(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板に第１導電体層、半導体層、及び透光性を有する第２導電体層をこの順に設けた光起電力装置の製造方法において、
透光性を有する絶縁性基板に第１透光性導電膜および厚み２０００ÅのＡｇからなる金属薄膜を順次形成して第１導電体層を形成する工程と、
前記金属薄膜側から前記第１導電体層にレーザ光を照射することにより、前記第１導電体層を除去し、当該第１導電体層の分離溝を形成する工程と、
前記分離溝を含んで前記第１導電体層上に半導体層を形成する工程と、
前記絶縁性基板側から前記第１導電体層および前記半導体層に前記第１透光性導電膜を透過可能な波長のレーザ光を照射することにより、前記第１透光性導電膜を残した状態で前記金属薄膜及び半導体層を除去し、当該金属薄膜及び半導体層の開口溝を形成する工程と、
前記開口溝を含んで前記半導体層上に、透光性を有する第２導電体層を形成する工程と、
前記絶縁性基板側から前記第１導電体層、半導体層および第２導電体層に前記金属薄膜を透過可能な３２００Å近傍の波長を有するレーザ光を照射することにより、前記第１透光性導電膜を残した状態で前記金属薄膜、半導体層及び第２導電体層を除去し、当該金属薄膜、半導体層及び第２導電体層の分離溝を形成する工程と、
を有する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】
本発明は、逆タイプ構造を有する太陽電池、光センサ等の光起電力装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な光起電力装置は、透光性を有する基板側から光を入射する順タイプ型と、基板上に形成した光起電力素子側から光を入射する逆タイプ型とに大別される。
【０００３】
このうち、光起電力素子側から光を入射する逆タイプ型の光起電力装置は、ガラス、プラスチック等の絶縁性を有する基板、又は金属等の導電性基板に絶縁膜を形成してなる基板上に、裏面電極、ｎ型，ｉ型，ｐ型各半導体層、及び透明電極をこの順に積層して形成される。
【０００４】
ここで、裏面電極は、前記基板上に、Ａｇ、Ａｌ等の金属薄膜をスパッタ法、蒸着法等により形成したものであり、透明電極は、スズをドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）等をスパッタ法、蒸着法等により成膜形成したものである。各半導体層には、一般的に非晶質のシリコンが使用され、その形成には、プラズマＣＶＤ法が用いられている。また、近年では、非晶質シリコンに代わる新たな半導体層の材料として微結晶シリコンが注目を集めている。微結晶シリコンは、プラズマＣＶＤ法等により２００℃程度の低温プロセスで形成することが可能である。微結晶シリコン系の光起電力装置は、非晶質シリコン系の光起電力装置に比べると光劣化を大きく低減することが可能であり、非晶質シリコン膜との多層構造とすることにより、幅広い光スペクトル領域を分割して受光させることでき、高い変換効率が達成されている。
【０００５】
また、光起電力装置は、全体として１枚の基板から高い電圧を取り出せるように、多数の光起電力素子をカスケード接続することによって、集積化を行っている。集積型構造を得るためには、基板上に設けた裏面電極、半導体層、及び透明電極からなる光起電力素子を例えば短冊状に分離する必要がある。光起電力素子を分離する方法としては、レーザ光等のエネルギビームを照射して加工するスクライブ加工、ウェットエッチングにより加工する化学的加工等の方法が利用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
光起電力素子を集積化させた逆タイプ型の光起電力装置を製造する場合、従来、一般的には、透明電極側からレーザ光を照射してスクライブ加工を行っていた。透明電極側からレーザ光を照射する場合、レーザ光の熱により透明電極の一部が溶けて、透明電極と裏面電極とが導通することがあるため、各層を構成する膜の分布、及びそれらの膜厚、並びにレーザ光のエネルギのドリフト等を考慮して、照射するレーザ光を厳密に制御する必要がある。よって、この様な加工方法では、製造コストの上昇を招くという問題が生じていた。
