專(zhuān)利名稱(chēng)：光電轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用單晶半導(dǎo)體或多晶半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換裝置，并涉及層疊多個(gè)光電變換元件的光電轉(zhuǎn)換裝置。
背景技術(shù)：
作為清潔且無(wú)限的能源，太陽(yáng)能發(fā)電不斷得到普及。太陽(yáng)能發(fā)電使用利用半導(dǎo)體的光電特性來(lái)將光能轉(zhuǎn)換為電能的光電轉(zhuǎn)換裝置(也稱(chēng)為太陽(yáng)能電池)。光電轉(zhuǎn)換裝置的生產(chǎn)逐年有增加的趨勢(shì)。例如，2005年的太陽(yáng)能電池的全世界生產(chǎn)量為1，759MW，與上一年相比大幅度增加百分之四十七。得到全球性的普及的是使用結(jié)晶半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換裝置，而且使用單晶硅襯底或多晶硅襯底的光電轉(zhuǎn)換裝置占生產(chǎn)量的大部分。隨著對(duì)以硅為材料的結(jié)晶系光電轉(zhuǎn)換裝置的需要高漲，用于硅襯底的原料的多晶硅的供給不足和起因于此的價(jià)格的高漲成為產(chǎn)業(yè)界的難題。雖然2007年的多晶硅的預(yù)計(jì)生產(chǎn)量可以達(dá)到大約36,000噸，但是實(shí)際上用于制造半導(dǎo)體(LSI)需要25，000噸以上且用于制造太陽(yáng)能電池需要20，000噸以上，所以預(yù)計(jì)多晶硅大約有10，000噸的供給不足。而且預(yù)計(jì)這種供給不足的狀況今后也將持續(xù)下去。對(duì)以硅為材料的結(jié)晶系光電轉(zhuǎn)換裝置而言，為了吸收太陽(yáng)光有10 μ m左右的厚度就足夠了。相對(duì)于此，成為結(jié)晶系光電轉(zhuǎn)換裝置的基材的單晶硅襯底或多晶硅襯底具有200 μ m至300 μ m左右的厚度。就是說(shuō)，與光電轉(zhuǎn)換需要的厚度相比，使用單晶硅襯底或多晶硅襯底的光電轉(zhuǎn)換裝置具有10倍以上的厚度。硅襯底的供給不足的主要原因之一也在于在光電轉(zhuǎn)換裝置中沒(méi)有有效地利用高價(jià)的半導(dǎo)體材料。光電轉(zhuǎn)換裝置具有多樣的結(jié)構(gòu)。除了具有在單晶硅襯底或多晶硅襯底上形成η型或P型的擴(kuò)散層的典型的結(jié)構(gòu)的光電轉(zhuǎn)換裝置以外，還已知組合由單晶半導(dǎo)體構(gòu)成的單元元件和由非晶半導(dǎo)體構(gòu)成的單元元件的組合異種單元元件的疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)I)。在豎著層疊多個(gè)光電轉(zhuǎn)換單元元件的疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置中，在上層單元元件和下層單元元件的接合部中，產(chǎn)生與單元元件相反方向取向的接合(逆接合)，而發(fā)生不能使電流順利流過(guò)并降低光電轉(zhuǎn)換裝置的輸出特性的問(wèn)題。為了解除該缺陷已知如下技術(shù)，即通過(guò)中間夾著金屬薄膜、硅化物膜等而解除逆接合，且形成歐姆接觸(例如，參照專(zhuān)利文獻(xiàn)2 至 4)。[專(zhuān)利文獻(xiàn)I]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)Η6-44638號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)2]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)Η1-47907號(hào)公報(bào)[專(zhuān)利文獻(xiàn)3]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)Η5-25187號(hào)公報(bào)
[專(zhuān)利文獻(xiàn)4]日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)H5-43306號(hào)公報(bào)因?yàn)榻M合由單晶半導(dǎo)體構(gòu)成的單元元件和由非晶半導(dǎo)體構(gòu)成的單元元件的組合異種單元元 件的疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置依然使用厚的半導(dǎo)體襯底，所以不能解除如有效地利用硅半導(dǎo)體等的問(wèn)題。另外，在疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置中，為了在上層單元元件和下層單元元件之間形成金屬薄膜、硅化物等，需要增加形成該薄膜的工序。因此，具有如使光電轉(zhuǎn)換裝置的生產(chǎn)性降低等的問(wèn)題?？傊谝阎募夹g(shù)中，有效地利用有限的資材且效率好地生產(chǎn)滿足需要的數(shù)量的光電轉(zhuǎn)換裝置是很困難的。簽于這種情況，本發(fā)明的目的之一在于有效地利用硅半導(dǎo)體材料并且提供具有優(yōu)良光電轉(zhuǎn)換特性的光電轉(zhuǎn)換裝置和其制造方法。本發(fā)明的要旨是如下在光電轉(zhuǎn)換裝置中，至少具有將厚度為10μ m以下的單晶半導(dǎo)體層包含于光電轉(zhuǎn)換層的第一單元元件以及將設(shè)置在該第一單元元件上的非單晶半導(dǎo)體層包含于光電轉(zhuǎn)換層的第二單元元件，并且在該單元元件之間分散金屬簇。一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括第一單元元件，其中在單晶半導(dǎo)體層的一方的面上中間夾著著一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層而設(shè)置有第一電極，且在另一面上設(shè)置有與一導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層；以及第二單元元件，其中在非單晶半導(dǎo)體層的一方的面上設(shè)置有一導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層，且在另一面上隔著與一導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型的第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層而設(shè)置有第二電極，其中在接合第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層和第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層的界面中具有由金屬、金屬氮化物或金屬氧化物構(gòu)成的導(dǎo)電簇，并且在第一電極的與單晶半導(dǎo)體層相反一側(cè)的面上設(shè)置有絕緣層，且該絕緣層與支撐襯底接合。本發(fā)明之一在于一種光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，包括如下工序一種光電轉(zhuǎn)換裝置的制造方法，包括如下工序?qū)尉О雽?dǎo)體襯底的一方的面的離該單晶半導(dǎo)體襯底的表面有10 μ m以下的深度的區(qū)域照射簇離子來(lái)形成損壞層；從單晶半導(dǎo)體襯底的一方的面一側(cè)照射第一雜質(zhì)離子而形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層；在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成第一電極和絕緣層；使絕緣層接合支撐襯底；對(duì)單晶半導(dǎo)體襯底從損壞層進(jìn)行劈開(kāi)，而在支撐襯底上殘留單晶半導(dǎo)體層；在該單晶半導(dǎo)體層的劈開(kāi)面一側(cè)照射第二雜質(zhì)離子而形成第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層；在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層上分散由金屬、金屬氮化物或金屬氧化物構(gòu)成的導(dǎo)電簇；由電磁能量分解含有半導(dǎo)體材料氣體的反應(yīng)氣體，來(lái)在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層以及導(dǎo)電簇上依次層疊形成一導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層、非單晶半導(dǎo)體層以及與一導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型的第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層；以及在第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成第二電極。單晶是指晶面、晶軸一致的結(jié)晶，且是指構(gòu)成其的原子或分子在空間有規(guī)則地排列的結(jié)晶。