薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及含有非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層（53）的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置包含非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元（5），其在p型半導(dǎo)體層（51）和n型半導(dǎo)體層（54）之間具有實(shí)質(zhì)上本征的、且實(shí)質(zhì)上不含硅原子的非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層（53）。在一種實(shí)施方式所涉及的本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，在比非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元（5）更接近光入射側(cè)，配置了具有晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層（43）的晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元（4）。在一種實(shí)施方式中，優(yōu)選非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元（5）在波長(zhǎng)900nm的量子效率為30%以上。
【專(zhuān)利說(shuō)明】薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。進(jìn)一步，本發(fā)明涉及薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。
技術(shù)背景
[0002]未來(lái)能源問(wèn)題以及地球環(huán)境問(wèn)題的嚴(yán)重化引發(fā)擔(dān)憂，代替化石燃料的替代能源的開(kāi)發(fā)正在傾力進(jìn)行。替代能源的候補(bǔ)中，利用半導(dǎo)體內(nèi)部的光電效應(yīng)將光轉(zhuǎn)換為電氣的光電轉(zhuǎn)換裝置受到重視，光電轉(zhuǎn)換層中利用了硅類(lèi)薄膜的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置被廣泛的研究開(kāi)發(fā)。
[0003]光電轉(zhuǎn)換層為吸收光，產(chǎn)生電子、空穴對(duì)的層，其吸收特性和薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的發(fā)電特性有深厚的關(guān)系。例如，非晶質(zhì)硅半導(dǎo)體的光學(xué)的禁制帶幅為1.8eV左右，光電轉(zhuǎn)換層使用非晶質(zhì)硅薄膜的情況下，可吸收比SOOnm短的波長(zhǎng)的光以貢獻(xiàn)給光電轉(zhuǎn)換。晶質(zhì)硅半導(dǎo)體的光學(xué)的禁制帶幅為1.1eV左右，可以對(duì)波長(zhǎng)為SOOnm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)光的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。此外，非晶質(zhì)硅鍺半導(dǎo)體，通過(guò)變化組成可在1.8?1.1eV左右的范圍調(diào)整光學(xué)的禁制帶幅。
[0004]作為使更加廣泛的波長(zhǎng)領(lǐng)域的太陽(yáng)光貢獻(xiàn)給光電轉(zhuǎn)換，提高轉(zhuǎn)換有效的方法，正在討論多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置具有多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元，在各個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元中，作為光電轉(zhuǎn)換層可以使用光學(xué)的禁制帶幅不同的半導(dǎo)體。因此，通過(guò)將多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置使用的半導(dǎo)體材料以及疊層結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，可在更廣泛的波長(zhǎng)領(lǐng)域里將太陽(yáng)光能源貢獻(xiàn)于光電轉(zhuǎn)換。
[0005]但是，上述的硅類(lèi)薄膜，對(duì)于比900nm更長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)、特別對(duì)于比IOOOnm更長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)的光的吸收不充分，即使將具有這些硅類(lèi)薄膜作為光電轉(zhuǎn)換層的光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行多結(jié)化的情況下，在提高長(zhǎng)波長(zhǎng)光的利用效率并提高轉(zhuǎn)換效率上也有限度。另一方面，照射到地上的太陽(yáng)光的照射能量的約30%，是基于比900nm更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光。因此，為了將薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行高效率化，希望開(kāi)發(fā)可將更長(zhǎng)的波長(zhǎng)的光進(jìn)行高效地光電轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體。
[0006]作為可將長(zhǎng)波長(zhǎng)光進(jìn)行高效地光電轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體，除了晶質(zhì)硅，正在展開(kāi)有關(guān)晶質(zhì)鍺的相關(guān)討論(例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。晶質(zhì)鍺為，其光學(xué)的禁制帶幅約為0.7eV的窄能帶間隙的材料，因此，適合于長(zhǎng)波長(zhǎng)光的光電轉(zhuǎn)換。但是，與非晶質(zhì)硅等相比，晶質(zhì)鍺的吸光系數(shù)小。因此，將具有非晶質(zhì)硅薄膜的非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元、和具有晶質(zhì)鍺薄膜的晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行多結(jié)化時(shí)，為使通過(guò)各光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的發(fā)電電流匹配，需要將晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層的膜厚度設(shè)為非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層的膜厚度的5?10倍左右。此外，相比于非晶質(zhì)膜，晶質(zhì)鍺不容易形成大面積且均一的膜。如上所述，具有晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，雖然適合長(zhǎng)波長(zhǎng)光的光電轉(zhuǎn)換，但難以提高其生產(chǎn)性。
