JPH09500236A - 薄膜太陽電池用の統合集積化レーザ構造化方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 透明基体（サブストレート）及び透明フロント（前面）電極を有する薄膜太陽電池の構造化のためアクティブな半導体層及びバッキング電極は単一のステップでリフトオフされ、所要の構造溝が作成される。そのために、所要のエネルギがレーザパルスにより基体（サブストレート）及びフロント（前面）電極を通って半導体材料内に入力照射される。当該の半導体材料は被照射領域にて残滓なしにフロント（前面）電極からアブレーション除去される。隣接するソーラーセルストリップ間の相互接続（インターコネクション）は生成される構造溝の直ぐ傍らで更なる照射により達成され、そして、半導体層の相変化により低オーム領域が生成され、上記領域により第１のステップ状のソーラーセルのバッキング電極が第２のストリップ状のソーラーセルのフロント（前面）電極と接続せしめられる。

Description

【発明の詳細な説明】 薄膜太陽電池用の統合集積化レーザ構造化方法 薄膜太陽電池（ソーラーセルユニット）は、アモルファス又は多結晶半導体材 料から形成され、該材料は大面積のサブストレート上に堆積（デポジット）又は 生成され得る。太陽エネルギの、電気エネルギへの光起電力効果による変換によ り、そのような太陽電池は１Ｖ以下の電圧レベルを生じさせる。典型的には１２ Ｖ又は２４Ｖの電圧のもとで技術的に利用可能な出力を得るため複数の個別太陽 電池セルがシリーズ（直列）に接続される。薄膜太陽電池（ソーラーセルユニッ ト）の場合、当該直列（シリーズ）接続は層作成プロセスにて集積化され得る。 ベース電極、太陽電池、バッキング（後方）電極はそれぞれ面全体に亘り行われ る被覆（コーティング）につづいて、適当な構造化手法を用いて長手ストリップ に細分化される。構造化の目標は隣接するストリップ状の個別セルの前面及び後 面間の電気的接続路を形成することである。 従来公知の薄膜太陽電池セル（ソーラーセル）構造化手法はそれぞれの薄膜半 導体材料に適合されており、該材料の最重要代表はアモルファスシリコンａ−Ｓ ｉ：Ｈ，銅−インジウム２セレン化物ＣｕＩｎＳｅ２及びカドミュウム−テルル 化合物ＣｄＴｅである。 当該方法は次の点に関し相異なる。 ａ）機械的及びレーザ処理プロセス ｂ）ペースト書込手法及びリフトーオフ技術 機械的な手法は工具の短いサービス寿命期間及び比較的幅広い構造化溝の欠点 を呈する（それは常にアクティブな太陽電池における損傷を伴う）。ｂ）に述べ た手法によっては幅広の構造化溝が生ぜしめられ、それによって、太陽電池ない し太陽電池モジュールの達成可能出力全体が低下せしめられる。 レーザ処理の問題は層除去（アブレーション）の屡々非可制御の選択性及びそ れにより惹起される層構成体の部分的加熱に存する。材料除去は電極のうちの１ つ、又は半導体材料に限定されるのが従来首尾良く行かなかった。更に、半導体 材料除去の際構造化溝の付近に、半導体層の不都合な損傷及び変化（これはソー ラーモジュールの電気的能率の他の何らかの低減又は短絡を来す）を生じさせる 危険が存する。 米国特許第４６７５４６７号明細書からは薄膜ソーラーモジュールの直列相互 接続（インターコネクション）手法が提示されており、該手法は半導体層の構造 化を省く。構造化されたバッキング電極の電極ストリップはその都度隣接するソ ーラーセルのフロント（前面）電極の電極ストリップとの重なり領域を有する。 エネルギの強いビームを用いて半導体材料は当該の重なり領域にて電気的に良好 な電導性の相に変化せしめ られ、ここで、ストリップ状の電極により規定された個別ソーラーセルの直列的 相互接続が得られる。当該の構造にて欠点となるのは隣接する個別ソーラーセル の半導体材料が電気的に相互に絶縁されておらず、その結果、利用可能な出力を 低減する、短絡電流に対する経路が水平方向に、構造化方向に対して横断方向に 生じることである。