(57)【要約】【課題】  高出力の発電が可能な光電変換モジュールを提供する。【解決手段】  光電変換モジュール１００は、一主面１ａ、他主面１ｂおよび側面１ｃを有する平板状の基板１と、一主面１ａ上に配置された光電変換部１１と、一端部が光電変換部１１に電気的に接続され、他端部が他主面１ｂに導出された配線導体９とを具備しており、配線導体９は、一主面１ａ上において光電変換部１１から側面１ｃに向かって伸びている第１配線部９ａと、側面１ｃ上において一主面１ａに対して平行に延びている第２配線部１ｂとを具備している。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一主面、該一主面と反対側の他主面および両主面間の側面を有する平板状の基板と、
前記一主面上に配置された光電変換部と、
一端部が前記光電変換部に電気的に接続され、他端部が前記他主面に導出された配線導体とを具備しており、
該配線導体は、
前記一主面上において前記光電変換部から前記側面に向かって伸びている第１配線部と、前記側面上において前記一主面に対して平行に延びている第２配線部と
を具備している光電変換モジュール。
【請求項２】
前記第２配線部は封止材で覆われている、請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記封止材を介して保護部材が前記側面を覆うように設けられている、請求項２に記載の光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電した電力を取り出すための配線導体を具備する光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電が注目を集めている。
【０００３】
この太陽光発電に使用される光電変換モジュールでは、光電変換部から得られた電力を、リード線等の配線導体を介して外部に取り出している。このような光電変換モジュールでは、基板の表面の中央部に光電変換部が形成されており、その光電変換部の正極および負極にそれぞれ接続された配線導体が、基板の表面における光電変換部の周辺部で引き回された後、基板の裏面に配置された端子ボックスの内部に導出されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−０５６２５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
光電変換モジュールでは、一定の大きさの基板において高出力の電力を得ようとすると、基板に占める光電変換部の面積を高めるとよい。しかしながら、従来の光電変換モジュールでは、配線導体を引き回すためのスペースを確保する必要があり、光電変換部の面積を拡大するには限界があった。
【０００６】
よって、本発明は、高出力の発電が可能な光電変換モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールは、一主面、該一主面と反対側の他主面および両主面間の側面を有する平板状の基板と、前記一主面上に配置された光電変換部と、一端部が前記光電変換部に電気的に接続され、他端部が前記他主面に導出された配線導体とを具備しており、該配線導体は、前記一主面上において前記光電変換部から前記側面に向かって伸びている第１配線部と、前記側面上において前記一主面に対して平行に延びている第２配線部とを具備している。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールによれば、高出力の発電が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの受光面側からみた斜視図である。
【図２】図１に示した光電変換モジュ−ルの他主面側からみた斜視図である。
【図３】他の例としての光電変換モジュ−ルの受光面側からみた斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの光電変換部の一例を示す部分斜視図である。
【図５】図４に示した光電変換部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュ−ルについて、図面を参照しつつ説明する。まず、光電変換モジュ−ルの一部である光電変換部について説明する。なお、各図には、後述する光電変換セルの配列方向をＸ軸とする右手系のＸＹＺ座標が付している場合がある。
【００１１】
＜光電変換モジュール＞
