JP2012064933A - 光電変換モジュール及びその作製方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】出力電圧不良を抑えることのできる光電変換モジュール及びその作製方法を提供する。
【解決手段】基板上に複数のセルが直列に接続された集積型光電変換装置をｎ（ｎは自然数）個並列して形成し、半導体層等に形成された構造欠陥などによって上下電極間のショートやリーク電流などの特性不良が発生した集積型光電変換装置を除いて、ｎ−１個以下の電気特性が正常な集積型光電変換装置を電気的に並列接続し、出力電圧不良を抑えた光電変換モジュールとする。
【選択図】図１

Description

冗長性を付与した光電変換モジュール及びその作製方法に関する。
近年、地球温暖化対策として、発電時に二酸化炭素の排出の無い光電変換装置が注目されている。その代表例は、住宅の屋根等に設置され、屋外の太陽光で発電する結晶系シリコンを用いた太陽電池であるが、蛍光灯の光など、可視光線の波長に対して高い光電変換能力を有する非晶質シリコンを用いた太陽電池も知られている。
非晶質シリコン太陽電池は、薄膜型の太陽電池であり、低コストで製造できるなどの利点を有する。一方、薄膜型は構造的に微小な欠陥に弱く、ピンホールや傷などの構造欠陥が電気特性を劣化させる要因となっている。
該構造欠陥は、それ自身の影響で、またはその他の工程に影響して太陽電池の電極間の並列抵抗を低下させ、ショートやリーク電流を発生させる要因となる。このリーク電流は微少であっても発電電流が小さい低照度下においては、太陽電池の電気特性を著しく悪化させてしまう。
この様な問題を解決する手段として、構造欠陥を含む半導体層上にフォトレジストを塗布及びプリベークしてフォトレジストを構造欠陥に固定化し、半導体層上の不要なフォトレジストを紫外光照射により非固定化して現像工程によって取り除き、上下の電極間のショートを防止する方法が特許文献１に開示されている。
また、半導体層と一方の電極との接続を半導体層上に形成した絶縁層が有する複数の開口部において行うことで、一方の電極が構造欠陥を介して他方の電極とショートすることを防止する方法が特許文献２に開示されている。
特開昭６２─６９５６６号公報 特開平０６─２２４４５６号公報
しかしながら、半導体層に不本意に形成される構造欠陥は多種多様で、上記手法によって全てが解決される訳ではない。
なお、本明細書において「構造欠陥」とは、膜の一部が欠損する欠陥のことを言い、結晶構造の乱れなどの結晶欠陥を意味するものではない。
例えば、構造欠陥の形状によっては、フォトレジストの充填不良や絶縁膜のカバレージ不良などが起こり、上下電極間のショートが防ぎきれないこともある。また、電極を含む全ての層を形成した後に傷などの構造欠陥が発生する場合や、異物による押圧などで上下電極間のショートが起こる場合などは、上記手法では対処できない。また、複数のセルを直列接続した集積化光電変換装置においては、一つでもショートしたセルがあると出力電圧が低下してしまう問題を有している。
従って、本発明の一態様は、電気特性に異常のあるセルを排除することのできる光電変換モジュール及びその作製方法を提供することを目的とする。
本明細書で開示する本発明の一態様は、基板上に並列して形成されたｎ（ｎは自然数）個の光電変換装置を有し、光電変換装置は、複数のセルが直列に接続された集積化構造であり、ｎ−１個以下の光電変換装置が電気的に並列接続されていることを特徴とする光電変換モジュールである。
上記並列接続される光電変換装置にはショートした光電変換装置が含まれず、設計仕様を満足した電気特性を有する光電変換装置が選ばれる。このとき、全ての光電変換装置が設計仕様を満足していたとしても、電気的に並列接続される光電変換装置の数はｎ−１個以下とする冗長設計とする。
また、電気特性が良好であっても電気的に並列接続されない光電変換装置は、予備として用いることができる。例えば、並列接続された光電変換装置の一部が不良となった場合には、並列接続されていない光電変換装置の一部と入れ替えて動作させることができる。
上記セルはｐｉｎ型であり、非晶質シリコンを含んで形成することが好ましい。
上記光電変換装置の電気的な並列接続は、スイッチング回路にて行われる構成としても良い。
本明細書で開示する本発明の他の一態様は、基板上に第１の導電膜を形成し、第１の導電膜に第１の分離溝を形成して第１の電極を複数形成し、第１の電極及び第１の分離溝上に一導電型を有する半導体層、真性半導体層、及び一導電型とは逆の導電型を有する半導体層を積層し、積層した半導体層に第２の分離溝を形成して島状の半導体層を複数形成し、島状の半導体層及び第２の分離溝を覆う様に第２の導電膜を形成し、第２の導電膜に第３の分離溝を形成して複数の第２の電極、及び光電変換モジュールの一対の電極を形成し、第１の電極、島状の半導体層及び第２の電極を含む集積化構造の光電変換装置をｎ個（ｎは自然数）並列して形成し、並列して形成したｎ個の光電変換装置の中からｎ−１個以下の光電変換装置を選択し、選択された光電変換装置の第１の電極と光電変換モジュールの一方の電極を電気的に接続し、選択された光電変換装置の第２の電極と光電変換モジュールの他方の電極を電気的に接続することを特徴とする光電変換モジュールの作製方法である。
