JP2808005B2 - 非晶質太陽電池の製造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業の利用分野〕 本発明は非晶質シリコン半導体層が第１電極及び第２
電極で挟持された発電区域の直列的に接続に関するもの
であり、特にレーザ照射による接続・スクライブ技術及
びエッチング技術を用いた非晶質太陽電池及びその製造
方法に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、非晶質シリコン半導体層が第１電極及び第
２電極で挟持された発電区域の直列的に接続を達成する
ためにレーザ照射を利用した非晶質太陽電池が既に提案
されている（特開昭57−12568号公報、特開昭57−53986
号公報）。

第５図は、従来の典型的な非晶質太陽電池の構造を示
す断面図である。

51はガラス基板、52は透明電極、53は非晶質シリコン
半導体層、54は金属電極である。

先ず、ガラス基板51上に全面に渡り透明電極52となる
透明導電膜、例えば酸化錫、酸化インジウムを被着した
後、第１のレーザ照射によりスクライブ55を形成し透明
導電膜を角発電区域毎に分割し、複数個の透明電極52を
形成する。さらに、複数個の透明電極52上に非晶質シリ
コン半導体層53を被着し、分割された透明電極52の端部
が露出するように第２のレーザ照射により非晶質シリコ
ン半導体層53にスクライブ56を形成する。これにより、
非晶質シリコン半導体層53は各発電区域毎に分割され
る。さらに、非晶質シリコン半導体層53の全面に渡り金
属電極54となるアルミニウムなどの金属を被着した後、
第３のレーザ照射によりスクライブ57を形成する。これ
により、金属電極54は各発電区域毎、かつ非晶質シリコ
ン半導体層53の一部より露出する隣接する発電区域の透
明電極52にまで延びるように形成される。

以上の構成をした複数個の発電区域が直列接続した非
晶質太陽電池は、一般に大型の絶縁基板（以下非晶質太
陽電池の基板と区別するためにマザー基板と言う。）上
に20〜50セルの非晶質太陽電池が製造され、最終工程で
切断される。

この切断の工程まで加味した従来のレーザ照射の非晶
質太陽電池は、例えば、特開昭60−3164号公報や特開昭
60−59785号公報などに提案されている。具体的には、
第３のレーザ照射により分離して金属電極を形成した
後、非晶質太陽電池毎の切断時に透明電極と金属電極が
短絡しないよう（非晶質シリコン半導体層は高々１μｍ
程度であり、切断時に非晶質シリコン半導体層の破壊が
生じて短絡発生がある）切断部分の両側又はマザー基板
の最外周を第４のレーザ照射により、金属電極54または
金属電極54及び非晶質シリコン半導体層53、必要に応じ
て全積層体にスクライブ58を形成する。

〔従来技術の問題点〕

上述のような製造工程を経て形成された非晶質太陽電
池は、接続部分及び各膜の分離形成部分以外にも第４の
レーザ照射を行わなくては成らず、このレーザー照射が
もっとも長い走査距離が必要となるために、製造時間が
多大にかかるという決定的な問題点を有していた。ま
た、上述の第４のレーザー照射は、金属電極54や必要に
応じて非晶質シリコン半導体層53を除去しなくてはなら
ず、非晶質シリコン半導体層53の除去断面が結晶化した
り、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合などの破壊が生じ、透明電極52と金
属電極54とのショートが発生し易くなり、非晶質太陽電
池の信頼性を低下させるものであった。

〔本発明の目的〕

本発明は、上述の問題点に鑑み案出されたものであ
り、その目的は透明電極と金属電極との短絡がなく、信
頼性の向上した非晶質太陽電池を提供することにある。

また、非晶質太陽電池を構成する膜をレーザ照射技術
とエッチング技術を選択的に併用し、歩留のよい、生産
性に優れた非晶質太陽電池の製造方法を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための具体的な手段〕

本発明によれば、上述の目的を達成するために、一枚
の絶縁基板上に、複数の発電区域が直列接続された非晶
質太陽電池を複数形成して個々の太陽電池に分離する非
晶質太陽電池の製造方法において、前記絶縁基板の一主
面上にレーザ照射によって複数個に分割された透明電極
を形成し、さらに該透明電極上の全面に非晶質シリコン
半導体層を被着してレーザ照射によって前記透明電極の
一部を露出させると共に、該非晶質シリコン半導体層を
分割し、該非晶質シリコン半導体層上に発電区域が直列
接続されるように、隣接する発電区域の非晶質シリコン
半導体層上から前記透明電極の露出部まで延びる複数個
の島状の金属電極をエッチング法でパターニングし、さ
らに前記複数の非晶質太陽電池間において露出した前記
非晶質シリコン半導体層、前記透明電極、および前記絶
縁基板を切断し、この切断部における前記非晶質シリコ
ン半導体層の端辺と前記金属電極までの間隔をａ（c
m）、該端辺部分の金属電極の長さをｂ（cm）、前記非
晶質シリコン半導体層のシート抵抗をRn（Ω／□）とし
たとき、Rn・a/b＞10⁷とした。

