(57)【要約】【課題】  内部の温度を精度よく測定できるとともに容易に作製することのできる光電変換装置およびそれを用いた光電変換モジュールを提供すること。【解決手段】  光電変換装置１００は、平板状の基板１と、基板１の主面の第１領域に設けられた、第１下部電極層２、光電変換可能な第１半導体層Ｘおよび複数の線状の集電電極６が順に積層された光電変換部１１と、主面の第１領域とは異なる第２領域において、第１下部電極層２と同じ組成を有する第２下部電極層３０を介して設けられているか、あるいは、前記第１半導体層と同じ組成を有する第２半導体層３０を介して設けられている、集電電極６と同じ組成を有する測定用導体２０とを具備している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の基板と、
該基板の主面の第１領域に設けられた、第１下部電極層、光電変換可能な第１半導体層および複数の線状の集電電極が順に積層された光電変換部と、
前記主面の前記第１領域とは異なる第２領域において、前記第１下部電極層と同じ組成を有する第２下部電極層を介して設けられているか、あるいは、前記第１半導体層と同じ組成を有する第２半導体層を介して設けられている、前記集電電極と同じ組成を有する測定用導体と
を具備している光電変換装置。
【請求項２】
前記基板は貫通孔を有しており、前記光電変換部に電気的に接続された第１配線および前記測定用導体に電気的に接続された第２配線が前記貫通孔を介して前記基板の前記光電変換部とは反対側の主面に引き出されている、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記集電電極および前記測定用導体は銀を含む、請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載の光電変換装置と、
前記測定用導体の電気抵抗値を測定する評価装置と、
該評価装置の結果が基準値以上になった場合に前記光電変換装置を冷却する冷却装置と
を具備している光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は温度の評価が可能な光電変換装置およびそれを用い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】
この太陽光発電に使用される光電変換装置は、シリコンや化合物半導体等の光電変換可能な半導体が用いられている。このような半導体の光電変換効率には熱依存性があり、半導体の温度が高くなると光電変換効率が低下する傾向がある。よって、光電変換装置の温度を管理し、温度が高くなった場合に冷却によって光電変換装置の光電変換効率を高く維持することが望まれている。
【０００４】
光電変換装置の温度を測定するための方法として、特許文献１では、光電変換装置に熱電対を配置している。しかしながら、このような方法では、熱電対の配置に手間がかかるとともに、熱電対と測定対象物との接触が安定せず、正確な温度測定が困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２３１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、内部の温度を精度よく測定できるとともに容易に作製することのできる光電変換装置およびそれを用いた光電変換モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る光電変換装置は、平板状の基板と、該基板の主面の第１領域に設けられた、第１下部電極層、光電変換可能な第１半導体層および複数の線状の集電電極が順に積層された光電変換部と、前記主面の前記第１領域とは異なる第２領域において、前記第１下部電極層と同じ組成を有する第２下部電極層を介して設けられているか、あるいは、前記第１半導体層と同じ組成を有する第２半導体層を介して設けられている、前記集電電極と同じ組成を有する測定用導体とを具備している。
【０００８】
本発明の他の態様に係る光電変換モジュールは、上記一態様の光電変換装置と、前記測定用導体の電気抵抗値を測定する評価装置と、該評価装置の結果が基準値以上になった場合に前記光電変換装置を冷却する冷却装置とを具備している。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の上記いずれの態様によっても、内部の温度を精度よく測定できるとともに容易に作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１実施形態に係る光電変換装置の平面図である。
【図２】図１の光電変換装置における光電変換部の斜視図である。
【図３】図２に示した光電変換部の断面図である。
【図４】第２実施形態に係る光電変換装置の平面図である。
【図５】第３実施形態に係る光電変換装置の平面図である。
【図６】第４実施形態に係る光電変換装置の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の一実施形態に係る光電変換装置および光電変換モジュ−ルについて、図面を参照しつつ説明する。なお、各図には、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座標が付している。
