JPS61234082A - 太陽電池のアレイを製造する方法 - Google Patents

太陽電池のアレイを製造する方法

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JPS61234082A JP61019166A JP1916686A JPS61234082A JP S61234082 A JPS61234082 A JP S61234082A JP 61019166 A JP61019166 A JP 61019166A JP 1916686 A JP1916686 A JP 1916686A JP S61234082 A JPS61234082 A JP S61234082A
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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】 本発明は、太陽光を電気エネルギに直接変換する光電池
のような相互に連絡した半導体デバイスのアレー(アレ
イ)に係る。大面積太陽電池アレーがガラス及び比較的
厚い金til!板上に形成し得ることは知られている。
例えば、この種のアレーは堆積のためほどかれ、堆積後
再び巻かれ得る金属帯月のコイル上にアモルファス・シ
リコン合金を堆積させることによって形成してもよい。
アモルファス太陽電池連続!FJ造システムについては
米国特許第4,410,558号を、太wA電池及びそ
の製造方法については第4.419.530.Qを、電
気的に相互連絡する大面積光電池及びこの光電池の製造
方法については第4.443.652号を、及びタンデ
ム形アモルファス光電池を連続的に製造する方法につい
ては第4,485.125号を参照すること。アモルフ
ァス・シリコンは電鋳技術によって製造されるニッケル
薄膜上に堆積することができることも周知である。電気
メツキ基板については米国特許第4.530.739号
を参照のこと。アモルファス・シリコンは厚さ15マイ
クロメータの狭いプラスチックシート上にグロー放電に
よりデポジットしてもよく、このシートは低圧堆積チャ
ンバを介して連続引抜き加工されたものであることも報
告されている。米国特許第4.341 、588号参照
のこと。
比較的大面積の光反応性堆積半導体材料から小面積光電
池の電気的相互連絡アレーを形成する種々の方法が知ら
れている。例えば、米国特許第4.514,579号で
は、本出願人は行(rows >が電気的に並列接続さ
れた光電池を直列接続した「チェッカー盤」アレーを開
示した。他にもカウッシュ(K ausche) 、他
によって米国特許第4,245,386号で直列接続ア
レーが開示されている。
伝統的に、光電池は、電気的に伝導性であるか又は絶縁
性であり得る基板上に製造されてきた。
きまって、基板は光電池又は光電池アレーの最も厚い素
子であって、光電池又はアレーのほとんどの重量を占め
る。例えば地球外の又はある種の消費者の需要として重
量が重要かつ決定的因子となる適用法においては、光電
池アレーの重量を最小化する。即ち基板の重さを最小化
するのが望ましい。特に軽量の相互連絡デバイス・アレ
ーを、もし基板が従来法から外れて薄くつくられるか、
あるいは従来の基板が完全に除去されるかしたならば、
実現することができるであろう。但し非常に薄い基板を
使用するか、あるいは従来の基板を全く使用しないかす
れば、その結果として半導体材料を大面積で加工し、こ
れを相互連絡アレーに形成することが本質的に困難にな
る。
本発明では、非従来式に薄い基板をもつか、又は従来形
基板をもたない光電池アレーを製造する問題は解決され
ている。この種のアレーを製造するための種々の代りの
方法が開発されている。本発明アレーはたわみ性(可撓
性)で軽量であるため、比較的小さな体積にロールされ
貯蔵されることができる。本発明光電池アレーの重量は
小であるから、比出力、即ち重量で割った出力は非常に
大きく、測定性能のための最適因子を提供する。
さらに本発明によれば、従来形基板を完全に取除くこと
によって光電池アレーの比出力を最大化することも可能
である。
本方法で形成されたアレーは、非従来的に薄い基板だけ
を含むか、あるいは基板を含まないから軽量であり、さ
らに好ましくは数百乃至2〜300ナノメートルの半導
体材料しか含まない。この半導体材料がアモルファス合
金であれば、装置はきわめてたわみ性が高くなり、くり
返し小径の管状に巻いて保存したり、破損なしに巻解い
て使用したりすることができる。・ 本発明では、基板は半導体材料の層を受取るために使用
される。基板は従来形とは違って薄いか又は、好ましく
は化学エツチングによって非従来式に薄くつくられた従
来式に厚い基板であってもよい。いくつかの具体例では
、従来的な基板は、非従来式の極端に薄い基板を残して
好ましくは化学的エツチングによって完全に除去されて
もよい。
基板が完全に除去されないと、好ましくは光学的に反射
性の伝導層は例えば光電池のような電気的に相互連絡す
る電子デバイスのためのアイランドを形成する。基板が
完全に取除かれると、好ましくは光学的に反射性の伝導
層は、アレーを形成するデバイスを電気的に相互連絡す
るための非従来形基板としてはたらくアイランドを形成
する。半導体材料はデバイスを形成してこれらを相互連
絡する工程の1部としてアイランドを形成することがで
きる。
ここで使われている通り、「アイランド」という訝は、
島を構成する分離した材料の単位を意味する。つまり、
半導体材料の連続シート即ち基板が複数個のアイランド
に形成される時は、半導体又は基板のいくらかは通常は
シートの長さ及び幅に対して垂直方向に完全に取除かれ
て、下側の隣にある別の種類の材料を露出させる。例え
ば半導体材料のアイランドの形成はこれらのアイランド
の間の領域内の基板を露出させる。
半導体はアモルファス・シリコン又はゲルマニウム合金
であることが好ましいが、但し必ずというわけではない
。これらの合金は広い面積をおおう非常に薄い連続層又
はシートの中に容易に堆積することができる。さらに、
