專利名稱:光電型器件及其制造方法
本發(fā)明是關(guān)于一種光電型器件及其制造方法，特別是關(guān)于一種串聯(lián)型光電器件及其制造方法，這種器件由串聯(lián)的多個光電轉(zhuǎn)換元組成，光電轉(zhuǎn)換元內(nèi)有沿其寬度方向排列于一塊基片上的半導(dǎo)體層，如非晶體硅。
這種類型的光電器件已由美國專利U.S.4，281，208公開了，該項專利已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的同一受讓人。這里簡略地介紹一下這種光電型器件的結(jié)構(gòu)，其中與了解本發(fā)明有關(guān)的部分見圖1。
在玻璃基片10上有多個光電轉(zhuǎn)換元12a，12b，12c，……。對應(yīng)于這些光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c，……，有間距相同的透明電極14a，14b，14c，……。在透明電極14a，14b，14c，……上又各自具有由非晶硅或類似物質(zhì)組成的半導(dǎo)體光敏層16a，16b，16c，……。在半導(dǎo)體光敏層16a，16b，16c，……上有基底電極18a，18b，18c，……，基底電極的端部延伸到相鄰的透明電極14b，14c，……處去與其相連。
在半導(dǎo)體光敏層16a，16b，16c，……內(nèi)具有與各薄膜表面分別平行的P1N結(jié)等類似結(jié)構(gòu)，當(dāng)光通過玻璃基底10和透明電極14a，14b，14c，……照射到光敏薄層時，就在16a，16b，16c，……上分別產(chǎn)生了光電壓。由于基底電極18a，18b，18c，……與相鄰的透明電極14b，14c，……相連，則由各光電轉(zhuǎn)換元12a，12b，12c，……所產(chǎn)生的光電壓就可以串聯(lián)相加而引出。
通常，為了制造這種結(jié)構(gòu)的光電器件，要采用可進(jìn)行微加工的光刻技術(shù)。參見圖1給出的例子，在采用光刻技術(shù)時，透明電極層是制作在玻璃基底10的整個正面上的，在與半導(dǎo)體光敏層16a，16b，16c，……相對應(yīng)的地方形成有光刻膠薄膜，然后進(jìn)行光刻。光刻后除去光刻膠薄膜。這樣就制成了相應(yīng)于各光電轉(zhuǎn)換元12a，12b，12c，……的半導(dǎo)體光敏層16a，16b，16c，……。
雖然光刻技術(shù)可以很好地進(jìn)行微加工，但也可能在半導(dǎo)體光敏層上產(chǎn)生一些缺陷，因為光刻膠上的一些小孔會形成光刻圖案，光刻膠的邊緣部分也可能起皮。
后來，有人提出了不用光刻技術(shù)的方法，如發(fā)表于1981年9月29日的美國專利4，292，092號，這份專利提出采用激光光束。這種方法是利用激光光束的照射形成圖樣，對微加工是非常有效的，它根本不需要任何濕法處理過程。
但是，常用的激光照射加工法還有下述一些問題需要解決，詳細(xì)地說，用激光束加工本質(zhì)上是一種熱加工。因而，不使任何處于加工層下面的結(jié)構(gòu)受損傷，就是非常重要的。否則，除了能燒掉需要燒掉的部分外，還會把下層不應(yīng)燒掉的也燒掉，或者造成了熱損傷。為了滿足上述要求，美國專利4，292，092建議應(yīng)選擇對所加工的各種薄膜和結(jié)構(gòu)層合適的激光輸出或是激光脈沖頻率。
不過，既使采用這種已有技術(shù)，其加工性能也是不能滿足要求的，因為不可避免的各種半導(dǎo)體光敏層的薄膜厚度是不完全相同的，也就是說，激光束的吸收系數(shù)隨被加工的薄膜或結(jié)構(gòu)層的厚度而有很大的不同。因此，用于切斷的激光能量密度閾值也不是一定不變的。比如，對于非晶硅，激光束的吸收系數(shù)A、反射系數(shù)R、透射系數(shù)T和薄膜厚度的關(guān)系如圖2所示。從圖2可以明顯地看出，比如，當(dāng)用釔鋁石榴石(NdYAG)Q開關(guān)激光器(波長為1.06um)時，對于在光電器件中實際采用的厚度為4000
或4000
以上的薄膜來說，激光的吸收系數(shù)會在5%到20%范圍內(nèi)發(fā)生很大的變化。因此，當(dāng)用這種YAG激光器加工非晶硅薄膜時，如果薄膜厚度具有最小吸收系數(shù)5%，那么為切斷此薄膜就需要較大的激光輸出，而對于具有最大吸收系數(shù)為20%的薄膜厚度來說，就需要有四倍于能量密度閾值的激光輸出照射在它的上面。因而，對位于這部分非晶硅薄膜下面的透明電極造成熱損傷，則是不可避免的。反之，如果調(diào)整到較小的激光輸出以便加工具有吸收系數(shù)為20%的膜厚部分，則對于吸收系數(shù)為5%膜厚部分來說，能量就不夠了。因而這部分的非晶硅就不能除去，而被保留下來，這就會造成光電轉(zhuǎn)換元輸出的降低。
由此，美國專利US4292092就存在一個問題，即由于激光束的吸收系數(shù)隨非晶硅薄膜厚度的不同會有很大的變化，而會使薄膜下面的透明電極受到局部熱損傷，或是造成該部位的非晶硅薄膜不能被切斷。
美國專利US4292092還存在下述的另一個問題通常在這種光電器件中都是采用鋁等金屬膜作為底電極，圖3給出了激光束照射到鋁底電極上時的吸收系數(shù)A、反射系數(shù)R和透射系數(shù)T。從圖3可明顯地看出90%或更多的激光能量被反射了。因此，為了進(jìn)行光刻，就需要非常大的激光輸出，就要使用大能量輸出的激光束，但是使用這種大能量激光束將會帶來許多缺點(diǎn)。
