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TWI392100B - 太陽能電池和半導體裝置，和其製造方法 - Google Patents

太陽能電池和半導體裝置，和其製造方法 Download PDF

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TWI392100B
TWI392100B TW095101059A TW95101059A TWI392100B TW I392100 B TWI392100 B TW I392100B TW 095101059 A TW095101059 A TW 095101059A TW 95101059 A TW95101059 A TW 95101059A TW I392100 B TWI392100 B TW I392100B
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Kazuo Nishi
Tomoyuki Aoki
Toshiyuki Isa
Gen Fujii
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Semiconductor Energy Lab
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Description

太陽能電池和半導體裝置，和其製造方法
本發明係關於諸如太陽能電池的半導體裝置的結構以及其製造方法。
太陽能電池除了設置在室外用作太陽能發電系統之外，還被廣泛地用作如計算器、收音機、手錶等功耗低的電子器具的電源。在這些日常用品中，在比如像手錶那樣，不僅重視功能，也重視外觀設計的情況下，就要考究安裝太陽能電池的方法。例如，利用太陽能電池作為手錶的錶盤，或者將太陽能電池安裝在半透明的錶盤之下以使其變得不顯眼。
太陽能電池的大部分使用玻璃、不銹鋼、或有機樹脂材料等作為基板，在其上形成由非晶半導體、微晶半導體或黃銅礦(chalcopyrite)(或II－VI族)化合物半導體的薄膜形成的光電轉換層。尤其是，採用有機樹脂材料作為基板的太陽能電池薄而輕，並具有即使跌落也不會被打碎的高耐衝擊性，所以適合安裝在卡式計算器、手錶等攜帶型製品或電視機等室內用電子器具的遙控中(參考專利文件1)。
像這樣，太陽能電池被利用於各種電子器具中，然而，隨著電子器具的小型化及輕量化，太陽能電池也被要求小型化及輕量化。
專利文件1：日本專利公開第2001－185745號案
本發明的目的是藉由實現太陽能電池的電極層和絕緣分離層的形狀的微細化而去掉多餘部分，從而減小遮蔽光的區域，以增加光的接受面積。
在本發明中，藉由在光電轉換層、如非晶半導體層、表面上形成有機材料層，降低非晶半導體層的潤濕性，從而增大非晶半導體層和電極以及絕緣分離層之間的接觸角，以便可以實現電極層和絕緣分離層的形狀的微細化。而且，藉由增大非晶半導體層和電極以及絕緣分離層的接觸角，可以去掉遮蔽光的部分以增加光接受區域。並且，可以去掉電極層和絕緣分離層的沿厚度方向的多餘部分。
本發明的太陽能電池的製造方法，包含以下步驟：在基板上形成第一電極層；在該第一電極層上形成光電轉換層；在該光電轉換層上形成有機材料層；在該光電轉換層上形成到達該第一電極層的開口；在該開口中填充導電膏以形成第二電極層，其中，該有機材料層增大該導電膏的相對於該光電轉換層的接觸角。
本發明的太陽能電池的製造方法，包括以下步驟：在基板上形成第一電極層；在該第一電極層上形成光電轉換層；藉由使用有機材料對該光電轉換層的表面進行處理以改變該光電轉換層的表面性質；在該光電轉換層上形成到達該第一電極層的開口；在該開口中填充導電膏以形成第二電極層，其中，藉由使用有機材料對該光電轉換層進行處理，以增大該導電膏的相對於該光電轉換層的接觸角。
在本發明中，該基板由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
在本發明中，該高分子材料是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中的一種。
在本發明中，該有機材料層含有矽烷偶聯化合物。
在本發明中，該導電膏是含有金屬材料如銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)的導電膏或導電碳膏。
根據本發明，可以將電極層和絕緣分離層的形狀微細化。由此，可以增大在每單位面積上的單元數量，從而可以提高生產量。此外，藉由使光電轉換層和電極的接觸角為大，可以去掉遮蔽光的部分以增加光接受區域。而且，由於可以去掉電極層和絕緣分離層的沿厚度方向的多餘部分，所以可以使太陽能電池小型化及輕量化。
