JPH04249378A - 光起電力装置およびその製造方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、絶縁基板上に複数の光
起電力素子が規則的に配置形成されてなる光起電力装置
およびその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】基板上に複数の光起電力素子が規則的に
配置されてなる光起電力装置が知られている。該装置の
各光起電力素子は、基板表面に接して形成された第１の
導電体単位層と、該第１の導電体単位層上その主要部に
形成された非晶質半導体単位層と、該非晶質半導体単位
層上に第１の導電体単位層に対向するように形成された
第２の導電体単位層からなり、基板および各層はそれぞ
れ下記のような物質から構成されている。すなわち、ま
ず基板は、ガラスなどの透光性絶縁基板、あるいは金属
などの不透光性基板上に必要に応じ絶縁膜が形成された
ものからなる。本発明の装置では通常透光性絶縁基板が
使用され、基板上に形成される第１の導電体単位層とし
ては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明導電膜が
用いられる。第１の導電体単位層上に形成される非晶質
半導体単位層は、例えばｐ層、ｉ層およびｎ層からなる
アモルファスシリコン（以下ａ−Ｓｉと記す）を積層し
たものである。非晶質半導体単位層上に第１の導電体単
位層に対向するように形成された第２の導電体単位層は
、Ｃｒ、Ａｌ、Ｃｕ等の導電性金属からなり、通常、第
２の導電体単位層は隣接する光起電力素子の第１の導電
体単位層と接続されるように構成されており、それぞれ
の光起電力素子が直列に接続されている。なお、必要に
応じて保護膜が形成される。

【０００３】このような光起電力装置を得るための製造
工程において、各光起電力素子の第２の導電体単位層で
ある背面電極と隣接する光起電力素子の第１の導電体単
位層である入射電極とを接続するための方法としては、
（１）　ａ−Ｓｉ層をメタルマスクにより、成膜時にパ
ターニングする方法、（２）　ａ−Ｓｉ層をレジストパ
ターニングによるエッチングによりパターニングする方
法、（３）　レーザ光によりａ−Ｓｉ層をカッティング
する方法の３つが挙げられる。これらの詳細は以下に説
明する通りである。

【０００４】従来の光起電力装置の製造方法　（１）　
　図２は上記　（１）の方法による光起電力装置の断面
図である。この方法では、ガラス基板１を用意し、該基
板表面の全面に真空蒸着法により、一様な厚さのＩＴＯ
膜を形成する。次いで、所定のパターンが得られるよう
にレジストを塗布した後、塩酸等でＩＴＯ膜の不要部分
をエッチングして取り去る。次に、塗布したレジストを
除去して所定のパターンのＩＴＯ膜からなる第１の導電
体パターン、すなわち入射電極２ａ、２ｂ、２ｃを得る
。

【０００５】次に、所定パターンに開口が設けられたａ
−Ｓｉ層形成用のメタルマスクを上記基板の表面上第１
の導電体パターンの上に配置し、プラズマＣＶＤ法によ
り、ｐ層、ｉ層およびｎ層からなるａ−Ｓｉ層を所定の
厚みに形成した後、メタルマスクを取り外し、所定パタ
ーンのａ−Ｓｉ層からなる非晶質半導体層４ａ、４ｂを
得る。

【０００６】次に、第２の導電体層形成用のメタルマス
クを上記同様に基板上のａ−Ｓｉパターンの上に配置し
、真空蒸着法により、例えばＣｒ層を所定の厚みに形成
した後、メタルマスクを取り外し、所定パターンの第２
の導電体として背面電極５ａ、５ｂ、５ｃを得る。さら
に、必要に応じ、樹脂等を用い、スクリーン印刷法等に
より保護膜９を形成する。

【０００７】従来の光起電力装置の製造方法　（２）　
　図３は上記　（２）の方法による光起電力装置の断面
図である。この方法における非晶質半導体パターンの形
成は以下の通りであり、その他は第１の方法と同様であ
る。 すなわち、プラズマＣＶＤ法により、ｐ層、ｉ層および
ｎ層からなるａ−Ｓｉ層を第１の導電体パターンの上面
全体に、一様な所定の厚みに形成した後、所定パターン
にレジストを塗布してエッチングを行うことにより不要
部分のａ−Ｓｉを取り去り、次いでレジストを除去する
ことにより所定パターンのａ−Ｓｉからなる非晶質半導
体層４ａ、４ｂを得る。