[0007]上述以外，作為可將長(zhǎng)波長(zhǎng)光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體，展開(kāi)了非晶質(zhì)鍺相關(guān)的討論。例如，在專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了從光入射側(cè)將非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元、非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元、以及非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行了疊層的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。報(bào)道了該多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的特性為，開(kāi)路端電壓(Voc)=2.55V，短路電流密度(Jsc)=5.6mA/cm2,曲線因子(填充因子，F(xiàn)F) =0.64，轉(zhuǎn)換效率(Eff) =9.14%。此外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)3中公開(kāi)了，從光入射側(cè)，將化合物半導(dǎo)體光電轉(zhuǎn)換單元、非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元、以及非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行了疊層的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。
[0008]在專(zhuān)利文獻(xiàn)3以及非專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了，非晶質(zhì)鍺的光學(xué)的禁制帶幅約為
1.1eV0該值和晶質(zhì)硅半導(dǎo)體的光學(xué)的禁制帶幅同等。此外，在非專(zhuān)利文獻(xiàn)I中公開(kāi)了，具有非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層的單結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置在波長(zhǎng)900nm的量子效率約為20%，以及非晶質(zhì)鍺半導(dǎo)體層的缺陷多，因此光電轉(zhuǎn)換裝置的曲線因子低至0.59。需要說(shuō)明的是，專(zhuān)利文獻(xiàn)2中公開(kāi)了，非晶質(zhì)鍺的光學(xué)的禁制帶幅為0.9?1.0eV的主旨，但缺陷密度降低了的高折射率的非晶質(zhì)鍺膜，通過(guò)光熱偏轉(zhuǎn)譜(PDS)測(cè)定在0.9eV?1.0eV附近(比1200nm長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè))的吸光系數(shù)為小至IO1CnT1級(jí)別。因此，實(shí)際的光學(xué)禁制帶幅為，和專(zhuān)利文獻(xiàn)3等的公開(kāi)內(nèi)容相同的1.1eV左右，很難說(shuō)得到了可充分將長(zhǎng)波長(zhǎng)光進(jìn)行利用的高品質(zhì)的非晶質(zhì)鍺膜(參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2的圖3)。
[0009]如上所述，按照現(xiàn)有技術(shù)，公知非晶質(zhì)鍺的光學(xué)的禁制帶幅和晶質(zhì)硅同等，缺陷多，因此相比于晶質(zhì)硅，其對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光的光電轉(zhuǎn)換特性低。此外公知，就非晶質(zhì)材料而言，由于光照射而產(chǎn)生特性降低(光致衰退效應(yīng)(Staeblr-Wronski效應(yīng))),僅以非晶質(zhì)材料形成多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置時(shí)，有由于光劣化而產(chǎn)生的特性降低顯著的問(wèn)題。因此，現(xiàn)在作為可將廣泛的波長(zhǎng)領(lǐng)域的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換、且光劣化小的光電轉(zhuǎn)換裝置，將使用了非晶質(zhì)硅和晶質(zhì)硅的多結(jié)型光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行實(shí)用化，且正在進(jìn)行積極的開(kāi)發(fā)。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0011]專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0012]專(zhuān)利文獻(xiàn)1:W02010/024211號(hào)國(guó)際公開(kāi)冊(cè)
[0013]專(zhuān)利文獻(xiàn)2:日本特開(kāi)平1-246362號(hào)公報(bào)
[0014]專(zhuān)利文獻(xiàn)3:日本特開(kāi)2010-267934號(hào)公報(bào)
[0015]非專(zhuān)利文獻(xiàn)
[0016]非專(zhuān)利文獻(xiàn)1:J.Zhu 等，Journal of Non-Crystalline Solids, 338-340 (2004年)651-654 頁(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]發(fā)明要解決的問(wèn)題
[0018]如上所述，現(xiàn)有技術(shù)中，非晶質(zhì)鍺半導(dǎo)體層的缺陷多，其實(shí)用性不足。此外，非晶質(zhì)鍺的光學(xué)的禁制帶幅，和晶質(zhì)硅的光學(xué)的禁制帶幅基本相同，因此，即使將晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元和非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行疊層而多結(jié)化，也認(rèn)為無(wú)法預(yù)見(jiàn)其長(zhǎng)波長(zhǎng)光的利用有效的提高，沒(méi)有多結(jié)化的優(yōu)點(diǎn)。因此，現(xiàn)狀是，對(duì)于使用了非晶質(zhì)鍺的光電轉(zhuǎn)換裝置沒(méi)有進(jìn)行充分的討論，也沒(méi)有對(duì)非晶質(zhì)鍺半導(dǎo)體層的膜質(zhì)量的提高、以及使用了非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行充分的討論。
[0019]介于如上所述的現(xiàn)狀，本發(fā)明的目的在于，提供具有膜質(zhì)量高的非晶質(zhì)鍺半導(dǎo)體層的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。進(jìn)一步，本發(fā)明的目的在于，提供可在廣泛波長(zhǎng)領(lǐng)域內(nèi)有效利用太陽(yáng)光，且光劣化少的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。[0020]解決問(wèn)題的方法
[0021]介于上述內(nèi)容，本
【發(fā)明者】們進(jìn)行討論的結(jié)果得出，通過(guò)改善非晶質(zhì)鍺的膜質(zhì)量，可得到具有長(zhǎng)波長(zhǎng)光的利用效率高的非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。此外得出新的見(jiàn)解，即，通過(guò)在比非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元更靠近光入射側(cè)，疊層有晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元而得的多結(jié)的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，可在更廣的波長(zhǎng)領(lǐng)域?qū)⑻?yáng)光能源貢獻(xiàn)于光電轉(zhuǎn)換。進(jìn)一步得出，在光入射側(cè)具有非晶質(zhì)硅類(lèi)光電轉(zhuǎn)換單元的情況下，在提高轉(zhuǎn)換有效的同時(shí)，得到光劣化減小，且穩(wěn)定化后轉(zhuǎn)換效率高的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，從而完成了本發(fā)明。
