JP2002353481A

JP2002353481A - 光起電力素子及びその製造方法

Info

Publication number: JP2002353481A
Application number: JP2001161672A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Kataoka; 一郎片岡; Meiji Takabayashi; 明治高林; Hidenori Shiozuka; 秀則塩塚
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2001-05-30
Filing date: 2001-05-30
Publication date: 2002-12-06

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】耐水性、耐湿性に優れ、長期間の屋外暴露に
おいても性能の低下を最小限にできる光起電力素子を提
供することを目的とする。特に、端面の被覆がない、あ
るいは端面が極めて薄い樹脂層のみで被覆されているだ
けでも屋外における信頼性を格段に向上させることがで
きる光起電力素子の構造を提供することを目的とする。【解決手段】導電性基板１上に、裏面反射層２、半導
体層３、透明電極層４を少なくとも積層してなる光起電
力素子において、光電変換活性領域の周縁に沿って、少
なくとも前記裏面反射層と、前記半導体層と、前記透明
電極層とからなる積層構造が除去され、代わりに樹脂が
充填された領域である樹脂領域７を有することを特徴と
する光起電力素子とする。

Description

【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
起電力素子及びその製造方法に係わる。

【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、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、多結晶シリコン層、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、可とう性に優れ、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７はこのような従来の光起電力素子の基
本的構造を表した概略断面図である。図７において、１
は導電性基板、２は裏面反射層、３は半導体層、４は透
明電極層である。ここで、導電性基板と透明電極層がそ
れぞれ第一、第二電極の役割を果たしている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】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どちら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
しやすく、より一層の耐水性・耐湿性が求められる。

【０００５】しかしながら、裏面反射層２、半導体層３
は光起電力素子の端部にまで延在しているため、水分に
よって端部より腐食しやすく、光起電力素子の性能を落
とす原因にもなっていた。中でも、裏面反射層には銀、
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
体層の端部からの剥離や、腐食生成物を原因とした素子
の短絡等の課題があった。また、裏面反射層に銀が用い
られている場合に、水に溶け出した銀イオンが再び銀と
なって析出する、いわゆる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と透明電極層とが銀でブリッ
ジされ短絡するといった課題も有していた。

【０００６】これに対して、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対
策がとられていた。

【０００７】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現在、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。

【０００８】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
ような雨が直接光起電力素子の端面に接した場合、裏面
反射層、半導体層の腐食、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、素子の信頼性を維持するこ
とはきわめて困難なものとなっていた。

【０００９】本発明は前記事情に鑑みてなされたもので
あり、耐久性の高い光起電力素子及びその製造方法を提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意研究開発を重ねた結果、次のような発
明が極めて効果的であることを見いだした。

【００１１】即ち、上記課題を解決するための請求項１
に記載の発明は、導電性基板上に、裏面反射層、半導体
層、透明電極層を少なくとも積層してなる光起電力素子
において、光電変換活性領域の周縁に沿って、少なくと
も前記裏面反射層と、前記半導体層と、前記透明電極層
とからなる積層構造が除去され、代わりに樹脂が充填さ
れた領域である樹脂領域を有することを特徴とする。

【００１２】さらに、上記課題を解決するための請求項
１５に記載の発明は、導電性基板上に、裏面反射層、半
導体層、透明電極層を少なくとも積層してなる光起電力
素子の製造方法において、光電変換活性領域の周縁に沿
って、少なくとも前記裏面反射層と、前記半導体層と、
前記透明電極層とからなる積層構造を除去する除去工程
と、前記積層構造を除去した領域に樹脂を充填して樹脂
領域を形成する充填工程と、を含むことを特徴とする。

【００１３】本発明における光電変換活性領域とは、外
部と接続された一対の電極に挟まれた領域であり、実際
に主な光起電作用を生じる有効領域を指す。

【００１４】本発明によれば以下の効果が期待できる。

【００１５】耐水性・耐湿性に優れた光起電力素子を提
供できる。すなわち、光電変換活性領域の周縁に沿っ
て、少なくとも前記裏面反射層と、前記半導体層と、前
記透明電極層とからなる積層構造が除去され、代わりに
樹脂が充填された領域である樹脂領域を有することで、
端部から光電変換活性領域にまで腐食が及ぶことが防止
でき、光起電力素子の性能劣化を防ぐことが出来る。

