JP2003017722A - 集積型光起電力装置及びその製造方法 - Google Patents
集積型光起電力装置及びその製造方法Info
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 集積型光起電力装置の半導体層が薄い場合に
も半導体層への熱ダメージがなく、かつ良好な分離特性
を有する低コスト高効率な集積型光起電力装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 透光性絶縁基板１上の一主面上に複数の
光電変換素子領域毎に分割形成された透明導電膜２と、
透光性絶縁基板上１に形成された透明導電膜２上に設け
られ、複数の光電変換素子領域毎に分割された非晶質半
導体層３と、透光性絶縁基板１の他主面側からレーザビ
ームの照射により分割された非晶質半導体層３上に設け
られた裏面電極膜４と、を備え、裏面電極膜４は、金属
薄膜層４２、４２間に水素或いは希ガスを含む非晶質薄
膜層４３が介在された層を１組以上有する。
も半導体層への熱ダメージがなく、かつ良好な分離特性
を有する低コスト高効率な集積型光起電力装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 透光性絶縁基板１上の一主面上に複数の
光電変換素子領域毎に分割形成された透明導電膜２と、
透光性絶縁基板上１に形成された透明導電膜２上に設け
られ、複数の光電変換素子領域毎に分割された非晶質半
導体層３と、透光性絶縁基板１の他主面側からレーザビ
ームの照射により分割された非晶質半導体層３上に設け
られた裏面電極膜４と、を備え、裏面電極膜４は、金属
薄膜層４２、４２間に水素或いは希ガスを含む非晶質薄
膜層４３が介在された層を１組以上有する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、非晶質半導体を
用いた集積型光起電力装置及びその製造方法に関する。
用いた集積型光起電力装置及びそ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いろいろな用途
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、高電圧を取り
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。
導体を光活性層に用いた光起電力装置がいろいろな用途
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、高電圧を取り
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。
基板の上に透明導電膜、ｐ型、ｉ型、ｎ型ａ−Ｓｉ膜、
裏面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、裏面電極膜を分離する
必要がある。各々の膜を分離する方法としては、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）。
板上の透明導電膜、ａ−Ｓｉ膜、裏面電極膜を分離する
必要がある。各々の膜を分離する方法としては、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
に示す要部拡大断面図であって、２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。
ガラスなどの透光性絶縁基板１の一主面上にＩＴＯ（Ｉ
ｎ2Ｓｎ2Ｏ）やＳｎＯ2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。そして、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−Ｓ
ｉ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（透光性絶縁基板１側）から、透明導電
膜２の分割ラインに沿って、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を分割する。
型光起電力装置の製造方法につき図４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
に示す要部拡大断面図であって、２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。
ガラスなどの透光性絶縁基板１の一主面上にＩＴＯ（Ｉ
ｎ2Ｓｎ2Ｏ）やＳｎＯ2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。そして、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−Ｓ
ｉ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（透光性絶縁基板１側）から、透明導電
膜２の分割ラインに沿って、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を分割する。
【０００６】続いて、非晶質半導体層３上にＩＴＯなど
の酸化導電膜４１を積層した後、アルミニウム（Ａ
ｌ）、銀（Ａｇ）などの裏面金属膜４２を積層して裏面
電極膜４を形成し、透明導電膜２と裏面電極膜４とを接
続する。