これらの層は管理された方法でドープされることができ
、単−又は多重p−n及びp−1−n構造がこれらの層
内に形成されることができる。また、10マイクロメー
トル以下の厚さの電鋳ニッケルシート上にアモルファス
シリコン構造を堆積する方法も知られている。
これらの技術は上記の米国特許に開示されている。
アモルファス半導体合金の薄膜は無視し得ない破損なし
にたわめられることができる。これらの特性はすべて本
発明デバイスの軽量でたわみ性のアレーを製造する助け
となる。
金j[基板と半導体材料の連続シートは、図面に示した
多数の発明方法によって相互連絡デバイスのアレーに形
成されてもよい。これらの図のすべては概略的なもので
、実物に対して一定の比率で描かれてはいない。実際に
は、半導体材料、導電性コーティング、背面反射層はい
ずれも数十及び数百ナノメートル厚さであり、基板のほ
うは幾万ナノメートルの厚さである。図は下側の隣の屑
に垂直な側壁をもつ種々の層のアイランドの形成を説明
している。当業者が理解される通り、アイランドが化学
的エツチングで形成される時、側壁は下側の隣にある層
に関して非垂直の傾斜を形成する。
第1図では、6つ続きの加工工程が装置の断面図によっ
て示されており、この装置は結晶性シリコンに等しい性
能を与えるため、水素及び/又はフッ素のような欠陥補
償成分を含む半導体材料、好ましくはアモルファス・シ
リコン合金を含んでいる。第1Δ図に示す通り、装置は
非従来的に薄い電気的に伝導性の基板1、好ましくはス
テンレス・スチールのような金属を含んでいる。この具
体例では、基板は50マイクロメートル以下のような非
従来的な厚さである。基板は10マイクロメート以下の
電鋳ニッケルシートであってもよい。半導体の層3は基
板1上に堆積される。第1B図に示す通り、またここに
示すすべての方法及び装置に適用し得る通り、半導体3
は一連の層3a、3b。
・・・・・・3y、3zを含むことができ、基板1は基
板と半導体の中間1i1aを支えてもよい。例えば13
a、3b。
etc、は、1又はそれ以上のn−p、 p−n、 p
 −1−n又はn−1−p接合構造を形成する異なる伝
導形式であってもよく、あるいはp−p十及びn−n+
接合はオーミック接点として用いられてもよい。接合部
は通常は基板1の反対側に配置される。中間11aは電
気的に伝導性か又は絶縁性の材料であることができよう
。製造すべきデバイスが光電池であれば、WJlaは電
池の性能を向上させる光学反射性の材料であることが望
ましく、ここに開示した2つの本発明具体例に関連して
説明した通り、下側の絶縁材料を含んでもよい。
第1A図に示す通り、電気的に伝導性のコーティング5
が電気的接点の形成を助けるため、半導体3の基板と反
対剥土に堆積される。本発明にもとづいて製造されるデ
バイスが光電池であれば、伝導性コーティング5は、可
視光線のような電磁放射に透過性でなければならず、イ
ンジウム・スズ酸化物、アンチモン・スズ酸化物又はカ
ドミウムφスズ酸化物のような伝導性酸化物であっても
よい。
図示の方法では、伝導性コーティング及び半導体は、こ
れらの部分を塞板1まで除去することによって広がりの
等しい複数個のアイランド7に形成される。つまり、本
具体例では、各アイランド内の半導体は直接下側にあり
、各アイランドの伝導材料と同じ寸法をもつ。アイラン
ド形成は、感光マスク処理優に化学エッチ又はレーザあ
るいは水ジェツトによるスクライビング処理を行うとい
う様な公知技術よって完成してもよい。
次に、第1D図に示す通り、各アイランド7は基板1に
電気的に接続している。この例では、好ましくは金属の
ような伝導性の高い材料である導電材料9は隣接アイラ
ンド間に少なくとも1部分と各アイランド7の側面に沿
って、さらに隣接アイランド間に配置された基板1の部
分と接触して堆積される。薄膜3及び5の比較的高い側
面抵抗のために、アイランド7の側面に沿った電気的接
続は各アイランドで形成されるデバイスの性能に不利に
はたらくことはない。導電材料9は、ペーストをスクリ
ーンプリントするとか、装置上に蒸発金属を従来形のマ
スキング技術を用いて凝結するとかの公知の方法によっ
て堆積させてもよい。
第1D図〜第1G図に示した導電材料9はアイランド7
の露出面のほとんどをかくして示しであるが、実際は材
料9は図に断面で示す指状部として形成される。結果と
して、指状部はコーティング5の頂上面の僅かな部分だ
けをかくしている。
次に保護絶縁カプセル11が基板1の反対側に貼付され
る。カプセルは、例えば公知技術によって堆積させた二
酸化シリコン、窒化シリコン又は炭化ケイ素、あるいは
ポリマー膜のようなガラス様材料であってもよい。この
種の膜は、装置に熱的に接着又は粘着させてすべての空
間をみたすポリエステル、ポリウレタン、フルオロカー
ボン、ポリイミド及びエチレンビニルアセテート(EV
A)を含む。この工程でこの点にカプセルを付着して、
その後の加工工程のためにたわみ性装置が最大の機械的
強度を備えるようにするのが有効である。
アレー内のデバイスが太II電池であれば、カプセルは
ある種のガラス及びポリマー性カプセル化材料のように
光伝導性でなければならない。
相互連絡を完成するため、基板1のアイランド13が形
成される。光電池間に望みの電気接続をつくるため、ア
イランド1311!Iの領域が半導体材料3のアイラン
ド7の下側に位置するのが重要である。
基板アイランドは例えばマスキング及び化学エッチのよ
うな従来技術によって形成される。
第1図を検討して解る通り、個々のデバイスは先に説明
した工程の結果として電気的に直列接続される。第1図
にはアレーの端面だけを示しているが、図示のような複
数個のデバイスの直列接続列は直列−並列アレーを形成
するべく並列に接続し得ることが理解されよう。光電池
の場合は、直列−並列接続が望みの電圧と電流出力を得
るために選定され、本出願人による米国特許第4.51
4,579号に開示した通り、個々の電池の欠陥は多く
が許容される。
最後に、第1G図に示す通り、カプセル15が装置の基
板側に付着される。カプセルはガラス質の材れか、EV
