(57)【要約】【課題】光電変換装置および光電変換装置モジュールの新規な作製方法を提供する。【解決手段】ベース基板上に、一表面上に絶縁層および第１電極が順次形成され、所定の深さの領域に脆化層が形成された第１導電型である複数の単結晶半導体基板を貼り合わせた後、脆化層を境として単結晶半導体基板を分割して、絶縁層、第１電極、および第１の単結晶半導体層が順次積層された複数の積層体を形成し、該積層体上に単結晶化した第２の単結晶半導体層、第２導電型である第２不純物半導体層を形成して第１の光電変換層を形成し、第３不純物半導体層、非単結晶半導体層、および第２導電型である第４不純物半導体層を順次形成して第２の光電変換層を形成し、第２電極を形成し、選択的にエッチングして、素子分離された光電変換セルを形成する。一の光電変換セルの第２電極から他の光電変換セルの第１電極へ延在する接続電極を形成する。【選択図】図２
2010034539.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単結晶半導体基板と、ベース基板と、を準備し、
前記複数の単結晶半導体基板は第１導電型であり、それぞれ、一表面上に第１電極および絶縁層が順に積層され、内部に脆化層が形成されており、
前記複数の単結晶半導体基板を、前記第１電極および前記絶縁層を間に介して、前記ベース基板上に間隔を隔てて配置し、前記絶縁層と前記ベース基板とを接合させることで、前記ベース基板上に前記複数の単結晶半導体基板を貼り合わせ、
て貼り合わせ、
前記脆化層を境として、前記複数の単結晶半導体基板をそれぞれ分割することで、前記ベース基板上に、前記絶縁層、前記第１電極、および前記第１導電型の第１の単結晶半導体層が順に積層された複数の積層体を形成し、
前記複数の積層体および隣接する前記積層体同士の隙間を覆うように、少なくとも前記積層体上に単結晶化した第２の単結晶半導体層を形成し、
前記第２の単結晶半導体層上に、前記第１導電型と逆の導電型である第２導電型の第２不純物半導体層を形成することで、前記第１の単結晶半導体層、前記第２の単結晶半導体層および前記第２不純物半導体層が積層された第１の光電変換層を形成し、
前記第２不純物半導体層上に、前記第１導電型の第３不純物半導体層、非単結晶半導体層、および前記第２導電型の第４不純物半導体層を順に積層して、第２の光電変換層を形成し、
前記第４不純物半導体層上に第２電極を形成し、
前記複数の積層体同士の隙間で分断され、且つ、前記複数の積層体それぞれが有する前記第１電極が部分的に露出するように、前記第２電極、前記第２の光電変換層、および前記第１の光電変換層を選択的にエッチングすることで、前記ベース基板上に間隔を隔てて配置された複数の光電変換セルを形成し、
隣接する前記光電変換セル同士の間に、一方の光電変換セルが有する第２電極から他方の光電変換セルが有する第１電極へ延在する接続電極を形成することを特徴とする光電変換装置モジュールの作製方法。
【請求項２】
複数の単結晶半導体基板と、ベース基板と、を準備し、
前記複数の単結晶半導体基板は第１導電型であり、それぞれ、一表面上に第１電極が形成され、内部に脆化層が形成されており、
前記ベース基板は一表面上に絶縁層が形成されており、
前記複数の単結晶半導体基板を、前記第１電極を間に介して、前記絶縁層が形成された前記ベース基板上に間隔を隔てて配置し、超音波接合により前記第１電極と前記絶縁層とを接合させることで、前記ベース基板上に前記複数の単結晶半導体基板を貼り合わせ、
貼り合わせ、
前記脆化層を境として、前記複数の単結晶半導体基板をそれぞれ分割することで、前記絶縁層が形成された前記ベース基板上に、前記第１電極、および第１導電型の第１の単結晶半導体層が順に積層された複数の積層体を形成し、
前記複数の積層体および隣接する前記積層体同士の隙間を覆うように、少なくとも前記積層体上に単結晶化した第２の単結晶半導体層を形成し、
前記第２の単結晶半導体層上に、前記第１導電型と逆の導電型である第２導電型の第２不純物半導体層を形成することで、前記第１の単結晶半導体層、前記第２の単結晶半導体層および前記第２不純物半導体層が積層された第１の光電変換層を形成し、
前記第２不純物半導体層上に、前記第１導電型の第３不純物半導体層、非単結晶半導体層、および前記第２導電型の第４不純物半導体層を順に積層して、第２の光電変換層を形成し、
前記第４不純物半導体層上に第２電極を形成し、
前記複数の積層体同士の隙間で分断され、且つ、前記複数の積層体それぞれが有する前記第１電極が部分的に露出するように、前記第２電極、前記第２の光電変換層、および前記第１の光電変換層を選択的にエッチングすることで、前記ベース基板上に間隔を隔てて配置された複数の光電変換セルを形成し、
隣接する前記光電変換セル同士の間に、一方の光電変換セルが有する第２電極から他方の光電変換セルが有する第１電極へ延在する接続電極を形成することを特徴とする光電変換装置モジュールの作製方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１電極はアルミニウムを用いて形成し、
前記絶縁層は、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、または酸化窒化シリコン層を用いて形成することを特徴とする光電変換装置モジュールの作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第２の単結晶半導体層は、前記複数の積層体および隣接する前記積層体同士の隙間を覆うように非単結晶半導体層を形成した後、熱処理を行うことにより形成することを特徴とする光電変換装置モジュールの作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
前記第２の単結晶半導体層は、前記複数の積層体および隣接する前記積層体同士の隙間を覆うように、プラズマＣＶＤ法を用いて半導体層を成膜することにより形成することを特徴とする光電変換装置モジュールの作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記脆化層は、前記単結晶半導体基板の内部に、水素、ヘリウム、またはハロゲンを導入して形成することを特徴とする光電変換装置モジュールの作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
前記脆化層は、多光子吸収を生じさせるレーザビームを用い、前記レーザビームの焦点を前記単結晶半導体基板の内部に合わせて前記レーザビームを走査することで形成することを特徴とする光電変換装置モジュールの作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至請求項７のいずれか一において、
前記ベース基板としては、ガラス基板を用いることを特徴とする光電変換装置モジュールの作製方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一において、
前記第１導電型はｎ型とし、
前記第２導電型はｐ型とすることを特徴とする光電変換装置モジュールの作製方法。
【請求項１０】
絶縁表面を有する同一基板上に、間隔を隔てて配置された複数の光電変換セルを備え、
前記複数の光電変換セルのそれぞれは、
前記基板上に絶縁層を間に介して設けられた第１電極と、
前記第１電極上に設けられ、第１導電型の第１の単結晶半導体層、第２の単結晶半導体層、および第２導電型の第２不純物半導体層が順に積層された第１ユニットセルと、
前記第１ユニットセル上に設けられ、前記第１導電型の第３不純物半導体層、非単結晶半導体層、および前記第２導電型の第４不純物半導体層が順に積層された第２ユニットセルと、
前記第２ユニットセル上に設けられた第２電極と、
前記第２電極上に選択的に設けられた補助電極と、
隣接する前記光電変換セル同士の間に、一方の光電変換セルが有する第２電極から他方の光電変換セルが有する第１電極へ延在する接続電極と、
を有することを特徴とする光電変換装置モジュール。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記接続電極は、前記補助電極と同一層であることを特徴とする光電変換装置モジュール。
【請求項１２】
請求項１０又は請求項１１において、
前記絶縁表面を有する同一基板は、ガラス基板であることを特徴とする光電変換装置モジュール。
【請求項１３】
請求項１０乃至請求項１２のいずれか一において、
前記第１導電型はｎ型であり、
前記第２導電型はｐ型であることを特徴とする光電変換装置モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、同一基板上に複数の光電変換装置が設けられた光電変換装置モジュールおよび光電変換装置モジュールの作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化の進行が深刻であり、クリーンなエネルギーが必要とされている。太陽電池に代表される光電変換装置は、次世代を担うエネルギーの代表格と見られており、近年その研究・開発は非常に活発で、市場も急拡大している。
【０００３】
光電変換装置のエネルギー源となる太陽光は無尽蔵で無料であり、二酸化炭素排出量の削減も見込まれるため、非常に魅力的である。しかしながら、十分な光電変換効率が達成できていないことや日照時間に影響されるなどの問題があり、商用コストも下がらず、一般への普及に障害となっている。そのため、光電変換装置の高効率化や低コスト化が求められている。
【０００４】
光電変換装置は、シリコン系材料や化合物系材料で作製することができ、市販品の主流は、バルク型結晶系シリコン太陽電池や薄膜型シリコン太陽電池などのシリコン系太陽電池である。バルク型単結晶シリコン太陽電池は、高効率化は達成されるが、単結晶シリコン基板で構成されるため、資源の消費量や生産コストがネックである。また、単結晶シリコン基板の大きさに依存されるため、大面積化も難しい。一方、薄膜型シリコン太陽電池は、プラズマＣＶＤ法などによりシリコン薄膜を形成して構成するため、バルク型と比較して省資源化、大面積化、および生産コストの削減を可能とするが、満足できる光電変換効率が得られていない。
【０００５】
高い光電変換効率を確保しつつ低コスト化および省資源化を図るため、結晶半導体に水素イオンを注入し、熱処理により、結晶半導体を切断して結晶半導体層を得る太陽電池の製造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。所定の元素を層状にイオン注入した結晶半導体を、絶縁層を形成した基板上に塗布した電極形成用ペーストの表面に貼り付けた後、３００℃〜５００℃で熱処理を行い、結晶半導体を電極に接着する。次に、５００℃〜７００℃の熱処理により結晶半導体に注入された所定の元素の領域に層状に分布する空隙を形成し、さらに熱歪みにより結晶半導体を空隙で分断し、電極上に結晶半導体層を得る。
【０００６】
また、広いスペクトルを持つ太陽光を有効利用するため、単位セルを積層する多層単位セル構造の太陽電池の研究が古くからされている。例えば、特許文献２では、結晶系単位セルにアモルファス単位セルを積層する異質単位セルのスタック型太陽電池が提案されている。
【０００７】
また、住宅用や商業用などに太陽光発電を用いるためには、単一の光電変換装置では起電力が足りないため、複数の光電変換装置（光電変換セル）を直列接続および／または並列接続してモジュール化する必要がある。例えば、透光性基板上に、電極層を間に介して、水素化アモルファスシリコンを含有する光電変換ユニットと結晶質シリコンを含有する光電変換ユニットとの積層体が形成され、該積層体が分離溝によって発電領域が区画され、これらが相互に直列接続してなる光電変換装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−３３５６８３号公報
【特許文献２】特開昭５９−１２４７７２号公報
【特許文献３】特開２００５−０３８９０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
アモルファスシリコン薄膜、微結晶シリコン薄膜、または多結晶シリコン薄膜は、プラズマＣＶＤ法などの化学的或いは物理的な各種の成長法を利用して形成される。そのため、アモルファスシリコン薄膜などで光電変換層を形成する場合は、シリコン薄膜を基板全面に成膜した後に、レーザ加工やフォトリソグラフィ法などを利用することで、光電変換セルの集積化を容易に行うことができた。しかしながら、単結晶シリコン薄膜は、各種成長法を利用して形成することは難しいため、同一基板上に単結晶シリコン薄膜を用いた光電変換セルを集積化することまでは検討が進んでいなかった。また、単結晶シリコン薄膜を用いたセル上に、非単結晶シリコン薄膜を用いたセルを積層した多重接合型光電変換装置モジュールの検討も進んでいなかった。
【００１０】
上述の問題を鑑み、本発明の一態様は、光電変換装置および光電変換装置モジュールの新規な作製方法を提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、光電変換効率が向上した光電変換装置および光電変換装置モジュールを提供することを目的の一とする。または、本発明の一態様は、半導体材料を有効利用する省資源型の光電変換装置および光電変換装置モジュールを提供することを目的の一とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の一態様は、同一基板上に、多重接合型光電変換セルが複数個設けられた光電変換装置モジュールであり、単結晶半導体基板を薄片化した単結晶半導体層を有するセルと、各種成長法により形成した非単結晶半導体層を有するセルと、が積層されて多重接合を形成している。
【００１２】
個々の光電変換セルは、単結晶半導体基板、代表的には単結晶シリコン基板を薄片化して、ボトムセルを構成する単結晶シリコン層を形成する。具体的には、同一基板上に、絶縁層および第１電極を間に介して、複数の単結晶シリコン基板を所定の間隔を隔てて貼り合わせる。複数の単結晶シリコン基板それぞれを薄片化し、表層の単結晶シリコン層を分離して、同一基板上に、絶縁層を間に介して、第１電極、単結晶シリコン層が順に形成された積層体を形成する。積層体は、上記貼り合わされた複数の単結晶シリコン基板と同じ配置となる。
【００１３】
所定の間隔を隔てて配置された複数の積層体において、複数の積層体および隣接する積層体同士の隙間を覆うように、少なくとも積層体上は単結晶化した半導体層を形成する。半導体層上に、積層体と半導体接合を形成する不純物半導体層を形成して、ボトムセルを構成する光電変換層を形成する。
【００１４】
さらに、ボトムセルを構成する光電変換層上を覆って、ｐｉｎ接合など半導体接合を形成する非単結晶半導体層の積層を形成して、トップセルを構成する光電変換層を形成する。そして、トップセル上に、第２電極層を形成する。
【００１５】
同一基板上に形成された、ボトムセルを構成する光電変換層、トップセルを構成する光電変換層、および第２電極層を選択的にエッチングして、素子分離された複数の光電変換セルを形成する。具体的には、積層体同士の隙間で分断されるよう、且つ、複数の積層体それぞれが有する第１電極が部分的に露出するように、ボトムセルを構成する光電変換層、トップセルを構成する光電変換層、および第２電極層を選択的にエッチングして、所定の間隔を隔てて配置された複数の光電変換セルを形成する。
【００１６】
隣接する光電変換セル同士の間に、一方の光電変換セルが有する第２電極から他方の光電変換セルが有する第１電極へ延在する接続電極を形成して、電気的に直列に接続する光電変換装置モジュールを作製する。
【００１７】
