JP2966332B2

JP2966332B2 - 光起電力素子の製造方法及び装置

Info

Publication number: JP2966332B2
Application number: JP7293313A
Authority: JP
Inventors: 博文一ノ瀬; 勉村上; 明男長谷部; 諭新倉; 雪絵上野; 雅哉久松
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1995-10-17
Publication date: 1999-10-25
Anticipated expiration: 2015-10-17
Also published as: JPH09116181A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光起電力素子の製造方
法に関し、より詳しくは、本発明は光起電力素子におけ
る透明導電膜のパターニングおよび欠陥部の電気的短絡
を除去する方法に関する。また、本発明は、低コストで
工程も少なく、処理時間を低減できる光起電力素子を製
造する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、透明導電膜のエッチングによ
るパターニングの技術は、太陽電池やフォトダイオー
ド、液晶表示パネルなどのディスプレーなど、様々な用
途に広く用いられている。例えば、アモルファスシリコ
ン太陽電池の製造においては、光透過性絶縁基板上に透
明導電膜を成膜し、この膜にエッチングにより太陽電池
セルの所定のパターンを形成し、パターニングされた透
明導電膜上に光電変換層であるアモルファスシリコン層
を成膜し、その上に背面電極を形成する方法がある。こ
れとは別に、金属基板上にアモルファスシリコン層を成
膜し、次に、透明導電膜を成膜し、この透明導電膜をエ
ッチングによりパターン形成し、その上に銀などの集電
用のグリッド電極を形成する方法がある。この金属基板
を用いた太陽電池は作製後、折り曲げなどの加工がで
き、更には基板が金属であるため、欠陥処理などの電気
化学処理が行い易いことや連続成膜が可能などの利点が
あり注目されている。

【０００３】ところで、基板に透明導電膜を成膜後、選
択的エッチングによりパターニングする方法としては、
特公昭５５−１０８７７９号および米国特許第４４１９
５３０号明細書に開示されているような化学的エッチン
グ法がある。この化学的エッチング法は、まずシルクス
クリーン印刷あるいはフォトレジストによりポジパター
ンを形成し、その後、ネガ部分（露出部）に相当する透
明導電膜を、塩化第二鉄溶液や硝酸などでエッチング液
で処理する方法である。この場合のエッチングは、プラ
ズマ処理によるドライエッチングであってもよい。そし
て、さらにポジ部分の上部に残っているシルクスクリー
ン用インキあるいはフォトレジストを、それぞれの剥離
剤にて溶解除去し、あるいはドライプロセス（プラズマ
灰化法など）で除去して、最終的に選択的なパターンが
得られる。また、別の方法としては、特公昭６２−２９
０９００号に開示されている透明導電膜が形成された基
板面にレジストパターンを密着させ、ＨＣｌ水溶液中に
浸漬して通電した後通電を停止することにより、レジス
ト以外の部分の透明導電膜をパターニングする電気化学
的方法がある。

【０００４】アモルファス太陽電池のような薄膜太陽電
池では電圧と電流の出力がその半導体層の成膜工程中に
発生する電気的短絡部により著しく減少することがあ
る。この電気的な短絡は半導体層に表裏の電極を接続し
てしまうピンホールなどの欠陥部が存在する場合に生じ
る。これらの短絡を引き起こす太陽電池の欠陥部が生じ
る問題は太陽電池が大型になるにつれて著しく増加す
る。こうしたことから特に大面積の太陽電池をロールツ
ーロールなどの連続工程にて製造する場合には、半導体
層や透明導電膜層成膜後にこれらの欠陥部を除去するこ
とが必要となる。米国特許第４１６６９１８号明細書に
は大面積太陽電池の電気的短絡部の欠陥部を除去する方
法が記載されている。この方法は降伏電圧以下の十分高
い逆バイアス電圧を用いて太陽電池の欠陥部を焼き取る
ものである。また、米国特許第４７２９９７０号明細書
には電解液中で太陽電池に順バイアスを印加し、欠陥部
の短絡部を欠陥上周辺のＩＴＯなどの透明導電膜を除去
して短絡電流通路を除く方法が記載されている。一般
に、大型太陽電池を製造する場合に、エッチングにより
透明導電膜をパターニングして所望のサイズにする。つ
いで、欠陥部による短絡を除去し、集電電極を形成して
性能の高い大面積の薄膜太陽電池が製造できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の太陽電池の製造
方法においては、エッチングによるパターニング工程で
はフォトレジストなどによりパターニングを形成する必
要がある。そのため化学エッチング、ドライエッチン
グ、電解エッチングいずれの方法でもフォトレジストパ
ターンの太陽電池基板への密着、エッチング、フォトレ
ジスト剥離、リンス、洗浄、乾燥といった多数の工程が
終了した後に、更に、これらパターニングされた太陽電
池基板の欠陥部の短絡を除去する工程が行われる。この
ため、ロールツーロールにより半導体層や透明導電膜層
などは連続製造が可能ではあるが、エッチング及び欠陥
部短絡除去工程を連続工程とすることが困難であるとい
う問題がある。また、エッチング工程での処理が多いた
めに太陽電池の製造コストは高くなり、量産性が低いこ
とに加えて、該エッチング工程が欠陥部の短絡除去工程
と分離されているために、量産時にはエッチング工程後
に傷などの機械的欠陥が新たに生じる可能性があるとい
う問題がある。こうしたことから、エッチング工程と欠
陥部の短絡除去工程を連続で行えるように改良すること
が望まれる。