【００１６】少なくとも前記樹脂領域よりも内側におい
て、前記透明電極層が前記光電変換活性領域の周縁に沿
って除去されていることにより、光起電力素子の端部に
おける構成材料の変質や樹脂領域の界面等によって、導
電性基板と透明電極層とが短絡することを防止できる。

【００１７】前記樹脂領域が前記導電性基板の端部にま
で及んでいることにより、光起電力素子端部に裏面反射
層及び半導体層が残ることがないので、樹脂で被覆され
ない裏面反射層及び半導体層の端面が腐食して、その腐
食生成物が光起電力素子の故障の原因となるようなこと
がない。

【００１８】前記裏面反射層が金属及び／又は金属酸化
物からなること、さらには、前記金属が銀あるいはアル
ミニウムのいずれかであること、さらには、前記金属酸
化物が酸化亜鉛あるいは酸化スズのいずれかであること
により、光起電力素子の性能を高めつつ、本発明の効果
を最大限享受できる。

【００１９】前記積層構造の除去が、切削、あるいはサ
ンドブラスト法、あるいはウォータージェット法によっ
て行われることにより、確実かつ高速に積層構造の除去
が行われるので、光起電力素子の信頼性を維持しながら
高い歩留で生産性良く本発明の光起電力素子を製造でき
る。

【００２０】前記半導体層が薄膜非晶質半導体であるこ
とにより、結晶質半導体に比較して潜在的に導電性基板
と透明電極層との間の短絡が発生しやすい光起電力素子
に対して本発明を実施することにより、結晶質半導体よ
りも大きな効果を本発明が提供することができる。

【００２１】前記透明電極層が欠陥除去処理により前記
導電性基板と前記透明電極層との間の短絡部分を修復さ
れたものであることにより、潜在的に導電性基板と透明
電極層との間の短絡が発生しやすい光起電力素子に対し
て、本発明の効果をより享受することができる。

【００２２】前記樹脂領域に充填された樹脂と同じ材料
で、前記光電変換活性領域と、前記樹脂領域との上面を
少なくとも被覆するように樹脂層が設けられていること
により、素子の耐候性を飛躍的に向上することができ、
それ自体で屋外で発電に供することができる光起電力素
子を実現できる。

【００２３】前記樹脂領域及び前記樹脂層の形成が流動
性樹脂の塗布によって一度に行われることにより、光起
電力素子端部での水分による腐食・エレクトロマイグレ
ーションによる特性低下を抑えた耐水性・耐湿性に優れ
た光起電力素子を、高い生産性で提供することができ
る。

【００２４】前記樹脂の主構成成分がアクリル樹脂、フ
ッ素樹脂、シリコーン樹脂のいずれかであることによ
り、光起電力素子の耐候性を一層高めることができる。

【００２５】

【発明の実施の形態】図１に本発明の光起電力素子の好
適な一実施態様を表す概略断面図を示す。図１におい
て、１は導電性基板、２は裏面反射層、３は半導体層、
４は透明電極層、５は樹脂層、６は本発明の特徴の一つ
である透明電極除去部、７は本発明の特徴部分である樹
脂領域である。

【００２６】本発明においては、光電変換活性領域の周
縁に沿って、少なくとも前記裏面反射層と、前記半導体
層と、前記透明電極層とからなる積層構造が除去され、
代わりに樹脂が充填された領域である樹脂領域を有する
ことが主な特徴である。本実施形態においては、光電変
換活性領域は、透明電極層除去部６より内側の実質的に
電極として使用される導電性基板１と透明電極層４とに
挟まれた領域に対応する。

【００２７】樹脂領域７は光電変換活性領域の周縁に沿
って設けるが、必ずしも光電変換活性領域の周縁の全周
に渡って設ける必要はない。例えば、光電変換活性領域
の周縁のうちのある部分には被覆を厚く設けたり、その
他の防湿手段などを設けるのであれば、その部分以外に
本発明の樹脂領域７を設けることでも本発明の効果は得
られる。しかしながら、本発明の効果が大きいのは全周
にわたって樹脂領域７を設けておくことであり、このよ
うな形態が好ましい。樹脂領域７のパターンとしては図
２に示す形態のように、透明電極除去部６と接する（図
２−ａの場合）、あるいは接しない（図２−ｂの場合）
外側の、光起電力素子の端部までの全ての範囲を樹脂領
域７とする形態や、図３に示す形態のように透明電極除
去部６と接する（図３−ａの場合）、あるいは接しない
（図３−ｂの場合）外側の一部の範囲を樹脂領域７とす
る形態を選択することができる。図３の場合のように一
部のみを樹脂領域７としても、仮に端部から腐食が進ん
でも樹脂領域でその腐食の進行を止めることができる。

