JP2004095661A - 光電変換装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電流リークと接続ロスによる特性低下を防止することが可能な、複数の光電変換素子が直列に接続された光電変換装置を提供する。
【解決手段】この光電変換装置は、光電変換層４の上面上の上部電極６ａと６ｂとの間の所定領域に形成された絶縁層５と、絶縁層５から光電変換層４を介して内部電極３ａに至る開口部７と、開口部７内において内部電極３ａと電気的に接続するように充填されるとともに、上部電極６ｂと電気的に接続するように形成された接続電極８とを備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】この光電変換装置は、光電変換層４の上面上の上部電極６ａと６ｂとの間の所定領域に形成された絶縁層５と、絶縁層５から光電変換層４を介して内部電極３ａに至る開口部７と、開口部７内において内部電極３ａと電気的に接続するように充填されるとともに、上部電極６ｂと電気的に接続するように形成された接続電極８とを備えている。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光電変換装置およびその製造方法に関し、特に、光電変換素子が電気的に直列に接続された集積型の光電変換装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光電変換装置から所定の光起電力を得るために、複数個の光電変換素子を電気的に直列接続する集積型光電変換装置が知られており、たとえば、特開昭６１−２１４４８３号公報などに開示されている。
【０００３】
図１８は、従来の集積型光電変換装置の直列接続部の構造を説明するための要部拡大断面図である。図１８を参照して、従来の光電変換装置の構造について説明する。
【０００４】
図１８に示すように、ステンレス基板１０１の上面上には、約１０μｍの膜厚を有するポリエーテルスチレン樹脂（ＰＥＳ）からなる絶縁層１０２が形成されている。また、絶縁層１０２の上面上には、分離開口部１０７によって分離された内部電極１０３ａおよび１０３ｂが形成されている。内部電極１０３ａおよび１０３ｂは、それぞれ、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層することにより形成されている。内部電極１０３ａおよび１０３ｂ上には、それぞれ、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）からなる光電変換層１０４ａおよび１０４ｂが形成されている。
【０００５】
光電変換層１０４ａ上および１０４ｂ上の所定領域には、約４０μｍの膜厚を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる絶縁層１０５ａおよび１０５ｂが形成されている。また、絶縁層１０５ａ上の分離部１０６ｃおよび分離開口部１０７によって分離されるように、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる上部電極１０６ａおよび１０６ｂと、上部電極層１０６とが形成されている。また、内部電極１０３ａと上部電極１０６ｂとは、銀ペーストからなる接続電極１０８と、溶融接続部１０９とによって、接続されている。これにより、隣接する光電変換素子が直列に接続された集積型光電変換装置が構成されている。
【０００６】
上記のように、ステンレス基板１０１や内部電極１０３ａおよび１０３ｂが非透光性材料で構成されているとともに、上部電極１０６ａ、１０６ｂおよび上部電極層１０６が透光性材料（ＩＴＯ）で構成されている場合、光起電力を得るための光線は上部電極１０６ａおよび１０６ｂと、上部電極層１０６とを介して、光電変換層１０４ａおよび１０４ｂに照射される。このように、ステンレス基板１０１と反対側からの光の入射を利用する光電変換装置の構造は、一般に、逆タイプ構造と呼ばれる。逆に、基板と内部電極とが透光性材料で構成されるとともに、上部電極および上部電極層が非透光性材料で構成されることによって、基板側からの光の入射を利用する光電変換装置の構造は、一般に、順タイプ構造と呼ばれる。以下、本明細書では、逆タイプ構造を例にとって説明する。
【０００７】
図１９〜図２３は、図１８に示した従来の光電変換装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図１９〜図２３を参照して、次に、従来の光電変換装置の製造プロセスについて説明する。
【０００８】
まず、図１９に示すように、ステンレス基板１０１の上面に、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳを塗布することによって絶縁層１０２を形成する。その後、絶縁層１０２の上面上に、スパッタ法などによって、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層した内部電極層１０３を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法などによって、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉからなる光電変換層１０４を形成する。
【０００９】
次に、図２０に示すように、光電変換層１０４の上面上の所定領域に、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層１０５ａおよび１０５ｂを形成する。
【００１０】
次に、図２１に示すように、絶縁層１０５ａおよび１０５ｂを覆うように、光電変換層１０４の上面上に、スパッタ法などによって、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極層１０６を形成する。
【００１１】
次に、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を絶縁層１０５ａ上の上部電極層１０６の上面に照射することによって、図２２に示すように、分離部１０６ｃを形成する。また、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を絶縁層１０５ｂ上の上部電極層１０６の上面に照射することによって、内部電極層１０３、光電変換層１０４および上部電極層１０６を同時に除去し、図２２に示すように、分離開口部１０７を形成する。これにより、上部電極１０６ａと１０６ｂとが分離されるとともに、内部電極１０３ａおよび１０３ｂと、光電変換層１０４ａおよび１０４ｂとが、それぞれ分離される。
【００１２】
次に、図２３に示すように、上部電極１０６ｂの上面上から光電変換層１０４ａ上に位置する上部電極層１０６上に向かって延びるように、スクリーン印刷などを用いて、銀ペーストからなる接続電極１０８を形成する。
【００１３】
最後に、図１８に示したように、光電変換層１０４ａ上に位置する接続電極１０８の上面から、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザを照射することによって、接続電極１０８、上部電極層１０６、光電変換層１０４ａおよび内部電極１０３ａの溶融を同時に行う。これにより、溶融接続部１０９が形成される。その結果、溶融接続部１０９と接続電極１０８とにより、内部電極１０３ａと上部電極１０６ｂとが直列に接続される。このようにして、従来の光電変換装置が形成される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の光電変換装置の製造方法では、図２２に示した工程において、分離開口部１０７をレーザ照射により形成する際に、内部電極層１０３（図２１参照）や光電変換層１０４などの構成材料が飛散する。このため、飛散物質１１０が分離開口部１０７の内壁などに付着することがある。この飛散物質１１０によって、内部電極１０３ｂと上部電極１０６ｂとの絶縁、および内部電極１０３ａと内部電極１０３ｂとの絶縁が不十分となり、その結果、電流リークが発生するという問題点があった。
【００１５】
また、上記従来の光電変換装置を長期間使用した場合には、分離開口部１０７内に水分などが浸入し易いため、電極物質のマイグレーションが起こる場合がある。この場合にも、内部電極１０３ｂと上部電極１０６ｂとの絶縁、および内部電極１０３ａと内部電極１０３ｂとの絶縁が不十分となり、その結果、電流リークが発生するという問題点があった。
【００１６】
さらに、上記従来の光電変換装置において、内部電極１０３ａと上部電極１０６ｂとの接続が、接続電極１０８、上部電極層１０６、光電変換層１０４ａおよび内部電極１０３ａが混合された溶融接続部１０９によって接続されているため、接続抵抗が高く、その結果、接続ロス（抵抗損失）が発生するという問題点があった。
【００１７】
上記のように、従来の光電変換装置およびその製造方法においては、電流リークと接続ロスによる特性低下が発生するという問題点があった。
【００１８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、電流リークおよび接続ロスによる特性の低下を防止することが可能な、複数の光電変換素子が直列に接続された光電変換装置を提供することである。
【００１９】
この発明のさらにもう１つの目的は、電流リークと接続ロスによる特性の低下を防止することが可能な、複数の光電変換素子が直列に接続された光電変換装置を容易に製造することが可能な光電変換装置の製造方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による光電変換装置は、絶縁性表面を有する基板と、基板の絶縁性表面上に所定の間隔を隔てて形成された第１内部電極および第２内部電極と、第１内部電極および第２内部電極を覆うように形成された光電変換層と、光電変換層の上面上に形成され、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応する第１上部電極および第２上部電極と、光電変換層の上面上の第１上部電極と第２上部電極との間の所定領域に形成された絶縁層と、絶縁層から光電変換層を介して第１内部電極に至る第１開口部と、第１開口部内において第１内部電極と電気的に接続するように充填されるとともに、第２上部電極と電気的に接続するように形成された接続電極とを備えている。
【００２１】
この第１の局面による光電変換装置では、上記のように、光電変換層の上面上の第１上部電極と第２上部電極との間の所定領域に形成された絶縁層と、絶縁層から光電変換層を介して第１内部電極に至る第１開口部とを備えることにより、第１上部電極と第２上部電極との間を絶縁層により電気的に絶縁することができる。また、第１開口部が形成される領域の光電変換層の上面が絶縁層により覆われているので、第１開口部を形成するときに発生する飛散物質が光電変換層の上面上に付着するのを防止することができる。これにより、第１上部電極と第２上部電極との間の電流リークを防止することができるとともに、光電変換層の上面の傷付きを防止することができる。また、光電変換素子間の分離開口部がないため、水分侵入による電極物質のマイグレーションが発生しない。これにより、内部電極と上部電極との間の電流リークを防止することができる。
【００２２】
さらに、第１開口部内において第１内部電極と電気的に接続するように充填されるとともに、第２上部電極と電気的に接続するように形成された接続電極を備えることにより、レーザによる溶融接続部を用いる場合と異なり、第１内部電極と第２外部電極との電気的接続が低抵抗な状態で行われる。これにより、光電変換素子を直列接続する際の接続ロスを低減することができる。したがって、この第１の局面においては、電流リークおよび接続ロスを防止することが可能な、良好な特性を有する光電変換装置を得ることができる。
【００２３】
