JP4889779B2 - 光電変換モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、光電変換モジュールに関する。
多結晶、微結晶またはアモルファスシリコンを用いた光電変換モジュールが知られている。特に、微結晶またはアモルファスシリコンの薄膜を積層した構造を有する光電変換モジュールは、資源消費の観点、コストの低下の観点および効率化の観点から注目されている。
図７に、光電変換モジュール１００の基本構成の断面模式図を示す。光電変換モジュール１００は、一般的に、ガラス等の透明基板１０上に透明電極１２、光電変換ユニット１４及び裏面電極１６を積層した構造を有し、透明基板１０から光を入射させることによって電力を発生させる。このような光電変換モジュールでは、光電変換素子が直列・並列に集積され、それらの素子から集電するための集電電極１８が光電変換モジュール１００のパネル端部の素子の裏面電極１６上に形成される。また、集電電極１８等に用いられるハンダ材の強度を高めるために、ハンダディップリードの高さを調整する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
ところで、裏面電極１６と光電変換ユニット１４との界面は接合力が弱く、裏面電極１６上に集電電極１８を形成した場合に集電電極１８と共に裏面電極１６が剥がれてしまうおそれがある。その結果、光電変換モジュール１００の破損を招いたり、光電変換効率の低下を招いたりする可能性がある。
本発明の１つの態様は、光電変換モジュールであって、基板上に、透明導電層、発電層及び裏面電極を順に積層してなる光電変換素子と、光電変換素子で生成される電流を集電するための集電電極と、を備え、集電電極は、裏面電極と、透明導電層及び基板の少なくとも一方と、に跨って形成されている。
本発明によれば、光電変換モジュールの裏面電極の剥がれを抑制することができる。
本実施の形態における光電変換モジュール２００は、図１の平面図及び図２，図３，図４の断面図に示すように、基板２０、透明導電層２２、光電変換ユニット２４、裏面電極２６、第１集電電極２８及び第２集電電極３０を含んで構成される。なお、図２は、図１のラインＸ−Ｘに沿った断面図である。図３は、図１のラインＹ−Ｙに沿った断面図である。図４は、図１のラインＺ−Ｚに沿った断面図である。
基板２０は、光電変換ユニット２４で光電変換に利用される波長の光を透過する光学特性を有する透明基板とする。基板２０は、例えば、ガラス、プラスチック等を用いる。透明導電層２２は、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を用いることができる。
透明導電層２２には、光電変換素子を直列に接続するためにスリットＳ１を形成する。スリットＳ１は、レーザ加工により形成することができる。レーザ加工は、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザを用いることが好適である。レーザ装置から出射されるレーザビームのパワーを調整して透明導電層２２側から照射し、連続してスリットＳ１の方向に走査することによってスリットＳ１を形成することができる。なお、スリットＳ１を形成するためのレーザは、基板２０側から照射してもよい。
また、透明導電層２２には、図１に示すように、光電変換素子を並列に接続するためにスリットＳ２を形成する。スリットＳ２は、レーザ加工により形成することができる。レーザ加工は、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザを用いることが好適である。レーザ装置から出射されるレーザビームのパワーを調整して透明導電層２２側から照射し、連続してスリットＳ２の方向に走査することによってスリットＳ２を形成することができる。なお、スリットＳ２を形成するためのレーザは、基板２０側から照射してもよい。
光電変換ユニット２４は、基板２０及び透明導電層２２を透過した光を受けて光電変換を行う。光電変換ユニット２４は、ＰＮ接合又はＰＩＮ接合された半導体層で構成される。光電変換ユニット２４は、特に限定されるものではないが、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）光電変換ユニット、微結晶（μｃ−Ｓｉ）光電変換ユニット又はそれらのタンデム構造が挙げられる。光電変換ユニット２４は、プラズマＣＶＤ等を用いて形成することができる。