【００１２】
＜光電変換装置および光電変換モジュール＞
本発明の第１実施形態に係る光電変換装置１００は、図１に示すように、基板１と、光電変換部１１と、測定用導体２０とを備えている。
【００１３】
基板１は、光電変換部１１を支持する機能を有している。また、基板１の材質としては、は、厚さ１〜３ｍｍ程度の青板ガラス（ソーダライムガラス）または硼珪酸ガラス等が挙げられる。なお、基板１の材質としてはこれに限定されず、他のガラス、セラミックス、樹脂および金属等が用いられてもよい。また、基板１の形状は、例えば矩形状、円形状等の平板状であればよい。
【００１４】
光電変換部１１は、基板１の一主面上の一部（以下、第１領域という）に設けられている。光電変換部１１は、発電の出力を高めるという観点から、複数の光電変換セル１０が互いに電気的に接続され、基板１上で集積化されている。光電変換部１１の詳細については後述する。
【００１５】
光電変換部１１で光電変換により生じた電力を取り出すために基板１上に一対の第１配線９が設けられている。第１配線９の一端部は、光電変換部１１と電気的に接続されている。また、第１配線９の他端部は基板１に設けられた貫通孔１ａを介して反対側の主面に導出されている。
【００１６】
第１配線９は、例えば厚み０．３〜２ｍｍ程度の銅や銀、アルミニウムやこれらを含む合金や積層体などの金属部材が用いられる。
【００１７】
測定用導体２０は、基板１の一主面の光電変換部１１が設けられている第１領域とは異なる第２領域に設けられている。また、測定用導体２０は、基板１の一主面上に下地層３０を介して設けられている。この下地層３０は、光電変換部１１を構成する第１下部電極層２（第１下部電極層２の詳細は後述する光電変換部１１の構成において説明する）と同じ組成を有する第２下部電極層であってもよい。あるいは、下地層３０は、光電変換部１１を構成する第１半導体層Ｘ（第１半導体層Ｘの詳細は後述する光電変換部１１の構成において説明する）と同じ組成を有する第２半導体層の積層体であってもよい。あるいは、下地層３０は、上記第２下部電極層と第２半導体層との積層体であってもよい。また、測定用導体２０は、光電変換部１１を構成する集電電極（集電電極の詳細は後述する光電変換部１１の構成において説明する）と同じ組成を有している。
【００１８】
このような構成によって、測定用導体２０における温度が光電変換部１１の温度に近くなり、光電変換装置１００の使用中に光電変換部１１の温度を精度よく評価可能となる。また、下地層３０および測定用導体２０は、光電変換部１１で用いる部材と同じ工程で作製することができるため、製造工程も容易となる。
【００１９】
測定用導体２０は、温度変化に依存して電気抵抗値が変化する。よって、光電変換装置１００の稼働中に測定用導体２０の電気抵抗値を測定することによって、光電変換装置１
００内の温度を評価することができる。
【００２０】
測定用導体２０は、一対の第２配線２０ａがそれぞれ接続されている。各第２配線２０ａは、基板１の貫通孔１ａを介して基板１の光電変換部１１が設けられている一主面とは反対側の主面に導出される。導出された第２配線２０ａは、測定用導体２０の電気抵抗値を測定するための評価装置（図示せず）に電気的に接続される。
【００２１】
このような評価装置によって光電変換装置１００の温度評価をし、この結果が予め設定しておいた基準値以上になった場合に、光電変換装置１００を冷却する冷却装置（図示せず）によって光電変換装置１００を冷却すれば、光電変換装置１００の光電変換効率を高い状態に維持することができる。つまり、光電変換モジュールを上記光電変換装置１００、評価装置および冷却装置を具備するものとすることで、内部の温度を精度よく測定して、光電変換モジュールの冷却を効率よく行なうことができる。
【００２２】
＜光電変換部＞
次に、光電変換部１１について説明する。図２は光電変換モジュ−ル１００のＹ方向の中央部における光電変換部１１を示す部分斜視図であり、図３はその断面図である。なお、図２および図３の構成は、光電変換モジュール１００に用いられる光電変換部１１の一例を示すものであって、これに限定されるものではない。光電変換部１１は、第１下部電極層２と、光電変換可能な第１半導体層Ｘと、集電電極６とを備えた光電変換セル１０が図２のＸ方向に直列接続されて成る。隣接する光電変換セル１０において、一方の光電変換セル１０の集電電極６が接続導体７を介して隣接する他方の光電変換セル１０の第１下部電極層２に接続されている。そして、光電変換部１１の一方端部の外側に出力電極８が形成されており、一方端部側の光電変換セル１０の第１下部電極層２に電気的に接続されている。また、その反対側の光電変換部１１の他方端部の外側にも出力電極８が形成されており、他方端部側の光電変換セル１０の集電電極６に電気的に接続されている。そして、この一対の出力電極８のそれぞれに第１配線９が接続されている。
【００２３】
