TWI452703B - 光電轉換裝置及其製造方法 - Google Patents

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Shunpei Yamazaki
Yasuyuki Arai
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Semiconductor Energy Lab
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Description

光電轉換裝置及其製造方法
本發明係關於使用單晶半導體或多晶半導體的光電轉換裝置，並關於層疊多個光電變換元件的光電轉換裝置。
作為清潔且無限的能源，太陽能發電不斷得到普及。太陽能發電使用利用半導體的光電特性來將光能轉換為電能的光電轉換裝置(也稱為太陽能電池)。
光電轉換裝置的生產逐年有增加的趨勢。例如，2005年的太陽能電池的全世界生產量為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晶半導體的光電轉換裝置，而且使用單晶矽基板或多晶矽基板的光電轉換裝置占生產量的大部分。
隨著對以矽為材料的結晶系光電轉換裝置的需要高漲，用於矽基板的原料的多晶矽的供給不足和起因於此的價格的高漲成為產業界的難題。雖然2007年的多晶矽的預計生產量可以達到大約36,000噸，但是實際上用於製造半導體(LSI)需要25,000噸以上且用於製造太陽能電池需要20,000噸以上，所以預計多晶矽大約有10,000噸的供給不足。而且預計這種供給不足的狀況今後也將持續下去。
對以矽為材料的結晶系光電轉換裝置而言，為了吸收太陽光有10μm左右的厚度就足夠了。相對於此，成為結晶系光電轉換裝置的基材的單晶矽基板或多晶矽基板具有200μm至300μm左右的厚度。也就是說，與光電轉換需要的厚度相比，使用單晶矽基板或多晶矽基板的光電轉換裝置具有10倍以上的厚度。矽基板的供給不足的主要原因之一也在於在光電轉換裝置中沒有有效地利用高價的半導體材料。
光電轉換裝置具有多樣的結構。除了具有在單晶矽基板或多晶矽基板上形成n型或p型的擴散層的典型的結構的光電轉換裝置以外，還已知組合由單晶半導體構成的單元元件和由非晶半導體構成的單元元件的組合異種單元元件的疊層型光電轉換裝置(例如，參照專利文獻1)。
在豎著層疊多個光電轉換單元元件的疊層型光電轉換裝置中，在上層單元元件和下層單元元件的接合部中，產生與單元元件相反方向取向的接合(逆接合)，而發生不能使電流順利流過並降低光電轉換裝置的輸出特性的問題。為了解除該缺陷已知如下技術，即藉由中間夾著金屬薄膜、矽化物膜等而解除逆接合，且形成歐姆接觸(例如，參照專利文獻2至4)。
[專利文獻1]日本專利申請公開H6-44638號公報
[專利文獻2]日本專利申請公開H1-47907號公報
[專利文獻3]日本專利申請公開H5-25187號公報
[專利文獻4]日本專利申請公開H5-43306號公報
因為組合由單晶半導體構成的單元元件和由非晶半導體構成的單元元件的組合異種單元元件的疊層型光電轉換裝置依然使用厚的半導體基板，所以不能解除如有效地利用矽半導體等的問題。
另外，在疊層型光電轉換裝置中，為了在上層單元元件和下層單元元件之間形成金屬薄膜、矽化物等，需要增加形成該薄膜的步驟。因此，具有如使光電轉換裝置的生產性降低等的問題。
總之，在已知的技術中，有效地利用有限的資材且效率好地生產滿足需要的數量的光電轉換裝置是很困難的。鑑於這種情況，本發明的目的之一在於有效地利用矽半導體材料並且提供具有優良光電轉換特性的光電轉換裝置和其製造方法。
本發明的要旨是如下：在光電轉換裝置中，至少具有將厚度為10μm以下的單晶半導體層包含於光電轉換層的第一單元元件以及將設置在該第一單元元件上的非單晶半導體層包含於光電轉換層的第二單元元件，並且在該單元元件之間分散金屬簇。
本發明的一特徵在於一種光電轉換裝置，包括：第一單元元件，其中在單晶半導體層的一方的面上中間夾著著一導電型的第一雜質半導體層而設置有第一電極，且在另一面上設置有與一導電型相反的導電型的第二雜質半導體層；以及第二單元元件，其中在非單晶半導體層的一方的面上設置有一導電型的第三雜質半導體層，且在另一面上隔著與一導電型相反的導電型的第四雜質半導體層而設置有第二電極，其中在接合第二雜質半導體層和第三雜質半導體層的介面中具有由金屬、金屬氮化物或金屬氧化物構成的導電簇，並且在第一電極的與單晶半導體層相反一側的面上設置有絕緣層，且該絕緣層與支撐基板接合。
本發明的另一特徵在於一種光電轉換裝置的製造方法，包括如下步驟：對單晶半導體基板的一方的面的離該單晶半導體基板的表面有10μm以下的深度的區域照射簇離子來形成損壞層；從單晶半導體基板的一方的面一側照射第一雜質離子而形成第一雜質半導體層；在第一雜質半導體層上形成第一電極和絕緣層；使絕緣層接合支撐基板；對單晶半導體基板從損壞層進行劈開，而在支撐基板上殘留單晶半導體層；在該單晶半導體層的劈開面一側照射第二雜質離子而形成第二雜質半導體層；在第二雜質半導體層上分散由金屬、金屬氮化物或金屬氧化物構成的導電簇；由電磁能量分解含有半導體材料氣體的反應氣體，來在第二雜質半導體層以及導電簇上依次層疊形成一導電型的第三雜質半導體層、非單晶半導體層以及與一導電型相反的導電型的第四雜質半導體層；以及在第四雜質半導體層上形成第二電極。
單晶是指晶面、晶軸一致的結晶，且是指構成其的原子或分子在空間有規則地排列的結晶。不過，雖然單晶是由原子有規則地排列而構成的，但是也包括其一部分具有該排列混亂的晶格缺陷的結晶以及故意地或非故意地具有晶格畸變的結晶。
簇(cluster)是指多個原子或分子彙集而構成的構造單位，並導電簇是指在所有簇中具有導電性的簇。
根據本發明，藉由將單晶半導體基板的表層部薄層化並使它接合到支撐基板，可以獲得如下光電轉換裝置，即以10μm以下的單晶半導體層為光電轉換層的下層單元元件和以其上層疊的非單晶半導體層為光電轉換層的上層單元元件之間分散有導電簇。換言之，可以製造如下光電轉換裝置，即在耐熱溫度為700℃以下的大面積玻璃基板上以單晶半導體層為光電轉換層的下層單元元件和以其上層疊的非單晶半導體層為光電轉換層的上層單元元件之間分散有導電簇。
因為導電簇存在於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單元元件之間的電流流過的作用。導電簇藉由被分散配置，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。
在本發明中，藉由分離單晶半導體基板的表層來可以獲得單晶半導體層，並且因為可以重複利用該單晶半導體基板，所以可以有效地利用資源。
