JPS63258077A - 光起電力装置の製造方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は、光入射側に凹凸表面を持つ受光面電極を配置
した光起電力装置の製造方法に関する。

（ロ）　従来の技術 半導体接合を備える半導体膜を光活性層とする光起電力
装置は既に知られており、その基本構成は透光性基板の
絶縁表面に受光面電極、半導体膜及び背面電極をこの順
序に積層しである。米国特許第４，２８１．２０８号に
開示された光起電力装置は、受光面電極、半導体膜及び
背面電極の積層体である単位光電変換素子を共通の基板
上に複数個形成し、それら光電変換素子を電気的に直列
接続することによって、実用的な高い出力電圧を得る構
造を提供している。

一方、断る光起電力装置の光電変換効率を向上せしめる
べく特公昭６２−７７１６号公報や第４４回応用物理学
会学術講演会（昭和５８年９月２５日〜２８日）予稿集
２５Ｐ−Ｌ−２第３５１頁等に開示されたように、光入
射側の透光性の受光面電極の表面に凹凸を設はテクスチ
ュア化し、入射光の光路長に長くすると共に斯る入射光
を半導体膜中に封じ込める試みがある。

第８図は上記米国特許に開示きれた直列接続型光起電力
装置の受光面電極として、凹凸表面を持つ受光面電極を
適用したときの、直列接続部を拡大したものである。即
ち、第８図において、（１）はガラス、透明セラミック
ス等の絶縁性且つ透光性の基板、（２ａ）（２ｂ）は該
基板（１）の表面に分割配ｅきれたＳｎＯ２、ＩＴＯ等
の透光性導電酸化物（Ｔ　ＣＯ）からなる受光面電極で
、その露出面側には凹凸表面（２ｔｅｘ）が付されてい
る。（３ａ）（３ｂ）は上記受光面電極（２ａ）（２ｂ
）上に被着された非晶質シリコン、非晶質シリコンカー
バイド、非晶質シリコンゲルマニウム及びそれらの微結
晶を含む非晶質半導体等からなる半導体膜、（４ａ）（
４ｂ）は上記半導体膜（３ａＨ３ｂ）上に重畳被着され
たオーミック金属を含む背面電極で、上記受光面電極（
２ａ）（２ｂ）、半導体膜（３ａ）（３ｂ）及び背面電
極（４ａ）（４ｂ）の各積層体から単位光電変換素子（
５ａ）（５ｂ）が形成され、当該光電変換素子（５ａ）
（５ｂ）は左隣りの光電変換素子（５ａ）の背面電極（
４ａ）の延長部（４ａ’）が右隣りの光電変換素子（５
ｂ）の受光面電極（２ｂ）の露出部（２ｂ’）に延在す
ることによって電気的に直列接続されている。

然し乍ら、斯る構造の光起電力装置にあっては、受光面
電極（２ａ）（２ｂ）が凹凸表面（２ｔｅｘ）を持つこ
とにより光電変換効率の上昇が図れるものの、互いに隣
接する光電変換素子（５ａ）（５ｂ）の背面電極（４ａ
）（４ｂ）分離間隔部において、上記受光面電極（２ａ
）（２ｂ）の凹凸表面（２ｔｅｘ）の凸部と同一充電変
換素子（５ｇ）（５ｂ）の背面電極（４ａ）（４ｂ）と
が極めて近接し、場合によっては接触して部分的な短絡
路を形成する危惧を有する。斯る受光面電極（２ａ）（
２ｂ）と背面電極（４ａ）（４ｂ）との接触による部分
的な短絡路の形成は、特開昭５７−１２５６８号公報に
開示された如くウェットプロセスを必要とせず大面積な
微細加工に優れるレーザビームの照射により各膜の分割
を行なうレーザスクライブ手法を用いたときより顕著な
問題となる。即ち、第９図に示す如く、既に基板（１）
の絶縁表面に受光面電極（２ａ）（２ｂ）及び半導体膜
（３ａ）（３ｂ）をバターニング形成し、これら半導体
膜（３ａ）（３ｂ）及び受光面電極（２ａ）（２ｂ）の
露出面に連続して背面電極（４）を被着した後、Ｊ：記
背面電極（４）を各光電変換素子（５ａ）（５ｂ）毎に
分割すべくレーザビームを照射すると、第１０図のよう
に斯るレーザビームの照射部分は焼散除去されるものの
、残留した背面電極（４ａ）（４ｂ）の側面（４ａｓ）
（４ｂｓ）は上記レーザビームによる熱的影響のために
溶隔され垂下し、その垂下部は下層に露出した受光面電
極（２ａ）（２ｂ）の凹凸表面（２ｔｅｘ）とより近接
することになる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は、上述の如く受光面電極の凹凸表面における凸
部と、背面電極との接触による短絡事故を解決しようと
するものである。

