JPS6018973A - 光電変換半導体装置 - 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】 この発明は、光電変換素子またはセル（以下単にセルと
いう）を絶縁表面を有する基板上に複合化するに関し、
隣合ったセル間の切断線（開溝）を肉眼では十分見分け
にくい１００μ以下とし、装置全体としての視覚的商品
価値を向上させることを目的としている。

このため、本発明においては、活性領域に設けられたセ
ルにおける透光性基板上の第１の電極と、この電極上に
光照射により光起電力を発生する非単結晶半導体と、該
半導体上の第２の電極とのそれぞれを、概略同一形状、
概略同配置（セルフレジストレイジョン）構造とするこ
とにより、複合化の合わせ精度のズレによる製造上の歩
留り低下を避けるとともに、このセルフレジストレイジ
ョン（以下ＳＧという）をレーザ光を用いたスクライブ
方式によるため、各セル間を１００μ以下（０，１ｍｍ
以下）好ましくは１０〜１００μとすることができた。

従来、非単結晶半導体即ちアモルファスシリコンを含む
非単結晶シリコンを主成分としたＰＩＮ接合、ヘテロ接
合またはＰＩＮＰＩＮ・・・ＰＩＮ接合と複数のＰＩＮ
、ＰＮ接合を積層して設ける接合方式により光起電力を
光照射により発生させんとしていた。

しかしかかる接合を有する半導体の上下の電極は直列接
続をするため、１つのセルの下側電極と隣のセルの上側
電極とを電気的に連結させなければならず、かつ各セル
間は互いに電気的にアイソレイトされていることを必要
な条件としていた。

第１図は従来構造の代表的な例を示している。

第１図（Ａ）は光電変換装置（３０）を透光性基板（２
）を下側にした背面より見た平面図である。

図面において光照射により光起電力を発生する活性領域
（１４）と、各セル（１）、（１’）を連結する連結部
（１８）を盲する非活性領域（１５）とを有する。第１
図（Ａ）のＡ−λ、Ｂ−Ｂ’の縦断面図を対応させて（
Ｂ　）、（Ｃ）に示されていることより明らかなごとく
、従来例においては、活性領域において各セル（１）、
（１’）はガラス基板（２）上の第１の電極の透光性導
電膜（ＣＴＦ　）の（３）は各セル間で互いに分離され
ている。また半導体（４）は各セル間にて互いに連結さ
れている。また非活性領域において、セル（１）の上側
電極は、セル（１）の下側電極と連結部（１２）で連結
し、これを繰り返し５つのセルを外部電極（８＞、＜　
９　）間にて直列接続をさせている。このセルの数、大
きさは設計仕様によって決められる。

しかしこの従来構造は一見半導体（４）が１枚であるた
め製造歩留りが高いように見える。しかし実際には３種
類（第１の導電膜のパターニング用の第１のマスク、非
活性領域形成のための第２のマスク、第２の導電膜のパ
ターニング用の第３のマスク）のマスクを用いるが、そ
のマスクにおいて第１のマスクと第３のマスクとがセル
ファライン方式でないため、マスクずれを起こしやすい
。

このずれ（即ち金属マスクにおいては１〜３１１１ｍの
ずれはごく当然である）により、セルの有効面積が２０
〜４０％も実質的に減少してしまうことが判明した。さ
らにマスクを用いるため、第１図（Ｂ）の活性領域での
電極間の開溝であるアイソレイション領域は、０．２〜
１ｍｍ例えば０．５　ｍｍを有するため、セルｒｊＪを
１０ｍｍとする時、２ｍｍずれるとするとセル中（１５
）は８ｍｍとなり、アイソレイション中（１２）は２．
５ｎｏｎとなってしまい、２０％近くも有効面積が減少
してしまう。

このため上下の電極の組合せをセルフレジストレイジョ
ン化することがその効率の向上のために強くめられてい
た。

また第１図の従来例においては、基板に非活性領域（１
５）が設けられ、この非活性領域は基板全体における２
０〜３０％も占めてしまう。このためプロセス上の効率
が低くなり、ひいては製造コストの低下を図ることがで
きない。

