JPH02177374A

JPH02177374A - 光電変換装置

Info

Publication number: JPH02177374A
Application number: JP63335632A
Authority: JP
Inventors: Kunio Suzuki; 邦夫鈴木; Masayoshi Abe; 阿部　雅芳; Mikio Kanehana; 金花　美樹雄; Yasuyuki Arai; 康行荒井; Noriya Ishida; 石田　典也; Akemi Satake; 佐竹　朱美; Kazuo Nishi; 和夫西; Shuichi Hisakawa; 久川　修一
Original assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Current assignee: Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
Priority date: 1988-12-27
Filing date: 1988-12-27
Publication date: 1990-07-10
Also published as: US5035753A

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〕本発明は光電変換装置に関するものである。さらに詳し
くは基板とその上”に設けられた主にはシリコン、ゲル
マニウム、炭素、もしくはそれらの混合物を含む層から
なる薄膜型光電変換装置であり、太陽電池、フォトダイ
オード、フォトトランジスター、光センサ−、撮像装置
などに使用できる光電変換装置に関する。

〔従来技術〕

現在、全体もしくは最表面層が絶縁性である基板即ちガ
ラス、セラミックス、有機物、又はそれらを表面に形成
した金属例えばアルミニウム、ステンレススチールやア
ルマイト処理を行ったアルミニウム等の基板上に形成さ
れる複数の光電変換素子の各々が相互に接続されている
光電変換装置の作製には、フォトリソグラフィー法、レ
ーザーバターニング法、マスキング法等が用いられてい
るが、これらには必ず酸化錫、酸化インジウム、酸化亜
鉛等、もしくはそれらの混合物である光透過性導体電極
やステンレススチール、アルミニウム。

銀、クロム、モリブデン等の金属導体電極及びそれらの
組み合わせ等を介して行われている。即ち隣接する光電
変換素子と光電変換素子の接続を形成する部位を流れる
電流の一部もしくは全体がこの隣接する各々の光電変換
素子の有する上記電極の接触部を通じて、流れる構造と
なっておりこの接触部が含まれる所の接続部位を形成す
る為に、上記光透過性導体電極もしくは金属導電性電極
を使用していた。

〔本発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、〔従来技術〕で示した様なこれら、の上
記電極を使用する方法は原材料コストの増大、プロセス
の複雑化とそれに伴う製品歩留まりの低下等をまねく恐
れがあり、本来好ましくない方法である。より具体的に
は例えばアモルファスシリコン、アモルファスシリコン
カーバイド、アモルファスシリコンゲルマニウム等をそ
の半導体層として含む、いわゆるアモルファスシリコン
太陽電池の場合、第４図の様な構造になっている。

ここで（４１）は絶縁性基板、　（４２）、　（４２’
）、　（４２”　）　（４２’”’）、（４２””）及
び（４４）、　（４４’）　（４４°”）、（４４“”
　）＋　（４４１１１１）は光透過性導体電極もしくは
金属導体電極であり、光の基板に対す゛る入射方向に従
ってこれらの内から適当な組み合わせにより選択されて
いる。

即ち第４図においてへの方向から光が入射する場合は、
少なくとも（４２）　、　（４２°）、　（４２”　）
、　（４２″パ）（４２′”゛）に光透過性導体を使用
しなければならず（４４）　、　（４４’）、　（４４
”　）＋　（４４”　’）＋　（４４”′）は光透過性
導体もしくは金属導体もしくはそれら組み合わＷを使用
しなければならず、図のＢの方向から光が入射する場合
は少なくとも（４４）　、　（４４°）、（４４’”）
、（４４””）、（４４’”“）に光透過性導体を使用
しなければならず（４２）、　（４２’）、　（４２”
　）、　（４２’　”）、　（４２″゛″°）には光透
過性導体もしくは金属導体もしくはそれらの組み合わせ
を使用しなければならない。（４３）　、　（４３’）
、（４３”’）、　（４３”″）、（４３“パ）は半導
体層であり、−船釣にはＰ型５　Ｉ型及びＮ型のアモル
ファスシリコン等の積層体が使用されている。

