[发明专利]光电转换装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种光电转换装置及其制造方法。

背景技术

全球变暖形势严峻，正在商讨代替化石燃料的能源的利用。其中，尤其是也称为太阳能电池的光电转换装置，作为下一代典型的创造能量的装置而被认为最有前途。此外，近年来，对该光电转换装置进行的研究和开发非常活跃，其市场也正急剧扩大。

光电转换装置是将无穷无尽的太阳光作为能源并在发电时不排放二氧化碳的有很大吸引力的发电装置。然而，其现状存在每单位面积的光电转换效率不够、发电量受日照时间影响等问题，为了收回原始成本需要二十年左右的很长期间。上述问题妨碍了将光电转换装置普及到一般住宅，从而要求光电转换装置的高效率化、低成本化。

光电转换装置可以使用硅类材料、化合物半导体类材料制造，市场上出售的光电转换装置主要是块状型硅太阳能电池、薄膜型硅太阳能电池等硅类太阳能电池。由单晶硅片、多晶硅片形成的块状型硅太阳能电池具有较高的转换效率。然而，实际上用于光电转换的区域不过是硅片的厚度方向上的一部分，其他区域仅仅用作具有导电性的支撑体。此外，当从锭块切出硅片时切出部分的损失、需要研磨加工等也是块状型硅太阳能电池的成本无法降低的主要原因。

另一方面，薄膜型硅太阳能电池可以通过等离子体CVD法等形成必需数量的硅薄膜来构成。此外，薄膜型硅太阳能电池可以容易地通过激光加工法、丝网印刷法等集成，与块状型太阳能电池相比，在节省资源、扩大面积等方面可以削减制造成本。然而，薄膜型硅太阳能电池的缺点在于其转换效率低于块状型太阳能电池的转换效率。

为了在确保高转换效率的同时谋求实现低成本化，提出了一种太阳能电池的制造方法，其中，在结晶半导体中注入氢离子，通过热处理切断该结晶半导体，从而得到成为光电转换层的结晶半导体层(例如，参照专利文献1)。在该方法中，将以层状的方式离子注入了预定元素的结晶半导体隔着导电粘合剂贴合到衬底上的绝缘层，进行300℃以上且500℃以下的热处理来固定。接着，通过500℃以上且700℃以下的热处理，在结晶半导体中以层状的方式离子注入了预定元素的区域形成空隙，并且利用热应变将空隙为分界来分割结晶半导体，以在衬底上形成成为光电转换层的结晶半导体层。

此外，作为将太阳光不浪费地引入光电转换装置中的结构，提出了一种在受光面上不形成收集电极并且无阴影损耗的背接触结构(例如，参照非专利文献1)。在该背接触结构中，不仅将形成内部电场的半导体结设置在受光面的背面，而且将电极也都形成在背面。在正面仅形成变形结构或用来防止反射及防止载流子复合的钝化层，由此尽量消除起因于电池结构的损失，并且得到高转换效率。

此外，还提出了一种方法，即，将表层为多孔质层的单晶硅片作为种子层，使单晶硅层外延生长，并且利用这样形成的单晶硅层形成光电转换元件，然后将其贴合到另一个衬底上，以与多孔质部分分离(例如，参照专利文献2)。在通过使单晶薄片阳极化而形成的多孔质层上，通过气相法或液相法使单晶硅外延生长。接着，利用包括n型或p型掺杂剂的低电阻材料形成图案，通过加热形成具有一种导电型的杂质层及电极。接着，在利用绝缘层覆盖整个表面后，在前面形成的电极以外的区域部分地开口，使具有与一种导电型相反的导电型的杂质层液相生长。将如此形成的背接触型光电转换装置用导电粘合剂贴合到另一个支撑衬底上，以多孔质层为分界进行分离。关于分离后的硅片，通过重复同样的工序使用多次。

[专利文献1]日本专利申请公开特开平10-335683号公报

[专利文献2]日本专利申请公开特开平11-214720号公报

[非专利文献1]R.A.Sinton，Young Kwark，J.Y.Gan，and Richard M.Swanson，“27.5-Percent Silicon Concentrator Solar Cells”，IEEE ElectronDevice Lett.，vol.EDL-7，no.10，pp.567-569，Oct.1986(R.A.Sinton，Young Kwark，J.Y.Gan，Richard M.Swanson，“27.5％硅聚光型太阳能电池”IEEE电子器件快报，卷EDL-7，第10篇，第567-569页，1986年10月)

现有的使硅片薄层化的光电转换装置具有用导电粘合剂粘合成为支撑体的衬底和硅半导体层的结构。在使用该光电转换装置构成模块的情况下，因为物性不同的几种材料构成叠层体，所以要求对弯曲、扭曲具有耐受性的结构。此外，在环境耐受性方面，尤其是确保对温度变化所导致的翘曲、弯曲的耐受性也是很重要的课题。