(57)【要約】【課題】光電変換効率の高い光電変換装置を提供すること。【解決手段】光電変換装置２１は、第１の溝Ｐ１を介して平面配置された、第１の下部電極２ａおよび第２の下部電極２ｂと、第１の下部電極２ａ上から第２の下部電極２ｂ上にかけて設けられた光電変換層５と、光電変換層５上に設けられた上部電極６と、上部電極６を平面視して第１の溝Ｐ１を覆うように上部電極６上に設けられ、上部電極６の上面に対し傾斜した表面を有する光反射層８と、を具備する。【選択図】図１
2011135027.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の溝を介して平面配置された、第１の下部電極および第２の下部電極と、
前記第１の下部電極上から前記第２の下部電極上にかけて設けられた光電変換層と、
前記光電変換層上に設けられた上部電極と、
前記上部電極を平面視して前記第１の溝を覆うように前記上部電極上に設けられ、前記上部電極の上面に対し傾斜した表面を有する光反射層と、
を具備することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記第２の下部電極と前記上部電極とを電気的に接続する接続導体を有し、前記光反射層は導電性であり前記接続導体に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記光反射層の少なくとも一部および前記接続導体の少なくとも一部が導電ペーストで一体的に形成されていることを特徴とする請求項２記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記上部電極上に集電電極が設けられており、該集電電極が前記光反射層に電気的に接続されていることを特徴とする請求項２または３記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記光反射層の少なくとも一部および前記集電電極の少なくとも一部が導電ペーストで一体的に形成されていることを特徴とする請求項４記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の光電変換セルが集積された光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電等に使用される光電変換装置は、様々な種類のものがあるが、ＣＩＳ系（銅インジウムセレナイド系）に代表されるカルコパイライト系光電変換装置は比較的低コストで太陽電池モジュールの大面積化が容易なことから、研究開発が進められている。
【０００３】
このカルコパイライト系光電変換装置は、光吸収層として二セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）等のカルコゲン化合物半導体層（カルコパイライト系化合物半導体層）を備え、バッファ層として硫化カドミウム等の混晶化合物半導体を備えている。
【０００４】
カルコパイライト系光電変換装置の代表的なＣＩＧＳセルの従来の集積化素子製造方法は、まず青板ガラス上にモリブデンなどの金属をスパッタ成膜し下部電極を形成する。次にこの下部電極を短冊状に分離するようにレーザースクライブ加工等で溝を形成する。そして、この上に光吸収層とバッファ層を形成した後、上記下部電極の溝のすぐ横の位置でバッファ層と光吸収層を分離する溝を形成する。さらにこの上に上部電極を作製してから、上部電極とバッファ層と光吸収層を分離することによって光電変換装置となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１２４４８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記光電変換装置では、下部電極の溝部において、受光時の電荷発生にともなって光吸収層の抵抗率が低下し、下部電極間においてリーク電流が生じやすくなる。その結果、光電変換装置の光電変換効率が低下する傾向がある。一方、このようなリーク電流を抑制するために、溝の幅を大きくしようとすると、発電に寄与しない領域の面積が増加し、この場合も光電変換効率を高めることが困難となる。
【０００７】
本発明はこのような問題に鑑みなされたものであり、その目的は光電変換効率の高い光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光電変換装置に係る一実施形態は、第１の溝を介して平面配置された、第１の下部電極および第２の下部電極と、前記第１の下部電極上から前記第２の下部電極上にかけて設けられた光電変換層と、前記光電変換層上に設けられた上部電極と、前記上部電極を平面視して前記第１の溝を覆うように前記上部電極上に設けられ、前記上部電極の上面に対し傾斜した表面を有する光反射層と、を具備することを特徴とする。
