TWI504002B - 光電轉換裝置 - Google Patents

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Description

光電轉換裝置
本發明關於利用半導體光伏效應的光電轉換裝置。
隨著人們對削減二氧化碳的排出量和保護地球環境的意識的提高，混合動力汽車受到關注。並且，對不以內燃機作為動力源的電動汽車的硏究開發也在進展之中。當在用電力行駛的汽車中採用光電轉換裝置作為電源時，光電轉換裝置不僅需要對太陽光能具有高的轉換效率，而且被要求是輕量，且能夠沿著車體曲面而設置。
在上述各種應用中，已經公開了這樣一個技術方案：將在塑膠薄膜基板或金屬薄膜基板上形成有非晶矽的撓性太陽能電池用作車輛用光電轉換裝置(參照專利文獻1)。然而，雖然使用了非晶矽的光電轉換裝置是輕量，且可以安裝在曲面上，但是由於其轉換效率低，所以不適合設置在面積受到限制的汽車上。
並且，已經公開了以下光電轉換裝置：用導體連接具有高轉換效率的單晶太陽能電池，且使用聚氨酯樹脂密封該單晶太陽能電池的前面和背面而實現輕量化的光電轉換裝置(參照專利文獻2)。但是，由於厚度為幾百微米的單晶太陽能電池自身沒有撓性，因此與使用非晶矽太陽能電池的光電轉換裝置相比，該光電轉換裝置在厚度和撓性方面處於劣勢。
雖然單晶矽層的厚度為0.1μm或以上5μm或以下的絕緣體上矽片(SOI)型太陽能電池也正在被開發，然而，作為固定單晶矽層的支承基板需要使用厚度厚的玻璃基板(參照專利文獻3)。也就是說，即使減薄了單晶矽層的厚度，也不實現光電轉換裝置整體的薄型化。
專利文獻1日本專利申請公開平10-181483號公報
專利文獻2美國專利第7049803號
專利文獻3日本專利申請公開2008-112843號公報
本發明的目的在於提供一種光電裝換裝置，該光電轉換裝置即使使用單晶矽等的結晶半導體，也可以實現薄型化和輕量化且具有撓性。
根據本發明的一個實施例的光電轉換裝置具有與設置在支承基板的一個表面上的絕緣膜接觸的光電轉換層。支承基板和設置在支承基板的一個表面上的絕緣膜都形成有貫通口。設置在光電轉換裝置的與光入射側的表面為相反側的表面(背面)上的電極(背面電極)被設置在支承基板的與光電轉換層相反側的表面上，且通過所述貫通口與光電轉換層接觸。該電極(背面電極)與光電轉換層以及支承基板電接觸。在光電轉換裝置的光入射側上設置有與光電轉換層接觸的電極(表面電極)。光電轉換層由半導體材料構成，較佳的是，選擇單晶半導體或多晶半導體。
絕緣膜與支承基板以及光電轉換層接觸，藉由原子間力或分子間力而結合。也就是說，在支承基板與光電轉換層之間設置有絕緣膜。該絕緣膜可以由多個層而構成。
支承基板包括導電支承基板或絕緣支承基板。作為導電支承基板，典型使用金屬材料。作為金屬材料，可選擇鋁、鈦、銅、鎳等的單體金屬或以上述金屬中的至少一種為其成分的合金。此外，作為鐵類材料，除了不鏽鋼板之外，還可以使用用於汽車等車體上的軋製鋼板和高強度鋼板等。絕緣支承基板由玻璃材料、塑膠材料或陶瓷材料等而構成。
“單晶“是結晶面對準或晶體軸對準的晶體，且構成其的原子或分子在空間中有規律排列。從道理上講，單晶是由有規則排列的原子而構成的，但是也不排除在其一部分具有排列無序的晶格缺陷的晶體、有意或無意地具有晶格畸變的晶體等的規則無序的晶體。
“脆弱層”是指在分割製程中將單晶半導體基板分割成單晶半導體層和剝離基板(單晶半導體基板)的區域及其近旁。根據形成“脆弱層”的方法，“脆弱層”的狀態不同，例如“脆弱層”是指晶體結構被局部地打亂而被脆弱化的區域。注意，雖然有時從單晶半導體基板的表面側到“脆弱層”之間的區域也多少被脆弱化，但是本說明書中的“脆弱層”是指在後面進行分割的區域及其附近。
“光電轉換層”包括呈現光電效應(內部光電效應)的半導體層以及為形成內部電場或半導體接面而接合的雜質半導體層。也就是說，光電轉換層是指形成有以pn接面、pin接面等為代表例子的接面的半導體層。
在本說明書中，“第一”、“第二”或“第三”等的序數詞是為方便區別因素而附加的。這種序數詞並不限制數量、配置及步驟的順序。
根據本發明的一個實施例的光電轉換裝置，藉由在支承基板的背面設置背面電極，並穿過該貫通口使該背面電極與光電轉換層接觸，可以有效利用光電轉換裝置的背面(與光入射側相反的表面)。由此，在光電轉換裝置中，可以增大有助於光電轉換的有效面積，並增加每單位面積的有效輸出。
