(57)【要約】【課題】薄膜二次電池と薄膜太陽電池とが基板に積層されてなる薄膜複合電池において、基板における単位面積あたりの発電量及び蓄電量の低下を抑える新規な構造を提供する。【解決手段】３つの太陽電池セルＣ１からなる薄膜太陽電池の形成領域と、該薄膜太陽電池に接続される二次電池セルＣ２からなる薄膜二次電池の形成領域とが積層方向Ｄｓにおいて重畳して、且つ積層方向Ｄｓから見て、下層である薄膜太陽電池の正極である受光電極が上層である薄膜二次電池の形成領域からはみ出すかたちに構成されて、薄膜太陽電池の正極から二次電池セルＣ２まで積層方向Ｄｓに延びるように、これら薄膜太陽電池と薄膜二次電池とを接続する電極配線が設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射した光を電力に変換する変換層が２つの電極に挟まれたかたちの２つ以上の太陽電池セルが同一平面上で直列に接続された構成からなる薄膜太陽電池と、前記薄膜太陽電池の正極及び負極に２本の電極配線を介して接続された２つの電極間に２つ以上の機能層が挟まれたかたちの薄膜二次電池とが、基板上にて絶縁層に覆われてなる薄膜複合電池において、
前記薄膜太陽電池の形成領域と前記薄膜二次電池の形成領域とが、前記機能層の積層方向において重畳されて且つ、前記積層方向から見て、下層となる前記基板側の形成領域において前記電極配線の接続先となる電極が、上層となる形成領域において前記電極配線の接続先となる電極からはみ出すかたちに構成され、少なくとも一つの前記電極配線の接続先となる電極間が、前記下層に比べて前記上層にて広がって前記積層方向に延びるかたちの電極配線により接続される
ことを特徴とする薄膜複合電池。
【請求項２】
前記電極配線は、
前記絶縁層を前記積層方向に貫通する貫通孔に充填された金属材料からなる
請求項１に記載の薄膜複合電池。
【請求項３】
前記上層である他の形成領域において最下層となる電極が、前記積層方向から見て該他の形成領域を構成する他の層からはみ出すかたちに構成されて、該はみ出した部分が前記電極配線において広がった部分と接続される
請求項１又は２に記載の薄膜複合電池。
【請求項４】
前記２つ以上の太陽電池セルにおける変換層は、
前記同一平面の面方向に延びる層であって、一方向に所定の間隔で配置され、
前記変換層を挟む２つの電極は、
前記変換層の前記一方向にはみ出す受光電極と、
前記一方向とは反対の他方向に前記変換層からはみ出す裏面電極とから構成され、
前記２つ以上の太陽電池セルは、
前記裏面電極における前記他方向の端部が次段の前記受光電極における前記一方向の端部に接続されることによって直列に接続される
請求項１〜３のいずれか一項に記載の薄膜複合電池。
【請求項５】
前記基板がシート状のガラス基板であり、
前記下層となる形成領域が前記薄膜太陽電池の形成領域であり、
前記電極配線の接続先となる電極を有する太陽電池セルでは、前記変換層に対して該電極のはみ出す量が他の太陽電池セルよりも大きい
請求項４に記載の薄膜複合電池。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の薄膜複合電池において、
前記電極配線が接続される前記太陽電池セルのいずれか一方の前記変換層が、前記薄膜太陽電池から前記薄膜二次電池に電流を供給する整流作用を更に有する
ことを特徴とする薄膜複合電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜複合電池、特に、光エネルギーを変換して電力を出力する薄膜太陽電池と、該薄膜太陽電池が出力した電力を蓄積するとともに、その蓄積した電力を負荷に放出する薄膜リチウムイオン薄膜二次電池とが一体化された薄膜複合電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコン薄膜等の半導体材料の光起電力効果を利用した薄膜太陽電池は、従来から光エネルギーを電力に変換する光電変換装置として多用されている。また特許文献１に記載されるように、薄膜太陽電池の出力の有効的な利用を図るために、薄膜太陽電池が出力した電力を蓄えるとともに、この蓄えた電力を放出して各種の負荷に供給する薄膜リチウムイオン薄膜二次電池と上記薄膜太陽電池とが一体化された薄膜複合電池も広く知られている。
【０００３】
これら二種類の電池が合わさった薄膜複合電池の構造としては、同文献に記載されるように、太陽光等の光が薄膜太陽電池に直接入射する構造が好ましく、例えばガラス基板等の透光性を有する基板上に薄膜太陽電池と薄膜二次電池とがこの順に積層された構造、鉄等からなる金属薄板上に二次電池セルと薄膜太陽電池とがこの順に積層された構造等が提案されている。こうして薄膜太陽電池と薄膜二次電池とが積層される薄膜複合電池であれば、薄膜太陽電池に薄膜二次電池が積層される構造であれ、薄膜二次電池に薄膜太陽電池が積層された構造であれ、薄膜太陽電池と薄膜二次電池とが基板主面に沿って並設された構造と比較すれば、単位面積あたりの発電量や蓄電量が向上可能になる。
【０００４】
一方、薄膜太陽電池の内部構造としては、基板主面に光起電力効果が均一に発現される構造が一般に採用されており、光起電力効果を発現する最小単位である太陽電池セルが同基板主面に沿って多数配置される構造が一般的である。これに対して、薄膜太陽電池と合わさる薄膜二次電池の構成としては、同文献に記載されるように、電池効果を発現する最小単位である二次電池セルと太陽電池セルとが１対１となる構成ばかりでなく、１つの二次電池セルに２つ以上の太陽電池セルが対応付けられる構成も提案されている。例えば同文献では、太陽電池セルあたりの起電力が凡そ０．６５Ｖであって、薄膜二次電池の耐電圧が２Ｖであるときには、直列に接続された３つの太陽電池セルが１つの二次電池セルに対応付けられ、薄膜二次電池の耐電圧が４Ｖであるときには、直列に接続された６つの太陽電池セルが１つの二次電池セルに対応付けられている。
