JPS63202077A - 光起電力装置の製造方法 - 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】 （イ）産業上の利用分野 本発明は太陽光等の光エネルギを直接電気エネルギに変
換する光起電力装置の製造方法に関する。

（ロ）従　来の技　術 光エネルギを直接電気エネルギに変換する光起電力装置
、所謂太陽電池は無尽蔵な太陽光を主たるエネルギ源と
しているために、エネルギ資源の枯渇が問題となる中で
脚光を浴ている。

第１図は斯る光起電力装置を示し、（１１はガラス・透
光性プラスチック等の絶縁基板、（２ａ）（２ｂ）（２
ｃ）は該絶縁基板ｆｉ＋の一生面に並設された複数の膜
状光電変換素子で、該変換素子（２ａ）ｒ２ｂ）（２ｏ
）の各々は、絶縁基板（１）側から酸化スズ（８ｎ０２
）、酸化インジウムスズ（Ｉｎ２０５−８ｎＯ２）等の
透光性導電酸化物の第１電極膜（５ａ）（３ｂ）（３ｃ
）と、例えば光入射側からＰＩＮ接合を有するアモルフ
ァスシリコン等のアモルファス半導体から成る半導体膜
（４ａ）（４ｂ）ｒ４ｃ）と、該半導体ｔ１９　（４ａ
）ｒ４ｂ）ｒ４ｃ）とオーミック接触するアルミニウム
（Ａｊ’）等の第２電極膜（５ａ）（５ｂ）（５ｃ）と
、を順次重畳せしめた積層構造を成している。更に、上
記並設された光電変換素子（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）は
右隣りの半導体膜（４ｂ）（４ｃ）下面から絶縁基板（
１）上に露出した第１電極膜（３ｂ）（３ｃ）の露出部
（３ｂ’）　（５ｃ’）に、左隣りの半導体１１ｆ＋（
４ａ）（４ｂ）上面から延出して来た第２電極膜（５ａ
）（５ｂ）の延長部（５ａ’）　（５ｂ’）が直接結合
し、従って複数の光電変換素子（２ａ）（２ｂ）（２ｃ
）は電気的に直列接続される。

この様な装置に於いて、光利用効率を左右する一つの要
因は、装置全体の受光面積（即ち、基板面、ｔｉｔ）に
対し、実際に発電に寄与する光電変換素子（２ａ）（２
ｂ）（２ｃ）の総面積の占める割合いである。然るに各
光電変換素子（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）の隣接間隔に必
然的に存在する分離領域は上記面積割合いを低下させる
。

従って、光利用効率を向上させるためには各光電変換素
子（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）の隣接間隔である分離領域
を小さくしなければならない。

斯る間隔縮小は各膜の加工精度で決まり、従って、細密
加工性に険れている写真蝕刻技術が有望である。この技
術による場合、基板（１）全面への第１電極膜の被着工
程と、フォトレジスト及びエツチングによる各個別の第
１％極膜（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）の分離、即ち各第１
電極膜（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）の隣接間隔部分の除去
工程と、を順次重た後、同様の被着工程及び除去工程を
半導体１［１（４ａ）ｒ４ｂ）（４ｃ）並びに第２電極
Ｍ（５ａ）（５ｂ）（５ｃ）についても各々再夏繰り返
し行なうことになる。

然し乍ら、上記写真蝕刻技術は水洗い等のウェットプロ
セスを含むために、膜状？成す半畳体験（４ａ）（４ｂ
）（４ｃ）にピンホールが形成されることがあり、次工
程で板看される第２電極材が斯るピンホールを介して第
１電極膜（３ａ）（３ｂ）（３ｏ）に到達する結果、該
第１電極膜（３ａ）（３ｂ）（３ｃ）は当該九％変換素
子（２ａ）（２ｂ）（２ｃ）の半導体１１Ｑ（４ａ）（
４ｂ）（４ｃ）を挾んで対向する第２電極Ｉｌ！′４（
５ａ）（５ｂ）（５ｃ）と電気的に短絡する事故を招い
ていた。また、第２電極膜（５ａ）（５ｂ）（５Ｃ）が
オーミック接触する半導体１１Ｗ（４ａ）（４ｂ）（４
ｃ）の接触面は上記写真蝕刻技術によるフォトレジスト
の塗布・剥離及び水洗いに於いてピンホールが形成でれ
ないまでも脆質が劣化せしめらｎると共に、水洗いに使
ハ」した水が僅かながら残留し次工程で被着き７Ｌる第
２電極膜（５ａ）（５ｂ）（５ｃ）を腐食する危惧を有
していた。

