(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明な基板上に複数の発電領域に対応した透明電極からなる第1の電極層を形成する工程と、この複数の発電領域にわたる第1の電極層上に光活性層となる半導体層とＺｎＯからなる導体層を順次形成する工程と、前記第1の電極層の一部が露出する接続開口部を形成するように、レーザービームを照射して前記半導体層と導体層を一括除去した後、少なくとも前記接続開口部を含んで前記導体層の表面に酸性溶液を用いてエッチング加工を施すことにより、前記接続開口部に付着した溶融飛散物を除去すると共に前記導体層の表面に凹凸を形成する工程と、前記導体層上に高反射性金属からなる第２の電極層を形成して、接続開口部を介して前記第１の電極層と第２の電極層とを接続した後、前記接続開口部の近傍における前記導体層と第２の電極層とを除去する工程と、からなる集積型光起電力装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、基板上に複数の光電変換素子を直列接続して形成される集積型光起電力装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽光の光を直接電気エネルギーに変換する光起電力装置の本格的な普及が始まっている。このなかで非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）系半導体を光活性層に用いた光起電力装置が色々な用途に用いられている。これは、１枚の基板上に多数の光電変換素子をカスケード接続することにより、高電圧を取り出せるようにした集積型光起電力装置の開発に負うところが大きい。
【０００３】
図３は、上記した集積型光起電力装置の基本構造を示す断面図である。この集積型光起電力装置は、ガラス、プラスチックのような透明基板１上にＳｎＯ2、ＺｎＯのような透明電極からなる表面電極層２とａ−Ｓｉからなるｐｉｎ型の半導体層３と、Ａｇ、Ａｌ等の高反射金属からなる背面電極層４を有し、各層が所定の位置で短冊状に分離されることで複数の光電変換素子が基板１上に形成されている。そして、接続用開口部６を介して互いに隣接し合う光電変換素子が電気的に直列に接続されている。また、各光電変換素子は分離溝７により分離されている。
【０００４】
上記した集積型光起電力装置における各層の分離は、通常レーザー加工法を用いて行われる。以下、レーザー加工法を用いた集積型光起電力装置の製造方法につき図３を参照して説明する。
【０００５】
透明基板１上に表面電極層２を堆積した後、レーザー照射により、表面電極層２を発電領域に対応して短冊状に分離する。そして、レーザー照射での溶融飛散物を除去するための洗浄を行い、プラズマＣＶＤ法により、ａ−Ｓｉからなるｐｉｎ型の半導体層３を基板全面にわたって形成する。続いて、レーザー照射により、半導体層３を分離し接続開口部６を形成した後、溶融飛散物を除去するための洗浄を行う。その後、背面電極層４を堆積し、表面電極２と背面電極４とを接続開口部６を介して接続する。この後、この背面電極４をレーザー照射により、分離して集積型光起電力装置が形成される。
【０００６】
ところで、特開平９−８３３７号公報には、上記したレーザー加工により集積型光起電力装置を形成した場合、半導体層３のレーザー照射後の洗浄により、半導体層表面状態が劣化し、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）が低下することが示されており、かかる問題点を解決するために、半導体層３の表面状態を良好に保つ方法が提案されている。
【０００７】
特開平９−８３３７号公報においては、半導体層上の接続開口部を除く領域にＩＴＯ、ＺｎＯなどからなる透明導電膜を設け、この導体層上に接続開口部を介して表面電極と接続した金属背面電極を形成した集積型光起電力装置が提案されている。
【０００８】
上記した背面電極４を透明導電膜４ａと金属背面電極４ｂで構成した集積型光起電力装置の製造方法につき、図２を参照して説明する。
【０００９】
基板１上にＳｎＯ2、ＺｎＯのような透明電極からなる表面電極２を形成し、レーザービームの照射によって表面電極層の隣接間各部をライン状に除去し短冊状に分離する。そして、レーザー照射での溶融飛散物を除去するための洗浄を行い、プラズマＣＶＤ法により、ａ−Ｓｉからなるｐｉｎ型の半導体層３を基板全面にわたって形成する。
【００１０】
次に、スパッタリング法で半導体層３上にＺｎＯ等の透明導電膜４ａを形成し、レーザービームの照射によって半導体層３と透明導電膜４ａを一括除去加工し、接続開口部６を形成する。この後、溶融飛散物を除去するための水洗による洗浄を行う。このとき、半導体層３は透明導電膜４ａにより、表面が覆われているので、その表面に自然酸化膜が形成されることはなくなり、半導体層３の表面状態を良好に維持できる。