ここで、半導体材料の損傷をせずに狭幅の構造化ステップに てバッキング電極を分離する問題が未解決のまま残っている。 本発明の課題ないし目的とするところは狭幅の構造化ストリップないし溝を形 成し、そして、個別ソーラーセルを完全に相互に電気的に絶縁し、且つ、個々の 構造化ステップを選択性を以て、良好に可制御で、もって再現可能に実施し得る 薄膜太陽電池（ソーラーセルユニット）の集積化構造化方法を提供することにあ る。更に、構造化コストを低減するものである。 上記課題は請求の範囲１の方法により解決される。本発明の更なる発展形態の 構成は引用請求項に示されている。 本発明の方法によっては個々のソーラーセルストリップの光起電力効果的にア クティブな各層相互間の良好な電気的絶縁作用が得られる。隣接するソーラーセ ルストリップ間の短絡が回避される、それというのは最初のレーザー照射により その上方に位置するバッキング電極と共に当該の照射された領域にて半導体材料 のクリーン（きれい）な完全なリフトオフ（除去）が行われるからである。 第２の照射と共に隣接するソーラーセルストリップの確実な直列的相互接続（ インターコネクション）が形成され、当該の直列的相互接続（インターコネクシ ョン）が付加的な材料塗布又は除去なしで行われ得る。それにより例えばＵＳ４ ６７５４６７にて必要とされるようなバッキング電極の付加的構造化が省かれる 。従来技術において生じる、半導体層に対してのバッキング電極の構造化の選択 性の問題又は過度に幅広い構造化ストリップは、それにより回避される。 ソーラーセルの構造化及び相互接続は単一の工具を用いて、ないし単一のシス テムにて行われ得る。２つのそのために必要な照射は直ぐ相次いで行われ得る。 有利には両者が相互に並行して同期的に実施される。１つの非対称的ビームプロ フィルを有するレーザを用いて両照射を実施することが可能である。構造化方向 に対して垂直方向での当該レーザの強度分布は次のようなものである、即ち第２ の領域にて半導体層のアブレーション除去が行われ、直ぐ隣接する第２の領域で は低オーム領域形成のため半導体層の加熱及び相変化のみが行われる。 当該方法は光起電力効果的に使用可能なすべての半導体材料に適する、即ち０ ．５と２ｅＶとの間の適当なバンドギャップを有するすべての半導体に適する。 その場合その当該の半導体は公知の透明電極材料の吸収特性とは著しく相異なる 吸収特性を呈するものであって、ここにおいて、本発明の方法の確実な実施が可 能である程度に著しく相異なる吸収特性を呈するものである。 第２領域の相変化は第１レーザ照射にて生ぜしめられる構造間隔（ギャップ） の直ぐ傍らで行われるので、相変化により自由になるガス状の化合物の妨げられ ないガス飛散が可能になる。 次に５つの図及び２つの実施例を用いて本発明を説明する。 図１〜図３中には寸法縮尺度通りには示していない略示横断面を用いて薄膜太 陽電池（ソーラーセルユニット）の作成、構造化及び相互接続（インターコネク ション）の際種々の方法ステップを示す。 図４には相互接続（インターコネクション）の準備状態の終了したソーラーモ ジュールを平面図で示す。 図５には両照射の同期実施のための特別なビーム誘導の様子を示す。 図１；ソーラーセルに対する基体（サブストレート）Ｓとして任意の透明材料 が使用され、該材料は個々のプロセスストリップのプロセス条件に対して不活発 である。基体（サブストレート）は構造化のために使用されるレーザの波長に対 してセミトランスペアレント（半透明）なもの、例えばガラスである。基体（サ ブストレート）Ｓの公知の前処理の後透明なフロント（前面）電極層ＦＥが面全 体に亘り被着される。事後の半導体材料の種類に応じて、前記層は場合によりド ーピングされる任意の導電性の金属酸化物（ＴＣＯ）から成り得、例えば２酸化 金属ＳｎＯ2、酸化亜鉛ＺｎＯ、インジウム酸化金属から成り得る。層厚は金属 層の所要の、ないし所定の導電率次第であり、例えば１μｍである。