[发明专利]薄膜光电转换装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜光电转换装置及其制造方法。

背景技术

担心将来能量问题、地球环境问题深刻化，大力地进行着取代化石燃料的代替能量的开发。在代替能源的候补之中，利用半导体内部的光电效应来将光转换成电的光电转换装置受到注目，在光电转换层中使用硅系薄膜的薄膜光电转换装置被广泛地研究开发出来。

光电转换层是吸收光来产生使电子·空穴对的层，其吸收特性与薄膜光电转换装置的发电特性密切相关。例如，在光电转换层中使用硅系薄膜时，比1000nm长的波长在光电转换层中光的吸收不充分，从而薄膜光电转换装置的发电效率明显降低。另一方面，由于在向地上照射的太阳光中也包括比1000nm长的波长，因此，希望在薄膜光电转换装置高效率化时开发出比1000nm长的波长的光也能够高效地进行光电转换的薄膜光电转换装置。

作为使这样的薄膜光电转换装置中的长波长光的光电转换效率提高的尝试，在非专利文献1中公开了在光电转换层中使用弱n型微晶锗的单接合薄膜光电转换装置。该薄膜光电转换装置是依次层叠有不锈钢基板/n型非晶硅/i型非晶硅/微晶硅锗组成倾斜层/弱n型微晶锗光电转换层/微晶硅锗组成倾斜层/p型微晶硅层/氧化铟锡（ITO）的结构。薄膜光电转换装置的特性是开路电压Voc＝0.22V、短路电流密度Jsc＝25mA/cm²、曲线因子FF＝0.36、转换效率Eff＝2.0%、在长波长侧的量子效率为10%的波长约为1080nm、量子效率为5%的波长是1130nm。微晶锗光电转换层通过利用微波放电的ECR引控式等离子体CVD法（ECR Remote Plasma CVD）形成。

非专利文献1：Xuejun Niu,Jeremy Booher and Vikran L.Dalal,″Nanocrystalline Germanium and Germanium Carbide Films and Devices″,Materials Research Society Symposium Proceedings,Vol.862,A10.2(2005).

发明内容

本发明的目的在于改善含有结晶锗光电转换层的薄膜光电转换装置的光电转换单元的开路电压、曲线因子、以及对于长波长光的光电转换效率。

在2接合或者3接合的层叠型薄膜光电转换装置的底单元中使用了非晶硅锗（a-SiGe）光电转换单元或者结晶硅光电转换单元的薄膜光电转换装置的情况下，能够在长波长侧利用的波长的上限是900～1100nm，存在长波长光的利用不充分而使转换效率的提高不充分的课题。

另外，如非专利文献1所示，在微晶锗光电转换单元中在p型半导体层与弱n型微晶锗光电转换层之间采用微晶硅锗组成倾斜层且在n型半导体层与弱n型微晶锗光电转换层之间采用微晶硅锗组成倾斜层的薄膜光电转换装置具有开路电压和曲线因子（FF）低、转换效率低的课题。另外，由于量子效率为10%以上的长波长光的波长上限约为1080nm，因此，具有无法获得转换效率充分提高的问题。

另外，本发明人等进行研究的结果发现作为薄膜光电转换装置的性能降低的因素之一，在结晶锗光电转换层中产生漏电流。

鉴于上述情况，本发明的目的在于提供开路电压和曲线因子高、能够利用1000nm以上的长波长光的特性高的薄膜光电转换装置。

本发明涉及在基板上依次配置有第一电极层、一个以上的光电转换单元、以及第二电极层的薄膜光电转换装置。光电转换单元在p型半导体层与n型半导体层之间具备光电转换层。至少一个光电转换单元是包括由实质上是本征或者弱n型且实质上不含硅原子的结晶锗半导体形成的结晶锗光电转换层的结晶锗光电转换单元。在p型半导体层与结晶锗光电转换层之间配置有实质上是本征的非晶硅半导体层的第一界面层，第一界面层的膜厚优选为1nm～20nm。

在上述薄膜光电转换装置中，特征在于结晶锗光电转换层实质上不含硅原子。在此所谓“实质上不含硅原子”意思是在采用X射线光电子分光法（XPS）、能量分散X射线分光法（EDX）、俄歇电子分光法中的任一种进行测定时显示为大致测定界限的1%以下。通过实质上不含硅原子，与硅锗相比，能够出乎意料地提高结晶性，并提高长波长的吸收系数。

通过在p型半导体层与结晶锗光电转换层之间配置实质上是本征的非晶硅半导体层的第一界面层，能够降低在结晶锗光电转换层产生的漏电流，使薄膜光电转换装置的整流性提高，改善开路电压和曲线因子。