(57)【要約】【課題】光電変換層に入射する光の量の増加によって変換効率が上昇し得る光電変換装置を提供する。【解決手段】第１導電層と、該第１導電層の上に配されている光電変換層と、該光電変換層の上に配されている透明な第２導電層と、該第２導電層の上に配されている線状導電部とを備えている光電変換装置が採用される。該光電変換装置では、第２導電層のうちの光電変換層側の一主面とは反対の他主面に複数の凹部が配されている。また、該複数の凹部の一部に線状導電部が重なって入り込んでいる。さらに、線状導電部は、導電性を有する多数の粒子を含んでいる。そして、該粒子の平均粒径が、凹部の深さよりも大きい。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電層と、
該第１導電層の上に配されている光電変換層と、
該光電変換層の上に配されている透明な第２導電層と、
該第２導電層の上に配されている線状導電部とを備え、
前記第２導電層のうちの前記光電変換層側の一主面とは反対の他主面に複数の凹部が配されているとともに、該複数の凹部の一部に前記線状導電部が重なって入り込んでおり、
前記線状導電部は、導電性を有する多数の粒子を含んでおり、該粒子の平均粒径が、前記凹部の深さよりも大きい光電変換装置。
【請求項２】
前記線状導電部の少なくとも１つの端部が、前記凹部内に配されている請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
平面視したときに、前記第２導電層における前記複数の凹部の占有率は、前記線状導電部が配されている部位の方が、前記線状導電部が配されていない部位よりも大きい請求項１または請求項２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記複数の凹部のうちの前記線状導電部が重なっている凹部の深さが、前記複数の凹部のうちの前記線状導電部が重なっていない凹部の深さよりも大きい請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記複数の凹部のうちの前記線状導電部が重なっていない凹部の深さが、前記複数の凹部のうちの前記線状導電部が重なっている凹部の深さよりも大きい請求項１乃至請求項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、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、絶縁体の基板の上に複数の光電変換素子が設けられたものがある（例えば、特許文献１など）。該各光電変換素子においては、下部電極層と半導体層と透明電極層とがこの順に積層されている。そして、該各光電変換素子では、透明電極層を透過する光が半導体層に照射されることで、該半導体層における光電変換によって発生する電荷が下部電極層と透明電極層とによって取り出される。
【０００３】
また、各光電変換素子において透明電極層の上に線状の電極部がそれぞれ設けられることで、透明電極層をある程度薄くすることが可能となる。これにより、透明電極層における光の透過率が高まり、各光電変換素子における変換効率が高まり得る。さらに、各光電変換素子に設けられた線状の電極部が隣の光電変換素子の下部電極層に電気的に接続されることで、隣り合う光電変換素子同士が電気的に直列に接続される。これにより、光電変換装置から出力される電圧が高められ得る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭６３−８８８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記光電変換装置に対しては、変換効率のさらなる向上が求められている。このため、透明電極層における光の透過率をさらに高めることで、半導体層を含む光電変換層に入射する光の量を増加させて、変換効率を向上させることが考えられる。
【０００６】
しかしながら、透明電極層が薄くなり過ぎると、該透明電極層における電気抵抗の増大によって、光電変換装置における変換効率が低下し得る。このため、光電変換層に入射する光の量を増加させることは容易でなかった。
【０００７】
そこで、光電変換層に入射する光の量の増加によって変換効率が上昇し得る光電変換装置が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、一態様に係る光電変換装置は、第１導電層と、該第１導電層の上に配されている光電変換層と、該光電変換層の上に配されている透明な第２導電層と、該第２導電層の上に配されている線状導電部とを備えている。そして、該光電変換装置では、前記第２導電層のうちの前記光電変換層側の一主面とは反対の他主面に複数の凹部が配されているとともに、該複数の凹部の一部に前記線状導電部が重なって入り込んでおり、前記線状導電部は、導電性を有する多数の粒子を含んでおり、該粒子の平均粒径が、前記凹部の深さよりも大きい。
【発明の効果】
【０００９】
上記一態様に係る光電変換装置によれば、光電変換層に入射する光の量の増加によって光電変換装置における変換効率が上昇し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態に係る光電変換装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図２】図１にて一点鎖線II−IIで示した位置におけるＸＺ断面を示す図である。
