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JPH0566752B2 - - Google Patents
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JPH0566752B2 - - Google Patents

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JPH0566752B2
JPH0566752B2 JP58196927A JP19692783A JPH0566752B2 JP H0566752 B2 JPH0566752 B2 JP H0566752B2 JP 58196927 A JP58196927 A JP 58196927A JP 19692783 A JP19692783 A JP 19692783A JP H0566752 B2 JPH0566752 B2 JP H0566752B2
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electrode
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、太陽電池デバイスの製造方法および
装置に関する。本発明の方法および装置は、複数
個のデポジシヨンチヤンバの各々を順次通過する
基板上にアモルフアスシリコン合金半導体層を連
続的にデポジツトする太陽電池デバイスの連続製
造システム内でまたは該システムと共に使用する
ことができる。
近年、比較的大面積で、かつp形およびn形材
料を形成すべくドープし得るアモルフアス半導体
合金をデポジツトせしめるシステムの開発に多大
な努力が払われてきた。これらp形およびn形材
料は、作動面で結晶性デバイスと実質的に等価で
あるp−i−n形デバイスを製造するためのもの
である。
現在ではグロー放電技術によりアモルフアスシ
リコン合金を製造することが可能であり、このよ
うにして作られたアモルフアスシリコン合金は、
エネルギギヤツプ内の比較的小さな局在順位密度
と、優れた電気的性質とを有する。このような技
術は1980年10月7日付のStanford R.Ovshinsky
およびArun MadZn名義米国特許第4226898号
“Amorphous Semiconductors Equivalent To
Crystalline Semiconductors”に開示されてお
り、該合金はまた、1980年8月12日付で
Stanford R.OvshinskyおよびMasatsugu Izuに
与えられた同一名称の米国特許第4217374号に詳
細に記載されている蒸着法によつても製造し得
る。これらの特許に開示されているように、アモ
ルフアスシリコン半導体層内に導入されたフツ素
はこれら層内の局在順位密度を実質的に減少させ
るべく作用して、ゲルマニウムの如き別の合金材
料の添加を容易にする。
太陽電池デバイスの効率を向上させるのに積層
型電池を使用するという構想は既に1955年にはE.
D.Jacksonによつて論じられていた。これは1960
年8月16日付米国特許第2949498号に開示されて
いる。この特許で提案された積層構造はp−n接
合結晶半導体デバイスを使用するものであつた。
この構想の本質は太陽スペクトルをいくつかに分
割し、各波長域の光をより効果的に集めて開路電
圧(Vpc)を増大させるべく、種々のバンドギヤ
ツプデバイス(band gap devices)を使用する
ことにある。タンデム電池デバイスは2個以上の
電池を有しており、光が各電池を順次通過し、バ
ンドギヤツプの大きい材料とこれに続くバンドギ
ヤツプの小さい材料とが第1電池を通過した光を
吸収する。各電池から発生した電料を実質的に同
一の電流値とすることにより各電池の開路電圧を
全て加算し得、その結果この半導体デバイスを通
過する光エネルギを最大限に使用し得ることにな
る。
アモルフアス太陽電池デバイスを大量生産し得
ることは営利上重要な意味をもつ。太陽電池製造
の場合はバツチ生産するしかない結晶シリコンと
異なり、アモルフアスシリコン合金は面積の広い
基板上に多層状にデポジツトされ得るため、太陽
電池を連続的大量処理システムにより生産でき
る。この種の連続的処理システムでは、それぞれ
特定の材料のデポジシヨンに使用される一連のデ
ポジシヨンチヤンバを基板が順次通過し得る。p
−i−n形構造の太陽電池を製造する場合は、第
1チヤンバ内でp形アモルフアスシリコン合金を
デポジツトし、第2チヤンバ内で真性アモルフア
スシリコン合金をデポジツトし、第3チヤンバで
n形アモルフアスシリコン合金をデポジツトす
る。デポジツトした各合金、特に真性合金は純度
が高くなければならないため、真性デポジシヨン
チヤンバ内のデポジシヨン環境を他チヤンバ内の
ドーピング成分から隔離して、該真性チヤンバ内
へのドーピング成分の逆拡散(back diffusion)
を防止する。主として太陽電池の製造に係る前述
のシステムでは、チヤンバ間の隔離がガスケート
(gas gate)により実現される。すなわちこのガ
スケートを介してガスが単一方向に流されかつ不
活性ガスが基板材料ウエブの周りに導入されるの
である。
前記の特許出願においては、広面積連続基板上
でのアモルフアス合金材料のデポジシヨンは、プ
ロセスガスのグロー放電によつて行われる。
高品質のアモルフアス半導体合金を有するデバ
イスを形成すべく慎重な配慮のもとにデバイスの
製造を進めても、基板からアモルフアス半導体合
金を通過してデバイスの表面におよぶ導電性の欠
陥が存在する可能性が限定的にではあるが残存す
る。このような欠陥はデバイスからの最適性能を
得るためには有害である。最適性能の得られない
理由は、この種のデバイスが普通、透明導電膜を
半導体層の最上層上に有するためである。この透
明導電膜はキヤリヤを励起させるためにデバイス
の1つ以上の活性領域への光子エネルギの透過を
可能としかつ光の照射によつて励起したキヤリヤ
を電流として集めるべくデバイスの上面電極とし
て機能する。このため、前述の如き導電性の欠陥
は、下面電極として機能する基板と上面電極とし
て機能する透明導電膜とを短絡する短絡電流通路
となる。デバイス中に唯1個所の短絡電流通路が
