JP2892929B2 - 集積型光電変換素子の製造方法 - Google Patents

集積型光電変換素子の製造方法

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JP2892929B2 JP6005891A JP589194A JP2892929B2 JP 2892929 B2 JP2892929 B2 JP 2892929B2 JP 6005891 A JP6005891 A JP 6005891A JP 589194 A JP589194 A JP 589194A JP 2892929 B2 JP2892929 B2 JP 2892929B2
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    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集積型光電変換素子の
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来より、基板上に非晶質半導体から形
成した複数の光電変換素子ユニットを基板面に沿って設
け、これらのユニットを電気的に直列に接続した集積型
太陽電池が知られている。このような集積型太陽電池に
おいては、各ユニットセルを直列に接続することにより
高い電圧を取り出すことができる。
【0003】このような集積型太陽電池の製造方法とし
ては、ガラスまたは耐熱プラスチック等の絶縁性及び透
光性を有する基板の上に透明電極膜を形成し、この透明
電極膜の上に非晶質シリコン等の非晶質半導体膜からな
る光起電力層を形成し、この上に裏面電極層を形成し、
各ユニットセルに対応する部分を各層形成毎にレーザー
ビームの照射により切断し分割する製造方法が知られて
いる(特開昭61−14727号公報)。
【0004】図2は、このようなレーザービーム照射に
よりユニットセルを分割する製造方法により得られる集
積型太陽電池を示す断面図である。図1を参照して、ガ
ラスや耐熱プラスチックなどからなる透光性基板1上に
は、まず酸化錫やITOなどからなる透明導電膜が形成
される。この透明導電膜にはレーザー照射により所定の
間隔で溝部14が形成され、各ユニット毎の透明導電膜
11及び21に分割される。次に、この透明導電膜1
1,21の上に非晶質シリコンなどからなる非晶質半導
体の光電変換層が形成される。光電変換層は異なる導電
型の半導体層を直接積層するか、あるいは真性半導体層
を介して積層することにより一般に形成される。このよ
うな光電変換層により透明導電膜11,21の上が覆わ
れ、溝部14もこのような光電変換層により埋められ
る。
【0005】この光電変換層もレーザー照射により切断
され分割される。この際、隣接するユニットセルの透明
導電膜21の上に切断部が位置するようにレーザー照射
により切断され、溝部15が形成される。このような溝
部15の形成により各ユニットセルの光電変換層12,
22が区画される。
【0006】次に、このような光電変換層12,22の
上にAlなどからなる裏面電極層が形成される。このよ
うな裏面電極層は溝部15を埋めるように形成され、こ
れによって溝部15を通り裏面電極層と透明導電膜21
とが電気的に接続される。次に、このような電気的接続
部となる溝部15がユニット内となるように裏面電極層
及び光電変換層22がレーザー照射により、切断され溝
部16が形成される。このような溝部16の形成によ
り、裏面電極層13と隣接ユニットの裏面電極層23に
分割される。
【0007】透明導電膜11、光電変換層12、及び裏
面電極層13から構成されるユニットと、透明導電膜2
1、光電変換層22、及び裏面電極層23から構成され
る隣接ユニットは、溝部15において裏面電極層13が
透明導電膜21と電気的に接続され、これによって直列
に接続された状態となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】以上のようにして形成
される従来の集積型太陽電池においては、レーザー照射
により切断する溝部16の部分においてリーク電流が発
生し、光電変換特性が低下するという問題があった。
【0009】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消し、集積型光電変換素子におけるユニットセル間
でのリーク電流を低減することのできる集積型光電変換
素子の製造方法を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、基板上に複数
の光電変換素子のユニットが基板面に沿って設けられ各
ユニットが電気的に直列に接続された集積型光電変換素
子を製造する方法であり、基板上に第1の電極層を形成
する工程と、第1の電極層をレーザー照射により各ユニ
ットに対応する部分に切断し分割する工程と、第1の電
極層上に半導体からなる光電変換層を形成する工程と、
光電変換層を各ユニットに対応する部分に分割するとと
もに隣接するユニットの第1の電極層の上に切断部が位
置するように光電変換層をレーザー照射により切断する
工程と、光電変換層の切断部を通り第1の電極層と電気
