(57)【要約】【課題】半導体膜のピンホールや傷等の構造欠陥に対して、絶縁樹脂を選択的に充填することにより不良を極力抑えた光電変換装置及びその作製方法を提供する。【解決手段】基板上に第１の電極、第１の不純物半導体層、真性半導体層、及び第２の不純物半導体層を形成し、構造欠陥を検出する手段を用いて該半導体層、またはその一部に存在する構造欠陥の位置を特定し、液体を吐出する手段を用いて構造欠陥及びその周辺に対して液状の絶縁樹脂材料を吐出して、構造欠陥内に充填し、該絶縁樹脂材料を硬化させる手段を用いて該絶縁樹脂材料を硬化し、第２の不純物半導体層及び硬化した絶縁樹脂上に第２の電極を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の電極を形成する工程と、
前記第１の電極上に一導電型を有する第１の不純物半導体層を形成する工程と、
前記第１の不純物半導体層上に真性半導体層を形成する工程と、
前記真性半導体層上に前記第１の不純物半導体層とは逆の導電型を有する第２の不純物半導体層を形成する工程と、
構造欠陥を検出する手段を用いて、前記第１の不純物半導体層、前記真性半導体層、及び前記第２の不純物半導体層を含む領域、またはその領域の一部に存在する構造欠陥の位置を特定する工程と、
液体を吐出する手段を用いて、前記構造欠陥及びその周辺に対して液状の絶縁樹脂材料を吐出して、前記液状の絶縁樹脂材料を前記構造欠陥の内部に充填するとともに、前記構造欠陥を覆う様に形成する工程と、
前記液状の絶縁樹脂材料を硬化する手段を用いて、前記構造欠陥内部に充填及び前記構造欠陥を覆う様に形成された前記液状の絶縁樹脂材料を硬化する工程と、
前記第２の不純物半導体層及び硬化した絶縁樹脂上に第２の電極を形成する工程と、を有することを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項２】
請求項１において、前記構造欠陥の位置を特定する工程と、前記液状の絶縁樹脂材料を前記構造欠陥の内部に充填するとともに、前記構造欠陥を覆う様に形成する工程と、前記液状の絶縁樹脂材料を硬化する工程と、を並行して行うことを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記構造欠陥は、ピンホールまたは傷であることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項において、前記構造欠陥を検出する手段には、画像解析方法、またはレーザ光の反射光を解析する方法を用いることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれか一項において、前記液体を吐出する手段はインクジェット法、またはディスペンス法であることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、前記絶縁樹脂材料は、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、または熱併用型紫外線硬化性樹脂であることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項において、前記絶縁樹脂材料を硬化する手段は、加熱、紫外線、またはそれらの組み合わせであり、前記構造欠陥を覆う絶縁樹脂材料に対して局所的に加熱、または紫外線照射を行うことを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか一項において、硬化した絶縁樹脂の径または短軸径は、１ｍｍ以下であることを特徴とする光電変換装置の作製方法。
【請求項９】
基板上に形成された第１の電極と、
前記第１の電極上に形成された一導電型を有する第１の不純物半導体層と、
前記第１の不純物半導体層上に形成された真性半導体層と、
前記真性半導体層上に形成された、前記第１の不純物半導体層とは逆の導電型を有する第２不純物半導体層と、
前記第２の不純物半導体層上に形成された第２の電極と、
を有し、
前記第１の不純物半導体層、前記真性半導体層、及び前記第２の不純物半導体層を含む領域、またはその領域の一部には構造欠陥が存在しており、前記構造欠陥には絶縁樹脂が充填され、前記構造欠陥の上側には前記絶縁樹脂が前記構造欠陥を覆うように形成されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１０】
請求項９において、前記構造欠陥は、ピンホールまたは傷であることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１１】
請求項９または１０において、前記絶縁樹脂は、紫外線硬化性樹脂または熱硬化性樹脂で形成されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１２】
請求項９乃至１１のいずれか一項において、前記構造欠陥を覆うように形成された前記絶縁樹脂の径または短軸径は、１ｍｍ以下であることを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
光電変換装置及びその作製方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化対策として、発電時に二酸化炭素の排出の無い発電手段である光電変換装置が注目されている。その代表例としては、住宅用等の電力供給用太陽電池が知られており、主に単結晶シリコンや多結晶シリコンなどの結晶性シリコン太陽電池が用いられている。該太陽電池は、太陽光のような高照度の光が照射されたときには効率良く発電できるが、曇天や雨天の場合、または屋内の蛍光灯下などでは極端に発電能力が落ちてしまう特徴を有している。
【０００３】
