JPH0715023A

JPH0715023A - 光起電力装置及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0715023A
Application number: JP5147654A
Authority: JP
Inventors: Keiichi Sano; 景一佐野; Yoichiro Aya; 洋一郎綾
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1993-06-18
Filing date: 1993-06-18
Publication date: 1995-01-17
Anticipated expiration: 2019-03-08
Also published as: JP3505201B2

Abstract

(57)【要約】【目的】基板上に複数個形成された光電変換素子をレ
ーザビームによる加工により、簡便に集積型構造の光起
電力装置とすることにある。【構成】光活性層(3)の一部をイオン注入(I)により非
晶質絶縁層(4)に変質させ、該層上に形成された第２電
極膜(5)を、この絶縁層上の該絶縁層の表面側からのエ
ネルギービームの照射により分割することにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体からなる光活性
層を備えた、複数の光電変換素子を基板上で直列接続と
なるように構成された光起電力装置及びその製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池に代表される光起電力装置は、
近年、時計や電卓等の小電源として使用されるまで普及
しているが、ここにきて商用電源設備を有する電力会社
に対して、その光起電力装置により得られた電力の余剰
分を売ることが可能となったことから、所謂電力用の電
源として新たな展開が始まろうとしている。

【０００３】とりわけ、大面積化と低コスト化の容易さ
によって注目されている、薄膜半導体を用いた光起電力
装置では、商用電力コストとの競合が比較的有利である
ことから、早急な事業化が期待されている。

【０００４】斯る薄膜半導体による光起電力装置のもう
１つの特徴に、１枚の基板から実用レベルの高い電圧が
得られる所謂集積型構造がある。この集積型構造を備え
た光起電力装置は、従来周知の構造であり、例えば特公
昭５８−２１８２７号，特公昭６２−５３５３号，特公
昭６２−１４９５４号などに詳細に記載されている。

【０００５】図３は斯る構造を備えた従来例光起電力装
置の製造工程を示す工程図である。同図にそって、本構
造の製造工程を簡単に説明すると、同図（ａ）に示す第
１工程では、ガラスや石英等の絶縁材料からなる基板(3
1)の全面に、酸化インジュウム錫等からなる、第１電極
膜を被着形成した後、レーザビームの照射により、この
第１電極膜（32)(32)…を複数の領域に分割する。

【０００６】次に、同図（ｂ）に示す第２工程では、そ
れら第１電極膜(32)(32)…上に、当該第１電極膜の相互
の隣接間隔部ａ，ｂ…の近傍に偏った位置であって、該
隣接間隔部の近い側から導電部材(33)(33)…及び絶縁部
材(34)(34)…を、各第１電極毎に形成する。この導電部
材の材料としては、Ａｇペーストやその他の金属ペース
ト等であり、また絶縁部材としては、ＳｉＯ₂粉末のペ
ーストやその他の無機材料である。

【０００７】そして、同図（ｃ）に示す第３工程では、
導電部材(33)(33)…、絶縁部材(34)(34)…及び第１電極
膜(32)(32)…が含まれるように基板(31)全面に、内部に
半導体接合を備える薄膜半導体膜(35)を形成する。この
薄膜半導体膜としては、例えば膜面に並行なｐｉｎ接合
を備えた非晶質シリコンや多結晶シリコン等がある。

【０００８】同図（ｄ）に示す第４工程では、上記薄膜
半導体膜(35)に引き続いて、アルミニュウム等の金属材
料からなる第２電極膜(36)を薄膜半導体膜(35)上に形成
する。

【０００９】次に、同図（ｅ）に示す第５工程では、導
電部材(33)(33)…及び絶縁部材(34)(34)…の表面上に位
置する薄膜半導体膜(35)及び第２電極膜(36)の積層体部
分に、この積層体部分の表面側から第１、第２のレーザ
ビーム(L1)(L2)を照射する。

【００１０】斯る第１レーザビーム(L1)の照射により、
その照射部分の第２電極膜(36)及び薄膜半導体膜(35)は
溶融され、その溶融物によって、相隣接する光電変換素
子の第２電極膜(36)と第１電極膜(32)とは、導電部材(3
3)を介して、電気的に接続されることとなる。また、第
２レーザビーム(L2)の照射によれば、その照射により当
該照射領域にある第２電極膜(36)及び薄膜半導体膜(35)
が除去され、その結果その第２電極膜(36)は各光電変換
素子毎に分割されることとなる。