存在しただけでデバイスのかなり広い領域をカバ
ーして得られる電圧に大幅な制限が加えられる。
それゆえデバイスの電圧出力並びに効率はこのよ
うな短絡電流通路により実質的に低下することに
なる。
太陽電池デバイス内の短絡電流通路を除去する
ための1つの方法としてデバイスに逆バイアス電
圧を印加する方法が提案されている。
印加された逆バイアス電圧により短絡電流通路
に大きな電流が流れ、その結果短絡電流通路周辺
にてアモルフアス半導体の局部加熱が生じる。局
部加熱によつて短絡電流通路の周辺のアモルフア
ス半導体が結晶化し、この結果、通路の抵抗率が
増加する。残念ながらこの方法には多くの制約が
ある。例えば、通路の抵抗率は増加するが、結晶
化領域の抵抗率は、アモルフアス半導体デバイス
の無加熱エリアの抵抗率より小さい値のままであ
る。従つて、短絡電流通路は依然除去されず、限
られた程度まで変化された抵抗率を有するにとど
まる。さらにこの方法では、基板の平坦性にムラ
が生じ易い広い面積の基板を有する広面積デバイ
スまたは半導体層に吸収されずに基板まで達した
入射光を再度半導体層に拡散反射させるべく基板
が拡散逆反射膜を形成する粗面を有するようなデ
バイスにおいて、短絡電流通路の最大原因となり
得る基板表面の不規則によつて生じた短絡電流通
路を有効に除去することはできない。
従つて、本発明の第1の目的は、太陽電池デバ
イスの短絡電流通路を完全に除去した太陽電池を
製造する方法を提供することである。
また、本発明の第2の目的は、太陽電池デバイ
スの短絡電流通路を完全に除去した太陽電池を製
造する装置を提供することである。
上記した本発明の第1の目的は、基板上に設け
られた半導体層と該半導体層上に設けられた透明
導電膜とを含む太陽電池の製造方法において、前
記透明導電膜と前記基板とを前記半導体層を通じ
て電気的に短絡させる短絡路に対向して、間に電
解質源を介して電極を配置し、前記基板を前記電
極に対して相対的に移動させながら、前記基板と
前記電極との間に電圧を印加して、前記短絡路に
電流を流すことにより、前記短絡路上の前記透明
導電膜を部分的に除去する工程を含むことを特徴
とする太陽電池の製造方法によつて達成される。
また、上記した本発明の第1の目的は、基板上
に設けられた半導体層と該半導体層上に設けられ
た透明導電膜とを含む太陽電池の製造方法におい
て、前記透明導電膜と前記基板とを前記半導体層
を通じて電気的に短絡させる短絡路に対向して、
間に電解質源を介して電極を配置し、前記基板を
前記電極に対して相対的に移動させながら、前記
基板と前記電極との間に電圧を印加して、前記短
絡路に電流を流すことにより、前記短絡路上の前
記透明導電膜を部分的に除去する工程と、前記短
絡路上の除去された部分に絶縁物質を付着させる
工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造
方法によつて達成される。
さらに、上記した本発明の第1の目的は、基板
上に設けられた半導体層と該半導体層上に設けら
れた透明導電膜とを含む太陽電池の製造方法にお
いて、前記半導体層を通じて形成される短絡路に
対して、間に電解質源を介して電極を配置し、前
記基板を前記電極に対して相対的に移動させなが
ら前記基板と前記電極との間に電圧を印加して、
前記短絡路を介して電流を流すことにより該短絡
路の位置を検出し、前記短絡路の位置に応じて前
記半導体層の該短絡路上に絶縁物質を選択的に形
成し、その後該半導体層上に前記透明導電膜を形
成することを特徴とする太陽電池の製造方法によ
つて達成される。
さらにまた、上記した本発明の第1の目的は、
基板上に設けられた半導体領域と、該半導体領域
上に設けられた透明導電膜とを含む太陽電池の製
造方法において、前記透明導電膜に対して間に電
解質源を介して電極を配置し、前記電極と前記基
板との間に前記半導体領域に対して順方向バイア
スとなる電圧を印加して、前記透明導電膜と前記
基板とを前記半導体領域を通じて電気的に短絡さ
せる短絡路に電流を流すことにより、前記短絡路
上の前記透明導電膜を部分的に除去する工程を含
むことを特徴とする太陽電池の製造方法によつて
達成される。
上記した本発明の第2の目的は、基板上に設け
られた半導体層と該半導体層上に設けられた透明
導電膜とを含む太陽電池の製造装置において、前
記透明導電膜に対向し、間に電解質源を介して配
置された電極と、前記基板と前記電極との間に電
圧を印加するための電圧印加手段と、前記基板を
前記電極に対して相対的に移動させるための基板
移動手段と、を有し、前記基板を移動させながら
前記電圧を印加して前記透明導電膜と前記基板と
を前記半導体層を通じて電気的に短絡させる短絡
路に電流を流すことにより、前記短絡路上の前記
透明導電膜を部分的に除去する短絡路除去手段と
を具備することを特徴とする太陽電池の製造装置
によつて達成される。
また、上記した本発明の第2の目的は、基板上
に設けられた半導体層と該半導体層上に設けられ
た透明導電膜とを含む太陽電池の製造装置におい
て、前記透明導電膜に対向し、間に電解質源を介
して配置された電極と、前記基板と前記電極との
間に電圧を印加するための電圧印加手段と、前記
基板を前記電極に対して相対的に移動させるため
の基板移動手段と、を有し、前記基板を移動させ
ながら前記電圧を印加して前記透明導電膜と前記
基板とを前記半導体層を通じて電気的に短絡させ
る短絡路に電流を流すことにより、前記短絡路上
の前記透明導電膜を部分的に除去する短絡路除去
手段と、前記短絡路上の除去された部分に絶縁物
質を付着させる絶縁物質付着手段と、を具備する
ことを特徴とする太陽電池の製造装置によつて達
成される。
さらに、上記した本発明の第2の目的は、基板
上に設けられた半導体層と該半導体層上に設けら
れた透明導電膜とを含む太陽電池の製造装置にお
いて、前記基板上に設けられた半導体層に対向
し、間に電解質源を介して配置された電極と、前
記基板と前記電極との間に電圧を印加し、前記半
導体層を通じて形成された短絡路に流れる電流を
検知して該短絡路の位置を検出する検出手段と、
前記検出手段の検出結果に応じて前記半導体層の
前記短絡路上に絶縁物質を選択的に付着させる手
段と、前記短絡路の位置の検出と前記絶縁物質の
付着とを行う間に前記基板を移動させる基板移動
手段と、前記絶縁物質の付着後に前記透明導電膜
