(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性の第１の絶縁基板の一面上に第１の光電変換素子が複数形成された第１の光電変換モジュールと、透光性の第２の絶縁基板の一面上に第２の光電変換素子が複数形成された第２の光電変換モジュールと、が前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とを内側にして貼り合わされた光電変換装置であって、
相対する位置に配置された前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とが電気的に直列接続されて構成される光電変換素子対を複数有し、
全ての前記光電変換素子対が電気的に直列接続され、
前記複数の光電変換素子対における一の光電変換素子対と該光電変換素子対に隣接する他の光電変換素子対とが、前記一の光電変換素子対の前記第１の光電変換素子における前記他の光電変換素子対側の端部領域と、前記他の光電変換素子対の前記第２の光電変換素子における前記一の光電変換素子対側の端部領域とが対向する第１接続領域において、第１導電層により電気的に直列接続され、
前記光電変換素子対における前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とが、前記第１の光電変換素子の端部領域と前記第２の光電変換素子の端部領域とが対向する端部領域であって前記第１接続領域と異なる第２接続領域において第２導電層により電気的に直列接続され、
前記第１の光電変換モジュールと前記第２の光電変換モジュールとの間に、光透過性樹脂または波長選択性を有する選択性光反射膜により構成された中間層が配置されること、
を特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記第１の光電変換素子は、前記透光性の第１の絶縁基板上に、第１の透明電極層と第１の薄膜半導体層と第２の透明電極層とが順次積層されてなり、
前記第２の光電変換素子は、前記透光性の第２の絶縁基板上に、反射性金属電極層と第２の薄膜半導体層と第３の透明電極層とが順次積層されてなり、
前記光電変換素子対において、相対する位置に配置された前記第１の光電変換素子の前記第２の透明電極層と前記第２の光電変換素子の前記第３の透明電極層とが前記第２導電層により電気的に直接接続され、
前記複数の光電変換素子対において、前記一の光電変換素子対と前記他の光電変換素子対とが、前記一の光電変換素子対の前記第１の透明電極層と前記他の光電変換素子対の前記反射性金属電極層とが前記第１導電層により電気的に直接接続されていること、
を特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記第１の光電変換素子は、前記透光性の第１の絶縁基板上に、第１の透明電極層と第１の薄膜半導体層と第２の透明電極層とが順次積層されてなり、
前記第２の光電変換素子は、前記透光性の第２の絶縁基板上に、反射性金属電極層と第２の薄膜半導体層と第３の透明電極層とが順次積層されてなり、
前記光電変換素子対において、相対する位置に配置された前記第１の光電変換素子の前記第１の透明電極層と前記第２の光電変換素子の前記反射性金属電極層とが前記第２導電層により電気的に直接接続され、
前記複数の光電変換素子対において、前記一の光電変換素子対と前記他の光電変換素子対とが、前記一の光電変換素子対の前記第２の透明電極層と前記他の光電変換素子対の前記第３の透明電極層とが前記第１導電層により電気的に直接接続されていること、
を特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記相対する位置に配置された前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とが導電性樹脂を用いて電気的に直列接続されていること、
を特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記導電性樹脂に含まれる金属が、金、銀、ニッケル、パラジウムのいずれか１つ以上であること、
を特徴とする請求項４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記相対する位置に配置された前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とが金属ペーストを用いて電気的に直列接続されていること、
を特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記相対する位置に配置された前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子との間に、特定範囲の波長を有する光のみを反射する波長選択性を有する波長選択性反射層を備えること、
を特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記波長選択性反射層が、屈折率が異なる複数の層が積層されてなること、
を特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記第１の薄膜半導体層のバンドギャップが、前記第２の薄膜半導体層のバンドギャップより広いこと、
を特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記第１の薄膜半導体層が、前記第１の透明導電層側から第１のｐ型薄膜シリコン層と、第１のｉ型薄膜アモルファスシリコン層と、第１のｎ型薄膜シリコン層と、が積層されてなり、
前記第２の薄膜半導体層が、前記反射性金属電極層側から第２のｎ型薄膜シリコン層と、第２のｉ型薄膜微結晶シリコン層と、第２のｐ型薄膜シリコン層と、が積層されてなること、
を特徴とする請求項９に記載の光電変換装置。
【請求項１１】
透光性の第１の絶縁基板の一面上に第１の光電変換素子が複数形成された第１の光電変換モジュールを形成する第１工程と、
透光性の第２の絶縁基板の一面上に第２の光電変換素子が複数形成された第２の光電変換モジュールを形成する第２工程と、
前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とを相対する位置に配置し、前記相対する第１の光電変換素子と第２の光電変換素子とを電気的に直列接続して光電変換素子対を複数構成するとともに全ての前記光電変換素子対を電気的に直列するように、前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とを内側にして前記第１の光電変換モジュールと前記第２の光電変換モジュールとを貼り合わせて光電変換装置を形成する第３工程と、
を含み、
前記第３工程では、
前記複数の光電変換素子対における一の光電変換素子対と該光電変換素子対に隣接する他の光電変換素子対とが、前記一の光電変換素子対の前記第１の光電変換素子における前記他の光電変換素子対側の端部領域と、前記他の光電変換素子対の前記第２の光電変換素子における前記一の光電変換素子対側の端部領域とが対向する第１接続領域において、第１導電層により電気的に直列接続され、
前記光電変換素子対における前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とが、前記第１の光電変換素子の端部領域と前記第２の光電変換素子の端部領域とが対向する端部領域であって前記第１接続領域と異なる第２接続領域において第２導電層により電気的に直列接続され、
前記第１の光電変換モジュールと前記第２の光電変換モジュールとの間に、光透過性樹脂または波長選択性を有する選択性光反射膜により構成された中間層が配置されること、
を特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項１２】
前記第３工程では、前記相対する前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子との間に、特定範囲の波長を有する光のみを反射する波長選択性を有する波長選択性反射層を配置すること、
を特徴とする請求項１１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１３】
前記波長選択性反射層が、屈折率が異なる複数の層が積層されてなること、
を特徴とする請求項１２に記載の光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置およびその製造方法に関し、特に、異なる基板にそれぞれ形成された２種類の光電変換素子を互いに対向して配置するメカニカル・スタック方式の薄膜光電変換装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のメカニカル・スタック方式の薄膜光電変換装置では、例えば透過性電極が形成された基板に光電変換層として薄膜半導体層が形成された光電変換モジュールと、反射性金属電極層が形成された基板に光電変換素子として薄膜半導体層が形成された光電変換モジュールとを、それぞれの基板において薄膜半導体層が形成されていない面が外側に配置されるように２枚の基板を対向させて張り合わせ、出力を個別に取り出すように構成されている。また、それぞれの光電変換モジュールにおいては、ストライプ状に加工された複数の光電変換素子が、隣り合う素子同士で所定の距離を隔てて配置された状態で、隣り合う光電変換層は電気的に分離されつつ、電気的に直列に接続されて形成されている。【０００３】
このようなメカニカル・スタック方式の光電変換装置は、積層する光電変換モジュールをそれぞれ独立な基板に形成する。このため、それぞれの工程が簡略化され、製造歩留りが向上する、という利点がある。また、いずれかの基板が製造時に不良を発生しても、残りの基板は別の基板とスタックして使用することができる、という利点がある。これに対して、単一基板上に連続成膜して形成する積層型の薄膜光電変換装置では、性能はメカニカル・スタック方式より高いが、一部の層で不良が発生した場合には光電変換装置全体が再利用することができず、製造歩留りが低下する。【０００４】
メカニカル・スタック方式の薄膜光電変換装置では、効率を向上させるために光入射側の基板に形成される光電変換層のバンドギャップを、もう一方の基板に形成される光電変換層のバンドギャップよりも広く設定する。これにより、光入射側の基板に形成された光電変換素子で高エネルギ（短波長）の光を吸収し、該光電変換素子を透過した光をもう一方の基板に形成された光電変換素子で吸収するため、効率的に光を利用することが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５-２７２７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、このようなメカニカル・スタック方式の薄膜光電変換装置では、それぞれの基板に形成された光電変換層のバンドギャップが異なるため、開放電圧はそれぞれの基板で異なる値となる。したがって、発電出力は、それぞれの基板で独立に取り出す必要がある。このため、出力取り出し部がそれぞれの基板で必要となり、部材コストが上昇する、出力取り出し部の構造が複雑となる、という問題があった。【０００７】
