專利名稱：薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改善薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的轉(zhuǎn)換效率，特別是涉及包含由等離子CVD法形成的結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元的大面積薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的光電轉(zhuǎn)換效率的改善。
背景技術(shù)：
當(dāng)今，薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置呈現(xiàn)多樣化，在包含現(xiàn)有非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元的非晶體硅光電轉(zhuǎn)換裝置之外，包含結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元的結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換裝置也在開發(fā)，把這些單元層合的混合型薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置也在實(shí)用化。在此所使用的用語“結(jié)晶”，包含聚晶和微晶。用語“結(jié)晶”和“微晶”，還意味著包含部分非晶體。
作為薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，一般來說是由在透明基板上順次層合的透明電極膜、大于或等于1個(gè)半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元和背面電極膜所構(gòu)成。一個(gè)半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元包含以p型層和n型層分層的i型層。
占據(jù)光電轉(zhuǎn)換單元厚度大部分的i型層實(shí)質(zhì)上是本征半導(dǎo)體層，光電轉(zhuǎn)換作用主要是在該i型層內(nèi)產(chǎn)生，所以把它叫做光電轉(zhuǎn)換層。該i型層為了增大光吸收和增大光電流，最好是厚的，但若過厚，則增大用于該制膜的成本和時(shí)間。
另一方面，p型層和n型層被叫做導(dǎo)電型層，其在半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元內(nèi)起產(chǎn)生擴(kuò)散電位的作用，根據(jù)該擴(kuò)散電位的大小而左右薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置特性之一的開放端電壓的值。但這些導(dǎo)電型層是對光電轉(zhuǎn)換不直接起作用的惰性層，由摻雜在導(dǎo)電型層中的雜質(zhì)吸收的光成為對發(fā)電不起作用的損失。因此，p型層和n型層導(dǎo)電型層，只要在使其能產(chǎn)生足夠擴(kuò)散電位的范圍內(nèi)，最好是其具有盡量小的厚度。
根據(jù)這點(diǎn)，半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元或薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，不管其所含的導(dǎo)電型層的材料是非晶體還是結(jié)晶，占據(jù)其主要部分的i型層材料是非晶體硅的，叫做非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元或非晶體硅薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，i型層材料是結(jié)晶硅的，叫做結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元或結(jié)晶硅薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。
作為提高薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換效率的方法，有把大于或等于2個(gè)的半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元層合而形成串聯(lián)型的方法。該方法配置有前方單元，其包含在薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的光射入側(cè)具有大的帶隙的光電轉(zhuǎn)換層，在其后面順序配置有后方單元，其包含具有小的帶隙(例如Si-Ge合金等)的光電轉(zhuǎn)換層，這樣，在射入光的寬波長范圍就能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，就能謀求提高作為薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置整體的轉(zhuǎn)換效率。
在這種串聯(lián)型薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，層合有非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元和結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元的裝置，被叫做混合型薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。
例如，i型非晶體硅能進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換的光的波長，是到長波長側(cè)的800nm左右，而i型結(jié)晶硅能把比其長的約1100nm左右波長的光進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。在此，由光吸收系數(shù)大的非晶體硅構(gòu)成的非晶體硅光電轉(zhuǎn)換層，為了在光電轉(zhuǎn)換中充分地進(jìn)行光吸收，所以有小于或等于0.3μm的厚度也就足夠了，但比較起來，由光吸收系數(shù)小的結(jié)晶硅構(gòu)成的結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層，為了把長波長的光也充分吸收，所以最好其具有大于或等于2～3μm左右的厚度。即結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層通常需要比非晶體硅光電轉(zhuǎn)換層大10倍左右的厚度。
