JPS63157484A - 半導体装置 - 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】 〔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）太陽電池を直列接続した半導体装置に関す
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：Ｈ層を３ｉＨａ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
ｗ　／ｐ　ｉ　ｎｐ　１ｎａ−３ｉ　：　Ｈ／Ａ１構造
のアモルファスシリコン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コン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ｐ層３が１００人、１層４が６００人、０層５が
２００人、ｐ層６が１５０人、１層７が５０００人、ｎ
１ｉ８力く２００人で製造される。この構造においては
、０層５でｐｌｉｉ６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、
曲線因子の低下をまねき、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０層５と
ｐＢ３６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　
（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｂｅａｍ）蒸着法により形成した
ものである。中間層１０は、光吸収ｇの小さなＭＯｌＣ
ｒ、Ｔｉ、Ｗ、Ｚｎ、Ｎｂ、’ｆ”ａ、　Ｎ　ｌ、　Ｈ
ｆ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１０をｎ／ｐ界面に形成し、その面積
を１ｃｍ”としたタンデム太陽電池では、ＡＭ−１，１
００ｍＷ／　ｃ　ｍｚでの短絡電流、開放電圧、曲線因
子、光電変換効率が、それぞれ７゜２ｍＡ／ｃｍ”　、
１．６６Ｖｏ　１　ｔ、ｏ、７１．８．５％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ｖ；Ｊ
Ａ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。

５２Ｖｏｌｔ、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。この目的で従来より同一基板ｌ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３〜８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。集積化後の構造は類似の構造が多数存在するが、
そのうち代表的な例として、従来の方法で得られた集積
化後のタンデム太ｉ電池の断面図の例を示したのが第２
図である。このような方法で複数個の太陽電池を直列接
続（集積化）した場合、その基本構造となる太陽電池が
単一接合太陽電池や中間層を含まない多重接合太陽電池
であっても若干の接続による光電変換効率の低下がみら
れることは周知である。

〔発明が解決しようとする問題点］ 本発明者らは、中間層を含む積層構造大１１電池を用い
同様の集積化研究を行った結果、この装置の接続による
効率低下が争−接合太陽電池や中間層を含まない多重構
造太陽電池を用いた場合の効率低下と比べ著しく大きい
ことを見出し本発明を完成するに至った。

本発明者らの考察では、中間層を含む多重接合構造太陽
電池を用い、第２図に代表されるような集積化を行った
場合、中間層ｌＯを介したリークが発生し、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
ンの合金を用いろと、この中間Ｎ１０は半導体層３〜８
と比較して低抵抗であるため、＋′導体除去端面に比較
的近い部分で発生したキ４．　Ｉｌキャー正孔あるいは
電子）の一部は、中間１’１Ｊ１０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（７“Ｔ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
る分離された電極正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分を低抵抗材料により複数
個を直列接続して型造されろ半導体装置において、該中
間層の一部をあらかじめパターン化して前記低抵抗部分
に接触しないように形成し、である、てとを特徴とする
ものである。

〔作用〕

本発明の半導体装置で：！、半導体を直列接続する低抵
抗材料に中間層が接触しないように中間層の一部をあら
かじめパターン化して形成するので中間層を介した電流
リークの発生を防止することができる。

〔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段タンデム太隔電池を集積化し
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
４′−導体装置ηの１実施例を示す図である。

本発明の半導体装Ｎ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、オーミック接触
を必要とする眉間に導電性薄膜中間層１０を配置してな
る多重接合構造半導体３〜８の複数個を前記電極２上に
形成すると共に、その一部を除去して低抵抗材料（斜線
で示す裏面電極９の一部）で直列接続した半導体装置で
あり、中間ＦＪＩＯの一部をあらかじめパターン化して
前記低抵抗材料に接触しないように形成しである。

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１０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
いられる一船的な基板、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、Ｃｒ、Ａｇ、ＩＴＯｌＳｎｏｗ、Ｗ
、Ｔｉ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、Ｖ、Ｃ「、
Ｍｎ５Ｗ、Ｆａ、Ｃｏ、Ｎｉ％Ｃｕ％ＺｒｓＮｂＳＭｏ
、Ｈｆ　％　Ｔ　ａ等があげられるが、ｐ層および０層
と障壁を形成せず、熱拡散の比較的少ない金属、例えば
、Ｍ　ｏ　、、、Ｃｒ　、Ｔ　１ＳＷＳＺ　ｒ　％ｊ’
Ｊ　ｂ　ｓ　Ｔ　ａ　％　Ｎ　ｉ−Ｈｆが好ましい。ま
た、コノ中間ＪＩＩＯ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、膜
厚は５〜３００人、好ましくば１０−１００人、さらに
好ましくは１０〜５０人が適当である。

また、半導体層３〜８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。

次に本発明の半導体装置及びその製法の具体例を説明す
る。

（Ａ）本発明の具体例 面積１２．７ＸＩ２．７ｃｍ’　、厚さ１．１ｍｍのガ
ラスの基板１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
ｉＨ４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、Ｑ’［”ｏ　ｒ　ｒ、
ＲＦ電力３０．Ｗなる条件でｐｉｎの非晶質シリコン半
導体層３〜５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、ステンレスのマスクを用いてＥＢ蒸着
法によりＭｏを部分的に５０人蒸着し中間層１０を形成
し、さらにその上に前述の条件で新たにｐｉｎ８Ｊ！の
膜厚が１５０人、５０００人、２００人になるように非
晶質シリコン半導体層６〜８を形成した。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Ｍｏ層のない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３ｋＨｚ、平均出力０．ＩＷ、パルス幅１０
ｎｓｅｃ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ｓｏｏ。

人のＡＩ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１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”の擬似太陽光下で測定したとこ
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 ステンレスのマスクを用いずにＭｏＪｉを形成した以外
は実施例と同様にして半導体層を形成し、さらに実施例
と同じ位置について同様の方法で半導体層の一部を除去
し、第２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、Ｖｏｃ２２．　２ｖｏｌｔ、曲線因
子０．５４、最大出力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。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の抵抗部分を形
成させた構造のものならばすべてに適用できることは勿
論である。また、本発明の半導体装置は、レーザー等に
より半導体層の一部を除去し金属等におきかえるだけで
はなく、それ以外の方法で直列接続する場合にも適用可
能である。例えば、レーザーで半導体層を結晶化あるい
は金属との合金化を行う場合や機械的に半導体層をおし
つけたりして半導体層をはさみ金属同士を接触させる場
合にも適用することができる。本発明の半導体装置にお
いては、中間層はパターン化されて形成されるが、その
方法は、マスク等によりあらかじめパターン化して形成
する方法と、形成後、化学エツチング等によりパターン
化する方法があり、そのいづれの方法によっても実施可
能である。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、半導体を直列接続する
低抵抗部分に中間層が接触しないように中間層の一部を
あらかじめパターン化して形成するので、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。 ｌ・・・基板、２・・・電極、３と６・・・ｐ層、４と
７・・・ｉ層、５と８・・・ｎ層、９・・・裏面電極、
１ｏ・・・中間層。

Claims (2)

【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導電性薄膜中間層を配置して
   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
   、該多重接合構造半導体をその一部を除去して低抵抗材
   料で複数個直列接続した半導体装置において、前記中間
   層の一部をあらかじめパターン化し前記低抵抗材料と接
   触しないように形成したことを特徴とする半導体装置。
2. （２）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１項記載の半
   導体装置。