JPS6242465A - 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、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を用いた
光電変換素子（単に素子ともいう）を基板上の絶縁表面
上にて複数個直列接続して設けた、高い電圧の発生が可
能な光電変換装置に関する。

この発明はかかる集積化構造において、その連結部での
隣合った電極間の接続を一方は酸化膜または窒化膜であ
り、他方は窒化膜としたことを特徴とする。そしてこの
光電変換装置が長期間の使用において、連結部で接触抵
抗が増加し、結果として光電変換パネル全体の直列抵抗
が増大し出力の低下が発生しないようにしたものである
。

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１／１０〜１／１００にするため、
レーザスクライブ方法を用いたことを特徴としている。

このレーザスクライブ方法に関しては、例えば本発明人
の出願になる特願昭５７−２０６８０６号（昭和５７年
１１月２４日出願）にその詳細が示されている。

従来、光電変換装置（以下単に装置という）即ち同一基
板上に複数の素子を配置し、それを集積化またはハイブ
リッド化した装置は、例えば特開昭５５−４９９４．特
開昭５５−１２４２７４更に本発明人の出願になる特願
昭５４−９００９７／９００９８／９００９９　（昭和
５４．７．１６出願）等が知られている。特にこの本発
明人の出願は、半導体中に５ｉＣ−５ｉのへテロ接合を
構成せしめ、単にアモルファスシリコン半導体のみヲ用
イる場合と異ならせており、さらにこの半導体として、
アモルファス構造以外に微結晶構造を含む水素またはハ
ロゲン元素が添加された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用いているという特徴
を有する。

従来の発明として第１図にマスク合わせ方式より作られ
た光電変換装置の縦断面図を示す。

図面において透光性基板（例えばガラス板）（１）上に
第１の電極を構成する透光性導電膜（ＣＴＦと略記する
）（１）を第１のマスク合わせ工程により選択的に形成
させる。さらに半導体層（３）を第２のマスク合わせ工
程により同様に選択的に形成する。

さらに第３のマスク合わせ工程によりアルミニュームよ
りなる第２の電極（４）が設げられている。

第１図において、素子（１１）（３１）との間に連結部
（１２）を有し、連結部にてはＣＴＦの一方の側面（１
６）を半導体層（３）が覆い、他方のＣＴＦの表面（１
４）を半導体層（３）が覆わないようにする。さらに、
第１の酸化物電極（３７）と第２のアルミニニーム電１
（３８）はコンタクト（１４）で電気的に連結するが、
こノ部分でハＭ化物（３７）−アルミニューム（３８）
コアタクトが形成される。このため、この集積化された
光電変換装置を１５０℃で放置すると、この界面（１４
）では酸化アルミニュームが徐々に形成されてしまう。

さらにアルミニューム（１４）をパターニング用にマス
クを用いるのではなくレーザ加工により成就せんとして
も、その下地である半導体薄膜を損傷することな〈実施
することが不可能であるため、第１図に示したマスクを
用いて形成する以外にかかる構成をさせることができな
い。しかしマスク合わせ方式ではそれぞれのマスク間で
まった（セルファライン性がないため、マスク合わせば
らつきにより歩留りが低下してしまう。

本発明ではかかる工程の複雑さを排除し、レーザバター
ニング方式で第２の電極用の導電膜（４）をバターニン
グし、このバターニングが可能な窒化膜、金属膜の２層
構造としたため、有効面積を８５〜９７χ例えば９２％
にまで高めることができるというきわめて画期的な光電
変換装置を提供することが可能である。

以下に図面に従ってその詳細を記す。

第２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、透光性基板（１）例えばガラス板（例え
ば厚さ１．２ｍｍ、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
て透光性導電膜例えばＩＴＯ（１５００人）十５ｎｏ２
（２ｏｏ〜４００　人）、　ＩＴＯ（１５００人）＋５
ｎＪ４（５００人）またはハロゲン元素が添加された酸
化スズまたは窒化スズを主成分とする透光性導電膜（１
５００〜２０００人）を真空蒸着法、ＬＰＣＶＤ法、プ
ラズマＣＶＤ法、スプレー法またはスパッタ法により形
成させた。

この後マイクロコンピュータを制御してこの基板の下側
または上側よりＹＡＧレーザ加工機（波長１．０６μま
たは０．５３μ）またはエキシマレーザ加工ＩＩ（２４
９ｎｍ）により照射しパターニング用開溝を形成させた
。