一方で、屋内の低照度下においても必要量の電力を効率良く発電できる太陽電池が知られている。代表的には、蛍光灯の波長領域に高い吸収特性を有する非晶質シリコン太陽電池があり、電卓や腕時計など低消費電力の機器を動作させるために用いられている。
【０００４】
非晶質シリコン太陽電池は、薄膜型の太陽電池であり、低コストで製造できるなどの利点を有する。一方で、薄膜型は構造的に微小な欠陥に弱く、ピンホールや傷などの構造欠陥が電気特性を劣化させる要因となる。該構造欠陥は、それ自身の影響、またはその他の工程に影響して太陽電池の電極間の並列抵抗を低下させてしまう。
【０００５】
この並列抵抗の低下は、比較的大きい電流が発生する高照度下では大きな問題にはならないが、発生する電流の小さい低照度下においては、太陽電池の電気特性を著しく悪化させてしまう。従って、安価に市場に流通させることのできる低照度用の太陽電池は、歩留まりの高い小面積の製品に限られ、大面積の製品は普及されていない。
【０００６】
この問題を解決する手段として、構造欠陥を含む半導体膜上にフォトレジストを塗布及びプリベークしてフォトレジストを構造欠陥に固定化し、半導体膜上の不要なフォトレジストは紫外光照射により非固定化して現像工程によって取り除き、上下の電極間のショートを防止する方法が特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２─６９５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記フォトレジストをピンホール等の構造欠陥に固定化する方法は、フォトリソグラフィプロセスを応用したウエットプロセスであり、基体にガラス基板などを用いる場合は対応に問題は無いが、樹脂フィルムや薄型のステンレス基板などを用いるＲｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスでは対応が困難であった。
【０００９】
また、半導体膜の面積全体に対する構造欠陥の面積の割合は非常に小さいものであり、高価なフォトレジストの使用効率が極めて悪い問題も有していた。
【００１０】
また、フォトレジストの塗布時に構造欠陥にフォトレジストが充填されない場合や、余分なフォトレジストを取り除く際に、一度構造欠陥に充填されたフォトレジストも同時に取り除かれてしまう場合があった。
【００１１】
従って、本発明の一態様は、Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスに対応する半導体膜の構造欠陥の修復方法を提供することを目的の一つとする。また、半導体膜の構造欠陥の修復に用いる材料の使用効率を向上することを目的の一つとする。また、半導体膜の構造欠陥の修復の歩留まりを向上させることを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の一態様は、半導体膜に不本意に形成されたピンホールや傷などの構造欠陥に対して、その位置を検出するとともに、その位置に対して絶縁樹脂を選択的に形成し、ショートやリークなどの不良を極力抑えることのできる光電変換装置及びその作製方法に関する。
【００１３】
本明細書で開示する本発明の一態様は、基板上に第１の電極を形成する工程と、第１の電極上に一導電型を有する第１の不純物半導体層を形成する工程と、第１の不純物半導体層上に真性半導体層を形成する工程と、真性半導体層上に第１の不純物半導体層とは逆の導電型を有する第２の不純物半導体層を形成する工程と、構造欠陥を検出する手段を用いて、第１の不純物半導体層、真性半導体層、及び第２の不純物半導体層を含む領域、またはその領域の一部に存在する構造欠陥の位置を特定する工程と、液体を吐出する手段を用いて、構造欠陥及びその周辺に対して液状の絶縁樹脂材料を吐出して、液状の絶縁樹脂材料を構造欠陥の内部に充填するとともに、構造欠陥を覆う様に形成する工程と、液状の絶縁樹脂材料を硬化する手段を用いて、構造欠陥内部に充填及び構造欠陥を覆う様に形成された液状の絶縁樹脂材料を硬化する工程と、第２の不純物半導体層及び硬化した絶縁樹脂上に第２の電極を形成する工程と、を有することを特徴とする光電変換装置の作製方法である。
【００１４】
本明細書において「第１」、「第２」等の数詞の付く用語は、要素を区別するために便宜的に付与しているものであり、数的に限定するものではなく、また配置及び段階の順序を限定するものでもない。
【００１５】
上記構造欠陥の位置を特定する工程と、液状の絶縁樹脂材料を構造欠陥の内部に充填するとともに、構造欠陥を覆う様に形成する工程と、液状の絶縁樹脂材料を硬化する工程と、を並行して行うことによって、処理時間を短縮させることができる。
【００１６】
なお、本明細書において「構造欠陥」とは、成膜途中で形成されたピンホールや、物理的な手段で形成された傷などの欠損部を有する欠陥のことを言い、結晶構造の乱れなどの結晶欠陥を意味するものではない。
【００１７】
上記構造欠陥を検出する手段には、画像解析方法、またはレーザ光の反射光を解析する方法などがある。具体的に前者は、高倍率の撮像手段と画像を解析するソフトウエアなどを用いた方法、後者はレーザ変位計などを用いる方法を利用することができる。
【００１８】
また、液体を吐出する手段にはインクジェット法、またはディスペンス法を用いることが好ましい。特定されたピンホールの位置に対して局部的に樹脂材料を吐出することができ、樹脂材料を無駄無く使用することができる。
【００１９】
また、絶縁樹脂材料には、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、または熱併用型紫外線硬化性樹脂を用いることができる。例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂などを用いることができる。
【００２０】
また、絶縁樹脂材料を硬化する手段は、加熱、紫外線、またはそれらの組み合わせであり、構造欠陥を覆う絶縁樹脂材料に対して局所的に加熱、または紫外線照射を行うことでスループットを向上させることができる。