另一方面，薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置為了有更大的發(fā)電能力和提高生產(chǎn)效率，就要求大面積化。在大面積化中存在有各種問題，例如，在特開2002-319692號公報(bào)中就記載有如下問題使用等離子CVD裝置，把一個(gè)主面上形成有透明導(dǎo)電膜的面積大于或等于1200cm2的透明基板保持在基板保持架上而與電極相對，在以大于或等于100mW/cm2的電力密度形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層時(shí)，把所述基板保持架與所述透明基板表面的透明導(dǎo)電膜進(jìn)行電絕緣，而抑制在所述基板保持架與所述透明基板表面的透明導(dǎo)電膜之間異常放電的情況。該異常放電被認(rèn)為是，透明導(dǎo)電膜上帶電的電荷在要向基板保持架逃逸時(shí)，透明導(dǎo)電膜上積蓄的電荷的量在到達(dá)相當(dāng)量以上時(shí)產(chǎn)生的，而一次向基板保持架逃選的電荷的量，依賴于“基板面積/基板周圍長度”，所以，該值依賴于基板尺寸。即基板尺寸越大，具體說就是成為大于或等于1200cm2的大面積時(shí)，則一次逃逸的電荷量成為一定值以上，就越容易產(chǎn)生異常放電。
大面積的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，通常是作為集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置形成的。集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置一般具有下面的結(jié)構(gòu)，即由在透明基板上層合且各自具有帶狀形狀的透明電極膜、大于或等于1的半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元和背面電極膜構(gòu)成的多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件串聯(lián)連接。
在此，一邊參照附圖一邊說明集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。各圖中在同樣的部件上付與相同的參照符號而省略其重復(fù)的說明。
圖1是概略表示集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的平面圖。
對圖1所示的集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1要進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖2是概略表示集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的剖面圖。
圖2所示的集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1是混合型薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，光電轉(zhuǎn)換元件10，具有在透明基板2上順次層合透明電極膜3、具備非晶體硅光電轉(zhuǎn)換層的非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a、具備結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層的結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b、背面電極膜5、密封樹脂層6、有機(jī)保護(hù)層7的結(jié)構(gòu)。即該集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1，把從透明基板2側(cè)射入的光通過形成混合型結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4a、4b而進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
如圖2所示，集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1中設(shè)置有分割所述薄膜的第一、第二分離槽21、22和連接槽23。這些第一、第二分離槽21、22和連接槽23是相互平行的，并向與紙面垂直的方向延伸。相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件10之間的邊界由第二分離槽22所規(guī)定。
第一分離槽21把透明電極膜3分割并與各自的光電轉(zhuǎn)換元件10對應(yīng)，并在透明電極膜3與非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a的界面處具有開口，且把透明基板2的表面作為底面。該第一分離槽21由構(gòu)成非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a的非晶體填埋，把相鄰的透明電極膜3之間電絕緣。
第二分離槽22設(shè)置在與第一分離槽21離開的位置處。第二分離槽22把半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4a、4b和背面電極膜5分割并與各自的光電轉(zhuǎn)換元件10對應(yīng)，并在背面電極膜5與密封樹脂層6的界面處具有開口，且把透明電極膜3的表面作為底面。該第二分離槽22由密封樹脂層6填埋，在相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件10之間把背面電極膜5相互電絕緣。
連接槽23設(shè)置在第一分離槽21與第二分離槽22之間。連接槽23分割半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4a、4b，并在結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b與背面電極膜5的界面處具有開口，且把透明電極膜3的表面作為底面。該連接槽23由構(gòu)成背面電極膜5的金屬材料填埋，把相鄰的光電轉(zhuǎn)換元件10一側(cè)的背面電極膜5與另一側(cè)的透明電極膜3電連接。即連接槽23和填埋它的金屬材料，起到把并置在基板1上的光電轉(zhuǎn)換元件10相互串聯(lián)連接的作用。
在這種集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1中，由于光電轉(zhuǎn)換元件10是串聯(lián)連接的，所以在集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1整體進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換時(shí)的電流值，與在多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件10內(nèi)光電轉(zhuǎn)換時(shí)產(chǎn)生的光電流最小的光電轉(zhuǎn)換元件10的電流值相等，而其他光電轉(zhuǎn)換元件10中的剩余部分的光電流就損失了。于是，現(xiàn)在為了把結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b面內(nèi)的膜質(zhì)保持一定而進(jìn)行了討論。即為了在包含結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b的集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1中降低上述那樣的電流損失，嘗試著把由結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層的結(jié)晶性不同而引起產(chǎn)生的光電流小的區(qū)域消除，進(jìn)而通過在面內(nèi)把膜質(zhì)變均勻而得到高的光電轉(zhuǎn)換效率。