本発明の一態様は、第１導電型であり、それぞれ、一表面上に第１電極および絶縁層が順に積層され、内部に脆化層が形成された複数の単結晶半導体基板と、ベース基板と、を準備する。複数の単結晶半導体基板を、第１電極および絶縁層を間に介して、ベース基板上に間隔を隔てて配置し、絶縁層とベース基板とを接合させることで、ベース基板上に複数の単結晶半導体基板を貼り合わせる。脆化層を境として、複数の単結晶半導体基板を分割することで、ベース基板上に、絶縁層、第１電極、および第１導電型の第１の単結晶半導体層が順に積層された複数の積層体を形成する。該複数の積層体および隣接する積層体同士の隙間を覆うように、少なくとも積層体上は単結晶化した第２の単結晶半導体層を形成し、第２の単結晶半導体層上に第２導電型の第２不純物半導体層を形成することで、第１の単結晶半導体層、第２の単結晶半導体層および第２不純物半導体層が積層された第１の光電変換層を形成し、第２不純物半導体層上に、第１導電型の第３不純物半導体層、非単結晶半導体層、および第２導電型の第４不純物半導体層を順に積層して、第２の光電変換層を形成し、第４不純物半導体層上に第２電極を形成し、積層体同士の隙間で分断され、且つ、積層体それぞれが有する第１電極が部分的に露出するように、第２電極、第２の光電変換層、および第１の光電変換層を選択的にエッチングすることで、ベース基板上に間隔を隔てて配置された複数の光電変換セルを形成し、隣接する光電変換セル同士の間に、一方の光電変換セルが有する第２電極から他方の光電変換セルが有する第１電極へ延在する接続電極を形成する光電変換装置モジュールの作製方法である。
【００１８】
本発明の一態様は、第１導電型であり、それぞれ、一表面上に第１電極が形成され、内部に脆化層が形成された複数の単結晶半導体基板と、一表面上に絶縁層が形成されたベース基板と、を準備する。複数の単結晶半導体基板を、第１電極を間に介して、絶縁層が形成されたベース基板上に間隔を隔てて配置し、超音波接合により、第１電極と絶縁層とを接合させることで、ベース基板上に複数の単結晶半導体基板を貼り合わせる。脆化層を境として、複数の単結晶半導体基板を分割することで、絶縁層が形成されたベース基板上に、第１電極、および第１導電型である第１の単結晶半導体層が順に積層された複数の積層体を形成する。複数の積層体および隣接する積層体同士の隙間を覆うように、少なくとも積層体上は単結晶化した第２の単結晶半導体層を形成し、第２の単結晶半導体層上に第２導電型の第２不純物半導体層を形成することで、第１の単結晶半導体層、第２の単結晶半導体層および第２不純物半導体層が積層された第１の光電変換層を形成し、第２不純物半導体層上に、第１導電型の第３不純物半導体層、非単結晶半導体層、および第２導電型の第４不純物半導体層を順に形成して、第２の光電変換層を形成し、第４不純物半導体層上に第２電極を形成し、積層体同士の隙間で分断され、且つ、積層体それぞれが有する第１電極が部分的に露出するように、第２電極、第２の光電変換層、第１の光電変換層を選択的にエッチングすることで、ベース基板上に間隔を隔てて配置された複数の光電変換セルを形成し、隣接する光電変換セル同士の間に、一方の光電変換セルが有する第２電極から他方の光電変換セルが有する第１電極へ延在する接続電極を形成する光電変換装置モジュールの作製方法である。
【００１９】
超音波接合により第１電極と絶縁層を接合させる構成において、第１電極はアルミニウムを用いて形成し、絶縁層は、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、または酸化窒化シリコン層を用いて形成するが好ましい。
【００２０】
上記構成において、第２の単結晶半導体層は、複数の積層体および隣接する積層体同士の隙間を覆うように非単結晶半導体層を形成した後、熱処理を行うことにより固相成長させて結晶性を向上させることにより形成することができる。または、第２の単結晶半導体層は、複数の積層体上および隣接する積層体同士の隙間を覆うように、プラズマＣＶＤ法を用いて成膜する半導体層を気相成長させることにより形成することができる。
【００２１】
また、上記構成において、脆化層は、単結晶半導体基板の内部に、水素、ヘリウム、またはハロゲンを導入して形成することができる。または、脆化層は、多光子吸収を生じさせるレーザビームを用い、該レーザビームの焦点を単結晶半導体基板の内部に合わせてレーザビームを走査することで形成することができる。
【００２２】
また、上記構成において、ベース基板としては、ガラス基板を用いることが好ましい。
【００２３】
また、上記構成において、第１導電型はｎ型とし、第２導電型はｐ型とすることが好ましい。
【００２４】
本発明の他の一態様は、絶縁表面を有する同一基板上に、間隔を隔てて配置された複数の光電変換セルを備え、該複数の光電変換セルのそれぞれは、基板上に絶縁層を間に介して設けられた第１電極と、該第１電極上に設けられ、第１導電型の第１の単結晶半導体層、第２の単結晶半導体層、および第２導電型の第２不純物半導体層が順に積層された第１ユニットセルと、第１ユニットセル上に設けられ、第１導電型の第３不純物半導体層、非単結晶半導体層、および第２導電型の第４不純物半導体層が順に積層された第２ユニットセルと、第２ユニットセル上に設けられた第２電極と、第２電極上に選択的に設けられた補助電極と、隣接する光電変換セル同士の間に、一方の光電変換セルが有する第２電極から他方の光電変換セルが有する第１電極へ延在する接続電極と、を有する光電変換装置モジュールである。
【００２５】
上記構成において、接続電極は、補助電極と同一層であることが好ましい。また、絶縁表面を有する同一基板はガラス基板であることが好ましい。
【００２６】
また、上記構成において、第１導電型はｎ型であり、第２導電型はｐ型であることが好ましい。
【００２７】
なお、本明細書において、「多重接合型」とは、単位セルが複数層積み重ねられたことを意味する。その他、積層型（タンデム型、スタック型）、マルチジャンクション型とも言われる。
【００２８】
また、本明細書における「単結晶」とは、結晶面、結晶軸が揃っている結晶であり、それを構成している原子又は分子が空間的に規則正しい配列になっているものをいう。もっとも、単結晶は原子が規則正しく配列することによって構成されるものであるが、一部にこの配列の乱れがある格子欠陥を含むもの、意図的又は非意図的に格子歪みを有するものなどの規則性の乱れを除外するものではない。
【００２９】
なお、本明細書における「脆化層」とは、分割工程で、単結晶半導体基板が、単結晶半導体層と剥離基板（単結晶半導体基板）とに分割される領域及びその近傍のことを示す。「脆化層」を形成する手段によって「脆化層」の状態は異なるが、例えば、「脆化層」は、局所的に結晶構造が乱され、脆弱化された領域である。なお、場合によっては単結晶半導体基板の表面側から「脆化層」までの領域も多少脆弱化される場合があるが、本明細書の「脆化層」は後に分割される領域及びその付近を指すものとする。
【００３０】
また、本明細書における「光電変換層」とは、光電効果（内部光電効果）を発現する半導体の層を含む他、内部電界や半導体接合を形成するために接合された不純物半導体層を含めたものをいう。すなわち、光電変換層とは、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合などを代表例とする接合が形成された半導体層をいう。
【００３１】
また、本明細書において「第１」、「第２」、「第３」又は「第４」等の数詞の付く用語は、要素を区別するために便宜的に付与しているものであり、数的に限定するものではなく、また配置及び段階の順序を限定するものでもない。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の一態様によれば、単結晶半導体層を有するセルと、非単結晶半導体層を有するセルと、が積層された多重接合型の光電変換装置が集積化された、新規な光電変換装置モジュールおよび光電変換装置モジュールの作製方法を提供することができる。または、単結晶半導体基板を薄片化して形成した単結晶半導体層でセルを形成することができるため、光電変換効率の向上および省資源化を図った光電変換装置を提供することができる。または、高効率化および省資源化が図られた光電変換装置を集積化した光電変換装置モジュールを提供することができるため、優れた光電変換特性を達成して所望の電力を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールを示す平面の模式図。
【図２】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールを示す断面の模式図。
【図３】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールの作製方法を示す断面図。
【図４】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールの作製方法を示す断面図。
【図５】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールの作製方法を示す断面図。
【図６】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールの作製方法を示す断面図。
【図７】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールの作製方法を示す断面図。
【図８】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールの作製方法を示す平面図。
【図９】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールの作製方法を示す平面図。
【図１０】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールの作製方法を示す平面図。
【図１１】円形の単結晶半導体基板から所定の形状の単結晶半導体基板を切り出す例を説明する図。
【図１２】本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールの作製に適用できるプラズマＣＶＤ装置の図。
【図１３】複数の反応室を備えたマルチ・チャンバー・プラズマＣＶＤ装置の構成を示す図。
【図１４】光電変換装置モジュールの別形態の作製方法を示す断面図。
【図１５】脆化層の別形態の作製方法を示す断面図。
【図１６】光電変換装置モジュールの別形態の作製方法を示す断面図。
【図１７】光電変換装置モジュールの別形態の作製方法を示す断面図。
【図１８】光電変換装置モジュールの別形態の作製方法を示す断面図。
【図１９】別形態の光電変換装置モジュールを示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
本発明の実施の形態について、図面を用いて以下に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態および詳細をさまざまに変更しうることは当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の構成において、同じものを指す符号は異なる図面間で共通して用いる。
【００３５】
（実施の形態１）
本発明の一態様は、単結晶半導体層を有するセルと、非単結晶半導体層を有するセルと、が積層された光電変換セル（または光電変換装置）が、同一基板上に複数設けられた光電変換装置モジュールである。単結晶半導体層を有するセルと、非単結晶半導体層を有するセルと、の積層で、多重接合が形成される。
【００３６】
図１に、同一基板上に複数の光電変換セルが設けられ、複数の光電変換セルが直列接続および／または並列接続された光電変換装置モジュールの平面の模式図を示す。また、図１中の切断線ＸＹに対応する断面の模式図の一例を図２に示す。ここでは、絶縁表面を有する同一基板上に、所定の間隔を隔てて、面状の光電変換セルが複数配置された例を図示している。また、いくつかの光電変換セルをひとまとまりとして直列接続し、さらにその直列接続した光電変換セルのまとまり同士を並列接続した例を図示している。さらに、直列接続および／または並列接続した光電変換セルが発電した電力を取り出す正負極端子が設けられた例を図示している。なお、基板上に設ける光電変換セルの個数、光電変換セルの面積、光電変換セル同士の直列接続あるいは並列接続の方法、直列接続する光電変換セルの個数や並列接続する光電変換セルの個数、光電変換装置モジュールからの電力の取り出し方法などは任意であり、所望の電力（および電流、電圧）や設置場所などに応じて、実施者が適宜設計する。
【００３７】
本形態では、絶縁表面を有する同一基板として、ベース基板１１０上に、面状である光電変換セル１４０ａ、光電変換セル１４０ｂ、光電変換セル１４０ｃ、光電変換セル１４０ｄ、光電変換セル１４０ｅ、光電変換セル１４０ｆが、所定の間隔を隔てて６つ配置されている例を示している。光電変換セル１４０ａ〜光電変換セル１４０ｆにおいて隣接する光電変換セル同士は相互に接続されており、ここでは、直列に接続された３つの光電変換セルが２組配置され、該２組の光電変換セルのグループが並列接続されている例を示している。
【００３８】
光電変換セル１４０ａ〜光電変換セル１４０ｆの平面形状は特に限定されず、正方形を含む矩形状、多角形状、または円形状とすることができる。例えば、光電変換セル１４０ａ〜光電変換セル１４０ｆは、およそ１０ｃｍ×１０ｃｍの面状とする。また、隣接する光電変換セル同士の隙間は、およそ１ｍｍとする。
【００３９】
ベース基板１１０は、本発明の一態様に係る光電変換装置の作製プロセスに耐えうるものであれば特に限定されず、例えば絶縁表面を有する基板若しくは絶縁基板が用いられる。なお、ベース基板１１０側から光を入射する場合は、透光性を有する基板を用いる。具体的には、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスのような電子工業用に使われる各種ガラス基板、石英基板、セラミック基板、又はサファイヤ基板などが挙げられる。大面積化が可能で、安価なガラス基板を用いると、低コスト化や生産性向上が可能となり好ましい。例えば、液晶ディスプレイ用ガラス基板として流通しており、第１世代と呼ばれる３００ｍｍ×４００ｍｍから、第３世代の５５０ｍｍ×６５０ｍｍ、第４世代の７３０ｍｍ×９２０ｍｍ、第５世代の１０００ｍｍ×１２００ｍｍ、第６世代の２４５０ｍｍ×１８５０ｍｍ、第７世代の１８７０ｍｍ×２２００ｍｍ、第８世代の２０００ｍｍ×２４００ｍｍなどの大面積基板をベース基板１１０として用いることもできる。
【００４０】
光電変換セル１４０ａ〜光電変換セル１４０ｆは、それぞれ、ベース基板１１０上に、絶縁層１１２を間に介して第１電極１１４が設けられ、該第１電極１１４上に単結晶半導体層を有する第１ユニットセル１２０が設けられ、該第１ユニットセル１２０上に非単結晶半導体層を有する第２ユニットセル１３０が設けられている。そして、第２ユニットセル１３０上に第２電極１４２が設けられ、該第２電極１４２上に補助電極１４４が設けられている。第１ユニットセル１２０および第２ユニットセル１３０は、第１電極１１４と第２電極１４２とでなる一対の電極間に挟持されている。ここでは、第２電極１４２側を光入射面とする。そのため、第２電極１４２上に設ける補助電極１４４は選択的に設けることが好ましく、例えば、上面から見て櫛状、櫛歯状、または格子状などに設ける。
【００４１】
第１ユニットセル１２０は、第１導電型の第１不純物半導体層１２２ｎ＋と、単結晶半導体層１２４ｉと、第２導電型の第２不純物半導体層１２６ｐと、が順に積層された構成を有する。第１ユニットセル１２０を構成する第１不純物半導体層１２２ｎ＋を含む単結晶半導体層の厚さは、１μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは２μｍ以上８μｍ以下とする。
【００４２】
第１不純物半導体層１２２ｎ＋は、単結晶半導体基板を薄片化した単結晶半導体層で形成される。代表的には、単結晶シリコン基板を薄片化した単結晶シリコン層で第１不純物半導体層１２２ｎ＋を形成する。本形態では、第１導電型である単結晶半導体基板を薄片化して形成した単結晶半導体層を、内部電界や半導体接合を形成するために形成する第１不純物半導体層１２２ｎ＋とする。また、単結晶半導体基板に代えて多結晶半導体基板（代表的には多結晶シリコン基板）を用いることもできる。この場合、第１不純物半導体層１２２ｎ＋は多結晶半導体（代表的には多結晶シリコン）で形成される。
【００４３】
単結晶半導体層１２４ｉは、固相成長または気相成長などのエピタキシャル成長技術により、単結晶半導体基板を薄片化した単結晶半導体層を結晶成長させて形成する。
【００４４】
なお、第１不純物半導体層１２２ｎ＋は第１導電型の単結晶半導体層であるため、第１導電型の第１の単結晶半導体層（第１不純物半導体層１２２ｎ＋）と、第２の単結晶半導体層（単結晶半導体層１２４ｉ）との積層が形成される。
【００４５】
