JPS6081875A - 光電変換装置作製方法 - 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】 この発明は、ＰＩＮまたはＰＮ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が絶縁表
面を有する基板上に設けられた光電変換素子（単に素子
ともいう）を複数個電気的に直（２） 列接続して、高い電圧を発生せしめる光電変換装置の連
結部の作製方法に関する。

この発明は、複数の素子間の連結に必要な面積を従来の
マスク合わせ方式の１／１０〜］／１００にするため、
レーザスクライブ（以下ＬＳという）方式を用いたこと
を特徴としている。

この発明は、第１および第２の素子の電気的連結を行う
第２の開溝を、ＰＮまたはＰＩＮ接合を有する非単結晶
半導体とその下に予め設けられている第１の電極とを同
時にＬＳにより除去して形成したことを特徴とする。そ
の結果露呈された第１の素子の第１の電極の側面および
第１の電極の厚さ以上を有し５μ以下のｉＪの平端部（
」一端面または平端部ともいう）のコンタクトに第２の
素子の第２の電極を連結して直列接続を行うものである
。

本発明は、この第２の開溝を第１の電極を構成する第１
の開講よりも第１の素子の第１の電極の内部にわたらせ
て設ける。その結果、第１および第２の開溝の間に第１
の電極材料の一部が凸部を構成残存せしめた。この凸部
は、第１の開溝に充（３） 填された絶縁性を有する半導体の１．ｓによる多結晶化
防止剤としての機能を有している。この凸部により、第
１の素子、第２の素子のそれぞれの第１の電極間の電気
的アイソレイションおよび第２の素子の第１および第２
の電極間での電気的ショート（レーザ・アニールで作ら
れた多結晶は導電性である）を防止することを目的とし
ている。

この発明は、第１の素子の第１の電極を構成する透光性
導電膜（ＣＴＦという）の側面および５μ以下の巾の平
端部とよりなるコンタクトに密接せしめて第２の素子の
第２の電極を延在させることにより、連結部でのコンタ
クトに必要な面積を減少せしめるとともに、１Ω／ｃｍ
　（１ｃｍの中あたり１Ω）以下のコンタクト抵抗とせ
しめたことを特徴としている。

さらに第２の開溝を、第１の素子の第１の電極位置上に
わたって設けることにより、ＬＳの走査の際の揺らぎ（
±２０μを有する）により、第２の素子の第１の電極と
ショートしてしまうことを防ぐいわゆる製造上の冗長度
（余裕度）を与えること（４） を特徴としている。

従来、ＬＳ方式において、第１図に示すごとく、その連
結部におけるＣＴＦ　（６６）は２０〜６０μの巾をコ
ンタクト部の面積として必要としていた。即ち第１図に
おいて、これは従来の構造に示すが、第１のＬＳにより
設けられた開溝（１３）、さらにその左端部（１４）よ
り第２の開溝の右端部が右側であった時、即ち距離（６
５）が図のごとく負である構造が知られている。かかる
構造において、第２の開講（１８）により斜線領域（６
９）が導電性を有する多結晶となる。その結果、第１の
素子（３１）の第１の電極（３７）と第２の素子（１１
）の第２の電極（３８）とが、また第２の素子の第２の
電極（３８）と第２の素子の第１の電極（３９）とがシ
ョートしてしまう。さらに加えて第２の開溝の作製に必
要なＬＳでの走査（スキャン）の揺らぎが±２０μ一般
的には±１０メ！もあるため、第２の電極とのコンタク
トは（６６）に示すごと＜３０〜５０μも露呈させなけ
ればならない。さらにこの場合、この第１の素子（１１
）の第１の電極（３７）の上端面を意図的に（５） 残すためのレーザ光の出力がきわめて微妙になってしま
い、工業的にまったく実用性のない製造方法でしかなか
った。他方、本発明はかかる欠点を除去しセルファライ
ン構造で連結部を作製したものである。

本発明においては、このＬＳＩ程を用いるに加えて、そ
のスクライブラインの連結部での合わせ精度に非単結晶
半導体とＣＴＦとのスクライブされる程度（耐熱性、飛
散性）の差を利用して、ＣＴＦを５μ以下の巾に自動的
に露呈せしめるという方法を用いることにより冗長（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、第２の電極より延在したリード（連結
部）により第１の電極とその側面および上端面よりなる
コンタクトにおいて電気的連結させることにより、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。

