JPH0572756B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、潜在的な短絡電流通路を除去した太
陽電池を製造することができる太陽電池の製造方
法に関する。ここで「潜在的な短絡電流通路」と
いう用語は、半導体層中に存在する欠陥であつ
て、透明導電膜および基板の少なくとも一方にそ
の末端が達していないもので、太陽電池の作動中
にその末端が透明導電膜および基板にまで延び実
際の短絡電流通路へと移行するものをいう。これ
に対して単に「短絡電流通路」という場合は、半
導体層中に存在する導電性の欠陥であつて、透明
導電膜および基板のそれぞれにすでに末端が達し
ているものをさす。このような欠陥は基板と透明
導電膜とを短絡する短絡電流通路となる。

本発明の方法は、複数子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合
金を製造することが可能である。この合金は、(1)
エネルギギヤツプ内の比較的小さな局在順位密度
と、(2)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 Madan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（multiple cells）を使用するという構想
は既に1955年にはE.D.Jakson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
れた積層セル構造は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（V_OC）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１または複数個のバンド
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。

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はステンレスス
チールよりなる基板を有しており、例えばそれぞ
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合金
をデポジツトし、第３チヤンバでｎ形アモルフア
ス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拡散
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ゲート
（gas gate）により実現される。すなわちこのガ
スゲ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。

前記の米国特許出願においては、アモルフアス
合金材料の大面積連続基板上へのデポジツトは、
プロセスガスをグロー放電により分離して行う。
高品質のアモルフアス半導体合金を有するデバイ
スを形成するため細心の注意が払われるとはい
え、アモルフアス半導体合金を通過し、デバイス
の表面領域に達する導電性の欠陥が存在するとい
う可能性が限定的にではあるが残存する。このよ
うな短絡電流通路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されたキヤリヤ
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。

米国特許第4166918号に開示されている太陽電
池デバイス内の短絡電流通路を除去するための１
試案はデバイスに逆バイアス電圧を印加して不良
個所を断線しようとするものである。

該記載の説明によれば、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性
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。また、サーメツト層のない逆バイ
アスの印加は短絡の効果を増大させ、電池の破壊
に結びつきやすい。

米国特許第435890号の装置および方法はこれに
反して太陽電池デバイス短絡電流通路を完全に除
去することを目的とする。これに加えて米国特許
出願第435890号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
除去することをも目指す。さらに、米国特許出願
第435890号および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。

米国特許出願第435890号では、短絡電流通路の
削除に成功しているが、電池の作動後に現れる潜
在的な短絡通路が存在し得ることも判明してい
る。これらの潜在的短絡電流通路は、この米国特
許出願第435890号の装置および方法によつて短絡
電流通路を削除した後になお存在し得る。

従つて、本発明はこれらの潜在的な短絡電流通
路をも除去した太陽電池を製造することができる
太陽電池の製造方法を提供することを目的とす
る。

上記した本発明の目的は、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
とを有する太陽電池の製造方法において、前記透
明導電膜上に第１の電極を配置して前記基板と前
記第１の電極との間に電圧を印加し、前記基板お
よび前記透明導電膜の少なくともいずれか一方に
末端が達していない潜在的な短絡電流通路を前記
基板および前記透明導電膜の両方に末端が達して
いる短絡電流通路に変換する変換工程と、前記変
換工程により変換された前記短絡電流通路に対し
て間に電解質源を介して第２の電極を配置して前
記基板と前記第２の電極との間に電圧を印加し、
前記短絡電流通路に電流を流すことにより、前記
短絡電流通路上の前記透明導電膜を部分的に除去
する除去工程とを含む太陽電池の製造方法によつ
て達成される。

