JPS63157482A - 半導体装置及びその製法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、大面積で光電変換特性の優れた多重接合構造
（タンデム）太陽電池及びその製造方法に関する。

〔従来の技術］ 従来の小面積多重接合構造太陽電池の例として、第３図
に各ａ−３ｉ：ＨＮをＳｉＨ，及びその混合ガスのグロ
ー放電分解法によって形成したＧｌａ　ｓ　ｓ／ＳｎＯ
，／ｐ　ｉｎｐ　１ｎａ−３ｔ　；　Ｈ／Ａ１構造のア
モルファスシリ３フ２重接合太陽電池の構造図を示す。

このアモルファスシリ３フ２重接合太陽電池における各
非晶質シリコン層の膜厚は、例えば基板１側からそれぞ
れｐＨ３が１００人、１層４が６００人、１層５が２０
０人、９層６が１５０人、１層７が５０００人、０層８
が２００人で製造される。この構造においては、１層５
で９層６が直接接するｎ／ｐ界面が存在し、この接合が
逆接続となるために太陽電池の開放電圧、曲線因子の低
下を＝２ねき、ひいては素子光電変換効率を低下させる
原因となっていた。

このｎ／ｐ逆接合部の存在に起因する光電変換効率の低
下を抑制する方法として、第４図に示すように１層５と
ｐＨ６との間に中間層１０を介在させる方法が考えられ
ている。この例は、第３図に示した太陽電池を基本構造
とし、ｎ／ｐ界面にＮｉで５０人の層をＥ　Ｂ　（Ｅｌ
ｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ）蒸着法により形成したもので
ある。中間層１０は、光吸収量の小さなＭｏ、Ｃｒ、Ｔ
ｉＸＷ、Ｚｎ、、Ｎｂ。

Ｔａｚ　Ｎｉ、Ｈｆ等の金属薄膜やこれらの金属とシリ
コンの合金薄膜、若しくは、これらの層を含む複層薄膜
で形成される。

このように中間層」０をｎ／ｐ界面に形成し、その面積
を１ｃｍ２としたタンデム太陽電池では、ＡＭ−１，１
００ｍＷ／　ｃ　ｍ”　テ（Ｄ短絡電流、開放電圧、曲
線因子、光電変換効率が、それぞれ７゜２ｍＡ／ｃｍ”
　’＋　１．６６　Ｖｏ　Ｉ　ｔ、Ｑ、７　ｌ。

８．５％となった。これに対して従来の中間層を含まな
いタンデム太陽電池における同様の特性値をみると、そ
れぞれは７．４ｍＡ／Ｃｍ”　、ｌ。

５２Ｖｏ　Ｉ　ｔ、０．６４．７．２％となり、両者を
比較すると、前者の方に開放電圧及び曲線因子で大幅な
改善が見られる。

一方、このような小面積の太陽電池は、例えば屋外電力
用として大面積化すると、透明電極のシート抵抗が無視
できなくなり、また、高電圧を必要とするといった問題
がある。そのため、同一基板上での集積化を行うのが一
般的である。この目的にそって、従来の方法で得られた
集積化後のタンデム太陽電池の断面図の例を示したのが
第２図である。集積化後の構造は他にも類似の構造が多
数存在するが、従来より、例えばこの第２図に示すよう
に同一基板１上に分離して電極２を形成し、さらにその
上に多重接合構造半導体層３〜Ｂを形成すると共に、そ
の一部をレーザースクライビング法により除去して半導
体装置を製造している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、第２図に代表されるような集積化をｊ千
った場合、中間層１０を介昌たリークが発生し、そのた
めに装置としての光電変換性能を著しく低下させること
になる。すなわち、中間層１０として金属や金属とシリ
コンの合金を用いると、この中間層１０は半導体層３〜
８と比較して低抵抗であるため、半導体除去端面に比較
的近い部分で発生したキャリヤー（正孔あるいは電子）
の一部は、中間層１０を介して裏面電極９に流れ込み、
リーク電流が発生する。そのため、太陽電池として用い
た場合、著しい性能の低下が起こる。

