JP2011086859A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】リーク電流を抑制した光電変換効率の高い光電変換装置を提供すること。
【解決手段】光電変換装置１０は、Ｉ-III-VI化合物半導体を含み、Ｉ-Ｂ族元素のIII-Ｂ族元素に対するモル比が他方主面側よりも一方主面側において小さい部分を有する光吸収層３と、前記一方主面上に設けられたバッファ層４と、を具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、Ｉ-III-VI化合物半導体を具備する光電変換装置に関するものである。

太陽電池として、ＣＩＧＳ等のカルコパライト系のI-III-VI族化合物半導体から成る光吸収層を具備する光電変換装置を用いたものがある。この光電変換装置は、例えば、ソーダライムガラスからなる基板上に裏面電極となる、例えば、Ｍｏからなる第１の電極層が形成され、この第１の電極層上にI-III-VI族化合物半導体からなる光吸収層が形成されている。さらに、その光吸収層上には、ＺｎＳ、ＣｄＳなどからなるバッファ層を介して、ＺｎＯなどからなる透明の第２の電極層が形成されている。

このような光電変換装置の光電変換効率を高めるために、光吸収層を構成するＣｕ、Ｉｎ、Ｓｅの組成を層内で均一化する技術が開示されている。

特開２０００−１５６５１７号公報

しかしながら、特許文献１のように光吸収層の組成を均一化したとしても、光吸収層の形成時に光吸収層表面にセレン化銅のようなＩ-Ｂ族元素とVI-Ｂ族元素との化合物が生成し、このセレン化銅によってリーク電流が生じるため、光電変換効率を高めることが困難であるという問題点がある。

本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、リーク電流を抑制した光電変換効率の高い光電変換装置を提供することである。

本発明の一実施形態に係る光電変換装置は、Ｉ-III-VI化合物半導体を含み、Ｉ-Ｂ族元素のIII-Ｂ族元素に対するモル比が他方主面側よりも一方主面側において小さい部分を有する光吸収層と、前記一方主面上に設けられたバッファ層と、を具備することを特徴とする。

ここで光吸収層の一方主面側とは、光吸収層の厚み方向の中央からバッファ層側の表面までの領域をいい、光吸収層の残部を他方主面側という。

また、Ｉ-Ｂ族元素のIII-Ｂ族元素に対するモル比は、Ｉ-III-VI化合物半導体を構成する元素のうち、すべてのＩ-Ｂ族元素の合計モル数をＭ１とし、すべてのIII-Ｂ族元素の合計モル数をＭ２としたときに、Ｍ１／Ｍ２で表される。

また、Ｉ-Ｂ族元素のIII-Ｂ族元素に対するモル比が他方主面側よりも一方主面側において小さい部分を有するというのは、光吸収層の他方主面側の領域におけるモル比（Ｍ１／Ｍ２）の平均値よりも小さいモル比（Ｍ１／Ｍ２）を有する部分が一方主面側に存在することをいう。

このような構成により、光吸収層のバッファ層側表面においてＩ-Ｂ族元素とVI-Ｂ族元素との化合物が形成されるのを抑制でき、リーク電流を有効に抑制することができる。

上記光電変換装置において好ましくは、前記光吸収層の前記モル比が小さい部分の前記モル比が、前記光吸収層の厚み方向における中央から前記他方主面までの領域における前記モル比の平均値に対して０．９倍以下である。

上記光電変換装置において好ましくは、前記光吸収層の前記モル比が小さい部分の前記モル比が、前記光吸収層の厚み方向における中央から前記他方主面までの領域における前記モル比の平均値に対して０．４倍乃至０．９倍である。

上記光電変換装置において好ましくは、前記光吸収層の前記モル比が小さい部分の厚みは５０ｎｍ以上である。

上記光電変換装置において好ましくは、前記光吸収層の前記モル比が小さい部分の厚みは前記光吸収層の膜厚の０．４倍以下である。

本発明の光電変換装置によれば、リーク電流を抑制した光電変換効率の高い光電変換装置を提供することができる。

本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。 本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例を示す断面図である。 図２の光電変換装置の斜視図である。 本発明の光電変換装置の実施の形態の一例における光吸収層の各元素の分布を示すグラフである。

