JPS60198784A - 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 を発明は光Ｊ、不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。

（ロ）従来技術 この種光起電力装置に於いて、その光感応層に非晶質シ
リコ〉の如き非晶質′＃心導体半導体膜として用いたも
のは既に知られている。

第１図は、上記非晶質半導体膜を用いた従来の光起電力
装置を示し、（１）はガラス・耐熱プラスチック等の絶
縁性且つ透光性を有する基板、（２ａ）（２ｂ）（２ｃ
）　は基板（１）上に一定間隔で被着された透明導電膜
、（３ａ＞（３ｂ）（３Ｃ）　は各透明導電膜上に重畳
被着された非晶質半導体膜、（４ａ）＜４ｂ）（４ｃン
　・は各非晶質半導体膜上に重畳被着され、かつ各右隣
りの透明導電膜（２ｂ）（２ｃ）・　に部分的に重畳せ
る裏面電極膜である。

各非晶質半導体膜（３ａ）（３ｂＨ３ｃ）・・・は、そ
の内部に例えば膜面に平行なＰＩＮ接合を含み、従って
透明基板（１〉及び透明導電膜（２ａ）（２ｂ）（２ｃ
）−＝を順次介して光入射があると、光起電力を発生す
る。各非晶質半導体膜（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）・・・
内で発生した光起電力は裏面電極膜（４ａ）（４ｂ）（
４ｃ）での接続により直列的に相加される。

この様な装置において、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非晶質半導体膜（３ａ）（３ｂ）
（３ｃ）の総面積の占める割合いである。然るに、各非
晶質半導体膜（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）・・・の隣接間
に必然的に存在する非晶質半導体のない領域（図中符号
ＮＯＮで示す領域）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するにはシまず透明導電膜（２
ａ）（２ｂ）（２ｃ）・・・の隣接間隔を小きくし、そ
して非晶質半導体膜（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）・・・の
隣接間隔を小さくせねばならない。

この様な間隔縮小は各膜の加工精度で決まり、従って、
従来は細密加工性に優れている写真蝕刻技術が用いられ
ている。この技術による場合、基板（１）上全面への透
明導電膜の被着工程と、フォトレジスト及びエツチング
による各個別の透明導電膜（２ａＨ２ｂ）（２ｃ）・・
の分離、即ち、各透明導電膜（２ａ＞（２ｂ）（２ｃ）
・・の隣接間隔部分の除去工程と、これら各透明導電膜
−Ｆを含む基板（１）上全面への非晶質半導体膜の被着
工程と、フォトレジスト及びエツチングによる各個別の
非晶質半導体膜（３ａ）（ｓｂ）（ａｃ）　の分離、即
ち、各非晶質半導体膜（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）の隣接
間隔部分の除去工程とを順次繰ることになる。

しかし乍ら、写真蝕刻技術は細密加工の上で優れている
が、蝕刻パターンを規定するフォトレジストのピンホー
ルや周縁での剥れにより非晶質半導体膜に欠陥を生じさ
せやすい。

特開昭５７−１２５６８号公報に開示きれた先行技術は
、レーザビームの照射による膜の焼き切りで上記隣接間
隔を設けるものであり、写真蝕刻技術で必要なフォトレ
ジストを一切使わず細密加工性に富むその技法は上記の
課題を解決する上で極めて有効である。

レーザ使用の際に第１に留、ｌべきことは、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
を焼き切った上、必要としない下の膜まで焼き切ってし
まう。上記先行技術は、こ９要求を満たすために、レー
ザ出力やパルス周波数を各膜に対して選択することを提
案している。

しかし乍ら、この種の装置に於ける各膜の厚みが通常１
μｍ以下であり、また非晶質半導体膜（３ａ）（３ｂ）
（３ｃＬ　・が半導体接合を２重、３重に積層せしめた
所謂タンデム構造をなしても数μｍ止まりと非常に薄い
ことを考慮すると、レーザ出力あるいはパルス周波数の
選択により他の膜の損傷を防止する方法は最善のもので
はない。

