JP2009059921A - 光電変換素子、光電変換素子接続体および光電変換モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】安価な配線部材を用いて隣接する光電変換素子間の接続が可能な光電変換素子を提供する。
【解決手段】本発明の光電変換素子は、第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の裏面側に配置され且つ第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、第１半導体層に接触し且つ少なくとも一部が第１半導体層の受光面側に配置された第２導電型の第２半導体層と、第２半導体層の受光面側に第２半導体層に電気的に接続されるように設けられた受光面電極と、第１半導体層の裏面側に配置され第１半導体層と電気的に分離され且つ第２半導体層に電気的に接続された第２電極と、第１半導体層を貫通し第１半導体層と電気的に分離され且つ前記受光面電極と第２電極とを電気的に接続する貫通接続部とを備える光電変換素子であって、第１電極と第２電極は、前記光電変換素子の中心を通る中心軸から等距離の位置に配置されることを特徴とする。
【選択図】図１
【解決手段】本発明の光電変換素子は、第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の裏面側に配置され且つ第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、第１半導体層に接触し且つ少なくとも一部が第１半導体層の受光面側に配置された第２導電型の第２半導体層と、第２半導体層の受光面側に第２半導体層に電気的に接続されるように設けられた受光面電極と、第１半導体層の裏面側に配置され第１半導体層と電気的に分離され且つ第２半導体層に電気的に接続された第２電極と、第１半導体層を貫通し第１半導体層と電気的に分離され且つ前記受光面電極と第２電極とを電気的に接続する貫通接続部とを備える光電変換素子であって、第１電極と第２電極は、前記光電変換素子の中心を通る中心軸から等距離の位置に配置されることを特徴とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、光電変換素子、光電変換素子接続体および光電変換モジュールに関する。
太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する光電変換素子は、近年、特に環境問題の観点から、次世代のエネルギー源としての期待が急激に高まっている。光電変換素子として、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。
その中でも、表面電極面積占有率を減少させるとともに、表面電極下部でのキャリア再結合を抑制するために、ＭＷＴ（Metallization Wrap Through）光電変換素子が提案されている（非特許文献１）。このＭＷＴ光電変換素子は、シリコン基板に形成された貫通孔を通じて表面電極の一部を裏面側に取り回す構造を有し、表面電極の面積占有率を減少させることができる。
１つのＭＷＴ光電変換素子の裏面のｐ側電極と、隣接するＭＷＴ光電変換素子の裏面のｎ側電極とを、インターコネクション・フォイルにて接続し、光電変換素子接続体を形成する（非特許文献２）。このインターコネクション・フォイルは、パターニングされたアルミニウム層を有し、アルミニウム層がＭＷＴ光電変換素子の裏面の各電極と電気的に接続される部分の表面には耐腐食層（anti-corrosion layer）が形成されるように後処理が施され、その他の部分は絶縁性ワニス（isolating varnish）で被覆されている。ＭＷＴ光電変換素子の裏面の各電極と耐腐食層とは導電性接着剤を介して導通される。
Filip Granek、他、"A SYSTEMATIC APPROACH TO REDUCE PROCESS-INDUCED SHUNTS IN BACK-CONTACTED MC-SI SOLAR CELLS"、IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion、(アメリカ)、2006年、p.1319-1322 P.C. de Jong、他、"SINGLE-STEP LAMINATED FULL-SIZE PV MODULES MADE WITH BACK-CONTACTED MC-SI CELLS AND CONDUCTIVE ADHESIVES"、19th European Photovoltaic Solar Energy Conference、(フランス)、2004年、p.2145-2148
