JPH05299678A - 集積型光起電力装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 透明導電膜上に形成された金属膜からなる背
面電極膜を、エネルギービーム照射によりパターニング
して成る光起電力装置について、そのエネルギービーム
によるパターニングを良好に行い得る光起電力装置の製
造方法を提供することにある。 【構成】 第１電極膜(2a)(2b)…と金属膜からなる第２
電極膜(4a)(4b)…との間に非晶質半導体膜(3a)(3b)…を
配置し、その第２電極膜(4a)(4b)…をエネルギービーム
による照射によりその非晶質半導体膜(3a)(3b)…ととも
に除去することにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体膜を光活性層とす
る集積型光起電力装置の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の地球環境保護に対する認識のたか
まりは、クリーンで無公害な光起電力装置の利用をこれ
まで以上に促進させる、大きな原動力となっている。

【０００３】図４は、従来の光起電力装置の素子構造図
で、本装置では一基板上に設けられた複数の光電変換素
子が直列接続となるように構成されている。図中の(41)
は石英やガラス等からなる透光性絶縁基板、(42a)(42b)
…は基板(41)上に複数個形成された酸化インジューム錫
等からなる透明導電膜、(43a)(43b)…は透明導電膜(42
a)(42b)…上に形成された銀等からなる背面電極、(44a)
(44b)…は非晶質半導体などからなる光活性層、(45a)(4
5b)…は本光起電力装置の光入射側の電極となる透明導
電膜からなる前面電極である。その光活性層(44a)(44b)
…としては、具体的には非晶質シリコン等からなる半導
体膜で例えば膜面に平行なＰＩＮ接合を備えており、前
面電極(45a)(45b)…から入射した光は、その光活性層(4
4a)(44b)…で吸収された後、光キャリアとして背面電極
(43a)(43b)及び前面電極(45a)(45b)…を通じて外部に取
り出される。

【０００４】この光起電力装置では、光電変換素子(46
a)(46b)…が複数個、基板(41)表面に形成されており、
それらは相隣接する光電変換素子同士で電気的に直列接
続となるように構成されている。即ち、左側の光電変換
素子(46a)は、当該光電変換素子の前面電極(45a)を右隣
りの他の光電変換素子(46b)の背面電極(43b)と電気的に
連なった透明導電膜(42b)と結合するようにパターニン
グされている。

【０００５】この様に一基板上に複数の光電変換素子が
電気的に直列接続となるようにパターン形成され、一基
板から高い電圧を取り出すことができる光起電力装置を
一般に集積型光起電力装置と称している。この集積型光
起電力装置については、例えば特公昭５８−２１８２７
号などに詳細に記載されている。

【０００６】図５は、上記従来例光起電力装置の製造方
法を説明するための工程別素子構造図である。図中の符
号のうち図４と同一のものについては同一の符号を付し
ている。同図（ａ）に示される第１工程では、透光性絶
縁基板(41)の一主面上に酸化インジューウム錫（ＩＴ
Ｏ）膜等からなる透明導電膜(42a)(42b)…を複数の領域
にわたって形成する。

【０００７】次に、同図（ｂ）に示される第２工程で
は、透明導電膜(42a)(42b)…上に背面電極(43)を形成す
る。

【０００８】引き続く同図（ｃ）に示す第３工程では、
各光電変換素子の隣接間隔部近傍に相当する透明導電膜
(42a)(42b)…上の背面電極(43)にエネルギービーム(E.
B.)を照射し、該背面電極の不要な部分を除去する。本
工程でのエネルギービーム照射としては、基板の上記一
主面、または他主面のいずれの側から行ってもよい。

【０００９】ここで、透明導電膜(42a)(42b)…上にある
背面電極(43a)(43b)…の一部をエネルギービームの照射
により除去したのは、後工程において斯る除去により露
出した透明導電膜(42a)(42b)…の上に引き続いて形成さ
れる半導体膜(44)や、前面電極(45a)(45b)…等をやはり
エネルギービームの照射により除去することから、その
ビームの走行路を確保するためである。

