[发明专利]光电转换装置的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及使用单晶半导体或多晶半导体的光电转换装置及其 制造方法。

背景技术

随着产业的发展，世界的资源消费量日趋增加。然而，主要使用 的石油、煤、天然气等的资源排出大量的二氧化碳，这成为近年来地 球温暖化急剧进展的主要因素。因此，二氧化碳的排出量少，且对环 境影响小的太阳能发电不断得到普及。

太阳能发电中有一些利用太阳热，但是大多数应用利用半导体的 光电特性将光能转换为电能的光电转换装置(也称为太阳电池、光生 伏打装置)。

光电转换装置已经在市场出售，由于世界各国政府的太阳电池支 持政策的推动，其产量逐年增加。例如，2006年的太阳电池的全世界 产量为2521MW，以超过年率40％的趋势增加。得到全球性的普及的 是使用结晶半导体的光电转换装置，而使用单晶硅衬底或多晶硅衬底 的光电转换装置占产量的大部分。

对以硅为材料的结晶系光电转换装置而言，为了吸收太阳光有 10μm左右的厚度就足够了，但是作为产品制造的单晶硅片，直径为6 英寸(直径150mm)至直径12英寸(直径300mm)的膜厚度为600μm 至800μm，而尺寸为100mm平方至150mm平方的多晶硅片的膜厚为 200μm至350μm。换言之，单晶硅衬底和多晶硅衬底具有作为光电转 换装置所需要的厚度的几十倍以上的厚度，这很难说是有效地利用了 作为原料的衬底。极端地说，当将这种单晶硅衬底或多晶硅衬底用于 光电转换装置时，其大部分只用作为了维持光电转换装置的形状的结 构体。

随着光电转换装置的产量逐年增加，单晶硅和多晶硅的原料的硅 的供给不足和价格高涨成为产业界的难题。受到半导体不景气的影响 的供给过剩的多晶硅的供求平衡由于半导体(LSI)产业的恢复以及 太阳电池市场的急剧扩展，从2005年度左右一转陷入供给不足的状 态。虽然世界各个硅供给制造大公司已经进行硅生产能力的加强，但 是还是不能跟上需求的增加，供给不足的状况暂时将持续下去。

光电转换装置具有各种各样的结构。除了具有在单晶硅衬底或多 晶硅衬底上形成n型或p型的扩散层的典型的结构的光电转换装置以 外，还有组合异种单元元件的叠层型的光电转换装置，该异种单元元 件是由单晶半导体或多晶半导体构成的单元元件和由非晶半导体或 微晶半导体构成的单元元件组合的(例如，参照专利文件1)。然而， 如上述那样的光电转换装置也需要使用单晶半导体衬底或多晶半导 体衬底。

近年来，对包括在具有绝缘表面的衬底上形成有单晶硅薄膜的 SOI(Silicon On Insulator；绝缘体上硅)结构进行了积极的开发。SOI 衬底是昂贵的，但是若将支撑衬底以便宜的衬底如玻璃衬底等代替则 与使用块状单晶硅衬底相比可以实现低成本化。此外，还可以降低原 料的硅的消费量。例如，已知通过利用氢离子注入剥离法制造将单晶 硅层固定在玻璃衬底上的SOI衬底的方法(例如，参照专利文件2)。

专利文件1日本专利公报H6-044638号公报

专利文件2日本专利申请公开H11-097379号公报

与SIMOX衬底或利用抛光、研磨的贴合衬底相比，通过使用氢 离子注入剥离法可以在低温处理下形成均匀的单晶硅薄膜。此外，可 以反复利用将单晶硅薄膜剥离后的单晶硅衬底，而可以有效地利用资 源。

在使用SOI衬底制造光电转换装置的情况下，单晶硅薄膜的膜厚 需要具有一定的厚度，以便高效地吸收太阳光。而要顾及到光电转换 效率时，太阳电池至少需要厚800nm以上的单晶硅薄膜。当利用氢离 子注入剥离法时，根据离子注入装置的加速电压确定单晶硅衬底的离 子注入深度，而可以确定获得的单晶硅薄膜的膜厚。但是，离子注入 装置的加速电压有装置上的限制，因此可以对单晶硅衬底注入离子的 深度也有最高限度。此外，离子注入的深度越深，注入离子时所需要 的加速电压就越高，而使用现有的装置难以使加速电压为高而获得大 电流。从而，在需要高加速电压的情况下，为了获得预定的注入量而 需要很长时间，而节拍时间也会降低。。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供有效地利用有限的资源， 并且具有优良的光电转换特性的光电转换装置和其制造方法。