不過(guò)，雖然單晶是由原子有規(guī)則地排列而構(gòu)成的，但是也包括其一部分具有該排列混亂的晶格缺陷的結(jié)晶以及故意地或非故意地具有晶格畸變的結(jié)晶。簇(cluster)是指多個(gè)原子或分子匯集而構(gòu)成的構(gòu)造單位，并導(dǎo)電簇是指在所有簇中具有導(dǎo)電性的簇。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)將單晶半導(dǎo)體襯底的表層部薄層化并使它接合到支撐襯底，可以獲得如下光電轉(zhuǎn)換裝置，即以IOy m以下的單晶半導(dǎo)體層為光電轉(zhuǎn)換層的下層單元元件和以其上層疊的非單晶半導(dǎo)體層為光電轉(zhuǎn)換層的上層單元元件之間分散有導(dǎo)電簇。換言之，可以制造如下光電轉(zhuǎn)換裝置，即在耐熱溫度為700°C以下的大面積玻璃襯底上以單晶半導(dǎo)體層為光電轉(zhuǎn)換層的下層單元元件和以其上層疊的非單晶半導(dǎo)體層為光電轉(zhuǎn)換層的上層單元元件之間分散有導(dǎo)電簇。因?yàn)閷?dǎo)電簇存在于下層單元元件和上層單元元件之間且形成歐姆接觸，所以具有順利地使兩個(gè)單元元件之間的電流流過(guò)的作用。導(dǎo)電簇通過(guò)被分散配置，具有降低從上層單元元件入射到下層單元元件的光的損失的作用。在本發(fā)明中，通過(guò)分離單晶半導(dǎo)體襯底的表層來(lái)可以獲得單晶半導(dǎo)體層，并且因?yàn)榭梢灾貜?fù)利用該單晶半導(dǎo)體襯底，所以可以有效地利用資源。


圖I是表示串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的平面圖。圖2是表示串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖3是表示串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置的能帶圖的一例的圖。圖4是表示疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的結(jié)構(gòu)的截面圖。圖5A至是說(shuō)明疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的截面圖。圖6A和6B是說(shuō)明疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的截面圖。圖7A至7D是說(shuō)明疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的截面圖。圖8A至SC是說(shuō)明疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的截面圖。圖9是說(shuō)明疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的截面圖。圖10是說(shuō)明離子摻雜裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖11是說(shuō)明激光處理裝置的結(jié)構(gòu)的示意圖。圖12A至12C是說(shuō)明疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的截面圖。圖13A至13C是說(shuō)明疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的截面圖。圖14A至14C是說(shuō)明疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的截面圖。圖15A至15C是說(shuō)明疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的截面圖。圖16A至16C是說(shuō)明疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置的制造工序的截面圖。圖17A是說(shuō)明太陽(yáng)能發(fā)電模塊的結(jié)構(gòu)的平面圖；圖17B是圖17A的沿C-D切斷線的截面圖。圖18是說(shuō)明太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的一例的圖。圖19是說(shuō)明產(chǎn)生金屬簇的離子摻雜裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式，使用附圖來(lái)詳細(xì)地說(shuō)明。但是，本發(fā)明不局限于以下說(shuō)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，其形態(tài)和細(xì)節(jié)可以在不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍的條件下作各種各樣的變換。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限于以下所示的實(shí)施方式的記載內(nèi)容。在以下所說(shuō)明的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，在不同附圖之間共同使用相同的參考符號(hào)來(lái)表示相同的部分或具有同樣功能的部分，而省略其重復(fù)說(shuō)明。實(shí)施方式I圖I表示根據(jù)本方式的光電轉(zhuǎn)換裝置100的平面圖。該光電轉(zhuǎn)換裝置100設(shè)置有固定在支撐襯底101上的第一單元元件104及第二單元元件105。第一單元元件104及第二單元元件105含有半導(dǎo)體接合，且構(gòu)成為由半導(dǎo)體接合進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。注意，在第一單元元件104及第二單元元件105之間分散有導(dǎo)電簇。第一單元元件104的支撐襯底101 —側(cè)設(shè)置有第一電極，且第二單元元件105的表面一側(cè)設(shè)置有第二電極。第一電極與第一補(bǔ)助電極113連接，且第二補(bǔ)助電極114設(shè)置在第二電極上。本方式的光電轉(zhuǎn)換裝置100采用在具有絕緣表面的支撐襯底101上層疊第一單元元件104及第二單元元件105的結(jié)構(gòu)。因而，作為正極和相對(duì)于此的負(fù)極的電極，采用露出于支撐襯底101的相同的面一側(cè)的結(jié)構(gòu)。圖2表示對(duì)應(yīng)于圖I的A-B切斷線的光電轉(zhuǎn)換裝置的截面結(jié)構(gòu)。圖2表示在支撐襯底101上層疊第一單元元件104及第二單元元件105的光電轉(zhuǎn)換裝置。支撐襯底101為具有絕緣表面的襯底或絕緣襯底，例如適用鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃、鋇硼硅酸鹽玻璃等用于電子工業(yè)的各種玻璃襯底。 支撐襯底101和第一單元元件104之間設(shè)置有絕緣層102。在第一單元元件104和絕緣層102之間設(shè)置有第一電極103，且在第二單元元件105上設(shè)置有第二電極112。通過(guò)使絕緣層102與支撐襯底101接合，而且與第一電極103密貼，來(lái)在支撐襯底101上固定第一單元元件104及第二單元元件105。為了與支撐襯底101接合，絕緣層102由具有平滑面和親水性的表面的絕緣膜形成。作為第一單元元件104的單晶半導(dǎo)體層106，典型地使用單晶硅。另外，也可以使用多晶半導(dǎo)體層(典型地為多晶硅)代替單晶半導(dǎo)體層。一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107和與一導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108通過(guò)將預(yù)定的雜質(zhì)添加到單晶半導(dǎo)體層106制造。在以第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107為P型的情況下,第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108為η型，反之，亦可。作為P型雜質(zhì)適用硼等元素周期表第13族的元素，并且作為η型雜質(zhì)適用磷、砷等元素周期表第15族的元素。雜質(zhì)元素的添加可以通過(guò)離子注入或離子摻雜進(jìn)行。在本說(shuō)明書(shū)中，離子注入是指對(duì)進(jìn)行離子化之后的氣體進(jìn)行質(zhì)量分離而將其注入到半導(dǎo)體的方式，并且離子摻雜是指對(duì)進(jìn)行離子化之后的氣體不進(jìn)行質(zhì)量分離而將其照射到半導(dǎo)體的方式。單晶半導(dǎo)體層106通過(guò)將單晶半導(dǎo)體襯底薄片化而形成。例如，將氫離子注入到單晶半導(dǎo)體襯底的預(yù)定的深度區(qū)域，并形成結(jié)晶結(jié)構(gòu)被破壞且氫以高濃度偏在的損壞層。然后，進(jìn)行熱處理從損壞層進(jìn)行劈開(kāi)，而分離表層的單晶半導(dǎo)體層。另外，也可以采用在多孔硅上使單晶半導(dǎo)體外延生長(zhǎng)之后將多孔硅由噴水法進(jìn)行劈開(kāi)而分離的方法。作為單晶半導(dǎo)體襯底，典型地使用單晶硅薄片。單晶半導(dǎo)體層106的厚度為O. I μ m以上且10 μ m以下,優(yōu)選為I μ m以上且5μηι以下。在作為單晶半導(dǎo)體層106使用單晶硅半導(dǎo)體的情況下，因?yàn)槠淠芟稙镮. 12eV并且它為間接躍遷半導(dǎo)體(indirecttransition type semiconductor),所以為了吸收太陽(yáng)光上述膜厚是合適的。作為第二單元元件105的非單晶半導(dǎo)體層109，典型地使用非晶硅。另外，也可以使用微晶半導(dǎo)體層(典型地為微晶硅)代替非單晶半導(dǎo)體層。一導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110和與一導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型的第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層111由包含預(yù)定的雜質(zhì)而形成的非晶半導(dǎo)體層或微晶半導(dǎo)體層制造。典型地為非晶硅或微晶硅，另外也適用非晶碳化硅。在以第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110為P型的情況下，第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層111為η型，反之，亦可。