【０００７】
また、ウェットエッチング等の化学的加工をして集積化を行う場合、光起電力装置の大型化にともない基板変形が生じ易くなるため、信頼性が高い集積化が困難であり、また、生産性の点から現実的ではない。
【０００８】
そこで、順タイプ型の光起電力装置の製造方法として確立されており、レーザ加工性の難易度に左右されない素子設計が可能な方法として、基板側からレーザ光を照射して加工する製造方法が逆タイプ型の光起電力装置の場合にも望まれていた。
【０００９】
しかしながら、前述した如く、基板上には裏面電極として、一般にＡｇ、Ａｌ等の金属薄膜を形成している。したがって、基板側からレーザ光を照射した場合、金属薄膜を透過せずに反射することになるため、基板側からレーザ光を照射して半導体層及び透明電極を加工することは困難である。
【００１０】
また、照射するレーザ光のエネルギを高くした場合、金属薄膜の熱的損傷が激しいという問題も生じていた。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光起電力装置の製造方法は、絶縁性基板に第１導電体層、半導体層、及び透光性を有する第２導電体層をこの順に設けた光起電力装置の製造方法において、透光性を有する絶縁性基板に第１透光性導電膜および厚み２０００ÅのＡｇからなる金属薄膜を順次形成して第１導電体層を形成する工程と、前記金属薄膜側から前記第１導電体層にレーザ光を照射することにより、前記第１導電体層を除去し、当該第１導電体層の分離溝を形成する工程と、前記分離溝を含んで前記第１導電体層上に半導体層を形成する工程と、前記絶縁性基板側から前記第１導電体層および前記半導体層に前記第１透光性導電膜を透過可能な波長のレーザ光を照射することにより、前記第１透光性導電膜を残した状態で前記金属薄膜及び半導体層を除去し、当該金属薄膜及び半導体層の開口溝を形成する工程と、前記開口溝を含んで前記半導体層上に、透光性を有する第２導電体層を形成する工程と、前記絶縁性基板側から前記第１導電体層、半導体層および第２導電体層に前記金属薄膜を透過可能な３２００Å近傍の波長を有するレーザ光を照射することにより、前記第１透光性導電膜を残した状態で前記金属薄膜、半導体層及び第２導電体層を除去し、当該金属薄膜、半導体層及び第２導電体層の分離溝を形成する工程と、を有することを特徴とする。
【００１２】
本発明にあっては、絶縁性基板側からレーザ光を照射して加工する際に、照射するレーザ光の波長を適当に決めることで、絶縁性基板及び第１透光性導電膜に吸収されることなく透過した光によって、半導体層及び第２導電体層の加工を行うことができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
【００１４】
図１は、本発明による微結晶シリコン系の光起電力装置の模式的断面図である。
【００１５】
本発明の光起電力装置は、石英ガラス、プラスチック等の透光性を有する絶縁性基板１上に、裏面電極２、ｎ型、ｉ型、ｐ型微結晶シリコン膜（３ａ，３ｂ，３ｄ，３ｅ）を備える半導体層３、及び透明電極４をこの順で積層して形成したものである。
【００１６】
裏面電極２は、絶縁性基板１上にＳｎＯ2 薄膜２ａ、Ａｇ薄膜２ｂ、及びＺｎＯ薄膜２ｃを順に形成してなるものであり、スパッタ法、蒸着法等により、夫々の膜厚が、８０００Å、２０００Å、及び１５０Åとなるように成膜したものである。ＳｎＯ2 薄膜２ａ及びＺｎＯ薄膜２ｃは、透光性を有しており、ＳｎＯ2 薄膜２ａの表面には、光閉じ込めのための凹凸形状（テクスチャ構造）を形成している。
【００１７】
半導体層３は、ｎ型、ｉ型、ｐ型の各微結晶シリコン膜（３ａ，３ｂ，３ｄ，３ｅ）による積層構造を有している。ＺｎＯ薄膜２ｃ上に、ｎ型微結晶シリコン膜３ａ（膜厚：７００Å）、ｉ型微結晶シリコン膜３ｂ（膜厚：１８０００Å）をこの順に堆積してあり、更に微結晶シリコンによるバッファ層３ｃ（膜厚：１００Å）を介して、２種類のｐ型微結晶シリコン膜３ｄ，３ｅ（膜厚：６０Å及び４０Å）を堆積している。
【００１８】
