JPH08236793A - 薄膜太陽電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数のｐｉｎ接合から発電される光電流を、
全て有効に外部回路へ取り出すことが可能な薄膜太陽電
池を提供する。 【構成】 本発明の薄膜太陽電池は、基板の表面上に、
ｐ型半導体層（Ｐ）、真性半導体層（Ｉ）、及び、ｎ型
半導体層（Ｎ）を積層して形成された薄膜太陽電池にお
いて、前記Ｉを介して前記Ｐと前記Ｎが対向して配設さ
れるように繰り返し積層された構造体をもち、かつ、前
記Ｐ及び前記Ｎが、同じ型の半導体層ごとに電気的に接
続されていることを特徴とする。また、前記基体と前記
構造体との間に金属反射層があり、かつ、前記構造体の
表面上に反射防止膜があることを特徴とする。さらに、
前記Ｐ及び／又は前記Ｎの各中間又は各表面上に、グリ
ッド電極が配設されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、薄膜太陽電池に係る。
より詳細には、ｐｉｎ接合を複数積み重ねたとき、各ｐ
ｉｎ接合における発電量の違いが、外部回路に取り出せ
る電流値に影響を与えない構造を有する薄膜太陽電池に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、薄膜を光電変換に用いた太陽電池
の構成としては、例えば、基板の表面上に、ｐ型半導体
（positive semiconductor）、ｎ型半導体（negative s
emiconductor）、及び真性半導体（intrinsic semicond
uctor）からなる各薄膜を積層させることにより、ｐｎ
接合、ｐｉｎ接合の構造を形成する技術が知られてい
る。

【０００３】しかし、一般的に、薄膜で形成した半導体
層は、単結晶に比べて結晶性が低い。そのため、薄膜の
半導体層を用いてｐｎ接合やｐｉｎ接合を形成した場
合、電荷の拡散長あるいは内部電界による電荷のドリフ
ト距離は小さい。したがって、薄膜太陽電池の活性層の
厚みは、単結晶の太陽電池に比べ薄くしなければならな
い。その結果、光の吸収が充分に行われないため、薄膜
太陽電池の光電変換効率は、単結晶太陽電池に比べ劣る
という問題点１があった。

【０００４】この問題点１の対策として、ｐｎ接合ある
いはｐｉｎ接合を複数個重ね、光の吸収を各接合で順次
行わせることにより、薄い活性層でも光の吸収を増加さ
せる方法がとられている。

【０００５】しかしながら、この方法では、各接合は直
列に接続されているため、外に取り出される電流は最も
光発電電流の少ない接合の電流によって決定されてしま
う。その結果、その他の接合において余分に発電した電
流は無駄になるという問題点２があった。

【０００６】この問題点２の対策として、各接合の外へ
とりだす光電流を等しくするように各接合の厚さを調整
して、吸収する光子の数を調整する方法がとられてい
る。

【０００７】しかしながら、この方法では、とりだす光
電流の大きさは、一概に各接合の厚さ、すなわち光の吸
収量によってのみ決まるのではなく、電荷の半導体層内
の輸送過程に大きく依存する。その結果、動作電圧、半
導体層内の電荷の移動度、及び、寿命に大きな影響を与
えるという問題点３があった。

【０００８】この問題点３の対策として、一般的には、
何回かの試行錯誤の後、各接合の最適の膜厚を決めて、
薄膜太陽電池は製造されている。しかしながら、この方
法では、以下に示す３つの問題点があった。

【０００９】（１）この膜厚を決定する際に用いた動作
電圧は、薄膜太陽電池に接続する負荷の大きさを仮定し
たものである。したがって、この膜厚は、負荷が大きく
変動すると、必ずしも最適の膜厚ではなくなる。その結
果、各接合において発生した光電流は、有効に外に取り
出せないという問題があった。

【００１０】（２）照射する太陽光の波長分布は、天
候、季節、場所、時間等により多様に変化する。したが
って、各接合ごとに吸収光量が変化してしまう。その結
果、各接合において発生した光電流は、外に取り出せる
割合が変化するという問題があった。

【００１１】（３）半導体層としてａ−Ｓｉを用いた場
合は、光照射による劣化が伴うため、各接合から接合外
へ取り出せる光電流の量が劣化の進行と共に変化する。
また、通常は、この劣化は、各接合ごとに異なった割合
で進行する。その結果、各接合において発生した光電流
は、外に取り出せる割合が変化するという問題があっ
た。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、複数のｐｉ
ｎ接合から発電される光電流を、全て有効に外部回路へ
取り出すことが可能な薄膜太陽電池を提供することを目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明の薄膜太陽電池
は、基板の表面上に、ｐ型半導体層（Ｐ）、真性半導体
層（Ｉ）、及びｎ型半導体層（Ｎ）を積層して形成され
た薄膜太陽電池において、前記Ｉを介して前記Ｐと前記
Ｎが対向して配設されるように繰り返し積層された構造
体をもち、かつ、前記Ｐ及び前記Ｎが、同じ型の半導体
層ごとに電気的に接続されていることを特徴とする。

