JPH0377672B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、薄膜（thin film）太陽電池におけ
る短絡欠陥（shorting defect）の位置を検出し、
この欠陥を除去する方法及び装置に関する。

従来技術及びその課題 太陽電池（photovolataic cells）、即ち、自然
光又は人工光によつて電力を生成する光起電力装
置（photovolataic devices）は、一般に、第１
半導体層が設けられる支持体として作用する不透
明（opaque）電極を含む。第２半導体層と第１
半導体層との間に電気的接合部が形成される。第
２電極が第２半導体層上に設けられる。これらの
層を形成する多様な方法、材料等の多数の変形が
知られており、当業界で実施されている。たとえ
ば１つのこのような実施は、硫化カドミウム及び
硫化銅半導体層を用いる。他の半導体材料には、
リン化ケイ素及びリン化亜鉛がある。更に、この
ような太陽電池は、たとえば硫化カドミウム又は
硫化亜鉛カドミウム上の銅インジウムを使用する
ことによつて形成される。

このような太陽電池は、所望の耐久性及び歩留
を有するように、半導体層は、短絡を引き起こす
欠陥をなくすべきである。たとえば、米国特許第
4215286号明細書はこのような太陽電池において
生じ得る電気的短絡を説明している。この米国特
許は、非隣接層（non−adjacent layers）間の望
ましくない接続を防止するブロツキング層を設け
ることによつて、この短絡を回避しようとしてい
る。

上記米国特許に記載した以外の方法でこの電気
的短絡を回避することも望まれる。

本発明の目的は、薄膜半導体層における短絡欠
陥の位置を検出し、製造された太陽電池の耐久性
及び歩留を増加するように、このような欠陥を除
く方法及び装置を提供することである。

本発明に従えば、層は短絡欠陥を正確につきと
める（locate）ような方法で走査される。欠陥を
そのようにつきとめることによつて、欠陥自体を
除去して、たとえばブロツキング層として機能す
る特定の追加の材料を設ける必要性をなくす。分
流欠陥（shunting defects）をつきとめて除去す
ることは、第２電極を設ける前に行なわれる。

本発明の好ましい態様に従えば、欠陥の位置を
表示するスクリーンと関連して、半導体層を走査
するレーザー装置が使用される。スクリーン上の
表示は、欠陥の正確な位置を示し、従つてそれが
除去されるように、XY座標系に従つて走査され
た半導体層の状態に対応する。欠陥を除去する方
法としては、電導性ワイヤを使用することも考え
られる。しかしながら、本発明の好ましい実施例
においては、欠陥の位置を発見するために使用さ
れる同じレーザー装置が、欠陥を除去するために
も使用される。このレーザー装置は、低パワーモ
ードで動作するとき欠陥を検出し、高パワーモー
ドで動作するとき欠陥を除去する。

レーザー装置の使用は、複数のステーシヨンが
薄膜太陽電池の連続的製造のため順次に配列され
ているシステムを形成するのに適している。

本発明は、本質的に短絡及び分流のない薄膜太
陽電池を指向する。大面積の太陽電池は、実用的
な電力の発生に有用であり、低コストで製造しな
ければならない。短絡及び分流（shunts）は歩留
を減じ、コストを上昇させる。更に、たとえば、
半導体層の１つとして硫化銅を有する太陽電池に
おける分流は、分流抵抗の大きさが初期試験にお
いて充分大きい場合でも実際に配備すると効率が
大きく低下する。このような分流は、ピンホー
ル、クラツク、不純物等の薄膜太陽電池の半導体
層における種々の欠陥の結果である。本発明は、
高効率、高歩留及び高信頼性を有する薄膜太陽電
池を製造するための手段を与えるように薄膜半導
体層における分流欠陥の位置の検出及びこのよう
な検出によるこのような分流欠陥の除去を意図す
る。

本発明の好ましい実施においては、レーザー走
査手段が使用される。レーザー走査手段は、薄膜
太陽電池と関連して従来は使用された。しかしな
がら、このような先行技術は、製造プロセスの期
間中未完成の電池を走査するために使用されたの
ではない。このような先行技術の使用は、更に完
成された太陽電池に制限されているので、金属化
接点、グリツドライン又は他のタイプの透明電極
（transparent contacts）により覆われている分
流欠陥は、電池を損傷することなくして、検出し
且つ除去することはできない。

本発明は、走査装置、特に上記のとおりのレー
ザー走査手段の使用をその実施例として包含する
が、このようなレーザー装置に関しては、薄膜太
陽電池に関連して使用することは、新規であるも
のではない。たとえば、ソーヤー（Sawyer）及
びバーニング（Berning）によるNBS Special
Publication400−24（1977、２月）は半導体装置
のためのレーザー走査手段を説明している。レー
ザー走査手段は、更に次のとおりの文献に説明さ
れている。

