(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性基板上に透光性電極，半導体からなる光電変換層及び背面電極をこの順に積層した構成を有する複数の光電変換素子を、隣合う一方の光電変換素子の前記透光性電極と他方の光電変換素子の前記背面電極とを電気的に導通させた態様にて直列接続させてなる集積型光起電力装置を製造する方法において、前記透光性基板上に、前記光電変換素子毎に分離された前記透光性電極及び光電変換層をこの順に形成する工程と、前記光電変換層の表面を含む前記透光性電極上に、前記背面電極となる背面電極膜を形成する工程と、該背面電極膜を前記光電変換素子毎に分離すべき部分にエネルギビームを照射して複数の分離溝を形成する工程と、該複数の分離溝に挟まれた領域の前記背面電極膜を除去する工程とを有する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】
前記背面電極膜を除去する工程は、前記背面電極膜に対する化学的エッチング処理と前記背面電極に対する物理的除去処理とを含む請求項１記載の集積型光起電力装置の製造方法。
【請求項３】
前記背面電極膜は酸化亜鉛膜と金属膜との積層体にて構成されており、前記化学的エッチング処理におけるエッチャントは酸性水溶液である請求項２記載の集積型光起電力装置の製造方法。
【請求項４】
前記物理的除去処理は、気体の吹き付けによる除去処理、または、粘着剤を用いた除去処理である請求項２または３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】
本発明は、複数の光電変換素子を電気的に直列接続させてなる集積型光起電力装置を製造する方法に関し、特に、隣合う光電変換素子間における背面電極の分離形成処理に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガラス，プラスチック等の透光性を有する基板上に、ＩＴＯ，ＳｎＯ2 等の透光性電極、ｐ型，ｉ型及びｎ型の各半導体膜を有する光電変換層、Ａｌ，Ａｇ等の背面電極をこの順に積層させた構成を有する複数の光電変換素子を、隣合う光電変換素子間で一方の光電変換素子の透光性電極と他方の光電変換素子の背面電極とを電気的に導通させた態様にて、直列接続することにより、集積型光起電力装置は構成されている。このような集積型光起電力装置を製造する場合には、形成した背面電極用の金属膜（背面電極膜）を各光電変換素子毎に分離する必要がある。この分離処理には、作業の容易性のために、レーザビーム等のエネルギビームの照射を利用することが一般的に行われている。
【０００３】
図３は、集積型光起電力装置を製造するための従来の一手法（以下、第１従来例という）の工程を示す図である。まず、ガラス基板３１上に、例えばＳｎＯ2 からなる透光性電極３２をパターン形成する（図３（ａ））。内部にｐｉｎ構造を有する非晶質シリコン膜からなる光電変換層３３をパターン形成する（図３（ｂ））。
【０００４】
次に、光電変換層３３の欠損領域も含む全域に例えばアルミニウムからなる背面電極膜４４を形成する（図３（ｃ））。最後に、ガラス基板３１側からレーザビームＬＢ（図中、矢符で示す）を分離位置に照射し、照射領域の光電変換層３３及び背面電極膜４４を除去して分離溝５１を形成し、背面電極膜４４を分離して各光電変換素子毎の背面電極３４を形成する（図３（ｄ））。
【０００５】
このような第１従来例では、背面電極膜４４を分離するために照射するレーザビームの最適化条件の設定が困難であった。レーザビームの強度が強すぎる場合には、加工部端面近傍の光電変換層３３の非晶質シリコンが結晶化して透光性電極３２と背面電極３４とが短絡してしまう。この短絡を防止するためには、非晶質シリコンが結晶化しない程度までレーザビームの強度を低くしなければならないが、このようにした場合には背面電極膜４４の飛び残しが部分的に生じて、隣合う光電変換素子間における背面電極３４の分離が不十分になってしまって、歩留りの低下に結び付いていた。
【０００６】
そこで、レーザビームの照射によって複数の分離溝を形成するようにした手法（以下、第２従来例という）が知られている。図４は、この第２従来例の工程を示す図である。
【０００７】
