(57)【要約】  【課題】  基板のうち光電変換部が設けられた面積の比率を大きくしつつ、２枚の基板同士の間からの水の浸入を防止する。  【解決手段】  本発明の光電変換モジュールＭは、第１基板３ａと、第１基板３ａの上面と同じ高さに上面を有し、第１基板３ａから間を空けて一方向に近接した第２基板３ｂと、第１基板３ａの上面および第２基板３ｂの上面に対向する下面を有した第３基板１３と、第１基板３ａの上面に設けられた第１光電変換部１ａと、第２基板３ｂの上面に設けられた第２光電変換部１ｂと、第１基板３ａと第２基板３ｂとの間を埋めている封止材１６とを具備している。第１基板３ａと第２基板３ｂとの間からの水の浸入を封止材１６に防止しつつ、第１基板３ａと第２基板３ｂとにおいて、第１光電変換部１ａと第２光電変換部１ｂとを設けることができる面積の比率を大きくすることができる。【選択図】  図４
2016032041.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
該第１基板の上面と同じ高さに上面を有し、前記第１基板から間を空けて一方向に近接した第２基板と、
前記第１基板の上面および前記第２基板の上面に対向する下面を有した第３基板と、
前記第１基板の上面に設けられた第１光電変換部と、
前記第２基板の上面に設けられた第２光電変換部と、
前記第１光電変換部および前記第２光電変換部をまとめて取り囲んで封止するように、前記第１基板および前記第２基板と前記第３基板との間ならびに前記第１基板と前記第２基板との間を埋めている封止材と、
前記第１基板、前記第２基板、前記第３基板および前記封止材で囲まれた空間に充填された充填材とを具備する光電変換モジュール。
【請求項２】
前記第１基板の下面のうち前記第２基板側の第１端部および前記第２基板の下面のうち前記第１基板側の第２端部に対向する上面を有した支持材と、
前記第１端部、前記封止材および前記第２端部と前記支持材とを接着している接着材とを具備する、請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記接着材についての水の拡散係数が、前記封止材についての水の拡散係数よりも大きい、請求項２に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記封止材は、水を化学吸着する吸着剤を含む、請求項２または３に記載の光電変換モジュール。
【請求項５】
前記第１基板における前記第２基板側の端部を除いた外周部、前記第２基板における前記第１基板側の端部を除いた外周部、および前記第３基板の外周部を囲むとともに、前記一方向に直交する方向における前記支持材の端部が固定された枠部を具備する、請求項２ないし４のいずれか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、太陽光発電等に利用可能な太陽電池として用いられる光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電等に使用する光電変換モジュールには、様々な種類のものがある。その中でも、ＣＩＳ系（銅インジウムセレナイド系）、ＣＩＧＳ系（銅インジウムガリウムセレナイド系）等のカルコパイライト系の材料を光電変換部に使用した光電変換モジュールは、低コストで大面積の光電変換モジュールを容易に製造できる点から、研究開発が進められている。
【０００３】
このような光電変換モジュールは、ガラス基板上において、下部電極層と光電変換層と上部電極層とがこの順に積み重なっている光電変換部を備えている。そして、光電変換モジュールでは、光電変換部を、透光性の充填材としての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等によって被覆し、さらにこのＥＶＡの上にカバーガラスを積層している（例えば、特許文献１を参照）。
【０００４】
そして、光電変換モジュールの大型化に伴い、それぞれ光電変換部を備え、横に並んだ２枚のガラス基板を１枚のカバーガラスで保護する構成の光電変換モジュールが報告されている。このような構成により、ガラス基板上に光電変換層を製造する際の製造装置を大型化せずに、大型の光電変換モジュールを製造することが可能となる。
【０００５】
また、光電変換部に水が浸入すると、光電変換部が劣化し、光電変換効率が低下する。そこで、２枚のガラス基板を用いる光電変換モジュールでは、横に並んだ２枚のガラス基板同士の隙間からの水の浸入を防止するため、２枚のガラス基板上に備えられたそれぞれの光電変換部と隙間との間において、ガラス基板とカバーガラスとの間を埋める封止材が設けられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−２５２９７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
光電変換モジュールの光電変換効率は、光電変換部の面積により左右される。すなわち、光電変換モジュールにおいて、ガラス基板のうち光電変換部が設けられた面積の比率が大きいほど、光電変換効率は高くなる。そして、上記の２枚のガラス基板を用いる光電変換モジュールの構成では、ガラス基板のうち封止材が設けられる箇所には光電変換部を設けることができない。よって、ガラス基板において、封止材が設けられた面積の比率だけ、光電変換部が設けられた面積の比率が小さくなる。
【０００８】