IEEE Transactions on Electorn Devices，
Vol.ED−27，No.4、April1980，pp.864−872、 Solid State Electronics Vol.23，pp.565−
576、1979、 Proc.SPIE 24th Annual Int'1.Technical
Symposium Vol.248，pp.142−147、1980、 Photovoltaic Specialists Conference.pp.1021
−1024、1981、 U.S.P.4205265、 Quarterly reports to SERI under
Subcontract No.XJ−９−8254 prepared by Carlson et al and dated January，April
and December1979、 N.C.Wyeth，“Optical Spot Scanning of
Cu₂S−CdS Cells”，International Workshop
on Cadmium Sulfide Solar Cells and Other
Abrupt Heterojunctions，April30−May2、
1975、University of Delaware，pp.575−583、 Proceeding of SERI Subcontractors
Review Meeting Washington，D.C.，
September3−５、1980、 Aspects of Cu_xＳ−CdS Solar Cells”，
April30−May2、1975、 University of Delaware，pp.268−269、
Mostek（Div.of UTC），Electronic Pesign，
September30，1981、pp.104−105、 NBS report NBSIR 81−2260to SERI dated
May 1981、及び U.S.P.4197141 本発明は、このようなレーザー装置を分流欠陥
の正確な位置を検出し、次いでこのような欠陥を
除去するために使用することを好ましい特徴とし
ている。本発明の一実施例において、レーザー装
置を使用する。しかしながら、当技術水準からみ
て、レーザー装置の更に詳細な説明は必要ではな
い。

一般に、完全な薄膜太陽電池には、グリツド形
態であるか、連続層である透明電極を含む。本発
明の一実施例においては、１つの半導体層に仮設
電極（temporary contacts）を設け、そして他
の半導体層のオーミツク性（Ohmic）電極に接
続することによつて電気的回路を完成することに
より、レーザー装置と関連して実施される。デイ
スプレースクリーンは、欠陥のない場合には直線
によりこれを示し、分流欠陥がある場合には直線
に不規則性を生じ、それによりその欠陥の正確な
位置を明確に示す。

実施例 第１図は、本発明に従つて分流欠陥の位置を発
見するように走査されそして分流欠陥が除去され
る対象となる太陽電池を構成する典型的な薄膜半
導体層を示している。第１図に示した如く、層構
造１０は、オーミツク性電極を備えた支持体１２
を含む。

第１半導体層１４は、オーミツク性電極が設け
られた支持体１２と接触して形成される。支持体
１２が、高濃度にドーピングされた半導体上の金
属箔又はグラフアイトシートの如き導体であるな
らば、支持体１２の露出した側の部分が、電気的
回路に接続するために使用される。支持体１２の
本体が、絶縁体たとえばガラスセラミツク、重合
体フイルム、マイカ等である場合には、従来技術
に従つて支持体１２にオーミツク性電極を介して
第１半導体層１４への電気的接続を与える部材を
設ける。

第２半導体層１６が、第１半導体層１４上に形
成される。第２半導体層１６は、第１半導体層１
４とは反対にドーピングされた領域で形成するこ
とができる。いずれにせよ、整流接合部１８が、
第１半導体層１４と第２半導体層１６との間に形
成される。第２半導体層１６のための導電部分は
仮設電極２０によつて提供される。

本発明にかかわる特定の半導体層及びこれを利
用した太陽電池のタイプは下記のとおりである。

Cu₂S／CdSタイプ これは、支持体１２が亜鉛メツキされた銅フオ
イル又は酸化錫被覆ガラスであり、第１半導体層
１４がCdSであり、更に特定的には、Zn_xCd_1-xＳ
であり、ここで、０≦ｘ＜0.3であり、第２半導
体層１６がCu₂Sである。

CuInSe／Cdsタイプ これは、支持体１２が金属化セラミツクであ
り、第１半導体層１４がCuInSeであり、第２半
導体層１６がCdS又はZn_xCd_1-xＳである。

ａ−Siタイプ これは、支持体１２が酸化錫、インジウム−錫
−酸化物又は金属フイルム又はサーメツト層の如
き伝導性酸化物が付着せしめられたガラスであ
り、第１半導体層１４が、ｎ形アモルフアスシリ
コン及びその上に形成されたアモルスアスシリコ
ンのドープされていないｉ層の複合体であり、第
２半導体層１６がｐ形アモルフアスシリコン、炭
化シリコン又はｐ形微結晶シリコンである。

ポリシリコンタイプ これは、支持体１２がグラフアイト又は金属フ
オイルであり、第１半導体層１４及び第２半導体
層１６が反対にドーピングされた多結晶シリコン
の層である。

