(57)【要約】【課題】耐水性・耐湿性が高く、端子強度及び集電電極とバスバー電極との接続信頼性に優れ、長期間の屋外暴露でも安定した性能を発揮することができる光起電力素子を提供する。【解決手段】光照射により半導体光活性層１６で発生した電流を集める集電電極１１と、その電流を素子外部へ取り出すべく、集電電極１１に導通接続して光起電力素子基板の周縁部へと配したバスバー電極１２とを有する光起電力素子であって、少なくとも、バスバー電極１２と集電電極１１との接続部と、光起電力素子基板の周縁部とを枠体１３により覆い、バスバー電極１２の端子部を光起電力素子基板よりも外方へ延出させ、その端子部を枠体１３に形成した開口部から導出させる。【選択図】      図１
2004193449.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光照射により半導体光活性層で発生した電流を集める集電電極と、その電流を素子外部へ取り出すべく、該集電電極に導通接続して光起電力素子基板の周縁部へと配したバスバー電極とを有する光起電力素子において、
少なくとも、バスバー電極と集電電極との接続部と、光起電力素子基板の周縁部とを枠体により覆い、
バスバー電極の端子部を光起電力素子基板よりも外方へ延出させ、該端子部を前記枠体に形成した開口部から導出させたことを特徴とする光起電力素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池などの光起電力素子に係り、特に光起電力素子基板の周縁部に枠体を設けた光起電力素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光起電力素子には、結晶シリコン系、多結晶シリコン系、微結晶シリコン系、アモルファスシリコン系、化合物半導体系など様々なものがある。その中で、導電性基板上にアモルファスシリコン層、微結晶シリコン層、化合物半導体層などを設けた薄膜半導体による光起電力素子は、軽量性や可撓性に優れ、また使用する原材料が少なく、製造に必要なエネルギーも小さいなどの理由から、次世代光起電力素子の本命として活発に研究開発が行われている。
【０００３】
図４は、従来の光起電力素子における基本的構造の一例を示しており、（ａ）はその概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。図４において、１４は導電性基板、１５は裏面反射層、１６は半導体光活性層、１７は透明電極層、１１は集電電極、１２はバスバー電極、１８は絶縁体である。
【０００４】
ここで、導電性基板１４が第一電極の役割を果たし、透明電極層１７が第二電極の役割を果たしている。光照射によって半導体光活性層１６で発生した電流は、集電電極１１によって透明電極層１７から集められ、さらに集電電極１１に導通接続されたバスバー電極１２によって素子外部に取り出される構造となっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この種の光起電力素子は屋外で発電に供されるため種々の耐久性が求められるが、その中でも水分に対する耐久性は重要である。特に、光起電力素子の表裏少なくともいずれか一方が樹脂のみで被覆されて屋外に暴露される場合には、水蒸気が内部に侵入し易く、より一層の耐水性や耐湿性が求められる。
【０００６】
しかしながら、裏面反射層１５、半導体光活性層１６は光起電力素子の端面にまで延在しているため、水分によって端面より腐食し易く、光起電力素子の性能を低下させる原因にもなっていた。中でも、裏面反射層１５には銀、酸化亜鉛をはじめとして水によって腐食されやすい金属あるいは金属酸化物が用いられており、空気中の水分によって腐食が進行し、長期間の屋外暴露において半導体光活性層１６の端部からの剥離や、腐食生成物を原因とした素子の短絡が生じるなどの問題があった。
【０００７】
また、裏面反射層１５に銀が用いられている場合には、水に溶け出した銀イオンが再び銀となって析出する所謂エレクトロマイグレーションによって端部で導電性基板１４と透明電極層１７とが銀でブリッジされ、短絡するといった問題もあった。
【０００８】
その対策として従来は、光起電力素子を真空ラミネートなどの方法により樹脂で封止するといった方法が採られていた。
【０００９】
