JP2008091674A - 光電変換素子の逆バイアス処理装置及び逆バイアス処理方法 - Google Patents

光電変換素子の逆バイアス処理装置及び逆バイアス処理方法 Download PDF

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Abstract

【課題】
直列接続された光電変換素子を逆バイアス処理する際に、それぞれの光電変換素子を順次処理する必要があるため、光電変換素子の数に応じた処理時間が必要であった。
【解決手段】
直列接続された複数の光電変換素子を逆バイアス処理する際に、光電変換素子の３つ以上の電極に異なった電位を付与し、複数の光電変換素子を同時に逆バイアス処理する。これにより、光電変換素子の逆バイアス処理時間を短縮することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換素子の逆バイアス処理装置及び逆バイアス処理方法に関するものであり、より詳しくは、直列接続された光電変換素子に逆バイアス電圧を印加して逆バイアス処理を行う光電変換素子の逆バイアス処理装置及び逆バイアス処理方法に関するものである。
近年、ガスを原料としてプラズマＣＶＤ法により形成される薄膜太陽電池が注目されている。この薄膜太陽電池の例として、シリコン系薄膜からなるシリコン系薄膜太陽電池やＣＩＳ、ＣＩＧＳ化合物薄膜太陽電池等が挙げられ、開発及び生産量の拡大が進められている。
これらの薄膜太陽電池は、プラズマＣＶＤ法、スパッタ法または真空蒸着法等により、基板上に半導体膜または電極膜を積層して形成される。薄膜太陽電池は２つの電極に挟まれた半導体層の層厚が薄いため、半導体層中のピンホールによる電極間の短絡が生じ易く、これによって発電特性が低下する。このような薄膜太陽電池の特性回復を目的として、特許文献１には、太陽電池セルの電極間に逆バイアス電圧を印加して短絡部（ピンホール）を除去する太陽電池モジュールの逆バイアス処理装置に関する発明が記載されている。
また、特許文献１に記載された太陽電池モジュールの逆バイアス処理装置は、互いに隣り合う３段以上の太陽電池セルの電極に接触する複数段のプローブと、複数段のプローブを一体的に昇降させる昇降手段と、複数段のプローブから隣り合う任意の１対の太陽電池セルの電極間に逆バイアス電圧を印加する１対のプローブを選択する切換スイッチとを具備したことを特徴としており、プローブを下降させて太陽電池セルの電極に接触させた後、スイッチ切換により複数段の太陽電池セルの逆バイアス処理ができるので、最も時間のかかるプローブの下降操作の回数を従来よりも大幅に減少させることができ、逆バイアス処理全体の効率を向上できるとされている。
図５及び図６は従来の光電変換素子の逆バイアス処理装置を説明するための図面であり、図５は、従来の直列接続された複数の光電変換素子の概略断面図、図６はその等価回路である。図５に示すように、ガラス等の透明絶縁基板１０６上に、ＳｎＯ２等の透明導電膜からなる表面電極１０７、光電変換層を含む半導体層１０８、金属及び透明電極からなる裏面電極１０４が積層された構造であり、表面電極１０７、半導体層１０８及び裏面電極１０４の一部が除去されて、隣接する光電変換素子の表面電極１０７ａと裏面電極１０４ｂ、表面電極１０７ｂと裏面電極１０４ｃ、表面電極１０７ｃと裏面電極１０４ｄ、表面電極１０７ｄと裏面電極１０４ｅ、表面電極１０７ｅと裏面電極１０４ｆ及び表面電極１０７ｆと裏面電極１０４ｇが電気的に接続され、各光電変換素子１０３ａから１０３ｆが直列接続されている。
図６の等価回路において、１０３ａから１０３ｆは光電変換素子、１０４ａから１０４ｇは裏面電極を表す。ここで、特許文献１の装置によれば、裏面電極１０４ａと裏面電極１０４ｂの間すなわち光電変換素子１０３ａに逆バイアス電圧を印加して逆バイアス処理を行った後、切換スイッチにより裏面電極１０４ｂと裏面電極１０４ｃの間すなわち光電変換素子１０３ｂに逆バイアス電圧を印加して逆バイアス処理を行い、その後順次光電変換素子１０３ｆまで逆バイアス処理を行う。
特開２０００−３２３７３８号公報
しかし、上記の場合、全ての光電変換素子に逆バイアス処理を施すためには光電変換素子の数に応じた時間を要するといった問題がある。