【図３】光電変換層と上部電極層との積層体を模式的に示す斜視図である。
【図４】光電変換層と上部電極層との積層体のＸＺ断面を模式的に示す図である。
【図５】複数の凹部が配されている光電変換装置の構成を模式的に示す平面図である。
【図６】線状導電部に含まれている粒子の粒径と凹部の深さとの関係を示す図である。
【図７】線状導電部の端部が配されている凹部における光の入射態様を示す図である。
【図８】光電変換装置の製造フローを示すフローチャートである。
【図９】光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。
【図１０】光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。
【図１１】光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。
【図１２】光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。
【図１３】光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。
【図１４】光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。
【図１５】光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。
【図１６】光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。
【図１７】その他の下部電極層と光吸収層との積層体のＸＺ断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係などは正確に図示されたものではない。なお、図１から図７および図９から図１７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座標系が付されている。
【００１２】
＜(１)光電変換装置の構成＞
＜(１−１)光電変換装置の概略構成＞
図１および図２で示されるように、光電変換装置１００は、基板１と、該基板１の上に平面的に並べられた複数の光電変換セル１０とを備えている。隣り合う光電変換セル１０は溝部Ｐ３によって分離されている。図１および図２では、図示の都合上、２つの光電変換セル１０の一部のみが示されている。光電変換装置１００には、図面の左右方向に、所定数の光電変換セル１０が平面的に配列され得る。ここで、所定数は、例えば８などであれば良い。そして、例えば、光電変換装置１００のＸ軸方向の両端部に、発電による電圧および電流を得るための電極が配され得る。なお、光電変換装置１００には、例えば、多数の光電変換セル１０がマトリックス状に配置されていても良い。
【００１３】
なお、光電変換装置１００では、多数の光電変換セル１０が高密度に平面的に配置されていれば、変換効率が向上する。変換効率は、光電変換装置１００において太陽光のエネルギーが電気エネルギーに変換される割合を示す。例えば、変換効率は、光電変換装置１００から出力される電気エネルギーの値が、光電変換装置１００に入射される太陽光のエネルギーの値で除されて、１００が乗じられることで導出され得る。
【００１４】
ところで、光電変換装置１００では、透明な上部電極層４の受光面側の主面に複数の凹部が配されており、該複数の凹部の一部に線状導電部５が重なって入り込んでいる。そして、該線状導電部５に含まれている導電性を有する多数の粒子の平均粒径が、複数の凹部４ｄの深さよりも大きい。このような構成により、複数の凹部４ｄが存在するにも拘わらず、線状導電部５の断線が発生し難い。これに加えて、光電変換装置１００に照射される光が複数の凹部４ｄを介して光電変換層３まで入射し易くなる。その結果、光電変換層３に入射する光の量の増加によって光電変換装置１００における変換効率が上昇し得る。
【００１５】
＜(１−２)光電変換セルの基本的な構成＞
各光電変換セル１０は、第１導電層としての下部電極層２、光電変換層３、第２導電層としての上部電極層４および線状導電部５を備えている。また、各光電変換セル１０には、溝部Ｐ１と溝部Ｐ２とが配されている。そして、光電変換装置１００では、上部電極層４が配されている側の主面が受光面となっている。
【００１６】
基板１は、複数の光電変換セル１０を支持するものである。基板１に含まれる主な材料には、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属などが採用され得る。なお、本実施形態では、基板１が青板ガラス（ソーダライムガラス）である例が示されている。また、基板１の厚さは、１ｍｍ以上で且つ３ｍｍ以下程度であれば良い。さらに、例えば、基板１の形状は平板状であれば良く、基板１の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）は略平坦であれば良い。
【００１７】
下部電極層２は、基板１の上面の上に配されている導電層である。下部電極層２に含まれる主な材料には、例えば、モリブデン、アルミニウム、チタン、タンタルおよび金などの導電性を有する各種金属などが採用され得る。また、下部電極層２の厚さは、例えば、０．２μｍ以上で且つ１μｍ以下程度であれば良い。下部電極層２は、例えば、スパッタリング法または蒸着法などによって形成され得る。
