(57)【要約】【課題】光電変換装置の製造工程を簡素化し、変換効率を向上させる。【解決手段】透明基板３０と、透明基板３０の表面上に形成された透明電極層３２と、透明電極層３２上と、透明電極層３２を除去したスリットＳ１の透明基板３０上とを覆うように形成された光電変換層３４と、光電変換層３４上と、光電変換層３４を除去したスリットＳ２の透明電極層３２上の一部とを覆う裏面電極層３８とを備え、スリットＳ２の延設方向に沿って裏面電極層３８が形成されておらず透明電極層３２が露出している無電極領域Ｓ４をスリットＳ２の領域内に有する光電変換装置２００とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板の表面上に形成された透明電極層と、
前記透明電極層上と、前記透明電極層を除去した第１スリット領域の前記透明基板上とを覆うように形成された光電変換層と、
前記光電変換層上と、前記光電変換層を除去した第２スリット領域の前記透明電極層上の一部とを覆う電極層と、
を備え、
前記第２スリット領域の延設方向に沿って前記電極層が形成されておらず前記透明電極層が露出している無電極領域を前記第２スリット領域内に有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換装置であって、
前記光電変換層は、前記透明基板から入射する光により光電変換を行うことを特徴とする光電変換装置。
【請求項３】
透明基板上に透明電極層を形成する第１の工程と、
前記透明電極層の一部を除去して第１スリット領域を形成する第２の工程と、
前記透明電極層上と、前記第１スリット領域の前記透明基板上とを覆うように光電変換層を形成する第３の工程と、
前記第１スリット領域に重ならない前記光電変換層の一部を除去して第２スリット領域を形成する第４の工程と、
前記第２スリット領域の延設方向に沿って前記電極層が形成されておらず前記透明電極層が露出している無電極領域が前記第２スリット領域内に形成されるように、前記光電変換層上と前記第２スリット領域の前記透明電極上の一部とを覆うように電極層を形成する第５の工程と、
を備えることを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
請求項３に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記第５の工程では、前記透明基板の表面に対して垂直方向でない方向から導電性材料を供給することにより前記電極層を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記第５の工程では、導電性材料のペーストを塗布することにより前記電極層を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
請求項３に記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記第５の工程では、前記透明基板の表面を水平方向に対して傾けた状態ではんだ粒子を前記第２スリット領域内に供給し、前記はんだ粒子を溶融させた後に固化させることによって前記電極層を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
請求項３〜６のいずれか１つに記載の光電変換装置の製造方法であって、
前記第３の工程と前記第４の工程との間に、前記光電変換層上に導電性材料を供給することにより下地電極層を形成する第６の工程をさらに備え、
前記第４の工程では、除去される前記光電変換層上に形成された前記下地電極層も除去して前記第２スリット領域を形成し、
前記第５の工程では、前記光電変換層上の代わりに前記下地電極層に接続されるように前記電極層を形成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置及び光電変換装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を利用した発電システムとして、アモルファスや微結晶等の半導体薄膜を積層した光電変換装置が用いられている。
【０００３】
図１０は、本発明の実施の形態における光電変換装置１００の構成を示す断面図である。光電変換装置１００は、図１０に示すように、基板１０、透明電極層１２、光電変換層１４及び裏面電極１６を含んで構成される。
【０００４】
基板１０は、光電変換装置１００の光電変換パネルを機械的に支持する部材である。光電変換装置１００では基板１０側から光を入射させて発電を行う構成であるので、基板１０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用する。基板１０上には透明電極層１２が形成される。光電変換層１４を複数直列に接続した構成とする場合、レーザを照射して透明電極層１２に第１スリットＳ１を形成して短冊状にパターニングして分割する。
【０００５】
透明電極層１２上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層して光電変換層１４を形成する。光電変換層１４は、アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換セル等の薄膜系光電変換層とすることができる。複数のセルを直列接続する場合、光電変換層１４に第２スリットＳ２を形成して短冊状にパターニングして分割する。例えば、透明電極層１２を分割する第１スリットＳ１から５０μｍ横の位置にレーザを照射して第２スリットＳ２を形成して光電変換層１４を短冊状にパターニングする。
【０００６】
