JP2012142337A

JP2012142337A - 光電変換モジュールの製造方法

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Publication number: JP2012142337A
Application number: JP2010292121A
Authority: JP
Inventors: Hajime Sasaki; 元佐々木; Hiroshi Hayashi; 弘志林
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-07-26
Anticipated expiration: 2030-12-28
Also published as: JP5558339B2

Abstract

【課題】光電変換効率を高めた光電変換モジュールを提供する。
【解決手段】光吸収層３１を含む光電変換層３、該光電変換層３上に設けられた第１透光性部材２１および該第１透光性部材２１上に設けられた透光性基板２２を備えた光電変換モジュールＭの製造方法であって、光電変換層３の物性異常箇所を特定する工程と、光電変換層３に貫通部６を形成して、物性異常箇所を光電変換層３の正常箇所から電気的に分離または除去する工程と、貫通部６に、第１透光性部材２１と異なる屈折率を有する第２透光性部材７を充填する工程とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、光電変換モジュールの製造方法に関する。

太陽光発電等に使用される光電変換モジュールには、様々な種類のものがある。ＣＩＳ系（銅インジウムセレナイド系）に代表されるカルコパイライト系の光吸収層または非晶質シリコン系の光吸収層を備えた光電変換素子は、比較的低コストで大面積化が容易なことから、研究開発が進められている。

上述のような光電変換素子は、製造時にピンホール等の膜物性の異常な箇所が発生することがある。このような異常箇所があると、局所的に光電流が小さくなったり、リーク電流の増大などが生じるため、光電変換素子の光電変換効率を著しく低下させたり、その信頼性を低下させたりすることがある。

上述したような膜物性に応じて、非晶質シリコン系の光電変換素子に対しては、光電変換素子に逆方向バイアス電圧を印加して、その時の発熱箇所を赤外線カメラで観察してリーク電流発生箇所を特定した後、このリーク電流発生箇所にレーザ光を照射し、その部分の電極などを除去するリペア方法が知られている（特許文献１参照）。

特開平９−２６６３２２号公報

物性異常箇所を除去してリペアされた光電変換素子は、透光性樹脂等で封止されて光電変換モジュールとなる。この光電変換モジュールでは、物性異常箇所が除去された部位に光が入射されると、当該部位に配された透光性樹脂を透過して光電変換素子の下部電極で反射して光電変換モジュールの外に放出されやすくなる。これにより、このような光電変換モジュールでは、光の閉じ込め効果が弱まり、光電変換効率が低下する場合があった。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、その目的は光電変換効率を高めた光電変換モジュールを提供することにある。

本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールの製造方法は、光吸収層を含む光電変換層、該光電変換層上に設けられた第１透光性部材および該第１透光性部材上に設けられた透光性基板を備えた光電変換モジュールの製造方法であって、前記光電変換層の物性異常箇所を特定する工程を備えている。また、本実施形態では、前記光電変換層に貫通部を形成して、前記物性異常箇所を前記光電変換層の正常箇所から電気的に分離または除去する工程と、前記貫通部に、前記第１透光性部材と異なる屈折率を有する第２透光性部材を充填する工程とを備えている。

本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールは、光吸収層を含む光電変換層と、
該光電変換層上に設けられた第１透光性部材と、該第１透光性部材上に設けられた透光性基板とを備えている。そして、本実施形態に係る光電変換モジュールにおいて、前記光電変換層は、該光電変換層の物性異常箇所を該光電変換層の正常箇所から電気的に分離また
は除去するように形成された貫通部を有しており、該貫通部に前記第１透光性部材と異なる屈折率を有する第２透光性部材が充填されている。

本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールの製造方法で製造された光電変換モジュールでは、第２透光性部材に向かって光が入射すると、第１透光性部材と第２透光性部材との屈折率差によって光が屈折して、貫通部に臨む光電変換層の内周面に光が入射しやすくなるため、光電変換に寄与する光の量を増やすことができる。その結果、本実施形態では、光電変換モジュールの光電変換効率を高めることができる。

本発明の実施形態に係る光電変換モジュールの構成を示す上面図である。図１にて一点鎖線Ａ−Ａで示した位置におけるＸＺ断面図である。図１にて二点鎖線Ｂ−Ｂで示した位置におけるＸＺ断面図である。光の入射の様子を説明するための模式図である。本発明の実施形態に係る光電変換モジュールの製造装置の一例を示す模式図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、図１から図３には、光電変換セル１０の配列方向（図２の図面視左右方向）をｘ軸方向とする右手系のｘｙｚ座標系が付されている。まず、本発明の実施形態に係る光電変換モジュールの製造方法で作製される光電変換モジュールの構成を説明する。