〔実施例〕

以下、本発明の非晶質太陽電池及びその製造方法を図
面に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明に係る非晶質太陽電池を示す断面図で
ある。

本発明の非晶質太陽電池は、透明基板１上に、複数個
の透明電極2a,2b,2c,2d（以下、2a〜2dと記す）、複数
個のＰ−Ｉ−Ｎ接合した非晶質シリコン半導体層3a,3b,
3c,3d（以下、3a〜3dと記す）、及び複数個の金属電極4
a,4b,4c,4d（以下、4a〜4dと記す）とから構成された発
電区域ａ〜ｄが、直列的接続され配置され構成されてい
る。

透明基板１は、ガラス、透光性セラミックなどから成
り、該透明基板１の一主面には透明電極2a〜2dが被着さ
れている。

透明電極2a〜2dは、酸化錫、酸化インジウム、酸化イ
ンジウム錫などの金属酸化物膜で形成される。各透明電
極2a〜2dは、レーザー照射により形成された第１の分離
溝5a,5b,5c（以下、5a〜5cと記す）によって４つの区域
ａ〜ｄに分割されている。

非晶質シリコン半導体層3a〜3dは、光入射側である基
板側より、Ｐ層、Ｉ層、Ｎ層と被着され、Ｐ−Ｉ−Ｎ接
合が施されている。各非晶質シリコン半導体層3a〜3d
は、レーザー照射により形成された第２の分離溝6a,6b,
6c（以下、6a〜6cと記す）によって４つの区域ａ〜ｄに
分割され、非晶質シリコン半導体層3bは第１の分離溝5a
を越え、透明電極2aの端部にまで延びて形成され、非晶
質シリコン半導体層3cは第１の分離溝5bを越え、透明電
極2bの端部にまで延びて形成され、非晶質シリコン半導
体層3dは第１の分離溝5cを越え、透明電極2cの端部にま
で延びて形成されている。

金属電極4a〜4dは、ニッケル、アルミニウム、クロム
などから成り、各金属電極4a〜4dは、フォトリソグラフ
ィー技術などのエッチングにより形成された第３の分離
溝7a,7b,7c（以下、7a〜7cと記す）によって４つの区域
ａ〜ｄに分割されている。金属電極4bは第２の分離溝6a
を越え、非晶質シリコン半導体層3aの端部にまで延びて
形成され、非晶質シリコン半導体層3a及び非晶質シリコ
ン半導体層3bを分離する第１の分離溝6aから露出する透
明電極2aと電気的に接続され、また金属電極4cは第２の
分離溝6bを越え、非晶質シリコン半導体層3bの端部にま
で延びて形成され、非晶質シリコン半導体層3b及び非晶
質シリコン半導体層3cを分離する第１の分離溝6bから露
出する透明電極2bと電気的に接続され、また同様に金属
電極4dは第２の分離溝6cを越え、非晶質シリコン半導体
層3cの端部にまで延びて形成され、非晶質シリコン半導
体層3c及び非晶質シリコン半導体層3dを分離する第１の
分離溝6cから露出する透明電極2cと電気的に接続されて
いる。即ち、発電区域ａ〜ｄが夫々直列的に接続される
ことになる。

そして、透明基板１側より光入射があると、非晶質シ
リコン半導体層3a〜3dのＩ層部分で正孔及び電子が発生
し、各発電区域ａ〜ｄに光電流がながれ、非晶質太陽電
池全体で、高い電圧の起電力が得られることになる。
尚、この起電力は、第２図（ａ）、（ｂ）に示すよう
に、発電区域ａの透明電極2a及び発電区域ｄの金属電極
4dと電気的に導通した出力端子8a、8bより出力される。

第３図は、第１図に示した非晶質太陽電池の端部拡大
平面図である。

非晶質太陽電池の基板１の端辺と、該非晶質太陽電池
の有効発電区域（透明電極、非晶質シリコン半導体層及
び金属層電極が重畳した部分）の端辺９との最小間隔を
ａ（cm）、切断した非晶質シリコン半導体層３の基板１
の端辺1aと平行な有効発電区域の長さをｂ（cm）、非晶
質シリコン半導体層のシート抵抗Rn（Ω／□）とする。

この時、Rn・a/b＞10⁴となるように設定する。ここ
で、非晶質シリコン半導体層のシート抵抗Rnは固有であ
り、セル設計時に、基板の端辺と平行の有効発電区域の
長さｂと該間隔をａ（cm）を設定する。