を形成する手段と、を具備することを特徴とする
太陽電池の製造装置によつて達成される。
本発明の装置および方法は太陽電池デバイスの
短絡電流通路を完全に除去することが知見され
た。加えて本発明の装置および方法は、基板の表
面不規則性が広面積に起因するものか逆拡散反射
膜を形成する基板粗面によるものかにかかわりな
く、基板の表面状態に関連する短絡電流通路をも
除去する。さらに、本発明の装置および方法は、
積層電池デバイスの連続製造を含む連続プロセス
製造技術に直接的に適用し得る。
本発明は、基板に重着された少なくとも1つの
半導体領域と少なくとも1つの半導体領域に重着
された透明導電膜とを含む型の太陽電池デバイス
における短絡電流通路を検出除去し、短絡電流通
路を完全に除去した太陽電池を製造する方法およ
び装置に係る。除去される短絡電流通路は、少な
くとも1つの半導体領域内で基板から透明導電膜
まで伸びている。短絡電流通路を除去するため
に、透明導電膜を短絡電流通路から電気的に分離
し、これにより透明導電膜と半導体領域との界面
で短絡電流通路の抵抗率を実質的に増加させる。
本発明の1つの具体例によれば、電気的な分離
は、導電性透明材料と短絡電流通路との電気的接
触または接続を除去することによつて提供され
る。このためには例えば、エツチヤント性電解質
希溶液の電解質源を短絡電流通路の領域で透明導
電膜上に設け、短絡電流通路と電解質源との間に
電流が通され、これにより、透明導電膜が短絡電
流通路から電気的に分離されるまで十分にエツチ
ングされる。別の具体例では、透明導電膜のデポ
ジシヨンを行う前に、短絡電流通路の端部を含む
エリアの半導体層上に絶縁材料をデポジツトして
絶縁を行う。本発明の別の具体例によれば、導電
性溶液を介してデバイスの局所的なエリアに電圧
を印加して短絡電流通路の所在を検出し得る。導
電性溶液を流れる電流が所定レベルより大きいと
き、短絡電流通路が存在している。引続き、短絡
電流通路の領域で透明導電膜上に設けられたエツ
チヤント性電解質溶液の電解質源に適当な電圧と
電流とを与えて短絡電流通路を除去する。その
後、エツチングされたエリアに絶縁材を付加し得
る。
以上の作業は太陽電池デバイス製造用の連続ま
たはバツチ製造システムの一部を構成してもよく
またはこのような製造システムから離間した場所
で実施されてもよい。太陽電池デバイスがシステ
ム内で連続的に移動してその全幅および全長にわ
たり短絡電流通路の連続的な検出および除去が行
われるように、各々が透明導電膜に局所的に接触
する、相互に並べて配置された複数個の電解質源
が配設されてもよい。また、デバイスが該電解質
源を連続的に通過するときに、本発明による短絡
電流通路の除去が行われるようにデバイスの全幅
に延在する単一の細長い電解質源を使用してもよ
い。
以下、本発明の方法および装置を関連する技術
と共に図面に基づき詳述する。
太陽電池 第1図は全体が符号10で示される太陽電池
を示している。この電池は複数の連続的p−i
−n層で形成されており、好ましい具体例では
各層にアモルフアス半導体合金が含まれてい
る。本発明は、一連のデポジシヨンチヤンバ内
で移動基板材料ウエブにアモルフアス合金層を
連続的にデポジツトすることにより製造される
この種のデバイスのために開発されたものであ
る。
より特定的に言えば、第1図は別個のp−i
−n形電池12a,12bおよび12cからな
るp−i−n形太陽電池デバイス10を示して
いる。最下部の電池12aの下は基板である。
該基板は好ましくはステンレススチール、アル
ミニウム、タンタル、モリブデンもしくはクロ
ムの如き導電性金属材料から形成され得る。基
板はまた、導電性材料層がデポジツトされた非
導電性ベースであつてもよい。従つて「基板」
なる用語は合成および可撓性基板のみでなく、
前処理によつて付加された導電層全てをも含む
ものとする。
電池12a,12b,12cはいずれも、少
なくとも一種類のシリコン合金を含むアモルフ
アス合金層からなつている。この合金層はいれ
もp形導電性層すなわち層16a,16bおよ
び16cと、真性層すなわち層18a,18b
および18cと、n形導電性層すなわち層20
a,20bおよび20cとを含んでいる。第1
図から明らかなように、電池12bは中間電池
であるが、さらに別の中間電池を図面に示され
ている電池の上に積み重ねてもよく、このよう
な構造も本発明の範囲内に含まれる。また、こ
こではp−i−n形電池を示した、本発明の短
絡検出除去装置は単一または積層n−i−p電
池の製造装置にも使用し得る。
半導体合金層のデポジシヨンに続き、さらに
別のデポジシヨン処理を別個の環境下でまたは
連続工程の一部として実施し得ることもにも留
意されたい。このステツプではTCO
(transparent conductive oxide=透明導電性
酸化物)、例えばインジウムと錫と酸素との合
金(ITO)の如き導電性光透過材料からなる透
明層または半導体層22が付加される。電池の
面積が十分広い場合、または該TCO層22の
導電率が不十分な場合には、具体例として後述
する本発明のデバイスにより短絡電流通路を検
出し除去した後に、デバイスに電極グリツド2
4を付加してもよい。このグリツド24はキヤ
リヤ通路を短縮して収集効率を高める機能を果
たす。
多重形グロー放電デポジシヨンチヤンバ 第2図は太陽電池を連続的に製造するための
多重チヤンバ式グロー放電デポジシヨン装置の
構成図を示している。この装置は全体が符号2
6で示される。該装置26は複数のデポジシヨ
ン用チヤンバを備えており、これらチヤンバは
スイープガスと基板材料ウエブ11とを通過さ
せるよう構成されたガスゲート42により互い
に接続されている。
この装置26は、連続的に送り出される基板
材料11のデポジシヨン面上に形成されたp−
i−n形構造をもつ面積の広いアモルフアス太
陽電池を量産すべく構成されている。
積層p−i−n層形電池の製造に必要なアモ
ルフアス合金層をデポジツトするために該装置
26は3つのデポジシヨンチヤンバ28,30
および32からなるチヤンバグループを少なく
とも1組備えている。各チヤンバグループは、
通過して行く基板11のデポジシヨン面上にp
形導電性アモルフアス合金層をデポジツトする
ために第1デポジシヨンチヤンバ28と、該基