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュール１００は、図１〜図２に示すように、基板１と、光電変換部１１と、出力電極８と、配線導体９とを備えている。
【００１２】
基板１は、光電変換部１１を支持する機能を有している。また、基板１の材質としては、は、厚さ１〜３ｍｍ程度の青板ガラス（ソーダライムガラス）または硼珪酸ガラス等が挙げられる。なお、基板１の材質としてはこれに限定されず、他のガラス、セラミックス、樹脂および金属等が用いられてもよい。また、基板１の形状は、例えば矩形状、円形状等の平板状であればよい。
【００１３】
光電変換部１１は、基板１の一主面１ａ上に設けられている。光電変換部１１は、発電の出力を高めるという観点から、複数の光電変換セルが互いに電気的に接続され、基板１上で集積化されている。光電変換部１１の詳細については後述する。
【００１４】
出力電極８は、基板１の一主面１ａ上で、一対のものが光電変換部１１の一対の電極にそれぞれ電気的に接続されるように設けられている。
【００１５】
配線導体９は、一端部が出力電極８と電気的に接続されており、他端部が基板１の一主面１ａと反対側の他主面１ｂに導出されている。光電変換部１１の出力を光電変換モジュール１００の外部に導く機能を有している。配線導体９は、基板１の一主面１ａ上において光電変換部１１から基板１の側面１ｃに向かって伸びている第１配線部９ａと、基板１の側面１ｃ上において基板１の一主面１ａに対して平行に延びている第２配線部９ｂとを具備している。
【００１６】
このような構成により、配線導体９を基板１の一主面１ａ上で引き回すためのスペースを低減することができる。つまり、出力電極８が図１および図２に示すように基板１の両端にそれぞれ設けられている場合、各配線導体９を基板１の他主面１ｂに設けられた端子ボックス１２にまで引き回す必要があるが、配線導体９を基板１の一主面１ａ上で引き回すと、その引き回しのためのスペースによって光電変換部１１の面積が小さくなる。一方、配線導体９を基板１の他主面１ｂ上で引き回すこともできるが、この場合、他主面１ｂ側で配線導体９を封止する必要が生じ、部材や製造工程が増加することとなる。よって、図１、図２のように基板１の側面１ｃで配線導体９を引き回すことにより、光電変換部１１の面積を大きくすることができ、その結果、高出力の発電が可能な光電変換モジュール１００となる。
【００１７】
なお、図１、図２では、配線導体９は一対のもののうち、両方が第２配線部９ｂを有している例を示しているが、一方の配線導体９だけが第２配線部９ｂを有していてもよい。
【００１８】
配線導体９は、例えば厚み０．３〜２ｍｍ程度の銅や銀、アルミニウムやこれらを含む合金や積層体などの金属部材で作製される。また、配線導体９の幅は、例えば基板１の厚みの５０％〜９０％程度にすればよい。
【００１９】
基板１の一主面１ａ側は、封止材（図示せず）によって光電変換部１１、出力電極８お
よび配線導体９（第１配線部９ａ）が封止される。このような封止材としては、例えば共重合したエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を主成分とする樹脂やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を主成分とする樹脂等が挙げられる。
【００２０】
また、基板１の側面１ｃに配設された配線導体９の第２配線部９ｂも封止材によって封止されると、第２配線部９ｂの腐食が低減され得る。第２配線部９ｂを封止する封止材は、基板１の一主面１ａ側に設けられる上記封止材と同じであってもよく、異なるものであってもよい。第２配線部９ｂを封止する封止材としては、ＥＶＡを主成分とする樹脂やＰＶＢを主成分とする樹脂の他、エポキシ樹脂、ポリエチレン、ブチルゴムおよびエチレンプロピレンゴム等が挙げられる。
【００２１】
＜光電変換モジュールの他の例＞
また、図３に示すように、光電変換モジュール１００は、第２配線部９ｂを封止する封止材を介して保護部材１３が基板１の側面１ｃを覆うようにさらに設けられていてもよい。これにより、水分の浸入による第２配線部９ｂの腐食をさらに低減できる。また、光電変換モジュール１００の端部に外力が加わった場合に、封止材を介して接合された保護部材１３によって応力を緩和することができ、基板１の破損を低減できる。なお、図３において、保護部材１３が接合される前の状態を示しており、保護部材１３は図３に示される矢印の方向に移動され、基板１の側面１ｃに封止材を介して接合される。
【００２２】