上記第１の局面による光電変換装置において、好ましくは、光電変換層の上面から第１内部電極と第２内部電極との間の基板の絶縁性表面に達する第２開口部をさらに備え、絶縁層は、少なくとも光電変換層の第１内部電極上に位置する部分と光電変換層の第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように、第２開口部内に充填するように形成されている。このように構成すれば、少なくとも隣接する光電変換層同士を電気的に絶縁することができるので、各電極間の電流リークをより一層防止することができる。
【００２４】
また、この発明の第２の局面による光電変換装置は、絶縁性表面を有する基板と、基板の絶縁性表面上に所定の間隔を隔てて形成された第１内部電極および第２内部電極と、第１内部電極および第２内部電極を覆うように形成された光電変換層と、光電変換層の上面上に形成され、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応する第１上部電極および第２上部電極と、光電変換層の上面から第１内部電極と第２内部電極との間の基板の絶縁性表面に達する開口部と、少なくとも光電変換層の第１内部電極上に位置する部分と光電変換層の第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように開口部内に充填するように形成された絶縁層とを備えている。
【００２５】
この第２の局面による光電変換装置では、上記のように、光電変換層の上面から第１内部電極と第２内部電極との間の基板の絶縁性表面に達する開口部と、少なくとも光電変換層の第１内部電極上に位置する部分と光電変換層の第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように開口部内に充填するように形成された絶縁層とを備えることにより、その絶縁層により、少なくとも隣接する光電変換層同士を絶縁することができる。これにより、各電極間の電流リークを防止することが可能となり、その結果、良好な特性を有するよる光電変換装置を得ることができる。
【００２６】
上記第２の局面による光電変換装置において、好ましくは、第１内部電極と第２上部電極とを電気的に接続するように形成された接続電極をさらに備えている。このように構成すれば、容易に、光電変換素子を直列接続した集積型光電変換装置を得ることができる。
【００２７】
さらに、上記第１の局面および第２の局面による光電変換装置において、好ましくは、基板は、非透光性を有し、第１上部電極および第２上部電極は、透光性を有する。このように構成すれば、基板側とは反対の上部電極側から光を受光するいわゆる逆タイプ構造の光電変換装置を得ることができる。
【００２８】
この発明の第３の局面による光電変換装置の製造方法は、絶縁性表面を有する基板上に、所定の間隔を隔てて第１内部電極および第２内部電極を形成する工程と、第１内部電極および第２内部電極を覆うように、光電変換層を形成する工程と、光電変換層の上面上の所定領域に、絶縁層を形成する工程と、光電変換層の上面上に、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応するように第１上部電極および第２上部電極を形成する工程と、絶縁層から光電変換層を介して第１内部電極に至る第１開口部を形成する工程と、第１開口部内において第１内部電極と電気的に接続するように充填されるとともに、第２上部電極と電気的に接続するように接続電極を形成する工程とを備えている。
【００２９】
この第３の局面による光電変換装置の製造方法では、上記のように、光電変換層の上面上の所定領域に、絶縁層を形成した後、光電変換層の上面上に、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応するように第１上部電極および第２上部電極を形成し、その後、絶縁層から光電変換層を介して第１内部電極に至る第１開口部を形成することによって、第１上部電極と第２上部電極との間を絶縁層により電気的に絶縁することができるとともに、第１開口部が形成される領域の光電変換層の上面が絶縁層により覆われているので、第１開口部を形成するときに発生する飛散物質が光電変換層の上面上に付着することを防ぐことができる。これにより、第１上部電極と第２上部電極との間の電流リークを防止することができるとともに、光電変換層の上面の傷付きを防止することができる。
【００３０】
また、第１開口部内において第１内部電極と電気的に接続するように充填するとともに、第２上部電極と電気的に接続するように接続電極を形成することによって、レーザによる溶融接続部を用いる場合と異なり、第１内部電極と第２外部電極との電気的接続が低抵抗な状態で行われる。これにより、光電変換素子を直列接続する際の接続ロスを低減することができる。したがって、この第３の局面においては、電流リークおよび接続ロスを防止することが可能な、良好な特性を有する光電変換装置を容易に製造することができる。
【００３１】
上記第３の局面による光電変換装置の製造方法において、好ましくは、絶縁層を形成する工程の前に、光電変換層の上面から第１内部電極と第２内部電極との間の基板の絶縁性表面に達する第２開口部を形成する工程をさらに備え、絶縁層を形成する工程は、絶縁層を少なくとも光電変換層の第１内部電極上に位置する部分と光電変換層の第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように第２開口部内に充填するように形成する工程を含む。このように構成すれば、少なくとも隣接する光電変換層同士を電気的に絶縁することができるので、各電極間の電流リークをより一層防止することができる。
【００３２】
さらに、この発明の第４の局面による光電変換装置の製造方法は、絶縁性表面を有する基板上に、所定の間隔を隔てて第１内部電極および第２内部電極を形成する工程と、第１内部電極および第２内部電極を覆うように光電変換層を形成する工程と、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応するとともに、光電変換層を電気的に分離するように、開口部を形成する工程と、開口部内に絶縁層を充填するように形成する工程と、光電変換層の上面上に、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応するように第１上部電極および第２上部電極を形成する工程を備えている。
【００３３】
この第４の局面による光電変換装置の製造方法では、上記のように、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応するとともに、光電変換層を電気的に分離するように、開口部を形成した後、開口部内に絶縁層を充填するように形成することによって、その絶縁層により、少なくとも隣接する光電変換層同士を絶縁することができる。これにより、各電極間の電流リークを低減することが可能となり、その結果、良好な特性を有する光電変換装置を製造することができる。
【００３４】
上記第４の局面による光電変換装置の製造方法において、好ましくは、基板上に内部電極層を形成するとともに、内部電極層上に光電変換層を形成した後、内部電極層および光電変換層の所定領域を同時に除去することによって、第１内部電極および第２内部電極を形成する工程と、開口部を形成する工程とを同時に行う。このように構成すれば、製造工程を簡略化することができる。また、隣接する光電変換層同士、および、隣接する内部電極同士を電気的に絶縁することができるので、各層間の電流リークをより一層防止することができる。
【００３５】
上記の場合、好ましくは、第１内部電極と第２上部電極とを電気的に接続するように接続電極を形成する工程をさらに備えている。このように構成すれば、光電変換素子を直列接続した集積型光電変換装置を容易に製造することができる。
【００３６】
さらに、上記第３の局面および第４の局面による光電変換装置の製造方法において、好ましくは、基板は、非透光性を有し、第１上部電極および第２上部電極は、透光性を有する。このように構成すれば、基板側とは反対の上部電極側から光を受光するいわゆる逆タイプ構造の光電変換装置を容易に製造することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
（第１実施形態）
この第１実施形態では、光電変換層の上面上の隣接する上部電極間の所定領域に形成された絶縁層と、絶縁層から光電変換層を介して内部電極に至る開口部とを備えた光電変換装置について説明する。
【００３９】
図１は、本発明の第１実施形態による光電変換装置を示した断面図である。図１を参照して、以下に第１実施形態による光電変換装置の構造について説明する。
【００４０】
図１に示すように、ステンレス基板１の上面上には、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳからなる絶縁層２が形成されている。また、絶縁層２の上面上には、分離部３ｃによって分離された内部電極３ａおよび３ｂが形成されている。ここで、内部電極３ａおよび３ｂは、それぞれ、本発明の「第１内部電極」および「第２内部電極」の一例である。内部電極３ａおよび３ｂは、それぞれ、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層することにより形成されている。また、内部電極３ａおよび３ｂを覆うとともに、分離部３ｃを埋め込むように、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ系半導体からなる光電変換層４が形成されている。光電変換層４上の所定領域には、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層５が形成されている。
【００４１】
光電変換層４の上面および絶縁層５の端部を覆うように、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極６ａおよび６ｂが形成されている。ここで、上部電極６ａおよび６ｂは、それぞれ、本発明の「第１上部電極」および「第２上部電極」の一例である。この上部電極６ａおよび６ｂは、分離部６ｃによって分離されている。また、絶縁層５から光電変換層４を介して内部電極３ａに至る開口部７が形成されている。ここで、開口部７は、本発明の「第１開口部」の一例である。そして、その開口部７内に充填されるとともに、絶縁層５および上部電極６ｂ上に延びるように、銀ペーストからなる接続電極８が形成されている。接続電極８と上部電極６ａとの間は、両電極８、６ａ間の絶縁を保つため、所定の間隔が設けられている。この接続電極８によって、内部電極３ａと上部電極６ｂとが接続されている。これにより、各光電変換素子が直列に接続された第１実施形態による集積型光電変換装置が構成されている。
【００４２】
図２〜図５は、図１に示した第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図２〜図５を参照して、次に、第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスについて説明する。
【００４３】
まず、図２に示すように、ステンレス基板１の上面に、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳを塗布することによって絶縁層２を形成する。その後、絶縁層２の上面上に、スパッタ法などによって、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層した内部電極層３を形成する。
【００４４】
次に、高ピークパワーで短パルスのレーザビームが照射可能な、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を用いて、内部電極層３を分離することによって、図３に示すように、分離部３ｃにおいて分離された内部電極３ａおよび３ｂを形成する。この後、プラズマＣＶＤ法などによって、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉからなる光電変換層４を形成する。さらに、光電変換層４の上面上の分離部３ｃ上の領域を含む所定領域に、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層５を形成する。その後、光電変換層４および絶縁層５を覆うように、スパッタ法などによって、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極層６を形成する。
