JPS58219774A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は非単結晶°半導体を用いたハイブリッド型の大
電力用光電変換装置およびその作製方法に関する。

本発明は透光性基板（代表的にはガラス基板）上に長方
形を有する光電変換装置を複数個短辺方向に配列し、こ
の複数個の光電変換装置を直列に電気的に連結電極部で
接続して大電力（大電圧、大電流）を作ろうとするもの
である。

なる特願昭５４−９００９７．９００９８．９００９９
　（８５４゜７．１６出願）光電変換装置が知られてい
る。

しかしこれらの出願の前三件に関しては、透光性の絶縁
基板上に第１の透明導電膜を設け、その上部に光電変換
装置を作製し、さらにその上面の第２の電極を構成しつ
つもこの透明導電膜の導電性が金属と異なシ２０〜１０
０−”／６と大きい。

このためこの電極部での直列抵抗を下げるという努力が
なされていない。しかし本発明人の出願になる三件の特
許願においては、かかる透明導電膜のシート抵抗を実質
的に下げるため、金属の補助電極を設け、さらに同時に
作られる金属膜を逆流防止ダイオードの光遮閉電極とし
て用いている等の多くの特徴を有する。

しかし本発明人の出願になる特許願においても、さらに
光電変換装置を作製する設計の観点よシみると、さらに
そのシート抵抗を実質的に補助電極によシ下げつつも、
加えてこの補助電極の基板全体をしめる比率を１０％（
実効変換効率が真性変換効率の０．９倍になる〕以下と
し、実効変換効率を高める努力が十分でない。加えてそ
の製造方法においても、蒸着用マスクの精度の検討も十
分でない。

本発明はかかる欠点を補ない、大電力用特に大電流用の
光電変換装置を作製せんとする時の電極に関するもので
ある。

すなわち遮光性導電膜はシート抵抗が１０〜５０％であ
るため、その抵抗値を考慮して直列接続をさせる場合直
列接続のため電圧は単にその接続の数だけ大きくするこ
とができる。しかし同時に直列抵抗も単純に大きくなり
、結果として大効率を得るための直列抵抗を５ｆＬ以下
好ましくは０゜２〜１ｆＬＫすることは不可能であった
。

このため本発明においては、複数の光電変換装置を長方
形に設け、それを複数個短辺方向に配列し、さらにこの
配列されたそれぞれを第１の光電変換装置の下側電極を
その隣りに配置する第２の光電変換装置の上側電極に直
列接続せしめている。しかしこの下側電極が工ＴＯ（酸
化インジュームに１〜ｌｏ％酸化スズを添加）を主とし
て用いるため、そのシート抵抗が下がらず、４ｇ島り 結果としてそのシート抵抗〕１ｊｌＪ抵抗で４・ノ、こ
のため長方形の光電変換装置の長辺の長さと短辺の長さ
の比（長辺／短辺）を１５以上にとシ、みかけ土の直列
抵抗を下げていた０ しかしかかる従来の方法においても、光電変換装置を１
０〜２０段直列にし、さらにそのパネルを５〜１０段直
列にした時には、その抵抗値は１００〜１２０Ｖ、　１
０Ａ以上の電流をモジュールにて得んとする時、根本的
な欠陥問題になってしまった。

本発明はかかる欠点を除去するためになされたもので、
下側透明導電膜の下側（基板側に金属の補助電極を形成
し、実効抵抗でパネルレベルで５北以下好ましくは０．
２〜１ｎにしたものである。

以下に図面に従ってその詳細を説明する。

第１図は本発明の光電変換装置の平面図およびた、て断
面図を示す。

図面は１０〜５０ｃｍ″′の透光性基板に設けたもので
、この基板（１）としては０．３〜３ｍｍの厚さのガラ
ス例えばコーＹイングアｏ５９ガラス、硬質ガラスまた
は白板ガラスを用いた。