このような問題を解決するために、例えばそれぞれの基板に形成された光電変換素子の直列段数を調整することで出力電圧をほぼ同一とし、取り出し部を単一とする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法を採用しても、両モジュールから出力を取り出す出力取り出し部の構造が複雑となる。また、同一サイズの基板に形成されて直列接続される光電変換素子の直列段数が２枚の基板で異なるため、それぞれの光電変換素子数が同一である積層型の薄膜光電変換装置と同等の性能が実現することができず、スタックモジュール全体の発電効率が低下する、という問題がある。【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、積層型の薄膜光電変換装置と同様の高い発電効率を簡略な構成で安価に実現可能なメカニカル・スタック方式の光電変換装置およびその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる光電変換装置は、透光性の第１の絶縁基板の一面上に第１の光電変換素子が複数形成された第１の光電変換モジュールと、透光性の第２の絶縁基板の一面上に第２の光電変換素子が複数形成された第２の光電変換モジュールと、が前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とを内側にして貼り合わされた光電変換装置であって、相対する位置に配置された前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とが電気的に直列接続されて構成される光電変換素子対を複数有し、全ての前記光電変換素子対が電気的に直列接続され、前記複数の光電変換素子対における一の光電変換素子対と該光電変換素子対に隣接する他の光電変換素子対とが、前記一の光電変換素子対の前記第１の光電変換素子における前記他の光電変換素子対側の端部領域と、前記他の光電変換素子対の前記第２の光電変換素子における前記一の光電変換素子対側の端部領域とが対向する第１接続領域において、第１導電層により電気的に直列接続され、前記光電変換素子対における前記第１の光電変換素子と前記第２の光電変換素子とが、前記第１の光電変換素子の端部領域と前記第２の光電変換素子の端部領域とが対向する端部領域であって前記第１接続領域と異なる第２接続領域において第２導電層により電気的に直列接続され、前記第１の光電変換モジュールと前記第２の光電変換モジュールとの間に、光透過性樹脂または波長選択性を有する選択性光反射膜により構成された中間層が配置されること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、相対する位置に配置された第１の光電変換素子と第２の光電変換素子とが電気的に直列接続されて構成される光電変換素子対が電気的に直列接続されることにより光電変換素子が最適動作点で動作する。これにより、積層型の薄膜光電変換装置と同様の高い発電効率を有するメカニカル・スタック方式の光電変換装置を、簡略な構成で且つ安価に得ることができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１−１】図１−１は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の概略構成を示す平面図である。
【図１−２】図１−２は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の断面構造を説明するための要部断断面図である。
【図１−３】図１−３は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の断面構造を説明するための要部断断面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の等価回路図である。
【図３】図３は、従来のメカニカル・スタック方式の光電変換装置の等価回路図である。
【図４】図４は、従来のメカニカル・スタック方式の光電変換装置の等価回路図である。
【図５−１】図５−１は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−２】図５−２は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−３】図５−３は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−４】図５−４は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−５】図５−５は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図５−６】図５−６は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図６−１】図６−１は、本発明の実施の形態２にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の概略構成を示す平面図である。
【図６−２】図６−２は、本発明の実施の形態２にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の断面構造を説明するための要部断断面図である。
【図６−３】図６−３は、本発明の実施の形態２にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の断面構造を説明するための要部断断面図である。
【図７−１】図７−１は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の概略構成を示す平面図である。
【図７−２】図７−２は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の断面構造を説明するための要部断断面図である。
【図７−３】図７−３は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の断面構造を説明するための要部断断面図である。
【図７−４】図７−４は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の選択性反射層を説明するための要部断断面図である。
【図７−５】図７−５は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の選択性反射層の反射率の波長依存性を説明するための要部断断面図である。
【図８−１】図８−１は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図８−２】図８−２は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図８−３】図８−３は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図８−４】図８−４は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図８−５】図８−５は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【図８−６】図８−６は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置の製造工程を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明にかかる光電変換装置およびその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。
【００１３】
実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１の概略構成を示す平面図である。図１−２は、光電変換装置１の断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ａ−Ａ’方向における要部断断面図である。図１−３は、光電変換装置１の断面構造を説明するための図であり、図１−１の線分Ｂ−Ｂ’方向における要部断断面図である。
【００１４】
実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１は、それぞれ透光性絶縁基板上に複数の光電変換素子が構成された２枚の薄膜光電変換モジュールである第１の光電変換モジュール２と第２の光電変換モジュール８とが光電変換素子を内側にして貼り合わされた構成を有し、第１の光電変換モジュール２側から光が入射する。第１の光電変換モジュール２と第２の光電変換モジュール８とに挟まれた中間層２３は、光透過性樹脂または波長選択性を有する選択性光反射膜により構成されている。
【００１５】
第１の光電変換モジュール２は、第１の光電変換素子である複数の光電変換素子３ａ、３ｂ（以下、光電変換素子３と総称する場合がある）を備えている。光電変換素子３は、第１の透光性絶縁基板である透光性絶縁基板４上に、透光性絶縁基板４と反対側の表面にテクスチャ構造（図示せず）を有して透光性絶縁基板４の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた第１の透明電極層である透明電極層５、透明電極層５と異なる形状・配置で透光性絶縁基板４の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた第１の薄膜半導体層である薄膜半導体層６、透明電極層５および薄膜半導体層６と異なる形状・配置で透光性絶縁基板４の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた第２の透明電極層である裏面透明電極層７が順次積層されて構成されている。第１の光電変換モジュール２において、隣接する光電変換素子３同士は、電気的に接続されていない。
【００１６】
また、薄膜半導体層６は、透明電極層５の第２の光電変換モジュール８側の大半部分を覆うとともに透明電極層５における透光性絶縁基板４の長手方向の一端部において透光性絶縁基板４に接続するように、略Ｌ字形状の断面を有している。裏面透明電極層７は、薄膜半導体層６の第２の光電変換モジュール８側の全体を覆うとともに透明電極層５における透光性絶縁基板４の長手方向の一端部において透光性絶縁基板４に接続するように、略Ｌ字形状の断面を有している。
【００１７】
なお、図１−２では、第１の光電変換モジュール２のうち、隣接する２つの光電変換素子３ａ、３ｂを示しているが、第１の光電変換モジュール２が備える光電変換素子３の数量はこれに限定されず、多数の光電変換素子３が透光性絶縁基板４上に形成される。
【００１８】
