JPS60100482A - 光電変換半導体装置の作製方法 - 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】 この発明は、光照射により光起電力を発生するアモルフ
ァス半導体を含む非単結晶半導体が絶縁表面を有する基
板上に設けられた光電変換素子（単に素子ともいう）を
複数個電気的に直列接続した、高い電圧の発生が可能な
光電変換装置における連結部の作製方ｄ、に関する。

この発明は、レーザ・スクライブ（以下ＬＳという）に
より光電変換装置を作製せんとした場合、それぞれの素
子を直列に接続する連結部において、基板上の第１の導
電膜と、半導体上の第２の導電膜とがその大きさにより
互いにショートしてしまい、電気的に直列接続がされな
（なってしまうことを防ぐため、連結をさせる開溝（以
下第２の開溝という）を半導体の両側端よりも「内部」
に設けたことを特徴としている。

この発明は、光電変換装置パネル（以下単にパネルとい
う）の周辺部、特にこのパネルを矩形または長方形とし
た時、外部取り出し電極の形成されていない他の２側部
においても、その連結部、即ち１つの素子の下側電極（
第１の導電膜により作られた第１の電極）と隣の素子の
上側電極（第２の導電膜により作られた第２の電極）と
が、第２の電極より延在させた導体により第１の電極と
第２のコンタクトで連結させたことを特長としている。

従来より、一般にパネルはその側端部において、基板が
１μ〜０．１ｍｍの凹面または凸面のそりを有している
。かかる側端部ではレーザ光の焦点がぼけるため、第１
の導電膜を所定の素子に必要な第１の電極の形状に完全
に電気的に分離できない。

またこの第１の電極が酸化スズ、酸化インソユームを主
成分とするＣＴｌ’とすると、基板の側面に電子ビーム
蒸着法等で形成する際、ＣＴＦがまわりこの、その側面
での導通性をＬＳでは除去することができない。

即ち、それぞれの素子を直列に連結する連結部において
ショートシてしまう場合があることが判明した。即ち、
もし連結部が半導体の端部までに至る開溝（第２の開溝
）を形成さ・ｌると１、この連結部にて第２の電極はそ
の隣の素子の開溝より外側の第１の導電膜とも電気的に
連結する。さらにこの導電膜はリークにより前記した第
２の電極下の第１の導電１１Ｑとショー１・しているた
め、結果として１つの素子の上下の電極間が周辺部でシ
ョートシてしまい、光起電力を発生させることができな
くなってしまう。このためこの周辺部のショートによる
光起電力の低下を防ぐことは工業−Ｌきわめて重要であ
った。

即ぢ、本発明はかかる問題を解決し、連結に重要な第２
の開溝を形成させた半導体のＩＪよりも小さく内側にＬ
Ｓにより形成せしめ、１つのパネルにおいて隣あったそ
れぞれの素子を直列に側端部にてショートさせることな
く連結させたものである。

さらに、本発明は、第１の導電膜を電気的に開溝（以下
第１の開溝という）の形成の際レーザ光の焦点ぼけのた
めに切断しにくい基板端を除去するため、この側端より
内部（一般には０．３〜５ｍｍ　）にレーザ光を用いて
開溝（以下第４の開溝という）を形成させることにより
、それぞれの素子用の第１の電極を４本の開溝（２本の
第１の開溝および２本の第４の開＃）により回りを取り
囲む構成とせしめた。

かくして前記したごとき基板端部の基板のそり等による
レーザ加工のばらつきによる電極間の電気ショーＩ−を
除去することができた。

本発明ばかかる簗積化構造をマスクを用いずに成就する
ものであるが、この集積化の際、余分の工程がかかりや
すい基板の側端部を集積化工程と同一のＬＳＩ程で成就
するものである。

さらに本発明においては、このレーザスタライブ工程を
用いるに加えて、そのスクライブラインの合わせ精度に
冗長（余裕）度をもたせたことが重要である。そのため
隣合った素子間の第１の電ｗＡ（下側）と、他の素子の
第２の電極（上側電極）とがこの半導体の「外側」で互
いに連結をさせるのではなく、半導体の「内部ｊ側にＬ
Ｓで形成された第２の開溝を利用して、第２の電極より
延在した導体リードとにより第１の電極の側面または側
面と上坦面において電気的に連結させるコンタクトを構
成させることにより、スクライブラインの開溝の位置に
冗長度を持たせることができた。

