JPS60211817A - 光電変換装置 - 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
設けた光電変換素子（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の電極の構造に関する。

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の素子のそ
れぞれの第２の電極間を互いに分離するための第３の開
溝は、ＰまたはＮ型の非単結晶半導体層に密接して半導
体と金属との化合物（混合物入特にクロム・シリサイド
を設け、該導電膜上にクロムまたはクロムを主成分とす
る金属頗（以下ａｌにりｏムともいう）を積層して構成
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の電極用導体をレ
ーザ光を用いてスクライブせしめ、それぞれの電極に分
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、その下側の非単結晶半導体
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、昇華性を有し、かつ熱
伝導率が比較的小さい金属クロムとその下に非酸化物透
光性導電膜とを積層し、ががるＬＳにより第３の開溝下
の半導体の一部または全部をも同時に除去してしまうこ
とによりこの開溝部での半導体のし〜ザアニールによる
多結晶化を防いだものである。

即ち、従来は裏面電極としては単に光の反射性金属であ
る銀またはアルミニュームが用いられていた。しかし銀
は密着性が悪く、容易にはがれてしまう。アルミニュー
ムは半導体と界面で反応しまたアルミニュームが半導体
中にマイブレイトしてしまう。これらのことより、裏面
電極の改良がめられていた。

本発明はかがる目的のため、マスクレスプロセス即ちＬ
Ｓにより開溝を作り得る金属としてクロムを主成分とす
る材料を用いたものである。さらにこのクロムと半導体
との反応による非酸化物透光性導電膜である金属間化合
物を形成させ、半導体金属間の界面反応をさらに防止し
たものである。

例えば非単結晶半導体上にクロムを５００〜５０００人
の厚さに形成させた。するとクロムが耐熱性（融点１８
００℃、沸点２６６０”Ｃ）およびレーザ光に対する昇
華性を有し、がっ１００〜３００　”ｃ代表的には２０
０℃の温度での熱処理により下地珪素材料との反応をお
こしてもきわめて安定なりロム・シリサイド（Ｃｒ　約
５％、Ｓｔ　約９５％）を３０〜２００人の厚さで構成
し、きわめて安定なバンファを構成させ得ることが実験
的に判明した。さらにＮまたはＰ型半導体層とのオーム
接触の抵抗も低く、きわめて望ましいものであった。

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（例えば厚さ０．５〜２　、２ｍｍ例えば１．
２ｍｍ　、長さ〔図面では左右方向３６０ｃｍ、中２０
ｃｍ）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に１０重量％添
加した膜）（約１５００人）　＋５ｎＯＬ（２００〜４
００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（１５００〜２０００
人）を真空蒸着法、ＬＰＣＶ　Ｄ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、ＹＡＧレーザ加工機（日本レーザ製　波長１．
０６μまたは０．５３μ）により平均出方０．１〜３Ｗ
（焦点距ｆｆ１４０ｍｍ）をＱスイッチをかけて加えて
開溝を形成した。このスポット径は２０〜７ｏμφ代表
的には５０μφにマイクロコンピュータにより制御した
。かくしてＣＴＦにこの照射レーザ光を走査させ、スク
ライブラインである第１の開ｍ　（１３）を形成させ、
各素子間領域（３Ｄ、＜ＩＩ）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（Ｉ３）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の平均厚さに形成さ　せ
ゾこ。

その代表例はＰ型半導体（ＳｉｘＣ＋−ｘ　ｘ＝０．８
約１００人）−１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０．５　μ）−Ｎ型の微結晶（
約５００人）を有する半導体珪素さらにこの上に５ｉｘ
Ｃ１−ｙ　ｘ＝０．９約５０人を積層させて一つのＰＩ
Ｎ接合を有する非単結晶半導体、またはＰ型半導体（Ｓ
ｉｘＣ１−ｘ）　−Ｉ型、Ｎ型、Ｐ型Ｓｉ半導体−Ｉ型
５ｉｘＧｅ　ｌ−ｘ半導体−Ｎ型Ｓｔ半導体°よりなる
２つのＰＩＮ接合と１つのＰＮ接合を有するタンデム型
のＰＩＮＦＩＮ、、、、、ＰＩＮ接合の半導体（３）で
ある。

