JP2019067843A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】変換効率を向上できる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュールは基板５１と光電変換セル１０とを備える。光電変換セル１０は基板５１の表面５１ａの上において所定方向に並んで位置する。光電変換セル１０の各々は第１電極１１と積層半導体１２と第２電極１３とを備える。第１電極１１は基板５１の表面５１ａの上に位置する。積層半導体１２は第１電極１１の上に位置する。第２電極１３は積層半導体１２の上に位置する。複数の光電変換セル１０の相互間には、各々の第１電極１１を分離する分離溝Ｐ１が形成されており、積層半導体１２は分離溝Ｐ１２の内部にも位置しており、積層半導体１２の基板５１側の表面１２ａは、第１電極１１の上に位置する第１面と、分離溝Ｐ１に位置する第２面とを含んでおり、第２面は第１面の凹凸よりも高い凹凸形状を有する。【選択図】図３

Description

本開示は、太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュールには、基板の上に複数のセルが形成されるものがある（例えば特許文献１）。

特許第５１２７９２５号

太陽電池モジュールの変換効率（単位面積当たりの変換効率）の向上が望まれている。

そこで本開示は、変換効率を向上できる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

太陽電池モジュールが開示される。一実施の形態において、太陽電池モジュールは基板と複数の光電変換セルとを備える。複数の光電変換セルは基板の表面の上において所定方向に並んで位置する。光電変換セルの各々は第１電極と積層半導体と第２電極とを備える。第１電極は基板の表面の上に位置する。積層半導体は第１電極の上に位置する。第２電極は積層半導体の上に位置する。複数の光電変換セルの相互間には、各々の第１電極を分離する分離溝が形成されており、積層半導体は分離溝の内部にも位置しており、積層半導体の基板側の表面は、第１電極の上に位置する第１面と、分離溝に位置する第２面とを含んでおり、第２面は第１面の凹凸よりも高い凹凸形状を有する。

太陽電池モジュールによれば、厚みを低減しつつ変換効率を向上できる。

太陽電池モジュールの構成の一例を概略的に示す平面図である。 太陽電池モジュールの構成の一例を概略的に示す断面図である。 太陽電池モジュールの一部の構成の一例を拡大して概略的に示す断面図である。 太陽電池モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。 製造途中の状態の一例を概略的に示す断面図である。 製造途中の状態の一例を概略的に示す断面図である。 製造途中の状態の一例を概略的に示す断面図である。 太陽電池モジュールの一部の構成の一例を拡大して概略的に示す断面図である。 太陽電池モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。 製造途中の状態の一例を概略的に示す断面図である。 製造途中の状態の一例を概略的に示す断面図である。

以下、実施形態の各例ならびに各種変形例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及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及び位置関係などは適宜変更され得る。

＜太陽電池モジュール＞
図１から図３は、太陽電池モジュール１００の構成の一例を概略的に示す図である。図１は、太陽電池モジュール１００の構成の一例を概略的に示す平面図であり、図２は、太陽電池モジュール１００の構成の一例を概略的に示す断面図であり、図３は、太陽電池モジュール１００の構成の一部を拡大して概略的に例示する断面図である。

太陽電池モジュール１００は薄膜型の太陽電池モジュールであって、基板５１と複数の光電変換セル１０と配線３１，３２とを備えている。基板５１は例えば平板状の形状を有している。

図１から図３には、ＸＹＺ座標が付記されている。このＸＹＺ座標において、Ｘ軸およびＹ軸は基板５１の表面（一主面）５１ａに平行に配置され、Ｚ軸は基板５１の一主面５１ａに垂直に配置されている。Ｘ軸、Ｙ軸およびＺ軸は互いに直交する。以下では、Ｚ軸方向の一方側を＋Ｚ側とも呼び、Ｚ軸方向の他方側を−Ｚ側とも呼ぶ。Ｘ軸およびＹ軸についても同様である。

基板５１の＋Ｚ側の一主面５１ａの上には、複数の光電変換セル１０が位置している。太陽電池モジュール１００が、基板５１の−Ｚ側の一主面を外光側（例えば太陽側）に向けた姿勢で設置される場合、基板５１としては、透光性を有する基板を採用する。ここでいう透光性とは、太陽電池モジュール１００が光電変換の対象とする光の波長帯域についての透光性である。この波長帯域に可視光が含まれている場合には、基板５１は透明基板となる。この基板５１に含まれる主な材料としては、例えばガラスなどの透光性の絶縁材料が採用され得る。外光は−Ｚ側から基板５１を透過して、光電変換セル１０へと入射される。光電変換セル１０は後に詳述するように、入射された外光を電力に変換する。

