JP2000196116A

JP2000196116A - 集積型薄膜素子およびその製造方法

Info

Publication number: JP2000196116A
Application number: JP10373242A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Matsushita; 孟史松下; Kazushi Yamauchi; 一志山内; Shinichi Mizuno; 真一水野
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1998-12-28
Filing date: 1998-12-28
Publication date: 2000-07-14
Anticipated expiration: 2018-12-28
Also published as: JP4441938B2

Abstract

(57)【要約】【課題】素子の剥離を防止し、オーミック接触の形成
に長時間を要することなく、製造歩留りが向上すると共
に製造コストの低減化を図ることのできる集積型薄膜素
子およびその製造方法を提供する。【解決手段】太陽電池素子１０をプラスチックフィル
ム基板２１に転写したのち、太陽電池素子１０の配列方
向に直交する方向に、レーザビームＬＢをプラスチック
フィルム基板２１側から照射して分離溝３１ａを形成す
る。次に、反射鏡２３が形成されたプラスチックフィル
ム基板２２を、接着層２５によって太陽電池素子１０の
裏面側に接着させる。続いて、分離溝３１ａに対して、
柔軟性を有する透明の絶縁材料、例えばＥＶＡを充填し
て素子分離層３１を形成する。その後、プラスチックフ
ィルム基板２１側からレーザビームＬＢを照射して、陰
極１３および陽極１４に達するスルーホール１５ａを形
成する。続いて、銀ペーストからなるコンタクト電極を
形成し、スルーホール１５ａ介して隣接する太陽電池素
子１０間を電気的に接続させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池などの薄
膜素子を支持基板に集積化してなる集積型薄膜素子およ
びその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、太陽電池が一部実用化されてい
る。この太陽電池が本格的に使用されるためには、省資
源化、低コスト化を図ることが重要であり、また、エネ
ルギー変換（光−電気変換）効率、エネルギー回収年数
の短縮化などを考えた場合、厚膜の太陽電池よりも薄膜
の太陽電池が望ましい。更に、薄膜の太陽電池である
と、ある程度折り曲げることが可能であり、例えば自動
車のボディの曲面部やポータブル電気製品の外部の曲面
部に搭載して発電を行うことができるので、その利用範
囲が広がるという利点を有する。

【０００３】そこで、本出願人と同一出願人は、先に、
薄膜の太陽電池を製造するための好適な方法として、単
結晶シリコン基板上に分離層として多孔質層を形成し、
この多孔質層上に太陽電池となる薄膜単結晶シリコンよ
りなる半導体層を成長させたのち、その半導体層上に接
着剤を用いて薄いプラスチック板を接着し、続いて単結
晶シリコン基板からプラスチック板と共に半導体層を剥
離する方法を提案した（特開平８−２１３６４５号公
報，特開平１０−１３５５００号公報）。

【０００４】ところで、太陽電池を利用する場合には、
数個あるいは数十個以上の太陽電池素子を直列に接続し
て、集積型太陽電池として利用することが多い。ある程
度大面積のシリコン基板を用いて単一の太陽電池素子に
より構成されたものを作製すると、電池の出力電流が１
０Ａ以上に達し、抵抗損失によりエネルギー変換効率が
大きく低下してしまうからである。

【０００５】この集積型太陽電池の製造方法の一例とし
ては、同じく本出願人と同一出願人が特開平１０−１５
０２１１号公報に開示した方法がある。この方法は、シ
リコン基板から半導体層を剥離する前にエッチングによ
り半導体層を分割し、そののち、複数の太陽電池素子を
形成する方法である。また、他の方法としては、上述し
た薄膜太陽電池の製造方法と同様にして、電池の表面側
に正極となる電極が形成されると共に、裏面側に負極と
なる金属（例えばアルミニウム（Ａｌ））電極が形成さ
れた複数の太陽電池素子を作製したのち、これら太陽電
池素子を互いに電気的に接続させて集積型とする方法
（特願平９−２２５０７６号明細書）がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
１０−１５０２１１号公報に開示した方法では、シリコ
ン基板から半導体層を剥離する前にエッチングにより半
導体層を分割するため、エッチングされてシリコンの厚
さが薄くなった部分は、半導体層分割後に太陽電池素子
を形成する過程においてシリコン基板から剥離する確率
が高くなってしまう。すなわち、この方法は、製造の歩
留りが低いという問題があった。

【０００７】また、裏面電極がアルミニウムにより構成
されている場合、３００〜４００℃でシンタリングする
と良好なオーミック接触が可能になるが、上述した他の
方法においては、このような温度でシンタリングすると
プラスチック板が溶けてしまう。そのためシンタリング
１５０℃程度の低温で行わなければならず、良好なオー
ミック接触を確保するには長時間が必要であり、製造コ
ストが高くなるという問題があった。

【０００８】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その目的は、素子の剥離を防止し、オーミック接
触の形成に長時間を要することなく、製造歩留りが向上
すると共に製造コストの低減化を図ることのできる集積
型薄膜素子およびその製造方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明による集積型薄膜
素子は、柔軟性を有する支持基板に対して、半導体層に
形成された複数の薄膜素子を少なくとも一方向に配列し
てなり、複数の薄膜素子のうち隣接する素子間に柔軟性
を有する絶縁材料よりなる少なくとも１つの素子分離層
を備えた構成を有している。

【００１０】本発明による集積型薄膜素子の製造方法
は、柔軟性を有する支持基板上に、複数の薄膜素子を含
む半導体層を形成する工程と、支持基板および半導体層
に同時にエネルギービームを照射して支持基板および半
導体層に分離溝を形成し、半導体層を複数の薄膜素子毎
に分離する工程と、分離溝に柔軟性を有する絶縁材料を
充填することにより素子分離層を形成する工程とを含む
ものである。

