(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性透光性基板上に形成した透明導電膜を途中まで分離する工程と、前記透明導電膜を基板端でアースしながらテクスチュアエッチングする工程と、前記透明導電膜を基板端でアースして半導体層を成膜形成後、セル間接続部をパターニングする工程と、前記半導体層上に裏面電極膜を形成後セル間分離部をパターニングする工程と、途中まで分離した前記透明導電膜の分離ラインとクロスするように透明導電膜、半導体層及び裏面電極膜を分離除去するパターニングを施すことによりセル間分離を行う工程と、を含むことを特徴とする集積型光起電力装置の製造方法。
【請求項２】
途中まで分離した透明導電膜の分離ラインとクロスするように透明導電膜、半導体層及び裏面電極膜を分離除去する工程は、前記絶縁性透光性基板側からレーザにより半導体層と裏面電極膜を一括して除去し、その後、半導体層と裏面電極膜を一括して除去したパターニングラインの内部あるいは集積型光起電力装置形成の反対側で、透明導電膜あるいは透明導電膜と半導体層と裏面電極膜との３層を分離除去するパターニングであることを特徴とする請求項１に記載の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、集積型光起電力装置の製造方法に関し、特に大面積の集積型光起電力装置における電極のテクスチュア化及び半導体膜の成膜を均一に行うための集積型光起電力装置の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、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使用されている。これは一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、高電圧が取り出されるようにした集積型ａ−Ｓｉ光起電力装置の開発に負うところが大きい。
【０００３】
一般的なａ−Ｓｉ光起電力装置は、ガラス基板の上に透明導電膜、ｐ型、ｉ型、ｎ型ａ−Ｓｉ膜、裏面金属電極膜をこの順序で積層して形成される。そして、集積型ａ−Ｓｉ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すように、多数の光電変換素子をカスケード接続している。
【０００４】
集積型構造を形成するためには、ガラス基板上の透明導電膜、ａ−Ｓｉ膜、金属電極膜を分離する必要がある。各々の膜の分離の方法としては、主にレーザを用いたレーザパターニング法が用いられている（例えば、特公平４−６４４７３号公報参照）。
【０００５】
従来のレーザパターニング法を用いた集積型光起電力装置の製造方法につき図４及び図５に従い説明する。図４は、従来の集積型光起電力装置の製造方法を工程別に示す要部平面図、図５は同断面図であって、３つの光電変換素子を電気的に直列接続する隣接間隔部を中心に示している。
【０００６】
図４（ａ）の平面図及び図５（ａ）の断面図に示すように、ガラスなどの絶縁性透光性基板１の一主面上に酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）などからなる透明導電膜２を形成し、例えば、レーザビームの照射により透明導電膜２を任意の段数に短冊状に分割する。
【０００７】
そして、図４（ｂ）の平面図及び図５（ｂ）の断面図に示すように、この分割された透明導電膜２上に内部にｐｉｎ接合を有するａ−Ｓｉ膜からなる非晶質半導体層３を堆積する。その後、基板１の他主面側から、透明導電膜２の分割ライン２０に沿って、この分割ライン２０と重ならないようにしてレーザビームを照射し、非晶質半導体層３内の水素を急激に放出させ、この水素の放出により非晶質半導体層を除去して、非晶質半導体層３を分割する。
【０００８】
続いて、図４（ｃ）の平面図及び図５（ｃ）の断面図に示すように、非晶質半導体層３上にアルミニウムなどの裏面金属電極膜４を形成して、透明導電膜２と裏面金属電極膜４とを接続する。その後、透明導電膜２及び非晶質半導体層３の分割ライン３０に沿って、両分割ライン２０、３０と重ならないようにして、基板１の他主面側からレーザビームを照射し、非晶質半導体層３内の水素を急激に放出させて、非晶質半導体層及びその上の裏面金属電極膜を除去し、隣接するセル間を分離部４０で分離する。