一方で、太陽電池モジュール１００が、基板５１の−Ｚ側の一主面を外光とは反対側（例えば地面側）に向けた姿勢で設置される場合、基板５１は透光性を有していてもよく、あるいは、透光性を有していなくてもよい。外光は基板５１を経由せずに光電変換セル１０に入射されるからである。

基板５１の厚さは、例えば、１［ｍｍ］以上で且つ３［ｍｍ］以下程度であってよい。図１に例示するように、基板５１は平面視において（つまり、Ｚ軸方向から見て）、矩形状（具体的には長方形）の形状を有していてもよい。図１の例においては、Ｘ軸は基板５１の長辺に沿って配置されている。

複数の光電変換セル１０は基板５１の一主面５１ａの上において所定方向（例えばＹ軸方向）に並んで形成されている。光電変換セル１０の数は特に制限されず、適宜に設定され得る。光電変換セル１０の各々は、外部から入射された外光を電力に変換し、当該電力を出力する。

この光電変換セル１０は積層半導体１２と電極１１，１３とを有している（図２を参照）。積層半導体１２はいわゆる光電変換層であって、例えば、第１導電型（例えばｎ型）の半導体および第１導電型とは反対の第２導電型（例えばｐ型）の半導体を含んでいる。これらの半導体の接合部では、光電変換が行われ、発生した電子および正孔がそれぞれ電極１１，１３へと流れる。あるいは、積層半導体１２は、例えば、第１導電型の半導体、第２導電型の半導体および真性半導体（ｉ型の半導体）を含んでいてもよい。真性半導体は第１導電型の半導体と第２導電型の半導体との間に位置する。真性半導体では、光電変換が行われ、発生した電子および正孔がそれぞれ第１導電型の半導体および第２導電型の半導体を経由してそれぞれ電極１１，１３へと流れる。この場合、第１導電型の半導体および第２導電型の半導体は輸送層として機能できる。

積層半導体１２としては、例えば、シリコン系の太陽電池、化合物系の太陽電池またはその他のタイプの太陽電池で用いられる光電変換層が採用され得る。シリコン系の太陽電池には、例えば、アモルファスシリコンを用いた太陽電池が含まれ得る。化合物系の太陽電池には、例えば、ＣＩＳ、ＣＩＧＳ、カドミウムテルル（ＣｄＴｅ）またはペロブスカイト構造を有する化合物等の化合物半導体が用いられた太陽電池が含まれ得る。その他のタイプの太陽電池には、例えば有機系または色素増感系などの太陽電池が含まれ得る。

積層半導体１２を構成する各種の半導体層は、物理的気相法および化学的気相法などの気相成長法、または、塗布法およびスピンコート法などの液相成長法などによって適宜に形成され得る。また、各種の半導体層の形状はフォトリソグラフィ法またはレーザスクライブ法などのパターン形成によって形成され得る。

積層半導体１２において生成された電力は、電極１１，１３から出力される。図２に示すように、電極１１，１３は積層半導体１２をＺ軸方向において互いに反対側から挟んでいる。具体的には、電極１１は積層半導体１２の−Ｚ側の一主面と接しており、電極１３は積層半導体１２の＋Ｚ側の一主面と接している。なお図２の例においては、電極１１は基板５１の＋Ｚ側の一主面５１ａに形成されている。

外光が−Ｚ側から太陽電池モジュール１００へと入射される場合には、電極１１は、光電変換セル１０の光電変換の対象となる光の波長帯域についての透光性を有する電極（例えば透明電極（TCO: Transparent Conductive Oxide））である。具体的な一例として、電極１１はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、酸化亜鉛または酸化スズなどの透明導電材料で形成され得る。外光は基板５１および電極１１を透過して積層半導体１２へと入射され、積層半導体１２は当該外光を電力に変換する。電極１３は透光性を有する電極であってもよく、透光性を有さない電極であってもよい。例えば電極１３として、透光性を有する電極（例えば透明電極）または金属の電極等を採用し得る。このような電極１１，１３は、例えば、スパッタリング法または真空蒸着法などの成膜方法を用いて形成され得る。

外光が＋Ｚ側から太陽電池モジュール１００へと入射される場合には、電極１３は透光性を有する電極である。これにより、外光が電極１３を透過して積層半導体１２へと入射され、積層半導体１２は当該外光を電力に変換する。この場合、電極１１は透光性を有する電極であってもよく、透光性を有さない電極であってもよい。