【００１４】

【作用】

（請求項１）請求項１に係る発明によれば、基板の表面
上に、ｐ型半導体層（Ｐ）、真性半導体層（Ｉ）、及び
ｎ型半導体層（Ｎ）を積層して形成された薄膜太陽電池
において、前記Ｉを介して前記Ｐと前記Ｎが対向して配
設されているため、前記Ｐ及び前記Ｎに比べて、膜中に
含まれる欠陥の量が少ない前記Ｉによって光の吸収と電
荷の生成が行うことができる。その結果、この電荷は、
膜中の欠陥によって再結合されることなく前記Ｐ及び前
記Ｎに移動することができる。したがって、発生した電
荷、すなわち発生した光電流は、効率よく外に取り出す
ことができる。

【００１５】また、前記Ｉを介して前記Ｐと前記Ｎが対
向して配設されるように繰り返し積層された構造体とし
たため、個別の層厚が薄くても、光の吸収を増加させる
ことができる。

【００１６】さらに、前記Ｐ及び前記Ｎが、同じ型の半
導体層ごとに電気的に接続されているため、複数回積層
される前記Ｉ層の個々の膜厚に依存する次の３つの影響
を回避することができる。 薄膜太陽電池に接続する負荷が変動する。 薄膜太陽電池に照射する太陽光の波長分布が変化す
る。 ａ−Ｓｉを用いた半導体層が、光照射によって劣化す
る。

【００１７】よって、各ｉ型半導体層において光吸収に
より発生した電荷すなわち光電流を、全て有効に外部回
路へ取り出すことが可能な薄膜太陽電池がえられる。

【００１８】（請求項２）請求項２に係る発明によれ
ば、前記基体と前記構造体との間に金属反射層があり、
かつ、前記構造体の表面上に反射防止膜があるため、入
射した光を、前記Ｉを介して前記Ｐと前記Ｎが対向して
配設されるように繰り返し積層された構造体の中に閉じ
こめることができる。したがって、入射した光を効率よ
く利用することが可能な薄膜太陽電池がえられる。

【００１９】（請求項３）請求項３に係る発明によれ
ば、前記Ｐ及び／又は前記Ｎの各中間又は各表面上に、
グリッド電極が配設されているため、各接合で発電され
る光電流を、効率よく外部回路へ取り出すことが可能な
薄膜太陽電池がえられる。

【００２０】（請求項４）請求項４に係る発明によれ
ば、前記Ｉがａ−Ｓｉ：Ｈ膜であるため、発生した電荷
が、膜中の欠陥によって再結合されることなく前記Ｐ及
び前記Ｎに移動することができる。したがって、各ｉ型
半導体層で発生した電荷すなわち光電流を、効率よく外
に取り出すことが可能な薄膜太陽電池がえられる。

【００２１】（請求項５）請求項５に係る発明によれ
ば、前記Ｉをａ−Ｓｉ：Ｈ膜とした場合、前記Ｉの膜厚
が、５０ｎｍ以上１μｍ以下としたとき、光電変換効率
の高い薄膜太陽電池がえられる。

【００２２】（請求項６）請求項６に係る発明によれ
ば、前記Ｉが多結晶Ｓｉ膜であるため、発生した電荷
が、膜中の欠陥によって再結合されることなく前記Ｐ及
び前記Ｎに移動することができる。したがって、発生し
た電荷、すなわち発生した光電流を、効率よく外に取り
出すことが可能な薄膜太陽電池がえられる。

【００２３】（請求項７）請求項７に係る発明によれ
ば、前記Ｉを多結晶Ｓｉ膜とした場合、前記Ｉの膜厚
が、３００ｎｍ以上５μｍ以下としたとき、光電変換効
率の高い薄膜太陽電池がえられる。

【００２４】

【実施態様例】

（基板の表面上に、ｐ型半導体層（Ｐ）、真性半導体層
（Ｉ）、及び、ｎ型半導体層（Ｎ）を積層して形成され
た薄膜太陽電池）本発明における薄膜太陽電池として
は、例えば、図１に示す構成のものが挙げられる。図１
の薄膜太陽電池は、実施例１で検討した。

【００２５】図１の層構成は、「絶縁性基板１／第一の
ｐ型半導体層２／第一の真性半導体層３／第一のｎ型半
導体層４／第二の真性半導体層３／第二のｐ型半導体層
２／第三の真性半導体層３／第二のｎ型半導体層４」と
した場合である。この場合、ｐ型半導体層２とｎ型半導
体層４は入れ替えても構わない。また、各ｐ型半導体層
２及び各ｎ型半導体層４は、それぞれ電気的に接続され
ている。