非單晶半導(dǎo)體層109使用電磁能量分解包含半導(dǎo)體材料氣體的反應(yīng)氣體而形成。作為半導(dǎo)體材料氣體，使用以硅烷或乙硅烷為代表的硅的氫化物，另外也可以使用由硅的氟化物或硅的氯化物而構(gòu)成的氣體。將這種半導(dǎo)體材料氣體用作反應(yīng)氣體，或者對(duì)這種半導(dǎo)體材料氣體混合氫、惰性氣體而將其用作反應(yīng)氣體。使用該反應(yīng)氣體且通過(guò)等離子體CVD法形成非單晶半導(dǎo)體層109。在該等離子體CVD法中，作為電磁能量施加IOMHz至200MHz的高頻電力而形成薄膜。作為電磁能量也可以施加IGHz至5GHz、典型地為2. 45GHz的微波電力代替高頻電力。第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110及第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層111也同樣使用等離子體CVD法形成。在進(jìn)行P型化的情況下，將乙硼烷作為雜質(zhì)添加到上述反應(yīng)氣體來(lái)進(jìn)行成膜，并且在進(jìn)行η型化的情況下，將磷化氫作為雜質(zhì)添加到上述反應(yīng)氣體來(lái)進(jìn)行成膜。作為非單晶半導(dǎo)體層109，典型地使用非晶硅層。注意，等離子體CVD法為一種化學(xué)氣相成長(zhǎng)法。另外，等離子體CVD法作為制造薄膜的技術(shù)，被用于以硅等的半導(dǎo)體膜、氧化硅或氮化硅為代表的絕緣體膜等的制造。在等離子體CVD法中，通過(guò)對(duì)包含原料物質(zhì)的氣體施加電磁能量而進(jìn)行等離子體化，而使原料物 質(zhì)自由基化并變成富有反應(yīng)性，并且由該自由基的反應(yīng)在襯底上形成薄膜。雖然在本方式中以等離子體CVD法為代表例，但是作為其他化學(xué)氣相成長(zhǎng)法，通過(guò)供給光或熱能量也可以引起同樣的自由基反應(yīng)，而可以使用光、CVD、熱CVD作為代替手段。非單晶半導(dǎo)體層109的厚度為50nm以上且300nm以下，優(yōu)選為IOOnm以上且200nm以下。在使用非晶硅半導(dǎo)體作為非單晶半導(dǎo)體層109的情況下，其能隙為1.75eV。通過(guò)采用上述厚度，可以吸收比600nm短的波長(zhǎng)區(qū)域的光而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。也可以使用微晶半導(dǎo)體層(典型地為微晶硅層)作為非單晶半導(dǎo)體層109。用于形成微晶半導(dǎo)體層的典型的半導(dǎo)體材料氣體為SiH4,另外也使用Si2H6。另外也可以對(duì)SiH4適當(dāng)?shù)鼗旌蟂iH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等而使用。通過(guò)使用氫或氟稀釋、或者使用氫或氟和選自氦、氬、氪、氖的一種或多種的稀有氣體元素稀釋該半導(dǎo)體材料氣體而使用，由等離子體CVD法制造微晶半導(dǎo)體層。優(yōu)選以10倍至3000倍的范圍的稀釋率稀釋半導(dǎo)體材料氣體。使用在O. IPa至133pa的減壓下產(chǎn)生的輝光放電等離子體進(jìn)行成膜。作為用于形成等離子體的電力，施加IOMHz至200MHz的高頻電力或IGHz至5GHz、典型地為2. 45GHz的微波電力。微晶半導(dǎo)體層具有晶格畸變，并且由于該晶格畸變，光學(xué)特性從單晶硅的間接躍遷型變成直接躍遷型。當(dāng)至少有10%的晶格畸變時(shí)，光學(xué)特性變成直接躍遷型。注意，在局部性地存在晶格畸變的情況下，呈現(xiàn)直接躍遷和間接躍遷混在一起的光學(xué)特性。在微晶硅層中能隙大約為1.45eV，并因?yàn)榕c單晶硅層相比其能隙寬，所以可以吸收短于600nm的波長(zhǎng)區(qū)域的光而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。在第一單元元件104和位于其上層的第二單元元件105之間分散導(dǎo)電簇132。導(dǎo)電簇實(shí)際上分散在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108上，且其表層部被第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110覆蓋。導(dǎo)電簇132具有IOOnm以下的粒徑，優(yōu)選具有5nm至50nm的粒徑。導(dǎo)電簇132由包含選自鈦、鉻、鈷、鎳或鑰中的一種或多種的元素的金屬化合物或合金，或者該金屬的氮化物或氧化物形成。將分散在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108上的導(dǎo)電簇132的密度設(shè)定為I個(gè)/μ m2以上且少于100個(gè)/μ m2即可。即使存在由一導(dǎo)電型的第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108和與一導(dǎo)電型相反的導(dǎo)電型的第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層Iio形成逆接合的區(qū)域，也通過(guò)在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108和第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110之間具有夾著導(dǎo)電簇132的部分而形成歐姆接觸，來(lái)可以使電流在第一單元元件104和第二單元元件105之間順利地流過(guò)。本方式的光電轉(zhuǎn)換裝置采用從第二電極112 —側(cè)入射光的結(jié)構(gòu)。第二電極112使用如氧化銦錫、氧化錫或氧化鋅等透明導(dǎo)電膜材料形成。第一電極103由選自鈦、鑰、鎢、鉭、鉻或鎳的金屬材料形成。另外，第一電極103具有鈦、鑰、鎢、鉭的氮化物層，并采用該氮化物層與第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107接觸的結(jié)構(gòu)。通過(guò)在半導(dǎo)體層和金屬層之間夾著氮化物金屬，可以提高密貼性。圖3表示在使用具有能隙為I. 12eV的單晶半導(dǎo)體層106的第一單元元件104和具有能隙為I. 75eV的非單晶半導(dǎo)體層109的第二單元元件105的情況下的能帶圖。具有能隙大的非單晶半導(dǎo)體層109的第二單元元件105位于光的入射一側(cè)，并且其后方配置有具有能隙小的單晶半導(dǎo)體層106的第一單元元件104。注意，在此表示如下情況第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107和第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110為P型半導(dǎo)體，并且第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108和第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層111為η型半導(dǎo)體。如圖3的能帶圖所示，吸收光而被激發(fā)的電子流到η型半導(dǎo)體一側(cè)，且空穴流到P型半導(dǎo)體一側(cè)。第一單元元件104和第二單元元件105的連接部形成有ρη接合，其等效電路成為在電流流過(guò)的方向的相反方向上插入二極管的形狀。但是，在η型第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108和P型第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110之間夾著導(dǎo)電簇132，通過(guò)夾著導(dǎo)電簇132而實(shí)際上產(chǎn)生復(fù)合電流來(lái)可以產(chǎn)生歐姆電流。當(dāng)使用圖2所示的串聯(lián)型光電轉(zhuǎn)換裝置時(shí)，通過(guò)使用由單晶半導(dǎo)體層形成的第一單元元件104作為底單元，可以吸收SOOnm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)的光而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，這有助于提高光電轉(zhuǎn)換的效率。在該情況下，因?yàn)閷尉О雽?dǎo)體層106薄層化即使其膜厚為10μ m以下，所以可以降低起因于光產(chǎn)生載流子的復(fù)合的損失。因?yàn)閷?dǎo)電簇132存在于第一單元元件104和第二單元元件105之間且形成歐姆接觸，所以可以使電流順利地在兩個(gè)單元元件之間流過(guò)。通過(guò)分散地配置導(dǎo)電簇132，可以降低從第一單元元件104入射到第二單元元件105的光的損失。