【００１８】
光電変換層３は、下部電極層２の上に配されている。該光電変換層３は、光吸収層３１とバッファ層３２とを備えている。光吸収層３１およびバッファ層３２は、この順に下部電極層２の上に積層されている。
【００１９】
光吸収層３１は、下部電極層２の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）の上に配されている。該光吸収層３１は、第１導電型を有する半導体を主に含んでおり、光を吸収して電荷を生じる。ここで、第１導電型を有する半導体としては、例えば、カルコパイライト系の化合物半導体であるＩ−III−VI族化合物半導体などが適用され得る。なお、第１導電型は、例えばｐ型の導電型であれば良い。
【００２０】
I−III−VI族化合物半導体とは、Ｉ−III−VI族化合物を主に含む半導体である。なお、Ｉ−III−VI族化合物を主に含む半導体とは、半導体がＩ−III−VI族化合物を７０ｍｏｌ％以上含むことを言う。以下の記載においても、「主に含む」は「７０ｍｏｌ％以上含む」ことを意味する。Ｉ−III−VI族化合物は、Ｉ−Ｂ族元素（１１族元素とも言う）とIII−Ｂ族元素（１３族元素とも言う）とVI−Ｂ族元素（１６族元素とも言う）とを主に含む化合物である。
【００２１】
I−III−VI族化合物としては、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2（ＣＩＧＳとも言う）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2（ＣＩＧＳＳとも言う）、およびＣｕＩｎＳｅ2（ＣＩＳとも言う）などが採用され得る。なお、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2は、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとを主に含む化合物である。また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）2は、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとＳとを主に含む化合物である。ここでは、光吸収層３１が、ＣＩＧＳを主に含むものとする。
【００２２】
なお、光吸収層３１がＩ−III−VI族化合物半導体を主に含んでいれば、光吸収層３１の厚さが１０μｍ以下であっても、光吸収層３１による光電変換の効率が高めら得る。このため、光吸収層３１の厚さは、例えば、１μｍ以上で且つ３μｍ以下程度であれば良い。
【００２３】
光吸収層３１は、スパッタリング法または蒸着法などといった真空プロセスによって形成され得る。また、光吸収層３１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得る。塗布法あるいは印刷法では、例えば、光吸収層３１に主に含まれる金属元素を含む溶液が下部電極層２の上に塗布され、その後、乾燥および熱処理が行われる。該塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスが用いられることで、光電変換装置１００の製造に要するコストが低減され得る。
【００２４】
バッファ層３２は、光吸収層３１の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）の上に配されており、光吸収層３１の第１導電型とは異なる第２導電型を有する半導体を主に含む。ここで、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。そして、第２導電型は、例えばｎ型の導電型であれば良い。なお、光吸収層３１の導電型がｎ型であり、バッファ層３２の導電型がｐ型であっても良い。ここでは、光吸収層３１とバッファ層３２との間にヘテロ接合領域が形成されている。このため、光電変換セル１０では、ヘテロ接合領域を形成する光吸収層３１とバッファ層３２とにおいて光電変換が生じ得る。
【００２５】
バッファ層３２は、化合物半導体を主に含む。バッファ層３２に含まれる化合物半導体としては、例えば、ＣｄＳ、Ｉｎ2Ｓ3、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ2Ｓｅ3、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏなどが採用され得る。そして、バッファ層３２が１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有していれば、リーク電流の発生が抑制され得る。なお、バッファ層３２は、例えば、化学浴槽堆積（ＣＢＤ）法などによって形成され得る。
【００２６】
また、バッファ層３２は、光吸収層３１の上面の法線方向に厚さを有する。バッファ層３２の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上で且つ２００ｎｍ以下であれば良い。バッファ層３２の厚さが１００ｎｍ以上で且つ２００ｎｍ以下であれば、バッファ層３２の上に上部電極層４がスパッタリング法などで形成される際に、バッファ層３２においてダメージが生じ難くなる。
【００２７】
