JPS633470A - 光電変換装置の作成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、絶縁表面を有する基板に、光照射により光起
電力を発生し得る接合を少なくとも１つ有するアモルフ
ァス半導体を含む非単結晶半導体からなる光電変換素子
（単に素子ともいう）をレーザスクライブ法を用いて複
数個電気的に直列接続した、高い電圧の発生を可能とす
る光電変換装置の作成方法に関する。

〔従来の技術〕

光電変換装置を集積化させる技術の１つとしてのマスク
方式はレジスト塗布、露光、現像、エノチングなどの多
くの工程を必要としている。しかし、−方、レーザスク
ライプ加工による光電変換装置の集積化はレーザによる
直接加工を行うためにマスクを必要としないマスクレス
プロセスが可能でありしかも、レーザスクライプにより
形成された清福は３０〜１５０μｍであるため、電極接
合部分の面積が小さくて済むことによる有効面積の増大
が見込める等の利点を有している。

このようなレーザスクライプ加工による集積化技術の中
でも、特に光電変換素子の上部に形成された第２の電極
を分離させることにより光電変換素子を複数個電気的に
接続させる点が困難な点となっている。即ち上記第２の
電極のみを選択加工する場合、下部の光電変換素子に損
傷を与えないような深さ方向に対する厳密なコントロー
ルが必要になるからである。

従来、上記光電変換装置の金属電極材料には、ＩＴＯ（
酸化インジュームと酸化スズとの混合＠３）＋Ａｔ、Ｉ
ＴＯ＋Ａｇ＋ＡＩ及びＩＴＯ＋Ｃｒが用いられていた。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、ＩＴＯ＋ＡＩおよびＩＴＯ＋Ａｇ＋ＡＩ
の金属材料を用いた金属電極をレーザスクライプ加工法
により作成する場合、上記の金属材料が、下層の光電変
換素子と反応してしまい、溶融状態を作ってしまったり
、また、光電変換素子にレーザ光が照射されてしまった
場合には、照射された部分が結晶化することにより結晶
化した部分の電気伝導度がよくなるためにリーク電流が
発生してしまい、光電変換装置の特性を悪化させてしま
っていた。またＩＴＯ＋Ｃｒの金属材料を用いた場合に
は下層の光電変換素子との反応もな（、金属電極部分の
みの加工をすることができるのであるが、ＩＴＯ＋Ｃｒ
の金属材料を再現性よく得ることができないため、−定
した金属電極を得ることができない等の問題があった。

〔問題点を解決するための手段〕

以上のような問題点を解決すべく、鋭意検討した結果、
ＺｎＯ＋Ａｌを金属材料として金属電極を形成させた場
合、金属電極のみを選択加工することができることを知
見するに至った。

本発明は上記の知見に基づいて成されたものであり、レ
ーザスクライプ（以下ＬＳという）加工において最上層
の金属電極のみを選択加工し、下層の光電変換素子に損
傷を与えないように金属電極を形成させることにより、
光電変換装置の集積化を目的としてなされたものであり
、絶縁表面を有する基板上に透光性導電膜の第１の電極
と、該電極上の光照射により光起電力を発生させる非単
結晶半導体層と、該非単結晶半導体層上に、形成された
酸化亜鉛導電膜または酸化亜鉛を主成分とする導電膜及
び該導電膜上の金属膜からなる第２の電極を有する光電
変換素子を複数個互いに電気的に直列接続せしめた光電
変換装置の作成方法において、１Ｊ／ｃｍ”以上５Ｊ／
ｃｍ”以下のパワー密度を有するレーザビームを１回照
射して、前記第２の電極を複数個に分離することにより
複数個の発電区域を形成することを特徴とする光電変換
装置の作成方法を提供することにより、上記の目的を達
成したものである。

本発明に用いられる金属膜としては、ＡＩ、Ｃｒ、Ｎｉ
＋ＭｏおよびＡｇ＋ＡＩ膜が挙げられ、特にＡ１膜が好
ましい。

本発明に用いられるレーザ光には、エキシマレーザ（パ
ルス巾２Ｏｎ秒、ＫｒＦ　レーザ、波長２４８ｎｍ）を
用い、ビームを被加工物に照射する場合にはビームエキ
スパンダにより所望のビーム形状に調整した。