以上のように設定することにより、大きなマザー基板
11より、ダイヤモンドカッタで切断したりして非晶質シ
リコン半導体層３の切断面に発生するＰ−Ｉ−Ｎ接合の
破壊により起因するショートの影響を実質的に発電区域
まで及ぼさないようになる。

本発明の非晶質太陽電池は、特に金属電極4a〜4dをエ
ッチング処理により、島状に形成され、基板の端辺1aと
有効発電区域の端辺９との最小間隔を充分確保できるた
め、基板端部の非晶質シリコン半導体層3a〜3dのＰ−Ｉ
−Ｎ接合の破壊が生じ、短絡状態であっても、金属電極
4a〜4dと透明電極2a〜2dとの実質的なショートが完全防
止でき、出力の低下を招くことがない。

次に、第４図（ａ）〜（ｇ）に示す各工程における平
面図を用いて製造方法を説明する。尚、平面図では、マ
ザー基板11より、４つのセル10,20,30,40を形成する製
造方法である。

第４図（ａ）は、透明基板11の一主面上に透明電極12
a〜42dとなる透明導電膜２である酸化インジウム錫を形
成した状態の平面図である。透明基板11を洗浄後に、電
子ビーム法、蒸着法、スプレーイ法などの公知技術によ
り、酸化インジウム錫を400Åの膜厚で形成する。

第４図（ｂ）は、透明基板11の一主面上の透明導電膜
２を第１のレーザ照射により、各発電区域ａ〜ｄに対応
した透明電極12a,12b,12c,12d（22d）、22a,22b,22c
（以下12a〜22dと記す）に分離形成した状態の平面図で
ある。具体的な第１のレーザ照射の条件は、Nd−YAGレ
ーザを出力１〜10W、波長1.06μｍ、Ｑスイッチ周波数1
0kHz、スポット径30〜50μｍ、走査速度10〜20cm/secに
設定した。

第１のレーザ照射による分離溝15a,15b,15c,25a,25b,
25c（以下15a〜25cと記す）は、照射の走査方向に配列
したセルと共通に形成される。

第４図（ｃ）は、透明電極12a〜22d上の一面に非晶質
シリコン半導体層３を形成した状態の平面図である。非
晶質シリコン半導体層３は基板側からＰ−Ｉ−Ｎ接合が
形成されている。具体的には、非晶質半導体層３はシラ
ン、ジシランなどのシリコン化合物ガスをグロー放電で
分解するプラズマCVD法や光CVD法等で被着される非晶質
シリコンなどから成り、Ｐ層はシランガスにジボランな
どのＰ型ドーピグガスを混入した反応ガスで形成され、
Ｉ層はシランガスを反応ガスとして形成され、Ｎ層はシ
ランガスにフォスフィンなどのＮ型ドーピングガスを混
入した反応ガスで形成される。

第４図（ｄ）は、非晶質シリコン半導体層３を第２の
レーザ照射により、各発電区域ａ〜ｄに対応した非晶質
シリコン半導体層13a,13b,13c,13d（23d）,23a,23b,23c
（以下13a〜23dと記す）に分離形成した状態の平面図で
ある。具体的な第２のレーザ照射の条件は、Nd−YAGレ
ーザを出力１〜10W、波長1.06μｍ、Ｑスイッチ周波数1
0〜100kHz、スポット径30〜50μｍ、走査速度10〜20cm/
secに設定した。

第２のレーザ照射による第２の分離溝16a,16b,16c,26
a,26b,26c（以下16a〜26cと記す）は、照射の走査方向
に配列したセルと共通に形成され、分離溝16aからは、
透明電極12aの端部が露出し、同様に分離溝16bからは、
透明電極12bの端部が露出するように形成されている。
また、この工程で透明電極12a,22d側からの起電力が取
り出すためのレーザー照射による接続溝18c、18dが形成
される。

第４図（ｅ）は、複数個の非晶質シリコン半導体層13
a〜23d上の一面に金属電極14a,14b,14c,14d、24a,24b,2
4c,24d、34a,34b,34c,34d、44a,44b,44c,44d（以下14a
〜44dと記す）及び18b,28d,38b,48d（以下18b〜48dと記
す）となる金属膜４を形成した状態の平面図である。金
属膜４は、電子ビーム法、蒸着法、スプレーイ法などの
公知技術により、ニッケル、アルミニウム、クロムなど
を300Åの膜厚で形成する。尚、金属膜４は、ニッケ
ル、アルミニウム、クロムなどの単体の膜であったり、
また金属酸化物との積層体であったもよい。

