光电转换装置及其制造方法
专利名称：光电转换装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及使用单晶半导体或多晶半导体的光电转换装置，并涉及层叠多个光电变换元件的光电转换装置。
背景技术：
作为清洁且无限的能源，太阳能发电不断得到普及。太阳能发电使用利用半导体的光电特性来将光能转换为电能的光电转换装置(也称为太阳能电池)。光电转换装置的生产逐年有增加的趋势。例如，2005年的太阳能电池的全世界生产量为1，759MW，与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结晶半导体的光电转换装置，而且使用单晶硅衬底或多晶硅衬底的光电转换装置占生产量的大部分。随着对以硅为材料的结晶系光电转换装置的需要高涨，用于硅衬底的原料的多晶硅的供给不足和起因于此的价格的高涨成为产业界的难题。虽然2007年的多晶硅的预计生产量可以达到大约36,000吨，但是实际上用于制造半导体(LSI)需要25，000吨以上且用于制造太阳能电池需要20，000吨以上，所以预计多晶硅大约有10，000吨的供给不足。而且预计这种供给不足的状况今后也将持续下去。对以硅为材料的结晶系光电转换装置而言，为了吸收太阳光有10 μ m左右的厚度就足够了。相对于此，成为结晶系光电转换装置的基材的单晶硅衬底或多晶硅衬底具有200 μ m至300 μ m左右的厚度。就是说，与光电转换需要的厚度相比，使用单晶硅衬底或多晶硅衬底的光电转换装置具有10倍以上的厚度。硅衬底的供给不足的主要原因之一也在于在光电转换装置中没有有效地利用高价的半导体材料。光电转换装置具有多样的结构。除了具有在单晶硅衬底或多晶硅衬底上形成η型或P型的扩散层的典型的结构的光电转换装置以外，还已知组合由单晶半导体构成的单元元件和由非晶半导体构成的单元元件的组合异种单元元件的叠层型光电转换装置(例如，参照专利文献I)。在竖着层叠多个光电转换单元元件的叠层型光电转换装置中，在上层单元元件和下层单元元件的接合部中，产生与单元元件相反方向取向的接合(逆接合)，而发生不能使电流顺利流过并降低光电转换装置的输出特性的问题。为了解除该缺陷已知如下技术，即通过中间夹着金属薄膜、硅化物膜等而解除逆接合，且形成欧姆接触(例如，参照专利文献2 至 4)。[专利文献I]日本专利申请公开Η6-44638号公报[专利文献2]日本专利申请公开Η1-47907号公报[专利文献3]日本专利申请公开Η5-25187号公报
[专利文献4]日本专利申请公开H5-43306号公报因为组合由单晶半导体构成的单元元件和由非晶半导体构成的单元元件的组合异种单元元 件的叠层型光电转换装置依然使用厚的半导体衬底，所以不能解除如有效地利用硅半导体等的问题。另外，在叠层型光电转换装置中，为了在上层单元元件和下层单元元件之间形成金属薄膜、硅化物等，需要增加形成该薄膜的工序。因此，具有如使光电转换装置的生产性降低等的问题。总之，在已知的技术中，有效地利用有限的资材且效率好地生产满足需要的数量的光电转换装置是很困难的。签于这种情况，本发明的目的之一在于有效地利用硅半导体材料并且提供具有优良光电转换特性的光电转换装置和其制造方法。本发明的要旨是如下在光电转换装置中，至少具有将厚度为10μ m以下的单晶半导体层包含于光电转换层的第一单元元件以及将设置在该第一单元元件上的非单晶半导体层包含于光电转换层的第二单元元件，并且在该单元元件之间分散金属簇。一种光电转换装置，包括第一单元元件，其中在单晶半导体层的一方的面上中间夹着着一导电型的第一杂质半导体层而设置有第一电极，且在另一面上设置有与一导电型相反的导电型的第二杂质半导体层；以及第二单元元件，其中在非单晶半导体层的一方的面上设置有一导电型的第三杂质半导体层，且在另一面上隔着与一导电型相反的导电型的第四杂质半导体层而设置有第二电极，其中在接合第二杂质半导体层和第三杂质半导体层的界面中具有由金属、金属氮化物或金属氧化物构成的导电簇，并且在第一电极的与单晶半导体层相反一侧的面上设置有绝缘层，且该绝缘层与支撑衬底接合。本发明之一在于一种光电转换装置的制造方法，包括如下工序一种光电转换装置的制造方法，包括如下工序对单晶半导体衬底的一方的面的离该单晶半导体衬底的表面有10 μ m以下的深度的区域照射簇离子来形成损坏层；从单晶半导体衬底的一方的面一侧照射第一杂质离子而形成第一杂质半导体层；在第一杂质半导体层上形成第一电极和绝缘层；使绝缘层接合支撑衬底；对单晶半导体衬底从损坏层进行劈开，而在支撑衬底上残留单晶半导体层；在该单晶半导体层的劈开面一侧照射第二杂质离子而形成第二杂质半导体层；在第二杂质半导体层上分散由金属、金属氮化物或金属氧化物构成的导电簇；由电磁能量分解含有半导体材料气体的反应气体，来在第二杂质半导体层以及导电簇上依次层叠形成一导电型的第三杂质半导体层、非单晶半导体层以及与一导电型相反的导电型的第四杂质半导体层；以及在第四杂质半导体层上形成第二电极。单晶是指晶面、晶轴一致的结晶，且是指构成其的原子或分子在空间有规则地排列的结晶。不过，虽然单晶是由原子有规则地排列而构成的，但是也包括其一部分具有该排列混乱的晶格缺陷的结晶以及故意地或非故意地具有晶格畸变的结晶。簇(cluster)是指多个原子或分子汇集而构成的构造单位，并导电簇是指在所有簇中具有导电性的簇。根据本发明，通过将单晶半导体衬底的表层部薄层化并使它接合到支撑衬底，可以获得如下光电转换装置，即以IOy m以下的单晶半导体层为光电转换层的下层单元元件和以其上层叠的非单晶半导体层为光电转换层的上层单元元件之间分散有导电簇。换言之，可以制造如下光电转换装置，即在耐热温度为700°C以下的大面积玻璃衬底上以单晶半导体层为光电转换层的下层单元元件和以其上层叠的非单晶半导体层为光电转换层的上层单元元件之间分散有导电簇。因为导电簇存在于下层单元元件和上层单元元件之间且形成欧姆接触，所以具有顺利地使两个单元元件之间的电流流过的作用。导电簇通过被分散配置，具有降低从上层单元元件入射到下层单元元件的光的损失的作用。在本发明中，通过分离单晶半导体衬底的表层来可以获得单晶半导体层，并且因为可以重复利用该单晶半导体衬底，所以可以有效地利用资源。
图I是表示串联型光电转换装置的结构的平面图。图2是表示串联型光电转换装置的结构的截面图。图3是表示串联型光电转换装置的能带图的一例的图。图4是表示叠层型光电转换装置的结构的截面图。图5A至是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图6A和6B是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图7A至7D是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图8A至SC是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图9是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图10是说明离子掺杂装置的结构的图。图11是说明激光处理装置的结构的示意图。图12A至12C是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图13A至13C是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图14A至14C是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图15A至15C是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图16A至16C是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图17A是说明太阳能发电模块的结构的平面图；图17B是图17A的沿C-D切断线的截面图。图18是说明太阳能发电系统的一例的图。图19是说明产生金属簇的离子掺杂装置的结构的图。
具体实施例方式对本发明的实施方式，使用附图来详细地说明。但是，本发明不局限于以下说明，本领域的技术人员容易理解，其形态和细节可以在不脱离本发明的宗旨及其范围的条件下作各种各样的变换。因此，本发明不应该被解释为仅限于以下所示的实施方式的记载内容。在以下所说明的本发明的结构中，在不同附图之间共同使用相同的参考符号来表示相同的部分或具有同样功能的部分，而省略其重复说明。实施方式I图I表示根据本方式的光电转换装置100的平面图。该光电转换装置100设置有固定在支撑衬底101上的第一单元元件104及第二单元元件105。第一单元元件104及第二单元元件105含有半导体接合，且构成为由半导体接合进行光电转换。注意，在第一单元元件104及第二单元元件105之间分散有导电簇。第一单元元件104的支撑衬底101 —侧设置有第一电极，且第二单元元件105的表面一侧设置有第二电极。第一电极与第一补助电极113连接，且第二补助电极114设置在第二电极上。本方式的光电转换装置100采用在具有绝缘表面的支撑衬底101上层叠第一单元元件104及第二单元元件105的结构。因而，作为正极和相对于此的负极的电极，采用露出于支撑衬底101的相同的面一侧的结构。图2表示对应于图I的A-B切断线的光电转换装置的截面结构。图2表示在支撑衬底101上层叠第一单元元件104及第二单元元件105的光电转换装置。支撑衬底101为具有绝缘表面的衬底或绝缘衬底，例如适用铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钡硼硅酸盐玻璃等用于电子工业的各种玻璃衬底。 支撑衬底101和第一单元元件104之间设置有绝缘层102。在第一单元元件104和绝缘层102之间设置有第一电极103，且在第二单元元件105上设置有第二电极112。通过使绝缘层102与支撑衬底101接合，而且与第一电极103密贴，来在支撑衬底101上固定第一单元元件104及第二单元元件105。为了与支撑衬底101接合，绝缘层102由具有平滑面和亲水性的表面的绝缘膜形成。作为第一单元元件104的单晶半导体层106，典型地使用单晶硅。另外，也可以使用多晶半导体层(典型地为多晶硅)代替单晶半导体层。一导电型的第一杂质半导体层107和与一导电型相反的导电型的第二杂质半导体层108通过将预定的杂质添加到单晶半导体层106制造。在以第一杂质半导体层107为P型的情况下,第二杂质半导体层108为η型，反之，亦可。作为P型杂质适用硼等元素周期表第13族的元素，并且作为η型杂质适用磷、砷等元素周期表第15族的元素。杂质元素的添加可以通过离子注入或离子掺杂进行。在本说明书中，离子注入是指对进行离子化之后的气体进行质量分离而将其注入到半导体的方式，并且离子掺杂是指对进行离子化之后的气体不进行质量分离而将其照射到半导体的方式。单晶半导体层106通过将单晶半导体衬底薄片化而形成。例如，将氢离子注入到单晶半导体衬底的预定的深度区域，并形成结晶结构被破坏且氢以高浓度偏在的损坏层。然后，进行热处理从损坏层进行劈开，而分离表层的单晶半导体层。另外，也可以采用在多孔硅上使单晶半导体外延生长之后将多孔硅由喷水法进行劈开而分离的方法。作为单晶半导体衬底，典型地使用单晶硅薄片。单晶半导体层106的厚度为O. I μ m以上且10 μ m以下,优选为I μ m以上且5μηι以下。在作为单晶半导体层106使用单晶硅半导体的情况下，因为其能隙为I. 12eV并且它为间接跃迁半导体(indirecttransition type semiconductor),所以为了吸收太阳光上述膜厚是合适的。作为第二单元元件105的非单晶半导体层109，典型地使用非晶硅。另外，也可以使用微晶半导体层(典型地为微晶硅)代替非单晶半导体层。一导电型的第三杂质半导体层110和与一导电型相反的导电型的第四杂质半导体层111由包含预定的杂质而形成的非晶半导体层或微晶半导体层制造。典型地为非晶硅或微晶硅，另外也适用非晶碳化硅。在以第三杂质半导体层110为P型的情况下，第四杂质半导体层111为η型，反之，亦可。