この問題を解決するために、複数の光電変換素子に逆バイアスを印加して同時に処理することが考えられる。しかし、特許文献１の装置構成において２対以上のプローブを選択し、複数の光電変換素子を同時に逆バイアス処理した場合、例えば、図７に示したように光電変換素子１０３ａと光電変換素子１０３ｃを同時に逆バイアス処理するため、裏面電極１０４ａ及び裏面電極１０４ｃに高電位ＶＨ、裏面電極１０４ｂ及び裏面電極１０４ｄに低電位ＶＬを付与した場合には、光電変換素子１０３ｂのｐ側電極が高電位ＶＨ、ｎ側電極が低電位ＶＬとなるため、光電変換素子１０３ｂに過大な順方向電流ＩＦが流れ、光電変換素子１０３ｂが破損したり、逆バイアス電圧を供給する電源の電力容量以上の過大電流が流れ、各光電変換素子に印加する電圧を所望の電圧に保つことができないといった問題が生じる。
また、特許文献１の装置構成において、隣接する光電変換素子を同時に逆バイアス処理することはできない。例えば、光電変換素子１０３ａおよび光電変換素子１０３ｂを逆バイアス処理しようとする場合、光電変換素子１０３ａの表面電極１０７ａと裏面電極１０４ｂが電気的に接続されているため、表面電極１０７ａと裏面電極１０４ｂに異なる電位を付与することができず、光電変換素子１０３ａおよび光電変換素子１０３ｂを同時に逆バイアス処理することはできない。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、複数の直列接続された光電変換素子の逆バイアス処理時間を短縮する逆バイアス処理装置及び逆バイアス処理方法を提供することを目的とする。
本発明は、直列接続された複数の光電変換素子に逆バイアス電圧を印加して逆バイアス処理を行う光電変換素子の逆バイアス処理装置であって、前記光電変換素子の少なくとも３つの電極に異なった電位を同時に付与する電位付与手段を備えてなる光電変換素子の逆バイアス処理装置である。
本装置によれば、直列接続された複数の光電変換素子を逆バイアス処理する際に、複数の光電変換素子を同時に逆バイアス処理することができ、光電変換素子の逆バイアス処理時間を短縮することができる。
また、本発明は、前記電位付与手段は、前記電極と接続し前記電極に電位を付与する少なくとも５つの電極接続部と、少なくとも３つの異なった前記電位を前記電極接続部に切換えて出力する切換手段と、を備える光電変換素子の逆バイアス処理装置である。
さらに、本発明は、前記電位付与手段は、前記直列接続された複数の光電変換素子の全ての電極に異なった電位を付与し、前記複数の光電変換素子の全てを同時に逆バイアス処理可能とする光電変換素子の逆バイアス処理装置である。
さらにまた、本発明は、前記光電変換素子に印加される逆バイアス電圧は、前記光電変換素子の耐電圧以下である光電変換素子の逆バイアス処理装置である。
そして、本発明は、直列接続された複数の光電変換素子に逆バイアス電圧を印加する光電変換素子の逆バイアス処理方法であって、前記光電変換素子の少なくとも３つの電極に異なった電位を付与することにより、複数の光電変換素子の逆バイアス処理を同時に行う光電変換素子の逆バイアス処理方法である。
本方法によれば、直列接続された複数の光電変換素子を逆バイアス処理する際に、複数の光電変換素子を同時に逆バイアス処理することができ、光電変換素子の逆バイアス処理時間を短縮することができる。
また、本発明は、前記逆バイアス処理が同時に行われる複数の光電変換素子の間には、逆バイアス処理が行われない光電変換素子が直列接続され、前記逆バイアス処理が行われない光電変換素子の電極には同一電位が付与される光電変換素子の逆バイアス処理方法である。
さらに、本発明は、前記逆バイアス処理が同時に行われる複数の光電変換素子は、電気的に直接に直列接続されている光電変換素子の逆バイアス処理方法である。
さらにまた、本発明は、前記直列接続された複数の光電変換素子の全ての電極に異なった電位を付与することにより、前記複数の光電変換素子の全てを同時に逆バイアス処理する光電変換素子の逆バイアス処理方法である。
さらにまた、本発明は、前記逆バイアス処理が同時に行われる複数の光電変換素子に印加される電圧は、前記光電変換素子の耐電圧以下である光電変換素子の逆バイアス処理方法である。
本装置及び本方法によれば、直列接続された複数の光電変換素子のうち少なくとも２つの光電変換素子を同時に逆バイアス処理することができる。
すなわち、処理すべき複数の光電変換素子の電極に異なった電位を付与することにより逆バイアスを印加するため、処理すべき複数の光電変換素子が直接に直列接続されている場合でも、それらを同時に逆バイアス処理することができる。また、逆バイアス処理すべき複数の光電変換素子が直接に直列接続されておらず、それらの間に逆バイアス処理しない光電変換素子が存在する場合でも、間に位置する逆バイアス処理しない光電変換素子を順方向動作させことによる過大電流を防止し、逆バイアス処理すべき光電変換素子を同時に逆バイアス処理することができる。
