太阳电池和半导体器件以及其制造方法

专利名称：太阳电池和半导体器件以及其制造方法
技术领域：
本发明涉及诸如太阳电池的半导体器件的结构以及其制造方法。
背景技术：
太阳电池除了设置在室外用作太阳能发电系统之外，还被广泛地用作如计算器、 收音机、手表等功耗低的电子器具的电源。在这些日常用品中，在比如像手表那样，不仅重视功能，也重视外观设计的情况下，就要考究安装太阳电池的方法。例如，利用太阳电池作为手表的表盘，或者将太阳电池安装在半透明的表盘之下以使其变得不显眼。太阳电池的大部分使用玻璃、不锈钢、或有机树脂材料等作为衬底，在其上形成由非晶半导体、微晶半导体或黄铜矿(chalcopyrite)(或II-VI族)化合物半导体的薄膜形成的光电转换层。尤其是，采用有机树脂材料作为衬底的太阳电池薄而轻，并具有即使跌落也不会被打碎的高耐冲击性，所以适合安装在卡式计算器、手表等便携式制品或电视机等室内用电子器具的遥控中(参考专利文件1)。像这样，太阳电池被利用于各种电子器具中，然而，随着电子器具的小型化及轻量化，太阳电池也被要求小型化及轻量化。专利文件1专利公开2001-185745号公报

发明内容
本发明的目的是通过实现太阳电池的电极层和绝缘分离层的形状的微细化而去掉多余部分，从而减小遮蔽光的区域以增加光的接受面积。在本发明中，通过在光电转换层如非晶半导体层表面上形成有机材料层，降低非晶半导体层的润湿性，从而增大非晶半导体层和电极以及绝缘分离层之间的接触角，以便可以实现电极层和绝缘分离层的形状的微细化。而且，通过增大非晶半导体层和电极以及绝缘分离层的接触角，可以去掉遮蔽光的部分以增加光接受区域。并且，可以去掉电极层和绝缘分离层的沿厚度方向的多余部分。本发明的太阳电池的制造方法，包括以下步骤在衬底上形成第一电极层；在所述第一电极层上形成光电转换层；在所述光电转换层上形成有机材料层；在所述光电转换层上形成到达所述第一电极层的开口 ；在所述开口中填充导电膏以形成第二电极层，其中， 所述有机材料层增大所述导电膏的相对于所述光电转换层的接触角。本发明的太阳电池的制造方法，包括以下步骤在衬底上形成第一电极层；在所述第一电极层上形成光电转换层；通过使用有机材料对所述光电转换层的表面进行处理以改变所述光电转换层的表面性质；在所述光电转换层上形成到达所述第一电极层的开口 ； 在所述开口中填充导电膏以形成第二电极层，其中，通过使用有机材料对所述光电转换层进行处理，以增大所述导电膏的相对于所述光电转换层的接触角。在本发明中，所述衬底由玻璃、不锈钢或高分子材料形成。在本发明中，所述高分子材料是聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中的一种。在本发明中，所述有机材料层含有硅烷偶联化合物。在本发明中，所述导电膏是含有金属材料如银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)的导电膏或导电碳膏。根据本发明，可以将电极层和绝缘分离层的形状微细化。由此，可以增大在每单位面积上的单元数量，从而可以提高生产量。此外，通过使光电转换层和电极的接触角为大， 可以去掉遮蔽光的部分以增加光接受区域。而且，由于可以去掉电极层和绝缘分离层的沿厚度方向的多余部分，所以可以使太阳电池小型化及轻量化。


图IA和IB是示出本发明的太阳电池的制作步骤的图；图2A和2B是示出本发明的太阳电池的制作步骤的图；图3是示出本发明的太阳电池的制作步骤的图；图4A到4C是示出本发明的太阳电池的制作步骤的图；图5是示出本发明的太阳电池的制作步骤的图；图6是本发明的太阳电池的俯视图；图7是示出利用本发明制作的电子器具的实例的图；图8A到8C是示出利用本发明制作的电子器具的实例的图；图9是示出利用本发明制作的电子器具的实例的图；图IOA和IOB是示出利用本发明制作的电子器具的实例的图；图IlA和IlB是示出本发明的太阳电池的制作步骤的图。