本明細書において「第１」、「第２」等の数詞の付く用語は、要素を区別するために便宜的に付与しているものであり、数的に限定するものではなく、また配置及び段階の順序を限定するものでもない。
上記光電変換装置の第１の電極と光電変換モジュールの一方の電極、及び＼または光電変換装置の第２の電極と光電変換モジュールの他方の電極との電気的な接続をするスイッチング回路を形成しても良い。
本発明の一態様によって、出力電圧不良が抑制された光電変換モジュール及びその作製方法を提供することができる。
本発明の一態様における光電変換装置を説明する平面図及び断面図。 本発明の一態様における光電変換装置を説明する断面図。 本発明の一態様における光電変換装置を説明する平面図。 本発明の一態様における光電変換装置を説明する平面図及び断面図。 光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。 光電変換装置の作製方法を説明する工程平面図。 光電変換装置の作製方法を説明する工程断面図。 従来の光電変換装置を説明する平面図及び断面図。 電子機器を説明する図、及び充放電制御回路を説明するブロック図。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、その形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。また、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略することがある。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様である光電変換モジュールの構造、及びその作製方法について説明する。
なお、本発明の一態様における光電変換モジュールの説明において、「セル」とは、発電に寄与する一つの光電変換素子のことを言い、例えばｐｉｎ接合が形成された半導体層と上下の電極を含んだ構成がある。また、「光電変換装置」とは、複数のセルが電気的に直列に接続された構成のことを言う。
図１（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の一態様における光電変換モジュールの平面図及び断面図の一例である。本実施の形態における光電変換モジュールは、基板１００、第１の電極１１０、第１の半導体層１２０、第２の半導体層１３０、第３の半導体層１４０、第２の電極１５０、接続電極１６０ａ、１６０ｂ、第３の電極１７０、第４の電極１８０を含んで構成される。
第３の電極１７０及び第４の電極１８０は、光電変換モジュールの正負電極となる一対の電極である。例えば、第１の半導体層１２０の導電型をｐ型、第３の半導体層１４０の導電型をｎ型とした場合には、第３の電極１７０は正極、第４の電極１８０は負極となる。
また、接続電極１６０ａは、第３の電極１７０と光電変換装置の第１の電極１１０を接続するために設けられ、接続電極１６０ｂは、第４の電極１８０と光電変換装置の第２の電極１５０を接続するために設けられる。
なお、図２（Ａ）、（Ｂ）の断面図に示す様に、接続電極１６０ａまたは接続電極１６０ｂを省く構成であっても良い。ここで、図２（Ａ）において、第４の電極１８０は光電変換モジュールの電極であるが、右端のセルの第２の電極１５０としても作用する。
なお、本明細書における光電変換モジュールの平面図及び断面図は、光電変換モジュールの一例を示すものであり、直列に接続されるセルの段数は限られず、所望の電圧が得られる様に実施者が適宜決定すれば良い。また、一つのセルの構成は、隣接するセルの構成と同等であることから、その符号を付すことを省略することがある。
図８（Ａ）、（Ｂ）に従来の光電変換モジュール構造の平面図及び断面図を例示する。該光電変換モジュールはｐｉｎ型であり、基板１１００、第１の電極１１１０、第１の半導体層１１２０、第２の半導体層１１３０、第３の半導体層１１４０、第２の電極１１５０、第３の電極１１７０、第４の電極１１８０を含んで構成されている。ここで、第４の電極１１８０は光電変換モジュールの電極であるが、セルの第２の電極１１５０としても作用する。また、セルを構成する半導体層には非晶質シリコンを用いるものとする。
この構成ではセルが５段直列に接続されているため、正常品であれば、例えば蛍光灯の様な低照度の室内灯下において開放電圧（Ｖｏｃ）は、１セルあたり約０．７Ｖ、５段で３．５Ｖ程度が得られる。従って、設計上は駆動電圧が最大３Ｖ程度の機器の電源として使用することができる。