對本發明的實施方式，使用附圖來詳細地說明。但是，本發明不局限於以下說明，本領域的技術人員容易理解，其形態和細節可以在不脫離本發明的宗旨及其範圍的條件下作各種各樣的變換。因此，本發明不應該被解釋為僅限於以下所示的實施方式的記載內容。在以下所說明的本發明的結構中，在不同附圖之間共同使用相同的參考符號來表示相同的部分或具有同樣功能的部分，而省略其重複說明。
實施方式1
圖1表示根據本方式的光電轉換裝置100的平面圖。該光電轉換裝置100設置有固定在支撐基板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含有半導體接合，且構成為由半導體接合進行光電轉換。注意，在第一單元元件104及第二單元元件105之間分散有導電簇。
第一單元元件104的支撐基板101一側設置有第一電極，且第二單元元件105的表面一側設置有第二電極。第一電極與第一補助電極113連接，且第二補助電極114設置在第二電極上。本方式的光電轉換裝置100採用在具有絕緣表面的支撐基板101上層疊第一單元元件104及第二單元元件105的結構。因而，作為正極和相對於此的負極的電極，採用露出於支撐基板101的相同的面一側的結構。
圖2表示對應於圖1的A-B切斷線的光電轉換裝置的截面結構。圖2表示在支撐基板101上層疊第一單元元件104及第二單元元件105的光電轉換裝置。支撐基板101為具有絕緣表面的基板或絕緣基板，例如適用鋁矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽玻璃、鋇硼矽酸鹽玻璃等用於電子工業的各種玻璃基板。
支撐基板101和第一單元元件104之間設置有絕緣層102。在第一單元元件104和絕緣層102之間設置有第一電極103，且在第二單元元件105上設置有第二電極112。藉由使絕緣層102與支撐基板101接合，而且與第一電極103密貼，來在支撐基板101上固定第一單元元件104及第二單元元件105。為了與支撐基板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的單晶半導體層106，典型地使用單晶矽。另外，也可以使用多晶半導體層(典型地為多晶矽)代替單晶半導體層。一導電型的第一雜質半導體層107和與一導電型相反的導電型的第二雜質半導體層108藉由將預定的雜質添加到單晶半導體層106製造。在以第一雜質半導體層107為p型的情況下，第二雜質半導體層108為n型，反之，亦可。作為p型雜質適用硼等元素週期表第13族的元素，並且作為n型雜質適用磷、砷等元素週期表第15族的元素。雜質元素的添加可以藉由離子注入或離子摻雜進行。在本說明書中，離子注入是指對進行離子化之後的氣體進行質量分離而將其注入到半導體的方式，並且離子摻雜是指對進行離子化之後的氣體不進行質量分離而將其照射到半導體的方式。
單晶半導體層106藉由將單晶半導體基板薄片化而形成。例如，將氫離子注入到單晶半導體基板的預定的深度區域，並形成結晶結構被破壞且氫以高濃度偏在的損壞層。然後，進行熱處理從損壞層進行劈開，而分離表層的單晶半導體層。另外，也可以採用在多孔矽上使單晶半導體外延生長之後將多孔矽由噴水法進行劈開而分離的方法。作為單晶半導體基板，典型地使用單晶矽薄片。
單晶半導體層106的厚度為0.1μm以上且10μm以下，最好為1μm以上且5μm以下。在作為單晶半導體層106使用單晶矽半導體的情況下，因為其能隙為1.12eV並且它為間接躍遷半導體(indirect transition type semiconductor)，所以為了吸收太陽光上述膜厚是合適的。
作為第二單元元件105的非單晶半導體層109，典型地使用非晶矽。另外，也可以使用微晶半導體層(典型地為微晶矽)代替非單晶半導體層。一導電型的第三雜質半導體層110和與一導電型相反的導電型的第四雜質半導體層111由包含預定的雜質而形成的非晶半導體層或微晶半導體層製造。典型地為非晶矽或微晶矽，另外也適用非晶碳化矽。在以第三雜質半導體層110為p型的情況下，第四雜質半導體層111為n型，反之，亦可。
非單晶半導體層109使用電磁能量分解包含半導體材料氣體的反應氣體而形成。作為半導體材料氣體，使用以矽烷或乙矽烷為代表的矽的氫化物，另外也可以使用由矽的氟化物或矽的氯化物而構成的氣體。將這種半導體材料氣體用作反應氣體，或者對這種半導體材料氣體混合氫、惰性氣體而將其用作反應氣體。使用該反應氣體且藉由電漿CVD法形成非單晶半導體層109。在該電漿CVD法中，作為電磁能量施加10MHz至200MHz的高頻電力而形成薄膜。作為電磁能量也可以施加1GHz至5GHz、典型地為2.45GHz的微波電力代替高頻電力。第三雜質半導體層110及第四雜質半導體層111也同樣使用電漿CVD法形成。在進行p型化的情況下，將乙硼烷作為雜質添加到上述反應氣體來進行成膜，並且在進行n型化的情況下，將磷化氫作為雜質添加到上述反應氣體來進行成膜。作為非單晶半導體層109，典型地使用非晶矽層。
注意，電漿CVD法為一種化學氣相成長法。另外，電漿CVD法作為製造薄膜的技術，被用於以矽等的半導體膜、氧化矽或氮化矽為代表的絕緣體膜等的製造。在電漿CVD法中，藉由對包含原料物質的氣體施加電磁能量而進行電漿化，而使原料物質自由基化並變成富有反應性，並且由該自由基的反應在基板上形成薄膜。雖然在本方式中以電漿CVD法為代表例，但是作為其他化學氣相成長法，藉由供給光或熱能量也可以引起同樣的自由基反應，而可以使用光、CVD、熱CVD作為代替手段。
非單晶半導體層109的厚度為50nm以上且300nm以下，最好為100nm以上且200nm以下。在使用非晶矽半導體作為非單晶半導體層109的情況下，其能隙為1.75eV。藉由採用上述厚度，可以吸收比600nm短的波長區域的光而進行光電轉換。
也可以使用微晶半導體層(典型地為微晶矽層)作為非單晶半導體層109。用於形成微晶半導體層的典型的半導體材料氣體為SiH4 ，另外也使用Si2 H6 。另外也可以對SiH4 適當地混合SiH2 Cl2 、SiHCl3 、SiCl4 、SiF4 等而使用。藉由使用氫或氟稀釋、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體材料氣體而使用，由電漿CVD法製造微晶半導體層。最好以10倍至3000倍的範圍的稀釋率稀釋半導體材料氣體。使用在0.1pa至133pa的減壓下產生的輝光放電電漿進行成膜。作為用於形成電漿的電力，施加10MHz至200MHz的高頻電力或1GHz至5GHz、典型地為2.45GHz的微波電力。
微晶半導體層具有晶格畸變，並且由於該晶格畸變，光學特性從單晶矽的間接躍遷型變成直接躍遷型。當至少有10%的晶格畸變時，光學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，呈現直接躍遷和間接躍遷混在一起的光學特性。在微晶矽層中能隙大約為1.45eV，並因為與單晶矽層相比其能隙寬，所以可以吸收短於600nm的波長區域的光而進行光電轉換。