メカニカル・スタック方式の光電変換装置１では、第１の光電変換モジュール２側から光が入射するため、透光性絶縁基板４はガラス、透明樹脂等の透光性を有する絶縁材料からなる板状部材やシート状部材が用いられる。
【００１９】
透明電極層５は、光透過性を有している透明導電膜として例えば酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）が用いられ、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法、スパッタリング法、蒸着法等の方法を用いて形成される。また、透明電極層５は、透光性絶縁基板４と反対側の表面に凹凸形状が形成された表面テクスチャ構造（図示せず）を有する。このテクスチャ構造は、入射した太陽光を散乱させ、第１の光電変換モジュール２と第２の光電変換モジュール８とで入射光をより効率的に吸収させ、光利用効率を高める機能を有する。また、透光性絶縁基板４上には、透光性絶縁基板４からの不純物の阻止層として、必要に応じて酸化珪素（ＳｉＯ２）等からなるアンダーコート層を形成してもよい。
【００２０】
薄膜半導体層６は、光入射側からみて透明電極層５の後方に配置され、Ｐ−Ｉ−Ｎ構造を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。薄膜半導体層６は、透光性絶縁基板４側から第１導電型半導体層であるＰ型半導体層、実質的に真性な光電変換層であり第２導電型半導体層であるＩ型半導体層、および第３導電型半導体層であるＮ型半導体層からなるＰＩＮ接合を構成する。本実施の形態では、薄膜半導体層６は、透光性絶縁基板４側から順に、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層からなるＰ−Ｉ−Ｎ接合を形成している。
【００２１】
また、薄膜半導体層６は、透光性絶縁基板４側から、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層からなる二段のＰ−Ｉ−Ｎ接合の構成としてもよい。
【００２２】
また、上記の二段のＰ−Ｉ−Ｎ接合のように複数の薄膜半導体層が積層されて薄膜半導体層６が構成される場合には、それぞれのＰ−Ｉ−Ｎ接合間に酸化微結晶シリコン（μｃ−ＳｉＯｘ（Ｘ＝０〜２））やアルミニウム添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）などの中間層を挿入して、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合間の電気的、光学的接続を改善してもよい。
【００２３】
裏面透明電極層７は、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により構成される。
【００２４】
第２の光電変換モジュール８は、第２の光電変換素子である複数の光電変換素子９ａ、９ｂ（以下、光電変換素子９と総称する場合がある）を備えている。光電変換素子９は、透光性絶縁基板４と略同等の大きさの第２の透光性絶縁基板である透光性絶縁基板１０上に、透光性絶縁基板１０と反対側の表面にテクスチャ構造（図示せず）を有して透光性絶縁基板１０の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた反射性金属電極層１１、反射性金属電極層１１と異なる形状・配置で透光性絶縁基板１０の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた第２の薄膜半導体層である薄膜半導体層１２、反射性金属電極層１１および薄膜半導体層１２と異なる形状・配置で透光性絶縁基板１０の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた第３の透明電極層である裏面透明電極層１３が順次積層されて構成されている。第２の光電変換モジュール８において、隣接する光電変換素子９同士は、電気的に接続されていない。
【００２５】
なお、図１−２では、第２の光電変換モジュール８のうち、隣接する２つの光電変換素子９ａ、９ｂを示しているが、第２の光電変換モジュール８が備える光電変換素子９の数量はこれに限定されず、多数の光電変換素子９が透光性絶縁基板１０上に形成される。
【００２６】
透光性絶縁基板１０は、例えばガラス、透明樹脂等の透光性を有する絶縁材料からなる板状部材やシート状部材が用いられる。
【００２７】
反射性金属電極層１１は、銀（Ａｇ）の単層膜や、透光性絶縁基板１０側から銀（Ａｇ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）とがこの順で積層された多層膜が用いられる。また、銀（Ａｇ）の代わりにアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）などを用いてもよい。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の代わりに酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の透明導電膜を用いてもよい。また、透光性絶縁基板１０上には、透光性絶縁基板１０からの不純物の阻止層として、必要に応じて酸化珪素（ＳｉＯ２）等からなるアンダーコート層を形成してもよい。
【００２８】
薄膜半導体層１２は、光入射側からみて反射性金属電極層１１の前方に配置され、Ｐ−Ｉ−Ｎ構造を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。薄膜半導体層１２は、透光性絶縁基板１０側から第３導電型半導体層であるＮ型半導体層、実質的に真性な光電変換層であり第２導電型半導体層であるＩ型半導体層および第１導電型半導体層であるＰ型半導体層からなるＮ−Ｉ−Ｐ接合を構成する。本実施の形態では、薄膜半導体層１２は、透光性絶縁基板１０側から順に、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層および第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、からなるＮ−Ｉ−Ｐ接合を構成している。
【００２９】
また、薄膜半導体層１２は、透光性絶縁基板１０側から、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）層、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層からなる二段のＰ−Ｉ−Ｎ接合の構成としてもよい。
【００３０】
また、上記の二段のＮ−Ｉ−Ｐ接合のように複数の薄膜半導体層が積層されて薄膜半導体層１２が構成される場合には、それぞれのＮ−Ｉ−Ｐ接合間に酸化微結晶シリコン（μｃ−ＳｉＯｘ（Ｘ＝０〜２））やアルミニウム添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）などの中間層を挿入して、Ｎ−Ｉ−Ｐ接合間の電気的、光学的接続を改善してもよい。
【００３１】
裏面透明電極層１３は、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により構成される。
【００３２】
第１の光電変換モジュール２と第２の光電変換モジュール８との組み合わせとして、各モジュールにおける薄膜半導体層の積層形態は、例えば（１）１段ｐｉｎ接合−１段ｎｉｐ接合、（２）２段ｐｉｎ接合−１段ｎｉｐ接合、（３）１段ｐｉｎ接合−２段ｎｉｐ接合、（４）２段ｐｉｎ接合−２段ｎｉｐ接合とすることができる。
【００３３】
また、光電変換素子３での透光性絶縁基板４の長手方向における幅（図１−１における線分Ａ−Ａ’方向における幅）と、光電変換素子９での透光性絶縁基板１０の長手方向における幅（図１−１における線分Ａ−Ａ’方向における幅）とは同一とされており、光電変換装置１において光電変換素子３と光電変換素子９とは互いに相対する位置に配置されて、光電変換素子３と光電変換素子９との対を構成している。すなわち、図１−２においては、光電変換素子３ａと光電変換素子９ａとが互いに相対する位置に配置されて光電変換素子対を構成し、光電変換素子３ｂと光電変換素子９ｂとが互いに相対する位置に配置されて光電変換素子対を構成している。この光電変換素子対は、新たな光電変換素子とみなせる。
【００３４】
また、図１−３に示すように、第１の光電変換モジュール２の裏面透明電極層７と第２の光電変換モジュール８の裏面透明電極層１３とは、透光性絶縁基板４（透光性絶縁基板１０）の短手方向（図１−１における線分Ｂ−Ｂ’方向）における外周部領域１４で、導電層２１により電気的に接続されている。導電層２１は、例えば金属ペースト、異方性導電膜などの導電性樹脂で構成されている。これにより、相対する一対の光電変換素子３と光電変換素子９とが電気的に接続されている。また、導電性樹脂に含まれる金属は、絶縁性皮膜が出来難く接触抵抗が低い金、銀、ニッケル、パラジウムのいずれか１つ以上であることが好ましい。このような構成により、相対する光電変換素子は電気的に直接接続され、同一基板上に形成された積層型薄膜光電変換素子と同様の素子構成となり、メカニカル・スタック方式の光電変換装置１の全ての光電変換素子対は、ほぼ同一の特性を有することになる。
【００３５】
また、光電変換素子３ｂの透明電極層５における第２の光電変換モジュール８側の表面であって光電変換素子３における透光性絶縁基板４の長手方向（図１−１における線分Ａ−Ａ’方向）の他端部の領域には、薄膜半導体層６および裏面透明電極層７が積層されていない接続領域５ａが設けられている。一方、光電変換素子９ａの反射性金属電極層１１における第１の光電変換モジュール２側の表面であって光電変換素子９における透光性絶縁基板１０の長手方向（図１−１における線分Ａ−Ａ’方向）の一端部の領域には、薄膜半導体層１２および裏面透明電極層１３が積層されていない接続領域１１ａが設けられている。
【００３６】
そして、光電変換素子３ｂの接続領域５ａと、該光電変換素子３ｂに相対する光電変換素子９ｂに隣接する光電変換素子９ａの接続領域１１ａとが導電層２２により電気的に接続されている。導電層２２は、例えば金属ペースト、異方性導電膜などの導電性樹脂で構成されている。これにより、光電変換素子３の透明電極層５と、隣接する対を構成する光電変換素子９の反射性金属電極層１１とが電気的に接続されている。また、導電性樹脂に含まれる金属は、絶縁性皮膜が出来難く接触抵抗が低い金、銀、ニッケル、パラジウムのいずれか１つ以上であることが好ましい。このような構成により、隣接する光電変換素子対は電気的に直接接続され、同一基板上に形成された積層型薄膜光電変換素子が直列に接続される場合と同様の素子構成となる。
【００３７】
図２は、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１の等価回路図である。図２に示すように、光電変換装置１では、全ての光電変換素子３および光電変換素子９が交互に直列に接続されることになり、積層型薄膜光電変換装置と同様に光電変換素子３、９が最適動作点で動作し、発電効率が向上する。これにより、光電変換装置１では、積層型薄膜光電変換装置と同等の光電変換効率を実現できる。
