(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に第１の電極、少なくとも一つの接合を有する非晶質又は微結晶半導体からなる光電変換層、第２の電極が順次積層されており、各層を複数の領域に分離することで直列接続された集積型光起電力装置であって、上記第１または第２の電極の内、裏面側電極となる電極が透明導電膜及び金属膜からなり、且つ前記金属膜が前記透明導電膜の上面及び側面を覆うように形成されていることを特徴とする集積型光起電力装置。
【請求項２】
前記金属膜が前記透明導電膜を一方の電極として用いた電気メッキ法により形成されてい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。
【請求項３】
透光性基板上に透明電極、少なくとも一つの接合を有する非晶質又は微結晶半導体からなる光電変換層、裏面電極が順次積層されており、形成途中の各段階において基板以外の各層を複数の領域に分離することで直列接続される集積型光起電力装置の製造方法であって、上記光電変換層上に透明導電膜を形成し、この透明導電膜を複数の領域に分離した後、この透明導電膜を一方の電極として用いた電気メッキ法により、透明導電膜上に金属膜を形成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４】
前記透明導電膜をこの膜側からレーザを照射して複数の領域に分離することを特徴とする請求項３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及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来からガラスなどの透光性基板、ＳｎＯ2などの透明電極、少なくとも一つの接合を有するａ−Ｓｉやａ−ＳｉＧｅ等の非晶質半導体又は微結晶半導体からなる光電変換層、透明導電酸化物膜、金属層などから構成される裏面電極が順次積層されており、形成途中の各段階において基板以外の各層を複数の領域に分離することで、直列接続された光起電力装置として、いわゆるアモルファス集積型光起電力装置が知られている。
【０００３】
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）。
【０００４】
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拡大断面図であって、２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。
【０００５】
ガラスなどの絶縁性透光性基板１の一主面上にＩＴＯ（Ｉｎ2Ｓｎ2Ｏ3）やＳｎＯ2などからなる透明電極２を形成し、例えば、レーザビームの照射により透明電極２を任意の段数に短冊状に分割する（図４（ａ）参照）。そして、この分割された透明電極２上に内部にｐｉｎ接合を有するａ−Ｓｉ膜などの非晶質半導体層からなる光電変換層３を堆積する（図４（ｂ）参照）。
【０００６】
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、光電変換層３内の非晶質半導体層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、光電変換層３を分割する（図４（ｃ）参照）。
【０００７】
続いて、光電変換層３上に透明導電膜４１、アルミニウムなどの裏面金属電極膜４２からなる裏面電極４を形成して、透明導電膜２と裏面電極４とを接続する（図４（ｄ）参照）。その後、透明電極２及び光電変換層３の分割ラインに沿って、両分割ライン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、光電変換層３の非晶質半導体層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透明導電膜４１及び裏面金属電極膜を４２からなる裏面電極４を除去し、隣接するセル間を分離する（図４（ｅ）参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、光劣化対策や変換効率向上に伴う非晶質半導体層の膜厚の最適化及びナローバンドギャップ材料を用いた積層型光起電力装置の開発が進むにつれ、非晶質半導体層の薄膜化が進んでいる。