【００４５】
次に、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を絶縁層５上の上部電極層６の上面に照射することによって、図４に示すように、分離部６ｃを形成する。これにより、上部電極６ａおよび６ｂが形成される。
【００４６】
次に、図５に示すように、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を絶縁層５の上面に照射することによって、絶縁層５から光電変換層４を介して内部電極３ａに至る開口部７を形成する。
【００４７】
最後に図１に示したように、開口部７内において内部電極３ａと電気的に接続するように充填されるとともに、上部電極６ｃと電気的に接続するように接続電極８を形成する。このようにして、第１実施形態による光電変換装置が形成される。
【００４８】
第１実施形態では、上記のように、光電変換層４の上面上の上部電極６ａと６ｂとの間の所定領域に形成された絶縁層５を備えることにより、上部電極６ａと６ｂとの間を絶縁層５により電気的に絶縁することができる。また、開口部７が形成される領域の光電変換層４の上面が絶縁層５により覆われているので、開口部７を形成するときに発生する飛散物質が光電変換層４の上面上に付着するのを防止することができる。これにより、上部電極６ａと６ｂとの間の電流リークを防止することができるとともに、光電変換層４の上面の傷付きを防止することができる。また、従来と異なり、大気中に露出する光電変換素子間の分離開口部１０７（図１８参照）がないため、水分侵入による電極物質のマイグレーションが発生しない。これにより、内部電極３ａ、３ｂと上部電極６ａ、６ｂとの間の電流リークを防止することができる。
【００４９】
さらに、開口部７内において内部電極３ａと電気的に接続するように充填されるとともに、上部電極６ｂと電気的に接続するように接続電極８を備えることにより、レーザ照射により形成した溶融接続部を用いる従来の場合と異なり、内部電極３ａと上部電極６ｂとの電気的接続が低抵抗な状態で行われる。これにより、光電変換素子を直列接続する際の接続ロスを低減することができる。したがって、電流リークおよび接続ロスを防止することが可能な、良好な特性を有する光電変換装置を得ることができる。
【００５０】
また、上記第１実施形態では、非透光性のステンレス基板１と、ＺｎＯ、ＡｇおよびＺｎＯを順次積層した内部電極３ａおよび３ｂとを用いるとともに、透光性のＩＴＯからなる上部電極層６を用いることによって、容易に、いわゆる逆タイプ型の光電変換装置を形成することができる。
【００５１】
また、上記第１実施形態では、分離部３ｃ、６ｃおよび開口部７の形成に、レーザビームを用いているので、メタルマスクを用いて各層をパターン形成する方法や、リソグラフィなどのウエットエッチングプロセスを用いて各層をパターン形成する方法と比べて、プロセスが簡単で、かつ、生産性にも優れている。このため、大面積基板への対応も容易である。特に、分離部３ｃおよび開口部７の形成に、高ピークパワーで短パルスのレーザビームが照射可能な、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザを用いているので、微細なパターンを形成することができる。このため、光電変換装置の有効面積を増大させることが可能となる。
【００５２】
（第２実施形態）
この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、光電変換層が絶縁層によって分離されている場合について説明する。
【００５３】
図６は、本発明の第２実施形態による光電変換装置を示した断面図である。図６を参照して、以下に第２実施形態による光電変換装置の構造について説明する。
【００５４】
図６に示すように、ステンレス基板１１の上面上には、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳからなる絶縁層１２が形成されている。また、絶縁層１２の上面上には、分離部１３ｃによって分離された内部電極１３ａおよび１３ｂが形成されている。ここで、内部電極１３ａおよび１３ｂは、それぞれ、本発明の「第１内部電極」および「第２内部電極」の一例である。内部電極１３ａおよび１３ｂは、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層することにより形成されている。また、内部電極１３ａおよび１３ｂの上面上および端部を覆うように、光電変換層１４ａおよび１４ｂが形成されている。光電変換層１４ａおよび１４ｂは、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ系半導体により形成されているとともに、光電変換層１４ａと１４ｂとは、開口部１４ｃによって分離されている。ここで、開口部１４ｃは、本発明の「第２開口部」の一例である。
【００５５】
また、開口部１４ｃに充填されるとともに、光電変換層１４ａおよび１４ｂの上面上の開口部１４ｃ上に位置する所定領域には、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層１５が形成されている。光電変換層１４ａおよび１４ｂの上面および絶縁層１５の端部を覆うように、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極層１６ａおよび１６ｂが形成されている。ここで、上部電極１６ａおよび１６ｂは、それぞれ、本発明の「第１上部電極」および「第２上部電極」の一例である。この上部電極層１６ａと１６ｂとは、分離部１６ｃによって分離されている。また、絶縁層１５から光電変換層１４ａを介して内部電極１３ａに至る開口部１７が形成されている。ここで、開口部１７は、本発明の「第１開口部」の一例である。そして、その開口部１７内に充填されるとともに、絶縁層１５および上部電極１６ｂ上に延びるように、銀ペーストからなる接続電極１８が形成されている。この接続電極１８によって、内部電極１３ａと上部電極１６ｂとが接続されている。これにより、各光電変換素子が直列に接続された第２実施形態による集積型光電変換装置が構成されている。
【００５６】
次に、図７〜図１１は、図６に示した第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図７〜図１１を参照して、本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスについて説明する。
【００５７】
まず、図２に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、図７に示すように、ステンレス基板１１の上面に、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳからなる絶縁層１２と、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）が順次積層された内部電極層１３とを形成する。
【００５８】
次に、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を用いて内部電極層１３を分離することによって、図８に示すように、分離部１３ｃにおいて分離された内部電極１３ａおよび１３ｂを形成する。そして、プラズマＣＶＤ法などによって、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ系半導体からなる光電変換層（図示せず）を形成した後、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を用いて、その光電変換層を分離部１３ｃ内の開口部１４ｃにおいて分離することによって、光電変換層１４ａおよび１４ｂを形成する。
【００５９】
次に、図９に示すように、開口部１４ｃ内に充填するとともに光電変換層１４ａおよび１４ｂの上面上の開口部１４ｃ上に位置する所定領域に延びるように、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層１５を形成する。その後、絶縁層１５、光電変換層１４ａおよび１４ｂを覆うように、スパッタ法などによって約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極層１６を形成する。
【００６０】
次に、図１０に示すように、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を絶縁層１５上の上部電極層１６の上面に照射することによって、分離部１６ｃを形成する。これにより、上部電極１６ａおよび１６ｂが形成される。
【００６１】
続いて、図１１に示すように、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を絶縁層１５の上面に照射することによって、絶縁層１５から光電変換層１４ａを介して内部電極１３ａに至る開口部１７を形成する。
【００６２】
最後に、図６に示したように、開口部１７内において内部電極１３ａと電気的に接続するように充填するとともに、上部電極１６ｂと電気的に接続するように、接続電極１８を形成する。このようにして、第２実施形態による光電変換装置が形成される。
【００６３】
第２実施形態では、上記のように、光電変換層１４ａと１４ｂとを電気的に分離するように、開口部１４ｃ内に絶縁層１５を充填することによって、光電変換層１４ａと１４ｂとを電気的に絶縁することができるので、内部電極１３ａと１３ｂとの間の電流リークをより一層防止することができる。
【００６４】
（第３実施形態）
この第３実施形態では、上記第２実施形態における開口部１４ｃの形成と分離部１３ｃの形成とを同時に行う場合について説明する。
【００６５】
図１２は、本発明の第３実施形態による光電変換装置を示した断面図である。図１２を参照して、以下に第３実施形態による光電変換装置の構造について説明する。
【００６６】
図１２に示すように、ステンレス基板２１の上面上には、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳからなる絶縁層２２が形成されている。また、絶縁層２２の上面上には、開口部２３ｃによって分離された内部電極２３ａおよび２３ｂが形成されている。ここで、開口部２３ｃ、内部電極２３ａおよび２３ｂは、それぞれ、本発明の「第２開口部」、「第１内部電極」および「第２内部電極」の一例である。内部電極２３ａおよび２３ｂは、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層することにより形成されている。また、内部電極２３ａおよび２３ｂの上面上に、光電変換層２４ａおよび２４ｂが形成されている。光電変換層２４ａおよび２４ｂは、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ系半導体により形成されているとともに、光電変換層２４ａと２４ｂとは、開口部２３ｃによって分離されている。
【００６７】
また、開口部２３ｃに充填されるとともに、光電変換層２４ａおよび２４ｂの上面上の開口部２３ｃ上に位置する所定領域には、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層２５が形成されている。光電変換層２４ａおよび２４ｂの上面および絶縁層２５の端部を覆うように、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極２６ａおよび２６ｂが形成されている。ここで、上部電極２６ａおよび２６ｂは、それぞれ、本発明の「第１上部電極」および「第２上部電極」の一例である。この上部電極２６ａと２６ｂとは、分離部２６ｃによって分離されている。また、絶縁層２５から光電変換層２４ａを介して内部電極２３ａに至る開口部２７が形成されている。ここで、開口部２７は、本発明の「第１開口部」の一例である。そして、その開口部２７内に充填されるとともに、絶縁層２５および上部電極２６ｂ上に延びるように、銀ペーストからなる接続電極２８が形成されている。この接続電極２８によって、内部電極２３ａと上部電極２６ｂとが接続されている。これにより、各光電変換素子が直列に接続された第３実施形態による集積型光電変換装置が構成されている。