【００２６】さらに、ｐ型半導体層２は基板上の金属電
極５に、ｎ型半導体層４は基板上の金属電極６に接続さ
れている。金属電極５及び６は外部回路へ電流を流すた
めの電極である。

【００２７】また、本発明における別な薄膜太陽電池の
一例としては、図３に示す構成のものが挙げられる。図
３の薄膜太陽電池は、実施例２で検討した。

【００２８】図３の層構成では、以下の２点が図１の層
構成と異なる。 （１）絶縁性基板１の表面上に、金属反射層７’を介し
て、第一のｐ型半導体層２を設けた点。 （２）第二のｎ型半導体層４の表面上に、反射防止層８
を設けた点。

【００２９】さらに、本発明における別な薄膜太陽電池
の一例としては、図３の層構成における、ｐ型半導体層
及び／又はｎ型半導体層の各中間又は各表面上に、図５
に示したグリッド電極を導入したものが挙げられる。こ
のグリッド電極を導入した薄膜太陽電池は、実施例３で
検討した。

【００３０】上記半導体層としては、ａ−Ｓｉ：Ｈ，ａ
−ＳｉＣ：Ｈ，ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ，多結晶Ｓｉ，多結晶
Ｇｅ，多結晶ＧａＡｓ等の薄膜半導体が好適に用いられ
る。

【００３１】また、上記の絶縁性基板１としては、例え
ば、コーニング社製７０５９Ｒ低Ｎａ含有ガラスが好適
に用いられる。

【００３２】以下では、本発明における真性半導体、ｎ
型半導体、及び、ｐ型半導体に関して説明する。

【００３３】真性半導体（intrinsic semiconductor）
すなわちｉ型半導体とは、不純物濃度が熱的に発生した
電子及び正孔密度にくらべ少ない半導体のことを指す。
ここでいう「熱的に発生した電子及び正孔密度」とは、
有限の温度において、熱じょう乱によって価電子帯から
伝導帯に電子が励起され、同数の正孔が価電子帯に発生
した電子及び正孔の密度を意味する。

【００３４】ｎ型半導体（negative semiconductor）と
は、例えば、シリコンの中に不純物としてリンを加えた
半導体が挙げられる。リン原子の一番外側には電子が５
個（価電子が５個）あるので、電子が１つ余分となる。
この電子は自由に動くことができ、電流が流れ易くな
る。この自由に動く電子すなわち伝導電子は、エネルギ
ー帯構造では伝導帯に存在する。このように、伝導電子
が主役である半導体をｎ型半導体（negativeのｎ）と呼
ぶ。

【００３５】ｐ型半導体（positive semiconductor）と
は、例えば、シリコンの中に不純物としてホウ素を加え
た半導体が挙げられる。ホウ素の１番外側には電子が３
個（価電子が３個）しかないので、電子が１つ不足とな
る。この電子の足りない部分には、「電子の孔」すなわ
ち正孔が生じる。この正孔は、エネルギー帯構造では価
電子帯に存在する。このように正孔が主役である半導体
をｐ型半導体（positiveのｐ）と呼ぶ。

【００３６】真性半導体層（Ｉ）の一層が取りうる膜厚
ｄ（ｉ）は、使用する材料によって異なるが、通常５０
ｎｍ〜５μｍの範囲から選ばれる。この膜厚ｄ（ｉ）
は、積層する数、真性半導体層（Ｉ）の膜質に依存して
最適な値に設定される。例えば、真性半導体層（Ｉ）の
膜質が良い（すなわち、欠陥が少ない）場合は、膜厚ｄ
（ｉ）を厚くとることができるが、薄膜半導体の場合、
欠陥が多いため、５μｍの膜厚が限界である。

【００３７】また、この膜厚ｄ（ｉ）が薄いと、吸収す
る光量が少なくなり、積層する回数を多くしなければな
らない。この積層回数の増加は、薄膜太陽電池の全膜厚
に占めるｎ型半導体層（Ｎ）とｐ型半導体層（Ｐ）の割
合が多くなることも意味する。その結果、ｎ型半導体層
（Ｎ）及びｐ型半導体層（Ｐ）における光の吸収の割合
が増加し、相対的に真性半導体層（Ｉ）での光吸収の割
合が減少してしまうという問題があった。

【００３８】したがって、ｎ型半導体層（Ｎ）及びｐ型
半導体層（Ｐ）の一層が取りうる膜厚ｄ（ｎ）とｄ
（ｐ）は、ｐｉｎ接合がしっかりできる程度には充分な
厚さがなければならない。一方、ｎ型半導体層（Ｎ）及
びｐ型半導体層（Ｐ）での光吸収は小さくするために
は、できるだけ薄い膜厚が望ましい。ゆえに、一般的に
は、１０ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から適宜選択される。