【０００９】
非晶質半導体層の薄膜化に伴い、裏面電極のパターニングの際に、非晶質半導体層内の水素の絶対量が不足し、裏面電極膜が完全に除去されないという問題があった。特に、非晶質半導体層の膜厚が３０００オングストローム以下になると、非晶質半導体層内の水素の絶対量の不足による加工不良が顕著になる。結果として、開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（Ｆ．Ｆ．）等の特性低下を引き起こしていた。
【００１０】
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、非晶質半導体層が薄膜化しても、裏面電極膜の加工不良の発生を防止する集積型光起電力装置及びその製造方法を提供することをその目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は、基板上に第１の電極、少なくとも一つの接合を有する非晶質又は微結晶半導体からなる光電変換層、第２の電極が順次積層されており、各層を複数の領域に分離することで直列接続された集積型光起電力装置であって、上記第１または第２の電極の内、裏面側電極となる電極が透明導電膜及び金属膜からなり、且つ前記金属膜が前記透明導電膜の上面及び側面を覆うように形成されていることを特徴とする。
【００１２】
前記金属膜は、前記透明導電膜を一方の電極として用いた電気メッキ法により形成することができる。
【００１３】
上記したように、裏面電極の一部を構成する透明導電膜を分離し、裏面電極の一部を構成する金属層膜は透明導電膜を一方の電極とした電気メッキ法により形成されるため、この透明導電膜上にのみ均一に形成され、裏面電極に分離の悪影響を及ぼさずに裏面電極を形成することができる。
【００１４】
また、この発明は、透光性基板上に透明電極、少なくとも一つの接合を有する非晶質又は微結晶半導体からなる光電変換層、裏面電極が順次積層されており、形成途中の各段階において基板以外の各層を複数の領域に分離することで直列接続される集積型光起電力装置の製造方法であって、上記光電変換層上に透明導電膜を形成し、この透明導電膜を複数の領域に分離した後、この透明導電膜を一方の電極として用いた電気メッキ法により、透明導電膜上に金属膜を形成することを特徴とする。
【００１５】
また、前記透明導電膜はこの膜側からレーザを照射して複数の領域に分離するように構成する。
【００１６】
上記したように、裏面電極の一部を構成する透明導電膜を膜側からレーザ分離することで裏面電極分離を行うため、光電変換層の膜厚には依存せずに、良好な裏面電極分離を行うことが可能である。また、裏面電極の一部を構成する金属層は前記透明導電膜を一方の電極とした電気メッキ法により形成されるため、透明導電膜上にのみ均一に形成され、裏面電極分離に悪影響も及ぼさない。また、この金属層により、従来同様、裏面側光反射を増加させＩｓｃの向上を図ることが可能である。従って、光電変換素子の出力特性を大幅に改善することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図１ないし図２に従い説明する。なお、従来と同一部分には同一符号を付す。
【００１８】
図１は、この発明の一実施形態にかかる集積型光起電力装置を示す断面図、図２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拡大断面図であって、２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。
【００１９】
ガラスからなる絶縁性透光性基板１の一主面上にＳｎＯ2からなる透明電極膜２が熱ＣＶＤ法などにより形成され、この透明電極膜２は、例えば、レーザビームの照射により任意の段数に短冊状に分割されている。
【００２０】
この透明電極膜２上に内部にｐｉｎ接合を有する非晶質半導体からなる光電変換層３がプラズマＣＶＤ法により形成される。この光電変換層３のトータル膜厚は、後述するように、３０００Å以下である。この光電変換層３は、基板１の他主面側から、透明導電膜２の分割ラインに沿って、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することにより、分割されている。
