JPH055194B2 - - Google Patents
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- JPH055194B2 JPH055194B2 JP60205591A JP20559185A JPH055194B2 JP H055194 B2 JPH055194 B2 JP H055194B2 JP 60205591 A JP60205591 A JP 60205591A JP 20559185 A JP20559185 A JP 20559185A JP H055194 B2 JPH055194 B2 JP H055194B2
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/14—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
- H01L27/144—Devices controlled by radiation
- H01L27/1446—Devices controlled by radiation in a repetitive configuration
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
- H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
- H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
- H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
- H01L31/0465—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate comprising particular structures for the electrical interconnection of adjacent PV cells in the module
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01L31/18—Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment of these devices or of parts thereof
- H01L31/186—Particular post-treatment for the devices, e.g. annealing, impurity gettering, short-circuit elimination, recrystallisation
- H01L31/1872—Recrystallisation
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
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Description
本発明は、透光性絶縁基板上に光電変換素子を
複数個直列接続してなる薄膜太陽電池装置に関す
る。
複数個直列接続してなる薄膜太陽電池装置に関す
る。
シランガスのグロー放電分解により形成される
非晶質シリコン（以下ａ−Siと記す）は、気相成
長であるため原理的に大面積化が容易であり、大
出力素子として開発が期待されている。発電した
電力を効率よく取り出すためには、太陽電池装置
を、例えば第２図に示すような形状とし、単位セ
ルが直列接続されている構造とすることが望まし
い。この構造は、ガラス基板等の透光性絶縁基板
１の上に透明電極２１，２２，２３，２４……を
短冊状に形成する。この透明電極２１〜２４は、
ITO（インジウム錫酸化物）、SnO2（酸化錫）また
はITO／SnO2複合膜を電子ビーム蒸着，スパツ
タリング、熱CVD等によりガラス基板１の全面
に付着したのち、光蝕刻法を用いて短冊状に形成
されるもので、この方法は当業者には周知の方法
である。同様の方法でａ−Si層３１，３２，３
３，３４……、金属電極４１，４２，４３，４４
……を形成する。このとき透明電極層と金属電極
層が電気的に接続するように、それぞれ金属電極
４１を透明電極２２と、４２を２３と、４３を２
４とを接触させる。ａ−Si層３１〜３４は、透明
電極側から積層される、例えば100Åの厚さのｐ
層、0.5μmの厚さのノンドープ（ｉ）層、500Å
の厚さのｎ層からなる。 しかしこのように直列接続型太陽電池装置を構
成する場合、次の問題点がある。 (1) フオトレジスト等の欠陥によりピンホールが
発生し易く、太陽電池の出力低下を招き易い。 (2) 膜形成毎に化学的処理が行われるため、各膜
の界面に汚染を持込み、太陽電池の出力低下を
招き易い。 (3) 工程が複雑で、大面積化するにつれコストが
著しく高くなる。 この問題を解決するために、最近レーザ光のエ
ネルギーを利用し、透明電極層、ａ−Si層、金属
電極層をドライな加工により切断、分離する方法
