JP2002141532A

JP2002141532A - 集積型光起電力素子の製造方法

Info

Publication number: JP2002141532A
Application number: JP2000335386A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Murakami; 勉村上; Koichi Shimizu; 孝一清水; Toshihito Yoshino; 豪人吉野; Yoshifumi Takeyama; 祥史竹山; Koji Tsuzuki; 幸司都築
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】スクライブラインにおけるショートを防止す
ることにより歩留まりが良好で、かつ長期使用時におけ
る信頼性の高い集積型光起電力素子の製造方法を提供す
る。【解決手段】少なくとも下部電極層１０３と、半導体
層１０５と、上部電極層１０７とからなる光起電力素子
を同一基板上に複数配列してなる集積型光起電力素子の
製造方法において、電極層または半導体層の表面に絶縁
膜１０８を形成する工程と、絶縁膜１０８側から少なく
とも電極層または半導体層をスクライブする工程とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、太陽電池や薄膜ト
ランジスター等に使用される機能性光起電力素子の製造
方法に係り、特に整流機能を有する集積型光起電力素子
の製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、光起電力素子の出力電圧を
高めるために、同一の基板上に形成された光起電力素子
を複数に分割し、直列接続することによって集積化する
集積型光起電力素子が知られている。その方法として、
レーザーを用いて透明導電層や光電変換層を分割する技
術、即ちレーザースクライブの技術が検討され、数多く
提案されている。

【０００３】例えば特開平５−２５１７３号公報には、
基板側薄膜電極と、該薄膜電極上に形成されたｐｉｎ接
合からなる非晶質半導体と、該非晶質半導体層上に形成
された裏面薄膜電極とからなる複数の光電変換体がガラ
ス基板上に配設され、該光電変換体の一部が直列接続さ
れてなる集積型太陽電池モジュールの製造工程におい
て、前記非晶質半導体層の一部を除去する手段としてＹ
ＡＧレーザーを用いる技術が開示されている。

【０００４】また、特開平７−３０７４８２号公報に
は、同一基板上に分離形成された基板側電極上に、第１
導電型半導体層、ｉ型半導体層および上記第１導電型半
導体層とは反対の導電型の第２導電型半導体層を積層し
た積層半導体層を１層以上形成し、かつ上記積層半導体
層を半導体層分割分離溝により分割し、分割された上記
半導体層上に背面電極を形成し、隣接する上記積層半導
体層の基板側電極と背面側電極とを接続した集積型太陽
電池の製造工程において、レーザースクライブ法により
前記分割分離溝の形成を行う技術が開示されている。

【０００５】さらに、特開平９−８３３７号公報には、
基板上に複数の領域に分割して設けられた第１電極層上
に、２つの第１電極層にわたって、一方の第１電極層上
に開口した接続用開口部を設けた複数の半導体層が設け
られ、半導体層上の接続用開口部を除く領域には導電体
層が設けられているとともに、この導電体層上に接続用
開口部を介して一方の第１電極層と電気的に接続した状
態で第２電極層が設けられることにより、第２電極層と
他方の第１電極層とによって挟まれる領域からなる単位
素子が複数直列に接続された集積化薄膜太陽電池の製造
工程において、レーザースクライブ法により電極層を溶
断する技術が開示されている。

【０００６】そして、特開平９−３６３９７号公報に
は、アモルファスシリコン層の両面に第１電極と第２電
極とが積層されており、第２電極は絶縁基板に密着して
積層されているとともに、隣り合う発電セルの第２電極
は絶縁溝で絶縁されており、隣り合う発電セルの第１電
極と第２電極はレーザー接続部で連結されており、この
レーザー接続部に隣接して設けられているレーザー切断
部が隣り合う発電セルの第１電極を切断してなる集積型
太陽電池の製造工程において、レーザースクライブ法に
より電極を切断し、レーザーウエルディング法により電
極を接続する技術が開示されている。

【０００７】また、特開平９−１２９９０３号公報及び
特開平９−１２９９０６号公報には、基板上に第１電極
層、第１スタックセル、第２スタックセル及び第２電極
層からなる単位素子が複数個形成され、これらの複数の
単位素子が直列接続される集積化薄膜タンデム太陽電池
の製造工程において、レーザースクライブ法により電極
及び／またはセルを溶断して分割する技術が開示されて
いる。

【０００８】次に、集積化光起電力素子（薄膜太陽電
池）の代表的な構成を説明する。図１１は、従来の光起
電力素子の断面構造を示す模式図であり、従来より一般
的に採用されている集積型薄膜太陽電池の構造である。

【０００９】図１１において、１０１は透光性の絶縁性
基板、１０３は下部電極層、１０５は半導体層、１０７
は上部電極層、１０９は上部電極層を分割する上部電極
分割溝、１０４は下部電極層１０３と半導体層１０５と
を分割する分割溝（半導体層の分割は必須ではない）を
示している。

【００１０】上部電極層１０７とアモルファスシリコン
等よりなる半導体層１０５と下部電極層１０３を順次積
層し、半導体層１０５に設けられた接続部を介して、互
いに隣接する単位素子間が直列に接続されている。上部
電極層１０７としては、光を透過することが必要である
ことから通常酸化錫（ＳｎＯ₂）、酸化亜鉛（Ｚｎ
Ｏ）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の透明導電膜が用
いられ、また下部電極層１０３としてはアルミニウム
（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、クロム（Ｃｒ）等の金属膜が用
いられる。

【００１１】このような従来の集積化薄膜太陽電池は、
次のような製造方法によって作製される。なお、スクラ
イブ方法としては、レーザーを使用している。

【００１２】図１１に示すように、透光性の絶縁基板
（例えば、ガラス基板）１０１上に、ＳｎＯ₂、Ｚｎ
Ｏ、ＩＴＯ等の透明導電膜を上部電極層１０７としてス
パッタリング法等により堆積し、集積化のためにレーザ
ースクライブ法により上部電極層１０７を発電領域に対
応して分離する。そして、レーザースクライブ時に発生
した溶断残渣を除去するために洗浄を行い、プラズマＣ
ＶＤ法によりｐｉｎ接合構造を有する非晶質シリコン半
導体層（ｐ層及び／又はｎ層は必要に応じて微結晶とす
ることもできる）１０５を全面にわたって堆積する。

【００１３】続いて、上部電極層１０７と同様にレーザ
ースクライブ法によって半導体層１０５の分離を行った
後、溶断残渣を除去するための洗浄を行う。さらに、Ａ
ｌ、Ａｇ、Ｃｒ等の金属を単層または複層に堆積して下
部電極層１０３を形成し、上部電極層１０７と同様にレ
ーザースクライブ法により分離し、集積化された大面積
太陽電池が完成する。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記のような
レーザーやその他の方法で同一の基板上に形成された光
起電力素子を分割し、直列接続することによって集積化
する場合、以下のような問題が存在する。

【００１５】即ち、レーザーその他の方法による分割加
工時に切断を行う部分の金属層、半導体層、透明電極層
などの材料が飛散することにより切断されて微細になっ
た金属や半導体が分割溝に付着して電気的な絶縁が不充
分となり、良好な電気持性が得られなくなる。このよう
な微細な粉塵を防ぐためにエアブローを行いながら切断
を行うのが一般的であるが、従来の方法では粉塵が完全
にはとりきれずに切断部に残ってしまっていた。このよ
うにして発生したショート状態に起因する漏れ電流は上
部電極層１０７と下部電極層１０３との間に発生する電
圧に比例する。

【００１６】一方、太陽電池は光が弱いときは、出力電
流は小さいが出力電圧はそれほど低下しないので、光が
弱い状態においても漏れ電流はそれほど減少しない。従
って、光が弱いときは相対的に漏れ電流による電力損失
が大きくなるという問題が起こる。

【００１７】このようなスクライブ部分のシャント問題
は、とりわけ抵抗の低い金属層や透明導電膜において発
生するものであり、半導体のように比較的抵抗が高い材
料での分割溝の短絡に比べて光起電力の低下が著しい。

【００１８】本発明は、上記課題に鑑み、スクライブラ
インにおけるショートを防止することにより歩留まりが
良好で、かつ長期使用時における信頼性の高い集積型光
起電力素子の製造方法を提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明らは、上記課題を
解決すべく鋭意検討を行った結果、切断を行う半導体層
または金属層（電極層）の上部に絶縁膜を形成し、該絶
縁膜を介して分割を行うことで、切断による粉塵がショ
ートを妨げ、歩留まりが良好で信頼性の高い集積型光起
電力素子が得られることを見出した。また、分割方法と
してはレーザーによる方法、サンドブラストによる方
法、超音波による方法などが好適に用いられ、切断時に
発生する導電性の粉塵を極力少なくし、且つ除去しやす
くすることが可能となることにより、前記課題を解決で
きることを見出し、本発明の完成に至ったものである。

【００２０】即ち本発明は、少なくとも下部電極層と、
半導体層と、上部電極層とからなる光起電力素子を同一
基板上に複数配列してなる集積型光起電力素子の製造方
法において、電極層または半導体層の表面に絶縁膜を形
成する工程と、該絶縁膜側から少なくとも電極層または
半導体層をスクライブする工程とを有することを特徴と
する。

