(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に透明導電膜、非晶質シリコン膜および金属電極膜で構成される太陽電池素子を配置形成する太陽電池の製造方法であって、当該金属電極膜と非晶質シリコン膜を除去して、当該透明導電膜を露出させる太陽電池の製造方法において、
前記基板上に、前記透明導電膜、非晶質シリコン膜および金属電極膜を順次成膜した積層体を形成する工程、
前記積層体のパターニングのため、前記積層体上に、開口部の縁部に、厚みの薄い部分と厚みの厚い部分とからなる階段形状を設けたフォトレジスト膜を形成する工程、
前記フォトレジスト膜をマスクとして使用した第１のエッチング処理の後、前記フォトレジスト膜の前記厚みの薄い部分がなくなるまで、当該フォトレジスト膜の除去処理を実行する工程、
前記積層体上に残存している前記フォトレジスト膜をマスクとして使用して、第２のエッチング処理を行う工程と、を有し、
前記第１のエッチング処理は、前記フォトレジスト膜の開口部を介して、前記透明導電膜、非晶質シリコン膜および金属電極膜の、全ての積層膜を除去する工程であり、
前記第２のエッチング処理は、残存する前記フォトレジスト膜の開口部を介して、前記透明導電膜を除く、前記非晶質シリコン膜および金属電極膜を除去する工程である、ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記太陽電池素子の複数個を、隣接する一方の太陽電池素子における前記透明導電膜と、隣接する他方の太陽電池素子における前記金属電極膜とが絶縁した状態で、前記基板表面で隣接させて配置する、ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第２のエッチング処理後、前記太陽電池素子の表面に残存する前記フォトレジスト膜を除去した後、前記太陽電池素子内の前記透明導電膜と金属電極部間、若しくは隣接する前記一方と他方の太陽電池素子間に於ける前記透明導電膜同士を被覆する、絶縁性の保護膜を形成する工程、及び当該保護膜を介して、前記一方の太陽電池素子に於ける前記金属電極部と、前記他方の太陽電池素子内の透明導電膜との間を電気的に接続する、導電性ペーストを形成する工程とが、更に付加されている、ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記フォトレジスト膜を形成する工程は、透光部、遮光部、及び当該透光部と遮光部を透過する各光量との中間的な光量と透過させる不完全透光部とを有するマスクを使用して行う、ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記不完全透光部は、前記フォトレジスト膜を形成する工程で使用する露光装置の解像度以下の寸法の透光部で構成されている、ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、基板上に電極と非晶質シリコン膜を積層してなる太陽電池と当該太陽電池の製造方法に関するものである。
背景技術
基板上に電極とＰ−Ｉ−Ｎ接合型の非晶質シリコン膜を積層して形成した太陽電池は、動作時のシリコン膜の起電力が０．４〜０．５Ｖ程度に止どまるため、例えば電子腕時計の電源として用いる場合、１個の太陽電池素子ではニッケルカドミウム電池等の２次電池に充電させることが出来ない。
つまり１個の太陽電池素子では必要な回路を動作させるのに電圧が足りない事になる。
そこで基板上に複数の太陽電池素子（例えば４個分）を配置して、これらの素子を直列接続した構成とすることにより、加算された起電力を得る構造が取られる。
此処で、従来に於ける太陽電池の一構造の断面を図２（Ｆ）に模型的に示す。
この太陽電池は、ガラスの基板１上に透明導電膜２を形成し、その上にＰ−Ｉ−Ｎ接合型の非晶質シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜と略記）３を形成し、さらにその上に金属電極４を形成したものである。
基板１の下方からの入射光によりａ−Ｓｉ膜に発生する光起電力は、ａ−Ｓｉ膜をはさんでいる透明導電膜２と金属電極４から取り出すことができる。基板上の積層構造は図２（Ｆ）のほぼ中央部で左右に分離されていて、その両側は別の太陽電池素子領域をなしているので、便宜上、左側を素子Ａ、右側を素子Ｂと呼ぶことにする。素子Ａの金属電極４と素子Ｂの透明導電膜２が連結されており、これによって二つの素子は直列接続している。
図２（Ｆ）の範囲外の箇所でも、隣接する素子の金属電極４と透明導電膜２を同様に導電接続してあり、これにより基板１上に形成した複数の太陽電池素子を直列接続して、所望の起電力の太陽電池を構成しているのである。
このような太陽電池の製造法を引き続き図２により簡単に説明する。
図２（Ａ）に示す様に、基板１上の透明導電膜２は例えばＣＶＤ法、例えば、熱ＣＶＤ法によってＳｎＯ２膜を形成したものであるが、この透明導電膜２をエッチングするためのレジスト膜７をフォトリソグラフィ（以下「フォトリソ」と略記）により形成する。
次いで、当該レジスト膜７をマスクとして、エッチングを行ってレジスト膜７でマスクされている部分以外の透明導電膜２を除去してパターニングする。この後、レジスト膜７を剥離する。これで図２（Ｂ）に示す様に、透明導電膜２が所要の電極形状になる。
