TW201003940A - Method for manufacturing photoelectric conversion device - Google Patents

Description

201003940 六、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種利用單晶半導體的光電轉換裝置的 製造方法。 【先前技術】 由於產業的發達，世界的能量消耗量日趨增加。然而 ’主要使用的石油、煤炭、天然氣等能源的消費是二氧化 碳的產生源，也一般說是急劇的地球溫暖化的主要原因。 因此，近年來，作爲代替能量的太陽光發電得到普及。 雖然有利用熱的太陽光發電，但是很多太陽光發電是 使用如下方式的：利用半導體的光電特性來將光能量轉換 爲電能量。將這種用來將光能量轉換爲電能量的裝置一般 稱爲光電轉換裝置（或者，光電動勢裝置、太陽能電池等 )。 光電轉換裝置已經在市場上出售，並且由於世界各國 政府的太陽能電池支援政策的緣故，其生產量逐年增加。 例如，2006年的全世界的太陽能電池的生產量爲252 1 MW ，以超過年率40%的速度增加。在此，在世界上得到普及 的是利用晶體半導體的光電轉換裝置，其中利用單晶矽基 板或多晶矽基板的光電轉換裝置佔有生產量的大部分。 作爲光電轉換裝置的結構，建議了各種各樣的方案。 例如，除了在單晶矽基板或多晶矽基板中形成有η型或p 型擴散層的典型結構以外，還已知組合由單晶半導體或多 -5- 201003940 晶半導體構成的單元元件和由非晶半導體或微晶半導體構 成的單元元件而成的結構（例如，參照專利文獻1 )。而 且’也在此情況下’利用單晶矽基板或多晶矽基板。 隨著如上所述的光電轉換裝置的生產量的增加，爲單 晶砂或多晶砂的原料的矽的供給不足、價格昂貴成爲產業 界的重大的問題。雖然世界的各大矽供給廠商公司已經謀 求實現砂生產能力的增強，但是需求的增長超過，預計無 法消除供給不足。 在利用晶體矽的情況下，若是矽薄膜的厚度爲1 〇 μπι 左右’就足夠。然而，一般製造的單晶矽晶片的厚度爲 6 00 μιη以上且8 00 μηι以下左右，並且多晶矽晶片的厚度爲 200 μιη以上且350 μιη以下左右。就是說，單晶矽基板或多 晶矽基板具有光電轉換裝置所需要的厚度的幾十倍的厚度 ’而難說有效地利用原料。在這一點上，可以說現有的光 電轉換裝置還有改善的餘地。 近年來，對於包括形成在具有絕緣表面的基板上的單 晶矽薄膜的SOI (Silicon On Insulator;絕緣體上砂）結 構的開發積極地進行。雖然SOI基板是昂貴的，但是若可 以用便宜的基板如玻璃基板等代替支撐基板，則與利用單 晶矽基板的情況相比可以謀求實現低成本化。此外，還可 以降低作爲原料的矽的消耗量。作爲這種技術，公開了將 單晶矽薄膜固定到玻璃基板的SOI基板的製造方法（例如 ，參照專利文獻2 )。 -6 - 201003940 [專利文獻1]日本公告公報第 Hei6-04463 8號公報 [專利文獻2]日本專利申請公開第Heil 1 -097379號 公報 與SIMOX法、在貼合後利用磨削或拋光進行薄膜化 的方法等相比，當利用氫離子注入剝離法時，可以以低溫 形成均勻的單晶矽薄膜。此外，可以再次利用將單晶矽薄 膜分離後的單晶矽基板，而可以謀求實現資源的有效利用 〇 當利用氫離子注入剝離法時，根據離子的加速電壓而 決定相對於單晶矽基板的離子的侵入深度，並且決定所得 到的單晶矽薄膜的厚度，但是，考慮到光電轉換效率，則 較佳的將單晶矽薄膜的厚度設定爲800nm以上。 另一方面，對離子注入裝置的加速電壓有裝置上的限 制，並且，有如下擔心：當提高加速電壓時，發生在安全 上成爲問題的放射線。因此，爲了得到所希望的厚度的單 晶矽薄膜而提高加速電壓是不容易的。此外，在現有的裝 置中’在提高加速電壓的同時照射大量離子是困難的，所 以有如下擔心：爲了得到預定的注入量而需要很長時間， 而生產節拍時間（tact time)惡化。 【發明內容】 鑒於上述問題，所公開的發明的一種方式的目的之— 在於在有效地利用有限的資源的同時，安全提供具有優越 的光電轉換特性的光電轉換裝置。 -7- 201003940 在本說明書等（至少包括說明書、申請專利範圍、以 及附圖）所公開的發明的一種方式中’藉由利用固相成長 (固相外延成長）法’使單晶半導體層厚膜化。更具體地 ，藉由如下那樣的製程’製造單晶半導體層。首先’在使 單晶半導體基板薄片化而形成的單晶半導體層上形成薄的 結晶度高的半導體層。並且’在該結晶度高的半導體層上 形成厚的結晶度低的半導體層。然後，對上述的疊層結構 施行加熱處理等，藉由固相成長來形成厚的單晶半導體層 〇 上述的“結晶度高的半導體層”可以藉由使用矽烷類氣 體和氫的混合氣體且利用電漿CVD法來形成。例如，可 以藉由對混合氣體包含相對於該矽烷類氣體的流量比爲5 0 倍以上、較佳的爲1 00倍以上的氫，來形成。而且，上述 “結晶度高的半導體層”大大受到藉由薄片化而形成的單晶 半導體層的結晶度的影響，所以也可以將上述製造方法特 別稱爲氣相沈積（氣相外延成長）法。然而，其結晶度不 局限於單晶，而只要其結晶度高於後面形成的“結晶度低 的半導體層”的結晶度，就可以。 “結晶度低的半導體層”可以藉由利用任一方法來形成 。例如’與上述“結晶度高的半導體層”同樣，可以藉由使 用矽烷類氣體和氫的混合氣體且利用電漿CVD法來形成 。在此情況下，較佳的使用與上述的“結晶度高的半導體 層”的情況相比成膜速度高的條件。例如，可以藉由使用 對混合氣體包含相對於該矽烷類氣體的流量比爲2倍以上 -8- 201003940 且20倍以下（較佳的爲5倍以上且15倍以下）的氫而成 的原料氣體來形成。 所公開的發明的一種方式的光電轉換裝置的製造方法 包括如下步驟。首先，藉由對單晶半導體基板照射離子， 在單晶半導體基板中形成脆化層，並且在單晶半導體基板 的一個表面上形成第一雜質半導體層、第一電極以及絕緣 層。接著，藉由在將絕緣層和支撐基板貼緊來將單晶半導 體基板和支撐基板貼在一起，在脆化層中分離單晶半導體 基板，以在支撐基板上形成包括絕緣層、第一電極、第一 雜質半導體層及第一單晶半導體層的疊層體。接著，在第 —單晶半導體層上形成第一半導體層，並且在第一半導體 層上利用與第一半導體層不同的製造條件而形成第二半導 體層，並且藉由固相成長，提高第一半導體層及第二半導 體層的結晶度，來形成第二單晶半導體層。並且，在第二 單晶半導體層上形成具有與第一雜質半導體層相反的導電 型的第二雜質半導體層，並且在第二雜質半導體層上形成 第二電極。 在上述中，以第一半導體層的結晶度高於第二半導體 層的結晶度的方式形成第一半導體層及第二半導體層即可 。此外，以第一半導體層的氫濃度低於第二半導體層的氫 濃度的方式形成第一半導體層及第二半導體層即可。此外 ，較佳的使第二半導體層的成膜速度大於第一半導體層的 成膜速度。 而且’將第一半導體層的厚度設定爲 5nm以上且 -9- 201003940 lOOnm以下（較佳的爲l〇nin以上且50nm以下）左右。 此外’較佳的以第一單晶半導體層和第二單晶半導體層的 厚度的合計成爲800nm以上的方式形成第一單晶半導體層 和第二單晶半導體層。此外，作爲上述離子，較佳的使用 由包含氫的原料氣體生成的離子。 此外，在上述中，可以將第一雜質半導體層設定爲P 型雜質半導體層，並且將第二雜質半導體層設定爲η型雜 質半導體層。當然，也可以將第一雜質半導體層設定爲η 型雜質半導體層，並且將第二雜質半導體層設定爲ρ型雜 質半導體層。 在上述中，藉由將相對於矽烷類氣體的氫（氣體）的 流量比設定爲5 0倍以上的電漿化學氣相沈積法來形成第 一半導體層即可。由此，可以形成結晶度高（氫濃度低） 的第一半導體層。在此，作爲矽烷類氣體，使用甲矽烷或 乙矽烷即可。此外，電漿化學氣相沈積法較佳的在1 Pa以 上且1〇3Pa以下的壓力下進行。 而且，在本說明書中，單晶是指結晶結構以具有一定 的規律性的方式形成且結晶軸在哪部分都朝向一定方向的 。但是，在本說明書中，不除外使結晶結構的規律性錯亂 的缺陷、晶格畸變等。 在所公開的發明的一種方式中，利用外延成長技術而 謀求實現單晶半導體層的厚膜化。因此，可以在抑制原料 的消耗量的同時謀求實現光電轉換效率的提高。此外，因 爲使單晶半導體基板的表層部薄片化且用作單晶半導體層 -10- 201003940 ，所以可以降低爲原料的單晶半導體的消耗量。此外’因 爲沒必要將單晶半導體層形成得厚，所以可以消除起因於 離子照射時的加速電壓的各種問題。再者’可以重複利用 將單晶半導體層分離後的單晶半導體基板。 而且，在所公開的發明的一種方式中’在單晶半導體 層上形成結晶半導體層（也可以稱爲緩衝層）後’在結晶 半導體層上形成結晶度低的半導體層（例如’非晶半導體 層）。由此，可以防止當進行外延成長時的加熱處理等所 引起的半導體層的剝離。就是說，可以藉由利用外延成長 法成品率好地形成具有足夠的厚度的單晶半導體層。 如上所述，藉由利用所公開的發明的一種方式’可以 有效地利用資源，並且提供具有優越的光電轉換特性的光 電轉換裝置。 【實施方式】 參照附圖詳細說明實施例模式。但是，所屬技術領域 的普通技術人員當然知道如下事實，即發明不局限於以下 所示的實施例模式所記載的內容，而其形式及詳細內容可 以在不脫離其宗旨的情況下被變換爲各種各樣的方式。此 外，可以適當地組合根據不同的實施例模式的結構來實施 。而且’在以下說明的發明的結構中’對相同的部分或具 有同樣的功能的部分使用相同的附圖標記，而省略其重複 說明。 -11 - 201003940 實施例模式1 圖1表示根據本實施例模式的光電轉換裝置100的截 面的示意圖。此外，圖2表示根據本實施例模式的光電轉 換裝置100的頂面的不意圖（平面圖）。而且，圖1是對 應於圖2中的Ο-P切斷線的截面圖的一例。 本實施例模式所示的光電轉換裝置1 00具有如下結構 :在支撐基板102上依次層疊有絕緣層1〇4、第一電極 106、單元元件120。在此，單元元件120具有由一種導電 型的第一雜質半導體層108、第一單晶半導體層110、第 二單晶半導體層112、第二雜質半導體層114構成的疊層 結構。 在上述第一電極106中的不形成有單元元件120的區 域中形成有輔助電極116，由此，可以將電能取出到外部 。此外，在單元元件120上形成有第二電極118。就是說 ，用來將電能取出到外部的電極被形成爲露出在支撐基板 102的一個表面上。而且，第二電極118的形狀是格子狀 (梳狀、梳形、梳齒狀）。藉由採用這種形狀，可以使單 元元件120的受光面積足夠大。 支撐基板102是具有絕緣表面的基板或絕緣基板。作 爲該絕緣基板，例如可以使用鋁矽酸鹽玻璃、鋁硼矽酸鹽 玻璃、鋇硼矽酸鹽玻璃等的用於電子工業的各種玻璃基板 。或者，除了上述玻璃基板以外，還可以使用：陶瓷基板 、石英基板、藍寶石基板等由絕緣體構成的絕緣基板；對 由金屬或不銹鋼等導電體構成的基板的表面進行絕緣處理 -12- 201003940 而成的基板等。 絕緣層104具有將支撐基板1〇2和第一電極 一起的功能。在這種意思上，可以將絕緣層1 04 層。此外，因爲第一電極106以接觸於單元元件 式被形成，所以單元元件120被絕緣層104固定 板 102。 而且，絕緣層104的涉及與支撐基板102( 極1 06 )的貼合的表面較佳的具有一定的平坦性 爲如下緣故：藉由具有一定的平坦性，實現堅固 例如，將絕緣層1 04形成爲其平均面粗糙度（] 0.5nm以下。更佳的爲0.3nm以下。