JPH0572113B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、PINまたはPN接合を少なくとも
１つ有するアモルフアス半導体を含む非単結晶半
導体が絶縁表面を有する基板上に設けられた光電
変換素子（単に素子ともいう）を複数個電気的に
直列接続して、高い電圧を発生せしめる光電変換
装置の連結部の作製方法に関する。

〔従来の技術〕

従来からレーザ光を用いた加工、即ちレーザス
クライブ方式を用いた集積化された光電変換装置
が知られている。

第１図に従来の光電変換装置の構造の代表的な
例を示す。第１図に示すように、隣会う光電変換
素子３１と１１との連結部において、透光性導電
膜３７の露呈部６６は20〜60μｍの巾をコンタク
ト部の面積として必要としていた。なお、光電変
換素子というのは、光電変換装置の最小単位を指
すものであり、集積型の光電変換装置はこの光電
変換素子が複数集積化されることによつて構成さ
れる。

第１図に示す従来の構造において、第１のレー
ザスクライブにより第１の導電膜（３７，３９で
構成される）に設けられた開溝１３と、さらに半
導体層３に形成される第２の開溝１８とが重なる
場合、第１の開溝１３の左端部１４より第２の開
溝１８の右端部が図面でいうと右側になり、その
間の距離６５が負となる構造が知られている。

かかる構造においては、第２の開溝１８をレー
ザスクライブによつて形成する際に、斜線領域６
９の半導体（一般にアモルフアス半導体で構成さ
れる）がレーザ光のエネルギーによつて導電性を
有する多結晶となつてしまう。

その結果、第１の素子３１の第１の電極３７
と、第２の素子１１の第２の電極３８とが、また
第２の素子１１の第２の電極３８と第２の素子の
第１の電極３９とがシヨートしてしまう。さらに
加えて第２の開溝の作製に必要なレーザスクライ
ブでの走査（スキヤン）の揺らぎが±20μｍ一般
的には±10μｍもあるため、第２の電極とのコン
タクトは６６に示すごとく20〜60μｍも露呈させ
なければならず、この場合、この第１の素子３１
の第１の電極３７の上端面６６を意図的に残すた
めのレーザ光の出力調整がきわめて微妙になると
いう問題があつた。

結果として第１図に示す構造を実現する作製法
は、工業的にまつたく実用性のない製造方法でし
かなかつた。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記の従来における光電変換装置の作
製に際する問題を除去し、セルフアライン構造で
作製できる工業的に実用性の高い光電変換装置作
製法、特に光電変換素子の連結部の作製法を得る
ことを目的とする。

〔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の電極と、該電極上に設けられたアモルフ
アス半導体と、該半導体上に設けられた第２の電
極とを有する光電変換素子を複数直列に連結した
光電変換装置の作製方法であつて、絶縁表面を有
する基板上に第１の導電膜を形成する工程と、前
記第１の導電膜を複数の第１の電極に分離形成す
る工程と、PNまたはPIN接合を少なくとも有す
るアモルフアス半導体を形成する工程と、前記第
１の開溝に充填されたアモルフアス半導体をレー
ザアニールしないよう前記第１の開溝との間に前
記第１の導電膜を凸状に残存せしめて第２の開溝
をレーザ光の照射によつて形成するとともに前記
第２の開溝部において前記第１の電極の側面およ
び上端部を露呈せしめる工程と、第２の導電膜を
形成し、前記第２の開溝において、前記第２の導
電膜と前記第１の電極の側面および上端部とを接
続する工程と、前記第２の導電膜を前記複数の第
１の電極に対応させて複数の第２の電極に分離形
成する工程とを有することを、その要旨とするも
のである。

この発明は、第１および第２の光電変換素子の
電気的連結を行う第２の開溝を形成する際に、少
なくともPNまたはPIN接合を有する非単結晶半
導体とその下に予め設けられている第１の電極と
を同時にレーザスクライブにより除去して形成す
ることを特徴とする。

上記レーザスクライブによつて、露呈された第
１の素子の第１の電極の側面、および第１の電極
の上端部（上端面または平端部ともいう）のコン
タクトに第２の素子の第２の電極を連結して直列
接続を行うものである。