如圖4所示，當(dāng)?shù)纂姌O是在透明電極未被半導(dǎo)體光敏層蔽蓋的部位上被切斷的情況下，則處于半導(dǎo)體光敏層16b上的底電極18b就會被大能量輸出的激光束加熱而熔化，熔化的部分18ab就會流到透明電極14b上，而造成光電轉(zhuǎn)換元12b的短路。另外，如圖5所示，如果底電極是在半導(dǎo)體光敏層上被切斷的話，則直接受大能量輸出激光束轟擊的半導(dǎo)體光敏層16b會被鍛燒，16b′這部分的電阻就會降低。最后造成雖已經(jīng)在結(jié)構(gòu)上斷開了18a與18b底電極，但由于半導(dǎo)體光敏層16b在16b′處的低電阻而沒有斷開它們的電連接。因此，作為整個光電器件的開路電壓Voc就降低了。
在1985年5月14日公開的美國專利U.S4517403中披露了另一種利用激光束的加工技術(shù)，它可以解決美國專利U.S4292092中存在的一個問題。在U.S4517403中每個光電轉(zhuǎn)換元的底電極是通過埋置在非晶硅中的銀導(dǎo)電膏與相鄰的透明電極串聯(lián)起來的。因此在US4517403中非晶硅層就不需要光刻了，這就避免了U.S4292092中的第一個問題，即因非晶硅膜厚的分散性而引起的激光吸收系數(shù)變化的問題。但是，這個已有技術(shù)還不能解決US4292092中存在的第二個問題，即在光刻底電極時存在的問題。
在一份已於1985年6月27日提出的現(xiàn)在還未審定的美國專利申請US749888中，申請人提出在底電極和半導(dǎo)體光敏層之間嵌入一塊絕熱材料，以清除激光刻劃底電極時的熱影響。這份美國申請US749888的特點(diǎn)是，甚至在使用相當(dāng)大能量輸出的激光對底電極進(jìn)行光刻時，也不會給半導(dǎo)體光敏層帶來熱損傷。然而，這份申請並未考慮由于膜厚的不同而形成的吸收系數(shù)的變化，因為在該申請中半導(dǎo)體光敏層是在以前的工序中已經(jīng)刻劃好了的。所以，還仍然存在著US4292092中的第一個問題。
本發(fā)明的主要目的是提出一種新型結(jié)構(gòu)的光電器件，它可以利用激光能量來進(jìn)行有效而穩(wěn)定的加工。
本發(fā)明的另一個目的是提出一種光電器件，器件內(nèi)半導(dǎo)體光敏層和基底電極的切斷以及基底電極和透明電極間的串聯(lián)連接，都可以穩(wěn)定地進(jìn)行加工。
本發(fā)明的再一個目的是提出一種光電器件，器件內(nèi)半導(dǎo)體光敏層和基底電極的切斷以及基底電極和透明電極間的串聯(lián)連接，實際上都是在同一工序中進(jìn)行。
本發(fā)明的再一個目的是提出一種光電器件，它在加工過程中不需要對加工激光束的能量密度進(jìn)行精確調(diào)節(jié)。
本發(fā)明的再一個目的是提出一種光電器件的簡單加工方法。
簡要地說，本發(fā)明是一種光電器件，它的組成如下一個具有一絕緣表面的基片，基片絕緣表面上制作有許多第一電極，這些電極間彼此隔開，對應(yīng)于各自的光電轉(zhuǎn)換元，基片絕緣表面上還有一層半導(dǎo)體光敏層復(fù)蓋著各第一電極，在第一電極上，半導(dǎo)體光敏層之下、靠近電極間隙的邊緣處制有導(dǎo)電體，與各導(dǎo)電體相鄰還有絕緣體，在半導(dǎo)體光敏層之上有各個第二電極，各半導(dǎo)體光敏層和各第二電極之間是利用能量束從第二電極一側(cè)照射到絕緣體部位而使之?dāng)嚅_的，從而對應(yīng)于各自的光電轉(zhuǎn)換元，又通過能量束從第二電極側(cè)照射到導(dǎo)體體部位而使每個光電轉(zhuǎn)換元的第二電極與相鄰光電轉(zhuǎn)換元的第一電極相連。
根據(jù)本發(fā)明，在對應(yīng)于每個光電轉(zhuǎn)換元而切斷各第二電極和半導(dǎo)體光敏層時，可以不受半導(dǎo)體光敏層厚度的影響進(jìn)行穩(wěn)定而準(zhǔn)確的分割。詳細(xì)地講，就是在半導(dǎo)體光敏層上設(shè)置有絕緣體，在切斷過程中能量束照射到絕緣體上，既使當(dāng)能量束的輸出調(diào)到可以切斷對此激光束吸收很小的半導(dǎo)體光敏層膜厚部分，此絕緣體也可防止激光束達(dá)到層下的第一電極。因此，就不會給層下的第一電極帶來熱損傷。所以本發(fā)明完全擺脫了下述通常存在的問題，即由于半導(dǎo)體光敏層膜厚的分散性而能量密度閾值不同給層下電極帶來的有害影響，以及由于能量不足而使半導(dǎo)體光敏層不能完全切斷的問題。隨之，對照射能量束的能量密度的精細(xì)調(diào)節(jié)也就可以免去了，在這一點(diǎn)上也就簡化了制造工藝。
另外，絕緣體也可以有效地防止相鄰第二電極間或底電極間彼此短路。具體地說，既使第二電極被能量束熔斷而各自對應(yīng)其光電轉(zhuǎn)換元時，絕緣體也能防止熔融物擴(kuò)展到其它部分去，因此絕不會發(fā)生第二電極之間通過熔融物彼此相通的情況。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例中，導(dǎo)電體是沿第一電極的長度方向上延伸的，並且它在長度方向上的末端位于第一電極邊緣的內(nèi)側(cè)。另外，絕緣體是沿第一電極的長度方向延伸，但它的末端伸出第一電極邊緣之外。根據(jù)這個實施例，在鄰近的光電轉(zhuǎn)換元之間不會形成短路。
再進(jìn)一步講，當(dāng)?shù)谝浑姌O制作在整個基片表面上，然后利用激光束將第一電極相對于每個光電轉(zhuǎn)換元切斷，由于基片側(cè)邊上還留有第一電極材料而使相鄰的第一電極不能完全斷開。因此，如果導(dǎo)電體和保留的第一電極材料相接觸，則導(dǎo)電體也會通過這一部分彼此連通。但是，根據(jù)此實施例，導(dǎo)電體不伸出第一電極邊緣之外，因而絕不會和保留的第一電極材料相接觸，所以就不會產(chǎn)生相鄰光電轉(zhuǎn)換元的導(dǎo)電體之間彼此連通的問題。