根據本發明的一個實施例的光電轉換裝置，藉由在支承基板的一個表面上形成絕緣膜，並使該絕緣膜與光電轉換層接合，可以獲得薄型且重量輕的光電轉換裝置。藉由在支承基板的背面設置背面電極，並形成貫通口來使該背面電極與光電轉換層接觸，可以提高光電轉換層與支承基板之間的接合強度。
根據本發明的一個實施例的光電轉換裝置，不但可以實現具有撓性的光電轉換裝置，而且可以實現包括牢固地黏合到支承基板上的光電轉換層的光電轉換裝置。
下面，參照附圖說明所公開的本發明的實施例。但是，所公開的發明不侷限於以下說明，所屬技術領域的技術人員可以很容易地理解一個事實就是其方式和詳細內容可以不脫離所公開的發明的宗旨及其範圍地變換為各種各樣的形式。因此，公開的發明不應該被解釋為僅限於以下所示的實施例的記載內容。
以下說明的實施例中，有時在不同附圖中共同使用相同的附圖標記來表示相同的部分。另外，在各實施例的說明中，為了明確起見，有時誇大表示附圖中的各結構因素，即，層和區域等的厚度、幅度以及相對位置關係等。
參照圖1A及1B和圖2說明根據一個實施例的光電轉換裝置。圖1A是從光電轉換裝置100的受光面側看到的俯視圖，圖1B是從與受光面相反的側(背面)看到的俯視圖。圖2示出沿著圖1A和1B所示的A-B線切割的截面圖。在下面的說明中，將參照這些附圖進行說明。
在光電轉換裝置100中，在導電支承基板102的一個表面上設置有光電轉換層106。在導電支承基板102與光電轉換層106之間設置有第一絕緣膜104。第一絕緣膜104和導電支承基板102由於與光電轉換層106密接而形成離子鍵或共價鍵，來形成牢固的接合。第一絕緣膜104使導電支承基板102不與光電轉換層106直接接觸，而有減少光電轉換層106的表面複合的作用。
導電支承基板102中設置有貫通口112。貫通口112達及光電轉換層106的背面。背面電極114根據設置貫通口112的位置而設置。
背面電極114接觸於由貫通口112露出的光電轉換層106以及導電支承基板102。藉由上述結構，背面電極114將光電轉換層106與導電支承基板102電連接。藉由使背面電極114與具有導電性的導電支承基板102電連接，使導電支承基板102不但用作支撐體，而且用作背面電極。
藉由使光電轉換層106與導電支承基板102上的第一絕緣膜104接觸，並與背面電極114部分接觸，來減小光電轉換層106的表面複合速度。通常，當光電轉換層106與構成導電支承基板102以及背面電極114的金屬接觸時，其表面複合速度變快。然而，藉由增加光電轉換層106與絕緣膜接觸的面積，可以使光電轉換層106的表面能級降低，而使其表面複合速度變慢。注意，表面複合速度是一種參數，其對由於發生在半導體表面上的複合而導致的載子損失下定義。
光電轉換層106由半導體材料構成。作為半導體材料，較佳使用單晶半導體或多晶半導體。作為單晶半導體或多晶半導體，較佳使用矽或以矽為主要成分的半導體材料。這是因為矽有吸收可見光到近紅外光的光的特徵，且在地球上有豐富的資源量。另外，只要能夠在支承基板上密接地形成光電轉換層，就可以使用非晶半導體或化合物半導體形成光電轉換層。
較佳使用p型單晶半導體形成用作光電轉換層106的母體的半導體。這是因為p型半導體的少數載子是電子，該電子的擴散長比電洞更長的緣故。也就是說，可以有效地取出在半導體內部產生的電子和電洞。
光電轉換層106包含半導體接面。例如，在光電轉換層106的導電支承基板102側設置p型的第一雜質半導體層120。這是為了減少與背面電極114之間的接觸電阻。由此，第一雜質半導體層120不需要設置在光電轉換層106的整個表面，而也可以選擇性地形成在光電轉換層106的與背面電極114的接觸部分。使第一雜質半導體層120具有p型雜質濃度高的p+ 型，以在光電轉換層106中形成內部電場。
在用作光電轉換層106的母體的半導體具有p型導電性的情況下，第二雜質半導體層122被形成為具有n型導電性。由此，可以在光入射側形成np接面，而有效地取出電子和電洞。
光電轉換層106的光入射側的表面也可以被加工為凹凸狀(紋理結構)，以減少反射。
在光電轉換層106的光入射側的表面上設置有表面電極126。藉由使表面電極126具有梳形或網格形狀，而實際上減少第二雜質半導體層122的表面電阻。如此形成光電轉換層106的一個表面與背面電極114接觸，並且光電轉換層106的另一個表面與表面電極126接觸的光電轉換單元。