【００２１】
また、本明細書で開示する本発明の他の一態様は、基板上に形成された第１の電極と、第１の電極上に形成された第１の不純物半導体層を有する第１の不純物半導体層と、第１の不純物半導体層上に形成された真性半導体層と、真性半導体層上に形成された一導電型とは逆の導電型を有する第２不純物半導体層と、第２の不純物半導体層上に形成された第２の電極と、を有し、第１の不純物半導体層、真性半導体層、及び第２の不純物半導体層を含む領域、またはその領域の一部には構造欠陥が存在しており、構造欠陥には絶縁樹脂が充填され、構造欠陥の上側には絶縁樹脂が構造欠陥を覆うように形成されていることを特徴とする光電変換装置である。
【００２２】
ここで、構造欠陥を覆うように形成された絶縁樹脂の径または短軸径は、１ｍｍ以下であることが好ましい。絶縁樹脂の径または短軸径を１ｍｍ以下にすることで、電流を損失することなく取り出すことができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の一態様における光電変換装置の作製方法では、半導体膜に不本意に形成されたピンホールや傷などの構造欠陥に対して、絶縁樹脂を選択的に充填することができ、絶縁樹脂の使用量を抑えることができる。また、絶縁樹脂を取り除く工程が無いため、構造欠陥内の充填物が偶発的に取り除かれることも無い。更に、フォトリソグラフィのようなウエットプロセスを必要としないため、Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスなどの連続工程の途中に用いることもできる。従って、従来よりも低コスト、高歩留まりの光電変換装置及びその作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】ピンホールに樹脂を充填した光電変換装置を説明する断面図。
【図２】ピンホールに樹脂を充填した光電変換装置の工程断面図。
【図３】ピンホールに樹脂を充填した光電変換装置の工程断面図。
【図４】ピンホールを検出する工程を説明する図。
【図５】ピンホールに樹脂を充填した光電変換装置を説明する断面図及び上面図。
【図６】光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。
【図７】光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。
【図８】光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。
【図９】光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。
【図１０】光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００２６】
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である光電変換装置の構造、及びその作製方法について説明する。
【００２７】
図１は、本発明の一態様における光電変換装置の断面図である。本実施の形態における光電変換装置は、基板１００、第１の電極１２０、第１の不純物半導体層１４０、真性半導体層１５０、第２の不純物半導体層１６０、第２の電極１８０、及び絶縁樹脂２２０を含んで構成される。
【００２８】
ここで、第１の不純物半導体層１４０、真性半導体層１５０、及び第２の不純物半導体層１６０を含む領域には、構造欠陥の１つであるピンホール２００が形成されており、それを充填し、かつ覆う様に絶縁樹脂２２０が形成されている。この絶縁樹脂２２０が形成されていることにより、上下の電極層間のショートを防ぐことができる。
【００２９】
なお、本実施の形態においては、光電変換装置の積層構造の一部について説明を行うため、第１の電極と接続される取り出し電極等の図示及び説明は省いている。
【００３０】
基板１００には、ガラス基板やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の透光性絶縁基板を用いることができる。また、ステンレス等の金属基板等に絶縁膜を形成した基板を用いても良い。本実施の形態ではガラス基板を用いる。
【００３１】
第１の電極１２０、及び第２の電極１８０には、酸化インジウム−酸化錫合金（ＩＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）等の透光性導電膜、またはアルミニウム、チタン、ニッケル、銀、ステンレス等の金属膜を用いることができる。金属膜は単層に限らず、異なる膜の積層でも良い。例えば、アルミニウムとステンレスの積層などを用いることができる。また、カーボンペースト、ニッケルペースト、銀ペースト、モリブデンペースト等の導電ペーストを用いることもできる。
【００３２】
本実施の形態では、基板１００側を光入射側とするため、第１の電極１２０には透光性導電膜である酸化インジウム−酸化錫合金、第２の電極１８０にはアルミニウムとステンレスの積層を用いる構成とする。光入射側を基板１００側とは逆の面とした場合は、それぞれの電極に用いる材料を逆にすれば良い。なお、光入射側の電極には透光性導電膜を用いるが、対向する電極の種類は問われず、実施者が適宜選択することができる。
【００３３】
第１の不純物半導体層１４０には、一導電型を有する半導体膜を用いることができ、第２の不純物半導体層１６０には、第１の不純物半導体層１４０とは逆の導電型を有する半導体膜を用いることができる。本実施の形態では、第１の不純物半導体層１４０には、ｐ型のシリコン半導体膜を用い、第２の不純物半導体層１６０には、ｎ型のシリコン半導体膜を用いるが、それぞれ逆の導電型を用いても良い。なお、上記シリコン半導体膜には非晶質シリコン膜を用いることもできるが、より低抵抗の微結晶シリコン膜または多結晶シリコン膜を用いることが好ましい。