第２ユニットセル１３０は、第１導電型の第３不純物半導体層１３２ｎと、非単結晶半導体層１３４ｉと、第２導電型の第４不純物半導体層１３６ｐと、が順に積層された構成を有する。第２ユニットセル１３０を構成する非単結晶半導体層１３４ｉの厚さは、０．１μｍ以上０．５μｍ以下、好ましくは０．２μｍ以上０．３μｍ以下とする。
【００４６】
非単結晶半導体層１３４ｉは、化学気相成長（ＣＶＤ；Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、代表的にはプラズマＣＶＤ法により、非晶質半導体（代表的には非晶質シリコン）または微結晶半導体（代表的には微結晶シリコン）を形成する。具体的には、半導体材料ガスを反応ガスとして用い、プラズマＣＶＤ装置を用いて非単結晶半導体層を形成することができる。半導体材料ガスとしては、シラン、ジシランに代表される水素化シリコン、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＨＣｌ３、ＳｉＣｌ４等の塩化シリコン、又はＳｉＦ４等のフッ化シリコンを用いることができる。また、非単結晶半導体層は、半導体材料ガスを希釈ガスで希釈した反応ガスを用いて形成することができる。希釈ガスの代表例は水素であり、その他、ヘリウム、アルゴン、クリプトン及びネオンから選ばれた一種または複数種の希ガス元素を希釈ガスとして用いることができる。また、希釈ガスとして、複数種（例えば水素とアルゴン）を組み合わせて用いることもできる。非単結晶半導体層は、上記反応ガスを用い、電力周波数１ＭＨｚ以上２００ＭＨｚ以下の高周波電力を印加してプラズマを生成するプラズマＣＶＤ装置により形成することができる。また、高周波電力に代えて電力周波数１ＧＨｚ以上５ＧＨｚ以下、代表的には２．４５ＧＨｚのマイクロ波電力を印加しても良い。例えば、プラズマＣＶＤ装置の反応室内において、水素化シリコン（代表的にはシラン）と水素とを混合し、グロー放電プラズマにより形成することができる。グロー放電プラズマの生成は、１ＭＨｚ以上２０ＭＨｚ以下、代表的には１３．５６ＭＨｚの高周波電力、又は２０ＭＨｚより大きく１２０ＭＨｚ程度までの高周波電力、代表的には２７．１２ＭＨｚ、６０ＭＨｚを印加することで行われる。基板の加熱温度は１００℃以上３００℃以下、好ましくは１２０℃以上２２０℃以下で行う。各種ガスの流量、印加する電力などの成膜条件を変えることで、微結晶半導体または非晶質半導体を形成することができる。
【００４７】
ここで、非単結晶半導体層１３４ｉは、真性又は実質的に真性である単結晶半導体以外の半導体層であり、非単結晶半導体層１３４ｉに含まれるｐ型若しくはｎ型を付与する不純物が１×１０２０／ｃｍ３以下の濃度であり、酸素及び窒素が９×１０１９／ｃｍ３以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が１００倍以上である半導体を指す。非単結晶半導体層１３４ｉには、ホウ素が１ｐｐｍ〜１０００ｐｐｍ添加されていてもよい。すなわち、非単結晶半導体層１３４ｉには、価電子制御を目的とした不純物元素を意図的に添加しないときに弱いｎ型の電気伝導性を示すので、ｐ型を付与する不純物元素を成膜と同時に、或いは成膜後に添加されるものがある。ｐ型を付与する不純物元素としては、代表的にはホウ素であり、非単結晶半導体層に含まれるｐ型不純物の濃度は概略１×１０１４／ｃｍ３〜６×１０１６／ｃｍ３である。
【００４８】
第２不純物半導体層１２６ｐ、第３不純物半導体層１３２ｎ、第４不純物半導体層１３６ｐは、非単結晶半導体層１３４ｉと同様に形成することができ、反応ガスとともに、ｎ型を付与する不純物元素またはｐ型を付与する不純物元素を含むドーピングガスを混合することで、ｎ型またはｐ型の不純物半導体層を形成することができる。例えば、ｐ型を付与するドーピングガス（例えばジボランなど）を混合してｐ型の不純物半導体層を形成する。また、ｎ型を付与するドーピングガス（例えばフォスフィンなど）を混合することで、ｎ型の不純物半導体層を形成することができる。
【００４９】
第１ユニットセル１２０が有する第１導電型の第１不純物半導体層１２２ｎ＋および第２導電型の第２不純物半導体層１２６ｐは、一方がｎ型半導体であり、他方がｐ型半導体である。第１導電型は、第２導電型の逆導電型である。ｎ型半導体は、ｎ型を付与する不純物元素を含む半導体層である。ｎ型を付与する不純物元素としては、代表的には周期表第１５族元素であるリン、ヒ素、またはアンチモンなどが挙げられる。ｐ型半導体は、ｐ型を付与する不純物元素を含む半導体層である。ｐ型を付与する不純物元素としては、代表的には周期表第１３族元素であるボロンまたはアルミニウムなどが挙げられる。同様に、第２ユニットセル１３０が有する第１導電型の第３不純物半導体層１３２ｎおよび第２導電型の第４不純物半導体層１３６ｐは、一方がｎ型半導体であり、他方がｐ型半導体である。本形態では、ｎ型の単結晶半導体基板を薄片化して、ｎ型の単結晶半導体層である第１不純物半導体層１２２ｎ＋を形成する。また、ｎ型を付与する不純物元素を含むｎ型の第３不純物半導体層１３２ｎを形成する。また、ｐ型を付与する不純物元素を含むｐ型の第２不純物半導体層１２６ｐおよびｐ型の第４不純物半導体層１３６ｐを形成する。本形態の第１ユニットセル１２０は、第１導電型の第１不純物半導体層１２２ｎ＋、単結晶半導体層１２４ｉ、および第２導電型の第２不純物半導体層１２６ｐで、ｎｉｐ（またはｐｉｎ）接合を形成している。また、第２ユニットセル１３０は、第１導電型の第３不純物半導体層１３２ｎ、非単結晶半導体層１３４ｉ、および第２導電型の第４不純物半導体層１３６ｐで、ｎｉｐ（またはｐｉｎ）接合を形成している。第１ユニットセル１２０と第２ユニットセル１３０との接合部ではｐｎ接合が形成される。第１ユニットセル１２０と第２ユニットセル１３０との接合部をｐｎ接合とすることで、接合界面に再結合中心が形成され、再結合電流が流れる。
【００５０】
第１ユニットセル１２０を構成する単結晶半導体層１２４ｉとして代表的には単結晶シリコンが適用され、そのバンドギャップは１．１ｅＶである。また、第２ユニットセル１３０を構成する非単結晶半導体層１９４ｉとして代表的には非晶質シリコンが適用され、そのバンドギャップは１．６ｅＶ乃至１．８ｅＶの範囲である。第２ユニットセル１３０は、単結晶半導体層１２４ｉよりもバンドギャップが広い光電変換層を有している。そのため、第１ユニットセル１２０により長波長域光を利用して発電することができ、第２ユニットセル１３０により短波長域光を利用して発電することができる。太陽光は広範囲の波長帯域を有するため、本形態の構成にすることで、効率よく発電を行うことができる。また、波長の感度帯域の異なるユニットセルを積層し、光入射側に短波長域の感度が良いユニットセルを配置するため、発電効率を向上させることができる。
【００５１】
図２では、隣接する光電変換セル１４０ｄと光電変換セル１４０ｅが配置された例を示している。隣接する光電変換セル１４０ｄと光電変換セル１４０ｅとは、一方の光電変換セル（ここでは光電変換セル１４０ｄ）の第１電極１１４と、他方の光電変換セル（光電変換セル１４０ｅ）の第２電極１４２との間を延在する接続電極１４６によって、電気的に直列に接続されている。なお、光電変換セル１４０ｅは、該光電変換セル１４０ｅの第２電極１４２と接する接続電極１４６と、該光電変換セル１４０ｅの第１電極１１４との間に単結晶半導体層１２４ｉが存在することで、光電変換セル１４０ｅが短絡することを防いでいる。また、接続電極１４６は、補助電極１４４と同一層で形成される。
【００５２】
上述のように、本形態に係る光電変換セルは、波長の感度帯域の異なるユニットセルを積層しているため発電効率が向上しており、さらに光電変換セルを直列接続することで、所望の電力を効率よく発電させることができる。
【００５３】
次に、本発明の一態様に係る光電変換装置モジュールの作製方法について、図面を参照して説明する。
【００５４】
単結晶半導体基板１０１を準備する（図３（Ａ）参照）。
【００５５】
単結晶半導体基板１０１としては、代表的には単結晶シリコン基板を適用する。その他、公知の単結晶半導体基板を適用することもでき、例えば単結晶ゲルマニウム基板、単結晶シリコンゲルマニウム基板などを適用することができる。また、単結晶半導体基板１０１の代わりに多結晶半導体基板を適用することもでき、代表的には多結晶シリコン基板を適用することができる。よって、単結晶半導体基板の代わりに多結晶半導体基板を適用した場合、以下の説明における「単結晶半導体」は「多結晶半導体」に置き換えることが可能である。
【００５６】
単結晶半導体基板１０１としては、ｎ型単結晶半導体基板またはｐ型単結晶半導体基板を用いることができる。さらに、高濃度ｎ型単結晶半導体基板、高濃度ｐ型単結晶半導体基板を用いることができる。例えば、ｎ型単結晶半導体基板のｎ型不純物濃度は１×１０１４ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度、比抵抗は１×１０−１Ω・ｃｍ乃至１０Ω・ｃｍ程度であり、高濃度ｎ型単結晶半導体基板の不純物濃度は１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３乃至１×１０２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度、比抵抗は１×１０−３Ω・ｃｍ乃至１×１０−１Ω・ｃｍ程度である。本形態では、単結晶半導体基板１０１として、高濃度ｎ型単結晶半導体基板を用いる例を示す。以下、本明細書では、高濃度ｎ型および高濃度ｎ領域はｎ＋型およびｎ＋領域、高濃度ｐ型および高濃度ｐ領域はｐ＋型およびｐ＋領域とも表記する。
【００５７】
なお、高濃度ｎ型単結晶半導体基板または高濃度ｐ型単結晶半導体基板は、単結晶インゴットの段階で濃度が調節されたものを用いることができる。また、単結晶インゴットから切り出した単結晶半導体基板に対して、ｎ型またはｐ型を付与する不純物元素を導入し、濃度を調節することもできる。ｎ型またはｐ型を付与する不純物元素の導入は、イオンドーピング法、気相熱拡散法または液相塗布法などを適用し、単結晶半導体基板に不純物元素を均一に拡散させる。
【００５８】
単結晶半導体基板１０１のサイズ（面積、平面形状、及び厚さなど）は、光電変換装置を製造する工程で使用する装置の仕様等に合わせればよい。例えば、単結晶半導体基板１０１の平面形状は、一般に流通している円形状の基板や、所望の形状に加工した基板を適用することができる。
【００５９】
ここで、単結晶半導体基板１０１の加工例を説明する。例えば、図１１（Ａ）〜図１１（Ｄ）に示す単結晶半導体基板１０１を適用することができる。
【００６０】
図１１（Ａ）に示すように円形の単結晶半導体基板１０１を適用してもよいし、図１１（Ｂ）、（Ｃ）に示すように円形の基板からほぼ四角形の単結晶半導体基板１０１を切り出してもよい。
【００６１】
図１１（Ｂ）は、円形の単結晶半導体基板１０１に内接する大きさで最大となるように、矩形の単結晶半導体基板１０１を切り出す例を示している。単結晶半導体基板１０１の角部の頂点の角度はほぼ９０°である。
【００６２】
図１１（Ｃ）は、円形の単結晶半導体基板１０１に内接する最大の矩形領域よりも対辺の間隔が長くなるように、単結晶半導体基板１０１を切り出す例を示している。単結晶半導体基板１０１の角部の頂点の角度は９０°とはならず、単結晶半導体基板１０１は矩形ではなく多角形状となる。
【００６３】
また、図１１（Ｄ）に示すように、六角形の単結晶半導体基板１０１を切り出してもよい。図１１（Ｄ）は、円形の単結晶半導体基板１０１に内接する大きさで最大となるように六角形の単結晶半導体基板１０１を切り出す例を示している。単結晶半導体基板を六角形に切り出すことで、矩形とするよりも、切り代となり無駄になる量を減らすことができる。
【００６４】
なお、ここでは円形の単結晶半導体基板から所望の形状に基板を切り出す例について示したが、本発明の一態様はこれに限らず、円形以外の基板から所望の形状に切り出してもよい。所望の形状に加工した単結晶半導体基板を利用することで、光電変換装置モジュールの作製プロセスに用いる製造装置に適用しやすい形状、光電変換装置モジュールとする際に接続しやすい形状など、目的に応じた形状とすることができる。
【００６５】
単結晶半導体基板１０１の厚さは、一般に流通しているＳＥＭＩ規格に準じた厚さとしてもよいし、インゴットから切り出す際に適宜調整した厚さとしてもよい。インゴットから切り出す際、切り出す単結晶半導体基板の厚さを厚くすることで、切り代として無駄になる材料を低減することができる。
【００６６】
また、単結晶半導体基板１０１として、大面積の基板を用いてもよい。単結晶シリコン基板としては、直径１００ｍｍ（４インチ）、直径１５０ｍｍ（６インチ）、直径２００ｍｍ（８インチ）、直径３００ｍｍ（１２インチ）などが一般に流通しており、近年では直径４００ｍｍ（１６インチ）という大面積の基板も流通され始めている。また、今後１６インチ以上の大口径化も期待され、既に次世代の基板として直径４５０ｍｍ（１８インチ）の大口径化が見込まれている。大面積の単結晶半導体基板１０１を適用することで、１枚の基板から複数の光電変換セルを形成することが可能となり、複数の光電変換セルを配列させることにより生じる隙間（非発電領域）の面積を縮小することができる。また、生産性の向上にもつなげることができる。
【００６７】
単結晶半導体基板１０１の一表面から所定の深さの領域に脆化層１０５を形成する（図３（Ｂ）参照）。
【００６８】
脆化層１０５は、後述する分割工程で、単結晶半導体基板１０１が、単結晶半導体層と剥離基板（単結晶半導体基板）とに分割される境界及びその近傍である。脆化層１０５を形成する深さは、後に分割する単結晶半導体層の厚さを考慮して決定する。
【００６９】
脆化層１０５を形成する手段としては、電圧で加速したイオンを照射する方法であるイオン注入法或いはイオンドーピング法、又は多光子吸収を利用する方法などを適用する。
【００７０】
例えば、単結晶半導体基板１０１の内部に、水素、ヘリウム、またはハロゲンを導入して、脆化層１０５を形成することができる。図３（Ｂ）では、単結晶半導体基板１０１の一表面側から電圧で加速したイオンを照射して、単結晶半導体基板１０１の所定の深さの領域に脆化層１０５を形成する例を示している。具体的には、単結晶半導体基板１０１に電圧で加速したイオン（代表的には水素イオン）を照射し、該イオン又はイオンを構成する元素（水素イオンであれば水素）を単結晶半導体基板１０１中に導入することで、単結晶半導体基板１０１の局所的な領域の結晶構造を乱し、脆弱化することで脆化層１０５を形成する。
【００７１】
本明細書では、「イオン注入」は原料ガスから生成されるイオンを質量分離して対象物に照射して該イオンを構成する元素を添加する方式を指す。また、「イオンドーピング」とは原料ガスから生成されるイオンを質量分離せず対象物に照射して該イオンを構成する元素を添加する方式を指す。脆化層１０５は、質量分離を伴うイオン注入装置又は質量分離を伴わないイオンドーピング装置を用いて形成することができる。
【００７２】
脆化層１０５は、照射するイオンの加速電圧及び／又はチルト角（基板の傾斜角度）などを制御することによって、単結晶半導体基板１０１に形成する深さ（ここでは、単結晶半導体基板１０１の照射面側から脆化層１０５までの膜厚方向の深さ）を決定する。したがって、薄片化して得る単結晶半導体層の所望の厚さを考慮して、イオンを加速する電圧及び／又はチルト角を決定する。
【００７３】
照射するイオンとしては、水素を含む原料ガスにより生成される水素イオンを用いることが好ましい。単結晶半導体基板１０１に水素イオンを照射することで水素が導入され、単結晶半導体基板１０１の所定の深さの領域に脆化層１０５が形成される。例えば、水素を含む原料ガスにより水素プラズマを生成し、該水素プラズマ中に生成されるイオンを電圧によって加速し照射することで、脆化層１０５を形成することができる。また水素の代わりに、又は水素に加えて、ヘリウムに代表される希ガス、或いはハロゲンを含む原料ガスにより生成されるイオンを用いて、脆化層１０５を形成することもできる。なお、特定のイオンを照射することは、単結晶半導体基板１０１中の同じ深さの領域を集中して脆弱化させやすいため、好ましい。
【００７４】
