JPS5999780A - 大面積太陽電池 - 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】 、′　□　　　　　□ 本発明は大面積光電池およびその製法に関するものであ
る。本発明は特に、（１）半導体材料のストリップ（長
尺物）から、相互に電気的に分離された複数の隔置型（
ａｐａｃｅｄ　）大面積光電池を形成させること、およ
び（２）大面積光電池中に、相互に電気的に分離された
複数の小面積セグメントを形成させることに関する。ざ
らζこまだ本発明は、（１）前記の相互に電気的に分離
された隔置型大面積光電池を製造する方法、および（２
）大面積光電池中ζこ、相互に電気的ｆ賃離された複数
のセグメント蕃作る方法にも関する。

ここに記載された光電池は離散的乃至不連続状の（ｄｌ
ｓｃｒｅｔｅ　）隔置型大面積光電池であって、　　。

これは一般に、相互に電気的に分離された複数の小面積
セグメントのマトリックス（配列体、特に格子状配列体
）に分けられるが、この分割は必須条件ではない。大面
積電池の隔置（ｓｐａｃｉｎｇ　）および分割は次の方
法で行われる。すなわち、半導体材料の半導体ボディの
頂部に直接に軍気絶縁材料を付着させ、これによって、
相互に隣り合った複数の大面積電池、および／またはそ
の中の、相互に隣り合った複数の不面積セグメントを相
互に分けるのである。本発明の主な目的は、（１）光電
池材料の連続状ストリップから大面積、半導体電池を、
および（２）この大面積電池中に小面積セグメントを、
連続的または７１＼？ｌ・ｙ’ｌ的に形成力する方法を
提供することである。

結晶シリコンデバイスは巨大な半導体工業の基本材料で
あるけれども、或一定の物性パラメーターを有する結晶
シリコン、すなわち所望用途に応じて物性パラメーター
を適宜変改でき、ない結晶シリコンからデノ々イスを作
る場合には大量の材料を要し、かつ比弊的小面積のデバ
イスしか製造できず、しかも製造のために、かなりの費
用と時間がかかる。アモルファス（非晶質）シリコンか
らデバイスを作る場合には、結晶質シリコンの使用時の
前記の欠点が解消できる。アモルファスシリコンは、ダ
イレ、クトキャップ半導体に類似の性質をもつ光吸収端
を有する。そしてアモルファスシリコンは、僅か１ミク
ロンまたはそれ以下の厚さのときに、厚さ５０ミクロン
の結晶シリコンの太陽光線吸収量と同量の太陽光線を吸
収するという特性を有する。仝らにアモルファスシリコ
ンは、大面積のものが、結晶質シリコンの場合よりも一
層速やかζこ１．かつ一層容易に製造できる。

したが？て、アモルファス半導体ボディたはフィルムを
！易に付着形成する方法の開発のために、かなりの努力
が、なされている。この付着方法は、前記合金およびフ
ィルムが比較的大なる面積の個所を包被でき、そして包
被面積は付着装置の寸法のみに制限されるような方法で
あることが好ましい。さらに、結晶質材料から作られた
ｐ−ｎ接合デノ２イスと同等なデバイスをアモルファス
シリコンから作るときに、ｐ形またはｎ形材料の調製の
ためのドーピングが容易にできるような方法を開発する
のが望ましい。

大きく改善されたアモルファスシリコン合金は、そのエ
ネルギーギャップ中の局在状態の密度が著しく低く、か
つ良好な電子的性質を有するものであるが、これは米国
特許第４，２２６，８９８号（発明の名称［結晶質半導
体と等価のアモルファス半導体Ｊ　、５ｔａｎｆｏｒｄ
、Ｒ，Ｏｖｓｈｉｎｓｋｙ１ＡｒｕｎＭａｄａｎ１発行
日１９８０年１０月７日）記載の方法に従ってグロー放
電蒸着を行うことによって製造でき、あるいは米国特許
第４，２１７，３７４号（発明の名称は前記の特許の場
合と同じ、Ｓ″ｊ’１ＬｎｆｏｒｄＲ，０ｖｓｈｉｎｓ
ｋｙ、　Ｍａｓａｔｓｕｇｕ　Ｉｚｕ　１発行日１９８
０年８月１２日）記載の方法に従って蒸着操作を行うこ
とによって製造できる。しかして、これらの米国特許に
開示されているように、局在状態の密度を実質的に減少
させるためにアモルファスシリコン半導体に弗素を添加
するのである。

活性化された弗素はアモルファスシリコンのアモルファ
ス体の中に容易に拡散してこのシリコンと結合し、その
ために、その中の局在した欠陥状態の密度が実質的に減
少するのであると思われる。

なぜならば、弗素原子は寸法が小さいためにアモルファ
ス体内に容易に侵入できるからである。この弗素はシリ
コンのダングリング結合（ｄａｎｇｌｉｎｇｂｏｎｄｓ
　）　に結合し、一部イオン性の安定な結合を形成する
と考えられる。この場合の結合角は、可変性の結合角（
ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ｂｏｎｄｉｎｇ　ａｎｇｌｅｓ　）
であると考えられる。この結果として、水素または他の
補償剤または変性剤（ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｏｒａ
ｌｔｅｒｉｎｇ　ａｇｅｎｔｓ　）を使用した場合より
も一層安定かつ一層大きい補償効果または改変効果が得
られる。弗素は、単独使用または水素と共に使用された
ときに、水素のみの場合よりも一層効果的な補償作用ま
たは変改作用を行う元素であると考えられる。なぜなら
ばこれは寸法が非常に小さく、高反応性であり、特異性
をもつ化学結合形成性を有し、かつ最高の電気陰性度を
有するからである。

