JPS60200578A - 光電変換装置の作製方法 - Google Patents

光電変換装置の作製方法

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JPS60200578A
JPS60200578A JP59057714A JP5771484A JPS60200578A JP S60200578 A JPS60200578 A JP S60200578A JP 59057714 A JP59057714 A JP 59057714A JP 5771484 A JP5771484 A JP 5771484A JP S60200578 A JPS60200578 A JP S60200578A
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electrode
forming
semiconductor
scanning
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    • H01L31/0445PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
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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可曲性の基板上に複合簗積化
するに関し、隣合ったセル間の電極用4電膜の切断(開
溝)をレーザスクライブ(以下LSという)で直線状に
走査することにより実行し、かつその走査スピードを一
定または概略一定(以下一定という)とすることにより
加工に必要な時間を節約し、さらに被加工面下の一ト地
材のtl傷を防くごとを目的としている。
本発明においては、活性領域に設けられたセルにおける
絶縁表面を有する基板上に、第1の電極を第1の導電膜
に複数の第1の開溝をレーザ光を走査するスクライブ法
により形成し、さらに、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、該半導体上に第2の
LSを第1の開溝に対し平行(概略平行を含む)に行い
、第2の開溝または開孔を形成し、さらにこの上に第2
の導電膜を形成し、この第2の導電膜に第1の開講と平
行に第3の開溝を直線状にレーザ光を走査して形成し、
複数の電極に分離したものである。その結果、隣合った
素子間の電気的連結を活性領域の内部に第2の開孔また
は開溝(以ト単に開孔という)によりコンタクトを設け
て複数の素子を直列接続して配設することを特長とする
光電変換装置の安価、多量生産のための基板として絶縁
表面を有する可曲性の薄膜の使用がめられてきた。
この発明は、ステンレス基板等の可曲性基根土に絶縁表
面を有する薄膜、例えば有機樹脂薄膜(以下OFという
)を設け、かかる絶縁表面を自する基板上に第1の2#
電映をクロムまたはクロムを主成分とする耐熱性昇華性
金属(以下単にクロムという)薄膜、またはアルミニュ
ームのごとき反射性金属とその上面の酸化スズのごとき
透光性昇華性導電膜とよりなる複合導電検を設け、かか
る導電膜にLSを直線状にレーザ光を走査するのに際し
、この第1の導電膜をスクライブしつつもその下の絶縁
性V#膜例えば有機樹脂薄膜にまったく損傷を与えるこ
とのない条件が実験的に存在することを見いだし、この
事実を利用して半導体装置特に光電変換装置を作製せん
としたものである。
本発明はかかるOFと、その上の昇華性を有する導電膜
特にクロムを主成分とする金属、酸化インジュームまた
は酸化スズを生成分とする導電性酸化膜に対しレーザ光
を照射した時、このOFを損傷せずにその上の導電性薄
膜のみを選択的に除去することができる条件を実験的に
検討したところ、そのレーザ光を1つの場所に長時間(
数十m秒以上)照射することなく、また走査(スキャン
)スピードを一定または概略一定の速度で保持すること
により、この電極用導電材料のみを選択的に除去するこ
とが可能であることを見いだした。
即ち、レーザ光の照射により叶は熱伝導率が小さい(一
般には1〜7 X 10”Cal / sec / c
at / ℃/cm)ため、同し位置に繰り返しレーザ
パルスを加えると、この有機樹脂内に熱が苺積され、こ
の熱で樹脂が炭化され切断されてしまう。しかしその繰
り返しを1回または数回とすると、このOFの熱伝導率
が導電性薄I15!!(以下CFという)例えばクロム
またはアルミニュームとCTFとの複合膜の1/103
であるため、逆にCFのみを選択的にレーザ光の照射さ
れた場所のみ除去することができることを見いだした。
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(1)を透光性のガラス草