【０００６】従来の太陽電池の製造装置についてもいく
つかの問題がある。すなわち、当該従来の製造装置では
エッチングには多数の工程があるため、装置もそれらの
工程をまとめるのは難しく、したがって装置をそれら工
程に応じて多数に分ける必要がある。また、エッチング
の多工程及び欠陥部の短絡除去工程を同一装置内にまと
めることはさらに難しく結局装置を大型化してしまうば
かりか、連続工程を実現するのが困難で、処理時間が短
縮できないという問題がある。

【０００７】本発明の目的は以上のような課題を克服し
て、エッチングによるパターニングと欠陥部の短絡除去
の工程を連続的に行い、低コストで量産性の高い光起電
力素子の製造方法を提供することにある。本発明の他の
目的はパターニング精度が高く、外観が良好で、シャン
トなどの電気的短絡などの問題を解決して特性の良好な
光起電力素子を提供することにある。本発明の更に他の
目的は、エッチングによるパターニングと欠陥部の短絡
除去処理を同一装置内で行うことができ、小型で、処理
時間を短縮できる光起電力素子の製造装置を提供するこ
とにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は従来技術におけ
る上述した問題点を解決し、上記目的を達成するもので
ある。すなわち、本発明の光起電力素子の製造方法は、
基板上に形成した半導体層と透明導電膜からなる光起電
力素子を用意し、該光起電力素子を電解液中に浸漬し、
前記光起電力素子基板側を陰極とし、前記光起電力素子
基板及び前記電解液間に直流電流またはパルス電流を流
し、前記透明導電膜を電解還元する選択的エッチングす
る工程と、前記光起電力素子基板側に順バイアスを直流
印加またはパルス印加して前記光起電力素子の欠陥部の
周辺の透明導電膜を電解還元して欠陥部の電気的短絡を
除去する工程を同一電解液中で行うことを特徴とする。

【０００９】本発明の光起電力素子の製造装置は、基板
上に形成された半導体層と透明導電膜からなる光起電力
素子を浸漬する電解槽、前記光起電力素子基板を固定す
る部分を回転により前記電解槽に浸漬する機構、前記光
起電力素子及び前記電解液間に直流電流またはパルス電
流を流す前記電解液中に配置された第１の対向極、前記
光起電力素子基板側に順バイアスを直流印加またはパル
ス印加する前記電解液中に配置された第２の対向極を有
することを特徴とする。前記光起電力素子基板を固定し
前記電解槽に浸漬する機構は、前記基板を固定し、回転
により浸漬、エッチング、欠陥部の電気的短絡を除去、
排出が連続して行えるものである。また、前記光起電力
素子の固定が磁力によってなされている。そしてまた、
前記第１の対向極は所望のエッチングパターンに形成さ
れているものであることができる。

【００１０】

【作用】本発明者らは、透明導電膜の電気化学的反応に
よる還元、溶解現象を利用したエッチングをパターニン
グ工程と欠陥部の短絡除去の工程の両方に併用できるよ
うに鋭意検討を行った。すなわち、精度の高い、良好な
パターニングと欠陥部の短絡除去が連続的に同一装置内
でできる条件を実験を介して見い出した。本発明はかく
して得られた知見に基づいて完成に至ったものである。
本発明の光起電力素子の製造方法は、基板（金属体）上
に形成された半導体層と透明導電膜からなる光起電力素
子を用意し、該光起電力素子を電解液中に浸漬し、前記
光起電力素子基板側を陰極とし、前記光起電力素子基板
及び前記電解液間に直流電流またはパルス電流を流し、
前記透明導電膜を電解還元する選択的エッチングする工
程と、前記光起電力素子基板側に順バイアスを印加して
前記光起電力素子の欠陥部の周辺の透明導電膜を電解還
元して欠陥部の電気的短絡を除去する工程を有すること
を特徴とする

