JP2012160511A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device.
太陽光発電等に使用される光電変換装置として、1つの基板上に複数の光電変換体に相当するセルが設けられたものがある。このセルには、例えば、下部電極と化合物半導体薄膜とバッファ層と透明電極層とがこの順に積層されている。そして、隣り合うセルが電気的に直列に接続されることで光電変換装置から出力される電圧が高められ得る。 As a photoelectric conversion device used for solar power generation or the like, there is one in which cells corresponding to a plurality of photoelectric conversion bodies are provided on one substrate. In this cell, for example, a lower electrode, a compound semiconductor thin film, a buffer layer, and a transparent electrode layer are laminated in this order. And the voltage output from a photoelectric conversion apparatus can be raised because an adjacent cell is electrically connected in series.
この光電変換装置には、変換効率の向上が要求される。そこで、受光面側の透明電極層上に金属配線からなる線状の集電電極が設けられることで、光の透過性を向上させるために透明電極層が薄くなっても、セルで発生した電荷が透明電極層を介して効率良く取り出され得る技術が開示されている(例えば、特許文献1)。 This photoelectric conversion device is required to improve conversion efficiency. Therefore, even if the transparent electrode layer is thinned to improve the light transmission by providing a linear collector electrode made of metal wiring on the transparent electrode layer on the light receiving surface side, the charge generated in the cell Has been disclosed (for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1で開示されたセルは、隣り合うセル同士を電気的に接続する透明電極層が配置される溝部と、隣り合うセルの間にある溝部との間に非発電寄与部が存在する。この非発電寄与部に入射された光は、金属配線の表面で反射し、外部に放出されている。これにより、セルに入射する光の量が減少し得る。
However, the cell disclosed in
そこで、セルに入射する光の量の増加によって変換効率が上昇し得る光電変換装置が望まれている。 Therefore, there is a demand for a photoelectric conversion device in which conversion efficiency can be increased by increasing the amount of light incident on the cell.
本発明の一の実施形態に係る光電変換装置は、基板と、該基板の一主面上に、第1間隙部を空けて所定の配列方向に配列された、光電変換層を有する複数の光電変換セルとを備えている。また、前記光電変換セルは、発電寄与部と、前記光電変換層を前記基板の一主面に垂直な方向に貫通する第2間隙部と前記第1間隙部との間に設けられた非発電寄与部と、該非発電寄与部上に設けられた反射部材とを有する。そして、本実施形態に係る光電変換装置において、前記第1間隙部および前記第2間隙部には、樹脂材が設けられている。 A photoelectric conversion device according to an embodiment of the present invention includes a substrate and a plurality of photoelectric conversion layers having photoelectric conversion layers arranged in a predetermined arrangement direction with a first gap portion on one main surface of the substrate. And a conversion cell. In addition, the photoelectric conversion cell includes a power generation contributing portion, and a non-power generation provided between the second gap portion and the first gap portion that penetrates the photoelectric conversion layer in a direction perpendicular to one main surface of the substrate. And a reflecting member provided on the non-power generation contributing portion. In the photoelectric conversion device according to the present embodiment, a resin material is provided in the first gap portion and the second gap portion.
本発明の一の実施形態に係る光電変換装置によれば、非発電寄与部上に反射部材を設けているため、反射部材で反射した光が光電変換セルの発電寄与部の受光面に導かれ得る。その結果、光電変換セルに入射する光の量の増加によって光電変換装置における変換効率が上昇し得る。また、本実施形態では、反射部材が設けられている非発電寄与部が第1間隙部と第2間隙部との間に配置されているため、反射部材と非発電寄与部との間で生じる応力が発電寄与部に与える影響を小さくすることができる。それゆえ、本実施形態では、光電変換装置の信頼性を向上させることができる。 According to the photoelectric conversion device according to one embodiment of the present invention, since the reflection member is provided on the non-power generation contributing portion, the light reflected by the reflection member is guided to the light receiving surface of the power generation contribution portion of the photoelectric conversion cell. obtain. As a result, the conversion efficiency in the photoelectric conversion device can be increased by increasing the amount of light incident on the photoelectric conversion cell. Moreover, in this embodiment, since the non-electric power generation contribution part in which the reflection member is provided is arrange | positioned between the 1st gap | interval part and the 2nd gap | interval part, it arises between a reflection member and a non-power generation contribution part. The influence of stress on the power generation contributing portion can be reduced. Therefore, in this embodiment, the reliability of the photoelectric conversion device can be improved.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は正確に図示されたものではない。なお、図1から図12には、光電変換セル10の配列方向(図1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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, parts having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted in the following description. Further, the drawings are schematically shown, and the sizes, positional relationships, and the like of various structures in the drawings are not accurately illustrated. 1 to 12 are provided with a right-handed XYZ coordinate system in which the arrangement direction of photoelectric conversion cells 10 (the horizontal direction in the drawing in FIG. 1) is the X-axis direction.