[0022]本發(fā)明的一種形態(tài)涉及多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其在基板上依次配置了第一電極層、2個(gè)以上的光電轉(zhuǎn)換單元、以及第二電極層。就各光電轉(zhuǎn)換單元而言，在P型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層之間具有實(shí)質(zhì)上本征的光電轉(zhuǎn)換層。多結(jié)光電轉(zhuǎn)換裝置中，光電轉(zhuǎn)換單元中的I個(gè)為具有實(shí)質(zhì)上不含硅原子的非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層的非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元，在比非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元更接近光入射側(cè)，配置了具有晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層的晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元。進(jìn)一步，本發(fā)明的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，在比晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元更接近光入射側(cè)，優(yōu)選配置具有非晶質(zhì)硅類(lèi)光電轉(zhuǎn)換層的非晶質(zhì)硅類(lèi)光電轉(zhuǎn)換單元。需要說(shuō)明的是，本說(shuō)明書(shū)中，就“硅類(lèi)”的材料而言，不僅是硅，也包含碳化硅以及硅鍺等硅合金半導(dǎo)體材料。
[0023]本發(fā)明的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，優(yōu)選非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元在波長(zhǎng)900nm的量子效率為30%以上。此外，非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元中，在P型半導(dǎo)體層和非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層之間，優(yōu)選具有由實(shí)質(zhì)上本征的非晶質(zhì)硅半導(dǎo)體形成的界面層。該由非晶質(zhì)硅半導(dǎo)體形成的界面層的膜厚度，優(yōu)選為Inm?10nm。
[0024]此外，本發(fā)明的一種形態(tài)涉及薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其在基板上依次配置了第一電極層、非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元、以及第二電極層，所述非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元在P型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層之間具有非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層。非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元在波長(zhǎng)900nm的量子效率優(yōu)選為30%以上。
[0025]進(jìn)一步，本發(fā)明涉及上述薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法。在本發(fā)明的制造方法中，上述非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層通過(guò)等離子體CVD法進(jìn)行制膜。等離子體CVD中，在制膜室內(nèi)，優(yōu)選以含鍺氣體的1000倍?3000倍供給氫氣。
[0026]發(fā)明效果
[0027]本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置具有膜質(zhì)量高的非晶質(zhì)鍺半導(dǎo)體層，特別由于長(zhǎng)波長(zhǎng)光的利用效率優(yōu)異，可將廣波長(zhǎng)領(lǐng)域的太陽(yáng)光貢獻(xiàn)于光電轉(zhuǎn)換。此外，多結(jié)的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，由于可減小在比非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元更接近光入射側(cè)配置的非晶質(zhì)硅類(lèi)光電轉(zhuǎn)換層的膜厚度，因此，光劣化少，可得到穩(wěn)定化后轉(zhuǎn)換效率高的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0028][圖1]一種實(shí)施方式涉及的單結(jié)的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的簡(jiǎn)略的截面圖。
[0029][圖2]—種實(shí)施方式涉及的單結(jié)的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的簡(jiǎn)略的截面圖。
[0030][圖3]—種實(shí)施方式涉及的單結(jié)的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的簡(jiǎn)略的截面圖。
[0031][圖4]一種實(shí)施方式涉及的單結(jié)的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的簡(jiǎn)略的截面圖。
【具體實(shí)施方式】[0032]以下，針對(duì)本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。需要說(shuō)明的是本發(fā)明的各附圖中，對(duì)厚度以及長(zhǎng)度等尺寸關(guān)系，為了圖面的明了化以及簡(jiǎn)略化進(jìn)行了適宜的變更，不表示實(shí)際的尺寸關(guān)系。此外，各圖中，同一參照符號(hào)表示相同部分或者相當(dāng)部分。本發(fā)明的“晶質(zhì)”以及“微晶”的用語(yǔ)為該【技術(shù)領(lǐng)域】中所使用的，也包括含有部分的非晶質(zhì)的情況。
[0033]圖1為本發(fā)明的一種實(shí)施方式涉及的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置70的簡(jiǎn)略的截面圖。該薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，在透明基板I上，依次配置透明電極層2、非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5以及背面電極層6。該薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置70為光從基板I側(cè)進(jìn)行入射的結(jié)構(gòu)。一般的，就薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置而言，將電極層以及光電轉(zhuǎn)換單元分割為條形的多個(gè)單元，通過(guò)將多個(gè)單元進(jìn)行串聯(lián)或者并聯(lián)進(jìn)行連接而進(jìn)行集成化。為了集成化而使用從基板側(cè)照射激光方法的情況下，從集成化易于進(jìn)行的觀點(diǎn)出發(fā)，薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置如圖1所示，優(yōu)選光從基板I側(cè)進(jìn)行入射的結(jié)構(gòu)。
[0034]非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5，在P型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層之間具有實(shí)質(zhì)上本征的非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53。一般的,相比于電子移動(dòng)度,空穴移動(dòng)度小，因此在薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，將P型層配置在光入射側(cè)的情況轉(zhuǎn)換效率增高。綜合上述，非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5優(yōu)選為，從基板側(cè)(光入射側(cè))依次將P型層51、非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53，、以及η型層54進(jìn)行疊層而得。