另外，第一電極在長度方向上的邊緣是肯定地被絕緣體所遮蓋的，因此就不會產(chǎn)生下述問題，即由于第一電極露出于半導(dǎo)體光敏層之外，而在以后的工序中使第一電極露出部分上的第二電極短路的問題。
這種光電器件可通過下述(a)-(h)步驟制造(a)、制備一個具有一絕緣表面的基片，(b)、在此基片的絕緣表面上制作多個第一電極，它們分別對應(yīng)于各自的光電轉(zhuǎn)換元。
(c)、在基片的絕緣表面上制作一個復(fù)蓋著多個第一電極的半導(dǎo)體光敏層，它們連續(xù)成為一個多光電轉(zhuǎn)換元部件。
(d)、在半導(dǎo)體光敏層上制作一層第二電極，它們連續(xù)成為一個多光電轉(zhuǎn)換元部件，(e)、在第二電極下，在靠近第一電極的間距的一端內(nèi)或端邊上，制作一導(dǎo)電體，(f)、在第二電極下，鄰近導(dǎo)電體處制作一絕緣體，(g)、利用能量束從第二電極側(cè)照射絕緣體部位，對應(yīng)於各光電轉(zhuǎn)換元切斷半導(dǎo)體光敏層和第二電極層，(h)、利用能量束從第二電極側(cè)照射到導(dǎo)電體部位，以使各光電轉(zhuǎn)換元的第二電極與相鄰光電轉(zhuǎn)換元的第一電極連通。
同時，各導(dǎo)電體和絕緣體是沿光電轉(zhuǎn)換元的寬度方向平行排列的，而且保持一定間距。這樣就可以進(jìn)行下述二個工序，即用能量束照射於絕緣體上以切斷為光電轉(zhuǎn)換元，以及用能量束照射於導(dǎo)電體上以連接第二電極與相鄰光電轉(zhuǎn)換元的第一電極。但是，可以把導(dǎo)電體的絕緣體彼此連接起來。這種情況下，像上面所述的能量束照射工序就可以由兩步簡化為一步。另外，導(dǎo)電體和絕緣體彼此相連的結(jié)構(gòu)還有一個優(yōu)點(diǎn)，就是可以改進(jìn)光電轉(zhuǎn)換元寬度方向上的集成度。
另外，也可以使絕緣體將導(dǎo)電體夾在中間。這種情況下，能束照射也可以省為一步。同樣，還可以把這種絕緣體夾住導(dǎo)電體的夾層部件制作在第一電極間的間隙處，因而第一電極的間隙處填充了絕緣體，就可以消除相鄰光電轉(zhuǎn)換元間的漏電流。於是，由于間隙的變窄，就可進(jìn)一步提高光電轉(zhuǎn)換元在寬度方向的集成度。在多數(shù)情況下，第一電極是制作在整個基片的絕緣表面，然后如上面所述將第一電極按多個光電轉(zhuǎn)換元分割開，再在已斷開的各第一電極上分別制作導(dǎo)電體。不過，也可以在分割前將導(dǎo)電體制做在第一電極之下。然后，可通過燒結(jié)導(dǎo)電膏的方法制成導(dǎo)電體，導(dǎo)電膏可用網(wǎng)板印刷制做。
另外，絕緣體可以做在半導(dǎo)體光敏層之下，但是也可以做在半導(dǎo)體光敏層之上，在哪種情況下絕緣體都可以用燒結(jié)絕緣體膏的方法制做。而絕緣體膏則可用網(wǎng)板印刷等方法制成。
本發(fā)明的這些目的、特點(diǎn)、優(yōu)越性以及其它各方面的要求都可以通過對實施例的詳細(xì)說明及附圖更清楚地了解到。
圖1是一個剖面圖，表示一種光電器件的基本結(jié)構(gòu)，它是本發(fā)明的基礎(chǔ)，本發(fā)明可以用到這種結(jié)構(gòu)上。
圖2是一光學(xué)特性圖，給出了激光束的吸收系數(shù)A、反射系數(shù)R、透射系數(shù)T和半導(dǎo)體光敏層不同膜厚的關(guān)系。
圖3是一光學(xué)特性圖，給出了激光束的吸收系數(shù)A、反射系數(shù)R、透射系數(shù)T和底電極不同膜厚的關(guān)系。
圖4和圖5是局部放大圖，以說明通常存在的缺點(diǎn)。
圖6到圖10是剖面圖，表示本發(fā)明一個實施例的制造過程。
圖7A是一局部放大平面圖，說明在圖7的工序中導(dǎo)電體和絕緣體的結(jié)構(gòu)。
圖11和圖12是局部放大斷面圖，表示此實施例的改進(jìn)例。
圖13和圖14是一些剖面圖，表示本發(fā)明制法工藝的另一個實施例。
圖15到圖19是一些剖面圖，表示本發(fā)明制造工藝的又一個實施例。
參見圖6到圖10說明本發(fā)明的一個實施例。本實施例的第一步工序是制備一塊透明的基片10，如厚度為1-5mm，面積為10Cm×10Cm到50Cm×50Cm的玻璃片。然后在基片10的整個正面上制成一層或多層厚度為2000A°到5000A°的透光導(dǎo)電氧化物(TCO)，典型的是錫的氧化物(SnO2)，或銦錫氧化物(ITO)。
然后，激光束照射相應(yīng)于光電轉(zhuǎn)換元12a，12b，12c……之間的間隙部分14ab，14bc，……，於是位於這些部位的透明電極就被除去，形成了分立的透明電極14a，14b，14c……。采用激光波長被基片吸收很小的激光器較為合適，在本實施例情況下基片10是玻璃，使用波長為0.35μm-2.5μm的脈沖激光器較好，實施例中采用了波長為1.06μm的釔鋁石榴石(YAG)Q開關(guān)激光器，其能量密度為13焦耳/Cm2，脈沖頻率為3KHZ。
在圖7所示的工序中，導(dǎo)電體20ab，20bc……和絕緣體22ab，22bc……制做在透明電極14b，14c……上，靠近分立透明電極14a，14b，14c，……的間隙14ab，14bc……一側(cè)。進(jìn)一步的說明，如圖7A所示，導(dǎo)電體20ab，20bc……制做在靠近相鄰的間隙14ab，14bc……一側(cè)，沿與光電轉(zhuǎn)換元12a，12b，12c……長度相平行的方向延伸，並在光電轉(zhuǎn)換元12a，12b，12c……的寬度方向上留有一定間隔。絕緣體22ab，22bc……的制作方法與導(dǎo)電體相同。