<(1)光電変換装置の概略構成>
<(1−1)光電変換装置の概略構成>
光電変換装置20は、図1または図2に示すように、基板1と、該基板1の一主面上に平面的に並べられた複数の光電変換セル10とを備えている。隣り合う光電変換セル10は第1間隙部としての分離溝部P3によって分離されている。すなわち、光電変換装置20では、所定の配列方向(本実施形態では+X方向)に沿って、分離溝部P3を介して複数の光電変換セル10が基板1の一主面上に配列されている。図1では、図示の都合上、分離溝部P1が上面透視されており、点線で示されている。また、図1では、3つの光電変換セル10の一部のみが示されている。但し、光電変換装置20には、図面の左右方向に、多数(例えば、8個)の光電変換セル10が平面的に(二次元的に)配列されていても良い。そして、例えば、光電変換装置20のX軸方向の両端部に、発電による電圧および電流を得るための電極が設けられ得る。なお、光電変換装置20には、例えば、多数の光電変換セル10がマトリックス状に配置されていても良い。
<(1) Schematic configuration of photoelectric conversion device>
<(1-1) Schematic configuration of photoelectric conversion device>
As shown in FIG. 1 or FIG. 2, the
また、例えば、各光電変換セル10の上面の形状が概ね長方形であり、光電変換装置20の上面の形状が概ね正方形である態様が採用され得る。なお、各光電変換セル10の上面の形状は概ね長方形である必要はなく、その他の形状であっても良い。また、光電変換装置20の上面の形状は概ね正方形である必要はなく、その他の形状であっても良い。但し、光電変換装置20では、多数の光電変換セル10が高密度に平面的に配置されていれば、変換効率が向上する。
Further, for example, a mode in which the shape of the upper surface of each
変換効率は、光電変換装置20において太陽光のエネルギーが電気エネルギーに変換される割合を示す。例えば、変換効率は、光電変換装置20から出力される電気エネルギーの値が、光電変換装置20に入射される太陽光のエネルギーの値で除されて、100が乗じられることで導出され得る。
The conversion efficiency indicates a rate at which sunlight energy is converted into electric energy in the
<(1−2)光電変換セルの基本的な構成>
各光電変換セル10は、下部電極2、光電変換層3、および上部電極45を備えている。また、各光電変換セル10には、分離溝部P1と第2間隙部としての分離溝部P2とが設けられている。そして、光電変換装置20では、上部電極45が設けられた側の主面が受光面となっている。
<(1-2) Basic configuration of photoelectric conversion cell>
Each
基板1は、複数の光電変換セル10を支持するものである。基板1に含まれる主な材料としては、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。ここでは、基板1が、1mm以上で且つ3mm以下程度の厚さを有する青板ガラス(ソーダライムガラス)であるものとする。
The
下部電極2は、基板1の+Z側の一主面の上に設けられた導電層である。下部電極2に含まれる主な材料には、例えば、モリブデン、アルミニウム、チタン、タンタル、および金等の導電性を有する各種金属等が採用され得る。また、下部電極2の厚さは、例えば、0.2μm以上で且つ1μm以下程度である。下部電極2は、例えば、スパッタリング法または蒸着法等の公知の薄膜形成方法によって形成され得る。
The
光電変換層3は、下部電極2の上に設けられており、順に積層された光吸収層31とバッファ層32とを有している。光吸収層31およびバッファ層32は、主に半導体を含む層であるため、光電変換層3は、主に半導体を含む層(半導体層とも言う)である。
The
光吸収層31は、下部電極2の+Z側の主面(一主面とも言う)の上に設けられており、第1導電型(ここではp型の導電型)を有する半導体を主に含む。光吸収層31の厚さは、例えば、1μm以上で且つ3μm以下程度である。また、光吸収層31は、例えば、I−III−VI族化合物半導体を主として含む。これにより、光吸収層31の薄層化が可能となり、少ない材料で安価に変換効率が高められ得る。I−III−VI族化合物半導体は、I−III−VI族化合物を主に含む半導体である。
The
ここで、I−III−VI族化合物としては、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)とを主に含む化合物である。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)、および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)等の材料が採用され得る。ここでは、光吸収層31が、CIGSを主に含むものとする。
Here, as the I-III-VI group compound, a group IB element (also referred to as a group 11 element), a group III-B element (also referred to as a group 13 element), and a group VI-B element (also referred to as a group 16 element). ). Examples of the I-III-VI group compounds include CuInSe 2 (also referred to as copper indium selenide, CIS), Cu (In, Ga) Se 2 (also referred to as copper indium diselenide, gallium, CIGS), and Cu. A material such as (In, Ga) (Se, S) 2 (also referred to as diselene, copper indium gallium sulfide, gallium, or CIGSS) may be employed. Here, the
