[發明專利]光電轉換裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 200910133277.0
• 申請日: 2009-03-27
• 公開（公告）號: CN101546794A
• 公開（公告）日: 2009-09-30
• 發明（設計）人: 山崎舜平;下村明久
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L31/18
• 分類號: H01L31/18;H01L31/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 湯春龍;徐予紅

技術領域

本發明涉及使用單晶半導體或多晶半導體的光電轉換裝置及其 制造方法。

背景技術

全球變暖處于嚴重的情勢，而其對策是全世界需要共同研究的難 題。被認為是全球變暖的主要因素的二氧化碳等的溫室效應氣體的大 多數是通過消費石油、煤、天然氣等的能源而排出。然而，這些能源 對產業社會而言必不少，因而不能簡單地縮減能源消費量。因此，二 氧化碳的排出量少并對環境的影響小的太陽能發電作為下一代的能 源引人注目。

在太陽能發電中多使用利用半導體特性將光能轉換成電能的硅 系光電轉換裝置。以太陽電池為代表的硅系光電轉換裝置已經在市場 出售，也由于世界各國政府的太陽電池支持政策的推動，其生產量逐 年增加。例如，2006年的全世界太陽電池的生產量是2521MW，以超 過年率40％的氣勢增加。

但是，在太陽能發電的普及上有待處理的各種障礙堆積如山，其 中之一就是太陽能發電的成本比已知的商業電力高。因此，太陽電池 的高效率化、制造成本等的成本的縮減等是縮減太陽電池發電成本的 必要條件。

另外，太陽能發電的普及的當前的障礙是硅的供給不足。受到半 導體不景氣的影響而處于供給過剩的狀態下的硅的供求平衡隨著半 導體(LSI)產業的恢復以及太陽電池市場的急劇成長，從2005年度 左右一轉陷入供給不足狀態。雖然世界的各個硅供給制造的大公司試 圖增強硅生產能力，但是需求的擴展超過了供給。

在硅材料不足越來越明顯化中，薄膜型硅系列光電轉換裝置引人 注目。在薄膜型硅系列光電轉換裝置中，在支撐襯底上設置薄膜硅， 并且將該薄膜硅用作光電轉換層。相對于此，在現有主流的大塊型硅 系光電轉換裝置中，具有比其所需要厚度厚幾十倍以上的厚度的單晶 硅襯底或多晶硅襯底構成光電轉換層的主要部分，而這很難說是有效 地使用了硅。極端而言，大部分的用于大塊型硅系列光電轉換裝置的 單晶硅襯底或多晶硅襯底作為保持光電轉換裝置的形狀的結構體發 揮其機能。因為薄膜型硅系列光電轉換裝置可以采用將硅只用于進行 光電轉換的區域的結構，所以可以與大塊型硅系列光電轉換裝置相比 大幅度地縮減硅的使用量。

然而，因為在薄膜型硅系列光電轉換裝置中一般通過利用化學或 物理的各種成長法而在支撐襯底上形成薄膜硅，所以與大塊型相比其 光電轉換效率低。因此，提出了對晶體半導體注入氫離子并且通過熱 處理切斷晶體半導體，而得到晶體半導體層的太陽電池的制造方法 (例如，參照專利文獻1)。將以層狀注入有預定的元素的晶體半導 體貼合到在形成有絕緣層的襯底上涂布有電極形成用膏上之后，以 300℃至500℃進行熱處理而將晶體半導體密貼到電極。接著，通過 500℃至700℃的熱處理在注入到晶體半導體的預定的元素的區域中 以層狀形成空隙，并且通過熱畸變并利用空隙來分割晶體半導體，而 在電極上得到晶體半導體層。進而，通過在其上形成非晶硅層而制造 串聯型太陽電池。在該方式中，形成成為第一發電層的單晶硅太陽電 池元件。

[專利文獻1]日本專利申請公開H10-335683號公報

若可以使用單晶硅作為晶體半導體而在電極上得到單晶硅層，則 可以期待高效率化。然而，在如上述專利文獻1那樣以電極形成用膏 為粘合劑貼合單晶硅襯底和別的襯底的方法中，粘合部的密貼度或用 作粘合劑的電極形成用膏的變質(粘合強度的降低)成為難題，而有 對完成的太陽電池的可靠性的憂慮。另外，也有因將其貼合到其他襯 底，而使制造工序復雜化，以及因進行貼合的襯底的性質而使處理溫 度受到限制的憂慮。從而，有可能即使可以實現高效率化也有因制造 工序的復雜化等而產生的成本增多、生產率降低或不適于批量生產等 問題，其結果是使太陽能電能遠不及現有的商用電力。

發明內容

鑒于上述問題，發明的目的之一在于提供以簡便的工序制造具有 優越的光電轉換特性的光電轉換裝置的方法。另外，發明的目的之一 在于提供有效地利用半導體材料等的資源的節省資源型光電轉換裝 置及其制造方法。另外，發明的目的之一在于提供以優越于光電轉換 特性的太陽電池為代表的光電轉換裝置及其制造方法。