その後、図２（Ｃ）に示す様に、透明導電膜２の上にＣＶＤ法によってａ−Ｓｉ膜３を積層し、これをエッチングするためのレジスト膜８を、再度、フォトリソにより形成する。
次いで、図２（Ｄ）に示す様に、レジスト膜８をマスクとして使用して、再びエッチングを行い、ａ−Ｓｉ膜３を所定の形状にパターニングし、レジスト膜８を剥離する。これによってａ−Ｓｉ膜３が所要の形状になる。
更に、図２（Ｅ）に示す様に、透明導電膜２とａ−Ｓｉ膜３の上に金属電極４となる金属膜をスパッタリングで全面に成膜し、これらをエッチングするためのレジスト膜９を、３度目のフォトリソにより形成する。
最後に、図２（Ｆ）に示す様に、当該レジスト膜９をマスクに使用して、３度目のエッチングを行って金属電極４をパターニングし、レジスト膜を剥離する。
これにて基板上の積層構造が所要の形状になり、各領域がそれぞれ太陽電池素子になるとともに、前述のごとく、素子Ａの金属電極４と素子Ｂの透明導電膜２が当該金属電極４によって導電接続されており、これによって素子Ａと素子Ｂは直列接続となる。
又、別の従来例としては、図２（Ｃ）に於いて、図３（Ａ）に示す様に、透明導電膜２の上にＣＶＤ法によってａ−Ｓｉ膜３を積層すると同時に金属電極部４を積層形成し、その両者を同時に若しくは、当該金属電極部４、当該ａ−Ｓｉ膜３の順にエッチングするためのレジスト膜８を、再度、フォトリソにより形成し、次いで、図３（Ｂ）に示す様に、レジスト膜８をマスクとして使用して、再びエッチングを行い、金属電極部４とａ−Ｓｉ膜３を所定の形状にパターニングし、レジスト膜８を剥離する。これによって図３（Ｃ）に示す様に、当該金属電極部４とａ−Ｓｉ膜３が所要の形状になる。
最後に当該一方の太陽電池素子の金属電極部４と他方の太陽電池素子に於ける当該透明導電膜１とを適宜の導電性ペースト５を使用して接続する事によって、太陽電池が形成される。
上記した何れの従来例に於いても、図示の範囲外の太陽電池素子も同様に構成され、基板１上に形成された複数の太陽電池素子は直列接続していて、合成された起電力を生じるものとなる。この後、上面に保護膜を塗布するなどして太陽電池が完成する。
然しながら、上記のような従来の太陽電池の製造方法においては、エッチングを２度若しくは３度行っている。すなわち図２（Ｂ）の透明導電膜２のエッチング、同図（Ｄ）のａ−Ｓｉ膜３のエッチング、および同図（Ｆ）の金属電極４のエッチングである。
各エッチングに先立ってフォトリソでレジスト膜を形成するから、フォトリソも２度若しくは３度行われる。それらのフォトリソのためにパターンの異なる３種類のマスクが必要である。
又、このように、成膜後のエッチング工程のみでは膜は汚染されないが、パターニング工程、もしくはエッチング工程、レジスト剥離工程を行うと必ず膜表面が汚染される。更には、洗浄工程を十分に行っても、表面の若干の汚染や水分の吸着は避けられない。
太陽電池において、透明導電膜とａ−Ｓｉ膜、ａ−Ｓｉ膜と金属電極膜との界面はそれぞれ電子と正孔の通り道であるから、この界面の汚染は太陽電池特性に大きく影響を及ぼす。
従って、もしフォトリソを１回で済ますことができれば、製造工程が短縮されるとともにマスクも１種類で済み、製造コストの大幅な削減となる。
又、もし、透明導電膜とａ−Ｓｉ膜と金属電極膜を全層積層した後、パターニング工程を行い、電池の直列接続を得ることが出来れば、各膜界面を精密に制御することができるので高品質の太陽電池を製造する事ができる。また、膜形成が１度の連続した工程で出来ることから製造工程も大幅に短縮できる。
従って、本発明の目的は、上記した従来に於ける太陽電池の製造方法に見られる欠点を改良し、太陽電池の製造方法の簡略化し、それによって高品質の太陽電池を製造する事が出来る太陽電池及び太陽電池の製造方法を提供するものである。
発明の開示
本発明は上記した目的を達成するため、基本的には、以下に記載されたような技術構成を採用するものである。
即ち、本発明に係る第１の態様としては、基板上に、透明導電膜、非晶質シリコン膜および金属電極をこの順に積層配置して形成した太陽電池素子が複数個、互いに隣接して配置されている太陽電池において、当該各太陽電池素子の端縁部、若しくは互いに隣接する当該各太陽電池素子の間に、当該太陽電池素子内に於ける絶縁を達成するか、当該互いに隣接して配置されている太陽電池素子間に於ける絶縁を達成する為の保護膜が設けられていると共に、当該互いに隣接して配置されている太陽電池素子同志は適宜の導電性部材を介して直列的に接続せしめられている太陽電池であり、又、本発明に係る第２の態様としては、基板上に透明導電膜、非晶質シリコン膜および金属電極膜で構成される太陽電池素子を複数個近接して配置形成せしめた太陽電池の製造方法において、透明導電膜と非晶質シリコン膜と金属電極膜をこの順に連続した工程で順次積層した後、リソグラフィー技術を使用して当該積層体にパターニング処理を行う太陽電池の製造方法である。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る太陽電池の一具体例の構造を示す断面図である。
第２図は、従来に於ける太陽電池の製造方法の一例の工程手順を説明する図である。
第３図は、従来の太陽電池の他の製造方法の例を示す断面図である。
第４図は、本発明に係る太陽電池の製造方法の一具体例の工程手順を説明する図である。