即ち、図のＡ側からＰ型半導体層、Ｎ型半導体層、Ｎ型
半導体層もしくはＮ型半導体層、Ｎ型半導体層、Ｐ型半
導体層の順で積層されている。またさらに、これらを何
度か繰り返しても良いが一般的に、始まりがＰ型半導体
層であれば終わりはＮ型半導体層であり、始まりがＮ型
半導体層であれば、終わりがＰ型半導体層である。

また（４５）、（４５’）、（４５”）、（４５””）
、（４５”°）は隣接する各々の光電変換素子の有する
上記（４２”）、（４２″’）、（４２”’）、（４２
””）と（４４’）、　（４４”　）、　（４４’″°
）（４４゛゛°）の画電極が接触する部分であり、（４
１１’）、（４１１″’）＋　（４１１°”″）、（４
１１’”パ）の光電変換領域で１発生した光電流は主に
この部分を通じて流れる。

（４１２）　（４１２’）、　（４１２°″Ｌ（４１２
””）、（４１２−”″）は接続部分を形成する部位で
ある。

又（４１１）は（４１１’）、　（４１１’″）、（４
１１’″’）　（４１１”　”）で発生した光電流を取
り出す為に使用される領域である。

即ち、従来の方法である第４図の方法においては隣接す
る（４１１’）、　（４１１″″）、（４１１″”）、
（４１１″゛゛）で現される複数の光電変換素子が（４
１２’）、　（４２２”）、　（４１２”°）、（４１
２″””）で現される接続部位を通じ相互に接続され、
この際例えば各々の光電変換素子で発生する電流の全体
・もしくは一部は隣接する２つの光電変換装置各々の持
つ電極（４２”　）＋　（４２’）、　（４２”　”　
）及び（４４“）、（４４”）の一部が接触する部分（
４５°）、　（４５”　）＋　（４５’　”）を通じて
流れる構造となっている為、これら（４２”）（４２”
’）ｔ　（４２”　’”）及び（４４’）、（４４″’
）、　（４４”°°）に使用する電極材料の費用がかさ
む上、製造プロセスの複雑化を招きその結果歩留りの低
下、製品コストの増大を招いていた。

又、第４図の構成を用いて、すなわち従来技術を用いて
以下の様な光電変換装置を作成した。すなわち、（４１
）にコーニング１１７０５９ガラス、（４２）、（４２
’）、　（４２”　）　、　（４２’“’）、（４２″
“°）に酸化錫膜（シート抵抗１０Ω／口）　、（４３
）、（４３“）、　（４３”　）、　Ｃ４３”゛）。

（４３””）に図のＡ側からＰ型アモルファスシリコン
半導体ＩＷ（暗導電率σ４は約１０−’５ａｌｌ−’）
、■型アモルファスシリコン半導体層、Ｎ型アモルファ
スシリコン半導体層、（４４）、（４４’）、（４４”
）、（４４’”　）＋　（４４’　”’）を２０００人
厚のアルミニウム金属導体を使用した光電変換装置とし
て作製した。Ｐ型アモルファスシリコン半導体層、１型
アモルファスシリコン半ｉ体ｉ、Ｎ型アモルファスシリ
コン半導体層はすべて通常のプラズマＣＶＤ法により形
成し、各層の厚みは、太陽電池の出力が最大となる様に
調整した。また、各層の成膜時に金属シャドウマスクを
使用する事により（４１１）　、　（４１１’）、　（
４１１°’）、（４１１’”’）、　（４１１’　”“
）の光電変換部位の各々の面積を１　ｃｕｔとした。こ
の光電変換装置において第４図のＡ側から１００１　Ｘ
の蛍光灯光（昼光色）を照射し、（４１１）、　（４１
１”　”　）の間の特性を測定したところ開放電圧２．
７０Ｖ、曲線因子０．６８、短絡電流約１１μＡを得た
。