図２の例においては、各光電変換セル１０の電極１３は、その光電変換セル１０に対して−Ｙ側で隣り合う光電変換セル１０の電極１１と、電気的に接続されている。つまり、複数の光電変換セル１０は電極１１，１３によって、相互に直列に接続される。

上述の構成において、複数の光電変換セル１０はＹ軸方向に沿って並んで配置されるので、この複数の光電変換セル１０に属する複数の電極１１もＹ軸方向に沿って並んで配置される。つまり、複数の電極１１の相互間には、これらを分離するための分離溝Ｐ１が形成される。分離溝Ｐ１は電極１１の−Ｚ側の一主面から＋Ｚ側の一主面までの領域に形成されており、Ｘ軸方向に沿って延在する。これにより、分離溝Ｐ１は、隣り合う電極１１を分離している。言い換えれば、電極１１は分離溝Ｐ１を介してＹ軸方向において互いに隣り合っている。

また、複数の光電変換セル１０に属する複数の積層半導体１２もＹ軸方向に沿って並んで配置される。つまり、複数の積層半導体１２の相互間には、これらを分離するための分離溝Ｐ２が形成されている。分離溝Ｐ２は積層半導体１２の−Ｚ側の一主面から＋Ｚ側の一主面までの領域に形成されており、Ｘ軸方向に沿って延在している。これにより、分離溝Ｐ２は、隣り合う積層半導体１２を分離している。言い換えれば、積層半導体１２は分離溝Ｐ２を介してＹ軸方向において互いに隣り合っている。

図２に例示するように、分離溝Ｐ２は電極１１とＺ軸方向において対向する位置に形成されている。つまり、Ｙ軸方向において隣り合う２つの分離溝Ｐ２の間に一つの分離溝Ｐ１が位置する。よって、隣り合う２つの分離溝Ｐ２によって挟まれる積層半導体１２は分離溝Ｐ１の内部にも配置される。つまり、積層半導体１２の一部は分離溝Ｐ１の内部を充填する。

また、複数の光電変換セル１０に属する複数の電極１３もＹ軸方向に沿って並んで配置される。つまり、複数の電極１３の相互間には、これらを分離するための分離溝Ｐ３が形成されている。図２の例では、この分離溝Ｐ３は分離溝Ｐ２の一部に相当している。以下に説明する。

電極１３は積層半導体１２の＋Ｚ側の一主面の上に形成されるとともに、その−Ｙ側の端部から積層半導体１２の−Ｙ側の側面に沿って延在しており、その−Ｚ側の端部において電極１１と接続されている。この構造において、電極１３のうち積層半導体１２の側面に沿って延在する一部は分離溝Ｐ２の内部に位置している。具体的には、電極１３の当該一部は分離溝Ｐ２のうち＋Ｙ側の空間を占めている。そして、分離溝Ｐ２のうち残りの空間（−Ｙ側の空間）が分離溝Ｐ３として機能している。この分離溝Ｐ３は電極１１の＋Ｚ側の一主面から電極１３の＋Ｚ側の一主面までの領域に形成されており、Ｘ軸方向に沿って延在する。これにより、分離溝Ｐ３は、隣り合う電極１３を分離する。言い換えれば、電極１３は分離溝Ｐ３を介して互いに隣り合っている。

積層半導体１２および電極１１，１３の各々は、平面視において、例えば長方形の形状を有していてもよく、また、その長手方向がＸ軸方向に沿う姿勢で形成されてもよい。光電変換セル１０のサイズはその太陽電池の種類によって相違するものの、例えば、積層半導体１２の幅（Ｙ軸方向に沿う幅）は１［ｍｍ］以上且つ１００［ｍｍ］以下程度に設定され得る。積層半導体１２の厚みは、例えば、０．３［μｍ］以上且つ５［μｍ］以下程度に設定され得る。電極１１および電極１３の幅（Ｙ軸方向に沿う幅）も、例えば、１［ｍｍ］以上且つ１００［ｍｍ］以下程度に設定され得る。また、積層半導体１２同士の間隔（隙間）の幅（Ｙ軸方向に沿う幅）は、例えば１［μｍ］以上且つ５００［μｍ］以下程度に設定され得る。

