JPS62176172A - 光電変換装置作成方法 - 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】 本発明は非単結晶半導体を用いた光電変換装置において
、非単結晶半導体層を形成する際この半導体層内に不本
意に形成されてしまう空孔またはピンホールにより光電
変換装置の第１の電極と第２の電極とが、これらの空孔
またはピンホールを通して、互いにショートあるいはリ
ーク状態となった光電変換装置を修復することを特徴と
した光電変換半導体の作成方法に関するものであります
。

「従来技術」 従来、光電変換装置としては数ｃ１１１の小面積のＰＩ
Ｎ接合を有する非単結晶半導体を用いた物が主であった
。また最近は数１０００ｃＪと大面積の光電変換装置を
作り、その単位面積当たりの製造原価を下げようとする
試みがある。しかし、このような光電変換装置は、非単
結晶半導体層の一部に空孔。

ピンホール、クラック等を必ず有しており、その部分が
短絡電流部（ショート）または弱いリーク部となってし
まうため、大面積の光電変換装置を作製した場合、この
短絡電流部または弱いリーク部の為に曲線因子（Ｆ　Ｆ
）の低下が激しくエネルギー変換効率の低下を誘発し、
製造歩留まりが悪く結果として単位面積当たりの製造原
価を下げることは非常に困難だった。

このため、大面積の光電変換装置を作製する際において
、電流短絡部のみを選択的に除去する方法が求められて
いる。その代表例として特開昭６０−４６０８０が示さ
れている。この発明は、ＰＩＮ接合を有する半導体上に
電極を形成し、さらにその表面をエツチング溶液に浸し
、加えて電流を流すことにより電流短絡部のみを選択的
に除去することを特徴としている。そのため使用する溶
液はエツチング溶液であり、その具体例がその明細書３
７６頁左上欄Ｌ９〜右下４１ｊｌＬ１に示されている。

これによるとショートしている半導体上のＩＴＯを選択
的にエツチング除去する。そのための電解液としての０
．０１〜１χの塩化水素、０．０５モルのＮａＣ１塩希
釈溶液を用いている。

しかし、かかる電解液でＩＴＯおよびその下のショート
部の半導体を除去する従来公知の方法は、他の多くの欠
点を有する。即ちこの除去された領域に対しその後の工
程において選択的に絶縁物をコートしなければならない
。さらに酸水溶液中に非単結晶半導体層を浸積するため
、金属被膜等は、この工程が終了した後に形成しなけれ
ばならなかった。またこの工程の際に半導体層に吸着し
た不純物イオンおよび水分等を十分に除却する工程が必
要となり製造原価を引き上げることになってしまった。

「発明の目的」 本発明は、これらの欠点をなくするためにショート個所
をウェットエツチングを行い除去するのではなく、ショ
ート個所を光電変換装置に逆バイアス）を加え、電気的
に絶縁化する（以下この工程をＲＢを行うという）。す
なわち、光電変換装置のＰ型非単結晶半導体層側の電極
に負の電圧をＮ型非単結晶半導体層側の電極に正の電圧
を印加することにより、不良個所を修復しようというも
のです。

以下に図面に従って本発明を説明する。

第１図は、本発明の概要を示すものである。わかりやす
くする為、光電変換装置としては非晶質珪素半導体を用
いたＰＩＮ構造となっている。

構造としては硝子基板（１）、第１の電極（２）、Ｐ型
ａ−５ｉ（３）、Ｉ型ａ−３ｉ　（４）　、　Ｎ型ａ−
Ｓｔ　（５）　、第２の電極（６）となっている。本発
明は特にこの構造のみに限定されるものではない。この
第１の電極（２）に負の電圧、第２の電極（６）に正の
電圧が印加されるように電源（７）を接続する。そして
この電ａ（７）の出力をＯＶよりゆっくり連続して、約
８Ｖまで増加していった時の回路に流れる電流と電圧の
関係を示すのが第２図のグラフである。

