DE4122845C2 - Photovoltaische Halbleitereinrichtung und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

Photovoltaische Halbleitereinrichtung und Herstellungsverfahren dafür

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Description

Die Erfindung betrifft eine photovoltaische Halbleitereinrichtung mit einer Mehrzahl von miteinander in Reihe verbundenen photovoltaischen Elementeinheiten und ein Herstellungsverfahren dafür.
Eine herkömmliche Halbleitereinrichtung wie eine Solarzelle weist eine Struktur auf, bei der eine Mehrzahl von photovol­ taischen Elementen auf einem Substrat angeordnet sind. Diese sind miteinander in Reihe verbunden, wie es in der JP 59-167072 A, der JP 59-182578 A und JP 61-50381 A gezeigt ist.
Im folgenden wird anhand der Fig. 14 eine herkömmliche Technik im Detail beschrie­ ben, die sich auf eine photovoltaische Einrichtung und der Be­ nützung eines dünnen Halbleiterfilmes bezieht, wie es in der oben erwähnten JP 59-182578 A beschrieben ist.
In Fig. 14(f) bezeichnet das Bezugszeichen 101 ein isolierendes Substrat. Eine erste Elektrodenschicht 113a ist selektiv auf dem Substrat 101 gebildet. Eine aus einem dünnen Halbleiterfilm gebildete Halbleiterschicht 115a ist auf der Elektrodenschicht 113a gebildet. Eine zweite Elektrodenschicht 117a ist auf der Halbleiterschicht 115a gebildet. Die Halb­ leiterschicht 115a und die Elektrodenschichten 113a und 117a bilden eine photovoltaische Elementeinheit.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren beschrieben.
Wie in Fig. 14(a) gezeigt ist, wird die ITO (Indiumzinnoxid), Zinnoxid oder ähnliches aufweisende erste Elektrodenschicht 113 auf dem isolierenden Substrat 101 aus Glas gebildet. Dann wird, wie in Fig. 14(b) gezeigt ist, die erste Elektrodenschicht 113 in vorbestimmte Muster durch Einstrahlen eines Laserstrahles unterteilt. Dann wird, wie in Fig. 14(c) gezeigt ist, die dünne Halbleiterschicht darauf zum Bilden der Halbleiterschicht 115 gebildet. In diesem Fall wird die Halbleiterschicht 115 durch Abscheiden eines dünnen Filmes aus amorphem Silizium, mikrokri­ stallinem Silizium, einer Legierung aus amorphem Silizium und Kohlenstoff oder ähnliches gebildet. Zum Beispiel werden dünne Filme aus amorphem Silizium vom p-Typ, i-Typ und n-Typ benutzt. Dann werden, wie in Fig. 14(d) gezeigt ist, einige Abschnitte der Halbleiterschicht 115 durch Einstrahlen eines Laserstrahles oder Ätzen entsprechend dem Muster der ersten Elektrode (113a) entfernt, wodurch Öffnungen 115(b) gebildet werden. Dann wird, wie in Fig. 14(e) gezeigt ist, das ganze mit einer zweiten Elektrodenschicht (117) aus Metall wie Aluminium bedeckt. Dann wird dieses, wie in Fig. 14(f) gezeigt ist, mit etwa einem Laserstrahl behandelt, zum Bilden von Öffnungen 117b.
Wie oben beschrieben wurde, wird eine Struktur vorgesehen, bei der die Halbleiterschicht 115a an jedem Elementbereich des iso­ lierenden Substrates 101 vorgesehen ist, das heißt, an jedem der Bereiche, auf dem die photovoltaische Elementeinheit zu bilden ist. Diese Halbleiterschicht 115a ist zwischen der ersten Elek­ trodenschicht 113a und der zweiten Elektrodenschicht 117a sand­ wichartig eingeschlossen. Die erste Elektrodenschicht 113a unter der Halbleiterschicht 115a in jedem Gebiet ist mit der zweiten Elektrode 117a auf der Halbleiterschicht 115a des benachbarten Gebietes verbunden.
Wenn bei dem oben beschriebenen photovoltaischen Element die Halbleiterschicht 115a eine Anordnung aufweist, die aus amorphen dünnen Siliziumfilmen des p-Typs, i-Typs und n-Typs besteht, er­ zeugt die Halbleiterschicht 115a eine elektromotorische Kraft, wenn Licht die Halbleiterschicht 115a durch das isolierende Sub­ strat 101 aus Glas bestrahlt. Diese elektromotorische Kraft wird in die Richtung der Filmdicke so erzeugt, daß der Film vom p-Typ ein positives Potential haben kann und der Film vom n-Typ ein negatives Potential haben kann. Da zusätzlich die Elektrode auf der Seite des n-Typs der Halbleiterschicht 115a der photo­ voltaischen Elementeinheit mit der Elektrode auf der Seite des p-Typs der Halbleiterschicht 115a des benachbarten Elementes verbunden ist, wird die an der Halbleiterschicht 115a eines jeden Elementes erzeugte elektromotorische Kraft addiert, wodurch insgesamt eine hohe Spannung erzeugt werden kann. Zu­ sätzlich kann der Betrag des durch die elektromotorische Kraft erzeugten Stromes mit Hilfe der Fläche der Halbleiterschicht 115a eines jeden Elementes eingestellt werden.
Wenn die Halbleiterschicht 115a aus einem Material wie amorphes Silizium gebildet ist, das bei einer relativ niedrigen Temperatur von ungefähr 300°C höchstens gebildet werden kann, können die Materialien für das isolierende Substrat 101, die erste Elektrodenschicht 113a und die zweite Elektrodenschicht 117a und ihre Bearbeitungsmittel aus einem weiten Bereich ge­ wählt werden. Dies hat zur Folge, daß die Anordnung, bei der die auf dem isolierenden Substrat 101 in vorbestimmten Abständen an­ geordneten Halbleiterschichten 115a durch die Elektrodenschicht 113a und 117a in Reihe verbunden sind, leicht hergestellt werden kann, wie oben beschrieben wurde. Wenn jedoch nichtkristallines Silizium benutzt wird, ist die Umwandlungseffektivität des Umwandelns der Energie des einfallenden Lichtes in elektrische Energie niedrig, und die Umwandlungseffektivität nimmt mit der Belichtung ab. Deswegen wird kristallines Silizium bevorzugt als das Material der Halbleiterschicht 115a benutzt.