ここで、図８（Ａ）の平面図に示した様に５段直列に接続されたうちの一つのセルに構造欠陥２００があり、その部分で第１の電極１１１０と第２の電極１１５０がショートしていたとする。このとき、一つのセルは導通状態であるため、開放電圧は２．８Ｖ程度となり、駆動電圧が３Ｖの機器を動作することはできなくなる。
つまり、従来の光電変換モジュールの構成においては、１箇所でも一定以上の電圧を出力できない様な欠陥を有していると、不良品となってしまう。
特に低照度下では、出力される電流が小さいために、上下の電極間に僅かなリーク電流があっても問題になる。これらのショートやリーク電流の原因は、半導体膜の形成時に不本意に形成されるピンホールや傷などの構造欠陥であることが多い。そのため、樹脂や無機膜などの絶縁物を構造欠陥に埋め込むなど、上下の電極間でショートやリーク電流が生じない様な工夫がされていた。しかしながら、これらの方法は、絶縁物の充填不良やカバレージ不良などの問題を有しているだけでなく、セルの完成後に異物による押圧などで形成される構造欠陥には対処ができないものであった。
従って、本発明の一態様では、光電変換モジュールを構成する複数のセルに電気特性を損なう様な構造欠陥があった場合においても、設計された電圧を出力できる冗長設計の光電変換モジュールを提供するものである。
例えば、図３の平面図に示す様に、左から１、３、４列目の光電変換装置にセルの上下電極間がショートするような構造欠陥２００ａ、２００ｂ、２００ｃがあった場合、前述した従来構造の光電変換モジュールであれば、５段中３段のセルが所定の電圧を発生しないことになる。しかしながら、図３に示す様に、上から２、４、８行目の構造欠陥を有する光電変換装置には、接続電極１６０ａ及び／または接続電極１６０ｂを設けない構成とし、残る正常な電気特性を有する光電変換装置を並列接続すれば正常な５段分の出力電圧を得ることができる。
なお、「正常な電気特性を有する光電変換装置」とは、ショートなどの致命的な欠陥を有さないものだけではなく、光電変換モジュール全体の電気特性を設計仕様以下に低下させる要因を含まないものも含まれる。従って、光電変換装置の電気特性に不良があっても、その程度が軽微なもの、または設計仕様を満足するものであれば正常な電気特性を有する光電変換装置と見なされ、その判別基準は実施者が適宜決定できる。また、本明細書では正常な電気特性を有する物のことを「良品」、良品ではない物のことを「不良品」とも言う。
ただし、接続されない光電変換装置からは電流が得られないため、図３の光電変換モジュールの構成では、１０行（個）形成された光電変換装置の７行（個）分の電流、すなわち、電流が最大に得られる構成に対して７０％の電流しか得られないことになる。
ここで、７０％の電流値が設計値の許容範囲であれば、図３の構成の光電変換モジュールは良品とすることができる。また、構造欠陥が少なく、良品の光電変換装置を全て接続すると電流値が設計仕様の上限を超えてしまう様な場合は、いくつかの光電変換装置に接続電極１６０ａ及び／または接続電極１６０ｂを設けない構成とし、電流値を設計値の許容範囲にあわせこめば良い。すなわち、ｎ個の光電変換装置を基板上に作製し、ｎ−１個以下の光電変換装置を並列接続する冗長設計とすることで良品歩留まりを向上させることができる。
また、上記の様に初期の状態で並列接続されない良品の光電変換装置を有する光電変換モジュールでは、並列接続された光電変換装置の一つが不良品となった場合に、並列接続されない良品の光電変換装置に接続電極１６０ａ及び接続電極１６０ｂを設ければ正常に機能させることができる。つまり、予備の光電変換装置が含まれた光電変換モジュールを構成することができる。
また、経時変化や突発的な要因で並列接続された光電変換装置の一部にショートなどの不良が起きた場合は、その光電変換装置を切り離し、出力電圧を確保することもできる。この場合、光電変換モジュールに接続する負荷の動作に問題がなければ、予備の光電変換装置を接続させなくても良い。
次に、これまで説明した光電変換モジュールとは異なる構成の光電変換モジュールの平面図及び断面図を図４（Ａ）、（Ｂ）に示す。図１乃至３の構成では、光電変換装置の電極と光電変換モジュールの電極を接続電極で電気的に接続する構成であった。図４に示す光電変換モジュールは、光電変換装置上に絶縁層１９０及び光電変換モジュールの電極が形成され、該絶縁層に形成された接続溝１６１ａ、１６１ｂによって光電変換装置の電極と光電変換モジュールの電極が接続された構成となっている。
つまり、電気的に並列接続する必要のある光電変換装置上の絶縁層１９０に接続溝１６１ａ、１６１ｂを形成することで、光電変換モジュールを完成させることができる。
また、良品の光電変換装置が出力する電力を合成させる手段として、外部回路を用いても良い。この場合、一定以上の電圧を出力する光電変換装置の電力を合成するような回路を用いることができる。