[0035]光從基板側(cè)進(jìn)行入射型的光電轉(zhuǎn)換裝置中，作為透明基板1，使用由玻璃以及透明樹(shù)脂形成的板狀構(gòu)件、片狀構(gòu)件。特別地，若使用玻璃板作為透明基板1，由于其具有高透過(guò)率且廉價(jià)，優(yōu)選使用。
[0036]S卩，由于透明基板I放置在薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的光入射側(cè)的位置，使更多的太陽(yáng)光透過(guò)且被光電轉(zhuǎn)換單元5吸收，因此，優(yōu)選其盡可能的透明。從相同的目的出發(fā)，為了降低太陽(yáng)光入射面的光反射損失，優(yōu)選在透明基板I的光入射面上設(shè)置無(wú)反射涂層。
[0037]光從基板側(cè)入射型的光電轉(zhuǎn)換裝置中，在透明基板上形成透明電極層作為第一電極層2。為了使太陽(yáng)光透過(guò)到達(dá)光電轉(zhuǎn)換單元，希望透明電極層2盡可能的透明。此外，為了無(wú)損失地將在光電轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生的空穴進(jìn)行輸送，希望透明電極層具有導(dǎo)電性。
[0038]因此，透明電極層2優(yōu)選由氧化錫(Sn02)、氧化鋅(ZnO)等導(dǎo)電性金屬氧化物形成，例如，優(yōu)選利用化學(xué)氣相沉積(CVD)、濺射、蒸鍍等方法形成。透明電極層2通過(guò)其表面上具有細(xì)微的凹凸形狀，從而可望具有增大入射光散射的效果。
[0039]非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5，例如通過(guò)等離子體CVD法，將P型半導(dǎo)體層51、非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53以及η型半導(dǎo)體層54依次進(jìn)行堆積。
[0040]P型半導(dǎo)體層51,可由慘雜了 P型雜質(zhì)的晶質(zhì)娃、非晶質(zhì)娃、晶質(zhì)娃錯(cuò)、非晶質(zhì)娃鍺、晶質(zhì)鍺、非晶質(zhì)鍺中的至少一種以上形成。P型半導(dǎo)體層51，可使用與非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53相同的制膜裝置進(jìn)行制膜。特別的，作為P型半導(dǎo)體層51，優(yōu)選使用摻雜了 0.01原子％以上的硼的微晶硅。P型半導(dǎo)體層51由于由微晶硅形成，空穴從非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53向P型半導(dǎo)體層51的移動(dòng)變得潤(rùn)滑，因此更加優(yōu)選使用。
[0041]本發(fā)明中，如圖2所示，P型半導(dǎo)體層51和非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53之間，可配置由實(shí)質(zhì)上本征的非晶質(zhì)硅半導(dǎo)體形成的界面層52。例如，如圖3所示，在非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5的基板I側(cè)形成有其他的光電轉(zhuǎn)換單元3，4的情況下，由于P型半導(dǎo)體層51上形成了非晶質(zhì)硅界面層52，可降低非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53形成時(shí)的光電轉(zhuǎn)換單元3，4的等離子體損失。此外，非晶質(zhì)硅界面層52可對(duì)降低多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的漏電流作出貢獻(xiàn)。需要說(shuō)明的是，非晶質(zhì)硅界面層優(yōu)選形成為覆蓋P型半導(dǎo)體層51的全體表面。
[0042]優(yōu)選非晶質(zhì)娃界面層52的膜厚度為Inm?IOnm,更優(yōu)選3nm?8nm。界面層52的膜厚度若為Inm以上，容易得到等離子體損失降低、以及漏電流降低的效果，有改善疊層型薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的開(kāi)路電壓以及曲線因子，且提高轉(zhuǎn)換有效的傾向。需要說(shuō)明的是，與非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53相鄰接而設(shè)置非晶質(zhì)硅界面層52時(shí)，雖然會(huì)發(fā)生兩者界面的能帶間隙不整合，但是若界面層52的膜厚度為IOnm以下，在非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53產(chǎn)生的載流子，可通過(guò)穿隧效應(yīng)穿過(guò)界面層52到達(dá)P型層51側(cè)。因此，即使有能帶間隙不整合的情況發(fā)生，也可以抑制短路電流的降低。
[0043]非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53，優(yōu)選使用GeH4以及H2作為反應(yīng)氣體，通過(guò)高頻率等離子體CVD法形成。此時(shí)，優(yōu)選H2/GeH4流量比設(shè)為1000?3000的范圍，更優(yōu)選2000?2800的范圍。本發(fā)明中，非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層形成時(shí)，通過(guò)以過(guò)量的氫氣對(duì)鍺烷(GeH4)等含鍺氣體進(jìn)行稀釋?zhuān)蔷з|(zhì)鍺膜中的缺陷降低的同時(shí)，能帶間隙減小，因此可對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光進(jìn)行有效的吸收。通過(guò)利用氫稀釋倍率高而減少膜中的缺陷，推測(cè)這是由于非晶質(zhì)鍺膜中的鍺-鍺鍵合弱的部分被氫等離子體選擇性的進(jìn)行蝕刻，從而形成致密的膜。此外推測(cè)，以高的氫稀釋倍率進(jìn)行制膜，由于非晶質(zhì)鍺變?yōu)榧磳⒔Y(jié)晶化之前的狀態(tài)，氫進(jìn)入膜中的吸入量減小，因此膜中氫濃度降低，從而能帶間隙減小。
[0044]需要說(shuō)明的是，鍺半導(dǎo)體層制膜時(shí)的氫稀釋倍率高時(shí)，有易于結(jié)晶化進(jìn)行的傾向。生成晶質(zhì)鍺時(shí)，吸光系數(shù)減小，光電轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率有降低的傾向。此外，生成晶質(zhì)鍺時(shí)，薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的漏電流增大，有轉(zhuǎn)換效率降低的情況。因此，本發(fā)明中，鍺半導(dǎo)體層以高的氫稀釋倍率進(jìn)行制膜的同時(shí)，維持非晶質(zhì)狀態(tài)很重要。
[0045]為了維持鍺半導(dǎo)體層的非晶質(zhì)狀態(tài)，通過(guò)等離子體CVD進(jìn)行制膜時(shí)的基板溫度優(yōu)選250°C以下，更優(yōu)選230°C以下，進(jìn)一步優(yōu)選200°C以下，特別優(yōu)選190°C以下。此外，如果非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層制膜時(shí)的基板溫度在前述范圍，則抑制雜質(zhì)從導(dǎo)電型層(例如P型層51)向光電轉(zhuǎn)換層53的擴(kuò)散。此外，在形成如圖3以及圖4所示的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置時(shí)，可減小先形成的光電轉(zhuǎn)換單元3，4的熱損傷。
[0046]非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層制膜時(shí)的基板溫度優(yōu)選120°C以上，更優(yōu)選140°C以上，進(jìn)一步優(yōu)選150以上。如果基板溫度在所述范圍，則抑制制膜時(shí)的顆粒的發(fā)生，同時(shí)，由于形成更致密的膜，因此有提高轉(zhuǎn)換有效的傾向。