バターニングにより形成された開講は、巾約５０μ長さ
２０ｃｍとし、各素子（３１）、（１１）を構成する巾
は１０〜２０ｆｆＩＩＩ＋例えば１５ｍｍ（１）のセグ
メントは１５■×２０ｃｍとする）とした。かくして第
１の電極を構成するＣＴＦ　（２）を切断分離して開溝
を形成した。この後この上面にプラズマＣＶＤ法または
ＬＰＣＶＤ法によりＰＮまたはＰＩＮ接合を有する非単
結晶半導体層を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＝５０〜１５０人）−■型アモルファ
スまたはセミアモルファスシリコン半４体（０，４〜０
．９μ）−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
体とした。さらにＮ型５ｉｓＮａ−Ｘ（ｘ　＃　３．５
３０〜１００人）を形成してもよい）。またはＰ型半導
体（ＳｉｘＣ＋−ｘ）　−１型アモルファスシリコン半
導体−Ｎ型シリコン半専体−Ｐ型５ｉｘ（、−ｘ半導体
−Ｉ型５ｉｘＧｅＩ−ｘ（ｘ＝３．５）（３０〜１００
　人）よりなる１つのタンデム型のＰＩＮＰＩＮ・・・
ＰＩＮ接合の半導体でもよい。

かかる非単結晶半導体層（３）を全面に均一の膜厚で形
成させた。さらに第２図（Ｂ）に示す如く、第１の開溝
（１３）の左方向に第２の開講（１８）を第２のレーザ
スクライブ工程により形成させた。このレーザはガラス
（１）の下方向またはこの基板の上方向のいずれから行
ってもよい。

かくして第２の開講（１８）の形成により第１の電極の
側面（８）　、　（９）を露出させた。この第２の開溝
の側面（９）は第１の電極（３７°）の側面（１６）よ
り左側であればよく、その極端な例として、図面に示さ
れるごとく、第１の電極（３７）の内部に入ってしまっ
てもよい。さらにこのバターニングは第１図（Ｂ）に示
される如き側面（８）を露呈させても、またこの導電膜
（２）をパターニングすることな（、第１の電極の表面
（第１図（１４）の如き）を露呈させでもよい。

第２図において、さらにこの上面に第２図（Ｃ）に示さ
れる如く、裏面電極用２層の導電膜（４）を形成し、さ
らに第３のレーザスクライブ法の切断分離用の開講（２
０）を設けた。

この第２の電極は透光性窒化物導電膜（２３）を３００
〜１４００人ＩＴＮ（窒化インジュー１２スズ）（窒化
インジュームと窒化スズとの混合体）で形成し、さらに
その上面にアルミニューム（３００〜３０００人）の一
層膜またはアルミニュームとニッケルとの二重膜の金属
膜（２４）を形成させた。例えばＩＴＮ　（２３）を１
０５０人、アルミニューム（２４）を１０００人の２層
導電膜（４）とした。このＩＴＮとアルミニュームは、
表面側からの入射光（１０）の裏面電極での反射を促し
、６００〜８００ｎｍの長波長光を有効に光電変換する
ためのものである。これらはスパッタ法、電子ビーム蒸
着法またはプラズマ気相法を用い半導体層を劣化させる
３００℃以下の温度で形成させた。

裏面のＮ型半導体に密接せしめるには、窒化インジュー
ムを主成分とする透光性窒化物導電膜（ＩＮまたはＩＴ
Ｎ）が好ましかった。他方・裏面の半導体がＰ型半導体
にあっては、窒化スズ（Ｓｎ３Ｎ４）。

窒化アンチモン（ＳｂＮ）を主成分とする被膜が長期信
頼性および高効率化の面において優れている。

かかる透光性窒化膜（２３）はコンタクト（８）にて下
側の第１の電極を構成する導電膜酸化物または窒化物（
２）と密接する。するとここは酸化物または窒化物（３
７）−窒化物（２３）コンタクト（８）となり従来より
公知の一方が金属とならない。特にこの窒化物はきわめ
て熱的に安定であり、１５０℃の温度テストにおいても
、まったく反応が進行することがない。

さらにこの窒化膜はレーザパターニングに対し特に有効
である。即ち、裏面電極用被膜（４）にレーザ光を上方
より照射した場合、透明窒化物は昇華性を有しているた
め、レーザ光の照射に伴いその上側のアルミニュームを
ともに瞬時にして気化し、その上側のアルミニュームを
もふきとばしてしまう。そして半導体に対し損傷を与え
ず図示したごとくに隣合った素子間の分離（２０）を行
うことができる。

か（して第２図（Ｃ）に示される如く、複数の素子（３
１）、（１１）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る。即ちパッシベイション膜とし
て光ＣＶＤ法またはプラズマ気相法により窒化珪素膜（
２１）を５００〜２０００人の厚さに形成した。さらに
外部引出し端子（５）を設け、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（ｌＯ）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１４　、
３５ｍｍ、連結部１５０μ、外部引き出し電極部１０ｍ
ｎ＋、周辺部４１Ｉ１ｍにより実質的に５８０ｍｍ　Ｘ
　１９２ｍｍ内に４０段を有し、有効面積１９２ｍｍ　
Ｘ　１４．３５ｍｍ　Ｘ　４０段＝　１１０２ｃｍ”即
ち９１．８χを得ることができた。その結果、セグメン
トが１０．５Ｘの変換効率を有する場合、パネルにて８
．９χ（ＡＭＩ　（１００ｍＷ／ｃｍ”））にて１０．
１Ｈの出力電力を有せしめることができた。