本発明の一態様における光電変換モジュールを構成する基板１００には、例えば、青板ガラス、白板ガラス、鉛ガラス、または結晶化ガラスなどのガラス板を用いることができる。また、アルミノシリケートガラス、バリウムホウケイ酸ガラス、またはアルミノホウケイ酸ガラスなどの無アルカリガラス基板や石英基板を用いることができる。本実施の形態では、基板１００にガラス基板を用い、基板１００上に半導体層等が形成される表面と反対側の面を光入射側とする。
また、基板１００には、樹脂基板を用いることもできる。例えば、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド系合成繊維、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリイミド、アクリロニトリルブタジエンスチレン樹脂、ポリ塩化ビニル、ポリプロピレン、ポリ酢酸ビニル、アクリル樹脂などが挙げられる。
第１の電極１１０には、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、珪素を含むインジウム錫酸化物（ＩＴＳＯ）、亜鉛を含む酸化インジウム（ＩＺＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ガリウムを含む酸化亜鉛（ＧＺＯ）、アルミニウムを含む酸化亜鉛（ＡＺＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、フッ素を含む酸化錫（ＦＴＯ）、またはアンチモンを含む酸化錫（ＡＴＯ）等の透光性導電膜を用いることができる。上記透光性導電膜は単層に限らず、異なる膜の積層でも良い。例えば、ＩＴＯとＡＺＯの積層や、ＩＴＯとＦＴＯの積層などを用いることができる。膜厚は総厚で１０ｎｍ以上１０００ｎｍ以下とする。また、図示はしていないが、光閉じ込め効果を付与するために第１の電極１１０の表面をテクスチャ構造としても良い。
また、第２の電極１５０には、アルミニウム、チタン、ニッケル、銀、モリブデン、タンタル、タングステン、クロム、銅またはステンレス等の金属膜を用いることができる。金属膜は単層に限らず、異なる膜の積層でも良い。例えば、ステンレスとアルミニウムの積層や、銀とアルミニウムの積層などを用いることができる。膜厚は総厚で１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下、好ましくは１００ｎｍ以上３００ｎｍ以下とする。
なお、第２の電極１５０は、上記透光性導電膜と金属膜の積層であっても良い。この場合は、半導体層と接する側を透光性導電膜とすることで、光閉じ込め効果を付与することができる。このとき、該透光性導電膜の膜厚は、１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下とすることが好ましい。例えば、半導体層側からＩＴＯ、銀、アルミニウムの順で形成した積層を用いることができる。
光電変換モジュールの一対の電極である第３の電極１７０及び第４の電極１８０は、上記第２の電極１５０と同様の構成とすることができる。
本実施の形態では、基板１００を介してセルに光を入射するため、第１の電極１１０には透光性導電膜であるＩＴＯ、第２の電極１５０にはステンレスとアルミニウムの積層を用いる構成とする。光入射を第２の電極側からとした場合は、それぞれの電極に用いる材料を逆にすれば良い。なお、光入射側の電極には透光性導電膜を用いるが、対向する電極の種類は問われず、実施者が適宜選択することができる。
第１の半導体層１２０には一導電型を有する半導体膜を用いることができ、第３の半導体層１４０には一導電型とは逆の導電型を有する半導体膜を用いることができる。本実施の形態では、第１の半導体層１２０にはｐ型のシリコン半導体膜を用い、第３の半導体層１４０にはｎ型のシリコン半導体膜を用いるが、それぞれ逆の導電型としても良い。なお、第１の半導体層１２０の膜厚は、５ｎｍ以上３０ｎｍ以下、第３の半導体層１４０の膜厚は、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下とすることが好ましい。また、第１の半導体層１２０及び第３の半導体層１４０には非晶質シリコンを用いることもできるが、より低抵抗の微結晶シリコンまたは多結晶シリコンを用いることが好ましい。
第２の半導体層１３０には、真性半導体を用いる。なお、本明細書において、真性半導体とは、フェルミ準位がバンドギャップの中央に位置する所謂真性半導体の他、半導体に含まれるｐ型若しくはｎ型を付与する不純物が１×１０２０ｃｍ−３以下の濃度であり、暗伝導度に対して光伝導度が１００倍以上である半導体を指す。この真性半導体には、周期表第１３族または第１５族の元素が不純物として含まれるものであっても良い。なお、第２の半導体層１３０の膜厚は、１００ｎｍ以上６００ｎｍ以下とすることが好ましい。
第２の半導体層１３０に用いる真性半導体には、非晶質シリコンを用いることが好ましい。非晶質シリコンは、可視光線に対する光吸収が大きく、蛍光灯下の様な低照度の環境で高い光電変換能力を示す光電変換装置を形成することができる。