Aのようなポリマーであればよいが、透明である必要は
ない。勿論、2つの基板アイランドのそれぞれの直列接
続列の両端に有効アレーを形成するため電気結線を付着
する必要がある。
これらの結線は従来形の手段によって付着してもよい。
相互連絡アレーは形成するもう1つの方法を第2図の第
2A図〜第2F図の6図に分けて示す。
出発材料は第1A図と同じものが使用されている。
第2A図では、非従来形の薄い伝導性基板21が、基板
21と反対の数多くの接合形を含むアモルファス・シリ
コン合金であり得る半導体材料23を支える。透明な酸
化物であり得る導電コーティング25は第2B図に示す
通り半導体23上に堆積させる。
複数個の指状部27をもつ金属格子は、例えば蒸気から
金属を凝結させ、望みの指状寸法を得るために必要な従
来式のマスク及びエツチング用試薬を用いて、コーティ
ング25上に堆積させる。
コーティング25のアイランド29は格子27の下側に
形成される。アイランド29は指状部27の幅を越えて
突出するのが好ましい(第2図に示していない)。各格
子指状部27はコーティング25及び半導体23を介し
て基板21に電気的に接続される。電気接続は、コーテ
ィング25及び半導体23を介して各指状部27から基
板21に至る伝導性の高い通路31を「焼成コすること
によって形成される。通路31は、スポット溶接の方法
で比較的大量の局所電流をこの通路に通すことによって
形成してもよい。また、エネルギ密度の高いレーザ光線
を各指状部27に向けて、第2D図に概略的に示した伝
導性の高い通路31を1つずつ形成する。
第1図に関してすでに説明した通り、カプセル33は構
造前面の基板21と反対側に付着させる第2E図参照。
その後、基板21のアイランド35は、アイランド29
と一列に並べられるよりむしろアイランド29の下側に
配置されるアイランド35間の領域によって形成される
。アイランド35は従来式のマスキング及びエツチング
技術によって形成してもよい。最後に、第1図の構造と
同様に、背面カプセル37を構造の基板側に付着する。
カプセル化の前に、電気接点を、2個の基板アイランド
35の直列接続デバイスの端部に接着する。
上記の方法は軽−かつたわみ性の相互連絡装置アレーを
製造するものであるが、時には基板の加工中に初めに付
着したカプセルにしわが寄ることがある。このしわ寄り
は、加工工程の順序をいくつか入れかえることによって
避けることができる。
この種の本発明方法の2つを第3図と第4図に示す。
第3図を参照すれば、先例と同様の出発構造である。非
従来形の薄い伝導性基板41は1又はそれ以上異なる導
電形式の接合をもつアモルファスシリコン合金であるこ
とが望ましい半導体層43をその上に堆積させている。
半導体43上に堆積させた電気的に伝導性のコーティン
グ45は透明な導電酸化物であってもよい。次に装置は
、例えばレーザスクライビング、水噴射スクライビング
又は従来式のマスキング及びエツチングによってアイラ
ンド47を形成するべく加工されるが、個々のアイラン
ドは半導体材料の同−広がりのアイランド43と上側の
伝導コーティング45を含んでいる。カプセル付4に先
立ってできるだけ数多くの加工工程を実施するため、基
板41のアイランドの位置は第3C図に示す通り基板上
にマスク49を堆積させることによって決定される。マ
スクは従来形の方法、例えば良く知られたホトレジスト
マスクを用いて基板アイランドのパターンを形成するた
めに付着させる。第3C図に示す通り、マスク49は、
基板アイランド間のスペースがアイランド47の下側に
配置されるようにしてこれらのアイランドを位置決めす
る。
第3D図では、アイランド47の間及び各アイランド4
1の上面上に基板41と電気的に接触する金属51を堆
積させる工程を示す。これは第1D図と同じ工程で、金
属蒸気を凝結させるか又はスクリーンプリンティングに
よって完成してもよい。次に、  ガラス質材料又はポ
リマーのようなカプセル53を、第1E図及び第1G図
に関して説明した通り、アイランド47を支える側に付
着させる。ポリマーカプセルは加熱又は接着剤によって
付着してもよい。
基板41のアイランド55は基板を化学的にエッチする
ことによって形成される。カプセル付けに先立ってマス
ク49を付着することによって、カプセル53はマスク
を加工するのに用いた熱に触れることはなく、従ってし
わが寄ることはない。しわが寄るのを防ぐことは、平坦
なアレーを製造し、正確なマスク付着を得るために重要
である。マスク49はまた、エツチング優に、マスクを
取除くのに用いた溶剤にカプセル53が触れるのを防ぐ
ため、そのままの位置に残しておいてもよい。電気接点
57及び59はもし必要があればマスク49を介してア
イランド55の列の両端に付着してもよい最後に、ガラ
ス質又はポリマーのカプセル61をカプセル53と同様
に装置の基板側に付着する。第3E図に示す通り、カプ
セル53は2つの部分で構成してもよい。ボッティング
化合物を、シートカプセルを付着する前に装置の半導体
側に付着してもよい。このボッティング化合物はアイラ
ンド47の間の領域内に流れ込み、すき間を取除く。す
き間は基板アイランド55@にも潜在的に存在している
から、カプセル61を付着する前に装置の基板側にボッ
ティング化合物を付着するのも好ましいであろう。
カプセルがマスキングに関連して熱加工や溶剤にさらさ
れたりしない本発明の別の具体例を第4図に示す。ここ
では、第4A図に示す出発材料は、導電コーティングが
まだ付着されていないことを除けば先の具体例と同じで
ある。
基板81は半導体83を堆積しており、これはアモルフ
ァスシリコン合金であってもよく、また基板81の反対
側に配置された1又はそれ以上の電気接合部を含んでも
よい。半導体83はレーザ又は噴射水によるスクライビ
ングあるいは従来形のマスキング及びエツチング技術に
よってアイランド85に分割される。次に導電性コーテ
ィング81を半導体アイランド85の上及び圀に、アイ
ランド85間の領域内の基板81とアイランド85とに
電気的及び機械的接触状態を保つようにして堆積される
。この方法で、各アイランド85の上面は基板81と電