本発明は接続部位（４１２’）、　（４１２”　）、　
（４１２”“）、（４１２””）を改良することにより
、電極の一部のいずれかもしくは全体を無くする事によ
り光電変換装置の構造及び製造プロセスを従来のものよ
り簡素化する事により、上記のような不具合点を改善し
ようとするものであるや（発明の構成）かくして本発明によれば、絶縁性基板上に形成される複
数の光電変換素子の隣接する相互の接続に際し、接続部
位に上に述べた所の電極をまったく使用しないかもしく
は、この電極を接続部に相対する一方に使用することに
より従来の光電変換装置と同様の機能をもたせようとす
るものである。

本発明の特徴は製品のコスト高、歩留りの低下を招く電
極導体及びその製造プロセスを簡略化するかもしくは無
くす事にあり、この事により目的とする光電変換装置の
機能を損なうことはなく、又製品のコスト低減、歩留り
の向上を達成するものである。

本発明の具体的な方法については以下の実施例にて詳述
する。

以下に於いては、本発明を非単結晶薄膜太陽電池に応用
した例を示す。

〔実施例１〕第１図（ａ）は〔従来技術〕及び〔発明の構成〕で述べ
た所の導体電極を全く使用しない方法により構成された
光電変換装置であり、本発明の特徴が最も明確に現れた
ものである。

即ち、ここで示される光電変換装置は本図面中における
（１５“）、　（１５”　°）、　（１５″゛）で表さ
れる隣接する２つの光電変換装置の接触部には各々の光
電変換素子部から外部に延長された半導体層が使用され
ており、（１１２’）、　（１１２°”）　、　（１１
２”　’）、　（１１２＋１１１）で表わされる接続部
位には上記〔従来技術〕及び〔発明の構成〕で述べた所
の導体電極を全く使用していない。

ここで（１１）は厚さ０．７ｍｍのコーニング＃　７０
５９ガラ不、　（１２）、　（１２°）、（１２″°）
、　（１２−′）、　（１２°′°°）は暗導電率σｄ
が約ｌＳｃｍ−’のＰ型マイクロクリスタル・シリコン
（以下μｃ−５ｉと略記する）半導体層であり、厚さは
１ｏｏｏ人であり（１３）、（１３’）、（１３’″＞
、（１３””）、（１３”゛）はＩ型アモルファスシリ
コン（以下ａ−Ｓｉと略記する）半導体層であり厚さは
５０００人であり、又（１４）　、　（１４’　）、　
（１４’″）　、　（１４“”）、　（１／Ｉ’゛°′
）は暗導電体σｄが約１．５ｃｍ−’のＮ型μｃ−３ｉ
半導体層であり厚さ１．０００人に作製した。これらの
各半導体層はすべて通常のプラズマＣＶＤ法により形成
した。

これらの書く半導体を積層させたものは図のＡ側から見
るとＰ型半導体層、Ｉ型半導体層、Ｎ型半導体層の順で
積層されているがこれがＮ型半導体層、Ｉ型半導体層、
Ｐ型半導体層の順で積層されていても、またさらにこれ
らを何度か繰り返しても良い。

第１図（ｂ　）は（ａ）の光電変換装置を（１１）のガ
ラス上面、即ち半導体薄膜が形成されている側から見た
ものである。この方向から見た（１２）、、、（１２”
′″″）、（１３）、、、（１３”’″）、　（１４）
　、、、　（１，４°”゛）、の半導体薄膜の大きさは
本実施例ではすべて縦！ｃｏ＋Ｘ横１ｃｍであり、面積
を１．　ｃＩｉＩとした。これらは成膜時にマスクをか
ける事により形成した。

