JPH031577A - 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】 本発明は柔らかいまたは固い絶縁基板上に第１の電極と
、その上の光起電力を発生する水素またはハロゲン元素
が添加された非単結晶半導体と、その上の第２の電極と
を有する半導体装置において、一方の電極の一部または
全部を構成する透明電極と、この電極に密接した半導体
とが概略同一形状を有する光電変換装置に関する。

本発明は絶縁基板上に複数の光起電力を発生する半導体
装置を設け、その一方の透明電極をマスクとしてその下
側の半導体を選択的に除去する、または半導体をマスク
として透明電極を選択的に除去することにより透明電極
と半導体とをその一部の端部において概略同一形状に形
成する光電変換装置の作製方法に関する。

本発明は逆流防止用ダイオードを構成する半導体および
光起電力を発生する半導体の側周辺での逆方向リークを
少な（するため、側周辺を台形のテーパ状またはベベル
状にしたこと、およびかかる構造にするため半導体層の
プラズマエッチ工程において一方の電極を上下、左右、
前後に振動させながらエツチングをさせることを特徴と
している。

即ち、光電変換装置をより安価でありかつ高信転性のシ
ステムとして構成させるには、（１）第１および第２の
電極、 （２）光起電力を発生させる半導体層、（３）装置の機
械的な設置のための担体または基牟反、 （４）外部と電気的に連結するための端子、（５）端子
の基板への種々の機械的密着性、（６）２つの電極の一
方が光透過性であること、（７）第１、第２の電極およ
び半導体層が機械的な歪に対して保障されること、 （８）半導体層が高効率の光電変換効率を有すること、 が必要である。

加えて、光電変換装置として、 （９）半導体層の製造価格が安価であること、（１０）
半導体層を用いた変換装置が製作しやすく構造が単純で
あること、 （１１）半導体層に比べてこの付属設備が高価にならな
いこと、 （１２）変換装置の取扱が容易であること、（１３）長
期の信頼性が高いこと、 が重要である。

しかしこれまでの光電変換装置は光起電力を発生させる
半導体自体が高価であることもあって、その付属設備を
含めたシステムとしての思考がまったくなされていなか
った。

本発明はかかる種々の要件を満たすため、透明電極と薄
膜状の水素またはハロゲン元素が添加された非単結晶半
導体とを概略同一形状を有せしめ、その製造のしやすさ
、高効率化を追求したものである。

従来、例えば現在のＣＺ（チョクラルスキー）スライス
を用いた太陽電池を作製せんとするとｌ０ＫＷ／年であ
り、シリコン原料が８０００トン／年を仮定した時、１
阿あたり４１６０円かかってしまう。しかもその内訳は
光起電力を発生させるセル部にて７４％即ち３０７０円
のコストがあがる。さらにその他モジュール化する設備
等は１０９０円（２６％）がかかる。

しかしこの価格を４１６０円／讐よりその１　／１００
の４０円／−とするには多くの困難がある。例えばセル
部に用いられるウェハは機械強度を存する基板としての
正確を有している。そのためセル部を半導体で作らんと
した時、単にセル部に用いるシリコン等の半導体の厚さ
を１〜２μとすると必ず基板を必要とする。加えて基板
より外部引出しリードを接続する端子も直接半導体層に
接着できない。

このため単に半導体層を３０７０円／Ｗより１　／１０
０の３０円／−になし得たとしても、その結果逆にモジ
ュール化するのにこれまで以上の費用がかかってしまう
。

本発明はかかる欠点を除去するため、従来の太陽電池を
さらに大きな系で眺め、そこでの必要な要件を考察した
。その結果、従来、シリコンスライスを複数個集合する
損金さらに一部の太陽電池が破損しても、その太陽電池
がショートして逆流し電力を損失してしまうことを防ぐ
逆流防止ダイオード等が必要とされるが、本発明はかか
るシステムとしての損金を基板としてその上側に光起電
力を発生させる半導体層と同じ半導体層をもって逆流防
止ダイオードとし、加えてこの基板を半導体層の機械歪
を保障する基板とするに加えて、外部引出し端をも取り
つけ、またこの基板上に正、食用の少なくとも２本のパ
スラインを設け、このパスラインを利用して複数個がマ
トリックス化された半導体層をマトリックス化して系全
体を一本化したことを特徴としている。