しかしながら、太陽電池のコストダウンの必要性が叫ばれている今日、従来よりも格段に薄く、簡易な被覆形態の試みがなされている。被覆を薄くすれば、従来のように単に既存の光起電力素子を樹脂で封止するだけでは充分な耐久性が得られなくなることも考えられ、更には光起電力素子の端面が直接外気に曝されるような形態も考えられる。
【００１０】
これに加え、近年の雨水は低ｐＨ化が進んでおり、ｐＨ４以下の酸性雨も珍しくなくなった。そのような雨水が直接光起電力素子の端面に接した場合、裏面反射層１５や半導体光活性層１６の腐食、あるいはエレクトロマイグレーションは一層激しくなり、光起電力素子の信頼性を維持することは極めて困難なものとなってきている。
【００１１】
一方、光起電力素子の表面には、電流を効率的に集めるために櫛歯状の集電電極１１が設けられるのが一般的であるが、さらに集電電極１１に接続して電流を取り出すためにバスバー電極１２が設けられる。このバスバー電極１２は、光起電力素子を直列ないしは並列に接続する際に、相隣接する光起電力素子を接続するために用いられる。
【００１２】
ところで、直列ないしは並列に接続された光起電力素子群から出力を取り出す場合、通常は端子箱を光起電力素子群の裏面側に配して、その中に端子台を設け、そこに光起電力素子からの正極及び負極の端子を接続する。そして、コネクター付きケーブルを用いて外部に出力を取り出している。
【００１３】
しかしながら、上述したような簡易な被覆形態では、このような端子箱を廃止して、バスバー電極自体で出力を外部に取り出すような構成が想定される。このような構成においてはバスバー電極１２に応力が加わりやすくなるが、バスバー電極１２と集電電極１１との接続は、通常、半田付けや導電性ペーストによるものが多いため、接続強度が弱く小さな応力で容易に破損するので、バスバー電極１２をそのまま出力取り出し端子に用いるのは困難であった。
【００１４】
また、バスバー電極１２と集電電極１１とを構成する材料の熱膨張係数の違いから、屋外暴露での過酷な温度変化によってバスバー電極１２が集電電極１１から外れる場合があった。
【００１５】
さらに、光起電力素子が可撓性を有する場合には、屋外での設置環境によっては風を主因として素子に撓み変形が発生する。この変形によって、集電電極１１及びバスバー電極１２に応力が発生して、その接合部で外れるという問題も生じていた。
【００１６】
本発明は、上記の事情に鑑みて創案されたものであり、その目的は、耐水性や耐湿性が高く、端子強度及び集電電極とバスバー電極との接続信頼性に優れ、長期間の屋外暴露でも安定した性能を発揮することができる光起電力素子を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成すべく、本発明に係る光起電力素子は、光照射により半導体光活性層で発生した電流を集める集電電極と、その電流を素子外部へ取り出すべく、該集電電極に導通接続して光起電力素子基板の周縁部へと配したバスバー電極とを有する光起電力素子において、
少なくとも、バスバー電極と集電電極との接続部と、光起電力素子基板の周縁部とを枠体により覆い、
バスバー電極の端子部を光起電力素子基板よりも外方へ延出させ、該端子部を前記枠体に形成した開口部から導出させたことを特徴とする。
前記の光起電力素子において、枠体がバスバー電極全体を覆うように設けられていることが好ましい。
また、光起電力素子が素子全面にわたって金属層および／または金属酸化物層を有し、該金属層および／または金属酸化物層の断面が素子端面に露出している場合、該露出端面を枠体が覆っていることが好ましい。
さらに、枠体の縦断面形状がチャンネル形状を呈していることが好ましい。
そして、枠体と光起電力素子との間隙に樹脂が充填されていることが好ましい。
特に、枠体で囲まれた光起電力素子の受光面側の領域が透明な有機高分子樹脂で充填されていることが好ましい。
また、枠体開口部におけるバスバー電極の導出方向に沿った枠体の肉厚が、他の部分よりも厚いことが好ましい。
さらに、光起電力素子の基板が可撓性を有していても良い。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、本発明は本実施形態に限るものではない。
【００１９】
