專利名稱：太陽電池和半導(dǎo)體器件以及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及諸如太陽電池的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)以及其制造方法。
背景技術(shù)：
太陽電池除了設(shè)置在室外用作太陽能發(fā)電系統(tǒng)之外，還被廣泛地用作如計(jì)算器、收音機(jī)、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(shè)計(jì)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(jī)樹脂材料等作為襯底，在其上形成由非晶半導(dǎo)體、微晶半導(dǎo)體或黃銅礦(chalcopyrite)(或II-VI族)化合物半導(dǎo)體的薄膜形成的光電轉(zhuǎn)換層。尤其是，采用有機(jī)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(jì)算器、手表等便攜式制品或電視機(jī)等室內(nèi)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(bào)發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是通過實(shí)現(xiàn)太陽電池的電極層和絕緣分離層的形狀的微細(xì)化而去掉多余部分，從而減小遮蔽光的區(qū)域以增加光的接受面積。
在本發(fā)明中，通過在光電轉(zhuǎn)換層如非晶半導(dǎo)體層表面上形成有機(jī)材料層，降低非晶半導(dǎo)體層的潤濕性，從而增大非晶半導(dǎo)體層和電極以及絕緣分離層之間的接觸角，以便可以實(shí)現(xiàn)電極層和絕緣分離層的形狀的微細(xì)化。而且，通過增大非晶半導(dǎo)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(qū)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(fā)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(zhuǎn)換層；在所述光電轉(zhuǎn)換層上形成有機(jī)材料層；在所述光電轉(zhuǎn)換層上形成到達(dá)所述第一電極層的開口；在所述開口中填充導(dǎo)電膏以形成第二電極層，其中，所述有機(jī)材料層增大所述導(dǎo)電膏的相對于所述光電轉(zhuǎn)換層的接觸角。
本發(fā)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(zhuǎn)換層；通過使用有機(jī)材料對所述光電轉(zhuǎn)換層的表面進(jìn)行處理以改變所述光電轉(zhuǎn)換層的表面性質(zhì)；在所述光電轉(zhuǎn)換層上形成到達(dá)所述第一電極層的開口；在所述開口中填充導(dǎo)電膏以形成第二電極層，其中，通過使用有機(jī)材料對所述光電轉(zhuǎn)換層進(jìn)行處理，以增大所述導(dǎo)電膏的相對于所述光電轉(zhuǎn)換層的接觸角。
在本發(fā)明中，所述襯底由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
在本發(fā)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(fā)明中，所述有機(jī)材料層含有硅烷偶聯(lián)化合物。
在本發(fā)明中，所述導(dǎo)電膏是含有金屬材料如銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)的導(dǎo)電膏或?qū)щ娞几唷?br> 根據(jù)本發(fā)明，可以將電極層和絕緣分離層的形狀微細(xì)化。由此，可以增大在每單位面積上的單元數(shù)量，從而可以提高生產(chǎn)量。此外，通過使光電轉(zhuǎn)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(qū)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1A和1B是示出本發(fā)明的太陽電池的制作步驟的圖；圖2A和2B是示出本發(fā)明的太陽電池的制作步驟的圖；圖3是示出本發(fā)明的太陽電池的制作步驟的圖；圖4A到4C是示出本發(fā)明的太陽電池的制作步驟的圖；圖5是示出本發(fā)明的太陽電池的制作步驟的圖；圖6是本發(fā)明的太陽電池的俯視圖；圖7是示出利用本發(fā)明制作的電子器具的實(shí)例的圖；圖8A到8C是示出利用本發(fā)明制作的電子器具的實(shí)例的圖；圖9是示出利用本發(fā)明制作的電子器具的實(shí)例的圖；圖10是示出利用本發(fā)明制作的電子器具的實(shí)例的圖；圖11是示出本發(fā)明的太陽電池的制作步驟的圖。
具體實(shí)施例方式
下文中將參考附圖詳細(xì)地說明本發(fā)明的實(shí)施方式。注意，本發(fā)明不局限于以下描述，可以在不脫離本發(fā)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(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的。因此，本發(fā)明不限于下文中描述的本發(fā)明的實(shí)施方式的內(nèi)容。注意，在下文中描述的本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中，表示相同物體的符號是在每個(gè)附圖中通用的。