さらにそのガラス板上に下側電極としての補助電極（２
）を連結電極（７）を真空蒸着法により０．５〜３μ代
表的には１μの厚さにアルミニュームまたは銅がその側
周辺を台形構造を有して具備している。またこの上面に
工ＴＯ（酸化スズが２〜８％添加された酸化インジュー
ム）を約５０　ＯＡ、さらにその上に酸化アンチモンが
２〜８チ添加された酸化スズが約２０ＯＡの厚さに真空
蒸着法により積層して形成した透光性の透明導電膜（３
）を形成している。このシート抵抗はＥｒ−４Ｑ　、Ｊ
Ｌ／、、代表的には２５ユんである。さらにこの上面に
Ｐ工Ｎ接合を少なくともひとつ有する（Ｐ工ＮｉたはＰ
工ＮＰ工Ｎ１Ｐ工ＮＰ工Ｎ・・・・Ｐ工Ｎ）非単結晶半
導体（４）をプラズマ気相法により形成している。この
非単結晶半導体は珪素を主成分とする非晶質、微結晶性
を有するセミアモルファス半導体または繊維構造を有す
る半導体またはそれらを層状に複合化して形成させたも
ので、エネルギバンド巾は入射光側よシＷ（広いＥｇ）
−Ｎ（せまいＦｉｇ）としている。この半導体に関して
は、本発明人の特許になる米国特許！２５４４２９　（
対応日本時−許５３−８３４６７、８３４６８８５３．
　’ｉ’、　８出願〕および米国特許４２３９５５４　
（対応日本特許５３−８６８６７、８６８６ＢＳ５３．
７．　’ｌ’ｉ’出Ｂ）Ｋその詳細が述べられている。

さらにこの上面に上側電極（５）がアルミニュームの真
空蒸着法により形成され、積層型の光電変換装置（６ｏ
）、　、（ａ　馬（ａ　２）を同一基板上にハイブリッ
ト方式によシ構成させている。

さらにその平面図ｃＡ）トそ（７）　Ａ−Ａ’、　Ｂ−
Ｂ’、　Ｃ！−０’。

Ｄ−Ｄ’のたて断面図よυ明らかな如く、長方形の第１
の光電変換装置（６０）はその短辺方向にその隣りに第
２の光電変換装置（６１）さらにその右隣りに第３０光
電変換装置（６２）を連結電極（７）の部分で電気的に
互いに直列接続がなされるよう構成させている。

またこの連結電極に関しては、補助電極を真空蒸着法に
よ９１回のマスクにて特にフォトエツチング工程等を行
なうことなく作製するためこの補助電極用マスクに部分
的な蒸着の際、たわみが発生しマスクぼけがおきること
を防ぐ細線を構成させている。このため連結電極におけ
る下側電極は第１図（ａ）　Ｋ示す如く各補助電極ごと
に独立しており、それらを互いに導通するとともに、隣
シあった光電変換装置を直列接続するために上側電極（
５）が設けられている。

以上の如くにして作り、さらに光電変換装置パネルにお
いて、光電変換装置は長辺１０〜５゜ａｍ、短辺２〜１
０　ｃ　ｍ、例えば２０ｃｍのハネルで長辺１Ｂ　Ｏｆ
ｆｌ、短辺３．５ｃｍと、した。さらにこの長方形の光
電変換装置を直列に５段連結をした。補助電極（２）は
巾０．５ｍｍ、長さ３ｃｍであり、連結電極は巾２ｍｍ
とし、補助電極間かくけ９．５ｍｍとし、補、助電極に
よシその透明導電膜のシート抵抗をパネルレベルで１１
５の４ｎにすることができた。

このためこの補助電極のない状態にてＡＭＩ（１００ｍ
Ｗ／ｃｎＩ＋）　ＫてＴｏ　ｃ　ｓ　４〜４．５Ｖ、工
５ｃ＝３Ａ　　変す 換効率４゜５係であったものが、Ｙ発明の補助電極を設
けることにょシＶｏｃａ４．５〜５．　ＯＶ、工ｓ０３
、８Ａ、変換効率７〜８゜２％、Ｋまで高めることかで
きた。