薄膜太陽電池の耐久性及び歩留に不利に影響す
る問題の１つは、小さな欠陥が半導体層の１つに
おいて生じ、それによつて望ましくない電気的接
続が、相互に絶縁されるべき構成部品間に生じる
ことである。たとえば、内側半導体層である第１
半導体層１４における欠陥が、電導性支持体１２
と頂部半導体層である第２半導体層１６との間に
電気的接続を生ぜしめることがあり、これは局部
化短絡を引き起こす。同様に頂部半導体層である
第２半導体層１６における欠陥は、第１半導体層
１４と第２半導体層１６上に設けられる第２電極
との間の電気的接続を生ぜしめることがある。

硫化銅を有する太陽電池の場合、硫化銅と支持
体間との低電気抵抗部分が、銅の電気的移動
（electrpmigration）、中でも銅の小塊（nodule）
又はウイスカー（whisker）への硫化銅の最終的
電気化学的分解（ultimate electrochemical
decomposition）を引き起こす。この硫化銅の電
気化学的分解は、硫化銅を有する太陽電池装置の
広範な使用を制限する主フアクターの１つと考え
られる。本発明に従う分流欠陥の除去は、耐久性
及び信頼性を増し、光起電力発電システム
（photovoltaic power generation systems）に
使用することができなかつたCu₂Sを有する太陽
電池の使用を可能にする。

本発明は、このような欠陥の位置を検出し、次
いでその欠陥を除去し、それによつて太陽電池の
耐久性及び歩留を増加する。

第２図は、このような欠陥を走査し見付け出す
ためのレーザービームの使用を略図で示す。第２
図に示した通り、焦点に集められたレーザービー
ム２５は第１半導体層１６上に照射される。太陽
電池は、第２の恒久的オーミツク性電極が完全な
太陽電池を形成するように第２半導体層１６上に
設けられる前に、走査される。電気的接続部２６
及び２８は、それぞれ支持体１２及び仮設電極２
０のために設けられる。電気的接続部２６及び２
８は、半導体層間のバイアス電圧をかけるための
手段を有する信号調節重畳装置３０に接続され
る。バイアス電圧の極性は整流接合部１８（第１
図参照）を逆バイアス状態にするように選ばれ
る。逆バイアスは、一般に、第２半導体層１６が
ｐ形半導体層であり、第１半導体層１４がｎ形半
導体層であるとき、第２半導体層１６が第１半導
体層１４に対して負である電圧にあることを意味
し、層１６及び１４の伝導性タイプが、それぞ
れ、ｎ形及びｐ形である場合には、第２半導体層
１６は第１半導体層１４に対して正である電圧に
あることを意味する。逆バイアス特徴は本発明の
実施にとつて極めて重要である。本発明に従つて
使用されるべき正確な逆バイアス電圧は、第１半
導体層１４及び第２半導体層１６の半導体材料の
特性、第２半導体層１６のシート抵抗及び仮設電
極２０の位置、接合部１８の特性等に依存する。
層構造１０が、亜鉛メツキされた銅フオイルであ
る支持体１２とZn_xCd_1-xＳである第１半導体層
１４と、Cu₂Sである第２半導体層１６とを含み、
仮設電極２０が１cm間隔を置いて固着されている
場合には、0.2ボルト乃至0.8ボルトの逆バイアス
が満足すべきものであることが見出され、0.5ボ
ルトは最も満足すべきものであることが見出され
た。他の半導体材料及び仮設電極に対する満足す
べき逆バイアスは、これらの開示内容から明らか
であろう。信号調節（signal conditioning）重
畳（mixing）装置３０は、レーザービーム２５
の作用により太陽電池に発生した電流を検出する
ための手段も有している。この電流は、一般に光
起電力効果により光で生成された電流、即ち光電
流（light generated current）と呼ばれる。レ
ーザービーム２５は、レーザー装置２２及びビー
ム走査及び焦点集中光学装置２４により生成され
る。ビーム走査及び焦点集中光学装置２４は、レ
ーザービームを正確に位置づけ、そしてビーム
を、実際には30μm直径スポツトで満足すべきも
のであるが、直径２ミクロンという小さなスポツ
トに焦点集中する。レーザー装置２２の選択は、
放射される放射線の波長により支配される。波長
は太陽電池の光吸収−キヤリア発生器として機能
する半導体層のバンドギヤツプより大きいエネル
ギーに対応しなければならない。太陽光線を電気
に転換することを意図する太陽電池は、好ましく
は1.8eVより小さいバンドギヤツプを有する少な
くとも１つの半導体構成部品を有するので、一般
に、約20eVの光子エネルギーに相当する633ナノ
メータ光線を放射するヘリウムーネオンレーザー
装置が好適である。本発明は、より短い波長放射
で動作するように設計された光起電力装置への応
用も有する。これらの場合に、レーザー装置２２
はそれに応じて選ばれなければならない。