特開昭５７−１２５６８号公報に開示さｆした先行技術
は、レーザビーム照射によるノーの焼き切りで、上記隣
接間隔を設けるものであり、写真蝕刻技術Ｊを使わない
その技法は上記の課題を解決する上で極めて有効である
。

斯るレーザビーム技術によシ第１図の如き光起電力装置
を製造する場合、第１電極膜、半導体層及び第２電極膜
は各膜被着工程終了後に各光電変換素子（２ａ３（２ｂ
）１２０）毎にレーザビームの照射により分離される。

このレーザビームの照射による分離に於いて留意しなけ
扛ばならないことは、焼き切らんとする膜部分の下に他
の膜が存在しておれば、それに損烏を与えないことであ
る。さもなければ、目的の膜部分を焼き刈った上、必要
としない下の膜まで焼き切ってしまう。

特に第２電極膜（５ａ）（５ｂ）（５ｃ）はオーミック
金属によシ形成されるために、照射せしめらｎるレーザ
ビームに対し高い反射率を呈すると共に、良熱伝導性を
有し、従って照射せしめられるレーザビームの閾値エネ
ルギ密度は高く、下層に損傷を与える危惧を有していた
。例えば第２翫極膜としてオーミック性に優れた厚み５
０００Ａ〜１μｍのｐ、１３を用いると、該Ａ１３は波
長１．０６μｍのＮｄ　：ＹＡＧレーザに対し約９４％
の反射率を呈すると共に、熱伝導率も０．５７ｃａｌ／
ｓ、　Ｃ８、”Ｑと高く、約ｊ　Ｏ”Ｗ／Ｃ’ｌ１２以
上ノＩｊＡ　値−ｒ−ネ＃ギ密度を必要とする。

従って、オーミック性に富むＡｌを第２電極膜として利
用するためには、レーザビームによるバターニングは必
ずしも最良の形態とは言えない。

そこで、本願出願人は、第２電極膜（５ａ）〔（５ｂ）
（５Ｃ）を多層構造とすると共に、半導体膜（４ａ）（
４ｂ）（４ｃ）と接する部分にＡＩＮを配置し、当該Ａ
Ｉ！ｍ上にレーザビームに対し良加工性のチタン銀（Ｔ
ｉＡＰ　）合金［−＆層して、該ＴｉＡ２合金層の分割
すべき箇所にレーザビームを照射して照射領域のＴｉＡ
２合金層を除去し、次いで残存した部分をマスクとして
露出したＡ１層部分をドライエッチングにより除去して
斯るＡ１層とＴｉＡ２合金層の積層体からなる第２電極
膜（５ａ）（５ｂ）（５ｃ）を各光電変換素子（２ａ）
（２ｂ）（２ｃ）毎に分割する装置 遣方法を、特願昭５９−１１９４２１号（特ＩＮ４．，
６０−２６２４７１号公報参照）として出願した。

然し乍ら、掘る製造方法によれば第２電極［１４（５ａ
）（５ｂ）（５ｃ）としてＡｌを使用すると、ＴｉＡｙ
合金層に対するレーザビームの照射に露出せしめられる
Ａ１層部分の露出面に、レーザビームの熱と大気中の酸
素によｐＡ、ｌ：２０ｓ膜が形成され、その膜厚を熱酸
化のために厚く次工程のドライエッチジグの際、耐エツ
チングマスクとして作用する結果、第２電極膜（５ａ）
（５ｂ）（５ｃ）の分割を阻害する原因となる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点 本発明は上述の如く、第２電極膜として半導体膜とのオ
ーミック性及び背面反射性に潰れ、低抵抗材料でコスト
的にも有利なＡＩ！を使用すると、細密加工性に富み大
面積加工に対処し得るドライプロセスの利用が難しい点
を解決しようとするものである。