第３図は本発明と従来例との信頬性テス）　（１５０℃
、大気中高温放置条件）の比較をしたものである。

第３図における曲線（２５）は第１図の構成であり、コ
ンタクト部は酸化スズ−アルミニューム方式である。こ
の構成はコンタクト部にて酸化アルミニュームが形成さ
れ、さらにアルミニューム自体がＮ型半導体とも反応す
る。このため、わずか数時間で初期値の５０％以下にま
で下がってしまう。

また曲線（２６）は裏面電極としてＩＴＯ−アルミニュ
ームの２層膜とした場合である。この場合、コンタクト
は酸化物（酸化スズ）−酸化物（ＩＴＯ）コンタクトと
なる。しかしこのＩＴＯの酸素が半導体の中に拡散しや
すく、素子自体のシシートが多くなり、信頼性をはかる
ためのサンプルにバラツキが多いという欠点を有する。

結果として信頼性は１０００時間において約２５％の劣
化に止めることできた。

曲線（２７）は本発明の酸化物−窒化物コンタクト方式
である。この時コンタクト部では反応が助長しないこと
に加えて、窒化物が半導体中にも拡散しないため、　１
０００時間で５ｚの劣化しかなく、この結果、外挿する
と１０４時間でも１５χ程度の劣化にとどめることがで
きるものと推定される。

さらに初期状態においてサンプルのバラツキが少なく、
例えば１０ｃｍ口を１０枚作ってもそのσ（分散）は０
．２３を得ることができる。

本発明における第２の電極材料として窒化インジューム
、窒化アンチモン、窒化スズ、窒化珪素またはこれらの
混合体を主成分とする窒化物（２５）上に金属（２４）
またはＩＴＯの如（透明酸化物導電膜を形成するが、こ
の金属としてアルミニュームではな（銀、銅、クロム、
モリブデンを主成分とする金属でもよい。

以上はＹＡＧレーザのスポット層を走査するいわゆる点
走査方式を用いた場合であるが、このレーザ光をエキシ
マレーザを用い、シリンドリカルレンズにより線状のレ
ーザ光源を作り、この線状のレーザ光源により瞬時にし
て線状バターニングを行うことは生産性の向上に有効で
あった。

有機樹脂モールド（２２）は引き出し電極（５）固定用
に覆われており、さらにこのパネル例えば４０ｃｍＸ　
２０ｃｍまたは６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃ＋ａが６ケまたは
４ヶ直列にアルミサツシ粋によりパッケージされ、１２
０ｃｎ＋　ｘ４０ｃｍのＮＥＤＯ規格のパネルを設ける
ことが可能である。

またこのＮＥＤＯ規格のパネルをシーフレックスにより
他のガラス板を装置の上側に張り合わせた合わせガラス
とし、その間に光電変換装置を配置して、風圧等に対し
機械強度の増加をはかることは有効である。

第２図において光照射は下側のガラス板よりとした。し
かし本発明はその光照射側を上側とし、この下側基板を
ステンレス箔とし、その上面に絶縁膜を形成する基板を
用いてもよい。またＰＴＮ接合は下側をＮ型半導体とし
、上側をＰ型半導体として設けてもよい。

かかる構造において、本発明は半導体上に透光性窒化膜
を形成し、さらにその上面にＩＴＯ（酸化インジューム
スズ）を積層した。この透光性窒化物はＩＴＯと半導体
との反応防止を促し、ピンホール等でのＩＴＯが半導体
の下側電極とショートしてしまうことを防ぐ効果を有し
ていた。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電変換装置の縦断面図である。 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図は本発明と従来例の光電変換装置の信頼性特性例
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、基板の絶縁表面上に第１の電極と、該電極をおおっ
   てＰＮまたはＰＩＮ接合を少なくとも１つ有する非単結
   晶半導体と、該半導体上に第２の電極とを有する光電変
   換装置を複数個電気的に連結せしめて前記絶縁基板上に
   配設せしめるに際し、第１及び第２の光電変換装置にお
   ける第１の光電変換装置の第２の電極は透光性窒化膜と
   、該膜上の金属膜よりなり、該窒化膜を第２の光電変換
   装置の第１の電極を構成する透光性導電膜に連結部にお
   いて密接せしめて電気的に直列接続構成を有せしめたこ
   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、透光性窒化膜は窒
   化インジューム、窒化スズ、窒化アンチモン、窒化珪素
   を主成分とすることを特徴とする光電変換装置。