本発明は、このような事情に鑑みて案出されたものであり、ガラス基板のうち光電変換部が設けられた面積の比率を大きくしつつ、２枚のガラス基板同士の隙間からの水の浸入を防止することができる光電変換モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１実施態様に係る光電変換モジュールは、第１基板と、該第１基板の上面と
同じ高さに上面を有し、前記第１基板から間を空けて一方向に近接した第２基板と、前記第１基板の上面および前記第２基板の上面に対向する下面を有した第３基板と、前記第１基板の上面に設けられた第１光電変換部と、前記第２基板の上面に設けられた第２光電変換部と、前記第１光電変換部および前記第２光電変換部をまとめて取り囲んで封止するように、前記第１基板および前記第２基板と前記第３基板との間ならびに前記第１基板と前記第２基板との間を埋めている封止材と、前記第１基板、前記第２基板、前記第３基板および前記封止材で囲まれた空間に充填された充填材とを具備する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、第１基板と第２基板との間を封止材が埋めている。よって、第１基板と第２基板との間からの水の浸入をこの封止材によって防止できるので、第１基板の上面のうち第２基板側の端部および第２基板の上面のうち第１基板側の端部には封止材を設ける必要がない。よって、第１基板と第２基板とにおいて、第１光電変換部と第２光電変換部とを設けることができる面積の比率を大きくすることができるので、光電変換効率を高くすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る光電変換モジュールを上面側から見た斜視図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る光電変換モジュールの上面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る光電変換モジュールを下面側から見た斜視図である。
【図４】図１の切断面線II−IIにて示した位置におけるＸＺ断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る光電変換モジュールの光電変換部の一例を模式的に示す斜視図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係る光電変換モジュールの光電変換部の一例を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る光電変換モジュールを上面側から見た斜視図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係る光電変換モジュールを下面側から見た斜視図である。
【図９】図７の切断面線III−IIIにて示した位置におけるＸＺ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の光電変換モジュールの各実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。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を付しており、重複する説明を省略している。また、図面は模式的に示したものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示されたものではない。さらに、図１〜図９には、後述する光電変換モジュールＭの光電変換部１における光電変換セル２の配列方向（図１の図面視左右方向）をＸ方向とする右手系のＸＹＺ座標系を示している。
【００１３】
＜第１実施形態に係る光電変換モジュール＞
本発明の第１実施形態に係る光電変換モジュールＭについて、図１〜図６を参照しながら説明する。
【００１４】
図１〜図４に示す光電変換モジュールＭは、光電変換部１（第１光電変換部１ａ、第２光電変換部１ｂ）、第１基板３ａ、第２基板３ｂ、第３基板１３、配線導体１４（配線導体１４ａ、配線導体１４ｂ）、封止材１６、端子ボックス１７（第１端子ボックス１７ａ、第２端子ボックス１７ｂ）および充填材１８を主に備えている。なお、図１において、
第３基板１３の上面（＋Ｚ方向側の主面）側から見ることができる充填材１８と、封止材１６のうち第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂをまとめて取り囲んでいる部分とは、図の煩雑さを回避するために図示を省略している。また、図２においても、充填材１８と第３基板１３とは、図の煩雑さを回避するために図示を省略している。
【００１５】
まず、図５〜図６を参照しながら、光電変換モジュールＭを構成する部材のうち光電変換部１について説明する。なお、第１基板３ａの上面（＋Ｚ方向側の主面）および第２基板３ｂの上面（＋Ｚ方向側の主面）にそれぞれ設けられた光電変換部１の構成は同じであるので、ここでは第１基板３ａの上面に設けられた光電変換部１を説明する。光電変換部１は、第１基板３ａの上面に複数の光電変換セル２が並べられて互いに電気的に直列に接続されている構造である。光電変換セル２は、下部電極層４、光吸収層５およびバッファ層６を含む光電変換層７、ならびに上部電極層８を主に備えている。なお、図５〜図６においては図示の都合上、隣接する２つの光電変換セル２ａ、２ｂのみを示しているが、実際は図面のＸ方向あるいはＹ方向に複数の光電変換セル２が平面的に配置されている。
【００１６】
図５〜図６において、下部電極層４は、第１基板３ａの上面に複数個が互いに間（分離溝部Ｐ１）を空けて一方向（Ｘ方向)に沿って並んでいる。以下では、これらの下部電極
層４を、一方向（Ｘ方向）において順に第１下部電極層４ａ、第２下部電極層４ｂおよび第３下部電極層４ｃという。
【００１７】
また、積層部９は、下部電極層４の上面（＋Ｚ方向側の主面）に複数個が互いに間（分離溝部Ｐ３）を空けて一方向（Ｘ方向)に沿って並んでいる。以下では、これらの積層部
９を、一方向において順に第１積層部９ａおよび第２積層部９ｂという。第１積層部９ａは、第１下部電極層４ａの上面から第１基板３の上面を経て第２下部電極層４ｂの上面にかけて設けられている。また、第２積層部９ｂは、第２下部電極層４ｂの上面から第１基板３の上面を経て第３下部電極層４ｃの上面にかけて設けられている。
【００１８】
積層部９は、光電変換層７および上部電極層８がこの順に積層された構成を有している。以下では、第１積層部９ａを構成する光電変換層７および上部電極層８を、それぞれ第１光電変換層７ａおよび第１上部電極層８ａという。同様に、第２積層部９ｂを構成する光電変換層７および上部電極層８を、それぞれ第２光電変換層７ｂおよび第２上部電極層８ｂという。
【００１９】
また、Ｙ方向に沿って延びている分離溝部Ｐ２が、第１積層部９ａの上面（＋Ｚ方向側の主面）から第２下部電極層４ｂの上面（＋Ｚ方向側の主面）に至るまで配されている。そして、接続導体１０は、分離溝部Ｐ２において−Ｘ方向側に位置する第１積層部９ａの側面に設けられている。そして、接続導体１０は、隣接する光電変換セル２ａ、２ｂのうち、一方の光電変換セル２ａの第１上部電極層８ａと、他方の光電変換セル２ｂの第２下部電極層４ｂとを電気的に接続している。このような構成によって、隣接する光電変換セル２ａ、２ｂ同士が直列接続されている。
【００２０】
また、光電変換部１は光電変換セル２の他に出力電極１２を含んでいる。具体的には、光電変換セル２ａの一端（−Ｘ方向）側および光電変換セル２ｂの他端（＋Ｘ方向）側の外周部には、光電変換部１で得られた電力を外部に出力するための出力電極１２（出力電極１２ａおよび出力電極１２ｂ）が設けられている。図５〜図６において、出力電極１２ａは、第１下部電極層４ａのうち第１積層部９ａが設けられていない領域をいう。また、出力電極１２ｂは、第３下部電極層４ｃのうち第２積層部９ｂが設けられていない領域をいう。
【００２１】
以下に、光電変換部１の各構成要素について詳細に説明する。なお、第１基板３ａにつ
いては、後述する。
【００２２】
下部電極層４は、第１基板３ａの上面（＋Ｚ方向側の主面）に設けられた、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）またはＡｕ（金）等の金属あるいはこれらの金属の積層体からなる導電体である。下部電極層４は、スパッタリング法または蒸着法等の薄膜形成手法を用いて、例えば０．２〜１μｍ程度の厚みに形成される。分離溝部Ｐ１の幅、つまり第１下部電極層４ａと第２下部電極層４ｂとの間隔は、例えば２０〜２００μｍ程度である。
【００２３】
光吸収層５は、下部電極層４の上面（＋Ｚ方向側の主面）に設けられた、第１導電型（ここではｐ型の導電型）を有する半導体層であり、例えば１〜３μｍ程度の厚みを有している。光吸収層５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結晶シリコン（ａ−Ｓｉ）等が用いられる。比較的高い光電変換効率を有するという観点では、例えばＩ−III−VI族化合物等の金属カルコゲナイドが光吸収層５の材料として用いられる。
【００２４】
ここで、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、Ｃ
ＩＳ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）が挙げられる。
【００２５】
バッファ層６は、光吸収層５の上面（＋Ｚ方向側の主面）に設けられた半導体層である。この半導体層は、光吸収層５の第１導電型とは異なる第２導電型（ここではｎ型の導電型）を有している。そして、バッファ層６は、光吸収層５とｐｎ接合を構成する態様で設けられており、例えば１０〜２００μｍ程度の厚みを有している。光電変換セル２では、ヘテロ接合を構成する光吸収層５とバッファ層６とにおいて光電変換が生じるため、光吸収層５とバッファ層６とが積層されて光電変換層７として機能している。
【００２６】
バッファ層６としては、ＣｄＳ（硫化カドミウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ２Ｓ３（硫化インジウム）、Ｉｎ２Ｓｅ３（セレン化インジウム）、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）、および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられる。この場合のバッファ層８は、例えばケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法等で形成される。なお、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）とは、Ｉｎを水酸化物および硫化物として含む混晶化合物である。また、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）は、ＺｎおよびＩｎをセレン化物および水酸化物として含む混晶化合物である。また、（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏは、ＺｎおよびＭｇを酸化物として含む混晶化合物である。
【００２７】
上部電極層８は、バッファ層６の上面（＋Ｚ方向側の主面）に設けられた透明導電膜である。また、上部電極層８は、バッファ層６よりも電気抵抗率の低い層であるので、光電変換層７で生じた電荷を良好に取り出すことが可能となる。光電変換効率をより高めるという観点からは、上部電極層８は、電気抵抗率が１×１０−４Ω・ｃｍ以下で、シート抵抗が１０００Ω／□以下であればよい。
【００２８】
上部電極層８は、例えばＩＴＯ、ＡＺＯおよびＢＺＯ等の０．０５〜３μｍ程度の透明導電膜である。なお、ＩＴＯとは、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム）にＳｎＯ２（酸化スズ）を添加した金属酸化物である。また、ＡＺＯまたはＢＺＯとは、それぞれＺｎＯにＡｌまたはＢ（ホウ素）を添加した金属酸化物である。
【００２９】
接続導体１０は、分離溝部Ｐ２において、−Ｘ方向側に位置する積層部９の側面に設け
られ、一方の光電変換セル２の上部電極層８と隣接する他方の光電変換セル２の下部電極層４とを電気的に接続している。接続導体１０は、金属や導電性ペースト等からなる導電性の接続部である。そして、接続導体１０のＹ方向の幅は、例えば５０〜４００μｍ程度である。
【００３０】
また、集電電極１１が、上部電極層８の上面（＋Ｚ方向側の主面）に形成されていてもよい。これによって、光電変換層７で生じた電荷をさらに良好に取り出すことができる。集電電極１１は、例えば図５に示すように、光電変換セル２の一端から接続導体１０にかけて帯状に形成されている。これによって、光電変換層７で生じた電流が上部電極層８を介して集電電極１１に集電され、接続導体１０を介して隣接する光電変換セル２に良好に伝送される。
【００３１】
集電電極１１は、光吸収層５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、例えば５０〜４００μｍ程度の幅を有している。また、集電電極１１は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。
【００３２】
接続導体１０および集電電極１１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がパターン状に印刷され、これが硬化されることによって形成される。
【００３３】
出力電極１２ａ、１２ｂは、各光電変換セル２から得られた電力を外部に出力するためのものである。出力電極１２ａおよび出力電極１２ｂは、一方が正極であり、他方が負極である。そして、出力電極１２ａは、光電変換セル２ａの−Ｘ方向に電気的に接続されている。出力電極１２ｂは、光電変換セル２ｂの＋Ｘ方向に電気的に接続されている。具体的には、出力電極１２ａおよび出力電極１２ｂは下部電極層４の一部をそれぞれ延ばして形成されている。
【００３４】
次に、図１〜図４を参照しながら、第１基板３ａ、第２基板３ｂ、第３基板１３、配線導体１４（配線導体１４ａ、配線導体１４ｂ）、封止材１６、端子ボックス１７（第１端子ボックス１７ａ、第２端子ボックス１７ｂ）および充填材１８について説明する。
【００３５】
本発明の第１実施形態において、第２基板３ｂは、第１基板３ａの上面（＋Ｚ方向側の主面）と同じ高さに上面を有し、第１基板３ａから間を空けて一方向（Ｘ方向）に近接している。そして、第１基板３ａの上面および第２基板３ｂの上面には、それぞれ光電変換部１が設けられている。以下では、第１基板３ａの上面および第２基板３ｂの上面に設けられた光電変換部１を、それぞれ第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂという。また、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂは、光電変換セル２を２個以上配列して構成されている。つまり、図１〜図２に示すように、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂにおいて、−Ｘ方向に位置する光電変換セル２に出力電極１２ａが、＋Ｘ方向に位置する光電変換セル２に出力電極１２ｂがそれぞれ電気的に接続されている。
【００３６】
そして、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂにおいて、出力電極１２ａ上に配線導体１４ａが、出力電極１２ｂ上に配線導体１４ｂがそれぞれ設けられている。また、配線導体１４ａおよび配線導体１４ｂは、一方が正極であり、他方が負極である。
【００３７】
配線導体１４ａおよび配線導体１４ｂは、図１〜図２に示すように、第１基板３ａおよび第２基板３ｂにそれぞれ設けられた開口部１５ａおよび開口部１５ｂを通過して、第１基板３ａの下面（−Ｚ方向側の主面）側および第２基板３ｂの下面（−Ｚ方向側の主面）側に引き出されている。そして、配線導体１４ａおよび配線導体１４ｂは、第１基板３ａの下面および第２基板３ｂの下面にそれぞれ設けられた端子ボックス１７の内まで延びて
いる。以下では、図３に示すように、第１基板３ａの下面および第２基板３ｂの下面に設けられた端子ボックス１７を、それぞれ第１端子ボックス１７ａおよび第２端子ボックス１７ｂという。
【００３８】
第３基板１３は、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂと接触せずに、第１基板３ａの上面および第２基板３ｂの上面に対向するように配置されている。さらに、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂをまとめて取り囲んで封止するように、第１基板３ａおよび第２基板３ｂと第３基板１３との間ならびに第１基板３ａと第２基板３ｂとの間を埋めるように封止材１６が設けられている。封止材１６による効果については後述する。また、第１基板３ａ、第２基板３ｂ、第３基板１３および封止材１６で囲まれた空間に充填材１８が充填されている。
【００３９】
以下に、光電変換モジュールＭのうち光電変換部１（第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂ）を除いた各構成要素について詳細に説明する。
【００４０】
第１基板３ａは、第１光電変換部１ａを支持するためのものである。第１基板３ａに用いられる材料としては、例えばガラス、セラミックス、樹脂または金属等が挙げられる。第２基板３ｂは、第２光電変換部１ｂを支持するためのものである。第２基板３ｂに用いられる材料としては、例えばガラス、セラミックスまたは金属等が挙げられる。光電変換モジュールＭの特性のばらつきを低減する観点からは、第１基板３ａの材料と第２基板３ｂの材料は同じであることが望ましい。
【００４１】
また、第１基板３ａおよび第２基板３ｂの形状は、特に限定されるものではないが、第１基板３ａの＋Ｘ方向側の端および第２基板３ｂの−Ｘ方向側の端はＹ方向に対して略平行であることが好ましい。このような形状により、第１基板３ａと第２基板３ｂとをより近接させることができる。具体的には、第１基板３ａおよび第２基板３ｂの形状は、ＸＹ面で平面視したときに、矩形状であることが望ましい。そして、矩形状の第１基板３ａにおいて、Ｘ方向の幅が３００〜１５００ｍｍ程度で、Ｙ方向の幅が３００〜１５００ｍｍ程度で、Ｚ方向の厚みが０.７〜４ｍｍ程度であればよい。また、矩形状の第２基板３ｂ
は、第１基板３ｂと同等の大きさであればよい。これにより、第１基板３ａと第２基板３ｂとの間が０．５〜１０ｍｍ程度になるまで、第１基板３ａに第２基板３ｂを近接させることができる。
【００４２】
第３基板１３は、第１基板３ａの上面および第２基板３ｂの上面に対向するように配置されており、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂ等を外部から保護する機能を有している。また、この第３基板１３の形状および大きさは、第１基板３ａと第２基板３ｂとを合わせた形状および大きさと同等であればよい。第３基板１３は、光透過率および必要な強度の点から、例えば風冷強化した白板ガラス等を用いることができる。
【００４３】
配線導体１４は、光電変換部１の出力を外部に導く機能を有している。また、配線導体１４は、図１〜図２に示すように、光電変換部１の出力電極１２に電気的に接続されており、ＸＹ面で平面視したときに、光電変換部１のＸ方向の両端に配置されている帯状の導体である。
【００４４】
配線導体１４には、例えば銅、銀またはアルミニウム等の金属を含む金属箔、およびこれらの金属を複数含む合金箔を利用できる。また、良好な導電性を有する観点から、配線導体１４は厚みが５０〜４００μｍ程度で、幅が１〜４ｍｍ程度であればよい。この配線導体１４と出力電極１２とは、例えば半田もしくは導電性接着剤を用いた接合方法または溶接法等で接続されている。溶接法とは、配線導体１４および出力電極１２の接触部を加熱溶融または加圧溶融することによって接合する方法であり、例えば超音波振動を加えな
がら加圧する。
【００４５】
開口部１５は、第１基板３ａおよび第２基板３ｂにおいて、上面から下面に向かって形成された、第１基板３ａおよび第２基板３ｂを貫通する孔である。また、開口部１５の半径は、配線導体１４を通す観点から、０．７５〜２．５ｍｍ程度であればよい。なお、第１基板３ａおよび第２基板３ｂが金属、ガラスまたはプラスチックである場合には、開口部１５は、ドリル等を用いた機械加工法およびＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザー等によるレーザー加工法等で形成できる。
【００４６】
端子ボックス１７は、光電変換部１の電力を外部に出力できるようにする役割を有する。このような端子ボックス１７は、ポリフェニレンエーテル樹脂またはＡＢＳ樹脂等からなる箱体内に、銅およびステンレス銅等からなるターミナルを備えている。そして、配線導体１４は、ターミナルに電気的に接続されている。また、ターミナルには、外部の機器と接続するための接続ケーブル（図示せず）が取り付けられている。
【００４７】
封止材１６は、図２および図４に示すように、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂをまとめて取り囲んで封止するように、第１基板３ａおよび第２基板３ｂと第３基板１３との間ならびに第１基板３ａと第２基板３ｂとの間を埋めている。この封止材１６のうち第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂをまとめて取り囲こみ、第１基板３ａおよび第２基板３ｂと第３基板１３との間を埋めている部分（以降、第１封止材１６ａと表記する）により、第１基板３ａおよび第２基板３ｂと第３基板１３との間からの水の浸入を防止することができる。また、封止材１６のうち第１基板３ａと第２基板３ｂとの間を埋めている部分（以降、第２封止材１６ｂと表記する）により、第１基板３ａと第２基板３ｂとの間からの水の浸入を防止することができる。つまり、第１基板３ａの上面において、＋Ｘ方向側の端部に封止材１６を形成する必要がないので、第１光電変換部１ａを第１基板３ａの＋Ｘ方向側の端近傍まで形成することができる。同様に、第２基板３ｂの上面において、−Ｘ方向側の端部に封止材１６を形成する必要がないので、第２光電変換部１ｂを第２基板３ｂの−Ｘ方向側の端近傍まで形成することができる。つまり、第１基板３ａにおいて、第１光電変換部１ａが占める面積の比率を大きくできる。また、同様に、第２基板３ｂにおいて、第２光電変換部１ｂが占める面積の比率を大きくできる。よって、光電変換モジュールＭの光電変換効率をより高くすることができる。
【００４８】
このような封止材１６としては、水蒸気透過度の低い樹脂を利用できる。水蒸気透過度の低い樹脂とは、例えばブチルゴム、ウレタン樹脂およびオレフィン系樹脂等がある。なお、水蒸気透過度が低いとは、水蒸気透過度が２０ｇ／（ｍ２・ｄａｙ）以下であればよい。そして、樹脂の水蒸気透過度は、カップ法またはモコン法で測定することができる。カップ法とは、ＣａＣｌ２（塩化カルシウム）等の吸湿材が入っているカップを樹脂で封止し、樹脂を透過した水蒸気を吸湿材に吸水させ、吸水した吸湿材の重量の変化から樹脂の透湿度を測定する方法である。モコン法とは、樹脂を透過する水蒸気を赤外線センサーで測定する方法である。また、高温高湿の環境下においても良好に封止を維持できる観点からは、封止材１６は、２００℃以上の耐熱性を有することが望ましい。
【００４９】
充填材１８は、図４に示すように、第１基板３ａ、第２基板３ｂ、第３基板１３および封止材１６で囲まれた空間に充填されており、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂを保護する機能を有している。つまり、充填材１８は、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂを覆うように、第１基板３ａ、第２封止材１６ｂおよび第２基板３ｂと第３基板１３との間を充填している。このように、第２封止材１６ｂ上にも充填材１８が設けられていることで、光電変換モジュールＭの上面のうち第２封止材１６ｂに対向する部分に対して斜めに入射してくる光も、充填材１８を介して第１光電変換部１ａまたは第２光電変換部１ｂに到達させることができる。このような充填材１８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が挙げられる。なお、ＥＶＡには、樹脂の架橋を促進すべく、トリアリルイソシアヌレート等の架橋剤が含まれていてもよい。また、ＥＶＡ以外にも、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂に架橋剤を添加して熱硬化の特性を持たせた樹脂であれば、充填材１８として利用できる。具体的には、アイオノマーまたはポリビニルブチラールを主成分とする樹脂も利用できる。
【００５０】
次に、本発明の第１実施形態に係る光電変換モジュールＭの製造方法の一例について説明する。
【００５１】
まず、洗浄された第１基板３ａの略全面に、スパッタリング法等を用いてＭｏ等からなる下部電極層４を成膜する。そして、下部電極層４の上面のうちのＹ方向に沿った直線状の形成対象位置からその直下の第１基板３ａの上面にかけて、分離溝部Ｐ１を形成する。分離溝部Ｐ１は、ＹＡＧレーザー等のレーザー光を走査しつつ形成対象位置に照射することで溝加工を行なう、レーザースクライブ加工法によって形成することが好ましい。
【００５２】
分離溝部Ｐ１を形成した後に、下部電極層４の上面に、光吸収層５とバッファ層６と上部電極層８とをこの順に形成する。
【００５３】
光吸収層５は、光吸収層５の構成元素を含む前駆体層を形成した後に、これを結晶化可能な温度で焼成することによって形成する。この前駆体層は、スパッタリング法または蒸着法等のいわゆる真空プロセスによって形成できる。また、前駆体層は、例えば塗布法または印刷法と称されるプロセスによって形成することもできる。塗布法または印刷法と称されるプロセスとは、光吸収層５の構成元素の錯体溶液を下部電極層４の上面に塗布して皮膜形成を行なうプロセスである。
【００５４】
バッファ層６は、ケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法によって形成する。例えば塩化インジウムとチオアセトアミドとを塩酸を含む酸性の溶液に溶解した後に、これに光吸収層５の形成までが行なわれた第１基板３ａを浸漬し、光吸収層５にＩｎ２Ｓ３を含むバッファ層６を形成する。
【００５５】
上部電極層８は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等で形成する。例えばバッファ層６の上面に、ＡＺＯからなる透明な上部電極層８を形成する。
【００５６】
バッファ層６および上部電極層８を形成した後に、上部電極層８の上面のうちのＹ方向に沿った直線状の形成対象位置からその直下の下部電極層４の上面にかけて、分離溝部Ｐ２を形成する。分離溝部Ｐ２は、分離溝部Ｐ１よりも若干＋Ｘ方向にずれた位置に形成する。分離溝部Ｐ２は、例えば４０〜５０μｍ程度のスクライブ幅のスクライブ針を用いたメカニカルスクライブ加工法を用いて形成できる。このとき、分離溝部Ｐ２によって分断された光電変換層７および上部電極層８がこの順に積層された積層体が、積層部９に相当する。
【００５７】
次に、隣接する積層部９において、一方の積層部９の上面から分離溝部Ｐ２内の下部電極層４を経て他方の積層部９の上面にかけて帯状の導体を形成する。帯状の導体は、例えばＡｇ等の金属粉が樹脂バインダー等に分散されている導電性を有するペースト（導電性ペースト）を、所望のパターンを描くように印刷し、これを加熱硬化することで形成することができる。
【００５８】
次に、帯状の導体の上面のうちのＹ方向に沿った直線状の形成対象位置からその直下の下部電極層４の上面にかけて、分離溝部Ｐ３を形成する。分離溝部Ｐ３は、分離溝部Ｐ２よりも若干＋Ｘ方向にずれた位置に形成する。分離溝部Ｐ３は、例えば４０〜５０μｍ程
度のスクライブ幅のスクライブ針を用いたメカニカルスクライブ加工法を用いて形成できる。このとき、帯状の導体のうち分離溝部Ｐ２内に設けられた部分が接続導体１０に、積層部９の上面に設けられた部分が集電電極１１に相当する。そして、この工程によって複数の光電変換セル２に分割することで、図５〜図６に示した第１光電変換部１ａを得る。
【００５９】
同様に、上述した製造方法により、第２基板３ｂの上面に第２光電変換部１ｂを形成する。
【００６０】
次に、メカニカルスクライブ加工法またはレーザースクライブ加工法等によって、第１光電変換部１ａの外周部のうち＋Ｘ方向側の端部を除いた部分を外側から内側にかけて１〜２０ｍｍ程度を除去する。同様に、第２光電変換部１ｂの外周部のうち−Ｘ方向側の端部を除いた部分を外側から内側にかけて１〜２０ｍｍ程度を除去する。そして、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂにおいて、Ｘ方向における両端に位置する光電変換セル２について、例えばメカニカルスクライブ加工法、レーザースクライブ加工法またはブラスト加工法等を用いて、光吸収層５、バッファ層６、上部電極層８および集電電極１１等を１〜４ｍｍ程度の幅で削り取って、下部電極層４の一部を露出させる。これによって、光電変換セル２ａの一端部に出力電極１２ａを形成し、光電変換セル２ｂの他端部に出力電極１２ｂを形成する。
【００６１】
次に、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂの出力電極１２上に配線導体１４を半田もしくは導電性接着剤を用いた接合方法または溶接法等で接続する。
【００６２】
次に、第１基板３ａと第２基板３ｂとの間を第２封止材１６ｂで埋める。さらに、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂをまとめて取り囲むように、第１基板３ａおよび第２基板３ｂの上面に第１封止材１６ａを配置する。次に、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂを覆うように、ＥＶＡ等の充填材１２を第１基板３ａ、第２基板３ｂおよび封止材１６で囲まれた空間に配置する。そして、第１封止材１６ａに接触するように、第３基板１３を配置する。次に、この積層体をラミネート装置にセットし、１０〜１５０Ｐａ程度の減圧下において、９０〜１８０℃程度の温度で５〜３０分間程度加熱しながらダイヤフラムを各部材に押し当てることで各部材を一体化する。以上の工程によって、光電変換モジュールＭを作製する。
【００６３】
また、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、例えば後述する第２実施形態に係る光電変換モジュールＭ１および第３実施形態に係る光電変換モジュールＭ２のような構成としてもよい。
【００６４】
＜第２実施形態に係る光電変換モジュール＞
本発明の第２実施形態に係る光電変換モジュールＭ１について説明する。
【００６５】
光電変換モジュールＭ１は、図７〜図９に示すように、第１基板３ａの下面のうち第２基板３ｂ側（＋Ｘ方向側）の第１端部Ａおよび第２基板３ｂの下面のうち第１基板側（−Ｘ方向側）の第２端部Ｂに対向する上面を有した支持材２０と、第１端部Ａ、封止材１６および第２端部Ｂと支持材２０とを接着している接着材１９とを具備している点で、光電変換モジュールＭと異なる。この構成により、第１基板３ａと第２基板３ｂとの間から水が浸入するためには、第１基板３ａと支持板２０との間または第２基板３ｂと支持板２０との間を水が通って浸入する必要がある。つまり、第１端部ＡのＸ方向の幅または第２端部ＢのＸ方向の幅の分だけ水の浸入経路の長さを長くすることができるので、第１基板３ａと第２基板３ｂとの間からの水の浸入を防止することができる。そして、水の浸入を防止する観点からは、第１端部ＡのＸ方向の幅および第２端部ＢのＸ方向の幅は、１０ｍｍ以上が望ましい。
【００６６】
支持板２０は、接着材１９を介して第１基板３ａと第２基板３ｂとの間を塞ぐように設けられており、Ｚ方向側からの第１基板３ａと第２基板３ｂとの間への水の浸入を防止するためのものである。また、第１基板３ａおよび第２基板３ｂに比べて、封止材１６の機械的強度は低い。よって、この支持板２０により、第１基板３ａと第２基板３ｂの間を埋めている第２封止材１６ｂを補強することで、光電変換モジュールＭ１の機械的強度を高めることができる。
【００６７】
支持板２０に用いられる材料としては、例えばセラミックス、樹脂または金属等が挙げられる。また、支持材２０の形状は、特に限定されるものではないが、支持材２０と接着材１９とが良好に接着できるように、ＸＹ面で平面視したときに矩形状であることが望ましい。そして、光電変換モジュールＭ１において、接着材１９と支持材２０とを含む各部材は、ラミネート装置によってダイヤフラムを各部材に押し当てることで各部材を一体化する。よって、支持材２０の機械的強度を維持しつつ、ラミネート装置で良好に各部材を一体化できるように、支持材２０の＋Ｚ方向の厚みは０．５〜１５ｍｍが好ましい。
【００６８】
接着材１９は、第１端部Ａ、第２封止材１６ｂおよび第２端部Ｂと支持材２０とを接着し、第１端部Ａ、第２封止材１６ｂおよび第２端部Ｂと支持材２０との間で水の浸入を防止するものである。そして、このような接着材１９としては、封止材１６と同様に水蒸気透過度の低い樹脂を利用できる。第１端部Ａ、第２封止材１６ｂおよび第２端部Ｂと支持材２０との間で水の浸入を良好に防止するとともに、接着材１９の接着性を良好に維持するという観点からは、接着材１９のＺ方向の厚みは０．２〜０．８ｍｍ程度であることが好ましい。
【００６９】
また、接着材１９についての水の拡散係数が、封止材１６についての水の拡散係数よりも大きくてもよい。これにより、第１基板３ａおよび第２基板３ｂと支持板２０との間に水が浸入したとしても、接着材１９についての水の拡散係数が封止材１６についての水の拡散係数よりも大きいために、水が接着材１９で保持されやすくなり、封止材１６まで水が進行するのを有効に低減することができる。このような接着材１９としては、各種樹脂を、接着材１９についての水の拡散係数が封止材１６についての水の拡散係数よりも大きくなるような組合せで用いればよい。具体的には、封止材１６がブチルゴム（水の拡散係数：３．０３×１０−８ｃｍ２／ｓｅｃ）であるとすると、接着材１９としては環状オレフィン系重合体（水の拡散係数：１．３７×１０−５ｃｍ２／ｓｅｃ）やポリスチレン（水の拡散係数：１．４５×１０−５ｃｍ２／ｓｅｃ）等の樹脂を利用することができる。
【００７０】
封止材１６および接着材１９における水の拡散係数は、以下のように算出できる。まず、封止材１６および接着材１９の一部を厚みｔ（ｃｍ）のシート状に成形して試験片を作製する。そして、ＪＩＳ規格のＪＩＳ Ｋ ７２０９に準拠した方法を用いて、試験片を透過する水量を測定する。このとき、水の透過開始からの時間（ｓｅｃ）を横軸に、透過した水分量の積分値（ｇ／ｃｍ２）を縦軸にして、測定した数値をプロットしたグラフを作成する。次に、プロットした数値に対して最小二乗法を適用し、近似直線を得る。そして、この近似直線がグラフの横軸（ｙ＝０）と交差する点から求めた時間を遅れ時間θ（ｓｅｃ）とする。そして、拡散係数Ｄの算出式であるＤ＝ｔ２／（６θ）に、求めた遅れ時間θおよび厚みｔを代入することによって、封止材１６および接着材１９における水の拡散係数を算出する。
【００７１】
また、封止材１６は、水を化学吸着する吸着剤を含んでいてもよい。これにより、接着材１９まで水が浸入したとしても、封止材１６が含む吸着剤による強い吸着力で水が吸着されることで、第１光電変換部１ａおよび第２光電変換部１ｂまで水が浸入することを防止することができる。水を化学吸着する吸着剤としては、例えばＣａＯ（酸化カルシウム
）、Ｎａ２Ｏ（酸化ナトリウム）、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＣａＣｌ２（塩化カルシウム）、Ｎａ２ＳＯ４（硫酸ナトリウム無水塩）、ＣｕＳＯ４（硫酸銅無水塩）またはＣａＳＯ４（硫酸カルシウム）等がある。特に、低湿度の環境下においては、低湿度での水分吸収容量が大きく潮解しにくい性質を有するＣａＯを、水を化学吸着する吸着剤として用いることが望ましい。また、水を化学吸着する吸着剤の粒径は、例えば１〜５０μｍ程度である。
【００７２】
＜第３実施形態に係る光電変換モジュール＞
本発明の第３実施形態に係る光電変換モジュールＭ２について説明する。
【００７３】
光電変換モジュールＭ２は、第１基板３ａにおける第２基板３ｂ側（＋Ｘ方向側）の端部を除いた外周部、第２基板３ｂにおける第１基板３ａ側（−Ｘ方向側）の端部を除いた外周部、および第３基板１３の外周部を囲むとともに、一方向（Ｘ方向）に直交する方向（Ｙ方向）における支持材２０の端部が固定された枠部を具備していている点で、光電変換モジュールＭ１と異なる。この枠部により、支持材２０が固定されるため、光電変換モジュールＭ２の機械的強度を向上させることができる。また、枠部が光電変換モジュールＭ２の外周部を囲っていることで、第１基板３ａおよび第２基板３ｂと第３基板１３との間からの水の浸入を防止することができる。なお、枠部の材料としては、例えばアルミニウムおよびステンレス等が挙げられる。
【００７４】
なお、本発明は上述の実施の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、改良等が可能である。
【符号の説明】
【００７５】
Ｍ、Ｍ１、Ｍ２：光電変換モジュール
１、１ａ、１ｂ：光電変換部
３ａ：第１基板
３ｂ：第２基板
１３：第３基板
１６、１６ａ、１６ｂ：封止材
１８：充填材
【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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