更に、レーザビームの照射により加工を施す際に第２に
留意すべきことは、レーザ装置と被加工面との距離を一
定に保つことである。即ち、液加−［面に照射される単
位面積当りのエネルギ密度は斯る加工面に到達するレー
ザのビーム径に依存し、従って水平なＸ軸Ｙ軸方向にＸ
−Ｙステージ上に被加工物の被加工面がレーザビームの
対物レンズと対向するように載置し、液加ユ４面を機械
的に走査しなければならない。その結果、走査速度の上
昇は望めず、また対物レンスと被加工面が走査方向に変
化する曲面状を呈する場合には、両者の対向距離の変動
は免れず、被加工面に到達するレーザのビーム径は不揃
いとなるために、均一なエネルギ密度のレーザを被加工
面に照射することができない。

一方、非晶質半導体膜（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）・　の
Ｎ型層上に形成される裏面電極膜（４ａ）（４ｂ）（４
ｃ）　・は上記Ｎ型層とオーミンク接触すへくアルミニ
ウム、チタン、金、銀等の周知のオーミック金属から選
択されるが、その内アルミニウムが上記Ｎ型層を透過し
ようとする光を再び光電変換に寄与するＩ型くノンドー
プ）層に反射せしめることができる点及びコスト的にも
安価である点等から有利な材料である反面、上述の如く
レーザビームの照射によるバターニングは、使用するレ
ーザの種類にも左右されるが一般的なレーザビームに対
する反射率は高く、例えば波長１．０６μｍ　Ｏ）　Ｙ
　Ａ　Ｇレーザに於いては約９０％以上であり、熱伝導
性が良いために下層の非晶質半導体膜（３ａ）（３ｂ）
＜３ｃ）・・に熱的なダメージを与えることなく加工す
ることは難しい。上記レーザパターニングを開示せる特
開昭５７−１２５６８号公報に於いても、裏面電極材料
としてアルミニウムを用いた実施例にあっては、斯るア
ルミニウムを既にレーザパターニングされた非晶質半導
体膜（３ａ）（３ｂ）（３ｃ＞・・及び透明導電膜（２
ａ）（２ｂ）（２ｃ）・・・に対して斜め方向から蒸着
し、レーザ加工することなく直接パターン形成する方法
を採用している。

（ハ）　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、その第
１の目的とするところは、下層に存在する膜に損傷或い
は熱的ダメージを与えることなくその下層膜上に積層さ
れる被加工膜を選択的に除去すること、にあり、また第
２の目的は、基板として曲面状表面を有するものについ
て使用を可能ならしめることにあり、第３の目的は、第
２電極膜として少くともアルミニウムを用いることにあ
る。

（ニ）発明の構成 本発明光起電力装置の製造方法は・、基板の絶縁表面に
離間配置される複数の光電変換領域に連続して被着され
た被加工膜に対し電子ビームを反復走査し、上記被加工
膜を各光電変換領域毎に分離する構成にある。

（ホ）実施例 第２図は本発明製進方≠により製造されて好適な光起電
力装置を示し、基板（１０）は和瓦状の強化ガラス製で
あり、この実施例では斯る基板（１０）の曲面状表面に
於いてその曲面方向に沿って５つの短冊状光電変換領域
（Ｅａ）〜（Ｅｅ）が設けられ、それ等は電気的に直列
接続されている。この和瓦状の光起電力装置自体は特願
昭５８−１３９５４６号とじて既に出願されており、詳
細な説明は割愛するが基本的な構成は第１区のそれと同
様である。以下斯る和瓦状の光起電力装置の製造方法に
本発明製造方法を適用した実施例につき第２図乃至第１
０図に示した工程を参照しつつ詳述する。

第３図の工程では、約３０５ｍ角、厚さ約１０ｍ１ｌｌ
、曲面の高低差的３０ｍの透明な強化ガラス製和瓦状の
基板（１０）上全面に、厚さ２０００人〜５０００人の
酸化スズから成る第１電極膜としての透明導電膜（１１
）が被着袋れる。

