JPH1079522A - 薄膜光電変換装置およびその製造方法 - Google Patents
薄膜光電変換装置およびその製造方法Info
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- JPH1079522A JPH1079522A JP8234214A JP23421496A JPH1079522A JP H1079522 A JPH1079522 A JP H1079522A JP 8234214 A JP8234214 A JP 8234214A JP 23421496 A JP23421496 A JP 23421496A JP H1079522 A JPH1079522 A JP H1079522A
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- 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
Abstract
(57)【要約】
【課題】 前面透明電極層，半導体光電変換層，および
背面金属電極層のいずれの層もレーザスクライブ法によ
って精度よくかつ生産性よく分離加工することが可能で
あってかつ優れた光電変換特性を有する積層型薄膜光電
変換装置を提供する。 【解決手段】 薄膜光電変換装置は、透光性基板（１
１）上に少なくともレーザ光吸収層（１２）と金属層
（１３）とをこの順序で積層し、透光性基板（１１）を
介してレーザビーム（ＬＢ）をレーザ光吸収層（１２）
に照射することによってそのレーザ光吸収層（１２）の
みならず金属層（１３）を同時に所定のパターンで分離
加工する工程を経て製造されることを特徴としている。
背面金属電極層のいずれの層もレーザスクライブ法によ
って精度よくかつ生産性よく分離加工することが可能で
あってかつ優れた光電変換特性を有する積層型薄膜光電
変換装置を提供する。 【解決手段】 薄膜光電変換装置は、透光性基板（１
１）上に少なくともレーザ光吸収層（１２）と金属層
（１３）とをこの順序で積層し、透光性基板（１１）を
介してレーザビーム（ＬＢ）をレーザ光吸収層（１２）
に照射することによってそのレーザ光吸収層（１２）の
みならず金属層（１３）を同時に所定のパターンで分離
加工する工程を経て製造されることを特徴としている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は薄膜光電変換装置に
関し、特に、基板上に形成された半導体光電変換層が複
数の光電変換セルに分割されていて、それらの複数のセ
ルが電気的に直列に接続された集積型薄膜光電変換装置
に関するものである。
関し、特に、基板上に形成された半導体光電変換層が複
数の光電変換セルに分割されていて、それらの複数のセ
ルが電気的に直列に接続された集積型薄膜光電変換装置
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図１９から図２４は、従来の集積型薄膜
光電変換装置の製造工程の一例を模式的な断面図で図解
している。
光電変換装置の製造工程の一例を模式的な断面図で図解
している。
【０００３】まず図１９に示されているように、基板１
上に絶縁層２および背面金属電極層３が順次積層され
る。基板１の材料としては、金属，耐熱性樹脂，または
ガラスなどを用いることができる。図１９においては、
基板１の材質が金属である場合が示されており、金属基
板１と背面金属電極層３とを絶縁分離するために絶縁層
２が必要とされる。
上に絶縁層２および背面金属電極層３が順次積層され
る。基板１の材料としては、金属，耐熱性樹脂，または
ガラスなどを用いることができる。図１９においては、
基板１の材質が金属である場合が示されており、金属基
板１と背面金属電極層３とを絶縁分離するために絶縁層
２が必要とされる。
【０００４】図２０において、背面金属電極層３は、レ
ーザビームＬＢによって形成された複数の分割線溝Ｄ１
によって複数の背面金属電極領域に分割される。これら
複数の分割線溝Ｄ１は互いに平行であって、図面の紙面
に直交する方向に延びている。
ーザビームＬＢによって形成された複数の分割線溝Ｄ１
によって複数の背面金属電極領域に分割される。これら
複数の分割線溝Ｄ１は互いに平行であって、図面の紙面
に直交する方向に延びている。
【０００５】図２１において、分割された複数の背面金
属電極領域３および複数の分割線溝Ｄ１を覆うように、
半導体光電変換層４が堆積される。半導体光電変換層４
は、その主面に平行な半導体接合（図示せず）を含んで
いる。
属電極領域３および複数の分割線溝Ｄ１を覆うように、
半導体光電変換層４が堆積される。半導体光電変換層４
は、その主面に平行な半導体接合（図示せず）を含んで
いる。
【０００６】図２２において、半導体光電変換層４は、
レーザビームＬＢによって形成された複数の第２の分割
線溝Ｄ２によって複数の半導体光電変換セル領域に分割
される。これらの第２の分割線溝Ｄ２の各々は、第１分
割線溝Ｄ１に対して近接しかつ平行に延びている。
レーザビームＬＢによって形成された複数の第２の分割
線溝Ｄ２によって複数の半導体光電変換セル領域に分割
される。これらの第２の分割線溝Ｄ２の各々は、第１分
割線溝Ｄ１に対して近接しかつ平行に延びている。
【０００７】図２３において、分割された複数の半導体
光電変換セル領域４および複数の第２の分割線溝Ｄ２を
覆うように、ＴＣＯ（透明導電性酸化物）の前面透明電
極層５が堆積される。
光電変換セル領域４および複数の第２の分割線溝Ｄ２を
覆うように、ＴＣＯ（透明導電性酸化物）の前面透明電
極層５が堆積される。
【０００８】図２４において、前面透明電極層５は、レ
ーザビームＬＢによって形成された第３の複数の分割線
溝Ｄ３によって複数の前面透明電極領域に分割される。
これらの第３の分割線溝Ｄ３の各々は、第２分割線溝Ｄ
２に対して近接しかつ平行に延びている。
ーザビームＬＢによって形成された第３の複数の分割線
溝Ｄ３によって複数の前面透明電極領域に分割される。
これらの第３の分割線溝Ｄ３の各々は、第２分割線溝Ｄ