第５図は、本発明に係る太陽電池の製造方法の一具体例に於いて使用されるフォトリソグラフィ用マスク・パターンの一例を示す図である。
第６図及び第７図は、本発明に係る太陽電池の製造方法の他の具体例に於ける工程手順を説明する図である。
第８図は、本発明に係る太陽電池の他の具体例の構造を示す断面図である。
第９図は、本発明に係る太陽電池の製造方法の更に他の具体例に於ける工程手順を説明する図である。
発明を実施する為の最良の形態
以下に、本発明に係る太陽電池及び太陽電池の製造方法の具体例を図面を参照しながら詳細に説明する。
即ち、図１は、本発明に係る太陽電池の一具体例の構成を示す断面図であって、図中、基板１上に、透明導電膜２、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）３および金属電極４をこの順に積層配置して形成した太陽電池素子Ａ又はＢが複数個、互いに隣接して配置されている太陽電池２０において、当該各太陽電池素子Ａ又はＢの端縁部、若しくは互いに隣接する当該各太陽電池素子の間に、当該太陽電池素子内に於ける絶縁を達成するか、当該互いに隣接して配置されている太陽電池素子Ａ、Ｂ間に於ける絶縁を達成する為の保護膜６が設けられていると共に、当該互いに隣接して配置されている太陽電池素子Ａ、Ｂ同志は適宜の導電性部材５を介して直列的に接続せしめられている太陽電池２０が示されている。
本発明に於ける当該太陽電池２０に於ける各太陽電池素子Ａ、Ｂで使用される当該保護膜６によって達成されるべき絶縁は、当該太陽電池素子Ａ、Ｂ内に於ける当該金属電極部４と当該透明導電膜６の間の電気的な絶縁であっても良く、互いに隣接する当該太陽電池素子Ａ、Ｂの個々の当該透明導電膜２間に於ける電気的な絶縁である事を特徴とする。
更に、本発明に於いて使用される当該導電性部材５は、当該保護膜６に接して配置せしめられている事が好ましく、更には、当該保護膜６は、感光性樹脂で構成されている事も望ましい。
本発明に於ける当該導電性部材５は、例えば、導電性ペースト、具体的にはカーボンペースト、銀ペースト等、から構成されている事が望ましい。
本発明に於ける当該太陽電池素子Ａ或いはＢに於いては、当該それぞれの太陽電池素子Ａ、Ｂに於ける当該透明導電膜層２、当該非晶質シリコン膜層３、及び当該金属電極膜層４がこの順に積層配置されている素子構成部の少なくとも一端部が共通の平面部２１を形成しており、且つ当該保護膜６が、少なくとも当該平面部２１に当接して設けられている事が望ましい。
次に、本発明に係る上記具体例の詳細な説明を以下に行う。
つまり、本発明に於いては、リソグラフィ工程を簡略化するものであって、その為に、本発明では、フォトリソによって形成するレジスト膜１０が厚さの薄い部分１０ｂと厚い部分１０ａとからなるものを用いる。
即ち、図４に示す様に、基板１上に最初に透明導電膜２、ａ−Ｓｉ膜３、そして金属電極膜４を全部積層しておき、これにフォトリソを行って上記のような二通りの厚さを持つレジスト膜部分１０ａ、１０ｂを含むレジスト膜１０を形成する。
これを用いてエッチングし、基板１上の全積層体を共通にパターニングする。
次にプラズマによるレジスト膜１０の除去（いわゆるアッシング）を行うが、この時、レジスト膜１０を全部剥がすのでなく、アッシングが進んでレジスト膜の厚さが減少し、膜厚の薄い部分がなくなり厚い部分が残っている段階でアッシングを停止する。
そして残っているレジスト膜を用いて再びエッチングを行い、今度は金属電極４とａ−Ｓｉ膜３をパターニングするのである。
言い替えれば、１回目のエッチングによって透明導電膜２を金属電極４およびａ−Ｓｉ膜３と一緒にパターニングし、２回目のエッチングによって金属電極４とａ−Ｓｉ膜３をパターニングする。これで従来３回行っていたレジスト膜形成のためのフォトリソ工程が１回で済む。
従来の技術に於いて、レジスト膜を形成する方法としては、例えば、レジスト膜１０を形成するフォトリソにおいて、基板１上の積層体表面にレジスト剤１０を塗布し、露光装置によりマスクを用いてレジスト面を感光させる場合、例えば感光によって主鎖切断をおこすレジスト剤であれば、感光部はレジスト剤の主鎖が切れて軟化し、現像液に対する溶解性が高くなり、未感光部はそうでないから、現像時に感光部が洗い流されて、未感光部分のレジスト剤がエッチング用のマスクとして残る様に形成する。
この場合、マスク・パターンはレジスト剤に感光させる部分は透明にし、感光させない部分は遮光するようにしてある。
しかし、本発明では、上記のようにレジスト膜に厚い部分と薄い部分を設けるので、つまり厚さに少なくとも２種類の段階状の差があるレジスト膜１０を形成するものである。
その為、本発明で用いる露光用のマスクは、レジスト膜のない部分は透明で、十分に感光させるようにし、レジスト膜を厚くする部分は完全に遮光して、そしてレジスト膜を薄くする部分は、露光装置の解像度以下の細かい寸法の透光パターンと遮光パターンを混在させて、一種の網目のようにしたものとする。
このような細かいパターンの組み合わせを通して露光させると、個々のパターンが露光装置の解像度以下なので、この部分はパターンがそのままレジスト剤に転写されるのでなく、不十分な光量で露光されることになる。
従ってレジスト剤も厚さの一部のみが主鎖が切れて現像後に流出し、厚さの残りの部分は硬化するので、この部分が薄いレジスト膜になるのである。