また、本発明の目的は、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
を有する太陽電池の製造方法において、前記透明
導電膜上に第１の電極を配置して前記基板と前記
第１の電極との間に電圧を印加し、前記基板およ
び前記透明導電膜の少なくともいずれか一方に末
端が達していない潜在的な短絡電流通路を前記基
板および前記透明導電膜の両方に末端が達してい
る短絡電流通路に変換する変換工程と、前記変換
工程により変換された前記短絡電流通路に対して
間に電解質源を介して第２の電極を配置して前記
基板と前記第２の電極との間に電圧を印加し、前
記短絡電流通路に電流を流すことにより、前記短
絡電流通路上の前記透明導電膜を部分的に除去す
る除去工程と、前記透明導電膜が部分的に除去さ
れた部位に絶縁物質を選択的に付着させる付着工
程とを含む太陽電池の製造方法によつて達成され
る。

さらにまた、本発明の目的は、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
電膜とを有する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上に電極を配置し
て前記基板と前記電極との間に電圧を印加し、前
記基板および前記半導体層の表面の少なくともい
ずれか一方に末端が達していない潜在的な短絡電
流通路を前記基板および前記半導体層の表面の両
方に末端が達している短絡電流通路に変換する変
換工程と、前記変換工程により変換された前記短
絡電流通路の位置を検出する位置検出工程と、前
記位置検出工程による検出結果に応じて前記半導
体層の前記短絡電流通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該絶縁物質を介し
て前記透明導電膜を形成する透明導電膜形成工程
とを含む太陽電池の製造方法によつて達成され
る。

本発明によれば、１基板を覆う少なくとも１個
の半導体層、および少なくとも１半導体層を覆う
透明導電膜を含む形式の太陽電池デバイス内で、
潜在的な短絡通路は実際の短絡電流通路に変換さ
れ、それに引続き、変換された短絡電流通路が除
去される。本発明に従つて短絡電流通路を除去す
るため、短絡電流通路の抵抗率は、短絡電流通路
から透明導電膜を電気的に分離することによつ
て、透明導電膜と半導体層との間の界面において
実質的に増加される。

本発明の一具体例によれば、太陽電池デバイス
には潜在的には短絡電流通路を実際の短絡電流通
路に変換すべくまずバイアスがかけられる。１電
池当りおよそ２ボルトから10ボルトのバイアスが
このために適している。バイアスは、基板と透明
導電膜との間に結合された電極を有するデバイス
に直接的かあるいは導電性溶液を介して間接的に
印加され得る。絶縁は、透明導電膜と短絡電流通
路との電気的接触を取除くことによつて得られ
る。この作業は例えば、短絡電流通路の領域で透
明導電膜に希釈電解溶液の電解質源を当接させ、
さらに短絡電流通路と電解液に電流を通過させる
ことによつて行われる。この通電により、透明導
電膜は、充分量の透明導電膜が除去されて、透明
導電膜が短絡電流通路から電気的に分離されるま
でエツチングされる。

本発明の別の具体例によれば、絶縁は、透明導
電膜の半導体層上へのデポジシヨンに先立つて、
絶縁材料を半導体層上へ、短絡電流通路端部を覆
うようにデポジツトすることにより得られる。

本発明のさらに別の具体例によれば、短絡電流
通路は、導電性溶液を介してデバイスの局所に電
圧を印加することによつて検出され位置決定され
ることができる、溶液を通過して流れる電流があ
らかじめ定められた水準より大であれば、短絡電
流通路の所在が発見される。次に短絡電流通路は
エツチヤント溶液に適正電圧ならびに電流を通過
させることによつて除去される。その後エツチン
グされた部分に絶縁材料が付与される。

以上の作業は太陽電池デバイス製造用の連続ま
たはバツチ製造方式の一部を構成するかまたはこ
のような製造方式から隔離した場所で実施されて
もよい。複数の電解質源が、相互に並べて配置さ
れており、その各々が透明導電膜に局所的に当接
し、太陽電池デバイスが、その全幅および全長に
およぶ短絡電流通路の連続的な検出および除去の
ための装置を通つて連続的に移動され得るべく構
成され得る。また、デバイスの全幅に延在する単
一の細長い電解質源を、デバイスが該電解質源を
連続的通過するとき、本発明に従つて短絡電流通
路を削除するために使用することもできる。

