專利名稱：整片串聯(lián)和并聯(lián)的光電組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于光電池領(lǐng)域，特別是關(guān)于制造一種整片內(nèi)聯(lián)的光電池組件的裝置和方法。
眾所周知，在薄膜半導體技術(shù)領(lǐng)域中，將太陽能轉(zhuǎn)變成電能的光電池可以通過在兩個電極之間夾一層半導體結(jié)構(gòu)，例如非晶硅PIN結(jié)構(gòu)，而制成，就如美國專利4，064，521中所公開那樣。其中的一個電極的典型的結(jié)構(gòu)應(yīng)是透明的，以便太陽光可照到半導體材料上。這個“前”電極(或稱“接觸電極”)可以用一層透明的導電氧化物薄膜材料，如氧化錫，(其厚度小于10微米)所組成，而且通常是構(gòu)成在由玻璃或塑料所制得的透明支承基底和光電半導體材料之間。“后”電極(或接觸電極)是制做在與前電極相反的那一面的半導體材料的表面上。通常是由金屬薄膜，如鋁所組成。后電極也可以用諸如氧化錫那樣的透明材料制成。
然而，對于大多數(shù)用途來說，跨接在單個光電池的電極上而產(chǎn)生的電壓是不夠的。為了在光電半導體器件上獲得足夠的功率、就必須把單個光電池串聯(lián)而成一個列陣，在此稱為光電組件，圖一表示一種串聯(lián)光電池的典型安排。


圖1所示的光電組件10是由許多光電池12串聯(lián)而形成的，這些光電池12都被制作為基底14上，而太陽光16也通過這層基底16照射到光電池上。每個光電池包括一個由透明的導電氧化物制成的前電極18，一個由半導體材料，如非晶硅氫化物制成的光電元件20，以及一個由金屬材料，如鋁或透明材料，如氧化錫制成的后電極22。光電元件20可以包括一個PIN結(jié)構(gòu)。相臨的前電極18是被充填滿了半導體材料光電元件20的第一凹槽所隔開。在第一凹槽中的半導體介電材料將相臨的前電極18在電氣上互相絕緣開。而填滿了金屬以作為后電極的第二凹槽又把相臨的光電元件20互相隔開。這樣就使一個光電元件的前電極和另一個相臨光電元件的后電極互相串聯(lián)起來了。而相臨的后電極22則被第三凹槽28，在電氣上互相絕緣開的。
如圖1所示的薄膜光電組件的典型制造方法是掩模沉積方法，一種適當?shù)募夹g(shù)就是在硅烷氣氛中用輝光放電將半導體材料沉積在基底上，就如美國專利4，064，521所述。常規(guī)的用于制作凹槽以隔開相臨光電池的工藝是采用正負抗蝕劑的抗蝕掩模絲網(wǎng)光刻方法以及機械放電或激光劃刻法。激光劃刻和絲網(wǎng)光刻法是包括非晶硅光電組件在內(nèi)的薄膜半導體器件的經(jīng)濟實用和高效率的生產(chǎn)方法。激光劃刻法比之與絲網(wǎng)光刻法具有優(yōu)越性，因為激光劃刻法的附加優(yōu)點是把相臨光電元件隔開而成為多個光電池的凹槽的寬度只有25微米以下，大大小于典型的絲網(wǎng)刻法制出的凹槽寬度380-500微米。所以由激光劃刻法制造出來的光電組件具有更高的有效產(chǎn)電面積百分比，從而比由絲網(wǎng)光刻法制造的組件具有更高的效率。美國專利4，292，092公開了激光劃刻法劃刻光電組件層的方法。
參見圖1，一種使用激光劃刻法制造多個光電池組件的方法包括在透明的基底14上沉積透明導電的氧化物連續(xù)薄膜，劃刻第一凹槽24，把透明導電的氧化物薄膜分離成前電極18，在前電極的頂部和第一凹槽24中制作一層連續(xù)的半導薄膜，在臨近第一個凹槽24處平行地劃刻出第二凹槽以便將半導體材料分隔成獨立的光電元件20(或稱為“光電段”)并將前電極18的一部分暴露出來而成為第二凹槽的底部，在光電元件20上和在第二凹槽26中制成一層連續(xù)的金屬薄膜以使該金屬與前電極之間構(gòu)成電連接，然而在臨近第二凹槽26處與之相平行地劃刻出第三凹槽28以便將相臨的后電極22分隔并互相絕緣開。
