JP2002094095A - 集積型光起電力素子及びその製造方法 - Google Patents

集積型光起電力素子及びその製造方法

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JP2002094095A JP2000281383A JP2000281383A JP2002094095A JP 2002094095 A JP2002094095 A JP 2002094095A JP 2000281383 A JP2000281383 A JP 2000281383A JP 2000281383 A JP2000281383 A JP 2000281383A JP 2002094095 A JP2002094095 A JP 2002094095A
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勉 村上
Toshihito Yoshino
豪人 吉野
Koichi Shimizu
孝一 清水
Koji Tsuzuki
幸司 都築
Yoshifumi Takeyama
祥史 竹山
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 分割溝におけるショートを防止することによ
り歩留まりが良好で、かつ長期使用時における信頼性の
高い集積型光起電力素子及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 同一の基板１０１上に形成された複数の
光起電力素子を分割し、直列接続して集積化される集積
型光起電力素子において、複数の光起電力素子を分割す
るための分割溝１０４、１０６、１０８が、基板表面に
圧延により生じる引き目の方向に沿って形成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池や薄膜ト
ランジスター等に使用される機能性光起電力素子及びそ
の製造方法に係り、特に整流機能を有する集積型光起電
力素子及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、光起電力素子の出力電圧を高
めるために、同一の基板上に形成された光起電力素子を
複数に分割し、直列接続することによって集積化する集
積化光起電力素子が知られている。その方法として、レ
ーザーを用いて透明導電層や光電変換層を分割する技
術、即ちレーザースクライブの技術が検討され、数多く
提案されている。
【０００３】例えば特開平５−２５１７３号公報には、
基板側薄膜電極と、該薄膜電極上に形成されたｐｉｎ接
合からなる非晶質半導体と、該非晶質半導体層上に形成
された裏面薄膜電極とからなる複数の光電変換体がガラ
ス基板上に配設され、該光電変換体の一部が直列接続さ
れてなる集積型太陽電池モジュールの製造工程におい
て、前記非晶質半導体層の一部を除去する手段としてＹ
ＡＧレーザーを用いる技術が開示されている。
【０００４】また、特開平７−３０７４８２号公報に
は、同一基板上に分離形成された基板側電極上に、第１
導電型半導体層、ｉ型半導体層および上記第１導電型半
導体層とは反対の導電型の第２導電型半導体層を積層し
た積層半導体層を１層以上形成し、かつ上記積層半導体
層を半導体層分割分離溝により分割し、分割された上記
半導体層上に背面電極を形成し、隣接する上記積層半導
体層の基板側電極と背面側電極とを接続した集積型太陽
電池の製造工程において、レーザースクライブ法により
前記分割分離溝の形成を行う技術が開示されている。
【０００５】さらに、特開平９−８３３７号公報には、
基板上に複数の領域に分割して設けられた第１電極層上
に、２つの第１電極層にわたって、一方の第１電極層上
に開口した接続用開口部を設けた複数の半導体層が設け
られ、半導体層上の接続用開口部を除く領域には導電体
層が設けられているとともに、この導電体層上に接続用
開口部を介して一方の第１電極層と電気的に接続した状
態で第２電極層が設けられることにより、第２電極層と
他方の第１電極層とによって挟まれる領域からなる単位
素子が複数直列に接続された集積化薄膜太陽電池の製造
工程において、レーザースクライブ法により電極層を溶
断する技術が開示されている。
【０００６】そして、特開平９−３６３９７号公報に
は、アモルファスシリコン層の両面に第１電極と第２電
極とが積層されており、第２電極は絶縁基板に密着して
積層されているとともに、隣り合う発電セルの第２電極
は絶縁溝で絶縁されており、隣り合う発電セルの第１電
極と第２電極はレーザー接続部で連結されており、この
レーザー接続部に隣接して設けられているレーザー切断
部が隣り合う発電セルの第１電極を切断してなる集積型
太陽電池の製造工程において、レーザースクライブ法に
より電極を切断し、レーザーウエルディング法により電
極を接続する技術が開示されている。
【０００７】また、特開平９−１２９９０３号公報及び
特開平９−１２９９０６号公報には、基板上に第１電極
層、第１スタックセル、第２スタックセル及び第２電極
層からなる単位素子が複数個形成され、これらの複数の
単位素子が直列接続される集積化薄膜タンデム太陽電池
の製造工程において、レーザースクライブ法により電極
及び／またはセルを溶断して分割する技術が開示されて
いる。
【０００８】次に、集積化光起電力素子（薄膜太陽電
池）の代表的な構成を説明する。図８は、従来の光起電
力素子の断面構造を示す模式図であり、従来より一般的
に採用されている集積型薄膜太陽電池の構造である。図
８において、１０１は導電性基板、１０２は絶縁層、１
０３は下部電極層、１０５は半導体層、１０７は上部電
極層、１０８は上部電極層を分割する上部分割溝、１０
４は下部電極層１０３を分割する下部分割溝、１０６は
半導体層１０５を分割する半導体層分割溝（半導体層の
分割は必須ではない）を示している。
【０００９】下部電極層１０３とアモルファスシリコン
等よりなる半導体層１０５と上部電極層１０７を順次積
層し、半導体層１０５に設けられた接続部を介して、互
いに隣接する単位素子間が直列に接続されている。上部
電極層１０７としては、光を透過することが必要である
ことから通常酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電膜が用
いられ、また下部電極層１０３としてはアルミニウム
（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）等の金属膜が用
いられる。
【００１０】このような従来の集積化薄膜太陽電池は、
次のような製造方法によって作製される。なお、スクラ
イブ方法としては、レーザーを使用している。
【００１１】図８に示すように、導電性基板（例えば、
ステンレス鋼基板）１０１上に、下部電極層１０３とし
てＡｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属を単層または複層に堆積
し、集積化のためにレーザースクライブ法により上部電
極層１０７を発電領域に対応して分離する。そして、レ