【００１１】従って、これらレーザビームの照射を行う
ことにより、基板(31)上の複数の光電変換素子は互いに
直列接続され、集積型構造の光起電力装置が完成するこ
ととなる。

【００１２】尤も、このレーザビームによる加工にあっ
ては、その波長及びレーザビーム強度等の種々の条件設
定を厳密に制御する必要があり、この様な製造方法によ
る光起電力装置としては、例えば特開昭６３−１５６３
７１号等の先行技術がある。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、斯様な光起
電力装置にあっては、上述したレーザビームの照射条件
の調整が非常に困難であり、ややもすると電気接続の為
に必要な溶融部分が蒸発し消失してしまったり、或るい
は第２電極膜と半導体膜とを除去すべき箇所に残留物が
付着したりすることとなり、光起電力装置の特性劣化の
原因となる。

【００１４】更に、従来例光起電力装置の構造では、清
浄な状態が通常要求される半導体に、半導体とは全く異
なる材料から成る導電部材や絶縁部材を内部に含めるこ
ととなるため、斯る部材から半導体への汚染事故が発生
し易くなり、また、これら部材は通常ペースト状態で使
用することから、スクリーン印刷によるパターニングを
施す必要があり、印刷工程に因る製造工程の煩雑さやパ
ターン精度の限界といった問題をも生じてしまうことと
なる。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明光起電力装置の特
徴とするところは、絶縁表面を有する基板上の複数の領
域に、第１電極膜、光活性層及び第２電極膜をこの順序
で積層した光電変換素子を分割配置し、それら光電変換
素子を当該素子間の隣接間隔部で、隣接する一方の光電
変換素子の第１電極膜と、他方の光電変換素子の第２電
極膜とを、上記一方の光電変換素子の光活性層から露出
した該第１電極膜の露出部において電気接続された光起
電力装置に於いて、上記一方の光電変換素子の光活性層
は、上記隣接間隔部の上記露出部側に非晶質絶縁層を備
えると共に、上記他方の光電変換素子の光活性層上から
上記第１電極膜の露出部及び上記非晶質絶縁層を越えて
上記一方の光電変換素子の光活性層上に被着された上記
第２電極膜は、上記非晶質絶縁層上のエネルギービーム
の照射により当該照射領域が除去され分割されているこ
とにあり、また、本発明製造方法の特徴とするところ
は、光活性層に非晶質絶縁層を形成するに際して、絶縁
表面を有する基板上の複数の領域に、第１電極膜を分割
配置する工程と、上記第１電極膜の一部が露出するよう
に、上記基板表面の上記領域毎に光活性層を形成する工
程と、上記光活性層の、上記領域の隣接間隔近傍であっ
て、上記露出部側にイオン注入を施すことにより、該注
入領域を非晶質絶縁層に変質せしめる工程と、上記他方
の光電変換素子の光活性層上から上記第１電極膜の露出
部及び上記非晶質絶縁層を越えて上記一方の光電変換素
子の光活性層上に上記第２電極膜を形成する工程と、上
記非晶質絶縁層上にエネルギービームを照射することで
当該照射部分の第２電極膜を除去し分割する工程と、か
らなることにある。

【００１６】

【作用】本発明光起電力装置によれば、光活性層の、光
電変換素子の隣接間隔部近傍に、非晶質絶縁層を備えさ
せ、該非晶質絶縁層上に被着された第２電極膜に該絶縁
層上の表面側からエネルギービームを照射することで分
割したものであることから、基板上に形成された複数の
光電変換素子を相互に直列接続とすることが可能とな
る。

【００１７】従って、本発明では、光活性層の所定の位
置に非晶質絶縁層を設け、これをエネルギービーム照射
時の絶縁材料として利用するものであることから、従来
の導電部材や絶縁部材を使用する必要がなく、汚染等の
問題が生じないこととなる。

【００１８】また、本発明光起電力装置の製造方法によ
れば、光活性層の、隣接間隔近傍であって、第１電極膜
の上記露出部側に、イオン注入を施すことによって、当
該注入領域の光活性層を非晶質絶縁層に変質させ、該絶
縁層上に被着された第２電極膜をこの絶縁層の表面側か
らのエネルギービーム照射により除去分割することで、
基板上に形成された複数の光電変換素子を、直列に接続
させることが可能となる。このため、第２電極膜の分割
のために必要とされる絶縁材料として、光活性層と同一
材料を出発材料とすることから、従来のような半導体と
は異種の材料であるＳｉＯ₂ペースト等を使用する必要
がなく、それによる光活性層への汚染を防止することが
可能となる。