光電変換モジュールＭは、図１乃至図３に示すように、光電変換セル１０が形成されてなる光電変換装置２０の上に、第１透光性部材２１および透光性基板２２が順次積層されている。次に、光電変換モジュールを構成する各部材について詳述する。

光電変換装置２０は、基板１の上に複数の光電変換セル１０を並設した構成を有する。図２においては、図示の都合上、２つの光電変換セル１０のみが示されているが、実際の光電変換装置２０においては、図面の左右方向、あるいはさらにこれに垂直な図面の上下方向に、多数の光電変換セル１０が平面的に（二次元的に）配設されている。

各光電変換セル１０は、下部電極層２と、光電変換層３と、上部電極層４と、グリッド電極５と、接続部４５とを主に備える。光電変換装置２０および光電変換モジュールＭにおいては、上部電極層４およびグリッド電極５が設けられた側の主面が受光面側となっている。また、光電変換装置２０には、第１溝部Ｐ１、第２溝部Ｐ２、および第３溝部Ｐ３という、３種類の溝部が設けられている。

基板１は、複数の光電変換セル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、ガラス、セラミックス、樹脂、および金属などが挙げられる。ここでは、基板１として、厚さ１ｍｍ〜３ｍｍ程度の青板ガラス（ソーダライムガラス）が用いられている。

下部電極層２は、基板１の一主面上に設けられた、Ｍｏ（モリブデン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、またはＡｕ（金）などの金属、あるいはこれらの金属の積層構造体からなる導体層である。下部電極層２は、スパッタ法または蒸着法などの公知の薄膜形成方法を用いて、０．２μｍ〜１μｍ程度の厚みに形成される。

光電変換層３は、光吸収層３１とバッファ層３２とが積層された構成を有する。

光吸収層３１は、下部電極層２の上に設けられた、カルコパイライト系（ＣＩＳ系とも言う）のI-III-VI族化合物からなる、ｐ型の導電型を有する半導体層である。光吸収層３１は、１μｍ〜３μｍ程度の厚みを有している。

ここで、I-III-VI族化合物とは、Ｉ-Ｂ族元素（１１族元素とも言う）とIII-Ｂ族元素（１３族元素とも言う）とVI-Ｂ族元素（１６族元素とも言う）との化合物である。I-III-VI族化合物としては、例えば、ＣｕＩｎＳｅ₂（二セレン化銅インジウム、ＣＩＳとも言う）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ₂（二セレン化銅インジウム・ガリウム、ＣＩＧＳとも言う）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）₂（二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム、ＣＩＧＳＳとも言う）が挙げられる。なお、光吸収層３１は、薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウムなどの多元化合物半導体の薄膜によって構成されていても良い。

また、光吸収層３１は、II-VI族化合物からなる半導体層であっても良い。II-VI族化合物とは、II-Ｂ族（１２族元素とも言う）とVI-Ｂ族元素との化合物半導体である。ただし、層厚みを小さくして少ない材料で安価に光電変換効率を高めるという観点から言えば、カルコパイライト系化合物半導体であるＩ-III-VI化合物半導体が用いると良い。

光吸収層３１については、スパッタリング法、蒸着法などのいわゆる真空プロセスによって形成可能であるほか、光吸収層３１の構成元素の錯体溶液を下部電極層２の上に塗布し、その後、乾燥・熱処理を行う、いわゆる塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによって形成することもできる。ただし、光電変換装置２０の製造コストを低減する観点から言えば、後者のプロセスが用いられる方が良い。

バッファ層３２は、光吸収層３１の上に設けられた、該光吸収層３１の導電型とは異なるｎ型の導電型を有する半導体層である。バッファ層３２は、光吸収層３１がI-III-VI族化合物半導体によって構成される場合に、光吸収層３１とヘテロ接合する態様で設けられる。光電変換セル１０では、このヘテロ接合を構成する光吸収層３１とバッファ層３２とにおいて光電変換が生じることから、光吸収層３１とバッファ層３２とが光電変換部として機能する光電変換層３となっている。なお、光電変換層３の構成はこれに限定されず、異なる導電型の半導体層がホモ接合されたものであっても良い。ここで、導電型が異なる半導体とは、伝導担体（キャリア）が異なる半導体のことである。