【００６８】
図１３〜図１７は、図１２に示した第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図１３〜図１７を参照して、次に、本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスについて説明する。
【００６９】
まず、図１３に示すように、ステンレス基板２１の上面に、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳを塗布することによって、絶縁層２２を形成する。その後、絶縁層２２の上面上に、スパッタ法などによって、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層した内部電極層２３を形成する。そして、プラズマＣＶＤ法などによって、内部電極層２３上に約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ系半導体からなる光電変換層２４を形成する。
【００７０】
次に、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を用いて、内部電極層２３および光電変換層２４を同時に分離することによって、図１４に示すような開口部２３ｃを形成する。これにより、内部電極２３ａおよび２３ｂと、光電変換層２４ａおよび２４ｂとが形成される。
【００７１】
次に、図１５に示すように、開口部２３ｃ内に充填するとともに、光電変換層２４ａおよび２４ｂの上面上の開口部２３ｃ上に位置する所定領域に延びるように、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層２５を形成する。その後、絶縁層２５、光電変換層２４ａおよび２４ｂを覆うように、スパッタ法などによって、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極層２６を形成する。
【００７２】
次に、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を絶縁層２５上の上部電極層２６の上面に照射することによって、図１６に示すように、分離部２６ｃを形成する。これにより、上部電極２６ａおよび２６ｂが形成される。
【００７３】
続いて、図１７に示すように、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を絶縁層２５の上面に照射することによって、絶縁層２５から光電変換層２４ａを介して内部電極２３ａに至る開口部２７を形成する。
【００７４】
最後に、図１２に示したように、開口部２７内において内部電極２３ａと電気的に接続するように充填するとともに、上部電極２６ｂと電気的に接続するように、接続電極２８を形成する。このようにして、第３実施形態による光電変換装置が形成される。
【００７５】
第３実施形態では、上記のように、内部電極２３ａおよび２３ｂを形成する工程と、開口部２３ｃを形成する工程とを同時に行うことによって、製造プロセスの簡略化を図ることができる。また、開口部２３ｃ内に絶縁層２５を充填することによって、隣接する光電変換層２４ａ、２４ｂ間および内部電極２３ａ、２３ｂ間の電流リークをより一層低減することができる。
【００７６】
次に、上記第１〜第３実施形態により形成された光電変換装置の出力特性の比較を行った。光電変換装置は、有効面積が３０ｍｍ×８ｍｍの光電変換素子を７段直列接続された構造である。また、比較例として、図１８に示した従来の光電変換装置を比較例として用いた。結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
【００７８】
上記表１を参照して、開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流Ｉｓｃにはばらつきがあるものの、曲線因子Ｆ．Ｆ．は第１〜第３実施形態の方が比較例よりも優れていることを確認できた。また、最大出力Ｐｍａｘについても、第１〜第３実施形態の方が比較例よりも大きな値が得られていることがわかった。
【００７９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれる。
【００８０】
たとえば、上記各実施形態では、上部電極側からの入射光を利用するいわゆる逆タイプ構造の光電変換装置について説明したが、本発明はこれに限らず、基板や内部電極に透光性材料を用いることによって、基板側からの入射光を利用できるいわゆる順タイプ構造の光電変換装置にも適用可能である。
【００８１】
また、上記各実施形態では、絶縁層としてＰＥＴを用いたが、本発明はこれに限らず、ポリイミド（ＰＩ）やエポキシ樹脂なども用いることができる。特に、いわゆる逆タイプ構造の光電変換装置においては、透光性を有する絶縁層であることが好ましい。
【００８２】
また、本発明では、絶縁層の形成方法としては、ディスペンサによる塗布後、加熱する方法やフィルム状の絶縁膜を接着剤を介して貼付する方法なども用いることができる。
【００８３】
また、上記各実施形態において、各層の分離部や開口部の形成にＱスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）やエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を用いたが、本発明はこれに限らず、種々の波長のレーザを用いることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波〜４倍高調波などの短波長レーザを用いることによって、絶縁層に用いられる有機系樹脂有機系樹脂に対する吸収係数が大きいことから、分離部や開口部の形成を容易に行うことができる。
【００８４】
また、上記各実施形態において、絶縁層を光電変換層上の所定領域に形成する際に、光電変換層の上面全体に絶縁層を形成した後、不要な領域の絶縁層をレーザ照射により除去するようにしてもよい。この場合、特に、有機系樹脂材料中のＣ−Ｃ結合のエネルギーがエキシマレーザのフォトンエネルギと同程度であることから、エキシマレーザを用いれば、非熱的な除去が可能となる。さらに、エキシマレーザの照射はパルス数で制御することができるため、除去深さをレーザ光の照射回数で制御することができる。
【００８５】
また、本発明では、上記レーザだけでなく、ウォータージェットや超音波カッタなども、分離部や開口部の形成に用いることができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、集積型の光電変換装置において、電流リークおよび接続ロスによる特性の低下を防止することが可能な光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光電変換装置を示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第１工程を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第２工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第３工程を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第４工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による光電変換装置を示した断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第１工程を説明するための断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第２工程を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第３工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第４工程を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第５工程を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による光電変換装置を示した断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第１工程を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第２工程を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第３工程を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第４工程を説明するための断面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第５工程を説明するための断面図である。
【図１８】従来の集積型光電変換装置の直列接続部の構造を説明するための要部拡大断面図である。
【図１９】従来の光電変換装置の製造プロセスの第１工程を説明するための断面図である。
【図２０】従来の光電変換装置の製造プロセスの第２工程を説明するための断面図である。
【図２１】従来の光電変換装置の製造プロセスの第３工程を説明するための断面図である。
【図２２】従来の光電変換装置の製造プロセスの第４工程を説明するための断面図である。
【図２３】従来の光電変換装置の製造プロセスの第５工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２、５ 絶縁層
３ａ、３ｂ 内部電極
４ 光電変換層
６ａ、６ｂ 上部電極
７ 開口部
８ 接続電極
【発明の属する技術分野】
この発明は、光電変換装置およびその製造方法に関し、特に、光電変換素子が電気的に直列に接続された集積型の光電変換装置およびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、光電変換装置から所定の光起電力を得るために、複数個の光電変換素子を電気的に直列接続する集積型光電変換装置が知られており、たとえば、特開昭６１−２１４４８３号公報などに開示されている。
【０００３】
図１８は、従来の集積型光電変換装置の直列接続部の構造を説明するための要部拡大断面図である。図１８を参照して、従来の光電変換装置の構造について説明する。
【０００４】
図１８に示すように、ステンレス基板１０１の上面上には、約１０μｍの膜厚を有するポリエーテルスチレン樹脂（ＰＥＳ）からなる絶縁層１０２が形成されている。また、絶縁層１０２の上面上には、分離開口部１０７によって分離された内部電極１０３ａおよび１０３ｂが形成されている。内部電極１０３ａおよび１０３ｂは、それぞれ、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層することにより形成されている。内部電極１０３ａおよび１０３ｂ上には、それぞれ、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）からなる光電変換層１０４ａおよび１０４ｂが形成されている。
【０００５】
光電変換層１０４ａ上および１０４ｂ上の所定領域には、約４０μｍの膜厚を有するポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる絶縁層１０５ａおよび１０５ｂが形成されている。また、絶縁層１０５ａ上の分離部１０６ｃおよび分離開口部１０７によって分離されるように、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）からなる上部電極１０６ａおよび１０６ｂと、上部電極層１０６とが形成されている。また、内部電極１０３ａと上部電極１０６ｂとは、銀ペーストからなる接続電極１０８と、溶融接続部１０９とによって、接続されている。これにより、隣接する光電変換素子が直列に接続された集積型光電変換装置が構成されている。