以下に本発明の光電変換装置について図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。光電変換装置１０は、基板１と、第１の電極層２と、光吸収層３と、バッファ層４と、第２の電極層５とを含んで構成される。

図１において、光電変換装置１０は複数並べて形成されている。そして、光電変換装置１０は、光吸収層３の基板１側に第１の電極層２と離間して設けられた第３の電極層６を具備している。そして、光吸収層３に設けられた接続導体７によって、第２の電極層５と第３の電極層６とが電気的に接続されている。この第３の電極層６は、隣接する光電変換装置１０の第１の電極層２と一体化されている。この構成により、隣接する光電変換装置１０同士が直列接続されている。なお、一つの光電変換装置１０内において、接続導体７は光吸収層３およびバッファ層４を分断するように設けられており、第１の電極層２と第２の電極層５とで挟まれた光吸収層３とバッファ層４とで光電変換が行なわれる。

基板１は、光電変換装置１０を支持するためのものである。基板１に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属等が挙げられる。

第１の電極層２および第３の電極層６は、Ｍｏ、Ａｌ、ＴｉまたはＡｕ等の導電体が用いられ、基板１上にスパッタリング法または蒸着法等で形成される。

光吸収層３は、Ｉ-III-VI化合物半導体を含んでおり、例えば、１．５〜２．０μｍの厚みである。I-III-VI化合物半導体とは、Ｉ-Ｂ族元素（１１族元素ともいう）とIII-Ｂ族元素（１３族元素ともいう）とVI-Ｂ族元素（１６族元素ともいう）との化合物半導体であり、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物半導体と呼ばれる（ＣＩＳ系化合物半導体ともいう）。I-III-VI化合物半導体としては、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２（ＣＩＧＳともいう）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）_２（ＣＩＧＳＳともいう）、およびＣｕＩｎＳ_２（ＣＩＳともいう）が挙げられる。なお、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２とは、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとから主に構成された化合物をいう。また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）_２とは、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとＳとから主に構成された化合物をいう。

光吸収層３は、Ｉ-Ｂ族元素のIII-Ｂ族元素に対するモル比が、他方主面側よりも一方主面側において小さい部分を有する。なお、第１の電極層２側の領域とは、光吸収層３の厚み方向の中央から第１の電極層２側の領域をいう。バッファ層４側の領域とは、光吸収層３の厚み方向の中央からバッファ層４側の領域をいう。また、Ｉ-Ｂ族元素のIII-Ｂ族元素に対するモル比は、Ｉ-III-VI化合物半導体を構成する元素のうち、すべてのＩ-Ｂ族元素の合計モル数をＭ１とし、すべてのIII-Ｂ族元素の合計モル数をＭ２としたときに、Ｍ１／Ｍ２で表される。すなわち、光吸収層３がＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２から成る場合、Ｍ１はＣｕのモル数であり、Ｍ２はＩｎのモル数とＧａのモル数の合計である。また、Ｉ-Ｂ族元素のIII-Ｂ族元素に対するモル比が、他方主面側よりも一方主面側において小さい部分を有するというのは、他方主面側の領域におけるモル比（Ｍ１／Ｍ２）の平均値よりも小さいモル比（Ｍ１／Ｍ２）を有する部分が、一方主面側に存在することをいう。

好ましくは、光吸収層３の厚み方向における中央からバッファ層４までの領域においてモル比（Ｍ１／Ｍ２）が小さくなっている部分のモル比（Ｍ１／Ｍ２）が、光吸収層３の厚み方向における中央から第１の電極層２までの領域におけるモル比（Ｍ１／Ｍ２）の平均値に対して０．９倍以下となっているのがよい。このような構成により、リーク電流をより抑制することができる。

