JPS59220979A - 光起電力装置の製造方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は太陽光等の光エネルギを直接電気エネルギに変
換する光起電力装置の製造方法に関する。

０）従来技術 光エネルギを直接電気エネルギに変換する光起電力装置
、新開太陽電池は無尽蔵な太陽光を主たるエネルギ■と
しているために、エネルギ資源の枯渇が問題となる中で
脚光を浴でいる。

第１図は斯る光起電力装置を示し、（１）はガラス・透
光性プラスチック等の絶縁基板、（２Ｂ）（２ｂ）（２
０）は該絶縁基板（１）の−主面に並設された複数の光
電変換領域で、該変換領域（２ａ）（２ｂ）（２０）の
各々は、絶縁基板（１）側から酸化スフ、−（８ｎｏ　
２　）　、酸化インジウムスズ（Ｉｎ２ｏａ−８ｎ０２
）等の透明酸化電極材の第１７１ｔ極層１ａ）（ろｂ）
（３（＋）と、例えば光入射側からＰＩＮ接合を有する
アモルファスシリコン等のアモルファス半導体から成る
膜状光半導体層（４Ｂ）（４ｂ）（４Ｃ）と、該光半導
体層（４Ｂ）（ｌｂ）（４０）とオーミック接触するア
ルミニウムＡｆｉ等の第２電ｉ層（５１（５ｂ）（５０
）と、を順次重畳せしめた積層ｔＭ造を成している。更
に、上記並設された光電変換領域（２ａ）（２ｂ）Ｃ２
０）は右隣シの光半導体層（４ｂ）（４０）単面から絶
縁基板（１）上に露出しｆｃ第１↑［１，極層（５１）
）（ろＣ）の露出部（３ｂ’）　（３ｅ’）に、左賄り
の光半導体層（４Ｂ）（４ｂ）上面から延出して来た第
２ＶｔｌｖＪｉ層（５８）（５ｂ）（７）延長部（５ａ
’）（５ｂ）が直接結合し、従って複数の光電変換領域
（２Ｂ）（２ｂ）（２Ｃ）は電気的に直列接続される。

。 この様な装置に於いて、光利用効率を左右する一つの要
因は、装置全体の受光面積（即ち、基板面積）に対し、
実際に発電に寄与する光電変換領域（２Ｂ）（２ｂ）（
２０）の総面積の占める割合いである。然るに各光電変
換領域（２ａ）（２１）　）　（２Ｃ）の丙接間隔に必
然的に存在する分離領域は上記面積割合いを低下させる
。

従って、光利用効率を向上させるためには各光重：変換
釦域（２０）（２ｂ）（２Ｃ）の隣接間隔である分離領
域を小さくしなければならない。

斯る間隔縮小は各層の加工精度で決まり、従って、細密
加工性に優れている写真蝕刻技術がイ」望である。この
技術による場合、基板（１）全面への第１電極層の被着
工程と、フォトレジスト及びエツチングによる各個別の
第１電極層（ろａ）（３ｂ）（３０）の分離、即ち各第
１電極層（３ａ）（３ｂ）（３０）の隣接間隔部分の除
去工程と、を順次経た後、同様の被着工程及び除去工程
を光半導体層（４８）（４ｂ）（４Ｃ）並びに第２〒１
１極層（５Ｂ）（５ｂ）（５Ｃ）についても各々再度縁
り返し行なうことになる。

然し乍ら、上記写真蝕刻技術は水洗い等のウェットプロ
セスを含むために、膜状を成す光半導体層＜　４ａ　）
　（４ｂ　）　＜　４ｏ　）４Ｃヒンホ−ルカ形成され
ることがあり、次工程で被着される第２電極材が斯るピ
ンホールを介して第１電極層（ろａ）（３ｂ）（３０）
に到達する結果、該第１電極層（３ａ　）　（３ｂ　）
　（３０）ハ当該光１［ＪＬ”換領域（２ａ　）　（２
ｂ　）（？　）の光半導体層（４Ｂ　）　（４ｂ）（４
Ｇ）を挾んで対向する第２電極層（５Ｂ）（５ｂ）（５
０）と電気的に短絡ｆ　る４１故を招いていた。また、
第２電極層（５Ｂ）（５ｂ）（５Ｃ）がオーミック接触
する光半導体層（４８）（４ｂ）（４０）の接触部は上
記写真蝕刻技術によるフォトレジストの塗布・剥離及び
水洗いに於いてピンホールが形成されないまでも膜質が
劣化せしめられると共に、水洗いに使用した水が僅かな
がら残留し次工程で被着される第２電極層（５Ｂ）（５
ｂ）（５１を腐食する危惧を有していた。

