(57)【要約】【課題】  光電変換装置における光電変換効率の向上を目的とする。【解決手段】  光電変換モジュール２００は、第１基板１と、第１基板１上に位置する光電変換層と、光電変換層上から第１基板１上にかけて位置する透光性の封止材２０と、封止材２０上に位置する透光性の第２基板１２と、封止材２０の外側に位置し、第１基板１と第２基板１２との隙間を塞ぐシール材２１と、封止材２０とシール材２１との間に位置する光反射部２２とを具備する。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
該第１基板上に位置する光電変換層と、
該光電変換層上から前記第１基板上にかけて位置する透光性の封止材と、
該封止材上に位置する透光性の第２基板と、
前記封止材の外側に位置し、前記第１基板と前記第２基板との隙間を塞ぐシール材と、
前記封止材と前記シール材との間に位置する光反射部と
を具備することを特徴とする光電変換モジュール。
【請求項２】
前記光反射部は金属部材または白色部材である、請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記光反射部は金属粒子または白色粒子を含んだ透光性部材である、請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記封止材と前記光反射部との界面は、前記第１基板から離れるに従って前記光電変換層から離れるように傾斜している、請求項１乃至３のいずれかに記載の光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換層が封止材で封止された光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電が注目を集めている。
【０００３】
太陽光発電に使用される光電変換モジュールは、様々な種類のものがある。その中でも、ＣＩＳ系（銅インジウムセレナイド系）やＣＩＧＳ系（銅インジウムガリウムセレナイド系）等の化合物半導体薄膜や、アモルファスシリコン薄膜のような薄膜系の光電変換層を用いたものは、比較的低コストで大面積の光電変換モジュールを容易に製造できる点から、研究開発が進められている。
【０００４】
この薄膜系の光電変換モジュールは、ガラス基板などの第１基板上に、下部電極層、光電変換層、および上部電極層を順次成膜した光電変換装置を備えている。さらに、このような光電変換モジュールは、上記の光電変換装置上に、エチレンビニルアセテート共重合体（以下、ＥＶＡという）等の封止材を介して白色強化ガラスなどから成る第２基板が積層され一体化されている。
【０００５】
また、このような光電変換モジュールにおいては、外部から水分が浸入した場合、光電変換層などが劣化し、光電変換効率が低下する場合がある。そのため、このような光電変換モジュールでは、水分を遮断するためのシール材が外周部に配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１２３７２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光電変換モジュールには、光電変換効率の向上が常に要求される。光電変換効率を高めるための１つの方法として、光電変換モジュールに入射した光を効率よく光電変換層に導くことが有効である。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、光電変換装置における光電変換効率の向上を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールは、第１基板と、該第１基板上に位置する光電変換層と、該光電変換層上から前記第１基板上にかけて位置する透光性の封止材と、該封止材上に位置する透光性の第２基板と、前記封止材の外側に位置し、前記第１基板と前記第２基板との隙間を塞ぐシール材と、前記封止材と前記シール材との間に位置する光反射部とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールによれば、光電変換モジュールの光電変換効率が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態に係る光電変換モジュールにおける光電変換装置を示す要部拡大斜視図である。
【図２】図１の光電変換装置の断面図である。
【図３】一実施形態に係る光電変換モジュールの全体を示す斜視図である。
【図４】図３の光電変換モジュールの断面図である。
【図５】第１変形例に係る光電変換モジュールの断面図である。
【図６】第２変形例に係る光電変換モジュールの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールについて、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示されたものではない。また、図１〜図６には、後述する光電変換セルの配列方向をＸ軸とする右手系のＸＹＺ座標が付してある。まず、光電変換モジュールの一部である光電変換装置について説明する。
【００１３】
＜光電変換装置の構成＞
