專利名稱：太陽電池和半導體器件以及其制造方法
技術領域：
本發明涉及諸如太陽電池的半導體器件的結構以及其制造方法。
背景技術：
太陽電池除了設置在室外用作太陽能發電系統之外，還被廣泛地用作如計算器、 收音機、手表等功耗低的電子器具的電源。在這些日常用品中，在比如像手表那樣，不僅重視功能，也重視外觀設計的情況下，就要考究安裝太陽電池的方法。例如，利用太陽電池作為手表的表盤，或者將太陽電池安裝在半透明的表盤之下以使其變得不顯眼。太陽電池的大部分使用玻璃、不銹鋼、或有機樹脂材料等作為襯底，在其上形成由非晶半導體、微晶半導體或黃銅礦(chalcopyrite)(或II-VI族)化合物半導體的薄膜形成的光電轉換層。尤其是，采用有機樹脂材料作為襯底的太陽電池薄而輕，并具有即使跌落也不會被打碎的高耐沖擊性，所以適合安裝在卡式計算器、手表等便攜式制品或電視機等室內用電子器具的遙控中(參考專利文件1)。像這樣，太陽電池被利用于各種電子器具中，然而，隨著電子器具的小型化及輕量化，太陽電池也被要求小型化及輕量化。專利文件1專利公開2001-185745號公報

發明內容
本發明的目的是通過實現太陽電池的電極層和絕緣分離層的形狀的微細化而去掉多余部分，從而減小遮蔽光的區域以增加光的接受面積。在本發明中，通過在光電轉換層如非晶半導體層表面上形成有機材料層，降低非晶半導體層的潤濕性，從而增大非晶半導體層和電極以及絕緣分離層之間的接觸角，以便可以實現電極層和絕緣分離層的形狀的微細化。而且，通過增大非晶半導體層和電極以及絕緣分離層的接觸角，可以去掉遮蔽光的部分以增加光接受區域。并且，可以去掉電極層和絕緣分離層的沿厚度方向的多余部分。本發明的太陽電池的制造方法，包括以下步驟在襯底上形成第一電極層；在所述第一電極層上形成光電轉換層；在所述光電轉換層上形成有機材料層；在所述光電轉換層上形成到達所述第一電極層的開口 ；在所述開口中填充導電膏以形成第二電極層，其中， 所述有機材料層增大所述導電膏的相對于所述光電轉換層的接觸角。本發明的太陽電池的制造方法，包括以下步驟在襯底上形成第一電極層；在所述第一電極層上形成光電轉換層；通過使用有機材料對所述光電轉換層的表面進行處理以改變所述光電轉換層的表面性質；在所述光電轉換層上形成到達所述第一電極層的開口 ； 在所述開口中填充導電膏以形成第二電極層，其中，通過使用有機材料對所述光電轉換層進行處理，以增大所述導電膏的相對于所述光電轉換層的接觸角。在本發明中，所述襯底由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。在本發明中，所述高分子材料是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中的一種。在本發明中，所述有機材料層含有硅烷偶聯化合物。在本發明中，所述導電膏是含有金屬材料如銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)的導電膏或導電碳膏。根據本發明，可以將電極層和絕緣分離層的形狀微細化。由此，可以增大在每單位面積上的單元數量，從而可以提高生產量。此外，通過使光電轉換層和電極的接觸角為大， 可以去掉遮蔽光的部分以增加光接受區域。而且，由于可以去掉電極層和絕緣分離層的沿厚度方向的多余部分，所以可以使太陽電池小型化及輕量化。


圖IA和IB是示出本發明的太陽電池的制作步驟的圖；圖2A和2B是示出本發明的太陽電池的制作步驟的圖；圖3是示出本發明的太陽電池的制作步驟的圖；圖4A到4C是示出本發明的太陽電池的制作步驟的圖；圖5是示出本發明的太陽電池的制作步驟的圖；圖6是本發明的太陽電池的俯視圖；圖7是示出利用本發明制作的電子器具的實例的圖；圖8A到8C是示出利用本發明制作的電子器具的實例的圖；圖9是示出利用本發明制作的電子器具的實例的圖；圖IOA和IOB是示出利用本發明制作的電子器具的實例的圖；圖IlA和IlB是示出本發明的太陽電池的制作步驟的圖。