光電池デバイスの効率が、この電池を頂部積層・方式で
相互に順次積層することによって向上させることができ
ることは既に公知である。光電池デバイスの効率向上の
ためにこれを積層電池の形で使用するという概念は既に
１９５５年に存在しており、たとえば米国特許第２，９
４９，４９８号（Ｅ、　Ｄ、　Ｊａｃｋｓｏｎｌ　　発
行日１９６０年８月１６日）に開示されている。これに
記載された積層電池構造体は％　ｐ−１１接合型結晶質
半導体デバイスを利用したものであった。この既念は実
質的に、バンドギャップの種々異なる複数のデバイスを
使用することによって太陽光線スペクトル範囲内の種々
の波長の光線を一層効果的に集光し、開路電圧（ＶＯＣ
）を高めることであった。このタンデム電池デバイスは
２個以上の電池を有し、光線が各電池を順次通過し、バ
ンドギャップの大きい材料の後部にバンドギャップの小
さい材料が配置され、第１番目の電池または層を通過し
た光線は其次の部材で吸収されるように構成されたもの
である。

各電池で生じた電流の実質的なマツチング（ｍａ　ｔ　
ｃ　ｈ−ｉｎｇ　）　　によって、各電池の全開路電圧
を全部加えて利用でき、したがって、入射光から生じた
エネルギーを充分に利用できるデバイスの形成が可能で
ある。

光電池を大量生産できる方法を開発することが商業的に
重要である。結晶質シリコンを使用した場合には太陽電
池がパッチでしか製造できないけれども、アモルファス
シリコン合金を使用した場合には、これは比較的大面積
の基板上に多層体の形で付着でき、したがって連続製造
方法（製造システム）釦よって大容量太陽電池が製造で
きる。

この種の連続製造方法はたとえば次の特許出願明細書に
記載されており、すなわち米国特許出願第１５１３０１
号（ｒｐ−Ｙ−ゾ型シリコンフィルムの製法、および該
フィルムから作うれたデバイス」、出願日１９８０年５
月１９日）、同第２’４４，３８６号（「アモルファス
半導体材料の連続蒸着システム」、出願日１９８１年３
月１６日）、同第２４０，４９３号（「アモルファス太
陽電池の連続製造システム」、出願日１９８１年３月１
６日）、同第３０６，１４６号、（「多チセンパー、デ
ポジションおよび分離システムおよびその操作方法」、
出願日１９８１年９月２８日）、および同第３５９，８
２５号（「タンデム光電池の連続製造方法および装置」
出願日１９８２年３月１９日）に記載されている。これ
らの米国出願明細書をこ記載されているように、基板を
連続的に前進移動させて、複数のデポジション室トライ
アト区ｔｒｉａｄｓ；３つの室から構成された帯域）の
中を、順次通過させ、各付着室内においてそれぞれ所定
の材料を付着させることができるｃ＞”Ｐ−１−’Ｉ’
ｈ形構造を有する太陽電池を製造する場合には、各トラ
イアトの第１室でｐ形アモルファス半導体材料の付着が
行われ、各トライアトの第２室で真性半導体材料の付着
が行われ、□そし【各トライアトの第３室でｎ形アモル
ファス半導体材料の付着が行われる。

既述の大量生産用グロー放電デポジション技術によって
製造された大面積光電池のロール（ｒｏｌｌ；巻取物）
は、長尺スｈ　ＩＪツブの形の基層と、その上に蒸着さ
れた一連の半導体層とを含んでなるものである。本明細
書では、このような基層とその上に蒸着された半導体層
とからなるストリップを（その長さにかかわらず）半導
体材料と称することにする。

これらの半導体層の付着後に、実際に操作できる半導体
デバイスに加工する工程を実施する必要がある。この加
工工程で、反射防止性を有し、透明であり、高透光性か
つ高電導性の被覆（以下では″透明な電導性被覆”と称
する）を施さなければならない。この透明な電導性被覆
は上部半導体層の露出面上に施すのが好ましく、かつま
た、相互に電気的に分離された複数の小面積セグメント
のマトリックスが生成されるように前記の被覆を施すの
が好ましい。これらのセグメントは相互に電気的に接続
でき、これによって大面積光電池が形成できる。

現在の技術を基礎として大面積光電池の起電力を最高値
に増大さぜるために、この大面積光電池を、前記の如き
相互に電気的に分離された複数のセグメントのマトリッ
クスに分けるのが望韮しい。

大面積半導体デバイスでは、□半導体層の中に短絡部の
如き欠陥部が存在することがあり得る。しかして、欠陥
部の存在位置や欠陥の程度に左右されるが、欠陥部の存
在のために半導体ボディ（ｂｏｄｙ）全体の電気出力が
著しく低下することがあり得る０この理由の・ために、
（１）大面積半導体デバイスを、相互に電気的に分離さ
れた複数の小面積セグメントに分け、（２）所定の出力
規格に合格する性能を有しないセグメントを個別的に光
用し、そして（３）大面積光電池の中の小面積セグメン
トのうちで、前記の所定の規定に合うセグメントだけを
電気的に接続する・ことが好ましい。しかしながら現在
の技術は、短絡が、予測可能な未来の問題ではあり得な
いという点までしか進んでいないすしたかつ【本発明は
、大面積電池を複数の小面積セグメントに分けることだ
けに限定されるものではなく、後記の如き実施態様も才
だ包含するものである。

従来の技術によって大面積光電池を作る場合には、透明
な電導性被覆を連続層の形で形成させ、其後にこれに蝕
刻（ｓｃｒｉｂｉｎｇ　）を行って、相互に電気的に分
離された複数のＪ＼面積セグメントを形成させていたの
である。これは次の各工程を含む多工程操作であり、す
なわち、（１）透明な電導性被覆を施す工程、（２）ホ
トリップラフイの如き技術を用いて、パターン化された
ホトレジスト材料を付着させる工程、および（３）湿式
化学技術（化学腐蝕技術）またはプラズマエツチング技
術を用いてエツチングを行う工程を含むものである。従
来の技術による前記の蝕刻方法は時間がかかり、多大の
労力を要し、かつ、面倒な湿式化学操作を含むものであ
る。もう１つの公知方法は、マスクまたはステンシル（
謄写板原紙）を用いて作った不連続状パターンを使用し
て、透明な電導性被覆を施すことからなるものである。