導電支承基板102由導電材料構成。作為導電材料典型地使用金屬材料。作為金屬材料，可選擇鋁、鈦、銅、鎳等的單體金屬，或者以上述金屬中的至少一種為其成分的合金。作為鐵類材料，除了不鏽鋼板之外，還可以使用用於汽車等車體上的熱軋鋼板和高強度鋼板等。為了實現輕量化，導電支承基板102的厚度較佳為1mm或以下，而且為了使導電支承基板102具有撓性，其厚度較佳為0.6mm或以下。
當使用撓性的導電支承基板102時，光電轉換層106的厚度設定為可與導電支承基板102一起彎曲的厚度。藉由將光電轉換層106的厚度設定為1μm至10μm左右，可以使光電轉換層106與撓性的導電支承基板102一起彎曲。即使在這種厚度條件下，光電轉換層106也可以吸收可見光到近紅外光的光，來產生電動勢。
從耐熱性和耐氣候性的觀點來看，較佳使用無機絕緣材料形成第一絕緣膜104。為了與光電轉換層106密接，第一絕緣膜104需要有表面平坦性。至於第一絕緣膜104的平坦性，其平均面粗糙度Ra的值較佳為1nm或以下，更較佳為0.5nm或以下。注意，在此所述的平均面粗糙度是指將JIS B0601所定義的中心線平均粗糙度以三次元擴張來使其適用於面的平均面粗糙度。作為無機絕緣材料，使用氧化矽、氧氮化矽、氧化鋁、氧氮化鋁等。由這種無機絕緣材料構成的第一絕緣膜104藉由氣相沉積法、濺射法、塗敷法等而形成。
表面電極126被設置為與第二雜質半導體層122接觸。表面電極126由金屬材料形成。作為金屬材料，可以採用鋁、銀、焊料等。
由於由金屬材料形成的表面電極126有遮光性，為了防止光電轉換層106的有效受光面積的減小，將該表面電極126形成為網格形狀或格子形狀。例如，採用細柵條(樹枝)從母線(樹幹)延伸的結構，以使第二雜質半導體層122側的電阻損失最小。
在根據一個實施例的光電轉換裝置中，藉由使背面電極114經由在導電支承基板102的背面設置的貫通口112與光電轉換層106接觸，可以有效地利用光電轉換裝置的背面(與光入射側相反的表面)。由此，在光電轉換裝置中，可以增大有助於光電轉換的有效面積，並增加每單位面積的有效輸出。
藉由在導電支承基板102的一個表面上形成第一絕緣膜104，使該絕緣膜104與光電轉換層106接合，可以獲得薄型且重量輕的光電轉換裝置。藉由在導電支承基板102的背面設置背面電極114，並在貫通口112使該背面電極114與光電轉換層106接觸，可以提高光電轉換層106與導電支承基板102之間的接合強度。也就是說，金屬膜與半導體之間的密貼性(黏接強度)低於絕緣膜與半導體之間的密貼性，但是藉由採用本實施例的結構，可以防止光電轉換層106從導電支承基板102剝落。
根據本發明的一個實施例的光電轉換裝置，可以實現具有撓性且包括牢固地黏合到支承基板上的光電轉換層的光電轉換裝置。
圖3A、圖3B和圖4表示光電轉換裝置的一個模式，其中使用絕緣支承基板132代替導電支承基板。注意，圖3A是從光電轉換裝置的受光面側看到的俯視圖，圖3B是從與受光面相反的側(背面)看到的俯視圖。圖4示出沿著圖3A和3B所示的C-D線切割的截面圖。在下面的說明中，將參照這些附圖進行說明。
絕緣支承基板132由玻璃材料、塑膠材料或陶瓷材料等而形成。在絕緣支承基板132與光電轉換層106之間設置有第一絕緣膜104。在絕緣支承基板132的一個表面上夾著第一絕緣膜104設置有光電轉換層106。第一絕緣膜104和絕緣支承基板132由於與光電轉換層106密接而形成離子鍵或共價鍵，來形成牢固的接合。第一絕緣膜104使絕緣支承基板132不與光電轉換層106直接接觸，而有防止雜質擴散到光電轉換層106中的作用。
絕緣支承基板132設置有貫通口112。貫通口112達及光電轉換層106的背面。絕緣支承基板132的與設置有光電轉換層106的表面為相反側的表面上設置有背面電極114。背面電極114在設置有貫通口112的部分處與光電轉換層106接觸。在光電轉換層106設置有第一雜質半導體層120的情況下，背面電極114與第一雜質半導體層120接觸。
在光電轉換層106的面積為100mm2 或以上的情況下，較佳在絕緣支承基板132中形成多個貫通口112。藉由在多個貫通口112的每一個之中使背面電極114與光電轉換層106接觸，來減少由串聯電阻引起的電力損失。在上述結構中，藉由減小背面電極114與光電轉換層106的接觸面積，來減少載子的表面複合。
其他結構與圖1A、1B和圖2所示的光電轉換裝置相同，且具有相同的效果。並且，在本實施例的光電轉換裝置中，藉由使用絕緣支承基板132可以獲得更輕更薄的光電轉換裝置。
光電轉換裝置也可以採用在導電支承基板或絕緣支承基板上設置有多個光電轉換層的結構。參照圖5A至5C說明這種光電轉換裝置的一個模式。
