JP2010062313A - 集積型薄膜太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】薄膜光電変換素子内部の短絡による局所的な発熱を防止できる集積型薄膜太陽電池を提供すること。
【解決手段】透光性絶縁基板１上に透光性第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４が順次積層されてなる薄膜光電変換素子５が複数互いに電気的に直列接続されたストリングＳと、ストリングＳにおける任意の薄膜光電変換素子５ａの第２電極層４上に電気的に接合された集電電極６、７とを備え、集電電極６、７と接合した薄膜光電変換素子５ａ、５ｂにおいて、導電部１１ａ、１１ｂが、集電電極６、７よりもストリングＳを流れる電流の電流方向Ｅの上流側と下流側の少なくとも一方に配置され、集電電極６、７の直下およびその近傍位置の第１電極層２が１つ以上の導電部１１ａ、１１ｂにて第２電極層と短絡したことを特徴とする集積型薄膜太陽電池。
【選択図】図２
【解決手段】透光性絶縁基板１上に透光性第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４が順次積層されてなる薄膜光電変換素子５が複数互いに電気的に直列接続されたストリングＳと、ストリングＳにおける任意の薄膜光電変換素子５ａの第２電極層４上に電気的に接合された集電電極６、７とを備え、集電電極６、７と接合した薄膜光電変換素子５ａ、５ｂにおいて、導電部１１ａ、１１ｂが、集電電極６、７よりもストリングＳを流れる電流の電流方向Ｅの上流側と下流側の少なくとも一方に配置され、集電電極６、７の直下およびその近傍位置の第１電極層２が１つ以上の導電部１１ａ、１１ｂにて第２電極層と短絡したことを特徴とする集積型薄膜太陽電池。
【選択図】図２
Description
本発明は、集積型薄膜太陽電池に関する。
従来の集積型薄膜太陽電池として、例えば特許文献１の図６には、透光性絶縁基板上に透明電極層、光電変換層および金属電極層が順次積層されてなる薄膜光電変換素子が複数個互いに電気的に接続されたストリングを備え、３箇所以上の薄膜光電変換素子の金属電極層上に、金属バーからなる集電電極がろう材を介して接合された構造の集積型薄膜太陽電池（従来技術１）が開示されている。
また、特許文献１の図１には、集電電極を接合する薄膜光電変換素子における金属電極層と光電変換層を部分的に除去して溝を形成し、その溝内に集電電極を埋設して直接透明電極層を電気的に接続した構造の集積型薄膜太陽電池（従来技術２）も開示されており、これは特許文献２の図１にも開示されている。
また、特許文献１の図１には、集電電極を接合する薄膜光電変換素子における金属電極層と光電変換層を部分的に除去して溝を形成し、その溝内に集電電極を埋設して直接透明電極層を電気的に接続した構造の集積型薄膜太陽電池（従来技術２）も開示されており、これは特許文献２の図１にも開示されている。
これら従来技術１および２の集積型薄膜太陽電池は、２つの集積電極間における薄膜光電変換素子が直列接続されて１つの直列接続ストリングが構成され、かつ隣接する直列接続ストリングは電流方向が相互に逆向きとなるように構成されている。
また、特許文献３の図１に記載の集積型薄膜太陽電池（従来技術３）は、直列接続方向両側の薄膜光電変換素子の金属電極層上にのみ集電電極が接合されている。
また、特許文献３の図１に記載の集積型薄膜太陽電池（従来技術３）は、直列接続方向両側の薄膜光電変換素子の金属電極層上にのみ集電電極が接合されている。
従来技術１の図６に示すような構造の集積型薄膜太陽電池では、集電電極を薄膜光電変換素子の金属電極層上にろう材を介して接合する際、薄膜光電変換素子は２００〜５０００ｎｍ程度と薄いため、集電電極を金属電極層の表面に押し付ける圧力によって、金属電極層と透明電極層の間の光電変換層が中途半端に短絡する場合がある。この場合、集電電極の直下の光電変換層は通常の光電変換機能を有しているため、ここで発電した電力が前記短絡部で消費されて局所的に発熱する。この局所的な発熱は、例えば、基板割れ、膜剥がれ、電極損傷、集電電極脱落等の発生原因となる。また、集電電極の直下の光電変換層が中途半端に短絡すると同時に、集電電極の直下の光電変換層の分離が十分でないことにより金属電極層と透明電極層の接触が不十分である場合には、光電変換層内の短絡箇所に大電流が集中的に流れるため、より大きな発熱が生じる。
なお、「中途半端に短絡する」とは、通常の電気的な短絡よりも電気抵抗が大きく（電気抵抗の範囲：１０〜１０００オーム）電流が流れる際に発熱を伴う様な状態を意味する。
なお、「中途半端に短絡する」とは、通常の電気的な短絡よりも電気抵抗が大きく（電気抵抗の範囲：１０〜１０００オーム）電流が流れる際に発熱を伴う様な状態を意味する。
また、従来技術２の構造の集積型薄膜太陽電池では、集電電極が透明電極層上に形成されるため、従来技術１のような短絡の問題はない。
また、図１２および図１３に示すように、素子直列接続構造のストリング内に、中間集電電極１１４が設けられた集積型薄膜太陽電池の場合、中間集電電極１１４の直下の光電変換層３内に短絡箇所が存在すると、この光電変換層３も局所的に発熱するおそれがある。なお、図１２および図１３において、符号１０１は透光性絶縁基板、１０２は透明電極層、１０４は金属電極層、１０４ａは直列用導電部、１０５は薄膜光電変換素子、１０６および１０７は集電電極を表している。
また、図１２および図１３に示すように、素子直列接続構造のストリング内に、中間集電電極１１４が設けられた集積型薄膜太陽電池の場合、中間集電電極１１４の直下の光電変換層３内に短絡箇所が存在すると、この光電変換層３も局所的に発熱するおそれがある。なお、図１２および図１３において、符号１０１は透光性絶縁基板、１０２は透明電極層、１０４は金属電極層、１０４ａは直列用導電部、１０５は薄膜光電変換素子、１０６および１０７は集電電極を表している。
本発明は、このような従来技術の課題を解決し、薄膜光電変換素子内部の短絡が原因の局所的な発熱を防止できる集積型薄膜太陽電池を提供することを目的とする。
かくして、本発明によれば、透光性絶縁基板上に透光性第１電極層、光電変換層および第２電極層が順次積層されてなる薄膜光電変換素子が複数互いに電気的に直列接続されたストリングと、前記ストリングにおける任意の前記薄膜光電変換素子の第２電極層上に電気的に接合された集電電極とを備え、前記ストリングは、隣接する２つの薄膜光電変換素子の間に第２電極層および光電変換層が除去されて形成された素子分離溝を有し、一の薄膜光電変換素子の第１電極層は、その一端が前記素子分離溝を横切って隣接する他の薄膜光電変換素子の領域まで延びた延出部を有し、かつ隣接する薄膜光電変換素子の第１電極層とは１つ以上の分離ラインによって電気的に絶縁され、一の薄膜光電変換素子の第２電極層は、光電変換層を貫通する導電部を介して隣接する薄膜光電変換素子の第１電極層の前記延出部と電気的に接続し、前記集電電極と接合した薄膜光電変換素子において、前記導電部が、前記集電電極よりもストリングを流れる電流の電流方向の上流側と下流側の少なくとも一方に配置され、集電電極の直下およびその近傍位置の第１電極層が１つ以上の導電部にて第２電極層と短絡した集積型薄膜太陽電池が提供される。
本発明の集積型薄膜太陽電池は、上述のように、前記集電電極と接合した薄膜光電変換素子において、前記導電部が、前記集電電極よりもストリングを流れる電流の電流方向の上流側と下流側の少なくとも一方に配置され、前記分離ラインが、前記集電電極よりも上流側と下流側の少なくとも一方に配置されるかまたは配置されず、集電電極の直下およびその近傍位置の第１電極層が１つ以上の導電部にて第２電極層と短絡している。
したがって、ストリングの任意の薄膜光電変換素子上に集電電極を接合する際の圧力あるいは熱によって、その直下の光電変換層内に中途半端な短絡が生じたとしても、その短絡箇所に電流が流れないように導電部に電流を流すことにより、短絡箇所での局所的な発熱が防止される。
よって、本発明の集積型薄膜太陽電池は、局所的な発熱が原因で基板割れ、膜剥がれ、電極損傷、集電電極脱落等が発生することを防止することができる。
したがって、ストリングの任意の薄膜光電変換素子上に集電電極を接合する際の圧力あるいは熱によって、その直下の光電変換層内に中途半端な短絡が生じたとしても、その短絡箇所に電流が流れないように導電部に電流を流すことにより、短絡箇所での局所的な発熱が防止される。
よって、本発明の集積型薄膜太陽電池は、局所的な発熱が原因で基板割れ、膜剥がれ、電極損傷、集電電極脱落等が発生することを防止することができる。