【００３４】
真性半導体層１５０には、非晶質シリコン半導体膜を用いる。なお、本明細書において、真性半導体とは、フェルミ準位がバンドギャップの中央に位置する所謂真性半導体の他、半導体に含まれるｐ型若しくはｎ型を付与する不純物が１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が１００倍以上である半導体を指す。この真性半導体には、周期表第１３族または第１５族の不純物元素が含まれるものを含む。また、真性半導体をｉ型の導電型を有する半導体ということもできる。
【００３５】
第１の不純物半導体層１４０、真性半導体層１５０、及び第２の不純物半導体層１６０を開口するピンホール２００を充填し、かつピンホール２００を覆うように形成されている絶縁樹脂２２０には、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、またはアクリル樹脂等を用いることが好ましい。また、これらの樹脂を２つ以上混合したものでも良い。また、樹脂の色は限られないが、可視光に対して透光性を有する樹脂であることが好ましい。
【００３６】
ここで、ピンホール２００は、該半導体層を形成する過程において、パーティクル等によって不本意に形成されたものである。なお、図１では、第１の不純物半導体層１４０、真性半導体層１５０、及び第２の不純物半導体層１６０の３層の半導体層を開口する形でピンホール２００を図示しているが、ピンホール形成過程は様々な現象によるものであり、これに限らない。例えば、真性半導体層１５０より上にピンホールが形成される場合や、第１の電極１２０を含んだ形でピンホールが形成される場合などがある。いずれにしても、ピンホールは、本来形成されるべき層が欠損している領域であり、別の層がその領域に入り込む可能性が高い。従って、ショートやリークなどの電気特性を悪化させる要因となってしまう。
【００３７】
なお、膜面に形成された傷も構造欠陥の１つであり、ピンホールと同様に不具合の原因となる。膜面の傷は、主に他の物体との接触が原因となるが、Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスでは、基体が巻き取られる際に混入したパーティクルが原因となる場合がある。この場合、パーティクルが膜面を擦るような状況が起こり、膜面に引っ掻き傷が発生する。また、基体に樹脂基板などの柔らかい材質を用いている場合は、パーティクルが膜面を陥没させるような傷が発生することもある。
【００３８】
本発明の一態様は、構造欠陥がある領域を検出する手段を用いて構造欠陥の位置を特定し、その領域に対して局所的に絶縁樹脂材料を吐出し、その後硬化させることによって、構造欠陥を介したショートやリークを抑制するものである。以降、構造欠陥の１つであるピンホールを例として、その形成過程、及びピンホールに樹脂を充填する工程の一例を説明する。なお、上述の傷に対する対処も同様に行うことができる。
【００３９】
まず、ガラス基板等の基板１００上に第１の電極１２０を形成する。ここでは、スパッタ法を用い、酸化インジウム−酸化錫合金を１００ｎｍの厚さに形成する。
【００４０】
以降、この第１の電極１２０が形成された後に、パーティクル２４０が偶発的に第１の電極１２０上に付着する例として説明する（図２（Ａ）参照）。パーティクル２４０は、一例として球状のものを図示したが、サイズ、形状、材料を問わず、様々な形態がある。例えば、膜や基板の欠片、成膜中に気相中で形成された原料ガスの構成元素を主成分とする塊状物などがある。従って、形成されるピンホールのサイズ、形状も様々である。なお、本発明の一態様に適応する構造欠陥のサイズは、径または短軸径が１ｍｍ未満とする。
【００４１】
パーティクル２４０が第１の電極１２０上に付着した後に、第１の不純物半導体層１４０として、膜厚５０ｎｍのｐ型の微結晶シリコン膜を成膜する。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法を用い、ｐ型を付与する不純物を含むドーピングガスを原料ガスに混合してｐ型の微結晶シリコン膜を形成する。ｐ型を付与する不純物としては、代表的には周期表第１３族元素であるホウ素またはアルミニウムなどが挙げられる。例えば、ジボラン等のドーピングガスをシラン等の原料ガスに混合してｐ型の微結晶シリコン膜を形成することができる。
【００４２】
ここで、パーティクル２４０が妨げとなって第１の電極１２０上の第１の不純物半導体層１４０にはピンホールが形成され始める（図２（Ｂ）参照）。
【００４３】
続いて、プラズマＣＶＤ法を用いて、真性半導体層１５０として膜厚６００ｎｍのｉ型の非晶質シリコン膜を成膜する。原料ガスには、シランまたはジシランを用いることができ、水素を添加しても良い。このとき、膜中に含まれる大気成分がドナーとなる場合があるため、導電型がよりｉ型に近づくように０．００１ａｔ．％以上０．１ａｔ．％以下程度のホウ素（Ｂ）を添加しても良い。
【００４４】
更に、プラズマＣＶＤ法を用い、第２の不純物半導体層１６０として膜厚１００ｎｍのｎ型の微結晶シリコン膜を成膜する。ｎ型の微結晶シリコン膜は、ｎ型を付与する不純物を含むドーピングガスを原料ガスに混合して形成する。ｎ型を付与する不純物としては、代表的には周期表第１５族元素であるリン、ヒ素、またはアンチモンなどが挙げられる。例えば、ホスフィンなどのドーピングガスをシラン等の原料ガスに混合することで、ｎ型の微結晶シリコン膜を形成することができる。
【００４５】
ここで、パーティクル２４０が移動しない限り、ピンホールは拡大する（図２（Ｃ）参照）。
【００４６】
パーティクル２４０は、不安定な状態で第１の電極１２０に付着しているため、僅かな振動や気流などによって移動することがある。また、洗浄工程などを経て意図的に取り除かれることもある。このような状態が、図３（Ａ）に相当する。
