JP2005101384A - 光起電力装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 この発明は、パターニング加工が容易な逆タイプ構造の集積型光起電力装置の製造方法を提供することをその課題とする。
【解決手段】 第１電極膜３と、光電変換層４と、第２電極膜５とを基板１の絶縁層２上に分割することなく順次積層形成した後、前記積層膜に第１電極膜３まで電気的に分離するに至る深い開溝７１を設けるとともに、深い開溝７１に平行に僅かの間隔を設けて、少なくとも第２電極膜５を分離する浅い開溝６１を２つ設け、３つ以上の開溝が設けられた第２電極膜５をマスクとしてエッチング１０により、光電変換層４を除去し、少なくとも１つの開溝６１の底部に第１電極膜５を露出させ、前記深い開溝７１内、或いは深い開溝上面を塞いで絶縁部材７を形成するとともに、第１の電極膜３が露出する開溝を充填し、深い開溝７１を跨いで隣接素子上に延在する導電部材を形成する。
【選択図】 図２
【解決手段】 第１電極膜３と、光電変換層４と、第２電極膜５とを基板１の絶縁層２上に分割することなく順次積層形成した後、前記積層膜に第１電極膜３まで電気的に分離するに至る深い開溝７１を設けるとともに、深い開溝７１に平行に僅かの間隔を設けて、少なくとも第２電極膜５を分離する浅い開溝６１を２つ設け、３つ以上の開溝が設けられた第２電極膜５をマスクとしてエッチング１０により、光電変換層４を除去し、少なくとも１つの開溝６１の底部に第１電極膜５を露出させ、前記深い開溝７１内、或いは深い開溝上面を塞いで絶縁部材７を形成するとともに、第１の電極膜３が露出する開溝を充填し、深い開溝７１を跨いで隣接素子上に延在する導電部材を形成する。
【選択図】 図２
Description
この発明は、集積型の光起電力装置及びその製造方法に関する。
複数の光電変換素子を一枚の基板上に形成し、これら複数の光電変換素子を基板上で直列に接続してなる所謂、集積型の光起電力装置が知られている。これら光起電力装置としては、現在、順タイプのものと逆タイプのものとが実用化されている。順タイプのものは、ガラス基板等の絶縁性及び透光性を有する基板上に、透光性導電膜とｐｉｎ接合を含む非晶質シリコン、微結晶シリコン等の薄膜半導体膜からなる光電変換層と裏面電極膜とを積層してなる多数の光電変換素子を有し、隣合う光電変換素子間で一方の光電変換素子の透光性導電膜と他方の光電変換素子の裏面電極膜とを電気的に接続して、これらの多数の光電変換素子を直列的に集積化している。各光電変換素子において、基板、透光性導電膜を順次介して光が入射すると、薄膜半導体膜内で光起電力が発生し、それぞれの光電変換素子で発生した光起電力は裏面電極膜を介して直列的に相加されて外部に取り出される。
一方、逆タイプの光起電力装置は、ステンレス板等の金属板に絶縁膜を形成したもの、或いはプラスチック板等の絶縁性表面を有する基板上に、裏面電極膜とｎｉｐ接合を含む非晶質シリコン、微結晶シリコン等の薄膜半導体膜からなる光電変換層と透光性導電膜とを積層してなる多数の光電変換素子を有し、隣合う光電変換素子間で一方の光電変換素子の透光性導電膜と他方の光電変換素子の裏面電極膜とを電気的に接続して、これらの多数の光電変換素子を直列的に集積化している。各光電変換素子において、透光性導電膜を介して光が入射すると、薄膜半導体膜内で光起電力が発生し、それぞれの光電変換素子で発生した光起電力は裏面電極膜を介して直列的に相加されて外部に取り出される。
集積型の光起電力装置の製造方法については、従来、一般にレーザ加工等のエネルギー照射による手法が用いられている。この手法は、熱的ダメージを防ぐために、素子側からではなくガラス基板側からエネルギー照射を行うなど、基板としてガラスなどの透明絶縁性基板に依存するところが大きく、金属性基板上にこのような集積型を形成する場合には、光電変換素子の分割と合わせて、光電変換素子と金属性基板との間の電気絶縁性の確保のために、メタルマスクによって電極層、半導体光電変換層を部分的に形成していく方法が用いられていた。
非透光性の基板を用いた光電変換装置において、集積化のための加工を主に光電変換層を形成した主面側から行う方法も提案されている（特許文献１参照）。
また、集積化の加工方法として、レーザ加工とエッチング技術を併用する方法も提案されている（特許文献２参照）。
特公平５−１９９９０号公報
特公平５−６０２７３号公報
上記した特許文献１には、レーザビームにより集積化を行う方法が開示されれいるが、この方法のままでは、光電変換層への熱的損傷による低抵抗領域の発生により、リーク電流が発生する懸念がある。
また、レーザ加工とエッチング技術を併用する方法では、１μｍ以下の膜厚である薄膜の厚さ方向の途中で加工を停止するような極めて厳密なレーザ加工条件の制御が必要とされ、プロセスウィンドウが狭いという問題があった。
この発明は、上記した従来の問題点に鑑みなされたものにして、パターニング加工が容易な逆タイプ構造の集積型光起電力装置の製造方法を提供することをその課題とする。