以下、図面に基づいて本発明の実施形態をより詳細に説明する。
図４は本発明による太陽電池の製造手順を示すものである。
図４（Ａ）にて、基板１上に透明導電膜２、ａ−Ｓｉ膜３、金属電極４を順次積層し、その上にフォトリソによりレジスト膜１０を形成する。
太陽電池素子Ａ側のレジスト膜は厚い部分１０ａだけが見えているが、太陽電池素子Ｂ側のレジスト膜は厚い部分１０ａと薄い部分１０ｂが見えている。
尚、開口部１１の箇所にはレジスト膜を設けない。
又、本具体例に於いては、露光により軟化するレジスト剤１０を用いる場合を説明する。
更に、本発明に於いて使用されるフォトリソ用マスクは、レジスト膜１０を厚くする１０ａの部分をマスクにし、レジスト膜を作らない１１の部分を透明にする。そしてレジスト膜を薄くする１０ｂの部分は、前述のように透光部と遮光部の細かいパターンが混じったものとする。
図５に示すのがマスク・パターンの一例で、図４（Ａ）の対応箇所の符号をつけてあり、厚いレジスト膜に相当する両側の１０ａの部分は透光部、レジスト膜を設けない１１の部分は遮光部で、レジスト膜の薄い１０ｂの部分は細かい透光パターンと遮光パターンを交互に碁盤目状に設けてある。
細かいパータンの一辺は露光装置の解像度以下にするのであって、例えば解像度が１０μｍの装置であれば、パターンの一辺を５μｍにするなどである。このようなパターンを用いて露光するとレジスト膜にはパターンは転写されず、光量が少ない不十分な露光が行われて、１０ａのような完全な透光部よりもレジスト剤の硬化層の厚さが薄くなり、露光後の現像で軟化の不十分だったレジスト剤が除かれて、図４（Ａ）に見るように厚さの薄いレジスト膜１０ｂとなるのである。
細かいマスク・パターンは、図５のもの以外にも縞状、格子状など種々可能であり、また透光部と遮光部の面積比を適宜選ぶことによってレジスト膜厚を制御する。
なお、レジスト剤の性質がこの例と逆で、感光部が硬化するものを用いる場合は、マスクの透光部と遮光部の配置は当然逆になる。
上記した様に、本発明に於いて使用されるフォトリソグラフィに用いるマスクとしては、透光部、遮光部、及び当該透光部と遮光部を透過する各光量との中間的な光量を透過させる不完全透光部とを有するものである事が望ましい。
更に、本発明に於ける当該マスクの当該不完全透光部は露光装置の解像度以下の寸法を有する透光部である事が望ましい。
又、当該不完全透光部は、微細な面積を有する透光部と微細な面積を有する遮光部とが、交互に、若しくはマトリックス状に、或いは市松模様状に配列されている事も好ましい。
その後、図４（Ｂ）では、上記の段つきレジスト膜１０を用いてエッチングし、透明導電膜２を積層されたａ−Ｓｉ膜３、金属電極４と一緒にパターニングする。
次いで、図４（Ｃ）では、レジスト膜１０を除去するアッシング工程が実行される。
これにはプラズマを用い、アッシングが進むにつれてレジスト膜１０ａ、１０ｂは共に厚さが減って行くが、レジスト膜１０を全部除去するのでなく、薄いレジスト膜１０ｂがなくなったところでアッシング処理を停止する。
その結果、１０ａの部分のレジスト膜は前より厚さが減っているが、レジスト膜１０′として残る事になる。
続いて、図４（Ｄ）では、前記のようにして残ったレジスト膜１０′を用いて再びエッチングを行い、ａ−Ｓｉ膜３と金属電極４を同時にパターニングする。
その後、レジスト膜１０′を剥離する。
次いで、図４（Ｅ）では、以上のようにして形成された太陽電池素子Ａと太陽電池素子Ｂに保護膜６を印刷して電極間の短絡、すなわち隣接する太陽電池素子Ａ、Ｂの透明導電膜２同士の短絡、あるいは同一素子Ａ又はＢ内の透明導電膜２と金属電極４の短絡等を防ぎ、保護膜６をまたぐように導電ペースト５を塗布して、太陽電池素子Ａの金属電極４と太陽電池素子Ｂの透明導電膜２を接続する。
図示の範囲外でも同様の接続を行い、基板１上に形成された複数の太陽電池素子を直列接続して、合成された起電力を生じるものにする。この後、上面に保護膜を塗布するなどして太陽電池が完成する。
尚、図４に示す太陽電池の製造方法の一具体例と図２に示される従来の製造方法を比較すると、従来は図２（Ａ）、（Ｃ）、（Ｅ）で示す様に３度のフォトリソを行ってレジスト膜を形成し、図２（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）で示す様に３度のエッチング処理を行っている。
これに対し、本発明ではフォトリソでレジスト膜１０を作るのは図４（Ａ）の１度のみである。
更に、本発明に於いては、エッチング処理が実行されるのは、図４（Ｂ）、（Ｄ）の２度行っている。
一方、従来の太陽電池の製造方法における図２（Ｂ）、（Ｄ）、（Ｆ）のエッチング工程が成膜およびフォトリソである図２（Ｃ）、（Ｅ）の工程によって分離されているのに対し、本発明では、図４（Ｂ）、（Ｄ）のエッチング工程の間には図４（Ｃ）のアッシング工程だけが介在していて成膜やフォトリソ工程はない。
然かも、エッチングもアッシングもプラズマを用いて基板の表面層を除去するという同種の加工であり、図４（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）の工程は、基板を同じ処理槽に入れたまま、ガスの種類や濃度を切り替えるだけで連続して行うことが可能である。
