(57)【要約】      （修正有）【課題】光電変換効率を向上するとともに、太陽電池素子の割れを低減する。【解決手段】受光面と非受光面とを有する太陽電池素子１０を備えた太陽電池モジュール１１であって、太陽電池素子１０の非受光面の略全面上に形成された金属化合物薄膜９と、金属化合物薄膜９の略全面上に配置された金属板１２とを有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面と非受光面とを有する太陽電池素子を備えた太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池素子の前記非受光面の略全面上に形成された金属化合物薄膜と、
該金属化合物薄膜の略全面上に配置された金属板とを有する、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記金属化合物薄膜の材質はインジウム（Ｉｎ）を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記金属板の材質はアルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）を含む、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記金属化合物薄膜と前記金属板とが接合されている、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
受光面と非受光面とを有する基板を備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記受光面上および前記非受光面上に金属化合物薄膜を同時に形成する工程と、
前記金属化合物薄膜が形成された前記非受光面上に金属板を配置する工程とを有する、太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、太陽電池モジュールの機械強度を保つため、特許文献１のように、太陽電池素子の非受光面側に棒状の金属製のサポートバーを設置していた。
【０００３】
しかしながら、このようなサポートバーを設置した場合、サポートバーからの圧力が太陽電池素子の非受光面側に伝播して、応力の集中が発生することによって、太陽電池素子が割れる場合があった。
【０００４】
このような問題を解決するには、例えば特許文献２のような構造とし、棒状のサポートバーを金属製の支持板（金属板）に変更することによって、太陽電池素子の非受光面側に局所的な応力集中をさせることなく、応力を分散させることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平６−８５３００号公報
【特許文献２】特開平７−２０２２３５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、単に棒状のサポートバーを板状の金属板に替えた場合では、太陽電池素子の非受光面と金属板との間に隙間ができてしまうため、太陽電池素子の受光面側から伝導してくる熱がこの隙間で断熱され易くなり、太陽電池素子の非受光面側での空冷効率が低下する場合があった。
【０００７】
そのため、太陽電池素子の非受光面側と、金属板とを隙間無く密着させることによって、太陽電池素子の受光面側から伝導してくる熱を金属板へ逃がして空冷効率を向上する必要があるが、太陽電池素子の非受光面と金属板とを隙間無く密着させるために両者を半田等で接合させると、太陽電池素子と金属板との熱膨張率差による反りが生じて、太陽電池素子に割れが生じる場合があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明によれば、受光面と非受光面とを有する太陽電池素子を備えた太陽電池モジュールであって、前記太陽電池素子の非受光面の略全面上に形成された金属化合物薄膜と、該金属化合物薄膜の略全面上に配置された金属板とを有する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、太陽電池素子の非受光面と金属板とを接合しなくても、太陽電池素子の非受光面側と金属板との密着度合いを、金属化合物薄膜が変形することによって高めることができる。
【００１０】
これによって、太陽電池素子の非受光面側から金属板への熱伝導の度合いがより高くなり、太陽電池素子の冷却効率を高めることができるので、光電変換効率を向上することができる。
【００１１】
また、本発明によれば、太陽電池素子の非受光面側と金属板とを半田等で接合しなくてもよいので、太陽電池素子と金属板との熱膨張率差による反りがなく、太陽電池素子の割れを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の太陽電池素子の一実施形態を側面から見たときの断面模式図である。
【図２】本発明の太陽電池素子の一実施形態を側面から見たときの断面模式図である。
