JPS63146473A - 光電変換装置 - 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】 〔技術分野〕 この発明は、ＰＩＮまたはＰＮ接合を少なくとも１つ有
するアモルファス半導体を含む非単結晶半導体を透光性
絶縁基板上に設けられた光電変換素子（単に素子という
）を複数個直列接続して、高い高圧の発生が可能な光電
変換装置およびその作製方法に関する。

この発明は、連結部での電気的接合を電極を構成する被
膜の表面ではなく、両側面及び上面を用いることにより
、連結部での必要面積を減少せしめたことを特徴として
いる。

この発明では、従来マスク合わせ方式においてその連結
部は巾として５〜１ｍｍを必要としていたが、これをそ
の１／１０−１／１００の３５０〜３０μｍ好ましくは
２００〜５０μｍにすることにより、この連結部を１０
〜５０段必要とする集積型、光電変換装置パネルにおけ
る光起電力発生用の面積が、従来の７５〜５０％より９
７〜９０％にまで高められ、実効変換効率を１０〜２０
％実質的に向上せしめたことを特徴とする。

この発明ではレーザビームスクライブ方式を用いること
により、合わせマークを基準としてこのスクライブされ
るアドレスをあらかじめコンピュータ（マイクロ・コン
ピュータ）のメモリに記憶させておくことにより、従来
より知られたマスク合わせ方式で生じるマスクのずれ、
そり、合わせ精度に対する製造歩留りの低下等のすべて
の製造での価格増、歩留り減の原因を一気に排除せしめ
たことを特徴とする。

〔従来の技術〕

従来、光電変換装置（以下単に装置という）即ち同一基
板上に複数の素子を配置し、それを集積化またはハイブ
リッド化した装置はその実施例が多く知られている。

例えば特開昭５５−４９９４　、特開昭５５−１２４２
７４さらに本発明人の出願になる特開昭５４−９００９
７／９００９８／９００９９　（昭和５４．７．１６出
願）が知られている。特にこの本発明人の出願は、半導
体を５ｉＣ−３ｉのヘテロ接合とし、単に他のアモルフ
ァスシリコン半導体を用いる場合として、アモルファス
構造以外に微結晶構造を含む水素またはハロゲン元素が
添加されたＰＮまたはＰＩＮ接合を少なくとも１つ有す
る非単結晶半導体であるという特徴を有する。

しかしこれら従来の発明においては、第１図にそのたて
断面図を示すが、すべてマスク合わせ方式であり、合わ
せ精度が不十分であり、また連結部に大きな面積を必要
としていた。

例えば金属マスクを用い、直接選択的に導電層または半
導体層を作製する方式においては、この選択性を与えた
マスクが被膜形成中に０．５〜３ｍｍずれてしまう場合
がある。さらにこのマスク上に被膜成分が形成されるた
め、マスクが汚染され、またマスクがそって形成される
被膜の周端部が明瞭でなくなる等多くの欠点を有する。

さらにスクリーン印刷法等により基板上に全体的に形成
された導体または半導体を独立に選択的にマスクを用い
てエツチング除去する方法が知られている。しかしかか
る方法においては、スクリーン印刷用のマスクの位置合
わせの工程、レジストのコーティング工程、ベータ固化
工程、導体または半導体のエッチング工程ミレジストの
除去工程等きわめて作業工程に時間がかかり、そのため
製造価格上昇がまぬがれ得なかった。

〔発明の構成〕

しかし本発明の光電変換装置特に薄膜型の光電変換装置
にあっては、それぞれの薄膜層である電極用導電性層、
また半導体層はともに５００人〜１μｍであり、レーザ
スクライブ方式を用いることにより、全くマスク合わせ
を必要としないことが判明した。

その結果従来のマスク合わせ工程のかわりに本発明にお
いてはマスクを全く用いないためスクライブ工程という
が、このスクライブ工程がきわめて簡単であるため、装
置の製造コストの低下をもたらし、そのため５００円／
Ｗも可能となり、その製造規模の拡大により１００〜２
００円／Ｗも可能になるというきわめて画期的な光電変
換装置を提供することにある。

さらに本発明はこのレーザスク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。

そのため隣り合った素子間の第１の電極（下側）と他の
素子の第２の電極（上側電極）とがレーザスクライブ工
程により発生した溝の第１の電極の両側面及び上面にお
いて電気的に連続されることにより、スクライブライン
の開溝の位置に冗長度をもたせることができた。