ーザースクライブ時に発生した溶断残渣を除去するため
に洗浄を行い、プラズマＣＶＤ法によりｐｉｎ接合構造
を有する非晶質シリコン半導体層（ｐ層及び／又はｎ層
は必要に応じて微結晶とすることもできる）１０５を全
面にわたって堆積する。
【００１２】続いて、下部電極層１０３と同様にレーザ
ースクライブ法によって半導体層１０５の分離を行った
後、溶断残渣を除去するための洗浄を行う。さらにＳｎ
Ｏ2、ＺｎＯ、ＩＴＯ等の透明導電膜を上部電極層１０
７としてスパッタリング法等により堆積し、下部電極層
１０３と同様にレーザースクライブ法により分離し、集
積化された大面積太陽電池が完成する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなレ
ーザーやその他の方法で同一の基板上に形成された光起
電力素子を分割し、直列接続することによって集積化す
る場合、以下のような問題が存在する。
【００１４】即ち、導電性基板に用いる金属箔は一般的
には圧延工程を経て均一な薄い板に加工され長尺のロー
ル状に巻き取られて製造される。この時に圧延ロールの
表面には傷やごみが存在して凹凸があり、基板に用いる
金属箔の表面にもこの凹凸が転写され、長手方向に対し
てスジ状の凹凸（以下、「引き目」と呼ぶ）を有する基
板となる。
【００１５】長尺ロールから形成される金属基板では引
き目の発生は避けがたいものであり、この上に形成した
光起電力素子の特性に影響を及ぼす。具体的には、基板
上には薄膜半導体を積層するものであるため、基板の凹
凸により薄膜に欠陥が生じ場合には上部電極と下部電極
とがショートすることとなる。
【００１６】また、金属基板を用いる場合は、一般的に
フレキシブルな光起電力素子を企図しているため、基板
を曲げることがある。しかし、このときにスクライブ溝
が基板の引き目を横切る方向に形成されていると、スク
ライブの加工条件が引き目の部分で変化するため、スク
ライブ加工が不良となることがあった。さらに、曲げ加
工を行った場合、引き目の部分にスクライブ溝が横断す
ると、特性が低下するという問題があった。このような
問題は直列接続のための集積化を行う場合に、さらに顕
著に起こる。
【００１７】本発明は、上記課題に鑑み、分割溝におけ
るショートを防止することにより歩留まりが良好で、か
つ長期使用時における信頼性の高い集積型光起電力素子
及びその製造方法を提供することを目的とする。
【００１８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく、
本発明の集積型光起電力素子は、同一の基板上に形成さ
れた複数の光起電力素子を分割し、直列接続して集積化
される集積型光起電力素子において、上記複数の光起電
力素子を分割するための分割溝が、上記基板表面に圧延
により生じる引き目の方向に沿って形成されているもの
である。
【００１９】上記集積型光起電力素子において、上記基
板が金属基板であることが好ましい。
【００２０】また、上記分割溝がレーザースクライブ
法、サンドブラストスクライブ法、または超音波スクラ
イブ法により形成されることが好ましい。
【００２１】一方、本発明の集積型光起電力素子の製造
方法は、同一の基板上に形成された複数の光起電力素子
を分割し、直列接続して集積化する集積型光起電力素子
の製造方法において、上記基板表面に圧延により生じる
引き目の方向に沿って、上記複数の光起電力素子を分離
するための分割溝を形成するものである。
【００２２】上記集積型光起電力素子の製造方法におい
て、上記基板が金属基板であることが好ましい。
【００２３】また、上記分割溝をレーザースクライブ
法、サンドブラストスクライブ法、または超音波スクラ
イブ法により形成することが好ましい。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を説明するが、本発明は本実施形態に限られない。
【００２５】本発明の集積型光起電力素子の構成、及び
製造方法は、基板表面に存在する避けがたい引き目の問
題を克服する手段を提供するものであり、その骨子は、
基板表面の引き目の方向と平行にスクライブ溝を形成す
るものである。
【００２６】基板表面の引き目は、前述した形成のメカ
ニズムから明らかなように、長尺のロール状基板であれ
ば引き目の方向は基板の長手方向と平行である。引き目
を形成する凹凸の高さ（あるいは深さ）は、通常５μｍ
から３０μｍ程である。また幅も、同様に５μｍから３
０μｍ程である。このような引き目と集積型光起電力素
子の分割溝が交差するような構成であると、直列接続部
分で引き目の凹凸による短絡が起き易く、結果として光
起電力素子の特性が悪くなる。また初期に良好な特性で
あっても、繰り返しの曲げ荷重によって短絡が発生する
場合もある。
【００２７】本発明では引き目と分割溝は平行であるた
め、直列部分で大きな段差が生ぜず、上述したような短
絡を防止することができ、結果として良好な特性の光起
電力素子が得られる。
【００２８】以下、本発明の集積型光起電力素子の構
成、及びその製造方法を添付図面に従って説明する。
【００２９】図１は、本発明の集積型光起電力素子の構
成例を示す模式図である。図１において、本発明の集積
型光起電力素子は、ステンレス等の金属基板１０１上に
ＳｉＯ2、ポリイミドなどからなる絶縁層１０２が堆積
され、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ等からなる反射層と酸化亜鉛、
酸化インジウム、酸化錫等からなる反射増加層とから構
成される下部電極１０３、下部電極分割溝１０４、半導
体層１０５、半導体層分割溝１０６、そしてＩＴＯ等の
透明導電膜からなる上部電極１０７及び上部電極分割溝
１０８から構成されている。
【００３０】以下、本発明の各構成要素についてさらに
詳細に説明する。
【００３１】（基板）基板１０１としてはステンレス、
アルミニウム、銅、亜鉛鋼板等の金属基板が好適に用い
られる。とりわけステンレス鋼基板は箔状にしても引っ
張り強度が大きく、好適に用いられるものである。さら
に詳細には、ステンレス鋼の種類としてオーステナイト
系、マルテンサイト系、フェライト系等があるが、どれ
も所望に応じて好適に用いることができる。
【００３２】とりわけフェライト系のＳＵＳ４３０であ
れば常磁性であるため、ロール・ツー・ロールの成膜に
際して、マグネット式のローラーで基板を吸着して水平
に保つこともできるため、所望に応じて用いられる。
【００３３】基板の厚さは所望に応じて決められるもの
であるが、ロール状で巻き取る場合には薄い方が良く、
例えば５０μｍから２００μｍが好適である。基板の表
面粗さは所望に応じて選択するものであるが、Ｒｍａｘ
が０．０１から１μｍが適当である。
【００３４】引き目を形成する凹凸の高さ（あるいは深
さ）は圧延ロールの管理状態によるが、通常０．５μｍ
から３０μｍ程となる。また引き目の幅も同様に、０．
５μｍから３０μｍ程である。引き目は断面を観察した
場合に、山になる場合も、谷になる場合もあり、また断
面形状としては不定形なものである。引き目の方向は圧
延が行われる方向と平行になり、すなわち基板の長手方