上部電極層４は、光電変換層３の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）の上に配されている。そして、該上部電極層４は、例えば、ｎ型の導電型を有する透明の導電層（透明導電層とも言う）である。該上部電極層４は、光電変換層３において生じた電荷を取り出す電極となる。上部電極層４は、バッファ層３２よりも低い抵抗率を有する材料を主に含んでいれば良い。上部電極層４には、いわゆる窓層と呼ばれるものが含まれても良いし、窓層と透明導電層とが含まれても良い。
【００２８】
上部電極層４は、禁制帯幅が広く且つ透明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、ＺｎＯ、ＺｎＯの化合物、Ｓｎが含まれたＩＴＯおよびＳｎＯ2などの金属酸化物半導体などが採用され得る。ＺｎＯの化合物は、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、ＩｎおよびＦのうちの何れか１つの元素などが含まれたものであれば良い。
【００２９】
上部電極層４は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法などによって形成され得る。上部電極層４の厚さは、例えば、０．１μｍ以上で且つ２．０μｍ以下程度であれば良い。ここで、上部電極層４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４を介して光電変換層３から電荷が良好に取り出され得る。なお、上部電極層４は、例えば、溝部Ｐ２の内部に配されている垂下部４ａを備え得る。
【００３０】
ここで、バッファ層３２および上部電極層４が、光吸収層３１が吸収し得る光の波長帯域に対して、光を透過させ易い性質（光透過性とも言う）を有していれば、光吸収層３１における光の吸収効率の低下が抑制され得る。また、上部電極層４の厚さが０．０５μｍ以上で且つ０．５μｍ以下であれば、上部電極層４における光透過性が高められ、光電変換によって生じた電流が上部電極層４によって良好に伝送され得る。さらに、上部電極層４の絶対屈折率とバッファ層３２の絶対屈折率とが略同一であれば、上部電極層４とバッファ層３２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。
【００３１】
また、図３および図４で示されるように、上部電極層４の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）に複数の凹部４ｄが配されている。各凹部４ｄは、該凹部４ｄの周囲の部分よりも相対的に凹んだ部分であり、内部空間４ｉを有している。各凹部４ｄのＸＹ断面の形状は、例えば略円形であれば良い。そして、複数の凹部４ｄの存在によって、上部電極層４のうちの複数の凹部４ｄが配されている部分の方が複数の凹部４ｄの周囲に位置している部分よりも薄い。これにより、上部電極層４では、凹部４ｄが配されている部分では、凹部４ｄが配されていない部分よりも光の透過率が上昇する。その結果、光電変換層３に入射する光の量の増加によって光電変換装置１００における変換効率が上昇し得る。
【００３２】
別の観点から言えば、上部電極層４の上面のうちの所定形状の所定面積の領域において、凹部４ｄが配されていない部分（非凹部とも言う）４ｓにおける＋Ｚ側の面の高さの平均値よりも、凹部４ｄにおける＋Ｚ側の面の高さの平均値の方が小さい。ここで所定形状は、例えば、正方形であれば良い。また、所定面積は、例えば、１ｍｍ2であれば良い。高さの平均値は、例えば、基板１の上面を基準とした＋Ｚ方向における高さの平均値であれば良い。
【００３３】
線状導電部５は、上部電極層４の上面の上に配されている。該線状導電部５は、例えば、金属ペーストが上部電極層４の上面の上に塗布された後に乾燥されて該金属ペーストが固化されることで形成され得る。金属ペーストは、例えば、透光性を有する樹脂などのバインダーに光反射率が高く且つ導電性を有する粒子が添加されることで作製され得る。ここで、透光性を有する樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂などが採用され得る。また、金属ペーストに含まれる粒子としては、例えば、銅、アルミニウム、ニッケルならびに亜鉛と銀の合金などの金属粒子が採用され得る。この場合、線状導電部５には、導電性を有する多数の粒子が含まれており、該多数の粒子が相互に接触し合うことで、線状導電部５における良好な導電性が確保され得る。
【００３４】
線状導電部５は、複数の集電部５ａと連結部５ｂと垂下部５ｃとを備えている。複数の集電部５ａは、Ｙ軸方向に離間しており、各集電部５ａがＸ軸方向に延在している。連結部５ｂは、Ｙ軸方向に延在している。そして、該連結部５ｂには、各集電部５ａが電気的に接続されている。垂下部５ｃは、連結部５ｂの下部に接続され、溝部Ｐ２を通って隣の光電変換セル１０から延伸されている下部電極層２に垂下部４ａを介して接続する。つまり、垂下部４ａ，５ｃを主に含む接続部４５によって、連結部５ｂと隣の光電変換セル１０から延伸されている下部電極層２とが接続され得る。なお、接続部４５は、垂下部４ａを含まず、垂下部５ｃを含むものとされても良い。
【００３５】