Filip Granek、他、"A SYSTEMATIC APPROACH TO REDUCE PROCESS-INDUCED SHUNTS IN BACK-CONTACTED MC-SI SOLAR CELLS"、IEEE 4th World Conference on Photovoltaic Energy Conversion、(アメリカ)、2006年、p.1319-1322 P.C. de Jong、他、"SINGLE-STEP LAMINATED FULL-SIZE PV MODULES MADE WITH BACK-CONTACTED MC-SI CELLS AND CONDUCTIVE ADHESIVES"、19th European Photovoltaic Solar Energy Conference、(フランス)、2004年、p.2145-2148
インターコネクション・フォイルは、複雑なパターニングを有することから、ＭＷＴ光電変換素子との接続不良等の問題を回避するためには、光電変換素子をインターコネクション・フォイル上に高い位置精度にて配置する必要がある。さらに、インターコネクション・フォイルの作製工程や導電性接着剤のコストはインターコネクタに比べて高価である。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、安価な配線部材を用いて隣接する光電変換素子間の接続が可能な光電変換素子を提供するものである。
本発明の光電変換素子は、第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の裏面側に配置され且つ第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、第１半導体層に接触し且つ少なくとも一部が第１半導体層の受光面側に配置された第２導電型の第２半導体層と、第２半導体層の受光面側に第２半導体層に電気的に接続されるように設けられた受光面電極と、第１半導体層の裏面側に配置され第１半導体層と電気的に分離され且つ第２半導体層に電気的に接続された第２電極と、第１半導体層を貫通し第１半導体層と電気的に分離され且つ前記受光面電極と第２電極とを電気的に接続する貫通接続部とを備える光電変換素子であって、第１電極と第２電極は、前記光電変換素子の中心を通る中心軸から等距離の位置に配置されることを特徴とする。
本発明では、第１電極と第２電極は、光電変換素子の中心を通る中心軸から等距離の位置に配置されている。このため、２つの光電変換素子を並べて配置して互いに電気的に接続させる際、一方の光電変換素子を主面に垂直な軸を中心に１８０度回転させた後にそれぞれの中心軸を同一直線上に配置させると、必然的に一方の光電変換素子の第１電極と他方の光電変換素子の第２電極が中心軸に平行な直線上に位置するようになる。従って、直線状の素子間配線部材を用いて一方の光電変換素子の第１電極と他方の光電変換素子の第２電極を接続させることができる。本発明によれば、直線状の素子間配線部材を用いて２つの光電変換素子を接続させることができるので、この配線工程にかかる時間を短縮させることができる。また、直線状の素子間配線部材は比較的安価であるので、製造コストを低減することができる。
以下、本発明の種々の実施形態を例示する。
第２電極は、前記貫通接続部の中心点に対して非対称な形状を有してもよい。
第１電極と前記貫通接続部は、前記中心軸からの距離が互いに異なってもよい。
第２電極は、複数設けられ、複数の第２電極は、前記中心軸に平行な方向に沿って配置されてもよい。
第１電極は、複数設けられ、複数の第１電極は、前記中心軸に平行な方向に沿って配置されてもよい。
前記中心軸から等距離の位置に配置される第１電極と第２電極の対が複数設けられてもよい。
第２電極は、前記貫通接続部の中心点に対して非対称な形状を有してもよい。
第１電極と前記貫通接続部は、前記中心軸からの距離が互いに異なってもよい。
第２電極は、複数設けられ、複数の第２電極は、前記中心軸に平行な方向に沿って配置されてもよい。
第１電極は、複数設けられ、複数の第１電極は、前記中心軸に平行な方向に沿って配置されてもよい。
前記中心軸から等距離の位置に配置される第１電極と第２電極の対が複数設けられてもよい。
本発明は、第１及び第２光電変換素子を備え、第１及び第２光電変換素子は、それぞれ、上記記載の光電変換素子からなり、第１及び第２光電変換素子は、それぞれの前記中心軸が同一直線上に位置し且つ一方の光電変換素子の第１電極と他方の光電変換素子の第２電極が前記中心軸に平行な直線上に位置するように配置され、一方の光電変換素子の第１電極と他方の光電変換素子の第２電極が直線状の素子間配線部材で電気的に接続されている光電変換素子接続体も提供する。
第２電極は、前記貫通接続部の中心点に対して非対称な形状を有してもよい。
各光電変換素子において、第１電極と前記貫通接続部は、前記中心軸からの距離が互いに異なってもよい。
本発明は、上記記載の光電変換素子接続体を備える光電変換モジュールも提供する。
ここで示した内容は、互いに組み合わせることができる。
第２電極は、前記貫通接続部の中心点に対して非対称な形状を有してもよい。