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ｉ
１ｍ　（１Ｂ）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）
または側面と上面（９）＜ｒｌｌ〜５μ）を露出させた
。

さらにこの基板を希弗酸（４８％ＨＦを１０倍の水で希
釈した１　／ｌ０ＩＩＦをここでは用いた）にて１０秒
〜１分代表的には３０秒エツチングした。

すると半導体（３）、ＣＴＦ　（２）がＬＳの際、大気
中の酸素と反応して生成した低級多孔性酸化珪素を除去
することができた。

半導体上の金属（４６）、（４６’）として検討したク
ロムの特性は以下の通りである。

融点　沸点　熱伝導率 （’Ｃ）　（’Ｃ）　ｃａｌ　／　（ｃｍ　ｓｅｃ　ｄ
ｅｇ）Ｃｒ　１９００　２６４０　０．２ 即ち、昇華性を有し、かつ熱伝導度が小さいクロム（ち
なみにＡＩは０．４８？、Ａｇは０．９９８　）がきわ
めて本発明のレーザ加工を行う電極用材料として優れて
いる。即ち、銀、アルミニュームは６００Å以上となる
と横方向（膜方向）への熱伝導が大きすぎ、照射部を十
分な高温に昇温できないばかりかその下の半導体と反応
をしやすく、さらに熱のため半導体を多結晶化してしま
う。また第３の開溝は半導体層を容易に貫いて第１の導
電膜をも損傷させてしまった。

またニッケルは昇華性を有さないため、レーザ加工がア
ルミニューム他と同様に好ましくなかった。

他方、チタンは熱伝導率が小さく、融点が高いため、２
００Å以上の使用が不可能である。

このため半導体上には非酸化性導電膜とクロムの２層膜
または金属クロムが特に優れていることが判明した。

このクロムの低い光学的反射率を向上させ、ひいては素
子の変換効率を向上させるため、Ｃｒ中に銅または銀を
０．１〜５０重量％例えば２．０〜１０重量添加した。

（１）　Ｃｒ　（３００〜５０００人）。

（２）　Ｃｒ−Ｃｕ　（２，５重量％）（３００〜５０
００人）（３）Ｃｒ−八ｇ　（２，５重量％）（３００
〜５０００人）がＬＳの加工性において優れていた。

これらの裏面電極において、（１）のクロムを用いる場
合は、ＬＳにより同時にその下の半導体も完全に除去さ
せてしまうため、製造歩留りが大きい。しかし反射率が
低いため長波長光特性がよくない。

他方＜　２　＞、（３＞の銀、銅が添加されたクロムは
光の反射率が５〜２０％もクロム単体に比べて向上させ
ることができレーザ加工性には特に異常がなく理想的で
あった。

次に本発明の第１図（Ｃ）においては、この′第２の電
極を構成するクロム（４５）とコネクタ（３０）とが電
気的にショートしないよう、第３の開溝（２０）を第１
の素子領域（３１）にわたって設けた。

即ち第１の素子の開放電圧が発生する電極（３９）。

（３８）間の電気的分離をレーザ光（２０〜１００μφ
代表的には５０μφ）を第２の開溝（１８）より約１０
０μ離間せしめて形成させた。即ち第３の開溝（２０）
の中心は第２の開ｍ　（３０）の中心に比べて１００〜
２００μ代表的には５０μの深さに第１の素子側にわた
って設けている。

このＬＳによりクロムとその下の半導体の少なくとも一
部が同時に除去された。この図面では半導体のすべてが
除去され、第１の電極を構成するＣＴＦが露呈された。

第１図（Ｃ）はかかる図面を示す。

ＬＳにより単にクロムのみではなくその下の半導体特に
珪素を主成分とする非単結晶半導体はその中に水素を含
むためレーザ光照射により気゛化し、加えて珪素も昇華
性のため開溝（２０）が酸化する余裕が十分ないものと
考察される。