第４図の工程では、隣接間隔部（１１’）がレーザビー
ムの照射により除去諮れて、個別の各透明導電膜（ｌｌ
ａ）（ｌｌｂ）（１ｉｅ）　・が曲面方向に沿って分離
形成される。使用されるレーザは波長的１．０６μｍの
ＹＡＧレーザが適当であり、隣接間隔部（１１゛）の幅
（Ｌｌ）は約５０．ｕｍに設定きれる。より詳しくは基
板（１０）が第５図に示す如く被加工面を上にした状態
でＸ軸及びＹ軸方向に移動可能なＸＹステージ（Ｓ　Ｔ
）に載置され、このｘｙステージ（ＳＴ）をＸ軸方向に
移動せしめることによってレーザビームが走査され、図
中一点鎖線で示す方向、即ちＸ軸方向に分Ｓされる。斯
るレーザ加工に於いで、レーザ装置の対物レンズ（ＯＬ
＞と被加工面との対向距離が上記ＸＹステージ（ＳＴ）
のＸ軸方向の移動により変動し、被加工面に到達するエ
ネルギ密度も不揃となるが、波力ａ工面である透明導電
膜の下層に存在するのは肉厚な基板＜１０）のみである
ために、上記曲面の高低差を予め考慮した値にレーザ出
力を設定しておくこと、により、実質的に基板（１０）
を傷付けることなく加工を施すことができる。

第６図の工程では、各透明導電膜（１１ａ０１１ｂ＞＜
１ｌｃ）　の表面を含んで基板（１０）上全面に連続的
に連な−）た１枚の厚さ５０００人〜７０００人の非晶
質シリコン系の′＃導体膜（１２）が周知のシリコン化
合物雰囲気中でのグ１コー放電により被着される。斯る
半導体膜（１２）はその内部に膜面と平行なＰＩＮヘテ
ロ接合或いはＰＩＮホモ接合を含み、従っ工よりへ体的
には、先ず膜厚２００人程鹿のＰ型の非晶質シリコンカ
ーバイド、或いは非晶質シリコンが被着され、次いで各
々の膜厚が４５００人〜６５００人、３００人〜５００
人のｌ型（ノンドープ）及びＮ型の非晶質シリコン膜が
順次積層被着される。更に、上記半導体膜＜１２）を分
割することなくその膜上に厚き２０００人〜１＋ｕｍの
連続した１枚のアルミニウムからなる第２′ｗＬ極膜と
しての裏面電極膜（１３）をスパッタリング手法によ゛
り積層する。

第７図の工程では、隣接間隔部（１２’）が電子ビーム
の照射により除去されて、個別に各裏面電極膜（１３ａ
）（１３ｂ）（１３ｃ）　・が形成される。断る電子ビ
ーム加工は第５図に示した［−−ザビーム加工とは異な
り、基板＜１０）を載置するステーン（ＳＴ）が移動す
るのではなく基板（１０）を固定した状態で電子ビーム
を偏向手段により電気的或いは磁気的に偏向走査した点
にある。即ち、Ｚ軸方向に電子銃から出発し、た電子ビ
ームは、該電子銃から被加工面までの到達距離が基板（
ｌＯ）の曲面に沿って刻々と変動するにも拘らず、Ｚ軸
方向への速度変調手段であるグリッド電極及びビーム径
を電気的に調整する静電レンズを備えている結果、被加
工面に均一に且つ高速な走査速度及びビーム径をもって
到達し、しかも斯る電子ビームが被加工面から内部に到
達する深さも加速電圧に比例し走査速度に反比例して電
気的に制御でき、例えば膜厚３０００人の裏面電極膜（
１３〉に対して１回の電子ビームの走査により、斯る３
０００人の膜厚を除去するのではなく、最初に表面から
２０００人の深き部分まで除去し、２回目の走査で７０
０人の膜厚を除去して、最後の３回目の走査で残り３０
０人の膜厚を除去するような階段的な反復走査を施す、
ことが可能となる。