【００３８】
図３および図４は、従来のメカニカル・スタック方式の光電変換装置の等価回路図である。図３および図４に示す光電変換装置は、複数の光電変換素子２０１が形成された第１の光電変換モジュール２１１と複数の光電変換素子２０２が形成された第２の光電変換モジュール２１２とが、素子同士を対向させて配置して構成されたメカニカル・スタック方式の光電変換装置である。一般にメカニカル・スタック方式の光電変換装置における光電変換素子２０１と光電変換素子２０２との発電特性は異なる。このため従来のメカニカル・スタック方式の光電変換装置では、図３や図４に示すようにそれぞれのモジュールから出力を独立して取り出すか、出力電圧がほぼ等しくなるように光電変換素子の直列段数を変える方法を採用している。図３は、それぞれのモジュールから出力を独立して取り出す方式のメカニカル・スタック方式の光電変換装置を示している。図４は、出力電圧がほぼ等しくなるようにモジュール毎に光電変換素子の直列段数を変える方式のメカニカル・スタック方式の光電変換装置を示している。
【００３９】
しかしながら、それぞれのモジュールから出力を独立して取り出す方式の場合は、出力取り出し部がそれぞれのモジュールで必要となり、部材コストが上昇する、出力取り出し部の構造が複雑となる。また、モジュール毎に光電変換素子の直列段数を変える方式の場合は、両モジュールから出力を取り出す出力取り出し部の構造が複雑となる。また、同一サイズのモジュールに形成されて直列接続される光電変換素子の直列段数が２つのモジュールで異なるため、それぞれの光電変換素子数が同一である積層型の薄膜光電変換装置と同等の性能が実現することができず、スタックモジュール全体の発電効率が低下する。
【００４０】
これに対して、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１では、相対する光電変換素子３と光電変換素子９とが電気的に接続され、且つ光電変換素子３と、隣接する光電変換素子対を構成する光電変換素子９とが電気的に接続されることにより、全ての光電変換素子３および光電変換素子９が交互に直列に接続され、積層型薄膜光電変換装置と同等の構成を有し、光電変換素子３、９が最適動作点で動作し、発電効率が向上する。
【００４１】
つぎに、このような実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１の製造方法について図５−１〜図５−６を参照して説明する。図５−１〜図５−６は、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１の製造工程を説明するための断面図である。
【００４２】
最初に第１の光電変換モジュール２を作製する。まず、透光性絶縁基板４として例えば平板状のガラス基板を用意し、該透光性絶縁基板４の一面側に、表面に凹凸のテクスチャ構造を有する酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる透明電極層５を形成する。
【００４３】
次に、レーザ照射により透明電極層５の一部を透光性絶縁基板４の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して透明電極層５をストライプ状にパターニングし、複数の透明電極層５に分離する（図５−１）。
【００４４】
次に、プラズマＣＶＤ法などにより透明電極層５上に例えばアモルファスシリコンからなる光電変換用の薄膜半導体層６を形成する。ここでは、薄膜半導体層６として透光性絶縁基板４側から、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層を順次形成する。そして、透明電極層５が切断された位置の一部の箇所で、レーザ照射により薄膜半導体層６の一部を透光性絶縁基板４の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、薄膜半導体層６をストライプ状にパターニングし、複数の薄膜半導体層６に分離する（図５−２）。
【００４５】
次いで、スパッタリング法などにより薄膜半導体層６上に酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる裏面透明電極層７を形成する。そして、透明電極層５および薄膜半導体層６が切断された箇所およびこれに隣接する箇所で、レーザ照射により裏面透明電極層７および薄膜半導体層６を切断・除去して、裏面透明電極層７をストライプ状にパターニングし、複数の裏面透明電極層７に分離する（図５−３）。これにより、各層が光電変換素子３毎に分離され、第１の光電変換モジュール２が得られる。
【００４６】
次に、第２の光電変換モジュール８を作製する。まず、透光性絶縁基板１０として例えば平板状のガラス基板を用意し、該透光性絶縁基板１０の一面側に、表面に凹凸のテクスチャ構造を有する銀（Ａｇ）などの光を反射する金属層からなる反射性金属電極層１１を形成する。
【００４７】
次に、レーザ照射により反射性金属電極層１１の一部を透光性絶縁基板１０の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して反射性金属電極層１１をストライプ状にパターニングし、複数の反射性金属電極層１１に分離する（図５−４）。
【００４８】
次に、プラズマＣＶＤ法などにより反射性金属電極層１１上に例えば水素化微結晶シリコンからなる光電変換用の薄膜半導体層１２を形成する。ここでは、薄膜半導体層１２として透光性絶縁基板１０側から、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層および第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層を順次形成する。そして、反射性金属電極層１１が切断された箇所およびこれに隣接する箇所で、レーザ照射により薄膜半導体層１２の一部を透光性絶縁基板１０の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、薄膜半導体層１２をストライプ状にパターニングし、複数の薄膜半導体層１２に分離する（図５−５）。
【００４９】
次いで、スパッタリング法などにより薄膜半導体層１２上に酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる裏面透明電極層１３を形成する。そして、薄膜半導体層１２が切断された位置と同じ箇所で、レーザ照射により裏面透明電極層１３を切断・除去して、裏面透明電極層１３をストライプ状にパターニングし、複数の裏面透明電極層１３に分離する（図５−６）。これにより、各層が光電変換素子９毎に分離され、第２の光電変換モジュール８が得られる。
【００５０】
次に、第２の光電変換モジュール８における光電変換素子９上の全面に中間層２３として光透過性樹脂層を形成する。ついで、該光透過性樹脂層において、光電変換素子３と光電変換素子９とを電気的に接続する箇所、すなわち導電層２１および導電層２２の形成箇所にコンタクトホールを開口する。その後、塗布、印刷などの方法により、コンタクトホールに導電性ペーストや導電膜を充填して導電層２１および導電層２２を形成する。
【００５１】
そして、対となる光電変換素子３と光電変換素子９とが相対するように、中間層２３上に第１の光電変換モジュール２を配置し、光電変換素子３と光電変換素子９とを内側にして第１の光電変換モジュール２と第２の光電変換モジュール８とを貼り合わせ、これらを例えば真空中で加熱プレスする。これにより、第１の光電変換モジュール２と第２の光電変換モジュール８とが一体化し、第１の光電変換モジュール２の裏面透明電極層７と第２の光電変換モジュール８の裏面透明電極層１３とが導電層２１により電気的に接続され、また、光電変換素子３の透明電極層５と、該光電変換素子３に相対する光電変換素子９に隣接する光電変換素子９の反射性金属電極層１１とが導電層２２により電気的に接続されて、図１−１〜図１−３に示すようなメカニカル・スタック方式の光電変換装置１が得られる。この後、直列接続された複数の光電変換素子のうち両端の光電変換素子にのみそれぞれ１箇所ずつ出力取り出し部（図示せず）が形成される。
【００５２】
上述したように、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１では、相対する光電変換素子対が電気的に接続され、且つ光電変換素子３と、隣接する対を構成する光電変換素子９とが電気的に接続されることにより、図２に示す等価回路のように全ての光電変換素子３および光電変換素子９が交互に直列に接続される。これにより、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１は、積層型薄膜光電変換装置と同等の接続構成とされるため光電変換素子３、９が最適動作点で動作し、発電効率が向上する。その結果、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１は、積層型薄膜光電変換装置と同等の光電変換効率をメカニカル・スタック方式の光電変換装置により実現することができるという、従来にない顕著な効果を有する。
【００５３】
また、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１では、積層型薄膜光電変換装置と同等の構成で光電変換素子対が直列に接続されるため、従来は２枚の光電変換モジュールのそれぞれに必要であった出力取り出し部が単一箇所に集約される（図示せず）。すなわち、直列接続された複数の光電変換素子のうち両端の光電変換素子にのみそれぞれ１箇所ずつ出力取り出し部を設ければよい。これにより、光電変換装置１の構成が簡略となるため耐久性に優れ、製造工程を簡略化でき、また出力取り出し部に使用される部材も削減できるためコストダウンが可能である。
【００５４】
また、上述したように、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１の製造方法によれば、相対する光電変換素子対が電気的に接続され、且つ光電変換素子３と、隣接する対を構成する光電変換素子９とが電気的に接続されることにより、全ての光電変換素子３および光電変換素子９が交互に直列に接続される。これにより、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１の製造方法によれば、光電変換素子対が直列に接続され、積層型薄膜光電変換装置と同等の構成を有し、積層型薄膜光電変換装置と同等の光電変換効率を備えたメカニカル・スタック方式の光電変換装置を実現することができる。
【００５５】
