JPS60100481A - 光電変換半導体装置 - 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、光照射により光起電力を発生ずるアモルフ
ァス半導体を含む非小結晶半導体が絶縁表面を有する基
板上に設りられた光電変換ｋ　−ｆ−（単に素子ともい
う）を複数ｆｌＵ電気的に直列接続した、高い電圧の発
生が可能な光電変換装置における連結部の構造に関する
。

この発明は、レーザ・スクライブ（以下１．５という）
により光電変換装置を炸裂−１んとした場合、それぞれ
の素子を直列に接続する連結部におい−（、基板上の第
１の導電膜と、２１−導体−１，の第２の専電ＩＩ臭と
がその大きさによりカニいにショー　トシてＵ７まい、
電気的に直列接続がされなくなってしまうことを防ぐた
め、連結をさセる開溝（以下第２０開溝という）を半導
体の両側端よりも「内部」に設けたことを特徴としてい
る。

この発明は、光電変換装置パネル（以下単にパネルとい
う）の周辺部、特にこのパネルを矩形または長方形とし
た時、外部取り出し電極の形成されていない他の２側部
においても、その連結部、即ち１つの素子の下側電極（
第１の導電膜により作られた第１の電極）と隣の素子の
上側電極（第２の導電脚により作られた第２の電極）と
が、第２の電極より延在させた導体により第１の電極と
第２のコンタクトで連結させたことを特長としている。

従来より、一般にパネルはその側端部において、基板が
１μ〜０．１ｍｍの凹面または凸面のそりを有している
。かかる側端部ではレーザ光の焦点がぼけるため、第１
の導電膜を所定の素子に必要な第１の電極の形状に完全
に電気的に分離できない。

またこの第１の電極が酸化スズ、酸化インジュームを主
成分とするＣＴＦとすると、基板の側面に電子ビーム蒸
着法等で形成する際、ＣＴＦがまわりこみ、その側面で
のｍ通性をＬＳでは除去することができない。

即ぢ、それぞれの素子を直列に連結する連結部において
ショー１−シてしまう場合があることが判明した。即ち
、もし連結「１１３が半導体の端部までに至る開溝（第
２の開溝）を形成させると２、この連結部にて第２の電
極はその隣の素子の開溝より外側の第１の導電膜とも電
気的に連結する。さらにこの導電膜はリークにより前記
した第＋２の電極下の第１の導電１模とショー１・して
いるため、結果として１つの素子の上−トの電極間が周
辺部でンヨートシてしまい、発起１１力を発止させるこ
とができなくなってしまう。このためこの周辺部のショ
ートによる光起電力の低下を防くごとは主菜」−きわめ
て重要士あった。

即ち、本発明ばかかる問題を解決し、連結に重要な第２
の開溝を形成させた半導体の中よりも小さく内側にせし
め、１つのパイルにおい゛（隣あったそれぞれの素子を
直列に側端１１１にてショートさせることな（連結させ
〕こものである。

さらに、本発明は、第１の導電膜を電気的に開ａ（以下
第１の開溝という）の形成の際レーザ光の焦点ぼけのた
めに切断しにくい基板端を除去するため、この側端より
内部（一般には０．３〜５ｍｍ　）にレーザ光を用いて
開溝（以下第４の開溝という）を形成させることにより
、それぞれの素子用の第１の電極を４本の開溝（２本の
第１の開溝および２本の第４の開溝）により回りを取り
囲む構成とせしめた。

かくして前記したごとき基板端部の基板のそり等による
レーザ加工のばらつきによる電極間の電気ショートを除
去することができた。

本発明はかかる集積化構造をマスクを用いずに成就する
ものであるが、この集積化の際、余分の工程がかかりや
すい基板の側端部を集積化工程と同一のＬＳＩ程で成就
するものである。

さらに本発明においては、このレーザスクライブ工程を
用いるに加えて、そのスクライブラインの合わせ精度に
冗長く余裕）度をもたせたことが重要である。そのため
隣合った素子間の第１の電極（下側）と、他の素子の第
２の電極（上側電極）とがこの半導体の「外側」で互い
に連結をさ−１るのではな（、半導体の１内部」側にＬ
Ｓで形成された第２の開溝を利用し一〇、第２の電極よ
り延在した導体リードとによりｆ’′５１の電極の側面
または側面と上坦面において電気的に連結させるコンタ
クトを構成させることにより、スクライブラインの開溝
の位置に冗長度を持たせることができた。

