專利名稱：光伏器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶體硅的光伏器件以及該晶體硅光伏器件的制造方法。本發(fā)明 總體涉及利用晶體半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換特性的光伏器件以及該光伏器件的制造方法。
背景技術(shù)：
作為抵抗全球變暖的措施，在很多地方，太陽能光伏系統(tǒng)的安裝日益增加。
在2005年全世界的光伏器件的總產(chǎn)出是1759MW，比前一財政年度增加147%。 目前，最普遍的光伏器件是晶體光伏器件，且利用單晶硅或多晶硅的光伏器件 占大部分產(chǎn)品。稱為晶體光伏器件的光伏器件使用硅晶片作為基板，該硅晶片 是通過形成大的硅錠塊并將該硅錠塊切割成薄片形成的。
估計在使用單晶硅或多晶硅的晶體光伏器件中，約為1(^m的硅晶片厚度 足夠用于生成光電動勢。然而，從硅晶塊切下的硅晶片具有約200至50(^m的 厚度。這意味著在光伏器件中使用的硅晶片的僅約5%對光電轉(zhuǎn)換起作用。
隨著光伏器件生產(chǎn)的增加，在產(chǎn)業(yè)中，作為硅晶片原材料的硅供應(yīng)短缺， 以及硅晶片價格的急劇上升成為問題。2006年全世界包括用于半導(dǎo)體的多晶硅 的生產(chǎn)是約37000噸，其中用于太陽能銷售的多晶硅是11000噸。光伏器件生 產(chǎn)每年都在增長，該需求已經(jīng)很緊迫。為了增加多晶硅的生產(chǎn)能力，需要大量 投資，且很難確保生產(chǎn)與要求相符合。因此，預(yù)期硅晶片供應(yīng)的短缺將繼續(xù)。
在本文中，作為使用單晶半導(dǎo)體基板的光伏器件的另一種模式，給出了形 成薄片的單晶半導(dǎo)體層的光伏器件。例如，專利文獻l(專利文獻l:日本公開
專利申請第H10-335683號)披露了一種串聯(lián)太陽能電池，其中將氫離子注入單
晶硅基板，從該單晶硅基板分離的層狀單晶硅層被布置在支承基板上以便降低
成本并節(jié)約資源，同時維持高的轉(zhuǎn)換效率。在該串聯(lián)太陽能電池中，利用導(dǎo)電 膠使單晶半導(dǎo)體層和基板彼此接合。
此外，按照慣例己經(jīng)作出在基板上直接形成晶體半導(dǎo)體層的嘗試。例如， 開發(fā)出一種用于制造硅薄膜光伏器件的方法，其中通過使用高于27MHz的VHF和調(diào)制的脈沖在基板上沉積晶體硅膜(參見專利文獻2:日本公開專利申請第
2005-50905號)。此外，披露了在薄膜多晶硅膜通過等離子體CVD法形成在稱 為紋理電極的、其表面具有微小的不均勻性的特定電極上時， 一種用于控制等 離子體處理條件以優(yōu)化晶粒中和晶粒邊界的摻雜劑的濃度的技術(shù)(參見專利文 獻3:日本公開專利申請第2004-14958號)。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)常規(guī)領(lǐng)域，用于晶體光伏器件的半導(dǎo)體基板的厚度大于或等于光電轉(zhuǎn) 換所需的半導(dǎo)體基板厚度的10倍，并且浪費了昂貴的晶片。另一方面，相對 于使用半導(dǎo)體基板的光伏器件，晶體硅薄膜光伏器件在光電轉(zhuǎn)換特性方面因為 晶體質(zhì)量差而仍是次等的。晶體硅薄膜光伏器件存在的問題是晶體硅膜需要通 過化學(xué)氣相沉積方法形成厚度大于或等于1 Mm的膜，其生產(chǎn)率較低。
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iiL5T，仕々U/tl守fB収^)守平師干守1牛/云Y尋M勺又厚、承T儀伎甘tTJ刀7i;^ ， l口J逖 是不能長時間地維持接合強度。具體地，在光伏器件曝露于直射日光下的情形 中，問題在于包含在導(dǎo)電膠中的有機材料變性且接合強度降低。此外，存在可 靠性的問題，使得導(dǎo)電膠中的導(dǎo)電材料(例如，銀)擴散到單晶半導(dǎo)體層，這 會劣化半導(dǎo)體的光電轉(zhuǎn)換特性。
鑒于以上問題，本發(fā)明的目的是有效使用光伏器件必需的硅半導(dǎo)體材料。 另一個目的是提高光伏器件的生產(chǎn)率以及光電轉(zhuǎn)換特性。本發(fā)明的又一個目的 是改進光伏器件的可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的光伏器件使用與單晶半導(dǎo)體基板或多晶半導(dǎo)體基板分離的 單晶半導(dǎo)體層或多晶半導(dǎo)體層并且具有所謂的SOI結(jié)構(gòu)，其中半導(dǎo)體層與具有 絕緣表面的基板或絕緣基板接合。單晶半導(dǎo)體層或多晶半導(dǎo)體層是單晶半導(dǎo)體 基板或多晶半導(dǎo)體基板的表面層部分，與半導(dǎo)體基板分離并被轉(zhuǎn)移。單晶半導(dǎo) 體層或者多晶半導(dǎo)體層用作光電轉(zhuǎn)換層，并可以包括雜質(zhì)半導(dǎo)體層，在該層的 光入射面一側(cè)和/或與光入射面相對的一側(cè)加入氫或鹵素。
單晶半導(dǎo)體層或多晶半導(dǎo)體層通過以下方式與單晶半導(dǎo)體基板或多晶半 導(dǎo)體基板分離將氫離子或鹵素離子引入基板，并利用引入離子形成的分離層 作為解理平面(cleavage plane)。單晶半導(dǎo)體層或多晶半導(dǎo)體層固定在具有絕 緣表面或絕緣基板的基板上。優(yōu)選地將一種或多種類型由單一種類的原子組成 的不同物質(zhì)的離子引入單晶半導(dǎo)體基板或多晶半導(dǎo)體基板。例如，在引入氫離
8子的情況下，氫離子優(yōu)選地包括H+， H/和H3+離子，具有高比例的H3+離子。通
過將許多原子的離子引入單晶半導(dǎo)體基板或多晶半導(dǎo)體基板，可顯著增加劑 量，并可在低溫下沿離子引入形成的層(分離層)進行解理，用于形成單晶半導(dǎo) 體層或多晶半導(dǎo)體層。
無論單晶半導(dǎo)體層或多晶半導(dǎo)體層以及具有絕緣表面的基板或絕緣基板 都利用具有平滑表面并形成親水表面作為接合表面的層進行固定。通過利用分 子或原子之間的相互作用的范德瓦爾斯力或氫鍵形成接合。較好地，在將基板 與單晶半導(dǎo)體層接合時，在形成接合的一個或兩個表面上提供接合層，該接合 層是由氧化硅形成的，以有機硅烷作為原材料。作為有機硅烷氣體，可以使用
例如以下含硅化合物四乙氧基硅烷(TEOS)(化學(xué)式Si(OC2H5)4)、三甲基硅 烷(TMS) ((CH丄SiH)、四甲基環(huán)四硅氧垸(TMCTS)、八甲基環(huán)四硅氧烷(0MCTS)、 六甲基二硅氮烷(H腦S)、三乙氧基硅烷(SiH(0C2H5)3)、三(二甲基氨基硅
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表面的基板或絕緣基板之間提供具有平滑表面并能形成親水表面的層，以提供
單晶半導(dǎo)體。
應(yīng)注意，單晶是其中的晶面和晶體軸對準且構(gòu)成該單晶的原子或分子空間 有序的晶體。但是，雖然單晶的結(jié)構(gòu)是有序?qū)实脑?，但是單晶可以包含?格缺陷，其中當部分或多個單晶包含有意或無意的晶格應(yīng)變時所述對準混亂。
通過使用與單晶半導(dǎo)體基板或多晶半導(dǎo)體基板分離的半導(dǎo)體層作為光電 轉(zhuǎn)換層，可以獲得具有優(yōu)異光電轉(zhuǎn)換特性的光伏器件。當該半導(dǎo)體層包含在光 入射面或與之相背面加入氫或鹵素的雜質(zhì)半導(dǎo)體層時，改進了光生載流子的收 集效率；因此，改進光電轉(zhuǎn)換特性。半導(dǎo)體層可以是薄層同時保持為將半導(dǎo)體 層與單晶半導(dǎo)體基板或多晶半導(dǎo)體基板分離的光電轉(zhuǎn)換并將分離的半導(dǎo)體層 與具有絕緣表面的基板或絕緣基板接合所需的厚度；因此，提高了光伏器件的 光電轉(zhuǎn)換特性。此外，可以節(jié)省硅資源。