【００１１】本発明によれば、精度の高い、良好なパタ
ーニングと欠陥部の短絡除去が連続的にできる。この点
について以下に説明する。一般に、アモルファス太陽電
池などに用いられる透明導電膜としては、可視光に対す
る透明性と電気伝導性で優れた特性をもつＳｎＯ₂，Ｉ
ｎ₂Ｏ₃，ＩＴＯ（Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂）膜などが使用さ
れる。これらの透明導電膜をアモルファス太陽電池など
に用いる場合、一定の選択された範囲でエッチングによ
りパターン化する必要がある。しかし、これら透明導電
膜は酸及び塩基に不溶であることからエッチングしにく
い物質であり、化学的にエッチングするには反応が遅い
ため、反応速度を速めるために高温でエッチングする必
要がある。これに対し、一般に、電気化学エッチングと
呼ばれる方法では、種々の電解液を用いることができ、
室温で反応が進み、外部から熱を供給する必要がない。
本発明においては、電解に際して陰極側に生じる発生期
水素が透明導電膜を還元し、電解液中に溶解し除去され
る。電解液に使用する電解質は、透明導電膜の材料によ
って異なるが、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化ア
ルミニウム、塩化亜鉛、塩化錫、塩化第二鉄、硝酸ナト
リウム、硝酸カリウム、塩酸、硝酸、硫酸などが好適に
用いられる。

【００１２】フォトレジストマスクを光起電力素子上に
密着形成せずにパターニングするには透明導電膜と第１
の対向極との間にギャップを設け、図２乃至図４に示し
たように第１の対向極がギャップに挟み込まれた形でギ
ャップは透明導電膜に接触しているが、対向極は非接触
になる構成が考えられる。図において、２０１は基板、
２０２は透明導電膜、２０３は第１の対向極、２０４は
ギャップ、２０５は電解槽、２０６は電解液、２０７は
電源を示す。図２は横側からみた図であり、図３は対向
極部及びギャップをギャップの接触面からみた図であ
り、図４は透明導電膜がパターニングされた光起電力素
子基板を示した図である。ギャップによる対向極が液に
晒される形状により所望のパターニングが得られる。図
２乃至図４においては、田型に対向極を設け、パターン
化を行っている。ここで、電解液中に基板を浸漬し、基
板側を陰極に接続し、対向極が非接触の状態で間に電解
液を存在させながら所定の間隔に位置している。そし
て、接触しているギャップ部分と透明導電膜との間は絶
液した状態を保っている。このため、対向極側を陽極に
接続し、直流電流を流すことにより透明導電膜と対向極
との間のみで透明導電膜表面の還元反応を起こすことが
でき、透明導電膜側にマスク形成する必要はない。ギャ
ップ幅厚さを調節することにより、流れる電流密度との
関係でエッチングの深さ方向を調節でき、通常０．１ｍ
ｍ〜２ｍｍの範囲でギャップ幅厚さを設定する。

【００１３】エッチングをパターニングするためには直
流またはパルス電流を印加することにより上記電解還元
反応を進行させる必要がある。この電解還元反応は前記
電解液の濃度によってコントロールできるが、あまりに
も高濃度な電解液を用いることは装置に用いている金属
部の腐食を引き起こしてしまうことから好ましくない。
一方、印加電流と印加時間をコントロールすることによ
り低濃度の電解液を用いてもパターニングが可能にな
る。均一なパターニングラインは定電流を印加すること
により得られる。更に、印加する電流をパルス型にして
印加することにより、薄膜状で多段階で透明導電膜がエ
ッチングされるため、還元した透明導電膜部分がパター
ニングライン上に残留することなく精度よくシャープな
パターニングラインが得られる。

【００１４】本発明の電解法による欠陥部の短絡除去手
法を図５及び図６を用いて説明する。図５において、短
絡電流通路３０１は欠陥部３０２が存在するために金属
基板３０３から透明導電膜３０４の層まで少なくとも１
半導体領域３０５を横切って広がっている。そこで、光
起電力基板側に順バイアスを印加することにより透明導
電膜が短絡電流通路から電気的に絶縁されるまで還元除
去される。すなわち、短絡電流通路を取り除くことによ
り、短絡部の抵抗率は透明導電膜と半導体領域との界面
において実質的に増加される。短絡部の抵抗率の増加に
より短絡電流のほとんど生じない良好な特性の光起電力
素子が得られる。すなわち、図６に示したように、欠陥
部３０２の存在によるシャントやショートの問題は半導
体層３０５上に積層されている透明導電膜３０４のう
ち、欠陥部３０２周辺の透明導電膜３０４を還元除去し
て短絡電流通路３０１が取り除くことにより達成され
る。順バイアスを印加する際、１光起電力素子基板当た
り２ボルト乃至１０ボルトのバイアスが適している。こ
こで用いる電解液は電解法によるエッチングと同様に透
明導電膜を還元して除去する機能を有する電解液であれ
ばよい。そのため、エッチングに用いる電解質から適宜
選択して使用できる。本発明の利点はエッチングの工程
と欠陥部の短絡除去の工程に同じ電解液を用いることが
できるために、同一の電解槽中で両工程を行うことが可
能なことである。さらに、同一の電解槽中で両工程を連
続的に行うことにより低コストで量産性を高く光起電力
素子を製造できる。

