JP4549271B2 - 光起電力装置 - Google Patents

Description

本発明は、光起電力装置に関し、特に、光電変換部上に金属線が取り付けられた光起電力装置に関する。

従来、光電変換部の主表面に金属線からなる集電極が取り付けられた光起電力装置が種々知られている（たとえば、特許文献１参照）。上記特許文献１に開示された光起電力装置と同様の構成を有する従来の一例による光起電力装置について以下に説明する。

図１４は、上記した従来の一例による光起電力装置の構成を示した上面図である。図１５は、図１４の４００−４００線に沿った断面図である。

図１４および図１５に示すように、従来の一例による光起電力装置では、光電変換部１０１の上面上に、約５０μｍの直径を有する金属線からなる集電極１０２が導電性の接着層１０３により接着されている。この集電極１０２および接着層１０３は、図１４に示すように、光電変換部１０１の上面上に所定の間隔を隔てて互いに平行に延びるように複数設けられている。また、光電変換部１０１の上面上には、集電極１０２および接着層１０３の延びる方向に対して直交する方向に延びるように、２つのバスバー電極１０４が所定の間隔を隔てて平行に延びるように形成されている。

また、光電変換部１０１では、図１５に示すように、上面および下面にテクスチャ構造（凹凸形状）が形成されたｎ型単結晶シリコン基板１０５の上面上に、実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層１０６と、ｐ型非晶質シリコン層１０７と、透明導電膜１０８とが順次形成されている。この透明導電膜１０８の上面上に、上記の接着層１０３を介して集電極１０２が接着されているとともに、バスバー電極１０４（図１４参照）が形成されている。また、ｎ型単結晶シリコン基板１０５の下面上には、実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層１０９と、ｎ型非晶質シリコン層１１０と、透明導電膜１１１とが順次形成されている。また、透明導電膜１１１の下面上には、所定の間隔を隔てて互いに平行な方向に延びるように形成された複数のフィンガー電極部１１２ａと、フィンガー電極部１１２ａにより収集された電流を集合させるバスバー電極部（図示せず）とからなる裏面電極１１２が形成されている。

特開平３−６８６７号公報

しかしながら、図１４および図１５に示した従来の一例による光起電力装置では、光電変換部１０１の上面からの光の入射量を多くして発光効率を高めるために、約５０μｍの直径を有する極めて細い金属線を集電極１０２として用いているので、集電極１０２と接着層１０３との接着面積が小さくなる。これにより、集電極１０２の接着層１０３に対する接着強度が小さくなるので、集電極１０２が接着層１０３から剥離しやすいという不都合がある。その結果、集電極１０２が光電変換部１０１から剥離しやすいという問題点がある。また、集電極１０２と接着層１０３との接着面積が小さくなるので、集電極１０２と接着層１０３との間の接触抵抗が増加する。これにより、光起電力装置の出力損失が増加するという問題点もある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、金属線が光電変換部上から剥離するのを抑制するとともに、出力損失が増加するのを抑制することが可能な光起電力装置を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における光起電力装置は、光電変換部と、前記光電変換部上に設けられた金属線からなる集電極と、前記集電極を前記光電変換部上に接着するための金属粒子を含有する接着層とを備え、前記金属線は、１本の金属線からなり、前記集電極の少なくとも前記接着層に接する領域には、不均一な凹凸形状が形成され、該凹凸形状は、前記金属粒子の粒子径より大きな開口幅の複数の凹部を有し、該凹部には、金属粒子が充填されていることを特徴とする。

上記目的を達成するために、この発明の第２の局面における光起電力装置は、複数の光電変換部を備えた光起電力装置であって、隣り合う光電変換部を接続するために該隣り合う光電変換部上に設けられた金属線と、前記金属線を前記光電変換部上に接着するための金属粒子を含有する接着層とを備え、前記金属線は、１本の金属線からなり、前記金属線の少なくとも前記接着層に接する領域には、不均一な凹凸形状が形成され、該凹凸形状は、前記金属粒子の粒子径より大きな開口幅の複数の凹部を有し、該凹部には、金属粒子が充填されていることを特徴とする。

この第１、第２の局面による光起電力装置では、上記のように、金属線の少なくとも接着層に接する領域に、不均一な凹凸形状を形成することによって、金属線の接着層に接する領域の表面積を大きくすることができるので、金属線と接着層との接着面積を大きくすることができる。これにより、金属線の接着層に対する接着強度を大きくすることができるので、金属線が接着層から剥離するのを抑制することができる。その結果、金属線が光電変換部上から剥離するのを抑制することができる。また、金属線と接着層との接着面積を大きくすることができるので、金属線と導電性の接着層との間の接触抵抗が大きくなるのを抑制することができる。これにより、光起電力装置の出力損失が増加するのを抑制することができる。しかも、金属線の不均一な凹凸形状には、複数の凹部が設けられており、金属線の接着層に接する領域の表面積をより大きくすることができるので、金属線と接着層との接着面積をより大きくすることができる。これにより、金属線の接着層に対する接着強度をより大きくすることができるので、金属線が接着層から剥離するのをより抑制することができる。その結果、金属線が光電変換部上から剥離するのをより抑制することができる。

上記第１、第２の局面による光起電力装置において、接着層は、金属粒子を含有し、金属線の凹凸形状は金属粒子が充填されている凹部を有する。このように構成すれば、金属線と接着層の金属粒子との接触面積を大きくすることができるので、金属線と接着層との間の接触抵抗が大きくなるのをより抑制することができる。これにより、光起電力装置の出力損失が増加するのをより抑制することができる。