通過使用特定的氧化硅膜作為接合層，可以在低于或等于70(TC的溫度形 成接合。因此，即使在使用溫度上限為低于或等于70(TC的基板，例如玻璃基 板，的情況下，也可以在玻璃等的基板上提供具有高接合強度的接合部分的單 晶半導(dǎo)體層或多晶半導(dǎo)體層。


9圖1顯示光伏器件的橫截面結(jié)構(gòu)，其中使用在絕緣基板上的單晶半導(dǎo)體層 作為光電轉(zhuǎn)換層；
圖2顯示光伏器件的橫截面結(jié)構(gòu)，其中使用在絕緣基板上的單晶半導(dǎo)體層 什刀兀屯符伏伝；
圖3顯示光伏器件的橫截面結(jié)構(gòu)，其中使用在絕緣基板上的單晶半導(dǎo)體層 作為光電轉(zhuǎn)換層；
圖4顯示涉及實施方式的光伏器件的平面圖5A至5D顯示涉及實施方式的光伏器件的制造步驟的橫截面圖6顯示在分離層和第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)分布的曲線圖，所述分離
層和第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層形成在單晶半導(dǎo)體基板中；
圖7A和7B是顯示涉及實施方式的光伏器件的制造步驟的橫截面圖； 圖8A至8C是顯示涉及實施方式的光伏器件的制造步驟的橫截面圖； 圖9是曲線圖，顯示第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層、第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層和寬帶隙層的
關(guān)系，所述第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層、第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層和寬帶隙層形成在半導(dǎo)體層
中；
圖10是使用帶模型說明圖9的結(jié)構(gòu)的圖11顯示涉及實施方式的光伏器件模塊的制造步驟的平面圖12A和12B顯示涉及實施方式的光伏器件模塊的制造步驟的橫截面圖13顯示涉及實施方式的光伏器件模塊的制造步驟的平面圖14A和14B顯示涉及實施方式的光伏器件模塊的制造步驟的橫截面圖15顯示涉及實施方式的光伏器件模塊的制造步驟的平面圖16A和16B顯示涉及實施方式的光伏器件模塊的制造步驟的橫截面圖17A至17D顯示涉及實施方式的光伏器件的制造步驟的橫截面圖18是曲線圖，顯示在分離層和第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層中的雜質(zhì)分布，所述
分離層和第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層形成在半導(dǎo)體層中；
圖19A至19C顯示涉及實施方式的光伏器件的制造步驟的橫截面圖； 圖20是曲線圖，顯示第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層、第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層和寬帶隙層
的關(guān)系，所述第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層、第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層和寬帶隙層形成在半導(dǎo)體
層中；禾口
圖21是使用帶模型說明圖20的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實施例方式
下文將參考附圖描述本發(fā)明的實施方式。注意，本發(fā)明不限于以下給出的描 述，且對本領(lǐng)域中的技術(shù)人員顯而易見的是，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況 下可按各種方式進行其方式和細節(jié)方面的各種修改。因此，本發(fā)明不應(yīng)被解釋為限 制于以下給出的實施方式的描述。注意，在以下描述的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，類似的附 圖標記表明不同附圖中的類似的部分。
(光伏器件的結(jié)構(gòu))
圖1示出其中基板101上形成有半導(dǎo)體層102的光伏器件的橫截面結(jié)構(gòu)。基 板101是具有絕緣表面的基板或絕緣基板，且是可用于電子產(chǎn)業(yè)中的多種玻璃基板 中的任一種，諸如鋁硅酸鹽玻璃基板、鋁硼硅酸鹽玻璃基板和溴硼硅酸鹽玻璃基板。
或者，可使用陶瓷基板、石英玻璃基板或諸如硅晶片之類的半導(dǎo)體基板。半導(dǎo)體層
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丄uz疋日日'l平干守'i平，井且巡幣'l丈/t)平日日妊。hj WL5C川〃、平日日十寸'l平巫i;yCi^夕日日
半導(dǎo)體基板分離的諸如硅、鍺的晶體半導(dǎo)體或者諸如砷化鎵或磷化銦的化合物半導(dǎo)體。
在基板101和半導(dǎo)體層102之間，提供具有平坦表面并形成親水性表面的接 合層103。絕緣膜適合用作接合層103。例如，可以使用氧化硅膜。優(yōu)選使用通過 化學(xué)氣相沉積方法形成的氧化硅膜作為接合層103。可使用的有機硅垸氣體的示例 包括含硅化合物，諸如四乙氧基硅垸(TEOS)(化學(xué)式Si(OC2H5)4)、三甲基硅烷 (TMS)(TMS: (CH3)3SiH)、四甲基環(huán)四硅氧烷(TMCTS)、八甲基環(huán)四硅氧垸 (OMCTS)、六甲基二硅氮烷(HMDS)、三乙氧基甲硅垸(8舊(0(:2&)3)以及三(二甲 基氨基硅浣)(SiH(N(CH3)2)3)。
提供厚度為5-500納米的具有平滑表面并形成親水表面的接合層103。當接合 層103的厚度在上述范圍之內(nèi)時，沒有反映其上形成接合層103的表面的不平坦性， 接合層103的表面可以進行平面化。此外，可以減輕因接合層103和與接合層103 接合的基板之間的應(yīng)力引起的變形。
接合層103設(shè)置在半導(dǎo)體層102上，且布置成與基板101的表面密切接觸， 從而即使在室溫下也能夠進行接合。為了使基板101與接合層103(由各種材料在 低溫條件下形成)接合，對其表面進行清潔。當使具有經(jīng)過清潔的表面的基板101 和接合層103相互密切接觸時，通過表面之間的吸引力形成接合。在這種情況 下，優(yōu)選進行處理，使羥基與基板101和接合層103的任一表面或兩個表面連接，即形成接合。通過氧等離子體處理或臭氧處理，使得基板101的表面為親水性。 考慮到因為受到氧等離子體處理或臭氧處理的表面被活化且羥基被吸引而發(fā)生這 種現(xiàn)象。即，在對基板101的表面進行處理使其具有親水性的情形中，通過表面上 的羥基的作用由氫鍵接合形成接合。為了增加在室溫下形成的接合的強度，優(yōu)選進 行熱處理。
作為用于在低溫將基板101與接合層103相互接合的處理，可通過利用諸如 氬的稀有氣體的離子束輻射來清洗形成接合的表面。通過用離子束輻射，懸鍵暴露 于基板101或接合層103的表面上，且形成極端活性表面。當將由此活化的表面布 置成相互密切接觸時，即使在低溫下也能形成接合。優(yōu)選地，在真空中實施通過表 面活化形成接合的方法，因為表面必須是非常清潔的。