根(2)を下側にした背面より見た1ド面図である。
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(11)、< 13 )を連結す
る連結部(12)を有する非活性領域(15)とを自す
る。第1図(A)のA−A”、 B−B’の縦断面図を
対応させて第1図(B )、(C)に示していることよ
り明らかなごとく、活性領域において各セル(11)、
< 13 )はガラス基47m(2)上の第1の電極の
透光性導電H’A (CTF )の(3)が各セル間で
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(13)の上側電極は、セル(11)の下側電極と連
結部(6)、(7)でのコンタクト(18)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゛ζ直列接続をさせている。
しかしこの従来構造は一見半導体(4)が1枚であるた
め製造歩留りが商いように見える。しかし実際には3棟
類(第1の4奄股のバターニング用の第1のマスク、非
活性領域形成のための第2のマスク、第2の導電膜のバ
ター二、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
ルファラインカ式でないため、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0.3〜1mmの
ずれはごく当然である)により、セルの有効面積が10
〜20%も実質的に減少してしまうことが判明した。
さらにこのバターニングをレーザ光で行なわんとしても
、それはまったく現実離れをしている。
即ち、例えば、第1の電極(3)を形成させんとした時
、その走査は単なる直線状の走査ではなく1つの電極の
形成に数回の90゛の曲がりを必要とする。このためそ
のコーナ部では走査スピードが零またはきわめて遅くな
る。このことはこのコーナ部ではQスイッチ化されたパ
ルス光が必要以上の回数加えられ、結果として基板材料
までもIi3傷を与えてしまう。加えて全体の加工速度
が遅くなるといった2重の欠点を持つ。また、非単結晶
半導体を非活性領域に形成させないためにマスクも必ず
必要となってしまう。このため第1図の構造をレーザス
クライブ法でのめで形成するのはまったく不可能である
。即しレーザスクライブ法に最も適したディバイス構造
およびその製造カルが強くめられていた。
即ち本発明においては、その代表例を第2図に示すが、
光照射(10)面側からは複数の第2の電極の分離用の
肉眼では見えない中の開溝(11310〜70μ代表的
には20〜30μバ第2図(20) )が存在するのみ
である。さらに第1図(A)におりる領域(15)のご
とき非活性領域がまったく存在せず、連結部が即ち各セ
ルのアイソレインヨン領域を構成せしめている。加えて
LSを用い、かつレーザ光を単に直線状に走査し、かつ
加工領域においては一定スピードで走査するのみでの全
くの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
置に平行または概略平行にレーザ光を走査して第2の開
溝、第3の開溝を形成する光学的なバターニングを行う
いわゆるコンピュータ・エイデツド・セルフレノストレ
イソヨンカ式を1采用することがi+J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、その開孔の端部は半導
体の切断を行っていない)に設け、従来例の半導体の外
側でのコンタクトとはその位置がまったく異なる。
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
切断する構造で開講を作るのではなく、その開溝(20
〜90μφ)を1つまたは複数個不連続に円形状または
長円形状(開/111)に設ける(即ち、この開溝の端
部はそれぞれのセルを構成する半導体が連続している)
ことにより、この開溝を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
きるという他の特長を有する。
本発明はかかる多(の特長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−」−程および装
置を示すものである。
図面において、厚さ100μのステンレス薄膜(2′)
上にポリイミド樹脂またはPES (ポリエーテル・サ
ルフメン・フィルム)(住友ヘークライト社製スミライ
ト)(連続使用温度150〜300’C,熱伝導率 3
〜7 X 10′4Cal /sec / cnl /
 °C7cm)(2′りを1〜10μの厚さに形成し、
これをして絶縁表面を有する基板(2)(例えば厚さ1
00μ、長さく図面では左右方向) 60cm、IlJ
20cm)として用いた。