在第一單元元件104和位於其上層的第二單元元件105之間分散導電簇132。導電簇實際上分散在第二雜質半導體層108上，且其表層部被第三雜質半導體層110覆蓋。導電簇132具有100nm以下的粒徑，最好具有5nm至50nm的粒徑。導電簇132由包含選自鈦、鉻、鈷、鎳或鉬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。
將分散在第二雜質半導體層108上的導電簇132的密度設定為1個/μm2 以上且少於100個/μm2 即可。即使存在由一導電型的第二雜質半導體層108和與一導電型相反的導電型的第三雜質半導體層110形成逆接合的區域，也藉由在第二雜質半導體層108和第三雜質半導體層110之間具有夾著導電簇132的部分而形成歐姆接觸，來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。
本方式的光電轉換裝置採用從第二電極112一側入射光的結構。第二電極112使用如氧化銦錫、氧化錫或氧化鋅等透明導電膜材料形成。第一電極103由選自鈦、鉬、鎢、鉭、鉻或鎳的金屬材料形成。另外，第一電極103具有鈦、鉬、鎢、鉭的氮化物層，並採用該氮化物層與第一雜質半導體層107接觸的結構。藉由在半導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1.12eV的單晶半導體層106的第一單元元件104和具有能隙為1.75eV的非單晶半導體層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體層109的第二單元元件105位於光的入射一側，並且其後方配置有具有能隙小的單晶半導體層106的第一單元元件104。注意，在此表示如下情況：第一雜質半導體層107和第三雜質半導體層110為p型半導體，並且第二雜質半導體層108和第四雜質半導體層111為n型半導體。
如圖3的能帶圖所示，吸收光而被激發的電子流到n型半導體一側，且電洞流到p型半導體一側。第一單元元件104和第二單元元件105的連接部形成有pn接合，其等效電路成為在電流流過的方向的相反方向上插入二極體的形狀。但是，在n型第二雜質半導體層108和p型第三雜質半導體層110之間夾著導電簇132，藉由夾著導電簇132而實際上產生複合電流來可以產生歐姆電流。
當使用圖2所示的串聯型光電轉換裝置時，藉由使用由單晶半導體層形成的第一單元元件104作為底單元，可以吸收800nm以上的長波長的光而進行光電轉換，這有助於提高光電轉換的效率。在該情況下，因為將單晶半導體層106薄層化即使其膜厚為10μm以下，所以可以降低起因於光產生載流子的複合的損失。因為導電簇132存在於第一單元元件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單元元件之間流過。藉由分散地配置導電簇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表示層疊三個單元元件的疊層型光電轉換裝置(stacked photoelectric conversion device)的例子。在設置於支撐基板101上的第一單元元件104中以單晶半導體層106為光電轉換層，在其上的第二單元元件105中以非單晶半導體層109為光電轉換層，並且在其上的第三單元元件115中以非單晶半導體層116為光電轉換層。在第一單元元件104和位於其上層的第二單元元件105之間分散有導電簇132。另外，在第二單元元件105和第三單元元件115之間也分散有導電簇132。
在此情況下，因為單晶半導體層106的能隙為1.12eV，所以最好將與第一單元元件104相比位於光的入射一側的第二單元元件105的非單晶半導體層109的能隙設定為1.45eV至1.65eV，並且最好將第三單元元件115的非單晶半導體層116的能隙設定為1.7eV至2.0eV。這是因為藉由使在每個單元元件吸收的光的波長帶的區域不同，可以有效地吸收太陽光。
為了將第二單元元件105的非單晶半導體層109的能隙設定為1.45eV至1.65eV，適用非晶矽鍺或非晶矽。為了將第三單元元件115的非單晶半導體層116的能隙設定為1.7eV至2.0eV，適用非晶矽(1.75eV)、非晶碳化矽(1.8eV至2.0eV)。
藉由在各個單元元件之間分散地配置導電簇132，可以順利地產生各個單元元件之間的電流。注意，在圖4中，第五雜質半導體層117具有與第三雜質半導體層110相同導電型，並且第六雜質半導體層118具有與第四雜質半導體層111相同導電型，因此省略詳細的說明。
實施方式2
接著，以作為對應於圖1的A-B切斷線的截面結構為圖2的情況的前提下，對光電轉換裝置100的製造方法進行說明。
圖5A所示的半導體基板119是從圓形的單晶半導體基板切出為近似四邊形。當然對半導體基板119的平面形狀沒有特別的限制，但是在形成單晶半導體層的支撐基板為矩形的情況下，半導體基板119最好為近似四邊形。半導體基板119典型地為單晶矽，並最好對其表面進行鏡面研磨。這是為了使其隔著用於接合的絕緣層與支撐基板密貼。例如，將p型的1Ωcm至10Ωcm左右的單晶矽薄片用於半導體基板119。單晶矽薄片的尺寸最好直徑在300mm(12英寸矽薄片)以上，例如最好使用直徑為400mm或直徑為450mm的矽薄片(18英寸矽薄片)。藉由將單晶矽薄片的尺寸大口徑化，在製造太陽能發電模組的情況下可以縮小當使多個單元元件排列時產生的縫隙(非發電區域)的面積。注意，如上述那樣半導體基板119的平面形狀最好為近似四邊形。
至於作為保護膜120的絕緣膜，最好例如由氧化矽膜或氮化矽膜形成，並且使用典型地為電漿CVD法的化學氣相成長法形成。因為當將損壞層形成於半導體基板119時對表面照射離子而使其平坦性受到損壞，所以最好設置保護膜120。保護膜120最好以10nm至200nm的厚度設置。
接下來，在半導體基板119上形成一導電型的第一雜質半導體層107。例如，作為一導電型的雜質添加硼來將第一雜質半導體層107形成為p型。在本方式的光電轉換裝置中，第一雜質半導體層107配置在與光的入射一側相反的面上，而形成背面電場(BSF:Back Surface Field)。作為硼的添加最好以如下方式進行，即以B2 H6 、BF3 為源氣體，對產生的離子不進行質量分離而在電場中將其加速且使用對基板照射產生的離子流的離子摻雜裝置。這是因為即使半導體基板119的面積為其對角超過300mm的尺寸也可以將離子束的照射面積設定為大而效率好地進行處理。例如，藉由形成其長邊的長度超過300mm的線狀離子束，並以將該線狀離子束從半導體基板119的一端照射到另一端的方式進行處理，可以對半導體基板119的整個面均勻地形成第一雜質半導體層107。