第２図（ａ）において、実線（１０）は印加電圧が約５
．５ｖ付近までは、電圧の増加に従って電流も増加して
いる。０〜ＩＶまでの抵抗値は８．６Ωと大変小さく光
電変換装置の半導体層中に短絡電流部（８）が存在する
ことが容易に想像し得る。この後、電圧を増していくと
電流値の若干の落ち込み（２６）　、　（２７）　、　
（２８）等が数多くみられ、約５．５ｖ以降急に電流が
流れなくなる。以後、約８Ｖまで電圧を印加しても電流
はほぼ一定である。この時の抵抗値は、約８００Ωで０
〜１ｖの時に比べ９０倍も抵抗が増した。これ以後、再
びこの光電変換装置に逆バイアス電圧を印加しても、第
２図（ｂ）の実線（１１）のようになり、はぼ一定の抵
抗値を示し電流が急に流れたりすることはなく、個々の
光電変換装置の特性により異なるが、８Ｖを印加した時
最大で１５ｍＡしか電流が流れない。抵抗値としては５
００Ω以上だった。すなわち、ＯＶから５．５ｖまで電
圧を加えている間に、半導体層中の空孔あるいはピンホ
ールにより形成された短絡電流部にのみ電流が流れ、そ
の短絡電流部は焼は切れたか、または電気的に絶縁化さ
れてしまった為に、再び電圧を加えても異常な電流が流
れることはない。

一般に、光電変換装置のようにダイオード特性を持つも
のに素子が破壊しない程度に逆バイアス電圧（ＲＢ）を
加えると、高抵抗（例えばＲｏとする）を示し、第１図
のように電流が流れる事はない。今、半導体層中に空孔
子はピンホールによる短絡電流部（ショート）が存在し
たとすると、その部分の抵抗値（例えばＲＩ＋Ｒ２＋・
−Ｒｎとする。）は明らかに小さく　、ＲＯ＞　＞ＲＩ
Ｒ２・・・Ｒｎである。この時電流は低抵抗の短絡電流
部を選択的に流れる。この空孔またはピンホールは、半
導体層形成時のほこりごみやフレーク等により発生する
ものであるから、短絡電流部の面積は非常に小さい。よ
ってこの微少面積に電流が流れるために発熱し局所的に
非常に高温となり短絡電流部を形成する物質が焼は切れ
る、気化蒸発する、表面が酸化する、溶は出る等、理由
は、はっきりとはしないが、結果として絶縁されてしま
う。この為、一度ＲＢを行った光電変換装置は並列抵抗
が増加し開放電圧が増加することになり、エネルギー変
換効率の向上につかるのである。このＲＢを行う際に印
加する逆バイアス電圧は、不良個所に過大電流を流しう
るちのであればどのような形でもよい。

以下に実施例を示す。なお、本発明は実施例のみに限定
されることはない。

実施例１゜ 本実施例で用いた光電変換装置は第１図に示された物と
ほぼ同様の構造をとっている硝子基板（１）上に、ＩＴ
Ｏ−ＳｎＯ，の第１の電極（２）　、　Ｐ型ａ−３ｉＣ
（３）、Ｉ型ａ−Ｓｉ（４）、Ｎ型μｍＣ−３ｉ　（５
）を形成し、第２の電極（６）として、ＩＴＯとＡｇと
月の積層電極を用いている。この光電変換装置は集積化
されておらず、素子面積は４．５９ｃｉｄであった。Ｒ
Ｂを行う前、この構造の光電変換装置１５０個のエネル
ギー変換効率は３〜１０χとばらつきがひどく、７％以
上の効率を持つ素子の歩留まりは３０χ程度であった。