以下に図面に従って従来例および本発明の構造を記す。

第１図は従来より知られたマスク合わせ方式の光電変換
装置のたて断面図である。

図面において透光性基板（例えばガラス板）（１）上に
第１の電極を構成する透光性導電膜（ＣＴＦと略記する
）を第１のマスク合わせ工程により選択的に形成させる
。さらに半導体層（３）を第２のマスク合わせ工程によ
り同様に選択的に形成させる。

さらに第３のマスク合わせ工程により第２の電極（４）
が設けられている。

第１図において素子００　（３１）との間に連結部０り
を有し、連結部においてはＣＴＦの一方の側面ＯＱを半
導体層（３）がおおい、他方のＣＴＦの表面０４を半導
体層（３）がおおわないようにするため、ＣＴＦの間０
３）は１〜５ｍｍ例えば３ｍｍのすきまを必要とする。

さらに第１の電極（３７）と第２の電極（３８）は（１
４）の表面で電気的に連結するが、この部分を（３９）
の第２の電極がマスクのぼけで発生するひろがりをも含
めてショートを予防するため、連結部０２）においては
１〜８ｍｍ代表的には４ｍｍを必要としてしまう。また
この間隔を１ｍｍ以下とすると、そのマスク合わせ精度
はきわめて厳密であり、歩留りが極端に低下してしまう
。この連結部０りの間隙を５ｍｍ以上とすると、例えば
２０ｃｍＸ６０ｃｍに巾１５ｍｍの素子、端部５ｍｍと
すると、２０段の直接接続ができるのみである。またこ
の連続部の間隙を３ｍｍとしても３３段であり、連結部
では全部で１０ｃｍの損失となり、その結果有効面積は
周辺部を考慮すると７５％にとどまつてしまっていた。

本発明はかかる工程の複雑さを排除し、有効面積が８５
〜９７％例えば９２％にまで高めることができるという
きわめて画期的な充電変換装置を提供することにある。

〔実施例〕

第２図は本発明の製造工程を示すたて断面図である。

図面において透光性基板（１）例えばガラス板（例えば
厚さｌ、　　２ｍｍ、長さく図面では左右方向）６０ｃ
ｍ、巾２０ｃｍ）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（１５００人）　＋
５ｎＯｚ　　（２００〜４００人）またはハロゲン元素
が添加された酸化スズを主成分とする透光性導電膜（１
５００〜２０００人）を真空蒸着法、ＬＰＣＶＤ法また
はプラズマＣＶＤ法またはスプレー法により形成させた
。

この後この基板の透明導電膜側または反対側よりＹＡＧ
レーザ加工機（日本レーザ製）により出力５〜８Ｗ出力
のレーザ光を照射し、スポット径３０〜７０μｍφ代表
的には５０μｍφをマイクロコンピュータを制御してそ
のビーム走査することによりスクライプライン用開講０
■を形成させた。

スクライプラインにより形成された開溝０３）は、巾約
５０μ鋼長さ２０ｃｍとし、各素子（３１）（１１）を
構成する巾１０〜２０ｍｍ例えば１５ｍｍ（１つのセグ
メントは１５ｍｍＸ２０　ｃｍとする）とした。かくし
て第１の電極を構成するＣ　Ｔ　Ｆ　（２）を切断分離
して開溝０りを形成した。この後この上面にプラズマＣ
ＶＤ法またはＬＰＣＶＤ法によりＰＮまたはＰＩＮ接合
を有する非単結晶半導体層を０．２〜０．７μｍ代表的
にはＰ型半導体（Ｓｉｘｃｔ−、、ｘ＝０．２　５０〜
１５０人）−１型アモルファスまたはセミアモルファス
シリコン半導体（０，４〜０．５μｍ）−Ｎ型の微結晶
（１００〜２００人）を有する半導体よりなる１つのＰ
ＩＮ接合を有する非単結晶半導体、またはＰ型半導体（
Ｓ　ｉ　ｘ　Ｃ１−Ｘ　）　　Ｎ型、Ｐ型Ｓｉ半導体−
Ｉ型５ｉｘＧｅｌ−、半導体−Ｎ型Ｓｉ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・・・・ＰＩＮ接合の半導体である。

