JPH1187752A - 太陽電池とその製造方法およびそのためのフォトリソグラフィ用マスク - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 基板上に透明導電膜、非晶質シリコン、金属
電極等を積層して作る太陽電池は、積層体のパターニン
グのためのエッチングとそれに先立つフォトリソグラフ
ィによるレジスト膜の形成を、各３回行っていた。この
回数を減らせば製造コストの低減となる。 【解決手段】 厚さが２段になったレジスト膜を形成
し、１回目のエッチングの後、薄い部分がなくなるまで
レジスト膜を除去し、厚い部分の残りであるレジスト膜
を用いて２回目のエッチングを行う。露光装置の解像度
以下の寸法の透光部と遮光部が混在したパターンを持つ
マスクを用いれば、この部分は露光の光量が不足して薄
いレジスト膜となる。２回のエッチングとその間のレジ
スト膜除去はいずれもプラズマを用いて行うので、同一
装置内の一連の処理で行える。これにより、フォトリソ
とエッチングの回数およびマスクの枚数を３分の１にで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基板上に電極と非
晶質シリコン膜を積層してなる太陽電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に電極とＰ−Ｉ−Ｎ接合型の非晶
質シリコン膜を積層して形成した太陽電池は、動作時の
シリコン膜の起電力が０．４〜０．５Ｖ程度に止どまる
ため、例えば電子腕時計の電源として用いる場合、１個
の素子では回路を動作させるのに電圧が足りない。そこ
で基板上に複数の太陽電池素子（例えば４個分）を配置
して、これらの素子を直列接続した構成とすることによ
り、加算された起電力を得る構造が取られる。

【０００３】図３（Ｆ）に太陽電池の一構造の断面を模
型的に示す。この太陽電池は、ガラスの基板１上に透明
導電膜２を形成し、その上にＰ−Ｉ−Ｎ接合型の非晶質
シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜と略記）３を形成し、さらにそ
の上に金属電極４を形成したものである。基板１の下方
からの入射光によりａ−Ｓｉ膜に発生する光起電力は、
ａ−Ｓｉ膜をはさんでいる透明導電膜２と金属電極４か
ら取り出すことができる。基板上の積層構造は図３
（Ｆ）のほぼ中央部で左右に分離されていて、その両側
は別の太陽電池素子領域をなしているので、便宜上、左
側を素子Ａ、右側を素子Ｂと呼ぶことにする。素子Ａの
金属電極４と素子Ｂの透明導電膜２が連結されており、
これによって二つの素子は直列接続している。

【０００４】図３（Ｆ）の範囲外の箇所でも、隣接する
素子の金属電極４と透明導電膜２を同様に導電接続して
あり、これにより基板１上に形成した複数の太陽電池素
子を直列接続して、所望の起電力の太陽電池を構成して
いるのである。

【０００５】このような太陽電池の製造法を引き続き図
３により簡単に説明する。図３（Ａ）にて、基板１上の
透明導電膜２は例えばＣＶＤ法によってＳｎＯ₂膜を形
成したものであるが、この透明導電膜２をエッチングす
るためのレジスト膜７をフォトリソグラフィ（以下「フ
ォトリソ」と略記）により形成する。

【０００６】図３（Ｂ）にて、エッチングを行ってレジ
スト膜７でマスクされている部分以外の透明導電膜２を
除去してパターニングする。この後、レジスト膜７を剥
離する。これで透明導電膜２が所要の電極形状になる。

【０００７】図３（Ｃ）にて、透明導電膜２の上にＣＶ
Ｄ法によってａ−Ｓｉ膜３を積層し、これをエッチング
するためのレジスト膜８を、再度、フォトリソにより形
成する。

【０００８】図３（Ｄ）にて、再びエッチングを行って
ａ−Ｓｉ膜３をパターニングし、レジスト膜８を剥離す
る。これによってａ−Ｓｉ膜３が所要の形状になる。

【０００９】図３（Ｅ）にて、透明導電膜２とａ−Ｓｉ
膜３の上に金属電極４となる金属膜をスパッタリングで
成膜し、これらをエッチングするためのレジスト膜９
を、３度目のフォトリソにより形成する。