【０００８】従来の光起電力装置の製造方法　（３）　
　図４は上記　（３）の方法による光起電力装置の断面
図である。この方法における非晶質半導体パターンの形
成は以下の通りであり、その他は第１の方法と同様であ
る。 すなわち、プラズマＣＶＤ法により、第１の導電体パタ
ーンの上から該パターンの全面にわたりｐ層、ｉ層およ
びｎ層からなるａ−Ｓｉ層を所定の一様な厚みに形成し
た後、またはさらにそのａ−Ｓｉ層の上に所定パターン
の第２の導電体層を形成した後レーザ光を所定個所に照
射することにより、ａ−Ｓｉの一部またはａ−Ｓｉと第
２の導電体層の各一部を除去し、除去した部分に導電体
を封入し、所定パターンのａ−Ｓｉからなる非晶質半導
体層４を得る。同図のＣはレーザパターニングの穴もし
くは変質部を示している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては下記のような問題点がある。

【００１０】前記製造方法（１）　においては、非晶質
半導体を成膜する際、高温にしなければならないために
、メタルマスクの熱膨張等の要因によってパターンのズ
レやぼけが発生しパターン精度が悪くなり、例えば、図
２に見られるように、ａ−Ｓｉが横に広がり、入射電極
２ｂと背面電極５ｂの接続部Ａが狭くなって、電気特性
が悪くなってしまう。また、メタルマスクの強度を一定
に保たなければならないために、パターン間隔を狭めて
光起電力素子間の間隔を狭めることや複数の光起電力素
子からなる大型の光起電力装置を得ることが困難になる
。

【００１１】前記製造方法（２）　においては、図３に
見られるように、ａ−Ｓｉ層のパターニングに用いたレ
ジストを除去する際、ａ−Ｓｉ層４ａ、４ｂの表面や背
面電極５ａ、５ｂ、５ｃを形成する面、および入射電極
２ｂと背面電極５ｂとの接続部に異物、例えばレジスト
インキなどの残渣Ｂが存在し易く、電気特性を悪くする
ので、それを取り除くため洗浄するというような工程が
必要となり、工程が複雑になってしまう。

【００１２】前記製造方法（３）　においては、レーザ
を用いるため、図４に見られるように、例えば背面電極
５ｂと入射電極２ｂとの接続は、レーザによりａ−Ｓｉ
がなくなった部分もしくはレーザで変質させた部分Ｃに
よりなされることになり、製造に要するコストが高価に
なり、またレーザ強度の調節が困難であるため、大型の
光起電力装置を製造するには不向きである。また、上記
Ｃ部に導電体を封入するために接続抵抗が大きくなる。

【００１３】したがって、本発明の目的は、非晶質半導
体層のパターニングを容易かつ精密に行うことができる
光起電力装置の製造方法、並びにこれによって得られる
ＶＩ特性の良好な光起電力装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく、前記従来の製造方法における問題点を子
細に研究した結果、非晶質半導体層、例えばａ−Ｓｉ層
の上に成膜する第２の導電体である背面電極をａ−Ｓｉ
層をエッチングするマスクとして用い、各光起電力素子
の第２の導電体（背面電極）とこれに隣接する光起電力
素子の第１の導電体（入射電極）との接続は別の工程で
接続電極を形成して行うようにすれば、従来の光起電力
装置における前記課題が解決でき、しかも従来の光起電
力装置よりもＶＩ特性が向上した光起電力装置が得られ
ることを見出し、本発明に到達した。

【００１５】すなわち本発明は、第１に、基板上に複数
の光起電力素子が所定パターンで形成されている光起電
力装置であって、各光起電力素子は、基板に接して形成
された第１の導電体層と、該第１の導電体層の上面主要
部を覆い一端が基板と接するように形成された非晶質半
導体層と、該非晶質半導体層上面の前記第１の導電体層
に対向している部分全体を覆うように形成された第２の
導電体層からなる３層構造を有しており、各光起電力素
子の第２の導電体層と、これに隣接する光起電力素子の
第１の導電体層とは、該第２の導電体層上面のほぼ全体
を覆いかつ該光起電力素子の一方の側面を覆って隣接す
る光起電力素子の第１の導電体層の非晶質半導体層がそ
の上面に形成されていない部分の上に重なるように形成
された層状の導電性物質からなる接続電極によって導電
接続されていることを特徴とする光起電力装置；第２に
、前記基板が透光性絶縁基板であり、前記第１の導電体
層が透光性の入射電極であり、前記第２の導電体層が不
透光性の反射電極である、上記の光起電力装置；第３に
、基板上に第１の導電体単位層群を所定パターンで形成
した後、該パターンの上面全体に一様な厚さの連続層と
して非晶質半導体層を形成し、該半導体層の上に第２の
導電体単位層群を、その各単位層が前記第１の導電体パ
ターンを構成する各単位層と対向する態様となるパター
ンで形成し、形成された第２の導電体パターンをレジス
トとして用いることにより非晶質半導体層をエッチング
してパターニングした後、各第２の導電体単位層を、隣
接位置の第１の導電体単位層と接続するための接続電極
を形成することからなる光起電力装置の製造方法を提供
するものである。