【００２８】なお、本発明の実施形態を示す図２、３に
おいては、樹脂領域７の境界が示してあるが、本発明に
おいてはこの部分にのみ樹脂が存在しなければならない
ということではなく、これらの図面は、このような部分
を樹脂領域とするという説明のための図面である。本発
明の異なる実施形態をそれぞれ示す図１、図４、図５に
おいて樹脂領域７と樹脂層５との間に示した境界も同様
の意味を持ち、これら樹脂領域７と樹脂層５とを別々に
形成しなければならない等という制限を加えるものでは
ない。

【００２９】樹脂領域７に充填される樹脂は、絶縁性で
あれば特に制限はないが、耐候性に優れていることが好
ましい。

【００３０】また、本発明においては、光起電力素子の
端部における構成材料の変質や樹脂領域の界面等によっ
て、導電性基板と透明電極層とが短絡しないように、少
なくとも樹脂領域よりも内側において、透明電極層が光
電変換活性領域の周縁に沿って除去されていることが好
ましい。この透明電極層が光電変換活性領域の周縁に沿
って除去されているとは、前記樹脂領域とは異なり、絶
縁のために光電変換活性領域の周縁の全周に渡って除去
されていることを表している。この透明電極層の除去に
関しては、樹脂領域７が導電性基板の端部にまで及んで
いる形態において樹脂領域７と接する内側の部分を光電
変換活性領域の周縁に沿って除去する形態（図２−ａ）
や、樹脂領域７と接する部分や内側の少なくとも一部
を、光電変換活性領域の周縁に沿って除去する形態（図
２−ｂ、図３−ａ，ｂ）等を含むものであるが、耐候性
向上のための好ましい形態は樹脂領域が端部にまで及ん
でいる図２−ａの形態である。

【００３１】光起電力素子の耐候性を高め、屋外での使
用を可能とするために、光電変換活性領域と、樹脂領域
との上面を少なくとも被覆するように樹脂層を設けるこ
とが望ましい。樹脂層は、光電変換活性領域と、樹脂領
域との上面を少なくとも被覆していることが好ましい
が、図１の樹脂層５のように光起電力素子の上面全体を
被覆している形態がより好ましい。また、光起電力素子
の端部まで樹脂層が被覆する形態でも良い。図２、図３
においては、このような樹脂層を設けない場合を示して
いるが、本発明は、これらの形態の光起電力素子におい
ても樹脂層を設ける形態を含むものであり、樹脂層を設
けた方が好ましい形態である。また、樹脂領域の樹脂と
樹脂層の樹脂は必ずしも同じ材料である必要はないが、
同じ材料であればこれらを一度に同じ工程で形成するこ
とが出来るなどの利点があり好ましい。

【００３２】上述の本発明の光起電力素子の構成部材に
使用できる材料や形成方法については、以下の、本発明
の光起電力素子の製造方法の実施形態において述べるも
のと同様である。また、以下の製造方法によって製造す
る光起電力素子の形状や、その好ましい形態などについ
ては、上述の本発明の光起電力素子と同様である。

【００３３】導電性基板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。使用できる材料とし
ては、シリコン、タンタル、モリブデン、タングステ
ン、ステンレス、アルミニウム、銅、チタン、カーボン
シート、鉛メッキ鋼板、導電層が形成してある樹脂フィ
ルムやセラミックスなどがある。中でもステンレスは耐
久性が高く比較的安価なので好適である。

【００３４】上記導電性基板上には裏面反射層として、
金属層、あるいは金属酸化物層、あるいは金属層と金属
酸化物層を形成する。金属層には、例えば、Ｔｉ，Ｃ
ｒ，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やすく、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。上記金属層や金属酸化物層の形成方法として
は、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】半導体層は光電変換を行う部分で、具体的
な材料としては、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／Ｃ
ｄＴｅ，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、ｐｉ
ｎ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。上記半導体層の形成方
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、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ＣＶ
Ｄ、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。