なお、光吸収層31は、例えば、二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウムを主に含む薄膜を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体の薄膜であっても良い。また、光吸収層31は、例えば、II−VI族化合物半導体を主に含んでいても良い。II−VI族化合物半導体は、II−VI族化合物を主に含む半導体である。II−VI族化合物は、II−B族(12族元素ともいう)とVI−B族元素とを主に含む化合物である。但し、光吸収層31が、I−III−VI化合物半導体を主に含んでいれば、光電変換層3における光電変換の効率(光電変換効率とも言う)が高められ得る。また、光吸収層31は、例えば、銅(Cu)、亜鉛(Zn)、錫(Sn)、硫黄(S)を含む、CZTS系のものであってもよい。このようなCZTS系化合物半導体は、例えば、Cu2ZnSnS4が挙げられる。CZTS系化合物半導体は、I-III-VI化合物半導体のようにレアメタルを使用していないため、材料を確保しやすい。
The
光吸収層31は、スパッタリング法、蒸着法等といった真空プロセスによって形成され得る。また、光吸収層31は、塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによっても形成され得る。塗布法あるいは印刷法では、例えば、光吸収層31に主として含まれる元素の
錯体溶液が下部電極2の上に塗布され、その後、乾燥および熱処理が行われる。この塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスが用いられることで、光電変換装置20の製造にかかるコストが低減され得る。
The
バッファ層32は、光吸収層31の+Z側の主面(一主面とも言う)の上に設けられており、光吸収層31の第1導電型とは異なる第2導電型(ここではn型の導電型)を有する半導体を主に含む。なお、導電型が異なる半導体とは、伝導担体(キャリア)が異なる半導体である。また、光吸収層31の導電型がn型であり、バッファ層32の導電型がp型であっても良い。ここでは、光吸収層31とバッファ層32との間にヘテロ接合領域が形成されている。このため、光電変換セル10では、ヘテロ接合領域を形成する光吸収層31とバッファ層32とにおいて光電変換が生じ得る。
The
バッファ層32は、化合物半導体を主に含む。バッファ層32に含まれる化合物半導体としては、例えば、硫化カドミウム(CdS)、硫化インジウム(In2S3)、硫化亜鉛(ZnS)、酸化亜鉛(ZnO)、セレン化インジウム(In2Se3)、In(OH,S)、(Zn,In)(Se,OH)、および(Zn,Mg)O等が採用され得る。そして、バッファ層32が1Ω・cm以上の抵抗率を有していれば、リーク電流の発生が抑制され得る。なお、バッファ層32は、例えば、ケミカルバスデポジション(CBD)法等によって形成され得る。
The
また、バッファ層32は、光吸収層31の一主面の法線方向に厚さを有する。この厚さは、例えば、10nm以上で且つ200nm以下に設定される。バッファ層32の厚さが100nm以上で且つ200nm以下であれば、バッファ層32の上に透光性導電層4がスパッタリング法等で形成される際に、バッファ層32においてダメージが生じ難くなる。
The
上部電極45は、バッファ層32の+Z側の主面(一主面とも言う)の上に設けられている。この上部電極45は、透光性導電層4とグリッド電極部5とを備えている。
The
透光性導電層4は、バッファ層32の一主面の上に設けられており、例えば、n型の導電型を有する透明の導電層(透明導電層とも言う)である。この透光性導電層4は、光電変換層3において生じた電荷を取り出す電極(取出電極とも言う)となる。透光性導電層4は、バッファ層32よりも低い抵抗率を有する材料を主に含む。透光性導電層4には、いわゆる窓層と呼ばれるものが含まれても良いし、窓層と透明導電層とが含まれても良い。
The translucent
透光性導電層4は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば、酸化亜鉛(ZnO)、酸化亜鉛の化合物、錫が含まれた酸化インジウム(ITO)、および酸化錫(SnO2)等の金属酸化物半導体等が採用され得る。酸化亜鉛の化合物は、アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジウム、およびフッ素のうちの何れか1つの元素等が含まれたものであれば良い。
The translucent
透光性導電層4は、スパッタリング法、蒸着法、または化学的気相成長(CVD)法等によって形成され得る。透光性導電層4の厚さは、例えば、0.05μm以上で且つ3.0μm以下であれば良い。ここで、透光性導電層4が、1Ω・cm未満の抵抗率と、50Ω/□以下のシート抵抗とを有していれば、透光性導電層4を介して光電変換層3から電荷が良好に取り出され得る。
The translucent
バッファ層32および透光性導電層4が、光吸収層31が吸収し得る光の波長帯域に対して、光を透過させ易い性質(光透過性とも言う)を有していれば、光吸収層31におけ
る光の吸収効率の低下が抑制され得る。また、透光性導電層4の厚さが0.05μm以上で且つ0.5μm以下であれば、透光性導電層4における光透過性が高められると同時に、光電変換によって生じた電流が良好に伝送され得る。さらに、透光性導電層4の絶対屈折率とバッファ層32の絶対屈折率とが略同一であれば、透光性導電層4とバッファ層32との界面で光が反射することで生じる入射光のロスが低減され得る。
If the
グリッド電極部5は、透光性導電層4の+Z側の主面(一主面とも言う)の上に設けられている線状の電極部(線状電極部とも言う)である。グリッド電極部5は、複数の集電部5aと連結部5bと垂下部5cとを備えている。複数の集電部5aは、Y軸方向に離間しており、各集電部5aがX軸方向に延在している。連結部5bは、Y軸方向に設けられており、各集電部5aが接続されている。垂下部5cは、連結部5bの下部に接続され、分離溝部P2を通って隣の光電変換セル10から延伸されている下部電極2に接続する。
