(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された半導体光電変換層が複数の分割線によって複数の光電変換セルに分割されていてかつそれらの複数のセルが電気的に直列に接続された薄膜光電変換装置において、前記半導体光電変換層の全体の形状が少なくとも１つの実質的に三角形の部分を含む実質的に多角形の形状を有し、前記複数の分割線は前記三角形の一辺を等間隔に分割した点とその一辺に対面する頂点とを結ぶ線分を含むことを特徴とする薄膜光電変換装置。
【請求項２】
前記半導体光電変換層は直角三角形状を有し、前記一辺は前記直角三角形の直交する２辺のうちのいずれか一方であることを特徴とする請求項１に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項３】
前記半導体光電変換層は前記三角形部分の前記一辺を共有する平行四辺形部分をさらに含み、その平行四辺形部分は前記共有辺を前記等間隔に分割した点を通る複数の分割線によって同一幅を有する複数の平行な帯状のセル部分に分割されていることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜光電変換装置。
【請求項４】
前記半導体光電変換層に含まれる少なくとも一部の部分的層がアモルファスシリコン系半導体からなることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載の薄膜光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜光電変換装置に関し、特に、基板上に形成された半導体光電変換層が複数の分割線によって複数の光電変換セルに分割されていて、それらの複数のセルが電気的に直列に接続された集積型薄膜光電変換装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６において、公知の集積型薄膜光電変換装置の一例が概略的な断面図で図解されている。このような光電変換装置の１つのモジュール１０の作製においては、まず透明ガラス基板１上にＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）のようなＴＣＯ（透明導電性酸化物）層２が堆積される。ＴＣＯ層２は、たとえば約１ｃｍの間隔で平行に配置された複数の分割線Ｄ１によって、互いに平行な複数の帯状の部分領域に分割される。レーザ加工によれば、たとえば５０〜１００μｍの細い幅の分割線溝Ｄ１を形成することが可能である。
【０００３】
分割されたＴＣＯ層２は、半導体光電変換層３によって覆われる。光電変換層３は、たとえば順次積層されたｐ層，ｉ層，およびｎ層（図示せず）を含むことができ、また、これらの部分的半導体層の少なくとも１つがアモルファスシリコン系の半導体で形成され得る。このような光電変換層３も、ＴＣＯ層２の分割線Ｄ１と同様に形成される複数の第２の分割線Ｄ２によって、互いに平行な複数の帯状の部分領域に分割される。すなわち、レーザ加工によって、第２の分割線Ｄ２は第１の分割線Ｄ１に対して約１００μｍだけ隔てられた平行な溝として形成され得る。
【０００４】
分割された半導体光電変換層３は、Ａｇ，Ａｌ等の金属層４によって覆われる。このとき、金属層４は、分割線溝Ｄ２に沿ってＴＣＯ層２と接続される。金属層４も、第２の分割線Ｄ２に近接して平行に形成される複数の第３の分割線溝Ｄ３によって分割される。
【０００５】
以上のようにして、１つの基板１上に複数の細長い帯状の光電変換セルが形成され、１つのセルの背面金属電極４は、第２の分割線溝Ｄ２に沿って、隣接するセルの前面ＴＣＯ電極２に接続されている。すなわち、図６の例では、４つの帯状のセルが電気的に互いに直列に接続されている。
【０００６】
図７は、図６の集積型薄膜光電変換装置を光入射側であるガラス基板側から見た平面図を示している。図６と図７においては図面の明瞭化のために４つの光電変換セルのみが示されているが、実際には、たとえば分割線Ｄ１に沿った長さ方向に約９０ｃｍでかつそれと直交する幅方向に約４５ｃｍの大きさを有する集積型薄膜光電変換装置の１つのモジュール１０が形成され得る。このように大きな面積を有する薄膜光電変換モジュール１０は、家屋の屋根上に配置される太陽電池として好ましく利用することができる。
