ＳｉＣ）であることがわかった。

【００９２】さらにこの拡散防止層の膜中に存在する水
素（Ｈ）原子の定量分析を実施例１と同様な方法で行っ
た。その結果、表３に示すようにＤＣバイアス電圧およ
びＲＦバイアス電力を変化させることにより、拡散防止
層中の水素（Ｈ）原子濃度が５００ｐｐｍ、１０００ｐ
ｐｍおよび２％の膜が形成されていることがわかった。

【００９３】表３の条件下で、ある層中の水素原子濃度
が５００ｐｐｍ、１０００ｐｐｍおよび２％の拡散防止
膜を設けた太陽電池（試料Ｎｏ．３−１、Ｎｏ．３−２
およびＮｏ．３−３）をそれぞれ５枚作成し、上述した
と同様な方法によって光電変換効率ηを評価し、光電変
換効率の水素原子濃度依存性を調べた。その結果、図５
に示すような依存性が得られた。拡散防止層をもたない
比較例１の太陽電池（比較試料Ｎｏ．１）に比較する
と、拡散防止層中の水素原子濃度が１０００ｐｐｍ以下
で光電変換効率が大幅に向上し、特に５００ｐｐｍ（試
料Ｎｏ．３−１）では１．１３倍、および１００ｐｐｍ
以下（試料Ｎｏ．１）では平均して１．１５倍優れてい
た。

【００９４】つぎにこれらの太陽電池（試料Ｎｏ．３−
１乃至Ｎｏ．３−３）のＰの深さ方向分布（ｄｅｐｔｈ
ｐｒｏｆｉｌｅ）の分析を行った。その評価の結果、
拡散防止層中の水素原子濃度の減少にともなって、図４
の比較例１（比較試料Ｎｏ．１）よりも拡散防止層近傍
のＰの分布はしだいに急峻となり、特に水素原子濃度が
５００ｐｐｍ以下では、図４の実施例１（試料Ｎｏ．
１）と同様にＰのｉ型半導体層への拡散がほぼ完全に抑
えられていることがわかった。

【００９５】以上のことから、本発明の拡散防止層中の
水素原子濃度が５００ｐｐｍ以下（特に１００ｐｐｍ以
下）ではＰの熱的拡散を抑制し急峻なｎｉ接合を保持で
きる効果があり、これにより太陽電池の光電変換効率η
が飛躍的に向上することがわかった。

【００９６】実施例４拡散防止層１０４の層厚を表４に示すように４，５，２
０および３０Åと変化させる以外は実施例１と同様の手
法および条件で、ｎ型半導体層、拡散防止層、ｉ型半導
体層、ｐ型半導体層、透明電極および集電電極を順次形
成し、非単結晶質シリコン太陽電池（試料Ｎｏ．４−
１、Ｎｏ．４−２、Ｎｏ．４−３およびＮｏ．４−４）
を作成した。

【００９７】次に表４に示す条件下で形成された拡散防
止層を構成している元素の組成分析を実施例１と同様な
方法で行った。その結果、該拡散防止層を構成する主な
原子はＳｉとＣであり、その比率５０．１％：４９．９
％であり、他の元素は検出限界以下であった。このこと
から、上記の製作方法および製作条件で形成した極めて
薄い拡散防止層は、実質的にストイキオメトリ（化学量
論的）な炭化珪素（ＳｉＣ）であることがわかった。

【００９８】さらに拡散防止層の膜中に存在する水素
（Ｈ）原子の定量分析を実施例１と同様な方法で行っ
た。その結果、拡散防止層中の水素（Ｈ）原子濃度は検
出限界（１００ｐｐｍ）以下と極めて小さく、非常に緻
密な膜が形成されていることがわかった。

【００９９】表４の条件下で層厚４，５，２０および３
０の拡散防止層を設けた太陽電池（試料Ｎｏ．４−１、
Ｎｏ．４−２、Ｎｏ．４−３およびＮｏ．４−４）をそ
れぞれ５枚作成し、上述したと同様な方法によって光電
変換効率ηを評価し、光電変換効率の拡散防止層の層厚
依存性を調べた。その結果、図６に示すような依存性が
得られた。拡散防止層厚が２０Å以上では太陽電池の直
列抵抗分が増加するため光電変換効率は減少するが、層
厚が５乃至２０Åの範囲で光電変換効率が向上し、特に
層厚が１０Å（試料Ｎｏ．１）では拡散防止層をもたな
い太陽電池（比較試料Ｎｏ．１）に比べて、太陽電池の
光電変換効率ηは平均して１．１５倍優れていた。