が提案されている。さらにはａ−Si層の分離を行
わないでレーザ光のエネルギーによる多結晶化を
行い、その多結晶化領域により一つの素子の透明
電極層と隣接素子の金属電極層との接続を行う方
法が本発明者らにより発明され、特願昭59−
213736号により特許出願されている。しかし該特
許出願明細書に記載されているように金属電極層
の上からａ−Si層にレーザ光を照射する場合、あ
るいは金属電極層を積層する前にａ−Siにレーザ
光を照射する場合、ａ−Si層の厚さが不均一だつ
たり、金属電極層あるいはａ−Si層の表面状態が
ばらついて反射率が異なると、レーザ光が反射さ
れたり透過して結晶化に必要なエネルギーが吸収
されずに多結晶化が起こらなかつたり、逆に吸収
されすぎてａ−Si層を切断し、さらに透明電極層
も切断してしまう危険がある。ａ−Si層が多結晶
化されないと、抵抗が高く、ａ−Si層上の金属電
極層と透明電極層との電気的接続が不可能にな
る。逆に透明電極層まで切断してしまうとやはり
電気的接続が行われないか、たとえ金属電極層を
そのあとから被着して切断部に金属層が充填され
たとしても、その金属層は透明電極層の厚み方向
で接触するだけなので接触面積が極端に小さくな
つて電気的に十分な接触をとることが不可能にな
る。従つて各層の状態に応じてレーザの出力を調
整する必要があり、量産性に欠ける。
非晶質シリコン（以下ａ−Siと記す）は、気相成
長であるため原理的に大面積化が容易であり、大
出力素子として開発が期待されている。発電した
電力を効率よく取り出すためには、太陽電池装置
を、例えば第２図に示すような形状とし、単位セ
ルが直列接続されている構造とすることが望まし
い。この構造は、ガラス基板等の透光性絶縁基板
１の上に透明電極２１，２２，２３，２４……を
短冊状に形成する。この透明電極２１〜２４は、
ITO（インジウム錫酸化物）、SnO2（酸化錫）また
はITO／SnO2複合膜を電子ビーム蒸着，スパツ
タリング、熱CVD等によりガラス基板１の全面
に付着したのち、光蝕刻法を用いて短冊状に形成
されるもので、この方法は当業者には周知の方法
である。同様の方法でａ−Si層３１，３２，３
３，３４……、金属電極４１，４２，４３，４４
……を形成する。このとき透明電極層と金属電極
層が電気的に接続するように、それぞれ金属電極
４１を透明電極２２と、４２を２３と、４３を２
４とを接触させる。ａ−Si層３１〜３４は、透明
電極側から積層される、例えば100Åの厚さのｐ
層、0.5μmの厚さのノンドープ（ｉ）層、500Å
の厚さのｎ層からなる。 しかしこのように直列接続型太陽電池装置を構
成する場合、次の問題点がある。 (1) フオトレジスト等の欠陥によりピンホールが
発生し易く、太陽電池の出力低下を招き易い。 (2) 膜形成毎に化学的処理が行われるため、各膜
の界面に汚染を持込み、太陽電池の出力低下を
招き易い。 (3) 工程が複雑で、大面積化するにつれコストが
著しく高くなる。 この問題を解決するために、最近レーザ光のエ
ネルギーを利用し、透明電極層、ａ−Si層、金属
電極層をドライな加工により切断、分離する方法
が提案されている。さらにはａ−Si層の分離を行
わないでレーザ光のエネルギーによる多結晶化を
行い、その多結晶化領域により一つの素子の透明
電極層と隣接素子の金属電極層との接続を行う方
法が本発明者らにより発明され、特願昭59−
213736号により特許出願されている。しかし該特
許出願明細書に記載されているように金属電極層
の上からａ−Si層にレーザ光を照射する場合、あ
るいは金属電極層を積層する前にａ−Siにレーザ
光を照射する場合、ａ−Si層の厚さが不均一だつ
たり、金属電極層あるいはａ−Si層の表面状態が
ばらついて反射率が異なると、レーザ光が反射さ
れたり透過して結晶化に必要なエネルギーが吸収
されずに多結晶化が起こらなかつたり、逆に吸収
されすぎてａ−Si層を切断し、さらに透明電極層
も切断してしまう危険がある。ａ−Si層が多結晶
化されないと、抵抗が高く、ａ−Si層上の金属電
極層と透明電極層との電気的接続が不可能にな
る。逆に透明電極層まで切断してしまうとやはり
電気的接続が行われないか、たとえ金属電極層を
そのあとから被着して切断部に金属層が充填され
たとしても、その金属層は透明電極層の厚み方向
で接触するだけなので接触面積が極端に小さくな
つて電気的に十分な接触をとることが不可能にな
る。従つて各層の状態に応じてレーザの出力を調
整する必要があり、量産性に欠ける。
本発明は、上記の欠点を除き、レーザ光照射に
よる多結晶化によつて光電変換素子間の接続を行
う場合のレーザの出力調整を省くことが可能で、
量産化に適した薄膜太陽電池装置を提供すること
を目的とする。
よる多結晶化によつて光電変換素子間の接続を行
う場合のレーザの出力調整を省くことが可能で、
量産化に適した薄膜太陽電池装置を提供すること
を目的とする。
本発明によれば、光電変換素子間の接続のため
の多結晶化領域が非晶質半導体層に設けられ、そ
の上に隣接素子の金属電極層の延長部が被着され
た薄膜太陽電池装置の多結晶化領域の下の透明電