在圖5B中，去掉保護膜120且在第一雜質半導體層107上形成第一電極103。第一電極103最好由耐熱金屬形成。作為耐熱金屬適用鈦、鉬、鎢、鉭、鉻、鎳等的金屬材料。另外，也可以採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成的兩層結構。在此情況下，藉由彼此接觸地配置該氮化物層或氧化物層以及第一雜質半導體層107，可以提高第一電極103和第一雜質半導體層107的密貼性。第一電極103使用真空蒸鍍法或濺射法形成。
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照射到半導體基板199並形成損壞層121的階段。作為氫離子最好將典型地為H3 + 的簇離子照射到半導體基板119而在離表面有預定的深度的區域中形成損壞層121。根據離子的加速能量控制損壞層121的深度。因為是根據損壞層121的深度設定從半導體基板119分離的單晶半導體層的厚度，所以考慮此而設定將簇離子加速的電場強度。在離半導體基板119的表面有小於10μm的深度，即0.1μm以上且小於10μm，最好為1μm至5μm的深度的區域中形成損壞層作為損壞層121。藉由將簇離子透過第一電極103照射到半導體基板119，可以防止由於離子的照射使表面受到損傷。
可以使用離子摻雜裝置照射以H3 + 為代表的氫離子的簇離子。其中藉由產生氫電漿且對產生於該電漿中的離子不進行質量分離而將其直接在電場中進行加速來照射。藉由使用離子摻雜裝置，對面積大的半導體基板119也可以容易進行簇離子的照射。
圖10是說明對產生於離子源200的多種離子不進行質量分離，而將其照射到半導體基板119的離子摻雜裝置的結構的圖。氣體供給部204將氫等預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對燈絲201施加電弧放電電壓來調節產生於燈絲201的電流。氣體供給部204所供給的氣體由排氣系統209排氣。
引出電極系統205引出產生於離子源200的離子，來形成離子束122。將離子束122照射到放在載物台206上的半導體基板119。設置於載物台206近旁的質量分析管207對包含於離子束122的離子種的比例進行計量。質量分析計208對由質量分析管207計量的離子密度進行信號轉換，並也可以使其結果回饋到電源控制部203。電源控制部203可以根據離子密度的計算結果控制燈絲電源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室內，並由排氣系統209排氣。以公式(1)的反應將供給到離子源200的氫離子化。
H2 +e- →H2 + +2e- -Q(Q=15.39eV)　(1)
離子摻雜裝置的反應室內的壓力為1×10-2 Pa至1×10-1 Pa，另外，因為電離度不是很高，與H2 + 離子相比原料氣體H2 更多存在。從而，產生於離子源的H2 + 離子在由引出電極系統205引出之前與H2 起反應，產生公式(2)的反應。
H2 + +H2 →H3 + +H+Q(Q=1.49eV)　(2)
因為H3 + 是比H+ 及H2 + 更穩定的分子，所以若與H2 衝撞的比率高，則產生大量的H3 + 。
從使用質量分析管207的流入載物台206的離子束122的質量分析結果中也可以一目了然地確認到上述事實，即，H3 + 離子的比率占離子種H+ 、H2 + 、H3 + 的總量的70%以上。因此，藉由對基板照射產生大量的簇離子的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體基板119以高濃度包含氫的效果。
藉由如此提高H3 + 的比率，可以使損壞層121包含1×1020 atoms/cm3 以上的氫。形成於半導體基板119中的損壞層121失去其結晶結構而形成有電洞，成為多孔結構。因此，藉由進行相對較低溫(600℃以下)的熱處理使形成於損壞層121的微小的空洞的體積發生變化，而可以沿損壞層121對單晶半導體層進行劈開。
另外，使用比由近似四邊形形成的半導體基板119的一邊的長度長的線狀離子束對該半導體基板119的表面進行掃描且照入簇離子，可以使損壞層121的深度均勻。
圖5D表示在第一電極103上形成絕緣層102的階段。絕緣層102由氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽等的絕緣膜形成。作為絕緣層102的形成材料只要是具有絕緣性的薄膜就沒有限制，並採用具有平滑性且親水性的表面的薄膜即可。至於絕緣層102的平滑性，最好平均面粗糙度Ra值為1nm以下，最好為0.5nm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於面，將其以三次元擴張的。
氧氮化矽膜是指如下膜：在組成方面氧的含量比氮的含量多且當使用盧瑟福背散射光譜學法(RBS:Rutherford Backscattering Spectrometry)以及氫前方散射法(HFS:Hydrogen Forward Scattering)測量時，作為濃度範圍，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%的矽、0.1原子%至10原子%的氫。另外，氮氧化矽膜是指如下膜：在組成方面氮的含量比氧的含量多且當使用RBS及HFS測量時，作為濃度範圍，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%的矽、10原子%至30原子%的氫。將構成氧氮化矽或氮氧化矽的原子的總計設為100原子%時，氮、氧、矽及氫的含有比率包含在上述範圍內。
作為含有氫的氧化矽，例如最好使用藉由化學氣相成長法且使用有機矽烷而製造的氧化矽膜。作為使用有機矽烷而形成的絕緣層102，藉由例如使用氧化矽膜可以使支撐基板和轉置用導體層的接合牢固。作為有機矽烷，可以使用如矽酸乙酯(TEOS：化學式為Si(OC2 H5 )4 )、四甲基矽烷(TMS：化學式為Si(CH3 )4 )、四甲基環四矽氧烷(TMCTS)、八甲基環四矽氧烷(OMCTS)六甲基二矽氮烷(HMDS)、三乙氧基矽烷(SiH(OC2 H5 )3 )、三(二甲基氨基)矽烷(SiH(N(CH3 )2 )3 )等的含矽化合物。
含有氫的氮化矽可以使用矽烷氣體和氨氣體且使用電漿CVD法而製造。上述氣體也可以添加有氫。含有氧和氫的氮化矽可以使用矽烷氣體、氨氣體以及氧化亞氮氣體且使用電漿CVD法而製造。不管是哪一種情況，在使用電漿CVD法、減壓CVD法、常壓CVD法等的化學氣相成長法且將矽烷氣體等用作原料氣體而製造的氧化矽、氧氮化矽氮氧化矽中包含氫的都可以採用。作為絕緣層102的成膜溫度最好採用350℃以下的成膜溫度，因為在該範圍下氫不從形成於單晶半導體基板的損壞層121脫離。