各光電変換素子において、第１電極と前記貫通接続部は、前記中心軸からの距離が互いに異なってもよい。
本発明は、上記記載の光電変換素子接続体を備える光電変換モジュールも提供する。
ここで示した内容は、互いに組み合わせることができる。
以下、本発明の種々の実施形態を図面を用いて説明する。図面や以下の記述中で示す内容は、例示であって、本発明の範囲は、図面や以下の記述中で示すものに限定されない。以下、第１導電型がｐ型である場合を例にとって説明を進める。また、以下の説明中の「ｐ型」と「ｎ型」を入れ替える等必要な読み替えをすることによって、以下の説明は、第１導電型がｎ型である場合にも基本的に適用可能である。
１．第１実施形態
１−１．光電変換素子の構造
まず、図１（ａ）、（ｂ）及び図２を用いて、本発明の第１実施形態の光電変換素子の構造を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の光電変換素子の構造を示す平面図（受光面図）及び裏面図であり、図２は、図１（ｂ）中のＩ−Ｉ断面図である。
１−１．光電変換素子の構造
まず、図１（ａ）、（ｂ）及び図２を用いて、本発明の第１実施形態の光電変換素子の構造を説明する。図１（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の光電変換素子の構造を示す平面図（受光面図）及び裏面図であり、図２は、図１（ｂ）中のＩ−Ｉ断面図である。
本実施形態の光電変換素子１０は、ｐ型の第１半導体層（以下「ｐ型層」と呼ぶ。）１と、ｐ型層１の裏面側に配置され且つｐ型層１に電気的に接続された第１電極２と、ｐ型層１に接触し且つ少なくとも一部がｐ型層１の受光面側に配置されたｎ型の第２半導体層（以下「ｎ型層」と呼ぶ。）３と、ｎ型層３の受光面側にｎ型層３に電気的に接続されるように設けられた受光面電極５と、ｐ型層１の裏面側に配置されｐ型層１と電気的に分離され且つｎ型層３に電気的に接続された第２電極７と、ｐ型層１を貫通しｐ型層１と電気的に分離され且つ受光面電極５と第２電極７とを電気的に接続する貫通接続部９とを備える。
第１電極２と第２電極７は、光電変換素子１０の中心を通る中心軸１１から等距離の位置に配置されている。中心軸１１は、光電変換素子１０の主面に平行である。中心軸１１は、平面図において光電変換素子１０を同形状に二分にする。光電変換素子１０の平面形状が正方形又は長方形である場合、中心軸１１は、正方形又は長方形の中心を通り正方形の一辺又は長方形の短辺若しくは長辺に平行な直線である。中心軸１１は、複数の光電変換素子１０が直列接続のために並べられる方向に平行である。
ｐ型層１の裏面側には、アルミニウム電極１３が配置されている。アルミニウム電極１３の直下には、ｐ型不純物が高濃度にドープされた高濃度ｐ型層１５が形成されている。第１電極２と第２電極７は、それぞれ別々の素子間配線部材１７への接続に用いられる（図５を参照）。第２電極７とアルミニウム電極１３の間には環状に分離帯１９が設けられている。これによって、第２電極７とアルミニウム電極１３が絶縁される。分離帯１９には、環状に接合分離部２１が設けられている。これによって、ｐ型層１とｎ型層３が確実に絶縁される。ｎ型層３の受光面側には反射防止膜２３が設けられている。
第１電極２と第２電極７は、光電変換素子１０の中心を通る中心軸１１から等距離の位置に配置されている。中心軸１１は、光電変換素子１０の主面に平行である。中心軸１１は、平面図において光電変換素子１０を同形状に二分にする。光電変換素子１０の平面形状が正方形又は長方形である場合、中心軸１１は、正方形又は長方形の中心を通り正方形の一辺又は長方形の短辺若しくは長辺に平行な直線である。中心軸１１は、複数の光電変換素子１０が直列接続のために並べられる方向に平行である。
ｐ型層１の裏面側には、アルミニウム電極１３が配置されている。アルミニウム電極１３の直下には、ｐ型不純物が高濃度にドープされた高濃度ｐ型層１５が形成されている。第１電極２と第２電極７は、それぞれ別々の素子間配線部材１７への接続に用いられる（図５を参照）。第２電極７とアルミニウム電極１３の間には環状に分離帯１９が設けられている。これによって、第２電極７とアルミニウム電極１３が絶縁される。分離帯１９には、環状に接合分離部２１が設けられている。これによって、ｐ型層１とｎ型層３が確実に絶縁される。ｎ型層３の受光面側には反射防止膜２３が設けられている。
第１電極２及び第２電極７は、それぞれ、複数設けられている。複数の第１電極２、複数の第２電極７は、それぞれ、中心軸１１に平行な方向に沿って配置されている。直線状に並ぶ複数の第１電極２からなる第１電極列と、直線状に並ぶ複数の第２電極７からなる第２電極列は、中心軸１１を基準として線対称な配置を有している。複数の第１電極２を中心軸１１に平行な方向に沿って配置する代わりに、細長い形状の第１電極２をその長手方向が中心軸１１に平行になるように配置してもよい。複数の第１電極２を離散的に配置した場合、電極材料の使用量を減らすことができるという利点と、素子間配線部材１７から受けるストレスを減らすことができるという利点が得られる。第１電極２及び第２電極７の数は、それぞれ、１つでもよいが、複数の電極を分散して配置することによって、光電変換素子１０で発生した電力を効率的に回収することができる。