【００１５】図７は本発明による光起電力素子の製造工
程のフローチャートであり、図８は従来の製造方法の工
程のフローチャートである。これらのフローチャートの
比較から明らかなように本発明の製造工程が簡便化され
ていることがわかる。本発明のエッチングの工程と欠陥
部の除去を連続で行うための装置を図１に示す。図１に
おいて、１０１は電解槽、１０２は光起電力素子基板、
１０３は電解液、１０４は第１の対向極、１０５は第１
の対向極昇降機構、１０６は第２の対向極、１０７は基
板保持部、１０８は回転ドラム、１０９は回転軸、１１
０は基板搬送機構、１１１は処理液排除機構、１１２は
エッチング工程用電源、１１３は欠陥部の短絡除去工程
用電源、１１４はシーケンスコントローラー、１１５は
搬送ベルトをそれぞれ示す。図１に示した装置において
は、光起電力素子基板１０２を基板保持部１０７を多数
持った回転ドラム１０８に保持固定し、回転ドラム１０
８を回転することにより基板保持部１０７が順次、電解
液１０３中に浸漬されていき、エッチング、欠陥部の短
絡除去の工程を行う。

【００１６】電解層１０１は塩化ビニル樹脂、アクリル
樹脂のように耐酸性で錆の発生がなく、軽量かつ、加工
の容易な材質が好適に選ばれる。電源１１２及び１１３
からの陰極の接続は回転軸を通して回転ドラム内で接続
されている。回転ドラム１０８の形状は、基板保持部１
０７が平面の場合は３面体以上であればよく、図１に示
すような５面体は投入、待機、エッチング工程、欠陥部
の短絡処理工程、電解液排除、排出が無駄なく連続で行
え、かつ、回転ドラムも小型化でき好適である。また、
光起電力素子基板１０２が曲げ可能な場合、ドラムを円
形にして基板保持時には曲率を持った状態であってもよ
い。この場合には第１対向極１０４や第２の対向極１０
６も曲率を持った形状の工夫が必要となる。さらに、各
面の陰極の電気的導通がエッチング工程時と欠陥部の短
絡除去処理工程時にオン、それ以外はオフとなると好適
である。第１の対向極１０４は回転ドラム１０８の回転
半径よりも外側に位置しており、電流が印加される直前
に光起電力素子基板１０２に接近し、その後電流が印加
されエッチングが行われる。この際、シーケンスコント
ローラー１１４により電流量や時間を調節し、パルス電
流の調節を行う。

【００１７】第１の対向極１０４は所望のパターンにエ
ッチング形成されており、電極に一度に電流を集中させ
電気化学反応させることから永続的にパターニングライ
ンの均一化を図るためには耐久性の高い白金、金、カー
ボンなどの安定な材質が好適である。第２の対向極１０
６は光起電力素子基板１０２と平行間隔を保ち配置され
ており、光起電力素子１０２側に順方向となるバイアス
を印加して欠陥部の短絡除去を行う。この際、エッチン
グと同様にシーケンスコントローラー１１４によりバイ
アス値や時間を調節し印加バイアスの調節を行う。第２
の対向極１０６側は電極間距離を調節するための機構を
具備してもよい。第２の対向極１０６の材料としては、
白金、カーボン、金、ステンレス鋼、ニッケル、銅、鉛
等を挙げることができ、耐溶解性を高める必要がある場
合には、白金が化学的に安定でかつ、所望のパターンに
加工し易いために好適に用いられる。