非单晶半导体层109使用电磁能量分解包含半导体材料气体的反应气体而形成。作为半导体材料气体，使用以硅烷或乙硅烷为代表的硅的氢化物，另外也可以使用由硅的氟化物或硅的氯化物而构成的气体。将这种半导体材料气体用作反应气体，或者对这种半导体材料气体混合氢、惰性气体而将其用作反应气体。使用该反应气体且通过等离子体CVD法形成非单晶半导体层109。在该等离子体CVD法中，作为电磁能量施加IOMHz至200MHz的高频电力而形成薄膜。作为电磁能量也可以施加IGHz至5GHz、典型地为2. 45GHz的微波电力代替高频电力。第三杂质半导体层110及第四杂质半导体层111也同样使用等离子体CVD法形成。在进行P型化的情况下，将乙硼烷作为杂质添加到上述反应气体来进行成膜，并且在进行η型化的情况下，将磷化氢作为杂质添加到上述反应气体来进行成膜。作为非单晶半导体层109，典型地使用非晶硅层。注意，等离子体CVD法为一种化学气相成长法。另外，等离子体CVD法作为制造薄膜的技术，被用于以硅等的半导体膜、氧化硅或氮化硅为代表的绝缘体膜等的制造。在等离子体CVD法中，通过对包含原料物质的气体施加电磁能量而进行等离子体化，而使原料物 质自由基化并变成富有反应性，并且由该自由基的反应在衬底上形成薄膜。虽然在本方式中以等离子体CVD法为代表例，但是作为其他化学气相成长法，通过供给光或热能量也可以引起同样的自由基反应，而可以使用光、CVD、热CVD作为代替手段。非单晶半导体层109的厚度为50nm以上且300nm以下，优选为IOOnm以上且200nm以下。在使用非晶硅半导体作为非单晶半导体层109的情况下，其能隙为1.75eV。通过采用上述厚度，可以吸收比600nm短的波长区域的光而进行光电转换。也可以使用微晶半导体层(典型地为微晶硅层)作为非单晶半导体层109。用于形成微晶半导体层的典型的半导体材料气体为SiH4,另外也使用Si2H6。另外也可以对SiH4适当地混合SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等而使用。通过使用氢或氟稀释、或者使用氢或氟和选自氦、氩、氪、氖的一种或多种的稀有气体元素稀释该半导体材料气体而使用，由等离子体CVD法制造微晶半导体层。优选以10倍至3000倍的范围的稀释率稀释半导体材料气体。使用在O. IPa至133pa的减压下产生的辉光放电等离子体进行成膜。作为用于形成等离子体的电力，施加IOMHz至200MHz的高频电力或IGHz至5GHz、典型地为2. 45GHz的微波电力。微晶半导体层具有晶格畸变，并且由于该晶格畸变，光学特性从单晶硅的间接跃迁型变成直接跃迁型。当至少有10%的晶格畸变时，光学特性变成直接跃迁型。注意，在局部性地存在晶格畸变的情况下，呈现直接跃迁和间接跃迁混在一起的光学特性。在微晶硅层中能隙大约为1.45eV，并因为与单晶硅层相比其能隙宽，所以可以吸收短于600nm的波长区域的光而进行光电转换。在第一单元元件104和位于其上层的第二单元元件105之间分散导电簇132。导电簇实际上分散在第二杂质半导体层108上，且其表层部被第三杂质半导体层110覆盖。导电簇132具有IOOnm以下的粒径，优选具有5nm至50nm的粒径。导电簇132由包含选自钛、铬、钴、镍或钥中的一种或多种的元素的金属化合物或合金，或者该金属的氮化物或氧化物形成。将分散在第二杂质半导体层108上的导电簇132的密度设定为I个/μ m2以上且少于100个/μ m2即可。即使存在由一导电型的第二杂质半导体层108和与一导电型相反的导电型的第三杂质半导体层Iio形成逆接合的区域，也通过在第二杂质半导体层108和第三杂质半导体层110之间具有夹着导电簇132的部分而形成欧姆接触，来可以使电流在第一单元元件104和第二单元元件105之间顺利地流过。本方式的光电转换装置采用从第二电极112 —侧入射光的结构。第二电极112使用如氧化铟锡、氧化锡或氧化锌等透明导电膜材料形成。第一电极103由选自钛、钥、钨、钽、铬或镍的金属材料形成。另外，第一电极103具有钛、钥、钨、钽的氮化物层，并采用该氮化物层与第一杂质半导体层107接触的结构。通过在半导体层和金属层之间夹着氮化物金属，可以提高密贴性。图3表示在使用具有能隙为I. 12eV的单晶半导体层106的第一单元元件104和具有能隙为I. 75eV的非单晶半导体层109的第二单元元件105的情况下的能带图。具有能隙大的非单晶半导体层109的第二单元元件105位于光的入射一侧，并且其后方配置有具有能隙小的单晶半导体层106的第一单元元件104。注意，在此表示如下情况第一杂质半导体层107和第三杂质半导体层110为P型半导体，并且第二杂质半导体层108和第四杂质半导体层111为η型半导体。如图3的能带图所示，吸收光而被激发的电子流到η型半导体一侧，且空穴流到P型半导体一侧。第一单元元件104和第二单元元件105的连接部形成有ρη接合，其等效电路成为在电流流过的方向的相反方向上插入二极管的形状。但是，在η型第二杂质半导体层108和P型第三杂质半导体层110之间夹着导电簇132，通过夹着导电簇132而实际上产生复合电流来可以产生欧姆电流。当使用图2所示的串联型光电转换装置时，通过使用由单晶半导体层形成的第一单元元件104作为底单元，可以吸收SOOnm以上的长波长的光而进行光电转换，这有助于提高光电转换的效率。在该情况下，因为将单晶半导体层106薄层化即使其膜厚为10μ m以下，所以可以降低起因于光产生载流子的复合的损失。因为导电簇132存在于第一单元元件104和第二单元元件105之间且形成欧姆接触，所以可以使电流顺利地在两个单元元件之间流过。通过分散地配置导电簇132，可以降低从第一单元元件104入射到第二单元元件105的光的损失。
图4表示层叠三个单元元件的叠层型光电转换装置(stackedphotoelectricconversion device)的例子。在设置于支撑衬底101上的第一单元元件104中以单晶半导体层106为光电转换层，在其上的第二单元元件105中以非单晶半导体层109为光电转换层，并且在其上的第三单元元件115中以非单晶半导体层116为光电转换层。在第一单元元件104和位于其上层的第二单元元件105之间分散有导电簇132。另外，在第二单元元件105和第三单元元件115之间也分散有导电簇132。在此情况下，因为单晶半导体层106的能隙为I. 12eV，所以优选将与第一单元元件104相比位于光的入射一侧的第二单元元件105的非单晶半导体层109的能隙设定为I. 45eV至I. 65eV,并且优选将第三单元元件115的非单晶半导体层116的能隙设定为1.7eV至2. OeV0这是因为通过使在每个单元元件吸收的光的波长带的区域不同，可以有效地吸收太阳光。为了将第二单元元件105的非单晶半导体层109的能隙设定为I. 45eV至I. 65eV,适用非晶硅锗或非晶硅。为了将第三单元元件115的非单晶半导体层116的能隙设定为1.7eV至2. OeV，适用非晶硅(I. 75eV)、非晶碳化硅(I. 8eV至2. OeV)。通过在各个单元元件之间分散地配置导电簇132，可以顺利地产生各个单元元件之间的电流。注意，在图4中，第五杂质半导体层117具有与第三杂质半导体层110相同导电型，并且第六杂质半导体层118具有与第四杂质半导体层111相同导电型，因此省略详细的说明。实施方式2 接着，以作为对应于图I的A-B切断线的截面结构为图2的情况的前提下，对光电转换装置100的制造方法进行说明。图5A所示的半导体衬底119是从圆形的单晶半导体衬底切出为近似四边形。当然对半导体衬底119的平面形状没有特别的限制，但是在形成单晶半导体层的支撑衬底为矩形的情况下，半导体衬底119优选为近似四边形。半导体衬底119典型地为单晶硅，并优选对其表面进行镜面研磨。这是为了使其隔着用于接合的绝缘层与支撑衬底密贴。例如，将P型的I Ω cm至10 Qcm左右的单晶硅薄片用于半导体衬底119。单晶硅薄片的尺寸优选直径在300mm (12英寸硅薄片)以上，例如优选使用直径为400mm或直径为450mm的硅薄片(18英寸硅薄片)。通过将单晶硅薄片的尺寸大口径化，在制造太阳能发电模块的情况下可以缩小当使多个单元元件排列时产生的缝隙(非发电区域)的面积。注意，如上述那样半导体衬底119的平面形状优选为近似四边形。至于作为保护膜120的绝缘膜，优选例如由氧化硅膜或氮化硅膜形成，并且使用典型地为等离子体CVD法的化学气相成长法形成。因为当将损坏层形成于半导体衬底119时对表面照射离子而使其平坦性受到损坏，所以优选设置保护膜120。保护膜120优选以IOnm至200nm的厚度设置。接下来，在半导体衬底119上形成一导电型的第一杂质半导体层107。例如，作为一导电型的杂质添加硼来将第一杂质半导体层107形成为P型。在本方式的光电转换装置中，第一杂质半导体层107配置在与光的入射一侧相反的面上，而形成背面电场(BSF:BackSurfaceField)。作为硼的添加优选以如下方式进行，即以B2H6、BF3为源气体，对产生的离子不进行质量分离而在电场中将其加速且使用对衬底照射产生的离子流的离子掺杂装置。这是因为即使半导体衬底119的面积为其对角超过300_的尺寸也可以将离子束的照射面积设定为大而效率好地进行处理。例如，通过形成其长边的长度超过300mm的线状离子束，并以将该线状离子束从半导体衬底119的一端照射到另一端的方式进行处理，可以对半导体衬底119的整个面均匀地形成第一杂质半导体层107。在图5B中，去掉保护膜120且在第一杂质半导体层107上形成第一电极103。第一电极103优选由耐热金属形成。作为耐热金属适用钛、钥、钨、钽、铬、镍等的金属材料。另夕卜，也可以采用由上述金属材料的氮化物层或氧化物层和金属材料的层构成的两层结构。在此情况下，通过彼此接触地配置该氮化物层或氧化物层以及第一杂质半导体层107，可以提高第一电极103和第一杂质半导体层107的密贴性。第一电极103使用真空蒸镀法或溅射法形成。图5C表示从形成有第一电极103的面将含有氢离子的离子束122照射到半导体衬底199并形成损坏层121的阶段。作为氢离子优选将典型地为H3+的簇离子照射到半导体衬底119而在离表面有预定的深度的区域中形成损坏层121。根据离子的加速能量控制损坏层121的深度。因为是根据损坏层121的深度设定从半导体衬底119分离的单晶半导体层的厚度，所以考虑此而设定将簇离子加速的电场强度。在离半导体衬底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,优选为I μ 111至5 4 m的深度的区域中形成损坏层作为损坏层121。通过将簇离子透过第一电极103照射到半导体衬底119，可以防止由于离子的照射使表面受到损伤。可以使用离子掺杂装置照射以H3+为代表的氢离子的簇离子。其中通过产生氢等离子体且对产生于该等离子体中的离子不进行质量分离而将其直接在电场中进行加速来照射。通过使用离子掺杂装置，对面积大的半导体衬底119也可以容易进行簇离子的照射。图10是说明对产生于离子源200的多种离子不进行质量分离，而将其照射到半导体衬底119的离子掺杂装置的结构的图。气体供给部204将氢等预定的气体供给到离子源200。离子源200中配备有灯丝201。灯丝电源202对灯丝201施加电弧放电电压来调节产生于灯丝201的电流。气体供给部204所供给的气体由排气系统209排气。
引出电极系统205引出产生于离子源200的离子，来形成离子束122。将离子束122照射到放在载物台206上的半导体衬底119。设置于载物台206近旁的质量分析管207对包含于离子束122的离子种的比例进行计量。质量分析计208对由质量分析管207计量的离子密度进行信号转换，并也可以使其结果反馈到电源控制部203。电源控制部203可以根据离子密度的计算结果控制灯丝电源202。气体供给部204所供给的氢等的气体流到离子掺杂装置的反应室内，并由排气系统209排气。以公式(I)的反应将供给到离子源200的氢离子化。Η2+θ — H2++2e — Q (Q=15. 39eV) (I)离子掺杂装置的反应室内的压力为1X10 —2Pa至I X KT1Pa,另外，因为电离度不是很高，与H2+离子相比原料气体H2更多存在。从而，产生于离子源的H2+离子在由引出电极系统205引出之前与H2起反应，产生公式(2)的反应。 H2 + 十 H2 — H3 + 十 H 十 Q (Q=l. 49eV) (2)因为H3+是比H+及H2+更稳定的分子，所以若与H2冲撞的比率高，则产生大量的