[0047]為了對(duì)非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53進(jìn)行大面積的均一的制膜，使用電容耦合型平行平板電極，優(yōu)選以10?IOOMHz的頻率通過(guò)等離子體CVD法進(jìn)行制膜。特別地，適合使用公知的工業(yè)上使用的13.56MHz,27.12MHz、40MHz等高頻率電源。此外，為了維持非晶質(zhì)狀態(tài)，高頻率功率密度優(yōu)選1000mW/cm2以下，更優(yōu)選800mW/cm2以下。
[0048]非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53的膜厚度優(yōu)選20nm?300nm,更優(yōu)選IOOnm?250nm。非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53的膜厚度，可利用透射型電子顯微鏡通過(guò)截面觀察進(jìn)行確認(rèn)。非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53比晶質(zhì)硅以及晶質(zhì)鍺的吸收系數(shù)大。因此，即使使用圖1，2所示的單結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，或者，如圖3，4所示的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中的任一裝置的情況，如果非晶質(zhì)鍺光電裝置層53的膜厚度在所述范圍，可將900nm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)光進(jìn)行有效的光電轉(zhuǎn)換。此外，膜厚度為300nm以下時(shí)，具有不僅制膜時(shí)間縮短、提高生產(chǎn)率，且抑制光劣化的優(yōu)點(diǎn)。
[0049]本發(fā)明中，就非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層而言，膜中的氫含量?jī)?yōu)選5atm%?25atm%，更優(yōu)選10atm%?20atm%。若氫含量為10atm%以上，鍺的懸空鍵通過(guò)氫封端從而減少缺陷密度。此外，由于氫含量為30atm%以下，從而光學(xué)的禁制帶幅減小(窄能帶間隙化)，因此，可對(duì)波長(zhǎng)為900nm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)光進(jìn)行有效的吸收并貢獻(xiàn)于光電轉(zhuǎn)換。
[0050]η型半導(dǎo)體層54,優(yōu)選由慘雜了 η型雜質(zhì)的晶質(zhì)娃、非晶質(zhì)娃、晶質(zhì)娃錯(cuò)、非晶質(zhì)娃鍺、晶質(zhì)鍺、非晶質(zhì)鍺中的至少一種以上形成。通過(guò)使用上述中的任一種的層，可和非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53形成適合的結(jié)。η型半導(dǎo)體層54，可使用和非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53相同的制膜裝置進(jìn)行制膜。
[0051]作為η型半導(dǎo)體層54，例如，可使用摻雜了 0.01原子％以上的磷的硅薄膜。作為η型半導(dǎo)體層，相比于晶質(zhì)硅層優(yōu)選非晶質(zhì)硅層?？烧J(rèn)為這是因?yàn)?，相比于晶質(zhì)硅層，非晶質(zhì)硅層的光學(xué)的禁制帶幅廣，抑制空穴從非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53向η型半導(dǎo)體層54的擴(kuò)散，有防止空穴在η型半導(dǎo)體層進(jìn)行再結(jié)合的作用。
[0052]在光從基板側(cè)進(jìn)行入射型的光電轉(zhuǎn)換裝置中，在非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5上，形成背面電極層作為第二電極層6。背面電極層6具有下述作用:通過(guò)將透過(guò)了光電轉(zhuǎn)換單元的太陽(yáng)光反射于光電轉(zhuǎn)換單元側(cè)，從而提高光電轉(zhuǎn)換層的太陽(yáng)光的吸收效率。因此，背面電極層6優(yōu)選對(duì)太陽(yáng)光的反射率高。此外，為了將在光電轉(zhuǎn)換單元發(fā)生的電子無(wú)損失進(jìn)行輸送，優(yōu)選背面電極層6具有導(dǎo)電性。因此，作為背面電極層6，優(yōu)選通過(guò)濺射法或者蒸鍍法形成由選自鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鉬金(Pt)以及鉻(Cr)中的至少一種材料形成的至少一層金屬層。此外，在光電轉(zhuǎn)換單兀和金屬層之間，可形成由ΙΤ0、Sn02、ZnO等導(dǎo)電性氧化物形成的層(未圖示)。
[0053]本發(fā)明中，如上所述由于非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層的缺陷少，因此，可改善光電轉(zhuǎn)換裝置的曲線因子以及開(kāi)路電壓，并且提高轉(zhuǎn)換效率。此外，非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層，相比于由非晶質(zhì)硅、非晶質(zhì)碳化硅、以及晶質(zhì)硅等硅類(lèi)薄膜形成的光電轉(zhuǎn)換層，可吸收更長(zhǎng)波長(zhǎng)的光從而貢獻(xiàn)于光電轉(zhuǎn)換。因此，本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其長(zhǎng)波長(zhǎng)光的量子效率高。作為現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)可舉例的現(xiàn)有例中，非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換裝置在波長(zhǎng)900nm的量子效率為約20%，相對(duì)于此，按照本發(fā)明，非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元(光電轉(zhuǎn)換裝置)在波長(zhǎng)900nm的量子效率為30%以上，特別是可達(dá)到40%以上。
[0054]光電轉(zhuǎn)換裝置，如圖1以及圖2所示，可為非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5的單結(jié)，也可以如圖3所示，優(yōu)選將2個(gè)以上的光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行疊層而得的多結(jié)。特別是，通過(guò)采用在非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元的光入射側(cè)具有其他的光電轉(zhuǎn)換單元的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，可將比900nm短的波長(zhǎng)側(cè)的可見(jiàn)光以及紫外光有效的貢獻(xiàn)于光電轉(zhuǎn)換，從而提高轉(zhuǎn)換效率。
[0055]多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，在非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5的光入射側(cè)配置的光電轉(zhuǎn)換單元不做特別限制，但優(yōu)選配置具有晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層的晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元4。本發(fā)明中，優(yōu)選在比晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元4更接近光入射側(cè)，來(lái)配置具有比晶質(zhì)硅更大的光學(xué)的禁制帶幅的光電轉(zhuǎn)換層的光電轉(zhuǎn)換單元3。作為如上所述的光電轉(zhuǎn)換單元可列舉，光電轉(zhuǎn)換層上具有非晶質(zhì)硅、非晶質(zhì)硅鍺等的非晶質(zhì)硅類(lèi)光電轉(zhuǎn)換單元。其中特別優(yōu)選，具有非晶質(zhì)硅半導(dǎo)體層作為光電轉(zhuǎn)換層的非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元。