図１は、光電変換装置１１の要部拡大斜視図であり、図２はそのＸＺ断面図である。光電変換装置１１はＸ軸方向に沿って並んだ複数の光電変換セル１０を具備している。光電変換セル１０は、第１基板１と、下部電極層２と、第１の導電型を有する第１の半導体層３と、第１の導電型とは異なる第２の導電型を有する第２の半導体層４と、上部電極層５とが順に積層されている。例えば、第１の導電型がｐ型であれば第２の導電型はｎ型であり、その逆の関係であってもよい。これら第１の半導体層３と第２の半導体層４とで電荷を良好に分離可能な光電変換層が形成される。
【００１４】
光電変換装置１１は、隣接する一方の光電変換セル１０の上部電極層５と他方の光電変換セル１０の下部電極層２とが接続導体６を介して電気的に接続されている。このような構成により、隣接する光電変換セル１０同士が直列接続されている。そして、光電変換装置１１の端部において、直列接続された光電変換セル１０の一方の電極と電気的に接続された取り出し電極２ａが設けられており、この取り出し電極２ａに光電変換装置１１の外部と電気的な接続を行なうための配線導体１３ａが接続される。同様に、光電変換装置１１の反対側の端部において、直列接続された光電変換セル１０の他方の電極と電気的に接続された取り出し電極２ｂが設けられており、この取り出し電極２ｂに光電変換装置１１の外部と電気的な接続を行なうための配線導体１３ｂが接続される。
【００１５】
なお、図１、図２では、図示の都合上、２つの光電変換セル１０のみが示されているが、実際の光電変換装置１１には、図面のＸ軸方向、或いは更に図面のＹ軸方向に、多数の光電変換セル１０が平面的に（二次元的に）配列されている。
【００１６】
第１基板１は、光電変換層を支持するためのものである。第１基板１に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が挙げられる。第１基板１としては、例えば、厚さ１〜３ｍｍ程度の青板ガラス（ソーダライムガラス）が用いられてもよい。
【００１７】
下部電極層２（下部電極層２ａ〜２ｄ）は、第１基板１上に設けられた、Ｍｏ、Ａｌ、ＴｉまたはＡｕ等の導電体である。下部電極層２は、スパッタリング法または蒸着法などの公知の薄膜形成手法を用いて、０．２μｍ〜１μｍ程度の厚みに形成される。
【００１８】
第１の半導体層３は第１の導電型を有する半導体層である。第１の半導体層３は、例えば１μｍ〜３μｍ程度の厚みを有する。第１の半導体層３の材料としては特に限定されず、化合物半導体薄膜やアモルファスシリコン薄膜のような薄膜半導体層が用いられる。比較的高い光電変換効率を有するという観点で、第１の半導体層３として、例えば、Ｉ−III−VI族化合物、Ｉ−II−IV−VI族化合物、II−VI族化合物等が用いられてもよい。
【００１９】
Ｉ−III−VI族化合物とは、Ｉ−Ｂ族元素（１１族元素ともいう）とIII−Ｂ族元素（１３族元素ともいう）とVI-Ｂ族元素（１６族元素ともいう）との化合物である。Ｉ−III−VI族化合物としては、例えば、ＣｕＩｎＳｅ２（二セレン化銅インジウム、ＣＩＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（二セレン化銅インジウム・ガリウム、ＣＩＧＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２（二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム、ＣＩＧＳＳともいう）等が挙げられる。あるいは、第１の半導体層３は、薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体薄膜にて構成されていてもよい。Ｉ−III−VI族化合物は光吸収係数が比較的高く、第１の半導体層３が薄くても良好な光電変換効率が得られる。
【００２０】
Ｉ−II−IV−VI族化合物とは、Ｉ−Ｂ族元素とII−Ｂ族元素（１２族元素ともいう）とIV−Ｂ族元素（１４族元素ともいう）とVI−Ｂ族元素との化合物半導体である。Ｉ−II−IV−VI族化合物としては、例えば、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４（ＣＺＴＳともいう）、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４−ｘＳｅｘ（ＣＺＴＳＳｅともいう。なお、ｘは０より大きく４より小さい数である。）、およびＣｕ２ＺｎＳｎＳｅ４（ＣＺＴＳｅともいう）等が挙げられる。
【００２１】
II−VI族化合物とは、II−Ｂ族元素とVI−Ｂ族元素との化合物半導体である。II−VI族化合物としてはＣｄＴｅ等が挙げられる。
【００２２】
第２の半導体層４は、第１の半導体層３とは異なる第２導電型を有する半導体層である。第２の半導体層４は、第１の半導体層３とは異なる材料が第１の半導体層３上に積層されたものであってもよく、あるいは第１の半導体層３の表面部が他の元素のドーピングによって改質されたものであってもよい。
【００２３】
