JPS58219775A - 光電変換装置の作製方法 - 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プリッド型の大電
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５４−９００９１．９００９８．９００９９
　（ｓａｔ。

７．１６出願ン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２ｏ〜
１００ρると大きい。

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
許類においては、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洟閉電極とし
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類においても、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ｔ
ζ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ケであ
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シ
、結果として大効率を得るための直列抵抗を５Ａ以下好
ましくは０．２〜１ｆＬに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
その隣シに配置する第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１〜１０％酸化スズを添加）を主とし
て用いろため、そのシート抵抗が下がらず、４日４作つ 結果としてそのシート抵抗知り抵抗ｓｅ％ハこのため長
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、みかけ上の直列抵抗を下
げていた。

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１００〜１２０７．１０
ム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５ｆＬ以下好ましくは０
．２〜ＩＱＫ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６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イングー７０５９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）を真空蒸着法によシ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％添加された酸化スズが約２００ムの厚さに真空
蒸着法によシ積層し１形成した透光性の透明導電膜（３
）を形成゛Ｉ している。このシート抵抗は８〜４０仏代表的には２５
止んである。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（・ＰＩＮまたはＰ工ＮＰ工Ｎ１Ｐ工ＮＰ
工Ｎ１・・ＰＩＮ　）非単結晶半導体（４）をプラズマ
気相法によシ形成している０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Ｆ！ｇ）−Ｎ（せまい］ｌｌ
ｉｇ）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４２５４４２９　（対応日本特許５
３−８３４６７、８３４６８　日５３．７．８出願）お
よび米国特許４２３９５５４　（対応日本特許５３−８
６８６７、８６８６８ｅ５３．）、１ツ出願）にその詳
細が述べられている。

さらにこの上面に上側電極（６）がアルミニュームの真
空蒸着法によ多形成され、積層型の光電、′・ 変換装置（６０）　（６υ（６２）を同一基板上にハイ
ブリ２ ラド方式によシ構成させている。

さらにその平面図（４）とその人−給Ｂ−Ｅ’、　Ｏ−
０’。

Ｄ−Ｄ’のたて断面図よシ明らかな如く、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シに第
２０光電変換装置（６１）さらにその右隣シに第３の光
電変換装置（６すを連結電極（〕）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（０）に示す如く各補助電極ごとに
独立してお夛、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シ、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１ｏ〜５゜ｃｍ、短辺２〜１
００　ｍ、例えば２０ｃｍのパネルで長辺１８　ｃ　ｍ
、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ｓａｍであシ、連結電極は巾２ｍｍとし、
補助電極間かくは９，５　ｍ　ｍ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１１５の
４ユにすることができ／ヒ。

このためこの補助電極のない状態にてムＭ１（１００ｍ
ｗ／ｃ　ｍ）ＫてＶｏｃ＝　４〜４．５Ｖ、工５ｃ＝３
Ａ　　変換効率４．５チであったものが、Ｙ発明の補助
電極を設けることによりＶｏｃ４．５〜５．　ＯＶ、よ
りＯ３，８ム、変換効率７〜８．２％にまで高めること
かできた。

第２図は本発明の補助１１Ｅ極の部分（第’ｌｌＩＤの
Ｏ印の部分（６リン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α（６）は６０以下好ましくは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５０〜２
００μ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、ニッケルを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シ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シ、またコマ・・エネルギ’ｆ　ｆ
Ｌ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。すなわち補助電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。

：１ 第２図（４）においては、上側は耐【性向上のため引ハ
αηを充填している。第２図中）は第２図（４）の補助
電極を下側にアルミニュームまたは銅（至）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
α尋を５００〜２，０ＯＯＡ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く 電極とが２００〜３００’Ｏの雰囲気にてＹ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（４）、（Ｂ）、（０）、ＣＤ）は第１図の光
電変換装置パ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（４）に対応して示したも
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ｈる。

すなわち補助電極用Ｃ゛開口至）、連続電極用の開口Ｃ
１のを有し、開口（至）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（１→が０．１
〜１ｍｍ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
着金属のまわシこみを促してもよい。

このステンレスマスクは第２図（Ｃ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（２）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α→を示す。透明導電膜は開口（ホ）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、ＥＩｓ、ｍ、−、
ｌ（ｏ　＜Ｘ＜４）　、　５１ｘａｔ−、（０＜Ｘ（１
）　。

８１ｘＧｅ、−、（０＜ｘ＜１）　、　８１ｘＥｌｎ、
−、（０＜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。

マスクシカの開口に）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）Ｋ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シ、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に）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）、（３つは連結部翰にて電
気的に連結し、さらにその連結部の）−助一を十分とる
ことによシ綿包ルム【ゴゼ穐℃ギロ艮イ１んｔ下げプ。

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またはごみによル照
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図中）は（４）のＡ　−Ａ’のたて断面図を示すが
照射光（ｘｏ）Ｋ対しモジュールをさかさに配し、パネ
ル（ハ）とフレーム（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（３０）、ｔＡよシミ力
４供台を行なった。

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に垂直に内部に延在
させた。

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５〜１
５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
とうすくてもその電流密度をＩＸｌ、ＯＡ／ｃｍ”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プ如
が面積の減少をマチ以下好ましくは２〜４チとした点に
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電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。 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。 ＶＪ２図 １ｉＪ３図

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
   数個短辺方向に配置し、第１の光電変換装置の下側電極
   はその隣りに配置した第２の光電変換装置の上側電極汁
   気的ま に連結電極によシ接続さへ灸前記第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電極によ
   り変換装置を透光性基板上に電気的に直列接続すしめる
   半導体装置の作製方法において、下側電極を形成するた
   めのマスクは前記光電変換装置の内部方向に延在する複
   数の補助電極用開口は該電極に連結する連結部において
   、互いにマスクのたわみを防ぐためける前記細線部をお
   おう用開口が形成されることにより、連結電極部におい
   て下側補助電極と上側電極とが一層または二層構造を有
   して電気的に連結させる構成を有することを特徴とする
   光電変換装置の作製方法。