（ニ）　　問題点着解決するための手段本発明は上記問
題点を解決するために、透光性基板の絶縁表面に少なく
とも凹凸表面を持つ受光面電極を配置し、当該受光面電
極の凹凸表面に半導体膜及び背面電極を積層して複数の
単位光電変換素子を構成し、それら光電変換素子を直列
接続すべく隣接する光電変換素子の一方の受光面電極に
他方の背面電極の電気的延長部を電気的に結合した光起
電力装置の製造方法であって、複数の光電変換素子領域
に跨って被着された背面電極を各光電変換素子毎に分割
するに先立って、当該背面電極の分割部位に対応する受
光面電極の凹凸表面に対し予め平坦化加工を施したこと
を特徴とする。

（ホ）作用 上述の如く、背面電極の分割部位に対応する受光面電極
の凹凸表面に対し予め平坦化加工を施すことによって、
背面電極の分割により露出した背面電極側面は受光面電
極の平坦面を臨み、上記背面電極と受光面電極との間に
十分な絶縁距離が形成される。

くべ）　実施例 第１図乃至第７図は本発明製造方法を工程別に示してい
る。

第１図の工程では、厚き１ｒ＠〜３ｉＩ１１、面積ＩＱ
ｃｍｘ　１０ｃｍ　〜４０ｃｍ　ｘ　４０ｃｍ程度の透
光性の基板（１）上全面に、平均膜５２０００人〜５０
００人、凹凸のピークトウピーク約０．３＋ｎｎ　〜０
．５ｕｎ＋の凹凸表面（２ｔｅｘ＞が付与されたＴＣＯ
からなる受光面電極（２）が被１される。上記受光面電
極〈２）の凹凸表面（２ｔｅｘ）は、特公昭６２−７７
１６号公報に開示されたように粒径が大きいことを利用
して直接凹凸表面（２ｔｅｘ）を持つ受光面電極〈２）
を成膜するか、特開昭６１−２８８４７３号公報のよう
に膜形成後エツチングレートの異方性を利用して凹凸表
面（２ｔｅｘ）に加工しても良い。

第２図の工程では、受光面電極〈２）の隣接間隔部（２
′）がレーザビーム（ＬＢ）の照射により除去されて、
個別の各受光面電極（２ａ）（２ｂ）・・・が分離形成
される。使用されるレーザ装置は基板（１）にほとんど
吸収されることのない波長が適当であり、上記基板（１
）がガラスからなる場合、０．３５１ＪＩｍ〜２．５ν
ｍの波長のパルス出力型が好ましい、斯る好適な実施例
は、波長約１．０６ｕｍ、約２０　Ｊ　／　ｃＩＴ＋　
”、パルス繰返し周波数３　ｋＨｚ（７）　Ｑスイッチ
付きＮｄ：ＹＡＧレーザが使用され、上記隣接間隔部（
２′）の幅は約５０−〜１００−に設定される。