【００１８】基板保持部１０７には固定用の磁石が具備
してあり、磁力により固定が行われているため、磁力の
オン・オフにより基板の脱着が容易にできる。なお、磁
力のオン・オフは光起電力素子基板の裏面側から固定板
に磁石を近接させ基板を固定、光起電力素子基板を外す
場合には磁石を固定板から離す機構を持たせるとよい。
処理液排除機構１１１は電解槽の外部に電解液を持ち出
さないためにエッチング後、基板表面から電解液を取り
除くものであり、エアー吹き付けやブラシにより液取り
除きを行う。図９及び図１０に、本発明によりパターニ
ングを施し、作製した光起電力素子の一例としてアモル
ファス太陽電池を示す。図９はアモルファス太陽電池の
断面図、図１０はアモルファス太陽電池を光入射側から
みた図であり、３０ｃｍ×３０ｃｍ角にパターニングさ
れている。図において、５０１は基板、５０２は下部電
極、５０３は半導体層、５０４は透明導電膜、５０５は
集電電極、５０６は透明導電膜をパターン化した部分を
それぞれ示す。基板５０１はアモルファス太陽電池のよ
うな場合、支持基板の役目をし、導電性基板を用いるこ
とにより、裏面電極の役目も果たす。下部電極５０２は
半導体層５０３が発生した電力を取り出すための一方の
電極であり、半導体層５０３に対してはオーミックコン
タクトとなる仕事関数を持つことが要求される。下部電
極５０２の表面を光の乱反射を起こさせるためにテクス
チャー化してもよい。材料としては、Ａｌ，Ａｇ，Ｐ
ｔ，ＺｎＯ，Ｉｎ₂Ｏ₃，ＩＴＯなどの金属体または合金
及び透明導電性酸化物が用いられる。半導体層５０３
は、ｎ層、ｉ層、ｐ層からなるシングルセル構成であっ
てもよく、あるいはｐｉｎ接合またはｐｎ接合のセルを
複数積層したダブルセル構成またはトリプルセル構成で
あってもよい。そして、集電電極５０５を形成後、プラ
ス取り出し電極５０７及びマイナス取り出し電極５０８
を形成する。

【００１９】太陽電池により、より多くの電力を得るた
めには大面積化の必要があるが、変換効率は面積が大き
くなるにつれて減少する傾向にある。これは透明導電膜
の抵抗による電力損失が主たる原因である。そのため集
電電極５０５の集電効率との関係から太陽電池の有効面
積が決定されるが、透明導電膜のパターニングを正確に
行うことにより、太陽電池の有効面積が増加し、出力の
向上が図れる。また、パターニングの際にエッチングが
不十分となり、パターン部３０６に断線が生じると、有
効面積外のシャント部からリーク電流が発生し効率低下
の原因となることから、エッチングの際、透明導電膜が
エッチングにより完全に除去されることが必要となる。
また、これらのエッチング不良は初期特性に影響を与え
るばかりでなく、信頼性試験におけるシャントの発生の
原因となり、屋外での使用などに問題となる。更に、図
示しないが透明導電膜を積層した構成である場合、透明
性基板上に堆積したアモルファス太陽電池、単結晶系、
多結晶系、薄膜多結晶系太陽電池においても本発明の概
念を用いた構成は適用可能であることはいうまでもな
い。

【００２０】

【実施例】本発明を以下の実施例により、より詳しく説
明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるもので
はない。

【００２１】

【実施例１】図１に示す回転式装置により透明導電膜の
パターニングの工程及び欠陥部の短絡除去を行い、図９
及び図１０に示すｐｉｎ接合シングルセル構成のアモル
ファス太陽電池を作製した。まず、十分に脱脂、洗浄し
たＳＵＳ基板ＳＵＳ４３０ＢＡ製基板５０１を不図示の
ＤＣスパッタ装置に入れＡｇを４０００Å堆積し、その
後ＺｎＯを４０００Å堆積して下部電極５０２を形成し
た。基板を取り出し、不図示のＲＦプラズマＣＶＤ成膜
装置に入れ、ｎ層、ｉ層、ｐ層の順で半導体層５０３の
堆積を行った。その後、不図示の抵抗加熱の蒸着装置に
いれ反射防止効果を兼ねた機能を有する透明導電膜５０
４としてＩｎ₂Ｏ₃膜を成膜した（成膜温度１９０℃、膜
厚７００Å）。