このため非活性領域が存在しない光電変換装置を作るこ
とがきわめて重要であった。

本発明はかかる目的を成就するためになされたものであ
る。即ち本発明においては、光照射面側からは複数の第
１の電極の分離用の開溝（ｌＪ５〜７０μ）が見られる
のみである。さらに第１図（Ａ）における領域（１５）
のごとき非活性領域かまったく存在せず、連結部が即ち
各セルのアイソレイション領域を構成せしめている。加
えてレーザ・スクライブ（以下単にＬＳという）を用い
るマスクレスプロセスであるため、第１の開溝をテレビ
モニターで積層して、その開溝を基準として所定の位置
に光学的にバターニングを行ういわゆるコンピュータ・
エイデツド・セルフレジストレイジョン方式を採用する
ことが可能になった。

また第１のセルの第１の電極と、第２のセルの第２の電
極との連結部のコンタクトは、基板の半導体内部（この
第２図では中央部）に設け、透光性導電膜の実効的なシ
ート抵抗をきわめて小さくできる。この結果、連結部を
セルの外側に設けなかったことにより、著しくその有効
面積の効率の向上を図ることができた。

さらにこのコンタクトが隣合うセル間の半導体をすべて
切断する構造で開溝を作るのではなく、その開溝（１０
〜６０μφ）を１つまたは複数個不連続に設けることに
より、この開溝の存在がガラス面側より実質的に肉眼で
見い出し得す、商品的にスクライブラインが目障りにな
らないようにできたという他の特徴を有する。

またコンタクトが開孔であるため、その孔の側周辺のす
べての側面が第１の電極と第２の電極との連結部を構成
させることができ、この部分での接触抵抗を１Ω以下に
下げることができた。

本発明はかかる多くの特徴を有するものであって、以下
に図面に従ってその詳細を記す。

第２図は本発明の光電変換装置の製造工程および装置を
示すものである。

図面において、基板は絶縁性表面を有する基板（例えば
ガラス）を用いた。この図面は４つのセルを直列接続せ
しめた場合である。即ち本発明の光電変換装置は活性領
域（１４）を同一基板に１０〜５００ケ同時に有するよ
り大きい２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍの基体を用いていた。

各セルでは、第１の導電膜を基体全面に形成した。さら
にこの導電膜を所定の形状にレーザ（ここでは１．０６
μまたは０．５３μの波長のＹＡＧ　、または０．４８
８および０．５６３の波長のアルゴン・レーザ）スクラ
イブをマイクロコンピュータにより記憶され制御された
パターンに従ってスクライブを行って第１の開溝（１６
）を形成した。そしてセル領域（１１）、＜１３）およ
び外部接続用電極部（８＞、＜　９　”）を形成させた
。このレーザ光の直径が一般的に３０〜５０μ（構造的
には３μも可能であるが、歩留りを考慮して焦点距離の
比較的長い３０μを用いた）であるため、第１の開溝の
中は１０〜７０μ好ましくは２０〜５０μとさせた。

第２図（Ａ）の平面図またＡ−Ａ’における縦断面図を
示す。（Ａ−１）において、第１の透光性導電膜（ＣＴ
Ｆという）による第１の電極（３）を基板（２）上に形
成させた。

このＣＴＰはＩＴＯ（酸化スズを１０％以下含有した酸
化インジューム）または酸化スズを単層または多層に積
層し形成している。一般には公知の電子ビーム蒸着法を
用いて５００〜２５００人の厚さに形成させた。

次に第２図（Ｂ）に示すごとく、光照射により光起電力
を発生する非単結晶半導体を、この電極（３人開溝（１
６）のすべての上面に均質の膜厚に形成させる。さらに
第２の開孔（１５）をレーザ光により形成させた第２図
（Ｂ）の１３−Ｂ、Ｃ−Ｃ’の縦断面図を（１３−１）
、（Ｂ−２）に対応して示している。

この半導体（４）は例えば５ｉｘＣ＋−４（０＜　ｘ　
＜　１一般にはｘ　＝０．７〜０．８　）のＰ型を約１
００人の厚さに、さらに■型の水素またはハロゲン元素
が添加された珪素を主成分とする半導体を０．４〜０．
６μの厚さに、さらにＮ型の微結晶化した珪素またはＮ
型の５ｉｘＣ＋−ｘ　（０＜　ｘ　＜　Ｉ　Ｘ　〜０．
９　）を主成分とする半導体のＰＩＮ接合構造とした。