図１は、本発明に係る光起電力素子の一実施形態を示しており、（ａ）はその概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。図１において、１４は可撓性を有する導電性基板、１５は裏面反射層、１６は半導体光活性層、１７は透明電極層、１１は集電電極、１２はバスバー電極、１８は絶縁体、１３は枠体、１９は弾性体、２０は耐候性透明樹脂である。
【００２０】
本実施形態においては、光起電力素子基板の周縁部に設けられたバスバー電極１２が集電電極１１に電気的に導通接続され、基板周縁部を挟み込むように枠体１３が設けられ、該枠体１３はバスバー電極１２と集電電極１１との接続部をも覆うような構成となっている。さらに、バスバー電極１２の端子部は、素子基板よりも外方へと延出され、枠体１３に形成された開口部から導出されている。
【００２１】
枠体１３は光起電力素子基板の周縁部に設けられ、少なくとも、バスバー電極１２と、バスバー電極１２と集電電極１１との接続部を覆って挟み込むように設けられている。枠体１３はバスバー電極１２の一部を挟み込むように設ければよいが、屋外の苛酷な環境から保護しバスバー電極１２としての機能を長期間安定して発揮させるためには、枠体１３がバスバー電極１２の全体を覆うように設けることが好ましい。
【００２２】
また、枠体１３には開口部が設けられており、そこからバスバー電極１２の端子部は基板の外へ導出されている。開口部の形状は特に限定されないが、バスバー電極１２の端子部の断面形状に合わせることが好ましい。例えば、バスバー電極１２の端子部が箔体であれば、スリット状の開口部形状が好適であるし、バスバー電極１２の端子部が線条体であれば、円形の開口部形状であることが好適である。さらに開口部は、なるべくバスバー電極１２の端子部の外周に密着している方がバスバー電極１２の引っ張り強度を高める上で好ましい。
【００２３】
さらに、枠体１３の開口部におけるバスバー電極１２の導出方向に沿った肉厚２２が、枠体１２の他の部分の肉厚よりも厚肉に形成されることによって、バスバー電極１２の固定がより確実に行えるので望ましい。
【００２４】
一方、枠体１３の断面形状は本発明の主旨を満たす範囲内で種々選択することができるが、バスバー電極１２を覆って、バスバー電極１２と集電電極１１との接続部を確実に挟み込むためには、縦断面形状がチャンネル形状を呈していることが好ましい構成である。
【００２５】
枠体１３の材料は特に限定されないが、長期間の屋外暴露に耐えうる耐候性に優れるものであることを要する。例えば、アルミニウム、ステンレス鋼などの耐食性金属、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂などが挙げられる。また、材料自体の耐久性はやや劣るが、適切な処理や処方によって耐候性を高めた材料としては、例えば、亜鉛メッキ鋼板、樹脂ラミネート鋼板、ウレタン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂やエチレン−メタクリル酸共重合体樹脂などのエチレン−不飽和脂肪酸エステル共重合体樹脂などがあり、これらの中から適宜選択して用いることができる。
【００２６】
枠体１３が導電性材料である場合には、光起電力素子基板および／またはバスバー電極１２と枠体１３とを絶縁することが好ましい。絶縁する方法としては、後述する枠体１３と光起電力素子基板および／またはバスバー電極１２との間隙への樹脂の充填による方法や、より絶縁を確実に行うのであれば、光起電力素子基板の周縁部および／または枠体１３の開口部に挿入されるバスバー電極１２の端子部分に絶縁テープを貼着するなどの方法が挙げられる。
【００２７】
枠体１３の材料が一体成型できるものであれば、図１のように一体成形した枠体を用いることができるし、そうでない場合は、図２に示すように、光起電力素子基板の四辺にそれぞれに枠体片を設けて、各枠体片を基板角部で互いに接合して枠体１３を構成するなどの方法を採ることができる。
【００２８】
枠体１３と光起電力素子基板との間隙には、必要に応じて樹脂１９を充填するのが好ましい。枠体１３だけでは素子端面への水分あるいは水蒸気の浸入を完全に防止することは困難だからである。これは、枠体１３を装着するのと同時に行っても良いし、装着後の間隙に樹脂を流し込むことによって行っても構わない。後者の場合は、後述する受光面側に充填する透明有機高分子樹脂がそれを兼ねることもできる。充填材料としては、耐候性、防水性、及び防湿性に優れた弾性体を選択するのが望ましく、例えば、シリコーン樹脂、変性エポキシ樹脂、ブチルゴム、ポリイソブチレン樹脂などが挙げられる。