この公知方法は乾式法であって、連続生産に適するとい
う長所をもっているけれども、光電池材料上ζこ付着用
マスクを配置しなければならず、この配置に関して種々
の技術的問題があり、これが該公知方法の固有の欠点で
ある。

これらの公知技術とは全く異なり、本発明に従えば、相
互に電気的に分離された複数の小面、積セグメントのマ
ｌ−ＩＪラックス画定する電気絶縁性パターン（スクリ
ーン印刷技術によって作られたパターン）を有する大面
積光電池が得られるのである。この場合の蝕刻は乾式ス
クリーンｌ１１１：電力法に従って行われ、これによっ
て複数の小面積セグメントが明確に画定されるから、本
発明によれば、（１）光電池自体、および（２）蝕刻技
術、または不連続状の透明な電導性被覆を施す技術に関
して、従来の技術に比して実質的な改善が達成できるの
である。本発明では、前記電気絶縁材料によって大面積
電池における複数の小面積セグメントのマトリックスが
画定でき、したがって、透明な電導層に蝕刻操作を行う
必要がない。従来の技術によれば前記の蝕刻方法を実施
する必要があるが、この蝕刻方法は次の欠点を有し、す
なわち、（１）この透明な電導性被覆の下側の半導体層
の′電気的性質を悪くするおそれがあり、（２）この透
明な電導性被覆を極端に多く除去してしまうおそれがあ
り、あるいは（３）この透明な電導性被覆の除去量が不
充分であるために、互いに隣り合った２つの小面積セグ
メントが相互に電気的に接続した状態のまま残るおそれ
があるという欠点を有するものである。これに対し本発
明では、このような欠点をもつ蝕刻操作は全く省略でき
るのである。

さらに、既述の如く本発明の光電池は、操作費が安くか
つ操作効率の良い連続生産に適したものである。本発明
の好ましい具体例では、半導体材料のロールから大面積
電池が製造される。この半導体材料のロールはその長さ
がたとえば１０００フイートという長いものであるから
、この材料を適当な長さのものにカットして、個々の大
面積電池を作る必要がある。長さ１０００フイートのロ
ールから大面積電池を、回路を短絡させることなく高効
率でカットするために、従来方法では最初に当該半導体
材料上に透明な電導性被覆を施し、次いで、隣り合った
２つの大面積電池の間の前記被覆を除去する操作が行わ
れていた。これに対し本発明では、隣り合った２つの大
面積電池の間に電気絶縁材料を付着させることによって
、短絡部を形成させることなく大面積電池を所望寸法通
りにカットできる。その結果、操作効率が著しく向上し
、かつ操作費がかなり節減できる。

前の文節中で弗素含有半導体ボディを有する光電池につ
いて説明したが、本発明は決して特定の処理ガスを用い
て製造されたアモルファス半導体のみに限定されるもの
ではない。本発明は、（１）アモルファス、結晶質また
は多結晶質であり、かつ、（２）弗素を含むかまたは含
まない任意の組成の種々の光電池に等しく適用できるも
のである。なお、最近の米国特許出願（出願臼１９８２
年９月２３日、「種々の組成を有し得る材料、および該
材料の合成方法」譲受人は本出願人と同じ）には、以前
に研究されたが其後に研究が中止された材料、または新
規合成物質から、光電池として適当なレスポンス特性を
有する物質を得る方法が開示されて□いる。

本発明の大面積光電池は、相互に電気的に分離された複
数の小面積セグメントのマトリックスを含有してなるも
のである。しかして各セグメントは、共通の基板と、こ
の基板の頂部に配置された透明な半導体ボディと、この
半導体ボディの頂部に配置された透明な電導性被覆とを
含有するものである。大面積電池を複数の小面積セグメ
ントのマトリックスに分けるためｌと、半導体ボディの
頂部に電気絶縁材料のパターンを付着させる。この絶縁
材料の厚みを、前記の透明な電導性被覆の厚みより大き
くすることにより【、この絶縁材料が、隣り合った２つ
の小面積セグメントを相互に物理的に分け、かつ電気的
に分離する働きをするであろう。また、絶縁材料のパタ
ーンは独立的にまんは追加的に、大面積電池の周縁境界
領域を覆うことができ、しかしてこの領域において、小
面積セグメント同志が相互に電気的に接続できる。

また本発明は、半導体材料の連続状ストリップから隔置
型の（５ｐａｃｅｄ）大面積光電池を製造する方法にも
関する。この半導体材料は、基板と、その上に蒸着され
た半導体ボディとを含んでなるものである。この方法は
、透明な電導性被覆を施す前に電気絶縁材料を所定のノ
ぐターンで前記半導体ボディの頂部Ｉｃ付着させる工程
を包含する。このパターンが、前記の連続状ス白ノ□ツ
ブを複数の隔置型大面積電池に分ける。この方法はまた
、□各大面積電池が、相互に電気的に絶縁された複数の
小面積セグメントのマトリックスに分けられるように、
電気絶縁材料を付着させる工程を含むことができる。さ
らに才だ、この方法は各大面積電池の周縁境界領域に前
記電気絶縁材料を付着させ、この領域において小面積セ
グメント同志を相互に電気的に接続する工程を有するこ
とができる。この電気絶縁材料を大面積電池に付着させ
た後に、この電気絶縁材料の厚みより実質的に小さい厚
みを本つ透明な電導性材料の被覆を、この光電池の兜出
面上に施す。

本発明ではまた、相互に電気的に分離された複数の隔置
型大面積光電池を含有してなる半導体材料のスＩ−ＩＪ
ツブ１こも関する。この半導体材料は基板と、この基板
の頂部に配置された半導体ボディと、この半導体ボディ
の頂部に配置された透明な電導性被覆とを含有するもの
である。この連続状ストリップを複数の□隔置型大面積
光電池に分けるために、電気絶縁材料のパターンを前記
の半導体ボディの頂部に付着させる。この絶縁材料の厚
みは、前記の透明な電導性被覆の厚みより実質的□に大
きい。この絶縁材料のパターンは才だ、各々の′隔置型
大面積電池を、相互に電気的に分離された複数の小面積
セグメントのマトリックス、□および／または、電気的
に分離された周縁境界領域に分けるものであってもよい
。