The
集電部5aは、光電変換層3において発生して透光性導電層4において取り出された電荷を集電する役割を担う。集電部5aが設けられることで、透光性導電層4における導電性が補われるため、透光性導電層4の薄層化が可能となる。その結果、電荷の取り出し効率の確保と、透光性導電層4における光透過性の向上とが両立し得る。なお、グリッド電極部5が、例えば、銀等の導電性が優れた金属を主に含んでいれば、光電変換装置20における変換効率が向上し得る。また、グリッド電極部5に含まれる金属としては、例えば、銅、アルミニウム、ニッケル等であっても良い。
The
透光性導電層4および複数の集電部5aによって集電された電荷は、連結部5bと垂下部5cとを通じて、隣の光電変換セル10に伝達される。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が電気的に直列に接続されている。具体的には、一方の光電変換セル10の上部電極45の集電部5aと電気的に接続された垂下部5cと、他方の光電変換セル10の下部電極2とが電気的に接続されることで直列に接続されている。
The electric charges collected by the translucent
また、集電部5aの幅が50μm以上で且つ400μm以下であれば、隣接する光電変換セル10の間における良好な導電が確保されつつ、光吸収層31への光の入射量の低下が抑制され得る。1つの光電変換セル10に設けられる複数の集電部5aの間隔は、例えば、2.5mm程度であれば良い。
In addition, when the width of the
<(1−3)分離溝部の配置とその役割>
分離溝部P1は、Y軸方向に直線状に延在している。この分離溝部P1が1以上設けられることで、複数の下部電極2がX軸方向に分離されている。図2では、3つの下部電極2が示されている。分離溝部P1には、直上に設けられた光吸収層31の延在部分が埋入している。これにより、隣り合う一方の光電変換セル10の下部電極2と、他方の光電変換セル10の下部電極2との間が、電気的に分離されている。分離溝部P1の幅は、例えば、グリッド電極部5の幅と同程度の50μm以上で且つ400μm以下程度であれば良い。
<(1-3) Arrangement of separation groove and its role>
The separation groove P1 extends linearly in the Y-axis direction. By providing one or more separation grooves P1, the plurality of
分離溝部P2は、透光性導電層4の一主面から下部電極2の上面に至るまで設けられており、Y軸方向に直線状に延在している。このため、分離溝部P2は、光電変換層3と透光性導電層4とが積層された積層部をX軸方向に分離している。すなわち、分離溝部P2は、光電変換層3を基板1の一主面に垂直な方向に貫通するように設けられる。
The separation groove portion P2 is provided from one main surface of the translucent
分離溝部P3は、光電変換セル10の上面から下部電極2の上面に至るまで設けられており、Y軸方向に延在している。分離溝部P3の幅は、例えば、40μm以上で且つ1000μm以下程度であれば良い。
The separation groove portion P3 is provided from the upper surface of the
また、分離溝部P2および分離溝部P3には、樹脂材6が配置されている。また、分離溝部P2において、樹脂材6は、垂下部5cが配置されていない部位に充填されている。なお、樹脂材6は、分離溝部P2(第2間隙部)および分離溝部P3(第1間隙部)以外の領域に配置されていてもよい。例えば、樹脂材6が光電変換セル10の受光面における上部電極45を覆うように配置すれば、光電変換セル10に作用する外部からの衝撃等を緩和することができる。
Moreover, the
樹脂材6の材質としては、例えば、透明のエチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)やポリビニルブチラール(PVB)を主成分とする有機化合物が用いられる。具体的には、上記有機化合物を厚さ0.4〜1mm程度のシート状に成形し、そのシート状の樹脂材料を熱硬化させつつ、分離溝部P2および分離溝部P3に上記樹脂材料を充填することにより、分離溝部P2および分離溝部P3に樹脂材6を配置することができる。また、樹脂材6には架橋剤が含有されていてもよい。この架橋剤は、EVAなどの分子間を結合させる役割を有するものである。架橋剤としては、例えば、70℃〜180℃の温度で分解してラジカルを発生する有機過酸化物を用いることができる。有機過酸化物としては、例えば、2、5−ジメチル−2、5−ビス(t−ブチルパーオキシ)ヘキサンやtert−ヘキシルパーオキシピバレートなどが挙げられる。また、樹脂材6にEVAを用いる場合であれば、EVA100質量部に対し1質量部程度の割合で架橋剤を含有させてもよい。なお、上述のEVAやPVB以外にも、熱硬化性樹脂もしくは、熱可塑性樹脂に架橋剤を含有して熱硬化の特性を持たせた樹脂であれば、樹脂材6として利用可能である。このような樹脂としては、例えばアクリル樹脂、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂やEEA(エチレン−アクリル酸エチル共重合体)などが挙げられる。
As a material of the
受光面の上方(ここでは+Z側)から光電変換装置20を平面透視した場合、分離溝部P1と分離溝部P3との間に分離溝部P2が設けられている。換言すれば、+X方向に、分離溝部P1と分離溝部P2と分離溝部P3とがこの順に設けられている。また、各光電変換セル10では、下部電極2の上から分離溝部P1を越えて、隣の下部電極2の上に至るまで光電変換層3が設けられている。ここで、隣の下部電極2は、隣の光電変換セル10から延伸している下部電極2である。
When the