【００３９】このような真性半導体層（Ｉ）としては、
例えば、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜及び多結晶Ｓｉ膜が好ましい。
この２種類の薄膜を用いた場合は、発生した電荷が、膜
中の欠陥によって再結合されることなくｐ型半導体層
（Ｐ）及びｎ型半導体層（Ｎ）に移動することができ
る。したがって、発生した電荷、すなわち発生した光電
流を、効率よく外に取り出すことが可能となる。

【００４０】（前記Ｉを介して前記Ｐと前記Ｎが対向し
て配設されるように繰り返し積層された構造体）本発明
における構造体としては、真性半導体層（Ｉ）を介して
ｐ型半導体層（Ｐ）とｎ型半導体層（Ｎ）が対向して配
設されるように繰り返し積層されたものが挙げられる。

【００４１】ここで、真性半導体層（Ｉ）の存在は重要
である。この真性半導体層がないと電荷の外部への取り
出し効果が著しく低下するからである。この理由は、次
のように考えられている。

【００４２】（１）薄膜半導体の場合、結晶性がバルク
の結晶半導体に比べ劣る。 （２）真性半導体層がない場合は、光の吸収、電荷の生
成はｐ型半導体層及びｎ型半導体層で行われる。 （３）生成された電荷のうち、ｐ型半導体層の少数電荷
である正孔はｎ型半導体層に、ｎ型半導体層の少数電荷
である電子はｐ型半導体層に、それぞれ移動する。

【００４３】（４）しかしながら、ｐ型半導体層又はｎ
型半導体層の少数電荷の移動度が充分大きくなく、か
つ、再結合中心となる欠陥が多く存在する場合は、上記
（３）の少数電荷は移動することなく、再結合してしま
う。

【００４４】（５）ｐ型半導体層又はｎ型半導体層にあ
る欠陥は、少数電荷にとっては再結合中心として作用
し、欠陥からの少数電荷の解放はほとんどない。なぜな
ら、再結合の相手の電荷は各層内に多数電荷として存在
し、フェルミレベルの位置を考えると、ほとんどの欠陥
は多数電荷で埋まっているからである。

【００４５】したがって、ｐ型半導体層及びｎ型半導体
層として欠陥の少ない薄膜を形成することができないた
め、薄膜半導体の活性層として真性半導体層（Ｉ）を導
入することが大切である。ゆえに、真性半導体層（Ｉ）
を介してｐ型半導体層（Ｐ）とｎ型半導体層（Ｎ）が対
向して配設することが重要である。

【００４６】また、真性半導体層（Ｉ）を介してｐ型半
導体層（Ｐ）とｎ型半導体層（Ｎ）が対向して配設され
るように繰り返し積層することは、個別の層厚が薄くて
も、光の吸収を増加させることができるため好ましい。

【００４７】（前記Ｐ及び前記Ｎが、同じ型の半導体層
ごとに電気的に接続）本発明における「前記Ｐ及び前記
Ｎが、同じ型の半導体層ごとに電気的に接続」として
は、例えば、図１に示した接続方法が挙げられる。換言
すれば、各ｐ型半導体層と各ｎ型半導体層は、それぞれ
電気的に接続されている。したがって、積層された各々
のｐｉｎ構造は、電気的には並列に接続されている。

【００４８】一般に太陽電池の出力電圧は、光の強度が
ある程度以上あれば飽和し、一定の値になる。太陽電池
の出力電圧は、ｐ型半導体層とｎ型半導体層のフェルミ
レベルの差によって決められる。このｐ型半導体層とｎ
型半導体層のフェルミレベルは、光の照射量に大きく依
存しないためである。

【００４９】したがって、並列接続において、各接合の
出力電圧がほとんど同じであれば、太陽電池全体の出力
電流は、各接合の出力電流の総和になり、各接合で発生
した電流が無駄なく外部回路に取り出すことが可能とな
る。

【００５０】（前記Ｐ及び／又は前記Ｎの各中間又は各
表面上に、グリッド電極が配設）本発明における「グリ
ッド電極」としては、例えば、図５に示したメッシュ状
の配線電極が挙げられる。このグリッド電極は、ｐ型半
導体層及び／又はｎ型半導体層の各中間又は各表面上に
配設されることによって、ｐ型半導体層及び／又はｎ型
半導体層の中に発生した電荷、すなわち、各接合で発電
される光電流を、効率よく外部回路へ取り出すことが可
能となる。

【００５１】この電極を構成する材料としては、例え
ば、Ｃｒ，Ａｒ及びＡｌが好適に用いられる。その中で
も、作製コスト及び半導体と望ましくない反応をしない
という理由から、Ｃｒが重用される。