【０１００】つぎにこれら太陽電池（試料Ｎｏ．４−
１、Ｎｏ．４−２、Ｎｏ．４−３およびＮｏ．４−４）
のＰの深さ方向分布（ｄｅｐｔｈｐｒｏｆｉｌｅ）の
分析を行った。その結果、拡散防止層厚の増加にともな
って、図４の比較例１（比較試料Ｎｏ．１）よりも拡散
防止層近傍のＰの分布はしだいに急峻となり、特に層厚
が５Å以上では、図４の実施例１（試料Ｎｏ．１）と同
様にＰのｉ型半導体層への拡散がほぼ完全に抑えられて
おり、層厚は少なくとも５Åは必要であることがわかっ
た。

【０１０１】以上のことから、本発明の拡散防止層の層
厚が５乃至２０Åの範囲（特に１０Å）ではＰの熱的拡
散を抑制し急峻なｎｉ接合を保持できる効果があり、こ
れにより太陽電池の光電変換効率ηが飛躍的に向上する
ことがわかった。

【０１０２】実施例５図７に示すように、作成する太陽電池を、ガラス基板７
０２上に透明電極７０３、ｐ型半導体層７０４、拡散防
止層７０５、ｉ型半導体層７０６、ｎ型半導体層７０７
および裏面電極７０８の順で形成した構造を有するもの
とし、各層を表５に示す作成条件にすること以外は実施
例１と同様の手法で、透明電極、ｐ型半導体層、拡散防
止層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層を形成し、裏面
電極７０８は実施例１における集電電極と同様な形成方
法で太陽電池の面のほぼ全面に形成した非単結晶質シリ
コン太陽電池７０１を作成した（試料Ｎｏ．５）。

【０１０３】次に表５に示す条件下で形成された拡散防
止層を構成している元素の組成分析を実施例１と同様な
方法で行った。その結果、該拡散防止層を構成する主な
原子はＳｉとＣであり、その比率は４９．９％：５０．
１％であり、他の元素は検出限界以下であった。このこ
とから、上記の製作方法および製作条件で形成した極め
て薄い拡散防止層は、実質的にストイキオメトリ（化学
量論的）な炭化珪素（ＳｉＣ）であることがわかった。

【０１０４】さらに拡散防止層の膜中に存在する水素
（Ｈ）原子の定量分析を実施例１と同様な方法で行っ
た。その結果、拡散防止層中の水素（Ｈ）原子濃度は検
出限界（１００ｐｐｍ）以下と極めて小さく、非常に緻
密な膜が形成されていることがわかった。

【０１０５】また、図３における堆積室１００１にＴＥ
Ｍ装置（ＨＩＴＡＣＨＩ製Ｈ８０００）を備え付け、
上記の太陽電池製作方法と同様な方法および同様な条件
でｐ型半導体層上に形成した後、基板１００４を大気中
にさらすことなく真空中で上記のＴＥＭ装置の測定室に
搬送し、ｐ型半導体層の結晶性の評価を行ったところ、
このｐ型半導体層を構成している非単結晶質シリコンは
微結晶性を有していることがわかった。

【０１０６】また、上記の太陽電池製作方法と同様な方
法および同様な条件でｐ型半導体層およびその上に拡散
防止層を形成した後、基板１００４を取り出し、断面を
研磨した後にＳＴＭ装置（デジタルインスツルメント製
ナノスコープＡＦＭ）を用いて観察したところ、ｐ型
半導体層と拡散防止層の界面において結晶粒が直接接し
てはおらず、アモルファスである半導体層が介在してい
ることが確認された。

【０１０７】比較例２拡散防止層７０５をｐ型半導体層上に形成せず、ｐ型半
導体層上には引き続きｉ型半導体層を形成した以外は実
施例５と同様な手法および条件で、透明電極、ｐ型半導
体層、拡散防止層、ｉ型半導体層、ｎ型半導体層および
裏面電極を形成し、非単結晶質シリコン太陽電池を作成
した（比較試料Ｎｏ．２）。

【０１０８】実施例５および比較例２の太陽電池をそれ
ぞれ５枚ずつ作成し、上述したと同様な方法によって光
電変換効率ηを評価した。評価の結果、比較例２（比較
試料Ｎｏ．２）に比べて、実施例５（試料Ｎｏ．５）は
光電変換効率ηが平均して１．１５倍優れていた。

【０１０９】実施例５および比較例２の太陽電池におい
て、Ｂの深さ方向分布（ｄｅｐｔｈｐｒｏｆｉｌｅ）を
比較例１と同様にして分析した。その評価の結果、図８
に示すように実施例５の太陽電池内のＢの深さ方向分布
は拡散防止層が存在するのでその近傍において分布が急
峻であり、比較例２に比べてＢのｉ型半導体層への拡散
が明らかに少なく、ほぼ完全に抑えられていることがわ
かった。

【０１１０】以上のことから、本発明の拡散防止層がＢ
の熱的拡散を抑制し急峻なｐｉ接合を保持できる効果が
あり、これにより太陽電池の光電変換効率ηが飛躍的に
向上することがわかった。