【００３６】透明電極層は光起電力素子の第二電極の役
目を果たしている。使用できる材料としては、例えば、
Ｉｎ₂Ｏ₃，ＳｎＯ₂，Ｉｎ₂Ｏ₃−ＳｎＯ₂（ＩＴＯ），Ｚ
ｎＯ，ＴｉＯ₂，Ｃｄ₂ＳｎＯ₄，高濃度不純物ドープし
た結晶性半導体層などがある。形成方法としては抵抗加
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。

【００３７】次に、樹脂領域よりも内側において、透明
電極層を光電変換活性領域の周縁に沿って除去する工程
として、透明電極層に、パターニングなどによって透明
電極除去部６を形成する。本工程における透明電極層の
除去は、公知のエッチングによって行うことが容易であ
り好ましい。また、本工程は後述の除去工程の後に行う
ことも可能ではあるが、好ましくは本工程の後に除去工
程を行うことである。本工程におけるパターニングには
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。

【００３８】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に接触させた状態で熱を加える
ことによって透明電極層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上に所望のパタ
ーンで印刷して加熱することによっても行うことができ
る。

【００３９】電解エッチングはエッチング性溶液中で透
明電極層の所望部分のみに電界をかけて、電気化学的に
透明電極層を溶解することによって行われる。

【００４０】ところで、透明電極層まで形成した光起電
力素子は導電性基板の非平滑性かつ／あるいは半導体層
成膜時の不均一性により導電性基板と透明電極層が部分
的に短絡しており、出力電圧に比例して大きな漏れ電流
が流れる、すなわち漏れ抵抗（シャント抵抗）が小さい
状態にある場合が多い。そこで、これを修復するため透
明電極層をパターニングした後に欠陥除去処理を施す必
要がある。ＵＳＰ４７２９９７０号明細書にはこのよう
な欠陥除去処理についての詳細が述べられている。これ
は、透明電極層の短絡部分を選択的に除去するという方
法であり、後述の実施例１において一例を示す。この方
法によって、光起電力素子のシャント抵抗を１ｋΩ・ｃ
ｍ²以上５００ｋΩ・ｃｍ²以下、望ましくは１０ｋΩ・
ｃｍ²以上５００ｋΩ・ｃｍ²以下とする。

【００４１】次に、光電変換活性領域の周縁に沿って、
少なくとも裏面反射層と、半導体層と、透明電極層とか
らなる積層構造を除去する除去工程として、透明電極除
去部６の外側の裏面反射層、半導体層、透明電極層から
なる積層構造（樹脂領域７で示した領域）を除去する。
本工程は、前記透明電極層を光電変換活性領域の周縁に
沿って除去する工程を含む形態においては、該透明電極
層を除去する工程の後に行うことが好ましいことは前述
の通りであるが、この場合、樹脂領域となるべき部分の
透明電極層は本工程の実施時には既に除去されていると
いった実施形態も存在する。このような場合、本工程は
残りの半導体層及び裏面反射層のみを除去する工程とな
るが、本発明は言うまでもなくこのような実施形態をも
含むものである。除去する部分のパターンとしては図２
のように透明電極のパターニングラインを含む、あるい
は、含まない外側の全ての範囲を除去する方法、図３の
ように透明電極にパターニングラインを含む、あるい
は、含まない外側の一部の範囲を除去する方法を選択し
て用いることができるが、光起電力素子の性能低下をよ
り効果的に抑えるためにはパターニングライン外側の全
ての範囲を除去し、樹脂領域を導電性基板の端部にまで
及ぶように形成できるようにするのが好ましい。除去幅
は大きいほうがより望ましいが、あまり大きいと基板上
に形成されている光活性層である半導体膜を無駄にする
こととなり、単位出力あたりの製造コストを押し上げる
要因となるので好ましくない。本発明者らはこの除去幅
について検討した結果、１００μｍ以上であれば十分に
信頼性を確保できることを見出した。１００μｍ未満で
あると除去が不完全になるばかりでなく、後述する樹脂
の充填性が不十分となりやすい。その結果として、１０
０μｍ未満の場合は素子の信頼性を十分に改善すること
はできない。図８は後述する実施例１において除去幅を
５０μｍから５００μｍまで変化させた場合の除去幅
と、後述する耐湿性試験におけるシャント抵抗の低下率
との関係を表したグラフである。このグラフから、除去
幅が１００μｍ以上であれば素子の信頼性が大幅に改善
されることが分かる。