【００２２】次に３１ｃｍ×３１ｃｍ角にこの太陽電池
基板をカットし、図１に示す５面体ドラム式の回転式エ
ッチング装置のゴム製の搬送ベルト１１４に光入射面を
上面にして投入した。次に吸着パットを配列具備した基
板搬送機構１１０が太陽電池基板の端部を吸着し、基板
保持部１０７上に配置した。基板保持部の表面には不図
示の平板上の電極が設置してあり、裏面は電源の陰極側
に接続されている。基板が配置された後、基板保持部に
具備されたマグネットが上昇し、基板を磁力により保持
した。次に、回転ドラムが回転し、基板保持部が基板ご
と電解液に浸漬した。このとき電解液は塩化アルミニウ
ムの６水和物を電解質とした８ｗｔ％溶液を用い、電解
液の電気伝導度は６５．０ｍＳ／ｃｍであった。また、
液温は室温と同じ２５．０℃であった。次に、Ｐｔ製で
露出部が０．５ｍｍ幅のラインで３０ｃｍ×３０ｃｍ角
にパターニングされている対向極１０４が対向極昇降機
構１０５により上昇し、厚みが１ｍｍのシリコンゴム製
のギャップ１０６が基板の透明導電膜上につき当たり、
密着した。次に電源１１２により２５Åの直流電流をシ
ーケンスコントローラー１１３により０．５秒間通電し
た。通電後、対向極１０４は下降し、回転ドラムが回転
した。続いて基板保持部１０７は対向極１０６に平行位
置に配置され、続いて電源１１３により４．５Ｖのバイ
アスをシーケンスコントローラー１１３により印加し
た。このとき、光起電力素子基板１０７と対向極１０５
の間隔を４．０ｃｍとした。

【００２３】ついで、回転途中、エアー吹き付けによる
処理液排除機構１１１を通過し、基板の表面についた電
解液が取り除かれた。基板が上面に回転移動した時点で
マグネットが下降し基板保持部から離れた。次に基板搬
送機構１１０が光起電力基板の端部を吸着し搬送ベルト
１１４に移動搬送した。上記の操作を連続で１００枚行
ったところ、１０秒タクトで処理できた。パターニング
及び欠陥部の短絡除去された基板を不図示の装置により
純水で洗浄、乾燥した後、銀ペーストをスクリーン印刷
して集電電極５０５を形成した。さらに銅箔を用いたプ
ラス電極５０６を銀ペーストで集電電極５０５に接続
し、マイナス電極５０７を半田によりＳＵＳ基板５０１
の裏面側に接続して図９及び図１０に示す構成の太陽電
池を複数得た。

【００２４】得られた太陽電池について、初期特性を以
下のように測定した。まず、暗状態での電圧電流特性を
測定し、原点付近の傾きからシャント抵抗を求めたとこ
ろ平均で２８０ｋΩ・ｃｍ²でシャントは生じていなか
った。次に、ＡＭ１．５グローバルの太陽光スペクトル
で１００ｍＷ／ｃｍ²の光量の疑似太陽光源（ＳＰＩＲ
Ｅ社製）を用いて太陽電池特性を測定し、変換効率を求
めたところ７．０％±０．２％で良好であった。歩留ま
りは９８％であった。さらに該太陽電池を公知方法でラ
ミネートしてモジュール化し、信頼性試験を、日本工業
規格Ｃ８９１７の結晶系太陽電池モジュールの環境試験
法及び耐久試験法に定められた温湿度サイクル試験Ａ−
２に基づいて行った。すなわち、試料を、温湿度が制御
できる恒温恒湿器に投入し、−４０℃から＋８５℃（相
対湿度８５％）に変化させるサイクル試験を２０回繰り
返し行った、次に試験終了後の試料を初期と同様にシミ
ュレーターで測定したところ、初期変換効率に対して平
均で２．０％の劣化で有意な劣化は生じていなかった。
本実施例の結果から、エッチングによるパターニング及
び欠陥部の短絡除去が確実に行われ、本発明の製造方法
により作製した太陽電池の初期特性は良好であり、信頼
性も高いことがわかる。しかも、電解処理の前後に予備
工程は必要でなく、処理速度も短時間でできることがわ
かる。

【００２５】

【比較例１】比較のために従来のフォトマスクによりパ
ターン形成する電解エッチングパターニングの工程を入
れてｐｉｎ接合シングルセル構成のアモルファス太陽電
池を作製した。該太陽電池基板の作製はＩｎ₂Ｏ₃の透明
導電膜の形成まで実施例１と同様にして行った。フォト
レジストマスクのパターニングは透明導電膜２０２上に
感光樹脂のレジストを塗布、乾燥した。次に、３０ｃｍ
×３０ｃｍ角にパターニングしたマスクを重ね、紫外線
を照射し薬品処理しパターニングを施した。フォトマス
クによりパターニングされた太陽電池基板を不図示の電
解槽中で電解エッチング処理した。電解液は実施例１と
同様に塩化アルミニウムの６水和物を電解質とした溶液
を用い、電解条件も同じにした。処理後、不要となった
フォトマスクをアルコールで除去した。その後、不図示
の装置により純水で洗浄、乾燥し、集電電極を形成し図
３に示すような太陽電池を得た。これらの試料の初期特
性を実施例１と同様にして測定したところ、シャント抵
抗が１０ｋΩ・ｃｍ²のものが１０％あった。また変換
効率は５．３％±１．８％でばらつきが大きかった。更
に、歩留まりが５２％で低かった。シャントが生じてい
るもののパターニングラインを顕微鏡で観察すると断線
が生じていた。この断線は紫外線照射してパターニング
する際、フォトマスクの除去が不十分であることが分か
った。また、変換効率の低いものは基板表面にはエッチ
ング後の工程で生じた傷によるものもあった。