【０００７】
なお、各光電変換セルは分割線の方向に沿っては長く（たとえば９０ｃｍに）形成され得るが、分割線と直交する幅方向には短く（たとえば約１ｃｍに）形成される。これは、ＴＣＯからなる前面電極２の長さ方向に沿っては、隣接するセルの背面金属電極４が第２の分割線溝Ｄ２を介して接続されているのでＴＣＯ電極２の比較的大きなシート抵抗が問題とならないが、分割線溝Ｄ２から離れる方向にＴＣＯ電極２の幅が大きくなれば、その大きなシート抵抗が影響して各セルの光電変換特性が著しく劣化するからである。
【０００８】
図８は、切妻造りの屋根の南側の面に光電変換モジュールを配置した例を示す概略的な斜視図である。この図から明らかなように、切妻造りの屋根の一面は全体として矩形の形状を有するので、その屋根面は従来の矩形状の光電変換モジュール１０を複数枚用いることによって隙間なく覆うことができる。なお、図８においては図面の明瞭化のために８枚の光電変換モジュール１０のみが示されているが、実際にはさらに多くのモジュール１０が配置されることは言うまでもない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図９においては、寄棟造りの屋根の一例が概略的な斜視図で示されている。すなわち、寄棟造りの屋根の一面は台形状または三角形状を有している。図９から明らかなように、寄棟造りの屋根のたとえば台形状の屋根面は、複数枚の矩形状光電変換モジュール１０のみを用いて隙間なく覆うことができない。すなわち、台形状または三角形状の屋根面を隙間なく光電変換モジュールで覆うためには、少なくとも三角形状の光電変換モジュール１０Ａまたは台形状のモジュールを必要とする。
【００１０】
図１０は、三角形状の光電変換モジュールの一例を概略的な平面図で示している。図１０の例では、三角形のモジュールが、複数の等間隔に配置された互いに平行な分割線Ｄによって６つの光電変換セル領域１０ａ〜１０ｆに分割されており、これらのセルは互いに電気的に直列に接続されている。すなわち、各光電変換セル１０ａ〜１０ｆは、それぞれ互いに異なる面積を有している。このような図１０の光電変換モジュールにおいては、各光電変換セルの生じる電流量がそのセルの面積に比例するので、モジュール全体から得られる電流量は最も小さい面積を有するセル１０ａによって制限されてしまうという課題がある。
【００１１】
図１１は、三角形状の光電変換モジュールのもう１つの例を概略的な平面図で示している。図１１の例では、複数の分割線Ｄは互いに平行に設けられているが、それらの間隔は順次変えられている。すなわち、分割線Ｄによって分割された６つの光電変換セル１１ａ〜１１ｆの各々は、いずれも同じ面積を有している。この場合、各光電変換セルの面積が同一であるという観点からは光電変換セル１１ａ〜１１ｆの各々が同一の電流を生じ得ると期待されるが、セル１１ａや１１ｂにおいては分割線Ｄに直交する方向におけるＴＣＯ電極の幅が大きくなっているので、そのＴＣＯ電極のシート抵抗により光電変換特性の劣化を生じるという課題がある。
【００１２】
図１２は、三角形状の光電変換モジュールのさらに他の例を概略的な平面図で示している。図１２の例では、図１０の場合と同様に複数の分割線Ｄが等間隔で互いに平行に配置されている。しかし、図１２の例においては、図１０の場合における欠点を解消すべく、２つずつのセルが電気的に互いに並列に接続されている。すなわち、セル１２ａ〜１２ｃは、それぞれセル１２ｄ〜１２ｆと並列に接続されている。この結果、組合わされたセルペア（１２ａ＋１２ｆ），（１２ｂ＋１２ｅ），および（１２ｃ＋１２ｄ）のそれぞれは互いに等しい面積を有し、しかも、分割線ＤからのＴＣＯ電極の幅が特定のセルにおいて大きくなるという問題をも生じない。しかしながら、図１２の三角形状のモジュールにおいてはその図からもわかるように複雑な配線を必要とし、集積型モジュール内にこのような複雑な配線を組み入れることは困難であるという課題がある。