バッファ層３２は、例えば、ＣｄＳ（硫化カドミウム）、Ｉｎ₂Ｓ₃（硫化インジウム）、ＺｎＳ（硫化亜鉛）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、Ｉｎ₂Ｓｅ₃（セレン化インジウム）、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）、および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏなどの化合物半導体によって構成される。そして、リーク電流の低減という観点から言えば、バッファ層３２は１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有すると良い。

また、バッファ層３２は、例えば１０ｎｍ〜２００ｎｍの厚みであればよい。この厚みは１００ｎｍ〜２００ｎｍであれば、高温高湿の条件下における光電変換効率の低下をより低減できる。バッファ層３２は、例えばケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法などで形成される。

上部電極層４は、光電変換層３において生じた電荷の取出電極としての機能を有している。上部電極層４には、いわゆる窓層と呼ばれるものも含まれ、窓層に加えてさらに透明導電膜が設けられる場合には、これらを併せて上部電極層４とみなすことができる。

上部電極層４には、例えば錫を含んだ酸化インジウム（ＩＴＯ）が用いられる。このよ
うな上部電極層４は、例えばスパッタリング法、蒸着法、または化学的気相成長（ＣＶＤ）法などによって、０．０５μｍ〜３．０μｍの厚みに形成される。そして、光電変換層３から電荷を良好に取り出すという観点から、上部電極層４は、抵抗率が１Ω・ｃｍ未満であり、シート抵抗が５０Ω／□以下であると良い。

バッファ層３２と上部電極層４とは、光吸収層３１が吸収する光の波長領域に対して光透過性を有する物質によって構成されていると良い。これにより、バッファ層３２と上部電極層４とが設けられることによる、光吸収層３１における光の吸収効率の低下が低減される。

光透過性を高めると同時に、光反射のロスを防止する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言えば、上部電極層４は０．０５μｍ〜０．５μｍの厚さであると良い。また、上部電極層４とバッファ層３２との界面での光反射のロスを防止する観点から言えば、上部電極層４とバッファ層３２の屈折率は等しいことが好ましい。

グリッド電極５は、ｙ軸方向に離間して設けられ、それぞれがｘ軸方向に延在する複数の集電部５ａと、それぞれの集電部５ａが接続されてなるとともにｙ軸方向に延在する連結部５ｂとを備える、導電性を有する電極である。グリッド電極５は、例えば、Ａｇなどの金属からなる。

集電部５ａは、光電変換層３において発生して上部電極層４において取り出された電荷を集電する役割を担う。一方で、上部電極層４については、光吸収層３１の上方に設けられるので、光透過性を高めるためにはできるだけ薄く形成すると良い。上部電極層４の薄層化に伴って上部電極層４自体の抵抗値が高くなっても、このような集電部５ａが設ければ、効率良く集電することができる。よって、上部電極層４の薄層化が可能となる。

グリッド電極５および上部電極層４によって集電された電荷は、第２溝部Ｐ２に設けられた接続部４５を通じて、隣の光電変換セル１０に伝達される。接続部４５は、上部電極層４の延在部分４ａと、その上に形成された連結部５ｂからの垂下部分５ｃとによって構成される。これにより、光電変換装置２０においては、隣り合う光電変換セル１０の一方の下部電極層２と、他方の上部電極層４およびグリッド電極５とが、第２溝部Ｐ２に設けられた接続部４５が接続導体とされて、電気的に直列接続されている。

グリッド電極５は、良好な導電性を確保しつつ、光吸収層３１への光の入射量を左右する受光面積の低下を最小限にとどめるという観点から言えば、５０μｍ〜４００μｍの幅を有することが好ましい。

なお、グリッド電極５のうちの少なくとも連結部５ｂの表面は、光吸収層３１が吸収する波長領域の光を反射する材質によって形成されると良い。このような構成は、例えば、透光性の樹脂に光反射率の高い銀等の金属粒子を添加したり、あるいは、アルミニウムなどの光反射率の高い金属を連結部５ｂの表面に蒸着することなどによって形成可能である。この場合、光電変換装置２０がモジュール化された際、連結部５ｂにおいて反射した光を、光電変換モジュールＭ内で再び反射させて光吸収層３１に再度入射させることができる。これにより、光吸収層３１に対する光の入射量が増大し、ひいては光電変換モジュールＭにおける光電変換効率が向上する。