【００１０】図３（Ｆ）にて、３度目のエッチングを行
って金属電極４をパターニングし、レジスト膜を剥離す
る。これにて基板上の積層構造が所要の形状になり、各
領域がそれぞれ太陽電池素子になるとともに、前述のご
とく、素子Ａの金属電極４と素子Ｂの透明導電膜２が導
電接続しており、これによって素子Ａと素子Ｂは直列接
続となる。

【００１１】図示の範囲外の素子も同様に構成され、基
板１上に形成された複数の太陽電池素子は直列接続して
いて、合成された起電力を生じるものとなる。この後、
上面に保護膜を塗布するなどして太陽電池が完成する。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の太
陽電池の製造方法においては、エッチングを３度行って
いる。すなわち図３（Ｂ）の透明導電膜２のエッチン
グ、同図（Ｄ）のａ−Ｓｉ膜３のエッチング、および同
図（Ｆ）の金属電極４のエッチングである。各エッチン
グに先立ってフォトリソでレジスト膜を形成するから、
フォトリソも３度行われる。それらのフォトリソのため
にパターンの異なる３種類のマスクが必要である。もし
フォトリソを１回で済ますことができれば、製造工程が
短縮されるとともにマスクも１種類で済み、製造コスト
の大幅な削減となる。本発明はこのような製造方法の簡
略化を可能にするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明では、フォトリソ
によって形成するレジスト膜が厚さの薄い部分と厚い部
分からなるものを用いる。基板上に最初に透明導電膜、
ａ−Ｓｉ膜、そして金属電極膜を全部積層しておき、こ
れにフォトリソを行って上記のような二通りの厚さを持
つレジスト膜を形成する。これを用いてエッチングし、
基板上の全積層体を共通にパターニングする。次にプラ
ズマによるレジスト膜の除去（いわゆるアッシング）を
行うが、この時レジスト膜を全部剥がすのでなく、アッ
シングが進んでレジスト膜の厚さが減少し、膜厚の薄い
部分がなくなり厚い部分が残っている段階でアッシング
を停止する。そして残っているレジスト膜を用いて再び
エッチングを行い、今度は金属電極とａ−Ｓｉ膜をパタ
ーニングするのである。言い替えれば、１回目のエッチ
ングによって透明導電膜を金属電極およびａ−Ｓｉ膜と
一緒にパターニングし、２回目のエッチングによって金
属電極とａ−Ｓｉ膜をパターニングする。これで従来３
回行っていたレジスト膜形成のためのフォトリソ工程が
１回で済む。

【００１４】上記のような厚さに段階のあるレジスト膜
を形成する方法に関し、本発明は特徴的な手段を用い
る。レジスト膜を形成するフォトリソにおいて、基板上
の積層体表面にレジスト剤を塗布し、露光装置によりマ
スクを用いてレジスト面を感光させる場合、例えば感光
によって硬化するレジスト剤であれば、感光部はレジス
ト剤が硬化し未感光部はそうでないから、現像時に未感
光部が洗い流されて、感光した部分のレジスト剤がエッ
チング用のマスクとして残る。この場合、マスク・パタ
ーンはレジスト剤に感光させる部分は透明にし、感光さ
せない部分は遮光するようにしてある。しかし本発明で
は、上記のようにレジスト膜に厚い部分と薄い部分を設
けるので、本発明で用いる露光用のマスクは、レジスト
膜のない部分は完全に遮光し、レジスト膜を厚くする部
分は透明にして十分に感光させるようにし、そしてレジ
スト膜を薄くする部分は、露光装置の解像度以下の細か
い寸法の透光パターンと遮光パターンを混在させて、一
種の網目のようにしたものとする。このような細かいパ
ターンの組み合わせを通して露光させると、個々のパタ
ーンが露光装置の解像度以下なので、この部分はパター
ンがそのままレジスト剤に転写されるのでなく、不十分
な光量で露光されることになる。従ってレジスト剤も厚
さの一部のみが硬化して現像後に残り、厚さの残りの部
分は流失するので、この部分が薄いレジスト膜になるの
である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施形態を説明する。図１は本発明による太陽電池の製造
手順を示すものである。図１（Ａ）にて、基板１上に透
明導電膜２、ａ−Ｓｉ膜３、金属電極４を順次積層し、
その上にフォトリソによりレジスト膜１０を形成する。
素子Ａ側のレジスト膜は厚い部分１０ａだけが見えてい
るが、素子Ｂ側のレジスト膜は厚い部分１０ａと薄い部
分１０ｂが見えている。１１の箇所にはレジスト膜を設
けない。ここでは露光により硬化するレジスト剤を用い
る場合を説明する。フォトリソに用いるマスクは、レジ
スト膜を厚くする１０ａの部分を透明にし、レジスト膜
を作らない１１の部分をマスクする。そしてレジスト膜
を薄くする１０ｂの部分は、前述のように透光部と遮光
部の細かいパターンが混じったものとする。

