(57)【要約】【課題】光起電力装置の破損を抑制し、信頼性を高める。【解決手段】透光性部材４０と、透光性部材４０の受光面とは反対側の面上に形成され、それぞれｐ型電極とｎ型電極とを裏面に有する複数の光起電力素子７０と、互いに隣接する光起電力素子７０との間に跨って形成され、光起電力素子７０のｐ型電極と隣接する光起電力素子７０のｎ型電極とを接続する第１集電配線８０と、光起電力素子７０および第１集電配線８０を充填材６０を介して封止する裏面ガラス板５０と、を備え、第１集電配線８０は、透光性部材４０に接して形成されている。【選択図】図２
2014072276.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持基板と、
前記支持基板の受光面とは反対側の面上に形成され、それぞれｐ型電極とｎ型電極とを裏面に有する複数の光起電力素子と、
互いに隣接する前記光起電力素子との間に跨って形成され、前記光起電力素子のｐ型電極と隣接する前記光起電力素子のｎ型電極とを接続する金属配線部と、
前記光起電力素子および前記金属配線部を封止する保護部材と、
を備え、
前記金属配線部は、前記支持基板に接して形成されている光起電力装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光起電力装置であって、
前記光起電力素子の側壁と前記金属配線部との間に空隙を有することを特徴とする光起電力装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光起電力装置に関し、特に支持基板上に複数の光起電力素子を形成した光起電力装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力素子の開発が各方面で精力的に行われている。例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶質系シリコンを用いた光起電力素子（装置）の研究および実用化が盛んに行われている。
【０００３】
また、近年、受光面（光入射面）と反対側の面にｐｎ接合と集電極を形成したバックコンタクト型（裏面接合型）の光起電力素子の開発も進んでいる。このタイプの光起電力素子では、受光面側にはテクスチャ構造や反射防止、及びキャリアの再結合防止のためのパッシベーション層が形成されるのみで、素子の構造に起因する損失を極力除き、高い変換効率が得られることから、注目を集めている。
【０００４】
さらに、このようなタイプの光起電力素子を支持基板上に複数形成した光起電力装置において、隣接する光起電力素子のｐ型電極とｎ型電極との間を、インターコネクタを介して直列接続する構造が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−０１１８６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、従来のインターコネクタによる接続方法では、光起電力素子の背面（裏面）側より絶縁物で充填または押さえる場合、光起電力素子自体の厚みでインターコネクタと支持基板との間に空間（隙間）が生まれ、インターコネクタの段切れあるいは接続された光起電力素子の破損などが生ずることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの態様は、光起電力装置であって、支持基板と、支持基板の受光面とは反対側の面上に形成され、それぞれｐ型電極とｎ型電極とを裏面に有する複数の光起電力素子と、互いに隣接する光起電力素子との間に跨って形成され、光起電力素子のｐ型電極と隣接する光起電力素子のｎ型電極とを接続する金属配線部と、光起電力素子および金属配線部を封止する保護部材と、を備え、金属配線部は、支持基板に接して形成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光起電力装置の破損を抑制し、信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態における光起電力装置を裏面側から見た平面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ線に沿った光起電力装置の断面図である。
【図３】図１に示すＢ−Ｂ線に沿った光起電力装置の断面図である。
【図４Ａ】本実施の形態における光起電力装置の変形例を示す断面図である。
【図４Ｂ】本実施の形態における光起電力装置の変形例を示す断面図である。
【図５Ａ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図５Ｂ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図５Ｃ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図５Ｄ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図５Ｅ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図５Ｆ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図５Ｇ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図５Ｈ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図５Ｉ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図５Ｊ】本実施の形態における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図６】陽極接合の方法を説明するための図である。