そして、受光面の上方(ここでは+Z側)から光電変換装置20を平面透視した場合、光電変換装置20には、分離溝部P1および分離溝部P2を包含して、分離溝部P1と分離溝部P2とに挟まれた領域(接続用領域とも言う)と、分離溝部P2と分離溝部P3とに挟まれた領域と、残余の領域とがある。そして、図3に示すように、この残余の領域が、発電に寄与する領域(発電寄与領域とも言う)となり、これが光電変換セル10の発電寄与部10Aとなる。一方、図3に示すように、分離溝部P2と分離溝部P3とに挟まれた領域が、発電に寄与しない領域(非発電寄与領域とも言う)となり、これが光電変換セル10の非発電寄与部10Bとなる。
When the
この非発電寄与部10Bの光電変換層3では、光が入射されると、電子および正孔は発生するが、近接する垂下部5cで再結合することで、起電力が発生しにくい。それゆえ、非発電寄与部10Bは、外部に電子(電力)を取り出すことが実質的にできないため、発電可能な光電変換に寄与できない領域となる。
In the
そして、本実施形態では、図2乃至図4に示すように、非発電寄与部10B上に位置する上部電極45において、基板1の一主面に垂直な方向(図4では+Z方向)における連結部5bの厚みが、該連結部5b以外の上部電極45の厚みよりも大きい。換言すれば、上部電極45には、非発電寄与部10B上において、+Z方向に突出する凸部が形成されている。これにより、例えば、図4に示すように、外部から入射される光L1〜L4は、
光電変換セル10の上面(受光面)よりも+Z方向に突出する連結部5bの側面で反射し、隣接する光電変換セル10の発電寄与部10Aの受光面に照射されやすくなる。すなわち、連結部5bは、反射部材としての役割を担っている。それゆえ、本実施形態では、非発電寄与部10Bの表面に入射される予定であった光を発電寄与部10Aに入射することができる。その結果、本実施形態では、光電変換セル10に入射する光の量の増加によって光電変換装置20における変換効率が上昇し得る。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 2 to 4, in the
The light is reflected from the side surface of the connecting
また、本実施形態では、図3または図4に示すように、非発電寄与部10Bが分離溝部P2(第2間隙部)と分離溝部P3(第1間隙部)との間に位置している。そのため、非発電寄与部10B上に設けられた厚みの大きい連結部5bと非発電寄与部10Bの光電変換層3との間の熱膨張率の差によって過度に応力が発生しても、分離溝部P2および分離溝部P3に配置された樹脂材6で緩和することができる。それゆえ、本実施形態では、上述した応力が発電寄与部10Aの光電変換層3に作用しにくくなる。その結果、本実施形態では、温度変化の激しい環境下においても、光電変換装置20の信頼性を維持することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3 or FIG. 4, the non-power
また、本実施形態では、上述したように連結部5bの+Z方向における厚みを変えるだけで反射部材としての効果が得られる。それゆえ、本実施形態では、新たな反射部材を用いることなく、反射効果を得ることができる。
Moreover, in this embodiment, the effect as a reflection member is acquired only by changing the thickness in + Z direction of the
さらに、本実施形態では、連結部5bの表面に金層を設けてもよい。これにより、連結部5bにおける反射効果がより高まるため、光電変換セル10の発電寄与部10Aに入射される光の量がより増大される。このような金層は、例えば、連結部5b以外の部分にマスクを載置し、スパッタリング法等で形成できる。また、金層には、金以外の金属、例えば炭素、アルミ、ニッケル、銅、銀などが0.01質量%以下程度、含有されていてもよい。
Furthermore, in this embodiment, a gold layer may be provided on the surface of the connecting
また、連結部5bは、例えば、図5に示すように、表面が曲面状であってもよい。これにより、連結部5bにおける光の反射効果をより高めることができる。特に、このような形態であれば、例えば、光電変換装置20の受光面の上方にガラス基板を設けて光電変換モジュールを構成した際に、このガラス基板の表面に向けて光を反射させて、該表面において再度反射された光を光電変換セル10の発電寄与部10Aに導きやすくなる。その結果、このような形態であれば、光電変換セル10に入射する光の量をより増加させることによって光電変換装置20における変換効率がさらに上昇し得る。
Further, the connecting
この連結部5bは、図5に示すように、表面全体が曲面(連結部5b1)であってもよく、表面の一部が曲面(連結部5b2)であってもよい。この連結部5b1では、上述したガラス基板の表面における反射を利用した、光電変換セル10への光の再入射がされやすい。一方で、図5に示すような側面が平面状で、上面が曲面である連結部5b2では、側面部の反射で光電変換セル10の発電寄与部10Aに光を入射させるとともに、曲面部の反射でガラス基板の表面を経由した光電変換セル10の発電寄与部10Aへの光の再入射が可能となる。
As shown in FIG. 5, the entire surface of the connecting
<(2)光電変換装置の製造プロセス>
ここで、上記構成を有する光電変換装置20の製造プロセスの一例について説明する。以下では、I−III−VI族化合物半導体を主に含む光吸収層31が塗布法あるいは印刷法が用いられて形成され、更にバッファ層32が形成される場合を例として説明する。図6から図11は、光電変換装置20の製造途中の様子を模式的に示すXZ断面図である。
<(2) Manufacturing process of photoelectric conversion device>
Here, an example of a manufacturing process of the