光吸収層３全体としての光電変換に寄与する部位を十分に確保するとともにリーク電流の抑制を良好に行なうという観点からは、光吸収層３の厚み方向における中央からバッファ層４までの領域においてモル比（Ｍ１／Ｍ２）が小さくなっている部分のモル比（Ｍ１／Ｍ２）が、光吸収層３の厚み方向における中央から第１の電極層２までの領域におけるモル比（Ｍ１／Ｍ２）の平均値に対して０．４倍乃至０．９倍であるのがよい。

また、リーク電流の抑制とともに電荷移動を向上させるという観点からは、光吸収層３の一方主面側の領域におけるモル比（Ｍ１／Ｍ２）の平均値が、他方主面側の領域におけるモル比（Ｍ１／Ｍ２）の平均値よりも小さくなっていることが好ましい。

また、前記モル比（Ｍ１／Ｍ２）が小さくなっている部分の厚さは、リーク電流の抑制を良好に行なうという観点からは５０ｎｍ以上であることが望ましい。また、光電変換に寄与する部位を十分に確保するという観点からは、前記モル比（Ｍ１／Ｍ２）が小さくなっている部分の厚さは、前記光吸収層３の膜厚の０．４倍以下であることが望ましい。

光吸収層３は、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２の一例として図４に示すように、バッファ層４側の領域においてＣｕのモル比が小さくなっている部分を有する。なお、図４は、光吸収層３のバッファ層４側の表面からの深さにおける各元素のIII-Ｂ族元素（ＩｎとＧａとの合計）に対するモル比をＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）を用いて測定した結果を示すグラフである。

光吸収層３がＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２から成る場合、好ましくは、厚み方向における中央からバッファ層４までの領域においてモル比（Ｍ１／Ｍ２）が小さい部分におけるモル比（Ｍ１／Ｍ２）が１より小さいことが好ましい。このような構成により、リーク電流をより効果的に抑制することができる。

このような光吸収層３は、例えば、Ｉ-Ｂ族元素の比率が異なる複数層のI-III-VI化合物半導体を形成することにより形成できる。I-III-VI化合物半導体の形成は、原料をスパッタや塗布により成膜し、加熱処理することにより形成できる。

また、光吸収層３は、ＣｕなどのＩ-Ｂ族元素を有機化合物中に溶解した原料溶液を用いて被膜状に形成した前駆体を、１００℃〜４００℃程度の低温で加熱することによっても形成できる。有機化合物中に溶解した原料溶液に対して、このような方法を用いると、加熱処理時にＩ-Ｂ族元素が電極側に偏析し、一方主面側でＩ-Ｂ族元素の比率が少ない光吸収層３を容易に作製できる。このようなＩ-Ｂ族元素の偏析については、詳細はわからないが、Ｉ-Ｂ族元素と有機化合物との錯体がその他III-Ｂ族元素に比較して析出しやすく、沈殿したためではないかと考えられる。

このようなＩ-Ｂ族元素を溶解するための有機化合物としては、含カルコゲン元素含有有機化合物と、ルイス塩基性有機溶剤とを含んだものが好ましい（以下、含カルコゲン元素含有有機化合物とルイス塩基性有機溶剤とを含む溶媒を混合溶媒Ｓという）。含カルコゲン元素含有有機化合物とは、カルコゲン元素を含む有機化合物である。カルコゲン元素とは、VI-Ｂ族元素のうちのＳ、Ｓｅ、Ｔｅをいう。カルコゲン元素がＳである場合、含カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、チオール、スルフィド、ジスルフィド、チオフェン、スルホキシド、スルホン、チオケトン、スルホン酸、スルホン酸エステルおよびスルホン酸アミド等が挙げられる。好ましくは、金属と錯体を形成して金属溶液を良好に作製できるという観点からは、チオール、スルフィド、ジスルフィド等が良い。特に塗布性を高めるという観点からは、フェニル基を有するものが好ましい。このようなフェニル基を有するものとしては、例えば、チオフェノール、ジフェニルスルフィド等およびこれらの誘導体が挙げられる。