次に本発明の好ましい具体例を図面に基づいて説明する
。

１、光電池　・。

添附図面特に第１図に示されているように、光電池１０
は、一連のｐ−１−ｎ累層を複数個含んでなるも・ので
あって、その各々の層は好ましくはアモルファス半導体
合金を含有するものである。

本発明はこの型の光電池に対して有利に利用できるもの
であるけれども、本発明は決して積層型ｐ’１４　ｔ、
　−ｎ光電池の製造のみに限定されるものではなく、シ
ョットキー型またはＭ　Ｉ　Ｓ　（ｍｅｔａ＋、＝ｉｎ
ｓｕｌａｊ’ｏｒ　”　５ｅｒｎｌｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
　）型の電池または薄膜型半導体デバイスの製造の際に
も同様に有利に適用できるもので・ある。

一層詳細□にいえば第１図は、複数のｐ−１−ｎ太陽電
池個体１２　ａ、　１２　ｂ、　　１２　ｃから構成さ
れた太陽電池デバイスの如きｐ−１−ｎ光電池デバイス
を示したものである。最大部の電池１２ａの下側には基
板１１が配置されているが、これは透明体であってもよ
く、あるいはステンレス鋼、アルミニウム、タンタル、
モリブデンまたはクロムの如き金属材料から形成された
ものであってもよい。また、或種の利用分野では前記ア
モルファス材料の適用前に酸化物の薄層および／または
一連のベース接点を設けることが要求されることもあり
得るが、このような使用態様をも含めるために、用語「
基板」は、可撓性フィルムのみならず、予備加工操作に
よってそれに取付けられた種々の部材（要素）をも意味
する用語であると理解されるべきである。別の好適具体
例では、基板は、ガラスまたは他の類似絶縁材料の片面
に電導性被覆を施すことによって形成できる。

′α池１２ａ、１２ｂおよび１２ｃの各々についてその
１具体例を示せば、これは、少なくともシリコン合金を
含有する半導体部材を有する。この半導体部材はｎ型電
導領域（または電導層）　２　Ｑａ。

２０ｂ　、２０　ｃと、真性半導体領域慎性半導体層）
１８ａ、１８ｂ、１８ｃと、ｐ型電導領域（電導層）と
を有する。図面に示されているように、電池１２は中間
電池であり（第１図）、この上に別の中間電池を積層す
ることができるが、このことも本発明の範囲内に入る。

また、図面にはｐ−１−ｎ電池が示されているが、本発
明は疼た単−型または積層型のｎ−１−ｐ電池に等しく
適用できるものである。本発明の前記の好ましい具体例
では電池１２の各層の形成のために、弗素を含むアモル
ファス半導体合金が使用されるけれども、この層を、弗
素を含むかまたは含まない結晶質または多結晶質材料で
作ることも可能である。ここに開示された本発明の概念
は、光電池の構成材料や結晶度にかかわりなく種々の光
電池に適用できるものである。

電池１２ａ　、１２ｂおよび１２ｃの各々に使用される
Ｐ型層の特徴は、吸光度が低くかつ電導層が高いことで
ある。前記真性半導体層の特徴は、太陽光線レスポンス
のための、調節されたしきり波長を有し、吸光度が高く
、暗所での電導層が低く、光電導度が高く、かつ、個々
の電池利用分野においてバンドギャップをその場合の最
適値に調節するのに充分な量のバンドギャップ調節用エ
レメントを有することである。電池１２ａが最小パント
９ギヤツプを有し、電池１２ｃが最大バンドギャップを
有し、電池１２ｂが前・三者の中間のバント９ギヤツプ
を有するようにするために、真性半導体層を、調節され
たバント“ギザツブのものとするのが好ましい。前記ｎ
型層の特徴は、吸光度が低く、電導層の高い合金層であ
ることである。このｎ型層の厚みは約２５−１００オン
グストロームであることが好ましい。前記の調節された
バンドギャップを有する真性半導体合金層の厚みは約２
０００−３０００オングストロームであることが好まし
い。ｐ−型層の厚みは約５０−５００オングストローム
であることが好ましい。ホールの比較的短かい拡散距離
のために、前記ｐ−型層は一般にできるだけ薄くされる
であろう。さらに、最外部層、たとえばｐ−型層２０ｃ
は、光吸収を避けるためにできるだけ薄＜シ、そしてこ
こにはバンドギャップ調節用エレメントを含有させる必
要はない。