以下、本発明の方法および本発明方法を実施す
るための装置の具体例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
で基板材料の可動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
が、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製であつてもよ
い。基板はさらに導電性材料の単一または複数
の層をデポジツトした非導電性ベースを含んで
もよい。この用途を考慮して「基板」なる用語
は可撓性フイルムのみでなく、前処理によつて
付加された導電性の層全てを含むものとする。

電池１２ａ，１２ｂ，１２ｃはいずれも、ア
モルフアス合金半導体層からなつている。この
合金層はいずれもｎ形導電性層すなわち層２０
ａ，２０ｂおよび２０ｃと、真性層すなわち層
１８ａ，１８ｂおよび１８ｃと、ｐ形導電性層
すなわち層１６ａ，１６および１６ｃとを含ん
でいる。第１図から明らかなように、電池１２
ｂ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
が、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とともに留意
されたい。このステツプでは例えばインジウ
ム、錫および酸素の合金（ITO）の如き導電性
光透過材料TCO（transparent conductive
oxide＝透明導電性酸化物）の膜２２が付加さ
れる、本発明の１具体例に基づき以降に開示す
る如く、デバイス内の短絡電流通路を検出除去
した後、電池の面積が充分広い場合、または該
TCO層２２の導電性が不十分な場合には、デ
バイスに電極グリツド２４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導
電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は複数の個別のデポ
ジシヨン用チヤンバを備えており、これらチヤ
ンバはスイーブガスをゆつくりと通過させるよ
う構成されたガスゲートにより互いに接続され
ている。

この装置２６は、好ましい具体例では、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
の広い大容積の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２
６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
めの第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
示したの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
チヤンバと連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半導
体層を基板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は電極グループ３４と、ガス供給管３
５と、ガス排管３６と、無線周波数発生器３８
と、同調回路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毎に発
生したプラズマ領域にプロセスガス混合気を導
入すべく電極グループ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
バに導入される基本的プロセスガスをデポジツ
トすべき原子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グループ３４、輻射
加熱素子４０および接地基板１１と協働する。

このようにして得られた原子または分子はそ
の後基板底面にデポジツトされてアモルフアス
半導体層を形成する。

同調回路３９は、発生器３８の出力インピー
ダンスを電極グループ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３９と電極
グループ３４間の効率の高い電力伝達が可能で
ある。

第１図の好ましい具体例を表す太陽電池１０
を形成するには、まずチヤンバ２８内でｐ形ア
モルフアス半導体層を基板１１上にデポジツト
し、次いでチヤンバ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、その後チヤンバ３２内でこの真性層上にｎ
形アモルフアス合金層をデポジツトする。その
結果として、装置２６は基板１１上に少なくと
も３つのアモルフアス合金層をデポジツトし、
デポジシヨンチヤンバ３０内にデポジツトされ
た真性層は、ドーパントまたはドーピング種と
して参照される少なくとも１つの種が存在しな
いことから、デポジシヨンチヤンバ内にデポジ
ツトされた層とは組成的に異なる。太陽電池１
０はシリコン合金、ゲルマニウム合金および所
望の如くシリコンおよびゲルマニウムを含有す
る合金であり得る。

効率の高い太陽電池デバイス１０を製造する
ためには、導電性基板１１の面にデポジツトさ
れた半導体層、徳に真性層の純度が高くなけれ
ばならない。ガスゲート４２は隣接するチヤン
バからのプロセスガスが各々のチヤンバに逆拡
散することを事実上防止する。

短絡電流通路検出除去器 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、短絡電流通路を検出および除去
する装置５１とを示す。供給コア５２は第２図
の装置により加工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５１を介して巻取コア５３に送られ
る。加工後コア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５２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、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
製造デバイスはチヤンバ５０および装置５１内
で個別に連続して加工され得る。