當按壓基板101和半導(dǎo)體層102時，可以形成強接合。此外，在相互重疊 的基板101和半導(dǎo)體層102上進行熱處理時，接合強度提高。使用快速熱退火 (RTA)設(shè)備，可以在300-700。C進行熱處理。通過從基板101側(cè)向半導(dǎo)體層102 發(fā)射激光，可以提高接合強度?？梢栽趬毫ο逻M行這種處理。
通過從單晶半導(dǎo)體基板分離薄片來形成半導(dǎo)體層102。例如，可通過以下方式 形成半導(dǎo)體層102:將高濃度氫離子注入單晶半導(dǎo)體基板的預(yù)定深度，進行熱處理， 且分離為單晶半導(dǎo)體基板的外層的單晶硅層?？梢允褂靡苑鸀榇淼柠u素離子替 代將被注入單晶半導(dǎo)體基板的氫離子?？梢栽谝臌u素后引入氫，或者引入氫 后可引入鹵素。此外，可以在該步驟之前或之后引入如氦、氬或氪的稀有氣體 離子。半導(dǎo)體層102的厚度為0. 1-10 pm。該半導(dǎo)體層102的厚度足以吸收陽 光。此外，該厚度適合于提取光生載流子，所述載流子在由于復(fù)合而使光生載 流子消失之前通過電極在半導(dǎo)體層102中流動。
在這種情況下，優(yōu)選地將由單一種類的原子組成的不同物質(zhì)的一種或多種 類型的離子引入單晶半導(dǎo)體基板。例如，在將氫離子引入單晶半導(dǎo)體基板的情 況下，氫離子優(yōu)選地包括H+， H2+和H:/離子，具有高比例的H3+離子。通過將許 多原子的離子引入，可用許多離子輻照該單晶半導(dǎo)體基板；因此，可以縮短離 子引入的時間。
通過離子注入法或離子摻雜法可以將離子引入單晶半導(dǎo)體基板。離子注入 法指將經(jīng)過質(zhì)量分離的離子化氣體注入半導(dǎo)體中的方法。在這種離子注入法 中，例如可以選擇性引入H/。離子摻雜法指將未經(jīng)質(zhì)量分離的離子化氣體通過 電場加速并引入基板的方法。采用這種離子摻雜法，甚至可以在大面積基板上以高效率進行大劑量的離子摻雜。
作為獲得半導(dǎo)體層102的另一種方法，可采用以下方法單晶硅在多孔硅 上外延生長后，通過水射流的分裂將多孔硅層分離。
第一電極104設(shè)置在半導(dǎo)體層102和接合層103之間。使用如鋁、鎳或銀 的金屬形成第一電極104。在光入射表面是在基板101側(cè)的情況下，4可由氧 化錫銦等的透明電極形成第一電極10。優(yōu)選地，在半導(dǎo)體層102與第一電極 104接觸的一面上部分形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105。在半導(dǎo)體層102具有p-型 電導(dǎo)率情況下，用元素周期表中第13族的元素，如硼，摻雜第一雜質(zhì)半導(dǎo)體 層105，使其雜質(zhì)濃度提高，第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105具有p+型電導(dǎo)率。在光入 射在半導(dǎo)體層102側(cè)的情況下，第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105與光入射表面相背，第 一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105形成內(nèi)電場(也稱作背面場(BSF))。 BSF的結(jié)構(gòu)適合用于改 進光生載流子的外量子效率。這種結(jié)構(gòu)有效地作用于光伏器件，該器件中，光 電轉(zhuǎn)換層由O. 1-10，的半導(dǎo)體層102形成。注意到，可以省略第一雜質(zhì)半導(dǎo) 體層105。當提供下面描述的第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106時，該光伏器件可以發(fā)揮 功能。
半導(dǎo)體層102包括第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106，該層一部分在與第一雜質(zhì)半導(dǎo) 體層105相背的一面。形成的第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106具有與第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層 105相反的電導(dǎo)率類型。例如，在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105具有p-型電導(dǎo)率時， 第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106是具有n-型電導(dǎo)率的層。作為n-型雜質(zhì)，可使用元素 周期表第15族的元素，例如磷或砷?？梢酝ㄟ^離子注入法或離子摻雜法加入 所述雜質(zhì)元素。
第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106包括寬的帶一隙層106a，該層包含氫或以氟為典型 的鹵素，以及n-型或p-型雜質(zhì)。氫或以氟為典型的鹵素可分布在第二雜質(zhì)半 導(dǎo)體層106的整個部分上；但是，它們進行優(yōu)先分布，使靠近半導(dǎo)體層106表 面處的濃度較高。在任何情況中，第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106中的氫或鹵素的濃度 優(yōu)選地高于在半導(dǎo)體層102的厚度方向分布的半導(dǎo)體層102中心區(qū)的濃度。圖 1顯示第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106的表面層中的一個區(qū)域，其中氫或鹵素以寬的帶 —隙層106a那樣的高濃度分布。很明顯，不限制氫或鹵素在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體 層106中的分布，氫或鹵素可以分布在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106的整個部分上。 因為在靠近添加了雜質(zhì)元素的雜質(zhì)半導(dǎo)體層處產(chǎn)生用作為載流子阱的缺陷，因 此能使所含鹵素補償該缺陷，以提高轉(zhuǎn)換效率。200880011759.2
將包含濃度大于其他區(qū)域的氫或以氟為典型的鹵素的寬的帶一隙層106a 設(shè)置在半導(dǎo)體層102中的第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106的表面一側(cè)；因此，該區(qū)域的 能隙變寬。當寬的帶一隙層106a中的能隙變寬時，當光入射面在寬的帶一隙 層106a—側(cè)時，更多的光進入適合用于光電轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體層102;因此，可以 提高轉(zhuǎn)換效率。
第二電極107設(shè)置在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106上。在光入射表面在第二雜質(zhì)半 導(dǎo)體層106—側(cè)的情形中，第二電極107是由鋁、銀等形成的電極，并形成梳形， 或者第二電極107由銦錫氧化物等透明電極形成。在該結(jié)構(gòu)中，保護膜108優(yōu)選地 形成在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106上。保護膜108優(yōu)選地由氮化硅膜形成。保護膜108 還包括疊加的多個具有不同折射率的膜，使得可具有反射膜的功能。例如，可以使 用具有氮化硅膜和氟化鎂膜的疊加層結(jié)構(gòu)作為抗反射膜的結(jié)構(gòu)。在光入射表面在基 板101 —側(cè)的情形中，第二電極107可由諸如鋁的金屬形成。