Wenn jedoch die Halbleiterschicht 115a aus kristallinem Silizium gebildet wird, muß das Bearbeiten bei einer hohen Temperatur von ungefähr 600°C bis 1400°C durchgeführt werden, was nahe dem Schmelzpunkt von Silizium ist. In diesem Fall sollten das iso­ lierende Substrat 101, die erste Elektrodenschicht 113 und die zweite Elektrodenschicht 117 aus Materialien gebildet werden, die hohe Temperatur vertragen, daher ist der Bereich der Wahl der Materialien begrenzt. Zusätzlich kann ein Anteil des Materiales in dem Siliziumkristall als Fremdatom während des Arbeitens bei hoher Temperatur eindiffundieren, das würde die Qualität der Tätigkeit der Halbleitereinrichtung verschlechtern. Somit ist es schwierig, die obige integrierte Struktur unter Be­ nutzung von kristallinem Silizium als Material des Standes der Technik zu erhalten.
Es sind einige Anstrengungen unternommen worden, eine photovol­ taische Halbleitereinrichtung durch Bilden eines dünnen Filmes aus kristallinem Silizium auf einem Substrat vorzusehen. Zum Beispiel zeigen die Fig. 15 und 16 die Anordnung von Halblei­ tereinrichtungen, wie sie in dem Konferenzbericht "Recrystallized Silicon Thin Film Structure for Solus Ceks", Twentieth IEEE Photovaltiac Specialists Conference, Bd. II, Las Vegas, Nevada, 26.-30. September 1988 gezeigt sind. In den Fig. 15 und 16 bezeichnet das Bezugszeichen 111 ein Substrat mit Widerstandsfähigkeit gegen hohe Temperatur. Eine Diffusions­ sperrschicht 102 ist auf dem Substrat 111 gebildet. Eine Halb­ leiterschicht 105 ist auf der gesamten Oberfläche des Substrates 111 und der Sperrschicht 102 gebildet. Eine Emitterschicht 106 ist auf der Halbleiterschicht 105 gebildet. Eine Metallelektrode 107 ist auf der Oberfläche gebildet.
Als Substrat 111 mit hoher Wärmefestigkeit wird bei der in Fig. 15 gezeigten Struktur ein polykristallines Silizium niedriger Reinheit benutzt, bzw. eine leitende Keramik wird in der in Fig. 16 gezeigten Anordnung benutzt.
Gemäß dem in Fig. 15 gezeigten herkömmlichen Beispiel wird die einen Siliziumdioxidfilm aufweisende Diffusionssperrschicht 102 auf dem wärmefesten Substrat 111 gebildet. Dann werden darin Öffnungen 102a zum elektrischen Verbinden des hochwärmefesten Substrates 111 mit der Halbleiterschicht 105 gebildet. Das hoch­ wärmefeste Substrat 111 dient als Elektrode zum Herausziehen des Stromes, der erzeugt wird, wenn Licht auf den dünnen Halbleiterfilm 105 trifft, zu der Außenseite. Die einen dünnen polykristal­ linen Siliziumfilm aufweisende Halbleiterschicht 105 wird darauf durch das Verfahren des chemischen Dampfabscheidens (CVD- Verfahren) gebildet. Da der durch das CVD-Verfahren gebildete dünne polykristalline Siliziumfilm aus kleinen Kristallkörnern besteht, werden diese durch Infraroterwärmen einmal aufgeschmol­ zen und dann rekristallisiert. Danach wird die Emitterschicht 106 auf der Oberfläche durch Fremdatomdiffusion gebildet, und danach wird die Metallelektrode 107 gebildet.
Nach dieser Anordnung verhindert die Sperrschicht 102, daß Fremdatome, die die Leistung der Halbleitereinrichtung ver­ schlechtern könnten, aus dem hochwärmefesten Substrat 111 in die Halbleiterschicht 105 während der Rekristallisation diffun­ dieren, und sie reflektiert auch Licht, das in die Halbleiter­ schicht 105 eindringt, aber nicht vollständig in ihr absorbiert wird, und sie führt dieses Licht wieder zu der Halbleiterschicht 105. Da jedoch die Öffnung 102a in der Sperrschicht 102 gebildet ist, diffundieren Fremdatome, die in dem hochwärmefesten Substrat 111 vorhanden sind, in die Halbleiterschicht 105 durch die Öffnung 102a, wenn die Halbleiterschicht 105 rekristalli­ siert wird, wodurch die Qualität der Halbleitereinrichtung verschlechtert wird.
Weiterhin wird die dem herkömmlichen Beispiel von Fig. 16 entsprechende Sperrschicht 102 auf der gesamten Oberfläche des wärmefesten Substrates 111 gebildet, das leitende Keramiken auf­ weist, und dann wird der dünne polykristalline Siliziumfilm da­ rauf als der dünne Halbleiterfilm 105 gebildet, in dem das Lö­ sungswachstumsverfahren unter Benutzung von Zinn als Lösungsmit­ tel benutzt wird. Dann werden ähnlich wie in Fig. 15 die Emit­ terschicht 106 und die Metallelektrode 107 gebildet.
Obwohl bei diesem Beispiel das Material der Sperrschicht 102 nicht spezifiziert ist, sollte die Sperrschicht 102 aus einem leitenden Material gebildet sein, damit sie elektrisch den dünnen Halbleiterfilm 105 mit dem hochtemperaturfesten Substrat 111 wie in Fig. 15 verbindet. Sie sollte daher aus Metall oder ähnlichem gebildet sein. Wenn ein Fremdatom einer Metallgruppe in den Siliziumhalbleiter eindringt, übt es im allgemeinen einen schlechten Einfluß auf die elektrischen Eigenschaften des Halb­ leiters aus Silizium aus. Wenn die Halbleiterschicht 105 auf der Sperrschicht 102 durch das Lösungswachstumsverfahren gebildet wird, muß die Wachstumstemperatur eine hohe Temperatur von unge­ fähr 1000°C sein. Daher diffundieren auch in diesem Fall die in dem Material der Sperrschicht 102 enthaltenen Fremdatome in die Halbleiterschicht 105, was die Qualität der Halbleitereinrich­ tung verschlechtert, während die Halbleiterschicht 105 gebildet wird.
Da gemäß der in Fig. 15 und 16 gezeigten herkömmlichen Halb­ leitereinrichtungen das hochtemperaturfeste Substrat 111 als Elektrode zum Herausziehen des Stromes nach außen benutzt wird, der in der Halbleiterschicht 105 erzeugt ist, muß das hoch­ wärmefeste Substrat 111 aus einem leitenden Material gemacht werden. Da das hochtemperaturfeste Substrat 111 gleichmäßig mit der Halbleiterschicht 105 über die ganze Oberfläche verbunden ist, ist es praktisch unmöglich, die in Fig. 14 gezeigte integrierte Struktur einzuführen, in der die photovoltaischen Elementeinheiten in Reihe miteinander verbunden sind.