極層と透光性絶縁基板の間に導電層が介在するこ
とにより照射レーザ光のエネルギー過大により非
晶質半導体層および透明電極層が切断されてもそ
の中に充填される金属電極層の金属によつて導電
層を介して素子間の電気的接続が行われ、上記の
目的が達成される。
の多結晶化領域が非晶質半導体層に設けられ、そ
の上に隣接素子の金属電極層の延長部が被着され
た薄膜太陽電池装置の多結晶化領域の下の透明電
極層と透光性絶縁基板の間に導電層が介在するこ
とにより照射レーザ光のエネルギー過大により非
晶質半導体層および透明電極層が切断されてもそ
の中に充填される金属電極層の金属によつて導電
層を介して素子間の電気的接続が行われ、上記の
目的が達成される。
第１図ａ〜ｄは本発明の一実施例の工程を順に
示し、第２図と共通部分には同一の符号が付され
ている。第１図ａは導電層のパターンを示したも
ので、導電膜５１，５２，５３，５４……はガラ
ス基板１上に銀を含む導電ペーストスクリーン印
刷方法により印刷したのち、約500℃で10分程度
焼成して形成する。次に透明電極層を電子ビーム
蒸着法あるいは熱CVD法により0.4〜1μmの厚さ
に一面に形成したのち、導電膜５１，５２，５
３，５４の左側透明電極層を20μm程度残した箇
所に、役50μmの径に絞つたYAGレーザビームを
当てて走査することにより透明電極２１，２２，
２３，２４……をパターニングする。この状態が
第１図ｂである。このときのレーザの出力パワー
としては２〜５×105Ｗ／cm2が適当であつた。次
に透明電極側から順に、厚さ約100Åのｐ層、厚
さ約0.5μmのｉ層、厚さ500Åのｎ層からなるａ
−Si層３を一面に形成する。ｐ層はB2H6をSiH4
に対し約１％混入した反応ガスを用いてグロー放
電することにより形成される。ｉ層はSiH4の分
解により、ｎ層はPH3をSiH4に対して約１％混
入したガスの分解により形成される。この状態で
約50μmの径に絞つたレーザビームを前記導電膜
５１，５２，５３，５４上に位置するａ−Si層３
の領域に照射する。このレーザ光パワーは２×
105Ｗ／cm2以下、望ましくは0.5〜２×105Ｗ／cm2
で、このレーザ光照射により照射領域６１，６
２，６３，６４……においてａ−Siを溶融蒸発さ
せずに、その熱によりａ−Si層３の層厚さ方向全
体にわたつて多結晶化を起こさせる。第１図ｃは
この状態を示す。そして電子ビーム蒸着法や、ス
パツタ法により主としてAlを用いた金属電極層
を形成ると、前記レーザ光を照射してａ−Si層を
多結晶化した箇所６１，６２，６３，６４はａ−
Si層の1000倍の導電率を有する低抵抗になつてい
るので、この箇所で透明電極と電気的に接続され
る。ついで約50μmの径に絞つたレーザ光を透明
電極と接続された箇所と異なる右側の位置に照射
し、第１図ｄに示すような金属電極パターン４
１，４２，４３，４４……を形成する。このとき
の照射レーザパワーは５〜10×106Ｗ／cm2が適当
で、除去される分離帯の幅は約40μmであつた。 ガラス基板１上に設けられた導電膜５１，５
２，５３，５４により透過して逃げてしまうレー
ザのエネルギーを吸収してａ−Si層３の多結晶化
を助ける。万一レーザのエネルギーが大きすぎて
第３図ａに示すようにａ−Si層３および透明電極
２１，２２，２３，２４で切断されて、空隙７
１，７２，７３，７４が生じても、この空隙は次
の金属電極層形成の際に埋められ、第３図ｂに示
すように金属電極４１，４２，４３，４４……と
隣接素子の透明電極２２，２３，２４……との接
続は空隙７２，７３，７４……内を充填するAl
などの金属により接続される。従つて照射レーザ
パワーのａ−Si層３の多結晶化には十分な大きさ
にしておけば、ａ−Si層３の表面状態、膜厚のば
らつきがあつても素子間の直列接続が不能になる
ことはない。 10cm角のガラス基板１上にこのようにして製造
された10直列の光電変換素子からなる太陽電池装
置により、Voc＝8.4，Isc＝130mA，FF＝0.65，
出力＝710mWの特性を得た。 導電膜５１，５２，５３，５４……は導電ペー
ストの印刷以外に、金属のマスク蒸着あるいは金
属膜一面被着後のパターニングによつて形成され
てもよい。しかしその上にａ−Si層が形成される
のでその成膜温度に耐えるために500℃前後まで
耐熱性のあることならびにレーザ照射により飛散
しにくいものであることが望ましい。
示し、第２図と共通部分には同一の符号が付され
ている。第１図ａは導電層のパターンを示したも
ので、導電膜５１，５２，５３，５４……はガラ
ス基板１上に銀を含む導電ペーストスクリーン印
刷方法により印刷したのち、約500℃で10分程度
焼成して形成する。次に透明電極層を電子ビーム
蒸着法あるいは熱CVD法により0.4〜1μmの厚さ
に一面に形成したのち、導電膜５１，５２，５
３，５４の左側透明電極層を20μm程度残した箇
所に、役50μmの径に絞つたYAGレーザビームを
当てて走査することにより透明電極２１，２２，
２３，２４……をパターニングする。この状態が
第１図ｂである。このときのレーザの出力パワー
