JP2968404B2 - 光起電力装置の製造方法 - Google Patents

光起電力装置の製造方法

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伸 松見
総一 酒井
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、光照射を受けること
により、光起電力を発生する光起電力装置の製造方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】従来の光起電力装置では、透光性を呈す
べく受光面電極は、インジウム(In)やスズ(Sn)
の酸化物であるIn2 5 、SnO2 、ITO等に代表
される透光性導電酸化物(以下、TCOという)で形成
されている。TCO(Transparent Con
ductive Oxide)からなる電極では、金属
材料に比べてそのシート抵抗が3桁以上高いため、この
電極での電力ロスが集電効率を低下させている原因であ
った。
【0003】この集電効率の低下に鑑み従来の単結晶型
太陽電池や特開昭59−50576号公報のように受光
面側に金属製の格子状の集電極を設ける方法が開発され
ている。
【0004】しかしながら、金属製の格子状集電極は、
透明電極に比して低抵抗である反面、光活性層に到達す
べき照射光の一部を遮断してしまうために、有効に光電
変換動作する有効受光面積の減少は免れない。
【0005】そこで、本出願人は、受光面電極として高
抵抗なTCOあるいは金属薄膜を用いるにもかかわら
ず、格子状の集電極を追加した構造のように有効受光面
積を大きく減少させることなく、受光面電極による抵抗
損失を減じる構造を開発し、既に出願している(特開昭
61−20371号公報および実開昭61−86955
号公報参照)。
【0006】図5は、上記の本出願人が開発した従来技
術を示している。この光起電力装置では、光入射側から
見て、ガラス基板1、TCOからなる受光面電極膜2、
光活性層を含む半導体膜3、オーミック金属の第1背面
電極膜4、絶縁膜6、および受光面電極膜2に比して低
抵抗な第2背面電極膜8が重畳され、受光領域内の複数
箇所において内周が絶縁膜6により囲まれたコンタクト
ホール7内に第2背面電極膜8を埋設させることによっ
て受光面電極膜2と第2背面電極膜8とを電気的に結合
させている。
【0007】図6は、上記スルーホールコンタクト型の
光起電力装置の製造工程を示した断面図である。同図
(a)に示すように、受光面電極膜(SnO2 )2上に
半導体膜(a−Si)3および第1背面電極膜4を形成
した後、レーザ光を照射することにより、半導体膜3お
よび第1背面電極膜4を部分的に除去してスルーホール
5を形成する。次に、同図(b)に示すように、絶縁膜
6を堆積した後、再びレーザ光を照射する。このレーザ
光の照射は、コンタクトホール7を形成するためのもの
で、前記の受光面電極膜2が露出するまで行われる。次
に、同図(c)に示すように、第2背面電極膜8を堆積
する。
【0008】このように、スルーホールコンタクト構造
を有した光起電力装置においては、高抵抗の受光面電極
膜2と低抵抗の第2背面電極膜8とが複数箇所において
電気的に結合されているので、受光面電極膜2中を流れ
る電流の電流経路が近接の結合部までとなり短縮される
結果、有効受光面積を大きく減少させることなく受光面
電極による抵抗損失を減じることができる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の構造では、第2背面電極膜8と受光面電極膜2との
結合は、直径100〜500μm程度のコンタクトホー
ル7を通じて行われ、第2背面電極膜8と受光面電極膜
2との接触面は小さく、この接続部分での電気抵抗を小
さくすることが光起電力装置のセル特性を向上させる上
で重要な課題となっている。
【0010】本発明は、上記の事情に鑑み、第2背面電
極膜と受光面電極膜とのコンタクト面での抵抗を小さく
して電力ロスを低減することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明の光起電力装置の
製造方法は、受光面側には透光性導電酸化物からなる受
光面電極膜が形成され、背面側には第1、第2の背面電
極膜が形成され、第1背面電極膜と第2背面電極膜との
間には絶縁膜が形成され、第1背面電極と受光面電極膜
との間には光活性層を含む半導体膜が形成され、第2背
面電極膜と受光面電極膜とは前記絶縁膜にて周囲が覆わ
れたコンタクトホールを通じて電気的に結合されてなる
光起電力装置の製造方法であって、前記受光面電極膜上
に前記半導体膜及び第1背面電極膜を形成した後、レー
ザ光の照射によって前記半導体膜及び第1背面電極膜の
一部を除去してスルーホールを形成する工程と、前記第
1背面電極膜の表面上及び前記スルーホール内に絶縁膜