に）問題点を解決する几めの手段 本発明は上記問題点を解決するために、基板の絶縁表面
に積層された第１電極換、半導体膜及びアルミニウム層
を半導体膜と接して配置した多層構造の第２電極膜を含
む膜状光電変換素子が互いに電気的に直列接続せしめら
扛た光起電力装置の製造方法であって、上記複数の光電
変換素子の半導体膜上に連続的に跨って第２電極膜を被
着する工程と、該第２電極膜の分割すべき箇所に露出面
側からツールを用いて少なくともアルミニウム層が露出
するまで機械的に除去する工程と、核ツールによる機械
的除去工程にて露出した部分の第２電極膜のアルミニウ
ム層をドライエッチングにより除去し当該第２電極膜を
複数の光電変換素子毎に分割する工程と、を有すること
を特徴とする。

（ホ）作　用 上述の如くアルミニウム層を半導体膜と接して配置した
多層構造の第２電極−の分割すべき箇所に、先ずツール
による機械的除去工程を施し少なくともアルミニウム層
を露出せしめることによって、その露出表面に酸化膜（
Ａ１２０りを実質的に形成することなく当該露出したア
ルミニウム層に対する後工程のドライエツチング時マス
クとして作用するパターンが作成される。

（へ）実施例 第２図乃至第９図は本発明実施例方法を工程順に示して
いる。第２図の工程では、浮み１１ａ〜３闘の透明なガ
ラス製絶縁基板ａ■上全面に、厚み２０ＤＯＡ　〜５０
００Ａの５ｎ０２から成る透明な第１電極膜αＩＪが被
着される。

第６図の工程では、隣接間隔部ｆｉｌｌがエネルギビー
ム、例えばレーザビームの照射によシ除去されて、個別
の各第１電極膜（１１ａ）（１１ｂ）（１１Ｃ）・・・
が分離形成される。使用されるレーザは波長１、ｒＪ６
ｐｍ、エネルギ密度Ｂｘ１ｏ’ｖｄパルス周波数３ＫＨ
ｚのＮｄ：ＹＡＧレーザが適当であシ、隣接間隔部ＩＤ
′の間隔（Ｌｌ）は約１００μｍに設定される。

第４図の工程では、各第１電極膜（１１ａ）（１１ｂ）
（１１０）・・・の表面を含んで絶縁基板（１０上全面
に厚み５０００Ａ〜７０００Ａのアモルファスシリコン
の半導体膜上２が被着される。斯る半導体膜αｚＦｉそ
の内部に膜面に平行なＰＩＮ接合を含み、従ってよシ具
体的には、先ずＰ型のアモルファスシリコンカーバイド
層が被着され、次いで１型及びＮ型のアモルファスシリ
コン層が順次積層被着される。

第５図の工程では、隣接間隔部（１ｚがレーザビームの
照射により除去されて、個別の各半導体膜（１２ａ）（
１２ｂ）（１２ｃ）・・・が分離形成される。使用され
るレーザは上記Ｎｄ　：ＹＡＧレーザであり、そのエネ
ルギ密度は’ｌ　ｘ　１０７Ｗ、ｃ、２である。

斯るレーザビームの照射により隣接間隔部１３’の間隔
（Ｌ２）は約３００μｍに設定される。

このとき、隣接間隔部（Ｌコの下に存在する第１′電極
膜（１１ａ）（１１ｂ）（１１０）・・・の露出部（１
１ａ’）（１１ｂ）（１１ｃ’）・−にもレーザビーム
が最終的に到達するが、注目すべきは半導体膜α２の隣
接間隔部１１２＋’が第１１！極膜（ｌＩ＋を加工する
際よりも低エネルギ密度のレーザビームにより除去せし
められていることである。従って、半導体膜（１２１は
その験厚分だけ除去するにほぼ心安十分な照射時間長を
もってレーザビームを定食させると、半導体膜１１２１
の膜厚部分たけ完全に除去されて、その結末一時的にレ
ーザビームが第１電極膜（１１ａ）（１１ｂ）（１１ｃ
）−の露出部（１１ａ’）（１ｌ　ｂ’）　（１１Ｃ’
）・・・を直撃するに至ったとしても、その部分はほと
んど損陽を受けない。