下文中將參考附圖詳細地說明本發明的實施方式。注意，本發明不局限於以下描述，可以在不脫離本發明的宗旨及範圍的情況下各種變化和修改都是可能的，這對於本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，本發明不限於下文中描述的本發明的實施方式的內容。注意，在下文中描述的本發明的結構中，表示相同物體的符號是在每個附圖中通用的。
以下使用圖1A和1B、圖2A和2B以及圖3說明本實施方式。首先，在基板101上形成透明導電膜102。在本實施方式中作為基板101採用柔性基板，具體來說，採用由高分子材料形成的基板如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜。除了聚萘二甲酸乙二醇酯之外，可以使用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、和聚萘二酸丁醇酯(PBN)等的薄膜。另外，可以使用玻璃基板或不銹鋼基板。
在本實施方式中，作為透明導電膜102採用銦錫氧化物合金(ITO)膜。除了銦錫氧化物合金(ITO)之外，可以使用含有Si的銦錫氧化物合金導電膜或與2至20wt%的氧化鋅(ZnO)混合的氧化銦作為靶而形成的導電膜等。
在透明導電膜102上形成非晶半導體膜103。在非晶半導體膜103中形成p型非晶半導體膜103a、不包含賦予導電型雜質的非晶半導體膜103b、以及n型非晶半導體膜103c。
在本實施方式中，作為p型非晶半導體膜103a，使用由電漿CVD法形成的含有硼(B)的非晶矽膜。作為不包含賦予導電型雜質的非晶半導體膜103b，可以使用由電漿CVD法形成的本徵非晶半導體膜。而且，作為n型非晶半導體膜103c，可以形成含有磷(P)的非晶矽膜，還可以在形成本徵非晶矽膜後摻雜磷。
在形成非晶半導體膜103後，形成有機材料層104(參照圖1A)。作為有機材料層104，可以使用改變非晶半導體膜103的表面性質的有機材料，比如含有碳氟鏈的物質或含有矽烷偶聯劑的物質等。矽烷偶聯劑以化學分子式Rn －Si－X4 － n (n＝1，2，3)表示。在此，R是指包含諸如烴基之類的相對較惰性基的物質。此外，X由能夠藉由和基質表面的羥基或吸收水縮合而結合的水解基構成，如鹵素、甲氧基、乙氧基或乙酰氧基。藉由形成有機材料層104，也就是利用有機材料對非晶半導體膜103的表面進行處理，可以改變非晶半導體膜103的表面性質，從而使其潤濕性變低。
另外，作為矽烷偶聯劑的代表性實例，藉由採用在R中具有氟烷基的氟基矽烷偶聯劑(氟烷基矽烷(FAS))，可以進一步降低潤濕性。FAS的R具有用(CF3 )(CF2 )x (CH2 )y (x：從0到10的整數，y：從0到4的整數)表示的結構。在多個R或X結合到Si的情況下，R或X可以彼此完全相同或者不同。作為典型FAS的例子可以列出十七氟四氫癸基三乙氧基矽烷、十七氟四氫癸基三氯矽烷、十三氟四氫辛基三氯矽烷、三氟丙基三甲氧基矽烷等的氟烷基矽烷(下文中也稱作FAS)。
作為用於改變非晶半導體膜103表面性質的材料，可以使用在R中沒有碳氟鏈而有烴基的矽烷偶聯劑，例如，可以使用十八烷基三甲氧基矽烷等作為有機矽烷。
當藉由塗敷法在非晶半導體膜103的表面上形成用於改變非晶半導體膜103表面性質的材料時，作為分散上述物質的溶劑，可以使用諸如正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、正癸烷、二環戊烷、苯、甲苯、二甲苯、四甲基苯、茚、四氫化萘、十氫化萘、以及鯊烯之類的烴類溶劑或四氫呋喃等。
該有機材料層104改變非晶半導體膜103的表面性質，當在後面步驟中由導電膏形成電極時，可以增大導電膏和非晶半導體膜103表面之間的接觸角。所以，可以認為這種非晶半導體膜的表面性質的改變是因為非晶半導體膜的羥基和有機材料層起反應而造成的。
接下來，藉由電射劃片處理形成穿過透明導電膜102、非晶半導體膜103和有機材料層104的接觸孔106和107(參照圖1B)。接觸孔106和107的寬度可以為50μm到300μm。接觸孔106和107到達透明導電膜102。而且，如圖1B所示那樣，可以使基板101的表面作為接觸孔106和107的底面。
然後，在接觸孔106中填充絕緣性材料，以形成用於絕緣分離的絕緣層108(參照圖2A)。絕緣層108是利用噴墨法或網板印刷法等而形成的。在利用噴墨法形成絕緣層108的情況下，可以使用包含感光材料的組成物。例如，可以使用溶解或分散在溶劑中的典型的正性抗蝕劑如酚醛清漆樹脂和作為感光材料的萘酚醌疊氮化物(naphthoquinonedi azide)的化合物、負性抗蝕劑如基礎樹脂、聯苯矽烷二醇(diphenylsilane diol)以及酸產生劑等。作為溶劑採用酯類如醋酸丁酯(butyl acetate)和乙酸乙酯、醇類如異丙醇和乙醇、有機溶劑如甲基乙基酮和丙酮等。可以根據抗蝕劑的種類適當地確定溶劑的濃度。