圖2示出其中基板101設(shè)置有阻擋層109和接合層103的結(jié)構(gòu)。當提供阻擋 層109時，可防止半導(dǎo)體層102被污染。即，可防止諸如類似堿金屬或堿土金屬的 移動離子之類的雜質(zhì)從基板101擴散到半導(dǎo)體層102中。阻擋層109優(yōu)選地是氮化 硅、氮化鋁等的致密絕緣膜。在這種情形中，接合層103優(yōu)選設(shè)置在阻擋層109 上，而阻擋層109設(shè)置在基板101上。當接合層103也設(shè)置在基板101 —側(cè)時，可 使用氮化硅等的致密絕緣膜作為阻擋層109，可以和半導(dǎo)體層102形成有利的接 合。注意到其他要素類似于圖1中的那些要素。
圖3顯示的結(jié)構(gòu)中，在半導(dǎo)體層102中的第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105包含氫或 以氟為典型的鹵素。氫或以氟為典型的鹵素可分布在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105的 整個部分上。第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105包含寬的帶一隙層105a，該層包含氫或以 氟為典型的鹵素以及n-型或p-型雜質(zhì)。優(yōu)先分布寬的帶一隙層105a中的氫或 以氟為典型的鹵素，使它們在第一電極104—側(cè)的濃度較高。圖3示出的方式 中，包含較高濃度的氫或鹵素的寬的帶一隙層105a形成在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層 105的第一電極104側(cè)上，但是本發(fā)明不限于這種方式。氫或鹵素可以分布在 第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106的整個部分上。通過提高第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105中氫或 以氟為典型的鹵素的濃度，可以使寬的帶一隙層105a的能隙變寬。當?shù)谝浑s 質(zhì)半導(dǎo)體層105的能隙變寬時，背面場(BSF)強度提高，并可以改進光生載流 子的收集效率。此外，因為內(nèi)置電勢(built-in potential)(內(nèi)置電場)也增大， 因此可以改進光電轉(zhuǎn)換特性。在所有情況下，第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105a和第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106中的氫或鹵素的濃度較好地高于半導(dǎo)體層102的厚度方向分
布的半導(dǎo)體層102中心區(qū)域的濃度。注意到其他要素類似于圖1中的那些要素。 參照圖1至圖3描述了使用與基板101接合的半導(dǎo)體層102的光伏器件的 結(jié)構(gòu)，但是，該實施方式不限于這種結(jié)構(gòu)，可以通過在不同結(jié)構(gòu)中自由組合要 素來實施。此外，可以使用多晶半導(dǎo)體層替代單晶半導(dǎo)體層。
(實施方式1)
參照附圖描述光伏器件的制造方法，在該制造方法中，從單晶半導(dǎo)體基板 分離薄單晶半導(dǎo)體層并將該分離的單晶半導(dǎo)體層轉(zhuǎn)移到具有絕緣表面的基板上或 絕緣基板上。
圖4是與該實施方式有關(guān)的光伏器件的俯視圖。該光伏器件具有其中光入射 到設(shè)置在基板101上的半導(dǎo)體層102面的結(jié)構(gòu)。在基板101的周邊部分中，在半導(dǎo) 體層102上設(shè)置有開口的絕緣層110。在該半導(dǎo)體層102上形成具有梳形的第二電 極107。在與第二電極107相背一面上的提取電極111通過穿透絕緣層110和 半導(dǎo)體層102的接觸孔與第一電極電連接。
下面，參照對應(yīng)于圖4中A-B線的橫截面圖描述光伏器件的制造步驟。 如圖5A所示，表面保護膜113形成在單晶半導(dǎo)體基板112表面上。單晶 半導(dǎo)體基板112的典型例子是單晶硅，而具有鏡面拋光表面的硅晶片是合適的。 較好地，釆用化學(xué)氣相沉積方法由氧化硅或氮化硅形成表面保護膜113。通常 采用等離子體化學(xué)氣相沉積(CVD)法作為化學(xué)氣相沉積法。較好地設(shè)置表面保 護膜113，以保護單晶半導(dǎo)體基板112表面避免因離子引入而粗糙。較好地設(shè) 置表面保護膜113的厚度為50-200納米。將經(jīng)過電場加速的離子引入在表面 保護膜113的整個表面，使得在單晶半導(dǎo)體基板112中的預(yù)定深度形成分離層 114。
考慮被轉(zhuǎn)移至基板的半導(dǎo)體層的厚度進行離子引入。半導(dǎo)體層的厚度約為 0. 1-10 pm。為了在距離單晶半導(dǎo)體基板112的表面相對較大距離的位置形成分離 層114，通過80kV或更高的高電壓加速并且引入離子。離子優(yōu)選地以近似直角入 射在單晶半導(dǎo)體基板112的主平面上，可積極地利用溝道現(xiàn)象。例如，選擇單晶半 導(dǎo)體基板U2的晶面取向，使得離子垂直入射到晶軸<100>。此外，通過傾斜基板 可以控制引入的離子達到的深度。在分離層114上的區(qū)域是半導(dǎo)體層102。
可以通過引入氫或以氟為典型的鹵素形成分離層114。還可以引入如氦、
15氬或氪的稀有氣體的離子?？梢圆捎秒x子注入法或離子摻雜法引入離子。在單 晶半導(dǎo)體基板112中形成分離層114的情況下，優(yōu)先引入一種或多種由單一種
原子組成的不同物質(zhì)的離子。在引入氫離子時，氫離子較好地包括H+、 H/和H/ 離子，且H3+離子的比例較高，因為可縮短離子引入所需的時間。通過引入許多 原子的氫離子，在分離層114中形成硅的懸鍵，該懸鍵被終止以形成小孔隙(微 孔隙)。
通過以下方式形成分離層114:將稀有氣體的離子物質(zhì)引入單晶半導(dǎo)體基 板112，在引入該離子物質(zhì)的區(qū)域形成懸鍵，并引入氫使懸鍵和氫接合。這種 方法中，較好地引入大量的氫離子，使氫和硅在單晶半導(dǎo)體基板112中不僅形 成Si-H鍵還以高比例形成Si-H2鍵。因為與Si-H鍵相比，Si-H2鍵在低溫開始 釋放氫，因此可以在低溫進行半導(dǎo)體層102的分離。以任何速率，通過離子引 入形成的小孔隙可以是在硅晶體晶格之間的未鍵合的氫；因此，可以通過低溫 熱處理容易地分離半導(dǎo)體層102。
然后，如圖5B所示，在單晶半導(dǎo)體基板112的表面上摻雜薄的硼區(qū)域， 硼是能提供p-型電導(dǎo)率的雜質(zhì)元素，使得形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105。在此實 施方式的光伏器件中，將第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105設(shè)置在與光入射表面相背的面 上，使形成背面場(BSF)。
圖6示出引入的雜質(zhì)在分離層U4和第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105中的分布，所 述各層形成在單晶半導(dǎo)體基板112中。分離層114形成在距單晶半導(dǎo)體基板112 遠距離之處(由長虛線和短虛線標出的區(qū)域)，該區(qū)域中氫或如氟的鹵素的濃度 分布高于其他區(qū)域。第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105形成在單晶半導(dǎo)體基板112的表面 區(qū)域(用虛線標出的區(qū)域)，該區(qū)域中，作為提供P-型電導(dǎo)率的雜質(zhì)元素的硼的 濃度分布高于其他區(qū)域。