上記凹部の開口幅は、金属粒子の粒子径よりも大きい。このように構成すれば、上記凹部に、容易に、接着層の金属粒子を充填することができるので、集電極と金属粒子との接触面積を、容易に、大きくすることができる。

上記第１、第２の局面による光起電力装置において、好ましくは、金属線は、実質的に円形状の断面形状を有し、金属線の円周面全体に凹凸形状が形成されている。このように構成すれば、実質的に円形状の断面形状を有する金属線を、捩れた状態で光電変換部上に取り付けた場合にも、金属線の接着層に接する領域に容易に凹凸形状を配置することができるので、金属線と接着層との接着面積を容易に大きくすることができる。

上記局面による光起電力装置において、好ましくは、金属線の凹凸形状の凹部は、金属線の延びる方向に交差する断面の外周に沿って所定の間隔で複数設けられているとともに、金属線の延びる方向に沿っても所定の間隔で複数設けられている。このように構成すれば、金属線の接着層に接する領域の表面積をより大きくすることができるので、金属線と接着層との接着面積をより大きくすることができる。

前記金属線は、表面の一部または全部に金属または合金のメッキが施された金属
線であることを特徴とする

上記第１、第２の局面における光起電力装置の製造方法は、例えば、金属線の所定の領域に、サンドブラスト法により凹凸形状を形成する工程と、金属線の凹凸形状が形成された領域を、導電性の接着層により光電変換部上に接着することにより、金属線を設ける工程とを備えている。このように、金属線の凹凸形状が形成された領域を、接着層により光電変換部上に接着することにより、金属線を設ける工程を設けることによって、金属線の接着層に接する領域の表面積を大きくすることができるので、金属線と接着層との接着面積を大きくすることができる。これにより、金属線の接着層に対する接着強度を大きくすることができるので、金属線が接着層から剥離するのを抑制することができる。その結果、金属線が光電変換部上から剥離するのを抑制することができる。また、金属線と接着層との接着面積を大きくすることができるので、金属線と導電性の接着層との間の接触抵抗が大きくなるのを抑制することができる。これにより、光起電力装置の出力損失が増加するのを抑制することができる。また、金属線の所定の領域に、サンドブラスト法により凹凸形状を形成する工程を設けることによって、金属線に容易に凹凸形状を形成することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態による光起電力装置の構成を示した上面図である。図２は、図１の１００−１００線に沿った断面図である。図３は、図１に示した一実施形態による光起電力装置の接着層付近の拡大断面図である。図４は、図１の２００−２００線に沿った断面図である。図５は、図１の３００−３００線に沿った断面図である。まず、図１〜図５を参照して、本発明の一実施形態による光起電力装置の構成について説明する。

本発明の一実施形態による光起電力装置では、図１に示すように、光電変換部１の上面（主表面）上に、銅線（金属線）からなる集電極２が、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト（銀（Ａｇ）ペースト）からなる導電性の接着層３により接着されている。この集電極２および接着層３は、光電変換部１の上面上に、図１のＡ方向に約２ｍｍのピッチ（中心間間隔）で配置されるとともに、図１のＢ方向に互いに平行に延びるように複数設けられている。

ここで、本実施形態では、集電極２は、約５０μｍの直径を有する実質的に円形状の断面形状を有するように形成されている。また、集電極２の接着層３と接する領域には、図２および図４に示すように、複数の凹部２ａを有する凹凸形状が形成されている。この凹凸形状の凹部２ａは、集電極２の延びる方向に交差する断面の外周に沿って所定の間隔で複数設けられているとともに、集電極２の延びる方向（図４のＢ方向）に沿っても所定の間隔で複数設けられている。また、図３に示すように、凹部２ａの深さを凹部深さ（Ｈ）、互いに隣接する凹部２ａの谷部（底部）同士の距離を凹部ピッチ（Ｐ）、凹部２ａの開口幅を凹部開口幅（Ｗ）とすると、集電極２の凹部２ａは、約２μｍ〜約１５μｍの凹部深さ（Ｈ）と、約２μｍ〜約１５μｍの凹部ピッチ（Ｐ）と、約１．８μｍ〜約１３μｍの凹部開口幅（Ｗ）とを有するように形成されている。そして、この凹部２ａには、接着層３に含まれる約１．１μｍの平均直径（粒子径）を有する銀（Ａｇ）からなる粒状フィラー３ａと、約６μｍの最大長さ（粒子径）を有する銀（Ａｇ）からなるフレーク状フィラー３ｂとが充填されている。なお、粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂは、本発明の「金属粒子」の一例である。

また、図１に示すように、光電変換部１上の接着層３の両端部から約２５ｍｍ内側の位置に、集電極２の延びる方向に対して直交する方向（Ａ方向）に延びるように、２つのバスバー電極４が形成されている。このバスバー電極４は、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト（銀（Ａｇ）ペースト）からなるとともに、約１．５ｍｍの幅を有している。また、集電極２および接着層３と、バスバー電極４とが交差する領域では、図５に示すように、集電極２と接着層３とを覆うように、バスバー電極４が形成されている。このバスバー電極４により、複数の集電極２が互いに電気的に接続されている。