而且，在接觸孔107中填充導電膏，藉由噴墨法或網板印刷法等形成電極109(參照圖2B)。作為導電膏可以使用含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)或鎳(Ni)等金屬材料的導電膏或導電碳膏。在本實施方式中，採用銀(Ag)膏形成電極109。
當形成電極109時，由於藉由在非晶半導體膜103的表面上形成有機材料層104而使導電膏的對於有機材料層104的表面張力變大，所以可以減少由導電膏遮蔽光的區域。
在形成電極109後，形成與電極109電連接的導電層110(參照圖3)。作為導電層110的形成方法，可以採用濺射法、汽相澱積法、電鍍法、網板印刷法或噴墨法，或者同時並用這些方法。在使用濺射法的情況下，可以採用選自鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁(Al)中的元素或以上述元素為主要成分的合金材料或化合物材料作為導電層110的材料。此外，在使用噴墨法的情況下，可以採用含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)等金屬材料的導電膏作為導電層110的材料。
注意，先形成絕緣層108或先形成電極109都是可以的。
在圖3中表示藉由形成有機材料層104使絕緣層108和電極109分別不越過到接觸孔106和107外側的情況。
絕緣層108和電極109較佳的形成為不越過到接觸孔106和107外側。如圖11A所示，絕緣層108和電極109可以形成為比接觸孔106和107的表面略微下陷的形狀。另外，如圖11B所示那樣，絕緣層108和電極109可以形成為比接觸孔106和107的表面略微突出的形狀。
根據上述步驟，可以製造本發明的太陽能電池。藉由實施本發明，可以製造具有比習知更大的光接受區域的太陽能電池，從而可以製造厚度薄的太陽能電池。另外，從一個基板的每單位面積上能夠獲得更多的太陽能電池。
實施例1
以下使用圖4A到4C、圖5及圖6說明本實施例。在本實施例中，提供以有機樹脂材料作為基板，並在同一基板上使多個單元電池串聯的整合型太陽能電池的製造方法。
在圖4A中，基板501採用具有透光性的有機樹脂材料如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚醚碸(PES)。當然，也可以使用其他市場上出售的基板，比如鈉鈣玻璃、無鹼玻璃或不銹鋼基板等。
基板501可以使用適當大小的薄片狀的基板。此外，在利用卷帶式(roll－to－roll)方法製造本實施例的太陽能電池時，可以使用捲繞成輥狀的基板。在利用卷帶式方法的情況下，較佳的，使用60μm到100μm厚的有機樹脂薄膜基板。
本實施例中所製造的太陽能電池具有在基板的與形成有光電轉換層側相反的面上接受光的結構，所以，首先在基板501上形成透明電極層502。透明電極層502由銦錫氧化物合金(ITO)、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2 )、ITO－ZnO合金等以40nm到200nm(較佳的為50nm到100nm)的厚度而形成。然而，上述有機樹脂材料的可以連續使用的最高溫度是200℃或更低，所以，在形成透明電極層502時，在藉由濺射法或真空氣相澱積法並將基板的溫度設定為比室溫高150℃左右的條件下形成薄膜。詳細製造條件可以由操作人員適當地選擇，在要形成上述膜厚的情況下，需要獲得20Ω到200Ω/□的薄層電阻。
從透明電極膜的低電阻化的角度看，較佳的使用ITO膜，但是在其上形成半導體層時該ITO膜暴露於含有氫的電漿氣氛中，因而被還原而失去透明性。為了防止這種現象，較佳的在ITO膜上形成SnO2 膜或ZnO膜。含有1到10wt%的鎵(Ga)的ZnO(ZnO：Ga)膜具有高透光率，因而適合於作為層疊在ITO膜上的材料。作為組合實例，形成具有50nm到60nm厚的ITO膜，並在其上形成25nm的ZnO：Ga膜，這樣就可以防止失去透明性，從而可以獲取良好的透光特性。該疊層膜可獲取120Ω/□到150Ω/□的薄層電阻。
然後，作為在透明電極層502上形成的光電轉換層503採用藉由電漿CVD法製成的非單晶半導體膜。典型的是，使用以SiH4 氣體為原料而製造的氫化非晶矽(a－Si：H)膜、氫化非晶矽鍺(a－SiGe：H)膜、氫化非晶矽碳(a－SiC：H)膜、或氫化微晶矽(μ c－Si：H)形成光電轉換層。光電轉換層503由銷接接面形成，但是作為價電子被控制的p型和n型層可以使用在a－Si：H或μ c－Si：H中摻雜有硼或磷等雜質元素的材料。尤其是，為了降低光吸收損耗，或實現對透明電極層或背面電極層的良好歐姆接觸，較佳的使用μ c－Si：H。