また、グリッド電極５のうちの少なくとも集電部５ａは、半田を含むと良い。これにより、グリッド電極５について、曲げ応力に対する耐性が高められるとともに、電気抵抗をより低下させることができる。

また、グリッド電極５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ない温度で加熱して、他の少なくとも１種の金属を溶融させた後に冷却によって硬化させることで、形成されると良い。この場合、形成過程において低い融点の金属が溶融するので、グリッド電極５は緻密化され、低抵抗化される。その際、溶融していない高融点の金属によって溶融した金属の広がりが低減される。

光電変換層３には、光吸収層３１およびバッファ層３２の作製時にピンホール等の物性異常箇所が生成された場合、該物性異常箇所を正常箇所から電気的に分離または除去するための貫通部６が形成される。この貫通部６は、光電変換層３の積層方向に沿って形成される。貫通部６において、図１および図３に示した貫通部６ａでは、光電変換層３の物性異常箇所を除去するように形成されている。一方で、図１および図３に示した貫通部６ｂは、光電変換層３の物性異常箇所を下部電極層２上に残存させて、光電変換層３の正常箇所と電気的に分離するように形成されている。すなわち、貫通部６ｂは、物性異常箇所を取り囲むように形成されている。このような貫通部６ｂは、図１に示すように、光電変換層３を上面視して物性異常箇所を同心円状に形成してもよいが、これに限定されない。

例えば、図１に示した貫通部６ｃのように、光電変換層３を上面視して楕円状に形成してもよい。また、例えば、図１に示した貫通部６ｄのように、光電変換層３を上面視して直線状の貫通部で物性異常箇所を取り囲むように形成されてもよい。また、光電変換層３の角部に物性異常箇所が生じた場合には、上記角部を切り欠くように貫通部６を形成されてもよい。なお、貫通部６の形成方法については後述する。

この貫通部６には、第２透光性部材７が充填されている。第２透光性部材７は、光電変換に寄与する波長の光が透過できる程度の透光性を有している。そして、第２透光性部材７は、第１透光性部材２１と異なる屈折率を有している。これにより、第１透光性部材２１と第２透光性部材７との界面に屈折率が生じるため、当該界面に入射される光は、光路が変化する。

例えば、図４に示すように、光Ｌ１が光電変換モジュールＭに入射されて第２透光性部材７まで到達すると、第２透光性部材７と第１透光性部材２１との間で光が反射する。この反射光は、第１透光性部材２１を通って透光性基板２２まで到達すると、透光性基板２２の裏面で再度反射し、光電変換層３に入射されるようになる。これにより、光電変換モジュールＭの中において光を閉じ込める効果が高まり、結果として、光電変換モジュールＭは光電変換効率を高めることができる。

また、第２透光性部材７は、図３および図４に示すように、透光性基板２２に向かって突出する凸部となるように形成すれば、平坦な場合に比べて第１透光性部材２１との接触面積（界面の面積）を増やすことができるため、より多くの光を反射させることができる。また、このような凸部は、図３および図４に示すように、透光性基板２２側の光電変換層３の表面よりも透光性基板２２側に突出するように形成すれば、凸部の頂部と透光性基板２２の裏面との距離を小さくすることができる。これにより、当該凸部で反射した光が透光性基板２２の裏面で反射して再度光電変換層３に入射されるまでの距離を小さくすることができるため、光の損失が小さくなる。また、このような凸部は、上部電極層４の表面より５〜２００μｍ程度突出していればよい。

第２透光性部材７は、光電変換に寄与する太陽光等の光が透過できる程度の透光性を有するとともに、上述したように第１透光性部材２１と異なる屈折率を有する材料で構成されている。このような材料としては、第１透光性部材２１がエチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）で構成されている場合、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂
、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂、ポリサルホン樹脂（ＰＳＦ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）等の絶縁性を備えた樹脂またはガラス等が挙げられる。

また、光電変換モジュールＭは、図４に示すような角度で光Ｌ２が入射した場合、第２透光性部材７の屈折率を第１透光性部材２１の屈折率よりも大きくすれば、入射した光は下部電極層２の表面と平行な方向に屈折しやすくなる。これにより、屈折した光は、貫通部６に臨む光電変換層３の内周面、すなわち、第２透光性部材７と接触する光電変換層３の表面に入射しやすくなる。その結果、このような光電変換モジュールＭであれば、光電変換層３の表面との成す角度が光Ｌ１よりも小さい光Ｌ２のような光についても、光電変換層３に入射させることができるため、光電変換効率をより高めることができる。このような第２透光性部材７の材料としては、第１透光性部材２１がＥＶＡで構成されている場合、例えば、ポリカーボネート樹脂、エポキシ樹脂、ポリサルホン樹脂（ＰＳＦ）およびポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）が挙げられる。