以下、図面の実施例に従って本発明を説明する。

第１図は本発明を用いた光電変換装置のパネル（５０）
を上面より４＜シたものである。即ち、図面において、
光電変模索（−（３１）、（１１）は連結部（１２）を
経て直列に連結して集積化さ−した光電変１カ装置（５
０）を設けている。パネルの上Ｈ，；ｊ５部、下Ｈ６：
）部に枠と電気的にショートシないように、分１ｉ８１
ｔ　ｉｌ＋ｓｆｆ　（３Ｇ　）が設けられている。

この連結部（Ｉ２）を構成する３本の開溝のうち、図面
では第２の開溝を代表して示す。そのため、図面では分
離＃　（３６）にまでごの開溝が至らず内部側に直線状
に設＆Ｊている。

第１図のパネルにおいて、その大きさは２０ｃｍ　ｘ６
０ｃｍ、　４０ｃｍ　Ｘ　１２０ｃｍ、　４０ｃｍ　Ｘ
　６０ｃｍ等の任意の大きさを設計によって得ることが
できる。

第１図における（Ａ−Ａ’）の縦断面図を第２図に示し
ている。さらに（Ｂ−Ｂ’）の縦ｌｌｉ面図を第３図（
Ｂ）に、（Ｃ）を第３図（Ａ）に拡大して示している。

番号はそれぞれに対応させている。

第２図は第１図、Ａ−Ａ’の縦断面図を示す。即ち、本
発明の製造工程を示す縦断面図である。

第２図（Ａ）および第３図において、絶縁表面を有する
基板例えば透光性基板（１）即ちガラス板（例えば厚ざ
１．２　ｍｍ、長さく図面では左右方向）６０ｃｍ、中
２０ｃｍ＞、透光性有機樹脂（厚さ１００　ｐまたは透
光性有機樹脂股上に窒化珪素膜（厚さ０．１〜１μ）が
形成された基板）を用いた。さらにこの上面に全面にわ
たって、透光性導電膜例えばＩＴＯ（約１５００人）　
＋ＳｎＯ，（２００〜４００人）またはハロゲン元素が
添加された酸化スズを主成分とする透光性導電膜（１５
００〜１００００人）を真空蒸着法、ＬＰＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法またはスプレー法により形成させた。

この後、この基板の上側より、ＹＡＧ　レーザ加工機（
日本レーザ製）により０，５〜３Ｗ平均出力を加え、ス
ボーソト径３０〜７０μψ例えば５０μψ、周波数７　
Ｋ　Ｉｆ　ｚ　、パルス中０．１　μ秒をマイクロコン
ピュータ数を制御して照射し、その走査によりスクライ
ブライン用開溝（１３）、（１３’）を形成させ、各素
子−領域間および外部引出し？Ｊｉ極領域（５）を分割
した。

そして第１の電極（３７）、＜３９）を作製した。

このＬＳにより形成された第１の開溝（１３）、＜　１
３　’）は＋１１約５０μ長さ２０ｃｍとし、深ざは第
１の重ね４それぞれを完全に切断会則した。この長さは
第１図にお！Ｊる図面の上端から下端まで３ｍり抜けさ
せ、開溝の形成の走査スピードを２ｍ／分と速くさ−Ｕ
た。

かくして外部引出しｆＩｉ極領Ｊ＃３ｉ（５＞、第１の
素子領＠　（３１）および第２の素子領域（１１）を構
成させた。これらの素子の中は１０〜２０ｍｍとした。

加えて第３図に示すごとく、基４にの側部における分離
溝（３６）用の第４の開溝（５６）も同様のＬＳプロセ
スにより作製した。その結果、パネルにおける素子領域
（３１）を周辺部の不均質な不要導電膜（１５）　１４
Ｊち側端部での凹部凸部の基板のそりでレーザ光の焦点
がぼけ、開溝（１３）、＜１３’）の形成できない領域
（１７）と電気的に分離した。かくして素子が作られる
活性領域（１４）において開溝（工３）により素子（３
１）、＜１１）の第１の電極を電気的に分離した。