Da die herkömmliche Halbleitereinrichtung wie oben beschrieben konstruiert ist, ist es schwierig, die integrierte Struktur unter Benutzung eines Halbleitermateriales wie kristallines Silizium einzuführen. Zusätzlich diffundieren Fremdatome aus den Substraten oder den Metallschichten, die den Halbleiterfilm be­ rühren, in den dünnen Halbleiterfilm.
Aus der DE 36 04 917 A1 ist eine photovoltaische Halbleitereinrichtung bekannt, bei der eine Mehrzahl von miteinander in Reihe verbundenen photovoltaischen Elementeinheiten auf einem Substrat angeordnet ist. Es ist eine erste Schicht vorgesehen, die als Elektrode dient und aus einem leitenden Material, wie Indiumzinn-Oxid gebildet ist. Die erste Schicht ist auf einem Substrat aus Glas, das isolierend und hochtemperaturfest ist, an vorbestimmten Abschnitten gebildet. Eine zweite Halbleiterschicht ist selektiv auf der ersten Halbleiterschicht so gebildet, daß ein Teil der ersten Halbleiterschicht offenliegt und die zweite Halbleiterschicht nicht in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht einer benachbarten photovoltaischen Elementeinheit steht. Auf der zweiten Halbleiterschicht ist eine Elektrodenschicht so gebildet, daß die Elektrodenschicht in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht der benachbarten photovoltaischen Elementeinheit steht.
Aus der US-PS 4 518 815 ist eine photovoltaische Halbleitereinrichtung bekannt, bei der die Elektroden aus Silizium hergestellt sind.
Aus der DE 31 19 631 A1 ist eine photovoltaische Solarzelle bekannt, in der eine vorteilhafte Verwendung von polykristallinem Silizium als aktive Schicht offenbart ist.
Schließlich ist aus JP 63-177476 A bekannt, daß bei der Herstellung einer photovoltaischen Halbleitereinrichtung eine Isolierschicht in den Lückengebieten zwischen den Abschnitten der ersten Elektroden vorgesehen wird.
Es ist daher das der Erfindung zugrundeliegende Problem, die obigen Nachteile zu vermeiden und eine photovoltaische Halbleitereinrichtung vorzusehen, die eine Mehrzahl von photovoltaischen Elementein­ heiten aufweist, eine hohe Umwandlungseffektivität besitzt und deren Eigenschaften sich nicht durch Belichtung verschlechtern. Weiterhin soll ein Verfahren geschaffen werden, mit dem eine derartige Halbleitereinrichtung hergestellt werden kann.
Die erfindungsgemäße photovoltaische Halbleitereinrichtung mit einer Mehrzahl von miteinander in Reihe geschalteten photovoltaischen Elementeinheiten ist gekennzeichnet durch die Merkmale des Patentanspruchs 1.
Das Verfahren zum Herstellen einer derartigen Halbleitereinrichtung ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 5 gekennzeichnet.
Da ein hochtemperaturfestes isolierendes Substrat als Substrat benutzt wird, auf dem die photovoltaische Elementeinheit zu bilden ist, und da eine Halbleiterschicht aus polykristallinem Silizium als Elektrode auf der unteren Seite des photovoltaischen Elementes benutzt wird, kann das Behandeln bei einer hohen Temperatur durchgeführt werden, nachdem die Elektrode auf der unteren Seite auf dem Substrat ge­ bildet ist, und dann kann kristallines Silizium, das eine Hoch­ temperaturbehandlung benötigt, als das Material der photovoltaischen Schicht benutzt werden. Da das Substrat ein isolierendes Substrat ist und die Elektrode der unteren Seite aus polykristallinem Silizium gebildet ist, werden schädliche Fremdatome daran gehindert, in die darauf gebildete Halbleiterschicht zu diffundieren, und es ist möglich, eine photovoltaische Einrichtung vorzusehen, die eine integrierte Struktur hat, deren Umwandlungseffektivität hoch ist und deren Eigenschaften nicht leicht verschlechtert werden.
Es folgt die Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine Schnittansicht der Struktur einer ersten Ausfüh­ rungsform der photovoltaischen Halbleitereinrichtung;
Fig. 2 eine Schnittansicht der Struktur einer zweiten Ausfüh­ rungsform;
Fig. 3 eine Schnittansicht der Struktur einer dritten Ausfüh­ rung;
Fig. 4 eine Schnittansicht der Struktur einer vierten Ausfüh­ rungsform;
Fig. 5 eine Schnittansicht der Struktur einer fünften Ausfüh­ rungsform;
Fig. 6 eine schematische Schnittansicht des Herstellungsver­ fahrens für die erste Ausführungsform der photovoltaischen Halbleiter­ einrichtung;
Fig. 7 eine schematische Schnittansicht des Herstellungsver­ fahrens für die zweite Ausführungsform;
Fig. 8 eine schematische Schnittansicht des Herstellungsver­ verfahrens für die dritte Ausführungsform;
Fig. 9 eine schematische Schnittansicht des Herstellungsver­ fahrens für die vierte Ausführungsform;
Fig. 10 eine schematische Schnittansicht des Herstellungsver­ fahrens für die fünfte Ausführungsform;
Fig. 11 eine schematische Ansicht einer Abänderung der zweiten Ausführungsform;
Fig. 12 eine schematische Ansicht einer weiteren Abänderung der zweiten Ausführungsform;
Fig. 13 eine schematische Ansicht einer noch weiteren Abände­ rung der zweiten Ausführungsform;
Fig. 14 schematische Schnittansichten der Struktur einer her­ kömmlichen Halbleitereinrichtung und ihres Herstel­ lungsverfahrens in der Reihenfolge der Herstellungs­ schritte;
Fig. 15 eine schematische Schnittansicht der Struktur einer anderen herkömmlichen Halbleitereinrichtung und
Fig. 16 eine schematische Schnittansicht einer Struktur einer noch anderen Halbleitereinrichtung.
In Fig. 1 bezeichnet das Bezugszeichen 1 ein hochwärmefestes tragendes Substrat. Eine isolierende bedeckende Schicht 2 ist auf dem tragenden Substrat 1 gebildet. Eine erste Halbleiterschicht 3a ist auf der isolierenden, bedeckenden Schicht 2 gebildet und in eine Mehrzahl von photovoltaischen Elementeinheiten auf dem tragenden Substrat 1 unterteilt. Eine isolierende Schicht 4a ist auf einem Lückengebiet 3b zwischen benachbarten ersten Halblei­ terschichten 3a so gebildet, daß die Randteile der Halbleiter­ schichten 3a bedeckt sind, und sie weist eine Öffnung 4b auf einer der benachbarten Halbleiterschichten 3a auf. Eine zweite Halbleiterschicht 5 ist auf der ersten Halbleiterschicht 3a ge­ bildet. Die Enden der zweiten Halbleiterschicht 5 erstrecken sich ein wenig auf der isolierenden Schicht 4a. Eine Anschluß­ schicht 6 ist auf der Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 5 gebildet. Eine Elektrodenschicht 7 ist auf der Anschlußschicht 6 so gebildet, daß sie in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht 3a auf benachbarten Elementbereichen über die Öffnung 4b der isolierenden Schicht 4a stehen kann.