具体实施例方式下文中将参考附图详细地说明本发明的实施方式。注意，本发明不局限于以下描述，可以在不脱离本发明的宗旨及范围的情况下各种变化和修改都是可能的，这对于本领域的技术人员来说是显而易见的。因此，本发明不限于下文中描述的本发明的实施方式的内容。注意，在下文中描述的本发明的结构中，表示相同物体的符号是在每个附图中通用的。将用图IA和1B、图2A和2B以及图3说明本实施方式。首先，在衬底101上形成透明导电膜102。在本实施方式中作为衬底101采用柔性衬底，具体来说，采用由高分子材料形成的衬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，可以使用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、和聚萘二酸丁醇酯(PBN)等的薄膜。另外，可以使用玻璃衬底或不锈钢衬底。在本实施方式中，作为透明导电膜102采用氧化铟氧化锡合金andium Tin Oxide(ITO))膜。除了氧化铟氧化锡合金(ITO)之外，可以使用含有Si的氧化铟氧化锡合金导电膜或与2至20wt%的氧化锌(ZnO)混合的氧化铟作为靶而形成的导电膜等。
在透明导电膜102上形成非晶半导体膜103。在非晶半导体膜103中形成ρ型非晶半导体膜103a、不包含赋予导电型杂质的非晶半导体膜10 、以及η型非晶半导体膜103c。在本实施方式中，作为ρ型非晶半导体膜103a，使用由等离子CVD法形成的含有硼(B)的非晶硅膜。作为不包含赋予导电型杂质的非晶半导体膜10北，可以使用由等离子 CVD法形成的真性非晶半导体膜。而且，作为η型非晶半导体膜103c，可以形成含有磷(P) 的非晶硅膜，还可以在形成真性非晶硅膜后掺杂磷。在形成非晶半导体膜103后，形成有机材料层104(参照图1A)。作为有机材料层 104，可以使用改变非晶半导体膜103的表面性质的有机材料，比如含有碳氟链的物质或含有硅烷偶联剂的物质等。硅烷偶联剂以化学分子式Rn-Si_X4_n(n= 1，2，；3)表示。在此，R 是指包含诸如烃基之类的相对较惰性基的物质。此外，X由能够通过和基质表面的羟基或吸收水缩合而结合的水解基构成，如卤素、甲氧基、乙氧基或乙酰氧基。通过形成有机材料层104，也就是利用有机材料对非晶半导体膜103的表面进行处理，可以改变非晶半导体膜 103的表面性质，从而使其润湿性变低。另外，作为硅烷偶联剂的代表性实例，通过采用在R中具有氟烷基的氟基硅烷偶联剂(氟烷基硅烷(FAS))，可以进一步降低润湿性。FAS的R具有用(CF3)(CF2)x(CH2)yU: 从0到10的整数，y 从0到4的整数)表示的结构。在多个R或X结合到Si的情况下，R 或X可以彼此完全相同或者不同。作为典型FAS的例子可以列出十七氟四氢癸基三乙氧基硅烷、十七氟四氢癸基三氯硅烷、十三氟四氢辛基三氯硅烷、三氟丙基三甲氧基硅烷等的氟烷基硅烷(下文中也称作FAS)。作为用于改变非晶半导体膜103表面性质的材料，可以使用在R中没有碳氟链而有烃基的硅烷偶联剂，例如，可以使用十八烷基三甲氧基硅烷等作为有机硅烷。当通过涂敷法在非晶半导体膜103的表面上形成用于改变非晶半导体膜103表面性质的材料时，作为分散上述物质的溶剂，可以使用诸如正戊烷、正己烷、正庚烷、正辛烷、 正癸烷、二环戊烷、苯、甲苯、二甲苯、四甲基苯、茚、四氢化萘、十氢化萘、以及鲨烯之类的烃类溶剂或四氢呋喃等。该有机材料层104改变非晶半导体膜103的表面性质，当在后面步骤中由导电膏形成电极时，可以增大导电膏和非晶半导体膜103表面之间的接触角。所以，可以认为这种非晶半导体膜的表面性质的改变是因为非晶半导体膜的羟基和有机材料层起反应而造成的。接下来，通过激光划片处理形成穿过透明导电膜102、非晶半导体膜103和有机材料层104的接触孔106和107(参照图1B)。