JPH0554273B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、非単結晶半導体を用いた集積化され
た光電変換装置の構造に関するものであり、２つ
の光電変換素子（光電変換装置の最小ユニツト）
を連結する連結部の構造に関するものである。

〔従来の技術〕

従来、集積化された光電変換装置の構造として
は、第１の導電膜とPIN型と構成された半導体
（一般に非単結晶珪素半導体であるアモルフアス
シリコンで構成されている）と第２の導電膜とで
構成された光電変換素子を、複数直列に絶縁基板
上に配列した構成が知られている。

そしてこのような構造を有する光電変換装置に
おいては、隣合う光電変換素子の一方の第１の導
電膜と他の一方の第２の導電膜とを電気的に連結
しなくてはならなかつた。

この隣合う光電変換素子同士の接続の方法とし
ては、半導体に設けられた開溝を利用して、一方
の光電変換素子の第１の導電膜の上面に他の一方
の光電変換素子の第２の導電膜から延在した導電
性材料がコンタクトすることによつて構成されて
いた。

〔従来技術の問題点〕

上記のような構造を有する集積化された光電変
換装置においては、隣合う光電変換素子の接続部
分における接触抵抗が光電変換装置としての効率
低下の要因となつていた。

一般に集積化された光電変換装置を作製する際
における導電膜や半導体の加工には、レーザ光を
用いたレーザスクライブ法が用いられている。

このレーザスライブ法を用いて上記光電変換装
置の半導体に開溝を形成し、半導体下の第１の導
電膜を露呈させようとすると、第１の導電膜に
ITO等の酸化性の透光性導電膜を用いている場
合、第１の導電膜表面がレーザ光のエネルギーに
よつて変成し、酸化性の絶縁膜が形成されてしま
う。

そして、この部分を用いて隣合う光電変換素子
の第１の導電膜と第２の導電膜とを連結しようと
とすると、この絶縁膜により接触抵抗が増大すと
いう問題が生じてしまつていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、上記隣合う光電変換素子同士を電気
的に直列連結した場合における、該連結部での接
触抵抗の増加を抑え、良好な電気的コンタクトを
得ることができる構造を有した光電変換装置を得
ることを課題とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、絶縁表面を有する基板上に設けられ
た第１の導電膜と、該導電膜上に設けられた非単
結晶半導体と、該半導体上に設けられた第２の導
電膜とを有する光電変換素子を複数直列に連結し
た光電変換装置であつて、前記第１の導電膜は酸
化物導電膜からなり、前記第１の導電膜に形成さ
れた開溝の近傍において前記基板表面は一部除去
されており、前記基板表面が一部除去された部分
において、前記第１の導電膜底面は露呈してお
り、少なくとも前記第１の導電膜底面の露呈した
部分を用いて、隣合う光電変換素子の一方の第１
の導電膜と他方の第２の導電膜とが連結されてい
ることを特徴とする光電変換装置である。

本発明の装置における素子の配置、大きさ、形
状は設計仕様によつて決められる。しかし本発明
の内容を簡単にするため、以下の詳細な説明にお
いては、第１の素子の下側（基板側）の第１の導
電膜と、その右隣りに配置した第２の素子の第２
の導電膜（半導体上即ち基板から離れた側）とを
電気的に直列接続させた場合を基として記す。

かかる構成において、第１の素子および第２の
素子を連結するための開溝は、非単結晶半導体と
その下の第１の素子の第１の電極である酸化物導
電膜よりなる透光性導電膜に形成され、さらにそ
の下側の絶縁性基板上部の一部が上記開溝近傍に
おいて除去されてグルーブ（groove小穴または
横穴）が形成されている。

本発明はこのグルーブの上側（第１の電極であ
る透光性導電膜の開溝近傍における底面）におい
て、第２の素子の第２の電極を構成する酸化物導
電膜をコンタクトさせ、連結部を構成させたもの
である。