【０１１１】実施例６図９に示す太陽電池を作成した。図９に示す太陽電池
は、ステンレス基板９０２上にｎ型半導体層（１）９０
３、拡散防止層（１）９０４、ｉ型半導体層（１）９０
５、拡散防止層（２）９０６、ｐ型半導体層（１）９０
７、拡散防止層（３）９０８、ｎ型半導体層（２）９０
９、拡散防止層（４）９１０、ｉ型半導体層（２）９１
１、拡散防止層（５）９１２、ｐ型半導体層（２）９１
３、透明電極９１４および集電電極９１５の順で形成し
た構造のものである。各層の形成を表６に示す条件で行
うこと以外は実施例１と同様にして、ｎ型半導体層、ｉ
型半導体層、ｐ型半導体層、拡散防止層、透明電極およ
び集電電極を形成した。これによりいわゆる積層型構造
をもった非単結晶質シリコン太陽電池を作成した（試料
Ｎｏ．６）。

【０１１２】次に表６に示す条件下で形成された拡散防
止層を構成している元素の組成分析を実施例１と同様な
方法で行った。その結果、該拡散防止層を構成する主な
原子はＳｉとＣであり、その比率は４９．９％：５０．
１％であり、他の元素は検出限界以下であった。このこ
とから、上記の製作方法および製作条件で形成した極め
て薄い拡散防止層は、実質的にストイキオメトリな炭化
珪素（ＳｉＣ）であることがわかった。

【０１１３】さらに拡散防止層の膜中に存在する水素
（Ｈ）原子の定量分析を実施例１と同様な方法で行っ
た。その結果、拡散防止層中の水素（Ｈ）原子濃度は検
出限界（１００ｐｐｍ）以下と極めて小さく、非常に緻
密な膜が形成されていることがわかった。

【０１１４】また、実施例１と同様の方法でｐ型および
ｎ型半導体層の結晶性の評価を行ったところ、このｐ型
およびｎ型半導体層を構成している非単結晶質シリコン
は微結晶性を有していることがわかった。

【０１１５】また、実施例１と同様の方法でｐ型および
ｎ型半導体層と拡散防止層の界面を観察したところ、ｐ
型およびｎ型半導体層と拡散防止層の界面において結晶
粒が直接接してはおらず、アモルファスである半導体層
が介在していることが確認された。

【０１１６】比較例３５つの拡散防止層（１）乃至（５）（図９中の９０４，
９０６，９０８，９１０および９１２）を全て形成しな
いこと以外は実施例６と同様な手法および条件で、ｎ型
半導体層、ｉ型半導体層、ｐ型半導体層、拡散防止層、
透明電極および集電電極を形成し、従来の積層型の非単
結晶質シリコン太陽電池を作成した（比較試料Ｎｏ．
３）。

【０１１７】実施例６の太陽電池（試料Ｎｏ．６）およ
び比較例３の太陽電池（比較試料Ｎｏ．３）をそれぞれ
５枚ずつ作成し、上述したと同様な方法によって光電変
換効率ηを評価した。評価の結果、比較試料Ｎｏ．３に
比べて、試料Ｎｏ．６は光電変換効率ηが平均して１．
１５倍優れていた。

【０１１８】試料Ｎｏ．６および比較試料Ｎｏ．３のそ
れぞれの太陽電池において、ＢおよびＰの深さ方向分布
（ｄｅｐｔｈｐｒｏｆｉｌｅ）分析を行った結果、試
料Ｎｏ．６の太陽電池内のＢおよびＰの深さ方向分布は
拡散防止層が存在するのでそれぞれの接合近傍において
分布が急峻であり、比較試料Ｎｏ．３の太陽電池に比べ
てＢのｉ型半導体層への拡散およびＰのｉ層への拡散が
明らかに少なく、ほぼ完全に抑えられていることがわか
った。

【０１１９】以上のことから、本発明の拡散防止層がＢ
およびＰのｉ層への熱的拡散を抑制し急峻なｐｉ接合お
よびｎｉ接合を保持できる効果があり、これにより太陽
電池の光電変換効率ηが飛躍的に向上することがわかっ
た。

【０１２０】

【表１】

【０１２１】

【表２】

【０１２２】

【表３】

【０１２３】

【表４】

【０１２４】

【表５】

【０１２５】

【表６】

【０１２６】

【発明の効果の概要】以上に述べたように、少なくとも
シリコン原子を含む第１の非単結晶質層と、少なくとも
シリコン原子を含み且つ第１の非単結晶質層とは導電型
を異にする第２の非単結晶質層が積層されて成り、第１
の非単結晶質層と第２の非単結晶質層の間に、Ｓｉ_xＣ
_1-x（０．４９＜ｘ＜０．５１）で表わされ実質的にス
トイキオメトリであり且つ水素の含有量が５００ｐｐｍ
以下である層を設けて成ることを特徴としている本発明
の太陽電池において、以下に挙げる効果が得られる。