圖5A表示在絕緣支承基板上形成多個光電轉換層的光電轉換裝置的俯視圖。圖5B和5C各自表示沿圖5A所示的E-F線和G-H線切割的截面圖。
在圖5A至圖5C表示的光電轉換裝置100中，在絕緣支承基板132上並列設置第一光電轉換層106a和第二光電轉換層106b。第一光電轉換層106a與第一背面電極114a和第一表面電極126a接觸。與此相同，第二光電轉換層106b與第二背面電極114b和第二表面電極126b接觸。
在圖5B和5C中，連接部138是通過設置在絕緣支承基板132的貫通口112連接第一表面電極126a與第二背面電極114b的區域。也就是說，在本實施例中，藉由連接部138串聯連接由第一光電轉換層106a構成的第一光電轉換單元132a與由第二光電轉換層106b構成的第二光電轉換單元132b。
如上所述，連接部138的貫通口112的直徑為50μm至400μm，即可。由此，可以減小第一光電轉換層106a和第二光電轉換層106b的間隔。藉由設置這種連接部，可以連接設置在支承基板上的光電轉換單元，並且可以減小相鄰的光電轉換單元的間隔。
根據圖5A至5C所示的光電轉換裝置的一個方式，藉由在連接部138連接第一表面電極126a與第二背面電極114b，可以有效地利用光電轉換裝置的背面(與光入射側相反的表面)，串聯連接光電轉換單元。由此，在光電轉換裝置中，可以增大有助於光電轉換的有效面積，並增加每單位面積的有效輸出。
接著，參照圖6A、6B、圖7A、7B、圖8A、8B和圖9A、9B說明根據一個實施例的光電轉換裝置的製造方法。
在本實施例中，示出利用單晶半導體形成光電轉換層的情況。在此，藉由使單晶基板薄層化而形成光電轉換層。作為使單晶半導體基板薄層化的方法，可以舉出硏磨單晶半導體基板來進行薄層化的方法、蝕刻單晶半導體基板來進行薄層化的方法等。但在本實施例中示出藉由在離單晶半導體基板的表面有預定的深度的區域中形成脆弱層，來對該單晶半導體基板進行薄層化的方法。
圖6A表示在半導體基板140中形成脆弱層142的步驟。作為半導體基板140，典型地選擇單晶矽基板。此外，也可以使用矽鍺基板、多晶矽基板、其他的塊狀半導體基板。
半導體基板140的導電型可以選擇n型和p型中的任一者。作為半導體基板140的導電型，較佳選擇p型。這是因為p型半導體的少數載子是電子，該電子的擴散長比電洞更長的緣故。半導體基板140的電阻率較佳在0.1Ωcm到1Ωcm的範圍內。這是因為在基板的電阻率高時，載子的壽命變短。
半導體基板140的結構(形狀、大小、厚度等)是任意的。例如，半導體基板140的平面形狀可以採用圓形或多角形。作為半導體基板140的厚度，既可以設定為根據SEMI標準的厚度，又可以設定為當從晶錠切出時適當地調節過的厚度。當從晶錠切出單晶半導體基板時，藉由將該基板的厚度設定得厚，可以減少當進行切出時作為切割邊浪費的材料。作為半導體基板140，可以使用直徑為100mm(4英寸)、150mm(6英寸)、200mm(8英寸)、300mm(12英寸)、400mm(16英寸)或450mm(18英寸)的基板。藉由使用大面積的半導體基板140，有利於實現光電轉換模組的大面積化。
在離半導體基板140的一個表面有預定深度的區域中形成脆弱層142。脆弱層142是為了藉由分離半導體基板140的表層來形成半導體層而設置的。該半導體層被用作光電轉換層。
作為形成脆弱層142的方法，可以採用照射由電壓加速的離子的離子植入法或離子摻雜法等。在該方法中，藉由將離子化了的元素添加到離半導體基板140的表面有預定深度的區域中來形成該元素的高濃度區域。於是，在半導體基板140中形成結晶結構被破壞且變脆弱了的區域(被脆弱化了的區域)。
注意，“離子植入”是指對由原料氣體生成的離子進行質量分離，而將該離子照射到物件，來添加構成該離子的元素的方式。“離子摻雜”是指不對由原料氣體生成的離子進行質量分離，而將該離子照射到物件，來添加構成該離子的元素的方式。
例如，藉由將氫、氦或鹵素引入半導體基板140內，形成脆弱層142。圖6A表示從半導體基板140的一個表面側照射由電場加速了的離子，以便在半導體基板140的預定深度的區域中形成脆弱層142的例子。具體來說，將由電場加速了的離子(典型為氫離子)照射到半導體基板140，來將單原子離子或多原子離子(簇離子)引入半導體基板140中。藉由這樣的方法，使半導體基板140的局部區域的結晶結構錯亂而進行脆弱化，來形成脆弱層142。
