JP2014107471A

JP2014107471A - 光起電力装置

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Publication number: JP2014107471A
Application number: JP2012260777A
Authority: JP
Inventors: Wataru Shinohara; 亘篠原
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2012-11-29
Filing date: 2012-11-29
Publication date: 2014-06-09
Anticipated expiration: 2032-11-29
Also published as: JP6115806B2

Abstract

【課題】光起電力素子とガラス板とをより強固に接合する。
【解決手段】ガラス板と、ガラス板上に配置され、光の入射に応じて電力を発生させる結晶系半導体層を有する光起電力素子と、を備え、ガラス板と光起電力素子の光入射面の少なくとも一部が溶融接合されている、光起電力装置である。
【選択図】図１

Description

本発明は、光起電力装置に関し、特に支持基板上に複数の光起電力素子を形成した光起電力装置に関する。

従来、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力素子の開発が各方面で精力的に行われている。例えば、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶質系シリコンを用いた光起電力素子（装置）の研究および実用化が盛んに行われている。

また、近年、バックコンタクト型（裏面接合型）の光起電力素子の開発も進んでいる。このタイプの光起電力素子では、受光面側にはテクスチャ構造や反射防止、及びキャリアの再結合防止のためのパッシベーション層が形成されるのみで、受光面（光入射面）と反対側の面にＰＮ接合と集電極が形成されており、素子の構造に起因する損失を極力除き、高い変換効率が得られることから、注目を集めている。

さらに、ベース基板（支持基板）上に絶縁層を介して複数の光起電力素子が接合された光起電力装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１０−２８３３３９号公報

光起電力素子を支持基板に接合する際、従来のファン・デル・ワールス力や水素結合で結晶質シリコンからなる光起電力素子とガラス板からなる支持基板とを接合する場合、その接合力は比較的弱く、製造時における外力、温度変化、および真空雰囲気への暴露などにより、接合が剥離する可能性が高く、長期信頼性が低い。

裏面接合型の光起電力装置であって、ガラス板と、ガラス板上に配置され、光の入射に応じて電力を発生させる結晶系半導体層を有する光起電力素子と、を備え、ガラス板と光起電力素子の光入射面の少なくとも一部が溶融接合されている、光起電力装置である。

本発明によれば、溶融接合によって光起電力素子とガラス板とを接合することで、従来のファン・デル・ワールス力や水素結合を用いて接合する場合に比べて、これら両者をより強固に接合することができる。

本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の構成を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の製造方法を示す断面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の構成を示す平面図である。本発明の第１の実施の形態における光起電力装置の溶融接合領域を示す拡大平面図である。本発明の第２の実施の形態における光起電力装置の溶融接合領域を示す拡大平面図である。本発明の第３の実施の形態における光起電力装置の溶融接合領域を示す拡大平面図である。本発明の第４の実施の形態における光起電力装置の構成を示す断面図である。

＜第１の実施の形態＞
第１の実施の形態における光起電力装置１００は、図１の断面図に示すように、ガラス板１０、パッシベーション層１２、ベースＳｉ層１４、ｎ型高濃度ドープ領域１６、ｉ型アモルファスＳｉ層１８、ｐ型アモルファスＳｉ層２０、透明電極２２及び背面電極２４（第１背面電極２４ｎ、第２背面電極２４ｐ）を含んで構成される。

本実施の形態では、光起電力装置１００は、裏面接合型の光起電力素子１０２を複数含んでおり、光起電力素子１０２で発電された電力を外部へ取り出す電極が受光面とは反対側の主面（以下、背面という）のみに設けられる。

ここで、受光面とは、光起電力素子１０２において主に光が入射される主面を意味し、具体的には、光起電力素子１０２に入射される光の大部分が入射される面である。また、背面とは、光起電力素子１０２の受光面とは反対側の面を意味する。

ベースＳｉ層１４は、具体的には導電型がｎ型、結晶軸が＜１００＞、比抵抗８〜１２Ωｃｍ，厚さ６０μｍの単結晶Ｓｉである。ただし、本発明の適応範囲はこれに限定されるものではなく、ベースＳｉ層１４、ｎ型高濃度ドープ領域１６、ｉ型アモルファスＳｉ層１８及びｐ型アモルファスＳｉ層２０の導電型を全て逆にしてもよい。