【００４７】
ここで、ピンホールの存在に気付かずに第２の電極を形成してしまうと、第１の電極１２０と第２の電極がショートしてしまう。また、パーティクル２４０が移動するタイミングによっては、第２の不純物半導体層１６０と第１の不純物半導体層１４０がショートする場合などもある。
【００４８】
従って、次にピンホールを検出する工程を行う。ピンホールを検出する手段としては、画像を取得して解析する手段や、レーザ光の反射光を解析する手段などを用いることができる。また、これらは、ピンホールだけでなく、傷や異物を検出する手段としても有効である。もちろん、これらにはピンホール等の位置を特定する手段も含まれる。
【００４９】
例えば、画像を解析する手段では、高倍率のカメラ等の撮像手段を用いて半導体膜表面の画像を取得し、画像解析ソフトによりピンホール、または傷の有無を検出する。また、レーザ光の反射光を解析する手段には、例えば、レーザ変位計を用いることができる。レーザ変位計は、物体にレーザを照射し、その反射光のずれを検出することで物体の位置や形状を見出すことができる機器である。
【００５０】
本実施の形態では、レーザ変位計を用い、図４に示す構成で基板１００上に形成された半導体膜３４０の表面のピンホールを検出する。レーザ光３２０が出入するレーザ変位計３００は、半導体膜３４０の表面との距離Ｙを保って移動するため、半導体膜３４０のピンホールがある部分にレーザ光３２０が照射されると、その反射光にずれが生じ、変位が検出される。従って、レーザ変位計３００で半導体膜３４０の表面を２次元的にスキャンし、変位の有無を解析することによってピンホールの有無及びピンホールの位置を検出することができる。
【００５１】
ここで、レーザ変位計３００を２次元的にスキャンする機器には、ピンホールを検出した位置を記録することができるものを用いる。
【００５２】
次に、液体を吐出できる手段を用いて、ピンホール２００に絶縁樹脂２２０を充填する工程を行う（図３（Ｂ）参照）。上述の様に半導体膜のピンホールを検出した位置は記録されており、その記録に従った位置に対して液状の絶縁樹脂材料を吐出すれば良い。
【００５３】
液体を吐出できる手段には、インクジェット法やディスペンス法を用いることができる。インクジェット法は、液滴を小さくできるため、吐出量を調整しやすい。また、ディスペンス法は、比較的粘度の高い液体でも吐出することができるため、樹脂材料を選びやすいなどの利点がある。
【００５４】
液状の絶縁樹脂材料には、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、または熱併用型の紫外線硬化性樹脂を用いることが好ましい。これらの具体的な材料としては、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂、アクリル樹脂等がある。これらのいずれかの樹脂、またはこれらが混合された樹脂をピンホールに対して吐出した後、熱硬化性樹脂は加熱して硬化させ、紫外線硬化性樹脂は紫外線を照射して硬化させる。また、熱併用型の紫外線硬化性樹脂では、紫外線照射後に加熱をして硬化させる。
【００５５】
例えば、ディスペンス法を用いて、熱併用型の紫外線硬化性樹脂をピンホールに対して吐出し、１０Ｊ／ｃｍ２の紫外線を照射して、１２５℃、１０分間の加熱を行うことで硬化させる。
【００５６】
また、絶縁樹脂材料を硬化させる手段は、基板全体に対して行っても良いが、１つまたは複数のピンホールを覆う絶縁樹脂材料に対して局所的に行っても良い。局所的に処理を行うことでスループットを向上させることできる。
【００５７】
また、絶縁樹脂材料としては、熱可塑性樹脂や溶剤揮発性樹脂などを用いることもできる。これらを用いれば、樹脂を硬化する処理を省くことができる。ただし、冷却や加熱など、硬化を助長する処理を行っても良い。
【００５８】
ここで、絶縁樹脂２２０は、充填不良を防ぐため、ピンホールを覆う様に形成することが好ましい。絶縁樹脂２２０で覆われた第２の不純物半導体層１６０の一部の領域は、後述する第２の電極１８０と接触しなくなるが、その領域は極小面積であるため、変換効率低下への影響は極めて少ない。例えば、第２の不純物半導体層１６０の電気伝導度が１×１０−１Ｓ／ｃｍ以上で、膜厚が１０ｎｍ以上の場合、絶縁樹脂２２０の径（Ｘ１）がφ１ｍｍ以下であれば電流を損失することなく取り出すことができる。
【００５９】
なお、図３（Ｂ）では、ピンホール２００と絶縁樹脂２２０の中心が一致するように充填された状態を図示しているが、これに限らず、ピンホール２００に絶縁樹脂２２０が充填されており、且つ絶縁樹脂２２０が上述の径（Ｘ１）以下で形成されていれば絶縁樹脂２２０とピンホール２００の位置関係は問われない。
【００６０】
例えば、図５（Ａ）の断面図に示すような状態でピンホール２００が絶縁樹脂２２０で充填されていても良い。この場合、上面図は図５（Ｂ）となる。なお、図５（Ａ）と図５（Ｂ）は同一の縮尺ではない。
【００６１】
また、長細い傷などに対しては、図５（Ｃ）に示す上面図の様に、傷２０１を覆う様に絶縁樹脂２２０を形成する。この場合、絶縁樹脂２２０の短軸径（Ｘ２）が１ｍｍ以下であれば良い。なお、曲線状の傷についても同様である。
【００６２】
次に、第２の不純物半導体層１６０、及びピンホール２００に充填した絶縁樹脂２２０上に第２の電極１８０を形成する。ここでは、第２の電極として、アルミニウムとステンレスの積層を用いる。なお、第２の不純物半導体層１６０と接する側をステンレスとする。
【００６３】
以上の工程を用いることによって、半導体膜の構造欠陥を検出し、その構造欠陥に対して絶縁樹脂を選択的に充填することにより、絶縁樹脂の無駄を省くことができる。また、これらの工程はウエットプロセスを含まないため、Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスのような連続工程の途中にも導入することが容易にできる。
