JPH0548633B2 - - Google Patents

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JPH0548633B2
JPH0548633B2 JP58168762A JP16876283A JPH0548633B2 JP H0548633 B2 JPH0548633 B2 JP H0548633B2 JP 58168762 A JP58168762 A JP 58168762A JP 16876283 A JP16876283 A JP 16876283A JP H0548633 B2 JPH0548633 B2 JP H0548633B2
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film
transparent conductive
scanning
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Masaru Yamano
Yukinori Kuwano
Shoichi Nakano
Tsugufumi Matsuoka
Soichi Sakai
Hirosato Yagi
Nobuhiro Okuda
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Sanyo Electric Co Ltd
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Sanyo Electric Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 (イ) 産業上の利用分野 本発明は太陽光等の光エネルギを直接電気エネ
ルギに変換する瓦状光起電力装置の製造方法に関
する。
(ロ) 従来技術 光エネルギを直接電気エネルギに変換する光起
電力装置、所謂太陽電池は無尽蔵な太陽光を主た
るエネルギ源としているために、エネルギ資源の
枯渇が問題となる中で脚光を浴びている。太陽は
晴天時に約1KW／m2のエネルギを地表に与えて
おり、家庭で斯るエネルギを電気エネルギに変換
する光起電力装置を電力源とする場合、家屋の屋
上或いは屋根上に敷設する方法が一般的である。
特開昭57−68454号公報、或いは実開昭58−
11261号公報に開示された太陽電池を備えた屋根
瓦、即ち瓦状光起電力装置は斯る家庭用電力源と
して好適である。
(ハ) 発明の目的 本発明の目的は、斯る家庭用電力源として好適
な太陽電池を備えた屋根瓦の如き曲面状絶縁表面
を瓦状基板とする瓦状光起電力装置の製造方法を
提供することにある。
(ニ) 発明の構成 本発明の瓦状光起電力装置の製造方法は、曲面
を有する、絶縁表面を備えた瓦状基板で、該基板
は二主面間が略均等な肉厚を保つ領域を有し、該
領域の一主面には、直接被着された、電極膜と半
導体膜と透明導電膜が積層され一定間隔を隔てて
整列配置された複数の光電変換領域を備え、該光
電変換領域の隣接間隔部では一方の光電変換領域
の上記電極膜と他方の透明導電膜とを重畳するこ
とにより直列接続されて成る瓦状光起電力装置の
製造方法であつて、上記光電変換領域は、対物レ
ンズを通過したエネルギービームを上記曲面の稜
線と平行に走査することにより上記光電変換領域
を分割し上記隣接間隔部を形成すると共に、該隣
接間隔部と上記一定間隔を隔つた隣接間隔部への
走査にあつては、上記隣接間隔部の被加工面と上
記対物レンズとの距離が予め定められた一定値と
なるように該隣接間隔部への走査に先立つて一旦
補正した後、走査することにある。
(ホ) 実施例 第１図及び第２図は本発明製造方法により製造
される瓦状光起電力装置を示し、第１図は斜視
図、第２図は第１図に於けるＡ−Ａ線断面図であ
つて、１は強化ガラス・透明セラミツクス等の透
光性且つ絶縁性の材料を瓦状に成型し波状の絶縁
表面が付与された基板、２，２…は上記基板１の
うち、二主面間が略均等な肉厚を保つた領域であ
つて、その領域の一主面の絶縁表面に、一定間隔
を隔てて整列配置された複数の光電変換領域であ
る。上記光電変換領域２，２…は、例えば基板１
側から、酸化スズ、酸化インジウムスズ等の透明
導電膜３，３…と、その内部に半導体接合を備え
た非晶質シリコン系の非晶質半導体膜４，４…
と、該半導体膜４，４…とオーミツク接触するア
ルミニウム等の裏面電極膜５，５…と、が順次積
層されたミクロンオーダの膜状を呈する。
各非晶質半導体膜４，４…は、その内部に例え