具體實施例方式下文中將參考附圖詳細地說明本發明的實施方式。注意，本發明不局限于以下描述，可以在不脫離本發明的宗旨及范圍的情況下各種變化和修改都是可能的，這對于本領域的技術人員來說是顯而易見的。因此，本發明不限于下文中描述的本發明的實施方式的內容。注意，在下文中描述的本發明的結構中，表示相同物體的符號是在每個附圖中通用的。將用圖IA和1B、圖2A和2B以及圖3說明本實施方式。首先，在襯底101上形成透明導電膜102。在本實施方式中作為襯底101采用柔性襯底，具體來說，采用由高分子材料形成的襯底如聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)薄膜。除了聚萘二甲酸乙二醇酯之外，可以使用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、和聚萘二酸丁醇酯(PBN)等的薄膜。另外，可以使用玻璃襯底或不銹鋼襯底。在本實施方式中，作為透明導電膜102采用氧化銦氧化錫合金andium Tin Oxide(ITO))膜。除了氧化銦氧化錫合金(ITO)之外，可以使用含有Si的氧化銦氧化錫合金導電膜或與2至20wt%的氧化鋅(ZnO)混合的氧化銦作為靶而形成的導電膜等。
在透明導電膜102上形成非晶半導體膜103。在非晶半導體膜103中形成ρ型非晶半導體膜103a、不包含賦予導電型雜質的非晶半導體膜10 、以及η型非晶半導體膜103c。在本實施方式中，作為ρ型非晶半導體膜103a，使用由等離子CVD法形成的含有硼(B)的非晶硅膜。作為不包含賦予導電型雜質的非晶半導體膜10北，可以使用由等離子 CVD法形成的真性非晶半導體膜。而且，作為η型非晶半導體膜103c，可以形成含有磷(P) 的非晶硅膜，還可以在形成真性非晶硅膜后摻雜磷。在形成非晶半導體膜103后，形成有機材料層104(參照圖1A)。作為有機材料層 104，可以使用改變非晶半導體膜103的表面性質的有機材料，比如含有碳氟鏈的物質或含有硅烷偶聯劑的物質等。硅烷偶聯劑以化學分子式Rn-Si_X4_n(n= 1，2，；3)表示。在此，R 是指包含諸如烴基之類的相對較惰性基的物質。此外，X由能夠通過和基質表面的羥基或吸收水縮合而結合的水解基構成，如鹵素、甲氧基、乙氧基或乙酰氧基。通過形成有機材料層104，也就是利用有機材料對非晶半導體膜103的表面進行處理，可以改變非晶半導體膜 103的表面性質，從而使其潤濕性變低。另外，作為硅烷偶聯劑的代表性實例，通過采用在R中具有氟烷基的氟基硅烷偶聯劑(氟烷基硅烷(FAS))，可以進一步降低潤濕性。FAS的R具有用(CF3)(CF2)x(CH2)yU: 從0到10的整數，y 從0到4的整數)表示的結構。在多個R或X結合到Si的情況下，R 或X可以彼此完全相同或者不同。作為典型FAS的例子可以列出十七氟四氫癸基三乙氧基硅烷、十七氟四氫癸基三氯硅烷、十三氟四氫辛基三氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷等的氟烷基硅烷(下文中也稱作FAS)。作為用于改變非晶半導體膜103表面性質的材料，可以使用在R中沒有碳氟鏈而有烴基的硅烷偶聯劑，例如，可以使用十八烷基三甲氧基硅烷等作為有機硅烷。當通過涂敷法在非晶半導體膜103的表面上形成用于改變非晶半導體膜103表面性質的材料時，作為分散上述物質的溶劑，可以使用諸如正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、 正癸烷、二環戊烷、苯、甲苯、二甲苯、四甲基苯、茚、四氫化萘、十氫化萘、以及鯊烯之類的烴類溶劑或四氫呋喃等。該有機材料層104改變非晶半導體膜103的表面性質，當在后面步驟中由導電膏形成電極時，可以增大導電膏和非晶半導體膜103表面之間的接觸角。