任意の構造 化プロセスにより、フロント（前面）電極層ＦＥは相互にパラレルな複数の電極 ストリップのうち、図中には分かり易さのため、たんに３つのみが示してある（ ＦＥ１，２，３）の構造化は例えばレーザ書込、リフトオフ技術または機械的ス クライビングにより行われ得る。 図２； 電極ストリップＦＥ１〜３上には面全体に亘って光起電力効果的にア クティブな薄膜太陽電池（ソーラーセルユニット）層ＨＬが堆積（デポジット） される。当該層は最も簡単な場合には吸収体から成り、換言すれば０．５ｅＶと ２．０ｅＶとの間のバンドギャップを有する半導体から成り、それにより、太陽 光線ビームのできるだけ大きな成分を吸収するものである。場合により付加的に 半導体層ＨＬは全荷電領域の形成のため、相応にドーピングされた層領域を有す る。荷電キャリア分離に必要なバンドの曲がり、ないしＰｎ接合部は第２の導電 形のドーピングの材を有する層領域の付加的ドーピングにより生ぜしめられ得る 。亦、更なる半導体層の堆積（デポジット）によりヘテロ接合部を形成したり、 又は吸収体層を適当なフロント（前面）電極との組合せによりヘテロ接合部を生 成することも可能である。 光起電力効果的にアクティブな半導体層ＨＬ上方には面全体に亘りバッキング 電極ＲＥが被着される。本発明の方法の確実な実施は実際上バッキング電極ＲＥ の特別な構成ないし種類には依存しない。 当該の層形成−及び電極構造化方法プロセスにつづいて、集積化構造化及びソ ーラーセルの相互接続（インターコネクション）が行われる。 図３：フロント（前面）電極ＦＥの付近及びそれの縁に対するパラレルな方向 に狭幅な領域Ｄ１にて、基体（サブストレート）側から、第１のレーザ照射Ｗ１ が実施される。このために、適当な光波長λ１を有するパルスレーザが使用され る。上記レーザは専らフロント（前面）電極ＦＥにて、送信され、半導体層ＨＬ では著しく吸収される。それにより領域Ｄ１における吸収体ないし半導体層の著 しい加熱及び機械的ひずみが惹起される。パルス長及びビームのエネルギ密度の 適当な選定の際半導体層Ｄ１にてその上方に位置するバッキング電極ＲＥと共に 行われる。ここで、明らかに成っているところでは波長λ１、パルス長、エネル ギ密度は相互に無関係に選定され得るのではなく、半導体の吸収特性に適合化さ れている。最適のフォーカ シングの場合、フロント（前面）電極ＦＥ上方に領域Ｄ１にて構造溝ＳＧが残存 する。上記領域では半導体層及びバッキング電極が完全に除去されている。その ようなレーザ構造化方法はＥＰ−Ａ−０５３６４３１に記載されている。 当該の第一レーザ照射Ｗ１は次のように実施され得る、即ち、半導体ＨＬのア ブレーション除去されていない隣接する領域にて、半導体材料のたんにわずかな 加熱が観測されるように実施され得る。そのようなプロセス実施のため、ほぼ半 径方向ビームプロフィールを有するレーザが使用される。当該のビームプロフィ ールにビームの強度が外方に向かって急峻に低下する。 生成された構造溝ＳＧと、フロント（前面）電極の隣接縁ＥＫとの間に零とは 異なる間隔が残存し、該間隔は少なくとも第２領域Ｄ２の幅に相応する。当該領 域ではバッキング電極ＲＥのストリップが、フロント（前面）電極ＦＥのその都 度隣接するストリップと重なる。当該の重なり（部）の領域では領域Ｄ２では第 ２レーザ照射Ｗ２は基体（サブストレート）側から実施される。波長λ２、強度 及び場合により、当該の第２のビームのパルスの長さ（パルス照射の場合）は次 のように選定されている、即ち、それの相にて変化（転移）さるべき半導体材料 が層複合構造体にて保持、維持され、そして、剥離又は亀裂が生ぜず、熱伝導の 作用により、均質に、被照射領域にて、そして、せいぜい形成さるべきコンタク ト溝の幅Ｄ２にて加熱されるように選定されている。エネルギは次のように選定 される、即ち、半導体材料の相変化により、被照射領域にて低オーム領域は半導 体層ＨＬに比して、著しく高められた導電性を呈するように選定される。要する に、それにより、良好な導電性の接続が次のものの間で形成される、即ち、第１ ソーラーセルのバッキング電極ＲＥ２は次のソーラーセルのフロント（前面）電 極ＦＥ３と接続される。