半導体合金層の蒸着（または付着乃至堆積）後に、別の
付着工程を行うことが理解されるべきである。すなわち
この工程では、ｎ−型層２０の頂部に透明な電導性被覆
２２を施すのである。この透明な電導性被覆は、たとえ
ば酸化錫インジウムまたは錫酸カドミウム、またはドー
プされた酸化錫から構成されたフィルムであって、その
厚みはたとえば５００オングストロームである。この積
層電池が充分大きい表面積を有するものである場合には
、あるいは、透叫な電導層２２からなる連続層の電導性
が充分大きくない璃合には、キャリヤー、パスを短縮し
て電池の電導効率を増加できるように、前記の透明な電
導性植種２２（これは□一般に不連続性の被覆である）
を半導体ボディの上に施すかまたは蝕刻するのがよ６）
。本発明においては各太陽電池１０は１辺約１フイート
の四角形に、そして一般に板状部材の形に作るのが好ま
しいから、不連続状の透明な電導性被覆を施すのが好ま
しい。　　　　　　　　　　　′　　　　　□゛最後、
前記の透明電導性被覆２２の不連続状セグメントの最上
部表面に電導性グリッド°パターン２４を、電導性ペー
ストを用いそ形成セきるが、その詳細は後で述べる。　
　　　　　　　□■、半導半導体ボディ中篭負的分離蔀
　　　　　　□Ａ、従来技術 ＠２図は、従来の技術に従って大面積□半導体ボディを
、相互に電気的に分離された複数の小面積セグメントに
分ける方法の各工程を示す工程説明図である。この公知
方法の第１工程は、基層形成工程である（この基層形成
後に、その上に半導体層を形成させるのであ■。どの基
板形成方法は一般に次の工程を有し、すなわち（１）基
板を水素プラズマ中で洗浄する工程、（２）この基板に
拡散反射面を作るためにテキスチャ加工（ｔｅ’＊ｔｕ
ｒｉｒｉ、ｇ　’）を行う工程、および（３）テキスチ
ャ加工・された基板面に、その入射光反射率を向上させ
るために高反射性被覆を施す工程を有する。基層形成後
に、前記のテキスチャ加工された反射面上に複数の半導
体層を蒸着させるが、□とれは、周知のグロー放電デポ
ジション法（とよって行うのが好ましい。半導体層の蒸
着後に、透明な電導性被覆（第２図および第３図にＴ、
ｂ、被覆と記載されているもの）を施すが、その目的は
この大面積電池の集電量を増加させることである・最後
に、蝕刻技術によって、この大面積電池を、互いに電気
的に分離された複数の小面積セグメントに分けるが、こ
の操作は、前記の透明かつ、電導性の、かつ反射防止性
の被覆からその一部を細片（ストリップ）の形で除去す
ることからなるものである。この透明な電導性被覆の電
導層は前記半導体の横方向電導度よりずっと大きいから
、電流は選択的に前記の透明な電導性被覆を通過し、そ
してそこから集電される。したがって、この透明な電導
性被覆を、互いに電気的に分離された複数の小面積セグ
メントに分けることによって、電流を各セグメントから
それぞれ独立的に除去することができる。□この方法を
こおいては、大面積光電池が電気的性能の悪いセグメン
トを若干量含んでいたときには、該セグメントは、電気
的性能の良好なセグメントと電気的に接続さ□れない。

前記の蝕刻工程は周知技術に従って、すなわちホトリン
グラフィ法によって実施できる。その１例を示す。前記
の透明な電導性被覆にホトレジストの溶液を塗布し、予
熱して溶媒を蒸発させて乾燥させる。その結果、残留物
、とじて薄膜が残る。

前記の透明な電導性被覆の各領域の最終的な形を示すバ
タ、−ンを画いた写真マスクを前記のホトレジスト被覆
層の上にこ置く。次いで露光するが、このときに前記の
、層において、前記のパターンで被覆されていない領、
域に、適当なエネルギーをもつ電子ビームまたは電磁波
が照射され、これによってホトレジスト層が化学変化を
起ボ潜像が生ずる）。

慣用化学手段またはプラズマ手段を用いて前記の層の現
像の実施中に、ホトレジスト層の露光区域（ポジレジス
・ト）また・は未露光区域（ネガレジスト）、およびそ
の下側の透明な電導性材料の当該区域が除去される。残
存したホトレジストフィルムを、溶媒で洗浄して、これ
を前記の透明な電導性被覆から、除去する。この結果、
この大面積半導体デノ（イスの表面に、互いに電気的に
分離された接継の／Ｊｈ面積セグメントが形成される。

次いでこれらの小面積セグメントを相互に１Ｅ気的に結
合して、前記大面積電池の第１電極を形成させる。一方
、これらに共通の前記基層は第２電極を構成する。

他の従来の蝕刻技術も利用できるが、その１例は米国特
許出願第３４７７７９号（出願日１９８２年２月１１日
、これの譲受人は本出願人自身である）に開示されてい
る。

Ｂ、電気的に分離された複数のセグメントおよび周縁境
界部の形成 第３図は、本発明に従って大面積のシート状半導体材別
中に、互いに電気的に分離された複数の小面積セグメン
トを形成させる改良方法の各工程を示す工程図である。

最初の２つの工程、すなわち（１）基層形成工程および
（２）半導体層付着工程は、既述の従来の方法の場合と
実質的に同じである。

本発明に係る方法が従来の方法と異なる点は、すなイつ
ぢ改良した点は、（１）蝕刻工程が省略したこと、およ
び（２）透明な電導性被覆を施す工程の前に絶縁材料適
用工程を行うことである。

この点に関し、本発明の好ましい具体例について一層詳
細に説明する。大面積光電池１０に比較的厚い電気絶縁
材料層２３を、所定のパターン２４で付着させることに
よって、この大面積光電池１０を、相互に電気的に分離
された複数の小面積セグメント２６のマトリックスに分
ける。前記の半導体層の最上部の表面に前記の透明な電
導性被覆２２を施す前に前記絶縁材料２３を付着させる
。この電気絶縁材料２３によって作られるパターンは、
次の条件をみたすように選定される。すなわち、其次に
施される透明な電導性被覆２２が、相互に不連続状態の
複数の領域に分割され、そしてこれによって前記の大面
積電池１０が、相互に電気的に分離された複数の小面積
セグメント２６に分けられるように、前記パターンを選
定すべきである。

好ましい具体例では、電気絶縁材料２３のパターン２４
はスクリーン印刷技術を用いて前記半導体層の上面（露
出面）に直接に付着させるのである。すなわち、スクリ
ーン印刷技術に従って電気絶縁材料２３好ましくは、Ｅ
ｌｅｃｔｒｏ　ＳｃｉｅｎｃｅＬａｂｇ社から販売され
ている市販品「２４０　Ｓ　ＢＪの如きシリコン絶縁性
コンパウンド゛）を前記半導体層の上部露出面上に付着
させるのである。第５図にはこのスクリーン印刷操作を
連続的に、または間欠的に行う方法が例示されており、
すなわち、半導体材料１３（この材料は基層を構成し、
その上に既述の半導体層を蒸着させるのである）のロー
ル２５の表面に前記シリコンコンパウンド９をロール塗
装する操作を連続的または間欠的に行う方法が例示され
ているけれども、この操作をバッチ的に行うことも等し
く可能であり、この場合においても、スクリーン印刷操
作によって電気絶縁材料を付着させることによって、不
連続状態の複数の大面積電池が形成できる。このシリコ
ン絶縁性コンパウンド゛は常法に従って室温において塗
布し、次いで炉内で１５０μ００において約３０分間硬
化縁作を行う。この工程を行った結果として、上部半導
体層の表面に１ミルの厚さの絶縁層が形成される。この
好ましい具体例では、第４図および第６図に最もよく示
されているように、前記シリコンコンパウンドの塗布に
よって、相互に電気的に分離された複数の小面積セグメ
ント２６のマトリックスが画定される。前記パターン２
４は、絶縁材料２３から構成された細長いストリップ２
７によって相互に分離された複数の前記セグメント２６
のマトリックス（すなわち縦・横両方向に沿って形成さ
れたセグメントの格子状配列体）を画定するものである
が、このパターン２４を、電気絶縁領域を追加的に形成
できるように変改することも可能である。