【００１１】本発明による他の集積型薄膜素子の製造方
法は、柔軟性を有する支持基板上に、複数の薄膜素子を
含む半導体層を形成する工程と、支持基板および半導体
層をプラズマＣＶＭ（Chemical Vaporization Machinin
g ）法により選択的に除去して支持基板および半導体層
に分離溝を形成し、半導体層を複数の薄膜素子毎に分離
する工程と、分離溝に柔軟性を有する絶縁材料を充填す
ることにより素子分離層を形成する工程とを含むもので
ある。

【００１２】本発明による集積型薄膜素子では、隣接す
る薄膜素子間に柔軟性を有する素子分離層が介在してい
るので、折り曲げた場合に生じる応力が緩和される。こ
のため、複数の薄膜素子が支持基板と共に折り曲げやす
くなる。

【００１３】本発明による集積型薄膜素子の製造方法で
は、支持基板および支持基板に形成された半導体層に同
時にエネルギービームが照射され、分離溝が形成される
と共に、半導体層が複数の薄膜素子に分離される。その
のち、分離溝には柔軟性を有する絶縁材料が充填され、
素子分離層が形成される。

【００１４】本発明による他の集積型薄膜素子の製造方
法では、支持基板および支持基板に形成された半導体層
がプラズマＣＶＭ法により選択的に除去され、分離溝が
形成されると共に、半導体層が複数の薄膜素子に分離さ
れる。そののち、分離溝には柔軟性を有する絶縁材料が
充填され、素子分離層が形成される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照して詳細に説明する。

【００１６】（第１の実施の形態）図１は本発明の第１
の実施の形態に係る集積型太陽電池の構成を表すもので
ある。図２は、図１に示した集積型太陽電池のＡ−Ａ線
に沿った断面構造の一部を簡略化して示したものであ
る。なお、図１においては、図２に示した保護フィルム
３３は省略されている。

【００１７】この集積型太陽電池は、互いに電気的に接
続された複数の太陽電池素子１０が一方向（図１におい
てｘ方向）に配列されることにより構成されている。こ
れら太陽電池素子１０は、例えば透明で柔軟性を有する
薄いプラスチックフィルム基板２１の端面近傍領域を除
いた領域に接着されている。各太陽電池素子１０は、素
子の配列方向に対して直交する方向（図１においてｙ方
向）に沿って形成された素子分離層３１によって隣接す
る素子と電気的に分離されている。本実施の形態では、
この素子分離層３１は柔軟性を有する絶縁材料、例えば
エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）により形成されて
いる。隣接する太陽電池素子１０同士はプラスチックフ
ィルム基板２１の表面に設けられたコンタクト電極１５
により電気的に接続されている。なお、プラスチックフ
ィルム基板２１が本発明の支持基板に対応している。

【００１８】太陽電池素子１０のプラスチックフィルム
基板２１と反対側（以下、裏面側という。）には、図２
に示したように、連続した共通の透明の薄いプラスチッ
クフィルム基板２２が配設されている。このプラスチッ
クフィルム基板２２は、例えば波形状の凹凸面を有して
いる。太陽電池素子１０とプラスチックフィルム基板２
２との間には、プラスチックフィルム基板２２の凹凸面
に沿って、連続した共通の反射鏡２３が形成されてい
る。反射鏡２３は、例えばアルミニウム（Ａｌ）または
銀（Ａｇ）により構成されており、各太陽電池素子１０
を透過してきた光、特に透過しやすい長波長の光を反射
し、太陽電池素子１０への入射光量を増加させるように
なっている。プラスチックフィルム基板２１，２２は、
例えばフッ素樹脂、ポリカーボネートあるいはポリエチ
レンテレフタレートにより構成されている。プラスチッ
クフィルム基板２１と太陽電池素子１０とは接着層２４
により、また、プラスチックフィルム基板２２と太陽電
池素子１０とは接着層２５によりそれぞれ接着されてい
る。これら接着層２４，２５は、エチレンビニルアセテ
ート（ＥＶＡ）、紫外線硬化樹脂あるいはフロロプラス
チック（ＴＨＶ）などによりそれぞれ構成されている。
なお、プラスチックフィルム基板２２が本発明の他の支
持基板に対応している。

【００１９】太陽電池素子１０は、半導体層例えば厚さ
１〜５０μｍ程度の半導体層１１に形成されている。半
導体層１１内には、例えば、ホウ素（Ｂ）などのｐ型不
純物を１×１０¹⁵〜１×１０¹⁸atoms ／ｃｍ³含む厚さ
１〜４９μｍのｐ型層１１ａが形成されている。ｐ型層
１１ａのプラスチックフィルム基板２１の側（以下、表
面側という。）には、例えば、厚さが０．０５〜１μｍ
程度であり、リン（Ｐ）などのｎ型不純物を高濃度（１
×１０¹⁹atoms ／ｃｍ³程度）に含むｎ⁺型層１１ｂが
ｐ型層１１ａに隣接してそれぞれ設けられている。ま
た、ｐ型層１１ａの表面側には、例えば、厚さが０．０
５〜１μｍ程度であり、ホウ素などのｐ型不純物を高濃
度（１×１０¹⁹atoms ／ｃｍ³程度）に含むｐ⁺型層１
１ｃが、ｎ⁺型層１１ｂと離れた領域に形成されてい
る。