ここで、当該のソーラーセルの直列的相互接続（インタ ーコネクション）がなされ得る。 第１レーザ照射Ｗ１と第２レーザ照射Ｗ２との相違点は当該の２つの露光ビー ムの時間的パルス長、吸収されるエネルギ密度、そして、上記ビームの波長に存 する。照射Ｗ１にとって決定的なことは層のアブレーション除去、要するに適当 な最小エネルギ密度及び最小照射面積を以てのエネルギ入力結合である。照射Ｗ ２にとっては層複合構造における被露光層の欠陥のない残存及び相変化にとって 十分なビーム吸収度である。それに相応して、吸収されたエネルギは種々異なる パラメータの影響を受け得る。その際、複数の場合の組合せを挙げ得る。 −両照射Ｗ１，Ｗ２が同一のパルスレーザ及び同一波長で実施される場合、強 度は相異ならなければなら ない。エネルギ密度及び被露光面はそれぞれＷ１の場合クリティカルな限界値を 越えなければならず（ＥＰＡ−Ａ−０５３６４３１参照）、そして、Ｗ２の場合 は下回らなければならない。ここで、Ｗ２の確実な実施のためには特にエネルギ 密度は限界値を下回らなければならない。 −種々異なる波長使用の際Ｗ１，Ｗ２に対して所定最適値を選定し得る。Ｗ１ に対しては半導体ＨＬにてできるだけ強く吸収される概して短い波長が有利であ る。Ｗ２は波長λ２の選定により、適当に最適化され得、上記波長Ｗ２はその吸 収度が比較的にわずかな程度にあり、従って、ＨＬにて比較的に大の波長の強い 吸収を回避するため、ｎｓ及びそれにより大の持続時間のレーザパスを使用し得 る。 −当該の適用例に特別な構成ではＷ１に対してはＮｄ：ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＬ Ｆ−レーザのビームを使用し、Ｄ１にフォーカシングすることが可能である。こ の場合において常に長波長のビーム（これは勿論有限の効率を有する倍周の際常 にビーム流中に含まれる）は適当な光学装置を用いてコリメーションにより有効 に可用される。図５には適当な光学的構成の概念図を図５に示す。当該適用例の 利点は単一の適当なレーザを用いてのＷ１及びＷ２にとって最適の波長を以ての ２ビーム動作の手法に存する。基本的にはビームプロフィルはＷ１に対して均一 に且つ最適に層アブレーシ ョンに対して調整され、一方Ｗ２はビームの片側の光学的デフォーカシングによ り生ぜしめられる場合、２つの照射を唯一のレーザビームで生成することは可能 に思われる。 ｗ１に対しては常にパルスレーザビームが可用にならなければならないが、Ｗ ２は選択的に連続波ビーム（ＣＷ）又はランプのフォーカスされた光を以て生成 され得る。ＣＷ−レーザビームの強度及びスキャニング速度は次のように最適化 されねばならない、即ち、被露光半導体層ＨＬがたんに短時間、且つ適度に加熱 され、それにより当該層は剥離されず、亦、アクティブなソーラーセル面が損傷 されないように最適化されねばならない。同じことは強力なランプの使用の場合 にも成立ち、上記ランプの光は特別な適用例の場合、シリンダレンズを用いてス トリップ（縞）状に領域Ｄ２にフォーカシングされ得る。それにより高いスキャ ニング速度が可能になる。 方法プロセス及び結果に関して次のようにすればリスクが生じなくなる、即ち 第２照射が第１照射の領域Ｄ１をも共に捉えるようにするのである。同じフォー カシングの場合特別に狭幅の低オームの領域ＮＢが生成され得、該領域ＮＢはア クティブなソーラーセル面にて比較的にわずかな損失を惹起するものである。 次に、２つの薄膜太陽電池（ソーラーセルユニット）タイプが提示され、該両 タイプは本発明の方法によ り特別に有利な形式で構造化され、そして、相互接続（インターコネクション） され得る。 アモルファスシリコン（1−X）−ゲルマニュウム、（X）−水素合金（１＞ｘ ≦０）をベースとした薄膜ソーラーセルは本発明により青色又は緑色レーザで構 造化され得る。良好に適しているのは例えばＮｄ：ＹＡＧ−又はＮｄ：ＹＬＦ− レーザの倍加された周波であり、該レーザは第１照射に対しては２００ｎｓを下 回るパルス長、殊に２０ｎｓ〜１００ｐｓのパルス長にセッティングされる。