以下に図面に従って本発明の実施例の詳細を示す。

（６） 第２図は本発明方法の製造工程を示す縦断面図である。

第２図（Ａ）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（例えば厚さ１．２　ｍｍ
、長さく図面では左右方向）　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（ＣＴＩ’　）例えばＴＴＯ（約１５００人）＋Ｓｎ
Ｏ（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（１５００−２
０００人）を真空蒸着法、］、Ｐ　ＣＶＤ法、プラズマ
ＣＶＤ法またはスプレー法により形成さゼた。この後こ
の基板の下側または上側より、ＹＡＧレーザ加工機（ロ
本レーザ製）により出力０．５〜２Ｗ出力を加え、スポ
ット径３０〜７０μφ代表的には５０μφをマイクロ・
コンピュータを制御して照射し、その走査によりスクラ
イブラインの第１の開溝（１３）を形成させ、各素子領
域に第１の電極（２）を作製した。

スクライビングにより形成された開溝（１３）は巾約５
０μ長さ２０　ｃ　ｍ深さは第１の電極それぞれを完（
７） 全に切断分離した。さらにこの上面をハロゲン元素気体
または液体に浸し、低級酸化物を除去した。

気体においては弗素系の気体（ＣＦ、　Ｂｒ＋　Ｃす、
ＩＩＦ、ＳｉＦ、）分浸して除去した。かくして第１の
素子（３１）および第２の素子（１１）を構成する巾は
１０〜２０１とした。その間の開溝は２０〜７０μ例え
ば５０μとしてそれぞれを完全にアイソレイションした
。

以」二のレーザスクライブ方式により、第１の電極を構
成するＣＴＦ　（２）を切断分離して開講を形成した。

この後この上面にプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法または
ＬＰ　ＣＶＤ法によりＰＮまたはＰＩＮ接合を有する非
単結晶半導体層（３）を０．２〜１，０μ代表的には０
．４〜０．５μの厚さに形成させた。その代表例はＰ型
半導体（ＳｉｘＣ＋−ｘ　ｘ　＝０．８５０〜１５０人
）−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（０，４〜０．５μ）−Ｎ型の微結晶（１００
〜２００人）を有する半導体よりなる１つのＰＩＮ接合
を有する非単結晶半導体、またはＰ型半（８） 導体（ＳｉｘＣ１−×）　−Ｉ型、Ｎ型、Ｐ型Ｓｉ半導
体−Ｉ型５ｉｘＧｅ　ｌ−Ｘ半導体−Ｎ型Ｓｉまたは５
ｉｘＣ１−）＜　（０＜ｘ〈１）の半導体よりなる２つ
のＩ”ＩＮ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
。

かかる非単結晶半導体（３）を第１の開溝および素子領
域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）に示されるごとく、第１の開溝（１３）の左
方向側に第２の開溝（１８）を５０μの巾に５０〜３０
０μの距離をわたらせて第２のレーザスクライブ工程に
より形成させた。

かくして第２の開溝（１８）は第１の電極の側面（８＞
、＜　９　）および上端面（６）を露出させた。

またこの第２の開溝（１８）と第１の開溝（１３）との
間にＣＴｒ＋の一部が凸部（１６）を構成して残存させ
た。

この第２の開溝の構造とレーザ光の照射条件との関係を
さらに第３図、第４図に示す。

第３図は第２図における連結部（１２）を拡大し第１図
の従来例に対応して示したものである。即（９） ち、第３図（Ａ＞において、基板（１）上のＣＴＦ（２
）に第１の開溝（１３）が設けられ、さらにその左端部
（１４）より第２の開溝（１８）の右端部（９）は左側
に位置し、距Ｒ（１５）は正となる。

（図面では約５０μを示す）即ち、この結果、第１の素
子の第１の電極（３７）〈厚さ０．２μ）と同一材料の
ＣＴＦが凸部（１６）を構成して残存している。

即ち、第２の開溝を形成させるに際し、アモルファス珪
素（３）はレーザアニールにより斜線領域（６９）が多
結晶化され、導電性となってしまう。

しかしこの凸部の存在により、第１の開溝（１３）に充
填された基板近傍のアモルファス半導体は多結晶化され
ず、絶縁性を有せしめることができた。

即ち、この凸部が残存すると、第１の開溝に充填された
半導体の基板との界面近傍に導電性多結晶半導体領域が
作られることがない。その結果、第２の開溝を形成する
ことにより、第２の素子（１１）の第１および第２の導
電膜（３９）、＜３８＞が互いにショートすることがな
く、正常の光電変換素子として動作させることができる
ようになった。

（１０） さらに第３図（Ａ）において、本発明法により第２の開
溝（１８）はＣＴＦ　（２）の側面（８）、＜　９　）
に加えて、平端面（上平端部）（６）を存在させコンタ
クトを構成させている。

第３図（Ｂ）は、この平端部（６）の上面図を第３図（
Ｃ）に示した走査電子顕微鏡写真（倍率４０００倍、加
速電圧１０ＫＶ）に対応して示している。

第３図＜　Ｂ　＞、＜　ｃ　）において、（７０）は基
板ガラス（１）に生じたクラック、（７１）はＬＳによ
り生じた開溝周辺部の残存物、（２）は導電膜の平端部
である。