到目前為止，已有技術(shù)中光電組件的顯著缺點是大的光電組件不具有產(chǎn)生任何所要求的電壓輸出。所謂“大的光電組件”即意味著數(shù)量級為1平方英尺以上的組件，所謂“小的電壓輸出”即意味著電壓為12-15伏以下的輸出。
眾所周知，光電組件的電壓輸出直接和所串聯(lián)的光電元件的數(shù)量有關(guān)。亦即元件數(shù)量愈多劃電壓愈高。在一個大的光電組件中，一種控制電壓輸出的方法就是減少在組件中的單個光電池的數(shù)量的同時增加每個光電池的尺寸，主要是增加其寬度，這類組件已由美國專利4，542，255(Tanner等人所發(fā)明)中公開。但這份專利中的不足之處就是元件寬度增加時單個光電元件的填充系數(shù)就下降了。于是光電元件的效率和輸出功率就將隨著光電池的尺寸的增加而降低。
本發(fā)明的目的就是提供一種光電組件及其制造方法，使大的光電組件可以具有最佳的單個光電元件的寬度以獲得最大的功率輸出。
也希望在某些應(yīng)用中，比如汽車頂蓋上的組合光電池組件中，增加通過光電組件的透光性。這可以用前后兩個接觸面電極都做成透明的方法來實現(xiàn)。這種透明電極(接觸面)可以用氧化錫來制成。增加光電組件的透明性也可以用減少組件上每一個光電池的寬度，亦即增加組件上劃刻線的數(shù)目而增加光的透明性。
本發(fā)明的又一個目的是提供一種具有寬度較小的單個光電元件的光電組件以便保持光電組件的輸出電壓獲得任何所希望的數(shù)值。
本發(fā)明還涉及一種沉積窄長導電帶的方法，在已有技術(shù)中，如Tanner等人的專利中，是由絲網(wǎng)印刷光刻法來沉積導電帶的。但是絲網(wǎng)光刻法用來制作導電帶會消耗很多導電液，而且不易自動化，重復(fù)率也差。還難于控制膜層的厚度。
本發(fā)明公術(shù)提供一種沉積窄長導電帶的方法，但不浪費導電液，易于用計算機來控制所產(chǎn)生膜型的重復(fù)性，而且還易于控制膜的厚度。
本發(fā)明的所有附加的優(yōu)點中的一部分是由下面的說明書中加以描述的，另一部分也在說明書中可以顯而易見地看到的，或者是從本發(fā)明的實施中可以獲得的。本發(fā)明的優(yōu)點也可以從所申請的權(quán)利要求所提出的方法中獲得和理解到。
為了克服已有技術(shù)中所存在的問題，并且作為本發(fā)明的目的，在此加以詳細描述的是一種薄膜半導體器件，包括一塊基底，和沉積在基底上的一層被第一劃刻線隔成許多段的前接觸層，多個段組成一個子組件，至少一個子組件組成一個組件。
第一條母線用于將子組件并聯(lián)相聯(lián)。在前接觸層上布置一層半導體薄膜，再在這層半導體薄膜上布置一層后接觸導。沿著靠近第一劃刻線的第二劃刻線，劃刻出后接觸層，互連線用于將前接觸層和后接觸層之間的相臨區(qū)域互相連通。
根據(jù)本發(fā)明提供的一種在半導體基底上沉積狹長固體導電帶的方法，本方法包括將含有導電金屬或含有有機金屬組分的導電液沉積在這塊基底上，并使之固化而在該基底上制成一條固體的窄長條帶，而其布線圈則與導電液所構(gòu)成的圖型完全相同。
本發(fā)明進一步提供一種在半導體基底上沉積出一條窄長的導電條帶布線圖的方法，本方法包括在半導體基底上沉積上一種含有導電金屬或組分和載液的導電液，然后從沉積在基底上的導電液中除去載液以便在該基底上形成相對固定的導電金屬或金屬有機化合物組成的固態(tài)布線圖。
作為本說明書的一部分的附圖表明了本發(fā)明的一個實施例，并與說明書一起解釋本發(fā)明的原理。
圖1是按照已有技術(shù)方法制造已有技術(shù)光電組件的透視圖。
圖2(a)-2(g)表示子采用激光光刻布線法制作光電組件的方法的各個步驟的草圖。