這時(shí)，結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層的光電流小的區(qū)域，在形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b后通過目視觀察膜面?zhèn)染湍芘袆e，并且作為白濁變色區(qū)域來觀察。這是由結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層的材料，即結(jié)晶硅的結(jié)晶性不同，白濁變色區(qū)域不被充分晶體化，不僅形成結(jié)晶硅，還成為包含很多非晶體硅的區(qū)域，所以觀察到變白濁并且產(chǎn)生的光電流小。而正常區(qū)域由于被充分晶體化，所以是作為沒有白濁的灰色區(qū)域被觀察，產(chǎn)生的光電流比白濁變色區(qū)域大。
特開平11-330520號公開了，在進(jìn)行比較薄的非晶體硅光電轉(zhuǎn)換層制膜時(shí)，代替現(xiàn)有使用的小于或等于133Pa(1Torr)的等離子反應(yīng)室內(nèi)壓力，而通過利用大于或等于667Pa(5Torr)的高反應(yīng)室內(nèi)壓力，能把高質(zhì)量的厚的結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層以高速度進(jìn)行制膜，但沒有關(guān)于這種白濁變色區(qū)域的記載。
但在面積大于或等于600cm2的結(jié)晶薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置或混合型薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，由于在結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層內(nèi)完全不存在所述白濁變色區(qū)域的情況下，光電流小的區(qū)域就不存在，所以知道隨著光靈敏度增加而短路電流就增加，但有開放端電壓和填充因數(shù)降低的問題。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述狀況，本發(fā)明的目的在于提供一種薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，特別是提供一種集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其在包含結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，在解決小開放端電壓和填充因數(shù)問題的同時(shí)，通過防止電流值的降低來改善光電轉(zhuǎn)換效率。
本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，是在透明基板一側(cè)的主面上至少把透明電極膜、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元和背面電極膜順序形成的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，形成所述結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元后，在其表面的一部分上具有白濁變色區(qū)域。
所述白濁變色區(qū)域最好是小于或等于所述薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域面積的5％。
特別理想的是，本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，為了形成多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，而把所述透明電極膜、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元和背面電極膜通過多個(gè)分離槽進(jìn)行分離，且將這些多個(gè)元件通過連接用槽相互串聯(lián)電連接，成為集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。
所述集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，最好是其所述白濁變色區(qū)域從與光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的所述串聯(lián)連接方向平行的邊界開始向光電轉(zhuǎn)換區(qū)域側(cè)，以大于或等于2mm小于或等于10mm的寬度存在。
本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，最好在其所述透明電極膜與所述結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元之間具備非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元。
本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，是在透明基板一側(cè)的主面上至少把透明電極膜、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元和背面電極膜順序形成的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域把波長800nm的單色光從所述透明基板的另一側(cè)主面射入并進(jìn)行測定的包含擴(kuò)散成分的絕對反射率的最大值與最小值的差為大于或等于5％。
特別的理想的是，本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置在透明基板一側(cè)的主面上形成的半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元的面積大于或等于600cm2。


圖1是概略表示集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的平面圖；圖2是概略表示集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的剖面圖；圖3是概略表示絕緣分離槽形成位置的剖面圖；圖4是概略表示910×910mm尺寸基板的集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的平面圖，和概略表示分割成910×455mm尺寸時(shí)薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的平面圖；圖5是在910×910mm尺寸基板上形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元后的膜面照片和白濁變色區(qū)域的放大照片；
