JPS60123071A

JPS60123071A - 光電変換装置作製方法

Info

Publication number: JPS60123071A
Application number: JP58231009A
Authority: JP
Inventors: Shunpei Yamazaki; 舜平山崎
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1983-12-07
Filing date: 1983-12-07
Publication date: 1985-07-01

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】この発明は非単結晶半導体を用いたレーザ加工法による
光電変換装置作製方法に関する。

この発明は基板上の非単結晶半導体上に導電性酸化物と
その膜上に八］、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｇ、ＴｔまたはＣｒを
主成分とする金属導電膜と、さらにその膜上に絶縁膜と
の積層膜を形成せしめ、この積層膜にレーザ光を照射し
て、半導体を損傷させることなくまたは１０００Å以下
の深さにしか損傷または酸化、絶縁化させることなく選
択的に積層膜を除去して開溝を形成する（以下レーザ・
スクライブ即ちＬＳという）ことを目的とする。

この発明は、ＰＮまたはＰＩＮ接合を少なくとも１つ有
するアモルファス半導体を含む非単結晶半導体を透光性
絶縁基板上に設〔すた光電変換素子（単に素子ともいう
）を複数個電気的に直列接続し、高い電圧を発生させる
光電変換装置における第２の電極の作製方法に関する。

本発明の装置における素子の配置、大きさ、形状は設計
仕様によって決められる。しかし、本発明の内容を簡単
にするため、以下の詳細な説明においては、第１の素子
の下側（基板側）の第１の電極と、その右隣りに配置し
た第２の素子の第２の電極（半導体上即ち基板から離れ
た側）とを電気的に直列接続させた場合を基として記す
。

かかる構成において、第１の素子および第２の素子の第
２の電極を互いに分離するための第３の開溝は、Ｎまた
はＰ型の非単結晶半導体層に密接して酸化インジューム
または酸化スズを主成分とする導電ｆｌｉｔ（以下ＣＯ
という）を設け、該導電膜上に導電性金属とさらに絶縁
膜とを積層させた積層膜を形成せしめたことを特徴とす
る。

本発明は、半導体上に設けられた第２の電極用導電膜を
レーザ光を用いてスクライブせしめ、互いの電極に分離
形成せしめるものである。その際、１８００℃もの高温
のレーザ光の照射に対し、その下側の半導体特に水素化
アモルファス半導体が多結晶化され、導電性になってし
まうことを防ぐため、ＣＯ上に導電性金属とこの金属上
に絶縁膜を積層して、かかるＬＳにより第３の開溝下の
半導体と化合物を作ったり、またこの半導体のレーザア
ニールによる多結晶化を防いだものである。

加えてこの導電性金属として、ＡＩ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｍｇ
、Ｔｉ。

Ｃｒを用い、この裏面電極（第２の電極）のシート抵抗
を０．５　ｏ／口以下としたことを特徴としている。

本発明では光電変換装置としての裏面電極を、この裏面
において入射光を反射させることが変換効率の向上に有
効であった。

このためＣＯに密接して反射率の高い１０００〜２００
０人の厚さのアルミニュームとした２層構造または０〜
５０人の厚さのチタンとその上面に１００〜５００人の
厚さの銀と、さらにその上面に５００〜５０００人の厚
さのアルミニュームとを積層させ４層構造としたもので
ある。

かかる２層または４層構造は裏面での光の反射を大きく
し、変換効率の向上に役立たせることができる。さらに
電気伝導度をシート抵抗が０．５Ω／口以下として向上
させるとともに、金属自体が柔らかいため半導体に歪ス
トレスを与えることがないという特長を有する。しかし
もっとも重要なマスクレスのレーザ加工の実施に関して
は、このＣＯおよび導電性金属のみの積層膜ではこの導
電膜のみまたはこの導電膜とその下の半導体のみを選択
的に除去して開溝を形成することがきわめて微妙であり
、工業的には不十分であった。本発明はこレラの特長を
考えつつ、マスクレスのレーザ加工を加工に量産性のマ
ージンを有して実効するため、この導体上に絶縁物を形
成し、ＬＳの際のレーザ照射光の熱を外部に放散するこ
とを防いだものである。即ちこの導電股上に絶縁膜例え
ば窒化珪素、炭化珪素、酸化珪素を３００〜５０００人
の厚さに形成した。特にレーザ光に対し昇華性を有すＳ
ｉＯがその下側に形成されるＣＯ８金属と同じ電子ビー
ム蒸着法で作製し得るため好ましかった。