以下、図面の実施例に従って本発明を説明する。

第１図は本発明を用いた光電変換装置のパネル（５０）
を上面より示したものである。即ち、図面において、光
電変倹素−ｊ’−（３１）、（ＩＩ）は連結部（１２）
を経て直列に連結して！Ｊ”、　ａｌｌ化さ−Ｕた光電
変換装置（５０）を設けている。パネルの上６ｉ；ｉ部
、下端部に枠と電気的にショー１−シないように、分月
１１溝（３６）が設けられている。

この連結部（１２〉を構成する３本の開溝のうち、図面
では第２の開溝を代表して示す。そのため、図面では分
離溝（３６）にまでこの開溝が至らず内部側に直線状に
設けている。

第１図のパネルにおいて、その大きさは２０ｃｍ　ｘ６
０ｃｍ、　４０ｃｍＸ１２０ｃｍ、４０ｃｍＸ６Ｑｃｍ
等の任意の大きさを設計によって得ることができる。

第１図における（Ａ−Ａ’）の縦断面図を第２図に示し
ている。さらに（Ｂ−Ｂ’）の縦断面図を第３図（Ｂ）
に、（Ｃ）を第３図（Ａ）に拡大して示している。番号
はそれぞれに対応させている。

第２図は第１図Ａ−Ａ’の縦断面図を示す。即ぢ、本発
明の製造工程を示す縦断面図である。

第２図（Ａ）および第３図において、絶縁表面を有する
基板例えば透光性基板（１）即ちガラス板（例えば厚さ
１．２　ｍｍ、長さく図面では左右方向）６０ｃｍ、中
２０ｃｍ）、　Ｓ光性有機樹脂（厚さ１００μまたは透
光性有機樹脂膜上に窒化珪素膜（厚さ０．１〜１μ）が
形成された基板）を用いた。さらにこの上面に全面にわ
たって、透光性導電膜例えばＩＴＯ（約１５００人）　
＋ＳｎＯ，（２００〜４００人）またはノーロゲン元素
が添加された酸化スズを主成分とする透光性導電膜（３
５００〜１００００人）を真空ＭＨ法、１．ＰＣＶＤ法
、プラズマＣＶＩ］法またはスプレー法により形成させ
た。

この後、この基板の上側より、ＹＡＧ　レーザ加工機（
日本レーザ製）により０．５〜３ｗ平均出刃を加え、ス
ポット径３０〜７ｏμφ例えば５ｏμψ、周波数７ＫＩ
Ｉｚ、パルス中０．１　μ秒をマイクロコンビューり数
を制御して照射−し、その走査にょリスクライブライン
用開溝（１３）、＜１３’）を形成さセ、各素子領域間
および外部引出し電極Ｉｔｉ城（５）を分割した。

そして第１の電極（３７）、＜３９）を作製した。

このＬＳにより形成された第１の開溝（］　３　）、＜
　１３　’　）は＋１３約５０μ長さ２０ｃｍとし、深
さは第１の電極それぞれを完全に切断分δ１１シた。こ
の長さは第１図における図面の上端から１・端まで通り
抜Ｃ）さセ、開溝の形成の走査スピードを２ｍ／分と速
くさせた。

かくして外部引出し電極領域（５）、第１の素子領域（
３工）および第２の素子領域（月）を構成させた。これ
らの素子の中ば】０〜２０ｍｍとした。

加えて第３図に示すごとく、基板の側部における分離溝
（３６）用の第４の開溝（５６）も同様のＬＳプロセス
により作製した。その結果、パネルにおける素子領域（
３１）を周辺部の不均質な不要導電膜（１５）即ち側端
部での凹部凸部の基板のそりでレーザ光の焦点がぼけ、
開溝（１３ル０３’）の形成できない領域（１７）と電
気的に分離した。かくして素子が作られる活性領域（１
４）において開溝（１３）により素子（３１）、＜１１
）の第１の電極を電気的に分離した。