圖6A表示接合支撐基板和半導體基板119的階段。該接合藉由使平滑且具有親水性的表面的絕緣層102貼緊到支撐基板101而實現。氫結合和範德瓦耳斯力作用於該接合。藉由變為具有親水性的單晶半導體基板101及支撐基板107的表面的羥基或水分子起粘合劑的作用，而實現接合。由熱處理壙散水分子並且殘留成分的矽烷醇基(Si-OH)由氫結合彼此結合。進而藉由氫脫離來形成矽氧烷結合(Si-O-Si)，使該接合部成為共價鍵，而使半導體基板119和支撐基板101的接合變得牢固。另外，在支撐基板101的接合面上也可以預先形成氮化矽膜、氮氧化矽膜等作為阻擋層123。藉由形成阻擋層123，可以防止來自支撐基板的雜質污染。
此外，為了良好地實現支撐基板101和接合層102的接合，也可以預先將接合面活性化。例如，對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，藉由進行電漿照射或基處理來可以將接合面活性化。藉由這種表面處理，即使在400℃以下的溫度下，也容易形成異種材料之間的接合。
圖6B表示進行加熱處理來以損壞層121為劈開面而從支撐基板101分離半導體基板119的階段。加熱處理的溫度最好為絕緣層102的成膜溫度以上且支撐基板101的耐熱溫度以下。例如藉由進行400℃至600℃的加熱處理，使形成於損壞層121的微小的空洞的體積發生變化，而可以沿該區域進行劈開。因為絕緣層102與支撐基板101接合，所以在支撐基板101上殘留有單晶半導體層106和第一電極103。此時，單晶半導體層106的厚度大致對應於損壞層的深度，形成為0.1μm以上且小於10μm的厚度，最好為1μm至5μm的厚度。
藉由上述步驟可以在支撐基板101上設置由絕緣層102固定的單晶半導體層106。
在圖7A中示出對單晶半導體層106添加與第一雜質半導體層相反的導電型的雜質來形成第二雜質半導體層108的階段。例如，添加磷或砷來將第二雜質半導體層形成為n型。另外，因為單晶半導體層106的表面為與損壞層121最接近的區域，或為包含損壞層121的一部分的區域，所以最好預先進行蝕刻來去掉其。蝕刻為乾法蝕刻或濕法蝕刻。
第二雜質半導體層108上形成導電簇132。圖7B表示將導電離子，例如為金屬簇離子束133照射到第二雜質半導體層108的表面的方法。導電簇132由包含選自鈦、鉻、鈷、鎳或鉬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，將導電簇132的尺寸設定為100nm以下，最好為5nm至50nm。將分散在第二雜質半導體層108上的導電簇132的密度設定為1個/μm2 以上且少於100個/μm2 。
圖19表示將導電簇132分散在第二雜質半導體層108的表層部的製造裝置的一例。因為該裝置的主要結構與圖10相同，所以省略其詳細說明，而說明其差異。離子源200設置有靶子225。靶子225最好為棒狀或板狀。靶子225的原材料為包含選自鈦、鉻、鈷、鎳、鉬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，並且構成為當在離子源200中產生電漿時離子入射。例如，在離子源200中產生氫離子，並且使該氫離子衝撞被施加負偏壓的靶子225。將由氫離子的濺射效果產生的簇狀的金屬離子或中性的金屬簇在電漿中離子化。將其由引出電極系統205引出到支撐基板101一側。此時將加速電壓設定為20kV至50kV，並且由該比較低的加速電壓對支撐基板101照射金屬簇離子束133。在此情況下，藉由預先對在離子源200中產生電漿的氣體添加氮或氧，可以形成金屬簇的氮化物或氧化物。藉由進行該處理，可以對第二雜質半導體層108的表面分散由金屬簇或者金屬簇的氮化物或氧化物構成的導電簇132。
如上所述，因為在第二雜質半導體層108上設置導電簇的處理可以與第二雜質半導體層108的形成步驟連續地進行，可以保持步驟的連續性。換言之，藉由使用離子摻雜且利用電漿反應來在氣相中產生導電簇，可以提高生產率。
接著，如圖7C所示，在第二雜質半導體層108和導電簇132上依次形成第三雜質半導體層110、非單晶半導體層109以及第四雜質半導體層111。各個層的厚度為如下：第三雜質半導體層110為p型非晶半導體層(例如，為p型的非晶矽層)或p型的微晶半導體層(例如，p型的微晶矽層)且將其厚度設定為10nm至20nm；作為非單晶半導體層109使用50nm至300nm(最好為100nm以上且200nm以下)的非晶矽層；第四雜質半導體層111為n型的非晶半導體層(例如，n型的非晶矽層)或n型的微晶半導體層(例如，n型的微晶矽層)且將其厚度設定為20nm至60nm。
第三雜質半導體層110、非單晶半導體層109以及第四雜質半導體層111使用電漿CVD法形成。作為激發電漿的電力頻率，施加10MHz至200MHz的HF帶或VHF帶的高頻電力或者1GHz至5GHz、典型地為2.45GHz的微波電力。作為包含半導體材料氣體的反應氣體使用以矽烷或乙矽烷為代表的矽的氫化物、其他的由矽的氟化物或矽的氯化物的氣體，並且適當地混合氫、惰性氣體而使用。為了進行變成p型的價電子控制添加乙硼烷(B2 H6 )，為了進行變成n型的價電子控制使用磷化氫(PH3 )。另外，最好減少非單晶半導體層109中的雜質，並將氧及氮設定為1×1019 /cm3 以下，最好為5×101 8 /cm3 以下。
如圖7D所示，在第四雜質半導體層101上形成第二電極112。第二電極112由透明導電材料形成。作為透明導電材料，使用氧化銦錫合金(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2 )、ITO-ZnO合金等氧化物金屬形成。第二電極112的厚度為40nm至200nm(最好為50nm至100nm)。將第二電極112的薄層電阻設定為20Ω/□(ohm/square)至200Ω/□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(shadow mask)進行成膜以便在第一單元元件和第二單元元件層疊的區域中選擇性地形成第二電極112。因為使用電漿CVD法而製造的第三雜質半導體層110、非單晶半導體層109以及第四雜質半導體層111形成在支撐基板101的整個面上，所以在去掉不需要的區域的情況下可以將該第二電極112用作用於蝕刻的掩模。
此外，作為第二電極112，也可以使用導電高分子材料(也稱為導電聚合物)代替上述氧化物金屬。作為導電高分子材料，可以使用π電子共軛類導電高分子。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成的共聚物。
圖8A表示以第二電極112為掩模並對第四雜質半導體層111、非單晶半導體層109、第三雜質半導體層110、第二雜質半導體層108、單晶半導體層106以及第一雜質半導體層107進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 等的氣體進行乾法蝕刻。
