(57)【要約】【課題】  光電変換セル間の電気抵抗を小さくすることによって、光電変換装置の光電変換効率を向上させる。【解決手段】  光電変換装置１１は、基板１と、基板１上に互いに間隔をあけて一方向に配置された第１の下部電極層２ａおよび第２の下部電極層２ｂと、第１の下部電極層２ａ上から第２の下部電極層２ｂ上にかけて配置された光電変換層ＰＥと、光電変換層ＰＥの上面を覆う第１部位５ａ、第１部位５ａに接続しているとともに光電変換層ＰＥの側面を覆う第２部位５ｂおよび第２部位５ｂに接続しているとともに第２の下部電極層２ｂの一部を覆う第３部位５ｃを有する導電膜５と、第２部位５ｂの表面から第３部位５ｃの表面を経て第２の下部電極層２ｂの上面の導電膜５に覆われていない部位にかけて配置された補助導体６とを具備する。【選択図】  図１
2015026642.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
該基板上に互いに間隔をあけて一方向に配置された第１の下部電極層および第２の下部電極層と、
前記第１の下部電極層上から前記第２の下部電極層上にかけて配置された光電変換層と、該光電変換層の上面を覆う第１部位、該第１部位に接続しているとともに前記光電変換層の側面を覆う第２部位および該第２部位に接続しているとともに前記第２の下部電極層の一部を覆う第３部位を有する導電膜と、
前記第２部位の表面から前記第３部位の表面を経て前記第２の下部電極層の上面の前記導電膜に覆われていない部位にかけて配置された補助導体と
を具備する光電変換装置。
【請求項２】
前記補助導体は複数の副補助導体から成り、該複数の副補助導体が前記一方向に直交する方向に沿って互いに間隔をあけて並んでいる、請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記第１部位上に、帯状に延びるとともに前記補助導体に接続している集電電極をさらに具備する、請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記第３部位は前記光電変換層に沿って帯状に延びている、請求項１乃至３のいずれかに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電気的に接続された光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電などに使用される光電変換装置として、基板の上に複数の光電変換セルが設けられたものがある（例えば、特許文献１など）。
【０００３】
このような光電変換装置は、ガラスなどの基板の上に、金属電極などの下部電極層と、光吸収層と、バッファ層と、透明導電膜とを、この順に積層した光電変換セルが、平面的に複数並設されて構成されている。複数の光電変換セルは、隣り合う一方の光電変換セルの透明導電膜と他方の下部電極層とが接続導体で接続されることで、電気的に直列接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２９９４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光電変換装置には光電変換効率の向上が常に要求される。上記光電変換装置において、光電変換セル間の電気抵抗が大きく、光電変換効率を十分に高めることが困難である。
【０００６】
本発明の一つの目的は、光電変換セル間の電気抵抗を小さくすることによって、光電変換装置の光電変換効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係る光電変換装置は、基板と、該基板上に互いに間隔をあけて一方向に配置された第１の下部電極層および第２の下部電極層と、前記第１の下部電極層上から前記第２の下部電極層上にかけて配置された光電変換層と、該光電変換層の上面を覆う第１部位、該第１部位に接続しているとともに前記光電変換層の側面を覆う第２部位および該第２部位に接続しているとともに前記第２の下部電極層の一部を覆う第３部位を有する導電膜と、前記第２部位の表面から前記第３部位の表面を経て前記第２の下部電極層の上面の前記導電膜に覆われていない部位にかけて配置された補助導体とを具備する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、光電変換によって生じた電力の損失を低減して、光電変換効率を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る光電変換装置の斜視図である。
【図２】図１の光電変換装置の断面図である。
【図３】図１の光電変換装置の平面図である。
【図４】第２実施形態に係る光電変換装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下に本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