所以，可以認為這種非晶半導體膜的表面性質的改變是因為非晶半導體膜的羥基和有機材料層起反應而造成的。接下來，通過激光劃片處理形成穿過透明導電膜102、非晶半導體膜103和有機材料層104的接觸孔106和107(參照圖1B)。接觸孔106和107的寬度可以為50 μ m到 300 μ m。接觸孔106和107到達透明導電膜102。而且，如圖IB所示那樣，可以使襯底101 的表面作為接觸孔106和107的底面。然后，在接觸孔106中填充絕緣性材料，以形成用于絕緣分離的絕緣層108(參照圖2A)。絕緣層108是利用噴墨法或網板印刷法等而形成的。在利用噴墨法形成絕緣層 108的情況下，可以使用包含感光材料的組成物。例如，可以使用溶解或分散在溶劑中的典型的正性抗蝕劑如酚醛清漆樹脂和作為感光材料的萘酚醌疊氮化物(naphthoquinonedi azide)的化合物、負性抗蝕劑如基礎樹脂、聯苯硅烷二醇(diphenylsilane diol)以及酸產生劑等。作為溶劑采用酯類如醋酸丁酯(butyl acetate)和乙酸乙酯、醇類如異丙醇和乙醇、有機溶劑如甲基乙基酮和丙酮等。可以根據抗蝕劑的種類適當地確定溶劑的濃度。而且，在接觸孔107中填充導電膏，通過噴墨法或網板印刷法等形成電極109(參照圖2B)。作為導電膏可以使用含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)或鎳(Ni)等金屬材料的導電膏或導電碳膏。在本實施方式中，采用銀(Ag)膏形成電極109。當形成電極109時，由于通過在非晶半導體膜103的表面上形成有機材料層104 而使導電膏的對于有機材料層104的表面張力變大，所以可以減少由導電膏遮蔽光的區域。在形成電極109后，形成與電極109電連接的導電層110(參照圖3)。作為導電層110的形成方法，可以采用濺射法、汽相淀積法、電鍍法、網板印刷法或噴墨法，或者同時并用這些方法。在使用濺射法的情況下，可以采用選自鉭(Ta)、鎢(W)、鈦(Ti)、鉬(Mo)、鋁 (Al)中的元素或以上述元素為主要成分的合金材料或化合物材料作為導電層110的材料。 此外，在使用噴墨法的情況下，可以采用含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)等金屬材料的導電膏作為導電層110的材料。注意，先形成絕緣層108或先形成電極109都是可以的。在圖3中表示通過形成有機材料層104使絕緣層108和電極109分別不越出到接觸孔106和107外側的情況。絕緣層108和電極109優選形成為不越出到接觸孔106和107外側。如圖IlA所示，絕緣層108和電極109可以形成為比接觸孔106和107的表面略微下陷的形狀。另外， 如圖IlB所示那樣，絕緣層108和電極109可以形成為比接觸孔106和107的表面略微突出的形狀。根據上述步驟，可以制造本發明的太陽電池。通過實施本發明，可以制作具有比常規更大的光接受區域的太陽電池，從而可以制作厚度薄的太陽電池。另外，從一個襯底的每單位面積上能夠獲得更多的太陽電池。實施例1將利用圖4A到4C、圖5及圖6說明本實施例。在本實施例中，提供以有機樹脂材料作為襯底并在同一襯底上使多個單元電池串聯的集成型太陽電池的制作方法。在圖4A中，襯底501采用具有透光性的有機樹脂材料如聚對苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚醚砜(PES)。當然，也可以使用其它市場上出售的襯底，比如鈉鈣玻璃、無堿玻璃或不銹鋼襯底等。襯底501可以使用適當大小的薄片狀的襯底。此外，在利用卷帶式 (roll-to-roll)方法制造本實施例的太陽電池時，可以使用卷繞成輥狀的襯底。在利用卷帶式方法的情況下，優選使用60 μ m到100 μ m厚的有機樹脂薄膜襯底。本實施例中所制造的太陽電池具有在襯底的與形成有光電轉換層側相反的面上接受光的結構，所以，首先在襯底501上形成透明電極層502。