【００２１】本発明の集積型光起電力素子の製造方法に
おいては、前記スクライブ工程が、レーザースクライブ
法、サンドブラストスクライブ法、または超音波スクラ
イブ法を用いて行われることが好ましい。

【００２２】また前記絶縁膜は、少なくともアクリル、
ポリエステル、またはポリイミドから選択される高分子
樹脂により形成されることが好ましい。

【００２３】また前記絶縁膜は、少なくともＳｉＯ、Ｓ
ｉＯ₂、またはガラスから選択される無機材料により形
成されることが好ましい。

【００２４】さらに、前記絶縁膜のスクライブする部分
に開口部を形成することが好ましい。

【００２５】そして、前記半導体層が、光入射側から順
に少なくとも第１半導体層と第２半導体層を積層した構
造であり、かつ少なくとも第２半導体層の一部が柱状微
結晶構造を有するシリコン層により構成されていること
が好ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を説明するが、本発明は本実施形態に限られない。

【００２７】本発明の集積型光起電力素子の製造方法に
おいてスクライブしようとする材料表面に絶縁性材料を
形成することにより、導電性材料を絶縁性材料で被覆
し、切断によって生じる粉塵を最小限にでき、また粉塵
は絶縁性材料が導電性材料に積層された状態のものであ
るため導電性が低いものとなり、粉塵が切断後の分割溝
に残った場合でもショート状態を最小限にとどめること
ができる。

【００２８】本発明の骨子は、切断により導電性の微細
な粒子になってしまう被切断材料の上に微細化を防ぐと
ともに短絡を防ぐような効果を有する材料を積層するこ
とであり、このような絶縁材料としては有機材料であれ
ばアクリル、ポリエステル、ポリイミドが好ましく、無
機材料であればＳｉＯ、ＳｉＯ₂、ガラスなどが好適に
用いられる。

【００２９】以下、本発明の集積型光起電力素子の構
成、及びその製造方法を添付図面に従って説明する。

【００３０】図１は、本発明の集積型光起電力素子の構
成例を示しており、（ａ）〜（ｆ）は各製造工程におけ
る構造を示している。

【００３１】図１に示すように、本例の集積型光起電力
素子は、ステンレス鋼等の金属基板１０１上にＳｉ
Ｏ₂、ポリイミドなどからなる絶縁層１０２が堆積さ
れ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ等からなる反射層と酸化亜鉛、酸
化インジウム、酸化錫等からなる反射増加層から構成さ
れる下部電極１０３、分割溝１０４、半導体層１０５、
分割溝１０６、そしてＩＴＯ等の透明導電膜からなる上
部電極１０７及び絶縁膜１０８から構成されている。

【００３２】図１（ａ）は、基板１０１の表面に絶縁層
１０２が堆積された状態を表している。

【００３３】図１（ｂ）は、さらに反射層及び反射増加
層から構成される下部電極１０３が堆積され、分割溝１
０４によって下部電極１０３は電気的に分割される。

【００３４】図１（ｃ）は、半導体層１０５を堆積し、
さらに半導体層１０５の分割溝１０６が形成された状態
を表している。

【００３５】図１（ｄ）は、半導体層１０５の上に上部
電極である透明導電層１０７を堆積し、分割溝１０６を
介して隣接する半導体素子と直列接続された状態を表し
ている。

【００３６】図１（ｅ）は、透明導電層１０７の表面に
絶縁膜１０８が堆積された状態を表している。

【００３７】図１（ｆ）は、さらに透明導電層１０７を
分割溝１０９によって電気的に分割した状態を表してい
る。

【００３８】図２は、本発明の集積型光起電力素子の他
の構成例を示しており、（ａ）〜（ｆ）は各製造工程に
おける構造を示している。

【００３９】図２に示すように、この集積型光起電力素
子において、基板１０１はガラス基板で、光が基板側か
ら入射するタイプのものであり、絶縁層１０２が無いこ
とと上部電極層１０７と下部電極層１０３の位置関係が
反対である以外は、図１とほぼ同様の構成、製造方法で
ある。

【００４０】図３は、本発明の集積型光起電力素子の別
の構成例を示しており、（ａ）〜（ｆ）は各製造工程に
おける構造を示している。この集積型光起電力素子は、
図２の絶縁膜１０８がスクライブラインのみ開口されて
いる例である。

【００４１】図３において、基板１０１はガラス基板
で、光が基板側から入射するタイプのものであり、絶縁
層１０２が無いことと上部電極層１０７と下部電極層１
０３の位置関係が反対である以外は、図１とほぼ同様の
構成、製造方法である。

【００４２】図４は、本発明の集積型光起電力素子のさ
らに別の構成例を示しており、（ａ）〜（ｆ）は各製造
工程における構造を示している。

【００４３】図４に示すように、この集積型光起電力素
子において、基板１０１はポリイミドなどの絶縁性基板
であることと絶縁層１０２が無いこと以外は、図１と同
様の構成、製造方法である。

【００４４】以下、本発明の各構成要素についてさらに
詳細に説明する。

【００４５】（基板）基板１０１としては、絶縁性基板
又は導電性基板上に絶縁層を形成したものが用いられ
る。絶縁性基板としては、ガラス、ポリイミド、ＰＥＴ
（ポリエチレンテレフタレート）等の樹脂フィルムが好
適に用いられる。とりわけポリイミドは耐熱性の高いフ
ィルムであることから、好適に用いられる。

【００４６】また導電性基板としては、ステンレス、ア
ルミニウム、銅、亜鉛鋼板等が好適に用いられる。これ
らの金属板は一定の形状に切断して用いても良いし、長
尺のシート状の形態で用いても良い。長尺のシート状の
形態で用いた場合には、コイル状に巻くことができるの
で連続生産に適しており、保管や輸送も容易になる。基
板の表面は鏡面でも良いが、光の散乱を目的として適当
な凹凸を設けてもよい。

【００４７】（絶縁層１０２）導電性基板上に形成され
る絶縁層１０２としては、少なくとも１×１０¹⁰Ωｃｍ
以上、好ましくは１×１０¹²Ωｃｍ以上の比抵抗を持つ
必要がある。また、電極や半導体の堆積時に加わる温度
（通常２００℃以上）や、場合によってはレーザービー
ム加工において加わる温度に耐える必要がある。これら
の条件を満たす材料としては、ダイヤモンド膜、シリコ
ン膜、炭化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン
膜、酸化アルミニウム膜、弗化カルシウム膜、ガラス
膜、ポリイミド膜等が挙げられる。これらの膜は無機材
料の膜であればスパッタリング、プラズマＣＶＤ、イオ
ンプレーティングなどの方法、有機材料の膜であれば溶
剤に溶けた材料をドクターブレードでコートする等の方
法で導電性基板上に成膜することができる。

【００４８】（反射層）この反射層は、反射増加層とと
もに下部電極１０３として機能する。反射層（下部電極
１０３の一部）としてはＡｌ、Ｃｕ、Ａｇ等、或いはこ
れらの金属を含む合金が好適に用いられ、スパッタリン
グ、メッキ、プラズマＣＶＤ、イオンプレーティング等
の方法で基板上に堆積させることができる。導電性基板
の場合は、導電性基板上に形成された絶縁膜上に形成
し、下部電極の機能を兼ねる。

【００４９】（反射増加層）反射増加層（下部電極１０
３の一部）としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（Ｓ
ｎＯ₂）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、カドミウムスタ
ネイト（Ｃｄ₂ＳｎＯ ₄）、酸化インジウム（Ｉｎ
₂Ｏ₃）、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等の金属酸化物が
好適に用いられ、スパッタリング、メッキ、プラズマＣ
ＶＤ、イオンプレーティング等の方法で堆積させること
ができる。この反射増加層の表面は凹凸を有していても
よい。

【００５０】また、反射増加層には必要に応じてフッ素
を添加してもよい。フッ素を添加することによって隣接
する半導体素子を直列接続させた場合、該接続部の比抵
抗を下げ、直列接続した半導体素子のシリーズ抵抗の増
大を効果的に防ぐことができる。

【００５１】下部電極１０３、即ち反射層及び反射増加
層の分割の際にレーザー光を用いた場合、フッ素が添加
された反射増加層は近赤外領域のレーザー光、例えばＹ
ＡＧレーザーの基本波を効果的に吸収するため、分割が
容易になると同時に、下地或いは基板の損傷を防ぐ。特
に導電性基板を用いた場合、レーザー光の照射により絶
縁層１０２（図１参照）までが破壊されて短絡が生じる
のを防ぐことができる。また、樹脂フィルム等の絶縁基
板を用いた場合も、樹脂が熱で変成するのを防ぐことが
できる。更に上部電極と下部電極の電気的接続をレーザ
ー光の照射によって行う場合、レーザー照射の際に、下
部電極１０３の反射増加層と半導体層１０５が剥離して
しまうことがあったが、フッ素添加によりこの現象を防
ぐことができる。