この後、この活性領域（１４）、第１の開溝および第４
の開溝を覆い上面にプラズマＣＶＤ法またはＬＰＣＶＤ
法、光ＣＶＤ法、光プラズ７ＣＶＤ法、［、Ｔ　ＣＶＤ
法（ＩＩＯＭＯＣＶＤ法ともいう）により光照射により
光起電力を発生させる非単結晶半導体特にＰＮまたばＰ
ＩＮ接合を有する非単結晶半導体ＦＪ（３）を０．２〜
１．０　μ代表的には０．４〜０．６　μの厚さに形成
させた。その代表例は、Ｐ型半導体（ＳｉｘＣ１−Ｘｘ
　＝０．８５０〜１５０人Ｘ２３）　−Ｉ型アモルファ
スまたはセミアモルファスのシリコン半導体（０，４〜
０．６μ）＜２４）−Ｎ型の微結晶（１００〜２００人
）または５ｉｘＣ＋−ｘ　（０＜　ｘ　＜　１　例えば
ｘ＝０．９）の半導体（２５）よりなる１つのＰＩＮ接
合を有する非単結晶半導体（３）とした。この半導体と
してＰ型半導体（ＳｉｘＣ１−）＜）　−１型Ｓｉ半導
体−Ｎ型Ｓｉ半導体−Ｐ型Ｓｉ半導体−■型５ｊＸＧｃ
　ｌ−ｘ半導体−Ｎ型半導体よりなる２つのＰＩＮ接合
と１つのＰＮ接合を有するタンデム型のＰＩＮＰＩＮ・
・・ＩＩＩＮ接合の半導体（３）としてもよい。かかる
非ｆｌ′Ｌ結晶半導体（３）をＣＴＦの活性領域（１４
）および開溝（１３）、＜１３’）Ｊ二の全面にわたっ
て均一の脱１’７−で形成さゼた。

さらに第２図（Ｂ）に示されるごとく、第１の開溝（１
３）の左側に第２の開溝（］８）を５０μの中に１００
〜２００μの距１ｉ１１ｔ（７）をわたらせて第２のＬ
ＳＩ程により形成さ・Ｕた。

かくして第２の開溝（１１１）は第１の電極の側面（８
）、＜　９　＞を露出させた。この時、ＬＳのスキャン
スピードが６０ｃｍ　７分またはそれツ下では側面のめ
が露出される。しかしこのスピードを１０（１ｃｍ　７
分〜２５０ｃｍ　７分とすると、側面のめならずその上
川面を０．５μ〜５μのｌ〕で同時に露呈させることが
できた。即ち、ＬＳにより半導体は１４２０℃で熔けて
除去されるが、これよりも数倍強い即ち昇華温度が１８
５０″ＣであるＳｎＯえ等のＣＴＦは残りやすい。加え
て、レーザ光が中心部がガウス分布により強いため、開
溝の中心部は半導体とＣＴＦとがともに除去され、開溝
の周辺部は半導体のみが除去されるためである。さらに
この後１／１０肝で残存物を溶去した。第２の電極と同
一材料の導体を延在させ、コンタクトを第２の導体を積
層させて構成させた。

この第２の開ｍ　（１Ｂ）は第３図（Ａ）に示されるご
とく、半導体（３）の端部（２７）の内側にて終端（２
６）をさせている。これはＬＳの際、基板またはレーザ
光源を走査させ、一定の速度になった後（２６）より照
射を開始するか、または（２６）にて照射を中止させて
同期させた。かかる第２の開溝端（２６）が半導体の端
部（２７）より内側とすることにより、素子（３１）の
第１の電極（３７）と第２の素子（１１）の第２の電極
（３８）との連結に際し、基板の側端部（１７）にてシ
ョートすることを防ぐことができた。

さらにこの半導体上の第２の電極がこの半導体よりも大
きくても、またパターンずれを起こし、半導体の端部（
２７）より外側にずれても、連結部を経由してその素子
の第１の電極とショーｌ−することをも防ぐことができ
る。

また第２図（Ｂ）より明らかなごとく、第１の素子の第
１の電極（３７）の一部を第２の開溝の右側（９）に残
存さ−けている。

かかる残存領域がない場合、レーザ光の高ｊＨＪ＞（〜
２０００℃）によりこの開ｌｌｌの近傍がレーザアニー
ルされ多結晶半導体となり絶縁性に劣化が起きてしまう
。この多結晶は基板のガラス基板表面上に著しく発生し
やすいため、この凸部（９）によりこの結晶化を防ぎ、
側面（９）と（１６）とが電気的にショートしてしまう
ことを防いでいる。即ち、第２図（Ｃ）におりる第１の
電極（３９）と同じ素子の第２の電極（３８）とがショ
ー１−シてしまうことを防ぐことができた。この（９）
の部分に残存するＣＴＦは２０〜２（ｊＯμの中を有せ
しめた。

第２図において、さらにこの上面に第２図＜Ｃ＞に示さ
れるごとく、裏面の第２の導電膜（４）を形成し、その
導電膜と同一材料を延在させて第１の電極の側面または
側面と上用面（１８）とコンタクトを構成させた。

