JP4966848B2 - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、基板上において、第１電極層と、第１半導体層と、透光性導電層と、第２半導体層と、第２電極層とが順次積層された太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
一般的に、薄膜系の太陽電池モジュールは、基板上に順に積層された第１電極層、第１半導体層、透光性導電層、第２半導体層及び第２電極層を有する。このような太陽電池モジュールにおいて、第１電極層、第１半導体層、透光性導電層、第２半導体層及び第２電極層は、これら５つの層を貫通する発電領域分離溝によって、発電に寄与する発電領域と、発電領域を取り囲む非発電領域とに分離される。
発電領域では、長方形状を有する複数の太陽電池素子が、短手方向に沿って配列されている。複数の太陽電池素子どうしは、第１半導体層、透光性導電層、第２半導体層及び第２電極層を貫通する素子分離溝によって、互いに分離されている。即ち、複数の太陽電池素子に含まれる一の太陽電池素子は、短手方向において、一対の素子分離溝の間に形成されている。
このような複数の太陽電池素子どうしは、電気的に直列に接続される。具体的には、一の太陽電池素子の第２電極層は、一の太陽電池素子に隣接する他の太陽電池素子の第１電極層に接触する接続部を有する。このような接続部は、一の太陽電池素子の両側に設けられた一対の素子分離溝の一方側において、透光性導電層の側面を覆いながら、他の太陽電池素子の第１電極層に向かって延在する（特許文献１参照）。
特開２００６−３１３８７２号公報
一般的に、太陽電池モジュールは、屋外で長期間に渡って使用される。従って、太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールの内部に水分が浸入したとしても、高い光電変換効率を維持するための耐湿性を有することが望ましい。
しかしながら、上記の太陽電池モジュールにおいては、透光性導電層の側面が、接続部によって覆われる部分を除いて、太陽電池素子の側面に露出する。そのため、太陽電池モジュールの内部に浸入した水分が透光性導電層に到達することによって、透光性導電層が劣化するおそれがある。透光性導電層が劣化した場合、各太陽電池において生成される光生成キャリアが減少するため、太陽電池モジュールの光電変換効率が低下するという問題がある。
そこで、本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、光電変換効率の低下を抑制することのできる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の第１の特徴は、基板（基板１）上において、第１電極層（第１電極層２１）と、第１半導体層（第１半導体層２２）と、透光性導電層（透光性導電層２３）と、第２半導体層（第２半導体層２４）と、第２電極層（第２電極層２５）とが順次積層された太陽電池モジュール（太陽電池モジュール１００）であって、少なくとも前記第１半導体層、前記透光性導電層、前記第２半導体層及び前記第２電極層を貫通する溝部（素子分離溝６、発電領域分離溝７）によって囲まれた複数の太陽電池素子（太陽電池素子２）を備え、前記複数の太陽電池素子に含まれる一の太陽電池素子において、前記第２半導体層は、前記第１半導体層側に向かって延在し、前記透光性導電層を介して前記第１半導体層に接触する延在部（第１延在部２４１）を有し、前記延在部は、前記溝部に沿って設けられることを要旨とする。
本発明の第１の特徴によれば、第２半導体層が有する延在部は、第１半導体層に向かって延在して第１半導体層に接触する。また、第２半導体層が有する延在部は、太陽電池素子を囲む溝部に沿って設けられている。つまり、延在部は、太陽電池モジュールの内部に浸入した水分が溝部に入り込んだ場合でも、このような水分が透光性導電層に到達することを妨げる。従って、透光性導電層が水分に接触することにより透光性導電層が劣化することを抑制することができる。
本発明の第２の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記溝部は、前記複数の太陽電池素子どうしを分離する一対の素子分離溝（素子分離溝６）であり、前記一の太陽電池素子において、前記第２電極層は、前記一対の素子分離溝のうち一方側において、前記透光性導電層の側面を覆って前記第１電極層に接触する接続部（接続部２５１）を有しており、前記延在部は、前記一対の素子分離溝のうち他方側に沿って設けられることを要旨とする。
本発明の第３の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記複数の太陽電池素子によって形成される発電領域（発電領域１ａ）と、前記発電領域から離間して前記発電領域を取り囲む非発電領域（非発電領域１ｂ）とを備え、前記溝部は、前記発電領域と、前記非発電領域とを分離する発電領域分離溝（発電領域分離溝７）であり、前記発電領域分離溝は、前記第１電極層、前記第１半導体層、前記透光性導電層、前記第２半導体層及び前記第２電極層を貫通していることを要旨とする。
本発明の第４の特徴は、本発明の第１の特徴に係り、前記延在部は、前記透光性導電層の側面を覆うことを要旨とする。
本発明の第５の特徴は、基板上において、第１電極層と、第１半導体層と、透光性導電層と、第２半導体層と、第２電極層とが順次配置されており、少なくとも前記第１半導体層、前記透光性導電層、前記第２半導体層及び前記第２電極層を貫通する溝部によって囲まれた複数の太陽電池素子を備える太陽電池モジュールの製造方法が、前記第１半導体層側に向かって延在し、前記透光性導電層を介して前記第１半導体層に接触する延在部を有する前記第２半導体層を形成する工程と、前記溝部を形成する工程とを有し、前記延在部を有する前記第２半導体層を形成する工程では、前記延在部を、前記溝部が形成される領域に沿って形成することを要旨とする。
本発明の第６の特徴は、本発明の第５の特徴に係り、前記延在部を有する前記第２半導体層を形成する工程は、前記第１半導体層の一部をマスクにより覆う工程と、前記第１半導体層上に前記透光性導電層を形成する工程と、前記マスクを除去する工程と、前記透光性導電層上に前記第２半導体層を形成する工程とを含むことを要旨とする。