さらに本発明はかかる低価格製造用にエツチングまたは
フォトエツチングまたは選択性印刷を用い、３〜４回の
マスク工程で完了するようにしたことも他の大きな特徴
としている。特に半導体層と第１または第２の電極の一
方の透明電極とを概略同一形状とすることにより製造工
程を簡略化し、また半導体層の側面にそって基板表面よ
り上方に離れて設けられた電極より基板に至るリードを
設けたこと等の特徴を有する。

以下に図面に従って本発明を説明する。

第１図は本発明の変換装置の縦断面図を用いてその作製
工程を示したものである。

図面において（Ａ）は絶縁基板（１）上に導電性電極（
２）を選択的に形成している。フォトエッチング工程を
用いるならば■枚目のフォトマスクを使用する。しかし
選択プラズマエッチ、または印刷法を用いて簡略化して
コストの低減を図ってもよい。

基板材料としてはメタクリル樹脂、エポキシ樹脂特にガ
ラス−エポキシ複合材料（通称ガラエポ）弗素樹脂、ポ
リカーボネイト、ガラス、アルミナその他のセラミック
、セトモノ等を固い基板として用いた。可曲性の柔らか
な基板としてはポリイミド、ポリエステル、シリコーン
樹脂等を用いた。

第１の導電性電極は基板に密着性の優れた材料を用いた
。例えばガラス基板上にクロムを形成し、さらにその上
面にアルミニュームを形成した２層膜としてもよい。

第１図（Ｂ）はこの上面に半導体Ｎ（３）および透明導
電性電極よりなる第２の電極用材料（４）をコーティン
グしたものである。

半導体層はＰＮ接合、ＰＩＮ接合、ＰＩＮＰＩＮ接合、
ＰＮＰＮ・・・ＰＮ接合、ＰＩ　Ｉ　Ｎ接合等の光照射
により光起電力が発生し得るごとくに作製した。

本実施例に用いた半導体層は多結晶またはアモルファス
のごとき非単結晶半導体であって、かつそのエネルギギ
ャップ（Ｅｇ）が太陽光または螢光灯光のごとき連続光
であり、かつこの連続光を効率よく光−電気変換を行わ
しめるためＷ−Ｎ構造とした。つまり光照射側のＥｇを
大きく、即ちＷ−Ｅｇ　（ＷＩＤＥ　Ｅｇ　）の２〜３
ｅｖに、また反対側のＥｇを小さく、即ちＮ−Ｅｇ　（
ＮＡＬＬＯＷ　Ｅｇ　）の０．７〜１．５ｅＶにした。

半導体材料としては、珪素を主成分とし、その中にＣ＋
　Ｎ、　０．　Ｇｅ＋　Ｓｎ、　ｐｂ、　Ｉｎ＋　Ｓｂ
＋　Ｔｅを必要に応じて添加した。また、半導体層は減
圧ＣＶＤ法またはグロー放電法を主として用いた。それ
らについては、本発明人の発明になる特許出願、特願昭
５３−０８６８６７１０８６８６８、特願昭５４−０３
２０７０１０３２０７１、特願昭４９−０７１７３８に
記載されている。

この後第１図（Ｃ）に示すごとく、第２回百のエツチン
グ工程■により不要部の半導体層（１２）および透明導
電性電極（１１）を同じマスクを用いて除去した。この
エツチングにより、透明電極のパターン（１１）　（１
１’）と概略同一形状に半導体層（１２）　（１２’）
をエツチングさせた。即ち透明電極をマスクとして半導
体層をエツチングした。さらにこの半導体層は台形を有
しており、その側周辺はテーパエッチをしである。実際
には弗素系のプラズマエラチアマントを用いた。即ち平
行平板型の電極を有するプラズマエッチ装置において、
金属マスクを透明電極、半導体層を残す部分（１１）（
１１’）（１２）　（１２’）上に設置せしめ、その除
去される部分でのみ選択的にプラズマ放電をさせた。そ
の際、基板下に共通の一電極と基板上に基板透明電極よ
り若干離間して十の対抗電極間にプラズマ放電させたも
のである。かくするとフォトレジスト等を用いる必要も
なく、また透明電極、半導体層を特性的に何等機械的に
傷つけないという特徴を有する。この選択プラズマエッ
チの際、十の対抗電極を上下または左右前後に周期的に
１ｆｆｌｌｌｌ〜１ｃｍの巾で１〜１０ｃ／ｓにて振動
・移動させると、放電のエツジ部がぼけて、その結果半
導体層の側周辺をテーパ状に台形にすることができ、加
えてこのテーパの角度はエッチ速度と同じにすると基板
に対し約４５°の２倍にすると約３０°にまでベベル状
にすることができた。