本實施例的光電轉換層503顯示從透明電極層502一側依次層疊p型半導體層503a、i型半導體層503b和n型半導體層503c的狀態，並且每個層的厚度按以上順序分別為10nm－20nm、200nm－1000nm和20nm－60nm。在利用上述非單晶矽材料形成銷接接面的情況下，可以獲取0.4V－1V左右的開路電壓。而且，藉由以該銷接接面作為一個單元，並層疊多個銷接接面以形成疊層型結構，還可以提高開路電壓。
然後，在光電轉換層503上形成用於改變光電轉換層503的表面性質的有機材料層504。有機材料層504可以利用在實施方式中所示的形成有機材料層104的同樣的方法來形成。
而且，如圖4B所示，為了在相同的基板上形成多個單元電池，藉由雷射處理法(雷射劃片)形成穿過有機材料層504到透明電極層502的開口M1 －Mn 和C1 －Cn 。開口C1 －Cn 是用於形成單元電池實施絕緣分離的開口，開口M1 －Mn 是用於使透明電極層和背面電極層連接的開口。在雷射處理中所使用的雷射種類不受限制，可以使用Nd－YAG雷射器或準分子雷射器等。總之，藉由在透明電極層502和光電轉換層503層疊在一起的狀態下進行雷射處理，可以防止在製造過程中透明電極層從基板剝離。
根據上述步驟，透明電極層502和光電轉換層503分別被分割為T1 －Tn 和K1 －Kn 。然後，如圖4C所示，由噴墨法或網板印刷法等將導電膏填充在開口M1 －Mn 中以形成連接電極層E1 －En 。
作為導電膏，可以使用含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)等金屬材料的導電膏或導電碳膏。在本實施例中，使用銀(Ag)膏形成連接電極層E1 －En 。
當形成連接電極層E1 －En 時，由於在光電轉換層503的表面上形成有有機材料層，所以導電膏的表面張力很大。由此，可以在使導電膏不從開口M1 －Mn 越過的情況下形成連接電極層E1 －En 。因此，可以儘量抑制產生遮蔽光的區域，因而可以增加接受光的面積。
接下來，將絕緣樹脂層Z1 －Zn 填充在開口C1 －Cn 中，以進行元件的絕緣分離。絕緣樹脂層Z1 －Zn 是藉由噴墨法或網板印刷法等而形成的。
在利用噴墨法形成絕緣樹脂層Z1 －Zn 的情形中，與連接電極層E1 －En 同樣，藉由形成在光電轉換層503表面上的有機材料層504的作用，可以使絕緣樹脂層Z1 －Zn 的寬度變細。
在採用噴墨法形成絕緣樹脂層Z1 －Zn 的情況下，絕緣樹脂層的材料可以使用包含光敏劑的組成物，例如，可以使用溶解或分散在溶劑中的作為典型的正性抗蝕劑的酚醛清漆樹脂和作為光敏劑的萘酚醌疊氮化物(naphthoquinonedi azide)化合物、作為負性抗蝕劑的基礎樹脂、聯苯矽烷二醇(diphenylsilane diol)和酸產生劑等。作為溶劑使用酯類如醋酸丁酯(butyl acetate)和乙酸乙酯、醇類如異丙醇和乙醇、有機溶劑如甲基乙基酮和丙酮等。溶劑的濃度可以根據抗蝕劑的種類等而設定。
另外，在採用網板印刷法形成絕緣樹脂層Z1 －Zn 的情況下，根據以下所示的步驟形成絕緣樹脂層Z1 －Zn 。作為用於形成絕緣樹脂層Z1 －Zn 的絕緣樹脂材料，準備苯氧基樹脂、環己烷、異佛爾酮、高阻炭黑、氧相二氧化矽、擴散劑、防沫劑、以及均化劑。
首先，將上述原料的苯氧基樹脂完全溶解在環己烷和異佛爾酮的混合溶液中，與炭黑、氧相二氧化矽、擴散劑一起藉由鋯質球磨機分散48小時。然後，添加防沫劑和均化劑進一步混合2小時。接著，添加熱交聯反應性樹脂，如n－丁基密胺樹脂以及促硬劑。
然後，進一步將這些材料混合而分散，以獲得用作鈍化膜的絕緣樹脂組成物。
使用所獲得的絕緣樹脂組成物墨水，藉由網板印刷法形成絕緣膜。在塗敷後，在160℃的加熱爐中硬化20分鐘，以獲得絕緣樹脂層Z1 －Zn 。
注意，在本實施例中首先形成了連接電極層E1 －En ，但是先形成連接電極層E1 －En 或先形成絕緣樹脂層Z1 －Zn 都是可以的。
接下來，形成如圖5所示的背面電極層D1 －Dn ＋ 1 。背面電極層D1 －Dn ＋ 1 可以藉由濺射法、汽相澱積法、電鍍法、網板印刷法或噴墨法等而形成。
在採用濺射法時，作為背面電極層D1 －Dn ＋ 1 的材料可以使用選自鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁(Al)中的元素或以上述元素為主要成分的合金材料或化合物材料。另外，在採用噴墨法時，作為背面電極層D1 －Dn ＋ 1 的材料可以使用含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)或鎳(Ni)等金屬材料的導電膏。