Das hochwärmefeste tragende Substrat 1 kann aus jedem Material gemacht sein, wenn es ausreichende mechanische Festigkeit bei der benötigten Temperatur hat, während Halbleiterschichten 3 und 5 gebildet werden. Zum Beispiel können Quarz, Keramik, Kohlenstoff, hitzebeständiges Metall oder Silizium benutzt werden. Wenn ein elektrisch leitendes Material, wie Kohlenstoff oder hitzebeständiges Metall, als das tragende Substrat benutzt wird, wird dessen Oberfläche mit der isolierenden, bedeckenden Schicht 2 bedeckt, wie oben beschrieben ist, und dieses wird dann als isolierendes Substrat benutzt. Wenn dagegen ein isolie­ rendes Material wie Quarz oder Keramik als das tragende Substrat 1 benutzt wird, kann dieses als isolierendes Substrat benutzt werden, so wie es ist. Wenn jedoch das isolierende Material als tragendes Substrat 1 benutzt wird, sollte es mit der isolieren­ den bedeckenden Schicht 2 bedeckt werden, wenn es schädliche Fremdatome enthält, die die Qualität der Halbleitereinrichtung verschlechtern könnten, so daß die Fremdatome darin gehindert werden, in die Halbleiterschichten 3 und 5 zu diffundieren.
Als isolierende, bedeckende Schicht kann eine Sili­ ziumdioxidschicht oder eine Aluminiumoxidschicht benutzt werden. Als das tragende Substrat kann Silizium der metal­ lurgischen Qualität mit einer geringen Reinheit benutzt werden, und es kann mit einer Siliziumdioxidschicht als die isolierende, bedeckende Schicht 2 bedeckt werden. Andererseits können als die isolierende, bedeckende Schicht 2 eine Aluminiumoxidschicht, eine doppelte bedeckende Schicht aus Aluminiumoxid und Silizium­ dioxid oder ähnliches benutzt werden.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren beschrieben.
Wie in Fig. 6(a) gezeigt ist, wird die isolierende, bedeckende Schicht 2 auf dem tragenden Substrat 1 gebildet.
Dann wird, wie in Fig. 6(b) gezeigt ist, als erste Halbleiter­ schicht 3 ein dünner polykristalliner Siliziumfilm vom n-Typ mit niedrigem Widerstand auf der isolierenden, bedec­ kenden Schicht 2 durch das CVD-Verfahren gebildet. Dann wird wie in Fig. 6(c) gezeigt ist, die erste Halbleiterschicht 3 in eine Mehrzahl von Einheiten gemäß einem vorbestimmten Muster durch Ätzen oder Laserstrahlschreiben unterteilt, wodurch die ersten Halbleiterschichten 3a vorgesehen werden.
Dann wird, wie in Fig. 6(d) gezeigt ist, die isolierende Schicht 4, wie ein Siliziumdioxidfilm, darauf durch das CVD-Ver­ fahren aufgebracht. Zu dieser Zeit kann auch ein Siliziumnitrid­ film weiterhin darauf aufgebracht werden. Zu dieser Zeit kann eine Behandlung auf die erste Halbleiterschicht 3a angewandt werden, wie Rekristallisation unter Nutzung der Bestrahlung durch einen Laserstrahl oder ZMR (Zone Melting Recrystalli­ zation - Zonenschmelzrekristallisation -) unter Benutzung eines Kohlenfadenheizers oder eines IR-(Infrarotstrahlen)Lampenhei­ zers. Das Bemustern der ersten Halbleiterschicht 3 in Fig. 6(c) kann nach der obigen Rekristallisation durchgeführt werden. In diesem Fall wird die isolierende Schicht einmal nach der Rekri­ stallisation entfernt und dann wird die isolierende Schicht wieder nach dem Bemustern aufgebracht.
Dann wird, wie in Fig. 6(e) gezeigt ist, die isolierende Schicht weggeätzt mit Ausnahme eines Lückengebietes 3b zwischen benachbarten ersten Halbleiterschichten 3a und Randteilen der ersten Halbleiterschichten 3a um das Lückengebiet 3b. Zu dieser Zeit ist, wie in Fig. 6(e) gezeigt ist, die Breite eines Teiles 4a1, der mit dem isolierenden Filmen 4a bedeckt ist und ein Randteil von einem der benachbarten ersten Halbleiterschichten 3a ist, größer als die eines bedeckten Teiles 4a2, der der Randteil der anderen Halbleiterschicht ist.
Dann wird, wie in Fig. 6(f) gezeigt ist, die zweite Halbleiter­ schicht 5 selektiv darauf gebildet. Die zweite Halbleiterschicht 5 wird nur auf einem Teil gebildet, in dem die erste Halbleiter­ schicht 3a offenliegt, und die zweite Halbleiterschicht 5 wird nicht auf einem Teil gebildet, der mit der isolierenden Schicht 4a bedeckt ist. Da die erste und zweite Halbleiterschicht 3a und 5 aus polykristallinen Silizium gebildet werden und die isolierende Schicht 4a aus Siliziumdio­ xid gebildet wird, kann die zweite Halbleiterschicht 5 durch das CVD-Verfahren gebildet werden, wobei HCl in das Abscheidegas eingeführt wird. Das Lösungswachstumsverfahren unter Benutzung von Zinn als Lösungsmittel kann ebenfalls benutzt werden. Durch diese Verfahren wird die zweite Halbleiterschicht 5 von dem offenliegenden Teil der ersten Halbleiterschicht 3a auf die iso­ lierende Schicht 4a, wie in Fig. 6(f) gezeigt ist, aufgewach­ sen, obwohl die zweite Halbleiterschicht 5 nicht von einer Ober­ fläche der isolierenden Schicht 4a aus aufgewachsen wird. Die zweite Halbleiterschicht 5 kann auch auf der gesamten Oberfläche ge­ bildet werden und durch Ätzen des Teiles der zweiten Halbleiter­ schicht 5 auf der isolierenden Schicht 4, der dem Muster der er­ sten Halbleiterschichten 3a entspricht, unterteilt werden zum Bilden der zweiten Halbleiterschicht 5 auf die gewünschte selek­ tive Weise. Die zweite Halbleiterschicht 5 kann aus polykristallinem Silizium vom n-Typ gebildet werden.