【００１９】更に、イオン注入により上記非晶質絶縁層
を形成することから、イオン注入の加工精度がそのまま
その絶縁層の形成位置制御等に反映させることができる
こととなり、従来のスクリーン印刷法と比べ、パターン
精度を飛躍的に向上させることが可能となる。

【００２０】

【実施例】図１は、本発明の実施例光起電力装置を説明
するための素子構造図である。同図中に示す(1)はガラ
スや石英等からなる絶縁表面を有する基板、(2)(2)…は
基板(1)表面に分割配置された、酸化インジュウム錫や
酸化錫等の透明導電膜からなる第１電極膜、(3)(3)…
は第１電極膜(2)(2)…の一部が露出する(2a)(2a)…よう
に第１電極膜毎に形成された薄膜半導体から成る光活性
層で、具体的には非晶質シリコンや、多結晶シリコン等
からなり、その内部にはｐｎ接合或るいはｐｉｎ接合等
を膜面に並行に含んでいる。

【００２１】この非晶質シリコンの製造法としてはプラ
ズマＣＶＤ法や光ＣＶＤ法があり、又多結晶シリコン等
の製造法としては、固相成長法（参考文献：Japanese J
ournal of Applied Physice voi.29 No.11,pp.2327〜23
31,1991）やレーザ再結晶法（参考文献：Japanese Jour
nal of Applied Physice voi.30 No.12B,pp.3700〜370
3,1991）がある。

【００２２】(4)(4)…は、光活性層の、隣接間隔近傍で
あって、第１電極膜の上記露出部(2a)(2a)…側に配置さ
れた非晶質絶縁層、具体的な材料としては、非晶質シリ
コンカーバイド、非晶質シリコンナイトライド等があ
る。(5)(5)…は光電変換素子の、アルミニュウム膜やチ
タン膜或るいはクロム膜等から成る第２電極膜であっ
て、この膜は各光電変換素子間に於いて、非晶質絶縁層
(4)(4)…上のその表面側からのエネルギービームの照射
により除去され、各光電変換素子毎に分割されている。

【００２３】本発明光起電力装置では、第２電極膜を、
一方の光電変換素子から上記第１電極膜の露出部(2a)(2
a)…及び非晶質絶縁層(4)(4)…を越えて他方の光電変換
素子の光活性層上に被着させていることから、上記非晶
質絶縁層(4)(4)…上で第２電極膜(5)(5)…を分割除去す
るのみで、複数の光電変換素子を容易に直列接続させる
ことが可能となる。

【００２４】次に、本発明光起電力装置の製造方法を図
２に示す工程別素子構造図に沿って説明する。尚、図中
の符号は、図１と同様の材料を使用するものについては
同一の符号を付している。

【００２５】同図（ａ）に示す第１工程では、基板(1)
上に膜厚が約２０００Å〜５０００Åの透明導電膜から
なる第１電極膜をスパッタ法や蒸着法等で被着させた
後、エネルギービームを照射することで、該第１電極膜
(2)(2)…を各光電変換素子毎に分割配置する。

【００２６】このエネルギービームは、基板(1)に殆ど
吸収されないような波長とすることが適当であることか
ら、例えば基板としてガラスを使用する場合にあって
は、０．３５μｍ〜２．５μｍの波長のパルス出力型が
好ましく、代表的なものとしては、波長約１．０６μ
ｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ²、パルス繰り返し周
波数３ＫＨｚのＱスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザが挙
げられる。

【００２７】次に、同図（ｂ）に示す第２工程では、第
１電極膜(2)(2)…が含まれるように基板全面に非晶質半
導体からなる光活性層(3a)を膜厚が５０００Å〜１００
０００Åの範囲となるようにプラスマＣＶＤ法等で形成
する。本例ではこの非晶質半導体として、従来周知のｐ
型の非晶質シリコン膜を使用した。

【００２８】そして、同図（ｃ）に示す第３工程では、
光活性層(3a)を各光電変換素子毎に分割すべく、上記第
１電極膜(2)の一部が露出するように、この光活性層(3
a)の、上記第１電極膜の隣接間隔近傍にエネルギービー
ムを照射し、該光活性層を分割する。因みに、斯る場合
のエネルギービームとしては、例えば波長が０．５１μ
ｍ、出力２×１０³Ｗ／ｃｍ²、ＣＷのＡｒレーザ等が適
当である。