の酸化導電膜４１を積層した後、アルミニウム（Ａ
ｌ）、銀（Ａｇ）などの裏面金属膜４２を積層して裏面
電極膜４を形成し、透明導電膜２と裏面電極膜４とを接
続する。
【０００７】その後、透明導電膜２及び非晶質半導体層
３の分割ラインに沿って、両分割ラインと重ならないよ
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３及びその上の裏面電極膜４を除去し、隣
接するセル間を分離する。
３の分割ラインに沿って、両分割ラインと重ならないよ
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３及びその上の裏面電極膜４を除去し、隣
接するセル間を分離する。
【０００８】上記した裏面電極膜４は、電極としての機
能の他に裏面反射光の有効利用のために十分な反射率が
要求されている。十分な反射率を得るためには、１００
０Å程度の膜厚を必要とする。
能の他に裏面反射光の有効利用のために十分な反射率が
要求されている。十分な反射率を得るためには、１００
０Å程度の膜厚を必要とする。
【０００９】また、集積構造を形成する際に、上記した
ように、透光性絶縁基板１側から入射したレーザ光によ
り半導体層の飛散除去の力を利用して裏面電極膜４を分
離する手法を用いる場合、裏面電極膜４は、レーザ加工
時の熱を効果的に逃して半導体層３への熱ダメージを抑
制する役割を担う。このため、裏面電極の裏面金属膜４
２の膜厚は少なくとも３０００Å以上必要であり、望ま
しくは６０００Åの膜厚を必要としている。
ように、透光性絶縁基板１側から入射したレーザ光によ
り半導体層の飛散除去の力を利用して裏面電極膜４を分
離する手法を用いる場合、裏面電極膜４は、レーザ加工
時の熱を効果的に逃して半導体層３への熱ダメージを抑
制する役割を担う。このため、裏面電極の裏面金属膜４
２の膜厚は少なくとも３０００Å以上必要であり、望ま
しくは６０００Åの膜厚を必要としている。
【００１０】ところで、光劣化対策や変換効率向上に伴
う非晶質半導体層３の膜厚の最適化及びナローバンドギ
ャップ材料を用いた積層型ａ−Ｓｉ系光起電力装置の開
発が進むにつれ、非晶質半導体層３の薄膜化が進んでい
る。
う非晶質半導体層３の膜厚の最適化及びナローバンドギ
ャップ材料を用いた積層型ａ−Ｓｉ系光起電力装置の開
発が進むにつれ、非晶質半導体層３の薄膜化が進んでい
る。
【００１１】この非晶質半導体層３の薄膜化に伴い、レ
ーザ加工時の非晶質半導体層３の飛散除去の力が低下す
ることになる。このため、裏面電極膜（裏面金属膜４
２）の膜厚が厚い場合には、加工部近傍での金属の溶融
だれ等により良好な分離特性が得られないという問題が
発生する。また、裏面金属膜４２の膜厚が薄い場合に
は、非晶質半導体層３への熱ダメージにより太陽電池特
性の低下が問題となった。
ーザ加工時の非晶質半導体層３の飛散除去の力が低下す
ることになる。このため、裏面電極膜（裏面金属膜４
２）の膜厚が厚い場合には、加工部近傍での金属の溶融
だれ等により良好な分離特性が得られないという問題が
発生する。また、裏面金属膜４２の膜厚が薄い場合に
は、非晶質半導体層３への熱ダメージにより太陽電池特
性の低下が問題となった。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】上記したように、非晶
質半導体層の薄膜化に伴い、レーザ加工時の半導体層の
飛散除去の力が低下することにより、裏面金属膜の膜厚
が厚い場合には加工部近傍での金属の溶融だれ等により
良好な分離特性が得られないという問題が発生する。
質半導体層の薄膜化に伴い、レーザ加工時の半導体層の
飛散除去の力が低下することにより、裏面金属膜の膜厚
が厚い場合には加工部近傍での金属の溶融だれ等により
良好な分離特性が得られないという問題が発生する。
【００１３】また、裏面金属膜の膜厚を薄くした場合に
は、半導体層への熱ダメージにより太陽電池特性の低下
が問題となっていた。
は、半導体層への熱ダメージにより太陽電池特性の低下
が問題となっていた。
【００１４】この発明は、上述した従来の問題点を解決
して、集積型光起電力装置の半導体層が薄い場合にも半
導体層への熱ダメージがなく、かつ良好な分離特性を有
する低コスト高効率な集積型光起電力装置を提供するこ
とを目的とする。
して、集積型光起電力装置の半導体層が薄い場合にも半
導体層への熱ダメージがなく、かつ良好な分離特性を有
する低コスト高効率な集積型光起電力装置を提供するこ
とを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】この発明は、透光性絶縁
基板上の一主面上に複数の光電変換素子領域毎に分割形
成された透明導電膜と、前記透光性絶縁基板上に形成さ
れた透明導電膜上に設けられ、複数の光電変換素子領域
毎に分割された非晶質半導体層と、前記透光性絶縁基板
の他主面側からレーザビームの照射により分割された前
記非晶質半導体層上に設けられた裏面電極膜と、を備え
た集積型光起電力装置において、前記裏面電極膜は、金
属薄膜層間に水素或いは希ガスを含む非晶質薄膜層が介
在された層を１組以上有することを特徴とする。
基板上の一主面上に複数の光電変換素子領域毎に分割形
成された透明導電膜と、前記透光性絶縁基板上に形成さ
れた透明導電膜上に設けられ、複数の光電変換素子領域
毎に分割された非晶質半導体層と、前記透光性絶縁基板
の他主面側からレーザビームの照射により分割された前