下面將說明藉由網板印刷法形成背面電極層D1 －Dn ＋ 1 的方法。首先，作為所使用的導電性墨水，準備石墨粉、高導電炭黑、油酸(擴散劑)、以及異佛爾酮(溶劑)。
將這些材料加入球磨機中進行粉碎，以使其變為微細顆粒。然後，在其中加入20wt%的飽和聚酯樹脂的γ－丁內酯漆。
而且，添加防沫劑和均化劑。
並且，藉由使用三輥式滾軋機進一步分散經球磨機分散混合而成的膏，以獲取導電碳膏。
在上述膏中，藉由乙酰乙酸乙酯對脂肪族多功能異氰酸酯的六甲撐二異氰酸酯系列聚異氰酸酯的異氰酸酯基進行分塊，並且添加以乙酸溶纖劑和二甲苯為1：1的溶劑進行稀釋而獲得的乙酰乙酸乙酯成塊體(固體含量為80wt%，NCO含量10wt%)冕(Coronate)2513，然後使用擴散劑充分地進行混合並除泡，以獲取導電碳膏。
而且，藉由網板印刷法將所獲得的導電碳膏印刷為預定圖案，並在平整和乾燥處理後以150℃堅固地硬化30分鐘，以形成如圖5所示的背面電極層D1 －Dn ＋ 1 。
每個背面電極層D1 －Dn ＋ 1 被形成為在開口M1 －Mn 中與透明電極層T1 －Tn 接觸。開口M1 －Mn 填充有連接電極層E1 －En 。背面電極層D1 －Dn ＋ 1 分別藉由連接電極層E1 －En 而與透明電極層T1 －Tn 電連接在一起。
最後，為了採用印刷法形成密封樹脂層505，作為密封樹脂材料準備環氧樹脂、γ－丁內酯、異佛爾酮、防沫劑以及均化劑。
首先，將上述材料的環氧樹脂完全溶解在γ－丁內酯/異佛爾酮的混合溶劑中，並利用鋯質球磨機分散。然後，在添加防沫劑和均化劑後進一步混合，並添加熱交聯反應性成分的丁基密胺樹脂。
將這些材料進一步混合分散，以獲取具有透明性和絕緣性的用於保護表面和密封膜的組成物墨水。
藉由網板印刷法使用所得到的組成物墨水形成密封樹脂層505，並以150℃熱硬化30分鐘。該密封樹脂層505在背面電極層D1 和Dn ＋ 1 上形成有開口部分，藉由該部分與外部電路基板連結在一起。
根據上述步驟，在基板501上形成由透明電極層T1 －Tn 、光電轉換層K1 －Kn 、連接電極層E1 －En 和背面電極層D1 －Dn ＋ 1 構成的單元電池。並且藉由利用開口M1 －Mn 將彼此相鄰的背面電極層D1 －Dn ＋ 1 連接到透明電極層T1 －Tn ，可以製造n個串聯的太陽能電池。背面電極層D1 是單元電池U1 中的透明電極層T1 的引出電極，背面電極層Dn ＋ 1 是單元電池Un 中的透明電極層Tn 的引出電極。
注意，圖6是表示在圖5中的開口C1 －Cn 、M1 －Mn 、連接電極層E1 －En 、絕緣樹脂層Z1 －Zn 、背面電極層D1 －Dn ＋ 1 的位置關係的俯視圖。如圖6所示，串聯連接單元電池U1 －Un 而形成太陽能電池。
實施例2
在本實施例中，將參考圖7、圖8A到8C和圖9說明將使用本發明而形成的太陽能電池應用於各種電子器具中的例子。
圖7是從背面電極層側看本實施例的太陽能電池時的俯視圖。圖7中所示的是安裝在手錶的半透明錶盤下(組合有手錶的驅動機構的部分)的太陽能電池的一個實例。基板601是具有70μm厚的有機樹脂薄膜，只要是在實施例1中描述的有機樹脂材料就都可以被應用，典型的是使用PEN基板。基板601的形狀不限制於圓形，但在其中心提供有指標軸的插入口607。
太陽能電池是從基板601一側層疊透明電極層、光電轉換層、背面電極層和密封樹脂層而構成的，這些層用與實施例1同樣的方法來形成。在基板601上以同心圓狀提供有4個單元電池，該太陽能電池的串聯結構基本上與實施例1一樣。
在圖7中，由在透明電極層YT1 －YT4 和光電轉換層YK1 －YK4 中形成的開口YC0 ，或由在開口YC0 之內側的開口YC1 －YC4 來形成單元電池YU1 －YU4 。開口YC0 －YC4 被絕緣樹脂層YZ0 －YZ4 填充。
連接電極層YE1 －YE4 藉由噴墨法使用金屬膏如銀(Ag)膏形成在光電轉換層和透明電極層中。背面電極層YD1 －YD4 分別經連接電極層YE1 －YE4 在開口YM2 －YM4 與相鄰的單元電池的透明電極層YT2 －YT4 連接。在除了連接到手錶的電路基板的連接部分605和606之外的整個背面電極層表面上形成密封樹脂層604。連接到電路基板的連接部分605形成透明電極層側的輸出電極YD0 ，並輸出電極YD0 藉由開口YM1 連接到透明電極層。而且，如圖中所示，該連接部分605與背面電極層YD1 分離而形成。另一方的是連接部分606的背面電極層YD4 還用作輸出電極。
圖8A表示在圖7中的沿連接到電路基板的連接部分605周邊的A－A’線的剖面圖。在基板601上形成有透明電極層、光電轉換層和背面電極層。在透明電極層和光電轉換層中藉由雷射處理法形成有開口YC0 和YM1 ，在該開口YC0 中形成有絕緣層YZ0 以便填充開口。透明電極層側的輸出電極YD0 藉由形成在開口YM1 中的連接電極層YE0 連接到單元電池YU1 的透明電極層YT1 。單元電池YU1 的背面電極層YD1 上形成有密封樹脂層604。