【００５２】（実施例１に係る薄膜太陽電池の成膜装
置）本発明の実施例１に係る薄膜太陽電池の成膜装置と
しては、例えば、図２に示したＰＣＶＤ（Plasma Chemi
cal Vapor Deposition）装置が挙げられる。

【００５３】以下では、図１に示した実施例１に係る薄
膜太陽電池を製造する際に用いた図２の成膜装置に関し
て説明する。

【００５４】図２において、１０１，１０２，１０３，
１０４はそれぞれ真空チャンバーである。１０１は基板
の挿入・取り出し用のロードロックチャンバーであり、
１０２はＰ作製用、１０３はＩ作製用、及び、１０４は
Ｎ作製用の各チャンバーである。１０９，１１０，１１
１，１１２は基板搬送装置であり、基板ホルダー１４３
をチャンバー間で移動させるために用いた。

【００５５】１１３，１１４，１１５は高周波印加用の
カソード電極であり、切りかえスイッチ１３９及びマッ
チングボックス１４０を介して高周波電源（周波数１
３．５６ＭＨｚ）１４１に電気的に接続されている。

【００５６】１１６，１１７，１１８は基板側の電極で
あり、電気的にはアース電位とした。また、１１６，１
１７，１１８にはそれぞれヒータ１１９，１２０，１２
１と熱電対１２２，１２３，１２４が埋め込まれてお
り、基板を一定温度で加熱するために用いられる。各ヒ
ータと各熱電対はそれぞれ温度制御ユニット（不図示）
に接続され、それぞれの基板側の電極の表面温度を所望
の温度に制御するために用いられている。

【００５７】基板側電極１１６，１１７，１１８はベロ
ーズに溶接されており、上下に動かすことが可能であ
る。基板ホルダー１４３がチャンバー内の所定の位置に
移動した後、基板側電極を下に降ろすことにより、バネ
１４４で基板ホルダ１４３に取り付けられている基板装
着板１４２は、下に移動し、カソード電極との所望の距
離に設定される。基板装着板１４２には、基板が装着さ
れており、基板の裏面は基板側電極と接触している。基
板側電極が一定の温度に加熱されると、基板も一定の温
度に加熱される。基板表面の温度と基板側電極に埋め込
まれた電熱対の測定値とは、予め成膜条件と同じ雰囲気
中で、同時に測定され、基板表面の温度と熱電対の測定
値は関連づけられている。

【００５８】各成膜用のガス吹き出しノズル１２５，１
２６，１２７は、各ガス導入管１２８，１２９，１３０
と、各バルブ１３１，１３２，１３３に接続され、ガス
流量制御装置より所望の原料ガスが、ガス供給管１３４
を通して供給される。

【００５９】各チャンバ１０１，１０２，１０３，１０
４には、各ガス排気管１３５，１３６，１３７，１３８
があり、各真空排気用ポンプ（不図示）に接続され、チ
ャンバー内は真空、あるいは所望の圧力に保持される。

【００６０】１０５は開閉フランジであり、基板の出し
入れの際用いられる。１０６，１０７，１０８はゲート
バルブであり、基板ホルダ１４３を移動するときだけ、
必要なゲートバルブのみが開かれる。

【００６１】１４５，１４６，１４７は蒸着用マスク及
びその支持体であり、ｐ型半導体層，ｉ型半導体層，及
びｎ型半導体層が、図１に示した配置となるように、成
膜時に用いたマスクに開口部が設けてある。

【００６２】（実施例３に係る薄膜太陽電池の成膜装
置）本発明の実施例３に係る薄膜太陽電池の成膜装置と
しては、例えば、図２のＰＣＶＤ装置にゲートバルブを
介して電子ビーム蒸着チャンバを接続した装置（図４）
が挙げられる。

【００６３】以下では、図５に示した実施例３に係る薄
膜太陽電池を製造する際に用いた図４の成膜装置に関し
て説明する。

【００６４】図４において、４０３は、基板ホルダー１
４３を搬送するための基板搬送装置である。４０４は蒸
着マスク及びその支持台である。４０５はグロー放電プ
ラズマ成膜時の基板側電極１１６，１１７，１１８と同
じものであるが、電子ビーム蒸着チャンバーでは、基板
をマスクの上に押し付けるために用いている。

【００６５】４０５の中に設置されたヒーター４０６及
び熱電対４０７は、電子ビーム蒸着後のグロー放電プラ
ズマ成膜時に時間を大幅にとることなく設定した基板温
度になるように、グロー放電プラズマ成膜時と同じ基板
温度に電子ビーム蒸着時も保つために用いられる。

【００６６】４０８はるつぼであり、この中に蒸着され
る物質、実施例３ではＣｒが詰められている。４０９は
電子ビーム源、４１０はそのコントロール電源である。
４１１はチャンバー４０１を真空排気するための排気管
で真空排気装置（不図示）に接続されている。４１２は
チャンバー開閉用のフランジである。