ば膜面に平行なPIN接合を形成すべく受光面側か
ら厚み50〜250Å程度のＰ型層、4000〜7000Å程
度のＩ型（真性）層及び300〜600Å程度のＮ型層
が順次積層被着され、従つて基板１及び透明導電
膜３，３…を透過して光入射があると、主にＩ型
層の於いて自由状態の電子及び正孔が発生し、斯
る電子及び正孔は上記各層が形成するPIN接合電
界に引かれて各透明導電膜３，３…及び裏面電極
膜５，５…に集電され、隣接する光電変換領域
２，２…の透明導電膜３，３…と裏面電極膜５，
５…との重畳により電気的に相加された電力が取
り出される。
第３図乃至第１０図は本発明製造方法を説明す
るための要部拡大断面図及び概略的斜視図であ
る。
第３図の工程では、基板１の周縁部をマスクで
覆つた状態で複数の光電変換領域２，２…を含む
曲面状絶縁表面全域に、電子ビーム蒸着により直
接被着された厚み500Å〜4000Åの酸化インジウ
ムスズ及び酸化スズの積層構造から成る透明導電
膜３が、レーザビームの如きエネルギビームの照
射により各光電変換領域２，２…毎に分割され
る。使用されるレーザは波長1.06μｍ、エネルギ
密度７×107W／cm2、パルス周波数3KHzのNd：
YAGレーザが適当であり、対物レンズf50mm、走
査速度50mm／secによりパターニングされる。こ
のレーザパターニングにより除去された透明導電
膜３の間隔Ｌ１は約50μｍに設定される。
斯るレーザパターニングで留意しなければなら
ないことは被加工面である透明導電膜３との距離
が大幅に変動してはならないことである。即ち、
対物レンズに入射したレーザビームは、該レンズ
による収束作用によりエネルギ密度及び加工幅が
制御されるために、上述の如く被加工面との距離
が大幅に変動すると、エネルギ密度及び加工幅も
変動し所望の加工を施すことができなくなるから
である。
従つて本発明にあつては、曲面状絶縁表面に直
接被着された透明導電膜３を各光電変換領域２，
２…毎に分割せしめる際に、第４図に示す如く基
板１を載置しＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動せし
めるXYZステージ６の上記Ｘ軸方向と、基板１
表面に於ける稜線７方向と、を一致せしめ、斯る
Ｘ軸方向に移動する過程に於いて上記レーザビー
ム８を照射し対物レンズ９と被加工面との距離を
一定に保つている。次いで、一つの隣接間隔部に
位置する透明導電膜３の除去が基板１のＸ軸方向
の移動による走査によつて終了すると、XYZス
テージ６は次に除去すべき隣接間隔部に位置する
透明導電膜３と対物レンズ９とが対向すべく基板
１をＹ軸方向に移動せしめる。この状態に於い
て、上記対物レンズ９と被加工面との距離は基板
１の曲面壮絶縁表面がＹ軸方向に変化しているた
めに先のレーザビーム照射時と異なつており、
XYZステージ６をＺ軸方向に上昇或いは下降せ
しめ予め定められた距離に一旦補正し、斯る補正
を上記隣接間隔部に位置する透明導電膜３へのレ
ーザビーム照射に先立つて行つた後、再びXYZ
ステージ６をＸ軸方向に移動せしめ隣接間隔部に
位置する不要な透明導電膜３をレーザビーム９の
照射により除去する。以後、斯る動作を繰返し行
ない透明導電膜３，３…を曲面の稜線７と平行に
パターニングする。
以上のように、本発明製造方法によれば、稜線
７と平行にレーザビーム８を照射することから、
レーザビームの走査時には常に対物レンズ９と被
加工面との距離を一定とすることが可能となる。
このことは、レーザビーム８の照射後、その隣
接間隔部への照射に当つては、斯る部分でのレー
ザビーム照射に先立つて、その被加工面と対物レ
ンズとの距離補正を一旦行つておけば、そのレー
ザビーム照射中の上記補正を不要とすることがで
きる。
また、この様な安定した補正を行い得ることか
ら、本発明製造方法による瓦状光起電力装置にあ
つては、各光電変換領域の特性が安定斯すること
となり、光起電力装置自体の特性向上を図ること
ができる。
透明導電膜３，３…のパターニング後、非晶質
半導体膜２の被着工程に移る。第５図はモノシラ
ン（SiH4）、ジシラン（Si2H6）等のシリコン化
合物雰囲気中でグロー放電を励起し、反応ガスを
プラズマ分解して基板１上に非晶質シリコン（ａ
−Si：Ｈ）、非晶質シリコンカーバイド（ａ−Six
Ci-x：Ｈ）、非晶質シリコンスズ（ａ−SiySni-y：
Ｈ）等の非晶質シリコン系の非晶質半導体膜４を
被着する工程を模式的に示している。シリコン化
合物雰囲気中でのグロー放電により非晶質シリコ
ンの薄膜が得られることは例えば特公昭53−