また、光電変換部１では、図２に示すように、約１Ω・ｃｍの抵抗率と、約１０４ｍｍ（縦）×約１０４ｍｍ（横）の大きさと、約３００μｍの厚みとを有するとともに、（１００）面を有するｎ型単結晶シリコン基板５の上面および下面には、テクスチャ構造（凹凸形状）が形成されている。そして、ｎ型単結晶シリコン基板５の上面上に、約５ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層６が形成されている。また、ｉ型非晶質シリコン層６の上面上には、約５ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層７と、約８０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有する透明導電膜８とが順次形成されている。また、透明導電膜８は、約５質量％のＳｎＯ_２を含有するＩｎＯ_２からなるＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）膜によって構成されている。

また、ｎ型単結晶シリコン基板５の下面上には、約５ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層９と、約５ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層１０と、約８０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みを有する透明導電膜１１とが順次形成されている。また、透明導電膜１１の下面上には、所定の間隔を隔てて互いに平行な方向に延びるように形成された複数のフィンガー電極部１２ａと、フィンガー電極部１２ａにより収集された電流を集合させるバスバー電極部（図示せず）とからなる裏面電極１２が形成されている。この裏面電極１２は、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト（銀（Ａｇ）ペースト）により形成されている。

図６〜図８は、本実施形態による光起電力装置の光電変換部への銅線の取付工程を説明するための図である。次に、図１〜図８を参照して、本発明の一実施形態による光起電力装置の製造プロセスについて説明する。

まず、図２および図４を参照して、光電変換部１の製造プロセスについて説明する。

図２および図４に示すように、約１Ω・ｃｍの抵抗率と、約１０４ｍｍ（縦）×約１０４ｍｍ（横）の大きさと、約３００μｍの厚みとを有するとともに、（１００）面を有するｎ型単結晶シリコン基板５を、アルカリ水溶液によりエッチングすることにより、ｎ型単結晶シリコン基板５の上面および下面に、テクスチャ構造（凹凸形状）を形成する。その後、洗浄することにより不純物を除去する。そして、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、周波数：約１３．５６ＭＨｚ、形成温度：約１００℃〜約３００℃、反応圧力：約５Ｐａ〜約１００Ｐａ、ＲＦパワー：約１ｍＷ／ｃｍ^２〜約５００ｍＷ／ｃｍ^２の条件下で、ｎ型単結晶シリコン基板５の上面上に、約５ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層６と、約５ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層７とを順次形成する。なお、ｐ型非晶質シリコン層７を形成する際のｐ型ドーパントとしては、３族元素であるＢ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎが挙げられる。ｐ型非晶質シリコン層７の形成時に、ＳｉＨ_４（シラン）ガスなどの原料ガスに、上記したｐ型ドーパントの少なくとも１つを含む化合物ガスを混合することによって、ｐ型非晶質シリコン層７を形成することが可能である。

次に、上記ｉ型非晶質シリコン層６およびｐ型非晶質シリコン層７と同様の形成プロセスにより、ｎ型単結晶シリコン基板５の下面上に約５ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層９と、約５ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層１０とを順次形成する。なお、ｎ型非晶質シリコン層１０を形成する際のｎ型ドーパントとしては、５族元素であるＰ、Ｎ、Ａｓ、Ｓｂが挙げられる。ｎ型非晶質シリコン層１０の形成時に、原料ガスに上記したｎ型ドーパントの少なくとも１つを含む化合物ガスを混合することによって、ｎ型非晶質シリコン層１０を形成することが可能である。

次に、スパッタリング法を用いて、ｐ型非晶質シリコン層７の上面上、および、ｎ型非晶質シリコン層１０の下面上に、ＩＴＯ膜からなる透明導電膜８および１１をそれぞれ形成する。具体的には、この透明導電膜８および１１の形成時には、ＳｎＯ_２粉末を約５質量％含むＩｎ_２Ｏ_３粉末の焼結体からなるターゲットを、スパッタリング装置（図示せず）のチャンバ（図示せず）内のカソード（図示せず）に設置する。この場合、ＳｎＯ_２粉末の量を変化させることにより、ＩＴＯ膜中のＳｎ量を変化させることが可能である。なお、Ｉｎに対するＳｎの量は、約１質量％〜約１０質量％が好ましい。

そして、ｐ型非晶質シリコン層７およびｎ型非晶質シリコン層１０が形成されたｎ型単結晶シリコン基板５をカソードと平行に対向配置する。そして、チャンバ（図示せず）を真空排気した後、加熱ヒータ（図示せず）を用いて、基板温度が約２００℃になるまで加熱する。そして、基板温度を約２００℃にした状態で、ＡｒガスとＯ_２ガスとの混合ガスを流して圧力を約０．４Ｐａ〜約１．３Ｐａに保持するとともに、カソードに約０．５ｋＷ〜約２ｋＷのＤＣ電力を投入することにより放電を開始する。このようにして、透明導電膜８および１１をそれぞれｐ型非晶質シリコン層７の上面上およびｎ型非晶質シリコン層１０の下面上の各々に約８０ｎｍ〜約１００ｎｍの厚みになるまで形成する。