２に対して近接しかつ平行に延びている。
【０００９】こうして、１つの基板１上に複数の細長い
帯状の薄膜光電変換セルが形成され、１つのセルの前面
透明電極５は、第２の分割線溝Ｄ２に沿って、隣接する
セルの背面金属電極３に接続されている。すなわち、図
２４の例では、４つの帯状のセルが電気的に互いに直列
に接続されている。なお、図２４においては図面の明瞭
化のために１つの基板上に４つの光電変換セルのみが示
されているが、通常はさらに多くの光電変換セルが形成
される。また、図面の明瞭化のために、各薄膜層の厚さ
は適宜拡大されて図示されている。
帯状の薄膜光電変換セルが形成され、１つのセルの前面
透明電極５は、第２の分割線溝Ｄ２に沿って、隣接する
セルの背面金属電極３に接続されている。すなわち、図
２４の例では、４つの帯状のセルが電気的に互いに直列
に接続されている。なお、図２４においては図面の明瞭
化のために１つの基板上に４つの光電変換セルのみが示
されているが、通常はさらに多くの光電変換セルが形成
される。また、図面の明瞭化のために、各薄膜層の厚さ
は適宜拡大されて図示されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】図１９から図２４を参
照して説明された製造工程から理解されるであろうよう
に、集積型薄膜光電変換装置においては、レーザビーム
による加工技術が該光電変換装置の生産性や光電変換性
能に重要な影響を及ぼす。このレーザビーム加工技術に
おいて、レーザ光を吸収しやすい半導体層を複数の領域
に分離加工することは容易であるが、レーザ光を反射す
る金属層やレーザ光を透過するＴＣＯ層を単独で分離加
工することは困難である。
照して説明された製造工程から理解されるであろうよう
に、集積型薄膜光電変換装置においては、レーザビーム
による加工技術が該光電変換装置の生産性や光電変換性
能に重要な影響を及ぼす。このレーザビーム加工技術に
おいて、レーザ光を吸収しやすい半導体層を複数の領域
に分離加工することは容易であるが、レーザ光を反射す
る金属層やレーザ光を透過するＴＣＯ層を単独で分離加
工することは困難である。
【００１１】図１９から図２４に示された工程に関連し
てさらに具体的に説明すれば、図２２に示されているよ
うに、レーザ光を吸収しやすい半導体光電変換層４をレ
ーザビームＬＢによって複数の領域に分割することは容
易である。また、図２４に示されているように、前面透
明電極層５はそれ単独ではレーザ加工することは困難で
あるが、その下層にレーザ光を吸収しやすい半導体層４
が存在する場合には、その半導体層４からの発熱をも利
用して比較的容易に分離加工することができる。
てさらに具体的に説明すれば、図２２に示されているよ
うに、レーザ光を吸収しやすい半導体光電変換層４をレ
ーザビームＬＢによって複数の領域に分割することは容
易である。また、図２４に示されているように、前面透
明電極層５はそれ単独ではレーザ加工することは困難で
あるが、その下層にレーザ光を吸収しやすい半導体層４
が存在する場合には、その半導体層４からの発熱をも利
用して比較的容易に分離加工することができる。
【００１２】しかし、図２０に示されているように背面
金属電極層３をレーザビームＬＢで直接的に分離加工す
る場合、レーザビームＬＢの多くの部分がその金属層３
で反射されるので、レーザビームＬＢが大きなエネルギ
を有する必要があり、その分離加工は容易ではない。ま
た、そのような高エネルギのレーザビームＬＢは、金属
層３の切断後に基板までダメージを与えることもある。
さらに、金属層３の分離が局所的に不完全となって、隣
接する光電変換セル間に電流リークが生じて光電変換性
能の低下をきたすこともある。
金属電極層３をレーザビームＬＢで直接的に分離加工す
る場合、レーザビームＬＢの多くの部分がその金属層３
で反射されるので、レーザビームＬＢが大きなエネルギ
を有する必要があり、その分離加工は容易ではない。ま
た、そのような高エネルギのレーザビームＬＢは、金属
層３の切断後に基板までダメージを与えることもある。
さらに、金属層３の分離が局所的に不完全となって、隣
接する光電変換セル間に電流リークが生じて光電変換性
能の低下をきたすこともある。
【００１３】このような金属層のレーザ加工の困難性に
鑑みて、レーザパターニング以外の化学エッチングやリ
フトオフ法等が用いられる場合も多く、その場合には、
工程の複雑化，分離精度の低下，さらには製造コストの
上昇などを招くことになる。
鑑みて、レーザパターニング以外の化学エッチングやリ
フトオフ法等が用いられる場合も多く、その場合には、
工程の複雑化，分離精度の低下，さらには製造コストの
上昇などを招くことになる。
【００１４】以上のような先行技術における課題に鑑
み、本発明は、構成薄膜層の必要な分離加工のすべてを
レーザパターニングによって生産性よく行なうことがで
きかつ光電変換特性の優れた積層型薄膜光電変換装置を
提供することを目的としている。
み、本発明は、構成薄膜層の必要な分離加工のすべてを
レーザパターニングによって生産性よく行なうことがで
きかつ光電変換特性の優れた積層型薄膜光電変換装置を
提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】本発明の１つの態様によ
る薄膜光電変換装置の製造方法は、透光性基板上に少な
くともレーザ光吸収層と金属層とをこの順序で堆積する
ステップと、透光性基板を介してレーザビームをレーザ
光吸収層に照射することによってそのレーザ光吸収層の
みならず金属層を同時に所定のパターンで切断するステ
ップを含むことを特徴としている。
る薄膜光電変換装置の製造方法は、透光性基板上に少な
くともレーザ光吸収層と金属層とをこの順序で堆積する
ステップと、透光性基板を介してレーザビームをレーザ
光吸収層に照射することによってそのレーザ光吸収層の
みならず金属層を同時に所定のパターンで切断するステ
ップを含むことを特徴としている。
【００１６】本発明のもう１つの態様による薄膜光電変
換装置は、透光性基板上に順次積層されたレーザ光吸収
層，背面金属電極層，半導体接合を含む半導体光電変換