圖6是表示910×455mm尺寸集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的分光反射率測定點(diǎn)的圖；圖7是概略表示在360×465mm尺寸基板上形成的300×400mm尺寸集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的平面圖；圖8是表示300×400mm尺寸集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的分光反射率測定點(diǎn)的圖。
附圖符號的說明1集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置2透明基板3透明電極膜4a、4b半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4背面電極膜5密封樹脂層6有機(jī)保護(hù)層10光電轉(zhuǎn)換元件12引線14a、14b、14c絕緣分離槽21、22分離槽23連接槽31基板保持架32背板41切斷線42a、42b周邊絕緣分離槽50集成方向51白濁變色區(qū)域52光電轉(zhuǎn)換區(qū)域61分光反射率測量點(diǎn)162分光反射率測量點(diǎn)263分光反射率測量點(diǎn)364分光反射率測量點(diǎn)465分光反射率測量點(diǎn)5
66分光反射率測量點(diǎn)667分光反射率測量點(diǎn)768分光反射率測量點(diǎn)869分光反射率測量點(diǎn)9具體實(shí)施方式
以下更詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施例。
說明本發(fā)明薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的各結(jié)構(gòu)要素。
作為透明基板2，例如能使用玻璃板和透明樹脂膜等。作為玻璃板能便宜得到大面積的板，能使用透明性、絕緣性高的，以SiO2、Na2O和CaO為主要成分的兩主面平滑的浮法板玻璃。
透明電極膜3，能使用ITO膜、SnO2膜或ZnO膜這樣的透明導(dǎo)電性氧化物層等構(gòu)成。透明電極膜3可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是多層結(jié)構(gòu)。透明電極膜3，能使用蒸鍍法、CVD法或?yàn)R射法等這些自身已知的氣相堆積法來形成。透明電極膜3的表面最好是形成包含微小凹凸的表面網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)。通過在透明電極膜3的表面上形成這種網(wǎng)紋結(jié)構(gòu)，能提高光向半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4的射入效率。
串聯(lián)型薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置被供給大于或等于2個(gè)半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元，特別是混合型薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置具備非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a和結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b。
非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a具備非晶體硅光電轉(zhuǎn)換層，其具有從透明電極膜3側(cè)開始的把p型層、非晶體硅光電轉(zhuǎn)換層和n型層順次層合的結(jié)構(gòu)。這些p型層、非晶體硅光電轉(zhuǎn)換層和n型層都能通過等離子CVD法形成。
而結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b具備結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層，其具有例如從非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a側(cè)開始的把p型層、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層和n型層順次層合的結(jié)構(gòu)。這些p型層、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層和n型層都能通過等離子CVD法形成。
構(gòu)成這些半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4a、4b的p型層，例如能通過在硅或碳化硅和硅鍺等硅合金上把硼和鋁等p導(dǎo)電型決定雜質(zhì)原子進(jìn)行摻雜而形成。非晶體硅光電轉(zhuǎn)換層和結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層，能用非晶體硅系半導(dǎo)體材料和結(jié)晶硅系半導(dǎo)體材料分別形成，作為這種材料，能舉出本征半導(dǎo)體的硅(氫化硅等)和碳化硅和硅鍺等硅合金等。只要充分具備光電轉(zhuǎn)換功能，則也可以使用含有微量導(dǎo)電型決定雜質(zhì)的弱p型或弱n型的硅系半導(dǎo)體材料。而且n型層能通過在硅或碳化硅和硅鍺等硅合金上把磷和氮等的n導(dǎo)電型決定雜質(zhì)原子進(jìn)行摻雜而形成。
以上這樣構(gòu)成的非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a和結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b上吸收波長區(qū)域相互不同。由于非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a的光電轉(zhuǎn)換層是由非晶體硅構(gòu)成的，而結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b的光電轉(zhuǎn)換層是由結(jié)晶硅構(gòu)成的，所以使前者能最有效率地吸收550nm左右的光成分，使后者能最有效率地吸收900nm左右的光成分。
非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a的厚度，最好是在0.01μm～0.5μm的范圍內(nèi)，更理想的是在0.1μm～0.3μm的范圍內(nèi)。
而結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b的厚度，最好是在0.1μm～10μm的范圍內(nèi)，更理想的是在0.1μm～5μm的范圍內(nèi)。