【０００６】
上記のように、ステンレス基板１０１や内部電極１０３ａおよび１０３ｂが非透光性材料で構成されているとともに、上部電極１０６ａ、１０６ｂおよび上部電極層１０６が透光性材料（ＩＴＯ）で構成されている場合、光起電力を得るための光線は上部電極１０６ａおよび１０６ｂと、上部電極層１０６とを介して、光電変換層１０４ａおよび１０４ｂに照射される。このように、ステンレス基板１０１と反対側からの光の入射を利用する光電変換装置の構造は、一般に、逆タイプ構造と呼ばれる。逆に、基板と内部電極とが透光性材料で構成されるとともに、上部電極および上部電極層が非透光性材料で構成されることによって、基板側からの光の入射を利用する光電変換装置の構造は、一般に、順タイプ構造と呼ばれる。以下、本明細書では、逆タイプ構造を例にとって説明する。
【０００７】
図１９〜図２３は、図１８に示した従来の光電変換装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図１９〜図２３を参照して、次に、従来の光電変換装置の製造プロセスについて説明する。
【０００８】
まず、図１９に示すように、ステンレス基板１０１の上面に、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳを塗布することによって絶縁層１０２を形成する。その後、絶縁層１０２の上面上に、スパッタ法などによって、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層した内部電極層１０３を形成する。次に、プラズマＣＶＤ法などによって、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉからなる光電変換層１０４を形成する。
【０００９】
次に、図２０に示すように、光電変換層１０４の上面上の所定領域に、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層１０５ａおよび１０５ｂを形成する。
【００１０】
次に、図２１に示すように、絶縁層１０５ａおよび１０５ｂを覆うように、光電変換層１０４の上面上に、スパッタ法などによって、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極層１０６を形成する。
【００１１】
次に、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を絶縁層１０５ａ上の上部電極層１０６の上面に照射することによって、図２２に示すように、分離部１０６ｃを形成する。また、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を絶縁層１０５ｂ上の上部電極層１０６の上面に照射することによって、内部電極層１０３、光電変換層１０４および上部電極層１０６を同時に除去し、図２２に示すように、分離開口部１０７を形成する。これにより、上部電極１０６ａと１０６ｂとが分離されるとともに、内部電極１０３ａおよび１０３ｂと、光電変換層１０４ａおよび１０４ｂとが、それぞれ分離される。
【００１２】
次に、図２３に示すように、上部電極１０６ｂの上面上から光電変換層１０４ａ上に位置する上部電極層１０６上に向かって延びるように、スクリーン印刷などを用いて、銀ペーストからなる接続電極１０８を形成する。
【００１３】
最後に、図１８に示したように、光電変換層１０４ａ上に位置する接続電極１０８の上面から、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザを照射することによって、接続電極１０８、上部電極層１０６、光電変換層１０４ａおよび内部電極１０３ａの溶融を同時に行う。これにより、溶融接続部１０９が形成される。その結果、溶融接続部１０９と接続電極１０８とにより、内部電極１０３ａと上部電極１０６ｂとが直列に接続される。このようにして、従来の光電変換装置が形成される。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した従来の光電変換装置の製造方法では、図２２に示した工程において、分離開口部１０７をレーザ照射により形成する際に、内部電極層１０３（図２１参照）や光電変換層１０４などの構成材料が飛散する。このため、飛散物質１１０が分離開口部１０７の内壁などに付着することがある。この飛散物質１１０によって、内部電極１０３ｂと上部電極１０６ｂとの絶縁、および内部電極１０３ａと内部電極１０３ｂとの絶縁が不十分となり、その結果、電流リークが発生するという問題点があった。
【００１５】
また、上記従来の光電変換装置を長期間使用した場合には、分離開口部１０７内に水分などが浸入し易いため、電極物質のマイグレーションが起こる場合がある。この場合にも、内部電極１０３ｂと上部電極１０６ｂとの絶縁、および内部電極１０３ａと内部電極１０３ｂとの絶縁が不十分となり、その結果、電流リークが発生するという問題点があった。
【００１６】
さらに、上記従来の光電変換装置において、内部電極１０３ａと上部電極１０６ｂとの接続が、接続電極１０８、上部電極層１０６、光電変換層１０４ａおよび内部電極１０３ａが混合された溶融接続部１０９によって接続されているため、接続抵抗が高く、その結果、接続ロス（抵抗損失）が発生するという問題点があった。
【００１７】
上記のように、従来の光電変換装置およびその製造方法においては、電流リークと接続ロスによる特性低下が発生するという問題点があった。
【００１８】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、
この発明の１つの目的は、電流リークおよび接続ロスによる特性の低下を防止することが可能な、複数の光電変換素子が直列に接続された光電変換装置を提供することである。
【００１９】
この発明のさらにもう１つの目的は、電流リークと接続ロスによる特性の低下を防止することが可能な、複数の光電変換素子が直列に接続された光電変換装置を容易に製造することが可能な光電変換装置の製造方法を提供することである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明の第１の局面による光電変換装置は、絶縁性表面を有する基板と、基板の絶縁性表面上に所定の間隔を隔てて形成された第１内部電極および第２内部電極と、第１内部電極および第２内部電極を覆うように形成された光電変換層と、光電変換層の上面上に形成され、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応する第１上部電極および第２上部電極と、光電変換層の上面上の第１上部電極と第２上部電極との間の所定領域に形成された絶縁層と、絶縁層から光電変換層を介して第１内部電極に至る第１開口部と、第１開口部内において第１内部電極と電気的に接続するように充填されるとともに、第２上部電極と電気的に接続するように形成された接続電極とを備えている。
【００２１】
この第１の局面による光電変換装置では、上記のように、光電変換層の上面上の第１上部電極と第２上部電極との間の所定領域に形成された絶縁層と、絶縁層から光電変換層を介して第１内部電極に至る第１開口部とを備えることにより、第１上部電極と第２上部電極との間を絶縁層により電気的に絶縁することができる。また、第１開口部が形成される領域の光電変換層の上面が絶縁層により覆われているので、第１開口部を形成するときに発生する飛散物質が光電変換層の上面上に付着するのを防止することができる。これにより、第１上部電極と第２上部電極との間の電流リークを防止することができるとともに、光電変換層の上面の傷付きを防止することができる。また、光電変換素子間の分離開口部がないため、水分侵入による電極物質のマイグレーションが発生しない。これにより、内部電極と上部電極との間の電流リークを防止することができる。
【００２２】
さらに、第１開口部内において第１内部電極と電気的に接続するように充填されるとともに、第２上部電極と電気的に接続するように形成された接続電極を備えることにより、レーザによる溶融接続部を用いる場合と異なり、第１内部電極と第２外部電極との電気的接続が低抵抗な状態で行われる。これにより、光電変換素子を直列接続する際の接続ロスを低減することができる。したがって、この第１の局面においては、電流リークおよび接続ロスを防止することが可能な、良好な特性を有する光電変換装置を得ることができる。
【００２３】
上記第１の局面による光電変換装置において、好ましくは、光電変換層の上面から第１内部電極と第２内部電極との間の基板の絶縁性表面に達する第２開口部をさらに備え、絶縁層は、少なくとも光電変換層の第１内部電極上に位置する部分と光電変換層の第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように、第２開口部内に充填するように形成されている。このように構成すれば、少なくとも隣接する光電変換層同士を電気的に絶縁することができるので、各電極間の電流リークをより一層防止することができる。
【００２４】
また、この発明の第２の局面による光電変換装置は、絶縁性表面を有する基板と、基板の絶縁性表面上に所定の間隔を隔てて形成された第１内部電極および第２内部電極と、第１内部電極および第２内部電極を覆うように形成された光電変換層と、光電変換層の上面上に形成され、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応する第１上部電極および第２上部電極と、光電変換層の上面から第１内部電極と第２内部電極との間の基板の絶縁性表面に達する開口部と、少なくとも光電変換層の第１内部電極上に位置する部分と光電変換層の第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように開口部内に充填するように形成された絶縁層とを備えている。
【００２５】
この第２の局面による光電変換装置では、上記のように、光電変換層の上面から第１内部電極と第２内部電極との間の基板の絶縁性表面に達する開口部と、少なくとも光電変換層の第１内部電極上に位置する部分と光電変換層の第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように開口部内に充填するように形成された絶縁層とを備えることにより、その絶縁層により、少なくとも隣接する光電変換層同士を絶縁することができる。これにより、各電極間の電流リークを防止することが可能となり、その結果、良好な特性を有するよる光電変換装置を得ることができる。
【００２６】
上記第２の局面による光電変換装置において、好ましくは、第１内部電極と第２上部電極とを電気的に接続するように形成された接続電極をさらに備えている。このように構成すれば、容易に、光電変換素子を直列接続した集積型光電変換装置を得ることができる。
【００２７】
さらに、上記第１の局面および第２の局面による光電変換装置において、好ましくは、基板は、非透光性を有し、第１上部電極および第２上部電極は、透光性を有する。このように構成すれば、基板側とは反対の上部電極側から光を受光するいわゆる逆タイプ構造の光電変換装置を得ることができる。
【００２８】
この発明の第３の局面による光電変換装置の製造方法は、絶縁性表面を有する基板上に、所定の間隔を隔てて第１内部電極および第２内部電極を形成する工程と、第１内部電極および第２内部電極を覆うように、光電変換層を形成する工程と、光電変換層の上面上の所定領域に、絶縁層を形成する工程と、光電変換層の上面上に、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応するように第１上部電極および第２上部電極を形成する工程と、絶縁層から光電変換層を介して第１内部電極に至る第１開口部を形成する工程と、第１開口部内において第１内部電極と電気的に接続するように充填されるとともに、第２上部電極と電気的に接続するように接続電極を形成する工程とを備えている。