本発明は導電性金属としてさらにそのＬＳの操作スピー
ドを向上させるため、導電膜金属をＡＩ＋ＣｒまたはＴ
ｉ＋Ａｇ＋ＡＩ＋Ｃｒとクロムを絶縁膜下に１００〜３
０００人好ましくは３００〜１０００人の厚さに形成し
、レーザ光の反射を少なくさせ効率よく導体を昇温させ
た。

ＣＯは半導体と導電性金属との長期間使用での反応によ
る劣化を防き、入射光の反射を助長しつつかつ昇華性を
有する。しかしＣＯは透光性のためレーザ光の吸収が小
さい。またＡ１等の導電性金属は電気伝導度が大きく、
シート抵抗として０．５Ω／四以下をつくることができ
た。また基板側からの入射光の反射に優れている。しか
し昇華性ではなく、レーザ光の吸収エネルギの平面方向
外方向への熱伝導度が太き（ＬＳ部での昇温を妨げやす
い。

加えて照射レーザ光の反射率が大きい。

ＳｉＯ等の絶縁膜は照射されるレーザ光の反射防止膜で
あり、導電膜の昇温のための熱エネルギを外部（外方向
）に放散してしまうことを防ぐことができる。さらにク
ロムをサンドウィンチすると、反射率がＡＩ、Ａｇより
はるかに小さくレーザ光の熱エネルギの効率よい吸収を
絶縁膜と相まって実施することができる。

以上のことより本発明の光電変換装置の裏面電極として
のＣＯ−導電性金属−絶縁物の構造はそれぞれの機能を
有するためにきわめて有効な積層膜構造である。

このためこれらの各膜を組合せることにより、ＬＳのレ
ーザ光の照射された開溝部下の非単結晶半導体を熱によ
り多結晶化させることなく、変換効率を向上させつつこ
の開溝部のＣＯとその上の金属を選択的に除去して複数
の電極をマスクを用いることなく作製することができた
。

以下に図面に従って本発明の詳細を示す。

第１図は本発明の製造工程を示す縦断面図である。

図面において絶縁表面を有する透光性基板（１）例えば
ガラス板、有機樹脂または有機樹脂上に窒化珪素膜がコ
ーティングされた可曲性基板（例えば１．２ｍｍ　、長
さ〔図面では左右方向）　６０ｃｍ、中２０ｃｍ）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（酸化インジューム酸化スズ混合物、即ち酸
化スズを酸化インジューム中ニ１０重量％添加した膜）
（約１５００人）　＋５ｎ０２（２００〜５００人）ま
たは弗素等の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（１５００〜２００００人）を真
空蒸着法、ＬＰＣＶ　Ｄ法、ブラズＶＣＶＤ法またはス
プレー法により形成させた。

この後、ＹＡＧレーザ加工機（日本レーザ製　波長１．
０６μまたは０．５８μ）または窒素レーザ加工機（日
本レーザ製　波長３３７ｎｍ　）により出力０．３〜３
、Ｗ　（焦点距離４５ｍｍ）を加え、スポット径２０〜
７゜μφ代表的には５０μφをマイクロコンピュータに
より制御した。さらにこの照射レーザ光を走査させて、
スクライブラインである第１の開溝（１３）を形成させ
、各素子間領域（３１＞、＜　１１　）に第１の電極（
２）を作製した。

この第１のＬＳにより形成された第１の開溝（１３）は
、巾約５０μ長さ２０ｃｍ深さは第１のＣＴＦの電極そ
れぞれを完全に切断して電気的に分離した。

この後、この電極（２）、開溝（１３）の上面にプラズ
マＣＶＤ法またはＬＰＣＶ　Ｄ法、光ＣＶＤ法またはこ
れらを組み合わせた方法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層（３）を０．２〜０．８μ
代表的には０．７　μの厚さに形成させた。