【００２０】ｐ型層１１ａの裏面側には、例えば、厚さ
が約１μｍであり、ホウ素などのｐ型不純物を高濃度
（１×１０¹⁹／ｃｍ³程度）に含むｐ⁺型層１１ｄが設
けられている。このｐ⁺型層１１ｄは、光によりｐ型層
１１ａで発生した電子を反射し、ｐ⁺型層１１ｃでの電
子と正孔との再結合を減少させて光電変換効率を高くす
るためのものである。

【００２１】半導体層１１の表面側には反射防止膜１２
が設けられている。反射防止膜１２は、例えば、厚さ６
０ｎｍ程度の酸化チタン（ＴｉＯ₂）によりそれぞれ構
成されており、半導体層１１の表面（特にｎ⁺型層１１
ｂの表面）において光が反射されることを防止するよう
になっている。反射防止膜１２には、ｎ⁺型層１１ｂに
対応して開口がそれぞれ形成されている。ｎ⁺型層１１
ｂにはこの開口を介して例えばアルミニウムやチタンパ
ラジウム銀（ＴｉＰｄＡｇ）よりなる陰極１３がそれぞ
れ電気的に接続されている。また、反射防止膜１２に
は、ｐ⁺型層１１ｃに対応して開口がそれぞれ形成され
ている。ｐ⁺型層１１ｃにはこの開口を介して例えばＡ
ｌやＴｉＰｄＡｇからなる陽極１４がそれぞれ電気的に
接続されている。

【００２２】プラスチックフィルム基板２１および接着
層２４には陰極１３および陽極１４に対応して連通する
スルーホール１５ａがそれぞれ形成されている。プラス
チックフィルム２１上にはコンタクト電極１５が形成さ
れている。このコンタクト電極１５により陰極１３と隣
接する太陽電池素子１０の陽極１４とがスルーホール１
５ａを介して互いに電気的に接続されている。コンタク
ト電極１５は、例えば銀により形成されている。また、
両端に配置された太陽電池素子１０のコンタクト電極１
５には、それぞれ引き出し電極３２が接続され、これら
引き出し電極３２によって複数の太陽電池素子１０から
生じた起電力が取り出されるようになっている。引き出
し電極３２は、例えば銅（Ｃｕ）線により形成されてい
る。

【００２３】プラスチックフィルム基板２１の表面に
は、コンタクト電極１５を保護するための連続した共通
の保護フィルム３３が接着されている。この保護フィル
ム３３は、柔軟性を有する透明のプラスチック材料、例
えばフッ素樹脂あるいはポリカーボネートにより形成さ
れている。

【００２４】この集積型太陽電池では、光が照射される
と、一部の光が保護フィルム３３およびプラスチックフ
ィルム２１を透過して太陽電池素子１０に入り、吸収さ
れる。また、太陽電池素子１０を透過した光の一部は、
反射板２３において反射し、再び太陽電池素子１０に入
り、吸収される。光が吸収されたｎ⁺型層１１ｂおよび
ｐ型層１１ａでは、電子−正孔対が発生する。ｐ⁺型層
１１ｄおよびｐ型層１１ａにおいて発生した電子は電界
に引かれてｎ⁺型層１１ｂに入り、ｎ⁺型層１１ｂにお
いて発生した正孔は電界に引かれてｐ型層１１ａに入
る。これにより、入射光量に比例する電流が発生し、引
き出し電極３２から取り出される。

【００２５】本実施の形態に係る集積型太陽電池は、複
数の素子が柔軟性を有する薄いプラスチックフィルム基
板２１に接着されると共に、素子間を絶縁分離するため
の素子分離層３１が柔軟性を有する材料により形成され
ているため、プラスチックフィルム基板２１と共に容易
に折り曲げることができる。従って、例えばカーポート
の曲面部など種々の箇所に容易に設置可能であり、従来
に比して用途を拡大することが可能になる。

【００２６】次に、図３ないし図６および先の図１，図
２を参照して、この集積型太陽電池の製造方法について
説明する。

【００２７】まず、図３（Ａ）に示したように、複数の
太陽電池素子１０を形成するためのシリコン基板４１を
用意する。シリコン基板４１としては、例えば、ホウ素
などのｐ型不純物を添加した０．０１〜０．０２Ω・ｃ
ｍ程度の比抵抗を有する単結晶シリコンを用いる。次い
で、図３（Ｂ）に示したように、シリコン基板４１の表
面に、例えば陽極化成法により多孔質シリコン層４２を
形成する。

【００２８】なお、この陽極化成法は、シリコン基板４
１を陽極としてフッ化水素酸溶液中で通電を行う方法で
あり、例えば伊東等による「表面技術Vol.46.No.5.p8〜
13,1995 [多孔質シリコンの陽極化成] 」に示された２
重セル法により行うことができる。この方法では、２つ
の電解溶液槽の間に多孔質シリコン層３３を形成すべき
シリコン基板４１を配置し、両方の電解溶液槽には直流
電源と接続された白金電極を設置する。そして、両電解
溶液槽に電解溶液を入れ、シリコン基板４１を陽極、白
金電極を陰極として直流電圧を印加する。これによりシ
リコン基板４１の一方の面が浸食されて多孔質化する。