中心軸１１から等距離の位置に配置される第１電極２と第２電極７の対は、複数（具体的には４つ）設けられている。第１対〜第４対での、中心軸１１から第１電極２又は第２電極７の距離は、それぞれ、図１（ｂ）に示すように、Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄである。この対の数は、１つでもよいが、中心軸１１からの距離が互いに異なる複数の対を設けることによって、光電変換素子１０で発生した電力を効率的に回収することができる。
受光面電極５は、基部５ａと、基部５ａに電気的に接続され基部５ａよりも幅が狭い枝部５ｂとで構成されている。基部５ａの幅は、一定である。貫通接続部９は、基部５ａに接続されている。
１−２．光電変換素子の製造方法
次に、図３（ａ）〜（ｄ）及び図４（ｅ）〜（ｇ）を用いて光電変換素子１０の製造方法の一例について説明する。
次に、図３（ａ）〜（ｄ）及び図４（ｅ）〜（ｇ）を用いて光電変換素子１０の製造方法の一例について説明する。
（１）貫通孔形成、表面凹凸加工工程
まず、図３（ａ）に示すように、ｐ型半導体基板２５に貫通孔９ａを形成する。
基板２５の種類は、特に限定されないが、例えば、結晶シリコン基板である。貫通孔９ａの形成方法は、特に限定されない。貫通孔９ａは、例えばレーザー加工によって形成することができる。貫通孔９ａの形状や寸法は、特に限定されない。貫通孔９ａの形状は、一例では、四角形（例：正方形、長方形）や円形である。
まず、図３（ａ）に示すように、ｐ型半導体基板２５に貫通孔９ａを形成する。
基板２５の種類は、特に限定されないが、例えば、結晶シリコン基板である。貫通孔９ａの形成方法は、特に限定されない。貫通孔９ａは、例えばレーザー加工によって形成することができる。貫通孔９ａの形状や寸法は、特に限定されない。貫通孔９ａの形状は、一例では、四角形（例：正方形、長方形）や円形である。
次に、基板２５の表面を酸やアリカリの溶液や反応性プラズマを用いてエッチングすることによって表面に凹凸構造（テクスチャ構造）を形成する。
（２）ｎ型層形成工程
次に、図３（ｂ）に示すように、基板２５にｎ型不純物を導入することによってｎ型層３を形成し、図３（ｂ）に示す構造を得る。
ｎ型不純物の導入は、例えば、ｎ型不純物を含む材料（例えばＰＯＣｌ3）を含む高温気体中に基板２５を置くことによって行うことができる。この工程によって、基板２５の表面側、貫通孔９ａの側壁、及び基板２５の裏面側にｎ型層３が形成される。基板２５のうちｎ型層３になっていない残りの部分がｐ型層１になる。
次に、図３（ｂ）に示すように、基板２５にｎ型不純物を導入することによってｎ型層３を形成し、図３（ｂ）に示す構造を得る。
ｎ型不純物の導入は、例えば、ｎ型不純物を含む材料（例えばＰＯＣｌ3）を含む高温気体中に基板２５を置くことによって行うことができる。この工程によって、基板２５の表面側、貫通孔９ａの側壁、及び基板２５の裏面側にｎ型層３が形成される。基板２５のうちｎ型層３になっていない残りの部分がｐ型層１になる。
ｎ型層３の形成方法は、ここで示した方法に限定されない。ｎ型層３は、例えばｎ型不純物からなるイオンを基板２５内にイオン注入することによって形成してもよい。また、基板２５内にｎ型不純物を導入してｎ型層３を形成する代わりに、基板２５上にＣＶＤ法等により別途ｎ型半導体層を形成することによってｎ型層３を形成してもよい。この場合、基板２５がそのままｐ型層１となる。
ｎ型層３は、少なくとも一部がｐ型層１の受光面側に配置されていればよい。従って、ｐ型層１の裏面側に配置されたｎ型層３は、そのまま残しておいてもよく、エッチング等により除去してもよい。また、予め基板２５の裏面側に拡散防止マスクを配置し、その状態で基板２５にｎ型不純物を導入することによってｐ型層１の裏面側にはｎ型層３が形成されないようにしてもよい。
（３）反射防止膜形成工程
次に、図３（ｃ）に示すように、ｎ型層３の受光面側に反射防止膜２３を形成する。
反射防止膜２３は、ｎ型層３の受光面側に、受光面電極５を形成する領域に開口を有するように形成することができる。反射防止膜２３は、ｎ型層３の受光面全体に形成してもよい。この場合、受光面電極５は、反射防止膜２３上に形成し、ファイアスルーによって受光面電極５とｎ型層３とを導通させることができる。特に、反射防止膜２３は、表面反射を抑制する機能を有するものであればその材料、厚さ及び製法等は特に限定されない。反射防止膜２３は、例えば、厚さ７０ｎｍのＳｉＮ膜からなる。反射防止膜２３は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって形成することができる。