この発明はレーザ光照射による損傷により絶縁
性となつてしまう酸化物導電膜よりなる透光性導
電膜の上面をコンタクトに用いるのではなく、導
電性の低下のない該導電膜の底面を隣の素子の第
２の導電膜とのコンタクトに用いるものである。

第１の導電膜底面を露呈させるために異方性エ
ツチングであるサイドエツチを用いた。

以下に図面に従つて本発明の詳細を示す。

〔実施例〕

第１図は本発明の製造工程を示す縦断面図であ
る。

図面において絶縁表面を有する透光性基板１例
えばガラス板（例えば厚さ0.6〜2.2mm例えば1.2
mm、長さ〔図面では左右方向〕60cm、巾20cm）が
示されている。

本実施例においては、透光性基板１として化学
強化ガラス厚さ1.1mm、長さ60cm、巾20cmを用い
た。

この上面に窒化珪素膜を0.1μｍの厚さに塗付し
ブロツキング層とした。

さらにこの上面に全面にわたつて第１の導電膜
である透光性導電膜２として例えばITO（酸化イ
ンジユーム酸化スズ混合物、即ち酸化スズを酸化
インジユーム中に10重量％添加した膜）（約1500
Å）＋SnO₂（200〜400Å）または弗素等のハロゲ
ン元素が添加された酸化スズを主成分とする透光
性導電膜（1500〜2000Å）を真空蒸着法、
LPCVD法、プラズマCVD法またはスプレー法に
より形成させた。

本実施例においては、透光性導電膜２として
ITOを1600Å＋SnO₂を300Åの厚さに電子ビーム
蒸着法により作製した。

この後、YAGレーザ加工機（日本レーザ製
波長1.06μｍまたは0.58μｍ 出力１〜3W（焦点距
離40mm）スポツト径20〜70μｍφ代表的には50μ
ｍφ）を用いたレーザスクライブにより第１の開
溝１３を第１の導電膜である透光性導電膜２に形
成した。

このレーザースクライブは、YAGレーザのス
ポツト径を50μｍ、出力を1Wとして、マイクロ
コンピユータにより制御して３ｍ／分の走査速度
にて行つた。

さらにパネルの端部において、第１の電極用半
導体をガラス端より５mm内側で長方形に走査し、
パネルの枠との電気的短絡を防止した。

本実施例においては、第１図で示される素子領
域３１，１１の巾を15mm巾とした。

こうして各素子領域３１，１１にそれぞれの第
１の電極となる第１の導電膜を形成した。

この第１のレーザスクライブにより形成された
第１の開溝１３は、巾約50μｍ、長さ20cm、深さ
は第１の導電膜２の電極をそれぞれ完全に切断し
て電気的に分離する構成とした。

この後、この電極２、開溝１３の上面にプラズ
マCVD法またはLPCVD法により光照射により光
起電力を発生させる非単結晶半導体層３を0.2〜
0.8μｍ、本実施例においては、PCVD法により
PIN接合を１つ有する非単結晶半導体を約0.5μｍ
の厚さに形成した。

この非単結晶半導体層を構成する半導体として
は、PIN型に構成された半導体の他にＰ型半導体
（Si_xC_1-x）−Ｉ型、Ｎ型、Ｐ型Si半導体−Ｉ型Si_x
Ge_1-x半導体−Ｎ型Si半導体よりなる２つのPIN
接合と１つのPN接合を有するタンデム型の
PINPIN…PIN接合の半導体等を用いることがで
きる。

さらに第１図Ｂに示されるごとく、第１の開溝
１３の左方向側（第１の素子側）において、第２
の開溝１８を第２のレーザスクライブ工程により
形成させた。

この図面では第１および第２の開溝１３，１８
の中心間を100μｍずらして開溝を形成した。

また、第２の開溝１８により、第１の電極の側
面８，９は露出することになる。

さらにこの基板を希弗酸（48％HFを10倍の水
で希釈した1/10HFをここでは用いた）にて10秒
〜１分、本実施例では30秒エツチングした。これ
は弗化炭素を用いたマイクロ波によるプラズマ気
相エツチによるものでもよい。