光電変換ユニット２４には、光電変換素子を直列に接続するためにスリットＳ３を形成する。スリットＳ３は、スリットＳ１の近傍であってスリットＳ１に重ならない位置にスリットＳ１の方向に沿って透明導電層２２の表面まで形成する。スリットＳ３はレーザ処理により形成することができる。レーザ処理は、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ（２倍高調波）を用いることが好適である。レーザビームのパワーを調整して基板２０側から照射し、スリットＳ３の方向に走査することによってスリットＳ３を形成することができる。
裏面電極２６は、光電変換ユニット２４から電力を出力するために光電変換モジュール２００の裏面側に設けられる。裏面電極２６は、光電変換ユニット２４及びスリットＳ３を被うように形成される。裏面電極２６は、反射性金属とすることが好適である。また、反射性金属と透明導電性酸化物（ＴＣＯ）との積層構造とすることも好適である。反射性金属としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等が使用できる。また、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）としては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等が使用できる。
裏面電極２６には、光電変換素子を直列に接続するためにスリットＳ４を形成する。スリットＳ４は、スリットＳ３の近傍であってスリットＳ１及びＳ３に重ならない位置にスリットＳ１，Ｓ３の方向に沿って光電変換ユニット２４及び裏面電極２６を分割するように透明導電層２２の表面まで形成される。スリットＳ４はレーザ処理にて形成する。レーザ処理は、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ（２倍高調波）を用いることが好適である。レーザビームのパワーを調整して基板２０側から照射し、スリットＳ４の方向に走査することによってスリットＳ４を形成することができる。
また、裏面電極２６には、図１に示すように、光電変換素子を並列に接続するためにスリットＳ５を形成する。スリットＳ５は、スリットＳ２に重ね合わせてスリットＳ２に沿って形成する。スリットＳ５は、スリットＳ２内に形成された光電変換ユニット２４及び裏面電極２６を分割するように基板２０の表面まで形成される。スリットＳ５はレーザ処理にて形成する。レーザ処理は、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ（２倍高調波）を用いることが好適である。レーザビームのパワーを調整して基板２０側から照射し、スリットＳ５の方向に走査することによってスリットＳ５を形成することができる。
また、スリットＳ１，Ｓ３，Ｓ４の方向に沿って、光電変換モジュール２００のパネル端部の光電変換ユニット２４及び裏面電極２６も除去して透明導電層２２を残すように除去領域Ａを形成する。除去領域Ａは、レーザ処理にて形成することができる。レーザ処理は、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ（２倍高調波）を用いることが好適である。レーザビームのパワーを調整して基板２０側から照射し、パネル縁の方向に走査することによって除去領域Ａを形成することができる。
第１集電電極２８は、スリットＳ２，Ｓ５によって並列に分割された光電変換素子の出力電力を集電するために形成される。したがって、第１集電電極２８は光電変換モジュール２００のパネル端部の裏面電極２６を並列に接続するようにスリットＳ２，Ｓ５に跨って形成する。このとき、第１集電電極２８は、裏面電極２６から除去領域Ａに跨って形成される。すなわち、第１集電電極２８は、裏面電極２６の表面から裏面電極２６及び光電変換ユニット２４の側面を介して透明導電層２２の表面まで形成される。このとき、第１集電電極２８は、スリットＳ１，Ｓ３，Ｓ４（特にスリットＳ４）に到達しない程度に形成すればよい。
第１集電電極２８は、集電に十分な導電性を有する材料を含んで構成されればよい。第１集電電極２８は、例えば、導電性物質が表面や内部に混入されている導電性テープ、ライン状のハンダ、スクリーン印刷法等で銀ペーストを塗布したもの等とすることができる。