將用圖1A和1B、圖2A和2B以及圖3說明本實(shí)施方式。首先，在襯底101上形成透明導(dǎo)電膜102。在本實(shí)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(shí)施方式中，作為透明導(dǎo)電膜102采用氧化銦氧化錫合金(Indium 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(dǎo)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(dǎo)電膜等。
在透明導(dǎo)電膜102上形成非晶半導(dǎo)體膜103。在非晶半導(dǎo)體膜103中形成p型非晶半導(dǎo)體膜103a、不包含賦予導(dǎo)電型雜質(zhì)的非晶半導(dǎo)體膜103b、以及n型非晶半導(dǎo)體膜103c。
在本實(shí)施方式中，作為p型非晶半導(dǎo)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(dǎo)電型雜質(zhì)的非晶半導(dǎo)體膜103b，可以使用由等離子CVD法形成的真性非晶半導(dǎo)體膜。而且，作為n型非晶半導(dǎo)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(dǎo)體膜103后，形成有機(jī)材料層104(參照圖1A)。作為有機(jī)材料層104，可以使用改變非晶半導(dǎo)體膜103的表面性質(zhì)的有機(jī)材料，比如含有碳氟鏈的物質(zhì)或含有硅烷偶聯(lián)劑的物質(zhì)等。硅烷偶聯(lián)劑以化學(xué)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(zhì)。此外，X由能夠通過和基質(zhì)表面的羥基或吸收水縮合而結(jié)合的水解基構(gòu)成，如鹵素、甲氧基、乙氧基或乙酰氧基。通過形成有機(jī)材料層104，也就是利用有機(jī)材料對非晶半導(dǎo)體膜103的表面進(jìn)行處理，可以改變非晶半導(dǎo)體膜103的表面性質(zhì)，從而使其潤濕性變低。
另外，作為硅烷偶聯(lián)劑的代表性實(shí)例，通過采用在R中具有氟烷基的氟基硅烷偶聯(lián)劑(氟烷基硅烷(FAS))，可以進(jìn)一步降低潤濕性。FAS的R具有用(CF3)(CF2)x(CH2)y(x從0到10的整數(shù)，y從0到4的整數(shù))表示的結(jié)構(gòu)。在多個(gè)R或X結(jié)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(dǎo)體膜103表面性質(zhì)的材料，可以使用在R中沒有碳氟鏈而有烴基的硅烷偶聯(lián)劑，例如，可以使用十八烷基三甲氧基硅烷等作為有機(jī)硅烷。
當(dāng)通過涂敷法在非晶半導(dǎo)體膜103的表面上形成用于改變非晶半導(dǎo)體膜103表面性質(zhì)的材料時(shí)，作為分散上述物質(zhì)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(huán)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(jī)材料層104改變非晶半導(dǎo)體膜103的表面性質(zhì)，當(dāng)在后面步驟中由導(dǎo)電膏形成電極時(shí)，可以增大導(dǎo)電膏和非晶半導(dǎo)體膜103表面之間的接觸角。所以，可以認(rèn)為這種非晶半導(dǎo)體膜的表面性質(zhì)的改變是因?yàn)榉蔷О雽?dǎo)體膜的羥基和有機(jī)材料層起反應(yīng)而造成的。
接下來，通過激光劃片處理形成穿過透明導(dǎo)電膜102、非晶半導(dǎo)體膜103和有機(jī)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50μm到300μm。接觸孔106和107到達(dá)透明導(dǎo)電膜102。而且，如圖1B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(wǎng)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(fù)性抗蝕劑如基礎(chǔ)樹脂、聯(lián)苯硅烷二醇(diphenylsilane diol)以及酸產(chǎn)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(jī)溶劑如甲基乙基酮和丙酮等?？梢愿鶕?jù)抗蝕劑的種類適當(dāng)?shù)卮_定溶劑的濃度。
而且，在接觸孔107中填充導(dǎo)電膏，通過噴墨法或網(wǎng)板印刷法等形成電極109(參照圖2B)。作為導(dǎo)電膏可以使用含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)或鎳(Ni)等金屬材料的導(dǎo)電膏或?qū)щ娞几?。在本?shí)施方式中，采用銀(Ag)膏形成電極109。
當(dāng)形成電極109時(shí)，由于通過在非晶半導(dǎo)體膜103的表面上形成有機(jī)材料層104而使導(dǎo)電膏的對于有機(jī)材料層104的表面張力變大，所以可以減少由導(dǎo)電膏遮蔽光的區(qū)域。