【００４２】積層構造を除去する方法としては、鋭利な
刃を有した工具や薄い平面回転刃を有する研磨機を用い
て所望部分の裏面反射層、半導体層、透明電極層を切削
する方法や、マスク後にブラスト洗浄機で所望部分の裏
面反射層、半導体層、透明電極層を除去するサンドブラ
スト法、微小ノズルから高速で噴射する水を吹き付けて
所望部分の裏面反射層、半導体層、透明電極層を除去す
るウォータージェット法が好適である。

【００４３】次に、積層構造を除去した領域に樹脂を充
填して樹脂領域を形成する充填工程として、裏面反射
層、半導体層、透明電極層が除去された部分に、樹脂を
充填する。樹脂は少なくとも除去した部分に充填されて
いればよいが、それ以外の部分、例えば光電変換活性領
域や後述する集電電極上に配されていても構わない。耐
候性向上、工程の容易さ等のため、好ましくは、樹脂領
域に充填する樹脂と同じ材料で、光電変換活性領域と、
樹脂領域との上面を少なくとも被覆するように樹脂層を
設けることである。樹脂の主構成成分としては、例え
ば、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、
エチレン−ビニルモノマー共重合体、アクリル樹脂、ウ
レタン樹脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂などが好適に
挙げられる。光起電力素子が屋外で使用されることを考
慮して、耐候性に優れているアクリル樹脂、フッ素樹
脂、シリコーン樹脂がより好ましい。充填方法は特に限
定されないが、熱溶融させて流動性を持たせた樹脂を充
填部に付与した後、冷却して固化させるホットメルト
法、樹脂を溶剤に溶解させて塗料とし、これを塗布装置
によって充填部に付与した後、溶剤を蒸発させる方法、
硬化前の流動性樹脂をディスペンサーなどの塗布装置に
よって充填部に付与した後、化学反応によって樹脂を硬
化させる方法などが確実かつ高い生産性で充填が可能な
ので望ましい。しかしながら、前記の樹脂層を設ける好
ましい態様の光起電力素子を容易に得るために、好まし
くは、樹脂領域及び樹脂層の形成を流動性樹脂の塗布に
よって一度に行うことである。

【００４４】透明電極層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８（グリッ
ド）や集電電極に接続して電流を取り出すためのバスバ
ー電極などを設けてもよい。集電電極・バスバー電極は
透明電極層のパターニング後、あるいは欠陥除去処理を
する場合はその後に設けるのが一般的である。

【００４５】

【実施例】以下、本発明を実施例に基づき詳細に説明す
る。なお、本発明は以下の実施例に何等限定されるもの
ではなく、その要旨の範囲内で種々変更することができ
る。

【００４６】（実施例１）まず、アモルファスシリコン
（ａ−Ｓｉ）太陽電池（光起電力素子）を製作した。作
製手順を図４を用いて説明する。

【００４７】導電性基板１としての、洗浄したステンレ
ス基板上に、スパッタ法で裏面反射層２としてＡｌ層
（膜厚５００ｎｍ）とＺｎＯ層（膜厚５００ｎｍ）を順
次形成する。ついで、プラズマＣＶＤ法により、ＳｉＨ
₄とＰＨ₃とＨ₂の混合ガスからｎ型ａ−Ｓｉ層を、Ｓｉ
Ｈ₄とＨ₂の混合ガスからｉ型ａ−Ｓｉ層を、ＳｉＨ₄と
ＢＦ₃とＨ₂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の層構成のタンデム型ａ−Ｓｉの半導体
層３を形成する。次に、透明電極層４として、Ｉｎ₂Ｏ₃
薄膜（膜厚７０ｎｍ）を、Ｏ₂雰囲気下でＩｎを抵抗加
熱法で蒸着する事によって形成する。