【００２１】
この光電変換層３上に、酸化亜鉛（ＺｎＯ）からなる透明導電膜４ａが設けられ、この透明導電膜４ａは、上記分割ラインと重ならないように、透明導電膜４ａ側からレーザビームを照射して分割されている。そして、この分割された透明導電膜４ａを一方の電極として、電気メッキ法により、ニッケル（Ｎｉ）を透明導電膜４ａの上面及び側面に設け、裏面金属膜４ｂが設けられる。
【００２２】
この発明の特徴とするところは、裏面電極４を透明導電膜４ａとこの透明導電膜４ａを用いて電気メッキ法により形成した裏面金属膜４ｂとで構成したことにある。即ち、この実施形態では、裏面電極４の一部を構成するＺｎＯからなる透明導電膜４ａのみを膜側から分離する。このため、光電変換層３の総膜厚に依存せずに良好な加工分離を行うことが可能となる。さらに、裏面電極の一部を構成するＺｎＯ膜を加工分離後に、電気メッキ法によりＮｉ層からなる裏面金属膜４ｂを形成することによって裏面側における光学ロスを防止できる。
【００２３】
上記のように構成すると、透明導電膜４ａの下に位置する光電変換層３は、除去されずに残ることになる。ただし、光電変換層３は非晶質半導体で形成されているため、隣接する裏面電極間の電気的分離は確保できる。
【００２４】
また、ＺｎＯ膜は耐水性に劣るが、この実施形態においては、ＺｎＯ膜の側面までＮｉからなる裏面金属膜４ｂで被覆されることになる。このため、分離部でのＺｎＯ膜と光電変換層３との界面との耐水性を向上させることもできる。
【００２５】
次に、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２に従い説明する。
【００２６】
この発明の実施の形態は、ガラスからなる絶縁性透光性基板１の一主面上に膜厚０．２から１μｍ、この実施の形態では８０００Åの膜厚のＳｎＯ2からなる透明電極膜２を熱ＣＶＤ法などにより形成する。その後、レーザビームの照射により透明電極膜２を任意の段数に短冊状に分割する（図２（ａ）参照）。このレーザパターニングは、波長１．０６μｍのＮｄ：ＹＡＧレーザを用い、パルス周波数３ｋＨｚ、室温でレーザパワー密度２×１０8Ｗ／ｃｍ2で行った。
【００２７】
そして、透明電極膜２上に内部にｐｉｎ接合を有するトータル膜厚が３０００Å程度の非晶質半導体層からなる光電変換層３を堆積する（図２（ｂ）参照）。この光電変換層３は、下記の表１に示す条件により、プラズマＣＶＤ法によりｐ層、ｉ層、ｎ層と順次積層形成した。光電変換層３（ｐ層、ｉ層、ｎ層）の形成は、公知の平行平板のプラズマＣＶＤ装置を用いて行った。ここで、放電電極面積は１５００ｃｍ2、電極間隔は４０ｍｍである。
【００２８】
【表１】
0004124313.tif 000002
【００２９】
その後、基板１の他主面側から、透明電極膜２の分割ラインに沿って、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、光電変換層３を構成する非晶質半導体層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、光電変換層３を分割する（図２（ｃ）参照）。このレーザパターニングは、波長０．５３μｍのＹＡＧレーザ（第２高調波）を用い、パルス周波数３ｋＨｚ、室温でレーザパワー密度８×１０6Ｗ／ｃｍ2で行った。
【００３０】
なお、このレーザパターニングの際、非晶質半導体層中の水素の絶対量が不足して、光電変換層３の分離が十分でなくても、透明電極膜２の一部が露出していれば、次の工程で形成される裏面電極膜４との電気的接続が行えるので、問題にはならない。
【００３１】
続いて、光電変換層３上に、裏面電極４の一部を構成する透明導電膜４ａとして、膜厚１０００ÅのＺｎＯ膜をＤＣマグネトロンスパッタ法により形成した（図２（ｄ）参照）。このＺｎＯ膜は、３ｗｔ％Ａｌ2Ｏ3ドープのＺｎＯターゲットを用いて、基板温度２００℃、反応圧力１Ｐａ、ガス流量アルゴン（Ａｒ）：４００ｓｃｃｍ、酸素（Ｏ２）：１０ｓｃｃｍ、パワー０．１ｋＷの条件で形成した。