かかる非単結晶半導体層（３）を全面に均一の膜厚で形
成させた。さらに第２図（Ｂ）に示される如く、第１の
開溝の左方向に第２の開溝側を第２のレーザスクライプ
工程により形成させた。

か（して第２の開溝（ｌｌＤは第１の電極の側面（８）
、（９）を露出させた。この第２の開溝の側面（９）は
第１の電極０ｅの側面０６）より左側であればよく、そ
の極端な例として、図面に示される如く、第１の電極（
３１）の内部に入ってしまってもよい。さらに従来例に
示される如く、第１の電極の表面（１４）を露呈させる
ことは必ずしも必要でなく、またこのＣＴＦをすべて除
去してしまう必要もなかった。特に、第２図（］ｍに示
すように第２の開溝０８）が第１の電極（２）の途中で
止まった場合に次工程で行われる第１の電極と第２の電
極との連結の際に接触面積が増すことになり直列抵抗を
減少させることができた。

第２図において、さらにこの上面に第２図（Ｃ）に示さ
れる如（、裏面電極を形成し、さらに第３のレーザスク
ライプ工程により切断分離用の開溝（至）を設けた。

この第２の電極は透光性導電膜を７００〜１４００人Ｉ
ＴＯ（酸化インジュームスズ）を形成し、さらにその上
面にアルミニュームまたはアルミニュームとニッケルと
の二層膜を形成させた。例えばＩＴＯを１０５０人、銀
を１０００人、さらにニッケルを１５００人の三層構造
とした。このＩＴＯと銀は裏面側での入射光０ωの反射
を促し、６００〜８００ｎｍの長波長光を有効に光電変
換するためのものである。さらにニッケルは外部引き出
し電極（２３）との密着性を向上させるためのものであ
る。これらは電子ビーム蒸着法またはプラズマＣＶＤ法
を用いて半導体層を劣下させる３００℃以下の温度で形
成させた。

この（Ｔｏは半導体と裏面電極との反応による信顧性の
向上に役立っている。

かくの如き裏面電極をレーザ光を上方より照射した場合
を以上においては示している。このレーザ光は半導体層
を少しえぐり出し隣あった素子（３１）、００間の間溝
部での残存金属によるリークの発生を防止した。このえ
ぐり出しは第１の電極用のＣＴＦにまで到達しないこと
が好ましく、この半導体要分のレーザ出力に余裕をもた
せることができることが工業上重要である。

かくして第２図（Ｃ）に示される如く、複数の素子（３
１）、００を連結部Ｑ２）で直列接続する光電変換装置
を作ることができた。

第２図ＣＤ）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、即ちパッシベーション膜とし
てプラズマ気相法により窒化珪素膜（２１）を５００〜
５０００人の厚さに形成した。

さらに外部引き出し端子（２３）を周辺部にて設けた。

これらにポリミイド、ポリアミド、カプトンまたはエポ
キシ等の有機樹脂（２２）を充填した。

かくして照射光０ωに対しこの実施例の如き基板（６０
ｃｍｘ２０　ｃｍ）において各素子を１４゜３５ｍｍ、
連結部１５０μｍ外部引き出し電極部１０ｍｍ、、周辺
部４ｍｍにより実質的に５８０ｍｍＸ１９２ｍｍ内に４
０段を有し有効面積（１９２ｍｍＸ１４，３５ｍｍＸ４
０段＝１１０２ｃｍ２即ち９１．８％）を得ることがで
きた。その結果セグメントが１０．６％の交換効率を有
する場合、パネルにて９．７％（ＡＭＩ　（１００ｍＷ
／ｃｍｔ）にて１１．６Ｗの出力電力を有せしめること
ができた。

これは従来のマスク合わせ方式で行った場合の５５％（
４０段の場合）に比べてきわめて著しい効果である。さ
らに金属マスクを用いないため、大面積パネルの製造工
程において何ら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。

さらに第２図（Ｄ）において、レーザ出力を強めにする
と、開溝部の周辺の切れがよいが、この際下部を多少損
傷しても実用上全く問題はない。

特に第１の電極と第２の電極との電気的連結を第１の電
極の両側面及び途中上面で行うことができるため、この
コンタクト部の面積を十分少なくさせることができた。

また第２図（Ｂ）に示しであるが、半導体層（３）のレ
ーザスクライプを１本の開溝線とすると、電極は（３２
）のみとなるが、これを間欠的に作製すると（３３）の
電流をさらに有効に利用することも可能である。