ガ ラス特性プロフィール付きレーザビームの半径方向強度分布は次のようにして達 成される、即ち、当該方法プロセスに対してＴＥＭｏｏモードを使用するのであ る。亦、縁にて急峻に強度の低下する半径方向ビームプロフィールを選ぶことも 可能である。 Ｗ２に対するパルスビームの場合アブレーション限界値を下回ることを確保し なければならない。それにより、Ｗ１に厳密に依存しての適当なパラメータが得 られる。５０〜１００μｍの幅でのＤ２におけるほぼ１００μＪの堆積（デポジ ション）はａ−Ｓｉ：Ｈ及びカルコパイライト（ｃｈａｌｋｐｙｒｉｔｅ）半導 体（酸素族−硫化物）への相変化には十分であるとみなされる。このこのことは １ｍｍ／ｓのスキャニング速度及び１ｍＷの連続（ＣＷ）ビームでの露光に等価 である。 当該の第２のビーム照射の場合半導体層は加熱を受け、その際高伝導性のマイ クロ（微細）結晶性のシリコンーゲルマニウムへの相変化を経るものであり、こ でガス状の水素がレリーズ（開放）される。直ぐ隣接する構造溝ＳＧを介しては 水素は妨げられずに半導体層から、ないし、ソーラーセル構造全体から離散し得 る。ここで上述のＵＳ ４６75４６７におけるとは異なって、ソーラーセル内部 でガス圧は形成され得ない。上記ガス圧は層剥離及び順次のソーラーセルの損傷 化又はソーラーセルの破壊を招来するものである。 カルコパイライト（ｃｈａｌｋｐｙｒｉｔｅ）物半導体をベースとした薄膜太 陽電池（ソーラーセルユニット）例えば銅−インジウム２セレン化物（ＣｕＩｎ Ｓｅ２）は第１照射における前記シリコン合金と同じレーザで構造化され得る。 第２照射は同様の手法で実施され、ここにおいて、半導体層の加熱により３元化 合物ＣｕＩｎＳｅ２から揮発性のセレン化合物、殊にインジウムセレン化物Ｉｎ Ｓｅがガス状形態で追い出される。ここにおいて、被照射領域にて半導体層は伝 導性の高い２元的銅セレン化物Ｃｕ2Ｓ ｅにより濃厚化され、その結果被照射領 域全体は低オーム性になる。ここでも、生成されたガス状の化合物は妨げられず に隣接構造溝ＳＧを介してソーラーセル構造外に脱出し得る。 本発明の方法によっては狭幅構造（これはアクティ ブなソーラーセル面にてたんに最小の損失を意味する）が生成され得る。横方向 （構造溝ＳＧに対して横断方向）での寄生的な電流チャネルは隣接するソーラー セルストリップの完全な絶縁により回避される。そのようなことが起こると相応 のストリップセルの場合には並列的導電性を来すことになり、それによっては殊 に良好な導電性のソーラーセル材料、例えば多結晶吸収材料の場合効率損失を惹 起する殊となる。図４は本発明により構造化された薄膜太陽電池を示す。直列的 に相互接続（インターコネクション）されたストリップ状の個別ソーラーセルは 構造溝ＳＧにより相互に分離されている。通常複数のソーラーセルは直列的相互 接続（インターコネクション）により達成さるべき電圧全体の所望の高さにより 定まる。その結果ストリップの幅は使用される基体（サブストレート）Ｓの大き さにより定まる。 本発明の方法によれば薄膜太陽電池（ソーラーセルユニット）はそれの作製の 際たんに２度構造化を施される。先ず第１はフロント（前面）電極のＦＥの被ク リティカルな構造化であり、そして、方法プロセスの終結のために行われる第１ 、第２（レーザ）照射であり、該照射は１つ又は２つのステップにて、いずれに しろ、単一のシステムにて実施され得る。このためには次のような理由によって も有利である、即ち、すべての層堆積（デポジション）手順がアクティブな半導 体層及びバッキング電極に対して相次いで実施され、ここで、場合により薄膜太 陽電池はそのあいだに場合により真空状態を必要とする。システム外に層堆積（ デポジション）又は生成のため引き出されなくてもよいからである。それにより 、ソーラーセル構造の改善がなされるのみならず（比較的に狭幅の構造溝ＳＧ、 ストリップソーラーセル相互間の確実な絶縁分離、クリーンな構造化縁（エッジ ）、層剥離に係わる問題の解消、構造化ストリップの直ぐ隣接しているソーラー セル領域の損傷の問題の解消）、当該の方法プロセスが明瞭に容易化され、簡単 化される。それによりソーラーセルのコスト上一層有利な作製が可能になる。