このエツチングは、レーザスクライブ工程にお
いて、半導体３、透光性導電膜２の表面に生成し
た大気中の酸素との低級多孔性酸化珪素を除去す
るためのものである。

さらにサイドエツチングによつて、基板のガラ
スをも一部において除去し、深さ方向に0.1〜5μ
ｍ、横方向に0.1〜10μｍのエツチングを施した。
本実施例においては、このエツチングを深さ方向
に0.3μｍ、横方向に3μｍ行つた。

かくして凹部７および透光性導電膜３７の底面
６を露呈せしめた。

この第２の開溝の側面８および底面６は第２の
素子１１の第１の電極の側面１６より30μｍ以上
であれば、第１の素子３１と第２の素子１１との
第１の電極同士がシヨートすることはない。従つ
て、実用的には、この距離を30〜200μｍ第１の
素子側にシフトさせればよい。

そしてこの代表的な例として、第２図Ｂに示さ
れるごとく、第１の素子３１の第１の電極３７の
内部に開溝の側面９が入つてしまつてもよい。

ここで、第２図Ｂで示されるように開溝１８の
底部において、第１の導電膜である第１の電極の
底面６を露呈させることは重要である。

この第１の電極の底面６はレーザ光の照射によ
つて作製されるのではないから、レーザ照射に従
う酸化性絶縁膜の形成がない。よつて、この部分
を用いると低抵抗で電気的接続を行うことができ
るという特徴を有する。

即ち本発明はレーザ光で絶縁物化されていない
底面を用いた底面コンタクト（Bottom contact）
を電気連結を主として用いたものであることが特
徴である。

もちろんこの底面コンタクトに加えて、そのコ
ネクタ３０（第１図Ｃの３０に対応）の一部が側
面にコンタクトを作り、即ち、サイドコンタクト
を構成させ、電気伝導度を助長させることは有効
である。またこの連結の際、透光性導電膜の一部
の上面にも連結しうることはいうまでもない。

第１図において、さらにこの上面に第２図Ｃに
示されるごとく、裏面の第２の電極４および連結
部（コネクタ）３０を形成し、さらに第３のレー
ザスクライブによつて、第３の開溝２０を形成し
た。

この第２の電極４として、導電性酸化膜４５，
４５′を700〜1400Åの厚さに形成させた。

この導電性酸化膜として、ここではITO（酸化
インジユーム酸化スズを主成分とする混合物）を
用いた。勿論ここで酸化インジユームを主成分と
して形成させることも可能である。

このITOは被膜形成の際きわめてまわりこみが
起きやすい。このためグルーブ７にも十分入り込
み、透光性導電膜３７の底面６と電気的によく連
結させることが可能となつた。

この導電性酸化膜は半導体に密接して４５，４
５′を有し、またコネクタ３０を構成する材料が
最初から酸化物としての化合物を構成しているた
め、半導体中にマイグレイトすることがなく、高
信頼性を有せしめることができた。

さらにその上面に金属膜４６としてクロムを形
成した。このクロム膜４６は、第３のレーザスク
ライブによる第３の開溝を形成する際、導電性酸
化膜とこの金属とが容易に除去されるよう作用す
る。ここではクロムを300〜3000Åの厚さに形成
した。