第１透光性部材２１は、光電変換装置２０を封止する機能を担う。このような第１透光性部材７には、光電変換に寄与する波長の光が透過できる程度の透光性と水分等に対する耐湿性を有するという観点から、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が用いられる。この第１透光性部材２１厚さは、例えば０．３ｍｍ〜１ｍｍ程度である。

透光性基板２２は、第１透光性部材２１の上に設けられ、外部から光電変換モジュールＭの内部に水分や異物などが侵入しないように保護するものである。透光性基板２２には、例えば、平板状のガラス基板等が用いられる。

次に、光電変換モジュールの製造方法の実施形態について説明する。なお、本実施形態では、I-III-VI族化合物半導体からなる光吸収層３１が塗布法あるいは印刷法を用いて形成され、さらにバッファ層３２が形成される場合を例として説明する。

まず、洗浄された基板１の略全面に、スパッタリング法などが用いられて、Ｍｏなどからなる下部電極層２が成膜される。そして、下部電極層２の上面のうちのＹ方向に沿った直線状の形成対象位置からその直下の基板１の上面にかけて、第１溝部Ｐ１が形成される。第１溝部Ｐ１には、ＹＡＧレーザその他のレーザ光が走査されつつ形成対象位置に照射されることで溝加工が行われる、スクライブ加工によって形成されると良い。

第１溝部Ｐ１が形成された後、下部電極層２の上に、光吸収層３１とバッファ層３２とが順次に形成される。光吸収層３１については、光吸収層３１を形成するための溶液が下部電極層２の表面に塗布され、乾燥によって皮膜が形成された後、該皮膜が熱処理されることで形成される。光吸収層３１を形成するための溶液は、カルコゲン元素含有有機化合物と塩基性有機溶剤とを含む溶媒（単に混合溶媒とも言う）に、Ｉ-Ｂ族金属およびIII-Ｂ族金属を直接溶解することで作製され、Ｉ-Ｂ族金属およびIII-Ｂ族金属の合計濃度が１０ｗｔ％以上の溶液とされる。なお、この溶液の塗布には、スピンコータ、スクリーン印刷、ディッピング、スプレー、ダイコータなどの種々の方法の適用が可能である。

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、セレノール、セレニド、ジセレニド等が挙げられる。

具体的な工程としては、例えば、ベンゼンセレノールを、ピリジンに対し１００ｍｏｌ％となるように溶解させた混合溶媒に、地金の銅、地金のインジウム、地金のガリウム、および地金のセレンを直接溶解させることによって作製された溶液が、ブレード法によっ
て塗布され、乾燥されて皮膜が形成された後、水素ガスの雰囲気下で熱処理が実施される。金属を混合溶媒に直接溶解させるというのは、単体金属または合金の地金を、直接、混合溶媒に混入し、溶解させることをいう。乾燥は、還元雰囲気下で行われることが望ましい。乾燥温度は、例えば、５０℃〜３００℃である。熱処理は、酸化を低減して良好なI-III-VI化合物半導体が得られるように、還元雰囲気で行われると良い。還元雰囲気は、窒素雰囲気、フォーミングガス雰囲気、および水素雰囲気のうちの何れかであると良い。熱処理温度は、例えば、４００℃〜６００℃とされる。

バッファ層３２は、溶液成長法（ＣＢＤ法）によって形成される。例えば、酢酸カドミウムとチオ尿素とをアンモニアに溶解させ、これに光吸収層３１の形成までが行われた基板１が浸漬されることで、光吸収層３１にＣｄＳからなるバッファ層３２が形成される工程などがある。

光吸収層３１およびバッファ層３２によって光電変換層３が形成された後、バッファ層３２の上面のうちのＹ方向に沿った直線状の形成対象位置からその直下の下部電極層２の上面にかけて、第２溝部Ｐ２が形成される。第２溝部Ｐ２は、例えば、４０μｍ〜５０μｍ程度のスクライブ幅のスクライブ針を用いたスクライビングを、ピッチをずらしながら連続して数回にわたり行うことによって形成される。また、スクライブ針の先端形状を第２溝部Ｐ２の幅に近い程度にまで広げたうえでスクライブすることによって第２溝部Ｐ２が形成されても良い。あるいは、２本以上のスクライブ針が相互に当接又は近接した状態で固定され、１回〜数回のスクライブを行うことによって形成されても良い。第２溝部Ｐ２は、第１溝部Ｐ１よりも若干Ｘ方向にずれた位置に形成される。