（以下金白） たとえば、本発明の好ましい具体例では、大面積電池１
０の比較的狭−周縁境界領域３６を電気的に絶縁するの
が有利である。この絶縁された境界領域３６はブスバー
（母線）（図示せず）の終端部や電・気的接続部として
利用される。しかしてモこのブスバーは、大面積電池１
０の各々の小面積セグメント２６を相互に電気的に接続
するものである。この壓の電気接続方法の詳細は前記米
国特許出願第３４７，７７９号に記載されている。

絶縁材料２３の７Ｑターン２４の適用のために、スクリ
ーン印刷技術以外の種々の技術・を利用するととも可能
である。たとえば、レーザープリンターを用いて絶縁材
料２３を基層上に、所望のパ・ターンが形成されるよう
に付着または噴霧できる。

上部牛導体層に前記絶縁材料を付着させた後に、比較的
薄く透明な電導性被覆２２をプラズマデポジションの如
き常用付着法によって付着する。しかしながら、前記半
導体ボディの露出面全体にわたってその上に一様に（均
、質に、）透明な電導性被覆２２を施すことからなる従
来の方法と異なって、本発明では前、記の如き方法で絶
縁材料２３を使用するので絶縁材料２．３のス久リーン
印刷によυ生じたノ（ターン２４に□よ、シ画定された
相互に不連続状の複数のセグメントの中の半導体ボディ
の露出面上のみに、其後に透明な電導層が形成されるの
である。絶縁材料２′３の厚みは臨界条件ではないけれ
ども、この・厚みは透明な：電導性被覆２２の厚みより
実質的に大きくするのがよく、たとえば約１ミルにする
のがよいことが見出されに０一方、前記の電導性被覆２
２の厚みは約５５０オングストロームとしたときに光学
的性能が良くなることが。

数学的研究および過去の経験から判った。このように厚
みの相互、関係を決め７’Ｃ場合には、絶縁材料２３は
、透明な電導性被覆を勇退する電流に対して電気絶縁バ
リヤーとなシ、そしてこれによって大面積電池ｌＯが、
相互に電気的に分離された不連続状の複数の小面積セグ
メント２６に分割される。これらのセグメント′２６は
其後の加工工程において任意の周知方法によって適切に
相互に結合□でき、これによって、大面積電池１０から
効果的に集電でするようになる。

第４図はロール２５に巻取られた半導体材料１３のスト
リップの拡大平面図である。すガわち第４図は、本発明
に従って絶縁材料２３のｌリーン２４を形成させた後の
、互いに隣り合うだ複数の大面積光電池１０の一部を示
す図面である。との）３ターン２４は、（１）相互に電
気的に分離された枚数のセグメント２６および（２）大
面積電池１０の上柿周縁部に沿って形成された電気絶縁
きれた周縁境界領域３６、ならびに（３）相互に隣り合
った複数め大面積電池１０の間の電気絶縁された空１区
域（Ｍ’ｐａ−ｃｅ）２’？および複数の小面積セグメ
ント２６の間の電気絶縁された空白区域２７を画定すふ
もの′ヤあ不、既述の如く、各大面積電池ｌＯは、ロニ
ル・ローループ、０セス（ｒｏｌｌ−ｔｏ−ｒｏ、１１
　ｐｒＯｃｅ８Ｂ　）　”’ｆはなく／ξラッチ方法に
よって付着された電気絶縁材料２３を有するものでおっ
てもよい。付着方法の種類とは無関係に、（１）電気絶
縁された周縁境界領域３６は大面積電池ｌＯの不活性（
，１ｎａｃｔｉｖｅ　）領域を画定し、そしてこの領域
において小面積セグメント２′６が、基層への回・路短
絡電流を伴うことなく相互に接続でき、そして（２）絶
縁材料２３を付着させた空白区域２７は、電池回路の短
絡なしにカット（切断）・、できろ。・小・、面積セグ
メント２．６の〒般・的、配列状・態および周縁境界領
域３６の状態は、第４′図および第６図にかなシ詳細に
示されている〔各々の小面積セグメント２６に、は、集
電効率の向上のためにグリッド／々ターン（図示せず〕
が適用できる〕。

第５図について詳細に説明する。ここには本発明のＩＪ
ｉＬ体例が斜視図として示されている。この具体例は、
半導体材料１３のロール２５から大面積電性１０の連続
的製造のために適したものである。現在では長さ１，０
００フイート、幅２６インチ以上の半導体材料が連続的
に製造できるから、このような連続状態の材料１３から
大面積電池１０を連続的に製造するのが好ましい。この
連続状態のストリップの形の半導体材料１３は、電導性
基板層１１と、その上に蒸着された半導体層とからなる
ものである。この半導体層の詳細は第１図に示されてい
る。この半導体層の蒸着後に、このストリップ状の光電
池材料を下流側の加工帯域（ＳＴ。

１）に送り、ここで絶縁材料２３を付着させる。

すなわち加工帯域（ＳＴ、１）においてスクリーン４０
およびローラ４２を協働させて、半導体材料１３のロー
ル２５が装置内の組立ラインに沿って間欠的に、ただし
連続方式で進行する間に、この半導体ボディの露出面上
にシリコン絶縁材料２３をローラーで付着させるのであ
る。スクリーン４０け一箪４図（拡大図）に示されたｌ
？パターン対応するパターン２４を有するものである。