集電部５ａは、光電変換層３において発生して上部電極層４において取り出された電荷を集電する役割を担う。集電部５ａが配されていることで、上部電極層４における導電性が補われるため、上部電極層４の薄層化が可能となる。その結果、電荷の取り出し効率の確保と、上部電極層４における光透過性の向上とが両立し得る。
【００３６】
上部電極層４および複数の集電部５ａによって集電された電荷は、接続部４５を通じて、隣の光電変換セル１０に伝達される。これにより、光電変換装置１００においては、隣り合う光電変換セル１０が電気的に直列に接続されている。
【００３７】
また、集電部５ａの幅が５０μｍ以上で且つ４００μｍ以下であれば、隣接する光電変換セル１０の間における良好な導電が確保され、光吸収層３１への光の入射量の低下が抑制され得る。１つの光電変換セル１０に配されている複数の集電部５ａのＹ方向における間隔は、例えば、２．５ｍｍ程度であれば良い。
【００３８】
＜(１−３)溝部の配置とその役割＞
溝部Ｐ１は、Ｙ軸方向に直線状に延在している。１以上の該溝部Ｐ１が配されていることで、複数の下部電極層２がＸ軸方向に分離されている。図２では、２つの下部電極層２が示されている。溝部Ｐ１には、直上に配された光吸収層３１の延在部分が埋入している。これにより、隣り合う光電変換セル１０において、一方の光電変換セル１０の下部電極層２と、他方の光電変換セル１０の下部電極層２とが電気的に分離されている。溝部Ｐ１の幅は、例えば、線状導電部５の幅と同程度の５０μｍ以上で且つ４００μｍ以下程度であれば良い。
【００３９】
溝部Ｐ２は、Ｙ軸方向に直線状に延在している。そして、該溝部Ｐ２は、上部電極層４の上面から下部電極層２の上面に至るまで配されている。このため、溝部Ｐ２は、１つの光電変換セル１０内において、光電変換層３と上部電極層４とが積層された積層部をＸ軸方向に分離している。
【００４０】
溝部Ｐ３は、隣り合う光電変換セル１０の間においてＹ軸方向に延在している。そして、該溝部Ｐ３は、光電変換セル１０の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）から下部電極層２の上面に至るまで配されている。つまり、溝部Ｐ３は、隣り合う光電変換セル１０を分離する領域である。溝部Ｐ３の幅は、例えば、４０μｍ以上で且つ１０００μｍ以下程度であれば良い。なお、各溝部Ｐ３には、光電変換装置１００がモジュール化される際に、例えば、樹脂などの絶縁材料が入り込む。
【００４１】
また、受光面の上方（ここでは＋Ｚ側）から各光電変換セル１０を平面透視した場合、各光電変換セル１０には、＋Ｘ方向に溝部Ｐ１と溝部Ｐ２と溝部Ｐ３とがこの順に配されている。このため、各光電変換セル１０においては、下部電極層２の上から溝部Ｐ１を越えて、隣の下部電極層２の上に至るまで光電変換層３が配されている。ここで、隣の下部電極層２は、隣の光電変換セル１０から延伸している下部電極層２である。
【００４２】
また、受光面の上方（ここでは＋Ｚ側）から各光電変換セル１０を平面透視した場合、各光電変換セル１０には、溝部Ｐ２を包含して溝部Ｐ１と溝部Ｐ３とに挟まれた領域と、溝部Ｐ１が配されている領域と、残余の領域とがある。そして、該残余の領域が、発電に寄与する領域となる。
【００４３】
なお、本実施形態では、各光電変換セル１０において、光電変換層３が、下部電極層２の上から隣の下部電極層２の上にかけて配されていたが、これに限られない。例えば、光電変換層３が、下部電極層２の上から溝部Ｐ１の内部に至るまで配されていれば良い。
【００４４】
＜(１−４)凹部と線状導電部との関係＞
図５で示されるように、上部電極層４のうちの光電変換層３側（ここでは−Ｚ側）の一主面とは反対側（ここでは＋Ｚ側）の他主面に複数の凹部４ｄが配されている。また、複数の凹部４ｄのうちの一部の凹部４ｄに線状導電部５が重なっている。そして、図６で示されるように、線状導電部５が該一部の凹部４ｄの内部空間４ｉに入り込んでいる。つまり、複数の凹部４ｄには、線状導電部５が重なって入り込んでいる凹部（第１凹部とも言う）４ｄ1と、線状導電部５が重なって入り込んでいない凹部（第２凹部とも言う）４ｄ2が含まれている。
【００４５】
また、図６で示されるように、線状導電部５に含まれている導電性を有する多数の粒子５ｐの平均粒径Ｈ5pが、第１凹部４ｄ1の深さＤ4dよりも大きい。なお、第１および第２凹部４ｄ1，４ｄ2のＸＹ平面における開口幅は、例えば、多数の粒子５ｐの平均粒径Ｈ5pよりも大きく、数μｍ以上で且つ数百μｍ以下程度であれば良い。また、第１および第２凹部４ｄ1，４ｄ2の深さは、例えば、０．０５μｍ以上で且つ１．５μｍ以下程度であれば良い。
【００４６】
ここで、仮に、多数の粒子５ｐの平均粒径Ｈ5pが第１凹部４ｄ1の深さよりも小さければ、多数の粒子５ｐのうちの一部の粒子５ｐが第１凹部４ｄ1の奥深くに入り込み、第１凹部４ｄ1の縁部近傍で、多数の粒子５ｐ同士が接触し合う箇所が減少し得る。この場合、線状導電部５において電気抵抗が高まる箇所が生じ、通電による発熱によって熱断線が生じることも有り得る。また、線状導電部５に通電する前から線状導電部５に断線が生じることも有り得る。
【００４７】