次に、図３および図６〜図８を参照して、光電変換部１への銅線の取付工程について説明する。

まず、約５０μｍの直径を有する銅線２ｂ（図６参照）の所定の領域に、サンドブラスト法により凹凸形状を形成した後、その凹凸形状が形成された銅線２ｂをボビン２１（図６参照）に巻き取る。具体的には、サンドブラスト法により、約１．８μｍ〜約１３μｍの平均粒径を有するアルミナ粒を約４９×１０^４Ｎ／ｍ^２〜約２９．４×１０^４Ｎ／ｍ^２の噴射圧力で銅線２ｂ（図６参照）に衝突させる。これにより、銅線２ｂに、平均約２μｍ〜約１５μｍの凹部深さ（Ｈ）（図３参照）と、平均約２μｍ〜約１５μｍの凹部ピッチ（Ｐ）と、平均約１．８μｍ〜約１３μｍの凹部開口幅（Ｗ）とを有する凹凸形状が形成される。なお、銅線２ｂは、本発明の「金属線」の一例である。なお、凹部深さ（Ｈ）および凹部ピッチ（Ｐ）が銅線２ｂの直径（約５０μｍ）に対して約３０％以上の大きさである約１６μｍ以上の大きさを有するように凹凸形状を形成した場合には、銅線２ｂ自体の強度が低下するので、後述する光電変換部１への銅線２ｂの取付工程において、銅線２ｂが破断しやすくなる。このため、凹部深さ（Ｈ）および凹部ピッチ（Ｐ）は、約１６μｍ未満の大きさに形成するのが好ましい。

次に、図６に示すように、ボビン２１から引き出した銅線２ｂが破断や撓みを生じないように、平行に配置された４本の円柱部２２ａを有する巻取り部材２２を等速で回転するとともに、銅線２ｂに所定の張力（約０．１９６Ｎ）を付与しながら、銅線２ｂを巻取り部材２２の円柱部２２ａに約２ｍｍのピッチで平行に配置されるように巻き取る。このとき、銅線２ｂの凹凸形状が巻取り部材２２の回転中心Ｏ１に対して外側に向くように巻き取る。

そして、図７に示すように、銅線２ｂの凹凸形状が形成された領域に、約５０μｍの厚みを有するエポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト（銀（Ａｇ）ペースト）３ｃを塗布する。具体的には、円筒状のローラ２３から所定の距離を隔てて厚み調節ローラ２４を配置し、ローラ２３を回転させることにより、ローラ２３の表面に約５０μｍの厚みを有する導電性ペースト３ｃを塗布する。その後、銅線２ｂに所定の張力（約０．１９６Ｎ）を付与しながら、ローラ２３の導電性ペースト３ｃを銅線２ｂに接触させた状態で、ローラ２３を回転することにより、導電性ペースト３ｃを銅線２ｂに転写する。このとき、導電性ペースト３ａの転写速度と同じ大きさでローラ２３を平行移動させる。この場合、銅線２ｂと導電性ペースト３ｃとの接触面積を小さくすることが可能となる。これにより、導電性ペースト３ｃを銅線２ｂから引き離す際に銅線２ｂにかかる応力を小さくすることが可能となるので、銅線２ｂが破断や撓みを生じるのを抑制することが可能となる。なお、本実施形態では、導電性ペースト３ｃには、約１．１μｍの平均直径（粒子径）を有する銀（Ａｇ）からなる粒状フィラー３ａと、約６μｍの最大長さ（粒子径）を有する銀（Ａｇ）からなるフレーク状フィラー３ｂとが含まれている。

その後、図８に示すように、光電変換部１を固定台２５に固定する。そして、約２ｍｍのピッチで平行に配置されるとともに、導電性ペースト３ｃが塗布された銅線２ｂを光電変換部１の所定の領域に配置する。そして、熱硬化型の導電性ペースト３ｃを光電変換部１の上面に接触させた状態で、ランプヒータ（図示せず）により約２００℃の温度で約３０分間熱処理を行うことにより、導電性ペースト３ｃを硬化させて接着層３を形成する。これにより、光電変換部１の上面上に、銅線２ｂからなる集電極２が形成される。すなわち、本実施形態では、１つのボビン２１から引き出した銅線２ｂを、巻取り部材２２の円柱部２２ａに平行に巻き取り、光電変換部１に接着することにより集電極２を形成するので、集電極２と同数のボビン２１から引き出した銅線２ｂを平行に配置して光電変換部１に接着する従来の方法に比べて、ボビン２１の数を減少させることが可能となる。これにより、ボビン２１を配置するスペースを省スペース化することが可能となる。なお、本実施形態では、図３に示すように、集電極２は、接着層３に含まれる粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂが凹部２ａに充填された状態で形成される。

次に、図１および図５を参照して、バスバー電極４および裏面電極１２の製造プロセスについて説明する。

まず、図１に示すように、スクリーン印刷法を用いて、光電変換部１上の接着層３の両端部から約２５ｍｍ内側の位置に、集電極２および接着層３の延びる方向に対して直交する方向に延びるように、導電性ペーストを転写する。なお、この導電性ペーストとしては、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト（銀（Ａｇ）ペースト）を用いる。この後、加熱炉内で約２００℃で約１時間加熱することにより導電性ペーストを硬化させる。これにより、光電変換部１上の接着層３の所定の領域に、複数の集電極２を互いに接続するバスバー電極４が形成される。このとき、このバスバー電極４が集電極２および接着層３と交差する位置では、図５に示すように、集電極２および接着層３を覆うようにバスバー電極４が形成される。