例えば、単結晶半導体基板１０１に水素により生成されたイオンを照射して、脆化層１０５を形成する。照射するイオンの加速電圧、チルト角、およびドーズ量を調整することで、単結晶半導体基板１０１の所定の深さに、高濃度の水素ドーピング領域である脆化層１０５を形成することができる。脆化層１０５の水素ドーピング濃度は、イオンの加速電圧、チルト角、およびドーズ量などで制御される。水素により生成されるイオンを用いる場合、水素原子換算でピーク値が１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の水素を脆化層１０５に含ませることが好ましい。局所的な水素の高濃度ドーピング領域である脆化層１０５は、結晶構造が失われ微小な空洞が形成された多孔質構造となる。このような脆化層１０５は、比較的低温（およそ７００℃以下）の熱処理によって微小な空洞の体積変化が起こり、脆化層１０５または当該脆化層１０５近傍に沿って単結晶半導体基板１０１を分割することができる。
【００７５】
なお、単結晶半導体基板１０１が損傷するのを防ぐため、単結晶半導体基板１０１のイオンを照射する面上に保護層を形成することが好ましい。図３（Ｂ）では、単結晶半導体基板１０１の少なくとも一表面上に保護層として機能できる絶縁層１０３を形成し、該絶縁層１０３が形成された面側から電圧で加速されたイオンを照射する例を示している。絶縁層１０３にイオンを照射し、絶縁層１０３を通過させたイオン又はイオンを構成する元素を単結晶半導体基板１０１中に導入させて、単結晶半導体基板１０１の所定の深さの領域に脆化層１０５を形成する。脆化層１０５形成後、不要となった絶縁層１０３は除去される。
【００７６】
絶縁層１０３は、酸化シリコン層、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、又は酸化窒化シリコン層などの絶縁層を形成すればよい。例えば、オゾン水、過酸化水素水、又はオゾン雰囲気に曝して酸化処理することで、単結晶半導体基板１０１表面に厚さ２ｎｍ乃至５ｎｍ程度のケミカルオキサイドを形成し、絶縁層１０３とすることができる。熱酸化法、酸素ラジカル処理または窒素ラジカル処理により、単結晶半導体基板１０１表面に厚さ２ｎｍ乃至１０ｎｍ程度の絶縁層１０３を形成してもよい。また、プラズマＣＶＤ法により厚さ２ｎｍ乃至５０ｎｍ程度の絶縁層１０３を形成してもよい。
【００７７】
なお、酸化窒化シリコン層とは、組成として、窒素よりも酸素の含有量が多いものであって、ラザフォード後方散乱法（ＲＢＳ：Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ  Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ  Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）及び水素前方散乱法（ＨＦＳ：Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｆｏｒｗａｒｄ  Ｓｃａｔｔｅｒｉｎｇ）を用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５０原子％以上７０原子％以下、窒素が０．５原子％以上１５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が０．１原子％以上１０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。また、窒化酸化シリコン層とは、その組成として、酸素よりも窒素の含有量が多いものであって、ＲＢＳ及びＨＦＳを用いて測定した場合に、濃度範囲として酸素が５原子％以上３０原子％以下、窒素が２０原子％以上５５原子％以下、シリコンが２５原子％以上３５原子％以下、水素が１０原子％以上３０原子％以下の範囲で含まれるものをいう。但し、酸化窒化シリコン又は窒化酸化シリコンを構成する原子の合計を１００原子％としたとき、窒素、酸素、シリコン及び水素の含有比率が上記の範囲内に含まれるものとする。
【００７８】
単結晶半導体基板１０１の表面上に、第１電極１１４を形成する（図３（Ｃ）参照）。第１電極１１４は、絶縁層１０３を除去した表面に形成する。
【００７９】
第１電極１１４としては、例えば、アルミニウム、ニッケル、銅、チタン、モリブデン、タングステン、タンタル、又はクロムなどの金属材料を用いる。このような金属材料を用いて、蒸着法やスパッタリング法により、膜厚１００ｎｍ以上の第１電極１１４を形成する。また、第１電極１１４は、金属材料層とバリア層との積層構造とすることもでき、金属材料層をバリア層で挟む構成とすることもできる。バリア層としては、金属材料の窒化物層を適用することが好ましい。例えば、第１電極１１４として、窒化チタン層、アルミニウム層、および窒化チタン層の積層構造を形成することができる。また、窒化チタン層に代えて窒化タンタル層を形成してもよく、アルミニウム層に代えてニッケル層を形成してもよい。アルミニウムは抵抗値が低く、安価であるため、低コスト化を図る意味でも第１電極１１４として好適である。また、アルミニウム層に接してバリア層を設けることで、ヒロックの発生を防止することができる。また、金属材料層（例えばアルミニウム層）と単結晶半導体基板との間に金属材料の窒化物層（例えば窒化チタン層）を設けることで、単結晶半導体基板と第１電極１１４との密着性を向上させることができる。
【００８０】
なお、単結晶半導体基板１０１の表面上に自然酸化層などが形成されている場合は、除去してから第１電極１１４を形成する。また、本形態で後述するように、熱処理を利用して単結晶半導体基板１０１を薄片化する場合は、その熱処理に耐えうる耐熱性を有する材料を用いて第１電極１１４を形成する。例えば、後に固定するベース基板１１０の歪み点温度程度の耐熱性が必要である。
【００８１】
第１電極１１４表面は、平均面粗さ（Ｒａ値）を０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下とするとよい。もちろん、Ｒａ値を小さくするほど好ましい。第１電極１１４表面の平滑性を良好にすることで、後にベース基板１１０と良好に貼り合わせることができる。本明細書における平均面粗さ（Ｒａ値）とは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１で定義されている中心線平均粗さを面に対して適用できるよう３次元に拡張したものである。
【００８２】
第１電極１１４上に絶縁層１１２を形成する（図３（Ｄ）参照）。
【００８３】
絶縁層１１２は単層構造または２層以上の積層構造を形成することができるが、後にベース基板１１０と貼り合わせて接合を形成する面（接合面）の平滑性が良好なことが好ましく、親水性を有するとより好ましい。具体的には、接合面の平均面粗さ（Ｒａ値）が０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下となるような絶縁層１１２を形成することで、ベース基板１１０との貼り合わせを良好に行うことができる。もちろん、平均面粗さ（Ｒａ値）は小さくなるほど好ましいのはいうまでもない。
【００８４】
例えば、絶縁層１１２の接合面を形成する層として、酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層又は窒化酸化シリコン層などを、プラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法、又は熱ＣＶＤ法（減圧ＣＶＤ法又は常圧ＣＶＤ法も含む）などのＣＶＤ法により形成する。プラズマＣＶＤ法により絶縁層１１２を形成することで、好適な平滑性を有する層が形成できるため好ましい。
【００８５】
具体的に、平滑性を有し親水性表面を形成できる層としては、有機シランガスを用いてプラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコン層が好ましい。このような酸化シリコン層を用いることによって、基板との接合を強固にすることができる。有機シランガスとしては、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ：化学式Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ：化学式Ｓｉ（ＣＨ３）４）、テトラメチルシクロテトラシロキサン（ＴＭＣＴＳ）、オクタメチルシクロテトラシロキサン（ＯＭＣＴＳ）、ヘキサメチルジシラザン（ＨＭＤＳ）、トリエトキシシラン（ＳｉＨ（ＯＣ２Ｈ５）３）、トリスジメチルアミノシラン（ＳｉＨ（Ｎ（ＣＨ３）２）３）等のシリコン含有化合物を用いることができる。
【００８６】
その他、平滑性を有し親水表面を形成できる層として、シラン、ジシラン、又はトリシラン等のシランガスを用いてプラズマＣＶＤ法により形成される酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン、窒化酸化シリコンを用いることができる。例えば、絶縁層１１２の接合面を形成する層として、シランとアンモニアを原料ガスに用いてプラズマＣＶＤ法により形成する窒化シリコン層を適用することができる。なお、前記シランとアンモニアの原料ガスに水素を加えてもよく、原料ガスに亜酸化窒素を加えて窒化酸化シリコン層を形成してもよい。絶縁層１１２を形成する少なくとも１層について、窒素を含むシリコン絶縁層、具体的には窒化シリコン層や窒化酸化シリコン層とすることで、後に貼り合わせるベース基板１１０からの不純物拡散を防ぐこともできる。
【００８７】
いずれにしても、接合面が平滑性を有し、具体的には接合面の平均面粗さ（Ｒａ値）０．５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下の平滑性を有する絶縁層であれば、シリコンを含む絶縁層に限らず適用することができる。なお、絶縁層１１２を積層構造とする場合は、接合面を形成する層以外はこの限りではない。また、本形態の場合、絶縁層１１２の成膜温度は単結晶半導体基板１０１に形成した脆化層１０５が変化しない温度とする必要があり、３５０℃以下の成膜温度とすることが好ましい。
【００８８】
単結晶半導体基板１０１の一表面側と、ベース基板１１０の一表面側と、を対向させ、重ね合わせて貼り合わせる。本発明の一態様では、同一基板上に複数の光電変換セルが設けられた光電変換装置モジュールを作製するため、ベース基板１１０に対して、複数枚の単結晶半導体基板１０１を、所定の間隔を隔てて配置されるように貼り合わせる。図８は、１枚のベース基板１１０上に、６枚の単結晶半導体基板１０１が所定の間隔を隔てて配置されている例が示されている。ここでは、便宜的に、６枚の単結晶半導体基板１０１を、単結晶半導体基板１０１ａ、単結晶半導体基板１０１ｂ、単結晶半導体基板１０１ｃ、単結晶半導体基板１０１ｄ、単結晶半導体基板１０１ｅ、単結晶半導体基板１０１ｆとする。
【００８９】
また、図４（Ａ）は図８中の切断線ＸＹの断面図に相当しており、ベース基板１１０に貼り合わされた単結晶半導体基板１０１ｄと単結晶半導体基板１０１ｅが示されている。隣接する単結晶半導体基板（例えば単結晶半導体基板１０１ｄと単結晶半導体基板１０１ｅ）の間隔は、およそ１ｍｍとする。（図４（Ａ）、図８参照）。
【００９０】
単結晶半導体基板１０１（単結晶半導体基板１０１ａ〜単結晶半導体基板１０１ｆ）側の接合面と、ベース基板１１０側の接合面と、を、接触させ、ファン・デル・ワールス力や水素結合を作用させて接合を形成する。単結晶半導体基板１０１に形成された絶縁層１１２表面と、ベース基板１１０表面と、を接合させることで、ベース基板１１０上に単結晶半導体基板１０１を貼り合わせる。例えば、重ね合わせた複数の単結晶半導体基板１０１（単結晶半導体基板１０１ａ〜単結晶半導体基板１０１ｆ）それぞれと、ベース基板１１０と、の一箇所を押圧することで、接合面全域にファン・デル・ワールス力や水素結合を広げることができる。接合面の一方または双方が親水表面を有する場合は、水酸基や水分子が接着剤として働き、後に熱処理を行うことで水分子が拡散し、残留成分がシラノール基（Ｓｉ−ＯＨ）を形成して水素結合により接合を形成する。さらにこの接合部は、水素が抜けることでシロキサン結合（Ｏ−Ｓｉ−Ｏ）を形成して共有結合となり、より強固な接合となる。
【００９１】
接合面は、単結晶半導体基板１０１側の接合面と、ベース基板１１０側の接合面と、が、それぞれ、平均面粗さ（Ｒａ値）０．５ｎｍ以下、さらに０．３ｎｍ以下であることが好ましい。また、単結晶半導体基板１０１側の接合面およびベース基板１１０側の接合面の平均面粗さ（Ｒａ値）合計が０．７ｎｍ以下、好ましくは０．６ｎｍ以下、より好ましくは０．４ｎｍ以下であるとよい。また、単結晶半導体基板１０１側の接合面と、ベース基板１１０側の接合面と、が、それぞれ、純水に対する接触角が２０°以下、好ましくは１０°以下、より好ましくは５°以下であるとよい。さらに、単結晶半導体基板１０１側の接合面およびベース基板１１０側の接合面の純水に対する接触角合計が３０°以下、好ましくは２０°以下、より好ましくは１０°以下であるとよい。接合面がこれらの条件を満たすと、貼り合わせを良好に行うことができ、強固な接合を形成できる。
【００９２】
なお、単結晶半導体基板１０１とベース基板１１０を貼り合わせる前に、単結晶半導体基板１０１側およびベース基板１１０側の接合面は十分に清浄化しておくことが好ましい。接合面に微小なゴミなどのパーティクルが存在することで、貼り合わせ不良が生じることを防ぐためである。例えば、周波数１００ｋＨｚ乃至２ＭＨｚの超音波と純水を用いた超音波洗浄、メガソニック洗浄、または窒素と乾燥空気と純水を用いた２流体洗浄などにより接合面を洗浄して清浄化することが好ましい。なお、洗浄に用いる純水に二酸化炭素などを添加して、抵抗率を５ＭΩｃｍ以下に下げ静電気の発生を防ぐようにしてもよい。
【００９３】
また、接合面に原子ビーム若しくはイオンビームを照射した後に、または、接合面をプラズマ処理若しくはラジカル処理した後に、貼り合わせを行ってもよい。上述のような処理を行うことで、接合面を活性化することができ、貼り合わせを良好に行うことができる。例えば、アルゴンなどの不活性ガス中性原子ビーム若しくは不活性ガスイオンビームを照射して接合面を活性化することもできるし、接合面に酸素プラズマや窒化プラズマ若しくは酸素ラジカルや窒素ラジカルを曝すことで活性化することもできる。接合面の活性化を図ることで、絶縁層とガラス基板などのように異なる材料を主成分とする基体同士であっても、低温（例えば４００℃以下）処理で接合を形成することができる。また、オゾン添加水、酸素添加水、水素添加水、又は純水などで接合面を処理することにより、接合面を親水性にして該接合面の水酸基を増大させることで、強固な接合を形成することもできる。
【００９４】
本形態では、１枚のベース基板１１０に対して複数枚の単結晶半導体基板１０１を配置する。ここで、ベース基板上への単結晶半導体基板の配置は、バッチ方式で行うこともできるし、枚葉方式で行うこともできる。例えば、トレイなどの保持手段を用いて複数枚の単結晶半導体基板を一度に配置させることもできるし、１枚ずつ配置させていくこともできる。好ましくは、ベース基板上に所定の間隔を隔てて配置されるように、所望の個数の単結晶半導体基板を保持手段に保持し、一度に配置することで生産性が向上する。また、所定の間隔を隔てて単結晶半導体基板が保持されるように、あらかじめ保持手段の形状などを対応させておくことで、単結晶半導体基板とベース基板との位置合わせが容易になるため好ましい。もちろん、１枚ずつ位置合わせをしながら、ベース基板上に単結晶半導体基板を配置していくことも可能である。単結晶半導体基板の保持手段としては、トレイ、保持用基板、真空チャック又は静電チャックなどが挙げられる。
【００９５】
複数の単結晶半導体基板１０１とベース基板１１０とを重ね合わせた後は、熱処理及び／又は加圧処理を行うことが好ましい。熱処理及び／又は加圧処理を行うことで接合強度を高めることができる。熱処理を行う際は、温度範囲はベース基板１１０の歪み点温度以下で、且つ単結晶半導体基板１０１に形成した脆化層１０５で体積変化が起きない温度とし、好ましくは２００℃以上４１０℃未満とする。この熱処理は、貼り合わせを行った装置或いは場所でそのまま連続して行うことが好ましい。加圧処理する場合は、ベース基板１１０及び単結晶半導体基板１０１の耐圧性を考慮し、接合面に垂直な方向に圧力が加わるようして行う。また、接合強度を高める熱処理と連続して、後述する脆化層１０５を境界として単結晶半導体基板１０１を分割する熱処理を行ってもよい。
【００９６】