パッシベーション層１２は、ベースＳｉ層１４の受光面側表面に設けられる。パッシベーション層１２は、ベースＳｉ層１４の表面の未結合手（ダングリングボンド）を終端させる等の役割を果し、キャリアの再結合を抑制する。パッシベーション層１２を設けることによって、光起電力素子の受光面側において、キャリアの再結合による発電電流の損失を抑制することができる。

パッシベーション層１２は、例えば、窒化シリコン層（ＳｉＮ）を含むようにすればよく、酸化シリコン層（ＳｉＯｘ）と窒化シリコンとの積層構造とすることがより好ましい。例えば、酸化シリコン層及び窒化シリコン層をそれぞれ３０ｎｍ及び４０ｎｍの膜厚で順に積層した構造とすればよい。

高濃度ドープ領域１６は、ベースＳｉ層１４中に、リン（Ｐ）を含むドーパントが高濃度に拡散されたｎ^＋領域（ｎ型ドーパントがベースＳｉ層１４に比べ、高濃度にドープされた領域）である。高濃度ドープ領域１６のドーパントの拡散深さは、１０〜５００ｎｍがよく、最も望ましいのは５０〜１００ｎｍである。また、ドーパントの拡散濃度は、１×１０^２０〜２×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の範囲であることが望ましく、これらの範囲であれば、ｎ^＋領域内において、キャリアの再結合による実質的な特性低下を生じることなく、外部に電力を取り出すことができる。

ベースＳｉ層１４と高濃度ドープ領域１６とは、結晶質同士がホモ接合された第１導電型コンタクト（ベースコンタクト）領域を形成する。

ｉ型アモルファスＳｉ層１８とｐ型アモルファスＳｉ層２０には、アモルファス相、またはアモルファス相内に微少な結晶粒が析出している微結晶相を含む。本実施の形態では、ｉ型アモルファスＳｉ層１８とｐ型アモルファスＳｉ層２０は、水素を含有するアモルファスシリコンとする。ｉ型アモルファスＳｉ層１８は、実質的に真性のアモルファスシリコン層とされる。ｐ型アモルファスＳｉ層２０は、ｐ型のドーパントが添加されたアモルファスシリコン層とされる。ｐ型アモルファスＳｉ層２０は、ｉ型アモルファスＳｉ層１８よりもドーピング濃度が高い半導体層とされる。例えば、ｉ型アモルファスＳｉ層１８には、意図的にドーピングを行わず、第ｐ型アモルファスＳｉ層２０のドーピング濃度は１０^１８／ｃｍ^３程度とすればよい。

ｉ型アモルファスＳｉ層１８の膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くする。具体的には、１ｎｍ〜５０ｎｍとすればよく、例えば１０ｎｍとする。また、ｐ型アモルファスＳｉ層１６の膜厚は、光の吸収をできるだけ抑えられるように薄くし、一方で光起電力素子の開放電圧（Ｖｏｃ）が十分に高くなるような程度に厚くする。例えば、１ｎｍ〜５０ｎｍとすればよく、例えば１０ｎｍとする。

ベースＳｉ層１４とｉ型アモルファスＳｉ層１８及びｐ型アモルファスＳｉ層２０とはヘテロ接合された第２導電型コンタクト（エミッタコンタクト）領域を形成する。

ここで、第２導電型コンタクト（エミッタコンタクト）をなすヘテロ接合は、ホモ接合に比べて、電気抵抗が高いため、高い変換効率を得るためには、第１導電型コンタクト領域の面積を、第２導電型コンタクト領域の面積より小さくするようにパターンを形成することが好適である。