【００３２】
続いて、この透明導電膜４ａを前記分割ラインに沿って、各分割ラインと重ならないようにして、透明導電膜４ａ側からレーザビームを照射し、透明導電膜４ａを除去して、透明導電膜４ａを分割する（図２（ｅ）参照）。このレーザパターニングは、波長０．２４８μｍのエキシマレーザを用い、パルス周波数１００Ｈｚ、室温でレーザパワー密度１０Ｗ／ｃｍ2で行った。
【００３３】
上記のように、この実施形態では、裏面電極の一部を構成するＺｎＯからなる透明導電膜４ａを膜側から分離するように構成している。このため、光電変換層３の総膜厚に依存せずに良好な加工分離を行うことが可能となる。
【００３４】
その後、上記透明導電膜４ａを一方の電極（負電極）として用い、電気メッキ法により、裏面電極の一部を構成する金属電極膜４ｂを形成する。この実施の形態においては、ニッケル（Ｎｉ）を電気メッキ法で形成することで、透明導電膜４ａ上にのみにＮｉからなる金属電極膜４ｂが形成される。この結果、透明導電膜４ａ上及び側面部に金属電極膜４ｂが形成され、従来同様裏面側光反射を増大させると共に、裏面電極分離にも悪影響を及ぼさない。
【００３５】
上記電気メッキ法により形成される金属電極として、ニッケルを用いた。この形成方法は、硫酸ニッケル、塩化ニッケル、硼酸の混合液を使用したメッキ浴中で、裏面電極４の一部を構成する透明導電膜４ａを負電極として、電解メッキを行い、約３０秒３０００ÅのＮｉ層を裏面電極の一部を構成するＺｎＯ膜上に形成した。
【００３６】
次に、この発明による光起電力装置と従来の光起電力装置を用意し、太陽電池特性を測定した結果を表２に示す。両装置は、それぞれ３５段集積型の光起電力装置であり、基板から光入射するものである。本発明の実施形態は上記方法により形成したもの、また、従来装置は、裏面電極の製造方法が図４に示す従来方法で形成したものである。この従来装置は、裏面電極の一部を構成する金属電極膜４２として、スパッタ法により形成した膜厚３０００Åのアルミニウム（Ａｌ）を用い、レーザパターニングにより基板側からパターニングしたものである。このレーザパターニングは、波長０．５３μｍのＹＡＧレーザ（第２高調波）を用い、パルス周波数３ｋＨｚ、室温でレーザパワー密度１×１０7Ｗ／ｃｍ2で行った。その他の構成は、従来装置と本発明装置は同じ構成としている。これら装置の出力特性は、ＡＭ−１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2、２５℃の条件下で測定した。
【００３７】
【表２】
0004124313.tif 000003
【００３８】
従来例に対し本実施形態では、太陽電池特性が大幅に向上しているのが分かる。本実施形態が光電変換層３の総膜厚が２４００Åと薄い場合であっても、レーザによる加工分離が問題にならない。これは、従来例ではガラス側からレーザビームを入射し光電変換層にレーザ光を吸収させ、光電変換層中に含まれる水素の放出を原動力として裏面電極を溶融飛散させることによって、裏面電極分離を行うが故に、光電変換層の総膜厚が薄い場合には水素の絶対量が少なく、裏面電極を溶融飛散させる力が弱くなって十分な加工分離ができない。これに対して、本実施形態では、裏面電極の一部を構成するＺｎＯのみを膜側から分離するため、光電変換層の総膜厚に依存せずに良好な加工分離を行うことが可能となる。さらに、裏面電極の一部を構成するＺｎＯを加工分離後に、電気メッキ法によりＮｉ層を形成することによって裏面側における光学ロスを防止でき、Ｉｓｃの低下を防げる。これらによって従来よりもＶｏｃ、Ｆ．Ｆ．が大幅に向上でき、出力特性が大幅に改善されたものである。
【００３９】
また、本実施形態では裏面電極の一部を構成した透明導電膜としてＺｎＯを用いたが、他の透明導電酸化物、例えば、ＳｎＯ2、ＩＴＯなどを用いても良い。
【００４０】
また、本実施形態では裏面電極の一部を構成し、電気メッキ法により形成される金属としてＮｉを用いたが、そのほかにＣｕ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ａｇ等の金属を用いてもよい。
【００４１】