【００６７】

【実施例】

（実施例１）本例では、図１に示した薄膜太陽電池の効
果について検証する。

【００６８】以下では、図２に示した成膜装置を用い
て、図１に示した薄膜太陽電池を形成する手順に関して
説明する。

【００６９】（１）電子ビーム加熱蒸着装置（不図示）
を用いて、基板１の表面上には、予めＡｌからなるｐ型
半導体層（Ｐ）及びｎ型半導体層（Ｎ）の引出し電極
５，６が成膜された。基板１としては、コーニング社製
７０５９Ｒ低Ｎａ含有ガラスを用いた。

【００７０】（２）次に、図２の成膜装置に基板を装着
し、上記（１）において引出し電極５，６を設けた基板
１の表面上に、Ｎ，Ｉ，Ｐ，Ｉ，Ｎ，Ｉ，Ｐの順番で各
半導体層を形成した。この場合、基板温度は２５０℃に
保持し、基板を１０４，１０３，１０２，１０３，１０
４，１０３，１０２と移動させた。ここで、Ｎとしては
ｎ型のａ−ＳｉＣ：Ｈ膜（３０ｎｍ）、Ｉとしては真性
な（ｉ型の）ａ−Ｓｉ：Ｈ膜（１００ｎｍ）、及び、Ｐ
としてはｐ型のａ−ＳｉＣ：Ｈ膜（３０ｎｍ）を作製し
た。各チャンバ内での成膜時間を調整することによっ
て、各層の膜厚を変化させた。その結果、ｉ型半導体層
が３層となるｎｉｐｉｎｉｐ構造体の薄膜太陽電池を作
製した。各層の堆積条件は、表１に示した。

【００７１】

【表１】

【００７２】（比較例１）本例では、引出し電極５，６
の代わりにＩＴＯ電極（５０ｎｍ）をガラス基板の表面
全面に形成し、ｎｉｐｉｎｉｐ構造体の代わりにｎｉｐ
ｎｉｐｎｉｐ構造体を用いた点が、実施例１と異なる。
前記ＩＴＯ電極は、直流スパッタ装置（不図示）で成膜
した。また、上記構造体の最表面上には、Ａｌ電極（１
００ｎｍ）を形成した。但し、各ｎ型半導体層とｐ型半
導体層の膜厚は３０ｎｍに、ｉ型半導体層の膜厚は１０
０ｎｍに固定した。

【００７３】他の点は、実施例１と同様とした。

【００７４】（比較例２）本例では、引出し電極５，６
の代わりにＩＴＯ電極（５０ｎｍ）をガラス基板表面の
全面に形成し、各ｉ層での吸収光量が等しくなるよう
に、ｉ層の厚みをガラス基板側より７０ｎｍ、１４０ｎ
ｍ、５００ｎｍと変化させ、かつ、ｎｉｐｉｎｉｐ構造
体の代わりにｎｉｐｎｉｐｎｉｐ構造体を用いた点が、
実施例１と異なる。

【００７５】また、上記構造体の最表面上には、Ａｌ電
極（１００ｎｍ）を形成した。但し、各ｎ型半導体層と
各ｐ型半導体層の膜厚は３０ｎｍに固定した。

【００７６】他の点は、実施例１と同様とした。

【００７７】以下では、実施例１、比較例１、及び比較
例２で作製した薄膜太陽電池の光電変換特性の測定結果
について述べる。本測定は、ガラス基板側より、ＡＭ
１．５（面積強度：１００ｍＷ／ｃｍ²）の光を照射し
て行った。

【００７８】その結果、実施例１の薄膜太陽電池の光電
変換効率は、比較例１の太陽電池に比べて５倍、比較例
２の太陽電池に比べても１．２倍の数値であることが確
認された。

【００７９】（実施例２）本例では、図３（ａ）に示す
とおり、ｎ型半導体層の集電部分５、ｐ型半導体層の集
電部分６、及び、ｎｉｐｉｎｉｐ構造体が配設される部
分７と、ガラス基板１との間に、集電電極としてＡｌ
５’，６’、反射層としてＡｌ膜７’を設け、かつ、ｎ
ｉｐｉｎｉｐ構造体の最表面上に反射防止膜８を設けた
点が実施例１と異なる。前記Ａｌ膜５’〜７’は、電子
ビーム蒸着装置を用いて形成した。但し、各ｎ型半導体
層と第一のｐ型半導体層の膜厚は３０ｎｍに、第二のｐ
型半導体層の膜厚は１５ｎｍに、各ｉ型半導体層の膜厚
は１００ｎｍに固定した。また、反射防止膜８として
は、スパッタリング法で形成したＩＴＯ膜（５０ｎｍ）
を用いた。

【００８０】他の点は、実施例１と同様とした。

【００８１】実施例１と同じ光電変換特性の測定を、本
例で作製した薄膜太陽電池に対しても行った。但し、本
例では、ＩＴＯ膜面側より光照射した点が実施例１と異
なる。