その代表例はＰ型半導体（ＳｉｘＣ（−×ｘ＝０．８約
１００人１−Ｉ型アモルファスまたはセミアモルファス
のシリコン半導体（約０．７μ）−Ｎ型の微結晶（約５
００人）を有する半導体珪素さらにこの上に５ｉｘＣ１
−×ｘ＝０．９約５０人を積層させて一つのＰＩＮ接合
を有する非単結晶半導体、またはＰ型半導体（ＳｉｘＣ
ｌ−ｘ）　Ｉ型、Ｎ型、Ｐ型Ｓｔ半導体−Ｉ型５ｉｘＧ
ｅ　Ｉ−ｘ半導体−Ｎ型Ｓｉ半導体よりなる２つのＰＩ
Ｎ接合と１つのＰＮ接合を有するタンデム型のＰＩＮＰ
ＩＮ、、、、、ＰＩＮ接合の半導体（３）である。

かかる非単結晶半導体（３）を全面にわたって均一の膜
厚また裏面で全反射をするように基板および半導体裏面
をテクスチャー構造として形成させた。

さらに第１図（Ｂ）に示されるごとく、第１の開溝（１
３）の左方向側（第１の素子側）にわたって第２の開溝
（１８）を第２のＬＳＩ程により形成させた。

この図面では第１および第２の開溝（１３）、＜　１８
　）の中心間を１００μずらしている。

かくして第２の開溝（１８）は第１の電極の側面（８＞
、（９）を露出させた。さらに同様に０〜５μの巾に１
１の電極の上端部（７）もＩ、Ｓの操作スピードにより
作製することができた。

第１図において、さらにこの上面に第１図（Ｃ）に示さ
れるごとく、裏面の積層膜（４）および連結部（コネク
タＸ３０）を形成し、さらに第３のＬＳでの切断分離用
の第３の開溝り２０）を得た。

この第２の電極（４）は本発明の特長である導電性酸化
膜（ＣＯＸ４５）、＜４５’）をＰまたはＮ型の半導体
上に密接させて形成させた。その厚さは１００〜３００
０人の厚さに形成させた。

このＣＯとして、ここではＮ型半導体層と密接してＩＴ
Ｏ（酸化インジューム酸化スズを主成分とする混合物＞
（４５＞、（４５’＞を形成した。このＣＯとして酸化
インジュームまたはＰ型半導体層に密接して酸化スズを
主成分として形成させることも可能である。

これらは電子ビーム蒸着法またはＰＣＶＤ法を用いて半
導体層を劣化させないため、３００℃以下の温度で形成
させた。

ＣＯ（４５）上の金属（４６）、＜　４６　’　＞とし
て同様の電子ビーム蒸着法により検討したものは以下の
通りである。

ＡＩ、Ａｇ、ＣｕＭｇ４ｉ、Ｃｒを作製した。それらは
１　）　ＡＩ　（１０００〜５０００人）２　）　ＡＩ
　（１０００〜５０００人）　−Ｃｒ　（１００〜３０
００人）３）Ｔｉ（０〜　５０人）　−Ａｇ　（１００
〜１０００人）−ＡＩ　（１０００〜５０００人）４）Ｔｉ（０〜　５０人）　−Ａｇ　（１００〜１ｏｏ
ｏ人）−八］　（１０００〜５０００人）　−Ｃｒ　（
１００〜３０００人）として積層させた。このＡＩの代
わりに同様に反射率の高いＭｇを用いてもよい。また０
、７〜２μの長波長光の反射を促すため、ＣｕをＡＩの
代わりに用いることは有効である。一般の太陽光、螢光
灯光に対しては前記１）２）が低価格とすることができ
実用的であった。