次に、光電変換部１の各構成要素について説明する。第１下部電極層２は、一方向（図２のＸ方向）に互いに間隔をあけて基板１の一主面上に複数配置されている。このような下部電極層２は、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）または金（Ａｕ）等の金属またはこれらの合金を含む薄膜であればよい。また、これらの金属が積層されてなる構造体であってもよい。この下部電極層２は、例えば、基板１上にスパッタリング法または蒸着法等を利用して、厚さ０．２〜１μｍ程度に形成すればよい。
【００２４】
第１半導体層Ｘは光電変換を行なって電荷分離したキャリアを第１下部電極層２および集電電極６へ導く機能を有する半導体層である。第１半導体層Ｘは、一方導電型の半導体層と他方導電型の半導体層とがｐｎ接合した積層体であってもよい。なお、一方導電型とはｐ型およびｎ型のいずれか一方の導電型であり、他方導電型とは、一方導電型とは異なる導電型のことである。第１半導体層Ｘは、例えば、図２のように、一方導電型の半導体層３と他方導電型の半導体層４とがｐｎ接合した積層構造であってもよい。なお、以下では一方導電型の半導体層３がｐ型の半導体層であり、他方導電型の半導体層４がｎ型の半導体層である例を示すがこれに限定されない。
【００２５】
一方導電型の半導体層３は、例えば、アモルファスシリコンや化合物半導体等が用いられる。化合物半導体としては、例えば、Ｉ−III−VI化合物やＩ−II−IV−VI族化合物半
導体、II−VI族化合物半導体等がある。
【００２６】
I−III−VI化合物半導体とは、Ｉ−Ｂ族元素（１１族元素ともいう）、III−Ｂ族元素
（１３族元素ともいう）およびVI−Ｂ族元素（１６族元素ともいう）の化合物半導体である。そして、このようなI−III−VI化合物半導体は、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物半導体とも呼ばれる（ＣＩＳ系化合物半導体ともいう）。I−III−VI化合物半導体としては、例えば、二セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、二セレン化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）、二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２）、二イオウ化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ２）または薄膜の二セレン・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がある。
【００２７】
また、Ｉ−II−IV−VI族化合物半導体とは、Ｉ−Ｂ族元素、II−Ｂ族元素（１２族元素ともいう）、IV−Ｂ族元素（１４族元素ともいう）およびVI−Ｂ族元素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等がある。
【００２８】
また、II−VI族化合物半導体とは、II−Ｂ族元素およびVI−Ｂ族元素の化合物半導体である。II−VI族化合物半導体としては、例えば、ＣｄＴｅ等がある。
【００２９】
一方導電型の半導体層３は、例えばスパッタリング法、蒸着法等といった真空プロセスによって形成される。また、一方導電型の半導体層３は、塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによっても形成される。塗布法あるいは印刷法では、例えば、一方導電型の半導体層３に主として含まれる元素の錯体溶液が第１下部電極層２の上に塗布され、その後、乾燥および熱処理が行われる。
【００３０】
他方導電型の半導体層４は、一方導電型の半導体層３の＋Ｚ側の主面の上に設けられている。他方導電型の半導体層４は、第１の半導体層３の表面部に他の元素がドープされて成るものであってもよく、第１の半導体層３とは異なる化合物がヘテロ接合されて成るものであってもよい。また、他方導電型の半導体層４は、複数層から成る積層体であってもよい。
【００３１】
集電電極６側から第１半導体層３内に光が入射される場合、他方導電型の半導体層４は禁制帯幅が広く且つ透光性のものが用いられる。このような材料としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化亜鉛の化合物、錫が含まれた酸化インジウム（ＩＴＯ）および酸化錫（ＳｎＯ２）等の金属酸化物半導体等が挙げられる。酸化亜鉛の化合物は、アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジウムおよびフッ素のうちの何れか１つの元素等が含まれたものである。
【００３２】
他方導電型の半導体層４は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって形成され得る。上部電極層５の厚さは、例えば、０．０５〜３．０μｍである。
【００３３】