透明電極２２は、酸化インジウムを主成分とする透光性導電酸化膜であり、その後にメッキ法で形成される背面電極２４の成長の起点となるものである。

背面電極２４は、例えば、ニッケル或いは、ニッケルと鉄との合金などメッキ法で形成されるものが望ましいが、アルミニウム、銀、銅又はこれらを含む金属ペーストなどを用いることも可能であり、ベースＳｉ層１４の背面側において、互いに２ｍｍの等間隔をもって略全面に渡って設けられている。ここで、背面電極２４により形成される櫛型電極の相互の櫛間の間隔は、本実施の形態では２ｍｍであるが、これより狭くても良く、２ｍｍの間隔は許容される出力特性を満たす範囲で最大（櫛の本数が最少）となるように選択されたものである。

ガラス板１０と光起電力素子１０２とは、光起電力素子１０２の外周辺領域の溶融接合領域Ａにおいて溶融接合されている。溶融接合方法については後述する。

次に、光起電力装置１００の製造方法について説明する。図２Ａ〜図２Ｊは、第１の実施の形態における光起電力装置１００の製造方法を示す。

基板２６は、結晶質の半導体材料からなる。例えば、シリコン、多結晶シリコン、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体基板とする。本実施の形態では、基板２６として単結晶シリコン基板を用いた例を示す。したがって、後述するｎ型高濃度ドープ領域１６、ベースＳｉ層１４、ｉ型アモルファスＳｉ層１８及びｐ型アモルファスＳｉ層２０もシリコン層とする。ただし、基板２６をシリコン以外の材料としてもよく、これらの層もシリコン層以外の材料としてもよい。

基板２６の一主面にはポーラス層（脆化層）２６ａが形成される（図２Ａ）。ポーラス層２６ａは、陽極酸化処理等によって形成することができる。陽極酸化に用いる電解質は、例えば、フッ化水素酸及びエタノールの混合液又はフッ化水素酸及び過酸化水素水の混合液とすることができる。陽極酸化の電流密度は、５ｍＡ／ｃｍ^２以上６００ｎＡ／ｃｍ^２以下とすればよく、例えば１０ｍＡ／ｃｍ^２程度とする。

基板２６のポーラス層２６ａ上にベースＳｉ層１４が形成される（図２Ｂ）。ベースＳｉ層１４は、化学気相成長法（ＣＶＤ）で形成することができる。ベースＳｉ層１４は、ポーラス層２６ａをシード層としたエピタキシャル成長により形成され、結晶質の半導体層同士が接合されたホモ接合領域を形成する。例えば、基板２６を９５０℃に加熱し、水素（Ｈ_２）で希釈されたジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）を原料ガスとして供給することにより成膜することができる。水素（Ｈ_２）とジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）の流量は、例えばそれぞれ０．５（ｌ／ｍｉｎ）及び１８０（ｌ／ｍｉｎ）とする。

ベースＳｉ層１４上にパッシベーション層１２が形成される（図２Ｃ）。パッシベーション層１２は、シラン（ＳｉＨ_４）に酸素（Ｏ_２）又は窒素（Ｎ_２）を混合した原料ガスをプラズマ化して供給するプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）により形成することができる。

パッシベーション層１２を形成後、パッシベーション層１２にガラス板１０が接合される（図２Ｄ）。このとき、図３の平面図に示すように、ガラス板１０の一主面上に複数の光電変換素子１０２が配置されるようにベースＳｉ層１４を接合してモジュール化する。図３の例では、２４枚のベースＳｉ層１４を１枚のガラス板１０に接着してモジュール化した例を示している。なお、図１及び図２では、モジュール化された光起電力装置１００に含まれる２つの光電変換素子１０２の断面図を代表して示している。

ガラス板１０とベースＳｉ層１４とは、図４の拡大平面図に示すように、ベースＳｉ層１４の外周辺領域の溶融接合領域Ａにおいて溶融接合される。本実施の形態の光起電力装置１００では、光電変換素子１０２の有効発電領域Ｄの周囲を囲うように溶融接合領域Ａを設ける。