圖3表示了一塊基底的頂視圖，該基層上沉積有一層被劃刻后的前導電層和沉積在前導電層上的連接條。
圖4表示了一塊基底的頂視圖，該基底上沉積有一層被劃刻后的前導電層和沉積在前導電層上的連接條和母線。
圖5表示了一塊基底的頂視圖，該基底上沉積有被劃刻后的前導電層和沉積在前導電層上的連接條。
圖6表示了一塊基底的頂視圖，該基底上沉積有一層被劃刻后的前導電層和沉積在前導電層上的連接條和和母線。
圖7表示了在前導電層上布置公共母線和連接條的沉積方法步驟的流程圖。
圖8表示實現(xiàn)圖7方法所用的裝置的方框圖。
現(xiàn)將詳細敘述本發(fā)明的最佳實施例，并結(jié)合附圖予以闡明。
圖2(g)是一個由多個光電池組成的薄膜光電組件的剖面圖，以標號110來表示該組件。光電組件110是在平坦、透明的基底上，由很多串聯(lián)連接的是光電池112所組成。在工作中，由于陽光116通過由玻璃制成的基底114而產(chǎn)生電能。每一個光電池112包括一個由透明導電氧化物制成的前電極段118，一個由如氫化非晶硅等半導體材料制成的光電元件120，以及一個由如鋁、或如氧化錫等導電材料所制成的后電極122。相臨的各前電極段被第一凹槽124所分隔開，而第一凹槽中又被用作光電元件120的半導體材料所充滿。相臨的各個光電元件120又被第二凹槽126和第三凹槽128所分隔開。在第二凹槽126和第三凹槽128之間有一塊不起作用的非活性部分，這塊非活性部分對于將太陽光轉(zhuǎn)變成電能來說是不起作用的。第二凹槽126中充滿了后電極122的材料以便將一個光電池的前電極和其相臨的光電池的后電極互相串聯(lián)起來。在第三凹槽128的頂部的縫隙129把相臨的兩個后電極122相互在電氣上絕緣開。
現(xiàn)在將制作光電組件110的方法結(jié)合圖2(a)-2(g)加以描述。
按照本發(fā)明，在透明基底114上，如圖2(a)所示制造一層實際上是連續(xù)的透明導電氧化物薄膜132，最好是氟處理的氧化錫。導電氧化物薄膜132可以用已有技術(shù)，如用化學蒸發(fā)沉積的方法制成。透明導電氧化物的厚度可以按光電組件的應(yīng)用的要求而定。
然而，使用激光將導電氧化物膜132沿著預(yù)定的布線圈上的線條互相并行地加以劃刻以便將薄膜132用第一凹槽124分隔成互相并行的前電極118。如圖2(b)所示。美國專利4，292，092公開了一種雖不是唯一的但卻是適用的激光劃刻技術(shù)。相對于基底移動激光束或者相于固定的激光束移動位于X-Y工作臺上的基底都可以完成劃割工藝。最好是(通過基底114)從前面進行劃刻，也可以從背面(直接在氧化物薄膜132上)進行劃刻。第一凹槽124的寬度最佳值約為25微米。
如圖3所示的是本發(fā)明的布置在基底上的前接觸層的實施例。按照本發(fā)明，前接觸層包括由第一劃刻線條124分隔開后而形成的許多段118。每一個用虛線(如圖3所示)分隔出來的劃片301是獨立的以保證相臨的段不致互相短路。如圖3所示，各個段118被第一劃刻線124所分隔開并互相定向。很多段118集合在一起組成一個子組件304。至少一個子組件304集合在一起組成一個光電組件。顯然，如果在一個組件中只有一個子組件304時，如像在圖3中那樣，則兩個子組件就成為互為延伸的了。
在本發(fā)明的一個實施例中，如圖3所示，兩個子組件304和304′并排地布置在基底上。每個子組件304和304′都有很多平排布置并被第一劃刻線124所分隔開的段118。眾所周知，光電組件在使用中必須將每一串光電組件的頭連接在一起。按照本發(fā)明，器件中的這種連接是由連接條306所實現(xiàn)。連接條306上裝有焊片308，這樣可以用焊接將導線焊到焊片上以便把光電組件和驅(qū)動裝置相聯(lián)結(jié)。(驅(qū)動裝置在圖中示未表明)。
這兩個子組件304和304′可以沿著割線311把它倆切割開。