對於導(dǎo)電體20ab，20bc，……，可用銀導(dǎo)電膏，(或其它低溫?zé)Y(jié)型金屬導(dǎo)電膏。對於絕緣體22ab，22bc，……，使用那種不能滲入非晶硅膜中的類膏狀材料，例如SiO2膏，它們?yōu)樾纬筛酄畹亩趸璺勰蚴瞧渌鼰o機(jī)材料的膏狀物。所說非晶硅膜是在后續(xù)工序中制做的半導(dǎo)體光敏層16。
這些導(dǎo)電體20ab，20bc，……和絕緣體22ab，22bc，……都是10-20μm高，100-150μm寬，比如可用網(wǎng)板印刷法制做，然后經(jīng)過予干燥，再在550℃左右燒結(jié)。
如上所述，如果導(dǎo)電體20ab，20bc，……和絕緣體22ab，22bc，……的燒結(jié)溫度相同，基本上兩者可同時燒結(jié)。不過，既使兩者可同時燒結(jié)，導(dǎo)電體和絕緣體也不能同時進(jìn)行網(wǎng)板印制。因此，要求導(dǎo)電體膏，或者絕緣體膏首先進(jìn)行網(wǎng)板印制，隨后對這種已經(jīng)網(wǎng)板印制的膏進(jìn)行予干燥。之后，再對另一絕緣體膏，或是導(dǎo)電體膏進(jìn)行網(wǎng)板印制。
除網(wǎng)板印制法外，還可用筆刻法制作這些導(dǎo)電體膏和絕緣體膏。
另外，在圖7所示工序中，如圖7A所示，導(dǎo)電體20ab，20bc，……應(yīng)確保位于透明電極14b，14c，……的端邊內(nèi)側(cè)，沿著光電池12a，12b，12c……的長度方向制做。這就意味著導(dǎo)電體20ab，20bc，……不能伸出各自所在的透明電極14b，14c，……長度方向上的端邊之外。反之，絕緣體22ab，22bc，……則沿透明電極14b，14c，……的長度方向伸出它們的端邊之外。
這樣制作導(dǎo)電體20ab，20bc，……的道理如下透明電極是制作在基片10的整個表面之上的，然后在刻劃線SL上進(jìn)行激光刻劃，如圖7A所示。此時，透明電極14仍保留在基片10的邊緣上，相鄰的各透明電極通過保留在基片10邊緣的透明電極14′彼此相連。這種情況下，如果導(dǎo)電體20ab如圖7A中虛線所示那樣伸出透明電極14b，則導(dǎo)電體的伸出部分就會與相鄰的透明電極相連通，并通過保留的透明電極14′與電極上的導(dǎo)電體相通。
另一方面，將絕緣體22ab，22bc，……沿光電轉(zhuǎn)換元12a，12b，12c，……的長度方向伸出透明電極14a，14b，14c，……的端邊之外，是由于如果絕緣體22ab的端部處于透明電極14b之內(nèi)，如圖7A虛線所示，則透明電極就會在絕緣體22ab的那部分露出來，因而后來制成的底電極就會在激光照射時在該處與透明電極直接接觸而形成電連通。
下一步如圖8所示，在幾乎整個基片10的正面上制成一個半導(dǎo)體光敏層16，它覆蓋了各個透明電極14a，14b，14c，……，也覆蓋了導(dǎo)電體20ab，20bc，和絕緣體22ab，22bc，……。此半導(dǎo)體光敏層16是由非晶形半導(dǎo)體，比如非晶硅制成的，膜厚選為4000
-7000
，以便有效地進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。
半導(dǎo)體光敏層16的內(nèi)部可以有一個平行于薄膜表面的P1N結(jié)，這種P1N結(jié)可以用等離子CVD(化學(xué)氣相沉積)法或光CVD法制作，反應(yīng)的主要?dú)怏w為硅化物，如硅烷(SiH4)乙硅烷(Si2H6)，四氟化硅(SiF4)或一氟硅烷(SiH3F)等。摻雜氣體如乙硼烷(B2H6)，磷化氫(PH3)等，其作用為有利于控制電子的平衡。具體地說，可將乙硼烷(B2H6)和甲烷(CH4)或乙烷(C2H6)等碳?xì)浠衔锛尤肷鲜龅墓杌镏?，用等離子CVD法或光CVD法制成D型非晶形碳化硅(a-SiC)，然后再制成Ⅰ型非晶形硅(a-Si)，再制出N型非晶形或微晶硅(uc-si)。
用于制造半導(dǎo)體光敏層16的材料，並不限于前面提到過的非晶族半導(dǎo)體，其它可以制成薄膜狀的半導(dǎo)體材料，例如硫化鎘(Cd5)，碲化鎘(CdTe)，硒(Se)等，均可以被使用。但是需要特別指出的是，用前述的非晶硅，非晶碳化硅，以及以非晶鍺化硅(a-SiGe)，非晶錫化硅(a-SiSn)為代表的其它非晶硅族半導(dǎo)體材料都適宜于制造這種光敏層16。
在如圖9所示的工序中，用圖8所示的工序形成的半導(dǎo)體光敏層16，並不進(jìn)行劃割。在半導(dǎo)體光敏層16成型之后，馬上再在帶有半導(dǎo)體光敏層16以及各透明電極14a、14b、14c……的裸露部分的基底10的基面上形成一個基底電極18，它的厚度大約為1000A～2μm。對于這一基底電極18，它可以是一個鋁的單層結(jié)構(gòu)，也可以是一個鋁和鈦(或鈦-銀合金)的分層結(jié)構(gòu)，或者是一個由兩個分層結(jié)構(gòu)堆垛而成的雙層結(jié)構(gòu)。
在半導(dǎo)體光敏層16剛一形成之后，就在它的整個表面上形成基底電極18。這樣做不僅可以有效地阻止塵土和污物等附著在半導(dǎo)體光敏層16上，而且在以后的劃割工序中會由于散落物的再次粘附導(dǎo)致片電阻的增加，從而可以有效地防止半導(dǎo)體光敏層16的薄層特性受到氧化氣體中的濕氣的影響而變壞。
在圖10所示的最后一道工序中，兩束激光束LB1和LB2被用來處理半導(dǎo)體光敏薄層16和基底電極薄層18，激光束LB1和LB2從基底電極18的外表面的一側(cè)，即從基片10的基面的主表面一側(cè)，向設(shè)置在導(dǎo)體20ab、20bc……和絕緣體22ab、22bc、……之上的半導(dǎo)體光敏層16和基底電極薄層18照射。