在形成電極109后，形成與電極109電連接的導(dǎo)電層110(參照圖3)。作為導(dǎo)電層110的形成方法，可以采用濺射法、汽相淀積法、電鍍法、網(wǎng)板印刷法或噴墨法，或者同時(shí)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(dǎo)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(dǎo)電膏作為導(dǎo)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(jī)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(cè)的情況。
絕緣層108和電極109優(yōu)選形成為不越出到接觸孔106和107外側(cè)。如圖11A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11B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(jù)上述步驟，可以制造本發(fā)明的太陽電池。通過實(shí)施本發(fā)明，可以制作具有比常規(guī)更大的光接受區(qū)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(gè)襯底的每單位面積上能夠獲得更多的太陽電池。
實(shí)施例1將利用圖4A到4C、圖5及圖6說明本實(shí)施例。在本實(shí)施例中，提供以有機(jī)樹脂材料作為襯底并在同一襯底上使多個(gè)單元電池串聯(lián)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(jī)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(dāng)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(dāng)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(shí)施例的太陽電池時(shí)，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(yōu)選使用60μm到100μm厚的有機(jī)樹脂薄膜襯底。
本實(shí)施例中所制造的太陽電池具有在襯底的與形成有光電轉(zhuǎn)換層側(cè)相反的面上接受光的結(jié)構(gòu)，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)(Indium Tin Oxide(ITO))、氧化鋅(ZnO)、氧化錫(SnO2)、ITO-ZnO合金等以40nm到200nm(優(yōu)選為50nm到100nm)的厚度而形成。然而，上述有機(jī)樹脂材料的可以連續(xù)使用的最高溫度是200℃或更低，所以，在形成透明電極層502時(shí)，在通過濺射法或真空氣相淀積法并將襯底的溫度設(shè)定為比室溫高150℃左右的條件下形成薄膜。詳細(xì)制造條件可以由操作人員適當(dāng)?shù)剡x擇，在要形成上述膜厚的情況下，需要獲得20Ω到200Ω/□的薄層電阻。
從透明電極膜的低電阻化的角度看，優(yōu)選使用ITO膜，但是在其上形成半導(dǎo)體層時(shí)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(xiàn)象，優(yōu)選在ITO膜上形成SnO2膜或ZnO膜。含有1到10wt％的鎵(Ga)的ZnO(ZnO: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(shí)例，形成具有50nm到60nm厚的ITO膜，并在其上形成25nm的ZnO:Ga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(zhuǎn)換層503采用通過等離子CVD法制作的非單晶半導(dǎo)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(μc-Si:H)形成光電轉(zhuǎn)換層。光電轉(zhuǎn)換層503由pin結(jié)構(gòu)成，但是作為價(jià)電子被控制的p型和n型層可以使用在a-Si:H或μc-Si:H中摻雜有硼或磷等雜質(zhì)元素的材料。尤其是，為了降低光吸收損耗，或?qū)崿F(xiàn)對透明電極層或背面電極層的良好歐姆接觸，優(yōu)選使用μc-Si:H。
本實(shí)施例的光電轉(zhuǎn)換層503顯示從透明電極層502一側(cè)依次層疊p型半導(dǎo)體層503a、i型半導(dǎo)體層503b和n型半導(dǎo)體層503c的狀態(tài)，并且每個(gè)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(jié)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(jié)作為一個(gè)單元，并層疊多個(gè)pin結(jié)以形成疊層型結(jié)構(gòu)，還可以提高開路電壓。