第２図は本発明の補助電極の部分（第１図りの○印の部
分（６０）を拡大したものである。図面において明らか
な如く、本発明においてガラス基板上に密接して補助電
極がその側周辺を台形を有して構成し、この台形の望み
角αα→は６０″以下好１しくは４５〜３０°を有せし
めている。これはこの電極上にこの後の工程において透
明導電膜半導体膜、上側電極を構成する際、この電極の
凸部周辺に十分均質な厚さの被膜を構成させる上にきわ
めて重要である。さらにかかる台形は５０〜２００μの
厚さのステンレスマスクを利用して選択的にアルミニュ
ーム、銅、ニッケルヲ真空蒸着法で完成するときわめて
製造が容易である。

さらに本発明においては、この補助電極（２）をおおっ
て透光性導電膜（３）を形成しておシ、これはその後の
２００〜３００°Ｃの温度でのグロー放電法を利用する
プラズマ気相法に′より半導体層を形成する際、この補
助電極を構成する金属が半導体中に拡散し）上側電極と
ショート状態を作つたり、またニア・・エネルギ４ｔｈ
をもつ再結合中心を半導体内に作らせないためにきわめ
て重要である。すなわち補助型、極をおおう透光性導電
膜は補助電極を構成する金属の拡散防止すなわちブロッ
キング効果をさせている。

第２図（Ａ）においては、上側は耐電性向上のため祈Ｒ
Ｗ（１ｆ）を充填している。第２図（Ｂ）は第２図（Ａ
）の補助電極を下側にアルミニュームまたは銅α］を０
．５〜３μ代表的には１〜１．５μ形成し、その上面に
ニッケル、クロム、モリブデンまたはチタンの如き耐熱
性金属（１４を５００〜２０００Ａの厚さに同じマスク
によ多連続真空蒸着をさせて整合をとって形成せしめた
２層の補助電極としたものである。

かくすることに゛よ、シ透明導電膜の酸素と補助あ２ 電極とが２００〜３００’Ｏの雰囲気にてＶ化し、その
境界に酸化物絶縁層が形成されてしまうことを防いだ。

第３図の（Ａ）、（Ｂ）、（０）、ＣＤ）は第１図の光
電変換装置ノくネルを形成するための蒸着用またはプラ
ズマＣｖＤ用のマスクを第１図（Ａ）Ｋ対応して示した
ものである。

第３図（Ａ）は第２図に示す補助電極を形成するための
ステンレスマスクである。

すなわち補助電極用の開口（１呻、連続電極用の開口（
ロ）を有し、開口α呻のためにマスク（７）の辺が真空
蒸着の際たわむことを防ぐため、細線α萄が０．１〜１
ｍｍの巾で作られている。これは補助電極を単に真空蒸
着を１図（４）に示すマスクを用いて形成させるのみの
きわめて簡単な製造方法を用いる際きわめて重要である
。

さらにこの細線の部分のみ蒸着の際基板よシ離間して蒸
着金属のまわりこみを促してもよい。

このステンレスマスクは第２図に示す台形を有せしめる
ため、１５０〜２００μと厚めのステンレスマスクを用
いた。さらに第３図（Ｂ）は補助電極上に選択的に重さ
ねた、透明導電膜を真空蒸着法により形成するためのマ
スクαＱを示す。透明導電膜は開口−の領域に形成され
る。

第３図（０）はプラズマ気相法により非晶質または微結
晶性を有する、水素またはノ・ロゲン元素が再結合中心
中和用に添加された非単結晶半導体を形成するた、めの
マスクである。非単結晶半導体は珪素、ｓ　ｉ、Ｎ、、
　（ｏ　＜ｘ＜　４）　＋　ｓ　１ｘａｒ−ｘ　（ｏ　
＜ｘ〈ｌ）　ｒＳ　ｉ　ｘＧ　ｅ＋−Ａ（ｏイｘ＜１）
　、　５ｉｘＳｎ、−、（ｏ＜ｘ＜　１）を用いて、Ｐ
工Ｎ接合を少なくとも１つ積層して形成した。

マスクシカの開口（イ）にかかる半導体層を作った。

最後に第４のマスクに）によシ、これら第１〜第３のマ
スクをそれらに合わせマーク（９）によシ位置合わせし
て上側電極を開口（ハ）に真空蒸着法によシ作製するこ
とで第１図に示す光電変換装置パネルを構成させた。