接続電極１６０ａ、１６０ｂに用いることのできる材料としては、銀ペースト等の導電ペーストを用いることが好ましく、銅ペースト、ニッケルペースト、モリブデンペースト、またはカーボンペーストなどを用いても良い。
また、図４の構成における絶縁層１９０としては、酸化珪素膜などの無機絶縁膜の他、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリイミド樹脂などの有機絶縁樹脂を用いることができる。なお、図示はされていないが、図１乃至３の構成においても上記絶縁膜を光電変換装置上に設けても良い。
また、図４の構成において、光電変換モジュールの一対の電極である第３の電極１７１及び第４の電極１８１は、金属膜などの他、上述した接続電極１６０ａ、１６０ｂに用いることのできる導電ペーストなどで形成することができる。
次に、図１乃至図３の構成を有する光電変換モジュールの作製方法を詳細に説明する。
まず、基板１００上に第１の電極１１０となる透光性導電膜を形成する。ここでは、スパッタ法を用い、膜厚１００ｎｍのインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を形成する。
本実施の形態では基板１００にガラス基板を用いるが、例えば１００μｍ前後の上記樹脂基板を用いれば、Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスを行うことができる。
Ｒｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスには、スパッタ法やプラズマＣＶＤ法などの成膜工程だけでなく、スクリーン印刷法やレーザ加工法などの工程も含まれる。従って、光電変換装置のほぼ全ての製造工程をＲｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスで行うこともできる。また、途中までの工程をＲｏｌｌ−ｔｏ−Ｒｏｌｌプロセスで行い、シート状に分断して、その後の工程をシート単位で行っても良い。例えば、分断したシートをセラミックや金属、またはそれらの複合体等で形成された枠に貼付けることで、ガラス基板等と同様に取り扱うことができる。
次に、該透光性導電膜を複数に分離する第１の分離溝２１０を形成する（図５（Ａ）参照）。該分離溝は、レーザ加工等で形成することができる。このレーザ加工に用いられるレーザは、可視光領域または赤外光領域の連続発振またはパルス発振レーザを用いることが好ましい。例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）や第二高調波（波長５３２ｎｍ）を用いることができる。なお、ここで該分離溝の一部が基板１００に達しても良い。また、この段階で透光性導電膜が分離加工されることにより第１の電極１１０が形成される。
なお、第１の分離溝２１０は、図５（Ａ）に図示された領域のみに形成するものではなく、図１（Ａ）の平面図に示す光電変換装置の間の領域にも形成し、並列して形成される複数の光電変換装置が電気的に接続されないようにする。
次に、プラズマＣＶＤ法を用い、第１の半導体層１２０として膜厚３０ｎｍのｐ型の微結晶シリコンを成膜する。ｐ型の微結晶シリコンは、ｐ型を付与する不純物を含むドーピングガスを原料ガスに混合して形成する。ｐ型を付与する不純物としては、代表的には周期表第１３族元素であるホウ素またはアルミニウムなどが挙げられる。例えば、ジボラン等のドーピングガスをシラン等の原料ガスに混合してｐ型の微結晶シリコンを形成することができる。なお、第１の半導体層１２０は、非晶質シリコンで形成しても良いが、より低抵抗で、かつ第１の電極１１０との密着性が良好な微結晶シリコンで形成することが好ましい。
続いて、プラズマＣＶＤ法を用いて、第２の半導体層１３０として膜厚６００ｎｍのｉ型の非晶質シリコンを成膜する。原料ガスには、シランまたはジシランを用いることができ、水素を添加しても良い。このとき、膜中に含まれる大気成分がドナーとなる場合があるため、導電型がよりｉ型に近づくように、原料ガス中にホウ素（Ｂ）を添加しても良い。この場合、ｉ型の非晶質シリコン中のホウ素濃度が０．００１ａｔ．％以上０．１ａｔ．％以下となる様にする。
更に、第３の半導体層１４０として、膜厚３０ｎｍのｎ型の微結晶シリコンを成膜する（図５（Ｂ）参照）。本実施の形態では、プラズマＣＶＤ法を用い、ｎ型を付与する不純物を含むドーピングガスを原料ガスに混合してｎ型の微結晶シリコンを形成する。ｎ型を付与する不純物としては、代表的には周期表第１５族元素であるリン、ヒ素、またはアンチモンなどが挙げられる。例えば、ホスフィンなどのドーピングガスをシラン等の原料ガスに混合することで、ｎ型の微結晶シリコンを形成することができる。なお、第３の半導体層１４０は、非晶質シリコンで形成しても良いが、より低抵抗な微結晶シリコンで形成することが好ましい。