マスクの大きさは形成する半導体薄膜の面積に応じて決
定すればよい。また本実施例では半導体薄膜を形成する
際すべて同一のマスクを使用した。

即ち半導体薄膜（１２）、　（１２”）、（１２’・）
、　（１２“パ）。

（１２−＝）を形成した後（１３）、（１３’）、（１
３”）、　　（１３”’）、（１３”’″）の薄膜を形
成する時は、マスクを交換するなく　（１２）　、　（
１２・）、（１２−）、（１２＝＝＝）、（１２・・・
・）の膜を形成したと同一のマスクの−を基板に対して
必要量移動させた。同様にして同一のマスクの−を順次
必要な量だけ移動させて（１４）　、　（１４′）＋　
（１４”’）、（１４°”）、（１４”’”）を形成さ
せた。このような形成方法は半導体薄膜を複数積層させ
る場合に適用することができる。

このようにして順次必要な量だけ同一のマスクを移動さ
せることにより形成させるとマスクが一つで足り、多く
のマスクを準備する必要がない。

各半導体薄膜の形成は、形成する薄膜ごとに反応室を変
えて行った。その際反応室は基板を移送する方向に連続
に接続させても良くまた反応室が複数個同一の室を介し
て接続させた構造のものであっても良い。

マスクの移動は反応室内で行えるようにしても、また反
応室に隣接させてマスク移動機構をもたせた室を設けて
行っても良い。つまりマスクの移動を光電変換装置を作
成する工程の中に組み込んだ。

この素子に第１図（ａ）のＡ側から約１００ｆｆｘの蛍
光灯光（昼光色）を照射し、（１４）と（１４””）間
の特性を測定した所、開放電圧２．６３シ１曲線因子０
．６６１を得た。又短絡電流は約９μＡであった。これ
に際し素子の面積は４ｃｍ”として計算した。

この理由は（１２）　、　（１３）　、　（１４）で構
成される部分の光電変換素子（１１１）が、この構造上
光電変換装置の電流に寄与しない為であって、従来の電
極を持つ光電変換素子の特性値と比較する為に光電変換
素子部の合計の面積として加えなかったからである。

従って（１２）　、　（１３）　、　（１４）　、で構
成される部分の面積はさらに小さくすることも可能であ
る。又、光電変換に寄与する部分は（１２”）と（１４
’）、（１２＝’　）と（１４”　）、　（１２’″°
）と（１４′”）及び（１２”°）と（１４””）がそ
れぞれ重なり合う部分（１１１′）、　（１１１”　）
＋　（１１１°′”）、（１１１””）であり、光電変
換を行う部分の総計は実際には４ｃｄより小さい。

上記特性値かられかる様に、ここに示される光電変換装
置は〔従来技術〕で述べた様な光透過性導体電極や金属
導体電極を全く使用していないにも拘らず、十分に良好
な特性が得られていることが明らかである。

Ｃ実施例２〕本実施例においては第２図の如きステンレススチール基
板上に耐熱性ポリイミドを形成した絶縁性表面を存する
基板上に、いわゆる二層型タンデム・セルを形成した光
電変換装置を作製した。

この例に於いても実施例１の場合と全く同様に（２１２
°）、（２１２°”）、（２１２″″’）、（２１２°
”゛）で表される接続部位には上記〔従来技術〕で述べ
た所の導体電極を全く使用せずに光電変換素子から外部
に延長された半導体層の一部により接触部（２９”）、
（２９゜’）＋　（２９”　’）において隣接する２つ
の光電変換素子の相互接続がなされている。