【００６４】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００６５】
（実施の形態２）
本実施の形態では、本発明の一態様である光電変換装置を集積化する方法について説明する。
【００６６】
本発明の一態様における光電変換装置は、薄膜型であり、所望の電圧を取り出すための集積化を容易に行うことができる。本実施の形態では、実施の形態１で説明した構造欠陥の充填工程を含む集積化光電変換装置の作製方法を説明する。
【００６７】
なお、本実施の形態では、実施の形態１で説明した例とは異なり、基板側とは逆側を光入射側とする構成を例として説明する。もちろん、実施の形態１と同様の構成にすることも可能である。また、本実施の形態で説明する光電変換装置の構成に用いることのできる材料は、実施の形態１で説明した光電変換装置と同じ材料を用いることができる。また、本実施の形態においても、構造欠陥の一例としてピンホールを用いた説明を行うが、傷に対する対処も同様である。
【００６８】
まず、基板４００上に第１の電極４２０を形成する。ここでは、基板４００に樹脂材料のポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）基板を用いる。基板４００の厚さは特に限定しないが、例えば１００μｍ前後の薄いものを用いれば、Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスを行うことができる。
【００６９】
Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスには、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法などの成膜工程だけでなく、スクリーン印刷法やレーザ加工法などの工程も含まれる。従って、光電変換装置のほぼ全ての製造工程をＲｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスで行うこともできる。また、途中までの工程をＲｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスで行い、シート状に分断して、その後の工程をシート単位で行っても良い。例えば、分断したシートをセラミックや金属、またはそれらの複合体等で形成された枠に貼付けることで、ガラス基板等と同様に取り扱うことができる。
【００７０】
第１の電極４２０はスパッタ法で形成する。ここでは、第１の電極４２０に、膜厚３００ｎｍのアルミニウム、膜厚５ｎｍのステンレスを順に積層した金属膜を用いる。
【００７１】
以降、上記第１の電極４２０が形成された後に、パーティクル５４０が偶発的に第１の電極４２０上に付着する例として説明する（図６（Ａ）参照）。パーティクル５４０は一例として球状のものを図示したが、サイズ、形状、材料を問わず、様々な形態がある。
【００７２】
次に、第１の不純物半導体層４４０として、膜厚１００ｎｍのｎ型の微結晶シリコン、真性半導体層４５０として、膜厚６００ｎｍのｉ型の非晶質シリコン、第２の不純物半導体層４６０として膜厚５０ｎｍのｐ型の微結晶シリコンを順にプラズマＣＶＤ法を用いて成膜する。ここで、パーティクル５４０が妨げとなってピンホール５００が形成される（図６（Ｂ）参照）。
【００７３】
パーティクル５４０は、不安定な状態で第１の電極４２０に付着しているため、僅かな振動や気流などによって移動することがある。また、洗浄工程などを経て意図的に取り除かれることもある。このような状態が、図６（Ｃ）に相当する。
【００７４】
次に、構造欠陥を検出する手段を用いて、半導体層中のピンホールを検出する工程を行う。構造欠陥を検出する手段には、実施の形態１で説明した手段を用いることができる。
【００７５】
半導体層中のピンホールを検出した後、ピンホールに第１の絶縁樹脂５２０を充填し、硬化させる（図７（Ａ）参照）。この手段も実施の形態１で説明した手段を用いることができる。このとき、大面積の処理を行う場合などは、ピンホールの位置を特定する工程と、絶縁樹脂をピンホールに充填するとともにピンホールを覆う様に形成する工程と、絶縁樹脂を硬化させる工程を同一基板上で並行して行うことが好ましい。複数の処理を同時に行うことで処理時間を短縮させることができる。
【００７６】
次に、光電変換装置を集積化させるための詳細な説明を行う。
【００７７】
まず、第２の不純物半導体層４６０上に第２の絶縁樹脂６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄ、６００ｅ、６００ｆを形成する（図７（Ｂ）参照）。第２の絶縁樹脂６００ａ、６００ｃ、６００ｅは、積層した半導体層及び電極を分断する際に、レーザ光の吸収を助長させる作用があり、第２の絶縁樹脂６００ｂ、６００ｄ、６００ｆは、第２の電極である透光性導電膜の単層を分断する際のストッパーとして作用する。
【００７８】
該絶縁樹脂はスクリーン印刷法で形成することが好ましく、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂を用いることができる。また、該樹脂は、上述したレーザ光の吸収を助長させるために黒色であることが好ましい。
【００７９】
次に、第２の不純物半導体層４６０及び該絶縁樹脂上に第２の電極４８０をスパッタ法を用いて形成する（図７（Ｃ）参照）。例えば、第２の電極４８０には、膜厚１００ｎｍの酸化インジウム−酸化錫合金などを用いることができる。
【００８０】