その後、スクリーン印刷法を用いて、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペースト（銀（Ａｇ）ペースト）を裏面側の透明導電膜１１の所定の領域上に転写した後、加熱炉内で約２００℃で約１時間加熱することにより導電性ペーストを硬化させて裏面電極１２を形成する。これにより、透明導電膜１１の下面上に所定の間隔を隔てて互いに平行に延びるように形成された複数のフィンガー電極部１２ａと、フィンガー電極部１２ａにより収集された電流を集合させるバスバー電極部（図示せず）とからなる裏面電極１２が形成される。このようにして、図１に示した本発明の一実施形態による光起電力装置が作製される。

本実施形態では、上記のように、集電極２の接着層３に接する領域に、凹凸形状を形成することによって、集電極２の接着層３に接する領域の表面積を大きくすることができるので、集電極２と接着層３との接着面積を大きくすることができる。これにより、集電極２の接着層３に対する接着強度を大きくすることができるので、集電極２が接着層３から剥離するのを抑制することができる。その結果、集電極２が光電変換部１から剥離するのを抑制することができる。また、集電極２と接着層３との接着面積を大きくすることができるので、集電極２と導電性の接着層３との間の接触抵抗が大きくなるのを抑制することができる。これにより、光起電力装置の出力損失が増加するのを抑制することができる。

また、本実施形態では、集電極２の凹凸形状に、複数の凹部２ａを設けることによって、集電極２の接着層３に接する領域の表面積をより大きくすることができるので、集電極２と接着層３との接着面積をより大きくすることができる。これにより、集電極２の接着層３に対する接着強度をより大きくすることができるので、集電極２が接着層３から剥離するのをより抑制することができる。その結果、集電極２が光電変換部１から剥離するのをより抑制することができる。

また、本実施形態では、集電極２の凹凸形状の凹部２ａに、接着層３の銀（Ａｇ）からなる粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂを充填することによって、集電極２と、接着層３の粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂとの接触面積を大きくすることができるので、集電極２と接着層３との間の接触抵抗が大きくなるのをより抑制することができる。これにより、光起電力装置の出力損失が増加するのをより抑制することができる。

また、本実施形態では、集電極２の凹凸形状の凹部２ａの凹部開口幅（Ｗ）を、接着層３の粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂの粒子径よりも大きく形成することによって、集電極２の凹凸形状の凹部２ａに、容易に、接着層３の粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂを充填することができるので、集電極２と接着層３の粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂとの接触面積を、容易に、大きくすることができる。

また、本実施形態では、集電極２の凹凸形状の凹部２ａを、集電極２の延びる方向に交差する断面の外周に沿って所定の間隔で複数設けるとともに、集電極２の延びる方向に沿っても所定の間隔で複数設けることによって、集電極２の接着層３に接する領域の表面積をより大きくすることができるので、集電極２と接着層３との接着面積をより大きくすることができる。

また、本実施形態では、銅線２ｂの所定の領域に、サンドブラスト法により凹凸形状を形成することによって、銅線２ｂに容易に凹凸形状を形成することができる。

図９は、本発明の一実施形態による効果を確認するために行った実験を説明するための図である。次に、上記した本発明の一実施形態による効果を確認するために行った実験について説明する。この実験では、銅線２ｂの凹凸形状の大きさを変化させて実施例１−１〜１−５および比較例１−１による光起電力装置を作製するとともに、その作製した光起電力装置について、集電極２の剥離強度および起電力装置の出力を測定した。

（実施例１−１）
この実施例１−１では、サンドブラスト法を用いて、約１．８μｍの平均粒径を有するアルミナ粒を約４９×１０^４Ｎ／ｍ^２の噴射圧力で銅線２ｂに衝突させることにより、銅線２ｂに平均約２μｍの凹部深さ（Ｈ）と、平均約２μｍの凹部ピッチ（Ｐ）と、平均約１．８μｍの凹部開口幅（Ｗ）とを有する凹凸形状を形成した。これ以外は、上記実施形態と同様にして、実施例１−１による光起電力装置を作製した。

（実施例１−２）
この実施例１−２では、サンドブラスト法を用いて、約４μｍの平均粒径を有するアルミナ粒を約３９．２×１０^４Ｎ／ｍ^２の噴射圧力で銅線２ｂに衝突させることにより、銅線２ｂに平均約５μｍの凹部深さ（Ｈ）と、平均約５μｍの凹部ピッチ（Ｐ）と、平均約４μｍの凹部開口幅（Ｗ）とを有する凹凸形状を形成した。これ以外は、上記実施形態と同様にして、実施例１−２による光起電力装置を作製した。

（実施例１−３）
この実施例１−３では、サンドブラスト法を用いて、約６μｍの平均粒径を有するアルミナ粒を約３５．３×１０^４Ｎ／ｍ^２の噴射圧力で銅線２ｂに衝突させることにより、銅線２ｂに平均約８μｍの凹部深さ（Ｈ）と、平均約８μｍの凹部ピッチ（Ｐ）と、平均約６μｍの凹部開口幅（Ｗ）とを有する凹凸形状を形成した。これ以外は、上記実施形態と同様にして、実施例１−３による光起電力装置を作製した。

（実施例１−４）
この実施例１−４では、サンドブラスト法を用いて、約１０μｍの平均粒径を有するアルミナ粒を約３１．４×１０^４Ｎ／ｍ^２の噴射圧力で銅線２ｂに衝突させることにより、銅線２ｂに平均約１２μｍの凹部深さ（Ｈ）と、平均約１２μｍの凹部ピッチ（Ｐ）と、平均約１０μｍの凹部開口幅（Ｗ）とを有する凹凸形状を形成した。これ以外は、上記実施形態と同様にして、実施例１−４による光起電力装置を作製した。