【００２９】
枠体１３を設けた光起電力素子の受光面側の枠体内部には、光起電力素子の屋外暴露における耐久性を高めるために、透明な有機高分子樹脂２０を充填するのが好ましい。有機高分子樹脂２０の具体例としては、例えば、シリコーン樹脂、フッ素樹脂、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、エチレン−（メタ）アクリル酸共重合体樹脂、エチレン−（メタ）アクリル酸エステル共重合体樹脂、アイオノマー樹脂、ポリイソブチレン樹脂などが挙げられる。このうち、シリコーン樹脂、フッ素樹脂はそれ自体優れた耐候性を有しているので、そのまま用いることができるが、それ以外の樹脂は、紫外線吸収剤、光安定化剤、酸化防止剤などの添加剤を予め添加して耐候性を高めたものを用いるのが望ましい。また、これらの樹脂から二種以上を選択して複数の材料で充填することも勿論可能である。
【００３０】
また、導電性基板１４はバスバー電極１２と同様に電極の役割を果たしているので、出力を取り出すために導電性基板１４の裏面に金属箔体あるいは線条体を金属蝋材あるいは導電性ペーストなどを用いて取り付けてもよい。
【００３１】
以下に、本発明に係る光起電力素子の構成要素として使用できる材料を光起電力素子の作成方法とともに、図１に基づいてさらに詳しく説明する。
【００３２】
（導電性基板）
導電性基板１４は、光起電力素子の基体になると同時に、第一電極の役割も果たすことになる。導電性基板１４の材料としては、例えば、シリコン、タンタル、モリブデン、タングステン、ステンレス鋼、アルミニウム、銅、チタン、カーボンシート、鉛メッキ鋼板、導電層が形成されている樹脂フィルムやセラミックスなどが挙げられる。中でも、ステンレス鋼は耐久性が高く比較的安価なので好適である。
【００３３】
（裏面反射層）
導電性基板１４上には、裏面反射層１５として、金属層もしくは金属酸化物層、または金属層と金属酸化物層を形成する。金属層には、例えば、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉなどが使用でき、金属酸化物層には、例えば、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＳｎＯ2などが使用できる。中でも、Ａｌ、Ａｇ、ＺｎＯ、ＳｎＯ2は水分による腐食を受け易く、またＡｇはさらにエレクトロマイグレーションが起きやすいが、光起電力素子の高性能化が可能な材料であるため、本発明の実施の効果が大きいものである。即ち、本発明によればこのような材料を用いた高性能な光起電力素子の耐久性向上が可能となる。
【００３４】
上記金属層や金属酸化物層の形成方法としては、例えば、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法などがある。
【００３５】
（半導体活性層）
半導体光活性層１６は光電変換を行う部分であり、具体的な材料としては、例えば、ｐｎ接合型多結晶シリコン、ｐｉｎ接合型アモルファスシリコン、あるいはＣｕＩｎＳｅ2、ＣｕＩｎＳ2、ＧａＡｓ、ＣｄＳ／Ｃｕ2Ｓ、ＣｄＳ／ＣｄＴｅ、ＣｄＳ／ＩｎＰ、ＣｄＴｅ／Ｃｕ2Ｔｅをはじめとする化合物半導体などが挙げられる。中でも、ｐｉｎ接合型アモルファスシリコンは原材料費が安価で工程も比較的簡単なので好適である。
【００３６】
上記半導体光活性層１６の形成方法としては、多結晶シリコンの場合は溶融シリコンのシート化か非晶質シリコンの熱処理、微結晶シリコン・アモルファスシリコンの場合はシランガスなどを原料とするプラズマＣＶＤ、化合物半導体の場合はイオンプレーティング、イオンビームデポジション、真空蒸着法、スパッタ法、電析法などがある。
【００３７】
（透明電極層）
透明電極層１７は、光起電力素子の第二電極の役目を果たしており、その材料としては、例えば、Ｉｎ2Ｏ3、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2（ＩＴＯ）、ＺｎＯ、ＴｉＯ2、Ｃｄ2ＳｎＯ4、高濃度不純物ドープした結晶性半導体層などが挙げられる。
【００３８】
透明電極層１７の形成方法としては、例えば、抵抗加熱蒸着法、スパッタ法、スプレー法、ＣＶＤ法、不純物拡散法などがある。
【００３９】
