JPH07105511B2

JPH07105511B2 - 光起電力装置の製造方法

Info

Publication number: JPH07105511B2
Application number: JP61085453A
Authority: JP
Inventors: 精一木山; 秀記今井
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1986-04-14
Filing date: 1986-04-14
Publication date: 1995-11-13
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPS62242371A

Description

【発明の詳細な説明】（イ）産業上の利用分野本発明は、電卓、腕時計等の民生用小型電子機器の電源
として用いられる太陽電池や、ファクシミリ等の光学的
読取り装置として利用される一次元光センサアレイ等の
光起電力装置の製造方法に関する。

（ロ）従来の技術基板の絶縁表面の複数の発電領域に光電変換素子を設け
それら光電変換素子を電気的に直列接続した光起電力装
置は例えば特公昭58−21827号公報に開示された如く既
に知られており、上述の如き電卓等の民生用小型電子機
器の電源として実用化されている。光起電力装置に対す
る一般的要求は、単位発電量当りの価格の低減にあり、
光電変換効率の上昇と、製造コストの引き下げにより達
成される。

ところが、上記民生用小型電子機器の電源として用いら
れる光起電力装置は、太陽光発電に利用されるものに比
して、負荷の駆動回路を構成するLSI等の低消費電力化
が進み、50lux以下の室内光下に於ける発電出力によっ
て、十分に電子機器を動作させることができる現在、光
電変換効率の上昇よりはむしろ製造コストに対する要求
が厳しい。

上記先行技術に開示された光起電力装置の製造は、光電
変換素子を構成する第１電極膜、半導体膜及び第２電極
膜の各々に対し、形成時に被着してはならないところを
マスクで覆うマスキング法を用いることによって、製造
工程の簡略化を図り、製造コストの低減化を達成してい
る。

然し乍ら、斯るマスキング法によれば、各光電変換素子
毎に膜を形成する際、該マスキング法特有の膜周縁に於
いて膜の泌み出し（にじみ）が発生するために、予め定
められた微細なファインパターンが得られず、各光電変
換素子が互いに隣接する隣接間隔部分の間隔長を十分に
とらないと例えば隣接関係にあり分離すべき第２電極膜
同士が接触する危惧を持つ。斯る隣接間隔部分は光電変
換素子間に位置する結果、光電変換に寄与しない無効領
域を形成し、受光面積中に占める有効発電領域の割合を
減少させるために、可及的に狭くしなければならない。

周知の如く予め定められた微細なファインパターンに膜
を加工する手法としてフォトリソグラフィ法が存在する
が、フォトリソグラフィ法は、フォトレゾストの塗布、
ベーキング、露光、現像、エッチング、フォトレジスト
の剥離等の一連の煩雑な工程を経なければならず、製造
コストの上昇原因となり、低廉価が要求される民生用小
型電子機器の電源として用いられる光起電力装置の製造
には不向きである。

特開昭59−35487号公報に開示された光起電力装置の製
造方法は、第７図に示す如く基板（１）の絶縁表面に、
マスキング法を利用するものの、各発電領域（2a）〜
（2d）毎には分割することなく先ず第１電極膜（３）が
形成され、その後各膜専用のマスクを用いて半導体膜
（４）及び第２電極膜（５）が上記第１電極膜（３）上
に同様に分割することなく順次重畳被着され、最後に第
８図のように各発電領域毎に光電変換素子（6a）〜（6
d）を分割すべく、それらの隣接間隔部分（ab）（bc）
（cd）にレーザビーム（LB）が照射される。即ち、隣接
間隔部分（ab）（bc）（cd）の各膜に対してレーザビー
ム（LB）を照射して、焼損除去により各光電変換素子
（6a）〜（6d）を分割しようとするその技法は、隣接間
隔部分（ab）（bc）（cd）のパターニングをマスキング
法やフォトリソグラフィ法により行なう従来の技法の欠
点を解決する上で極めて有益である。