【００２６】

【実施例２】太陽電池の構成をｐｉｎ接合トリプルセル
型として半導体層の形成をマイクロ波ＣＶＤ法で行い、
透明導電膜としてＩＴＯを形成した以外は実施例１と同
様にしてアモルファス太陽電池５００を作製した。すな
わち、まず、十分に脱脂、洗浄したＳＵＳ基板ＳＵＳ４
３０ＢＡ製基板５０１を不図示のＤＣスパッタ装置に入
れＡｇを４０００Å堆積し、その後ＺｎＯを４０００Å
堆積して下部電極５０２を形成した。基板を取り出し、
不図示のマイクロ波プラズマＣＶＤ成膜装置に入れ、ｎ
層、ｉ層、ｐ層の順でボトムセルを形成した。次に、同
様にｎ層、ｉ層、ｐ層の順でミドルセルを形成し、続い
てｎ層、ｉ層、ｐ層の順でトップセルを形成し、半導体
層を形成した。次に、基板を不図示のスパッタリング装
置に入れ反射防止効果を兼ねた機能を有する透明導電膜
５０４としてＩＴＯ膜を成膜した（成膜温度１７０℃、
膜厚７３０Å）。

【００２７】次に３１ｃｍ×３１ｃｍ角にこの太陽電池
基板をカットし、実施例１と同様に、エッチングパター
ニング及び欠陥部の短絡除去処理を行い、パターニング
された有効エリア内に集電電極を形成し、図９及び図１
０に示す構成の太陽電池を複数得た。これらの太陽電池
について、エッチングによりパターニングされた部分を
顕微鏡で観察したところ、断線やエッチング不良はな
く、均一なラインが得られていた。さらに、暗状態での
電圧電流特性を測定し、原点付近の傾きからシャント抵
抗を求めたところ平均で７５ｋΩ・ｃｍ²でシャントは
生じていなかった。これらの試料の初期特性を実施例１
と同様にして測定したところ、９．０％±０．２％で良
好であった。歩留まりは９５％であった。

【００２８】ついで、実施例１と同様にして該太陽電池
をラミネートしてモジュール化し、信頼性試験を行っ
た。次に試験終了後の試料をシミュレーターで測定した
ところ、初期変換効率に対して平均で２．１％の劣化で
有意な劣化は生じていなかった。本実施例の結果から、
エッチングによるパターニング精度は良好で、パターニ
ング工程を入れて作製した太陽電池の初期特性は良好で
あり、信頼性も高いことが分かる。しかも、電解処理の
前後に予備工程は必要でなく、処理速度も短時間ででき
ることがわかる。

【００２９】

【実施例３】パターニング工程において電流条件を２０
Åの電流をパルス電流で０．１秒間、５回流した以外は
実施例１と同様にして複数のアモルファス太陽電池を作
製した。得られた太陽電池について、実施例１と同様に
して太陽電池特性を測定し、変換効率を求めたところ
７．０％±０．２％で良好であった。シャント抵抗は平
均で３００ｋΩ・ｃｍ²であった。歩留まりは９８％で
あった。ついで、該太陽電池を実施例１と同様にしてラ
ミネートしてモジュール化し、信頼性試験を行った。次
に試験終了後の試料をシミュレーターで測定したとこ
ろ、初期変換効率に対して平均で２．１％の劣化で有意
な劣化は生じていなかった。本実施例の結果から、エッ
チングによるパターニング精度は良好で、パターニング
工程を入れて作製した太陽電池の初期特性は良好であ
り、信頼性も高いことが分かる。しかも、電解処理の前
後に予備工程は必要でなく、処理速度も短時間でできる
ことがわかる。

【００３０】

【実施例４】欠陥部の短絡処理工程においてバイアス条
件を４．５Ｖの電圧をパルス印加で１秒間ずつ、５回印
加した以外は実施例１と同様にして複数のアモルファス
太陽電池を作製した。得られた太陽電池について、実施
例１と同様にして太陽電池特性を測定し、変換効率を求
めたところ７．２％±０．１％で良好であった。シャン
ト抵抗は平均で４１０ｋΩ・ｃｍ²であった。歩留まり
は９９％であった。ついで、該太陽電池を実施例１と同
様にしてラミネートしてモジュール化し、信頼性試験を
行った。次に試験終了後の試料をシミュレーターで測定
したところ、初期変換効率に対して平均で２．０％の劣
化で有意な劣化は生じていなかった。本実施例の結果か
ら、エッチングによるパターニング精度は良好で、パタ
ーニング工程を入れて作製した太陽電池の初期特性は良
好であり、信頼性も高いことがわかる。しかも、電解処
理の前後に予備工程は必要でなく、処理速度も短時間で
できることがわかる。