また、導電性基板１４と透明電極層１７との素子基板端面における短絡を解消するために、透明電極層１７を光電変換活性領域の周縁に沿って除去して、透明電極層１７に透明電極除去部２１を形成する。透明電極層１７の除去は、公知のエッチングによって行うことが容易であり、化学エッチングまたは電解エッチングなどが使用できる。
【００４０】
化学エッチングは、酸やアルカリ等のエッチング性溶液を透明電極層１７に接触させた状態で熱を加え、透明電極層１７を溶解することによって行われる。エッチング性溶液としては硫酸、塩酸、塩化鉄溶液などが好適に用いられる。また、エッチング性溶液と高分子微粒子体を混練してペースト状にしたものをスクリーン印刷などの手法を用いて透明電極層１７上に所望のパターンで印刷し加熱することによっても行うことができる。
【００４１】
電解エッチングは、エッチング性溶液中で透明電極層１７の所望部分のみに電界をかけて、電気化学的に透明電極層１７を溶解することによって行われる。
【００４２】
（集電電極）
透明電極層１７の上には、電流を効率よく集電するために、格子状あるいは櫛歯状の集電電極１１（グリッド）を設ける。集電電極１１は、例えば、導電性ペーストのスクリーン印刷、あるいは導電性樹脂でコーティングした金属ワイヤの熱圧着などの方法で形成される。
【００４３】
本実施形態では、集電電極１１の末端は光起電力素子基板の周縁部まで延在し、光起電力素子基板の周縁部においてバスバー電極１２に導通接続される。バスバー電極１２と集電電極１１との接続は、半田、導電性ペースト、あるいは集電電極１１が導電性樹脂をコーティングしたものである場合には、該導電性樹脂を用いて行われる。
【００４４】
（バスバー電極）
バスバー電極１２は光起電力素子基板の周縁部に沿って設けられ、その端子部は光起電力素子基板よりも外方へと延出させて設けられる。これによって、集電電極１１によって集められた電流はバスバー電極１２を経て、光起電力素子から取り出される。
【００４５】
バスバー電極１２の材料としては、例えば、表面に半田メッキ、錫メッキ、または銀メッキを施した銅の箔体もしくは線条体が好適に用いられる。
【００４６】
以上のように、本発明によれば以下の効果が期待できる。
耐水性・耐湿性に優れ、バスバー電極を取り出し電極として用いることができ、屋外での過酷な使用条件下においてもバスバー電極と集電電極との接続信頼性に優れる光起電力素子を提供できる。すなわち、光照射により半導体光活性層で発生した電流を集める集電電極と、その電流を素子外部へ取り出すべく、該集電電極に導通接続して光起電力素子基板の周縁部へと配したバスバー電極とを有する光起電力素子において、少なくとも、バスバー電極と集電電極との接続部と、光起電力素子基板の周縁部とを枠体により覆い、バスバー電極の端子部を光起電力素子基板よりも外方へ延出させ、該端子部を前記枠体に形成した開口部から導出させたことにより、光起電力素子基板の周縁部から光電変換活性領域にまで腐食が及ぶことを防止でき、またバスバー電極の素子との接続強度を高めることができるため、バスバー電極に応力が加わっても、素子が破損することがない。さらに、バスバー電極や集電電極に応力が加わったとしても、それらの電気接続部が外れるようなことがなく、信頼性の高い光起電力素子を提供することができる。
【００４７】
また枠体がバスバー電極全体を覆うように設けられることにより、バスバー電極と素子との接続強度を一層高めることができる上に、バスバー電極の耐水性・耐湿性をも高めることができる。
【００４８】
さらに、光起電力素子が素子全面にわたって金属層および／または金属酸化物層を有し、素子端面において金属層および／または金属酸化物層の断面が露出している場合には、該露出端面を枠体が覆っているので、この露出端面からの腐食防止効果を最大限享受できる。
【００４９】
また、枠体と光起電力素子との間隙に樹脂を充填することにより、素子端面からの水分・水蒸気の浸入をより効果的に抑制できるので、素子の耐水性・耐湿性がさらに向上する。
【００５０】
特に、枠体で囲まれた光起電力素子の受光面側の領域を透明な有機高分子樹脂で充填することにより、光起電力素子の耐候性が向上し、枠体による信頼性向上と相俟って、屋外使用条件下での光起電力素子の耐久性を格段に向上させることができる。
【００５１】