特開昭５７−１２５／）８号公報に開示された先行技術
は、レーザビーム照射による層の焼き切りで、上記隣接
間隔を設けるものであり、写真蝕刻技術を使わないその
技法は上記の課題を解決する上で棒めて有効である。

斯るレーザビーム技術により第１図の如き光起■：力装
置を製造する場合、第１電極層、光半導体層及び第２■
１．極層は各層被前工程終了後に各光電変換領域（２ａ
）（２ｂ）（２Ｃ）毎にレーザビームの照射により分離
される。このレーザビームの照射による分離に於いて留
意しなけれはならないことは、焼き切らんとする膜部分
の下に他の膜が存在しておれば、それに損傷を与えない
ことである。さもなければ、目的の膜部分を焼き切つｌ
ヒ上、必要としない下の膜まで焼き切ってしまう。

特に第２電極（５’ａ）（５ｂ）（５０）はオーミック
金属によシ形成されるために、照射せしめられるレーザ
ビームに対し高い反射率を呈すると共に、良熱伝導性を
有し、従って照射せしめられるレーザビームの閾値エネ
ルギ密度は高く、下層に損傷を与える危惧を有していた
。例えば第２電極層としてオーミック性の優れた厚み５
０００Ａ〜１μｍのＡｌを用いると、該Ａｌは波長１．
０６μｍのＮ　ｄ　：　ＹＡ９レーザに対し約９４％の
反射率を呈すると共に、熱伝導率も０１５７ｃａｌ／Ｓ
・画・０Ｃと高く、約１０８Ｗ／ｄ以上の閾値エネルギ
密度を必要とする。

ｅ→　発明の目的 本発明は斯る点に鑑みて為されたものであって、その目
的は下層への損傷を防止しレーザビームの照射による第
２電極鳩の分割を可能ならしめることにある。

に）発明の構成 基板の絶縁表面に積層された第１電極層、光半導体層及
び第２　？ｔｉ：極層を含む複数の膜状光電変換領域を
互いに電気的に直列接続せしめる本発明光起電力装置の
製造方法は、上記光半導体層とオーミック接触するオー
ミック層を備えた第２電極層を、レーザビートの照射に
より各光電変換領域毎に分割せしめるべく、上記オーミ
ック層上に該オーミック層に比して」二記レーザビーム
に対し良加工性の７５７［加工層を積層せしめる、構成
にある。

（Ｉス）実施例 ｆｆＧ　２図乃至第７図は本発明実施例方法を工程順に
示している。第２図の工程では、厚み１ｇｇ〜６間の透
明なガラス製絶縁基板００）上全面に、厚み２００．０
Ａ〜５０００ＡのＳ’　ｎ　０２から成る透明な第Ｈｋ
−極層（１１）が被着される。

第６図の工程では、隣接間隔部０１赫レーザビームの照
射により除去されて、個別の各第１電極層（１１Ｂ）（
１１ｂ）（１１Ｃ）・・・が分離形成される。使用され
るレーザは波畏１．０６μｍ、エネルギ密度６　Ｘ　１
０７Ｗ／　ｃｌｌ、パルス周波数３ＫＨ２のＮｄ：ＹＡ
Ｇレーザが適当であシ、隣接間隔部αυの間隔（Ｌｌ）
は約１ｏｏμｍに設定される。

第４図の工程では、各第１電極層（１１ａ）（１１ｂ）
（１１０）・・・の表面を含んで絶縁基板（１０１主全
面に厚み５０００Ｘ〜７０００Ｘのアモルファスシリコ
ンの光半導体層０２）が被着される。斯る光半導体層（
２）はその内部に膜面に平行なＰＩＮ接合を含み、従っ
てよシ具体的には、先ずＰ型のアモルファスシリコン層
が被着され、次いで１型及びＲ型のアモルファスシリコ
ン層が順次積層被着される。