圖5C示出在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105上形成第一電極104的步驟。第一電 極104由如鋁、鎳或銀的金屬形成。采用真空沉積法或濺射法形成第一電極104， 使得其表面平坦化。
圖5D示出在第一電極104上設(shè)置覆蓋單晶半導(dǎo)體基板112的保護膜115 以及進一步形成接合層103的步驟。保護膜115優(yōu)選由氮化硅膜形成，以防止 雜質(zhì)污染。保護膜115可以防止如可移動離子或濕氣等雜質(zhì)的擴散污染半導(dǎo)體 層102。此外，保護膜115可以防止第一電極104在形成接合層103時發(fā)生氧 化。接合層103優(yōu)選由氧化硅膜形成。作為氧化硅膜，如上所述優(yōu)選使用通過化學(xué)氣相沉積法、使用有機硅烷形成的氧化硅膜?；蛘撸梢允褂猛ㄟ^化學(xué)氣 相沉積法、使用硅垸氣體形成的氧化硅膜。例如，在等于或小于350°C的膜形 成溫度下實施通過化學(xué)氣相沉積法形成膜，所述膜形成溫度是在單晶半導(dǎo)體基板中形成的分離層114中不發(fā)生脫氣的溫度。相反，在高于膜形成溫度的熱處理溫度下 實施熱處理，使半導(dǎo)體層從單晶半導(dǎo)體基板112分離。圖7A示出一個步驟，其中設(shè)置與形成在單晶半導(dǎo)體基板112上的接合層 103的表面密切接觸的基板101以使兩者相互接合。需充分清潔形成接合的表 面。然后，將基板101和接合層103設(shè)置為相互密切接觸，因而在它們之間形 成接合。通過如上所述的氫鍵合形成該接合。通過將基板101和單晶半導(dǎo)體基 板112相互壓在一起，可以進一步可靠地形成接合。為了形成良好的接合，可以對基板101和接合層103的一個表面或兩個表 面進行活化。例如，基板101和接合層103的一個表面或兩個表面可以通過用 原子束或離子束輻照要形成接合的表面進行活化。當使用原子束或離子束時， 可以使用氬氣等的稀有氣體的中性原子束或離子束?；蛘?，在要形成接合的表 面上進行等離子體輻照或自由基處理。這種表面處理甚至可以在200-40(TC的 溫度下促進在不同種類材料之間形成接合?；?01和單晶半導(dǎo)體基板112用插入其間的接合層103相互接合之后， 較好地進行熱處理或加壓處理。熱處理或加壓處理能夠提高接合強度。優(yōu)選地 在等于或低于基板101的上限溫度的條件下進行熱處理?？紤]到基板101和單 晶半導(dǎo)體基板112的耐壓性，進行加壓處理，以在垂直于接合表面的方向施加壓 力?？梢允褂名u素燈等進行加熱。在低溫進行激光輻射以提高接合強度。優(yōu) 選地，用于進行輻射的激光的波長在可見光至紫外光波長范圍。例如，進行準 分子激光輻射，或者使用準分子燈作為輻射紫外光的裝置，以提高接合強度。 在任何速率下，紫外光輻射可以促進接合部分的反應(yīng)并提高接合強度。在圖7B中，將基板101和單晶半導(dǎo)體基板112相互接合之后，進行熱處 理，使用分離層114作為解理平面將單晶半導(dǎo)體基板112與基板101分離。優(yōu) 選地，在形成接合層103的溫度至基板101的上限溫度之間的溫度范圍進行熱 處理。例如，當在400-60(TC進行熱處理時，在分離層114中形成的微小孔隙 的體積發(fā)生變化，能將單晶半導(dǎo)體基板112與其上留有半導(dǎo)體層102的基板101 分離。為形成分離層114而引入的包含氫或如氟的鹵素的寬的帶一隙層116留 在半導(dǎo)體層102的表面上。寬的帶一隙層116是能隙大于1. 12 eV的層，該能隙是硅的能隙，因為寬的帶一隙層116包含單晶半導(dǎo)體基板112的硅中的氫或鹵素。因為Si-H或Si-F的能隙大于Si-Si的能隙，所以寬的帶一隙層116不 可避免地具有較寬的能隙。分離的半導(dǎo)體層102的表面具有很小的不平整?？?以留下該不平整。期望微小不平整能抑制光反射。在將半導(dǎo)體層102的表面平 坦化的情況中，采用化學(xué)機械拋光(CMP)法對表面進行拋光。圖8A示出在與基板101接合的半導(dǎo)體層102上形成絕緣層110的步驟。 作為絕緣層110，優(yōu)選地通過化學(xué)氣相沉積法形成氮化硅膜或氧化硅膜。圖8B示出在絕緣層110中形成開口，并將通過該開口加入是n-型雜質(zhì)元 素的磷或砷以形成第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106的步驟。第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106用作 光入射面。在這種情況下，形成第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106，以包括寬的帶一隙層 116。寬的帶一隙層116是包含n-型雜質(zhì)元素以及氫或如氟的鹵素的層?？梢?形成第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106，以包含寬的帶一隙層116作為整個部分。此外， 第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106形成的深度可大于寬的帶一隙層116。在這種情況下， 通過以下方式可以防止寬的帶一隙層116中的氫被釋放，即，在半導(dǎo)體層102 的表面上形成氮化硅膜作為保護膜108，然后引入如磷或砷的n-型雜質(zhì)元素。圖9示出第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105、第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106和寬的帶一隙層 116a之間的關(guān)系的曲線圖，這些層形成在半導(dǎo)體層102中。由虛線標出n-型 雜質(zhì)元素在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106中的分布，由長虛線短虛線標出包含在寬的 帶一隙層116a中的氫或如氟的鹵素的分布。寬的帶一隙層1163是同時包含11-型雜質(zhì)元素和氫或如氟的鹵素的區(qū)域。氫或如氟的鹵素的濃度向著半導(dǎo)體基板 101的表面增高。圖IO是示出使用的帶模式的狀態(tài)的圖。根據(jù)此實施方式，如圖10所示， 寬的帶一隙層116的能隙寬度大于半導(dǎo)體層102中心部分的寬度。因此，當光 入射表面在寬的帶一隙層116側(cè)時，在半導(dǎo)體層102中可獲取更多的光。此外， 寬的帶一隙層116用作空穴阻擋層，可防止在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106中或其附 近產(chǎn)生的空穴流入寬的帶一隙層116，被電極吸收，并且消失。因此，可以提 高光生載流子的收集效率，即外量子效率。此外，通過在由半導(dǎo)體層102、第 一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105和第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106形成的半導(dǎo)體結(jié)點加入寬的帶一 隙層116，可以提高內(nèi)置電勢(內(nèi)置電場)。