在本發(fā)明的另一個實施例中，如圖4所示，兩個子組件304′和304″并排布置在一塊基底上。每一個子組件都包括很多并排而又被劃刻線124分開了的段118;對這一點而言圖4的實施例是與圖3一樣的。但是，本實施例中有一條第一公共母線310將子組件304′和304″互相連接起來。第一公共母線應(yīng)制作得足夠長以便使第一和第二子組件可以互相并聯(lián)連接。也就是說，子組件304′和304″的正邊之間或其負邊之間分別互相連接起來而形成一個組件314。在這種方式中，所成的組件的輸出電壓和每個構(gòu)成它的子組件的輸出電壓是相同的。而這個組件的輸出電流則是構(gòu)成它的兩個子組件的輸出電流之和。
圖5表示了本發(fā)明的另一個實施例，其中每塊基底上有四個子組件304-304″所組成，每個子組件包括了被劃刻線124所分隔開的許多段118。每個子組件的兩個端點上各有連接條306，以提供一個收集和連接點用于每個子組件的功率輸出。每個子組件還可以沿著劃線311和311′被切開而成為獨立的組件。
圖6表示了本發(fā)明的又一個實施例。每塊基底上布置有四個子組件304-304。每個子組件包括了被劃刻線124分隔開的并排著的很多段118。關(guān)于這一點，圖6的實施例是和圖5的實施例是一樣的。但是在圖6的實施例中，第一公共母線310是將子組件304和304′并聯(lián)起來以組成組件314，而又將子組件304″和304并聯(lián)起來以組成組件314′。
下面的實施例是用來描述按照本發(fā)明制作光電組件的方法。
實施例一本實施例是在一塊2英尺×4英尺的基底上制作兩個獨立的子組件的方法。這種子組件表示在圖3中。經(jīng)過計算，各具28個段的兩個子組件可以布置在一塊基底上。每一段的尺寸應(yīng)是0.375英寸×47英寸(即0.953厘米×119.38厘米)。這樣一來，每個段的面積應(yīng)是114厘米2。經(jīng)過計算得出每個子組件的VLD就是15伏而ILD應(yīng)是1.200安，其中LD的下標是指負載值。
每個子組件可以沿著割線310劃割分開實施例二本實施例是制作一個包括兩個子組件的組件，如圖44所示。經(jīng)過計算，兩個子組件可以布置在一塊2英尺×4英尺的基底上。每一個子組件包括28個尺寸為0.388英寸(0.985厘米)×46.50英寸(118.11厘米)的段。這些段的面積是116.33厘米2，而一個子組件的面積為3257.24厘米2，計算得出VLD是15伏，ILD則是1.233安。用一條公共母線將兩個子組件并聯(lián)在一起所組成的組件的電壓VLD是15伏，電流ILD是2.466安。
實施例三本實施例是在一塊2英尺×4英尺的基底上制作四個子組件，如圖5所示。經(jīng)過計算，布置在基底上的四個子組件，每個子組件有28個段。每個段的尺寸是0.375英寸(0.953厘米)×23英寸(58.42厘米)，每個子組件的面積是55.67厘米2，每個組件的面積是1559厘米2。經(jīng)過計算，每個子組件的VLD是15伏，ILD是590毫安。
每個子組件都可被分成獨立的子組件，如圖5所示，沿著切割線311和311″可以把四個子組件互相分割開。
實施例四本實施例是在一塊2英尺×4英尺的基底上制作兩個組件，每個組件包含兩個子組件，如圖6所示。經(jīng)過計算，布置在2英尺×4英尺基底上的四個子組件，每個子組件包括28個段，每個段的尺寸是0.388英寸(0.985厘米)×22.5英寸(57.15厘米)。每個段的面積是56.32厘米2。而每個子組件的面積是1577厘米2。經(jīng)過計算VLD為15伏，ILD為0.597安。用一條公共母線將子組件并聯(lián)后，組件上可獲得VLD為15伏，ILD為1.190安。如圖6所示。沿著切割線可以切割成兩個組件，314和314′，每個組件部包括兩個互相并聯(lián)相連的子組件。