層，および前面透明電極層を少なくとも含み、これらの
層の各々はレーザビーム照射によって所定の複数の光電
変換セル領域に分割されており、かつそれらの複数の光
電変換セルが電気的に直列に接続されていることを特徴
としている。
換装置は、透光性基板上に順次積層されたレーザ光吸収
層，背面金属電極層，半導体接合を含む半導体光電変換
層，および前面透明電極層を少なくとも含み、これらの
層の各々はレーザビーム照射によって所定の複数の光電
変換セル領域に分割されており、かつそれらの複数の光
電変換セルが電気的に直列に接続されていることを特徴
としている。
【００１７】
【発明の実施の形態】図１から図６において、本発明の
実施の形態の一例による薄膜光電変換装置の製造工程が
模式的な断面図で図解されている。
実施の形態の一例による薄膜光電変換装置の製造工程が
模式的な断面図で図解されている。
【００１８】まず、図１において、ガラス等の透光性基
板１１上にレーザ光吸収層１２と背面金属電極層１３が
順次積層される。このレーザ光吸収層１２はたとえばア
モルファスシリコン等の半導体で形成することができ、
背面金属電極層はたとえばＡｇを用いて形成することが
できる。
板１１上にレーザ光吸収層１２と背面金属電極層１３が
順次積層される。このレーザ光吸収層１２はたとえばア
モルファスシリコン等の半導体で形成することができ、
背面金属電極層はたとえばＡｇを用いて形成することが
できる。
【００１９】図２において、レーザ光吸収層１２と背面
金属電極層３は、レーザビームＬＢによって形成された
複数の分割線溝Ｄ１によって複数の領域に分割される。
このとき、レーザビームＬＢは透明基板１１を介してレ
ーザ光吸収層１２側から照射されるので、レーザビーム
ＬＢは金属層１３によって反射されることなくレーザ光
吸収層１２に吸収されて発熱を生じる。そして、レーザ
光吸収層１２から生じた熱をも利用して、金属層１３が
比較的容易に切断され得る。このように形成された複数
の分割線溝Ｄ１は互いに平行であって、図面の紙面に直
交する方向に延びている。
金属電極層３は、レーザビームＬＢによって形成された
複数の分割線溝Ｄ１によって複数の領域に分割される。
このとき、レーザビームＬＢは透明基板１１を介してレ
ーザ光吸収層１２側から照射されるので、レーザビーム
ＬＢは金属層１３によって反射されることなくレーザ光
吸収層１２に吸収されて発熱を生じる。そして、レーザ
光吸収層１２から生じた熱をも利用して、金属層１３が
比較的容易に切断され得る。このように形成された複数
の分割線溝Ｄ１は互いに平行であって、図面の紙面に直
交する方向に延びている。
【００２０】図３において、分割された複数の背面金属
電極領域１３および複数の分割線溝Ｄ１を覆うように、
半導体光電変換層１４が堆積される。この半導体光電変
換層１４は、その主面に平行な半導体接合（図示せず）
を含んでいる。
電極領域１３および複数の分割線溝Ｄ１を覆うように、
半導体光電変換層１４が堆積される。この半導体光電変
換層１４は、その主面に平行な半導体接合（図示せず）
を含んでいる。
【００２１】図４において、半導体光電変換層１４は、
レーザビームＬＢによって直接パターニングされ、第２
の複数の分割線溝Ｄ２によって複数の半導体光電変換セ
ル領域に分割される。このとき、半導体光電変換層１４
はレーザ光をよく吸収するので、レーザビームＬＢによ
って容易に切断加工され得る。これらの第２の分割線溝
Ｄ２の各々は、第１分割線溝Ｄ１に対して近接しかつ平
行に延びている。
レーザビームＬＢによって直接パターニングされ、第２
の複数の分割線溝Ｄ２によって複数の半導体光電変換セ
ル領域に分割される。このとき、半導体光電変換層１４
はレーザ光をよく吸収するので、レーザビームＬＢによ
って容易に切断加工され得る。これらの第２の分割線溝
Ｄ２の各々は、第１分割線溝Ｄ１に対して近接しかつ平
行に延びている。
【００２２】図５において、分割された複数の半導体光
電変換セル領域１４および第２の複数の分割線溝Ｄ２を
覆うように、ＴＣＯの前面透明電極層１５が堆積され
る。
電変換セル領域１４および第２の複数の分割線溝Ｄ２を
覆うように、ＴＣＯの前面透明電極層１５が堆積され
る。
【００２３】図６において、前面透明電極層１５は、レ
ーザビームＬＢによって形成される第３の複数の分割線
溝Ｄ３によって複数の前面透明電極領域に分割される。
このとき、透明電極層５を透過したレーザビームＬＢは
半導体光電変換層１４によって吸収されて発熱を生じる
ので、透明電極層１５は半導体層１４からの発熱をも利
用して比較的容易に切断加工され得る。このように形成
された第３の分割線溝Ｄ３の各々は、第２分割線溝Ｄ２
に対して近接しかつ平行に延びている。
ーザビームＬＢによって形成される第３の複数の分割線
溝Ｄ３によって複数の前面透明電極領域に分割される。
このとき、透明電極層５を透過したレーザビームＬＢは
半導体光電変換層１４によって吸収されて発熱を生じる
ので、透明電極層１５は半導体層１４からの発熱をも利
用して比較的容易に切断加工され得る。このように形成
された第３の分割線溝Ｄ３の各々は、第２分割線溝Ｄ２
に対して近接しかつ平行に延びている。
【００２４】こうして、１つの基板上に複数の細長い帯
状の薄膜光電変換セルが形成され、１つのセルの前面透
明電極１５は、第２の分割線溝Ｄ２に沿って、隣接する
セルの背面金属電極３に接続されている。すなわち、図
６の例では、４つの帯状のセルが電気的に互いに直列に
接続されている。なお、図６においては図面の明瞭化の
ために１つの基板上に４つの光電変換セルのみが示され
ているが、通常はさらに多くの光電変換セルが形成され
る。また、図面の明瞭化のために、各薄膜層の厚さは適
宜拡大されて図示されている。
状の薄膜光電変換セルが形成され、１つのセルの前面透
明電極１５は、第２の分割線溝Ｄ２に沿って、隣接する
セルの背面金属電極３に接続されている。すなわち、図
６の例では、４つの帯状のセルが電気的に互いに直列に
接続されている。なお、図６においては図面の明瞭化の
ために１つの基板上に４つの光電変換セルのみが示され
ているが、通常はさらに多くの光電変換セルが形成され