向に平行に形成される。
【００３５】これらの金属基板は一定の寸法に切断して
後工程を枚葉処理で行っても良いし、長尺のシート状の
形態で用いても良い。長尺のシート状の形態を用いた場
合にはコイル状に巻くことができるので、ロール・ツー
・ロール法を採用可能であり連続生産に適しており、保
管や輸送も容易になる。
【００３６】（絶縁層）基板１０１上に形成した単位素
子を基板上で直列のための集積化を行うためには、基板
１０１上に絶縁層１０２を形成したものが用いられる。
絶縁層１０２としては、少なくとも１×１０10Ωｃｍ以
上、好ましくは１×１０12Ωｃｍ以上の比抵抗を持つ必
要がある。また、電極や半導体の堆積時に加わる温度
（通常２００℃以上）や、場合によってはレーザービー
ム加工において加わる温度に耐える必要がある。
【００３７】これらの条件を満たす材料としては、ダイ
ヤモンド膜、シリコン膜、炭化シリコン膜、窒化シリコ
ン膜、酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、弗化カル
シウム膜、ガラス膜、ポリイミド膜等が挙げられる。こ
れらの膜は無機材料の膜であればスパッタリング、プラ
ズマＣＶＤ、イオンプレーティングなどの方法、有機材
料の膜であれば溶剤に溶けた材料をドクターブレードで
コートする等の方法で、導電性基板上に成膜することが
できる。
【００３８】（反射層）反射層（１０３の一部）として
は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ等、或いはこれらの金属を含む合
金が好適に用いられ、スパッタリング、メッキ、プラズ
マＣＶＤ、イオンプレーティング等の方法で基板上に堆
積させることができる。導電性基板の場合は、導電性基
板上に形成された絶縁膜上に形成し、下部電極の機能を
兼ねる。
【００３９】（反射増加層）反射増加層（１０３の一
部）としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（Ｓｎ
Ｏ 2）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、カドミウムスタネ
イト（Ｃｄ2ＳｎＯ4）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、
酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の金属酸化物が好適に用
いられ、スパッタリング、メッキ、プラズマＣＶＤ、イ
オンプレーティング等の方法で堆積させることができ
る。
【００４０】また、反射増加層には必要に応じてフッ素
を添加してもよい。フッ素を添加することによって隣接
する光起電力素子を直列接続させた場合、該接続部の比
抵抗を下げ、直列接続した光起電力素子のシリーズ抵抗
の増大を効果的に防ぐことができる。
【００４１】下部電極、即ち反射層及び反射増加層の分
割の際にレーザー光を用いた場合、フッ素が添加された
反射増加層は近赤外領域のレーザー光、例えばＹＡＧレ
ーザーの基本波を効果的に吸収するため、分割が容易に
なると同時に、下地或いは基板の損傷を防ぐ。特に導電
性基板を用いた場合、レーザー光の照射により絶縁層ま
でが破壊されて短絡が生じるのを防ぐことができる。ま
た、樹脂フィルム等の絶縁基板を用いた場合も、樹脂が
熱で変成するのを防ぐことができる。さらに、上部電極
と下部電極の電気的接続をレーザー光の照射によって行
う場合、レーザー照射の際に、反射増加層と半導体層１
０５が剥離してしまうことがあったが、フッ素添加によ
りこの現象を防ぐことができる。
【００４２】また、フッ素が添加された導電層はｎ型を
示すため、反射増加層と接する半導体層１０５がｎ型半
導体の場合、両層の接続が良好となり、オーミック性を
改善することができる。さらに、反射増加層と半導体層
１０５との界面で発生する内部応力を低減するため、光
起電力素子の光劣化、振動劣化を抑制することができ
る。そして、反射層の成分が半導体層１０５に拡散する
ことを防ぎ、素子の劣化を抑制することができる。特に
反射層としてマイグレーションを起こし易いＡｇを用い
た場合、この効果が顕著である。
【００４３】好ましいフッ素の含有量は０．０５〜３０
原子％で、より好ましくは０．２〜５原子％である。反
射増加層の表面は凹凸を有していてもよい。
【００４４】反射増加層にフッ素を含有させる場合に
は、前述の反射層作製方法において、フッ素及び／又は
フッ素含有ガスを、原料ガス及び／又は雰囲気ガスとし
て使用すればよい。
【００４５】本発明では前記反射層と反射増加層が下部
電極として機能する。
【００４６】（スクライブ法）本発明で集積化する各素
子の間に設けられる分割溝はスクライブ法により形成さ
れるものでも良く、また各素子があらかじめ分離されて
形成されるものでも良く、所望に応じて選択されるもの
である。スクライブに好適な方法としては、レーザース
クライブ法、サンドブラストによるスクライブ法、超音
波によるスクライブ法などが用いられる。
【００４７】レーザースクライブには、ＹＡＧレーザ
ー、ＣＯ2レーザー、エキシマレーザー等を使用できる
が、特にＹＡＧレーザーが好適に用いられる。基本波長
１．０６μｍの他に、非線形光学素子を併用して得られ
る第２高調波の０．５３μｍの光も所望に応じて利用す
ることができる。
【００４８】ＹＡＧレーザーは連続発振動作もできる
が、高いピークパワーを得るためと高い周波数を得るた
め、Ｑスイッチパルス発振動作で使用することが好まし
い。Ｑスイッチパルス発振の周波数は数ＫＨｚから数十
ＫＨｚ程度であり、１つのパルスの継続時間は１００ｎ
ｓｅｃ前後が好適である。
【００４９】レーザー加工用光学系の概要を図３に示
す。図３において、３０１はレーザー本体である。この
中に必要に応じてＱスイッチ、非線形光学素子が組み込
まれている。３０２は電源で、レーザーの励起光源を点
灯する。３０３は冷却装置で、冷却水を循環している。
３０４は出力されたレーザービームで、ダイクロイック
ミラー３０５によって９０度曲げられてレンズ３０６に
よって集光されて、試料３０７に照射される。試料３０
７はステージ３０８上に取り付けられ、ステージ３０８
は、コントローラ３０９により決められた速度で水平方
向に移動し、試料表面をビームが走査する。大型の試料
の場合は、ポリゴンミラーを利用してビームの方を移動
しても良い。
【００５０】照明光源３１０からの光がレンズ３１１で
コリメートされ、ダイクロイックミラー３１２で９０度
曲げられ、試料３０７を照射する。加工の状況は反射ミ
ラー３１３を介してＩＶＴカメラ３１４によって撮影さ
れ、モニター３１５で観察することができる。
【００５１】次に、サンドブラストによるスクライブ法
を図４に示す。図４において、４０１はコンベア、４０
２は膜を堆積した基板、４０３は吐出された微粒子の研
磨剤、４０４はノズルを示す。サンドブラストによるス
クライブ法は概略以下のようである。基板４０２に分割
溝を形成する部分以外を絶縁層でマスクしておく。その
後、基板４０２はコンベア４０１上に基板と反対方向を