第３図、第４図、第５図は３回のレーザスクライプの位
置関係を示したたて断面図および平面図である。番号等
は第２図と同様である。

第３図は連結部０′ＩＪにおいて第２のレーザスクライ
プ工程を基板の上方より行い、開溝００において第１の
電極のＣＴＦの一部を残存させた場合である。第３図（
Ｂ）の平面図においては、半導体層（３）が第１の電極
（２）、第２の電極よりも周辺部で大きくなり第１の電
極をおおいかくし、それらの電極間でのリーク電流の発
生を防止している。

第４図は第１の開溝部側、第２の開溝部ＱＢ）とが最近
接した場合であり、第１の電極の側面０６）と第２の電
極の側面（９）とが半導体（３）によって絶縁されてお
り、さらに第３の開溝部ＱΦを第３回よりも右らよりに
して連結部に必要なロス面積を最小にしたもので、１０
０μｍまたは６０μｍの連結部を有せしめることができ
た。

第５図は第３図、第４図の中間で、一般的な連結部のた
て断面図を示している。この図面において第１、第２の
開溝部５０〜３０μｌ、第３の開溝部７５〜５０μｍに
おいて、１５０μｌＩ〜１００μｍの連結部の巾を有せ
しめることができた。

以上のＹＡＧレーザのスポット層をその出力３〜５Ｗ　
（３０ａｔｓ　）　５〜８Ｗ　（５０ｔｉｍ　）を用い
た場合であるが、さらにそのスポット径を小さくするこ
とによりこの連結部をより小さく、ひいては光電変換装
置としての有効面積を向上させることができた。

第６図は外部引き出し電極部を拡大して示したものであ
る。

第６図（Ａ）は第２図に対応しているが、外部引き出し
電極（５）はハンダ付（４２）により上側電極（４）と
連結している。さらに第６図（Ｂ）は下側の第１の電極
に連結したジヨイント（４４）が第２の電極材料により
設けられ、ハンダ（４２）を介して外部引き出し電極（
４３）により設けられている。本来の第２の電極（４）
は第３の開溝部■により切断され、その切断面は窒化珪
素物によりパッシベーションされている。

有機樹脂モールド（２２）は引き出し電極（５）、（４
３）固定用におおわれており、さらにこのパネル例えば
４０　ｃｍＸ２０ｃｍまたは６０　ｃｍＸ２０　ｃｍを
６ケまたは４ヶ直並列にアルミサツシ枠によりパッケー
ジされ、１２０ｃｍＸ４０ｃｍのＮＥＤＯ規格のパネル
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ックスにより
他のガラス板を装置の上側にはりあわせた合わせガラス
とし、その間に光電変換装置を配置し、風圧等に対し機
械強度の増加をはかることにも有効である。

第２図〜第６図において光、入射は下側のガラス板より
とした。しかし本発明はその光入射側を下側に限定する
ものではない。゛ 〔効果〕 本発明の構成により同一基板上での光電変換に寄与する
有効面積をより多くとることが可能となった。さらに生
産コストの低減及び製造歩留りの向上をおこなえた。ま
た、集積型の光電変換装置の直列抵抗成分を小さくする
ことができ、変換効率を向上させることが可能となった
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電変換装置のたて断面図である。 第２図は本発明の光電変換装置の製造工程を示すたて断
面図である。 第３図〜第６図は本発明の光電変換装置の部分の拡大図
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁基板上に透光性導電膜よりなる第１の電極と、
   該電極をおおってＰＮまたはＰＩＮ接合を少なくとも１
   つ有する非単結晶半導体と、該半導体上に第２の電極と
   有する光電変換装置を複数個電気的に連結せしめて前記
   絶縁基板上に配設した光電変換装置において、隣りに配
   置した第１および第２の光電変換装置における第１の光
   電変換装置の第２の電極は連結部をへて第１の光電変換
   装置の第１の光電変換装置の第１の電極を構成する透光
   性導電膜の両側面及び途中上面に密接して設けることに
   より、電気的に直列または並列接続をして設けられるこ
   とを特徴とする光電変換装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、連結部は３５０〜
   ３０μｍの巾を有することを特徴とする光電変換装置。