本発明の集積型薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板上に透光性第１電極層、光電変換層および第２電極層が順次積層されてなる薄膜光電変換素子が複数互いに電気的に直列接続されたストリングと、前記ストリングにおける任意の前記薄膜光電変換素子の第２電極層上に電気的に接合された集電電極とを備え、前記ストリングは、隣接する２つの薄膜光電変換素子の間に第２電極層および光電変換層が除去されて形成された素子分離溝を有し、一の薄膜光電変換素子の第１電極層は、その一端が前記素子分離溝を横切って隣接する他の薄膜光電変換素子の領域まで延びた延出部を有し、かつ隣接する薄膜光電変換素子の第１電極層とは１つ以上の分離ラインによって電気的に絶縁され、一の薄膜光電変換素子の第２電極層は、光電変換層を貫通する導電部を介して隣接する薄膜光電変換素子の第１電極層の前記延出部と電気的に接続し、前記集電電極と接合した薄膜光電変換素子において、前記導電部が、前記集電電極よりもストリングを流れる電流の電流方向の上流側と下流側の少なくとも一方に配置され、集電電極の直下およびその近傍位置の第１電極層が１つ以上の導電部にて第２電極層と短絡したことを特徴とする。
以下、「集積型薄膜太陽電池」を「太陽電池」と略称し、「薄膜光電変換素子」を「セル」と称する場合がある。
以下、「集積型薄膜太陽電池」を「太陽電池」と略称し、「薄膜光電変換素子」を「セル」と称する場合がある。
つまり、本発明の集積型薄膜太陽電池は、ストリングの任意の薄膜光電変換素子上に集電電極を接合する際の圧力あるいは熱によって、その直下の光電変換層内に中途半端な短絡が生じたとしても、その短絡箇所に電流が流れないように導電部に電流を流すことにより、短絡箇所での局所的な発熱を防止するものである。
本発明において、集電電極の材料、数および接合位置、導電部の材料、数および形成位置、ストリングを構成する薄膜光電変換素子の数、形状、寸法および材料、ストリングの数および配置、複数のストリング同士の電気的な接続方法等は、特に限定されるものではない。
以下、図面を参照しながら本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態を詳しく説明する。なお、実施形態は本発明の一例であり、本発明は実施形態によって限定されるものではない。
以下、図面を参照しながら本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態を詳しく説明する。なお、実施形態は本発明の一例であり、本発明は実施形態によって限定されるものではない。
（実施形態１）
図１は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態１を示す平面図である。図２(ａ)は図１の集積型薄膜太陽電池の直列接続方向に切断した断面図であり、図２（ｂ）は図１の集積型薄膜太陽電池を直列接続方向から見た側面図であり、図２（ｃ）は図１の集積型薄膜太陽電池の変形例を直列接続方向から見た側面図である。なお、図１および図２（ａ）において、矢印Ｅは電流が流れる方向（電流方向）を示し、本明細書において単に「上流」または「下流」と称する場合は電流方向の上流または下流を意味する。
図１は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態１を示す平面図である。図２(ａ)は図１の集積型薄膜太陽電池の直列接続方向に切断した断面図であり、図２（ｂ）は図１の集積型薄膜太陽電池を直列接続方向から見た側面図であり、図２（ｃ）は図１の集積型薄膜太陽電池の変形例を直列接続方向から見た側面図である。なお、図１および図２（ａ）において、矢印Ｅは電流が流れる方向（電流方向）を示し、本明細書において単に「上流」または「下流」と称する場合は電流方向の上流または下流を意味する。
この集積型薄膜太陽電池は、四角形の透光性絶縁基板１と、絶縁基板１上に透光性第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４が順次積層されてなる薄膜光電変換素子５が複数互いに電気的に直列接続されたストリングＳと、ストリングＳにおける直列接続方向Ａの両側の薄膜光電変換素子５ａ、５ｂの第２電極層４上にろう材を介して電気的に接合された１本の第１集電電極６および１本の第２集電電極７とを備える。第１および第２集電電極６、７としては、例えば銅線、はんだメッキ銅線等が用いられる。
さらに、この太陽電池は、ストリングＳが、同一の絶縁基板１上に、直列接続方向Ａに延びる複数（この場合１１本）のストリング分離溝８を挟んで直列接続方向と直交する方向Ｂに複数（この場合１２個）並列して配置され、かつ複数のストリングＳが並列接続されている。
さらに、この太陽電池は、ストリングＳが、同一の絶縁基板１上に、直列接続方向Ａに延びる複数（この場合１１本）のストリング分離溝８を挟んで直列接続方向と直交する方向Ｂに複数（この場合１２個）並列して配置され、かつ複数のストリングＳが並列接続されている。
＜ストリング＞
図１および図２（ａ）に示すように、ストリングＳは、隣接する２つのセル（薄膜光電変換素子）５の間に第２電極層４および光電変換層３が除去されて形成された素子分離溝９を有している。この素子分離溝９は、一つのセル５の第２電極４および光電変換層３と、隣接する他のセル５の第２電極４および光電変換層３とを電気的に分離するよう、矢印Ｂ方向に延びて形成されている。
図１および図２（ａ）に示すように、ストリングＳは、隣接する２つのセル（薄膜光電変換素子）５の間に第２電極層４および光電変換層３が除去されて形成された素子分離溝９を有している。この素子分離溝９は、一つのセル５の第２電極４および光電変換層３と、隣接する他のセル５の第２電極４および光電変換層３とを電気的に分離するよう、矢印Ｂ方向に延びて形成されている。
このストリングＳにおいて、一つのセル５の第１電極層２は、その一端（電流方向Ｅの下流側端部）が素子分離溝９を横切って隣接する他のセル５の領域まで延びた延出部２ａを有し、かつ隣接する第１電極層２とは電極分離用の分離ライン１０によって電気的に絶縁されている。
また、一つのセル５の第２電極層４の一端（電流方向Ｅの上流側端部）は、光電変換層３を貫通する導電部４ａを介して隣接するセル５の第１電極層２の延出部２ａと電気的に接続している。なお、導電部４ａは、第２電極層４と同一工程にて同一材料で一体的に形成することができる。
また、一つのセル５の第２電極層４の一端（電流方向Ｅの上流側端部）は、光電変換層３を貫通する導電部４ａを介して隣接するセル５の第１電極層２の延出部２ａと電気的に接続している。なお、導電部４ａは、第２電極層４と同一工程にて同一材料で一体的に形成することができる。
さらに、このストリングＳは、第１および第２集電電極６、７が形成されたセル５ａ、５ｂにおいて、第１および第２集電電極６、７の直下およびその近傍に位置する第１電極層２は、光電変換層３を貫通する導電部１１ａ、１１ｂを介して第２電極層４と電気的に接続している。
実施形態１の場合、最上流側のセル５ａの導電部１１ａは、第１集電電極６よりも下流側に配置され、最下流側のセル５ｂの導電部１１ｂは、第２集電電極７よりも上流側に配置されている。
実施形態１の場合、最上流側のセル５ａの導電部１１ａは、第１集電電極６よりも下流側に配置され、最下流側のセル５ｂの導電部１１ｂは、第２集電電極７よりも上流側に配置されている。
また、電流方向Ｅの上流側の第１集電電極６と接合したセル５ａにおいては、第１集電電極６よりも下流側部分が発電に寄与できるように、分離ライン１０が第１集電電極６よりも下流側に配置されている。このセル５ａは、発電に寄与するよう矢印Ａ方向の幅を広く設計されているが、仮に分離ライン１０が無い場合、セル５ａは導電部１１ａによって短絡されるため発電に寄与しなくなる。そのため、セル５ａには第１集電電極６よりも下流側に分離ライン１０が設けられている。
なお、あえてセル５ａを発電に寄与しないものとする場合は、矢印Ａ方向の幅を狭く設計し、分離ライン１０は形成しなくてもよいが、第１集電電極６の直下の短絡箇所に電流が流れないようにするために導電部１１ａにて短絡させることは同じである。
また、この場合、発電に寄与しないセル５ａは第１集電電極６を接合するための領域として存在しているが、下流側に隣接するセル５の第２電極４にセル５ａを介して第１集電電極６を電気的に接続するために、セル５、５ａ間に導電部４ａおよび素子分離溝９を形成する必要がある。
したがって、図２（ａ）のように、セル５ａが発電に寄与する部分を有するよう設計すれば、発電寄与部分の第２電極４に直接第１集電電極６を接合することとなり、実質的に上述のセル５、５ａ間の導電部４ａおよび素子分離溝９を省略できたことになって好ましい。
また、この場合、発電に寄与しないセル５ａは第１集電電極６を接合するための領域として存在しているが、下流側に隣接するセル５の第２電極４にセル５ａを介して第１集電電極６を電気的に接続するために、セル５、５ａ間に導電部４ａおよび素子分離溝９を形成する必要がある。
したがって、図２（ａ）のように、セル５ａが発電に寄与する部分を有するよう設計すれば、発電寄与部分の第２電極４に直接第１集電電極６を接合することとなり、実質的に上述のセル５、５ａ間の導電部４ａおよび素子分離溝９を省略できたことになって好ましい。
また、複数のストリングＳにおいて、第１および第２集電電極６、７が形成されたセル５ａ、５ｂは、図２（ｂ）に示すように繋がっていてもよく、あるいは図２（ｃ）に示すようにストリング分離溝８によって分離されていてもよい。