第２半導体層１６の表面上のレーザービーム２
５の正確な位置は、光学装置２４の、ビーム走査
構成部品に作用するＸ及びＹ走査駆動装置３４に
より決定される。第２半導体層１６の表面上のビ
ーム２５のＸ及びＹ座標位置に対応する電気信号
が、電気的接続部２６及び２８を通つて流れる光
電流に対応する信号と電気的に重畳される。かく
して、レーザービーム２５の移動に従つて、特定
のＸ及びＹ座標位置における光電流が記録され、
そしてスクリーン３２に表示することができる。
座標Ｘ及びＹに対応する光電流は陰極線スクリー
ン上に表示されて、半導体層に発生される電流の
像を示す。デイスプレー像を生成する電気的信号
は、デイジタル化され、記憶することもできる。
記憶された情報は、デイスプレー像を再構成する
ように呼び出すことができ、又は適当に接続され
たマイクロプロセツサに供給され、太陽電池、構
成部品及びシステムの製造及び組立てにおいて自
動的に直接にその後の処理動作に使用することが
できる。

第２図に関して述べられたレーザー装置２２、
光学装置２４、信号調節重畳装置３０、スクリー
ン３２及び駆動装置３４の具体的構成部品は上記
のとおりの先行技術文献に十分に記載されてい
る。

第３図は、レーザービーム２５が、Ｘ方向に第
２半導体層１６を横切つて進む間にスクリーン３
２上に表示される典型的ラインパターンを示して
いる。第３図に示したラインパターン支持体１２
が亜鉛メツキされた銅フオイルであるタイプの構
造に対して得られた。第１半導体層１４は、CdS
の多結晶フイルムであり、第２半導体層１６は
Cu₂Sであり、仮設電極２０は、層構造１０のへ
リ（borders）に１cm間隔を置いて固着された
Zebra Stripe Incから入手し得るグラフアイト含
浸エラストマーバー（bars）であつた。電気的接
続部２６及び２８を介して加えられた逆バイアス
は0.5ボルトであつた。半導体層における分流欠
陥がない場合には、得られるパターンは、第３図
における点Ａ及び点Ｂ間に示された如き略直線状
の線である。しかしながら、欠陥が存在する場合
には、層構造１０の支持体１２及び第２半導体層
１６間に電気的接続が形成されて、点Ｃにより示
された顕著な低下、即ち、不規則性を生じる。か
くして不規則性は分流欠陥の位置を正確に示す。
レーザービーム２５は欠陥を通過して第２半導体
層１６を横切つて動き続けるにつれて、点Ｄ及び
Ｅに示した如く直線状のパターンを再び形成す
る。分流欠陥点Ｃは、ラインの曲率によつて識別
される。もし、対照的に第２半導体層１６にホー
ルが存在していて、その点において電流が発生し
ない場合には、図示しないが、ホールは、ホール
の寸法にほぼ等しい巾を有する鋭い下向きのスパ
イク、即ち下向きの略矩形波形として現われる。
本発明に従つて分流欠陥を区別しそして正確に位
置づける能力は逆バイアス電圧の値に依存する。
本発明に従つて使用することができる適切な逆バ
イアス電圧の値の目安は、欠陥がないときの走査
ライン（即ち第３図のAB間及びDE間）が、完
全に水平であることである。

レーザービームの波長は、短絡の位置をつきと
めるように太陽電池における応答を発生する適当
な波長を使用する。このような短絡の位置を見出
すと、半導体層を化学的に処理したり、完成した
太陽電池に使用され得る半導体材料の大きな面積
を除去することなく、欠陥を除去することが可能
である。本発明の１つの実施例においては、欠陥
は、欠陥の位置に伝導性ワイヤを配置し、欠陥の
位置にワイヤを通して電流を流すことによつて焼
き取られる（burned out）。太陽電池の逆バイア
スは本装置の正規区域における電導性を最小に
し、かくしてワイヤからの電流が欠陥を通つての
み確実に流れることになる。ワイヤを通る電流が
増加すると、欠陥を通る高電流密度は欠陥を焼き
とるのに十分な熱を局部的に発生する。デイスプ
レースクリーンの表示状態を維持しながら、電流
が印加される場合には、欠陥の除去はデイスプレ
ースクリーン３２上に生じるパターンの変化によ
つて明らかとなる。Cu₂S／CdS／Zn／Cuフオイ
ルタイプ及び上記のとおりに装置に関して実施さ
れる実施例においては、金のワイヤが本発明に従
つて位置づけられた分流欠陥においてCu₂Sに触
れるように位置づけられた。ワイヤはDC電源に
接続された。ワイヤに印加された電圧がフオイル
支持体に関して約−1.5ボルトに増加された後、
分流欠陥が除去されると、無視できるほぼの小さ
な面積、約0.01cm²を残して完全に不活性であるこ
とが判明した。より注意深く処理すると、影響さ
れた区域は１／1000に減じ得ることが予想され
る。