【００１６】図２に示すのがマスク・パターンの一例
で、図１（Ａ）の対応箇所の符号をつけてあり、厚いレ
ジスト膜に相当する両側の１０ａの部分は透光部、レジ
スト膜を設けない１１の部分は遮光部で、レジスト膜の
薄い１０ｂの部分は細かい透光パターンと遮光パターン
を交互に碁盤目状に設けてある。細かいパータンの一辺
は露光装置の解像度以下にするのであって、例えば解像
度が１０μｍの装置であれば、パターンの一辺を５μｍ
にするなどである。このようなパターンを用いて露光す
るとレジスト剤にはパターンは転写されず、光量が少な
い不十分な露光が行われて、１０ａのような完全な透光
部よりもレジスト剤の硬化層の厚さが薄くなり、露光後
の現像で硬化の不十分だったレジスト剤が除かれて、図
１（Ａ）に見るように厚さの薄いレジスト膜１０ｂとな
るのである。細かいマスク・パターンは、図２のもの以
外にも縞状、格子状など種々可能であり、また透光部と
遮光部の面積比を適宜選ぶことによってレジスト膜厚を
制御する。なお、レジスト剤の性質がこの例と逆で、未
感光部が硬化するものを用いる場合は、マスクの透光部
と遮光部の配置は当然逆になる。

【００１７】図１（Ｂ）では、上記の段つきレジスト膜
１０を用いてエッチングし、透明導電膜２を積層された
ａ−Ｓｉ膜３、金属電極４と一緒にパターニングする。

【００１８】図１（Ｃ）は、レジスト膜を除去するアッ
シング工程である。これにはプラズマを用い、アッシン
グが進むにつれてレジスト膜１０ａ、１０ｂは共に厚さ
が減って行くが、レジスト膜を全部除去するのでなく、
薄いレジスト膜１０ｂがなくなったところでアッシング
を停止する。その結果、１０ａの部分のレジスト膜は前
より厚さが減っているが、レジスト膜１０′として残
る。

【００１９】図１（Ｄ）では、前記のようにして残った
レジスト膜１０′を用いて再びエッチングを行い、ａ−
Ｓｉ膜３と金属電極４を同時にパターニングする。その
後、レジスト膜１０′を剥離する。

【００２０】図１（Ｅ）では、以上のようにして形成さ
れた素子と素子の間に保護膜６を印刷して電極間の短
絡、すなわち隣接する素子の透明導電膜２同士の短絡あ
るいは同一素子内の透明導電膜２と金属電極４の短絡等
を防ぎ、保護膜６をまたぐように導電ペースト５を塗布
して、素子Ａの金属電極４と素子Ｂの透明導電膜２を接
続する。図示の範囲外でも同様の接続を行い、基板１上
に形成された複数の太陽電池素子を直列接続して、合成
された起電力を生じるものにする。この後、上面に保護
膜を塗布するなどして太陽電池が完成する。

【００２１】図１の本発明による製造方法と図３の従来
の製造方法を比較すると、従来は図３（Ａ）、（Ｃ）、
（Ｅ）の３度、フォトリソを行ってレジスト膜を形成
し、同図（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）の３度、エッチングを
行っている。これに対し、本発明ではフォトリソでレジ
スト膜を作るのは図１（Ａ）の１度のみである。エッチ
ングは本発明でも図１（Ｂ）、（Ｄ）の２度行っている
が、従来の製造方法における図３（Ｂ）、（Ｄ）、
（Ｆ）のエッチング工程が成膜およびフォトリソである
図３（Ｃ）、（Ｅ）の工程によって分離されているのに
対し、本発明では、図１（Ｂ）、（Ｄ）のエッチング工
程の間には（Ｃ）のアッシング工程だけが介在していて
成膜やフォトリソ工程はない。エッチングもアッシング
もプラズマを用いて基板の表面層を除去するという同種
の加工であり、図１（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の工程は、
基板を同じ処理槽に入れたまま、ガスの種類や濃度を切
り替えるだけで連続して行うことが可能である。従って
本発明の製造方法は従来の方法に比べて工程数がほほ３
分の１になるといえる。また従来は３度のフォトリソに
それぞれ異なるマスクを必要としたが、本発明ではフォ
トリソは１度であってマスクが１種類で済み、この点で
もコスト減となる。