図２（ｂ）の場合、ストリング分離溝８は隣接する２つのストリングＳを完全に分割しておらず、両端のセル５ａ、５ｂは矢印Ｂ方向に長く延びており、そのため、全てのストリングＳの両端はそれぞれ共通の第２電極層４を介して第１および第２集電電極６、７と電気的に並列接続されていることになる。
図２（ｃ）の場合、ストリング分離溝８は隣接する２つのストリングＳを完全に分割しているが、第１および第２集電電極６、７によって全てのストリングＳは電気的に並列接続されている。
図２（ｂ）の場合、ストリング分離溝８は隣接する２つのストリングＳを完全に分割しておらず、両端のセル５ａ、５ｂは矢印Ｂ方向に長く延びており、そのため、全てのストリングＳの両端はそれぞれ共通の第２電極層４を介して第１および第２集電電極６、７と電気的に並列接続されていることになる。
図２（ｃ）の場合、ストリング分離溝８は隣接する２つのストリングＳを完全に分割しているが、第１および第２集電電極６、７によって全てのストリングＳは電気的に並列接続されている。
ストリング分離溝８は、第１電極層２を除去して形成された第１溝８ａと、光電変換層３および第２電極層４を第１溝８ａの幅よりも広い幅で除去して形成された第２溝８ｂとからなることが、ストリング分離溝８の形成によって各セルの第１電極層２と第２電極層４とが短絡することを防止する上で好ましい。なお、これについて詳しくは後述する。
また、このストリングＳにおいて、第２集電電極７側のセル５ｂは、直列接続方向Ａの幅が狭く形成されているため実質的に発電に寄与しておらず、そのため、このセル５ｂの第２電極４は、隣接するセル５の第１電極２の引き出し電極として用いられている。
また、複数のストリングＳは、透光性絶縁基板１の外周端面（四辺の端面）よりも内側に形成されている。つまり、絶縁基板１の表面の外周領域は、第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４が形成されていない非導電性表面領域１２とされており、その幅は太陽電池の出力電圧に応じた寸法範囲に設定されている。
また、複数のストリングＳは、透光性絶縁基板１の外周端面（四辺の端面）よりも内側に形成されている。つまり、絶縁基板１の表面の外周領域は、第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４が形成されていない非導電性表面領域１２とされており、その幅は太陽電池の出力電圧に応じた寸法範囲に設定されている。
〔透光性絶縁基板および第１電極層〕
透光性絶縁基板１としては、以降の膜形成プロセスにおける耐熱性および透光性を有するガラス基板、ポリイミド等の樹脂基板等が使用可能である。
また、第１電極層２は、透明導電膜からなり、好ましくは、ＺｎＯまたはＳｎＯ2を含む材料からなる透明導電膜からなる。ＳｎＯ2を含む材料は、ＳｎＯ2自体であってもよく、ＳｎＯ2と別の酸化物の混合物（例えば、ＳｎＯ2とＩｎ2Ｏ3の混合物であるＩＴＯ）であってもよい。
透光性絶縁基板１としては、以降の膜形成プロセスにおける耐熱性および透光性を有するガラス基板、ポリイミド等の樹脂基板等が使用可能である。
また、第１電極層２は、透明導電膜からなり、好ましくは、ＺｎＯまたはＳｎＯ2を含む材料からなる透明導電膜からなる。ＳｎＯ2を含む材料は、ＳｎＯ2自体であってもよく、ＳｎＯ2と別の酸化物の混合物（例えば、ＳｎＯ2とＩｎ2Ｏ3の混合物であるＩＴＯ）であってもよい。
〔光電変換層〕
光電変換層３を構成する各半導体層の材料は、特に限定されず、例えば、シリコン系半導体、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ2）化合物半導体、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2）化合物半導体等からなる。以下、各半導体層がシリコン系半導体からなる場合を例にとって説明を進める。「シリコン系半導体」とは、非晶質又は微結晶シリコン、又は非晶質又は微結晶シリコンに炭素やゲルマニウム又はその他の不純物が添加された半導体（シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム等）を意味する。また、「微結晶シリコン」とは、結晶粒径が小さい（数十から千Å程度）結晶シリコンと、非晶質シリコンとの混合相の状態のシリコンを意味する。微結晶シリコンは、例えば、結晶シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ法などの非平衡プロセスを用いて低温で作製した場合に形成される。
光電変換層３を構成する各半導体層の材料は、特に限定されず、例えば、シリコン系半導体、ＣＩＳ（ＣｕＩｎＳｅ2）化合物半導体、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ2）化合物半導体等からなる。以下、各半導体層がシリコン系半導体からなる場合を例にとって説明を進める。「シリコン系半導体」とは、非晶質又は微結晶シリコン、又は非晶質又は微結晶シリコンに炭素やゲルマニウム又はその他の不純物が添加された半導体（シリコンカーバイド、シリコンゲルマニウム等）を意味する。また、「微結晶シリコン」とは、結晶粒径が小さい（数十から千Å程度）結晶シリコンと、非晶質シリコンとの混合相の状態のシリコンを意味する。微結晶シリコンは、例えば、結晶シリコン薄膜をプラズマＣＶＤ法などの非平衡プロセスを用いて低温で作製した場合に形成される。
光電変換層３は、第１電極２側から順にｐ型半導体層、ｉ型半導体層およびｎ型半導体層が積層されてなる。なお、ｉ型半導体層を省略してもよい。
ｐ型半導体層には、ボロン、アルミニウム等のｐ型不純物原子がドープされており、ｎ型半導体層にはリン等のｎ型不純物原子がドープされている。ｉ型半導体層は、完全にノンドープである半導体層であってもよく、微量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えている半導体層であってもよい。なお、本明細書において、「非晶質層」及び「微結晶層」は、それぞれ、非晶質および微結晶の半導体層を意味する。
また、光電変換層３は、ｐｉｎ構造が複数重ねられたタンデム型でもよく、例えば、第１電極２上にa-Si:Ｈｐ層、a-Si:Ｈｉ層、a-Si:Ｈｎ層をこの順に積層した上部半導体層と、上部半導体層上にμc-Si:Ｈｐ層、μc-Si:Ｈｉ層、μc-Si:Ｈｎ層をこの順に積層した下部半導体層とから構成されてもよい。また、ｐｉｎ構造を上部半導体層、中部半導体層および下部半導体層からなる３層構造の光電変換層３としてもよく、例えば、上部および中部半導体層にアモルファスシリコン（a-Si）、下部半導体層に微結晶シリコン（μc-Si）を用いた３層構造でも構わない。光電変換層３の材料および積層構造の組み合わせは、特に限定されるものではない。なお、本願の実施形態および実施例においては、薄膜太陽電池の光入射側に位置する半導体層を上部半導体層とし、光入射側と反対側に位置する半導体層を下部半導体層とし、図２（ａ）〜（ｃ）中の光電変換層３内に記された直線は上部半導体層と下部半導体層との境界を表している。
ｐ型半導体層には、ボロン、アルミニウム等のｐ型不純物原子がドープされており、ｎ型半導体層にはリン等のｎ型不純物原子がドープされている。ｉ型半導体層は、完全にノンドープである半導体層であってもよく、微量の不純物を含む弱ｐ型または弱ｎ型で光電変換機能を十分に備えている半導体層であってもよい。なお、本明細書において、「非晶質層」及び「微結晶層」は、それぞれ、非晶質および微結晶の半導体層を意味する。
また、光電変換層３は、ｐｉｎ構造が複数重ねられたタンデム型でもよく、例えば、第１電極２上にa-Si:Ｈｐ層、a-Si:Ｈｉ層、a-Si:Ｈｎ層をこの順に積層した上部半導体層と、上部半導体層上にμc-Si:Ｈｐ層、μc-Si:Ｈｉ層、μc-Si:Ｈｎ層をこの順に積層した下部半導体層とから構成されてもよい。また、ｐｉｎ構造を上部半導体層、中部半導体層および下部半導体層からなる３層構造の光電変換層３としてもよく、例えば、上部および中部半導体層にアモルファスシリコン（a-Si）、下部半導体層に微結晶シリコン（μc-Si）を用いた３層構造でも構わない。光電変換層３の材料および積層構造の組み合わせは、特に限定されるものではない。なお、本願の実施形態および実施例においては、薄膜太陽電池の光入射側に位置する半導体層を上部半導体層とし、光入射側と反対側に位置する半導体層を下部半導体層とし、図２（ａ）〜（ｃ）中の光電変換層３内に記された直線は上部半導体層と下部半導体層との境界を表している。
〔第２電極層〕
第２電極層４の構成や材料は、特に限定されないが、一例では、第２電極４は、透明導電膜と金属膜とが光電変換層上に積層した積層構造を有する。透明導電膜は、ZnO、ITO、SnO2などからなる。金属膜は、銀、アルミニウム等の金属からなる。なお、第２電極層４はAg、Al等の金属膜のみでも良いが、ZnO、ITO、SnO2等の透明導電膜を光電変換層３側に配置した方が、光電変換層３で吸収されなかった光を裏面電極層４で反射する反射率が向上し、高い変換効率の薄膜太陽電池を得ることができる点で好ましい。
