[發明專利]光電轉換裝置及其制造方法

有效

• 申請號: 201210459210.8
• 申請日: 2008-11-14
• 公開（公告）號: CN102931240A
• 公開（公告）日: 2013-02-13
• 發明（設計）人: 山崎舜平;荒井康行
• 申請（專利權）人: 株式會社半導體能源研究所
• 主分類號: H01L31/02
• 分類號: H01L31/02;H01L31/0368;H01L31/0376;H01L31/0687;H01L31/0725
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 屠長存

本申請是申請日為2008年11月14日、申請號為200810176180.3、發明名稱為“光電轉換裝置及其制造方法”的發明專利申請的分案申請。

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，并涉及層疊多個光電變換元件的光電轉換裝置。

背景技術

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，而且使用單晶硅襯底或多晶硅襯底的光電轉換裝置占生產量的大部分。

隨著對以硅為材料的結晶系光電轉換裝置的需要高漲，用于硅襯底的原料的多晶硅的供給不足和起因于此的價格的高漲成為產業界的難題。雖然2007年的多晶硅的預計生產量可以達到大約36,000噸，但是實際上用于制造半導體(LSI)需要25,000噸以上且用于制造太陽能電池需要20,000噸以上，所以預計多晶硅大約有10,000噸的供給不足。而且預計這種供給不足的狀況今后也將持續下去。

對以硅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。相對于此，成為結晶系光電轉換裝置的基材的單晶硅襯底或多晶硅襯底具有200μm至300μm左右的厚度。就是說，與光電轉換需要的厚度相比，使用單晶硅襯底或多晶硅襯底的光電轉換裝置具有10倍以上的厚度。硅襯底的供給不足的主要原因之一也在于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。除了具有在單晶硅襯底或多晶硅襯底上形成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并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，即通過中間夾著金屬薄膜、硅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襯底，所以不能解除如有效地利用硅半導體等的問題。

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、硅化物等，需要增加形成該薄膜的工序。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。簽于這種情況，本發明的目的之一在于有效地利用硅半導體材料并且提供具有優良光電轉換特性的光電轉換裝置和其制造方法。

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于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于光電轉換層的第二單元元件，并且在該單元元件之間分散金屬簇。

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界面中具有由金屬、金屬氮化物或金屬氧化物構成的導電簇，并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，且該絕緣層與支撐襯底接合。