【０００５】
ここで、上記薄膜二次電池のような充電可能な電池は通常、該薄膜二次電池の特性として、充電時の電圧値に最適な範囲を有するものである。そしてこの電圧値の範囲における最大値、換言すれば耐電圧を超えた電圧値にて薄膜二次電池の充電が実施されるとなると、二次電池セルの充電能力や放電能力を損う虞がある。他方、上記電圧値の範囲における最小値を下回る電圧値にて充電を実施すると、薄膜二次電池の充電効率が低下し、該薄膜二次電池が充電可能な最大容量にまで充電がなされなくなる。更には、上記電圧値の範囲内であれば、充電時の電圧値がより高い方が薄膜二次電池の充電効率が高く、これにより充電の完了までにかかる時間も自ずとより短くなる。
【０００６】
例えば、太陽電池セルと二次電池セルとをその数が１対１の関係である薄膜複合電池にて、二次電池セルの数を増やす、あるいは二次電池セルの形成材料を変更する等して薄膜二次電池の充電容量を増大させるとする。この場合、その充電効率を担保するためには、１つの二次電池セルに対応付けられた太陽電池セルの起電力を上記電圧値の範囲内であって且つ、その最大値により近い値とすることが望ましい。これを実現するためには、太陽
電池セルの構成材料を変更して、上記範囲に対応するものとせざるを得ず、その仕様を大幅に変更する必要がある。これに対して、１つの二次電池セルに対して２つ以上の太陽電池セルが直列に接続される構造であれば、二次電池セルの充電容量を上述のように変更したとしても、それに応じて太陽電池セルの数を変更するのみで所望の電圧を得ることができる。すなわち、二次電池セルの充電容量に係る自由度が向上することになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−４２８６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このように、１つの二次電池セル、あるいは２つ以上の二次電池セルが積層されたものに対して２つ以上の太陽電池セルが直列に接続される構成とすれば上述のような効果が得られるようになる。しかしながら、先の特許文献１には、こうした１乃至複数の二次電池セルに対して２つ以上の太陽電池セルが直列に接続される当該薄膜複合電池の詳細な構造、例えば、これら太陽電池セルと二次電池セルとの電気的な接続態様や、同太陽電池セル及び二次電池セルの配設態様等々については、一切の開示がない。そのため、当該薄膜複合電池としてのこうした構成には、未だ検討の余地がある。
【０００９】
つまり、２つ以上の太陽電池セルと二次電池セルとが積層されてなる薄膜複合電池セルには、２つ以上の太陽電池セルからなる薄膜太陽電池の電極と二次電池セルの電極とを接続する電極配線が必要とされる。特許文献１に記載のように、薄膜太陽電池と薄膜二次電池とがこれらの外側でワイヤ等により接続される配線構造であれば、基板主面における薄膜複合電池セルの面積が単に太陽電池セルの面積、あるいは二次電池セルの面積のみとなる。だが基板主面に多数の太陽電池セルが配置される一般的な薄膜太陽電池にこうした配線構造が適用されることになると、多数の電極配線が薄膜太陽電池の外側で引き回されることとなってしまい、薄膜複合電池を製造する上で非常に複雑な配線構造が必要とされて、薄膜複合電池それ自体の製造が困難となってしまう。
【００１０】
一方、上述する電極配線が薄膜複合電池セルごとに設けられる構成となれば、１つの薄膜複合電池セルが実質的に占有する空間にもこうした配線が含まれることとなる。薄膜複合電池は通常、限られた所定の面積内に配設されるものであることから、こうした限られた面積のうちで配線の占有面積が拡大されるにつれて、該薄膜複合電池のうちで発電や蓄電に寄与する領域、つまり上記太陽電池セルや二次電池セルの占有面積が縮小されてしまい、ひいては、薄膜複合電池としての単位面積あたりの発電量、及び蓄電量が低下することになる。
【００１１】
この発明は、上記従来の実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、薄膜二次電池と薄膜太陽電池とが基板に積層されてなる薄膜複合電池において、基板における単位面積あたりの発電量及び蓄電量の低下を抑える新規な構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するための手段及びその作用効果を以下に記載する。
請求項１に記載の薄膜複合電池は、入射した光を電力に変換する変換層が２つの電極に挟まれたかたちの２つ以上の太陽電池セルが同一平面上で直列に接続された構成からなる薄膜太陽電池と、前記薄膜太陽電池の正極及び負極に２本の電極配線を介して接続された２つの電極間に２つ以上の機能層が挟まれたかたちの薄膜二次電池とが、基板上にて絶縁層に覆われてなる薄膜複合電池において、前記薄膜太陽電池の形成領域と前記薄膜二次電池の形成領域とが、前記機能層の積層方向において重畳されて且つ、前記積層方向から見