第２電極層４の構成や材料は、特に限定されないが、一例では、第２電極４は、透明導電膜と金属膜とが光電変換層上に積層した積層構造を有する。透明導電膜は、ZnO、ITO、SnO2などからなる。金属膜は、銀、アルミニウム等の金属からなる。なお、第２電極層４はAg、Al等の金属膜のみでも良いが、ZnO、ITO、SnO2等の透明導電膜を光電変換層３側に配置した方が、光電変換層３で吸収されなかった光を裏面電極層４で反射する反射率が向上し、高い変換効率の薄膜太陽電池を得ることができる点で好ましい。
〔その他の構成〕
図示しないが、この太陽電池において、透光性絶縁基板１上にはストリングＳおよび非導電性表面領域８を完全に覆うように裏面封止材が接着層を介して積層されている。接着層としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）からなる封止樹脂シートを用いることができる。裏面封止材としては、例えば、ＰＥＴ／アルミニウム／ＰＥＴの積層フィルムを用いることができる。なお、接着層および裏面封止材には、各集電電極と接続される取り出し線１３の先端を外部へ導出するための小孔が予め形成されている。
また、裏面封止材上には、各取り出し線１３と電気的に接続される出力線および端子を有する端子ボックスが取り付けられる。
また、裏面封止材および接着層にて封止された太陽電池の外周部にはフレーム（例えば、アルミニウム製）が取り付けられる。
図示しないが、この太陽電池において、透光性絶縁基板１上にはストリングＳおよび非導電性表面領域８を完全に覆うように裏面封止材が接着層を介して積層されている。接着層としては、例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）からなる封止樹脂シートを用いることができる。裏面封止材としては、例えば、ＰＥＴ／アルミニウム／ＰＥＴの積層フィルムを用いることができる。なお、接着層および裏面封止材には、各集電電極と接続される取り出し線１３の先端を外部へ導出するための小孔が予め形成されている。
また、裏面封止材上には、各取り出し線１３と電気的に接続される出力線および端子を有する端子ボックスが取り付けられる。
また、裏面封止材および接着層にて封止された太陽電池の外周部にはフレーム（例えば、アルミニウム製）が取り付けられる。
＜集積型薄膜太陽電池の製造方法について＞
この集積型薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板１の一表面上に第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４が順次積層されてなる薄膜光電変換素子５が複数個互いに電気的に直列接続された分割前ストリングを形成する成膜工程と、絶縁基板１の一表面の外周部に形成されている薄膜光電変換素子部分および分割前ストリングの所定箇所を光ビームによって除去して、非導電性表面領域１２およびストリング分離溝８を形成することにより複数のストリングＳを形成する膜除去工程と、複数のストリングＳにおける少なくとも直列接続方向両端の薄膜光電変換素子５の第２電極層４上にろう材を介して第１集電電極６および第２集電電極７を電気的に接合する集電電極接合工程とを含む製造方法により製造することができる。
この集積型薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板１の一表面上に第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４が順次積層されてなる薄膜光電変換素子５が複数個互いに電気的に直列接続された分割前ストリングを形成する成膜工程と、絶縁基板１の一表面の外周部に形成されている薄膜光電変換素子部分および分割前ストリングの所定箇所を光ビームによって除去して、非導電性表面領域１２およびストリング分離溝８を形成することにより複数のストリングＳを形成する膜除去工程と、複数のストリングＳにおける少なくとも直列接続方向両端の薄膜光電変換素子５の第２電極層４上にろう材を介して第１集電電極６および第２集電電極７を電気的に接合する集電電極接合工程とを含む製造方法により製造することができる。
〔成膜工程〕
成膜工程では、まず、透光性絶縁基板１の表面全面に、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法により膜厚600〜1000ｎｍの透明導電膜を形成し、透明導電膜を部分的に光ビームによって除去して電極分離ライン１０を形成することにより所定パターンの第１電極層２を形成する。この際、ＹＡＧレーザの基本波（波長：1064ｎｍ）を透光性絶縁基板１側から照射することにより、透明導電膜は所定幅で短冊状に分離され、分離ライン１０が所定間隔で形成される。
成膜工程では、まず、透光性絶縁基板１の表面全面に、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法により膜厚600〜1000ｎｍの透明導電膜を形成し、透明導電膜を部分的に光ビームによって除去して電極分離ライン１０を形成することにより所定パターンの第１電極層２を形成する。この際、ＹＡＧレーザの基本波（波長：1064ｎｍ）を透光性絶縁基板１側から照射することにより、透明導電膜は所定幅で短冊状に分離され、分離ライン１０が所定間隔で形成される。
この後、得られた基板を純水で超音波洗浄し、その後、ｐ-ＣＶＤにより電極分離ライン１０を完全に埋め込むように光電変換膜を第１電極層２上に形成する。例えば、第１電極２上にa-Si:Ｈｐ層、a-Si:Ｈｉ層（膜厚150nmから300nm程度）、a-Si:Ｈｎ層をこの順に積層して上部半導体層を形成し、上部半導体層上にμc-Si:Ｈｐ層、μc-Si:Ｈｉ層（膜厚1.5μmから3μｍ程度）、μc-Si:Ｈｎ層をこの順に積層して下部半導体層を形成する。
その後、タンデム構造の光電変換膜を部分的に光ビームによって除去して、導電部４ａ、１１ａ、１１ｂを形成するための、コンタクトラインを形成することにより所定パターンの光電変換層３を形成する。この際、ＹＡＧレーザの第二高調波（波長：532nｍ）を透光性絶縁基板１側から照射することにより、光電変換膜は所定幅で短冊状に分離される。なお、レーザとしてＹＡＧレーザの第二高調波の代りにＹＶＯ4レーザの第二高調波（波長：532ｎｍ）を用いても構わない。
その後、タンデム構造の光電変換膜を部分的に光ビームによって除去して、導電部４ａ、１１ａ、１１ｂを形成するための、コンタクトラインを形成することにより所定パターンの光電変換層３を形成する。この際、ＹＡＧレーザの第二高調波（波長：532nｍ）を透光性絶縁基板１側から照射することにより、光電変換膜は所定幅で短冊状に分離される。なお、レーザとしてＹＡＧレーザの第二高調波の代りにＹＶＯ4レーザの第二高調波（波長：532ｎｍ）を用いても構わない。
次に、ＣＶＤ、スパッタ、蒸着等の方法によりコンタクトラインを完全に埋め込むように導電膜を光電変換層３上に形成し、導電膜および光電変換層３を部分的に光ビームによって除去して素子分離溝９を形成することにより所定パターンの第２電極層４を形成する。これにより、透光性絶縁基板１上に複数のセル５が導電部４ａにて直列接続した分割前ストリングが形成される（図２（ａ）参照）。
この分割前ストリングにおいて、最上流側のセル５ａは第１集電電極６の近傍の下流側に形成された導電部１１ａによって第１および第２電極層２、４が予め短絡されている。また、最下流側のセル５ｂの第１電極２は、導電部１１ｂによって第２電極層４と短絡されている。この時点では、分割前ストリングは未だ複数に分割されていないため、１つのセルは矢印Ｂ方向に長く延びている。
この分割前ストリングにおいて、最上流側のセル５ａは第１集電電極６の近傍の下流側に形成された導電部１１ａによって第１および第２電極層２、４が予め短絡されている。また、最下流側のセル５ｂの第１電極２は、導電部１１ｂによって第２電極層４と短絡されている。この時点では、分割前ストリングは未だ複数に分割されていないため、１つのセルは矢印Ｂ方向に長く延びている。
この工程では、導電膜を透明導電膜（ZnO、ITO、SnO2等）と金属膜（Ag、Al等）の２層構造にすることができる。透明導電膜の膜厚としては10〜200ｎｍ、金属膜の膜厚としては100〜500ｎｍとすることができる。
また、第２電極層４のパターニングでは、光ビームによる第１電極層２へのダメージを避けるため、第１導電層２に対する透過性が高いＹＡＧレーザの第二高調波またはＹＶＯ4レーザの第二高調波を透光性絶縁基板１側から照射することにより、導電膜は所定幅で短冊状に分離され、素子分離溝９が形成される。この際、第１電極層２へのダメージを最小限に抑え、かつ、第２電極層４の加工後の銀電極のバリ発生を抑制する加工条件を選択することが好ましい。