第５図の工程では、隣接間隔部■′がレーザビームの照
射によシ除去されて、個別の各光半導体層（１２Ｂ）（
１２ｂ）（１２０）−ｄｉ分離形成される。使用される
レーザは上記Ｎ　ｄ　：　ＹＡＧレーザであシ、そのエ
ネルギ密度は２Ｘ１０７Ｗ／ｃｄである。斯るレーザビ
ームの照射にょシ隣接間隔部Ｑ２１の間隔（Ｌ２）は約
３００μｍに設定される。

このとき、隣接間隔部ａｔの下に存在する第１霜；極層
（１ｌｂ）（１１０）−１）ｉ高部（１１ｂ’）（１１
０’）・・・にもレーザビームが最終的に到達するが、
注意すべきは光半導体層（１２）の隣接間隔部叩が第１
電極層０１）を加工する際よシも低エネルギ密度のレー
ザビームによシ除去せしめられていることである。従っ
て、光半導体層■をその膜厚分だけ除去するにほぼ必要
十分な照射時間長をもってレーザビームを走査させると
、光半導体層０りの膜厚分だけ完全に除去されて、その
結果一時的にレーザビームが第１電極層（１１ｂ）（１
１Ｃ）・・・ったとしても、その部分はほとんど損傷を
受けない。

第６図の工程では、第１　？Ｉｊ筏層（ｉｔ−ｂ）（１
１Ｃ）・・・の露出部＜　１１１）’）　（１１Ｃ’）
・・・及び元手２ｎ体１ｉ’ｌ（１２Ｂ）（１２＋３）
（１２０）−（７）各表面を含んで絶縁基板００）上全
簡に、厚み２００Ｘ〜２０ｆＪＤＡのＡ／から成るオー
ミック層α３）と、該オーミック層（１３ｉに比してレ
ーザビームに対し良加工性の厚み５０ＤＯＡ　〜１　ｐ
ｍｃｏ４−ｐ：／（Ｔ　ｉ）から成るえり１ＵＬ加］一
層（１４１と、を積層せしめた第２電極層（１５）を被
着する。

第７図の最終工程では、隣接間隔部０５（がレーザビー
ムの照射により除去されて、個別の各第２電極層（１５
Ｂ）（１５ｂ）（１５Ｃ）・・・が形成され、その結果
各党電変換領域（１６１（１６ｂ）（１６０）・・・が
電気的に直列接続される。使用されるレーザはＮｄ：Ｙ
ＡＧレーザであシ、その時のエネルギ密度は３　Ｘ　１
０７Ｗ／　ｄで、隣接間隔部■′の間隔（Ｌ３）は約２
０μｍに設定される。

ここで注目すべき杜、エネルギ密度が６×１０７Ｗ／ｄ
とＡｌ単体のそれ（１０８Ｗ／ｄ　）に較べ減小してお
シ、斯る３　Ｘ　１０７Ｗ／ｃ鑓なる値は第１電極層α
Ｄの閾値エネルギ約６　Ｘ　１０７Ｗ／ｄよｐも小さい
と云う点である。即ち、従来第２電極層（１５Ｂ　）　
（１５ｂ　）　（１５０）　・・・は光半導体層（１２
Ｂ　）　（１２ｂ　）　（１２Ｃ）　・・・とのオーミ
ック性に優れ＊Ｃｊ？を主体としてい７’ｃｆｃめに、
レーザビームを照射せしめても、上記Ｎｄ：ＹＡＧレー
ザに於いて約９４％のエネルギは反射し、しかも僅かに
吸収されたエネルギも熱に変換された際に艮熱伝導性（
０，５７ｃａｌ／：３・α・０Ｃ）を呈するが故に放散
し、その結果該Ａｌを焼き切るためのエネルキ密Ｊ（は
高くならざるを得す、１層への損傷は免れなかった。