記非晶質半導体層上に設けられた裏面電極膜と、を備え
た集積型光起電力装置において、前記裏面電極膜は、金
属薄膜層間に水素或いは希ガスを含む非晶質薄膜層が介
在された層を１組以上有することを特徴とする。
【００１６】前記非晶質薄膜層は、非晶質シリコン層又
はシリコンを含む非晶質合金層で構成することができ
る。。
はシリコンを含む非晶質合金層で構成することができ
る。。
【００１７】前記裏面金属膜は、金属薄膜層のトータル
の膜厚が３０００Å〜６０００Åとなるように形成する
と良い。
の膜厚が３０００Å〜６０００Åとなるように形成する
と良い。
【００１８】前記裏面金属膜は、一対の膜厚３０００Å
の銀からなる金属薄膜層間に膜中水素量１０ａｔｏｍ．
％以上、膜厚５００Å以上の薄膜非晶質シリコン層で構
成すると良い。
の銀からなる金属薄膜層間に膜中水素量１０ａｔｏｍ．
％以上、膜厚５００Å以上の薄膜非晶質シリコン層で構
成すると良い。
【００１９】この発明は、透光性絶縁基板の一主面上
に、透明導電膜、非晶質半導体層及び裏面電極層をこの
順序で積層形成した集積型光起電力装置の製造方法であ
って、前記非晶質半導体層上に、金属薄膜層間に水素或
いは希ガスを含む非晶質薄膜層が介在された層を１組以
上有する裏面電極膜を設け、前記透光性絶縁基板の他主
面側からレーザビームを照射し、前記非晶質半導体層及
び裏面電極膜を除去することを特徴とする。
に、透明導電膜、非晶質半導体層及び裏面電極層をこの
順序で積層形成した集積型光起電力装置の製造方法であ
って、前記非晶質半導体層上に、金属薄膜層間に水素或
いは希ガスを含む非晶質薄膜層が介在された層を１組以
上有する裏面電極膜を設け、前記透光性絶縁基板の他主
面側からレーザビームを照射し、前記非晶質半導体層及
び裏面電極膜を除去することを特徴とする。
【００２０】上記した構成によれば、裏面電極膜のレー
ザビーム照射による加工時に水素或いは希ガスを含む非
晶質薄膜層の膜中ガスが放出され、加工時の膜の飛散を
アシストする。その結果、光起電力装置の発電層を構成
する非晶質半導体層が薄くなり、半導体層の飛散除去の
力が小さい場合にも半導体層への熱ダメージが抑制でき
る総膜厚が厚い金属層を溶融だれ等の問題をなくして良
好な分離が行える。
ザビーム照射による加工時に水素或いは希ガスを含む非
晶質薄膜層の膜中ガスが放出され、加工時の膜の飛散を
アシストする。その結果、光起電力装置の発電層を構成
する非晶質半導体層が薄くなり、半導体層の飛散除去の
力が小さい場合にも半導体層への熱ダメージが抑制でき
る総膜厚が厚い金属層を溶融だれ等の問題をなくして良
好な分離が行える。
【００２１】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施形態につき
図面を参照して説明する。なお、非晶質半導体層をパー
ターニングするまでの工程は上記した図４に示す従来例
と同様に行われるので、ここでは、その説明を割愛し、
この発明の特徴である裏面電極膜の形成以降の工程を中
心にして説明する。図１は、この発明の一実施形態にか
かる集積型光起電力装置の２つの光電変換素子の隣接間
隔部を示す要部拡大断面図である。
図面を参照して説明する。なお、非晶質半導体層をパー
ターニングするまでの工程は上記した図４に示す従来例
と同様に行われるので、ここでは、その説明を割愛し、
この発明の特徴である裏面電極膜の形成以降の工程を中
心にして説明する。図１は、この発明の一実施形態にか
かる集積型光起電力装置の２つの光電変換素子の隣接間
隔部を示す要部拡大断面図である。
【００２２】ガラスからなる透光性絶縁基板１の主面上
にＳｎO2からなる透明導電膜２が設けられ、この透明導
電膜２はレーザビームの照射により光電変換素子領域に
対応して任意の段数に短冊状に分割されている。透明導
電膜２が形成された基板１上に、公知のＲＦプラズマＣ
ＶＤ（１３．５６ＭＨｚ）を用いて、内部にｐｉｎ接合
を有する非晶質シリコンなどで構成される非晶質半導体
層３を形成する。
にＳｎO2からなる透明導電膜２が設けられ、この透明導
電膜２はレーザビームの照射により光電変換素子領域に
対応して任意の段数に短冊状に分割されている。透明導
電膜２が形成された基板１上に、公知のＲＦプラズマＣ
ＶＤ（１３．５６ＭＨｚ）を用いて、内部にｐｉｎ接合
を有する非晶質シリコンなどで構成される非晶質半導体
層３を形成する。
【００２３】この非晶質半導体層３の形成温度は、１０
０〜３００℃、反応圧力は５〜１００Ｐａ、ＲＦパワー
は１〜５００ｍＷ／ｃｍ2である。発電層（ｉ層）の光
学ギャップ（Ｅｏｐｔ）は１．６０ｅＶ、膜厚２０００
〜５０００Åのシングル接合構造であり、ｐ層、ｎ層も
公知のＲＦプラズマＣＶＤを用いて形成し、ドーピング
量（ｐ層ではボロン原子／シリコン原子、ｎ層ではリン
原子／シリコン原子）１％、ｐ層の膜厚は、１００Å、
ｎ層の膜厚は１００Åとした。この非晶質半導体層３も
レーザビームの照射により、パターニングされている。
０〜３００℃、反応圧力は５〜１００Ｐａ、ＲＦパワー
は１〜５００ｍＷ／ｃｍ2である。発電層（ｉ層）の光
学ギャップ（Ｅｏｐｔ）は１．６０ｅＶ、膜厚２０００
〜５０００Åのシングル接合構造であり、ｐ層、ｎ層も
公知のＲＦプラズマＣＶＤを用いて形成し、ドーピング
量（ｐ層ではボロン原子／シリコン原子、ｎ層ではリン
原子／シリコン原子）１％、ｐ層の膜厚は、１００Å、
ｎ層の膜厚は１００Åとした。この非晶質半導体層３も