接触孔106和107的宽度可以为50 μ m到 300 μ m。接触孔106和107到达透明导电膜102。而且，如图IB所示那样，可以使衬底101 的表面作为接触孔106和107的底面。然后，在接触孔106中填充绝缘性材料，以形成用于绝缘分离的绝缘层108(参照图2A)。绝缘层108是利用喷墨法或网板印刷法等而形成的。在利用喷墨法形成绝缘层 108的情况下，可以使用包含感光材料的组成物。例如，可以使用溶解或分散在溶剂中的典型的正性抗蚀剂如酚醛清漆树脂和作为感光材料的萘酚醌叠氮化物(naphthoquinonedi azide)的化合物、负性抗蚀剂如基础树脂、联苯硅烷二醇(diphenylsilane diol)以及酸产生剂等。作为溶剂采用酯类如醋酸丁酯(butyl acetate)和乙酸乙酯、醇类如异丙醇和乙醇、有机溶剂如甲基乙基酮和丙酮等。可以根据抗蚀剂的种类适当地确定溶剂的浓度。而且，在接触孔107中填充导电膏，通过喷墨法或网板印刷法等形成电极109(参照图2B)。作为导电膏可以使用含有银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)或镍(Ni)等金属材料的导电膏或导电碳膏。在本实施方式中，采用银(Ag)膏形成电极109。当形成电极109时，由于通过在非晶半导体膜103的表面上形成有机材料层104 而使导电膏的对于有机材料层104的表面张力变大，所以可以减少由导电膏遮蔽光的区域。在形成电极109后，形成与电极109电连接的导电层110(参照图3)。作为导电层110的形成方法，可以采用溅射法、汽相淀积法、电镀法、网板印刷法或喷墨法，或者同时并用这些方法。在使用溅射法的情况下，可以采用选自钽(Ta)、钨(W)、钛(Ti)、钼(Mo)、铝 (Al)中的元素或以上述元素为主要成分的合金材料或化合物材料作为导电层110的材料。 此外，在使用喷墨法的情况下，可以采用含有银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)等金属材料的导电膏作为导电层110的材料。注意，先形成绝缘层108或先形成电极109都是可以的。在图3中表示通过形成有机材料层104使绝缘层108和电极109分别不越出到接触孔106和107外侧的情况。绝缘层108和电极109优选形成为不越出到接触孔106和107外侧。如图IlA所示，绝缘层108和电极109可以形成为比接触孔106和107的表面略微下陷的形状。另外， 如图IlB所示那样，绝缘层108和电极109可以形成为比接触孔106和107的表面略微突出的形状。根据上述步骤，可以制造本发明的太阳电池。通过实施本发明，可以制作具有比常规更大的光接受区域的太阳电池，从而可以制作厚度薄的太阳电池。另外，从一个衬底的每单位面积上能够获得更多的太阳电池。实施例1将利用图4A到4C、图5及图6说明本实施例。在本实施例中，提供以有机树脂材料作为衬底并在同一衬底上使多个单元电池串联的集成型太阳电池的制作方法。在图4A中，衬底501采用具有透光性的有机树脂材料如聚对苯二甲酸乙二醇酯 (PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)或聚醚砜(PES)。当然，也可以使用其它市场上出售的衬底，比如钠钙玻璃、无碱玻璃或不锈钢衬底等。衬底501可以使用适当大小的薄片状的衬底。此外，在利用卷带式 (roll-to-roll)方法制造本实施例的太阳电池时，可以使用卷绕成辊状的衬底。在利用卷带式方法的情况下，优选使用60 μ m到100 μ m厚的有机树脂薄膜衬底。本实施例中所制造的太阳电池具有在衬底的与形成有光电转换层侧相反的面上接受光的结构，所以，首先在衬底501上形成透明电极层502。