従って本発明の製造方法は従来の方法に比べて工程数がほほ３分の１になるといえる。また従来は３度のフォトリソにそれぞれ異なるマスクを必要としたが、本発明ではフォトリソは１度であってマスクが１種類で済み、この点でもコスト減となる。
一方、図４（Ｅ）にて太陽電池素子Ａ、Ｂの間に保護膜６を設けて導電ペースト５を塗布し、太陽電池素子Ａの金属電極４と太陽電池素子Ｂの透明導電膜２を接続する構造は、図２（Ｆ）の従来の太陽電池では見られなかったものである。
これは従来の図２（Ｆ）の構造では太陽電池素子Ａの透明導電膜２の端部がａ−Ｓｉ膜３で覆われて、太陽電池素子Ａの金属電極４や素子Ｂの透明導電膜２と分離されているため、保護膜６を設けて絶縁する必要がなく、成膜とパターニングを通じて所要の太陽電池素子Ａの金属電極４と太陽電池素子Ｂの透明導電膜２の接続が得られるからであるが、図４（Ｅ）の本発明の太陽電池では、太陽電池素子Ａの透明導電膜２の端部がａ−Ｓｉ膜３で覆われておらず、また成膜とパターニングによっては素子Ａの金属電極４と素子Ｂの透明導電膜２の接続が得られないので導電ペーストを用いるのであり、これは本発明に固有の構造である。
上記した本発明に係る具体例では、透明なガラス基板１上に形成した太陽電池２０に本発明を適用した場合を示したが、基板１に不透明な絶縁板や絶縁被覆を施した金属板等を用い、積層体の順番を逆にして太陽電池を構成することもでき、もとより本発明はそのようなものにも適用可能である。
上記した本発明に係る太陽電池の製造方法の具体例としては、基本的には、基板１上に透明導電膜２、非晶質シリコン膜（ａ−Ｓｉ膜）３および金属電極膜４で構成される太陽電池素子Ａ、Ｂを複数個近接して配置形成せしめた太陽電池の製造方法において、透明導電膜２と非晶質シリコン膜３と金属電極膜４をこの順に連続した工程で順次積層した後、リソグラフィー技術を使用して当該積層体にパターニング処理を行う太陽電池の製造方法である。
本発明に係る当該太陽電池の製造方法に於いては、当該パターニング処理は、１回のレジスト膜塗布工程と２回のエッチング処理工程で構成される事がのぞましい。
又、当該レジスト膜塗布工程で形成されたレジスト膜１０に開口部１１と異なる厚みを有する少なくとも２種のマスク部１０ａ、１０ｂとを形成するレジスト膜パターニング工程が設けられている事が好ましい。
更に、本発明に係る当該太陽電池の製造方法に於いては、当該レジスト膜パターニング工程に於いて、当該レジスト膜１０に於ける当該厚みの薄いマスク部１０ｂを当該レジスト膜１０に形成する開口部１１に隣接して配置する事が望ましい。
一方、本発明に於ける当該レジスト膜パターニング工程に於いて、遮光部１０ａ’、透光部１１’、及び当該透光部と遮光部を透過する各光量との中間的な光量を透過させる不完全透光部１０ｂ’とを有するマスクを使用する事が望ましい。
又、本発明に於ける当該不完全透光部１０ｂ’は例えば、露光装置の解像度以下の寸法の透光部で構成されているものである。
本発明に係る当該太陽電池の製造方法のより具体的な構成としては、基板上に透明導電膜、非晶質シリコン膜および金属電極膜で構成される太陽電池素子を複数個近接して配置形成せしめた太陽電池の製造方法において、基板上に透明導電膜、非晶質シリコン膜および金属電極膜をこの順に連続した工程で順次積層する工程、基板上の当該積層体のパターニングのため、当該積層体上に厚さに段階のあるレジスト膜を形成すると共に、所定の部位に開口部を形成するパターン形成処理を実行する工程、当該レジスト膜をマスクとして第１のエッチング処理の後、当該レジスト膜の当該厚みの薄い部分がなくなるまでレジスト膜の除去処理を実行する工程、当該積層体上に残存している当該レジスト膜をマスクとして使用して、第２のエッチング処理を行う工程とから構成されているものである。
更に、本発明に於ける上記太陽電池の製造方法に於いて、当該第２のエッチング処理後、当該残存する当該レジスト膜を除去した後、太陽電池素子内の当該透明導電膜と金属電極部間若しくは隣接する当該太陽電池素子間に於ける当該透明導電膜同志を絶縁する様に保護膜を形成する工程、及び当該保護膜を介して、隣接する当該太陽電池素子の内の一方の太陽電池素子に於ける金属電極部と他方の太陽電池素子に於ける透明導電膜とを電気的に接続する導電性ペーストを形成する工程とが付加されている事も望ましい。
又、上記した本発明に係る当該太陽電池の製造方法に於いて、当該第１のエッチング処理は、当該レジスト膜の開口部に対応する当該積層体を構成する当該透明導電膜、非晶質シリコン膜および金属電極膜を同時にパターニングするものである事が好ましく、更には、当該第２のエッチング処理は、当該残存するレジスト膜で構成される開口部に対応する非晶質シリコン膜および金属電極膜を同時にパターニングする様にする事も望ましい。
次に、本発明に係る太陽電池及び太陽電池の製造方法に関する第２の具体例について図面を参照しながら詳細に説明する。
即ち、本発明に係る第２の具体例に於ける太陽電池の構成は、図８に示す様に、基板１上に、透明導電膜２、非晶質シリコン膜（アモルファスシリコン膜）３および金属電極４をこの順に積層配置して形成した太陽電池素子Ａ又はＢが複数個、互いに隣接して配置されている太陽電池２０において、当該それぞれの太陽電池素子Ａ、Ｂに於ける当該透明導電膜層２、当該非晶質シリコン膜層３、及び当該金属電極膜層４がこの順に積層配置されている素子構成部の少なくとも一端部に於ける当該透明導電膜２の端部２５が、少なくとも当該非晶質シリコン膜３の当該一端部２６よりも内側に後退した位置に形成されているものである。