溶融接合領域Ａは、図２Ｄに示すように、ガラス板１０側よりレーザビームＢを照射することにより形成される。レーザビームＢは、フェムト秒レーザビームとすることが好適である。すなわち、レーザビームＢは、１ナノ秒以下のパルス幅を有するものとすることが好適である。また、レーザビームＢは、ガラス板１０及びベースＳｉ層１４の少なくとも一方で吸収が生ずる波長とすることが好適である。例えば、レーザビームＢは、波長８００ｎｍとすることが好適である。さらに、レーザビームＢは、ガラス板１０とベースＳｉ層１４の少なくとも一部が溶融するに足りるエネルギー密度及び走査速度で照射することが好適である。例えば、レーザビームＢは、１パルス当たり１０マイクロジュール（μＪ）のパルスエネルギーで照射することが好適である。また、レーザビームＢは、１０ｍｍ／分の走査速度で走査することが好適である。

なお、本実施の形態では溶融接合領域Ａは光起電力素子１０２の周縁部を一重に囲むように設けたがこれに限定されるものではない。例えば、接合をより強固にしたい場合には、光起電力素子１０２の周縁部を二重に囲むように設けてもよいし、光起電力素子１０２の全体に亘って格子状に設けてもよい。

また、パッシベーション層１２は必須ではなく、ベースＳｉ層１４とガラス板１０とが直接接合されてもよい。

なお、図２Ｄ〜図２Ｊでは、説明を分かり易くするために図２Ａ〜図２Ｃとは図の上下を逆にして示す。なお、以下の各膜の成膜時において、複数の光起電力素子１０２の間の領域には膜が形成されないようにマスクを施しておいたり、膜が形成された後にエッチング等で除去したりすればよい。

次に、ポーラス層２６ａを利用して基板２６が分離される（図２Ｅ）。例えば、基板２６及びガラス板１０を真空チャックで吸着し、双方を引き離すように引っ張ることによって、ポーラス層２６ａ部分から基板２６を切り離すことができる。また、基板２６の側面からポーラス層２６ａにウォータージェットを吹き付けることによって、ポーラス層２６ａ部分から基板２６を切り離すことができる。もし、ポーラス層２６ａの一部が残留している場合には、フッ化水素酸（ＨＦ）と硝酸（ＨＮＯ_３）とを混合したフッ硝酸によるエッチング等でポーラス層２６ａを除去してもよい。

基板２６から分離されたベースＳｉ層１４上にｉ型アモルファスＳｉ層１８、ｐ型アモルファスＳｉ層２０及び透明電極２２が形成される（図２Ｆ）。ｉ型アモルファスＳｉ層１８及びｐ型アモルファスＳｉ層２０は、シラン（ＳｉＨ_４）等のケイ素含有ガスのＰＥＣＶＤにより形成することができる。シラン（ＳｉＨ_４）等のケイ素含有ガスを供給しつつ、高周波電源から高周波電極へ高周波電力を供給することによって原料ガスのプラズマが生成され、プラズマからベースＳｉ層１４上に原料が供給されてシリコン薄膜が形成される。原料ガスには、必要に応じてボロン（Ｂ_２Ｈ_６）等のドーパント含有ガスを混合する。透明電極２２は、スパッタリング法等を用いて形成することができる。ｉ型アモルファスＳｉ層１８、ｐ型アモルファスＳｉ層２０及び透明電極２２は、ベースＳｉ層１４の全面に形成される。

全面に形成されたｉ型アモルファスＳｉ層１８、ｐ型アモルファスＳｉ層２０及び透明電極２２がパターニングされる（図２Ｇ）。この際、ベースＳｉ層１４の周囲におけるガラス板１０上に形成されたｉ型アモルファスＳｉ層１８、ｐ型アモルファスＳｉ層２０及び透明電極２２も除去される。パターニングは、エッチングペーストを用いて行うことができる。燐酸を含むエッチングペーストをスクリーン印刷法等により所望のパターンに塗布することによって、ｉ型アモルファスＳｉ層１８、ｐ型アモルファスＳｉ層２０及び透明電極２２を除去する。また、透明電極２２のエッチングには、塩酸（ＨＣｌ）を含むエッチャントを用いてもよい。また、ｉ型アモルファスＳｉ層１８及びｐ型アモルファスＳｉ層２０のエッチングには、フッ化水素酸（ＨＦ）を含むエッチャントを用いてもよい。