用第一激光束LB1照射的部分是將要除去薄層的位置，以便將延伸在一系列光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c……之上的半導(dǎo)體光敏薄層16和基底電極薄層18分割開來以形成彼此分離的一個個光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c……。受第一激光束LB1照射的那些部分，也就是絕緣體22ab、22bc……出現(xiàn)的位置。第一激光束LB1的能量密度應(yīng)調(diào)整到一個適當(dāng)值，使得激光束LB1足以將上述位置的半導(dǎo)體光敏薄層16和基底電極薄層18除去。由于在上述薄層底下的絕緣體22ab、22bc、……具有足夠大的厚度(高度)，即使所使用的激光束LB1的能量密度調(diào)到比較大，有這樣一種高密度的激光器的激光束LB1也只能到達(dá)絕緣體22ab、22bc、……的頂面上，決不會到達(dá)下層的透明電極14a、14b、14c、……上。用激光束LB1照射，劃割方法形成的分?jǐn)嗖?4ab、24bc、……，將半導(dǎo)體光敏薄層16和基底電極層18分?jǐn)酁橐粋€個的條塊，由此形成了一個個的光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c、……。
另一方面，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整照向?qū)w20ab、20bc、……的第二激光束LB2的能量密度，使得激光束LB2能夠熔解半導(dǎo)體光敏層16和基底電極層18的迭層區(qū)。在用第二激光束LB2照射的方式熔解的迭層區(qū)域中，由熔解產(chǎn)生的熔解物，即硅化物合金，將與位于下部的、嵌插在半導(dǎo)體光敏層16中的導(dǎo)體20ab、20bc、……形成接觸。如前所述，導(dǎo)體20ab、20bc、……是用熔結(jié)銀膏或其它金屬膏的方式構(gòu)成的金屬導(dǎo)體，因此它們將與金屬熔解物牢固地熔接在一起。而且，由于導(dǎo)體20ab、20bc、……具有足夠的厚度(高度)，使得底層的透明電極14b、14c、……決不會因受到第二激光束LB2的照射而破壞。
在如圖10所示的工序中，通?？梢允褂靡慌_激光裝置來獲得兩束具有不同能量密度的激光束LB1和LB2。例如，使用一臺激光裝置，則可以采用改變聚焦位置的方式來調(diào)整激光束LB1和LB2的各自的光斑直徑，或者采用一個增益控制器的方式來調(diào)節(jié)輸出。如果這臺激光裝置具有足夠強(qiáng)的輸出，還可以用，比如說，一個分光器或類似元件將一束激光分成兩束激光束LB1和LB2，從而獲得具有不同強(qiáng)度的兩束激光束。若采用后一種方法，激光束劃割薄層的次數(shù)將能減少到原來的一半。
下述的這兩個工序，即除去半導(dǎo)體光敏薄層16和基底電極層18的應(yīng)去除的部分，從而將它們分?jǐn)嘁孕纬梢粋€個的光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c、……的工序和將各毗鄰的光電轉(zhuǎn)換元12b、12c、……的基底電極18a、18b、18c、……和透明電極14b、14c、……進(jìn)行電連接的工序，在實質(zhì)上是相同的。
在完成了圖10所示的工序之后，在毗鄰的間隔部位14ab、14bc、……(參見圖6)和分?jǐn)嗖?4ab、24bc、……之間靠近間隔部位的一側(cè)，相對于各光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c、……的相鄰的基底電極18a、18b、18c、……和透明電極14b、14c、……之間形成了電連接。因此，一個個光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c、……通過基底電極18a、18b、18c、……導(dǎo)體20ab、20bc、……和透明電極14b、14c、……形成串聯(lián)的電連接。從而，一個光電器件10就這樣制成了。
圖11和圖12各給出了本發(fā)明第一類實施例的一個經(jīng)改進(jìn)的例子。這兩個實施例的特征均在于，在透明電極14a、14b、……形成之前，先在基片10的預(yù)定位置上形成導(dǎo)體20ab。因此，導(dǎo)體20ab將為透明電極14b所覆蓋。
在圖11所示的實施例中，絕緣體22ab亦為半導(dǎo)體光敏層16b覆蓋著，這和前述的其它實施例一樣。但在圖12所示的實施例中，絕緣體22ab則是形成在半導(dǎo)體光敏層16b之上的。
然而，對于上述的任一實施例，分?jǐn)嗷纂姌O18的分?jǐn)嗖?4ab的形成，都是將第一激光束LB1從基底電極18外表面的一側(cè)向絕緣體22上照射的方法來形成的。不僅如此，在相鄰的基底電極18a和透明電極14b之間的電連接，也都是用第二激光束LB2向?qū)w20ab上照射的方法來實現(xiàn)的。
圖13和圖14是表示依據(jù)本發(fā)明的另一種實施例的剖面圖，其描述的內(nèi)容分別等價于圖9和圖10。這一種實施例和前述的其它實施例是不同的，它們的導(dǎo)體20ab、20bc、……和絕緣體22ab、22bc、……是以彼此相接觸的方式形成在一起的。
如圖14可見，例如一光束寬度為100～150μm的激光束LB從基底電極18的一側(cè)進(jìn)行照射，以使得光束能夠向?qū)w20ab、20bc、……和絕緣體22ab、22bc、……的一對對組合體上照射。由此，除去在絕緣體22ab、22bc、……之上的半導(dǎo)體光敏薄層16和基底電極層18的夾層分?jǐn)嚅_來以形成一個個的光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c……。與前述的其它實施例相類似，通過導(dǎo)體20ab、20bc……，相鄰的基電極18a和透明電極14b，還有相鄰的基底電極18b和透明電極14c，分別形成電連接。而且，采用熔解半導(dǎo)體光敏層16和基底電極18而生成的熔解物，即硅化物合金形成上述的電連接。