板11の移動に伴い前記p形合金層の上に真性
アモルフアス合金層をデポジツトするための第
2デポジシヨンチヤンバ30と、該基板11の
移動に伴い前記真性層の上にn形導電性合金層
をデポジツトするための第3チヤンバ32とで
構成されている。勿論、ここではデポジシヨン
チヤンバグループを1組しか示さなかつたが、
任意の数のアモルフアスp−i−n形層をもつ
太陽電池を製造する能力を装置に与えるべく、
さらに別のチヤンバグループまたはさらに別の
個別チヤンバを該装置に加え得る。基板繰り出
しコア11aおよび基板巻取りコア11bをそ
れぞれデポジシヨンチヤンバ28および32内
に示したがこれは説明の便宜のためだけで、実
際にはこれらコア11aおよび11bがデポジ
シヨンチヤンバと直結された別個のチヤンバ内
に収納され得る。
チヤンバグループの各デポジシヨンチヤンバ
28,30および32はグロー放電により単一
半導体層を導電性基板11上にデポジツトせし
めるよう構成される。そのためデポジシヨンチ
ヤンバ28,30および32は電極アセンブリ
34と、ガス供給管35と、ガス導出管36
と、無線周波数発生器38と、同調ネツトワー
ク39と複数の輻射加熱素子40と、真性デポ
ジシヨンチヤンバを各ドーパントチヤンバに接
続するガスゲート42とを備えている。
供給管35は各デポジシヨンチヤンバ内で生
じたプラズマ領域にプロセスガス混合気を導入
すべく各々の対応アセンブリ34と作動的に接
続されている。
無線周波数発生器38はデポジシヨンチヤン
バに導入される反応ガスをデポジツトすべき元
素または分子に解離することによりプラズマを
形成すべく電極アセンブリ34、輻射加熱素子
40および接地基板11と協働する。
同調ネツトワーク39は発生器38の出力イ
ンピーダンス38を電極アセンブリ34の入力
インピーダンスに整合させる。これにより発生
器38と電極アセンブリ34との間に有効なパ
ワー伝達が得られる。
第1図の太陽電池10を形成するには、まず
デポジシヨンチヤンバ28内でp形アモルフア
スシリコンを基板11上にデポジツトし、次い
でデポジシヨンチヤンバ30内でこのp形層上
に真性アモルフアスシリコン合金層をデポジツ
トし、その後デポジシヨンチヤンバ32内でこ
の真性層上にn形アモルフアスシリコン合金層
をデポジツトする。その結果、装置26は基板
11に少なくとも3つのアモルフアスシリコン
合金層をデポジツトし、デポジシヨンチヤンバ
30でデポジツトされる真性層はデポジシヨン
チヤンバ28,32でデポジツトされる層とは
異なる組成、すなわち少なくとも1種類の元素
が欠如した組成を有する。この元素がドーパン
トまたはドープ種と指称されるものである。
効率の高い太陽電池デバイス10を製造する
ためには、基板11の面にデポジツトされた合
金層(特に真性層)の各々の純度が高くなけれ
ばならない。ガスゲート42は、プロセスガス
がドーパントチヤンバから真性デポジシヨンチ
ヤンバに逆拡散することを実質的に阻止する。
短絡電流通路検出器および除去器 第3図は略図として、デバイス上に透明導電
膜(ITO膜)をデポジツトするデポジシヨンチ
ヤンバ50と、単枠電流通路を検出および除去
する装置52とを示す。繰出コア54は第2図
の装置により処理された太陽電池デバイスを含
んでおり、これらのデバイスはチヤンバ50お
よび装置52を介して巻取コア53に送られ
る。処理後コア53は取外され、最終工程のた
めさらに次のステーシヨンに送られることがで
きる。第3図の装置は第2図の装置から切り離
して示しているが、チヤンバ50は、コア54
を取外した第2図の最終チヤンバ32の直後に
続き得るものと理解されなければならない。こ
の場合基板は今やデバイスを形成するアモルフ
アスシリコン合金の層を含み、基板搬送手段に
より、チヤンバ32からチヤンバ50へ連続的
に送られ得る。またバツチ製造デバイスは個別
にチヤンバ50および装置52内で順次加工さ
れ得る。
短絡検出除去装置52は、短絡路位置検出手
段と、短絡路除去手段とを具備し、その動作は
本発明の第1の具体例を示す第4図および第5
図を参照することにより最も良く理解される。
第4図において、部分的に完成したデバイス6
0は、例えばステンレススチールよりなる連続
移動導電性基板61と、光が入射されることに
よりキヤリアを発生し得る少なくとも1個の活
性層を含む半導体層62と、例えばインジウム
錫酸化物合金(ITO)の如き透明導電膜64と
を含む。デバイス60は導電性電極66と極め
て近接して配置されている。電極66とITO膜
64との間には導電性のエツチヤント電解質溶
液の電解質源68が挿入されている。電解質源
68は局所的にITO層64と接触する。実際に
はデバイス60の全幅および全長を横切つて存
在するすべての短絡電流通路を検出し除去する
ため複数個の前記の如き電極または電解質源が
相互に並べて配置されてもよくまたは電極66
が細長の形状を与えられ電解質源68と共にデ
バイスの全幅を横切つて延在してもよい。
電圧印加手段である電圧源70は、アース電
位にある基板61と電極66との間に結合され
ている。電極66はアースに対し正極にされて
いる。その結果、p−i−n形電池の場合、デ
バイス60は、電源70から電極66および電
解質源68を経て透明導電膜に印加されるより
大きい正電圧で順方向にバイアスされる。これ
はn−i−p形デバイスに対しても同様に適用
し得るが、この場合にはデバイスは逆方向にバ
イアスされるであろう。
デバイス60は例えば半導体領域62内を基
板61からITO膜64まで伸びる短絡電流通路
72をもつ。短絡電流通路が前述の如く除去さ
れない場合は、デバイスの出力電圧および従つ
てデバイスの効率に重大な影響を与える。
第5図は短絡路位置検出手段により短絡電流
通路72がどのように検出されるかを示す。第
5図の暗I−V曲線から分かる如く、印加電圧
が例えば順方向バイアス電圧V0より小さいV1
であれば、デバイス60の電解質源68の下側
に短絡電流通路のない部分は非常に低い電流し
か流れない。しかしながら、短絡電流通路が電
解質源68の下側に延びていると、短絡電流通
路72によつて与えられるやや低めの抵抗によ
り比較的多量の電流が流れることになる。それ
故デバイスを流れる電流が所定レベルを超える
と、短絡電流通路は電極66に結合された電流
しきい値デテクタ74により検出され得る。