これにより、光電変換素子の逆バイアス処理時間を短縮することができる。
（実施形態１）
以下、本発明の光電変換素子の逆バイアス処理装置の実施形態を図面と共に説明する。
図１は、本実施形態に係る光電変換素子の逆バイアス処理装置の概略図である。
光電変換素子の逆バイアス処理装置は、図１に示すように電位付与手段１１２から出力された３つの異なった電位を同時に光電変換素子１０３の裏面電極１０４に付与するものである。電位付与手段１１２は、３つの異なった電位を同時に出力する出力端子１０１を有する電源１０２と、それぞれの出力端子１０１を、直列接続された光電変換素子１０３の裏面電極１０４に接続する導電性部材１０５とを備えている。導電性部材１０５は電極接続部１０５ａ及び配線部１０５ｂからなる構成である。
出力端子１０１それぞれからは、異なった電位が出力されていれば良く、本実施形態においては、出力端子１０１ａに＋３Ｖ、出力端子１０１ｂに０Ｖ、出力端子１０１ｃに−３Ｖの電位を出力できるようにした。
この装置により、２つの光電変換素子１０３に同時に逆バイアス電圧３Ｖを印加でき、２つの光電変換素子１０３を同時に逆バイアス処理することができる。
本実施形態において、逆バイアス電圧を３Ｖとしたが、光電変換素子１０３のＰＮ接合が破壊され短絡状態となることを防止するため、光電変換素子１０３の耐電圧以下の電圧であれば良い。光電変換素子１０３の耐電圧は、半導体層の膜厚あるいは層数等の構造により異なるが、一般的には数Ｖから２０Ｖ程度である。
本実施形態の逆バイアス処理装置を用いた逆バイアス処理方法について、図面を基にして以下に説明する。本実施形態に係る逆バイアス処理方法は、互いに隣接して直列接続された複数の光電変換素子を同時に逆バイアス処理するものである。図１に示すように、裏面電極１０４ａ、１０４ｂ、１０４ｃそれぞれに電極接続部１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ａ３を接触させ、出力端子１０１ａに＋３Ｖ、出力端子１０１ｂに０Ｖ、出力端子１０１ｃに−３Ｖの電位を出力すると、裏面電極１０４ａに−３Ｖ、裏面電極１０４ｂに０Ｖ、裏面電極１０４ｃに＋３Ｖの電位が付与される。図２は、本実施形態に係る直列接続された光電変換素子の等価回路である。図２に示すように、光電変換素子１０３ａ及び光電変換素子１０３ｂに３Ｖの逆バイアス電圧が同時に印加され、これらの光電変換素子を同時に逆バイアス処理することができる。この際、他の光電変換素子１０３ｃから光電変換素子１０３ｆに電圧が印加されることはなく、トランジスタとして順方向動作する等による問題が生じることはない。
光電変換素子１０３ａ及び光電変換素子１０３ｂの逆バイアス処理終了後、裏面電極１０４ｃ、１０４ｄ、１０４ｅそれぞれに電極接続部１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ａ３を接触させ、出力端子１０１ａに＋３Ｖ、出力端子１０１ｂに０Ｖ、出力端子１０１ｃに−３Ｖの電位を出力する。これにより、光電変換素子１０３ｃ及び光電変換素子１０３ｄに３Ｖの逆バイアス電圧が同時に印加され、これらの光電変換素子を同時に逆バイアス処理することができる。
光電変換素子１０３ｃ及び光電変換素子１０３ｄの逆バイアス処理終了後、裏面電極１０４ｅ、１０４ｆ、１０４ｇそれぞれに電極接続部１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ａ３を接触させ、出力端子１０１ａに＋３Ｖ、出力端子１０１ｂに０Ｖ、出力端子１０１ｃに−３Ｖの電位を出力する。これにより、光電変換素子１０３ｅ及び光電変換素子１０３ｆに３Ｖの逆バイアス電圧が同時に印加され、これらの光電変換素子を同時に逆バイアス処理することができる。
以上により、光電変換素子１０３ａから光電変換素子１０３ｆのすべての光電変換素子を逆バイアス処理することができる。
また、本実施形態では、電源１０２からの出力電位、出力端子１０１及び導電性部材１０５をそれぞれ３つとしたが、直列接続された光電変換素子１０３の数が多い場合には、出力電位、出力端子１０１及び導電性部材１０５の数を増加させることにより対応することができる。さらに、光電変換素子１０３の裏面電極１０４すべてに対応した出力電位、出力端子１０１及び導電性部材１０５を設けることにより、一度に全ての光電変換素子１０３を逆バイアス処理することも可能である。