これに対して、本実施形態では、多数の粒子５ｐの平均粒径Ｈ5pが、第１凹部４ｄ1の深さＤ4dよりも大きい。このような構成が採用されれば、多数の粒子５ｐ同士の接触し合う箇所が減少し難くなる。このため、線状導電部５において断線が生じ難くなり、線状導電部５における導電性を確保し易くなる。一方、線状導電部５が重なって入り込んでいない第２凹部４ｄ2では、該第２凹部４ｄ2が形成されていない部位に比べて、光が透過しやすい。このため、第２凹部４ｄ2を透過して光電変換層３に入射される光の量が増大し得る。なお、第２凹部４ｄ2では、上部電極層４の厚みが小さくなるため、抵抗値が大きくなり得るが、第１凹部４ｄ1に入り込んだ線状電極部５を設けることにより、上部電極層４の抵抗値の増大における影響を緩和することができる。すなわち、本実施形態では、導電性の確保と光電変換層３へ入射する光の量の増加とが両立し得る。その結果、光電変換装置１００における変換効率が上昇し得る。
【００４８】
なお、ここで、多数の粒子５ｐの平均粒径Ｈ5pは、例えば、ふるい機による粒子の選別によって調整され得る。また、凹部４ｄがフォトリソグラフィー技術を用いたウエットエッチングによって形成される場合、第１凹部４ｄ1の深さＤ4dの調整は、例えば、エッチング用の溶液の濃度およびエッチングの時間のうちの少なくとも一方によって実現され得る。また、凹部４ｄがメタルマスクなどを用いたドライエッチングによって形成される場合、第１凹部４ｄ1の深さＤ4dの調整は、例えば、エッチングの時間によって実現され得る。ドライエッチングとしては、例えば、反応性イオンエッチング (Reactive Ion Etching :RIE) が採用され得る。
【００４９】
また、線状導電部５に含まれる多数の粒子５ｐの平均粒径Ｈ5pの測定は、例えば、線状導電部５の上面または断面を走査型顕微鏡（ＳＥＭ）などで撮影して得られる画像を用いて、各粒子５ｐの輪郭を抽出して平均粒径を算出する画像処理によって実現され得る。また、第１凹部４ｄ1の深さＤ4dの測定は、例えば、第１凹部４ｄ1を含む上部電極層４の断面をＳＥＭなどで撮影して得られる画像を用いて実現されれば良い。
【００５０】
ところで、図５で示されるように、線状導電部５の少なくとも１つの端部が、第１凹部４ｄ1の内部空間４ｉ内に配され得る。すなわち、線状導電部５は、ＸＹ平面で平面視して、線状導電部５の外周に沿った端部が第１凹部４ｄ1の一部に入り込んでいる。よって、第１凹部４ｄ1は、ＸＹ平面で平面視して、内部空間４ｉが外部に露出している部位を有している。これにより、図７で示されるように、第１凹部４ｄ1内に配されている線状導電部５の端部近傍において、光Ｌｙ１が、粒子５ｐおよび第１凹部４ｄ1の表面で反射されて、第１凹部４ｄ1のうちの粒子５ｐの下方に位置する部分を介して光電変換層３に入射し得る。その結果、光電変換層３に入射される光の量がさらに増大し得る。
【００５１】
ここで、受光面の上方（ここでは＋Ｚ側）から各光電変換セル１０を平面視または平面透視した場合、上部電極層４における複数の凹部４ｄの占有率が、線状導電部５が配されていない部位よりも線状導電部５が配されている部位の方が大きい態様が考えられ得る。換言すれば、上部電極層４の上面において、線状導電部５が配されている領域における単位面積あたりの第１凹部４ｄ1の占有率の方が、線状導電部５が配されていない領域における単位面積あたりの第２凹部４ｄ2の占有率よりも大きい態様が考えられ得る。
【００５２】
このような態様が採用されれば、上部電極層４のうちの複数の第１凹部４ｄ1の占有率が高い領域において、上部電極層４の電気抵抗が増大するが、該電気抵抗の増大が、線状導電部５の導電性によって補完され得る。これにより、上部電極層４と線状導電部５とによる集電能力が確保され、複数の第１凹部４ｄ1の占有率の増大によって複数の第１凹部４ｄ1を透過して光電変換層３に入射される光の量が増大し得る。その結果、光電変換装置１００における変換効率がさらに上昇し得る。
【００５３】
また、複数の凹部４ｄのうちの線状導電部５が重なっている第１凹部４ｄ1の深さが、複数の凹部４ｄのうちの線状導電部５が重なっていない第２凹部４ｄ2の深さよりも大きい態様が考えられ得る。このような態様が採用されれば、上部電極層４のうちの複数の第１凹部４ｄ1が配されている領域において、上部電極層４の電気抵抗が増大するが、該電気抵抗の増大が、線状導電部５の導電性によって補完され得る。これにより、上部電極層４と線状導電部５とによる集電能力が確保され、複数の第１凹部４ｄ1の深さの増大によって複数の第１凹部４ｄ1を透過して光電変換層３に入射される光の量が増大し得る。その結果、光電変換装置１００における変換効率がさらに上昇し得る。
【００５４】
また、複数の凹部４ｄのうちの線状導電部５が重なっていない第２凹部４ｄ2の深さが、複数の凹部４ｄのうちの線状導電部５が重なっている第１凹部４ｄ1の深さよりも大きい態様が考えられ得る。このような態様が採用されれば、上部電極層４のうちの線状導電部５によって光の入射が阻害され難い領域において第２凹部４ｄ2の深さが増大することで、第２凹部４ｄ2を透過して光電変換層３に入射される光の量が増大し得る。その結果、光電変換装置１００における変換効率がさらに上昇し得る。
【００５５】
＜(２)光電変換装置の製造プロセス＞
ここで、上記構成を有する光電変換装置１００の製造プロセスの一例について説明する。図８は、光電変換装置１００の製造フローを例示するフローチャートである。図９から図１６は、光電変換装置１００の製造途中の様子を模式的に示すＸＺ断面図である。
【００５６】
まず、図８のステップＳｐ１では、略矩形の盤面を有する平板状の基板１（図９参照）が準備される。
【００５７】