本発明によれば、短絡路除去手段により短絡
電流通路72を除去するために、短絡電流通路
72との電気的接続からITO膜64を分離する
ことによつて、電流通路72の抵抗率ITO膜6
4と半導体層62との間の界面75において実
質的および選択的に増加せしめる。これを達成
するために電解質源68を形成する電解質溶液
は導電性エツチヤントであり、電流が流される
時ITO膜64を腐食すなわちエツチングするタ
イプのものである。この溶液は例えば酸、塩、
またはアルカリ電解質の希溶液であり得る。電
流は電解質源68およびITO膜64を通過し、
電解質溶液はITO膜64を腐食すなわちエツチ
ングする。
エツチング速度は電流密度が最も高い部分に
おいて最高となり、高密度を維持する充分な電
流が存在するかぎり継続する。その結果、エツ
チングは短絡電流通路72の近傍に集中し、さ
らにITO膜が短絡電流通路72から充分に分離
し得る程除去されるまで継続する。エツチング
が完了すると、破線76で示すようにITO膜の
局所的な部分が除去されている。このように
ITOが除去されるとこのTIO膜64の残留部分
は短絡電流通路72から効果的に電気的に分離
され、その結果として基板61からITO膜64
までの短絡電流通路72が除去されたことにな
る。
上記の方法の1つの重要な特徴はエツチングプ
ロセスが自己限定的なことである。短絡電流通路
を除去するために必要な量のITOだけが除去され
るが、その理由は短絡電流通路がひとたび除去さ
れると、ITO膜と電解質源68の間にはさらにエ
ツチングを進行させるための電流の通過は全く存
在しなくなるためである。しかしながら、小量の
電流は電解質源68および単枠電流通路72を通
つて流れ続けるであろう。
インジウム錫酸化物の如き導電性の透明材料の
場合、電解質溶液は例えば0.01%から1%の希塩
酸溶液であり得る。溶液を通過する電流密度は1
cm3当り10-5から10-3アンペアであり得る。さらに
短絡電流通路を除去するために必要なエツチング
時間は、ITO膜の厚さおよび温度に従つて1から
100秒である。電解質または0.05モルの希NaCl塩
溶液であつてもよい。溶液を通る電流密度は0.1
から1ミリアンペアであり得る。さらにエツチン
グ時間はITOの厚さおよび温度に従つて5から
500秒であり得る。
第6図は上述の方法が太陽電池デバイスの連続
製造工程中に実際にどのように組込まれ得るかを
示す。図からわかる如く、第6図の装置は、短絡
路位置検出手段および短絡路除去手段の他、さら
に、絶縁物質付着手段として、短絡電流通路を除
去すべくエツチングされた透明導電層の不連続部
分に絶縁材料を塗布するためのアプリケータを含
んでいる。これによつて後ほど付加される前記の
型のグリツド電極と短絡電流通路との接触が確実
に阻止される。
第6図をさらに詳細に検討すれば、導電性基板
81と、少なくとも1つの活性層を含む半導体層
82と、例えばインジウム錫酸化物(ITO)のよ
うな透明導電膜84を含む太陽電池デバイス80
は、短絡電流通路検出および除去ステーシヨン8
8のごく近接に配置されたドラム86上を連続的
に通過する。すなわち、本実施例ではドラム86
が基板搬送手段となる。
ステーシヨン88は、電極92を支持する取付
ブラケツト90と金属プレート94と絶縁物93
とワイパ96とを含む。ステーシヨン88はま
た、ワイパ96の下流に取付けられたアプリケー
タ98と、電流しきい値デテクタ100と電極9
2とアプリケータ98の間に直列に連結されたタ
イマ102とを含んでいる。導電性エツチヤント
電解質溶液の電解質源106がさらに、ITO膜8
4と、電極92およびプレート94との間に配置
されている。最後に、電圧印加手段である電圧源
104はドラム86と、電極92およびプレート
94との間に結合されている。
作動の際、電極92の下側の局所的なデバイス
部分が短絡電流通路を全く含まないとき、電圧源
104を通る電流は電流しきい値デテクタ100
をトリガするかまたはITO膜84の何らかの腐食
をひきおこすかするには不充分であろう。しかし
ながら、第4図の具体例について先に説明した如
く、短絡電流通路が電極92の下側に達すると
き、ドラム86、デバイス80、電解質源10
6、電極92の順にデバイスを通過する電流の急
上昇が存在するであろう。この電流は、電流しき
い値デテクタ100をトリガするための所定値を
十分に上回るであろう。トリガがなされると電流
しきい値デテクタはタイマ102をセツトする。
短絡電流通路が検出されると、エツチヤント性
電解質源106はITO膜84の短絡電流通路部分
のエツチングを開始する。ドラム86が回転して
デバイス80を進行させると、デバイスのエツチ
ング部分がエツチヤント性電解質源106と接触
して移動する。電圧源104の電圧はさらにプレ
ート94に結合されておりエツチングプロセスを
継続すべく短絡電流通路を通る電流を維持する。
デバイス80は、短絡電流通路部分がエツチヤン
ト性電解質源106を出る時までにITO膜84を
短絡電流通路から絶縁するべく充分なITO材料が
確実に除去される速度で進行する。先に説明した
如く、エツチングプロセスは自己限定形であるか
ら、短絡電流通路部分がエツチヤント性電解質源
106を出るよりも充分以前に除去され得ても、
短絡電流通路の除去に必要な量のITO材料のみが
除去されるであろう。
短絡電流通路部分が電解質源106を出ると、
該通路は、デバイスから余分なエツチヤントを除
去するワイパ96の下側を通過する。ワイパは例
えばスポンジ様であり得、さらにエツチヤントを
中和化するための中和溶液をデバイスに塗布す
る。
次に短絡電流通路部分は、完全に乾燥させるた
め乾燥大気にデバイスのITO膜を暴露する通路に
沿つて進行する。ひとたび乾燥すると、短絡電流
通路がもはや除去されたデバイス部分はアプリケ
ータ98の下側を通過する。アプリメータ98は
デテクタ100によつてセツトされたタイマ10
2に応答して、短絡電流通路を除去すべくエツチ
ングされたITO膜部分に所定量の絶縁材料を塗布
する。これによつて後に付加されるグリツド電極
が半導体層上に露出する短絡電流通路の端部に接
触することが完全に阻止され得る。
第4図の具体例に関して指摘した如く、複数の
並列した電極92が短絡電流通路検出用に備えら