第２の半導体層４としては、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）、および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられる。この場合、第２の半導体層４は、例えばケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法等で１０〜２００ｎｍの厚みで形成される。なお、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）とは、ＩｎとＯＨとＳとを主に含む化合物をいう。（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）は、ＺｎとＩｎとＳｅとＯＨとを主に含む化合物をいう。（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏは、ＺｎとＭｇとＯとを主に含む化合物をいう。
【００２４】
図１、図２のように、第２の半導体層４上にさらに上部電極層５が設けられていてもよい。上部電極層５は、第２の半導体層４よりも抵抗率の低い層であり、第１の半導体層３および第２の半導体層４で生じたキャリアが良好に取り出される。光電変換効率をより高めるという観点からは、上部電極層５の抵抗率が１Ω・ｃｍ未満でシート抵抗が５０Ω／□以下であってもよい。
【００２５】
上部電極層５は、例えばＩＴＯ、ＺｎＯ等の０．０５〜３μｍの透明導電膜である。透光性および導電性を高めるため、上部電極層５は第２の半導体層４と同じ導電型の半導体で構成されてもよい。上部電極層５は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等で形成され得る。
【００２６】
また、図１、図２に示すように、上部電極層５上にさらに集電電極７が形成されていてもよい。集電電極７は、第１の半導体層３および第２の半導体層４で生じたキャリアをさらに良好に取り出すためのものである。集電電極７は、例えば、図１に示すように、光電変換セル１０の一端から接続導体６にかけて線状に形成されている。これにより、第１の半導体層３および第４の半導体層４で生じた電流が上部電極層５を介して集電電極７に集電され、接続導体６を介して隣接する光電変換セル１０に良好に導電される。
【００２７】
集電電極７は、第１の半導体層３への光透過率を高めるとともに良好な導電性を有するという観点から、５０〜４００μｍの幅を有していてもよい。また、集電電極７は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。
【００２８】
集電電極７は、例えば、Ａｇ等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させた金属ペーストがパターン状に印刷され、これが硬化されることによって形成される。
【００２９】
図１、図２において、接続導体６は、第１の半導体層３、第２の半導体層４および第２の電極層５を貫通（分断）する溝内に設けられた導体である。接続導体６は、金属や導電ペースト等が用いられ得る。図１、図２においては、集電電極７を延伸して接続導体６が形成されているが、これに限定されない。例えば、上部電極層５が延伸したものであってもよい。
【００３０】
＜光電変換モジュールの構成＞
次に光電変換モジュールについて詳細に説明する。図３は一実施形態に係る光電変換モジュール２００の全体を示す斜視図であり、図４はその断面図である。
【００３１】
光電変換モジュール２００は、図１、図２に示す光電変換装置１１上に、透光性の封止材２０を介して透光性の第２基板１２を具備している。また、封止材２０の外側に、第１基板１と第２基板１２との隙間を塞ぐシール材２１を具備している。さらに、封止材２０とシール材２１との間に光反射部２２を具備している。
【００３２】
このような構成により、第２基板１２を介して光電変換モジュール２００の内部に入射した光を効率よく光電変換装置１１上の光吸収層３へ導くことができ、光電変換モジュール２００の光電変換効率を高めることができる。つまり、第２基板を介して封止材２０の端部に進行した光を光反射部２２で良好に反射させて、光吸収層３へ良好に進行させることができる。
【００３３】
封止材２０は、光電変換セル１０を保護するためのものであり、光電変換セル１０上から第１基板１上にかけて設けられている。また、封止材２０は、光吸収層３が吸収する光に対して透光性を有している。このような封止材２０としては、例えばエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）を主成分とする樹脂やポリビニルブチラールを主成分とする樹脂等が挙げられる。
【００３４】
シール材２１は、封止材２０の周囲を取り囲むように、封止材２０の側面に沿って設けられており、図４の例では、光電変換モジュール２００の外周部において、第１基板１と第２基板１２との隙間に充填されている。
【００３５】
シール材２１は、水分が光電変換セル１０内へ浸入するのを低減するためのものであり、封止材２０よりも透湿性の低い部材が用いられる。このようなシール材２１としては、ポリエチレン等の樹脂、またはブチルゴムやエチレンプロピレンゴム等のゴムよりなる弾性体、もしくは上述した樹脂とゴムの混合物等が用いられ得る。
【００３６】