脆弱層142的形成在半導體基板140中的深度(在此是指從半導體基板140的照射表面側到脆弱層142的厚度方向的深度)藉由控制照射的離子的加速電壓及/或傾角(tilt angle：基板的傾斜角度)等決定。因此，考慮藉由薄片化而獲得的半導體層的所希望的厚度來決定加速離子的電壓及/或傾角。
作為要照射的離子，較佳使用氫離子。使用引入半導體基板140的預定深度處的氫在該深度區域形成脆弱層142。例如，藉由用氫氣體生成氫電漿，並且利用電場將生成在氫電漿中的離子加速且進行照射半導體基板140，來形成脆弱層142。也可以使用氦代替氫，或者使用氫和氦作為原料氣體生成離子，來形成脆弱層142。另外，為了防止半導體基板140受到損傷，可以在半導體基板140的要照射離子的表面上形成保護層。
脆弱層142的氫濃度較佳為當換算成氫原子時其峰值在1×1019 atoms/cm3 或以上。由於在半導體基板140的特定區域中包含上述濃度的氫，該區域失去結晶結構並成為形成有微小空洞的多孔結構。在這種脆弱層142中，藉由較低溫(大約700℃或以下)的熱處理使微小空洞的體積發生變化，由此，沿脆弱層142或在該脆弱層142近旁產生裂縫。
圖6B示出形成第二絕緣膜144並形成一導電型的第一雜質半導體層120的步驟。作為第二絕緣層144的形成材料只要是絕緣薄膜就沒有限制，但是較佳為具有平滑性和親水性的表面的薄膜。至於第二絕緣膜144的平滑性，其平均面粗糙度Ra值較佳為1nm或以下，更較佳為0.5nm或以下。注意，在此所述的平均面粗糙度是指將JIS B0601所定義的中心線平均粗糙度以三次元擴張來使其適用於面的平均面粗糙度。例如，第二絕緣膜144由氧化矽、氧氮化矽、氮氧化矽、氮化矽等的絕緣膜形成。此外，也可以省略該第二絕緣膜144。
如圖6B所示，在半導體基板140中形成一導電型的第一雜質半導體層120。當半導體基板140為p型導電性時，添加硼作為一導電型的雜質來使第一雜質半導體層120之導電型成為p型。在本實施例的光電轉換裝置中，該第一雜質半導體層120配置在與光入射側相反的面，且形成背面電場(BSF:Back Surface Field)。在添加硼時，以B2 H6 、BF3 為源氣體使用離子摻雜裝置而進行。該離子摻雜裝置對產生的離子不進行質量分離而在電場中將該離子加速，對基板照射產生的離子流。
圖7A表示使半導體基板140的形成有第二絕緣膜144的表面與導電支承基板102的一個表面彼此相對而貼合的步驟。導電支承基板102的一個表面上形成有第一絕緣膜104。第一絕緣膜104以與第二絕緣膜144相同的方式形成。
形成在導電支承基板102的第一絕緣膜104以及形成在半導體基板140的第二絕緣膜144具有親水表面。羥基、水分子被用作黏合劑，在後面的熱處理中水分子擴散，由此殘留成分形成矽烷醇基(Si-OH)而由氫鍵形成接合。再者，由於氫脫離而形成矽氧烷鍵(O-Si-O)，該接合部成為共價鍵，實現更牢固的接合。至於第一絕緣膜104和第二絕緣膜144的親水性，使其對純水的接觸角為20度或以下，較佳為10度或以下，更較佳為5度或以下，即可。當接合面滿足這些條件時，可以進行優良的貼合，而可以形成更牢固的接合。
此外，也可以在對第一絕緣膜104和第二絕緣膜144的表面進行原子束或離子束的照射處理，或者進行電漿處理或自由基處理之後，貼合導電支承基板102和半導體基板140。藉由進行上述處理，可以使接合面活化，從而順利地進行貼合。例如，可以照射氬等惰性氣體中性原子束或惰性氣體離子束來使接合面活化，或者可以藉由將氧電漿、氮電漿、氧自由基或氮自由基暴露於接合面來進行活化。藉由進行接合面的活化，可以利用低溫(例如400℃或以下)處理形成接合。另外，也可以使用含臭氧水、含氧水、含氫水、或純水等對第一絕緣膜104和第二絕緣膜144的表面進行處理，使接合面具有親水性且增加該接合面的羥基，從而形成牢固的接合。
注意，在本實施例中示出了使第一絕緣膜104與第二絕緣膜144彼此接觸而接合的模式，但只要能夠獲得具有平坦性和親水性的表面就可以省略第二絕緣膜144。
較佳的是，在使半導體基板140與導電支承基板102重疊的情況下進行熱處理及/或加壓處理。藉由在此狀態下進行熱處理及/或加壓處理，可以提高接合強度。熱處理的溫度範圍是導電支承基板102的應變點溫度或以下，且是不從形成在半導體基板140中的脆弱層142產生剝離的溫度。例如，該熱處理的溫度範圍設定為200℃或以上且低於410℃。在進行加壓處理時，以在與導電支承基板102和半導體基板140的接合面相垂直的方向上施加壓力的方式進行加壓處理。
