JP2001284621A - 集積型光起電力装置の製造方法 - Google Patents

集積型光起電力装置の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 透明導電膜のテクスチュア化の均一性向上を
図るとともに、成膜プロセスの均一性向上を図ることを
目的とする。 【解決手段】 基板上に形成した透明導電膜2を途中ま
で分離する工程と、透明導電膜2を基板端でアースして
半導体層3を成膜形成後、セル間接続部をパターニング
する工程と、裏面金属電極膜4を形成後セル間分離部を
パターニングする工程と、途中まで分離した透明導電膜
2の分離ライン2aとクロスするように透明導電膜2、
半導体層3、裏面金属電極膜を分離除去するパターニン
グを施すことによりセル間分離を行う工程と、含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、集積型光起電力
装置の製造方法に関し、特に大面積の集積型光起電力装
置における電極のテクスチュア化及び半導体膜の成膜を
均一に行うための集積型光起電力装置の製造方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】近年、非晶質シリコン(a−Si)系半
導体を光活性層に用いた光起電力装置が色々な用途に使
用されている。これは一枚の基板上に多数の光電変換素
子をカスケード接続することにより、高電圧が取り出さ
れるようにした集積型a−Si光起電力装置の開発に負
うところが大きい。
【0003】一般的なa−Si光起電力装置は、ガラス
基板の上に透明導電膜、p型、i型、n型a−Si膜、
裏面金属電極膜をこの順序で積層して形成される。そし
て、集積型a−Si光起電力装置は、全体として1枚の
基板から高い電圧を取り出すように、多数の光電変換素
子をカスケード接続している。
【0004】集積型構造を形成するためには、ガラス基
板上の透明導電膜、a−Si膜、金属電極膜を分離する
必要がある。各々の膜の分離の方法としては、主にレー
ザを用いたレーザパターニング法が用いられている(例
えば、特公平4−64473号公報参照)。
【0005】従来のレーザパターニング法を用いた集積
型光起電力装置の製造方法につき図4及び図5に従い説
明する。図4は、従来の集積型光起電力装置の製造方法
を工程別に示す要部平面図、図5は同断面図であって、
3つの光電変換素子を電気的に直列接続する隣接間隔部
を中心に示している。
【0006】図4(a)の平面図及び図5(a)の断面
図に示すように、ガラスなどの絶縁性透光性基板1の一
主面上に酸化錫(SnO2)、酸化インジウム錫(IT
O)や酸化亜鉛(ZnO)などからなる透明導電膜2を
形成し、例えば、レーザビームの照射により透明導電膜
2を任意の段数に短冊状に分割する。
【0007】そして、図4(b)の平面図及び図5
(b)の断面図に示すように、この分割された透明導電
膜2上に内部にpin接合を有するa−Si膜からなる
非晶質半導体層3を堆積する。その後、基板1の他主面
側から、透明導電膜2の分割ライン20に沿って、この
分割ライン20と重ならないようにしてレーザビームを
照射し、非晶質半導体層3内の水素を急激に放出させ、
この水素の放出により非晶質半導体層を除去して、非晶
質半導体層3を分割する。
【0008】続いて、図4(c)の平面図及び図5
(c)の断面図に示すように、非晶質半導体層3上にア
ルミニウムなどの裏面金属電極膜4を形成して、透明導
電膜2と裏面金属電極膜4とを接続する。その後、透明
導電膜2及び非晶質半導体層3の分割ライン30に沿っ
て、両分割ライン20、30と重ならないようにして、
基板1の他主面側からレーザビームを照射し、非晶質半
導体層3内の水素を急激に放出させて、非晶質半導体層
及びその上の裏面金属電極膜を除去し、隣接するセル間
を分離部40で分離する。
【0009】上記した方法において、さらに、光閉じ込
め効果を有する凹凸を形成するために、透光性基板1上
の透明導電膜2を分離した後、テクスチュアエッチング
処理を透明導電膜2に施す工程を付加する場合がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上記したよ
うに、従来はレーザパターニング法により、集積化を行
っているが、以下の問題がある。
【0011】最初に、透明導電膜2が完全に分離されて
いるため、アースがとれず、個々の分離された透明導電
膜2上に電荷が溜まり、テクスチュアエッチング処理が
不均一となり、セルの特性、その後のパターニング特性
に悪影響を及ぼす。