短絡変換器５４の作動は本発明の第１の具体
例に従つて第４Ａ図を参照することにより最も
良く理解される。部分的に完成したデバイス５
５は、例えばステンレススチールよりなる導電
性基板６１、光によつてキヤリアを励起し得る
少なくとも１個の活性層を含む半導体層６２、
および例えばインジウム、錫、酸化物（ITO）
の如き透明導電膜６４を含む。電極５６はITO
膜６４または前もつて粘着された集電グリツド
（図示しない）に当接され、電圧源５７を介し
て基板６１に結合される。電極５６は直接また
は導電性流体物を介してデバイス５５に当接さ
れ得る。

半導体層６２は異なる形式の複数の潜在的な
短絡電流通路を含むことができ、このうち２つ
を図示する。第１の潜在的な短絡電流通路５８
は半導体層６２内に完全におさまる。第２の潜
在的な短絡電流通路５９も半導体層６２内にあ
るが、ただしITO膜６４に一端が結合されてい
る。これらの潜在的な短絡電流通路は、完成し
た太陽電池が動作する間に実際の短絡電流通路
に変換され得ることが判明している。

本発明は潜在的は短絡電流通路を実際の短絡
電流通路に変換して、これらの潜在的な短絡電
流通路を太陽電池の実際の使用に先立つて除去
することを目的とする。潜在的な短絡電流通路
はいくつかの異なる特性を示す。いくつかの潜
在的な短絡電流通路は抵抗性だけで、いくつか
の不良は順方向または逆方向ジヤンクシヨン
（ダイオード）として働き、他のいくつかは抵
抗および光導電性不良の結合であり、またいく
つかは抵抗およびジヤンクシヨン形の不良の組
み合せである。潜在的な短絡電流通路５８およ
び５９は電圧源５７と電極５６により電圧パル
スを層６２に印加することによつて延ばされ、
実際の短絡電流通路に変換される。電圧パルス
は、V_pcの範囲内で個別の太陽電池毎に10ボル
トまでであり得る。そしてこのようにして10^-3
から５秒の間２電池形タンデムデバイス１個当
り２から20ボルトの範囲内で印加され得る。一
般に高めの電圧は低電圧の場合より所要時間が
少ない。

すべての種類の潜在的な短絡電流通路が確実
に実際の短絡電流通路に変換されるためには、
電圧の印加を照明下で、かつ印加電圧の極性を
変えればよい。この最も厳格なケースはすべて
の条件下で必要なわけではなく、種々の適用に
応じて変化させることもできる。従つて順また
は逆方向バイアスは照明下でまたは照明なしで
使用され得る。いずれの場合にせよ、潜在的な
短絡電流通路は実際の短絡電流通路に変換さ
れ、その後下記の如き方法で除去されることが
できる。

本明細書に記載の如き本発明の一具体例によれ
ば、短絡検出除去器５１の作業は第４Ｂ図および
第５図を参照して最も良く理解され得る。第４Ｂ
図では部分的に完成されたデバイス６０は導電性
の基板６１を含み、半導体層６２は光によつてキ
ヤリアを励起し得る少なくとも１個の活性層を含
み、さらにITO層６４は電極６６のごく近傍に配
置されている。電極６６とITO層６４との間には
導電性のエツチヤント電解溶液電解質源６８が挿
入されている。電解質源６８は局所的にITO層６
４と接触している。実際上では、複数の電極およ
び電解質源が、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
除去するため相互に並べて配置され、あるいは電
極６６は細長の形状を与えられ、さらに電解質源
６８と共にデバイスの全幅を横切つて延在する。

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逆方向にバイアス
をかけられる。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
スは順方向にバイアスされるであろう。

デバイス６０は、説明のため、基板６１から
ITO膜６４まで、半導体層６２を経て延在する短
絡電流通路７２をもつ。通路７２はあらかじめ存
在していた短絡電流通路でも、または変換された
潜在的な短絡電流通路でもよい。短絡電流通路が
上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−曲線から判る如
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あらかじめ定められた
レベルを超えると、短絡電流通路は電極６６に結
合された電流限界検出器７４により検出され得
る。