また、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１の光電変換装置１の製造方法によれば、積層型薄膜光電変換装置と同等の構成で光電変換素子対が直列に接続されるため、従来は２枚の光電変換モジュールのそれぞれに必要であった出力取り出し部が単一箇所に集約される。すなわち、直列接続された複数の光電変換素子のうち両端の光電変換素子にのみそれぞれ１箇所ずつ出力取り出し部を設ければよい。これにより、製造工程を簡略化でき、また出力取り出し部に使用される部材も削減できるためコストダウンが可能である。
【００５６】
実施の形態２．
図６−１は、本発明の実施の形態２にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１０１の概略構成を示す平面図である。図６−２は、光電変換装置１０１の断面構造を説明するための図であり、図６−１の線分Ｃ−Ｃ’方向における要部断断面図である。図６−３は、光電変換装置１０１の断面構造を説明するための図であり、図６−１の線分Ｄ−Ｄ’方向における要部断断面図である。
【００５７】
実施の形態２にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１０１は、それぞれ透光性絶縁基板上に複数の光電変換素子が構成された２枚の薄膜光電変換モジュールである第１の光電変換モジュール１０２と第２の光電変換モジュール１０８とから構成されており、第１の光電変換モジュール１０２側から光が入射する。第１の光電変換モジュール１０２と第２の光電変換モジュール１０８とに挟まれた中間層１２３は、光透過性樹脂または波長選択性を有する選択性光反射膜により構成されている。
【００５８】
第１の光電変換モジュール１０２は、複数の光電変換素子１０３ａ、１０３ｂ（以下、光電変換素子１０３と総称する場合がある）を備えている。光電変換素子１０３は、透光性絶縁基板１０４上に、透光性絶縁基板１０４と反対側の表面にテクスチャ構造（図示せず）を有して透光性絶縁基板１０４の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた透明電極層１０５、透明電極層１０５と異なる形状・配置で透光性絶縁基板１０４の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた薄膜半導体層１０６、透明電極層１０５および薄膜半導体層１０６と異なる形状・配置で透光性絶縁基板１０４の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた裏面透明電極層１０７が順次積層されて構成されている。第１の光電変換モジュール１０２において、隣接する光電変換素子１０３同士は、電気的に接続されていない。
【００５９】
また、薄膜半導体層１０６は、透明電極層１０５を覆うとともに透明電極層１０５における透光性絶縁基板１０４の長手方向の一端部において透光性絶縁基板１０４に接続するように、略Ｌ字形状に設けられている。裏面透明電極層１０７は、薄膜半導体層１０６を覆うとともに透明電極層１０５における透光性絶縁基板１０４の長手方向の一端部において透光性絶縁基板１０４に接続するように、略クランク形状に設けられている。
【００６０】
なお、図６−２では、第１の光電変換モジュール１０２のうち、隣接する２つの光電変換素子１０３ａ、１０３ｂを示しているが、第１の光電変換モジュール１０２が備える光電変換素子１０３の数量はこれに限定されず、多数の光電変換素子１０３が透光性絶縁基板１０４上に形成される。
【００６１】
第２の光電変換モジュール１０８は、複数の光電変換素子１０９ａ、１０９ｂ（以下、光電変換素子１０９と総称する場合がある）を備えている。光電変換素子１０９は、透光性絶縁基板１０４と略同等の大きさの透光性絶縁基板１１０上に、透光性絶縁基板１１０と反対側の表面にテクスチャ構造（図示せず）を有して透光性絶縁基板１１０の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた反射性金属電極層１１１、反射性金属電極層１１１と異なる形状・配置で透光性絶縁基板１１０の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた薄膜半導体層１１２、反射性金属電極層１１１および薄膜半導体層１１２と異なる形状・配置で透光性絶縁基板１１０の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた裏面透明電極層１１３が順次積層されて構成されている。第２の光電変換モジュール１０８において、隣接する光電変換素子１０９同士は、電気的に接続されていない。
【００６２】
なお、図６−２では、第２の光電変換モジュール１０８のうち、隣接する２つの光電変換素子１０９ａ、１０９ｂを示しているが、第２の光電変換モジュール１０８が備える光電変換素子１０９の数量はこれに限定されず、多数の光電変換素子１０９が透光性絶縁基板１１０上に形成される。
【００６３】
第１の光電変換モジュール１０２および第２の光電変換モジュール１０８を構成する部材の詳細については、実施の形態１における第１の光電変換モジュール２および第２の光電変換モジュール８と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００６４】
第１の光電変換モジュール１０２を構成している光電変換素子１０３の透光性絶縁基板１０４の長手方向における幅（図６−１における線分Ｃ−Ｃ’方向における幅）と、第２の光電変換モジュール１０８を構成している光電変換素子１０９の透光性絶縁基板１１０の長手方向における幅（図６−１における線分Ｃ−Ｃ’方向における幅）と、は同一とされており、光電変換装置１０１において光電変換素子１０３と光電変換素子１０９とは互いに相対する位置に配置されて、光電変換素子１０３と光電変換素子１０９との対を構成している。すなわち、図６−２においては、光電変換素子１０３ａと光電変換素子１０９ａとが互いに相対する位置に配置されて光電変換素子対を構成し、光電変換素子１０３ｂと光電変換素子１０９ｂとが互いに相対する位置に配置されて光電変換素子対を構成している。この光電変換素子対は、新たな光電変換素子とみなせる。
【００６５】
また、図６−３に示すように、第１の光電変換モジュール１０２の透明電極層１０５と第２の光電変換モジュール１０８の反射性金属電極層１１１とは、透光性絶縁基板１０４（透光性絶縁基板１１０）の短手方向（図６−１における線分Ｄ−Ｄ’方向）における外周部領域１１４で、導電層１２１により電気的に接続されている。導電層１２１は、例えば金属ペースト、異方性導電膜などの導電性樹脂で構成されている。これにより、相対する一対の光電変換素子１０３と光電変換素子１０９とが電気的に接続されている。また、導電性樹脂に含まれる金属は、絶縁性皮膜が出来難く接触抵抗が低い金、銀、ニッケル、パラジウムのいずれか１つ以上であることが好ましい。このような構成により、相対する光電変換素子は電気的に直接接続され、同一基板上に形成された積層型薄膜光電変換素子と同様な素子構成となり、メカニカル・スタック方式の光電変換装置１０１の全ての光電変換素子対は、ほぼ同一の特性を有することになる。
【００６６】
また、第１の光電変換モジュール１０２の裏面透明電極層１０７における第２の光電変換モジュール１０８側の表面であって光電変換素子１０３における透光性絶縁基板１０４の長手方向（図６−１における線分Ｃ−Ｃ’方向）の他端部の領域には、接続領域１０７ａが設けられている。一方、第２の光電変換モジュール１０８の裏面透明電極層１１３における第１の光電変換モジュール１０２側の表面であって光電変換素子１０９における透光性絶縁基板１１０の長手方向（図６−１における線分Ｃ−Ｃ’方向）の一端部の領域には、接続領域１１３ａが設けられている。
【００６７】
そして、光電変換素子１０３ｂの接続領域１０７ａと、該光電変換素子１０３ｂに相対する光電変換素子１０９ｂに隣接する光電変換素子１０９ａの接続領域１１３ａとが導電層１２２により電気的に接続されている。導電層１２２は、例えば金属ペースト、異方性導電膜などの導電性樹脂で構成されている。これにより、光電変換素子１０３の裏面透明電極層１０７と、隣接する対を構成する光電変換素子１０９の裏面透明電極層１１３とが電気的に接続されている。また、導電性樹脂に含まれる金属は、絶縁性皮膜が出来難く接触抵抗が低い金、銀、ニッケル、パラジウムのいずれか１つ以上であることが好ましい。このような構成により、隣接する光電変換素子対は電気的に直接接続され、同一基板上に形成された積層型薄膜光電変換素子と同様な素子構成となる。
【００６８】
以上のように構成された実施の形態２にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１０１では、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１と同様に、相対する光電変換素子対が電気的に接続され、且つ光電変換素子１０３と、隣接する対を構成する光電変換素子１０９とが電気的に接続されることにより、全ての光電変換素子１０３および光電変換素子１０９が交互に直列に接続される。これにより、実施の形態２にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１０１は、積層型薄膜光電変換装置と同等の接続構成とされるため光電変換素子１０３、１０９が最適動作点で動作し、発電効率が向上する。その結果、実施の形態２にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１０１は、積層型薄膜光電変換装置と同等の光電変換効率をメカニカル・スタック方式の光電変換装置により実現することができるという、従来にない顕著な効果を有する。
【００６９】
また、実施の形態２にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１０１では、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１と同様に、積層型薄膜光電変換装置と同等の構成で光電変換素子対が直列に接続されるため、従来は２枚の光電変換モジュールのそれぞれに必要であった出力取り出し部が単一箇所に集約される（図示せず）。すなわち、直列接続された複数の光電変換素子のうち両端の光電変換素子にのみそれぞれ１箇所ずつ出力取り出し部を設ければよい。これにより、光電変換装置１０１の構成が簡略となるため、製造工程を簡略化でき、また出力取り出し部に使用される部材も削減できるためコストダウンが可能である。
【００７０】
実施の形態３．
図７−１は、本発明の実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１の概略構成を示す平面図である。図７−２は、光電変換装置３０１の断面構造を説明するための図であり、図７−１の線分Ｅ−Ｅ’方向における要部断断面図である。図７−３は、光電変換装置３０１の断面構造を説明するための図であり、図７−１の線分Ｆ−Ｆ’方向における要部断断面図である。
【００７１】