透明電極層502由氧化銦氧化錫合金(也稱作銦錫氧化物)andium Tin Oxide (ITO))、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2)、 ITO-ZnO合金等以40nm到200nm(優選為50nm到IOOnm)的厚度而形成。然而，上述有機樹脂材料的可以連續使用的最高溫度是200°C或更低，所以，在形成透明電極層502時，在通過濺射法或真空氣相淀積法并將襯底的溫度設定為比室溫高150°C左右的條件下形成薄膜。詳細制造條件可以由操作人員適當地選擇，在要形成上述膜厚的情況下，需要獲得20 Ω到200 Ω / □的薄層電阻。從透明電極膜的低電阻化的角度看，優選使用ITO膜，但是在其上形成半導體層時該ITO膜暴露于含有氫的等離子氣氛中，因而被還原而失去透明性。為了防止這種現象， 優選在ITO膜上形成SnO2膜或ZnO膜。含有1到IOwt %的鎵(Ga)的SiO (SiO = Ga)膜具有高透光率，因而適合于作為層疊在ITO膜上的材料。作為組合實例，形成具有50nm到60nm 厚的ITO膜，并在其上形成25nm的SiOAa膜，這樣就可以防止失去透明性，從而可以獲取良好的透光特性。該疊層膜可獲取120Ω/ □到150Ω/ □的薄層電阻。然后，作為在透明電極層502上形成的光電轉換層503采用通過等離子CVD法制作的非單晶半導體膜。典型的是，使用以SiH4氣體為原料而制作的氫化非晶硅(a-Si:H) 膜、氫化非晶硅鍺(a-SiGe:H)膜、氫化非晶硅碳(a-SiC:H)膜、或氫化微晶硅(yC-Si:H) 形成光電轉換層。光電轉換層503由pin結構成，但是作為價電子被控制的ρ型和η型層可以使用在a-Si:H或μ c-Si :H中摻雜有硼或磷等雜質元素的材料。尤其是，為了降低光吸收損耗，或實現對透明電極層或背面電極層的良好歐姆接觸，優選使用μ c_Si:H。本實施例的光電轉換層503顯示從透明電極層502 —側依次層疊ρ型半導體層 503a、i型半導體層50 和η型半導體層503c的狀態，并且每個層的厚度按以上順序分別為10nm-20nm、200nm-1000nm和20nm_60nm。在利用上述非單晶硅材料形成pin結的情況下，可以獲取0. 4V-1V左右的開路電壓。而且，通過以該pin結作為一個單元，并層疊多個 Pin結以形成疊層型結構，還可以提高開路電壓。然后，在光電轉換層503上形成用于改變光電轉換層503的表面性質的有機材料層504。有機材料層504可以利用在實施方式中所示的形成有機材料層104的同樣的方法來形成。而且，如圖4B所示，為了在相同的襯底上形成多個單元電池，通過激光處理法(激光劃片)形成穿過有機材料層504到透明電極層502的開口 M1-Mn和CfCn。開口 C1-Cn是用于形成單元電池實施絕緣分離的開口，開口 M1-Mn是用于使透明電極層和背面電極層連接的開口。在激光處理中所使用的激光種類不受限制，可以使用Nd-YAG激光器或準分子激光器等。總之，通過在透明電極層502和光電轉換層503層疊在一起的狀態下進行激光處理，可以防止在制作過程中透明電極層從襯底剝離。根據上述步驟，透明電極層502和光電轉換層503分別被分割為T1-Tn和KfKn。然后，如圖4C所示，由噴墨法或網板印刷法等將導電膏填充在開口 M1-Mn中以形成連接電極層 F -F作為導電膏，可以使用含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)等金屬材料的導電膏或導電碳膏。在本實施例中，使用銀(Ag)膏形成連接電極層E1^f當形成連接電極層E1-En時，由于在光電轉換層503的表面上形成有有機材料層， 所以導電膏的表面張力很大。由此，可以在使導電膏不從開口出的情況下形成連接電極層Ei-4。因此，可以盡量抑制產生遮蔽光的區域，因而可以增加接受光的面積。接下來，將絕緣樹脂層填充在開口 C1-Cn中，以進行元件的絕緣分離。絕緣樹脂層是通過噴墨法或網板印刷法等而形成的。在利用噴墨法形成絕緣樹脂層的情形中，與連接電極層E1-En同樣，通過形成在光電轉換層503表面上的有機材料層504的作用，可以使絕緣樹脂層W的寬度變細。