集電電極６は、第１半導体層Ｘの＋Ｚ側の主面（一主面とも言う）の上に、第１半導体層Ｘの端部から接続導体７にかけて線状に設けられている。そして、例えば、光電変換セル１０の集電電極６によって集められたキャリアは、接続導体７を介して隣接する光電変換セル１０に伝達される。なお、集電電極６としては、例えば銅、アルミニウムおよびニッケル等が用いられる。
【００３４】
また、集電電極６の幅は、５０〜４００μｍであれば、隣接する光電変換セル１０間における良好な導電が確保されつつ、第１半導体層Ｘへの光の入射量の低下が低減され得る。１つの光電変換セル１０に複数の集電電極６が設けられる場合、該複数の集電電極６の間隔は、例えば、２．５ｍｍ程度であればよい。
【００３５】
接続導体７は、第１半導体層Ｘを分離する分離溝内に配置されている。この接続導体７は、集電電極６と電気的に接続している。また、接続導体７は、隣の光電変換セル１０から延伸されている下部電極層２に接続している。これにより接続導体７は、隣接する光電変換セル１０のうち、一方の光電変換セル１０の集電電極６と、他方の光電変換セル１０の下部電極層２とを電気的に接続できる。
【００３６】
接続導体７は、集電電極６と同様の材質、方法で作製してもよい。そのため、接続導体７は、集電電極６の形成と同時に行なってもよい。また、接続導体７は、他の導体を用いて形成したものであってもよい。
【００３７】
＜第２実施形態に係る光電変換装置＞
光電変換装置は図１のような第１実施形態の構成に限定されず、種々の変更が可能である。
【００３８】
図４は第２実施形態に係る光電変換装置１０１の平面図である。なお、図４において第１実施形態に係る光電変換装置１００と同じ構成の部位には同じ符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００３９】
図４において、下地層３１上に測定用導体２１が複数設けられている点で光電変換装置１００と異なっている。なお、下地層３１および測定用導体２１は第１実施形態に係る光電変換装置１００における下地層３０および測定用導体２０と同様の材料を用いて作製できる。このような構成であれば、光電変換装置１１のＸ方向の各部位での温度をより精度よく評価することができる。
【００４０】
＜第３実施形態に係る光電変換装置＞
図５は第３実施形態に係る光電変換装置１０２の平面図である。なお、図５において第１実施形態に係る光電変換装置１００と同じ構成の部位には同じ符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００４１】
図５において、下地層３２および測定用導体２２が光電変換部１１の両側に複数設けられている点で光電変換装置１００と異なっている。光電変換部１１の−Ｙ方向側の測定用導体２２に接続された第２配線２２ａは、基板１に設けられた貫通孔１ｂを介して基板１の他主面側に導出されている。なお、下地層３２および測定用導体２２は第１実施形態に係る光電変換装置１００における下地層３０および測定用導体２０と同様の材料を用いて作製できる。このような構成であれば、光電変換装置１１の各部位での温度をさらにより精度よく評価することができる。
【００４２】
＜第４実施形態に係る光電変換装置＞
図６は第４実施形態に係る光電変換装置１０３の平面図である。なお、図６において第１実施形態に係る光電変換装置１００と同じ構成の部位には同じ符号を付しており、詳細な説明は省略する。
【００４３】
図６において、下地層３３および測定用導体２３が光電変換部１１のＸ方向の外側に設けられている点で光電変換装置１００と異なっている。測定用導体３３に接続された第２配線３３ａは、基板１に設けられた貫通孔１ｃを介して基板１の他主面側に導出されている。なお、下地層３３および測定用導体２３は第１実施形態に係る光電変換装置１００における下地層３０および測定用導体２０と同様の材料を用いて作製できる。このような構成であれば、光電変換装置１１の第１配線９に沿った部位の温度測定も評価できる。よって、この第４実施形態の光電変換装置１０３に示した測定用導体３３の配置と、第１〜第
３実施形態の光電変換装置１００〜１０２のいずれかに示した測定用導体３３の配置とを組み合わせることとで、光電変換装置１１全体の温度をさらに精度よく評価できる。
【００４４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正及び変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００４５】
１００、１０１、１０２、１０３：光電変換装置
１：基板
１ａ、１ｂ、１ｃ：貫通孔
２：第１下部電極層
６：集電電極
９：第１配線
２０、２１、２２、２３：測定用導体
２０ａ、２２ａ、２３ａ：第２配線
３０、３１、３２、３３：下地層（第２下部電極層または第２半導体層）
１０：光電変換セル
１１：光電変換部
Ｘ：第１半導体層
【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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