而且，本說 平均面粗糙度（Ra)是指將JIS B060 1所定義的 均粗糙度擴大爲能夠應用於一平面。 在單元元件120中，第一雜質半導體層108 質半導體層114是添加有賦予預定的導電型的雜 半導體層。在此，第一雜質半導體層108和第二 體層114被賦予有不同的導電型。就是說，在將 半導體層108設定爲p型的情況下，第二雜質 114成爲η型，並且在將第一雜質半導體層108 型的情況下，第二雜質半導體層114成爲Ρ型。 Ρ型的雜質元素，可以使用硼、鋁等第13族元素 作爲η型雜質元素，可以使用磷、砷等第15族元 第一單晶半導體層1 1 0和第二單晶半導體層 地由單晶矽形成。在此，第二單晶半導體層1 1 2 106貼在 稱爲接合 120的方 到支撐基 或第一電 。這是因 的貼合。 h )成爲 明書中的 中心線平 和第二雜 質元素的 雜質半導 第一雜質 半導體層 設定爲n 作爲賦予 ，並且， 素。 1 1 2典型 具有其製 -13- 201003940 造方法不同的下層區域Π2Α和上層區域n2B。而且’當 第—單晶半導體層11〇的導電型和桌一雜質半導體層114 的導電型不同時，第一單晶半導體層110可以具有作爲第 一雜質半導體層的功能’所以可以採用不設置第—雜 質半導體層1 〇 8的結構。 第—單晶半導體層110可以藉由分割單晶半導體基板 來形成。例如’藉由對單晶半導體基板中以局濃度弓丨入氫 等離子，並且在該離子引入區域中分割單晶半導體基板， 來形成第一單晶半導體層110。作爲上述單晶半導體基板 ，使用單晶矽晶片即可。此外，也可以藉由利用如下方法 ，來形成第一單晶半導體層110，即在多孔質半導體層（ 典型爲多孔質矽層）上使單晶半導體層外延成長後’利用 水噴射（water-jetting)等進行分離。 第二單晶半導體層112以形成在第一單晶半導體層 110上的半導體層爲基礎來形成。具體地，藉由對該半導 體層進行加熱處理，進行以第一單晶半導體層1 1 0爲晶種 (seed crystal )的固相幕晶（SPE; Solid Phase Epitaxy) ，來形成第二單晶半導體層112。 在此’作爲成爲第二單晶半導體層112的基礎的半導 體層’使用具有疊層結構的半導體層。更具體地，使用由 第一單晶半導體層上的結晶度高的第一半導體層和該第一 半導體層上的結晶度低的第二半導體層構成的疊層結構。 或者’也可以使用由第一單晶半導體層上的氫濃度低（氫 含量小）的第一半導體層和該第一半導體層上的氫濃度高 -14 - 201003940 (氫含量大）的第二半導體層構成的疊層結構。而且’藉 由加熱處理，第一半導體層成爲第二單晶半導體層112的 下層區域112A’並且第二半導體層成爲第二單晶半導體 層112的上層區域112B。 當考慮到光電轉換效率時，較佳的將第一單晶半導體 層110和第二單晶半導體層112的厚度的合計設定爲 8 00nm以上。更佳的爲lOOOnm以上。較佳的將第一單晶 半導體層的厚度設定爲5nm以上且500nm以下（更佳的 爲3 OOnm以下）左右，並且將第二單晶半導體層的厚度設 定爲300nm以上（更佳的爲500nm以上）。雖然對成爲 第二單晶半導體層的基礎的第一半導體層及第二半導體層 的厚度沒有特別的限制，但是較佳的將第二半導體層形成 得厚於第一半導體層。這是因爲如下緣故：在其特性上， 第一半導體層的成膜速度有小於第二半導體層的成膜速度 的趨勢。例如，可以將第一半導體層設定爲5nm以上且 100nm以下（較佳的爲1 Onm以上且5〇nm以下），並且 將第二半導體層設定爲200nm以上（較佳的爲4〇〇nm以 上）。 而且’有上述第一單晶半導體層110和第二單晶半導 體層1 1 2的導電型不同的情況。例如，利用p型單晶半導 體基板而製造的第一單晶半導體層110成爲p型，並且利 用η型單晶半導體基板而製造的第〜單晶半導體層11〇成 爲η型。另一方面，在形成時的原料氣體不包含賦予導電 型的雜質的情況下’第二單晶半導體層Η2成爲丨型（本 -15- 201003940 徵半導體）。 下面，參照圖3A至圖6B說明根據本實施例模式的光 電轉換裝置1 00的製造方法的一例。 首先，準備單晶半導體基板1 03。對該單晶半導體基 板103來說，在離其一個表面有預定深度的區域中形成有 脆化層105，並且在其一個表面附近形成有第一雜質半導 體層108。此外，在單晶半導體基板103的一個表面上（ 第一雜質半導體層108上）按順序形成有第一電極1〇6和 絕緣層1 0 4 (參照圖3 D )。 對脆化層105、第一雜質半導體層108、第一電極1〇6 、絕緣層1 0 4的形成順序沒有特別的限制，而例如可以採 用下面的（1)至（4)所示的順序。 (1) 在單晶半導體基板的一個表面上形成保護層， 從該保護層的表面照射賦予一種導電型的雜質元素，來在 單晶半導體基板的一個表面一側形成第一雜質半導體層之 後’從保護層的表面照射離子，以在單晶半導體基板的預 定的深度的區域中形成脆化層。在去除保護層之後，在第 一雜質半導體層上形成第一電極，並且在該第一電極上形 成絕緣層。 (2) 在單晶半導體基板的一個表面上形成保護層， 對該保護層的表面照射離子，來在單晶半導體基板的預定 的深度的區域中形成脆化層之後，從保護層的表面照射賦 予一種導電型的雜質元素’以在單晶半導體基板的一個表 面一側形成第一雜質半導體層。在去除保護層之後，在第 -16- 201003940 一雜質半導體層上形成第一電極，並且在該第 成絕緣層。 (3) 在單晶半導體基板的一個表面上形 。對該第一電極的表面照射賦予一種導電型的 來在單晶半導體基板的一個表面一側形成第一 層。再者，對第一電極的表面照射離子，在單 板的預定的深度的區域中形成脆化層之後，在 形成絕緣層。 (4) 在單晶半導體基板的一個表面上形 。對該第一電極的表面照射離子，在單晶半導 定的深度的區域中形成脆化層。再者，對第一 照射賦予一種導電型的雜質元素，在單晶半導 個表面一側形成第一雜質半導體層。並且，在 形成絕緣層。 而且，在本實施例模式中，參照圖3A至 述（1 )的情況。 首先，在單晶半導體基板103的一個表面 層107。並且，藉由對保護層107的表面照射 電型的雜質元素，對單晶半導體基板1 03添加 以形成第一雜質半導體層108 (參照圖3A)。 作爲單晶半導體基板1 03，可以使用矽或 晶片、砷化鎵或磷化銦等化合物半導體晶片等 佳的使用單晶矽晶片。對單晶半導體基板1 03 沒有特別的限制，但是在後面要固定的支撐基 一電極上形 成第一電極 雜質元素， 雜質半導體 晶半導體基 第一電極上 成第一電極 體基板的預 電極的表面 體基板的一 第一電極上 3 D說明上 上形成保護 賦予一種導 雜質元素， 鍺等半導體 。其中，較 的平面形狀 板是矩形的 -17- 201003940 情況下’較佳的將單晶半導體基板103也設定爲矩形。此 外’單晶半導體基板i 03的表面較佳的進行鏡面拋光。 而且’在市場上流通的單晶矽晶片的多半是圓形，當 使用這種圓形晶片時，將其加工爲矩形或多角形即可。例 如’如圖9A至9C所示，可以從圓形的單晶半導體基板 1〇1 (參照圖9A)切割出矩形的單晶半導體基板i〇3a (參 照圖9B)、多角形的單晶半導體基板103b(參照圖9C) 〇 而且’圖9B表示切割出內接於圓形的單晶半導體基 板101且其面積成爲最大的矩形的單晶半導體基板103a 的情況。在此，單晶半導體基板103 a的角部（頂點）的 角度大約爲90度。此外，圖9C表示切割出其對邊的間隔 長於上述單晶半導體基板1 03a的對邊的間隔的單晶半導 體基板l〇3b的情況。在此情況下，單晶半導體基板103b 的角部（頂點）的角度不是90度，並且該單晶半導體基 板103b是多角形，而不是矩形。 作爲保護層1 07，較佳的使用氧化矽或氮化矽。作爲 製造方法，例如利用電漿CVD法、濺射法等即可。此外 ，也可以藉由使用氧化性的化學物或氧基對單晶半導體基 板1 0 3進行氧化處理，形成保護層1 0 7。再者’還可以藉 由利用熱氧化法使單晶半導體基板103的表面氧化來形成 保護層107。藉由形成保護層107，當在單晶半導體基板 103中形成脆化層時，或者當對單晶半導體基板添加賦予 一種導電型的雜質元素時，可以防止基板表面受到損壞。 -18- 201003940 第一雜質半導體層i 08藉由對單晶半導體基板1〇3添 加賦予一種導電型的雜質元素來形成。而且，因爲在單晶 半導體基板103上形成有保護層1〇7，所以賦予一種導電 型的雜質元素經過保護層107而添加到單晶半導體基板 103。在此’將第一雜質半導體層108的厚度設定爲3 〇nm 至150nm、較佳的爲50nm至100nm。 作爲上述賦予一種導電型的雜質元素，例如使用硼。 由此’可以形成p型第一雜質半導體層108。而且，第一 雜質半導體層108也可以藉由熱擴散法來形成。但是，因 爲在熱擴散法中進行900°C左右或其以上的高溫處理，所 以需要在形成脆化層之前進行。 藉由上述方法來形成的第一雜質半導體層108被配置 在與光入射面相反一側的面上。在此，當使用p型基板作 爲單晶半導體基板103時，第一雜質半導體層108成爲高 濃度P型區域。由此，從與光入射面相反一側按順序配置 高濃度P型區域和低濃度P型區域，以形成背面電場（ BSF; Back Surface Field)。就是說，電子不能進入高濃 度p型區域，因此可以降低由於光激發而發生的載流子的 重新組合。 接著’對保護層107的表面照射離子，在單晶半導體 基板103中形成脆化層105 (參照圖3B)。在此，作爲上 述離子，較佳的使用利用包含氫的原料氣體而生成的離子 (特別爲H+、H2+、H3 +等）。而且’形成脆化層1 05的深 度由照射離子時的加速電壓控制。此外，根據形成脆化層 -19- 201003940 105的深度，決定從單晶半導體基板103分 體層的厚度。 在離單晶半導體基板103的表面（正確 半導體層的表面）有500 nm以下的深度、較 以下的深度、更佳的有50nm以上且300nm 區域中形成脆化層105。藉由在淺區域中形成 ，分離後的單晶半導體基板殘留得厚，所以可 半導體基板的重複利用次數。但是，當在淺區 化層1 05時，需要降低加速電壓，而必須考慮 〇 上述離子的照射可以藉由利用離子摻雜裝 入裝置來進行。因爲離子摻雜裝置通常不伴隨 所以即使單晶半導體基板1 03大型化，也可以 體基板103的整個表面均勻地照射離子。 圖21表示離子摻雜裝置的結構的一例 2000從氣體供應部2004供應氫等原料氣體。 源2000具有燈絲200 1。燈絲電源2002對燈| 電弧放電電壓，調節流過燈絲200 1的電流。 部2 0 0 4供應的原料氣體由排氣系統排氣。 供應到離子源2 0 0 0的氫等藉由與從燈絲 電子之間的反應而離子化。這樣生成的離子 2005加速，以形成離子束2017。離子束2017 置於基板支撐部2006的單晶半導體基板1〇3。 束20 17所包含的離子的構成比由設置於基板 i的單晶半導 丨是第一雜質 ;的有4 0 0 n m .下的深度的 :脆化層1 〇 5 以增加單晶 域中形成脆 :到生產率等 置、離子注 質量分離， ，對單晶半導 。對離子源 此外，離子 冻2 0 0 1施加 從氣體供應 200 1放出的 由引出電極 被照射到設 而且，離子 支撐部2 0 0 6 -20- 201003940 的附近的質量分析管2007測定。此外’質量分析管2007 的測定結果藉由質量分析計2008進行信號轉換’而被回 饋到電源控制部2003。由此’可以控制離子的構成比。 