然るに、斯るレーザビームの照射による隣接間隔部分
（ab）（bc）（cd）のパターニングにあっても、第９図
（Ａ）〜（Ｃ）に示すような問題点がある。即ち、隣接
間隔部分（ab）に位置する第２電極膜（５）、半導体膜
（４）及び第１電極膜（）が同時にレーザビームの照射
により除去されると、斯る隣接間隔部分（ab）に於いて
相隣り合う光電変換素子（6a）（6b）の対向側面は第１
電極膜（3a）（3b）、半導体膜（4a）（4b）及び第２電
極膜（5a）（5b）の三者が露出する状態となるために、
第９図（Ａ）の如く当該隣接間隔部分（ab）にレーザ加
工時の残留物（７）が発生し、これが導電体であると露
出状態にある同一の光電変換素子（6a），（6b）を構成
する第１電極膜（3a），（3b）と第２電極膜（4a），
（4b）とが不所望に結合したりする。また、第９図
（Ｂ）のようにレーザビーム（LB）の周縁部が照射され
た半導体膜部分は、該レーザビーム（LB）の周縁部が除
去するに足りる十分なエネルギを持たないためにアニー
リングされ微結晶化、或いは結晶化されて、その結果低
抵抗層（８）（８）を形成し同一の光電変換素子（6
a），（6b）を短絡する原因となる。更に、第２電極膜
（5a）（5b）が半導体膜（4a）（4b）とオーミック接触
すべくアルミニウム（Al）、チタン（Ti）、銀（Ag）或
いはそれらを含む合金等のオーミック金属からなる単層
或いは多層構造をとる場合、それらオーミック金属は照
射されるレーザビームに対しては反射率が高く、熱伝導
性が良いために、除去部分に第２電極膜（５）の溶融物
が流出する溶融垂れ（９）（９）が発生することもあ
る。斯る溶融垂れ（９）（９）も当該光電変換素子（6
a）（6b）の短絡事故の原因となる。

（ハ）発明が解決しようとする問題点本発明は上述の如く、除去部分界面に於いて残留物が残
存したり、半導体膜対向側面に低抵抗層が形成された
り、及び／または第２電極膜の溶融垂れが発生したりし
て、当該光電変換素子が短絡する事故を解決しようとす
るものである。

（ニ）問題点を解決するための手段本発明は上記問題点を解決するために、第１電極膜、半
導体膜及び第２電極膜の積層体からなる光電変換素子
を、基板の絶縁表面の複数の発電領域毎に電気的に分離
してなる光起電力装置の製造方法に於いて、上記発電領
域から上記基板の周縁に向って延出した延長部分を有す
る第１電極膜を分割配置し、上記第１電極膜延長部分を
除いて発電領域の第１電極膜上及び該第１電極膜の隣接
間隔部に於ける絶縁表面上に、光活性層を含む半導体膜
と第２電極膜を重畳被着した後、上位隣接間隔部の内方
に位置する第２電極膜にエネルギビームを照射して当該
照射領域の第２電極膜及び、半導体膜の少なくとも一部
を除去することに因り、その除去部分の上記半導体膜と
第２電極膜を同形状にパターニングすると共に、該隣接
間隔部に於ける上記第１電極膜の対向側面を上記半導体
膜及び第２電極膜で覆うことを特徴とする。

（ホ）作用上述の如く予め第１電極膜は基板の絶縁表面の複数の発
電領域毎に分割配置された後、上記第１電極膜の隣接間
隔部の絶縁表面上に配置された半導体膜及び第２電極膜
に対し、該隣接間隔部の内方に位置する第２電極膜にエ
ネルギビームを照射して、当該照射領域の第２電極膜及
び、半導体膜の少なくとも一部を除去する。これによ
り、その除去部分の半導体膜と第２電極膜を同形状にパ
ターニングし、更には上記隣接間隔部に於ける第１電極
膜の対向側面が上記半導体膜及び第２電極膜で覆われる
こととなる。