＜第１実施形態に係る光電変換装置の構成＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る光電変換装置の一例を示す斜視図であり、図２はその断面図である。また、図３は図１の光電変換装置を上面側から見た平面図である。光電変換装置１１は、基板１上に複数の光電変換セル１０が並べられて互いに電気的に接続されている。なお、図１〜３には、光電変換セル１０の配列方向（図１の図面視左右方向）をＸ軸方向とする右手系のＸＹＺ座標系を付している。また、図１〜３においては図示の都合上、２つの光電変換セル１０ａ、１０ｂのみを示しているが、実際の光電変換装置１１においては、図面のＸ軸方向、あるいはさらにＹ軸方向に、多数の光電変換セル１０が平面的に（二次元的に）配設されていてもよい。
【００１２】
図１〜３において、基板１上に複数の下部電極層２が平面配置されている。隣接する下部電極層２のうち、一方の下部電極層２ａ（以下、第１の下部電極層２ａともいう）上から他方の下部電極層２ｂ（以下、第２の下部電極層２ｂともいう）上にかけて、光電変換層ＰＥが設けられている。また、この光電変換層ＰＥの上面から側面を経て第２の下部電極層２ｂ上にかけて導電膜５が設けられている。この導電膜５は、光電変換層ＰＥの上面を覆う第１部位５ａと、この第１部位５ａに接続しているとともに光電変換層ＰＥの側面を覆う第２部位５ｂと、この第２部位５ｂに接続しているとともに第２の下部電極層２ｂの一部を覆う第３部位５ｃとを有している。そして、導電膜５の第２部位５ｂの表面から第３部位５ｃの表面を経て第２の下部電極層２ｂの上面の上記導電膜５（第３部位５ｃ）に覆われていない部位にかけて補助導体６が設けられている。
【００１３】
これら、第１下部電極層２、光電変換層ＰＥおよび上部電極層として機能する第１部位５ａによって１つの光電変換セル１０が構成されている。そして、隣接する光電変換セル１０における一方の光電変換セル１０ａの第１部位５ａと、他方の光電変換セル１０ｂの第２の下部電極層２ｂとは、第２部位５ｂ、第３部位５ｃおよび補助導体６によって電気的に接続されており、このような構成によって、隣接する光電変換セル１０同士が直列接続された光電変換装置１１となる。ここで、第２部位５ｂ、第３部位５ｃおよび補助導体６は、隣接する光電変換セル１０ａ、１０ｂ同士を電気的に接続するための接続導体として機能する。
【００１４】
接続導体が上記のように第２部位５ｂ、第３部位５ｃおよび補助導体６によって構成されていることによって、隣接する光電変換セル１０ａ、１０ｂ同士の電気的な接続を、接続信頼性が高いとともに電力損失の低いものとすることができる。その結果、光電変換装置１１の光電変換効率が高くなる。つまり、第２部位５ｂおよび第３部位５ｃは、光電変換セル１０ａの上部電極層として機能する第１部位５ａと連続するように形成されており、これによって、第１部位５ａと第２の下部電極層２ｂとの電気的な接続が信頼性の高いものとなる。一方、補助導体６は、第２部位５ｂおよび第３部位に接続されているとともに、第３部位５ｃを介さずに直接、第２の下部電極層２ｂに接続する部位を有していることによって、第１部位５ａと第２の下部電極層２ｂとを接続する接続導体の電気抵抗を低くして電力損失を低減することができる。
【００１５】
なお、本実施形態における光電変換装置１１は、第１の半導体層３に対して第２の半導体層４側から光が入射されるものを想定しているが、これに限定されず、基板１側から光が入射されるものであってもよい。
【００１６】
基板１は、光電変換セル１０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、例えば、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１〜４ｍｍ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。
【００１７】
下部電極層２（第１の下部電極層２ａおよび第２の下部電極層２ｂ）は、基板１上に設けられた、Ｍｏ、Ａｌ、ＴｉまたはＡｕ等の導電体である。下部電極層２は、スパッタリング法または蒸着法などの公知の薄膜形成手法を用いて、０．２μｍ〜１μｍ程度の厚みに形成される。第１の下部電極層２ａおよび第２の下部電極層２ｂの間隔は、例えば、２０〜２００μｍとされ得る。
【００１８】
光電変換層ＰＥは、例えば０．５〜５μｍ程度の厚みを有する半導体層である。光電変換層ＰＥは光照射によって生じた電子とホールを良好に分離可能なものが用いられ、例えば、一方導電型の半導体層の表面に不純物元素をドープして表面を他方導電型に変化させたもの、あるいは、一方導電型の半導体層に他方導電型の半導体層を積層したもの等が挙げられる。なお、一方導電型および他方導電型とは、一方導電型がｐ型であれば他方導電型がｎ型であり、その逆であってもよい。本実施形態では、光電変換層ＰＥが一方導電型（ｐ型）の第１の半導体層３と他方導電型（ｎ型）の第２の半導体層４とが積層された例を示している。