H3'从使用质量分析管207的流入载物台206的离子束122的质量分析结果中也可以一目了然地确认到上述事实，即，H3+离子的比率占离子种H +、H2 +、H3 +的总量的70%以上。因此，通过对衬底照射产生大量的簇离子的H3 +的离子束，与照射H +、H2+的情况相比氢原子的照射效率得到提高，有即使剂量少也可以使半导体衬底119以高浓度包含氢的效果。通过如此提高H3 +的比率，可以使损坏层121包含lX102°atoms/cm3以上的氢。形成于半导体衬底119中的损坏层121失去其结晶结构而形成有空穴，成为多孔结构。因此，通过进行相对较低温^ocrc以下)的热处理使形成于损坏层121的微小的空洞的体积发生变化，而可以沿损坏层121对单晶半导体层进行劈开。另外，使用比由近似四边形形成的半导体衬底119的一边的长度长的线状离子束对该半导体衬底119的表面进行扫描且照入簇离子，可以使损坏层121的深度均匀。图表示在第一电极103上形成绝缘层102的阶段。绝缘层102由氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅等的绝缘膜形成。作为绝缘层102的形成材料只要是具有绝缘性的薄膜就没有限制，并采用具有平滑性且亲水性的表面的薄膜即可。至于绝缘层102的平滑性，优选平均面粗糙度Ra值为Inm以下，优选为O. 5nm以下。注意，在此所述的平均面粗糙度是为了将JIS B0601所定义的中心线平均粗糙度用于面，将其以三次元扩张的。氧氮化硅膜是指如下膜在组成方面氧的含量比氮的含量多且当使用卢瑟福背散射光谱学法(RBS: Rutherford BackscatteringSpectrometry)以及氢前方散射法(HFS:Hydrogen ForwardScattering)测量时,作为浓度范围，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％的氢。另外，氮氧化硅膜是指如下膜在组成方面氮的含量比氧的含量多且当使用RBS及HFS测量时，作为浓度范围，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％的氢。将构成氧氮化硅或氮氧化硅的原子的总计设为100原子％时,氮、氧、娃及氢的含有比率包含在上述范围内。作为含有氢的氧化硅，例如优选使用通过化学气相成长法且使用有机硅烷而制造的氧化硅膜。作为使用有机硅烷而形成的绝缘层102，通过例如使用氧化硅膜可以使支撑衬底和转置用导体层的接合牢固。作为有机硅烷，可以使用如硅酸乙酯(TE0S :化 学式为Si(OC2H5)4X四甲基硅烷(TMS :化学式为Si (CH3)4)、四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、八甲基环四硅氧烷(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。含有氢的氮化硅可以使用硅烷气体和氨气体且使用等离子体CVD法而制造。上述气体也可以添加有氢。含有氧和氢的氮化硅可以使用硅烷气体、氨气体以及氧化亚氮气体且使用等离子体CVD法而制造。不管是哪一种情况，在使用等离子体CVD法、减压CVD法、常压CVD法等的化学气相成长法且将硅烷气体等用作原料气体而制造的氧化硅、氧氮化硅氮氧化硅中包含氢的都可以采用。作为绝缘层102的成膜温度优选采用350°C以下的成膜温度，因为在该范围下氢不从形成于单晶半导体衬底的损坏层121脱离。图6A表示接合支撑衬底和半导体衬底119的阶段。该接合通过使平滑且具有亲水性的表面的绝缘层102贴紧到支撑衬底101而实现。氢结合和范德瓦耳斯力作用于该接合。通过变为具有亲水性的单晶半导体衬底101及支撑衬底107的表面的羟基或水分子起粘合剂的作用，而实现接合。由热处理扩散水分子并且残留成分的硅烷醇基(Si-OH)由氢结合彼此结合。进而通过氢脱离来形成硅氧烷结合(Si-O-Si)，使该接合部成为共价键，而使半导体衬底119和支撑衬底101的接合变得牢固。另外，在支撑衬底101的接合面上也可以预先形成氮化硅膜、氮氧化硅膜等作为阻挡层123。通过形成阻挡层123，可以防止来自支撑衬底的杂质污染。此外，为了良好地实现支撑衬底101和接合层102的接合，也可以预先将接合面活性化。例如，对要形成接合的表面的一方或双方照射原子束或离子束。在使用原子束或离子束的情况下，可以使用氩等的惰性气体中性原子束或惰性气体离子束。另外，通过进行等离子体照射或基处理来可以将接合面活性化。通过这种表面处理，即使在400°C以下的温度下，也容易形成异种材料之间的接合。图6B表示进行加热处理来以损坏层121为劈开面而从支撑衬底101分离半导体衬底119的阶段。加热处理的温度优选为绝缘层102的成膜温度以上且支撑衬底101的耐热温度以下。例如通过进行400°C至600°C的加热处理，使形成于损坏层121的微小的空洞的体积发生变化，而可以沿该区域进行劈开。因为绝缘层102与支撑衬底101接合，所以在支撑衬底101上残留有单晶半导体层106和第一电极103。此时，单晶半导体层106的厚度大致对应于损坏层的深度，形成为O. I μ m以上且小于10 μ m的厚度,优选为I μ m至5 μ m的厚度。通过上述工序可以在支撑衬底101上设置由绝缘层102固定的单晶半导体层106。在图7A中示出对单晶半导体层106添加与第一杂质半导体层相反的导电型的杂质来形成第二杂质半导体层108的阶段。例如，添加磷或砷来将第二杂质半导体层形成为η型。另外，因为单晶半导体层106的表面为与损坏层121最接近的区域，或为包含损坏层121的一部分的区域，所以优选预先进行蚀刻来去掉其。蚀刻为干法蚀刻或湿法蚀刻。第二杂质半导体层108上形成导电簇132。图7Β表示将导电离子，例如为金属簇 的离子束133照射到第二杂质半导体层108的表面的方法。导电簇132由包含选自钛、铬、钴、镍或钥中的一种或多种的元素的金属化合物或合金，或者该金属的氮化物或氧化物形成。在此情况下，将导电簇132的尺寸设定为IOOnm以下,优选为5nm至50nm。将分散在第
二杂质半导体层108上的导电簇132的密度设定为I个/μ m 2以上且少于100个/μ m
2
O图19表示将导电簇132分散在第二杂质半导体层108的表层部的制造装置的一例。因为该装置的主要结构与图10相同，所以省略其详细说明，而说明其差异。离子源200设置有靶子225。靶子225优选为棒状或板状。靶子225的原材料为包含选自钛、铬、钴、镍、钥中的一种或多种的元素的金属化合物或合金。靶子225连接到偏压电源226，并且构成为当在离子源200中产生等离子体时离子入射。例如，在离子源200中产生氢离子，并且使该氢离子冲撞被施加负偏压的靶子225。将由氢离子的溅射效果产生的簇状的金属离子或中性的金属簇在等离子体中离子化。将其由引出电极系统205引出到支撑衬底101 —侧。此时将加速电压设定为20kV至50kV，并且由该比较低的加速电压对支撑衬底101照射金属簇离子束133。在此情况下，通过预先对在离子源200中产生等离子体的气体添加氮或氧，可以形成金属簇的氮化物或氧化物。通过进行该处理，可以对第二杂质半导体层108的表面分散由金属簇或者金属簇的氮化物或氧化物构成的导电簇132。如上所述，因为在第二杂质半导体层108上设置导电簇的处理可以与第二杂质半导体层108的形成工序连续地进行，可以保持工序的连续性。换言之，通过使用离子掺杂且利用等离子体反应来在气相中产生导电簇，可以提高生产率。接着，如图7C所示，在第二杂质半导体层108和导电簇132上依次形成第三杂质半导体层110、非单晶半导体层109以及第四杂质半导体层111。各个层的厚度为如下第三杂质半导体层110为P型非晶半导体层(例如，为P型的非晶硅层)或P型的微晶半导体层(例如，P型的微晶硅层)且将其厚度设定为IOnm至20nm ;作为非单晶半导体层109使用50nm至300nm(优选为IOOnm以上且200nm以下)的非晶娃层；第四杂质半导体层111为η型的非晶半导体层(例如，η型的非晶硅层)或η型的微晶半导体层(例如，η型的微晶娃层)且将其厚度设定为20nm至60nm。第三杂质半导体层HO、非单晶半导体层109以及第四杂质半导体层111使用等离子体CVD法形成。作为激发等离子体的电力频率，施加IOMHz至200MHz的HF带或VHF带的高频电力或者IGHz至5GHz、典型地为2. 45GHz的微波电力。作为包含半导体材料气体的反应气体使用以硅烷或乙硅烷为代表的硅的氢化物、其他的由硅的氟化物或硅的氯化物的气体，并且适当地混合氢、惰性气体而使用。为了进行变成P型的价电子控制添加乙硼烷(B2H6),为了进行变成η型的价电子控制使用磷化氢(PH3)。另外，优选减少非单晶半导体层109中的杂质，并将氧及氮设定为IXlO1Vcm3以下，优选为5X1018/cm3以下。如图7D所示，在第四杂质半导体层101上形成第二电极112。第二电极112由透明导电材料形成。作为透明导 电材料，使用氧化铟锡合金(ΙΤ0)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(Sn02)、ITO-ZnO合金等氧化物金属形成。第二电极112的厚度为40nm至200nm (优选为50nm至IOOnm)ο将第二电极112的薄层电阻设定为20 Ω / □ (ohm/square)至200 Ω / □即可。第二电极112使用溅射法或真空蒸镀法形成。在该情况下，使用荫罩(shadowmask)进行成膜以便在第一单元元件和第二单元元件层叠的区域中选择性地形成第二电极112。因为使用等离子体CVD法而制造的第三杂质半导体层110、非单晶半导体层109以及第四杂质半导体层111形成在支撑衬底101的整个面上，所以在去掉不需要的区域的情况下可以将该第二电极112用作用于蚀刻的掩模。此外，作为第二电极112，也可以使用导电高分子材料(也称为导电聚合物)代替上述氧化物金属。作为导电高分子材料，可以使用η电子共轭类导电高分子。例如，可以举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、或者由这些中的两种以上构成的共聚物。图8A表示以第二电极112为掩模并对第四杂质半导体层111、非单晶半导体层109、第三杂质半导体层110、第二杂质半导体层108、单晶半导体层106以及第一杂质半导体层107进行蚀刻而使第一电极103的端部露出的阶段。作为蚀刻处理，使用NF3、SF6等的气体进行干法蚀刻。图SB表示在形成有第一单元元件104及第二单元元件105的支撑衬底101上形成也可以用作反射防止层的钝化层124的阶段。钝化层124由氮化硅、氮氧化硅或氟化镁形成。以使第一电极103和第二电极112的表面的一部分露出的方式设置开口部，以便形成与补偿电极的接触。进行蚀刻加工来形成钝化层124的开口部。或者，形成设置有开口部的钝化层124。在此情况下，可以采用如上所述使用荫罩的方法或使用剥离法(lift offmethods)的方法。图SC表示形成接触于第一电极103的第一补助电极113和接触于第二电极112的第二补助电极114的阶段。第二补助电极114为如图I所示的梳形或格子状的电极。第一补助电极113和第二补助电极114由铝、银、铅及锡(焊锡)的合金等形成即可。例如，使用银膏剂且使用丝网印刷法形成。根据上述工序可以制造光电转换装置。根据本工序，通过使用异种材料之间的接合技术来可以制造如下光电转换装置，其中具有以700°C以下(优选为500°C以下)的工序温度且以10μ m以下的单晶半导体层为光电转换层的底单元以及以其上层叠的非单晶半导体层为光电转换层的顶单元。换言之，可以制造在耐热温度为700°C以下的大面积玻璃衬底上具有以单晶半导体层为光电转换层的底单元以及以其上层叠的非单晶半导体层为光电转换层的顶单元的光电转换装置。