その結果、第１の電極よりこの半導体層の側周辺にそっ
て基板のパスラインへのリードの形成が断絶の可能性も
なくきわめて信頬性を高くすることができた。さらに逆
流防止用ダイオードにあっては、その逆耐圧を高め実質
的にＰＩＮ接合界面での空乏層をひろめることができた
。

第１図において、第１のパスライン（５）　＋　光Ｎ変
換装置（６）、直列に接続された他の光電変換装置（７
）、逆流防止用ダイオード（８）、第２のパスライン（
９）を有せしめた。光電変換装置は２ケを直列にして出
力の電圧を２倍に高めである。

第１図（Ｄ）は（Ｃ）の上側に第２の電極の一部となる
導体を選択的に形成させて完成したものである。図面に
おいては光（１０）は基板（１）の上方より入射させた
。基板に密接して設けられた第１のパスライン（１６）
と光電変換装置（６）の第１の電極（１３）とがリード
（１７）により連結されている。また第２の電極である
対抗電極（光が照射する面倒の電極をいう）は透明電極
（１１）と格子ラインパターン、クロスハツチパターン
、魚骨パターン等の他の補助電極（３０）と重ねてその
直列抵抗の低減化を図っている。この連結用の補助電極
（３０）は光が照射される全有効面積の２０％以下望ま
しくは５％程度に設けた。この補助電極（３０）は半導
体層（１２）の側周辺のテーパ面にそって基板上に至り
他の変換装置（７）の第１の電極に直列接続されている
。この光電変換装置（７）の対抗電極（１１°）も透明
電極（１１）と補助電極（２２）よりなっている。

さらにこの透明電極（１１”）および補助電極は重なっ
て逆流防止用ダイオード（８）の一方の電極を構成して
いる。このダイオードの半導体層（１２’）は変換装置
（７）の半導体層と同一材料で構成させている。このこ
とは第１図（Ｂ）での製造工程より明らかであり、同一
の半導体層（３）を選択エッチして得られたものである
。即ち同一絶縁基板上に変換装置が破損等でショートし
た時、系全体を機能不能に陥ることより防止する逆流防
止ダイオード（８）が光電変換装置（６）（７）と同時
に同一平面上に設けられており、このダイオードの作製
に何等の新しい工程を必要としないことが本発明の特徴
である。またこのダイオードの他方の電極（１３”）は
第２のパスライン（９）を構成する下地金属（１５）と
電極（１日）とに連結している。

この図面には２ケの変換装置を直列に連結した例を示し
たが、同一基板に複数個を作りそれらを直列または並列
にすることは本発明の特徴をさらに生かしている。また
本発明は半導体層を挟む位置的に高さが異なる２つの電
極を新たな工程をまったく導入することなしに同一平面
構成とし連結した。このことは工業上きわめて単純かつ
低価格装置の作製に重要である。

第２図は本発明の他の実施例である。光は基板側を通っ
て下側より半導体層に照射させている。

第２図（Ａ）において基板（１）上に第１の電極の一部
であってかつ対抗電極の一部を構成する電極（３７）（
３７’）　（３７”）を選択的に第１のマスク■を用い
て形成させた。さらにその上面を透明電極（４）、半導
体層（３）が第１図に示した実施例と同様にして形成さ
れて第２図（Ｂ）を得た。第２図（Ｃ）において、その
上面に第２の電極（３４）。

（３４’）　（３４”）を第２のマスク■を用いて形成
した後、この第２の電極をマスクとして半導体層（３）
を選択的にエッチし、さらに透明電極（４）をエッチし
た。そのためこの実施例においても半導体層と透明電極
は概略同一形状を有するセルファライン構成をさせるこ
とができた。第１図と同様に半導体Ｎ（３）の側周辺を
テーバ状にして、配線の断線を除去した。

第２図（Ｄ）は本発明装置の完成図である。第１のパス
ライン（５）第２のパスライン（９）は透光性絶縁基板
（１）上に設けられ、光電変換装置（６）および（７）
は基板を通しての光照射に対して光起電力を発生する。

逆流防止ダイオードは（８）に設けられている。半導体
の（１２）　（１２’）の側周辺は絶縁物（３５）　（
３５”）で囲まれており、この絶縁物上をリード（３６
）　（３６”）があって光電変換装置間を電気的に連結
している。対抗電極は透明電極（１１）　（１１’）と
格子ラインパターン、クロスラインパターン等の補助電
極（３７）（３７’）　（３７”）（３７）とにより構
成させた。この場合、基板材料は光透過性材料代表的に
はガラスまたは透明有機樹脂を用いた。