【０００９】
このような構成により、第１の溝付近に設けられた光電変換層の受光による抵抗率の低下を抑制することができる。よって、第１の溝の幅、すなわち第１および第２の下部電極間の間隔を小さくしてもリーク電流を抑制しながら光電変換に寄与する領域を大きくすることができる。さらに、光反射層は上部電極の上面に対し傾斜した表面を有することから、この表面で光を反射して光電変換に寄与する部位へ入射させることもできる。以上の結果、光電変換効率の高い光電変換装置とすることができる。
【００１０】
上記光電変換装置において好ましくは、前記第２の下部電極と前記上部電極とを電気的に接続する接続導体を有し、前記光反射層は導電性であり前記接続導体に電気的に接続されていることを特徴とする。このような構成により、光反射層が光電変換層で生じた電荷を接続導体へ良好に移動させることができ、光電変換効率をより高めることができる。
【００１１】
上記光電変換装置において好ましくは、前記光反射層の少なくとも一部および前記接続導体の少なくとも一部が導電ペーストで一体的に形成されていることを特徴とする。このような構成により、光反射層および接続導体を容易に形成できるとともに、これらの電気的な接続信頼性を高めることができる。
【００１２】
上記光電変換装置において好ましくは、前記上部電極上に集電電極が設けられており、該集電電極が前記光反射層に電気的に接続されていることを特徴とする。このような構成により、集電電極および光反射層が抵抗値を下げ、光電変換層で生じた電荷を接続導体へ良好に移動させることができる。
【００１３】
上記光電変換装置において好ましくは、前記光反射層の少なくとも一部および前記集電電極の少なくとも一部が導電ペーストで一体的に形成されていることを特徴とする。このような構成により、光反射層および集電電極を容易に形成できるとともに、これらの電気的な接続信頼性を高めることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、リーク電流を抑制して光電変換効率の高い光電変換装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の光電変換装置の平面図である。
【図３】図１、図２の光電変換装置の切断面線Ａ−Ａで切断した断面図である。
【図４】図１、図２の光電変換装置の切断面線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。
【図５】図１、図２の光電変換装置の光入射の様子を示す断面図である。
【図６】本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１は本発明に係る光電変換装置の構造の一例を示す斜視図であり、図２はその平面図である。また、図３は、図１、図２の光電変換装置の切断面線Ａ−Ａで切断した断面図であり、図４は、切断面線Ｂ−Ｂで切断した断面図である。
【００１７】
光電変換装置２１は、基板１と、第１の溝Ｐ１を介して複数のものが並んで設けられた下部電極２と、下部電極２上で第２の溝Ｐ２および第３の溝Ｐ３によって分断された光電変換層５と、上部電極６と、第２の溝Ｐ２内に設けられ上部電極６と下部電極２とを電気的に接続する接続導体７と、光反射層８とを含んで構成される。本実施形態において光電変換層５は、カルコパイライト系化合物半導体を用いた光電変換体として公知の構造である、光吸収層３とこれにヘテロ接合されたバッファ層４とを具備する例を示しているが、これに限定されない。光電変換層５は、下部電極２側からバッファ層４および光吸収層３を積層したものであってもよく、異なる導電型の半導体層がホモ接合されたものであってもよい。また、上部電極６は半導体層から成るものも含み、いわゆる窓層と呼ばれるものも含む。
【００１８】
図１〜４において、光電変換装置２１は、第３の溝Ｐ３間に形成された光電変換セル２
０が複数並べて形成されている。隣接する光電変換セル２０のうち、一方側の光電変換セル２０の下部電極２（第２の下部電極２ｂ）が延出して、他方側の光電変換セル２０の下部電極２（第１の下部電極２ａ）と一体化している。この構成により、隣接する光電変換セル２０同士が直列接続されている。
【００１９】
基板１は、光吸収層３を支持するためのものである。基板１に用いられる材料としては、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が挙げられる。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）を用いることができる。