圖7B示出利用脆弱層142從導電支承基板102分離半導體基板140的步驟。藉由410℃或以上的熱處理，使形成在脆弱層142中的微小空洞發生體積變化，由此，半導體基板140在脆弱層142或其近旁被分割。由於半導體基板140固定於導電支承基板102，半導體層146殘留在導電支承基板102上。至於熱處理，利用電爐(退火爐)、快速熱退火(RTA：Rapid Thermal Anneal)爐、利用來自高頻產生裝置的微波或毫米波等的高頻波的介電加熱爐等而進行。另外，也可以進行雷射照射或熱電漿流照射。
從半導體基板140分離的半導體層146的厚度為0.5μm至10μm，較佳為1μm至5μm。
藉由上述製程，可以在導電支承基板102上設置半導體層146。有時在半導體層146中殘留有當形成脆弱層142時產生的晶體缺陷，從而形成有非晶區域。這種晶體缺陷或非晶區域可以藉由熱處理而修復。作為熱處理，使用電爐等進行500℃至700℃的加熱，即可。也可以對半導體層146照射雷射光束來進行晶體缺陷或非晶區域的修復。藉由對半導體層146照射雷射光束，可以至少使半導體層146的表面側熔化，並以固相狀態的下層部為晶種，在之後的冷卻過程中進行再單晶化。
在圖8A中，對半導體層146添加具有與第一雜質半導體層120相反的導電型的雜質，形成第二雜質半導體層122。在本實施例中，由於形成p型導電性的第一雜質半導體層120，所以藉由添加磷或砷來形成n型導電性的第二雜質半導體層122。藉由離子植入法或離子摻雜法對半導體層146添加雜質。作為形成第二雜質半導體層122的另一種方法，可以在半導體層146上沉積n型半導體膜。
藉由在半導體層146上設置第二雜質半導體層122，來構成光電轉換層106。如上所述，可以在半導體層146中形成第一雜質半導體層120，以提高內部電場，為了方便起見，將這種包含半導體接面的半導體層稱為光電轉換層。
藉由脆弱層142將半導體層146分離出去的半導體基板140在進行再生處理後可以重複利用。使用過的半導體基板140既可以用作製造光電轉換裝置的單晶半導體基板，又可以用於其他用途。藉由進行再生處理，反復利用半導體基板140而形成半導體層146，可以從一個半導體基板(原料基板)製造出多個光電轉換層。
圖8B表示在導電支承基板102中形成貫通口112的步驟。對導電支承基板102的背面(與形成有光電轉換層106的表面為相反側的表面)進行加工，形成露出光電轉換層106的底面的貫通口112。藉由蝕刻導電支承基板102和第一絕緣膜104，在導電支承基板102中形成貫通口112。也可以藉由進行雷射加工，去除導電支承基板102和第一絕緣膜104，來露出光電轉換層106的背面。
較佳在導電支承基板102中設置多個貫通口112。貫通口112的形狀是任意的。例如，在形成圓形的貫通口112的情況下，將其直徑設定為50μm至400μm，並將貫通口112的間隔設定為500μm至2000μm，即可。當在導電支承基板102中形成的貫通口112的口徑增大，且所形成的貫通口112的數量增大時，導電支承基板102的機械強度減小，因此較佳在上述範圍內設定口徑和間隔的條件。
圖9A表示形成背面電極114的步驟。背面電極114與由貫通口112露出的光電轉換層106以及導電支承基板102接觸，而實現電導通。背面電極114可以使用鋁、銀、焊料等形成。例如，使用銀膏且使用絲網印刷法形成背面電極114。
圖9B表示形成表面電極126和反射防止膜124的步驟。表面電極126與背面電極114同樣地使用金屬材料而形成。例如，使用銀膏且使用絲網印刷法形成具有梳形或網格形狀的表面電極126。
藉由濺射法、氣相沉積法(CVD法)等的方法，沉積絕緣膜而形成反射防止膜124。例如，作為反射防止膜124，藉由電漿CVD法形成氮化矽膜。注意，適當地設置反射防止膜124，即可。
像這樣，形成本實施例的光電轉換裝置。根據本實施例，藉由將薄片化了的半導體層接合到導電支承基板，可以獲得薄型光電轉換裝置。此外，也可以使用撓性導電支承基板，在此情況下，可以在使用晶體半導體層的同時獲得撓性光電轉換裝置。
在參照圖6A、6B、7A、7B、8A、8B、9A及9B說明的步驟中，示出了使用導電支承基板的情況，但是在使用絕緣支承基板代替導電支承基板時，也可以同樣地形成光電轉換裝置。藉由使用玻璃材料、塑膠材料或陶瓷材料等作為絕緣支承基板，可以製造與圖4同樣的光電轉換裝置。
圖10A和圖10B示出將藉由上述步驟製造的光電轉換裝置設置在汽車上的例子。圖10A表示在汽車148的頂板部分設置光電轉換裝置100的一個例子。如上所述，該光電轉換裝置100具有在導電支承基板或絕緣支承基板上設置有光電轉換層的結構。例如，如圖5A至5C所示，具有在支承基板上並列設置有多個光電轉換層的結構。