配線３１は、−Ｙ側の端に位置する光電変換セル１０の電極１３と電気的に接続されている。図２の例においては、配線３１は接続用電極１４を介して当該電極１３に接続されている。この接続用電極１４は基板５１の一主面５１ａの上に形成されており、−Ｙ側の端の光電変換セル１０の電極１１とＹ軸方向において隣り合っている。言い換えれば、接続用電極１４と当該電極１１との間には、これらを分離する分離溝Ｐ１１が形成されている。分離溝Ｐ１１は基板５１の一主面５１ａから接続用電極１４の＋Ｚ側の一主面（あるいは電極１１の＋Ｚ側の一主面）までの領域に形成されており、Ｘ軸方向に沿って延在する。これにより、分離溝Ｐ１１は接続用電極１４と当該電極１１とを分離する。言い換えれば、接続用電極１４および当該電極１１は分離溝Ｐ１１を介して互いに隣り合う。接続用電極１４は例えば電極１１と同じ材料で形成される。これによれば、電極１１と接続用電極１４とを同じ工程で形成することができる。

−Ｙ側の端の光電変換セル１０の電極１３は接続用電極１４に接続されており、配線３１はこの接続用電極１４の＋Ｚ側の一主面の上に配置されている。これにより、配線３１は接続用電極１４を介して当該電極１３に接続される。配線３１と接続用電極１４との間の固定は、例えば、半田または導電性接着剤などを用いて行われ得る。

配線３２は、＋Ｙ側の端に位置する光電変換セル１０の電極１１と電気的に接続されている。具体的には、当該電極１１は当該光電変換セル１０に属する積層半導体１２よりも＋Ｙ側に延在しており、配線３２は電極１１のうちその＋Ｙ側に延在した部分の＋Ｚ側の主面の上に配置されている。配線３２と電極１１との間の固定は、例えば、半田または導電性接着剤などを用いて行われ得る。

配線３１，３２は例えば帯状の板形状を有していてもよい。ここでは、配線３１，３２の形状として、例えば、０．１［ｍｍ］以上かつ０．５［ｍｍ］以下の程度の厚みと、２［ｍｍ］以上かつ１０［ｍｍ］以下程度の幅とを有する帯状の板形状が採用され得る。配線３１，３２はその長手方向がＸ軸方向に沿う姿勢で配置されている（図１参照）。

配線３１，３２は金属ペーストによって形成されてもよい。金属ペーストは例えば導電性の粒子（例えば銀の微粒子）、バインダーおよび溶剤によって構成される。金属ペーストはそれぞれ接続用電極１４および電極１１の上に塗布され、乾燥等によって硬化して配線３１，３２を形成する。

このような太陽電池モジュール１００において、複数の光電変換セル１０は配線３１，３２の間において相互に直列に接続される。よって、配線３１，３２は複数の光電変換セル１０の一組から電力を取りだすための出力用の配線として機能する。つまり、配線３１，３２は太陽電池モジュール１００の電力取り出し用の配線（出力用の配線）として機能する。

これらの配線３１，３２は太陽電池モジュール１００の外部へと引き出される。例えば配線３１，３２は太陽電池モジュール１００の周縁部（発電領域の外側）で適宜に屈曲してＺ軸方向に延在し、太陽電池モジュール１００の外側へと引き出される。配線３１，３２が金属ペーストである場合、配線３１と接続される一端を有し、太陽電池モジュール１００の周縁部で屈曲してＺ軸方向に延在し、太陽電池モジュール１００の外部へと引き出される別の配線が設けられてもよい。配線３２についても同様である。

＜積層半導体１２の表面＞
図３に示すように、積層半導体１２の−Ｚ側の一主面（つまり基板５１側の表面）１２ａは、電極１１の上に位置する面１２１ａと、分離溝Ｐ１に位置する面１２２ａとを含んでおり、面１２２ａは面１２１ａの凹凸よりも高い凹凸形状を有している。なお、凹凸の高さとは、その凹凸形状における凸部の高さ（Ｚ軸方向に沿う高さ）、言い換えれば、凹凸形状における凹部の深さ（Ｚ軸方向に沿う深さ）をいう。

図３の例においては、積層半導体１２の一主面１２ａのうち電極１１の上に位置する面１２１ａは略平坦であり、理想的にはその凹凸の高さは零である。なお積層半導体１２の面１２１ａは電極１１の＋Ｚ側の一主面１１ａと密着するので、電極１１の一主面１１ａも略平坦となる。つまり、積層半導体１２と電極１１との界面は略平坦である。