もちろんこれをＰ　（ＳｉｘＣ１−＜　ｘ　＝０．７〜
０．８　）　Ｉ　（Ｓｔ）−Ｎ　（μＣ３ｉ　）　−Ｐ
　（ＳｉｘＣ，、ｘ　＝０．７〜０．８　）　１（Ｓｉ
ｘＧｅ＋−ｑ　ｘ　＝０．６〜０．８　）　−Ｎ　（＃
Ｃ５ｉ　）といヮたＰＩＮＰＩＮ構造のタンデム構造と
してもよい。

次に第２図（Ｃ）のパターンを形成させた。第２図（Ｃ
）のＤ−Ｄ’、Ｅ−Ｅ’に対応した縦断面図を（Ｃ−１
＞、（Ｃ−２）に示している。この図面より明らかなご
とく、連結部（１２）において、セル（１３）の第１の
電極（３）とセル（１１）の第２の電極（５）とがオー
ム接触を第２の開溝（１５）を介してしている。特に連
結部（１２）におけるコンタクＩ−（１７）は、第２の
開孔（１５）により作られた第１の電極の側面で成就さ
れ、いわゆるサイドコンタクト構造を有している。即ち
２つのセルはわずか１０〜７０μφの第２の開化の号イ
ドコンタクトで十分であり、この部分に第２の電極を構
成する材料を密接さセで電気的に直列接続をさせている
。　（Ｃ−１）の縦断面図より明らかなごとく、半導体
（４）上に第２の電極（５）が形成されているにすぎな
い。この第２の電極はＩＴＯを１００〜１３００人例え
ば１０５０人の厚さに設り、さらにアルミニュームを主
成分とする金属を５００〜２０００人の厚さに形成させ
た。勿論信頼性を重視しない場合はＩＴＯを除去しても
よい。またこの電極はＩＴＯのみでも十分であった。

裏面電極の反射性を利用して特性改良を図るには、前記
したＩＴＯ÷ＡＩまたはＩＴＯ＋Ａｇが好ましかった。

この後、第２図（Ｃ）においてレーザスタライブ（１９
）を行った。これはＹＡＧレーザ（波長１．０６μ、０
．５３μ）を第２の導電膜を形成した後、テレビモニタ
ーにて第１の開溝をモニターしつつ、それより５０〜２
００μ第２のセル側（１３）にはいった位置にて開溝を
作った。レーザ光の平均出力０．３〜０．５すとし、ビ
ーム径３０〜５０μφビーム走査スピード１〜１０ｍ　
／分一般には３ｍ／分として行った。

そしてこの開溝（１９）は第２の導電膜をその下の半導
体の少なくとも一部を除去して酸化して絶縁物として形
成した。

この図面より明らかなごとく、絶縁表面を有する透゛光
性基板（２）上に第１の電極（３）、半導体（４）、第
２の電極（５）が中１０〜１００μ好ましくは２０〜５
０μのスクライブライン（１６）により概略同一形状に
同一配置を有して設けられている。

第２図（Ｃ）において、これらの上面に有機樹脂（２２
）例えばシリコーン、エポキシまたはポリイミドを１〜
２０μの厚さにコーティングして完成させている。

その結果、この図面より明らかなごとく、この光電変換
装置は、例えば図面に示されているごと＜　、１ｃｍ　
ｘ５ｃｍの光電変換装置を同じ大きさのガラス基板上に
１つ作るのではなく　、２０ｃｍ　Ｘ　２０ｃｍまたは
２０ｃｍ　Ｘ　６０ｃｍまたは４０ｃｍ　Ｘ　４０ｃｍ
の大きなガラス基体に一度に多数の光電変換装置の基板
上に作ることが可能となった。そして最後にこれらを１
つずつの光電変換装置にガラス切りで分割すればよい。

このためには、従来より知られた活性領域と非活性領域
とを作るのではなく、すべて実質的に活性領域のみであ
り、また第１の電極、半導体および第２の電極を基体上
にきわめて単純に均質な被膜を形成することが可能であ
り、その中に連結部を有する本発明構造が効率（同一基
板で作り得る良品数量）できわめて優れている。

もちろん、大面積の同一基体上に多数（１００〜１ｏｏ
ｏ個）の光電変換装置基板を作製し、最後に分割するこ
とは第１図の従来例においても不可能ではない。しかし
かかる場合はマスクの基板の合わせ精度を要求したり、
またマスクの基板からの浮きが発生することがきわめて
嫌われるため、従来方法においては自ずからの限界があ
った。