この平端部は非単結晶珪素半導体に比べてＣＴＦがレー
ザ光に対し４倍も強く、スクライブされにくいことによ
りセルファライン的に形成されたものである。

この特性を利用することが側面のみならず平端部（６）
をも第２の導電膜のコンタクト（連結部）とすることが
でき、ここでの接触抵抗を側面のみの場合の１．５　Ｑ
／ｃｒＬＩより０．３〜１Ω／ｃｍに下げることができ
るようになった。

（１１） この平端部の走査スピードとの関係を第３図に示す。

第４図は周波数３０ＫＨｚ、出力１．１Ｗ、光径５０μ
としそのレーザ光の走査スピードを６０ｃｍ　／分〜２
４０ｃｍ／分に可変した場合の平端部の巾（μ）との関
係を示す。

この可変した場合の速度が６０ｃｍ／分以上を有すると
、被膜の厚さ以上に平端部の巾を作ることができた。即
ちより走査スピードを高速とすることにより、この巾も
大きくとることができ、接触抵抗を少なくすることがで
きた。

第３図（Ｃ）は第３図における走査スピードが１２０ｃ
ｍ　７分の場合である。

また５μ以上あると、集積化にとって中が広く成りすぎ
、実効面積の減少を生じ、かえって不都合となる。即ち
、この発明は、第２の開溝のＣＴＦ（２）と半導体（２
）とがともに基板上を覆っている被加工物に対し、その
上面にレーザ光を照射すると、そのレーザ光の出力、走
査スピードを調整することによりＣＴＦの膜厚以上の巾
を有する平（１２） 端部（６）を作ることができるものである。

本発明においてはこの平坦部はＳＥＭより明らかなよう
に、半導体とその下のＣＴＦとを同時に１回のＬＳを行
うことにより同時的に即ちセルファライン的に作られる
ため、その巾の揺らぎも、第３図（Ｃ）に示すごとく±
０．５μでおさえることができた。

本発明においては、この後、これら全体を１／１０１１
Ｆに３０秒〜１分浸して表面の低級酸化珪素を除去せし
めてコンタクト抵抗を１Ω／ｃｍ以下にさせた。さらに
本発明は従来例に示されるごとく、第１の電極の表面（
１４Ｘ第１図参照）を露呈させるものではなく、レーザ
光が１．５〜５Ｗで多少強すぎても何等の支障がない。

即ちレーザ光の出力パルスの強さに余裕を与えることが
できることが本発明の工業的応用の際きわめて重要であ
る。

以上のごとくにして本発明の連結部の第２の開溝を作製
した。

さらに第２図において、この上面に第２図（Ｃ）に示さ
れるごとく、裏面の第２の電極（４）を形（１３） 成し、さらに第３のレーザスクライブ法の切断分離用の
第３の開溝（２０）を設けた。

この第２の電極（４）は透光性導電膜を５００〜１４０
０人の厚さにＩＴＯ（酸化インジューム・スズ）により
形成し、さらにその上面に反射性金属の銀を３００〜３
０００人の厚さに形成した。さらにその上面にアルミニ
ューム、銅、ニッケルまたはクロムとの２層膜を形成さ
せた。例えばＩＴＯを１０５０人、銀を１０００人、さ
らに銅を１５００人の３層構造とした。

このＩＴＯと銀は裏面側での入射光（１０）の反射を促
し、６００〜８００ｎｍの長波長光を有効に光電変換さ
せるためのものである。

さらにこのＩＴＯは連結部において第１の素子の第１の
電極（３７）のコンタクト（６＞、（８）に直接密接す
る。即ちＣＴＦの酸化物導電膜（３７）と他の酸化物導
電膜（３８）とが互いに密接してコンタクトを側面およ
び上端部に構成するためである。このため、このコンタ
クト部において酸化物絶縁物（１４） が形成されることがなく、信頼性上きわめて好ましいも
のであった。

これらは電子ビーム蒸着法またはプラズマＣＶＤ法を用
いて半導体層を劣化させない３００℃以下の温度で形成
させた。

銀の下側にチタンを１０〜３０人の厚さに形成し、銀と
ＩＴＯとの密着性を向上さセることは有効である。

このＩＴＯは半導体（３）と裏面電極（４）との化学反
応による信頼性低下の防止、即ち信頼性の向上にも役立
っている。

か（のごとき裏面電極をレーザ光を上方より照射して第
２の電極を切断分離または酸化絶縁物に変成して第３の
開溝（２０）（巾５０μ）を形成した場合を示している
。このレーザ光は半導体特に上面に密接するＮまたはＰ
型の半導体層を少しえぐりだしく４０）、隣合った第１
の素子（３１）、第２の素子（１１）間の開溝部での残
存金属または導電性半導体によるクロストーク（リーク
電流）の発生を防止した。