【００５２】また、フッ素が添加された導電層はｎ型を
示すため、下部電極１０３の反射増加層と接する半導体
層１０５がｎ型半導体の場合、両層の接続が良好とな
り、オーミック性を改善することができる。また、下部
電極１０３の反射増加層と半導体層１０５との界面で発
生する内部応力を低減するため、半導体素子の光劣化、
振動劣化を抑制することができる。更に、下部電極１０
３の反射層の成分が半導体層１０５に拡散することを防
ぎ、素子の劣化を抑制することができる。特に、下部電
極１０３の反射層としてマイグレーションを起こし易い
Ａｇを用いた場合、この効果が顕著である。

【００５３】好ましいフッ素の含有量は０．０５〜３０
原子％で、より好ましくは０．２〜５原子％である。

【００５４】反射増加層にフッ素を含有させる場合に
は、前述の反射層作製方法においてフッ素及び／又はフ
ッ素含有ガスを、原料ガス及び又は雰囲気ガスとして使
用すればよい。

【００５５】（絶縁膜１０８）本発明で用いられる絶縁
膜１０８としては、金属層あるいは半導体層、透明電極
層などの分割を行う導電層の短絡を防ぐ目的を果たすも
のであることが必要であり、少なくとも１×１０¹⁰Ωｃ
ｍ以上、好ましくは１×１０¹²Ωｃｍ以上の比抵抗を持
つ必要がある。また、電極や半導体の堆積時に加わる温
度（通常２００℃以上）や、更にレーザースクライブを
行う場合であれば、レーザー加工において加わる温度に
耐える必要がある。また、スクライブ方法に応じて好適
な材料を選択して用いることも必要であり、さらには光
入射側に用いられるか光入射と反対側に用いられるかに
よっても、好適な材料は異なる。また、この絶縁膜１０
８はスクライブ後に剥離することも可能であるが、集積
型光起電力素子の構成材料の一部として残しておくこと
も可能である。

【００５６】このような材料として具体的には、例えば
ダイヤモンド膜、シリコン膜、炭化シリコン膜、窒化シ
リコン膜、酸化シリコン膜、酸化アルミニウム膜、弗化
カルシウム膜、ガラス膜、ポリイミド膜等が挙げられ
る。これらの膜は無機材料の膜であればスパッタリン
グ、プラズマＣＶＤ、イオンプレーティングなどの方
法、有機材料の膜であれば溶剤に溶けた材料をドクター
ブレードでコートする等の方法で成膜することができ
る。

【００５７】前記絶縁材料は、スクライブ方法としてレ
ーザー光を用いる場合前記絶縁材料を透過して切断すべ
き材料まで到達することが必要であるが、必ずしも透明
でなくても良く、黒色フィルムでレーザー光を吸収して
発熱し、下部の材料に熱が伝達されることにより切断が
行われる機構も本発明の趣旨である。

【００５８】（スクライブ法）本発明で絶縁膜１０８を
分割するに好適な方法としては、レーザースクライブ
法、サンドブラストによるスクライブ法、超音波による
スクライブ法などが用いられる。

【００５９】レーザースクライブには、ＹＡＧレーザ
ー、ＣＯ₂レーザー、エキシマレーザー等が使用できる
が、特にＹＡＧレーザーが好適に用いられる。基本波長
１．０６μｍの他に、非線形光学素子を併用して得られ
る第２高調波の０．５３μｍの光も所望に応じて利用す
ることができる。

【００６０】ＹＡＧレーザーは連続発振動作もできる
が、高いピークパワーを得るためと高い周波数を得るた
め、Ｑスイッチパルス発振動作で使用することが好まし
い。Ｑスイッチパルス発振の周波数は数ｋＨｚから数十
ｋＨｚ程度であり、１つのパルスの継続時間は１００ｎ
ｓｅｃ前後が好適である。

【００６１】レーザー加工用光学系の概要を図６に示
す。図６において、３０１はレーザー本体である。この
中に必要に応じてＱスイッチ、非線形光学素子が組み込
まれている。３０２は電源で、レーザーの励起光源を点
灯する。３０３は冷却装置で、冷却水を循環している。
３０４は出力されたレーザービームで、ダイクロイック
ミラー３０５によって９０度曲げられ、レンズ３０６に
よって集光されて、試料３０７に照射される。試料３０
７はステージ３０８上に取り付けられ、ステージ３０８
はコントローラ３０９により、決められた速度で水平方
向に移動し、試料表面をビームが走査する。大型の試料
の場合は、ポリゴンミラーを利用してビームの方を移動
しても良い。

【００６２】照明光源３１０からの光がレンズ３１１で
コリメートされ、ダイクロイックミラー３１２で９０度
曲げられ、試料３０７を照射する。加工の状況は反射ミ
ラー３１３を介してＩＴＶカメラ３１４によって撮影さ
れ、モニター３１５で観察することができる。

【００６３】次に、サンドブラストによるスクライブ方
法を図７に示す。図７において、４０１はコンベア、４
０２は膜を堆積した基板、４０３は吐出された微粒子の
研磨剤、４０４はノズルを示している。

【００６４】サンドブラストによるスクライブ法は、概
略以下のようである。即ち、基板４０２に分割溝を形成
する部分以外を絶縁膜でマスクしておく。その後、基板
４０２はコンベア４０１上に基板と反対方向を上に向け
て置かれ、一定の速度（５００ｍｍ／分程度のスピー
ド）で搬送される。粒径１０μｍ程度のＳｉＣなどの粒
子をノズル４０４に送り、高速で基板４０２に吹き付け
る。絶縁膜のある部分はスクライブされず、それ以外は
スクライブされて分割溝が形成される。溝の深さは、基
板に対して砥粒が吹き付けられる時間によって制御で
き、所望の金属膜や導電膜のみをスクライブできる。

【００６５】さらに、超音波によるスクライブの方法を
図８に示す。図８において、５０１はＸＹステージ、５
０２はスクライブする基板、５０３はチップ、５０４は
ホーン、５０５は発振機を示している。超音波によるス
クライブ法は、概略以下のようである。即ち、基板５０
２にチップ５０３を押し当て、基板５０２をＸＹステー
ジ５０１で直線的に移動させて分割溝を形成する。この
時、絶縁膜は金属または半導体膜と同時にスクライブさ
れる。

【００６６】以下に、本発明の製造方法が好適に用いら
れる光起電力素子の半導体層をｐ（ｎ）層とｉ層に分け
て更に詳細に説明する。

【００６７】（ｐ（ｎ）層）ｐ（ｎ）層は後処理で結晶
化させられる場合には、アモルファスでも結晶化してい
るもので良い。また後処理で再結晶化させない場合に
は、結晶化しているものが好ましい。ｐ型層またはｎ型
層は、光起電力素子の特性を左右する重要な層である。

【００６８】ｐ型層またはｎ型層のアモルファス材料、
微結晶や多結晶材料としては、例えばａ−Ｓｉ：Ｈ、ａ
−Ｓｉ：ＨＸ、ａ−ＳｉＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＣ：ＨＸ、ａ
−ＳｉＧｅ：Ｈ、ａ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ、ａ−ＳｉＯ：
Ｈ、ａ−ＳｉＮ：Ｈ、ａ−ＳｉＯＮ：ＨＸ、ａ−ＳｉＯ
ＣＮ：ＨＸ、μｃ−Ｓｉ：Ｈ、μｃ−ＳｉＣ：Ｈ、μｃ
−Ｓｉ：ＨＸ、μｃ−ＳｉＣ：ＨＸ、μｃ−ＳｉＧｅ：
Ｈ、μｃ−ＳｉＯ：Ｈ、μｃ−ＳｉＧｅＣ：Ｈ、μｃ−
ＳｉＮ：Ｈ、μｃ−ＳｉＯＮ：ＨＸ、μｃ−ＳｉＯＣ
Ｎ：ＨＸ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ：Ｈ
Ｘ、ｐｏｌｙ−ＳｉＣ：Ｈ、ｐｏｌｙ−ＳｉＣ：ＨＸ、
ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅ：Ｈ、ｐｏｌｙ−Ｓｉ、ｐｏｌｙ−
ＳｉＣ、ｐｏｌｙ−ＳｉＧｅ等にｐ型の価電子制御剤
（周期率表第ＩＩＩ族原子Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔ
ｌ）やｎ型の価電子制御剤（周期率表第Ｖ族原子Ｐ、
Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉ）を高濃度に添加した材料が挙げられ
る。