因为导电簇存在于第一单元元件和第二单元元件之间且形成欧姆接触，所以具有使电流顺利地在两个单元元件之间流过的作用。通过分散地配置导电簇，具有降低从第一单元元件入射到第二单元元件的光的损失的作用。单晶半导体层可以通过分离单晶半导体衬底的表层来获得，并且因为可以重复利用该单晶半导体衬底，所以可以有效地利用资源。实施方式3在实施方式2中，如图6B所示，分离半导体衬底119而露出的单晶半导体层106的表面上有时会残留有起因于损坏层121的形成的结晶缺陷。在此情况下，优选进行蚀刻来去掉单晶半导体层106的表层部。作为蚀刻处理，进行干法蚀刻或湿法蚀刻。另外，单晶半导体层106的进行劈开的面有时会残留有平均面粗糙度(Ra)为7nm至IOnm且最大高低差(P-V)为300nm至400nm的凹凸面。注意，在此所述的最大高低差表示山顶和谷底的高度的差距。另外，在此所述的山顶和谷底为以三次元扩张JIS B0101所定义的“山顶”“谷底”，并且山顶表不指定面的山的标闻最闻的地点且谷底表不指定面的谷的标闻最低的地点。进而，为了修复残留有结晶缺陷的单晶半导体层106，优选进行激光处理。图9表示对单晶半导体层106的激光处理。通过对单晶半导体层106照射激光束125，单晶半导体 层106的至少表面一侧熔融，并且以固相状态的下层部为晶种而在之后的冷却过程中进行再单晶化。在其过程中可以修复单晶半导体层106的缺陷。进而，通过在惰性气氛中进行激光处理，可以将单晶半导体层106的表面平坦化。进行该激光处理之前，优选以250°C至600°C的温度对至少激光的照射区域进行加热。通过预先对照射区域进行加热，可以将由激光的照射的熔融时间变长，而可以更有效地进行缺陷的修复。虽然激光束125熔融单晶半导体层106的表面一侧，但是由于支撑衬底101几乎不受到加热的影响，所以可以使用如玻璃衬底那样的耐热性低的支撑衬底。另外，因为第一电极103由耐热金属形成，所以当以上述温度进行加热时也不影响单晶半导体层106。在第一电极103和第一杂质半导体层107的界面形成硅化物，而更容易使电流流过。也可以在图7A所示的第二杂质半导体层108的形成之后进行该激光处理。由此，可以同时进行第二杂质半导体层108的活化。另外，也可以在设置图7B的导电簇132之后进行该激光处理。通过使导电簇132和第二杂质半导体层108起反应，可以形成更良好的欧姆接触。参照图11对可以进行该激光处理的激光处理装置的一例进行说明。该激光处理装置具备激光振荡器210、将激光变成细的线状激光束的具有聚光伸张功能的光学系统211、控制激光照射区域的气氛的气体喷射筒212、对该气体喷射筒212供给气氛控制气体的气体供给部213、流量控制部214、气体加热部215、使支撑衬底101悬浮来搬运其的衬底台222、支撑衬底的两端并搬运其的导轨223以及对衬底台222供给悬浮用气体的气体供给部 216。作为激光振荡器210，选择其振荡波长为紫外光域至可见光域的激光振荡器。激光振荡器210优选为脉冲振荡型的ArF、KrF或XeCl受激准分子激光器或者Nd-YAG激光、YLF激光等的固体激光中重复频率为IMHz以下、脉冲宽度为IOn秒以上且500η秒以下的激光振荡器。例如，使用重复频率为IOHz至300Hz、脉冲宽度为25η秒且波长为308nm的XeCl受激准分子激光器。光学系统211对激光进行聚光及伸张，并且在被照射的面上形成截面形状为线状的激光束。形成线状束的光学系统211由柱面透镜阵列217、柱面透镜218、镜子219以及双合柱面透镜220构成。虽然也根据透镜的尺寸，但是可以照射较长方向为IOOmm至700mm且较短方向为ΙΟΟμπι至500μπι左右的线状激光。
聚光为线状的激光束经过气体喷射筒212的光入射窗口 221照射到支撑衬底101。气体喷射筒212与支撑衬底101邻接地配置。气体供给部213对气体喷射筒212供给氮气体。从气体喷射筒212中的面对支撑衬底101的开口部喷射氮气体。气体喷射筒212的开口部以对支撑衬底101照射从光入射窗口 221入射的激光束的方式按线状激光束的光轴配置。由从气体喷射筒212的开口部喷射的氮气体的作用，激光束的照射区域成为氮气氛。通过在气体加热部215中对供给到气体喷射筒212的氮气体进行加热为250°C至600°C，可以使用被加热的氮气体控制支撑衬底101的照射激光束的面上的温度。通过预先对照射区域进行加热，可以如上所述控制由激光束的照射的熔融时间。空气或氮从气体供给部216经过流量控制部214来供给到衬底台222。气体供给部216所供给的气体从衬底台222的上面以从下喷到支撑衬底101的下面的方式喷出，而使该支撑衬底101悬浮。将支撑衬底101放在其两端移动于导轨223上的滑块224上来搬运，此时，通过从衬底台222 —侧喷出气体，可以以不弯曲而在悬浮的状态搬运。在本方式的激光处理装置中，气体喷射筒212对支撑衬底101的上面喷出氮气体。因此，通过从支撑 衬底101的背面也喷出气体，可以防止支撑衬底101的弯曲。衬底台222也可以区划为激光照射部近旁和其他区域。在激光照射部近旁也可以喷出由气体加热部215进行加热了的氮气体。由此,可以对支撑衬底101进行加热。图9所示的激光处理在修复单晶半导体层106的缺陷的意义上很有效。在光电转换装置中，在半导体中由光电转换产生载流子(电子及空穴)，并且将其收集于形成在半导体层表面的电极，并作为电流取出其。此时，如果在半导体层表面中的复合中心多，则在此光产生载流子消失，而成为使光电转换特性恶化的原因。所以，预先进行激光处理来修复单晶半导体层的缺陷是有效的处理。实施方式4在本方式中，图12表示与实施方式I不同的制造工序。在图12中，(A)在形成保护膜120且形成第一杂质半导体层107之后，(B)也可以依然残留保护膜120并形成损坏层121。然后，(C)去掉保护膜120且形成第一电极103。通过采用如上工序，可以有效地利用保护膜120。换言之，通过在第一电极103的形成之前去掉由于离子的照射受到损伤的保护膜120，可以防止半导体衬底119表面的损伤。另外，通过透过第一杂质半导体层107形成被掺杂氢的簇离子的损坏层121，可以同时将第一杂质半导体层107氢化。以后的工序与实施方式I同样地进行即可。实施方式5在本方式中，图13表示与实施方式I不同的制造工序。在图13中，(A)在半导体衬底119上形成第一电极103，(B)透过第一电极103添加一导电型的杂质，且形成第一杂质半导体层107。然后，(C)透过第一电极103掺杂氢的簇离子并形成损坏层121。在本工序中，通过首先形成第一电极103，可以将其用作离子掺杂中的损坏防止层。另外，可以省略为了进行离子掺杂形成保护膜的工序。以后的工序与实施方式I同样地进行即可。实施方式6在本方式中，图14表示与实施方式I不同的制造工序。在图14中，⑷在半导体衬底119上形成第一电极103，(B)透过第一电极103掺杂氢的簇离子而形成损坏层121。(C)透过第一电极103添加一导电型的杂质且形成第一杂质半导体层107。在本方式中，通过首先形成第一电极103，可以将其用作离子掺杂中的损坏防止层。另外，可以省略为了进行离子掺杂形成保护膜的工序。另外，通过透过第一杂质半导体层107形成被掺杂氢的簇离子的损坏层121，可以同时将第一杂质半导体层107氢化。以后的工序与实施方式I同样地进行即可。
实施方式7在本方式中，图15表示与实施方式I不同的制造工序。在图15中，(A)形成保护膜120且掺杂氢的簇离子形成损坏层121，(B)依然残留保护膜120而形成第一杂质半导体层107。然后，(C)去掉保护膜120且形成第一电极103。通过采用如上工序，可以有效地利用保护膜120。另外，通过在形成损坏层121之后形成第一杂质半导体层107，可以将该第一杂质半导体层107的杂质浓度高浓度化，并且可以形成浅的接合。由此，由背面场(BSF:Back Surface Field)效果可以制造光产生载流子的收集效率高的光电转换装置。以后的工序与实施方式I同样地进行即可。实施方式8在本方式中，图16表示与实施方式I不同的制造工序。在图16中，(A)形成保护膜120且掺杂氢的簇离子形成损坏层121，(B)去掉保护膜120且形成第一电极103。(C)透过第一电极103添加一导电型的杂质且形成第一杂质半导体层107。通过透过第一电极103形成第一杂质半导体层107，容易控制第一杂质半导体层107的厚度。以后的工序与实施方式I同样地进行即可。实施方式9图17A表示使用根据实施方式I至8制造的光电转换装置的太阳能发电模块的一例。该太阳能发电模块128由设置在支撑衬底101上的第一单元元件104和第二单元元件105构成。在支撑衬底101的一个表面上形成第一补助电极113和第二补助电极114，并且第一补助电极113和第二补助电极114在支撑衬底101的端部区域上分别连接到连接器用的第一背面电极126及第二背面电极127。图17B为对应于C-D切断线的截面图。通过支撑衬底101的贯通口第一补助电极113与第一背面电极126连接，并且第二补助电极114与第二背面电极127连接。如上所述，通过在支撑衬底101上设置第一单元元件104和第二单元元件105来形成光电转换装置100可以实现太阳能发电模块128的薄型化。实施方式10图18表示使用太阳能发电模块128的太阳能发电系统的一例。一个或多个太阳能发电模块128的输出电力由充电控制电路129充电到蓄电池130。在蓄电池130的充电量多的情况下，有时会直接输出到负荷131。在将双电层电容用作蓄电池130的情况下，当进行充电时不需要化学反应，而可以迅速进行充电。另外，与利用化学反应的铅蓄电池相比，其寿命可以提高到大约8倍，并其充放电功率可以提高到I. 5倍。将负荷131可以应用于各种用途如荧光灯、发光二极管、电致发光面板等的照明、小型电子设备等。本申请基于2007年11月16日在日本专利局受理的日本专利申请序列号2007-298325而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
权利要求
1.一种光电转换装置，包括 在支撑衬底上形成的绝缘层； 在所述绝缘层上形成的第一电极； 在所述第一电极上形成的第一杂质半导体层； 在所述第一杂质半导体层上形成的单晶半导体层； 在所述单晶半导体层上形成的非晶半导体层； 在所述非晶半导体层上形成的第二杂质半导体层；以及 在所述第二杂质半导体层上形成的第二电极。
2.根据权利要求I所述的光电转换装置，其中所述单晶半导体层的厚度为O.IymWi且10 μ m以下。
3.根据权利要求I所述的光电转换装置，还包括在所述第二杂质半导体层上形成的导电簇。
4.一种光电转换装置，包括 在支撑衬底上形成的绝缘层； 在所述绝缘层上形成的第一电极； 在所述第一电极上形成的第一杂质半导体层； 在所述第一杂质半导体层上形成的单晶半导体层； 在所述单晶半导体层上形成的第二杂质半导体层； 在所述第一杂质半导体层上形成的第三杂质半导体层； 在所述第三杂质半导体层上形成的第一非晶半导体层； 在所述第一非晶半导体层上形成的第四杂质半导体层； 在所述第四杂质半导体层上形成的第五杂质半导体层； 在所述第五杂质半导体层上形成的第二非晶半导体层； 在所述第二非晶半导体层上形成的第六杂质半导体层；以及 在所述第六杂质半导体层上形成的第二电极。
5.根据权利要求4所述的光电转换装置，其中所述单晶半导体层的厚度为O.IymWi且10 μ m以下。
6.根据权利要求4所述的光电转换装置，其中所述单晶半导体层为单晶硅，并且所述第一非晶半导体层和所述第二非晶半导体层为非晶硅。
7.根据权利要求4所述的光电转换装置，还包括在所述第二杂质半导体层上形成的导电簇。
全文摘要
本发明涉及光电转换装置及其制造方法。在叠层型光电转换装置中，为了在上层单元元件和下层单元元件之间形成金属薄膜或硅化物膜等，需要增加形成该薄膜的工序。因此，有使光电转换装置的生产性降低等的问题。本发明的要旨在于一种光电转换装置，其至少具有将厚度为10μm以下的单晶半导体层包含于光电转换层的第一单元元件以及将设置在该第一单元元件上的非单晶半导体层包含于光电转换层的第二单元元件，并且在该单元元件之间分散金属簇。因为导电簇存在于下层单元元件和上层单元元件之间且形成欧姆接触，所以欧姆电流在两个单元元件之间流过。