以下に本発明の実施例をさらに具体的な数字に基づき示
す。

具体例１ 第１図に示した光電変換装置の縦断面図を示す。

基板としてガラス（厚み１．４　ｍｍ）を用いた。さら
にその上面に第１の電極用にクロムを電子ビム蒸着法に
より２０００人の厚さに形成した。クロムエッチ溶液に
てエツチングを施した。

この後この上面にＰＩＮ接合を有する非単結晶半導体を
積層した。即ちＮ型非単結晶半導体（ｐＨ３／　５ｉ１
１４＝０．０１、厚さ２００人、Ｅｇ　１．７ｅＶ）、
　Ｉ型非単結晶半導体（Ｓｉ８４１００％、厚さ０．５
μ、Ｅｇ　１．８ｅＶ）Ｐ型の炭素が添加された珪素（
Ｃ！Ｉ４：　５ｔＨｎ＝　１　：　ＩＢｚ１１６／５ｉ
ｌ１４＝０．００３　、厚さ１００人、Ｅｇ　２．１ｅ
Ｖ）である。これらをグロー放電法（周波数１３．５６
ＭＨｚ。

出力１０Ｗ、圧力０．１ｔｏｒｒ、被膜成長速度２．１
人／秒。

基板温度２１０°Ｃ）として形成した。さらに透明導電
膜を酸化スズを電子ビーム蒸着法によりその厚さ７００
人として形成した。プラズマエツチングは透明電極は使
用ガスＣＦ、、周波数１３．５６Ｍ１ｌｚ、エツチング
温度室温の条件で行った。また半導体は使用ガスＣＦ４
＋０２　（５％）周波数１３．５６ＭＨｚ、　エツチン
グ温度室温の条件で行った。

さらに第１図（Ｂ）の補助電極（３０）　（２２）はア
ルミニューム真空蒸着法によりステンレスマスクを用い
て作製した。

得られた特性は以下の如くである。

開放電圧　　　０．７Ｖ（２段直列） 短絡電流　　　２３μＡ 曲線因子　　　０．５ 照射光　　　　白色螢光灯３００　ｌｘセル面積　　　
１０ｍｍ　Ｘ　１５ｍｍ逆流防止ダイオードの面積　　
５　ｍｍ　Ｘ　１５ｍｍ以上の説明において、透明電極
はＳｎＯ□にインジュームまたはアンチモン、テルルを
ドープして作製した。しかし対抗電極側の電極はショッ
トキ電極であっても、またショットキダイオードを構成
するための２０〜５０人のきわめて薄い膜厚の絶縁膜で
あってもよい。

このショットキ電極においては、透明電極の代わりに白
金等の仕事函数の大きな金属を光の透過する程度に薄＜
２５〜１００人の厚さに形成させた。

またＭＩＳ型の光電変換装置においては、２０〜５０人
のトンネル電流の流れ得る程度に薄い絶縁膜を（１１）
に対応して設け、その上に格子状またはその他の金属電
極を例えば第１図（Ｄ）のごとく対抗補助電極（２２）
として設ければよいことはいうまでもない。

本発明の実施例において、少な（とも２つのパスライン
は絶縁基板上の一方の表面にのみ設置させて設けた。し
かしひとつのパスラインまたは２つのパスラインの一部
は絶縁基板をスルーホールとし、その反対面または裏面
を用いて形成してもよいことはいうまでもない。しかし
その時は価格が高くなる欠点を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光照射が基板の上方からなされた光電
変換装置の縦断面図を示し、かつその作製工程を示した
ものである。 第２図は本発明の光照射が基板を通して下側からなされ
る光電変換装置の縦断面図を示し、かつその作製工程を
示したものである。 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、絶縁基板上に設けられた第１の電極と該電極上の光
   起電力を発生させる水素またはハロゲン元素が添加され
   た非単結晶半導体層と該半導体上の第２の電極とを有す
   る光電変換装置とを複数個直列または並列に連接して設
   けた半導体装置において、前記半導体層の光照射がなさ
   れる側の面には透明電極が前記第１または第２の電極の
   一部または全部を構成し、かつそれぞれの光電変換装置
   における前記半導体層と前記第１または第２の電極とを
   概略同一形状の端部を有して前記基板上に設けられたこ
   とを特徴とする光電変換装置。