【００６９】特に光入射側のｐ型層またはｎ型層には、
光吸収の少ない結晶性の半導体層かバンドギャップの広
い非晶質半導体層が適している。

【００７０】ｐ型層への周期率表第ＩＩＩ族原子の添加
量およびｎ型層への周期率表第Ｖ族原子の添加量は０．
１〜５０ａｔ％が最適量として挙げられる。

【００７１】また、ｐ型層またはｎ型層に含有される水
素原子（Ｈ、Ｄ）またはハロゲン原子は、ｐ型層または
ｎ型層の未結合手を補償する働きをし、ｐ型層またはｎ
型層のドーピング効率を向上させるものである。ｐ型層
またはｎ型層へ添加される水素原子またはハロゲン原子
は、０．１〜４０ａｔ％が最適量として挙げられる。特
にｐ型層またはｎ型層が結晶性の場合、水素原子または
ハロゲン原子は０．１〜８ａｔ％が最適量として挙げら
れる。更にｐ型層／ｉ型層、ｎ型層／ｉ型層の各界面側
で水素原子または／及びハロゲン原子の含有量が多く分
布しているものが好ましい分布形態として挙げられ、該
界面近傍での水素原子または／及びハロゲン原子の含有
量はバルク内の含有量の１．１〜２倍の範囲が好ましい
範囲として挙げられる。このようにｐ型層／ｉ型層、ｎ
型層／ｉ型層の各界面近傍で水素原子またはハロゲン原
子の含有量を多くすることによって、該界面近傍の欠陥
準位や機械的歪を減少させることができ、本発明の光起
電力素子の光起電力や光電流を増加させることができ
る。

【００７２】光起電力素子のｐ型層及びｎ型層の電気特
性としては、活性化エネルギーが０．２ｅＶ以下のもの
が好ましく、０．１ｅＶ以下のものが最適である。また
比抵抗としては１００Ωｃｍ以下が好ましく、１Ωｃｍ
以下が最適である。さらに、ｐ型層及びｎ型層の層厚は
１〜５０ｎｍが好ましく、３〜１０ｎｍが最適である。

【００７３】光起電力素子のｐ型層またはｎ型層の堆積
に適した原料ガスとしては、シリコン原子を含有したガ
ス化し得る化合物、ゲルマニウム原子を含有したガス化
し得る化合物、炭素原子を含有したガス化し得る化合物
等、及び該化合物の混合ガスを挙げることができる。

【００７４】具体的にシリコン原子を含有するガス化し
得る化合物としては、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、ＳｉＦ₄、Ｓ
ｉＦＨ₃、ＳｉＦ₂Ｈ₂、ＳｉＦ₃Ｈ、Ｓｉ₃Ｈ₈、Ｓｉ
Ｄ₄、ＳｉＨＤ₃、ＳｉＨ₂Ｄ₂、ＳｉＨ₃Ｄ、ＳｉＦＤ₃、
ＳｉＦ₂Ｄ₂、ＳｉＤ₃Ｈ、Ｓｉ₂Ｄ₃Ｈ₃等が挙げられる。

【００７５】具体的にゲルマニウム原子を含有するガス
化し得る化合物としてはＧｅＨ₄、ＧｅＤ₄、ＧｅＦ₄、
ＧｅＦＨ₃、ＧｅＦ₂Ｈ₂、ＧｅＦ₃Ｈ、ＧｅＨＤ₃、Ｇｅ
Ｈ₂Ｄ ₂、ＧｅＨ₃Ｄ、Ｇｅ₂Ｈ₆、Ｇｅ₂Ｄ₆等が挙げられ
る。

【００７６】具体的に炭素原子を含有するガス化し得る
化合物としては、ＣＨ₄、ＣＤ₄、Ｃ _nＨ_2n+2（ｎは整
数）、Ｃ_nＨ₂（ｎは整数）、Ｃ₆Ｈ₆、ＣＯ₂、ＣＯ等が
挙げられる。

【００７７】窒素含有ガスとしてはＮ₂、ＮＨ₃、Ｎ
Ｄ₃、ＮＯ、ＮＯ₂、Ｎ₂Ｏが挙げられる。

【００７８】酸素含有ガスとしてはＯ₂、ＣＯ、ＣＯ₂、
ＮＯ、ＮＯ₂、Ｎ₂Ｏ、ＣＨ₃ＣＨ₂ＯＨ、ＣＨ₃ＯＨ等が
挙げられる。

【００７９】価電子制御するためにｐ型層またはｎ型層
に導入される物質としては周期率表第ＩＩＩ族原子及び
第Ｖ族原子が挙げられる。

【００８０】第ＩＩＩ族原子導入用の出発物質として有
効に使用されるものとしては、具体的にはホウ素原子導
入用としては、Ｂ₂Ｈ₆、Ｂ₄Ｈ₁₀、Ｂ₅Ｈ₉、Ｂ₅Ｈ₁₁、Ｂ
₆Ｈ₁ ₀、Ｂ₆Ｈ₁₂、Ｂ₆Ｈ₁₄等の水素化ホウ素、ＢＦ₃、Ｂ
Ｃｌ₃等のハロゲン化ホウ素等を挙げることができる。
このほかにＡｌＣｌ₃、ＧａＣｌ₃、ＩｎＣｌ₃、ＴｌＣ
ｌ₃等も挙げることができ、特にＢ₂Ｈ₆、ＢＦ₃が適して
いる。

【００８１】第Ｖ族原子導入用の出発物質として有効に
使用されるのは、具体的には燐原子導入用としては、Ｐ
Ｈ₃、Ｐ₂Ｈ₄等の水素化燐、ＰＨ₄Ｉ、ＰＦ₃、ＰＦ₅、Ｐ
Ｃｌ ₃、ＰＣｌ₅、ＰＢｒ₃、ＰＢｒ₅、ＰＩ₃等のハロゲ
ン化燐が挙げられる。このほかＡｓＨ₃、ＡｓＦ₃、Ａｓ
Ｃｌ₃、ＡｓＢｒ₃、ＡｓＦ₅、ＳｂＨ₃、ＳｂＦ₃、Ｓｂ
Ｆ₅、ＳｂＣｌ₃、ＳｂＣｌ₅、ＢｉＨ₃、ＢｉＣｌ₃、Ｂ
ｉＢｒ₃等も挙げることができ、特にＰＨ₃、ＰＦ₃が適
している。

【００８２】光起電力素子に適したｐ型層またはｎ型層
の堆積方法は、ＲＦプラズマＣＶＤ法、ＶＨＦプラズマ
ＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法である。

【００８３】特にＲＦプラズマＣＶＤ法で堆積する場
合、容量結合型のＲＦプラズマＣＶＤ法が適している。
ＲＦプラズマＣＶＤ法でｐ型層またはｎ型層を堆積する
場合、堆積室内の基板温度は１００〜３５０℃、内圧は
１３．３Ｐａ（０．１Ｔｏｒｒ）〜１．３３×１０³Ｐ
ａ（１０Ｔｏｒｒ）、ＲＦパワーは０．０１〜５．０Ｗ
／ｃｍ³、堆積速度は０．１〜３０Å／ｓｅｃが最適条
件として挙げられる。

【００８４】また前記ガス化し得る化合物をＨ₂、Ｈ
ｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ等のガスで適宜希釈して堆
積室に導入しても良い。特に微結晶半導体やａ−Ｓｉ
Ｃ：Ｈ等の光吸収の少ないかバンドギャップの広い層を
堆積する場合は、水素ガスで２〜１００倍に原料ガスを
希釈し、ＲＦおよびＶＨＦパワーは比較的高いパワーを
導入するのが好ましいものである。ＲＦの周波数として
は１ＭＨｚ〜３００ＭＨｚが適した範囲であり、特に１
３．５６ＭＨｚ近傍の周波数が最適である。

【００８５】ｐ型層またはｎ型層をマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法で堆積する場合、マイクロ波プラズマＣＶＤ装
置は、堆積室に誘電体窓（アルミナセラミックス等）を
介して導波管でマイクロ波を導入する方法が適してい
る。

【００８６】ｐ型層またはｎ型層をマイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法で堆積する場合、堆積室内の基板温度は１００
〜４００℃、内圧は０．０６７Ｐａ（０．５ｍＴｏｒ
ｒ）〜３．９９Ｐａ（３０ｍＴｏｒｒ）、マイクロ波パ
ワーは０．０１〜１Ｗ／ｃｍ³、マイクロ波の周波数は
０．５〜１０ＧＨｚが好ましい範囲として挙げられる。

【００８７】また前記ガス化し得る化合物をＨ₂、Ｈ
ｅ、Ｎｅ、Ａｒ、Ｘｅ、Ｋｒ等のガスで適宜希釈して堆
積室に導入しても良い。

【００８８】特に微結晶半導体やａ−ＳｉＣ：Ｈ等の光
吸収の少ないかバンドギャップの広い層を堆積する場合
は、水素ガスで２〜１００倍に原料ガスを希釈し、マイ
クロ波パワーは比較的高いパワーを導入するのが好まし
いものである。

【００８９】（ｉ層）ｉ層としてはアモルファスでも結
晶性の半導体層のどちらでもよい。結晶性半導体として
は微結晶半導体が好ましいものである。

【００９０】本発明の光起電力素子に適したアモルファ
スまたは微結晶シリコンは、ＲＦプラズマＣＶＤ法、Ｖ
ＨＦプラズマＣＶＤ法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法が
好適な方法として挙げられる。特に微結晶シリコンの堆
積速度は使用する電磁波に依存し、同一の投入エネルギ
ーでは周波数が高い方が堆積速度が速くなる。