【０００９】
上記した方法において、さらに、光閉じ込め効果を有する凹凸を形成するために、透光性基板１上の透明導電膜２を分離した後、テクスチュアエッチング処理を透明導電膜２に施す工程を付加する場合がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したように、従来はレーザパターニング法により、集積化を行っているが、以下の問題がある。
【００１１】
最初に、透明導電膜２が完全に分離されているため、アースがとれず、個々の分離された透明導電膜２上に電荷が溜まり、テクスチュアエッチング処理が不均一となり、セルの特性、その後のパターニング特性に悪影響を及ぼす。
【００１２】
また、半導体膜の形成工程においても、最初に透明導電膜２が完全に分離されているためにアースがとれないことから、個々の分離された透明導電膜２上に電荷が溜まり、半導体膜の成膜が不均一となり、セルの特性、その後のパターニング特性に悪影響を及ぼす。
【００１３】
すなわち、上記のように、透明導電膜２に電荷の分布があると、透明導電膜２をテクスチュアエッチングする時の反応速度に不均一を生じ、エッチングむらが発生する。特に、このエッチングむらは大きな面積のモジュールで顕著である。また、半導体膜の成膜においても成膜粒子のつき易さ、堆積速度に影響を及ぼし、電極のテクスチュアエッチング同様、特に大きな面積のモジュールで成膜むらが発生する。これらのむら（不均一）は、セル特性の不均一、ピンホールの発生、パターニング特性の不均一を招き、大面積モジュール製造時の大きな問題点となる。
【００１４】
この発明は、従来技術が持つ上記欠点を解消するために、透明導電膜のテクスチュア化の均一性向上を図るとともに、成膜プロセスの均一性向上を図ることをその目的とする。
【００１５】
この発明は、絶縁性透光性基板上に形成した透明導電膜を途中まで分離する工程と、前記透明導電膜を基板端でアースしながらテクスチュアエッチングする工程と、前記透明導電膜を基板端でアースして半導体層を成膜形成後、セル間接続部をパターニングする工程と、前記半導体層上に裏面電極膜を形成後セル間分離部をパターニングする工程と、途中まで分離した前記透明導電膜の分離ラインとクロスするように透明導電膜、半導体層及び裏面電極膜を分離除去するパターニングを施すことによりセル間分離を行う工程と、を含むことを特徴とする。
【００１７】
更に、この発明は、途中まで分離した透明導電膜の分離ラインとクロスするように透明導電膜、半導体層及び裏面電極膜を分離除去する工程は、まず、絶縁性透光性基板側からレーザにより半導体層と裏面電極膜を一括して除去し、その後、半導体層と裏面電極膜を一括して除去したパターニングラインの内部あるいは集積型光起電力装置形成の反対側で、透明導電膜あるいは透明導電膜と半導体層と裏面電極膜との３層を分離除去するパターニングであることを特徴とする。
【００１８】
上記したように、第１電極（透明導電膜）上に電荷の分布があると、電極をテクスチュアエッチングする時の反応速度に不均一を生じ、エッチングむらが発生するとともに、半導体膜の成膜においても成膜粒子のつき易さ、堆積速度に影響を及ぼし、電極のテクスチュアエッチング同様に成膜むらが発生する。これを上述の手段により、電荷を逃がすことにより、むらの発生が抑制され、大面積の集積型光起電力装置においても均一成膜され、歩留まり、信頼性とも良好に作製することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態に係るレーザパターニング法を用いた集積型光起電力装置の製造方法につき図１及び図２に従い説明する。
【００２０】
この発明の実施の形態は、非晶質半導体層として、ａ−Ｓｉとａ−ＳｉＧｅを多層化したいわゆるタンデム構造の集積型光起電力装置に適用したものである。図１は、この発明の集積型光起電力装置の製造方法を工程別に示す要部平面図、図２は同断面図であって、３つの光電変換素子を電気的に直列接続する隣接間隔部を中心に示している。
【００２１】