同樣，圖8B表示沿連接到外部基板的連接部分606周邊的B－B’線的剖面圖。在基板601上形成有透明電極層YT4 、光電轉換層YK4 和背面電極層YD4 。透明電極層YT4 根據開口YC0 形成在邊緣的內側，而且絕緣層YZ0 填充該開口。密封樹脂層形成在背面電極層YD4 上，但是不形成在連接部分606上。
圖8C表示沿圖7中彼此相鄰的單元電池的連接部分周邊的C－C’線的剖面圖。形成在基板601上的透明電極層YT3 、YT4 被形成在開口YC3 中的絕緣層YZ3 絕緣分離。同樣，光電轉換層YK3 和YK4 也彼此分離。至於單元電池YU3 和YU4 的連接，藉由在開口YM4 中形成的連接電極層YE4 將背面電極層YD3 和透明電極層YT4 連接而實現。
根據上述步驟，可以形成將單元電池YU1 －YU4 串聯的太陽能電池。作為在計算器或手錶等各種電子器具中安裝的太陽能電池和該電子器具內的電路的連接方法，除了利用焊接或熱硬化粘合劑之外還可以採用利用盤簧或片簧直接連接的方法。圖9是說明這種連接方法的一個實例的視圖，亦即表示經彈簧將光電轉換裝置702和電路基板706連接的情況。在此，簡單地表顯示光電轉換裝置702的結構，其中，在基板702a上形成有背面電極702b、絕緣樹脂702c、密封樹脂702d。另外，還包括不銹鋼結構體703和支撐體701等。彈簧704在密封樹脂702d的開口部分中接觸到背面電極，藉由電路基板706和端子部分705來實現電連接。由於這種利用機械力的施壓接觸式連接結構與利用焊接或熱合等的連接方法相比，很少給太陽能電池帶來損壞，所以在製造步驟中不會成為降低成品率的原因。
圖10A表示安裝有根據上述步驟而形成的太陽能電池的手錶。在圖10A中，801表示機殼，802表示在圖7中所示的太陽能電池，803表示包括長針和短針的錶盤，804表示表蓋。
而且，圖10B表示安裝有根據本發明製造的太陽能電池的計算器。在圖10B中，901表示機殼，902表示太陽能電池，903表示按鈕，904表示顯示面板。太陽能電池902可以使用實施例1的圖5或圖6中所示的太陽能電池。
根據本發明，藉由使太陽能電池的電極層和絕緣分離層的形狀微細化而去掉多餘部分，從而可以減小遮蔽光的區域以增加光接受面積。由此，太陽能電池和使用太陽能電池的電子器具能夠實現小型化和輕量化。
101．．．基板
102．．．透明導電膜
103．．．非晶半導體膜
103a．．．p型非晶半導體膜
103c．．．n型非晶半導體膜
103b．．．非晶半導體膜
104．．．有機材料層
106．．．接觸孔
107．．．接觸孔
108．．．絕緣層
109．．．電極
110．．．導電層
501．．．基板
502．．．透明電極層
503．．．光電轉換層
503a．．．p型半導體層
503b．．．i型半導體層
503c．．．n型半導體層
504．．．有機材料層
505．．．密封樹脂層
601．．．基板
607．．．插入口
604．．．密封樹脂層
605．．．連接部份
606．．．連接部份
702．．．光電轉換裝置
706．．．電路基板
702a．．．基板
702b．．．背面電極
702c．．．絕緣樹脂
702d．．．密封樹脂
703．．．不銹鋼結構體
701．．．支撐體
704．．．彈簧
705．．．端子部份
801．．．機殼
802．．．太陽能電池
803．．．錶盤
804．．．蓋
901．．．機殼
902．．．太陽能電池
903．．．按鈕
904．．．顯示面板
圖1A和1B是顯示本發明的太陽能電池的製造步驟的圖；圖2A和2B是顯示本發明的太陽能電池的製造步驟的圖；圖3是顯示本發明的太陽能電池的製造步驟的圖；圖4A到4C是顯示本發明的太陽能電池的製造步驟的圖；圖5是顯示本發明的太陽能電池的製造步驟的圖；圖6是本發明的太陽能電池的俯視圖；圖7是顯示利用本發明製造的電子器具的實例的圖；圖8A到8C是顯示利用本發明製造的電子器具的實例的圖；圖9是顯示利用本發明製造的電子器具的實例的圖；圖10A和10B是顯示利用本發明製造的電子器具的實例的圖；圖11A和11B是顯示本發明的太陽能電池的製造步驟的圖。
101．．．基板
102．．．透明導電膜
103．．．非晶半導體膜
103a．．．p型非晶半導體膜
103b．．．非晶半導體膜
103c．．．n型非晶半導體膜
104．．．有機材料層
108．．．絕緣層
109．．．電極
110．．．導電層

Claims (48)