透明电极层502由氧化铟氧化锡合金(也称作铟锡氧化物)andium Tin Oxide (ITO))、氧化锌(ZnO)、氧化锡(SnO2)、 ITO-ZnO合金等以40nm到200nm(优选为50nm到IOOnm)的厚度而形成。然而，上述有机树脂材料的可以连续使用的最高温度是200°C或更低，所以，在形成透明电极层502时，在通过溅射法或真空气相淀积法并将衬底的温度设定为比室温高150°C左右的条件下形成薄膜。详细制造条件可以由操作人员适当地选择，在要形成上述膜厚的情况下，需要获得20 Ω到200 Ω / □的薄层电阻。从透明电极膜的低电阻化的角度看，优选使用ITO膜，但是在其上形成半导体层时该ITO膜暴露于含有氢的等离子气氛中，因而被还原而失去透明性。为了防止这种现象， 优选在ITO膜上形成SnO2膜或ZnO膜。含有1到IOwt %的镓(Ga)的SiO (SiO = Ga)膜具有高透光率，因而适合于作为层叠在ITO膜上的材料。作为组合实例，形成具有50nm到60nm 厚的ITO膜，并在其上形成25nm的SiOAa膜，这样就可以防止失去透明性，从而可以获取良好的透光特性。该叠层膜可获取120Ω/ □到150Ω/ □的薄层电阻。然后，作为在透明电极层502上形成的光电转换层503采用通过等离子CVD法制作的非单晶半导体膜。典型的是，使用以SiH4气体为原料而制作的氢化非晶硅(a-Si:H) 膜、氢化非晶硅锗(a-SiGe:H)膜、氢化非晶硅碳(a-SiC:H)膜、或氢化微晶硅(yC-Si:H) 形成光电转换层。光电转换层503由pin结构成，但是作为价电子被控制的ρ型和η型层可以使用在a-Si:H或μ c-Si :H中掺杂有硼或磷等杂质元素的材料。尤其是，为了降低光吸收损耗，或实现对透明电极层或背面电极层的良好欧姆接触，优选使用μ c_Si:H。本实施例的光电转换层503显示从透明电极层502 —侧依次层叠ρ型半导体层 503a、i型半导体层50 和η型半导体层503c的状态，并且每个层的厚度按以上顺序分别为10nm-20nm、200nm-1000nm和20nm_60nm。在利用上述非单晶硅材料形成pin结的情况下，可以获取0. 4V-1V左右的开路电压。而且，通过以该pin结作为一个单元，并层叠多个 Pin结以形成叠层型结构，还可以提高开路电压。然后，在光电转换层503上形成用于改变光电转换层503的表面性质的有机材料层504。有机材料层504可以利用在实施方式中所示的形成有机材料层104的同样的方法来形成。而且，如图4B所示，为了在相同的衬底上形成多个单元电池，通过激光处理法(激光划片)形成穿过有机材料层504到透明电极层502的开口 M1-Mn和CfCn。开口 C1-Cn是用于形成单元电池实施绝缘分离的开口，开口 M1-Mn是用于使透明电极层和背面电极层连接的开口。在激光处理中所使用的激光种类不受限制，可以使用Nd-YAG激光器或准分子激光器等。总之，通过在透明电极层502和光电转换层503层叠在一起的状态下进行激光处理，可以防止在制作过程中透明电极层从衬底剥离。根据上述步骤，透明电极层502和光电转换层503分别被分割为T1-Tn和KfKn。然后，如图4C所示，由喷墨法或网板印刷法等将导电膏填充在开口 M1-Mn中以形成连接电极层 F -F作为导电膏，可以使用含有银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、镍(Ni)等金属材料的导电膏或导电碳膏。在本实施例中，使用银(Ag)膏形成连接电极层E1^f当形成连接电极层E1-En时，由于在光电转换层503的表面上形成有有机材料层， 所以导电膏的表面张力很大。由此，可以在使导电膏不从开口出的情况下形成连接电极层Ei-4。因此，可以尽量抑制产生遮蔽光的区域，因而可以增加接受光的面积。接下来，将绝缘树脂层填充在开口 C1-Cn中，以进行元件的绝缘分离。绝缘树脂层是通过喷墨法或网板印刷法等而形成的。在利用喷墨法形成绝缘树脂层的情形中，与连接电极层E1-En同样，通过形成在光电转换层503表面上的有机材料层504的作用，可以使绝缘树脂层W的宽度变细。