圖4表示層疊三個(gè)單元元件的疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置(stackedphotoelectricconversion device)的例子。在設(shè)置于支撐襯底101上的第一單元元件104中以單晶半導(dǎo)體層106為光電轉(zhuǎn)換層，在其上的第二單元元件105中以非單晶半導(dǎo)體層109為光電轉(zhuǎn)換層，并且在其上的第三單元元件115中以非單晶半導(dǎo)體層116為光電轉(zhuǎn)換層。在第一單元元件104和位于其上層的第二單元元件105之間分散有導(dǎo)電簇132。另外，在第二單元元件105和第三單元元件115之間也分散有導(dǎo)電簇132。在此情況下，因?yàn)閱尉О雽?dǎo)體層106的能隙為I. 12eV，所以?xún)?yōu)選將與第一單元元件104相比位于光的入射一側(cè)的第二單元元件105的非單晶半導(dǎo)體層109的能隙設(shè)定為I. 45eV至I. 65eV,并且優(yōu)選將第三單元元件115的非單晶半導(dǎo)體層116的能隙設(shè)定為1.7eV至2. OeV0這是因?yàn)橥ㄟ^(guò)使在每個(gè)單元元件吸收的光的波長(zhǎng)帶的區(qū)域不同，可以有效地吸收太陽(yáng)光。為了將第二單元元件105的非單晶半導(dǎo)體層109的能隙設(shè)定為I. 45eV至I. 65eV,適用非晶硅鍺或非晶硅。為了將第三單元元件115的非單晶半導(dǎo)體層116的能隙設(shè)定為1.7eV至2. OeV，適用非晶硅(I. 75eV)、非晶碳化硅(I. 8eV至2. OeV)。通過(guò)在各個(gè)單元元件之間分散地配置導(dǎo)電簇132，可以順利地產(chǎn)生各個(gè)單元元件之間的電流。注意，在圖4中，第五雜質(zhì)半導(dǎo)體層117具有與第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110相同導(dǎo)電型，并且第六雜質(zhì)半導(dǎo)體層118具有與第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層111相同導(dǎo)電型，因此省略詳細(xì)的說(shuō)明。實(shí)施方式2 接著，以作為對(duì)應(yīng)于圖I的A-B切斷線的截面結(jié)構(gòu)為圖2的情況的前提下，對(duì)光電轉(zhuǎn)換裝置100的制造方法進(jìn)行說(shuō)明。圖5A所示的半導(dǎo)體襯底119是從圓形的單晶半導(dǎo)體襯底切出為近似四邊形。當(dāng)然對(duì)半導(dǎo)體襯底119的平面形狀沒(méi)有特別的限制，但是在形成單晶半導(dǎo)體層的支撐襯底為矩形的情況下，半導(dǎo)體襯底119優(yōu)選為近似四邊形。半導(dǎo)體襯底119典型地為單晶硅，并優(yōu)選對(duì)其表面進(jìn)行鏡面研磨。這是為了使其隔著用于接合的絕緣層與支撐襯底密貼。例如，將P型的I Ω cm至10 Qcm左右的單晶硅薄片用于半導(dǎo)體襯底119。單晶硅薄片的尺寸優(yōu)選直徑在300mm (12英寸硅薄片)以上，例如優(yōu)選使用直徑為400mm或直徑為450mm的硅薄片(18英寸硅薄片)。通過(guò)將單晶硅薄片的尺寸大口徑化，在制造太陽(yáng)能發(fā)電模塊的情況下可以縮小當(dāng)使多個(gè)單元元件排列時(shí)產(chǎn)生的縫隙(非發(fā)電區(qū)域)的面積。注意，如上述那樣半導(dǎo)體襯底119的平面形狀優(yōu)選為近似四邊形。至于作為保護(hù)膜120的絕緣膜，優(yōu)選例如由氧化硅膜或氮化硅膜形成，并且使用典型地為等離子體CVD法的化學(xué)氣相成長(zhǎng)法形成。因?yàn)楫?dāng)將損壞層形成于半導(dǎo)體襯底119時(shí)對(duì)表面照射離子而使其平坦性受到損壞，所以?xún)?yōu)選設(shè)置保護(hù)膜120。保護(hù)膜120優(yōu)選以IOnm至200nm的厚度設(shè)置。接下來(lái)，在半導(dǎo)體襯底119上形成一導(dǎo)電型的第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107。例如，作為一導(dǎo)電型的雜質(zhì)添加硼來(lái)將第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107形成為P型。在本方式的光電轉(zhuǎn)換裝置中，第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107配置在與光的入射一側(cè)相反的面上，而形成背面電場(chǎng)(BSF:BackSurfaceField)。作為硼的添加優(yōu)選以如下方式進(jìn)行，即以B2H6、BF3為源氣體，對(duì)產(chǎn)生的離子不進(jìn)行質(zhì)量分離而在電場(chǎng)中將其加速且使用對(duì)襯底照射產(chǎn)生的離子流的離子摻雜裝置。這是因?yàn)榧词拱雽?dǎo)體襯底119的面積為其對(duì)角超過(guò)300_的尺寸也可以將離子束的照射面積設(shè)定為大而效率好地進(jìn)行處理。例如，通過(guò)形成其長(zhǎng)邊的長(zhǎng)度超過(guò)300mm的線狀離子束，并以將該線狀離子束從半導(dǎo)體襯底119的一端照射到另一端的方式進(jìn)行處理，可以對(duì)半導(dǎo)體襯底119的整個(gè)面均勻地形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107。在圖5B中，去掉保護(hù)膜120且在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107上形成第一電極103。第一電極103優(yōu)選由耐熱金屬形成。作為耐熱金屬適用鈦、鑰、鎢、鉭、鉻、鎳等的金屬材料。另夕卜，也可以采用由上述金屬材料的氮化物層或氧化物層和金屬材料的層構(gòu)成的兩層結(jié)構(gòu)。在此情況下，通過(guò)彼此接觸地配置該氮化物層或氧化物層以及第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107，可以提高第一電極103和第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107的密貼性。第一電極103使用真空蒸鍍法或?yàn)R射法形成。圖5C表示從形成有第一電極103的面將含有氫離子的離子束122照射到半導(dǎo)體襯底199并形成損壞層121的階段。作為氫離子優(yōu)選將典型地為H3+的簇離子照射到半導(dǎo)體襯底119而在離表面有預(yù)定的深度的區(qū)域中形成損壞層121。根據(jù)離子的加速能量控制損壞層121的深度。因?yàn)槭歉鶕?jù)損壞層121的深度設(shè)定從半導(dǎo)體襯底119分離的單晶半導(dǎo)體層的厚度，所以考慮此而設(shè)定將簇離子加速的電場(chǎng)強(qiáng)度。在離半導(dǎo)體襯底119的表面有小于10 μ m的深度，即O. I μ m以上且小于10 μ m,優(yōu)選為I μ 111至5 4 m的深度的區(qū)域中形成損壞層作為損壞層121。通過(guò)將簇離子透過(guò)第一電極103照射到半導(dǎo)體襯底119，可以防止由于離子的照射使表面受到損傷?？梢允褂秒x子摻雜裝置照射以H3+為代表的氫離子的簇離子。其中通過(guò)產(chǎn)生氫等離子體且對(duì)產(chǎn)生于該等離子體中的離子不進(jìn)行質(zhì)量分離而將其直接在電場(chǎng)中進(jìn)行加速來(lái)照射。通過(guò)使用離子摻雜裝置，對(duì)面積大的半導(dǎo)體襯底119也可以容易進(jìn)行簇離子的照射。圖10是說(shuō)明對(duì)產(chǎn)生于離子源200的多種離子不進(jìn)行質(zhì)量分離，而將其照射到半導(dǎo)體襯底119的離子摻雜裝置的結(jié)構(gòu)的圖。氣體供給部204將氫等預(yù)定的氣體供給到離子源200。離子源200中配備有燈絲201。燈絲電源202對(duì)燈絲201施加電弧放電電壓來(lái)調(diào)節(jié)產(chǎn)生于燈絲201的電流。氣體供給部204所供給的氣體由排氣系統(tǒng)209排氣。