保護部材１３は、ガラス、セラミックスおよび樹脂等が用いられ、基板１と同じ材質であってもよく、異なっていてもよい。また、保護部材１３は複数個に分割されており、それらが封止材を介して互いに接合されていてもよい。この場合、光電変換モジュール１００の端部に外力が加わった場合の応力をより有効に緩和できる。
【００２３】
＜光電変換部＞
次に、光電変換部１１について説明する。図４は光電変換モジュ−ル１００のＹ方向の中央部における光電変換部１１を示す部分斜視図であり、図４はその断面図である。なお、図４および図５の構成は、光電変換モジュール１００に用いられる光電変換部１１の一例を示すものであって、これに限定されるものではない。光電変換部１１は、下部電極層２と、第１の半導体層３と、第１の半導体層３とは異なる導電型の第２の半導体層４と、上部電極層５と、集電電極６とを備えた光電変換セル１０が３個、図４のＸ方向に直列接続されて成る。隣接する光電変換セル１０において、一方の光電変換セル１０の上部電極層５が集電電極６および接続導体７を介して隣接する他方の光電変換セル１０の下部電極層２に接続されている。そして、光電変換部１１の一方端部の外側に出力電極８が形成されており、一方端部側の光電変換セル１０の下部電極層２に電気的に接続されている。また、その反対側の光電変換部１１の他方端部の外側にも出力電極８が形成されており、他方端部側の光電変換セル１０の上部電極層５に電気的に接続されている。
【００２４】
次に、光電変換部１の各部材について説明する。
【００２５】
下部電極層２は、一方向（図４のＸ方向）に互いに間隔をあけて基板１の一主面上に複数配置されている。なお、下部電極３の個数については、図４に示したものに限られない。このような下部電極層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合金を含む薄膜であればよい。また、これらの金属が積層されてなる構造体であってもよい。この下部電極層２は、例えば、基板１上にスパッタリング法または蒸着法等を利用して、厚さ０．２〜１μｍ程度に形成すればよい。
【００２６】
第１の半導体層３は、下部電極層２上に配置されている。第１の半導体層３は、例えば
、アモルファスシリコンや化合物半導体等が用いられる。化合物半導体としては、例えば、Ｉ−III−VI化合物やＩ−II−IV−VI族化合物半導体、II−VI族化合物半導体等がある
。
【００２７】
I−III−VI化合物半導体とは、Ｉ−Ｂ族元素（１１族元素ともいう）、III−Ｂ族元素
（１３族元素ともいう）およびVI−Ｂ族元素（１６族元素ともいう）の化合物半導体である。そして、このようなI−III−VI化合物半導体は、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も呼ばれる（ＣＩＳ系化合物半導体ともいう）。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）または薄膜の二セレン・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。
【００２８】
また、Ｉ−II−IV−VI族化合物半導体とは、Ｉ−Ｂ族元素、II−Ｂ族元素（１２族元素ともいう）、IV−Ｂ族元素（１４族元素ともいう）およびVI−Ｂ族元素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等がある。
【００２９】
また、II−VI族化合物半導体とは、II−Ｂ族元素およびVI−Ｂ族元素の化合物半導体である。II−VI族化合物半導体としては、例えば、ＣｄＴｅ等がある。
【００３０】
第１の半導体層３は、例えばスパッタリング法、蒸着法等といった真空プロセスによって形成される。また、第１の半導体層３は、塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによっても形成される。塗布法あるいは印刷法では、例えば、第１の半導体層３に主として含まれる元素の錯体溶液が下部電極層２の上に塗布され、その後、乾燥および熱処理が行われる。
【００３１】
第２の半導体層４は、第１の半導体層３の＋Ｚ側の主面の上に、例えば１０〜２００ｎｍの厚さで設けられており、第１の半導体層３の導電型とは異なる導電型を有する半導体を主に含む。なお、導電型が異なる半導体とは、伝導担体（キャリア）が異なる半導体である。例えば、第１の半導体層３がｐ型であれば、第２の半導体層４はｎ型であり、その逆であってもよい。また、第１の半導体層３と第２の半導体層４と界面に、ｉ型等の他の半導体層が介在していてもよい。