この後、この活性領域（１４）、第１の開溝および第４
の開講を覆い上面にプラズマＣｖｌ）法またはＩ、ＰＣ
ＶＤ法、光ＣＶＤ法、光プラズマＣＶＤ法、ＬＴ　ＣＶ
Ｄ法（ＩＩＯＭＯＣＶＤ法ともいう）により光照射によ
り光起電力を発生させる非単結晶半導体特にＰＮまたは
ＰＩＮ接合を有する非単結晶半導体層（３）を０．２〜
１．０　μ代表的には０．４〜０．６μの厚さに形成さ
せた。その代表例は、Ｐ型半導体（ＳｉｘＣ１−Ｘ　ｘ
＝０．８５０〜１５０人＞（２３）　−Ｉ型アモルフブ
スまたはセミアモルファスのシリコン半導体（０，４〜
０．６μＸ２４）−Ｎ型の微結晶（１００〜２００人）
または５ｉｘＣ＋−ｘ　（０＜　ｘ　＜　ｌ　例えばｘ
＝０．９）の半導体（２５）よりなる１つのＰＩＮ接合
を有する非単結晶半導体（３）とした。この半導体とし
てＰ型半導体（ＳｉｘＣ＋−ｘ）　−１型Ｓｉ半導体−
Ｎ型Ｓｉ半導体＝１）型Ｓｉ半導体〜１型Ｓ１にＧｃ　
ｌ−Ｘ半導体−Ｎ型半導体よ艷りなる２つのＰＩＮ接合
と１つのｌ）Ｎ接合を有するタンデム型のＰＩＮＦＩＮ
・・・ＰＩＮ接合の半導体（３）としてもよい。かかる
非単結晶半導体（３）をＣＴＦの活性領域（１４）およ
び開溝（１３＞、＜　１３　’　）上の全面にわたって
均一の膜厚で形成させた。

さらに第２図（Ｂ）？しＪくされるこ゛とく、第１の開
溝（１３）の左側に第２の開溝（１８）を５０μの中に
１００〜２００μの距１ｉ＋Ｉ［（７）をわたら−已て
第２のＬＳＩ程により形成させた。

かくして第２の開溝（」８）は第１の電極のｆＪｌす１
ｈｊ（８＞、＜　９　）を露出させた。この時、ＬＳの
スキャンスピードが６０ｃｍ／分またはそれ以下では側
面の・ろが露出される。しかしこのスピードを１００ｃ
ｍ　／分〜２５０ｃｍ　／分とすると、側面のめならず
そのＪ−川面を０．５μ〜５μの中で同時に露呈させる
こ吉かできた。即ち、ＬＳにより半導体ば１４２０”ｃ
で溶ｉＪて除去されるが、これよりも数倍強い即ち昇華
温度が１８５０℃である５ｎ０１等のＣＴＦは残りやす
い。加えて、レーザ光が中心部がガウス分布により強い
ため、開溝の中心部は半導体とＣＴＦとがともに除去さ
れ、開溝の周辺部は半導体のみが除去されるためである
。さらにこのｔ＆　１　／１０）ＩＦで残存物を溶去し
た。第２の電極と同一材料の導体を延在させ、コンタク
トを第２の導体を積層させて構成させた。

この第２の開溝（１８）は第３図（Ａ）に示されるごと
く、半導体（３）の端部（２７）の内側にて終端（２６
）をさせている。これはＬＳＯ際、基板またはレーザ光
源を走査させ、一定の速度になった後（２６）より照射
を開始するか、または（２６）にて照射を中止させて同
期させた。かかる第２の開溝端（２６）が半導体の端部
（２７）より内側とすることにより、素子（３１）の第
１の電極（３７）と第２の素子（１１）の第２の電極（
３８）との連結に際し、基板の側端部（１７）にてショ
ートすることを防ぐことができた。

さらにこの半導体上の第２の電極がこの半導体よりも大
きくても、またパターンずれを起こし、半導体の端部（
２７）より外側にずれても、連結＞Ｈｐを経由してその
素子の第１の電極とショートすることをも防ぐことがで
きる。

また第２図（Ｂ）より明らかなごとく、第１の素子の第
１の電極（３７）の一部を第２の開溝の右側（９）に残
存さセている。

かかる残存領域がない場合、レーザ光の１Ｌｉｉ熱（〜
２０００℃）によりこの開溝の近傍がレーザアニールさ
れ多結晶半導体となり絶縁性に劣化が起きてしまう。こ
の多結晶は基板のガラス基板表面上に著しく発生しやす
いため、この凸部（９）によりこの結晶化を防ぎ、側面
（９）と（１６）とが電気的にショートシてしまうこと
を防いでいる。即ち、第２図（Ｃ）におりる第１の電極
（３９）と同じ素子の第２の電極（３１１）とがショー
トしてしまうことを防ぐことができた。この（９ンの部
分に残存するＣＴＦは２０〜２００μの中を有せしめた
。