【００２９】
この第３の局面による光電変換装置の製造方法では、上記のように、光電変換層の上面上の所定領域に、絶縁層を形成した後、光電変換層の上面上に、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応するように第１上部電極および第２上部電極を形成し、その後、絶縁層から光電変換層を介して第１内部電極に至る第１開口部を形成することによって、第１上部電極と第２上部電極との間を絶縁層により電気的に絶縁することができるとともに、第１開口部が形成される領域の光電変換層の上面が絶縁層により覆われているので、第１開口部を形成するときに発生する飛散物質が光電変換層の上面上に付着することを防ぐことができる。これにより、第１上部電極と第２上部電極との間の電流リークを防止することができるとともに、光電変換層の上面の傷付きを防止することができる。
【００３０】
また、第１開口部内において第１内部電極と電気的に接続するように充填するとともに、第２上部電極と電気的に接続するように接続電極を形成することによって、レーザによる溶融接続部を用いる場合と異なり、第１内部電極と第２外部電極との電気的接続が低抵抗な状態で行われる。これにより、光電変換素子を直列接続する際の接続ロスを低減することができる。したがって、この第３の局面においては、電流リークおよび接続ロスを防止することが可能な、良好な特性を有する光電変換装置を容易に製造することができる。
【００３１】
上記第３の局面による光電変換装置の製造方法において、好ましくは、絶縁層を形成する工程の前に、光電変換層の上面から第１内部電極と第２内部電極との間の基板の絶縁性表面に達する第２開口部を形成する工程をさらに備え、絶縁層を形成する工程は、絶縁層を少なくとも光電変換層の第１内部電極上に位置する部分と光電変換層の第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように第２開口部内に充填するように形成する工程を含む。このように構成すれば、少なくとも隣接する光電変換層同士を電気的に絶縁することができるので、各電極間の電流リークをより一層防止することができる。
【００３２】
さらに、この発明の第４の局面による光電変換装置の製造方法は、絶縁性表面を有する基板上に、所定の間隔を隔てて第１内部電極および第２内部電極を形成する工程と、第１内部電極および第２内部電極を覆うように光電変換層を形成する工程と、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応するとともに、光電変換層を電気的に分離するように、開口部を形成する工程と、開口部内に絶縁層を充填するように形成する工程と、光電変換層の上面上に、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応するように第１上部電極および第２上部電極を形成する工程を備えている。
【００３３】
この第４の局面による光電変換装置の製造方法では、上記のように、第１内部電極および第２内部電極にそれぞれ対応するとともに、光電変換層を電気的に分離するように、開口部を形成した後、開口部内に絶縁層を充填するように形成することによって、その絶縁層により、少なくとも隣接する光電変換層同士を絶縁することができる。これにより、各電極間の電流リークを低減することが可能となり、その結果、良好な特性を有する光電変換装置を製造することができる。
【００３４】
上記第４の局面による光電変換装置の製造方法において、好ましくは、基板上に内部電極層を形成するとともに、内部電極層上に光電変換層を形成した後、内部電極層および光電変換層の所定領域を同時に除去することによって、第１内部電極および第２内部電極を形成する工程と、開口部を形成する工程とを同時に行う。このように構成すれば、製造工程を簡略化することができる。また、隣接する光電変換層同士、および、隣接する内部電極同士を電気的に絶縁することができるので、各層間の電流リークをより一層防止することができる。
【００３５】
上記の場合、好ましくは、第１内部電極と第２上部電極とを電気的に接続するように接続電極を形成する工程をさらに備えている。このように構成すれば、光電変換素子を直列接続した集積型光電変換装置を容易に製造することができる。
【００３６】
さらに、上記第３の局面および第４の局面による光電変換装置の製造方法において、好ましくは、基板は、非透光性を有し、第１上部電極および第２上部電極は、透光性を有する。このように構成すれば、基板側とは反対の上部電極側から光を受光するいわゆる逆タイプ構造の光電変換装置を容易に製造することができる。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００３８】
（第１実施形態）
この第１実施形態では、光電変換層の上面上の隣接する上部電極間の所定領域に形成された絶縁層と、絶縁層から光電変換層を介して内部電極に至る開口部とを備えた光電変換装置について説明する。
【００３９】
図１は、本発明の第１実施形態による光電変換装置を示した断面図である。図１を参照して、以下に第１実施形態による光電変換装置の構造について説明する。
【００４０】
図１に示すように、ステンレス基板１の上面上には、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳからなる絶縁層２が形成されている。また、絶縁層２の上面上には、分離部３ｃによって分離された内部電極３ａおよび３ｂが形成されている。ここで、内部電極３ａおよび３ｂは、それぞれ、本発明の「第１内部電極」および「第２内部電極」の一例である。内部電極３ａおよび３ｂは、それぞれ、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層することにより形成されている。また、内部電極３ａおよび３ｂを覆うとともに、分離部３ｃを埋め込むように、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ系半導体からなる光電変換層４が形成されている。光電変換層４上の所定領域には、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層５が形成されている。
【００４１】
光電変換層４の上面および絶縁層５の端部を覆うように、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極６ａおよび６ｂが形成されている。ここで、上部電極６ａおよび６ｂは、それぞれ、本発明の「第１上部電極」および「第２上部電極」の一例である。この上部電極６ａおよび６ｂは、分離部６ｃによって分離されている。また、絶縁層５から光電変換層４を介して内部電極３ａに至る開口部７が形成されている。ここで、開口部７は、本発明の「第１開口部」の一例である。そして、その開口部７内に充填されるとともに、絶縁層５および上部電極６ｂ上に延びるように、銀ペーストからなる接続電極８が形成されている。接続電極８と上部電極６ａとの間は、両電極８、６ａ間の絶縁を保つため、所定の間隔が設けられている。この接続電極８によって、内部電極３ａと上部電極６ｂとが接続されている。これにより、各光電変換素子が直列に接続された第１実施形態による集積型光電変換装置が構成されている。
【００４２】
図２〜図５は、図１に示した第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図２〜図５を参照して、次に、第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスについて説明する。
【００４３】
まず、図２に示すように、ステンレス基板１の上面に、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳを塗布することによって絶縁層２を形成する。その後、絶縁層２の上面上に、スパッタ法などによって、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層した内部電極層３を形成する。
【００４４】
次に、高ピークパワーで短パルスのレーザビームが照射可能な、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を用いて、内部電極層３を分離することによって、図３に示すように、分離部３ｃにおいて分離された内部電極３ａおよび３ｂを形成する。この後、プラズマＣＶＤ法などによって、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉからなる光電変換層４を形成する。さらに、光電変換層４の上面上の分離部３ｃ上の領域を含む所定領域に、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層５を形成する。その後、光電変換層４および絶縁層５を覆うように、スパッタ法などによって、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極層６を形成する。
【００４５】
次に、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を絶縁層５上の上部電極層６の上面に照射することによって、図４に示すように、分離部６ｃを形成する。これにより、上部電極６ａおよび６ｂが形成される。
【００４６】
次に、図５に示すように、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を絶縁層５の上面に照射することによって、絶縁層５から光電変換層４を介して内部電極３ａに至る開口部７を形成する。
【００４７】
最後に図１に示したように、開口部７内において内部電極３ａと電気的に接続するように充填されるとともに、上部電極６ｃと電気的に接続するように接続電極８を形成する。このようにして、第１実施形態による光電変換装置が形成される。
【００４８】
第１実施形態では、上記のように、光電変換層４の上面上の上部電極６ａと６ｂとの間の所定領域に形成された絶縁層５を備えることにより、上部電極６ａと６ｂとの間を絶縁層５により電気的に絶縁することができる。また、開口部７が形成される領域の光電変換層４の上面が絶縁層５により覆われているので、開口部７を形成するときに発生する飛散物質が光電変換層４の上面上に付着するのを防止することができる。これにより、上部電極６ａと６ｂとの間の電流リークを防止することができるとともに、光電変換層４の上面の傷付きを防止することができる。また、従来と異なり、大気中に露出する光電変換素子間の分離開口部１０７（図１８参照）がないため、水分侵入による電極物質のマイグレーションが発生しない。これにより、内部電極３ａ、３ｂと上部電極６ａ、６ｂとの間の電流リークを防止することができる。
【００４９】
さらに、開口部７内において内部電極３ａと電気的に接続するように充填されるとともに、上部電極６ｂと電気的に接続するように接続電極８を備えることにより、レーザ照射により形成した溶融接続部を用いる従来の場合と異なり、内部電極３ａと上部電極６ｂとの電気的接続が低抵抗な状態で行われる。これにより、光電変換素子を直列接続する際の接続ロスを低減することができる。したがって、電流リークおよび接続ロスを防止することが可能な、良好な特性を有する光電変換装置を得ることができる。
【００５０】
また、上記第１実施形態では、非透光性のステンレス基板１と、ＺｎＯ、ＡｇおよびＺｎＯを順次積層した内部電極３ａおよび３ｂとを用いるとともに、透光性のＩＴＯからなる上部電極層６を用いることによって、容易に、いわゆる逆タイプ型の光電変換装置を形成することができる。
【００５１】
また、上記第１実施形態では、分離部３ｃ、６ｃおよび開口部７の形成に、レーザビームを用いているので、メタルマスクを用いて各層をパターン形成する方法や、リソグラフィなどのウエットエッチングプロセスを用いて各層をパターン形成する方法と比べて、プロセスが簡単で、かつ、生産性にも優れている。このため、大面積基板への対応も容易である。特に、分離部３ｃおよび開口部７の形成に、高ピークパワーで短パルスのレーザビームが照射可能な、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザを用いているので、微細なパターンを形成することができる。このため、光電変換装置の有効面積を増大させることが可能となる。