光電変換層１４上に、裏面電極１６を形成する。複数の光電変換層１４を直列接続する場合、裏面電極１６に第３スリットＳ３を形成して短冊状にパターニングして分断する。例えば、光電変換層１４をパターンニングする第２スリットＳ２の位置から５０μｍ横の位置にレーザを照射して第３スリットＳ３を形成して裏面電極１６を短冊状にパターニングする。このように基板１０上に透明電極層１２、光電変換層１４及び裏面電極１６を積層して光電変換セル１０２が形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記のように、複数の光電変換セル１０２を直列に接続した光電変換装置１００を構成しようとする場合、第１スリットＳ１〜第３スリットＳ３を形成するためにレーザ加工の工程を少なくとも３回行っており、光電変換装置１００の製造工程が多く、光電変換装置１００の製造時間が長くなり、製造コストも増大する原因となっている。
【０００８】
また、第１スリットＳ１〜第３スリットＳ３が形成された領域は発電に寄与しないので、光電変換装置１００の発電効率を低下させる原因にもなっている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の１つの態様は、透明基板と、透明基板の表面上に形成された透明電極層と、透明電極層上と、透明電極層を除去した第１スリット領域の透明基板上とを覆うように形成された光電変換層と、光電変換層上と、光電変換層を除去した第２スリット領域の透明電極層上の一部とを覆う電極層と、を備え、第２スリット領域の延設方向に沿って電極層が形成されておらず透明電極層が露出している無電極領域を第２スリット領域内に有する、光電変換装置である。
【００１０】
本発明の別の態様は、透明基板上に透明電極層を形成する第１の工程と、透明電極層の一部を除去して第１スリット領域を形成する第２の工程と、透明電極層上と、第１スリット領域の透明基板上とを覆うように光電変換層を形成する第３の工程と、第１スリット領域に重ならない光電変換層の一部を除去して第２スリット領域を形成する第４の工程と、第２スリット領域の延設方向に沿って電極層が形成されておらず透明電極層が露出している無電極領域が第２スリット領域内に形成されるように、光電変換層上と第２スリット領域の透明電極上の一部とを覆うように電極層を形成する第５の工程と、を備える、光電変換装置の製造方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、光電変換装置の製造工程を簡素化できる。また、光電変換装置の変換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における第１基本構成の構造を示す断面斜視図である。
【図３】第１の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面斜視図である。
【図４】本発明の実施の形態における第２基本構成の構造を示す断面斜視図である。
【図５】第１の実施の形態における光電変換装置の別例の製造工程を示す断面斜視図である。
【図６】第１の実施の形態における光電変換装置の別例の構成を示す断面斜視図である。
【図７】第２の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面斜視図である。
【図８】第３の実施の形態における光電変換装置の製造工程を示す断面斜視図である。
【図９】第３の実施の形態における光電変換装置の構造を示す断面斜視図である。
【図１０】従来の光電変換装置の構造を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の実施の形態における光電変換装置２００の構成を示す。図１は、光電変換装置２００を光電変換セル２０２の直列接続方向に沿って切断した断面斜視図である。図１では、構成を明確に示すために各部の寸法を実際のものとは変えて示している。
【００１４】
光電変換装置２００は、図１に示すように、基板３０、透明電極層３２、光電変換層３４、下地電極層３６及び裏面電極層３８を含んで構成される。
【００１５】
基板３０は、光電変換装置２００の光電変換パネルを機械的に支持する部材である。光電変換装置２００では基板３０側から光を入射させて発電を行う構成であるので、基板３０は、例えば、ガラス基板、プラスチック基板等の少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料を適用する。基板３０上には透明電極層３２が形成される。透明電極層３２は、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）のうち少なくとも一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、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。透明電極層３２はスパッタリング法又はＣＶＤ法で形成することができる。
【００１６】
光電変換セル２０２を複数直列に接続した構成とする場合、透明電極層３２を短冊状にパターニングして分割する。本実施の形態では、図１の紙面に対して手前から奥側に向かって透明電極層３２に幅２０μｍ〜２００μｍ程度の第１スリットＳ１を形成して分割する。例えば、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いて透明電極層３２をパターニングすることができる。
【００１７】