【手続補正書】特許法第１８４条の８ 【提出日】１９９５年５月１５日 【補正内容】 機械的な手法は工具の短いサービス寿命期間及び比較的幅広い構造化溝の欠点 を呈する（それは常にアクティブな太陽電池における損失を伴う）。ｂ）に述べ た手法によっては幅広の構造化溝が生ぜしめられれ、それによれは太陽電池ない し太陽電池モジュールの達成可能出力全体が低下せしめられる。 レーザ処理の問題は層除去（アブレーション）の屡々非可制御の選択性及びそ れにより惹起される層構成体の部分的加熱に存する。材料除去は従来電極のうち の１つ、又は半導体材料に限定されるのが首尾良く行かなかった。更に、半導体 材料除去の際構造化溝の付近に、半導体層の不都合な損傷及び変化（これはソー ラーモジュールの電気的能率の他の何らかの低減又は短絡を来す）を生じさせる 危険が存する。 ＵＳ−Ａ−４９５４１８１からは薄膜太陽電池モジュール（ソーラーモジュー ル）の直列的相互接続（インターコネクションの方法が公知である。個別ソーラ ーセルの分離ないし半導体層の構造化は第１のエネルギ密度を有するレーザで行 われる。直列相互接続（インターコネクション）は比較的低いエネルギ密度のも とでのレーザを用いて相変化によりおこなわれる。 米国特許第４６７５４６７号明細書からは薄膜ソーラーモジュールの直列相互 接続（インターコネクション）手法が提示されており、該手法は半導体層の構造 化を省く。構造化されたバッキング電極の電極ストリ ップはその都度隣接するソーラーセルのフロント（前面）電極の電極ストリップ との重なり領域を有する。エネルギの強いビームを用いて半導体材料は当該の重 なり領域にて電気的に良好な導電性の相に変化せしめられ、ここで、ストリップ 状の電極により規定された個別ソーラーセルの直列的相互接続が得られる。当該 の構造にて欠点となるのは隣接する個別ソーラーセルの半導体材料が電気的に相 互に絶縁されておらず、その結果、利用可能な出力を低減する、短絡電流に対す る経路が水平方向に構造化方向に対して横断方向に生じることである。ここで、 半導体材料の損傷をせずに狭幅の構造化ステップにてバッキング電極を分離する 問題が未解決のまま残っている。 当該の第２のビーム照射の場合半導体層は加熱を受け、その際高伝導性のマイ クロ（微細）結晶性のシリコンーゲルマニウムへの相変化を経るものであり、こ こでガス状の水素がレリーズ（開放）される。直ぐ隣接構造溝ＳＣを介しては水 素は妨げられずに半導体層から、ないし、ソーラーセル構造全体から離散し得る 。ここで上述のＵＳ４６２７４６７におけるとは異なって、ソーラーセル内部で ガス圧は形成され得ない。上記ガス圧とは層剥離及びそれのシーケンスにて損傷 化又はソーラーセルの破壊を招来するものである。 組成ＣｕＩｎ１-xＧａｘＳ１-yＳｅｙ（０≦ｘ，ｙ≦１）のカルコパイライト （ｃｈａｌｋｐｙｒｉｔｅ）（酸素族−硫化物）半導体をベースとした薄膜太陽 電池（ソーラーセルユニット）例えば銅−インジウム２セレン化物（ＣｕｌｎＳ ｅ₂）は第１照射における前記シリコン合金と同じレーザで構造化され得る。第 ２照射は同様の手法で実施され、ここにおいて、半導体層の加熱により３元化合 物ＣｕＩｎＳｅ２から揮発性のセレン化合物、殊にセレン化インジウムＩｎＳｅ がガス状形態で追い出される。ここにおいて、被照射領域にて半導体層は伝導性 の高い２元的銅セレン化物Ｃｕ２Ｓｅにより濃厚化され、その結果被照射領域全 体は低オーム性になる。ここでも、生成されたガス状の化合物は妨げられずに隣 接構造溝ＳＧを介してソーラーセル構造外に脱出し得る。 本発明の方法によっては狭幅構造（これはアクティブなソーラーセル面にてた んに最小の損失を意味する）が生成され得る。