【図３】図１における本発明の太陽電池素子の一実施形態を斜視したときの斜視模式図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュールの一実施形態を側面から見たときの断面模式図である。
【図５】本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態を側面から見たときの断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の太陽電池モジュールとその製造方法の一実施形態にかかる太陽電池素子として薄膜型太陽電池を用いて説明する。
【００１４】
（太陽電池素子）
図１、図２および図３において、太陽電池素子１０は、基板１と、第１の電極層２と、光吸収層３と、半導体層４と、第２の電極層５（以下、透明電極層５ともいう）とを含んで構成されている。なお、図２においてはさらに出力取り出し用の集電電極８が形成されている点で図１と相違する。
【００１５】
基板１の材質は剛性、平滑性を満たしていれば良く、太陽電池素子１０を支持するためのものであり、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、サファイヤおよびＳＵＳ等の金属が挙げられる。
【００１６】
第１の電極層２および第３の電極層６には、Ｍｏ、Ａｌ、ＴｉまたはＡｕ等の導電体が用いられ、基板１上にスパッタリング法または蒸着法等で形成されている。
【００１７】
光吸収層３は、光を吸収して電荷を生じる機能を有するものであり、光吸収層３は１０μｍ以下の薄層でも高い光電変換効率を得ることができるという観点から、例えばカルコパイライト系の化合物半導体が選ばれる。カルコパイライト系の化合物半導体としては、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２（ＣＩＧＳＳともいう）、およびＣｕＩｎＳ２（ＣＩＳともいう）が挙げられる。なお、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２とは、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとから主に構成された化合物をいう。また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２とは、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとＳとから主に構成された化合物をいう。
【００１８】
半導体層４は、光吸収層３に対してヘテロ接合されている層であり、光吸収層３上に５〜２００ｎｍ程度の厚みで形成されている。光吸収層３と半導体層４とは異なる導電型であることが好ましく、例えば、光吸収層３がｐ型半導体である場合は、半導体層４はｎ型半導体である。好ましくはリ−ク電流を低減するという観点からは、半導体層４は、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上の層であるのがよい。また、半導体層４は、光吸収層３の吸収効率を高めるために、光吸収層３が吸収する光の波長領域に対して光透過性を有するものが好ましい。半導体層４としては、IIｂ族元素（例えばＣｄ、Ｚｎ）やIIIｂ族元素（例えばＩ
ｎ）のカルコゲン化物（例えばＯ、Ｓ、ＳｅまたはＴｅの化合物）を含むことが好ましい
。具体的には、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｔｅ３などが挙げられ、特にＩｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｔｅ３は、高温高湿の環境下における耐久性が高く、劣化しにくく、光吸収層３上にこのような半導体層４を積層した構成とすることで、高温高湿の環境下での高い耐久性と高い光電変換効率を兼ね備えたものとなる。さらに半導体層４は厚みが５〜１００ｎｍであることが好ましく、半導体層４がこのような厚みであると、半導体層４と光吸収層３とのバンド整合を良好にして、光吸収層３と半導体層４とで構成される光電変換部の電荷分離機能を高めることができる。なお、半導体層４は単層構造であっても、相互に異なる組成からなる第１の半導体層４ａおよび第２の半導体層４ｂからなる２層構成であっても構わない。
【００１９】
第２の電極（透明電極層）５は、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の厚みが０．０５〜３μｍの透明導電膜である。透明電極層５は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等で形成されている。透明電極層５は、半導体層４よりも抵抗率の低い層であり、光吸収層３で生じた電荷を取り出すためのものである。
【００２０】