本発明は、中間層を含む多重接合構造半導体層の一部を
レーザースクライビング法により除去する際に、中間層
を介した電流リークの発生に起因して装置の光電変換効
率が低下するという問題を解決することを目的とするも
のである。

（問題点を解決するための手段） そのために本発明の半導体装置は、同一基板上に存在す
る分離された電極上に形成された低抵抗の中間層を含む
多重接合構造半導体層の一部を除去して製造された半導
体装置において、除去された端面から１００人までの幅
の中間層の平均酸素量が０．５〜１０原子％以上、さら
に好ましくは２０原子％以上にすることを特徴とするも
のであり、この半導体装置の製造方法は、同一基板上に
存在する分離された電極上に形成された中間層を含む非
晶質多重接合構造半導体の一部を除去して半導体装置を
製造する際に、酸化性雰囲気中でレーザー光線を用いて
半導体層の一部を除去することを特徴とするものである
。

〔作用〕

本発明の半導体装置及びその製法では、除去された端面
近傍における中間層の平均酸素量が高いので中間層を介
した電流リークが抑制される。また、酸化性雰囲気中で
レーザー光線を用いて半導体層の一部を除去するので、
簡便な製法により端面近傍における中間層の平均酸素量
を高めることができる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しつつ実施例を説明する。

第１図は中間層を含む２段タンデム太陽電池を集積化し
た半導体装置の断面図で本発明の製造方法にて製造した
半導体’７２の１実施例を示す図である。

本発明の半導体装置は、第１図に示すように同一のガラ
ス基板１上に分離して電極２を形成し、さらにその上に
低抵抗の中間層１０を含む多重接合構造半導体層（３〜
８）を形成すると共に、その一部を除去して製造された
半導体装置であり、さらにその除去された端面から１０
０人までの幅を酸化された中間層１１で形成するもので
ある。

この場合の酸化された中間層】１の平均酸素量は、０．
５〜１０原子％以上、好ましくは２０原子％以上とする
。この多重接合構造半導体層の一部を除去して半導体装
置を製造する場合には、酸化性雰囲気中でレーザー光線
を用いて半導体層の一部を除去すること番こよって酸化
された中間Ｎ１１を形成せしめる。なお、本発明でいう
多重接合構造半導体装置とは、後述する半導体のうちの
一種あるいは複数種の半導体層を用いて形成され、少な
くとも２つ以上の接合を基板面に実効的に垂直に電気的
に接続してなる半導体装置である。さらに、本発明の対
象とする半導体装置は、これらに含まれる本来オーミッ
ク接触を必要とする逆接合部に金属あるいは金属とシリ
コンの合金からなる中間層ｌＯを一層以上形成してなる
。

次に各構成部について説明する。

本発明に用いる基板１としては、半導体装置の製造に用
いられる一般的な基板、例えばガラス、セラミック、耐
熱性高分子フィルム、耐熱性樹脂等から形成された基板
等があげられる。

基板１上に電気的に分離されて形成される電極２は、一
般の金属電極であっても透明電極であっても良い。具体
例としては、ＡＩ％ＣｒｚＡｇ、ＩＴＯ１ＳｎＯ２、Ｗ
ＳＴｉ等があげられる。

本発明に用いる半導体層３〜８は、具体例として非晶質
シリコン、非晶質シリコンゲルマン、非晶質シリコンナ
イトライド、又はこれらの水素化物或いはフッ素化物等
の非晶質半導体、微結晶シリコン、多結晶シリコン、カ
ドミウムチルライド、並びにガリウムヒ素等があげられ
る。