而且，因爲經過第一雜質半導體層108照射上述離子 束，所以也可以進行第一雜質半導體層1〇8的氫化。 在形成上述脆化層105之後，去除保護層107，在第 —雜質半導體層108上形成第一電極106(參照圖3C)。 在此，第一電極1 06必須能夠忍受後面的製程中的熱 處理。因此，第一電極106較佳的使用難熔金屬材料來形 成。例如，可以使用鈦、鉬、鎢、鉬、鉻、鎳等。此外， 也可以採用由上述的金屬材料和金屬材料的氮化物構成的 疊層結構。例如，也可以使用由氮化鈦層和鈦層構成的疊 層結構、由氮化鉬層和钽層構成的疊層結構、由氮化鎢層 和鎢層構成的疊層結構等。當採用上述那樣的利用氮化物 的疊層結構時，以與第一雜質半導體層108接觸的方式形 成氮化物即可。藉由這樣形成氮化物，可以提高第一電極 106和第一雜質半導體層1〇8的緊密性。而且，第—電極 1 06可以藉由利用蒸鍍法、濺射法來形成。此外，較佳的 將其厚度設定爲1 00nm以上。 接著，在第一電極106上形成絕緣層1〇4(參照圖3D )°雖然絕緣層104可以是單層結構或兩層以上的疊層結 構’但是其表面較佳的具有高平坦性。此外，其最外表面 較佳的具有親水性。作爲上述絕緣層丨〇 4，例如可以形成 氧化矽層、氮化矽層、氧氮化矽層 '氮氧化矽層等。作爲 -21 - 201003940 絕緣層104的形成方法，可以舉出電漿CVD法、光CVD 法、熱CVD法等CVD法。特別地，藉由應用電漿CVD法 ，可以形成其平均面粗糙度（Ra)爲0.5nm以下（較佳的 爲0.3nm以下）的平坦的絕緣層1〇4。 在此，氧氮化矽是指在其組成上氧的含量多於氮的含 量，例如是指以50原子％以上且70原子％以下的範圍包 含氧，以0.5原子％以上且15原子％以下的範圍包含氮 ，以25原子％以上且35原子％以下的範圍包含矽，並且 以〇. 1原子％以上且1 〇原子％以下的範圍包含氫。此外 ，氮氧化矽是指在其組成上氮的含量多於氧的含量，例如 是指以5原子％以上且30原子％以下的範圍包含氧，以 20原子％以上且55原子％以下的範圍包含氮，以25原子 %以上且35原子％以下的範圍包含矽，並且以10原子％ 以上且25原子％以下的範圍包含氫。但是，上述範圍是 在利用盧瑟福背散射光譜學法（RBS : Rutherford Backscattering Spectrometry)、氫前方散射法（HFS: Hydrogen Forward Scattering)來測定的情況下的範圍。 此外，構成元素的含有比率的合計不超過100原子％。 而且，作爲上述絕緣層104，特別使用藉由使用有機 矽烷且利用化學氣相沈積法來製造的氧化矽層即可。作爲 有機矽院’可以使用四乙氧基砂院（tetraeth〇xysilane)( TEOS ： Si ( OC2H5 ) 4 )、三甲基矽烷（TMS:(CH3)3SiH )、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（ -22- 201003940

SiH ( OC2H5 ) 3)、三二甲氨基矽烷（SiH(N(CH3) 2) 3 )等。當然，也可以藉由利用甲矽烷、乙矽烷或丙矽烷等 無機矽烷來形成氧化矽、氧氮化矽、氮化矽、氮氧化矽等 〇 此外，在絕緣層104具有疊層結構的情況下，較佳的 採用包括氮化矽層、氮氧化矽層等包含氮的矽絕緣層的疊 層結構。由此，可以防止來自支撐基板102的鹼金屬、鹼 土金屬等所引起的半導體的污染。而且，較佳的將絕緣層 104形成爲其厚度成爲5nm至500nm左右。 而且，在第一電極106的表面具有一定的平坦性的情 況下，具體地說，在其平均面粗糙度（Ra)爲〇.5nm以下 (較佳的爲0 · 3 nm以下）的情況下，有即使不形成絕緣層 1 04也可以實現貼合的情況。在此情況下，也可以採用不 形成絕緣層1 0 4的結構。 接著，藉由使上述絕緣層104的一個表面和支撐基板 102的一個表面貼緊且進行加壓，將單晶半導體基板103 上的疊層結構和支撐基板102貼在一起（參照圖4A)。 此時，對涉及貼合的表面（在此，絕緣層104的一個 表面和支撐基板102的一個表面）進行足夠的清潔化。這 是因爲如下緣故：當在涉及貼合的表面上存在有微小的塵 埃等時’貼合不良的發生幾率提高。而且，也可以使涉及 貼合的表面活化，以降低貼合不良。例如，藉由對涉及貼 合的表面的一方或雙方照射原子束或離子束，可以使其表 面活化。此外’也可以藉由利用電漿處理、化學物處理等 -23- 201003940 來進行活化。如此，藉由使涉及貼合的表面活化，即使在 4 00 °C以下的溫度下也可以實現良好的貼合。 而且，也可以採用如下結構：在支撐基板102上形成 氮化矽層、氮氧化矽層等含有氮的矽絕緣層，並且將其與 絕緣層1 04貼緊。在此情況下，也可以防止來自支撐基板 102的鹼金屬、鹼土金屬等所引起的半導體的污染。 接著，藉由進行熱處理，來加強貼合。此時的溫度必 須以脆化層1 05中不進行分離爲條件。例如，可以將其設 定爲不足400 °C、較佳的爲3 00 °C以下。對熱處理時間沒 有特別的限制，而根據處理速度和貼合強度的關係適當地 設定最適的條件即可。作爲一例，可以採用200 °C、2小 時程度的熱處理條件。在此，也可以僅對涉及貼合的區域 照射微波，進行局部性的熱處理。而且，在對貼合強度沒 有問題的情況下，也可以省略上述加熱處理。 接著，在脆化層105中，將單晶半導體基板1〇3分離 爲分離基板109和第一單晶半導體層110(參照圖4B)。 單晶半導體基板103的分離藉由熱處理來進行。至於該熱 處理的溫度，可以將支撐基板1〇2的耐熱溫度作爲基準。 例如，在使用玻璃基板作爲支撐基板1 02的情況下，熱處 理溫度較佳的爲400°C以上且650°C以下。但是，若是短 時間，則也可以進行400°C以上且700°C以下的熱處理。 當然，在玻璃基板的耐熱溫度高於700 °C的情況下，也可 以將熱處理溫度設定得高於700°C。 藉由進行上述那樣的熱處理，形成於脆化層1 0 5中的 -24- 201003940 微小的空孔發生體積變化，而在脆化層105中發生裂縫。 其結果，沿著脆化層1 05，單晶半導體基板1 03分離。因 爲絕緣層104與支撐基板102貼在一起’所以在支撐基板 102上殘留從單晶半導體基板103分離的第一單晶半導體 層110。此外，藉由該熱處理，支撐基板和絕緣層 1 04的涉及貼合的介面被加熱，所以在涉及貼合的介面形 成共價鍵，而進一步提高支撐基板102和絕緣層104的結 合力。 而且，第一單晶半導體層110和第一雜質半導體層 108的厚度的合計大體上對應於形成脆化層105的深度， 而成爲 5 00nm以下、較佳的爲 400nm以下、更佳的爲 50nm以上且300nm以下。 藉由上述製程，可以得到固定在支撐基板1 02上的第 一單晶半導體層110。而且，對分離基板109來說，在進 行再生處理之後，可以再次利用。再生處理後的分離基板 1 09既可以用於用來得到單晶半導體層的基板（在本實施 例模式中’對應於單晶半導體層1 〇3 )，又可以用於其他 用途。在用於用來得到單晶半導體層的基板的情況下，可 以使用一個單晶半導體基板製造多個光電轉換裝置。 接著’在第一單晶半導體層110上形成第一半導體層 1 1 1 a (參照圖4C )。例如，藉由利用氣相沈積（氣相外 延成長）法來形成第一半導體層111A(參照圖4C)。在 此情況下’第一半導體層nlA成爲受到第一單晶半導體 層1 1 〇的結晶度的影響的半導體層。在此，根據第—單晶 -25- 201003940 半導體層110來選擇材料並形成第一半導體層111A即可 。在形成矽層作爲第一半導體層111A的情況下，例如可 以藉由以矽烷類氣體（典型爲矽烷）和氫的混合氣體爲原 料且利用電漿CVD法來形成。此外’將第一半導體層 111A形成爲其厚度成爲l〇nm以上且10〇nm以下（較佳的 爲10nm以上且50nm以下）左右即可。 上述原料氣體是相對於矽烷類氣體的氫的流量比爲50 倍以上（較佳的爲1 〇 〇倍以上）的混合氣體。例如，以 4sccm: 400sccm的比例混合5夕院（SiH4)和氫來使用即可 。藉由提高氫的流量，可以形成結晶度高的半導體層。由 此，可以降低半導體層中的氫含量。 而且，不局限於使用矽烷作爲矽烷類氣體，也可以使 用乙矽烷（Si2H6)等。此外’也可以對上述原料氣體添 加稀有氣體。 當利用電漿CVD法來形成第一半導體層1 1 1 A時的其 他條件爲如下：頻率爲1 0MHz至200MHz、功率爲5 W以 上且50W以下、反應室內的壓力爲l〇Pa以上且103pa以 下、電極間隔（平丫了平板型時）爲15mm以上且30mm以 下 '支撐基板102的溫度爲200 °C以上且400 °C以下，典 型地說，分別爲 60MHz、1 5 W ' lOOPa、20mm ' 280 °C。 而且，上述的成膜條件不過是一例，而所公開的發明的一 種方式不被解釋爲僅局限於此。這裏，重要的點是，形成 結晶度高的半導體層（或氫濃度低的半導體層、氫含量小 的半導體層）作爲第一半導體層111A，所以只要可以達 -26- 201003940 成該目的，就可以利用任一方法來形成第一半 1 1 1 A。 而且，較佳的在進行第一半導體層111A的外 之前去除形成在第一單晶半導體層110的表面上的 化層等。這是因爲如下緣故：當在第一單晶半導體 的表面上存在有氧化層時，不能進行受到第一單晶 層110的結晶度的影響的外延成長，而降低第一半 1 1 1 A的結晶度。在此，可以藉由利用氫氟酸類的 來進行上述氧化層的去除。 接著.，在第一半導體層111A上形成第二半 111BC參照圖5A)。在此，第二半導體層111 B 據第一半導體層111A選擇材料來形成。此外，將 導體層111B形成爲其厚度成爲200nm以上（較 4O〇nm以上）。在此情況下，也較佳的去除形成在 導體層111A的表面上的氧化層。 將第二半導體層111B設定爲其結晶度低於第 體層111A的半導體層。或者，將第二半導體層11: 爲其氫濃度高於第一半導體層111A的半導體層（ 大的半導體層）。作爲這種第二半導體層111B， 成非晶半導體層即可。 雖然第二半導體層111B的形成方法是任意的 較佳的以成膜速度至少高於第一半導體層111A的 成。例如，在藉由以矽烷類氣體（典型爲矽烷）和 的混合氣體爲原料且利用電漿CVD法來形成第二 導體層 延成長 自然氧 層 110 半導體 導體層 溶液等 導體層 藉由根 第二半 佳的爲 第一半 一半導 B設定 氫含量 例如形 ’但是 條件形 氫氣體 半導體 -27- 201003940 層111B的情況下，將相對於矽烷類氣體的氫氣體的流量 比設定爲2倍以上且20倍以下（較佳的爲5倍以上且1 5 倍以下）即可。此外，將頻率設定爲10MHz至200MHZ ’ 將功率設定爲5W以上且50W以下，將反應室內的壓力設 定爲10Pa以上且103Pa以下，將電極間隔（平行平板型 時）設定爲15mm以上且30mm以下，並且將支撐基板 102的溫度設定爲200 °C以上且400 °C以下即可。典型地’ 將矽烷（SiH4)的流量.設定爲25SCCm，將氫的流量設定爲 150sccm，將頻率設定爲27MHz，將功率設定爲30W，將 壓力設定爲66.6Pa，將電極間隔設定爲25mm，並且將基 板溫度設定爲280 °C。而且，上述成膜條件不過是一例’ 而所公開的發明的一種方式不被解釋爲僅局限於此。這裏 ，重要的點是’形成即使結晶度低（或氫濃度高）也成膜 速度高的半導體層作爲第二半導體層111B，所以只要可 以達成該目的，就可以利用任一方法來形成第二半導體層 I 1 1 B。 