文档编号H01L31/0687GK102931240SQ201210459210
公开日2013年2月13日 申请日期2008年11月14日 优先权日2007年11月16日
发明者山崎舜平, 荒井康行 申请人:株式会社半导体能源研究所
技术领域：
本发明涉及使用单晶半导体或多晶半导体的光电转换装置，并涉及层叠多个光电变换元件的光电转换装置。
背景技术：
作为清洁且无限的能源，太阳能发电不断得到普及。太阳能发电使用利用半导体的光电特性来将光能转换为电能的光电转换装置(也称为太阳能电池)。光电转换装置的生产逐年有增加的趋势。例如，2005年的太阳能电池的全世界生产量为1，759MW，与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结晶半导体的光电转换装置，而且使用单晶硅衬底或多晶硅衬底的光电转换装置占生产量的大部分。随着对以硅为材料的结晶系光电转换装置的需要高涨，用于硅衬底的原料的多晶硅的供给不足和起因于此的价格的高涨成为产业界的难题。虽然2007年的多晶硅的预计生产量可以达到大约36,000吨，但是实际上用于制造半导体(LSI)需要25，000吨以上且用于制造太阳能电池需要20，000吨以上，所以预计多晶硅大约有10，000吨的供给不足。而且预计这种供给不足的状况今后也将持续下去。对以硅为材料的结晶系光电转换装置而言，为了吸收太阳光有10 μ m左右的厚度就足够了。相对于此，成为结晶系光电转换装置的基材的单晶硅衬底或多晶硅衬底具有200 μ m至300 μ m左右的厚度。就是说，与光电转换需要的厚度相比，使用单晶硅衬底或多晶硅衬底的光电转换装置具有10倍以上的厚度。硅衬底的供给不足的主要原因之一也在于在光电转换装置中没有有效地利用高价的半导体材料。光电转换装置具有多样的结构。除了具有在单晶硅衬底或多晶硅衬底上形成η型或P型的扩散层的典型的结构的光电转换装置以外，还已知组合由单晶半导体构成的单元元件和由非晶半导体构成的单元元件的组合异种单元元件的叠层型光电转换装置(例如，参照专利文献I)。在竖着层叠多个光电转换单元元件的叠层型光电转换装置中，在上层单元元件和下层单元元件的接合部中，产生与单元元件相反方向取向的接合(逆接合)，而发生不能使电流顺利流过并降低光电转换装置的输出特性的问题。为了解除该缺陷已知如下技术，即通过中间夹着金属薄膜、硅化物膜等而解除逆接合，且形成欧姆接触(例如，参照专利文献2 至 4)。[专利文献I]日本专利申请公开Η6-44638号公报[专利文献2]日本专利申请公开Η1-47907号公报[专利文献3]日本专利申请公开Η5-25187号公报
[专利文献4]日本专利申请公开H5-43306号公报因为组合由单晶半导体构成的单元元件和由非晶半导体构成的单元元件的组合异种单元元 件的叠层型光电转换装置依然使用厚的半导体衬底，所以不能解除如有效地利用硅半导体等的问题。另外，在叠层型光电转换装置中，为了在上层单元元件和下层单元元件之间形成金属薄膜、硅化物等，需要增加形成该薄膜的工序。因此，具有如使光电转换装置的生产性降低等的问题。总之，在已知的技术中，有效地利用有限的资材且效率好地生产满足需要的数量的光电转换装置是很困难的。签于这种情况，本发明的目的之一在于有效地利用硅半导体材料并且提供具有优良光电转换特性的光电转换装置和其制造方法。本发明的要旨是如下在光电转换装置中，至少具有将厚度为10μ m以下的单晶半导体层包含于光电转换层的第一单元元件以及将设置在该第一单元元件上的非单晶半导体层包含于光电转换层的第二单元元件，并且在该单元元件之间分散金属簇。一种光电转换装置，包括第一单元元件，其中在单晶半导体层的一方的面上中间夹着着一导电型的第一杂质半导体层而设置有第一电极，且在另一面上设置有与一导电型相反的导电型的第二杂质半导体层；以及第二单元元件，其中在非单晶半导体层的一方的面上设置有一导电型的第三杂质半导体层，且在另一面上隔着与一导电型相反的导电型的第四杂质半导体层而设置有第二电极，其中在接合第二杂质半导体层和第三杂质半导体层的界面中具有由金属、金属氮化物或金属氧化物构成的导电簇，并且在第一电极的与单晶半导体层相反一侧的面上设置有绝缘层，且该绝缘层与支撑衬底接合。本发明之一在于一种光电转换装置的制造方法，包括如下工序一种光电转换装置的制造方法，包括如下工序对单晶半导体衬底的一方的面的离该单晶半导体衬底的表面有10 μ m以下的深度的区域照射簇离子来形成损坏层；从单晶半导体衬底的一方的面一侧照射第一杂质离子而形成第一杂质半导体层；在第一杂质半导体层上形成第一电极和绝缘层；使绝缘层接合支撑衬底；对单晶半导体衬底从损坏层进行劈开，而在支撑衬底上残留单晶半导体层；在该单晶半导体层的劈开面一侧照射第二杂质离子而形成第二杂质半导体层；在第二杂质半导体层上分散由金属、金属氮化物或金属氧化物构成的导电簇；由电磁能量分解含有半导体材料气体的反应气体，来在第二杂质半导体层以及导电簇上依次层叠形成一导电型的第三杂质半导体层、非单晶半导体层以及与一导电型相反的导电型的第四杂质半导体层；以及在第四杂质半导体层上形成第二电极。单晶是指晶面、晶轴一致的结晶，且是指构成其的原子或分子在空间有规则地排列的结晶。不过，虽然单晶是由原子有规则地排列而构成的，但是也包括其一部分具有该排列混乱的晶格缺陷的结晶以及故意地或非故意地具有晶格畸变的结晶。簇(cluster)是指多个原子或分子汇集而构成的构造单位，并导电簇是指在所有簇中具有导电性的簇。根据本发明，通过将单晶半导体衬底的表层部薄层化并使它接合到支撑衬底，可以获得如下光电转换装置，即以IOy m以下的单晶半导体层为光电转换层的下层单元元件和以其上层叠的非单晶半导体层为光电转换层的上层单元元件之间分散有导电簇。换言之，可以制造如下光电转换装置，即在耐热温度为700°C以下的大面积玻璃衬底上以单晶半导体层为光电转换层的下层单元元件和以其上层叠的非单晶半导体层为光电转换层的上层单元元件之间分散有导电簇。因为导电簇存在于下层单元元件和上层单元元件之间且形成欧姆接触，所以具有顺利地使两个单元元件之间的电流流过的作用。导电簇通过被分散配置，具有降低从上层单元元件入射到下层单元元件的光的损失的作用。在本发明中，通过分离单晶半导体衬底的表层来可以获得单晶半导体层，并且因为可以重复利用该单晶半导体衬底，所以可以有效地利用资源。
图I是表示串联型光电转换装置的结构的平面图。图2是表示串联型光电转换装置的结构的截面图。图3是表示串联型光电转换装置的能带图的一例的图。图4是表示叠层型光电转换装置的结构的截面图。图5A至是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图6A和6B是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图7A至7D是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图8A至SC是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图9是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图10是说明离子掺杂装置的结构的图。图11是说明激光处理装置的结构的示意图。图12A至12C是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图13A至13C是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图14A至14C是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图15A至15C是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图16A至16C是说明叠层型光电转换装置的制造工序的截面图。图17A是说明太阳能发电模块的结构的平面图；图17B是图17A的沿C-D切断线的截面图。图18是说明太阳能发电系统的一例的图。图19是说明产生金属簇的离子掺杂装置的结构的图。
具体实施例方式对本发明的实施方式，使用附图来详细地说明。但是，本发明不局限于以下说明，本领域的技术人员容易理解，其形态和细节可以在不脱离本发明的宗旨及其范围的条件下作各种各样的变换。因此，本发明不应该被解释为仅限于以下所示的实施方式的记载内容。在以下所说明的本发明的结构中，在不同附图之间共同使用相同的参考符号来表示相同的部分或具有同样功能的部分，而省略其重复说明。实施方式I图I表示根据本方式的光电转换装置100的平面图。该光电转换装置100设置有固定在支撑衬底101上的第一单元元件104及第二单元元件105。第一单元元件104及第二单元元件105含有半导体接合，且构成为由半导体接合进行光电转换。注意，在第一单元元件104及第二单元元件105之间分散有导电簇。第一单元元件104的支撑衬底101 —侧设置有第一电极，且第二单元元件105的表面一侧设置有第二电极。第一电极与第一补助电极113连接，且第二补助电极114设置在第二电极上。本方式的光电转换装置100采用在具有绝缘表面的支撑衬底101上层叠第一单元元件104及第二单元元件105的结构。因而，作为正极和相对于此的负极的电极，采用露出于支撑衬底101的相同的面一侧的结构。图2表示对应于图I的A-B切断线的光电转换装置的截面结构。图2表示在支撑衬底101上层叠第一单元元件104及第二单元元件105的光电转换装置。支撑衬底101为具有绝缘表面的衬底或绝缘衬底，例如适用铝硅酸盐玻璃、铝硼硅酸盐玻璃、钡硼硅酸盐玻璃等用于电子工业的各种玻璃衬底。 支撑衬底101和第一单元元件104之间设置有绝缘层102。在第一单元元件104和绝缘层102之间设置有第一电极103，且在第二单元元件105上设置有第二电极112。通过使绝缘层102与支撑衬底101接合，而且与第一电极103密贴，来在支撑衬底101上固定第一单元元件104及第二单元元件105。为了与支撑衬底101接合，绝缘层102由具有平滑面和亲水性的表面的绝缘膜形成。作为第一单元元件104的单晶半导体层106，典型地使用单晶硅。另外，也可以使用多晶半导体层(典型地为多晶硅)代替单晶半导体层。一导电型的第一杂质半导体层107和与一导电型相反的导电型的第二杂质半导体层108通过将预定的杂质添加到单晶半导体层106制造。在以第一杂质半导体层107为P型的情况下,第二杂质半导体层108为η型，反之，亦可。作为P型杂质适用硼等元素周期表第13族的元素，并且作为η型杂质适用磷、砷等元素周期表第15族的元素。杂质元素的添加可以通过离子注入或离子掺杂进行。在本说明书中，离子注入是指对进行离子化之后的气体进行质量分离而将其注入到半导体的方式，并且离子掺杂是指对进行离子化之后的气体不进行质量分离而将其照射到半导体的方式。单晶半导体层106通过将单晶半导体衬底薄片化而形成。例如，将氢离子注入到单晶半导体衬底的预定的深度区域，并形成结晶结构被破坏且氢以高浓度偏在的损坏层。然后，进行热处理从损坏层进行劈开，而分离表层的单晶半导体层。另外，也可以采用在多孔硅上使单晶半导体外延生长之后将多孔硅由喷水法进行劈开而分离的方法。作为单晶半导体衬底，典型地使用单晶硅薄片。单晶半导体层106的厚度为O. I μ m以上且10 μ m以下,优选为I μ m以上且5μηι以下。在作为单晶半导体层106使用单晶硅半导体的情况下，因为其能隙为I. 12eV并且它为间接跃迁半导体(indirecttransition type semiconductor),所以为了吸收太阳光上述膜厚是合适的。作为第二单元元件105的非单晶半导体层109，典型地使用非晶硅。另外，也可以使用微晶半导体层(典型地为微晶硅)代替非单晶半导体层。一导电型的第三杂质半导体层110和与一导电型相反的导电型的第四杂质半导体层111由包含预定的杂质而形成的非晶半导体层或微晶半导体层制造。典型地为非晶硅或微晶硅，另外也适用非晶碳化硅。在以第三杂质半导体层110为P型的情况下，第四杂质半导体层111为η型，反之，亦可。