第２溝部Ｐ２が形成された後、バッファ層３２の上に、例えば、錫を含んだ酸化インジウム（ＩＴＯ）などを主成分とする透明の上部電極層４が形成される。上部電極層４は、スパッタリング法、蒸着法、またはＣＶＤ法などで形成される。

上部電極層４が形成された後、グリッド電極５が形成される。グリッド電極５については、例えば、Ａｇなどの金属粉を樹脂バインダーなどに分散させた導電ペーストをパターン状に印刷し、これを乾燥し、固化することで形成される。なお、固化というのは、導電ペーストに用いるバインダーが熱可塑性樹脂である場合の熔融後の固化状態を含み、バインダーが熱硬化性樹脂や光硬化性樹脂などの硬化性樹脂である場合の硬化後の状態をも含む。

グリッド電極５が形成された後、上部電極層４の上面のうちの直線状の形成対象位置からその直下の下部電極層２の上面にかけて、第３溝部Ｐ３が形成される。第３溝部Ｐ３の幅は、例えば、４０μｍ〜１０００μｍ程度であることが好適である。また、第３溝部Ｐ３は、第２溝部Ｐ２と同様に、メカニカルスクライビングによって形成されることが好適である。この第３溝部Ｐ３の形成によって、第２透光性部材７が充填される前の光電変換装置２０が形成されたことになる。

次に、光電変換層３の物性異常箇所を特定し、該物性異常箇所を正常箇所から電気的に分離または除去する貫通部６の形成方法について説明する。なお、以下の説明では、第２透光性部材７が充填される前の光電変換装置を、便宜上、光電変換装置２０Ａとする。

まず、光電変換装置２０Ａの下部電極層２および上部電極層４の電極間に順バイアス電圧印加手段（電圧印加ユニット）により順バイアス電圧を印加する。これにより、光電変換装置２０Ａから発光されるエレクトロルミネッセンス（以下、ＥＬと略する）をＥＬ発光検知手段（検出ユニット）により検知する。

この光電変換装置２０ＡからのＥＬを観察することにより、順バイアス電圧印加時の光電変換装置２０Ａ内での電流密度分布を確認できるため、結果として電流密度分布の不均一性から光電変換装置２０Ａの光電変換層３の物性異常箇所が確認できる。このとき、ＥＬ発光のない部分または他の部分に比べ発光強度が小さい部分では、ｐｎ接合不良、マイクロクラックの存在、組成ズレ、再結合が起こりやすい欠陥密度が高い部分、各層間や電極と半導体層間のコンタクト抵抗の異常などの物性異常が存在していることとなる。なお、上記の異常箇所特定手段（特定ユニット）は、ＥＬ発光検出に限定されず、光電変換装置２０Ａに順バイアス電圧もしくは逆バイアス電圧を印加したときに生じる赤外線を検出するものであってもよい。このようにＥＬや赤外線等の電磁波の強度分布を検出することにより光電変換装置２０Ａにおける光電変換層３の物性異常箇所を特定することができる。

次に、上述の異常箇所特定手段で光電変換層３におけるＥＬ発光の状態を観察して物性異常箇所を特定し、その物性異常箇所の座標を記憶手段に記憶させる。

次いで、この記憶した物性異常箇所の位置情報に基づき、メカニカルスクライブ位置制御手段により制御されたメカニカルスクライブ実施手段（機械加工ユニット）と光電変換装置２０Ａとの相互の位置を調整する。

その後、メカニカルスクライブ実施手段により、光電変換層３の物性異常箇所を光電変換層３の正常箇所の周辺から電気的に分離する貫通部６を形成する。また、このメカニカルスクライブ実施手段では、物性異常箇所を除去するように貫通部６を形成することもできる。

次に、貫通孔部６を形成する製造装置（リペア装置）の一例について図５を用いて説明する。本リペア装置は、載置テーブル１１と、電圧印加ユニット１２と、検出ユニットの一部を成す観察用カメラ１３と、特定ユニットであるコンピュータ１４と、ディスプレイ１５とを備えている。さらに、本実施形態におけるリペア装置は、シーケンサー１６と、サーボモーター１７と、スクライバー上下手段１８と、スクライバー１９とを備えている。