按照本發(fā)明的方法，第一公共母線是在基底上沉積一條窄長的條帶。本發(fā)明的導電條帶包括連接條和公共母線，都是用導電材料制作的。
導電條帶通常是把導電液沉積在基底上制成，導電液包括導電金屬或有機金屬組分，例如，銀、銅、鎳、鋁、金、鉑、鈀或其混合物，導電液中最好包含一種載液，它可以幫助導電金屬或有機金屬組分的傳遞。導電液應(yīng)該是相當均勻并且有適當?shù)恼硿取Ｒ员憧梢猿练e成所要求的圖形。該粘滯度也不能太低而成為流淌的液體以致難于成形，或者離析出各種組分出來。當然粘滯性又不能太高以致將沉積裝置阻塞住。或者難于形成均勻的布線。載體從導電液中被除掉的條件不應(yīng)非常苛刻，也不應(yīng)使導電材料或基底的性能變壞。最好采用短時適度的加熱就可以將載液從導電液中除去。
導電液中最好包含有玻璃原料以便改善導電材料的機械強度和對基底的附著力。采用玻璃原料時，在導電液沉積在基底上之后，將導電液加熱一段時間燒結(jié)玻璃原料、形成所要求性能的導電材料。此步驟所需的溫度和時間是依含有玻璃原料的導電液的性質(zhì)的不同而定，但一般的范圍是500℃到700℃左右。
美國賓夕法尼西州埃爾溫森(Elerson)有限公司的曼德克(Metech)制造的曼德克3221(Meteeb 3221)是處理上述過程中一種適用的導電液。這是一種在其粘合劑和溶劑中含有銀粒和玻璃原料的軟膏。制造商提供的這種材料含有65%重量比的銀，具有電阻率小于2.0毫歐姆/和粘滯度為4-8千厘泊(Kcps)。
按照本發(fā)明的方法，如圖7的流程圖所示，導電的氧化錫(CTO)沉積在基底上(步驟400)，(基底可以是玻璃)以便構(gòu)成前接觸層132。隨后的導電材料，最好是銀，再沉積在CTO層132上(步驟402)。如上所述，最好采用曼德克3221M(Metech 3221M)作導電液，并用電子聚合器件公司(Electronic Fusion Devices)制造的帶有725D閥門的布線裝置進行布線，采用阿塞姆特克402B(Asymtek 402B)定位裝置進行定位。
沉積導電材料的最好條件如下沉積速度加速度 50英寸/秒/秒速度 7.0英寸/秒階躍設(shè)定值 0.008英寸薄膜厚度 0.0005英寸-0.0100英寸薄膜長度 - 根據(jù)要求而定導電材料沉積之后，即進行加熱固化(步驟404)，這最好在多室系統(tǒng)中完成。在皮帶速率為12英寸/分(皮帶連續(xù)轉(zhuǎn)動)下用200℃烘干1分鐘，再550℃高溫下燒5分鐘。
加熱固化以后，用激光將前接觸層132劃刻而形成劃刻線124(步驟406)。這是按前面所述的方式進行的。完成了劃刻線124之后的其余步驟如圖2(c)-2(g)所示那樣制作出先電組件的各個步驟描述如下。
圖8就是表示了用于完成如圖7的流程圖的裝置。已經(jīng)沉積上一層132的基底114(如圖2(a)所示)放在傳送帶500上。貯存容器504中的導電液502通過導管506流到泵508中。泵508最好是正向旋轉(zhuǎn)泵，并使導電液502的壓力提高以沿著導管510流向噴咀512。導電液502從噴咀512中噴出并成噴流514流向已涂有導電層132的基底114上，噴咀512是由X-Y-Z定位儀513和機械連接515來定位的。噴咀512的運動和定位就可以在導電層132上實現(xiàn)布線516。布出的條帶可以是，例如，導電條306，焊片308和第一公共母線310等如圖4和圖6所示。
然后，傳送帶500啟動而使帶有導電層132和布線516的基底114運動而進入第一加熱爐518中。如果，導電液502采用曼德克3211M(Metech 3211M)則如上所述在第一加熱爐中用200℃加熱一分鐘。而后，傳送帶再啟動并將基底114送進第二加熱爐519中，以便再用550℃高溫加熱5分鐘左右。