當接合層103和基板IOI彼此相對 時，將第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105設(shè)置在半導(dǎo)體層102在基板IOI側(cè)的區(qū)域中。圖8C示出形成第二電極107和與第一電極104連接的提取電極111的步驟。在形成穿過半導(dǎo)體層102的接觸孔后形成提取電極111?？捎射X、銀、鉛-錫(焊劑)等形成第二電極107和提取電極111。例如，可以采用絲網(wǎng)印刷方法 使用銀糊形成第二電極107和提取電極111。在上述方式中，可制造圖4所示的光伏器件。按照該實施方式，可以在等 于或低于700°C (優(yōu)選地，等于或低于50(TC)的處理溫度下制造單晶光伏器件。 也就是說，可以在上限溫度等于或低于70(TC時在大面積基板上制造包含單晶 半導(dǎo)體層的高效率光伏器件?？梢酝ㄟ^單晶半導(dǎo)體基板的外層分離獲得單晶半 導(dǎo)體層。因為可以重復(fù)使用單晶半導(dǎo)體基板，所以可以有效地利用資源。此外， 通過提供在光入射表面或其相背面加入氫或鹵素的雜質(zhì)半導(dǎo)體層，可以改進光 生載流子的收集效率，并提高光電轉(zhuǎn)換特性。(實施方式2)此實施方式描述在大面積基板上提供單晶半導(dǎo)體層的方法以及制造光伏 器件模塊的例子。光伏器件的制造步驟類似于在圖5A至8C中所示的步驟。將按照圖5A至5D中步驟制造的單晶半導(dǎo)體基板112與基板101接合。在 此，使用具有接合多個單晶半導(dǎo)體基板112的面積的基板作為基板101。用接 合層103將單晶半導(dǎo)體基板112固定在基板101上。將多個單晶半導(dǎo)體基板112 固定在基板IOI，然后進行熱處理以形成接合。當將單晶半導(dǎo)體基板112分離 時，將半導(dǎo)體層102設(shè)置在基板101上。圖11示出多個半導(dǎo)體層102與基板 101接合的狀態(tài)。圖12A和12B分別是沿圖11中C-D線和E-F線取得的橫截面 圖。半導(dǎo)體層102以一定距離設(shè)置在相鄰半導(dǎo)體層102之間。在以下步驟中， 可以把設(shè)置有多個半導(dǎo)體層102的基板101作為一個單元來處理以進行這些步 驟。進行圖8A和8B所示的步驟，以在半導(dǎo)體層102中形成第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層 106。在半導(dǎo)體層102上形成絕緣層IIO之后，在絕緣層110中形成開口。然 后，形成第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106。因為可以用離子摻雜設(shè)備形成第二雜質(zhì)半導(dǎo) 體層106，與逐個處理晶體半導(dǎo)體基板的情況相比，可以減少處理時間。然后， 形成保護膜108。圖13示出形成與第一電極104連接的接觸孔117的步驟。圖14A和14B 分別是沿圖13中C-D線和E-F線取得的橫截面圖。形成對保護膜108側(cè)敞開 的接觸孔117。通過用聚光的激光束輻照半導(dǎo)體層102，除去半導(dǎo)體層102以19露出第一電極104的表面或側(cè)面而形成接觸孔117。因為激光束可在基板101 上掃描，因此即使在設(shè)置多個半導(dǎo)體層102的情況中，形成接觸孔117所需的時間也可以較短。之后，如圖15所示形成第一電極104的提取電極111和第二電極107。圖 16A和16B分別是沿圖15中的C-D線和E-F線取得的橫截面圖。當形成提取電 極111以填充接觸孔117時，提取電極111可以與第一電極104連接?？捎射X、 銀、鉛-錫(焊劑)等形成第二電極107和提取電極111。例如，可以采用絲網(wǎng)印 刷方法使用銀糊形成第二電極107和提取電極111。在基板101上引入第二電 極107和提取電極111的情況下，可以形成連接端。在上述方式中，可以制造在一個基板上設(shè)置多個光伏器件的光伏器件模 塊。根據(jù)該實施方式，可以在等于或低于70(TC(優(yōu)選地，等于或低于50(TC) 的處理溫度下制造單晶光伏器件。也就是說，可以在等于或低于70(TC的上限 溫度下在大面積玻璃基板上制造包含單晶半導(dǎo)體層的高效率光伏器件模塊。(實施方式3)此實施方式描述了通過再使用已取下半導(dǎo)體層102的單晶半導(dǎo)體基板112 制造按實施方式1所述的光伏器件的步驟。圖17A示出一個步驟，其中在實施方式1中已用于形成半導(dǎo)體層102的單 晶半導(dǎo)體基板112上形成表面保護膜113，并通過引入氫或以氟為典型的囟素 的離子形成分離層114。可將如氦氣、氬氣或氪氣等稀有氣體的離子加入分離 層114。寬的帶一隙層116保留在單晶半導(dǎo)體基板112的表面。寬的帶一隙層 116是在前面過程中已形成為分離層并包含在該過程中保留的氫或鹵素的層。 在該過程中，優(yōu)選地用如CMP處理使單晶半導(dǎo)體基板112平坦化。然后，如圖17B所示，在單晶半導(dǎo)體基板112的表面上摻雜薄的硼區(qū)域， 形成第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105，硼作為提供p-型電導(dǎo)率的雜質(zhì)元素。形成第一雜 質(zhì)半導(dǎo)體層105以包含寬的帶一隙層116?？梢孕纬傻谝浑s質(zhì)半導(dǎo)體層105以 包含寬的帶一隙層116作為整個部分。此外，形成的第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105的 深度大于寬的帶一隙層116。圖18示出分離層114、第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105和寬的帶一隙層116a的關(guān) 系的曲線圖，這些層形成在單晶半導(dǎo)體基板112中。在距單晶半導(dǎo)體基板112 表面的遠距離處形成分離層114。由虛線標出p-型雜質(zhì)元素在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體20層105中的分布，由長虛線短虛線標出氫或如氟的囟素在寬的帶一隙層U6a中的分布。寬的帶一隙層116a是同時包含p-型雜質(zhì)元素和氫或如氟的鹵素的區(qū)域。氫或如氟的鹵素的濃度向著半導(dǎo)體基板101的表面增高。第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105設(shè)置在與光入射面相對的面上以形成背面電場(BSF)。
圖17C示出在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105上形成第一電極104的步驟。第一電極104由如鋁、鎳或銀的金屬形成。由真空沉積法或濺射法形成第一電極104，以具有平坦化的表面。
圖17D示出在第一電極104上進一步形成保護膜115以覆蓋單晶半導(dǎo)體基板112和進一步形成接合層103的步驟。優(yōu)選地由氧化硅膜形成接合層103。作為氧化硅膜，如上所述優(yōu)選地使用通過化學(xué)氣相沉積法使用有機硅垸氣體形成的氧化硅膜。或者，可以使用通過化學(xué)氣相沉積使用硅烷氣體形成的氧化硅膜。
然后，與實施方式l類似，使半導(dǎo)體層102與基板101接合。圖19A示出在與基板101接合的半導(dǎo)體層102上形成絕緣層110的步驟。作為絕緣層110，優(yōu)選地通過化學(xué)氣相沉積法形成氮化硅膜或氧化硅膜。為形成分離層114而引入的包含氫或如氟的鹵素的寬的帶一隙層116留在半導(dǎo)體層102的表面上。寬的帶一隙層116是能隙大于1.12 eV的層，該能隙是硅的能隙，因為寬的帶一隙層116包含單晶半導(dǎo)體基板112的硅中的氫或鹵素。
