JPS59220977A - 光半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は光照射により光起電力を発生する現象、或いは
電気伝導度が低下する現象等、所謂光電効果を利用した
光半導体装置、例えば多段形アモルファスシリコン太陽
電池等の製造方法に関するものである。

近時光電効果を利用した光半導体素子としては単結晶材
料に代わるアモルファスを材料としだものが製造の容易
性、コスト面の有利さから研究が進められており、例え
ばＰＩＮ接合型アモルファスシリコン（ａ−５４）太陽
電池及びフォトセンサ等が既に開発されている。

ＰＩＮ接合型ａ−５ｔ太陽電池の基本構造は通常第１図
に示す如きものである。第１図はＰＩＮ接合型ａ−５ｉ
太陽電池の断面構造図であり、図中１はガラス、耐熱性
プラスチック等の絶縁材全素材にして形成された透明基
板、２は酸化ガス（５ｎ０２）　。

酸化インジウム°（Ｉｎ、０３）　、酸化インジウムス
ズ（Ｉｎ１０ｇ　−ＳｎＯ□）等を素材にして前記透明
基板１上に形成された透光性電極層、８けシラン（Ｓｉ
Ｈ，）等のシリコン化合物雰囲気中に適当な不純物を添
加し、プラズマ反応を生起せしめて前記透光性電極層２
上に形成されたＰＩＮ接合ｐ、ａ−３ｉからなる光半導
体層、４けアルミニタム。チタン、インジウム等の金属
を前記光半導体層３上に蒸着せしめて形成した裏面電極
層であって、透明基板１上にこの順序で積層形成されて
いる。かかる太陽電池は前記透明基板１の光入射面、即
ち主面側から光照射を受けると光半導体層の１層におい
て電子。

ホール対が発生し、これらが透光性電極層２、裏面電極
層４に移＃Ｊして光起電力が発生するようになっている
。

ところでこのような太陽電池の場合、１枚の基板から可
及的に高い電圧を収り出すために大面積化、並びに友換
効率の向上を図るために、透光性電極層２の抵抗による
電力４Ｈ失の低減を図るべく光半導体層３がガス反応で
形成される薄膜であるという構成を利用して１枚の基板
上に多数の太陽電池をカスケード接続した、所謂集積形
（インテグレーテッドタイプ）ａ−５ｉ太陽電池が開発
されている。第２図はこの集積形ａ　−Ｓ　ｉ太陽電池
の構成を示す模式図であり、共通の透明基板１ゝ土に積
層形成された透光性電極層２、光半導体層３、裏面電極
層４よりなる複数の太陽電池Ｃ，，Ｃ，，Ｃ，・・・Ｃ
ｎが形成されており、これらは例えば太陽電池Ｃ２の透
光性電極層２け一側に相＠する太陽電池Ｃ７の裏面電極
層４に、また太陽電池Ｃ２の裏面電極層４け他側に相隣
する太陽電池Ｃ３の透光性電極層２に接続、即ち直列接
続された構造となっている。

このような集積形ａ−５ｉ太陽電池の゛製造には従来ス
クリーン印刷法フォトマスクによるリゾグラフィー法等
のクエットプロセス、或いはメタルマスクを用いた蒸着
法等のドライプロセスが採用されている。しかしクエッ
トプロセスによる場合は光半導体層にピンホールが発生
し易いため歩留が低く、シかも製造コストが高く、量産
には不適であり、１次ドライプロセスでは透明基板上に
透光性電極層を形成する過程で、透明基板とこれに重ね
たメタルマスクとの間の隙間から蒸着材料が侵入するた
め接続部分の間隔を細くするのには限界があって基板に
対する有効面積が小さい七いう難点が６る。その上鉤プ
ロセス共に、各層パターン作成時の位置合せに長時間を
要し、位置決め精度も±１００μｍが限界であるため、
製品品質が安定しない難点があった。