載置テーブル１１は、例えば、厚さ１０ｍｍ程度ステンレス製の平板で作製され、その略中央部に貫通孔（不図示）が複数設けられている。そして、この載置テーブル１１の近傍に配置された真空ポンプなどの減圧手段により、この貫通孔を介して載置テーブル１１上に載置された光電変換装置２０Ａを所定の位置に減圧固定できるようにしてある。さらに、載置テーブル１１は、シーケンサー１６でコントロールされたサーボモーター１７で移動できるようになっている。

スクライバー１９は、エアシリンダーなどのシーケンサー１６でコントロールされたスクライバー上下手段１８により、上下方向に動くようになっている。

次に、上記リペア装置の動作について説明する。載置テーブル１１の所定の位置に載置、固定された光電変換装置２０Ａは、電圧印加ユニット１２により、その電極間（下部電極層２と上部電極層４との間）に順方向のバイアス電圧を印加される。この光電変換装置２０Ａに印加されるバイアス電圧値は、光電変換装置２０Ａ内の直列接続されている１つの光電変換セル当たり、０．２Ｖ〜１Ｖ程度である。なお、実際に印加される電圧値は、これに光電変換装置２０Ａ内部の光電変換セル１０の直列数を乗じたものとなる。

光電変換装置２０Ａは、バイアス電圧の印加によって物性異常箇所がＥＬ発光するので、このＥＬ発光状態を観察用カメラ１３により撮像し、その画像信号をコンピュータ１４
に送る。すなわち、観察用カメラ１３よりなる検出ユニットは、光電変換層３から発せられるＥＬ発光等の電磁波の強度を検出する役割を有している。送られた画像信号は、ディスプレイ１５に表示されるとともに、コンピュータ１４では光電変換装置２０のＥＬ発光状態をＡ／Ｄ変換して、得られた濃淡の多値画像を予め定められた濃淡レベルの閾値により二値化し、暗部を特定し、この暗部を物性異常箇所と判断し、その二次元の座標を記憶する。

このような光電変換装置２０ＡのＥＬ発光は微弱なものであるため、このＥＬ発光状態の観察用カメラ１３による撮像は、迷光などの影響を避けるため、暗室または暗箱の中で行うと良い。

次に、シーケンサー１６によりサーボモーター１７を制御し、光電変換装置２０Ａを載置した載置テーブル１１を、機械加工で物性異常箇所を分離するスクライブ実施位置まで移動させ、さらに、図５に示すようにスクライバー１９の直下に光電変換層３の物性異常箇所が位置するように移動させる。その後、スクライバー上下手段１８によるスクライバー１９の昇降と載置テーブル１１の移動を組み合わせることにより、光電変換層３の物性異常箇所の周辺の膜にメカニカルスクライブを施し、物性異常箇所の膜を周辺から電気的に切り離す、または除去するように貫通部６を形成することにより、物性異常箇所を正常な箇所から分離する。なお、上述した実施形態では、メカニカルスクライブで物性異常箇所を分離または除去しているが、レーザを用いて行なってもよい。

次いで、貫通部６に第２透光性部材７を充填する。第２透光性部材７は、例えば、ディスペンサを用いて充填される。このようなディスペンサは、スクライバー１９と隣り合うようにリペア装置に取り付け、貫通部６が形成された後に動作するように設定すれば、貫通部６の形成および第２透光性部材７の充填を連続的に行なうことができる。ディスペンサには、第２透光性部材７の前駆体が充填されており、スクライバー１９と同様に、上下方向に動作することにより、貫通部６内に上記前駆体を充填できる。次に、第２透光性部材７に上述したような凸部を形成する場合について説明する。例えば、高さが５μｍ程度の凸部を形成する場合には、上部電極層４と同じ高さになるように充填すると表面張力で高さ５μｍ程度の凸部を形成することができる。また、例えば、高さが２００μｍ程度の凸部を形成する場合には、上部電極層４の表面の位置まで充填させてから、徐々にディスペンサを引き上げ２５０μｍ〜３００μｍ程度まで上昇させたときに第２透光性部材７の吐出を止めることで形成できる。なお、このディスペンサは、上記リペア装置以外の装置に取り付けて作動させるようにしてもよい。