應(yīng)該指出，在圖2(a)-2(g)中表示出了前接觸層132但沒有表示出公共母線。但是，應(yīng)該知道;上面所描述的公共母線制作在前接觸層132上的過程是在圖2(c)-2(g)之前進行的。
按照本發(fā)明，然后就如圖2(c)那樣，在前電極118上和第一凹槽124中制作一層實質(zhì)上是半導體材料連續(xù)薄膜134所組成的光電區(qū)，半導體材料將第一凹槽124充滿使相鄰的前電極118在電氣上互相絕緣開。光電區(qū)最好是用氫化非晶硅制成傳統(tǒng)的PIN結(jié)構(gòu)(圖中未表明)，厚度約為6000A，由100A的P層、5200-5500A的I層、和500A的N層所組成，最好用硅烷中的輝光放電來進行沉積，就如美國專利4，064，521所述那樣。而半導體材料可以用Cds/CuInSe2和CdTe。
按照本發(fā)明的第一個實施例的方法，半導體薄膜134可以用激光沿著布線圖上的第二條預(yù)定的線劃刻出第二凹槽126來，它使半導體薄膜134分成很多光電元件120，如圖2(d)所示。前電極118現(xiàn)在就暴露在第二凹槽126的底部?？梢匀匀徊捎脛澘掏该鲗щ娧趸飳?32一樣的激光束進行劃刻，但是功率密度則要減少到只將半導體材料劃刻掉而不能損傷前電極118上的導電氧化物。當然，可以從基底114中的任何一面的方向上對半導體薄膜134進行劃刻。第二凹槽126最好靠近且并行于第一凹槽124進行劃刻，寬度最好約為100微米。
按照本發(fā)明第一實施例的方法，再用導電材料，如金屬，最好是鋁，或者是像氧化錫那樣的透明導體組成的導電薄膜136制作在光電元件120上和第二凹槽126中，如圖2(e)所示。充填第二凹槽126中的導電材料就將薄膜136和露出在第二凹槽126底部的前電極118在電氣上連接起來了，導電薄膜136可以用濺射線其邊已有技術(shù)來制作，薄膜136的厚度和組件應(yīng)用對象有關(guān)。比如，對于用作12伏蓄電池充電用的組件而言，其金屬薄膜136，典型的是用鋁制作的，厚度大約為7000A。
采用激光劃刻法的已有技術(shù)進行的下一個步驟是將金屬薄膜136沿著布線圈的線條劃出一系列凹槽來把薄膜136分割成許多后電極。這種方法，如美國專利4，292，092所教導的那種方法。已經(jīng)證明是很不實用的。因為鋁和其它傳統(tǒng)的用于制作后電極的金屬對激光具有很高的反射率，所以劃刻后電極薄膜所用的激光必須工作在比在半導體薄膜134中劃刻第二凹槽126時高得多的功率密度，通常要高出10倍至20倍以上。
例如，如果金屬薄膜由鋁構(gòu)成，且厚度為7000A，并且鋁的劃刻是采用波長為0.53微米的倍頻釹YAG激光，工作在TEMOO(球)模式時，則激光可以聚焦到25微米，功率到300毫瓦，當用同樣的激光切開半導體薄膜134以制作第二凹槽126時，最好散焦到100微米，功率用在360毫瓦上。雖然用于直接切開鋁時的激光的功率稍低，但每秒每單位面積上的光子數(shù)目，亦即激光的功率密度也是激光束斑尺寸的函數(shù)。對于給定的功率而言，功率密度反比于束斑半徑的平方值。所以在上述實例中對于直接切開鋁膜所需的激光功率密度約為切開非晶硅薄膜所需功率密度的13倍左右。
事實上，要防止采用激光直接切開鋁而又不損壞在下面的半導體材料，確定所需要的功率密度是很困難的。尤其因為熔融的金屬流入劃刻的凹中使相臨的后電極連接而短路，或者因熔融金屬擴散到下面的半導體材料層中產(chǎn)生跨接而將光電元件短路。此外，當下層的半導體材料是由非晶硅構(gòu)成時，我們發(fā)現(xiàn)下層的非晶硅會發(fā)生再結(jié)晶現(xiàn)象。而且，非晶硅PIN結(jié)構(gòu)中的摻雜物經(jīng)常會從N層或P層中擴散出來跑到重結(jié)晶后的I層中去。