このような製造方法の問題を解決する方法としてレーザ
ビーム金片いる製造方法が既に提案されている。第３図
（イ）〜（へ）は第２図に示したものと同じモジュール
の集積形ａ−５ｉ太陽電池をレーザビームを用いて製造
する際の一般的な工程を示す説り］図である。先ず透り
１基板１１の表面全面にわたって透光性電極／ｉ’！！
２を形成し〔第３図（イ）〕、この透光性電極層１２に
所定の幅で透明基板１１の上面が露出するようレーザス
クライブ加工を施して溝２１を形成し、透光性電極層１
２を分断する〔第８図（ロ）〕。次に透光性電極層１２
の表面及び溝２１内に露出する透ＦＪ１基板１１表面の
全面にわたってシリコン化合物雰囲気中でのプラズマ反
ｆｔ５により、略１０００λ程度の厚さにａ−Ｓｉ光光
導導体層１３形成し〔第８図（ハ）〕、前記＃Ｖｔ２１
の幅寸法の略’／２にわたるａ−５ｉ光半導体層１８及
びこれに続く透光性電極層１２表面の所要幅にわたるａ
　−Ｓ　ｉ光学導体層１ＢＶＣレーザスクライブ加工を
施して、透明基板１１及び透光性電極層１２を露出させ
る溝２２を形成する〔第３図に）〕。そして〕ａ−５ｉ
ミー５ｉ光半４メ体面び溝２１内に露出する透り１１基
板１１、透光性電極層１２の表面を含む全曲にわたって
、関１Ｔｉｉ電極ＩＩ￥１１４を形成し〔第３図（ホ）
〕、最後に前記第３図に）の工程で形成した溝２２の一
側であって透光性電極１２とこの表面に形成したａ−３
ｉ光半導体層１３との境界部分に沿って裏面電極層１４
にレーザスクライブ加工を施し、透光性電極層１２を露
出させる溝２３を形成し、裏面電極層１４を分断し〔第
３図（へ）〕、相互に直列接続された太陽電池Ｃ１，Ｃ
２・・・を得るようになっている。

ところで上述した如き製造方法において、ＹＡＧレーザ
を用いて前記第３図に）に示す如く光半導体層１３にス
クライブ加工を施して光半導体層１３を分断すべく透光
性電極層１２を露出させる溝２２を形成する工程、また
第８図（へ）に示す如く裏面電極層１４にレーデスクラ
イブ加工を施して裏面電極層１４を分断すべく透光性電
極層１２を露出させる溝２８を形成する工程においては
夫々透光性電極層１２に可及的に損傷を与えないよう加
工条件を厳格に設定する必要がある。例えばＹＡＧレー
ザ（波長１．０６μｍ）を用いて第３図に）に示す工程
のスクライブ加工を施す場合についてみると光半導体層
１３の反射率かその厚さによって変化するため反射率に
応じてこれをスクライプ加工するに必要なレーザパワー
も変化することとなり、これを無視Ｉ−た加工を行うと
、レーザパワーが小さいときは光半〕１７体層１３の加
工不足を生じ、またレーザパワーが大きいと光半ノ９体
層１３の加工直後に透光性電極層１４が大きなレーザパ
ワーを受けて損傷され品質にばらつきを生せしめてしま
うこととなる。

第４図は横軸に光半導体層の厚さを、また縦軸に反射強
度をとって示したグラフであり、これから明らかな如く
光半導体層１８の厚さと反射率は極めて密接な関係にあ
って、最大値５７チ、最小（ｌ￥１１１％の範囲で変化
し、また吸収率は吸収係数を１００１００Ｏ３”、層厚
を５ｏｏｏＡとあると夫々全照射光の２％、４％となり
、従って加工に必要なレーザパワーに大きな差が生ずる
のが解る。

この対策としてはレーザスクライプ加工を施すべき上層
、即ち光半導体層１３、また裏面電極層１４０反射率を
低く、またその下層、即ち透光性電極層１２自体の反射
率はこれを高くすることが考えられる。

本発明者は被加工層又はその下層の反射率と、レーザに
よる加工性との関係につき実験、研究を行った結果、次
のような事去を知見した。即ち光半導体層１３表面での
反射率全低下させる手段としてはその層厚の制御が考え
られるが、層厚の変更は太陽電池としての特性に直接関
係するため容易には行なえず、また裏面電極層１４にあ
っては通常導電性のよい金属が用いられるために波長１
．０６μｍの場合で反射率が９８〜６０％と極めて高く
その低下￥′ｉ難しいという問題があること、また一方
透光性電極層の反射率を高めるにはその層厚全調整する
か、或いは透光性電極層下に金属反射層を形成するのが
効果的であることである。