図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、ガラスからなる絶縁性透光性基板１の一主面上にＳｎＯ2、ＩＴＯ、ＺｎＯ等からなる透明導電膜２を１００００Å程度形成する。そして、この透明導電膜２を、レーザパターニングにより分離する。このとき、透明導電膜２を完全に分離するのではなく、透明導電膜２の途中まで分割ライン２ａに示すように、分離パターニングを行う。使用するレーザは波長１．０６μｍのＹＡＧレーザである。
【００２２】
次に、透明導電膜２を基板端でアースしながら１％の塩酸水溶液などで数１０秒間テクスチャエッチングし、透明導電膜２を約４０００Åの厚さにする。このエッチングにより透明導電膜２表面に光閉じ込め効果に適した凹凸が形成される。しかも、透明導電膜２を基板端でアースをしているので、電荷の分布は生じず、テクスチュアエッチング時の反応は均一に行われ、エッチングむらが発生することはない。
【００２３】
続いて、図１（ｂ）及び図２（ｂ）に示すように、透明導電膜２を基板端でアースしながら途中まで分離した透明導電膜２上に内部にｐｉｎ接合を有するフロントのａ−Ｓｉ膜とボトムのａ−ＳｉＧｅとを積層したトータル膜厚が０．３から０．５μｍ程度の非晶質半導体層３を堆積する。この実施の形態においては、トータル膜厚が約０．４μｍの非晶質半導体層３をプラズマＣＶＤ法により形成した。この非晶質半導体層３は、ａ−ＳｉＣからなる膜厚３００Åのフロントｐ型非晶質半導体層とａ−Ｓｉからなる膜厚１０００〜２０００Åのフロントｉ型非晶質半導体層と微結晶シリコンからなる膜厚３００Åのフロントｎ型非晶質半導体層、ａ−Ｓｉからなる膜厚３００Åのボトムｐ型非晶質半導体層とａ−ＳｉＧｅからなる膜厚１０００〜２０００Åのボトムｉ型非晶質半導体層と微結晶シリコンからなる膜厚３００Åのボトムｎ型非晶質半導体層とで構成されている。この半導体層３の成膜においても、電荷のばらつきがあると成膜粒子のつき易さ、堆積速度に影響を及ぼし、電極のテクスチュアエッチング同様、特に大きな面積のモジュールで成膜むらが発生する。これらのむら（不均一）は、セル特性の不均一、ピンホールの発生、パターニング特性の不均一を招き、大面積モジュール製造時の大きな問題点となる。しかし、この発明では、透明導電膜２を基板端でアースし、電荷を逃がすことにより、大面積の集積型光起電力装置においても均一に成膜できる。
【００２４】
その後、基板１の他主面側から、透明導電膜２の分割ライン２ａに沿って、この分割ラインと重ならないようにしてレーザビームを照射し、非晶質半導体層３内の水素を急激に放出させ、この水素の放出により非晶質半導体層を除去して、非晶質半導体層３を分割ライン３ａに沿って分割する。
【００２５】
続いて、図１（ｃ）及び図２（ｃ）に示すように、非晶質半導体層３上に、裏面電極膜４をスパッタ法により形成する。この裏面電極膜４は半導体層３側にＳｎＯ2、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の導電性物質をその上にＡｌ、Ａｇ等の高反射金属を積層して形成する。その後、透明導電膜２及び非晶質半導体層３の分割ライン２ａ、３ａに沿って、基板１の他主面側から裏面金属電極加工部分にレーザビームを照射し、非晶質半導体層３内の水素を急激に放出させるとともに、裏面金属電極膜４を溶融させ非晶質半導体層３及びその上の裏面金属電極膜４を除去し、隣接するセル間を分離する。セル間分離部４ａは波長０．５３μｍのＹＡＧ／ＳＨＧレーザパターニングする。
【００２６】
セル間分離部４ａについては、レーザパワー密度６×１０6Ｗ／ｃｍ2〜１０×１０6Ｗ／ｃｍ2の範囲で照射すれば、半導体膜中の水素の急激な堆積膨張を利用して半導体層３と裏面電極膜４を同時に除去することにより、下地の透明導電膜２へのダメージ及び溶融だれによる裏面電極膜４と透明導電膜２の短絡を防止し、良好なセル間分離部４ａを形成することができる。
【００２７】
その後、図１（ｄ）に示すように、途中まで分離した透明導電膜２の分離ライン２ａとクロスするように基板のエッジと平行に透明導電膜２、半導体層３、裏面電極膜４を分離除去するパターニングを施す。
【００２８】