然後’進行熱處理，藉由固相成長（固相外延成長） 形成第二單晶半導體層112(參照圖5B)。而且，第一半 導體層111A對應於第二單晶半導體層112的下層區域 II 2A，並且第二半導體層U1B對應於第二單晶半導體層 112的上層區域112B。 上述熱處理可以藉由利用 RTA ( Rapid Thermal Anneal ;快速熱退火）、爐（furnace )、毫米波加熱裝置 等熱處理裝置來進行。作爲熱處理裝置的加熱方式，可以 -28- 201003940 舉出電阻加熱方式、燈加熱方式、氣體加熱方式、電磁波 加熱方式等。也可以進行雷射光束的照射、熱電漿噴射（ thermal plasma jet)的照射。 一般而言，爐是外熱式，並且反應室內和被處理物成 爲熱平衡狀態。另一方面，RTA是藉由對被處理物直接供 應能量來進行瞬間加熱（快速加熱）的，並且反應室內和 被處理物成爲熱不平衡狀態。作爲RTA裝置，可以舉出 燈加熱方式的 RTA ( LRTA ; Lamp Rapid Thermal Anneal: 燈快速熱退火）裝置、使用被加熱的氣體的氣體加熱方式 的 RTA ( GRTA ; Gas Rapid Thermal Anneal:氣體快速退火 )裝置、或具備燈加熱方式和氣體加熱方式的雙方的RTA 裝置等。 在使用RTA裝置的情況下，較佳的將處理溫度設定 爲500 °C以上且750 °C以下，並且將處理時間設定爲0.5 分鐘以上且1 〇分鐘以下。在使用爐的情況下，較佳的將 處理溫度設定爲500 °C以上且650 °C以下，並且將處理時 間設定爲1小時以上且4小時以下。 藉由上述’形成由第一單晶半導體層110和第二單晶 半導體層112構成的疊層結構。在此，當考慮到光電轉換 效率時，光電轉換裝置被要求8 0 Onm以上的厚度的單晶半 導體層。因此’例如在將第一單晶半導體層110的厚度設 定爲3 00nm的情況下，較佳的將第二單晶半導體層1 12的 厚度至少設定爲5〇〇nm以上。在此，爲了形成具有500nm 以上的厚度的第二單晶半導體層1 1 2,僅利用氣相外延成長 -29- 201003940 法在成膜速度方面不是較佳的。另一方面 外延成長法來形成第二單晶半導體層112 於固相成長（固相外延成長）時的熱處理 層的剝離的問題。可以認爲這起因於剛成 層（例如，非晶半導體層）包含大量氫。 在本實施例模式中，在利用氣相沈積 )將第一半導體層1 1 1 A形成得薄之後， 氣相沈積（氣相外延成長）將第二半導體 厚，然後進行固相成長（固相外延成長） 一半導體層111A的下層區域112A和】 111B的上層區域112B的第二單晶半導體 可以在確保成膜速度的同時消除半導體層 就是說，可以生產率好且成品率好地形成】 而且，可以認爲：如本實施例模式， 體層上形成由結晶度高的半導體層和結晶 構成的疊層結構，然後進行固相成長來降 因爲相鄰的層彼此的結晶度的差別變小， 彼此的結合強化，結果緊密性提高的緣故 在本實施例模式中，在單晶半導體層 體層1 1 0 )和結晶度低的半導體層（第二f 之間形成一個結晶度高的半導體層（第一 )，但是從上述理由來看，沒必要所公開 式被解釋爲僅局限於此。就是說，也可以 體層和結晶度低的半導體層之間設置多個 ’在僅利用固相 的情況下，起因 等而發生半導體 膜之後的半導體 (氣相外延成長 利用不同條件的 層1 1 1 B形成得 來形成具有爲第 焉第二半導體層 層1 12。由此， 的剝離的問題。 _晶半導體層。 藉由在單晶半導 度低的半導體層 低剝離的問題是 而介面上的原子 〇 (第一單晶半導 戸導體層1 1 1B ) 半導體層111A 的發明的一種方 採用在單晶半導 結晶度不同的半 -30- 201003940 導體層的結構。例如’在單晶半導體層上形成結晶 半導體層’在其上形成結晶度稍微高的半導體層， 其上形成結晶度低的半導體層。藉由採用這種結構 進一步提高緊密性。 此外，從介面上的緊密力的觀點來說，較佳的 能地不接觸於大氣等的方式形成上述疊層結構。例 佳的在相同的反應室內連續形成第—半導體層111 二半導體層1 1 1B。 接著’對第二單晶半導體層112的一個表面一 接觸於第一單晶半導體層1 1 0的表面一側）添加賦 一雜質半導體層1 〇 8不同的導電型的雜質元素，來 二雜質半導體層114(參照圖5C)。例如，作爲雜 添加磷或砷，來形成η型第二雜質半導體層114。 玻璃基板作爲支撐基板1 02的情況下，不能忍受熱 的處理溫度，所以藉由離子注入或離子摻雜添加雜 〇 此外，也可以在第二單晶半導體層112上利用 導體形成第二雜質半導體層114(參照圖13Α、圖 。因爲主要用作光電轉換層的區域由單晶半導體層 所以即使利用非晶半導體形成第二雜質半導體層1 不成爲很大的問題。 而且，較佳的將第二雜質半導體層114的厚度 20nm以上且 200nm以下左右、更佳的爲 50nm lOOnm以下左右。藉由將第二雜質半導體層114形 度高的 並且在 ’可以 以盡可 如，較 A和第 側（不 予與第 形成第 質元素 在應用 擴散法 質元素 非晶半 1 3B ) 形成， 1 4，也 設定爲 以上且 成得薄 -31 - 201003940 ，可以防止第二雜質半導體層114中的載流子的重新 〇 藉由上述，可以得到按順序層疊有一種導電型的 雜質半導體層108、第一單晶半導體層110、第二單 導體層1 1 2、與上述一種導電型不同的導電型的第二 半導體層114的單元元件120。 然後，對設置在第一電極106上的第一雜質半導 108、第一單晶半導體層110、第二單晶半導體層112 第二雜質半導體層1 1 4進行蝕刻，使第一電極1 〇6的 分（較佳的爲第一電極106的端部）露出（參照圖 〇 在此，使第一電極106的一部分露出是爲了在以 成輔助電極（或者輔助佈線）的緣故。爲了用作光電 裝置，需要能夠從對應於正極和負極的電極取出電能 而第一電極106的上部由單晶半導體層等覆蓋，並且 一電極的下方設置有支撐基板102，所以難以直接取 能。於是，藉由對形成在第一電極106的上方的層的 分進行蝕刻，來使第一電極106的一部分露出，以便 形成能夠引繞的輔助電極（或者輔助佈線）。 具體地，在第二雜質半導體層114上利用抗蝕劑 化矽層等絕緣層形成掩模，並且利用該掩模進行蝕刻 。蝕刻例如可以是利用NF3、SF6等氟類氣體的乾蝕 至少在能夠充分確保第一電極106和形成在第一電極 的上方的層（第一雜質半導體層108、第一單晶半導 組合 第一 晶半 雜質 體層 以及 一部 6A ) 後形 轉換 ，然 在第 出電 一部 可以 、氮 即可 刻， 106 體層 -32- 201003940 110、第二單晶半導體層112、第二雜質半導體層114)的 選擇比的條件下進行即可。而且’在蝕刻後，去除不需要 了的掩模。 雖然在本實施例模式中示出在形成第二雜質半導體層 114之後使第一電極106露出的實例’但是也可以在使第 一電極106露出之後形成第—雑質半導體層114。 接著，形成接觸於露出的第一電極106的輔助電極 116以及第二雜質半導體層114上的第二電極118(參照 圖 6B )。 輔助電極116被設置以便容易取出受到光電轉換的電 能。就是說’輔助電極116用作取出電極（也稱爲集電極 )° 如圖2所示’將第二電極118形成爲當從上方來看時 成爲格子狀（或者梳狀、梳形、梳齒狀）。藉由採用這種 形狀’可以對單元元件1 20照射足夠的光，而可以提高單 兀元件120的光吸收效率。對第二電極118的形狀沒有特 別的限制’但是當然單元元件丨2 〇 (第二雜質半導體層 114)上的第二電極118的面積越小，光吸收效率越提高 。而且’第一電極118可以以與輔助電極116相同的製程 形成。 輔助電極116和第二電極118藉由使用鋁、銀、鉛錫 (焊料）等且利用印刷法等方法形成即可。例如，可以藉 由使用銀膏且利用絲網印刷法形成。 藉由上述’可以製造光電轉換裝置 100 ° -33- 201003940 而且’較佳的在單元元件120上形成具有反射防止功 能的鈍化層1 1 9 (參照圖8 )。 作爲鈍化層1 1 9，使用其折射率爲單元元件1 20的入 射面（在本實施例模式中，第一雜質半導體層114)和空 氣的中間的材料。此外，爲了不妨礙對單元元件1 2 0的光 的入射，使用具有相對於預定的波長的光的透射性的材料 。藉由使用這種材料，可以防止在單元元件1 2 0的入射面 上的反射。而且，作爲這種材料，例如可以舉出氮化矽、 氮氧化砂、氟化鎂等。 鈍化層119設置在輔助電極116和單元元件120之間 以及第二電極118和單元元件120之間。例如，在單元元 件1 2 0上形成鈍化層1 1 9之後，對鈍化層1 1 9進行鈾刻以 使第二雜質半導體層114和第一電極106的一部分露出。 然後，形成接觸於第一電極1 0 6的輔助電極1 1 6和接觸於 第二雜質半導體層114的第二電極118。而且，也可以藉 由應用剝離（lift-off)法等來形成設置有開口部的鈍化層 119° 圖7A示出光電轉換裝置的單元元件12〇的截面示意 圖的一例。雖然在此示出按順序配置有以高濃度添加有p 型雜質元素的第一雜質半導體層108 (p +層）、p型的第 一單晶半導體層ll〇(p層）、i型的第二單晶半導體層 112(i層）、添加有η型雜質元素的第二雜質半導體層 1 14 ( η +層、或π層）的結構’但是所公開的發明的—種 方式不被解釋爲僅局限於此。而且，在將單元元件12〇中 -34- 201003940 的單晶半導體層設定爲單晶矽的情況下’其帶隙能量大約 爲1.12eV。此外，光（能量：hv)從第二雜質半導體層 114 一側入射。 圖7B是圖7A所示的單元元件120的能帶圖。在此’ Ec表示傳導帶的底部，並且Εν表示價電子帶的頂部（top )。此外，Ef表示費密能級的能量。此外，EgCl是第一 單晶半導體層110及第二單晶半導體層112的帶隙能量。 起因於圖 7B所示的帶結構（band structure) ’由於 光激發而生成的電子向n +層（或η層）的方向流過’並 且由於光激發而生成的電洞向Ρ+層的方向流過。這是光 電轉換的基本原理。在此，爲了提高光電轉換的效率’增 多由於光激發而發生的載流子的數量是很重要的。爲了增 多光激發載流子，使光吸收層（在本實施例模式中’單晶 半導體層）具有一定程度的厚度即可。在使用單晶砂作爲 光吸收層的情況下，根據單晶矽的光吸收係數、太陽光的 光譜，將其厚度設定爲8 0 Onm以上（較佳的爲1 〇〇 〇nm以 上）即可。 在這一點上，在本實施例模式中，利用外延成長技術 來謀求實現單晶半導體層的厚膜化，並且將第一單晶半導 體層110和第二單晶半導體層112的厚度的合計設定爲 800nm以上。因此，可以在單晶半導體層中發生足夠的載 流子，而可以提高光電轉換效率。 如上所述，藉由利用本實施例模式所示的外延成長技 術，可以得到用作光電轉換層的800nm以上、較佳的爲 -35- 201003940 lOOOnm以上的單晶半導體層。由此，與利用 導體基板的情況相比，可以抑制單晶半導體的 且，雖然以前支撐光電轉換裝置的結構體部分 導體形成，但是藉由利用使單晶半導體基板薄 單晶半導體層，可以大幅度地降低單晶半導體 此外，因爲可以重複利用將單晶半導體層分離 導體基板，所以可以有效地利用資源。 再者，在本實施例模式中，藉由利用由結 濃度低、氫含量小）的第一半導體層和結晶度 高、氫含量大）的第二半導體層構成的疊層結 二單晶半導體層。