JPS59108373A - 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】 この発明は、光電変換セルを透光性基板上に複数個配列
して設けるハイブリッド型光電変換装置に関する。

この発明は、光電変換セル（以下単にセルという）を基
板上に複合化するに関し、隣υ合ったセル間の距離を肉
眼では十分見分けｌ事蓮い３００μ以下とし、装置全体
としての視覚的価値を上げることを目的としている。

このため本発明においては活性領域に設けられたセルに
おける透光性基板上の第コ、の電極と、この電極上に光
照射によシ光起電力を発生する非単結晶半導体と、該半
導体上の第２の電極とのそれぞれを概略同一形状、概略
同配置（セルフレジストレイジョン）構造とすることに
より、複合化の合せ精度のズレによる製造上の歩留り低
下をさけルトとモニ、このセルフレジストレイジョン（
以下ＳＧという）をレーザ光を用いたスクライプ方式に
°よるため、各セル間を３００μ以下（０，３ｍｍ以下
）好ましくは３０〜１５０μとすることができた。

即ち第１の電極、半導体および第２の電極を形成してし
まった後、レーザ光を透光性基板側より照射して、これ
らすべてを同時に瞬時加熱気化除去してしまうものであ
る。

このため、複合化に関して必要なマスクを高精度にそれ
ぞれを合せる必要がなく、最後にすべてを同時ＫＳＧ法
により形成してＹまうことを特徴ｒ３） としている。

従来非単結晶半導体即ちアモルファスシリコンを含む非
単結晶シリコンを主成分としたＰ工Ｎ接合へテロ接合ま
たはＰ工ＮＰ工Ｎ・・・・Ｐ工Ｎ接合と複数のＰ工Ｎ、
ＰＮ接合を積層して設ける接合方式により光起電力を光
照射によシ発生させんとしていた０しかしかかる接合を
有する半導体の上下の電極は直列接続をするため、１つ
のセルの下側電極と隣シのセルの上側電極とを電気的に
連結させなければならず、かつ各セル間は互いに電気的
にアイソレートされていることを必要な条件としていた
。

第１図は従来構造の代表的な例を示している。

第１図（Ａ）は光電変換装置（３０）を透光性基板（２
）を下側にした背面よりみた平面図である。図面におい
て光照射によシ光起Ｔｊ力を発生する活性領域００）と
各セル（１）、（イ）を連結する連結部０→を有する非
活性領域（１１）とを有する。第１図（Ａ）のＡ−４Ｂ
−Ｂ’のたて断面図を対応させて第１図（Ｂ）、（０）
　Ｋ示しである。

この（Ａ）、（Ｂ）、（０）を対応させて明らかが如く
、従来例においては、活性領域において各セル（１）、
（１′）はガラス基板（２）上の第１の電極の透光性導
電膜（ＣＴＦ）の（３）は各セル間で互いに分離されて
いる。また半導体（４）は互いに連結している。また非
活性領域においてセル（１）の上側電極はセル（１）の
下側電極と連結部α時で連結し、これをくシかえし５つ
のセルが外部電極（８）、（９）間にて直列接続をさせ
ている。このセルｔｖ　　Ｉｔ、ｔ　　＝　　　３　１
−１　４ｘ４７ｔｔ　　すＩ。ｈ　ｚｐｌ　　５ｉｊｌ
ｙＳＯＳ。

しかしこの従来構造は一見半導体（４）が基板であるた
め製造歩留りが高いようにみえる。しかし実際には３種
類のマスクを用いるが、そのマスクにおいて第１のマス
クと第３のマスクとがわずかでもずれると（即ち金属マ
スクにおいては１〜３ｙｎｍのずれはごく当然である〕
第１図版の如きたて断面図が作られてしまう。その結果
（Ｂ）　においては、◇りがセルであり、０罎がアイソ
レイション領域であるものが、（Ｄ）のα→のセルと（
１４１のアイソレイションとなシ、セルの面積が２０〜
４０％も実質的に減少してしまうことが判明した。さら
にマスクを用いるため、（Ｂ）のアイソレイション領域
は１〜２ｍｍ例えば１．５ｎｍを有するため、セル巾を
１０ｍｍとする時２ｍｍずれるとするとセル巾００は８
ｍｍとなシ、アイソレイショア　１１１　Ｑ４１４３．
５ｍｍとなり、３０％近くも有効面積が減少してし廿う
。