次に、第１の半導体層１２０、第２の半導体層１３０及び第３の半導体層１４０を複数に分離する第２の分離溝２２０を形成する（図５（Ｃ）参照）。該分離溝は、レーザ加工等で形成することができる。このレーザ加工に用いられるレーザは、可視光領域の連続発振またはパルス発振レーザを用いることが好ましい。例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの第二高調波（波長５３２ｎｍ）などを用いることができる。
なお、第２の分離溝２２０は、図５（Ｃ）に図示された領域のみに形成するものではなく、第１の分離溝２１０と同様に図１（Ａ）の平面図に示す光電変換装置の間の領域にも形成しても良い。この場合、第１の電極１１０と第２の電極１５０とのショートを防ぐために、この領域に形成した第１の分離溝２１０の幅よりも第２の分離溝２２０の幅を狭くし、第１の電極が第２の分離溝２２０内に露出しない様にすると良い。また、この領域に第２の分離溝２２０を設けなくても良い。
次に、第２の分離溝２２０を充填し、かつ第３の半導体層１４０を覆う様に導電膜を形成する。ここでは、スパッタ法を用い、膜厚５ｎｍのステンレスと膜厚３００ｎｍのアルミニウムを順に積層する。
そして、該導電膜を複数に分離する第３の分離溝２３０を形成する（図５（Ｄ）参照）。該分離溝は、レーザ加工等で形成することができる。このレーザ加工に用いられるレーザは、赤外光領域の連続発振またはパルス発振レーザを用いることが好ましい。例えば、Ｎｄ−ＹＡＧレーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）などを用いることができる。また、この段階で導電膜が分離加工されることにより第２の電極１５０、第３の電極１７０及び第４の電極１８０が形成される。
第３の分離溝２３０は、図５（Ｄ）に図示された領域のみに形成するものではなく、第１の分離溝２１０と同様に図１（Ａ）の平面図に示す光電変換装置の間の領域にも形成する。なお、この領域における前述した処理を行わずに、この段階で第１の電極１１０、第１の半導体層１２０、第２の半導体層１３０、第３の半導体層１４０、及び第２の電極１５０を同時に加工し、並列して形成される複数の光電変換装置が電気的に接続されないようにしても良い。
この段階（図５（Ｄ）の構成）における平面図を図６（Ａ）に示す。図５（Ｄ）は、図６（Ａ）のＸ−Ｙの断面図に相当する。図６（Ａ）には、並列して形成された１０行（個）の光電変換装置が示されているが、それぞれの光電変換装置は、互いに電気的に接続されていない状態である。
ここで、全ての光電変換装置について電気特性を取得し、良品の光電変換装置の第１の電極と第３の電極とを接続電極１６０ａを用いて電気的に接続し、該光電変換装置の第２の電極と第４の電極とを接続電極１６０ｂを用いて接続する。
例えば、図４に示すような構造欠陥２００ａ、２００ｂ、２００ｃに起因して、上から２、４、８行目の光電変換装置が不良品である場合は、その他の良品の光電変換装置のみを接続電極１６０ａ、１６０ｂ、第３の電極１７０及び第４の電極１８０を用いて電気的に並列接続する（（図５（Ｅ）、図６（Ｂ）参照）。
また、図６（Ｂ）の構成では、並列接続しない光電変換装置は、接続電極１６０ａ及び接続電極１６０ｂの両方が設けられていない構成となっているが、接続電極１６０ａ及び接続電極１６０ｂのどちらか一方が設けられている構成であってもよい。
ただし、良品の光電変換装置を全て並列接続すると光電変換モジュールの設計仕様の電流値を超えてしまう様な場合は、一部の良品の光電変換装置を接続せず、電流値を設計仕様に合わせ込めば良い。
この様に、図６（Ｂ）の様な構成の光電変換モジュールとすることで、不良要因を排除することができ、設計に従った電圧を出力することができる。
次に、図４の構成の光電変換モジュールの作製方法について説明する。
図５（Ｃ）の構成に対して第２の電極１５０となる導電膜を形成する工程までは、図１乃至３の構成の光電変換モジュールの作製方法と同様であり、上述の作製方法に従って工程を行えばよい。
次に、導電膜を複数に分離する分離溝２３１を形成する（図７（Ａ）参照）。該分離溝は、図５（Ｄ）に示す第３の分離溝２３０の形成方法と同様の方法で形成することができる。この段階で導電膜が分離加工されることにより第２の電極１５０が形成される。
なお、分離溝２３１は、図７（Ａ）に図示された領域のみに形成するものではなく、図４（Ａ）の平面図に示す光電変換装置の間の領域にも形成する。なお、図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）で説明したこの領域における処理を行わずに、この段階で第１の電極１１０、第１の半導体層１２０、第２の半導体層１３０、第３の半導体層１４０、及び第２の電極１５０を同時に加工し、並列して形成される複数の光電変換装置が電気的に接続されないようにしても良い。
この段階で、全ての光電変換装置について電気特性の取得を行い、設計仕様に従って良品及び不良品を判別しておく。