由此，即使在將第二單晶半 得厚的情況下，也可以防止第二單晶半導體層 是說，因爲可以在將第二半導體層形成得足夠 產率的同時防止起因於第二半導體層的厚膜化 以可以有效地、成品率好地僅使用必要最小限 形成具有必要的厚度的光電轉換層。 本實施例模式可以與其他實施例模式適當 用。 實施例模式2 在本實施例模式中，將說明與上述的實施 的光電轉換裝置的製造方法的實例。具體地， 的實施例模式中，以（1 )爲例而說明脆化層】 質半導體層108、第一電極106、絕緣層104 塊狀單晶半 消耗量。而 也由單晶半 片化而成的 的消耗量。 後的單晶半 晶度高（氫 低（氫濃度 構來形成第 導體層形成 的剝離。就 厚以提高生 的剝離，所 度的材料來 地組合來使 例模式不同 雖然在上述 05、第一雜 的形成順序 -36- 201003940 ，但是在本實施例模式中將說明（2 ) 、 ( 3 ) 、 （ 4 )的 實例。而且，因爲除了脆化層105、第一雜質半導體層 108、第一電極106、絕緣層104的形成順序以外與上述的 實施例模式同樣，所以省略說明。 以下，參照圖1 0A至1 0D說明（2 )的實例。 首先，在單晶半導體基板103的一個表面上形成保護 層107。然後，對保護層107的表面照射離子，以在單晶 半導體基板103中形成脆化層105 (參照圖10A)。 接著，藉由對保護層107的表面照射賦予一種導電型 的雜質元素，對單晶半導體基板1 03添加雜質元素，以形 成第一雜質半導體層1〇8(參照圖10B)。而且，因爲在 此已形成有脆化層1 05，所以較佳的利用離子注入法或離 子摻雜法來添加雜質元素。這是因爲如下緣故：在利用像 熱擴散法那樣的必要高溫處理的方法的情況下，單晶半導 體基板103在脆化層105中分離的可能性很高。 然後，去除保護層107，以形成第一電極106(參照 圖10C)。並且，在第一電極106上形成絕緣層104 (參 照圖1 0D )。此後的製程與上述的實施例模式同樣。 如此，在（2 )中，對沒有添加雜質元素的單晶半導 體基板照射離子來形成脆化層，所以實現脆化層的不均勻 性的降低。 以下，參照圖1 1 A至1 1 D說明（3 )的實例。 首先，在單晶半導體基板103的一個表面上形成第一 電極106(參照圖11A)。 -37- 201003940 接著，對第一電極106的表面照射離子，以在單晶半 導體基板103中形成脆化層105 (參照圖1 1B )。 然後，藉由對第一電極106的表面照射賦予一種導電 型的雜質元素，對單晶半導體基板103添加雜質元素’以 形成第一雜質半導體層108 (參照圖11C)。 然後，在第一電極106上形成絕緣層104 (參照圖 1 1 D )。此後的製程與上述的實施例模式同樣。 如此，因爲在（3)中，第一電極106用作保護層， 所以沒必要另行設置保護層，而實現製程的縮短。 以下，參照圖12A至12D說明（4 )的實例。 首先，在單晶半導體基板103的一個表面上形成第一 電極106(參照圖12A)。 接著，藉由對第一電極106的表面照射賦予一種導電 型的雜質元素，對單晶半導體基板103添加雜質元素，以 形成第一雜質半導體層108 (參照圖12B)。 然後，對第一電極1 06的表面照射離子，以在單晶半 導體基板103中形成脆化層105(參照圖12C)。 並且，在第一電極 106上形成絕緣層 104 (參照圖 12D)。此後的製程與上述的實施例模式同樣。 如此，因爲在（4)中，第一電極106用作保護層， 所以沒必要另行設置保護層，而實現製程的縮短。 而且，本實施例模式可以與其他實施例模式適當地組 合來使用。 -38- 201003940 實施例模式3 在本實施例模式中，將說明光電轉換裝置的製造方法 的另外的實例。 圖22示出將第一電極106和支撐基板102直接貼合 而形成的光電轉換裝置的實例。在第一電極106的表面爲 平坦的情況下，例如在第一電極106的表面的平均面粗糙 度（Ra )爲0 · 5 nm以下、較佳的爲0.3 nm以下的情況下， 即使不形成絕緣層1 04 (參照圖1等），也可以將第一電 極106和支撐基板102貼在一起。 上述貼合藉由將受到足夠的清潔化的第一電極1 06的 表面和支撐基板102的表面貼緊來進行。當然，也可以在 貼合之前使第一電極106的表面、支撐基板102的表面活 化。此外，也可以在貼合之後進行熱處理、加壓處理。藉 由像本實施例模式那樣地形成其表面爲平坦的第一電極 1 06，沒必要設置絕緣層1 04，而縮短製程。而且，上述記 載不排除絕緣層1 04的形成。例如，可以說形成用作阻擋 層的絕緣層等從可靠性提高的觀點來看是較佳的。 而且，本實施例模式可以與其他實施例模式適當地組 合來使用。 實施例模式4 在本實施例模式中，將說明光電轉換裝置的製造方法 的另外的實例。 在上述的實施例模式中，有如下情況：在從單晶半導 -39- 201003940 體基板1 〇 3薄片化而得到的第一單晶半導體層 上留下起因於脆化層1 0 5的晶體缺陷（參照圍 存在有這種晶體缺陷的情況下，有由於載流子 光電轉換效率降低的擔心。因此，較佳的進行 恢復或去除。具體地’可以應用雷射光束的照 刻處理等。 在對第一單晶半導體層110進行餘刻處理 可以去除其晶體缺陷。作爲這種蝕刻，可以利 濕触刻。 圖20示出進行雷射光束的照射處理的實 一單晶半導體層110照射適當的強度的雷射光 況下，第一單晶半導體層110的至少表面附近 ，並且以不溶化的固相區域爲晶種進行 recrystallized)。由此，可以恢復第一單晶半 的晶體缺陷。而且，在此，採用如下結構：藉 第一單晶半導體層110的支撐基板102移動， 半導體層110的整個表面照射雷射光束180, 的發明的一種方式不被解釋爲僅局限於此。 雖然雷射光束180使第一單晶半導體層1] 近的區域熔化，但是支撐基板1〇2幾乎不被加 在使用像玻璃基板那樣的耐熱性低的支撐基板 較佳的。在此，當將雷射光束1 8 0的照射區域 基板的耐熱溫度以下的溫度（例如’ 2 5 0 °C以上 下左右）時，可以有效地進行缺陷的恢復’所 1 1 〇的表面 3 4B )。在 的捕捉等而 晶體缺陷的 射處理、蝕 的情況下， 用乾蝕刻或 例。在對第 束1 8 0的情 的區域熔化 再晶化（ 導體層1 10 由使形成有 對第一單晶 但是所公開 ί 0的表面附 熱。因此， 的情況下是 加熱到支撐 且6 0 0 °C以 以是較佳的 -40- 201003940 。而且，藉由上述雷射光束180的照射處理、加熱處理， 在形成第一電極106的金屬和第一雜質半導體層108的介 面上形成砂化物，而容易流過電流。此外，藉由上述雷射 光束180的照射處理、加熱處理，可以使第一雜質半導體 層1 0 8活化。 作爲雷射光束1 8 0的波長，選擇從紫外光到可見光程 度的波長即可。但是，不局限於此。作爲雷射振盪器，可 以使用Ar雷射器、Kr雷射器、受激準分子（ArF、KrF、 XeCl)雷射器、C02雷射器、YAG雷射器、YV04雷射器 、YLF雷射器、YAl〇3雷射器、GdV04雷射器、Y203雷射 器、紅寶石雷射器、變石雷射器、Ti :藍寶石雷射器、銅 蒸汽雷射器、金蒸汽雷射器等。 而且，較佳的在減壓氣氛或惰性氣氛下進行雷射光束 的照射。爲了在減壓氣氛或惰性氣氛下照射雷射光束，控 制具有氣密性的反應室的氣氛，並且在該反應室內照射雷 射光束即可。在不使用反應室的情況下，也可以藉由對雷 射光束的被照射面噴上氮氣體等惰性氣體，形成惰性氣氛 〇 當進行上述雷射光束的照射處理時，也可以使用相移 掩模等在第一單晶半導體層110的表面上形成凹凸。例如 ，可以使用ΙΟμιη平方的圖案互相配置的像所謂的兩種不 同顏色相間的方格花紋那樣的相移掩模。藉由該相移掩模 照射雷射光束，可以形成依賴於掩模的圖案的表面凹凸。 藉由設置這種表面凹凸，可以提高後面形成的半導體層的 -41 - 201003940 緊密性來抑制剝離。此外，根據起因於表面凹凸的散射效 果、反射防止效果，可以提高光電轉換效率。 而且，也可以將上述蝕刻處理和雷射光束的照射處理 組合來使用。 本實施例模式可以與其他實施例模式適當地組合來使 用。 實施例模式5 在本實施例模式中，將說明層疊多個單元元件的所謂 的串聯型光電轉換裝置的實例。而且，在本實施例模式中 ，將說明層疊兩個單元元件的情況。 圖14示出根據本實施例模式的串聯型光電轉換裝置 200的截面的示意圖。光電轉換裝置200具有在支撐基板 102上層疊有單元元件120 (也可以稱爲第一單元元件） 和單元元件230(也可以稱爲第二單元元件）的結構。在 支撐基板102和單元元件120之間設置有第一電極106, 並且在第一電極1〇6和支撐基板102之間設置有絕緣層 104。在本實施例模式中’支撐基板1〇2、絕緣層104、第 一電極106、單元元件120的結構及製造方法與實施例模 式1同樣，所以省略對於重複部分的說明。 光電轉換裝置200具有從附圖中的上方（單元元件 23 0的表面一側）入射光的結構。此外’構成單元元件 23 0的半導體層的帶隙能量大於構成單元元件120的半導 體層的帶隙能量。具體地，例如，可以將非單晶半導體層 -42- 201003940 用於單元元件23 0，並且將單晶半導體層用於單元元件 120。藉由層疊帶隙不同的光電轉換層，能夠吸收的波長 區域（wavelength range)擴大，而可以提高光電轉換效 率。特別地，對太陽光來說，其波長區域很廣泛即從短波 長一側到長波長一側，所以採用像本實施例模式那樣的結 構是非常有效的。此外，藉由在光入射一側配置帶隙大的 光電轉換層，可以有效地吸收光。 單元元件230具有在單元元件120上按順序層疊有賦 予有一種導電型的第三雜質半導體層222、非單晶半導體 層224、賦予有與第三雜質半導體層222不同的導電型的 第四雜質半導體層226的結構。在此，對第三雜質半導體 層222賦予與單元元件120的第二雜質半導體層114相反 的導電型。 作爲單元元件23 0的非單晶半導體層224，例如可以 使用非晶矽、微晶矽等。第三雜質半導體層222和第四雜 質半導體層226是包含預定的導電型的雜質元素的非晶半 導體層或微晶半導體層。除此以外，還可以使用非晶碳化 矽等。在將第三雜質半導體層22 2設定爲p型的情況下， 第四雜質半導體層22 6成爲n型，但是也可以將第三雜質 半導體層2 22設定爲η型，並且將第四雜質半導體層226 設定爲Ρ型。 非單晶半導體層224可以藉由電漿CVD法來形成。 例如，藉由利用矽烷類的原料氣體來形成非晶矽即可。而 且’非單晶半導體層224也可以藉由濺射法來形成。在使 -43- 201003940 用非晶矽作爲非單晶半導體層224的情況下，將其厚度設 定爲50nm以上且3〇〇nm以下、較佳的爲100nm以上且 2 0 0nm以下。因爲非晶矽的帶隙大約爲usev，所以藉由 採用這種厚度，可以充分吸收短於600nm的波長區域的光 〇 此外，也可以將微晶半導體（典型爲微晶矽）用於非 單晶半導體層224。在此情況下，在單元元件1 20上形成 幾nm左右的極薄的非晶半導體層之後，形成微晶半導體 即可。藉由這樣做，可以防止從單晶半導體進行外延成長 來形成單晶半導體層。而且，因爲第三雜質半導體層222 也可以由單晶半導體層形成，所以將幾nm左右的薄的非 晶半導體層形成在第二雜質半導體層114上或第三雜質半 導體層222上即可。 在單元元件120的支撐基板102 —側設置有第一電極 106，並且在單元元件23 0的表面一側設置有第二電極232 。此外，設置有與第一電極106連接的輔助電極217、以 及與第二電極232連接的輔助電極219。