Dann wird, wie in Fig. 6(g) gezeigt ist, die Verbindungs- bzw. Anschlußschicht 6 auf einer Oberfläche der zweiten Halblei­ terschicht 5 durch ein Verfahren wie Fremdatomdiffusion oder durch Bilden einer amorphen oder mikrokristallinen dünnen Schicht gebildet.
Wenn die zweite Halbleiterschicht 5 aus polykri­ stallinen Silizium vom n-Typ gebildet ist, wird Fremdatomdiffu­ sion vom p-Typ mit Bor oder ähnlichem durchgeführt.
Dann wird, wie in Fig. 6(h) gezeigt ist, ein Teil der offenlie­ genden isolierenden Schicht 4a bei dem Lückengebiet 5a zwischen benachbarten zweiten Halbleiterschichten 5 weggeätzt, wodurch die Öffnung 4b gebildet wird. Schließlich wird, wie in Fig. 6(i) gezeigt ist, die aluminiumaufweisende Elektro­ denschicht 7 auf der Anschlußschicht 6 so gebildet, daß sie in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht 3a über die Öffnung 4b in der isolierenden Schicht 4a steht. Wenn die Elektrodenschicht 7 aus einem Material gebildet ist, daß kein Licht durchläßt, wie es Aluminium oder Metallpaste ist, wird diese ge­ wöhnlich als eine Gitterelektrode mit einem Fischgrätenmuster oder einem streifenförmigen Muster gebildet. Bei der beschriebenen Halbleitereinrichtung dient die erste Halbleiterschicht 3a mit niedrigem Widerstand als die Elektrode der Unterseite entgegengesetzt zu der Elektroden­ schicht 7, wobei die zweite Halbleiterschicht als die photovol­ taische Schicht 5 dazwischenliegt.
Gemäß dieser Ausführungsform wird das hochtemperaturfeste iso­ lierende Substrat 1 als Substrat des photovoltaischen Elementes benutzt, und die Halbleiterschicht 3a wird als Unterseitenelek­ trode des Elementes benutzt. Daher kann die Behandlung bei einer hohen Temperatur durchgeführt werden, nachdem die Unterseiten­ elektrode auf dem Substrat gebildet ist. Daher kann kristallines Silizium, das eine Hochtemperaturbehandlung benötigt, als Material der photovoltaischen Schicht benutzt werden. Da das Substrat aus isolierendem Material gemacht ist oder mit der isolierenden Schicht 2 be­ deckt ist und die erste Halbleiterschicht 3a als die Untersei­ tenelektrode dient, ist es weiterhin möglich, eine Hochtempera­ turbehandlung ohne Diffusion von schädlichen Fremdatomen in die auf dem Substrat 1 und der Schicht 3 gebildeten Halbleiter­ schicht 5 zu benutzen. Als Resultat kann eine integrierte Struk­ tur, in der die photovoltaischen Elementeinheiten miteinander in Reihe verbunden sind, erzielt werden unter Benutzung von kristallinem Silizium.
Da gemäß dem Verfahren dieser Ausführungsform das tragende Sub­ strat 1 mit der isolierenden, bedeckenden Schicht 2 bedeckt ist und nicht als Elektrode des photovoltaischen Elementes benutzt wird und da das Substrat nicht in Kontakt mit den Halbleiter­ schichten 3a und 5 steht, können weiterhin Materialien geringer Reinheit für das tragende Substrat 1 benutzt werden. Wenn das tragende Substrat 1 mit Aluminiumoxid oder Metall wie Silber oder Aluminium beschichtet ist und wenn es dann weiter mit der durchsichtigen isolierenden, bedeckenden Schicht 2, wie ein Sili­ ziumdioxidfilm, beschichtet ist, wird zusätzlich das Licht, das nicht von den Halbleiterschichten 3a und 5 absorbiert wird, ef­ fektiv reflektiert, da der Reflektionsgrad der Beschichtung hoch ist, und dann wird das Licht in die Halbleiterschicht 3a und 5 wieder eingeführt, wodurch der Wirkungsgrad der Halbleitereinrich­ tung verbessert wird.
Nach der in Fig. 2 gezeigten zweiten Ausführungsform ist die Fläche eines Randteiles von einer der benachbarten ersten Halb­ leiterschichten 3a, der mit dem isolierenden Film 4 bedeckt ist, verkleinert, und die Öffnung 4b des isolierenden Filmes 4a er­ streckt sich über das ganze Lückengebiet 5a der benachbarten zweiten Halbleiterschichten 5. Ansonsten ist die Anordnung die gleiche wie bei der ersten Ausführungsform.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren für die zweite Aus­ führungsform beschrieben.
Fig. 7(a) entspricht dem Verfahrensstand der Fig. 6(d). Dann wird, wie in Fig. 7(b) gezeigt ist, die isolierende Schicht 4 so bemustert, daß die Breite eines Randteiles von einem der ersten Halbleiter­ schichten 3a, der mit der isolierenden Schicht 4a bedeckt ist, schmal sein kann. Die zweite Halbleiterschicht 5 wird selektiv auf der of­ fenliegenden Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 3a so ge­ bildet, daß die sich auf die isolierende Schicht 4a erstrecken­ de zweite Halbleiterschicht 5 vollständig das Lückengebiet 3b bedecken kann, wie in Fig. 7(c) gezeigt ist.
Wie in Fig. 7(d) gezeigt ist, wird nach dem Bilden der zweiten Halbleiterschicht 5 auf der ersten Halbleiterschicht 3a die Anschlußschicht 6 auf der Oberfläche der zweiten Halbleiter­ schicht 5 wie in Fig. 1 gebildet, und dann wird ein Teil der isolierenden Schicht 4a zum Bilden einer Öffnung 4b weggeätzt. Dann wird, wie in Fig. 7e gezeigt ist, die offenliegende isolie­ rende Schicht 4a an dem Lückengebiet 5a zwischen benachbarten zweiten Halbleiterschichten total weggeätzt, indem die zweite Halbleiterschicht 5 als Maske benutzt wird, da die zweite Halb­ leiterschicht 5 vollständig das Lückengebiet 3b der ersten Halb­ leiterschicht 3a bedeckt, wie oben beschrieben wurde. Danach wird, wie in Fig. 7(f) gezeigt ist, schließlich die Elektroden­ schicht 7 gebildet, wodurch das photovoltaische Element wie in Fig. 6 fertiggestellt ist.
Da nach dieser zweiten Ausführungsform die isolierende Schicht 4 so bemustert wird, daß die Breite der isolierenden Schicht 4a auf einem Randteil einer der ersten Halbleiterschichten 3a schmal sein kann, wenn die Öffnung 4b in der isolierenden Schicht 4a gebildet wird, kann die zweite Schicht, so wie sie ist, als Maske benutzt werden. Als Resultat können die Herstel­ lungsschritte im Vergleich mit der ersten Ausführungsform einfach sein.