上に向けて置かれ、一定の速度（５００ｍｍ／分程度の
スピード）で搬送する。粒径１０μｍ程度のＳｉＣなど
の粒子をノズル４０４に送り、高速で基板４０２に吹き
付ける。絶縁層のある部分はスクライブされず、それ以
外はスクライブされて、分割溝が形成される。溝の深さ
は、基板に対して砥粒が吹き付けられる時間によって制
御でき、所望の金属膜や導電膜のみをスクライブでき
る。
【００５２】さらに、超音波によるスクライブ法を図５
に示す。図５において、５０１はＸＹステージ、５０２
はスクライブする基板、５０３はチップ、５０４はホー
ン、５０５は発振機を示す。超音波によるスクライブ法
は概略以下のようである。基板５０２にチップ５０３を
押し当て、基板５０２をＸＹステージで直線的に移動さ
せて、分割溝を形成する。このとき、絶縁膜は金属また
は半導体膜と同時にスクライブされる。
【００５３】以下に、本発明の製造方法が好適に用いら
れる光起電力素子の半導体層をｐ（ｎ）層とｉ層に分け
て更に詳細に説明する。
【００５４】（ｐ（ｎ）層）ｐ（ｎ）層は後処理で結晶
化させられる場合には、アモルファスでも結晶化してい
るもので良い。また後処理で再結晶化させない場合に
は、結晶化しているものが好ましい。ｐ型層またはｎ型
層は、光起電力素子の特性を左右する重要な層である。
【００５５】ｐ型層またはｎ型層のアモルファス材料、
微結晶や多結晶材料としては、例えばａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ
−Ｓｉ：ＨＸ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：ＨＸ、ａ
−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＯ：
Ｈ、ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＯＮ：ＨＸ、ａ−ＳｉＯ
ＣＮ：ＨＸ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ
−Ｓｉ：ＨＸ、μｃ−ＳｉＣ：ＨＸ、μｃ−ＳｉＧｅ：
Ｈ、μｃ−ＳｉＯ：Ｈ、μｃ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ、μｃ−
ＳｉＮ：Ｈ、μｃ−ＳｉＯＮ：ＨＸ、μｃ−ＳｉＯＣ
Ｎ：ＨＸ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ
Ｘ、ｐｏｌｙ−ＳｉＣ：Ｈ、ｐｏｌｙ−ＳｉＣ：ＨＸ、
ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−
ＳｉＣ、ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅ等にｐ型の価電子制御剤
（周期率表第ＩＩＩ族原子 Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔ
ｌ）やｎ型の価電子制御剤（周期率表第Ｖ族原子 Ｐ、
Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ）を高濃度に添加した材料が挙げられ
る。
【００５６】特に光入射側のｐ型層またはｎ型層には、
光吸収の少ない結晶性の半導体層かバンドギャップの広
い非晶質半導体層が適している。
【００５７】ｐ型層への周期率表第ＩＩＩ族原子の添加
量およびｎ型層への周期率表第Ｖ族原子の添加量は０．
１〜５０ａｔ％が最適量として挙げられる。
【００５８】また、ｐ型層またはｎ型層に含有される水
素原子（Ｈ、Ｄ）またはハロゲン原子は、ｐ型層または
ｎ型層の未結合手を補償する働きをし、ｐ型層またはｎ
型層のドーピング効率を向上させるものである。ｐ型層
またはｎ型層へ添加される水素原子またはハロゲン原子
は、０．１〜４０ａｔ％が最適量として挙げられる。特
にｐ型層またはｎ型層が結晶性の場合、水素原子または
ハロゲン原子は０．１〜８ａｔ％が最適量として挙げら
れる。
【００５９】更に、ｐ型層／ｉ型層、ｎ型層／ｉ型層の
各界面側で水素原子または／及びハロゲン原子の含有量
が多く分布しているものが好ましい分布形態として挙げ
られ、該界面近傍での水素原子または／及びハロゲン原
子の含有量はバルク内の含有量の１．１〜２倍の範囲が
好ましい範囲として挙げられる。このようにｐ型層／ｉ
型層、ｎ型層／ｉ型層の各界面近傍で水素原子またはハ
ロゲン原子の含有量を多くすることによって、該界面近
傍の欠陥準位や機械的歪を減少させることができ、本発
明の光起電力素子の光起電力や光電流を増加させること
ができる。
【００６０】光起電力素子のｐ型層及びｎ型層の電気特
性としては、活性化エネルギーが０．２ｅＶ以下のもの
が好ましく、０．１ｅＶ以下のものが最適である。また
比抵抗としては、１００Ωｃｍ以下が好ましく、１Ωｃ
ｍ以下が最適である。さらにｐ型層及びｎ型層の層厚
は、１〜５０ｎｍが好ましく、３〜１０ｎｍが最適であ
る。
【００６１】光起電力素子のｐ型層またはｎ型層の堆積
に適した原料ガスとしては、シリコン原子を含有したガ
ス化し得る化合物、ゲルマニウム原子を含有したガス化
し得る化合物、炭素原子を含有したガス化し得る化合物
等、及び該化合物の混合ガスを挙げることができる。
【００６２】具体的にシリコン原子を含有するガス化し
得る化合物としては、ＳｉＨ4、Ｓｉ2Ｈ6、ＳｉＦ4、Ｓ
ｉＦＨ3、ＳｉＦ2Ｈ2、ＳｉＦ3Ｈ、Ｓｉ3Ｈ8、Ｓｉ
Ｄ4、ＳｉＨＤ3、ＳｉＨ2Ｄ2、ＳｉＨ3Ｄ、ＳｉＦＤ3、
ＳｉＦ2Ｄ2、ＳｉＤ3Ｈ、Ｓｉ2Ｄ3Ｈ3等が挙げられる。
【００６３】具体的にゲルマニウム原子を含有するガス
化し得る化合物としては、ＧｅＨ4、ＧｅＤ4、Ｇｅ
Ｆ4、ＧｅＦＨ3、ＧｅＦ2Ｈ2、ＧｅＦ3Ｈ、ＧｅＨＤ3、
ＧｅＨ2Ｄ2、ＧｅＨ3Ｄ、Ｇｅ2Ｈ6、Ｇｅ2Ｄ6等が挙げ
られる。
【００６４】具体的に炭素原子を含有するガス化し得る
化合物としては、ＣＨ4、ＣＤ4、Ｃ nＨ2n+2（ｎは整
数）、ＣnＨ2n（ｎは整数）、Ｃ2Ｈ2、Ｃ6Ｈ6、ＣＯ2、
ＣＯ等が挙げられる。
【００６５】窒素含有ガスとしては、Ｎ2、ＮＨ3、ＮＤ
3、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏが挙げられる。
【００６６】酸素含有ガスとしては、Ｏ2、ＣＯ、Ｃ
Ｏ2、ＮＯ、ＮＯ2、Ｎ2Ｏ、ＣＨ3ＣＨ2ＯＨ、ＣＨ3ＯＨ
等が挙げられる。
【００６７】価電子制御するためにｐ型層またはｎ型層
に導入される物質としては、周期率表第ＩＩＩ族原及び
第Ｖ族原子が挙げられる。
【００６８】第ＩＩＩ族原子導入用の出発物質として有
効に使用されるものとしては、具体的にはホウ素原子導
入用としては、Ｂ2Ｈ6、Ｂ4Ｈ10、Ｂ5Ｈ9、Ｂ5Ｈ11、Ｂ
6Ｈ1 0、Ｂ6Ｈ12、Ｂ6Ｈ14等の水素化ホウ素、ＢＦ3、Ｂ
Ｃｌ3等のハロゲン化ホウソ等を挙げることができる。
このほかにＡｌＣｌ3、ＧａＣｌ3、ＩｎＣｌ3、ＴｌＣ
ｌ3等も挙げることができ、特にＢ2Ｈ6、ＢＦ3が適して
いる。
【００６９】第Ｖ族原子導入用の出発物質として有効に
使用されるのは、具体的には燐原子導入用としては、Ｐ