【００１６】

【作用】本発明の製造方法では、非晶質半導体層、例え
ばａ−Ｓｉ層の上に成膜される第２の導電体層（通常、
背面電極となる）をａ−Ｓｉ層をエッチングによりパタ
ーニングするためのマスクとして用いるので、パターン
のズレやぼけの発生がなく精密なパターニングができる
。ａ−Ｓｉ層と背面電極層との間に異物が混入しない。 またエッチングによる低温プロセスのパターニングであ
るため、素子間の間隔を狭めることができるので複数の
素子による大型化が可能となる。さらに、背面電極のほ
ぼ全面に接続電極を設けることにより、隣接する素子の
第１の導電体層（入射電極）との間に抵抗の低い良好な
接続が得られる。接続電極の形成は銅ペーストや銀ペー
スト等を用いて印刷法により行うことができる。また、
印刷法に限らず、スパッタ法、蒸着法等により、クロム
、アルミニウム、ニッケル、ＩＴＯ等を成膜するもので
も良い。接続電極の材質は第２の導電体と同じであって
も異なるものであってもよい。

【００１７】以下実施例により本発明をさらに説明する
。

【００１８】

【実施例１】図１は本発明の一実施例による光起電力素
子の断面図であって、この図を参照して以下説明する。 ガラス基板１上に真空蒸着法によりＩＴＯを　８００Ａ
（オングストローム）の厚みで成膜した。これに所定パ
ターンのレジストを印刷し、塩酸でエッチングを行い、
レジストを除去して所定パターンの入射電極２ａ、２ｂ
、２ｃを得た。この上に、ａ−ＳｉをプラズマＣＶＤ法
により、ｐ層　２００Ａ、ｉ層６，０００　Ａ、ｎ層　
２００Ａ堆積させた。得られたａ−Ｓｉ層の上に背面電
極とａ−Ｓｉエッチング用のマスクとを兼ねるＣｒ層を
室温にて真空蒸着法によりメタルマスクを用いながら　
１，２００Ａの厚みに形成した。これを６０℃、１０ｗ
ｔ％のＮａＯＨ溶液中に５分間浸漬し、Ｃｒ層が形成さ
れていない部分のａ−Ｓｉをエッチングした。その後、
水洗、乾燥して背面電極６ａ、６ｂを得た。次いで、接
続電極８ａ、８ｂ、８ｃとしてＣｕペーストを所定個所
に印刷し、　１５０℃で１０分間焼成した。さらに保護
膜９として、樹脂を印刷して　１５０℃で１０分間焼成
した。

【００１９】上記の方法で作製した光起電力素子にソー
ラーシュミレータによる疑似太陽光を照射させ、ＶＩ特
性を測定した結果、図５の実線で示すような特性曲線が
得られた。なお、比較のために、メタルマスクを用いて
ａ−Ｓｉ層の形成とパターニングを同時に行う従来の方
法での光起電力素子も作製し、上記と同様の条件で測定
を行ったところ、同図の点線で示す曲線が得られた。

【００２０】図５からわかるように、本発明の光起電力
装置は、従来法で得た光起電力装置と比較して、同じ大
きさのパターンからなる素子であっても、ＶＩ特性が向
上している。なお上記の測定は、ＡＭ（エアマス）１．
０　、疑似太陽光の入射強度　１００ｍＷ（ミリワット
）／ｃｍ２　の場合に、セル面積１ｃｍ２　、セルギャ
ップ　１．６ｍｍ、セル幅５ｍｍ、セル数４セルの光起
電力装置に対して行った測定値である。

【００２１】

【実施例２】接続電極として、真空蒸着によりＡｌをメ
タルマスク法でパターン形成させながら　１，２００Ａ
の厚さに成膜したこと以外は実施例１と同様にして光起
電力装置を製造した。実施例１のものと同様に良好な特
性を持つ光起電力装置が得られた。

【００２２】

【実施例３】接続電極として、真空蒸着によりＣｒをメ
タルマスク法でパターン形成させながら　１，２００Ａ
の厚さに成膜したこと以外は実施例１と同様にして光起
電力装置を製造した。実施例１のものと同様に良好な特
性を持つ光起電力装置が得られた。