カルコゲン元素がＳｅである場合、含カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、セレノール、セレニド、ジセレニド、セレノキシド、セレノン等が挙げられる。好ましくは、金属と錯体を形成して金属溶液を良好に作製できるという観点からは、セレール、セレニド、ジセレニド等が良い。特に塗布性を高めるという観点からは、フェニル基を有するものが好ましい。このようなフェニル基を有するものとしては、例えば、フェニルセレノール、フェニルセレナイド、ジフェニルジセレナイド等およびこれらの誘導体が挙げられる。

カルコゲン元素がＴｅである場合、含カルコゲン元素含有有機化合物としては、例えば、テルロール、テルリド、ジテルリド、等が挙げられる。

ルイス塩基性有機溶剤とは、ルイス塩基となり得る有機溶剤である。ルイス塩基性有機溶剤としては、ピリジン、アニリン、トリフェニルフォスフィン等およびこれらの誘導体が挙げられる。特に塗布性を高めるという観点からは、沸点が１００℃以上であるものが好ましい。

上記混合溶媒Ｓは、取り扱い性の観点からは、室温で液状となるような組み合わせであることが好ましい。含カルコゲン元素含有有機化合物は、ルイス塩基性有機溶剤に対して０．１〜１０倍であるのがよい。これにより、高濃度のＩ-Ｂ族元素の溶液を得ることができ、光吸収層３の前駆体を塗布により良好に形成できるとともに、表面近傍でのＩ-Ｂ族元素の比率の小さい光吸収層３を良好に形成できる。

混合溶媒Ｓに、Ｉ-Ｂ族元素を溶解させて溶液を作製する方法としては、上記混合溶媒ＳにＩ-Ｂ族の金属またはＩ-Ｂ族の金属塩を直接溶解させればよい。光吸収層３にI-III-VI化合物半導体の成分以外の不純物が残るのを抑制するという観点からは、Ｉ-Ｂ族の金属を混合溶媒Ｓに直接溶解させることが好ましい。なお、Ｉ-Ｂ族の金属を混合溶媒Ｓに直接溶解させるというのは、Ｉ-Ｂ族の単体金属の地金または合金の地金を直接、混合溶媒Ｓに混入し、溶解させることをいう。これにより、単体金属の地金または合金の地金を、一旦、他の化合物（例えば塩化物などの金属塩）に変化させた後に溶媒に溶解させるという余計な工程は必要なく、工程が簡略化できるとともに、光吸収層３を構成する元素以外の元素が含まれるのを抑制することができ、光吸収層３の純度を高めることができる。

Ｉ-Ｂ族元素はＣｕやＡｇなどである。Ｉ-Ｂ族元素は１種の元素であってもよく、２種以上の元素であってもよい。２種以上の元素である場合、混合溶媒Ｓに、Ｉ-Ｂ族の金属を溶解させて溶液を作製する方法としては、上記混合溶媒Ｓに２種以上のＩ-Ｂ族の金属の混合物を一度に溶解させてもよい。あるいは、各元素のＩ-Ｂ族の金属をそれぞれ上記混合溶媒Ｓに溶解させた後、これらを混合してもよい。

混合溶媒ＳにＩ-Ｂ族元素を溶解させた上記の原料溶液には、光吸収層３の他の原料であるＧａやＩｎなどのIII-Ｂ族元素も溶解させることが好ましい。

上記の原料溶液を用いて光吸収層３を形成する方法としては、上記原料溶液を第１の電極層２を有する基板１の表面に塗布して被膜状の前駆体を形成し、この前駆体を熱処理して、Ｉ-Ｂ族金属とIII-Ｂ族金属と含カルコゲン元素含有有機化合物のカルコゲン元素とを反応させてＩ-Ｂ族金属とIII-Ｂ族金属とカルコゲン元素との化合物から成る半導体層（例えばＣＩＧＳ等）を形成することができる。なお、含カルコゲン元素含有有機化合物は、ルイス塩基性有機溶剤と混合して混合溶媒Ｓを構成し、この混合溶媒Ｓの一成分としてＩ-Ｂ族金属およびIII-Ｂ族金属を溶解する機能を有するが、熱処理によってＩ-Ｂ族金属およびIII-Ｂ族金属と反応して化合物半導体を構成する機能も有する。この含カルコゲン元素含有有機化合物に含まれるカルコゲン元素は、熱処理の際、気化などによって減少することもある。また、I-III-VI化合物半導体の所望の組成比を得るためにカルコゲン元素を多く供給することもある。そのようなカルコゲン元素を補うための方法としては、原料溶液にカルコゲン元素を別途溶解させておいたり、あるいは、熱処理時に硫化水素、セレン化水素またはＳｅ蒸気等の気体として供給してもよい。