て、下層となる前記基板側の形成領域において前記電極配線の接続先となる電極が、上層となる形成領域において該電極配線の接続先となる電極からはみ出すかたちに構成され、少なくとも一つの前記電極配線の接続先となる電極間が、前記下層に比べて前記上層にて広がって前記積層方向に延びるかたちの該電極配線により接続されることを要旨とする。
【００１３】
請求項１に記載の薄膜複合電池によれば、積層方向に積層される二種類の電池の形成領域が同積層方向で重畳することとなり、且つ積層方向から見れば、下層となる形成領域にて接続先となる電極が上層となる形成領域にて接続先となる電極からはみ出すこととなる。そして薄膜太陽電池の電極と薄膜二次電池の電極とが、下層に比べて上層にて拡径する、すなわち広がるかたちを呈して下層電池の電極から積層方向に延びる電極配線によって接続されることとなる。こうした構成であれば、二種類の電池を接続する電極配線に必要とされる基板上の領域が、積層方向から見れば、下層電池の形成領域内に包含されることになる。そのため基板主面における電極配線の占有面積を必要最小限に抑えることが可能になることから、基板主面の殆どを二種類の電池の占有面積に割くことが可能になり、ひいては基板における単位面積あたりの発電量及び蓄電量の低下を抑える積層構造が提供可能となる。また基板主面の面方向と積層方向とが含まれる三次元方向に電極配線が形成される場合に反して、上述のごとく単純な一次元方向に延びる電極配線であれば、こうした電極配線それ自体の形成を容易なものとすることができる。
【００１４】
請求項２に記載の薄膜複合電池は、前記電極配線が、前記絶縁層を前記積層方向に貫通する貫通孔に充填された金属材料からなることを要旨とする。
請求項２に記載の薄膜複合電池によれば、絶縁層を積層方向に貫通する貫通孔に電極配線が形成されることから、薄膜太陽電池と薄膜二次電池とが積層された後であっても、こうした貫通孔が配線形成に先立って形成されることにより電極配線が形成可能となる。そのため下層の電池を形成した後に電極配線の一部を形成し、さらに上層の電池を形成した後に電極配線の残部を形成する場合と比較して、電極配線の形成が容易となり、また電極配線それ自体の構造も簡素なものとなる。つまり上記電極配線の形成に先立って形成される貫通孔は、上記薄膜二次電池及び薄膜太陽電池の積層方向に沿って形成するのみで、これに埋設される電極配線も同じく積層方向に沿って形成されることとなるため、こうした電極配線、ひいては当該薄膜複合電池の製造をより容易とすることができる。
【００１５】
請求項３に記載の薄膜複合電池は、前記上層である他の形成領域において最下層となる電極が、前記積層方向から見て該他の形成領域を構成する他の層からはみ出すかたちに構成されて、該はみ出した部分が前記電極配線において広がった部分と接続されることを要旨とする。
【００１６】
請求項３に記載の薄膜複合電池によれば、上層の電池を構成する電極のうちで最下層となる電極が他の層からはみ出すかたちに構成されて、該最下層の電極が電極配線に接続されることとなる。こうした構成であれば、上層の電池を構成する最下層の電極と電極配線との接続が、該最下層の電極のはみ出し分だけ確実なものとなり、また該電極配線と他の層との間の絶縁がより確実なものとなる。そのため薄膜複合電池としての機能が担保されやすくなる。
【００１７】
請求項４に記載の薄膜複合電池は、前記２つ以上の太陽電池セルにおける変換層が、前記同一平面の面方向に延びる層であって、一方向に所定の間隔で配置され、前記変換層を挟む２つの電極は、前記変換層の前記一方向にはみ出す受光電極と、前記一方向とは反対の他方向に前記変換層からはみ出す裏面電極とから構成され、前記２つ以上の太陽電池セルは、前記裏面電極における前記他方向の端部が次段の前記受光電極における前記一方向の端部に接続されることによって直列に接続されることを要旨とする。
【００１８】
請求項４に記載の薄膜複合電池によれば、隣接する太陽電池セル間において、一方の裏面電極が変換層からはみ出す部分と、他方の受光電極が変換層からはみ出す部分とによって、２つ以上の太陽電池セルが直列に接続されることとなる。こうした変換層に対するはみ出し部分が無い場合には、隣接する太陽電池セルの間において受光電極同士、あるいは変換層同士、若しくは裏面電極同士が近接してしまい、太陽電池セルの直列接続が得難くなる。この点、隣接する太陽電池セルの間において異なる電極同士のみが近接する上述する構成であれば、本来必要とされる太陽電池セルの直列接続がより容易に構成されることとなる。そのうえ太陽電池セル間を分離する上で必要とされる変換層同士の間隔がこうした異なる電極間の接続に利用されることから、太陽電池セル間の接続態様に関しても、基板主面における占有面積を必要最小限に抑えることが可能になる。
【００１９】
請求項５に記載の薄膜複合電池は、前記基板がシート状のガラス基板であり、前記下層となる形成領域が前記薄膜太陽電池の形成領域であり、前記電極配線の接続先となる電極を有する太陽電池セルでは、前記変換層に対して該電極のはみ出す量が他の太陽電池セルよりも大きいことを要旨とする。
【００２０】
請求項５に記載の薄膜複合電池によれば、太陽電池セルにおける電極のうちで電極配線との接続に用いられる電極が変換層からより大きくはみ出すことになる。そのため、こうした電極と電極配線との接続がより容易となるため、当該薄膜複合電池としての機能がさらに担保されやすくなる。
【００２１】
請求項６に記載の薄膜複合電池は、前記電極配線が接続される前記太陽電池セルのいずれか一方の前記変換層が、前記薄膜太陽電池から前記薄膜二次電池に電流を供給する整流作用を更に有することを要旨とする。
【００２２】