このOF上に電子ビーム蒸着法またはマグネトスパッタ
法にて、耐熱性を自し、かつ昇華性を有する金属である
クロム(JIさ2000人)または反射性金属であるア
ルミニューム(1000人)とその上にスパック法にて
SnOを1100人の厚さに形成させ、複合の導電性1
映を用いた。するとそのシート抵抗は3.5Ω/口を有
していた。
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100〜2000ケ同時に杓するより大きい20
cm X 60cmの基体を用いた。
各セルでは、第1の導電映を基体全面に形成した。さら
にこの2#奄膜を所定の形状にレーザ(ここでは1.0
6μまたは0.53μの波長のYAG レーザ)スクラ
イブをマイクロコンピュータにより記すつされ制御され
たパターンに従って行って第1の開講(16)を形成し
た。さらにセルの外側でのリークを除去するため、分離
用開溝(26)、(26’)を形成させた。そしてセル
領域(11)、< 13 )および外部接続用電極部(
8ル(9)を形成させた。
即ち、ここにYAGレーf(発光波長0.53μ、焦点
化!11150 m m、光(¥20μ)を照射した。
その条件としては、繰り返し同時に6Ktlz、平均出
力(1,2W、スキャンスピード(走査速度、以下SS
という) 30cm/分とした。
スクライビングにより形成された開溝(16>は巾約2
5μ、長さ20cm (図面では1 cm)、深さは畦
上それぞれの第1の電極を完全に切W1分離した。
第1の素子(1工)および第2の素子(13)を構成す
る中は10mmとした。
この時電子顕微鏡にて調べた範囲では、叶表面には何等
の損傷もまた部分的な劣化も見られなかった。このレー
ザ光は+600’c以上の温度を自するとflu察され
るが、連続使用上限温度か180 ’C程度の低い耐熱
性しか有さない叶にイlIi等m錫を与えなかった。
即ち、畦上のCFに対し、選択的に開溝(16)を作製
することができることがわかった。その」二、2つのプ
ローブ間にはIMΩ以上の抵抗(中はIcmとする)を
得ることができた。
第3図はレーザ光の繰り返し周波数を可変にしたもので
、開溝が形成される場合の電気抵抗を示す。
図面において、スキャンスピード30cm /分、平均
出力0.2W、光径25μのYIIG (波長0.53
μ)レーザを用いた。するとその周波数を1OKHzよ
り下げてゆくと、曲線(45)は7 K II z以下
で不連続にIMΩ以上(45’)となって電気的にアイ
ソレイションを行うことができるようになったことが判
明した。
しかしこの周波数が4 K tl z以下(パルスが2
.7×102回照射される)ではこのCFに加えて下地
の叶をもその中心部(ガウス分そJのエネルギ密度の最
も商い領域)で…傷してしまった。
第4図は第3図の特性を得るための走査スピードが一定
スピードで行われる必要性を調べたものである。即ら第
2図(Δ)の第1の開溝により2点(46>、< 47
 )に対しその上方から下方へと長い距離を一定速度で
走査させる必要性を示している。
さらに一定スピードの例はスキャンスピード40cm/
分の時30〜50cm /分(±25%)程度以内のス
ピードの+lJ(概略一定の走査スピード)まで開溝の
形成が可能であった。l!Ilら基板の位置(49)<
中20cmとする)での(46)、(47)が第2図(
A)にボされている。即ちスキャンスピードが一定の走
査中に最適スピードの±25%以内であることが車間で
ある。
第2図(A)の平面図またA−A’、F−F’における
縦断面図を(A−1)< (A−2)にそれぞれ示す。
次に第2図(B)の平面図に示すごとく、光照射により
光起電力を発生ずる水素または弗素が添加された非単結
晶半導体を、この電極(3ン2開溝(16)のすべての
上面に均質の股jソに形成さ一口る。
この半導体(4)は例えばSix自−x(0<x<1一
般にはx =0.7〜0.8 )のI)型を約150人
のノ+、Hさに、さらにI型の水素またはハ\コゲン元
素が添加された珪素を主成分とする半導体を0.4〜0
.8μの厚さに、さらにN型の微結晶化した珪素または
N型の5ixC1−x(0<x<1 x〜0.9)を主
成分とする半導体のr’IN接合構造とした。もちろん
これをP (SixC+−x x =0.7−0.8 
) −1(Si)−N (μC5i ) P (Six
C1−XX=0.7 〜0.8)−I (SixGe 
l−X X =0.6−0.8 ) −N (ii&結
晶化@SI または5ixC1−y O<x<1)とい
った111 N PIN構造のタンデム構造としてもよ
い。
さらに第2の開孔(15)をレーザ光により形成させ、
第2図(B)におけるB−B’ 、C−C’の縦断面図
を(B−1)、(B−2)に対応して示している。
かくして第2の開孔(15)はOF自体の表面には崩傷