第１の電極の上端部が露呈するのは、レーザス
クライブの際の非単結晶半導体と透光性導電膜と
のスクライブされる程度（耐熱性、飛散性）の差
に起因するものである。

これは、第１の電極を構成する透光性導電膜と
該透光性導電膜上の非単結晶半導体に対し、同時
にレーザスクライブを行い開溝を形成すると、開
溝が２段階に形成されること、即ち非単結晶半導
体に形成される開溝の巾よりその下の透光性導電
膜に形成される開溝の巾の方が小さく、結果とし
て、透光性導電膜の厚さ以上の巾を有する平坦部
が透光性導電膜上端部に形成される、という実験
事実を利用したものである。

上記のレーザスクライブ方法を用いることによ
つて、透光性導電膜の上端部をセルフアライン
（自己整合的）に開溝部において露呈せしめるこ
とができ、冗長（余裕）度をもたせたことができ
るものである。

そして、隣合つた光電変換素子間の第１の電極
（下側）と他の素子の第２の電極（上側電極）と
が、第２の電極より延在したリード（連結部）に
より第１の電極とその側面および上端面よりなる
コンタクトにおいて電気的に連結することによ
り、スクライブラインの開溝の位置に冗長度を持
たせることができるものである。

また、この第２の開溝を第１の電極を構成する
第１の開溝よりも第１の素子の第１の電極の内部
に入り込ませて設けることによつて、第１および
第２の開溝の間に第１の電極材料の一部を凸部を
有して残存せしめたものである。この凸部は、第
１の開溝に充填された絶縁性を有する半導体がレ
ーザスクライブによつて、多結晶化してしまうの
を防止する機能を有している。

この凸部により、第１の素子、第２の素子のそ
れぞれの第１の電極間の電気的アイソレイシヨン
および第２の素子の第１および第２の電極間での
電気的シヨート（導電性を有するレーザ・アニー
ルで作られた多結晶に起因する）を防止すること
ができる。

さらに、第１の素子の第１の電極を構成する透
光性導電膜の側面および上端部とよりなるコンタ
クトに密接せしめて第２の素子の第２の電極を延
在させることにより、連結部でのコンタクトに必
要な表面積（接触面積）を増加させ、同時に１
Ω／cm（１cmの巾あたり１Ω）以下のコンタクト
抵抗とすることができる。

さらに第２の開溝を、第１の素子の第１の電極
位置上に設けることにより、レーザスクライブの
走査の際の揺らぎ（±20μｍを有する）に起因す
る第１の光電変換素子の第１の電極と第２の光電
変換素子の第１の電極とのシヨートを防ぐ構造が
実現できるものである。

以下に図面に従つて本発明の実施例の詳細を示
す。

〔実施例〕

第２図は本発明の実施例である光電変換装置の
製造工程を示す縦断面図である。

第２図Ａにおいて、絶縁表面を有する基板例え
ば透光性基板１（本実施例では、ガラス板（例え
ば厚さ1.2mm、長さ（図面では左右方向）60cm、
巾20cm）を用いた）の上面全面にわたつて透光性
導電膜２としてITO（約1500Å）＋SnO₂（200〜400
Å）、または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、LP CVD法、プラズマCVD法また
はスプレー法により形成させた。

この後この基板１の下側または上側より、
YAGレーザ加工機（日本レーザ製）によりレー
ザ光を出力0.5〜2W出力で加えて第１の開溝１３
を形成した。

この第１の開溝の形成の際には、レーザー光の
スポツト径を30〜70μｍφ代表的には50μｍφと
し、マイクロ・コンピユータにより制御して照射
した。

この第１の開溝１３によつて、各素子領域
（(5)、（31）、(11)）に第１の電極２を作製した。

レーザスクライブにより形成された開溝１３は
巾約50μｍ、長さ20cmとし、第１の電極それぞれ
を完全に切断分離して形成した。

さらにこの上面をハロゲン元素を含む気体また
は液体に浸し、低級酸化物を除去した。このハロ
ゲン元素を含む気体としては、CF、Br、CFHF、
SiFを用い、電磁エネルギーを用いたプラズマ・
エツチを行つた。

液体を用いる場合には、1/10HF（水で40％HF
を10倍に希釈）溶液に30秒〜１分浸すことによつ
て低級酸化物のエツチングを行なつた。

かくして第１の素子３１および第２の素子１１
を構成する巾は10〜20mmとした。その間の開溝は
20〜70μｍ例えば50μｍとしてそれぞれを完全に
アイソレイシヨンさせた。