このようなサンプル１５０個に対し、第１図に示した方
法でＲＢを行う。すなわちＰ型ａ−ＳｉＣ（３）側のＩ
ＴＯ，５ｎＯｚ　（２）に対し負の電極をＮ型μｍＣ−
５ｉ（５）（［ｌＪのＩＴＯ−Ａｇ−ＡＩ　（６）に正
の電極を接続してゆき、電源（７）の出力を徐々に増し
てゆき、本実施例では８ｖまで加えた。この時、第２図
の　５．５ｖ付近のように急に電流が回路上を流れな（
なる点（ＲＢエンドポイントという）は、３〜５ｖ付近
に多かった。

１５０個にＲＢを行った結果を表１．に示す。

表１゜ 表１．においてＲｓｈとは光電変換装置に逆バイアス電
圧をＩＶ加えた時の抵抗値のことを示しています。

実施例２゜ 本実施例で用いた光電変換装置は、第１図に示された物
と、はぼ同様の構造をとっている硝子基板（１）上にＩ
ＴＯ−ＳｎＯｚの第１の電極（２）、Ｐ型ａ−Ｓｉ（３
）■型ａ−５ｔ（４）、Ｎ型ａ−３ｉ　（５）を形成し
、第２の電極（６）としてＡＩを用いている。その他は
実施例１とほぼ同様である。１５０個についてＲＢを行
ったがＲ８前後の光電変換装置のその代表的な特性を第
５図に示す。曲線（２２）はＲＢ前の特性であり、ＲＢ
後は曲線（２３）である。生データを表２に示す。

表２ このように素子としては、はとんど使用不可能な物を完
全に使用可能な素子としてリペアすることができ、さら
に１つのサンプルにＲＢを行い、すベアをするのに要す
る時間は、わずか１０〜２０秒程度であった。そして１
５０個のサンプルのＲＢｒｉｉＮｅの特性を表３に示す
。

表３ 実施例３ 本実施例で用いた光電変換装置は、第３図（ａ）に示さ
れた物とほぼ同様の構造をとっている硝子基板（１２）
上に、ＩＴＯ／５ｎＯｚの第１の電極（１３）　、　Ｐ
型ａ−３ｉＣ（１４）、　Ｉ型ａ−５ｉ（１４）、Ｎ型
ｕ−ｃ−３ｉ（１４）　、を形成し、第２の電極（１５
）として、ＩＴＯとＡｇとＡＩの積層電極を用いている
。この光電変換装置は１５段に集積化されており素子面
積は６９．８３　ｃｎｌであった。ＲＢを行う前この構
造の光電変換装置５０個の７％以上の効率を持つ素子の
歩留まりは３０χ程度であった。

このようなサンプル５０個に対し、第３図に示した方法
でＲＢを行う。すなわちＰ型ａ−Ｓｉｃ側のＩＴＯ−５
ｎＯｚ　（１３）に対し負の電極を、Ｎ型ｐ−Ｃ−５ｉ
側のＩＴＯ−Ａｇ−ＡＩ（１５）に正の電極を各々接続
してゆき、電源（１６）の出力を徐々に増してゆき本実
施例では１段の素子に対し８ｖまで加えた。この時、第
２図の５．５ｖ付近のように急に電流が回路上を流れな
くなる点（ＲＢ上エンドイントという）は、４〜６Ｖ付
近に多かった。５０個にＲＢを行った結果を表４に示す
。

表４ このようにＲＢ後の変換効率は、非常によくなりしかも
、ばらつきが殆どなく９．５　±５％以内に５０個のサ
ンプルすべてが入っていた。

実施例４ 本実施例で用いた光電変換装置は、第４図すに示された
物とほぼ同様の構造をとっている硝子基板（１７）上に
Ｍｏの第１の電極（１８）、　　Ｎ型ａ−３ｉ　（１９
）　、　Ｉ型ａ−３ｉ　（１９）　、　　Ｐ型ａ−３ｉ
（１９）を形成し、第２の電極（２０）としてＩＴＯを
用いている。その他は実施例３とほぼ同様である。５０
個についてＲＢを行ったがＲ８前後の光電変換装置のそ
の代表的な特性を第６図に示す。曲線（２４）はＲＢ前
の特性であり、ＲＢ後は曲線（２５）である。