在采用噴墨法形成絕緣樹脂層的情況下，絕緣樹脂層的材料可以使用包含光敏劑的組成物，例如，可以使用溶解或分散在溶劑中的作為典型的正性抗蝕劑的酚醛清漆樹脂和作為光敏劑的萘酚醌疊氮化物(naphthoquinonedi azide)化合物、作為負性抗蝕劑的基礎樹脂、聯苯硅烷二醇(diphenylsilane diol)和酸產生劑等。作為溶劑使用酯類如醋酸丁酯(butyl acetate)和乙酸乙酯、醇類如異丙醇和乙醇、有機溶劑如甲基乙基酮和丙酮等。溶劑的濃度可以根據抗蝕劑的種類等而設定。另外，在采用網板印刷法形成絕緣樹脂層的情況下，根據以下所示的步驟形成絕緣樹脂層\-τ 。作為用于形成絕緣樹脂層的絕緣樹脂材料，準備苯氧基樹脂、環己烷、異佛爾酮、高阻炭黑、氧相二氧化硅、擴散劑、防沫劑、以及均化劑。首先，將上述原料的苯氧基樹脂完全溶解在環己烷和異佛爾酮的混合溶液中，與炭黑、氧相二氧化硅、擴散劑一起通過鋯質球磨機分散48小時。然后，添加防沫劑和均化劑進一步混合2小時。接著，添加熱交聯反應性樹脂，如η- 丁基密胺樹脂以及促硬劑。然后，進一步將這些材料混合而分散，以獲得用作鈍化膜的絕緣樹脂組成物。使用所獲得的絕緣樹脂組成物墨水，通過網板印刷法形成絕緣膜。在涂敷后，在 160°C的加熱爐中硬化20分鐘，以獲得絕緣樹脂層W注意，在本實施例中首先形成了連接電極層E1-I，但是先形成連接電極層E1-En或先形成絕緣樹脂層都是可以的。接下來，形成如圖5所示的背面電極層D1-Dlrit5背面電極層D1-Dlri可以通過濺射法、汽相淀積法、電鍍法、網板印刷法或噴墨法等而形成。在采用濺射法時，作為背面電極層D1-Dlri的材料可以使用選自鉭(Ta)、鎢(W)、鈦 (Ti)、鉬(Mo)、鋁(Al)中的元素或以上述元素為主要成分的合金材料或化合物材料。另外， 在采用噴墨法時，作為背面電極層D1-Dlri的材料可以使用含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)或鎳(Ni)等金屬材料的導電膏。下面將說明通過網板印刷法形成背面電極層D1-Dlri的方法。首先，作為所使用的導電性墨水，準備石墨粉、高導電炭黑、油酸(擴散劑)、以及異佛爾酮(溶劑)。將這些材料加入球磨機中進行粉碎，以使其變為微細顆粒。然后，在其中加入 20wt%的飽和聚酯樹脂的Y - 丁內酯漆。而且，添加防沫劑和均化劑。并且，通過使用三輥式滾軋機進一步分散經球磨機分散混合而成的膏，以獲取導電碳膏。在上述膏中，通過乙酰乙酸乙酯對脂肪族多功能異氰酸酯的六甲撐二異氰酸酯系列聚異氰酸酯的異氰酸酯基進行分塊，并且添加以乙酸溶纖劑和二甲苯為1 1的溶劑進行稀釋而獲得的乙酰乙酸乙酯成塊體(固體含量為80wt%，NCO含量10wt%)冕 (Coronate) 2513，然后使用擴散劑充分地進行混合并除泡，以獲取導電碳膏。而且，通過網板印刷法將所獲得的導電碳膏印刷為預定圖案，并在平整和干燥處理后以150°C堅固地硬化30分鐘，以形成如圖5所示的背面電極層DfDn+1。每個背面電極層D1-Dlri被形成為在開口 M1-Mn中與透明電極層T1-Tn接觸。開口 M1-Mn填充有連接電極層Ei-4。背面電極層D1-Dlri分別通過連接電極層E1-En而與透明電極層T1-Tn電連接在一起。