透明電極層３２上に、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層して光電変換層３４を形成する。光電変換層３４は、アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換セル等の薄膜系光電変換層とすることができる。また、これらの光電変換層を積層したタンデム型やトリプル型の光電変換層としてもよい。
【００１８】
アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換層は、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）等のシリコン含有ガス、メタン（ＣＨ4）等の炭素含有ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型ドーパント含有ガス及び水素（Ｈ2）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ法）により形成することができる。プラズマＣＶＤ法は、例えば、１３．５６ＭＨｚの平行平板型ＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することが好適である。
【００１９】
さらに、光電変換層３４上に下地電極層３６を形成する。下地電極層３６は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）と反射性金属とをこの順に積層した構造とすることが好適である。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）としては、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）、又は、これらの透明導電性酸化物（ＴＣＯ）に不純物をドープしたものが用いられる。例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）にアルミニウム（Ａｌ）を不純物としてドープしたものでもよい。また、反射性金属としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属が用いられる。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）及び反射性金属は、例えば、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。透明導電性酸化物（ＴＣＯ）と反射性金属の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸が設けることが好適である。
【００２０】
複数の光電変換セル２０２を直列接続する場合、光電変換層３４及び下地電極層３６を短冊状にパターニングして分割する。例えば、透明電極層３２を分割する第１スリットＳ１から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射して幅２０μｍ〜２００μｍ程度の第２スリットＳ２を形成して光電変換層３４及び下地電極層３６を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、例えば、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いることが好適である。
【００２１】
図２に、ここまでの工程で得られる第１基本構成２０４の断面斜視図を示す。以下の処理はこの第１基本構成２０４を元に行われる。
【００２２】
本実施の形態では、第１基本構成２０４の表面に対して導電性材料を供給することにより裏面電極層３８を形成する。
【００２３】
導電性材料の供給方法は、例えば、蒸着法、スパッタリング法等を適用することができる。すなわち、第１基本構成２０４及び導電性材料を真空槽内に配置し、真空槽内を真空排気した後、真空下において導電性材料を第１基本構成２０４に対して供給することにより裏面電極層３８を形成する。導電性材料は、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）等とすることが好適である。
【００２４】
このとき、図１に示すように、第２スリットＳ２の領域の延設方向に沿って裏面電極層３８が形成されず、透明電極層３２が露出している無電極領域Ｓ４が第２スリットＳ２の領域内に形成されるように導電性材料を供給する。具体的には、図３に示すように、第１基本構成２０４の基板３０の表面に対して垂直方向でない方向から導電性材料を供給する。特に、光電変換セル２０２の第１スリットＳ１が近くに形成されていない側の側面２０２ａが光電変換層３４及び下地電極層３６によって導電性材料の供給方向に対して陰となるような角度θで導電性材料を供給することによって、光電変換層３４及び下地電極層３６上と、光電変換層３４及び下地電極層３６を除去した第２スリットＳ２の領域内の透明電極層３２上の少なくとも一部に裏面電極層３８が形成され、光電変換セル２０２の第１スリットＳ１が近くに形成されていない側の側面２０２ａ及びその近傍の第２スリットＳ２の領域内に無電極領域Ｓ４が形成される。
【００２５】
このようにして、裏面電極層３８によって隣り合う光電変換セル２０２が直列に接続された光電変換装置２００が形成される。
【００２６】