位置決めワイヤは欠陥を熱的に焼きとるのに使
用することができるけれども、本発明の好ましい
実施例においては、欠陥を走査しそして位置を見
出すため及び欠陥を除去するために同一のレーザ
ー装置を使用する。たとえば、走査ステツプ期間
中、レーザー装置は約１−10ミリワツトの低いパ
ワーモードで動作する。欠陥の位置を見つける
と、レーザー装置は、分流欠陥を正確に除去する
１−10ワツトの大きさの高いパワーモードに変え
られる。

第４図は、下記のとおりの太陽電池の製造プロ
セスにおける移動状態におかれた太陽電池のセグ
メントを示す。この態様において、逆バイアス電
圧を印加する仮設電極２０は固定されており、第
１及び第２半導体層１４及び１６並びに支持体１
２が、仮設電極２０に対して動き、レーザービー
ムは半導体層及び支持体の運動に垂直な方向に走
査される。第２図に示した装置においては、レー
ザービームは、Ｘ方向及びＹ方向に移動せしめら
れるが、第４図に示した装置においては、上記の
とおりに第１及び第２半導体層１４及び１６並び
に支持体１２が例えばＸ方向に移動せしめられる
ので、レーザービームはＹ方向のみ移動する。

第４図に示した如く、１つの電気的接続部２６
が支持体１２に接触して設けられる。仮設電極２
０の対が第２半導体層１６上に設けられる。ｐ−
ｎ接合部１８が上記のとおりに逆バイアスされ
る。もし、第１半導体層１４に欠陥が存在するな
らば走査期間中短絡が起こり、これは太陽電池か
らの電流の減少により示される。このような短絡
は谷部Ｃとしてスクリーン上に現われる。欠陥を
検出すると、レーザー装置の出力は、欠陥を除去
するためにその位置において増加する。欠陥がス
クリーン３２から消えると、太陽電池の次の走査
が続く。デイスプレースクリーンを観察すること
による分流欠陥の視覚による検出、及び視覚によ
る除去の確認は、自動化された製造に対しては好
ましくない。上記のとおりに、本発明に従う欠陥
の位置の発見及び検出は、コンピユータ又はマイ
クロプロセツサによつて好適に処理することがで
きるようにデイジタル情報の形態で行なうことが
できる。このようなコンピユーター化されたシス
テムは、欠陥を認識し、欠陥を除去するように高
出力レーザービームを当てるようにプログラムす
ることができる。かくして、第１のレーザービー
ムが、分流欠陥を発見し、そして識別する低出力
モードの識別用（interrogating）レーザービー
ムであり、第２のレーザービームが、このような
欠陥を除去するための高出力レーザービームであ
るところの、２つのレーザービームを使用するこ
とも本発明の範囲内にある。

本発明は、その好ましい形態においては、それ
が単一ステツプでの分流欠陥の検出及び除去の両
方を行なうという点で特に有利である。更に、そ
れにより本発明は後記する如く連続的な薄膜太陽
電池製造プロセスにおける用途に適している。そ
の点において、電気的接続部２８は、その端部に
伝導性ローラ又は摺動接触子を有する。接触ロー
ラ又は摺動接触子の材料は、こする際に半導体材
料を損傷しないように選ぶべきである。好ましく
は接触ローラは、伝導性粒子で含浸された伝導性
エラストマー又は重合体被覆からつくられ又はそ
れで被覆される。いずれにせよ、摺動子接触又は
ローラの材料は摩擦、こすり、クラツキング等に
よる半導体層を損傷しないように選ばれるべきで
ある。このような電気的接続部の端部は、前記層
構造が固定され、そしてこの端部が動く場合にも
好適である。本発明に使用される如きレーザー装
置は、光起電力材料の電気的出力をモニタしそし
て欠陥が検出されるときレーザー装置の出力を自
動的に増加するコンピユータ装置で自動化するこ
とができる。