る。また、図面の明瞭化のために、各薄膜層の厚さは適
宜拡大されて図示されている。
【００２５】以上のように、本発明の実施の形態の一例
による薄膜光電変換装置においては、背面金属電極層１
３の下層にレーザ光吸収層１２を備えているので、透明
基板１１を通してそのレーザ光吸収層１２と金属層１３
をレーザビームＬＢで同時に加熱することによって、金
属層１３を比較的容易に高精度でパターニングすること
ができる。したがって、本発明によれば生産性が高くか
つ光電変換特性の優れた積層型薄膜光電変換装置を提供
することができる。
による薄膜光電変換装置においては、背面金属電極層１
３の下層にレーザ光吸収層１２を備えているので、透明
基板１１を通してそのレーザ光吸収層１２と金属層１３
をレーザビームＬＢで同時に加熱することによって、金
属層１３を比較的容易に高精度でパターニングすること
ができる。したがって、本発明によれば生産性が高くか
つ光電変換特性の優れた積層型薄膜光電変換装置を提供
することができる。
【００２６】以下において、本発明による薄膜光電変換
装置のより具体的な実施例について説明する。
装置のより具体的な実施例について説明する。
【００２７】（実施例１）図７から図１２において、本
発明のさらに具体的な一実施例による薄膜光電変換装置
の製造工程が模式的な断面図で図解されている。
発明のさらに具体的な一実施例による薄膜光電変換装置
の製造工程が模式的な断面図で図解されている。
【００２８】まず、図７において、１２．７ｃｍ×１
２．７ｃｍの面積を有する正方形のソーダライムガラス
基板１１上に透明な酸化錫層１１ａ，レーザ光吸収層１
２，背面金属電極層１３，およびＺｎＯ層１３ａが順次
積層された。
２．７ｃｍの面積を有する正方形のソーダライムガラス
基板１１上に透明な酸化錫層１１ａ，レーザ光吸収層１
２，背面金属電極層１３，およびＺｎＯ層１３ａが順次
積層された。
【００２９】酸化錫層１１ａは、熱ＣＶＤ法によって約
８００ｎｍの厚さに堆積された。このような酸化錫層
は、微細な凹凸を含む表面テクスチャー構造を有し、そ
の表面テクスチャー構造を背面金属電極層１２の表面に
伝えてその金属表面での光の乱反射によって半導体光電
変換層内での光の吸収効率を高めるために好ましくは設
けられるものであるが、本発明において必ずしも不可欠
なものではない。
８００ｎｍの厚さに堆積された。このような酸化錫層
は、微細な凹凸を含む表面テクスチャー構造を有し、そ
の表面テクスチャー構造を背面金属電極層１２の表面に
伝えてその金属表面での光の乱反射によって半導体光電
変換層内での光の吸収効率を高めるために好ましくは設
けられるものであるが、本発明において必ずしも不可欠
なものではない。
【００３０】レーザ光吸収層１２としては、アモルファ
スシリコン（ａ−Ｓｉ）層がプラズマＣＶＤ法によって
約１００ｎｍの厚さに堆積された。このときのプラズマ
ＣＶＤ条件においては、基板温度が２５０℃；ＳｉＨ4
ガスの流量が５０ｓｃｃｍ；反応室の圧力が０．５Ｔｏ
ｒｒ；そして、周波数が１３．５６ＭＨｚで２５Ｗの高
周波電力が与えられた。なお、レーザ光吸収層１２の厚
さは、一般には５〜５００ｎｍの範囲内であることが好
ましく、１０〜１００ｎｍの範囲内であることがさらに
好ましい。
スシリコン（ａ−Ｓｉ）層がプラズマＣＶＤ法によって
約１００ｎｍの厚さに堆積された。このときのプラズマ
ＣＶＤ条件においては、基板温度が２５０℃；ＳｉＨ4
ガスの流量が５０ｓｃｃｍ；反応室の圧力が０．５Ｔｏ
ｒｒ；そして、周波数が１３．５６ＭＨｚで２５Ｗの高
周波電力が与えられた。なお、レーザ光吸収層１２の厚
さは、一般には５〜５００ｎｍの範囲内であることが好
ましく、１０〜１００ｎｍの範囲内であることがさらに
好ましい。
【００３１】背面金属電極層１３としては、マグネトロ
ンスパッタリング装置を用いて、約２００ｎｍの厚さの
Ａｇ層が堆積された。このとき、Ａｇをターゲットとす
るスパッタリング条件としては、約２ｍＴｏｒｒの圧力
のアルゴンガス中で２００Ｗの直流放電パワーが用いら
れた。そしてＺｎＯ層１３ａは、金属電極層１３の光反
射率を高めるために、別のマグネトロンスパッタリング
装置を用いて約１００ｎｍの厚さに堆積された。このＺ
ｎＯ層１３ａの形成時のスパッタリング条件は、Ａｇ層
１２の形成の場合と同様であった。ここでも、ＺｎＯ層
１３ａは金属層１３の反射率を高めるために好ましくは
設けられるが、本発明において不可欠なものではない。
ンスパッタリング装置を用いて、約２００ｎｍの厚さの
Ａｇ層が堆積された。このとき、Ａｇをターゲットとす
るスパッタリング条件としては、約２ｍＴｏｒｒの圧力
のアルゴンガス中で２００Ｗの直流放電パワーが用いら
れた。そしてＺｎＯ層１３ａは、金属電極層１３の光反
射率を高めるために、別のマグネトロンスパッタリング
装置を用いて約１００ｎｍの厚さに堆積された。このＺ
ｎＯ層１３ａの形成時のスパッタリング条件は、Ａｇ層
１２の形成の場合と同様であった。ここでも、ＺｎＯ層
１３ａは金属層１３の反射率を高めるために好ましくは
設けられるが、本発明において不可欠なものではない。
【００３２】図８において、スパッタリング反応室から
取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、Ｑス
イッチＹＡＧレーザを用いて複数の分割線溝Ｄ１を形成
することによって、酸化錫層１１ａ，レーザ光吸収層１
２，背面金属電極層１３，およびＺｎＯ層１３ａの積層
が複数の領域に分割された。レーザの運転条件として
は、５３２ｎｍの波長の第２高調波を用い；パルス周波
数は３ｋＨｚであり；パルス幅は１０ｎｓｅｃであり；
そして平均出力は２００ｍＷであった。
取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、Ｑス
イッチＹＡＧレーザを用いて複数の分割線溝Ｄ１を形成
することによって、酸化錫層１１ａ，レーザ光吸収層１
２，背面金属電極層１３，およびＺｎＯ層１３ａの積層
が複数の領域に分割された。レーザの運転条件として
は、５３２ｎｍの波長の第２高調波を用い；パルス周波