このため上下の電極の組合せをセルフレジストレイジョ
ン化することがその効率の向上のためにきわめて求めら
れていた。

さらに第１図の従来例において、マスクは価格を下げる
ため金属マスクを配置し、選択的に電極（３）、（５）
をセル領域ａ′４の部分のみ形成させる方法を用いてい
る。しかしかかる方法においては、マスクは１０〜３０
回用いると、マスクの一方向のみに同じ金属膜が形成さ
れるためストレスを受け、被形成面との密接性が欠は浮
いてきてしまった。その結果マスクと基板との間金属、
ＣＴＦのミｒこみがおき、第１図（５）の如くこの捷わ
りこみα乃０Ｑのため電気的絶縁分離（アイソレイショ
ン）が必要す部分ニオイて、隣シあった各セルがショー
トマタハとすると、この間隙は有効面積にならないばか
りか視覚的にも商品価値を下げてしまっていた。

さらにこのマスクのそりによる浮きをなくすため、マス
クを３００〜５００μ小５３〜５ｍｍと厚くすることが
可能である。するとそ９はなくなるが、厚さのため電極
（３）　（５）の形成の際、端部が薄くなシかげになっ
てしまうという他の欠点が発生してしまった０ これらのことより、連結部のマスク合せは低精度でよく
、活性領域において実質的に高精度マスク合せを行ない
得る全く新しい構造および製造方法に基ずく光電変換装
置が求められていた。

本発明はかかる求めに応じてなされたものであって、以
下に図面に従ってその詳細を記す。

第２図は本発明の光電変換装置の製造工程および装置を
示すものである。

図面において基板は透光性基板（例えばガラス）を用い
た。この図面は５つのセルを直列接続せしめた場合であ
る。即ち本発明の光電変換装置は活性領域（１０）と非
活性領域（１１＞とを有し、活性領域のセルはすべてそ
の下側の第１の電極と非単結晶半（ｑ） 導体、さらに上側の第２の電極とがセルフレジストレイ
ジョン（ＳＧ化）されており、概略同一形状に同一配置
を有していた。

これは活性領域に第コ、の電極、半導体、第２の電極を
全体に設けた後、−せいにこのすべてをレーザ光により
スクライブしたことによる。特にとのレーザ（ここでは
ＹＡＧレーザ）スクライブを透光性基板側よりマイクロ
コンピュータにより記憶され制御されたパターンに従っ
てスクライブを行なった。その結果必然的にＳＧ化が可
能になった。

サラニレーザスポットが一般的に３０〜５０μ−テする
ため（構造的には３１＊’も可能であるが歩留りを考慮
して焦点距離の比較的長い３０／７ｆを用いた）％　ｎ
　’ｌ’　Ｌｉ　１０〜３ｏｄ７ｓ−４＋ＩＬｔｒｔ　
Ｊｒｙ　〜ｒ４℃”４ｆ：。

第２図（Ａ）、（Ａ−１λ（Ａ−２）において、活性領
域００）および非活性領域の連結部用電極（６）を第１
のマスクを用いて第１の透光性導電膜による電極（３）
を基板（２）上に形成させた。

とのＯＴＦは工Ｔｏ（酸化スズを１０チ以下含有した酸
化インジューム）または酸化スズを単層または多層に積
層し形成している。一般には電子ピーＩＱ’１ ム蒸着法を用いて１５００〜２５００λの厚さに形成さ
せた〇 図面で（Ａ）　ＫおけるＡ−Ａ’、Ｂ−ｉのたて断面図
をω−１）、（Ｅｌ−１）　Ｋそれぞれ対応して示しで
ある。かかる図面においてマスクは（Ａ）の非単結晶領
域α１）Ｋおける斜線領域のみであり、かつパターンも
簡単であるため、マスクが本来基板から浮きにくい。加
えてこのマスクは合せ精度が低くてもよく、多少基板（
２）より浮いていても全くさしつかえないという特徴を
有する。

次に第２図（Ｂ）　Ｋ示す如く非単結晶半導体を活性領
域（１０）Ｋ形成させる。この時のマスクは斜線のみで
あり、単純なパターンである。第２図（Ｂ）の０−Ｇ’
、Ｄ−Ｄ’のたて断面図を（Ｂ−ｘ）（Ｂ−２）　Ｋ対
応して示している。