第６図の工程では、第１電極膜（１１ａ）（１１ｂ）（
１１Ｃ）−・・の露出部（１１ａ’）　（１ｌ　ｂ′）
　（１１Ｃ’）・・・及び−半導体ＰＬ（１２ａ）（１
２ｂ）（１２ｃ）・・・の各表面を含んで絶縁基板αａ
上全ｍＫ、岸み２０００Ａ　〜５０００ＡＯＡＪ層（［
３１と、該Ａ　１層４１３１に厚み２０００　Ａ　〜５
０００　Ａノチタン銀（ＴｉＡＦ）から成る導電加工層
Ｉと、を積層せしめた第２電極膜０５Ｊを被着する。

第７図の工程では、個別に分割された各半導体ｆｆ１（
１２ａ）（１２ｂ）（１２ｃ）・・・の端部から僅かに
光電変換素３（１６ａ）（１６ｂ）（１６０）・・・側
に移動した上記半導体膜（１２ａ）（１２ｂ）（１２ｃ
）・・・上の除去すべき隣接間隔部σＳが幅１００μｍ
程度な鋭利な先端を有する超硬質材料からなるツールに
より切り欠かれて機械的に除去される。斯るツールによ
る機械的除去に於いて留意すべきは、各半導体１（１２
ａ）（１２ｂ）（１２ｃ）・・・上に連続的に跨って被
着された第２電極膜αＳの除去すべき隣接間隔部（１イ
が、左隣りの光電変換素子（１６ａ）（１６ｂ）・・・
から延在せる第２電極膜（１５ａ）（１５ｂ）・・・の
延長部（１５ａ’）　（１５ｂ’）＝と、尚該光電変換
素子（１６ｂ）（１６ｃ）・・・から露出した第１電極
膜（１１ｂ）（１１ｃ）・・・の露出部（１１ｂ’）　
（１１Ｊ）・・・との結合幅を十分にとること、更には
当該光−変換素子（１６ａ）（１６ｂ）（１６ｃ）・”
の第１電極膜（１１ａ）（１１ｂ）（１１ｃ）−の露出
部（１１ａ’）（１１ｂ’）（１１Ｃ’）−と第２電極
１［Ｑ（１５ａ）（１５ｂ）（１５ｃ）−の端部（１５
ｅ）（１５ｅ）（１５ｅ）・・・との短絡事故を確実に
防止すること等を目的として各半導体１１４（１２ａ）
（１２ｂ）（１２ｃ）の左端部Ｃｌ２ａｅ）（１２ｂｅ
）（１２ｃｅ）より僅かに光電変換素子（１６ａ）（１
６ｂ）（１６ｃ）側に移動しており、第２電極膜（１５
１の除去すべき隣接間隔部（１：１Ｑ５１’（１５・・
・の淳み方向の途中でその除去工程を停止することであ
る。即ち、第２電極膜（１５１は機械的除去が施される
露出面側から見て、ＴｉＡ２合金の導電加工層（１４１
と、ＡＩ！層（１３１の二層から構成されており、二層
構成の第２電極膜α９をツールを利用した機械的除去に
より確実に分割することは難しい、そこで、本実施例に
あっては第８図に要部を拡大して示す如く、上記導電加
工Ｎ１（１４１をツールにより除去するに止め、Ａ１層
（Ｌ３１’ｅ少なくともその厚み方向の途中罠於いて機
械的除去工程を終了し、ＡＩ！層１１３１を隣接間隔部
αシから露出せしめている。

第９図は本実施例の最終工程を示し、上記ツールによシ
隣接間隔部α９が除去され個別に分割された導電加工層
（１４ａ）（１４ｂ）（１４ｃ）・＝から露出した肉薄
残部を形成するＡ１！層１１ｊが、上記導電加工層（１
４ａ３（１４ｂ）（１４ｃ）−の残存部分をマスクとし
てドライプロセス、例えば反応性イオンエツチングによ
シ除去され個別のＡ１層（１３ａ）（１３ｂ）（１３ｃ
）に分割される。より詳しくは平行平板型反応性イオン
エツチング装置内の平行平板電極間に上記第８図の工程
まで終了した基板ｆｉｌを平行に配置し、１３．５６Ｍ
Ｈｚ　１００〜３００Ｗの高周波出力、ＣＣ／：ａ。