以上のレーザスクライブ方式により、第１の電
極を構成する透光性導電膜２を切断分離する開溝
（例えば１３）を形成した。

この後この上面にプラズマCVD法、光CVD法
またはLP CVD法によりPNまたはPIN接合を有
する非単結晶半導体層３を0.2〜1.0μｍ代表的に
は0.4〜0.5μｍの厚さに形成させた。その代表例
はＰ型半導体（Si_xC_1-x ｘ＝0.8 50〜150Å）−
Ｉ型アモルフアスまたはセミアモルフアスのシリ
コン半導体（0.4〜0.5μｍ）−Ｎ型の微結晶（100
〜200Å）を有する半導体よりなる１つのPIN接
合を有する非単結晶半導体、またはＰ型（Si_x
C_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またはSi_xC_1-x）（０＜ｘ
＜１）の半導体よりなる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
合の半導体である。

かかる非単結晶半導体３を第１の開溝および素
子領域の全面にわたつて均一の膜厚で形成させ
た。さらに第２図Ｂに示されるごとく、第１の開
溝１３の左方向側に第２のレーザスクライブによ
り、第２の開溝１８を50μｍの巾に50〜300μｍの
距離を第１の開溝１３から離して、すなわち第１
の開溝１３から50〜300μｍの距離第１の光電変
換素子３１の内部に入り込ませて形成した。

第２の開溝１８は第１の電極の側面８，９およ
び上端面６を露呈させた。また、同時に第２の開
溝１８と第１の開溝１３との間に透光性導電膜の
一部を凸部１６として残存させた。

上記第２の開溝１８を形成するに際して、第１
の電極２の上端面６を露光させることに関して以
下、第３図並びに第４図を用いて説明する。

第３図は、第２図に示す第２の開溝１８部分の
拡大図であり、第４図はレーザ光の照射条件（走
査スピード）と第１の電極である透光性導電膜の
上端面にできる平坦部の巾との関係を示したもの
である。

第３図Ａにおいて、第２の開溝１８は透光性導
電膜２の端面８，９に加えて、平端面（上端部）
６を存在させコンタクトを構成させている。

第３図Ｂは、この平端部６の上面図を第３図Ｃ
に示した走査電子顕微鏡写真（SEM写真）（倍率
4000倍、加速電圧10KV）に対応して示してい
る。第３図Ｂ，Ｃにおいて、７０は基板ガラス１
に生じたクラツク、７１はレーザスクライブによ
り生じた開溝周辺部の残存物、６は導電膜の平坦
部である。

この平端部は非単結晶珪素導電膜に比べて透光
性導電膜がレーザ光に対し４倍も強く、スクライ
ブされにくいという性質によるものであり、セル
フアライン的に形成されたものである。

この特性を利用することが側面のみならず上端
部６をも第２の開溝の形成と同時に作製できる理
由である。

そして、平坦部６をコンタクトとして利用する
ことにより、連結部における実質的な接触抵抗を
側面のみの場合の1.5Ω／cmより0.3〜１Ω／cmに
まで下げることができた。

第４図は、第２の開溝を形成するためのレーザ
スクライブを行つた際に形成される第３図Ａの６
で示される上端部の巾と、レーザスクライブの際
の走査スピードとの関係を示したものである。

なお、レーザスクライブの条件は、周波数30K
Hz、出力1.1W、光径50μｍ、レーザ光の走査スピ
ードは60cm／分〜240cm／分である。

この走査スピードを可変した場合の速度が60
cm／分以上を有すると、被膜の厚さ以上に平坦部
の巾を作ることができた。即ちより走査スピード
を高速とすることにより、この巾も大きくとるこ
とができ、その分接触面積を大きくすることがで
きるので、結果として接触抵抗を少なくすること
ができた。

なお、第３図Ｃに示すのは、第４図における走
査スピードが120cm／分の場合におけるものであ
る。

しかし、平坦部６の巾が5μｍ以上あると、集
積化にとつては巾が広く成りすぎ、実効面積の減
少を生じてしまいかえつて不都合となる。

以上のように、透光性導電膜２と半導体３とが
ともに基板上を覆つている被加工物に対し、その
上面にレーザ光を照射すると、そのレーザ光の出
力、走査スピードに従つて、透光性導電膜２の膜
厚以上の巾を有する平坦部６を作ることができ
た。