ｉ型アモルファスＳｉ層１８、ｐ型アモルファスＳｉ層２０及び透明電極２２は、光起電力素子の裏面からできるだけ均等に電力を集電できるようにパターニングすればよい。例えば、光起電力素子に一般的に適用されているフィンガー及びバスバーを含む櫛形のパターンとすることが好ましい。特に、ｎ型高濃度ドープ領域１６の櫛形のパターンと交互に組み合わされる櫛形のパターンとすることが好ましい。

パターニングされた透明電極２２、露出したベースＳｉ層１４、及びガラス板１０上にｎ型のドーパントを含むドープ層２８を形成する（図２Ｈ）。ドープ層２８は、ベースＳｉ層１４にｎ型のドーパントを拡散させるために用いられる。ドープ層２８は、例えば、ｎ型のドーパントを含むアモルファスシリコン層やリン珪酸ガラス（ＰＳＧ）等とすることができる。アモルファスシリコン層は常圧ＣＶＤ等で形成することができ、ＰＳＧは塗布法等で形成することができる。ドープ層２８の膜厚は、例えば３００ｎｍ程度することが好ましい。

ドープ層２８を形成後、ベースＳｉ層１４へのドーパントの拡散処理によりｎ型高濃度ドープ領域１６が形成される（図２Ｉ）。ここでは、ｉ型アモルファスＳｉ層１８、ｐ型アモルファスＳｉ層２０及び透明電極２２が除去された領域、すなわちドープ層２８がベースＳｉ層１４と直接接触している領域のみに拡散が行われるような処理を行う。

例えば、対象となる領域のみにレーザ光Ｃを照射し、レーザ光Ｃによる局所加熱によってドーパントをベースＳｉ層１４内へ拡散させてｎ型高濃度ドープ領域１６を形成することができる。レーザ光Ｃは、例えば、波長５３２ｎｍ、電力０．８９Ｗ、走査速度５０ｍｍ／ｓとすればよい。

ｎ型高濃度ドープ領域１６を形成後、不要となったドープ層２８がエッチングにより除去される（図２Ｊ）。ドープ層２８は、例えば、三フッ化窒素（ＮＦ_３）のプラズマエッチングで除去することができる。

ドープ層２８を除去後、パターニングされた透明電極２２及び露出したベースＳｉ層１４上に背面電極２４が形成される（図２Ｋ）。背面電極２４は、スパッタリング法又はプラズマ化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）等の薄膜形成方法で形成することができる。また、さらに電解メッキ等で金属層を積層してもよい。例えば、ニッケル或いは、ニッケルと鉄との合金を電解メッキにより形成する。シード層となる電極層に電位を印加しつつ電解メッキ法で適用することにより金属層が積層される。また、背面電極２４は、アルミニウム、銀、銅又はこれらを含む金属ペーストと塗布して形成してもよい。

次に、背面電極２４の一部が除去され、背面電極２４が分断されて、ｎ型高濃度ドープ領域１６に接続される第１背面電極２４ｎと、透明電極２２に接続される第２背面電極２４ｐと、が形成される（図２Ｌ）。また、互いに隣接する背面電極２４（第１背面電極２４ｎ、第２背面電極２４ｐ）同士も電気的に分断される。

その後、必要に応じて、並置された複数の光起電力素子１０２の第１背面電極２４ｎ及び第２背面電極２４ｐを導電性のタブで接続する。また、光起電力素子１０２の裏面側に充填材３０を塗布し、封止材３２で封止してもよい。充填材３０は、例えばＥＶＡ等の樹脂材とすることが好適である。封止材３２は、例えばガラス板、プラスチック、金属等の化学的に安定であり、構造的に強度が高い材料とすることが好適である。