在采用喷墨法形成绝缘树脂层的情况下，绝缘树脂层的材料可以使用包含光敏剂的组成物，例如，可以使用溶解或分散在溶剂中的作为典型的正性抗蚀剂的酚醛清漆树脂和作为光敏剂的萘酚醌叠氮化物(naphthoquinonedi azide)化合物、作为负性抗蚀剂的基础树脂、联苯硅烷二醇(diphenylsilane diol)和酸产生剂等。作为溶剂使用酯类如醋酸丁酯(butyl acetate)和乙酸乙酯、醇类如异丙醇和乙醇、有机溶剂如甲基乙基酮和丙酮等。溶剂的浓度可以根据抗蚀剂的种类等而设定。另外，在采用网板印刷法形成绝缘树脂层的情况下，根据以下所示的步骤形成绝缘树脂层\-τ 。作为用于形成绝缘树脂层的绝缘树脂材料，准备苯氧基树脂、环己烷、异佛尔酮、高阻炭黑、氧相二氧化硅、扩散剂、防沫剂、以及均化剂。首先，将上述原料的苯氧基树脂完全溶解在环己烷和异佛尔酮的混合溶液中，与炭黑、氧相二氧化硅、扩散剂一起通过锆质球磨机分散48小时。然后，添加防沫剂和均化剂进一步混合2小时。接着，添加热交联反应性树脂，如η- 丁基密胺树脂以及促硬剂。然后，进一步将这些材料混合而分散，以获得用作钝化膜的绝缘树脂组成物。使用所获得的绝缘树脂组成物墨水，通过网板印刷法形成绝缘膜。在涂敷后，在 160°C的加热炉中硬化20分钟，以获得绝缘树脂层W注意，在本实施例中首先形成了连接电极层E1-I，但是先形成连接电极层E1-En或先形成绝缘树脂层都是可以的。接下来，形成如图5所示的背面电极层D1-Dlrit5背面电极层D1-Dlri可以通过溅射法、汽相淀积法、电镀法、网板印刷法或喷墨法等而形成。在采用溅射法时，作为背面电极层D1-Dlri的材料可以使用选自钽(Ta)、钨(W)、钛 (Ti)、钼(Mo)、铝(Al)中的元素或以上述元素为主要成分的合金材料或化合物材料。另外， 在采用喷墨法时，作为背面电极层D1-Dlri的材料可以使用含有银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)或镍(Ni)等金属材料的导电膏。下面将说明通过网板印刷法形成背面电极层D1-Dlri的方法。首先，作为所使用的导电性墨水，准备石墨粉、高导电炭黑、油酸(扩散剂)、以及异佛尔酮(溶剂)。将这些材料加入球磨机中进行粉碎，以使其变为微细颗粒。然后，在其中加入 20wt%的饱和聚酯树脂的Y - 丁内酯漆。而且，添加防沫剂和均化剂。并且，通过使用三辊式滚轧机进一步分散经球磨机分散混合而成的膏，以获取导电碳膏。在上述膏中，通过乙酰乙酸乙酯对脂肪族多功能异氰酸酯的六甲撑二异氰酸酯系列聚异氰酸酯的异氰酸酯基进行分块，并且添加以乙酸溶纤剂和二甲苯为1 1的溶剂进行稀释而获得的乙酰乙酸乙酯成块体(固体含量为80wt%，NCO含量10wt%)冕 (Coronate) 2513，然后使用扩散剂充分地进行混合并除泡，以获取导电碳膏。而且，通过网板印刷法将所获得的导电碳膏印刷为预定图案，并在平整和干燥处理后以150°C坚固地硬化30分钟，以形成如图5所示的背面电极层DfDn+1。每个背面电极层D1-Dlri被形成为在开口 M1-Mn中与透明电极层T1-Tn接触。开口 M1-Mn填充有连接电极层Ei-4。背面电极层D1-Dlri分别通过连接电极层E1-En而与透明电极层T1-Tn电连接在一起。