[0056]以下，作為具有非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的例子，針對(duì)具有非晶質(zhì)娃光電轉(zhuǎn)換單元3、晶質(zhì)娃光電轉(zhuǎn)換單元4、以及非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5的三結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行說(shuō)明。
[0057]圖4表示，光從基板I側(cè)入射型的三結(jié)的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的疊層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)略的截面圖，所述三結(jié)的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置具有作為頂層電池3的非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元、作為中層電池4的晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元、以及作為底層電池5的非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元。
[0058]透明基板I以及第一電極層(透明電極層)2，適合使用與在單結(jié)光電轉(zhuǎn)換裝置的例中所述內(nèi)容相同的層。
[0059]非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元3，在P型層31和η型層34之間具有實(shí)質(zhì)上本征的非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層33。光從基板I側(cè)入射型的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，就非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元3而言，優(yōu)選通過(guò)等離子體CVD法，依次形成P型層31、光電轉(zhuǎn)換層33、η型層34。例如，依次堆積摻雜了 0.01原子％以上的硼的膜厚度為5nm?40nm的p型非晶質(zhì)碳化娃層31、實(shí)質(zhì)上i型的膜厚度為50nm?400nm的非晶質(zhì)硅的光電轉(zhuǎn)換層33、以及摻雜了 0.01原子％以上的磷的膜厚度為5nm?40nm的η型微晶娃層34。
[0060]晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元4，在P型層41和η型層44之間具有實(shí)質(zhì)上本征的晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層43。光從基板I側(cè)入射型的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，就晶質(zhì)娃光電轉(zhuǎn)換單兀4而言，優(yōu)選通過(guò)等離子體CVD法，依次形成P型層41、光電轉(zhuǎn)換層43、η型層44。例如，依次堆積摻雜了 0.01原子％以上硼的膜厚度為5?40nm的p型微晶硅層41、實(shí)質(zhì)上i型的膜厚度為0.5 μ m?5 μ m的晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層42、以及摻雜了 0.01原子％以上的磷的膜厚度為Inm?40nm的η型微晶娃層44。
[0061]需要說(shuō)明的是，非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元以及晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元，如分別為具有非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層以及晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層的單元，其疊層組成不限定于上述物質(zhì)。此外，各光電轉(zhuǎn)換單元之間可配置中間反射層等(未圖示)。
[0062]在晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元4的光入射側(cè)的相反側(cè)，形成非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5。非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5的詳情，和單結(jié)光電轉(zhuǎn)換裝置的例中所述的內(nèi)容相同。需要說(shuō)明的是，如前所述，光從基板I側(cè)入射型的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，如圖4所示，優(yōu)選在P型半導(dǎo)體層51上堆積由非晶質(zhì)硅半導(dǎo)體形成的界面層52，在其上堆積非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53。
[0063]非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5上，和單結(jié)光電轉(zhuǎn)換裝置的例相同，形成背面電極層作為第二電極層6。
[0064]在上述三結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，頂層電池非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元3主要吸收波長(zhǎng)為800nm以下的光，晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元4以及非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5吸收長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)的光，從而貢獻(xiàn)于光電轉(zhuǎn)換。若為如上所述的結(jié)構(gòu)，則可在更廣的波長(zhǎng)領(lǐng)域?qū)⑻?yáng)光能源貢獻(xiàn)于光電轉(zhuǎn)換，因此可得到轉(zhuǎn)換效率優(yōu)異的光電轉(zhuǎn)換裝置。
[0065]之后通過(guò)實(shí)施例和比較例的對(duì)比所示，在本發(fā)明中，由于在比非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5更接近于光入射側(cè)配置了晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元，因此提高了比900nm的長(zhǎng)的波長(zhǎng)側(cè)的光的利用效率從而提高轉(zhuǎn)換效率。這是因?yàn)?，相比于晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元，非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元對(duì)于900nm以上、特別是IOOOnm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)光的光譜靈敏度(量子效率)高。
[0066]列舉現(xiàn)有技術(shù)如前所述，非晶質(zhì)鍺和晶質(zhì)硅的光學(xué)的禁制帶幅幾乎相同，因此，目前為止還沒(méi)有討論過(guò)將非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元與晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元疊層在相同的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置內(nèi)進(jìn)行多結(jié)化。針對(duì)于此，本發(fā)明中，通過(guò)改善非晶質(zhì)鍺的膜質(zhì)量以提高對(duì)于長(zhǎng)波長(zhǎng)光的光譜敏感度，因此晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層中沒(méi)有吸收的長(zhǎng)波長(zhǎng)光，可由在其后方放置的非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層吸收，從而提高轉(zhuǎn)換效率。