数は３ｋＨｚであり；パルス幅は１０ｎｓｅｃであり；
そして平均出力は２００ｍＷであった。
【００３３】レーザビームＬＢは透明ガラス基板１１お
よび透明酸化錫層１１ａを通してレーザ光吸収層１２に
よって効率的に吸収されて発熱を生じるので、金属層１
３やＺｎＯ層１３ａをも比較的容易に同時に分離加工す
ることができる。形成された分割線溝Ｄ１の幅は約７０
μｍであり、分割された帯状のストリングの幅は約５ｍ
ｍであった。なお、図８において分割線溝Ｄ１は酸化錫
層１１ａをも完全に分離するように示されているが、酸
化錫層１１ａは必ずしも完全に分離加工される必要はな
い。
よび透明酸化錫層１１ａを通してレーザ光吸収層１２に
よって効率的に吸収されて発熱を生じるので、金属層１
３やＺｎＯ層１３ａをも比較的容易に同時に分離加工す
ることができる。形成された分割線溝Ｄ１の幅は約７０
μｍであり、分割された帯状のストリングの幅は約５ｍ
ｍであった。なお、図８において分割線溝Ｄ１は酸化錫
層１１ａをも完全に分離するように示されているが、酸
化錫層１１ａは必ずしも完全に分離加工される必要はな
い。
【００３４】図９において、分割されたＺｎＯ層１３ａ
および分割線溝Ｄ１を覆うように、半導体光電変換層１
４がプラズマＣＶＤ装置を用いて堆積された。その半導
体光電変換層１４は、順次積層された約２０ｎｍ厚さの
ｎ型微結晶Ｓｉ層，約４５０ｎｍ厚さのｉ型ａ−Ｓｉ：
Ｈ（Ｈを含むａ−Ｓｉ）層，および約１５ｎｍ厚さのｐ
型ａ−ＳｉＣ：Ｈ（Ｈを含むａ−ＳｉＣ）層を含んでい
る（これらの部分的半導体層は個別的には図示されてい
ない）。すなわち、半導体光電変換層１４は、その主面
に平行なｎｉｐ接合を含んでいる。これらの部分的半導
体層は、いずれも２５０℃の基板温度の下に堆積され
た。しかし、ｎ型微結晶Ｓｉ層のプラズマＣＶＤ条件に
おいては、ＳｉＨ4 の流量が１０ｓｃｃｍであり；１０
００ｐｐｍに水素希釈されたＰＨ3 を２００ｓｃｃｍだ
け混入し；全ガス圧は１Ｔｏｒｒであり；そして１３．
５６ＭＨｚの周波数で５００Ｗの高周波電力が投入され
た。ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層のプラズマＣＶＤ条件において
は、ＳｉＨ4 の流量が５０ｓｃｃｍであり；ガス圧は
０．５Ｔｏｒｒであり；そして投入された高周波電力は
５０Ｗであった。ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層のプラズマＣＶ
Ｄ条件においては、ＳｉＨ4 の流量が１０ｓｃｃｍであ
り；１０００ｐｐｍに水素希釈されたＢ2 Ｈ6 を２００
ｓｃｃｍだけ混入し；ＣＨ3 をも３０ｓｃｃｍだけ混入
し；全ガス圧は１Ｔｏｒｒであり；そして投入した高周
波電力は３０Ｗであった。
および分割線溝Ｄ１を覆うように、半導体光電変換層１
４がプラズマＣＶＤ装置を用いて堆積された。その半導
体光電変換層１４は、順次積層された約２０ｎｍ厚さの
ｎ型微結晶Ｓｉ層，約４５０ｎｍ厚さのｉ型ａ−Ｓｉ：
Ｈ（Ｈを含むａ−Ｓｉ）層，および約１５ｎｍ厚さのｐ
型ａ−ＳｉＣ：Ｈ（Ｈを含むａ−ＳｉＣ）層を含んでい
る（これらの部分的半導体層は個別的には図示されてい
ない）。すなわち、半導体光電変換層１４は、その主面
に平行なｎｉｐ接合を含んでいる。これらの部分的半導
体層は、いずれも２５０℃の基板温度の下に堆積され
た。しかし、ｎ型微結晶Ｓｉ層のプラズマＣＶＤ条件に
おいては、ＳｉＨ4 の流量が１０ｓｃｃｍであり；１０
００ｐｐｍに水素希釈されたＰＨ3 を２００ｓｃｃｍだ
け混入し；全ガス圧は１Ｔｏｒｒであり；そして１３．
５６ＭＨｚの周波数で５００Ｗの高周波電力が投入され
た。ｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層のプラズマＣＶＤ条件において
は、ＳｉＨ4 の流量が５０ｓｃｃｍであり；ガス圧は
０．５Ｔｏｒｒであり；そして投入された高周波電力は
５０Ｗであった。ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈ層のプラズマＣＶ
Ｄ条件においては、ＳｉＨ4 の流量が１０ｓｃｃｍであ
り；１０００ｐｐｍに水素希釈されたＢ2 Ｈ6 を２００
ｓｃｃｍだけ混入し；ＣＨ3 をも３０ｓｃｃｍだけ混入
し；全ガス圧は１Ｔｏｒｒであり；そして投入した高周
波電力は３０Ｗであった。
【００３５】図１０において、プラズマＣＶＤ反応室か
ら取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、Ｑ
スイッチＹＡＧレーザを用いて第２の複数の分割線溝Ｄ
２を形成することによって、半導体光電変換層１４が複
数の光電変換セル領域に分割された。このときのレーザ
の運転条件は、第１分割線溝Ｄ１の形成の場合と同じで
あった。形成された第２分割線溝Ｄ２の幅は約７０μｍ
であり、分割された帯状の光電変換セル領域のストリン
グ幅は約５ｍｍであった。これらの第２分割線溝Ｄ２の
各々は約１００μｍの距離を隔てて第１分割線溝Ｄ１に
近接しかつそれに平行である。
ら取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、Ｑ
スイッチＹＡＧレーザを用いて第２の複数の分割線溝Ｄ
２を形成することによって、半導体光電変換層１４が複
数の光電変換セル領域に分割された。このときのレーザ
の運転条件は、第１分割線溝Ｄ１の形成の場合と同じで
あった。形成された第２分割線溝Ｄ２の幅は約７０μｍ
であり、分割された帯状の光電変換セル領域のストリン
グ幅は約５ｍｍであった。これらの第２分割線溝Ｄ２の
各々は約１００μｍの距離を隔てて第１分割線溝Ｄ１に
近接しかつそれに平行である。
【００３６】図１１において、分割された複数の光電変
換セル領域１４と第２分割線溝Ｄ２を覆うように、前面
透明電極層１５が堆積された。この前面透明電極層１５
は、電子ビーム蒸着装置内で２００℃の基板温度の下に
堆積されたＩＴＯ（インジウム錫酸化物）層であり、約
８０ｎｍの厚さを有していた。
換セル領域１４と第２分割線溝Ｄ２を覆うように、前面