背面電極膜5不僅具有作為電極的功能，而且還具有反射從透明基板2向半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4a、4b射入并到達(dá)背面電極膜5的光，把其再向半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4a、4b內(nèi)射入，這樣作為反射層的功能。背面電極膜5能使用銀和鋁等通過蒸鍍法和濺射法等形成例如200nm～400nm左右的厚度。
在背面電極膜5與半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4之間，或是混合型薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的情況下在背面電極膜5與結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b之間，例如為了提高兩者之間的粘接性，而能設(shè)置由ZnO這樣非金屬材料構(gòu)成的透明導(dǎo)電性薄膜(未圖示)。
集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的透明基板2上形成的各光電轉(zhuǎn)換元件10，通過密封樹脂層6由有機(jī)保護(hù)層7密封。該密封樹脂層6使用能把有機(jī)保護(hù)層粘接在這些元件10上的樹脂。作為這種樹脂例如能使用EVA(乙烯·醋酸乙烯酯共聚合體)、PVB(聚乙烯醇縮丁醛)、PIB(聚異丁烯)和硅樹脂等。作為有機(jī)保護(hù)層7，能使用聚氟乙烯膜(例如特多拉膜(テドラ一フイルム)(登錄商標(biāo)))這樣的氟樹脂系膜或PET膜這樣的耐濕性和耐水性優(yōu)良的絕緣膜。有機(jī)保護(hù)層可以是單層結(jié)構(gòu)，也可以是把它們層合的層合結(jié)構(gòu)。有機(jī)保護(hù)層也可以具有由鋁等構(gòu)成的金屬箔把這些膜夾持的結(jié)構(gòu)。由于鋁箔這樣的金屬箔具有提高耐濕性和耐水性的功能，所以通過把有機(jī)保護(hù)層設(shè)定成這種結(jié)構(gòu)，就能更有效地保護(hù)光電轉(zhuǎn)換元件10遠(yuǎn)離水分。這些密封樹脂層6和有機(jī)保護(hù)層7，利用真空疊片法能同時(shí)粘貼在集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的背面?zhèn)取?br> 如圖3所示，在形成結(jié)晶硅薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4b時(shí)使用基板保持架31時(shí)，在透明基板2上把大于或等于1條的圖3所示的絕緣分離槽14，與圖1所示光電轉(zhuǎn)換元件10的串聯(lián)連接方向，即集成方向50平行地形成。
所述白濁變色區(qū)域在形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b后能從膜面?zhèn)饶恳曈^察到。白濁變色區(qū)域即使在完全相同的條件下，也具有某種程度的不確定性，特別是大面積時(shí)，隨溫度分布、等離子密度分布、與基板保持架的空間關(guān)系等而更加顯著。因此，把在小面積時(shí)不需要考慮的對白濁變色區(qū)域進(jìn)行控制是重要的。白濁變色區(qū)域有必要在適當(dāng)?shù)牟课贿m量地存在。
白濁變色區(qū)域占整體光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的面積最好是小于或等于5％。若存在超過該數(shù)值，則短路電流的降低超過開放端電壓和填充因數(shù)的提高。在具有串聯(lián)集成結(jié)構(gòu)的集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的情況下，白濁變色區(qū)域最好是相對集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的各光電轉(zhuǎn)換元件10而存在于與集成方向50平行側(cè)的兩端或一端上。這時(shí)，白濁變色區(qū)域若相對串聯(lián)連接光電轉(zhuǎn)換元件10的方向即集成方向，從平行側(cè)的光電轉(zhuǎn)換元件10的邊界開始向光電轉(zhuǎn)換元件10的內(nèi)側(cè)，具有大于或等于2mm而小于或等于10mm的寬度時(shí)，則短路電流的降低超過開放端電壓和填充因數(shù)的提高。在透明基板2的一側(cè)主面上，通過形成絕緣分離槽14而以絕緣分離槽14為邊界，把透明基板2與集成方向50平行地分割成光電轉(zhuǎn)換區(qū)域52和其周邊的非光電轉(zhuǎn)換區(qū)域時(shí)，所述白濁變色區(qū)域容易向集成方向50沿所述邊界細(xì)長地產(chǎn)生。
相反，若相對集成方向在垂直方向側(cè)存在白濁變色區(qū)域，且在幾個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件10內(nèi)僅一個(gè)是整個(gè)成為了白濁變色區(qū)域，則其光電轉(zhuǎn)換元件10的光靈敏度就變得非常低，短路電流變小。因此，即使白濁變色區(qū)域的面積小于或等于5％，也由于集成結(jié)構(gòu)是串聯(lián)而作為集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1整體其短路電流極小，光電轉(zhuǎn)換效率降低。
實(shí)際上，白濁變色區(qū)域相對所有的光電轉(zhuǎn)換元件10來說，并不是以相同的面積發(fā)生，所以只要其平均以6mm左右的寬度發(fā)生在兩端，而在與集成方向50垂直的方向上不發(fā)生白濁變色區(qū)域，則光電轉(zhuǎn)換單元的與集成方向50垂直方向的長度是大于或等于240mm時(shí)，白濁變色區(qū)域就小于或等于5％。實(shí)際上，白濁變色區(qū)域不僅發(fā)生在集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的與集成方向平行方向的兩端，而且也同程度地發(fā)生在垂直方向的兩端。因此，若把該垂直方向的白濁部分除外地進(jìn)行集成時(shí)，則白濁變色區(qū)域就是小于或等于5％了，為了實(shí)現(xiàn)從與集成方向平行的邊界開始，寬度是大于或等于2mm并且小于或等于10mm的集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1，就需要集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的尺寸是大于或等于240mm×250mm，即大于或等于600cm2。
該白濁變色區(qū)域即使在形成了背面電極膜5以后，也容易由膜面進(jìn)行判別，但在用樹脂等進(jìn)行密封后，從透明基板2上沒形成半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元4的面進(jìn)行目視判別是困難的。但利用使用分光反射儀的分光反射率測量，就能從透明基板2上沒形成半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元的面進(jìn)行判別。分光反射測量是使用積分球測量以10°射入的包含擴(kuò)散成分的反射，使用把硫酸鋇板作為基準(zhǔn)的值。在所述條件下，在白濁變色區(qū)域與不是該區(qū)域中，分光反射率測量中的800nm的分光反射率是大于或等于5％的白濁變色區(qū)域的一方是大的，由此，能夠?qū)Π诐嶙兩珔^(qū)域進(jìn)行定義。