引出電極系統(tǒng)205引出產(chǎn)生于離子源200的離子，來(lái)形成離子束122。將離子束122照射到放在載物臺(tái)206上的半導(dǎo)體襯底119。設(shè)置于載物臺(tái)206近旁的質(zhì)量分析管207對(duì)包含于離子束122的離子種的比例進(jìn)行計(jì)量。質(zhì)量分析計(jì)208對(duì)由質(zhì)量分析管207計(jì)量的離子密度進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換，并也可以使其結(jié)果反饋到電源控制部203。電源控制部203可以根據(jù)離子密度的計(jì)算結(jié)果控制燈絲電源202。氣體供給部204所供給的氫等的氣體流到離子摻雜裝置的反應(yīng)室內(nèi)，并由排氣系統(tǒng)209排氣。以公式(I)的反應(yīng)將供給到離子源200的氫離子化。Η2+θ — H2++2e — Q (Q=15. 39eV) (I)離子摻雜裝置的反應(yīng)室內(nèi)的壓力為1X10 —2Pa至I X KT1Pa,另外，因?yàn)殡婋x度不是很高，與H2+離子相比原料氣體H2更多存在。從而，產(chǎn)生于離子源的H2+離子在由引出電極系統(tǒng)205引出之前與H2起反應(yīng)，產(chǎn)生公式(2)的反應(yīng)。 H2 + 十 H2 — H3 + 十 H 十 Q (Q=l. 49eV) (2)因?yàn)镠3+是比H+及H2+更穩(wěn)定的分子，所以若與H2沖撞的比率高，則產(chǎn)生大量的
H3'從使用質(zhì)量分析管207的流入載物臺(tái)206的離子束122的質(zhì)量分析結(jié)果中也可以一目了然地確認(rèn)到上述事實(shí)，即，H3+離子的比率占離子種H +、H2 +、H3 +的總量的70%以上。因此，通過(guò)對(duì)襯底照射產(chǎn)生大量的簇離子的H3 +的離子束，與照射H +、H2+的情況相比氫原子的照射效率得到提高，有即使劑量少也可以使半導(dǎo)體襯底119以高濃度包含氫的效果。通過(guò)如此提高H3 +的比率，可以使損壞層121包含lX102°atoms/cm3以上的氫。形成于半導(dǎo)體襯底119中的損壞層121失去其結(jié)晶結(jié)構(gòu)而形成有空穴，成為多孔結(jié)構(gòu)。因此，通過(guò)進(jìn)行相對(duì)較低溫^ocrc以下)的熱處理使形成于損壞層121的微小的空洞的體積發(fā)生變化，而可以沿?fù)p壞層121對(duì)單晶半導(dǎo)體層進(jìn)行劈開(kāi)。另外，使用比由近似四邊形形成的半導(dǎo)體襯底119的一邊的長(zhǎng)度長(zhǎng)的線狀離子束對(duì)該半導(dǎo)體襯底119的表面進(jìn)行掃描且照入簇離子，可以使損壞層121的深度均勻。圖表示在第一電極103上形成絕緣層102的階段。絕緣層102由氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅等的絕緣膜形成。作為絕緣層102的形成材料只要是具有絕緣性的薄膜就沒(méi)有限制，并采用具有平滑性且親水性的表面的薄膜即可。至于絕緣層102的平滑性，優(yōu)選平均面粗糙度Ra值為Inm以下，優(yōu)選為O. 5nm以下。注意，在此所述的平均面粗糙度是為了將JIS B0601所定義的中心線平均粗糙度用于面，將其以三次元擴(kuò)張的。氧氮化硅膜是指如下膜在組成方面氧的含量比氮的含量多且當(dāng)使用盧瑟福背散射光譜學(xué)法(RBS: Rutherford BackscatteringSpectrometry)以及氫前方散射法(HFS:Hydrogen ForwardScattering)測(cè)量時(shí),作為濃度范圍，其包含50原子％至70原子％的氧、0.5原子％至15原子％的氮、25原子％至35原子％的硅、O. I原子％至10原子％的氫。另外，氮氧化硅膜是指如下膜在組成方面氮的含量比氧的含量多且當(dāng)使用RBS及HFS測(cè)量時(shí)，作為濃度范圍，其包含5原子％至30原子％的氧、20原子％至55原子％的氮、25原子％至35原子％的硅、10原子％至30原子％的氫。將構(gòu)成氧氮化硅或氮氧化硅的原子的總計(jì)設(shè)為100原子％時(shí),氮、氧、娃及氫的含有比率包含在上述范圍內(nèi)。作為含有氫的氧化硅，例如優(yōu)選使用通過(guò)化學(xué)氣相成長(zhǎng)法且使用有機(jī)硅烷而制造的氧化硅膜。作為使用有機(jī)硅烷而形成的絕緣層102，通過(guò)例如使用氧化硅膜可以使支撐襯底和轉(zhuǎn)置用導(dǎo)體層的接合牢固。作為有機(jī)硅烷，可以使用如硅酸乙酯(TE0S :化 學(xué)式為Si(OC2H5)4X四甲基硅烷(TMS :化學(xué)式為Si (CH3)4)、四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八甲基環(huán)四硅氧烷(OMCTS)六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基硅烷(SiH (OC2H5) 3)、三(二甲基氨基)硅烷(SiH (N (CH3) 2)3)等的含硅化合物。含有氫的氮化硅可以使用硅烷氣體和氨氣體且使用等離子體CVD法而制造。上述氣體也可以添加有氫。含有氧和氫的氮化硅可以使用硅烷氣體、氨氣體以及氧化亞氮?dú)怏w且使用等離子體CVD法而制造。不管是哪一種情況，在使用等離子體CVD法、減壓CVD法、常壓CVD法等的化學(xué)氣相成長(zhǎng)法且將硅烷氣體等用作原料氣體而制造的氧化硅、氧氮化硅氮氧化硅中包含氫的都可以采用。作為絕緣層102的成膜溫度優(yōu)選采用350°C以下的成膜溫度，因?yàn)樵谠摲秶職洳粡男纬捎趩尉О雽?dǎo)體襯底的損壞層121脫離。圖6A表示接合支撐襯底和半導(dǎo)體襯底119的階段。該接合通過(guò)使平滑且具有親水性的表面的絕緣層102貼緊到支撐襯底101而實(shí)現(xiàn)。氫結(jié)合和范德瓦耳斯力作用于該接合。通過(guò)變?yōu)榫哂杏H水性的單晶半導(dǎo)體襯底101及支撐襯底107的表面的羥基或水分子起粘合劑的作用，而實(shí)現(xiàn)接合。由熱處理擴(kuò)散水分子并且殘留成分的硅烷醇基(Si-OH)由氫結(jié)合彼此結(jié)合。進(jìn)而通過(guò)氫脫離來(lái)形成硅氧烷結(jié)合(Si-O-Si)，使該接合部成為共價(jià)鍵，而使半導(dǎo)體襯底119和支撐襯底101的接合變得牢固。另外，在支撐襯底101的接合面上也可以預(yù)先形成氮化硅膜、氮氧化硅膜等作為阻擋層123。通過(guò)形成阻擋層123，可以防止來(lái)自支撐襯底的雜質(zhì)污染。此外，為了良好地實(shí)現(xiàn)支撐襯底101和接合層102的接合，也可以預(yù)先將接合面活性化。例如，對(duì)要形成接合的表面的一方或雙方照射原子束或離子束。在使用原子束或離子束的情況下，可以使用氬等的惰性氣體中性原子束或惰性氣體離子束。另外，通過(guò)進(jìn)行等離子體照射或基處理來(lái)可以將接合面活性化。通過(guò)這種表面處理，即使在400°C以下的溫度下，也容易形成異種材料之間的接合。圖6B表示進(jìn)行加熱處理來(lái)以損壞層121為劈開(kāi)面而從支撐襯底101分離半導(dǎo)體襯底119的階段。加熱處理的溫度優(yōu)選為絕緣層102的成膜溫度以上且支撐襯底101的耐熱溫度以下。例如通過(guò)進(jìn)行400°C至600°C的加熱處理，使形成于損壞層121的微小的空洞的體積發(fā)生變化，而可以沿該區(qū)域進(jìn)行劈開(kāi)。因?yàn)榻^緣層102與支撐襯底101接合，所以在支撐襯底101上殘留有單晶半導(dǎo)體層106和第一電極103。此時(shí)，單晶半導(dǎo)體層106的厚度大致對(duì)應(yīng)于損壞層的深度，形成為O. I μ m以上且小于10 μ m的厚度,優(yōu)選為I μ m至5 μ m的厚度。通過(guò)上述工序可以在支撐襯底101上設(shè)置由絕緣層102固定的單晶半導(dǎo)體層106。在圖7A中示出對(duì)單晶半導(dǎo)體層106添加與第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層相反的導(dǎo)電型的雜質(zhì)來(lái)形成第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108的階段。例如，添加磷或砷來(lái)將第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層形成為η型。另外，因?yàn)閱尉О雽?dǎo)體層106的表面為與損壞層121最接近的區(qū)域，或?yàn)榘瑩p壞層121的一部分的區(qū)域，所以?xún)?yōu)選預(yù)先進(jìn)行蝕刻來(lái)去掉其。蝕刻為干法蝕刻或濕法蝕刻。第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108上形成導(dǎo)電簇132。圖7Β表示將導(dǎo)電離子，例如為金屬簇 的離子束133照射到第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108的表面的方法。導(dǎo)電簇132由包含選自鈦、鉻、鈷、鎳或鑰中的一種或多種的元素的金屬化合物或合金，或者該金屬的氮化物或氧化物形成。在此情況下，將導(dǎo)電簇132的尺寸設(shè)定為IOOnm以下,優(yōu)選為5nm至50nm。將分散在第