れ、これに続いて該通路を除去するためデバイス
80の全幅を横切つて延在する単一の細長のプレ
ート94が配置されてもよい。どちらの場合にお
いてもデバイスの全幅を横切るすべての短絡電流
通路は検出され除去される。
第7図は第6図のステーシヨンで処理された後
のデバイスの構造を示す。図から分かる如くデバ
イス80は導電性基板81と、例えば真性層が活
性層であるp−i−n形デバイスを形成する半導
体層82と、ITO膜84とを含む。デバイス80
は先程は、基板81から層82を介してITO膜8
4に伸びていた短絡電流通路83を含んでいた。
しかしながらITO膜84がライン85に沿つてエ
チチングされ、短絡電流通路83をITO膜84か
ら絶縁したため、短絡電流通路83は今や除去さ
れている。エツチング除去されたITO膜84の局
所部分内には、アプリケータ98によつて塗布さ
れた絶縁材料87のデポジツト部が存在する。こ
れにより短絡電流通路が完全に除去されたこと、
および後に付加されるグリツド電極との接触エラ
ーによる該通路の回復があり得ないことが確保さ
れる。
次に第8図に基づいて、透明導電膜のデポジシ
ヨン以前に短絡電流通路の除去が可能であること
を説明する。この図ではデバイス118が支持ロ
ールまたはコア110に担持されており、短絡検
出除去装置114に導入される。第3図の具体例
と同じく、デバイス118の供給が、第8図の如
き製造システムの一体的部分を形成するコア11
0でなく第2図のシステムすなわちバツチシステ
ムから直接行われてもよい。デバイス118は次
にチヤンバ116に入り、最後デポジツト半導体
層上に透明導電膜がデポジツトされる。処理工程
を終えたデバイスは最後に巻取コア112に巻回
される。このコアの取出してさらに最終処理ステ
ーシヨンに移すことができる。
第9図、第8図の短絡検出除去装置の具体例を
用いたデバイス122の処理装置120の一例を
示す。装置120は、電極124と電流しきい値
デテクタ126とタイマー128とアプリメータ
130とを有する。該装置はさらに、電圧源13
2と電解質溶液の電解質源125とを含む。デバ
イスは導電性基板134と半導体層136とを含
んでおり、短絡電流通路138が基板134から
半導体層136内に伸びている。
電圧源132の正極側は基板134およびアー
ス電位に接続されており、負極側は電極124に
接続されて電極を基板に対して負電位に維持す
る。p−i−n電池を使用した場合、電池は電解
質源125を介して有効に逆バイアスされる。第
5図から理解されるように、短絡電流通路が存在
しないとき極めて少量の電流がデバイスに流れ、
従つて、電極124と電解質源125とに流れる
はずである。しかしながら符号138で示すよう
な短絡電流通路が電解質源125の下方に導入さ
れると、電極124と電解質源125とを流れる
電流を急上昇が生じるであろう。この電流上昇は
デテクタ126により検出され、これによりタイ
マー128がセツトされる。
短絡電流通路138の所在の検出後にもデバイ
ス122の右方向への移動を継続し、やがて短絡
電流通路138がアプリケータ130の下方に到
達するであろう。このときアプリケータはタイマ
ー128に応答して、短絡電流通路138を含む
エリアの上方の半導体層136に絶縁材料をデポ
ジツトする。その結果、第8図のチヤンバ116
において透明導電膜例えばITO膜がデバイスにデ
ポジツトされたとき、ITOは短絡電流通路138
から電気的に絶縁されることになる。
第10図は、前記の如き工程を終えたデバイス
122を示す。デバイス122は、前記導電性基
板134と半導体層136と短絡電流通路138
とを含む。短絡電流通路138を含むエリア内の
半導体層136に、アプリケータ130によつて
デポジツトされた絶縁材料部140が存在する。
半導体層136と絶縁材料部140との上にITO
の如き透明導電膜142が形成される。絶縁材料
部140は、ITO142と半導体層136との間
の界面で短絡電流通路138とITO142との間
の電流通過の抵抗率を実質的に増加する。その結
果、ITO142は短絡電流通路138から実質的
に絶縁される。結局、短絡電流通路138の除去
が達成される。
短絡電流通路の所在を検出するには実際にはデ
バイスに逆バイアスを印加するのが好ましいこと
も第5図より理解されよう。デバイスが順方向に
バイアスされていると、デバイスの順導通が生じ
る可能性がある。このような状態でも電流の急上
昇が生じるため、電流検出デテクタがこの急上昇
を短絡電流通路と誤解する恐れがある。しかしな
がら逆バイアス状態では同様の事態は生じない。
従つて、短絡電流通路の所在の検出には逆バイア
スが好ましい。
第11図は、短絡電流通路を検出するために同
じくデバイスに対して逆方向である電圧ポテンシ
ヤルが使用される第9図の具体例同様のシステム
である。この場合デバイス150は既に、導電性
基板156に重なる半導体層154の上にITO膜
152を含む。第9図の具体例と同じく第11図
のシステムは、電極124と、電解質源125
と、電流しきい値デテクタ126と、タイマー1
28と、電池150を逆バイアスするように配置
された電圧印加手段である電圧源132とを含
む。このシステムではアプリケータに代えて、別
の電極158と電圧源160とエツチヤント性電
解質源162とが含まれている。電圧源160は
タイマー128によつて起動されると電極に正電
位を作用させるように構成されている。従つて、
短絡電流通路153が電極158の下方に進む
と、デテクタ126によつて予めセツトされてい
たタイマー128が電圧源160を起動するであ
ろう。電圧源160によつて電極158に印加さ
れた正電位は、短絡電流通路153とITO膜15
2とに電流を流れさせ前記の如くITO膜のエツチ
ングを生起して短絡電流通路を除去する。この具
体例において、電解質源125および162のタ
イプと濃度、並びにデバイスに印加される電圧お
よびデバイスを流れる電流の大きさと極性との
各々に与えられる最大制御値は等しくない。例え
ば、電解質源125はエツチング作用を行わず導
電性であるだけで十分なので極めて薄い濃度でも
よいが、電解質源162はエツチング作用を行う
ため余り薄い濃度は使用できない。さらに、短絡
電流通路153に流れる電流として、電極158
と電圧源132とによつて発生される電流は、電