  1. 一種太陽能電池的製造方法，包含以下步驟：在基板上形成第一電極層；在該第一電極層上形成光電轉換層；在該光電轉換層上形成有機材料層；在該光電轉換層中形成到達該第一電極層的開口；以及在該開口中填充導電膏以形成第二電極層，其中，藉由提供該有機材料層，以增大該導電膏和該光電轉換層之間的接觸角。
  2. 如申請專利範圍第1項的太陽能電池的製造方法，其中該基板由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
  3. 如申請專利範圍第2項的太陽能電池的製造方法，其中該高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中之一。
  4. 如申請專利範圍第1項的太陽能電池的製造方法，其中該有機材料層含有矽烷偶聯化合物。
  5. 如申請專利範圍第1項的太陽能電池的製造方法，其中該導電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳 (Ni)和碳中的至少之一。
  6. 如申請專利範圍第1項的太陽能電池的製造方法，其中該有機材料層是為了防止導電膏溢出到開口外而形成的。
  7. 一種太陽能電池的製造方法，包含以下步驟：在基板上形成第一電極層；在該第一電極層上形成光電轉換層；藉由使用有機材料對該光電轉換層的表面進行處理以改變該光電轉換層的表面性質；在該光電轉換層中形成到達該第一電極層的開口；以及在該開口中填充導電膏以形成第二電極層，其中，藉由使用該有機材料對該光電轉換層進行處理，以增大該導電膏和該光電轉換層之間的接觸角。
  8. 如申請專利範圍第7項的太陽能電池的製造方法，其中該基板由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
  9. 如申請專利範圍第8項的太陽能電池的製造方法，其中該高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中之一。
  10. 如申請專利範圍第7項的太陽能電池的製造方法，其中該有機材料層含有矽烷偶聯化合物。
  11. 如申請專利範圍第7項的太陽能電池的製造方法，其中該導電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、 鎳(Ni)和碳中的至少之一。
  12. 如申請專利範圍第7項的太陽能電池的製造方法，其中改變該光電轉換層的表面性質以防止導電膏溢出到開口外。
  13. 一種太陽能電池的製造方法，包含以下步驟：在基板上形成第一電極層；在該第一電極層上形成光電轉換層；藉由改變該光電轉換層的表面性質以降低潤濕性；在該光電轉換層中形成到達該第一電極層的開口；以及在該開口中填充導電膏以形成第二電極層。
  14. 如申請專利範圍第13項的太陽能電池的製造方法，其中該基板由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
  15. 如申請專利範圍第14項的太陽能電池的製造方法，其中該高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中之一。
  16. 如申請專利範圍第13項的太陽能電池的製造方法，其中藉由使用有機材料對該光電轉換層的表面進行處理以改變該光電轉換層的表面性質。
  17. 如申請專利範圍第16項的太陽能電池的製造方法，其中該有機材料層含有矽烷偶聯化合物。
  18. 如申請專利範圍第13項的太陽能電池的製造方法，其中該導電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、 鎳(Ni)和碳中的至少之一。
  19. 一種太陽能電池，包含：在基板上的第一電極層；在該第一電極層上的光電轉換層；在該光電轉換層上的有機材料層；在該光電轉換層中的到達該第一電極層的開口；以及藉由使用導電膏填充在該開口中而形成的第二電極層，其中，該有機材料層是形成在該光電轉換層的整體表面上。
  20. 如申請專利範圍第19項的太陽能電池，其中該基板由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
  21. 如申請專利範圍第20項的太陽能電池，其中該高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中之一。
  22. 如申請專利範圍第19項的太陽能電池，其中該有機材料層含有矽烷偶聯化合物。
  23. 如申請專利範圍第19項的太陽能電池，其中該導電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少之一。
  24. 如申請專利範圍第19項的太陽能電池，其中該有機材料層是為了防止導電膏溢出到開口外而形成的。