輔助電極217和 輔助電極219用作取出在光電轉換層中轉換了的電能的取 出電極（也稱爲收集電極）。 在單元元件23 0由非單晶半導體形成的情況下，有載 流子的使用壽命變短的趨勢，並且有起因於此而光電轉換 效率降低的擔心。爲了防止此，在本實施例模式中將第二 電極232形成在基板的整個表面上。在此，爲了對單元元 件230及單元元件120入射足夠的光，利用太陽光的透射 -44- 201003940 率高的材料來形成第二電極232。此外，將接觸於第二電 極232的輔助電極219設定爲格子狀（或者梳狀、梳形、 梳齒狀）。 接著，參照圖15A至圖16B說明根據本實施例模式的 光電轉換裝置200的製造方法的一例。而且，因爲直到第 二雜質半導體層114的製造方法與實施例模式1同樣，所 以在此省略說明。 在形成第二雜質半導體層114之後，在該第二雜質半 導體層1 1 4上按順序形成第三雜質半導體層222、非單晶 半導體層224、第四雜質半導體層226 (參照圖15A)。 在此，將第三雜質半導體層222設定爲與第二雜質半 導體層114不同的導電型的非晶半導體層或微晶半導體層 。例如’在第二雜質半導體層114是η型的情況下，將第 三雜質半導體層222設定爲ρ型的非晶半導體層（例如， Ρ型的非晶矽層）或者ρ型的微晶半導體層（例如，ρ型 的微晶矽層）。將第三雜質半導體層222的厚度設定爲 l〇nm以上且ι〇〇ηιη以下左右即可。 此外’較佳的將非單晶半導體層224設定爲不包含賦 f導電型的雜質元素的本徵半導體層（例如，i型的非晶 @層或者i型的非單晶矽層）。將其厚度設定爲50nm以 上且3 00nm以下、較佳的爲i00nm以上且200nm以下。 此外’將第四雜質半導體層226設定爲與第三雜質半 層222不同的導電型的非晶半導體層或微晶半導體層 °例如’在第三雜質半導體層222是ρ型的情況下，將第 -45- 201003940 四雜質半導體層226設定爲η型的非晶半導體層（例如， η型的非晶矽層）或者η型的微晶半導體層（例如，η型 的微晶矽層）。將第四雜質半導體層226的厚度設定爲 lOnm以上且i〇〇nm以下左右即可。 第三雜質半導體層222、非單晶半導體層224、第四 雜質半導體層226可以藉由CVD法、濺射法來形成。而 且’在利用電漿C V D法等氣相沈積法來形成非單晶矽層 的情況下，藉由對原料氣體添加乙硼烷等，可以賦予p型 。另一方面，在想要賦予η型的情況下，對原料氣體添加 磷化氫等即可。 藉由上述，可以得到按順序層疊有賦予有一種導電型 的第三雜質半導體層222、非單晶半導體層224、賦予有 與第三雜質半導體層222不同的導電型的第四雜質半導體 層226的單元元件230。 接著，在第四雜質半導體層226上形成第二電極232 (參照圖15Β)。第二電極232可以藉由濺射法、真空蒸 鍍法來形成。此外，第二電極23 2較佳的藉由利用充分透 射太陽光的材料來形成。作爲上述材料，使用氧化銦.錫 合金（ΙΤΟ )、氧化銦.氧化鋅合金、氧化鋅、氧化錫等 金屬氧化物即可。將第二電極 232形成爲其厚度成爲 40nm以上且200nm以下左右（較佳的爲50nm以上且 lOOnm以下左右）且其薄層電阻成爲 20Q/sq.以上且 200Q/sq·以下左右即可。 在本實施例模式中，在單元元件230上選擇性地形成 -46 - 201003940 第二電極232。例如’藉由利用陰影掩模（shad〇w mask) 來形成第二電極232。藉由選擇性地形成第二電極232, 可以將其用作後面使第一電極106的一部分（較佳的爲端 部）露出時的蝕刻用掩模。 而且’也可以利用導電高分子材料（也稱爲導電聚合 物）來形成第二電極232。作爲導電高分子材料，可以使 用π電子共軛類導電高分子。例如，使用聚苯胺、聚耻略 、聚噻吩或追些的衍生物、這些的兩種以上的共聚物等即 可 。 接著’以第二電極232爲掩模，對第四雜質半導體層 2 26、非單晶半導體層224、第三雜質半導體層222、第二 雜質半導體層114、第二單晶半導體層112、第一單晶半 導體層110以及第一雜質半導體層108進行触刻，來使第 一電極106的一部分露出（參照圖16Α)。 上述餓刻採用使用NF3、SF0等的氟類氣體的乾蝕刻 即可。並且’以能夠充分確保第一電極1〇6和形成在第— 電極106的上方的疊層（構成單元元件12〇及單元元件 230的各層）的選擇比的條件進行即可。在此，第二電極 232可以用作掩模’所以沒必要另行設置蝕刻用掩模。當 然，也可以使用抗蝕劑、絕緣層來形成掩模。 然後，形成連接到第一電極106的輔助電極217、連 接到第二電極232的輔助電極219(參照圖16Β)。 如圖2所示，將輔助電極219形成爲當從上方來看時 成爲格子狀（或者梳狀、梳形、梳齒狀）。藉由採用這種 -47- 201003940 形狀’可以對單元元件230及單元元件120入射足夠的光 ，而可以提高光吸收效率。此外，以接觸於藉由上述的蝕 刻而露出的第一電極106的方式形成輔助電極217。 輔助電極217和輔助電極219藉由使用鋁、銀、鉛錫 (焊料）等且利用印刷法等方法形成即可。例如，可以藉 由使用銀膏且利用絲網印刷法形成。 藉由上述’可以製造所謂的串聯型光電轉換裝置200 〇 而且，雖然在本實施例模式中沒圖示，但是至於上述 串聯型光電轉換裝置200，也較佳的形成具有反射防止功 能的鈍化層1 1 9。 圖17A示出光電轉換裝置的單元元件120和單元元件 2 3 0的截面示意圖的一例。雖然在此示出按順序層疊有以 高濃度添加有P型雜質元素的第一雜質半導體層1〇8(Ρ + 層）、P型第一單晶半導體層11〇(Ρ層）、i型第二單晶 半導體層112(i層）、添加有η型雜質元素的第二雜質 半導體層114(η +層、或η層）的單元元件丨2〇以及按順 序配置有Ρ型第三雜質半導體層222(ρ +層、或Ρ層）

型非單晶半導體層224(i層）、n型第四雜質半導體層 226(n +層、或η層）的單元元件230’但是所公開的發 明的一種方式不被解釋爲僅局限於此。而且’在將單元元 件1 2 0中的單晶半導體層設定爲單晶矽的情況下，其帶隙 能量大約爲1 .1 2 e V ’並且在將單元元件2 3 0中的非單晶半 導體層設定爲非晶矽的情況下’其帶隙能量大約爲1 · 7 5 e V -48， 201003940 。此外’光（能量：hv )從第四雜質半導體層226 —側入 射。 圖17B是圖17A所示的單元元件丨2〇和單元元件230 的能帶圖。在此’ Ec表示傳導帶的底部，並且Εν表示價 電子帶的頂部。此外，E f表示費密能級的能量。此外， EgCl是單元元件120的帶隙能量（大約爲ukv)，並 且Eg(^是單元元件230的帶隙能量（大約爲175eV)。 起因於圖17B所示的帶結構，在各單元元件中由於光 激發而生成的電子向各單元元件的n +層（或η層）的方 向流過，並且電洞向各單元元件的ρ +層（或ρ層）的方 向流過。這是光電轉換的基本原理。因爲在單元元件120 和單兀1兀件230的連接部分流過複合電流（recombination current )，所以可以將電流取出到外部。 藉由使用具有單晶半導體層的單元元件120作爲底部 元件（bottom cell)，可以吸收800nm以上的波長的光來 進行光電轉換。此外，藉由使用具有非單晶半導體層的單 元元件23 0作爲頂部元件（top cell )，可以吸收單晶半 導體層不吸收的不足80 Onm的波長的光來進行光電轉換。 藉由採用這種層疊有帶隙不同的單元元件的結構（所謂的 串聯型結構），可以大大提高光電轉換效率。 而且，本實施例模式可以與其他實施例模式適當地組 合來使用。 實施例模式6 -49- 201003940 在本實施例模式中，將說明層疊有多個單元元件的光 電轉換裝置的一例。具體地，將說明層疊有三個單元元件 的所謂的疊層型光電轉換裝置300。 圖18示出根據本實施例模式的疊層型光電轉換裝置 3〇〇的截面的示意圖。光電轉換裝置300具有在支撐基板 102上層疊有單元元件120 (也可以稱爲第一單元元件） 、單元元件23 0 (也可以稱爲第二單元元件）和單元元件 3 40 (也可以稱爲第三單元元件）的結構。在支撐基板1 〇2 和單元元件120之間設置有第一電極106，並且在第一電 極106和支撐基板102之間設置有絕緣層1〇4。在本實施 例模式中，支撐基板102、絕緣層104、第一電極1〇6、單 元元件1 2 0的結構及製造方法與實施例模式1同樣，所以 省略對於重複部分的說明。此外，單元元件230的結構及 製造方法與實施例模式5同樣，所以省略對於重複部分的 說明。 光電轉換裝置300具有從附圖中的上方（單元元件 3 40的表面一側）入射光的結構。此外，構成單元元件 340、單元元件230、單元元件120的半導體層的帶隙能量 越接近光的入射一側越大。就是說，按帶隙能量大的順序 說，是單元元件340、單元元件230、單元元件120。如此 ，藉由使各單元元件的帶隙能量不同，並且按帶隙能量大 的順序從入射一側配置，可以有效地吸收光。 例如，在使用單晶矽作爲構成單元元件1 2 0的半導體 層的情況下，其帶隙能量大約爲1. 1 2eV，所以將帶隙能量 -50- 201003940 更大的材料用於單元元件23 0及單元元件3 40。具體地， 例如’使用帶隙能量爲1.45eV以上且1.65eV以下左右的 材料（非晶矽鍺等）作爲單元元件23 0的半導體層，並且 使用帶隙能量爲1.7eV以上且2.0eV以下左右的材料（非 晶矽、非晶碳化矽等）作爲單元元件340的半導體層即可 〇 單元元件3 40具有在單元元件23 0上按順序層疊有賦 予有一種導電型的第五雜質半導體層342、非單晶半導體 層344、賦予有與第五雜質半導體層342不同的導電型的 第六雜質半導體層3 46的結構。在此，對第五雜質半導體 層342賦予與單元元件23 0的第四雜質半導體層226相反 的導電型。 在單元元件120的支撐基板102 —側設置有第一電極 106，並且在單元元件340的表面一側設置有第二電極352 。此外，設置有與第一電極106連接的輔助電極353、以 及與第二電極352連接的輔助電極354。輔助電極353和 輔助電極3 54用作取出在光電轉換層中轉換了的電能的取 出電極（也稱爲收集電極）。 圖19A示出光電轉換裝置的單元元件120、單元元件 230和單元元件340的截面示意圖的—例。雖然在此示出 按順序層疊有以高濃度添加有p型雜質元素的第一雜質半 導體層l〇8(p +層）、ρ型第一單晶半導體層ιι〇(ρ層） 、i型第二單晶半導體層112(i層）、添加有n型雜質元 素的第二雜質半導體層114(η +層、或η層）的單元元件 -51 - 201003940 120、按順序配置有p型第三雜質半導體層222( 或P層）、i型非單晶半導體層224 ( i層）、η型 質半導體層226 ( η +層、或η層）的單元元件230 順序配置有Ρ型第五雜質半導體層342 ( Ρ +層、或 、i型非單晶半導體層344(i層）、η型第六雜質 層346(η +層、或η層）的單元元件340，但是所 發明的一種方式不被解釋爲僅局限於此。 圖19Β是圖19Α所示的單元元件120、單元元 和單元元件3 40的能帶圖。在此，Ec表示傳導帶 ，並且E0表示價電子帶的頂部。此外，Ef表不費 的能量。此外，EgCl是單元元件1 20的帶隙能量， 單元元件23 0的帶隙能量，並且Egc3是單元元件 帶隙能量。 