請求項６に記載の薄膜複合電池によれば、薄膜複合電池に整流作用を持たせることにより、薄膜二次電池から薄膜太陽電池への放電を抑制することができ、薄膜二次電池の充電性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本実施形態における薄膜複合電池の平面構造の一部を示す平面図。
【図２】本実施形態における薄膜複合電池の断面構造の一部を示す断面図。
【図３】変更例における薄膜複合電池の断面構造の一部を示す断面図。
【図４】変更例における薄膜複合電池の断面構造の一部を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明を具体化した一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は薄膜複合電池の平面構造を示す平面図であり、図２は薄膜太陽電池の断面構造を示す図１の２−２線断面図である。
【００２５】
図１に示されるように、薄膜複合電池の基体であるシート状のガラス基板Ｓには、それの上面（以下、電池積層面Ｓｔ）に複数の複合電池セル領域ＳＡが仮想分割されている。複数の複合電池セル領域ＳＡの各々は、ガラス基板Ｓのシート搬送方向ＤＬ（図１の左右方向）に沿う二辺及びガラス基板Ｓのシート幅方向Ｄｗ（図１の上下方向）に沿う二辺によって囲まれる矩形状の領域であって、これらシート搬送方向ＤＬ及びシート幅方向Ｄｗに沿って密に配列されている。
【００２６】
これら複数の複合電池セル領域ＳＡの各々には、シート幅方向Ｄｗに延びる帯状を呈してシート搬送方向ＤＬに配列される３つの太陽電池セルＣ１からなる薄膜太陽電池と、第１の絶縁層Ｄ１と、１つの二次電池セルＣ２からなる薄膜二次電池と、第２の絶縁層Ｄ２
とが電池積層面Ｓｔの法線方向（図１の積層方向Ｄｓ）に順次積層されて成る複合電池セルＣｍが設けられている。上記薄膜太陽電池の形成領域と、該薄膜太陽電池に接続される薄膜二次電池の形成領域とは積層方向Ｄｓにおいて重畳して、且つ積層方向Ｄｓから見て、下層である薄膜太陽電池の縁部（電極）が上層である薄膜二次電池の形成領域からはみ出すかたちに構成されている。なお、これら複合電池セルＣｍの各々は、ガラス基板Ｓがシート搬送方向ＤＬに搬送されつつ、該ガラス基板Ｓの電池積層面Ｓｔに成膜処理やレーザ加工処理が施されることによって形成される。
【００２７】
これら複数の複合電池セルＣｍは、それが配設される複合電池セル領域ＳＡを異にして、その他の構成を同じくするため、以下では１つの複合電池セルＣｍのみについて詳細に説明する。
【００２８】
図２に示されるように、１つの複合電池セルＣｍはシート搬送方向ＤＬに沿って配列される３つの太陽電池セルＣ１を備えている。以下では、複合電池セルＣｍのシート搬送方向ＤＬの側から順に、第１の太陽電池セルＣ１、第２の太陽電池セルＣ１、第３の太陽電池セルＣ１とする。
【００２９】
１つの複合電池セルＣｍを構成する３つの太陽電池セルＣ１の各々は、それのシート搬送方向ＤＬの部分が３段の階段状となるかたちに積層された受光電極１１、変換層１２、裏面電極１３とから構成されている。各太陽電池セルＣ１を構成する受光電極１１は、シート幅方向Ｄｗに延びる帯状を呈してシート搬送方向ＤＬに沿って略等間隔に電池積層面Ｓｔ上に配置されている。３つの受光電極１１の各々は、ガラス基板Ｓを透過した太陽光をさらに透過する光透過性を有する導電性酸化物膜であって、例えば二酸化錫、二酸化亜鉛、等によって構成されている。このような構成からなる受光電極１１は、例えばスパッタリング法によってガラス基板Ｓ上に形成された導電性酸化物膜がレーザスクライビング法によってパターニングされることにより形成される。
【００３０】
３つの受光電極１１の上面の各々には、該上面のシート搬送方向ＤＬの端部が露出して、且つその他の領域が覆われるかたちに、それぞれ孤立する変換層１２が積層されている。３つ変換層１２の各々は、アモルファスシリコン系やアモルファスシリコン−ゲルマニウム等の複数の半導体層からなる積層膜であり、例えばそれが積層される受光電極１１の側から順に、ｎ型半導体層であるｎ層、ｉ型半導体層であるｉ層、ｐ型半導体層であるｐ層が積層されてなる、所謂ｎｉｐ構造を単位セルとして有する。なお、変換層１２としては、例えば光を異なる波長帯域毎に効率的に吸収して光電変換するために、吸収スペクトルの異なる上記単位セルを多段に積層したタンデム構造あるいはトリプル構造を用いることもできる。
【００３１】
第３の太陽電池セルＣ１における変換層１２には、上述する単位セルに加えて、さらに薄膜太陽電池から薄膜二次電池に電流を供給する整流作用を発現する半導体層１２ａが積層されている。例えば第１の太陽電池セルＣ１及び第２の太陽電池セルＣ１の変換層１２が上記ｎｉｐ構造からなる場合には、第３の太陽電池セルＣ１の変換層１２は、ｎｉｐｎ構造によって構成される。このような構成からなる各変換層１２は、例えば受光電極１１を有するガラス基板Ｓ上にＣＶＤ法によって形成されたアモルファスシリコン系薄膜がこれもまたレーザスクライビング法によってパターニングされることにより形成される。
【００３２】
３つの変換層１２の上面の各々には、これもまた該上面のシート搬送方向ＤＬの端部が露出して、且つその他の領域が覆われるかたちに、それぞれ裏面電極１３が積層されている。３つの裏面電極１３の各々は、受光電極１１と同じく太陽光を透過する光透過性を有する導電性酸化膜と、当該導電性酸化膜に積層されて導電性酸化膜を透過した光を再び変換層１２へ戻す機能を有する例えば銀薄膜等といった反射膜と、当該反射膜を化学的に保