流124と電圧源132とによつて発生される電
流よりも実質的に高い値を有し得る。これは、電
極124が短絡電流通路の検出に関与し、電極1
58が短絡電流通路の除去に使用されるためであ
る。より高い電流を使用することによつてエツチ
ング時間の短縮を図ることも可能である。
真性合金層以外の合金層は、アモルフアス層で
なく、例えば多結晶層でもよい。(“アモルフア
ス”なる用語は、長距離無秩序を有する合金また
は材料を意味しており、短もしくは中距離秩序が
含まれていてもよく、また、時にはある程度結晶
質粒子が含まれていてもよい。) 前記の記載に基づいて本発明の変更および変形
が可能である。特にバツチ製造されるデバイスで
は、所望の結果を得るように電極66と電解質源
68とをデバイス表面を横切つて移動または掃引
させてもよい。また、例えばグリツド電極が短絡
電流通路と接触するエツチングエリア内に伸びて
いない場合等には絶縁材料87を必ずしも付加し
なくてもよい。従つて、特許請求の範囲を逸脱す
ることなく前記の詳細な記載通りでない本発明の
実施が可能であることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、複数個のp−i−n形電池を含んで
おり電池の各層がアモルフアス半導体合金から形
成されているタンデム形太陽電池デバイスの部分
断面図、第2図は、第1図の太陽電池デバイスの
連続製造に適した多重チヤンバ式グロー放電デポ
ジシヨンシステムの概略説明図、第3図は、透明
導電膜を形成するためのデポジシヨンチヤンバ
と、本発明の短絡電流通路検出除去装置の1つの
具体例とを示す概略説明図、第4図は、本発明の
短絡電流通路検出除去装置の1つの具体例の拡大
概略側面部分図、第5図は、本発明をさらに十分
に理解するために示される典型的太陽電池デバイ
スの暗−曲線の説明図、第6図は、太陽電池
デバイスの連続製造システムでの使用に適した本
発明システムの別の具体例の概略側面部分図、第
7図は、本発明によつて短絡電流通路が検出除去
された太陽電池デバイスの側面部分図、第8図
は、短絡電流通路の検出除去後に透明導電膜のデ
ポジシヨンチヤンバが配置されている本発明の別
の具体例の概略説明図、第9図は、本発明装置の
別の具体例の概略側面部分図、第10図は、第8
図および第9図の具体例に従つて内部の短絡電流
通路が除去された太陽電池デバイスの側面部分
図、第11図は、本発明の短絡電流通路検出除去
装置の別の具体例の概略側面部分図である。 1,60,80,122,150……太陽電池
デバイス、50,116……ITOデポジシヨンチ
ヤンバ、52,114……短絡電流通路検出除去
装置、66,124,158……電極、104,
132,160……電圧源、74,100,12
6……電流しきい値デテクタ、102,128…
…タイマー。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 基板上に設けられた半導体層と該半導体層上
    に設けられた透明導電膜とを含む太陽電池の製造
    方法において、 前記透明導電膜と前記基板とを前記半導体層を
    通じて電気的に短絡させる短絡路に対向して、間
    に電解質源を介して電極を配置し、 前記基板を前記電極に対して相対的に移動させ
    ながら、前記基板と前記電極との間に電圧を印加
    して、前記短絡路に電流を流すことにより、前記
    短絡路上の前記透明導電膜を部分的に除去する工
    程を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。 2 特許請求の範囲第1項において、前記基板
    は、導電層が設けられた非導電性の基体であるこ
    とを特徴とする太陽電池の製造方法。 3 特許請求の範囲第1項または第2項におい
    て、前記基板は可撓性ウエブであることを特徴と
    する太陽電池の製造方法。 4 特許請求の範囲第1項、第2項または第3項
    において、前記電圧は前記電極を前記基板に対し
    て正として印加されることを特徴とする太陽電池
    の製造方法。 5 特許請求の範囲第1項、第2項、第3項また
    は第4項において、前記電解質源は酸、塩または
    アルカリより選択される溶液であることを特徴と
    する太陽電池の製造方法。 6 基板上に設けられた半導体層と該半導体層上
    に設けられた透明導電膜とを含む太陽電池の製造
    方法において、 前記透明導電膜と前記基板とを前記半導体層を
    通じて電気的に短絡させる短絡路に対向して、間
    に電解質源を介して電極を配置し、 前記基板を前記電極に対して相対的に移動させ
    ながら、前記基板と前記電極との間に電圧を印加
    して、前記短絡路に電流を流すことにより、前記
    短絡路上の前記透明導電膜を部分的に除去する工
    程と、前記短絡路上の除去された部分に絶縁物質
    を付着させる工程と、を含むことを特徴とする太
    陽電池の製造方法。 7 特許請求の範囲第6項において、前記基板は
    導電層が設けられた非導電性の基体であることを
    特徴とする太陽電池の製造方法。 8 特許請求の範囲第6項または第7項におい
    て、前記基板は可撓性ウエブであることを特徴と
    する太陽電池の製造方法。 9 特許請求の範囲第6項、第7項または第8項
    において、前記電圧は前記電極を前記基板に対し
    て正として印加されることを特徴とする太陽電池
    の製造方法。 10 特許請求の範囲第6項、第7項、第8項ま
    たは第9項において、前記電解質源は酸、塩また
    はアルカリより選択される溶液であることを特徴
    とする太陽電池の製造方法。 11 基板上に設けられた半導体層と該半導体層
    上に設けられた透明導電膜とを含む太陽電池の製
    造装置において、 前記透明導電膜に対向し、間に電解質源を介し
    て配置された電極と、 前記基板と前記電極との間に電圧を印加するた
    めの電圧印加手段と、 前記基板を前記電極に対して相対的に移動させ
    るための基板移動手段と、 を有し、前記基板を移動させながら前記電圧を印
    加して前記透明導電膜と前記基板とを前記半導体