非单晶半导体层109使用电磁能量分解包含半导体材料气体的反应气体而形成。作为半导体材料气体，使用以硅烷或乙硅烷为代表的硅的氢化物，另外也可以使用由硅的氟化物或硅的氯化物而构成的气体。将这种半导体材料气体用作反应气体，或者对这种半导体材料气体混合氢、惰性气体而将其用作反应气体。使用该反应气体且通过等离子体CVD法形成非单晶半导体层109。在该等离子体CVD法中，作为电磁能量施加IOMHz至200MHz的高频电力而形成薄膜。作为电磁能量也可以施加IGHz至5GHz、典型地为2. 45GHz的微波电力代替高频电力。第三杂质半导体层110及第四杂质半导体层111也同样使用等离子体CVD法形成。在进行P型化的情况下，将乙硼烷作为杂质添加到上述反应气体来进行成膜，并且在进行η型化的情况下，将磷化氢作为杂质添加到上述反应气体来进行成膜。作为非单晶半导体层109，典型地使用非晶硅层。注意，等离子体CVD法为一种化学气相成长法。另外，等离子体CVD法作为制造薄膜的技术，被用于以硅等的半导体膜、氧化硅或氮化硅为代表的绝缘体膜等的制造。在等离子体CVD法中，通过对包含原料物质的气体施加电磁能量而进行等离子体化，而使原料物 质自由基化并变成富有反应性，并且由该自由基的反应在衬底上形成薄膜。虽然在本方式中以等离子体CVD法为代表例，但是作为其他化学气相成长法，通过供给光或热能量也可以引起同样的自由基反应，而可以使用光、CVD、热CVD作为代替手段。非单晶半导体层109的厚度为50nm以上且300nm以下，优选为IOOnm以上且200nm以下。在使用非晶硅半导体作为非单晶半导体层109的情况下，其能隙为1.75eV。通过采用上述厚度，可以吸收比600nm短的波长区域的光而进行光电转换。也可以使用微晶半导体层(典型地为微晶硅层)作为非单晶半导体层109。用于形成微晶半导体层的典型的半导体材料气体为SiH4,另外也使用Si2H6。另外也可以对SiH4适当地混合SiH2Cl2、SiHCl3、SiCl4、SiF4等而使用。通过使用氢或氟稀释、或者使用氢或氟和选自氦、氩、氪、氖的一种或多种的稀有气体元素稀释该半导体材料气体而使用，由等离子体CVD法制造微晶半导体层。优选以10倍至3000倍的范围的稀释率稀释半导体材料气体。使用在O. IPa至133pa的减压下产生的辉光放电等离子体进行成膜。作为用于形成等离子体的电力，施加IOMHz至200MHz的高频电力或IGHz至5GHz、典型地为2. 45GHz的微波电力。微晶半导体层具有晶格畸变，并且由于该晶格畸变，光学特性从单晶硅的间接跃迁型变成直接跃迁型。当至少有10%的晶格畸变时，光学特性变成直接跃迁型。注意，在局部性地存在晶格畸变的情况下，呈现直接跃迁和间接跃迁混在一起的光学特性。在微晶硅层中能隙大约为1.45eV，并因为与单晶硅层相比其能隙宽，所以可以吸收短于600nm的波长区域的光而进行光电转换。在第一单元元件104和位于其上层的第二单元元件105之间分散导电簇132。导电簇实际上分散在第二杂质半导体层108上，且其表层部被第三杂质半导体层110覆盖。导电簇132具有IOOnm以下的粒径，优选具有5nm至50nm的粒径。导电簇132由包含选自钛、铬、钴、镍或钥中的一种或多种的元素的金属化合物或合金，或者该金属的氮化物或氧化物形成。将分散在第二杂质半导体层108上的导电簇132的密度设定为I个/μ m2以上且少于100个/μ m2即可。即使存在由一导电型的第二杂质半导体层108和与一导电型相反的导电型的第三杂质半导体层Iio形成逆接合的区域，也通过在第二杂质半导体层108和第三杂质半导体层110之间具有夹着导电簇132的部分而形成欧姆接触，来可以使电流在第一单元元件104和第二单元元件105之间顺利地流过。本方式的光电转换装置采用从第二电极112 —侧入射光的结构。第二电极112使用如氧化铟锡、氧化锡或氧化锌等透明导电膜材料形成。第一电极103由选自钛、钥、钨、钽、铬或镍的金属材料形成。另外，第一电极103具有钛、钥、钨、钽的氮化物层，并采用该氮化物层与第一杂质半导体层107接触的结构。通过在半导体层和金属层之间夹着氮化物金属，可以提高密贴性。图3表示在使用具有能隙为I. 12eV的单晶半导体层106的第一单元元件104和具有能隙为I. 75eV的非单晶半导体层109的第二单元元件105的情况下的能带图。具有能隙大的非单晶半导体层109的第二单元元件105位于光的入射一侧，并且其后方配置有具有能隙小的单晶半导体层106的第一单元元件104。注意，在此表示如下情况第一杂质半导体层107和第三杂质半导体层110为P型半导体，并且第二杂质半导体层108和第四杂质半导体层111为η型半导体。如图3的能带图所示，吸收光而被激发的电子流到η型半导体一侧，且空穴流到P型半导体一侧。第一单元元件104和第二单元元件105的连接部形成有ρη接合，其等效电路成为在电流流过的方向的相反方向上插入二极管的形状。但是，在η型第二杂质半导体层108和P型第三杂质半导体层110之间夹着导电簇132，通过夹着导电簇132而实际上产生复合电流来可以产生欧姆电流。当使用图2所示的串联型光电转换装置时，通过使用由单晶半导体层形成的第一单元元件104作为底单元，可以吸收SOOnm以上的长波长的光而进行光电转换，这有助于提高光电转换的效率。在该情况下，因为将单晶半导体层106薄层化即使其膜厚为10μ m以下，所以可以降低起因于光产生载流子的复合的损失。因为导电簇132存在于第一单元元件104和第二单元元件105之间且形成欧姆接触，所以可以使电流顺利地在两个单元元件之间流过。通过分散地配置导电簇132，可以降低从第一单元元件104入射到第二单元元件105的光的损失。
图4表示层叠三个单元元件的叠层型光电转换装置(stackedphotoelectricconversion device)的例子。在设置于支撑衬底101上的第一单元元件104中以单晶半导体层106为光电转换层，在其上的第二单元元件105中以非单晶半导体层109为光电转换层，并且在其上的第三单元元件115中以非单晶半导体层116为光电转换层。在第一单元元件104和位于其上层的第二单元元件105之间分散有导电簇132。另外，在第二单元元件105和第三单元元件115之间也分散有导电簇132。在此情况下，因为单晶半导体层106的能隙为I. 12eV，所以优选将与第一单元元件104相比位于光的入射一侧的第二单元元件105的非单晶半导体层109的能隙设定为I. 45eV至I. 65eV,并且优选将第三单元元件115的非单晶半导体层116的能隙设定为1.7eV至2. OeV0这是因为通过使在每个单元元件吸收的光的波长带的区域不同，可以有效地吸收太阳光。为了将第二单元元件105的非单晶半导体层109的能隙设定为I. 45eV至I. 65eV,适用非晶硅锗或非晶硅。为了将第三单元元件115的非单晶半导体层116的能隙设定为1.7eV至2. OeV，适用非晶硅(I. 75eV)、非晶碳化硅(I. 8eV至2. OeV)。通过在各个单元元件之间分散地配置导电簇132，可以顺利地产生各个单元元件之间的电流。注意，在图4中，第五杂质半导体层117具有与第三杂质半导体层110相同导电型，并且第六杂质半导体层118具有与第四杂质半导体层111相同导电型，因此省略详细的说明。实施方式2 接着，以作为对应于图I的A-B切断线的截面结构为图2的情况的前提下，对光电转换装置100的制造方法进行说明。图5A所示的半导体衬底119是从圆形的单晶半导体衬底切出为近似四边形。当然对半导体衬底119的平面形状没有特别的限制，但是在形成单晶半导体层的支撑衬底为矩形的情况下，半导体衬底119优选为近似四边形。半导体衬底119典型地为单晶硅，并优选对其表面进行镜面研磨。这是为了使其隔着用于接合的绝缘层与支撑衬底密贴。例如，将P型的I Ω cm至10 Qcm左右的单晶硅薄片用于半导体衬底119。单晶硅薄片的尺寸优选直径在300mm (12英寸硅薄片)以上，例如优选使用直径为400mm或直径为450mm的硅薄片(18英寸硅薄片)。通过将单晶硅薄片的尺寸大口径化，在制造太阳能发电模块的情况下可以缩小当使多个单元元件排列时产生的缝隙(非发电区域)的面积。注意，如上述那样半导体衬底119的平面形状优选为近似四边形。至于作为保护膜120的绝缘膜，优选例如由氧化硅膜或氮化硅膜形成，并且使用典型地为等离子体CVD法的化学气相成长法形成。因为当将损坏层形成于半导体衬底119时对表面照射离子而使其平坦性受到损坏，所以优选设置保护膜120。保护膜120优选以IOnm至200nm的厚度设置。接下来，在半导体衬底119上形成一导电型的第一杂质半导体层107。例如，作为一导电型的杂质添加硼来将第一杂质半导体层107形成为P型。在本方式的光电转换装置中，第一杂质半导体层107配置在与光的入射一侧相反的面上，而形成背面电场(BSF:BackSurfaceField)。作为硼的添加优选以如下方式进行，即以B2H6、BF3为源气体，对产生的离子不进行质量分离而在电场中将其加速且使用对衬底照射产生的离子流的离子掺杂装置。这是因为即使半导体衬底119的面积为其对角超过300_的尺寸也可以将离子束的照射面积设定为大而效率好地进行处理。例如，通过形成其长边的长度超过300mm的线状离子束，并以将该线状离子束从半导体衬底119的一端照射到另一端的方式进行处理，可以对半导体衬底119的整个面均匀地形成第一杂质半导体层107。在图5B中，去掉保护膜120且在第一杂质半导体层107上形成第一电极103。第一电极103优选由耐热金属形成。作为耐热金属适用钛、钥、钨、钽、铬、镍等的金属材料。另夕卜，也可以采用由上述金属材料的氮化物层或氧化物层和金属材料的层构成的两层结构。在此情况下，通过彼此接触地配置该氮化物层或氧化物层以及第一杂质半导体层107，可以提高第一电极103和第一杂质半导体层107的密贴性。第一电极103使用真空蒸镀法或溅射法形成。图5C表示从形成有第一电极103的面将含有氢离子的离子束122照射到半导体衬底199并形成损坏层121的阶段。作为氢离子优选将典型地为H3+的簇离子照射到半导体衬底119而在离表面有预定的深度的区域中形成损坏层121。根据离子的加速能量控制损坏层121的深度。因为是根据损坏层121的深度设定从半导体衬底119分离的单晶半导体层的厚度，所以考虑此而设定将簇离子加速的电场强度。在离半导体衬底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,优选为I μ 111至5 4 m的深度的区域中形成损坏层作为损坏层121。通过将簇离子透过第一电极103照射到半导体衬底119，可以防止由于离子的照射使表面受到损伤。可以使用离子掺杂装置照射以H3+为代表的氢离子的簇离子。其中通过产生氢等离子体且对产生于该等离子体中的离子不进行质量分离而将其直接在电场中进行加速来照射。通过使用离子掺杂装置，对面积大的半导体衬底119也可以容易进行簇离子的照射。图10是说明对产生于离子源200的多种离子不进行质量分离，而将其照射到半导体衬底119的离子掺杂装置的结构的图。气体供给部204将氢等预定的气体供给到离子源200。离子源200中配备有灯丝201。灯丝电源202对灯丝201施加电弧放电电压来调节产生于灯丝201的电流。气体供给部204所供给的气体由排气系统209排气。
引出电极系统205引出产生于离子源200的离子，来形成离子束122。将离子束122照射到放在载物台206上的半导体衬底119。设置于载物台206近旁的质量分析管207对包含于离子束122的离子种的比例进行计量。质量分析计208对由质量分析管207计量的离子密度进行信号转换，并也可以使其结果反馈到电源控制部203。电源控制部203可以根据离子密度的计算结果控制灯丝电源202。气体供给部204所供给的氢等的气体流到离子掺杂装置的反应室内，并由排气系统209排气。以公式(I)的反应将供给到离子源200的氢离子化。Η2+θ — H2++2e — Q (Q=15. 39eV) (I)离子掺杂装置的反应室内的压力为1X10 —2Pa至I X KT1Pa,另外，因为电离度不是很高，与H2+离子相比原料气体H2更多存在。从而，产生于离子源的H2+离子在由引出电极系统205引出之前与H2起反应，产生公式(2)的反应。 H2 + 十 H2 — H3 + 十 H 十 Q (Q=l. 49eV) (2)因为H3+是比H+及H2+更稳定的分子，所以若与H2冲撞的比率高，则产生大量的