37718号公報に開示された如く既に知られている。
即ち、従来知られたグロー放電による非晶質半導
体の形成は、該半導体膜を被着すべきガラス、ス
テンレス等の基板を、相対向しグロー放電を励起
する平行電極間に位置せしめているために、基板
がプラズマの高速荷電粒子の移動範囲に於いてそ
の移動方向と直交する結果、斯るプラズマ中の高
速荷電粒子が基板１の表面に衝突し、透明導電膜
３，３…或いは形成されつつある非晶質半導体膜
４の特性が悪化する欠点を備えている。しかも、
非晶質半導体膜４が被着せしめられる基板１の表
面は従来平坦であつたのに対し、本発明のそれは
曲面状表面であり、従つて従来の如く平行平板電
極間に曲面状表面を備えた基板１を配置せしめた
のでは斯る曲面状表面と対向する一方の平行平板
電極との対向距離が不揃いとなるために、被着せ
しめられる非晶質半導体膜４は非均一とならざる
を得ない。
そこで本発明に用いらえる曲面壮絶縁表面を備
えた基板１は相対応する平行平板電極間に配置さ
れるのではなく、斯る平行平板電極の外で且つ電
極の対向面に対し基板１の被着表面を実質的に垂
直方向に配置せしめると共に、該基板１を図中矢
印で示す如き表面の曲面方向、即ち稜線７に対し
て垂直方向に移動させながら非晶質半導体膜４を
形成せしめている。即ち、第５図の実施例にあつ
ては、上記平行平板電極はアース電極１０，１
０，１０と、高周波電源１１に連なる高周波電極
１２，１２とを交互に相対向せしめたマルチ電極
構造を構成し、それ等電極１０，１２，１０…の
並設方向に基板１を移動せしめている。
しかし、上記マルチ電極構造に関し、基本的に
は互いに対向する一つのアース電極１０と、一つ
の高周波電極１２との間に於いてグロー放電が励
起され両電極間にプラズマが発生し、反応ガスを
分解して得られた例えばシリコン原子が該両電極
の外に近接配置された基板１の曲面状表面に付着
することによつて、序々に非晶質半導体膜４が形
成されるので、必ずしもマルチ電極構造を採用す
る必要はない。
この様に基板１を、互いに相対向するアース電
極１０，１０，１０と、高周波電極１２，１２の
外に配置することによつて、基板１の被着表面は
プラズマ中での高速荷電粒子の移動領域から外
れ、斯る荷電粒子の衝突が大幅に軽減される結
果、非晶質は半導体膜４へのダメージが低減さ
れ、次いで非晶質半導体膜４の形成（被着）工程
を、基板１をその表面の曲面方向（電極の並設方
向）に移動する過程に施すことによつて、第６図
の示す如く均一性の高い非晶質半導体膜４が得ら
れる。
しかも、非晶質半導体膜形成時に於ける高速荷
電粒子によるダメージを低減すべく抑えられてい
た高周波出力を、高めることができ膜の成長速度
を上昇せしめることも可能となる。
尚、斯る第５図の実施例にあつては、基板１は
互いに相対向配置されたアース電極１０，１０，
１０及び高周波電極１２，１２を挾むように２枚
設けられており、従つて同時に２枚の基板１，１
に対し、非晶質半導体膜４の形成が実行される。
この時基板１，１を加熱すべきヒータは図示して
いない反応室の側壁の凹所に埋設保持され、該基
板１，１の各々をその被着面背後から均一に加熱
している。
第７図は非晶質半導体膜４の他の被着（形成）
工程を模式的に示し、先の実施例、即ち第１の実
施例とは、アース電極１０，１０及び高周波電極
１２，１２と、基板１との対向状態と、更には反
応ガスを吐出するガス供給体１３の具体的構造に
於いて相違する。即ち、基板１と対向する各アー
ス電極１０，１０及び高周波電極１２，１２の対
向面１０ａ，１２ａ…は基板１表面の曲面と平行
に対向すべく同形状の曲面を呈している。従つ
て、同形状の曲面の各電極１０，１２…の対向面
１０ａ，１２ａ…に付与することにより、該対向
面１０ａ，１２ａ…と基板１表面との対向距離は
等しくなる結果、均一な非晶質半導体膜４の形成
を基板１が停止した状態でも行なうことができる
が、より均一な非晶質半導体膜４を得ようとした
場合、やはり図中矢印で示す如く第１の実施例と
同様に基板１をアース電極１０，１０及び高周波
電極１２，１２の並設方向、（基板１の稜線方向）
への移動過程中に実行した方が好ましい。
一方、ガス供給体１３は多数の吐出口１４，１
４…が穿たれたガス吐出面１５を、アース電極１
０，１０及び高周波電極１２，１２を挾んで基板
１の曲面状表面と対向すべく配置し、斯るガス吐
出面１５と曲面状表面との対向距離を等しくすべ
くガス吐出面１５も基板１表面と同形状の曲面状
を呈している。吐出せしめられる反応ガスは形成
すべき非晶質半導体により異なるが、例えば非晶