根據(jù)圖13和圖14所示的實施例，可以看出激光束對薄層的照射，劃割僅進(jìn)行一次，因此它們的生產(chǎn)過程將比第一種實施例更為簡單。
依據(jù)本發(fā)明構(gòu)造給出的最后一個實施例的描述，可參見圖15至圖19所示。這一實施例的第一步工序由圖15所示，它和第一種實施例的作法一樣，先制備透明基底10，例如采用玻璃，然后在基底10的一個基面的整個表面上，形成一層厚度為2000
～5000
的導(dǎo)電的透明氧化物(TCO)。隨后，將激光束照射在相應(yīng)于一個個光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c、……之間的間隔部位14ab、14bc、……上，以便除去這些間隔部位上的透明電極，形成一個個分離的透明電極14a、14b、14c、……。
在圖16所示的工序中，先在透明電極14a、14b、14c、……的上面靠近由圖5工序形成的透明電極14a、14b、14c……之間的間隔14ab、14bc、……的一側(cè)形成導(dǎo)體20ab、20bc、……，然后在相鄰的間隔部位14ab、14bc、……和透明電極14b、14c、……上形成絕緣體22ab、22ab′、……並將導(dǎo)體20ab、20bc、……夾在絕緣體22ab、ab′、……之間。這些導(dǎo)體20ab、20bc、……和絕緣體22ab、22ab′、22bc、22bc′、……均與光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c、……的長度方向平行地延伸。
對于導(dǎo)體20ab、20bc、……例如可以使用象銀膏或其它可低溫熔結(jié)的金屬膏來形成。同樣絕緣體22ab、22ab′、22bc、22bc′、……的材料可以選用膏狀的SiO2或其它膏狀的無機(jī)材料。
此外，如圖16所示，絕緣體22ab、22ab′、22bc、22bc′、……的接點(diǎn)一直延伸到導(dǎo)體20ab、20bc、……的上端部，這是一種相當(dāng)理想的構(gòu)成形式，因為采用這種形狀可以獲得一個優(yōu)點(diǎn)，即導(dǎo)體20ab、20bc、……用絕緣體包封住時，可以有效地防止銀向半導(dǎo)體光敏層中遷移或擴(kuò)散。
和前面的實施例中描述過的情況一樣，這一實施例也是采用網(wǎng)板印刷等方法來制造出一個一個的、厚10～20μm、寬100～200μm的導(dǎo)體20ab、20b、……和絕緣體22ab、22ab′、22bc、22bc′、……，並在大約550℃的溫度下熔結(jié)成型。
在圖16所示的工序中，沿透明電極14b、14c、……長度方向形成導(dǎo)體20ab、20bc、……，它們位于相應(yīng)的透明電極的兩端頭之內(nèi)，這一點(diǎn)和先前圖7A中描述的一樣。相反地，沿透明電極14b、14c的長度方向形成的絕緣體22ab、22ab′、22bc、22bc′、……它們一直延伸到相應(yīng)的透明電極的兩端並且凸出。
如圖17所示，下一步是將半導(dǎo)體光敏層16形成在基片10的一個基面的幾乎整個表面上，並覆蓋住各個透明電極14a、14b、14c、……，同時覆蓋住導(dǎo)體20ab、20bc、和絕緣體22ab、22ab′、22bc、22bc′、……。象前述的其它實施例一樣，這一半導(dǎo)體光敏層16是用非晶半導(dǎo)體，例如象非晶硅等等材料形成的，其厚度應(yīng)該在4000
～7000
之間，以便對光電轉(zhuǎn)換作出有效的貢獻(xiàn)。
在圖18所示的工序中，由圖17所示的工序形成的半導(dǎo)體光敏層16并不被劃割，而是在半導(dǎo)體光敏層16剛一形成之后，立即在基片10的帶有半導(dǎo)體光敏層16和各透明電極14a、14b、14c、……的裸露部分的基面上形成一個厚度大約為1000A～2um的基底電極。
在圖19所示的最后工序中，激光束LB照射到使導(dǎo)體20ab、20bc、……和絕緣體22ab′、22bc′……彼此重迭的位置上，即從基底電極18的一側(cè)向處于上述位置的半導(dǎo)體光敏薄層16和基底電極薄層18照射。用激光束LB照射的各個位置就是將要除去薄層的部位，這樣就能將延伸在各個光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c、……之上的半導(dǎo)體光敏薄層16和基底電極薄層18分?jǐn)嚅_來，以形成一個個分離的光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c、……。然后，調(diào)整激光束LB的能量密度，用激光束LB來除去前述的薄層部分。由于在上述薄層下面的導(dǎo)體20ab、20bc、……和絕緣體22ab′、22bc′、……的厚度(高度)足夠大，即使激光束的能量密度稍微大了一些，激光束LB也不能到達(dá)底層的透明電極14a、14b、14c、……上。用激光束LB照射的方法可以在半導(dǎo)體光敏薄層16和基底電極薄層18上形成分?jǐn)嗖?4ab、24bc、……，從而將薄層完全分?jǐn)嚅_，以形成一個個的光電轉(zhuǎn)換元12a、12b、12c、……。