然るに、本発明にあっては、Ａｇのオーミック層（１３
）上に良加工性の導電加工層−を積層せしめたので、Ｗ
＜２層Ｍ極１ｓｆｆ（１５ａ）（１５ｂ）（１５ｃ）・
・・Ｋ於ける電力損失の原因となるシート抵抗を増大さ
せることなく上記Ａｌのオーミック層側を肉薄にするこ
とができ、熱伝導によシ失なわれる熱エネルギが減小す
るために該オーミック層（１３）の閾値エネルギ密度が
下層に損傷を与えない値にまで減小するのである。例え
ば上記導電性加工層（貝を形成するＩｌｌ　ｉにつき具
体的数値を例示すると、１．０６μｉｎの波長に対する
反射率は約６０％であり、熱伝導率に至っては０１０４
−／δ・α・０ＣとＡｌに較べ約１／１５と劣るために
、上述の如く閾値エネルギ密度の減小が図れる。

従って、オーミック層（１３）に比して４電加工層圓は
レーザビームの波長に対して反射率が小さく、熱伝導率
が劣シ、かつ厚みが肉厚であることが最も好適である。

斯る条件を全て満すものとしては、オーミック層（１３
）をＡｌとした場合、１．０６μｍの波長に於いて反射
率６５％、熱伝導率０１２１ｃａｌ／δ・画・０Ｃのニ
ッケル（Ｎｉ）も好適であシ、更には上記Ｔｉを主成分
とするチタン銀（ＴｉＡｇ）等の合金でも好ましい。ま
た、オーミック層０３）としてはＡｌの他に該Ａｌを主
成分とする合金、何重ばア７レミニウム・シリコン（Ａ
１８ｉ）で＝１＋っても構わない。

更に、第２電極層は上記実施例の如く、２層構造に限ら
ず、６層、４Ｎ、・・・等多層構造となしても艮い。例
えば４層構造の場合、オーミック層（第１層目）として
厚み５００Ａ程度のＡｌ、第２層目を厚み１５００Ａの
ＴｉＡｇ（若しくはＴｉ）、第３層目を厚み１０００Ｘ
程度のＡｌ５ｉ（若しくはＡｎ）、そして第４Ｎ目を厚
み３００ＯＡ程度のＴｉで構成すれば艮い。

（へ）発明の効果 本発明は以上の説明から明らかな如く、複数の光？ｌＬ
変換領域の光半導体層上に連続的に被着された第２電、
極層は、該光半導体層とオーミック接触するオーミック
層を備えると共に、該オーミック層上には尚該オーミッ
ク層？に比してレーザ加工に対し良加工性の導電加工層
が積層せしめられているので、斯る第２電極層をレーザ
ビー今の照射によシ各光電変換領域毎に分割せしめる際
にレーザビームのエネルギ密度を減小せしめることがで
き、下層への損傷を防止し得る。従って、レーザ技術の
使用がて能となる結果、光電変換に寄与する有２効面積
を向上せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は典型的な光起電力装置の要部斜視図、第２図乃
至第７図は本発明製造方法を工程別に示す断面図である
。 （１０）−−絶ＲＭｈ、（１１）（１’１８）（ｌｌｂ
）（１１Ｃ）・・・・・・第１電４ハ層、（１２）（１
２Ｂ）（１２ｂ）（１２Ｃ）・・・・・・光半導体層、
（１３）・・・・・・オーミック層、（１４１・・−・
−２８，７［７ＪＩＪ　工ｉｔ、（１５！（１５Ｂ）（
１５ｂ）（１５Ｃ）・・・・・・第２電極層、＜　１６
ａ）（１６ｂ）（Ｃ）・・・・・・光電変換領域。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板の絶縁表面に積層された第１電極層、光半導
   体層及び第２電極層を含む複数の膜状光電変換領域が互
   いに電気的に直列接続せしめられた光起電力装置の製造
   方法であって、上記複数の光電変換領域の光半導体層」
   二に連続的に被着されｆｃ？（’、　２　？［ｌへ層は
   、該光半導体層とオーミック接触するオーミック層をｆ
   ｉｎえると共に、該オーミック層上には、少くとも当該
   オーミンク層をレーザビームの照射により除去し各光重
   変換領域毎に分割せしめるべく、上記オーミック層に比
   して上記レーザビームに少ｊし艮加工１生の４１・住方
   ■工層を積層せしめ／ヒことを特徴とする光起電力装置
   の製造方法。