気的にに接続する。しかし、アイランド85は、薄い半
導体1B3は横抵抗が高いため、短絡はされない。コー
ティング81は、例えばインジウム・スズ酸化物又は先
に述べたその他の酸化物のいずれかのような透明導電性
酸化物であってもよい。
第4D図に概略的に示す通り、コーティング87は各ア
イランド85に直接かぶさるコーティング材料87をあ
る程度除去することによってアイランド89に形成され
る。その後、マスク91を、後工程で基板アイランドを
形成するため基板81に付着させ、このマスクは必要に
応じて焼成される。従来形の光導電材料をマスク91と
して用いてもよい。第4E図に示す通り、マスク91内
の闇にはアイランド85の下側に並べられて、少なくと
もアレイ内のデバイスのいくつかの間に直列電気接続が
形成されることになる。
マスキング工程が完了すると、カプセル93を構造の導
電コーティングの側に付着する。カプセル83は、ガラ
ス質又はポリマーの保11Jが後に続く構造に直接に付
着されるボッティング化合物を含んでもよいし、あるい
はこのガラス質又はポリマー膜は装置に直接付着させて
もよい。
その後、基板81をマスク91を介してエッチして基板
81のアイランド95を形成する。アイランド95間の
スペースは半導体アイランド85の下側にあり、また導
電アイランド89間のスペースは半導体アイランド85
の上側にあるから、デバイスは直列に接続される。電気
接点97及び99は基板アイランド95の列の末端に取
付けられる。最後に、カプセル101を基板81に付着
する。再び、マスク91はカプセルが何らかの溶剤にさ
らされるのを防ぐためそのままの位置に残されてもよい
。但し電気接点97及び99はマスクにもぐって基板8
1に達していることを条件とする。カプセル101はガ
ラス質材料又はポリマーであってもよく、基板81と直
接接触状態ボッティング化合物を含んでもよい。
本発明の具体例はまだ他にもある。半導体膜のエツチン
グを避けたほうがよい場合もいくつかある。その理由は
、この工程は金属基板をrIIA食する恐れのある腐食
性液体又は半液体の使用を要求するからである。半導体
のエツチングを除いた本発明工程を第5図に示す。
第5A図では、導電性の、好ましくは金属の、非従来的
に薄い通常の出発材料の基板121に半導体層123が
載った状態を示す。先の例と同様に、半導体123はア
モルファスシリコン合金であってもよく、更に基板12
1と反対側に配置された1又はそれ以上の接合部を含ん
でもよい。導電コーティング125は半導体123上に
配置され、例えばインジウム・スズ酸化物のような透明
の導電性材料であってもよい。第5B図に見られる如く
、マスクは装置の両側に付着する。これらは従来形の光
導電材料のマスクであってもよい。コーティング125
上のマスクはアイランド127を形成するべくパターン
化される。基板121上のマスクはもう1組のアイラン
ド129を形成する。再び、基板マスクアイランド12
9間のスペースは、望みの直列電気接続が最終製品中で
作りあげられるようにマスクアイランド127の下側に
配置される。
次に透明コーティング125をやわらかいエッチにより
マスクアイランド12γを介してエッチする。
例えば、ヨウ化水素溶液をインジウム・スズ酸化物を除
去してコーティングアイランド131を形成するために
使用することができる。チャネル133が、半導体12
3、基板121及びマスクアイランド129を通って各
コーティングアイランド131に隣接して形成される。
チャネル133は針のような鋭い道具でパンチしてもよ
いが、これは層の厚さによるものである。コーティング
と半導体層の総厚みは数百ナノメートルを超えないこと
は決まっており、基板が厚さおよそ100マイクロメー
トル以下であることも決っている。
チャネル133は例えば眼精のような導電材料で、例え
ばスクリーン・プリンティングのような適当な方法によ
って満たされる。この糊はチャネル133に押込まれ、
コーティングアイランド131の頂面と側面に接触し、
基板マスクアイランド129から突出して、装置の基板
側に盛上がった接点137を形成するべくパターン化さ
れる。
カプセル139は、アイランド131を直接接触するボ
ッティング化合物を含んでもよく、装置の半導体側に付
着する。カプセル139はガラス質又はポリマー膜であ
ってもよく、更に相互連絡半導体デバイスアレーが光電
池を含む場合は、光透過性でなければならない。カプセ
ルによって保護された装置の片側では、基板121は基
板アイランド141を形成し、アレーの直列電気接続を
完成するため、マスクアイランド129間をエッチ処理
する。
電気接点143及び145は反対側の端の基板アイラン
ド129に取付ける。最後に、装置の基板側はすでに説
明した種々の代替部材から成り、前記方法により基板に
付着させたカプセル147をもつ。
第5図に関して説明した方法から得られる装置の平面図
を第6図に示す。第6A図では、上面図を示す。第6B
図では、アレーの底面側を示す。
当業者がこれらの図から理解される通り、それぞれ3個
のデバイスを直列接続した2列が示されている。2列の
直列接続デバイスは電気的に並列接続されている。並列
接続は各直列接続列の末端において基板アイランドの相
互電気絶縁を除去することによって達成される。電気接
点135は第5図に断面で示しているが、それらは厚み
がかなり大きいため、これらの接点は第6図に示す通り
、導電材料125の各アイランド131の上に伸延する
3本の指状部149をもつ。この多重指状接点構造は、
電気的抵抗を増さずに電流量を増すことを可能にする。
同じ理由から、各接点は眼精のような導電材料を含む、
1個ではない3個のチャネル133を含む。勿論、第6
図のモジュールは拡大することができる。装置が光電池
である場合は、指状部材149と平行な方向に電池を付
加すれば、電圧出力は増加し、横方向に電池を付加すれ
ば電流が増加することになろう。
本出願人はアモルファス・シリコン光電池をアレー状に
相互連絡した多数の本発明具体例の作製に成功した。お
よそ0.075平方メートルの活性領域をもつ1辺0.