質シリコンの場合、モノシラン（SiH4）及びま
たはジシラン（Si2H6）をベースに、Ｐ型決定不
純物を含むジボラン（B2H6）、若しくはＮ型決定
不純物を含むホスフイン（PH3）が適宜添加され
る。尚、斯るガス供給体１３に代つて基板１をも
う一枚配置しても良い。
上記第１・第２の実施例ともほぼ同一の反応条
件により非晶質半導体膜４を形成することができ
る。
以下にPIN接合型非晶質シリコンを形成する場
合の基本的反応条件を記す。
Γ基板温度 250〜300℃ Γ高周波電源 13.56MHz Γ高周波出力 100W Γ反応ガス（組成比） Ｐ型層 B2H6／SiH4＝0.1％ Ｉ型（ノンドープ）層 SiH4＝100％ Ｎ型層 PH3／SiH4＝１％ Γガス圧 0.3〜1Torr Γガス流量 10〜40c.c.／mit この様にして基板１の曲面状表面に均一に被着
形成された被晶質シリコンの如き非晶質半導体４
は第４図に示したようにXYZステージ６に載置
されて、第８図の工程でその隣接間隔部がレーザ
ビーム８の照射により除去されて各光電変換領域
２，２…毎に分離形成されると共に、該除去され
た非晶質半導体膜４，４…に覆われていた透明導
電膜３，３…の一部がレーザビーム８の走査方向
全長に亘つて露出せしめられる。使用されるレー
ザは波長1.06μｍ、エネルギ密度５×107W／cm2、
パルス周波数3KHzのNd：YAGレーザであり、
除去された非晶質半導体膜４…の間隔Ｌ２は約
200μｍに設定される。
斯るレーザビーム８の走査方向は透明導電膜
３，３…のそれと同様に、対物レンズ９と被加工
面との距離を一定に保つべくXYZステージ６の
Ｘ軸と一致した基板１の曲面状表面に於ける稜線
７方向であり、上記XYZステージ６のＸ軸方向
の移動により50mm／secの速度で上記レーザビー
ム８は走査される。一つの隣接間隔部のレーザビ
ーム８の走査が終了すると、XYZステージ６を
Ｙ軸方向に移動せしめて次に除去すべき非晶質半
導体膜４…と対物レンズ９とを対向させ、然る後
両者の対向距離を予め定められた一定値に補正す
べくＺ軸方向に移動せしめる。そして再びＸ軸方
向の移動によりレーザビーム８を走査する動作を
繰返し実行し、非晶質半導体膜４，４…を透明導
電膜３，３…の一部を露出せしめた状態で基板１
表面の稜線７と平行にパターニングする。
第９図の工程では、裏面電極膜５が非晶質半導
体膜４，４…及び透明導電膜３，３…の露出部３
ａ，３ａ…の表面を含んで全光電変換領域２，２
…に跨つて連続的に被着せしめられる。
斯る裏面電極膜５の隣接間隔部は、続く第１０
図の工程で、一つの光電変換領域２，２…から延
在した裏面電極膜５，５の延長部５ａ，５ａ…が
隣接せる光電変換領域２，２…の透明導電膜３，
３…の露出部３ａ，３ａ…と結合すべくレーザビ
ーム８の照射により除去され、その間隔Ｌ３は
50μｍに設定される。使用されるレーザは透明導
電膜３，３…、非晶質半導体膜４，４…と同様波
長1.06μｍのNd：YAGレーザであり、XYZステ
ージ６のＸ軸方向の移動により50mm／secの速度
で走査される。Ｘ軸方向の走査後の動作、即ち対
物レンズ９と被加工面との対向距離の補正等につ
いては先のレーザパターニング（除去）工程と同
じにつき説明を割愛する。
レーザビーム８の照射による除去に際し、留意
すべきは除去せんとする膜部分の下に他の膜が存
在しておれば、それに損傷を与えないことであ
る。非晶質シリコン系の非晶質半導体膜４のレー
ザビーム８の加工しきい値密度は、約４×
107W／cm2と透明導電膜３の７×107W／cm2より小
さいために、非晶質半導体膜４の除去工程に於い
てレーザビーム８が透明導電膜３を直撃したとし
ても損傷を与えない。
然し乍ら、裏面電極膜５を形成可能な材料、即
ち非晶質半導体膜４とオーミツク接触する金属は
加工しきい値エネルギ密度が透明導電膜３のそれ
より高いのが一般的である。例えばアルミニウム
にあつては、該アルミニウムはレーザビームの吸
収率が低く、熱伝導が優れているためにレーザビ
ームの照射熱が散逸する結果、膜厚にも左右され
るが5000Åに於いて約８×107／cm2と透明導電膜
３のそれに比して僅かながら高い値を示す。
そこで本発明にあつては裏面電極膜５をアルミ
ニウム単体で構成するのではなく、照射熱の散逸
を少なくすべくアルミニウムの膜厚を約数100Å
と肉薄にすると共に、厚み5000Å程度の吸収率の
高い材料、例えばチタン或いはチタン銀合金を表
面に積層することによつて加工しきい値エネルギ
密度を２×107W／cm2と低減せしめている。また