（実施例１−５）
この実施例１−５では、サンドブラスト法を用いて、約１３μｍの平均粒径を有するアルミナ粒を約２９．４×１０^４Ｎ／ｍ^２の噴射圧力で銅線２ｂに衝突させることにより、銅線２ｂに平均約１５μｍの凹部深さ（Ｈ）と、平均約１５μｍの凹部ピッチ（Ｐ）と、平均約１３μｍの凹部開口幅（Ｗ）とを有する凹凸形状を形成した。これ以外は、上記実施形態と同様にして、実施例１−５による光起電力装置を作製した。

（比較例１−１）
この比較例１−１では、凹凸形状を形成していない銅線を集電極として用いた。これ以外は、上記実施形態と同様にして、比較例１−１による光起電力装置を作製した。

次に、上記のようにして作製した実施例１−１〜実施例１−５および比較例１−１による光起電力装置について、集電極２の剥離強度を測定した。具体的には、図９に示すように、光電変換部１を固定し、集電極２の一方の端部を引き剥がすとともに、光電変換部１の上面に対して垂直な方向に折り曲げた。そして、折り曲げた集電極２の一方の端部を測定装置２６のクリップ２６ａで挟み、集電極２を上方へ引張ることにより、集電極２が光電変換部１から剥離する際のピーク強度を測定装置２６で測定した。

また、上記のようにして作製した実施例１−１〜実施例１−５および比較例１−１による光起電力装置について、ソーラーシミュレーターにより出力を測定した。なお、空気透過量（Ａｉｒ Ｍａｓｓ）：１．５、放射照度：１００ｍＷ／ｃｍ^２、温度：２５℃の条件で行った。

以下の表１に、上記集電極２の剥離強度および光起電力装置の出力の測定結果を示す。なお、この表１には、比較例１−１による剥離強度で規格化した規格化剥離強度、および、比較例１−１による光起電力装置の出力で規格化した規格化出力を示している。

上記表１の結果から、実施例１−１〜１−５の規格化剥離強度（実施例１−１：１．０８、実施例１−２：１．１、実施例１−３：１．０８、実施例１−４：１．０８、実施例１−５：１．０６）は、凹凸形状を有しない銅線を集電極として用いた従来構造による比較例１−１の規格化剥離強度（比較例１−１：１）に比べて大きいことがわかる。すなわち、実施例１−１〜１−５では、比較例１−１に比べて、集電極２の剥離を抑制することができることがわかった。これは、凹凸形状が形成されていない従来構造による比較例１−１の集電極と異なり、凹凸形状が形成されている実施例１−１〜１−５による集電極２では、集電極２と接着層３との接触面積が大きいことにより、集電極２と接着層３との接着強度が大きくなったことによると考えられる。これにより、集電極２が光電変換部１から剥離するのを抑制するためには、集電極２に凹凸形状を形成することが好ましいことが判明した。

また、上記表１の結果から、実施例１−２〜１−５の規格化出力（実施例１−２：１．００２、実施例１−３：１．００８、実施例１−４：１．００９、実施例１−５：１．００７）は、凹凸形状を有しない銅線を集電極として用いた従来構造による比較例１−１の規格化出力（比較例１−１：１）に比べて大きいことがわかる。すなわち、実施例１−２〜１−５では、比較例１−１に比べて、光起電力装置の出力を向上させることができることがわかった。これは、凹凸形状が形成されていない従来構造による比較例１−１の集電極と異なり、凹凸形状が形成されている実施例１−２〜１−５による集電極２では、集電極２と接着層３との接触面積が大きいことにより、集電極２と、接着層３の粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂとの接触面積が大きくなり、集電極２と、接着層３の粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂとの接触抵抗が低減されたことによると考えられる。なお、実施例１−１による光起電力装置の出力が比較例１−１による光起電力装置の出力に比べて向上しなかったのは、集電極２の凹凸形状の凹部２ａの凹部開口幅（Ｗ）が接着層３のフレーク状フィラー３ｂの粒子径に比べて十分に大きく形成されなかったことにより、集電極２の凹凸形状の凹部２ａに、接着層３のフレーク状フィラー３ｂを十分に充填することができなかったためであると考えられる。

また、実施例１−３〜１−５による光起電力装置の出力が特に向上したのは、集電極２の凹凸形状の凹部２ａの凹部開口幅（Ｗ）が、接着層３の粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂの粒子径に比べて十分に大きく形成されたことにより、集電極２の凹凸形状の凹部２ａに、接着層３の粒状フィラー３ａおよびフレーク状フィラー３ｂを十分に充填することができたためであると考えられる。

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板上にｉ型非晶質シリコン層を介してｐ型非晶質シリコン層を形成した光起電力装置を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、金属線からなる集電極を用いる構造を有する光起電力装置であれば、単結晶シリコン系、多結晶シリコン系、薄膜シリコン系、化合物半導体系、色素増感系、有機系などの種々の光起電力装置について本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、接着層、バスバー電極および裏面電極の材料として、エポキシ系の熱硬化型の導電性ペーストを用いたが、本発明はこれに限らず、接着層、バスバー電極および裏面電極の材料として、エポキシ系以外の樹脂材料を含む導電性ペーストを用いてもよい。たとえば、ポリエステル系、アクリル系、ポリビニル系、ポリウレタン系およびフェノール系などの樹脂材料を含む導電性ペーストを用いてもよい。ただし、この場合には、各樹脂に適応した硬化条件を用いることによって導電性ペーストを硬化させる必要がある。