また第２図＜Ｃ＞において明らかなごとく、セルの有効
面積は連結部（１２）の１０〜３００μ中のきわめてわ
ずかな部分を除いて他のすべてが有効であり、実効面積
は９０％以上を得ることができ、従来例の８０％に比べ
本発明構造は格段に優れたものであった。

電卓用の第２図に示されるごとき光電変換装置のパター
ンにおいては、各開溝、開孔はＹ方向またはスポットの
みであり、複数のバターニングを必要としない。このた
め本来複雑なパターン作製および面積的なパターンを特
長とするマスク仕様のスクリーニング印刷法ではなく、
本発明のごとき溝または孔の従来法がむしろ有効面積向
上、レーザ光のスキ中ンスピード向上（生産性の向乍）
に優れている。

これらのことを考慮すると、本発明は以下の大きな特長
を有することが判明した。

即ち、本発明は〔１〕大面積基体に同時に多数の光電変
換装置を作り、これを分割して各基板上に１つの光電変
換装置を作る方式を採用することが可能となった。この
ため、従来よりも１／３〜１１５の価格での製造が可能
である。〔２〕第１の開溝と第２の開孔、第３の開溝と
がコンピュータにより制御されたセルフレジストレイジ
ョン方式のため、セルの有効面積が大きく、かつその同
一ハツチで作られた各光電変換装置間のバラツキが少な
い〔３〕マスクレス工程であるため、製造歩留りが高い
〔４〕各セル間分離の第１の開溝のスクライブラインの
中が１０〜５０μときわめて小さく、かつ第２の開孔も
１０〜５０μφときわめて小さく、また第３の開溝はガ
ラス面側からはまったく見えない。その結果、肉眼によ
りバイブリソ１−化がされていることを確認され得す、
高付加商品価値を与えることができた。

第２図において、第２の開孔（１５）は１つのみを半導
体内部の特に中央付近に存在させた。しかしこの開孔ば
、複数ケ（２〜４ケ）を破線的にＹ方向に第１および第
３の開溝の間に作製しても、また櫛目形状に半導体（３
）の内部に第１の開溝（１６）にそって形成させてもよ
い。

また第１の開溝（１６）、第２の開孔（１５）、第３の
開溝の位置関係は、それらにより作られる連結部（１２
）のｌ」が狭ければ狭い程好ましい。しかし実用的には
３０〜１００μを有し、セルの中（１１）、（１３）が
１ｃｍ　（１０，０００μ）であるに比べると、１％し
か有効照射面積の減少をもたらさなかった。このためそ
れらの開溝、開孔を互いに５０％まで重なりあわせるこ
とも可能である。

以上の説明は本発明の第２図のパターンには限定されな
い。セルの数、大きさはその設計仕様によって定められ
るものである。また半導体はプラズマＣＶＤ法、減圧Ｃ
ＶＤ法、光ＣＶＤ法または光プラズマＣＶＤ法を用いた
。

非単結晶シリコンを主成分とするＰＩＮ接合、ヘテロ接
合、タンデム接合のみに限らず多くの構造への応用が可
能である。

本発明において、照射光は第２図（Ｃ）の（１０）に示
すごとく下側より照射するものとした。しかしこの基板
を金属箔とし、この上面に耐熱性無機絶縁膜を形成した
可曲性の絶縁表面を有する基板を用いることも有効で゛
ある。即ら可曲性金属膜−絶縁膜一第１の電極−半導体
一第２の電極−半導体第２の電極構造を有せしめ、少な
くとも第２の電極を透光性とした。

かくする時上面よりの光照射方式を採用することが可能
になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の光電変換装置の縦断面図である。 第２図は本発明の光電変換装置の平面図および縦断面図
を製造工程に従って示したものである。 特許出願人 上二二　ュ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、絶縁表面を有する基板上に配列された複数の第１の
   電極、該第１の電極および該電極間の間隙上に設けられ
   た光照射により光起電力を発生させる非単結晶半導体、
   および前記第１の電極に対応して前記半導体上に設けら
   れた複数の第２の電極とを有する複数の光電変換、素子
   を備え、隣合う素子の第１および第２の電極は前記非単
   結晶半導体内部に設けられた開孔により電気的に連結し
   た連結部を有することを特徴とする光電変換半導体装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項において、連結部は非単結晶
   半導体に設けられた開孔と概略同一形状の開孔が第１の
   電極に設りられ、該第１の電極の側部に第２の電極を構
   成する材料が密接して設けられたことを特徴とする光電
   変換半導体装置。