第４図（ｆ）は、上述の工程で形成を金属膜を各発電
区域ａ〜ｄに対応した金属電極14a〜44d、端子18b〜48d
に分離形成した状態の平面図である。具体的には、金属
電極14a〜44dは、エッチング液に浸漬して、不要な金属
膜を除去して第３の分離溝17a,17b,17c、27a,27b,27c
（以下17a〜27cと記す）,70,71が形成される。有用なエ
ッチング技術として公知のフォトリソグラフィー技術な
どによって形成される。この第３の分離溝17a〜27c、7
0,71は、１つのセル内で４つの発電区域ａ〜ｄが直列的
に接続するように金属電極14a〜44dを形成すると同時
に、マザー基板11内の４つのセルを各セル毎に分離区画
するように形成される。

第４図（ｇ）は、上述の工程で形成を第３の分離溝7
0,71の中で、発電区域ａ〜ｄが直列接続したセル毎に分
離した状態の平面図である。具体的には、セル毎に分離
する第３の分離溝70,71の中心付近にチッピング用のス
クライブが形成される。チッピング用のスクライブは、
第３の分離溝70,71から露出した非晶質シリコン半導体
層13a〜23d、透明電極12a〜22d及び透明基板11を同時に
切断されるように、例えば基板11側または非晶質シリコ
ン半導体層13a〜23d側からダイヤモンドカッタなどで形
成する。

以上のように、非晶質太陽電池の製造方法によれば、
透明電極12a〜22d及び非晶質シリコン半導体層13a〜23d
をレーザ照射により分離形成し、金属電極14a〜44dのみ
をエッチングにより分離形成したため、金属電極14a〜4
4dのエッチングにより露出した非晶質シリコン半導体層
３部分の変質（結晶化による低抵抗化やＰ−Ｉ−Ｎ接合
破壊による短絡）が全くない。また、切断端部の非晶質
シリコン半導体層13a〜23dのＰ−Ｉ−Ｎ接合破壊による
短絡を防止するセル周囲のレーザー照射が不要となり、
加工時間が短縮した生産性に優れた非晶質太陽電池の製
造方法となる。

尚、上述の実施例では、直列接続部分が発電区域の長
辺方向全部に渡って行われる構造であるが、各発電区域
で非晶質シリコン半導体層が共通で、且つ各発電区域の
外部に向かって延びる透明電極及び金属電極の延長部同
士を直列接続した構造であっては、Rn・a/b＞10⁷とする
設定すればよい。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、透明電極と非晶質シ
リコン半導体層をレーザでパターニングすると共に、金
属電極をエッチング法でパターニングすることから、太
陽電池の切断箇所における金属層を絶縁基板における切
断線よりも所定値以上内側に形成でき、もって切断箇所
の非晶質シリコン半導体層のＰ−Ｉ−Ｎ接合がレーザ光
によって破損しても、それが発電領域に影響しないよう
にできる。もって、生産性に優れた非晶質太陽電池の製
造方法となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る非晶質太陽電池を示す断面図であ
る。 第２図（ａ）、（ｂ）は第１図に示す非晶質太陽電池の
出力端子の構造を示す断面図である。 第３図は第１図に示した非晶質太陽電池の端部拡大平面
図である。 第４図（ａ）〜（ｇ）は、本発明の非晶質太陽電池の製
造方法を説明する主要工程における平面図である。 第５図は従来の典型的な非晶質太陽電池の構造を示す断
面図である。 １……透明基板 11……マザー基板 2a〜2d、12a〜22d……透明電極 3a〜3d、13a〜23d……非晶質シリコン半導体層 4a〜4d、14a〜44d……金属電極 5a〜5c、15a〜45c……第１の分離溝 6a〜6c、16a〜46c……第２の分離溝 7a〜7c、17a〜47c……第３の分離溝

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−211685（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−92577（ＪＰ，Ａ) 実開 昭63−39958（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 31/04

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一枚の絶縁基板上に、複数の発電区域が直
   列接続された非晶質太陽電池を複数形成して個々の太陽
   電池に分離する非晶質太陽電池の製造方法において、前
   記絶縁基板の一主面上にレーザ照射によって複数個に分
   割された透明電極を形成し、さらに該透明電極上の全面
   に非晶質シリコン半導体層を被着してレーザ照射によっ
   て前記透明電極の一部を露出させると共に、該非晶質シ
   リコン半導体層を分割し、該非晶質シリコン半導体層上
   に発電区域が直列接続されるように、隣接する発電区域
   の非晶質シリコン半導体層上から前記透明電極の露出部
   まで延びる複数個の島状の金属電極をエッチング法でパ
   ターニングし、さらに前記複数の非晶質太陽電池間にお
   いて露出した前記非晶質シリコン半導体層、前記透明電
   極、および前記絶縁基板を切断し、この切断部における
   前記非晶質シリコン半導体層の端辺と前記金属電極まで
   の間隔をａ（cm）、該端辺部分の金属電極の長さをｂ
   （cm）、前記非晶質シリコン半導体層のシート抵抗をRn
   （Ω／□）としたとき、Rn・a/b＞10⁷としたことを特徴
   とする非晶質太陽電池の製造方法。