さらにこの開溝（２０）下の半導体層を１００〜３００
℃例えば〜２００℃の酸化雰囲気で３０分間の酸化をし
た。すると第２の電極を構成するクロムは半導体と反応
し、２０〜１００人の厚さの非酸化物透光性導電膜であ
るクロム・シリサイド（４６＞、＜４６’＞を形成し、
バッファ層とすることができた。

このバッファ層はその後の長時間熱処理に対してもさら
に反応が進行することがないため、熱信頼性の向上を図
ることができた。

加えて同時に開溝部（２０）では露呈した珪素を酸化し
て酸化珪素（３４）を１００〜５００人の厚さに固相−
気相反応により形成させた。かくして２つの第２の電極
（３９）、（３８）間のクロストークをより防いだ。

かくして第１図（Ｃ）に示されるごとく、複数の素子（
３１＞、＜　１１　）を下地のＣＴＦとクロムとの連結
による連結部（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、即ちパフシヘイション膜とし
てプラズマ気相法により窒化珪素膜（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。

かくして照射光（１０）により発生した光起電力は底面
コンタクトより矢印（３２）のごとく第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Ｍｉ　（６０ｃｍＸ２０ｃｍ）におい
て各素子を中１４．３５ｍｍ連結部の中１５０μ、外部
引出し電極部の中１０ｍｍ、周辺部４ｍｍにより、実質
的に５８０ＩＨＩ　Ｘ　１９２ｍｍ内に４０段を有し、
有効面積（１９２ｍｍ　ｘ１４．３５ｍｍ　４０段１１
０２　ｃｒｌ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７．４％（理論的には
９．１％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ＸＡＭ４　（１００ｍＷ　／ｃｄ）　）　
ニテ、７．９Ｗの出力電力を有せしめることができた。

さらにこのパネルを１５０℃の高温放置テストを行うと
１０００時間を経て１０％以下例えばパネル数２０枚に
てＸ＝１．３％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。

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
　Ｘ　４０ｃｍ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自機樹脂またはアルミニュ
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ｊｙ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ＣＴＦを損傷して基板
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）として化学強化ガラス厚さ１．１
ｍｍ　、長さ６０ｃｍ　、　１３２０ｃｍを用いた。

この上面に窒化珪素膜を０．１　μの厚さに塗付しブロ
ッキング層とした。

さらにその上にＣＴＦをＩＴＯ１６００人＋５ｎＯＬ３
００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、平均出
力０．７ＷのＹＡＧレーザをマイクロコンピュータによ
り制御して０．３ｍ／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平均出力０．７−にて第
１の電極用半導体をガラス端より５１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１５ｍｍ中とした。

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１−させて、スポットｔ＋ｓｏμφ、出力１−に
て大気中でＬＳにより第２の開溝（１８）を第２図（Ｂ
）に示すごとく作製した。

さらにこの上面にクロムを１０００人の厚さに、マクネ
トロンＤＣスパッタ法により作製して、第２の電極（４
５人コネクタ（３０）を構成せしめた。

するとクロムを２０００人の厚さとするとそのシート抵
抗は１５Ω、１０００人の厚さで１Ω／口を得ることが
できた。第１の電極のシート抵抗は２５Ω／口より十分
低い１００７口以下を得ることができた。