【００１９】
第１の半導体層３の材料としては特に限定されず、金属カルコゲナイドや非晶質シリコン等が用いられ得る。比較的高い光電変換効率を有するという観点で、例えば、Ｉ−III
−VI族化合物、Ｉ−II−IV−VI族化合物およびII−VI族化合物等の金属カルコゲナイドが第１の半導体層３の材料として用いられてもよい。
【００２０】
Ｉ−III−VI族化合物とは、１１族元素（Ｉ−Ｂ族元素ともいう）と１３族元素（III−Ｂ族元素ともいう）と１６族元素（VI-Ｂ族元素ともいう）との化合物である。Ｉ−III−VI族化合物としては、例えば、ＣｕＩｎＳｅ２（二セレン化銅インジウム、ＣＩＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（二セレン化銅インジウム・ガリウム、ＣＩＧＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２（二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム、ＣＩＧＳＳともいう）等が挙げられる。あるいは、第１の半導体層３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にて構成されていてもよい。Ｉ−III−VI族化合物は
光吸収係数が比較的高く、第１の半導体層３が薄くても良好な光電変換効率が得られる。
【００２１】
Ｉ−II−IV−VI族化合物とは、Ｉ−Ｂ族元素とII−Ｂ族元素（１２族元素ともいう）とIV−Ｂ族元素（１４族元素ともいう）とVI−Ｂ族元素との化合物半導体である。Ｉ−II−IV−VI族化合物としては、例えば、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４（ＣＺＴＳともいう）、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４−ｘＳｅｘ（ＣＺＴＳＳｅともいう。なお、ｘは０より大きく４より小さい数である。）、およびＣｕ２ＺｎＳｎＳｅ４（ＣＺＴＳｅともいう）等が挙げられる。
【００２２】
II−VI族化合物とは、II−Ｂ族元素とVI−Ｂ族元素との化合物半導体である。II−VI族化合物としてはＣｄＴｅ等が挙げられる。
【００２３】
第２の半導体層４としては、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｓ３、Ｉｎ２Ｓｅ３、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）、および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられる。この場合、第２の半導体層４は、例えばケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法やスパッタリング法等で５〜２００ｎｍの厚みで形成される。なお、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）とは、ＩｎとＯＨとＳとを主に含む化合物をいう。（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）は、ＺｎとＩｎとＳｅとＯＨとを主に含む化合物をいう。（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏは、ＺｎとＭｇとＯとを主に含む化合物をいう。
【００２４】
導電膜５は、第２の半導体層４よりも電気抵抗率の低い層であり、光電変換層ＰＥで生じた電荷を良好に取り出す機能を有する。光電変換効率をより高めるという観点からは、導電膜５の電気抵抗率が１Ω・ｃｍ未満でシート抵抗が５０Ω／□以下であってもよい。
【００２５】
導電膜５は、光電変換層ＰＥよりも薄い０．０５〜３μｍ程度の厚みの薄膜であり、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等の薄膜形成方法によって形成され得る。導電膜５は、例えば、ＺｎＯ、Ｉｎ２Ｏ３およびＳｎＯ２等の金属酸化物半導体等が採用され得る。これらの金属酸化物半導体には、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、ＩｎおよびＦ等のうちの何れかの元素が含まれても良い。このような元素が含まれた金属酸化物半導体の具体例としては、例えば、ＡＺＯ（Aluminum Zinc Oxide）、ＧＺＯ（Gallium Zinc Oxide）、ＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、ＦＴＯ（Fluorine
tin Oxide）等がある。
【００２６】