    層を通じて電気的に短絡させる短絡路に電流を流
    すことにより、前記短絡路上の前記透明導電膜を
    部分的に除去する短絡路除去手段とを具備するこ
    とを特徴とする太陽電池の製造装置。 12 特許請求の範囲第11項において、前記基
    板は、導電層が設けられた非導電性の基体である
    ことを特徴とする太陽電池の製造装置。 13 特許請求の範囲第11項または第12項に
    おいて、前記基板は可撓性ウエブであることを特
    徴とする太陽電池の製造装置。 14 特許請求の範囲第11項、第12項または
    第13項において、前記電圧は前記電極を前記基
    板に対して正として印加されることを特徴とする
    太陽電池の製造装置。 15 特許請求の範囲第11項、第12項、第1
    3項または第14項において、前記電解質源は
    酸、塩またはアルカリより選択される溶液である
    ことを特徴とする太陽電池の製造装置。 16 基板上に設けられた半導体層と該半導体層
    上に設けられた透明導電膜とを含む太陽電池の製
    造装置において、 前記透明導電膜に対向し、間に電解質源を介し
    て配置された電極と、 前記基板と前記電極との間に電圧を印加するた
    めの電圧印加手段と、 前記基板を前記電極に対して相対的に移動させ
    るための基板移動手段と、 を有し、前記基板を移動させながら前記電圧を印
    加して前記透明導電膜と前記基板とを前記半導体
    層を通じて電気的に短絡させる短絡路に電流を流
    すことにより、前記短絡路上の前記透明導電膜を
    部分的に除去する短絡路除去手段と、前記短絡路
    上の除去された部分に絶縁物質を付着させる絶縁
    物質付着手段と、を具備することを特徴とする太
    陽電池の製造装置。 17 特許請求の範囲第16項において、前記基
    板は、導電層が設けられた非導電性の基体である
    ことを特徴とする太陽電池の製造装置。 18 特許請求の範囲第16項または第17項に
    おいて、前記基板は可撓性ウエブであることを特
    徴とする太陽電池の製造装置。 19 特許請求の範囲第16項、第17項または
    第18項において、前記電圧は前記電極を前記基
    板に対して正として印加されることを特徴とする
    太陽電池の製造装置。 20 特許請求の範囲第16項、第17項、第1
    8項または第19項において、前記電解質源は
    酸、塩またはアルカリより選択される溶液である
    ことを特徴とする太陽電池の製造装置。 21 基板上に設けられた半導体層と該半導体層
    上に設けられた透明導電膜とを含む太陽電池の製
    造方法において、 前記半導体層を通じて形成される短絡路に対し
    て、間に電解質源を介して電極を配置し、 前記基板を前記電極に対して相対的に移動させ
    ながら前記基板と前記電極との間に電圧を印加し
    て、前記短絡路を介して電流を流すことにより該
    短絡路の位置を検出し、 前記短絡路の位置に応じて前記半導体層の該短
    絡路上に絶縁物質を選択的に形成し、その後該半
    導体層上に前記透明導電膜を形成することを特徴
    とする太陽電池の製造方法。 22 特許請求の範囲第21項において、前記基
    板は、導電層が設けられた非導電性の基体である
    ことを特徴とする太陽電池の製造方法。 23 特許請求の範囲第21項または第22項に
    おいて、前記基板は可撓性ウエブであることを特
    徴とする太陽電池の製造方法。 24 特許請求の範囲第21項、第22項または
    第23項において、前記電圧は前記電極を前記基
    板に対して負として印加されることを特徴とする
    太陽電池の製造方法。 25 特許請求の範囲第21項、第22項、第2
    3項または第24項において、前記電解質源は
    酸、塩またはアルカリより選択される溶液である
    ことを特徴とする太陽電池の製造方法。 26 基板上に設けられた半導体層と該半導体層
    上に設けられた透明導電膜とを含む太陽電池の製
    造方法において、 前記基板上に設けられた半導体層に対向し、間
    に電解質源を介して配置された電極と、 前記基板と前記電極との間に電圧を印加し、前
    記半導体層を通じて形成された短絡路に流れる電
    流を検知して該短絡路の位置を検出する検出手段
    と、 前記検出手段の検出結果に応じて前記半導体層
    の前記短絡路上に絶縁物質を選択的に付着させる
    手段と、 前記短絡路の位置の検出と前記絶縁物質の付着
    とを行う間に前記基板を移動させる基板移動手段
    と、 前記絶縁物質の付着後に前記透明導電膜を形成
    する手段と、 を具備することを特徴とする太陽電池の製造装
    置。 27 特許請求の範囲第26項において、前記基
    板は、導電層が設けられた非導電性の基体である
    ことを特徴とする太陽電池の製造装置。 28 特許請求の範囲第26項または第27項に
    おいて、前記基板は可撓性ウエブであることを特
    徴とする太陽電池の製造装置。 29 特許請求の範囲第26項、第27項または
    第28項において、前記電圧は前記電極を前記基
    板に対して負として印加されることを特徴とする
    太陽電池の製造装置。 30 特許請求の範囲第26項、第27項、第2
    8項または第29項において、前記電解質源は
    酸、塩またはアルカリより選択される溶液である
    ことを特徴とする太陽電池の製造装置。 31 基板上に設けられた半導体領域と、 該半導体領域上に設けられた透明導電膜とを含
    む太陽電池の製造方法において、 前記透明導電膜に対して間に電解質源を介して
    電極を配置し、 前記電極と前記基板との間に前記半導体領域に
    対して順方向バイアスとなる電圧を印加して、前
    記透明導電膜と前記基板とを前記半導体領域を通
    じて電気的に短絡させる短絡路に電流を流すこと
    により、前記短絡路上の前記透明導電膜を部分的
    に除去する工程を含むことを特徴とする太陽電池
    の製造方法。
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