【図７】本実施の形態における光起電力装置の変形例を示す断面図である。
【図８Ａ】本実施の形態の変形例における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図８Ｂ】本実施の形態の変形例における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図８Ｃ】本実施の形態の変形例における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【図８Ｄ】本実施の形態の変形例における光起電力装置の製造方法示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１は、本実施の形態に係る光起電力装置１００を裏面側から見た平面図である。図２は、図１に示すＡ−Ａ線に沿った光起電力装置１００の概略断面図である。
【００１１】
光起電力装置１００は、受光面側に配置された透光性部材（支持基板）４０と、透光性部材４０と対向するように設けられた裏面ガラス板５０と、透光性部材４０と裏面ガラス板５０との間に設けられている光起電力素子７０と、隣接する光起電力素子７０を電気的に接続する第１集電配線（金属配線部／インターコネクタ／タブ配線）８０とを備える。第１集電配線８０は、隣接する光起電力素子７０との間に跨って形成されるとともに、隣接する光起電力素子７０との間の領域において透光性部材４０と接触している。
【００１２】
透光性部材４０は、例えば、１ｍ角及び板厚３．２ｍｍのガラス板が適用される。ただし、これに限定されるものではなく、光起電力素子７０で発電に利用される波長帯域の光を透過し、光起電力素子７０を機械的に支持でき、外部環境から光起電力素子７０を保護できるものであれば、例えば、樹脂板等であってもよい。光起電力装置１００への光の入射は基本的に透光性部材４０側から行われる。
【００１３】
裏面ガラス板５０は、透光性部材４０上に形成された光起電力素子７０を覆うように設けられる。裏面ガラス板５０は、例えば、透光性部材４０と略同じ大きさを有し、板厚３．２ｍｍのガラス板が用いられる。ただし、これに限定されるものではない。
【００１４】
裏面ガラス板５０と光起電力素子７０との間に、充填材６０としてエチレン酢酸ビニル（以下、ＥＶＡという。）、ポリビニルブチラール（以下、ＰＶＢという。）、各種オレフィン系樹脂などの樹脂材料を配置することが好適である。充填材６０でガラス板と密着させることにより、光起電力装置１００の強度を上げることができる。なお、裏面側での光の反射性を高めるために、充填材６０と裏面ガラス板５０との間に反射層を設けたり、又は充填材自体を色付きの樹脂としてもよい。例えば、酸化チタン粒子が混入された充填材を用いると、より反射効果が上がり、光起電力素子７０の変換効率が向上する。
【００１５】
光起電力素子７０は、裏面接合型（バックコンタクト型）の光起電力素子であり、受光面には電極を設けず、裏面側のみに電極が設けられている。
【００１６】
以下に光起電力素子７０の主要な構成について図３を用いて説明する。図３は、図１に示すＢ−Ｂ線に沿った光起電力装置１００の概略断面図である。
【００１７】
光起電力素子７０の発電層としてのベース層１４は結晶質の半導体層である。本実施の形態では、ｎ型のドーパントが添加されたｎ型結晶質シリコン層とする。ベース層１４のドーピング濃度は、例えば、１０16/ｃｍ3程度である。ベース層１４の膜厚は、十分にキャリアを発生できる膜厚とすることが好ましく、例えば、１μｍ以上、１００μｍ以下である。なお、結晶質とは、単結晶のみならず、多数の結晶粒が集合した多結晶も含むものとする。
【００１８】
パッシベーション層１６は、透光性部材４０とベース層１４の間に設けられている。パッシベーション層１６は、ベース層１４に含まれるＳｉの表面の未結合手（ダングリングボンド）を終端させる等の役割を果たし、ベース層１４の表面におけるキャリアの再結合を抑制する。パッシベーション層１６を設けることによって、光起電力装置１００（光起電力素子７０）の受光面側においてベース層１４の表面でのキャリア再結合による損失を抑制することができる。パッシベーション層１６は、例えば窒化シリコン層（ＳｉＮ）を含むようにすればよく、酸化シリコン層（ＳｉＯｘ）及び窒化シリコン層の積層構造とすることがより好ましい。例えばＳｉＯｘ層とＳｉＮ層をそれぞれ３０ｎｍ及び４０ｎｍの膜厚で順に積層した構造とすればよい。
【００１９】