次に、図３（ｃ）に示すように、ｎ型層３の受光面側に反射防止膜２３を形成する。
反射防止膜２３は、ｎ型層３の受光面側に、受光面電極５を形成する領域に開口を有するように形成することができる。反射防止膜２３は、ｎ型層３の受光面全体に形成してもよい。この場合、受光面電極５は、反射防止膜２３上に形成し、ファイアスルーによって受光面電極５とｎ型層３とを導通させることができる。特に、反射防止膜２３は、表面反射を抑制する機能を有するものであればその材料、厚さ及び製法等は特に限定されない。反射防止膜２３は、例えば、厚さ７０ｎｍのＳｉＮ膜からなる。反射防止膜２３は、例えば、プラズマＣＶＤ法によって形成することができる。
（４）アルミニウム電極及び高濃度ｐ型層形成工程
次に、図３（ｄ）に示すように、ｐ型層１の裏面側にアルミニウム電極１３を形成する。アルミニウム電極１３は、アルミニウムを含むペースト材料を印刷し、焼成することによって形成することができる。この際、アルミニウム電極１３の直下にアルミニウムが拡散して高濃度ｐ型層１５が形成される（図４（ｅ）を参照）。アルミニウム電極１３は、貫通孔９ａの周囲の領域（後工程で第２電極７と分離帯１９が形成される領域）を避けて形成する。
次に、図３（ｄ）に示すように、ｐ型層１の裏面側にアルミニウム電極１３を形成する。アルミニウム電極１３は、アルミニウムを含むペースト材料を印刷し、焼成することによって形成することができる。この際、アルミニウム電極１３の直下にアルミニウムが拡散して高濃度ｐ型層１５が形成される（図４（ｅ）を参照）。アルミニウム電極１３は、貫通孔９ａの周囲の領域（後工程で第２電極７と分離帯１９が形成される領域）を避けて形成する。
（５）第１電極、第２電極及び貫通接続部形成工程
次に、図４（ｅ）に示すように、ｐ型層１の裏面側に第１電極２及び第２電極７を形成し、貫通孔９ａ内に貫通接続部９を形成する。第２電極７は、アルミニウム電極１３との間に分離帯１９が設けられるように形成する。
第１電極２、第２電極７及び貫通接続部９の材料、厚さ及び製法等は特に限定されない。これらの材料は、同じものであってもよく、互いに異なるものであってもよい。第１電極２、第２電極７及び貫通接続部９は、はんだ付けに適した金属、例えば、銀で形成することが好ましい。
第１電極２、第２電極７及び貫通接続部９は、蒸着法、ペースト電極の印刷焼成法、めっき法等によって形成することができる。第２電極７及び貫通接続部９は、例えば、裏面側から導電性ペーストを印刷し、焼成する等の方法によって同時に形成することができる。第２電極７及び貫通接続部９は、蒸着法やめっき法でも同時に形成することができる。
次に、図４（ｅ）に示すように、ｐ型層１の裏面側に第１電極２及び第２電極７を形成し、貫通孔９ａ内に貫通接続部９を形成する。第２電極７は、アルミニウム電極１３との間に分離帯１９が設けられるように形成する。
第１電極２、第２電極７及び貫通接続部９の材料、厚さ及び製法等は特に限定されない。これらの材料は、同じものであってもよく、互いに異なるものであってもよい。第１電極２、第２電極７及び貫通接続部９は、はんだ付けに適した金属、例えば、銀で形成することが好ましい。
第１電極２、第２電極７及び貫通接続部９は、蒸着法、ペースト電極の印刷焼成法、めっき法等によって形成することができる。第２電極７及び貫通接続部９は、例えば、裏面側から導電性ペーストを印刷し、焼成する等の方法によって同時に形成することができる。第２電極７及び貫通接続部９は、蒸着法やめっき法でも同時に形成することができる。
（６）受光面電極形成工程
次に、図４（ｆ）に示すように、ｎ型層３の受光面側に受光面電極５を形成する。受光面電極５は、ｎ型層３に電気的に接続されていて、ｎ型層３からの光電変換素子１０で発生した電力を回収することができるものであれば、その形状や材料は、特に限定されない。受光面電極５は、例えば、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、パラジウム等の金属材料で形成することができ、銀で形成することが好ましい。受光面電極５は、例えば、蒸着法、ペースト電極の印刷焼成法、めっき法等によって形成することができる。
なお、上記工程（４）（５）（６）は、順序がかわっても問題はない。
次に、図４（ｆ）に示すように、ｎ型層３の受光面側に受光面電極５を形成する。受光面電極５は、ｎ型層３に電気的に接続されていて、ｎ型層３からの光電変換素子１０で発生した電力を回収することができるものであれば、その形状や材料は、特に限定されない。受光面電極５は、例えば、銀、アルミニウム、銅、ニッケル、パラジウム等の金属材料で形成することができ、銀で形成することが好ましい。受光面電極５は、例えば、蒸着法、ペースト電極の印刷焼成法、めっき法等によって形成することができる。
なお、上記工程（４）（５）（６）は、順序がかわっても問題はない。
（７）接合分離工程