【００２９】ここでは、例えば、電解溶液（陽極化成溶
液）として例えばＨＦ（フッ化水素） :Ｃ₂Ｈ₅ＯＨ
（エタノール）＝１：１の電解溶液を用い、例えば０．
５〜３ｍＡ／ｃｍ²程度の電流密度で８分間、第１段階
の陽極化成を行うことにより多孔率が小さな第１の多孔
質層を形成する。続いて、例えば３〜２０ｍＡ／ｃｍ²
の電流密度で８分間、第２段階の陽極化成を行うことに
より多孔率が中程度の第２の多孔質層を形成する。更
に、例えば４０〜３００ｍＡ／ｃｍ²の電流密度で数秒
間、第３段階の陽極化成を行うことにより多孔率が大き
な第３の多孔質層を形成する。ちなみに、この第３の多
孔質層は、後述する分離層４２ａ（図３（Ｃ））の元と
なるものである。これにより、合わせて約８μｍの厚さ
を有する多孔質シリコン層４２が形成される。

【００３０】なお、シリコン基板４１としては、陽極化
成法によりその上に多孔質シリコン層４２を形成する観
点からは、ｐ型の単結晶シリコン基板を用いることが望
ましいが、条件設定によってはｎ型の単結晶シリコン基
板を用いるようにしてもよい。

【００３１】続いて、多孔質シリコン層４２の上に太陽
電池素子１０を形成する。すなわち、まず、例えば１１
００℃の温度で３０分間水素アニールを行い、多孔質シ
リコン層４２の表面に存在する穴を塞ぐ。そののち、図
３（Ｃ）に示したように、例えば、多孔質シリコン層４
２上に、ＳｉＨ₄またはＳｉＣｌ₄等のガスを用いてｐ
⁺型層１１ｄとｐ型層１１ａとからなる半導体層１１を
エピタキシャル成長させる。エピタキシャル成長させる
際の成長温度は、ＳｉＨ₄を用いた場合には例えば１０
７０℃とし、ＳｉＣｌ₄を用いた場合には例えば１１４
０℃とする。

【００３２】このように水素アニールとエピタキシャル
成長とを行っている間に、多孔質シリコン層４２中のシ
リコン原子が移動し再配列される結果、多孔質シリコン
層４２中の多孔率が大きかった部分が更に大きく変化
し、引っ張り強度が最も弱い層すなわち分離層４２ａが
形成される。但し、この分離層４２ａは、多孔質シリコ
ン層４２の上に太陽電池素子１０を形成している間にお
いて、ｐ⁺型層１１ｄおよびｐ型層１１ａが部分的にあ
るいは全面的に渡ってシリコン基板４１から剥がれない
程度の引っ張り強度は十分有している。

【００３３】次いで、図３（Ｄ）に示したように、太陽
電池素子１０の形成領域に対応させて、例えばイオン注
入によりｐ型層１１ａにリンなどのｎ型不純物を高濃度
に導入し、厚さ０．０２〜１μｍ程度のｎ⁺型層１１ｂ
を形成する。また、例えばイオン注入により、ｐ型層１
１ａにホウ素などのｐ型不純物を高濃度に導入し、厚さ
０．０２〜１μｍ程度のｐ⁺型層１１ｃを形成する。ｎ
⁺型層１１ｂおよびｐ⁺型層１１ｃをそれぞれ形成した
のち、半導体層１１上に例えばスパッタ法により酸化チ
タンよりなる反射防止膜１２を形成する。

【００３４】続いて、反射防止膜１２のｎ⁺型層１１ｂ
およびｐ⁺型層１１ｃそれぞれに対応する領域を選択的
に除去して開口を形成する。そののち、反射防止膜１２
に形成された開口に、例えばスパッタ法によりＡｌより
なる陰極１３および陽極１４をそれぞれ形成する。陰極
１３および陽極１４としては、後述するＡｇのコンタク
ト電極とのオーミック接触の容易さを考慮してＴｉＰｄ
Ａｇとしてもよい。

【００３５】このようにして太陽電池素子１０を形成し
たのち、図４（Ａ）に示したように、シリコン基板４１
よりも面積の広い、例えばフッ素樹脂、ポリカーボネー
トあるいはポリエチレンテレフタレートよりなるプラス
チックフィルム基板２１を用意し、このプラスチックフ
ィルム基板２１を太陽電池素子１０の表面側に接着層２
４を介して接着させる。

【００３６】太陽電池素子１０にプラスチックフィルム
基板２１を接着したのち、図４（Ｂ）に示したように、
太陽電池素子１０をプラスチックフィルム基板２１と共
に分離層４２ａにおいてシリコン基板４１から剥離し、
太陽電池素子１０をプラスチックフィルム基板２１に転
写する。剥離の際には、例えば、プラスチックフィルム
基板２１とシリコン基板４１との間に引っ張り応力を加
える方法、水あるいはエタノールなどの溶液中にシリコ
ン基板４１を浸し、超音波を照射して分離層４２ａの強
度を弱めて剥離する方法、遠心分離を加えて分離層４２
ａの強度を弱めて剥離する方法、または上記３つの方法
のうちの複数を併用する。

【００３７】なお、太陽電池素子１０を剥離した後のシ
リコン基板４１については、表面に残存している多孔質
シリコン層４２を通常の研磨方法、電解研磨あるいはシ
リコンエッチングにより除去すれば、次回の太陽電池素
子の作製工程において再利用することが可能になる。

【００３８】太陽電池素子１０をプラスチックフィルム
基板２１に転写したのち、図５（Ａ）に示したように、
太陽電池素子１０の配列方向に直交するように、炭酸ガ
スレーザ、ＹＡＧ（Yttrium Aluminium Garnet）レーザ
あるいはエキシマレーザなどのレーザビームＬＢをプラ
スチックフィルム２１側から照射することにより、分離
溝３１ａを形成する。本実施の形態では、シリコン基板
４１の表面から裏面まで貫通するようにレーザビームＬ
Ｂを照射する。これにより、半導体層１１が分割され、
太陽電池素子１０が個々に分離される。例えば、プラス
チックフィルム基板２１および接着層２４がそれぞれ５
０μｍのフッ素樹脂および３５０μｍのＥＶＡ樹脂、あ
るいはそれぞれ３００μｍのポリカーボネートおよび紫
外線硬化樹脂により構成されている場合には、炭酸ガス
レーザビームを、例えば１８Ｊ／ｃｍ²の出力で６０パ
ルス照射することにより、完全に太陽電池素子１０を分
離することができる。