レーザビームの照射により、パターニングされている。
【００２４】そして、この非晶質半導体層３上に、この
発明の特徴とする裏面電極膜４が形成される。裏面電極
膜４は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、或いはＳｎＯ２等の透明導電
性材料からなる透明導電層４１と、少なくとも１組以上
の銀、アルミニウムなどからなる薄膜金属層４２と、こ
の薄膜金属層４２間に介挿される水素或いはＨｅ、Ａｒ
等の希ガスを膜中に含む非晶質薄膜４３と、で構成され
る。この実施形態では、裏面電極層４の透明導電層４
１、薄膜金属層４２及び非晶質薄膜４３とをＤＣスパッ
タリング法により連続形成する。
発明の特徴とする裏面電極膜４が形成される。裏面電極
膜４は、ＩＴＯ、ＺｎＯ、或いはＳｎＯ２等の透明導電
性材料からなる透明導電層４１と、少なくとも１組以上
の銀、アルミニウムなどからなる薄膜金属層４２と、こ
の薄膜金属層４２間に介挿される水素或いはＨｅ、Ａｒ
等の希ガスを膜中に含む非晶質薄膜４３と、で構成され
る。この実施形態では、裏面電極層４の透明導電層４
１、薄膜金属層４２及び非晶質薄膜４３とをＤＣスパッ
タリング法により連続形成する。
【００２５】裏面電極層４の透明導電層４１と薄膜金属
層４２のＤＣスパッタリング法による形成条件は、形成
温度が１００〜３００℃、パワーが３〜５ｋＷ、Ａｒ流
量が１００ｓｃｃｍである。また、裏面薄膜金属層４
２、４２間に挿入する非晶質薄膜４３として、例えば、
非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層を設ける場合には、同じ
くＤＣスパッタリング法により、形成温度が１００〜３
００℃、パワーが３〜５ｋＷ、Ａｒ流量が１００ｓｃｃ
ｍ、水素流量が０〜１００ｓｃｃｍの条件により形成す
る。この条件により形成した非晶質薄膜４３には、水素
が膜中に多く含まれる。
層４２のＤＣスパッタリング法による形成条件は、形成
温度が１００〜３００℃、パワーが３〜５ｋＷ、Ａｒ流
量が１００ｓｃｃｍである。また、裏面薄膜金属層４
２、４２間に挿入する非晶質薄膜４３として、例えば、
非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）層を設ける場合には、同じ
くＤＣスパッタリング法により、形成温度が１００〜３
００℃、パワーが３〜５ｋＷ、Ａｒ流量が１００ｓｃｃ
ｍ、水素流量が０〜１００ｓｃｃｍの条件により形成す
る。この条件により形成した非晶質薄膜４３には、水素
が膜中に多く含まれる。
【００２６】上記裏面薄膜金属層４２、４２は、トータ
ルの膜厚が半導体層の熱ダメージを抑制するために、最
低３０００Å以上になるように形成される。この実施形
態では、トータルの膜厚が６０００Åとなるように、Ａ
ｇからなる裏面薄膜金属層４２、４２をスパッタ法によ
り形成している。
ルの膜厚が半導体層の熱ダメージを抑制するために、最
低３０００Å以上になるように形成される。この実施形
態では、トータルの膜厚が６０００Åとなるように、Ａ
ｇからなる裏面薄膜金属層４２、４２をスパッタ法によ
り形成している。
【００２７】そして、上記裏面電極膜４を透光性絶縁基
板１側からレーザビームを照射して、分離溝６を形成す
る。この裏面電極膜４のレーザ加工は波長５３０ｎｍの
ＹＡＧレーザによりパワー１００ｍＷにて行う。
板１側からレーザビームを照射して、分離溝６を形成す
る。この裏面電極膜４のレーザ加工は波長５３０ｎｍの
ＹＡＧレーザによりパワー１００ｍＷにて行う。
【００２８】このレーザ加工においては、非晶質半導体
層３の膜厚が薄くなっても、裏面薄膜金属層４２、４２
の間に介在する非晶質薄膜４３には、水素が膜中に多く
含まれており、この非晶質薄膜４３内の水素の放出によ
り、裏面薄膜金属層４２、４２を金属の溶融だれなどが
なく確実にパターニングできる。また、裏面薄膜金属層
４２、４２の膜厚はトータル６０００Åとなるように形
成されているので、放熱促進により非晶質半導体層３へ
の熱ダメージを抑制できる。
層３の膜厚が薄くなっても、裏面薄膜金属層４２、４２
の間に介在する非晶質薄膜４３には、水素が膜中に多く
含まれており、この非晶質薄膜４３内の水素の放出によ
り、裏面薄膜金属層４２、４２を金属の溶融だれなどが
なく確実にパターニングできる。また、裏面薄膜金属層
４２、４２の膜厚はトータル６０００Åとなるように形
成されているので、放熱促進により非晶質半導体層３へ
の熱ダメージを抑制できる。
【００２９】図２は、この発明の他の実施形態を示す概
略断面図であり、上記した図１に示す実施形態において
は、裏面金属層４をそれぞれ膜厚３０００Åの裏面薄膜
金属層４２、４２とその間に１つの非晶質薄膜４３を設
けている。これに対して、図２に示すものは、３つの膜
厚２０００Åの裏面薄膜金属層４２、４２、４２とその
間にそれぞれ介在させる２つの非晶質薄膜４３、４３で
裏面金属膜４を構成している。すなわち、この図２に示
すものは、各裏面薄膜金属層４２の膜厚は２０００Åと
薄くし、トータルの膜厚を６０００Åとなるようにスパ
ッタ法により形成したものである。そして、各裏面金属
薄膜４２、４２の間には、非晶質薄膜４３がスパッタ法
により形成されている。また、図３に示す更に他の実施
形態は、各裏面薄膜金属層４２の膜厚は更に１５００Å
と薄くし、４つの裏面薄膜金属層４にてトータルの膜厚
を６０００Åとなるように形成したものである。各裏面