【００４８】次に、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を
加え混練してペースト状にしたものを調製し、透明電極
層の周縁部に１ｍｍの幅でスクリーン印刷機によって印
刷する。これを１５０℃で１０分間加熱後、純水にて洗
浄、乾燥を行い、透明電極層の周縁部をパターニングし
て、透明電極除去部６を形成する。

【００４９】この後、光起電力素子の欠陥除去処理を行
う。すなわち、電導度が５０乃至７０ｍＳ／ｃｍとなる
ように調製した塩化アルミニウムの水溶液中に、光起電
力素子と、光起電力素子の透明電極層に対向するように
電極板とを浸漬し、光起電力素子のステンレス基板をア
ースとして電極板に３．５ボルトの正電位を２秒間印加
することによりシャントしている部分の透明電極層を選
択的に溶解、除去する。この処理により、光起電力素子
のシャント抵抗は処理前１ｋΩ・ｃｍ²乃至１０ｋΩ・
ｃｍ²であるのに対し、処理後５０ｋΩ・ｃｍ²乃至２０
０ｋΩ・ｃｍ²に改善される。

【００５０】さらに、集電電極８を格子状に銀ペースト
のスクリーン印刷により形成する。

【００５１】次に、透明電極のパターニングラインの略
中央部から外側の部分の裏面反射層と半導体層を回転型
研磨機を用いて除去する。

【００５２】最後に、集電電極の出力を取り出す部分に
マスクを設け、その上から硬化剤としてブロックイソシ
アネートを含有する粘度１５ｍＰａ・ｓのアクリル樹脂
塗料をスプレーコーターにて光起電力素子の受光面側全
面に塗布し、乾燥炉にて溶剤の揮発、樹脂の硬化を行
い、平均厚さ５０μｍの樹脂層５及び樹脂領域７を一度
に形成する。この後、集電電極の一部に設けておいたマ
スクを取り除き、集電電極より出力が取り出せるように
する。

【００５３】（実施例２）実施例１において、裏面反射
層と半導体層の除去をＸ−Ｙロボットに取り付けたスチ
ール製の刃先で引っ掻くことによって行い、図５に示す
ような形態で、幅が約０．３ｍｍの樹脂領域７を形成す
る。それ以外は実施例１と全く同様にして光起電力素子
を作製する。

【００５４】（実施例３）実施例１において、裏面反射
層と半導体層の除去をサンドブラスト法によって行う。
すなわち、アルミ板でマスクした後、ブラスト洗浄機に
て平均粒径約５０μｍのブラストで裏面反射層と半導体
層を取り除く。それ以外は実施例１と全く同様にして光
起電力素子を作製する。

【００５５】（実施例４）実施例１において、裏面反射
層と半導体層の除去をウォータージェット法によって行
う。すなわち、ノズルより高圧の純水を噴出させ、素子
に衝突させることにより裏面反射層と半導体層を取り除
く。それ以外は実施例１と全く同様にして光起電力素子
を作製する。

【００５６】（実施例５）実施例１において、アクリル
樹脂塗料に換えてシリコーン樹脂を用いる。すなわち、
粘度１０００ｍＰａ・ｓの２液混合型の透明シリコーン
樹脂をディスペンサーにて塗布して、加熱炉にて硬化を
行い、平均厚さ５００μｍの樹脂層を形成する。それ以
外は実施例１と全く同様にして光起電力素子を作製す
る。

【００５７】（実施例６）実施例１において、裏面反射
層としてスパッタ法でＡｇ層（膜厚４００ｎｍ）とＺｎ
Ｏ層（膜厚１０００ｎｍ）を順次形成する。それ以外は
実施例１と全く同様にして光起電力素子を作製する。

【００５８】（比較例１）実施例１において図６のよう
に裏面反射層と半導体層の除去を行わずに光起電力素子
を作製する。それ以外は実施例１と同様である。

【００５９】（比較例２）実施例５において裏面反射層
と半導体層の除去を行わずに光起電力素子を作製する。
それ以外は実施例５と同様である。

【００６０】（比較例３）実施例６において裏面反射層
と半導体層の除去を行わずに光起電力素子を作製する。
それ以外は実施例６と同様である。

【００６１】このようにして得た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、結果を表１に
示した。

【００６２】（１）耐湿性ソーラーシミュレーターで受光面に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
素子は試験前にあらかじめ光照射して最大出力を十分に
安定化したものである。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。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。