H3'从使用质量分析管207的流入载物台206的离子束122的质量分析结果中也可以一目了然地确认到上述事实，即，H3+离子的比率占离子种H +、H2 +、H3 +的总量的70%以上。因此，通过对衬底照射产生大量的簇离子的H3 +的离子束，与照射H +、H2+的情况相比氢原子的照射效率得到提高，有即使剂量少也可以使半导体衬底119以高浓度包含氢的效果。通过如此提高H3 +的比率，可以使损坏层121包含lX102°atoms/cm3以上的氢。形成于半导体衬底119中的损坏层121失去其结晶结构而形成有空穴，成为多孔结构。因此，通过进行相对较低温^ocrc以下)的热处理使形成于损坏层121的微小的空洞的体积发生变化，而可以沿损坏层121对单晶半导体层进行劈开。另外，使用比由近似四边形形成的半导体衬底119的一边的长度长的线状离子束对该半导体衬底119的表面进行扫描且照入簇离子，可以使损坏层121的深度均匀。图表示在第一电极103上形成绝缘层102的阶段。绝缘层102由氧化硅、氧氮化硅、氮氧化硅、氮化硅等的绝缘膜形成。作为绝缘层102的形成材料只要是具有绝缘性的薄膜就没有限制，并采用具有平滑性且亲水性的表面的薄膜即可。至于绝缘层102的平滑性，优选平均面粗糙度Ra值为Inm以下，优选为O. 5nm以下。注意，在此所述的平均面粗糙度是为了将JIS B0601所定义的中心线平均粗糙度用于面，将其以三次元扩张的。氧氮化硅膜是指如下膜在组成方面氧的含量比氮的含量多且当使用卢瑟福背散射光谱学法(RBS: Rutherford BackscatteringSpectrometry)以及氢前方散射法(HFS:Hydrogen ForwardScattering)测量时,作为浓度范围，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％的氢。另外，氮氧化硅膜是指如下膜在组成方面氮的含量比氧的含量多且当使用RBS及HFS测量时，作为浓度范围，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％的氢。将构成氧氮化硅或氮氧化硅的原子的总计设为100原子％时,氮、氧、娃及氢的含有比率包含在上述范围内。作为含有氢的氧化硅，例如优选使用通过化学气相成长法且使用有机硅烷而制造的氧化硅膜。作为使用有机硅烷而形成的绝缘层102，通过例如使用氧化硅膜可以使支撑衬底和转置用导体层的接合牢固。作为有机硅烷，可以使用如硅酸乙酯(TE0S :化 学式为Si(OC2H5)4X四甲基硅烷(TMS :化学式为Si (CH3)4)、四甲基环四硅氧烷(TMCTS)、八甲基环四硅氧烷(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。含有氢的氮化硅可以使用硅烷气体和氨气体且使用等离子体CVD法而制造。上述气体也可以添加有氢。含有氧和氢的氮化硅可以使用硅烷气体、氨气体以及氧化亚氮气体且使用等离子体CVD法而制造。不管是哪一种情况，在使用等离子体CVD法、减压CVD法、常压CVD法等的化学气相成长法且将硅烷气体等用作原料气体而制造的氧化硅、氧氮化硅氮氧化硅中包含氢的都可以采用。作为绝缘层102的成膜温度优选采用350°C以下的成膜温度，因为在该范围下氢不从形成于单晶半导体衬底的损坏层121脱离。图6A表示接合支撑衬底和半导体衬底119的阶段。该接合通过使平滑且具有亲水性的表面的绝缘层102贴紧到支撑衬底101而实现。氢结合和范德瓦耳斯力作用于该接合。通过变为具有亲水性的单晶半导体衬底101及支撑衬底107的表面的羟基或水分子起粘合剂的作用，而实现接合。由热处理扩散水分子并且残留成分的硅烷醇基(Si-OH)由氢结合彼此结合。进而通过氢脱离来形成硅氧烷结合(Si-O-Si)，使该接合部成为共价键，而使半导体衬底119和支撑衬底101的接合变得牢固。另外，在支撑衬底101的接合面上也可以预先形成氮化硅膜、氮氧化硅膜等作为阻挡层123。通过形成阻挡层123，可以防止来自支撑衬底的杂质污染。此外，为了良好地实现支撑衬底101和接合层102的接合，也可以预先将接合面活性化。例如，对要形成接合的表面的一方或双方照射原子束或离子束。在使用原子束或离子束的情况下，可以使用氩等的惰性气体中性原子束或惰性气体离子束。另外，通过进行等离子体照射或基处理来可以将接合面活性化。通过这种表面处理，即使在400°C以下的温度下，也容易形成异种材料之间的接合。图6B表示进行加热处理来以损坏层121为劈开面而从支撑衬底101分离半导体衬底119的阶段。加热处理的温度优选为绝缘层102的成膜温度以上且支撑衬底101的耐热温度以下。例如通过进行400°C至600°C的加热处理，使形成于损坏层121的微小的空洞的体积发生变化，而可以沿该区域进行劈开。因为绝缘层102与支撑衬底101接合，所以在支撑衬底101上残留有单晶半导体层106和第一电极103。此时，单晶半导体层106的厚度大致对应于损坏层的深度，形成为O. I μ m以上且小于10 μ m的厚度,优选为I μ m至5 μ m的厚度。通过上述工序可以在支撑衬底101上设置由绝缘层102固定的单晶半导体层106。在图7A中示出对单晶半导体层106添加与第一杂质半导体层相反的导电型的杂质来形成第二杂质半导体层108的阶段。例如，添加磷或砷来将第二杂质半导体层形成为η型。另外，因为单晶半导体层106的表面为与损坏层121最接近的区域，或为包含损坏层121的一部分的区域，所以优选预先进行蚀刻来去掉其。蚀刻为干法蚀刻或湿法蚀刻。第二杂质半导体层108上形成导电簇132。图7Β表示将导电离子，例如为金属簇 的离子束133照射到第二杂质半导体层108的表面的方法。导电簇132由包含选自钛、铬、钴、镍或钥中的一种或多种的元素的金属化合物或合金，或者该金属的氮化物或氧化物形成。在此情况下，将导电簇132的尺寸设定为IOOnm以下,优选为5nm至50nm。将分散在第
二杂质半导体层108上的导电簇132的密度设定为I个/μ m 2以上且少于100个/μ m
2
O图19表示将导电簇132分散在第二杂质半导体层108的表层部的制造装置的一例。因为该装置的主要结构与图10相同，所以省略其详细说明，而说明其差异。离子源200设置有靶子225。靶子225优选为棒状或板状。靶子225的原材料为包含选自钛、铬、钴、镍、钥中的一种或多种的元素的金属化合物或合金。靶子225连接到偏压电源226，并且构成为当在离子源200中产生等离子体时离子入射。例如，在离子源200中产生氢离子，并且使该氢离子冲撞被施加负偏压的靶子225。将由氢离子的溅射效果产生的簇状的金属离子或中性的金属簇在等离子体中离子化。将其由引出电极系统205引出到支撑衬底101 —侧。此时将加速电压设定为20kV至50kV，并且由该比较低的加速电压对支撑衬底101照射金属簇离子束133。在此情况下，通过预先对在离子源200中产生等离子体的气体添加氮或氧，可以形成金属簇的氮化物或氧化物。通过进行该处理，可以对第二杂质半导体层108的表面分散由金属簇或者金属簇的氮化物或氧化物构成的导电簇132。如上所述，因为在第二杂质半导体层108上设置导电簇的处理可以与第二杂质半导体层108的形成工序连续地进行，可以保持工序的连续性。换言之，通过使用离子掺杂且利用等离子体反应来在气相中产生导电簇，可以提高生产率。接着，如图7C所示，在第二杂质半导体层108和导电簇132上依次形成第三杂质半导体层110、非单晶半导体层109以及第四杂质半导体层111。各个层的厚度为如下第三杂质半导体层110为P型非晶半导体层(例如，为P型的非晶硅层)或P型的微晶半导体层(例如，P型的微晶硅层)且将其厚度设定为IOnm至20nm ;作为非单晶半导体层109使用50nm至300nm(优选为IOOnm以上且200nm以下)的非晶娃层；第四杂质半导体层111为η型的非晶半导体层(例如，η型的非晶硅层)或η型的微晶半导体层(例如，η型的微晶娃层)且将其厚度设定为20nm至60nm。第三杂质半导体层HO、非单晶半导体层109以及第四杂质半导体层111使用等离子体CVD法形成。作为激发等离子体的电力频率，施加IOMHz至200MHz的HF带或VHF带的高频电力或者IGHz至5GHz、典型地为2. 45GHz的微波电力。作为包含半导体材料气体的反应气体使用以硅烷或乙硅烷为代表的硅的氢化物、其他的由硅的氟化物或硅的氯化物的气体，并且适当地混合氢、惰性气体而使用。为了进行变成P型的价电子控制添加乙硼烷(B2H6),为了进行变成η型的价电子控制使用磷化氢(PH3)。另外，优选减少非单晶半导体层109中的杂质，并将氧及氮设定为IXlO1Vcm3以下，优选为5X1018/cm3以下。如图7D所示，在第四杂质半导体层101上形成第二电极112。第二电极112由透明导电材料形成。作为透明导 电材料，使用氧化铟锡合金(ΙΤ0)、氧化锌(ZnO)、氧化锡(Sn02)、ITO-ZnO合金等氧化物金属形成。第二电极112的厚度为40nm至200nm (优选为50nm至IOOnm)ο将第二电极112的薄层电阻设定为20 Ω / □ (ohm/square)至200 Ω / □即可。第二电极112使用溅射法或真空蒸镀法形成。在该情况下，使用荫罩(shadowmask)进行成膜以便在第一单元元件和第二单元元件层叠的区域中选择性地形成第二电极112。因为使用等离子体CVD法而制造的第三杂质半导体层110、非单晶半导体层109以及第四杂质半导体层111形成在支撑衬底101的整个面上，所以在去掉不需要的区域的情况下可以将该第二电极112用作用于蚀刻的掩模。此外，作为第二电极112，也可以使用导电高分子材料(也称为导电聚合物)代替上述氧化物金属。作为导电高分子材料，可以使用η电子共轭类导电高分子。例如，可以举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、或者由这些中的两种以上构成的共聚物。图8A表示以第二电极112为掩模并对第四杂质半导体层111、非单晶半导体层109、第三杂质半导体层110、第二杂质半导体层108、单晶半导体层106以及第一杂质半导体层107进行蚀刻而使第一电极103的端部露出的阶段。作为蚀刻处理，使用NF3、SF6等的气体进行干法蚀刻。图SB表示在形成有第一单元元件104及第二单元元件105的支撑衬底101上形成也可以用作反射防止层的钝化层124的阶段。钝化层124由氮化硅、氮氧化硅或氟化镁形成。以使第一电极103和第二电极112的表面的一部分露出的方式设置开口部，以便形成与补偿电极的接触。进行蚀刻加工来形成钝化层124的开口部。或者，形成设置有开口部的钝化层124。在此情况下，可以采用如上所述使用荫罩的方法或使用剥离法(lift offmethods)的方法。图SC表示形成接触于第一电极103的第一补助电极113和接触于第二电极112的第二补助电极114的阶段。第二补助电极114为如图I所示的梳形或格子状的电极。第一补助电极113和第二补助电极114由铝、银、铅及锡(焊锡)的合金等形成即可。例如，使用银膏剂且使用丝网印刷法形成。根据上述工序可以制造光电转换装置。根据本工序，通过使用异种材料之间的接合技术来可以制造如下光电转换装置，其中具有以700°C以下(优选为500°C以下)的工序温度且以10μ m以下的单晶半导体层为光电转换层的底单元以及以其上层叠的非单晶半导体层为光电转换层的顶单元。换言之，可以制造在耐热温度为700°C以下的大面积玻璃衬底上具有以单晶半导体层为光电转换层的底单元以及以其上层叠的非单晶半导体层为光电转换层的顶单元的光电转换装置。因为导电簇存在于第一单元元件和第二单元元件之间且形成欧姆接触，所以具有使电流顺利地在两个单元元件之间流过的作用。通过分散地配置导电簇，具有降低从第一单元元件入射到第二单元元件的光的损失的作用。单晶半导体层可以通过分离单晶半导体衬底的表层来获得，并且因为可以重复利用该单晶半导体衬底，所以可以有效地利用资源。