透明電極層１５が堆積された。この前面透明電極層１５
は、電子ビーム蒸着装置内で２００℃の基板温度の下に
堆積されたＩＴＯ（インジウム錫酸化物）層であり、約
８０ｎｍの厚さを有していた。
【００３７】最後に図１２において、電子ビーム蒸着装
置から取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットさ
れ、ＱスイッチＹＡＧレーザを用いて第３の複数の分割
線溝Ｄ３を形成することによって、前面透明電極層１５
が複数の領域に分割された。これらの第３分割線溝Ｄ３
の形成条件は、第２分割線溝Ｄ２の形成の場合と全く同
様であった。この場合、前面電極層１５は透明であるけ
れども、下層にレーザ光を吸収しやすい半導体層１４が
存在しているので、その半導体層１４からの発熱をも利
用して、その前面透明電極層１５を比較的容易に分離加
工することができる。こうして、集積型薄膜光電変換装
置が完成した。
置から取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットさ
れ、ＱスイッチＹＡＧレーザを用いて第３の複数の分割
線溝Ｄ３を形成することによって、前面透明電極層１５
が複数の領域に分割された。これらの第３分割線溝Ｄ３
の形成条件は、第２分割線溝Ｄ２の形成の場合と全く同
様であった。この場合、前面電極層１５は透明であるけ
れども、下層にレーザ光を吸収しやすい半導体層１４が
存在しているので、その半導体層１４からの発熱をも利
用して、その前面透明電極層１５を比較的容易に分離加
工することができる。こうして、集積型薄膜光電変換装
置が完成した。
【００３８】図１２の薄膜光電変換装置にリード線を接
続した後に、１００ｍＷ／ｃｍ2 のＡＭ１．５ソーラシ
ミュレータの下で光電変換特性を測定したところ、７５
２ｍＡの短絡電流，１８．２Ｖの開放電圧，０．７１５
の曲線因子，および９．４％の光電変換効率が得られ
た。
続した後に、１００ｍＷ／ｃｍ2 のＡＭ１．５ソーラシ
ミュレータの下で光電変換特性を測定したところ、７５
２ｍＡの短絡電流，１８．２Ｖの開放電圧，０．７１５
の曲線因子，および９．４％の光電変換効率が得られ
た。
【００３９】（実施例２）実施例２による集積型薄膜光
電変換装置は実施例１の場合とほぼ同様に形成された
が、図９の段階において、半導体光電変層１４として第
１の組のｎ層，ｉ層およびｐ層を含む第１の光電変換層
が堆積された後にさらに第２の組のｎ層，ｉ層およびｐ
層を含む第２の光電変換層が積層された。すなわち、実
施例２による集積型薄膜光電変換装置は、図１２におけ
る半導体層１４が第１と第２の組の光電変換層を含むい
わゆるタンデム型である点のみにおいて、実施例１の場
合と異なっている。ただし、第１と第２の組の光電変換
層におけるｎ層とｐ層はそれぞれ実施例１の場合と同じ
厚さを有していたが、第１の組の光電変換層におけるｉ
層は４００ｎｍの厚さを有していたのに対して、第２の
組の光電変換層のｉ層は７５ｎｍの厚さを有していた。
電変換装置は実施例１の場合とほぼ同様に形成された
が、図９の段階において、半導体光電変層１４として第
１の組のｎ層，ｉ層およびｐ層を含む第１の光電変換層
が堆積された後にさらに第２の組のｎ層，ｉ層およびｐ
層を含む第２の光電変換層が積層された。すなわち、実
施例２による集積型薄膜光電変換装置は、図１２におけ
る半導体層１４が第１と第２の組の光電変換層を含むい
わゆるタンデム型である点のみにおいて、実施例１の場
合と異なっている。ただし、第１と第２の組の光電変換
層におけるｎ層とｐ層はそれぞれ実施例１の場合と同じ
厚さを有していたが、第１の組の光電変換層におけるｉ
層は４００ｎｍの厚さを有していたのに対して、第２の
組の光電変換層のｉ層は７５ｎｍの厚さを有していた。
【００４０】このような実施例２による集積型薄膜光電
変換装置にリード線を接続した後に第１の実施例の場合
と同じ条件で光電変換特性を測定したところ、３４４ｍ
Ａの短絡電流，３６．０Ｖの開放電圧，０．７３０の曲
線因子，および９．０％の光電変換効率が得られた。
変換装置にリード線を接続した後に第１の実施例の場合
と同じ条件で光電変換特性を測定したところ、３４４ｍ
Ａの短絡電流，３６．０Ｖの開放電圧，０．７３０の曲
線因子，および９．０％の光電変換効率が得られた。
【００４１】図１３から図１８において、比較例による
集積型薄膜光電変換装置の製造工程が模式的な断面図で
図解されている。
集積型薄膜光電変換装置の製造工程が模式的な断面図で
図解されている。
【００４２】まず図１３において、１２．７ｃｍ×１
２．７ｃｍの面積を有し研磨加工された正方形のステン
レス基板１上に絶縁物層２，背面Ａｇ電極層３，および
ＺｎＯ層３ａが順次積層された。絶縁物層２としては、
約２００ｎｍの厚さを有する酸化シリコン層が熱ＣＶＤ
法によって堆積された。そして、背面Ａｇ電極層３とＺ
ｎＯ層３ａは、実施例１中の対応する層１３および１３
ａの場合と全く同じ条件でスパッタリングによって堆積
された。
２．７ｃｍの面積を有し研磨加工された正方形のステン
レス基板１上に絶縁物層２，背面Ａｇ電極層３，および
ＺｎＯ層３ａが順次積層された。絶縁物層２としては、
約２００ｎｍの厚さを有する酸化シリコン層が熱ＣＶＤ
法によって堆積された。そして、背面Ａｇ電極層３とＺ
ｎＯ層３ａは、実施例１中の対応する層１３および１３
ａの場合と全く同じ条件でスパッタリングによって堆積
された。
【００４３】図１４において、スパッタリング反応室か
ら取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、Ｑ
スイッチＹＡＧレーザを用いて分割線溝Ｄ１を形成する
ことによって、ＺｎＯ層３ａおよび背面Ａｇ電極層３の
積層が複数の領域に分割された。この場合のレーザ運転
条件としては、１０６４ｎｍの波長の基本波を用い；パ
ルス周波数は３ｋＨｚであり；パルス幅は１０ｎｓｅｃ
であり；そしてレーザの平均出力は１Ｗであった。すな
わち、この比較例においては、実施例１および２の場合
のようにレーザ光吸収層を備えていないので、ＺｎＯ層