本発明は以上の如く多くて４回の金属マスクを用いて漸
次積層して形成していくのみであり、特に印刷したフォ
ト“エツチング法による化学エツチング除去工程がなく
、きわめて簡単に多量生産が可能となるという特徴を有
する。

第４図は本発明の光電変換装置パネルを直列（ハ）およ
び並列（３２）構造としたもので、モジュール化してい
る。

図面において各パネル（ハ）、　（３２）は連結部ＱＱ
Ｋで分とることによシ貿精ｙｔＪ　ｔ　ｚｆｔｔ　Ｌ、
　４＃ｔ、　８１ｋ　ｖ　ｖｔｙマ、。

またパネル３２は光電変換装置と同時に逆流防止ダイオ
ードを設けた。すなわち局部的に雨ｌたはごみによシ照
射面の強さが異なったシして４並列間の電圧に差が発生
してしまった時　またモジュール内部で電気的に閉回路
を構成してしまうことを防いでいる。また４つの直列回
路のうちひとつの光電変換装置がショー　トして破壊し
てしまっても他の、３つが通電し得るようにしたもので
、このモジュール化の、際の逆流防止ダイオードに関し
ては、本発明人の出願になる特許願５４−９００９９に
示されている。

第４図（Ｂ）は（Ａ）のＡ　−Ａ’のたて断面図を示す
が照射光（１０）に対しモジュールをさかさに配し、ノ
（ネ／ｌ／（ハ）トフレーム（ハ）の間にポリアミド樹
脂またはエポキシ樹脂を充填して、耐湿防止と機能強度
の増加をはかったものである。

このモジュールの外部引出し口（３Ｏ）［よシミカン 偵εを行なった。

以上の説明よシ明らかな如く、本発明は複数の光電変換
装置をその直列抵抗を最少にしつつ直列接続をしたハイ
ブリッド型の光電変換装置およびその作製方法に関する
ものであって、補助電極は連結電極（垂＠に内部に延在
さ一＋！：た〇この方式は斜方向またはその変形で行な
ってもよい。本発明で重要な点は補助電極用のマスクの
たわみを少なくするため、連結電極部に細線を設け、さ
らに補助電極の配線およびその長さも長短比が３以上好
ましくは５〜１５を有する長方形の長辺方向ではなく、
短辺方向に平行にして短く形成し、この補助電極の厚さ
が０．５〜３μとうすくでもその電流密度を１×ｌＯＡ
／ＣｍＬ以下になるように考慮し、十分有効な長さであ
る１〜８ｃｍ代表的には２〜４ｃｍとし、１０ｃｍ以上
になることを防いだことにある。さらにその補助電極に
よる照射ｆｊ−が面積の減少を７チ以下好ましくは２〜
４％とした点にある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光量変換装置の平面および各部のたて
、断面・図である。 第２図は本発明の補助電極部の拡大図を示すＯ第３図は
本発明の製造工程を示すためのマスクである。 第４図は本発明を応用した光電変換装置のモジュールを
示す。 （Ｅ） 肥３忍

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透光性基板上に長方形を有する光電変換装置を複数
   個短辺方向に配列し、第１の光電変換装置の下側電極は
   その隣シニ配置し記第２の光電変換装置の下側電極がそ
   れの隣シの第１の光電変換装置の反対側に配置した第３
   の光電変換装置の上側電極に連結数個の光電変換装置を
   透光性基板上に電気的に直列接続せしめる半導体装置に
   おいて、下側電極は連結電極よね前記光電変換装置の内
   部方向に延在する補助電極と、該補助電極をおおうとと
   もに該電極間かく土に透光性導電性電極が設けられ、さ
   らに前記透光性導電性電極上に光起電力発生用半導体層
   が設けられたことを特徴とする光電変換装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、透光性基板上に設
   けられた補助電極は０．２〜３μの厚さを有するととも
   に、その側面はチー・く状のその望み角が６０°以下を
   有した台形を有することを特徴とする光電変換装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、補助電極は連結電
   極の方向に垂直向きに光電変換装置の内部方向に延在し
   たことを特徴とする光電変換装置。