次に、光電変換装置を覆う様に絶縁層１９０を形成する。ここでは、３００ｎｍの酸化珪素膜を形成する（図７（Ｂ）参照）。
次に、光電変換装置の両端にある第１の電極１１０及び第２の電極１５０上に、光電変換モジュールの一対の電極である第３の電極１７１及び第４の電極１８１を形成する（図７（Ｃ）参照）。ここでは、第３の電極１７１及び第４の電極１８１として銀ペーストをスクリーン印刷法で形成する。
次に、先に取得した電気特性が良品判定であった光電変換装置において、第３の電極１７１及び第４の電極１８１上からレーザ光２５０の照射を行う（図７（Ｄ）参照）。このレーザ照射による熱的な作用によって、絶縁層１９０に接続溝１６１ａ、１６１ｂが形成され、該接続溝を通じて第１の電極１１０と第３の電極１７１、及び第２の電極１５０と第４の電極１８１が電気的に接続されるようになる。なお、この工程には、図５（Ａ）に示す第１の分離溝２１０の形成に用いることのできるレーザを使用することができる。
なお、図７（Ｅ）に示すようにレーザ光２５０の出力を調整することによって、接続溝１６１ａ、１６１ｂを延在し、第３の電極１７１及び第４の電極１８１をそれぞれの下方にある第１の電極１１０と接続する構成としても良い。該第１の電極は、光電変換装置の電極としては作用していないものであり、第３の電極１７１及び第４の電極１８１の抵抗を下げることができる。
以上によって、図１乃至３の構成と同様に良品の光電変換装置のみを電気的に並列接続することができる。ただし、良品の光電変換装置を全て並列接続すると光電変換モジュールの設計仕様の電流値を超えてしまう様な場合は、一部の良品の光電変換装置を接続せず、電流値を設計仕様に合わせ込めば良い。
この様に、正常な電気特性を示す光電変換装置のみを電気的に並列接続できる冗長性を持った構成とすることで光電変換モジュールの製品歩留まりを向上させることができる。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
（実施の形態２）
本明細書に開示する光電変換モジュールは、さまざまな電子機器に用いることができる。本実施の形態では、その一例として、電子書籍の電源として用いる例を説明する。
図９（Ａ）は電子書籍（Ｅ−ｂｏｏｋともいう）であり、筐体９６３０、表示部９６３１、操作キー９６３２、光電変換モジュール９６３３、充放電制御回路９６３４を有することができる。図９（Ａ）に示した電子書籍は、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示する機能、カレンダー、日付または時刻などを表示部に表示する機能、表示部に表示した情報を操作または編集する機能、様々なソフトウェア（プログラム）によって処理を制御する機能等を有することができる。なお、図９（Ａ）では充放電制御回路９６３４の一例としてバッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、ＤＣＤＣコンバータ９６３７を有する構成について示している。光電変換モジュール９６３３として、他の実施の形態で示した光電変換モジュールを用いることにより、低照度下でも効率良く発電することができるため、屋内においても商用電源が不要な電子書籍を構成することができる。
図９（Ａ）に示す電子書籍は、表示部９６３１を半透過型または反射型の液晶表示装置とすることで、消費電力を抑えることができる。なお、光電変換モジュール９６３３は、図示した領域に限らず、筐体９６３０の空きスペース（表面や裏面）に適宜設けることができる。なおバッテリー９６３５としては、リチウムイオン電池を用いると、小型化を図れる等の利点がある。
また、図９（Ａ）に示す充放電制御回路９６３４の構成及び動作について、図９（Ｂ）のブロック図を用いて説明する。図９（Ｂ）には、光電変換モジュール９６３３、充放電制御回路９６３４、表示部９６３１について示している。ここで、充放電制御回路９６３４は、バッテリー９６３５、ＤＣＤＣコンバータ９６３６、ＤＣＤＣコンバータ９６３７、スイッチＳＷ１乃至ＳＷ３を含んでいる。
まず、外光により光電変換モジュール９６３３が発電する場合の動作の例について説明する。光電変換モジュールで発電した電力は、バッテリー９６３５を充電するための好適な電圧となるよう、ＤＣＤＣコンバータ９６３６で昇圧または降圧がなされる。そして、表示部９６３１で表示を行う際には、スイッチＳＷ１をオンし、ＤＣＤＣコンバータ９６３７で表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧して、表示部９６３１に電力供給を行う。一方、表示部９６３１での表示を行わない際には、ＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンにしてバッテリー９６３５の充電を行う構成とすればよい。