Bei der oben beschriebenen zweiten Ausführungsform ist die Elek­ trodenschicht 7 direkt auf der Anschlußschicht 6 vorgesehen. Die Elektrodenschicht 7 soll an einem konkaven Gebiet mit großen Un­ terschieden in der Höhe bemustert werden, wenn die Elektroden­ schicht 7 gebildet wird. Das heißt, wenn die Elektrodenschicht 7 das konkave Gebiet zwischen den benachbarten Halbleiterschichten 5 ausfüllt, wird ein Kurzschluß zwischen den zweiten Halbleiter­ schichten 5 gebildet, damit ist die Funktion der Halbleitereinrichtung verloren. Dieses Problem wird durch die in Fig. 3 gezeigte dritte Ausführungsform gelöst.
Fig. 8(a) entspricht dem Verfahrensstand nach der bereits beschriebenen Fig. 7(e). Wie in Fig. 8(b) gezeigt ist, wird die gesamte Oberfläche mit einer zweiten isolierenden Schicht 20 bedeckt, nachdem die isolieren­ de Schicht 4 weggeätzt ist (Fig. 8a). Obwohl eine zweite iso­ lierende Schicht 20 gebildet wird durch Bilden einer amorphen Siliziumschicht 8 und einer Siliziumdioxidschicht 9 in diesem Fall, kann sie auch nur durch die amorphe Siliziumschicht oder anderes Material gebildet sein.
Danach wird, wie in Fig. 8(c) gezeigt ist, ein konkaves Gebiet zwischen den benachbarten zweiten Halbleiterschichten 5 mit einem Fotolack 10 gefüllt. Dann wird, wie in Fig. 8(d) gezeigt ist, die zweite isolierende Schicht 20 weggeätzt mit Ausnahme des konkaven Gebietes, und wie in Fig. 8(e) gezeigt ist, wird der Fotolack 10 entfernt.
Dann wird, wie in Fig. 8(f) gezeigt ist, eine Position, die durch einen Pfeil P1 an dem Boden des konkaven Gebietes be­ zeichnet ist, mit einem Laserstrahl bestrahlt, wodurch eine Öffnung in 20b in der isolierenden Schicht 20a dieses Gebietes gebildet wird. Dann wird, wie in Fig. 8(g) gezeigt ist, das konkave Gebiet mit der Elektrodenschicht 7 gefüllt und die elektrische Verbindung zwischen der Anschlußschicht 6 und der benachbarten ersten Halbleiterschicht 3a ausgeführt, wodurch die Anordnung des Elementes fertiggestellt wird.
Da nach dieser dritten Ausführungsform die Elektrodenschicht 7 nach der Bildung des zweiten isolierenden Filmes 20 auf den Seitenwänden der zweiten Halbleiterschichten 5 gebildet wird, ist es nicht wichtig, ob das ganze konkave Gebiet mit einem Material der Elektrodenschicht 7 gefüllt ist, wie es in Fig. 8(g) gezeigt ist. Daher muß die Elektrodenschicht 7 nicht in dem konkaven Gebiet zwischen den benachbarten zweiten Halbleiterschichten 5 bemustert werden, also da, wo es einen großen Höhenunterschied gibt. Als Resultat kann die Behandlungssteuerung einfacher sein.
Obwohl die zweite Halbleiterschicht 5 nur aus einer Schicht ein­ schließlich der Anschlußschicht 6 in der obigen ersten bis dritten Ausführungsform besteht, kann eine andere Halbleiter­ schicht auf die zweite Halbleiterschicht 5 gelegt werden.
Bei der in Fig. 4 gezeigten vierten Ausführungsform ist eine zusätzliche Halbleiterschicht 51a auf der Anschlußschicht 6 ge­ bildet, und eine Elektrodenschicht 71b ist darauf gebildet. Hier werden die Halbleiterschicht 5, die Anschlußschicht 6 und die zusätzliche Halbleiterschicht 51 als die zweite Halbleiter­ schicht angesehen. Die weitere Struktur ist die gleiche wie die der dritten Ausführungsform.
Als nächstes wird das Herstellungsverfahren für die vierte Aus­ führungsform beschrieben.
Fig. 9(a) entspricht Fig. 7(e). Wie in Fig. 9(b) gezeigt ist, wird die im Ausführungsbeispiel amorphe Silizium aufweisende zusätzliche Halbleiterschicht 51 auf der gesamten Oberfläche gebildet. Die Halbleiterschicht 51 aus amorphen Silizium weist amorphe Siliziumschichten vom p-Typ, i-Typ und n-Typ auf. Wenn die zweite Halb­ leiterschicht 5 aus polykristallinen Silizium vom n-Typ gebildet wird und die Anschlußschicht 6 aus mikrokristal­ linen Silizium vom p-Typ gebildet wird, werden amorphe oder mikrokristalline Siliziumfilme vom n-Typ, i-Typ und p-Typ als die Halbleiterschicht 51 nacheinander gebildet, und eine Tandem­ struktur, in der eine polykristalline Siliziumzelle und eine amorphe Siliziumzelle übereinander gestapelt sind, wird vorge­ sehen. Alternativ können die amorphen oder mikrokristallinen Siliziumfilme vom n-Typ, i-Tpy und p-Typ oder ähnliches aufein­ anderfolgend zweimal oder mehrfach gebildet werden.
Wie in Fig. 9(c) gezeigt ist, wird eine Position, die durch einen Pfeil P1 bezeichnet ist, mit einem Laserstrahl zum Bilden einer Öffnung 51(b) bestrahlt. Dann wird, wie in Fig. 9(d) ge­ zeigt ist, die gesamte Oberfläche mit der Elektrodenschicht 71 bedeckt, die ein transparenter leitender Film mit ITO, Zinnoxid oder ähnliches ist. Wie in Fig. 9(e) gezeigt ist, wird eine durch einen Pfeil P2 bezeichnete Position mit einem Laserstrahl zum Entfernen der Halbleiterschicht 51a und gleichzeitig der Elektrodenschicht 71 bestrahlt. Als Resultat wird eine inte­ grierte Struktur geschaffen, bei der die erste Halbleiterschicht 3a eines jeden Elementes mit der Elektrodenschicht 71a von ihrer benachbarten photovoltaischen Elementeinheit verbunden ist.
Da nach dieser Ausführungsform die zweite Halbleiterschicht, die die photovoltaische Umwandlung bewirkt, aus zwei Teilen einer polykristallinen Siliziumzelle und einer amorphen Siliziumzelle besteht, kann die erzeugte Spannung der photovoltaischen Ele­ menteinheit erhöht werden.