Ｈ3、Ｐ2Ｈ4等の水素化燐、ＰＨ4Ｉ、ＰＦ3、ＰＦ5、Ｐ
Ｃｌ 3、ＰＣｌ5、ＰＢｒ3、ＰＢｒ5、ＰＩ3等のハロゲ
ン化燐が挙げられる。このほかＡｓＨ3、ＡｓＦ3、Ａｓ
Ｃｌ3、ＡｓＢｒ3、ＡｓＦ5、ＳｂＨ3、ＳｂＦ3、Ｓｂ
Ｆ5、ＳｂＣｌ3、ＳｂＣｌ5、ＢｉＨ3、ＢｉＣｌ3、Ｂ
ｉＢｒ3等も挙げることができ、特にＰＨ3、ＰＦ3が適
している。
【００７０】光起電力素子に適したｐ型層またはｎ型層
の堆積方法は、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＶＨＦプラズマ
ＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法である。特にＲ
ＦプラズマＣＶＤ法で堆積する場合、容量結合型のＲＦ
プラズマＣＶＤ法が適している。
【００７１】ＲＦプラズマＣＶＤ法でｐ型層またはｎ型
層を堆積する場合、堆積室内の基板温度は、１００〜３
５０℃、内圧は、１３．３〜１３３０Ｐａ（０．１〜１
０Ｔｏｒｒ）、ＲＦパワーは、０．０１〜５．０Ｗ／ｃ
ｍ2、堆積速度は、０．１〜３０Å／ｓｅｃが最適条件
として挙げられる。
【００７２】また前記ガス化し得る化合物をＨ２、Ｈ
ｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ等のガスで適宜希釈して堆
積室に導入しても良い。
【００７３】特に微結晶半導体やａ−ＳｉＣ：Ｈ等の光
吸収の少ないかバンドギャップの広い層を堆積する場合
は、水素ガスで２〜１００倍に原料ガスを希釈し、ＲＦ
およびＶＨＦパワーは比較的高いパワーを導入するのが
好ましいものである。ＲＦの周波数としては１ＭＨｚ〜
３００ＭＨｚが適した範囲であり、特に１３．５６ＭＨ
ｚ近傍の周波数が最適である。
【００７４】ｐ型層またはｎ型層をマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法で堆積する場合、マイクロ波プラズマＣＶＤ装
置は、堆積室に誘電体窓（アルミナセラミックス等）を
介して導波管でマイクロ波を導入する方法が適してい
る。
【００７５】マイクロ波プラズマＣＶＤ法でｐ型層また
はｎ型層を本発明の堆積膜形成方法も適した堆積方法で
あるが、更に広い堆積条件で光起電力素子に適用可能な
堆積膜を形成することができる。
【００７６】本発明の方法以外でｐ型層またはｎ型層を
マイクロ波プラズマＣＶＤ法で堆積する場合、堆積室内
の基板温度は１００〜４００℃、内圧は０．０６６５〜
３．９９Ｐａ（０．５〜３０ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波
パワーは０．０１〜１Ｗ／ｃｍ3、マイクロ波の周波数
は０．５〜１０ＧＨｚが好ましい範囲として挙げられ
る。
【００７７】また前記ガス化し得る化合物をＨ２、Ｈ
ｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ等のガスで適宜希釈して堆
積室に導入しても良い。
【００７８】特に微結晶半導体やａ−ＳｉＣ：Ｈ等の光
吸収の少ないかバンドギャップの広い層を堆積する場合
は、水素ガスで２〜１００倍に原料ガスを希釈し、マイ
クロ波パワーは比較的高いパワーを導入するのが好まし
いものである。
【００７９】（ｉ層）ｉ層としては、アモルファスでも
結晶性の半導体層のどちらでもよい。結晶性半導体とし
ては、微結晶半導体が好ましいものである。
【００８０】本発明の光起電力素子に適したアモルファ
スまたは微結晶シリコンは、ＲＦプラズマＣＶＤ法、Ｖ
ＨＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法が
好適な方法として挙げられる。特に微結晶シリコンの堆
積速度は使用する電磁波に依存し、同一の投入エネルギ
ーでは周波数が高い方が堆積速度が速くなる。
【００８１】本発明の微結晶シリコンに適したシリコン
原子供給用の原料ガスとしては、ＳｉＨ4、Ｓｉ２Ｈ6、
ＳｉＦ4、ＳｉＨＦ3、ＳｉＨ2Ｆ2、ＳｉＨ3Ｆ、ＳｉＨ3
Ｃｌ、ＳｉＨ2Ｃｌ2、ＳｉＨＣｌ3、ＳｉＣｌ4、ＳｉＤ
4、ＳｉＨＤ3、ＳｉＨ2Ｄ2、ＳｉＨ3Ｄ、ＳｉＦＤ3、Ｓ
ｉＦ2Ｄ2、ＳｉＤ3Ｈ、Ｓｉ2Ｄ3Ｈ3等のシラン系原料ガ
スが好適なものとしてあげられる。
【００８２】また微結晶シリコンゲルマニウムに適した
ゲルマニウム供給用の原料ガスとしては、ＧｅＨ4、Ｇ
ｅＦ4、ＧｅＨＦ3、ＧｅＨ2Ｆ2、ＧｅＨ3Ｆ、ＧｅＨＣ
ｌ3、ＧｅＨ2Ｃｌ2、ＧｅＨ3Ｃｌ、ＧｅＨＤ3、ＧｅＨ2
Ｄ2、ＧｅＨ3Ｄ、Ｇｅ2Ｈ6、ＧｅＤ6等が挙げられる。
【００８３】原料ガスは、良好なアモルファスまたは微
結晶半導体を形成するために、水素ガスで希釈する事が
必要である。水素ガスでの希釈率は１０倍以上が好まし
いものである。特に好ましい希釈率の範囲は、１０倍か
ら１００倍の範囲である。希釈率が小さい場合には微結
晶が形成されず、アモルファスが形成される。一方、希
釈率を高くしすぎた場合には、微結晶の堆積速度が低く
なりすぎて実用上問題が生じる。また水素希釈に加え
て、ヘリウムガスで希釈する事も可能である。
【００８４】本発明に適した微結晶を作成するための基
板温度は１００〜５００℃である。特に堆積速度を大き
くする場合には、基板温度は比較的高い温度にする事が
望ましいものである。
【００８５】本発明の微結晶を堆積するときのチャンバ
ー内の真空度としては０．１３３Ｐａ〜１３３Ｐａ（１
ｍＴｏｒｒ〜１Ｔｏｒｒ）が好適な範囲として挙げられ
る。特にマイクロ波プラズマＣＶＤ法で微結晶半導体を
堆積する場合には、真空度は０．数Ｐａ（数ｍＴｏｒ
ｒ）が好ましい真空度である。
【００８６】本発明の微結晶半導体を堆積する場合のチ
ャンバーヘの投入パワーとしては、０．０１〜１０Ｗ／
ｃｍ3の範囲が好適な範囲として挙げられる。また原料
ガスの流量と投入パワーの関係で示すと、堆積速度が投
入パワーに依存するパワーリミテッドの領域が適してい
る。
【００８７】また本発明のアモルファスまたは微結晶半
導体の堆積には、基板と電力投入用の電極間距離が重要
な因子である。本発明に適したアモルファスまたは微結
晶を得られる電極間距離は、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範囲
である。
【００８８】ｉ層の層厚は、光起電力素子の構造（例え
ばシングルセル、タンデムセル、トリプルセル）及びｉ
型層のバンドギャップに大きく依存するが０．７〜３
０．０μｍが最適な層厚として挙げられる。
【００８９】本発明の製造方法が好適に用いられるシリ
コン原子またはゲルマニウム原子を含有するｉ層は、堆
積速度を５ｎｍ／ｓｅｃ以上に上げても価電子帯側のテ
イルステイトが少ないものであって、テイルステイトの
傾きは６０ｍｅＶ以下であり、且つ電子スピン共鳴（ｅ
ｓｒ）による未結合手の密度は１０17／ｃｍ3以下であ
る。
【００９０】またｉ層のバンドギャップはｐ層／ｉ層、
ｎ層／ｉ層の各界面方向で広くなるように設計すること
が好ましいものである。このように設計することによっ
て、光起電力素子の光起電力、光電流を大きくすること