また、第２電極層４のパターニングでは、光ビームによる第１電極層２へのダメージを避けるため、第１導電層２に対する透過性が高いＹＡＧレーザの第二高調波またはＹＶＯ4レーザの第二高調波を透光性絶縁基板１側から照射することにより、導電膜は所定幅で短冊状に分離され、素子分離溝９が形成される。この際、第１電極層２へのダメージを最小限に抑え、かつ、第２電極層４の加工後の銀電極のバリ発生を抑制する加工条件を選択することが好ましい。
〔膜除去工程〕
成膜工程後、透光性絶縁基板１の外周端面から内側へ所定幅で、透光性絶縁基板１の表面の外周部に形成されている薄膜光電変換素子部分である第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４をＹＡＧレーザの基本波を用いて除去して非導電性表面領域１２を全周に形成する。
また、この工程の後または前に、分割前ストリングを複数に分割すべく分割部分を除去してストリング分離溝８を複数本形成する。この際、まず、ＹＡＧレーザの基本波（波長：1064ｎｍ）を透光性絶縁基板１側から照射することにより、第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４を部分的に除去して第１溝８ａを形成し、その後、第１導電層２に対する透過性が高いＹＡＧレーザの第二高調波またはＹＶＯ4レーザの第二高調波を透光性絶縁基板１側から照射することにより、光電変換層３および第２電極４を第１溝８ａの幅よりも広い幅で部分的に除去して第２溝８ｂを形成することにより、ストリング分離溝８を形成することができる。第１溝８ａより幅広い第２溝８ｂを後から形成することにより、第１溝８ａの形成によって飛散して溝内面に付着した導電材料を除去することができ、第１電極層２と第２電極層４との短絡を回避することができる。
この膜除去工程によって、非導電性表面領域１２に囲まれた複数列のストリングＳが形成される。なお、分割前ストリングを分割しない場合、膜除去工程では非導電性表面領域１２を形成するレーザ加工のみ行われる。
成膜工程後、透光性絶縁基板１の外周端面から内側へ所定幅で、透光性絶縁基板１の表面の外周部に形成されている薄膜光電変換素子部分である第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４をＹＡＧレーザの基本波を用いて除去して非導電性表面領域１２を全周に形成する。
また、この工程の後または前に、分割前ストリングを複数に分割すべく分割部分を除去してストリング分離溝８を複数本形成する。この際、まず、ＹＡＧレーザの基本波（波長：1064ｎｍ）を透光性絶縁基板１側から照射することにより、第１電極層２、光電変換層３および第２電極層４を部分的に除去して第１溝８ａを形成し、その後、第１導電層２に対する透過性が高いＹＡＧレーザの第二高調波またはＹＶＯ4レーザの第二高調波を透光性絶縁基板１側から照射することにより、光電変換層３および第２電極４を第１溝８ａの幅よりも広い幅で部分的に除去して第２溝８ｂを形成することにより、ストリング分離溝８を形成することができる。第１溝８ａより幅広い第２溝８ｂを後から形成することにより、第１溝８ａの形成によって飛散して溝内面に付着した導電材料を除去することができ、第１電極層２と第２電極層４との短絡を回避することができる。
この膜除去工程によって、非導電性表面領域１２に囲まれた複数列のストリングＳが形成される。なお、分割前ストリングを分割しない場合、膜除去工程では非導電性表面領域１２を形成するレーザ加工のみ行われる。
〔集電電極接合工程〕
各ストリングＳの直列接続方向Ａの両端の第２電極層４上にろう材（例えば、銀ペースト）を塗布し、第１および第２集電電極６、７を加圧接着しかつ加熱することにより、第１および第２集電電極６、７を第２電極層４に電気的に接続して、電流の取り出し部を作製する。この際、押力としては、例えば60N程度、熱エネルギーとしては、例えば300℃程度であるが、セル５ａ、５ｂは薄いため、第１および第２集電電極６、７の直下部分に短絡箇所が形成される場合がある。
各ストリングＳの直列接続方向Ａの両端の第２電極層４上にろう材（例えば、銀ペースト）を塗布し、第１および第２集電電極６、７を加圧接着しかつ加熱することにより、第１および第２集電電極６、７を第２電極層４に電気的に接続して、電流の取り出し部を作製する。この際、押力としては、例えば60N程度、熱エネルギーとしては、例えば300℃程度であるが、セル５ａ、５ｂは薄いため、第１および第２集電電極６、７の直下部分に短絡箇所が形成される場合がある。
〔その他の工程〕
次に、太陽電池の裏面側（非受光面側）に接着層の材料として透明なＥＶＡシートおよび裏面封止材を重ね、真空ラミネート装置を用いて接着層を介して裏面封止材を太陽電池に接着して封止する。この時、裏面封止材として、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴの積層フィルムを用いることが好ましい。
その後、前記取り出し線１３を端子ボックスの出力線と電気的に接続し、端子ボックスを裏面封止材に接着し、シリコーン樹脂で端子ボックス内を充填する。そして、薄膜太陽電池の外周部に金属フレーム（例えば、アルミフレーム）を取り付けて製品化を完了させる。
次に、太陽電池の裏面側（非受光面側）に接着層の材料として透明なＥＶＡシートおよび裏面封止材を重ね、真空ラミネート装置を用いて接着層を介して裏面封止材を太陽電池に接着して封止する。この時、裏面封止材として、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴの積層フィルムを用いることが好ましい。
その後、前記取り出し線１３を端子ボックスの出力線と電気的に接続し、端子ボックスを裏面封止材に接着し、シリコーン樹脂で端子ボックス内を充填する。そして、薄膜太陽電池の外周部に金属フレーム（例えば、アルミフレーム）を取り付けて製品化を完了させる。
＜集積型薄膜太陽電池の発電動作について＞
このように構成された実施形態１の集積型薄膜太陽電池は、受光面である透光性絶縁基板１に光が入射すると、各セル５の光電変換層３で生じた起電流は電流方向Ｅへ流れ、第２集電電極７から取り出された直流電流は外部回路を通って第１集電電極６へ戻る。
このように構成された実施形態１の集積型薄膜太陽電池は、受光面である透光性絶縁基板１に光が入射すると、各セル５の光電変換層３で生じた起電流は電流方向Ｅへ流れ、第２集電電極７から取り出された直流電流は外部回路を通って第１集電電極６へ戻る。
この場合、第１集電電極６と接合したセル５ａにおいて、第１集電電極６の直下部分は第２電極槽と第１電極層２が短絡し、かつ導電部１１ａの下流側に分離ライン１０が形成されているため発電に寄与せず、分離ライン１０よりも下流側の部分が発電領域となってこの部分に電流が流れる。
ところで、このセル５ａにおいて、仮に導電部１１ａが存在しないとすると、万が一分離ライン１０を形成する際の透明導電膜の除去が不十分であった場合は、第１集電電極６の直下の短絡箇所にも電流が流れて発熱するおそれがある。
そのため、実施形態１の太陽電池ではこのような万が一の事態に備えて、第１集電電極６と接合したセル５ａの短絡箇所に上述のように電流が流れないよう、第１電極層２と第２電極層４を予め導電部１１ａにて短絡させ、局所的な発熱を未然に防止している。
ところで、このセル５ａにおいて、仮に導電部１１ａが存在しないとすると、万が一分離ライン１０を形成する際の透明導電膜の除去が不十分であった場合は、第１集電電極６の直下の短絡箇所にも電流が流れて発熱するおそれがある。
そのため、実施形態１の太陽電池ではこのような万が一の事態に備えて、第１集電電極６と接合したセル５ａの短絡箇所に上述のように電流が流れないよう、第１電極層２と第２電極層４を予め導電部１１ａにて短絡させ、局所的な発熱を未然に防止している。
また、第２集電電極７と接合したセル５ｂには、上流側のセル５の第１電極層２から導電部４ａを介してセル５ｂの第２電極層４へ電流が流れ、第２集電電極７から電流が取り出される。
ところで、このセル５ｂの第１電極層２は、分離ライン１０によって上流側のセル５の第1電極層２と絶縁分離されているため電流が流れないが、万が一この分離ライン１０を形成する際の透明導電膜の除去が不十分であった場合はセル５ｂの第１電極層２に電流が流れ、この電流が光電変換層３の短絡箇所を流れるおそれがある。この場合、電流によって短絡箇所が発熱するおそれがある。
そのため、実施形態１の太陽電池ではこのような万が一の事態に備えて、電流取り出し側の第２集電電極７と接合したセル５ｂの短絡箇所に上述のように電流が流れないよう、第１電極層２と第２電極層４を予め導電部１１ｂにて短絡させ、局所的な発熱を未然に防止している。
ところで、このセル５ｂの第１電極層２は、分離ライン１０によって上流側のセル５の第1電極層２と絶縁分離されているため電流が流れないが、万が一この分離ライン１０を形成する際の透明導電膜の除去が不十分であった場合はセル５ｂの第１電極層２に電流が流れ、この電流が光電変換層３の短絡箇所を流れるおそれがある。この場合、電流によって短絡箇所が発熱するおそれがある。