更に、本具体例に於ける当該太陽電池２０に於いては、当該保護膜６が、当該太陽電池素子Ａ、Ｂを構成する素子構成部に於ける、当該透明導電膜２の後退した端部２５と当該非晶質シリコン膜３の下端部２７で形成される空間部２８に挿入配置せしめられているものである。
又、本具体例に於ける太陽電池２０に於いては、当該一の太陽電池素子Ａ又はＢに於ける当該保護膜６の端部２９、当該非晶質シリコン膜３と金属電極部４のそれぞれの端部２６、３０とに当接すると同時に、当該一の太陽電池素子Ａ又はＢに隣接する他の太陽電池素子Ｂ又はＡに於ける透明導電膜２にも当接する導電性ペースト５が配置形成されているものである。
更に、本発明に於ける当該太陽電池２０に於いては、図９（Ｂ）に示す様に、当該一の太陽電池素子に於ける当該保護膜６の端部２５、当該非晶質シリコン膜３と金属電極部４のそれぞれの端部２６、３０とに当接すると同時に、当該一の太陽電池素子に隣接する他の太陽電池素子に於ける透明導電膜２に当接する導電性電極部材４’が配置形成されているもので有っても良い。
つまり、本発明に係る太陽電池２０の第２の具体例に於いても、基板上に透明導電膜２とａ−Ｓｉ膜３と金属電極膜４を連続した工程で積層するものである事が特徴である。
つぎに、当該積層体にフォトリソを行って、このレジストを用いてエッチングを行い、基板上の全積層体を共通にパターニングする。
このとき、一番下層の透明導電膜２のエッチングを行う際には他の膜とのエッチングの選択性の取れる条件でエッチングを行う。
つまり、金属電極膜４とａ−Ｓｉ膜３のエッチングレートにたいして、透明導電膜２のエッチングレートが速い条件でエッチングを行う。
これによって、透明導電膜パターンが、図６（Ｃ）に示す様に、他の膜よりも内側にはいるようにする。
さらに、このレジストを剥離した後再びフォトリソを行い、このレジストパターンを用いて、金属電極膜４とａ−Ｓｉ膜３のエッチングを行う。
さらに、この基板１にポジ型のレジスト膜を形成し、基板全面に露光を行い、現像する。このことによって、金属電極膜パターンにたいして、透明導電膜パターンが内側に入っている部分にのみ、レジストが残ることとなり、金属電極膜と透明導電膜とを絶縁することが出来る。
以下、本発明の第２の具体例に付いてより詳細に図面を基に説明する。
図６、図７、図８は、本具体例による太陽電池２０の製造手順を示すものである。
図６（Ａ）にて、基板１上に透明導電膜２、ａ−Ｓｉ膜３、金属電極膜４を順次積層し、その上にフォトリソによりレジスト膜１０を形成する。
ここでは、透明導電膜２としては酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）を、金属電極膜４としてはチタンＴｉを用いる場合を説明する。
まず、ＩＴＯの成膜はスパッタリング法により行う。このときのスパッタリングの条件は、スパッタリング装置内に１００ｓｃｃｍのアルゴンガスと２ｓｃｃｍの酸素ガスを導入し、装置内の圧力を５ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒとして、これに１ＫＷ〜３ＫＷの高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して生成したプラズマによって行う。
つぎに、ａ−Ｓｉ３の成膜はプラズマＣＶＤ法により行う。このときＰ型のａ−Ｓｉ膜３を成膜するには、プラズマＣＶＤ装置内にシランガス５００ｓｃｃｍと０．１ｓｃｃｍ〜１ｓｃｃｍのジボランガスを導入し、装置内の圧力を０．５Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒとし、５０Ｗ〜３００Ｗの高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して生成したプラズマを用いてガスを分解し、温度を２５０℃とした電極上に基板１をおいて行う。
尚、Ｉ型のａ−Ｓｉ膜３を成膜するには、プラズマＣＶＤ装置内にシランガス５００ｓｃｃｍを導入し、装置内の圧力を０．５Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒとし、５０Ｗ〜３００Ｗの高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して生成したプラズマを用いてガスを分解し、温度を２５０℃とした電極上に基板１をおいて行う。
一方、Ｎ型のａ−Ｓｉ膜３を成膜するには、プラズマＣＶＤ装置内にシランガス５００ｓｃｃｍと０．１ｓｃｃｍ〜１ｓｃｃｍのホスフィンガスを導入し、装置内の圧力を０．５Ｔｏｒｒ〜２Ｔｏｒｒとし、５０Ｗ〜３００Ｗの高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して生成したプラズマを用いてガスを分解し、温度を２５０℃とした電極上に基板１をおいて行う。
さらに、チタンＴｉ膜４の成膜は、ターゲット材としてチタンＴｉを用い、スパッタリング装置内に１００ｓｃｃｍのアルゴンガスを導入し、装置内の圧力を５ｍＴｏｒｒ〜３０ｍＴｏｒｒとして、これに１ＫＷ〜３ＫＷの高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して生成したプラズマによって行う。