【００６３】（２）耐酸性雨性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、濃硫酸１
７．３ミリリットルを加え、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。

【００６４】この複合サイクル試験を４５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１
０個平均の最大出力の相対低下率を求める。また、試験
後の光起電力素子の外観上の変化を観察する。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。

【００６５】

【表１】

【００６６】表１から明らかなように、本発明の光起電
力素子は、耐湿性、耐酸性雨性のいずれにおいても優れ
た耐久性を有している。実施例２については光起電力素
子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、腐食の進行は樹脂領域までで止まり、光電変換活性
領域に及ぶことはない。したがって、性能の低下はな
く、実使用上問題無いものである。

【００６７】比較例１〜３のいずれでも裏面反射層の腐
食が原因の半導体層の素子端部からの剥離が発生した。
特に、比較例１ではその剥離は光電変換活性領域にまで
及び、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。一方、比較例３では銀のエレクトロ
マイグレーションによってシャント抵抗が著しく低下す
るために、性能はより一層低下した。すなわち、溶出し
た銀が素子端部で再び析出して導電性基板と透明電極間
をブリッジして短絡が発生した。

【００６８】

【発明の効果】導電性基板上に、裏面反射層、半導体
層、透明電極層を少なくとも積層してなる光起電力素子
において、光電変換活性領域の周縁に沿って、少なくと
も前記裏面反射層と、前記半導体層と、前記透明電極層
とからなる積層構造が除去され、代わりに樹脂が充填さ
れた領域である樹脂領域を有することを特徴とする光起
電力素子とすることによって、耐水性、耐湿性に優れ、
長期間の屋外暴露においても性能の低下を最小限にでき
る光起電力素子を提供することができる。特に、端面の
被覆がない、あるいは端面が極めて薄い樹脂層のみで被
覆されているだけでも屋外における信頼性、とりわけ酸
性雨のような腐食性水溶液に対する耐久性を格段に向上
させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の光起電力素子の一実施形態の概略断面
図である。

【図２】本発明の光起電力素子の一実施形態の概略断面
図である。

【図３】本発明の光起電力素子の一実施形態の概略断面
図である。

【図４】実施例１の光起電力素子を表す概略断面図であ
る。

【図５】実施例２の光起電力素子を表す概略断面図であ
る。

【図６】比較例１の光起電力素子を表す概略断面図であ
る。

【図７】従来の光起電力素子の一例を示す概略断面図で
ある。

【図８】実施例１の光起電力素子の除去幅とシャント抵
抗低下率の関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１導電性基板２裏面反射層３半導体層４透明電極層５樹脂層６透明電極除去部７樹脂領域８集電電極