然后，在光電轉(zhuǎn)換層503上形成用于改變光電轉(zhuǎn)換層503的表面性質(zhì)的有機(jī)材料層504。有機(jī)材料層504可以利用在實(shí)施方式中所示的形成有機(jī)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(gè)單元電池，通過激光處理法(激光劃片)形成穿過有機(jī)材料層504到透明電極層502的開口M1-Mn和C1-Cn。開口C1-Cn是用于形成單元電池實(shí)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(zhǔn)分子激光器等?？傊?，通過在透明電極層502和光電轉(zhuǎn)換層503層疊在一起的狀態(tài)下進(jìn)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(jù)上述步驟，透明電極層502和光電轉(zhuǎn)換層503分別被分割為T1-Tn和K1-Kn。然后，如圖4C所示，由噴墨法或網(wǎng)板印刷法等將導(dǎo)電膏填充在開口M1-Mn中以形成連接電極層E1-En。
作為導(dǎo)電膏，可以使用含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)等金屬材料的導(dǎo)電膏或?qū)щ娞几唷Ｔ诒緦?shí)施例中，使用銀(Ag)膏形成連接電極層E1-En。
當(dāng)形成連接電極層E1-En時(shí)，由于在光電轉(zhuǎn)換層503的表面上形成有有機(jī)材料層，所以導(dǎo)電膏的表面張力很大。由此，可以在使導(dǎo)電膏不從開口M1-Mn越出的情況下形成連接電極層E1-En。因此，可以盡量抑制產(chǎn)生遮蔽光的區(qū)域，因而可以增加接受光的面積。
接下來，將絕緣樹脂層Z1-Zn填充在開口C1-Cn中，以進(jìn)行元件的絕緣分離。絕緣樹脂層Z1-Zn是通過噴墨法或網(wǎng)板印刷法等而形成的。
在利用噴墨法形成絕緣樹脂層Z1-Zn的情形中，與連接電極層E1-En同樣，通過形成在光電轉(zhuǎn)換層503表面上的有機(jī)材料層504的作用，可以使絕緣樹脂層Z1-Zn的寬度變細(xì)。
在采用噴墨法形成絕緣樹脂層Z1-Zn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(fù)性抗蝕劑的基礎(chǔ)樹脂、聯(lián)苯硅烷二醇(diphenylsilane diol)和酸產(chǎn)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(jī)溶劑如甲基乙基酮和丙酮等。溶劑的濃度可以根據(jù)抗蝕劑的種類等而設(shè)定。
另外，在采用網(wǎng)板印刷法形成絕緣樹脂層Z1-Zn的情況下，根據(jù)以下所示的步驟形成絕緣樹脂層Z1-Zn。作為用于形成絕緣樹脂層Z1-Zn的絕緣樹脂材料，準(zhǔn)備苯氧基樹脂、環(huán)己烷、異佛爾酮、高阻炭黑、氧相二氧化硅、擴(kuò)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(huán)己烷和異佛爾酮的混合溶液中，與炭黑、氧相二氧化硅、擴(kuò)散劑一起通過鋯質(zhì)球磨機(jī)分散48小時(shí)。然后，添加防沫劑和均化劑進(jìn)一步混合2小時(shí)。接著，添加熱交聯(lián)反應(yīng)性樹脂，如n-丁基密胺樹脂以及促硬劑。
然后，進(jìn)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(wǎng)板印刷法形成絕緣膜。在涂敷后，在160℃的加熱爐中硬化20分鐘，以獲得絕緣樹脂層Z1-Zn。
注意，在本實(shí)施例中首先形成了連接電極層E1-En，但是先形成連接電極層E1-En或先形成絕緣樹脂層Z1-Zn都是可以的。
接下來，形成如圖5所示的背面電極層D1-Dn+1。背面電極層D1-Dn+1可以通過濺射法、汽相淀積法、電鍍法、網(wǎng)板印刷法或噴墨法等而形成。
在采用濺射法時(shí)，作為背面電極層D1-Dn+1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(shí)，作為背面電極層D1-Dn+1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(dǎo)電膏。
下面將說明通過網(wǎng)板印刷法形成背面電極層D1-Dn+1的方法。首先，作為所使用的導(dǎo)電性墨水，準(zhǔn)備石墨粉、高導(dǎo)電炭黑、油酸(擴(kuò)散劑)、以及異佛爾酮(溶劑)。
將這些材料加入球磨機(jī)中進(jìn)行粉碎，以使其變?yōu)槲⒓?xì)顆粒。然后，在其中加入20wt％的飽和聚酯樹脂的γ-丁內(nèi)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(jī)進(jìn)一步分散經(jīng)球磨機(jī)分散混合而成的膏，以獲取導(dǎo)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(jìn)行分塊，并且添加以乙酸溶纖劑和二甲苯為1∶1的溶劑進(jìn)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(kuò)散劑充分地進(jìn)行混合并除泡，以獲取導(dǎo)電碳膏。
而且，通過網(wǎng)板印刷法將所獲得的導(dǎo)電碳膏印刷為預(yù)定圖案，并在平整和干燥處理后以150℃堅(jiān)固地硬化30分鐘，以形成如圖5所示的背面電極層D1-Dn+1。
每個(gè)背面電極層D1-Dn+1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E1-En。背面電極層D1-Dn+1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(zhǔn)備環(huán)氧樹脂、γ-丁內(nèi)酯、異佛爾酮、防沫劑以及均化劑。