を形成した後、エキシマレーザの照射により前記スルー
ホール内における絶縁膜を除去しコンタクトホールを形
成すると共に、前記絶縁膜を除去した後の前記受光面電
極膜の表面に前記エキシマレーザを照射してこの受光面
電極膜表面に低抵抗化領域を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする。前記コンタクトホール形成時におけ
る絶縁膜を除去後の前記エキシマレーザの照射は50パ
ルス以上にするとよい。
【0012】
【作用】上記の構成においては、第2背面電極膜に接触
する部分の受光面電極膜に低抵抗化領域が形成されてい
るので、光起電力装置のセル特性が向上する。
【0013】セル特性向上の理由としては、 (1)高抵抗の受光面電極膜と低抵抗の第2背面電極膜
とが直接に接触するよりも、これら両電極膜間に低抵抗
化領域が介在する方が接続抵抗は小さくなり、電力ロス
が低減され、集電効率が向上する。 (2)エキシマレーザの照射により低抵抗化領域の表面
状態は滑らかとなり、受光面電極膜と第2背面電極膜と
の結合面の界面状態は良好となる。よって、結合面での
接続抵抗は小さくなり、電力ロスが低減され、集電効率
が向上する。 といったことが考えられる。
【0014】また、上記の低抵抗化領域は、例えば、絶
縁膜の除去(コンタクトホール形成)の際に行うエキシ
マレーザ光の照射において、これを絶縁膜の除去後にも
引き続いて行うことによって形成できる。従って、低抵
抗化領域の形成のために別工程は要しないから、光起電
力装置の製造工程を複雑化することもない。
【0015】
【実施例】本発明の一実施例を、図1ないし図4に基づ
いて説明すれば、以下の通りである。
【0016】図1は、この実施例の光起電力装置10の
断面図である。受光面となるガラス基板1側には、TC
O(例えば、SnO2 :F)からなる受光面電極膜2が
形成されている。一方、背面側には、金属の第1,第2
背面電極膜4,8が形成されている。そして、上記第1
背面電極膜4と第2背面電極膜8との間にはポリイミド
の絶縁膜6が形成され、両電極膜4,8の絶縁が確保さ
れる。
【0017】第1背面電極4と受光面電極膜2との間に
は、光活性層を含むアモルファスシリコンを主成分とし
た半導体膜3が形成されている。また、第2背面電極膜
8は、前記絶縁膜6にて周囲が覆われたコンタクトホー
ル7を通じて受光面電極膜2に電気的に結合されてい
る。
【0018】第2背面電極膜8に接触する部分の受光面
電極膜2には、エキシマレーザ光の照射によって低抵抗
化領域9が形成されている。
【0019】図2は、上記光起電力装置10の製造工程
を示した断面図である。同図(a)に示すように、受光
面電極膜2上に半導体膜3および第1背面電極膜4を形
成した後、YAGレーザ光を照射し、半導体膜3および
第1背面電極膜4を部分的に除去してスルーホール5を
形成する。
【0020】次に、同図(b)に示すように、第1背面
電極膜4の表面上およびスルーホール5内に絶縁膜6を
堆積した後、波長308nm、エネルギー密度0.4J
/cm2 のXeClエキシマレーザ光を照射することで
絶縁膜6を除去し、受光面電極膜2を露出させ、コンタ
クトホール7を形成する。
【0021】そして、上記コンタクトホール7を完成さ
せた後も引き続きXeClエキシマレーザ光を照射し続
ける。レーザ光の照射量は、50パルス以上としてい
る。このXeClエキシマレーザ光の追加照射により、
このレーザ光照射部分、すなわち、後に堆積される第2
背面電極膜8に接触することとなる部分の受光面電極膜
2表面に低抵抗化領域9が形成される。
【0022】次に、同図(c)に示すように、絶縁膜6
の表面上およびコンタクトホール7内に第2背面電極膜
8を堆積させ、この第2背面電極膜8と受光面電極膜2
との電気的接続を行わせる。
【0023】図3は、波長308nm、エネルギー密度
0.4J/cm2 のXeClエキシマレーザ光の照射パ
ルス数とTCOシート抵抗との関係を示したグラフであ
る。横軸はパルス数を示し、縦軸は膜抵抗における照射
後/照射前の比率を示している。このグラフによれば、
レーザ光を50パルス以上照射することによって、TC
Oシートの抵抗は、照射前に比べて約80%に低減され
る。その理由は、TCO膜におけるエキシマレーザ光照
射部のキャリア濃度が増加することによるものと考えら
れる。
【0024】図4は、レーザ光の照射パルス数と1cm
角セル出力特性との関係を示したグラフである。横軸は
パルス数(コンタクトホール形成に必要なパルス数も含
む)を示し、縦軸はスルーホールコンタクト(THC)
構造の光起電力装置とTHC構造を持たない光電変換変
換素子との出力比率を示している。
【0025】上記のグラフによれば、低抵抗化領域9を
持たないTHC構造の光起電力装置(コンタクトホール
形成後に直ちに第2背面電極膜を形成したもの:コンタ