最后，为了采用印刷法形成密封树脂层505，作为密封树脂材料准备环氧树脂、 Y-丁内酯、异佛尔酮、防沫剂以及均化剂。首先，将上述材料的环氧树脂完全溶解在Y - 丁内酯/异佛尔酮的混合溶剂中，并利用锆质球磨机分散。然后，在添加防沫剂和均化剂后进一步混合，并添加热交联反应性成分的丁基密胺树脂。将这些材料进一步混合分散，以获取具有透明性和绝缘性的用于保护表面和密封膜的组成物墨水。通过网板印刷法使用所得到的组成物墨水形成密封树脂层505，并以150°C热硬化30分钟。该密封树脂层505在背面电极层D1和Dn+1上形成有开口部分，通过该部分与外部电路衬底连结在一起。根据上述步骤，在衬底501上形成由透明电极层T1-Tn、光电转换层K1-Kn、连接电极层E1-^1和背面电极层D1-Dlri构成的单元电池。并且通过利用开口 M1-MJf彼此相邻的背面电极层D1-Dlri连接到透明电极层T1-Tn，可以制作η个串联的太阳电池。背面电极层D1是单元电池U1中的透明电极层T1的引出电极，背面电极层Dn+1是单元电池Un中的透明电极层 Tn的引出电极。注意，图6是表示在图5中的开DC1-CnJ1-Mn、连接电极层E1-^1、绝缘树脂层Z1-Zp 背面电极层D1-Dlri的位置关系的俯视图。如图6所示，串联连接单元电池仏-凡而形成太阳电池。实施例2在本实施例中，将参考图7、图8A到8C和图9说明将使用本发明而形成的太阳电池应用于各种电子器具中的例子。图7是从背面电极层侧看本实施例的太阳电池时的俯视图。图7中所示的是安装在手表的半透明表盘下(组合有手表的驱动机构的部分)的太阳电池的一个实例。衬底 601是具有70 μ m厚的有机树脂薄膜，只要是在实施例1中描述的有机树脂材料就都可以被应用，典型的是使用PEN衬底。衬底601的形状不限制于圆形，但在其中心提供有指针轴的插入口 607。太阳电池是从衬底601—侧层叠透明电极层、光电转换层、背面电极层和密封树脂层而构成的，这些层用与实施例1同样的方法来形成。在衬底601上以同心圆状提供有 4个单元电池，该太阳电池的串联结构基本上与实施例1 一样。在图7中，由在透明电极层YT1-YT4和光电转换层I1-YK4中形成的开口 YCtl，或由在开口 YCtl之内侧的开口 YC1-YC4来形成单元电池YUi-Y^。开口 YCtl-YC4被绝缘树脂层填充。连接电极层YE1-Y^通过喷墨法使用金属膏如银(Ag)膏形成在光电转换层和透明电极层中。背面电极层YD1-YD4分别经连接电极层YE1-YE4在开口 YM2-YM4与相邻的单元电池的透明电极层YT2-YT4连接。在除了连接到手表的电路衬底的连接部分605和606之外的整个背面电极层表面上形成密封树脂层604。连接到电路衬底的连接部分605形成透明电极层侧的输出电极YDtl,并输出电极YDtl通过开口 YM1连接到透明电极层。而且，如图中所示，该连接部分605与背面电极层YD1分离而形成。另一方的是连接部分606的背面电极层YD4还用作输出电极。
图8A表示在图7中的沿连接到电路衬底的连接部分605周边的A_A’线的剖面图。 在衬底601上形成有透明电极层、光电转换层和背面电极层。在透明电极层和光电转换层中通过激光处理法形成有开口 YCtl和YM1，在该开口 YCtl中形成有绝缘层TL0以便填充开口。 透明电极层侧的输出电极YDtl通过形成在开口 YM1中的连接电极层￥&连接到单元电池YU1 的透明电极层Υ \。单元电池YU1的背面电极层YD1上形成有密封树脂层604。同样，图8Β表示沿连接到外部衬底的连接部分606周边的Β_Β’线的剖面图。在衬底601上形成有透明电极层YT4、光电转换层YK4和背面电极层YD4。透明电极层YT4根据开口 YCtl形成在边缘的内侧，而且绝缘层Htl填充该开口。密封树脂层形成在背面电极层 YD4上，但是不形成在连接部分606上。图8C表示沿图7中彼此相邻的单元电池的连接部分周边的C-C’线的剖面图。形成在衬底601上的透明电极层YT3、YT4被形成在开口 YC3中的绝缘层Tl,绝缘分离。同样， 光电转换层I3和YK4也彼此分离。至于单元电池YU3和YU4的连接，通过在开口 YM4中形成的连接电极层YE4将背面电极层YD3和透明电极层YT4连接而实现。根据上述步骤，可以形成将单元电池YU1-YU4串联的太阳电池。