第５図は、本発明の一部をなすことができる連
続的な薄膜太陽電池製造方法を行なう装置を示
す。この装置の動作の概要は、例えば米国特許第
4318938号明細書に開示されたとおりである。概
して、この方法は、支持体形成作動を含み、形成
された支持体材料のウエブは第１半導体層を設け
るための第１半導体層適用ステーシヨンへと進
む。この複合物は次いで第２半導体層を設けるた
めの第２半導体層適用ステーシヨンへと進み、そ
して必要に応じて、接合部が形成される工程へと
進む。この点で上記装置は、第４図に示された光
起電力構造に対応し、本発明の走査及び欠陥除去
ステツプは半導体層を走査しそして分流欠陥を除
去するように第５図のラインＡ−Ａにおいて行な
うことができる。第５図の位置Ａ−Ａにおける本
発明に従う欠陥をみつけ出しそして除去するため
の装置の詳細は、第６図及び第７図に示されてい
る。第６図には、その機能が第４図の電気的接続
部２６の端部に相当する接触ローラ３６が示され
ている。接触ローラ３８が第４図の仮設電極２０
に相当する。第７図の詳細は、ビーム走査及び焦
点集中光学装置２４の配置を説明するために第６
図を上下逆転したものである。レーザービーム２
５は、第４図に関連して先に説明した如き太陽電
池の移動方向に対して垂直の方向に走査する。ロ
ーラ型接点の使用によつて、第２電極を設けるこ
とを含むステツプへと動きながら走査を行なうこ
とができる。

以上、本発明は、金属箔支持体上に形成された
太陽電池の半導体層に関して特に説明された。１
つのこのような電池は亜鉛メツキされた銅フオイ
ル又は亜鉛及び銅メツキされた鉄−ニツケルシー
ト上に形成されるCu₂S／CdSタイプの電池であ
る。このタイプの電池はTransactions of IEEE
Electron Devices.Vol.ED−27（４）、P.645
（1980）に記載のJ.A.Bragagnolo等による刊行物
に記載されている。前述したとおり、本発明に従
つて除去される如き分流欠陥は、Cu₂S／CdSタ
イプの電池の効率及び信頼性の低下の主原因であ
る。たとえばBragagnolo等の刊行物に記載され
た電池と同様なタイプのCdS／Cu₂Sタイプの電
池は、最大出力点近傍の順バイアス（forward
bias）の条件下に自然の太陽光線又はその均等物
の連続的照射下に置かれると、効率が急速に低下
することが知られている。特に、これらの条件下
にさらされた電池は、フイルフアクタ（fill
factor）及び開回路電圧の減少により特徴づけら
れた方式で低下することが見出された。この低下
モードはProceedings of the11th IEEE
Photovolataics Specialists Conference.pp.468
−475（1975）のJ.Bessonの刊行物に記載されて
いる。第８図は、改良された安定性を有する
Cu₂S／CdSタイプ又はCu₂S／Zn_xCd_1-xＳタイプ
の電池の製造を示している。第１ステツプにおい
て、支持体が製造され、第２ステツプにおいて、
CdS又はZn_xCd_1-xＳの層が形成され、第３ステツ
プにおいて、Cu₂Sの層が形成され、第４ステツ
プにおいて、例えば適当な熱処理を施すことによ
つて、層間に整流接合部が形成される。これらの
ステツプはBragagnoloの論文に記載されている
如き公知方法により行なわれる。第５ステツプに
おいて、本発明の装置及び方法が分流欠陥を検出
し、除去するために使用される。第６ステツプに
おいて、透明第２電極、反射防止被膜及び保護膜
が適用され装置を完成する。第６ステツプは、熱
処理及び米国特許第4215286号明細書に示された
如きブロツキング層の適用より成る中間ステツプ
も含む。本発明は米国特許第4127424号明細書に
記載されている如きCu₂S／CdSより成る一体化
光起電力モジユール（integrated photovoltaic
modules）の耐久性、信頼性及び歩留を改善する
ためにも有用である。

改良された安定性を有するCu₂S／CdSタイプ
又はCu₂S／Zn_xCd_1-xＳタイプの太陽電池は、10
ミクロン厚さより薄いCdS又はZn_xCd_1-xＳ層で製
造することができることは本発明の特定の利点で
ある。本発明は、酸化錫の如き透光性導電酸化物
（transparent conductive oxide）で予め被覆し
ておいたガラス上に、CdSを熱分解スプレー法に
より付着せしめることによつて製造されるCdS／
Cu₂Sタイプの電池にも適用可能である。アモル
フアスシリコンから成るこのタイプ及び他のタイ
プの太陽電池は、Photon Power Corporationに
よる刊行物及びJ.J.Hanakin Solar Energy，
Vol.23、145−147（1979）にそれぞれ記載されて
いる。この種の装置においては、半導体層が大面
積ガラスシート上に付着される。半導体層は次い
でエツチングされ、そして光起電力モジユールに
電気的に接続されている複数のストリツプ太陽電
池を形成するように相互接続される。分流及び短
絡が防止されない限り、信頼性が著しく低下す
る。このため、所定の性能を有さない部分を含
む、例えば数平方フイートの全てのアレイを捨て
る場合もある。先行技術は、短絡及び分流を防止
するために、例えば米国特許第4159914号明細書
に記載されているとおりAl₂O₂−CdS複合物を提
案し、あるいは、セメントバツフアー層
（cement buffer layer）の如き中間層の使用を
提案した。本発明は、こらのタイプの太陽電池の
歩留及び耐久性を増加させるための優れた手段を
提供する。第９図は、連続的製造方法における支
持体が複数のCu₂S／CdS又はアモルフアスシリ
コン電池がその上に形成され且つ一体化されるべ
き大面積ガラスシートの場合の、本発明の一実施
例の装置を示している。