パッシベーション層１６と透光性部材４０とは、接着材を介さずに、透光性部材４０とパッシベーション層１６を直接接合した構造とする。透光性部材４０とパッシベーション層を直接接合する方法としては、透光性部材４０とパッシベーション層１６との間に電圧を印加して張り合わせる陽極接合や、高真空中でイオンビームにより改質された、透光性部材４０とパッシベーション層１６のそれぞれの表面を張り合わせる常温接合などが挙げられる。なお、透光性部材４０とパッシベーション層１６を直接接合するのではなく、光起電力素子７０で発電に利用される波長帯域の光を透過する接着材により接着してもよい。接着材料としては、例えば、ＥＶＡ、ＰＶＢ、シリコーン、各種オレフィン系樹脂などが挙げられる。
【００２０】
第１導電型層１２は結晶質の半導体層である。本実施の形態では、第１導電型層１２はｎ型のドーパントが添加されたｎ型結晶質シリコン層とする。第１導電型層は金属層と接合される層であり、ベース層１４より高いドーピング濃度とされる。第１導電型層のドーピング濃度は１０19/ｃｍ3程度とすればよい。第１導電型層１２の膜厚は、金属との接触抵抗を十分に低くできる範囲でできるだけ薄くすることが好ましく、例えば０．１μｍ以上、２μｍ以下とすればよい。
【００２１】
ベース層１４と第１導電型層１２とは結晶質同士がホモ接合された第１導電型コンタクト領域Ｃ１を形成する。第１導電型コンタクト領域Ｃ１は、例えば、光起電力素子７０の面上内において、フィンガー及びバスバーを含む櫛形に形成される。第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積は、ベース層１４の主面上において、第１導電型層１２とホモ接合されている領域の面積を意味する。
【００２２】
絶縁層２０は、第１導電型層１２と後述するｉ型層２２及び第２導電型層２４とを電気的に絶縁するために用いられるとともに、第１導電型層１２をエッチングするためのマスクとしても用いられる。絶縁層２０は、電気的に絶縁性を有する材料から構成されており、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）とすればよい。絶縁層２０の膜厚は例えば１００ｎｍ程度とすればよい。
【００２３】
ｉ型層２２及び第２導電型層２４は非晶質系の半導体層とされる。なお、非晶質系とはアモルファス相又はアモルファス相内に微小な結晶粒が析出している微結晶層を含む。本実施の形態では、ｉ型層２２及び第２導電型層２４は水素を含有するアモルファスシリコンとする。ｉ型層２２は実質的に真性のアモルファスシリコン層とされる。第２導電型層２４はｐ型のドーパントが添加されたアモルファスシリコン層とされる。第２導電型層２４はｉ型層２２よりもドーピング濃度が高い半導体層とされる。
【００２４】
例えば、ｉ型層２２には意図的にドーピングは行わず、第２導電型層２４のドーピング濃度は１０18／ｃｍ3程度とすればよい。ｉ型層２２の厚さは、光の吸収ができるだけ抑えられるように薄くし、一方でベース層１４の表面が十分にパッシベーションされる程度に厚くする。具体的には１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。また、第２導電型層２４の膜厚は、光吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光起電力素子７０の開放電圧が十分に高くなるような程度に厚くする。第２導電型層２４の膜厚は、例えば１ｎｍ以上、５０ｎｍ以下とすればよく、例えば１０ｎｍとする。
【００２５】
透明電極層２６は、酸化錫（ＳｎＯ2)、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）などに、錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）などをドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち、少なくとも１種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に酸化亜鉛（ＺｎＯ）は、透光性が高く、抵抗率が低いなどの利点を有している。透明電極層２６の膜厚は１０ｎｍ以上５００ｎｍ以下とすればよく、例えば１００ｎｍとする。
【００２６】
ベース層１４とｉ型層２２及び第２導電型層２４とは結晶質を非結晶質とがヘテロ接合された第２導電型コンタクト領域Ｃ２を形成する。第２導電型コンタクト領域Ｃ２は例えば、光起電力装置１００の面内上においてフィンガー及びバスバーを含み、第１導電型コンタクト領域Ｃ１と組み合わされた櫛形に形成される。第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積は、ベース層１４の主面上においてｉ型層及び第２導電型層とヘテロ接合されている領域の面積を意味する。ここで、第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積を第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積より小さくするようにパターンを形成することが好適である。
【００２７】