[0067]進(jìn)一步，通過(guò)將非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元配置在晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元的后方(光入射側(cè)的相反側(cè))，抑制伴隨非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層的光劣化而產(chǎn)生的光電轉(zhuǎn)換特性的降低?？烧J(rèn)為這是因?yàn)?，在比非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層更接近于光入射側(cè)，配置了晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元，因此，入射到非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層的光的能量小，抑制了非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層的光劣化。
[0068]此外，相比于晶質(zhì)鍺，非晶質(zhì)鍺易于進(jìn)行大面積的均一的制膜。進(jìn)一步，非晶質(zhì)鍺比晶質(zhì)鍺吸收系數(shù)大，因此可減小光電轉(zhuǎn)換層的膜厚度。因此，具有非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元作為后方光電轉(zhuǎn)換單元的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，相比于具有晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，具有生產(chǎn)性提高的優(yōu)點(diǎn)。
[0069]以上，針對(duì)依次將非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元，晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元、以及非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行疊層的三結(jié)光電轉(zhuǎn)換裝置作為例子進(jìn)行了說(shuō)明，但可采用除此以外的疊層結(jié)構(gòu)。例如，本發(fā)明的光電轉(zhuǎn)換裝置可以為，代替非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元而具有非晶質(zhì)硅鍺光電轉(zhuǎn)換單元的三結(jié)的光電轉(zhuǎn)換裝置，以及在非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元3和晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元4之間進(jìn)一步具有非晶質(zhì)碳化硅光電轉(zhuǎn)換單元的四結(jié)光電轉(zhuǎn)換裝置。此外，與非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元進(jìn)行了疊層的光電轉(zhuǎn)換單元，不限于硅類(lèi)的薄膜光電轉(zhuǎn)換單元，也可以為具有CIS以及CIGS等化合物半導(dǎo)體層作為光電轉(zhuǎn)換層的光電轉(zhuǎn)換單元等。
[0070]此外，在圖1?4中顯示了光從基板I側(cè)入射的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，但不言而喻，光從與基板相反的側(cè)入射的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，本發(fā)明也有效。光從與基板相反的側(cè)入射的單結(jié)光電轉(zhuǎn)換裝置的情況下，例如，可依次堆積基板、背面電極層、非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元、透明電極層。該情況下，就晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元而言，優(yōu)選依次堆積η型半導(dǎo)體層、非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層、P型半導(dǎo)體層進(jìn)行集成。此外，就光從與基板相反的側(cè)入射的多結(jié)光電轉(zhuǎn)換裝置而言，例如，依次堆積基板、背面電極層、非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元、晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元、非晶質(zhì)光電轉(zhuǎn)換單元、透明電極層而形成。需要說(shuō)明的是，光從與基板相反的側(cè)入射的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，第一電極層為背面電極層，第二電極層為透明電極層。
[0071]實(shí)施例
[0072]以下，基于按照本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明，但本發(fā)明只要不超越其主旨的范圍內(nèi)就不限定于以下實(shí)施例。
[0073]下述的實(shí)施例、比較例、以及參考例中，使用了在厚度為0.7?1.8mm的玻璃基板I上，通過(guò)熱CVD法形成的具有微小的椎體狀的表面凹凸的平均厚度為700nm的SnO2膜作為透明電極層2。透明電極層2的薄膜電阻為8?10 Ω/ □，基于JISK7136利用C光源測(cè)定的霧度為10?25%，表面凹凸的平均高低差約為lOOnm。
[0074]<單結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的制作以及評(píng)價(jià)>
[0075](實(shí)施例1)
[0076]作為實(shí)施例1，制作了如圖2所示的單結(jié)非晶質(zhì)鍺薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。
[0077]利用電容耦合型的高頻率等離子體CVD裝置(其具有13.56MHz的頻率數(shù)的平行平板電極)，在透明電極層2上形成非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元5。
[0078]首先，作為反應(yīng)氣體導(dǎo)入SiH4、H2以及B2H6, p型微晶硅層51以膜厚度IOnm而形成。之后，作為反應(yīng)氣體導(dǎo)入SiH4、以及H2,將實(shí)質(zhì)上本征的非晶質(zhì)娃層52以膜厚度5nm而疊層。
[0079]之后，導(dǎo)入GeH4以及H2，非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層53以膜厚度200nm而形成。制膜條
件為，H2/GeH4的流量比為2600、基板溫度為180°C、壓力為930Pa、高頻率功率密度為650mW/
2
cm ο
[0080]接著，作為反應(yīng)氣體導(dǎo)入SiH4、H2以及PH3, η型非晶質(zhì)硅層54以20nm的膜厚度而形成。光電轉(zhuǎn)換單元5上，作為背面電極層6，通過(guò)濺射法依次形成厚度為90nm的摻雜了Al的ZnO膜、以及厚度為300nm的Ag膜。
[0081]背面電極層6形成后，通過(guò)激光劃線法，將在玻璃基板I上形成的膜進(jìn)行部分的除去，以Icm2尺寸進(jìn)行分離，得到單結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置(受光面積為Icm2)
[0082](比較例I)
[0083]比較例I中，利用電容耦合型的高頻率等離子體CVD裝置(其具有13.56MHz頻率數(shù)的平行平板電極)，在透明電極層2上，形成具有非晶質(zhì)硅半導(dǎo)體層作為光電轉(zhuǎn)換層的非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元。
[0084]作為反應(yīng)氣體，導(dǎo)入SiH4、H2、CH4、以及B2H6, p型非晶質(zhì)碳化硅層以15nm的膜厚度而形成后，作為反應(yīng)氣體導(dǎo)入SiH4,實(shí)質(zhì)上本征的非晶質(zhì)娃光電轉(zhuǎn)換層以300nm的膜厚度而形成。之后，作為反應(yīng)氣體導(dǎo)入SiH4、H2、以及PH3, η型微晶硅層以IOnm的膜厚度而形成。