また、ベース基板１１０側に酸化シリコン層、窒化シリコン層、酸化窒化シリコン層、または窒化酸化シリコン層などの絶縁層を形成し、該絶縁層を間に介して単結晶半導体基板１０１と貼り合わせてもよい。例えば、ベース基板１１０側に形成した絶縁層と、単結晶半導体基板１０１側に形成した絶縁層と、を接合面として貼り合わせることも可能である。
【００９７】
単結晶半導体基板１０１を薄片化し、表層を分離して、ベース基板１１０上に単結晶半導体層を形成する（図４（Ｂ）参照）。本形態では、単結晶半導体基板１０１として高濃度ｎ型単結晶半導体基板を適用する。そのため、分離された単結晶半導体層は、そのまま、半導体接合を形成する不純物半導体層として機能させることが可能である。ここでは、第１導電型としてｎ型の単結晶半導体基板１０１から分離したｎ型の単結晶半導体層で、ｎ型の第１不純物半導体層１２２ｎ＋を形成する。なお、本形態では、高濃度ｎ型の単結晶半導体基板１０１を用いるため、ｎ＋型の第１不純物半導体層１２２ｎ＋が形成される。図８に示すように、１枚のベース基板１１０上に単結晶半導体基板１０１ａ〜単結晶半導体基板１０１ｆを配置しており、該単結晶半導体基板１０１ａ〜単結晶半導体基板１０１ｆの配置に対応して、絶縁層１１２、第１電極１１４、および第１不純物半導体層１２２ｎ＋（単結晶半導体層）が順次積層された複数の積層体が形成される。
【００９８】
本形態のように脆化層１０５を形成した場合、単結晶半導体基板１０１は脆化層１０５を境として分割することができる。また、単結晶半導体基板１０１は、熱処理により分割することができる。熱処理は、ＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ａｎｎｅａｌ）、炉（ファーネス）、高周波発生装置を用いたマイクロ波或いはミリ波などの高周波による誘電加熱などの熱処理装置を用いて行うことができる。熱処理装置の加熱方式としては抵抗加熱式、ランプ加熱式、ガス加熱式、電磁波加熱式などが挙げられる。レーザビームの照射や、熱プラズマジェットの照射を行っても良い。ＲＴＡ装置は急速加熱処理を行うことができ、単結晶半導体基板１０１の融点近傍又は単結晶半導体基板１０１の融点或いはベース基板１１０の歪み点近傍又はベース基板１１０の歪み点よりも若干高い温度まで加熱することができる。単結晶半導体基板１０１を分割するための好適な熱処理温度は、４１０℃以上単結晶半導体基板１０１の融点未満（およびベース基板１１０の歪み点温度未満）とする。低くとも４１０℃以上の熱処理を行うことで、脆化層１０５に形成された微小な空洞の体積変化が起こり、脆化層１０５又は脆化層１０５近傍を境として単結晶半導体基板１０１を分割することができる。
【００９９】
なお、分割の際の熱処理で、第１不純物半導体層１２２ｎ＋に含まれる不純物元素を活性化することができる。
【０１００】
例えば、単結晶半導体基板１０１から分離する第１不純物半導体層１２２ｎ＋の厚さは、２０ｎｍ乃至１０００ｎｍ、好ましくは４０ｎｍ乃至３００ｎｍとすることができる。もちろん、脆化層を形成する際の加速電圧などを調整することで、単結晶半導体基板１０１から上記厚さ以上の単結晶半導体層を分離することも可能である。
【０１０１】
脆化層１０５を境として単結晶半導体基板１０１を分割することで、該単結晶半導体基板１０１から単結晶半導体層である第１不純物半導体層１２２ｎ＋を分離できる。このとき、単結晶半導体基板１０１から第１不純物半導体層１２２ｎ＋が分離された剥離基板１５１が得られる。単結晶半導体である剥離基板１５１は、再生処理を行った後、繰り返し利用することができる。剥離基板１５１は、光電変換装置を作製する単結晶半導体基板として利用しても良いし、その他の用途に流用してもよい。単結晶半導体層を分離する単結晶半導体基板として剥離基板１５１を利用するサイクルを繰り返すことで、１枚の原料基板から複数個の光電変換装置（光電変換セル）を作製することも可能となる。
【０１０２】
また、脆化層１０５を境として単結晶半導体基板１０１を分割することで、薄片化された単結晶半導体層（ここでは第１不純物半導体層１２２ｎ＋）の分割面（分離面）に凹凸が生じる場合がある。該分割面の凹凸は、単結晶半導体層である第１不純物半導体層１２２ｎ＋上に積層されていく層にも反映することができ、完成する光電変換セルの光入射面を凹凸構造とすることができる。光入射面側に形成された凹凸は表面テクスチャとして機能でき、光の吸収率を向上させることができる。上述のように、電圧で加速したイオンを照射し、熱処理により分割することで、化学エッチングなどを行うことなく表面テクスチャ構造を形成することが可能である。そのため、コスト削減及び工程短縮を図りながら、光電変換効率の向上を実現できる。
【０１０３】
第１不純物半導体層１２２ｎ＋上に単結晶半導体層１２４ｉを形成する（図５（Ａ）参照）。
【０１０４】
光電効果を発現する単結晶半導体層として、単結晶半導体基板を薄片化して所望の膜厚を有する単結晶半導体層を分離してもよいが、固相成長（固相エピタキシャル成長）や気相成長（気相エピタキシャル成長）などのエピタキシャル成長技術を利用して単結晶半導体層の厚膜化を図ることが好ましい。
【０１０５】
単結晶半導体の代表例である単結晶シリコンは間接遷移型の半導体であるため、光吸収係数が低い。そのため、十分に太陽光を吸収するためには、アモルファスシリコンや微結晶シリコンよりも数倍以上厚くする必要がある。単結晶シリコンと非単結晶シリコンのタンデム型構造にする場合でも、非単結晶シリコンよりも厚い単結晶シリコンが必要とされる。ここでは、単結晶半導体層１２４ｉおよび単結晶半導体層である第１不純物半導体層１２２ｎ＋の膜厚を合わせて１μｍ以上１０μｍ以下、好ましくは２μｍ以上８μｍ以下とする。
【０１０６】
水素イオンに代表されるイオンを用いたイオン注入剥離法やイオンドーピング法を利用して単結晶半導体基板を薄片化する場合、分離する単結晶半導体層を厚くするためには、加速電圧を高める必要がある。しかし、イオン注入装置やイオンドーピング装置の加速電圧には装置上の制限があり、また加速電圧を高めることで放射線の発生などが懸念され、安全上問題となる。また、従来の装置では、加速電圧を高めつつ大量のイオンを照射することは困難であり、所定の注入量を得るためには長時間を要し、タクトタイムが悪化するという懸念もあった。
【０１０７】
エピタキシャル成長技術を利用すれば上述のような安全上の問題を回避できる。また、原料である単結晶半導体基板を厚く残すことができるため、繰り返し利用できる回数が増え、省資源化に寄与することができる。
【０１０８】
複数の積層体（絶縁層１１２、第１電極１１４、および第１不純物半導体層１２２ｎ＋の積層構造）上および隣接する積層体同士の隙間を覆うように、少なくとも積層体上は単結晶化した単結晶半導体層を形成する。ここで、第１不純物半導体層１２２ｎ＋を第１の単結晶半導体層とし、上記積層体上に形成する単結晶半導体層を第２の単結晶半導体層とする。第２の単結晶半導体層は、第１の単結晶半導体層をシード層として、エピタキシャル成長させて形成する。
【０１０９】
具体的には、複数の積層体上および隣接する積層体同士の隙間を覆うように、基板全面に非単結晶半導体層を形成する。複数の積層体は、図８に示すように、ベース基板１１０上に所定の間隔を隔てて配置されており、非単結晶半導体層はその上層を覆うように形成する。熱処理を行うことによって、非単結晶半導体層を固相成長させて単結晶半導体層１２４ｉを形成することができる。
【０１１０】
非単結晶半導体層は、上述のように、プラズマＣＶＤ法に代表される化学気相成長法により形成する。非単結晶半導体層を成膜するための反応ガスにおいて、各種ガスの流量、印加する電力などの成膜条件を変えることで、微結晶半導体又は非晶質半導体を形成することができる。例えば、半導体材料ガス（例えばシラン）の流量に対して、希釈ガス（例えば水素）の流量を１０倍以上２０００倍以下、好ましくは５０倍以上２００倍以下とすることで、微結晶半導体層（代表的には微結晶シリコン層）を形成することができる。また、半導体材料ガスの流量に対して、希釈ガスの流量を１０倍未満とすることで、非晶質半導体層（代表的に非晶質シリコン層）を形成することができる。また、反応ガスにドーピングガスを混合することで、ｎ型またはｐ型の非単結晶半導体層を形成し、固相成長させてｎ型またはｐ型の単結晶半導体層を形成することもできる。
【０１１１】
好ましくは、非単結晶半導体層として、結晶性の高い第１の半導体層（例えば、微結晶半導体の成膜条件で形成した半導体層）を薄く形成し、続けて第１の半導体層よりも結晶性の低い第２の半導体層（例えば、第１の半導体層よりも成膜速度の速い半導体層または非晶質半導体の成膜条件で形成した半導体層）を厚く形成して、熱処理により固相成長させる。非単結晶半導体層をこのような積層構造とすることで、成膜直後の半導体層が多量の水素を含有することに起因する膜はがれ等の剥離の問題を防止することができる。なお、上記結晶性の高い第１の半導体層は、薄片化して形成した単結晶半導体層である第１不純物半導体層１２２ｎ＋の結晶性の影響を大きく受けることになり、気相成長することもある。しかし、第１の半導体層の結晶性は単結晶であることに限定されず、後に形成される結晶性の低い第２の半導体層との関係において、結晶性が高ければよい。
【０１１２】
固相成長を行う熱処理は、上述したＲＴＡ、炉、高周波発生装置などの熱処理装置を用いて行うことができる。ＲＴＡ装置を用いる場合には、処理温度５００℃以上７５０℃以下、処理時間０．５分以上１０分以下とすることが好ましい。炉を用いる場合は、処理温度５００℃以上６５０℃以下、処理時間１時間以上４時間以下とすることが好ましい。
【０１１３】
また、単結晶半導体層である第１不純物半導体層１２２ｎ＋上に、プラズマＣＶＤ法により所定の条件で半導体層を成膜することで、半導体層の成膜と同時に気相成長させて単結晶半導体層１２４ｉを形成することもできる。
【０１１４】
気相成長させるプラズマＣＶＤ法の条件は、反応ガスを構成する各種ガス流量や印加する電力などにより変化する。例えば、半導体材料ガス（シラン）および希釈ガス（水素）を含む雰囲気下で、希釈ガスの流量を半導体材料ガスの流量と比較して６倍以上、好ましくは５０倍以上として行うことで、単結晶半導体層１２４ｉを形成することができる。上記反応ガスにドーピングガスを混合することで、ｎ型またはｐ型の単結晶半導体層を気相成長させることもできる。また、単結晶半導体層１２４ｉの形成途中で、希釈ガスの流量を変化させてもよい。例えば、成膜開始直後は、シランに対して１５０倍程度の水素流量として薄く半導体層を成膜した後、続けてシランに対して６倍程度の水素流量として厚く半導体層を成膜することで、単結晶半導体層１２４ｉを形成することもできる。成膜開始直後に希釈ガスによる半導体材料ガスの希釈率が高い条件で薄く半導体層を形成した後、希釈ガスによる半導体材料ガスの希釈率が低い条件で厚く半導体層を形成することで、膜剥がれを防止しつつ、成膜速度を高めて、気相成長させることができる。
【０１１５】
なお、図８に示すように、ベース基板１１０上に、所定の間隔を隔てて複数の積層体（第１不純物半導体層１２２ｎ＋）が配置されており、隣接する積層体同士に間にはシード層が存在しない。本形態の単結晶半導体層１２４ｉは、少なくとも積層体（第１不純物半導体層１２２ｎ＋）上で結晶成長が進めばよく、積層体同士の隙間の結晶状態は特に限定されない。
【０１１６】
単結晶半導体層１２４ｉ上に、第２の導電型である第２不純物半導体層１２６ｐを形成する（図５（Ａ）参照）。
【０１１７】
第２不純物半導体層１２６ｐとしては、プラズマＣＶＤ法などにより、前記第１不純物半導体層１２２ｎ＋と逆の導電型を付与する不純物元素を含む半導体層を形成する。または、イオンドーピング法、イオン注入法、またはレーザドーピング法により、単結晶半導体層１２４ｉの表面側に第１不純物半導体層１２２ｎ＋と逆の導電型を付与する不純物元素を導入して第２不純物半導体層１２６ｐを形成することもできる。
【０１１８】
プラズマＣＶＤ法などにより第２不純物半導体層１２６ｐを成膜する前には、単結晶半導体層１２４ｉ上に形成された自然酸化層などの半導体と異なる材料層は除去しておく。自然酸化層は、フッ酸を用いたウェットエッチング、又はドライエッチングにより除去することができる。また、第２不純物半導体層１２６ｐを成膜する際、半導体材料ガスを導入する前に、水素と希ガスの混合ガス、例えば水素とヘリウムの混合ガス或いは水素とヘリウムとアルゴンの混合ガスを用いてプラズマ処理することで、自然酸化層や大気雰囲気元素（酸素、窒素又は炭素）を除去することができる。
【０１１９】
本形態では、ｐ型の第２不純物半導体層１２６ｐを形成する。具体的には、ｐ型を付与するドーピングガス（例えばジボラン）を混合した反応ガスを用いて、プラズマＣＶＤ法により、ｐ型の第２不純物半導体層１２６ｐを形成する。
【０１２０】
ここまでで、第１不純物半導体層１２２ｎ＋（第１の単結晶半導体層）、単結晶半導体層１２４ｉ（第２の単結晶半導体層）および第２不純物半導体層が積層された第１の光電変換層が形成される。本形態では、第１不純物半導体層１２２ｎ＋、単結晶半導体層１２４ｉおよび第２不純物半導体層が積層されて、ｎｉｐ接合が形成される。または、ｎ型とｐ型を入れ替えて、第１の光電変換層はｐｉｎ接合が形成される。
【０１２１】
第２不純物半導体層１２６ｐ上に、第１導電型である第３不純物半導体層１３２ｎ、非単結晶半導体層１３４ｉ、および第２導電型である第４不純物半導体層１３６ｐを形成する（図５（Ｂ）参照）。
【０１２２】
第３不純物半導体層１３２ｎは、プラズマＣＶＤ法などにより、前記第２不純物半導体層１２６ｐと逆の導電型を付与する不純物元素を含む半導体層を形成する。本形態では、プラズマＣＶＤ法により、ｎ型を付与する不純物元素（例えばリン）を含む微結晶半導体層を形成し、ｎ型の第３不純物半導体層１３２ｎを形成する。
【０１２３】
非単結晶半導体層１３４ｉは、プラズマＣＶＤ法に代表される化学気相成長法により、非晶質半導体層（代表的には非晶質シリコン）または微結晶半導体層（代表的には微結晶シリコン）を形成する。本形態では、真性または実質的に真性である非単結晶半導体層１３４ｉを形成する。
【０１２４】
第４不純物半導体層１３６ｐは、プラズマＣＶＤ法などにより、前記第３不純物半導体層１３２ｎと逆の導電型を付与する不純物元素を含む半導体層を形成する。本形態では、プラズマＣＶＤ法により、ｐ型を付与する不純物元素（例えばボロン）を含む微結晶半導体層を形成し、ｐ型の第４不純物半導体層１３６ｐを形成する。
【０１２５】
ここまでで、第３不純物半導体層１３２ｎ、非単結晶半導体層１３４ｉ、および第４不純物半導体層１３６ｐが積層された第２の光電変換層が形成される。本形態では、第３不純物半導体層１３２ｎ、非単結晶半導体層１３４ｉ、および第４不純物半導体層１３６ｐが積層されたｎｉｐ接合が形成される。または、ｎ型とｐ型を入れ替えて、第２の光電変換層はｐｉｎ接合が形成される。
【０１２６】
第４不純物半導体層１３６ｐ上に第２電極１４２を形成する（図６（Ａ）参照）。
【０１２７】
本形態では、第２電極１４２側を光入射面とする。そのため、第２電極１４２は透明導電材料を用いて、スパッタリング法または真空蒸着法で形成する。透明導電材料としては、酸化インジウム・スズ合金（ＩＴＯ）、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム・酸化亜鉛合金などの酸化物金属を用いる。また、酸化物金属などの透明導電材料に代えて、導電性高分子材料（導電性ポリマーともいう）を用いることもできる。導電性高分子材料としては、π電子共役系導電性高分子を用いることができる。例えば、ポリアニリン及びまたはその誘導体、ポリピロール及びまたはその誘導体、ポリチオフェン及びまたはその誘導体、これらの２種以上の共重合体などがあげられる。導電性高分子材料を用いる場合、導電性高分子を溶媒に溶解させて、塗布法、コーティング法、液滴吐出法、または印刷法などの湿式法により、第２電極１４２を形成することができる。
【０１２８】
光電変換セルの素子分離を行うため、第２電極１４２上にマスクを形成する（図６（Ｂ）参照）。
【０１２９】