【００１１】
続いて、Ａｌ等の高反射金属からなる金属背面電極4ｂを形成し、表面電極２と背面電極４ｂとを接続する。接続用開口部６の近傍における少なくとも透明導電膜４ａと金属背面電極４ｂからなる背面電極４をレーザービームの照射により除去して分離溝７にて複数の光電変換素子に分割することにより、透明電極からなる表面電極層２と高反射金属からなる金属背面電極４ｂで接続される構造を実現できる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した方法においては、透明導電膜４ａの材質及びレーザー分離加工の条件によっては、接続用開口部６に溶融飛散物５が付着することがあり、接続部の抵抗損失を増大させてしまう。これらの飛散物５は溶着しており単純なエアブロアーや水洗いでは除去することはできず、この部分の接続抵抗が大きくなるという問題が生じる。
【００１３】
この発明は、上述した従来の問題点に鑑みなされたものにして、表面電極と背面電極との接続部の抵抗損失を無くし、特性の良好な集積型光起電力装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
この発明は、透明な基板上に複数の発電領域に対応した透明電極からなる第1の電極層を形成する工程と、この複数の発電領域にわたる第1の電極層上に光活性層となる半導体層とＺｎＯからなる導体層を順次形成する工程と、前記第1の電極層の一部が露出する接続開口部を形成するように、レーザービームを照射して前記半導体層と導体層を一括除去した後、、前記接続開口部を含んで前記導体層の表面に酸性溶液を用いてエッチング加工を施すことにより、前記接続開口部に付着した溶融飛散物を除去すると共に前記導体層の表面に凹凸を形成する工程と、前記導体層上に高反射性金属からなる第２の電極層を形成して、接続開口部を介して前記第１の電極層と第２の電極層とを接続した後、前記接続開口部の近傍における前記導体層と第２の電極層とを除去する工程と、からなることを特徴とする。
【００１５】
上記したように、半導体層と導体層を一括除去加工した後に、膜面にエッチング加工を施すことによって、接続開口部の第１の電極層と第２の電極層界面に加工飛散物が残留することが防止でき、接続部の抵抗を低減できる。
【００１６】
前記エッチング加工を酸性溶液による化学的エッチングにより行うとよい。
【００１７】
また、上記した化学的エッチングによって導体層と第２の電極層界面に凹凸が形成されて、光閉じ込め効果が増大して出力電流を向上できる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施形態につき、図１に従い説明する。図１は、この発明により製造された集積型光起電力装置を示す断面図である。
【００２０】
ガラス、プラスチックからなる透明な基板１上にＳｎＯ2、ＺｎＯのような透明電極からなる第１の電極層としての表面電極層２を形成する。この実施形態においては、基板１上に熱ＣＶＤ法でＳｎＯ2からなる膜厚８０００Åの表面電極層２を形成する。その後、レーザービームの照射によって表面電極層２の隣接間隔部をライン状に除去し発電領域に対応する短冊状に分離する。
【００２１】
このレーザー分離加工には、波長約１．０６μｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ3、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザーを使用する。
【００２２】
次に、プラズマＣＶＤ法で光活性層がａ−Ｓｉ：Ｈおよびａ−ＳｉＧｅ：Ｈからなるタンデム構造のｐｉｎ型の半導体層３を順次形成する。プラズマＣＶＤによる半導体層の形成条件を表１に示す。尚、この光活性層となる半導体層３はタンデム構造に限らず、ｐｉｎ型のａ−Ｓｉ：Ｈからなる半導体層を用いてもよい。また、半導体層３の主たる材料として、水素化アモルファスシリコン系半導体に限らず、微結晶シリコン半導体やこれらを組み合わせたものでもよい。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
次に、スパッタリング法で厚さ５００〜１００００ÅのＺｎＯからなる導体層となる第１の背面電極層４ａを形成する。この後、レーザービームの照射によって半導体層３と第１の背面電極層４ａを一括除去加工して、接続開口部６を形成する。ＺｎＯからなる第１の背面電極層の形成条件を表２に示す。レーザー分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ3、パルス周波数３ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザーを使用する。