斯る構成としたことで、上記第１電極膜の上記隣接間隔
部で露出することが防止し得、たとえ上記エネルギビー
ムの照射によって残留物や低抵抗層、或いは第２電極膜
の溶融垂れが生じたとしても、これら短絡要素による短
絡事故を回避することができることとなる。

（ヘ）実施例第１図乃至第４図は本発明製造方法を説明するためのも
のであって、先ず第１図の工程では、ガラス、セラミッ
ク、高分子フィルム等の絶縁材料からなる長方形状の基
板（１）の一方の主面（1a）にその主面（1a）の長辺方
向に整列して複数の発電領域（2a）〜（2d）を区画すべ
き第１電極膜（3a）〜（3d）が分割配置される。斯る第
１電極膜（3a）〜（3d）は、基板（１）を受光面側とす
るとき、酸化インジウム錫（ITO）や酸化錫（SnO₂）に
代表される透光性導電酸化物（TCO）の単層、或いは積
層構造であり、基板（１）を背面側とするとき、アルミ
ニウム（Al）、チタン銀合金（TiOg）、銀（Ag）の金属
からなる単層、或いは積層構造、更には斯る金属層の表
面を上記TCOで被覆した積層構造を持つと共に、基板
（１）の長辺の一方の周縁に向って延出した延長部分
（3ae）〜（3de）が設けられ、右隣りに分割された第１
電極膜（3b）〜（3d）のある第１電極膜（3a）〜（3c）
の延長部分（3ae）〜（3ce）は、右隣りの第１電極膜
（3b）〜（3d）に向って屈曲したＬ字状にパターニング
されている。

第２図の工程では、上記第１電極膜（3a）〜（3d）の延
長部分（3ae）〜（3de）を含む基板（１）の周縁部分を
ハードマスクで覆い、該マスクから露出した第１電極膜
（3a）〜（3d）上及びそれら第１電極膜（3a）〜（3d）
の隣接間隔部分（ab），（bc），（cd）の絶縁表面上に
SiH₄、Si₂H₆、SiF₄等のシリコン化合物ガスを主原料ガ
スとするプラズマCVD法或いは光CVD法により、アモルフ
ァスシリコン、アモルファスシリコンカーバイド、アモ
ルファスシリコンゲルマニウム、微結晶シリコン等を適
宜各層に配置したpin接合型、pn接合型、pi接合型、或
いはそれらのタンデム構造の半導体光活性層を含む半導
体膜（４）が形成される。

第３図の工程では、上記隣接間隔部（ab），（bc），
（cd）が除去されることなく連続して配置された半導体
膜（４）と同じく、該半導体膜（４）上に各発電領域
（2a）〜（2d）毎に分割することなく第２電極膜（５）
が設けられる。第２電極膜（５）は各発電領域（2a）〜
（2d）毎に分割されてはいないものの、次工程で各発電
領域（2a）〜（2d）毎に分割されたとき、左隣りに発電
領域（2a）〜（2c）が存在する第２電極膜部分には半導
体膜（４）から露出した第１電極膜（3a）〜（3c）の延
長部分（3ae）〜（3ce）と結合すべく、基板（１）の長
辺の一方の周縁に向って延出し逆Ｌ字状に屈曲した延長
部分（5be）〜（5de）を持つ。斯る第２電極膜（５）は
この第２電極膜を受光面とするとき上記TCOからなり、
基板（１）を受光面とするとき上記Al、TiAg等の金属か
ら形成される。