最后，為了采用印刷法形成密封樹脂層505，作為密封樹脂材料準備環氧樹脂、 Y-丁內酯、異佛爾酮、防沫劑以及均化劑。首先，將上述材料的環氧樹脂完全溶解在Y - 丁內酯/異佛爾酮的混合溶劑中，并利用鋯質球磨機分散。然后，在添加防沫劑和均化劑后進一步混合，并添加熱交聯反應性成分的丁基密胺樹脂。將這些材料進一步混合分散，以獲取具有透明性和絕緣性的用于保護表面和密封膜的組成物墨水。通過網板印刷法使用所得到的組成物墨水形成密封樹脂層505，并以150°C熱硬化30分鐘。該密封樹脂層505在背面電極層D1和Dn+1上形成有開口部分，通過該部分與外部電路襯底連結在一起。根據上述步驟，在襯底501上形成由透明電極層T1-Tn、光電轉換層K1-Kn、連接電極層E1-^1和背面電極層D1-Dlri構成的單元電池。并且通過利用開口 M1-MJf彼此相鄰的背面電極層D1-Dlri連接到透明電極層T1-Tn，可以制作η個串聯的太陽電池。背面電極層D1是單元電池U1中的透明電極層T1的引出電極，背面電極層Dn+1是單元電池Un中的透明電極層 Tn的引出電極。注意，圖6是表示在圖5中的開DC1-CnJ1-Mn、連接電極層E1-^1、絕緣樹脂層Z1-Zp 背面電極層D1-Dlri的位置關系的俯視圖。如圖6所示，串聯連接單元電池仏-凡而形成太陽電池。實施例2在本實施例中，將參考圖7、圖8A到8C和圖9說明將使用本發明而形成的太陽電池應用于各種電子器具中的例子。圖7是從背面電極層側看本實施例的太陽電池時的俯視圖。圖7中所示的是安裝在手表的半透明表盤下(組合有手表的驅動機構的部分)的太陽電池的一個實例。襯底 601是具有70 μ m厚的有機樹脂薄膜，只要是在實施例1中描述的有機樹脂材料就都可以被應用，典型的是使用PEN襯底。襯底601的形狀不限制于圓形，但在其中心提供有指針軸的插入口 607。太陽電池是從襯底601—側層疊透明電極層、光電轉換層、背面電極層和密封樹脂層而構成的，這些層用與實施例1同樣的方法來形成。在襯底601上以同心圓狀提供有 4個單元電池，該太陽電池的串聯結構基本上與實施例1 一樣。在圖7中，由在透明電極層YT1-YT4和光電轉換層I1-YK4中形成的開口 YCtl，或由在開口 YCtl之內側的開口 YC1-YC4來形成單元電池YUi-Y^。開口 YCtl-YC4被絕緣樹脂層填充。連接電極層YE1-Y^通過噴墨法使用金屬膏如銀(Ag)膏形成在光電轉換層和透明電極層中。背面電極層YD1-YD4分別經連接電極層YE1-YE4在開口 YM2-YM4與相鄰的單元電池的透明電極層YT2-YT4連接。在除了連接到手表的電路襯底的連接部分605和606之外的整個背面電極層表面上形成密封樹脂層604。連接到電路襯底的連接部分605形成透明電極層側的輸出電極YDtl,并輸出電極YDtl通過開口 YM1連接到透明電極層。而且，如圖中所示，該連接部分605與背面電極層YD1分離而形成。另一方的是連接部分606的背面電極層YD4還用作輸出電極。
圖8A表示在圖7中的沿連接到電路襯底的連接部分605周邊的A_A’線的剖面圖。 在襯底601上形成有透明電極層、光電轉換層和背面電極層。在透明電極層和光電轉換層中通過激光處理法形成有開口 YCtl和YM1，在該開口 YCtl中形成有絕緣層TL0以便填充開口。 透明電極層側的輸出電極YDtl通過形成在開口 YM1中的連接電極層￥&連接到單元電池YU1 的透明電極層Υ \。單元電池YU1的背面電極層YD1上形成有密封樹脂層604。同樣，圖8Β表示沿連接到外部襯底的連接部分606周邊的Β_Β’線的剖面圖。在襯底601上形成有透明電極層YT4、光電轉換層YK4和背面電極層YD4。透明電極層YT4根據開口 YCtl形成在邊緣的內側，而且絕緣層Htl填充該開口。密封樹脂層形成在背面電極層 YD4上，但是不形成在連接部分606上。圖8C表示沿圖7中彼此相鄰的單元電池的連接部分周邊的C-C’線的剖面圖。形成在襯底601上的透明電極層YT3、YT4被形成在開口 YC3中的絕緣層Tl,絕緣分離。同樣， 光電轉換層I3和YK4也彼此分離。至于單元電池YU3和YU4的連接，通過在開口 YM4中形成的連接電極層YE4將背面電極層YD3和透明電極層YT4連接而實現。根據上述步驟，可以形成將單元電池YU1-YU4串聯的太陽電池。