【００８２】この結果、本例の薄膜太陽電池の光電変換
効率は、実施例１に比べて２０％程増加することが確認
された。

【００８３】（実施例３）本例では、実施例２に示した
ｎｉｐｉｎｉｐ構造体を有する薄膜太陽電池において、
第一のｐ型半導体層の膜厚中間位置と、第二のｎ型半導
体層の膜厚中間位置と、第三のｐ型半導体層の表面上
に、Ｃｒからなるグリッド電極を設けた点が実施例２と
異なる。このグリッド電極は、図４に示した電子ビーム
蒸着チャンバで形成した。

【００８４】したがって、実施例２のｎｉｐｉｎｉｐ構
造体に相当する本例の構造体は、以下に示すとおりであ
る。但し、括弧内は、膜厚（単位はｎｍ）を示してい
る。

【００８５】基板側から、「第一のｎ型半導体層（３
０）／第一のｉ型半導体層（１００）／第一のｐ型半導
体層の下部（１５）／第一のグリッド電極（２０）／第
一のｐ型半導体層の上部（１５）／第二のｉ型半導体層
（１００）／第二のｎ型半導体層の下部（１５）／第二
のグリッド電極（２０）／第二のｎ型半導体層の上部
（１５）／第三のｉ型半導体層（１００）／第二のｐ型
半導体層（１５）／第三のグリッド電極（２０）」の順
に積層された構造体である。

【００８６】ここで、第一のｐ型半導体層の膜厚中間位
置と第三のｐ型半導体層の表面上に形成された、第一及
び第三のグリッド電極は、ｐ型半導体層用の取り出し電
極６に接続すべく、図５（ａ）の形状となるようなマス
クを用いて成膜した。

【００８７】一方、第二のｎ型半導体層の膜厚中間位置
に形成された、第二のグリッド電極は、ｎ型半導体層用
の取り出し電極５に接続すべく、図５（ｂ）の形状とな
るようなマスクを用いて成膜した。

【００８８】但し、図５（ａ）及び図５（ｂ）の寸法
は、共に線幅は１００μｍで、グリッド間隔は５ｍｍと
した。

【００８９】他の点は、実施例２と同様とした。

【００９０】実施例２と同じ光電変換特性の測定を、本
例で作製した薄膜太陽電池に対しても行った。この結
果、本例の薄膜太陽電池の光電変換効率は、実施例２に
比べて１５％程増加することが確認された。

【００９１】（実施例４）本例では、実施例２の各ｉ型
半導体層の膜厚を変化させた点が実施例２と異なる。各
ｉ型半導体層の膜厚としては、１０ｎｍ，３０ｎｍ，５
０ｎｍ，１００ｎｍ，２５０ｎｍ，５００ｎｍ，１μ
ｍ，３μｍの８種類を検討した。

【００９２】他の点は、実施例２と同様とした。

【００９３】実施例２と同じ光電変換特性の測定を、本
例で作製した薄膜太陽電池に対しても行った。

【００９４】図６は、その測定結果である。但し、各ｉ
型半導体層の膜厚が１００ｎｍの場合の□印は実施例２
の結果に相当し、●印は実施例１の結果を追記したもの
である。また、グラフの縦軸が０．６２付近に記載され
た点線は、上述した比較例２の結果を示す。

【００９５】したがって、従来最も高い光電変換効率を
示した比較例２より優れた薄膜太陽電池を、ａ−Ｓｉ：
Ｈ膜をｉ型半導体層に用いて形成するためには、各ｉ型
半導体層の膜厚を５０ｎｍ以上１μｍ以下とすることが
必要であることが確認された。

【００９６】（実施例５）本例では、図３（ｂ）におけ
る各ｎ型半導体層、各ｉ型半導体層、及び各ｐ型半導体
層を、多結晶Ｓｉで形成した点が実施例２と異なる。ま
た、各ｉ型半導体層の膜厚としては、５０ｎｍ，１００
ｎｍ，３００ｎｍ，５００ｎｍ，１μｍ，３μｍ，５μ
ｍ，１０μｍの８種類を検討した。

【００９７】他の点は、実施例２と同様とした。

【００９８】その結果、ｉ型半導体層が３層となるｎｉ
ｐｉｎｉｐ構造体の薄膜太陽電池を作製した。各層の堆
積条件は、表２に示した。

【００９９】

【表２】

【０１００】実施例２と同じ光電変換特性の測定を、本
例で作製した薄膜太陽電池に対しても行った。

【０１０１】図７は、その測定結果である。また、グラ
フの縦軸が０．６２付近に記載された点線は、上述した
比較例２の結果を示す。

【０１０２】したがって、従来最も高い光電変換効率を
示した比較例２より優れた薄膜太陽電池を、ｐｏｌｙ−
Ｓｉ膜をｉ型半導体層に用いて形成するためには、各ｉ
型半導体層の膜厚を３００ｎｍ以上５μｍ以下とするこ
とが必要であることが確認された。