ここで、上記の途中まで分離した透明導電膜２の分離ライン２ａとクロスするように透明導電膜２、半導体層３、裏面電極膜４を分離除去するパターニングは、まず、セル間分離部４ａ形成と同様の条件で、透光性基板１側からレーザにより非晶質半導体層３と裏面電極膜４を一括して除去する。その後、非晶質半導体層３及び裏面電極４を一括して除去したパターニングライン６の内部あるいは集積型光起電力装置の形成の反対側で、透明導電膜２あるいは透明導電膜２／半導体層３／裏面電極膜４の３層を分離除去するパターニングを施す。上記透明導電膜２あるいは透明導電膜２／半導体層３／裏面電極膜４を分離除去するパターニングは、波長１．０６μｍのＹＡＧレーザでパターニングを行う。この分離するライン７につき図１のＡの部分を拡大して示した図３に従い説明する。
【００２９】
まず、途中まで分離した透明導電膜２の分離ライン２ａとクロスするように基板のエッジと平行に半導体層３、裏面電極膜４を分離除去するパターニングを施し、パターニングライン７を形成する。このパターニングライン７は、下に残る半導体層３が多結晶化しない場合には、裏面電極膜４を除去するだけでも良い。
【００３０】
この後、透明導電膜２を完全に分離するためのパターニングを行う。このパターニングは図中７３に示すラインの位置で行う場合には、透明導電膜２のみの除去になり、図中７１で示すラインの位置で行う場合には、透明導電膜２／半導体層３／裏面電極膜４の３層の除去になり、図中７２の位置で行う場合には、透明導電膜２の部分の除去と透明導電膜２／半導体層３／裏面電極膜４の３層の除去の混在する除去となる。ライン７３での除去が１番レーザエネルギーが小さく済むが、位置合わせを正確にする必要がある。ライン７１と７３の場合はエネルギーは高くする必要はあるが、位置合わせは、分割ライン６から分割ライン３ａの端部までの間であれば良く、位置合わせ精度に余裕ができる。
【００３１】
また、このライン７１、７２、又は７３の分離パターニングはレーザパターニングに限らず研削・研磨などの機械式の加工法を用いても良い。
【００３２】
この発明は、上記実施形態とは構造が逆タイプの絶縁性基板／裏面電極膜／半導体層／透明電極膜の集積型光起電力装置の製造方法においても同様の効果が期待できる。
【００３３】
また、上記実施形態は半導体層３としてａ−Ｓｉ、ａ−ＳｉＧｅタンデム構造のものについて説明したが、ａ−Ｓｉのタンデム構造のもの、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、ＣｕＩｎＳｅ2及びそれらのタンデム構造のもの、シングル構造のものなどにも適用できる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の製造方法を利用することにより、以下の効果がある。
【００３５】
電極上の電荷の分布によるテクスチュアエッチングにおけるエッチングむらを防止し、特に大きな面積のモジュールで均一な電極のテクスチュアエッチングを実現する。
【００３６】
半導体膜の成膜においても問題となる電極上の電荷の分布による成膜むらを防止し、特に大きな面積のモジュールで均一な半導体膜の成膜を実現する。
【００３７】
上記効果により、大面積の集積型光起電力装置を均一な歩留まり、信頼性とも良好に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の集積型光起電力装置の製造方法を工程別に示す要部平面図である。
【図２】この発明の集積型光起電力装置の製造方法を工程別に示す要部断面図である。
【図３】この発明の最終分離工程の要部平面図である。
【図４】従来の集積型光起電力装置の製造方法を工程別に示す要部平面図である。
【図５】従来の集積型光起電力装置の製造方法を工程別に示す要部断面図である。
【符号の説明】
１  基板１
２  透明導電膜
３  非晶質半導体層
４  裏面金属電極膜
【図１】
0004201457.tif 000002
【図２】
0004201457.tif 000003
【図３】
0004201457.tif 000004
【図４】
0004201457.tif 000005
【図５】
0004201457.tif 000006