また、枠体の開口部におけるバスバー電極の導出方向に沿った枠体の肉厚が、他の部分よりも厚肉であることによって、バスバー電極の枠体による光起電力素子への固定がより強固に行われ、バスバー電極を出力取り出し端子として用いる場合の端子強度が向上する。
【００５２】
さらに、枠体の縦断面形状がチャンネル形状（略コの字状）を呈することにより、光起電力素子への枠体の装着を簡単かつ確実に行うことができる。
【００５３】
そして、光起電力素子基板が可撓性を有することにより、バスバー電極と集電電極との接続に応力が一層発生し易くなるので、かかる場合に本発明の枠体による接続部の信頼性向上の効果をより享受するものとなる。
【００５４】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５５】
〔実施例１〕
実施例１では、まず、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）太陽電池（光起電力素子）を作製する。その作製手順を図１に基づいて説明する。
【００５６】
導電性基板１４としての洗浄したステンレス鋼基板上に、スパッタ法で裏面反射層１５としてＡｌ層（膜厚５００ｎｍ）とＺｎＯ層（膜厚５００ｎｍ）とを順次積層する。
【００５７】
次いで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ4とＰＨ3とＨ2との混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4とＨ2との混合ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ4とＢＦ3とＨ2との混合ガスからｐ型微結晶μｃ−Ｓｉ層を形成し、ｎ層膜厚１５ｎｍ／ｉ層膜厚４００ｎｍ／ｐ層膜厚１０ｎｍ／ｎ層膜厚１０ｎｍ／ｉ層膜厚８０ｎｍ／ｐ層膜厚１０ｎｍの層構成を有するタンデム型ａ−Ｓｉの半導体光活性層１６を形成する。
【００５８】
次に、透明電極層１７として、Ｉｎ2Ｏ3薄膜（膜厚７０ｎｍ）を、Ｏ2雰囲気下でＩｎを抵抗加熱法で蒸着することによって形成する。
【００５９】
さらに、塩化鉄(ＩＩＩ)６水和物を加熱して融解したものにアクリル樹脂の微粒子体とグリセリンとを加え混練してペースト状にしたものを調製し、これを透明電極層１７の周縁部に１ｍｍの幅でスクリーン印刷機によって印刷する。そして、これを１５０℃で１０分間加熱後、純水にて洗浄後、乾燥を行い、透明電極層１７の周縁部をパターニングして、透明電極除去部２１を形成する。
【００６０】
その後、透明電極層１７上に、直径０．１ｍｍの銅の細線にカーボンペーストをコーティングしたものを熱圧着して集電電極１１を形成する。
【００６１】
次に、基板周縁部において、集電電極１１の末端に重ねるようにして、バスバー電極１２として、厚さ０．１ｍｍ、幅５ｍｍの銀メッキ銅箔を置き、カーボンペーストを接着剤として集電電極１１とバスバー電極１２とを圧着する。なお、バスバー電極１２と基板との間には、バスバー電極１２を固定するため、及びバスバー電極１２と基板表面とを電気的に絶縁するために、絶縁体１８としてポリエステル製両面テープを配している。また、バスバー電極１２の端子部は、素子基板の外方へ２０ｍｍ程度はみ出すように延出されている。
【００６２】
以上のように作製した光起電力素子に枠体１３を取り付ける。ウレタン樹脂の射出成型によって縦断面がチャンネル形状（略コの字状）の枠体１３を一体成形にて製作し、枠体１３の内側の溝に湿気硬化型のシリコーン樹脂を塗布して、枠体１３をやや伸ばしながら光起電力素子基板の周縁部を溝に挿入するようにして枠体１３を取り付ける。このとき、枠体１３の一部に設けたスリット状の開口部から素子基板の外方へと延出されているバスバー電極１２の端子部を導出する。
【００６３】
これによって、図１（ｄ）に示すように、枠体１３がバスバー電極１２の全面を覆うように素子周縁部を挟み込み、一方、バスバー電極１２のない素子周縁部は、図１（ｃ）に示すように、その受光面側が数ｍｍ程度枠体１３によって挟み込まれる構成となる。
【００６４】
最後に、光起電力素子の受光面側の枠体１３で囲まれた領域に付加反応型の透明なシリコーン樹脂を流し込み硬化させることによって、厚さ約０．５ｍｍのシリコーン充填材層を形成し、さらにマイナス側端子２３として銅箔を半田２４にてステンレス鋼基板に取り付ける。
【００６５】
〔比較例１〕
比較例１では、枠体を設けず、また透明の有機高分子樹脂層も設けない。それ以外は、実施例１と同様である。