實(shí)施例(實(shí)施例1)準(zhǔn)備玻璃基板2，其具有910mm×910mm的尺寸，且在一側(cè)的主面上形成有SnO2膜3。如圖1所示，在該玻璃基板表面上形成的SnO2膜3上，通過激光劃線，形成分離槽21和絕緣分離槽14。這時(shí)，如圖3所示，把其向等離子CVD裝置的基板保持架31上設(shè)置時(shí)，從基板保持架31的內(nèi)周離開約1mm地形成寬度約100μm的第一絕緣分離槽14a，并在距離第一絕緣分離槽14a約0.7mm的內(nèi)側(cè)，形成寬度約100μm的第二絕緣分離槽14b。
這些絕緣分離槽14，在大于或等于1200cm2的大面積基板上通過等離子CVD以大于或等于100mW/cm2的高電力密度而形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b時(shí)，把基板保持架31與基板表面的透明導(dǎo)電膜2之間進(jìn)行絕緣，起到防止異常放電的作用。
把實(shí)施了所述激光劃線的形成有SnO2膜3的一片玻璃基板2保持在基板保持架31上。這時(shí)，估計(jì)玻璃基板2的位置偏離，其從基板保持架31的內(nèi)周到第一絕緣分離槽14a的距離是在3±2mm的范圍內(nèi)。把保持有玻璃基板2的基板保持架31搬運(yùn)到設(shè)置有115cm×118cm電極的CVD裝置內(nèi)，在導(dǎo)入反應(yīng)氣體硅烷、氫、甲烷和乙硼烷而形成p型層后，再導(dǎo)入反應(yīng)氣體硅烷而形成非晶體硅光電轉(zhuǎn)換層，然后再導(dǎo)入反應(yīng)氣體硅烷、氫和膦，通過形成n型層而形成非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a。
然后，在導(dǎo)入反應(yīng)氣體硅烷、氫和乙硼烷而形成p型層后，把反應(yīng)氣體氫和硅烷以表1的實(shí)施例1所示的流量條件導(dǎo)入，形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層，然后再導(dǎo)入反應(yīng)氣體硅烷、氫和膦，通過形成n型層而形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b。
形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b后，把非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a和結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b通過激光劃線而形成連接槽23。再通過濺射法作為背面電極膜而形成ZnO膜和Ag膜等多層膜的背面電極膜5。然后，把非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b和背面電極膜5通過激光劃線而形成分離槽22，再通過對SnO2膜3、非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b和背面電極膜5通過激光劃線而形成圖4所示的周邊絕緣槽42a和42b，在安裝引線12之前，如圖4所示，在與集成方向50平行的方向上沿切斷線41把基板切割成一半的尺寸，制作910×455mm尺寸的把8.9mm×430mm的光電轉(zhuǎn)換元件10串聯(lián)連接100個(gè)的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1。在此，周邊絕緣槽42a形成在預(yù)先形成于SnO2膜3上的絕緣分離槽14上。
若對該混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b后的膜面進(jìn)行觀察，則如圖4模式所示，在光電轉(zhuǎn)換元件10的兩端能看到變成白色的白濁變色區(qū)域51。圖5是白濁變色區(qū)域的外觀照片。該白濁變色區(qū)域51在制成910×455mm尺寸的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1時(shí)，其存在于從與集成方向50平行的周邊絕緣槽42a的單側(cè)開始大于或等于5mm而小于或等于10mm的寬度內(nèi)。這時(shí)，若把由周邊絕緣槽42a和42b包圍的區(qū)域叫做光電轉(zhuǎn)換區(qū)域52時(shí)，則白濁變色區(qū)域51相對光電轉(zhuǎn)換區(qū)域52的總面積來說，其是約2％。
對密封了具有該白濁變色區(qū)域51的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的樣品，把光從玻璃面2射入，進(jìn)行分光反射率的測量。分光反射測量是使用積分球，以10°射入，把硫酸鋇板作為基準(zhǔn)，測量包含擴(kuò)散成分的反射。其結(jié)果是判明在800nm的分光反射率，若白濁變色區(qū)域51與不是該正常區(qū)域進(jìn)行比較，則為是大的即大于或等于5％。即測量圖6所示的9點(diǎn)分光反射率的結(jié)果，是如表2的實(shí)施例1所示，其絕對值的差是12.1％。在此，測量點(diǎn)1、4和7對應(yīng)白濁變色區(qū)域51，測量點(diǎn)2、3、5、6、8和9對應(yīng)正常區(qū)域。
由該混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的曝光而引起的光惡化前的輸出即初期輸出，是根據(jù)把作為光源而使用的氙和鹵素?zé)舻姆派湔斩?00mW/cm2、AM1.5的模擬太陽光，從玻璃面?zhèn)壬淙霑r(shí)的電氣特性來測量的。測量溫度設(shè)定為是25℃。如表3的實(shí)施例1所示，初期輸出是42.8W。這時(shí)，短路電流、開放端電壓和填充因數(shù)分別是0.456A、135.5V和0.692。
表1是各實(shí)施例和各比較例的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層的制膜流量條件與白濁變色區(qū)域的關(guān)系。
表2是各實(shí)施例和各比較例的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的800nm分光反射率。
表3是各實(shí)施例和各比較例的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的光電轉(zhuǎn)換特性。