上述した第１従来例と同様に、ガラス基板３１上に、ＳｎＯ2 からなる透光性電極３２と、内部にｐｉｎ構造を有する非晶質シリコン膜からなる光電変換層３３をパターン形成した後に（図４（ａ），（ｂ））、光電変換層３３の欠損領域も含む全域にアルミニウムからなる背面電極膜４４を形成する（図４（ｃ））。
【０００８】
最後に、ガラス基板３１側からレーザビームＬＢ（図中、矢符で示す）を分離領域に２ライン照射し、照射領域の光電変換層３３及び背面電極膜４４を除去して２本の分離溝５１ａ，５１ｂを形成し、背面電極膜４４を分離して各光電変換素子毎の背面電極３４を形成する（図４（ｄ））。この第２従来例では、背面電極膜４４の飛び残しに伴う分離不良の影響を緩和するために、分離溝を２本にしている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
光電変換層の非晶質シリコン膜が３０００Å以下と薄い場合、または、光起電力装置の面積が大きい場合には、このように複数の分離溝を形成するようにしても、分離加工性が十分であるとは言えず、改善が望まれている。
【００１０】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、エネルギビームの照射による複数の分離溝の形成とそれらの分離溝に挟まれた背面電極膜の除去とを行うことにより、各光電変換素子毎に背面電極を確実に分離でき、歩留りの向上と出力特性の向上とを図れる集積型光起電力装置の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る集積型光起電力装置の製造方法は、透光性基板上に透光性電極，半導体からなる光電変換層及び背面電極をこの順に積層した構成を有する複数の光電変換素子を、隣合う一方の光電変換素子の前記透光性電極と他方の光電変換素子の前記背面電極とを電気的に導通させた態様にて直列接続させてなる集積型光起電力装置を製造する方法において、前記透光性基板上に、前記光電変換素子毎に分離された前記透光性電極及び光電変換層をこの順に形成する工程と、前記光電変換層の表面を含む前記透光性電極上に、前記背面電極となる背面電極膜を形成する工程と、該背面電極膜を前記光電変換素子毎に分離すべき部分にエネルギビームを照射して複数の分離溝を形成する工程と、該複数の分離溝に挟まれた領域の前記背面電極膜を除去する工程とを有することを特徴とする。
【００１２】
第１発明にあっては、背面電極膜を形成した後に、その分離領域にエネルギビームを照射して複数の分離溝を形成し、それらの分離溝に挟まれた領域の背面電極膜を除去する。よって、隣合う光電変換素子間の背面電極同士を確実に分離でき、高い歩留りが得られると共に出力特性も良化する。
【００１３】
第２発明に係る集積型光起電力装置の製造方法は、第１発明において、前記背面電極膜を除去する工程は、前記背面電極膜に対する化学的エッチング処理と前記背面電極に対する物理的除去処理とを含むことを特徴とする。
【００１４】
第２発明にあっては、背面電極膜を除去する際に、化学的エッチング処理を行った後に物理的除去処理を施す。エネルギビーム照射による分離加工の後に化学的エッチングを施すことにより、分離不良をなくすことが期待できる。しかしながら、この化学的エッチングによって分離領域の背面電極膜が繊毛状に剥離された場合、その剥離物によって隣合う光電変換素子同士の短絡を引き起こす可能性があり、このような場合には出力特性が著しく劣化してしまうことも考えられる。第２発明では、化学的エッチング処理とその後の物理的除去処理とを組み合わせているため、化学的エッチング処理にて生じた剥離物を物理的除去処理にて確実に除去でき、上記したような短絡は生じず、高い出力特性が得られる。
【００１５】
第３発明に係る集積型光起電力装置の製造方法は、第２発明において、前記背面電極膜は酸化亜鉛膜と金属膜との積層体にて構成されており、前記化学的エッチング処理におけるエッチャントは酸性水溶液であることを特徴とする。
【００１６】
第３発明にあっては、酸性水溶液（塩酸，酢酸等）をエッチャントとした化学的エッチングにより、加工不良部分の背面電極膜を酸化亜鉛膜から容易に除去する。
【００１７】
第４発明に係る集積型光起電力装置の製造方法は、第２または第３発明において、前記物理的除去処理は、気体の吹き付けによる除去処理、または、粘着剤を用いた除去処理であることを特徴とする。