【００６６】
〔実施例２〕
実施例２では、集電電極１１とバスバー電極１２との接続の際、集電電極１１の末端のカーボンペーストをレーザーにより取り除いた後、銀ペーストを塗布してバスバー電極１２を重ねて、その後、銀ペーストを加熱硬化して、銀ペーストにて集電電極１１とバスバー電極１２とを導通接続する。それ以外は、実施例１と全く同様にして枠体付きの光起電力素子を作製する。
【００６７】
〔比較例２〕
比較例２では、枠体を設けず、また透明の有機高分子樹脂層も設けない。それ以外は、実施例２と同様である。
【００６８】
〔実施例３〕
実施例３では、集電電極１１とバスバー電極１２との接続の際、集電電極１１の末端のカーボンペーストをレーザーにより取り除いた後、半田フラックスを塗布する。その上に半田メッキ銅箔よりなるバスバー電極１２を重ねて、その後、赤外線照射によりバスバー電極１２を加熱して半田を溶融させ、半田にて集電電極１１とバスバー電極１２とを導通接続する。それ以外は、実施例１と全く同様にして枠体付きの光起電力素子を作製する。
【００６９】
〔比較例３〕
比較例３では、枠体を設けず、また透明の有機高分子樹脂層も設けない。それ以外は、実施例３と同様である。
【００７０】
〔実施例４〕
実施例４では、枠体１３の内側の溝にシリコーン樹脂を塗布せずに枠体付きの光起電力素子を作製する。それ以外は、実施例１と同様である。
【００７１】
このようにして得た実施例１〜４及び比較例１〜３の複数の光起電力素子について、以下の項目について評価を行い、その結果を表１に示した。
【００７２】
（１）高温高湿試験
ソーラーシミュレーターで素子受光面に１００ｍＷ／ｃｍ2の疑似太陽光を照射しながら、８５℃／８５％ＲＨの雰囲気中に光起電力素子を１０００時間置き、試験前後の光起電力素子のＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の光照射下での最大出力を測定し、サンプル１０個平均の最大出力の相対低下率を求める。なお、ここで用いた光起電力素子は試験前に予め光照射して最大出力を十分に安定化したものである。
【００７３】
また、試験前後の暗状態でのシャント抵抗も測定し、１０サンプル平均のシャント抵抗の相対低下率を求める。さらに、試験後の外観上の変化を観察する。その観察結果は、変化のないものは○として表１に示し、変化のあったものはその状況を表１に簡単にコメントする。
【００７４】
（２）温度サイクル試験
−４０℃／３０分、９０℃／５時間、−４０℃と９０℃の間の温度変化速度１２０℃／時間の温度サイクル試験を２００サイクル行い、試験前後の光起電力素子のＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の光照射下での最大出力を測定し、サンプル１０個平均の最大出力の相対低下率を求める。
【００７５】
また、試験後における光起電力素子の外観上の変化を観察する。その観察結果は、変化の無いものは○として表１に示し、変化のあったものはその状況を表１に簡単にコメントする。
【００７６】
（３）酸性雨複合サイクル試験
酸性雨に対する耐久性を評価するために、酸性雨溶液（液温３５℃）噴霧２時間、乾燥（６０℃／２０〜３０％ＲＨ）４時間、湿潤（５０℃／９５％ＲＨ）２時間を１サイクルとする複合サイクル試験を行う。なお、ここで用いた酸性雨溶液は、濃度５％の塩化ナトリウム水溶液１０リットルに濃硝酸１２ミリリットルと濃硫酸１７．３ミリリットルとを加え、濃度１０ｗ/ｖ％の水酸化ナトリウム水溶液でｐＨ３．５に調製したものである。
【００７７】
この複合サイクル試験を３００サイクル行い、試験前後の光起電力素子のＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の光照射下での最大出力を測定し、サンプル１０個平均の最大出力の相対低下率を求める。
【００７８】
また、試験後における光起電力素子の外観上の変化を観察する。その観察結果は、変化の無いものは○として表１に示し、変化のあったものはその状況を表１に簡単にコメントする。
【００７９】
（４）曲げ試験
図３に示すように、光起電力素子のバスバー電極１２に平行する二辺が近づくような曲げ試験を行った。曲げの曲率半径は２５０ｍｍとし、（中立点→受光面側が凸→受光面側が凹→中立点）を１サイクルとして１００００サイクル行う。試験前後の光起電力素子のＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の光照射下での最大出力を測定し、サンプル１０個平均の最大出力の相対低下率を求める。