首先，將上述材料的環(huán)氧樹脂完全溶解在γ-丁內(nèi)酯/異佛爾酮的混合溶劑中，并利用鋯質(zhì)球磨機(jī)分散。然后，在添加防沫劑和均化劑后進(jìn)一步混合，并添加熱交聯(lián)反應(yīng)性成分的丁基密胺樹脂。
將這些材料進(jìn)一步混合分散，以獲取具有透明性和絕緣性的用于保護(hù)表面和密封膜的組成物墨水。
通過網(wǎng)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℃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(jié)在一起。
根據(jù)上述步驟，在襯底501上形成由透明電極層T1-Tn、光電轉(zhuǎn)換層K1-Kn、連接電極層E1-En和背面電極層D1-Dn+1構(gòu)成的單元電池。并且通過利用開口M1-Mn將彼此相鄰的背面電極層D1-Dn+1連接到透明電極層T1-Tn，可以制作n個(gè)串聯(lián)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中的開口C1-Cn、M1-Mn、連接電極層E1-En、絕緣樹脂層Z1-Zn、背面電極層D1-Dn+1的位置關(guān)系的俯視圖。如圖6所示，串聯(lián)連接單元電池U1-Un而形成太陽電池。
實(shí)施例2在本實(shí)施例中，將參考圖7、圖8A到8C和圖9說明將使用本發(fā)明而形成的太陽電池應(yīng)用于各種電子器具中的例子。
圖7是從背面電極層側(cè)看本實(shí)施例的太陽電池時(shí)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(qū)動機(jī)構(gòu)的部分)的太陽電池的一個(gè)實(shí)例。襯底601是具有70μm厚的有機(jī)樹脂薄膜，只要是在實(shí)施例1中描述的有機(jī)樹脂材料就都可以被應(yīng)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601一側(cè)層疊透明電極層、光電轉(zhuǎn)換層、背面電極層和密封樹脂層而構(gòu)成的，這些層用與實(shí)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(gè)單元電池，該太陽電池的串聯(lián)結(jié)構(gòu)基本上與實(shí)施例1一樣。
在圖7中，由在透明電極層YT1-YT4和光電轉(zhuǎn)換層YK1-YK4中形成的開口YC0，或由在開口YC0之內(nèi)側(cè)的開口YC1-YC4來形成單元電池YU1-YU4。開口YC0-YC4被絕緣樹脂層YZ0-YZ4填充。
連接電極層YE1-YE4通過噴墨法使用金屬膏如銀(Ag)膏形成在光電轉(zhuǎn)換層和透明電極層中。背面電極層YD1-YD4分別經(jīng)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(gè)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(cè)的輸出電極YD0，并輸出電極YD0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(zhuǎn)換層和背面電極層。在透明電極層和光電轉(zhuǎn)換層中通過激光處理法形成有開口YC0和YM1，在該開口YC0中形成有絕緣層YZ0以便填充開口。透明電極層側(cè)的輸出電極YD0通過形成在開口YM1中的連接電極層YE0連接到單元電池YU1的透明電極層YT1。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8B表示沿連接到外部襯底的連接部分606周邊的B-B’線的剖面圖。在襯底601上形成有透明電極層YT4、光電轉(zhuǎn)換層YK4和背面電極層YD4。透明電極層YT4根據(jù)開口YC0形成在邊緣的內(nèi)側(cè)，而且絕緣層YZ0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YZ3絕緣分離。同樣，光電轉(zhuǎn)換層YK3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(shí)現(xiàn)。
根據(jù)上述步驟，可以形成將單元電池YU1-YU4串聯(lián)的太陽電池。作為在計(jì)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(nèi)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(gè)實(shí)例的視圖，亦即表示經(jīng)連接簧將光電轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換裝置702的結(jié)構(gòu)，其中，在襯底702a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(jié)構(gòu)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(shí)現(xiàn)電連接。由于這種利用機(jī)械力的施壓接觸式連接結(jié)構(gòu)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10A表示安裝有根據(jù)上述步驟而形成的太陽電池的手表。在圖10A中，801表示機(jī)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10B表示安裝有根據(jù)本發(fā)明制作的太陽電池的計(jì)算器。在圖10B中，901表示機(jī)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(shí)施例1的圖5或圖6中所示的太陽電池。