ＢＣ４Ｓ＋　Ｃ０Ｊ２Ｆ２．Ｃ２Ｃ１２Ｆ４．（：！Ｊ
２等の塩累系或いはカキ導体膜１１２１に対しても腐蝕
性のあるＯＦ’４．０２Ｆ６．０ＨＯＪＦ２等のフッ素
系ガスを０．０１〜ＩＴＯｒｒ導入し、プラズマを励起
することによシ導電加工層（１４ａ）（１４ｂ　）（１
４０）・＝ｆマスクとするＡ１層（１３１のイオンエツ
チングが施されるａＪ９ＴるＡＪＭ（１：ＩＮのエツチ
ングレートは、例えは０Ｏｉａ％Ｑ、２Ｔｏｒｒ、２０
０Ｗのエツチング条件に於いて約数１００ＯＡ／ｍｉｎ
であり、膜厚に応じてエツチング特出ｊが決定される。

この様にして、第２亀悌映ＵシのＡ１層Ｕシがドライエ
ツチングにより除去されることによって、当該第２電極
Ｎ（１５ａ）（１５ｂ）（１５ｃ）−は各光′！Ｌ変換
素子（１６ａ）（１６ｂ）（１６゜）・・・毎に分割さ
れ、その結果、隣接せる光を変換素子（１６ａ）（１６
ｂ）（１６ｃ）−４Ｃｉ”ｌＣｋいに電気的に直列＆Ｉ
統される。

（ト）尭明の効果 本発明製造方法は以上の説明から明らかな如く、アルミ
ニウム展のドライエツチング時マスクとして作用するパ
ターンは第２電極映の４出向側からのツールによる＠械
的除去により形成されるので、給出せしわらｎたアルミ
ニウムのＳ＝に上記ドライエツチング時に耐エツチング
マスクとして作用する酸化Ｍ（ＡＪ２０３）を実質的に
形成するに至らず、従って種々の利点を有するアルミニ
ウムを第２電極膜の一部として使用したにも拘らず細密
加工性に富み大面積加工に対処し得るドライプロセスに
よる製造が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの種光起電力装置の典型例を示す部分的斜視
図、第２図乃至第７図及び第９図は本発明の；１夾施例
を工程別に示す断面図、第８図は本発明の昇１実施例の
一工程に於ける要部拡大断面図、を夫々示している。 ［１０）−・・基板、　ｆｉ１＋（１１ａ）（１１ｂ）
（１１ｃ）・・・第１１１電極膜、　（１１１２ａ）（
１２ｂ）（１２ｃ）・・・半導体膜、　（１３（１３ａ
）（１３ｂ）（１５Ｃ）・・・アルミニウム（ＡＪ）層
、　（１４１（１４ａ）（１４ｂ）（１４０）”’導電
加工層、　ａ５１（１５ａ）（１５ｂ）（１５ｃ）−第
２電極膜、（１６ａ）（１６ｂ）（１６ｃ）−光電変換
素子。 第２図 第５０ Ｕ 第す因

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板の絶縁表面に積層された第１電極膜、半導体
   膜及びアルミニウム層を半導体膜と接して配置した多層
   構造の第２電極膜を含む膜状光電変換素子が互いに電気
   的に直列接続せしめられた光起電力装置の製造方法であ
   って、上記複数の光電変換素子の半導体膜上に連続的に
   跨って第２電極膜を被着する工程と、該第２電極膜の分
   割すべき箇所に露出面側からツールを用いて少なくとも
   アルミニウム層が露出するまで機械的に除去する工程と
   、該ツールによる機械的除去工程にて露出した部分の第
   ２電極膜のアルミニウム層をドライエッチングにより除
   去し当該第２電極膜を複数の光電変換素子毎に分割する
   工程と、を有することを特徴とした光起電力装置の製造
   方法。