護するための例えばチタン薄膜等といった導電性保護膜とから構成されている。このような構成からなる裏面電極１３は、例えば変換層１２を有するガラス基板Ｓ上にスパッタリング法によって形成された裏面電極膜がこれもまたレーザスクライビング法によってパターニングされることにより形成される。
【００３３】
このように構成される３つの太陽電池セルＣ１のうちで第２及び第３の太陽電池セルＣ１では、各々の受光電極１１のシート搬送方向ＤＬの一部、すなわち各々の受光電極１１の上面おいてそれに積層される変換層１２から露出される部分が、第１及び第２の太陽電池セルＣ１の裏面電極１３と電気的に接続されている。
【００３４】
言い換えれば、３つの太陽電池セルＣ１においては、変換層１２を挟む２つの電極が、該変換層１２のシート搬送方向ＤＬにはみ出す受光電極１１と、シート搬送方向ＤＬとは反対の他方向に該変換層１２からはみ出す裏面電極１３とから構成され、裏面電極１３における該他方向の端部が次段の受光電極１１におけるシート搬送方向ＤＬの端部に接続されることによって、当該３つの太陽電池セルＣ１が直列に接続されている。つまり１つの複合電池セルＣｍでは、ガラス基板Ｓの電池積層面Ｓｔに沿って広がる３つの受光電極１１から構成される３つの太陽電池セルＣ１において、受光電極１１、変換層１２、裏面電極１３が順に電気的に繰り返されることとなり、これら３つの太陽電池セルＣ１が電気的に直列に接続されることとなる。
【００３５】
このように構成される薄膜太陽電池においては、第１の太陽電池セルＣ１の受光電極１１が薄膜太陽電池の負極として機能し、第３の太陽電池セルＣ１の裏面電極が薄膜太陽電池の正極として機能する。そして１つの太陽電池セルＣ１の起電力が例えば０．６５Ｖであって、二次電池セルＣ２の耐電圧が２Ｖであれば、このようにして構成される複合電池セルＣｍにおいて、太陽光によって１．９５Ｖの起電力が得られることとなり、該二次電池セルＣ２に適した電圧値にて充電が可能になる。また二次電池セルＣ２の充電容量が変更されたとしても、それに応じて太陽電池セルＣ１の数を変更するのみで所望の電圧を得ることができ、二次電池セルＣ２の充電容量に係る自由度が向上することになる。
【００３６】
なお第１の太陽電池セルＣ１においては、それの変換層１２に対して受光電極１１のはみ出す量が他の太陽電池セルＣ１よりも大きくなるかたちに、該受光電極１１のシート搬送方向ＤＬの長さが他の受光電極１１よりも長く形成されている。つまり変換層１２から露出される受光電極１１の領域が他の太陽電池セルＣ１よりも大きくなるかたちに第１の太陽電池セルＣ１は構成されている。
【００３７】
上記３つの太陽電池セルＣ１では、その全体の殆どが第１の絶縁層Ｄ１によって覆われており、この第１の絶縁層Ｄ１には、上記第２の絶縁層Ｄ２の上面に開口して上層にて拡径する、すなわち広がる多段の負極配線孔ＨＡと、同じく第２の絶縁層Ｄ２の上面に開口する第１の正極配線孔ＨＣ１とが積層方向Ｄｓに沿って貫通している。負極配線孔ＨＡは複合電池セル領域ＳＡのシート搬送方向ＤＬの端に設けられており、上記第１の太陽電池セルＣ１における受光電極１１のシート搬送方向ＤＬの一部、すなわち受光電極１１がそれに積層される変換層１２から露出される部分が底面となるかたちに、負極配線孔ＨＡと該受光電極１１とが接続されている。また第１の正極配線孔ＨＣ１は複合電池セル領域ＳＡのシート搬送方向ＤＬの反対方向の端に設けられており、上記第３の太陽電池セルＣ１における裏面電極１３が底面となるかたちに、第１の正極配線孔ＨＣ１と該裏面電極１３とが接続されている。
【００３８】
このような３つの太陽電池セルＣ１からなる薄膜太陽電池上には、第１の絶縁層Ｄ１を介して１つの二次電池セルＣ２が積層されている。二次電池セルＣ２は、第１の絶縁層Ｄ１から順に負極２１、負極活物質層２２、固体電解質層２３、正極活物質層２４、及び正
極２５が順に積層方向Ｄｓに沿って積層された積層体であって、その全体の殆どが、上記負極配線孔ＨＡ及び第１の正極配線孔ＨＣ１を有する第２の絶縁層Ｄ２に覆われるかたちに構成されている。
【００３９】
この二次電池セルＣ２の形成領域は、該二次電池セルＣ２が接続される薄膜太陽電池の形成領域と積層方向Ｄｓにおいて重畳し、且つ該薄膜太陽電池の形成領域に含まれるかたちに形成されている。また積層方向Ｄｓから見れば、下層である第１の太陽電池セルＣ１の受光電極１１及び第３の太陽電池セルＣ１の裏面電極１３が当該二次電池セルＣ２の形成領域からはみ出すかたちに構成されている。こうした二次電池セルＣ２の形成領域内では、負極２１を除いた他の層である負極活物質層２２、固体電解質層２３、正極活物質層２４、及び正極２５が積層方向Ｄｓから見て四辺を一致させるかたちに構成されて、最下層である負極２１のみが積層方向Ｄｓから見てシート搬送方向ＤＬに張出して、当該張り出した部分が上記負極配線孔ＨＡに接続されている。
【００４０】
このような構成からなる二次電池セルＣ２は、例えばスパッタリング法によって第１の絶縁層Ｄ１上に積層された負極２１、負極活物質層２２、固体電解質層２３、正極活物質層２４、及び正極２５がレーザスクライビング法によってパターニングされることにより形成される。
【００４１】
なお上記負極２１の構成材料としては、例えばバナジウム、アルミニウム、ニッケル、銅からなる群から選択される１つの金属材料が挙げられる。また負極活物質層２２の構成材料は、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能な材料であって、その一例としては、シリコンとマンガンとの合金、リチウムと他の金属との合金、金属リチウム、あるいは二酸化チタン、五酸化ニオブ、二酸化錫、三酸化鉄等の金属酸化物、金属硫化物が挙げられる。