３ａと背面Ａｇ電極層３をパターニングするのに大きな
レーザ平均出力を必要とした。こうして形成された分割
線溝Ｄ１の幅は約１００μｍであり、分割された帯状の
ストリングの幅は約５ｍｍであった。
ら取出された基板はＸ−Ｙテーブル上にセットされ、Ｑ
スイッチＹＡＧレーザを用いて分割線溝Ｄ１を形成する
ことによって、ＺｎＯ層３ａおよび背面Ａｇ電極層３の
積層が複数の領域に分割された。この場合のレーザ運転
条件としては、１０６４ｎｍの波長の基本波を用い；パ
ルス周波数は３ｋＨｚであり；パルス幅は１０ｎｓｅｃ
であり；そしてレーザの平均出力は１Ｗであった。すな
わち、この比較例においては、実施例１および２の場合
のようにレーザ光吸収層を備えていないので、ＺｎＯ層
３ａと背面Ａｇ電極層３をパターニングするのに大きな
レーザ平均出力を必要とした。こうして形成された分割
線溝Ｄ１の幅は約１００μｍであり、分割された帯状の
ストリングの幅は約５ｍｍであった。
【００４４】その後、図１５から図１８に示されている
ように実施例１の図９から図１２の工程と全く同じ工程
を経て、比較例による積層型薄膜光電変換装置が完成し
た。すなわち、図１８における半導体光電変換層４およ
び前面透明電極層５は実施例１の図１２における光電変
換層１４および透明電極層１５と同じ条件で形成された
ものである。こうして完成した比較例による図１８の積
層型薄膜光電変換装置にリード線を接続した後に実施例
１の場合と同じ条件で光電変換特性を測定した結果、７
４２ｍＡの短絡電流，１４．２Ｖの開放電圧，０．６１
３の直線因子，および６．５％の変換効率が得られた。
すなわち、この比較例による光電変換特性は、実施例１
によるレーザ光吸収層１２を含む積層型薄膜光電変換装
置の特性に比べて、いずれの評価項目においても劣って
いることがわかる。
ように実施例１の図９から図１２の工程と全く同じ工程
を経て、比較例による積層型薄膜光電変換装置が完成し
た。すなわち、図１８における半導体光電変換層４およ
び前面透明電極層５は実施例１の図１２における光電変
換層１４および透明電極層１５と同じ条件で形成された
ものである。こうして完成した比較例による図１８の積
層型薄膜光電変換装置にリード線を接続した後に実施例
１の場合と同じ条件で光電変換特性を測定した結果、７
４２ｍＡの短絡電流，１４．２Ｖの開放電圧，０．６１
３の直線因子，および６．５％の変換効率が得られた。
すなわち、この比較例による光電変換特性は、実施例１
によるレーザ光吸収層１２を含む積層型薄膜光電変換装
置の特性に比べて、いずれの評価項目においても劣って
いることがわかる。
【００４５】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、積層型
薄膜光電変換装置の製造過程における３つのパターニン
グ工程のいずれにおいてもレーザスクライブ法によって
高精度でかつ高い生産性でパターニングを行なうことが
でき、かつ優れた光電変換特性を有する積層型薄膜光電
変換装置を得ることができる。
薄膜光電変換装置の製造過程における３つのパターニン
グ工程のいずれにおいてもレーザスクライブ法によって
高精度でかつ高い生産性でパターニングを行なうことが
でき、かつ優れた光電変換特性を有する積層型薄膜光電
変換装置を得ることができる。
【図１】本発明の実施の形態の一例による薄膜光電変換
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
【図２】本発明の実施の形態の一例による薄膜光電変換
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
【図３】本発明の実施の形態の一例による薄膜光電変換
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
【図４】本発明の実施の形態の一例による薄膜光電変換
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
【図５】本発明の実施の形態の一例による薄膜光電変換
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
【図６】本発明の実施の形態の一例による薄膜光電変換
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
装置の製造工程を説明するための模式的な断面図であ
る。
【図７】本発明の一実施例による薄膜光電変換装置の製
造工程を説明するための模式的な断面図である。
造工程を説明するための模式的な断面図である。
【図８】本発明の一実施例による薄膜光電変換装置の製
造工程を説明するための模式的な断面図である。
造工程を説明するための模式的な断面図である。
【図９】本発明の一実施例による薄膜光電変換装置の製
造工程を説明するための模式的な断面図である。
造工程を説明するための模式的な断面図である。
【図１０】本発明の一実施例による薄膜光電変換装置の
製造工程を説明するための模式的な断面図である。
製造工程を説明するための模式的な断面図である。
【図１１】本発明の一実施例による薄膜光電変換装置の
製造工程を説明するための模式的な断面図である。
製造工程を説明するための模式的な断面図である。
【図１２】本発明の一実施例による薄膜光電変換装置の
製造工程を説明するための模式的な断面図である。
製造工程を説明するための模式的な断面図である。