光起電力装置は屋外で長時間使用されるため、外部環境からの水分の浸入を防ぐ必要がある。充填材３０及び封止材３２によって光起電力素子１０２の裏面を封止することによって、光起電力素子１０２の両面が外部環境からの遮断性能の封止材３２で保護されており、高い信頼性を得ることができる。このとき、封止材３２（及び充填材３０）に貫通孔を設けて、これらを介して発電電力を外部に取り出す構造としてもよい。

本発明によれば、溶融接合によって光起電力素子１０２（ベースＳｉ層１４）とガラス板１０とを接合することで、従来のファン・デル・ワールス力や水素結合を用いて接合する場合に比べて、これら両者をより強固に接合することができる。

また、大面積のガラス板１０内に複数の光起電力素子１０２を配置することによって、各々が孤立した溶融接合領域Ａが複数形成され、熱変形による湾曲が各々の光起電力素子１０２の面内に限定され、全体として大きな湾曲（変形）量となることを抑制することができる。すなわち、大面積の光起電力装置を形成するために有効である。

＜第２の実施の形態＞
図５は、本発明の第２の実施の形態における光起電力装置１０４の構成を示す平面図である。本実施の形態では、溶融接合領域Ａは、光起電力素子１０２の周辺部において少なくとも一部が不連続となるように設けられている。これにより、溶融接合領域Ａによってガラス板１０と光起電力素子１０２との間に閉空間が形成されないように接合される。

光起電力装置１０４はほとんどの工程において真空中等の制御雰囲気中で製造されるが、必要に応じ大気に晒される場合がある。その際、ガラス板１０と光起電力素子１０２との僅かな間隙に大気が入り込むと、その後の加熱工程において内部の大気が熱膨張することにより、ガラス板１０又は光起電力素子１０２が破損するおそれがある。本実施の形態の光起電力装置１０４によれば、加熱時には溶融接合されていない未接合領域から大気が放出されることとなり、ガラス板１０及び光起電力素子１０２の破損を抑制することができる。

なお、本実施の形態では溶融接合領域Ａは光起電力素子１０２の隅を欠いた構成としたがこれに限定されるものではない。例えば、光起電力素子１０２の周縁部の辺の一部を欠く構成としてもよい。

＜第３の実施の形態＞
図６は、本発明の第３の実施の形態における光起電力装置１０６の構成を示す平面図である。本実施の形態では、ガラス板１０と光起電力素子１０２とがこれらの中心線上に十文字に溶融接合されている。このように、本実施の形態では、溶融接合領域Ａによって光起電力素子１０２の周縁部が固定されないように接合が行われる。

光起電力装置１０６の製造時及び屋外環境中での実使用時には数１０〜２００℃程度の温度変化を伴う。このとき、ガラス板１０と光起電力素子１０２との熱膨張係数が大きく異なれば、両者のいずれかが大きく湾曲し、ガラス板１０又は光起電力素子１０２が破損するおそれがある。本実施の形態の光起電力装置１０６によれば、光起電力素子１０２はガラス板１０に対して周縁部が固定されないように中心付近において溶融接合されている。したがって、光起電力素子１０２の周縁部は機械的に自由であるため、熱膨張による変形（湾曲）が生じることがなく、大きな温度変化を受けた場合でも破損を抑制することができる。

なお、本実施の形態では溶融接合領域Ａは中心線に沿って十字状に設ける構成としたがこれに限定されるものではない。例えば、光起電力素子１０２の隅を繋ぐ線に沿って十字状に設けてもよいし、光起電力素子１０２の裏面をスポット状に接合する構成としてもよい。

＜第４の実施の形態＞
図７は、本発明の第４の実施の形態における光起電力装置１０８の構成を示す断面図である。本実施の形態では、光起電力素子１０２の光起電力領域（有効領域）２０の受光面側表面に光閉じ込めのための微細な凹凸３４が形成されている。

凹凸３４は、パッシベーション層１２を形成する前にベースＳｉ層１４に対して異方性エッチングを施すことによって形成することができる。ベースＳｉ層１４が＜１００＞の結晶軸を有する場合、異方性エッチングのエッチャントとして水酸化カリウム（ＫＯＨ）水溶液を用いることができる。凹凸３４のサイズは、光起電力素子１０２において光電変換に利用される光の波長よりも大きくすることが好適である。凹凸３４のサイズは、エッチャントの濃度、エッチングの時間及び温度等により調整することができる。