金属薄膜４２、４２の間には、非晶質薄膜４３がスパッ
タ法により形成されている。
略断面図であり、上記した図１に示す実施形態において
は、裏面金属層４をそれぞれ膜厚３０００Åの裏面薄膜
金属層４２、４２とその間に１つの非晶質薄膜４３を設
けている。これに対して、図２に示すものは、３つの膜
厚２０００Åの裏面薄膜金属層４２、４２、４２とその
間にそれぞれ介在させる２つの非晶質薄膜４３、４３で
裏面金属膜４を構成している。すなわち、この図２に示
すものは、各裏面薄膜金属層４２の膜厚は２０００Åと
薄くし、トータルの膜厚を６０００Åとなるようにスパ
ッタ法により形成したものである。そして、各裏面金属
薄膜４２、４２の間には、非晶質薄膜４３がスパッタ法
により形成されている。また、図３に示す更に他の実施
形態は、各裏面薄膜金属層４２の膜厚は更に１５００Å
と薄くし、４つの裏面薄膜金属層４にてトータルの膜厚
を６０００Åとなるように形成したものである。各裏面
金属薄膜４２、４２の間には、非晶質薄膜４３がスパッ
タ法により形成されている。
【００３０】このように裏面金属薄膜４２…を１組以上
用いても図１に示す構造のものと同様にして、金属の溶
融だれなどがなく確実にパターニングできる。また、裏
面薄膜金属層４２…の膜厚はトータル６０００Åとなる
ように形成されているので、放熱促進により非晶質半導
体層３への熱ダメージを抑制できる。
用いても図１に示す構造のものと同様にして、金属の溶
融だれなどがなく確実にパターニングできる。また、裏
面薄膜金属層４２…の膜厚はトータル６０００Åとなる
ように形成されているので、放熱促進により非晶質半導
体層３への熱ダメージを抑制できる。
【００３１】次に、この発明による効果を確認するため
に、従来の構造の集積型光起電力装置を形成し、レーザ
パターニングにより分離した際の特性を調べた。図５
は、非晶質半導体３上にＩＴＯ（１０００Å）膜４１と
Ａｇからなる裏面金属層４２（３０００Å）とを積層し
た裏面電極４からなる従来構造の集積型光起電力装置、
図６は、、非晶質半導体３上にＺｎＯ（１０００Å）膜
４１とＡｇからなる裏面金属層４２（３０００Å）と、
Ｔｉからなる金属層４４（２０００Å）を積層した裏面
電極４からなる従来構造の集積型光起電力装置である。
に、従来の構造の集積型光起電力装置を形成し、レーザ
パターニングにより分離した際の特性を調べた。図５
は、非晶質半導体３上にＩＴＯ（１０００Å）膜４１と
Ａｇからなる裏面金属層４２（３０００Å）とを積層し
た裏面電極４からなる従来構造の集積型光起電力装置、
図６は、、非晶質半導体３上にＺｎＯ（１０００Å）膜
４１とＡｇからなる裏面金属層４２（３０００Å）と、
Ｔｉからなる金属層４４（２０００Å）を積層した裏面
電極４からなる従来構造の集積型光起電力装置である。
【００３２】表１は、図５に示した裏面にＩＴＯ（１０
００Å）４１／Ａｇ（３０００Å）４２構造を用いた３
０×４０ｃｍサイズの集積型光起電力装置の発電層（非
晶質半導体層３）膜厚と規格化低照度Ｖｏｃ（１０００
ルクスでの電圧）の関係を示したものである。規格化
は、発電層膜厚５０００Åの場合の低照度Ｖｏｃにより
行った。また、裏面電極４のレーザ加工は波長５３０ｎ
ｍのＹＡＧレーザによりパワー１００ｍＷにて行って、
分離溝６を形成した。
００Å）４１／Ａｇ（３０００Å）４２構造を用いた３
０×４０ｃｍサイズの集積型光起電力装置の発電層（非
晶質半導体層３）膜厚と規格化低照度Ｖｏｃ（１０００
ルクスでの電圧）の関係を示したものである。規格化
は、発電層膜厚５０００Åの場合の低照度Ｖｏｃにより
行った。また、裏面電極４のレーザ加工は波長５３０ｎ
ｍのＹＡＧレーザによりパワー１００ｍＷにて行って、
分離溝６を形成した。
【００３３】
【表１】
【００３４】表１より、発電層膜の膜厚が３０００Å以
下の場合には、レーザ加工時の非晶質半導体層からの水
素の飛散除去の力が低下することにより、金属の溶融だ
れが発生し、低照度Ｖｏｃの低下が起こっていることが
明らかとなった。
下の場合には、レーザ加工時の非晶質半導体層からの水
素の飛散除去の力が低下することにより、金属の溶融だ
れが発生し、低照度Ｖｏｃの低下が起こっていることが
明らかとなった。
【００３５】表２は、発電層（非晶質半導体層３）の膜
厚が２０００Åの光起電力装置に、図５に示した裏面に
ＩＴＯ（１０００Å）／Ａｇ（３０００Å）構造を用い
た３０×４０ｃｍサイズの集積型光起電力装置のＡｇ膜
厚と規格化低照度Ｖｏｃ（１０００ルクスでの電圧）の
関係を示したものである。規格化は、Ａｇ膜厚３０００
Åの場合の低照度Ｖｏｃにより行った。
厚が２０００Åの光起電力装置に、図５に示した裏面に
ＩＴＯ（１０００Å）／Ａｇ（３０００Å）構造を用い
た３０×４０ｃｍサイズの集積型光起電力装置のＡｇ膜
厚と規格化低照度Ｖｏｃ（１０００ルクスでの電圧）の
関係を示したものである。規格化は、Ａｇ膜厚３０００
Åの場合の低照度Ｖｏｃにより行った。
【００３６】
【表２】
【００３７】表２より、Ａｇ膜厚には低照度Ｖｏｃを最
大にする最適膜厚が存在し、本実験では、Ａｇ膜厚が３
０００Å〜４０００Åにその最適膜厚が存在した。これ
は、発電層膜厚２０００Åの太陽電池では、レーザ加工
時の非晶質半導体層の飛散除去の力が低下することによ
り、Ａｇ膜厚が５０００Å以上の厚い場合には、加工部
近傍での金属の溶融だれ等により良好な分離特性が得ら
れず、また、Ａｇ膜厚が２０００Å以下の薄い場合には