圖8B表示在形成有第一單元元件104及第二單元元件105的支撐基板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由氮化矽、氮氧化矽或氟化鎂形成。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置開口部，以便形成與補償電極的接觸。進行蝕刻加工來形成鈍化層124的開口部。或者，形成設置有開口部的鈍化層124。在此情況下，可以採用如上所述使用蔭罩的方法或使用剝離法(lift off methods)的方法。
圖8C表示形成接觸於第一電極103的第一補助電極113和接觸於第二電極112的第二補助電極114的階段。第二補助電極114為如圖1所示的梳形或格子狀的電極。第一補助電極113和第二補助電極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印刷法形成。
根據上述步驟可以製造光電轉換裝置。根據本步驟，藉由使用異種材料之間的接合技術來可以製造如下光電轉換裝置，其中具有以700℃以下(最好為500℃以下)的步驟溫度且以10μm以下的單晶半導體層為光電轉換層的底單元以及以其上層疊的非單晶半導體層為光電轉換層的頂單元。換言之，可以製造在耐熱溫度為700℃以下的大面積玻璃基板上具有以單晶半導體層為光電轉換層的底單元以及以其上層疊的非單晶半導體層為光電轉換層的頂單元的光電轉換裝置。因為導電簇存在於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單元元件之間流過的作用。藉由分散地配置導電簇，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。單晶半導體層可以藉由分離單晶半導體基板的表層來獲得，並且因為可以重複利用該單晶半導體基板，所以可以有效地利用資源。
實施方式3
在實施方式2中，如圖6B所示，分離半導體基板119而露出的單晶半導體層106的表面上有時會殘留有起因於損壞層121的形成的結晶缺陷。在此情況下，最好進行蝕刻來去掉單晶半導體層106的表層部。作為蝕刻處理，進行乾法蝕刻或濕法蝕刻。另外，單晶半導體層106的進行劈開的面有時會殘留有平均面粗糙度(Ra)為7nm至10nm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張JIS B0101所定義的“山頂”“谷底”，並且山頂表示指定面的山的標高最高的地點且谷底表示指定面的谷的標高最低的地點。
進而，為了修復殘留有結晶缺陷的單晶半導體層106，最好進行雷射處理。圖9表示對單晶半導體層106的雷射處理。藉由對單晶半導體層106照射雷射光束125，單晶半導體層106的至少表面一側熔融，並且以固相狀態的下層部為晶種而在之後的冷卻過程中進行再單晶化。在其過程中可以修復單晶半導體層106的缺陷。進而，藉由在惰性氣氛中進行雷射處理，可以將單晶半導體層106的表面平坦化。
進行該雷射處理之前，最好以250℃至600℃的溫度對至少雷射的照射區域進行加熱。藉由預先對照射區域進行加熱，可以將由雷射的照射的熔融時間變長，而可以更有效地進行缺陷的修復。雖然雷射光束125熔融單晶半導體層106的表面一側，但是由於支撐基板101幾乎不受到加熱的影響，所以可以使用如玻璃基板那樣的耐熱性低的支撐基板。另外，因為第一電極103由耐熱金屬形成，所以當以上述溫度進行加熱時也不影響單晶半導體層106。在第一電極103和第一雜質半導體層107的介面形成矽化物，而更容易使電流流過。
也可以在圖7A所示的第二雜質半導體層108的形成之後進行該雷射處理。由此，可以同時進行第二雜質半導體層108的活化。另外，也可以在設置圖7B的導電簇132之後進行該雷射處理。藉由使導電簇132和第二雜質半導體層108起反應，可以形成更良好的歐姆接觸。
參照圖11對可以進行該雷射處理的雷射處理裝置的一例進行說明。該雷射處理裝置具備：雷射振盪器210、將雷射變成細的線狀雷射光束的具有聚光伸張功能的光學系統211、控制雷射照射區域的氣氛的氣體噴射筒212、對該氣體噴射筒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、使支撐基板101懸浮來搬運其的基板台222、支撐基板的兩端並搬運其的導軌223以及對基板台222供給懸浮用氣體的氣體供給部216。
作為雷射振盪器210，選擇其振盪波長為紫外光域至可見光域的雷射振盪器。雷射振盪器210最好為脈衝振盪型的ArF、KrF或XeCl受激準分子雷射器或者Nd-YAG雷射、YLF雷射等的固體雷射中重複頻率為1MHz以下、脈衝寬度為10n秒以上且500n秒以下的雷射振盪器。例如，使用重複頻率為10Hz至300Hz、脈衝寬度為25n秒且波長為308nm的XeCl受激準分子雷射器。
光學系統211對雷射進行聚光及伸張，並且在被照射的面上形成截面形狀為線狀的雷射光束。形成線狀束的光學系統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構成。雖然也根據透鏡的尺寸，但是可以照射較長方向為100mm至700mm且較短方向為100μm至500μm左右的線狀雷射。
聚光為線狀的雷射光束經過氣體噴射筒212的光入射視窗221照射到支撐基板101。氣體噴射筒212與支撐基板101鄰接地配置。氣體供給部213對氣體噴射筒212供給氮氣體。從氣體噴射筒212中的面對支撐基板101的開口部噴射氮氣體。氣體噴射筒212的開口部以對支撐基板101照射從光入射視窗221入射的雷射光束的方式按線狀雷射光束的光軸配置。由從氣體噴射筒212的開口部噴射的氮氣體的作用，雷射光束的照射區域成為氮氣氛。
藉由在氣體加熱部215中對供給到氣體噴射筒212的氮氣體進行加熱為250℃至600℃，可以使用被加熱的氮氣體控制支撐基板101的照射雷射光束的面上的溫度。藉由預先對照射區域進行加熱，可以如上所述控制由雷射光束的照射的熔融時間。
空氣或氮從氣體供給部216經過流量控制部214來供給到基板台222。氣體供給部216所供給的氣體從基板台222的上面以從下噴到支撐基板101的下面的方式噴出，而使該支撐基板101懸浮。將支撐基板101放在其兩端移動於導軌223上的滑塊224上來搬運，此時，藉由從基板台222一側噴出氣體，可以以不彎曲而在懸浮的狀態搬運。在本方式的雷射處理裝置中，氣體噴射筒212對支撐基板101的上面噴出氮氣體。因此，藉由從支撐基板101的背面也噴出氣體，可以防止支撐基板101的彎曲。
基板台222也可以區劃為雷射照射部近旁和其他區域。在雷射照射部近旁也可以噴出由氣體加熱部215進行加熱了的氮氣體。由此，可以對支撐基板101進行加熱。