第２図において、さらにこの上面６ど゛第２図（Ｃ）に
示されるごとく、裏面の第２の導電膜（４）を形成し、
その導電膜と同一材料を延在させて第１の電極の側面ま
たは側面と上坦面（１８）とコンタクトを構成させた。

かくすることにより、側面または側面と上坦面のコンタ
クトで１，５Ω／ｃｍ、下の低い接触抵抗とすることが
できた。即ち、本発明における連結部は第２の電極より
「同一の導体」がコンタクトに延在し、第１の電極の側
面または側面と上坦面に密接せしめたことが特長である
。

この第２の導電膜（４）は透光性導電膜を１００〜１４
００人の厚さにＩＴＯｌ化インジュームスズ）により形
成し、さらにその上面にチタン（１０〜５０人）２銀（
１００〜５００人入クロムを３ｏｏ〜５ｏｏｏ人の厚さ
に形成した。またはＩＴＯ上にクロムを３００〜３００
０人の厚さに形成した。例えばＩＴＯを１０５０人、ク
ロムを１０００人の２層構造とした。

かくしてＣＴＦに対しＩＴＯがコンタクト　（酸化物−
酸化物コンタクｌ−）を構成せしめた。

このクロム上にニッケルその他の金属を形成してもまた
クロムの代わりにニクロムを用いることも可能である。

この第２の導電膜の大きさく５７）は、側部において第
３図（Ａ）に示されるごとく、第２の開溝端（２６）よ
りも大きくし、また半導体（３）の側部（２７）より内
部側に設りられていることが好ましい。

この第２の導電膜の端部（５７）の作製は、第２の導電
ｊ漠を電子ビーム蒸着法にて作製の際、基板ホルダ（枠
）により周辺部をマスクして作製した。

さらに第３のＬＳ法により、切断分離用の第３の開ｍ　
（２０）を設けた。

この開溝は導電Ｈ５Ｊ（４）を完全に切断さ・ｌている
。このレーザ光の照射により、昇華性導体のｆＴ。

およびクロムを選択し、除去すること力匂ＪＪ能となっ
た。この時、レーザ光の焦点をこの第２の導電膜に対し
て合わせ込んでいるため、パネルの側部（１５バ第３図
）において、その−トの半４９体に開ｌ＋’１が形成さ
せにくかった。

さらに、この第３の開ｍ下の半導体」二部を酸化（６）
してそれぞれの第２の電極間のクロスト−り（リーク電
流）の発止を防止した。

かくして第２図（Ｃ）に示されるごとく、複数の素子（
３１）、＜　１１　）を連結部（１２）で直列接続した
。

第２図（Ｄ）はさらに本発明を光電変換装置として完成
させんとしたものであり、即ちパンシベイション膜とし
てプラズマ気相法により窒化珪素１１ｊＪ　（２１）を
５００〜５０００人の厚さに形成させ、各素子間のリー
ク電流の発生を防いだ。ざらに外部引き出しパッド（４
９〉を周辺部（５）にて設けた。

これらにポリイミド、ポリアミド、カプトンまたはエポ
キシ等の有機樹脂（２２）を充填した。

第３図は第１図における（Ｂ−Ｂ’）および（Ｃ）の拡
大図である。

第３図（Ａ）において、２つの素子（３１）、＜　１１
　）および連結部（１２）を有している。側端部（１７
）においても、第３図（Ｂ）に示すごと＜　、（：ＴＦ
（５９）が残存してしまう。このため、これらの導体が
残存しても、素子（３１＞、＜　１１　）が動作不能を
起こさないようにするため、さらにこの導体（５９）が
残存しても、ここの部分でパネルを外枠（４６）に固定
することが可能な構造を有せしめている。

即ち、基板の側端部（１５）にそって、第１の導電膜（
２）は第４の開溝（５６）を形成し分離している。さら
にこの第４の開ｌ＾ｒを覆って、半導体（３）を形成す
る。その後、この半ｌＩ体に第２の開溝（１８）をその
半導体の内部（２Ｇ）側に設けでいる。

この分Ｒ１１ｇ（３６）により隣合った素子の第１の導
電膜同志が（１７）でショートしていても、第２の開溝
（１８）の内部コンタクト（２Ｇ）によりそれぞれの電
極間のショートを防ぐことができた。また炭素繊維枠（
４６）により、導体（１７）が加圧されショートしても
素子（３１）、＜　１１　）は何等の動性劣化がない。

