JP2004095661A - 光電変換装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【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
【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
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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