本発明に従い短絡電流通路７２を除去するた
め、短絡電流通路７２との電気的結合からITO膜
６４を分離することにより、電流通路７２の抵抗
率は、ITO膜６４と半導体層６２との間の界面７
５において実質的および選択的に増加される。こ
の作業を行うため、電解質源６８を形成する導電
性の電解液は、電流が通過する時ITO膜６４を腐
食（attack oretch）する形式のものである。こ
の電解液は例えば希釈した酸、塩、またはアルカ
リ電解溶液であり得る。酸性または塩化水素酸ま
たは双方共好ましい溶液である。電解質源６８、
ITO膜６４、短絡電流通路７２を通過する電流
は、電解液にITO膜６４の腐食をおこさせる。

腐食速度は電流密度が最も高い部分において最
高となり、高密度を維持するに充分な電流が存在
するかぎり継続する。その結果、腐食は短絡電流
通路７２の近傍に集中し、さらにITOが短絡電流
通路７２から充分に分離され得る程除去されるま
で継続するであろう。腐食が完了すると、破線７
６で示すように、ITO膜の局所的な部分が除去さ
れる。このようにITOが除去されるとこのITO層
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層６４までの短絡電流通路７２が除去され
る。

上記の方法の重大な１利点は腐食工程が自己限
定的であることである。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の間にはさらに腐食を進行
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、小電流は電解質源６８
および短絡電流通路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、電解液は例えば0.01％から１％の希釈の塩
化水素酸溶液または0.1％から10％の酸性酸溶液
であり得る。溶液を通過する電流密度は１cm²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腐食時間は、ITO
の厚さおよび温度に従つて１から100秒である。
電解液は0.05モルのNaCl塩希釈液であり得る。
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。さらに腐食時間はITO膜の厚さおよび
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図の装置はさら
に、絶縁材料を短絡電流通路を除去すべく腐食さ
れたデバイスの局所部分に設けるためのアプリケ
ータを含んでいる。これによつて短絡電流通路が
後ほど設けられる前記の型のグリツド電極に接触
することはない。

第６図をさらに詳細に検討すれば、導電性基板
８１、少なくとも１活性層を含む半導体層８２、
および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、短絡電流通路検出除去ステーシヨン８８のご
く近傍に配置されたドラム８６上に連続的に延在
する。潜在的な短絡電流通路はステーシヨン８８
に先立つて実際の短絡電流通路へと変換される。
ステーシヨン８８は、電極９２を支持する取付ブ
ラケツト９０、金属プレート９４、絶縁物９３お
よびワイパ９６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、電流しきい値検出器１００、および電極
９２とアプリケータ９８の間に直列に結合された
タイマ１０２をも含んでいる。導電性腐食電解溶
液の電解質源１０６はさらにITO膜８４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。

作動状態で、電極９２の下側の局所部分が短絡
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検出器１００をトリガする
かまたはITO層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
Ｂ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の下側に延在するとき、ドラム
８６、デバイス８０、および電解液１０６から電
極９２までデバイスを通過する電流の鋭い立上が
りが存在するであろう。この電流は、電流しきい
値検出器１００をトリガするためにあらかじめ定
められた充分な値をさらに上回るであろう。トリ
ガがなされると電流しきい値検出器はタイマ１０
２をセツトする。

短絡電流通路が検出されると、導電性腐食電解
溶液１０６はITO層８４の短絡電流通路部分の腐
食を開始する。ドラム８６がデバイス８０を進行
させつつ回転すると、デバイスの腐食部分は導電
性腐食電解溶液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、さらに短絡電流通路を通過して腐食工程を維
持すべく電流を保持する。デバイス８０は、短絡
電流通路の一部が導電性腐食電解溶液１０６を出
る時までにITO層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、腐食工程は自己限
定形であるから、短絡電流通路の一部が導電性腐
食電解溶液１０６を出るより以前に充分に除去さ
れ得るとしても、ITO材料の、短絡電流通路を除
去するに要する量のみが除去されるであろう。