即ち、（２１）は電解研摩された十分な平坦性を有する
ステンレス・スチール基板であり、（２２）は均一に形
成されたポリイミド絶縁膜である。

（２３）、　（２３’）、　（２３’”）、（２３””
）、　（２３””）は実施例Ｉで使用したＮ型μｃ−５
ｉ半導体層、（２４）　、　（２４’）、　（２４”）
、（２４°”）、（２４’”ンはＩ型アモルファスシリ
コンゲルマニウム半導体層であり、エネルギーバンドギ
ャップが１　、６ｅＶのものである。　（２５）、（２
５”）、（２５”）、（２５”’）、（２５””）は通
常のＰ型ａ−５ｉ半導体層、（２６）　、　（２６°）
、　（２６”　）、　（２６”　’）、　（２６”　’
”）は通常のＮ型ａ−５ｉ半導体層、（２７）、　（２
７’）、　（２７”　）＋　（２７”　’）、（２７”
”）は通常のＩ型ａ−３ｉ半導体層であり、（２８）　
、　（２８’）、　（２８″”）＋　（２８’”）、（
２８””）は実施例１で使用したＰ型μｃ−Ｓｉ半導体
層と同様のものである。

（２３）、　（２３’）、　（２３”　）＋　（２３”
’）、　（２３””’）　　（２８）、（２８′）、（
２８°’）、（２８’″’）、（２８“°゛）の半導体
層の厚みは、（実施例１）と同様に１０００人としその
他の半導体層の厚みは光電変換効率が最大となる様に調
整した。

又各半導体層の大きさは縦ＩＣＴＩＸ横ＩｃＩｍであり
すべて通常のプラズマＣＶＤ装置により形成した。

この素子に第２図のＡの方向から約１００１　Ｒｘの蛍
光灯光を照射しく２８）とく２８・・・・）間の特性を
測定した所、開放電圧４．４７シ、曲線因子０．６７を
得た。又短絡電流は約４μＡであった。又面積は実施例
１と同様の理由で４Ｃ−とした。

〔実施例３〕次に第３図で示される如き、光電変換素子を作製した。

これは（実施例１）で示した光電変換素子に類似した光
電変換素子上に（３５）　、　（３５’）、　（３５”
）、（３５’″’）、（３５”゛）で示されるアルミニ
ウム金属膜を形成したものである。この例に於いては（
３１２’）＋　（３１２”　）、　（３１２°”）、（
３１２”′）で表される接続部位には、その接触部（３
５’　）　、　（３５″’）、（３５’”’）、（３５
″”゛）に於いて相対する２つの部分の一方の一部には
アルミニウム金属導体電極を使用している。

しかしながら相対する２つの部分の他方には光電変換素
子の一部より延長された半導体の一部分により接触がな
されている。

即ち、（３１）は第１図の（１１）と同様のコーニング
＃　７０５９ガラス、　（３２）、　（３２’）、　（
３２”　）、　（３２″”）、　（３２’″゛°）は（
１２）、（１２′）、　（１２”　）＋　（１２°゛Ｌ
（１２””）　と同様のＰ型μｃ−Ｓｉ半導体層、（３
３）、（３３’）、（３３”）、（３３’”）、（３３
”’″）は（１３）、（１３’）、　（１３”）、　（
［３’″’）、（１３”’″）と同様のＩ型ａ−５ｉ半
導体層である。

但しく３４）　、　（３４″）、　（３４”）、　（３
４°°″）、（３４°゛°″）にはＮ型ａ−５ｔ半導体
層を使用・した。暗導電率σｄは約ｔｏ−’ｓ　Ｃ１−
’、厚さは４００人とした。この半導体層の上部に第３
図の如き（３５）で示される良導電体であるアルミニウ
ム膜を真空蒸着法により約２０００人形成した。

実施例１と同様第３図のＡの方向から約１００１ｘの蛍
光灯光（昼光色）を照射しく３５）と（３５””°）間
の特性を測定したところ、開放電圧２．８１．Ｖ、曲線
因子０．６８０を得た。

又短絡電流は約１０μ八であった。面積は実施例１と同
様の理由で４　ａａとした。実施例１で作製した光電変
換素子よりも短絡電流が大きいのは、主として（３５’
）、（３５°’）、（３５’″’）、（３５”’”）に
よるアルミニウム電極の光反射効果による短絡電流の増
加によるものである。