所以，按照本發(fā)明的第一個實施例，制作金屬薄膜136之后，金屬薄膜136下層的光電區(qū)120是采用適當功率密度的激光進行劃刻的，以便沿著平行而又臨近第二凹槽126的第三條預(yù)定的布線將半導體材料燒蝕掉，但又不足以燒去前電極118的導電氧化物或薄膜金屬136。尤其是激光器必須工作在這樣的功率水平上，以便燒蝕半導體材料并產(chǎn)生出氣體而使沿著第三布線的金屬薄膜的結(jié)構(gòu)減弱，而且使這部薄膜爆裂，而在金屬薄膜中沿第三布線產(chǎn)生實際上連續(xù)的縫隙，并將金屬薄膜分隔成許多后電極。如圖2(e)所示，其中激光束用標號138予以標明。激光光刻金屬薄膜136是從下面通過基底114將半導體材料燒蝕掉的。
本發(fā)明的這種在半導體材料的薄膜上制作金屬薄膜圖形的方法可以應(yīng)用于不同于在此討論的特定實施例的其他薄膜半導體器件中。顯然，作為本領(lǐng)域的普通知識，本發(fā)明的方法不能用在激光入射一邊有一插入層沉積在半導體薄膜層上，如果這一插入層或薄膜對激光束傳布到半導體薄膜會產(chǎn)生干涉的話，或者這一插入層或薄膜，使反作用于激光束而破壞半導體器件的話。
按照本發(fā)明，沿著第三布線切開光電區(qū)120的半導體材料而制成的第三凹槽128見圖2(f)，第三凹槽128的寬度最好是約100微米，并且由半導體材料的非活性部分和第二凹槽126斷開。如上所述，第三凹槽128中的半導體材料燒蝕而產(chǎn)生的氣體，例如，從非晶硅中產(chǎn)生的硅氣使在被燒蝕的半導體材料下面的金屬薄膜136的結(jié)構(gòu)減弱，而且爆裂以致形成縫隙而將薄膜136分隔成為許多個后電極122。
縫隙129應(yīng)該從垂直于圖2(f)平面的方向看是實際上連續(xù)不斷的，要在薄膜136中產(chǎn)生連續(xù)不斷的縫隙129就必需按照下列諸因素來調(diào)整激光器即金屬薄膜材料的厚度，激光的波長，激光的功率密度，激光的脈沖率，以及劃刻的進給速度。我們發(fā)現(xiàn)，采用波長為0.53微米的倍頻釹YAG激光器來燒蝕厚度約6000A的非晶硅薄膜以便在3000-7000A厚的鋁膜上制作圖形時，激光的脈沖率為5仟赫左右，進給速度為13厘米/秒左右，TEMOO(球)模激光束斑為100微米左右，激光的功率為320-370毫瓦左右，如在上述條件下，而當激光功率工作在320毫瓦以下時，金屬薄膜136部分將保持成跨接第3凹槽的很多橋以致將相臨的光電池造成短路。如果激光器工作超過370毫瓦，則雖能制出連續(xù)不斷的縫隙129，但所得組件的性能，如填充系數(shù)，就變壞了。雖然該項性能下降的確切原因并不很清楚，但是，我們相信，較高的功率水平將使本來應(yīng)該在第三凹槽切開后保留下來的那部分非晶硅光電元件熔化了。此外，增加的功率密度又使激光束進一步切入前電極118中，而增加了串聯(lián)電阻，甚至在功率密度再高的時候，會使相臨光電元件之間的串聯(lián)連接線切斷而導致整個組件不能工作。
因為采用相對而言較低功率的激光器來燒蝕(切開)半導體材料制作第三凹槽128時，上層的金屬薄膜并不是融化下來的，所以就不會產(chǎn)生熔蝕金屬流入第三凹槽128，和擴散進入下層光電區(qū)而發(fā)生短路的問題。而且，燒蝕后的半導體材料，因為燒蝕時產(chǎn)生蒸氣而突然膨脹，又受到上層金屬的冷卻，所以這種局部冷卻將有助于制止非晶硅的重結(jié)晶和半導體熱蒸氣對上層金屬薄膜的融化。
當用切開下層的半導體材料而制作連續(xù)的縫隙129時，經(jīng)常會有金屬碎片和殘渣(圖2(f)中的140)殘留在縫隙129的兩側(cè)。按照本發(fā)明的方法，這些碎片和殘渣可以隨后將組件放入超聲振動的液浴中，最好是水浴中，除去。超聲振動后的光電組件即被消凈，得到?jīng)]有短路的縫隙129，并把相臨的后電極分隔開。碎片和殘渣亦可用氮氣流或其他氣流沿縫隙129吹噴的方法消除。