【0012】また、半導体膜の形成工程においても、最
初に透明導電膜2が完全に分離されているためにアース
がとれないことから、個々の分離された透明導電膜2上
に電荷が溜まり、半導体膜の成膜が不均一となり、セル
の特性、その後のパターニング特性に悪影響を及ぼす。
【0013】すなわち、上記のように、透明導電膜2に
電荷の分布があると、透明導電膜2をテクスチュアエッ
チングする時の反応速度に不均一を生じ、エッチングむ
らが発生する。特に、このエッチングむらは大きな面積
のモジュールで顕著である。また、半導体膜の成膜にお
いても成膜粒子のつき易さ、堆積速度に影響を及ぼし、
電極のテクスチュアエッチング同様、特に大きな面積の
モジュールで成膜むらが発生する。これらのむら(不均
一)は、セル特性の不均一、ピンホールの発生、パター
ニング特性の不均一を招き、大面積モジュール製造時の
大きな問題点となる。
【0014】この発明は、従来技術が持つ上記欠点を解
消するために、透明導電膜のテクスチュア化の均一性向
上を図るとともに、成膜プロセスの均一性向上を図るこ
とをその目的とする。
【0015】
【課題を解決するための手段】この発明は、基板上に形
成した第1電極を途中まで分離する工程と、前記第1電
極を基板端でアースして半導体層を成膜形成後、セル間
接続部をパターニングする工程と、第2電極を形成後セ
ル間分離部をパターニングする工程と、途中まで分離し
た第1電極の分離ラインとクロスするように第1電極、
半導体層、第2電極を分離除去するパターニングを施す
ことによりセル間分離を行う工程と、含むことを特徴と
する。
【0016】また、この発明は、前記基板は透光性基
板、第1電極が透明導電膜であり、基板上に形成した透
明導電膜を途中まで分離した後、透明導電膜を基板端で
アースしながらテクスチュアエッチングする工程を備え
ることを特徴とする。
【0017】更に、この発明は、途中まで分離した透明
導電膜の分離ラインとクロスするように透明導電膜、半
導体層、裏面電極膜を分離除去する工程は、まず、透光
性基板側からレーザにより半導体層膜と裏面電極膜を一
括して除去し、その後、半導体層と裏面電極膜を一括し
て除去したパターニングラインの内部あるいは集積型光
起電力装置形成の反対側で、透明導電膜あるいは透明導
電膜と半導体層と裏面電極膜との3層を分離除去するパ
ターニングであることを特徴とする。
【0018】上記したように、第1電極(透明導電膜)
上に電荷の分布があると、電極をテクスチュアエッチン
グする時の反応速度に不均一を生じ、エッチングむらが
発生するとともに、半導体膜の成膜においても成膜粒子
のつき易さ、堆積速度に影響を及ぼし、電極のテクスチ
ュアエッチング同様に成膜むらが発生する。これを上述
の手段により、電荷を逃がすことにより、むらの発生が
抑制され、大面積の集積型光起電力装置においても均一
成膜され、歩留まり、信頼性とも良好に作製することが
できる。
【0019】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態に係
るレーザパターニング法を用いた集積型光起電力装置の
製造方法につき図1及び図2に従い説明する。
【0020】この発明の実施の形態は、非晶質半導体層
として、a−Siとa−SiGeを多層化したいわゆる
タンデム構造の集積型光起電力装置に適用したものであ
る。図1は、この発明の集積型光起電力装置の製造方法
を工程別に示す要部平面図、図2は同断面図であって、
3つの光電変換素子を電気的に直列接続する隣接間隔部
を中心に示している。
【0021】図1(a)及び図2(a)に示すように、
ガラスからなる絶縁性透光性基板1の一主面上にSnO
2、ITO、ZnO等からなる透明導電膜2を1000
0Å程度形成する。そして、この透明導電膜2を、レー
ザパターニングにより分離する。このとき、透明導電膜
2を完全に分離するのではなく、透明導電膜2の途中ま
で分割ライン2aに示すように、分離パターニングを行
う。使用するレーザは波長1.06μmのYAGレーザ
である。
【0022】次に、透明導電膜2を基板端でアースしな
がら1%の塩酸水溶液などで数10秒間テクスチャエッ
チングし、透明導電膜2を約4000Åの厚さにする。
このエッチングにより透明導電膜2表面に光閉じ込め効
果に適した凹凸が形成される。しかも、透明導電膜2を
基板端でアースをしているので、電荷の分布は生じず、
テクスチュアエッチング時の反応は均一に行われ、エッ
チングむらが発生することはない。
【0023】続いて、図1(b)及び図2(b)に示す
ように、透明導電膜2を基板端でアースしながら途中ま
で分離した透明導電膜2上に内部にpin接合を有する