【００３９】なお本実施の形態では、プラスチックフィ
ルム基板２１の面積が半導体層１１の面積よりも大き
く、プラスチックフィルム基板２１の端面近傍領域には
シリコン基板４１が接着されていない。従って、レーザ
ビームＬＢを照射して分離溝３１ａを形成する際に、プ
ラスチックフィルム基板２１の端面近傍領域を除くこと
により、半導体層１１を素子毎に完全に分離したとして
も、太陽電池素子１０がプラスチックフィルム基板２１
から離脱するおそれはない。

【００４０】続いて、半導体層１１の裏面に残存してい
る多孔質シリコン層４２をエッチングにより除去する。
ここで、分離溝３１ａを形成した際に、半導体層１１の
分離面（すなわち、分離溝３１ａの内壁面）が破壊され
てダメージ層Ｄが形成された場合には、フッ酸、硝酸あ
るいは酢酸などのエッチング液を用いてダメージ層Ｄを
除去する。その際、多孔質シリコン層４２とダメージ層
Ｄを同時にエッチングして除去すると、製造プロセスが
簡略化され、製造コストが低減される。このダメージ層
Ｄは、本発明の損傷部分に対応している。

【００４１】太陽電池素子１０を個々に分離したのち、
図５（Ｂ）に示したように、例えば波形状の凹凸部を有
し、この凹凸面に例えば蒸着法によりアルミニウムまた
は銀等よりなる反射鏡２３が形成されたプラスチックフ
ィルム基板２２を、接着層２５によって太陽電池素子１
０の裏面側（図において、下側）に接着させる。続い
て、太陽電池素子１０間の分離溝３１ａに対して、柔軟
性を有する透明の絶縁材料、例えばＥＶＡを充填して素
子分離層３１を形成する。

【００４２】素子分離層３１を形成したのち、プラスチ
ックフィルム基板２１側からレーザビームＬＢ、例えば
炭酸ガスレーザビームを照射して、陰極１３および陽極
１４に達するスルーホール１５ａを形成する。プラスチ
ックフィルム基板２１および接着層２４がそれぞれ５０
μｍのフッ素樹脂および３５０μｍのＥＶＡ樹脂により
構成されている場合には、炭酸ガスレーザビームを例え
ば１８Ｊ／ｃｍ²の出力で６０パルス照射することによ
り、対応する領域のプラスチックフィルム２１および接
着層２４を除去することができる。また、プラスチック
フィルム２１および接着層２４がそれぞれ３００μｍの
ポリカーボネートおよび紫外線硬化樹脂により構成され
ている場合には、炭酸ガスレーザビームを例えば１８Ｊ
／ｃｍ²の出力で７パルス照射することにより、対応す
る領域のプラスチックフィルム２１および接着層２４を
除去することができる。

【００４３】なお、スルーホール１５ａを形成した後
に、プラスチックフィルム基板２１や接着層２４を構成
している樹脂が残存している場合には、スルーホール１
５ａの内壁面を、例えばプラズマエッチングあるいはＲ
ＩＥ（Reactive Ion Etching）することにより、陰極１
３および陽極１４を完全に露出させる。この残存樹脂
は、コロナ放電によって取り除くことも可能である。

【００４４】スルーホール１５ａを形成したのち、図６
に示したように、互いに隣接する素子間が直列に接続さ
れるように、例えば印刷法により銀ペーストからなるコ
ンタクト電極１５を形成する。更に、コンタクト電極１
５と陰極１３および陽極１４との接触部分にレーザビー
ムＬＢを照射して、陰極１３および陽極１４とコンタク
ト電極１５との間に良好なオーミック接触を得る（レー
ザボンディング）。炭酸ガスレーザを使用する場合に
は、例えば１８Ｊ／ｃｍ²の出力で７パルス照射する。
これにより、陽極１４と隣接する太陽電池素子１０の陰
極１３とが電気的に接続される。なお、陰極１３および
陽極１４をＴｉＰｄＡｇにより形成した場合には、既に
述べたように銀ペーストなどよりなるコンタクト電極１
５との間にオーミック接触が得られやすいので、レーザ
ビームＬＢを照射せず、１５０℃程度の熱処理を行うこ
とによりオーミック接触を得ることもできる。

【００４５】太陽電池素子１０間を接続させたのち、配
列方向の一方の端部の太陽電池素子１０の陰極１３、お
よび他方の端部の太陽電池素子１０の陽極１４にそれぞ
れコンタクト電極１５を介して電気的に接続されるよう
に、引き出し電極（出力端子）３２を形成する。最後
に、コンタクト電極１５およびプラスチックフィルム基
板２１の露出面を覆うように例えば透明プラスチックフ
ィルムよりなる保護フィルム３３を接着して、図２に示
した集積型太陽電池が完成する。

【００４６】なお、保護フィルム３３、素子分離層３
１、接着層２５およびプラスチックフィルム基板２２を
全て透明あるいは半透明の材料を用いて形成すると、シ
ースルー型の集積型太陽電池を作製することができる。
この場合には、半導体層１１のの５％〜９０％、好まし
くは３０〜７０％、より好ましくは３０〜４０％に相当
する領域に分離溝３１ａを形成するようにする。