根據(jù)本發(fā)明，通過使太陽電池的電極層和絕緣分離層的形狀微細(xì)化而去掉多余部分，從而可以減小遮蔽光的區(qū)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?qū)崿F(xiàn)小型化和輕量化。
權(quán)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光電轉(zhuǎn)換層；在所述光電轉(zhuǎn)換層上形成有機(jī)材料層；在所述光電轉(zhuǎn)換層中形成到達(dá)所述第一電極層的開口；以及在所述開口中填充導(dǎo)電膏以形成第二電極層，其中，提供所述有機(jī)材料層以增大所述導(dǎo)電膏和所述光電轉(zhuǎn)換層的接觸角。
2.根據(jù)權(quán)利要求1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。
3.根據(jù)權(quán)利要求2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(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。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽電池的制造方法，其中所述有機(jī)材料層含有硅烷偶聯(lián)化合物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽電池的制造方法，其中所述導(dǎo)電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的太陽電池的制造方法，其中所述有機(jī)材料層是為了防止導(dǎo)電膏溢出到開口外而形成的。
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(zhuǎn)換層；通過使用有機(jī)材料對所述光電轉(zhuǎn)換層的表面進(jìn)行處理以改變所述光電轉(zhuǎn)換層的表面性質(zhì)；在所述光電轉(zhuǎn)換層中形成到達(dá)所述第一電極層的開口；以及在所述開口中填充導(dǎo)電膏以形成第二電極層，其中，通過使用所述有機(jī)材料對所述光電轉(zhuǎn)換層進(jìn)行處理，以增大所述導(dǎo)電膏和所述光電轉(zhuǎn)換層的接觸角。
8.根據(jù)權(quán)利要求7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。
9.根據(jù)權(quán)利要求8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(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。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的太陽電池的制造方法，其中所述有機(jī)材料層含有硅烷偶聯(lián)化合物。
11.根據(jù)權(quán)利要求7的太陽電池的制造方法，其中所述導(dǎo)電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少一種。
12.根據(jù)權(quán)利要求7的太陽電池的制造方法，其中改變所述光電轉(zhuǎn)換層的表面性質(zhì)以防止導(dǎo)電膏溢出到開口外。
13.一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(zhuǎn)換層；通過改變所述光電轉(zhuǎn)換層的表面性質(zhì)以降低潤濕性；在所述光電轉(zhuǎn)換層中形成到達(dá)所述第一電極層的開口；以及在所述開口中填充導(dǎo)電膏以形成第二電極層。
14.根據(jù)權(quán)利要求13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。
15.根據(jù)權(quán)利要求14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(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。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的太陽電池的制造方法，其中通過使用有機(jī)材料對所述光電轉(zhuǎn)換層的表面進(jìn)行處理以改變所述光電轉(zhuǎn)換層的表面性質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的太陽電池的制造方法，其中所述有機(jī)材料層含有硅烷偶聯(lián)化合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求13的太陽電池的制造方法，其中所述導(dǎo)電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少一種。