レーザ加工時の放熱が不充分となり、熱ダメージによる
特性低下が起こったためである。
大にする最適膜厚が存在し、本実験では、Ａｇ膜厚が３
０００Å〜４０００Åにその最適膜厚が存在した。これ
は、発電層膜厚２０００Åの太陽電池では、レーザ加工
時の非晶質半導体層の飛散除去の力が低下することによ
り、Ａｇ膜厚が５０００Å以上の厚い場合には、加工部
近傍での金属の溶融だれ等により良好な分離特性が得ら
れず、また、Ａｇ膜厚が２０００Å以下の薄い場合には
レーザ加工時の放熱が不充分となり、熱ダメージによる
特性低下が起こったためである。
【００３８】次に、図１ないし図３に示す如く、本発明
の実施形態である。透光性絶縁基板１側から光が入射す
る光起電力装置において、裏面電極膜４に少なくとも２
層以上の薄膜金属層４２、４２と薄膜金属層４２、４２
間に薄膜非晶質層４３が挿入された構造を検討した。
の実施形態である。透光性絶縁基板１側から光が入射す
る光起電力装置において、裏面電極膜４に少なくとも２
層以上の薄膜金属層４２、４２と薄膜金属層４２、４２
間に薄膜非晶質層４３が挿入された構造を検討した。
【００３９】表３は、Ａｇの総膜厚を６０００Åに固定
し、図１、図２、図３の如く裏面金属層４２を３０００
Å×２、２０００Å×３、１５００Å×４に分割して、
金属層４２間に膜厚５００Åのａ−Ｓｉ層４３（膜中水
素量５ａｔｏｍ．％）を挿入した際のＡｇ層の単位膜厚
と規格化低照度Ｖｏｃの関係を示したものである。規格
化は、Ａｇ膜厚６０００Å単層の場合の低照度Ｖｏｃに
より行った。
し、図１、図２、図３の如く裏面金属層４２を３０００
Å×２、２０００Å×３、１５００Å×４に分割して、
金属層４２間に膜厚５００Åのａ−Ｓｉ層４３（膜中水
素量５ａｔｏｍ．％）を挿入した際のＡｇ層の単位膜厚
と規格化低照度Ｖｏｃの関係を示したものである。規格
化は、Ａｇ膜厚６０００Å単層の場合の低照度Ｖｏｃに
より行った。
【００４０】
【表３】
【００４１】表３より、裏面電極膜４に少なくとも２層
以上の薄膜金属層４２と薄膜金属層４２、４２間に薄膜
ａ−Ｓｉ層４３が挿入された構造により、大幅に低照度
Ｖｏｃが改善し、裏面金属層４２のトータルの膜厚が６
０００Åと厚いことにより、レーザ加工時の放熱が促進
されたことに加えて、裏面金属層４２、４２間に挿入さ
れた薄膜ａ−Ｓｉ層４３が金属の分離のアシストをして
いる可能性が示唆された。
以上の薄膜金属層４２と薄膜金属層４２、４２間に薄膜
ａ−Ｓｉ層４３が挿入された構造により、大幅に低照度
Ｖｏｃが改善し、裏面金属層４２のトータルの膜厚が６
０００Åと厚いことにより、レーザ加工時の放熱が促進
されたことに加えて、裏面金属層４２、４２間に挿入さ
れた薄膜ａ−Ｓｉ層４３が金属の分離のアシストをして
いる可能性が示唆された。
【００４２】更に、図１に示す単位膜厚３０００ÅのＡ
ｇからなる薄膜金属層４２を２層設け、この薄膜金属層
４２、４２の間に挿入するａ−Ｓｉ層からなる非晶質層
４３の膜厚を５００Åに固定し、ａ−Ｓｉ膜中水素量を
０ａｔｏｍ．％、１０ａｔｏｍ．％、１５ａｔｏｍ．％
と変化させた際の、薄膜ａ−Ｓｉ膜中の水素量と規格化
低照度Ｖｏｃの関係を表４に示す。規格化は、薄膜ａ−
Ｓｉ膜中水素量５ａｔｏｍ．％の場合の低照度Ｖｏｃに
より行った。
ｇからなる薄膜金属層４２を２層設け、この薄膜金属層
４２、４２の間に挿入するａ−Ｓｉ層からなる非晶質層
４３の膜厚を５００Åに固定し、ａ−Ｓｉ膜中水素量を
０ａｔｏｍ．％、１０ａｔｏｍ．％、１５ａｔｏｍ．％
と変化させた際の、薄膜ａ−Ｓｉ膜中の水素量と規格化
低照度Ｖｏｃの関係を表４に示す。規格化は、薄膜ａ−
Ｓｉ膜中水素量５ａｔｏｍ．％の場合の低照度Ｖｏｃに
より行った。
【００４３】
【表４】
【００４４】表４より、薄膜ａ−Ｓｉ膜中水素量の多い
ほど低照度Ｖｏｃが高いことが明らかとなった。
ほど低照度Ｖｏｃが高いことが明らかとなった。
【００４５】また、図１に示す単位膜厚３０００ÅのＡ
ｇからなる薄膜金属層４２を２層設け、この薄膜金属層
４２、４２の間に挿入するａ−Ｓｉ層からなる非晶質層
４３の膜中水素量を１０ａｔｏｍ．％に固定し、膜厚を
変化させた際の、薄膜ａ−Ｓｉ層の膜厚と規格化低照度
Ｖｏｃの関係を表５に示す。規格化は、薄膜ａ−Ｓｉ層
の膜厚５００Åの場合の低照度Ｖｏｃにより行った。
ｇからなる薄膜金属層４２を２層設け、この薄膜金属層
４２、４２の間に挿入するａ−Ｓｉ層からなる非晶質層
４３の膜中水素量を１０ａｔｏｍ．％に固定し、膜厚を
変化させた際の、薄膜ａ−Ｓｉ層の膜厚と規格化低照度
Ｖｏｃの関係を表５に示す。規格化は、薄膜ａ−Ｓｉ層
の膜厚５００Åの場合の低照度Ｖｏｃにより行った。
【００４６】
【表５】
【００４７】その結果、ａ−Ｓｉ層の膜厚５００Å以下
では、膜厚が厚いほど低照度Ｖｏｃが高いことが明らか
となった。
では、膜厚が厚いほど低照度Ｖｏｃが高いことが明らか
となった。
【００４８】これらの結果は、裏面電極膜４のレーザ加
工時の金属の飛散除去のアシストに薄膜金属層４２間に
挿入された非晶質層４の膜中水素の総量と正の相関があ
る水素放出効果が寄与していることが示された。表４、
表５により、薄膜ａ−Ｓｉ膜中水素量１０ａｔｏｍ．％
以上、膜厚５００Å以上の薄膜ａ−Ｓｉ層の使用が、単
位膜単位膜厚３０００ÅのＡｇからなる薄膜金属層４２
を２層用いた構造ではより有効であることが明らかとな
った。但し、最適点は金属の材料、形成条件、レーザ加