実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１は、それぞれ透光性絶縁基板上に複数の光電変換素子が構成された２枚の薄膜光電変換モジュールである第１の光電変換モジュール３０２と第２の光電変換モジュール３０９とが光電変換素子を内側にして貼り合わされた構成を有し、第１の光電変換モジュール３０２側から光が入射する。第１の光電変換モジュール３０２と第２の光電変換モジュール３０９とに挟まれた中間層３２３は、光透過性樹脂により構成されている。
【００７２】
第１の光電変換モジュール３０２は、第１の光電変換素子である複数の光電変換素子３０３ａ、３０３ｂ（以下、光電変換素子３０３と総称する場合がある）を備えている。光電変換素子３０３は、第１の透光性絶縁基板である透光性絶縁基板３０４上に、透光性絶縁基板３０４と反対側の表面にテクスチャ構造（図示せず）を有して透光性絶縁基板３０４の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた第１の透明電極層である透明電極層３０５、透明電極層３０５と異なる形状・配置で透光性絶縁基板３０４の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた第１の薄膜半導体層である薄膜半導体層３０６、透明電極層３０５および薄膜半導体層３０６と異なる形状・配置で透光性絶縁基板３０４の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた第２の透明電極層である裏面透明電極層３０７、裏面透明電極層３０７と同じ形状・配置で透光性絶縁基板３０４の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた波長選択性反射層３０８が順次積層されて構成されている。第１の光電変換モジュール３０２において、隣接する光電変換素子３０３同士は、電気的に接続されていない。
【００７３】
また、薄膜半導体層３０６は、透明電極層３０５の第２の光電変換モジュール３０９側の大半部分を覆うとともに透明電極層３０５における透光性絶縁基板３０４の長手方向の一端部において透光性絶縁基板３０４に接続するように、略Ｌ字形状の断面を有している。裏面透明電極層３０７は、薄膜半導体層３０６の第２の光電変換モジュール３０９側の全体を覆うとともに透明電極層３０５における透光性絶縁基板３０４の長手方向の一端部において透光性絶縁基板３０４に接続するように、略Ｌ字形状の断面を有している。
【００７４】
なお、図７−２では、第１の光電変換モジュール３０２のうち、隣接する２つの光電変換素子３０３ａ、３０３ｂを示しているが、第１の光電変換モジュール３０２が備える光電変換素子３０３の数量はこれに限定されず、多数の光電変換素子３０３が透光性絶縁基板３０４上に形成される。
【００７５】
メカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１では、第１の光電変換モジュール３０２側から光が入射するため、透光性絶縁基板３０４はガラス、透明樹脂等の透光性を有する絶縁材料からなる板状部材やシート状部材が用いられる。
【００７６】
透明電極層３０５は、光透過性を有している透明導電膜として例えば酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）が用いられ、ＣＶＤ（Chemical  Vapor  Deposition）法、スパッタリング法、蒸着法等の方法を用いて形成される。また、透明電極層３０５は、透光性絶縁基板３０４と反対側の表面に凹凸形状が形成された表面テクスチャ構造（図示せず）を有する。このテクスチャ構造は、入射した太陽光を散乱させ、第１の光電変換モジュール３０２と第２の光電変換モジュール３０９とで入射光をより効率的に吸収させ、光利用効率を高める機能を有する。また、透光性絶縁基板３０４上には、透光性絶縁基板３０４からの不純物の阻止層として、必要に応じて酸化珪素（ＳｉＯ２）等からなるアンダーコート層を形成してもよい。
【００７７】
薄膜半導体層３０６は、光入射側からみて透明電極層３０５の後方に配置され、Ｐ−Ｉ−Ｎ構造を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。薄膜半導体層３０６は、透光性絶縁基板３０４側から第１導電型半導体層であるＰ型半導体層、実質的に真性な光電変換層であり第２導電型半導体層であるＩ型半導体層、および第３導電型半導体層であるＮ型半導体層からなるＰＩＮ接合を構成する。本実施の形態では、薄膜半導体層３０６は、透光性絶縁基板３０４側から順に、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層からなるＰ−Ｉ−Ｎ接合を形成している。
【００７８】
また、薄膜半導体層３０６は、透光性絶縁基板３０４側から、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層からなる二段のＰ−Ｉ−Ｎ接合の構成としてもよい。
【００７９】
また、上記の二段のＰ−Ｉ−Ｎ接合のように複数の薄膜半導体層が積層されて薄膜半導体層３０６が構成される場合には、それぞれのＰ−Ｉ−Ｎ接合間に酸化微結晶シリコン（μｃ−ＳｉＯｘ（Ｘ＝０〜２））やアルミニウム添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）などの中間層を挿入して、Ｐ−Ｉ−Ｎ接合間の電気的、光学的接続を改善してもよい。
【００８０】
裏面透明電極層３０７は、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により構成される。
【００８１】
特定範囲の波長を有する光のみを反射する波長選択性を有する波長選択性反射層３０８は、前記裏面電極層３０７上に配置され、屈折率の異なる膜の多層構造で構成される。例えば薄膜半導体層３０６の第２導電型半導体層がｉ型のａ−Ｓｉ：Ｈ層からなる場合、波長選択性反射層３０８は屈折率が略２である第１反射層３３０、屈折率が略４である第２反射層３３１と屈折率が略２である第３反射層３３２の積層構造からなる（図７−４）。このときの波長選択性反射層３０８は多層膜の多重干渉効果により薄膜半導体層３０６が吸収する波長光は反射し、薄膜半導体層３０６が殆ど吸収しない波長光は透過する（図７−５）。ここで、薄膜半導体層３０６が吸収する波長光は、例えば波長が３００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の光である。
【００８２】
第２の光電変換モジュール３０９は、第２の光電変換素子である複数の光電変換素子３１０ａ、３１０ｂ（以下、光電変換素子３１０と総称する場合がある）を備えている。光電変換素子３１０は、透光性絶縁基板３０４と略同等の大きさの第２の透光性絶縁基板である透光性絶縁基板３１１上に、透光性絶縁基板３１１と反対側の表面にテクスチャ構造（図示せず）を有して透光性絶縁基板３１１の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた反射性金属電極層３１２、反射性金属電極層３１２と異なる形状・配置で透光性絶縁基板３１１の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた第２の薄膜半導体層である薄膜半導体層３１３、反射性金属電極層３１２および薄膜半導体層３１３と異なる形状・配置で透光性絶縁基板３１１の短手方向と略平行な方向に延在するストライプ状にパターニングされた第３の透明電極層である裏面透明電極層３１４が順次積層されて構成されている。第２の光電変換モジュール３０９において、隣接する光電変換素子３１０同士は、電気的に接続されていない。
【００８３】
なお、図７−２では、第２の光電変換モジュール３０９のうち、隣接する２つの光電変換素子３１０ａ、３１０ｂを示しているが、第２の光電変換モジュール３０９が備える光電変換素子３１０の数量はこれに限定されず、多数の光電変換素子３１０が透光性絶縁基板３１１上に形成される。
【００８４】
透光性絶縁基板３１１は、例えばガラス、透明樹脂等の透光性を有する絶縁材料からなる板状部材やシート状部材が用いられる。
【００８５】
反射性金属電極層３１２は、銀（Ａｇ）の単層膜や、透光性絶縁基板３１１側から銀（Ａｇ）と酸化亜鉛（ＺｎＯ）とがこの順で積層された多層膜が用いられる。また、銀（Ａｇ）の代わりにアルミニウム（Ａｌ）、金（Ａｕ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）、クロム（Ｃｒ）などを用いてもよい。また、酸化亜鉛（ＺｎＯ）の代わりに酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の透明導電膜を用いてもよい。また、透光性絶縁基板３１１上には、透光性絶縁基板３１１からの不純物の阻止層として、必要に応じて酸化珪素（ＳｉＯ２）等からなるアンダーコート層を形成してもよい。
【００８６】
薄膜半導体層３１３は、光入射側からみて反射性金属電極層３１２の前方に配置され、Ｐ−Ｉ−Ｎ構造を有し、入射する光により発電を行う薄膜半導体層が１層以上積層されて構成される。薄膜半導体層３１３は、透光性絶縁基板３１１側から第３導電型半導体層であるＮ型半導体層、実質的に真性な光電変換層であり第２導電型半導体層であるＩ型半導体層および第１導電型半導体層であるＰ型半導体層からなるＮ−Ｉ−Ｐ接合を構成する。本実施の形態では、薄膜半導体層３１３は、透光性絶縁基板３１１側から順に、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層および第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、からなるＮ−Ｉ−Ｐ接合を構成している。
【００８７】
また、薄膜半導体層３１３は、透光性絶縁基板３１１側から、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ：Ｈ）層、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層からなる二段のＰ−Ｉ−Ｎ接合の構成としてもよい。
【００８８】
また、上記の二段のＮ−Ｉ−Ｐ接合のように複数の薄膜半導体層が積層されて薄膜半導体層３１３が構成される場合には、それぞれのＮ−Ｉ−Ｐ接合間に酸化微結晶シリコン（μｃ−ＳｉＯｘ（Ｘ＝０〜２））やアルミニウム添加酸化亜鉛（ＺｎＯ：Ａｌ）などの中間層を挿入して、Ｎ−Ｉ−Ｐ接合間の電気的、光学的接続を改善してもよい。
【００８９】
裏面透明電極層３１４は、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ２）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により構成される。
【００９０】
第１の光電変換モジュール３０２と第２の光電変換モジュール３０９との組み合わせとして、各モジュールにおける薄膜半導体層の積層形態は、例えば（１）１段ｐｉｎ接合−１段ｎｉｐ接合、（２）２段ｐｉｎ接合−１段ｎｉｐ接合、（３）１段ｐｉｎ接合−２段ｎｉｐ接合、（４）２段ｐｉｎ接合−２段ｎｉｐ接合とすることができる。