既述の如＜、ｅターン２４は、（１）相互に電気的に分
離された複数の小面積セグメント２６のマトリックス、
（２）幅約−インチの周縁境界領域（境界部）、および
（３）相互に隣り合った複数の大面積電池１０および相
互に隣り合った複数の小面積セグメント２６の間に存在
する絶縁材料２３のストリップ２７を画定するものであ
る。

電気絶縁材料２３のパターンの適用後に、半導体材料１
３のストリップの上に、ロール・ロール・プロセスによ
って酸化インジウム錫の如き透明で電導性を有する反射
防止用被覆２２を施すことができる。この透明な電導性
被覆２２の形成後に、この電池材料のストリップを、大
面積電池１０の周縁部を画定する絶縁材料２３のストリ
ップ２７に沿ってカットすることによって、複数の大面
積電池ｌＯに分けることができる。

本発明における別の具体例では、第５図記載の電池材料
のストリップを、透明な電導性被覆２２を施す前に個々
の大面積電池１０に分割することができる。其後の加工
工程は既述の具体例の場合と同様である。

本発明の範囲は決して前記の具体例に記載の構造や方法
のみに限定されるものでないことが理解されるべきであ
る。前記の好適具体例に関する記載は本発明の例示のだ
めのものであって、本発明の範囲を限定するものではな
い。

なお、前記の説明から明らかなように、本発明に従えば
、半導体材料の頂部裸出面に直接に電気絶縁材料２３の
７Ｑターン２４を付着させることによって大面積光電池
デバイス１０が画定できる。