また、クロム膜４６の上面にニツケルまたは銅
を外部接続用電極として、形成させることは有効
である。

このような構成として、導電性酸化膜としての
ITOを1050Å、クロムを1600Å、さらにニツケル
を500Åの三重構造とする構成を挙げることがで
きる。

上記のような構成は、裏面側での長波長光の反
射を促し、600〜800nｍの長波長光を有効に光電
変換させるために有効である。

なお、ニツケルは電極部５での外部引出し電極
との密着性を向上させるためのものである。

これらは電子ビーム蒸着法またはCVD法を用
いて半導体層を劣化させないため、300℃以下の
温度で形成させた。

第２の導電膜（第２の電極）４（コネクタ３０
も構成する）として、導電性酸化膜であるITOを
用いることは重要である。以下にその効果を列挙
する。

〔1〕 導電性酸化膜４は、強いまわりこみにより
連結部１２における第１の素子の第１の電極３
７の底面とコンタクトを構成する。この際、互
いに酸化物であるため、このコンタクト部にて
長期使用における界面での絶縁性が増加するこ
とがない。ここで、もしアルミニユーム等の金
属と透光性導電膜３７とをコンタクトさせる
と、金属が透光性導電膜中の酸素と長期間のう
ちに反応して絶縁性をこの界面で生じさせてし
まうが、この導電性酸化膜による酸化物−酸化
物コンタクトはかかる絶縁性がコンタクト界面
に生ずることがなく、信頼性の向上が大きい。

〔2〕 透光性導電膜４の存在によつて、第２の電
極の金属４６，４６′が珪素３と合金層になる
ことを防いでいる。また、この金属が半導体３
中に異常拡散し、上下の電極間をシヨートさせ
てしまうことを防いでいる。即ち150〜200℃で
の高温放置テストにおける裏面電極−半導体界
面での信頼性向上に役立つている。

〔3〕 入射光１０のうち半導体３内で吸収されな
かつた長波長光の反射用金属４６での反射を促
し変換効率向上を計ることができる。特にITO
の厚さが900〜1400Å好ましくは平均厚さ1050
Åである場合、600〜800nｍの長波長光の反射
を大きくさせ、変換効率の向上に有効である。

〔4〕 本発明の第３の開溝２０の形成の際のレー
ザ光の1800℃以上の高温によつて、領域２０に
てクロム金属４６が半導体３内に侵入すること
を防ぐことができる。このことによつて、電極
３９，３８間でのリーグ電流が10^-7A／cm以上
で発生してしまうことを防ぐことができる。

〔5〕 コネクタをもこの導電性酸化膜が構成して
いるので、半導体特にPIN半導体のうちの敏感
な活性Ｉ層に金属がマイグレイトしてしまうこ
とを防ぐことができる。

〔6〕 半導体上のＰまたはＮ型半導体と相性のよ
い特にＮ型半導体と相性のよいＮ型半導体に密
接してITOまたは酸化インジユームを主成分と
する導電性酸化膜を設けることによつて、半導
体と電極間の接触抵抗を下げることができ、曲
線因子、変換効率の向上をはかることができ
る。

以上の効果を有する第２の電極を形成したら、
第２の電極を構成する導電性酸化膜４５とコネク
タ３０とが電気的にシヨートしないよう、第３の
開溝２０を第１の素子領域３１内部に設けた。即
ち、第１の素子の開放電圧が発生する電極３９，
３８間の電気的分離を第３の開溝２０によつて行
つた。

この第３の開溝２０の形成は、レーザ光（20〜
100μｍφ代表的には50μｍφ）を用いたレーザス
クライブによつて行つた。

この第３の開溝２０は、第２の開溝１８より約
50μｍ離間せしめて形成させた。即ち第３の開溝
２０の中心は第２の開溝１８の中心に比べて約
50μｍ離間せしめて形成させた。この第３の開溝
２０は、第２の開溝より30〜200μｍ代表的には
100μｍ第１の素子側に位置した部分に設けるこ
とが重要である。

このレーザスクライブにより、半導体特に上面
に密着する100〜500Åの厚さのＮまたはＰ型の薄
い半導体層を少しえぐり出し隣合つた第１の素子
３１、第２の素子１１間の開溝部での残存導体ま
たは導電性半導体によるクロストーク（リーク電
流）の発生を防止した。

さらにこの開溝２０下の半導体層を室温〜200
℃の酸化雰囲気またはプラズマ酸化雰囲気中で酸
化して酸化珪素３４を100〜1000Åの厚さに形成
して、２つの電極３９，３８間のクロストークを
より防いだ。