かくすることにより、側面または側面と上用面のコンタ
クトで１．５Ω／ｃｍ以下の低い接触抵抗とすることが
できた。即ち、本発明における連結部は第２の電極より
「同一の導体」がコンタク］・に延在し、第１の電極の
側面または側面と上用面の露呈した面に密接せしめたこ
とが特長である。

この第２の導電膜（４）ば透光性導電膜を１００〜１４
００人の厚さにＩＴＯ（酸化インジュームスズ）により
形成し、さらにその上面にチタン（１０〜５０人）、銀
（１００〜５００　人）、クロムを３００〜３０００人
の厚さに形成した。またはＩＴＯ上にクロムを３００〜
３０００人の厚さに形成した。例えばＩＴＯを１０５０
人、クロムを１５００人の２Ｎ構造とした。

かくしてＣＴＦに対しＩＴＯがコンタクト（酸化物−酸
化物コンタクト）を構成せしめた。

このクロム上にニッケルその他の金属を形成してもまた
クロムの代わりにニクロムを用いることも可能である。

この第２の導電膜の大きさく５７）は、側部において第
３図（Ａ）に４くされるごとく、第２の開溝端（２６）
よりも大きくし、また半導体（３）の側部（２７）より
内部側に設ｂ）られていることが好ましい。

この第２の導電膜の端部（５７）の作製は、第２の導電
膜を電子ビーム蒸着法にて作製の際、基板ホルタ（枠）
により周辺１１１３をマスクし一〇作習した。

さらに第３のＬＳ法により、切■［分離用の第３の開溝
（２０）を設けた。

この開溝は導電膜（４）を完全にり１ｌｌｉさ−ｌてい
る。このレーザ光の照射により、昇華性導体のＩＴＯお
よびクロムを選択し、除去することが可能となった。こ
の時、レーザ光の焦点をこの第２の導電膜に対して合わ
せ込んでいるため、パネルの側部（１５バ第３図）にお
いて、その下の半２η体に開／１負が形成させにくかっ
た。

さらに、この第３の開溝下の半導体上部を酸化（６〉し
てそれぞれの第２の電極間のクロスト−り（リーク電流
）の発生を防止した。

かくして第２図（Ｃ）に示されるごと＜ｉｎ数の素子（
３１）、＜　１１　）を連結部（１２）で直列接続した
。

第２図（Ｄ）はさらに本発明を光電変換装置として完成
させんとしたものであり、即ちパンシヘイション映とし
てプラズマ気相法により窒化珪素膜（２１）を５００〜
５０００人の厚さに形成させ、各素子間のリーク電流の
発生を防いだ。さらに外部引き出しバンド（４９）を周
辺部（５）にて設けた。

これらにポリイミド、ポリアミド、カブ１−ンまたはエ
ポキシ等の有機樹脂（２２）を充填した。

第３図は第１図における（Ｂ−Ｂ’）および（Ｃ）の拡
大図である。

第３図（Ａ）において、２つの素子（３１）、＜　１１
　）および連結部（１２）を有している。側端部（１７
）においても、第３図（Ｂ）に示ずごと＜　、ＣＴＦ（
５９）が残存してしまう。このため、これらの導体が残
存しても、素子（３１，）、＜１１）が動作不能を起こ
さないようにするため、さらにこの導体（５９）が残存
しても、ここの部分でパネルを外枠（４６）に固定する
ことが可能な構造を右−ｕしめている。

即ち、基板の側端部（１５）にそって、第１の導電膜（
２）は第４の開溝（５６）を形成し分離している。さら
にこの第４の開溝を覆って、半導体（３）を形成する。

その後、この半導体に第２の開溝（１８）をその半導体
の内部（２６）側に設のでいる。

この分離溝（３６）により隣合った素子の第１Ｑ）導電
膜同志が（１７）でシーＪ　１−Ｌ−Ｃいても、第２の
開溝（１８）の内部コンタクト（２Ｇ）によりそれぞれ
の電極間のショートを防ぐことができた。また炭素繊維
枠（４６）により、導体（１７）が加圧されショートし
ても素子（３１）、０１）は何等の特性劣化がない。即
ち、側部（１５）は開溝（５６）、側１７ｆ１１ｆ（５
７）による分離溝（３６）により安定に外枠（４６）等
と固定が可能となった。さらに、樹脂（４１）で枠と光
電変換装置と固定しても、十分信頼性の高い装置とする
ことが可能となっノご。