第３図の工程では、上記隣接間隔部（２′）の一方の端
部に偏よって直列接続のための部位を残して背面１極分
割予定部位の受光面電極（２ｂ）の凹凸表面（２ｔｅｘ
）に対し、平坦化加工が施啓れ、平坦面（２ｆｌａｔ）
が形成される。斯る平坦化加工の・−例は、受光面電ｍ
（２）に対する分離工程く第２図の工程）で使用された
レーザ装置の出力を低減して利用することである０例え
ばＴＣＯの受光面電極（２）の加工限界パワー密度は約
９ｊ／ｃｍ’であり、背面電極分割予定部位の凹凸表面
（２ｔｅｘ＞に斯る加工限界パワー密度より若干低いパ
ワー密度のレーザビーム（ＬＢＱｏ）を照射することに
よって、−担溶融し再凝固して当該凹凸表面（２ｔｅｘ
）の平坦化が行なわれる。従って、斯る凹凸表面（２ｔ
ｅｘ）の平坦化加工をレーザビーム（ＬＢＱｏ）の照射
により行なえば、レーザ出力と変更することで第２図に
示した受光面電極〈２）の分離工程と同時或いは引続い
て連続的に加工を施すことができる。

また、平坦カロエの他の例として、凹凸表面（２ｔｅｘ
＞に対し機械的切削、研磨を施し、平坦面（２ｆｌａｔ
）を部分的に形成しても良い。

第４図の工程では、各受光面電極（２ａ）（２ｂ）の凹
凸表面（２ｔｅｘ）及び平坦面（２ｆｌａｔ）を含んで
基板（１）上全面に、光電変換に有効に寄与する厚さ４
０００人〜１−程度の非晶質シリコン（ａ−３ｉ）等の
半導体膜（３）が間知のシリコン化合物ガスを主原料ガ
スとするプラズマＣＶＤ法、光ＣＶＤ法により形成され
る。斯る半導体膜（３）はその内部に膜面に平行なｐｉ
ｎ接合を含み、従ってより具体的には、先ずｐ型の非晶
質シリコンカーバイドが被着され、次いでｉ型及びｎ型
の非晶質シリコンが順次積層被着感れる。

第５図の工程では、連続形成された半導体膜（３）を個
別の半導体膜（３ａ）（３ｂ）に分離形成すべく、隣接
間隔部（３′）が矢印で示す如き基板（１）の他方の主
面側からレーザビームの照射により除去される。使用さ
れるレーザ装置は波長０．３５μｓ〜０．７８ｕｎ＋、
例えば波長０．５３４ＩＴＩのパルス出力型レーザであ
り、照射条件は、パルス繰返し周波数４ｋＨｚ、エネル
ギ密度０．７Ｊ／ｃｍ２で、除去される隣接間隔部（３
′）の幅は約３００　ｕｒｎ〜５０〇−程度に設定され
、受光面電極（２ｂ）の直列接続予定箇所及び平坦面（
２ｆｌａｔ）が露出せしめられる。

第６図の工程では、上記受光面電極（２ｂ）の直列接続
予定箇所及び平坦面（２ｆｌａ、ｔ）を含み、個別の半
導体膜（３ａ）（３ｂ）上に連続的に連なった背面電極
（４）が被着きれる。斯る背面電極（４）は例えば膜厚
１０００人〜１−程度のアルミニウム、銀等の高反射性
金属の単層構造、該高反射性金属にチタン、チタン銀合
金等の高耐湿性金属を重畳した二Ｊ？！構造、−Ｆ記高
反射性金属と半導体膜（３ａ）（３ｂ）との界面に１７
０，５ｎ０２等のＴＣＯを配置した二層構造、更には斯
るＴＣＯ／高反射性金属の二層構造に高耐湿性金属を積
層した三層構造等からなる。