中間層１０を形成する金属としては、Ｔｉ、■、ＣｒＳ
　Ｍｎ％　Ｗ、　　Ｆ　ｅ、Ｇ　ｏ、Ｎ　ｉ、Ｃｕ　％
　　Ｚ　ｒ　％Ｎｂ、Ｍｏ、Ｈｆ、Ｔａ等があげられる
が、ｐ層およびｎ層と障壁を形成せず、熱拡散の比較的
少ない金属、例えば、ＭＯ，Ｃｒ、Ｔｉ５Ｗ、Ｚｒ、Ｎ
ｂ、Ｔａ、Ｎｉ、Ｈｒが好ましい。また、この中間層１
０は、キャリヤーの発生に寄与しないため光吸収量を小
さくする必要がある。そのため、Ｉｌ莫厚は５〜３００
人、好ましくは１０〜１００人、さらに好ましくは１０
〜５０人が適当である。

また、半導体Ｎ３〜８の一部を除去させるための装置と
しては、例えばＱスイッチＹＡＧレーザー、炭酸ガスレ
ーザー、アルゴンレーザー、エキシマレーザ−等があげ
られるが、これらに限定されるものではない。

本発明の半導体装置においては、半導体層の一部をレー
ザースクライビング法等により除去しているが、この際
、スクライブ部分を酸化性雰囲気にする。これにより中
間層である金属あるいは金属とシリコンの合金が酸化さ
れ、集積化後の’Ｊ　−りを著しく低減することができ
る。

半導体層３〜８の一部を除去する際に酸化性雰囲気にす
る具体的方法としては、半導体層の一部を除去する部分
に、酸素またはオゾン等の酸化性気体を吹きつけたり、
過酸化水素水溶液または過マンガン酸溶液等の酸化性溶
液を該部分に滴下あるいは流したり、半導体層を形成し
た基板を酸化性溶液中に漫清し、酸化性溶液を該部分に
存在せしめたりする方法があげられる。

（Ａ）次に本発明の半導体装置及びその製法について具
体例を説明する。

面積１２．７Ｘ１２．７ｃｍ”、厚さ１．１ｍｍのガラ
スの基板ｌ上にスパッタ法によりＳｎＯ２を４５００人
を堆積させ、パターンエツチングにより等面積で１６個
の長方形に分離された電極２を形成した。その後、Ｓ　
ｉ　Ｈａおよびその混合ガスのグロー放電分解法にて基
板温度２００℃、圧力０．５〜１．０Ｔｏｒｒ、ＲＦ電
力３０Ｗなる条件でｐｔｎの非晶質シリコン半導体Ｎ３
〜５を形成した。このときのｐｉｎ各層の膜厚は、それ
ぞれ１００人、５００人、２００人になるようにした。

その後、ＥＢ蒸着法によりＭｏを５０人蒸着して中間層
１０を形成し、さらにその上に前述と同じ条件で新たに
ｐｉｎの非晶質シリコン半導体Ｎ６〜８を形成した。こ
のときのｐｉｎ各層の膜厚は、１００人、５０００人、
２００人になるようにした。次に該半導体層を上にして
Ｘ−Ｙテーブル上にセットし、ＱスイッチＹＡＧレーザ
を用いてレーザ光線の加工面に対する光軸にほぼそって
酸素を導入し、吹きつけながら半導体層の一部を除去し
た。レーザの運転条件は、第２高調波５３２ｎｍを用い
、パルス周波数２　ｋ　Ｈｚ−、平均出力０．ＩＷ、パ
ルス幅１０ｎｓｅｃであった。

このようにして半導体層を分離したあと抵抗加熱法にて
５０００人のＡ１電極９を蒸着し、化学エツチングによ
りパターン化し、断面が第４図に示す構造になるように
１６個の太陽電池を直列接続した半導体装置を製造した
。

以上の製造工程により得られた半導体装置をＡＭ−１，
１００ｍＷ／　ｃ　ｍ”の擬似太陽光下テ測定したとこ
ろ、Ｖｏｃは２６．２ｖｏｌｔ、曲線因子は０．６８、
最大出力は９５０ｍＷであった。