かくして第１図Ｃに示されるごとく、複数の素
子３１，１１を連結部１２で直接接続する光電変
換装置を作ることができた。

第１図Ｄはさらに本実施例を光電変換装置とし
て完成させんとしたものである。

第１図Ｄにおいて、パツシベイシヨン膜として
プラズマ気相法により窒化珪素膜２１を500〜
2000Åの厚さに均一に形成させ、湿気等の吸着に
よる各素子間のリーク電流の発生をさらに防ぐ構
成とした。

さらに外部引出し端子を周辺部５にて設けた。

これらにポリイミド、ポリアミド、カプトンま
たはエポキシ等の有機樹脂２２を充填した。

かくして照射光１０により発生した光起電力は
底面コンタクトより矢印３２のごとく第１の素子
の第１の電極より第２の素子の第２の電極に流
れ、直列接続をさせることができた。

その結果、この基板（60cm×20cm）において各
素子を巾14.35mm連結部の巾150μｍ、外部引出し
電極部の巾10mm、周辺部４mmとして形成した場
合、実質的に580mm×192mm内に40段を有し、有効
面積（192mm×14.35mm40段1102cm²即ち91.8％）を
得ることができた。

そして、セグメント（各光電変換素子）が10.8
％（1.05cm）の変換効率を有する場合、パネルに
て7.7％（理論的には9.8％になるが、40段連結の
抵抗により実効変換効率が低下した）（AM1〔100
ｍＷ／cm²〕）にて、8.1Wの出力電力を有せしめる
ことができた。

さらにこのパネルを150℃の高温放置テストを
行つた場合、1000時間を経て10％以下例えばパネ
ル数20枚にて最悪４％、Ｘ＝1.5％の低下しかみ
られなかつた。

これは従来のマスク方式を用いて信頼性テスト
を同一条件にて行う時、10時間で動作不能パネル
数が17枚も発生してしまうことを考えると、驚異
的な値であつた。

第２図は３回のレーザスクライブ工程での開溝
を作る最も代表的なそれぞれの開溝の位置関係を
示した縦断面図および平面図（端部）である。

番号およびその工程は第２図と同様である。

第２図Ａは、第１の開溝１３、第１の素子３
１、第２の素子１１、連結部１２を有している。

第２の開溝１８は、第１の素子を構成すべき半
導体３の第１の電極２側に設けられ、これらいず
れをも除去させている。またサイドエツチによる
グルーブ７が作製され、第１の電極の底面６に第
２の電極の導電性酸化膜が連結されている。

そのため、この第１の素子３１の第１の電極３
７と第２の素子１１の第２の電極３８とが、連結
部１２にてこの第２の電極３８より開溝１８の側
面にそつて延びた導電性酸化膜によるコネクタ３
０により、第１の電極２の底面６および側面８で
電気的に連結され、２つの素子が直列接続されて
いる。

第３の開溝２０が、約30μｍの距離をもつて、
第１の素子３１側にシフトしている。

このため、第３の開溝２０の右端部は、コネク
タ部３０の一部をうがつて設けられている。

かくして第１および第２の素子３１，１１のそ
れぞれの第２の電極４を電気的に切断分離し、且
つこの電極間のリークをも10^-7A／cm（１cm巾あ
たり10^-7Aのオーダーの意）以下とする構成を形
成している。

第２図Ｂは平坦図を示し、またその端部（図面
で下側）において第１、第２、第３の開溝１３，
１８，２０が設けられている。

この方向でのリークをより少なくするため、半
導体３が第１の電極２を覆う構造にして第１、第
２の電極間のシヨートを少なくさせている。

加えて素子の端部（図面下側）は、第１の電極
２を１３′にて切断分離している。

さらにこれを半導体３、第２の電極４の材料で
覆い、さらにこの第２の電極用導体４を１３′よ
りも外端側にて第３の開溝５０により分離した。

この縦断面図は第３図Ａの端部に類似してい
る。

この場合においてもこれら開溝５０を覆つてパ
ツシベイシヨン膜を形成させている。

この図面において、第１、第２、第３の開溝巾
は70〜20μｍを有し、連結部の巾250〜80μｍ代表
的には120μｍを有せしめることができた。

以上の工程において、YAGレーザのスポツト
径を技術思想において小さくすることにより、こ
の連結部に必要な面積をより小さく、ひいては光
電変換装置としての有効面積（実効効率）をより
向上させることができる。