Nach der in Fig. 5 gezeigten fünften Ausführungsform sind die Halbleiterschicht 51 und die Elektrodenschicht 71 wie bei der vierten Ausführungsform gebildet, und danach ist eine Öffnung 51b gebildet und diese mit einem leitenden Füllmaterial 72 ge­ füllt. Wie insbesondere in Fig. 10(a) gezeigt ist, wird bei der Herstellung dieser Ausführungsform die isolierende Schicht 4a weggeätzt. Dann werden wie in Fig. 10(b) die amorphes Silizium aufweisende Halbleiterschicht 51 und die ITO oder Zinnoxid aufweisende Elektrodenschicht 71 auf­ einander auf der gesamten Oberfläche davon gebildet. Dann werden, wie in Fig. 10(c) gezeigt ist, die durch die Pfeile P1 und P2 bezeichneten Positionen mit einem Laserstrahl zum Bilden zweier Öffnungen 51b und 51c bestrahlt. Dann wird, wie in Fig. 10(d) gezeigt ist, die Öffnung 51b bei einem konkaven Gebiet mit dem leitenden Füllmaterial 72, wie eine Metallpaste, gefüllt und die erste Halbleiterschicht 3a, die in der Öffnung 51b offen­ liegt, wird mit der Elektrodenschicht 71 verbunden. Somit kann eine integrierte Struktur äquivalent zu der in Fig. 4 gezeig­ ten erzielt werden.
Da in diesem Fall die zusätzliche Halbleiterschicht 51 und die Elektrodenschicht 71 zur gleichen Zeit bemustert werden können, kann die Zahl der Bemusterungsschritte im Vergleich zur vierten Ausführungsform verringert werden.
Obwohl die isolierende Schicht 4a auf dem Lückengebiet 3b zwischen benachbarten ersten Halbleiterschichten 3a der photo­ voltaischen Elementeinheiten und den auf den Randteilen der ersten Halbleiterschichten um das Lückengebiet 3b in den obigen Ausführungsformen gebildet wird, kann die isolierende Schicht 4a auf dem Randteil der ersten Halbleiterschicht 3a auf einer Seite des Lückengebietes gebildet werden, wie in Fig. 11 gezeigt ist.
Da gemäß der zweiten Ausführungsform die isolierende Schicht 4a so bemustert wird, daß ihre Breite auf dem Randteil von einer der ersten Halbleiterschichten 3a benachbart zu dem Lückengebiet 3b klein sein kann, wird die zweite Halbleiterschicht 5 auf der isolierenden Schicht 4a über dem Lückengebiet 3b zwischen den ersten Halbleiterschichten 3a ausgebreitet, wenn sie selektiv gebildet wird, wie in Fig. 7(c) gezeigt ist. Wenn jedoch das Material der isolierenden Schicht 4a unterschiedlich von dem der isolierenden bedeckenden Schicht 2 ist, die die Isolierung des Substrates bewirkt, das heißt, in dem Fall, daß die isolierende Schicht 4 selektiv auf der isolierenden bedeckenden Schicht 2 entfernt werden kann, braucht die zweite Halbleiterschicht 5 nicht das gesamte Lückengebiet 3b zu bedecken, wie in Fig. 12 gezeigt ist. Auch in diesem Fall kann der gleiche Vorteil wie oben erzielt werden.
Wenn die isolierende Schicht 4a auf dem Lückengebiet 3b der ersten Halbleiterschichten 3a und auf dem Randteil der ersten Halbleiterschichten 3a um das Lückengebiet 3b gebildet wird, braucht die isolierende Schicht 4a nur auf dem Randteil der ersten Halbleiterschicht 3a auf einer Seite des Lückengebietes 3b vorgesehen werden, wie in Fig. 13 gezeigt ist.
Wie in den Fig. 11-13 gezeigt ist, kann in diesen Fällen die isolierende Schicht 4a auf der Halbleiterschicht 3a auf einer Seite des Lückengebietes 3b aufgewachsen werden oder nicht, so daß der Spielraum zum Bemustern der isolierenden Schicht vergrößert werden kann.

Claims (9)

1. Photovoltaische Halbleitereinrichtung, bei der eine Mehrzahl von miteinander in Reihe verbundenen photovoltaischen Elementeinheiten auf einem Substrat angeordnet ist und bei der jede photovoltaische Elementeinheit
  • - eine aus polykristallinem Silizium gebildete erste Halbleiterschicht (3a) mit niedrigem Widerstand, die in Abschnitten auf einem hochtemperaturfesten isolierenden Substrat (1) gebildet ist und die als erste Elektrode dient,
  • - eine selektiv auf der ersten Halbleiterschicht (3a) gebildete zweite Halbleiterschicht (5), die eine polykristalline Siliziumschicht sowie einen Halbleiter-Übergang enthält und so gebildet ist, daß ein Teil der ersten Halbleiterschicht (3a) offenliegt und die zweite Halbleiterschicht (5) nicht in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (3a) der benachbarten photovoltaischen Elementeinheit stehen kann, und
  • - eine auf der zweiten Halbleiterschicht (5) so gebildete zweite Elektrodenschicht (7), daß die zweite Elektrodenschicht (7) in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (3a) der benachbarten photovoltaischen Elementeinheit steht,
aufweist.
2. Photovoltaische Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine isolierende Schicht (4a) auf einem Lückengebiet (3b) zwischen den benachbarten ersten Halbleiterschichten (3a) auf dem isolierenden Substrat (1) gebildet ist und ein Teil der isolierenden Schicht (4a) sich gegenüberstehende Randteile der benachbarten ersten Halbleiterschichten (3a) bedeckt und die Elektrodenschicht (7a) in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (3a) über eine in der isolierenden Schicht (4a) gebildete Öffnung (4b) steht.
3. Photovoltaische Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterschicht (5) eine zweite isolierende Schicht (20a) auf ihrer Seitenwand aufweist.
4. Photovoltaische Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Halbleiterschicht (5) eine Mehrfachschichtstruktur aufweist mit einer kristallinen Siliziumschicht und einer amorphen Siliziumschicht.