根據本實施例的一個模式，藉由使用撓性支承基板，可以使光電轉換裝置100本身具有撓性。因此，可以沿汽車的頂板部分的曲面形狀而設置光電轉換裝置100。由此，可以將光電轉換裝置設置在汽車等的結構體而不降低基於汽車的外觀形狀的空氣動力學和審美性方面的性能。另外，圖10A表示在汽車148的頂板部分設置光電轉換裝置100的結構，但是也可以在引擎蓋、行李箱、車門等的部分上設置光電轉換裝置100。
藉由使用透明的絕緣支承基板，將光電轉換層的厚度形成為大約1μm或以下，且使用透明導電材料構成表面電極和背面電極，可以形成具有透光性的光電轉換裝置。而且，如圖10A所示那樣，藉由將該光電轉換裝置用於汽車148的頂板部分，可以將其用作天窗。
圖10B示出使用光電轉換裝置100的汽車148的結構的一個例子。由光電轉換裝置100發出的電力經過充電控制電路150充電到蓄電裝置152。蓄電裝置152的電力藉由控制電路154調整其輸出，然後供給到驅動裝置156。控制電路154由電腦158控制。
蓄電裝置152由鉛蓄電池、鎳氫電池、鋰離子電池、鋰離子電容器等構成。驅動裝置156由直流或交流的電動機單體或者該電動機與內燃機的組合而構成。電腦158根據如汽車148的司機的駕駛資訊(加速、減速、停止等)和行車資訊(爬坡、下坡等，或者行車中的車輪受到的負荷等)等的輸入資訊，向控制電路154輸出控制信號。控制電路154根據電腦158的控制信號調整從蓄電裝置152供給的電能，控制驅動裝置156的輸出。在安裝有交流電動機的情況下，還內置有將直流轉換為交流的反相器。空調器160用於更換汽車148的車內空氣。藉由利用光電轉換裝置100，在停車時也可以使該空調器工作。
本實施例的光電轉換裝置與使用玻璃基板而製造的薄膜光電轉換裝置相比，具有可以實現薄型化和輕量化，並且可以實現高輸出的優點。而且，藉由將本實施例的光電轉換裝置應用於電動汽車或混合動力汽車，可以實現車輛的輕量化。由於光電轉換裝置的光電轉換層由晶體半導體構成，所以可以獲得高輸出。
本申請案係根據2009年6月5日在日本專利局申請的日本專利申請案編號2009-136279，該日本專利申請案內容包括在本說明書中。
100．．．光電轉換裝置
102．．．導電支承基板
104．．．第一絕緣膜
106．．．光電轉換層
106a．．．第一光電轉換層
106b．．．第二光電轉換層
112．．．貫通口
114．．．背面電極
114a．．．第一背面電極
114b．．．第二背面電極
120．．．第一雜質半導體層
122．．．第二雜質半導體層
124．．．反射防止膜
126．．．表面電極
126a．．．第一表面電極
126b．．．第二表面電極
132．．．絕緣支承基板
132a．．．第一光電轉換單元
132b．．．第二光電轉換單元
138．．．連接部
140．．．半導體基板
142．．．脆弱層
144．．．第二絕緣膜
146．．．半導體層
148．．．汽車
150．．．充電控制電路
152．．．蓄電裝置
154．．．控制電路
156．．．驅動裝置
158．．．電腦
160．．．空調器
圖1A和圖1B是表示根據一個實施例的光電轉換裝置的一個模式之平面圖；
圖2是表示根據一個實施例的光電轉換裝置的一個模式之截面圖；
圖3A和圖3B是表示根據一個實施例的光電轉換裝置的一個模式之平面圖；
圖4是表示根據一個實施例的光電轉換裝置的一個模式之截面圖；
圖5A是表示根據一個實施例的光電轉換裝置的一個模式之平面圖；圖5B及5C是表示圖5A之光電轉換裝置之截面圖；
圖6A和圖6B是表示根據一個實施例的光電轉換裝置的製造方法的截面圖；
圖7A和圖7B是表示根據一個實施例的光電轉換裝置的製造方法的截面圖；
圖8A和圖8B是表示根據一個實施例的光電轉換裝置的製造方法的截面圖；
圖9A和圖9B是表示根據一個實施例的光電轉換裝置的製造方法的截面圖；
圖10A和圖10B各表示將根據一個實施例的光電轉換裝置設置在汽車上的一個實例的圖。
100．．．光電轉換裝置
102．．．導電支承基板
104．．．第一絕緣膜
106．．．光電轉換層
112．．．貫通口
114．．．背面電極
120．．．第一雜質半導體層
122．．．第二雜質半導體層
126．．．表面電極

Claims (25)