このように、第１集電電極２８を裏面電極２６から除去領域Ａに跨って形成することによって、裏面電極２６が光電変換ユニット２４との界面から剥がれてしまうことを抑制することができる。これは、除去領域Ａの透明導電層２２と第１集電電極２８との界面の密着性は良好であるので、第１集電電極２８によって裏面電極２６が光電変換ユニット２４から引き剥がされることが抑制されるためであると推考される。特に、裏面電極２６上の面積より透明導電層２２の面積を広く形成することが好適である。これにより剥がれの抑制効果をより強く得ることができる。また、第１集電電極２８を除去領域Ａにおける透明導電層２２の端部も覆うように形成することが好適である。これにより、光電変換モジュール２００の外部からの水分等の浸入を第１集電電極２８により防ぐことができ、透明導電層２２が劣化することを抑制することができる。
第２集電電極３０は、図４に示すように、第１集電電極２８をコネクタ２０２へ接続するための電極である。第２集電電極３０は、第１集電電極２８とコネクタ２０２とを電気的に接続するものであり、集電に十分な導電性を有する材料を含んで構成されればよい。第２集電電極３０は、例えば、導電性物質が表面や内部に混入されている導電性テープやスクリーン印刷等で形成されたハンダ等とすることができる。第２集電電極３０は、第１集電電極２８とコネクタ２０２との間において裏面電極２６や光電変換ユニット２４と接触しないように絶縁材３２を挟んで設けることが好適である。
このとき、第２集電電極３０を除去領域Ａに形成された第１集電電極２８上まで延設することが好適である。このような構成とすることで、第２集電電極３０を裏面電極２６上に形成された第１集電電極２８までしか延設しなかった場合に比べて、裏面電極２６と光電変換ユニット２４との剥がれを抑制することができる。
また、図５に示すように、除去領域Ａは透明導電層２２も除去して基板２０のみを残したものとしてもよい。この場合、第１集電電極２８は、裏面電極２６から除去領域Ａの基板２０に跨って形成される。このような構成においても、裏面電極２６が光電変換ユニット２４との界面から剥がれてしまうことを抑制することができる。この場合も、除去領域Ａの基板２０と第１集電電極２８との界面の密着性は良好であるので、第１集電電極２８によって裏面電極２６が光電変換ユニット２４から引き剥がされることが抑制されるためであると推考される。
さらに、図６に示すように、除去領域Ａよりもパネル端部側に光電変換ユニット２４及び裏面電極２６の少なくとも一方を残して島部Ｂを形成してもよい。これにより、パネル端部から水分が侵入して第１集電電極２８やパネル内部の光電変換ユニット２４に劣化が及ぶことを抑制することができる。図５に示したように除去領域Ａに基板２０のみを残す場合にも、除去領域Ａよりもパネル端部側に光電変換ユニット２４及び裏面電極２６の少なくとも一方を残して島部Ｂを形成することによって同様の効果が得られる。
１０ 透明基板、１２ 透明電極、１４ 光電変換ユニット、１６ 裏面電極、１８ 集電電極、２０ 基板、２２ 透明導電層、２４ 光電変換ユニット、２６ 裏面電極、２８ 第１集電電極、３０ 第２集電電極、３２ 絶縁材、１００，２００ 光電変換モジュール、２０２ コネクタ。
Claims (5)
- 基板上に、透明導電層、発電層及び裏面電極を順に積層してなる光電変換素子と、
前記光電変換素子で生成される電流を集電するための集電電極と、を備え、
前記集電電極は、前記裏面電極と、前記透明導電層及び前記基板の少なくとも一方と、に跨って形成されていることを特徴とする光電変換モジュール。 - 請求項１に記載の光電変換モジュールであって、
前記集電電極は、前記裏面電極上の面積より、前記透明導電層及び前記基板上の面積が広いことを特徴とする光電変換モジュール。 - 請求項１又は２に記載の光電変換モジュールであって、
前記集電電極の外側に前記透明導電層、前記発電層及び前記裏面電極の少なくとも１つが残された島部を有することを特長とする光電変換モジュール。 - 請求項１又は２に記載の光電変換モジュールであって、
前記集電電極は、前記透明導電層上に形成されている場合に前記透明導電層の端部も覆うように形成されていることを特徴とする光電変換モジュール。 - 請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電変換モジュールであって、
前記集電電極からさらに集電を行う電極を備え、
当該電極は、前記透明導電層及び前記基板の少なくとも一方の上に形成された前記集電電極上に跨って形成されていることを特徴とする光電変換モジュール。
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