第７図の最終工程では、上記受光面電極（２ｂ）の平坦
面＜２ｆｌａｔ）上に被着された背面電極（４）の隣接
間隔部（４′）がレーザビーム（ＬＢ）の照射により除
去されて、個別の各背面電極（４ａ）（４ｂ）が形成さ
れる。使用されるレーザ装置は波長１．０（ｉｌｌＴＩ
ｌのパルス出力型レーザであり、上記隣接間隔部（４′
）の幅・は例えば約２０−〜１００−に設定される。

その結果、受光面電極（２ａ）（２ｂ）、半導体膜（３
ａ）（３ｂ）及び背面電極（４ａ）（４ｂ）の各積層体
から単位光電変換素子（５ａ）（５ｂ）が形成され、当
該光電変換素子（５ａ）（５ｂ）は左隣りの光電変換素
子（５ａ）の背面電極（４ａ）の延長部（４ａ’）が右
隣りの充電変換素子（５ｂ）の受光面電極（２ｂ）の露
出部（２ｂ′）に直接延在することにより電気的に直列
接続きれた形態となる。

上述の一連の工程において注目すべきは、複数の光電変
換素子領域に跨って被着された背面電極（４）を各光電
変換素子（５ａ）（５ｂ）毎に分割する第７図の工程に
先立って、当該背面電極（４ａ）（４ｂ）の分割部位、
即ち隣接間隔部（４′）に対応する受光面電極（２ｂ）
の凹凸表面＜２ｔｅｘ）に対し、予め第３図の工程にお
いて平坦加工を施し、平坦面（２ｆｌａｔ）を形成した
ことにある。従って、第７図の工程により背面を極（４
）が個別に（４ａ）（４ｂ）として分割され露出せしめ
られた当該背面電極（４ａ）（４ｂ）の側面（４ａｓ）
（４ｂｓ）は、受光面電極（２ｂ）（７）平坦面（２ｆ
ｌａｔ＞を臨み、当該受光面電極（２ｂ）と共に半導体
膜（３ｂ）を挾んで光電変換素子（５ｂ）を構成する背
面電極（４ｂ）との間に十分な絶縁距離が形成されるこ
とになる。

（ト）　発明の効果 本発明製造方法は以上の説明から明らかな如く、背面電
極の分割部位に対応する受光面電極の凹凸表面に対し予
め平坦化加工を施すことによって、背面電極の分割によ
り露出した背面電極側面は受光面電極の平坦面を臨むの
で、同一の光電変換素子を構成する背面電極と受光面電
極との間に十分な絶縁距離が形成され、当該背面電極と
受光面電極の短絡事故の防止と、これと相い反する要求
で光電変換効率の上昇に有益な受光面電極の凹凸表面に
よる粗面化を同時に達成することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第７図は本発明製造方法を工程別に示す要部
拡大断面図、第８図及び第１０図は従来装置を示す要部
拡大断面図、第９図は従来の製造方法の一工程を示す要
部拡大断面図である。 （１）・・・基板、（２＞（２ａ）（２ｂ）・・・受光
面電極、（２ｆｌａｔ）−平坦面、（２ｔｅｘ）・”凹
凸表面、（３）（３ａ）（３ｂ）・・・半導体膜、（４
）（４ａ）（４ｂ＞−・・背面電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）透光性基板の絶縁表面に少なくとも凹凸表面を持
   つ受光面電極を配置し、当該受光面電極の凹凸表面に半
   導体膜及び背面電極を積層して複数の単位光電変換素子
   を構成し、それら光電変換素子を直列接続すべく隣接す
   る光電変換素子の一方の受光面電極に他方の背面電極の
   電気的延長部を電気的に結合した光起電力装置の製造方
   法であって、複数の光電変換素子領域に跨って被着され
   た背面電極を各光電変換素子毎に分割するに先立って、
   当該背面電極の分割部位に対応する受光面電極の凹凸表
   面に対し予め平坦化加工を施したことを特徴とする光起
   電力装置の製造方法。
2. （２）上記背面電極の分割はエネルギビームの照射によ
   り行なわれることを特徴とした特許請求の範囲第１項記
   載の光起電力装置の製造方法。