本発明はかかる知見に基づきなさ五たものであって、そ
の目的とするところは透光性電極層の厚さ全調節し、又
はその下層に高反射率を有する金属反射層を形成するこ
とにより、透光性電極層表面の反射率金高めることによ
ってレーザスクライプ加工による透光性電極層の損傷を
防止し得ることは勿論、レーザスクライブ加工茶ｔ＋’
に緩和し得て加工自体全容易に行い得、その生産性を高
め得るようにした光半導体の製造方法を提供するにある
。

本発明に係る光半導体の製造方法は透明基板に透光性電
極層、光半導体層、裏面電極層をこの順序に積層して形
成される光半導体素子を相互に直列接続した装置を製造
する方法において、透光性電極層上に積層形成された光
半導体層又は裏面電極層全分断すべき部分の透光性電（
散層表面の反射率を高く設定して高エネルギを有するビ
ームを用いてスクライプ加工を施すことを特徴とする。

以下捷ず不発明方法の原理について説明する。

不発明方法の原理の一つは透光性電極層の層厚と反射率
とが密接な関係にあることに着目したものであって、透
光性電ｗ！、層表面の反射率が可及的に大きくなる層厚
全選定する。第５図は透光性電極層の層厚＾とその表面
反射率　との関係を示すグラフであって、横軸に層厚を
、また縦軸に反射・率をとって示しである。このグラフ
から明らかなように１３５０１．４ｏ５ｏ、；の如（１
ｉ３５０χの奇数倍毎に表面反射率が略２０％の最大値
を呈することから、層厚制御によって透光性電極層が吸
収するレーザエネルギ′ｆ：軽減出来、その損傷を低減
し得ることが解る。

次に本発明方法のいまひとつの原理について説明する。

第６図は本発明方法のいまひとつの原理説明図であり、
図中３１は透明基板、３２は透光性電極層、３３は光半
導体層、そして前記透明基板３１と透光性電極層３２と
の間に金属反射層３５全形成しである。いま光半導体層
３３、透光性電極層３２、金属反射層３５の屈折率全ｎ
。、　ｎｌ　、　ｎ２とすると、垂直照射光に対する光
半導体層３３と透光性電極層３２との界面Ａ１透光性電
極層３２と金属反射層３５との界面Ｂとでの振幅反射率
ｒ。。

ｒｌは下記（１）　、　（２）式で与えられる。

ｎＱ−ｎｌ　　　　　　・・・（１） ｎｏ＋ｎｌ また透光性電極層３２による干渉を考慮に入れて振幅反
射率ｒけ下記（３）式で与えられる。

似し　ｉ：複素数 δ１：透光性電極層３２による位相のずれであって、使
用レーザ波長をλ、透 光性電極層、層３２の厚さをｄとして δ、＝Ｔ−ｄ−ｎ１で表わされる。

エネルギ反射率ＲけＲ＝ｌｒ１２であるから（３）式に
下記（４）式の如く表わせる。

δｌ”ｍπ（ｍｔ／′ｉ整数）とするとＲけ下記（５）
式の如く書き直せる。

（５）式は透光性電極層８２の屈折率ｎ１を含まない式
であり、恰も透光性電極層３２が無く金属反射層８５上
に光半導体層８３が、又は光半導体層３８のレーデスク
ライブ加工後にあっては雰囲気が境を接して存在する場
合の反射率と等しいこと、換言すれば透光性電極層８２
による干渉作用を適正に設定することによシ、透光性電
極層３２表面の反射率が金属反射層８５表面の反射率と
等しいものとして扱い得ることを意味している。このよ
うな適正な干渉作用を得るための透光性電極層８２２π の厚さｄけ前記ａ□＝＝　　、　　＊ｄ＊１１における
δ１をｍπとして下記（６）式で与えられる。