【０１０３】

【発明の効果】

（請求項１）以上説明したように、請求項１に係る発明
によれば、各ｉ型半導体層において光吸収により発生し
た電荷は、有効に外部回路に取り出すことができるた
め、光電変換効率の高い薄膜太陽電池がえられる。

【０１０４】（請求項２）請求項２に係る発明によれ
ば、入射した光を効率よく利用することが可能な薄膜太
陽電池がえられる。

【０１０５】（請求項３）請求項３に係る発明によれ
ば、各接合で発電される光電流を、効率よく外部回路へ
取り出すことが可能な薄膜太陽電池がえられる。

【０１０６】（請求項４）請求項４に係る発明によれ
ば、各ｉ型半導体層をａ−Ｓｉ：Ｈ膜とした場合、各ｉ
型半導体層で発生した電荷すなわち光電流を、効率よく
外に取り出すことが可能な薄膜太陽電池がえられる。

【０１０７】（請求項５）請求項５に係る発明によれ
ば、各ｉ型半導体層の膜厚を限定することによって、各
ｉ型半導体層をａ−Ｓｉ：Ｈ膜とした場合に光電変換効
率の高い薄膜太陽電池がえられる。

【０１０８】（請求項６）請求項６に係る発明によれ
ば、各ｉ型半導体層を多結晶Ｓｉ膜とした場合、各ｉ型
半導体層で発生した電荷すなわち光電流を、効率よく外
に取り出すことが可能な薄膜太陽電池がえられる。

【０１０９】（請求項７）請求項７に係る発明によれ
ば、各ｉ型半導体層の膜厚を限定することによって、各
ｉ型半導体層を多結晶Ｓｉ膜とした場合に光電変換効率
の高い薄膜太陽電池がえられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る薄膜太陽電池の構成を
示す概略断面図である。

【図２】本発明の実施例１に係る薄膜太陽電池を作製す
るために用いた成膜装置の概略図である。

【図３】本発明の実施例２に係る薄膜太陽電池の構成を
示す概略断面図である。

【図４】本発明の実施例３に係る薄膜太陽電池を作製す
るために用いた成膜装置の概略図である。

【図５】本発明の実施例３に係る薄膜太陽電池に用いた
グリッド電極のパターンを示す概略図である。

【図６】本発明の実施例４に係るａ−Ｓｉ：Ｈ膜を各ｉ
型半導体層に用いた薄膜太陽電池の光電変換効率を示す
グラフである。

【図７】本発明の実施例５に係る多結晶Ｓｉ膜を各ｉ型
半導体層に用いた薄膜太陽電池の光電変換効率を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ 基板、 ２ ｎ型導電体層、 ３ ｉ型導電体層、 ４ ｐ型導電体層、 ５ ｎ型導電体層の集電部分、 ５’ Ａｌ膜、 ６ ｐ型導電体層の集電部分、 ６’ Ａｌ膜、 ７ ｎｉｐｉｎｉｐ構造体が配設される部分、 ７’ Ａｌ膜（金属反射層）、 ８ 反射防止膜。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の表面上に、ｐ型半導体層（Ｐ）、
   真性半導体層（Ｉ）、及び、ｎ型半導体層（Ｎ）を積層
   して形成された薄膜太陽電池において、 前記Ｉを介して前記Ｐと前記Ｎが対向して配設されるよ
   うに繰り返し積層された構造体をもち、かつ、前記Ｐ及
   び前記Ｎが、同じ型の半導体層ごとに電気的に接続され
   ていることを特徴とする薄膜太陽電池。
2. 【請求項２】 前記基体と前記構造体との間に金属反射
   層があり、かつ、前記構造体の表面上に反射防止膜があ
   ることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池。
3. 【請求項３】 前記Ｐ及び／又は前記Ｎの各中間又は各
   表面上に、グリッド電極が配設されていることを特徴と
   する請求項１又は２に記載の薄膜太陽電池。
4. 【請求項４】 前記Ｉが、ａ−Ｓｉ：Ｈ膜であることを
   特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薄膜
   太陽電池。
5. 【請求項５】 前記Ｉの膜厚が、５０ｎｍ以上１μｍ以
   下であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１
   項に記載の薄膜太陽電池。
6. 【請求項６】 前記Ｉが、多結晶Ｓｉ膜であることを特
   徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の薄膜太
   陽電池。
7. 【請求項７】 前記Ｉの膜厚が、３００ｎｍ以上５μｍ
   以下であることを特徴とする請求項１乃至３、又は６の
   いずれか１項に記載の薄膜太陽電池。