【００１３】
以上のような課題に鑑み、本発明は、任意の多角形状を有する光電変換モジュールにおいて、分割された複数の光電変換セルの各々が同一面積を有しかつ特定のセルにおいて分割線からのＴＣＯ電極の幅が広くなることのない多角形状の光電変換モジュールを提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明による薄膜光電変換装置は、基板上に形成された半導体光電変換層が複数の分割線によって複数の光電変換セルに分割されていてそれらの複数のセルが電気的に直列に接続されており、その半導体光電変換層の全体の形状は少なくとも１つの実質的に三角形の部分を含む実質的に多角形の形状を有し、複数の分割線は半導体光電変換層の全体形状に含まれる三角形の一辺を等間隔に分割した点とその一辺に対面する頂点とを結ぶ線分を含むことを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の１つの実施の形態による三角形状の光電変換モジュールを概略的な平面図で図解している。この光電変換モジュールは直角三角形の形状を有し、辺１Ａ−１Ｃと辺１Ｂ−１Ｃは互いに直交している。この三角形状モジュールは、１つの頂点１Ｂから放射状に設けられた複数の分割線Ｄによって６つの光電変換セル１ａ〜１ｆに分割されている。これらの分割線Ｄは、辺１Ａ−１Ｃを６つに等分割する点で終端している。すなわち、６つの光電変換セル１ａ〜１ｆのそれぞれは互いに異なる細長い三角形状を有しているが、互いに等しい長さの底辺と共通の高さを有しているので互いに等しい面積を有していることがわかる。さらに、辺１Ａ−１Ｃが６等分されているので、複数のセル１ａ〜１ｆのうちの特定のセル内において分割線ＤからのＴＣＯ電極の幅が大きくなるという問題を生じることもない。すなわち、複数の光電変換セル１ａ〜１ｆの各々は等しい電流量を生じることができかつＴＣＯ電極の幅が大きくなることによる悪影響を受けることもない。
【００１６】
なお、本明細書において言及されている三角形状の光電変換モジュールとは物理的に厳密な三角形を意味するものではなく、実質的に三角形状であればよいことを意味する。たとえば、図２に示されているようなもう１つの実施の形態におけるように、三角形の頂点である２Ａや２Ｂが丸められたものであってもよいことは言うまでもない。
【００１７】
図３は、本発明のさらに他の実施の形態による光電変換モジュールを概略的な平面図で示している。図１の実施の形態においては光電変換モジュールが直角三角形の形状を有していたが、本発明はそのような直角三角形に限定されるものではなく、図３に示されているような任意の三角形の光電変換モジュールにも適用し得ることが容易に理解されよう。すなわち、三角形の任意の一辺３Ａ−３Ｃを等分割する点とその一辺に対面するもう１つの頂点３Ｂとを結ぶ分割線Ｄを設けることによって、図１の場合と同様な効果を生じ得る任意の三角形状の光電変換モジュールを形成し得ることが理解されよう。
【００１８】
図４は、本発明のさらに他の実施の形態による光電変換モジュールを概略的な平面図で図解している。この光電変換モジュールは、任意の四角形状４Ａ−４Ｂ−４Ｃ−４Ｄを有している。このような任意の四辺形の光電変換モジュールは、任意の１つの対角線４Ａ−４Ｃを介して２つの三角形４Ａ−４Ｂ−４Ｃおよび４Ａ−４Ｃ−４Ｄが合体しているものと考えることができる。そして、その対角線４Ａ−４Ｃを等分割する点と他の頂点４Ｂおよび４Ｃとを結ぶ線分によって形成される分割線Ｄを設けることによって、分割された各セル領域が同一の面積を有しかつ特定のセル内において分割線ＤからのＴＣＯ電極の幅が大きくなるという問題を生じることもない。
【００１９】