  25. 一種太陽能電池，包含： 在基板上的第一電極層；在該第一電極層上的光電轉換層；在該光電轉換層中的到達該第一電極層的開口；藉由使用導電膏填充在該開口中而形成的第二電極層；以及在該光電轉換層和該第二電極層上的第三電極層，其中，改變該光電轉換層的整個表面的性質以降低其潤濕性。
  26. 如申請專利範圍第25項的太陽能電池，其中該基板由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
  27. 如申請專利範圍第26項的太陽能電池，其中該高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中之一。
  28. 如申請專利範圍第25項的太陽能電池，其中該光電轉換層的整個表面含有氟和碳中的至少之一。
  29. 如申請專利範圍第25項的太陽能電池，其中該光電轉換層的整個表面含有矽烷偶聯化合物。
  30. 如申請專利範圍第25項的太陽能電池，其中該導電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少之一。
  31. 一種半導體裝置的製造方法，包含以下步驟：在基板上形成第一電極層；在該第一電極層上形成光電轉換層； 在該光電轉換層上形成有機材料層；在該光電轉換層中形成到達該第一電極層的開口；以及在該開口中填充導電膏以形成第二電極層，其中，藉由提供該有機材料層以增大該導電膏和該光電轉換層之間的接觸角。
  32. 如申請專利範圍第31項的半導體裝置的製造方法，其中該基板由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
  33. 如申請專利範圍第32項的半導體裝置的製造方法，其中該高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中之一。
  34. 如申請專利範圍第31項的半導體裝置的製造方法，其中該有機材料層含有矽烷偶聯化合物。
  35. 如申請專利範圍第31項的半導體裝置的製造方法，其中該導電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少之一。
  36. 如申請專利範圍第31項的半導體裝置的製造方法，其中該有機材料層是為了防止導電膏溢出到開口外而形成的。
  37. 一種太陽能電池的製造方法，包含以下步驟：在基板上形成第一電極層；在該第一電極層上形成光電轉換層；在該光電轉換層上形成有機材料層； 在該光電轉換層中形成到達該第一電極層的開口；以及在該開口中形成包含導電膏的第二電極層。
  38. 如申請專利範圍第37項的太陽能電池的製造方法，其中該基板由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
  39. 如申請專利範圍第38項的太陽能電池的製造方法，其中該高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中之一。
  40. 如申請專利範圍第37項的太陽能電池的製造方法，其中該有機材料層含有矽烷偶聯化合物。
  41. 如申請專利範圍第37項的太陽能電池的製造方法，其中該導電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少之一。
  42. 如申請專利範圍第37項的太陽能電池的製造方法，其中該有機材料層是為了防止導電膏溢出到開口外而形成的。
  43. 一種半導體裝置的製造方法，包含以下步驟：在基板上形成第一電極層；在該第一電極層上形成光電轉換層；在該光電轉換層上形成有機材料層；在該光電轉換層中形成到達該第一電極層的開口；以及在該開口中形成包含導電膏的第二電極層。
  44. 如申請專利範圍第43項的半導體裝置的製造方法，其中該基板由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
  45. 如申請專利範圍第44項的半導體裝置的製造方法，其中該高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中之一。
  46. 如申請專利範圍第43項的半導體裝置的製造方法，其中該有機材料層含有矽烷偶聯化合物。
  47. 如申請專利範圍第43項的半導體裝置的製造方法，其中該導電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少之一。
  48. 如申請專利範圍第43項的半導體裝置的製造方法，其中該有機材料層是為了防止導電膏溢出到開口外而形成的。
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