太陽電池素子１０は複数並べて形成されており、太陽電池素子１０は、光吸収層３の基板１側に第１の電極層２と離間して設けられた第３の電極層６を具備している。そして、光吸収層３に設けられた接続導体７によって、透明電極層５と第３の電極層６とが電気的に接続されている。この第３の電極層６は、隣接する太陽電池素子１０の第１の電極層２と一体化されている。この構成により、隣接する太陽電池素子１０同士が直列接続されている。１つの太陽電池素子１０内において、接続導体７は光吸収層３および半導体層４を貫通するように設けられており、第１の電極層２と透明電極層５とで挟まれた光吸収層３と半導体層４とで光電変換が行なわれる。
【００２１】
（太陽電池モジュール）
以下、本発明の太陽電池モジュールとその製造方法の一実施形態について説明する。
【００２２】
本実施形態の太陽電池モジュールは、受光面と非受光面とを有する太陽電池素子を備えた太陽電池モジュールであって、非受光面上に形成された金属化合物薄膜と、金属化合物薄膜上に配置された金属板とを有する。
【００２３】
図４の太陽電池モジュール１１に示されるように、太陽電池素子１０の基板１側には金属化合物薄膜９が形成されており、その上を金属板１２が覆っている。
【００２４】
ここで太陽電池素子１０は、受光面と非受光面とを有したものであればよい。
【００２５】
また、金属化合物薄膜９と金属板１２とは、密着してさえいればよいので、特に接合されていなくてもよい。太陽電池素子１０と金属板１２とが接合していなければ、熱膨張率差による反りが発生しないので、太陽電池素子１０の割れを低減することができる。
【００２６】
金属化合物薄膜９は、半導体層４と同様の成分を太陽電池素子１０の非受光面にも形成したものであり、半導体層４の成膜と同時に形成されることが効率的で好ましい。
【００２７】
金属化合物薄膜９は半導体層４と同様な組成となるが、半導体層４のようにエピタキシャル成長せずにアモルファス状態となっており、金属化合物薄膜９のアモルファスな粒子の粒子径は、半導体層４のエピタキシャルな粒子の粒子径よりも大きいことが好ましい。
【００２８】
金属化合物薄膜９は、アモルファスな粒子間で部分的に金属結合している箇所があるため、金属化合物薄膜９が変形し易くなっているものと考えられ、太陽電池素子１０の非受光面側と金属板１２との密着度合いは、この金属化合物薄膜９が変形することによって高
めることができる。
【００２９】
これによって、太陽電池素子１０の非受光面側から金属板１２への熱伝導の度合いがより高くなり、太陽電池素子１０の冷却効率を高めることができるので、光電変換効率を向上することができる。
【００３０】
金属化合物薄膜９は、半導体層４と同様に、IIｂ族元素（例えばＣｄ、Ｚｎ）やIIIｂ
族元素（例えばＩｎ）のカルコゲン化物（例えばＯ、Ｓ、Ｓｅ、Ｔｅの化合物）を含むものであり、具体的には、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｔｅ３などが挙げられる。特にＩｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ２Ｔｅ３は、高温高湿の環境下における耐久性が高く、劣化しにくく、光吸収層上にこのような半導体層を積層した構成とすることで、高温高湿の環境下での高い耐久性と高い光電変換効率を兼ね備えたものとなる。さらには、ＩｎとＳとの化合物を含むものが、変形し易い点、および耐候性が高い点で特に好ましい。
【００３１】
金属化合物薄膜９上に配置された金属板１２とは、剛性、熱伝導性、軽量化を満足できるものが好ましい。
【００３２】
金属板１２は、金属化合物薄膜９を介して非受光面側全体を覆う構造であるので、太陽電池素子１０の非受光面側と金属板１２とが接合していなくても、金属化合物薄膜９の表面が変形することによって、太陽電池素子１０の非受光面側と金属板１２との間の隙間をある程度埋めることができる。  
【００３３】
すなわち、非受光面側と金属板１２との密着度合いが、金属化合物薄膜９を介して強まるので、非受光面側から金属板１２への熱伝導の度合いがより高くなり、太陽電池素子１０の冷却効果が高まる。
【００３４】
また後述されるように、非受光面側と金属板とを半田１３等で接合する場合であっても、金属化合物薄膜９が半田１３とのぬれ性を向上させるメタライズ層としての役割を果たすとともに、応力を緩和させる緩衝層としての役割も果たすことによって、太陽電池素子１０と金属板１２との熱膨張率差による反りを緩和することができる。
【００３５】
ここで金属化合物薄膜９がメタライズ層としての役割を果たす理由は以下のように考えられる。
【００３６】
すなわち、金属化合物薄膜９のアモルファスな粒子は、半導体層４の粒子に比べて粒子径が大きいため、粒界における隙間も大きくなり、そこに溶融した半田が含浸し易くなる。
【００３７】
これによって、金属化合物薄膜９のぬれ性を向上させることと同様の効果を得ることができる。
【００３８】
さらに本実施形態の太陽電池素子は、金属化合物薄膜の材質はインジウム（Ｉｎ）を含むものであることが好ましい。
【００３９】
金属化合物薄膜９がインジウム（Ｉｎ）を含んでいれば、酸化物や硫化物であっても、アモルファス構造であることによって、応力に対して変形することが可能となり、外力に対して変形し易く、柔らかい金属化合物薄膜９となり易い。
【００４０】
さらに金属化合物薄膜９が５〜５００ｎｍの厚みであれば、塑性変形し易くなるので、