この発明は、絶縁表面を有する基板上に設けられた第１電極膜と、薄膜半導体からなる光電変換層と、この光電変換層上に形成された第２電極膜とを有する光電変換素子を複数直列に接続した集積型光起電力装置の製造方法であって、第１電極膜と、光電変換層と、第２電極膜とを基板の絶縁表面上に分割することなく順次積層形成した後、前記積層膜に第１電極膜まで電気的に分離するに至る深い開溝を設けるとともに、前記深い開溝に平行に僅かの間隔を設けて、少なくとも第２電極膜を分離する浅い開溝を少なくとも１つ以上設け、前記２つ以上の開溝が設けられた第２電極膜をマスクとしてエッチングにより、光電変換層を除去し、少なくとも１つの開溝の底部に前記第１電極膜を露出させ、前記深い開溝内、或いは深い開溝上面を塞いで絶縁部材を形成するとともに、第１の電極膜が露出する開溝を充填し、前記の深い開溝を跨いで隣接素子上に延在する導電部材を形成することを特徴とする。
前記エッチングは、ＣＦ4、或いはＣＦ4とＯ2の混合ガスのプラズマに暴露することによるドライエッチングを用いればよい。
また、底部に前記第１電極膜を露出させる開溝は、鎖線状の開口部で形成されてすることもできる。
この発明によれば、マスク部材が不要であると共に、レーザ加工条件の制御に特別な厳密性を要しない簡略、且つ低コストの集積型光起電力装置の製造方法を提供することができる。
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。図１はこの発明により製造した集積型光起電力装置を示す要部斜視図、図２は、この発明の実施形態にかかる集積型光起電力装置の製造方法を工程別に示す断面図である。
絶縁表面を有する基板１として、１００ｍｍ×１００ｍｍ×０．１５ｍｍ（ｔ）のステンレス基板に、０．０１ｍｍの膜厚のポリイミドを絶縁層２として、被着させた基板を用いる。この基板１の絶縁層２上に銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム（Ａｌ）の上にチタン（Ｔｉ）を積層した第１の電極３をスパッタ法により形成する。続いて、ｎｉｐ接合を有する微結晶シリコン或いは、非晶質シリコンなどの薄膜半導体からなる光電変換層４をプラズマＣＶＤ法により積層形成し、さらに、第２の電極となる透光性電極膜５として、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）をスパッタ法により形成する（図１（ａ）参照）。光電変換層４を、例えば、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）で形成する場合は、プラズマＣＶＤ法により、第１の電極層３１側から、膜厚５０ｎｍ程度のｎ型μｃ−Ｓｉ：Ｈ、膜厚２μｍ程度の真性（ｉ型）μｃ−Ｓｉ：Ｈ、膜厚１５ｎｍ程度のｐ型μｃ−Ｓｉ：Ｈを順次積層形成する。各層の成膜条件を表１に示す。
次に、図２（ｂ）に示すように、Ｑ−ｓｗ付Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（ＬＢ１）を第２電極膜としての透光性電極膜５上より照射し、第１電極膜３まで電気的に分離する深い開溝７１を形成した。この際のレーザ照射条件を表２に示す。また、この時、開溝形成と同時に光電変換層に熱的損傷領域が形成されるが、この発明では後工程として、エッチングを行うので問題とならない。更に、この深い開溝は７１は、この実施形態では、第１電極膜３を完全に分離するために、絶縁層２まで至る深さまで形成している。
次に、ＫｒＦエキシマレーザを（ＬＢ２）を透光性電極膜５上より照射し、深い開溝７１から１００μｍ間隔に平行して浅い開溝６１、６１を２つ形成した。この際のレーザ照射条件を表３に示す。また、この時、透光性電極膜５の分離と同時に、下地層である光電変換層表面が微結晶化（低抵抗化）するが、これも後工程のエッチングにより問題とならない。
次に、前記のレーザ加工で形成された透光性電極膜５のパターンをマスクとして、ＣＦ4とＯ2の混合ガスのプラズマ１０に暴露して、ドライエッチングを施す。このドライエッチングにより、深い開溝７１中における熱的損傷領域、及び浅い開溝６１中における微結晶化領域を含む光電変換層４を除去して、第１電極３の表面を露出させる（図２（ｃ）参照）。この時のドライエッチングの条件を表４に示す。
上記した条件におけるプラズマ暴露時間は、３０秒以上１０分以内が望ましい。３０秒以下では、光電変換層４が残留し、１０分以上の長時間では、光電変換層４がサイドエッチングされ、透光性電極膜（第２電極膜）５が梁状に残されるため、この部分が不安定になりやすいためである。