【００４２】
また固体電解質層２３の構成材料としては、例えばリン酸リチウムやリチウム硫黄等といった固体無機電解質が挙げられる。また正極活物質層２４としては、リチウムイオンの吸蔵及び放出が可能なリチウム遷移金属化合物が挙げられ、その一例としてはリチウムイオンを構成原子として有するマンガン酸リチウム、コバルト酸リチウム、あるいはリチウムイオンが注入されることによってリチウム化された酸化バナジウム等が挙げられる。また正極２５の構成材料としては、例えばバナジウム、アルミニウム、ニッケル、銅からなる群から選択される１つの金属材料が挙げられる。
【００４３】
上記二次電池セルＣ２では、その全体の殆どが第２の絶縁層Ｄ２によって覆われており、この第２の絶縁層Ｄ２には、上述するように第１の絶縁層Ｄ１から繋がる多段の負極配線孔ＨＡと第１の正極配線孔ＨＣ１とが積層方向Ｄｓに沿って貫通している。また第２の絶縁層Ｄ２には、上記正極２５の一部から積層方向Ｄｓに延びる第２の正極配線孔ＨＣ２が貫通している。
【００４４】
負極配線孔ＨＡにおける段差部（拡径した部分）には、上記負極２１のシート搬送方向ＤＬの端部、すなわち上記負極２１がそれに積層される他の機能層から露出される部分が底面となるかたちに、負極配線孔ＨＡと該負極２１とが接続されている。この貫通孔としての負極配線孔ＨＡには、これの底面を構成する第１の太陽電池セルＣ１の受光電極１１と、これの段差部における底面を構成する二次電池セルＣ２の負極２１とに接続される負極配線ＰＡが充填されている。なお機能層とは、二次電池に電池効果を発現させる層であって、本実施形態では、負極活物質層２２、固体電解質層２３、及び正極活物質層２４である。
【００４５】
このような構成からなる負極配線孔ＨＡは、例えば第１の絶縁層Ｄ１及び第２の絶縁層Ｄ２が薄膜太陽電池及び薄膜二次電池を覆うかたちに形成された後に、これら第１の絶縁
層Ｄ１及び第２の絶縁層Ｄ２を貫通するウェットエッチング法によってパターニングされることにより形成される。またこのような構成からなる負極配線ＰＡは、例えば上記のように形成された負極配線孔ＨＡを有する基板に対してスパッタリング法によって金属材料が充填されることよって形成される。
【００４６】
第１の正極配線孔ＨＣ１は上記二次電池セルＣ２から離間するかたちに形成されており、この第１の正極配線孔ＨＣ１と第２の正極配線孔ＨＣ２とには、これらの貫通孔の底面を構成する第３の太陽電池セルＣ１の裏面電極１３と二次電池セルＣ２の正極２５とに接続される正極配線ＰＣが第２の絶縁層Ｄ２の上面を介して接続されている。
【００４７】
このような構成からなる正極配線孔ＨＣは、上記負極配線孔ＨＡと同じく、例えば第１の絶縁層Ｄ１及び第２の絶縁層Ｄ２が薄膜太陽電池及び薄膜二次電池を覆うかたちに形成された後に、これら第１の絶縁層Ｄ１及び第２の絶縁層Ｄ２を貫通するウェットエッチング法によってパターニングされることにより形成される。またこのような構成からなる正極配線ＰＣは、例えば上記のように形成された第１の正極配線孔ＨＣ１及び第２の正極配線孔ＨＣ２を有する基板に対してスパッタリング法によって金属材料が充填されることよって形成される。
【００４８】
本実施の形態にかかる複合薄膜太陽電池によれば、以下に列挙する効果が得られるようになる。
（１）積層方向Ｄｓに積層される二種類の電池の形成領域が同積層方向Ｄｓで重畳することとなり、且つ積層方向Ｄｓから見れば、下層である薄膜太陽電池の形成領域における電極が上層である薄膜二次電池の形成領域からはみ出すこととなる。そして薄膜太陽電池の負極となる受光電極１１と薄膜二次電池の負極２１とが積層方向Ｄｓに延びる負極配線ＰＡによって接続されることとなる。また薄膜太陽電池の正極となる裏面電極１３と薄膜二次電池の正極２５とが、同じく積層方向Ｄｓに延びる正極配線ＰＣによって接続されることとなる。
【００４９】
こうした構成であれば、負極配線ＰＡ及び正極配線ＰＣに必要とされる電池積層面Ｓｔの領域が、積層方向Ｄｓから見れば、薄膜太陽電池の形成領域内に包含されることになる。そのため電池積層面Ｓｔにおける負極配線ＰＡの占有面積を必要最小限に抑えることが可能になり、また電池積層面Ｓｔにおける正極配線ＰＣの占有面積を最小限に抑えることが可能となる。それゆえに電池積層面Ｓｔの殆どを二種類の電池の占有面積に割くことが可能になり、ひいてはガラス基板Ｓにおける単位面積あたりの発電量及び蓄電量の低下を抑える積層構造が提供可能となる。
【００５０】
（２）また電池積層面Ｓｔの面方向と積層方向Ｄｓとが含まれる三次元方向に上述する電極配線が形成される場合に反して、上述のごとく単純な一次元方向に延びる負極配線ＰＡ及び正極配線ＰＣであれば、こうした電極配線それ自体の形成を容易なものとすることができる。
【００５１】
（３）第１の絶縁層Ｄ１及び第２の絶縁層Ｄ２を積層方向Ｄｓに貫通する負極配線孔ＨＡ、第１の正極配線孔ＨＣ１及び第２の正極配線孔ＨＣ２に負極配線ＰＡ及び正極配線ＰＣが形成される。そのため薄膜太陽電池及び薄膜二次電池が積層されて、これらが第１の絶縁層Ｄ１及び第２の絶縁層Ｄ２によって覆われた後であっても、こうした貫通孔が配線形成に先立って形成されることにより負極配線ＰＡと正極配線ＰＣとが形成可能となる。それゆえに薄膜太陽電池及び第１の絶縁層Ｄ１を形成した後に負極配線ＰＡ及び正極配線ＰＣの一部を形成し、さらに薄膜二次電池及び第２の絶縁層Ｄ２を形成した後に負極配線ＰＡ及び正極配線ＰＣの残部を形成する場合と比較して、これら電極配線の形成が容易となり、また電極配線それ自体の構成も簡素なものとなる。