第１０図は支持体１２Ａが透光性酸化物被覆１
３を有するガラスのシートである場合の太陽電池
の構造を示す。電池CdS及びCu₂S又は各層がｎ
−ｉ−ｐにドーピングされたアモルフアスシリコ
ンの半導体層が１５として示される。透光性導電
酸化物の一部は、縁１７に沿つて露出される。こ
れはマスクを通して半導体層を選択的に設け又は
半導体材料をエツチングし、もしくは機械的に除
去することにより達成することができる。製造プ
ロセスは、半導体の設置及び接合部形成のステツ
プにわたり支持体をキヤリヤ又はローラ上を移動
することを含む。これらのステツプが完了した後
に、最上部半導体層への仮設電極が形成される。

透光性導電酸化物に対する接続は、第９図に示
したとおり、第４図の電気的接続部２６の端部と
同等に機能する摺動接触子４６，４８により露出
した縁１７に隣接した部分でなされる。半導体層
１５の上部表面への接続は、第４図の仮設電極２
０と同等に機能する他の摺動接触子（図示せず）
によりなされる。別法として、半導体層１５の上
部表面に接触する摺動接触子は、第６図又は第７
図のローラ３８として機能する接点ローラ（図示
せず）により代えることができる。レーザービー
ム２５（第２図）は、支持体１２Ａの運動の方向
に垂直に走査される。短絡及び分流欠陥は前記し
た本発明の方法において捜し出されそして除去さ
れる。支持体１２Ａ及び透光性酸化物被覆１３は
透明であるので、欠陥を検出しそしてつきとめる
ためのレーザービームは、半導体層が設けられた
側とは反対側から支持体１２を介して半導体層に
照射することができる。或いは、レーザービーム
は、半導体層１５の露出した表面に直接照射する
ように位置づけることができる。１つは支持体を
通つて入射し、他の１つは半導体層を通つて入射
する２つのレーザービームを使用することができ
る透明支持体を有する太陽電池に関して実施され
ることも本発明の範囲内にある。たとえば、欠陥
及び分流をつきとめるのに使用される低出力レー
ザービームを支持体を通つて入りそして高出力レ
ーザービームは露出した半導体表面に照射され
る。

本発明は、支持体及び半導体材料より成る太陽
電池を走査することに関して特に説明された。こ
こで対象となる層構造は、太陽電池としては完成
途上にあり、不透明支持体の場合には例えば透光
性導電酸化物の恒久的第２電極を設けることが必
要であり、透明支持体の場合には例えば金属層の
恒久的第２電極を設けることが必要である。走査
及び欠陥除去は、例えばグリツド構造の第２電極
が設けられる前に行なわれるので、第２電極を損
傷することがない方法でなされる。