図５は、本発明のさらに他の実施の形態による光電変換モジュールを概略的な平面図で図解している。この光電変換モジュールは全体として台形５Ａ−５Ｂ−５Ｄ−５Ｅの形状を有しているが、この台形は三角形５Ａ−５Ｂ−５Ｃおよび平行四辺形５Ａ−５Ｃ−５Ｄ−５Ｅとが辺５Ａ−５Ｃを共有して合体したものであると考えることができる。そこで、分割線Ｄは、辺５Ａ−５Ｃを等分する点と頂点５Ｂを結ぶ線分、およびその辺５Ａ−５Ｃを等分する点を通りかつ辺５Ａ−５Ｅに平行な線分によって形成することができる。これによって、図５において分割された各光電変換セルのそれぞれが互いに等しい面積を有しかつ特定のセル内において分割線ＤからのＴＣＯ電極の幅が大きくなるという問題を生じることもない。また、図５における平行四辺形５Ａ−５Ｃ−５Ｄ−５Ｅが矩形であってもよいことは容易に理解されよう。さらに、図５において線分５Ｂ−５Ｃと５Ｃ−５Ｄが必ずしも直線である必要はなく、ある角度をなす場合にも本発明が適用し得ることが容易に理解されよう。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、基板上に形成された半導体光電変換層が複数の分割線によって複数の光電変換セルに分割されていてそれらの複数のセルが電気的に直列接続された薄膜光電変換装置において、その半導体光電変換層が全体として任意の多角形状を有する場合であっても、各々の光電変換セルが等しい電流量を生じることができかつ特定のセル内において分割線からのＴＣＯ電極の幅が大きくなることによる悪影響の生じることのない薄膜光電変換装置を提供することができる。すなわち、本発明によれば、任意の多角形状を有する集積型薄膜光電変換装置であっても、従来の矩形の集積型薄膜光電変換装置と同等の光電変換性能を発揮させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの実施の形態による集積型薄膜光電変換装置を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明のもう１つの実施の形態による集積型薄膜光電変換装置を示す概略的な平面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施の形態による集積型薄膜光電変換装置を示す概略的な平面図である。
【図４】本発明のさらに他の実施の形態による集積型薄膜光電変換装置を示す概略的な平面図である。
【図５】本発明のさらに他の実施の形態による集積型薄膜光電変換装置を示す概略的な平面図である。
【図６】従来の集積型薄膜光電変換装置の一例を示す概略的な断面図である。
【図７】図６の光電変換装置をガラス基板側から見た概略的な平面図である。
【図８】切妻造りの屋根上に配置された光電変換モジュールを示す概略的な斜視図である。
【図９】寄棟造りの屋根上に配置された光電変換モジュールを示す概略的な斜視図である。
【図１０】三角形状の集積型光電変換モジュールにおける可能な分割線の配置の一例を示す概略的な平面図である。
【図１１】三角形状の光電変換モジュールにおける可能な分割線の配置のもう１つの例を示す概略的な平面図である。
【図１２】三角形状の光電変換モジュールにおける可能な分割線の配置のさらに他の例を示す概略的な平面図である。
【符号の説明】
１    透明ガラス基板
２    前面ＴＣＯ電極
３    半導体光電変換層
４    背面金属電極
Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３，Ｄ    分割線
１０，１０Ａ    集積型薄膜光電変換モジュール
１ａ〜１ｆ，１０ａ〜１０ｆ，１１ａ〜１１ｆ，１２ａ〜１２ｆ    光電変換セル
１Ａ〜１Ｃ，２Ａ〜２Ｃ，３Ａ〜３Ｃ，４Ａ〜４Ｄ，５Ａ〜５Ｅ    多角形の頂点
【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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【図７】
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【図８】
0003589531.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003589531.tif 000011
【図１１】
0003589531.tif 000012
【図１２】
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