【００２９】次に、同図（ｄ）に示す第４工程では、基
板(1)が４００℃〜１０００℃の温度範囲で約８時間の
熱処理を施すことで、非晶質半導体であった光活性層(3
a)(3a)…を多結晶化させ、引き続いて該光活性層(3a)(3
a)…の表面側から従来周知のリン等によるｎ型不純物を
熱拡散することで、この層の内部にｐｎ接合を形成させ
る。これにより、多結晶半導体から成るｐｎ接合の光活
性層(3)(3)…が得られる。

【００３０】そして、同図（ｅ）に示す第５工程では、
光活性層(3)(3)…の、上記隣接間隔近傍であって、上記
露出部(2a)(2a)…側にイオン注入(I)(I)…を施すことに
より、この光活性層の端部を非晶質絶縁層(4)(4)…に変
質させる。

【００３１】このイオン注入法としては、シリコンイオ
ン、窒素イオン、炭素イオン、フッ素イオン或るいは水
素イオン等を３０〜１００ｋｅＶの加速電圧でその光活
性層に注入する。

【００３２】同図（ｆ）に示す第６工程では、第１電極
膜の露出部(2a)(2a)…及び非晶質絶縁層(4)(4)…を越え
て、光活性層上に膜厚が５００Å〜２０００Åのアルミ
ニュウムやクロム等の金属からなる第２電極(5)を形成
する。

【００３３】として、次に同図（ｇ）に示す第７工程で
は、その非晶質絶縁層(4)(4)…上に、この非晶質絶縁層
(4)(4)…の表面側からエネルギービーム(EB)を照射する
ことにより、その照射部分の第２電極膜(5)を除去し、
各光電変換素子毎にこの第２電極膜を分離する。本工程
により、各光電変換素子は基板上で直列接続されること
となる。

【００３４】このエネルギービームの照射領域の第２電
極(5)下に、非晶質絶縁層(4)(4)…を配置したことか
ら、たとえエネルギービームが第２電極膜の厚みを越え
て、被照射物を除去したとしてもこの非晶質絶縁層(4)
(4)…による保護があることから、光電変換素子が破壊
されることなく加工することができることとなる。

【００３５】具体的な、このエネルギービームとして
は、例えば波長１．０６μｍのＹＡＧレーザ等が使用で
きる。

【００３６】従って、本発明製造方法によれば、イオン
注入によって光活性層(3)(3)…内に非晶質絶縁層(4)(4)
…を設けていることから、従来のような絶縁ペースト等
によるパターニングが不要となり、またその絶縁層の出
発材料として光活性層自体を使用することから、絶縁層
による光活性層への汚染問題が生じないこととなる。

【００３７】因みに、本実施例では、イオン注入による
非晶質絶縁層を形成する部分として、第２電極膜を分割
せしめる部分のみならず、上記隣接間隔部にあって、該
第２電極を分割するための非晶質絶縁層と対向する部
分、図２によれば(4)’(4)’…にも非晶質絶縁層を形成
した。これは第２電極膜(5)(5)…が隣接する光電変換素
子の第１電極膜(2)(2)…に延出する際に、光活性層(3)
(3)…の側面に沿って配線されたならば生じるリーク電
流を低減せしめるために設けたものである。

【００３８】また、本発明実施例では、基板側からの光
入射により発電する光起電力装置についてのみ説明した
が、本発明はこれに限られるものではなく膜形成面側か
らの光入射により発電する光起電力装置についても同様
に実施することができる。また、実施例では、非晶質半
導体膜に熱処理を施すことにより、多結晶半導体とした
ものを使用したが、本発明はこれに限られず通常の非晶
質状態のままを光活性層としても何ら問題がない。更に
は、多結晶半導体と非晶質半導体とで半導体接合を構成
した薄膜半導体を使用してもよい。

【００３９】尚、光起電力装置の各光活性層の端部を絶
縁化させる技術として、例えば特公平４−４５９９０号
があるが、これは光活性層の側面に沿って流れるリーク
電流を低減させるためのものではあり、本発明における
ような集積型構造とする際のエネルギービーム加工によ
る絶縁材料ではなく、本発明とは全く異なるものであ
る。