半導体層３上には、スズをドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）の薄膜を堆積することにより、透明電極４を形成している。
【００１９】
更に、後述する手法により、裏面電極２を短冊状に分離する分離溝５、裏面電極２と透明電極４とを電気的に接続する導通部６、並びに裏面電極２の一部、半導体層３、及び透明電極４を分離する分離溝７を形成してある。
【００２０】
図２及び図３は、本発明の光起電力装置の製造工程を示す図である。
【００２１】
まず、絶縁性基板１上に、スパッタ法を用いてＳｎＯ2 薄膜２ａを堆積させる。ＳｎＯ2 薄膜２ａの表面には光閉じこめのための凹凸形状を形成する。凹凸形状を形成する方法としては、スパッタ法によりＳｎＯ2 薄膜２ａを形成する際に膜表面の粒径を制御する方法と、ＳｎＯ2 薄膜２ａの表面に対して適当な波長のレーザ光をまばらに照射する方法とがある。次いで、ＳｎＯ2 薄膜２ａの表面に、同じくスパッタ法を用いて、Ａｇ薄膜２ｂ、及びＺｎＯ薄膜２ｃを順次堆積し、裏面電極２を形成する（図２（ａ））。
【００２２】
次いで、ＺｎＯ薄膜２ｃの表面に、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの基本波（波長：１０６４０Å）を照射することによりスクライブ加工を行い、裏面電極２を例えば短冊状に分離する（図２（ｂ））。
【００２３】
次いで、裏面電極２上にプラズマＣＶＤ法により微結晶シリコン膜による半導体層３を形成する（図２（ｃ））。
【００２４】
まず、ＺｎＯ薄膜２ｃ上に、ｎ型微結晶シリコン膜３ａ、ｉ型微結晶シリコン膜３ｂを順次堆積させた後、バッファ層３ｃを設ける。そして、膜厚が異なる２種類のｐ型微結晶シリコン膜３ｄ，３ｅを堆積させる。ｎ型ドーパントとしては、１５族元素であるＰ，Ｎ，Ａｓ，及びＳｂの少なくとも１つを用いる。ＳｉＨ4 等のソースガスに、これらの少なくとも１つを含む化合物ガスを混合することにより、ｎ型に制御することが可能である。また、ｐ型に制御するために、１３族元素であるＢ，Ａｌ，Ｇａ，又はＩｎの少なくとも１つを含むソースガスを用いる。
【００２５】
微結晶としては、Ｓｉ，ＳｉＧｅ，ＳｉＧｅＣ，ＳｉＣ，ＳｉＮ，ＳｉＧｅＮ，ＳｉＳｎ，ＳｉＳｎＮ，ＳｉＳｎＯ，ＳｉＯ，Ｇｅ，ＧｅＣ，又はＧｅＮの何れかを用いることができる。
【００２６】
また、ｎ型、ｉ型、ｐ型微結晶シリコン膜（３ａ，３ｂ，３ｄ，３ｅ）は、プラズマＣＶＤ法の他、蒸着法、スパッタ法、ＲＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法等、公知の手法を用いて形成することができる。
【００２７】
次いで、絶縁性基板１にレーザ光を照射することにより、少なくとも裏面電極２の一部を残して開口溝を形成する（図２（ｄ））。
【００２８】
照射するレーザ光としては、次の２つの要件を満たしていることが望ましい。
【００２９】
第１の要件は、ＳｎＯ2 薄膜２ａに対する吸収係数が小さいこと、第２の要件は、Ａｇ薄膜２ｂに対する反射率と吸収係数とが小さいことである。
【００３０】
これは、開口溝を形成する際、Ａｇ薄膜２ｂの昇温により、半導体層３を構成する微結晶シリコン層の熱水素離脱圧力を利用してスクライブ加工を行うため、より有効にＡｇ薄膜２ｂにレーザ光のエネルギを注入するとともに、Ａｇ薄膜２ｂ内のより深い領域までレーザ光を進入させ、半導体層３に近い部分を昇温する方がレーザ光のエネルギの利用効率が高く、余分な熱的ストレスを発生させることがないためである。
【００３１】
そこで、本実施の形態では、後述する理由により、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波（波長：５３２０Å）を用いて、スクライブ加工を行った。
【００３２】
次いで、半導体層３上にスパッタ法を用いて透明電極４を形成するとともに、導通部６を設ける（図３（ｅ））。
【００３３】
例えば、ＳｎＯ2 粉末を混入したＩｎ2 Ｏ3 粉末の焼結体をターゲットとしてカソードに設置し、スパッタ法によりＩＴＯ膜を形成することで透明電極４を設けることができる。