【００２０】
下部電極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金属積層構造体が用いられる。下部電極２は、基板１上にスパッタリング法または蒸着法等で厚さ０．２〜１μｍ程度に形成される。下部電極２は第１の溝Ｐ１を介して複数のものが並んで設けられている。
【００２１】
光吸収層３は、例えば、Ｉ-III-VI化合物半導体やII-VI化合物半導体がある。I-III-VI化合物半導体とは、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）との化合物半導体であり、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呼ばれる（ＣＩＳ系化合物半導体ともいう）。II-VI化合物半導体とは、II-Ｂ族（１２族元素ともいう）とVI-Ｂ族元素との
化合物半導体である。光電変換効率を高めるという観点からは、カルコパイライト系化合物半導体であるＩ-III-VI化合物半導体を用いることが好ましい。
【００２２】
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）又は薄膜の二セレン・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。
【００２３】
光吸収層３は、ｐ形の導電形を有する厚さ１〜３μｍ程度の薄膜で、光吸収層３がI-III-VI化合物半導体から成る場合、その表面にヘテロ接合を形成するためのバッファ層４を有することが好ましい。バッファ層４としては、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化インジウム（ＩｎＳ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）等の化合物半導体がある。
【００２４】
上部電極６は、いわゆる窓層と呼ばれるものを含み、ｎ形の導電形を有する禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の厚さ１〜２μｍ程度の酸化亜鉛（ＺｎＯ）やアルミニウムやボロン、ガリウム、インジウム、フッ素などを含んだ酸化亜鉛との化合物、錫を含んだ酸化インジウム（ＩＴＯ）や酸化錫（ＳｎＯ２）などからなる金属酸化物半導体薄膜である。窓層は光電変換装置２１を構成する一方の電極として見なすことができるため、本実施形態では上部電極６とみなしている。このような窓層に加えてさらに透明導電膜を形成してもよく、窓層と透明導電膜を合わせて上部電極６と見なしてもよい。
【００２５】
接続導体７は、上部電極６と下部電極２（第２の下部電極２ｂ）とを電気的に接続する導体である。接続導体７は、例えば、光吸収層３およびバッファ層４を貫通する第２の溝Ｐ２内に形成された導体であり、蒸着やスパッタ等で形成した導電膜や導電ペーストを固化したもの等から成る。なお、固化というのは、導電ペーストに用いるバインダーが熱可塑性樹脂である場合の熔融後の固化状態を含み、バインダーが熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂等の硬化性樹脂である場合の硬化後の状態をも含む。このような接続導体７は、例えば、上部電極６の形成と同時に第２の溝Ｐ２内に導電膜を上部電極６と一体的に形成することにより形成できる。あるいは、接続導体７は、導電ペーストを第２の溝Ｐ２内に充填す
ることによって形成してもよい。
【００２６】
図１〜４において、接続導体７は、上部電極６と一体的に形成された導電膜と、集電電極９と一体的に形成された導電ペーストとの複数層の積層体によって形成されている。このような構成により、接続信頼性を高めることができる。接続導体７に用いる導電ペーストとしては、接続信頼性をより高めるという観点からはＡｇ等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させたものを用いることが好ましい。
【００２７】
また、接続導体７は、上記のような光電変換層５を貫通する導体に限らず、光電変換層５の側面に被着された導体であってもよい。あるいは、光電変換層５の一部を改質して導電性を高めたものであってもよい。
【００２８】
上部電極６上には光反射層８が形成されている。光反射層８は上部電極６を平面視したときに上記第１の溝Ｐ１を覆うように設けられている。これにより、第１の溝Ｐ１付近に設けられた光電変換層５に光が照射されるのを抑制し、第１の溝Ｐ１付近に設けられた光吸収層３の受光による抵抗率の低下を抑制することができる。よって、第１の溝Ｐ１の幅、すなわち下部電極２間の間隔を小さくしてもリーク電流を抑制しながら光電変換に寄与する領域を大きくすることができ、光電変換効率の高い光電変換装置２１とすることができる。