短絡電流通路の領域が電解溶液１０６を出る
と、該通路は、デバイスから余分な電解溶液を除
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、さらに電解溶液を中和
化するためのデバイスに中和溶液を加える。

次に短絡電流通路の領域は、デバイスのITO膜
３０を完全に乾燥させ得る乾燥大気にこれをさら
す通路に沿つて進行する。ひとたび乾燥すると、
除去された短絡電流通路を有するデバイス部分は
アプリケータ９８の下側を通過する。アプリケー
タ９８は検出器１００によつてセツトされたタイ
マ１０２に応答して、定められた量の絶縁材料
を、短絡電流通路を除去すべく腐食されたITO膜
部分に塗布する。これによつて後に設けられるグ
リツド電極が短絡電流通路に接触しないように防
ぐことができる。

第４Ｂ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図のステーシヨンを通つて加工さ
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、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、およびITOの層８４を含む。デバ
イス８０はさらに、基板８１から層８２を介して
ITO膜８４へと延在する短絡電流通路８３を含
む。しかしながらITO膜８４がライン８５に沿つ
て腐食され、短絡電流通路８３をITO膜８４から
分離するため、短絡電流通路８３は実質的に除去
されている。腐食し去られたITO膜８４の局所部
分内には、アプリケータ９８によつて加えられる
絶縁材料８７のデポジツトが存在する。短絡電流
通路が完全に除去されたこと、および該通路が後
ほど設けられるグリツド電極に不注意に接触して
回復することはあり得ないことがこの時点で確認
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電流
通路検出除去装置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１１０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１１
８は次にチヤンバ１１６に入り、最終デポジツト
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終に巻取コア１１２
に巻回される。このコアを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。流体結合電
極の使用によつて光透過材料を伴なわずに潜在欠
陥を変換することも可能である。

第９図は、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の処理システム１２０の
一例を示す。システム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
プリケータ１３０とを有する。該システムはさら
に、電圧源１３２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
流の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は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
領域を覆つて半導体層１３６に絶縁材料部をデポ
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１３
８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を含む領域内の半
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１４
０は、ITO１４２と半導体層１３６との間の界面
で短絡電流通路１３８とITO１４２との間の通路
の抵抗率を実質的に増加する。その結果、ITO１
４２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と、その上に
設けられたITO膜１５２とを含む。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１
２６と、タイマー１２８と、電池１５０を逆バイ
アスするように配置された電圧源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１
５３が電極１５８の下方に進むと、デテクタ１２
６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１６
０によつて電源１５８に印加された正電位は、短
絡電流通路１５３とITO膜１５２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１
６２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、電極１２４と電圧源１
３２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１５８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図は複数のｐ−ｉ−ｎ形電池を含むタンデ
ム型太陽電池デバイスの部分断面図、第２図は第
１図に示す太陽電池デバイスの連続製造用として
構成された多重グロー放電チヤンバデポジシヨン
装置の構成図、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および、本発明の一具
体例に従い短絡電流通路を検出し除去するための
装置をあらわす概略図、第４Ａ図は本発明を具体
化する潜在的な短絡電流通路の変換器の部分破断
概略側面拡大図、第４Ｂ図は本発明を実施する短
絡検出除去装置の部分破断概略側面拡大図、第５
図は本発明のさらに完全な理解を得るために引用
した典型的な太陽電池デバイスの暗−曲線、
第６図は太陽電池デバイス製造システム中で用い
られるべき本発明の他の具体例の部分概略側面
図、第７図は本発明に従つて短絡電流通路が検出
あれ除去された後の太陽電池デバイスの破断側面
図、第８図は本発明の他の具体例に従つて短絡電
流通路が検出され除去された後に光透過材料の層
を形成するためのデポジシヨンチヤンバの概略
図、第９図は本発明の他の具体例の部分概略側面
図、第１０図は第８図および第９図の具体例によ
つて短絡電流通路が除去された後に太陽電池デバ
イスの破断側面図、第１１図は本発明を具体化し
た別の短絡電流通路検出除去装置の部分概略側面
図である。 １０……太陽電池デバイス、１１……基板材
料、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ……電池、２６……
グロー放電デポジシヨン装置、２８，３０，３２
……デポジシヨンチヤンバ。