二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108上的導(dǎo)電簇132的密度設(shè)定為I個(gè)/μ m 2以上且少于100個(gè)/μ m
2
O圖19表示將導(dǎo)電簇132分散在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108的表層部的制造裝置的一例。因?yàn)樵撗b置的主要結(jié)構(gòu)與圖10相同，所以省略其詳細(xì)說(shuō)明，而說(shuō)明其差異。離子源200設(shè)置有靶子225。靶子225優(yōu)選為棒狀或板狀。靶子225的原材料為包含選自鈦、鉻、鈷、鎳、鑰中的一種或多種的元素的金屬化合物或合金。靶子225連接到偏壓電源226，并且構(gòu)成為當(dāng)在離子源200中產(chǎn)生等離子體時(shí)離子入射。例如，在離子源200中產(chǎn)生氫離子，并且使該氫離子沖撞被施加負(fù)偏壓的靶子225。將由氫離子的濺射效果產(chǎn)生的簇狀的金屬離子或中性的金屬簇在等離子體中離子化。將其由引出電極系統(tǒng)205引出到支撐襯底101 —側(cè)。此時(shí)將加速電壓設(shè)定為20kV至50kV，并且由該比較低的加速電壓對(duì)支撐襯底101照射金屬簇離子束133。在此情況下，通過(guò)預(yù)先對(duì)在離子源200中產(chǎn)生等離子體的氣體添加氮或氧，可以形成金屬簇的氮化物或氧化物。通過(guò)進(jìn)行該處理，可以對(duì)第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108的表面分散由金屬簇或者金屬簇的氮化物或氧化物構(gòu)成的導(dǎo)電簇132。如上所述，因?yàn)樵诘诙s質(zhì)半導(dǎo)體層108上設(shè)置導(dǎo)電簇的處理可以與第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108的形成工序連續(xù)地進(jìn)行，可以保持工序的連續(xù)性。換言之，通過(guò)使用離子摻雜且利用等離子體反應(yīng)來(lái)在氣相中產(chǎn)生導(dǎo)電簇，可以提高生產(chǎn)率。接著，如圖7C所示，在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108和導(dǎo)電簇132上依次形成第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110、非單晶半導(dǎo)體層109以及第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層111。各個(gè)層的厚度為如下第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110為P型非晶半導(dǎo)體層(例如，為P型的非晶硅層)或P型的微晶半導(dǎo)體層(例如，P型的微晶硅層)且將其厚度設(shè)定為IOnm至20nm ;作為非單晶半導(dǎo)體層109使用50nm至300nm(優(yōu)選為IOOnm以上且200nm以下)的非晶娃層；第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層111為η型的非晶半導(dǎo)體層(例如，η型的非晶硅層)或η型的微晶半導(dǎo)體層(例如，η型的微晶娃層)且將其厚度設(shè)定為20nm至60nm。第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層HO、非單晶半導(dǎo)體層109以及第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層111使用等離子體CVD法形成。作為激發(fā)等離子體的電力頻率，施加IOMHz至200MHz的HF帶或VHF帶的高頻電力或者IGHz至5GHz、典型地為2. 45GHz的微波電力。作為包含半導(dǎo)體材料氣體的反應(yīng)氣體使用以硅烷或乙硅烷為代表的硅的氫化物、其他的由硅的氟化物或硅的氯化物的氣體，并且適當(dāng)?shù)鼗旌蠚?、惰性氣體而使用。為了進(jìn)行變成P型的價(jià)電子控制添加乙硼烷(B2H6),為了進(jìn)行變成η型的價(jià)電子控制使用磷化氫(PH3)。另外，優(yōu)選減少非單晶半導(dǎo)體層109中的雜質(zhì)，并將氧及氮設(shè)定為IXlO1Vcm3以下，優(yōu)選為5X1018/cm3以下。如圖7D所示，在第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層101上形成第二電極112。第二電極112由透明導(dǎo)電材料形成。作為透明導(dǎo) 電材料，使用氧化銦錫合金(ΙΤ0)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(Sn02)、ITO-ZnO合金等氧化物金屬形成。第二電極112的厚度為40nm至200nm (優(yōu)選為50nm至IOOnm)ο將第二電極112的薄層電阻設(shè)定為20 Ω / □ (ohm/square)至200 Ω / □即可。第二電極112使用濺射法或真空蒸鍍法形成。在該情況下，使用蔭罩(shadowmask)進(jìn)行成膜以便在第一單元元件和第二單元元件層疊的區(qū)域中選擇性地形成第二電極112。因?yàn)槭褂玫入x子體CVD法而制造的第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110、非單晶半導(dǎo)體層109以及第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層111形成在支撐襯底101的整個(gè)面上，所以在去掉不需要的區(qū)域的情況下可以將該第二電極112用作用于蝕刻的掩模。此外，作為第二電極112，也可以使用導(dǎo)電高分子材料(也稱(chēng)為導(dǎo)電聚合物)代替上述氧化物金屬。作為導(dǎo)電高分子材料，可以使用η電子共軛類(lèi)導(dǎo)電高分子。例如，可以舉出聚苯胺或其衍生物、聚吡咯或其衍生物、聚噻吩或其衍生物、或者由這些中的兩種以上構(gòu)成的共聚物。圖8A表示以第二電極112為掩模并對(duì)第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層111、非單晶半導(dǎo)體層109、第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層110、第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108、單晶半導(dǎo)體層106以及第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107進(jìn)行蝕刻而使第一電極103的端部露出的階段。作為蝕刻處理，使用NF3、SF6等的氣體進(jìn)行干法蝕刻。圖SB表示在形成有第一單元元件104及第二單元元件105的支撐襯底101上形成也可以用作反射防止層的鈍化層124的階段。鈍化層124由氮化硅、氮氧化硅或氟化鎂形成。以使第一電極103和第二電極112的表面的一部分露出的方式設(shè)置開(kāi)口部，以便形成與補(bǔ)償電極的接觸。進(jìn)行蝕刻加工來(lái)形成鈍化層124的開(kāi)口部?；蛘撸纬稍O(shè)置有開(kāi)口部的鈍化層124。在此情況下，可以采用如上所述使用蔭罩的方法或使用剝離法(lift offmethods)的方法。圖SC表示形成接觸于第一電極103的第一補(bǔ)助電極113和接觸于第二電極112的第二補(bǔ)助電極114的階段。第二補(bǔ)助電極114為如圖I所示的梳形或格子狀的電極。第一補(bǔ)助電極113和第二補(bǔ)助電極114由鋁、銀、鉛及錫(焊錫)的合金等形成即可。例如，使用銀膏劑且使用絲網(wǎng)印刷法形成。根據(jù)上述工序可以制造光電轉(zhuǎn)換裝置。根據(jù)本工序，通過(guò)使用異種材料之間的接合技術(shù)來(lái)可以制造如下光電轉(zhuǎn)換裝置，其中具有以700°C以下(優(yōu)選為500°C以下)的工序溫度且以10μ m以下的單晶半導(dǎo)體層為光電轉(zhuǎn)換層的底單元以及以其上層疊的非單晶半導(dǎo)體層為光電轉(zhuǎn)換層的頂單元。換言之，可以制造在耐熱溫度為700°C以下的大面積玻璃襯底上具有以單晶半導(dǎo)體層為光電轉(zhuǎn)換層的底單元以及以其上層疊的非單晶半導(dǎo)體層為光電轉(zhuǎn)換層的頂單元的光電轉(zhuǎn)換裝置。因?yàn)閷?dǎo)電簇存在于第一單元元件和第二單元元件之間且形成歐姆接觸，所以具有使電流順利地在兩個(gè)單元元件之間流過(guò)的作用。通過(guò)分散地配置導(dǎo)電簇，具有降低從第一單元元件入射到第二單元元件的光的損失的作用。單晶半導(dǎo)體層可以通過(guò)分離單晶半導(dǎo)體襯底的表層來(lái)獲得，并且因?yàn)榭梢灾貜?fù)利用該單晶半導(dǎo)體襯底，所以可以有效地利用資源。實(shí)施方式3在實(shí)施方式2中，如圖6B所示，分離半導(dǎo)體襯底119而露出的單晶半導(dǎo)體層106的表面上有時(shí)會(huì)殘留有起因于損壞層121的形成的結(jié)晶缺陷。在此情況下，優(yōu)選進(jìn)行蝕刻來(lái)去掉單晶半導(dǎo)體層106的表層部。作為蝕刻處理，進(jìn)行干法蝕刻或濕法蝕刻。