次に、図４（ｇ）に示すように、分離帯１９に環状に接合分離部２１を形成し、光電変換素子１０の製造を完了する。接合分離部２１は、例えばレーザー加工によって形成することができる。
次に、図４（ｇ）に示すように、分離帯１９に環状に接合分離部２１を形成し、光電変換素子１０の製造を完了する。接合分離部２１は、例えばレーザー加工によって形成することができる。
１−３．光電変換素子接続体
図５を用いて、本発明の第１実施形態の光電変換素子接続体について説明する。図５は、本実施形態の光電変換素子接続体の構造を示す図１（ｂ）に対応した裏面図である。
図５を用いて、本発明の第１実施形態の光電変換素子接続体について説明する。図５は、本実施形態の光電変換素子接続体の構造を示す図１（ｂ）に対応した裏面図である。
本実施形態の光電変換素子接続体は、第１光電変換素子１０ａ及び第２光電変換素子１０ｂを備える。第１及び第２光電変換素子１０ａ、１０ｂは、それぞれ、上記の第１実施形態の光電変換素子からなる。第１及び第２光電変換素子１０ａ、１０ｂは、それぞれの中心軸１１が同一直線上に位置し且つ一方の光電変換素子の第１電極２と他方の光電変換素子の第２電極７が中心軸１１に平行な直線上に位置するように配置されている。一方の光電変換素子の第１電極２と他方の光電変換素子の第２電極７が直線状の素子間配線部材１７で電気的に接続されている。
第１及び第２光電変換素子１０ａ、１０ｂの何れにおいても、第１電極２と第２電極７は、中心軸１１から等距離の位置に配置されている。従って、第１及び第２光電変換素子１０ａ、１０ｂの一方を主面に垂直な軸を中心に１８０度回転させた後に第１及び第２光電変換素子１０ａ、１０ｂのそれぞれの中心軸１１を同一直線上に配置させると、必然的に一方の光電変換素子の第１電極２と他方の光電変換素子の第２電極７が中心軸１１に平行な直線上に位置するようになる。従って、直線状の素子間配線部材１７を用いて一方の光電変換素子の第１電極２と他方の光電変換素子の第２電極７を電気的に接続させることができる。本実施形態によれば、直線状の素子間配線部材１７を用いて２つの光電変換素子を接続させることができるので、この配線工程にかかる時間を短縮させることができる。また、直線状の素子間配線部材１７は比較的安価であるので、製造コストを低減することができる。
素子間配線部材１７の形状や材料は、特に限定されないが、一例では、平角銅線の表面にはんだをめっきしたものからなる。
また、第２電極７とその周囲のアルミニウム電極１３とが素子間配線部材１７によって短絡されることを防ぐ処置が必要である。この処置の例としては、例えば、（１）アルミニウム電極１３の表面のうち少なくとも素子間配線部材１７に接触する部分を絶縁被覆するか、（２）素子間配線部材１７の表面を部分的に絶縁被覆するか、のいずれかの方法が挙げられる。（１）の方法であれば、第２電極７と素子間配線部材１７の位置合わせの精度が低くても第２電極７と素子間配線部材１７を接続できるので、非特許文献２の技術よりも配線工程の時間を短縮できるという効果が得られる。（１）の方法において、さらに、素子間配線部材１７の幅よりも広い範囲までアルミニウム電極１３の表面を絶縁被覆することが、配線工程の時間の短縮の点で好ましい。絶縁被覆の方法は、特に限定されないが、例えば、樹脂ペーストをスクリーン印刷塗布する方法が挙げられる。
図５では、第１光電変換素子１０ａの第２電極７と、第２光電変換素子１０ｂの第１電極２が素子間配線部材１７で電気的に接続されている。第１光電変換素子１０ａの第１電極２は、第２光電変換素子１０ｂの反対側（図５では、第１光電変換素子１０ａの上側）に配置された第３光電変換素子の第２電極７に電気的に接続される。また、第２光電変換素子１０ｂの第２電極７は、第１光電変換素子１０ａの反対側（図５では、第２光電変換素子１０ｂの下側）に配置された第４光電変換素子の第１電極２に電気的に接続される。このように、３つ以上の光電変換素子が直列に電気的に接続された光電変換素子接続体が得られる。
４つ以上の光電変換素子を縦横に並べて光電変換素子接続体を形成する場合、素子間配線部材の長手方向と垂直な方向に、素子間配線部材同士を横つなぎするバスバーを用いて全ての光電変換素子を直列接続しても良い。
図５では、第１光電変換素子１０ａの第２電極７と、第２光電変換素子１０ｂの第１電極２が素子間配線部材１７で電気的に接続されている。第１光電変換素子１０ａの第１電極２は、第２光電変換素子１０ｂの反対側（図５では、第１光電変換素子１０ａの上側）に配置された第３光電変換素子の第２電極７に電気的に接続される。また、第２光電変換素子１０ｂの第２電極７は、第１光電変換素子１０ａの反対側（図５では、第２光電変換素子１０ｂの下側）に配置された第４光電変換素子の第１電極２に電気的に接続される。このように、３つ以上の光電変換素子が直列に電気的に接続された光電変換素子接続体が得られる。
４つ以上の光電変換素子を縦横に並べて光電変換素子接続体を形成する場合、素子間配線部材の長手方向と垂直な方向に、素子間配線部材同士を横つなぎするバスバーを用いて全ての光電変換素子を直列接続しても良い。