また、上記実施形態では、集電極の接着層に接する領域のみに凹凸形状を形成した例について説明したが、本発明はこれに限らず、図１０に示した本実施形態の第１変形例のように、実質的に円形状の断面形状を有する集電極３１の円周面全体に凹凸形状を形成してもよい。この場合、円形状の断面形状を有する集電極３１を、捩れた状態で光電変換部１の上面上に取り付けた場合にも、集電極３１の接着層３に接する領域に容易に凹凸形状を配置することができるので、集電極３１と接着層３との接着面積を容易に大きくすることができる。

また、上記実施形態では、ボビンから引き出した銅線を、巻取り部材の４本の円柱部に平行に巻き取り光電変換部に接着した例を示したが、本発明はこれに限らず、巻取り部材の円柱部を２本以上設けるとともに、ボビンから引き出した銅線を、巻取り部材の２本以上の円柱部に平行に巻き取り光電変換部に接着してもよいし、巻取り部材に矩形の筒形状または矩形の柱状を有する１つの柱部を設けるとともに、ボビンから引き出した銅線を、巻取り部材の１つの柱部に平行に巻き取り光電変換部に接着してもよい。

また、本実施形態では、銅線の凹凸形状をサンドブラスト法により形成した例について説明したが、本発明はこれに限らず、凹凸形状が形成された型を銅線に押し付けることにより、銅線に凹凸形状を形成してもよいし、レーザーを銅線表面に照射することにより、銅線に凹凸形状を形成してもよい。

また、上記実施形態では、集電極を実質的に円形状の断面形状を有するように形成した例について説明したが本発明はこれに限らず、図１１に示した本実施形態の第２変形例のように、集電極３２を矩形形状の断面形状を有するとともに、集電極３２の接着層３に接着される面に凹部３２ａを有する凹凸形状を形成してもよい。この場合、集電極３２と接着層３との接触面積をより大きくすることができる。

また、上記実施形態では、導電性ペーストの金属粒子として銀を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、導電性を有するものであれば特に限定されるものではなく、導電性ペーストの金属粒子として、たとえば、金、銅、ニッケル、アルミニウムなどの金属を用いてもよいし、これらの合金を用いてもよい。また、２種類以上の金属を混合して用いることも可能である。

また、上記実施形態では、導電性ペーストの金属粒子として、約１．１μｍの平均直径を有する粒状フィラーと、約６μｍの最大長さを有するフレーク状フィラーを用いた例について示したが、本発明はこれに限らず、導電性ペーストの金属粒子として、種々の形状および大きさを有するフィラーを組み合わせて用いてもよいし、図１２に示した本実施形態の第３変形例のように、粒状フィラーのみを用いてもよいし、フレーク状フィラーのみを用いてもよい。

また、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板の上面および下面にテクスチャ構造を形成した例について示したが、本発明はこれに限らず、ｎ型単結晶シリコン基板の上面および下面にテクスチャ構造（凹凸形状）を形成しなくてもよい。

また、上記実施形態では、１つの光電変換部を用いて光起電力装置を作製した例について説明したが、本発明はこれに限らず、２つ以上の光電変換部を用いて光起電力装置を作製してもよい。この場合、図１３に示した本実施形態の第４変形例のように、凹凸形状（図示せず）が形成された銅線（金属線）からなる集電極３３を隣接する光電変換部１の裏面電極として用いてもよい。また、複数の集電極３３を互いに接続するためにバスバー電極（図示せず）を設けてもよい。

また、上記実施形態では、集電極として約５０μｍの直径を有する円形の断面の銅線を用いたが、本発明はこれに限らず、集電極として種々の構成の金属線を用いることができる。たとえば、約５０μｍ以外の直径を有する金属線や、銅線以外の金属や合金などからなる金属線や、表面の一部または全部に金属または合金のメッキを施した金属線などを集電極として用いることができる。また、集電極を配置する数および間隔についても、種々の構成を適用することができる。

また、上記実施形態では、約１．５ｍｍの幅を有する２本のバスバー電極をそれぞれ光電変換部の両側の端部から約２５ｍｍの位置に互いに平行な方向に延びるように形成したが、本発明はこれに限らず、バスバー電極の数、幅および形成位置として上記以外の種々の構成を適用することができる。

また、上記実施形態では、バスバー電極と集電極とが交差する領域において、バスバー電極が集電極上を覆うように構成したが、本発明はこれに限らず、バスバー電極と集電極とが電気的に接続されていれば、バスバー電極と集電極とが交差する領域において、集電極の上面上の全ての領域を覆うようにバスバー電極が形成されている必要はなく、集電極の上面の一部のみを覆うように、バスバー電極を設けてもよい。

また、上記実施形態では、裏面電極を光電変換部の表面側の接着層を形成した後に形成したが、本発明はこれに限らず、透明導電膜を形成した後、接着層を形成する前に裏面電極を形成してもよい。また、接着層に集電極を接触させた後に裏面電極を形成してもよい。

また、上記実施形態では、導電性ペースト（銀（Ａｇ）ペースト）を加熱して硬化させることにより裏面電極を形成しているが、本発明はこれに限らず、上記以外の方法により裏面電極を形成してもよい。たとえば、Ａｌなどを蒸着することにより裏面電極を形成したり、表面側の集電極と同様に、金属線を接着層により接着することによって裏面電極を形成してもよい。