【００４７】このように本実施の形態では、プラスチッ
クフィルム基板２１に接着された半導体層１１に対し
て、レーザビームＬＢを照射することにより、太陽電池
素子１０を個々に分離すると共に、コンタクト電極形成
用のスルーホール１５ａを形成するようにしている。従
って、これらのプロセスをエッチングなどにより行う場
合とは異なり、マスクが不要であると共に短時間で処理
することができる。また、陰極１３および陽極１４とコ
ンタクト電極１５との接続部分にレーザビームを照射す
ることによりオーミック接触を得るようにしたので、極
めて短時間で良好なオーミック接触を得ることができ、
製造歩留りが向上し、製造コストの低減化を図ることが
できる。

【００４８】更に、複数の太陽電池素子１０を形成した
後に、シリコン基板４１から剥離し、これら太陽電池素
子１０を分離するようにしたので、太陽電池素子形成時
に、半導体層１１がシリコン基板４１から剥離するおそ
れがない。

【００４９】加えて、本実施の形態では、複数の素子分
離層３１を柔軟性のある材料により形成するようにした
ので、素子の配列方向に沿って太陽電池を折り曲げた場
合に生じる応力が緩和され、曲げの曲率半径を小さくす
ることができる。そのため太陽電池の用途が拡大され
る。

【００５０】（第２の実施の形態）図７は本発明の第２
の実施の形態に係る集積型太陽電池の平面構成を表すも
のである。この集積型太陽電池では、素子分離層３１の
他に、素子分離層３１と交差、好ましくは直交する他の
素子分離層３１´が設けられ、それに伴って太陽電池素
子１０が２方向（ｘ−ｙ方向）に配列された構成を有し
ている。その他は、第１の実施の形態と同一の構成、作
用および効果を有している。よって、同一の構成要素に
は同一の符号を付し、ここではその詳細な説明を省略す
る。

【００５１】素子分離層３１´は、例えば素子分離層３
１と同一の柔軟性を有する絶縁材料により構成されてい
る。すなわち、この集積型太陽電池は、柔軟性のブロッ
クフィルム基板２１，２２と共に、ｘ−ｙの２方向のい
ずれにも容易に折り曲げることができるようになってい
る。

【００５２】ここで、本実施の形態では、第１の実施の
形態と同様の方法によって、分離溝３１ａおよび素子分
離層３１´を形成するための分離溝３１ａ´を格子状に
形成すると、内側の太陽電池素子１０がプラスチックフ
ィルム基板２１から分離され、脱落してしまうという不
都合が生じる。そのため、本実施の形態では、シリコン
基板４１を剥離したのち、分離溝３１ａ，３１ａ´を形
成する前に、予め反射鏡２３付きのプラスチックフィル
ム基板２２を半導体層１１の裏面に接着させる必要があ
る。なお、プラスチックフィルム基板２２を接着させた
場合には、レーザビームの出力を調整して、ビームがプ
ラスチックフィルム基板２２を完全に貫通しないように
し、分離溝３１ａ，３１ａ´の形成を厚さ方向の途中で
終了させる必要がある。但し、このレーザビームの出力
の調整は手間がかかるため、ｘ−ｙ方向のいずれか一方
であれば、分離溝がプラスチックフィルム基板２２を完
全に貫通するようにしてもよい。これにより太陽電池素
子１０が脱落することなく、しかも分離溝形成の作業性
が向上する。

【００５３】このように本実施の形態によれば、２方向
に互いに交差する素子分離層３１，３１´を備えるよう
にしたので、太陽電池を２方向に容易に折り曲げること
ができ、第１の実施の形態よりもフレキシブル度が増
す。従って、太陽電池の用途をより一層拡大させること
ができる。

【００５４】以上、実施の形態を挙げて本発明を説明し
たが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではな
く、種々変形可能である。例えば、上記実施の形態で
は、レーザビームＬＢを照射して分離溝３１ａを形成す
る場合について説明したが、プラスチックフィルム基板
２１、接着層２４および半導体層１１をプラズマＣＶＭ
（Chemical Vaporization Machining ）法により選択的
に除去して分離溝３１ａを形成するようにしても、短時
間で分離溝３１ａを形成することができる。なお、この
プラズマＣＶＭ法は、ハロゲン等の化学的活性度の大き
な原子を高圧力雰囲気中（１atm ）で空間的に局在した
高周波（例えば150MHz) プラズマ内で励起し、高密度の
中性ラジカルを生成することにより、被加工物（ここで
は太陽電池素子）と反応させ、揮発性物質に変えること
によって除去を行う加工法であり、加工雰囲気を高圧力
とすることにより、高速加工を実現することができる。
この方法においても、太陽電池素子形成時に半導体層１
１がシリコン基板４１から剥離するおそれがない。

【００５５】また、上記各実施の形態では、図３
（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の工程において、単結晶シリコ
ン基板上に半導体層１１を成長させるようにしたが、非
晶質シリコンや多結晶シリコンよりなる基板上に半導体
層を成長させてもよい。

【００５６】更に、上記実施の形態では、上記各実施の
形態では、太陽電池素子１０の裏面側に、反射鏡２３と
共に透明のプラスチックフィルム基板２２を備えた集積
型太陽電池について説明したが、裏面側にアルミニウム
や銀などの金属薄膜を接着させる構成とするようにして
もよい。但し、金属薄膜を接着する際に、各太陽電池素
子１０間を短絡させないように、絶縁性材料よりなる接
着剤を使用する必要がある。