この光電池デバイスを連続的または回分的に製造する方
法については既に説明した。各々の大面積デバイス１０
は、相互に電気的に分離された複数のセグメント２６を
含むものであシ得る。各セグメント２６は、共通の基層
１１と、この基層１１の頂部に配置された半導体ボディ
１２ａ−ｃと、該半導体ボディ（半導体層）１２ａ−ｃ
の頂部に配置された透明な電導性被覆２２とを有するも
のである。各々の大面積光電池デバイスは追加的または
独立的態様で、電気的に不活性な領域３６を有するもの
であシ得、しかして該領域３６もまた前記絶縁材料２３
で画定される。本発明の光電池の製造方法は、従来の方
法の場合に必要であった蝕刻工程を無くしたものである
。本製法の生成物は、隣シ合った２つの前記セグメント
２６（相互に電気的に分離されたもの）を相互に分ける
境界部２７を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は１″！たけそれ以上のｐ−１−ｎ型光電池を含
む半導体材料の連続状ストリップの＝７．Ｊｐ分４断面
説明図（大拡大図）、第２図は大面積光電池中に、相互
に電気的に分離された複数のセグメントを形成するため
の従来の方法の各工程を示した工程説明用ブロック図、
第３図は本発明に係る大面積光電池中に、相互に電気的
に分離された複数の不面積セグメントを形成する方法の
各工程を示す工程説明用ブロック図、第４．阿は本発明
に係る電気絶縁材料の・り二ンを頂部に付着させた半、
　　　′ 導体材料のストリップの一部の拡大平面説明図、　□第
５図は第４図記、載の絶縁材料の・ξターンを半導体材
料の連続状ストリップに付着させ尿方法！示した斜視説
明図、第６図は絶縁材料のパターンを　、。 頂部に付着させた半導体材料の一部の拡大斜視説明図で
ある。 １０−・・光電池、１１　・・・基層、１２　ｇ　１２
　ａ　、１２　ｂ　＊１２ｃ・・・ｐ−１−ｎ型太陽電
池個体、１３・・・半導体材料、１６　ａ、１６　ｂ、
１６　ｃ・・・ｐ形電導性領域または電導層、１８ａ、
１８ｂ、１８ｃ・・・真性半導体領域または真性半導体
層、２０　ａ　、２０　ｂ　、２０　ｃ・・・ｎ形電導
性領域または電導層、２２・・・透明な電導性波＆また
は層、２３・・・電気絶縁材料、２４・・・パターン、
２５・・・半導体材料のロール、２６・・・４・面積セ
グメント、２′ｌ・・・絶縁された空白□区域またはｉ
材料の細長いストリップ、−□１　　　　　　□　　　
。 ３６・・・周縁境界領域１．４０・・・ス、イ、リーン
、４２・・・ローラー（塗装置ロール）、Ｔ、Ｃ，・・
・透明な電導性被覆。 ピ　　１　　・・□ 図面の浄書（内容に変更なし） ＦＩＧ２゜ 手続補正書 昭和５８年１り月埒日 特許庁長官　若杉　犯人　殿 １、事件の表示　　　昭和５８年特許願第２０９７７０
号２、発明の名称　　　大面積光電池およびその製法３
、補正をする者 事件との関係　　特許出願人 名　称　　　　エナージー・コンバージョン・デバイセ
ス・インコーホレーテッド ４、代　理　人　　　東京都新宿区新宿１丁目１番１４
号　山田ヒル５、？１１ｉ正命令の日付　　　自　発委
任状 ８、補正の内容 （１）願書中、出願人の代表省を別紙の通り補充する。 ■正式図面を別紙の通り補充する。 （内容に変更なし） ＜３）委任状及び同訳文を別紙の通り補充する。 尚、同日付にて優先権主張証明書差出書を提出致しまし
た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）相互に電気的Ｚと分離された複数の小面積セグメ
   ントのマトリックスを有し、しかして各セグメントが、
   体）共通の電導性基板と、（ｂ）前記電導性基板の頂部
   に配置された半導体ボディと、（Ｃ）前記半導体ボディ
   の頂部に配置された透明な電導性被覆とを有する大面積
   光電池であって、前記半導体ボディの頂部に電気絶縁材
   料のパターンを有し、このパターンは前記の大面積電池
   を前記の小面積セグメントのマトリックスに分けるもの
   であり、このｅ　ＰＨ材料のパターンの厚みは前記の透
   明な電導性被稙の厚みより実質的に大きく−，これによ
   って一前記絶縁材料が、隣り合った前記小面積セグメン
   ト同志を相互番こ分けが２電気的に分離するように構成
   した大面積光電池。 （２）絶縁材料のノソターンの厚みが約１ｉルである特
   許請求の範囲第１項に記載の電池。 （３）絶縁材料がシリコンペースト４Δら構成されたも
   のである特許請求の範囲第２項に記載の電池。 （４）　　Ｉｅ３縁材料のパターンが、大面積電池を、
   相互に電気的に分離された複数の小面積セグメントに分
   けるものである特許請求の範囲第１項に記載の電池。・ （５）絶縁材料のパターンがさらに大面積電池の周縁境
   界領域をも覆うものである特許請求の範囲第１・項に記
   載の電池。 （６）周縁境界領域の、幅が約Ｉ−ゴインチである特許
   請求の範囲第５項に記載の電池。 （７）　　（ａ）電導性基板と、（ｂ）この電導性基板
   の頂部に配置された半導体力２．ディとを有する光電池
   材料の連続状ストリップから隔置型犬面積光電池を製造
   する方法であって、透明な電導性被覆を施す前に、半導
   体ボディの頂部に電気絶縁材料を所定のパターンで付着
   させ、しかしてこのパターンは前記の連続状ストリップ
   を複数の隔置型大面積光電池に分けるものであり、そし
   て、透明な電導性被覆を施し、ただし前記の電気絶縁材
   料の厚みを前記の透明な電導性被覆の厚みより実質的に
   大きくする大面積光電池の製造方法。 （８）各々の大面積電池が、相互に電気的に分離された
   複数の小面積セグメントのマｌ−ＩＪソックス有するも
   のであり、そして、半導体ボディの頂部に前記の電気絶
   縁材料を所定のパターンで付熾させる工程が、各々の大
   面積電池を前記の複数の小面積セグメントのマトリック
   スに分割できるように電気絶縁材料を付着する操作を含
   むものである特許請求の範囲第７項に記載の方法。 （９）各々の大面積電池が電気的に不活性な領域を含む
   ものであり、そして、半導体ボディの頂部に前記電気絶
   縁材料を付着させる工程が、電気絶縁材料を各大面積電
   池の周縁境界領域に付着させる操作を包含するものであ
   る特許請求の範囲第７項に記載の方法。 （１０）付加工程として、光電池材料の連続状ストリッ
   プから隔置型大面積光電池をカットする工程を有する特
   許請求の範囲第９項に記載の方法。 αυ　透明な電導性被覆層を形成させる工程をさらに有
   し、電気絶縁材料の厚みを前記の透明な電導性被覆の厚
   みより実質的に大きくする特許請求の範囲第８項に記載
   の方法。 ａ功　　大面積光電池に電導性の小面積セグメントのマ
   トリックスを形成させるに当り、この複数のセグメント
   は電気絶縁材料層によって相互に電気的に分離されたも
   のであり、各セグメントは（ａ）電導性基板と、（ｂ）
   この電導性基板の頂部に配置された半導体ボディと、（
   Ｃ）この半導体ボディの頂部に４着された透明な電導性
   被覆とを含有するものであることを包含する大面積光電
   池に前記セグメントのマトリックスを形成する方法であ
   って、前記半導体ボディの頂部に前記の透明な電導性被
   覆を施す前に、前記絶縁材料を所定のパターンで付着さ
   せ、これによって、前記絶縁材料が前記の大面積電池を
   、前記の相互に電気的に分離された複数の小面積セグメ
   ントのマトリックスに分けるようにし、そして、透明な
   電導性被覆を施し、ただし前記の電気絶縁材料の厚みを
   前記の透明な電導性被覆の厚みより大きくする前記セグ
   メントのマトリックスの形成方法。 Ｑ３）　　大面積光電池がさらに、電気的に不活性な領
   域をも有するものであり、そして、半導体ボディの頂部
   に前記の電気絶縁材料を付着させる工程が、大面積電池
   の周縁境界領域に電気絶縁材料を付着させる操作を包含
   するものである特許請求の範囲第１２項に記載の方法。 ａ力　　前記電気絶縁材料を１−５ミルの厚みで付着さ
   せる特許請求の範囲第１０項に記載の方法。 （至）（ａｌ電導性基板と、（ｂ）この電導性基板の頂
   部に配置された半導体ボディａ、（ｅ）この半導体ボデ
   ィの頂部に配置された透明な電導性被覆とを含有する光
   電池材料が使用され、そして相互に電気的に分離された
   複数の隔置型大面積光電池を含んでなる光電池材料の連
   続状ストリップであって、半導体ボディの頂部に電気絶
   縁材料のパターンを有し、このパターンは前記の連続状
   ストリップを複数の隔置型大面積光電池に分けるもので
   あり、前記絶縁材料の厚みが前記の透明な電導性被覆の
   厚みより実質的に大きい光電池材料の連続状ストリップ
   。 （１６）絶縁材料のパターンがさらに、、隔置製大面積
   電池の各々を、相互に電気的、に分離、された複数の小
   面積セグメントのマトリックスに分けるものである特許
   請求の範囲第１５項に記載の連続状ストリップ。 αη　絶縁材料のパターンがさらに、隔置、型大面積電
   池の各々の周縁境界領域をも覆うものである特許請求の
   範囲第１６項に記載の連続状ストリップ。 帥　絶縁材料の／ぞターンの厚みか約１ミルである特許
   請求の範囲第１７項に記載の連続状ストリップ。 α０　絶縁材料がシリコンペーストから構成されたもの
   である特許請求の範囲第１８項Ｚこ記載の連続状ストリ
   ップ。 （２０）絶縁材料のパターンが大面積電池の各々を１８
   ０（固の小面積セグメントに分けるものである特許請求
   の範囲第１６項に記載の連続状ストリップ。