また、上記実施形態では、裏面側の透明導電膜の下面上にバスバー電極部とフィンガー電極部とからなる裏面電極を形成したが、本発明はこれに限らず、裏面側の透明導電膜の下面上の全体を覆うように裏面電極を形成してもよい。

また、上記実施形態では、半導体材料として、シリコン（Ｓｉ）を用いたが、本発明はこれに限らず、ＳｉＧｅ、ＳｉＧｅＣ、ＳｉＣ、ＳｉＮ、ＳｉＧｅＮ、ＳｉＳｎ、ＳｉＳｎＮ、ＳｉＳｎＯ、ＳｉＯ、Ｇｅ、ＧｅＣ、ＧｅＮのうちのいずれかの半導体を用いてもよい。この場合、これらの半導体は、結晶質、または、水素およびフッ素の少なくともいずれか一方を含む非晶質または微結晶であってもよい。

また、上記実施形態では、透明導電膜を構成する材料として、Ｓｎをドープした酸化インジウム（ＩＴＯ）を用いたが、本発明はこれに限らず、ＩＴＯ膜以外の材料からなる透明導電膜を用いてもよい。たとえば、Ｚｎ、Ａｓ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｆ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓ、ＳｉおよびＴｅの少なくとも１つを化合物粉末として適量、酸化インジウム粉末（Ｉｎ_２Ｏ_３）に混ぜて焼結することにより作製したターゲットを用いて形成した透明導電膜を用いてもよい。

また、上記実施形態では、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて非晶質シリコン層を形成したが、本発明はこれに限らず、蒸着法、スパッタリング法、マイクロ波プラズマＣＶＤ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ（減圧ＣＶＤ）法など他の方法を用いて、非晶質シリコン層を形成してもよい。

また、上記実施形態では、透明導電膜を構成するＩＴＯ膜のスパッタリング時に、Ａｒガスを用いたが、本発明はこれに限らず、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｋｒ、Ｘｅの他の不活性ガスまたはこれらの混合気体を用いることも可能である。

また、上記実施形態では、スパッタリング時の放電動作を、ＤＣ電力を用いて行ったが、本発明はこれに限らず、パルス変調ＤＣ放電や、ＲＦ放電、ＶＨＦ放電、マイクロ波放電などを用いてもよい。

本発明の一実施形態による光起電力装置の構成を示した上面図である。 図１の１００−１００線に沿った断面図である。 図１に示した一実施形態による光起電力装置の接着層付近の拡大断面図である。 図１の２００−２００線に沿った断面図である。 図１の３００−３００線に沿った断面図である。 本実施形態による光起電力装置の光電変換部への銅線の取付工程を説明するための図である。 本実施形態による光起電力装置の光電変換部への銅線の取付工程を説明するための図である。 本実施形態による光起電力装置の光電変換部への銅線の取付工程を説明するための図である。 本発明の一実施形態による効果を確認するために行った実験を説明するための図である。 本発明の一実施形態の第１変形例による光起電力装置の集電極を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態の第２変形例による光起電力装置の集電極を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態の第３変形例による光起電力装置の接着層を説明するための断面図である。 本発明の一実施形態の第４変形例による光起電力装置の集電極を説明するための図である。 従来の一例による光起電力装置の構成を示した上面図である。 図１４の４００−４００線に沿った断面図である。

符号の説明

１ 光電変換部
２ 集電極
２ａ 凹部
２ｂ 銅線（金属線）
３ 接着層
３ａ 粒状フィラー（金属粒子）
３ｂ フレーク状フィラー（金属粒子）

Claims (5)

1. 光電変換部と、前記光電変換部上に設けられた金属線からなる集電極と、
   前記集電極を前記光電変換部上に接着するための金属粒子を含有する接着層とを備え、
   前記金属線は、１本の金属線からなり、
   前記集電極の少なくとも前記接着層に接する領域には、不均一な凹凸形状が形成され、該凹凸形状は、前記金属粒子の粒子径より大きな開口幅の複数の凹部を有し、該凹部には、金属粒子が充填されていることを特徴とする光起電力装置。
2. 複数の光電変換部を備えた光起電力装置であって、隣り合う光電変換部を接続するために該隣り合う光電変換部上に設けられた金属線と、
   前記金属線を前記光電変換部上に接着するための金属粒子を含有する接着層とを備え、
   前記金属線は、１本の金属線からなり、
   前記金属線の少なくとも前記接着層に接する領域には、不均一な凹凸形状が形成され、該凹凸形状は、前記金属粒子の粒子径より大きな開口幅の複数の凹部を有し、該凹部には、金属粒子が充填されていることを特徴とする光起電力装置。
3. 前記金属線は、実質的に円形状の断面形状を有し、前記金属線の円周面全体に前記凹凸形状が形成されていることを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載の光起電力装置。
4. 前記金属線の前記凹凸形状の凹部は、前記金属線の延びる方向に交差する断面の外周に沿って所定の間隔で複数設けられているとともに、前記金属線の延びる方向に沿っても所定の間隔で複数設けられていることを特徴とする請求項１〜３記載のいずれか１項に記載の光起電力装置。
5. 前記金属線は、表面の一部または全部に金属または合金のメッキが施された金属線であることを特徴とする請求項１〜４記載のいずれか１項に記載の光起電力装置。

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