ここまでの作製プロセスでは、所定の間隔を隔てて配置された複数の積層体（絶縁層１１２、第１電極１１４および第１不純物半導体層１２２ｎ＋が順に形成された積層構造）上を覆うように半導体層が積層成膜されている。モジュール化するため、光電変換セル毎に分離する。具体的には、隣接する積層体同士の隙間で分断されるよう素子分離を行う。また、光電変換セル同士の電気的な接続を形成するため、且つ後に形成する接続電極と第１電極１１４とが接して光電変換セルが短絡することを防ぐため、複数の積層体それぞれが有する第１電極１１４の端部が露出する部分と露出しない部分とを有するように、素子分離を行う。ここでは、フォトリソグラフィ法およびエッチング法を用いて、図９に示すように、積層体（第１不純物半導体層１２２ｎ＋）とほぼ重畳する領域にレジストマスク１５３ａ、レジストマスク１５３ｂ、レジストマスク１５３ｃ、レジストマスク１５３ｄ、レジストマスク１５３ｅ、およびレジストマスク１５３ｆを形成する。なお、レジストマスク１５３ａ〜レジストマスク１５３ｅは、積層体（第１不純物半導体層１２２ｎ＋）が部分的に露出するように設ける。例えば、隣接する積層体同士の間において、一方の積層体が有する第１電極１１４の端部が露出し、他方の積層体が有する第１電極１１４の端部はレジストマスクで覆われるようにする。
【０１３０】
第１電極１１４上に設けられた第１ユニットセル１２０、第２ユニットセル１３０、および第２電極１４２を選択的にエッチングして、素子分離された光電変換セルを形成する（図７（Ａ）参照）。
【０１３１】
図１０に示すように、所定の間隔を隔てて配置された光電変換セル１４０ａ、光電変換セル１４０ｂ、光電変換セル１４０ｃ、光電変換セル１４０ｄ、光電変換セル１４０ｅ、および光電変換セル１４０ｆを形成する。具体的には、レジストマスク１５３ａ〜レジストマスク１５３ｆが形成されていない領域の第２電極１４２、第２ユニットセル１３０、および第１ユニットセル１２０を選択的にエッチングして、光電変換セル１４０ａ〜光電変換セル１４０ｆを形成する。素子分離された光電変換セル１４０ａ〜１４０ｆは、それぞれ、第１電極１１４と、第１不純物半導体層１２２ｎ＋、単結晶半導体層１２４ｉ、および第２不純物半導体層１２６ｐが積層された第１ユニットセル１２０と、第３不純物半導体層１３２ｎ、非単結晶半導体層１３４ｉ、および第４不純物半導体層１３６ｐが積層された第２ユニットセル１３０と、第２電極１４２と、の積層構造を有する。本形態では、第１ユニットセル１２０と第２ユニットセル１３０が積層されてｎｉｐｎｉｐ接合が形成される。また、後に電気的に直列に接続され、隣接する光電変換セル同士の間では、一方の光電変換セルは第１電極１１４の端部が露出し、他方の光電変換セルは第１電極１１４の端部が半導体層（ここでは単結晶半導体層１２４ｉ）で覆われる。例えば、光電変換セル１４０ａと光電変換セル１４０ｂとの間において、光電変換セル１４０ａの第１電極１１４が露出し、光電変換セル１４０ｂの第１電極１１４は単結晶半導体層１２４ｉで覆われる。
【０１３２】
上記エッチングは、第１電極１１４と、該第１電極１１４上に積層された層（第１不純物半導体層１２２ｎ＋、単結晶半導体層１２４ｉ、第２不純物半導体層１２６ｐ、第３不純物半導体層１３２ｎ、非単結晶半導体層１３４ｉ、第４不純物半導体層１３６ｐ、および第２電極１４２）とのエッチング選択比が十分高く取れる条件で行えばよい。また、上記エッチングは、ウェットエッチングまたはドライエッチングを適宜選択して行うことができる。例えば、ＩＴＯなどの透明導電材料で形成される第２電極１４２は、ウェットエッチングによりエッチングする。また、第１ユニットセル１２０および第２ユニットセル１３０を構成する半導体層は、フッ素系ガスを用いたドライエッチングによりエッチングすることができる。素子分離された光電変換セル１４０ａ〜光電変換セル１４０ｆを形成した後、不要となったレジストマスク１５３ａ〜レジストマスク１５３ｆは除去する。
【０１３３】
なお、シャドーマスクを用いて第２電極１４２を選択的に形成することができる。また、導電性高分子材料を用いて液滴吐出法や印刷法などで第２電極１４２を選択的に形成することができる。選択的に形成した第２電極１４２をレジストマスク１５３ａ〜レジストマスク１５３ｆの代わりに用いるようにしてもよい。その場合エッチング用にマスクを新たに設ける必要がなくなり、工程を簡略化することができる。
【０１３４】
第２電極１４２上に補助電極１４４を形成する。また、補助電極１４４と同一層で接続電極１４６を形成し、隣接する光電変換セル同士の直列接続および／または並列接続を形成する（図７（Ｂ）参照）。
【０１３５】
補助電極１４４は、第２電極１４２側から光を入射させるため、選択的に設ける。補助電極１４４の形状は特に限定されず、実施者が適宜決定することができるが、第２電極１４２側が光入射面となることを考慮した形状とする。例えば、図１に示すように格子状や、その他、櫛状、櫛歯状などの形状で設ける。補助電極１４４は、ニッケル、アルミニウム、銀、鉛錫（半田）などを用い、印刷法などにより形成する。例えば、ニッケルペーストや銀ペーストを用いて、スクリーン印刷法により、補助電極１４４を形成する。
【０１３６】
また、補助電極１４４とともに接続電極１４６を形成する。接続電極１４６は、隣接する光電変換セルの間を延在し、直列接続または並列接続を形成する。
【０１３７】
図７（Ｂ）では、隣接する光電変換セル１４０ｄと光電変換セル１４０ｅとの間に、光電変換セル１４０ｄが有する第１電極１１４から光電変換セル１４０ｅが有する第２電極１４２へ延在する接続電極１４６が設けられ、光電変換セル１４０ｄと光電変換セル１４０ｅの直列接続が形成されている。図１では、光電変換セル１４０ａ、光電変換セル１４０ｂおよび光電変換セル１４０ｃとで直列接続が形成され、光電変換セル１４０ｄ、光電変換セル１４０ｅおよび光電変換セル１４０ｆとで直列接続が形成される例を示している。また、直列接続された光電変換セル１４０ａ〜光電変換セル１４０ｃと、直列接続された光電変換セル１４０ｄ〜光電変換セル１４０ｆと、が、並列接続を形成する例を示している。ここでは、光電変換セル１４０ａの第２電極１４２から光電変換セル１４０ｄの第２電極１４２へ接続電極が延在して並列接続が形成され、光電変換セル１４０ｃの第２電極１４２から光電変換セル１４０ｆの第２電極１４２へ接続電極が延在して並列接続が形成される例を示している。
【０１３８】
接続電極１４６は、スクリーン印刷法により、補助電極１４４と同一層で形成する。もちろん、補助電極１４４と異なる層で接続電極を形成することも可能である。さらに、第１電極１１４と接する補助電極を設け、該第１電極１１４と接する補助電極と、接続電極を接続させる構成としてもよい。
【０１３９】
なお、導電性ペーストを用いてスクリーン印刷法により電極を形成する場合、その厚さは数μｍ〜数１００μｍ程度となりうる。ただし、図示しているのは模式図であり、必ずしも実際の寸法を表しているものではない。
【０１４０】
以上により、図１に示す光電変換装置モジュールを形成することができる。
【０１４１】
本形態によれば、単結晶半導体基板を薄片化して単結晶半導体層を形成し、該単結晶半導体層を有するセルと、その上層に非単結晶半導体層を有するセルと、を積層した多重接合型の光電変換装置を集積化した光電変換装置モジュールを作製することができる。上述の通り、単結晶半導体基板を薄片化して単結晶半導体層を形成し、該単結晶半導体層を分離した単結晶半導体基板は再利用することが可能なため、半導体材料を有効利用できる省資源型の光電変換装置および光電変換装置モジュールを作製することができる。また、単結晶半導体層でセルを構成するため、光電変換効率の向上を図ることができる。高効率化および省資源化が図られた光電変換装置を集積化するため、優れた光電変換特性により所望の電力が得られる光電変換装置モジュールを提供することができる。
【０１４２】
なお、第２電極１４２上に、反射防止層として機能するパッシベーション層を形成してもよい。例えば、窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、またはフッ化マグネシウム層などを形成すればよい。反射防止層として機能するパッシベーション層を形成することで、光入射面での反射を低減することができる。
【０１４３】
また、本形態では、第１不純物半導体層１２２ｎ＋および第３不純物半導体層１３２ｎをｎ型半導体とし、第２不純物半導体層１２６ｐ、および第４不純物半導体層１３６ｐをｐ型半導体とする例を示したが、もちろんｎ型半導体とｐ型半導体は入れ替えて形成することができる。
【０１４４】
次に、本形態に係る非単結晶半導体層の成膜に使用可能なプラズマＣＶＤ装置の一例を図１２に示す。
【０１４５】
図１２に示すプラズマＣＶＤ装置６２１は、ガス供給手段６１０及び排気手段６１１に接続されている。
【０１４６】
図１２に示すプラズマＣＶＤ装置６２１は、反応室６０１と、ステージ６０２と、ガス供給部６０３と、シャワープレート６０４と、排気口６０５と、上部電極６０６と、下部電極６０７と、交流電源６０８と、温度制御部６０９と、を具備する。
【０１４７】
反応室６０１は剛性のある素材で形成され、内部を真空排気できるように構成されている。反応室６０１には、上部電極６０６と下部電極６０７が備えられている。なお、図１２では、容量結合型（平行平板型）の構成を示しているが、反応室６０１の内部にプラズマを生成できるものであれば、誘導結合型など他の構成を適用してもよい。
【０１４８】
図１２に示すプラズマＣＶＤ装置により処理を行う際には、所定のガスをガス供給部６０３から供給する。供給されたガスは、シャワープレート６０４を通って、反応室６０１に導入される。上部電極６０６と下部電極６０７に接続された交流電源６０８により、高周波電力が印加されて反応室６０１内のガスが励起され、プラズマが生成される。また、真空ポンプに接続された排気口６０５によって、反応室６０１内のガスが排気されている。また、温度制御部６０９によって、被処理物を加熱しながらプラズマ処理することができる。
【０１４９】
ガス供給手段６１０は、反応ガスが充填されるシリンダ６１２、圧力調整弁６１３、ストップバルブ６１４、マスフローコントローラ６１５などで構成されている。反応室６０１内において、上部電極６０６と下部電極６０７との間には板状に加工され、複数の細孔が設けられたシャワープレート６０４を有する。上部電極６０６に供給される反応ガスは、内部の中空構造を経て、この細孔から反応室６０１内に供給される。
【０１５０】
反応室６０１に接続される排気手段６１１は、真空排気と、反応ガスを流す場合において反応室６０１内を所定の圧力に保持するように制御する機能が含まれている。排気手段６１１の構成としては、バタフライバルブ６１６、コンダクタンスバルブ６１７、ターボ分子ポンプ６１８、ドライポンプ６１９などが含まれる。バタフライバルブ６１６とコンダクタンスバルブ６１７を並列に配置する場合には、バタフライバルブ６１６を閉じてコンダクタンスバルブ６１７を動作させることで、反応ガスの排気速度を制御して反応室６０１の圧力を所定の範囲に保つことができる。また、コンダクタンスの大きいバタフライバルブ６１６を開くことで高真空排気が可能となる。
【０１５１】
なお、反応室６０１を１０−５Ｐａよりも低い圧力まで超高真空排気する場合には、クライオポンプ６２０を併用することが好ましい。その他、到達真空度として超高真空まで排気する場合には、反応室６０１の内壁を鏡面加工し、内壁からのガス放出を低減するためにベーキング用のヒータを設けても良い。
【０１５２】
なお、図１２に示すように、反応室６０１内壁の全体を覆って膜が形成されるようにプリコート処理を行うと、反応室（チャンバー）内壁に付着した不純物元素、または反応室（チャンバー）内壁を構成する不純物元素が被膜などに混入することを防止することができる。
【０１５３】
また、図１２に示すプラズマＣＶＤ装置は、図１３に示すようなマルチ・チャンバー構成とすることができる。図１３に示す装置は、共通室４０７の周りに、ロード室４０１、アンロード室４０２、反応室（１）４０３ａ、反応室（２）４０３ｂ、反応室（３）４０３ｃ、予備室４０５を備えた構成となっている。例えば、反応室（１）４０３ａはｎ型半導体層を成膜し、反応室（２）４０３ｂはｉ型半導体層を成膜し、反応室（３）４０３ｃはｐ型半導体層を成膜する反応室とすることができる。被処理体は共通室４０７を介して各反応室に搬出入される。共通室４０７と各室の間にはゲートバルブ４０８が備えられ、各反応室で行われる処理が、相互に干渉しないように構成されている。基板はロード室４０１、アンロード室４０２のカセット４００に装填され、共通室４０７の搬送手段４０９により反応室（１）４０３ａ、反応室（２）４０３ｂ、反応室（３）４０３ｃへ運ばれる。この装置では、成膜する膜種毎に反応室をあてがうことが可能であり、複数の異なる被膜を大気に触れさせることなく連続して形成することができる。
【０１５４】
図１２、図１３に示すような構成のプラズマＣＶＤ装置の反応室（反応空間）内に、反応ガスを導入しプラズマを生成して、第２不純物半導体層１２６ｐ〜第４不純物半導体層１３６ｐを形成することができる。また、単結晶半導体層１２４ｉを形成するための非単結晶半導体層を形成することもできるし、第１不純物半導体層１２２ｎ＋を気相成長させて単結晶半導体層１２４ｉを形成することもできる。すなわち、単結晶半導体基板を薄片化した単結晶半導体層である第１不純物半導体層１２２ｎ＋を形成した後は、図１３に示すようなマルチ・チャンバー構成のプラズマＣＶＤ装置を用いて、単結晶半導体層１２４ｉ〜第４不純物半導体層１３６ｐまでを大気に触れさせることなく連続して形成することができる。このように大気に曝すことなく半導体層を連続成膜することで、半導体接合を形成する界面特性も良好に維持できるため、光電変換特性向上に寄与することができる。
【０１５５】
また、本形態のようにｐｉｎ接合を形成する場合は、ｐ層、ｉ層、およびｎ層の各導電型の半導体層の成膜に対応した反応室を設けることが好ましい。図１３では、積層する膜種の数（ｐ型不純物半導体層、ｉ型半導体層、およびｎ型不純物半導体層）に応じて、反応室の数を３室とした場合を例示している。
【０１５６】
例えば、光電変換層としてｐｉ接合、ｐｎ接合、またはｎｉ接合などを形成する場合には、半導体層の成膜を行う反応室は２室あれば良い。また、ｐｐ−ｎ接合、ｐ＋ｐｐ−ｎ接合のように不純物濃度を異ならせた層を積層する構造を適用する場合は反応室を４室としても良いが、反応室に導入する不純物元素を含むガスの濃度を制御すれば良いので、反応室が２室でも対応できる場合がある。
【０１５７】
単結晶半導体層１２４ｉ〜第４不純物半導体層１３６ｐを形成する一例を示す。まず、被処理体として第１不純物半導体層１２２ｎ＋までが形成されたベース基板１１０が搬入された反応室（２）４０３ｂに第１の反応ガスを導入しプラズマを生成して、第１不純物半導体層１２２ｎ＋をエピタキシャル成長させて単結晶半導体層１２４ｉ（ｉ型半導体層）を形成する。次いで、大気に曝すことなく反応室（２）４０３ｂからベース基板１１０を搬出し、該ベース基板１１０を反応室（３）４０３ｃへ移動させ、該反応室（３）４０３ｃに第２の反応ガスを導入してプラズマを生成し、単結晶半導体層１２４ｉ上に第２不純物半導体層１２６ｐ（ｐ型半導体層）を形成する。次いで、大気に曝すことなく反応室（３）４０３ｃからベース基板１１０を搬出し、該ベース基板１１０を反応室（１）４０３ａへ移動させ、該反応室（１）４０３ａに第３の反応ガスを導入してプラズマを生成し、第２不純物半導体層１２６ｐ上に第３不純物半導体層１３２ｎ（ｎ型半導体層）を形成する。次いで、ベース基板１１０を大気に曝すことなく反応室（１）４０３ａから搬出し、該ベース基板１１０を反応室（２）４０３ｂへ移動させ、該反応室（２）４０３ｂに第４の反応ガスを導入してプラズマを生成し、第３不純物半導体層１３２ｎ上に非単結晶半導体層１３４ｉ（ｉ型半導体層）を形成する。そして、ベース基板１１０を大気に曝すことなく反応室（２）４０３ｂから搬出し、該ベース基板１１０を反応室（３）４０３ｃへ移動させ、該反応室（３）４０３ｃに第５の反応ガスを導入してプラズマを生成し、非単結晶半導体層１３４ｉ上に第４不純物半導体層１３６ｐ（ｐ型半導体層）を形成する。
【０１５８】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１５９】
（実施の形態２）
本形態では、上記実施の形態と異なる光電変換装置および光電変換装置モジュールの作製方法の一例について説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０１６０】
上記実施の形態１では、ｎ＋型単結晶半導体基板を薄片化してｎ＋型単結晶半導体層を形成し、該ｎ＋型単結晶半導体層をそのまま第１不純物半導体層１２２ｎ＋とする例を説明した。本形態では、ｎ＋型単結晶半導体基板と代えてｎ型単結晶半導体基板を適用する例について説明する。