かくして照射光（１０）に対し、この実施例のごとき基
板（６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍ）において各素子を中１４
．３５ｍｍ、連結部のｒｌ】１５０μ、外部引出し電極
部の１３１０ｍｍ５周辺部４ｍｍにより、有効面積（１
９２ｍｍ　Ｘ　１４．３５ｍｍ　Ｘ　４０段　１１０２
ｃｎ！即ち９１．８％）を得ることができた。その結果
、セグメン１−が９．３％の変換効率を有する場合、パ
ネルにて７．６％（ＡＭＩ　（１００ｍＷ　／ｃａｌ）
　）にて９．３誓の出力電力を有せしめることができた
。

さらに金属マスクをまった（用いないため、大面積パネ
ルの製造工程において何等の工業上の支障がな（、大電
力発生用の大面積低価格大量生産用にきわめて適してい
る。

またさらにこの本発明によって作られた〕（ネル例えば
４０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍまたは６０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍ
を６ケまたは４ヶ直列にアルミサツシ枠内に組み合わせ
ることによりパッケージさせ、１２０ｃｍ　Ｘ　４０ｃ
ｍのＮＥＤＯ規格の大電力用のパネルを設けることが可
能である。

またこのＮＥＤＯ規格のパネルはシーフレ・ノクス等の
合わせ接着剤により他のガラス板その他の機械的基体を
本発明の光電変換装置の反射面側（第２図では上側）に
はりあわせて複合体とし、風圧、雨等に対し機械強度の
増加を図ることも自〃Ｊである。

本発明において、第２の開ｌｉｌ’ｊは半導体のαｊ１
°、１部より内側（内部）を一本の溝、とした場合を示
した。

しかしＬＳに際し、その接触抵抗は大きくなるという欠
点を有するが、走査中にパルスレーザ光を不連続照射を
することにより礼状または破線状の複数の開溝を設け、
複数コンタク１−として構成さ−Ｕてもよい。

第３図において、第２の導電膜は仝而に形成−Ｕしめ、
第５の開溝ニヨ／）　（５７）　（Ｄ位ｊｉ’Ｊ　６ｗ
基板１１！＋ｌ　６．ｉ、ｉ部と分離して設けてもよい
。

第１図〜第３図において光入射は一１〜側のガラス板よ
りとした。しかし本発明はその光の大ＭＪ側を下側に限
定するものではない。

なお、本発明ば、？１１２の開溝を設りることなし　、
に、第２の電極材料をその一トの半導体中に異常拡散さ
せた半導体金属混合体導体による、隣の素子の第１の電
極の上面にコンタクトを構成させる構造を含まない。な
ぜなら、かかる構造においては、この半導体と拡散金属
例えばアルミニュームとが反応し、不良導体となりやす
い。さらにかかる金属と酸化物導体の第１の電極との界
面で酸化反応がおき、酸化アルミニューム絶縁物が形成
され、不可能であるからである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の光電変換装置のパネルである。 第２図は本発明の光電変換装置の製造工程を示す縦断面
図である。 第３図は本発明の第１図の光電変換装置を拡大して示し
た縦断面図である。 特許出願人 株式会社半導体エネルギー研究所 代表者゛　山　崎　舜　平 ３＋　１２ ＝ （ｒ３） 葦３（２）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁表面を有する基板上に複数の第１の電極を形成
   する工程と、該電極および該電極間の第１の開講を覆っ
   て光照射により光起電力を発生させる非単結晶半導体を
   形成する工程と、該非単結晶半導体にレーザ光を照射し
   て該半導体の側端より内部に第２の開溝を形成せしめる
   ことにより前記第１の電極を露呈せしめる工程と、該第
   ２の開溝および前記非単結晶半導体上に第２の電極を前
   記第１の電極に対応して形成するとともに、第１の電極
   の露呈面に第２の電極の導体を延在せしめる工程とを有
   せしめることにより、隣合う素子を電気的に直列に連結
   させたことを特徴とする光電変換半導体装置の作製方法
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、第２の開溝の形成
   により第１の電極の側面または側面と上坦面とを露呈せ
   しめ、核部に隣の素子の第２の導電膜を密接せしめコン
   タクトを形成させたことを特徴とする光電変換半導体装
   置の作製方法。 ３、特許請求の範囲第１項において、第２の開溝はレー
   ザ光ば基板またはレーザ光の一定走査とレーザ光の照射
   とをその開始および終了とを同期せしめたことを特徴と
   する光電変換半導体装置の作製方法。