次に、素子の分断工程として、レーザ光の照射を行い、分離孔の形成を行う（図８（Ａ）参照）。第１の分離孔６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃのそれぞれは、第２の電極４８０と第２の絶縁樹脂６００ａ、６００ｃ、６００ｅとの積層部に対してレーザ光を照射することにより形成され、積層した半導体層及び第１の電極を分断する。なお、ここで該分離孔の一部が基板４００に達しても良い。
【００８１】
第２の分離孔６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃのそれぞれは、第２の電極４８０と第２の絶縁樹脂６００ｂ、６００ｄ、６００ｆとの積層部に対してレーザ光を照射することにより形成され、第２の電極４８０のみを分断する。なお、ここで第２の絶縁樹脂６００ｂ、６００ｄ、６００ｆの一部に溝が形成されても良い。
【００８２】
ここで、これらのレーザ照射工程に用いられるレーザは、可視光領域または赤外光領域の連続発振またはパルス発振レーザを用いることが好ましい。例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）や第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いることができる。
【００８３】
次に、第１の分離孔６２０ａ、６２０ｂ、６２０ｃ、及び第２の分離孔６４０ａ、６４０ｂ、６４０ｃを封止する第３の絶縁樹脂６６０ａ、６６０ｂ、６６０ｃ、６６０ｄ、６６０ｅ、６６０ｆを形成する（図８（Ｂ）参照）。該絶縁樹脂は、第２の絶縁樹脂６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄ、６００ｅ、６００ｆと同様の方法及び材料で形成することができる。
【００８４】
次に、第３の電極６８０ａ、６８０ｂ、６８０ｃを形成する。第３の電極６８０ａは、第３の絶縁樹脂６６０ａと第３の絶縁樹脂６６０ｂの間において、第２の電極４８０と接する様に形成する。第３の電極６８０ｂは、第３の絶縁樹脂６６０ｄを端として、第３の絶縁樹脂６６０ｃ方向に延在させ、隣接するセルの第２の電極４８０と接する様に形成する。第３の電極６８０ｃは、第３の絶縁樹脂６６０ｆを端として、第３の絶縁樹脂６６０ｅ方向に延在させ、隣接するセルの第２の電極４８０と接するように形成する。
【００８５】
第３の電極６８０ａ、６８０ｂ、６８０ｃは、スクリーン印刷法で形成することができる。材料としては、熱硬化性の導電ペーストを用いることが好ましく、例えば、銀ペースト等を用いることができる。
【００８６】
その後、第３の電極６８０ａ、６８０ｂ、６８０ｃ上からレーザ光を照射し、接続孔７００ａ、７００ｂ、７００ｃを形成する（図８（Ｃ）参照）。該接続孔は、第３の電極６８０ａ、６８０ｂ、６８０ｃのそれぞれと第１の電極４２０を溶着する領域である。
【００８７】
ここで、第３の電極６８０ａは、第１の電極４２０を表面側に取り出すための取り出し電極として作用する。また、第３の電極６８０ｂは、隣り合うセルを直列に接続する接続電極として作用する。そして、第３の電極６８０ｃは、第２の電極４８０の取り出し電極として作用する。ここで、接続孔７００ｃは形成しなくても取り出し電極として作用するが、第３の電極６８０ｃの一部は、第１の電極４２０と接続することで抵抗を下げることができるため、接続孔７００ｃを形成することが好ましい。なお、本実施の形態では、２つのセルを直列に接続する集積化工程を例として説明しているが、集積化するセルの数はこれに限らず、実施者が適宜決定できる。
【００８８】
また、図９に示す様に、第３の電極６８０ｂ及び第３の電極６８０ｃのそれぞれの一部を隣接するセルの方向に向かって延在させたグリッド電極７２０を形成しても良い。グリッド電極７２０を形成することで抵抗損失を低減でき、特に高照度下での電気特性を向上させることができる。なお、グリッド電極７２０は、図面の奥行き方向に間隔を空けて形成するため、受光面の全体を覆うものではない。図９は、グリッド電極７２０が形成されている領域の断面を図示したものである。
【００８９】
また、図示はしないが、信頼性を向上させるために封止樹脂として、透光性絶縁樹脂を受光面側に設けても良い。該封止樹脂は、スクリーン印刷法で形成することができ、熱硬化性のエポキシ樹脂やフェノール樹脂などを用いることができる。
【００９０】
以上の工程をもって、高歩留まりでショートやリークなどの不良を極力抑えることのできる集積型の光電変換装置を作製することができる。
【００９１】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【００９２】
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２とは異なる光電変換装置の集積化方法について説明する。
【００９３】
本実施の形態では、基板側を光入射側とする構成を例として説明する。また、本実施の形態で説明する光電変換装置の構成に用いることのできる材料は、実施の形態１及び実施の形態２で説明した光電変換装置と同じ材料を用いることができる。また、本実施の形態においても、構造欠陥の一例としてピンホールを用いた説明を行うが、傷に対する対処も同様である。
【００９４】
本実施の形態において、半導体層の形成工程、及び半導体層にピンホール５００が形成される過程は実施の形態２と同様であり、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）及びその説明を参照されたい。
【００９５】
ただし、上述した様に、本実施の形態は、基板側を光入射側とする構成例を説明するものである。従って、半導体層にピンホール５００が形成されるまでの工程においては、第１の電極４２０に透光性導電膜を用いる点、第１の不純物半導体層４４０として、ｐ型の微結晶シリコンを用いる点、及び第２の不純物半導体層４６０としてｎ型の微結晶シリコンを用いる点が実施の形態２と異なっている。なお、それぞれの膜厚は、実施の形態２と同様である。