实施方式3在实施方式2中，如图6B所示，分离半导体衬底119而露出的单晶半导体层106的表面上有时会残留有起因于损坏层121的形成的结晶缺陷。在此情况下，优选进行蚀刻来去掉单晶半导体层106的表层部。作为蚀刻处理，进行干法蚀刻或湿法蚀刻。另外，单晶半导体层106的进行劈开的面有时会残留有平均面粗糙度(Ra)为7nm至IOnm且最大高低差(P-V)为300nm至400nm的凹凸面。注意，在此所述的最大高低差表示山顶和谷底的高度的差距。另外，在此所述的山顶和谷底为以三次元扩张JIS B0101所定义的“山顶”“谷底”，并且山顶表不指定面的山的标闻最闻的地点且谷底表不指定面的谷的标闻最低的地点。进而，为了修复残留有结晶缺陷的单晶半导体层106，优选进行激光处理。图9表示对单晶半导体层106的激光处理。通过对单晶半导体层106照射激光束125，单晶半导体 层106的至少表面一侧熔融，并且以固相状态的下层部为晶种而在之后的冷却过程中进行再单晶化。在其过程中可以修复单晶半导体层106的缺陷。进而，通过在惰性气氛中进行激光处理，可以将单晶半导体层106的表面平坦化。进行该激光处理之前，优选以250°C至600°C的温度对至少激光的照射区域进行加热。通过预先对照射区域进行加热，可以将由激光的照射的熔融时间变长，而可以更有效地进行缺陷的修复。虽然激光束125熔融单晶半导体层106的表面一侧，但是由于支撑衬底101几乎不受到加热的影响，所以可以使用如玻璃衬底那样的耐热性低的支撑衬底。另外，因为第一电极103由耐热金属形成，所以当以上述温度进行加热时也不影响单晶半导体层106。在第一电极103和第一杂质半导体层107的界面形成硅化物，而更容易使电流流过。也可以在图7A所示的第二杂质半导体层108的形成之后进行该激光处理。由此，可以同时进行第二杂质半导体层108的活化。另外，也可以在设置图7B的导电簇132之后进行该激光处理。通过使导电簇132和第二杂质半导体层108起反应，可以形成更良好的欧姆接触。参照图11对可以进行该激光处理的激光处理装置的一例进行说明。该激光处理装置具备激光振荡器210、将激光变成细的线状激光束的具有聚光伸张功能的光学系统211、控制激光照射区域的气氛的气体喷射筒212、对该气体喷射筒212供给气氛控制气体的气体供给部213、流量控制部214、气体加热部215、使支撑衬底101悬浮来搬运其的衬底台222、支撑衬底的两端并搬运其的导轨223以及对衬底台222供给悬浮用气体的气体供给部 216。作为激光振荡器210，选择其振荡波长为紫外光域至可见光域的激光振荡器。激光振荡器210优选为脉冲振荡型的ArF、KrF或XeCl受激准分子激光器或者Nd-YAG激光、YLF激光等的固体激光中重复频率为IMHz以下、脉冲宽度为IOn秒以上且500η秒以下的激光振荡器。例如，使用重复频率为IOHz至300Hz、脉冲宽度为25η秒且波长为308nm的XeCl受激准分子激光器。光学系统211对激光进行聚光及伸张，并且在被照射的面上形成截面形状为线状的激光束。形成线状束的光学系统211由柱面透镜阵列217、柱面透镜218、镜子219以及双合柱面透镜220构成。虽然也根据透镜的尺寸，但是可以照射较长方向为IOOmm至700mm且较短方向为ΙΟΟμπι至500μπι左右的线状激光。
聚光为线状的激光束经过气体喷射筒212的光入射窗口 221照射到支撑衬底101。气体喷射筒212与支撑衬底101邻接地配置。气体供给部213对气体喷射筒212供给氮气体。从气体喷射筒212中的面对支撑衬底101的开口部喷射氮气体。气体喷射筒212的开口部以对支撑衬底101照射从光入射窗口 221入射的激光束的方式按线状激光束的光轴配置。由从气体喷射筒212的开口部喷射的氮气体的作用，激光束的照射区域成为氮气氛。通过在气体加热部215中对供给到气体喷射筒212的氮气体进行加热为250°C至600°C，可以使用被加热的氮气体控制支撑衬底101的照射激光束的面上的温度。通过预先对照射区域进行加热，可以如上所述控制由激光束的照射的熔融时间。空气或氮从气体供给部216经过流量控制部214来供给到衬底台222。气体供给部216所供给的气体从衬底台222的上面以从下喷到支撑衬底101的下面的方式喷出，而使该支撑衬底101悬浮。将支撑衬底101放在其两端移动于导轨223上的滑块224上来搬运，此时，通过从衬底台222 —侧喷出气体，可以以不弯曲而在悬浮的状态搬运。在本方式的激光处理装置中，气体喷射筒212对支撑衬底101的上面喷出氮气体。因此，通过从支撑 衬底101的背面也喷出气体，可以防止支撑衬底101的弯曲。衬底台222也可以区划为激光照射部近旁和其他区域。在激光照射部近旁也可以喷出由气体加热部215进行加热了的氮气体。由此,可以对支撑衬底101进行加热。图9所示的激光处理在修复单晶半导体层106的缺陷的意义上很有效。在光电转换装置中，在半导体中由光电转换产生载流子(电子及空穴)，并且将其收集于形成在半导体层表面的电极，并作为电流取出其。此时，如果在半导体层表面中的复合中心多，则在此光产生载流子消失，而成为使光电转换特性恶化的原因。所以，预先进行激光处理来修复单晶半导体层的缺陷是有效的处理。实施方式4在本方式中，图12表示与实施方式I不同的制造工序。在图12中，(A)在形成保护膜120且形成第一杂质半导体层107之后，(B)也可以依然残留保护膜120并形成损坏层121。然后，(C)去掉保护膜120且形成第一电极103。通过采用如上工序，可以有效地利用保护膜120。换言之，通过在第一电极103的形成之前去掉由于离子的照射受到损伤的保护膜120，可以防止半导体衬底119表面的损伤。另外，通过透过第一杂质半导体层107形成被掺杂氢的簇离子的损坏层121，可以同时将第一杂质半导体层107氢化。以后的工序与实施方式I同样地进行即可。实施方式5在本方式中，图13表示与实施方式I不同的制造工序。在图13中，(A)在半导体衬底119上形成第一电极103，(B)透过第一电极103添加一导电型的杂质，且形成第一杂质半导体层107。然后，(C)透过第一电极103掺杂氢的簇离子并形成损坏层121。在本工序中，通过首先形成第一电极103，可以将其用作离子掺杂中的损坏防止层。另外，可以省略为了进行离子掺杂形成保护膜的工序。以后的工序与实施方式I同样地进行即可。实施方式6在本方式中，图14表示与实施方式I不同的制造工序。在图14中，⑷在半导体衬底119上形成第一电极103，(B)透过第一电极103掺杂氢的簇离子而形成损坏层121。(C)透过第一电极103添加一导电型的杂质且形成第一杂质半导体层107。在本方式中，通过首先形成第一电极103，可以将其用作离子掺杂中的损坏防止层。另外，可以省略为了进行离子掺杂形成保护膜的工序。另外，通过透过第一杂质半导体层107形成被掺杂氢的簇离子的损坏层121，可以同时将第一杂质半导体层107氢化。以后的工序与实施方式I同样地进行即可。
实施方式7在本方式中，图15表示与实施方式I不同的制造工序。在图15中，(A)形成保护膜120且掺杂氢的簇离子形成损坏层121，(B)依然残留保护膜120而形成第一杂质半导体层107。然后，(C)去掉保护膜120且形成第一电极103。通过采用如上工序，可以有效地利用保护膜120。另外，通过在形成损坏层121之后形成第一杂质半导体层107，可以将该第一杂质半导体层107的杂质浓度高浓度化，并且可以形成浅的接合。由此，由背面场(BSF:Back Surface Field)效果可以制造光产生载流子的收集效率高的光电转换装置。以后的工序与实施方式I同样地进行即可。实施方式8在本方式中，图16表示与实施方式I不同的制造工序。在图16中，(A)形成保护膜120且掺杂氢的簇离子形成损坏层121，(B)去掉保护膜120且形成第一电极103。(C)透过第一电极103添加一导电型的杂质且形成第一杂质半导体层107。通过透过第一电极103形成第一杂质半导体层107，容易控制第一杂质半导体层107的厚度。以后的工序与实施方式I同样地进行即可。实施方式9图17A表示使用根据实施方式I至8制造的光电转换装置的太阳能发电模块的一例。该太阳能发电模块128由设置在支撑衬底101上的第一单元元件104和第二单元元件105构成。在支撑衬底101的一个表面上形成第一补助电极113和第二补助电极114，并且第一补助电极113和第二补助电极114在支撑衬底101的端部区域上分别连接到连接器用的第一背面电极126及第二背面电极127。图17B为对应于C-D切断线的截面图。通过支撑衬底101的贯通口第一补助电极113与第一背面电极126连接，并且第二补助电极114与第二背面电极127连接。如上所述，通过在支撑衬底101上设置第一单元元件104和第二单元元件105来形成光电转换装置100可以实现太阳能发电模块128的薄型化。实施方式10图18表示使用太阳能发电模块128的太阳能发电系统的一例。一个或多个太阳能发电模块128的输出电力由充电控制电路129充电到蓄电池130。在蓄电池130的充电量多的情况下，有时会直接输出到负荷131。在将双电层电容用作蓄电池130的情况下，当进行充电时不需要化学反应，而可以迅速进行充电。另外，与利用化学反应的铅蓄电池相比，其寿命可以提高到大约8倍，并其充放电功率可以提高到I. 5倍。将负荷131可以应用于各种用途如荧光灯、发光二极管、电致发光面板等的照明、小型电子设备等。本申请基于2007年11月16日在日本专利局受理的日本专利申请序列号2007-298325而制作，所述申请内容包括在本说明书中。
权利要求
1.一种光电转换装置，包括 在支撑衬底上形成的绝缘层； 在所述绝缘层上形成的第一电极； 在所述第一电极上形成的第一杂质半导体层； 在所述第一杂质半导体层上形成的单晶半导体层； 在所述单晶半导体层上形成的非晶半导体层； 在所述非晶半导体层上形成的第二杂质半导体层；以及 在所述第二杂质半导体层上形成的第二电极。
2.根据权利要求I所述的光电转换装置，其中所述单晶半导体层的厚度为O.IymWi且10 μ m以下。
3.根据权利要求I所述的光电转换装置，还包括在所述第二杂质半导体层上形成的导电簇。
4.一种光电转换装置，包括 在支撑衬底上形成的绝缘层； 在所述绝缘层上形成的第一电极； 在所述第一电极上形成的第一杂质半导体层； 在所述第一杂质半导体层上形成的单晶半导体层； 在所述单晶半导体层上形成的第二杂质半导体层； 在所述第一杂质半导体层上形成的第三杂质半导体层； 在所述第三杂质半导体层上形成的第一非晶半导体层； 在所述第一非晶半导体层上形成的第四杂质半导体层； 在所述第四杂质半导体层上形成的第五杂质半导体层； 在所述第五杂质半导体层上形成的第二非晶半导体层； 在所述第二非晶半导体层上形成的第六杂质半导体层；以及 在所述第六杂质半导体层上形成的第二电极。
5.根据权利要求4所述的光电转换装置，其中所述单晶半导体层的厚度为O.IymWi且10 μ m以下。
6.根据权利要求4所述的光电转换装置，其中所述单晶半导体层为单晶硅，并且所述第一非晶半导体层和所述第二非晶半导体层为非晶硅。
7.根据权利要求4所述的光电转换装置，还包括在所述第二杂质半导体层上形成的导电簇。
全文摘要
本发明涉及光电转换装置及其制造方法。在叠层型光电转换装置中，为了在上层单元元件和下层单元元件之间形成金属薄膜或硅化物膜等，需要增加形成该薄膜的工序。因此，有使光电转换装置的生产性降低等的问题。本发明的要旨在于一种光电转换装置，其至少具有将厚度为10μm以下的单晶半导体层包含于光电转换层的第一单元元件以及将设置在该第一单元元件上的非单晶半导体层包含于光电转换层的第二单元元件，并且在该单元元件之间分散金属簇。因为导电簇存在于下层单元元件和上层单元元件之间且形成欧姆接触，所以欧姆电流在两个单元元件之间流过。
文档编号H01L31/0687GK102931240SQ201210459210
公开日2013年2月13日 申请日期2008年11月14日 优先权日2007年11月16日
发明者山崎舜平, 荒井康行 申请人:株式会社半导体能源研究所
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