JPH025575A - 同一基板上に形成されたアモルファスシリコン薄膜太陽電池およびショットキ障壁ダイオード - Google Patents

同一基板上に形成されたアモルファスシリコン薄膜太陽電池およびショットキ障壁ダイオード

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JPH025575A
JPH025575A JP1024087A JP2408789A JPH025575A JP H025575 A JPH025575 A JP H025575A JP 1024087 A JP1024087 A JP 1024087A JP 2408789 A JP2408789 A JP 2408789A JP H025575 A JPH025575 A JP H025575A
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solar cell
layer
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amorphous silicon
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Nang T Tran
ナング ティー.トラン
Robert P Wenz
ロバート ピー.ウェンツ
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Minnesota Mining and Manufacturing Co
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業」−の+11用分野) 本発明は一般的に番、末シ」ツ1−」−障壁薄膜ダイオ
ードに関する。特に、本発明は、同一の柔吹竹のある基
板上にアモルファスシリコン薄膜太陽電池おにびシヨツ
トキ障壁ダイA−ドを製造づ”る方法に関する。
(従来の技術) グ[1−放電形成水系添加ア[ルファスシリコンJIQ
シコツトキ障壁ダイA−ドは、5olid 5tate
Co+o+unications、 Vol、 23.
1977、pp421−424の1′5urrace 
5tates and earrierlleight
s or Metal静orphous 5ilico
n 5ehottky8arrierS”と題する論文
+jおいてWrOnSk i等によって最初(ζ報告さ
れでいる3、シ」ツトキ陣IVは、△l、 Ni、Cr
、Pd、Δ1、Ril、))を金m模ど非ドーブア)二
ルファスシリコン膜の間に形成された。、非ドープ水素
添加アモルファスシリコン(a−3i:H)は、320
℃〜350℃に保持された基板」二!、:D、C,放電
によってシシンと)ノー(被着された。lこれIうの基
板は、ステン1ノス鋼上の300人M−ぎのリンドープ
a−Sc i層からなり、非ドーブア土ルファスシリ1
ン膜に、t−ミックまたは低抵抗接触を形成する。
金属アモルファスシリコンショットキa9膜ダイオード
の研究は続いている。静p1  四1ys、 Lett
39(3)、1  ^ugust、1981  I)D
274−・276の’ 5ilicide r*ati
on in Pd −a−3i:ItSchottky
 8arl”1erS ″と題する論文にJメい(、T
liompsoniはパラジウムどのアtルファスシリ
ニ1ンシ」ツ1−キ障壁薄膜ダイオード(、二ついて報
告1〕ている。パラジウムシコットキ障壁は石英基板[
に形成された。、にrまたはNiを11C部電極を形成
1−るように被着1)、それに続いて、500人のリン
ドープn  a−3i:Hと002−2.Ou厚の非ド
ープa−3t:Hを被6した。これによって、1vでI
 X 10”2A/cm2の明方向zm密戊が冑られた
。金属ア[ルフ7スシリコン障壁id膜ダイオードにつ
いて文献で報告されたものの中で、これが最も高い順方
向電流密度の1つであると思われる。
a膜ダイオードは広く利用されている。一般に、薄膜製
造技術は、結晶またはいわゆる「ディスクリート」ダイ
スートを1U込するのに用いられるつ丁−ハスケールの
処理技術より′Ii、(jiiでかつ高い収率を与える
。しかし、公知の薄8Qダイオードは多くの応用分野で
具合が悪い特性をh゛する。これらのダイオードが上に
製造される剛体基板は素子が物理的に変形する必だがあ
る応用分野では用いることができない。金属接触層から
汚染物質はしばしば処理の間に半導体母体と反応し、ダ
イオードの電気特性を劣下させる。ダイオードは通常、
他の半導体素子とともに用いられるからダイオード1.
1別々に製造され、相n接続されなければならない、3 改良された薄膜シコットキ障壁ダイオードが引続き要望
されていることは明らかである。よりコスト節約的なロ
ール−ツー−ロール(roll−to−roll>処理
方法を用いて製造する(T、とがて゛きるダイオードが
所望される。この形式のダイオードが柔軟性がある場合
は、プレーナ素子が適していない分野でもより容易に成
形が可能となるであろう。
金属層の汚染物質が製造から隔離されている場合は、製
造収率およびダイオード特性が改9′eきる。
より大きな順方向電流密度を有するシ]ツ1−i:ダイ
オードも無論要望されている。これらの特性をITIる
ダイオードは、それらが他の半導体素子とともに集積回
路上で効果的に形成−l、゛きれば最も右用どなるであ
ろう。
(発明の概要) 本発明は同一の基板上にアモルファスシリコン薄膜シヨ
ツトキ1lli壁ダイオードおよび太陽’、1ffi 
ilJを製)もする方法を提供1゛る。まず、金属接触
層をイ1づる薄い柔軟性のある基板が用意される。第1
4爪形で第1導電率値を有する水素添加ア[ルファスシ
リコンの第1の層が基板の接触層上に被6される。負性
形水素添加アモルファスシリコンの第2の層が第1のシ
リコン層の太陽電池部十1.:被首される。第1導電形
で第2尋電率値を右する第3の水素添加アモルファスシ
リコン層が、第2シリニ]ン居に隣接して第1シリコン
層のダイオード部に被4される。第2導電形で第3の導
電率値をhする第4の水素添加アモルファスシリコン層
が第2シリコン層上の太陽電池部に被着される。′11
2、第3のシリコン層は、ダイオード、太陽電池部の境
冑で絶縁性材料によっておnいから分離される。
ダイオード部の第2の唐および太陽゛潰池品の第4の層
上に導電性材料層が被着さねる。この導電性材料層はダ
イオード部で第2シリコン層とシ」ットキ障壁を形成す
る。
好適実施例1こおいて、基板は簿いf軟性のあるポリイ
ミド基板のロールとして用意され、その基板は、その−
トに被着されたスデン1ノススチールボンデイング層、
そのボンディング層」二(被着されたアルミニウム金属
層、およびそのアルミニウム層上(二被わされた窒化チ
タン拡散障g層を有する接触層を有1“る。本発明の方
法はグロー放電装置内でロール・ツーーo−ル(rol
l−to−roll)法を用いて実施される。第1の層
1.i n ”形シリコンの層である。第2層を被着す
ることはダイオード部をマスクすることを含む、第3の
層を被着すること(31太llK!電池部をマスクして
、n形シリコンの第3の層を被着することを含む。第4
層を被着することはダイオード部をマスクして、p+形
シリコンの第4の層を被着することを含む。太陽電池と
ダイオード部は1ノー4fり新法を用いて分離される。
本発明によるit?膜ダイA−ドは、その柔軟性によっ
て種々の応用に適]ノでいる。n+シリコン層(これは
、1018へ一1020原子//J3の濃度−〇リンで
ドープできる)は高い順方向電流密度を牛にさせ−る。
¥J造中におけるアルミニウムによる゛F′−導体母体
の汚染は窒化チタン拡散障壁によって防止される。また
、ダイオード(五回路内で効果的に相互接続′Cき、太
陽型it!!セルに関連(〕て用いることができる。
(実施例) 本発明の第1実施例、ずな4つら、共通の金属化基板1
7上に製造されたp−1−n太陽電池12およびシコッ
トキ障壁ダイオード14を有づ−る薄膜上ノリシック集
積回路、が第1図に概略的に示されている。金属化IJ
板17は基板16にがぶざる金属(導電性)接触層18
によって形成される。
基板16は、ポリイミド、ポリエステルのようなプラス
Lツク材料から形成された漣く、柔軟性が6うりかつ絶
縁性の基板が望ましい。これらの形式のポリイミド基板
tよ公知であり、市販されている。
図示された実施例では、金属接触層18はステンレスス
チールボンYイング層20、アルミニウム金属層22J
Vよび窒化チタン拡散障壁層24がうなる。スデンレス
スチール20はポリイミド基板16に強く接着し、残り
の層に対する強い粘着ツノを与える。他の金属または導
電性材料を層22のアルミニウムの代りに用いてもよい
。窒化チタン(TiN)124がアルミニウム層22の
−ににかぶさり、接触層18および金属II−)燐17
の、F部層となる。
太陽電池12(で−なわち集積回路10の太陽電池部)
およびダイオード14(ダイオード部)の半導体母体は
、n+形水素添加アモルファスシリコン(第1の導電率
値をhする第1導電形半導体)の第1の層26が共通で
ある。水素添加アモルファスシリコン(a−8i:lり
の第1の層26は窒化チタン拡散P5壁層24の上にか
ぶさり、金属接触層18と、太陽電池12、lfイA−
ド14の半導体母体との間にA−ミック)K触を形成す
る。
第1図に示されるように、太陽電池12とダイオード部
4は集積回路10上で8−77いに隣接1ノ、かつエポ
キシ絶縁性壁(ス1−リップ)28によって分離されて
いる。p−1−n太陽電ttf;12の母体は、シリコ
ン層26の1にかぶさる真性形(i−形)の水素添加ア
トルファスシリコンの第2の岡30、およびその層の上
にか、只さる水糸添加アモルファスシリコン(第2の導
°R率員を有する第2導電形材料)のp −形層32か
ら/Zる。導電性材料の接触層341メ層32の−にに
かぶさっている。
図示された実施例では、接触R3Jはシリコン層32と
オーミック接触を形成する74部導電性酸化物(TCO
)層によって形成される。この頂部電極は周知のように
、接触層34の金属を用いても形成できる。
ショットキダイオード14の母体も層26の上にかぶざ
る水糸添加アモルファスシリコン〈第3の導電率(ぬを
有する第1導電形材料)の03Li層36を有づる。、
TCOI触層38が層36の上にかぶさる。第1実施例
では層36は、約i o IL。
10 原子/Cm3のtla麿でリンが低濃度ドープさ
れた真情シリコン層(P H3/ S + 84 = 
I X10−4すなりも気相で1%の1/10以下)で
ある。
他のV族原木をドーピングのために用いてもよい。
導電性酸化物層38はn形シリコン層36とシヨツトキ
障壁を形成する導電性材料でできている。
周知のように、金属または他の導電性材料を層38に用
いてシコツトキ障壁を形成する。
集積回路10およびショットキダイオード144.1公
知の6のを越える右利な特徴を有4るn集積回路10L
t柔軟性のある基板上に形成されるから、以下に説明す
るようなロール−ツー−ロール(roll−to−ro
ll)法を大面積かつコスト節約な製造に対して利用で
きる。単結晶素子と異なって、ダイA−−ドおよび太陽
電池セルは小形で弾力性がある(もろくない)。回路が
柔軟性を有するため、個々の応用に応じて成形すること
がrきる。ダイオード14太陽電池12と同じ基板上に
形成されるから、これら2つの素子は電子回路を形成す
る様効果的に相〃接続できる。第1実浦例では、複数の
ダイオード14がプロラギングダイオードとして太陽電
池12の直列配列と直列1こ結合される。
これら全ての素子はここに説明()た方法を用いて同一
の基板−[に製1aできる。拡散障壁として窒化チタン
を使用することによって、アルミニウム金属層からの汚
染物質が太陽電池およびダイオードのアモルファスシリ
コン母体とIJ Q中に反応するのを防止する。窒化チ
タンは通常の被着の間に不活性であるが、アルミニウム
、シリコン層の間の電流の流れにR影響を及ばずことは
ない。
低濃度ドープされたシリコン層36をダイオード14に
おいて用いることによって、ダイオード14の順方向バ
イアスス1ノツシヨルド電J1を減少ししからその順方
向電流密度を増大できることが判明した。これらの利点
はダイオードの逆方向電圧をそれ程減少することなしに
達成される。
1α2当り1アンペア以上の順方向電流密度が実験にお
いて観察された。この電流密度は、報告された最新技術
による電流密疫の100倍である。
ダイオードはまた0o15〜0.20ボルトのスレツシ
コルド電ローをイiし、これは+1i結晶のシリコフシ
コツ1−キダイA−−ドのものと同じである。
集積回路10を製造する方法を第2図〜・第10図を参
照して説明する。第2図および第3図に示されるように
、集積回路10は主真空室40内で実施されるロール−
ツー−ロール(roll−to−roll)法を用いて
製造される。始めに金属化基板17の供給ロール42が
主真空室40内に配置される。
次に、金属化基板17の端部は、一連の小さな真空室4
4.46.48および50を通過させられ、最後に巻取
りロール52に巻取られる。好適実施例において、金属
化基板17の1−ルは第1図に示されたポリイミド基板
16および金属化層18を含むように製造されている。
ステンレススチール層20、アルミニウム層22および
窒化チタン層24は、スパッタリングのような任意の公
知の従来方法によって基板161に被着できる。第1実
施例において、アルミニウム層22は1000Å〜30
00人の厚さを有し、窒化チタン層24は100人−・
300人のUさをイ1する。ステンレススチール層の層
20は50Å〜200人の厚さを有する。他の実施例で
は、同B (すで出願された” 5eal ing 普
Polyimide F山“と題する同時係属出願に記
載された方法によってスiンレススブールによって封止
または包囲される。金属化V根17は真空室44に入れ
る前に公知のグロー放電法(図示せず)を用いてみがく
こともできる。ロール42を離ね、真空室44に入る前
の金属化基板の断面図が第4図に示されている。。
シリコン層26は、螺板17が真空室44を通過するど
ぎその金属化基板17十に被着される。
この膜は、本発明によってダイオード14J3よび太陽
電池12を形成することが望まれる基板の全部分に被η
される。第1実施例で、そのシリ」ンはリンドープされ
、200人=400人(好ましくは、300人)の1γ
さに被nされる。」二にシリコン層26を有する金属化
基板の断面図は第5図に小されている。
真空室44を頗ねた後、層26が被るさ41. /::
金属化基板12は真空室46に入る。第3図に模式的に
示されているように、マスク54が、ショツトギグイオ
ード14が形成されるべき基板の一部のLに室46内ぐ
マウン1−される。イこで、JI付性形リコンの履30
が、太陽電池12を形成することが望まれる金属化基板
17の一部の上にのみ被着される。シリコ−2層30は
3000人−7000人のりさく好ましくは5500人
の厚さ)に被着できる。被着層26゜30を有する金属
化基板17の断面図が第6図に示されている。
被着層26.30を右プ“る金属化基板は次に真空室4
8に入る。第3図に示されるように、真空室48は、太
陽電池14が形!どされるべき金属化基板17の一部の
上に隣接しτ゛配置れたマスク56をイiする。そこで
、シリニ」ンのn形成(層)36がダイオード14が形
成されるべき基板の一部のにに被着される。層26.3
0および36が被着されている金属化基板17の断面図
は第7図に小されている。n形シリコン層36は300
0人−10000人の厚さに被着できる。好適実施例で
は、シリコン層36は5000人の厚さに被着される。
層26.30.36のある金属化基板17は、真空室4
8を出ると、真空室50に入る。第3図に模式的に示さ
れているように、マスク58が、シコツ1−キダイオー
ド14が形成されるべき金属化基板17の一部の−Vに
真空室50内で配置される。それによって、p 形シリ
コン層32がシリコン層30の上に被着される。層32
は100Å〜200人の厚さ(0:fましく【五150
人の厚さ)に被着できる。シリコン層26.30.32
および36が被nされている金1化螺板17の断面図は
第8図に示されている。シリコン層26.30゜32お
よび36が被着された金属化基板17は室50を出た後
巻取りリール52に巻取られる。第1図および第4図〜
第8図には便宜」−ダイオード14、太陽電池12がそ
れぞれ1個だけ示されている(Jれども、それぞれ複数
個のダイオード14および太陽電池12をここで説明し
たマスク手続を用いて金属化基板17上に形成できるこ
とは明らかであろう。
被着層26.30.32および36のある金属化基板1
7のロールは次に巻取りリール52から除去され、さら
に謂26の上でシリコン層30゜36をJ3互いから分
離するように処叩される。第9図に示されるにうに、こ
の分離は層30.36間にギVツ162を切込むレーザ
60を用いて実施できる。ギャップ62は層32上のあ
る点まで1ボギシ64のような絶縁材料で充填される。
この製造段階の集積回路は第10図に示されている。
R後に、頂部導N性層34.38 (または伯の金属材
料)が公知の方法でそれぞれシリコン層30.32に付
加される。これらの製造工程を用いて、お豆いに隣接し
て配列された源膜太陽電池12およびショットキ障壁ダ
イオード14を備えた集積回路10が形成される。太陽
電池12とダイオード14は金属接触層18によって電
気的に相互接続されるa複数個のダイオード14および
太陽電池12をこの方法を用いてJ3互いに隣接して形
成できることも明らかであろう。上述した各処理■稈は
従来の容fliRFグロー放電装置において実施できる
。光化学蒸着のような他の方法を用いることもできる。
シラン、水素および小スフィンを気体として用いること
ができる。製造中、基板16は200℃−300℃の温
度(好ましくは250℃)に維持することができる。R
Fパワー密度は1C112当り0.01〜0.1w(好
適実施例では0゜037W/α2)でよい。圧力は0、
25Torr 〜1 、5丁0「「(好適実施例では1
゜Q Torr)に維持すればよい。
集積回路10はその意図した使用の前にさらに処叩を行
うことが必要である。一実施例r LL 、集積回路1
0は連続した充電を与えるようにバッテリ(図示ぜ”ず
)1.:巻くことができる。この実施例では、集積回路
10はJ31Uいに隣接し1、直列に接続された複@個
の太陽電池12を含むように製造されることになる。金
属バスバー(図示せず〉を太陽電池12、ダイオード1
4を相互接続するのに用いることかできる。太陽電池1
28よびダイオード14は、たとえば、”!111、a
rconnectedSemiconductor D
eviecs ″とVM”J−る出願W 5Q第131
.416号に記載された態様で相互接続することができ
る6集積回路10がこのf1M横で用いられるとき、シ
]ツl−キダイオード14は直列に接続して、太陽電池
12を通じてのバッテリの放電を防ぐブロッキングダイ
オードどして用いることができる。14のようなダイA
゛−ドはまた、「バイパス」ダイオードとして太陽電池
12とともに用いることができる。ダイオード14を太
陽電池12に相互接続するのに任意の公知の方法を用い
てよい。
本発明の第2の好適実施例、1”なわら集積回路’10
0が第11図に示されている。集積回路100は#J述
した集積回路10と同様のものであって、同じ参照番@
は同じ部分を指導ものと1ノで用いられる。集積回路1
00は共通の金属化基板17上で2ヨツトキ障壁ダイオ
ード14′に隣接して形成されたp−1−n太陽電池1
2を含む。明らかなように、ダイオード14′とダイオ
ード14の唯一の)iいは、ダイオード14′では、真
性形の水素添加アモルファスシリコンの層36′がシリ
コン!fl 26に被着されるのに対し、ダイオード1
4ぐ(,1n形シリコン居36が被着されることである
33集積回路100は、小さなW46内のマスク54を
除去し、その室で行なわれる被着を省略することによっ
て第2図〜第10図を参照して説明1)だ方法を用いて
製造できる。集積回路100のダイオード14′は、n
形シリコン層36から冑られるダイオード14の増大し
た順方向電流密度およびそれに付随した利点を持つこと
はない。
本発明を好適実施例について説明しIご6ノれども、1
業ζ゛(、L本発明の精神および範囲から離れることな
しに形式および綱部について神々の変更をなし得ること
が理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例による太陽電池およびシコ
ン1−キ障壁ダイオードをi゛する集積回路の断面図で
ある1゜ 第2図は、第1図に示された集積回路を製造がるのに用
いられる装置の概略側面図である。。 第3図は、第1図に示された集積回路を製造するのに用
いられる装置の概略平面図である。 第4図−第8図は、第2図および第3図に示された装置
にお〔するyl造の中間fたでの集積回路の断面図であ
る。 第9図は、ダイオード部と太陽電池部を分間するレーザ
とどもに製造中間点における集積回路の断面図を承り。 第10図は、ダイオード部と太陽電池部の間の間隙に二
付加される絶紅材料ととも(二、第9図に示されたダイ
A′−ドの断面図を示す。 第11図は、本発明の第2実施例による太陽電池J3よ
びショットキ障壁を有する集積回路の断面図である。 10.100・・・薄膜モノリシック集積回路、12・
・・p−1−n太陽電池、 14・・・ショットキ障壁ダイオード、17・・・共通
金属化基板、18・・・金属接触層、16・・・基板(
ポリイミド)、 20・・・ステンレススチールボンディング層、22・
・・アルミニウム金属層、 24・・・窒化ヂタン拡故障壁層、 26・・・n1形水索添加アモルファスシリコン(a−
8i:H)  層、 28・・・J8縁性ストリップ、 30・・・i形水索添加ア七ルファスシリコン(a−3
i  :H)  層、 32・・・p+形水素添加アモルファスシリコン(a−
8i:H)層、 34.38・・・TCO(頂部導電性醇化物)層、36
・・・n形水木添加アモルファスシ1ノーコン(3−3
i:H)層、 36′・・・1形水素添加アモルファスシ■ノコン(a
−3i :H)層。

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)同一基板上に形成されたアモルファスシリコン薄
    膜太陽電池およびシヨツトキ障壁ダイオードであって、 柔軟性のある基板、 該基板上の第1導電層 第1導電層上のダイオード部にダイオード母体を形成す
    る少なくとも1個のシリコン、 前記ダイオード母体に隣接かつ離隔して前記ダイオード
    部との間に間隙を形成する、第1導電胴上の太陽電池部
    に太陽電池母体を形成する少なくとも1個のシリコン、 前記ダイオード母体と前記太陽電池母体の間の間隙内に
    ある絶縁性材料、および 前記ダイオード母体および前記太陽電池上にある第2導
    電層であって、該ダイオード母体はその導電性材料の第
    1、第2層の一方とオーミック接触し、他方の導電層と
    シヨツトキ障壁を形成する前記第2導電層を有する前記
    太陽電池およびダイオード。
  2. (2)前記基板は薄くて、柔軟性があり、かつ塑性の基
    板である請求項1に記載の太陽電池およびダイオード。
  3. (3)前記基板はポリイミド材料基板である請求項2に
    記載の太陽電池およびダイオード。
  4. (4)前記第1導電層は、前記基板上に被着された金属
    層、および該金属層に被着された窒化チタン拡散層を含
    む、請求項1に記載の太陽電池およびダイオード。
  5. (5)前記金属層はアルミニウム層である、請求項4に
    記載の太陽電池およびダイオード。
  6. (6)前記窒化チタン拡散障壁層は100Å〜300Å
    の厚さに被着される、請求項5に記載の太陽電池および
    ダイオード。
  7. (7)前記ダイオード母体は、10^1^8〜10^2
    ^0原子/cm^3の濃度でリンがドープされたn形シ
    リコンからなる、請求項1に記載の太陽電池およびダイ
    オード。
  8. (8)前記太陽電池母体および前記ダイオード母体は前
    記第1導電層上に被着されたn形シリコンの非分離層を
    含む、請求項1に記載の太陽電池およびダイオード。
JP1024087A 1988-02-05 1989-02-03 同一基板上に形成されたアモルファスシリコン薄膜太陽電池およびショットキ障壁ダイオード Pending JPH025575A (ja)

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EP0327023B1 (en) 1995-04-05
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