【００５７】また、上記実施の形態では、プラスチック
フィルム基板２２の凹凸面（すなわち、反射面）を波形
形状として説明したが、反射面を、凹凸が不揃いなラン
ダムな形状とすることにより、透過光を太陽電池素子に
向けて乱反射させるようにしてもよい。

【００５８】更に、上記実施の形態では、薄膜素子とし
て太陽電池素子１０を例にして説明したが、本発明は、
その他の受光素子あるいは発光素子、液晶表示素子、集
積回路素子など他の薄膜素子を備える場合についても広
く適用される。

【００５９】

【発明の効果】以上説明したように請求項１ないし請求
項１１のいずれか１項に記載の集積型薄膜素子によれ
ば、複数の薄膜素子のうち隣接する素子間に柔軟性を有
する絶縁材料よりなる素子分離層を設けるようにしたの
で、折り曲げた場合に生じる応力が緩和される。よっ
て、複数の薄膜素子が柔軟性を有する支持基板と共に折
り曲げやすくなり、任意の箇所へ任意の形状で設置する
ことが可能になる。

【００６０】特に、請求項９記載の集積型薄膜素子によ
れば、柔軟性を有する素子分離層を互いに交差する２方
向に沿って設けるようにしたので、２方向にフレキシブ
ルで、より利便性および応用性に優れたものとなる。

【００６１】また、請求項１２ないし請求項２９のいず
れか１項に記載の集積型薄膜素子の製造方法によれば、
エネルギービームを照射し、半導体層に分離溝を形成す
ることにより、半導体層を複数の薄膜素子に分離するよ
うにしたので、エッチングなどにより分離層を形成する
場合とは異なり、マスクが不要であると共に短時間で分
離溝を形成することができる。よって、製造歩留りが向
上すると共に製造コストの低減化を実現することができ
る。

【００６２】特に、請求項２５または２６記載の集積型
薄膜素子の製造方法によれば、複数の薄膜素子を含む半
導体層を支持基板に転写したのち、半導体層を複数の薄
膜素子に分離するようにしたので、半導体基板に薄膜素
子を形成する際に半導体層が半導体基板から剥離するお
それがなくなり、これにより製造の歩留りが向上する。

【００６３】また、請求項１５ないし１７のいずれか１
項に記載の集積型薄膜素子の製造方法によれば、分離溝
の形成に加えて、配線形成用の開口もエネルギービーム
を照射して形成するようにしたので、更に製造コストの
低減化を実現することができる。

【００６４】更に、請求項１６記載の集積型薄膜素子の
製造方法によれば、エネルギービームを照射することに
より電極と配線とをオーミック接触させるようにしたの
で、良好なオーミック接触を短時間で得ることができ
る。これによっても、製造の歩留りおよび生産効率が向
上するという効果を奏する。

【００６５】加えて、請求項３０記載の集積型薄膜素子
の製造方法によれば、支持基板および半導体層をプラズ
マＣＶＭ法により選択的に除去して半導体層に分離溝を
形成することにより、半導体層を複数の薄膜素子に分離
するようにしたので、短時間で分離溝を形成することが
できる。よって、製造歩留りが向上すると共に製造コス
トの低減化を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係る集積型太陽電
池の全体構成を説明するための平面図である。

【図２】図１に示した集積型太陽電池の内部構造を説明
するための断面図である。

【図３】図２に示した集積型太陽電池の製造工程を表す
断面図である。

【図４】図３に続く製造工程を表す断面図である。

【図５】図４に続く製造工程を表す断面図である。

【図６】図５に続く製造工程を表す断面図である。

【図７】本発明の第２の実施の形態に係る集積型太陽電
池の構成を説明するための平面図である。

【符号の説明】

１０…太陽電池素子、１１…半導体層、１１ａ…ｐ型
層、１１ｂ…ｎ⁺型層、１１ｃ，１１ｄ…ｐ⁺型層、１
２…反射防止膜、１３…陰極、１４…陽極、１５…コン
タクト電極、１５ａ…スルーホール、２１…プラスチッ
クフィルム基板（支持基板）、２２…プラスチックフィ
ルム基板（他の支持基板）、２３…反射鏡、２４，２５
…接着層、３１…素子分離層、３１ａ…分離溝、３２…
引き出し電極、３３…保護フィルム、４１…シリコン基
板、４２…多孔質シリコン層、４２ａ…分離層