【００５２】
（第２実施形態）
この第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、光電変換層が絶縁層によって分離されている場合について説明する。
【００５３】
図６は、本発明の第２実施形態による光電変換装置を示した断面図である。図６を参照して、以下に第２実施形態による光電変換装置の構造について説明する。
【００５４】
図６に示すように、ステンレス基板１１の上面上には、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳからなる絶縁層１２が形成されている。また、絶縁層１２の上面上には、分離部１３ｃによって分離された内部電極１３ａおよび１３ｂが形成されている。ここで、内部電極１３ａおよび１３ｂは、それぞれ、本発明の「第１内部電極」および「第２内部電極」の一例である。内部電極１３ａおよび１３ｂは、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層することにより形成されている。また、内部電極１３ａおよび１３ｂの上面上および端部を覆うように、光電変換層１４ａおよび１４ｂが形成されている。光電変換層１４ａおよび１４ｂは、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ系半導体により形成されているとともに、光電変換層１４ａと１４ｂとは、開口部１４ｃによって分離されている。ここで、開口部１４ｃは、本発明の「第２開口部」の一例である。
【００５５】
また、開口部１４ｃに充填されるとともに、光電変換層１４ａおよび１４ｂの上面上の開口部１４ｃ上に位置する所定領域には、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層１５が形成されている。光電変換層１４ａおよび１４ｂの上面および絶縁層１５の端部を覆うように、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極層１６ａおよび１６ｂが形成されている。ここで、上部電極１６ａおよび１６ｂは、それぞれ、本発明の「第１上部電極」および「第２上部電極」の一例である。この上部電極層１６ａと１６ｂとは、分離部１６ｃによって分離されている。また、絶縁層１５から光電変換層１４ａを介して内部電極１３ａに至る開口部１７が形成されている。ここで、開口部１７は、本発明の「第１開口部」の一例である。そして、その開口部１７内に充填されるとともに、絶縁層１５および上部電極１６ｂ上に延びるように、銀ペーストからなる接続電極１８が形成されている。この接続電極１８によって、内部電極１３ａと上部電極１６ｂとが接続されている。これにより、各光電変換素子が直列に接続された第２実施形態による集積型光電変換装置が構成されている。
【００５６】
次に、図７〜図１１は、図６に示した第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図７〜図１１を参照して、本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスについて説明する。
【００５７】
まず、図２に示した第１実施形態と同様のプロセスを用いて、図７に示すように、ステンレス基板１１の上面に、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳからなる絶縁層１２と、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）が順次積層された内部電極層１３とを形成する。
【００５８】
次に、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を用いて内部電極層１３を分離することによって、図８に示すように、分離部１３ｃにおいて分離された内部電極１３ａおよび１３ｂを形成する。そして、プラズマＣＶＤ法などによって、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ系半導体からなる光電変換層（図示せず）を形成した後、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を用いて、その光電変換層を分離部１３ｃ内の開口部１４ｃにおいて分離することによって、光電変換層１４ａおよび１４ｂを形成する。
【００５９】
次に、図９に示すように、開口部１４ｃ内に充填するとともに光電変換層１４ａおよび１４ｂの上面上の開口部１４ｃ上に位置する所定領域に延びるように、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層１５を形成する。その後、絶縁層１５、光電変換層１４ａおよび１４ｂを覆うように、スパッタ法などによって約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極層１６を形成する。
【００６０】
次に、図１０に示すように、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を絶縁層１５上の上部電極層１６の上面に照射することによって、分離部１６ｃを形成する。これにより、上部電極１６ａおよび１６ｂが形成される。
【００６１】
続いて、図１１に示すように、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を絶縁層１５の上面に照射することによって、絶縁層１５から光電変換層１４ａを介して内部電極１３ａに至る開口部１７を形成する。
【００６２】
最後に、図６に示したように、開口部１７内において内部電極１３ａと電気的に接続するように充填するとともに、上部電極１６ｂと電気的に接続するように、接続電極１８を形成する。このようにして、第２実施形態による光電変換装置が形成される。
【００６３】
第２実施形態では、上記のように、光電変換層１４ａと１４ｂとを電気的に分離するように、開口部１４ｃ内に絶縁層１５を充填することによって、光電変換層１４ａと１４ｂとを電気的に絶縁することができるので、内部電極１３ａと１３ｂとの間の電流リークをより一層防止することができる。
【００６４】
（第３実施形態）
この第３実施形態では、上記第２実施形態における開口部１４ｃの形成と分離部１３ｃの形成とを同時に行う場合について説明する。
【００６５】
図１２は、本発明の第３実施形態による光電変換装置を示した断面図である。図１２を参照して、以下に第３実施形態による光電変換装置の構造について説明する。
【００６６】
図１２に示すように、ステンレス基板２１の上面上には、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳからなる絶縁層２２が形成されている。また、絶縁層２２の上面上には、開口部２３ｃによって分離された内部電極２３ａおよび２３ｂが形成されている。ここで、開口部２３ｃ、内部電極２３ａおよび２３ｂは、それぞれ、本発明の「第２開口部」、「第１内部電極」および「第２内部電極」の一例である。内部電極２３ａおよび２３ｂは、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層することにより形成されている。また、内部電極２３ａおよび２３ｂの上面上に、光電変換層２４ａおよび２４ｂが形成されている。光電変換層２４ａおよび２４ｂは、約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ系半導体により形成されているとともに、光電変換層２４ａと２４ｂとは、開口部２３ｃによって分離されている。
【００６７】
また、開口部２３ｃに充填されるとともに、光電変換層２４ａおよび２４ｂの上面上の開口部２３ｃ上に位置する所定領域には、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層２５が形成されている。光電変換層２４ａおよび２４ｂの上面および絶縁層２５の端部を覆うように、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極２６ａおよび２６ｂが形成されている。ここで、上部電極２６ａおよび２６ｂは、それぞれ、本発明の「第１上部電極」および「第２上部電極」の一例である。この上部電極２６ａと２６ｂとは、分離部２６ｃによって分離されている。また、絶縁層２５から光電変換層２４ａを介して内部電極２３ａに至る開口部２７が形成されている。ここで、開口部２７は、本発明の「第１開口部」の一例である。そして、その開口部２７内に充填されるとともに、絶縁層２５および上部電極２６ｂ上に延びるように、銀ペーストからなる接続電極２８が形成されている。この接続電極２８によって、内部電極２３ａと上部電極２６ｂとが接続されている。これにより、各光電変換素子が直列に接続された第３実施形態による集積型光電変換装置が構成されている。
【００６８】
図１３〜図１７は、図１２に示した第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスを説明するための断面図である。図１３〜図１７を参照して、次に、本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスについて説明する。
【００６９】
まず、図１３に示すように、ステンレス基板２１の上面に、約１０μｍの膜厚を有するＰＥＳを塗布することによって、絶縁層２２を形成する。その後、絶縁層２２の上面上に、スパッタ法などによって、ＺｎＯ（膜厚約１００ｎｍ）、Ａｇ（膜厚約２００ｎｍ）およびＺｎＯ（膜厚約５０ｎｍ）を順次積層した内部電極層２３を形成する。そして、プラズマＣＶＤ法などによって、内部電極層２３上に約０．３μｍ〜約０．５μｍの膜厚を有するｐｉｎ型ａ−Ｓｉ系半導体からなる光電変換層２４を形成する。
【００７０】
次に、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を用いて、内部電極層２３および光電変換層２４を同時に分離することによって、図１４に示すような開口部２３ｃを形成する。これにより、内部電極２３ａおよび２３ｂと、光電変換層２４ａおよび２４ｂとが形成される。
【００７１】
次に、図１５に示すように、開口部２３ｃ内に充填するとともに、光電変換層２４ａおよび２４ｂの上面上の開口部２３ｃ上に位置する所定領域に延びるように、約４０μｍの膜厚を有するＰＥＴからなる絶縁層２５を形成する。その後、絶縁層２５、光電変換層２４ａおよび２４ｂを覆うように、スパッタ法などによって、約０．１μｍの膜厚を有するＩＴＯからなる上部電極層２６を形成する。
【００７２】
次に、エキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を絶縁層２５上の上部電極層２６の上面に照射することによって、図１６に示すように、分離部２６ｃを形成する。これにより、上部電極２６ａおよび２６ｂが形成される。
【００７３】
続いて、図１７に示すように、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）を絶縁層２５の上面に照射することによって、絶縁層２５から光電変換層２４ａを介して内部電極２３ａに至る開口部２７を形成する。
【００７４】
最後に、図１２に示したように、開口部２７内において内部電極２３ａと電気的に接続するように充填するとともに、上部電極２６ｂと電気的に接続するように、接続電極２８を形成する。このようにして、第３実施形態による光電変換装置が形成される。
【００７５】
第３実施形態では、上記のように、内部電極２３ａおよび２３ｂを形成する工程と、開口部２３ｃを形成する工程とを同時に行うことによって、製造プロセスの簡略化を図ることができる。また、開口部２３ｃ内に絶縁層２５を充填することによって、隣接する光電変換層２４ａ、２４ｂ間および内部電極２３ａ、２３ｂ間の電流リークをより一層低減することができる。