的に接続されるように光電変換層上に第2の電極層を形
成する工程と、光電変換層の切断部が各ユニット内に含
まれるように第2の電極層及び光電変換層をレーザー照
射により切断し各ユニットに対応する部分に分割する工
程と、反応性ガスの雰囲気中で、直列に接続されたユニ
ットに逆バイアス電圧を印加することで第2の電極層と
光電変換層の切断部に生じたリーク電流による加熱部分
に絶縁性薄膜を形成する工程とを備えることを特徴とし
ている。
【0011】
【作用】本発明においては、反応性ガスの雰囲気中で、
直列に接続されたユニットに逆バイアス電圧を印加す
る。これにより、第2の電極層と光電変換層の切断部の
リーク電流が生じている部分に熱が発生して加熱され、
リーク電流が生じている部分に絶縁性薄膜が形成され
る。このような絶縁性薄膜の形成によりシャント抵抗が
増加し、リーク電流を低減させることができる。
【0012】本発明における、加熱部分に絶縁性薄膜が
形成されるガス雰囲気としては、例えば、シランと酸素
の混合ガス雰囲気が挙げられる。このような雰囲気にお
いては、加熱部分でシランが酸化され絶縁性を有する酸
シリコン薄膜が形成される。このような薄膜形成は、
シランガス及び酸素ガスを流した反応室内で行うことが
でき、シランガスと酸素ガスの流量比は、シラン:酸素
=1:16〜18が好ましく、より好ましくは約1:1
7である。
【0013】また、酸素源としては、酸素の代わりに一
酸化炭素等の炭素酸化物や、メタノール等のアルコール
を用いてもよい。また、シランの代わりにジシラン等の
高次シランを用いてもよい。
【0014】さらに、本発明における絶縁性薄膜は酸化
物薄膜でなくともよく、例えば窒化物薄膜であってもよ
い。窒化物薄膜を形成させる場合には、例えば、シラン
またはジシラン等の高次シランをアンモニアまたは一酸
化窒素等の窒素酸化物の混合ガス雰囲気中で行う。この
ような条件下では、絶縁性薄膜として窒化珪素が形成さ
れる。
【0015】本発明においては、このようなガス雰囲気
中で、直列に接続されたユニットに逆バイアス電圧が印
加され、第2の電極層と光電変換層の切断部のリーク電
流が生じている部分が加熱される。本発明において、逆
バイアス電圧を印加するとは、光電変換層のp−i−n
またはp−n接合を有する光電変換層において、p側が
負極、n側が正極になるよう直流電源を接続し、半導体
接合間に電圧を印加することを意味している。
【0016】印加する逆バイアス電圧は、絶縁性薄膜が
形成されるガス雰囲気や光電変換層の膜厚等を考慮して
適宜選択される。絶縁性薄膜の形成が、リーク電流によ
って発生した熱による熱分解反応で生じるものであるの
で、電圧が低すぎると充分な熱が発生せず薄膜形成が生
じない場合がある。また、逆バイアス電圧が高すぎる
と、修復が不可能な損傷を与える大きなリーク電流が流
れる場合がある。
【0017】シランガスと酸素ガスの混合ガス雰囲気に
おいて、非晶質シリコンからなる光電変換層に逆バイア
ス電圧を印加する場合には、非晶質シリコン層1000
Åあたり、逆バイアス電圧を0.7〜1.3Vとするこ
とが好ましく、より好ましくは、1V程度である。
【0018】
【実施例】図1は、本発明に従う一実施例の製造工程に
より製造された集積型光電変換素子を示す断面図であ
る。図1を参照して、ガラス基板や耐熱プラスチック等
の透光性基板1上に、第1の電極層に相当する酸化錫か
らなる透明導電膜を形成する。この透明導電膜をレーザ
ー照射により切断し溝部14(幅約50μm)を形成す
ることによって、透明導電膜11と隣接ユニットの透明
導電膜21に分割する。
【0019】次に、透明導電膜11,21の上に、非晶
質シリコンからなる光電変換層を形成する。本実施例で
は、平行平板電極を用いたRFプラズマによるプラズマ
CVD法により形成する。p層(膜厚100Å)、i層
(膜厚4800Å)、n層(膜厚100Å)の順で順次
形成し、合計の膜厚が5000Åとなるように形成す
る。図1に示されるように透明導電膜11と透明導電膜
21の間の溝部14には、光電変換層が埋め込まれて形
成される。
【0020】次に、図1に示すように、溝部14から少
しずらした隣接ユニットの透明導電膜21の上方に、レ
ーザー照射により溝部15(幅約50μm)を形成す
る。この溝部15の形成により、光電変換層12と隣接
ユニットの光電変換層22に分割する。
【0021】次に、光電変換層12,22の上にAlか
らなる裏面電極層を形成する。図1に示すように溝部1
5から少しずらした位置において、レーザー照射するこ
とにより裏面電極層及び光電変換層22を切断し溝部1
6(幅約50μm)を形成する。なお溝部16の形成に
より、裏面電極層13と隣接ユニットの裏面電極層23
に分割する。
【0022】なお、本実施例で作製した集積型光電変換
素子は、10cm角で、14段のサブモジュールとなる
ものである。従って、14個のユニットセルが形成され
るようにレーザー照射により切断・分割されている。
【0023】以上のようにして形成される構造は、図2
に示す集積型光電変換素子と同様の構造であり、このよ
うな集積型光電変換素子を、シランガスと酸素ガスの混