<(2−1)下部電極2の形成>
まず、図6で示されるように、洗浄された基板1の一主面の略全面に、スパッタリング法等が用いられて、Mo等を主に含む下部電極2が形成される。
<(2-1) Formation of
First, as shown in FIG. 6, the
<(2−2)分離溝部P1の形成>
次に、下部電極2の上面のうちの所定の形成対象位置からその直下の基板1の上面にかけて、直線状の分離溝部P1が形成される。図7は、分離溝部P1が形成された後の状態を示す図である。分離溝部P1は、例えば、YAGレーザーまたはその他のレーザー光が走査されつつ所定の形成対象位置に照射されることで形成され得る。
<(2-2) Formation of Separation Groove P1>
Next, a linear separation groove P <b> 1 is formed from a predetermined formation target position on the upper surface of the
<(2−3)光電変換層3の形成>
次に、下部電極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ことで、光電変換層3が形成される。図8は、光電変換層3が形成された後の状態を示す図である。
<(2-3) Formation of
Next, the
ここで、光吸収層31は、所定の溶液が、下部電極2の表面に塗布された後に、乾燥および熱処理が順に施されることで形成され得る。所定の溶液は、例えば、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(混合溶媒とも言う)に、I−B族金属とIII−B族金属とが直接溶かされることで作製され得る。所定の溶液では、例えば、I−B族金属とIII−B族金属との合計濃度が10wt%以上となり得る。所定の溶液を塗布する方法としては、スピンコータ、スクリーン印刷、ディッピング、スプレー、およびダイコータ等の種々の手法が採用され得る。
Here, the
なお、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。カルコゲン元素は、VI−B族元素のうちの硫黄、セレン、テルルである。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、ジセレニド等が採用され得る。 The chalcogen element-containing organic compound is an organic compound containing a chalcogen element. The chalcogen elements are sulfur, selenium, and tellurium among the VI-B group elements. As the chalcogen element-containing organic compound, for example, thiol, sulfide, disulfide, selenol, selenide, diselenide and the like can be employed.
ここでは、例えば、光吸収層31の一形成方法として、主に下記工程(i)〜(iii)が順に行われる形成方法が採用され得る。(i)ベンゼンセレノールが、ピリジンに対し100mol%となるように溶解させられて混合溶媒が作製される。(ii)この混合溶媒に、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が直接溶解させられて溶液が作製される。(iii)この溶液が、下部電極2の表面にブレード法によって塗布された後に、乾燥されて皮膜が形成され、この皮膜に対して水素ガスの雰囲気下で熱処理が施される。
Here, for example, as a method for forming the
なお、金属が混合溶媒に直接溶解させられる処理は、単体金属または合金の地金が、直接、混合溶媒に混入され、溶解させられる処理のことである。乾燥は、例えば、還元雰囲気下で行われれば良い。乾燥温度は、例えば、50℃以上で且つ300℃以下であれば良い。熱処理が還元雰囲気で行われれば、皮膜の酸化が低減されて良好なI−III−VI族化合物半導体が得られる。還元雰囲気は、例えば、窒素雰囲気、水素雰囲気および水素と窒素またはアルゴンの混合気体の雰囲気のうち何れかであれば良い。熱処理温度は、例えば、400℃以上で且つ600℃以下であれば良い。 In addition, the process in which a metal is directly dissolved in a mixed solvent is a process in which a simple metal or an alloy metal is directly mixed and dissolved in a mixed solvent. Drying may be performed, for example, in a reducing atmosphere. The drying temperature may be, for example, 50 ° C. or higher and 300 ° C. or lower. If the heat treatment is performed in a reducing atmosphere, oxidation of the film is reduced and a good I-III-VI group compound semiconductor can be obtained. The reducing atmosphere may be any one of, for example, a nitrogen atmosphere, a hydrogen atmosphere, and a mixed gas atmosphere of hydrogen and nitrogen or argon. The heat processing temperature should just be 400 degreeC or more and 600 degrees C or less, for example.