そのため、実施形態１の太陽電池ではこのような万が一の事態に備えて、電流取り出し側の第２集電電極７と接合したセル５ｂの短絡箇所に上述のように電流が流れないよう、第１電極層２と第２電極層４を予め導電部１１ｂにて短絡させ、局所的な発熱を未然に防止している。
（実施形態２）
図３は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態２を示す断面図であって、図３（ａ）は第１集電電極側を表し、図３（ｂ）は第２集電電極側を表している。なお、図３中の構成要素において、図１および図２中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態２が実施形態１と異なる点は、第１および第２集電電極６、７と接合したセル５ａ、５ｂに設けられた前記導電部１１ａ、１１ｂの位置のみである。すなわち、実施形態２の場合、導電部１１ａはセル５ａの第１集電電極６よりも電流方向Ｅの上流側に配置され、導電部１１ｂはセル５ｂの第２集電電極７よりも下流側に配置されている。
このように構成しても、実施形態１と同様に、第１および第２集電電極６、７の直下の短絡箇所での局所的な発熱が防止される。なお、実施形態２におけるその他の構成は実施形態１と同様である。
図３は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態２を示す断面図であって、図３（ａ）は第１集電電極側を表し、図３（ｂ）は第２集電電極側を表している。なお、図３中の構成要素において、図１および図２中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態２が実施形態１と異なる点は、第１および第２集電電極６、７と接合したセル５ａ、５ｂに設けられた前記導電部１１ａ、１１ｂの位置のみである。すなわち、実施形態２の場合、導電部１１ａはセル５ａの第１集電電極６よりも電流方向Ｅの上流側に配置され、導電部１１ｂはセル５ｂの第２集電電極７よりも下流側に配置されている。
このように構成しても、実施形態１と同様に、第１および第２集電電極６、７の直下の短絡箇所での局所的な発熱が防止される。なお、実施形態２におけるその他の構成は実施形態１と同様である。
（実施形態３）
図４は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態３を示す断面図であって、図４（ａ）は第１集電電極側を表し、図４（ｂ）は第２集電電極側を表している。なお、図４中の構成要素において、図１および図２中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態３の場合、セル５ａの第１短絡用導電部１１ａは第１集電電極６の上流側と下流側に配置され、セル５ｂの第２短絡用導電部１１ｂは第２集電電極７の上流側と下流側に配置されている。このように構成すれば、各セル５ａ、５ｂにおいて、集電電極直下およびその近傍位置の第１電極層２と第２電極層４をより確実に短絡することができ、かつとりわけ大電流が流れた場合でも短絡用導電部の損傷を抑えることができるため、第１および第２集電電極６、７の直下の短絡箇所での発熱の防止により効果的である。なお、実施形態３におけるその他の構成は実施形態１と同様である。
図４は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態３を示す断面図であって、図４（ａ）は第１集電電極側を表し、図４（ｂ）は第２集電電極側を表している。なお、図４中の構成要素において、図１および図２中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態３の場合、セル５ａの第１短絡用導電部１１ａは第１集電電極６の上流側と下流側に配置され、セル５ｂの第２短絡用導電部１１ｂは第２集電電極７の上流側と下流側に配置されている。このように構成すれば、各セル５ａ、５ｂにおいて、集電電極直下およびその近傍位置の第１電極層２と第２電極層４をより確実に短絡することができ、かつとりわけ大電流が流れた場合でも短絡用導電部の損傷を抑えることができるため、第１および第２集電電極６、７の直下の短絡箇所での発熱の防止により効果的である。なお、実施形態３におけるその他の構成は実施形態１と同様である。
（実施形態４）
図５は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態４を示す平面図である。なお、図５中の構成要素において、図１および図２中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態４の太陽電池は、ストリングＳが、同一の透光性絶縁基板１上に、直列接続方向に延びる１本以上のストリング分離溝を挟んで直列接続方向Ａと直交する方向Ｂに複数並列して配置され、少なくとも１本のストリング分離溝によって複数のストリングＳがグループ毎に完全に分離され、分離されたストリングＳの各グループが第１集電電極１６および第２集電電極１７によって並列接続され、並列接続された複数のストリングＳのグループが直列接続されている。
図５は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態４を示す平面図である。なお、図５中の構成要素において、図１および図２中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態４の太陽電池は、ストリングＳが、同一の透光性絶縁基板１上に、直列接続方向に延びる１本以上のストリング分離溝を挟んで直列接続方向Ａと直交する方向Ｂに複数並列して配置され、少なくとも１本のストリング分離溝によって複数のストリングＳがグループ毎に完全に分離され、分離されたストリングＳの各グループが第１集電電極１６および第２集電電極１７によって並列接続され、並列接続された複数のストリングＳのグループが直列接続されている。
詳しく説明すると、実施形態４の場合、同一の絶縁基板１上に６つのストリングＳが形成され、そのうちの隣接する３つのストリングＳの第１グループと隣接する他の３つのストリングＳの第２グループが、１本のストリング分離溝１８Ａによって完全に分離されている。
また、各グループにおけるストリング分離溝１８Ｂは隣接する２つのストリングＳを完全には分離しておらず、各グループの３つのストリングＳにおける直列接続方向Ａの両側のセル５ａ、５ｂは一体化しており、それらの上に個別に第１および第２集電電極６、７が接合されている。したがって、各グループの３つのストリングＳは電気的に並列接続されているが、第１グループと第２グループは電気的に並列接続されていない。
また、各グループにおけるストリング分離溝１８Ｂは隣接する２つのストリングＳを完全には分離しておらず、各グループの３つのストリングＳにおける直列接続方向Ａの両側のセル５ａ、５ｂは一体化しており、それらの上に個別に第１および第２集電電極６、７が接合されている。したがって、各グループの３つのストリングＳは電気的に並列接続されているが、第１グループと第２グループは電気的に並列接続されていない。
このように構成された太陽電池は、取り出し線１３ａによって第１グループの第１集電電極６と第２グループの第２集電電極７とが直接または端子ボックスに設けられた接続線と接続されることにより電気的に直列され、残りの第１および第２集電電極６、７は取り出し線１３を介して端子ボックスの出力線と電気的に接続される。
この実施形態４によれば、第１グループおよび第２グループで発生した電流はそれぞれ電流方向Ｅへ流れ、かつ第１グループと第２グループは直列接続されているため、１つの太陽電池で高電圧の電流を出力することができる構成とするのに有効である。
なお、実施形態４において、その他の構成および効果は実施形態１と同様であり、第１および第２集電電極６、７の直下の短絡箇所での局所的な発熱が防止される。
この実施形態４によれば、第１グループおよび第２グループで発生した電流はそれぞれ電流方向Ｅへ流れ、かつ第１グループと第２グループは直列接続されているため、１つの太陽電池で高電圧の電流を出力することができる構成とするのに有効である。
なお、実施形態４において、その他の構成および効果は実施形態１と同様であり、第１および第２集電電極６、７の直下の短絡箇所での局所的な発熱が防止される。
（実施形態５）
図６は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態５を示す平面図であり、図７は図６の集積型薄膜太陽電池の直列接続方向に切断した断面図である。なお、図６および図７中の構成要素において、図１および図２中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態５が実施形態１と異なる点は、太陽電池が、第１集電電極６および第２集電電極７が形成された２つのセル５ａ、５ｂの間の１つ以上のセル５ｃの第２電極層４上に形成された中間集電電極１４を備えた点、および中間集電電極１４が形成されたセル５ｃにおいて、電極分離ライン１０は中間集電電極１４の直下よりも電流方向Ｅの下流側に配置されている点である。