パワー密度の調整はビームサイズを変えること及びフユ
ーズドシリカ板（透過率８３％）をフィルターとして用
いることにより行い、１〜５　Ｊ／ｃｍ”のパワー密度
で被加工物に照射した。パワー密度がＩ　Ｊ／ｃ＋ｗ”
未満であると、金属膜および酸化亜鉛膜を取り除かせる
に十分なエネルギを与えることができないために部分的
に金属膜等が残っているような状態であったり、またま
った（加工できない等のため電極間を分離することがで
きない。またパワー密度が５　Ｊ／ｃｍ”を越えるよう
ビームサイズを調整した場合には、波面収差の影響によ
り得られたビームは長方形状のビニムの回りに像のぼけ
た部分が生じているため、エネルギを集中させることが
できない。このために、電極間を分離させることができ
ない。

本発明の光電変換装置の作成方法を図面に従って詳述す
る。

第１図は本発明の方法を用いた光電変換装置の製造工程
を示す縦断面図である。

透光性基板（１）の上面に透光性導電膜（２）を真空蒸
着法、スパッタ法、プラズマＣＶＤ法またはスプレー法
により凹凸表面を有して形成させた。その後、この透光
性導電膜に平均出力１０〜２００ｍＷのＹＡＧレーザ（
５３０ｎｍ）を用いて第１の開溝（１７）を形成させた
。この第１の開溝は、本発明の実施に用いられるエキシ
マレーザを使用してもよい。

か（して第１の電極を構成するＣＴＦ　（２）を切断し
て、それぞれの領域（１４）　、　（１７）を電気的に
分離絶縁して、第１の開溝を形成させた。

この後、この上面にプラズマＣＶＤ法又はＬＰＣＶＤ法
によりＰＮまたはＰＩＮ接合を有する珪素を主成分とす
る非単結晶半導体層（３）を０．２〜１．０μｍ、代表
的には０．７μｍの厚さに形成させた。

その代表例はＰ型非晶質半導体（ＳｉｘＣ１−、ｘ＝０
．８．平均厚さ約５０〜１５０人）−１型非晶質又は半
非晶質構造のシリコン半導体（０，５〜０．９μｍ）　
−Ｎ型の１μｍ以下の厚さを有する微結晶半導体よりな
る一つのＰＩＮ接合を有する非単結晶半導体、又はＰ型
非単結晶半導体（ＳｉｘＣｔ−ｘ）　　　Ｉ型非晶質ま
たは非晶質珪素半導体（Ｅｇ　＝１．７〜１．８　ｅＶ
）　−Ｎ型Ｓｉ微結晶化半導体よりなる２つのＰＩＮ接
合とひとつのＰＮ接合を有するタンデム型のＰＩＮＰＩ
Ｎ・・・ＰＩＮ接合の半導体（３）である。

かかる非単結晶半導体（３）を全面に均一の膜厚で形成
させた。さらに第１図（Ｂ）に示される如く第１の開溝
（１７）の左方向側に第２の開溝（１８）を本発明に使
用されるエキシマレーザを使用してしＳ工程により形成
させた。

その後、前記半導体層（３）の上面に第１図（Ｃ）に示
されるように、第２の電極用の金属膜（４）を以下に述
べる如くにして設けた。この金属膜（４）はまず前記半
導体（３）上面にＺｎＯ膜を３００〜３０００Å好まし
くは１００〜１５００人形成させ、更にＺｎＯ膜上面に
金属を５４０〜３８００人好ましくは２５００〜３００
０人形成させることにより設けた。

上記の如くにして設けられた第２の電極用の導電膜（４
）を第１図（Ｃ）に示される如く形成した。

か（して複数の素子（１１）　、　（１３）を連結部（
１２）で直列接続する光電変換装置を作ることができた
。

第１図（Ｄ）はさらに本発明を光電変換装置として完成
させんとしたものである。即ち、パッシベイション膜と
して外部接続領域（５）を除き、ポリイミド、ポリアミ
ド、カプトンまたはエポキシ等の有機樹脂（２２）を２
０〜３０μｍの厚さにコートして耐湿防止をした。