金属層２８は光起電力素子７０の裏面側に設けられる電極となる層である。金属層２８は金属などの導電性の材料から構成され、例えば、銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）を含む材料とする。金属層２８は、第１導電型層１２に接続される第１電極２８ｎと第２導電型層２４に接続される第２電極２８ｐとを含む。金属層２８は、更に銅（Ｃｕ）や錫（Ｓｎ）などの電解メッキ層を含んでもよい。ただし、これに限定されるものではなく、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）などの他の金属、他の導電性材料、又はそれらの組合せとしてもよい。
【００２８】
光起電力装置１００は、図１及び図２に示すように、並置された複数の光起電力素子７０の第１電極及び第２電極を導電性の第１集電配線８０，８２で接続される。この際、第１集電配線８０は、隣接する光起電力素子７０との間に跨って形成されるとともに、隣接する光起電力素子７０との間の領域において透光性部材４０の表面に接触するように設けられる。
【００２９】
なお、図２では、光起電力素子７０と第１集電配線８０との間には空隙（空間）８０ａを設けているが、図４Ａに示すように、光起電力素子７０の側面を被覆するように設けてもよいし、図４Ｂに示すように、両者が混在した状態であってもよい。また、空隙８０ａに相当する領域がその後形成される充填材６０によって充填されていてもよい。
【００３０】
また、光起電力装置１００は、充填材６０と裏面ガラス板５０を備え、これらは光起電力素子７０の裏面側に設けられる。充填材６０は、ＥＶＡ、ポリイミド等の樹脂材料である。これにより、光起電力素子７０の発電層への水分の浸入等を防ぐことができ、光起電力素子全体の強度を向上させることができる。また、受光面から入射した光がベース層１４により多く吸収されるよう、充填材６０と裏面ガラス板５０との間に反射層を設けることで、光起電力素子７０を透過した光を受光面側へ反射させてもよい。
【００３１】
このようにして、本実施の形態における光起電力装置１００が形成される。光起電力装置１００では、透光性部材４０が受光面側となり、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐの両方が裏面側に設けられた裏面接合型となる。
【００３２】
光起電力装置１００は、図１および図３に示すように複数の光起電力素子７０を有する。光起電力素子７０は、透光性部材４０上に、マトリックス状に複数配置される。複数の光起電力素子７０は、一の光起電力素子７０の第１電極２８ｎと隣接する光起電力素子７０の第２電極２８ｐとを相互接続する集電配線（第１集電配線８０，８２）を介して直列に接続される。図１に示す光起電力装置１００においては、２０個の光起電力素子７０が直列に接続されている。光起電力装置１００の用途に応じて光起電力素子７０を並列、又は直列と並列を組み合わせて接続することも可能である。
【００３３】
そして、直列に接続された光起電力素子７０の両端には、発電された電力を端子ボックス９２まで取り出すための第２集電配線８４がそれぞれ接続されている。
【００３４】
第１集電配線８０，８２及び第２集電配線８４の材料としては通常はＣｕを用いるが、Ａｌなどの他の低抵抗の金属を用いてもよい。Ｃｕ製の集電配線の場合には、Ｓｎなどでメッキされたものが好適である。第１集電配線８０，８２と、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐとの接続には、ハンダや、ペースト状のＡｇ、Ｃｕなどの金属材料、又は、導電性のフィルムを用いてもよい。導電性のフィルムは、例えば、導電性樹脂を用いたフィルムや、金属粒子が混合された樹脂フィルムなどが挙げられる。
【００３５】
第２集電配線８４は、図１に示すように絶縁被覆材９０を挟んで光起電力素子７０上に配設される。第２集電配線８４は、一方の側が光起電力素子７０と接続されるとともに、他方の側は貫通孔５２を介して取り出され、端子ボックス９２内の接続用金属端子と接続されている。
【００３６】
絶縁被覆材９０は、裏面ガラス板５０に形成されている貫通孔５２と重畳する位置まで、光起電力素子７０の裏面電極（金属層２８）上に延設されている。絶縁被覆材９０は、例えば、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド、ポリフッ化ビニル等を用いることが好適である。また、絶縁被覆材９０は、裏面にシール状の接着剤が塗布されたものを用いることが好適である。
【００３７】
端子ボックス９２は、シリコーン系又はアクリル系の接着剤により、裏面ガラス板５０の表面に接着されている。
【００３８】
次に、本実施の形態における光起電力装置１００（光起電力素子７０）の製造方法について、図５Ａ〜図５Ｊ乃至図６を用いて説明する。図５Ａ〜図５Ｊは、本実施の形態における光起電力素子７０の製造方法を説明するための概略断面図である。なお、図５Ｄ〜図５Ｊでは、説明を分かりやすくするために図５Ａ〜図５Ｃとは図の上下を逆にして示す。
【００３９】
光起電力素子７０に用いるベース層１４は、結晶質の半導体材料からなる。例えば、シリコン、多結晶シリコン、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板とする。
【００４０】
本実施の形態では、ベース層１４として単結晶シリコン基板を用いた例を示す。したがって、後述する第１導電型層１２、ベース層１４、ｉ型層２２及び第２導電型層２４もシリコン層とする。ただし、ベース層１４に用いる基板１０をシリコン以外の材料としてもよく、他の各層もシリコン層以外の材料としてもよい。