【００９１】本発明の微結晶シリコンに適したシリコン
原子供給用の原料ガスとしては、ＳｉＨ₄、Ｓｉ₂Ｈ₆、
ＳｉＦ₄、ＳｉＨＦ₃、ＳｉＨ₂Ｆ₂、ＳｉＨ₃Ｆ、ＳｉＨ₃
Ｃｌ、ＳｉＨ₂Ｃｌ₂、ＳｉＨＣｌ₃、ＳｉＣｌ₄、ＳｉＤ
₄、ＳｉＨＤ₃、ＳｉＨ₂Ｄ₂、ＳｉＨ₃Ｄ、ＳｉＦＤ₃、Ｓ
ｉＦ₂Ｄ₂、ＳｉＤ₃Ｈ、Ｓｉ₂Ｄ₃Ｈ₃等のシラン系原料ガ
スが好適なものとして挙げられる。

【００９２】また、微結晶シリコンゲルマニウムに適し
たゲルマニウム供給用の原料ガスとしては、ＧｅＨ₄、
ＧｅＦ₄、ＧｅＨＦ₃、ＧｅＨ₂Ｆ₂、ＧｅＨ₃Ｆ、ＧｅＨ
Ｃｌ₃、ＧｅＨ₂Ｃｌ₂、ＧｅＨ₃Ｃｌ、ＧｅＨＤ₃、Ｇｅ
Ｈ₂Ｄ₂、ＧｅＨ₃Ｄ、Ｇｅ₂Ｈ₆、ＧｅＤ₆等が挙げられ
る。

【００９３】該原料ガスは、良好なアモルファスまたは
微結晶半導体を形成するために、水素ガスで希釈する事
が必要である。水素ガスでの希釈率は１０倍以上が好ま
しいものである。特に好ましい希釈率の範囲は、１０倍
から１００倍の範囲である。希釈率が小さい場合には微
結晶が形成されず、アモルファスが形成される。一方、
希釈率を高くしすぎた場合には、微結晶の堆積速度が低
くなりすぎて、実用上問題が生じる。また水素希釈に加
えて、ヘリウムガスで希釈する事も可能である。

【００９４】本発明に適した微結晶を作成するための基
板温度は、１００〜５００℃である。特に堆積速度を大
きくする場合には、基板温度は比較的高い温度にする事
が望ましいものである。

【００９５】本発明の微結晶を堆積するときのチャンバ
ー内の真空度としては、０．１３３Ｐａ（１ｍＴｏｒ
ｒ）〜１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）が好適な範囲として挙
げられる。特にマイクロ波プラズマＣＶＤ法で微結晶半
導体を堆積する場合には、真空度は数百ｍＰａ程度が好
ましい真空度である。本発明の微結晶半導体を堆積する
場合のチャンバーヘの投入パワーとしては、０．０１〜
１０Ｗ／ｃｍ³の範囲が好適な範囲として挙げられる。
また、原料ガスの流量と投入パワーの関係で示すと、堆
積速度が投入パワーに依存するパワーリミテッドの領域
が適している。

【００９６】更に、本発明のアモルファスまたは微結晶
半導体の堆積には、基板と電力投入用の電極間距離が重
要な因子である。本発明に適したアモルファスまたは微
結晶を得られる電極間距離は、１０ｍｍ〜５０ｍｍの範
囲である。

【００９７】本発明の光起電力素子の微結晶半導体とし
て適する微結晶の平均結晶粒径は、１００Å〜１０００
Åが適した範囲として挙げられる。また、微結晶半導体
中に含有されるアモルファスの割合は、ラマンスペクト
ルで見た場合に結晶に関係するピークと、アモルファス
に関係するピークの比が、７０％以下が望ましいもので
ある。平均結晶粒径が１００Åよりも小さいと、結晶粒
界にアモルファスが多く存在するようになり、光劣化を
示すようになる。また結晶粒径が小さいと、電子や正孔
の移動度や寿命が小さくなり、半導体としての特性が低
下する。一方、平均結晶粒径が１０００Åよりも大きく
なると、結晶粒界の緩和が十分に進まず、結晶粒界に未
結合手等の欠陥が生じ、該欠陥が電子や正孔の再結合中
心として働き、その結果微結晶半導体の特性が低下す
る。

【００９８】ここで微結晶粒の平均結晶粒径は、Ｘ線回
折の（２２０）ピークの半値幅からＳｃｕｈｅｒｒｅｒ
の式を用いて計算して求める。或いは透過型電子顕微鏡
の暗視野像から求めること等が挙げられる。透過型電子
顕微鏡を用いて柱状微結晶の平均粒径を求める場合、長
軸と短軸の相乗平均を平均粒径とすることが好ましい。

【００９９】また本発明においては、異なる結晶粒径の
微結晶が混在することが重要であるが、その制御（確
認）の１つの方法として、上記Ｘ線回折の（２２０）ピ
ークの半値幅から求めた微結晶の平均粒径（ｘ）と、透
過型電子顕微鏡の暗視野像から求めた微結晶の平均粒径
（ｙ）の比を特定の範囲内となるように制御することが
好ましい。具体的にはｘ／ｙが０．１〜０．８となるよ
うに制御することが好ましい。

【０１００】これは以下の理由によるものと考えられ
る。即ち、Ｘ線回折は広い面積の平均的な粒径であり、
一方透過電子顕微鏡は局所的な範囲を観察しての粒径で
ある。従って、これらの値が異なっていることにより、
異なる結晶粒径の微結晶が混在するということが確認で
きる。そして本発明者等の検討によれば、ｘ／ｙが上記
範囲を満たすことにより、レーザー加工時の加工性が向
上すると同時に特性的にも優れたものが得られることが
分かった。

【０１０１】また微結晶の形状としては電荷の移動方向
に沿って細長い形状、即ち、柱状構造が適したものであ
る。加えて、本発明の微結晶中に含有される水素原子ま
たはハロゲン原子の割合は、３０％以下が望ましい範囲
である。

【０１０２】光起電力素子において、ｉ層は照射光に対
してキャリアを発生輸送する重要な層である。ｉ層とし
ては、僅かｐ型、僅かｎ型の層も使用できるものである
（ｐ型になるかｎ型になるかは、テールステイト等の固
有欠陥の分布による。）。

【０１０３】本発明の光起電力素子のｉ層としては、バ
ンドギャップが均一な半導体の他に、シリコン原子とゲ
ルマニウム原子とを含有してｉ層の層厚方向にバンドギ
ャップがなめらかに変化し、バンドギャップの極小値が
ｉ層の中央の位置よりｐ層とｉ層の界面方向に片寄って
いるものが適したものである。また、該ｉ層中にドナー
となる価電子制御剤とアクセプターとなる価電子制御剤
とが同時にドーピングされているものも、適したものと
して挙げられる。

【０１０４】特に、ｐ型層／ｉ型層、ｎ型層／ｉ型層の
各界面側で水素原子または／及びハロゲン原子の含有量
が多く分布しているものが好ましい分布形態として挙げ
られ、該界面近傍での水素原子または／及びハロゲン原
子の含有量はバルク内の含有量の１．１〜２倍の範囲が
好ましい範囲として挙げられる。更に、シリコン原子の
含有量に対応して水素原子または／及びハロゲン原子の
含有量が変化していることが好ましいものである。シリ
コン原子の含有量が最小のところでの水素原子または／
ハロゲン原子の含有量は１〜１０ａｔ％が好ましい範囲
で、水素原子または／及びハロゲン原子の含有量の最大
の領域の０．３〜０．８倍が好ましい範囲である。

【０１０５】水素原子または／及びハロゲン原子の含有
量をシリコン原子に対応させて変化させる、即ちバンド
ギャップに対応して、バンドギャップの狭いところで水
素原子または／及びハロゲン原子の含有量が少なくなっ
ているものである。メカニズムの詳細については不明で
はあるが、本発明の堆積膜形成方法によればシリコン原
子とゲルマニウム原子を含有する合金系半導体の堆積に
おいて、シリコン原子とゲルマニウム原子のイオン化率
の違いによってそれぞれの原子が獲得する電磁波エネル
ギーに差が生じ、その結果、合金系半導体において水素
含有量または／ハロゲン含有量が少なくても十分に緩和
が進み良質な合金系半導体が堆積できるものと考えられ
る。

【０１０６】ｉ層の層厚は、光起電力素子の構造（例え
ばシングルセル、タンデムセル、トリプルセル）及びｉ
型層のバンドギャップに大きく依存するが０．７〜３
０．０μｍが最適な層厚として挙げられる。

【０１０７】本発明の製造方法が好適に用いられるシリ
コン原子またはゲルマニウム原子を含有するｉ層は、堆
積速度を５０Å／ｓｅｃ以上に上げても価電子帯側のテ
イルステイトが少ないものであって、テイルステイトの
傾きは６０ｍｅＶ以下であり、且つ電子スピン共鳴（Ｅ
ＳＲ）による未結合手の密度は１０¹⁷／ｃｍ³以下であ
る。

【０１０８】またｉ層のバンドギャップはｐ層／ｉ層、
ｎ層／ｉ層の各界面方向で広くなるように設計すること
が好ましいものである。このように設計することによっ
て、光起電力素子の光起電力、光電流を大きくすること
ができ、更に長時間使用した場合の光劣化等を防止する
ことができる。