さらにこの上面に、本発明の特長である絶縁膜（４７）
を酸化珪素（ＳｉＯまたは５ｉ０２）、窒化珪素（Ｓｉ
３Ｎ４）または５ｉＢＮ４−、Ｌ（０＜　ｘ　＜　４　
）、炭化珪素（Ｓａｃ　ｌ−ｘ　（Ｑ＜ｘ＜　１）　）
を電子ヒー　ム蒸着法＊たはプラズマ気相法により積層
した。

かかる積層膜の構造とすることにより、本発明のＬＳで
は１０００Å以下の深さにしか損傷または酸化絶縁化し
ないようにして、第１の素子領域（３１）にわたって形
成させることができた。即ち、本発明の昇華性のＣＯと
その上面のアルミニュームまたはＡｌ−Ｃｒと絶縁膜の
多層膜とすることにより、レーザ光照射の際、このそれ
ぞれの成分が相互作用してＣＯが昇華温度よりも高くな
り、こめ熱が十分導電膜内に蓄えられ、はじけるように
して気化、飛散される。その結果、この気化により気化
熱を奪うため、その下のアモルファスシリコンを含む非
単結晶半導体を多結晶化させたり、また除去したりする
ことがなく、レーザ照射がされる対象電極として本発明
の積層膜は理想的であることが実験的に判明した。

この工程の結果、第１の素子の開放電圧が発生する第２
の電極（３９）、（３８）間の電気的分離の第３の開溝
（２０）をレーザ光　（２０〜１００μφ代表的には５
０μφ）を形成させた。

かくのどと（積層膜（４）を第３のＬＳのレーザ光を上
方よう照射して切断分離して開講（２０）を形成した場
合を示している。

か（して第１図（Ｃ）に示されるごとく、複数の素子（
３１＞、（１１）を連結部（１２）で直接接続する光電
変換装置を作ることができた。

第１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、即ちノザツシベイション膜と
してプラズマ気相法により窒化珪素Ｉｔ！ｊｉ（２１）
を５００〜２０００人の厚さに均一に形成させ、湿気等
の吸着による各素子間のリーク電流の発生をさらに防い
だ。

さらに外部引出し端子を周辺部（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。

この後これら全体を希弗酸に浸漬し、パッド領域（５）
の絶縁膜を溶去した。

かくして照射光（１０）により発生した光起電力はコン
タクト（３０）の第１の素子の第１の電極より第２の素
子の第２の電極に流れ、直列接続をさせることができた
。

その結果、この基板（６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍ）におい
て各素子を巾１４．３５ｍｍ連結部の巾１５０μ、外部
引出し電極部の中１０１、周辺部４ｍｍにより、実質的
に５８０ｍｍ　Ｘ　１９２ｍｍ内に４０段を有し、有効
面積（１９２ｍｍ　ｘ１４．３５＋ｎｎ＋　４０段１１
０２　ａａ即ち９１．８％）を得ることができた。

そして、セグメントが１０．５％（１，０５ｃｍ）の変
換効率を有する場合、パネルにて７．３％（理論的には
７．８％になるが、４０段連結の抵抗により実効変換効
率が低下した＞（ＡＭＩ　Ｃ１Ｃ１０Ｏ／ｃＩａ）　）
にて、６．１すの出力電力を有せしめることができた。

さらにこのパネルで１５０℃の高温放置テストを行うと
１ｏｏｏ時間を経て１０％以下例えばパネル数２０枚に
て最悪４％、Ｘ＝１．５％の低下しかみられなかった。

これは従来のマスク方式を用いて信頼性テストを同一条
件にて行う時、１０時間で動作不能パネル数が１７枚も
発生してしまうことを考えると、驚異的な値であった。

第２図は光電変換装置の外部引出し電極部を示したもの
である。

第２図（Ａ）は第１図に対応しているが、外部引出し電
極部（５）は外部引出し電極（５７）に接触するパッド
（４９）を有し、このバンド（４９）は第２の電極（上
側電極＞＜４５）、（４６）と連結している。

この時電極（５７）の加圧が強すぎてパッド（４９）が
その下の半導体（３）を突き抜け、第１の電極（２）と
接触しても隣の素子の第１の電極とがショートしないよ
うに開溝（１３’）が設けられている。