またこの平坦部は第３図ＣのSEM写真より明
らかなように、半導体とその下の透光性導電膜と
を同時に１回のレーザスクライブを行うことによ
り同時的に即ちセルフアライン的に作られるた
め、その巾の揺らぎも、±0.5μｍでおさえること
ができた。

また、第３図Ａにおいて、基板１上の透光性導
電膜２に第１の開溝１３が設けられ、さらにその
左端部１４より第２の開溝１８の右端部９は左側
に位置し、その間の距離１５は正となつている
（図面では約50μｍを有している）。この結果、第
１の素子の第１の電極３７（厚さ0.2μｍ）と同一
材料で構成された凸部１６が残存している。

この凸部の存在は重要である。即ち、第２の開
溝１８を形成させるに際し、アモルフアス珪素３
はレーザアニールにより斜線領域（69）が多結晶
化され、導電性となつてしまう。しかしこの凸部
の存在により、第１の開溝１３に充填された基板
近傍のアモルフアス半導体は多結晶化されず、絶
縁性を有せしめることができる。即ち、この凸部
が残存すると、第１の開溝に充填された半導体の
基板との界面近傍に導電性多結晶半導体領域が作
られることがなく、その結果第２の開溝を形成す
ることにより、第２の素子１１の第１および第２
の導電膜３９，３８が互いにシヨートすることが
ない、という効果を得ることができる。

上記の第２の開溝１８を形成した後、全体を1/
１０HFに30秒〜１分浸して表面の低級酸化珪素を
除去せしめてコンタクト抵抗を１Ω／cm以下にさ
せた。

本実施例においては、従来のように第１の電極
の表面１４（第１図参照）を露呈させるのではな
く、第１の電極にもレーザ光によつて開溝を形成
するので、レーザ光が1.5〜5Wと多少強すぎてし
まつても何等の支障がない。即ちレーザ光の出力
パルスの強さに余裕を与えることができるという
工業的応用の際の有用性を有する。

以上のごとくにして隣合う光電変換素子同士の
連結部を構成する第２の開溝を作製した。

さらに第２図において、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を形成し、
さらに第３のレーザスクライブ法によつて、切断
分離用の第３の開溝２０を設けた。

この第２の電極はレーザ光を用いることなくマ
スク端にて作製してもよい。

この第２の電極４は透光性導電膜を500〜1400
Åの厚さにITO（酸化インジユーム・スズ）によ
り形成し、さらにその上面に反射性金属の銀を
300〜3000Åの厚さに形成し、さらにその上面に
アルミニユーム、銅、ニツケルまたはクロムとの
２層膜を形成させたものである。本実施例では
ITOを1050Å、銀を1000Å、さらに銅を1500Åの
３層構造とした。

このITOと銀は裏面側での入射光１０の反射を
促し、600〜800nｍの長波長光を有効に光電変換
させるためのものである。

さらにこのITOは連結部において第１の光電変
換素子３１の第１の電極３７とのコンタクト６，
８に直接密接する。即ち透光性導電膜の酸化物導
電膜３７と他の酸化物導電膜３８とが互いに密接
してコンタクトを側面および上端部において構成
する。このため、このコンタクト部において酸化
物絶縁物が形成されることがなく、信頼性上きわ
めて好ましいものであつた。

これらは電子ビーム蒸着法またはプラズマ
CVD法を用いて半導体層を劣化させない300℃以
下の温度で形成させた。

また、銀の下側にチタンを10〜30Åの厚さに形
成し、銀とITOとの密着性を向上させることは有
効である。

このITOは半導体３と裏面電極４との化学反応
による信頼性低下の防止、即ち信頼性の向上にも
役立つている。

かくのごとき裏面電極（第２の電極）に対し、
レーザ光を上方より照射して第２の電極を切断分
離または酸化絶縁物に変成して第３の開溝２０
（巾50μｍ）を形成した。

このレーザ光は半導体特に上面に密接するＮま
たはＰ型の半導体層を４０のように少しねぐりだ
し、隣合つた第１の素子３１と第２の素子１１と
の間の開溝部での残存金属または導電性半導体に
よるクロストーク（リーク電流）の発生を防止す
る構成とした。

もちろん第２の電極の開溝部を形成するのにス
クリーン印刷法を用いるのでもよい。

かくして第２図Ｃに示されるごとく、複数の素
子３１，１１を連結部１２で直列接続する光電変
換装置を作ることができた。

第２図Ｄはさらに本発明を光電変換装置として
完成させんとしたものであり、即ちパツシベイシ
ヨン膜としてプラズマ気相法により窒化珪素膜２
１を500〜2000Åの厚さに形成させ、各素子間の
リーク電流の発生を防ぐ構成としたものである。