ができ、更に長時間使用した場合の光劣化等を防止する
ことができる。
【００９１】また半導体層１０５はフッ素を含有するこ
とにより、レーザー照射による直列接続の際に、シリー
ズ抵抗の軽減に寄与する。即ちレーザー光によって反射
増加層、半導体層１０５、透明導電層１０６を溶融、結
晶化して、低抵抗化することを容易にする。また同じく
フッ素を含む反射増加層及び／又は透明導電層１０６と
の整合性を改善する。
【００９２】また、微結晶化させる場合に微結晶の結晶
粒径の増大に寄与する。さらにフッ素は非単結晶半導体
層中のダングリングボンドのターミネーターとしても有
効に働く。
【００９３】さらに本発明が好適に用いられる光起電力
素子は、複数の光電変換層を積層した構造（例えばｐｉ
ｎ−ｐｉｎタンデム構造、ｐｉｎ−ｐｉｎ−ｐｉｎトリ
プル構造等）としても良い。
【００９４】（透明導電層）透明導電層からなる上部電
極１０７としては、下部電極１０３の反射増加層と同じ
材質を使用することができる。また、前記反射増加層と
同じ方法により堆積することができる。
【００９５】上部電極分割溝１０８の形成は、レーザー
光による方法（レーザースクライブ）、サンドブラスト
によるスクライブ法、超音波によるスクライブ法が好適
に用いられる。
【００９６】次に本発明を実施するに好適な光起電力素
子の半導体層の形成方法の一例を図２を用いて説明す
る。
【００９７】図２は、本発明の光起電力素子を作成する
ための堆積膜形成装置である。この堆積膜形成装置は、
ロードチャンバー２０１、微結晶シリコンｉ層チャンバ
ー２０２、アモルファスシリコンｉ層とｐ層とｎ層のＲ
Ｆチャンバー２０３、微結晶シリコンゲルマニウムｉ層
チャンバー２０４、そしてアンロードチャンバー２０５
から構成されている。ロードチャンバーには不図示のレ
ーザーアニーリング用のヒーターと、不図示のレーザー
からレーザーを半導体層に照射するための窓２２２が配
置されている。
【００９８】各チャンバーはゲートバルブ２０６、２０
７、２０８、２０９で各原料ガスが混合しないように分
離されている。微結晶シリコンｉ層チャンバー２０２
は、基板加熱用のヒーター２１１及びプラズマＣＶＤ室
２１０から構成されている。ＲＦチャンバー２０３は、
ｎ層堆積用ヒーター２１２とｎ層堆積用の堆積層２１
５、ｉ層堆積用ヒーター２１３とｉ層堆積用の堆積室２
１６、ｐ層堆積用ヒーター２１４とｐ層堆積用の堆積室
２１７を有している。
【００９９】微結晶シリコンゲルマニウムｉ層チャンバ
ー２０４はヒーター２１８とプラズマＣＶＤ室２１９を
有している。基板は基板ホルダー２２１に取り付けられ
レール２２０上を外部から駆動されるローラーによって
移動する。プラズマＣＶＤ室２１０と２１９では微結晶
を堆積する。微結晶は、マイクロ波プラズマＣＶＤ法又
はＶＨＦプラズマＣＶＤ法又はＲＦプラズマＣＶＤ法が
使用される。
【０１００】本発明の光起電力素子は以下のようにして
形成される。まずＳＵＳ基板を基板ホルダーにセット
し、ロードチャンバー２０１のレール上にセットする。
該ロードチャンバー２０１を０．数Ｐａ（数ｍＴｏｒ
ｒ）以下の真空度に排気する。ゲートバルブ２０６と２
０７を開け、基板ホルダーをチャンバー２０３のｎ層堆
積用の堆積室２１５に移動する。各ゲートバルブを閉
じ、所望の原料ガスでｎ層を所望の層厚に堆積する。十
分に排気した後、基板ホルダーをロードチャンバー２０
１に移動する。基板温度が４００℃になるように不図示
の加熱ヒーターで加熱し、基板温度が一定になった後、
不図示のＸｅＣｌレーザーでｎ層を結晶化させる。レー
ザー照射時のロードチャンバー内の内圧は１３３×１０
-3Ｐａ（１０-3Ｔｏｒｒ）以下の真空度に維持した。基
板ホルダーを堆積チャンバー２０３に移動し、ゲートバ
ルブ２０７を閉じる。ヒーター２１１で基板を所望の基
板温度に加熱し、所望の原料ガスを必要量導入し、所望
の真空度にし、所定のマイクロ波エネルギー又はＶＨＦ
エネルギーをプラズマＣＶＤ室２１０へ導入し、プラズ
マを発生させて基板上に微結晶シリコンｉ層を所望の層
厚堆積する。この時、ｎ層上にｉ層がエピタキシャル成
長するように、ｎ層を水素プラズマ処理した後連続して
ｉ層を堆積したり、ｉ層の堆積時の基板温度をｎ層堆積
時の基板温度よりも高い基板温度で堆積するのが好まし
い方法である。
【０１０１】次に、チャンバー２０３を十分に排気し、
ゲートバルブ２０７を開けて基板ホルダー２２１をチャ
ンバー２０２からチャンバー２０３へ移動する。基板ホ
ルダー２２１をチャンバー２０３のｐ層堆積用の堆積室
２１７に移動して、ヒーター２１４によって基板を所望
の温度に加熱する。ｐ層堆積用の原料ガスを所望の流量
を堆積室に供給し、堆積室を所望の真空度に維持しつつ
ｐ層堆積用の堆積室２１７にＲＦエネルギーを導入す
る。そして、所望の層厚にｐ層を堆積する。ｐ層堆積
後、該堆積室を十分に排気し、基板ホルダーを同じチャ
ンバー内のｎ層堆積用の堆積室２１５に移動する。前記
ｎ層と同様にして、ｐ層上にｎ層を堆積する。該堆積室
を十分に排気し、基板ホルダーをｉ層堆積用の堆積室２
１６へ移動する。ヒーター２１３により基板温度を所定
の温度に加熱する。ｉ層堆積用の原料ガスを所望の流量
を堆積室に供給し、堆積室内の圧力を所望の圧力に維持
して、所望のＲＦエネルギーを導入する。ｉ層堆積用の
堆積室２１６を十分に排気し、基板ホルダー２２１をｉ
層堆積用の堆積室２１６からｐ層堆積用の堆積室２１７
に移動して、前記ｐ層と同様にして、該ｉ層上にｐ層を
堆積する。前記と同様にしてｐ層堆積用の堆積室２１７
を十分に排気した後、ゲートバルブ２０８、２０９を開
け、半導体層を堆積した基板をセットした基板ホルダー
をアンロードチャンバー２０５へ移動する。ゲートバル
ブを全て閉じ、アンロードチャンバー２０５に窒素ガス
を封入して基板温度を所望の温度に冷却する。その後、
アンロードチャンバー２０５の取り出しバルブを開けて
基板ホルダーを取り出す。不図示の透明電極堆積用の蒸
着器で透明電極を所望の層厚を前記ｐ層上に堆積する。
【０１０２】
【実施例】以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を
さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例によっ
て何等限定されるものではない。
【０１０３】〔実施例１〕以下のようにして、図１に示
す本発明の集積型の光起電力素子を形成した。長尺でロ
ール状に巻かれた厚みが１５０μｍのＳＵＳ４３０のス
テンレス鋼を切り出し、大きさ１０×３０ｃｍの基板１
０１を作製した。基板１０１には凹凸の高さの平均値が
１２μｍの引き目が長手方向に平行に形成されている。
該基板１０１にガラス粉末をバインダーに分散させて得
られたペーストを不図示のコーターを用いて塗布した。
該基板を約７００℃で焼成し、１０μｍの厚みのガラス
絶縁膜１０２を前記基板１０１上に形成した。
【０１０４】次に、不図示のＤＣマグネトロンスパッタ
装置に前記基板１０１上をセットし、１５０℃に加熱し
た後、Ａｌターゲットを用いてＡｒを５０Ｓｃｃｍ導入