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がアンモニアに溶解させられることで作製された溶液に光吸収層31の形成までが行われた基板1が浸漬されることで、CdSを主に含むバッファ層32が形成され得る。
The
<(2−4)透光性導電層4の形成>
次に、光電変換層3の上に透光性導電層4が形成される。図9は、透光性導電層4が形
成された後の状態を示す図である。透光性導電層4は、スパッタリング法、蒸着法、または化学的気相成長(CVD)法等で形成され得る。例えば、バッファ層32の上に、アルミニウムが添加された酸化亜鉛を主に含む透明な透光性導電層4が形成される。
<(2-4) Formation of translucent
Next, the translucent
<(2−5)分離溝部P2の形成>
次に、透光性導電層4の上面のうちの所定の形成対象位置から下部電極2の上面に至る領域に、分離溝部P2が形成される。図10は、分離溝部P2が形成された後の状態を示す図である。分離溝部P2は、スクライブ針が用いられたメカニカルスクライビングによって形成され得る。なお、分離溝部P2は、分離溝部P1と同様に、レーザー光によって形成されても良い。
<(2-5) Formation of Separation Groove P2>
Next, the separation groove P <b> 2 is formed in a region from the predetermined formation target position to the upper surface of the
<(2−6)グリッド電極部5の形成>
次に、分離溝部P2が形成された透光性導電層4の上面のうちの所定の形成対象位置から分離溝部P2の内部にかけてグリッド電極部5が形成される。図11(a)、(b)は、グリッド電極部5が形成された後の状態を示す図である。
<(2-6) Formation of
Next, the
グリッド電極部5は、例えば、銀等の金属粉が樹脂製のバインダー等に分散させられた金属ペーストが集電部5aおよび連結部5bを有するように印刷され、印刷後の金属ペーストが乾燥によって固化されることで形成され得る。このとき、分離溝部P2にも金属ペーストが入り込み、乾燥によって固化されることでグリッド電極部5の垂下部5cが形成される。ここで言う固化には、金属ペーストに含まれるバインダーが熱可塑性樹脂である場合における熔融後の固化と、バインダーが熱硬化性樹脂および光硬化性樹脂等の硬化性樹脂である場合における硬化による固化とが含まれる。
The
ここで、グリッド電極部5(上部電極45)の連結部5bは、他の部位よりも厚みが大きくなるように印刷される。この方法としては、例えば、連結部5bの部位の印刷回数を他の部位よりも多くすればよい。他の方法としては、連結部5bの印刷時のスキージの速度を遅くすることにより、他の部位よりも多く金属ペーストを印刷するようにしてもよい。これにより、基板1の一主面に垂直な方向である+Z方向におけるグリッド電極部5の連結部5bの厚みが、集電部5a等の他のグリッド電極部5の部位の厚みに比べて大きくなる。なお、金属ペーストの印刷工程では、1回の印刷が行われても良いし、2回以上の印刷が行われても良い。
Here, the
金属ペーストとしては、銀の含有率が85wt%以上で且つ98wt%以下であり、樹脂成分の含有率が2wt%以上で且つ15wt%以下であるものが採用され得る。例えば、金属ペーストにおける銀の含有率が88wt%以上で且つ92wt%以下であれば、印刷に適した粘性と良好な導電性とが得られる。 As the metal paste, a paste having a silver content of 85 wt% or more and 98 wt% or less and a resin component content of 2 wt% or more and 15 wt% or less can be adopted. For example, when the silver content in the metal paste is 88 wt% or more and 92 wt% or less, viscosity suitable for printing and good conductivity can be obtained.