圖9所示的雷射處理在修復單晶半導體層106的缺陷的意義上很有效。在光電轉換裝置中，在半導體中由光電轉換產生載流子(電子及電洞)，並且將其收集於形成在半導體層表面的電極，並作為電流取出其。此時，如果在半導體層表面中的複合中心多，則在此光產生載流子消失，而成為使光電轉換特性惡化的原因。所以，預先進行雷射處理來修復單晶半導體層的缺陷是有效的處理。
實施方式4
在本方式中，圖12表示與實施方式1不同的製造步驟。在圖12中，(A)在形成保護膜120且形成第一雜質半導體層107之後，(B)也可以依然殘留保護膜120並形成損壞層121。然後，(C)去掉保護膜120且形成第一電極103。藉由採用如上步驟，可以有效地利用保護膜120。換言之，藉由在第一電極103的形成之前去掉由於離子的照射受到損傷的保護膜120，可以防止半導體基板119表面的損傷。另外，藉由透過第一雜質半導體層107形成被摻雜氫的簇離子的損壞層121，可以同時將第一雜質半導體層107氫化。以後的步驟與實施方式1同樣地進行即可。
實施方式5
在本方式中，圖13表示與實施方式1不同的製造步驟。在圖13中，(A)在半導體基板119上形成第一電極103，(B)透過第一電極103添加一導電型的雜質，且形成第一雜質半導體層107。然後，(C)透過第一電極103摻雜氫的簇離子並形成損壞層121。在本步驟中，藉由首先形成第一電極103，可以將其用作離子摻雜中的損壞防止層。另外，可以省略為了進行離子摻雜形成保護膜的步驟。以後的步驟與實施方式1同樣地進行即可。
實施方式6
在本方式中，圖14表示與實施方式1不同的製造步驟。在圖14中，(A)在半導體基板119上形成第一電極103，(B)透過第一電極103摻雜氫的簇離子而形成損壞層121。(C)透過第一電極103添加一導電型的雜質且形成第一雜質半導體層107。在本方式中，藉由首先形成第一電極103，可以將其用作離子摻雜中的損壞防止層。另外，可以省略為了進行離子摻雜形成保護膜的步驟。另外，藉由透過第一雜質半導體層107形成被摻雜氫的簇離子的損壞層121，可以同時將第一雜質半導體層107氫化。以後的步驟與實施方式1同樣地進行即可。
實施方式7
在本方式中，圖15表示與實施方式1不同的製造步驟。在圖15中，(A)形成保護膜120且摻雜氫的簇離子形成損壞層121，(B)依然殘留保護膜120而形成第一雜質半導體層107。然後，(C)去掉保護膜120且形成第一電極103。藉由採用如上步驟，可以有效地利用保護膜120。另外，藉由在形成損壞層121之後形成第一雜質半導體層107，可以將該第一雜質半導體層107的雜質濃度高濃度化，並且可以形成淺的接合。由此，由背面場(BSF:Back Surface Field)效果可以製造光產生載流子的收集效率高的光電轉換裝置。以後的步驟與實施方式1同樣地進行即可。
實施方式8
在本方式中，圖16表示與實施方式1不同的製造步驟。在圖16中，(A)形成保護膜120且摻雜氫的簇離子形成損壞層121，(B)去掉保護膜120且形成第一電極103。(C)透過第一電極103添加一導電型的雜質且形成第一雜質半導體層107。藉由透過第一電極103形成第一雜質半導體層107，容易控制第一雜質半導體層107的厚度。以後的步驟與實施方式1同樣地進行即可。
實施方式9
圖17A表示使用根據實施方式1至8製造的光電轉換裝置的太陽能發電模組的一例。該太陽能發電模組128由設置在支撐基板101上的第一單元元件104和第二單元元件105構成。
在支撐基板101的一個表面上形成第一補助電極113和第二補助電極114，並且第一補助電極113和第二補助電極114在支撐基板101的端部區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為對應於C-D切斷線的截面圖。藉由支撐基板101的貫通口第一補助電極113與第一背面電極126連接，並且第二補助電極114與第二背面電極127連接。
如上所述，藉由在支撐基板101上設置第一單元元件104和第二單元元件105來形成光電轉換裝置100可以實現太陽能發電模組128的薄型化。
實施方式10
圖18表示使用太陽能發電模組128的太陽能發電系統的一例。一個或多個太陽能發電模組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，有時會直接輸出到負荷131。
在將雙電層電容用作蓄電池130的情況下，當進行充電時不需要化學反應，而可以迅速進行充電。另外，與利用化學反應的鉛蓄電池相比，其壽命可以提高到大約8倍，並其充放電功率可以提高到1.5倍。將負荷131可以應用於各種用途如螢光燈、發光二極體、電致發光面板等的照明、小型電子設備等。
100．．．光電轉換裝置
101．．．支撐基板
102．．．絕緣層
103．．．第一電極
104．．．第一單元元件
105．．．第二單元元件
106．．．單晶半導體層
107．．．第一雜質半導體層
108．．．第二雜質半導體層
109．．．非單晶半導體層
110．．．第三雜質半導體層
111．．．第四雜質半導體層
112．．．第二電極
113．．．第一補助電極
114．．．第二補助電極
115．．．第三單元元件
116．．．非單晶半導體層
117．．．第五雜質半導體層
118．．．第六雜質半導體層
119．．．半導體基板
120．．．保護膜
121．．．損壞層
122．．．離子束
123．．．阻擋層
124．．．鈍化層
125．．．雷射光束
126．．．第一背面電極
127．．．第二背面電極
128．．．太陽能發電模組
129．．．充電控制電路
130．．．蓄電池
131．．．負荷
132．．．導電簇
133．．．金屬簇離子束
200．．．離子源
201．．．有燈絲
202．．．燈絲電源
203．．．電源控制部
204．．．氣體供給部
205．．．引出電極系統
206．．．載物台
207．．．質量分析管
208．．．質量分析計
209．．．排氣系統
210．．．雷射振盪器
211．．．光學系統
212．．．氣體噴射筒
213．．．氣體供給部
214．．．流量控制部
215．．．氣體加熱部
216．．．氣體供給部
217．．．柱面透鏡陣列
218．．．柱面透鏡
219．．．鏡子
220．．．雙合柱面透鏡
221．．．光入射窗口
222．．．基板台
224．．．滑塊
225．．．靶子
226．．．偏壓電源
本申請基於2007年11月16日在日本專利局受理的日本專利申請序列號2007-298325而製作，所述申請內容包括在本說明書中。
圖1是表示串聯型光電轉換裝置的結構的平面圖。
圖2是表示串聯型光電轉換裝置的結構的截面圖。
圖3是表示串聯型光電轉換裝置的能帶圖的一例的圖。
圖4是表示疊層型光電轉換裝置的結構的截面圖。
圖5A至5D是說明疊層型光電轉換裝置的製造步驟的截面圖。