その製造方法は以下の通りである。

マグネトロンＤＣスパッタＣｒ膜特性 到達　Ａｒガス導入　ＤＣＰｏｗｅｒ　基板　スパック
真空度　時の真空度　Ｖ　温度　時間 （ｔｏｒｒ）　（ｔｏｒｒ）　（Ｖ＞＜Ａ）　（’Ｃ）
　（ｓｅｃ、）１　６　Ｘｌ０−’　Ｉ　Ｘｌ０−３　
４７０　１　１００　１３０　’（１８０）２　１ＸＩ
Ｏ−５〃〃Ｉ　Ｒ，Ｔ１３０　（１２０）３　７　ｘｌ
ｏ＝　５　ｘｌＯ−ヨ　３９５　１．１９　〃　１２０
　（１２０）（但し基板ターケソト間距離７５ｍｍ）膜
特性 Ｒｓｈｅｅｔ　（＜’＞／口）　Ｔｈ１ｃｋｎｅｓｓ　
（人）１　０．９９〜１．１５　１１００ ２　０．９８〜１．１５　１５００ ３　３．０６〜４．５１　１０００ さらに第３の開ｍ　（２０）を同様に第３のＬＳをＹＡ
Ｇレーザを用い、０．６　Ｗ　（スキャンスピード３０
ｃｍ）の平均出力で５０μφの光径にて第２の開溝（１
８）より１５０μのわたり深さに第１の素子（３１）側
に、７）Ｌ＋：つ成、ヤ、第を図、。、を得え。

さらに酸化雰囲気にて熱処理（２００℃、３０分）を行
い、クロムと半導体との間にクロム・シリサイドを５０
人の厚さに形成した。加えて同時に開溝部（２０）の半
導体を酸化して、酸化珪素を１００〜５００人の厚さに
形成してパンシベイション膜とした。

この後、パンシベイション膜（２１）をｐｃｖｏ法によ
り窒化珪素膜を１０００人の厚さに２００℃の基板温度
（被膜形成時間３０分）にて作製した。

すると２０ｃｍ　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てＡＭＩ　（１００ｍ　Ｗ　／　
ｃｏｔ　）にて７．４％、出カフ、９Ｗを得ることがで
きた。

有効面積は１１０２ｃｍ１であり、パネル全体の９Ｌ、
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１図（Ｄ）に示すごとく、上
側の保護用有機樹脂（２２）を重合わせることにより、
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。

また本発明において、クロム上をハンダ付は用のニッケ
ル膜、その他の金属の多Ｎ膜としてもよく、金属全体と
してその主成分がクロムであることが本発明の他の特長
である。さらにクロム中に５０（重量）％以下の範囲に
て他の金属例えばＣｕまたは銀等を添加した、いわゆる
クロムを主成分とする金属を用いることも自効である。

また本発明はクロム・シリサイドを主として用いた。し
かしレーザ加工が可能な昇華性金属であれば他の金属間
化合物を用いてもよい。加えて本発明においてクロムの
膜厚を１０〜１００人とし、さらにその上面に酸化イン
ジューム（ＩＴＯを含む）を２００〜２０００人の厚さ
に形成してもよい。かかる場合はクロムのシリサイドを
すべてのクロムを用いて形成した。するとこの後のクロ
ム・シリサイドの透光性導電膜がＩＴＯと半導体との高
信頼性用のバッファ層として作用さゼることが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発すＪの光電変換装置の装造工程を示す縦断
面図である。 特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁表面を有する基板上に透光性導電膜の第１の電
   極と、該電極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、該半導体上に第２の電極とを有する光
   電変換素子を複数個互いに電気的に直列接続せしめて前
   記絶縁基板上に配設した光電変換装置において、第１の
   素子の前記第２の電極と第２の素子の前記第２の電極は
   非酸化物透光性導電膜とクロムを主成分とする金属膜と
   を有し、前記電極間の開講により前記それぞれの第２の
   電極は互いに電気的に分離して設けられたことを特徴と
   する光電変換装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、ＰまたはＮ型の導
   電型の非単結晶半導体に密接した第１および第２の素子
   のそれぞれの第２の電極を分離する開溝下のＮまたはＰ
   型の半導体層は酸化物絶縁物に変成されて設けられたこ
   とを特徴とする光電変換装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、非酸化ｌ１ｌｆｆ
   ａ光性導電膜はクロムと珪素の混合物（化合物）を主成
   分とするとともに、その上面のクロムを主成分とする金
   属は１０Ω／口以下のシート抵抗を有することを特徴と
   する光電変換装置。