【００３１】

【発明の効果】本発明による光起電力素子の製造方法に
よれば、処理工程が大幅に削減でき、高品質の太陽電池
を低コストで量産性よく製造できる。また、本発明の製
造方法によればシャントや外観不良などの課題を解決し
て特性の良好な光起電力素子を効率的に製造できる。さ
らに、本発明の光起電力素子の製造装置によれば処理時
間が短縮でき、装置が小型化でき省スペースが実現でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光起電力素子の製造装置を示した図で
ある。

【図２】本発明の電解エッチングによるパターニング工
程を示した図である。

【図３】本発明の電解エッチングによるパターニング工
程を示した図である。

【図４】本発明の電解エッチングによるパターニング工
程を示した図である。

【図５】本発明の欠陥部の短絡除去工程を示した図であ
る。

【図６】本発明の欠陥部の短絡除去工程を示した図であ
る。

【図７】本発明の光起電力素子の製造工程のフローチャ
ートである。

【図８】従来の光起電力素子製造工程のフローチャート
である。

【図９】本発明の光起電力素子を示した図である。

【図１０】本発明の光起電力素子を示した図である。

【符号の説明】

１０１，２０５電解槽１０２光起電力素子基板１０３，２０６電解液１０４，２０３第１の対向極１０５第１の対向極昇降機構１０６第２の対向極１０７基板保持部１０８回転ドラム１０９回転軸１１０基板搬送機構１１１処理液排除機構１１２，２０７エッチング工程用電源１１３欠陥部の短絡除去用電源１１４シーケンスコントローラー１１５搬送ベルト２０１，５０１基板２０２，３０４，５０４透明導電膜２０４ギャップ３０１短絡電流通路３０２欠陥部３０３金属基板３０５半導体領域５０２下部電極５０３半導体層５０５集電電極５０６パターン化した部分５０７プラス取り出し電極５０８マイナス取り出し電極

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者新倉諭東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者上野雪絵東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者久松雅哉東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開平６−349351（ＪＰ，Ａ) 特開平３−102838（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−76442（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−85576（ＪＰ，Ａ) 特開昭60−85578（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に形成された半導体層と透明導電
膜からなる光起電力素子を用意し、該光起電力素子と対
向極を電解液中に浸漬し、前記光起電力素子と前記対向
極の間に電圧を印加し、前記透明導電膜を電解還元して
パターニングする第１の工程と、前記電解液中で前記光
起電力素子と前記対向極の間に電圧を印加して前記光起
電力素子の欠陥部の周辺の透明導電膜を電解還元して欠
陥部の電気的短絡を除去する第２の工程を行うことを特
徴とする光起電力素子の製造方法。
【請求項２】前記光起電力素子と前記対向極の間に印
加される電圧は直流電圧、パルス電圧及び交流電圧の中
から選ばれる請求項１に記載の光起電力素子の製造方
法。
【請求項３】基板上に形成された半導体層と透明導電
膜からなる光起電力素子を浸漬するための電解槽、前記
光起電力素子を前記基板を介して前記電解槽に浸漬する
ための機構、前記光起電力素子及び前記電解液間にパタ
ーニングのために電圧を印加する前記電解液中に配置さ
れた第１の対向極、前記光起電力素子基板側に欠陥部の
電気的短絡を除去するために電圧を印加する前記電解液
中に配置された第２の対向極を有することを特徴とする
光起電力素子の製造装置。
【請求項４】前記光起電力素子基板は金属体上に半導
体層が積層されたものである請求項３に記載の光起電力
素子の製造装置。
【請求項５】前記光起電力素子と前記対向極の間に印
加される電圧が直流電圧、パルス電圧及び交流電圧の中
から選ばれる請求項３に記載の光起電力素子の製造装
置。
【請求項６】前記光起電力素子基板を固定し前記電解
槽に浸漬する機構が、該基板を固定し、前記電解液への
浸漬、前記パターニング、前記欠陥部の電気的短絡の除
去、及び得られるものの排出が連続して行えるものであ
る請求項３に記載の光起電力素子の製造装置。
【請求項７】前記光起電力素子の固定が磁力によって
なされる請求項３に記載の光起電力素子の製造装置。
【請求項８】前記第１の対向極が所望のエッチングパ
ターンに形成されている請求項３に記載の光起電力素子
の製造装置。