【００９６】
また、ピンホール５００が形成された半導体膜に対してピンホールを検出する工程、及び検出されたピンホールに液状の絶縁樹脂材料を充填して硬化させ、第１の絶縁樹脂５２０を形成する工程も実施の形態２と同様であり、図７（Ａ）及びその説明を参照されたい。
【００９７】
次に、光電変換装置を集積化させるための詳細な説明を行う。
【００９８】
まず、第１の電極４２０、第１の不純物半導体層４４０、真性半導体層４５０、及び第２の不純物半導体層４６０に対して、第１の分離孔８２０ａ、８２０ｂ、８２０ｃ、及び第２の分離孔８４０ａ、８４０ｂ、８４０ｃを形成する（図１０（Ａ）参照）。
【００９９】
該分離孔の形成は、実施の形態２と同様のレーザ照射工程によって行うことができ、第１の電極４２０、第１の不純物半導体層４４０、真性半導体層４５０、及び第２の不純物半導体層４６０の全層を分断する。
【０１００】
次に、第１の分離孔８２０ａ、８２０ｂ、８２０ｃを封止する第２の絶縁樹脂８６０ａ、８６０ｂ、８６０ｃを形成する（図１０（Ｂ）参照）。該絶縁樹脂は、実施の形態２で説明した第２の絶縁樹脂６００ａ、６００ｂ、６００ｃ、６００ｄ、６００ｅ、６００ｆと同様の方法及び材料で形成することができる。
【０１０１】
次に、第２の電極８８０ａ、８８０ｂ、８８０ｃを形成する。第２の電極８８０ａは、第２の分離孔８４０ａを充填するように形成する。第２の電極８８０ｂは、第２の分離孔８４０ｂを充填し、第２の絶縁樹脂８６０ｂ方向に延在させ、隣接するセルの第２の不純物半導体層４６０と広い面積で接続されるように形成する。第２の電極８８０ｃは、第２の分離孔８４０ｃを充填し、第２の絶縁樹脂８６０ｃ方向に延在させ、隣接するセルの第２の不純物半導体層４６０と広い面積で接続されるように形成する。
【０１０２】
第２の電極８８０ａ、８８０ｂ、８８０ｃは、スクリーン印刷法で形成することができる。材料としては、熱硬化性の導電ペーストを用いることが好ましく、例えば、銀ペースト等を用いることができる。
【０１０３】
ここで、第２の電極８８０ａは、第１の電極４２０を表面側に取り出すための取り出し電極として作用する。また、第２の電極８８０ｂは、第１の電極４２０に対向する電極であるとともに、隣り合うセルを直列に接続する接続電極として作用する。そして、第２の電極８８０ｃは、第１の電極４２０に対向する電極であるとともに、取り出し電極として作用する。ここで、第２の分離孔８４０ｃの形成は必須ではないが、第２の電極８８０ｃの一部は、第１の電極４２０と接続することで抵抗を下げることができるため、第２の分離孔８４０ｃを形成することが好ましい。なお、本実施の形態では、２つのセルを直列に接続する集積化工程を例として説明しているが、集積化するセルの数はこれに限らず、実施者が適宜決定できる。
【０１０４】
また、図示はしないが、信頼性を向上させるために封止樹脂として、絶縁樹脂を第２の電極８８０ａ、８８０ｂ、８８０ｃが形成されている面に設けても良い。また、受光面側の基板４００の表面（図１０では底面側）にも透光性絶縁樹脂を設けても良い。該透光性絶縁樹脂は、基板４００表面の傷を充填する他、反射防止膜として作用させることができる。該絶縁樹脂及び該透光性絶縁樹脂は、スクリーン印刷法で形成することができ、熱硬化性のエポキシ樹脂などを用いることができる。
【０１０５】
以上の工程をもって、高歩留まりでショートやリークなどの不良を極力抑えることのできる集積型の光電変換装置を作製することができる。
【０１０６】
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１００    基板
１２０    第１の電極
１４０    第１の不純物半導体層
１５０    真性半導体層
１６０    第２の不純物半導体層
１８０    第２の電極
２００    ピンホール
２０１    傷
２２０    絶縁樹脂
２４０    パーティクル
３００    レーザ変位計
３２０    レーザ光
３４０    半導体膜
４００    基板
４２０    第１の電極
４４０    第１の不純物半導体層
４５０    真性半導体層
４６０    第２の不純物半導体層
４８０    第２の電極
５００    ピンホール
５２０    第１の絶縁樹脂
５４０    パーティクル
７２０    グリッド電極
６００ａ    第２の絶縁樹脂
６００ｂ    第２の絶縁樹脂
６００ｃ    第２の絶縁樹脂
６００ｄ    第２の絶縁樹脂
６００ｅ    第２の絶縁樹脂
６００ｆ    第２の絶縁樹脂
６２０ａ    第１の分離孔
６２０ｂ    第１の分離孔
６２０ｃ    第１の分離孔
６４０ａ    第２の分離孔
６４０ｂ    第２の分離孔
６４０ｃ    第２の分離孔
６６０ａ    第３の絶縁樹脂
６６０ｂ    第３の絶縁樹脂
６６０ｃ    第３の絶縁樹脂
６６０ｄ    第３の絶縁樹脂
６６０ｅ    第３の絶縁樹脂
６６０ｆ    第３の絶縁樹脂
６８０ａ    第３の電極
６８０ｂ    第３の電極
６８０ｃ    第３の電極
７００ａ    接続孔
７００ｂ    接続孔
７００ｃ    接続孔
８２０ａ    第１の分離孔
８２０ｂ    第１の分離孔
８２０ｃ    第１の分離孔
８４０ａ    第２の分離孔
８４０ｂ    第２の分離孔
８４０ｃ    第２の分離孔
８６０ａ    第２の絶縁樹脂
８６０ｂ    第２の絶縁樹脂
８６０ｃ    第２の絶縁樹脂
８８０ａ    第２の電極
８８０ｂ    第２の電極
８８０ｃ    第２の電極
【図１】
2011243970.tif 000003
【図２】
2011243970.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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