横方向（構造溝ＳＧに対して横断 方向）での寄生的な電流チャネルは隣接するソーラーセルストリップの完全な絶 縁により回避される。そのような殊が起こると相応のストリップセルの場合には 並列的導電性を来すことになり、それによっては殊に良好な導電性のソーラーセ ル材料、例えば多結晶吸収材料の場合効率損失を惹起する殊となる。図４は本発 明により構造化された薄膜太陽電池を示す。直列的に相互接続（インターコネク ション）されたストリップ状の個別ソーラーセルは構造溝ＳＧにより相互に分離 されている。通常複数のソーラーセルは直列的相互接続（インターコネクション ）により達成さるべき電圧全体の所望の高さにより定まる。その結果ストリップ の幅は使用される基体（サブストレート）Ｓの大きさにより定まる。 請求の範囲 １．薄膜太陽電池の直列形相互接続（インターコネクション）方法において、 下記の方法ステップを有し、 ａ）透明基板（Ｓ）上に透明なフロント（前面）電極（ＦＥ）を面全体に亘って 堆積（デポジション）するステップ： ｂ）電極層（ＦＥ）をｎ形電極ストリップ（ＦＥ１，２．．．ｎ）に細分化する ステップ、 ｃ）光起電力効果的にアクティブな薄膜半導体層（ＨＬ）を面全体に亘り堆積（ デポジション）するステップ、 ｄ）バッキング（後方）電極（ＲＥ）に面全体に亘り堆積（デポジション）する ステップ、 ｅ）サブストレート（基体）（Ｓ）及び電極ストリップ（ＦＥ１，２．．．）を 通して半導体層（ＨＬ）へのレーザ照射を実施するステップであって、ここで、 上記のレーザ照射は一所定の波長（λ１）のもとで電極ストリップ（ＦＥ１，２ ．．．）の縁（ＥＫ）に対してパラレル（並行）な方向に、そして、それの付近 にて実施され、上記の所定の波長に対して半導体層は強い吸収を呈し、ここにお いて、第１の領域（Ｄ１）にて半導体層（ＨＬ）の狭幅のストリップがその上方 にあるバッキング（後方）電極（ＲＥ）と共にアブレ ーション除去され、半導体層のストリップ状の構造化（リボン状のパターニング ）が電極ストリップ（ＦＥ１，．．ｎ）に相応して得られるようにしたステップ 、 ｆ）第２領域（Ｄ２）にて第１レーザ照射（Ｗ１）とは異なる波長（λ２）を以 て半導体層への第２の照射（Ｗ２）を実施するステップであって、前記の異なる 波長（λ２）に対して半導体層（ＨＬ）はλ１の場合よりも低い吸収を呈するも のであり、前記第２領域（Ｄ２）は領域Ｄ１と前記縁（ＥＫ）との間に位置して おり、上記第２領域にてバッキング電極（ＲＥ）はフロント（前面）電極のそれ ぞれ隣接する電極ストリップ（ＦＥ）と重なっており （オーバーラップしてお り）、ここで、半導体層における相変化により低オーム領域（ＮＢ）が形成され るようにしたことを特徴とする薄膜太陽電池用のレーザ構造化方法。 ２．第２照射は波長（λ２）のもとでレーザにより実施され、ここでλ１に対 しては半導体層（ＨＬ）は、λ２に対するよりも高い吸収度を有する請求の範囲 １記載の方法。 ３．第１及び第２（レーザ）照射（Ｗ２）に対しては倍周されたレーザＮｄ： ＹＡＧ又はＮｄ：ＹＬＦレーザ（Ｌ）が使用され、ここで、第２照射（Ｗ２）に 対してはレーザ（Ｌ）のＩＲ−基本波長の非変換成分が使用され、そして、当該 成分は第１レーザ照射（Ｗ １）に対するビーム路から出力結合されるようにした請求の範囲１又は２記載の 方法。 ４．第２照射（Ｗ２）はランプで実施され、該ランプの光はシリンダレンズを 用いてストリップ状にフォーカシングされる請求の範囲１記載の方法。 ５．方法ステップｃ）にてアモルファスの水素含有のシリコン／ゲルマニウム 合金ａ−Ｓi1-xＧ eＸ：Ｈ（１＞ｘ≦０）を半導体層（ＨＬ）として被着し、そ して、第２のレーザ照射（Ｗ２）を実施するに際して、ガス飛散のもとで相変化 にによりマイクロ（微細）結晶のシリコン／ゲルマニウム合金Ｓｉ１-xＧ eＸが 生ぜしめられるようにした請求の範囲１から４までのうちいずれか１項記載の方 法。 ６．