合ガスが流されるいる反応室内に入れる。反応室内にお
いては、シランガス0.09リットル/分、酸素ガス
1.53リットル/分の流量に設定されている。従っ
て、シランガスと酸素ガスの流量比は、シラン:酸素=
1:17となるように設定されている。なお、シランガ
スは窒素ガスにより0.01%に希釈されている。
【0024】両端のユニットセルの裏面電極層に直流電
源を、光電変換層のp層に負極が、n層に正極が接続さ
れるように接続し、−5Vの逆バイアス電圧を1時間印
加する。このような逆バイアス電圧の印加により、図1
に示す溝部16の部分が加熱され、酸化シリコンからな
る絶縁性薄膜17が溝部16内に形成される。
【0025】以上のようにして得られた集積型光電変換
素子についてAM1.5,100mW/cm2 照射下に
おけるI−V特性を測定した。また、比較として、絶縁
性薄膜を形成する前の、すなわち図2に示すような集積
型光電変換素子についても同様にしてI−V特性を測定
した。得られた結果を表1に示す。
【0026】
【表1】
【0027】表1から明らかなように、本発明に従いユ
ニットセル間の溝部に絶縁性薄膜を形成した実施例の集
積型光電変換素子では、開放電圧(Voc)及び曲線因
子(FF)が向上し、それによって変換効率が高められ
ていることがわかる。
【0028】また、上記実施例と同様の条件で、印加す
る逆バイアス電圧を変化させて集積型光電変換素子を作
製し、印加する逆バイアス電圧と光電変換効率との関係
について測定した。この結果を図3に示す。図3におい
て、縦軸のセルの改善率は、逆バイアス電圧による印加
を行ったことによって特性の向上が観測されたサンプル
数の割合を示している。
【0029】図3から明らかなように、光電変換層の膜
厚1000Åに対し約1Vの逆バイアス電圧を印加した
場合が、最も高い改善率の得られることがわかる。
【0030】
【発明の効果】本発明に従えば、反応性ガスの雰囲気中
で、直列に接続したユニットに逆バイアス電圧を印加
し、第2の電極層と光電変換層の切断部のリーク電流が
生じている加熱部分に絶縁性薄膜を形成している。この
ような絶縁性薄膜の形成により、シャント抵抗が増加
し、リーク電流を低減させることができる。これによ
り、開放電圧及び曲線因子が改善され、光電変換効率を
向上させることができる。
【0031】また、本発明に従えば、レーザー照射によ
って除去加工した集積型光電変換素子において大きなリ
ーク電流が流れている部分を確実に修復することがで
き、集積型光電変換素子の製造における歩留まりを高め
ることができる。
【0032】また、本発明に従えば、大きなリーク電流
が流れている部分のみに絶縁性薄膜を形成するので、効
率よく、かつ経済的にユニットセルの不良部分を修復す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う一実施例の製造工程により製造さ
れた集積型光電変換素子を示す断面図。
【図2】従来の集積型光電変換素子を示す断面図。
【図3】本発明に従う実施例において印加する逆バイア
ス電圧を変化させたときのユニットセルの光電変換効率
の改善率を示す図。
【符号の説明】
1…透光性基板 11,21…透明導電膜 12,22…光電変換層 13,23…裏面電極層 14,15,16…溝部 17…絶縁性薄膜

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板上に複数の光電変換素子のユニット
    が基板面に沿って設けられ、各ユニットが電気的に直列
    に接続された集積型光電変換素子を製造する方法であっ
    て、 前記基板上に第1の電極層を形成する工程と、 前記第1の電極層をレーザー照射により前記各ユニット
    に対応する部分に切断し分割する工程と、 前記第1の電極層の上に半導体からなる光電変換層を形
    成する工程と、 前記光電変換層を前記各ユニットに対応する部分に分割
    するとともに、隣接するユニットの第1の電極層の上に
    切断部が位置するように、前記光電変換層をレーザー照
    射により切断する工程と、 前記光電変換層の切断部を通り前記第1の電極層と電気
    的に接続されるように前記光電変換層上に第2の電極層
    を形成する工程と、 前記光電変換層の切断部が各ユニット内に含まれるよう
    に前記第2の電極層及び光電変換層をレーザー照射によ
    り切断し前記各ユニットに対応する部分に分割する工程
    と、 反応性ガスの雰囲気中で、前記直列に接続されたユニッ
    トに逆バイアス電圧を印加することで、前記第2の電極
    層と光電変換層の切断部に生じたリーク電流による加熱
    部分に絶縁性薄膜を形成する工程とを備える集積型光電
    変換素子の製造方法。
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JP4926150B2 (ja) * 2008-10-21 2012-05-09 三菱電機株式会社 薄膜太陽電池の製造方法および薄膜太陽電池の製造装置
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