3メートルの正方形アレーを第3各 図及び第4図に示す方法で作製した。このアレーは並列
に接続したp−1−n電池10列より成る。
各列は12の直列接続電池を含む。このアレーは、開路
電圧7ボルト、短絡電流640mA 、曲線因子0.3
5で、AMI照度1.6ワツトを発出した(太陽とアレ
イの間に介在する地球大気における頭上太陽に等しい)
。第5図に示した方法で製作したアレーも同じ縦横10
個に12個の電池をもつ。およそ40マイクロメートル
厚さのポリエステルカプセルをローラ付きアレーの両側
に付着した。アレーの重量は14グラムで、各出力21
ワツト/KgについてAM1照度照度比力300ミリワ
ツトを発出した。
先に述べた取扱技術を連続的に最適化することによって
、本出願人は、110ワット/Kgの比出力をもつ前記
方法に従って本発明具体例を製作した。
貯蔵については、これらのアレーは直径およそ38ミリ
メートルという細さの管状に巻いて破損しない。
前記本発明具体例では、出発材料は連続した非従来的薄
さの導電シート上に堆積した連続半導体層を含む。ここ
で用いている「連続」という用語は、半導体と基板が中
断せず広い面積に広がっていることを意味している。基
板は通常は非常に薄く、たわみ性の軽量アレーを形成す
る。即ち、基板は厚さ125マイクロメートルのオーダ
ーであり、電鋳ニッケル基板が使用される場合は10マ
イクロメートル以下の薄さであってよい。この種の薄形
の箔は、上記特許に開示されているような連続膜形成装
置内で取扱うのは困難であるが、不可能ではない。これ
らの機械は、厚さ250マイクロメートルのオーダーの
連続基板を取扱うのがより容易である。但しこの種の厚
めの基板は光8I電アレーの比出力を事実上減退させて
しまう。
基板の厚さの問題は数多くの方法で解決することができ
る。、従来の厚さの基板を、前記方法の1つによって、
但し次の修正を加えて使用し加工してもよい。装置の基
板側にマスキングし、エツチングし、あるいはカプセル
付けする前に、但し好ましくは装置の半導体側にカプセ
ル付けした後で、基板の厚さをエツチングによって好ま
しい非従来的な厚さに縮小してもよい。この種の方法の
1例を第2図の工程図と符号を用いて第7図に概略的に
示す。同じ技術が第1図及び第3図〜第5図に示す方法
にも適用できる。第7図の加工工程では、基板151は
第7E図まで従来的な厚さであり、すべての加工工程は
第2図に関してすでに説明した方法と同じであり、従っ
て説明をくり返す必要はない。第7F図に示す工程では
、基板は化学的エツチングによって厚みを減らされる。
スチレンレススチール基板は塩化第二鉄溶液により従来
法を用いてエツチングして所望の厚さまで薄くしてもよ
い。
本出願人はこの方法を用いてステンレンススチ−ル基板
を200マイクロメートルから38マイクロメートルの
厚さに減らすことに成功した。その結果得られた装置は
、38マイクロメートルのポリエステル・ラミネーショ
ンをもち、きわめてたわみ性の高いものであった。60
ワツト/KHの比出力を発出するアレーはこの方法で容
易に完成し得る。
もう1つの場合には、本出願人は200マイクロメート
ル厚さのステンレススチール基板を20マイクロメート
ルの厚さに薄化することに成功した。このアレーはおよ
そ0.074平方メートルの活性領域と、それぞれ12
個の直列接続電池から成る10本の並列接続列をもち、
各電池は2個の直列接続p−1−nデバイスより成り、
18.5ボルトの開路電圧、260mAの短絡電流、0
.46の曲線因子であった。
以上説明したすべての例において、重量最大の源は、非
従来的に薄いとしても基板である。この重陽は後にアレ
ーの比出力限定することになる。
従って本発明アレーの比出力を最大化するには、従来形
基板を完全に除去することが必要である。
但し何らかの支持装置は必要であり、そして基板の除去
工程で使用する腐食剤から半導体層を保護することが重
要である。この保護は、支持基板上に支持基板腐食剤と
反応しない化学的組成をもつ中間層を先ず堆積すること
によって得ることができる。他の加工の後で、支持基板
を中間層まで破損なしにエツチングする。光電池の最も
深い部分に配置された反射面は非吸収放射を電池を通し
て反射することによって性能を高めることは知られてい
る。従ってアレーが光電池で構成されていれば、中1!