【００５２】
つまり負極配線ＰＡ及び正極配線ＰＣの形成に先立って形成される負極配線孔ＨＡ、第１の正極配線孔ＨＣ１及び第２の正極配線孔ＨＣ２は、積層方向Ｄｓに沿って形成されるのみで、これらに埋設される負極配線ＰＡ及び正極配線ＰＣも同じく積層方向Ｄｓに沿って形成されることとなり、これら負極配線ＰＡ及び正極配線ＰＣ、ひいては当該薄膜複合電池の製造をより容易とすることができる。
【００５３】
（４）薄膜二次電池を構成する電極のうちで最下層となる負極２１が他の層からシート搬送方向ＤＬにはみ出すかたちに構成されて、該負極２１が負極配線ＰＡに接続されることとなる。こうした構成であれば、上層である薄膜二次電池の負極２１と負極配線ＰＡとの接続が、該負極２１のはみ出し分だけ確実なものとなり、また負極配線ＰＡと他の層との間の絶縁がより確実なものとなる。そのため薄膜複合電池としての機能が担保されやすくなる。
【００５４】
（５）隣接する太陽電池セルＣ１の間において、一方の裏面電極１３が変換層１２からはみ出す部分と、他方の受光電極１１が変換層１２からはみ出す部分とによって、２つ以上の太陽電池セルＣ１が直列に接続されることとなる。詳しくは、第１の太陽電池セルＣ１の裏面電極１３が変換層１２からシート搬送方向ＤＬの反対方向にはみ出す部分と、第２の太陽電池セルＣ１の受光電極１１が変換層１２からシート搬送方向ＤＬにはみ出す部分とによって、これら第１の太陽電池セルＣ１と第２の太陽電池セルＣ１とが直列に接続される。また第２の太陽電池セルＣ１の裏面電極１３が変換層１２からシート搬送方向ＤＬの反対方向にはみ出す部分と、第３の太陽電池セルＣ１の受光電極１１が変換層１２からシート搬送方向ＤＬにはみ出す部分とによって、これら第２の太陽電池セルＣ１と第３の太陽電池セルＣ１とが直列に接続される。
【００５５】
こうした変換層１２に対するはみ出し部分が無い場合には、隣接する太陽電池セルＣ１の間において受光電極１１同士、あるいは変換層１２同士、若しくは裏面電極１３同士が近接してしまい、太陽電池セルの直列接続が得難くなる。この点、隣接する太陽電池セルＣ１の間において異なる電極同士のみが近接する上述する構成であれば、本来必要とされる太陽電池セルＣ１の直列接続がより容易に構成されることとなる。
【００５６】
（６）そのうえ太陽電池セルＣ１の間を分離する上で必要とされる変換層１２同士の間隔がこうした異なる電極間の接続に利用されることから、太陽電池セルＣ１間の接続態様に関しても、電池積層面Ｓｔにおける占有面積を必要最小限に抑えることが可能になる。
【００５７】
（７）太陽電池セルＣ１における電極のうちで負極配線ＰＡとの接続に用いられる電極、すなわち第１の太陽電池セルＣ１の受光電極１１が該太陽電池セルＣ１の変換層１２からシート搬送方向ＤＬにより大きくはみ出すことになる。そのため、こうした受光電極１１と負極配線ＰＡとの接続がより容易となるため、当該薄膜複合電池としての機能がさらに担保されやすくなる。
【００５８】
（８）第３の太陽電池セルＣ１における変換層１２が薄膜太陽電池から薄膜二次電池に電流を供給する整流作用を発現するために、薄膜二次電池から薄膜太陽電池への放電を抑制することができ、薄膜二次電池の充電性能を向上させることもできる。
【００５９】
なお、上記実施形態は以下のように変更して実施することもできる。
・上記実施形態における各太陽電池セルＣ１の変換層１２は、それが積層される受光電極１１から順に、ｎ層、ｉ層、ｐ層が積層されてなるｎｉｐ構造を有する。そして第１の太陽電池セルＣ１の受光電極１１が太陽電池の負極として機能し、第３の太陽電池セルＣ１の裏面電極１３が正極として機能するかたちに、各太陽電池セルＣ１が直列に接続され
る。これを変更して、各太陽電池セルＣ１の変換層１２は、それが積層される受光電極１１から順に、ｐ層、ｉ層、ｎ層が積層されてなるｐｉｎ構造を有する構成であってもよい。そして第１の太陽電池セルＣ１の受光電極１１が太陽電池の正極として機能し、第３の太陽電池セルＣ１の裏面電極１３が負極として機能するかたちに、各太陽電池セルＣ１が直列に接続される構成であってもよい。
【００６０】
なお、このような構成からなる薄膜太陽電池の場合には、図３に示されるように、二次電池セルＣ２における各層の積層順序が、第１の絶縁層Ｄ１から順に、正極２５、正極活物質層２４、固体電解質層２３、負極活物質層２２、及び負極２１となる構成であって、且つ最下層である正極２５のみが積層方向Ｄｓから見てシート搬送方向ＤＬに張出す構成が好ましい。こうした構成であれば、上記実施形態における負極配線孔ＨＡ及び負極配線ＰＡを正極配線孔ＨＣ及び正極配線ＰＣとして機能させることが可能となり、また上記実施形態における第１の正極配線孔ＨＣ１、第２の正極配線孔ＨＣ２、及び正極配線ＰＣを負極配線孔ＨＡ及び負極配線ＰＡとして機能させることが可能となる。そしてこうした構成であっても、上記実施形態の効果と類似する効果を得ることが可能である。
【００６１】
・また上述するように第１の太陽電池セルＣ１の受光電極１１が太陽電池の正極として機能し、第３の太陽電池セルＣ１の裏面電極１３が負極として機能するかたちに、各太陽電池セルＣ１が直列に接続される構成においては、第１の太陽電池セルＣ１の変換層１２に整流作用を設ける構成が好ましい。例えば、第１の太陽電池セルＣ１においてｐｉｎ構造を有する変換層１２の最下層に半導体層１２ａ（ｎ層）が設けられることによって、上述する整流作用を発現させることが可能となる。