第３図は光電変換装置の外部引出し電極部を示
したものである。

第３図Ａは第１図に対応している。第３図に示
されている外部引出し電極部５において、導電性
電極４７に接触するパツド４９を有し、このパツ
ド４９は第２の電極（上側電極）４と連結してい
る。この時電極４７の加圧が強すぎてパツド４９
がその下の半導体３を突き抜け第１の電極２と接
触しても４９と２とがシヨートしないように開溝
１３′が設けられている。

また外側部は第１の電極、半導体、第２の電極
を同時にレーザスクライブをした開溝５０で切断
分離されている。

さらに第３図Ｂは下側の第１の電極２に連結し
た他のパツド４８が第２の電極材料により１８′
にて連結して設けられている様子が示されてい
る。

さらにパツド４８は導電性電極４６と接触して
おり、外部に電気的に連結している。

ここでも開溝１８′，２０″，５０によりパツド
４８は全く隣の光電変換装置と電気的に分離され
ており、１８′にて第１の電極２と底面コンタク
トを６にて構成させている。

つまり光電変換装置は有機樹脂モールド２２で
電極部５，４５を除いて覆われており、耐湿性の
向上を図つた構成としている。

またこのパネル例えば40cm×60cmまたは60cm×
20cm、40cm×120cmを２ケ、４ケまたは１ケをア
ルミサツシまたは炭素繊維枠内に組み合わせるこ
とによりパツケージとし、120cm×40cmのNEDO
規格の大電力用のパネルを設けることもできる。

またこのNEDO規格のパネルはシーフレツク
スにより弗素系保護膜を本発明の光電変換装置の
反射面側（図面では上側）にはりあわせて合わ
せ、風圧、雨等に対し機械強度の増加を図ること
も有効である。

本発明において、基板は透光性絶縁基板のうち
特にガラスを用いている。

しかしこの基板として可曲性有機樹脂またはア
ルミニユーム、ステンレス等上に酸化アルミニユ
ーム、酸化珪素または窒化珪素を0.1〜2μｍの厚
さに形成した複合基板を用いることは有効であ
る。特にこの複合基板を前記した実施例に適用す
ると、酸化珪素または窒化珪素がこの上面の透光
性導電膜を損傷して基板と透光性導電膜との混合
物を作つてしまうことを防ぐ、いわゆるブロツキ
ング層として作用させることは有用である。

以上の実施例においては、光を基板側から入射
させる構成とした。しかしその光入射側を下側に
限定することなく、上側の電極を透光性とし、上
側より光照射を行うことも可能であり、また基板
もガラス基板ではなく可曲性基板を用いることは
可能である。

〔発明の効果〕

本発明の構成をとることにより、簡単な作製工
程で高性能な光電変換装置を得ることができ、し
かも装置の製造コストの低下を計ることが可能と
なつた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本実施例の光電変換装置の製造工程を
示す縦断面図である。第２図は本実施例の光電変
換装置の縦断面図である。第３図は本実施例の他
の光電変換装置の部分拡大をした縦断面図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 絶縁表面を有する基板上に設けられた第１の
   導電膜と、該導電膜上に設けられた非単結晶半導
   体と、該半導体上に設けられた第２の導電膜とを
   有する光電変換素子を複数直列に連結した光電変
   換装置であつて、 前記第１の導電膜は酸化物導電膜からなり、 前記第１の導電膜に形成された開溝の近傍にお
   いて前記基板表面は一部除去されており、 前記基板表面が一部除去された部分において、
   前記第１の導電膜底面は露呈しており、 少なくとも前記第１の導電膜底面の露呈した部
   分を用いて、隣合う光電変換素子の一方の第１の
   導電膜と他方の第２の導電膜とが連結されている
   ことを特徴とする光電変換装置。