<(2−7)分離溝部P3の形成>
グリッド電極部5が形成された後、透光性導電層4の上面のうちの所定の形成対象位置から下部電極2の上面に至る領域に、分離溝部P3が形成される。これにより、図1から図4で示された光電変換装置20が得られる。分離溝部P3は、分離溝部P2と同様に、スクライブ針が用いられたメカニカルスクライビングによって形成され得る。このとき、グリッド電極部5の端部が若干削られても良い。
<(2-7) Formation of Separation Groove P3>
After the
<(2−8)樹脂材の充填>
分離溝部P3が形成された後、分離溝部P2の垂下部5cが配置されていない空隙部と分離溝部P3に樹脂材6が配置される。まず、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)を主成分とする樹脂材料からなる0.4〜1mm程度のシート材を準備する。次に、該シート材を光電変換セル10の上面に配置にする。次いで、ラミネータ装置等を用いて120
℃〜150℃程度に加熱しながらシート材を熱硬化させつつ、シート材を光電変換セルと圧着する。これにより、分離溝部P2および分離溝部P3にシート材の一部が充填されることで、樹脂材6が形成される。
<(2-8) Filling of resin material>
After the separation groove portion P3 is formed, the
The sheet material is pressure-bonded to the photoelectric conversion cell while the sheet material is thermoset while being heated to about 150 ° C. to 150 ° C. Thus, the
<(3)変形例>
なお、以上で説明した実施形態では、上部電極45の連結部5bの+Z方向における厚み大きくすることにより、連結部5bを反射部材として機能させているが、このような形態に限られない。例えば、連結部5bに代えて、図12に示すように、非発電寄与部10B上に反射ミラー7のような反射部材が設けられてもよい。反射ミラー7の形状は、例えば、図12に示すように、断面が凹レンズ状、断面が台形状等である。この台形状の反射ミラー7では、発電寄与部10Aの受光面で反射した光を再度、発電寄与部10Aの受光面に入射させることも可能である。
<(3) Modification>
In the embodiment described above, the connecting
反射ミラー7としては、例えば、アルミニウムの基体に銀、金等の金属層を設けたものが挙げられる。また、反射ミラー7は、導電性を有する材料で形成し、集電部5aと接続するようにすれば、上部電極45の抵抗値を小さくすることができる。このような反射ミラー7は、例えば、導電性の金属粒子を含むエポキシ系樹脂の接着剤で非発電寄与部10B上に接着される。
As the reflection mirror 7, for example, an aluminum base provided with a metal layer such as silver or gold can be used. Further, if the reflection mirror 7 is formed of a conductive material and is connected to the
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において種々の変更、改良等が可能である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the gist of the present invention.
1:基板
2:下部電極
3:光電変換層
31:光吸収層
32:バッファ層
4:透光性導電層
5:グリッド電極部
5a:集電部
5b、5b1、5b2:連結部
5c:垂下部
6:樹脂材
7:反射ミラー
10:光電変換セル
10A:発電寄与部
10B:非発電寄与部
20:非光電変換層
30:光電変換装置
45:上部電極
P1:分離溝部
P2:分離溝部(第2間隙部)
P3:分離溝部(第1間隙部)
1: Substrate 2: Lower electrode 3: Photoelectric conversion layer 31: Light absorption layer 32: Buffer layer 4: Translucent conductive layer 5:
P3: Separation groove (first gap)
Claims (5)
該基板の一主面上に第1間隙部を空けて所定の配列方向に配列された、光電変換層を有する複数の光電変換セルとを備え、
前記光電変換セルは、発電寄与部と、前記光電変換層を前記基板の一主面に垂直な方向に貫通する第2間隙部と前記第1間隙部との間に設けられた非発電寄与部と、該非発電寄与部上に設けられた反射部材とを有し、
前記第1間隙部および前記第2間隙部には、樹脂材が設けられている、光電変換装置。 A substrate,
A plurality of photoelectric conversion cells having photoelectric conversion layers arranged in a predetermined arrangement direction with a first gap portion on one main surface of the substrate;
The photoelectric conversion cell includes a power generation contribution portion and a non-power generation contribution portion provided between the second gap portion and the first gap portion that penetrate the photoelectric conversion layer in a direction perpendicular to one main surface of the substrate. And a reflection member provided on the non-power generation contributing portion,
A photoelectric conversion device in which a resin material is provided in the first gap and the second gap.
前記上部電極は、複数の集電部と、該集電部同士を接続する連結部とを有し、
該連結部は、前記反射部材に含まれている、請求項1に記載の光電変換装置。 The photoelectric conversion cell further includes an upper electrode provided on the photoelectric conversion layer,
The upper electrode has a plurality of current collectors and a connecting part for connecting the current collectors,
The photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the connecting portion is included in the reflecting member.
前記上部電極は、一方の前記光電変換セルの前記集電部と、他方の前記光電変換セルの前記下部電極とを電気的に接続する垂下部を有し、該垂下部は、前記第2間隙部に位置している、請求項2に記載の光電変換装置。 The plurality of photoelectric conversion cells further include a lower electrode provided between one main surface of the substrate and the photoelectric conversion layer,
The upper electrode has a hanging portion that electrically connects the current collector of one of the photoelectric conversion cells and the lower electrode of the other photoelectric conversion cell, and the hanging portion has the second gap. The photoelectric conversion device according to claim 2, wherein the photoelectric conversion device is located in a portion.
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