さらに外部引き出し端子を周辺部にて設け、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に対し、この実施例のごと
き基板（60cm×20cm）において各素子を巾14.35
mm、連結部の巾150μｍ、外部引出しし電極部の
巾10mm、周辺部４mmにより、有効面積（192mm×
18.35mm×32段1106cm²即ち92.2％）を得ることが
できた。その結果、セグメント（各光電変換素
子）が10.3％の変換効率を有する場合、パネルに
て9.95％（AM1（100ｍＷ／cm²）の変換効率を実
現でき、光電変換装置として、10.4Wの出力電力
を有せしめることができた。

またさらにこのパネルを例えば40cm×20cm、60
mm×20cmまたは40cm×120cmを６ケ、４ケまた１
ケを直列に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ッケージさせ、120cm×
40cmのNEDO規格の大電力用のパネルを設ける
ことが可能である。

またこのNEDO規格のパネルはシーフレツク
スにより他のガラス板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
ガラスとし、その間に光電変換装置を配置し、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。

第２図〜第４図において光入射は下側のガラス
板よりとした。しかし本発明はその光の入射側を
上側より照射し、上側電極は透光性ITOとし、基
板には可曲性プラスチツク絶縁基板または金属上
に絶縁膜（アルミニユーム上にアルミナ膜が形成
された基板）が設けられた基板を用いることも同
様に可能である。

〔発明の効果〕

以上の実施例において明らかなように、本発明
を用いることにより、高信頼性を有する隣合う光
電変換素子を連結する連結部を作製することがで
き、レーザスクライブ法を用いた高性能、高信頼
性を有する光電変換装置を得ることができた。

特に、連結部を構成する第２の開溝を形成する
際に、第１の開溝との間に第１の導電膜を凸状に
残存させ、第１の開溝部分において、非単結晶畔
導体が第２の開溝の形成の際にレーザ光により多
結晶化しないようにしたことは、光電変換素子
間、あるいは第１、第２の電極間のアイソレーシ
ヨンを確保する上で重要であつた。

またさらに、連結部の高信頼性を保証する開溝
の形成をレーザスクライブにより自己整合的に行
なうことができ、そこでの接触抵抗を１Ω／cm
（１cmあたり１Ω）以下にすることができた。

さらに連結部においては、実質的に電極同士を
連結させる表面積大きくできたので、連結部（コ
ンタクト部）の必要面積（上または下から見た投
影面積）を従来方法に比べて1/10以下に十分少な
くさせることができた。その結果、パネルの有効
面積の向上に役立つことができた。

以上はYAGレーザのスポツト径をその出力0.5
〜3W（30μｍ）（１〜5W（50μｍ）で用いた場合で
あるが、さらにそ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、この連結部をより小さ
く、ひいては光電変換装置としての有効面積をよ
り向上させることができることはいうまでもな
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電変換装置の連結部の概要を
示すものである。第２図は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３図は実施
例の第２の開溝部の拡大図である。第４図は平端
部の巾とレーザ光の走査スピードとの関係を示す
ものである。

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
   電極と、該電極上に設けられたアモルフアス半導
   体と、該半導体上に設けられた第２の電極とを有
   する光電変換素子を複数直列に連結した光電変換
   装置の作製方法であつて、 絶縁表面を有する基板上に第１の導電膜を形成
   する工程と、前記第１の導電膜を複数の第１の電
   極に分離形成する工程と、PNまたはPIN接合を
   少なくとも有するアモルフアス半導体を形成する
   工程と、前記第１の開溝に充填されたアモルフア
   ス半導体をレーザアニールしないよう前記第１の
   開溝との間に前記第１の導電膜を凸状に残存せし
   めて第２の開溝をレーザ光の照射によつて形成す
   るとともに前記第２の開溝部において前記第１の
   電極の側面および上端部を露呈せしめる工程と、
   第２の導電膜を形成し、前記第２の開溝におい
   て、前記第２の導電膜と前記第１の電極の側面お
   よび上端部とを接続する工程と、前記第２の導電
   膜を前記複数の第１の電極に対応させて複数の第
   ２の電極に分離形成する工程とを有することを特
   徴とする光電変換装置作製方法。