權(quán)利要求
1.一種薄膜半導體器件，其特征在于包括A)一塊基底，B)布置在所說基底上的一層前接觸層，包括ⅰ)由第一劃刻線分開的許多段，ⅱ)由許多段組成的一個子組件，ⅲ)由至少一個所說的子組件組成的組件。C)用于將兩個或兩個以上的子組件互相并聯(lián)的第一公共母線，D)布置在所說前接觸層上的一層半導體材料薄膜，E)布置在所說半導體材料薄膜上的一層后接觸層，所說的后接觸層是被沿著相臨于所說的第一劃刻線所對應(yīng)的第二劃刻線劃刻了的。F)將所說的背和后接觸層的相臨區(qū)域互連起來的內(nèi)連線。
2.如權(quán)利要求所述的一種薄膜半導體器件，其特征在于其中所述的半導體材料的薄膜是被沿著第三劃刻線劃刻了的，所說的互連的背面包括了布置在第三劃刻線上的所說的后電極的一部分。
3.一種在半導體基底上沉積窄長的導電固體條帶圖形的方法，其特征在于A)將包含有導電金屬或有機金屬組分的導電液沉積在該基底上，形成一條窄長的條帶布線圈。B)使該已沉積的液體固化以便在該基底上形成一條實際上與該導電液相同布線圖的固態(tài)窄長條帶布線圖。
4.一種如權(quán)利要求3所說的方法，其特征在于其固體窄帶導電布線圖包括很多導電材料制成的線條，其寬度大約由0.005英寸到1.000英寸，其厚度大約由0.0005英寸到0.0100英寸。
5.一種在基底上沉積一條窄長導電條帶布線圖的方法，其特征在于A)將包含有導電金屬或有機金屬組分和載液的導電液沉積在一塊半導體基底上，形成一條窄帶布線圖，B)從該沉積在基底上的導電液中除去載液以便在基底上實際制成一條相對固定的固體導電金屬或有機金屬組分構(gòu)成的固態(tài)布線圖。
6.如權(quán)利要求3所說的方法，其特征在于沉積用的導電液是從一個小直徑的細孔中流出，該細孔相對于基底，并實際上是并行于其底作X-Y-Z方向的運動。
7.一種如權(quán)利要求5所說的方法，其特征在于其中的載液是通過加熱到溫度為200℃左右到550℃左右的方法去除的。
8.一種如權(quán)利要求5所說的方法，其特征在于其中的導電液包括一種含有銀、銅、鎳、鋁、金、鉑、鈀、及其混合物的導電金屬。
9.一種如權(quán)利要求5所說的方法，其特征在于其中的導電液中還包含有玻璃原料。
10.一種如權(quán)利要求7所說的方法，其特征在于其中的導電液還包含有玻璃原料，而且導電液沉積在基底上以后是被加熱到500℃左右到700℃左右除去載液，以便制成一種強固而又粘合緊密的導電圖形。
11.一種如權(quán)利要求5所說的方法，其特征在于其中的窄條導電布線圖是由導電材料布線所組成，寬度為0.005英寸左右到1.000英寸左右，厚度為0.0005英寸到0.0100英寸左右。
12.一種如權(quán)利要求5所說的方法，其特征在于其中的半導體基底包含有一層導電層。
13.一種如權(quán)利要求12所說的方法，其特征在于其中的導電層是導電的氧化錫。
全文摘要
一種半導體薄膜器件包括一塊基底和一層布置在基底上的前接觸層，它包括許多由第一劃刻線分隔開的段，許多段組成一個子組件，至少一個子組件組成一個組件。用一條公共母線將兩個或兩個以上的子組件并聯(lián)連接。用一層半導體材料的薄膜布置在前接觸層上，再用一層后電極層布置在半導體材料薄膜上。沿著相鄰第一劃刻線的第二劃刻線劃刻后電極。再將后電極層的相臨區(qū)域用互連線內(nèi)連起來。
文檔編號H01L31/20GK1050793SQ9010867
公開日1991年4月17日 申請日期1990年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月8日
發(fā)明者羅伯特·奧斯瓦德, 約翰·蒙根, 佩吉·韋斯 申請人:索拉雷斯公司