【図１３】比較例による薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図１４】比較例による薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図１５】比較例による薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図１６】比較例による薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図１７】比較例による薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図１８】比較例による薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図１９】従来の積層型薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図２０】従来の積層型薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図２１】従来の積層型薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図２２】従来の積層型薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図２３】従来の積層型薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
【図２４】従来の積層型薄膜光電変換装置の製造工程を
説明するための模式的な断面図である。
説明するための模式的な断面図である。
１１ 透明基板 １１ａ 透明酸化錫層 １２ レーザ光吸収層 １３ 背面金属電極層 １３ａ ＺｎＯ層 １４ 半導体光電変換層 １５ 前面透明電極層 Ｄ１ 第１の分割線溝 Ｄ２ 第２の分割線溝 Ｄ３ 第３の分割線溝 ＬＢ レーザビーム
Claims (6)
- 【請求項１】 薄膜光電変換装置の製造方法であって、 透光性基板上に少なくともレーザ光吸収層と金属層とを
この順序で積層するステップと、 前記透光性基板を介してレーザビームを前記レーザ光吸
収層に照射することによって、前記レーザ光吸収層のみ
ならず前記金属層を同時に所定のパターンで切断するス
テップを含むことを特徴とする薄膜光電変換装置の製造
方法。 - 【請求項２】 透光性基板上に順次積層されたレーザ光
吸収層，背面金属電極層，半導体接合を含む半導体光電
変換層，および前面透明電極層を少なくとも含み、これ
らの層の各々はレーザビーム照射によって所定の複数の
光電変換セル領域に分割されており、かつそれらの複数
の光電変換セルが電気的に直列に接続されていることを
特徴とする薄膜光電変換装置。 - 【請求項３】 前記透光性基板はソーダライムガラスで
あることを特徴とする請求項２に記載の薄膜光電変換装
置。 - 【請求項４】 前記半導体光電変換層は積層された複数
の部分的半導体層を含み、前記部分的半導体層の少なく
とも１つは非晶質シリコン，非晶質シリコン合金，微結
晶シリコン，および多結晶シリコンから選択された１つ
からなることを特徴とする請求項２または３に記載の薄
膜光電変換装置。 - 【請求項５】 前記レーザ光吸収層は、非晶質シリコ
ン，非晶質シリコン合金，微結晶シリコン，および多結
晶シリコンから選択された１つからなることを特徴とす
る請求項２から４のいずれかの項に記載の薄膜光電変換
装置。 - 【請求項６】 前記レーザ光吸収層は５〜５００ｎｍの
範囲内の厚さを有していることを特徴とする請求項２か
ら５のいずれかの項に記載の薄膜光電変換装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23421496A JP3655025B2 (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 薄膜光電変換装置およびその製造方法 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23421496A JP3655025B2 (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 薄膜光電変換装置およびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1079522A true JPH1079522A (ja) | 1998-03-24 |
| JP3655025B2 JP3655025B2 (ja) | 2005-06-02 |
Family
ID=16967490
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23421496A Expired - Fee Related JP3655025B2 (ja) | 1996-09-04 | 1996-09-04 | 薄膜光電変換装置およびその製造方法 |
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|---|---|
| JP (1) | JP3655025B2 (ja) |
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| JP2004247325A (ja) * | 2002-12-19 | 2004-09-02 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 集積型薄膜太陽電池の評価装置および評価方法 |
| WO2008102809A1 (ja) * | 2007-02-23 | 2008-08-28 | Lintec Corporation | 透光性太陽電池モジュールとその製造方法及び太陽電池パネル |
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| JP2012533169A (ja) * | 2009-07-10 | 2012-12-20 | エップシュタイン テクノロジーズ ゲーエムベーハー | 太陽電池モジュール用複合システム |
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-
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- 1996-09-04 JP JP23421496A patent/JP3655025B2/ja not_active Expired - Fee Related
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