【００３４】
尚、Ｓｎの他に、Ｚｎ，Ａｓ，Ｃａ，Ｃｕ，Ｆ，Ｇｅ，Ｍｇ，Ｓ，Ｓｉ，又はＴｅの少なくとも一つをドーパントとして用いてもよい。
【００３５】
最後に、絶縁性基板１側からレーザ光を照射することにより、少なくとも裏面電極２の一部を残して電気的に分割された複数の透明電極４に分離して、分離溝７を形成する（図３（ｆ））。
【００３６】
本実施の形態では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザの第三高調波（波長：３５５７Å）を用いた。
【００３７】
図４は、照射するレーザ光の波長とＳｎＯ2 薄膜２ａの吸収係数との関係を示すグラフである。
【００３８】
図４に示すように、ＳｎＯ2 薄膜２ａの吸収係数は、レーザ光の波長が５０００Å近傍で極小値を持つ。また、４０００〜７０００Åの波長に対して、ＳｎＯ2 薄膜２ａの吸収係数は、１０3 （ｃｍ-1）以下であり、これは実用的なテクスチャー付きＳｎＯ2 薄膜２ａの膜厚である５０００Å程度のＳｎＯ2 薄膜２ａを９５％以上透過できることを意味している。
【００３９】
従って、ＳｎＯ2 薄膜２ａを残して開口溝を形成する際には、例えば、波長が５３２０ÅのＮｄ：ＹＡＧレーザの第二高調波を利用することによって、ＳｎＯ2 薄膜２ａを残したまま、Ａｇ薄膜２ｂ、ＺｎＯ薄膜２ｃ、半導体層３、及び透明電極４を除去して、開口溝を形成することができる。
【００４０】
図５は、照射するレーザ光の波長とＡｇ薄膜２ｂの反射率との関係を示すグラフであり、図６は、照射するレーザ光の波長とＡｇ薄膜２ｂの吸収係数との関係を示すグラフである。
【００４１】
裏面電極２を構成する金属薄膜の材料として銀を用いた場合、他の金属にない、有効な波長領域が存在する。すなわち、図５及び図６に示すように、銀には、３２００Å近傍で反射率及び吸収係数が共に極小となる通称「銀の窓」と呼ばれる低反射、低吸収域が存在する。
【００４２】
したがって、この波長近傍のレーザ光（ＹＡＧ，ＹＬＦレーザ光の第三高調波、及びエキシマレーザ等）を用いて、絶縁性基板１側から入射させることにより、極めて有効にＳｎＯ2 薄膜２ａを一部のみ残して、スクライブ加工を行うことが可能である。
【００４３】
本実施の形態では、半導体層として微結晶シリコンを用いたが、非晶質半導体、不純物をドープした非晶質半導体、水素又はフッ素を含む非晶質半導体等を使用しても良い。
【００４４】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明による場合は、絶縁性基板側からレーザ光を照射して加工する際に、照射するレーザ光の波長を適当に決めることで、絶縁性基板及び第１透光性導電膜に吸収されることなく透過した光によって、半導体層及び第２導電体層の加工を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による微結晶シリコン系の光起電力装置の模式的断面図である。
【図２】  本発明の光起電力装置の製造工程を示す図である。
【図３】  本発明の光起電力装置の製造工程を示す図である。
【図４】  照射するレーザ光の波長とＳｎＯ2 薄膜の吸収係数との関係を示すグラフである。
【図５】  照射するレーザ光の波長とＡｇ薄膜の反射率との関係を示すグラフである。
【図６】  照射するレーザ光の波長とＡｇ薄膜の吸収係数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    絶縁性基板
２    裏面電極
２ａ  ＳｎＯ2 薄膜
２ｂ  Ａｇ薄膜
２ｃ  ＺｎＯ薄膜
３    半導体層
３ａ  ｎ型微結晶シリコン膜
３ｂ  ｉ型微結晶シリコン膜
３ｃ  バッファ層
３ｄ  ｐ型微結晶シリコン膜
３ｅ  ｐ型微結晶シリコン膜
４    透明電極
５    分離溝
６    導通部
７    分離溝
【図１】
0004127994.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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