【００９１】
また、光電変換素子３０３での透光性絶縁基板３０４の長手方向における幅（図７−１における線分Ｅ−Ｅ’方向における幅）と、光電変換素子３１０での透光性絶縁基板３１１の長手方向における幅（図７−１における線分Ｅ−Ｅ’方向における幅）とは同一とされており、光電変換装置３０１において光電変換素子３０３と光電変換素子３１０とは互いに相対する位置に配置されて、光電変換素子３０３と光電変換素子３１０との対を構成している。すなわち、図７−２においては、光電変換素子３０３ａと光電変換素子３１０ａとが互いに相対する位置に配置されて光電変換素子対を構成し、光電変換素子３０３ｂと光電変換素子３１０ｂとが互いに相対する位置に配置されて光電変換素子対を構成している。この光電変換素子対は、新たな光電変換素子とみなせる。
【００９２】
また、図７−３に示すように、第１の光電変換モジュール３０２の裏面透明電極層３０７と第２の光電変換モジュール３０９の裏面透明電極層３１４とは、透光性絶縁基板３０４（透光性絶縁基板３１１）の短手方向（図７−１における線分Ｆ−Ｆ’方向）における外周部領域３１５で、導電層３２１により電気的に接続されている。導電層３２１は、例えば金属ペースト、異方性導電膜などの導電性樹脂で構成されている。これにより、相対する一対の光電変換素子３０３と光電変換素子３１０とが電気的に接続されている。また、導電性樹脂に含まれる金属は、絶縁性皮膜が出来難く接触抵抗が低い金、銀、ニッケル、パラジウムのいずれか１つ以上であることが好ましい。このような構成により、相対する光電変換素子は電気的に直接接続され、同一基板上に形成された積層型薄膜光電変換素子と同様の素子構成となり、メカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１の全ての光電変換素子対は、ほぼ同一の特性を有することになる。
【００９３】
また、光電変換素子３０３ｂの透明電極層３０５における第２の光電変換モジュール３０９側の表面であって光電変換素子３０３における透光性絶縁基板３０４の長手方向（図７−１における線分Ｅ−Ｅ’方向）の他端部の領域には、薄膜半導体層３０６および裏面透明電極層３０７が積層されていない接続領域３０５ａが設けられている。一方、光電変換素子３１０ａの反射性金属電極層３１２における第１の光電変換モジュール３０２側の表面であって光電変換素子３１０における透光性絶縁基板３１１の長手方向（図７−１における線分Ｅ−Ｅ’方向）の一端部の領域には、薄膜半導体層３１３および裏面透明電極層３１４が積層されていない接続領域３１２ａが設けられている。
【００９４】
そして、光電変換素子３０３ｂの接続領域３０５ａと、該光電変換素素子３０３ｂに相対する光電変換素子３１０ｂに隣接する光電変換素子３１０ａの接続領域３１２ａとが導電層３２２により電気的に接続されている。導電層３２２は、例えば金属ペースト、異方性導電膜などの導電性樹脂で構成されている。これにより、光電変換素子３０３の透明電極層３０５と、隣接する対を構成する光電変換素子３１０の反射性金属電極層３１２とが電気的に接続されている。また、導電性樹脂に含まれる金属は、絶縁性皮膜が出来難く接触抵抗が低い金、銀、ニッケル、パラジウムのいずれか１つ以上であることが好ましい。このような構成により、隣接する光電変換素子対は電気的に直接接続され、同一基板上に形成された積層型薄膜光電変換素子が直列に接続される場合と同様の素子構成となる。
【００９５】
光電変換素子３１０には、光電変換素子３０３と波長選択性反射層３０８を透過した光が照射される。このとき、波長選択性反射層３０８は光電変換素子３１０が吸収する波長光を透過する。
【００９６】
以上のように構成された実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１では、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１と同様に、相対する光電変換素子対が電気的に接続され、且つ光電変換素子３０３と、隣接する対を構成する光電変換素子３１０とが電気的に接続されることにより、全ての光電変換素子３０３および光電変換素子３１０が交互に直列に接続される。これにより、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１は、積層型薄膜光電変換装置と同等の接続構成とされるため光電変換素子３０３、３１０が最適動作点で動作し、発電効率が向上する。その結果、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１は、積層型薄膜光電変換装置と同等の光電変換効率をメカニカル・スタック方式の光電変換装置により実現することができるという、従来にない顕著な効果を有する。
【００９７】
また、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１では、実施の形態１にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１と同様に、積層型薄膜光電変換装置と同等の構成で光電変換素子対が直列に接続されるため、従来は２枚の光電変換モジュールのそれぞれに必要であった出力取り出し部が単一箇所に集約される（図示せず）。すなわち、直列接続された複数の光電変換素子のうち両端の光電変換素子にのみそれぞれ１箇所ずつ出力取り出し部を設ければよい。これにより、光電変換装置３０１の構成が簡略となるため、製造工程を簡略化でき、また出力取り出し部に使用される部材も削減できるためコストダウンが可能である。
【００９８】
加えて、このような実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１では、光電変換素子３０３と光電変換素子３１０の間に波長選択性を有する波長選択性反射層３０８が挿入されているため、一旦光電変換素子３０３を透過した光を光電変換素子３０３側に戻すことができ、光電変換素子３０３が吸収する光が増加する。これにより、光吸収層である薄膜半導体層３０６の第２導電型半導体層の膜厚を薄くすることが可能となり、製造時間を短縮するといった利点もある。
【００９９】
つぎに、このような実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１の製造方法について図８−１〜図８−６を参照して説明する。図８−１〜図８−６は、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置１の製造工程を説明するための断面図である。
【０１００】
最初に第１の光電変換モジュール３０２を作製する。まず、透光性絶縁基板３０４として例えば平板状のガラス基板を用意し、該透光性絶縁基板３０４の一面側に、表面に凹凸のテクスチャ構造を有する酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる透明電極層３０５を形成する。
【０１０１】
次に、レーザ照射により透明電極層３０５の一部を透光性絶縁基板３０４の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して透明電極層３０５をストライプ状にパターニングし、複数の透明電極層３０５に分離する（図８−１）。
【０１０２】
次に、プラズマＣＶＤ法などにより透明電極層３０５上に例えばアモルファスシリコンからなる光電変換用の薄膜半導体層３０６を形成する。ここでは、薄膜半導体層３０６として透光性絶縁基板３０４側から、第１導電型半導体層であるｐ型の水素化アモルファス炭化シリコン（ａ−ＳｉＣ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層を順次形成する。そして、透明電極層３０５が切断された位置の一部の箇所で、レーザ照射により薄膜半導体層３０６の一部を透光性絶縁基板３０４の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、薄膜半導体層３０６をストライプ状にパターニングし、複数の薄膜半導体層３０６に分離する（図８−２）。
【０１０３】
次いで、スパッタリング法などにより薄膜半導体層３０６上に酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる裏面透明電極層３０７を形成する。
【０１０４】
次に、プラズマＣＶＤ法などにより裏面透明電極層３０７上に酸化珪素（ＳｉＯ２）、水素化非晶質珪素（ａ−Ｓｉ：Ｈ）、酸化珪素（ＳｉＯ２）の積層からなる波長選択性反射層３０８を形成する。そして、透明電極層３０５および薄膜半導体層３０６が切断された箇所およびこれに隣接する箇所で、レーザ照射により裏面透明電極層３０７および薄膜半導体層３０６および波長選択性反射層３０８を切断・除去して、裏面透明電極層３０７および波長選択性反射層３０８をストライプ状にパターニングし、複数の裏面透明電極層３０７および波長選択性反射層３０８に分離する（図８−３）。これにより、各層が光電変換素子３０３毎に分離され、第１の光電変換モジュール３０２が得られる。
【０１０５】
次に、第２の光電変換モジュール３０９を作製する。まず、透光性絶縁基板３１１として例えば平板状のガラス基板を用意し、該透光性絶縁基板３１１の一面側に、表面に凹凸のテクスチャ構造を有する銀（Ａｇ）などの光を反射する金属層からなる反射性金属電極層３１２を形成する。
【０１０６】
次に、レーザ照射により反射性金属電極層３１２の一部を透光性絶縁基板３１１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して反射性金属電極層３１２をストライプ状にパターニングし、複数の反射性金属電極層３１２に分離する（図８−４）。
【０１０７】
次に、プラズマＣＶＤ法などにより反射性金属電極層３１２上に例えば水素化微結晶シリコンからなる光電変換用の薄膜半導体層３１３を形成する。ここでは、薄膜半導体層３１３として透光性絶縁基板３１１側から、第３導電型半導体層であるｎ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層、第２導電型半導体層であるｉ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層および第１導電型半導体層であるｐ型の水素化微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ：Ｈ）層を順次形成する。そして、反射性金属電極層３１２が切断された箇所およびこれに隣接する箇所で、レーザ照射により薄膜半導体層３１３の一部を透光性絶縁基板３１１の短手方向と略平行な方向のストライプ状に切断・除去して、薄膜半導体層３１３をストライプ状にパターニングし、複数の薄膜半導体層３１３に分離する（図８−５）。
【０１０８】