【００７６】
次に、上記第１〜第３実施形態により形成された光電変換装置の出力特性の比較を行った。光電変換装置は、有効面積が３０ｍｍ×８ｍｍの光電変換素子を７段直列接続された構造である。また、比較例として、図１８に示した従来の光電変換装置を比較例として用いた。結果を表１に示す。
【００７７】
【表１】
上記表１を参照して、開放電圧Ｖｏｃ、短絡電流Ｉｓｃにはばらつきがあるものの、曲線因子Ｆ．Ｆ．は第１〜第３実施形態の方が比較例よりも優れていることを確認できた。また、最大出力Ｐｍａｘについても、第１〜第３実施形態の方が比較例よりも大きな値が得られていることがわかった。
【００７９】
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれる。
【００８０】
たとえば、上記各実施形態では、上部電極側からの入射光を利用するいわゆる逆タイプ構造の光電変換装置について説明したが、本発明はこれに限らず、基板や内部電極に透光性材料を用いることによって、基板側からの入射光を利用できるいわゆる順タイプ構造の光電変換装置にも適用可能である。
【００８１】
また、上記各実施形態では、絶縁層としてＰＥＴを用いたが、本発明はこれに限らず、ポリイミド（ＰＩ）やエポキシ樹脂なども用いることができる。特に、いわゆる逆タイプ構造の光電変換装置においては、透光性を有する絶縁層であることが好ましい。
【００８２】
また、本発明では、絶縁層の形成方法としては、ディスペンサによる塗布後、加熱する方法やフィルム状の絶縁膜を接着剤を介して貼付する方法なども用いることができる。
【００８３】
また、上記各実施形態において、各層の分離部や開口部の形成にＱスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ、Ｑスイッチ周波数１０ｋＨｚ、出力３．０Ｗ）やエキシマレーザ（波長２４８ｎｍ、周波数１Ｈｚ、エネルギ密度０．３Ｊ／ｃｍ２）を用いたが、本発明はこれに限らず、種々の波長のレーザを用いることができる。例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの２倍高調波〜４倍高調波などの短波長レーザを用いることによって、絶縁層に用いられる有機系樹脂有機系樹脂に対する吸収係数が大きいことから、分離部や開口部の形成を容易に行うことができる。
【００８４】
また、上記各実施形態において、絶縁層を光電変換層上の所定領域に形成する際に、光電変換層の上面全体に絶縁層を形成した後、不要な領域の絶縁層をレーザ照射により除去するようにしてもよい。この場合、特に、有機系樹脂材料中のＣ−Ｃ結合のエネルギーがエキシマレーザのフォトンエネルギと同程度であることから、エキシマレーザを用いれば、非熱的な除去が可能となる。さらに、エキシマレーザの照射はパルス数で制御することができるため、除去深さをレーザ光の照射回数で制御することができる。
【００８５】
また、本発明では、上記レーザだけでなく、ウォータージェットや超音波カッタなども、分離部や開口部の形成に用いることができる。
【００８６】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、集積型の光電変換装置において、電流リークおよび接続ロスによる特性の低下を防止することが可能な光電変換装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態による光電変換装置を示した断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第１工程を説明するための断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第２工程を説明するための断面図である。
【図４】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第３工程を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第４工程を説明するための断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態による光電変換装置を示した断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第１工程を説明するための断面図である。
【図８】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第２工程を説明するための断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第３工程を説明するための断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第４工程を説明するための断面図である。
【図１１】本発明の第２実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第５工程を説明するための断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態による光電変換装置を示した断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第１工程を説明するための断面図である。
【図１４】本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第２工程を説明するための断面図である。
【図１５】本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第３工程を説明するための断面図である。
【図１６】本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第４工程を説明するための断面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態による光電変換装置の製造プロセスの第５工程を説明するための断面図である。
【図１８】従来の集積型光電変換装置の直列接続部の構造を説明するための要部拡大断面図である。
【図１９】従来の光電変換装置の製造プロセスの第１工程を説明するための断面図である。
【図２０】従来の光電変換装置の製造プロセスの第２工程を説明するための断面図である。
【図２１】従来の光電変換装置の製造プロセスの第３工程を説明するための断面図である。
【図２２】従来の光電変換装置の製造プロセスの第４工程を説明するための断面図である。
【図２３】従来の光電変換装置の製造プロセスの第５工程を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１ 基板
２、５ 絶縁層
３ａ、３ｂ 内部電極
４ 光電変換層
６ａ、６ｂ 上部電極
７ 開口部
８ 接続電極
Claims (11)
- 絶縁性表面を有する基板と、
前記基板の絶縁性表面上に所定の間隔を隔てて形成された第１内部電極および第２内部電極と、
前記第１内部電極および前記第２内部電極を覆うように形成された光電変換層と、
前記光電変換層の上面上に形成され、前記第１内部電極および前記第２内部電極にそれぞれ対応する第１上部電極および第２上部電極と、
前記光電変換層の上面上の前記第１上部電極と前記第２上部電極との間の所定領域に形成された絶縁層と、
前記絶縁層から前記光電変換層を介して前記第１内部電極に至る第１開口部と、
前記第１開口部内において前記第１内部電極と電気的に接続するように充填されるとともに、前記第２上部電極と電気的に接続するように形成された接続電極とを備えた、光電変換装置。 - 前記光電変換層の上面から前記第１内部電極と前記第２内部電極との間の前記基板の絶縁性表面に達する第２開口部をさらに備え、
前記絶縁層は、少なくとも前記光電変換層の前記第１内部電極上に位置する部分と前記光電変換層の前記第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように、前記第２開口部内に充填するように形成されている、請求項１に記載の光電変換装置。 - 絶縁性表面を有する基板と、
前記基板の絶縁性表面上に所定の間隔を隔てて形成された第１内部電極および第２内部電極と、
前記第１内部電極および前記第２内部電極を覆うように形成された光電変換層と、
前記光電変換層の上面上に形成され、前記第１内部電極および前記第２内部電極にそれぞれ対応する第１上部電極および第２上部電極と、
前記光電変換層の上面から前記第１内部電極と前記第２内部電極との間の前記基板の絶縁性表面に達する開口部と、
少なくとも前記光電変換層の前記第１内部電極上に位置する部分と前記光電変換層の前記第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように前記開口部内に充填するように形成された絶縁層とを備えた、光電変換装置。 - 前記第１内部電極と前記第２上部電極とを電気的に接続するように形成された接続電極をさらに備えた、請求項３に記載の光電変換装置。
- 前記基板は、非透光性を有し、
前記第１上部電極および前記第２上部電極は、透光性を有する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の光電変換装置。 - 絶縁性表面を有する基板上に、所定の間隔を隔てて第１内部電極および第２内部電極を形成する工程と、
前記第１内部電極および前記第２内部電極を覆うように、光電変換層を形成する工程と、
前記光電変換層の上面上の所定領域に、絶縁層を形成する工程と、
前記光電変換層の上面上に、前記第１内部電極および前記第２内部電極にそれぞれ対応するように第１上部電極および第２上部電極を形成する工程と、
前記絶縁層から前記光電変換層を介して前記第１内部電極に至る第１開口部を形成する工程と、
前記第１開口部内において前記第１内部電極と電気的に接続するように充填されるとともに、前記第２上部電極と電気的に接続するように接続電極を形成する工程とを備えた、光電変換装置の製造方法。 - 前記絶縁層を形成する工程の前に、前記光電変換層の上面から前記第１内部電極と前記第２内部電極との間の前記基板の絶縁性表面に達する第２開口部を形成する工程をさらに備え、
前記絶縁層を形成する工程は、
前記絶縁層を少なくとも前記光電変換層の前記第１内部電極上に位置する部分と前記光電変換層の前記第２内部電極上に位置する部分とを電気的に分離するように前記第２開口部内に充填するように形成する工程を含む、請求項６に記載の光電変換装置の製造方法。 - 絶縁性表面を有する基板上に、所定の間隔を隔てて第１内部電極および第２内部電極を形成する工程と、
前記第１内部電極および前記第２内部電極を覆うように光電変換層を形成する工程と、
前記第１内部電極および前記第２内部電極にそれぞれ対応するとともに、前記光電変換層を電気的に分離するように、開口部を形成する工程と、
前記開口部内に絶縁層を充填するように形成する工程と、
前記光電変換層の上面上に、前記第１内部電極および前記第２内部電極にそれぞれ対応するように第１上部電極および第２上部電極を形成する工程を備えた、光電変換装置の製造方法。 - 前記基板上に内部電極層を形成するとともに、前記内部電極層上に前記光電変換層を形成した後、前記内部電極層および前記光電変換層の所定領域を同時に除去することによって、前記第１内部電極および前記第２内部電極を形成する工程と、前記開口部を形成する工程とを同時に行う、請求項８に記載の光電変換装置の製造方法。
- 前記第１内部電極と前記第２上部電極とを電気的に接続するように接続電極を形成する工程をさらに備えた、請求項８および９のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
- 前記基板は、非透光性を有し、
前記第１上部電極および前記第２上部電極は、透光性を有する、請求項６〜１０のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法。
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