かくして活性領域には（Ｂ−１）Ｋ示す如く基板（２）
上Ｋ　ＯＴＦよシなる第１の電極、光照射により光起電
力を発生する非単結晶半導体（４）を形成させた。

この半導体（４）は例えば５ｉｘＯ，−オ（０＜ｘ＜１
一般にはｘ−０，’７〜０．８）のＰ型を約１０ＯＡの
厚さに、さらに１型の水素またはハロゲン元素が添加さ
れた珪素を主成分とする半導体を０．４〜０．６μの厚
さに、さらＫＮ型の微結晶化した珪素を主成分とする半
導体のＰ工Ｎ接合構造とした。もちろんこれをＰ　（Ｓ
ｉ、ｘＯ，−、ＸＬｏ、　７〜０．８）−工（Ｓ　ｔ）
　−Ｎ　（ｐｃ　Ｓ　１）　−Ｐ　（ＳｉＸＯ，−、Ｘ
ｅ　０．７〜０．８）　−Ｉ　（ＳｉｘＧｅ＋＊　Ｘ　
＝０．６〜０．８）−Ｎ（μ（！Ｓｉ）といったＰＩ’
ＮＰＩＮ構造のタンデム構造としてもよい。

次に第３のマスクを用いて第２図（Ｃ）のパターンを形
成させた。第２図（０）のｗ−Ｒ１’、　Ｆ−Ｆ’に対
応したたて断面図を（０−１）（０−２）　Ｋ示してい
る。この図面より明らかな如く、下側の連結部の電極（
６）と上側の連結部の電極（７）がオーム接触をして連
結部（１時を構成している。この状態においては活性領
域は単一の積層構造を構成しているのみであり、（０−
１）のたて断面図より明らかな如く、半導体（４）上に
第２の電極（５）が形成されているにすぎない。この第
２の電極は工ＴＯを９００〜１３００λ例えば１０５０
大の厚さに設け、さらに珪素またはクロム、チタンが添
加されたアルミニュームを主成分とする金属を１０００
〜２０００＾の厚さに形成させた。もちろん信頼性を重
視しない場合は工Ｔｏを除去してもよい。

またこの電極は工ＴＯのみでも十分であった。

裏面電極の反射光を利用して特性改良を計るには、前記
した工ＴＯ＋Ａ１が好ましかった。信頼性の向上はさら
に工ＴＯのみが好ましかった。それは裏面電極の金属と
半導体とが反応しやすいためである０ この後第２図（Ｂ）においてレーザスクライブ（２０）
を行なった。これはＹＡＧレーザ（波長約１μ〕をガラ
ス基板側より平均出力３〜５Ｗとし、ビーム径３０〜５
０　ビーム走査スピード１〜１０ｍ／分一般には３ｍ／
分として行なった。

かくして第２図（Ｄ）のａ−ｄ、Ｈ−Ｈミニ−八Ｊ−！
に対応して第２図（Ｄ−’ｌ）、（Ｄ−２）、（Ｄ−３
）、（Ｄ−４）を有せしめることができた。

この図面で明らかな如く、透光性基板（２）上に第１の
電極（３）、半導体（４）、第２の電極（５）が中１０
〜３００μ好ましくは３０〜１００μのスクライプライ
ン翰によシ概略同−形状に同一配置を有して設けらΔ１
Ｘ れている。

第２図（Ｄ）〜（Ｄ−４）において、これらの上面に有
機樹脂（イ）例えばシリコーン、エポキシまたはポリイ
ミドを１〜２０μの厚さにコーティングして完成させて
いる。この（′Ｄ）のレーザスクライブ工程はガラス側
よシ行なうことは本発明の他の特徴である〇それはレー
ザ照射により加熱されて外部に噴出する如くにして飛び
散らせてスクライブすることによシ、薄膜状の第１およ
び第２の電極が互いにショートまたはリークするのを防
ぐためである。

とのレーザ光を逆に図面で上方より照射することによっ
て第２の電極をレーザアニールをし、第１の電極と半導
体中を蒸発拡散してショートしてしまい、全くの使用に
耐えないことが本発明人により実験的に判明している。

即ち本発明は透光性のある程度の耐熱性の基板例えばガ
ラス基板を用いることにより、このガラス基板側よシレ
ーザ光を照射して初めて可能となこれは各セル間のスク
ライブ（１）のみでなく、各光電変換装置間のスクライ
ブＵＫ対しても全く同様に応用が可能であった。