另外，單晶半導(dǎo)體層106的進(jìn)行劈開(kāi)的面有時(shí)會(huì)殘留有平均面粗糙度(Ra)為7nm至IOnm且最大高低差(P-V)為300nm至400nm的凹凸面。注意，在此所述的最大高低差表示山頂和谷底的高度的差距。另外，在此所述的山頂和谷底為以三次元擴(kuò)張JIS B0101所定義的“山頂”“谷底”，并且山頂表不指定面的山的標(biāo)聞最聞的地點(diǎn)且谷底表不指定面的谷的標(biāo)聞最低的地點(diǎn)。進(jìn)而，為了修復(fù)殘留有結(jié)晶缺陷的單晶半導(dǎo)體層106，優(yōu)選進(jìn)行激光處理。圖9表示對(duì)單晶半導(dǎo)體層106的激光處理。通過(guò)對(duì)單晶半導(dǎo)體層106照射激光束125，單晶半導(dǎo)體 層106的至少表面一側(cè)熔融，并且以固相狀態(tài)的下層部為晶種而在之后的冷卻過(guò)程中進(jìn)行再單晶化。在其過(guò)程中可以修復(fù)單晶半導(dǎo)體層106的缺陷。進(jìn)而，通過(guò)在惰性氣氛中進(jìn)行激光處理，可以將單晶半導(dǎo)體層106的表面平坦化。進(jìn)行該激光處理之前，優(yōu)選以250°C至600°C的溫度對(duì)至少激光的照射區(qū)域進(jìn)行加熱。通過(guò)預(yù)先對(duì)照射區(qū)域進(jìn)行加熱，可以將由激光的照射的熔融時(shí)間變長(zhǎng)，而可以更有效地進(jìn)行缺陷的修復(fù)。雖然激光束125熔融單晶半導(dǎo)體層106的表面一側(cè)，但是由于支撐襯底101幾乎不受到加熱的影響，所以可以使用如玻璃襯底那樣的耐熱性低的支撐襯底。另外，因?yàn)榈谝浑姌O103由耐熱金屬形成，所以當(dāng)以上述溫度進(jìn)行加熱時(shí)也不影響單晶半導(dǎo)體層106。在第一電極103和第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107的界面形成硅化物，而更容易使電流流過(guò)。也可以在圖7A所示的第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108的形成之后進(jìn)行該激光處理。由此，可以同時(shí)進(jìn)行第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108的活化。另外，也可以在設(shè)置圖7B的導(dǎo)電簇132之后進(jìn)行該激光處理。通過(guò)使導(dǎo)電簇132和第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層108起反應(yīng)，可以形成更良好的歐姆接觸。參照?qǐng)D11對(duì)可以進(jìn)行該激光處理的激光處理裝置的一例進(jìn)行說(shuō)明。該激光處理裝置具備激光振蕩器210、將激光變成細(xì)的線狀激光束的具有聚光伸張功能的光學(xué)系統(tǒng)211、控制激光照射區(qū)域的氣氛的氣體噴射筒212、對(duì)該氣體噴射筒212供給氣氛控制氣體的氣體供給部213、流量控制部214、氣體加熱部215、使支撐襯底101懸浮來(lái)搬運(yùn)其的襯底臺(tái)222、支撐襯底的兩端并搬運(yùn)其的導(dǎo)軌223以及對(duì)襯底臺(tái)222供給懸浮用氣體的氣體供給部 216。作為激光振蕩器210，選擇其振蕩波長(zhǎng)為紫外光域至可見(jiàn)光域的激光振蕩器。激光振蕩器210優(yōu)選為脈沖振蕩型的ArF、KrF或XeCl受激準(zhǔn)分子激光器或者Nd-YAG激光、YLF激光等的固體激光中重復(fù)頻率為IMHz以下、脈沖寬度為IOn秒以上且500η秒以下的激光振蕩器。例如，使用重復(fù)頻率為IOHz至300Hz、脈沖寬度為25η秒且波長(zhǎng)為308nm的XeCl受激準(zhǔn)分子激光器。光學(xué)系統(tǒng)211對(duì)激光進(jìn)行聚光及伸張，并且在被照射的面上形成截面形狀為線狀的激光束。形成線狀束的光學(xué)系統(tǒng)211由柱面透鏡陣列217、柱面透鏡218、鏡子219以及雙合柱面透鏡220構(gòu)成。雖然也根據(jù)透鏡的尺寸，但是可以照射較長(zhǎng)方向?yàn)镮OOmm至700mm且較短方向?yàn)棣│苔笑芍?00μπι左右的線狀激光。
聚光為線狀的激光束經(jīng)過(guò)氣體噴射筒212的光入射窗口 221照射到支撐襯底101。氣體噴射筒212與支撐襯底101鄰接地配置。氣體供給部213對(duì)氣體噴射筒212供給氮?dú)怏w。從氣體噴射筒212中的面對(duì)支撐襯底101的開(kāi)口部噴射氮?dú)怏w。氣體噴射筒212的開(kāi)口部以對(duì)支撐襯底101照射從光入射窗口 221入射的激光束的方式按線狀激光束的光軸配置。由從氣體噴射筒212的開(kāi)口部噴射的氮?dú)怏w的作用，激光束的照射區(qū)域成為氮?dú)夥铡Ｍㄟ^(guò)在氣體加熱部215中對(duì)供給到氣體噴射筒212的氮?dú)怏w進(jìn)行加熱為250°C至600°C，可以使用被加熱的氮?dú)怏w控制支撐襯底101的照射激光束的面上的溫度。通過(guò)預(yù)先對(duì)照射區(qū)域進(jìn)行加熱，可以如上所述控制由激光束的照射的熔融時(shí)間?？諝饣虻獜臍怏w供給部216經(jīng)過(guò)流量控制部214來(lái)供給到襯底臺(tái)222。氣體供給部216所供給的氣體從襯底臺(tái)222的上面以從下噴到支撐襯底101的下面的方式噴出，而使該支撐襯底101懸浮。將支撐襯底101放在其兩端移動(dòng)于導(dǎo)軌223上的滑塊224上來(lái)搬運(yùn)，此時(shí)，通過(guò)從襯底臺(tái)222 —側(cè)噴出氣體，可以以不彎曲而在懸浮的狀態(tài)搬運(yùn)。在本方式的激光處理裝置中，氣體噴射筒212對(duì)支撐襯底101的上面噴出氮?dú)怏w。因此，通過(guò)從支撐 襯底101的背面也噴出氣體，可以防止支撐襯底101的彎曲。襯底臺(tái)222也可以區(qū)劃為激光照射部近旁和其他區(qū)域。在激光照射部近旁也可以噴出由氣體加熱部215進(jìn)行加熱了的氮?dú)怏w。由此,可以對(duì)支撐襯底101進(jìn)行加熱。圖9所示的激光處理在修復(fù)單晶半導(dǎo)體層106的缺陷的意義上很有效。在光電轉(zhuǎn)換裝置中，在半導(dǎo)體中由光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生載流子(電子及空穴)，并且將其收集于形成在半導(dǎo)體層表面的電極，并作為電流取出其。此時(shí)，如果在半導(dǎo)體層表面中的復(fù)合中心多，則在此光產(chǎn)生載流子消失，而成為使光電轉(zhuǎn)換特性惡化的原因。所以，預(yù)先進(jìn)行激光處理來(lái)修復(fù)單晶半導(dǎo)體層的缺陷是有效的處理。實(shí)施方式4在本方式中，圖12表示與實(shí)施方式I不同的制造工序。在圖12中，(A)在形成保護(hù)膜120且形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107之后，(B)也可以依然殘留保護(hù)膜120并形成損壞層121。然后，(C)去掉保護(hù)膜120且形成第一電極103。通過(guò)采用如上工序，可以有效地利用保護(hù)膜120。換言之，通過(guò)在第一電極103的形成之前去掉由于離子的照射受到損傷的保護(hù)膜120，可以防止半導(dǎo)體襯底119表面的損傷。另外，通過(guò)透過(guò)第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107形成被摻雜氫的簇離子的損壞層121，可以同時(shí)將第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107氫化。以后的工序與實(shí)施方式I同樣地進(jìn)行即可。實(shí)施方式5在本方式中，圖13表示與實(shí)施方式I不同的制造工序。在圖13中，(A)在半導(dǎo)體襯底119上形成第一電極103，(B)透過(guò)第一電極103添加一導(dǎo)電型的雜質(zhì)，且形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107。然后，(C)透過(guò)第一電極103摻雜氫的簇離子并形成損壞層121。在本工序中，通過(guò)首先形成第一電極103，可以將其用作離子摻雜中的損壞防止層。另外，可以省略為了進(jìn)行離子摻雜形成保護(hù)膜的工序。以后的工序與實(shí)施方式I同樣地進(jìn)行即可。實(shí)施方式6在本方式中，圖14表示與實(shí)施方式I不同的制造工序。在圖14中，⑷在半導(dǎo)體襯底119上形成第一電極103，(B)透過(guò)第一電極103摻雜氫的簇離子而形成損壞層121。(C)透過(guò)第一電極103添加一導(dǎo)電型的雜質(zhì)且形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107。在本方式中，通過(guò)首先形成第一電極103，可以將其用作離子摻雜中的損壞防止層。另外，可以省略為了進(jìn)行離子摻雜形成保護(hù)膜的工序。另外，通過(guò)透過(guò)第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107形成被摻雜氫的簇離子的損壞層121，可以同時(shí)將第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107氫化。以后的工序與實(shí)施方式I同樣地進(jìn)行即可。