金属板１２から非受光面側への応力の伝播を低減できる。
【００４１】
そして、半田付けしたときの金属化合物薄膜９と基板１との間に生じる熱応力が低減され接合強度が高くなる。
【００４２】
さらに本実施形態の太陽電池素子は、金属板の材質はアルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）を含む。
【００４３】
金属板１２の材質をアルミニウム（Ａｌ）または銅（Ｃｕ）を主成分とすれば、非受光面側から金属板１２への熱伝導を向上させることができ、基板１の冷却効率が増加することで光電変換効率が向上する。
【００４４】
さらに本実施形態の太陽電池素子は、金属化合物薄膜と金属板とが接合されていることが好ましい。
【００４５】
例えば図５の太陽電池モジュール１１に示されるように、太陽電池素子１０の基板１側には金属化合物薄膜９が形成されており、その上に半田１３を介して金属板１２が覆っている。
【００４６】
金属化合物薄膜９と金属板１２とが半田１３で接合されていれば、非受光面側から金属板１２への熱伝導が半田１３によってより高くなり、冷却効率がさらに高くなる。
【００４７】
また、接合されていることにより発生する応力を、半田１３によって緩和させることができるので、両者の接合強度が高くなる。
【００４８】
ここで例えば半田１３の材質としては、Ｉｎ系半田やＡｇＳｎ系半田であることが、変形し易い点で好ましく、また、金属化合物薄膜９の材質はインジウム（Ｉｎ）を主成分とするものであれば、Ｉｎ系半田やＡｇＳｎ系半田と接合強度が高くなる点で好ましい。
【００４９】
なお、接合面積はできるだけ広いことが好ましいが、接合による熱応力を開放できるように、ある程度スポット的に接合されていてもよい。
【００５０】
（太陽電池モジュールの製造方法）
次に、本発明の一実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
【００５１】
本実施形態の太陽電池モジュールの製造方法は、受光面と非受光面とを有する基板を備えた太陽電池モジュールの製造方法であって、受光面と非受光面上とに金属化合物薄膜を同時に形成する工程と、非受光面上に金属板を配置する工程とを有する。
【００５２】
受光面と非受光面上とに金属化合物薄膜９を同時に形成する工程とは、ケミカルバス内に受光面と非受光面を同時に浸漬することによって、受光面には半導体層４（金属化合物薄膜９に同じ）を形成し、非受光面上には金属化合物薄膜９を形成することである。
【００５３】
非受光面上に金属板１２を配置する工程とは、太陽電池素子１０を太陽電池モジュール１１に組み立てる際になされ、受光面に半導体層４、非受光面上に金属化合物薄膜９を成膜後に、非受光面上の金属化合物薄膜９を除去することなく、非受光面上に金属板１２を設置する製造方法である。
【００５４】
受光面と非受光面上とに金属化合物薄膜９を同時に形成する工程としては、例えば、湿式のＣＢＤ法を採用し、成膜用溶液として、三塩化インジウム四水和物の水溶液０．０１
ｍｏｌ／リットルと、チオアセトアミドの水溶液０．３０ｍｏｌ／リットルとの２液を１：１の割合で混合したものを用いて（さらにｐＨ調整用として、アンモニア水や塩酸が併用される場合もある）、ＩｎＳ系等の半導体層を成膜すればよい。
【００５５】
そして、この成膜用溶液を用いたＣＢＤ法による半導体層４の形成は、例えば下記の処理工程に従って行われる。
【００５６】
まず、第１段階として、室温Ｔ１で、成膜用溶液中に太陽電池素子１の受光面と非受光面を浸して、成膜用溶液を撹拌しながら、設定時間（例えば５〜１０分間）のあいだその状態を保持する。成膜用溶液の撹拌は、以後、半導体層４の成膜が終了するまで持続される。
【００５７】
第２段階として、成膜用溶液中に受光面と非受光面浸した状態のままで、成膜用溶液の温度を所定時間（例えば約１０分間）かけて設定温度Ｔ２（例えば６０℃程度）にまで上昇させる。
【００５８】
次いで、第３段階として、成膜用溶液を設定温度Ｔ２に維持しながら、成膜用溶液中に浸し続けて、昇温後所定時間（約４０分間）の経過を待ってから半導体層４の成膜を終了すればよい。
【００５９】
非受光面上に金属板１２を配置する工程としては、例えば下記の処理工程に従って行われる。
【００６０】
まず、第一段階として、例えば太陽電池素子１０の外周にフレームをセットする。
【００６１】
第二段階として、太陽電池素子１０の非受光面の全面に、金属板１２（アルミニウム板または銅板など）が接する状態で、フレームに取り付ければよい。
【符号の説明】
【００６２】
１：基板
２：第１の電極層
３：光吸収層
４：半導体層
４ａ：第１の半導体層
４ｂ：第２の半導体層
５：第２の電極層（透明電極層）
６：第３の電極層
７：接続導体
８：集電電極
９：金属化合物薄膜
１０：太陽電池素子
１１：太陽電池モジュール
１２：金属板
１３：半田
【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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