【００３２】
第２の半導体層４は、第１の半導体層３の表面部に他の元素がドープされて成るものであってもよく、第１の半導体層３とは異なる化合物がヘテロ接合されて成るものであってもよい。
【００３３】
上部電極層５は、第２の半導体層４の＋Ｚ側の主面の上に設けられており、例えば、第２の半導体層４と同じ導電型を有する透光性の導電層である。この上部電極層５は、第１の半導体層３および第２の半導体層４において生じたキャリアを取り出す電極として働く。上部電極層５は、第２の半導体層４よりも低い電気抵抗率を有する材料を主に含む。
【００３４】
上部電極層５は、禁制帯幅が広く且つ透光性で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化亜鉛の化合物、錫が含まれた酸化インジウム（ＩＴＯ）および酸化錫（ＳｎＯ２）等の金属酸化物半導体等が挙げられる。酸化亜鉛の化合物は、アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジウムおよびフッ素のうちの何れか１つの元素等が含まれたものである。
【００３５】
上部電極層５は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって形成され得る。上部電極層５の厚さは、例えば、０．０５〜３．０μｍである。ここで、上部電極層５が、１Ω・ｃｍ未満の抵抗率と、５０Ω／□以下のシート抵抗とを有していれば、上部電極層５を介して第１の半導体層３および第２の半導体層４からキャリアが良好に取り出され得る。
【００３６】
上部電極層５は、その厚みが０．０５〜０．５μｍであれば、透光性導電層６における光透過性が高められると同時に、光電変換によって生じた電流が良好に伝送され得る。さらに、上部電極層５の絶対屈折率と第２の半導体層４の絶対屈折率とが略同一であれば、上部電極層５と第２の半導体層４との界面で光が反射することで生じる入射光のロスが低減され得る。
【００３７】
集電電極６は、上部電極層５の＋Ｚ側の主面（一主面とも言う）の上に、上部電極層５の端部から接続導体７にかけて線状に設けられている。そして、例えば、光電変換セル１０の上部電極層５によって集められたキャリアは、集電電極６によってさらに集められ、接続導体７を介して隣接する光電変換セル１０に伝達され得る。
【００３８】
この集電電極６が設けられることで、上部電極層５における導電性が補われるため、上部電極層５の薄層化が可能となる。これにより、キャリアの取り出し効率の確保と、上部電極層５における光透過性の向上とが両立し得る。なお、集電電極６が、例えば、銀等の導電性が優れた金属を主に含んでいれば、光電変換セル１０における変換効率が向上し得る。なお、集電電極６に含まれる金属としては、例えば銅、アルミニウムおよびニッケル等が挙げられる。
【００３９】
また、集電電極６の幅は、５０〜４００μｍであれば、隣接する光電変換セル１０間における良好な導電が確保されつつ、第１の半導体層３への光の入射量の低下が低減され得る。１つの光電変換セル１０に複数の集電電極６が設けられる場合、該複数の集電電極６の間隔は、例えば、２．５ｍｍ程度であればよい。
【００４０】
接続導体７は、第１の半導体層３および第２の半導体層４を分離する分離溝内に配置されている。この接続導体７は、集電電極６と電気的に接続している。また、接続導体７は、隣の光電変換セル１０から延伸されている下部電極層２に接続している。これにより接続導体７は、隣接する光電変換セル１０のうち、一方の光電変換セル１０の上部電極層５と、他方の光電変換セル１０の下部電極層２とを電気的に接続できる。
【００４１】
接続導体７は、集電電極６と同様の材質、方法で作製してもよい。そのため、接続導体７は、集電電極６の形成と同時に行なってもよい。また、接続導体７は、上部電極層５を延伸したものであってもよい。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正及び変更を加えることができる。
【符号の説明】
【００４３】
１００：光電変換モジュ−ル
１：基板
１ａ：一主面
１ｂ：他主面
１ｃ：側面
１１：光電変換部
９：配線導体
９ａ：第１配線部
９ｂ：第２配線部
【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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