一方で、積層半導体１２の一主面１２ａのうち基板５１の上に位置する面１２２ａは凹凸形状を有している。図３の例においては、積層半導体１２の面１２２ａは、基板５１の一主面５１ａのうち分離溝Ｐ１の底面を形成する面５１１ａに密着しており、面５１１ａと同じ形状を有する。要するに、積層半導体１２と基板５１との界面は凹凸形状を有している。言い換えれば、基板５１の面５１１ａも積層半導体１２の面１２２ａと同じ凹凸形状を有している。よって、この基板５１の面５１１ａにおける凹凸の高さは電極１１の一主面１１ａにおける凹凸の高さ（ここでは理想的には零）よりも高い。

図３の例においては、積層半導体１２の面１２２ａは、Ｘ軸方向に沿って見て、凹凸形状を呈している。つまり、積層半導体１２の面１２２ａの凹凸形状における複数の凸部はＹ軸方向に沿って並んで形成されている。図３の例においては、積層半導体１２の面１２２ａの凹凸形状は、−Ｚ側に凸となる円弧がＹ軸方向に沿って連続して並ぶ形状を有している。

この凸部の各々はＸ軸方向に沿って延在していても構わない。例えば当該凸部は光電変換セル１０の−Ｘ側の端から＋Ｘ側の端まで延在していても構わない。このような凸部は平面視においてＸ軸方向に長い長尺状の形状を有する。このような凸部は例えばレーザスクライブ法によって形成しやすい。なぜなら、レーザをパルス状に照射しつつＸ軸方向に沿って走査することにより、基板５１の面５１１ａに凹凸を形成する場合、Ｙ軸方向の各位置においてレーザの条件を変えることなく、Ｘ軸方向に沿ってレーザを走査させれば、長尺状の凸部を形成できるからである。

複数の凸部のピッチ（例えば凸部の中点間のＹ軸方向における距離）は例えば１［μｍ］〜１００［μｍ］程度に設定され得る。凸部の高さ（＝凹凸の高さ＝凹凸の深さ）は例えば０．１［μｍ］〜３００［μｍ］程度に設定され得る。

なお、積層半導体１２の面１２２ａの凹凸形状における複数の凸部は、ＸＹ平面において２次元的に配置されていてもよい。例えば複数の凸部が行列状に配置されていても構わない。複数の凸部のＸ軸方向におけるピッチは例えばＹ軸方向におけるピッチと同程度に設定され得る。なお、行列状に配置された凸部をレーザスクライブ法で形成する場合、例えばＹ軸方向における各位置でレーザをＸ軸方向に沿って走査することにより、Ｙ軸方向に沿って離間する凸部を形成しつつ、この凸部に対応するＹ軸方向の各位置において、Ｘ軸方向の複数の位置のみにレーザを照射することにより、凸部をＸ軸方向で離間させればよい。かかる形成方法では、Ｙ軸方向の位置に応じてレーザの照射条件（Ｘ軸方向の全領域に照射するのか、一部のみに照射するのか）を変更する必要がある。

また上述の例では、積層半導体１２の一主面１２ａのうち分離溝Ｐ１に位置する面１２２ａの形状について述べたものの、分離溝Ｐ１１についても同様である。つまり、−Ｙ側の端に位置する光電変換セル１０において、積層半導体１２の一主面１２ａは電極１１の上に位置する部分よりも分離溝Ｐ１１に位置する部分において高い凹凸形状を有していてもよい。

＜製造方法＞
図４は、太陽電池モジュール１００の製造方法の一例を示すフローチャートであり、図５〜図７は、それぞれ製造途中の状態の一例をそれぞれ概略的に示す断面図である。

まずステップＳ１にて、基板５１の一主面５１ａの上に複数の電極（具体的には電極１１および接続用電極１４）を形成する（図５も参照）。具体的には、まず基板５１の一主面５１ａの上にスパッタリング法または塗布法等により、電極膜を形成する。次に、この電極膜に対して分離溝Ｐ１，Ｐ１１を形成する。例えばフォトリソグラフィ法またはレーザスクライブ法等により、電極膜の一部を除去して分離溝Ｐ１，Ｐ１１を形成する。これにより、複数の電極１１および接続用電極１４が基板５１の一主面５１ａの上に形成される。

次にステップＳ２にて、基板５１の一主面５１ａのうち分離溝Ｐ１，Ｐ１１に対応する面において凹凸形状を形成する（図６も参照）。凹凸形状の形成方法としては、例えば、レーザスクライブ法、サンドブラスト処理およびエッチング処理の少なくともいずれか一つを採用することができる。例えば基板５１の当該面に対してレーザを照射することで、基板５１の一部を適宜に溶融除去して当該面に凹凸形状を形成してもよい。図６の例においては、基板５１の面５１１ａは、＋Ｚ側に向かうにしたがって先細となる複数の凸部が形成されている。