その後、図６（Ｂ）では上記のレジスト膜１０をマスクパターンとして金属電極膜４とａ−Ｓｉ膜３をエッチングする。さらに、透明導電膜２を積層されたａ−Ｓｉ膜３、金属電極膜４と一緒のパターンでパターニングする。
このとき透明導電膜２のエッチングは金属電極膜４もしくはａ−Ｓｉ膜３に対して、エッチング速度の速い条件で行う。
又、チタンのエッチングはドライエッチング装置内に１００ｓｃｃｍ〜３００ｓｃｃｍのＢＣｌ３ガスと３０ｓｃｃｍ〜１００ｓｃｃｍのＣｌ２ガスを導入し、装置内の圧力を５０ｍＴｏｒｒとして、これに１０００Ｗの高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して生成したプラズマによって行う。
ここで、ａ−Ｓｉ膜３のエッチングは、ドライエッチング装置内に０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍのＳＦ６ガスと０ｓｃｃｍ〜２００ｓｃｃｍのＣｌ２ガスを導入し、全体の圧力を５０ｍＴｏｒｒ〜２００ｍＴｏｒｒとして、これに１００Ｗ〜１０００Ｗの高周波電力（１３．５６ＭＨｚ）を印加して生成したプラズマによって行う。
そして、透明導電膜であるＩＴＯ膜２のエッチングには、酸化鉄と塩酸と水の比が３：５：２となるように混合した溶液を用いて行う。
これによって、ＩＴＯ膜２のエッチングの際にはＩＴＯ膜２のエッチングのみが進行し、図６（Ｂ）に示すように、透明導電膜２がチタンで構成されている当該金属電極部４とａ−Ｓｉ膜３の内側へ入った形状となる。次に、レジスト１０をいったん剥離し、再度この上に、図６（Ｂ）に示すようなパターンを有する所要のレジスト１０を形成する。
さらに、このレジスト１０パターンをマスクとして、上記と同様に金属電極部４とａ−Ｓｉ膜３のエッチングを行い図６（Ｃ）の形状を得た後、レジスト１０を剥離することにより図６（Ｄ）の形状を得る。
図７（Ａ）では、以上のようにして形成された太陽電池素子上に再度レジスト１０を塗布し、上面からフォトリソマスクを用いずに、全面露光を行い現像する。
此処で、レジスト１０にポジ型のレジストを用いた場合、図７（Ｂ）に示すように、ＩＴＯからなる透明導電膜２がａ−Ｓｉ膜で構成される非晶質シリコン膜３のパターンよりも内側には行った部分にのみレジストが残ることとなり、このレジストが保護膜６として太陽電池素子Ａ、Ｂ間の短絡、すなわち同一太陽電池素子内の透明電極膜２と金属電極膜４の短絡及び隣接する太陽電池素子ん１３間の透明導電膜２同志の短絡を防ぐこととなる。
この上に導電ペースト５をスクリーン印刷法により塗布して、素子Ａの金属電極膜４と素子Ｂの透明導電膜２を接続する。
係る工程によって、図８に示す構造を有する太陽電池２０が得られる。
図示の範囲外でも同様の接続を行い、基板１上に形成された複数の太陽電池素子を直列接続して、合成された起電力を生じるものにする。この後、上面に保護膜を塗布するなどして太陽電池が完成する。
つぎに、本発明に係る当該太陽電池２０の第３の具体例に付いてその構造と製造方法を説明する。
まず、上記した第２の具体例と同様の方法により、図６（Ｂ）に示す構造を得る。
さらに、基板１上に金属電極膜４と同種もしくは異種の導電性膜４’をスパッタリング法により形成する。
ここで、再度チタンＴｉを用いる場合には、前述の成膜条件と同様にして行う。その後、この上にレジスト１０によるパターンを形成し、図９（Ａ）の構造を得る。さらに、このレジスト１０パターンをエッチングマスクとして、エッチングを行い、図９（Ｂ）を得る。
これによって、基板１上に形成された複数の太陽電池素子Ａ、Ｂを直列接続して、合成された起電力を生じるものにできる。この後、上面に適宜の保護膜を塗布するなどして太陽電池２０が完成する。
以下に本発明に係る太陽電池の製造方法の第２の具体例の構成に付いて説明する。
つまり、本具体例に於ける当該太陽電池の製造方法は、上記した第１の具体例と基本的には同様であって、基板１上に透明導電膜２、非晶質シリコン膜３および金属電極膜４で構成される太陽電池素子Ａ、Ｂを複数個近接して配置形成せしめた太陽電池２０の製造方法において、透明導電膜２と非晶質シリコン膜３と金属電極膜４をこの順に連続した工程で順次積層した後、リソグラフィー技術を使用して当該積層体にパターニング処理を行うことが共通である。
然しながら、本具体例に於ける太陽電池の製造方法をより詳細に説明するならば、その太陽電池の製造方法は、基板上に透明導電膜、非晶質シリコン膜および金属電極膜で構成される太陽電池素子を複数個近接して配置形成せしめた太陽電池の製造方法において、透明導電膜と非晶質シリコン膜と金属電極膜をこの順に連続した工程で順次積層した後、当該積層体のパターニングのため、当該積層体上に所定の部位に開口部を有する第１のレジスト膜１０を形成し、当該第１のレジスト膜１０をマスクとして当該積層体にエッチング処理を施す事によって、当該積層体の所定の部位に当該基板に達する溝部３１を形成すると同時に、当該透明導電膜２の側部端面２５を当該金属電極部４と非晶質シリコン膜３が形成するそれぞれの側部端面３０、２６よりも内側に後退せしめ、当該透明導電膜２の当該後退した側部端面２５と当該非晶質シリコン膜３の端部下面２７とで形成される空間部２８に第３のレジスト膜１０”を挿入せしめて保護膜６を形成する太陽電池の製造方法である。