【００４０】

【発明の効果】本発明光起電力装置によれば、光活性層
の、光電変換素子の隣接間隔部近傍に、非晶質絶縁層を
備えさせ、該非晶質絶縁層上に被着された第２電極膜に
該絶縁層上の表面側からエネルギービームを照射するこ
とで分割したものであることから、基板上に形成された
複数の光電変換素子を相互に直列接続とすることが可能
となる。

【００４１】従って、本発明では、光活性層の所定の位
置に非晶質絶縁層を設け、これをエネルギービーム照射
時の絶縁材料として利用するものであることから、従来
の導電部材や絶縁部材を使用する必要がなく、汚染等の
問題が生じない。。

【００４２】また、本発明光起電力装置の製造方法によ
れば、光活性層の、隣接間隔近傍であって、第１電極膜
の上記露出部側に、イオン注入を施すことによって、当
該注入領域の光活性層を非晶質絶縁層に変質させ、該絶
縁層上に被着された第２電極膜をこの絶縁層の表面側か
らのエネルギービーム照射により除去分割することで、
基板上に形成された複数の光電変換素子を、直列に接続
させることが可能となる。このため、第２電極膜の分割
のために必要とされる絶縁材料として、光活性層と同一
材料を出発材料とすることから、従来のような半導体と
は異種の材料であるＳｉＯ₂ペースト等を使用する必要
がなく、それによる光活性層への汚染を抑圧することが
可能となる。

【００４３】更に、イオン注入により上記非晶質絶縁層
を形成することから、イオン注入の加工精度がそのまま
その絶縁層の形成位置制御等に反映させることができる
こととなり、従来のスクリーン印刷法と比べ、パターン
精度を飛躍的に向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明光起電力装置の一実施例を示す素子構造
断面図である。

【図２】本発明光起電力装置の製造方法を説明するため
の工程別素子構造断面図である。

【図３】従来例光起電力装置の製造方法を説明するため
の工程別素子構造断面図である。

【符号の説明】

(1)…基板 (2)…第１電
極膜 (2a)…露出部 (3)…光活性
層 (4)…非晶質絶縁層 (5)…第２電
極膜 (I)…イオン注入

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁表面を有する基板上の複数の領域
に、第１電極膜、光活性層及び第２電極膜をこの順序で
積層した光電変換素子を分割配置し、それら光電変換素
子を当該素子間の隣接間隔部で、隣接する一方の光電変
換素子の第１電極膜と、他方の光電変換素子の第２電極
膜とを、上記一方の光電変換素子の光活性層から露出し
た該第１電極膜の露出部において電気接続された光起電
力装置に於いて、上記一方の光電変換素子の光活性層は、上記隣接間隔部
の上記露出部側に非晶質絶縁層を備えると共に、上記他
方の光電変換素子の光活性層上から上記第１電極膜の露
出部及び上記非晶質絶縁層を越えて上記一方の光電変換
素子の光活性層上に被着された上記第２電極膜は、上記
非晶質絶縁層上のエネルギービームの照射により当該照
射領域が除去され分割されていることを特徴とする光起
電力装置。
【請求項２】絶縁表面を有する基板上の複数の領域
に、第１電極膜、光活性層及び第２電極膜をこの順序で
積層した光電変換素子を分割配置し、それら光電変換素
子を当該素子間の隣接間隔部で、隣接する一方の光電変
換素子の第１電極膜と、他方の光電変換素子の第２電極
膜とを、上記一方の光電変換素子の光活性層から露出し
た該第１電極膜の露出部において電気接続された光起電
力装置の製造方法に於いて、絶縁表面を有する基板上の複数の領域に、第１電極膜を
分割配置する工程と、上記第１電極膜の一部が露出するように、上記基板表面
の上記領域毎に光活性層を形成する工程と、上記光活性層の、上記領域の隣接間隔近傍であって、上
記露出部側にイオン注入を施すことにより、該注入領域
を非晶質絶縁層に変質せしめる工程と、上記他方の光電変換素子の光活性層上から上記第１電極
膜の露出部及び上記非晶質絶縁層を越えて上記一方の光
電変換素子の光活性層上に上記第２電極膜を形成する工
程と、上記非晶質絶縁層上にエネルギービームを照射すること
で当該照射部分の第２電極膜を除去し分割する工程と、からなる光起電力装置の製造方法。