次いで、外光が乏しく、光電変換モジュール９６３３による発電がされない場合の動作の例について説明する。バッテリー９６３５に蓄電された電力は、スイッチＳＷ３をオンにすることでＤＣＤＣコンバータ９６３７により表示部９６３１に必要な電圧に昇圧または降圧がなされ、表示部９６３１に供給される。
なお、本実施の形態では、光電変換モジュールと表示部との間にＤＣＤＣコンバータを２つ設けた構成としているが、光電変換モジュールから表示部への電源供給、光電変換モジュールからバッテリーへの充電、またはバッテリーから表示部への電源供給が直接行える様な構成では、その間のＤＣＤＣコンバータを省いても良い。
なお、発電手段の一例として光電変換モジュール９６３３のみを用いる例を示したが、光電変換モジュール９６３３と構成の異なる光電変換モジュールとの組み合わせによりバッテリー９６３５を充電する構成であっても良い。また、光電変換モジュール９６３３と他の発電手段との組み合わせであっても良い。
本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。
１００ 基板
１１０ 第１の電極
１２０ 第１の半導体層
１３０ 第２の半導体層
１４０ 第３の半導体層
１５０ 第２の電極
１６０ａ 接続電極
１６０ｂ 接続電極
１６１ａ 接続溝
１６１ｂ 接続溝
１７０ 第３の電極
１７１ 第３の電極
１８０ 第４の電極
１８１ 第４の電極
１９０ 絶縁層
２００ 構造欠陥
２００ａ 構造欠陥
２００ｂ 構造欠陥
２００ｃ 構造欠陥
２１０ 第１の分離溝
２２０ 第２の分離溝
２３０ 第３の分離溝
２３１ 分離溝
２５０ レーザ光
１１００ 基板
１１１０ 第１の電極
１１２０ 第１の半導体層
１１３０ 第２の半導体層
１１４０ 第３の半導体層
１１５０ 第２の電極
１１７０ 第３の電極
１１８０ 第４の電極
９６３０ 筐体
９６３１ 表示部
９６３２ 操作キー
９６３３ 光電変換モジュール
９６３４ 充放電制御回路
９６３５ バッテリー
９６３６ ＤＣＤＣコンバータ
９６３７ ＤＣＤＣコンバータ

Claims (9)

  1. 基板上に並列して形成されたｎ（ｎは自然数）個の光電変換装置を有し、
    前記光電変換装置は、複数のセルが直列に接続された集積化構造であり、
    ｎ−１個以下の前記光電変換装置が電気的に並列接続されていることを特徴とする光電変換モジュール。
  2. 請求項１において、前記並列接続される光電変換装置にはショートした光電変換装置が含まれないことを特徴とする光電変換モジュール。
  3. 請求項１または２において、並列接続されない光電変換装置には、前記並列接続される光電変換装置と同等の電気特性を有する光電変換装置を含むことを特徴とする光電変換モジュール。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一項において、前記並列接続された光電変換装置の一つと並列接続されていない光電変換装置の一つを入れ替えて動作することを特徴とする光電変換モジュール。
  5. 請求項１乃至４のいずれか一項において、前記セルはｐｉｎ型であり、非晶質シリコンを含んで形成されていることを特徴とする光電変換モジュール。
  6. 基板上に第１の導電膜を形成し、
    前記第１の導電膜に第１の分離溝を形成して第１の電極を複数形成し、
    前記第１の電極及び前記第１の分離溝上に一導電型を有する半導体層、真性半導体層、及び一導電型とは逆の導電型を有する半導体層を積層し、
    前記積層した半導体層に第２の分離溝を形成して島状の半導体層を複数形成し、
    前記島状の半導体層及び前記第２の分離溝を覆う様に第２の導電膜を形成し、
    前記第２の導電膜に第３の分離溝を形成して複数の第２の電極、及び光電変換モジュールの一対の電極を形成し、前記第１の電極、前記島状の半導体層及び前記第２の電極を含む集積化構造の光電変換装置をｎ個（ｎは自然数）並列して形成し、
    前記並列して形成したｎ個の光電変換装置の中からｎ−１個以下の光電変換装置を選択し、
    前記選択された光電変換装置の第１の電極と光電変換モジュールの一方の電極を電気的に接続し、
    前記選択された光電変換装置の第２の電極と光電変換モジュールの他方の電極を電気的に接続することを特徴とする光電変換モジュールの作製方法。
  7. 請求項６において、前記選択された光電変換装置にはショートした光電変換装置が含まれないことを特徴とする光電変換モジュールの作製方法。
  8. 請求項６または７において、並列接続されていない光電変換装置には、前記並列接続される光電変換装置と同等の電気特性を有する光電変換装置を含むことを特徴とする光電変換モジュールの作製方法。
  9. 請求項６乃至８のいずれか一項において、前記真性半導体層は、非晶質シリコンで形成することを特徴とする光電変換モジュールの作製方法。
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