（１５） もちろん第２の電極の開溝部をスクリーン印刷法により
この部分の導電剤を除去して作製してもよい。

かくして第２図（Ｃ）に示されるごとく、複数の素子（
３Ｄ、（ＩＩ）を連結部（１２）で直列接続する光電変
換装置を作ることができた。

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、即ちパッシベイション膜とし
てプラズマ気相法により窒化珪素膜（２１）を５００〜
２０００人の厚さに形成させ、各素子間のリーク電流の
発生を防いだ。さらに外部引き出し端子（２３）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）に対し、この実施例のごとき基
板（６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍ）において各素子を中１４
．３５ｍｍ、連結部の１月５０μ、外部引出し電極部の
中１０ｍｍ、周辺部４ｍｍにより、有効面積（１９２ｍ
ｍ　ｘ　１８．３５ｍｍ　Ｘ　３２段　１１０６ｃＪ即
ち９２．２％）を得ることができた。その結果、セグメ
ントが１０．３％の変換効率を（１６） 有する場合、パネルにて９．９５％（八Ｍｌ　（１００
ｍＷ　／ｃ＋Ｊ））にて１０．４Ｈの出力電力を有せし
めることができた。

以上の実施例において明らかなように、本発明により第
１の電極と第２の電極との連結部を形成するためのレー
ザスクライブ法での切断分離により、半導体下のＣＴＰ
をも同時に除去し、その際、第２の開講のみＣＴＦの側
面および上端部とを同時に形成し、そこでの接触抵抗を
１Ω／ｃｍ　（Ｉｃｍあたり１Ω）以下にすることがで
きた。

さらに連結部においては、第１の電極の側面および５μ
以下のきわめて狭い巾で隣の素子の第２の電極と連結を
行うため、この連結部（コンタクト部）の必要面積を従
来方法に比べて１／１０以下に十分少なくさせ得ること
ができた。その結果、パネルの有効面積の向上に役立つ
ことができた。

以上はＹＡＧレーザのスポット径をその出力０．５〜３
Ｗ（３０μ）、１〜５Ｗ（５０μ）で用いた場合である
が、さらにそのスポット径を技術思想において小さくす
ることにより、この連結部をより小さく１７） く、ひいては光電変換装置としての有効面積をより向上
させることができるという進歩性を有している。

またさらにこのパネル例えば４０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍ、
６０ｃｍＸ　２０ｃｍまたは４０ｃｍ　Ｘ　１２０ｃｍ
を６ケ、４ケまた１ケを直列に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、１
２０ｃｍ　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
他のガラス板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ガラスとし、その間に
光電変換装置を配置し、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。

第２図〜第４図において光入射は下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上側より照射し
、上側電極は透光性ＩＴＯとし、基板には可曲性プラス
チック絶縁基板または金属上に絶縁膜（アルミニューム
上にアルミナ膜が形成（１８） された基板）が設けられた基板を用いることも同様に可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電変換装置の連結部の概要を示す。 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２の開溝部の拡大図である。 第４図は平端部のレーザ光の走査スピードとの関係を示
している。 特許出願人 （１９） ５．　了　茎／／■

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁表面を有する基板上に第１の導電膜を形成する
   工程と、該導電膜に第１の開溝を形成して隣合う光電変
   換素子の第１の電極を離間せしめる工程と、前記素子領
   域、前記第１の開溝を覆ってＰＮまたはＰＩＮ接合を少
   なくとも１つ有する非単結晶半導体を形成せしめる工程
   と、該半導体と前記第１の電極とをレーザ光を照射して
   除去することにより、前記第１の開溝より第１の素子側
   に第２の開溝を形成するとともに、前記第１の導電膜の
   側面および平端部を同時に露呈せしめてコンタクトを形
   成する工程と、前記非単結晶半導体、前記第２の開溝お
   よび前記コンタクト」二に第２の導電膜を形成する工程
   とを有せしめて、第２の素子の第２の導電膜と第１の素
   子の第１の導電膜とを前記コンタクトにて電気的に連結
   （１） せしめることを特徴とする光電変換装置作製方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、レーザ光を照射し
   て第２の開溝と第１の導電膜の側面および平端部を同時
   に露呈させた後、ハロゲン元素を含む気体または液体に
   浸してコンタクトを形成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項において、レーザ光は６０ｃ
   ｍ　７分以上の走査スピードを有して透光性導電膜と該
   導電膜上の半導体とを同時にスクライブせしめることに
   より、前記導電膜の厚、さ以上を有しかつ５μ以下の巾
   の平端部を形成せしめたことを特徴とする光電変換装置
   作製方法。