フロントのa−Si膜とボトムのa−SiGeとを積層
したトータル膜厚が0.3から0.5μm程度の非晶質
半導体層3を堆積する。この実施の形態においては、ト
ータル膜厚が約0.4μmの非晶質半導体層3をプラズ
マCVD法により形成した。この非晶質半導体層3は、
a−SiCからなる膜厚300Åのフロントp型非晶質
半導体層とa−Siからなる膜厚1000〜2000Å
のフロントi型非晶質半導体層と微結晶シリコンからな
る膜厚300Åのフロントn型非晶質半導体層、a−S
iからなる膜厚300Åのボトムp型非晶質半導体層と
a−SiGeからなる膜厚1000〜2000Åのボト
ムi型非晶質半導体層と微結晶シリコンからなる膜厚3
00Åのボトムn型非晶質半導体層とで構成されてい
る。この半導体層3の成膜においても、電荷のばらつき
があると成膜粒子のつき易さ、堆積速度に影響を及ぼ
し、電極のテクスチュアエッチング同様、特に大きな面
積のモジュールで成膜むらが発生する。これらのむら
(不均一)は、セル特性の不均一、ピンホールの発生、
パターニング特性の不均一を招き、大面積モジュール製
造時の大きな問題点となる。しかし、この発明では、透
明導電膜2を基板端でアースし、電荷を逃がすことによ
り、大面積の集積型光起電力装置においても均一に成膜
できる。
【0024】その後、基板1の他主面側から、透明導電
膜2の分割ライン2aに沿って、この分割ラインと重な
らないようにしてレーザビームを照射し、非晶質半導体
層3内の水素を急激に放出させ、この水素の放出により
非晶質半導体層を除去して、非晶質半導体層3を分割ラ
イン3aに沿って分割する。
【0025】続いて、図1(c)及び図2(c)に示す
ように、非晶質半導体層3上に、裏面電極膜4をスパッ
タ法により形成する。この裏面電極膜4は半導体層3側
にSnO2、ITO、ZnO等の導電性物質をその上に
Al、Ag等の高反射金属を積層して形成する。その
後、透明導電膜2及び非晶質半導体層3の分割ライン2
a、3aに沿って、基板1の他主面側から裏面金属電極
加工部分にレーザビームを照射し、非晶質半導体層3内
の水素を急激に放出させるとともに、裏面金属電極膜4
を溶融させ非晶質半導体層3及びその上の裏面金属電極
膜4を除去し、隣接するセル間を分離する。セル間分離
部4aは波長0.53μmのYAG/SHGレーザパタ
ーニングする。
【0026】セル間分離部4aについては、レーザパワ
ー密度6×106W/cm2〜10×106W/cm2の範
囲で照射すれば、半導体膜中の水素の急激な堆積膨張を
利用して半導体層3と裏面電極膜4を同時に除去するこ
とにより、下地の透明導電膜2へのダメージ及び溶融だ
れによる裏面電極膜4と透明導電膜2の短絡を防止し、
良好なセル間分離部4aを形成することができる。
【0027】その後、図1(d)に示すように、途中ま
で分離した透明導電膜2の分離ライン2aとクロスする
ように基板のエッジと平行に透明導電膜2、半導体層
3、裏面電極膜4を分離除去するパターニングを施す。
【0028】ここで、上記の途中まで分離した透明導電
膜2の分離ライン2aとクロスするように透明導電膜
2、半導体層3、裏面電極膜4を分離除去するパターニ
ングは、まず、セル間分離部4a形成と同様の条件で、
透光性基板1側からレーザにより非晶質半導体層3と裏
面電極膜4を一括して除去する。その後、非晶質半導体
層3及び裏面電極4を一括して除去したパターニングラ
イン6の内部あるいは集積型光起電力装置の形成の反対
側で、透明導電膜2あるいは透明導電膜2/半導体層3
/裏面電極膜4の3層を分離除去するパターニングを施
す。上記透明導電膜2あるいは透明導電膜2/半導体層
3/裏面電極膜4を分離除去するパターニングは、波長
1.06μmのYAGレーザでパターニングを行う。こ
の分離するライン7につき図1のAの部分を拡大して示
した図3に従い説明する。
【0029】まず、途中まで分離した透明導電膜2の分
離ライン2aとクロスするように基板のエッジと平行に
半導体層3、裏面電極膜4を分離除去するパターニング
を施し、パターニングライン7を形成する。このパター
ニングライン7は、下に残る半導体層3が多結晶化しな
い場合には、裏面電極膜4を除去するだけでも良い。
【0030】この後、透明導電膜2を完全に分離するた
めのパターニングを行う。このパターニングは図中73
に示すラインの位置で行う場合には、透明導電膜2のみ
の除去になり、図中71で示すラインの位置で行う場合
には、透明導電膜2/半導体層3/裏面電極膜4の3層
の除去になり、図中72の位置で行う場合には、透明導
電膜2の部分の除去と透明導電膜2/半導体層3/裏面