なおステップＳ２は必ずしもステップＳ１の後に実行する必要は無く、ステップＳ１の前に実行してもよい。つまり、先に基板５１の当該面に凹凸形状を形成し、その後、電極１１および接続用電極１４を基板５１の一主面５１ａの上に形成してもよい。

次にステップＳ３にて、複数の積層半導体１２を形成する（図７参照）。具体的には、基板５１、電極１１および接続用電極１４を含む構造体の上に、各種の半導体層をスパッタリング法または塗布法等により順次に形成する。これにより、各種の半導体層からなる積層体が電極１１の一主面１１ａ、および、基板５１の一主面５１ａのうち分離溝Ｐ１，Ｐ１１に対応する面の上に形成される。よって、当該積層体の基板５１側の面には、電極１１の上に位置する部分よりも分離溝Ｐ１，Ｐ１１に位置する部分において高い凹凸形状が形成される。次に、当該積層体に対して分離溝Ｐ２を形成して、複数の積層半導体１２を形成する。例えば、フォトリソグラフィ法またはレーザスクライブ法等により、分離溝Ｐ２を形成する。

次にステップＳ４にて、複数の積層半導体１２の上にそれぞれ複数の電極１３を形成する（図３も参照）。具体的には、基板５１、電極１１、接続用電極１４および積層半導体１２を含む構造体の上に、電極膜をスパッタリング法または塗布法等により形成する。次にこの電極膜に対して分離溝Ｐ３を形成して、複数の電極１３を形成する。例えばフォトリソグラフィ法またはレーザスクライブ法等により、分離溝Ｐ３を形成する。

次にステップＳ５にて、配線３１，３２を配置する。例えば配線３１を接続用電極１４の＋Ｚ側の一主面の上に配置し、これらを固定する。同様に、配線３２を＋Ｙ側の端の光電変換セル１０の電極１１の一主面の上に配置し、これらを固定する。例えば超音波半田等により、これらを固定してもよい。

以上の製造工程を経て、太陽電池モジュール１００を製造することができる。この太陽電池モジュール１００において、分離溝Ｐ１および分離溝Ｐ１１の各々において、積層半導体１２の基板５１側の表面は高い凹凸形状を呈しており、基板５１の一主面５１ａに密着している。これによれば、積層半導体１２と基板５１との接触面積を向上することができ、積層半導体１２と基板５１との間の密着力を向上することができる。したがって、太陽電池モジュール１００の信頼性を向上することができる。

また例えば太陽電池モジュール１００に対して−Ｚ側から外光が入射されると、積層半導体１２の凹凸形状を有する表面に入射した外光は、その凹凸によって屈折または散乱して、積層半導体１２の内部を斜めに進む。図３の例においては、外光の進む方向の一例が模式的に矢印で示されている。

ところで、積層半導体１２はその全てが発電に寄与するわけではない。具体的には、積層半導体１２のうち同じ光電変換セル１０に属する電極１１，１３の両方とＺ軸方向で対向する部分１２１（図３も参照）が主として発電に寄与し、これ以外の部分は発電に寄与しにくい。よって、積層半導体１２のうち、分離溝Ｐ１（あるいは分離溝Ｐ１１）とＺ軸方向において対向する部分１２２も発電に寄与しにくい。

太陽電池モジュール１００によれば、積層半導体１２の部分１２２へ入射しようとする外光は、積層半導体１２の凹凸形状を有する表面（例えば面１２２ａ）で屈折または散乱されて、積層半導体１２の内部を斜めに進む。よって、その一部は積層半導体１２の部分１２１に入射する。つまり、積層半導体１２のうち発電に寄与する部分１２１へ入射される外光の量を向上することができる。これにより、太陽電池モジュール１００の変換効率（単位面積当たりの変換効率）を向上することができる。

また＋Ｚ側から太陽電池モジュール１００に対して外光が入射する場合、積層半導体１２の部分１２２を透過した外光は、分離溝Ｐ１（または分離溝Ｐ１１）において凹凸形状を有する表面（例えば面１２２ａ）で反射または散乱し、その一部は積層半導体１２の部分１２１へ入射される。よってこの場合でも、太陽電池モジュール１００の変換効率を向上できる。

一方で、積層半導体１２の発電に寄与する部分１２１の面１２１ａの凹凸は積層半導体の面１２２ａよりも小さく、例えば略平坦である。よって、積層半導体１２の部分１２１の厚みの均一性を向上させることができ、発電効率の低下を低減することができる。