作為在計算器或手表等各種電子器具中安裝的太陽電池和該電子器具內的電路的連接方法，除了利用焊接或熱硬化粘合劑之外還可以采用利用盤簧或片簧直接連接的方法。圖9是說明這種連接方法的一個實例的視圖，亦即表示經連接簧將光電轉換裝置702和電路襯底706連接的情況。 在此，簡單地表示出光電轉換裝置702的結構，其中，在襯底70 上形成有背面電極702b、 絕緣樹脂702c、密封樹脂702d。另外，還包括不銹鋼結構體703和支撐體701等。連接簧 704在密封樹脂702d的開口部分中接觸到背面電極，通過電路襯底706和端子部分705來實現電連接。由于這種利用機械力的施壓接觸式連接結構與利用焊接或熱合等的連接方法相比，很少給太陽電池帶來損壞，所以在制作步驟中不會成為降低成品率的原因。圖IOA表示安裝有根據上述步驟而形成的太陽電池的手表。在圖IOA中，801表示機殼，802表示在圖7中所示的太陽電池，803表示包括長針和短針的表盤，804表示表蓋。而且，圖IOB表示安裝有根據本發明制作的太陽電池的計算器。在圖IOB中，901 表示機殼，902表示太陽電池，903表示按鈕，904表示顯示面板。太陽電池902可以使用實施例1的圖5或圖6中所示的太陽電池。根據本發明，通過使太陽電池的電極層和絕緣分離層的形狀微細化而去掉多余部分，從而可以減小遮蔽光的區域以增加光接受面積。由此，太陽電池和使用太陽電池的電子器具能夠實現小型化和輕量化。
權利要求
1.一種太陽電池的制造方法，包括以下步驟 在襯底上形成第一電極層；在所述第一電極層上形成非晶半導體層；通過在所述非晶半導體層的頂表面上形成有機材料層來降低所述非晶半導體層的頂表面的潤濕性；在所述有機材料層和所述非晶半導體層中形成到達所述第一電極層的開口 ；以及通過以導電膏填充所述開口使得不從所述開口溢出而形成第二電極層。
2.一種太陽電池的制造方法，包括以下步驟 在襯底上形成第一電極層；在所述第一電極層上形成光電轉換層；通過在所述光電轉換層的頂表面上形成有機材料層來降低所述光電轉換層的頂表面的潤濕性；在所述有機材料層和所述光電轉換層中形成到達所述第一電極層的開口 ；以及通過以導電膏填充所述開口使得不從所述開口溢出而形成第二電極層。
3.一種太陽電池的制造方法，包括以下步驟 在襯底上形成第一電極層；在所述第一電極層上形成光電轉換層；通過在所述光電轉換層的頂表面上形成有機材料層來降低所述光電轉換層的頂表面的潤濕性；在所述有機材料層和所述光電轉換層中形成到達所述第一電極層的開口； 通過以導電膏填充所述開口使得不從所述開口溢出而形成第一導電材料的第二電極層；以及形成在所述有機材料層上并與所述第二電極層電接觸的第二導電材料的第三電極，所述第三電極與所述第二電極層分開地形成。
4.根據權利要求3的太陽電池的制造方法，其中所述第二導電材料不同于所述第一導電材料。
5.根據權利要求3的太陽電池的制造方法，其中所述第二電極層通過噴墨法形成，并且所述第三電極通過濺射法形成。
6.一種太陽電池的制造方法，包括以下步驟 在襯底上形成第一電極層；在所述第一電極層上形成光電轉換層；在所述光電轉換層的頂表面上形成由含碳氟鏈的有機材料形成的有機材料層從而降低所述光電轉換層的頂表面的潤濕性；在所述有機材料層和所述光電轉換層中形成到達所述第一電極層的開口 ；以及通過以導電膏填充所述開口使得不從所述開口溢出而形成第二電極層。
7.一種太陽電池的制造方法，包括以下步驟 在襯底上形成第一電極層；在所述第一電極層上形成光電轉換層；在所述光電轉換層的頂表面上形成由含硅烷偶聯劑的有機材料形成的有機材料層從而降低所述光電轉換層的頂表面的潤濕性；在所述有機材料層和所述光電轉換層中形成到達所述第一電極層的開口 ；以及通過以導電膏填充所述開口使得不從所述開口溢出而形成第二電極層。
8.根據權利要求7的太陽電池的制造方法，其中所述硅烷偶聯劑是含氟烷基團作為R 的氟基硅烷偶聯劑。