を与えずに第1の電極の側面(17)を露出さ一已た。
この時、導電性薄膜の上端部を0〜5μの中で露呈させ
る結果、連結は導電性薄膜(3)の側面および上面が連
結部のコンタクトを構成した。
また出力を少なくするとレーザ光の0.53μの波長は
珪素の商い吸収係数のため珪素のみを除去することがで
きる。この場合は上面のコンタクトとすることができる
この第2の開孔(15)の形成条件は、第1の開溝を形
成する条件とレーザ光をパルスを不連続に(15)の位
置のみに加える以外は同一であり、第1の開溝を基鈑と
して平行に走査して形成した。
第3図、第4図の特性を用いることができた。
次に第2図(C)のパターンを形成させた。第2図(C
)のD−Ll’ 、 E−E’ 、 G−G’にりJ応
じた縦断面図を(C−2>、< C−3)、(C−1)
に示している。
即ち、半導体(4)上に第2の電極を電子ビーム蒸着法
によQITOを400〜1000人例えば700人の厚
さに形成させた。
すると、開口(15)において、第1の導電膜(3)の
側面または上面(17)に対し、ITOの導電性酸化物
がコンタクトし、オーム接触をさせることができた。
特にレーザ加工にはクロムが接触抵抗も少なく、かつレ
ーザ加工性に優れ、好ましがった。
さらに第2の電極がfTOのみよりなるため、レーザ光
が透過し、第3の開溝はITOとその下の半導体とを実
質的にスクライブしてしまった。
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0.53μ)
を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50〜200 μ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を0.1
〜0.3Wとし、ビーム径10〜3oμφ、ヒーム走査
スピード0.1〜1m/分、一般には0.3m/分とし
て行った。
この第3の開溝には半導体の光照射係数がきわめて大き
い0.6μ以下の波長即ち0.53μのQ−スイッチが
かけられたレーザ光が特に優れていた。
かくするとSi (水素またはハロゲン元素が添加され
た0、5μ以上の厚さを有する半導体)が本来昇華性で
あり、かつ0.53μの波長の吸収係数が大きいため、
レーザ光により速やかに昇温し、半導体とその」二のI
TOとを同時に気化して除去させることができた。
かくして、連結部(12)において、セル(13)の第
1の電極(23’)と、セル(11)の第2の電極(2
5)とが酸化物コンタクトによりオーム接触を第2の開
溝(18)を介してしている。特に連結部(]2)にお
けるコンタクl−(17)は、第2の開孔(15)によ
り作られた第1の電極の側面または側面と0〜5μのI
’lJの第1の電極の上端面とで成就され、いわゆるサ
イドコンタクト構造をイ(している。即ら2つのセルは
わずかlO〜70μφの第2の開孔のサイトコンタクト
で十分であり、この部分に第2の′d1極を構成する材
料を密接させて電気的に直列接続をさせている。 (C
−1>、< C−2) ノ縦Wi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。
そしてこの第3の開溝(20)はその下の半導体を除去
し開溝を設け、さらに第1の電極をえくることなく各素
子の第2の電極間を電気的にアイソレイ1−させること
ができた。
さらに第2図(C)において、これらの上面に透光性自
機樹脂(28)を2Pプロセス(特に+3+−温させる
ことなく紫外光により硬化する液体を用いて彷光性絶縁
脱をはりっ+)るプロセス)によりコーティングして完
成させている。
その結果、1cm x 5cmの光電変換装置を金属薄
股上の絶縁表面を有する計上に1つ作るのではなく 、
20cm x 20cmまたは20cm X 60cm
または40cm X 40cmの大きな草根上に一度に
多数の光電変換装置を作ることが可能となった。
そして最後にこれらを(70)の境界で裁断法により切
断し、それぞれの光電変換装置にした。このためには、
従来より知られた光電変換装置のごとく活性領域と非活
性領域とを作るのではなく、すべて実質的に活性領域と
し、かつレーザ光による開溝を端から端まで作り、レー
ザ光の走査スピードを大きなOF上で常に一定にさせて
いることがmfである。さもないと、SSが遅い部分で
は叶に用傷がおきてしまうからである。
第2図(C)での開講(20)、< 27 >、< 2
7 ’ )が端から端まで直線状走査されているのは、
量産性を考えた時重要である。特にレーザ光の走査のし
始め、し終わりの走査スピードの変化している領域では
照射領域におLjるエネルギ密度が人き(なってしまう
。このため一定速度領域のみを用いてLSを行うことが
必要となり、そのため、直線的なLSによる開講形成は
きわめて重要なプロセスである。もちろんこれらの開溝