第４図の最終工程では、第１電極膜（3a）〜（3d）の隣
接間隔部（ab），（bc），（cd）にも設けられた上記第
２電極膜部分及び半導体膜部分に上記隣接間隔部の内方
に位置する上記第２電極膜に対して、レーザビームや電
子ビームの如きエネルギビーム（EB）を照射すること
で、当該照射領域の第２電極膜部分及び半導体膜部分を
除去する。斯る工程で注目すべきは、第５図のように一
つの隣接間隔部（ab）を拡大して示す如く上記第１電極
膜（3a）〜（3d）の隣接間隔部（ab），（bc），（cd）
に上記半導体膜（４）の少なくとも一部分を残存せし
め、この半導体膜残存部（4as）（4bs）…で隣接間隔部
（ab），（bc），（cd）に於ける第１電極膜（3a）〜
（3d）の対向側面（3as）（3bs）…を覆ったことにあ
る。即ち、この最終工程にあっては除去予定箇所に照射
せしめられるエネルギビーム（EB）の幅（Ｗ）（スポッ
ト径）を上記隣接間隔部（ab），（bc），（cd）の間隔
長（Ｌ）に比して十分に小さくすると共に、エネルギビ
ーム（EB）の照射中心と隣接間隔部（ab），（bc），
（cd）の中心とを一致せしめ、その中心線上にエネルギ
ビーム（EB）を走査している。例えば、上記隣接間隔部
（ab），（bc），（cd）の間隔長（Ｌ）を0.3〜1mmとし
たとき、除去幅（Ｗ）が0.02〜0.1mm程度に設定され
る。この様な除去幅（Ｗ）はレーザビームや電子ビーム
により容易に得られる。その具体例を示せば、エネルギ
ビームとして波長1.06μｍ若しくは0.53μｍのＱスイッ
チ付YAGレーザが使用され、そのときの加工条件は出力
0.05〜0.2W、パルス繰り返し周波数１〜10KHz、走査速
度は20〜100mm/secであった。斯るレーザビームの照射
工程に於いて、半導体膜（４）の形成工程に使用された
ハードマスクで基板（１）の一主面（1a）側を覆えば、
第２電極膜（５）の除去してはならない延長部分（5a
e）〜（5de）も覆蓋することができ、ハードマスクが上
記延長部分（5ae）〜（5de）のプロテクタとして作用
し、作業の簡略化が図れる。

尚、上記隣接間隔部（ab），（bc），（cd）の一つを上
記第５図に拡大して示すものの、同図に於いて各第１電
極膜（3a）〜（3d）、半導体膜（4a）〜（4d）及び第２
電極膜（5a）〜（5d）の積層体から構成される光電変換
素子（6a）〜（6d）の総合膜厚は約１μｍ前後と、隣接
間隔部（ab），（bc），（cd）の間隔長（Ｌ）が0.3〜1
mm、除去幅（Ｗ）が0.02〜0.1mmに較べ１桁以上小さい
にも拘らず、同一の桁数の如き倍率で描いてある点に注
意すべきである。

この様にして、隣接間隔部（ab），（bc），（cd）に位
置する第２電極膜部分及び半導体膜部分がレーザビーム
の照射により除去され、第１電極膜（3a）〜（3d）、半
導体膜（4a）〜（4d）及び第２電極膜（5a）〜（5d）の
積層体からなる光電変換素子（6a）〜（6d）が、上記隣
接間隔部（ab），（bc），（cd）に於いて各発電領域
（2a）〜（2c）毎に電気的に分離されると、基板（１）
の一方の長手方向周縁に於いて、第１電極膜（3a）〜
（3d）のＬ字状延長部分（3ae）〜（3ce）の底辺と、第
２電極膜（5a）〜（5d）の逆Ｌ字状延長部分（5be）〜
（5de）の底辺との結合によって、４つの発電領域（2
a）〜（2d）に設けられた光電変換素子（6a）〜（6d）
は電気的に直列接続され、それら光電変換素子（6a）〜
（6d）の直列出力は右端の第２電極膜（5a）の延長部分
（5ae）と、左側の第１電極膜（3d）の延長部分（3de）
から導出される。