19.一種太陽電池，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(zhuǎn)換層；在所述光電轉(zhuǎn)換層上的有機(jī)材料層；在所述光電轉(zhuǎn)換層中的到達(dá)所述第一電極層的開口；以及通過使用導(dǎo)電膏填充在所述開口中而形成的第二電極層，其中，所述有機(jī)材料層是在整個(gè)所述光電轉(zhuǎn)換層上形成的。
20.根據(jù)權(quán)利要求19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。
21.根據(jù)權(quán)利要求20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)中的一種。
22.根據(jù)權(quán)利要求19的太陽電池，其中所述有機(jī)材料層含有硅烷偶聯(lián)化合物。
23.根據(jù)權(quán)利要求19的太陽電池，其中所述導(dǎo)電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少一種。
24.根據(jù)權(quán)利要求19的太陽電池，其中所述有機(jī)材料層是為了防止導(dǎo)電膏溢出到開口外而形成的。
25.一種太陽電池，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(zhuǎn)換層；在所述光電轉(zhuǎn)換層中的到達(dá)所述第一電極層的開口；通過使用導(dǎo)電膏填充在所述開口中而形成的第二電極層；以及在所述光電轉(zhuǎn)換層和所述第二電極層上的第三電極層，其中，改變所述光電轉(zhuǎn)換層的整個(gè)表面的性質(zhì)以降低其潤濕性。
26.根據(jù)權(quán)利要求25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。
27.根據(jù)權(quán)利要求26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)中的一種。
28.根據(jù)權(quán)利要求25的太陽電池，其中所述光電轉(zhuǎn)換層的整個(gè)表面含有氟和碳中的至少一種。
29.根據(jù)權(quán)利要求25的太陽電池，其中所述光電轉(zhuǎn)換層的整個(gè)表面含有硅烷偶聯(lián)化合物。
30.根據(jù)權(quán)利要求25的太陽電池，其中所述導(dǎo)電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少一種。
31.一種半導(dǎo)體器件的制造方法，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(zhuǎn)換層；在所述光電轉(zhuǎn)換層上形成有機(jī)材料層；在所述光電轉(zhuǎn)換層中形成到達(dá)所述第一電極層的開口；以及在所述開口中填充導(dǎo)電膏以形成第二電極層，其中，提供所述有機(jī)材料層以增大所述導(dǎo)電膏和所述光電轉(zhuǎn)換層的接觸角。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述襯底由玻璃、不銹鋼或高分子材料形成。
33.根據(jù)權(quán)利要求32的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述高分子材料是選自聚萘二甲酸乙二醇酯(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。
34.根據(jù)權(quán)利要求31的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述有機(jī)材料層含有硅烷偶聯(lián)化合物。
35.根據(jù)權(quán)利要求31的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述導(dǎo)電膏含有銀(Ag)、金(Au)、銅(Cu)、鎳(Ni)和碳中的至少一種。
36.根據(jù)權(quán)利要求31的半導(dǎo)體器件的制造方法，其中所述有機(jī)材料層是為了防止導(dǎo)電膏溢出到開口外而形成的。
全文摘要
本發(fā)明的目的是通過使形成在太陽電池中的電極微細(xì)化，以實(shí)現(xiàn)太陽電池的微細(xì)化。本發(fā)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(zhuǎn)換層；在所述光電轉(zhuǎn)換層上形成有機(jī)材料層；在所述光電轉(zhuǎn)換層中形成到達(dá)所述第一電極層的開口；在所述開口中填充導(dǎo)電膏以形成第二電極層，其中，所述有機(jī)材料層改變所述光電轉(zhuǎn)換層的表面性質(zhì)，因而增大所述導(dǎo)電膏和所述光電轉(zhuǎn)換層的接觸角。根據(jù)本發(fā)明，通過在光電轉(zhuǎn)換層的表面上形成有機(jī)材料層，可以降低光電轉(zhuǎn)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(xì)。
文檔編號H01L31/042GK1825654SQ20061000512
公開日2006年8月30日 申請日期2006年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月14日
發(fā)明者西和夫, 青木智幸, 伊佐敏行, 藤井嚴(yán) 申請人:株式會社半導(dǎo)體能源研究所