この様に加速重圧を走査毎に減少きせたり、或いは走査
速度を上昇せしめ階段的な反復加工を施ｒことによりト
層に存在する半導体膜（１２）への損傷及び熱的ダメー
ジを確実に回避することかできる。また、この被加工物
である裏面電極膜り１３）の形成を上述の如く真空中で
のスパッタリングにより施すことによって、斯る重子ビ
ーム加工に際して新たに真空状態に設定するための工程
が削減できる。以下に具体的電子ビーム加工条件を列挙
する。

Ｏ真空度：　５　Ｘ　１０−’　Ｔｏｒｒ口加速を圧：
５Ｏ−１０ＫＶ ・電子ビーム電流：０５〜１．５Ａ 囃パルス幅：１０μ５ｅｃ Ｏパルスデユーティコ１０％ Ｏビーム径：２０μｍ Ｏ加工幅（Ｌ２）：　５０μｍ ６加工速度：１００〜５００ｍｍ　／　ｓｅｅ尚、電子
ビームを照射すると被加工表面に電子が蓄積され、表面
電位が変化して加速電圧の制御に誤差が生じる場合は、
第５図に於いて破線で示す如く被加工面の一部を接地し
、この接地部から遠い部分より順次加工すれば上記蓄積
電子をアースへ逃すことによって対処する。

第８凶の工程では、上記電子ビームの照射により個別に
分割された各裏面電極膜（１３ａ）（１３ｂ）（１３ｃ
）・・をマスクとして、露出せる非晶質シリコン系の半
導体膜（１２）がブラスマエッチングにより除去きれ、
上記マスクとして作用した各裏面電極膜（１３ａ）（１
３ｂＸ１３ｃ＞・　と同一形状に分割される。

」−２半導体膜（１２）のプラスマエ／チングは誘導結
合型装置を用いて常温、高周波電源１３．５６Ｍ　Ｈｚ
。

弗化炭素（ＣＦ４）９６％、酸素（０２３４％の工・ン
チング条件により施される。

第９図及び第１Ｏ図の工程では、電子ビームの照射及び
プラスマエツチングにより個別に分割された透明導電膜
（ｌｌａ）（ｌｌｂ）（ｌｉｅ）−１非晶質シリコン膜
（１２ａ’＞（１２ｂＨ１２ｃ）　及び裏面電極膜＜１
３ａ）＜１３ｂ）（１３ｃ）　の積層体から構成される
充電変換領域（Ｅａ）（Ｅｂ）（Ｅｃ）・・を電気的に
直列接続すへく、隣接間隔部（１２°゛）に於いて露出
上る透明導電膜（ｌｌａ）（ｌｌｂ＞（ｌｌｃ）　を含
めて裏面電極膜（１３８）（１３ｂ）＜　１３Ｃ）　全
面に跨って厚み１０００人〜５０００人程度のチタンか
らなる接続電極膜（１４）をスバ・７タリング手法によ
り被着し、次いで該接続電極膜（１４）を電子ヒームの
照射により上記隣接間隔部（１２”）にまで被着きれた
接続電極膜（１４）の幅方向の一部をその長手方向に亘
って除去する。二の電子ビーム加工の基本的条件は裏面
電極膜（１３）のそれとほぼ同一であり、隣接間隔部（
Ｌ３）の幅方向に於いて除去された部分の幅（Ｌ４）は
約２０μｍに設定される。

この様にして第２図に示した如き和瓦状基板（１０＞の
曲面状表面４コ５つの光電変換領域（Ｅａ）〜（Ｅｅ）
を電気的に直列接続せしめた光起電力装置がウェットプ
ロセスを経ることなくドライプロセスのみにより形成さ
れる。