【００２９】
光反射層８は、第１の溝Ｐ１付近に設けられた光電変換層５の受光による抵抗率の低下を良好に抑制するという観点からは、上部電極６を平面視したときに第１の溝Ｐ１の幅の５０％以上を覆うように設けられていることが好ましい。より好ましくは８０％以上覆うのがよい。
【００３０】
また、光反射層８は、上部電極６の上面に対し傾斜した表面を有している。なお、上面に対して傾斜した表面というのは、上部電極６の上面に対して平行でない面を含むことをいい、曲面も含んでいる。好ましくは、光反射層８の表面と上部電極６の上面との成す角（光反射層８の表面と上部電極６の上面とが光反射層８を介して形成されている側の角度）が２０度以上６０度以下であるのがよい。このような構成により、上記傾斜した表面で光を反射して光電変換に寄与する部位へ入射させることができ、さらに光電変換効率の高い光電変換装置２１とすることができる。
【００３１】
図５に光電変換装置２１へ光が入射した場合の光Ｌの進行方向を矢印で示している。第１の溝Ｐ１付近に入射しようとする光Ｌは、光反射層８によって反射される。そして反射された光は、光電変換層５の他の領域に入射され、光電変換に利用される。または光反射層８で反射された光は、光電変換装置２１上に設けた封止材１０２（例えば、エチレンビニルアセテート樹脂等）と保護部材１０１（例えば、ガラス基板等）との界面で再度反射して光電変換層５の他の領域に入射され、光電変換に利用される。なお、図５において、光電変換装置２１上に、封止材１０２を介して保護部材１０１を設けることによって、光電変換モジュール１００を構成している。
【００３２】
光反射層８は、光電変換層５の光電変換を行なうことのできる波長領域の光を反射するものであればどのような材料でもよい。なお、上記反射とは、光電変換層５の光電変換を行なうことのできる波長領域の光を３０％以上、好ましくは５０％以上反射するものであればよい。これにより、反射光を有効に利用して光電変換効率を高めることができる。第１の溝Ｐ１内での抵抗率の低下をより抑制するという観点からは、光反射層８は、光電変換層５の光電変換を行なうことのできる波長領域の光を照射したときに、透過率が５０％以下、より好ましくは３０％以下であるのがよい。
【００３３】
光反射層８の材料は特に限定されず、有機材料、無機材料およびこれらの複合体のいずれでもよい。光反射性および遮光性を両立するという観点からは、例えば、遮光性に優れる黒色のエポキシ樹脂等の遮光性樹脂の表面にアルミニウム等の反射性の金属膜を形成したものや、反射性の金属粉等を含む導電ペースト等を用いることができる。
【００３４】
好ましくは、光反射層８は導電性であり、接続導体７に電気的に接続されているのがよい。このような構成により、光反射層８が光電変換層５で生じた電荷を接続導体７へ良好に移動させることができ、光電変換効率をより高めることができる。このような光反射層８および接続導体７は、例えば、金属粉等の導体をバインダーに分散させた導電ペーストを用いて同時に塗布形成することにより形成される。このように導電ペーストで同時に塗布形成することにより、工程を簡略化できる。
【００３５】
光反射層８が、金属粉等の導体をバインダーに分散させた導電ペーストにより形成される場合、導電ペーストに上記金属粉よりも比重が小さく、かつ、光反射率の高い微粒子を混合することが好ましい。このような構成により、導電ペーストで光反射層８を形成した際、導電ペーストが固化する際に比重の小さい微粒子が光反射層８の上側表面付近に多く存在することとなり、光反射率の高い光反射層８を容易に作製することが可能となる。このような導電ペーストは、例えば、導体としての金属粉が銀である場合、上記微粒子としては、アルミニウム、チタン等の金属微粒子、あるいは、酸化アルミニウム、二酸化珪素、二酸化チタン等の絶縁体微粒子などを用いることができる。
【００３６】
また、光反射層８は、第１の溝Ｐ１の直上だけに限らず、光電変換装置２１の受光面に対する斜めからの光入射を考慮し、第１の溝Ｐ１よりも外側（第１の溝Ｐ１から第２の溝Ｐ２を介して第３の溝Ｐ３に至る領域）に延在されていてもよい。この第１の溝Ｐ１よりも外側の領域は光電変換に寄与しない領域であるため、この領域に入射する光を光反射層８により有効に利用するのがよい。
【００３７】
好ましくは、図１〜４に示すように、光反射層８の少なくとも一部および接続導体８の少なくとも一部が導電ペーストで一体的に形成されているのがよい。このような構成により、光反射層および接続導体を導電性ペーストを塗布するだけで容易に形成できる。また、導電ペーストで光反射層と接続導体との接続部が一体的に形成されるため、これらの電気的な接続信頼性を高めることができる。