し、４００ＶのＤＣ電力を印加してＡｒプラズマを生起
し、厚さ３０００ÅのＡｌ膜を堆積し、反射層とした。
【０１０５】Ａｌ膜の堆積された基板を３００℃に加熱
した後、ＺｎＯのターゲットを用いたＲＦマグネトロン
スパッタ装置にＮ２ガスを５０Ｓｃｃｍ導入し、ＺｎＯ
膜を６０００Å堆積して反射増加膜を形成した。前記の
反射層と反射増加膜により下部電極１０３が構成され
る。
【０１０６】次に、下部電極１０３を堆積した試料を図
３のレーザー加工機のステージにセットした。ＹＡＧレ
ーザーを発振させつつ、ステージ３０８を移動して基板
の長手方向と平行にレーザービームを走査し、幅１００
μｍの下部電極分割溝１０４を切り、ＺｎＯ及びＡｌか
らなる下部電極１０３を幅１．０ｃｍで１０分割した。
このときのレーザーの連続発振出力は８Ｗ、発振周波数
は４ｋＨｚ、走査速度は５ｃｍ／ｓｅｃであった。
【０１０７】続いて図２の装置を用いて、先に説明した
手順に従ってｎ層、ｉ層、ｐ層の３層より構成される半
導体層１０５をプラズマＣＶＤ法により作製した。
【０１０８】半導体層１０５を作製後、再び図３のレー
ザー加工機にセットし、ＹＡＧレーザーを発振しつつ、
ステージ３０８を移動して基板の長手方向と平行にレー
ザービームを走査し、幅１００μｍの半導体分割溝１０
６を形成し、半導体層１０５を幅１．０ｃｍで１０分割
した。またこの時半導体分割溝１０６は下部電極分割溝
１０４と約１００μｍずらして形成した。
【０１０９】半導体分割溝形成後、半導体層１０５の上
にＩＴＯターゲットを使用し、Ａｒをスパッタガスとし
て、ＩＴＯをスパッタ法により５００Ａ堆積し、透明導
電膜からなる上部電極層１０７を形成し、半導体分割溝
１０６を介して直列化を行った。次に、ＸＹステージに
置き再び図３のレーザー加工機にセットし、ＹＡＧレー
ザーを発振しつつ、ステージ３０８を移動して基板の長
手方向と平行にレーザービームを走査し、幅２００μｍ
の上部電極分割溝１０８を形成し、半導体層１０５を幅
１．５ｃｍで２０分割した。またこの時上部電極分割溝
１０８は半導体分割溝１０６と約１００μｍずらして形
成した。
【０１１０】以上の工程により１０段に直列接続した集
積型太陽電池を得た。同様の工程を繰り返して合計１０
枚の集積型太陽電池を作成した。
【０１１１】さらに上部電極分割溝１０８の幅を１５０
μｍ、１００μｍ、５０μｍと狭くして上記と同様にそ
れぞれ１０枚の集積型太陽電池を作成した。
【０１１２】次に、これら試料の樹脂封止（エンカプシ
ュレーション）を以下のように行った。まず、基板１０
１の上下にＥＶＡを積層した。この時光入射面側のＥＶ
Ａの厚みは２５０μｍとした。さらに光入射側にフッ素
樹脂フィルムを積層し、裏面側に金属製のプレートを積
層した後、真空ラミネーターに投入して１５０℃で６０
分間保持し、真空ラミネーションを行った。
【０１１３】次に得られた試料の初期特性をＪＩＳ Ｃ
８９３５のアモルファス太陽電池モジュールの出力測定
方法に定められたようにして測定した。
【０１１４】まず、ＡＭ１．５グローバルの太陽光スペ
クトルで１００ｍＷ／ｃｍ2の光量の疑似太陽光源（Ｓ
ＰＩＲＥ社製 以下シミュレータと呼ぶ）を用いて太陽
電池特性を測定し、変換効率を求めたところ良好な特性
であり、ばらつきが２％と少なかった。また、シャント
抵抗も分割溝の幅によらず平均で７５０ｋΩｃｍ２であ
り、良好な値であった。これはスクライブ部分がシャン
トをしていないで良好であることを示している。
【０１１５】これらの試料の信頼性試験を、ＪＩＳ Ｃ
８９３８のアモルファス太陽電池モジュールの環境試験
方法及び耐久性試験方法に定められた耐風圧試験Ａ−７
に基づいて行った。
【０１１６】試験後に試料を初期と同様にシミュレータ
を用い太陽電池特性を測定したところ、初期変換効率に
対して平均で相対値９９．８％を維持しており、有意な
劣化は生じなかった。また、シャント抵抗についても５
００ｋΩ／ｃｍ2であり、有意な低下も無かった。
【０１１７】本実施例の結果から本発明の集積型光起電
力素子の構成及び製造方法は良好な特性を有しており、
シャントの発生を防いで歩留まりが良好で、信頼性が高
いことが分かる。
【０１１８】〔比較例１〕次に、比較のため分割溝の方
向を基板表面の引き目と直交する方向とした以外は、実
施例１と同様にして図８に示す従来の構成の光起電力素
子を以下のようにして作製した。
【０１１９】実施例１と同様の金属基板１０１を１０×
３０ｃｍの大きさに切断した。その後、上部電極１０７
までを形成し、集積型光起電力素子を作製した。各分割
溝は基板の長手方向と垂直に形成し、基板の引き目とは
直交するようにした。下部電極の分割溝１０８の幅は２
００、１５０、１００、５０μｍと変化させた試料を作
成した。
【０１２０】次に、この試料のラミネーションを実施例
１と同様に行った。実施例１と同様に太陽電池特性およ
びシャント抵抗を測定したところ、変換効率は実施例１
に比べて相対値で９％低く、図６に示すようにシャント
抵抗はスクライブの溝幅が狭くなるに従い小さくなり、
５０μｍ幅においては実施例１の約６０％であった。ま
た、実施例１と同様に信頼性試験として耐風圧試験Ａ−
７を行ったところ、図７に示すように試験後で分割溝幅
が５０μｍと狭いものは初期に比較して約４０％のシャ
ント抵抗の低下が見られた。このサンプルに逆バイアス
を印加し不図示の赤外線カメラで観察したところ分割溝
で引き目との交点部分がショートしていることがわかっ
た。
【０１２１】実施例１と比較例１より、本発明の光起電
力素子は、従来のものより歩留まりが良好で信頼性が高
いことが分かる。
【０１２２】〔実施例２〕スクライブ方法をサンドブラ
スト法とした以外は、実施例１とほぼ同様にして図１の
金属基板上に堆積した集積型光起電力素子を作製した。
下部電極層１０３を形成した後レーザーによるスクライ
ブを行い、続いて半導体層１０５を作製後、再び図３の
レーザー加工機にセットし、幅１００μｍの半導体分割
溝１０６を形成し、半導体層１０５を幅１．０ｃｍで３
０分割した。さらに、ＩＴＯ膜を堆積し上部電極１０７
を形成した。
【０１２３】次に、不図示の樹脂フィルムからなるマス
クをスクライブする部分のみ２００μｍの幅で開口させ
てスクリーン印刷法によりスクライブするパターンのネ
ガパターンとなる様に形成した。次に、図４のサンドス
クライブ加工機にセツトし、ＳｉＣからなる粒径２０μ
ｍの砥粒をノズルより噴出させ上部電極分割溝１０８を
形成した。この時マスクはスクライブされずに開口部の
上部電極のみがスクライブされた。この時、上部電極分
割溝１０８は半導体分割溝１０６と約１００μｍずらし
て形成した。マスクはその後基板から剥離した。
【０１２４】以上の工程により、３０段に直列接続した
集積化太陽電池を得た。同様の工程を繰り返して、合計
１０枚の集積化太陽電池を作成した。
【０１２５】さらに、上部電極分割溝１０８の幅を１５
０μｍ、１００μｍ、５０μｍと狭くして、上記と同様
にそれぞれ１０枚の集積化太陽電池を作成した。
【０１２６】次に、これら試料の樹脂封止（エンカプシ
ュレーション）を実施例１と同様に行った。次に得られ
た試料の初期特性を実施例１と同様にして測定した。