１−４．光電変換モジュール
本発明の光電変換モジュールは、たとえば以下の構成を有する。
光電変換素子接続体の受光面側には、白板ガラス等のフロントカバーと、ＥＶＡ（エチレン・酢酸ビニール共重合体）等の透明樹脂からなる充填材とが配置され、光電変換素子接続体の裏面側には、ＥＶＡ等の裏面側充填材と、たとえば絶縁物／金属箔／絶縁物のサンドイッチ構造を有する耐候性フィルムとが配置される。光電変換素子接続体の直列接続の両端の配線部材には、バスバーを介して、外部へ電流を取り出すための正負のリード線が接続されている。リード線は裏面側充填材および耐候性フィルムに設けられた貫通孔を通じて耐候性フィルムの裏面側へ取り出される。
本発明の光電変換モジュールは、たとえば以下のようにして製造することができる。
フロントカバーの上に充填材を配置し、その上に受光面を下にして光電変換素子接続体を配置する。光電変換素子接続体の直列接続の両端の配線部材をそれぞれ横つなぎするバスバーに、正負のリード線を接続する。裏面側充填材に設けられた貫通孔にリード線を通し、裏面側充填材を光電変換素子接続体の上に配置する。耐候性フィルムに設けられた貫通孔にリード線を通し、耐候性フィルムを裏面側充填材の上に配置する。この積層体を真空ラミネート装置を用いて加圧・加熱することで、充填材を溶融固化し、光電変換モジュールを得る。
本発明の光電変換モジュールは、たとえば以下の構成を有する。
光電変換素子接続体の受光面側には、白板ガラス等のフロントカバーと、ＥＶＡ（エチレン・酢酸ビニール共重合体）等の透明樹脂からなる充填材とが配置され、光電変換素子接続体の裏面側には、ＥＶＡ等の裏面側充填材と、たとえば絶縁物／金属箔／絶縁物のサンドイッチ構造を有する耐候性フィルムとが配置される。光電変換素子接続体の直列接続の両端の配線部材には、バスバーを介して、外部へ電流を取り出すための正負のリード線が接続されている。リード線は裏面側充填材および耐候性フィルムに設けられた貫通孔を通じて耐候性フィルムの裏面側へ取り出される。
本発明の光電変換モジュールは、たとえば以下のようにして製造することができる。
フロントカバーの上に充填材を配置し、その上に受光面を下にして光電変換素子接続体を配置する。光電変換素子接続体の直列接続の両端の配線部材をそれぞれ横つなぎするバスバーに、正負のリード線を接続する。裏面側充填材に設けられた貫通孔にリード線を通し、裏面側充填材を光電変換素子接続体の上に配置する。耐候性フィルムに設けられた貫通孔にリード線を通し、耐候性フィルムを裏面側充填材の上に配置する。この積層体を真空ラミネート装置を用いて加圧・加熱することで、充填材を溶融固化し、光電変換モジュールを得る。
２．第２実施形態
２−１．光電変換素子
図６（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明の第２実施形態の光電変換素子の構造を説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の光電変換素子の構造を示す平面図（受光面図）及び裏面図である。
２−１．光電変換素子
図６（ａ）、（ｂ）を用いて、本発明の第２実施形態の光電変換素子の構造を説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ、本実施形態の光電変換素子の構造を示す平面図（受光面図）及び裏面図である。
本実施形態の光電変換素子１０は、主に、（１）第２電極７が貫通接続部９の中心点に対して非対称な形状を有している点、（２）第１電極２と貫通接続部９は、中心軸１１からの距離が互いに異なっている点、（３）受光面電極５の基部５ａは、貫通接続部９に接続される部分に幅広部５ｃを有している点において、第１実施形態とは異なっている。その他の点については、第２実施形態は、基本的に第１実施形態と同じであり、第１実施形態で述べた内容は、本実施形態にも当てはまる。
上記（１）、（２）による効果は、後述する。上記（３）による効果は、受光面電極５と貫通接続部９との確実な接続を確保しつつ受光面電極５の占有面積を減らすことができることである。受光面電極５の占有面積を減らすことによって、受光面積を増やすことができる。
２−２．光電変換素子接続体
図７を用いて、本発明の第２実施形態の光電変換素子接続体について説明する。図７は、本実施形態の光電変換素子接続体の構造を示す図６（ｂ）に対応した裏面図である。
図７を用いて、本発明の第２実施形態の光電変換素子接続体について説明する。図７は、本実施形態の光電変換素子接続体の構造を示す図６（ｂ）に対応した裏面図である。
本実施形態の光電変換素子接続体は、第１及び第２光電変換素子１０ａ、１０ｂがそれぞれ上記の第２実施形態の光電変換素子１０ａ、１０ｂである点が第１実施形態の光電変換素子接続体と異なっている。その他の点については、第２実施形態は、基本的に第１実施形態と同じであり、第１実施形態で述べた内容は、本実施形態にも当てはまる。