ａ　＝ｍａ−・・・（６） ２ｎ□ 似し　ｍ：整数 例えばＹＡＧレーザの波長λ：　１．０６μｍ１透光性
電イ極層８２の屈折率ｎ、：、２．０とすると、金属反
射−８５を用いる場合の望ましい透光性電極層３２の厚
さはこれヲ（６）式に代入してｄ　＝　２６５ＯＡ　（
ｍ＝　１　）。

ｄ　−５８０ＯＡ　（ｍ＝　２　）・・・・・・の如く
与えられる。透光性電極層３２の透光性等の本来的機能
を考慮するとその厚さは上記のｒｒ＋＝１又は２のとき
の値とするのがよい。

透光性電極層３２の厚さを上記の如き値とすると、その
表面反射率は金属反射層８５表面のそれお同じとみなし
得ることとなり、ちなみに金属反射層３５としてＡＩ　
、　Ｃｕ　、Ａｕ　、　Ａｇ等の高反射金属を用いると
波長１．０６μｍのＹＡＧレーザに対する反射率けＡＩ
で９２チ、Ｃｕ　、　Ａｕで９８係、Ａｇで９９％程度
であるから、金属反射Ｗ４３５を設けないと駄即ち本発
す１方法の第１の原理に基づく場合の透光性電極層３２
の最大反射率２０％と比較して反射率が格段に改善され
ることが解る。

第７図（イ）〜（ト）は不発Ｆ５１方法の前記第６図に
示す原理に基つく半ノび体製ｕｆの製造工程を示す模式
図であり、先ず透明基板３１上に、レーザスクライブ加
工すべき部分に該当ｆる位置毎Ｋ　Ａｔ、　Ｃｕ、　Ａ
ｇ、　Ａｕ等の高反射率を示す金属＊　５００Ａ’以上
の厚さにコーティングして金属反射層３５を形成する〔
第７図Ｇ）〕。

この金属反射層３５の形成態様についてはウェット式、
又はドライ式のいずれでもよく、その位置精度を高める
べくＱスイッチ付Ｎｄ　：　ＹＡＧレーザによシ縁取シ
のためのスクライプ加工を施してもよい。このスクライ
プ加工条件の一例を示すと繰り返しパルスｌｃ　６　ｋ
Ｈｚ　、レーザパワー密度１０＠−集光レンズの焦点距
離ｆ＝５０肩１加工送り速度５０ｆｆ／秒である。次に
透明基板３１及びこの表面に形成した金属反射層８５の
全面にわたって、例えばＩｎ２０１　、５ｎＯ□、　、
Ｉｎ２Ｏ３＋Ｓｎ０ｇ等からなる透光性電極層８２を厚
さ２６５０−ｍ　Ａ　（ｍ　ａ整数）Ｋ形成し〔第７図
（ロ）〕、この透光性電極層３２を前記金属反射層８５
の片側に隣接する位置てこれに沿って平行にレーザスク
ライブ加工を施して透光性電極層３２？分断すべく金属
反射層３５の側端面及び透明基板３１表面を露出させる
溝４１を形成し、ここにおいて透光性電極層３２を分断
する〔第７図ｅＪ〕。このレーザスクライブ加工の条件
は透明基板８１に損傷を与えない程度の比較的粗なもの
で十分であり、例えばレーザパフ−密度は７　Ｘ　１０
”ｗ／ｃｆｒＬ２〜７　Ｘ　ｌ　Ｏ’　ｗ／ｃ♂程度に
設定すればよい。溝４１の幅は加工条件によって任意Ｖ
Ｃ変更可能であつて、例えば焦点距離ｆ＝１００ｊ！ｆ
ｆｌのレンズを用いたときは１００μｍ程度とすること
も容易である。