次いで、スパッタリング法などにより薄膜半導体層３１３上に酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）からなる裏面透明電極層３１４を形成する。そして、薄膜半導体層３１３が切断された位置と同じ箇所で、レーザ照射により裏面透明電極層３１４を切断・除去して、裏面透明電極層３１４をストライプ状にパターニングし、複数の裏面透明電極層３１４に分離する（図８−６）。これにより、各層が光電変換素子３１０毎に分離され、第２の光電変換モジュール３０９が得られる。
【０１０９】
次に、第２の光電変換モジュール３０９における光電変換素子３１０上の全面に中間層３２３として光透過性樹脂層を形成する。ついで、該光透過性樹脂層において、光電変換素子３０３と光電変換素子３１０とを電気的に接続する箇所、すなわち導電層３２１および導電層３２２の形成箇所にコンタクトホールを開口する。その後、塗布、印刷などの方法により、コンタクトホールに導電性ペーストや導電膜を充填して導電層３２１および導電層３２２を形成する。
【０１１０】
そして、対となる光電変換素子３０３と光電変換素子３１０とが相対するように、中間層３２３上に第１の光電変換モジュール３０２を配置し、光電変換素子３０３と光電変換素子３１０とを内側にして第１の光電変換モジュール３０２と第２の光電変換モジュール３０９とを貼り合わせ、これらを例えば真空中で加熱プレスする。これにより、第１の光電変換モジュール３０２と第２の光電変換モジュール３０９とが一体化し、第１の光電変換モジュール３０２の裏面透明電極層３０７と第２の光電変換モジュール３０９の裏面透明電極層３１４とが導電層３２１により電気的に接続され、また、光電変換素子３０３の透明電極層３０５と、該光電変換素子３０３に相対する光電変換素子３１０に隣接する光電変換素子３１０の反射性金属電極層３１２とが導電層３２２により電気的に接続されて、図８−１〜図８−３に示すようなメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１が得られる。この後、直列接続された複数の光電変換素子のうち両端の光電変換素子にのみそれぞれ１箇所ずつ出力取り出し部（図示せず）が形成される。
【０１１１】
上述したように、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１では、相対する光電変換素子対が電気的に接続され、且つ光電変換素子３０３と、隣接する対を構成する光電変換素子３１０とが電気的に接続されることにより、図２に示す等価回路のように全ての光電変換素子３０３および光電変換素子３１０が交互に直列に接続される。これにより、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１は、積層型薄膜光電変換装置と同等の接続構成とされるため光電変換素子３０３、３１０が最適動作点で動作し、発電効率が向上する。その結果、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１は、積層型薄膜光電変換装置と同等の光電変換効率をメカニカル・スタック方式の光電変換装置により実現することができるという、従来にない顕著な効果を有する。
【０１１２】
また、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１では、積層型薄膜光電変換装置と同等の構成で光電変換素子対が直列に接続されるため、従来は２枚の光電変換モジュールのそれぞれに必要であった出力取り出し部が単一箇所に集約される（図示せず）。すなわち、直列接続された複数の光電変換素子のうち両端の光電変換素子にのみそれぞれ１箇所ずつ出力取り出し部を設ければよい。これにより、光電変換装置３０１の構成が簡略となるため耐久性に優れ、製造工程を簡略化でき、また出力取り出し部に使用される部材も削減できるためコストダウンが可能である。
【０１１３】
また、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１では、光電変換素子３０３と光電変換素子３１０の間に波長選択性を有する波長選択性反射層３０８が挿入されているため、一旦光電変換素子３０３を透過した光を光電変換素子３０３側に戻すことができ、光電変換素子３０３が吸収する光が増加する。これにより、光吸収層である薄膜半導体層３０６の第２導電型半導体層の膜厚を薄くすることが可能となり、製造時間を短縮でき、製造コストの更なる低減が実現できる。
【０１１４】
また、上述したように、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１の製造方法によれば、相対する光電変換素子対が電気的に接続され、且つ光電変換素子３０３と、隣接する対を構成する光電変換素子３１０とが電気的に接続されることにより、全ての光電変換素子３０３および光電変換素子３１０が交互に直列に接続される。これにより、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１の製造方法によれば、光電変換素子対が直列に接続され、積層型薄膜光電変換装置と同等の構成を有し、積層型薄膜光電変換装置と同等の光電変換効率を備えたメカニカル・スタック方式の光電変換装置を実現することができる。
【０１１５】
また、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１の製造方法によれば、積層型薄膜光電変換装置と同等の構成で光電変換素子対が直列に接続されるため、従来は２枚の光電変換モジュールのそれぞれに必要であった出力取り出し部が単一箇所に集約される。すなわち、直列接続された複数の光電変換素子のうち両端の光電変換素子にのみそれぞれ１箇所ずつ出力取り出し部を設ければよい。これにより、製造工程を簡略化でき、また出力取り出し部に使用される部材も削減できるためコストダウンが可能である。
【０１１６】
また、実施の形態３にかかるメカニカル・スタック方式の光電変換装置３０１の製造方法によれば、光電変換素子３０３と光電変換素子３１０の間に波長選択性を有する波長選択性反射層３０８が挿入されるため、一旦光電変換素子３０３を透過した光を光電変換素子３０３側に戻すことができ、光電変換素子３が吸収する光が増加する。これにより、光吸収層である薄膜半導体層３０６の第２導電型半導体層の膜厚を薄くすることが可能となり、製造時間を短縮でき、製造コストの更なる低減が実現できる。
【産業上の利用可能性】
【０１１７】
以上のように、本発明にかかる光電変換装置は、積層型の薄膜光電変換装置と同様の高い発電効率を有するメカニカル・スタック方式の光電変換装置の実現に有用である。
【符号の説明】
【０１１８】
１  光電変換装置
２  第１の光電変換モジュール
３  光電変換素子
３ａ  光電変換素子
３ｂ  光電変換素子
４  透光性絶縁基板
５  透明電極層
５ａ  接続領域
６  薄膜半導体層
７  裏面透明電極層
８  第２の光電変換モジュール
９  光電変換素子
９ａ  光電変換素子
９ｂ  光電変換素子
１０  透光性絶縁基板
１１  反射性金属電極層
１１ａ  接続領域
１２  薄膜半導体層
１３  裏面透明電極層
１４  外周部領域
２１  導電層
２２  導電層
２３  中間層
１０１  光電変換装置
１０２  第１の光電変換モジュール
１０３  光電変換素子
１０３ａ  光電変換素子
１０３ｂ  光電変換素子
１０４  透光性絶縁基板
１０５  透明電極層
１０６  薄膜半導体層
１０７  裏面透明電極層
１０７ａ  接続領域
１０８  第２の光電変換モジュール
１０９  光電変換素子
１０９ａ  光電変換素子
１０９ｂ  光電変換素子
１１０  透光性絶縁基板
１１１  反射性金属電極層
１１２  薄膜半導体層
１１３  裏面透明電極層
１１３ａ  接続領域
１１４  外周部領域
１２１  導電層
１２２  導電層
１２３  中間層
２０１  光電変換素子
２０２  光電変換素子
２１１  第１の光電変換モジュール
２１２  第２の光電変換モジュール
３０１  光電変換装置
３０２  第１の光電変換モジュール
３０３  光電変換素子
３０３ａ  光電変換素子
３０３ｂ  光電変換素子
３０４  透光性絶縁基板
３０５  透明電極層
３０５ａ  接続領域
３０６  薄膜半導体層
３０７  裏面透明電極層
３０８  波長選択性反射層
３０９  第２の光電変換モジュール
３１０  光電変換素子
３１０ａ  光電変換素子
３１０ｂ  光電変換素子
３１１  透光性絶縁基板
３１２  反射性金属電極層
３１２ａ  接続領域
３１３  薄膜半導体層
３１４  裏面透明電極層
３１５  外周部領域
３２１  導電層
３２２  導電層
３２３  中間層
３３０  第１反射層
３３１  第２反射層
３３２  第３反射層
【図１−１】
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【図１−２】
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【図１−３】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５−１】
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【図５−２】
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【図５−３】
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【図５−４】
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【図５−５】
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【図５−６】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図６−３】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【図７−３】
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【図７−４】
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【図７−５】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図８−３】
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【図８−４】
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【図８−５】
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【図８−６】
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