圖6A和6B是說明疊層型光電轉換裝置的製造步驟的截面圖。
圖7A至7D是說明疊層型光電轉換裝置的製造步驟的截面圖。
圖8A至8C是說明疊層型光電轉換裝置的製造步驟的截面圖。
圖9是說明疊層型光電轉換裝置的製造步驟的截面圖。
圖10是說明離子摻雜裝置的結構的圖。
圖11是說明雷射處理裝置的結構的示意圖。
圖12A至12C是說明疊層型光電轉換裝置的製造步驟的截面圖。
圖13A至13C是說明疊層型光電轉換裝置的製造步驟的截面圖。
圖14A至14C是說明疊層型光電轉換裝置的製造步驟的截面圖。
圖15A至15C是說明疊層型光電轉換裝置的製造步驟的截面圖。
圖16A至16C是說明疊層型光電轉換裝置的製造步驟的截面圖。
圖17A是說明太陽能發電模組的結構的平面圖；圖17B是圖17A的沿C-D切斷線的截面圖。
圖18是說明太陽能發電系統的一例的圖。
圖19是說明產生金屬簇的離子摻雜裝置的結構的圖。
本發明的選擇圖為圖2。
101．．．支撐基板
102．．．絕緣層
103．．．第一電極
104．．．第一單元元件
105．．．第二單元元件
106．．．單晶半導體層
107．．．第一雜質半導體層
108．．．第二雜質半導體層
109．．．非單晶半導體層
110．．．第三雜質半導體層
111．．．第四雜質半導體層
112．．．第二電極
113．．．第一補助電極
114．．．第二補助電極
132．．．導電簇

Claims (17)

  1. 一種光電轉換裝置，包括：支撐基板上的絕緣層；以及所述絕緣層上的第一單元元件及第二單元元件，其中所述第一單元元件至少包括第一電極、單晶半導體層、具有一導電型的第一雜質半導體層和具有與一導電型相反導電型的第二雜質半導體層，其中所述第二單元元件至少包括第二電極、非單晶半導體層、具有一導電型的第三雜質半導體層和具有與一導電型相反導電型的第四雜質半導體層，其中所述單晶半導體層形成在所述第一雜質半導體層和所述第二雜質半導體層之間，其中所述單晶半導體層中間夾著所述第一雜質半導體層形成在所述第一電極上，其中所述非單晶半導體層形成在所述第三雜質半導體層和所述第四雜質半導體層之間，其中所述第二電極中間夾著所述第四雜質半導體層形成在所述非單晶半導體層上，且其中在接合第二雜質半導體層和所述第三雜質半導體層的介面上具有由金屬、金屬氮化物或金屬氧化物構成的導電簇。
  2. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中所述單晶半導體層的厚度為0.1μm以上且10μm以下。
  3. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中所述 單晶半導體層為單晶矽，且所述非單晶半導體層為非晶矽。
  4. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中所述第一電極為選自鈦、鉬、鎢、鉭、鉻或鎳中的金屬材料。
  5. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中所述第一電極具有選自鈦、鉬、鎢、鉭、鉻或鎳中的所述金屬材料的氮化物層，且其中該氮化物層與所述第一雜質半導體層接觸。
  6. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中所述絕緣層為氧化矽層、氧氮化矽層、氮氧化矽層或氮化矽層。
  7. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中所述支撐基板為玻璃基板。
  8. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中所述導電簇為包含選自鈦、鉻、鈷、鎳或鉬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。
  9. 一種光電轉換裝置，包括：支撐基板上的絕緣層；所述絕緣層上的第一電極；所述第一電極上的第一雜質半導體層；所述第一雜質半導體層上的單晶半導體層；所述單晶半導體層上的第二雜質半導體層；所述第二雜質半導體層上的導電簇； 所述導電簇上的第三雜質半導體層；所述第三雜質半導體層上的非單晶半導體層；所述非單晶半導體層上的第四雜質半導體層；所述第四雜質半導體層上的第二電極；其中由金屬、金屬氮化物或金屬氧化物構成的所述導電簇包括在所述第二雜質半導體層和所述第三雜質半導體層之間的接合介面。
  10. 如申請專利範圍第9項的光電轉換裝置，其中所述單晶半導體層的厚度為0.1μm以上且10μm以下。
  11. 如申請專利範圍第9項的光電轉換裝置，其中所述單晶半導體層為單晶矽，且所述非單晶半導體層為非晶矽。
  12. 一種光電轉換裝置，包括：支撐基板上的絕緣層；所述絕緣層上的第一電極；所述第一電極上的第一雜質半導體層；所述第一雜質半導體層上的單晶半導體層；所述單晶半導體層上的第二雜質半導體層；所述第二雜質半導體層上的第一導電簇；所述第一導電簇上的第三雜質半導體層；所述第三雜質半導體層上的第一非單晶半導體層；所述第一非單晶半導體層上的第四雜質半導體層；及所述第四雜質半導體層上的第二導電簇；所述第二導電簇上的第五雜質半導體層； 所述第五雜質半導體層上的第二非單晶半導體層；所述第二非單晶半導體層上的第六雜質半導體層；及所述第六雜質半導體層上的第二電極；其中由金屬、金屬氮化物或金屬氧化物構成的所述第一導電簇包括在所述第二雜質半導體層和所述第三雜質半導體層之間的接合介面，且其中由金屬、金屬氮化物或金屬氧化物構成的所述第二導電簇包括在所述第四雜質半導體層和所述第五雜質半導體層之間的接合介面。
  13. 如申請專利範圍第12項的光電轉換裝置，其中所述單晶半導體層的厚度為0.1μm以上且10μm以下。
  14. 如申請專利範圍第12項的光電轉換裝置，其中所述第一非單晶半導體層及所述第二非單晶半導體層為非晶矽。
  15. 一種光電轉換裝置，包括：支撐基板上的絕緣層；所述絕緣層上的第一電極；所述第一電極上的第一雜質半導體層；所述第一雜質半導體層上的單晶半導體層；所述單晶半導體層上的第二雜質半導體層；所述第一雜質半導體層上的第三雜質半導體層；所述第三雜質半導體層上的第一非晶半導體層；所述第一非晶半導體層上的第四雜質半導體層；及所述第四雜質半導體層上的第五雜質半導體層； 所述第五雜質半導體層上的第二非晶半導體層；所述第二非晶半導體層上第六雜質半導體層；及所述第六雜質半導體層上的第二電極。
  16. 如申請專利範圍第15項的光電轉換裝置，其中所述單晶半導體層的厚度為0.1μm以上且10μm以下。
  17. 如申請專利範圍第15項的光電轉換裝置，進一步包含：所述第二雜質半導體層上的導電簇。
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