原料溶液は、スピンコータ、スクリーン印刷、ディッピング、スプレーまたはダイコータなどを用いて塗布され、乾燥されて被膜状の前駆体となる。乾燥は、還元雰囲気下で行うことが望ましい。乾燥時の温度は、例えば、５０〜３００℃で行う。そして、上記前駆体を熱処理して、１．０〜２．５μｍの光吸収層３を作製する。

光電変換装置１０は、上記半導体層を光吸収層３として用い、この光吸収層３上にバッファ層４が形成される。バッファ層４とは、光吸収層３に対してヘテロ接合を行う層をいう。光吸収層３とバッファ層４とは異なる導電型であることが好ましく、例えば、光吸収層３がｐ型半導体である場合、バッファ層４はｎ型半導体である。好ましくはリーク電流を低減するという観点からは、バッファ層は、抵抗率が１Ω・ｃｍ以上の層であるのがよい。バッファ層４としては、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ_２Ｓｅ_３、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）、および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられ、例えばケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法等で形成される。なお、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）とは、ＩｎとＯＨとＳとから主に構成された化合物をいう。（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）は、ＺｎとＩｎとＳｅとＯＨとから主に構成された化合物をいう。（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏは、ＺｎとＭｇとＯとから主に構成された化合物をいう。バッファ層４は光吸収層３の吸収効率を高めるため、光吸収層３が吸収する光の波長領域に対して光透過性を有するものが好ましい。

好ましくは、バッファ層４はインジウムを含み、第２の電極層５が酸化インジウムを含むことが好ましい。第２の電極層５が酸化インジウムを含むことで、透明性が高いとともに高い導電率を有することができる。さらにバッファ層４にインジウムを含むことで、バッファ層４と第２の電極層５が同じ元素を含み、層間の元素の相互拡散による導電率の変化を抑制することができる。より好ましくは、光吸収層３はインジウムを含むカルコパイライト系の材料であり、バッファ層４はインジウムを含み、第２の電極層５が酸化インジウムを含むことが好ましい。これにより、光吸収層３、バッファ層４、第２の電極層５がすべてインジウムを含むことにより、層間の元素の相互拡散による導電率やキャリア濃度の変化を抑制することができる。

光電変換装置１０の耐湿性を向上するという観点からは、バッファ層４はIII-VI族化合物を主成分として含むことが好ましい。なお、III-VI族化合物とは、III-Ｂ族元素とVI-Ｂ族元素との化合物である。また、III-VI族化合物を主成分として含むというのは、バッファ層４を構成する化合物のうち、III-VI族化合物が５０モル％以上、より好ましくは８０モル％以上であることをいう。さらに光電変換装置１０の耐湿性を向上するという観点からは、バッファ層４を構成する金属元素のうち、Ｚｎ元素が５０ atomic％以下、より好ましくは２０ atomic％以下であるのがよい。

また、バッファ層４は、その厚みが１０〜２００ｎｍであり、好ましくは１００ｎｍ以上であるのがよい。これにより、高温高湿条件化における光電変換効率の低下を特に効果的に抑制することができる。

第２の電極層５は、ＩＴＯ、ＺｎＯ等の０．０５〜３．０μｍの透明導電膜である。第２の電極層５は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等で形成される。第２の電極層５は、バッファ層４よりも抵抗率の低い層であり、光吸収層３で生じた電荷を取り出すためのものである。電荷を良好に取り出すという観点からは、第２の電極層５の抵抗率が１Ω・ｃｍ未満でシート抵抗が５０Ω／□以下であるのがよい。