IIIは好ましくは光反射性であるのがよい。
この種の反射性保II層は例えば、チタン又は銀−チタ
ン合金で形成してもよい。
本発明のこの方法は第2図の工程図と符号を用いて第8
図に示す。第1図及び第3図〜第5図の方法にも同じ技
術を適用してもよい。第8A図では、出発材料は、チタ
ニウム合金のような耐食性反射[1161を上に堆積し
た支持l1159を含む。支持層159は従来的な基板
厚さであってもよく、あるいは非従来的に薄くてもよい
。反射膜161は厚さ数百ナノメートルである。第8A
図〜第8E図の加工工程はすべて第2図の第2E図まで
の工程と同じである。従って説明をくり返す必要はない
第3F図では支持基板159は後部接点及び光電池の背
面反DI JBとしての膜161を残して完全にエッチ
する。反射@ 161は導電コーティングのアイランド
の下側に配置されたスペースをもつアイランド163に
分割される。電気接点(図示せず)及びカプセル31は
、第2図についてすでに説明した通り反射膜161に付
着する。その結果、抜群の比出力をもつ相互連絡デバイ
スの非常にたわみ性のあるアレーが得られる。これは従
来形基板の質量が完全に除去されるためである。反射膜
161は厚さ部分の一マイクロメートル又はそれ以下で
あるから、非従来形基板としてはたらく。
抜群の比出力を発出する本発明アレーを製造する方法の
さらにもうひとつの例を第9図に示す。
第9A図に示す出発装置は支持層171を含み、これは
従来形の金R基板でもよく、その上に例えばおよそ10
マイクロメートルの厚さのポリイミドのような比較的薄
い絶縁層173を堆積する。ポリイミド173上に比較
的薄い光反射性の層175を堆積する。層175は非怜
に薄いクロム層で覆った厚さおよそ250ナノメートル
のアルミニウム5%シリコン合金であってもよい。クロ
ム層はおよそ3ナノメートル厚さであってもよい。光学
反射層のこの特定例の表面は鏡のようではなく、光を反
射することによって効率を上げるための光電池内で良好
に機能する織物状の外観をもつ。反射膜は例えばおよそ
250〜300℃の温度の!11i管スパッタリングの
ような従来形手段によって堆積してもよい。
半導体層177はアモルファスシリコン合金であるのが
好ましいが、本明細書の冒頭に記した特許に開示した例
えば連続グロー放電によって反射膜175上に堆積する
。アレーが光電池を含む場合は透明である導電コーティ
ング179は半導体177上。
に堆積する。コーティング179は例えばインジウム・
スズ酸化物のような透明酸化物であってもよい。
第9A図の装置は第9B図に示すように半導体117の
同じ広がりをもつアイランド181とコーティング17
9を形成するため従来法でマスクしエッチする。他に、
アイランド181は水噴射又はレーザスクライビングに
より形成してもよい。この具体例では、装置の支持側に
絶縁層113があるため、反射膜175に接近すること
はできない。従って電気接点をつくるため反射層175
のアイランドは装置の半導体側から作製しなければなら
ない。第9C図に示す通り、反射I!1175のアイラ
ンド183はマスキングやエツチングのような公知の手
段で形成される。図示の特定例では、クロム層が非常に
薄く、アルミニウムシリコン合金を腐食するエッチがた
やすく侵入する。各アイランド183の1部はアイラン
ド181の1つと同じ広がりをもつ。
各アイランド183の付加部分は、電気接点をつくるた
めアイランド181のそれぞれの片側の下から伸延する
。次に絶縁層185をアイランド183が伸延して来な
いアイランド181の側に付加する。絶縁!!185は
固い折れない絶縁層を形成するべくスクリーンプリント
される透明ラッカー又は他の液体又は糊であってもよい
。絶縁層は、アイランド183のいずれかが直列電気接
点がつくられた時電気的に一緒に結合した場合に生じる
恐れのある電池の短絡を防ぐ、眼精のような導電材料1
87は各アイランド181の頂部と絶縁M185の上に
スクリーンプリントされ、隣接アイランドから突出する
アイランド部分183と接続する。このように形成され
た接点を第9D図に各電池を直列に電気接続した形で示
す。最後に、最高の比出力目標に達するため、支持層1
71が第9E図に示す通りエツチングにより完全に除去
される。
支持層171がエツチングにより除去される前に、装置
支持接点187の表面は好ましくは透明のガラス質の又
はポリマーの層でカプセル付けしてもよい。この層はボ
ッティング剤(図示せず)で先に処理してもよい。電気
接点は表面支持接点187をラミネートする前に直列接
続列の末端に付加する。
絶縁層173はそれ以上の処理なしに装置の背面カプセ
ルを形成する。
ポリマーの前面カプセルを使用するのが好ましくない場
合が、外側スペースなどいくつかの適用で生じるが、こ
れはイオンにより腐食されるためである。二酸化シリコ
ン、窒化シリコン又は炭化シリコンのようなガラス質の
透明カプセルがこれらの適用に求められ、公知の化学蒸
着又はプラズマ堆積技術によりアレー上に堆積してもよ
い。
以上説明した最新軽量アレー技術を用いて、本出願人は
、重け67g/m、出力33W#、比出力492W/N
5Fのアモルファスシリコン合金光電池アレーを製造し
た。
【図面の簡単な説明】
第1A図、第1B図、第1C図、第1D図、第1E図、
第1F図及びを第1G図は本発明の1具体例の相互接続
アレーの製造段階を示す概略的な横断端面図、第2A図
、第2B図、第2C図、第2D図、2E図及び第2F図
は本発明の1具体例の相互連絡アレーの製造段階を示す
概略的な横断端面図、第3A図、第3B図、第3C図、
第3D図、第3E図、第3F図及び第3G図は本発明の
1具体例の相互連絡アレーの製造段階を示す概略的な横
断端面図、第4A図、第4B図、第4C図、第4D図、
第4E図、第4F図、第4G図及び第4H図は本発明の
1具体例の相互連絡アレーの製造段階を示す概略的な横
断端面図、第5A図、第5B図、第5C図、第5D図、
第5E図、第5F図及び第5G図は本発明の1具体例の
相互連絡アレーの製造段階を示す概略的な横断端面図、