【００６２】
・薄膜太陽電池から薄膜二次電池に電流を供給する整流作用を発現する構成としては、上述する半導体層１２ａを利用したｐｎ接合に限らず、酸化亜鉛やチタン酸ストロンチウム等からなるバリスタを採用することも可能である。こうした構成においても薄膜二次電池から薄膜太陽電池への放電を抑制することができる。なお薄膜二次電池から薄膜太陽電池への放電量が十分に小さい構成であれば、上述する半導体層１２ａやバリスタを割愛してもよい。こうした構成においては、半導体層１２ａやバリスタを形成するための工程を薄膜複合電池の製造工程から割愛することが可能となり、薄膜複合電池の製造それ自体を簡便なものとすることができる。
【００６３】
・上記実施形態の薄膜複合電池は、ガラス基板Ｓの電池積層面Ｓｔから順に薄膜太陽電池と薄膜二次電池とが積層される構成であるが、これを変更して、図４に示されるように、ポリイミド基板Ｓの電池積層面Ｓｔから順に薄膜二次電池と薄膜太陽電池とが積層される構成であってもよい。
【００６４】
つまり、薄膜太陽電池の形成領域と薄膜二次電池の形成領域とが積層方向Ｄｓにおいて重畳し、且つ積層方向Ｄｓから見て、薄膜二次電池の形成領域にて負極配線ＰＡの接続先となる負極２１が薄膜太陽電池の形成領域からはみ出し、また正極配線ＰＣの接続先となる正極２５が同薄膜太陽電池の形成領域からはみ出すかたちに、薄膜複合電池が構成されてもよい。こうした構成であっても、上記実施形態の効果（１）、（２）に類似する効果が得られることとなる。
【００６５】
なおこの際、負極配線孔ＨＡにおける段差部には、第１の太陽電池セルＣ１における裏面電極１３のシート搬送方向ＤＬの端部、すなわち該裏面電極１３がそれに積層される変換層１２から露出される部分が底面となるかたちに、負極配線孔ＨＡと該裏面電極１３とが接続される構成が好ましい。こうした構成であれば、上記実施形態と同じく、上層である薄膜太陽電池の負極と負極配線ＰＡとの接続が、裏面電極１３のはみ出し分だけ確実なものとなり、また負極配線ＰＡと他の変換層１２や受光電極１１との間の絶縁がより確実
なものとなる。
【００６６】
・薄膜太陽電池の正極と薄膜二次電池の正極との接続態様は、第１の正極配線孔ＨＣ１と第２の正極配線孔ＨＣ２とからなる２つの貫通孔に形成される正極配線ＰＣを介して接続される態様である。これを変更して、薄膜太陽電池の正極と薄膜二次電池の正極との接続態様を、薄膜太陽電池の負極と薄膜二次電池の負極との接続態様に類似する態様にしてもよい。つまり正極配線孔が負極配線孔ＨＡを同じく多段の貫通孔として構成されて、該正極配線孔の段差部において、上記負極２１と同じく、シート搬送方向ＤＬの反対方向に張り出す正極２５が底面となるかたちに、該正極配線孔と該正極２５とが接続される接続態様であってもよい。こうした構成であれば、薄膜太陽電池の負極と薄膜二次電池の負極との接続態様と同じく、薄膜太陽電池の正極と薄膜二次電池の正極との接続態様を１つの正極貫通孔によって実現することが可能にもなる。
【００６７】
なお、上述するようなシート搬送方向ＤＬの反対方向に張り出す正極２５を形成する上では、まず負極２１、負極活物質層２２、固体電解質層２３、及び正極活物質層２４がパターニングされて、次いでこれらを覆うかたちに第２の絶縁層Ｄ２が形成されて、そして該第２の絶縁層Ｄ２上にて正極２５がパターニングされることにより形成可能である。
【００６８】
・薄膜太陽電池の正極及び負極が薄膜二次電池の正極及び負極に接続される接続太陽であれば、薄膜太陽電池における正極と負極との積層順序、及び薄膜二次電池における正極と負極との積層順序は上記実施形態と異なるものであってもよい。
【００６９】
・複合電池セル領域ＳＡごとに設けられた上記３つの太陽電池セルＣ１は、シート幅方向Ｄｗに連なる複合電池セル領域ＳＡにおいて分割される構造に限らず、こうしたシート幅方向Ｄｗに連なる複合電池セル領域ＳＡにおいて連続する構造であってもよい。
【００７０】
・薄膜太陽電池の電極と薄膜二次電池の電極とを結ぶ配線は、上記負極配線孔や正極配線孔等といった円形孔や矩形孔に充填される配線に限らず、シート幅方向Ｄｗに延びるスリット状の溝に充填される配線であってもよい。
【００７１】
・第１の絶縁層Ｄ１及び第２の絶縁層Ｄ１の構成材料としては、ウェットエッチング法やフォトリソグラフィー法を用いて負極配線孔や正極配線孔を形成する上ではシリコン酸化膜や樹脂膜が好ましく、またレーザ加工を用いて負極配線孔や正極配線孔を形成する上ではレーザの吸収率が高い炭化珪素膜やシリコン酸窒化膜が好ましい。
【符号の説明】
【００７２】
１１…受光電極、１２…変換層、１２ａ…半導体層、１３…裏面電極、２１…負極、２２…負極活物質層２２、２３…固体電解質層、２４…正極活物質層、２５…正極、Ｃ１…太陽電池セル、Ｃ２…二次電池セル、Ｃｍ…複合電池セル、Ｄ１…第１の絶縁層、Ｄ２…第２の絶縁層、ＤＬ…シート搬送方向、Ｄｗ…シート幅方向、Ｄｓ…積層方向、ＨＡ…負極配線孔、ＨＣ１…第１の正極配線孔、ＨＣ２…第２の正極配線孔、ＰＡ…負極配線、ＰＣ…正極配線、Ｓ…ガラス基板、ＳＡ…複合電池セル領域、Ｓｔ…電池積層面。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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