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有する太陽電池の製
   造方法において、 前記透明導電膜上に第１の電極を配置して前記
   基板と前記第１の電極との間に電圧を印加し、前
   記基板および前記透明導電膜の少なくともいずれ
   か一方に末端が達していない潜在的な短絡電流通
   路を前記基板および前記透明導電膜の両方に末端
   が達している短絡電流通路に変換する変換工程
   と、 前記変換工程により変換された前記短絡電流通
   路に対して間に電解質源を介して第の電極を配置
   して前記基板と前記第２の電極との間に電圧を印
   加し、前記短絡電流通路に電流を流すことによ
   り、前記短絡電流通路上の前記透明導電膜を部分
   的に除去する除去工程と 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項に記載の太陽電池の製
   造方法において、 前記変換工程においては前記半導体層の接合を
   逆方向にバイアスする電圧を印加することを特徴
   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項に記載の
   太陽電池の製造方法において、 前記変換工程においては前記半導体層の接合を
   順方向および逆方向に交互にバイアスする電圧を
   印加することを特徴とする太陽電池の製造方法。 ４ 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有する太陽電池の製
   造方法において、 前記透明導電膜上に第１の電極を配置して前記
   基板と前記第１の電極との間に電圧を印加し、前
   記基板および前記透明導電膜の少なくともいずれ
   か一方に末端が達していない潜在的な短絡電流通
   路を前記基板および前記透明導電膜の両方に末端
   が達している短絡電流通路に変換する変換工程
   と、 前記変換工程により変換された前記短絡電流通
   路に対して間に電解質源を介して第２の電極を配
   置して前記基板と前記第２の電極との間に電圧を
   印加し、前記短絡電流通路に電流を流すことによ
   り、前記短絡電流通路上の前記透明導電膜を部分
   的に除去する除去工程と、 前記透明導電膜が部分的に除去された部位に絶
   縁物質を選択的に付着させる付着工程と を含む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４項に記載の太陽電池の製
   造方法において、 前記変換工程においては前記半導体層の接合を
   逆方向にバイアスする電圧を印加することを特徴
   とする太陽電池の製造方法。 ６ 特許請求の範囲第４項または第５項に記載の
   太陽電池の製造方法において、 前記変換工程においては前記半導体層の接合を
   順方向および逆方向に交互にバイアスする電圧を
   印加することを特徴とする太陽電池の製造方法。 ７ 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有する太陽電池の製
   造方法において、 前記基板上に設けられた半導体層上に電極を配
   置して前記基板と前記電極との間に電圧を印加
   し、前記基板および前記半導体層の表面の少なく
   ともいずれか一方に末端が達していない潜在的な
   短絡電流通路を前記基板および前記半導体層の表
   面の両方に末端が達している短絡電流通路に変換
   する変換工程と、 前記変換工程により変換された前記短絡電流通
   路の位置を検出する位置検出工程と、 前記位置検出工程による検出結果に応じて前記
   半導体層の前記短絡電流通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該絶縁物質を
   介して前記透明導電膜を形成する透明導電膜形成
   工程と を含む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７項に記載の太陽電池の製
   造方法において、 前記変換工程においては前記半導体層の接合を
   逆方向にバイアスする電圧を印加することを特徴
   とする太陽電池の製造方法。 ９ 特許請求の範囲第７項または第８項に記載の
   太陽電池の製造方法において、 前記変換工程においては前記半導体層の接合を
   順方向および逆方向に交互にバイアスする電圧を
   印加することを特徴とする太陽電池の製造方法。