【０１２７】即ち、ｐ層やｎ層のドーパントが成膜中に
ｉ層中に熱的に拡散することを有効に防ぎ得る拡散防止
層をｐｉ界面あるいはｎｉ界面に設けることによって、
太陽電池の出力特性とりわけ開放電圧、フィルファクタ
ーを向上させ、結果として出力特性の向上した太陽電池
を提供することが可能である。

【０１２８】また、効果的な拡散防止層をｐｉ界面ある
いはｎｉ界面に設け、実使用状態におけるドーパントの
拡散を防ぐことによって太陽電池の劣化を低減し、その
結果として信頼性の向上した太陽電池を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による非単結晶質シリコン太陽電池の層
構成を説明するための模式的構成図である。

【図２】従来の太陽電池の層構成を説明するための模式
的構成図である。

【図３】本発明の太陽電池を形成するためにマイクロ波
グロー放電法を用いる際の堆積装置の模式的説明図であ
る。

【図４】本発明による太陽電池および従来の太陽電池内
のＰ濃度の深さ方向分布を示す説明図である。

【図５】拡散防止層中の水素原子濃度に対する光電変換
効率の依存性を示す説明図である。

【図６】拡散防止層の層厚に対する光電変換効率の依存
性を示す説明図である。

【図７】絶縁性基板上に形成した本発明による太陽電池
の層構成を説明するための模式的構成図である。

【図８】本発明による太陽電池および従来の太陽電池内
のホウ素（Ｂ）濃度の深さ方向分布を示す説明図であ
る。

【図９】本発明による積層型非単結晶質シリコン太陽電
池の層構成を説明するための模式的構成図である。

【図１０】拡散防止層中の元素組成比と光電変換効率の
関係を実施例１の太陽電池の光電変換効率ηを１として
表わしたグラフである。

【符号の説明】

１０１本発明による太陽電池の全体図１０２導電性基体１０３ｎ型半導体層１０４拡散防止層１０５ｉ型半導体層１０６ｐ型半導体層１０７透明電極１０８集電電極１０９引き出し電極２０１従来の太陽電池の全体図２０２導電性基板２０３ｎ型半導体層２０４ｉ型半導体層２０５ｐ型半導体層２０６透明電極２０７集電電極２０８引き出し電極１０００ μＷグロー放電分解法による成膜装置１００１堆積室１００２誘電体窓１００３ガス導入管１００４基板１００５支持台１００５´ 加熱ヒーター１００６真空計１００７コンダクタンスバルブ１００８補助バルブ１００９リークバルブ１０１０導波部１０１１直流電源１０１２高周波電源１０１３バイアス印加電極１０１４メッシュ状グリッド１０２０原料ガス供給装置１０２１，１０２２，１０２３，１０２４，１０２５，
１０２６マスフローコントローラー１０３１，１０３２，１０３３，１０３４，１０３５，
１０３６ガス流入バルブ１０４１，１０４２，１０４３，１０４４，１０４５，
１０４６ガス流出バルブ１０５１，１０５２，１０５３，１０５４，１０５５，
１０５６原料ガスボンベのバルブ１０６１，１０６２，１０６３，１０６４，１０６５，
１０６６圧力調整器１０７１，１０７２，１０７３，１０７４，１０７５，
１０７６原料ガスボンベ７０１本発明による太陽電池の全体図７０２透明基体７０３透明電極７０４ｐ型半導体層７０５拡散防止層７０６ｉ型半導体層７０７ｎ型半導体層７０８裏面電極７０９引き出し電極９０１本発明による積層型太陽電池の構造図９０２導電性基体９０３ｎ型半導体層（１）９０４拡散防止層（１）９０５ｉ型半導体層（１）９０６拡散防止層（２）９０７ｐ型半導体層（１）９０８拡散防止層（３）９０９ｎ型半導体層（２）９１０拡散防止層（４）９１１ｉ型半導体層（２）９１２拡散防止層（５）９１３ｐ型半導体層（２）９１４透明電極９１５集電電極９１６引き出し電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者青池達行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者丹羽光行東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくともシリコン原子を含む第１の非
単結晶質層と、少なくともシリコン原子を含み且つ第１
の非単結晶質層とは導電型を異にする第２の非単結晶質
層が積層されてなる太陽電池において、第１の非単結晶
質層と第２の非単結晶質層の間に、Ｓｉ_xＣ_1-x（０．４
９＜ｘ＜０．５１）で表わされ実質的にストイキオメト
リであり、且つ、水素の含有量が５００ｐｐｍ以下であ
る層を設けて成ることを特徴とする太陽電池。