フロントページの続き (72)発明者塩塚秀則東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 AA05 BA18 CB30 EA09 EA18 EA20 FA02 FA13 FA23 GA02 GA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性基板上に、裏面反射層、半導体
層、透明電極層を少なくとも積層してなる光起電力素子
において、光電変換活性領域の周縁に沿って、少なくと
も前記裏面反射層と、前記半導体層と、前記透明電極層
とからなる積層構造が除去され、代わりに樹脂が充填さ
れた領域である樹脂領域を有することを特徴とする光起
電力素子。
【請求項２】少なくとも前記樹脂領域よりも内側にお
いて、前記透明電極層が前記光電変換活性領域の周縁に
沿って除去されていることを特徴とする請求項１に記載
の光起電力素子。
【請求項３】前記樹脂領域が前記導電性基板の端部に
まで及んでいることを特徴とする請求項１又は２に記載
の光起電力素子。
【請求項４】前記裏面反射層が金属及び／又は金属酸
化物からなることを特徴とする請求項１乃至３のうちの
いずれか１項に記載の光起電力素子。
【請求項５】前記金属が銀あるいはアルミニウムのい
ずれかであることを特徴とする請求項４に記載の光起電
力素子。
【請求項６】前記金属酸化物が酸化亜鉛あるいは酸化
スズのいずれかであることを特徴とする請求項４又は５
に記載の光起電力素子。
【請求項７】前記積層構造の除去が、切削によって行
われることを特徴とする請求項１乃至６のうちのいずれ
か１項に記載の光起電力素子。
【請求項８】前記積層構造の除去が、サンドブラスト
法によって行われることを特徴とする請求項１乃至６の
うちのいずれか１項に記載の光起電力素子。
【請求項９】前記積層構造の除去が、ウォータージェ
ット法によって行われることを特徴とする請求項１乃至
６のうちのいずれか１項に記載の光起電力素子。
【請求項１０】前記半導体層が薄膜非晶質半導体であ
ることを特徴とする請求項１乃至９のうちのいずれか１
項に記載の光起電力素子。
【請求項１１】前記透明電極層が欠陥除去処理により
前記導電性基板と前記透明電極層との間の短絡部分を修
復されたものであることを特徴とする請求項１乃至１０
のうちのいずれか１項に記載の光起電力素子。
【請求項１２】前記樹脂領域に充填された樹脂と同じ
材料で、前記光電変換活性領域と、前記樹脂領域との上
面を少なくとも被覆するように樹脂層が設けられている
ことを特徴とする請求項１乃至１１のうちのいずれか１
項に記載の光起電力素子。
【請求項１３】前記樹脂領域及び前記樹脂層の形成が
流動性樹脂の塗布によって一度に行われることを特徴と
する請求項１２に記載の光起電力素子。
【請求項１４】前記樹脂の主構成成分がアクリル樹
脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂のうちのいずれかであ
ることを特徴とする請求項１乃至１３のうちのいずれか
１項に記載の光起電力素子。
【請求項１５】導電性基板上に、裏面反射層、半導体
層、透明電極層を少なくとも積層してなる光起電力素子
の製造方法において、光電変換活性領域の周縁に沿っ
て、少なくとも前記裏面反射層と、前記半導体層と、前
記透明電極層とからなる積層構造を除去する除去工程
と、前記積層構造を除去した領域に樹脂を充填して樹脂
領域を形成する充填工程と、を含むことを特徴とする光
起電力素子の製造方法。
【請求項１６】前記除去工程の前又は後で、前記樹脂
領域よりも内側において、前記透明電極層を前記光電変
換活性領域の周縁に沿って除去する工程を含むことを特
徴とする請求項１５に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１７】前記樹脂領域を前記導電性基板の端部
にまで及ぶように形成することを特徴とする請求項１５
又は１６に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１８】前記裏面反射層が金属及び／又は金属
酸化物からなることを特徴とする請求項１５乃至１７の
うちのいずれか１項に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項１９】前記金属が銀あるいはアルミニウムの
いずれかであることを特徴とする請求項１８に記載の光
起電力素子の製造方法。
【請求項２０】前記金属酸化物が酸化亜鉛あるいは酸
化スズのいずれかであることを特徴とする請求項１８又
は１９に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２１】前記積層構造の除去を、切削により行
うことを特徴とする請求項１５乃至２０のうちのいずれ
か１項に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２２】前記積層構造の除去を、サンドブラス
ト法により行うことを特徴とする請求項１５乃至２０の
うちのいずれか１項に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２３】前記積層構造の除去を、ウォータージ
ェット法により行うことを特徴とする請求項１５乃至２
０のうちのいずれか１項に記載の光起電力素子の製造方
法。
【請求項２４】前記半導体層が薄膜非晶質半導体であ
ることを特徴とする請求項１５乃至２３のうちのいずれ
か１項に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２５】前記透明電極層に対し欠陥除去処理を
施し、前記導電性基板と前記透明電極層との間の短絡部
分を修復することを特徴とする請求項１５乃至２４のう
ちのいずれか１項に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２６】前記樹脂領域に充填する樹脂と同じ材
料で、前記光電変換活性領域と、前記樹脂領域との上面
を少なくとも被覆するように樹脂層を設けられているこ
とを特徴とする請求項１５乃至２５のうちのいずれか１
項に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２７】前記樹脂領域及び前記樹脂層の形成を
流動性樹脂の塗布により一度に行うことを特徴とする請
求項２６に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項２８】前記樹脂の主構成成分がアクリル樹
脂、フッ素樹脂、シリコーン樹脂のうちのいずれかであ
ることを特徴とする請求項１５乃至２７のうちのいずれ
か１項に記載の光起電力素子の製造方法。