又、本発明の光電変換装置の作成方法は、第２の開溝を
形成させる際、透光性導電膜にまで第２の開講を形成さ
せることによっても実施できる。

即ち第２図（２３）に示すように、第２の開講を形成さ
せても本発明を実施することができる。

〔実施例〕

実施例１ １０ｃｍ　Ｘ　１０ｃｍの硝子基板上に、全面にわたっ
てハロゲン元素が添加された酸化スズを主成分とする透
光性導電膜を１０００人の厚さでプラズマＣＶＤ法によ
り形成した後、この透光性導電膜にＹＡＧレーザ（５３
０ｎｍ）を使用して出力８０ｍＷを加え、マイクロコン
ピュータによりスポット径を２０μｍφに制御して被膜
側よりレーザ光を照射し、走査速度４０ｃｍ／分により
幅約２０μｍの第１の開溝を形成させた。

この後、この透光性導電膜上にプラズマＣＶＤ法により
Ｐ型非晶質半導体１ｉｉ　（ＳｉｘＣ１−ｘ　　ｘ　＝
０．８１００人）、Ｉ型非晶質半導体層（シリコン半導
体、０．６μｌ１１）及びＮ型微結晶半導体層（Ｓｉｘ
Ｃ，−ｘ　　Ｘ　＝０．９１００人）を形成させた。こ
の形成されたＰＩＮ半導体にエキシマレーザ（ＫｒＦレ
ーザ、波長２４８ｎｍ）を使用して、従来行われている
方法によりＰＩＮ半導体層のみに第２の開講を形成させ
た。さらに上記半導体層上に酸化亜鉛膜１２００人およ
びアルミニューム膜２５００人からなる金属電極を形成
させた。かかる金属電極にエキシマレーザをビームサイ
ズ１３０μｍ　Ｘ　１０２ｍ＋ｍ　、パワー密度２．Ｑ
Ｊ／ｃｍ”にて−回照射することで金属電極のみを除去
し、第３の間溝を形成させた。形成された第３の開溝は
その下層の半導体層を損傷することはなかった。その結
果、複数の直列接続を有する光電変換装置を作ることが
できた。

実施例２ 実施例１と同様に、透光性導電膜を形成させた後、第１
の開溝を形成させ、さらにＰＩＮ半導体を形成させた。

このＰＩＮ半導体およびその下部の透光性導電膜へ実施
例１と同様のエキシマレーザを照射し、第２の開溝を形
成させた。そして上記半導体の上部に実施例１と同様に
金属電極を形成させた後、この金属電極にビームサイズ
１０５μｍ×４０ｍｍ、パワー密度２．３Ｊ／ｃｍ”の
エキシマレーザを一回照射し、第３の開溝を形成させた
。形成された第３の開溝は、その下層の半導体層を損傷
することはなかった。その結果、複数の直列接続を有す
る光電変換装置を作ることができた。

実施例３ 実施例１において、エキシマレーザを用いて従来行われ
ている方法により第１及び第２の開溝を形成させ、さら
にその上部に酸化亜鉛１２００人、アルミニューム膜３
０００人からなる金属電極を形成させた。かかる金属電
極にビームサイズ１０５μｍｘ４０ＩＩＩＩ、パワー密
度１．４Ｊ／ｃｍ”のエキシマレーザを一回照射し、第
３の開溝を形成させた。形成された第３の開講は、その
下層の半導体を損傷することはなかった。その結果、複
数の直列接続を有する光電変換装置を作ることができた
。

実施例４ 実施例２において、エキシマレーザを用いて従来行われ
ている方法により第１および第２の開溝を形成させ、さ
らにその上部に酸化亜鉛１２００人、アルミニューム膜
３０００人からなる金属電極を形成させた。かかる金属
電極にビームサイズ５０μｍ×３７１、パワー密度４．
３Ｊ／ｃ＋ａ”のエキシマレーザを一回照射し、第３の
開溝を形成させた。形成された第３の開溝は、その下層
の半導体を損傷することはなかった。その結果、複数の
直列接続を有する光電変換装置を作ることができた。