【０１６１】
単結晶半導体基板１０１として、ｎ型単結晶半導体基板を準備する（図１４（Ａ）参照）。
【０１６２】
単結晶半導体基板１０１の一表面から所定の深さの領域に脆化層１０５を形成し（図１４（Ｂ）参照）、単結晶半導体基板１０１の一表面から第１導電型を付与する不純物元素を導入して第１不純物領域１７２ｎ＋を形成する（図１４（Ｃ）参照）。
【０１６３】
脆化層１０５は上記実施の形態１の図３（Ｂ）の説明と同様に形成する。具体的には、電圧で加速したイオンをイオン注入法あるいはイオンドーピング法により導入する、または、多光子吸収を生ずるレーザビームを照射して、脆化層１０５を形成することができる。
【０１６４】
単結晶半導体基板１０１の損傷を防ぐために形成された絶縁層１０３側から、第１導電型を付与する不純物元素を導入する。第１導電型を付与する不純物元素の導入方法としては、イオンドーピング法、イオン注入法、又はレーザドーピング法が挙げられる。また、脆化層１０５の形成前に第１不純物領域１７２ｎ＋を形成する場合は、熱拡散法により第１不純物領域１７２ｎ＋を形成することも可能である。
【０１６５】
本形態では、単結晶半導体基板１０１に第１導電型としてｎ型の不純物元素（例えばリン）を導入して、該単結晶半導体基板１０１の絶縁層１０３が形成された表面側にｎ型の第１不純物領域１７２ｎ＋を形成する。例えば、生成されたイオンを質量分離せずに電圧で加速してイオン流を基板に照射するイオンドーピング装置を用い、フォスフィンを原料ガスとしてリンを導入する。このとき、原料ガスであるフォスフィンに、水素又はヘリウムを加えてもよい。イオンドーピング装置を用いれば、イオンビームの照射面積を大きくすることができ、単結晶半導体基板１０１の面積が対角３００ｍｍを超えるような大きさであっても効率良く処理することができる。例えば、長辺の長さが３００ｍｍを超える線状イオンビームを形成し、該線状イオンビームが、単結晶半導体基板１０１の一端から他端まで照射されるように処理すれば、均一な深さで第１不純物領域１７２ｎ＋を形成することができる。
【０１６６】
本形態のように、単結晶半導体基板１０１としてｎ型の単結晶半導体基板を用いる場合は、ｎ型の不純物元素を導入して高濃度ｎ型領域（ｎ＋領域）である第１不純物領域１７２ｎ＋を形成することができる。
【０１６７】
不要となる絶縁層１０３を除去した後、第１不純物領域１７２ｎ＋が形成された側の単結晶半導体基板１０１上に第１電極１１４を形成する（図１４（Ｄ）参照）。
【０１６８】
以降、図３（Ｄ）〜図７（Ｂ）に示す作製プロセスにより、光電変換装置および光電変換モジュールを作製することができる。
【０１６９】
本形態で完成する光電変換装置および光電変換装置モジュールの第１ユニットセルの構成は、第１電極１１４側からセルの積層方向に向けて、ｎ＋ｎｉｐ接合を形成する。ｎ＋ｎというように濃度差を付け、電極側に高濃度領域を配置することで、キャリア収集効率を高めることができる。もちろん、本形態に係る第１ユニットセルの構成は、ｎ型とｐ型を入れ替えてｐ＋ｐｉｎ接合を形成してもよく、この場合ＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ；裏面電界）が形成される。
【０１７０】
また、本形態では、単結晶半導体基板１０１に脆化層１０５を形成した後に第１不純物領域１７２ｎ＋を形成し、該第１不純物領域１７２ｎ＋が形成された表面上に第１電極１１４を形成する例を説明したが、脆化層１０５〜第１電極１１４を形成する順序はこれに限定されない。例えば、単結晶半導体基板１０１の一表面側に第１不純物領域１７２ｎ＋を形成した後に、単結晶半導体基板１０１の所定の深さの領域に脆化層１０５を形成し、単結晶半導体基板１０１の第１不純物領域１７２ｎ＋が形成された表面上に第１電極１１４を形成する。また、第１電極を形成した後、該第１電極を保護層として機能させて脆化層１０５および第１不純物領域１７２ｎ＋を形成してもよい。
【０１７１】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１７２】
（実施の形態３）
本形態では、上記実施の形態と異なる光電変換装置および光電変換装置モジュールの作製方法の一例について説明する。具体的には、多光子吸収を利用して、単結晶半導体基板に脆化層となる変質領域を形成する方法について説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０１７３】
図１５に示すように、レーザビーム２３０を絶縁層２０３が形成された面側から単結晶半導体基板１０１中に集光する。そして、レーザビーム２３０を単結晶半導体基板１０１に走査することで、単結晶半導体基板１０１の所定の深さの領域に変質領域２０５を形成する。レーザビーム２３０としては多光子吸収を生じさせるものを適用し、レーザビーム２３０の焦点を一定の深さに合わせて単結晶半導体基板１０１全面を走査することで変質領域２０５を形成する。変質領域２０５としては、上記脆化層１０５と同等の状態を形成する。
【０１７４】
多光子吸収とは、物質が複数の光子を同時に吸収して、光吸収前よりも前記物質の持つエネルギーが高いエネルギー準位へと上がる現象である。多光子吸収を生じさせるレーザビーム２３０としては、フェムト秒レーザから射出されるレーザビームを適用する。フェムト秒レーザが引き起こす非線形相互作用の一つとして、多光子吸収が挙げられる。多光子吸収は、１光子吸収と比較して焦点近傍で集中して反応を起こさせることができるため、他の領域へ与えるダメージを低減して、所望の領域に変質領域を形成することができる。例えば、多光子吸収を生じさせるレーザビーム２３０を照射することで、数ｎｍ程度の空洞である変質領域２０５を形成することができる。
【０１７５】
なお、多光子吸収を利用する変質領域２０５の形成では、レーザビーム２３０の焦点の位置（単結晶半導体基板１０１中のレーザビーム２３０の焦点の深さ）で、単結晶半導体基板１０１に形成される変質領域２０５の深さが決定される。レーザビーム２３０の焦点位置は実施者が容易に調整することができる。
【０１７６】
本形態のように多光子吸収を利用して変質領域２０５を形成することで、変質領域２０５以外へ与えるダメージや結晶欠陥の生成を防ぐことができる。そのため、変質領域２０５を境として薄片化して、結晶性などの特性が良好な単結晶半導体層を形成することができる。
【０１７７】
なお、単結晶半導体基板１０１上に、酸化シリコン層または酸化窒化シリコン層などの酸化層で絶縁層２０３を形成し、該絶縁層２０３を通過させてレーザビーム２３０を照射する構成とすることが好ましい。さらに、レーザビーム２３０の波長λ（ｎｍ）、波長λ（ｎｍ）における絶縁層２０３（酸化層）の屈折率をｎ酸化層、絶縁層２０３（酸化層）の厚さｄ（ｎｍ）として、下記数式（１）を満たすことが好ましい。
【０１７８】
【数１】
2010034539.tif 000003
【０１７９】
上記数式（１）を満たすように絶縁層２０３を形成することで、被照射体（単結晶半導体基板１０１）表面でのレーザビーム２３０の反射が抑えられる。その結果、効率良く単結晶半導体基板１０１内部に変質領域２０５を形成することができる。
【０１８０】
変質領域２０５形成後、図３（Ｃ）〜図７（Ｂ）に示す作製プロセスにより、光電変換装置および光電変換装置モジュールを作製することができる。
【０１８１】
なお、単結晶半導体基板１０１の薄片化は、熱処理に代えて、外力の付加によって行うことが可能である。具体的には、力学の法則に還元できる過程を有する力学的手段又は機械的手段を用いて外力を付加することで、変質領域２０５を境として単結晶半導体基板１０１を分割することができる。例えば、人間の手又は道具を用いて、単結晶半導体基板１０１を分割することができる。変質領域２０５は、レーザビーム２３０の照射により空洞などが形成され、脆弱化されている。そのため、単結晶半導体基板１０１に物理的な力（外力）を加えることで変質領域２０５の空洞など脆弱化された部分が始点或いはきっかけとなり、変質領域２０５を境として、単結晶半導体基板１０１を分割することができる。なお、熱処理と外力の付加を組み合わせて、単結晶半導体基板１０１を分割することもできる。外力の付加を加えて単結晶半導体基板１０１を分割することで、薄片化に必要な時間を短縮することが可能となる。よって、生産性の向上につなげることができる。
【０１８２】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１８３】
（実施の形態４）
本形態では、上記実施の形態と異なる光電変換装置および光電変換装置モジュールの作製方法の一例について説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０１８４】
図３（Ｃ）に示すように、所定の深さの領域に脆化層１０５が形成され、一表面上に第１電極１１４が形成された単結晶半導体基板１０１を得る。第１電極１１４としては、アルミニウムを用いて形成することが好ましい。
【０１８５】
超音波接合法により、ベース基板１１０に形成された絶縁層１８２と、単結晶半導体基板１０１に形成された第１電極１１４と、を直接接合する（図１６参照）。
【０１８６】
ベース基板１１０の一表面上に形成する絶縁層１８２は、単層構造または積層構造で形成する。絶縁層１８２は、少なくとも一層は窒化シリコン層、窒化酸化シリコン層、または酸化窒化シリコン層などの窒素を組成に含む窒化膜を形成することが好ましい。ベース基板１１０側に窒化膜を含む絶縁層１８２を形成することで、ベース基板１１０から単結晶半導体基板１０１側に、アルカリ金属元素やアルカリ土類金属元素などの不純物元素が拡散することを防ぐことができる。
【０１８７】
具体的には、単結晶半導体基板１０１側の接合面である第１電極１１４と、ベース基板１１０側の接合面である絶縁層１８２と、を重ね合わせた状態で超音波を印加することで、接合面に発生した摩擦熱により両者を溶着して、接合を形成することができる。好ましくは、重ね合わせた状態の単結晶半導体基板１０１およびベース基板１１０を加圧しながら超音波を印加することで、接合強度を高めることができる。また、アルミニウムを用いて第１電極１１４を形成することで、容易に超音波接合を形成することができる。
【０１８８】
以降、図４（Ｂ）〜図７（Ｂ）に示す作製プロセスにより、光電変換装置および光電変換モジュールを作製することができる。
【０１８９】
このように、本発明の一態様に係る光電変換装置および光電変換装置モジュールは、第１電極を間に介在させて、ベース基板と単結晶半導体基板とを貼り合わせることが可能であれば、接合方法は特に限定されない。超音波接合を利用して貼り合わせを行うことで、ベース基板と単結晶半導体基板との間に強固な接合を形成することができる。
【０１９０】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０１９１】
（実施の形態５）
本形態では、上記実施の形態と異なる光電変換装置および光電変換装置モジュールの作製方法の一例について説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０１９２】
図３（Ｄ）に示すように、所定の深さの領域に脆化層１０５が形成され、一表面上に第１電極１１４および絶縁層１１２が順に形成された単結晶半導体基板１０１を形成する。
【０１９３】
次に、単結晶半導体基板１０１に形成された絶縁層１１２表面にプラズマ処理による平坦化処理を行う。
【０１９４】
具体的には、真空状態のチャンバーに不活性ガス（例えば、Ａｒガス）及び／又は反応性ガス（例えば、Ｏ２ガス、Ｎ２ガス）を導入し、被処理体（ここでは、絶縁層１１２が形成された単結晶半導体基板１０１）にバイアス電圧を印加してプラズマ状態として行う。プラズマ中には電子とＡｒの陽イオンが存在し、陰極方向（絶縁層１１２が形成された単結晶半導体基板１０１側）にＡｒの陽イオンが加速される。加速されたＡｒの陽イオンが絶縁層１１２表面に衝突することによって、絶縁層１１２表面がスパッタエッチングされる。このとき、絶縁層１１２表面の凸部から支配的にスパッタエッチングされ、当該絶縁層１１２表面の平坦性を向上することができる。反応性ガスを導入する場合、絶縁層１１２表面がスパッタエッチングされることにより生じる欠損を、補修することができる。
【０１９５】
プラズマ処理による平坦化処理を行うことにより、絶縁層１１２表面の平均面粗さ（Ｒａ値）を良好にすることができ、例えば５ｎｍ以下、好ましくは０．３ｎｍ以下とすることが可能である。また、最大高低差（Ｐ−Ｖ値）を６ｎｍ以下、好ましくは３ｎｍ以下とすることも可能である。つまり、平坦化処理を行うことで、接合面となる絶縁層１１２表面の平坦性を向上させることができる。
【０１９６】
上記プラズマ処理の一例としては、処理電力１００Ｗ以上１０００Ｗ以下、圧力０．１Ｐａ以上２．０Ｐａ以下、ガス流量５ｓｃｃｍ以上１５０ｓｃｃｍ以下、バイアス電圧２００Ｖ以上６００Ｖ以下とする。
【０１９７】
平坦化処理を行った後は、図４（Ａ）に示すように、単結晶半導体基板１０１に形成された絶縁層１１２表面と、ベース基板１１０表面と、を接合させることで、ベース基板１１０上に単結晶半導体基板１０１を貼り合わせる。本形態では、絶縁層１１２表面の平坦性向上を図っているため、強固な接合を形成することができる。
【０１９８】
本形態で説明した平坦化処理は、ベース基板１１０側に行ってもよい。具体的には、ベース基板１１０にバイアス電圧を印加して、プラズマ処理を行い、平坦性の向上を図ることができる。
【０１９９】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と、適宜組み合わせることができる。
【０２００】
（実施の形態６）
本形態では、上記実施の形態と異なる光電変換装置および光電変換装置モジュールの作製方法の一例について説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０２０１】
単結晶半導体基板を薄片化し、ベース基板上に所定の間隔を隔てて配置された単結晶半導体層を形成した後、熱処理やレーザ処理を行うことで、単結晶半導体層の結晶性回復やダメージ回復を図ることもできる。本形態は、レーザ処理により結晶性回復やダメージ回復を図る例を説明する。また、図４（Ｂ）に示したように、ｎ＋型単結晶半導体基板１０１を薄片化し、ベース基板１１０上に所定の間隔を隔てて配置された単結晶半導体層（ここでは第１不純物半導体層１２２ｎ＋）が形成された例で説明する。
【０２０２】
例えば、図１７に示すようにベース基板１１０上に配置された単結晶半導体層（ここでは第１不純物半導体層１２２ｎ＋）に対し、該単結晶半導体層の上面側からレーザビーム１８０を照射し、単結晶半導体層を溶融させる。そして、単結晶半導体層を冷却、固化させることで、単結晶半導体層の結晶性を向上させる。
【０２０３】
レーザビーム１８０の照射による単結晶半導体層の溶融は、部分溶融でも完全溶融でもよい。好ましくは、上層（表層側）が溶融して液相となり、下層（第１電極と接する側）が溶融せず固相となる部分溶融とすることで、固相部分から結晶成長を進行させることができる。なお、本明細書において、完全溶融とは、単結晶半導体層が下部界面（第１電極との界面）付近まで溶融されて、液相状態になることをいう。部分溶融とは、単結晶半導体層の一部（例えば上層部）は溶融されて液相となり、その他（例えば下層部）は溶融せずに固相のままであることをいう。
【０２０４】
本形態に係るレーザ処理に適用できるレーザビーム１８０としては、単結晶半導体層に吸収される波長を有するものを選択する。またレーザビームの波長は、レーザビームの表皮深さ（ｓｋｉｎ  ｄｅｐｔｈ）などを考慮して決定することができる。例えば、発振波長が紫外光域から可視光域の範囲にあるものが選択され、具体的には２５０ｎｍ以上７００ｎｍ以下の範囲とすることができる。レーザビーム１８０の具体例としては、ＹＡＧレーザおよびＹＶＯ４レーザに代表される固体レーザの第２高調波（５３２ｎｍ）、第３高調波（３５５ｎｍ）、または第４高調波（２６６ｎｍ）や、エキシマレーザ（ＸｅＣｌ（３０８ｎｍ）、ＫｒＦ（２４８ｎｍ））から射出されるレーザビームが挙げられる。また、レーザビーム１８０を射出するレーザ発振器としては、連続発振レーザ、疑似連続発振レーザ及びパルス発振レーザを用いることができる。部分溶融させるためには、パルス発振レーザを用いることが好ましい。例えば、繰り返し周波数１ＭＨｚ以下、パルス幅１０ｎ秒以上５００ｎ秒以下のパルス発振レーザや、繰り返し周波数１０Ｈｚ〜３００Ｈｚ、パルス幅２５ｎ秒、波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用いることができる。