【００４１】
基板１０の一主面にはポーラス層１０ａが形成される（図５Ａ）。ポーラス層１０ａは、陽極酸化処理等によって形成することができる。陽極酸化に用いる電解質は、例えば、フッ化水素酸及びエタノールの混合液、又は、フッ化水素酸及び過酸化水素水の混合液とすることができる。陽極酸化の電流密度は、５ｍＡ／ｃｍ2以上６００ｍＡ／ｃｍ2以下とすればよく、例えば１０ｍＡ／ｃｍ2程度とする。
【００４２】
ポーラス層１０ａの厚さは、０．０１μｍ以上３０μｍ以下が好ましく、例えば１０μｍ程度とする。ポーラス層１０ａの空孔径は、０．００２μｍ以上５μｍ以下が好ましく、例えば０．０１μｍ程度とする。ポーラス層１０ａの空孔率は、１０％以上７０％以下が好ましく、例えば２０％程度とする。
【００４３】
基板１０のポーラス層１０ａ上に、第１導電型層１２、ベース層１４が形成される（図５Ｂ）。第１導電型層１２及びベース層１４は、化学気相成長法（ＣＶＤ）で形成することができる。第１導電型層１２及びベース層１４は、ポーラス層１０ａをシード層としたエピタキシャル成長により形成され、結晶質の半導体層同士が接合されたホモ接合領域を形成する。例えば、基板１０を９５０℃に加熱し、水素（Ｈ2）で希釈されたジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）を原料ガスとして供給することにより成膜することができる。水素（Ｈ2）とジクロロシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）の流量は、例えばそれぞれ０．５（ｌ／ｍｉｎ）及び１８０（ｌ／ｍｉｎ）とする。また、必要に応じてホスフィン（ＰＨ3）をドーピングガスとして添加する。
【００４４】
ベース層１４上にパッシベーション層１６が形成される（図５Ｃ）。パッシベーション層１６が窒化シリコン（ＳｉＮ）の場合、シラン（ＳｉＨ4）に酸素（Ｏ2）及び／又は窒素（Ｎ2）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）によりパッシベーション層１６を形成することができる。
【００４５】
パッシベーション層１６まで形成された基板１０が複数用意され、ガラス板からなる透光性部材４０に各基板１０のパッシベーション層１６がそれぞれ直接接合される（図５Ｄ）。
【００４６】
透光性部材４０とパッシベーション層１６を直接接合する方法としては、透光性部材４０とパッシベーション層１６の間に電圧を印加して張り合わせる陽極接合や、高真空中でイオンビームにより改質された、透光性部材４０及びパッシベーション層１６それぞれの表面を張り合わせる常温接合などが挙げられる。
【００４７】
陽極接合の場合は、基板１０と透光性部材４０とを電極５４，５６により挟み込み、真空に排気した状態で２００℃以上６００℃以下の温度範囲で加熱し、電極５４，５６間に３００Ｖから１ｋＶ程度の電圧を印加して行う（図６）。例えば、基板１０と透光性部材４０とを４００℃に加熱し、透光性部材４０側の電極５６が負電圧となるように６００Ｖの電圧を２０分間印加することにより、パッシベーション層１６と透光性部材４０とを陽極接合する。使用する透光性部材４０は、アルカリ成分を含み、接着する基板と線膨張係数が近いガラスが好ましい。例えば、Ｓｉ基板の場合には、ホウケイ酸ガラスが適する。
【００４８】
常温接合の場合は、室温、１０-6Ｐａ以下の高真空中で、Ａｒイオンビームにより、ガラス板等の透光性部材４０やＳｉＮ等のパッシベーション層１６の張り合わせ面側の、最表面のＳｉの原子に結合している分子を除去する。つまり、結合手（ダングリングボンド）が最表面にある状態で、張り合わせを行うことにより、短時間で接合することができる。常温接合の場合は、透光性部材４０中にアルカリ成分がなくても接着可能であるので、無アルカリガラスを使用することもできる。
【００４９】
また、透光性部材４０は、接着剤等によりパッシベーション層１６に接着されてもよい。接着剤は、光起電力素子７０で発電に利用される波長帯域の光を透過する材料が好適である。接着材料としては、例えば、ＥＶＡ、ＰＶＢ、シリコーン、各種オレフィン系樹脂などが挙げられる。
【００５０】
次に、ポーラス層１０ａを利用して基板１０が分離される（図５Ｅ）。基板１０は、機械的な処理により分離することができる。例えば、基板１０及び透光性部材４０を真空チャックで吸着し、双方を引き離すように引っ張ることによって、ポーラス層１０ａ部分から基板１０を切り離すことができる。また、基板１０の側面からポーラス層１０ａにウォータージェットを吹き付けることによって、ポーラス層１０ａ部分から基板１０を切り離すことができる。もし、第１導電型層１２側にポーラス層１０ａの一部が残留している場合には、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ3）とを混合したフッ硝酸によるエッチング等で第１導電型層１２上のポーラス層１０ａを除去してもよい。
【００５１】
基板１０から切り離された後、第１導電型層１２上に絶縁層２０が形成されるとともに、第１導電型層１２がパターンニングされる（図５Ｆ）。絶縁層２０は、シラン（ＳｉＨ4）に窒素（Ｎ2）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。