【００８０】
【表１】
2004193449.tif 000003
【００８１】
表１から明らかなように、本発明に係る光起電力素子は、湿度、温度変化、酸性雨、曲げ応力のいずれに対しても優れた耐久性を有している。実施例４については、光起電力素子基板の周縁部の半導体層が裏面反射層の腐食により剥離するが、腐食の進行は比較例１〜３よりも格段に遅く、出力の低下は僅かである。
【００８２】
一方、比較例１〜３のいずれにおいても、裏面反射層の腐食が原因の半導体層の素子端部からの剥離が発生した。そして、シャント抵抗の低下と出力電流の低下により性能が大きく低下した。また、温度サイクル試験でも出力の低下が認められたが、特に比較例１では低下が大きく、その主な原因はシリーズ抵抗の増加であった。バスバー電極と集電電極との間の抵抗をミリオーム計で測定したところ、集電電極とバスバー電極との接触抵抗が試験前より上昇しており、これがシリーズ抵抗増加の原因であることが分かった。すなわち、温度変化によってバスバー電極および集電電極が伸縮して接続部に応力が集中して接続部の一部が破壊されたものと考えられる。
【００８３】
さらに、比較例１〜３では曲げ試験において、出力の大きな低下が認められた。そして、これもシリーズ抵抗の上昇が原因であり、曲げストレスによって集電電極が伸ばされ、バスバー電極との接続部が破壊され、接触抵抗が上昇したためである。
【００８４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係る光起電力素子によれば、光照射により半導体光活性層で発生した電流を集める集電電極と、その電流を素子外部へ取り出すべく、該集電電極に導通接続して光起電力素子基板の周縁部へと配したバスバー電極とを有する光起電力素子において、少なくとも、バスバー電極と集電電極との接続部と、光起電力素子基板の周縁部とを枠体により覆い、
バスバー電極の端子部を光起電力素子基板よりも外方へ延出させ、該端子部を前記枠体に形成した開口部から導出させたことにより、耐水性・耐湿性が高く、端子強度及び集電電極とバスバー電極との接続信頼性に優れ、長期間の屋外暴露でも安定した性能を発揮することができる光起電力素子を提供することができる。
【００８５】
すなわち、光起電力素子基板の周縁部から光電変換活性領域にまで腐食が及ぶことを防止することができ、またバスバー電極の素子との接続強度を高めることができるため、バスバー電極に応力が加わっても素子が破損することがない。さらに、バスバー電極や集電電極に応力が加わったとしても、それらの接続部が外れるようなことがなく、信頼性の高い光起電力素子を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る光起電力素子の一実施形態を示しており、（ａ）はその概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。
【図２】本発明に係る光起電力素子の他の実施形態を示す概略平面図である。
【図３】実施例における曲げ試験の状況を示す説明図である。
【図４】従来の光起電力素子における基本的構造の一例を示しており、（ａ）はその概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’線断面図、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂ’線断面図、（ｄ）は（ａ）のＣ−Ｃ’線断面図である。
【符号の説明】
１０  光起電力素子
１１  集電電極
１２  バスバー電極
１３  枠体
１４  導電性基板
１５  裏面反射層
１６  半導体光活性層
１７  透明電極層
１８  絶縁体
１９  弾性体
２０  透明の有機高分子樹脂
２１  透明電極除去部
２２  肉厚部
２３  端子
２４  半田
【図１】
2004193449.tif 000004
【図２】
2004193449.tif 000005
【図３】
2004193449.tif 000006
【図４】
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