【００１８】
第４発明にあっては、高圧の気体を吹き付けるか、粘着剤を用いて引き剥がすかにより、化学的エッチング処理で生じた剥離物を容易に除去する。
【００１９】
【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を参照して具体的に説明する。図１，図２は、本発明による集積型光起電力装置の製造工程を示す図である。
【００２０】
まず、透光性基板としての例えばガラス基板１上に、ＩＴＯ，ＳｎＯ2 等の透光導電性酸化膜からなる透光性電極２を、各光電変換素子毎にパターン形成する（図１（ａ））。この形成処理としては、例えば、ガラス基板１上の全域にＳｎＯ2 膜を熱ＣＶＤ法にて形成した後、レーザビームを照射してＳｎＯ2 膜をパターニングするか、または、写真蝕刻技術を用いてＳｎＯ2 膜をパターニングする。
【００２１】
次いで、透光性電極２上と透光性電極２欠損部のガラス基板１上との全域に、光電変換層となる半導体膜１３（膜厚：約５０００Å）、及び、背面電極の下部層となるＺｎＯ膜１４ａ（膜厚：５００〜２０００Å）をこの順に積層形成する（図１（ｂ））。
【００２２】
半導体膜１３は、活性層が非晶質Ｓｉ：Ｈ及び非晶質ＳｉＧｅ：Ｈからなるタンデムのｐｉｎ構造を内部に有しており、この半導体膜１３を構成する各層の形成条件を下記表１に示す。
【００２３】
【表１】
0004131615.tif 000002
【００２４】
また、ＺｎＯ膜１４ａは、Ａｌ2 Ｏ3 ドープのＺｎＯをターゲットとしたスパッタリング法によって形成した。この際の形成条件は以下の通りである。
ターゲット：０．３ｗｔ％Ａｌ2 Ｏ3 ドープのＺｎＯ
基板温度：３００℃    ガス流量：Ａｒ４００ｓｃｃｍ，Ｏ2 １０ｓｃｃｍ
反応圧力：１Ｐａ    ＲＦパワー：１００ｍｗ／ｃｍ2 
成膜時間：２０〜４００秒
【００２５】
次いで、形成した半導体膜１３及びＺｎＯ膜１４ａを，レーザビームの照射によりパターニングして、各光電変換素子毎の光電変換層３と背面電極４の一部とを形成する（図１（ｃ））。なお、ＺｎＯ膜１４ａを形成した後に半導体膜１３をパターニングする理由は、ＺｎＯ膜１４ａが介在している場合背面電極４と透光性電極２との接続部で後述する化学的エッチング工程時に発生するダメージを防止するためである。
【００２６】
次いで、ＺｎＯ膜１４ａ上と半導体膜１３及びＺｎＯ膜１４ａ欠損部の透光性電極２上との全域に、背面電極４の上部層となるＡｌ膜１４ｂ（膜厚：２０００Å）を積層形成する（図１（ｄ））。Ａｌ膜１４ｂは、スパッタリング法によって形成した。この際の形成条件は以下の通りである。
ターゲット：９９．９９％Ａｌ    基板温度：２５０℃
ガス流量：Ａｒ４００ｓｃｃｍ    反応圧力：１Ｐａ
ＲＦパワー：１００ｍｗ／ｃｍ2     成膜時間：１５０秒
【００２７】
次いで、ガラス基板１側からレーザビームＬＢ（図中、矢符で示す）を分離領域に２ライン照射し、照射領域の半導体膜１３，ＺｎＯ膜１４ａ及びＡｌ膜１４ｂを除去して２本の分離溝２１ａ，２１ｂを形成して、各光電変換素子毎の背面電極４を形成する（図２（ｅ））。照射するレーザビームＬＢは、分離溝２１ａ，２１ｂの何れを設ける場合にも、エネルギ密度０．７Ｊ／ｃｍ3 、パルス周波数４ｋＨｚのＮｄ：ＹＡＬレーザを使用した。また、各分離溝２１ａ，２１ｂの幅は何れも約４０μｍ、両分離溝２１ａ，２１ｂの間隔は１０〜１００μｍとした。
【００２８】
なお、形成する分離溝の本数を３本以上とした場合には、背面電極４の分離加工性は向上するが、発電領域の面積が減少するので、光起電力装置全体としての出力特性は向上しない。従って、その本数は２本が最適であると言える。
【００２９】
次いで、５％の塩酸水溶液中に３０秒間浸漬させて化学的エッチング処理を施して分離溝２１ａ，２１ｂ間の背面電極４（ＺｎＯ膜１４ａ／Ａｌ膜１４ｂの積層体）をエッチングし、乾燥させた後、５ｋｇ／ｃｍ2 の高圧空気銃にて空気を吹き付けて剥離物を除去する（図２（ｆ））。化学的エッチング処理によって、分離溝２１ａ，２１ｂ間の背面電極４が繊毛状に剥離するが、本発明では高圧空気の吹き付けによって、この剥離物を除去できる。
【００３０】