第２の電極層５は光吸収層３の吸収効率を高めるため、光吸収層３の吸収光に対して光透過性を有するものが好ましい。光透過性を高めると同時に光反射ロス防止効果および光散乱効果を高め、さらに光電変換によって生じた電流を良好に伝送するという観点から、第２の電極層５は０．０５〜０．５μｍの厚さとするのが好ましい。また、第２の電極層５とバッファ層４との界面での光反射ロスを防止する観点からは、第２の電極層５とバッファ層４の屈折率は等しいのが好ましい。

光電変換装置１０の耐湿性を向上するという観点からは、第２の電極層５はIII-VI族化合物を主成分として含むことが好ましい。なお、III-VI族化合物を主成分として含むというのは、第２の電極層５を構成する化合物のうち、III-VI族化合物（複数種のIII-VI族化合物がある場合、その合計）が５０モル％以上、より好ましくは８０モル％以上であることをいう。さらに光電変換セル１０の耐湿性を向上するという観点からは、第２の電極層５を構成する金属元素のうち、Ｚｎ元素が５０ atomic％以下、より好ましくは２０ atomic％以下であるのがよい。

光電変換装置１０において、好ましくは、バッファ層４と第２の電極層５とを合わせた部分、すなわち、光吸収層３と集電電極８とで挟まれる部分において、III-VI族化合物を主成分として含むことが好ましい。なお、III-VI族化合物を主成分として含むというのは、このバッファ層４と第２の電極層５とを合わせた部分を構成する化合物のうち、III-VI族化合物（複数種のIII-VI族化合物がある場合、その合計）が５０モル％以上、より好ましくは８０モル％以上であることをいう。さらに光電変換セル２０の耐湿性を向上するという観点からは、このバッファ層４と第２の電極層５とを合わせた部分を構成する金属元素のうち、Ｚｎ元素が５０ atomic％以下、より好ましくは２０ atomic％以下であるのがよい。

光電変換装置１０は、複数個を並べてこれらを電気的に接続し、光電変換モジュール１１とすることができる。隣接する光電変換装置１０同士を容易に直列接続するために、図１に示すように、光電変換装置１０は、光吸収層３の基板１側に第１の電極層２と離間して設けられた第３の電極層６を具備している。そして、光吸収層３に設けられた接続導体７によって、第２の電極層５と第３の電極層６とが電気的に接続されている。

接続導体７は、第２の電極層５を形成する際に同時形成して一体化することが好ましい。これにより、工程を簡略化できるとともに第２の電極層５との電気的な接続信頼性を高めることができる。

接続導体７は、第２の電極層５と第３の電極層６とを接続するとともに、隣接する光電変換装置１０の各光吸収層３も分断するように形成されている。このような構成により、隣接する光吸収層３でそれぞれ光電変換を良好に行い、直列接続で電流を取り出すことができる。

次に本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例を図２、図３に基づき説明する。図２は他の実施形態である光電変換装置２０の断面図であり、図３は光電変換装置２０の斜視図である。図２、図３は、第２の電極層５上に集電電極８が形成されている点で図１の光電変換装置１０と異なっている。図２、図３において、図１と同じ構成のものには、同じ符号を付しており、図１と同様、光電変換装置２０が複数接続されて光電変換モジュール２１を構成している。集電電極８は、第２の電極層５の電気抵抗を小さくするためのものである。光透過性を高めるという観点からは、第２の電極層５の厚さはできるだけ薄いことが好ましいが、薄いと導電性が低下してしまう。しかしながら、第２の電極層５上に集電電極８が設けられていることにより、光吸収層３で発生した電流を効率よく取り出すことができる。その結果、光電変換装置２０の発電効率を高めることができる。

集電電極８は、例えば、図３に示すように、光電変換装置２０の一端から接続導体７にわたって線状に形成されている。これにより、光吸収層３の光電変換により生じた電荷を第２の電極層５を介して集電電極８に集電し、これを接続導体７を介して隣接する光電変換装置２０に良好に導電することができる。よって、集電電極８が設けられていることにより、第２電極層５を薄くしても光吸収層３で発生した電流を効率よく取り出すことができる。その結果、発電効率を高めることができる。