本具体例に於ける当該太陽電池の製造方法に於いては、当該第１のレジスト膜を使用した当該エッチング処理に於いては、当該透明導電膜に対するエッチングレートが当該金属電極部及び非晶質シリコン膜に対するエッチングレートよりも大きいエッチング条件を採用する事が望ましい。
更に、本具体例においては、基板上に透明導電膜、非晶質シリコン膜および金属電極膜で構成される太陽電池素子を複数個近接して配置形成せしめた太陽電池の製造方法において、透明導電膜２と非晶質シリコン膜３と金属電極膜４をこの順に連続した工程で順次積層したする工程、基板１上の当該積層体のパターニングのため、当該積層体上に所定の部位に開口部を有する第１のレジスト膜１０を形成する工程、当該第１のレジスト膜１０をマスクとして当該積層体に第１のエッチング処理を施してパターン形成処理を実行するに際し、当該透明導電膜２に対するエッチングレートが当該金属電極部４及び非晶質シリコン膜３に対するエッチングレートよりも大きいエッチング条件を採用してエッチング処理を実行し、当該積層体の所定の部位に当該基板に達する溝部３１を形成すると同時に、当該透明導電膜２の側部端面２５を当該金属電極部４と非晶質シリコン膜３が形成する側部端面３０、２６よりも内側に後退せしめる工程、当該第１のレジスト膜１０を除去した後、第２のレジスト膜１０’を当該積層体表面全面に塗布した後、当該第２のレジスト膜１０’を当該溝部３１の一部と当該金属電極部３の一部が開口される様なパターンを有する様にパターニングする工程、当該第２のレジスト膜１０’をマスクとして、当該金属電極部４と非晶質シリコン膜３とをエッチング処理により除去する工程、当該空間部２８の一部に残存している当該第２のレジスト膜１０’を要すれば、レジスト剥離処理によって除去すると共に、当該第２のレジスト膜１０’を除去した後、第３のレジスト膜１０”を当該積層体表面全面に塗布した後、当該第３のレジスト膜１０”を当該空間部２８に存在する当該第３のレジスト膜１０”を残して除去する工程、とから構成されている太陽電池の製造方法である。
本具体例に於ける当該第３のレジスト膜１０”は、感光性樹脂で構成されている事が望ましい。
又、当該第３のレジスト膜１０”を除去した後、太陽電池素子Ａ、Ｂ内の一方の太陽電池素子Ａに於ける当該金属電極部４と当該太陽電池素子Ａに隣接して配置されている他方の太陽電池素子Ｂに於ける透明導電膜２とを電気的に接続する導電性ペースト５を形成する工程が付加されている事が必要である。
次に、本発明に係る第３の具体例に付いてその製造方法を説明するならば、図７（Ｂ）に於いて、当該第３のレジスト膜１０”を除去した後、当該基板の全面に導電性膜４’を形成した後、第４のレジスト膜１０’”を当該基板全面に塗布形成し、当該一方の太陽電池素子Ｂに於ける当該透明導電膜２の一部と当該金属電極部４’の一部に対応する部分に開口部が形成される様にパターニング処理する工程と当該パターニングされた当該第４のレジスト膜１０’”をマスクとして、当該透明導電膜の一部と当該金属電極部の一部に形成された当該金属電極部４’をエッチングにより除去する工程とが付加されているものである。
更に、係る第３の具体例に於いては、太陽電池素子間若しくは隣接する当該太陽電池素子間に於ける当該透明導電膜同志を絶縁する様に保護膜を形成する工程、及び当該保護膜を介して、隣接する当該太陽電池素子の内の一方の太陽電池素子に於ける金属電極部と他方の太陽電池素子に於ける透明導電膜とを電気的に接続する導電性ペーストを形成する工程とが付加されている事も望ましい。
上記の各具体例では、透明なガラス基板上に形成した太陽電池に本発明を適用した場合を示したが、基板に不透明な絶縁板や絶縁被覆を施した金属板等を用い、積層体の順番を逆にして太陽電池を構成することもでき、もとより本発明はそのようなものにも適用できる。
以上述べたごとく、本発明によれば、基板上に電極や非晶質シリコン膜を積層して、太陽電池を製造する方法において、透明導電膜と非晶質シリコン膜と金属電極膜を連続して成膜し、その後エッチング工程を行い、素子間の絶縁を感光性樹脂を用いて行うことにより、電極膜と非晶質シリコンの間で界面汚染のない太陽電池を製造することが可能となる。
又、従来は透明導電膜２と非晶質シリコン膜３と金属電極膜４を成膜するごとにエッチング工程を行っていたのに対して、本発明では、透明導電膜２と非晶質シリコン膜３と金属電極膜４を連続して成膜し、最後にまとめてエッチング工程を行っている。このため、膜間での表面汚染の心配がなく、高品質の太陽電池を製造することができる。
以上述べたごとく、本発明は、基板上に電極や非晶質シリコン膜を積層して太陽電池を製造する方法において、露光装置の解像度を利用したフォトリソグラフィを行うことにより、従来３度行っていたフォトリソ工程を１度に削減できるとともに、それに用いるマスクも従来３種類必要であったものが１種類で足りる。
また従来３度行っていたエッチングも、実質上、１工程に近い形で行うことができる。このように、本発明によれば太陽電池製造の工程数とマスク数を３分の１に削減して製造コストを大幅に下げることができる。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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