工条件に強く依存すると考えられる。
工時の金属の飛散除去のアシストに薄膜金属層４２間に
挿入された非晶質層４の膜中水素の総量と正の相関があ
る水素放出効果が寄与していることが示された。表４、
表５により、薄膜ａ−Ｓｉ膜中水素量１０ａｔｏｍ．％
以上、膜厚５００Å以上の薄膜ａ−Ｓｉ層の使用が、単
位膜単位膜厚３０００ÅのＡｇからなる薄膜金属層４２
を２層用いた構造ではより有効であることが明らかとな
った。但し、最適点は金属の材料、形成条件、レーザ加
工条件に強く依存すると考えられる。
【００４９】次に、非晶質半導体３側の金属層を膜厚３
０００ÅのＡｇからなる金属薄膜とし、レーザ加工アシ
スト層として膜厚５００Åのａ−Ｓｉ層（膜中水素量５
ａｔｏｍ．％）からなる非晶質層４３、更に最裏面にＡ
ｌ、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）からな
る金属層としてスパッタにより形成した際の規格化低照
度Ｖｏｃの関係を表６に示す。規格化は、レーザ加工ア
シスト層がない場合の低照度Ｖｏｃにより行った。
０００ÅのＡｇからなる金属薄膜とし、レーザ加工アシ
スト層として膜厚５００Åのａ−Ｓｉ層（膜中水素量５
ａｔｏｍ．％）からなる非晶質層４３、更に最裏面にＡ
ｌ、銅（Ｃｕ）、チタン（Ｔｉ）、亜鉛（Ｚｎ）からな
る金属層としてスパッタにより形成した際の規格化低照
度Ｖｏｃの関係を表６に示す。規格化は、レーザ加工ア
シスト層がない場合の低照度Ｖｏｃにより行った。
【００５０】
【表６】
【００５１】表６より、金属層として、Ａｇ以外のＡ
ｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｎでも効果があることが確認され
た。
ｌ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｚｎでも効果があることが確認され
た。
【００５２】ａ−Ｓｉ膜中水素量１０ａｔｏｍ．％以上
のａ−Ｓｉ薄膜は半導体層の形成手段であるＣＶＤ法で
も容易に作製でき、同様の効果があることを確認した。
のａ−Ｓｉ薄膜は半導体層の形成手段であるＣＶＤ法で
も容易に作製でき、同様の効果があることを確認した。
【００５３】また、半導体層３として、ａ−Ｓｉ（発電
層膜厚１５００Å）／ａ−ＳｉＧｅ（発電層膜厚１５０
０Å）の積層型太陽電池においても同様の効果を確認し
た。
層膜厚１５００Å）／ａ−ＳｉＧｅ（発電層膜厚１５０
０Å）の積層型太陽電池においても同様の効果を確認し
た。
【００５４】上記した実施形態においては、アシスト層
として用いる非晶質半導体層として、水素分子が豊富に
含まれたａ−Ｓｉ層を用いたが、他の非晶質薄膜、例え
ば、非晶質シリコンカーバイトなどのシリコン系合金膜
や非晶質カーボンなどの膜を用いても同様の効果が得ら
れる。また、膜中には、水素以外のガス、例えば、ヘリ
ウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガス分子を含
む非晶質シリコンなどの膜を用いても同様の効果が得ら
れる。効果は水素分子を含む非晶質膜と同様であるが、
ヘリウムにように大きさの小さい原子の方がガスが膜か
ら抜けやすくなるので、その上に形成された金属膜をと
ばす効果がより大きい。
として用いる非晶質半導体層として、水素分子が豊富に
含まれたａ−Ｓｉ層を用いたが、他の非晶質薄膜、例え
ば、非晶質シリコンカーバイトなどのシリコン系合金膜
や非晶質カーボンなどの膜を用いても同様の効果が得ら
れる。また、膜中には、水素以外のガス、例えば、ヘリ
ウム（Ｈｅ）やアルゴン（Ａｒ）などの希ガス分子を含
む非晶質シリコンなどの膜を用いても同様の効果が得ら
れる。効果は水素分子を含む非晶質膜と同様であるが、
ヘリウムにように大きさの小さい原子の方がガスが膜か
ら抜けやすくなるので、その上に形成された金属膜をと
ばす効果がより大きい。
【００５５】
【発明の効果】以上説明したように、この発明は、透光
性絶縁基板側から光が入射する集積型光起電力装置にお
いて、裏面電極膜に金属薄膜層間に水素或いは希ガスを
含む非晶質薄膜層を介在された層を少なくとも１組以上
有する構造を採用したので、裏面電極膜のレーザビーム
照射による加工時に水素或いは希ガスを含む非晶質薄膜
層の膜中ガスが放出され、加工時の膜の飛散をアシスト
する。その結果、光起電力装置の発電層を構成する非晶
質半導体層が薄くなり、半導体層の飛散除去の力が小さ
い場合にも半導体層への熱ダメージが抑制できる総膜厚
が厚い金属層を溶融だれ等の問題をなくして良好な分離
が行え、低コストで高効率な集積型光起電力装置が提供
できる。
性絶縁基板側から光が入射する集積型光起電力装置にお
いて、裏面電極膜に金属薄膜層間に水素或いは希ガスを
含む非晶質薄膜層を介在された層を少なくとも１組以上
有する構造を採用したので、裏面電極膜のレーザビーム
照射による加工時に水素或いは希ガスを含む非晶質薄膜
層の膜中ガスが放出され、加工時の膜の飛散をアシスト
する。その結果、光起電力装置の発電層を構成する非晶
質半導体層が薄くなり、半導体層の飛散除去の力が小さ
い場合にも半導体層への熱ダメージが抑制できる総膜厚
が厚い金属層を溶融だれ等の問題をなくして良好な分離
が行え、低コストで高効率な集積型光起電力装置が提供
できる。
【図１】この発明の一実施形態にかかる集積型光起電力
装置の２つの光電変換素子の隣接間隔部を示す要部拡大
断面図である。
装置の２つの光電変換素子の隣接間隔部を示す要部拡大