〔発明の効果〕

上記実施例１〜３で示された如（、本発明により光電変
換装置の特性をいささかも１員なうことなく〔従来技術
〕で例を示した様な透光性導体もしくは金属導体もしく
はそれらの組み合わせを隣接する光電変換素子の接続部
位に、その一部もしくは全体を使用しない構造を存する
光電変換素子に於いて、通常の光透過性導体もしくは金
属導体もしくはそれらの組み合わせを接続部位に使用す
る所の第４図で示した様な構造を有する光電変換素子と
比較しても、特性的に劣らず尚且つ構成要素が少なく構
造が簡単でコストがより安く歩留りがより大きい光電変
換装置を作製することができた。

【図面の簡単な説明】

第１１ｐ（ａ）は本発明による光電変換装置の断面図第１図（ｂ）は（ａ）の光電変換装置をＡの側から見た
図第２図及び第３図は本発明の光電変換装置の一実施例を
示す図第４図は従来の光電変換装置を示す図（１１）・・・ガラス（１２）　〜（１２°”’）・・−Ｐ型ｇ　ｃ−５ｉ半
導体層（１３）　〜（１３””）　・−＝　［型ａ−５
ｉ半導体層（１４）　〜（１４””）　−・＝Ｎ型ａ　
ｃ−５ｉ半導体層（１５’）〜（１５”°パ）・・・接
触部位（Ｉｌｌ’）〜（１１１””）・・・光電変換領
域（１１２°）〜（１１２””）・・・接続部位（２１
）・・・ステンレススチール基板（２２）・・・ポリイ
ミド絶縁膜（２３）　〜（２３””）　・・−Ｎ型μｃ−Ｓｉ半導
体層（２４）　〜（２４””）　−−−１型ａ−５ｉＧ
ｅ半導体層（２５）　〜（２５””）　・・−Ｐ型ａ−
Ｓ’半導体層（２６）　〜（２６””）　−−・Ｎ型ａ
−５ｉ半導体層（２７）　〜（２７””）　＝　−−１
型ａ−Ｓ’半導体層（２８）　〜（２８””）　−−・
Ｐ型μｃ−Ｓｉ半導体層（２９’）〜（２９””）・・
・接触部（２１１”）〜（２１１’“゛）・・・光電変
換部位（２１２″）〜（２１２”°”）・・・接続部位
（３１）・・・ガラス（３２）〜（３２゛゛）・（３３）〜（３３””）・（３４）〜（３４“パ）・（３５）〜（３５””）・（３８）〜（３８°“°１）・（３１１″）〜（３１１’″”）・（３１２°）〜（３１２″゛°）・（４１）・・・絶縁性基板（４２）〜（４２””）・・・光透過性導体もしくは金
属導体（４３）〜（４３゛″゛）・・・Ｐ型重量もしくはＮ型
半導体層の積層体（４５）〜（４５°°゛）・・・電極接触部（４１１’
）〜（４１１’″゛）・・・光電変換領域（４１２）〜
（４１２″゛°′）・・・接続部を形成する部位全図面
中のＡ、Ｂは光の入射方向もしくは説明の為の方向を示
す。

Claims

【特許請求の範囲】１、全体もしくは少なくともその最表面層が絶縁性であ
る基板と、その上に積層された、少なくともＰ型、Ｉ型
もしくはＮ型である非単結晶半導体の１つを有する、非
単結晶半導体積層からなる光電変換装置に於いて、上記
絶縁性基板上に形成された分割された複数の光電変換素
子の隣接する少なくとも２個以上の光電変換素子がそれ
ら各々に含まれるＰ型層もしくはＮ型層の少なくとも１
つにより、相互に接続されている様な光電変換装置。２、上記特許請求の範囲第１項において、上記絶縁性基
板上に形成された分割された複数の光電変換素子の各々
に含まれるＰ型層あるいはＮ型層の少なくとも一方の一
部分が光電変換部位より外部に延長され、隣接する光電
変換素子の相互の接続に使用され接続部位を構成し、発
生する光電流の一部もしくは全体がこの接続部位を介し
て流れる事を特徴とする光電変換装置。