【００５２】
パターンニングは、エッチングペーストを用いて行うことができる。燐酸を含むエッチングペーストをスクリーン印刷法等により所望のパターンに塗布することによって、絶縁層２０とともに第１導電型層１２を除去する。また、所望のパターンとなるように絶縁層２０をドライエッチングで除去し、絶縁層２０をマスクとして第１導電型層１２をドライエッチング又はウエットエッチングにより除去してもよい。絶縁層２０のドライエッチングには、四フッ化炭素（ＣＦ4）を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を適用すればよい。また、第１導電型層１２のドライエッチングには、六フッ化硫黄（ＳＦ6）を用いた反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を適用すればよい。第１導電型層１２のウエットエッチングには、フッ化水素酸を含むエッチャントを用いればよい。
【００５３】
なお、複数の光起電力素子７０の間の領域においては、膜が形成されないようにマスクを施しておいたり、膜が形成された後にエッチング等で選択的に除去したりしてもよい。特に膜を除去する等の説明はしないが、後述する各膜の成膜時においても同様である。
【００５４】
絶縁層２０及び第１導電型層１２は、光起電力素子７０の裏面からできるだけ均等に電力を集電できるようにパターンニングすることが好ましい。例えば、光起電力素子７０に一般的に適用されているフィンガー及びバスバーを含む櫛形のパターンとすることが好ましい。ここで、第１導電型コンタクト領域Ｃ１の面積を第２導電型コンタクト領域Ｃ２の面積より小さくするようにパターンを形成することが好適である。
【００５５】
パターンニングによって露出されたベース層１４及び絶縁層２０上にｉ型層２２、第２導電型層２４及び透明電極層２６が形成される（図５Ｇ）。ｉ型層２２及び第２導電型層２４は、シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスのＰＥＣＶＤにより形成することができる。シラン（ＳｉＨ4）等のケイ素含有ガスを供給しつつ、高周波電源から高周波電極へ高周波電力を供給することによって原料ガスのプラズマが生成され、プラズマからベース層１４及び絶縁層２０上に原料が供給されてシリコン薄膜が形成される。原料ガスには、必要に応じてボロン（Ｂ2Ｈ6）等のドーパント含有ガスを混合する。透明電極層２６は、スパッタリング法等を用いて形成することができる。
【００５６】
次に、全面に形成されたｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び絶縁層２０がパターニングされる（図５Ｈ）。パターンニングは、エッチングペーストを用いて行うことができる。燐酸を含むエッチングペーストをスクリーン印刷法等により所望のパターンに塗布することによって、ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び絶縁層２０を除去する。
【００５７】
ここでは、ｉ型層２２がベース層１４に直接接触している領域以外の領域、すなわち、絶縁層２０及び第１導電型層１２が残されている第１導電型コンタクト領域Ｃ１上のｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び絶縁層２０を除去してパターンニングする。パターンは、光起電力装置１００の裏面からできるだけ均等に電力を集電できるように設定する。例えば、第１導電型層１２の櫛形のパターンと交互に組み合わされる櫛形のパターンとすることが好ましい。
【００５８】
パターニングされた表面上に金属層２８が形成される（図５Ｉ）。金属層２８は、スパッタリング法又はプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等の薄膜形成方法で形成することができる。
【００５９】
ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８の一部が除去される（図５Ｊ）。これにより、金属層２８が分断され、第１導電型層１２に接続される第１電極２８ｎと、透明電極層２６に接続される第２電極２８ｐと、が形成される。
【００６０】
ｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８は、レーザエッチングにより除去することができる。また、スクリーン印刷法等でレジストを塗布してパターニングされたマスクを形成し、マスクを利用してｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８をそれぞれ別々にエッチングしてもよい。金属層２８が銅（Ｃｕ）であれば塩化第二鉄をエッチャントとし、金属層２８がアルミニウム（Ａｌ）であれば燐酸をエッチャントとすればよい。また、透明電極層２６のエッチングには、塩酸（ＨＣｌ）を含むエッチャントを用いればよい。また、ｉ型層２２及び第２導電型層２４のエッチングには、フッ化水素酸（ＨＦ）を含むエッチャントを用いればよい。
【００６１】