次Ｋ　ｉｆＪ記透光透光性電極層３２表面溝４１因に露
出する透明基ｕＩ８１の全面にわたって、シリコン化合
物雰囲気中でのプラズマ反応によりａ−５ｉからなる厚
さ数千へ′程度の薄膜状光半導体層３Ｂ全形成する〔第
７図に）〕。そして前記金属反射層３５と対応する透光
性電極層３２上の光半導体層３３及び前記溝４１の幅寸
法の１洛Ｖ２　ＶＣ相当する部分に対し１Ｍ４１と平行
にスクライブ加工を施し、光半導体８３３ケ分断すべく
透ツＪ基板３１の表面及び金属反射Ｆｊ３５、透光性電
極層３２の端面全露出させる溝４２全形成する〔第７図
（力〕。このレーザスクライブ加工の条件は金属反射層
８５が存在しない状態では加工に必要なレーザパワー密
度が８　Ｘ　１０’　ｗ／ｃｍ２であるのに対し、金属
反射層３５が存在する場合は透光性電極層３２の反射率
が少なくとも５倍以上高くなっているため、レーザパワ
ー密度は著しく低減されることは勿論、たとえ光半導体
層３３の加工時にレーザビームが透光性電極層８２衰面
に投射されても透光性電極層３２表面の反射率が高いた
め透光性電極層３２０損傷が防止され、加工条件が緩和
されて作業が容易となる。

次に光半導体層８８表面及び溝４２内に露出する透光性
電極層３２及び透明基板３１表面の全表面にわたってＡ
１．　Ｔｉ　、　Ｉｎ等全素材とする裏面電極層３４を
数μｍ以下の厚さに形成する〔第７図（へ）〕。

この裏面電極層３４の表面は前記金属反射層３５０反射
率よりも低くなるよう表面加工し、また他の被膜をコー
ティングして後のスクライブ加工条件全緩和し得るよう
にするのが望ましい。そして最後に溝４２の形成によっ
て分断した前記光半導体層３３の端縁に沿ってこれと平
行にスクライプ加工を施し、裏面電極層３４を分断すべ
く透光性電極層３２０表面及び光半導体層３３の端面を
露出させる溝４３を形成し、裏面電極層３４′ｆｒ：分
断せしめる〔第７図（ト）〕。このススクライブ工にお
いては裏面電極層３４の反射率は金属反射層３５の反射
率より低くしてあり裏面電極層３４の加工が低いレーザ
パワーで可能となり、しかも透光性電極層３２の表面は
金属反射層３５の存在によって略金属反射層８５と同等
の反射率を備えることとなり、裏面電極層３４がスクラ
イプ加工された瞬間においてレーザビームが透光性電極
層３２に照射されてもその損傷全回避出来ることとなる
。

以上の如く本発明方法にあっては透光性電極層に積層形
成した光半導体８３３ケする部位における前記透光性電
極層の少なくとも一部の反射率を高くして光半導体層を
レーザスクライブ加工により分断するに際し、その下地
層たる透光性電極の４１１傷を大幅に低減出来ることと
なり、レーザスクライブ加工条件を大幅に緩和出来て生
産効率も向上するなど、不発りＪは優れた効果を奏する
ものである。

【図面の簡単な説明】

ｆｆｓ　１図はＰＩＮ接合型アモルファスシリコン太陽
電池の基本構造を示す断面構造図、第２図は多段形アモ
ルファスシリコン太陽電池のモジュール構造例を示す模
式図、第３図（イ）〜（へ）は前記第２図に示す多段形
アモルファスシリコン太陽電池の従来の製造工程を示す
説明図、第４図は光半導体層の厚さと反射率　との関係
を示すグラフ、第５．６図は本発明方法の原理説明図、
第７図（イ）〜（ト）は前記第６図に示す原理に基づく
本発明方法による多段形アモルファスシリコン太陽電池
の！ｌＩｉ！造工程全示す説明図である。 ３１・・・透明基板　３２・・・透光性電極層　３３・
・・光半導体層　３４・・・裏面電極層　３５・・・金
属反射層特許出願人　三洋電機株式会社 代理人　弁理士　河　野　登　犬 も１　図 第　１ ／ｌ 第３０ 」 ００ 第　４（２Ｉ 通尤壮ｔ＋！ＴＩ層の１ｔ（Ａ） 曝５ｅｉ！ｌ 第　δ　閃

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、透り１基板に透光性電極層、光半導体層、裏面電極
   層をこの順序に積層して形成される光半導体素子を相互
   に直列接続した装置を製造する方法において、透光性電
   極層上に積層形成された光半導体層又は裏面電極層を分
   断すべき部分の透光性電極層表面の反射率を高く設定し
   て高エネルギ密度、を有するビームを用いてスクライプ
   加工金族、１すことを特徴とする牛導体装置の製造方法
   。