圖19B示出在絕緣層110中形成開口，并通過該開口加入是n-型雜質(zhì)元素的磷或砷以形成第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106的步驟。第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106用作光入射面。在這種情況下，形成第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106，以包括寬的帶一隙層116?？梢孕纬傻诙s質(zhì)半導(dǎo)體層106，以包含寬的帶一隙層116作為整個部分。此外，第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106形成的深度可大于寬的帶一隙層116。在這種情況下，通過以下方式可以防止釋放寬的帶一隙層116中的氫，g卩，在半導(dǎo)體層102的表面上形成氮化硅膜作為保護膜108，然后引入如磷或砷的n-型雜質(zhì)元素。
圖20是顯示第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105、第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106和寬的帶一隙層116a之間關(guān)系的曲線圖，這些層形成在半導(dǎo)體層102中。在與半導(dǎo)體層102相對的面上形成寬的帶一隙層116a。在圖20中，由虛線標出p-型雜質(zhì)元素在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105中的分布以及n-型雜質(zhì)元素在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106中的分布，由長虛線短虛線標出氫或如氟的鹵素在寬的帶一隙層116a中的分布。寬的帶一隙層116a是包含n-型或p-型雜質(zhì)元素以及氫或如氟的鹵素的區(qū)域。圖21是示出使用帶模式的狀態(tài)的圖。根據(jù)此實施方式，如圖21所示，第
一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105和處于第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106的外部的寬的帶一隙層116的能隙寬度大于半導(dǎo)體層102中心部分的寬度。因此，當光入射表面在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106上的寬的帶一隙層116側(cè)時，半導(dǎo)體層102中可獲取更多的光。此外，在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106上的寬的帶一隙層116用作空穴阻擋層，可防止在第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106中或其附近產(chǎn)生的空穴流入寬的帶一隙層116，被電極吸收，并且消失。此外，在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105面上的寬的帶一隙層116具有電子阻擋層的功能。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以在第一雜質(zhì)半導(dǎo)體層105和第二雜質(zhì)半導(dǎo)體層106的表面形成作為對電子和空穴的寬的帶一隙層116的阻擋層，使得防止光生載流子以相反方向擴散和被電極吸收。因此，可以提高光生載流子的收集效率，即外量子效率。
圖19C示出形成第二電極107和與第一電極104連接的提取電極111的步驟。在形成穿過半導(dǎo)體層102的接觸孔后形成提取電極111?？捎射X、銀、鉛-錫(焊劑)等形成第二電極107和提取電極111。例如，可以采用絲網(wǎng)印刷方法使用銀糊形成第二電極107和提取電極111。
在上述方式中，制造光伏器件。根據(jù)該實施方式，可以在等于或低于700t:(優(yōu)選地，等于或低于500"C)的處理溫度下制造單晶光伏器件。也就是說，可以制造在上限溫度等于或低于700。C的大面積基板上設(shè)置單晶半導(dǎo)體層的光伏器件。可以通過單晶半導(dǎo)體基板的外層分離獲得單晶半導(dǎo)體層。因為可以重復(fù)使用單晶半導(dǎo)體基板，所以可以有效地利用資源。此外，通過提供在半導(dǎo)體層102的光入射表面或其相背面加入氫或鹵素、具有寬的帶隙的雜質(zhì)半導(dǎo)體層，可以改進光生載流子的收集效率，并提高光電轉(zhuǎn)換特性。
此申請基于2007年4月13日向日本專利局提交的日本專利申請S/N.2007-106591，其整個內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。
權(quán)利要求
1.一種光伏器件，包括具有第一絕緣表面的基板；具有第二絕緣表面的絕緣層，其中，第二絕緣表面形成為與第一絕緣表面密切接觸；形成在絕緣層上的第一電極；形成在第一電極上的單晶半導(dǎo)體層；和形成在單晶半導(dǎo)體層上的第二電極，其中，單晶半導(dǎo)體層包含包含第一雜質(zhì)的第一雜質(zhì)層；形成在第一雜質(zhì)層和第二電極之間的第二雜質(zhì)層，其包含第二雜質(zhì)，其中，第一雜質(zhì)的第一電導(dǎo)率類型不同于第二雜質(zhì)的第二電導(dǎo)率類型，其中，第二雜質(zhì)層包含第一區(qū)域；和形成在第一區(qū)域和第二電極之間的第二區(qū)域，其中，氫或鹵素在第二區(qū)域中的濃度大于在第一區(qū)域的濃度，和其中，第二絕緣表面能形成親水表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其特征在于， 第二絕緣表面與第一絕緣表面通過范德瓦爾斯力或氫鍵接合。
3. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其特征在于， 第一電極的表面與單晶半導(dǎo)體層的表面密切接觸。
4. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其特征在于，第一電導(dǎo)率類型是p-型電導(dǎo)率類型，和 第二電導(dǎo)率類型是n-型電導(dǎo)率類型。
5. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其特征在于，單晶半導(dǎo)體層還包含在第二半導(dǎo)體和第一電極之間的第三層，其包含第三雜質(zhì)， 其中，第三雜質(zhì)的第三電導(dǎo)率類型不同于第二電導(dǎo)率類型，和 其中，第三雜質(zhì)的濃度大于第一雜質(zhì)的濃度。
6. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其特征在于，絕緣層包含氧化硅。
7. 如權(quán)利要求6所述的光伏器件，其特征在于， 采用化學(xué)氣相沉積方法使用有機硅烷氣體沉積氧化硅，和其中，有機硅烷氣體選自下組四乙氧基硅垸、三甲基硅烷、四甲基環(huán) 四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、六甲基二硅氮垸、三乙氧基硅垸和三(二甲基 氨基硅垸)。
8. 如權(quán)利要求1所述的光伏器件，其特征在于， 所述基板是選自下組的基板鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃和硼硅酸鋇玻璃。