続いて、深い開溝７１に二酸化シリコン（ＳｉＯ2）の微粉末を含む絶縁ペーストなどからなる電気的絶縁部材７を充填する。この充填は、充填時に粘性を有する絶縁材料をディスペンサーより押し出し、深い開溝７１内に充填した後、オーブンで焼結させる。この方法は、絶縁材料をディスペンサーより押し出し、深い開溝７１内に充填しており、スクリーン印刷等におけるマスクに相当するものがなく、これによる機械的損傷、或いは透光性電極膜５にピンホールを生じることがない。この電気的絶縁部材７により、隣接する素子間の電気的分離が確実に行える。その後、隣接素子間を電気的に分離する開溝７１と非平行に設けられた比較的細幅のフィン８と、開溝７１に隣接する開溝６２を介して隣接素子の第１の電極３と電気的に接続する接続部とバスパー６とをＡｇ粉末等の導電性粒子を含む導電性ペーストをディスペンサーから押し出して塗布し、その後、高温で焼成して、接続電極並びに集電極を形成する（図２（ｄ）参照）。この実施形態では、３つの開溝７１、６１、６１の内の中央の開溝に接続用の導電部材を充填し、深い開溝７１を跨いで隣接素子上に延在する導電部材からなるフィン８を形成している。
これらのペーストの塗布はペーストをノズルより射出するディスペンサーを使用し、スクリーン印刷のようなマスク部材による機械的損傷を受けないようにした。このようにして、図１に示す集積型光起電力装置が得られる。
前記の深い開溝７１及び浅い開溝６１の形成には、上記の第１の実施形態に示すように、レーザビームの波長を変える方法もあるが、同波長のレーザビームのエネルギー密度、或いはパルス発振のレーザビームならば、照射パルス回数を変えても可能である。
また、上記した第１の実施形態においては、浅い開溝６１は、透光性電極膜５を完全に除去する程度で、光電変換層４はあまり除去する深さにはなっていない。浅い開溝６１を第１の電極３が露出する程度にレーザビームで除去するように構成しても良い。この時のこの際のレーザ照射条件を表５に示す。このレーザビームの除去で有る程度の光電変換層４を除去し、その後、透光性電極膜５をマスクとして、ＣＦ4とＯ2の混合ガスのプラズマに暴露して、ドライエッチングを施す。このドライエッチングにより、深い開溝７１、浅い開溝中における熱的損傷領域、及び浅い開溝６１中における微結晶化領域を含む光電変換層４を除去して、第１電極３の表面を露出させるように構成しても良い。
また、ドライエッチングの代わりにウェットエッチングを用いても良い。
更に、上記した第１の実施形態においては、深い開溝７１をレーザビームで形成したが、ウォータジェット加工により形成して良い。このウォータージェットの加工条件は、圧力：１０Ｍｐａ、ノズル径：０．１５ｍｍ、流量：０．４４リットル／ｍｉｎ、加工速度：０．５ｍ／ｍｉｎ、噴射距離：４０ｍｍである。
また、浅い開溝６１もウォータージェットの加工条件を制御することにより形成することができる。
更に、上記した第１の実施形態においては、隣接する光電変換素子の第１の電極４と接続するため、浅い開溝は、溝状に形成しているが、深い開溝に沿って、複数の点状の開口を設け、この開口部を介して電気的接続を行うように構成しても良い。
尚、上記実施形態においては、光電変換層４として、内部にｎｉｐ接合を有する微結晶シリコンまたは非晶質シリコンを用いたが他の薄膜半導体を用いても良い。例えば、多結晶シリコン、ＣｄＳ、ＣｕＩｎＳｅ2などの薄膜半導体を用いても良い。
１ 基板
２ 絶縁層
３ 第１の電極
４ 光電変換層
５ 透光性電極膜（第２の電極）
６ バスバー
７ 電気的絶縁部材
８ フィン
６１ 浅い開溝
７１ 深い開溝
２ 絶縁層
３ 第１の電極
４ 光電変換層
５ 透光性電極膜（第２の電極）
６ バスバー
７ 電気的絶縁部材
８ フィン
６１ 浅い開溝
７１ 深い開溝
Claims (3)
- 絶縁表面を有する基板上に設けられた第１電極膜と、薄膜半導体からなる光電変換層と、この光電変換層上に形成された第２電極膜とを有する光電変換素子を複数直列に接続した集積型光起電力装置の製造方法であって、第１電極膜と、光電変換層と、第２電極膜とを基板の絶縁表面上に分割することなく順次積層形成した後、前記積層膜に第１電極膜まで電気的に分離するに至る深い開溝を設けるとともに、前記深い開溝に平行に僅かの間隔を設けて、少なくとも第２電極膜を分離する浅い開溝を少なくとも１つ以上設け、前記２つ以上の開溝が設けられた第２電極膜をマスクとしてエッチングにより、光電変換層を除去し、少なくとも１つの開溝の底部に前記第１電極膜を露出させ、前記深い開溝内、或いは深い開溝上面を塞いで絶縁部材を形成するとともに、第１の電極膜が露出する開溝を充填し、前記の深い開溝を跨いで隣接素子上に延在する導電部材を形成することを特徴とする集積型光起電力装置の製造方法。
- 前記エッチングは、ＣＦ4、或いはＣＦ4とＯ2の混合ガスのプラズマに暴露することによるドライエッチング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の製造方法。
- 底部に前記第１電極膜を露出させる開溝は、鎖線状の開口部で形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の製造方法。
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