図６は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態５を示す平面図であり、図７は図６の集積型薄膜太陽電池の直列接続方向に切断した断面図である。なお、図６および図７中の構成要素において、図１および図２中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態５が実施形態１と異なる点は、太陽電池が、第１集電電極６および第２集電電極７が形成された２つのセル５ａ、５ｂの間の１つ以上のセル５ｃの第２電極層４上に形成された中間集電電極１４を備えた点、および中間集電電極１４が形成されたセル５ｃにおいて、電極分離ライン１０は中間集電電極１４の直下よりも電流方向Ｅの下流側に配置されている点である。
具体的に説明すると、この太陽電池は、実施形態１と同様に、同一の透光性絶縁基板１上に１２個のストリングＳがストリング分離溝８を挟んで並列され、かつ第１および第２集電電極６、７が電流方向Ｅの上流側および下流側の各ストリングＳのセル５ａ、５ｂ上に接合されて、各ストリングＳを並列接続している。
さらに、各ストリングＳの直列接続方向Ａのほぼ中間位置のセル５ｃ上に１本の中間集電電極１４がろう材（例えば、銀ペースト）を介して接合されている。なお、中間集電電極１４と接合される各セル５ｃは、図２（ｃ）に示すように、ストリング分離溝８によって相互に分離されているが、図２（ｂ）に示すように、一体状に繋がっていてもよい。
さらに、各ストリングＳの直列接続方向Ａのほぼ中間位置のセル５ｃ上に１本の中間集電電極１４がろう材（例えば、銀ペースト）を介して接合されている。なお、中間集電電極１４と接合される各セル５ｃは、図２（ｃ）に示すように、ストリング分離溝８によって相互に分離されているが、図２（ｂ）に示すように、一体状に繋がっていてもよい。
また、図７に示すように、中間集電電極１４と接合したセル５ｃにおいて、分離ライン１０は、中間集電電極１４の直下よりも電流方向Ｅの下流側に僅かにずれた位置に配置されている。つまり、このセル５ｃの電流方向Ｅの上流側に位置するセル５の第１電極層２の延出部２ａは、中間集電電極１４の直下よりも下流側まで延びている。
また、最上流側のセル５ａにおいて、第１電極層２の導電部１１ａの下流側に分離ライン１０ａが形成されている。
このように構成された実施形態５の太陽電池は、図６に示すように、第１集電電極６、中間集電電極１４および第２集電電極７によって複数のストリングＳが並列接続され、並列接続された複数のストリングＳに、端子ボックスＴ内に設けられたバイパスダイオードＤが取り出し線１３を介して並列接続され、それらのバイパスダイオードＤが複数直列接続される。このような接続により、ホットスポット耐性を維持しながら高電圧出力の集積型薄膜太陽電池を得ることができる。
なお、実施形態５において、このような構成以外は実施形態１と同様である。
また、最上流側のセル５ａにおいて、第１電極層２の導電部１１ａの下流側に分離ライン１０ａが形成されている。
このように構成された実施形態５の太陽電池は、図６に示すように、第１集電電極６、中間集電電極１４および第２集電電極７によって複数のストリングＳが並列接続され、並列接続された複数のストリングＳに、端子ボックスＴ内に設けられたバイパスダイオードＤが取り出し線１３を介して並列接続され、それらのバイパスダイオードＤが複数直列接続される。このような接続により、ホットスポット耐性を維持しながら高電圧出力の集積型薄膜太陽電池を得ることができる。
なお、実施形態５において、このような構成以外は実施形態１と同様である。
この実施形態５の太陽電池の発電動作は、実施形態１と概ね同じであるが、中間集電電極１４が接合されたセル５ｃでは次のようになる。
中間集電電極１４と接合したセル５ｃには、上流側のセル５の第１電極層２から導電部４ａを介してセル５ｃの第２電極層４へ電流が流れ、電流の大部分は中間集電電極１４から取り出され、電流の一部は光電変換層３を通って分離ライン１０よりも下流側の第１電極層２へ流れる。
したがって、中間集電電極１４と接合したセル５ｃにおいて、中間集電電極１４の直下の光電変換層３内に短絡箇所があったとしても、電流が短絡箇所に流れることによる局所的な発熱はほとんどない。また、中間集電電極１４の直下の光電変換層３で電流が発生しても、その電流が短絡箇所に流れて発熱する心配はない。
中間集電電極１４と接合したセル５ｃには、上流側のセル５の第１電極層２から導電部４ａを介してセル５ｃの第２電極層４へ電流が流れ、電流の大部分は中間集電電極１４から取り出され、電流の一部は光電変換層３を通って分離ライン１０よりも下流側の第１電極層２へ流れる。
したがって、中間集電電極１４と接合したセル５ｃにおいて、中間集電電極１４の直下の光電変換層３内に短絡箇所があったとしても、電流が短絡箇所に流れることによる局所的な発熱はほとんどない。また、中間集電電極１４の直下の光電変換層３で電流が発生しても、その電流が短絡箇所に流れて発熱する心配はない。
（実施形態６）
図８は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態６を示す部分断面図である。なお、図８中の構成要素において、図６および図７中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態６の場合、中間集電電極１４が接合されたセル５ｃの導電部４ａが、中間集電電極１４の下流側に配置されており、これ以外の構成は実施形態５と同様である。
このように構成しても、実施形態５と同様に、中間集電電極１４の直下の短絡箇所での局所的な発熱が防止される。
図８は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態６を示す部分断面図である。なお、図８中の構成要素において、図６および図７中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態６の場合、中間集電電極１４が接合されたセル５ｃの導電部４ａが、中間集電電極１４の下流側に配置されており、これ以外の構成は実施形態５と同様である。
このように構成しても、実施形態５と同様に、中間集電電極１４の直下の短絡箇所での局所的な発熱が防止される。
（実施形態７）
図９は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態７を示す部分断面図である。なお、図９中の構成要素において、図６および図７中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態７の場合、中間集電電極１４が接合されたセル５ｃにおいて、中間集電電極１４の上流側と下流側の２箇所に導電部４ａ、１１ｃが配置されており、これ以外の構成は実施形態５と同様である。
このように構成すれば、実施形態５と同様に、中間集電電極１４の直下の短絡箇所での局所的な発熱が防止される上、中間集電電極１４が接合されたセル５ｃの第２電極層４と、その上流側のセル５の第１電極層２を、中間集電電極１４の上流側と下流側でより確実に短絡（直列接続）することができ、大電流が流れた場合でも導電部の損傷を抑えることができる。
図９は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態７を示す部分断面図である。なお、図９中の構成要素において、図６および図７中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態７の場合、中間集電電極１４が接合されたセル５ｃにおいて、中間集電電極１４の上流側と下流側の２箇所に導電部４ａ、１１ｃが配置されており、これ以外の構成は実施形態５と同様である。
このように構成すれば、実施形態５と同様に、中間集電電極１４の直下の短絡箇所での局所的な発熱が防止される上、中間集電電極１４が接合されたセル５ｃの第２電極層４と、その上流側のセル５の第１電極層２を、中間集電電極１４の上流側と下流側でより確実に短絡（直列接続）することができ、大電流が流れた場合でも導電部の損傷を抑えることができる。
（実施形態８）
図１０は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態８を示す部分断面図である。なお、図１０中の構成要素において、図６および図７中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態８が実施形態７と異なる点は、中間集電電極１４と接合したセル５ｃにおいて、上流側の導電部４ａよりも下流側でかつ中間集電電極１４よりも上流側にもう１つ分離ライン１０が形成された点であり、これ以外の構成は実施形態７と同様である。
このようにすれば、中間集電電極１４の直下およびその近傍位置の第１電極層２を両側の分離ライン１０によって絶縁分離することができる、すなわち、セル５ｃにおける中間集電電極１４の直下およびその近傍部分を電流のパスと独立させることができる。よって、セル５ｃの中間集電電極１４の直下に短絡箇所が形成されていてもそこに大電流が流れることは無く、短絡箇所での局所的な発熱が防止される。