は入射)し側からはまったく見られないため高商品価値
化を妨げない。
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自〃Jであり、実効面
積は92%以上を1η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。
さらにこの変換効率は、螢光幻(300Lx ) ’l
で6.3%を有し、開放電圧1.9vを14ることかで
きた。
これらのことを考慮すると、本発明は以Fの大きな特長
を有することが判明した。
即ち、本発明は〔1〕絶絶縁面をイjする犬面積基板に
同時に多数の光電変換装置を作り、これを分11して各
語根上に1つの光電変換装置を作る方式を採用すること
が口J能となった。このため、従来の1/3〜115の
価格での製造がI11能である。
〔2〕第1の開講と第2の開化、第3の開講とがコンピ
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、セルの自りJ面積が大きく、かつその間−ハノ
チで作られた各光電変換装置間のバラツキが少ない〔3
つ直線走査方式のLSによるマスクレス工程であるため
、製造歩留りが高い。
〔4〕各ナセル分離の第1、第3の開溝のスクライブラ
インのICが10〜70μときわめて小さく、かつ第2
の開孔も10〜50μψときわめて小さく、また第1の
開溝は光照射面(則からはまったく見えない。その結果
肉眼によりハイブリノI−化がされていることを6′η
認され得す、商(;J加商品価値を与えることができた
第2図において、第2の開花(15)は1つのみを半導
体内R1(の特に中央付近に存在させた。しかしこの開
孔は、複数ケ(2〜4ケ)を破線的にまたは長円構造を
させ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
)にそって形成さセでもよい。
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Cν1)法、減圧
CVD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門N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。
なお本発明は有機樹脂上に簗、偵化さ−lた構造をボし
た。しかし本発明は、金属薄1悦」二に窒化珪素、酸化
珪素または酸化クロム等の絶縁膜を300〜3000人
の厚さにバリアj−として形成し、または基体自体が絶
縁表面(非透光性でよい)であってその上に第1の電極
用の導電性薄1模を形成してもよいことはいうまでもな
い。
また図面において、基板を透光性とし、例えはガラスま
たはPES等の透光性プラスチックとし、下側の第1の
電極をCTFとし、ト側からの光照射を行う方式を用い
てもよいことはいうまでもない。
【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i12而図面よび縦断
面図を製造上程に従ってンjりしたものである。 第3図は本発明のステンレス基板」二の有機樹脂上の導
電性薄膜をレーザスクライブした時のレーザスクライブ
による電気抵抗の変化を示す。 第4図は本発明の走査スピードを一定とした時の様子を
示す。 特許出j頭人 〈9 づ・ノー(/?I −ヒメーー Ck Hz )
f−、5(@ L−ブーえηイLfCc、す() 矛4ta

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、絶縁表面を有する基板上に形成された第1の導電膜
    をレーザ光を直線状に走査しスクライブすることにより
    、複数の第1の電極を形成する工程と、該第2の電極お
    よび該電極間の第1の開溝上に光照射により光起電力を
    発生させる非単結晶半導体を形成する工程と、該非単結
    晶半導体に対し前記直線状の第1の開溝に平行にレーザ
    光を走査して111」記非単結晶半導体の内部に第2の
    開溝または開化を形成する工程と、該開溝または開イし
    および前記非単結晶半導体上に第2の導電膜を形成し−
    (連結部を構成せしめたl&該第2の導′rJi腺を前
    記第1の開講に平行にレーザ光を直線状に走査してスク
    ライブすることにより複数の第3の電極を形成して集積
    化する工程とを有することを特徴とする光電変換装置の
    作製方法。 2、特許請求の範囲第1項において、レーザ光を直線状
    に走査してスクライブをする際、走査スピードは一定ま
    たは概略一定であることを特徴とする光電変換装置の作
    製方法。
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