また外側部は第１の電極、半導体、第２の電極を同時に
一方のＬＳにてスクライプをした開溝（５０）で切断分
離されている。

さらに第２図（Ｂ）は下側の第１の電極（２）に（８’
）（７’）連結した他のパッド（４８）が第２の電極材
料により（１８ゝ）にて連結して設けられている。

さらにパッド（４８）は外部引出し電極（５８）と接触
しており、外部に電気的に連結している。

ここでも開溝（１８’）、（２０つ、（５０）によりパ
ッド（４８）は全く隣の光電変換装置と電気的に分離さ
れており、（８′）にて第１の電極（２）と側面コンタ
クトを構成させている。

つまり光電変換装置は有機樹脂モールド（２２）で電極
部（５）、＜４５）を除いて覆われており、耐湿性の向
上を図った。またこのモールド（２２）をマスクとして
パッド（５＞、（５５）上の絶縁物がエツチングされ、
絶縁物はあるモールド材下にのみ残存されている。

またこのパネル例えば４０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍまたは６
０ｃｍ　Ｘ２０ｃｍ、　４０ｃｍ　Ｘ　１２０ｃｍを２
ケ、４ケまたは１ケをアルミサツシまたは炭素繊維枠内
に組み合わせることによりパッケージさせ、１２０ｃｍ
　Ｘ４０ｃｍ（７）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ＮＥＤＯ規格のパネルはシーフレックスにより
弗素系保護膜を本発明の光電変換装置の反射面側（図面
では上側）にはりあわせて合わせ、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、基板は透光性絶縁基板のうち特にガラ
スを用いている。

しかしこの基板として可曲性有機樹脂または可曲性有機
樹脂、アルミニューム、ステンレス等上に酸化アルミニ
ューム、酸化珪素または窒化珪素を０．１〜２μの厚さ
に形成した複合基板を用いることは有効である。特にこ
の複合基板を前記した実施例に適用すると、酸化珪素ま
たは窒化珪素がこの上面のＣＴＦｔ−ｔｊｉ傷して基板
とＣＴＦとの混合物を作ってしまうことを防ぐ、いわゆ
るブロッキング効果を有して特に有効であった。

さらに本発明を以下に実施例を記してその詳細を補完す
る。

実施例１第１図の図面に従ってこの実施例を示す。

即ち透光性基板（１）として透光性有機樹脂の住人ベー
クライト社製のスミライト１１００　厚さ１００μ、長
さ６０ｃｍ、中２０ｃｍを用いた。

この上面に窒化珪素膜を０．１　μの厚さにＰＣＶＤ法
で作製しプロンキング層とした。

さらにその上にＣＴＦをＩＴ　０１６００人士５ｎ０２
３００人を電子ビーム蒸着法により作製した。

さらにこの後、第１の開溝をスポット径５０μ、出力１
−のＹＡＧレーザをマイクロコンピュータにより制御し
て１２０ｃｏ＋　／分の走査速度にて作製した。

さらにパネルの端部をレーザ光出力制御にて第１の電極
用半導体をガラス端より５ｍｔａ内側で長方形に走査し
、パネルの枠との電気的短絡を防止した。

素子領域（３１＞、（１１）は１５＋ｗｍ巾とした。

この後公知のＰＣＶＤ法により第２図に示したＰＩＮ接
合を１つ有する非単結晶半導体を作製した。

その厚さは約０．７μであった。

かかる後、第１の開溝より１００μ第１の素子（３１）
をシフトさせて、スポット径５０μφにて６９ｃｒａ／
分の操作スピード出力ＩＫにて大気中でＬＳにより第２
の開溝（１８）を第２図（Ｂ）に示すごと（作製した。

さらにこの全体にＣＯとしてＩＴＯを電子ビーム蒸着法
により平均膜厚１０５０人に、さらにその上面にアルミ
ニューム（２０００人）およびクロムを５００人の厚さ
に電子ビーム蒸着法により作製して、第２の電極（４５
）、コネクタ（３０）を構成せしめた。