第6A図は本発明の1具体例の相互連絡アレーの上面図
、第6B図は同底面図、第7A図、第7B図、第7C図
、第7D図、第7E図、第7F図及び第7G図は本発明
の1具体例の相互連絡アレーの製造段階を示す概略的な
横断端面図、第8A図、第8B図、第8C図、第8D図
、第8E図、第8F図及び第8G図は本発明の1具体例
の相互連絡アレーの製造段階を示す概略的な横断端面図
、第9A図、第9B図、第9C図、第9D図及び第9E
図は本発明の1具体例の相互連絡アレーの製造段階を示
す概略的な横断端面図である。 1・・・・・・基板、3・・・・・・半導体層、5・・
・・・・透明膜、1.13・・・・・・アイランド、9
・・・・・・導電材料、11.15・・・・・・カプセ
ル化材料。

Claims (20)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電気伝導性基板上に配置した半導体材料の連続シ
    ートから可撓性の軽量な電気的に相互接続された半導体
    デバイスのアレイを製造する方法であつて、前記方法が
    下記の工程、即ち、 電気的伝導性の可撓性基板上に半導体材料を配置するこ
    と、 前記半導体材料上に電気的に伝導性の透明コーティング
    を配置すること、 前記コーティングの複数個のアイランドを形成するため
    前記コーティングの1部を選択的に除去すること、 前記コーティングの少なくとも2個の隣接するアイラン
    ドのそれぞれを前記基板に電気的に接続すること、及び 前記コーティングの少なくとも2個の隣接するアイラン
    ドのそれぞれの下側の前記基板の1部を選択的に除去し
    て、前記基板の複数個のアイランドを形成し、さらに前
    記コーティングの前記少なくとも2個の隣接するアイラ
    ンドを、前記半導体材料及び前記基板の前記アイランド
    を介して電気的に直列接続すること、 から成る方法。
  2. (2)前記基板の厚さが50マイクロメートルより小さ
    い特許請求の範囲第1項に記載の方法。
  3. (3)前記基板が厚さ25マイクロメートル以下の電鋳
    ニッケルからなる特許請求の範囲第2項に記載の方法。
  4. (4)前記基板の1部を除去する前記工程に先立って、
    前記コーティングの前記アイランド上及びそれらの間の
    領域に封入材を取付け、さらに前記基板の厚さを25マ
    イクロメートル未満に減らすことを含む特許請求の範囲
    第1項に記載の方法。
  5. (5)前記電気的接続工程に先立つて、前記半導体材料
    の1部を選択的に除去して前記コーティングの少なくと
    も2個の隣接アイランドのそれぞれの下側の半導体材料
    のアイランドを形成すること、前記コーティングの少な
    くとも2個のアイランドのそれぞれを前記基板に電気的
    に接続する前記工程が電気的に伝導性の材料を前記コー
    ティング及び半導体材料の前記少なくとも2個のアイラ
    ンドのそれぞれの上及びこれらに沿つて堆積し、前記基
    板と電気的に接触させることを含む特許請求の範囲第1
    項に記載の方法。
  6. (6)前記コーティングの1部を除去する前記工程に先
    立つて、複数個の指状部をもつ金属格子を前記コーティ
    ング上に堆積すること、前記コーティングの1部を選択
    的に除去する前記工程が前記指状部のそれぞれの下側に
    ある前記コーティングのアイランドを残すことを含み、
    さらに前記電気的に接続する工程が前記指状部の少なく
    とも2本のそれぞれから、前記コーティングの少なくと
    も2個の前記アイランド及び前記半導体材料を介して前
    記下側基板へ至る導電路を形成することを含む特許請求
    の範囲第1項に記載の方法。
  7. (7)前記コーティングを配置する工程に先立つて、前
    記半導体材料の1部を選択的に除去して前記半導体材料
    の複数個のアイランドを形成すること、前記コーティン
    グを配置する工程が前記コーティングを前記半導体材料
    の前記アイランド上及び前記半導体材料の前記アイラン
    ドの間の前記基板上に配置することを含む特許請求の範
    囲第1項に記載の方法。
  8. (8)前記コーティングの1部を選択的に除去する工程
    及び前記電気的に接続する工程が前記半導体材料の前記
    少なくとも2個のアイランドのそれぞれの上側の前記コ
    ーティング部分を除去することを含み、さらに前記基板
    の1部を選択的に除去する工程が、前記半導体材料の前
    記少なくとも2個のアイランドのそれぞれの下側の前記
    基板部分を除去することを含む特許請求の範囲第7項に
    記載の方法。
  9. (9)前記コーティングの1部を選択的に除去する前記
    工程の後、前記コーティングの少なくとも2個の前記隣
    接アイランドのそれぞれに隣接して、前記半導体材料と
    前記基板とを通過するチャンネルを貫くことを含んでお
    り、さらに前記電気的接続工程が伝導性ペーストを前記
    コーティングの前記少なくとも2個のアイランド上及び
    それらの間の少なくとも1部に、前記チャネルを通して
    、さらに前記基板と接触するように付けることを含む特
    許請求の範囲第1項に記載の方法。
  10. (10)基板上に配置した半導体材料の連続シートから
    可撓性の軽量な電気的に相互接続された半導体デバイス
    のアレイを製造する方法であつて、前記方法が下記の工
    程、即ち、 可撓性の電気的に伝導性の層を該層の材料とは異なる材
    料で形成された基板上に配置すること、前記層上に半導
    体材料を配置すること、 前記半導体材料上に電気的に伝導性の透明なコーティン
    グを配置すること、 前記コーティングの1部を選択的に除去して前記コーテ
    ィングの複数個のアイランドを形成すること、 前記コーティングの少なくとも2個の隣接アイランドの
    それぞれを前記層に電気的に接続すること、及び 前記基板を除去すること、 から成る方法。