比較例１ 実施例３において照射ビームサイズ１００μｍ×１２０
ｍｎ＋　、パワー密度０．８Ｊ／ｃ＋ｍ”のエキシマレ
ーザを使用する以外は実施例３と同様に行った。その結
果、アルミニューム膜を取り除くことはできなかった。

比較例２ 実施例４において照射ビームサイズ５０μｍ×３７ｍｍ
　、パワー密度５．４Ｊ／ｃｍ”のエキシマレーザを使
用する以外は実施例４と同様に行った。その結果、下層
の半導体層を損傷してしまっていた。

実験例１ １０ｃｍ　Ｘ　１０ｃｍのガラス基板上に、全面にわた
ってハロゲン元素が添加された酸化スズを主成分とする
透光性導電膜を１０００人の厚さでプラズマＣＶＤ法で
形成させた後、さらにこの透光性導電膜上に実施例１と
同様にＰＩＮ型非単結晶半導体および酸化亜鉛膜１２０
０人、アルミニューム膜２５００人からなる金属電極を
形成させた。この金属電極にエキシマレーザをビームサ
イズ５０μｍＸ３７ｍ＋ｎ、パワー密度５Ｊ／ａｍ”に
て−回照射することで金属電極のみを除去することがで
きた。

実験例２ 酸化亜鉛膜形成までを実験例１と同様の方法で実施し、
さらに酸化亜鉛膜上にアルミニューム膜１８００人を形
成させ、金属電極とした。この後、金属電極にエキシマ
レーザをビームサイズ１００μｍＸ　１２０ｍｍ　、パ
ワー密度１Ｊ／ｃＩＩ＋２にて一回照射することで金属
電極のみを除去することができた。

〔効果〕

実施例１〜４および比較例１．２で得られた光電変換装
置のＡＭＩ　（１００ｍＷ／ｃｎ＋”）での特性を表１
に示す。

光電変換装置の素子面積は６９．０２ｃｍ２であり、１
５段を直列に接続させである。

表１から明らかなように、本発明による光電変換装面は
優れた特性を示していた。

本発明の光電変換半導体装置の作成方法によれば、レー
ザスクライプ加工において最上層の金属電極のみを金属
電極の下層の非単結晶半導体を損傷させることなく選択
加工することができ、かつレーザ光を一回照射すること
により、電極に開溝を形成させることができるため、効
率良く複数個の光電変換素子を直列接続させることがで
きるのである。

本発明は、光電変換半導体装置のみに限定されることな
（、その他の非単結晶半導体を用いて、ＩＧＦＥＴを用
い液晶画像表示装置と更に光センサ、圧力センサ等に対
して用いてもまったく同様に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を用いた光電変換装置の製造工程を
示す縦断面図である。 第２図は本発明方法を用いた光電変換装置の製造工程の
１つを示す縦断面図である。 １・・・基板 ２・・・透光性基板 ３・・・非単結晶半導体層 ４・・・裏面導電膜

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、絶縁表面を有する基板上に透光性導電膜の第１の電
   極と、該電極上の光照射により光起電力を発生させる非
   単結晶半導体層と、該非単結晶半導体層上に、形成され
   た酸化亜鉛導電膜または酸化亜鉛を主成分とする導電膜
   及び該導電膜上の金属膜からなる第２の電極を有する光
   電変換素子を複数個互いに電気的に直列接続せしめた光
   電変換装置の作成方法において、１Ｊ／ｃｍ＾２以上５
   Ｊ／ｃｍ＾２以下のパワー密度を有するレーザビームを
   １回照射することにより、前記第２の電極を複数個に分
   離することにより複数個の発電区域を形成することを特
   徴とする光電変換装置の作成方法。 ２、特許請求の範囲第１項において、金属膜がアルミニ
   ューム膜であることを特徴とする光電変換装置の作成方
   法。 ３、特許請求の範囲第１項において、１Ｊ／ｃｍ＾２以
   上５Ｊ／ｃｍ＾２以下のパワー密度を有するレーザビー
   ムは長方形を有していることを特徴とする光電変換装置
   の作成方法。 ４、特許請求の範囲第１項において、レーザが波長１９
   ３ｎｍ、２４８ｎｍ、３０８ｎｍおよび３５１ｎｍのエ
   キシマレーザであることを特徴とする光電変換装置の作
   成方法。