【００２３】

【実施例４】ステンレス基板上にスプレー法により、Ｓ
ｉＯ２　を絶縁膜として１０μｍ形成した。その上に、
真空蒸着法により、Ｃｒをメタルマスクにより、１，２
００　Ａの厚みで成膜した。この上に、ａ−Ｓｉをプラ
ズマＣＶＤ法により、ｐ層　２００Ａ、ｉ層６，０００
　Ａ、ｎ層　２００Ａ、堆積させた。この上に背面電極
とマスクを兼ねるＩＴＯを、室温にて、真空蒸着法によ
り、メタルマスクを用いながら、　９００Ａの厚みに形
成した。これを、６０℃、１０ｗｔ％のＮａＯＨ溶液中
に５分浸漬し、ＩＴＯが形成されていない部分のａ−Ｓ
ｉをエッチングした。その後、水洗し、乾燥させた後接
続電極としてのＩＴＯをメタルマスクを用いながら室温
にて真空蒸着法により成膜して、図１の８ｂに対応する
透明導電膜を　９００Ａの厚みに形成した。さらに、保
護膜として、樹脂を印刷して、　１５０℃で１０分間焼
成した。実施例１のものと同様に良好な特性を持つ光起
電力装置が得られた。

【００２４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の光起電力
装置は、その非晶質半導体層が、高温環境下でパターニ
ングされるものではないために、その製造に際しては非
晶質半導体層のパターニングを容易かつ精密に行うこと
ができ、また光起電力素子の間隔を狭めて、多数の光起
電力素子を直列に接続した大型の光起電力装置の製造も
を可能である。また第２の導電体単位層（背面電極）の
ほぼ全面に接続電極を設けることができるので、隣接す
る光起電力素子の第１の導電体単位層（入射電極）との
間に良好な接続が得られ、上記のパターニングの効果と
ともに、従来例よりもＶＩ特性が向上した光起電力装置
とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の１実施例における光起電力装置の断面
図である。

【図２】ａ−Ｓｉ層をメタルマスクによりパターニング
した従来の光起電力装置の断面図である。

【図３】ａ−Ｓｉ層をレジストによりパターニングした
従来の光起電力装置の断面図である。

【図４】ａ−Ｓｉ層をレーザ光によりパターニングした
従来の光起電力装置の断面図である。

【図５】本発明の光起電力装置および従来の光起電力装
置のＶＩ特性を測定したグラフであり、実線は本発明、
点線は従来例の特性曲線である。

【符号の説明】

１　　　　　　　　　　　　　　　　　　ガラス基板２
ａ、２ｂ、２ｃ　　　　入射電極（透明導電膜）４、４
ａ、４ｂ　　　　　　非晶質半導体層５ａ、５ｂ、５ｃ
　　　　背面電極 ６ａ、６ｂ　　　　　　　　　　背面電極８ａ、８ｂ、
８ｃ　　　　接続電極 ９　　　　　　　　　　　　　　　　　　保護膜Ａ　　
　　　　　　　　　　　　　　　　接続部Ｂ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　レジストインキなどの残渣
Ｃ　　　　　　　　　　　　　　　　　　レーザパター
ニングの穴もしくは変質部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　基板上に複数の光起電力素子が所定パ
   ターンで形成されている光起電力装置であって、各光起
   電力素子は、基板に接して形成された第１の導電体層と
   、該第１の導電体層の上面主要部を覆い一端が基板と接
   するように形成された非晶質半導体層と、該非晶質半導
   体層上面の前記第１の導電体層に対向している部分全体
   を覆うように形成された第２の導電体層からなる３層構
   造を有しており、各光起電力素子の第２の導電体層と、
   これに隣接する光起電力素子の第１の導電体層とは、該
   第２の導電体層上面のほぼ全体を覆いかつ該光起電力素
   子の一方の側面を覆って隣接する光起電力素子の第１の
   導電体層の非晶質半導体層がその上面に形成されていな
   い部分の上に重なるように形成された層状の導電性物質
   からなる接続電極によって導電接続されていることを特
   徴とする光起電力装置。
2. 【請求項２】　　前記基板が透光性絶縁基板であり、前
   記第１の導電体層が透光性の入射電極であり、前記第２
   の導電体層が不透光性の反射電極である、請求項１記載
   の光起電力装置。
3. 【請求項３】　　基板上に第１の導電体単位層群を所定
   パターンで形成した後、該パターンの上面全体に一様な
   厚さの連続層として非晶質半導体層を形成し、該半導体
   層の上に第２の導電体単位層群を、その各単位層が前記
   第１の導電体パターンを構成する各単位層と対向する態
   様となるパターンで形成し、形成された第２の導電体パ
   ターンをレジストとして用いることにより非晶質半導体
   層をエッチングしてパターニングした後、各第２の導電
   体単位層を、隣接位置の第１の導電体単位層と接続する
   ための接続電極を形成することからなる光起電力装置の
   製造方法。