  11. (11)前記電気的に伝導性の層の厚さが0.5マイク
    ロメートルより小さいことを特徴とする特許請求の範囲
    第10項に記載の方法。
  12. (12)前記基板除去工程の後で、前記コーティングの
    前記少なくとも2個の隣接アイランドのそれぞれの下側
    の前記層部分を選択的に除去して前記層の複数個のアイ
    ランドを形成し、さらに前記コーティングの少なくとも
    2個の隣接アイランドを前記半導体材料及び前記層の前
    記アイランドを介して電気的に直列接続することを含む
    特許請求の範囲第10項に記載の方法。
  13. (13)前記電気的に接続する工程に先立つて、前記半
    導体材料の1部を選択的に除去して、前記コーティング
    の前記少なくとも2個の隣接アイランドのそれぞれの下
    側の半導体材料のアイランドを形成すること、前記コー
    ティングの前記少なくとも2個の隣接アイランドのそれ
    ぞれを前記層に電気的に接続する前記工程が、電気的に
    伝導性の材料を前記コーティング及び半導体材料の前記
    少なくとも2個の隣接アイランドのそれぞれ及び半導体
    材料の上及びこれらに沿って、さらに前記層と電気的に
    接触して堆積することを含む特許請求の範囲第10項に
    記載の方法。
  14. (14)前記コーティングを配置する工程に先立って、
    前記半導体材料の1部を選択的に除去して前記半導体材
    料の複数個のアイランドを形成すること、前記コーティ
    ングを配置する工程が、前記コーティングを前記半導体
    材料の前記アイランド上及び前記半導体材料の前記アイ
    ランド間で前記層上に配置することを含む特許請求の範
    囲第10項に記載の方法。
  15. (15)前記コーティングの1部を選択的に除去する前
    記工程及び前記電気的に接続する工程が、前記半導体材
    料の少なくとも2個の隣接アイランドのそれぞれの上側
    にある前記コーティング部分を除去することを含み、さ
    らに前記層の1部を選択的に除去する前記工程が前記半
    導体材料の前記少なくとも2個の隣接アイランドのそれ
    ぞれの下側の前記層部分を除去することを含む特許請求
    の範囲第14項に記載の方法。
  16. (16)前記基板が比較的薄い絶縁層の載置された比較
    的厚い支持層を含んでおり、前記電気的に伝導性の層が
    前記絶縁層上に配置されており、前記基板を除去する前
    記工程が前記支持層を除去することを含む特許請求の範
    囲第10項に記載の方法。
  17. (17)前記電気的に接続する工程に先立つて、前記半
    導体材料の複数個のアイランドを形成するべく前記半導
    体材料の1部を選択的に除去して、半導体材料の前記ア
    イランドの1つが前記コーティングの前記少なくとも2
    個の隣接アイランドのそれぞれの下側に位置せしめるこ
    と、前記導電層の複数個のアイランドを形成するべく前
    記電気的に伝導性の層の1部を選択的に除去して、前記
    導電層のアイランドの1つが、前記コーティングの前記
    少なくとも2個の隣接アイランドの下側の半導体材料の
    前記アイランドのそれぞれの下側に位置し且つそれぞれ
    から横に突出するようにすることを含む特許請求の範囲
    第16項に記載の方法。
  18. (18)前記電気的接続工程が、コーティングの前記少
    なくとも2個の隣接アイランドのそれぞれの1側に沿っ
    て絶縁体を堆積して、前記コーティングの前記アイラン
    ド間で前記導電層の前記アイランドを相互に絶縁するこ
    と、及び導電材料を、それぞれ、コーティングの前記少
    なくとも2個の隣接アイランドのそれぞれと電気的に接
    触して、さらに前記層の前記それぞれ横方向に突出した
    アイランド上に且つ該アイランドと電気的に接触して堆
    積することを含む特許請求の範囲第17項に記載の方法
  19. (19)相互接続された半導体デバイスの可撓性の軽量
    アレイであつて、 電気的に伝導性の可撓性基板と、 前記基板上に堆積した半導体材料層と、 前記半導体上に堆積した電気的に伝導性の透明コーティ
    ングと、 絶縁体とを有しており、 前記コーティングと半導体材料とが複数個の事実上同じ
    広がりをもつアイランドと該アイランド間のスペースと
    に形成されており、 前記コーティングの少なくとも2個の隣接アイランドが
    前記半導体材料を介して電気的に直列接続されており、
    さらに前記基板が複数個のアイランド及びそれらの間の
    領域に分割されており、前記基板アイランド間の前記領
    域が前記コーティングの前記少なくとも2個の隣接アイ
    ランドのどちらかの下側には配置されておらず、前記基
    板アイランドが前記コーティングの前記少なくとも2個
    の隣接アイランドの直下から横方向に突出しており、前
    記絶縁体は、 前記コーティングの前記それぞれのアイランドの下側の
    前記基板アイランドと接触している前記コーティングの
    前記少なくとも2個の隣接アイランドのそれぞれの1側
    上に配置されており、さらに前記コーティングの前記少
    なくとも2個の隣接アイランドのそれぞれが前記基板の
    前記アイランドの2つのうちの別の1つに対して、前記
    絶縁体上で前記コーティングの前記少なくとも2個の隣
    接アイランドのそれぞれ上に配置されかつ前記基板の前
    記横方向に突出したアイランドの2個のうち1個に向け
    て伸延している電気的に伝導性の材料によつて接続され
    ているアレイ。
  20. (20)前記基板の厚さが0.5マイクロメートルより
    小さい特許請求の範囲第19項に記載のアレイ。
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