フロントページの続き (72)発明者水野真一東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 BA15 BA17 DA01 EA02 FA14 GA04 GA05 GA06 GA14 GA20 HA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】柔軟性を有する支持基板に対して、半導
体層に形成された複数の薄膜素子を少なくとも一方向に
配列してなる集積型薄膜素子において、前記複数の薄膜素子のうち隣接する素子間に柔軟性を有
する絶縁材料よりなる少なくとも１つの素子分離層を有
することを特徴とする集積型薄膜素子。
【請求項２】前記薄膜素子は、前記半導体層の表面に
一対の電極を有する太陽電池素子であることを特徴とす
る請求項１記載の集積型薄膜素子。
【請求項３】前記支持基板に、前記太陽電池素子の電
極に達する配線形成用の開口が形成されると共に、前記
素子分離層上に、前記開口を通して隣接する２つの太陽
電池の電極間を電気的に接続するためのコンタクト電極
を備えたことを特徴とする請求項２記載の集積型薄膜素
子。
【請求項４】前記半導体層は、前記支持基板の端面近
傍領域を除いた内部領域に形成され、かつ、前記分離溝
は前記支持基板の内部領域のみにおいて前記半導体層を
貫通して形成されていることを特徴とする請求項１記載
の集積型薄膜素子。
【請求項５】前記分離溝は、前記薄膜素子の配列方向
に対して直交する方向に沿って形成されていることを特
徴とする請求項１記載の集積型薄膜素子。
【請求項６】更に、前記半導体層の前記支持基板と反
対側に柔軟性を有する他の支持基板が接着されているこ
とを特徴とする請求項１記載の集積型薄膜素子。
【請求項７】前記他の支持基板の前記半導体層側の面
に反射鏡が配設されていることを特徴とする請求項６記
載の集積型薄膜素子。
【請求項８】前記反射鏡は、波形形状またはランダム
な形状の凹凸面を有することを特徴とする請求項７記載
の集積型薄膜素子。
【請求項９】前記薄膜素子が互いに交差する２つの方
向に配列されると共に、前記分離溝が２つの方向それぞ
れに沿って形成されていることを特徴とする請求項１記
載の集積型薄膜素子。
【請求項１０】前記素子分離層が、透明または半透明
材料により形成されていることを特徴とする請求項１記
載の集積型薄膜素子。
【請求項１１】前記半導体層のうちの５％以上９０％
以下の範囲に相当する領域に素子分離層が形成されてい
ることを特徴とする請求項１０記載の集積型薄膜素子。
【請求項１２】柔軟性を有する支持基板上に、複数の
薄膜素子を含む半導体層を形成する工程と、前記支持基板および前記半導体層に同時にエネルギービ
ームを照射して前記支持基板および前記半導体層に分離
溝を形成し、前記半導体層を複数の薄膜素子毎に分離す
る工程と、前記分離溝に柔軟性を有する絶縁材料を充填することに
より素子分離層を形成する工程とを含むことを特徴とす
る集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項１３】前記エネルギービームとして、レーザ
ビームを用いることを特徴とする請求項１２記載の集積
型薄膜素子の製造方法。
【請求項１４】前記薄膜素子として、一対の電極を有
する太陽電池素子を形成することを特徴とする請求項１
３記載の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項１５】更に、前記支持基板側からエネルギー
ビームを照射して、前記支持基板に、前記太陽電池素子
の電極に達する配線形成用の開口を形成する工程を含む
ことを特徴とする請求項１４記載の集積型薄膜素子の製
造方法。
【請求項１６】前記配線形成用の開口を利用して、前
記電極を構成する材料とは異なる他の導電性材料により
配線層を形成した後、エネルギービームを照射すること
により電極と配線とをオーミック接触させることを特徴
とする請求項１５記載の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項１７】前記開口の内壁面をエッチングして前
記太陽電池素子の電極の表面を露出させた後、配線を形
成することを特徴とする請求項１６記載の集積型薄膜素
子の製造方法。
【請求項１８】前記半導体層を、前記支持基板の端面
近傍領域を除いた内部領域に形成し、かつ、前記エネル
ギービームを前記支持基板の内部領域のみに照射し前記
半導体層を貫通させて分離溝を形成することを特徴とす
る請求項１２記載の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項１９】前記分離溝を、前記薄膜素子の配列方
向に対して直交する方向に沿って形成することを特徴と
する請求項１２記載の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項２０】更に、前記半導体層の前記支持基板と
反対側に柔軟性を有する他の支持基板を接着させる工程
を含むことを特徴とする請求項１２記載の集積型薄膜素
子の製造方法。
【請求項２１】前記他の支持基板の前記半導体層側の
面に反射鏡を配設することを特徴とする請求項２０記載
の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項２２】前記反射鏡は、波形形状またはランダ
ムな形状の凹凸面を有することを特徴とする請求項２１
記載の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項２３】前記薄膜素子を互いに交差する２つの
方向に配列すると共に、前記半導体層に前記他の支持基
板を接着させた後、エネルギービームを照射して、前記
分離溝を２つの方向それぞれに沿って形成することを特
徴とする請求項１２記載の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項２４】前記分離溝に、透明または半透明材料
を充填して素子分離層う形成することを特徴とする請求
項１２記載の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項２５】更に、前記半導体層を、前記支持基板
とは異なる他の半導体基板に形成した後、前記半導体基
板から前記支持基板に転写する工程を含むことを特徴と
する請求項１２記載の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項２６】前記半導体基板に多孔質層を介して前
記半導体層を形成すると共に、前記多孔質層を剥離手段
として利用することにより、前記半導体層を前記半導体
基板から前記支持基板に転写することを特徴とする請求
項２５記載の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項２７】前記エネルギービームを照射して前記
支持基板および半導体層に前記分離溝を形成した後、前
記分離溝の内壁面をエッチングして損傷部分を除去する
ことを特徴とする請求項１２記載の集積型薄膜素子の製
造方法。
【請求項２８】前記エネルギービームを照射して前記
分離溝を形成した後、剥離後に前記半導体層側に残存し
た多孔質層と同時に前記分離溝の内壁面をエッチングし
て損傷部分を除去することを特徴とする請求項２６記載
の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項２９】前記半導体基板として単結晶シリコン
よりなる基板を用いると共に前記半導体基板上に単結晶
シリコンを成長させて前記半導体層を形成することを特
徴とする請求項２５記載の集積型薄膜素子の製造方法。
【請求項３０】柔軟性を有する支持基板上に、複数の
薄膜素子を含む半導体層を形成する工程と、前記支持基板および前記半導体層をプラズマＣＶＭ法に
より選択的に除去して前記支持基板および前記半導体層
に分離溝を形成し、前記半導体層を複数の薄膜素子毎に
分離する工程と、前記分離溝に柔軟性を有する絶縁材料を充填することに
より素子分離層を形成する工程とを含むことを特徴とす
る集積型薄膜素子の製造方法。