【０１０９】また、半導体層１０５はフッ素を含有する
ことにより、レーザー照射による直列接続の際に、シリ
ーズ抵抗の軽減に寄与する。即ち、レーザー光によって
下部電極１０３の一部である反射増加層、半導体層１０
５、上部電極１０７を溶融、結晶化して、低抵抗化する
ことを容易にする。さらに、同じくフッ素を含む下部電
極１０３の一部である反射増加層及び／又は上部電極１
０７との整合性を改善する。

【０１１０】また、微結晶化させる場合に、微結晶の結
晶粒径の増大に寄与する。さらにフッ素は、非単結晶半
導体層中のダングリングボンドのターミネーターとして
も有効に働く。

【０１１１】さらに本発明が好適に用いられる半導体素
子は、複数の光電変換層を積層した構造（例えばｐｉｎ
−ｐｉｎタンデム構造、ｐｉｎ−ｐｉｎ−ｐｉｎトリプ
ル構造等）としても良い。

【０１１２】（上部電極）透明導電層からなる上部電極
１０７としては、下部電極１０３の反射増加層と同じ材
質を使用することができる。また前記反射増加層と同じ
方法により、堆積することができる。

【０１１３】上部電極分割溝１０９の形成は、レーザー
光によるスクライブ法（レーザースクライブ）、サンド
ブラストによるスクライブ法、超音波によるスクライブ
法が好適に用いられる。

【０１１４】次に、本発明を実施するに好適な光起電力
素子の半導体層の形成方法の一例を図５を用いて説明す
る。

【０１１５】図５は、本発明の光起電力素子を作成する
ための堆積膜形成装置である。図５において、この堆積
膜形成装置はロードチャンバー２０１、微結晶シリコン
ｉ層チャンバー２０２、アモルファスシリコンｉ層とｐ
層とｎ層のＲＦチャンバー２０３、微結晶シリコンゲル
マニウムｉ層チャンバー２０４、そしてアンロードチャ
ンバー２０５から構成されている。ロードチャンバーに
は、不図示のレーザーアニーリング用のヒーターと、不
図示のレーザーからレーザーを半導体層に照射するため
の窓２２２が配置されている。

【０１１６】各チャンバーはゲートバルブ２０６、２０
７、２０８、２０９で各原料ガスが混合しないように分
離されている。微結晶シリコンｉ層チャンバー２０２
は、基板加熱用のヒーター２１１及びプラズマＣＶＤ室
２１０から構成されている。ＲＦチャンバー２０３は、
ｎ層堆積用ヒーター２１２とｎ層堆積用の堆積室２１
５、ｉ層堆積用ヒーター２１３とｉ層堆積用の堆積室２
１６、ｐ層堆積用ヒーター２１４とｐ層堆積用の堆積室
２１７を有している。微結晶シリコンゲルマニウムｉ層
チャンバー２０４はヒーター２１８とプラズマＣＶＤ室
２１９を有している。基板は基板ホルダー２２１に取り
付けられ、レール２２０上を外部から駆動されるローラ
ーによって移動する。プラズマＣＶＤ室２１０と２１９
では微結晶を堆積する。微結晶は、マイクロ波プラズマ
ＣＶＤ法又はＶＨＦプラズマＣＶＤ法又はＲＦプラズマ
ＣＶＤ法が使用される。

【０１１７】本発明の光起電力素子は以下のようにして
形成される。

【０１１８】まず、ＳＵＳ基板を基板ホルダー２２１に
セットし、ロードチャンバー２０１のレール上にセット
する。該ロードチャンバー２０１を数百ｍＰａ以下の真
空度に排気する。ゲートバルブ２０６と２０７を開け、
基板ホルダー２２１をチャンバー２０３のｎ層堆積室２
１５に移動する。各ゲートバルブを閉じ、所望の原料ガ
スでｎ層を所望の層厚に堆積する。十分に排気した後、
基板ホルダー２２１をロードチャンバー２０１に移動す
る。基板温度が４００℃になるように不図示の加熱ヒー
ターで加熱し、基板温度が一定になった後、不図示のＸ
ｅＣｌレーザーでｎ層を結晶化させる。レーザー照射時
のロードチャンバー２０１内の内圧は０．１３３Ｐａ
（１ｍＴｏｒｒ）以下の真空度に維持した。

【０１１９】次に、基板ホルダー２２１を堆積チャンバ
ー２０２に移動し、ゲートバルブ２０６を閉じる。ヒー
ター２１１で基板を所望の基板温度に加熱し、所望の原
料ガスを必要量導入し、所望の真空度にし、所定のマイ
クロ波エネルギー又はＶＨＦエネルギーを堆積室２１０
へ導入し、プラズマを発生させて基板上に微結晶シリコ
ンｉ層を所望の層厚堆積する。この時、ｎ層上にｉ層が
エピタキシャル成長するように、ｎ層を水素プラズマ処
理した後、連続してｉ層を堆積したり、ｉ層の堆積時の
基板温度をｎ層堆積時の基板温度よりも高い基板温度で
堆積するのが好ましい方法である。

【０１２０】次に、チャンバー２０３を十分に排気し、
ゲートバルブ２０７を開けて、基板ホルダー２２１をチ
ャンバー２０２からチャンバー２０３へ移動する。基板
ホルダー２２１をチャンバー２０３のｐ層堆積室２１７
に移動して、ヒーター２１４によって基板を所望の温度
に加熱する。ｐ層堆積用の原料ガスを所望の流量を堆積
室に供給し、堆積室を所望の真空度に維持しつつ堆積室
２１７にＲＦエネルギーを導入する。そして、所望の層
厚にｐ層を堆積する。ｐ層堆積後、前記堆積室２１７を
十分に排気し、基板ホルダーを同じチャンバー内のｎ層
堆積室２１５に移動する。前記ｎ層と同様にして、ｐ層
上にｎ層を堆積する。該堆積室を十分に排気し、基板ホ
ルダー２２１をｉ層堆積室２１６へ移動する。ヒーター
２１３により基板温度を所定の温度に加熱する。ｉ層堆
積用の原料ガスを所望の流量を堆積室２１６に供給し、
堆積室２１６内の圧力を所望の圧力に維持して、所望の
ＲＦエネルギーを導入する。堆積室２１６を十分に排気
し、基板ホルダー２２１を堆積室２１６から堆積室２１
７に移動して、前記ｐ層と同様にして、前記ｉ層上にｐ
層を堆積する。前記と同様にして堆積室２１７を十分に
排気した後、ゲートバルブ２０８、２０９を開け、半導
体層を堆積した基板をセットした基板ホルダーをアンロ
ード室２０５へ移動する。ゲートバルブを全て閉じ、ア
ンロードチャンバー２０５に窒素ガスを封入して、基板
温度を所望の温度に冷却する。その後、アンロードチャ
ンバー２０５の取り出しバルブ（不図示）を開けて基板
ホルダーを取り出す。不図示の透明電極堆積用の蒸着器
で、透明電極を所望の層厚を前記ｐ層上に堆積する。

【０１２１】

【実施例】以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を
さらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例によっ
て何等限定されるものではない。

【０１２２】（実施例１）本実施例は、図１に示すよう
にして集積型光起電力素子を形成した例であり、以下に
その製造方法を説明する。

【０１２３】大きさ１０×３０ｃｍで厚みが１５０μｍ
のステンレス鋼基板１０１に、ガラス粉末をバインダー
に分散させて得られたペーストを不図示のコーターを用
いて塗布した。該基板を約７００℃で焼成し、１０μｍ
の厚みのガラス絶縁膜１０２を該基板１０１上に形成し
た。

【０１２４】次に、不図示のＤＣマグネトロンスパッタ
装置にセットし、１５０℃に加熱した後、Ａｌターゲッ
トを用いてＡｒを５０ｓｃｃｍ導入し、４００ＶのＤＣ
電力を印加してＡｒプラズマを生起し、厚さ３０００Å
のＡｌ膜を堆積し、反射層とした。

【０１２５】次に、Ａｌ膜の堆積された基板を３００℃
に加熱した後、ＺｎＯのターゲットを用いたＲＦマグネ
トロンスパッタ装置にＮ₂ガスを５０ｓｃｃｍ導入し、
ＺｎＯ膜を６０００Å堆積し、反射増加膜を形成した。

【０１２６】前記の反射層と反射増加膜により下部電極
１０３が構成される。

【０１２７】次に、下部電極１０３を堆積した試料を図
６のレーザー加工機のステージにセットした。ＹＡＧレ
ーザーを発振させつつ、ステージ３０８を移動してレー
ザービームを走査し、幅１００μｍの下部電極分割溝１
０４を切り、ＺｎＯ及びＡｌからなる下部電極１０３を
幅１．５ｃｍで２０分割した。このときのレーザーの連
続発振出力は８Ｗ、発振周波数は４ｋＨｚ、走査速度は
５ｃｍ／ｓｅｃであった。