以上のようにして、透光性電極２（ＳｎＯ2 ）、光電変換層３（非晶質Ｓｉ：Ｈ及び非晶質ＳｉＧｅ：Ｈのタンデム構成）及び背面電極４（ＺｎＯ／Ａｌの積層体）をガラス基板１上にこの順に積層した複数の光電変換素子５を、隣合う光電変換素子５，５間で一方の光電変換素子５の透光性電極２と他方の光電変換素子５の背面電極４とを電気的に導通させた態様にて、直列接続させた構成を有する集積型光起電力装置を製造する。
【００３１】
次に、このようにして製造された９７段の光電変換素子を直列接続させてなる面積２２５０ｃｍ2 の集積型光起電力装置（以下、本発明例という）の平均出力特性を、ＡＭ１．５，１００ｍＷ／ｃｍ2 のソーラシミュレータ光の下で測定した。また、前述した第１従来例のように１本の溝形成のみにて背面電極の分離を行った集積型光起電力装置と、前述した第２従来例のように２本の溝形成のみにて背面電極の分離を行った集積型光起電力装置とを、成膜条件は本発明例と同一にして製造し、夫々の平均出力特性を上記と同一の条件にて測定した。また、本発明の比較例として、本発明例と同様に２本の分離溝を形成した後に化学的エッチング処理のみを施して（剥離物の除去処理は行わない）背面電極の分離を行った集積型光起電力装置を、成膜条件は本発明例と同一にして製造し、その平均出力特性を上記と同一の条件にて測定した。
【００３２】
このような４種類の集積型光起電力装置（本発明例，第１従来例，第２従来例，比較例）の出力特性の測定結果は、以下の通りである。
本発明例：２６．１Ｗ          第１従来例：２０．３Ｗ
第２従来例：２３．５Ｗ        比較例：１９．２Ｗ
【００３３】
本発明例では、他の３例よりも出力特性が優れており、これは、背面電極の分離をより確実に行えたことに起因する。第２従来例と比較例とを対照して分かるように、繊毛状の剥離が存在する状態では、化学的エッチング処理前よりも出力特性は低下することになるが、その後に剥離物を除去することによって本発明例では優れた出力特性を実現できている。
【００３４】
なお、上述した例では、化学的エッチング処理のエッチャントに塩酸を用いることとしたが、塩酸に代えて酢酸等の他の酸性水溶液を用いても同様の効果を奏する。
【００３５】
また、高圧空気を吹き付けて剥離物を除去するようにしたが、これに代えて、粘着剤を貼り付けて剥離物を引き剥がして除去するようにしても同様の効果を奏する。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明では、背面電極膜を形成した後に、その分離領域にエネルギビームを照射して複数の分離溝を形成し、それらの分離溝に挟まれた領域の背面電極膜を除去するようにしたので、隣合う光電変換素子間の背面電極同士を確実に分離でき、歩留りの向上と出力特性の向上とを実現することができる。
【００３７】
また、無用な背面電極膜を除去する際に、化学的エッチング処理とその後の物理的除去処理とを組み合わせるようにしたので、化学的エッチング処理にて生じた剥離物を物理的除去処理にて確実に除去でき、隣合う光電変換素子間での背面電極の分離をより確実に行うことができる。
【００３８】
また、ＺｎＯ／金属の積層体で構成される背面電極膜に対して、酸性水溶液をエッチャントとした化学的エッチングを施すようにしたので、加工不良部分の背面電極膜を容易に除去することができる。
【００３９】
更に、高圧の気体を吹き付けるか、粘着剤を用いて引き剥がすかにより、化学的エッチング処理で生じた剥離物を除去するようにしたので、剥離物の除去を簡便かつ容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による集積型光起電力装置の製造工程を示す図である。
【図２】本発明による集積型光起電力装置の製造工程を示す図である。
【図３】第１従来例による集積型光起電力装置の製造工程を示す図である。
【図４】第２従来例による集積型光起電力装置の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
１  ガラス基板
２  透光性電極
３  光電変換層
４  背面電極
５  光電変換素子
１３  半導体膜
１４ａ  ＺｎＯ膜
１４ｂ  Ａｌ膜
２１ａ，２１ｂ  分離溝
【図１】
0004131615.tif 000003
【図２】
0004131615.tif 000004
【図３】
0004131615.tif 000005
【図４】
0004131615.tif 000006