【００２２】図１（Ｅ）にて素子Ａ、Ｂの間に保護膜６
を設けて導電ペースト５を塗布し、素子Ａの金属電極４
と素子Ｂの透明導電膜２を接続する構造は、図３（Ｆ）
の従来の太陽電池では見られなかったものである。これ
は従来の図３（Ｆ）の構造では素子Ａの透明導電膜２の
端部がａ−Ｓｉ膜３で覆われて、素子Ａの金属電極４や
素子Ｂの透明導電膜２と分離されているため、保護膜を
設けて絶縁する必要がなく、成膜とパターニングを通じ
て所要の素子Ａの金属電極４と素子Ｂの透明導電膜２の
接続が得られるからであるが、図１（Ｅ）の本発明の太
陽電池では、素子Ａの透明導電膜２の端部がａ−Ｓｉ膜
３で覆われておらず、また成膜とパターニングによって
は素子Ａの金属電極４と素子Ｂの透明導電膜２の接続が
得られないので導電ペーストを用いるのであり、これは
本発明に固有の構造である。

【００２３】上記の実施形態では、透明なガラス基板上
に形成した太陽電池に本発明を適用した場合を示した
が、基板に不透明な絶縁板や絶縁被覆を施した金属板等
を用い、積層体の順番を逆にして太陽電池を構成するこ
ともでき、もとより本発明はそのようなものにも適用可
能である。

【００２４】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明は、基板上に
電極や非晶質シリコン膜を積層して太陽電池を製造する
方法において、露光装置の解像度を利用したフォトリソ
グラフィを行うことにより、従来３度行っていたフォト
リソ工程を１度に削減できるとともに、それに用いるマ
スクも従来３種類必要であったものが１種類で足りる。
また従来３度行っていたエッチングも、実質上、１工程
に近い形で行うことができる。このように、本発明によ
れば太陽電池製造の工程数とマスク数を３分の１に削減
して製造コストを大幅に下げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による太陽電池とその製造方法を示す断
面図である。

【図２】本発明でフォトリソグラフィに用いるマスク・
パターンの一例である。

【図３】従来の太陽電池とその製造方法を示す断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 基板 ２ 透明導電膜 ３ ａ−Ｓｉ膜 ４ 金属電極 ５ 導電ペースト ６ 保護膜 ７、８、９、１０ レジスト膜

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に透明導電膜、非晶質シリコン膜
   および金属電極を形成した太陽電池において、 隣接する太陽電池素子の間に保護膜を設けて電極間を絶
   縁し、該保護膜をまたいで塗布した導電ペーストで保護
   膜両側の電極を接続することにより太陽電池素子を直列
   接続したことを特徴とする太陽電池。
2. 【請求項２】 基板上に透明導電膜、非晶質シリコン膜
   および金属電極を形成して太陽電池を製造する方法にお
   いて、 基板上の積層体のパターニングのため厚さに段階のある
   レジスト膜をパターン形成し、 初回のエッチングの後、薄い部分がなくなるまでレジス
   ト膜の除去を行い、厚い部分の残りであるレジスト膜を
   用いて次回のエッチングを行うことを特徴とする太陽電
   池の製造方法。
3. 【請求項３】 請求項２に記載の太陽電池の製造方法に
   おいて、 露光装置の解像度以下の寸法の透光部と遮光部が混在し
   たパターンを持つマスクを用いることにより、厚さに段
   階のあるレジスト膜を１回のフォトリソグラフィで形成
   することを特徴とする太陽電池の製造方法。
4. 【請求項４】 請求項３に記載の太陽電池の製造方法の
   フォトリソグラフィに用いるマスクであって、露光装置
   の解像度以下の寸法の透光部と遮光部が混在したパター
   ンを持つことを特徴とするマスク。