図１０は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態８を示す部分断面図である。なお、図１０中の構成要素において、図６および図７中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態８が実施形態７と異なる点は、中間集電電極１４と接合したセル５ｃにおいて、上流側の導電部４ａよりも下流側でかつ中間集電電極１４よりも上流側にもう１つ分離ライン１０が形成された点であり、これ以外の構成は実施形態７と同様である。
このようにすれば、中間集電電極１４の直下およびその近傍位置の第１電極層２を両側の分離ライン１０によって絶縁分離することができる、すなわち、セル５ｃにおける中間集電電極１４の直下およびその近傍部分を電流のパスと独立させることができる。よって、セル５ｃの中間集電電極１４の直下に短絡箇所が形成されていてもそこに大電流が流れることは無く、短絡箇所での局所的な発熱が防止される。
（実施形態９）
図１１は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態９を示す部分断面図である。なお、図１１中の構成要素において、図１０中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態９が実施形態８と異なる点は、中間集電電極１４と接合したセル５ｃにおいて、上流側の分離ライン１０よりも下流側でかつ中間集電電極１４よりも上流側に３つ目の導電部１１ｄが形成された点であり、これ以外の構成は実施形態７と同様である。
このように構成しても、実施形態８と同様に、中間集電電極１４の直下の短絡箇所での発熱が防止される上、中間集電電極１４の直下の絶縁分離された第１電極層２が第２電極層４とより確実に短絡されるため、局所的な発熱防止効果がより高まる。
図１１は本発明の集積型薄膜太陽電池の実施形態９を示す部分断面図である。なお、図１１中の構成要素において、図１０中の構成要素と同様のものには同一の符号を付している。
実施形態９が実施形態８と異なる点は、中間集電電極１４と接合したセル５ｃにおいて、上流側の分離ライン１０よりも下流側でかつ中間集電電極１４よりも上流側に３つ目の導電部１１ｄが形成された点であり、これ以外の構成は実施形態７と同様である。
このように構成しても、実施形態８と同様に、中間集電電極１４の直下の短絡箇所での発熱が防止される上、中間集電電極１４の直下の絶縁分離された第１電極層２が第２電極層４とより確実に短絡されるため、局所的な発熱防止効果がより高まる。
（他の実施形態）
ストリングの数、集電電極の取り付け位置および数等は、上述の実施形態に限定されず、例えば、中間集電電極を残し、直列接続方向両端の第１および第２集電電極を第１電極層（ｐ側電極、ｎ側電極）に接続してもよい。また、ストリングの直列接続方向の複数箇所に中間集電電極を設けてもよい。また、同一の透光性絶縁基板のストリング形成領域を４区画とし、各区画にストリングのグループを形成し、複数のグループを所望の形態に接続してもよい。
ストリングの数、集電電極の取り付け位置および数等は、上述の実施形態に限定されず、例えば、中間集電電極を残し、直列接続方向両端の第１および第２集電電極を第１電極層（ｐ側電極、ｎ側電極）に接続してもよい。また、ストリングの直列接続方向の複数箇所に中間集電電極を設けてもよい。また、同一の透光性絶縁基板のストリング形成領域を４区画とし、各区画にストリングのグループを形成し、複数のグループを所望の形態に接続してもよい。
１ 透光性絶縁基板
２ 透光性第１電極層
３ 光電変換層
４ 第２電極層
５、５ａ、５ｂ、５ｃ 薄膜光電変換素子（セル）
６ 第１集電電極
７ 第２集電電極
８、１８Ａ、１８Ｂ ストリング分離溝
９ 素子分離溝
２ａ 延出部
１０ 分離ライン
４ａ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 導電部
１４ 中間集電電極
Ａ 直列接続方向
Ｂ 直列接続方向と直交する方向
Ｄ バイパスダイオード
Ｅ 電流方向
Ｓ ストリング
２ 透光性第１電極層
３ 光電変換層
４ 第２電極層
５、５ａ、５ｂ、５ｃ 薄膜光電変換素子（セル）
６ 第１集電電極
７ 第２集電電極
８、１８Ａ、１８Ｂ ストリング分離溝
９ 素子分離溝
２ａ 延出部
１０ 分離ライン
４ａ、１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ 導電部
１４ 中間集電電極
Ａ 直列接続方向
Ｂ 直列接続方向と直交する方向
Ｄ バイパスダイオード
Ｅ 電流方向
Ｓ ストリング
Claims (12)
- 透光性絶縁基板上に透光性第１電極層、光電変換層および第２電極層が順次積層されてなる薄膜光電変換素子が複数互いに電気的に直列接続されたストリングと、
前記ストリングにおける任意の前記薄膜光電変換素子の第２電極層上に電気的に接合された集電電極とを備え、
前記ストリングは、隣接する２つの薄膜光電変換素子の間に第２電極層および光電変換層が除去されて形成された素子分離溝を有し、
一の薄膜光電変換素子の第１電極層は、その一端が前記素子分離溝を横切って隣接する他の薄膜光電変換素子の領域まで延びた延出部を有し、かつ隣接する薄膜光電変換素子の第１電極層とは１つ以上の分離ラインによって電気的に絶縁され、
一の薄膜光電変換素子の第２電極層は、光電変換層を貫通する導電部を介して隣接する薄膜光電変換素子の第１電極層の前記延出部と電気的に接続し、
前記集電電極と接合した薄膜光電変換素子において、前記導電部が、前記集電電極よりもストリングを流れる電流の電流方向の上流側と下流側の少なくとも一方に配置され、集電電極の直下およびその近傍位置の第１電極層が１つ以上の導電部にて第２電極層と短絡したことを特徴とする集積型薄膜太陽電池。 - 前記導電部が、前記第２電極と同じ材料からなる請求項１に記載の集積型薄膜太陽電池。
- 前記集電電極が、第１集電電極および第２集電電極として、ストリングにおける直列接続方向の両端の薄膜光電変換素子の第２電極層上に接合された請求項１または２に記載の集積型薄膜太陽電池。
- 前記集電電極が、中間集電電極として、前記第１集電電極および第２集電電極が接合された２つの薄膜光電変換素子の間の１つ以上の薄膜光電変換素子の第２電極層上に接合された請求項１〜３のいずれか１つに記載の集積型薄膜太陽電池。
- 前記中間集電電極と接合した薄膜光電変換素子において、第１電極層の中間集電電極の直下および近傍部分の上流側と下流側に前記分離ラインが形成されることにより、第１電極層の中間集電電極の直下および近傍部分が絶縁分離された請求項４に記載の集積型薄膜太陽電池。
- 前記集電電極と接合した薄膜光電変換素子において、前記分離ラインが、前記集電電極よりも上流側と下流側の少なくとも一方に配置される請求項１〜５のいずれか１つに記載の集積型薄膜太陽電池。
- 前記ストリングが、同一の前記透光性絶縁基板上に、直列接続方向に延びる１本以上のストリング分離溝を挟んで直列接続方向と直交する方向に複数並列して配置され、複数のストリングが並列あるいは直列接続された請求項１〜６のいずれか１つに記載の集積型薄膜太陽電池。
- 前記ストリングが、同一の前記透光性絶縁基板上に、直列接続方向に延びる１本以上のストリング分離溝を挟んで直列接続方向と直交する方向に複数並列して配置され、
少なくとも１本の前記ストリング分離溝によって複数のストリングがグループ毎に完全に分離され、分離されたストリングの各グループが前記第１集電電極および第２集電電極によって並列接続され、並列接続された複数のストリングのグループが直列接続された請求項３〜６のいずれか１つに記載の集積型薄膜太陽電池。 - 複数のストリングからなるグループにおいて、各ストリングの直列接続方向両側の薄膜光電変換素子がストリング分離溝によって分離されずに繋がっている請求項８に記載の集積型薄膜太陽電池。
- 前記ストリングが、同一の前記透光性絶縁基板上に、直列接続方向に延びる１本以上のストリング分離溝を挟んで直列接続方向と直交する方向に複数並列して配置され、
前記第１集電電極、中間集電電極および第２集電電極によって複数のストリングが並列接続され、並列接続された複数のストリングにバイパスダイオードが並列接続され、それらのバイパスダイオードが複数直列接続された請求項４または５に記載の集積型薄膜太陽電池。 - 複数のストリングにおいて、直列接続方向両側の薄膜光電変換素子がストリング分離溝によって分離されずに繋がっている請求項１０に記載の集積型薄膜太陽電池。
- 前記ストリング分離溝が、第１電極層を除去して形成された第１溝と、光電変換層および第２電極層を前記第１溝の幅よりも広い幅で除去して形成された第２溝とからなる請求項７〜１１のいずれか１つに記載の集積型薄膜太陽電池。
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