在另一方面，由于激光束LB具有一個足夠大的能量密度，所以在分?jǐn)嗖?4ab、24bc……附近的基底電極18a、18b、18c、……在光照下熔解?；纂姌O18a、18b、18c、……的這種熔解發(fā)生在分?jǐn)嗖?4ab、24bc、……的兩側(cè)，并且在沿變窄著的分?jǐn)嗖?4ab、24bc、……的長度方向上，熔解物滴落在導(dǎo)體20ab、20bc、……和絕緣體22ab′、22bc′、……上。因此，相鄰的光電轉(zhuǎn)換器12a、12b、12c、……的基底電極18a、18b、18c、……與透明電極14b、14c、……通過導(dǎo)體20ab、20bc、……形成電連接。這和前述的其它實施例的情況一樣。
在間隔部位14ab、14bc、……上形成的絕緣體22ab、22bc、……可以用來抑制各光電轉(zhuǎn)換元之間的漏電電流。更詳細(xì)地說，就是絕緣體22ab、22bc、……是嵌入在各光電轉(zhuǎn)換元件12a、12b、12c、……之間的，如果為了提高集成化程度而縮小透明電極14a、14b、14c、……之間的間隔，也不會有漏電電流產(chǎn)生。
雖然本發(fā)明已經(jīng)在上面詳細(xì)地描述過了，但需要明確的是，所采用的描述方式僅僅是為了說明本發(fā)明，決不是對本發(fā)明進(jìn)行的限制。本發(fā)明的內(nèi)涵和外延僅僅是用附加的權(quán)利要求
書的條款來限定的。
權(quán)利要求
1.一種光電器件，其特征在于它包含有一個具有絕緣表面的基片，若干個第一電極，它們形成在所述的基片的絕緣表面上，并分屬于各個光電轉(zhuǎn)換元，半導(dǎo)體光敏層，它形成在所述的基底的絕緣表面上并覆蓋著所述的第一電極。若干個導(dǎo)體，它們形成在第一電極之上并在半導(dǎo)體光敏層之下，由所述的第一電極之間的間隔限定的邊緣部分，若干個絕緣體，它們形成在靠近所述導(dǎo)體的地方。第三電極，它形成在所述的半導(dǎo)體光敏層上，而且，用能量束從所述的第二電極一側(cè)向所述的絕緣部位照射，由此將半導(dǎo)體光敏層和第二電極分?jǐn)嚅_來以形成一個個的光電轉(zhuǎn)換元。用能量束從所述的第二電極一側(cè)向所述的導(dǎo)體部位照射，由此將每一光電轉(zhuǎn)換元的第二電極與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元的第一電極進(jìn)行連接。
2.一種如權(quán)利要求
1所述的光電器件，其特征在于所述的導(dǎo)體是沿第一電極長度方向延伸而成的，其端部位于第一電極在長度方向的兩端端頭的內(nèi)側(cè)。
3.一種如權(quán)利要求
1所述的光電器件，其特征在于所述的絕緣體是沿第一電極長度方向延伸而成的，其端部位于第一電極在長度方向的兩端端頭的外側(cè)。
4.一種如權(quán)利要求
1所述的光電器件，其特征在于所述的導(dǎo)體和絕緣體是分別沿第一電極長度方向延伸而成的。
5.一種如權(quán)利要求
4所述的光電器件，其特征在于所述的導(dǎo)體和絕緣體在所述的光電轉(zhuǎn)換器的寬度方向上是彼此分離，并且是彼此平行的。
6.一種如權(quán)利要求
4所述的光電器件，其特征在于所述的導(dǎo)體和絕緣體是彼此相接觸的。
7.一種如權(quán)利要求
4所述的光電器件，其特征在于所述的絕緣體是以夾住導(dǎo)體的方式形成的。
8.一種如權(quán)利要求
7所述的光電器件，其特征在于所述的夾住導(dǎo)體的絕緣體之一是在各第一電極之間的間隔部位形成的。
9.一種如權(quán)利要求
1所述的光電器件，其特征在于所述的導(dǎo)體是用熔結(jié)導(dǎo)電的膏狀物形成的。
10.一種如權(quán)利要求
1所述的光電器件，其特征在于所述的絕緣體是用熔結(jié)絕緣的膏狀物形成的。
11.一種制造所述的光電器件的方法，其特征在于它的制造工序包括(a)、制備具有絕緣表面的基片，(b)、在所述的基片的絕緣表面上形成一系列分屬于各個光電轉(zhuǎn)換元的第一電極。(c)、在所述的基片的絕緣表面上，用覆蓋住各個第一電極的方式形成一層連續(xù)到各個光電轉(zhuǎn)換元的半導(dǎo)體光敏層。(d)、在所述的半導(dǎo)體光敏層上形成連續(xù)到各光電轉(zhuǎn)換元的第二電極。(e)、在所述的第二電極之下，或在由第一電極之間的間隔限定的一個邊緣部分的附近，形成導(dǎo)體。(f)、在相鄰于所述的導(dǎo)體的所述的第二電極之下形成絕緣體。(g)、采用使能量束從第二電極一側(cè)向絕緣部分照射的方法，將半導(dǎo)體光敏層和第二電極分?jǐn)嚅_，以形成一個個的光電轉(zhuǎn)換元。(h)、采用使能量束從第二電極一側(cè)向?qū)w部分照射的方法，在一光電轉(zhuǎn)換元的第二電極與相鄰的光電轉(zhuǎn)換元的第一電極之間，通過所述的導(dǎo)體，形成連接。
12.一種如權(quán)利要求
11所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(e)還包括有一個在第一電極之下形成導(dǎo)體的工序。
13.一種如權(quán)利要求
12所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(b)還包括有下述工序，在所述基片的絕緣表面上預(yù)定位置處形成導(dǎo)體之后，分?jǐn)嗨龅牡谝浑姌O以形成相應(yīng)的一個個的光電轉(zhuǎn)換元。
14.一種如權(quán)利要求
11所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(f)還包括有一個在所述的半導(dǎo)體光敏層之下形成導(dǎo)體的工序。
15.一種如權(quán)利要求
14所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(c)還包括一個在所述的導(dǎo)體已經(jīng)形成之后再形成半導(dǎo)體光敏層的工序。