【０１２８】続いて図５の装置を用いて、先に説明した
手順に従って、ｎ層、ｉ層、ｐ層の３層より構成される
半導体層１０５をプラズマＣＶＤ法により作製した。

【０１２９】半導体層１０５を作製後、再び図６のレー
ザー加工機にセットし、ＹＡＧレーザーを発振しつつス
テージ３０８を移動してレーザービームを走査し、幅１
００μｍの半導体分割溝１０６を形成し、半導体層１０
５を幅１．５ｃｍで２０分割した。この時、半導体分割
溝１０６は下部電極分割溝１０４と約１００μｍずらし
て形成した。

【０１３０】半導体分割溝形成後、半導体層１０５の上
にＩＴＯターゲットを使用し、Ａｒをスパッタガスとし
て、ＩＴＯをスパッタ法により５００Å堆積し、透明導
電膜からなる上部電極層１０７を形成し、半導体分割溝
１０６を介して直列化を行った。

【０１３１】次に、絶縁膜１０８を以下のようにして形
成した。アクリル樹脂からなる主剤とイソシアネートと
からなる硬化剤および溶剤とを混合し不図示のスプレー
ノズルから吐出させ上部電極層１０７上にコートした。
オーブンで硬化後にＸＹステージに置き、再び図６のレ
ーザー加工機にセットし、ＹＡＧレーザーを発振しつ
つ、ステージ３０８を移動してレーザービームを走査
し、幅２００μｍの上部電極分割溝１０９を形成し、上
部電極層１０７を幅１．５ｃｍで２０分割した。この
時、上部電極分割溝１０９は、半導体分割溝１０６と約
１００μｍずらして形成した。

【０１３２】以上の工程により、２０段に直列接続した
集積型光起電力素子を得た。また、同様の工程を繰り返
して合計１０枚の集積型光起電力素子を作成した。

【０１３３】さらに、上部電極分割溝１０９の幅を１５
０μｍ、１００μｍ、５０μｍと狭くして、上記と同様
にそれぞれ１０枚の集積化光起電力素子を作成した。

【０１３４】次に、これら試料の樹脂封止（エンカプシ
ュレーション）を以下のように行った。まず、基板１０
１の上下にＥＶＡを積層した。この時、光入射面側のＥ
ＶＡの厚みは２５０μｍとした。さらに光入射側にフッ
素樹脂フィルムを積層し、裏面側に金属製のプレートを
積層した後、真空ラミネーターに投入して１５０℃で６
０分間保持し、真空ラミネーションを行った。

【０１３５】次に、得られた試料の初期特性をＪＩＳ
Ｃ８９３５のアモルファス太陽電池モジュールの出力測
定方法に定められたようにして測定した。まず、ＡＭ
１．５グローバルの太陽光スペクトルで１００ｍＷ／ｃ
ｍ²の光量の疑似太陽光源（ＳＰＩＲＥ社製以下シミ
ュレータと呼ぶ）を用いて太陽電池特性を測定し、変換
効率を求めたところ良好な特性であり、ばらつきが３．
５％と少なかった。また、シャント抵抗も分割溝の幅に
よらず平均で５００ｋΩ・ｃｍ²であり、良好な値であ
った。これは、スクライブ部分がシャントをしていない
で、良好であることを示している。

【０１３６】これらの試料の信頼性試験を、ＪＩＳＣ
８９３８のアモルファス太陽電池モジュールの環境試験
方法及び耐久性試験方法に定められた高温高湿試験に基
づいて行った。

【０１３７】試験後に試料を初期と同様にシミュレータ
を用い太陽電池特性を測定したところ、初期変換効率に
対して有意な劣化は生じなかった。また、シャント抵抗
の有意な低下も無かった。

【０１３８】本実施例の結果から、本発明の製造方法に
よって得られる集積型光起電力素子は良好な特性を有し
ており、シャントの発生を防いで歩留まりが良好で、信
頼性が高いことが分かる。

【０１３９】また、絶縁膜１０８をポリエステル、ポリ
イミドに代えても同様の効果が得られた。

【０１４０】（実施例２）本実施例は、基板をガラス基
板とした以外は、実施例１とほぼ同様にして堆積した集
積型光起電力素子を作製した。本実施例の集積型光起電
力素子の製造方法を図３を参照して説明する。

【０１４１】まず、ガラス基板１０１上に上部電極層１
０７を形成した後、レーザーによるスクライブを行い上
部電極分割溝１０９を形成し（図３（ｂ））、続いて半
導体層１０５を作製後、再び図６のレーザー加工機にセ
ットし、幅１００μｍの半導体分割溝１０６を形成し
て、半導体層１０５を幅１．５ｃｍで２０分割した（図
２（３））。さらに、Ａｌ膜を堆積し下部電極１０３を
形成した（図３（ｄ））。

【０１４２】次に、絶縁膜１０８をスクライブする部分
のみ２００μｍの幅で開口させて、以下の様にして形成
した。まず、ポリエステル樹脂を溶剤に溶かしたペース
トを作り、スクリーン印刷法によりスクライブするパタ
ーンのネガパターンとなる様に、前記ペーストを印刷し
た。その後乾燥炉に投入し、溶剤を飛ばして絶縁膜１０
８を形成した（図３（ｅ））。

【０１４３】次に、図７のサンドスクライブ加工機にセ
ットし、ＳｉＣからなる粒径２０μｍの砥粒をノズルよ
り噴出させて下部電極分割溝１０４を形成し、下部電極
１０３を幅１．５ｃｍで２０分割した（図３（ｆ））。
この時、絶縁膜１０８はスクライブされずに、開口部の
下部電極のみがスクライブされた。絶縁膜１０８は、こ
の場合マスクとしての機能を有する。この時、下部電極
分割溝１０４は、半導体分割溝１０６と約１００μｍず
らして形成した。

【０１４４】以上の工程により、２０段に直列接続した
集積型光起電力素子を得た。また、同様の工程を繰り返
して、合計１０枚の集積型光起電力素子を作成した。

【０１４５】さらに、下部電極分割溝１０４の幅を１５
０μｍ、１００μｍ、５０μｍと狭くして、上記と同様
にそれぞれ１０枚の集積化光起電力素子を作成した。

【０１４６】次に、これら試料の樹脂封止（エンカプシ
ュレーション）を実施例１と同様に行った。

【０１４７】次に得られた試料の初期特性を実施例１と
同様にして測定した。まず、ＡＭ１．５グローバルの太
陽光スペクトルで１００ｍＷ／ｃｍ²の光量の疑似太陽
光源（ＳＰＩＲＥ社製以下シミュレータと呼ぶ）を用
いて太陽電池特性を測定し、変換効率を求めたところ良
好な特性であり、ばらつきも少なかった。また、シャン
ト抵抗も下部電極分割溝１０４の幅によらず平均で５０
０ｋΩ・ｃｍ²であり、良好な値であった。これは、ス
クライブ部分がシャントをしていないで、良好であるこ
とを示している。

【０１４８】これらの試料の信頼性試験を実施例１と同
様にして、ＪＩＳＣ８９３８のアモルファス太陽電池
モジュールの環境試験方法及び耐久性試験方法に定めら
れた高温高湿試験に基づいて行った。

【０１４９】試験後に試料を初期と同様にシミュレータ
を用い太陽電池特性を測定したところ、初期変換効率に
対して有意な劣化は生じなかった。また、シャント抵抗
の有意な低下も無かった。

【０１５０】本実施例の結果から、本発明の製造方法に
よって得られる集積型光起電力素子は良好な特性を有し
ており、シャントの発生を防いで歩留まりが良好で、信
頼性が高いことが分かる。

【０１５１】（比較例１）本比較例は、図１１に示す従
来の構成の集積型光起電力素子を実施例２とほぼ同様に
して形成した例である。

【０１５２】実施例２と同様に、ガラス基板１０１上に
下部電極１０３までを形成した後、絶縁膜１０８（図３
参照）を形成せずに、レーザースクライブ法により下部
電極１０３の分割を行い、集積型光起電力素子を作製し
た。

【０１５３】また、下部電極の分割溝１０４の幅は、２
００、１５０、１００、５０μｍと変化させた試料を作
成した。

【０１５４】次に、この試料のラミネーションを実施例
１と同様に行った。

【０１５５】実施例１と同様に太陽電池特性およびシャ
ント抵抗を測定したところ、変換効率は実施例２に比べ
て相対値で５％低く、図９に示すように、シャント抵抗
はスクライブの溝幅が狭くなるに従い小さくなり、５０
μｍ幅においては実施例２の約３０％であった。

【０１５６】また、信頼性試験を行ったところ、図１０
に示すように、１０００時間後でスクライブ幅が５０μ
ｍと狭いものは、初期に比較して、約４０％のシャント
抵抗の低下が見られた。この比較例１のサンプルに逆バ
イアスを印加し不図示の赤外線カメラで観察したところ
スクライブ部分がショートしていることが分かった。