集電電極８は光吸収層３への光を遮るのを抑制するとともに良好な導電性を有するという観点からは、５０〜４００μｍの幅を有するのが好ましい。また、集電電極８は、枝分かれした複数の分岐部を有していてもよい。

集電電極８は、例えば、Ａｇ等の金属粉を樹脂バインダー等に分散させた金属ペーストをパターン状に印刷し、これを硬化することによって形成することができる。

好ましくは、集電電極８は、半田を含むことが好ましい。これにより、曲げ応力に対する耐性を高めることができるとともに、抵抗をより低下させることができる。より好ましくは、融点の異なる金属を２種以上含み、少なくとも１種の金属を溶融させ、他の少なくとも１種の金属は溶融しない温度で加熱して硬化したものがよい。これにより、低い融点の金属が溶融して集電電極８を緻密化し、抵抗を下げることができるとともに、加熱して硬化させる際に溶融した金属が広がろうとするのを高い融点の金属によって抑制することができる。

集電電極８は、平面視して光吸収層３の外周端部まで達するように設けられていることが好ましい。このような構成により、集電電極８が光吸収層３の外周部を保護し、光吸収層３の外周部での欠けを抑制して光吸収層３の外周部においても光電変換を良好に行うことができる。また、この光吸収層３の外周部で発生した電流を外周端部まで達する集電電極８によって効率よく取り出すことができる。その結果、発電効率を高めることができる。

このように光吸収層３の外周端部に達する集電電極８によって光吸収層３の外周部を保護することができるため、第１の電極層２と集電電極８との間に設けられた部材の合計厚みを小さくすることができる。よって、部材の削減をすることができるとともにこれらの作製工程も短縮化することができる。好ましくは、第１の電極層２と集電電極８との間に設けられた部材の合計厚み（図３の例では、光吸収層３とバッファ層４と第２の電極層５との合計厚み）を１．５６〜２．７μｍと薄くするのがよい。具体的には、図３の例では、光吸収層３の厚みを１．５〜２．０μｍ、バッファ層４の厚みを０．０１〜０．２μｍ、第２の電極層５の厚みを０．０５〜０．５μｍとすればよい。

また、好ましくは、集電電極８が達している光吸収層３の外周端部において、集電電極８の端面、第２の電極層５の端面および光吸収層３の端面が面一になっていることが好ましい。これにより、光吸収層３の外周端部で光電変換した電流を良好に取り出すことができる。なお、集電電極８が平面視して光吸収層３の外周端部まで達しているというのは、集電電極８が完全に光吸収層３の最も外側の外周端部まで達していることが好ましいが、それに限定されない。すなわち、光吸収層３の外周端部を基点として欠けが進行するのを有効に抑制して、欠けを抑制するという観点からは、光吸収層３の最も外側の外周端部と集電電極８の端部との距離が１０００μｍ以下の場合も含む。

なお、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。

１：基板
２：第１の電極層
３：光吸収層
４：バッファ層
５：第２の電極層
６：第３の電極層
７：接続導体
８：集電電極
１０、２０：光電変換装置
１１、２１：光電変換モジュール

Claims (5)

1. Ｉ-III-VI化合物半導体を含み、Ｉ-Ｂ族元素のIII-Ｂ族元素に対するモル比が他方主面側よりも一方主面側において小さい部分を有する光吸収層と、
   前記一方主面上に設けられたバッファ層と、
   を具備することを特徴とする光電変換装置。
2. 前記光吸収層の前記モル比が小さい部分の前記モル比が、前記光吸収層の厚み方向における中央から前記他方主面までの領域における前記モル比の平均値に対して０．９倍以下であることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
3. 前記光吸収層の前記モル比が小さい部分の前記モル比が、前記光吸収層の厚み方向における中央から前記他方主面までの領域における前記モル比の平均値に対して０．４倍乃至０．９倍であることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
4. 前記光吸収層の前記モル比が小さい部分の厚みは５０ｎｍ以上であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電変換装置。
5. 前記光吸収層の前記モル比が小さい部分の厚みは前記光吸収層の膜厚の０．４倍以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光電変換装置。
   

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