第６図は第４図に示した最終工程の他の実施例に於ける
一つの隣接間隔部（ab）を拡大して示したものである。
即ち、前の実施例に於ける最終工程にあっては、斯る隣
接間隔部（ab）の中央部に位置していた第２電極膜部分
及び半導体膜部分がエネルギビーム（EB）の照射により
除去され、隣接光電変換素子（6a）（6b）の第２電極膜
（5a）（5b）及び半導体膜（4a）（4b）は電気的且つ物
理的に分離されていたが、この実施例にあっては第２電
極膜（5a）（5b）は電気的且つ物理的に分離されるもの
の、半導体膜（４）についてはエネルギビーム（EB）の
照射による除去をその途中までとし、半導体膜（４）を
その面方向の抵抗値が高いことを利用して電気的に分離
し、物理的な分離を行なっていない。特に半導体膜
（４）の接合形態がpin接合のとき、高抵抗なｉ型（真
性）層途中まで除去することが電気的分離に有効であ
る。

尚、上記実施例にあっては、直列接続型光起電力装置の
製造方法について詳述したが、本発明製造方法は、互い
に電気的に分離された光電変換素子を基板上に直線的
（一次元的）に整列配置したファクシミリ等の光学読取
り装置に利用される光学センサアレイの製造にも適用可
能である。

（ト）発明の効果本発明製造方法は以上の説明から明らかな如く予め第１
電極膜は基板の絶縁表面の複数の発電領域毎に分割配置
された後、上記第１電極膜の隣接間隔部の絶縁表面上に
配置された半導体膜及び第２電極膜に対し、該隣接間隔
部の内方の位置する第２電極膜にエネルギビームを照射
して、当該照射領域の第２電極膜及び、半導体膜の少な
くとも一部を除去する。これにより、その除去部分の半
導体膜と第２電極膜を同形状パターニングし、更には上
記隣接間隔部に於ける第１電極膜の対向側面が上記半導
体膜及び第２電極膜で覆われることとなる。

更には、本願発明によれば、半導体膜及び第２電極膜の
分割をエネルギビームで同時に行うことから、個々の膜
を従来のようなフォトレジスト工程で分割する必要がな
く、工程の簡略化が成し得ると共に、上記半導体膜と第
２電極膜との間に上記工程による異物や不純物等を挟む
危険が回避できる。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明製造方法を工程別に説明する
ための上面図、第５図は最終工程終了後の一つの隣接間
隔部の拡大断面図、第６図は他の実施例に於ける最終工
程終了後の一つの隣接間隔部の拡大断面図、第７図及び
第８図は従来の製造方法を工程別に説明するための上面
図、第９図（Ａ）〜第９図（Ｃ）は従来の欠点を説明す
るための一つの隣接間隔部の拡大断面図、を夫々示して
いる。（１）……基板、（2a）〜（2d）……発電領域、（３）
（3a）〜（3d）……第１電極膜、（４）（4a）〜（4d）
…半導体膜、（５）（5a）〜（5d）……第２電極膜、
（6a）〜（6d）……光電変換素子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１電極膜、半導体膜及び第２電極膜の積
層体からなる光電変換素子を、基板の絶縁表面の複数の
発電領域毎に電気的に分離してなる光起電力装置の製造
方法に於いて、上記発電領域から上記基板の周縁に向って延出した延長
部分を有する第１電極膜を分割配置し、上記第１電極膜
延長部分を除いて発電領域の第１電極膜上及び該第１電
極膜の隣接間隔部に於ける絶縁表面上に、光活性層を含
む半導体膜と第２電極膜を重畳被着した後、上記隣接間
隔部の内方に位置する第２電極膜にエネルギビームを照
射して当該照射領域の第２電極膜及び、半導体膜の少な
くとも一部を除去することに因り、その除去部分の上記
半導体膜と第２電極膜を同形状にパターニングすると共
に、該隣接間隔部に於ける上記第１電極膜の対向側面を
上記半導体膜及び第２電極膜で覆うことを特徴とする光
起電力装置の製造方法。