このとき、第１導電型層１２に接続される第１電極２８ｎと第２導電型層２４に接続される第２電極２８ｐとが電気的に分離されるようにｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８を除去する。本実施の形態では、第１導電型層１２上に残された絶縁層２０の領域上のｉ型層２２、第２導電型層２４、透明電極層２６及び金属層２８を除去している。
【００６２】
また、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐに更に電解メッキ等で金属層を積層してもよい。例えば、銅（Ｃｕ）や錫（Ｓｎ）を電解メッキにより形成する。第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐに電位を印加しつつ電解メッキ法で適用することにより、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐが残された領域上のみに金属層が積層される。
【００６３】
このようにして、形成された光起電力素子７０では、透光性部材４０が受光面側となり、第１電極２８ｎ及び第２電極２８ｐの両方が裏面側に設けられた裏面接合型となる。
【００６４】
次に、前述の光起電力素子７０が複数設けられた透光性部材４０に、集電配線や裏面ガラス板５０などの他の部材を配置し、モジュール化する工程について説明する。
【００６５】
光起電力素子７０をモジュール化する場合、並置された複数の光起電力素子７０の第１電極２８ｎと、隣接する光起電力素子７０の第２電極２８ｐとを集電配線（第１集電配線８０，８２）で接続して、複数の光起電力素子７０を直列に接続する（図１，図２）。この際、図２に示すように、第１集電配線８０は、隣接する光起電力素子７０との間に跨るように配置するとともに、隣接する光起電力素子７０との間の領域において透光性部材４０の表面に接触するように設ける。
【００６６】
第１集電配線８０，８２は、接着剤が付いた導電性フィルムを用いて、第１電極２８ｎ又は第２電極２８ｐと接続する。後述する真空ラミネータ装置により、裏面ガラス板５０上から２００℃以下の温度を加えながら圧着することにより、確実な電気的接続が可能となる。そのため、熱応力による光起電力素子７０へのダメージを抑えることが可能となる。
【００６７】
第２集電配線８４は、光起電力素子７０で発電された電力を端子ボックス９２外部まで取り出すためのものである。そして、光起電力素子７０上の第２集電配線８４を配設する部分の周辺に絶縁被覆材９０を設置する。絶縁被覆材９０は、裏面にシール状に接着剤が塗布されたものを用いることが好適である。
【００６８】
その後、充填材６０及び裏面ガラス板５０を、光起電力素子７０、第１集電配線８０，８２、及び第２集電配線８４を配置した透光性部材４０上に重畳した状態で、真空ラミネータを用いて１４０℃から１８０℃程度の熱をかけながら、ラミネート処理を行う。これにより、光起電力素子７０間の隙間や第１集電配線８０，８２、第２集電配線８４を埋めるように変形する。そして、裏面ガラス板５０と、光起電力素子７０及び透光性部材４０との間に充填材６０の領域が形成される。裏面ガラス板５０、光起電力素子７０、第１集電配線８０，８２、及び第２集電配線８４は、充填材６０と接着している。
【００６９】
最後に、端子ボックス９２を、貫通孔５２を覆うように裏面ガラス板５０上に配置し、シリコーン系又はアクリル系の接着剤により裏面ガラス板５０に接着する。その後、裏面ガラス板５０の貫通孔５２を介して延設された第２集電配線８４と、端子ボックス９２内の接続用金属端子とを接続し、光起電力装置１００が完成する。
【００７０】
本実施の形態に係る光起電力装置１００では、充填材６０によって第１集電配線８０が透光性部材４０方向に押圧されたときに、第１集電配線８０が透光性部材４０に接触しているので、第１集電配線８０や光起電力素子７０の破損を抑制することができる。この結果、透光性部材４０に第１集電配線８０が接触していない場合に比べて、光起電力装置１００の信頼性を高めることができる。
【００７１】
本実施の形態に係る光起電力装置１００では、また、第１集電配線８０が透光性部材４０と接触しているので、光起電力装置１００の熱膨張収縮による第１集電配線８０の膨張収縮を緩和することができ、疲労による断線を抑制することができる。
【００７２】
本実施の形態に係る光起電力装置１００では、第１集電配線８０が透光性部材４０と接触しているので、第１集電配線８０と光起電力素子７０との間に入射する光を第１集電配線８０によって光起電力素子７０側に反射する際、第１集電配線８０と透光性部材４０との間に絶縁部材が介在する場合に比べて光のロスが抑制され、光の再利用効果を高めることができる。この結果、光起電力装置１００の発電効率を向上させることができる。
【００７３】
本実施の形態に係る光起電力装置１００において、光起電力素子７０の側面と第１集電配線８０との間に空隙８０ａを設ける場合には、この空隙８０ａに相当する領域が充填材６０等で充填される場合に比べて、この領域に入射される光のロスが抑制され、光の再利用効果をより高めることができる。
【００７４】
＜変形例１＞