5. Verfahren zum Herstellen einer photovoltaischen Halbleitereinrichtung durch Anordnen einer Mehrzahl von photovoltaischen Elementeinheiten auf einem Substrat und Verbinden dieser in Reihe, mit:
einem ersten Schritt des selektiven Bildens einer Mehrzahl von ersten, aus polykristallinem Silizium gebildeten Halbleiterschichten (3a) auf einem hochtemperaturfesten isolierenden Substrat (1) so, daß sie in vorbestimmten Abständen voneinander angeordnet sind, welche als erste Elektrode dient,
einem zweiten Schritt des Bildens einer isolierenden Schicht (4a) auf einem Lückengebiet (3b) zwischen den benachbarten ersten Halbleiterschichten (3a) auf dem isolierenden Substrat (1) so, daß ein Teil der isolierenden Schicht (4a) einen Randabschnitt oder beide der ersten Halbleiterschichten (3a) erreichen kann,
einen dritten Schritt des selektiven Bildens einer zweiten Halbleiterschicht (5) auf der ersten Halbleiterschicht (3a) gemäß dem Muster der ersten Halbleiterschichten (3a), wobei die zweite Halbleiterschicht eine polykristalline Siliziumschicht sowie einen Halbleiter-Übergang enthält,
einen vierten Schritt des Bildens einer Öffnung (4b) in einem Teil der isolierenden Schicht (4a) auf der ersten Halbleiterschicht (3a), und
einen fünften Schritt des Bildens einer zweiten Elektrodenschicht (7a) auf der zweiten Halbleiterschicht (5) so, daß die Elektrodenschicht (7a) in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (3a) der benachbarten photovoltaischen Elementeinheit über die Öffnung (4b) der isolierenden Schicht (4a) steht.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Schritt den Schritt des Bildens einer zweiten isolierenden Schicht (20) auf einer Seitenwand der zweiten Halbleiterschicht (5), nachdem die Öffnung (4b) in der isolierenden Schicht (4a) gebildet ist, aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß der vierte Schritt den Schritt des Bildens einer zusätzlichen Halbleiterschicht (51a) auf einer Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht (5), nachdem die Öffnung (4b) in der isolierenden Schicht (4a) gebildet ist, so aufweist, daß als die zweite Halbleiterschicht eine Mehrfachschichtstruktur vorhanden ist, und
daß der fünfte Schritt den Schritt des Bildens einer Elektrodenschicht (71a) auf der Mehrfachschichtstruktur der zweiten Halbleiterschicht so aufweist, daß die Elektrodenschicht (71) in Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (3a) auf der benachbarten photovoltaischen Elementeinheit steht, nachdem der vierte Schritt ausgeführt ist oder nachdem die zusätzliche Halbleiterschicht (51a) bemustert ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schritt den Schritt des Rekristallisierens der ersten Halbleiterschicht (3a), nachdem die erste Halbleiterschicht (3a) gebildet ist, aufweist.
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Families Citing this family (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3510740B2 (ja) * 1996-08-26 2004-03-29 シャープ株式会社 集積型薄膜太陽電池の製造方法
US6039059A (en) 1996-09-30 2000-03-21 Verteq, Inc. Wafer cleaning system
JP4168413B2 (ja) * 1998-07-27 2008-10-22 シチズンホールディングス株式会社 太陽電池の製造方法
US6305073B1 (en) 1999-12-29 2001-10-23 Gm Nameplate, Inc. One-sided electrode arrangement on an intermediate spacer for a touchscreen
US6569214B2 (en) * 2000-06-01 2003-05-27 U.S. Technology Corporation Composite polymer blast media
US7777128B2 (en) * 2004-06-01 2010-08-17 Konarka Technologies, Inc. Photovoltaic module architecture
US7662702B2 (en) * 2004-06-07 2010-02-16 Imec Method for manufacturing a crystalline silicon layer
US7709360B2 (en) * 2004-06-07 2010-05-04 Imec Method for manufacturing a crystalline silicon layer
WO2008150769A2 (en) * 2007-05-31 2008-12-11 Thinsilicon Corporation Photovoltaic device and method of manufacturing photovoltaic devices
US8247254B2 (en) * 2007-07-13 2012-08-21 Silicon China (HK) Ltd. System and method for forming solar cell structures
EP2332177A4 (de) * 2008-09-29 2012-12-26 Thinsilicon Corp Monolithisch integriertes solarmodul
TW201034209A (en) * 2009-03-06 2010-09-16 Inst Nuclear Energy Res Aec Solar cell device structure
WO2010146651A1 (ja) * 2009-06-15 2010-12-23 Wang Haibiao 光電転換器の製造方法
US8704083B2 (en) * 2010-02-11 2014-04-22 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device and fabrication method thereof
CN103843149B (zh) 2011-06-23 2017-03-22 大型太阳能有限公司 包括有涂覆步骤的制造结构的方法和对应的结构及装置
GB201301683D0 (en) 2013-01-30 2013-03-13 Big Solar Ltd Method of creating non-conductive delineations with a selective coating technology on a structured surface
GB2549134B (en) 2016-04-07 2020-02-12 Power Roll Ltd Asymmetric groove
GB2549132A (en) 2016-04-07 2017-10-11 Big Solar Ltd Aperture in a semiconductor
GB2549133B (en) * 2016-04-07 2020-02-19 Power Roll Ltd Gap between semiconductors
CN106057977A (zh) * 2016-07-29 2016-10-26 无锡中洁能源技术有限公司 一种高反射性能太阳能背板的生产工艺

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5690572A (en) * 1979-12-22 1981-07-22 Seiko Instr & Electronics Ltd Manufacture of solar cell
DE3119631A1 (de) * 1981-05-16 1982-11-25 Messerschmitt-Bölkow-Blohm GmbH, 8000 München "photovoltaische solarzelle"
US4593152A (en) * 1982-11-24 1986-06-03 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Photoelectric conversion device
JPS59167072A (ja) * 1983-03-12 1984-09-20 Agency Of Ind Science & Technol 直列接続形薄膜太陽電池
JPS59182578A (ja) * 1983-03-31 1984-10-17 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置の製造方法
JPS60211881A (ja) * 1984-04-05 1985-10-24 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置作製方法
JPH067598B2 (ja) * 1984-08-18 1994-01-26 京セラ株式会社 太陽電池の製造方法
DE3604917A1 (de) * 1986-02-17 1987-08-27 Messerschmitt Boelkow Blohm Verfahren zur herstellung eines integrierten verbandes in reihe geschalteter duennschicht-solarzellen
JPS63157483A (ja) * 1986-12-22 1988-06-30 Kanegafuchi Chem Ind Co Ltd 半導体装置
EP0334111A1 (de) * 1988-03-24 1989-09-27 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zur integrierten Serienverschaltung von Dickschichtsolarzellen sowie Verwendung dieses Verfahrens bei der Herstellung einer Tandem-Solarzelle
JPH02177374A (ja) * 1988-12-27 1990-07-10 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 光電変換装置
JPH06150381A (ja) * 1992-11-10 1994-05-31 Pioneer Electron Corp 光記録媒体

Also Published As

Publication number Publication date
JP2804839B2 (ja) 1998-09-30
DE4122845A1 (de) 1992-04-23
JPH04154175A (ja) 1992-05-27
US5147468A (en) 1992-09-15

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