また、上記光電変換装置の製造方法において下地電極層３６を形成せず、図４に示すような第２基本構成２０６としてもよい。この場合も、第１基本構成２０４と同様に、裏面電極層３８が形成されず、透明電極層３２が露出している無電極領域Ｓ４が第２スリットＳ２の領域内に形成されるように導電性材料を供給する。具体的には、図５に示すように、第２基本構成２０６の基板３０の表面に対して垂直方向でない方向から導電性材料を供給する。特に、光電変換セル２０２の第１スリットＳ１が近くに形成されていない側の側面２０２ａが光電変換層３４によって導電性材料の供給方向に対して陰となるような角度θで導電性材料を供給することによって、光電変換層３４上と、光電変換層３４を除去した第２スリットＳ２の領域内の透明電極層３２上の少なくとも一部に裏面電極層３８が形成され、光電変換セル２０２の第１スリットＳ１が近くに形成されていない側の側面２０２ａ及びその近傍の第２スリットＳ２の領域内に無電極領域Ｓ４が形成される。角度θは、６０°以上８０°以下とすることが好適である。
【００２７】
このようにして、図６に示すように、下地電極層３６が設けられず、裏面電極層３８によって隣り合う光電変換セル２０２が直列に接続された光電変換装置２０８が形成される。
【００２８】
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、裏面電極層３８を形成する際に蒸着法やスパッタリング法により導電性材料を供給するのではなく、導電性材料のペーストを塗布することによって裏面電極層３８を形成する。
【００２９】
具体的には、図７に示すように、第１基本構成２０４に対して裏面電極層３８が形成されず、透明電極層３２が露出している無電極領域Ｓ４が第２スリットＳ２の領域内に形成されるように導電性材料のペースト４０を塗布する。すなわち、図７に示すように、光電変換層３４上と、光電変換層３４を除去した第２スリットＳ２の領域内の透明電極層３２上の少なくとも一部に裏面電極層３８が形成され、光電変換セル２０２の第１スリットＳ１が近くに形成されていない側の側面２０２ａ及びその近傍の第２スリットＳ２の領域内に無電極領域Ｓ４が形成されるように導電性のペースト４０を塗布する。このペースト４０が裏面電極層３８となる。
【００３０】
この場合も、図７に示すように、裏面電極層３８によって隣り合う光電変換セル２０２が直列に接続された光電変換装置３００が形成される。
【００３１】
＜第３の実施の形態＞
第３の実施の形態では、裏面電極層３８を形成する際に蒸着法やスパッタリング法により導電性材料を供給するのではなく、はんだ粒子を溶融させて裏面電極層３８を形成する。
【００３２】
具体的には、図８に示すように、第１基本構成２０４の基板３０を傾け、基板３０の透明電極層３２、光電変換セル２０２及び下地電極層３６が形成された側にはんだ粒子５０を供給する。はんだ粒子５０は、基板３０の傾斜に沿って図中の破線矢印方向に転がり、光電変換セル２０２及び下地電極層３６の側面と第２スリットＳ２内に露出している透明電極層３２の露出面とで形成される隅５２に溜まる。この状態においてはんだ粒子５０を加熱して溶融させる。これによって、図９に示すように、はんだ粒子５０が溶融して形成された裏面電極層３８によって隣り合う光電変換セル２０２の透明電極層３２と下地電極層３６とが電気的に接続される。さらに、第２スリットＳ２内には裏面電極層３８が形成されず、光電変換セル２０２の第１スリットＳ１が近くに形成されていない側の側面２０２ａ及び透明電極層３２が露出している無電極領域Ｓ４が形成される。
【００３３】
このようにして、図９に示すように、裏面電極層３８によって隣り合う光電変換セル２０２が直列に接続された光電変換装置３０２が形成される。
【００３４】
ここで、はんだ粒子５０としては、光電変換セル２０２の厚さの１／４０倍以上２０倍以下の直径のものを用いることが好適である。例えば、アモルファスシリコン薄膜光電変換層及び微結晶シリコン薄膜光電変換セルを積層したタンデム型薄膜光電変換セルの場合、光電変換セル２０２の厚さは４μｍ〜５μｍ程度であるので、はんだ粒子５０の直径は１μｍ以上１００μｍ以下とすることが好適である。
【００３５】
なお、はんだ粒子５０を供給したあと加熱することによって、裏面電極層３８と接触する光電変換セル２０２の側壁２０２ｂを、シリコンとはんだとの合金にしてもよい。側壁２０２ｂを合金化することによって電気的抵抗が低くなり、合金化された側壁２０２ｂによって隣り合う光電変換セル２０２が直列に接続された光電変換装置３０２が形成される。このとき、はんだ粒子５０の代わりに金または銀の金属粒子を用いてもよい。側壁２０２ｂを合金化する場合、裏面電極層３８を残す形態でもよいし、裏面電極層３８を除去する形態でもよい。
【００３６】
上記実施の形態によれば、光電変換層及び裏面電極を切断する第３スリットを形成する工程を省くことができ、光電変換装置の製造工程を簡略化することができる。これにより、光電変換装置の製造時間を短縮でき、製造コストも低減することができる。また、スリットの数を低減でき、発電に寄与しない領域の面積を低減することができる。
【符号の説明】
【００３７】
１０  基板、１２  透明電極層、１４  光電変換層、１６  裏面電極、３０  基板、３２  透明電極層、３４  光電変換層、３６  下地電極層、３８  裏面電極層、４０  ペースト、５０  はんだ粒子、５２  隅、１００，２００，２０８，３００，３０２  光電変換装置、１０２，２０２  光電変換セル、２０２ａ  側面、２０２ｂ  側壁、２０４  第１基本構成、２０６  第２基本構成。
【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】
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【図９】
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【図１０】
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