(比較例1)除了把結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層按表1的比較例1所示的流量條件形成以外，與實(shí)施例1同樣地制作比較例1的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1。比較例1的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1，根據(jù)密封前的膜面觀察，能得到?jīng)]有白濁變色區(qū)域51的910×455mm尺寸的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1。與實(shí)施例1同樣地，當(dāng)測量比較例1混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的初期輸出和分光反射率時(shí)，則其分別是表3的比較例1和表2的比較例1。800nm分光反射率絕對值的差是小于或等于5％，初期輸出是40.1W，短路電流、開放端電壓和填充因數(shù)分別是0.455A、129.5V和0.681。比較例1與實(shí)施例1相比，其開放端電壓和填充因數(shù)明顯低，初期輸出也是低的值。
表1

表2

表3

(實(shí)施例2)除了把結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層按表1實(shí)施例2所示的流量條件形成以外，與實(shí)施例1同樣地制作實(shí)施例2的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1。實(shí)施例2的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1，由密封前的膜面觀察如圖4所示，在光電轉(zhuǎn)換元件10的兩端能看到變成了白色的白濁變色區(qū)域51，該白濁變色區(qū)域51在制成910×455mm尺寸的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1時(shí)，其存在于從與集成方向50平行的周邊絕緣槽42a的單側(cè)開始大于或等于15mm而小于或等于30mm的寬度內(nèi)，白濁變色區(qū)域51相對光電轉(zhuǎn)換區(qū)域52的總面積來說，其約為5.5％。
與實(shí)施例1同樣地，當(dāng)把實(shí)施例2的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的分光反射率如圖6所示那樣測量9點(diǎn)時(shí)，則如表2的實(shí)施例2所示，800nm分光反射率絕對值的差是11.7％，在此，測量點(diǎn)1、4和7對應(yīng)白濁變色區(qū)域51，測量點(diǎn)2、3、5、6、8和9對應(yīng)正常區(qū)域。
與實(shí)施例1同樣地，當(dāng)測量實(shí)施例2混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的初期輸出時(shí)，則其是表3實(shí)施例2所示的41.2W。短路電流、開放端電壓和填充因數(shù)分別是0.441A、136.7V和0.683。實(shí)施例2與比較例1相比，其開放端電壓和填充因數(shù)高，初期輸出也高。與實(shí)施例1相比，其短路電流稍微低，初期輸出也是稍微低的值。
(實(shí)施例3)準(zhǔn)備玻璃基板2，其具有365mm×465mm的尺寸，且在一側(cè)的主面上形成有SnO2膜3。如圖7所示形成分離槽21。
不使用基板保持架，把所述玻璃基板2移動到能通過運(yùn)送叉運(yùn)送玻璃基板2的單張(枚葉)式等離子CVD裝置上設(shè)置的400mm×500mm電極的位置處，使用與實(shí)施例1同樣的氣體，形成非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元4a和結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b。這時(shí)，把結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層按表1實(shí)施例3所示的流量條件形成。形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元4b后，通過激光劃線而形成連接槽23，通過濺射法作為背面電極膜而形成ZnO膜和Ag膜的多層膜的背面電極膜5。然后，通過激光劃線而形成分離槽22和圖4所示的周邊絕緣槽42a和42b，安裝引線12，制作300×400mm尺寸的把8.9mm×380mm的光電轉(zhuǎn)換元件10串聯(lián)連接28個(gè)的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1。
若對該混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1密封前的膜面進(jìn)行觀察，則如圖7模式所示，在光電轉(zhuǎn)換元件10的兩端能看到變成白色的白濁變色區(qū)域51。觀察到白濁變色區(qū)域51存在于從與集成方向50平行的周邊絕緣槽42a的兩側(cè)開始大于或等于2mm而小于或等于6mm的寬度內(nèi)，白濁變色區(qū)域51相對光電轉(zhuǎn)換區(qū)域52的總面積來說，其約為3％。
與實(shí)施例1同樣地，當(dāng)把實(shí)施例3的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的分光反射率如圖8所示那樣測量9點(diǎn)時(shí)，則如表2的實(shí)施例3所示，800nm分光反射率絕對值的差是9.9％，在此，測量點(diǎn)1、3、4、6、7和9對應(yīng)白濁變色區(qū)域51，測量點(diǎn)2、5和8對應(yīng)正常區(qū)域。
與實(shí)施例1同樣地，當(dāng)測量該實(shí)施例3的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的初期輸出時(shí)，則其是表3實(shí)施例3所示的12.3W。這時(shí)，短路電流、開放端電壓和填充因數(shù)分別是0.439A、37.8V和0.741。
(比較例2)除了把結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層按表1比較例2所示的流量條件形成以外，與實(shí)施例3同樣地制作比較例2的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1。比較例2的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1，根據(jù)密封前的膜面觀察，能得到?jīng)]有白濁變色區(qū)域51的300×400mm尺寸的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1。與實(shí)施例1同樣地，當(dāng)測量比較例2的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1的初期輸出和分光反射率時(shí)，則其分別是表2的比較例2和表3的比較例2。800nm分光反射率絕對值的差是小于或等于5％，初期輸出是11.8W，短路電流、開放端電壓和填充因數(shù)分別是0.441A、37.0V和0.681。比較例2與實(shí)施例3相比，其開放端電壓和填充因數(shù)明顯低，初期輸出也低。
(實(shí)施例4)