本実施形態に係る方法によれば、同時に２つ以上の光電変換素子１０３を逆バイアス処理することができ、その処理時間を短縮することができる。
ここで、本実施形態及び以下の実施形態において、同時に逆バイアス処理するとは、複数の光電変換素子の逆バイアス処理が同時に開始及び終了される場合に限られず、異なった時刻に開始される場合及び異なった時刻に終了する場合も含む。すなわち、ある時刻において、複数の光電変換素子に逆バイアス電圧が印加され逆バイアス処理が行われていれば良い。
また、本実施形態及び以下の実施形態においては、電極接続部１０５ａを裏面電極１０４に接触させているが、表面電極１０７が露出している場合には、表面電極１０７に電極接続部１０５ａを接触させても良い。
またさらに、本実施形態及び以下の実施形態においては、透明基板を使用したスーパーストレート型の光電変換素子を例に挙げたが、不透明基板を使用したサブストレート型の光電変換素子の場合でも、同様に実施することができる。
（実施形態２）
以下、本発明の光電変換素子の逆バイアス処理装置の他の実施形態を図面と共に説明する。
図３は、本実施形態に係る光電変換素子の逆バイアス処理装置の概略図である。
光電変換素子の逆バイアス処理装置は、図３に示すように電位付与手段１１２を備えており、電位付与手段１１２は、電源１０２、切換手段１０９及び導電性部材１０５により構成されている。図３において、電源１０２の出力端子１０１は、導電性部材１０５である配線部１０５ｃを介して切換手段１０９の入力端子１１１に接続され、切換手段１０９の各出力端子１１０は、導電性部材１０５である配線部１０５ｂ及び電極接続部１０５ａを介して光電変換素子１０３の裏面電極１０４に接続されている。
切換手段１０９は、入力端子１１１と出力端子１１０の間の電気的な接続を切換える機能を有するものであり、入力端子１１１それぞれを１つあるいは複数の出力端子１１０に接続することができる。本実施形態では、図３に示すように、電気的な接続を切換える切換部１０９ａと出力端子１１０それぞれに対応したスイッチ部１０９ｂを備える構成とした。
電源１０２の出力端子１０１からは３つの異なった電位が同時に出力される。電源１０２の出力端子１０１は３つ以上であれば良く、同時に出力される電位は３つ以上の異なった値であれば良い。
本実施形態において、出力端子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃのそれぞれには、１０１ａに＋３Ｖ、１０１ｂに０Ｖ、１０１ｃに−３Ｖの電位が出力されるようにした。
各出力端子１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃから出力された各電位は、切換手段１０９により選択された出力端子１１０を通じて光電変換素子１０３の任意の裏面電極１０４に付与される。
この装置により、切換手段１０９により選択された任意の２つの光電変換素子１０３に同時に逆バイアス電圧３Ｖを印加でき、２つの光電変換素子１０３を同時に逆バイアス処理することができる。また、逆バイアス処理する光電変換素子１０３を選択する際に、電極接続部１０５ａまたは光電変換素子１０３の位置を移動する必要がなく、逆バイアス処理装置の駆動部を簡略化することができる。
（実施形態３）
以下、本発明の光電変換素子の逆バイアス処理方法の実施形態を図面と共に説明する。
本実施形態に係る逆バイアス処理方法は、互いに隣接していない複数の光電変換素子１０３を同時に逆バイアス処理するものである。図４は、本実施例に係る逆バイアス処理方法を示す直列接続された光電変換素子の等価回路である。図４に示すように、裏面電極１０４ａに＋３Ｖ、裏面電極１０４ｂ及び裏面電極１０４ｄに０Ｖ、裏面電極１０４ｅに−３Ｖの電位を付与することにより、光電変換素子１０３ａ及び光電変換素子１０３ｄに３Ｖの逆バイアス電圧が同時に印加され、これらの光電変換素子を同時に逆バイアス処理することができる。この際、同時に逆バイアス処理される光電変換素子１０３ａと光電変換素子１０３ｄの間に位置する光電変換素子１０３ｂ及び光電変換素子１０３ｃには、電圧が印加されず、トランジスタとして順方向動作する等による問題が生じることはない。
また、本実施形態の場合、さらに裏面電極１０４ｃに０Ｖを付与し、同時に逆バイアス処理される光電変換素子１０３ａと光電変換素子１０３ｄの間に位置する光電変換素子１０３ｂ及び光電変換素子１０３ｃの電極全てに同一の電位０Ｖを付与しても良い。