本実施形態の光電変換素子接続体でも、図７に示すように、直線状の素子間配線部材１７を用いて、一方の光電変換素子の第１電極２と他方の光電変換素子の第２電極７を電気的に接続させることができる。
第１実施形態では、図５に示すように、素子間配線部材１７が貫通接続部９に重なっているので、素子間配線部材１７からのストレスが貫通接続部９に印加されていたが、本実施形態では、中心軸１１からの距離が第１電極２と貫通接続部９とで互いに異なっているので、第１電極２と貫通接続部９が中心軸１１と平行な直線上に配置されず、素子間配線部材１７は、貫通接続部９に重ならない第２電極７の一部で直線状に配線することが可能となる。従って、素子間配線部材１７からのストレスが貫通接続部９に印加されない。
第１実施形態では、図５に示すように、素子間配線部材１７が貫通接続部９に重なっているので、素子間配線部材１７からのストレスが貫通接続部９に印加されていたが、本実施形態では、中心軸１１からの距離が第１電極２と貫通接続部９とで互いに異なっているので、第１電極２と貫通接続部９が中心軸１１と平行な直線上に配置されず、素子間配線部材１７は、貫通接続部９に重ならない第２電極７の一部で直線状に配線することが可能となる。従って、素子間配線部材１７からのストレスが貫通接続部９に印加されない。
また、第２電極７が貫通接続部９の中心点に対して非対称な形状を有しているので、第２電極７は、例えば、図７に示すように、貫通接続部９の近傍での面積が小さく、素子間配線部材１７と接触する部分での面積が大きい形状にすることができる。これによって、第２電極７と素子間配線部材１７との接続強度を大きくすることができる。
以上の実施形態で示した種々の特徴は，互いに組み合わせることができる。たとえば、第１実施形態における受光面電極の形状と第２実施形態における第２電極の形状とを１つの光電変換素子に有するように組み合わせることができる。１つの実施形態中に複数の特徴が含まれている場合，そのうちの１又は複数個の特徴を適宜抜き出して，単独で又は組み合わせて，本発明に採用することができる。
１：第１半導体層（ｐ型層） ２：第１電極 ３：第２半導体層（ｎ型層） ５：受光面電極 ５ａ：受光面電極の基部 ５ｂ：受光面電極の枝部 ５ｃ：受光面電極の幅広部 ７：第２電極 ９：貫通接続部 ９ａ：貫通孔 １０：光電変換素子 １０ａ：第１光電変換素子 １０ｂ：第２光電変換素子 １１：中心軸 １３：アルミニウム電極 １５：高濃度ｐ型層 １７：素子間配線部材 １９：分離帯 ２１：接合分離部 ２３：反射防止膜 ２５：ｐ型半導体基板
Claims (10)
- 第１導電型の第１半導体層と、
第１半導体層の裏面側に配置され第１半導体層に電気的に接続された第１電極と、
第１半導体層に接触し且つ少なくとも一部が第１半導体層の受光面側に配置された第２導電型の第２半導体層と、
第２半導体層の受光面側に第２半導体層に電気的に接続されるように設けられた受光面電極と、
第１半導体層の裏面側に配置され第１半導体層と電気的に分離され且つ第２半導体層に電気的に接続された第２電極と、
第１半導体層を貫通し第１半導体層と電気的に分離され且つ前記受光面電極と第２電極とを電気的に接続する貫通接続部とを備える光電変換素子であって、
第１電極と第２電極は、前記光電変換素子の中心を通る中心軸から等距離の位置に配置されることを特徴とする光電変換素子。 - 第２電極は、前記貫通接続部の中心点に対して非対称な形状を有する請求項１に記載の素子。
- 第１電極と前記貫通接続部は、前記中心軸からの距離が互いに異なる請求項１又は２に記載の素子。
- 第２電極は、複数設けられ、複数の第２電極は、前記中心軸に平行な方向に沿って配置される請求項１〜３の何れか１つに記載の素子。
- 第１電極は、複数設けられ、複数の第１電極は、前記中心軸に平行な方向に沿って配置される請求項１〜４の何れか１つに記載の素子。
- 前記中心軸から等距離の位置に配置される第１電極と第２電極の対が複数設けられる請求項１〜５の何れか１つに記載の素子。
- 第１及び第２光電変換素子を備え、
第１及び第２光電変換素子は、それぞれ、請求項１〜６の何れか１つに記載の光電変換素子からなり、
第１及び第２光電変換素子は、それぞれの前記中心軸が同一直線上に位置し且つ一方の光電変換素子の第１電極と他方の光電変換素子の第２電極が前記中心軸に平行な直線上に位置するように配置され、
一方の光電変換素子の第１電極と他方の光電変換素子の第２電極が直線状の素子間配線部材で電気的に接続されている光電変換素子接続体。 - 第２電極は、前記貫通接続部の中心点に対して非対称な形状を有する請求項７に記載の接続体。
- 各光電変換素子において、第１電極と前記貫通接続部は、前記中心軸からの距離が互いに異なる請求項７又は８に記載の接続体。
- 請求項７〜９の何れか１つに記載の光電変換素子接続体を備える光電変換モジュール。
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