本実施の形態によれば、光起電力素子１０２内での入射光の光路長を大きくすることができ、その場合にもガラス板１０と光起電力素子１０２との接合強度を損ねることなく、強固に接合することができる。

光起電力素子１０２とガラス板１０とを陽極接合する場合には、光起電力素子１０２の光入射面に光閉じ込めのための凹凸３４が形成されていると接合が困難となるが、本実施の形態によれば、凹凸表面を有する光起電力素子１０２でも強固な接合が実現できる。これは、溶融接合では、凹凸３４を含めて光起電力素子１０２（ベースＳｉ層１４）を溶融させているためである。なお、陽極接合は、ガラス板１０と光起電力素子１０２（ベースＳｉ層１４）とを２つの電極で挟み込み、真空に排気した状態で２００℃以上６００℃以下の温度範囲で加熱し、２つの電極間に３００Ｖ以上１ｋＶ以下の電圧を印加して行う接合方法である。

特に、光起電力素子１０２の溶融接合領域Ａには凹凸３４を設けず、平坦なまま残すことが好適である。例えば、溶融接合領域Ａとなる領域にエッチャントに対して耐性を有するマスクを設けた状態においてエッチングを施すことにより平坦部を残すことができる。こうした構成とすることによりさらに確実に接合することができる。

さらに、光起電力素子１０２の受光面側表面に設けられた微細な凹凸３４とガラス板１０との間の空間をガラス板１０と光起電力素子１０２の中間的な屈折率値を有する透光性の屈折率調整材３６で充填することが好適である。屈折率調整材３６は、ガラス板１０とシリコンであるベースＳｉ層１４に対しては屈折率１．５以上３．０以下の材料とすることが好適である。例えば、屈折率調整材３６は、シリカや酸化チタンとすることが好適である。

これにより、入射光の進行に従って順次屈折率が変化していくこととなり、入射光の反射ロスが生じ難くなり、光起電力素子１０２の発電効率を高めることができる。

なお、第１〜第４の実施の形態における構成を適宜組み合わせた構成としてもよい。例えば、第２〜第４の実施の形態において、同一のガラス板１０に複数の光起電力素子１０２を接合した構成を採用することができる。また、光起電力素子１０２の裏面を充填材３０及び封止材３２によって封止する構成を採用することができる。

１０ガラス板、１２パッシベーション層、１４ベースＳｉ層、１６ｎ型高濃度ドープ領域、１８ｉ型アモルファスＳｉ層、２０ｐ型アモルファスＳｉ層、２２透明電極、２４背面電極、２４ｎｎ型背面電極、２４ｐｐ型背面電極、２６基板、２６ａポーラス層、２８ドープ層、３０充填材、３２封止材、３４凹凸、３６屈折率調整材、１００，１０４，１０６，１０８光起電力装置、１０２光起電力素子。

Claims

裏面接合型の光起電力装置であって、
ガラス板と、
前記ガラス板上に配置され、光の入射に応じて電力を発生させる結晶系半導体層を有する光起電力素子と、を備え、
前記ガラス板と前記光起電力素子の光入射面の少なくとも一部が溶融接合されていることを特徴とする光起電力装置。
請求項１に記載の光起電力装置であって、
前記溶融接合部は、前記ガラス板と前記光起電力素子との間に閉空間を生じさせないように設けられていることを特徴とする光起電力装置。
請求項１又は２に記載の光起電力装置であって、
前記光起電力素子の前記ガラス板側の受光面に凹凸が設けられていることを特徴とする光起電力装置。
請求項３に記載の光起電力装置であって、
前記光起電力素子と前記ガラス板との間に、前記光起電力素子の屈折率と前記ガラス板の屈折率との間の屈折率を有する屈折率調整材が設けられていることを特徴とする光起電力装置。
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光起電力装置であって、
前記ガラス板に複数の前記光起電力素子が接合されていることを特徴とする光起電力装置。