【０１５７】実施例２と本比較例より、本発明の製造方
法によって得られる集積型光起電力素子は従来のものよ
り歩留まりが良好で信頼性が高いことが分かる。

【０１５８】（実施例３）基板をポリイミドフィルムと
した以外は、実施例１と同様にして図３に示す集積型光
起電力素子を作製した。

【０１５９】まず、基板１０１上にＡｌ膜を堆積し、反
射層としＺｎＯ膜を６０００Å堆積し、反射増加膜を形
成し下部電極１０３とした。

【０１６０】次に、下部電極１０３を堆積した試料を図
６のレーザー加工機で幅１００μｍの下部電極分割溝１
０４を切り、ＺｎＯ及びＡｌからなる下部電極を幅１．
５ｃｍで２０分割した。

【０１６１】続いて半導体層１０５を作製後、再び図６
のレーザー加工機にセットし、幅１００μｍの半導体分
割溝１０６を形成し、半導体層１０５を幅１．５ｃｍで
２０分割した。この時、半導体分割溝１０６は、下部電
極分割溝１０４と約１００μｍずらして形成した。

【０１６２】半導体分割溝形成後、透明導電層（上部電
極）１０７を形成し、半導体分割溝１０６を介して直列
化を行った。

【０１６３】次に、絶縁膜１０８は不図示のスパッタ装
置を用いてＳｉＯ₂を形成した。その後再び図６のレー
ザー加工機にセットし、幅２００μｍの上部電極分割溝
１０９を形成し、透明電極層１０７を幅１．５ｃｍで２
０分割した。この時、上部電極分割溝１０９は、半導体
分割溝１０６と約３００μｍずらして形成した。

【０１６４】以上の工程により、２０段に直列接続した
集積型光起電力素子を得た。同様の工程を繰り返して、
合計１０枚の集積型光起電力素子を作成した。

【０１６５】次に、これら試料の樹脂封止（エンカプシ
ュレーション）を実施例１と同様に行った。

【０１６６】次に、得られた試料の初期特性を実施例１
と同様にして測定した。まず、ＡＭ１．５グローバルの
太陽光スペクトルで１００ｍＷ／ｃｍ²の光量の疑似太
陽光源（ＳＰＩＲＥ社製以下シミュレータと呼ぶ）を
用いて太陽電池特性を測定し、変換効率を求めたところ
良好な特性であり、ばらつきも少なかった。また、シャ
ント抵抗も平均で５００ｋΩ・ｃｍ²であり良好な値で
あった。これは、スクライブ部分がシャントをしていな
いで、良好であることを示している。

【０１６７】これらの試料の信頼性試験を実施例１と同
様にして、ＪＩＳＣ８９３８のアモルファス太陽電池
モジュールの環境試験方法及び耐久性試験方法に定めら
れた高温高湿試験に基づいて行った。

【０１６８】試験後に試料を初期と同様にシミュレータ
を用い太陽電池特性を測定したところ、初期変換効率に
対して有意な劣化は生じなかった。また、シャント抵抗
の有意な低下も無かった。

【０１６９】本実施例の結果から、本発明の製造方法に
よって得られる集積型光起電力素子は良好な特性を有し
ており、シャントの発生を防いで歩留まりが良好で、信
頼性が高いことが分かる。

【０１７０】また、絶縁膜１０８をＳｉＯ₂でなくＳｉ
Ｏ、ガラス膜などにしても同様の効果が得られた。

【０１７１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
集積型光起電力素子の製造方法が、電極層または半導体
層の表面に絶縁膜を形成する工程と、該絶縁膜側から少
なくとも電極層または半導体層をスクライブする工程と
を有しているので、このスクライブによって発生する粉
塵は絶縁膜が導電性材料に積層された状態のものである
ため、導電性が低いものとなり、粉塵が切断後の分割溝
に残った場合でもショート状態を最小限にとどめること
ができる。したがって、歩留まりが良好で、かつ長期使
用時における信頼性の高い集積型光起電力素子を得るこ
とができる。

【０１７２】また、スクライブ工程が、レーザースクラ
イブ法、サンドブラストスクライブ法、または超音波ス
クライブ法を用いて行われるので、スクライブ溝を狭く
形成することができ、特性の良好な集積型光起電力素子
が得られる。

【０１７３】さらに、少なくともアクリル、ポリエステ
ル、またはポリイミドから選択される高分子樹脂により
絶縁膜を形成し、或いは、少なくともＳｉＯ、Ｓｉ
Ｏ₂、またはガラスから選択される無機材料により絶縁
膜を形成することにより、歩留まりがより向上するとと
もに、より信頼性の高い集積型光起電力素子を得ること
ができる。

【０１７４】そして、絶縁膜のスクライブする部分に開
口部を形成することにより、生産性を高めることができ
る。

【０１７５】また、半導体層が、光入射側から順に少な
くとも第１半導体層と第２半導体層を積層した構造であ
り、かつ少なくとも第２半導体層の一部が柱状微結晶構
造を有するシリコン層により構成されていることによ
り、歩留まりがより向上するとともに、より信頼性の高
い集積型光起電力素子を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の集積型光起電力素子の製造方法の一例
を示す模式図であり、（ａ）〜（ｆ）は各製造工程にお
ける構造を示している。

【図２】本発明の集積型光起電力素子の製造方法の別の
例を示す模式図であり、（ａ）〜（ｆ）は各製造工程に
おける構造を示している。

【図３】本発明の集積型光起電力素子の製造方法の別の
例を示す模式図であり、（ａ）〜（ｆ）は各製造工程に
おける構造を示している。

【図４】本発明の集積型光起電力素子の製造方法の別の
例を示す模式図であり、（ａ）〜（ｆ）は各製造工程に
おける構造を示している。

【図５】本発明における集積型光起電力素子の半導体膜
の堆積装置を示す模式図である。

【図６】本発明におけるレーザースクライブ法を示す模
式図である。

【図７】本発明におけるサンドブラストスクライブ法を
示す模式図である。

【図８】本発明における超音波スクライブ法を示す模式
図である。

【図９】本発明による集積型光起電力素子の優れた特性
を示す図である。

【図１０】本発明による集積型光起電力素子の信頼性を
示す図である。

【図１１】従来の集積型光起電力素子の構成例を示す模
式図である。

【符号の説明】

１０１基板１０２絶縁層１０３下部電極１０４下部電極分割溝１０５半導体層１０６半導体分割溝１０７上部電極１０８絶縁膜１０９上部電極分割溝２０１ロードチャンバー２０２ｉ層チャンバー２０３ｐ、ｎ層ＲＦチャンバー２０４シリコンゲルマニウムｉ層チャンバー２０５アンロードチャンバー２０６、２０７、２０８、２０９ゲートバルブ２１０プラズマＣＶＤ室２１１基板加熱用のヒーター２１２ｎ層堆積用ヒーター２１３ｉ層堆積用ヒーター２１４ｐ層堆積用ヒーター２１５ｎ層堆積室２１６ｉ層堆積用の堆積室２１７ｐ層堆積用の堆積室２１８ヒーター２１９プラズマＣＶＤ室２２０レール２２１基板ホルダー２２２窓３０１レーザー本体３０２電源３０３冷却装置３０４レーザービーム３０５ダイクロイックミラー３０６レンズ３０７試料３０８ステージ３０９コントローラー３１０照射光源３１１レンズ３１２ダイクロイックミラー３１３反射ミラー３１４ＩＴＶカメラ３１５モニター４０１コンベア４０２成膜済基板４０３砥粒４０４ノズル５０１コンベア５０２成膜済基板５０３チップ５０４ホーン５０５超音波振動子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者吉野豪人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者竹山祥史東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者都築幸司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 AA04 AA05 BA17 EA09 EA10 EA16 EA18

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも下部電極層と、半導体層と、
上部電極層とからなる光起電力素子を同一基板上に複数
配列してなる集積型光起電力素子の製造方法において、電極層または半導体層の表面に絶縁膜を形成する工程
と、該絶縁膜側から少なくとも電極層または半導体層を
スクライブする工程とを有することを特徴とする集積型
光起電力素子の製造方法。
【請求項２】前記スクライブ工程が、レーザースクラ
イブ法、サンドブラストスクライブ法、または超音波ス
クライブ法を用いて行われることを特徴とする請求項１
に記載の集積型光起電力素子の製造方法。
【請求項３】前記絶縁膜は、少なくともアクリル、ポ
リエステル、またはポリイミドから選択される高分子樹
脂により形成されることを特徴とする請求項１または２
に記載の集積型光起電力素子の製造方法。
【請求項４】前記絶縁膜は、少なくともＳｉＯ、Ｓｉ
Ｏ₂、またはガラスから選択される無機材料により形成
されることを特徴とする請求項１または２に記載の集積
型光起電力素子の製造方法。
【請求項５】前記絶縁膜のスクライブする部分に開口
部を形成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれ
かに記載の集積型光起電力素子の製造方法。
【請求項６】前記半導体層が、光入射側から順に少な
くとも第１半導体層と第２半導体層を積層した構造であ
り、かつ少なくとも第２半導体層の一部が柱状微結晶構
造を有するシリコン層により構成されていることを特徴
とする請求項１乃至５のいずれかに記載の集積型光起電
力素子の製造方法。