としては２〜５×105Ｗ／cm2が適当であつた。次
に透明電極側から順に、厚さ約100Åのｐ層、厚
さ約0.5μmのｉ層、厚さ500Åのｎ層からなるａ
−Si層３を一面に形成する。ｐ層はB2H6をSiH4
に対し約１％混入した反応ガスを用いてグロー放
電することにより形成される。ｉ層はSiH4の分
解により、ｎ層はPH3をSiH4に対して約１％混
入したガスの分解により形成される。この状態で
約50μmの径に絞つたレーザビームを前記導電膜
５１，５２，５３，５４上に位置するａ−Si層３
の領域に照射する。このレーザ光パワーは２×
105Ｗ／cm2以下、望ましくは0.5〜２×105Ｗ／cm2
で、このレーザ光照射により照射領域６１，６
２，６３，６４……においてａ−Siを溶融蒸発さ
せずに、その熱によりａ−Si層３の層厚さ方向全
体にわたつて多結晶化を起こさせる。第１図ｃは
この状態を示す。そして電子ビーム蒸着法や、ス
パツタ法により主としてAlを用いた金属電極層
を形成ると、前記レーザ光を照射してａ−Si層を
多結晶化した箇所６１，６２，６３，６４はａ−
Si層の1000倍の導電率を有する低抵抗になつてい
るので、この箇所で透明電極と電気的に接続され
る。ついで約50μmの径に絞つたレーザ光を透明
電極と接続された箇所と異なる右側の位置に照射
し、第１図ｄに示すような金属電極パターン４
１，４２，４３，４４……を形成する。このとき
の照射レーザパワーは５〜10×106Ｗ／cm2が適当
で、除去される分離帯の幅は約40μmであつた。 ガラス基板１上に設けられた導電膜５１，５
２，５３，５４により透過して逃げてしまうレー
ザのエネルギーを吸収してａ−Si層３の多結晶化
を助ける。万一レーザのエネルギーが大きすぎて
第３図ａに示すようにａ−Si層３および透明電極
２１，２２，２３，２４で切断されて、空隙７
１，７２，７３，７４が生じても、この空隙は次
の金属電極層形成の際に埋められ、第３図ｂに示
すように金属電極４１，４２，４３，４４……と
隣接素子の透明電極２２，２３，２４……との接
続は空隙７２，７３，７４……内を充填するAl
などの金属により接続される。従つて照射レーザ
パワーのａ−Si層３の多結晶化には十分な大きさ
にしておけば、ａ−Si層３の表面状態、膜厚のば
らつきがあつても素子間の直列接続が不能になる
ことはない。 10cm角のガラス基板１上にこのようにして製造
された10直列の光電変換素子からなる太陽電池装
置により、Voc＝8.4，Isc＝130mA，FF＝0.65，
出力＝710mWの特性を得た。 導電膜５１，５２，５３，５４……は導電ペー
ストの印刷以外に、金属のマスク蒸着あるいは金
属膜一面被着後のパターニングによつて形成され
てもよい。しかしその上にａ−Si層が形成される
のでその成膜温度に耐えるために500℃前後まで
耐熱性のあることならびにレーザ照射により飛散
しにくいものであることが望ましい。
本発明は、隣接光電変換素子間の接続を透明電
極層と金属電極層間に存在する非晶質半導体層を
レーザ光照射により多結晶化する際にレーザ光の
透過の防止とレーザ光エネルギーの過大による非
晶質半導体層および透明電極層の切断の場合にも
素子間の接続の維持を可能にする導電層を、レー
ザ照射領域の位置の透明電極層と透光性絶縁基板
の間に介在させるものである。これにより非晶質
半導体層などの膜厚の不均一性や表面状態の相違
に関係なく、均一なレーザ光の照射により多結晶
化領域の形成ができるため、自動化が容易にな
る。
極層と金属電極層間に存在する非晶質半導体層を
レーザ光照射により多結晶化する際にレーザ光の
透過の防止とレーザ光エネルギーの過大による非
晶質半導体層および透明電極層の切断の場合にも
素子間の接続の維持を可能にする導電層を、レー
ザ照射領域の位置の透明電極層と透光性絶縁基板
の間に介在させるものである。これにより非晶質
半導体層などの膜厚の不均一性や表面状態の相違
に関係なく、均一なレーザ光の照射により多結晶
化領域の形成ができるため、自動化が容易にな
る。
第１図は本発明の一実施例の製造工程を示す断
面図、第２図は従来の薄膜太陽電池装置の断面
図、第３図は第１図の工程において異常発生の場
合の状態を示す断面図である。 １……ガラス基板、２１，２２，２３，２４…
…透明電極、３……ａ−Si層、４１，４２，４
３，４４……金属電極、５１，５２，５３，５４
……導電膜、６１，６２，６３，６４……多結晶
化領域。
面図、第２図は従来の薄膜太陽電池装置の断面
図、第３図は第１図の工程において異常発生の場
合の状態を示す断面図である。 １……ガラス基板、２１，２２，２３，２４…
…透明電極、３……ａ−Si層、４１，４２，４
３，４４……金属電極、５１，５２，５３，５４
……導電膜、６１，６２，６３，６４……多結晶
化領域。
Claims (1)
- １ それぞれが透光性絶縁基板上に順次積層され
た透明電極層、非晶質半導体層、金属電極層から
なる複数の光電変換素子の一素子の透明電極層と
隣接素子の金属電極層の接続のための多結晶化領
域が非晶質半導体層に設けられ、その上に隣接素
子の金属電極層の延長部が被着されるものにおい
