[发明专利]光生伏打装置及其制造方法

说明书

本发明涉及一种接受到辐射光后产生电动势的光生伏打装置。

在辐射光照射下产生电动势的光生伏打装置的受光面电极层（以下简述为透明电极层）理想的情况应是透明的，以便光能够辐射到含有执行光电转换的光敏层的半导体层。因此，任何通常的透明电极层主要由透明的导电氧化物（TCO），例如三氧化二铟（In₂O₃），二氧化锡（SnO₂）或ITO（分别是铟或锡的氧化物）组成，即很少由薄金属层组成。由TCO组成的这种电极的表面电阻值大约是10～50欧姆/□，它比由薄铝金属层做的同样厚度的电极要高三倍多。这使得用TCO做的那些电极层多产生功率损耗（电阻损耗），从而降低了电流收集效率。

为避免电流收集效率降低，日本专利申请公开59-50576（1984年）提出了用金属材料做的栅形电流收集电极作受光面的技术。

由于金属的电流收集电极层的电阻值比透明电极层低，所以能防止电流收集效率降低。而另一方面，由于金属电流收集电极挡住了本应到达光敏层的光，所以金属电极不可避免地要减少进行光电转换的有效受光面积。

为解决这个问题，日本专利申请公开60-149178（1985年），61-20371（1986年）和日本实用新型申请公开61-86955（1986年）分别提出了改进的光生伏打装置。尽管组成透明电极层的仍是高电阻TCO或薄金属层，但是这些光生伏打装置分别减少了透明电极层的电阻损耗而不显著地牺牲有效受光面积。图1是上述技术之一提出的光生伏打装置的剖面图。每一光电转换器元件SC₁、SC₂、SC₃…分别通过叠置的透明电极层11，半导体层12，由电阻金属（ohmic metal）做成的第一背电极层13，绝缘层14和电阻值比透明电极层11低的第二背电极层15互相连结，这个次序是从光进入面算起的。在这种光生伏打装置中，多个用与第二背电极层15同样材料做成的联结导体18在受光区的多个位置插入内表面被绝缘层14包围的接触孔16，这样透明电极11与第二背电极15能够电连通。多个光电转换器元件SC₁、SC₂、SC₃…装在透明绝缘基片17上，邻接的光电转换器元件通过使毗邻的光电转换器元件之一的第一背电极层13和另一个的第二背电极层结合而实现相互电串联。

上面所引的光生伏打装置的光电转换器元件把高电阻透明电极层11和低电阻第二背电极层在多个位置电连接，透明电极层11中的电流路径只延展到邻近的连接点，从而缩短了电流路径，这样在透明电极层11中的电阻损耗可以降低而不显著地减少有效受光面积。

由于玻璃价格低，且易于做成所选的形状，通常用它作绝缘基片。但是，由于玻璃在大约550℃软化，它不能承受600℃以上的热处理。因而，当形成有半导体结构的半导体层时，只有那些利用低温的方法，例如汽化、溅射、等离子体化学汽相沉积、光化学汽相沉积等可以使用。这就限制了可选择的用作半导体层12的材料的范围，从而材料只能从非晶硅，非晶硅碳化物，非晶硅锗化物，非晶锗和微晶硅产物中选择，它们是用等离子体化学汽相沉积或光化学汽相沉积和类似方法，使用最高基片温度为300℃时产生的。

图2是透明电极层11和第二背电极层15的连结的放大的剖面图，因为接触孔16的内表面覆有绝缘层14，所以透明电极层11不是直接连到第一背电极层13的。但是若半导体层12的厚度小于1微米，特别若其厚度小于0.5微米时，通过连结的边缘部分12a会产生漏电流，偶而会出现短路。

在毗邻的光电转换器元件的相邻区间和连结部分（接触孔16）组成了对产生功率无贡献的特别区域，它对输出功率不利。相邻区间对串联地连接多个光电转换器元件是非常关键的。由于所需的处理精度，所以相邻区间的可缩减的大小是预定的。因此，为了减小对产生功率无贡献的区域的大小，接触孔16及需用来放置每一接触孔16的区间的大小应设置到最佳值。

通常使用光掩模的光刻方法来除去覆盖层以提供接触孔16。但是，用光刻方法来精确地设置微细位置是很困难的。而且，光刻方法需要很多步骤来执行，它还不能方便地形成微细的接触孔16。

本发明已能完全地解决上述那些问题。本发明涉及的光生伏打装置使用一种表面覆有绝缘层的金属基片作绝缘基片。

本发明的主要目的是提供一种新的光生伏打装置，它通过引进能承受高温处理的绝缘基片而大大地扩大了组成半导体层的材料的选择自由度。