クトホール形成のために30パルスのレーザ照射を行っ
ている)は、THC構造を持たない光起電力装置に比
べ、図中aで示すように、約1.04倍に出力特性が向
上している。一方、本発明の低抵抗化領域9を持つTH
C構造の光起電力装置(コンタクトホール形成後引き続
き50パルス以上のレーザ照射を行っている)は、TH
C構造を持たない光起電力装置に比べ、図中bで示すよ
うに、約1.06倍に出力特性が向上し、より一層のセ
ル特性向上が図られている。
【0026】以上のように、本実施例の光起電力装置1
0は、第2背面電極膜8に接触する部分の受光面電極膜
2に低抵抗化領域9を形成したので、結合面での接続抵
抗が低減され、セル特性が向上する。また、上記の低抵
抗化領域9を形成するには、絶縁膜6の除去(コンタク
トホール7形成)の際に行われるエキシマレーザ光の照
射において、これを絶縁膜6の除去後にも引き続き行え
ばよく、低抵抗化領域9の形成のために別工程を要する
ものではないので、光起電力装置10の製造工程を複雑
化することもない。
【0027】なお、本実施例では、エキシマレーザとし
て、XeClエキシマレーザを用いたが、これに限ら
ず、KrFエキシマレーザなどを用いてもよい。また、
低抵抗化領域9の形成を、コンタクトホール7の形成に
際して行ったが、スルーホール5の形成をエキシマレー
ザにて行うこととする場合には、このスルーホール5の
形成に際して低抵抗化領域を形成してもよいものであ
る。
【0028】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、光起電
力装置の製造工程を複雑化することなく光起電力装置の
セル特性の向上が図れるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施例に係る光起電力装置の縦断面
図である。
【図2】同図(a)乃至(c)はこの発明の実施例に係
る光電変換変換素子の製造工程を示す縦断面図である。
【図3】レーザ照射パルス数とTCOシート抵抗との関
係を示すグラフである。
【図4】レーザ照射パルス数と1cm角セル出力特性と
の関係を示すグラフである。
【図5】従来の光電変換変換素子の縦断面図である。
【図6】同図(a)乃至(c)は従来の光起電力装置の
製造工程を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 ガラス基板 2 受光面電極膜 3 半導体膜 4 第1背面電極膜 5 スルーホール 6 絶縁膜 7 コンタクトホール 8 第2背面電極膜 9 低抵抗化領域 10 光起電力装置
フロントページの続き (72)発明者 大西 三千年 大阪府守口市京阪本通2丁目18番地 三 洋電機株式会社内 (56)参考文献 特開 平3−276683(JP,A) 特開 昭61−164273(JP,A) 特開 昭61−129881(JP,A) 特開 昭61−20371(JP,A) 実開 昭61−86955(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 31/04 - 31/078

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受光面側には透光性導電酸化物からなる
    受光面電極膜が形成され、背面側には第1、第2の背面
    電極膜が形成され、第1背面電極膜と第2背面電極膜と
    の間には絶縁膜が形成され、第1背面電極と受光面電極
    膜との間には光活性層を含む半導体膜が形成され、第2
    背面電極膜と受光面電極膜とは前記絶縁膜にて周囲が覆
    われたコンタクトホールを通じて電気的に結合されてな
    る光起電力装置の製造方法であって、前記受光面電極膜
    上に前記半導体膜及び第1背面電極膜を形成した後、レ
    ーザ光の照射によって前記半導体膜及び第1背面電極膜
    の一部を除去してスルーホールを形成する工程と、前記
    第1背面電極膜の表面上及び前記スルーホール内に絶縁
    膜を形成した後、エキシマレーザの照射により前記スル
    ーホール内における絶縁膜を除去しコンタクトホールを
    形成すると共に、前記絶縁膜を除去した後の前記受光面
    電極膜の表面に前記エキシマレーザを照射してこの受光
    面電極膜表面に低抵抗化領域を形成する工程と、を有す
    ることを特徴とする光起電力装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記コンタクトホール形成時における絶
    縁膜を除去後の前記エキシマレーザの照射は50パルス
    以上であることを特徴とする請求項1に記載の光起電力
    装置の製造方法。
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