電極膜4の3層の除去の混在する除去となる。ライン7
3での除去が1番レーザエネルギーが小さく済むが、位
置合わせを正確にする必要がある。ライン71と73の
場合はエネルギーは高くする必要はあるが、位置合わせ
は、分割ライン6から分割ライン3aの端部までの間で
あれば良く、位置合わせ精度に余裕ができる。
【0031】また、このライン71、72、又は73の
分離パターニングはレーザパターニングに限らず研削・
研磨などの機械式の加工法を用いても良い。
【0032】この発明は、上記実施形態とは構造が逆タ
イプの絶縁性基板/裏面電極膜/半導体層/透明電極膜
の集積型光起電力装置の製造方法においても同様の効果
が期待できる。
【0033】また、上記実施形態は半導体層3としてa
−Si、a−SiGeタンデム構造のものについて説明
したが、a−Siのタンデム構造のもの、CdS、Cd
Te、CuInSe2及びそれらのタンデム構造のも
の、シングル構造のものなどにも適用できる。
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、この発明の製造方
法を利用することにより、以下の効果がある。
【0035】電極上の電荷の分布によるテクスチュアエ
ッチングにおけるエッチングむらを防止し、特に大きな
面積のモジュールで均一な電極のテクスチュアエッチン
グを実現する。
【0036】半導体膜の成膜においても問題となる電極
上の電荷の分布による成膜むらを防止し、特に大きな面
積のモジュールで均一な半導体膜の成膜を実現する。
【0037】上記効果により、大面積の集積型光起電力
装置を均一な歩留まり、信頼性とも良好に製造すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の集積型光起電力装置の製造方法を工
程別に示す要部平面図である。
【図2】この発明の集積型光起電力装置の製造方法を工
程別に示す要部断面図である。
【図3】この発明の最終分離工程の要部平面図である。
【図4】従来の集積型光起電力装置の製造方法を工程別
に示す要部平面図である。
【図5】従来の集積型光起電力装置の製造方法を工程別
に示す要部断面図である。
【符号の説明】
1 基板1 2 透明導電膜 3 非晶質半導体層 4 裏面金属電極膜
フロントページの続き (72)発明者 宮原 真一 大阪府守口市京阪本通2丁目5番5号 三 洋電機株式会社内 Fターム(参考) 5F051 AA05 AA09 AA10 DA17 EA01 EA02 EA09 EA10 EA11 FA02 FA19

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に形成した第1電極を途中まで分
    離する工程と、前記第1電極を基板端でアースして半導
    体層を成膜形成後、セル間接続部をパターニングする工
    程と、第2電極を形成後セル間分離部をパターニングす
    る工程と、途中まで分離した第1電極の分離ラインとク
    ロスするように第1電極、半導体層、第2電極を分離除
    去するパターニングを施すことによりセル間分離を行う
    工程と、含むことを特徴とする集積型光起電力装置の製
    造方法。
  2. 【請求項2】 前記基板は透光性基板、第1電極が透明
    導電膜であり、基板上に形成した透明導電膜を途中まで
    分離した後、透明導電膜を基板端でアースしながらテク
    スチュアエッチングする工程を備えることを特徴とする
    請求項1に記載の集積型光起電力装置の製造方法。
  3. 【請求項3】 途中まで分離した透明導電膜の分離ライ
    ンとクロスするように透明導電膜、半導体層、裏面電極
    膜を分離除去する工程は、透光性基板側からレーザによ
    り半導体層膜と裏面電極膜を一括して除去し、その後、
    半導体層と裏面電極膜を一括して除去したパターニング
    ラインの内部あるいは集積型光起電力装置形成の反対側
    で、透明導電膜あるいは透明導電膜と半導体層と裏面電
    極膜との3層を分離除去するパターニングであることを
    特徴とする請求項2に記載の集積型光起電力装置の製造
    方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009500788A (ja) * 2005-06-30 2009-01-08 コーニンクレッカ フィリップス エレクトロニクス エヌ ヴィ 有機機能装置に電極層パターンを形成する方法
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