＜太陽電池モジュール１００Ａ＞
図８は、太陽電池モジュール１００Ａの一部の構成の一例を概略的に示す図である。太陽電池モジュール１００Ａは、基板５１の一主面５１ａの形状および複数の突起体１５の有無という点で、太陽電池モジュール１００と相違している。

太陽電池モジュール１００Ａにおいては、基板５１の一主面５１ａは一様に略平坦である。つまり、基板５１の一主面５１ａのうち分離溝Ｐ１に対応する面も略平坦であり、また分離溝Ｐ１１に対応する面も略平坦である。

複数の突起体１５は、複数の電極１１の相互間（つまり分離溝Ｐ１）において、基板５１の一主面５１ａの上に配置されている。よって、突起体１５は基板５１の一主面５１ａから＋Ｚ側の突起している、ともいえる。これらの突起体１５は基板５１の一主面５１ａとともに凹凸形状を形成している。例えば複数の突起体１５はＹ軸方向において互いに間隔を空けて並んで配置されている。つまり、基板５１の一主面５１ａは、分離溝Ｐ１において、複数の突起体１５によって覆われる部分と、複数の突起体１５によって覆われない部分を有している。よって、基板５１の一主面５１ａのうち分離溝Ｐ１において突起体１５に覆われない面と、突起体１５の＋Ｚ側の表面とを繋いだ面は凹凸形状を形成する。

突起体１５は図８に例示するように、＋Ｚ側に向かうにしたがって先細となる形状を有していてもよい。また、突起体１５はＸ軸方向に沿って延在していてもよい。例えば突起体１５は光電変換セル１０の−Ｘ側の端から＋Ｘ側の端まで延在していてもよい。あるいは、複数の突起体１５が分離溝Ｐ１において２次元的（例えば行列状）に配置されてもよい。

複数の突起体１５は任意の材料で形成されてもよいものの、例えば電極１１と同じ材料で形成されてもよい。これによれば、電極１１と同じ工程で突起体１５を形成することができる。このように突起体１５が導電性を有する場合には、複数の突起体１５がＹ軸方向において相互に間隔を空けて配置されることにより、分離溝Ｐ１における絶縁性を確保することができる。つまり、複数の突起体１５がＹ軸方向において分離していれば、複数の突起体１５の相互間の距離を調整することで、隣り合う電極１１の間の絶縁性を確保することができる。

積層半導体１２は分離溝Ｐ１において、基板５１および突起体１５を含む構造体の上に形成される。つまり、積層半導体１２の面１２２ａは突起体１５と密着しつつ、分離溝Ｐ１において突起体１５が配置されていない領域では基板５１の一主面５１ａに密着する。よって、積層半導体１２の面１２２ａには、基板５１および突起体１５により形成された凹凸形状と同一の凹凸形状が形成される。

上述の例では、分離溝Ｐ１において突起体１５を配置しているものの、分離溝Ｐ１１においても突起体１５を配置するとよい。

＜製造方法＞
図９は、太陽電池モジュール１００Ａの製造方法の一例を示すフローチャートである。図１０および図１１は、製造途中の状態の一例を概略的に示す図である。

まずステップＳ１１にて、基板５１の一主面５１ａの上に電極（具体的には電極１１および接続用電極１４）と突起体１５とを形成する（図１０も参照）。具体的には、まずスパッタリング法または塗布法等により、基板５１の一主面５１ａの上に電極膜を形成する。次に例えばフォトリソグラフィ法またはレーザスクライブ法等により、電極膜の一部を適宜に除去して、電極１１、接続用電極１４および突起体１５を形成する。

次にステップＳ１２にて、複数の積層半導体１２を形成する（図１１も参照）。具体的には、まず、基板５１、電極１１、接続用電極１４および突起体１５を含む構造体の＋Ｚ側の主面の上に、各種の半導体層をスパッタリング法または塗布法等により順次に形成する。次に、フォトリソグラフィ法またはレーザスクライブ法等により、分離溝Ｐ２を形成して、積層半導体１２を形成する。

次にステップＳ１３，Ｓ１４をこの順で実行する。ステップＳ１３，Ｓ１４はステップＳ４，Ｓ５とそれぞれ同一である。

以上の製造工程を経て、太陽電池モジュール１００Ａを製造することができる。この太陽電池モジュール１００Ａにおいても、積層半導体１２の面１２２ａは凹凸形状を有している。よって、積層半導体１２とその下地層（基板５１および突起体１５）との接触面積を向上することができる。したがってこれらの間の密着力を向上できる。