  1. 一種光電轉換裝置，包括：設置在導電支承基板的一個表面上的第一絕緣膜；設置在該第一絕緣膜上且與該第一絕緣膜接觸的光電轉換層；根據穿過該導電支承基板以及該第一絕緣膜而可達及該光電轉換層的貫通口而設置，且與該導電支承基板以及該光電轉換層接觸的背面電極；以及設置在該光電轉換層的與該導電支承基板為相反側的表面上的表面電極，其中，該表面電極不與該背面電極接觸，其中，該表面電極形成為網格圖案，並且其中，該背面電極形成為點圖案。
  2. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中該第一絕緣膜與該光電轉換層之間夾有第二絕緣膜。
  3. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中該導電支承基板具有撓性。
  4. 如申請專利範圍第2項的光電轉換裝置，其中該導電支承基板具有撓性。
  5. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中該光電轉換層是單晶半導體。
  6. 如申請專利範圍第2項的光電轉換裝置，其中該光電轉換層是單晶半導體。
  7. 如申請專利範圍第3項的光電轉換裝置，其中該光 電轉換層是單晶半導體。
  8. 如申請專利範圍第4項的光電轉換裝置，其中該光電轉換層是單晶半導體。
  9. 如申請專利範圍第1項的光電轉換裝置，其中該導電支承基板為具有0.6mm或以下的厚度之撓性金屬基板。
  10. 一種光電轉換裝置，包括：設置在絕緣支承基板的一個表面上的第一絕緣膜；設置在該第一絕緣膜上且與該第一絕緣膜接觸的光電轉換層；根據穿過該絕緣支承基板以及該第一絕緣膜而可達及該光電轉換層的貫通口而設置，且與該光電轉換層接觸的背面電極；以及設置在該光電轉換層的與該絕緣支承基板為相反側的表面上的表面電極，其中，該表面電極不與該背面電極接觸，其中，該表面電極形成為網格圖案，並且其中，該背面電極形成為點圖案。
  11. 如申請專利範圍第10項的光電轉換裝置，其中該第一絕緣膜與該光電轉換層之間夾有第二絕緣膜。
  12. 如申請專利範圍第10項的光電轉換裝置，其中該絕緣支承基板具有撓性。
  13. 如申請專利範圍第11項的光電轉換裝置，其中該絕緣支承基板具有撓性。
  14. 如申請專利範圍第10項的光電轉換裝置，其中該 光電轉換層是單晶半導體。
  15. 如申請專利範圍第11項的光電轉換裝置，其中該光電轉換層是單晶半導體。
  16. 如申請專利範圍第12項的光電轉換裝置，其中該光電轉換層是單晶半導體。
  17. 如申請專利範圍第13項的光電轉換裝置，其中該光電轉換層是單晶半導體。
  18. 一種光電轉換裝置，包括：設置在絕緣支承基板的一個表面上的第一絕緣膜；設置在該第一絕緣膜上且與該第一絕緣膜接觸的第一光電轉換層以及第二光電轉換層；穿過該絕緣支承基板以及該第一絕緣膜以便與該第一光電轉換層接觸的第一背面電極；穿過該絕緣支承基板以及該第一絕緣膜以便與該第二光電轉換層接觸的第二背面電極；設置在該第一光電轉換層的與該絕緣支承基板為相反側的表面上且與該第一光電轉換層接觸的第一表面電極；設置在該第二光電轉換層的與該絕緣支承基板為相反側的表面上且與該第二光電轉換層接觸的第二表面電極；以及藉由穿過該絕緣支承基板來使該第一表面電極與該第二背面電極彼此連接的連接部，其中，該第一表面電極不與該第一背面電極接觸，其中，該第二表面電極不與該第二背面電極接觸， 其中，該第一表面電極和該第二表面電極的每一者形成為網格圖案，並且其中，該第一背面電極和該第二背面電極的每一者形成為點圖案。
  19. 如申請專利範圍第18項的光電轉換裝置，其中該第一絕緣膜與該第一光電轉換層之間以及該第一絕緣膜與該第二光電轉換層之間夾有第二絕緣膜。
  20. 如申請專利範圍第18項的光電轉換裝置，其中該絕緣支承基板具有撓性。
  21. 如申請專利範圍第19項的光電轉換裝置，其中該絕緣支承基板具有撓性。
  22. 如申請專利範圍第18項的光電轉換裝置，其中該第一光電轉換層以及該第二光電轉換層是單晶半導體。
  23. 如申請專利範圍第19項的光電轉換裝置，其中該第一光電轉換層以及該第二光電轉換層是單晶半導體。
  24. 如申請專利範圍第20項的光電轉換裝置，其中該第一光電轉換層以及該第二光電轉換層是單晶半導體。
  25. 如申請專利範圍第21項的光電轉換裝置，其中該第一光電轉換層以及該第二光電轉換層是單晶半導體。
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