[0085]該非晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元上，與實(shí)施例1相同地進(jìn)行從而形成背面電極層，然后以Icm2尺寸進(jìn)行分離，得到單結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。
[0086](比較例2)
[0087]比較例2中，利用電容耦合型的高頻率等離子體CVD裝置(其具有13.56MHz頻率數(shù)的平行平板電極)，在透明電極層2上，形成具有晶質(zhì)硅半導(dǎo)體層作為光電轉(zhuǎn)換層的晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元。
[0088]作為反應(yīng)氣體，導(dǎo)入SiH4、H2,以及B2H6, p型微晶硅層以20nm的膜厚度形成后，作為反應(yīng)氣體導(dǎo)入SiH4以及H2,實(shí)質(zhì)上本征的晶質(zhì)娃光電轉(zhuǎn)換層以2.3 μ m的膜厚度形成。之后，作為反應(yīng)氣體導(dǎo)入SiH4、H2、以及PH3, η型微晶硅層以30nm的膜厚度形成。
[0089]該晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元上，與實(shí)施例1相同地進(jìn)行從而形成背面電極層，然后以Icm2尺寸進(jìn)行分離，得到單結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。
[0090](比較例3)
[0091]作為比較例3,顯示了前述的非專(zhuān)利文獻(xiàn)I (J.Zhu等，Journal ofNon-Crystalline Solids, 338-340 (2004) 651-654頁(yè))中所述的非晶質(zhì)鍺薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)。該薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，從基板側(cè)，具有摻雜了磷的η型非晶質(zhì)硅層、膜厚度約為20nm的能帶間隙調(diào)整層，膜厚度為150nm?200nm的非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層、緩沖層、摻雜了硼的非晶質(zhì)碳化硅層、以及ITO透明電極層。非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層是通過(guò)遠(yuǎn)程ECR等離子體法，以H2/GeH4的流量比>50以上，基板溫度為250?275°C的條件進(jìn)行制膜而得。
[0092](實(shí)施例1以及比較例1，2的評(píng)價(jià))
[0093]上述實(shí)施例1以及比較例1，2中得到的單結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，分別用AMl.5的光以lOOmW/cm2的光量進(jìn)行照射，測(cè)定輸出特性。此外，測(cè)定了各光電轉(zhuǎn)換裝置的光譜敏感度測(cè)定。各光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出特性、以及在波長(zhǎng)900nm的量子效率η在表I表示。表I中，也一并顯示了上述非專(zhuān)利文獻(xiàn)I中記載了的比較例3的非晶質(zhì)鍺薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的特性。
[0094][表1]
【權(quán)利要求】
1.薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其為在基板上將第一電極層、2個(gè)以上的光電轉(zhuǎn)換單元、以及第二電極層按該順序而配置的多結(jié)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 所述光電轉(zhuǎn)換單元各自在P型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層之間具有實(shí)質(zhì)上本征的光電轉(zhuǎn)換層， 所述2個(gè)以上的光電轉(zhuǎn)換單元中的I個(gè)為非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元，所述非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元具有實(shí)質(zhì)上不含硅原子的非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層， 在比所述非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元更接近光入射側(cè)，配置了具有晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換層的晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元在波長(zhǎng)900nm的量子效率為30%以上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或者2所述的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，在比所述晶質(zhì)硅光電轉(zhuǎn)換單元更接近光入射側(cè)，配置了具有非晶質(zhì)硅類(lèi)光電轉(zhuǎn)換層的非晶質(zhì)硅類(lèi)光電轉(zhuǎn)換單元。
4.根據(jù)權(quán)利要求1?3中任I項(xiàng)所述的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，在所述非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元中，在所述P型半導(dǎo)體層和所述非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層之間，具有由實(shí)質(zhì)上本征的非晶質(zhì)硅半導(dǎo)體形成的界面層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的薄光電轉(zhuǎn)換裝置，其中，所述界面層的膜厚度為Inm?10nm。
6.薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其為在基板上將第一電極層、非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元、以及第二電極層按該順序而配置的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其中， 所述非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元在P型半導(dǎo)體層和η型半導(dǎo)體層之間具有實(shí)質(zhì)上本征的、且實(shí)質(zhì)上不含硅原子的非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層， 所述非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換單元在波長(zhǎng)900nm的量子效率為30%以上。
7.薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，其為制造權(quán)利要求1?6中任I項(xiàng)所述的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的方法，其中， 所述非晶質(zhì)鍺光電轉(zhuǎn)換層是通過(guò)等離子體CVD法進(jìn)行制膜， 在所述等離子體CVD中，在制膜室內(nèi)，以含鍺氣體的1000倍?3000倍來(lái)供給氫氣。
【文檔編號(hào)】H01L31/075GK103797590SQ201280043703
【公開(kāi)日】2014年5月14日 申請(qǐng)日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月7日
【發(fā)明者】門(mén)田直樹(shù), 佐佐木敏明 申請(qǐng)人:株式會(huì)社鐘化