また積層半導体１２の面１２２ａに入射される外光の一部は当該面１２２ａの凹凸形状で反射、屈折または散乱して積層半導体１２の部分１２１へと入射される。よって、太陽電池モジュール１００と同様に、太陽電池モジュール１００Ａの変換効率を向上できる。

また積層半導体１２の面１２１ａの凹凸の高さは面１２２ａよりも小さく、例えば理想的には零であるので、太陽電池モジュール１００と同様に、太陽電池モジュール１００Ａを薄くできる。

＜濡れ性＞
太陽電池モジュール１００Ａにおいて、積層半導体１２を液相成長法（例えば塗布法）により作成してもよい。例えば積層半導体１２として、ＣＩＳ太陽電池、ＣＩＧＳ太陽電池、ペロブスカイト太陽電池または色素増感太陽電池等に用いられる積層半導体（光電変換層）を採用する場合に、液相成長法（例えば塗布法）を採用することができる。この液相成長法においては、電極１１、接続用電極１４および突起体１５が形成された基板５１へと原料溶液を塗布して半導体膜を析出させることにより、当該半導体膜を成膜する。

この場合、積層半導体１２の原料溶液に対する突起体１５の濡れ性は基板５１の濡れ性よりも高いことが望ましい。例えば突起体１５および基板５１の材料は次の組み合わせを採用することが望ましい。具体的には、例えば突起体１５はＩＴＯ（Indium Tin Oxide）、酸化亜鉛または酸化スズなどで形成され、基盤５１はガラスなどで形成されていればよい。

突起体１５の濡れ性が基板５１の濡れ性よりも高い場合には、積層半導体１２の最下層（−Ｚ側の端に位置する半導体膜）の原料溶液が突起体１５を良好に覆うことができる。よって、積層半導体１２が突起体１５に対して良好に被覆される。つまり、積層半導体１２の最下層の被覆性を向上することができる。これにより、太陽電池モジュール１００の性能および信頼性を向上することができる。

なお上述の太陽電池モジュール１００，１００Ａでは、光電変換セル１０は相互に直列に接続されているものの、必ずしもこれに限らない。光電変換セル１０は相互に並列に接続されてもよく、あるいは、相互に直列接続された光電変換セル１０の組の複数が相互に並列に接続されてもよい。

以上のように、太陽電池モジュールおよびその製造方法は詳細に説明されたが、上記した説明は、全ての局面において例示であって、この開示がそれに限定されるものではない。また、上述した各種変形例は、相互に矛盾しない限り組み合わせて適用可能である。そして、例示されていない多数の変形例が、この開示の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１０ 光電変換セル
１１ 第１電極（電極）
１２ 積層半導体
１２ａ 積層半導体の表面
１２１ａ 第１面（面）
１２２ａ 第２面（面）
１３ 第２電極（電極）
１５ 突起体
５１ 基板
５１ａ 基板の表面（一主面）
１００，１００Ａ 太陽電池モジュール
Ｐ１ 分離溝

Claims (5)

1. 太陽電池モジュールであって、
   基板と、
   前記基板の表面の上において所定方向に並んで位置する複数の光電変換セルと
   を備え、
   前記複数の光電変換セルの各々は、
   前記基板の前記表面の上に位置する第１電極と、
   前記第１電極の上に位置する積層半導体と、
   前記積層半導体の上に位置する第２電極と
   を備え、
   前記複数の光電変換セルの相互間には、各々の前記第１電極を分離する分離溝が形成されており、
   前記積層半導体は前記分離溝の内部にも位置しており、
   前記積層半導体の前記基板側の表面は、前記第１電極の上に位置する第１面と、前記分離溝に位置する第２面とを含んでおり、前記第２面は前記第１面の凹凸よりも高い凹凸形状を有する、太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記基板の前記表面は、前記分離溝において前記積層半導体の前記第２面の凹凸形状と同じ凹凸形状を有しており、
   前記積層半導体の前記表面は前記分離溝において前記基板の前記第２面と密着している、太陽電池モジュール。
3. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記分離溝において前記基板の前記表面の上に位置しており、前記積層半導体の前記第２面の凹凸形状と同じ凹凸形状を、前記基板とともに形成する複数の突起体を更に備え、
   前記積層半導体は前記分離溝において前記基板および前記複数の突起体に密着している、太陽電池モジュール。
4. 請求項３に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記複数の突起体は前記第１電極と同じ材料によって形成されており、前記所定方向において互いに間隔を空けて配置されている、太陽電池モジュール。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の太陽電池モジュールであって、
   前記積層半導体の前記第１面は平坦である、太陽電池モジュール。

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