幡性領域と５ｍｍＸ５．４ｃｍの非活性領域を有する１
つの光電変換装置を１２ｃｍＸ５．４ｃｍの大きさのガ
ラス基板上に１つ作るのではな（，２０ｃｍＸ４０ｃｍ
または２０ｃｍＸ６０ｃｍまたは４０ｃｍＸ１２０ｃｍ
の大きなガラス板に一度に多数の光電変換装置を作るこ
とが可能である。そして最後にこれらを１つずつの光電
変換装置に分割すればよいことがわかるＯ もちろん大面積の同一基板上に多数（１００〜１０００
個）の光電変換装置を作製し、最後に分割することは第
１図の従来例においても不可能ではない。

しかしかかる場合はマスクが高度の合せ精度を要求した
シ、またマスクの基板との浮きが発生することがきわめ
てきられれるため、従来方法においてはおのずからの限
界がある。

ターンの概要を示している。

図面におい、−１七４ｉム１−づ・こ５Ａ−Ｐ、句、４
・（３０）　−−−（３φがそれぞれ独立した光電変換
装置を示す。活性領域は００）０Φであシ、非活性領域
θ心と帯状にきわめノ て単純に設けられている。このためこの帯状のラフ（ル
ーズ）な単に隣り合ったセルと連結するためにだけマス
クを用いるため、この合せ精度はゆるくてもよく、量産
はきわめて容易である。

また第２図（Ｄ）　において明らかな如く、セルの有効
面積は活性領域のうちの１０〜３００μ巾のきわめてわ
ずかな部分を除いて有効であり、実効面積は９５±２％
以上を得ることができ、従来例の８０±３０チに比べ本
発明構造は格段にすぐれたものである。

以上のことより、本発明は■大面積化をして最終的に各
光電変換装置に分割すればよいため、従来よシも１／３
〜１１５の価格での製造が可能である■活性領域がセル
フレジストレイジョン方式のためセルの有効効率が高く
かつそのバラツキが少ない■マスクの高い合せ精度を必
要としないため製造歩留りが高い■各セル間のスクライ
プラインがセルフレジストレイジョンであシ、かつレー
ザビームスポットヂ２１Ｌ＆え２セ１　　　　従来の１
〜１．５ｍｍよりその１／１０〜１１５０の１０〜３０
０μ好ましくは３０〜１００μとすることができた。そ
の結果肉眼によりハイブリッド化を確認させず、高付加
価値を与えることができた■マスクの浮きによるセルの
周辺部でボケが発生することがなく、従来例の周辺部の
ふといにじ構造がみられなくなシ、高付加価値を与えた
、等多くの特徴を有している。

以上の説明は本発明の第２図第３図のパターンには限定
されない。セルの数、太ささけその設計仕様によって定
められるものである。また半導体はプラズマＣｖＤ法ま
たは減圧ＯＶＤ法を用いた。

非単結晶シリコンを主成分とするＰ工Ｎ接合、ヘテロ接
合、タンデム接合のみに限らず多くの構造への応用が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電変換装置のたて断面図であるＯ 第２図、第３図は本発明の光電変換装置の平面！ｉΦ許
出＋ｔ、１．Ｈ人 □−Ｊ −一一当 □１ニニ／呵 一一一■ぺ 一一千肯 ３６９− Ｂ’　　　　　（Ａ） コ ζ ／３ （８） 〜ａ ２ （〔］ ２　　　　　ＣＤ） −ｔ　　　ＣＥ２ 躬１Ｃコ ｒｂ ２　　　　（Ａ−２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、透光性基板上に光照射により光起電力を発生する活
   性領域と、該活性領域に設けられた複数の電変換セルを
   互いに電気的に連結する連結部と外部電極を有する非活
   性領域とを有し、前記複数の光電変換セルは活性領域に
   おいて互いに離間して設けられるとともに、前記基板上
   に第１の電極と該電極上に光照射により光起電力を発生
   する非単結晶半導体と、該半導体上に第２の電極とを有
   し、前記セルにおける第１の電極、前記非単結晶半導体
   および前記第２の電極は概略同一形状を有して概略同一
   配置に積層して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、活性領域の光電変
   換セルは１０〜３００μ好ましくは３０〜１００μの距
   離を離間して設けられた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、非単結晶半導体は
   へテロ接合、Ｐ工Ｎ接合またはＰｌｉ接合を少なくとも
   １つ有する珪素を主成分とする半導体よりなることを特
   徴とする光電変換装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、第２の電極は非単
   結晶に密接して透光性導電膜または該膜と該膜上の反射
   性金属とを有することを特徴とする光電変換装置。