図７は、本実施の形態の変形例における光起電力装置１０２の断面図を示す。本変形例１の光起電力装置１０２は、充填材６０を設けず、光起電力素子７０と裏面ガラス板５０との間を空間８０ｂとした構造を有する。光起電力装置１０２では、充填材６０の代りに透光性部材４０の端部に設けたシール材６２によって裏面ガラス板５０を固定する。
【００７５】
シール材６２は、上記実施の形態における充填材６０と同様の材料とすることができる。シール材６２は、例えば、ＥＶＡ等の樹脂材料とすることが好適である。シール材６２は、透光性部材４０に設けられた第１集電配線８０，８２より周縁部側に配置され、透光性部材４０と裏面ガラス板５０の周縁部を封止する。光起電力素子７０、第１集電配線８０，８２及び第２集電配線８４が形成された透光性部材４０の周縁部にシール材６２を配置した状態で裏面ガラス板５０を重ね、真空ラミネータを用いて１４０℃から１８０℃程度の熱をかけながらラミネート処理を行う。シール材６２は、透光性部材４０及び裏面ガラス板５０の周縁部の全周に亘って設けることが好適である。
【００７６】
また、シール材６２は、透光性部材４０と裏面ガラス板５０との間の空間８０ｂを形成するスペーサとしても機能する。シール材６２は、透光性部材４０と裏面ガラス板５０との間及び光起電力素子７０と裏面ガラス板５０との間に空間８０ｂが形成される高さとする。
【００７７】
本変形例１に係る光起電力装置１０２では、また、第１集電配線８０が透光性部材４０と接触しているので、光起電力装置１００の熱膨張収縮による第１集電配線８０の膨張収縮を緩和することができ、疲労による断線を抑制することができる。
【００７８】
また、本変形例１に係る光起電力装置１０２では、第１集電配線８０が透光性部材４０と接触しているので、第１集電配線８０と光起電力素子７０との間に入射する光を第１集電配線８０によって光起電力素子７０側に反射する際、第１集電配線８０と透光性部材４０との間に絶縁部材が介在する場合に比べて光のロスが抑制され、光の再利用効果を高めることができる。この結果、光起電力装置１０２の発電効率を向上させることができる。
【００７９】
＜変形例２＞
本実施の形態における第１集電配線８０は導電性フィルムによって形成するものとしたがこれに限定されるものではない。例えば、導電材料をスパッタリングや蒸着により形成することによって第１集電配線８０を設けることもできる。
【００８０】
光起電力素子７０が形成された透光性部材４０（図８Ａ）に対して、第１集電配線８０を形成する領域に開口部を有するメタルマスク８６を配置する（図８Ｂ）。この状態において、導電材料をスパッタリング法又は蒸着法によって導電層８８を形成する（図８Ｃ）。導電層８８は、メタルマスク８６の表面、露出した透光性部材４０の表面、光起電力素子７０の表面及び側面を含めた全面に形成される。導電層８８の形状や膜厚は第１集電配線８０として要求される条件に応じて設定すればよい。その後、メタルマスク８６と共にメタルマスク８６上に形成された導電層８８を除去する。これによって、互いに隣接する光起電力素子７０の間に跨るように配置され、隣接する光起電力素子７０との間の領域において透光性部材４０の表面に接触する第１集電配線８０が形成される。
【００８１】
このような方法によって形成された第１集電配線８０によっても上記実施の形態における光起電力装置１００又は１０２と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００８２】
１０  基板、１０ａ  ポーラス層、１２  第１導電型層、１４  ベース層、１６  パッシベーション層、２０  絶縁層、２２  ｉ型層、２４  第２導電型層、２６  透明電極層、２８  金属層、２８ｎ  第１電極、２８ｐ  第２電極、４０  透光性部材（支持基板）、５０  裏面ガラス板、５２  貫通孔、５４，５６  電極、６０  充填材、６２  シール材、７０  光起電力素子、８０，８２  第１集電配線、８０ａ  空隙、８０ｂ  空間、８４  第２集電配線、８６  メタルマスク、８８  導電層、９０  絶縁被覆材、９２  端子ボックス、１００，１０２  光起電力装置。
【図１】
2014072276.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
2014072276.tif 000009
【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
2014072276.tif 000011
【図５Ｅ】
2014072276.tif 000012
【図５Ｆ】
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【図５Ｇ】
2014072276.tif 000014
【図５Ｈ】
2014072276.tif 000015
【図５Ｉ】
2014072276.tif 000016
【図５Ｊ】
2014072276.tif 000017
【図６】
2014072276.tif 000018
【図７】
2014072276.tif 000019
【図８Ａ】
2014072276.tif 000020
【図８Ｂ】
2014072276.tif 000021
【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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