【００２５】
【表２】
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【００２６】
第１の背面電極層４ａの材質及びレーザー分離加工の条件によっては加工部（接続開口部６）に溶融飛散物が付着することがある。上述したように、溶融飛散物が付着すると接続部の抵抗損失を増大させてしまう。これらの飛散物は容着しており単純なエアブロアーや水洗いでは除去できない。
【００２７】
そこで、この実施形態においては、半導体層３と第１の背面電極層４ａを一括除去した加工の後に、ＤＣ逆スパッタ法により接続開口部６内を含みエッチング加工を施す。この処理により接続開口部６内に付着した飛散物５が物理エッチングにより除去される。これにより、隣接する光電変換素子の接続開口部６の表面電極層２と次の工程で形成される第２の背面電極層４ｂで界面の接触抵抗を低減することができる。逆スパッタによるエッチング条件を表３に示す。
【００２８】
【表３】
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【００２９】
その後、第２の電極層として厚さ２０００ÅのＡｌなどの高反射金属からなる第２の背面電極層４ｂをスパッタリング法で形成する。この後、接続開口部６の近傍でレーザービームの照射によって少なくとも第１の背面電極層４ａと第２の背面電極4Bからなる背面電極４を一括除去してライン状の分離溝７を形成し、分離加工する。Ａｌからなる第１の背面電極層４ｂの形成条件を表４に示す。また、レーザー分離加工には、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ3、パルス周波数４ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＧレーザーを使用する。
【００３０】
【表４】
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【００３１】
上記した実施形態においては、第１の背面電極層４ａのレーザー加工時における溶融飛散物の除去に逆スパッタを用いたが、酸性溶液による化学的エッチングを使用する方法も有効である。例えば、１％塩酸（ＨＣｌ）水溶液に５〜３０秒間浸した後に、１０〜２０秒間純水洗浄することによっても、逆スパッタによる物理的エッチングと同様の飛散物除去効果が得られる。さらに、ＺｎＯは酸性水溶液に浸すと異方性エッチングが生じてＺｎＯの膜組織構造を反映した凹凸が形成されることが知られている。
【００３２】
この効果により、化学エッチングを使用した場合には、飛散物を除去すると同時にＺｎＯからなる第１の背面電極層４ａの表面に深さ約３５０〜１０００Åの凹凸４ｃが形成される。これにより、表面側からの入射光が背面で拡散反射するいわゆる光閉じ込め効果が生じ、出力電流が向上するという副次的な効果も得られる。
【００３３】
この発明による集積型太陽電池の出力を表５に示す。光照射条件はＡＭ１．５、１ｓｕｎ、２５℃である。
【００３４】
【表５】
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【００３５】
表５において、１は、図２に示した従来の方法により形成した光起電力装置、２及び３はこの発明により形成した光起電力装置である。表５から明らかなように、この発明によれば、接続開口部６の抵抗が低下したことにより、従来例のものに比べて太陽電池特性が向上していることが分かる。
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、半導体層と導体層を一括除去加工した後に膜面にエッチング加工を施すことによって、接続開口部に加工飛散物が残留するのを防止し、接続部の抵抗を低減することができる。また、エッチングによって導体層と第２の電極層界面に凹凸が形成されて、光閉じ込め効果が増大して出力電流を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による方法により形成した光起電力装置を示す断面図である。
【図２】従来の方法により形成した光起電力装置を示す断面図である。
【図３】従来の方法により形成した光起電力装置を示す断面図である。
【符号の説明】
１  基板
２  表面電極層
３  半導体層
４  背面電極層
４ａ  第１の背面電極層
４ｂ  第２の背面電極層
６  接続開口部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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