尚、上記実施例にあっては透明導電膜（１１ａＨ１１ｂ
）（ｌｌｃ）・・のバターニングはレーザ加工であり、
非晶質シリコン系の半導体膜（１２ａ）（１２ｂ〉（１
２ｃ）・のそれは、裏面電極膜（１３）を全面に形成し
その裏面電極膜（１３）を電子ビームによりバターニン
グ後、該電極膜（１３ａ）（１３ｂ）（１３ｃ）・・を
マスクとしたプラズマエツチングであったために、最終
工程として裏面電極膜（１３ａ）（１３ｂ）（１３ｃ）
・・・と隣接する透明導電膜（１１ｂＨ１１ｃ）・とを
電気的に接続すべき接続電極膜（１４ａ）（１４ｂ）（
１４ｃＬ　・・の被着及びバターニング工程を必要とし
ていたが、先行技術の特開昭５７−１２５６８号公報に
開示された如く、透明導電膜（１１〉、半導体膜（１２
）及び裏面ｔ＠膜（１３）を全面に被着形成毎に電子ビ
ームを照射し、表面に位置する被加工膜のみをバターニ
ングしても良い。即ち、電子ビームは電気的に制御され
る加速電圧や走査速度により任意の加工を施すことがで
きるために、１ｒｉｉＪの走査によらず階段的にノＪＸ
さいエネルギ密度によって反復走査することができ、た
とえ下層に膜が存在しようとその膜を傷付けることなく
バターニングすることができる。

また、本発明は上述した実施例の如く曲面状表面を備え
た基板上に複数の光電変換領域（Ｅａ）〜（Ｅｅ）を電
気的に直列接続せしめた光起電力装置の製造に用いて極
めて好適であるが、平面状表面の基板を備えた光起電力
装置の製造に適用しても構わないことは自明である。

くべ）　発明の効果 本発明製造方法は以上の説明から明らかな如く、複数の
光電変換領域に連続して被着された被加工膜に対して電
子ビームを反復走査せしめその被加工膜を各光電変換領
域毎に分離せしめたので、下層に存在する膜に損傷或い
は熱的ダメージを与えることなくその上に積層される被
加工膜を選択的に高速除去することができ、量産性の向
上が図れる。更に基板とし゛Ｃ曲面状表面及びまたは第
２電極膜として少くともアルミニウムを用いたにも拘ら
ず、斯る電極膜に電子ビームによる微細なバターニング
を施すことが可能となり光利用効率を向上せしめること
ができる。

４　区画のｎ車な説明 第１図は此の稲光起電力装置の基本構造を示す断面図、
第２図は本発明製造方法により製造される光起電力装置
の斜視図、第３図、第４図及び第６図乃至第１θ図は本
発明製造方法を工程順に示している第２区に於けるｘ−
ｘ’線断面図、第５図はレーザ加工を説明するための概
略的斜視図、を夫々示している。

（１０）　・基板、（１１）・・透明電極、（１２）・
・半導体膜、（１３）・裏面電極膜、（Ｅａ）−（Ｅｅ
）−・充電変換領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＜１）基板の絶縁表面に、旧記基板側から積層された第
   １電極膜、寥導体膜及び第２電極膜を少くとも含む複数
   の光電変換領域を離間配置ゼしめ、それ等光電変換領域
   を電気的に直列接続した光起電力装置の製造方法であっ
   て、−Ｆ記複数の光電変換領域を形成すべき箇所に連続
   して被着された被加工膜に対し電子ビームを反復走査し
   、上記被加工膜を各光電変換領域毎に分離することを特
   徴とした光起電力装置の製造方法。 （２）上記第２電極膜は少くともアルミニウムを含んで
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の光起
   電力装置の製造方法。 （３）上記基板の絶縁表面は曲面状を呈し、この曲面方
   向に沿っ″Ｃ，，Ｉ：記第２電極膜に上記電子ビームを
   走査したことを特徴とする特許請求の範囲第１項若しく
   は第２項記載の光起電力装置の製造方法。 （４）上記電子ビームの反復走査速度を除去する被加工
   膜の厚みに反比例せしめ順次高めることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項、第２項若しくは第３項記載の光起
   電力装置の製造方法。