導電膜５は、第１部位５ａ、第２部位５ｂおよび第３部位５ｃを有している。第３部位５ｃは、図３に示すように、第２の下部電極層２ｂ上に光電変換層ＰＥに沿って帯状に形成されており、第２の下部電極層２ｂの一部を露出させている。
【００２７】
このような第１部位５ａ、第２部位５ｂおよび第３部位５ｃを有する導電膜５は以下のようにして作製することができる。先ず、下部電極層２上に光電変換層ＰＥを形成した後、この光電変換層ＰＥの一部をメカニカルスクライブ加工やレーザースクライブ加工によって除去し、第２部位５ｂ、第３部位５ｃおよび補助導体６を形成するための溝部Ｐを形成する。そして、光電変換層ＰＥ上および溝部Ｐの内面（光電変換層ＰＥの側面および光電変換層ＰＥを切削して露出した下部電極層２上）に対して、薄膜形成方法によって導電膜５を形成する。その後、溝部Ｐ内の下部電極層２上に形成されている導電膜５の一部をメカニカルスクライブ加工やレーザースクライブ加工によって除去し、下部電極層２を露出させることによって、第１部位５ａ、第２部位５ｂおよび第３部位５ｃを形成することができる。
【００２８】
なお、メカニカルスクライブ加工とは、針状の加工ツールやドリル等で対象物を切削する加工方法である。また、レーザースクライブ加工とは、レーザー光を照射することによって対象物を除去する加工方法である。
【００２９】
補助導体６は、図１〜図３に示すように、第２部位５ｂの表面から第３部位５ｃの表面を経て第２の下部電極層２ｂの上面の第３部位５ｃに覆われていない部位にかけて設けられている。補助導体６はＡｇ等の金属粉が樹脂バインダー等に分散された金属ペーストをパターン状に印刷し、これを加熱することによって形成できる。
【００３０】
補助導体６は、第３部位５ｃを挟んで第２の下部電極層２ｂと接続している部位の面積が、第３部位５ｃを挟まずに直接第２の下部電極層２ｂと接続している部位の面積の０．３〜１０倍程度とすることができる。
【００３１】
図１〜図３において、補助導体６は複数の副補助導体６ａ〜６ｃから成り、これらの複数の副補助導体６ａ〜６ｃが、光電変換セル１０ａ、１０ｂの配列方向（Ｘ軸方向）に直交する方向（Ｙ軸方向）に沿って互いに間隔をあけて並んでいる。このような構成によって、隣接する光電変換セル１０ａ、１０ｂ同士の電気的な接続を良好にしつつ、副補助導体同士の間から光が光電変換層ＰＥ内に良好に入射されやすくなり、光電変換効率が向上する。なお、副補助導体同士の間隔は、例えば１〜５ｍｍとすることができる。
【００３２】
第１部位５ａの上面には、図１〜図３に示すように、帯状に延びるとともに上記補助導体６に接続している集電電極８がさらに設けられていてもよい。集電電極８は、第１部位５ａの導電性をさらに高めるためのものである。光電変換装置１１が、第１部位５ａを通して光電変換層ＰＥ内に光が入射するように使用する構成である場合、光電変換層ＰＥへの光透過率を高めるとともに良好な導電性を有するという観点から、集電電極８は、５０
〜４００μｍの幅を有していてもよい。また、集電電極８は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。
【００３３】
集電電極８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金属ペーストをパターン状に印刷し、これを加熱することによって形成できる。
【００３４】
＜第２実施形態に係る光電変換装置の構成＞
上記一実施形態では、補助導体６が複数の副補助導体６ａ〜６ｃから成る例を示したが、これに限定されない。例えば、図４の第２実施形態に係る光電変換装置２１のように、補助導体２６が光電変換層ＰＥに沿ってＹ方向に帯状に延びるように形成されていてもよい。なお、図４の第２実施形態に係る光電変換装置２１において、第１実施形態に係る光電変換装置１１と同じ構成のものには同じ符号を付しており、詳細な説明は省略する。このような構成によって、第２部位５ｂ、第３部位５ｃおよび補助導体２６で構成される接続導体の電気抵抗をより低減できる。つまり、隣接する光電変換セル２０ａ、２０ｂ間における電力損失をさらに低減して、光電変換装置２１の光電変換効率をさらに高めることができる。
【００３５】
なお、本発明は上述の実施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が施されることは何等差し支えない。
【符号の説明】
【００３６】
１：基板
２：下部電極層
２ａ：第１の下部電極層
２ｂ：第２の下部電極層
ＰＥ：光電変換層
３：第１の半導体層
４：第２の半導体層
５：導電膜
５ａ：第１部位
５ｂ：第２部位
５ｃ：第３部位
６、２６：補助導体
６ａ、６ｂ、６ｃ：副補助導体
８：集電電極
１０、２０：光電変換セル
１１、２１：光電変換装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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