【００１０】そして、同図（ｄ）に示す第４工程では、
基板(41)の主面全体に亘って光活性層(44)を形成すると
ともに、その隣接間隔部近傍の透明導電膜(42)上におけ
る光活性層を他主面側からのエネルギービーム(E.B.)の
照射により除去する。この除去により前述した集積型構
造とするための前面電極(45a)(45b)…と透明導電膜(42
a)(42b)…との接続のための開口部ができる。

【００１１】次に同図（ｅ）に示す第５工程では、前面
電極(45a)(45b)…となる光入射側の透明導電膜を形成す
るとともに、上記開口部近傍であって透明導電膜(42a)
(42b)…上の、前面電極(45a)(45b)…と光活性層(44)の
積層体の部分にエネルギービーム(E.B.)を照射すること
によって、斯る積層体の部分を分割する。これにより前
面電極は光電変換素子毎に分割され((45a)(45b)…)、光
起電力装置が完成する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】従来の光起電力装置で
は前述の如く、その製造工程において数回のエネルギー
ビーム照射によるパターニングを行っている。このエネ
ルギービームによるパターニングは、これまでのレジス
ト等を使用するホト・リソグラフィー技術と比較して、
大面積に亘ったパターニングが容易てしかも精度よく加
工することができるという特徴を有している。

【００１３】然し乍ら、このエネルギービームによるパ
ターニング方法にあっては、被加工物の熱伝導率の程度
や加工される材料の積層状態によってその照射条件が種
々変化してしまうという問題がある。

【００１４】このエネルギービーム照射によるパターニ
ングが不完全なままで放置されると、その後の膜付け工
程やエッチング工程に支障をきたし、引いては光起電力
装置としての特性低下や歩留まり低下が生じることとな
る。

【００１５】この具体的な例としては、前述した従来例
光起電力装置の第３工程（図５（ｃ））が挙げられる。
この工程は、金属からなる背面電極(43a)(43b)…の不要
部分をエネルギービーム(L.B)照射によって除去するも
のであるが、通常金属はその表面で反射損を生ずること
からそのエネルギービームの吸収量は小さなものとな
り、この背面電極だけでは十分溶融し蒸発することがで
きない。従って、透明導電膜(42a)(42b)…に損傷を与え
ないような強度でエネルギービームによる照射を行った
ならば、この背面電極(43a)(43b)…下の透明導電膜(42
a)(42b)…表面には背面電極(43a)(43b)…の残留物(47)
が残ってしまう。このことは、次の第４工程での光活性
層(44)の形成等に種々の支障をきたすこととなる。

【００１６】

【課題を解決するための手段】本発明集積型光起電力装
置の製造方法の特徴とするところは、基板の一主面上に
複数の領域に第１電極膜、非晶質半導体膜、第２電極
膜、半導体膜及び第３電極膜をこの順序で積層した光電
変換素子を分割配置し、それら光電変換素子を当該素子
間の隣接間隔部近傍で上記第３電極膜と上記第１電極膜
とを電気的に直列接続せしめた集積型光起電力装置の製
造方法であって、上記非晶質半導体膜と第２電極膜の積
層体を、その照射部分が上記隣接間隔部近傍の少なくと
も第１電極膜上を含むようにエネルギービームを照射す
ることにより除去し、各領域毎に分割すると共に直列接
続のための第１電極膜を露出せしめる工程と、上記第１
電極膜の露出部分と、隣接する光電変換素子の第２電極
膜を含む露出面上に上記半導体膜を設けるとともに、上
記第１電極膜の露出部分上へのエネルギービームの照射
により該半導体膜を除去し上記第１電極膜を露出する工
程と、上記第３電極膜を隣接した一方の光電変換素子の
上記半導体膜と連なり他方の光電変換素子の上記第１電
極膜の露出部分と結合せしめた状態で、その結合近傍に
於ける上記他方の第３電極膜及び半導体膜の積層体をエ
ネルギービームの照射により除去し、一方の光電変換素
子と他方の光電変換素子とを電気的に直列接続せしめる
工程と、を備えたことにある。