9. 一種光伏器件，包括 具有第一絕緣表面的基板；具有第二絕緣表面的絕緣層，其中，第二絕緣表面形成為與第一絕緣表 面密切接觸；形成在絕緣層上的第一電極； 形成在第一電極上的單晶半導(dǎo)體層；和 形成在單晶半導(dǎo)體層上的第二電極， 其中，單晶半導(dǎo)體層包含包含第一雜質(zhì)的第一雜質(zhì)層；和形成在第一雜質(zhì)層和第二電極之間的第二雜質(zhì)層，其包含第二雜質(zhì)， 其中，第一雜質(zhì)的第一電導(dǎo)率類型不同于第二雜質(zhì)的第二電導(dǎo)率類型， 其中，第二雜質(zhì)層包含第一區(qū)域；和形成在第一區(qū)域和第二電極之間的第二區(qū)域， 其中，氫或鹵素在第二區(qū)域中的濃度大于在第一區(qū)域的濃度， 其中，第一雜質(zhì)層包含第三區(qū)域；和形成在第三區(qū)域和第二雜質(zhì)層之間的第四區(qū)域， 其中，氫或鹵素在第四區(qū)域的濃度高于在第三區(qū)域的濃度，和 其中，第二絕緣表面能形成親水表面。
10. 如權(quán)利要求9所述的光伏器件，其特征在于， 第二絕緣表面通過范德瓦爾斯力或氫鍵與第一絕緣表面接合。
11. 如權(quán)利要求9所述的光伏器件，其特征在于， 第一電極的表面與單晶半導(dǎo)體層的表面密切接觸。
12. 如權(quán)利要求9所述的光伏器件，其特征在于，第一電導(dǎo)率類型是p—型電導(dǎo)率類型，和第二電導(dǎo)率類型是n-型電導(dǎo)率類型。
13. 如權(quán)利要求9所述的光伏器件，其特征在于，單晶半導(dǎo)體層還包含在第二半導(dǎo)體和第一電極之間的第三層，其包含第三雜質(zhì)， 其中，第三雜質(zhì)的第三電導(dǎo)率類型不同于第二電導(dǎo)率類型，和 其中，第三雜質(zhì)的濃度大于第一雜質(zhì)的濃度。
14. 如權(quán)利要求9所述的光伏器件，其特征在于， 所述絕緣層包含氧化硅。
15. 如權(quán)利要求14所述的光伏器件，其特征在于， 采用化學(xué)氣相沉積方法使用有機硅垸氣體沉積氧化硅，其中，有機硅烷氣體選自下組四乙氧基硅垸、三甲基硅垸、四甲基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧烷、六甲基二硅氮垸、三乙氧基硅烷和三(二甲基 氨基硅烷)。
16. 如權(quán)利要求9所述的光伏器件，其特征在于，所述基板是選自下組的基板鋁硅酸鹽玻璃、鋁硼硅酸鹽玻璃和硼硅酸鋇玻璃。
17. —種制造光伏器件的方法，該方法包括以下步驟制備單晶半導(dǎo)體基板，該基板包含第一區(qū)域、與第一區(qū)域相鄰的第二區(qū)域、以及在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的第三區(qū)域； 將氫或囟素注入第一區(qū)域和第三區(qū)域；在注入步驟之后，通過化學(xué)氣相沉積法，使用有機硅垸氣體，在第二區(qū) 域上形成與之接觸的氧化硅膜；通過使絕緣表面與氧化硅膜密切接觸，使具有絕緣表面的基板與氧化硅 膜接合；在接合步驟之后，將第一區(qū)域與第三區(qū)域分離；和 在分離步驟之后，在第三區(qū)域加入雜質(zhì)元素。
18. 如權(quán)利要求17所述的制造光伏器件的方法，其特征在于，將通過等離子體激發(fā)方式使用氫氣或鹵素氣體產(chǎn)生的離子注入，進行氫 或鹵素摻雜。
19. 如權(quán)利要求18所述的制造光伏器件的方法，其特征在于，所述離子是H+、 H2+和H:,+ ，具有高比例的H二
20. 如權(quán)利要求17所述的制造光伏器件的方法，其特征在于， 有機硅垸氣體選自下組四乙氧基硅烷、三甲基硅垸、四甲基環(huán)四硅氧烷、八甲基環(huán)四硅氧垸、六甲基二硅氮垸、三乙氧基硅烷和三(二甲基氨基硅 垸)。
21. 如權(quán)利要求17所述的制造光伏器件的方法，其特征在于， 通過進行熱處理，在第一區(qū)域和第三區(qū)域之間產(chǎn)生裂解，從而將第一區(qū)域和第三區(qū)域分離。
22. 如權(quán)利要求21所述的制造光伏器件的方法，其特征在于， 在形成氧化硅膜的步驟中沒有釋放注入的氫或鹵素，和 在熱處理時釋放注入的氫或鹵素。
23. 如權(quán)利要求21所述的制造光伏器件的方法，其特征在于， 在等于或低于35(TC的溫度進行形成氧化硅膜的步驟，和 在等于或高于40(TC的溫度進行熱處理。
24. —種制造光伏器件的方法，該方法包括以下步驟 制備單晶半導(dǎo)體基板，該基板包含第一區(qū)域、與第一區(qū)域相鄰的第二區(qū)域、在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間的第三區(qū)域、以及在第二區(qū)域和第三區(qū)域之間 的第四區(qū)域；將氫或鹵素注入第一區(qū)域、第三區(qū)域和第二區(qū)域； 在注入步驟之后，在第二區(qū)域加入第一雜質(zhì)；在加入步驟之后，通過化學(xué)氣相沉積法，使用有機硅烷氣體，在第二區(qū) 域上形成與之接觸的氧化硅膜；通過使絕緣表面與氧化硅膜密切接觸，使具有絕緣表面的基板與氧化硅 膜接合；在接合步驟之后，使第一區(qū)域與第三區(qū)域分離；和 在分離步驟之后，在第三區(qū)域加入第二雜質(zhì)元素，其中，第一雜質(zhì)的第一電導(dǎo)率類型不同于第二雜質(zhì)的第二電導(dǎo)率類型。
25. 如權(quán)利要求24所述的制造光伏器件的方法，其特征在于，將通過等離子體激發(fā)方式使用氫氣或鹵素氣體產(chǎn)生的離子注入，進行氫或鹵素摻雜。
26. 如權(quán)利要求25所述的制造光伏器件的方法，其特征在于，所述離子是H+、 H2+和H/，具有高比例的H二
27. 如權(quán)利要求24所述的制造光伏器件的方法，其特征在于，所述有機硅院氣體選自下組四乙氧基硅烷、三甲基硅烷、四甲基環(huán)四硅氧垸、八甲基環(huán)四硅氧烷、六甲基二硅氮烷、三乙氧基硅烷和三(二甲基氨基硅垸)。
28. 如權(quán)利要求24所述的制造光伏器件的方法，其特征在于，通過進行熱處理，在第一區(qū)域和第三區(qū)域之間產(chǎn)生裂解，從而將第一區(qū)域和第三區(qū)域分離。
29. 如權(quán)利要求28所述的制造光伏器件的方法，其特征在于，在形成氧化硅膜的步驟中沒有釋放注入的氫或鹵素，和在熱處理時釋放注入的氫或鹵素。
30. 如權(quán)利要求28所述的制造光伏器件的方法，其特征在于，在等于或低于35(TC的溫度進行形成氧化硅膜的步驟，和在等于或高于40(TC的溫度進行熱處理。
全文摘要
一種光伏器件使用與單晶半導(dǎo)體基板或多晶半導(dǎo)體基板分離的單晶或多晶半導(dǎo)體層作為光電轉(zhuǎn)換層，并且具有SOI結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體層與具有絕緣表面的基板或絕緣基板接合。單晶半導(dǎo)體層是單晶半導(dǎo)體基板的分離的表面層部分并被轉(zhuǎn)移，該單晶半導(dǎo)體層被用作光電轉(zhuǎn)換層，且包含在光入射表面或者相背表面加入了氫或鹵素的雜質(zhì)半導(dǎo)體層。將該半導(dǎo)體層固定于具有絕緣表面的基板或絕緣基板。
文檔編號H01L31/04GK101657907SQ200880011759
公開日2010年2月24日 申請日期2008年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
發(fā)明者山崎舜平, 荒井康行 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所