起因於圖19B所示的帶結構，在各單元元件中 激發而生成的電子向各單元元件的n +層（或η層 向流過，並且電洞向各單元元件的Ρ +層（或Ρ層 向流過。這是光電轉換的基本原理。因爲在單元元 和單元元件230的連接部分、在單元元件230和單 3 40的連接部分流過複合電流，所以可以將電流取 部。 如上所述，藉由採用所謂的疊層型結構’可以 泛的吸收波長區域，所以可以大大提高光電轉換效 而且，本實施例模式可以與其他實施例模式適 合。 Ρ +層、 第四雜 以及按 Ρ層） 半導體 公開的 :件 2 3 0 的底部 密能級 EgC2 是 3 4 0的 由於光 )的方 )的方 件 120 元元件 出到外 得到廣 率。 當地組 -52- 201003940 實施例模式7 藉由使用根據實施例模式1至6等而得到的光電 裝置，可以製造太陽光發電模組。在本實施例模式中 2 3 A示出使用實施例模式1所示的光電轉換裝置的太 發電模組的實例。太陽光發電模組1 02 8由設置在支 板102上的單元元件120構成。在支撐基板102和單 件1 20之間從支撐基板1 02 —側設置有絕緣層1 04、 電極106。此外，第一電極106連接到輔助電極116。 輔助電極116及第二電極118被形成在支撐基板 的一個表面一側（形成有單元元件1 20的一側），並 支撐基板102的端部與外部端子連接用的背面電極 及背面電極1 02 7分別連接。圖23B是對應於圖23 A D的截面圖，並且示出如下情況：藉由支撐基板102 穿口，輔助電極116與背面電極1026連接，並且第 極118與背面電極1 027連接。 而且，本實施例模式可以與其他實施例模式適當 合來使用。 實施例模式8 圖24示出使用實施例模式7所示的太陽光發電 1028的太陽光發電系統的實例。充電控制電路1029 一個或多個太陽光發電模組1 02 8所供應的電力，對 池1 0 3 0進行充電。此外，在蓄電池1 0 3 0受到足夠的 轉換 ，圖 陽光 撐基 元元 第一 ：102 且在 1026 的C- 的貫 二電 地組 模組 利用 蓄電 充電 -53- 201003940 的情況下，將太陽光發電模組1 0 2 8所供應的電力直接輸 出到負載（load) 1031。 當使用雙電層電容器作爲蓄電池1〇30時’充電不需 要化學反應，所以可以進行迅速的充電。此外’與利用化 學反應的鉛蓄電池等相比，可以將使用壽命提高爲8倍左 右並且將充放電效率提高爲1.5倍左右。本實施例模式所 示的太陽光發電系統可以用於照明、電子設備等使用電力 的各種各樣的負載1031。 而且，本實施例模式可以與其他實施例模式適當地組 合來使用。 實施例1 在本實施例中，參照圖25而說明利用所公開的發明 的一種方式在玻璃基板上形成的單晶矽層的特性。 首先，藉由使用上述實施例模式所說明的方法，在玻 璃基板上形成單晶矽層。在本實施例中，在厚度爲〇.7mm 的玻璃基板上形成由厚度爲5 Onm的氧化矽層、厚度爲 5 Onm的氮氧化矽層、厚度爲12 Onm的單晶矽層構成的疊 層結構。並且，然後，在上述單晶矽層上按順序形成結晶 度高的矽層和結晶度低的矽層。 結晶度高的矽層的製造條件爲如下。

•成膜法：電漿CVD •原料氣體：矽烷（4sccm) +氫（ 400sccm) •功率（頻率）：15W(60MHz) -54- 201003940 •壓力：1 OOPa 電極間隔：20mm •玻璃基板溫度：2 8 0 °C • 厚度：2 0 n m 此外，結晶度低的矽層的製造條件爲如下。 •成膜法：電漿CVD法 •原料氣體：矽烷（25sccm) +氫（15〇sccm) •功率（頻率）：30W(27MHz) •壓力：6 6 _ 6 P a •電極間隔：2 5 m m .玻璃基板溫度：2 8 0 °C 厚度：4 8 0 nm 當製造上述結晶度低的矽層時，觀察半導體層的特性 。具體地，進行利用顯微鏡的矽層表面的觀察、拉曼光譜 觀察、E B S P ( E1 e c t r ο η B a c k S c a 11 e r i n g P a 11 e r η ;電子背散 射衍射花樣）觀察。 此後，藉由固相外延成長，使結晶度低的半導體層單 晶化。具體地說，利用氣體加熱方式的RTA ( GRTA : Gas Rapid Thermal Anneal :氣體快速熱退火）裝置進行65 0°C 旦6分鐘的熱處理。而且，由於在本實施例中形成的結晶 度高的矽層是單晶矽層，所以沒可能會藉由上述加熱處理 而其結晶度大大變化。當然，在結晶度高的矽層不是單晶 矽層的情況下，藉由固相成長而單晶化。此外，在該階段 -55- 201003940 中，不發生上述矽層的剝離。在上述熱處理後，再次進行 表面觀察、拉曼光譜觀察、EBSP觀察。 圖25總結上述觀察結果來示出。左列是熱處理之前 的觀察結果’並且右列是熱處理之後的觀察結果。根據這 些的比較’可以知道如下事實：在加熱處理之前後，半導 體層的特性大大變化。例如’加熱處理之後的拉曼光譜的 峰波數（peak wavenumber)爲519.1cm·1，並且，其峰値 陡峭（半峰全寬爲5.33cm — 1)。再者，藉由EBSP觀察， 可以知道如下事實：結晶的排列十分整齊，在實質上單晶 化。 藉由使用這種半導體層，可以製造具有優越的特性的 光電轉換裝置。 (比較例） 爲了比較，在單晶矽層上直接形成結晶度低的矽層， 進行爲固相成長的加熱處理。而且，雖然在本比較例中使 用結晶度低的矽層（厚度：500nm)而代替由結晶度高的 矽層和結晶度低的矽層構成的疊層結構，但是對於其以外 的條件，採用與上述實施例相同的條件。 加熱處理的結果，在本比較例中，發生半導體層的剝 離。可以認爲，這是因爲如下緣故：單晶半導體層和結晶 度低的矽層之間的緊密性低。根據本比較例，可以確認到 所公開的發明的一種方式的有效性。 -56- 201003940 【圖式簡單說明】 在附圖中： 圖1是表示光電轉換裝置的實例的截面圖； 圖2是表示光電轉換裝置的實例的平面圖； 圖3A至3D是表示光電轉換裝置的製造方法的實例 的截面圖； 圖4A至4C是表示光電轉換裝置的製造方法的實例的 截面圖； 圖5A至5C是表示光電轉換裝置的製造方法的實例的 截面圖； 圖6A和6B是表示光電轉換裝置的製造方法的實例的 截面圖； 圖7A和' 7B是對應於光電轉換裝置的單元元件的截面 圖的能帶圖； 圖8是表示光電轉換裝置的實例的截面圖； 圖9A至9C是表示從圓形的單晶半導體基板切割出預 定形狀的半導體基板的方式的圖； 圖10A至10D是表示光電轉換裝置的製造方法的實 例的截面圖； 圖11A至11D是表示光電轉換裝置的製造方法的實 例的截面圖； 圖12A至12D是表示光電轉換裝置的製造方法的實 例的截面圖； 圖13A和13B是表示光電轉換裝置的製造方法的實例 -57- 201003940 的截面圖； 圖14是表示串聯型光電轉換裝置的實例的截面圖； 圖15A和15B是表示串聯型光電轉換裝置的製造方法 的實例的截面圖； 圖16A和16B是表示串聯型光電轉換裝置的製造方法 的實例的截面圖； 圖17A和17B是對應於串聯型光電轉換裝置的單元元 件的截面圖的能帶圖； 圖18是表示疊層型光電轉換裝置的實例的截面圖； 圖19A和19B是對應於疊層型光電轉換裝置的單元元 件的截面圖的能帶圖； 圖20是表示光電轉換裝置的製造方法的實例的截面 圖； 圖2 1是表示離子摻雜裝置的結構的示意圖； 圖22是表示光電轉換裝置的實例的截面圖； 圖23A和23B是說明太陽光發電模組的結構的示意圖 * 圖24是說明太陽光發電系統的實例的示意圖；以及 圖25是表示實施例中的觀察結果的圖。 【主要元件符號說明】 1 00 :光電轉換裝置 1 01 :單晶半導體基板 102:支撐基板 -58- 201003940 103 :單晶半導體基板 103a :單晶半導體基板 103b :單晶半導體基板 1 0 4 :絕緣層 1 〇 5 :脆弱層 1 0 6 :電極 107 :保護層 108 :雜質半導體層 1 〇 9 :分離基板 1 1 0 :單晶半導體層 1 1 1 A :半導體層 1 1 1B :半導體層 1 1 2 :單晶半導體層 1 1 2 A ：下層區域 1 1 2B :上層區域 114 :雜質半導體層 1 1 6 :輔助電極 1 1 8 :電極 1 1 9 :鈍化層 1 2 0 :單元元件 200 :光電轉換裝置 2 1 7 :輔助電極 2 1 9 :輔助電極 222 :雜質半導體層 -59- 201003940 224 :非單晶半導體層 226 :雜質半導體層 2 3 0 :單元元件 2 3 2 :電極 3 00 :光電轉換裝置 3 4 0 :單元元件 3 42 :雜質半導體層 3 44 :非單晶半導體層 3 46 :雜質半導體層 3 5 2 :電極 3 5 3 :輔助電極 3 5 4 :輔助電極 1 026 ：背面電極 1 027：背面電極 1 02 8 :太陽光發電模組 1029:充電控制電路 1 0 3 0 :蓄電池 1031 :負載 2 0 0 0 :離子源 2 0 0 1 :燈絲 2 0 0 2 :燈絲電源 2 0 0 3:電源控制部 2 004 :氣體供應部 2005 ：電極 -60- 201003940 2006 :基板支撐部 2007 :質量分析管 2008:質量分析計 201 7 :離子束 -61

Claims (1)

1. 201003940 七、申請專利範圍 1. 一種光電轉換裝置的製造方法，包含： 在單晶半導體基板上形成第一雜質半導體層； 對該單晶半導體基板照射離子以在該單晶半導體基板 中形成脆化層； 在該第一雜質半導體層上形成第一電極； 在該第一電極上形成絕緣層； 將該絕緣層和支撐基板互相貼緊來將該單晶半導體基 板和該支撐基板貼在一起，然後，沿著該脆化層分離該單 晶半導體基板，從而在該支撐基板上提供包括該絕緣層、 該第一電極、該第一雜質半導體層及第一單晶半導體層的 疊層體； 在該第一單晶半導體層上形成第一半導體層； 在與該第一半導體層不同的條件下在該第一半導體層 上形成第二半導體層； 藉由固相成長來提高該第一半導體層及該第二半導體 層的結晶度，以形成第二單晶半導體層； 在該第二單晶半導體層上形成具有與該第一雜質半導 體層相反的導電型的第二雜質半導體層；以及 在該第二雜質半導體層上形成第二電極。 2. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置的製造方 法，其中形成該第一半導體層及該第二半導體層，以使該 第一半導體層的結晶度高於該第二半導體層的結晶度。 3. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置的製造方 -62- 201003940 法，其中形成該第一半導體層及該第二半導體層，以使該 第一半導體層的氫濃度低於該第二半導體層的氫濃度。 4. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置的製造方 法，其中將該第一半導體層形成爲l〇nm至50nm厚。 5. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置的製造方 法，其中 使用由包含氫的原料氣體產生的離子作爲該離子。 6. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置的製造方 法，其中形成該第一單晶半導體層及該第二單晶半導體層 ，以使該第一單晶半導體層及該第二單晶半導體層的總厚 度爲800nm或更大。 7. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置的製造方 法，其中該第一雜質半導體層是P型雜質半導體層，且其 中該第二雜質半導體層是η型雜質半導體層。 8 .如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置的製造方 法，其中該第一半導體層藉由氫氣體對矽烷類氣體的流量 比爲5 0 : 1或更大的電漿化學氣相沈積法來形成。 9.如申請專利範圍第8項的光電轉換裝置的製造方 法，其中該矽烷類氣體是矽烷或乙矽烷。 1 0.如申請專利範圍第8或9項的光電轉換裝置的製 造方法，其中該電漿化學氣相沈積法在從IPa到l〇3Pa的 壓力下進行。 1 1 .如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置的製造方 法，其中該第一雜質半導體層和該第二雜質半導體層藉由 -63- 201003940 離子注入法或離子摻雜法來形成。 12. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置的製造方 法，其中對該第一單晶半導體層照射雷射光束以修復或去 掉包括在該第一單晶半導體層中的晶體缺陷。 13. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置的製造方 法，其中該第二單晶半導體層藉由利用快速熱退火對該第 一半導體層及該第二半導體層進行加熱來形成。 14. 一種光電轉換裝置的製造方法，包含： 對單晶半導體基板照射離子以在該單晶半導體基板中 形成脆化層； 在該單晶半導體基板上形成第一雜質半導體層； 在該第一雜質半導體層上形成第一電極； 在該第一電極上形成絕緣層； 將該絕緣層和支撐基板互相貼緊來將該單晶半導體基 板和該支撐基板貼在一起，然後，沿著該脆化層分離該單 晶半導體基板，從而在該支撐基板上提供包括該絕緣層、 該第一電極、該第一雜質半導體層及第一單晶半導體層的 疊層體； 在該第一單晶半導體層上形成第一半導體層； 在與該第一半導體層不同的條件下在該第一半導體層 上形成第二半導體層； 藉由固相成長來提高該第一半導體層及該第二半導體 層的結晶度，以形成第二單晶半導體層； 在該第二單晶半導體層上形成具有與該第一雜質半導 -64 - 201003940 體層相反的導電型的第二雜質半導體層；以及 在該第二雜質半導體層上形成第二電極。 15.如申請專利範圍第1 4項的光電轉換裝置的製造 方法，其中形成該第一半導體層及該第二半導體層，以使 該第一半導體層的結晶度高於該第二半導體層的結晶度。 1 6 .如申請專利範圍第1 4項的光電轉換裝置的製造 方法，其中形成該第一半導體層及該第二半導體層，以使 該第一半導體層的氫濃度低於該第二半導體層的氫濃度。 17.如申請專利範圍第1 4項的光電轉換裝置的製造 方法，其中將該第一半導體層形成爲10 nm至50nm厚。 1 8 .如申請專利範圍第1 4項的光電轉換裝置的製造 方法，其中使用由包含氫的原料氣體產生的離子作爲該離 子。 1 9 .如申請專利範圍第1 4項的光電轉換裝置的製造 方法，其中形成該第一單晶半導體層及該第二單晶半導體 層，以使該第一單晶半導體層及該第二單晶半導體層的總 厚度爲800nm或更大。 20.如申請專利範圍第1 4項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該第一雜質半導體層是p型雜質半導體層，並 且其中該第二雜質半導體層是η型雜質半導體層。 2 1 .如申請專利範圍第1 4項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該第一半導體層藉由氫氣體對矽烷類氣體的流 量比爲50:1或更多的電漿化學氣相沈積法來形成。 22 .如申請專利範圍第2 1項的光電轉換裝置的製造 -65- 201003940 方法，其中該矽烷類氣體是矽烷或乙矽烷。 23. 如申請專利範圍第2 1項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該電漿化學氣相沈積法在從IPa到1〇3 Pa的壓 力下進行。 24. 如申請專利範圍第14項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該第一雜質半導體層和該第二雜質半導體層藉 由離子注入法或離子摻雜法來形成。 25. 如申請專利範圍第1 4項的光電轉換裝置的製造 方法，其中對該第一單晶半導體層照射雷射光束以修復或 去掉包括在該第一單晶半導體層中的晶體缺陷。 26. 如申請專利範圍第14項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該第二單晶半導體層藉由利用快速熱退火對該 第一半導體層及該第二半導體層進行加熱來形成。 27. 一種光電轉換裝置的製造方法，包含： 在單晶半導體基板上形成第一電極； 對該單晶半導體基板照射離子以在該單晶半導體基板 中形成脆化層； 在該單晶半導體基板上形成第一雜質半導體層； 在該第一電極上形成絕緣層； 將該絕緣層和支撐基板互相貼緊來將該單晶半導體基 板和該支撐基板貼在一起，然後，沿著該脆化層分離該單 晶半導體基板，從而在該支撐基板上提供包括該絕緣層、 該第一電極、該第一雜質半導體層及第一單晶半導體層的 疊層體； -66- 201003940 在該第一單晶半導體層上形成第一半導體層； 在與該第一半導體層不同的條件下在該第一半導體層 上形成第二半導體層； 藉由固相成長來提高該第一半導體層及該第二半導體 層的結晶度，以形成第二單晶半導體層； 在該第二單晶半導體層上形成具有與該第一雜質半導 體層相反的導電型的第二雜質半導體層；以及 在該第二雜質半導體層上形成第二電極。 2 8 .如申請專利範圍第2 7項的光電轉換裝置的製造 方法，其中形成該第一半導體層及該第二半導體層，以使 該第一半導體層的結晶度高於該第二半導體層的結晶度。 29. 如申請專利範圍第27項的光電轉換裝置的製造 方法，其中形成該第一半導體層及該第二半導體層，以使 該第一半導體層的氫濃度低於該第二半導體層的氫濃度。 30. 如申請專利範圍第27項的光電轉換裝置的製造 方法，其中將該第一半導體層形成爲10 nm至5 Onm厚。 31. 如申請專利範圍第2 7項的光電轉換裝置的製造 方法，其中 使用由包含氫的原料氣體產生的離子作爲該離子。 32. 如申請專利範圍第2 7項的光電轉換裝置的製造 方法，其中形成該第一單晶半導體層及該第二單晶半導體 層，以使該第一單晶半導體層及該第二單晶半導體層的總 厚度爲8 00nm或更大。 33. 如申請專利範圍第2 7項的光電轉換裝置的製造 -67- 201003940 方法，其中該第一雜質半導體層是P型雜質半導體層，並 且其中該第二雜質半導體層是η型雜質半導體層。 34.如申請專利範圍第27項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該第一半導體層藉由氫氣體相對於矽烷類氣體 的流量比爲5 0 : 1或更大的電漿化學氣相沈積法來形成。 3 5 .如申請專利範圍第34項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該矽烷類氣體是矽烷或乙矽烷。 36. 如申請專利範圍第3 4項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該電漿化學氣相沈積法在從1 Pa到103Pa的壓 力下進行。 37. 如申請專利範圍第27項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該第一雜質半導體層和該第二雜質半導體層藉 由離子注入法或離子摻雜法來形成。 3 8 .如申請專利範圍第27項的光電轉換裝置的製造 方法，其中對該第一單晶半導體層照射雷射光束以修復或 去掉包括在該第一單晶半導體層中的晶體缺陷。 39. 如申請專利範圍第27項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該第二單晶半導體層藉由利用快速熱退火對該 第一半導體層及該第二半導體層進行加熱來形成。 40. —種光電轉換裝置的製造方法，包含： 在單晶半導體基板上形成第一電極及第一雜質半導體 層； 對該單晶半導體基板照射離子以在該單晶半導體基板 中形成脆化層； -68- 201003940 在該第一電極上形成絕緣層； 將該絕緣層和支撐基板互相貼緊來將該單晶半導體基 板和該支撐基板貼在一起，然後，沿著該脆化層分離該單 晶半導體基板，從而在該支撐基板上提供包括該絕緣層、 該第一電極、該第一雜質半導體層及第一單晶半導體層的 疊層體； 在該第一單晶半導體層上形成第一半導體層； 在與該第一半導體層不同的條件下在該第一半導體層 上形成第二半導體層； 藉由固相成長，提高該第一半導體層及該第二半導體 層的結晶度； 在該第二半導體層上形成具有與該第一雜質半導體層 相反的導電型的第二雜質半導體層；以及 在該第二雜質半導體層上形成第二電極。 4 1.如申請專利範圍第40項的光電轉換裝置的製造 方法，其中形成該第一半導體層及該第二半導體層，以使 該第一半導體層的結晶度高於該第二半導體層的結晶度。 42. 如申請專利範圍第40項的光電轉換裝置的製造 方法，其中形成該第一半導體層及該第二半導體層，以使 該第一半導體層的氫濃度低於該第二半導體層的氫濃度。 43. 如申請專利範圍第40項的光電轉換裝置的製造 方法，其中將該第一半導體層形成爲l〇nm至50ηιη厚。 44. 如申請專利範圍第40項的光電轉換裝置的製造 方法，其中 -69- 201003940 使用由包含氫的原料氣體產生的離子作爲該離子。 45. 如申請專利範圍第40項的光電轉換裝置的製造 方法，其中形成該第一單晶半導體層、該第一半導體層及 該第二半導體層，以使它們的總厚度爲8 00nm或更大。 46. 如申請專利範圍第40項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該第一雜質半導體層是p型雜質半導體層，並 且其中該第二雜質半導體層是η型雜質半導體層。 47. 如申請專利範圍第40項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該第一半導體層藉由氫氣體相對於矽烷類氣體 的流量比爲5 0 : 1或更大的電漿化學氣相沈積法來形成。 48. 如申請專利範圍第47項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該矽烷類氣體是矽烷或乙矽烷。 49. 如申請專利範圍第47項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該電漿化學氣相沈積法在從IPa到l〇3Pa的壓 力下進行。 50. 如申請專利範圍第40項的光電轉換裝置的製造 方法，其中該第一雜質半導體層和該第二雜質半導體層藉 由離子注入法或離子摻雜法來形成。 5 1 .如申請專利範圍第40項的光電轉換裝置的製造 方法，其中對該第一單晶半導體層照射雷射光束以修復或 去掉包括在該第一單晶半導體層中的晶體缺陷。 52.如申請專利範圍第40項的光電轉換裝置的製造 方法，其中藉由利用快速熱退火對該第一半導體層及該第 二半導體層進行加熱，提高結晶度。 -70-