作为在计算器或手表等各种电子器具中安装的太阳电池和该电子器具内的电路的连接方法，除了利用焊接或热硬化粘合剂之外还可以采用利用盘簧或片簧直接连接的方法。图9是说明这种连接方法的一个实例的视图，亦即表示经连接簧将光电转换装置702和电路衬底706连接的情况。 在此，简单地表示出光电转换装置702的结构，其中，在衬底70 上形成有背面电极702b、 绝缘树脂702c、密封树脂702d。另外，还包括不锈钢结构体703和支撑体701等。连接簧 704在密封树脂702d的开口部分中接触到背面电极，通过电路衬底706和端子部分705来实现电连接。由于这种利用机械力的施压接触式连接结构与利用焊接或热合等的连接方法相比，很少给太阳电池带来损坏，所以在制作步骤中不会成为降低成品率的原因。图IOA表示安装有根据上述步骤而形成的太阳电池的手表。在图IOA中，801表示机壳，802表示在图7中所示的太阳电池，803表示包括长针和短针的表盘，804表示表盖。而且，图IOB表示安装有根据本发明制作的太阳电池的计算器。在图IOB中，901 表示机壳，902表示太阳电池，903表示按钮，904表示显示面板。太阳电池902可以使用实施例1的图5或图6中所示的太阳电池。根据本发明，通过使太阳电池的电极层和绝缘分离层的形状微细化而去掉多余部分，从而可以减小遮蔽光的区域以增加光接受面积。由此，太阳电池和使用太阳电池的电子器具能够实现小型化和轻量化。
权利要求
1.一种太阳电池的制造方法，包括以下步骤 在衬底上形成第一电极层；在所述第一电极层上形成非晶半导体层；通过在所述非晶半导体层的顶表面上形成有机材料层来降低所述非晶半导体层的顶表面的润湿性；在所述有机材料层和所述非晶半导体层中形成到达所述第一电极层的开口 ；以及通过以导电膏填充所述开口使得不从所述开口溢出而形成第二电极层。
2.一种太阳电池的制造方法，包括以下步骤 在衬底上形成第一电极层；在所述第一电极层上形成光电转换层；通过在所述光电转换层的顶表面上形成有机材料层来降低所述光电转换层的顶表面的润湿性；在所述有机材料层和所述光电转换层中形成到达所述第一电极层的开口 ；以及通过以导电膏填充所述开口使得不从所述开口溢出而形成第二电极层。
3.一种太阳电池的制造方法，包括以下步骤 在衬底上形成第一电极层；在所述第一电极层上形成光电转换层；通过在所述光电转换层的顶表面上形成有机材料层来降低所述光电转换层的顶表面的润湿性；在所述有机材料层和所述光电转换层中形成到达所述第一电极层的开口； 通过以导电膏填充所述开口使得不从所述开口溢出而形成第一导电材料的第二电极层；以及形成在所述有机材料层上并与所述第二电极层电接触的第二导电材料的第三电极，所述第三电极与所述第二电极层分开地形成。
4.根据权利要求3的太阳电池的制造方法，其中所述第二导电材料不同于所述第一导电材料。
5.根据权利要求3的太阳电池的制造方法，其中所述第二电极层通过喷墨法形成，并且所述第三电极通过溅射法形成。
6.一种太阳电池的制造方法，包括以下步骤 在衬底上形成第一电极层；在所述第一电极层上形成光电转换层；在所述光电转换层的顶表面上形成由含碳氟链的有机材料形成的有机材料层从而降低所述光电转换层的顶表面的润湿性；在所述有机材料层和所述光电转换层中形成到达所述第一电极层的开口 ；以及通过以导电膏填充所述开口使得不从所述开口溢出而形成第二电极层。
7.一种太阳电池的制造方法，包括以下步骤 在衬底上形成第一电极层；在所述第一电极层上形成光电转换层；在所述光电转换层的顶表面上形成由含硅烷偶联剂的有机材料形成的有机材料层从而降低所述光电转换层的顶表面的润湿性；在所述有机材料层和所述光电转换层中形成到达所述第一电极层的开口 ；以及通过以导电膏填充所述开口使得不从所述开口溢出而形成第二电极层。
8.根据权利要求7的太阳电池的制造方法，其中所述硅烷偶联剂是含氟烷基团作为R 的氟基硅烷偶联剂。