（Ｂ）比較例 酸素ガスを用いなかった他は実施例と同様にして大気中
で半導体層の一部を除去し、第１図に示す構造になるよ
うに１６個の太陽電池を直列接続した半導体装置を製造
した。得られた半導体装置をＡＭ−１，１００ｍＷ／　
ｃ　ｍ”の擬似太陽光下で測定したところ、Ｖｏｃは２
２．２ｖｏｌｔ。

曲線因子は０．５４、最大出力は６６９ｍＷであった。

なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではな
く、種々の変形が可能である０本発明が関係する集積化
後の構造は、第２図に示した例に限られたものでなく、
除去されたあとの半導体端面近辺に金属等の低抵抗物質
を形成させた構造のものならばすべてに通用できること
は勿論である。

また、多重接合構造としては、３重以上で複数のｎ／ｐ
逆接合部があるものにも、さらに一方の層間にのみ中間
層を形成しているものにも適用でき、ｐｉｎｐｎ（アモ
ルファスと結晶）構造のものにも適用できることはいう
までもない。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように、本発明によれば、中間
層を含む多重接合構造半導体層の一部をレーザースクラ
イビング法により除去する際に、酸化性雰囲気中で処理
するので、除去された端面から１００人程変電での幅で
酸化された中間層１１が形成され、中間層を介した電流
リークの発生に起因して装置の光電変換効率が低下する
という問題を解決することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は中間層を含む２段タンデム太陽電池を集積化し
た半導体装置の断面図で本発明の製造方法にて製造した
半導体装置の１実施例を示す図、第２図は中間層を含む
２段タンデム太陽電池を集積化した半導体装置の断面図
で従来の方法にて製造した半導体装置の例を示す図、第
３図は中間層を含まない２段タンデム太陽電池の断面図
、第４図は中間層を含む２段タンデム太陽電池の断面図
である。 １・・・基板、２・・・電極、３と６・・・ｐ層、４と
７・・・１層、５と８・・・ｎ層、９・・・裏面電極、
１０・・・中間層、１１・・・酸化された中間層。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）同一基板上に分離された電極を形成し、オーミッ
   ク接触を必要とする層間に金属薄膜若しくは金属とシリ
   コンの合金薄膜を形成してなる多重接合構造半導体を前
   記電極上に形成すると共に、前記多重接合構造半導体の
   一部を除去して製造された半導体装置において、前記金
   属薄膜若しくは金属とシリコンの合金薄膜は、除去され
   た端面近傍の平均酸素量を１０原子％以上にしたことを
   特徴とする半導体装置。
2. （２）前記端面近傍は、１００Åの幅であることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の半導体装置。
3. （３）多重接合構造を構成する接合の少なくとも１つが
   非晶質を含むｐｉｎ接合である特許請求の範囲第１項記
   載の半導体装置。
4. （４）同一基板上に分離された電極を形成し、オーミッ
   ク接触を必要とする層間に金属薄膜若しくは金属とシリ
   コンの合金薄膜を形成してなる多重接合構造半導体を前
   記電極上に形成すると共に、前記多重接合構造半導体の
   一部を除去して製造される半導体装置において、酸化性
   雰囲気中でレーザー光線を用いて多重接合構造半導体の
   一部を除去して製造することを特徴とする半導体装置の
   製造方法。
5. （５）多重接合構造を構成する接合の少なくとも１つが
   非晶質ｐｉｎ接合である特許請求の範囲第４項記載の製
   造方法。
6. （６）酸化性雰囲気を酸化性気体又は酸化性溶液により
   形成する特許請求の範囲第４項又は第５項記載の製造方
   法。
7. （７）酸化性気体は、酸素又はオゾンを体積比で０．５
   以上含む気体であり、酸化性用液は、過酸化水素水溶液
   又は過マンガン酸溶液である特許請求の範囲第６項記載
   の製造方法。
8. （８）レーザー光線の照射面に酸化性気体を吹きつけな
   がら半導体の一部を除去することを特徴とする特許請求
   の範囲の第６項記載の製造方法。