さらにＳｉＯを電子ビーム蒸着法により１２００人の厚
さに積層して積層体とした。

さらに第３の開溝（２０）を同様に第３のＬＳをＹＡＧ
レーザを用い、ＩＷの出力５０μφ、操作スピード９０
ｃｎ＋／分形成させ、第２図（Ｃ）を得た。

この後、パッシベイション膜（２１）をＰＣＶＤ法によ
り窒化珪素膜を１ｏｏｏ人の厚さに２００℃の温度にて
作製した。

すると２０ｃｙｓ　ｘ　６０ｃｍのパネルに１５ｍｍ中
の素子を４０段作ることができた。

パネルの実効効率としテＡＭ１　（１００ｍＷ／ｃ＋Ｊ
）　ニて７．８％、出力６．１−を得ることができた。

有効面積は１１０２−であり、パネル全体の９１．８％
を有効に利用することができた。

この実施例においては、第り図（Ｄ）に示すごとく、上
側の保護用有機樹脂（２２）を重合ゎせることにより、
有機樹脂シートの間に光電変換装置をはさむ構造とする
ことができ、可曲性を有し、きわめて安価で多量生産が
可能になった。

第１図〜第２図において、光入射は下側の透光性絶縁基
板よりとした。

しかし本発明はその光入射側を下側に限定する　゛こと
なく、上側の電極をＩＴＯとして上側より光照射を行う
ことも可能であり、また基板もガラス基板ではなく可曲
性基板を用いることは可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換装置の製造工程を示す縦断面
図である。第２図は本発明の他の光電変換装置の部分拡大をした縦
断面図である。特許出願人＜Ａ）（Ａ）　（Ｂ）銘２■

Claims

【特許請求の範囲】１、絶縁表面を有する基板上の導電膜に第１の開溝を形
成して複数の第１の電極を形成する工程と、該第１の開
溝および前記電極領域上に非単結晶半導体を形成する工
程と、前記半導体を選択的に除去して第１の電極を露呈
せしめる第２の開溝を形成する工程と、前記半導体上お
よび前記第２の開溝の第１の電極に密接して酸化物導電
膜と該導電膜上にアルミニューム、銀、銅、マグネシュ
ーム、チタンまたはクロムを主成分とする金属膜の第２
の導電膜を形成して前記第１の素子の第１の電極と前記
第２の素子の第２の電極とを連結せしめる工程と、前記
第２の導電膜上に絶縁膜を形成することにより積層膜を
形成する工程と、該積層膜にレーザ光を照射して前記第
２の導電膜を選択的に除去して作られた第３の開溝によ
り第１の素子および第２の素子のそれぞれの第２の電極
を形成せしめる工程と、前記第２の電極上の絶縁膜を除
去する工程とを有することを特徴とする光電変換装置作
製方法。２、絶縁表面を有する基板上の導電膜に第１の開溝を形
成して複数の第１の電極を形成する工程と、該第１の開
溝および前記電極領域上に−：−− 非単結晶半導体を形成する工程と、前記半導体を選択的
に除去して前記第１の素子の第１の電極を露呈せしめ４
第２の開溝を形成する工程と、前記半導体上および前記
第２の開溝の第１の電極に密接して酸化物導電膜と該導
電膜上にアルミニューム、銀、銅、マグネシュームまた
はチタンを主成分とする導電膜と該導電膜上にクロムを
主成分とする導電膜を形成して第１の素子の第１の電極
と第２の素子の第２の電極とを連結せしめる工程と、前
記第２の導電膜上に絶縁膜を形成することにより積層膜
を形成する工程と、該積層膜にレーザ光を照射して前記
導電膜を除去して作られた第１の開溝により前記第１の
素子および第２の素子のそれぞれの第２の電極を形成せ
しめる工程と、前記第２の電極上の絶縁膜を除去するこ
とを特徴とする光電変換装置作製方法。３、特許請求の範囲第１項または第２項において、第２
の導電膜上に形成された絶縁膜は一酸化珪素、二酸化珪
素または窒化珪素、炭化珪素より選ばれたたことを特徴
とする光電変換装置作製方法。