9.根据权利要求1-3和6-7中任一项的太阳电池的制造方法，其中所述衬底由玻璃、不锈钢或高分子材料形成。
10.根据权利要求9的太阳电池的制造方法，其中所述高分子材料是选自聚萘二甲酸乙二醇酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二酸丁醇酯中的材料。
11.根据权利要求1-3和6-7中任一项的太阳电池的制造方法，其中所述第二电极层比所述开口稍薄。
12.根据权利要求1-3和6-7中任一项的太阳电池的制造方法，其中所述第二电极层比所述开口稍厚。
13.根据权利要求1-3和6-7中任一项的太阳电池的制造方法，还包括以下步骤 形成到达所述衬底的另一开口；以及通过以绝缘材料填充所述另一开口使得不从所述另一开口溢出而形成绝缘层。
14.根据权利要求13的太阳电池的制造方法，其中所述绝缘层比所述另一开口稍薄。
15.根据权利要求13的太阳电池的制造方法，其中所述绝缘层比所述另一开口稍厚。
16.一种太阳电池，包括 在衬底上的第一电极层；在所述第一电极层上的光电转换层；在所述光电转换层的整个顶表面上的由含碳氟链的有机材料形成的有机材料层，用于降低所述光电转换层的整个顶表面的润湿性；在所述有机材料层和所述光电转换层中的到达所述第一电极层的开口； 形成于所述开口中并且由不从所述开口溢出的导电膏形成的第二电极层；以及在所述有机材料层和所述第二电极层上并与它们接触的第三电极层。
17.一种太阳电池，包括 在衬底上的第一电极层；在所述第一电极层上的光电转换层；在所述光电转换层的整个顶表面上的由含硅烷偶联剂的有机材料形成的有机材料层， 用于降低所述光电转换层的整个顶表面的润湿性；在所述有机材料层和所述光电转换层中的到达所述第一电极层的开口； 形成于所述开口中并且由不从所述开口溢出的导电膏形成的第二电极层；以及在所述有机材料层和所述第二电极层上并与它们接触的第三电极层。
18.根据权利要求17的太阳电池，其中所述硅烷偶联剂是含氟烷基团作为R的氟基硅烷偶联剂。
19.根据权利要求16或17的太阳电池，其中所述衬底由玻璃、不锈钢或高分子材料形成。
20.根据权利要求19的太阳电池，其中所述高分子材料是选自聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚萘二酸丁醇酯(PBN)中的材料。
21.根据权利要求16或17的太阳电池，其中所述第二电极层比所述开口稍薄。
22.根据权利要求16或17的太阳电池，其中所述第二电极层比所述开口稍厚。
23.根据权利要求16或17的太阳电池，还包括在所述有机材料层和所述光电转换层中的另一开口，所述另一开口到达所述衬底；以及通过填充所述另一开口使得不从所述另一开口溢出的绝缘材料形成的绝缘层。
24.根据权利要求23的太阳电池，其中所述绝缘层比所述另一开口稍薄。
25.根据权利要求23的太阳电池，其中所述绝缘层比所述另一开口稍厚。
全文摘要
本发明涉及太阳电池和半导体器件以及其制造方法，目的是通过使形成在太阳电池中的电极微细化，以实现太阳电池的微细化。本发明的太阳电池的制造方法，包括以下步骤在衬底上形成第一电极层；在所述第一电极层上形成光电转换层；在所述光电转换层上形成有机材料层；在所述光电转换层中形成到达所述第一电极层的开口；在所述开口中填充导电膏以形成第二电极层，其中，所述有机材料层改变所述光电转换层的表面性质，因而增大所述导电膏和所述光电转换层的接触角。根据本发明，通过在光电转换层的表面上形成有机材料层，可以降低光电转换层的润湿性。从而，可以使电极层和绝缘分离层的形状变细。
文档编号H01L31/18GK102522462SQ20121000828
公开日2012年6月27日 申请日期2006年1月12日 优先权日2005年1月14日
发明者伊佐敏行, 藤井严, 西和夫, 青木智幸 申请人:株式会社半导体能源研究所