断面図である。
【図２】この発明の他の実施形態にかかる集積型光起電
力装置の２つの光電変換素子の隣接間隔部を示す要部拡
大断面図である。
力装置の２つの光電変換素子の隣接間隔部を示す要部拡
大断面図である。
【図３】この発明の更に他の実施形態にかかる集積型光
起電力装置の２つの光電変換素子の隣接間隔部を示す要
部拡大断面図である。
起電力装置の２つの光電変換素子の隣接間隔部を示す要
部拡大断面図である。
【図４】従来の集積型光起電力装置の製造方法を工程別
に示す要部拡大断面図である。
に示す要部拡大断面図である。
【図５】従来構造の集積型光起電力装置の２つの光電変
換素子の隣接間隔部を示す要部拡大断面図である。
換素子の隣接間隔部を示す要部拡大断面図である。
【図６】従来構造の集積型光起電力装置の２つの光電変
換素子の隣接間隔部を示す要部拡大断面図である。
換素子の隣接間隔部を示す要部拡大断面図である。
１ 透光性絶縁基板
２ 透明導電膜
３ 非晶質半導体層
４ 裏面電極膜
４１ 透明導電層
４２ 薄膜金属層
４３ 非晶質薄膜
Claims (5)
- 【請求項１】 透光性絶縁基板上の一主面上に複数の光
電変換素子領域毎に分割形成された透明導電膜と、前記
透光性絶縁基板上に形成された透明導電膜上に設けら
れ、複数の光電変換素子領域毎に分割された非晶質半導
体層と、前記透光性絶縁基板の他主面側からレーザビー
ムの照射により分割された前記非晶質半導体層上に設け
られた裏面電極膜と、を備えた集積型光起電力装置にお
いて、前記裏面電極膜は、金属薄膜層間に水素或いは希
ガスを含む非晶質薄膜層が介在された層を１組以上有す
ることを特徴とする集積型光起電力装置。 - 【請求項２】 前記非晶質薄膜層は、非晶質シリコン層
又はシリコンを含む非晶質合金層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装置。 - 【請求項３】 前記裏面金属膜は、金属薄膜層のトータ
ルの膜厚が３０００Å〜６０００Åとなるように形成さ
れていることを特徴とする請求項１又２に記載の集積型
光起電力装置。 - 【請求項４】 前記裏面金属膜は、一対の膜厚３０００
Åの銀からなる金属薄膜層間に膜中水素量１０ａｔｏ
ｍ．％以上、膜厚５００Å以上の薄膜非晶質シリコン層
で構成されてい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。 - 【請求項５】 透光性絶縁基板の一主面上に、透明導電
膜、非晶質半導体層及び裏面電極層をこの順序で積層形
成した集積型光起電力装置の製造方法であって、前記非
晶質半導体層上に、金属薄膜層間に水素或いは希ガスを
含む非晶質薄膜層が介在された層を１組以上有する裏面
電極膜を設け、前記透光性絶縁基板の他主面側からレー
ザビームを照射し、前記非晶質半導体層及び裏面電極膜
を除去することを特徴とする集積型光起電力装置の製造
方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001200763A JP4131622B2 (ja) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | 集積型光起電力装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001200763A JP4131622B2 (ja) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | 集積型光起電力装置及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2003017722A true JP2003017722A (ja) | 2003-01-17 |
| JP4131622B2 JP4131622B2 (ja) | 2008-08-13 |
Family
ID=19037832
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001200763A Expired - Fee Related JP4131622B2 (ja) | 2001-07-02 | 2001-07-02 | 集積型光起電力装置及びその製造方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4131622B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013021995A1 (ja) * | 2011-08-11 | 2013-02-14 | 国立大学法人大阪大学 | 膜加工方法 |
-
2001
- 2001-07-02 JP JP2001200763A patent/JP4131622B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013021995A1 (ja) * | 2011-08-11 | 2013-02-14 | 国立大学法人大阪大学 | 膜加工方法 |
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|---|---|
| JP4131622B2 (ja) | 2008-08-13 |
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