半導体層（ＨＬ）として組成ＣｕＩｎ１-xＧａｘＳ１-yＳ ｅy（０≦ｘ， ｙ≦１）のカルコパイライト（ｃｈａｌｋｐｙｒｉｔｅ）（酸素族−硫化物）が 生ぜしめられ、そして第２レーザ照射を実施するに際して、揮発性のセレン化合 物のガス飛散により、２元のＣｕ2Ｓ ｅ又はＣｕ2Ｓが半導体層（ＨＬ）の低オ ーム領域（ＮＥ）の形成下で濃厚化されるようにした請求の範囲１から４までの うちいずれか１項記載の方法。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 アインツィンガー，リヒャルト ドイツ連邦共和国 Ｄ―85643 シュタイ ンヘーリング アーバースドルファーシュ トラーセ ７ (72)発明者 アウリヒ，フーベルト ドイツ連邦共和国 Ｄ―81669 ミュンヘ ン シュヴァルツシュトラーセ ３

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．薄膜太陽電池の直列形相互接続（インターコネクション）方法において、 下記の方法ステップを有し、 ａ）透明基板（Ｓ）上に透明なフロント（前面）電極（ＦＥ）を面全体に亘って 堆積（デポジション）するステップ： ｂ）電極層（ＦＥ）をｎ形電極ストリップ（ＦＥ１，２．．．ｎ）に細分化する ストリップ、（ ｃ）光起電力効果的にアクティブな薄膜半導体層（ＨＬ）を面全体に亘り堆積（ デポジション）するステップ、 ｄ）バッキング（後方）電極（ＲＥ）に前面全体に亘り堆積（デポジション）す るステップ ｅ）サブストレート（基体）（Ｓ）及び電極ストリップ（ＦＥ１，２．．．）を 通して半導体層（ＨＬ）へレーザ照射を実施するステップであって、ここで、上 記のレーザ照射は、所定の波長（λ１）のもとで電極ストリップ（ＦＥ１，２． ．．）の縁（ＥＫ）に対してパラレル（並行）な方向に、そして、それの付近に て実施され、上記の所定の波長に対して半導体層は強い吸収を呈し、ここにおい て、第１の領域（Ｄ１）にて半導体層（ＨＬ）の狭幅のストリップがその上方に あるバッキング（後方）電極（ＲＥ）と共にアブレー ション除去され、半導体層のストリップ状の構造化（リボン状のパターニング） が電極ストリップ（ＦＥ１，．．ｎ）に相応して得られるようにしたステップ、 ｆ）第２領域（Ｄ２）にて半導体層への第２の照射（Ｗ２）を実施するステップ であって、上記第２領域にてバッキング電極（ＲＥ）はフロント（前面）電極の それぞれ隣接する電極ストリップと重なっており（オーバーラップしており）、 ここで、半導体層における相変化により低オーム領域（ＮＢ）が形成されるよう にしたことを特徴とする薄膜太陽電池用の統合集積化レーザ構造化方法。 ２．上記の第２の照射（Ｗ２）の実施の際半導体層（ＨＬ）では第一レーザ照 射（Ｗ１）におけるよりわずかな吸収度が得られるように構成されている請求の 範囲１記載の方法。 ３．第１及び第２（レーザ）照射を異なった波長（λ１，λ２）のもとで実施 し、ここで半導体層（ＨＬ）はλ１に対してはλ２に対するよりも高い吸収度を 有する請求のはに１又は２記載の方法。 ４．第１及び第２照射（Ｗ１，Ｗ２）は１つの作動工程にて、そして非対称的 なビームプロフアィルを有するレーザを以て実施される請求の範囲１又は２記載 の方法。 ５．方法ステップｃ）にてアモルファスの水素含有のシリコン／ゲルマニウム 合金ａ−Ｓi1-ｘＧ eX：Ｈ（１ ＞ｘ≦０）を半導体層（ＨＬ）として被着し、そして、第２のレーザ照射（Ｗ２ ）を実施するに際して、ガス飛散のもとで相変化にによりマイクロ（微細）結晶 のシリコン／ゲルマニウム合金Ｓil-xＧ eＸが生ぜしめられるようにした請求の 範囲１から４までのうちいずれか１項記載の方法。 ６．半導体層（ＨＬ）として組成ＣｕＩｎ１-xＧ ａｘＳ１-yＳ ｅｙ（０≦ｘ ，ｙ≦１）のカルコパイライト（ｃｈａｌｋｐｙｒｉｔｅ）（酸素族−硫化物） が生ぜしめられ、そして第２レーザ照射を実施するに際して、揮発性のセレン化 合物のガス飛散により、２元のＣｕ2Ｓ ｅ又はＣｕ2Ｓが半導体層（ＨＬ）の低 オーム領域（ＮＥ）の形成下で濃厚化されるようにした請求の範囲１から４まで のうちいずれか１項記載の方法。