次に、この発明の第２の実施形態につき、図３に従い説明する。図１及び図２に示すものは、基板側から光を入射させる所謂順タイプの光起電力装置であるのに対し、図３に示すものは、基板とは逆の方向から光を入射させる所謂逆タイプの光起電力装置にこの発明を適用したものである。
【００４２】
図３に示すように、表面に絶縁処理を施した金属基板などからなる基板１１上に、裏面側電極１２の一部を構成するＺｎＯからなる透明導電膜１２ａを形成する。このＺｎＯ膜は、３ｗｔ％Ａｌ2Ｏ3ドープのＺｎＯターゲットを用いて、基板温度２００℃、反応圧力１Ｐａ、ガス流量アルゴン（Ａｒ）：４００ｓｃｃｍ、酸素（Ｏ2）：１０ｓｃｃｍ、パワー０．１ｋＷの条件で形成した。
【００４３】
続いて、この透明導電膜１２ａを分割ラインに沿って、透明導電膜１２ａ側からレーザビームを照射し、透明導電膜１２ａを除去して、透明導電膜１２ａを分割する。このレーザパターニングは、波長０．２４８μｍのエキシマレーザを用い、パルス周波数１００Ｈｚ、室温でレーザパワー密度１０Ｗ／ｃｍ2で行った。
【００４４】
その後、上記透明導電膜１２ａを負電極として、電気メッキ法により、裏面電極の一部を構成する金属電極膜１２ｂを形成する。この実施の形態においては、ニッケル（Ｎｉ）を電気メッキ法で形成することで、透明導電膜１２ａ上にのみにＮｉからなる金属電極膜１２ｂが形成される。この結果、基板１１上に裏面電極１２がパターニングされて設けられる。
【００４５】
そして、裏面側電極１２上に内部にｎｉｐ接合を有するトータル膜厚が３０００Å程度の非晶質半導体層からなる光電変換層１３を堆積する。この光電変換層１３は、下記の表３に示す条件により、プラズマＣＶＤ法によりｎ層、ｉ層、ｐ層と順次積層形成した。光電変換層１３（ｎ層、ｉ層、ｐ層）の形成は、公知の平行平板のプラズマＣＶＤ装置を用いて行った。ここで、放電電極面積は１５００ｃｍ2、電極間隔は４０ｍｍである。
【００４６】
【表３】
0004124313.tif 000004
【００４７】
その後、基板１の主面側から、裏面側電極１２の分割ラインに沿って、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、光電変換層１３を分割する。
【００４８】
続いて、光電変換層１３上に、ＺｎＯ膜、ＩＴＯ膜などからなる透明電極１４を形成し、この透明電極１４を前記分割ラインに沿って、各分割ラインと重ならないようにして、透明電極１４側からレーザビームを照射し、透明導電膜を除去して、透明電極１４を分割する。
【００４９】
このようにして、図３に示す逆タイプの集積型光起電力装置を形成することができる。
【００５０】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明は、裏面電極の一部を構成する透明導電膜を膜側から分離することで裏面電極分離を行うため、光電変換層の膜厚には依存せずに、良好な裏面電極分離を行うことができる。また、裏面電極の一部を構成する金属層は透明導電膜を一方の電極とした電気メッキ法により形成されるため、透明導電膜上にのみ均一に形成され、裏面電極分離に悪影響も及ぼさない。そしてこの金属層により、従来同様、裏面側光反射を増加させＩｓｃの向上を図ることが可能である。従って、光電変換素子の出力特性を大幅に改善、従来に比べ、特にＶｏｃ、Ｆ．Ｆ．を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態にかかる光起電力装置を示す断面図である。
【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拡大断面図である。
【図３】この発明の第２の実施の形態にかかる光起電力装置を示す断面図である。
【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拡大断面図である。
【符号の説明】
１  絶縁性透光性基板
２  透明電極膜２
３  光電変換層３
４  裏面電極
４ａ  透明導電膜
４ｂ  裏面金属膜
【図１】
0004124313.tif 000005
【図２】
0004124313.tif 000006
【図３】
0004124313.tif 000007
【図４】
0004124313.tif 000008