【０１２７】まず、ＡＭ１．５グローバルの太陽光スペ
クトルで１００ｍＷ／ｃｍ2の光量の疑似太陽光源（Ｓ
ＰＩＲＥ社製 以下シミュレータと呼ぶ）を用いて太陽
電池特性を測定し、変換効率を求めたところ良好な特性
であり、ばらつきも少なかった。また、シャント抵抗も
上部電極分割溝１０８の幅によらず平均で５００ｋΩ／
ｃｍ2であり、良好な値であった。これはスクライブ部
分がシャントをしていないで良好であることを示してい
る。
【０１２８】これらの試料の信頼性試験を実施例１と同
様にして、ＪＩＳ Ｃ８９３８のアモルファス太陽電池
モジュールの環境試験方法及び耐久性試験方法に定めら
れた耐風圧試験Ａ−７に基づいて行った。
【０１２９】試験後に試料を初期と同様にシミュレータ
を用い太陽電池特性を測定したところ、初期変換効率に
対して有意な劣化は生じなかった。また、シャント抵抗
の有意な低下も無かった。
【０１３０】本実施例の結果から本発明の集積型光起電
力素子の構成及び製造方法は良好な特性を有しており、
シャントの発生を防いで歩留まりが良好で、信頼性が高
いことが分かる。
【０１３１】また、同様の構成で分割溝のスクライブを
図５に示す超音波のチップを用いて行っても、同様に良
好な結果が得られた。
【０１３２】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
同一の基板上に形成された複数の光起電力素子を分割
し、直列接続して集積化される集積型光起電力素子にお
いて、複数の光起電力素子を分割するための分割溝を、
基板表面に圧延により生じる引き目の方向に沿って形成
しているので、引き目と分割溝とが交差することがな
く、分割溝におけるショートを防止することができ、歩
留まりが良好で、かつ長期使用時における信頼性の高い
集積型光起電力素子を提供することができる。
【０１３３】また、基板として金属基板を用いることに
より、曲げ加工に強く、特性の良好な集積型光起電力素
子を得ることができる。
【０１３４】さらに、分割溝をレーザースクライブ法、
サンドブラストスクライブ法、または超音波スクライブ
法により形成するので、スクライブ溝を狭く形成するこ
とができ、特性の良好な集積型光起電力素子が得られ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の集積型光起電力素子の構成を模式的に
示しており、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は平面図であ
る。
【図２】本発明の集積型光起電力素子の半導体膜の堆積
装置を示す模式図である。
【図３】本発明におけるレーザースクライブ法を示す模
式図である。
【図４】本発明におけるサンドブラストスクライブ法を
示す模式図である。
【図５】本発明における超音波スクライブ法を示す模式
図である。
【図６】本発明の集積型光起電力素子の特性を示す図で
ある。
【図７】本発明の集積型光起電力素子の信頼性を示す図
である。
【図８】従来の集積型光起電力素子の構成を模式的に示
しており、（ａ）は概略断面図、（ｂ）は平面図であ
る。
【符号の説明】
１０１ 基板 １０２ 絶縁層 １０３ 下部電極 １０４ 下部電極分割溝 １０５ 半導体層 １０６ 半導体分割溝 １０７ 上部電極 １０８ 上部電極分割溝 ２０１ ロードチャンバー ２０２ ｉ層チャンバー ２０３ ｐ、ｎ層 ＲＦチャンバー ２０４ シリコンゲルマニウムｉ層チャンバー ２０５ アンロードチャンバー ２０６、２０７、２０８、２０９ ゲートバルブ ２１０ プラズマＣＶＤ室 ２１１ 基板加熱用のヒーター ２１２ ｎ層堆積用ヒーター ２１３ ｉ層堆積用ヒーター ２１４ ｐ層堆積用ヒーター ２１５ ｎ層堆積用の堆積室 ２１６ ｉ層堆積用の堆積室 ２１７ ｐ層堆積用の堆積室 ２１８ ヒーター ２１９ プラズマＣＶＤ室 ２２０ レール ２２１ 基板ホルダー ２２２ 窓 ３０１ レーザー本体 ３０２ 電源 ３０３ 冷却装置 ３０４ レーザービーム ３０５ ダイクロイックミラー ３０６ レンズ ３０７ 試料 ３０８ ステージ ３０９ コントローラー ３１０ 照射光源 ３１１ レンズ ３１２ ダイクロイックミラー ３１３ 反射ミラー ３１４ ＩＴＶカメラ ３１５ モニター ４０１ コンベア ４０２ 成膜済基板 ４０３ 砥粒 ４０４ ノズル ５０１ コンベア ５０２ 成膜済基板 ５０３ チップ ５０４ ホーン ５０５ 超音波振動子
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 清水 孝一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 都築 幸司 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 竹山 祥史 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 AD01 DA09 5F051 AA04 AA05 EA02 EA13 EA16

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 同一の基板上に形成された複数の光起電
    力素子を分割し、直列接続して集積化される集積型光起
    電力素子において、 前記複数の光起電力素子を分割するための分割溝が、前
    記基板表面に圧延により生じる引き目の方向に沿って形
    成されていることを特徴とする集積型光起電力素子。
  2. 【請求項２】 前記基板が金属基板であることを特徴と
    する請求項１に記載の集積型光起電力素子。
  3. 【請求項３】 前記分割溝がレーザースクライブ法、サ
    ンドブラストスクライブ法、または超音波スクライブ法
    により形成されることを特徴とする請求項１または２に
    記載の集積型光起電力素子。
  4. 【請求項４】 同一の基板上に形成された複数の光起電
    力素子を分割し、直列接続して集積化する集積型光起電
    力素子の製造方法において、 前記基板表面に圧延により生じる引き目の方向に沿っ
    て、前記複数の光起電力素子を分離するための分割溝を
    形成することを特徴とする集積型光起電力素子の製造方
    法。
  5. 【請求項５】 前記基板が金属基板であることを特徴と
    する請求項４に記載の集積型光起電力素子の製造方法。
  6. 【請求項６】 前記分割溝をレーザースクライブ法、サ
    ンドブラストスクライブ法、または超音波スクライブ法
    により形成することを特徴とする請求項４または５に記
    載の集積型光起電力素子の製造方法。
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WO2024075738A1 (ja) * 2022-10-03 2024-04-11 東洋紡株式会社 長尺積層体、光起電力装置、及び光起電力装置の製造方法

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