把結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層按表1實(shí)施例4所示的流量條件形成時(shí)，如圖7模式所示，在光電轉(zhuǎn)換元件10的兩端能看到變成白色的白濁變色區(qū)域51。該白濁變色區(qū)域51被制作在300×400mm尺寸的混合型集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置1中時(shí)，其存在于從與集成方向50平行的周邊絕緣槽42a的單側(cè)開始大于或等于5mm而小于或等于16mm的寬度內(nèi)，白濁變色區(qū)域51相對光電轉(zhuǎn)換區(qū)域52的總面積來說，其約為5.2％。
與實(shí)施例1同樣地，當(dāng)如圖8所示那樣測量9點(diǎn)的分光反射率時(shí)，則如表2的實(shí)施例4所示，800nm分光反射率絕對值的差是9.6％。
當(dāng)與實(shí)施例1同樣地測量初期輸出時(shí)，則其是表3的實(shí)施例4所示的12.1W，短路電流、開放端電壓和填充因數(shù)分別是0.435A、38.1V和0.728。實(shí)施例4與比較例2相比，其開放端電壓和填充因數(shù)高，初期輸出也高。與實(shí)施例2相比，其短路電流稍微低，初期輸出也是稍微低的值。
如以上所詳述，本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置是包含結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，由于其在結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換層具有白濁變色區(qū)域，所以其解決了小的開放端電壓和填充因數(shù)的問題，能提供改善了光電轉(zhuǎn)換效率的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。而且在形成結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元后能馬上判別完成后的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的光電轉(zhuǎn)換特性是否良好。
權(quán)利要求
1.一種薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其在透明基板一側(cè)的主面上至少把透明電極膜、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元和背面電極膜順序形成，其特征在于，形成所述結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元后，在其表面的一部分上具有白濁變色區(qū)域。
2.如權(quán)利要求1所述的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述白濁變色區(qū)域是小于或等于所述薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置的光電轉(zhuǎn)換區(qū)域面積的5％。
3.一種集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，其是權(quán)利要求1或2所述的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，為了形成多個(gè)光電轉(zhuǎn)換元件，而把所述透明電極膜、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元和背面電極膜通過多個(gè)分離槽進(jìn)行分離，且將這些多個(gè)元件通過連接用槽相互串聯(lián)電連接。
4.如權(quán)利要求3所述的集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，所述白濁變色區(qū)域從與所述光電轉(zhuǎn)換區(qū)域的所述串聯(lián)連接方向平行的邊界開始向光電轉(zhuǎn)換區(qū)域側(cè)，以大于或等于2mm并且小于或等于10mm的寬度存在。
5.如權(quán)利要求1到4所述的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在所述透明電極膜與所述結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元之間還具備非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元。
6.一種薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其在透明基板一側(cè)的主面上至少把透明電極膜、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元和背面電極膜順序形成，其特征在于，在光電轉(zhuǎn)換區(qū)域，把波長800nm的單色光從所述透明基板的另一側(cè)主面射入并進(jìn)行測定的包含擴(kuò)散成分的絕對反射率的最大值與最小值的差為大于或等于5％。
7.如權(quán)利要求6所述的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，在所述透明電極膜與所述結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元之間還具備非晶體硅光電轉(zhuǎn)換單元。
8.如權(quán)利要求1到7所述的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其特征在于，半導(dǎo)體薄膜光電轉(zhuǎn)換單元所形成的面積是大于或等于600cm2。
全文摘要
本發(fā)明提供一種薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，特別是提供一種集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，其在包含結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置中，通過不使開放端電壓和填充因數(shù)變小來改善光電轉(zhuǎn)換效率。本發(fā)明的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，是在透明基板一側(cè)的主面上至少把透明電極膜、結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元和背面電極膜順序形成的薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置，形成所述結(jié)晶硅光電轉(zhuǎn)換單元后，在其表面的一部分上具有白濁變色區(qū)域。所述白濁變色區(qū)域最好是小于或等于光電轉(zhuǎn)換區(qū)域面積的5％。而且最好是制成集成化薄膜光電轉(zhuǎn)換裝置。
文檔編號H01L31/075GK1748322SQ20048000403
公開日2006年3月15日 申請日期2004年5月28日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月19日
發(fā)明者末崎恭, 吉見雅士, 佐佐木敏明, 多和田裕子, 山本憲治 申請人:株式會社鐘化