このサンプルの生データを表５に示す。

表５ このようにＦＦ（曲線因子）の特性が特に向上し変換効
率の向上に結びついている。そして５０個のサンプルの
Ｒ８前後の特性を表６に示す。

表６ 本実施例においては、１５段全部を同時にＲＢを行った
。このように行う際、本実施のように光電変換装置一段
ずつに各々電源を設けても、または１５段全部に逆バイ
アス電圧を印加して、各段には素子が破壊しないように
回路上の工夫を行ってもよい。また１５段同時にＲＢを
行うと、時間を短縮することが可能であり生産コストの
引き下げに有効である。

実施例５ 実施例１と全く同じ構造のサンプルを用い、５０個につ
いてＲＢを行った後にＲＢ用の接続端子をはずすことな
く、すぐに光電変換装置の特性測定を行った。すなわち
サンプルのＰ型半導体層側の電極（２）に負の電極を、
逆にＮ型半導体層側の電極（６）に正の電極を接続し、
実施例１と同様の方法で光電変換装置にＲＢを行い、光
電変換装置のりペア及び歩留まりの向上を行った後、該
電極の接続をはずすことなく電極の極性を反転させ、光
電変換効率測定用光、本実施例ではＡ　Ｍ　１　（１０
０ｍＷ／Ｃｌ１１）をサンプルに照射し、光電変換装置
の特性測定を行った。この際電極の極性を反転させるの
は電源上の操作で行っても回路を切り換えて行ってもよ
い。本実施例のようにＲＢと特性測定を連続してほぼ同
時に行うことが出来るため、光電変換装置作成の原価を
大幅に引き下げることが可能となった。

以上実施例で示したように、本発明により従来は不良品
として処分されるような光電変換装置を十分に使用可能
なものにまでリペアすることができる。

さらに良品に対しては、製品の特性のバラツキをなくす
ることができ歩留まり率は大幅に向上した。

また一度ＲＢを行った光電変換装置は、不良個所を完全
に修復されたために、再び特性が劣化することはなかっ
た。

また光電変換装置の製造が完全に終了してから行う為に
、従来の製造工程を全く変更することな（製品の歩留ま
りを向上させることができる。

本発明により光電変換装置の並列抵抗成分が増すために
、集積化した光電変換装置の場合、特にＦＦの改善につ
ながり変換効率が向上する。

また集積化構造の場合、各段間時にＲＢを行う事が出来
るためＲＢ工程の所要時間は単一構造の場合と全く同じ
であるという特徴を有する。またＲＢ工程と光電変換装
置の特性測定工程を同時に行うことが可能な為、生産コ
ストを低くすることが可能となります。

本発明は実施例のみに限定されるものではなく幅広い構
造の素子に対し応用可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の概略を示す図である。 第２図は本発明のＲ８前後で逆バイアスを加えた時、光
電変換装置に流れる電流値を示す。 第３図は集積化した光電変換装置の場合の本発明の概略
図を示す。 第４図はＲＢの終了点の最大の電流電圧を示すグラフで
ある。 第５図及び第６図はＲ８前後での光電変換装置の特性を
しめす。

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の電極を形成する工
   程と該電極上に、ＰＩＮまたはＮＩＰ接合を少なくとも
   １つ以上有する非単結晶半導体層を形成する工程と該非
   単結晶半導体層上に第２の電極を形成する工程と、これ
   らの工程の後、前記非単結晶半導体層の両端に逆バイア
   ス電圧を加え、非単結晶半導体層の不良個所を修復する
   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、特許請求の範囲第１項において、前記修復工程終了
   後の光電変換装置に逆バイアス電圧８Ｖを加えても１５
   ｍＡ以上の電流が流れないことを特徴とする光電変換装
   置作成方法。