ステップＳｐ２では、洗浄された基板１の一主面の略全面に、スパッタリング法または蒸着法などが用いられて、下部電極層２（図１０参照）が形成される。
【００５８】
ステップＳｐ３では、下部電極層２の上面のうちの所定の形成対象位置からその直下の基板１の上面にかけて、一方向（ここではＹ軸方向）に直線状に延在する溝部Ｐ１（図１１参照）が形成される。溝部Ｐ１は、例えば、ＹＡＧレーザーまたはその他のレーザーの光が走査されつつ所定の形成対象位置に照射されることで形成され得る。
【００５９】
ステップＳｐ４では、下部電極層２の上に、光吸収層３１に主に含まれる金属元素を含む皮膜３１０（図１２参照）が形成される。皮膜３１０は、例えば、光吸収層３１に主に含まれる金属元素を含む溶液が下部電極層２の上に塗布された後に乾燥される処理が行われることで形成され得る。
【００６０】
ステップＳｐ５では、皮膜３１０に対する加熱処理が行われることで、皮膜３１０における化合物半導体の結晶化が進み、光吸収層３１（図１２参照）が形成される。
【００６１】
ステップＳｐ６では、光吸収層３１の上にバッファ層３２（図１３参照）が形成される。これにより、光吸収層３１とバッファ層３２とが積層されている光電変換層３が形成される。バッファ層３２は、例えば、化学浴槽堆積（ＣＢＤ）法によって形成され得る。具体的には、例えば、酢酸カドミウムとチオ尿素とがアンモニアに溶解させられることで作製された溶液に光吸収層３１が浸漬されることで、ＣｄＳを主に含むバッファ層３２が形成され得る。
【００６２】
ステップＳｐ７では、バッファ層３２の上面のうちの所定の形成対象位置から下部電極層２の上面に至る領域に、一方向（ここではＹ軸方向）に直線状に延在する溝部Ｐ２（図１４参照）が形成される。溝部Ｐ２は、スクライブ針が用いられたメカニカルスクライビングなどによって形成され得る。
【００６３】
ステップＳｐ８では、光電変換層３の上面から溝部Ｐ２の内部にかけて上部電極層４（図１５参照）が形成される。上部電極層４は、例えば、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法などで形成され得る。具体的には、例えば、バッファ層３２の上に、Ａｌが添加されたＺｎＯを主に含む透明な上部電極層４が形成される。このとき、溝部Ｐ２内に、上部電極層４のうちの垂下部４ａが形成される。
【００６４】
また、このステップＳｐ８では、上部電極層４の上面に複数の凹部４ｄが形成される。複数の凹部４ｄは、例えば、フォトリソグラフィー技術を用いてレジストをマスクとするウエットエッチングが施されることで形成され得る。また、複数の凹部４ｄは、金属製のマスクを用いたドライエッチングが施されることで形成されても良い。
【００６５】
ステップＳｐ９では、上部電極層４の上面のうちの所定の形成対象位置から溝部Ｐ２の内部にかけて線状導電部５（図１６参照）が形成される。線状導電部５は、例えば、金属ペーストが所定のパターンを有するように印刷され、印刷後の金属ペーストが乾燥によって固化されることで形成され得る。
【００６６】
ステップＳｐ１０では、上部電極層４の上面のうちの所定の形成対象位置から下部電極層２の上面に至る領域に、一方向（ここではＹ軸方向）に直線状に延在する溝部Ｐ３（図１および図２参照）が形成される。これにより、基板１の上に複数の光電変換セル１０が配されている光電変換装置１００が得られる。溝部Ｐ３は、例えば、溝部Ｐ２と同様に、スクライブ針が用いられたメカニカルスクライビングなどによって形成され得る。
【００６７】
＜(３)一実施形態のまとめ＞
以上のように、本実施形態に係る光電変換装置１００では、透明な上部電極層４の上面に複数の凹部４ｄが配されている。また、該複数の凹部４ｄの一部に線状導電部５が重なって入り込んでいる。そして、該線状導電部５に含まれている導電性を有する多数の粒子５ｐの平均粒径Ｈ5pが、複数の凹部の深さＤ4dよりも大きい。これにより、複数の凹部４ｄの縁部近傍において線状導電部５の断線が発生し難く、光電変換装置１００に照射される光が複数の凹部４ｄを介して光電変換層３まで入射し易い。したがって、光電変換層３に入射する光の量の増加によって光電変換装置１００における変換効率が上昇し得る。
【００６８】
＜(４)変形例＞
なお、本発明は上記一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において種々の変更、改良などが可能である。
【００６９】
例えば、上記一実施形態では、複数の凹部４ｄのうちの一部の凹部４ｄに線状導電部５が重なって入り込んでいたが、これに限られない。例えば、複数の凹部４ｄのうちの全ての凹部４ｄに線状導電部が重なって入り込んでいても良い。
【００７０】
また、上記一実施形態では、直列に接続された複数の光電変換セル１０が光電変換装置１００に含まれていたが、これに限られない。例えば、光電変換装置１００には、１以上の光電変換セル１０が含まれていれば良い。
【００７１】
また、上記一実施形態では、光吸収層３１が、カルコパイライト系の化合物半導体であるＩ−III−VI族化合物半導体を主に含む例が挙げられたが、これに限られない。例えば、光吸収層３１に主に含まれる半導体は、その他のカルコゲン元素を含む化合物半導体であっても良い。その他のカルコゲン元素を含む化合物半導体としては、例えば、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｓの４元素を主に含むＩ−II−IV−VI族化合物半導体（ＣＺＴＳ）およびＣｄとＴｅの２元素を主に含むII−VI族化合物半導体などが採用され得る。また、光吸収層３１に主に含まれる半導体は、例えば、非晶質のシリコンであっても良い。