【００３８】
上部電極６上には、集電電極９を設けてもよい。集電電極９は、例えば、図１、図２に示すように、光電変換セル２０の一端から接続導体７にかけて線状に形成されている。これにより、光電変換層５の光電変換により生じた電荷を、上部電極６を介して集電電極９に集電し、これを接続導体７を介して隣接する光電変換セル２０に良好に導電することができる。よって、集電電極９が設けられていることにより、上部電極６を薄くしても光電変換層５で発生した電荷を効率よく取り出すことができる。その結果、発電効率を高めることができる。
【００３９】
集電電極９は光吸収層３への光を遮るのを抑制するとともに良好な導電性を有するという観点からは、５０〜４００μｍの幅を有するのが好ましい。また、集電電極９は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。
【００４０】
集電電極９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導電ペーストをパターン状に印刷し、これを乾燥し、固化することによって形成することができる。
【００４１】
好ましくは、集電電極９が導電性の光反射層８に電気的に接続されているのがよい。このような構成により、集電電極９および光反射層８が抵抗値を下げ、光電変換層５で生じ
た電荷を接続導体７へ良好に移動させることができる。
【００４２】
また好ましくは、光反射層８の少なくとも一部および集電電極９の少なくとも一部が導電ペーストで一体的に形成されているのがよい。このような構成により、光反射層８および集電電極９を塗布するだけで容易に形成できる。また、導電ペーストで光反射層８と集電電極９との接続部が一体的に形成されるため、これらの電気的な接続信頼性を高めることができる。
【００４３】
このような集電電極９、光反射層８および接続導体７は、導電ペーストで一体的に形成されているのがよい。このような構成により、集電電極９、光反射層８および接続導体７を容易に形成できるとともに電気的接続信頼性を高めることができる。なお、集電電極９、光反射層８または接続導体７は、全体でなくとも一部が導電ペーストで一体的に形成されていてもよい。例えば、図１〜４では、集電電極９と光反射層８と一部の接続導体７が導電ペーストで一体的に形成されており、これらの接続部が一体的に形成されていることにより接続信頼性を高めることができる。
【００４４】
また、第１の下部電極２ａの上方に集電電極９が形成されている場合、集電電極９は光反射層８よりも厚みを薄くすることが好ましい。このように光電変換に寄与する第１の下部電極２ａの上方においては、集電電極９を薄くすることにより、光が上部電極６に対して斜めに入射した際に、集電電極９により光が遮られるのを抑制することができる。一方、光電変換に寄与しない第１の溝Ｐ１の上方においては、光反射層９を厚くして光反射面の面積を大きくすることにより、光を反射して光電変換層５へ良好に入射させることが可能となる。
【００４５】
図６に本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例の断面図を示す。光電変換装置３１は光反射層８’が第３の溝Ｐ３内まで延在されている点、および、接続導体７が導電ペーストのみで集電電極９および光反射層８と一体的に形成されている点で図１の光電変換装置２１と異なっている。図１と同じ構成については同じ符号を付与している。このように光反射層８’が第３の溝Ｐ３内まで延在されていると、第３の溝Ｐ３内に入射された光を光反射層８’が反射して隣接する光電変換層５へ良好に入射させることができる。また、接続導体７を導電ペーストのみで形成すると、接続導体７の形成が容易となる。
【００４６】
なお、本発明は上述の実施の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を施すことは何等差し支えない。
【符号の説明】
【００４７】
１；基板
２；下部電極
２ａ；第１の下部電極
２ｂ；第２の下部電極
３；光吸収層
４；バッファ層
５；光電変換層
６；上部電極
７；接続導体
８、８’；光反射層
９；集電電極
２１、３１；光電変換装置
Ｐ１；第１の溝
Ｐ２；第２の溝
Ｐ３；第３の溝
【図１】
2011135027.tif 000003
【図２】
2011135027.tif 000004
【図３】
2011135027.tif 000005
【図４】
2011135027.tif 000006
【図５】
2011135027.tif 000007
【図６】
2011135027.tif 000008