また、シール材２１として、高分子材料に吸着材が分散されたものが用いられても良い。このような吸着材としては、水分を化学吸着する性質を有するものが用いられても良く、あるいは水分を物理吸着する性質を有するものが用いられても良い。水分を化学吸着する吸着材は、水分と化学反応を伴って、化学吸着する性質を有するものであり、例えば、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、硫酸ナトリウム無水塩（Ｎａ２ＳＯ４）、硫酸銅無水塩（ＣｕＳＯ４）または硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）等がある。また、水分を物理吸着する吸着材は、吸着剤の表面と水分との間に発生するファンデルワールス力により水分を吸着するものであり、例えば、ゼオライトなどのモレキュラーシーブ、シリカゲル（ＳｉＯ２・ｎＨ２Ｏ）、アルミナ、アロフェンまたは活性炭等の多孔質表面を持つ無機物質等がある。
【００３７】
光反射部２２は、封止材２０の周囲を取り囲むように、封止材２０とシール材２１との間に設けられている。封止材２０からシール材２１側に進行しようとする光を反射させて光電変換セル１０側へ進行させやすくするため、光反射部２２は、光電変換装置１１で光電変換に用いられる波長の光に対して、光反射率が２０％以上のものが用いられ得る。このような光反射部２２としては、例えば、金や銀、ニッケル、パラジウム、白金等の光反射性の金属部材や、シリカやチタニア等の白色部材等が挙げられる。
【００３８】
光反射部２２が金属部材である場合、光反射部２２は、例えば、棒状等に成形された金属部材を封止材２０とシール材２１との間に配置し、封止材２０およびシール材２１を加熱硬化することによって作製することができる。あるいは、封止材２０を形成した後、封止材２０の側面にめっきを行なうことによって作製してもよい。また、光反射部２２が白色部材である場合、光反射部２２は、例えば、封止材２０を形成した後、封止材２０の側面にゾルゲル法等でシリカやチタニア等の膜を形成することによって作製することができる。
【００３９】
また、光反射部２２は、金属粒子または白色粒子が分散された透光性部材であってもよい。例えば、樹脂等の透光性部材に、金や銀、ニッケル、パラジウム、白金等の光反射性の金属の金属粒子、または、シリカやチタニア等の白色粒子が分散されたものが用いられてもよい。これにより、透光性部材で接着性を高めるとともに金属粒子または白色粒子で反射率を高めることができる。
【００４０】
また、光電変換モジュール２００は、光電変換装置１１上の取り出し電極部２ａ、２ｂに、それぞれ配線導体１３ａ、１３ｂが電気的に接続されている。また、配線導体１３ａ、１３ｂの他方の端部は、図３に示されるように、第１基板１を上下方向に貫通する孔１ａを介して裏面に導出され、光電変換モジュール２００の裏面（非受光面）に配置された端子ボックスに接続されている。そして、この端子ボックスを介して、光電変換モジュール２００で発電した電力が外部回路に出力されることとなる。
【００４１】
配線導体１３ａ、１３ｂは、例えば、厚さ０．１〜０．５ｍｍ程度、幅が１〜７ｍｍ程度の銅（Ｃｕ）などの金属箔が用いられる。また。この金属箔の表面には、取り出し電極部２ａ、２ｂとの電気的な接続を良好にすべく、錫、ニッケルまたは半田などがめっき等によってコーティングされていてもよい。
【００４２】
＜光電変換モジュールの第１変形例＞
次に、本発明の光電変換モジュールの変形例について説明する。図５は光電変換モジュールの第１変形例を示す断面図である。図５に示される光電変換モジュール３００において、上述した図４に示される光電変換モジュール２００と同様な構成および機能を有する部分については図４と同じ符号が付されている。光電変換モジュール３００において、封止材２０と光反射部３２との界面は、第１基板１から離れるに従って光電変換層（光電変換セル１０）から離れるように傾斜している。このような構成であれば、封止材２０と光反射部３２との界面で反射された光が光電変換セル１０側へ良好に進行しやすくなり、光電変換効率がより高くなる。
【００４３】
なお、図５ではシール材３１と光反射部３２との界面も同様の方向に傾斜した例を示しているが、これに限定されない。
【００４４】
＜光電変換モジュールの第２変形例＞
図６は光電変換モジュールの第２変形例を示す断面図である。図６に示される光電変換モジュール４００において、上述した図４に示される光電変換モジュール２００と同様な構成および機能を有する部分については図４と同じ符号が付されている。光電変換モジュール４００は、シール部材４１が第１基板１の側面および第２基板１２の側面を覆うように設けられており、このシール部材４１と封止材２０との間に光反射部４２が設けられている。このような構成であれば、水分が光電変換セル１０へ浸入するのをより低減することができる。
【００４５】
なお、本発明は上述の実施形態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内で種々の変更が施されることは何等差し支えない。例えば、図４および図５の各構成において、シール材２１、３１が第１基板１および第２基板１２の側面まで覆うように延出されていてもよい。
【符号の説明】
【００４６】
１：第１基板
２：下部電極層
３：第１の半導体層
４：第２の半導体層
５：上部電極層
１０：光電変換セル
１１：光電変換装置
１２：第２基板
２０：封止材
２１、３１、４１：シール材
２２、３２、４２：光反射部
２００、３００、４００：光電変換モジュール
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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