裏面電極膜５を上記チタン或いはチタン銀合金単
独で構成しても良い。
(ヘ) 発明の効果 本発明は以上の説明から明らかな如く、曲面を
有する瓦状基板の絶縁表面に、直接膜状の光電変
換領域を被着しているので、瓦状基板を光電変換
領域の支持基板と屋根瓦として兼用することがで
き、光電変換領域を披着するための基板を別途必
要とせず、また光電変換領域を非着した基板を瓦
状基板に被着する工程も不要となり、構成並びに
製造工程が簡単になる。
更に、瓦状基板に直接非着された膜状の光電変
換領域に対し、上記曲面の稜線と平行にエネルギ
ビームを照射するので、上記光電変換領域を、そ
れらの隣接間隔を極めて減縮した状態で簡単に複
数の領域に曲面に沿つて分割することができ、発
電に寄与する有効面積の上昇が図れる。
また、本発明によればエネルギビームの照射
後、その隣接間隔部への照射に当つて、斯る部分
での上記エネルギビーム照射で使用する対物レン
ズと、被加工面との距離を予め定めされた一定値
とする補正を、該隣接間隔部へのエネルギビーム
の走査に先立つて一旦行うことによつて、好適な
分割を行い得る。
このことは、前述した上記稜線と平行にエネル
ギビームを照射することとしたことから、エネル
ギビーム走査中の上記距離補正を要しないことと
なり、工程が複雑化することがない。また、斯る
補正により、本発明製造方法による瓦状光起電力
装置の各光電変換領域の特性の安定化を図ること
が可能となる。
【図面の簡単な説明】
図は本発明の実施例を示し、第１図は本発明製
造方法により製造される光起電力装置の斜視図、
第２図は第１図に於けるＡ−A′線断面図、第３
図、第６図及び第８図乃至第１０図は製造工程を
順次説明するための要部拡大断面図、第４図はレ
ーザパターニング（除去）工程の概略的斜視図、
第５図は非晶質半導体の被着（形成）工程の第１
実施例を示す概略的斜視図、第７図は非晶質半導
体の被着（形成）工程の第２実施例を示す概略的
斜視図である。 １……基板、２……光電変換領域、４……非晶
質半導体膜、６……XYZステージ、８……レー
ザビーム、１０……アース電極、１２……高周波
電。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 曲面を有する、絶縁表面を備えた瓦状基板
    で、該基板は二主面間が略均等な肉厚を保つ領域
    を有し、該領域の一主面には、直接被着された、
    電極膜と半導体膜と透明導電膜が積層され一定間
    隔を隔てて整列配置された複数の光電変換領域を
    備え、該光電変換領域の隣接間隔部では一方の光
    電変換領域の上記電極膜と他方の透明導電膜とを
    重畳することにより直列接続されて成る瓦状光起
    電力装置の製造方法であつて、上記光電変換領域
    は、対物レンズを通過したエネルギービームを上
    記曲面の稜線と平行に走査することにより上記光
    電変換領域を分割し上記隣接間隔部を形成すると
    共に、該隣接間隔部と上記一定間隔を隔たつた隣
    接間隔部への走査にあつては、上記隣接間隔部の
    被加工面と上記対物レンズとの距離が予め定めら
    れた一定値となるように該隣接間隔部への走査に
    先立つて一旦補正した後、走査することを特徴と
    した瓦状光起電力装置の製造方法。
JP58168762A 1983-07-29 1983-09-12 瓦状光起電力装置の製造方法 Granted JPS6059786A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4292092A (en) * 1980-06-02 1981-09-29 Rca Corporation Laser processing technique for fabricating series-connected and tandem junction series-connected solar cells into a solar battery
FR2503457B1 (fr) * 1981-03-31 1987-01-23 Rca Corp Systeme de cellules solaires connectees en serie sur un substrat unique
JPS5811261U (ja) * 1981-07-14 1983-01-25 長島　正彦 瓦

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