【０２０５】
また、単結晶半導体層に照射するレーザビームのエネルギーは、レーザビームの波長、レーザビームの表皮深さ、および被照射体である単結晶半導体層の膜厚などを考慮して決定する。レーザビームのエネルギーは、例えば、３００ｍＪ／ｃｍ２以上８００ｍＪ／ｃｍ２以下の範囲とすることができる。例えば、単結晶半導体層の厚さが１２０ｎｍ程度であり、レーザ発振器にパルス発振レーザを用い、レーザビームの波長が３０８ｎｍの場合は、レーザビームのエネルギー密度は６００ｍＪ／ｃｍ２〜７００ｍＪ／ｃｍ２とすることができる。
【０２０６】
レーザビーム１８０の照射を行う雰囲気は、希ガス雰囲気もしくは窒素雰囲気のような不活性雰囲気、または真空状態で行うことが好ましい。レーザビーム１８０を不活性雰囲気または真空状態で照射することで、大気雰囲気でレーザビームを照射するよりも、被照射体である単結晶半導体層のクラック発生などを抑えることができる。例えば、不活性雰囲気中でレーザビーム１８０を照射するには、気密性のあるチャンバー内で、チャンバー内の雰囲気を不活性雰囲気に制御してレーザビーム１８０を照射する。チャンバーを用いない場合は、レーザビーム１８０の被照射面（図１７では第１不純物半導体層１２２ｎ＋表面）に窒素ガスなどの不活性ガスを吹き付けることで不活性雰囲気でのレーザビーム１８０の照射を実現することができる。
【０２０７】
レーザビーム１８０は、光学系により、エネルギー分布を均一にし、断面の形状を線状にすることが好ましい。レーザビーム１８０を光学系により上記のように調節することで、スループット良く、均一にレーザビーム１８０を照射することができる。レーザビーム１８０のビーム長は、ベース基板１１０の１辺より長くすることで、１回の走査で、ベース基板１１０上に形成された全ての単結晶半導体層（または、単結晶半導体層である第１不純物半導体層１２２ｎ＋）にレーザビーム１８０を照射することができる。レーザビーム１８０のビーム長がベース基板１１０の１辺より短い場合は、複数回の走査で、ベース基板１１０に形成された全ての単結晶半導体層にレーザビーム１８０を照射することができる。
【０２０８】
単結晶半導体基板を薄片化して形成した単結晶半導体層は、脆化層形成や単結晶半導体基板の分割により、結晶性が低下している。そのため、上述のように、レーザビームを照射することで、単結晶半導体層の結晶性を回復させることができる。単結晶半導体層は光電変換層を形成するため、結晶性を向上させることで、光電変換効率の向上を図ることができる。また、単結晶半導体層は、エピタキシャル成長を行う際のシード層としても機能するため、結晶性を向上させることで、エピタキシャル成長して得られる半導体層の結晶性を向上させることができる。また、ここでは、単結晶半導体基板を薄片化して形成した単結晶半導体層が第１不純物半導体層１２２ｎ＋を形成する例を示しており、レーザビームを照射することで、第１不純物半導体層１２２ｎ＋の活性化も兼ねることができる。
【０２０９】
なお、レーザ処理と代えて、またはレーザ処理と組み合わせて、熱処理を行うことにより、結晶性やダメージの回復を図ることも可能である。熱処理は、加熱炉、ＲＴＡなどにより、脆化層１０５を境として単結晶半導体基板１０１分割のための熱処理よりも高温または長時間行うことが好ましい。もちろん、ベース基板１１０の歪み点は超えない程度の温度で熱処理を行う。
【０２１０】
以降は、図５（Ａ）〜図７（Ｂ）に示すような作製プロセスで光電変換装置および光電変換装置モジュールを作製することができる。
【０２１１】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０２１２】
（実施の形態７）
本形態では、上記実施の形態と異なる光電変換装置および光電変換装置モジュールの作製方法の一例について説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略或いは一部簡略化する。
【０２１３】
単結晶半導体基板を薄片化し、ベース基板上に所定の間隔を隔てて配置された単結晶半導体層を形成する。本形態では、図１８（Ａ）に示すように、単結晶半導体基板１０１を薄片化し、ベース基板１１０上に所定の間隔を隔てて配置された第１不純物半導体層１２２ｎ＋が形成される例を示す。単結晶半導体基板を薄片化した単結晶半導体層は、第１不純物半導体層１２２ｎ＋に相当する。ここまでは、図３（Ａ）〜図４（Ｂ）に示す作製プロセスにより行うことができる。
【０２１４】
次に、ベース基板上に配置された単結晶半導体層を表層からエッチングして薄膜化する。本形態では、図１８（Ｂ）に示すように、単結晶半導体層である第１不純物半導体層１２２ｎ＋を表層からエッチングし、該第１不純物半導体層１２２ｎ＋を薄膜化する。
【０２１５】
単結晶半導体基板を薄片化して形成した単結晶半導体層を表層からエッチングすることで、脆化層形成や単結晶半導体基板の分割によって受けたダメージ部分を除去できる。単結晶半導体層は光電変換層を構成するため、該単結晶半導体層にダメージ部分を存在すると、キャリアの再結合中心となってしまい、光電変換効率を低くする要因となる。そのため、本形態のようにダメージ部分を除去する工程を入れることで、再結合中心となりうる欠陥を低減することができる。その結果、キャリアのライフタイムを向上させることができ、光電変換効率を向上させることができる。ここでは、第１不純物半導体層１２２ｎ＋を表層からエッチングすることで、脆化層形成や単結晶半導体基板の分割によって受けたダメージ部分を除去している。
【０２１６】
単結晶半導体層を薄膜化する厚さ（エッチングする厚さ）は、実施者が適宜設定することができる。例えば、単結晶半導体基板を薄片化して、膜厚３００ｎｍ程度の単結晶半導体層を形成し、該単結晶半導体層を表層から２００ｎｍ程度エッチングして、ダメージ部分を除去した膜厚１００ｎｍ程度の単結晶半導体層を形成する。
【０２１７】
単結晶半導体層（ここでは第１不純物半導体層１２２ｎ＋）の薄膜化は、ドライエッチングまたはウェットエッチングにより行うことができ、好ましくはドライエッチングを適用する。
【０２１８】
例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ：Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｉｏｎ  Ｅｔｃｈｉｎｇ）法、ＩＣＰ（Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｐｌａｓｍａ）エッチング法、ＥＣＲ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ  Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）エッチング法、平行平板型（容量結合型）エッチング法、マグネトロンプラズマエッチング法、２周波プラズマエッチング法またはヘリコン波プラズマエッチング法等のドライエッチングを行う。エッチングガスとしては、例えば、塩素、塩化硼素、或いは塩化珪素（四塩化珪素含む）等の塩素系ガス、トリフルオロメタン、フッ化炭素、フッ化窒素、或いはフッ化硫黄等のフッ素系ガス、臭化水素等の臭素系ガスなどが挙げられる。その他、ヘリウム、アルゴン、或いはキセノンなどの不活性ガス、酸素ガス、または水素ガスなどが挙げられる。
【０２１９】
なお、図１８（Ｂ）に示すように単結晶半導体層を薄膜化した後、該単結晶半導体層にレーザビームを照射して、単結晶半導体層の結晶性向上を図ることもできる。例えば、上述の実施の形態６で説明したレーザ処理を適用することができる。
【０２２０】
以降は、図５〜図７（Ｂ）に示すような作製プロセスを行い、光電変換装置モジュールを作製することができる。
【０２２１】
なお、ここではｎ＋型単結晶半導体基板を薄片化して第１不純物半導体層を形成する例を説明しているが、もちろん、実施の形態２で示す場合にも適用できる。その場合、第１不純物領域を含む単結晶半導体層を表層からエッチングし、薄膜化する。
【０２２２】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【０２２３】
（実施の形態８）
本形態では、上記実施の形態と異なる光電変換装置および光電変換装置モジュールの作製方法の一例について説明する。なお、上記実施の形態と重複する部分の説明は省略あるいは一部簡略化する。
【０２２４】
図１９に示す光電変換装置モジュールは、ベース基板１１０上に絶縁層１１２を間に介して第１電極１１４が設けられ、該第１電極１１４上に第１ユニットセル１２０が設けられ、該第１ユニットセル１２０上に第２ユニットセル１９０が設けられ、該第２ユニットセル１９０上に第２電極１４２、補助電極１４４が設けられている。図１９に示す光電変換装置モジュールの上面図は、図１に相当する。なお、図１９は、図１に示す上面図中の切断線ＸＹに対応する断面図であり、光電変換セル１４０ｄおよび光電変換セル１４０ｅが示されている。
【０２２５】
本形態では、第２ユニットセル１９０を構成する非単結晶半導体層１９４ｉとして、非晶質領域１９３の中に結晶１９５が離散して存在する構成を有することを特徴とする。具体的には、第１導電型の第３不純物半導体層１９２ｎと、非晶質領域１９３の中に結晶１９５を含む非単結晶半導体層１９４ｉと、前記第３不純物半導体層１９２ｎとは逆の導電型を付与する第２導電型の第４不純物半導体層１９６ｐと、の積層構造で、第２ユニットセル１９０を形成する。なお、第２ユニットセル１９０の第３不純物半導体層１９２ｎは、第１ユニットセル１２０との接合界面でｐｎ接合が形成されるように導電型を決定する。
【０２２６】
本形態に係る第２ユニットセル１９０の形成は、まず、ｎ型の微結晶半導体（代表的には微結晶シリコン）で第３不純物半導体層１９２ｎを形成する。
【０２２７】
次に、半導体材料ガス（代表的にはシラン）に対して希釈ガス（代表的には水素）の流量比を所定の割合に調整した反応ガスを反応空間に導入してプラズマを生成し、プラズマＣＶＤ法により、第３不純物半導体層１９２ｎ上に非単結晶半導体層１９４ｉを形成する。微結晶半導体層上に、反応ガスの希釈率を制御して半導体層を成膜することで、微結晶半導体層がシード層として機能し、非晶質領域１９３と結晶１９５とを含む非単結晶半導体層１９４ｉを形成することができる。非単結晶半導体層１９４ｉの構成は、シード層として機能する微結晶半導体層の構造や、反応ガスの希釈率などによって制御される。例えば、半導体材料ガスに対して希釈ガスの流量比を相対的に高くして被膜の成膜を行うと結晶領域の成長が支配的に進行し、半導体材料ガスに対して希釈ガスの流量比を相対的に低くして被膜の成膜を行うと非晶質領域の成長が支配的に進行する。
【０２２８】
そして、非単結晶半導体層１９４ｉ上にｐ型の第４不純物半導体層１９６ｐを形成することで、第２ユニットセル１９０が形成される。
【０２２９】
非単結晶半導体層１９４ｉを形成する条件の一例としては、シランに対して水素の流量比を１倍以上１０倍未満、好ましくは１倍以上６倍以下としてプラズマＣＶＤ装置の反応室内に導入し、プラズマを生成して半導体層を成膜することで、非晶質領域１９３の中に、被膜の成膜方向に向かって成長した結晶１９５が離散的に存在する非単結晶半導体層１９４ｉが形成される。
【０２３０】
非単結晶半導体層１９４ｉは、非晶質領域１９３の中に、針状の結晶１９５が含まれる構成を形成することが好ましい。ここで、「針状」とは、錐形状や柱状のものを含む。具体的には、円錐、円柱、角錐、または角柱などが挙げられる。角錐としては、三角錐、四角錐、六角錐などが挙げられ、角柱としては、三角柱、四角柱、六角柱などが挙げられる。もちろん、その他の多角錐形状または多角柱状のものでもよい。また、円錐状や角錐状で先端が平坦なもの、円柱状や角柱状で先端が尖っているものも含む。多角錐または多角柱の場合、多角形の各辺は等しくともよいし、異なる長さでもよい。本明細書では、このような形態の結晶を針状結晶とも呼ぶ。また、針状結晶である結晶１９５は、第３不純物半導体層１９２ｎと、第４不純物半導体層１９６ｐと、の間に連続的に存在することができる。すなわち、非単結晶半導体層１９４ｉを貫通して結晶１９５が成長する。本明細書では、このような連続的に存在する形態の結晶を貫通した針状結晶（Ｐｅｎｅｔｒａｔｉｎｇ  Ｎｅｅｄｌｅ−ｌｉｋｅ  Ｃｒｙｓｔａｌ：ＰＮＣ）とも呼ぶ。なお、結晶１９５は、非単結晶半導体層１９４ｉを貫通していなくともよい。
【０２３１】
また、結晶１９５は、微結晶半導体、多結晶半導体、または単結晶半導体などの結晶質半導体（代表的には結晶質シリコン）を含む。非晶質領域１９３は、非晶質半導体（代表的には非晶質シリコン）で形成される。非晶質シリコンに代表される非晶質半導体は、直接遷移型であり、光吸収係数が高い。そのため、非晶質領域１９３の中に結晶１９５が存在する非単結晶半導体層１９４ｉにおいて、非晶質領域１９３は結晶１９５よりも支配的に光生成キャリアを発生する。また、非晶質シリコンで構成される非晶質領域のバンドギャップは１．６ｅＶ乃至１．８ｅＶであるのに対し、結晶質シリコンで構成される結晶のバンドギャップは１．１ｅＶ乃至１．４ｅＶ程度である。バンドギャップの関係から、非晶質領域１９３の中に結晶１９５を含む非単結晶半導体層１９４ｉで発生した光生成キャリアは、拡散により或いはドリフトにより結晶１９５に移動する。結晶１９５は、光生成キャリアの導通路（キャリアパス）として機能する。このような構成によれば、光誘起欠陥が生成されたとしても光生成キャリアは結晶１９５を支配的に流れるため、非単結晶半導体層１９４ｉの欠陥準位に光生成キャリアがトラップされる確率が減る。また、第３不純物半導体層１９２ｎと、第４不純物半導体層１９６ｐと、の間を貫通するように結晶１９５を成長させることで、光生成キャリアである電子および正孔とも、欠陥準位にトラップされる確率が減り流れやすくなる。以上のことから、従来から問題となっている光劣化による特性変動を低減することができる。つまり、トップセルを光劣化などにより特性変動することを防止した構成とし、ボトムセルを単結晶半導体層で構成することで、優れた光電変換特性を実現できる。
【０２３２】
また、非晶質領域１９３の中に結晶１９５が存在する非単結晶半導体層１９４ｉとすることで、主に光生成キャリアを発生させ光電変換を行う領域、主に発生した光生成キャリアの導通路となる領域、というように機能の分離を行うことができる。従来の光電変換層を形成する非晶質半導体層や微結晶半導体層では、光電変換とキャリアの導通路の機能が分離されることなく行われており、一方の機能を優先させると他方の機能が低下することがあった。しかし、上述のように機能の分離を図ることで、両方の機能の向上が可能となり、光電変換特性を向上させることができる。
【０２３３】
また、非晶質領域１９３の中に結晶１９５を含む非単結晶半導体層１９４ｉとすることで、非晶質領域１９３で光吸収係数を維持できる。そのため、非晶質シリコン薄膜を用いた光電変換層と同程度の厚さとすることができ、微結晶シリコン薄膜を用いた光電変換装置よりも生産性を向上させることができる。
【０２３４】
なお、本実施の形態は、他の実施の形態と適宜組み合わせることができる。
【符号の説明】
【０２３５】
１０１    単結晶半導体基板
１０３    絶縁層
１０５    脆化層
１１０    ベース基板
１１２    絶縁層
１１４    第１電極
１２０    第１ユニットセル
１３０    第２ユニットセル
１４２    第２電極
１４４    補助電極
１４６    接続電極
１５１    剥離基板
【図１】
2010034539.tif 000004
【図２】
2010034539.tif 000005
【図３】
2010034539.tif 000006
【図４】
2010034539.tif 000007
【図５】
2010034539.tif 000008
【図６】
2010034539.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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