て、多結晶化領域の下の透明電極層と基板の間に
導電層が介在することを特徴とする薄膜太陽電池
装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60205591A JPS6265480A (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | 薄膜太陽電池装置 |
| US06/908,032 US4734379A (en) | 1985-09-18 | 1986-09-16 | Method of manufacture of solar battery |
| DE8686112879T DE3684066D1 (de) | 1985-09-18 | 1986-09-18 | Sonnenbatterie und herstellungsverfahren. |
| EP86112879A EP0215482B1 (en) | 1985-09-18 | 1986-09-18 | Solar battery and method of manufacture |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60205591A JPS6265480A (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | 薄膜太陽電池装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6265480A JPS6265480A (ja) | 1987-03-24 |
| JPH055194B2 true JPH055194B2 (ja) | 1993-01-21 |
Family
ID=16509415
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60205591A Granted JPS6265480A (ja) | 1985-09-18 | 1985-09-18 | 薄膜太陽電池装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4734379A (ja) |
| EP (1) | EP0215482B1 (ja) |
| JP (1) | JPS6265480A (ja) |
| DE (1) | DE3684066D1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US4978601A (en) * | 1989-10-30 | 1990-12-18 | International Lead Zinc Research Organization, Inc. | Lead alloy battery grids by laser treatment |
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| US4407695A (en) * | 1981-12-31 | 1983-10-04 | Exxon Research And Engineering Co. | Natural lithographic fabrication of microstructures over large areas |
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| JPS59220978A (ja) * | 1983-05-31 | 1984-12-12 | Sanyo Electric Co Ltd | 光起電力装置の製造方法 |
-
1985
- 1985-09-18 JP JP60205591A patent/JPS6265480A/ja active Granted
-
1986
- 1986-09-16 US US06/908,032 patent/US4734379A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-09-18 EP EP86112879A patent/EP0215482B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-09-18 DE DE8686112879T patent/DE3684066D1/de not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6265480A (ja) | 1987-03-24 |
| DE3684066D1 (de) | 1992-04-09 |
| EP0215482A2 (en) | 1987-03-25 |
| EP0215482A3 (en) | 1989-05-31 |
| EP0215482B1 (en) | 1992-03-04 |
| US4734379A (en) | 1988-03-29 |
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