16.一種如權(quán)利要求
11所述的生產(chǎn)光電器件的方法，其特征在于所述的工序(b)還包括一個在所述的基片絕緣表面的整個面上形成第一電極的工序和一個分?jǐn)嗟谝浑姌O以形成一個個相應(yīng)于各光電轉(zhuǎn)換元的工序。其特征還在于所述的工序(e)還包括一個在已分離的第一電極上形成導(dǎo)體的工序。
17.一種如權(quán)利要求
16所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(e)還包括一個在所述的已分?jǐn)嗟牡谝浑姌O上形成膏狀導(dǎo)體的工序和一個熔結(jié)已成型的膏狀導(dǎo)體的工序。
18.一種如權(quán)利要求
17所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(e)還包括一個印制膏狀導(dǎo)體的工序。
19.一種如權(quán)利要求
18所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(e)還包括一個印制膏狀金屬體的工序。
20.一種如權(quán)利要求
19所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(e)還包括一個印制銀膏的工序。
21.一種如權(quán)利要求
11所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(f)還包括一個在第一電極上形成絕緣體的工序。
22.一種如權(quán)利要求
21所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(f)還包括一個在第一電極上形成絕緣膏的工序和熔結(jié)已成型的絕緣膏的工序。
23.一種如權(quán)利要求
22所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(f)還包括一個印制絕緣體膏的工序。
24.一種如權(quán)利要求
23所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(f)還包括一個印制無機(jī)膏料的工序。
25.一種如權(quán)利要求
24所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(f)還包括一個印制玻璃膏料的工序。
26.一種如權(quán)利要求
11所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(e)中，所述的導(dǎo)體是沿第一電極長度方向延伸的方式形成的，其端部位于第一電極在長度方向的兩端端頭內(nèi)側(cè)。
27.一種如權(quán)利要求
11所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(f)中，所述的絕緣體是以沿第一電極長度方向延伸的方式形成的，其端部位于第一電極在長度方向的兩端端頭的外側(cè)。
28.一種如權(quán)利要求
11所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的工序(e)中，所述的導(dǎo)體是以沿第一電極長度方向延伸的方式形成的，其端部位于第一電極在長度方向上的兩端端頭的內(nèi)側(cè)，所述的工序(f)中，所述的絕緣體是以沿第一電極長度方向延伸的方式形成的，其端部位于第一電極在長度方向上的兩端端頭的外側(cè)。
29.一種如權(quán)利要求
28所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的導(dǎo)體和絕緣體是在所述的光電轉(zhuǎn)換元的寬度方向上彼此分離，並且彼此平行的方式形成的，所述的工序(g)使用了第一能量束，工序(h)使用了第二能量束。
30.一種如權(quán)利要求
28所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的導(dǎo)體和絕緣體是以彼此相接觸的方式形成的，所述的工序(g)和(h)是用一個能量束以一次照射，劃割的方式一次完成的。
31.一種如權(quán)利要求
28所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的絕緣體是以夾住導(dǎo)體的方式形成的，所述的工序(g)和(h)是用一個能量束以一次照射、劃割的方式一次完成。
32.一種如權(quán)利要求
31所述的制造光電器件的方法，其特征在于所述的夾住導(dǎo)體的絕緣體之一是在第一電極之間的間隙部位上形成的。
專利摘要
一種光電型器件，基片表面上有多個透明電極，這些電極分別連接多個光電轉(zhuǎn)換元上。在每個電極的一端上有一個導(dǎo)電體和一個絕緣體。在基片表面上還有一個非晶硅半導(dǎo)體光敏層，它覆蓋著透明電極，導(dǎo)電體和絕緣體。在半導(dǎo)體光敏層上有一個底電極，將激光束從底電極一側(cè)照射到絕緣體上，則使底電極及其下面的半導(dǎo)體光敏層的被照射部分?jǐn)嚅_。從底電極側(cè)將激光束照射到導(dǎo)電體上，每個光電轉(zhuǎn)換元的底電極通過電體與相鄰的透光電極相連通。
文檔編號H01L27/142GK86105984SQ86105984
公開日1987年4月29日 申請日期1986年8月7日
發(fā)明者邑田健治, 岸靖雄 申請人:三洋電機(jī)株式會社導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan