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技術 光電変換装置及び光電変換モジュール

出願人 パナソニックIPマネジメント株式会社
発明者 成田知岐中村優也
出願日 2011年12月27日 (8年11ヶ月経過) 出願番号 2012-555705
公開日 2014年7月3日 (6年5ヶ月経過) 公開番号 WO2012-105146
状態 拒絶査定
技術分野 光起電力装置
主要キーワード 断面角型 ノコギリ歯状 複数列状 端縁領域 表面導電層 ジグザグパターン 各光電変換装置 TCO膜
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (10)

課題・解決手段

光電変換装置11は、受光面及び裏面にテクスチャ構造が形成された光電変換部20と、光電変換部20の受光面に設けられた受光面電極30と、光電変換部20の裏面に設けられた裏面電極40とを備える。裏面電極40は、光電変換部20の裏面に積層された透明導電膜41と、透明導電膜41上の略全面に積層されるとともに、テクスチャ構造を反映した表面凹凸を含むように薄く形成された金属膜42と、金属膜42上に形成され、該金属膜42の表面凹凸高さ以上の厚みを有する突起電極43とを含む。

概要

背景

特許文献1には、光電変換部と、光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、光電変換部の裏面に設けられた裏面電極とを備える光電変換装置が開示されている。この光電変換装置では、受光面電極及び裏面電極のそれぞれが、複数のフィンガー電極部と、複数のフィンガー電極部に電気的に接続されたバスバー電極部とを備えている。

概要

光電変換装置11は、受光面及び裏面にテクスチャ構造が形成された光電変換部20と、光電変換部20の受光面に設けられた受光面電極30と、光電変換部20の裏面に設けられた裏面電極40とを備える。裏面電極40は、光電変換部20の裏面に積層された透明導電膜41と、透明導電膜41上の略全面に積層されるとともに、テクスチャ構造を反映した表面凹凸を含むように薄く形成された金属膜42と、金属膜42上に形成され、該金属膜42の表面凹凸高さ以上の厚みを有する突起電極43とを含む。

目的

本発明に係る光電変換装置によれば、改善された光電変換効率を有し、信頼性の高いモジュール構築可能な光電変換装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
3件

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請求項1

受光面及び裏面にテクスチャ構造が形成された光電変換部と、前記光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、前記光電変換部の裏面に設けられた裏面電極と、を備え、前記裏面電極は、前記光電変換部の裏面に積層された透明導電膜と、前記透明導電膜上の略全面に積層され、前記テクスチャ構造を反映した表面凹凸を有する金属膜と、前記金属膜上に形成され、該金属膜の表面凹凸高さ以上の厚みを有する突起電極と、を含む光電変換装置

請求項2

請求項1に記載の光電変換装置であって、前記突起電極は、受光面電極の厚みよりも薄く形成された光電変換装置。

請求項3

請求項1又は2に記載の光電変換装置であって、前記金属膜は、前記透明導電膜上の全面に積層された光電変換装置。

請求項4

請求項1〜3のいずれか1に記載の光電変換装置であって、前記金属膜の反射率は、少なくとも波長800nm〜1200nmの赤外領域の光について、前記透明導電膜の反射率よりも高い光電変換装置。

請求項5

請求項1〜3のいずれか1に記載の光電変換装置であって、前記金属膜は、少なくともAgを含む膜である光電変換装置。

請求項6

請求項1〜5のいずれか1に記載の光電変換装置であって、前記光電変換部は、結晶系半導体基板と、前記結晶系半導体基板の裏面に積層された非晶質半導体膜と、を含み、前記透明導電膜は、前記非晶質半導体膜の裏面に積層されている光電変換装置。

請求項7

光電変換装置と、前記光電変換装置に電気的に接続された配線材と、を備え、前記光電変換装置は、光電変換部と、前記光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、前記光電変換部の裏面に積層された透明導電膜、前記透明導電膜上の略全面に積層された金属膜、及び前記金属膜上に形成された突起電極を有する裏面電極と、を含み、前記配線材は、接着剤を介して前記突起電極に電気的に接続され、前記金属膜上の前記突起電極の周囲の少なくとも一部において前記接着剤により前記金属膜上に直接接着されている光電変換モジュール

請求項8

請求項7に記載の光電変換モジュールにおいて、前記配線材は、その側面に前記接着剤が付着しており、該側面と前記金属膜とが前記接着剤により直接接着されている光電変換モジュール。

請求項9

請求項7又は8に記載の光電変換モジュールであって、前記金属膜は、前記透明導電膜上の全面に積層された光電変換モジュール。

請求項10

請求項7〜9のいずれか1に記載の光電変換モジュールであって、前記光電変換部の前記受光面及び前記裏面には、テクスチャ構造が形成されると共に、前記金属膜は、該テクスチャ構造を反映した表面凹凸を含むように薄く形成され、前記突起電極の厚みは、前記金属膜の表面凹凸高さ以上受光面電極の厚み未満である光電変換モジュール。

請求項11

請求項7〜10のいずれか1に記載の光電変換モジュールであって、前記配線材は、少なくとも前記金属膜上の前記突起電極の幅方向片側において、前記接着剤により前記金属膜上に直接接着されている光電変換モジュール。

請求項12

請求項11に記載の光電変換モジュールであって、前記配線材は、前記金属膜上の前記突起電極の幅方向両側において、前記接着剤により前記金属膜上に直接接着されている光電変換モジュール。

請求項13

請求項11又は12に記載の光電変換モジュールであって、前記配線材は、前記突起電極よりも幅広であり、少なくとも該突起電極の幅方向片側から張り出した状態で互いに接続されている光電変換モジュール。

請求項14

請求項7〜10のいずれか1に記載の光電変換モジュールであって、前記配線材は、前記金属膜上の前記突起電極の全周囲に亘って、前記接着剤により前記金属膜上に直接接着されている光電変換モジュール。

請求項15

請求項7〜10のいずれか1に記載の光電変換モジュールであって、複数の前記突起電極が、互いに間隔をあけて列状に並んで配置され、前記配線材は、隣り合う前記突起電極の間隙において、前記接着剤により前記金属膜上に直接接着されている光電変換モジュール。

請求項16

請求項7〜15のいずれか1に記載の光電変換モジュールであって、前記金属膜の反射率は、少なくとも波長800nm〜1200nmの赤外領域の光について、前記透明導電膜の反射率よりも高い光電変換モジュール。

請求項17

請求項7〜16のいずれか1に記載の光電変換モジュールであって、前記金属膜は、少なくともAgを含む膜である光電変換モジュール。

請求項18

請求項7〜17のいずれか1に記載の光電変換モジュールであって、前記光電変換部は、結晶系半導体基板と、前記結晶系半導体基板の裏面に積層された非晶質半導体膜と、を含み、前記透明導電膜は、前記非晶質半導体膜の裏面に積層されている光電変換モジュール。

技術分野

0001

本発明は、光電変換装置及び光電変換モジュールに関する。

背景技術

0002

特許文献1には、光電変換部と、光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、光電変換部の裏面に設けられた裏面電極とを備える光電変換装置が開示されている。この光電変換装置では、受光面電極及び裏面電極のそれぞれが、複数のフィンガー電極部と、複数のフィンガー電極部に電気的に接続されたバスバー電極部とを備えている。

先行技術

0003

特開2009‐290234号公報

発明が解決しようとする課題

0004

太陽電池等の光電変換装置では、赤外領域の光の透過が問題となる。加えて、光電変換部の薄膜化が進むにつれて、他の領域の光の透過も問題となってきている。そこで、光の利用効率の向上を図り、光電変換効率をさらに高めることが求められている。

0005

一方、光電変換効率を高めても、光電変換装置をモジュール化したときに、光電変換装置で発電された電力をうまく取り出せなければ、高い光電変換効率を活かすことができない。光電変換モジュールは、複数の光電変換装置と、各光電変換装置を電気的に接続する配線材とを備える。光電変換モジュールにおいて、光電変換装置と配線材との電気的接続が不良であると抵抗損失が大きくなるため、両者間の良好な接続を維持することは重要である。

課題を解決するための手段

0006

本発明に係る光電変換装置は、受光面及び裏面にテクスチャ構造が形成された光電変換部と、光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、光電変換部の裏面に設けられた裏面電極とを備え、裏面電極は、光電変換部の裏面に積層された透明導電膜と、透明導電膜上の略全面に積層され、テクスチャ構造を反映した表面凹凸を有する金属膜と、金属膜上に形成され、該金属膜の表面凹凸高さ以上の厚みを有する突起電極とを含む。

0007

本発明に係る光電変換モジュールは、光電変換装置と、光電変換装置に電気的に接続された配線材とを備え、光電変換装置は、光電変換部と、光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、光電変換部の裏面に積層された透明導電膜、透明導電膜上の略全面に積層された金属膜、及び金属膜上に形成された突起電極を有する裏面電極とを含み、配線材は、接着剤を介して突起電極に電気的に接続され、金属膜上の突起電極の周囲の少なくとも一部において接着剤により金属膜上に直接接着されている。

発明の効果

0008

本発明に係る光電変換装置によれば、改善された光電変換効率を有し、信頼性の高いモジュール構築可能な光電変換装置を提供することができる。
また、本発明に係る光電変換モジュールによれば、改善された光電変換効率を有し、信頼性の高い光電変換モジュールを提供することができる。

図面の簡単な説明

0009

本発明の実施形態である光電変換モジュールを模式的に示す断面図である。
本発明の実施形態である光電変換装置を受光面側から見た図である。
本発明の実施形態である光電変換装置を裏面側から見た図である。
図2,3のB‐B線断面を模式的に示す図である。
本発明の実施形態である光電変換装置において、突起電極及びその近傍を模式的に示す断面図である。
図5において、突起電極に配線材が接続された様子を示す図である。
配線材と突起電極との接続形態の変形例を示す図である。
突起電極の変形例を示す図である。
突起電極の他の変形例を示す図である。

実施例

0010

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
以下の実施形態は、単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に限定されない。また、実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法比率などは、現実の物体の寸法比率などとは異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

0011

まず初めに、図1を参照して、光電変換モジュール10の概略構成を説明する。

0012

図1は、光電変換モジュール10の一部を模式的に示す断面図である。
光電変換モジュール10は、複数の光電変換装置11と、各光電変換装置11を電気的に接続する配線材12とを備える。また、光電変換モジュール10は、光電変換装置11の受光面側を保護する第1保護部材13と、光電変換装置11の裏面側を保護する第2保護部材14とを備えることが好適である。そして、第1保護部材13と第2保護部材14との間には、封止材15が充填される。光電変換装置11と配線材12とは、接着剤16(後述の図6に参照)を用いて接続できる。

0013

ここで、「受光面」とは、光電変換モジュール10(光電変換装置11)の外部から光が主に入射する面を意味する。例えば、光電変換モジュール10(光電変換装置11)に入射する光のうち50%超過〜100%が受光面側から入射する。また、「裏面」とは、受光面と反対側の面を意味する。

0014

光電変換装置11は、太陽光等の光を受光することでキャリア電子及び正孔)を生成する光電変換部20と、光電変換部20の受光面に設けられた受光面電極30と、光電変換部20の裏面に設けられた裏面電極40とを備える。光電変換装置11では、光電変換部20で生成されたキャリアが受光面電極30及び裏面電極40により収集される。そして、受光面電極30及び裏面電極40に配線材12が電気的に接続され、配線材12を介してキャリアが電気エネルギーとしてモジュールの外部に取り出される。

0015

複数の光電変換装置11は、例えば、それぞれの受光面が同一平面上に並んで配置される。図1では、各光電変換装置11が等間隔で配置された形態を例示しており、1つの配線材12が隣接する光電変換装置11同士を接続している。例えば、1つの配線材12は、一方の光電変換装置11の受光面電極30に接続され、他方の光電変換装置11の裏面電極40に接続される。つまり、配線材12は、隣接する光電変換装置11の間でモジュールの厚み方向に折れ曲がり、隣接する光電変換装置11を直列に接続する。配線材12は、細線状導電性部材であり、例えば、四角形の断面形状を有する。配線材12は、隣接する光電変換装置11同士を接続可能な長さを有し、全長に亘って一定の幅(例えば、1mm〜2mm)を有することが好ましい。

0016

第1保護部材13は、光電変換装置11の受光面側に配置され、例えば、ガラス透光性樹脂等を用いて構成される。第2保護部材14は、光電変換装置11の裏面側に配置され、第1保護部材13と共に光電変換装置11を挟持する。第2保護部材14は、例えば、アルミニウム箔等の金属箔を介在させた樹脂フィルムを用いて構成される。また、第1保護部材13と第2保護部材14との間に充填され、光電変換装置11の周囲を覆う封止材3は、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体EVA)やポリビニルブチラールPVB)等の透光性を有する樹脂を用いて構成される。

0017

次に、図2図4を参照して、光電変換装置11の構成を詳細に説明する。
図2は、光電変換装置11を受光面側から見た図であり、図3は、光電変換装置11を裏面側から見た図である。図4は、図2及び図3のB‐B線に沿った断面図(テクスチャ構造は省略)を示す。

0018

図2及び図3に示すように、光電変換装置11は、光電変換部20と、受光面電極30と、裏面電極40とを備える。光電変換部20は、例えば、略正方形状の結晶系半導体基板であるn型単結晶シリコン基板21を備える。受光面電極30は、透明導電膜31、フィンガー電極部32及びバスバー電極部33を含む。裏面電極40は、透明導電膜41、金属膜42、突起電極43とを含む。光電変換装置11を用いて光電変換モジュール10を構築するときには、配線材12(1点鎖線で示す)が、受光面電極30の各バスバー電極部33、裏面電極40の各突起電極43にそれぞれ接続される。

0019

図2及び図4に示すように、n型単結晶シリコン基板21の受光面に、光電変換部20は、i型非晶質シリコン膜22を介して積層されたp型非晶質シリコン膜23を備える。図3及び図4に示すように、n型単結晶シリコン基板21の裏面に、光電変換部20は、i型非晶質シリコン膜24を介して積層されたn型非晶質シリコン膜25を備える。つまり、光電変換部20は、結晶系半導体基板の両面に非晶質半導体薄膜が積層された構造を有する。本実施形態では、具体的に、p型非晶質シリコン膜23/i型非晶質シリコン膜22/n型単結晶シリコン基板21/i型非晶質シリコン膜24/n型非晶質シリコン膜25の順に積層された積層構造を例示する。そして、当該積層構造において、p型非晶質シリコン膜23側が受光面側となる。

0020

ここで、i型非晶質シリコン膜22,24は、n型単結晶シリコン基板21の受光面、裏面の端縁領域を残して積層されてもよい。i型非晶質シリコン膜22,24は、p型非晶質シリコン膜23及びn型非晶質シリコン膜25よりもキャリアを発生させるドーパントの濃度が低い真性非晶質シリコン薄膜である。i型非晶質シリコン膜22,24は、例えば、それぞれ同一の組成を有する。図2及び図4では示されていないが、n型単結晶シリコン基板21の受光面及び裏面は、それぞれテクスチャ構造を有する。ここで、「テクスチャ構造」とは、表面反射を抑制し、光電変換部20の光吸収量を増大させる凹凸構造である。光電変換部20の厚み(膜の積層方向の長さ)は、数百μmであり、その大部分がn型単結晶シリコン基板21の厚みである。そのうち、テクスチャ構造の凹凸高さは、数μmである。これに対して、非晶質シリコン膜の厚みは、数nm〜数十nmである。テクスチャ構造の凹凸高さは、例えば、数μmであるから、テクスチャ構造は、非晶質シリコン膜の受光面及び裏面にも反映される。

0021

光電変換部20は、例えば、以下の方法で製造できる。まず、清浄なn型単結晶シリコン基板21を真空チャンバ内に設置し、例えば、プラズマCVD化学気相成長法)法により、基板上にi型非晶質シリコン膜22を積層する。続いて、i型非晶質シリコン膜22上にp型非晶質シリコン膜23を積層する。本実施形態では、p型非晶質シリコン膜23が積層されるn型単結晶シリコン基板21の面が受光面となる。一方、n型単結晶シリコン基板21の裏面上にも、例えば、プラズマCVD法でi型非晶質シリコン膜24及びn型非晶質シリコン膜25を順に積層する。i型非晶質シリコン膜24の積層工程では、例えば、シランガス(SiH4)を原料ガスとして使用する。また、n型非晶質シリコン膜25の積層工程では、例えば、シラン(SiH4)、水素(H2)、及びホスフィン(PH3)を原料ガスとし、p型非晶質シリコン膜23の積層工程では、例えば、PH3の代わりに、ジボラン(B2H6)が原料ガスとする。

0022

p型非晶質シリコン膜23の受光面には、受光面電極30を構成する透明導電膜31が積層される。さらに、透明導電膜31上には、光電変換部20で発電された電力を集電するためのフィンガー電極部32とバスバー電極部33とが形成される。一方、n型非晶質シリコン膜25の裏面には、裏面電極40を構成する透明導電膜41が積層される。さらに、透明導電膜41上には、光電変換部20で発電された電力を集電するための金属膜42が設けられる。金属膜42上には、配線材12との接続部として突起状の突起電極43が設けられる。

0023

透明導電膜31は、例えば、多結晶構造を有する酸化インジウム(In2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化錫(SnO2)、及び酸化チタン(TiO2)等の金属酸化物のうちの少なくとも1つを含む薄膜(TCO膜)であって、光透過性電極部として機能する。これらの金属酸化物に、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、タングステン(W)、アンチモン(Sb)、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、セリウム(Ce)、ガリウム(Ga)などのドーパントがドープされていてもよい。ドーパントの濃度は、0〜20wt%とすることができる。透明導電膜31の厚みは、例えば、50nm〜200nm程度である。透明導電膜31は、p型非晶質シリコン膜23の受光面において、その端縁領域(以下、端縁領域A1とする)を除く面領域の全体に積層することが好適である。透明導電膜31が積層されない端縁領域A1は、例えば、p型非晶質シリコン膜23の受光面の端から幅1〜2mm程度の面領域であって、当該受光面の周囲に環状に設けることが好適である。透明導電膜31(透明導電膜41についても同様)は、例えば、端縁領域A1を覆うマスクを使用して、スパッタ法により積層できる。

0024

フィンガー電極部32及びバスバー電極部33は、互いに電気的に接続され、いずれも透明導電膜31上に形成されている。即ち、受光面電極30では、p型非晶質シリコン膜23から透明導電膜31を介して伝達されるキャリアがフィンガー電極部32及びバスバー電極部33によって収集される。そして、モジュール化されるときには、配線材12がバスバー電極部33に電気的に接続される。フィンガー電極部32及びバスバー電極部33は、例えば、バインダー樹脂中に銀(Ag)等の導電性粒子が分散した導電性ペーストを透明導電膜31上に所望のパターンスクリーン印刷して形成される細線状の電極部である。或いは、スクリーン印刷の代わりに、各種スパッタ法、各種蒸着法、各種メッキ法等を用いて各電極部を形成してもよい。

0025

フィンガー電極部32は、例えば、受光面上に形成された帯状金属層であり、光電変換部20の全体からまんべんなく電力を集電できるように配置される。フィンガー電極部32は、所定の間隔をあけて互いに平行に配置することが好適である(例えば、幅100μm、間隔2mm)。

0026

バスバー電極部33は、フィンガー電極部32により集電された電力をさらに集電する。バスバー電極部33は、例えば、受光面上に形成された帯状の金属層であり、フィンガー電極部32と交差して配置され、フィンガー電極部32と電気的に接続される。バスバー電極部33は、例えば、所定の間隔をあけて互いに平行に配置できる。このとき、バスバー電極部33は、フィンガー電極部32よりも少数線幅が太く設定されることが好ましい(例えば、幅1.5mm、2本)。また、バスバー電極部33には配線材12が接続されるため、その厚みは、フィンガー電極部32よりも厚く設定されることが好ましい。フィンガー電極部32は、キャリアの集中による抵抗の上昇を防止するため、例えば、30μm〜80μm程度の厚みを有する。ゆえに、バスバー電極部33は、例えば、30μm以上の厚みを有し、好ましくは50μm以上(例えば、50μm〜100μm)の厚みを有する。

0027

フィンガー電極部32及びバスバー電極部33の形状は、ここで例示したものに限定されず、例えば、ジグザグ形状など種々の形状に形成できる。

0028

透明導電膜41は、透明導電膜31と同様に、ITOやZnO、SnO2等からなり、光透過性の電極部として機能する。さらに、透明導電膜41は、金属膜42との相互作用によって反射率を高め、光電変換部20と金属膜42との直接の接触を防止する機能を有する。透明導電膜41の厚みは、例えば、50nm〜200nm程度であることが好ましく、透明導電膜41の裏面にも上記テクスチャ構造が反映される。

0029

透明導電膜41は、n型非晶質シリコン膜25の裏面において、その端縁領域(以下、端縁領域A2とする)を除く面領域の全体に積層することが好適である。透明導電膜41が積層されない端縁領域A2は、例えば、n型非晶質シリコン膜25の裏面の端から幅1〜2mm程度の面領域であって、当該裏面の周囲に環状に設けることが好適である。

0030

金属膜42は、光の反射率が高く、且つ高い導電性を有する金属材料からなる薄膜である。特に、金属膜42の反射率は、波長800nm〜1200nm程度の赤外領域の光に対する反射率が高い材料であることが好ましい。金属膜42の反射率は、少なくとも赤外領域の光について、透明導電膜41の反射率よりも高いことが好ましい。

0031

金属膜42を構成する金属材料としては、例えば、銀(Ag)、アルミニウム(Al)、チタン(Ti)、ロジウム(Rh)、銅(Cu)、金(Au)、白金(Pt)、ニッケル(Ni)、クロム(Cr)などの金属又はそれらの1種以上を含む合金が例示できる。金属材料は、例示した材料の中では、Ag、Al、Ti、Rh、Cu、Au又はそれらの1種以上を含む合金が好ましく、Ag、Al、Ti又はそれらの1種以上を含む合金がより好ましく、Ag又はAgを含む合金が特に好ましい。

0032

金属膜42は、光電変換部20を通り抜けた透過光を受光面側に反射し、n型非晶質シリコン膜25から透明導電膜41を介して伝達されるキャリアを収集する。ここで、金属膜42の厚みについて詳述する。金属膜42の厚みは、光が透過せず、且つキャリアが突起電極43に十分に収集できる程度に厚いことが望ましい。一方、図2に示すように、受光面電極30は、透明導電膜31を露出するようにフィンガー電極部32及びバスバー電極部33が形成されているが、図3に示すように、金属膜42は透明導電膜41の略全面を覆うように形成されている。このように、受光面電極30と比べて、金属膜42は面積が大きい。このため、受光面電極30及び金属膜42の厚みが近似している場合、受光面電極30と金属膜42との金属材料の量の差に応じて、光電変換部20が反ってしまう。これに鑑みて、光電変換装置11では、金属膜42は、受光面電極30よりも薄く形成される。これによって、受光面電極30と金属膜42との金属材料の量の差が低減され、光電変換部20の反りが抑制される。

0033

光電変換部20の反りを抑制するために、金属膜42は、裏面に上記テクスチャ構造が反映可能な程度に薄いことが好ましい。例えば、金属膜42の厚みは、0.1μm〜5μm程度であることが好ましい。金属膜42の裏面にもテクスチャ構造が反映されるようにすれば、金属膜42と突起電極43との密着性が良好となる効果も得られる。上記のように、金属膜42は透明導電膜41の略全面を覆うように形成されているため、このように金属膜20の厚みを薄くしても、抵抗が上昇せず、光電変換効率等の特性に影響を与えない。

0034

金属膜42は、上記金属材料からなる複数の膜の積層体により構成されていてもよい。例えば、Ag膜とAl膜との積層体が例示でき、この場合、Ag膜が透明導電膜41側に配置されることが好ましい。また、Al膜の両面にAg膜が積層されたAg/Al/Agの積層体、或いはAl膜の代わりに他の金属膜(例えば、Cu膜)を設けたAg/Cu/Agの積層体であってもよい。

0035

金属膜42は、透明導電膜41上の略全体を覆うように積層され、より好ましくは、透明導電膜41上の全体を覆って積層される。ここで、「透明導電膜41上の略全体を覆うように」とは、透明導電膜41上の実質的に全体を覆っているとみなせる状態を意味し、例えば、透明導電膜41上に積層された金属膜42の一部が欠けている状態も含む。具体的には、透明導電膜41上の95%以上を金属膜42が覆っている状態が例示できる。

0036

金属膜42は、透明導電膜41の端縁領域の少なくとも一部において、透明導電膜41を超えて光電変換部20(n型非晶質シリコン膜25)を覆わないように積層することが好適である。このように金属膜42を積層すれば、金属原子がn型非晶質シリコン膜25に拡散することで発生し得る欠陥準位をさらに抑制できる。より好ましくは、透明導電膜41の端縁領域の全周に亘って金属膜42が形成されない領域を環状に設ける。この端縁領域の幅は、例えば、透明導電膜41の端から1nm以上5mm以下とすることが好適であり、走査型電子顕微鏡(SEM)や透過型電子顕微鏡TEM)による断面観察(幅が広い場合には光学顕微鏡等も使用可能)によって確認できる。

0037

金属膜42は、例えば、n型非晶質シリコン膜25上の端縁領域A2又は透明導電膜41上の端縁領域を覆うマスクを使用して、スパッタ法により積層できる。

0038

突起電極43は、光電変換部20の厚み方向に突出して金属膜42上に形成された突起状の電極である。突起電極43は、複数の光電変換装置11をモジュール化する際に、配線材12を電気的に接続するために用いられる。突起電極43は、バスバー電極部33と同様に、例えば、導電性ペーストを金属膜42上に所望のパターンでスクリーン印刷して、配線材12が電気的に接続可能な突起状に形成される。

0039

突起電極43は、例えば、金属膜42上に形成された帯状の金属層であり、所定の間隔をあけて互いに平行に配置できる。また、突起電極43は、バスバー電極部33と同じ方向に沿って、バスバー電極部33と同じ本数(例えば、2本)配置することが好適である。上記のように、突起電極43に接続される配線材12は隣り合う光電変換装置11のバスバー電極部33に接続される。ゆえに、バスバー電極部33及び突起電極43の本数や形成方向を合わせることで、光電変換装置11と配線材12との接続が容易になる。

0040

突起電極43は、透明導電膜41上の略全面を覆って積層される金属膜42上に形成されるため、バスバー電極部33のように、フィンガー電極部32による厚みの制限を受けない。ゆえに、突起電極43の厚みは、バスバー電極部33の厚みよりも薄くできる。

0041

次に、図5図9を参照し、突起電極43の構成及び光電変換モジュール10における光電変換装置11(突起電極43)と配線材12との接続形態をさらに詳説する。図5は、突起電極43及びその近傍を模式的に示す断面図であり、突起電極43を幅方向に切断した図である。図6は、図5において、突起電極43に配線材12が接続された様子を示す図である。

0042

図5に示すように、光電変換部20の受光面及び裏面には、それぞれテクスチャ構造を設ける。金属膜42は、テクスチャ構造に応じた表面凹凸を有する程度に薄く形成される。

0043

突起電極43は、配線材12との良好な電気的接触を可能にするため、少なくとも金属膜42の表面凹凸を埋める程度の高さに形成される。これは、突起電極43を金属膜42の表面凹凸高さ(T)以上の厚みで形成することにより実現できる。

0044

ここで、金属膜42の表面凹凸とは、金属膜42上に形成される厚み方向の凹凸を意味する。表面凹凸高さ(T)は、凹部の底から凸部の頂までの厚み方向に沿った長さを意味する。本実施形態では、この表面凹凸は、n型単結晶シリコン基板21のテクスチャ構造に起因して形成される。テクスチャ構造に起因する金属膜42の表面凹凸は、例えば、1〜10μmの表面凹凸高さ(T)を有し、金属膜42の裏面全体に連続して形成されている。突起電極43の厚みは、好ましくは電極形成位置の表面凹凸高さ(T)の平均値以上であり、より好ましくはTの最大値以上である。ただし、テクスチャ構造に起因する表面凹凸のTは、略均等(平均値≒最大値)であり、例えば、約5μmである。

0045

一方、接着剤16により配線材12が金属膜42上に十分に接着可能となるように、突起電極43の厚みは、薄いことが好ましい。例えば、突起電極43の厚みは、Tの1.0倍〜3.0倍が好ましく、又はTの1.1倍〜2.5倍がより好ましく、又はTの1.2倍〜2.0倍が特に好ましい。具体的には、突起電極43の厚みは、20μm以下が好ましく、15μm以下がより好ましく、10μm以下が特に好ましい。

0046

突起電極43の幅は、特に限定されず、例えば、バスバー電極部33の幅と同等、或いは配線材12の幅と同等であってもよい。突起電極43の幅は、例えば、0.5mm〜2mm程度であり、配線材12の幅以下(例えば、0.5mm〜1mm)としてもよい。突起電極43の厚みや幅は、例えば、光学顕微鏡や接触式膜厚計を用いて確認できる。また、SEMによる断面観察等によって確認してもよい。

0047

図6に示すように、配線材12は、接着剤16を用いて、裏面電極40の突起電極43に電気的に接続される。配線材12と突起電極43との間に介在する接着剤16の薄膜層は、例えば、数nm〜数百nm程度である(例えば、SEMやTEMによる断面観察により確認できる)。図6に例示する形態では、断面角型の配線材12が接着剤16の薄膜層を介して、突起電極43上に接続されている。当該接続は、例えば、配線材12を接着剤16が塗られた突起電極43上に押し付け圧着して形成される。このとき、接着剤16の一部が配線材12と突起電極43との間から押し出されて突起電極42の側面及び配線材12の側面に付着し、それぞれの側面の少なくとも一部を被覆する。ここで、突起電極42及び配線材12の「側面」とは、各部の厚み方向に沿った面を意味する。

0048

ここで、接着剤16としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化型接着剤、又はエポキシ樹脂やアクリル樹脂ウレタン樹脂等に硬化剤を混合した二液硬化型接着剤などを用いることができる。接着剤16には、導電性粒子が含有されていてもよい。導電性粒子を含まない接着剤16を用いる場合には、例えば、錫(Sn)等の柔軟な表面導電層を形成した配線材12を用いて、この表面導電層に突起電極43の一部をめり込ませて接続することもできる。

0049

図6に示す例では、配線材12の幅及び突起電極43の幅は略同等であり、それぞれの幅方向両端が略一致するように接続される。また、突起電極43は直線状に延びた形状を有し、配線材12は、例えば、突起電極43の全長に亘って接続される。配線材12は、突起電極43と接続される部分において、突起電極43と同様に、直線状に延びた形状を有する。

0050

配線材12は、接着剤16により突起電極43の周囲の少なくとも一部において金属膜42上に直接接着されることが好適である。例えば、接着剤16の一部が、突起電極43と配線材12との間からはみ出し、はみ出した接着剤16が突起電極43の周囲の少なくとも一部において金属膜42上に付着する。具体的には、上記のように、はみ出した接着剤16が突起電極42の側面及び配線材12の側面に付着し、それぞれの側面の少なくとも一部を被覆する。さらに、はみ出した接着剤16は、例えば、突起電極42の側面全体を覆って、金属膜42まで到達する。つまり、配線材12を突起電極43に押し付けることで、接着剤16の一部が配線材12と突起電極43との間から押し出される。そして、押し出された接着剤16は、突起電極42の側面及び配線材12の側面を被覆すると共に、突起電極43の厚みを超えて金属膜42上まで到達する。接着剤16は、配線材12の側面から金属膜42までつながった状態で硬化する。

0051

このようにして、配線材12は、接着剤16を介して突起電極43に接続されると共に、金属膜42上の突起電極43の周囲の少なくとも一部において、はみ出した接着剤16により金属膜42上に直接接着される。この接続形態は、配線材12と金属膜42との間に介在する突起電極43の厚みを薄くすることで形成され易くなる。また、突起電極43の厚みを薄くするほど、接着剤16による配線材12の側面の被覆面積が大きくなる。例えば、突起電極43の厚みを20μm以下にすることで、接着剤16を過剰に用いることなく、接着剤16が配線材12の側面から金属膜42までつながった状態で硬化することが可能になる。

0052

配線材12は、少なくとも突起電極43の幅方向片側において、接着剤16により金属膜42上に直接接着されることが好適であり、突起電極43の幅方向両側において金属膜42上に直接接着されることがより好ましい。このとき、接着剤16は、少なくとも配線材12の幅方向片側の側面に付着することが好適である。より好ましくは、接着剤16が配線材12の幅方向両側の側面に付着して、該側面の少なくとも一部を被覆し、配線材12の側面と金属膜42とが接着剤16により直接接着される。さらに、配線材12は、突起電極43の長手方向の全長に亘り、接着剤16により金属膜42上に直接接着されることが好適である。また、金属膜42上の突起電極43の長手方向両側において、配線材12と金属膜42とが接着剤16により直接接着されていてもよい。

0053

図7に示すように、配線材12の幅が突起電極43の幅よりも広く、配線材12が突起電極43の幅方向両側から張り出した状態で、配線材12は突起電極43に接続されてもよい。この接続形態は、例えば、配線材12の幅を維持したまま、突起電極43の幅を狭くすることで形成できる。この接続形態によれば、金属膜42上の突起電極43の幅方向両側において、配線材12と金属膜42との接着面積を拡大することができる。この場合も、接着剤16が配線材12の幅方向両側の側面の少なくとも一部を被覆し、配線材12の側面と金属膜42とが接着剤16により直接接着されることが好ましい。

0054

図8に示すように、突起電極43は、互いに間隔をあけて複数列状に並べて配置されてもよい。例えば、複数の突起電極43が直線状に形成される。この場合、配線材12は、隣り合う突起電極43の間隙において、接着剤16により金属膜42上に直接接着されることが好適である。突起電極43は、形成密度が一定でなく、配線材12の端部に位置する突起電極の密度が中心部の密度よりも大きくすることが好適である。光電変換装置11に反りが発生した場合には配線材12の端部が剥がれ易くなるが、当該構成によれば、配線材12の端部で接着力が高くなり、光電変換装置11から配線材12が外れることを抑制できる。また、中心部での金属材料費を削減できる。

0055

図9に示すように、突起電極43はジグザグパターンで形成されてもよい。図9に示す例では、突起電極43が、その全長に亘りノコギリ歯状の凹凸が規則的に繰り返された形状を有するが、ジグザグパターンはこれに限定されない。配線材12は、突起電極43の周囲の少なくとも一部、例えば、繰り返される凹凸パターンの間において、接着剤16により金属膜42上に直接接着されることが好適である。

0056

以上のように、光電変換装置11では、光電変換部20(n型非晶質シリコン膜25)の裏面側の広範囲に金属膜42が積層されている。これにより、受光面から入射して光電変換部20を通り抜けた透過光を金属膜42により受光面側に反射させることができる。金属膜42は、光電変換部20との間に透明導電膜41を介して積層されることで、例えば、エバネッセント光の発生による光の吸収が抑制されて反射率が高まる。ゆえに、光電変換部20における光の利用率が高まり、光電変換効率が向上する。

0057

透明導電膜41により、金属膜42を構成する金属原子が光電変換部20に拡散することを抑制でき、キャリアをトラップする欠陥順位の発生を抑制できる。

0058

金属膜42は、受光面電極30よりも薄く形成される。また、金属膜42は、テクスチャ構造を反映した表面凹凸を含むように薄く形成される。これによって、受光面電極30と金属膜42との金属材料の量の差が低減され、光電変換部20の反りが抑制される。ゆえに、突起電極43の厚みを薄くできる。さらに、突起電極43は、金属膜42上に形成されるため、バスバー電極部33のように、フィンガー電極部32による厚みの制限を受けず、例えば、その厚みを、金属膜42の表面凹凸高さ(T)以上、受光面電極20の厚み未満とすることができる。

0059

これらの作用によって、本実施形態における光電変換装置11では、光電変換効率を向上させることができる。また、光電変換装置11によれば、信頼性の高いモジュールを構築可能である。

0060

光電変換装置11を用いて構築される光電変換モジュール10では、突起電極43の厚みが薄いため、接着剤16が突起電極42の側面及び配線材12の側面を被覆すると共に、突起電極43の厚みを超えて金属膜42上まで到達する。即ち、接着剤16は配線材12の側面から金属膜42までつながり、接着剤16により配線材12が金属膜42上に直接接着される。ゆえに、裏面電極40と配線材12との接着面積が拡大する。これによって、配線材12が裏面電極40からはがれることを抑制でき、光電変換モジュール10の信頼性を向上することができる。

0061

即ち、配線材12が接着剤16により金属膜42上に直接接着されることで、配線材12の幅方向、厚み方向(奥行き方向)、長手方向への動きを抑制できる。つまり、配線材12の移動方向に対する強さ(以下、線断力とする)が増加する。例えば、配線材12が、その全長に亘り、突起電極43の幅方向両側において接着剤16により金属膜42上に直接接着されることで、配線材12の幅方向及び厚み方向に対する線断力が増加する。また、配線材12が、突起電極43の全周囲に亘って接着剤16により金属膜42上に直接接着されることで、配線材12の幅方向、厚み方向、及び長手方向に対する線断力が増加する。

0062

本実施形態では、n型単結晶シリコン基板21の両面に非晶質シリコン薄膜が積層された構造の光電変換部20を例示したが、光電変換部の構造はこれに限定されない。光電変換部は、例えば、i型非晶質シリコン膜24やn型非晶質シリコン膜25を有さない構造、シリコン以外の半導体(例えば、ガリウムヒ素)を用いた構造とすることもできる。また、本実施形態では、p型非晶質シリコン膜23側を受光面側として説明したが、n型非晶質シリコン膜25上に受光面電極30を設けて、n型非晶質シリコン膜25側を受光面側としてもよい。

0063

また、上記では、突起電極43について種々の形状を例示したが、バスバー電極部33も突起電極43と同様に種々の形状をとり得る。

0064

10光電変換モジュール、11光電変換装置、12配線材、13 第1保護部材、14 第2保護部材、15封止材、16接着剤、20光電変換部、21 n型単結晶シリコン基板、22,24 i型非晶質シリコン膜、23 p型非晶質シリコン膜、25 n型非晶質シリコン膜、30受光面電極、31,41 透明導電膜、32フィンガー電極部、33バスバー電極部、40裏面電極、42金属膜、43突起電極。

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