明らかな如く、本発明は、分流欠陥を正確につ
きとめ、次いでただちにこれを除去するその仕方
において特に有利である。本発明は薄膜太陽電池
の連続的製造の如き大量生産技術に適している点
でも特に有利である。従つて本発明はこのような
装置の耐久性及び歩留を増加させるための有義な
進歩を与え、そしてGaAs又はZn₃P₂又はCuInSe₂
は多結晶シリコンから成る太陽電池に容易に実施
することができる。更に明らかな如く、上の発明
は、電子写真、放射線検出器及び光学的デイスプ
レーに有用である如き薄膜半導体装置の性能、歩
留及び信頼性に影響する欠陥を正確につき止めそ
して除去する点で有利である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明が取扱う典型的な薄膜半導体
層構造の断面図。第２図は、本発明に従つて、薄
膜太陽電池の半導体層の走査を行う装置の示すブ
ロツク図。第３図は、欠陥が検出されるとき第１
図のデイスプレースクリーン上に形成される典型
的なラインパターンを示す図。第４図は、本発明
に従う未完成な太陽電池の構成部品に対するレー
ザー装置の適用を示す図。第５図は、薄膜太陽電
池の製造装置における走査及び欠陥除去ステーシ
ヨンの位置を示す略図。第６図は、第５図の走査
及び欠陥除去の詳細図。第７図は、第６図のステ
ーシヨンの逆転図。第８図は、改良された安定性
を有するCu₂S／CdSタイプの電池の製造を含む
ステツプの略ブロツク図。第９図は、非伝導性支
持体上の薄膜太陽電池の製造における走査及び欠
陥除去ステーシヨンの略図。第１０図は、本発明
が取扱う他の形態の装置を示す略図。 １０……層構造、１２……支持体、１４……第
１半導体層、１６……第２半導体層、１８……接
合部、２０……仮設電極、２２……レーザー装
置、２５……レーザービーム、２６，２８……電
気的接続部、３２……スクリーン。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 支持体上に設けられた第１半導体層と第２半
   導体層との間に電気的接合部が形成されており、
   該第１半導体層が、該支持体に隣接して設けられ
   ており、該第２半導体層が、該支持体から離れて
   設けられている薄膜太陽電池を製造する方法にお
   いて、 該第２半導体層に恒久的電極が設けられる前の
   工程として、 該支持体に対する通電手段と該第２半導体層に
   対する通電手段とを介して、該第１半導体層及び
   該第２半導体層に逆バイアス電圧を加え、該第１
   半導体層及び第２半導体層の一方にレーザービー
   ムを照射して、該支持体に対する通電手段と該第
   ２半導体層に対する通電手段とを介して流れる電
   流を測定し、測定した電流に従つて、短絡を生ぜ
   しめる欠陥を検出する工程、及び 上記のとおりに検出した欠陥を加熱して除去
   し、短絡を防止する工程 を含むこと特徴とする薄膜太陽電池を製造する方
   法。 ２ 該第２半導体層に恒久的透明電極が設けられ
   る前に、該第２半導体層に仮設電極を固着し、該
   支持体に固着した電極と該第２半導体層に固着し
   たこの仮設電極とを介して、該第１半導体層及び
   該第２半導体層に逆バイアス電圧を加えることを
   含む特許請求の範囲第１項記載の薄膜太陽電池を
   製造する方法。 ３ 該第２半導体層に対する通電手段が、摺動接
   触子を含む特許請求の範囲第１項記載の薄膜太陽
   電池を製造する方法。 ４ 上記欠陥に導電ワイヤを当てて、電流を流す
   ことによつて、上記欠陥を加熱し除去することを
   含む特許請求の範囲第１項、第２項又は第３項記
   載の薄膜太陽電池を製造する方法。 ５ 上記欠陥にレーザーを照射することによつ
   て、上記欠陥を加熱し除去することを含む特許請
   求の範囲第１項、第２項又は第３項記載の薄膜太
   陽電池を製造する方法。 ６ １つのレーザー装置を用いて、短絡を生ぜし
   める欠陥を検出し、且つ上記欠陥を加熱する特許
   請求の範囲第５項記載の薄膜太陽電池を製造する
   方法。 ７ 該第１半導体層及び該第２半導体層が、反対
   にドーピングされた同じ材料からなる特許請求の
   範囲第１項乃至第６項のいずれか１項に記載の薄
   膜太陽電池を製造する方法。 ８ 不透明電極として機能する支持体を提供する
   ステーシヨンと、該支持体上に第１半導体層を設
   けるステーシヨンと、該第１半導体層上に第２半
   導体層を設けるステーシヨンと、該第２半導体層
   上に透明電極を設けるステーシヨンとを順次に備
   えている、薄膜太陽電池を製造する装置におい
   て、 該第２半導体層を設けるステーシヨンと該透明
   電極を設けるステーシヨンとの間に配置された短
   絡欠陥除去ステーシヨンを具備し、 該短絡欠陥除去ステーシヨンが、 該第２半導体層上に固着された仮設電極、 該仮設電極と該支持体との間に電圧を印加し
   て、該第１半導体層と該第２半導体層との間に逆
   バイアス電圧を印加する電圧印加手段、 該第２半導体層にレーザービームを照射するレ
   ーザー装置、 該レーザー装置によつてレーザービームが照射
   されている該第２半導体層上に固着された該仮設
   電極と該支持体とを介して流れる電流を測定し
   て、測定した電流に従つて、短絡を生ぜしめる欠
   陥を検出する検出手段、及び 上記のとおりに検出した欠陥を加熱して除去す
   る除去手段を備えている ことを特徴とする薄膜太陽電池を製造する装置。 ９ 該レーザー装置が、低出力モード及び高出力
   モードでレーザービームを照射することができ、 該レーザー装置が上記低出力モードでレーザー
   ビームを照射するときに、上記のとおりに該検出
   手段が短絡を検出し、 該レーザー装置が、上記高出力モードでレーザ
   ービームを照射するときに、該除去手段として機
   能する特許請求の範囲第８項記載の薄膜太陽電池
   を製造する装置。 １０ 該除去手段が、該第２半導体層に接触する
   摺動接触子を備えている特許請求の範囲第８項記
   載の薄膜太陽電池を製造する装置。