即ち、側部（１５）は開溝（５６〉、ｆｌｌ’ｌ　ｂ：
：１（５７）による分離溝＜３Ｇ）により安定に外枠（
４Ｇ）等と固定が可能となった。さらに、樹脂（４１）
で枠と光電変換装置と固定しても、十分他頼性の１１１
１い装置とすることが１ＪＩ能となった。

か（して照射光（１０）に対し、この実施例のことき基
板（６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍ）において各素子を１旧４
．３５ｍｍ、連結部の中１５０μ、°外部引出し電極部
のｌ’ｌＪＩＱｍｍ、周辺部４ｍｍにより、有効面積（
１９２ｍｍ　Ｘ　１４．３５ｍｍ　Ｘ　４０段　１１０
２ｃｆｆｌ即ち９１．８％）を得ることができた。その
結果、セグメントが９．３％の変換効率を有する場合、
パネルにて７．６％（ＡＭＩ　（１００ｍＷ　／ｄ））
にて９．３Ｗの出力電力を有せしめることができた。

さらに金属マスクをまったく用いないため、大面積パネ
ルの製造工程において何等の工業上の支障がなく、大電
力発生用の大面積低価格大量生産用にきわめて適してい
る。

またさらにこの本発明によって作られたパネル例えば４
０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｒｎまたは６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍ
を６ケまたは４ヶ直列にアルミサツシ枠内に組み合わせ
ることによりパンケージさせ、１２０ｃｍ　Ｘ　４０ｃ
ｍのＮＥＤＯ規格の大電力用のパネルを設けることが可
能である。

またこのＮ　Ｅ　Ｄ　Ｏ規格のパネルはシーフレックス
等の合わせ接着剤により他のガラス板その他の機械的基
体を本発明の光電変換装置の反射向側（第２図では上側
）にはりあわせて複合体とし、風圧、雨等に対し機械強
度の増加を図ることも有効である。

本発明において、第２の開溝は半導体の端部より内側（
内部）を一本の〆ＩＸ７とした場合を示した。

しかしＬＳに際し、その接触１１Ｘ、抗は大きくなると
いう欠点を有するが、走査中にパルスレーザ光を不連続
照射をすることにより礼状または破線状の複数の開溝を
設け、複数コンタクトとじて構成さ−１てもよい。

第１図〜第３図において光入射ば上側のガラス板よりと
した。しかし本発明はその光の入射側を下側に限定する
ものではない。

なお、本発明は、第２の開溝を設りることなしに、第２
の電極材料をその下の半導体中に異常拡散させた半導体
金属混合体導体による、隣の素子の第１の電極の上面に
コンタク１−を構成さ−１る構造を含まない。なぜなら
、かかる構造においては、この半導体と拡散金属例えば
アルミニュームとが反応し、不良導体となりやすい。さ
らにかかる金属と酸化物導体の第１の電極との界面で酸
化反ｊ心がおき、酸化アルミニューム絶縁物が形成され
、コンタクト不良を発生させる欠点を有し、その接続抵
抗は３０Ω／ｃｍに）上となり、実用Ｙがまったく不可
能であるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換装置のパネルである。 第２図は本発明の光電変換装置の製造工程を示す縦断面
図である。 第３図は本発明の第１図の光電変換装置を拡大して示し
た縦断面図である。 特許出願人 株式会社半導体エネルギー研究所 代表者　山　崎　舜　平 イ１Ｉ７１ ７（ｔ２　１１ ｒ−ベーー）とヘノーコ　−） １　忽３（の　°０′

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁表面を有する基板上に配列された複数の第１の
   電極と、該第１の電極および該電極間の開溝上の光照射
   により光起電力を発生させる非単結晶半導体と、前記第
   １の電極に対応して前記半導体上に設けられた複数の第
   ２の電極とを有する光電変換素子を備え、前記非単結晶
   半導体内部に設けられた開溝により、第１の素子の第１
   の電極に第２の素子の第２の電極より延在した導体がコ
   ンタクトを構成して互いに電気的に連結した連結８１３
   を有するごとを特徴とする光電変換半導体装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、非単結晶半導体の
   内部に設けられた開溝は、前記第１または第２の電極の
   巾より小さく、かつ該電極端部より内部側に設けられた
   ことを特徴とする光電変換半導体装置。 ３、特許請求の範囲第１１Ｊ′ｌにおいて、半導体内部
   に設けられた開溝により、第１の電イウＡの側面または
   該電極の側面および上端面に第２の電極より延在した導
   体が密接して連結：ｆＪｌのコンタクトを構成せしめた
   ことを特徴とする光電変換半導体装置。