【００７２】
また、光電変換層３の上面が、形成条件などによって、例えば、うねっている形状を有していても構わない。この場合、基板１の上面を基準として、光電変換層３のうち、うねりの山の最も高い場所の高さと、うねりの谷の最も低い場所の高さとの差分が、５０ｎｍ程度であっても構わない。このような構成では、光電変換層３の上面のうねりに沿って上部電極層４が形成されるため、上部電極層４の上面もうねっている形状を有し得る。この場合、上部電極層４のうねっている上面に、さらに複数の凹部４ｄが形成されれば良い。
【００７３】
なお、上記一実施形態および上記各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
【００７４】
＜(５)その他＞
上記一実施形態および上記各種変形例では、上部電極層４の上面に複数の凹部４ｄが配されることで、光電変換層３に入射する光の量が増加し、光電変換装置１００における変換効率が上昇した。
【００７５】
これに対して、上面が略平坦な基板１の代わりに、上面に凹凸を有する基板（テクスチャー基板とも言う）が採用され、テクスチャー基板の上面の凹凸に沿って、下部電極層２、光電変換層３および上部電極層４がこの順に配される構成が考えられる。
【００７６】
仮に、該構成が採用されれば、上部電極層４の上下面、光吸収層３１の上下面およびバッファ層３２の上下面が、それぞれテクスチャー基板の上面の凹凸に対応する凹凸を有し得る。そして、該凹凸により、光の散乱などによって光電変換層３などにおいて光の閉じ込め効果が生じ得る。その結果、光電変換装置に照射される光のうち、光電変換層３に吸収される光の割合が高くなり得る。
【００７７】
しかしながら、例えば、光吸収層３１の凹凸を有する上面に、ＣＢＤ法によってバッファ層３２が形成される際には、光吸収層３１とバッファ層３２との界面に空隙および欠陥などが生じ易い。また、下部電極層２の上面が凹凸を有するため、溝部Ｐ２内の下部電極層２の上面に光吸収層３１の一部が削られずに残り易い。その結果、接続部４５と下部電極層２との電気的な接続において電気抵抗が増大し得る。したがって、光電変換装置における変換効率の低下を招き得る。さらに、上面に所望の凹凸を有するテクスチャー基板を準備する工程に煩雑な作業を要し、光電変換装置を形成するために要するコストの上昇も招き得る。
【００７８】
そこで、図１７で示されるように、基板１の略平坦な上面の上に下部電極層２が配され、該下部電極層２の略平坦な上面の上に上面がうねっている光吸収層３１Ａが形成される構成が考えられる。つまり、光吸収層３１Ａの−Ｚ側の主面（下面とも言う）が略平坦であり、光吸収層３１Ａの＋Ｚ側の主面（上面）が若干凹凸を有する構成が考えられる。
【００７９】
上記構成が採用されれば、光吸収層３１Ａの上面の面積が拡大するため、光吸収層３１Ａにおける光の吸収量が増大し得る。ここで、仮に、光吸収層の厚さが大き過ぎると光吸収層に割れ生じ易く、光吸収層が薄過ぎると特に長波長の光が光吸収層に吸収され難くなり得る。これに対して、光吸収層３１Ａには部分的に厚さが大きな部分と厚さが小さな部分とが混在している。このため、光吸収層３１Ａが、割れ難く、短波長の光Ｌｙ２だけでなく、長波長の光Ｌｙ３も吸収し易い。また、光吸収層３１Ａには部分的に厚さが小さな部分が存在するため、光吸収層３１Ａを形成に要する材料の低減が図られ得る。さらに、下部電極層２の上面が略平坦となり、下部電極層２の上面に光吸収層３１Ａの一部が削られずに残るような不具合も生じ難い。すなわち、上記構成が採用されれば、光吸収層３１Ａに吸収される光の量の増加によって光電変換装置における変換効率が上昇し得る。
【００８０】
上記構成については、光吸収層３１Ａに主に含まれる金属元素を含む溶液が下部電極層２の略平坦な上面に塗布される際に、下部電極層２の上面で該溶液がはじかれる性質が利用されることで、上面がうねっている光吸収層３１Ａが形成され得る。
【００８１】
なお、この構成では、光吸収層３１Ａのうち、基板１の上面を基準として、うねりの山の最も高い場所の高さと、うねりの谷の最も低い場所の高さとの差分Ｈ31pが、例えば、３０ｎｍ以上で且つ２００ｎｍ以下程度であれば良い。また、光吸収層３１Ａの上面におけるうねりの周期Ｗ31pは、例えば、２ｍｍ以上で且つ１０ｍｍ以下であれば良い。また、受光面の上方から各光電変換セルを平面透視した場合、光吸収層３１Ａの上面は、一辺が３００ｍｍ以上で且つ７００ｍｍ以下であり、他の一辺が６００ｍｍ以上で且つ１０００ｍｍ以下である略長方形の形状を有していれば良い。
【符号の説明】
【００８２】
１  基板
２  下部電極層
３  光電変換層
３１，３１Ａ  光吸収層
３２  バッファ層
４  上部電極層
４ｄ  凹部
４ｄ1  第１凹部
４ｄ2  第２凹部
５  線状導電部
５ｐ  粒子
１０  光電変換セル
１００  光電変換装置
【図１】
2013045965.tif 000003
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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