また、本実施形態において、裏面電極１０４ｂ及び裏面電極１０４ｄを同電位としたが、異なる電位とすることもできる。ただし、この場合は、光電変換素子１０３ｂ及び光電変換素子１０３ｃが順方向動作してこれらの光電変換素子に大電流が流れないようにする必要がある。光電変換素子１０３ｂ及び光電変換素子１０３ｃのような逆バイアス処理されない光電変換素子は、順バイアス動作しないことが望ましい。ただし、順バイアス動作させても、光電変換素子が破損しない程度の順方向電流が流れる場合や、その順方向電流を流しても電源１０２の電力容量の範囲内であり、印加電圧が低下しない場合には、本方法を使用することは可能である。
本実施形態に係る方法は、逆バイアス処理する必要のある光電変換素子１０３が離れて位置している場合に、それらを同時に逆バイアス処理するときに有効である。
本発明の実施形態１に係る光電変換素子の逆バイアス処理装置の概略図である。 本発明の実施形態１に係る逆バイアス処理方法を示す光電変換素子の等価回路図である。 本発明の実施形態２に係る光電変換素子の逆バイアス処理装置の概略図である。 本発明の実施形態３に係る逆バイアス処理方法を示す光電変換素子の等価回路図である。 従来の直列接続された複数の光電変換素子の概略断面図である。 従来の直列接続された複数の光電変換素子の等価回路図である。 従来の逆バイアス処理装置の課題を説明するための光電変換素子の等価回路図である。
符号の説明
１０１、１０１ａ、１０１ｂ、１０１ｃ 出力端子
１０２ 電源
１０３、１０３ａから１０３ｆ 光電変換素子
１０４、１０４ａから１０４ｇ 裏面電極
１０５ 導電性部材
１０５ａ、１０５ａ１、１０５ａ２、１０５ａ３ 電極接続部
１０５ｂ、１０５ｃ 配線部
１０９ 切換手段
１０９ａ 切換部
１０９ｂ スイッチ部
１１２ 電位付与手段

Claims (9)

  1. 直列接続された複数の光電変換素子に逆バイアス電圧を印加して逆バイアス処理を行う光電変換素子の逆バイアス処理装置であって、前記光電変換素子の少なくとも３つの電極に異なった電位を同時に付与する電位付与手段を備えてなることを特徴とする光電変換素子の逆バイアス処理装置。
  2. 前記電位付与手段は、前記電極と接続し前記電極に電位を付与する少なくとも５つの電極接続部と、
    少なくとも３つの異なった前記電位を前記電極接続部に切換えて出力する切換手段と、
    を備えることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子の逆バイアス処理装置。
  3. 前記電位付与手段は、前記直列接続された複数の光電変換素子の全ての電極に異なった電位を付与し、前記複数の光電変換素子の全てを同時に逆バイアス処理可能とすることを特徴とする請求項１に記載の光電変換素子の逆バイアス処理装置。
  4. 前記光電変換素子に印加される逆バイアス電圧は、前記光電変換素子の耐電圧以下であることを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載の光電変換素子の逆バイアス処理装置。
  5. 直列接続された複数の光電変換素子に逆バイアス電圧を印加する光電変換素子の逆バイアス処理方法であって、前記光電変換素子の少なくとも３つの電極に異なった電位を付与することにより、複数の光電変換素子の逆バイアス処理を同時に行うことを特徴とする光電変換素子の逆バイアス処理方法。
  6. 前記逆バイアス処理が同時に行われる複数の光電変換素子の間には、逆バイアス処理が行われない光電変換素子が直列接続され、前記逆バイアス処理が行われない光電変換素子の電極には同一電位が付与されることを特徴とする請求項５に記載の光電変換素子の逆バイアス処理方法。
  7. 前記逆バイアス処理が同時に行われる複数の光電変換素子は、電気的に直接に直列接続されていることを特徴とする請求項５に記載の光電変換素子の逆バイアス処理方法。
  8. 前記直列接続された複数の光電変換素子の全ての電極に異なった電位を付与することにより、前記複数の光電変換素子の全てを同時に逆バイアス処理することを特徴とする請求項７に記載の光電変換素子の逆バイアス処理方法。
  9. 前記逆バイアス処理が同時に行われる複数の光電変換素子に印加される電圧は、前記光電変換素子の耐電圧以下であることを特徴とする請求項５から請求項８の何れか１項に記載の光電変換素子の逆バイアス処理方法。
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