9.根據權利要求1-3和6-7中任一項的太陽電池的制造方法，其中所述襯底由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
10.根據權利要求9的太陽電池的制造方法，其中所述高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二酸丁醇酯中的材料。
11.根據權利要求1-3和6-7中任一項的太陽電池的制造方法，其中所述第二電極層比所述開口稍薄。
12.根據權利要求1-3和6-7中任一項的太陽電池的制造方法，其中所述第二電極層比所述開口稍厚。
13.根據權利要求1-3和6-7中任一項的太陽電池的制造方法，還包括以下步驟 形成到達所述襯底的另一開口；以及通過以絕緣材料填充所述另一開口使得不從所述另一開口溢出而形成絕緣層。
14.根據權利要求13的太陽電池的制造方法，其中所述絕緣層比所述另一開口稍薄。
15.根據權利要求13的太陽電池的制造方法，其中所述絕緣層比所述另一開口稍厚。
16.一種太陽電池，包括 在襯底上的第一電極層；在所述第一電極層上的光電轉換層；在所述光電轉換層的整個頂表面上的由含碳氟鏈的有機材料形成的有機材料層，用于降低所述光電轉換層的整個頂表面的潤濕性；在所述有機材料層和所述光電轉換層中的到達所述第一電極層的開口； 形成于所述開口中并且由不從所述開口溢出的導電膏形成的第二電極層；以及在所述有機材料層和所述第二電極層上并與它們接觸的第三電極層。
17.一種太陽電池，包括 在襯底上的第一電極層；在所述第一電極層上的光電轉換層；在所述光電轉換層的整個頂表面上的由含硅烷偶聯劑的有機材料形成的有機材料層， 用于降低所述光電轉換層的整個頂表面的潤濕性；在所述有機材料層和所述光電轉換層中的到達所述第一電極層的開口； 形成于所述開口中并且由不從所述開口溢出的導電膏形成的第二電極層；以及在所述有機材料層和所述第二電極層上并與它們接觸的第三電極層。
18.根據權利要求17的太陽電池，其中所述硅烷偶聯劑是含氟烷基團作為R的氟基硅烷偶聯劑。
19.根據權利要求16或17的太陽電池，其中所述襯底由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
20.根據權利要求19的太陽電池，其中所述高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中的材料。
21.根據權利要求16或17的太陽電池，其中所述第二電極層比所述開口稍薄。
22.根據權利要求16或17的太陽電池，其中所述第二電極層比所述開口稍厚。
23.根據權利要求16或17的太陽電池，還包括在所述有機材料層和所述光電轉換層中的另一開口，所述另一開口到達所述襯底；以及通過填充所述另一開口使得不從所述另一開口溢出的絕緣材料形成的絕緣層。
24.根據權利要求23的太陽電池，其中所述絕緣層比所述另一開口稍薄。
25.根據權利要求23的太陽電池，其中所述絕緣層比所述另一開口稍厚。
全文摘要
本發明涉及太陽電池和半導體器件以及其制造方法，目的是通過使形成在太陽電池中的電極微細化，以實現太陽電池的微細化。本發明的太陽電池的制造方法，包括以下步驟在襯底上形成第一電極層；在所述第一電極層上形成光電轉換層；在所述光電轉換層上形成有機材料層；在所述光電轉換層中形成到達所述第一電極層的開口；在所述開口中填充導電膏以形成第二電極層，其中，所述有機材料層改變所述光電轉換層的表面性質，因而增大所述導電膏和所述光電轉換層的接觸角。根據本發明，通過在光電轉換層的表面上形成有機材料層，可以降低光電轉換層的潤濕性。從而，可以使電極層和絕緣分離層的形狀變細。
文檔編號H01L31/18GK102522462SQ20121000828
公開日2012年6月27日 申請日期2006年1月12日 優先權日2005年1月14日
發明者伊佐敏行, 藤井嚴, 西和夫, 青木智幸 申請人:株式會社半導體能源研究所