【００１７】

【作用】本発明光起電力装置の製造方法によれば、金属
膜から成る背面電極膜にエネルギービームを照射するこ
とにより加工を行うに際し、まずその透明導電膜上に非
晶質半導体膜と背面電極膜を被着形成し、これら積層状
態の非晶質半導体膜と背面電極膜に対してエネルギービ
ームを照射する。

【００１８】すると、このエネルギービームによる熱は
上記金属膜よりも光吸収力の大きな非晶質半導体膜によ
って主に吸収され、これに伴ってその熱はこの非晶質半
導体膜からの熱伝導によって背面電極膜に伝わりこれを
過熱する。

【００１９】そして、非晶質半導体膜と背面電極膜はこ
れら全体として上記エネルギービームによる熱を十分受
け取ることができ、結果として非晶質半導体膜と背面電
極膜は同時に蒸発し除去されることとなる。

【００２０】即ち、本来エネルギービームの吸収力が乏
しい金属膜等をこのエネルギービームにより加工するに
際して、この金属膜よりもその吸収力が大きい非晶質半
導体膜を該金属膜と被着形成させることによって、効率
的な上記エネルギービームによる熱利用が可能となるの
である。

【００２１】

【実施例】図１は、本発明光起電力装置の製造方法を説
明するための素子構造図である。図中の(1)は石英やガ
ラス等からなる透光性絶縁基板、(2a)(2b)…はその基板
(1)上に複数個形成された酸化インジューム錫等の膜厚
１０００Å〜８０００Åの透明導電膜からなる第１電極
膜、(3a)(3b)…は本発明製造方法の特徴である非晶質半
導体膜で、本例では５００〜８０００Åの膜厚を有する
非晶質シリコンを使用した。(4a)(4b)…は非晶質半導体
膜(3a)(3b)…上に形成された銀、アルミニュームまたは
銅等からなる、背面電極膜として機能する第２電極膜、
本例では膜厚１０００Å〜５０００Åの銀膜を使用し
た。(5a)(5b)…は非晶質半導体などからなる半導体膜、
(6a)(6b)…は本光起電力装置の光入射側の膜厚５００Å
〜６０００Åの透明導電膜からなる、前面電極膜として
機能する第３電極膜である。その半導体膜(5a)(5b)…と
しては、具体的には非晶質シリコン等からなる半導体で
例えば膜面に平行なＰＩＮ接合を備えており、第３電極
膜(6a)(6b)…から入射した光は、その半導体膜(5a)(5b)
…で吸収され後光キャリアとして、第２電極膜(4a)(4b)
…及び第３電極膜(6a)(6b)…を介して外部に取り出され
る。尚、第２電極膜(4a)(4b)…は、下部の第１電極膜(2
a)(2b)と、開口部(7)により電気的接続を確保してい
る。

【００２２】尚、本例における非晶質半導体膜(3a)(3b)
…、第２電極膜(4a)(4b)…そして半導体膜(5a)(5b)…の
膜形成条件について表１に示す。

【００２３】

【表１】

【００２４】従って、本例光起電力装置でも、光電変換
素子(9a)(9b)…が複数個、基板(1)表面に形成されてい
るとともに、それらは相隣接する光電変換素子同士で電
気的に直列接続となるように形成されている。

【００２５】以下に、本例光起電力装置の製造方法につ
いて、図２による工程別素子構造図に従って説明する。
図中の符号は、図１と同一の符号を付している。

【００２６】図２（ａ）に示す第１工程では、透光性絶
縁基板(1)上の一主面上に酸化インジューウム錫（ＩＴ
Ｏ）膜等からなる第１電極膜(2a)(2b)…を複数の領域に
わたって形成する。

【００２７】次に、同図（ｂ）に示される第２工程で
は、上記主面に第１電極膜(2a)(2b)…を覆うように本発
明製造方法の特徴である非晶質シリコン等からなる非晶
質半導体膜(3)を形成した後、第１電極膜(2a)(2b)…上
に位置する非晶質半導体膜の一部に開口部(7)を設け
る。

【００２８】この開口部(7)を形成するためのエッチン
グ法としては、従来周知のホト・リソグラフ技術によっ
て行ってもよく、あるいはレーザービームのようなエネ
ルギービームを使用してエッチング除去してもよい。

【００２９】そして、次に同図（ｃ）に示される第３工
程では、銀等からなる第２電極膜(4)を形成する。本工
程により第２電極膜(4)は下部に非晶質半導体膜(3)を有
するものの、上記開口部(7)によって電気的に第１電極
膜(2a)(2b)…と接続することとなる。

【００３０】同図（ｄ）に示される第４工程では、各光
電変換素子の隣接間隔部近傍に相当する第１電極膜(2a)
(2b)…上であって非晶質半導体膜(3)と第２電極膜(4)の
積層部分に少なくとも照射するように、上記基板(1)の
他主面側からエネルギービーム(E.B.)を照射する。これ
により、透明導電膜(2a)(2b)…の各々の一部は露出する
こととなる。

【００３１】尚、本実施例ではそのエネルギービームと
して、ＹＡＧ第２高調波レーザ（０．５３μｍ波長）を
ピークパワー密度１×１０⁷Ｗ／ｃｍ²の強度で照射する
ことにより行った。

【００３２】従来例光起電力装置での同様なこの第２電
極膜(4)の除去にあっては、エネルギービームによる熱
を十分利用することができないことから、第２電極膜の
残留物が第１電極膜(2a)(2b)…の表面に残ってしまって
いた。然し乍ら、本発明製造方法では、この第２電極膜
(4)を非晶質半導体膜(3)との積層体として除去すること
から斯様な残留物が残らない。

【００３３】即ち、本工程におけるエネルギービームの
光は、その非晶質半導体膜(3)で主に吸収され熱とな
り、その熱が該非晶質半導体膜(3)とともに第２電極膜
(4)をも溶融し結果として上記積層体全体を除去するこ
ととなる。

【００３４】次に、同図（ｅ）に示す第５工程では、基
板(1)の主面全体に亘って半導体膜(5)を形成するととも
に、その隣接間隔部近傍の第１電極膜(2a)(2b)…上にお
ける半導体膜(5)を他主面側からのエネルギービーム(E.
B.)の照射により除去する。この除去により前述した集
積型構造とするための第１電極膜(2a)(2b)…と第３電極
膜(6a)(6b)…との接続のための開口部(8)ができる。

【００３５】次に同図（ｆ）に示す第６工程では、光入
射側の透明導電膜である第３電極膜を形成するととも
に、上記開口部(8)近傍であって第１電極膜(2a)(2b)…
上の、第３電極膜と半導体膜(5)の積層体の部分にエネ
ルギービーム(E.B.)を照射することによってこの積層体
を分割する。これにより第３電極膜は光電変換素子毎に
分割され((6a)(6b)…）、光起電力装置が完成する。

【００３６】図３は、本発明製造方法の第２の実施例を
説明するための素子構造図である。図中の符号は、図２
と同一とするものについては同一符号を付している。本
実施例の特徴とするところは、第１電極膜(2a)(2b)…の
隣接間隔部に本発明非晶質半導体膜(3)と第２電極膜(4)
との積層体を残すように形成したことである。

【００３７】斯る光起電力装置を形成する方法として
は、第１の実施例光起電力装置の第４工程に於て非晶質
半導体膜(3)と第２電極膜(4)との積層部分を除去するに
際し、第１電極膜(2a)(2b)…上にあるそれら積層部分に
のみエネルギービームが照射されるようにすればよい。

【００３８】この様な構造とすると、第１の実施例光起
電力装置に於て隣接する光電変換素子(9a)(9b)…間で生
じていた、半導体膜(5a)(5b)…を介する第１電極膜間(2
a)(2b)，(2b)(2c)…，のリーク電流を低減することがで
きる。

【００３９】即ち、上記半導体膜(5a)(5b)…は、膜面に
平行なＰＩＮ接合を有することから、通常その半導体膜
(5a)(5b)…の最下層は、Ｐ型半導体膜あるいはＮ型半導
体膜といった導電性半導体膜となる。このため、第１の
実施例では、第１電極膜間(2a)(2b)，(2b)(2c)…はこれ
ら導電性半導体膜によって結合されることとなる。これ
に対して、非晶質半導体膜(3a)(3b)…は真性半導体とし
てよいことから、この導電性半導体膜と比較して高抵抗
となり、上記リーク電流の低減化が可能となるのであ
る。

【００４０】尚、本実施例では、本発明の特徴である非
晶質半導体膜として、プラズマＣＶＤ法によって形成さ
れた非晶質シリコン膜を使用したが、本発明はこれに限
られるものではなく、例えばプラズマＣＶＤ法によって
形成された、非晶質ゲルマーニューム膜、非晶質シリコ
ンゲルマニューム膜または非晶質シリコンオキサイド膜
等であっても、本発明の効果を呈するものである。

【００４１】更に、本実施例としては、非晶質半導体膜
(3a)(3b)…と第２電極膜(4a)(4b)…との積層体を除去す
るに際しては、ＹＡＧ第２高調波レーザを使用したが、
その他にＹＡＧレーザ基本波やエキシマレーザ等を使用
してもよい。

【００４２】

【発明の効果】本発明光起電力装置の製造方法によれ
ば、第２電極膜をエネルギービームの照射により除去す
るに際し、その第２電極膜と、積層体となる非晶質半導
体膜を重畳形成し、この積層体にエネルギービームを照
射することによって、その非晶質半導体膜とともにこの
第２電極膜を除去しようとするものであることから、従
来のような除去時における第２電極膜の残留物が生ぜ
ず、極めて良好なパターニングを行うことか可能とな
る。

【００４３】また、本発明製造方法によれば、斯る非晶
質半導体膜を隣接する第１電極膜間を埋めることが可能
となることから、隣接する光電変換素子間でのリーク電
流の発生を低減することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明光起電力装置の製造方法によって形成さ
れた第１の実施例の素子構造断面図である。

【図２】前記製造方法を説明する工程別素子構造断面図
である。

【図３】本発明製造方法によって形成された第２の実施
例を示す素子構造断面図である。

【図４】従来例光起電力装置の素子構造断面図である。

【図５】前記光起電力装置の製造方法を示す工程別素子
構造断面図である。

【符号の説明】

(1)…透光性絶縁基板 (2a)(2b)…第
１電極膜 (3a)(3b)…非晶質半導体膜 (4a)(4b)…第
２電極膜 (5a)(5b)…半導体膜 (6a)(6b)…第
３電極膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板の一主面上に複数の領域に第１電極
   膜、非晶質半導体膜、第２電極膜、半導体膜及び第３電
   極膜をこの順序で積層した光電変換素子を分割配置し、
   それら光電変換素子を当該素子間の隣接間隔部近傍で上
   記第３電極膜と上記第１電極膜とを電気的に直列接続せ
   しめた集積型光起電力装置の製造方法であって、 上記非晶質半導体膜と第２電極膜の積層体を、その照射
   部分が上記隣接間隔部近傍の少なくとも第１電極膜上を
   含むようにエネルギービームを照射することにより除去
   し、各領域毎に分割すると共に直列接続のための第１電
   極膜を露出せしめる工程と、 上記第１電極膜の露出部分と、隣接する光電変換素子の
   第２電極膜を含む露出面上に上記半導体膜を設けるとと
   もに、上記第１電極膜の露出部分上へのエネルギービー
   ムの照射により該半導体膜を除去し上記第１電極膜を露
   出する工程と、 上記第３電極膜を隣接した一方の光電変換素子の上記半
   導体膜と連なり他方の光電変換素子の上記第１電極膜の
   露出部分と結合せしめた状態で、その結合近傍に於ける
   上記他方の第３電極膜及び半導体膜の積層体をエネルギ
   ービームの照射により除去し、一方の光電変換素子と他
   方の光電変換素子とを電気的に直列接続せしめる工程
   と、 を備えたことを特徴とする集積型光起電力装置の製造方
   法。