實(shí)施方式7在本方式中，圖15表示與實(shí)施方式I不同的制造工序。在圖15中，(A)形成保護(hù)膜120且摻雜氫的簇離子形成損壞層121，(B)依然殘留保護(hù)膜120而形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107。然后，(C)去掉保護(hù)膜120且形成第一電極103。通過(guò)采用如上工序，可以有效地利用保護(hù)膜120。另外，通過(guò)在形成損壞層121之后形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107，可以將該第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107的雜質(zhì)濃度高濃度化，并且可以形成淺的接合。由此，由背面場(chǎng)(BSF:Back Surface Field)效果可以制造光產(chǎn)生載流子的收集效率高的光電轉(zhuǎn)換裝置。以后的工序與實(shí)施方式I同樣地進(jìn)行即可。實(shí)施方式8在本方式中，圖16表示與實(shí)施方式I不同的制造工序。在圖16中，(A)形成保護(hù)膜120且摻雜氫的簇離子形成損壞層121，(B)去掉保護(hù)膜120且形成第一電極103。(C)透過(guò)第一電極103添加一導(dǎo)電型的雜質(zhì)且形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107。通過(guò)透過(guò)第一電極103形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107，容易控制第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層107的厚度。以后的工序與實(shí)施方式I同樣地進(jìn)行即可。實(shí)施方式9圖17A表示使用根據(jù)實(shí)施方式I至8制造的光電轉(zhuǎn)換裝置的太陽(yáng)能發(fā)電模塊的一例。該太陽(yáng)能發(fā)電模塊128由設(shè)置在支撐襯底101上的第一單元元件104和第二單元元件105構(gòu)成。在支撐襯底101的一個(gè)表面上形成第一補(bǔ)助電極113和第二補(bǔ)助電極114，并且第一補(bǔ)助電極113和第二補(bǔ)助電極114在支撐襯底101的端部區(qū)域上分別連接到連接器用的第一背面電極126及第二背面電極127。圖17B為對(duì)應(yīng)于C-D切斷線的截面圖。通過(guò)支撐襯底101的貫通口第一補(bǔ)助電極113與第一背面電極126連接，并且第二補(bǔ)助電極114與第二背面電極127連接。如上所述，通過(guò)在支撐襯底101上設(shè)置第一單元元件104和第二單元元件105來(lái)形成光電轉(zhuǎn)換裝置100可以實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能發(fā)電模塊128的薄型化。實(shí)施方式10圖18表示使用太陽(yáng)能發(fā)電模塊128的太陽(yáng)能發(fā)電系統(tǒng)的一例。一個(gè)或多個(gè)太陽(yáng)能發(fā)電模塊128的輸出電力由充電控制電路129充電到蓄電池130。在蓄電池130的充電量多的情況下，有時(shí)會(huì)直接輸出到負(fù)荷131。在將雙電層電容用作蓄電池130的情況下，當(dāng)進(jìn)行充電時(shí)不需要化學(xué)反應(yīng)，而可以迅速進(jìn)行充電。另外，與利用化學(xué)反應(yīng)的鉛蓄電池相比，其壽命可以提高到大約8倍，并其充放電功率可以提高到I. 5倍。將負(fù)荷131可以應(yīng)用于各種用途如熒光燈、發(fā)光二極管、電致發(fā)光面板等的照明、小型電子設(shè)備等。本申請(qǐng)基于2007年11月16日在日本專(zhuān)利局受理的日本專(zhuān)利申請(qǐng)序列號(hào)2007-298325而制作，所述申請(qǐng)內(nèi)容包括在本說(shuō)明書(shū)中。
權(quán)利要求
1.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括 在支撐襯底上形成的絕緣層； 在所述絕緣層上形成的第一電極； 在所述第一電極上形成的第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層； 在所述第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成的單晶半導(dǎo)體層； 在所述單晶半導(dǎo)體層上形成的非晶半導(dǎo)體層； 在所述非晶半導(dǎo)體層上形成的第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層；以及 在所述第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成的第二電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述單晶半導(dǎo)體層的厚度為O.IymWi且10 μ m以下。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，還包括在所述第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成的導(dǎo)電簇。
4.一種光電轉(zhuǎn)換裝置，包括 在支撐襯底上形成的絕緣層； 在所述絕緣層上形成的第一電極； 在所述第一電極上形成的第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層； 在所述第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成的單晶半導(dǎo)體層； 在所述單晶半導(dǎo)體層上形成的第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層； 在所述第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成的第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層； 在所述第三雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成的第一非晶半導(dǎo)體層； 在所述第一非晶半導(dǎo)體層上形成的第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層； 在所述第四雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成的第五雜質(zhì)半導(dǎo)體層； 在所述第五雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成的第二非晶半導(dǎo)體層； 在所述第二非晶半導(dǎo)體層上形成的第六雜質(zhì)半導(dǎo)體層；以及 在所述第六雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成的第二電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述單晶半導(dǎo)體層的厚度為O.IymWi且10 μ m以下。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，其中所述單晶半導(dǎo)體層為單晶硅，并且所述第一非晶半導(dǎo)體層和所述第二非晶半導(dǎo)體層為非晶硅。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的光電轉(zhuǎn)換裝置，還包括在所述第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層上形成的導(dǎo)電簇。
全文摘要
本發(fā)明涉及光電轉(zhuǎn)換裝置及其制造方法。在疊層型光電轉(zhuǎn)換裝置中，為了在上層單元元件和下層單元元件之間形成金屬薄膜或硅化物膜等，需要增加形成該薄膜的工序。因此，有使光電轉(zhuǎn)換裝置的生產(chǎn)性降低等的問(wèn)題。本發(fā)明的要旨在于一種光電轉(zhuǎn)換裝置，其至少具有將厚度為10μm以下的單晶半導(dǎo)體層包含于光電轉(zhuǎn)換層的第一單元元件以及將設(shè)置在該第一單元元件上的非單晶半導(dǎo)體層包含于光電轉(zhuǎn)換層的第二單元元件，并且在該單元元件之間分散金屬簇。因?yàn)閷?dǎo)電簇存在于下層單元元件和上層單元元件之間且形成歐姆接觸，所以歐姆電流在兩個(gè)單元元件之間流過(guò)。
文檔編號(hào)H01L31/0687GK102931240SQ201210459210
公開(kāi)日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2008年11月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月16日
發(fā)明者山崎舜平, 荒井康行 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所