上述のように、貫通部６に第２透光性部材７の前駆体を充填させた後、乾燥させて第２透光性部材７を形成して光電変換装置２０が作製される。なお、第２透光性部材７は、貫通部６だけでなく、第３溝部Ｐ３に充填されてもよい。この第３溝部Ｐ３は、光電変換層３の積層方向にわたって形成された、光電変換層３のスリットに相当する。このように、第３溝部Ｐ３にも第２透光性部材７を設ければ、光の閉じ込め効果をより高めることができる。さらに、第３溝部Ｐ３に設けた第２透光性部材７には、上述のような凸部を形成すれば、より光の閉じ込め効果を高めることができる。

次に、光電変換装置２０上に第１透光性部材２１の前駆体および透光性基板２２を配置してなる積層体を形成する。その後、第１透光性部材２１にＥＶＡを用いる場合、１５０℃〜１６０℃で加熱しつつ、ラミネート装置で当該積層体を圧着して光電変換モジュールＭを作製する。

なお、上述した実施形態では、カルコパイライト系の光吸収層３１を備えた光電変換装置２０であったが、例えば、アモルファスシリコン系の半導体層よりなる光吸収層を備え
た光電変換装置にも適用可能である。このような光電変換装置は、例えば、下部電極層をアルミニウムやニッケルで形成し、光電変換層をｎ型、ｉ型、ｐ型の順で積層されたアモルファスシリコンの半導体層で形成し、上部電極層を錫を含む酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等で形成すればよい。このとき、下部電極層は、蒸着法やスパッタリング法で２００ｎｍ〜５００ｎｍの厚みで成膜すればよい。また、光電変換層は、下部電極層上にプラズマＣＶＤ法等でｎ型、ｉ型、ｐ型のアモルファスシリコンを順次成膜すればよい。その後、光電変換層上にＩＴＯをスパッタリング法などで１００ｎｍ〜６００ｎｍの厚みで成膜して上部電極層を形成した後、レーザ等を用いて図３に示すようなパターニングをすることで作製できる。また、上述したアモルファスシリコンの半導体層は、さらに微結晶シリコンや多結晶シリコンを含んでいてもよい。

Ｍ：光電変換モジュール
１：基板
２：下部電極層
３：光電変換層
３１：光吸収層
３２：バッファ層
４：上部電極層
４５：接続部
５：グリッド電極
５ａ：集電部
５ｂ：連結部
６：貫通部
７：第２透光性部材
１０：光電変換セル
１１：載置テーブル
１２：電圧印加ユニット
１３：観察用カメラ（検出ユニット）
１４：コンピュータ（特定ユニット）
１５：ディスプレイ
１６：シーケンサー
１７：サーボモーター
１８：スクライバー上下手段
１９：スクライバー
２０：光電変換装置
２１：第１透光性部材
２２：透光性基板

Claims

光吸収層を含む光電変換層、該光電変換層上に設けられた第１透光性部材および該第１透光性部材上に設けられた透光性基板を備えた光電変換モジュールの製造方法であって、前記光電変換層の物性異常箇所を特定する工程と、
前記光電変換層に貫通部を形成して、前記物性異常箇所を前記光電変換層の正常箇所から電気的に分離または除去する工程と、
前記貫通部に、前記第１透光性部材と異なる屈折率を有する第２透光性部材を充填する工程とを備えることを特徴とする光電変換モジュールの製造方法。
前記第２透光性部材に、前記透光性基板に向かって突出する凸部を形成することを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュールの製造方法。
前記凸部を、前記透光性基板側の前記光電変換層の表面よりも前記透光性基板側に突出するように設けることを特徴とする請求項２に記載の光電変換モジュールの製造方法。
前記貫通部を、前記物性異常箇所を取り囲むように形成す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モジュールの製造方法。
前記光電変換層を積層方向にわたって形成されたスリットによって分離するとともに、該スリットに前記第２透光性部材を充填する工程をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の光電変換モジュールの製造方法。
光吸収層を含む光電変換層と、
該光電変換層上に設けられた第１透光性部材と、
該第１透光性部材上に設けられた透光性基板と、を備え、
前記光電変換層は、該光電変換層の物性異常箇所を該光電変換層の正常箇所から電気的に分離または除去するように形成された貫通部を有しており、該貫通部に前記第１透光性部材と異なる屈折率を有する第２透光性部材が充填されていることを特徴とする光電変換モジュール。