本発明の第７の特徴は、本発明の第５の特徴に係り、前記延在部を有する前記第２半導体層を形成する工程は、前記第１半導体層上に前記透光性導電層を形成する工程と、前記透光性導電層の一部を除去する工程と、前記透光性導電層上に前記第２半導体層を形成する工程とを含むことを要旨とする。
本発明によれば、光電変換効率の低下を抑制することのできる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することができる。
次に、図面を用いて、本発明の実施形態について説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
［第１実施形態］
〈太陽電池モジュールの概略構成〉
以下において、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の概略構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の上面図である。尚、図１においては、充填材２０及び保護材３０を除いた場合の太陽電池モジュール１００を示している。また、図２は、太陽電池モジュール１００の断面図である。尚、図２（ａ）は、図１のＡ−Ａ断面図であり、図２（ｂ）は、図１のＢ−Ｂ断面図である。
図１及び図２に示すように、太陽電池モジュール１００は、太陽電池１０と、充填材２０と、保護材３０とを備える。
太陽電池１０は、発電領域１ａと、発電領域１ａから離間して当該発電領域１ａを取り囲む非発電領域１ｂとを備える。太陽電池の構成については、後述する。
充填材２０は、太陽電池１０に含まれる複数の太陽電池素子２と、保護材３０との間に、複数の太陽電池素子２を覆うように配置されている。充填材２０は、太陽電池１０と保護材３０とを接着する接着剤として機能する。また、充填材２０は、太陽電池モジュール１００に加えられる衝撃を緩衝する緩衝材として機能する。充填材２０としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の樹脂を用いることができる。
保護材３０は、充填材２０上に配置され、太陽電池１０を保護する。保護材３０としては、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＣＴＦＥ、ＰＶＦ、ＰＣ、アクリル、ガラス等を用いることができる。
〈太陽電池の構成〉
次に、太陽電池１０の構成について、図１乃至図３を参照しながら説明する。
図１及び図２に示すように、太陽電池１０は、基板１と、発電領域１ａと、非発電領域１ｂとを備える。
基板１としては、透光性を有するガラス、プラスチックなどを用いることができる。
発電領域１ａ及び非発電領域１ｂは、基板１の主面上に形成される。図１に示すように、非発電領域１ｂは、発電領域１ａの外周に沿って形成される。発電領域１ａと非発電領域１ｂとは、発電領域分離溝７によって分離されている。
発電領域１ａは、複数の太陽電池素子２と、複数の太陽電池素子２により生成される光生成キャリアを取り出す取り出し電極８とを備える。
複数の太陽電池素子２は、平面視において長方形状を有しており、基板１上に短手方向（第１方向）に沿って配列される。また、複数の太陽電池素子２は、電気的に直列に接続される。複数の太陽電池素子２のそれぞれは、第１電極層２１と、第１半導体層２２と、透光性導電層２３と、第２半導体層２４と、第２電極層２５とを備える。第１電極層２１と、第１半導体層２２と、透光性導電層２３と、第２半導体層２４と、第２電極層２５とは、基板１側から順に積層されている。複数の太陽電池素子２のそれぞれは、第１電極層２１側から第２電極層２５側に向かって入射する光により光生成キャリアを生成する。隣接する太陽電池素子２どうしは、素子分離溝６によって分離されている。即ち、第１方向において、各太陽電池素子２の両側には、一対の素子分離溝６が設けられている。
第１電極層２１は、基板１の主面上に積層されており、導電性及び透光性を有する。第１電極層２１としては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、又は酸化チタン（ＴｉＯ２）などの金属酸化物を用いることができる。尚、これらの金属酸化物に、フッ素（Ｆ）、錫（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）などがドープされていてもよい。
第１半導体層２２は、第１電極層２１側から入射する光により光生成キャリアを生成する。また、第１半導体層２２は、後述する透光性導電層２３から反射される光により光生成キャリアを生成する。第１半導体層２２は、ｐ型半導体と、ｉ型アモルファスシリコン半導体と、ｎ型半導体とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する（不図示）。
透光性導電層２３は、透光性及び導電性を有し、第１半導体層２２を透過した光の一部を第２半導体層２４側に透過するとともに、第１半導体層２２を透過した光の一部を第１半導体層２２側に反射する。透光性導電層２３としては、ＺｎＯ、ＩＴＯ、ＴｉＯＸなどの金属酸化物を用いることができる。透光性導電層２３には、Ａｌなどのドーパントがドープされていてもよい。また、透光性導電層２３としては、薄い金属層、薄い半導体層、あるいは薄い絶縁層と導電層との組み合わせなどを用いることができる。
第２半導体層２４は、第１電極層２１側から入射した光のうち、第１電極層２１、第１半導体層２２及び透光性導電層２３を透過した光により光生成キャリアを生成する。第２半導体層２４は、ｐ型半導体と、ｉ型微結晶シリコン半導体と、ｎ型半導体とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する（不図示）。
第２半導体層２４は、第１延在部２４１と、第２延在部２４２とを有する。
第１延在部２４１は、第１半導体層２２側に向かって延在し、透光性導電層２３を介して第１半導体層２２に接触する。第１延在部２４１は、太陽電池素子２の両側に設けられる一対の素子分離溝６のうち、一方の素子分離溝６に沿って設けられる。尚、太陽電池素子２の両側に設けられる素子分離溝６のうち、他方の素子分離溝６の近傍には、後述する接続部２５１が設けられる。また、第１延在部２４１は、太陽電池素子２と非発電領域１ｂとの間に設けられる発電領域分離溝７に沿って設けられる。第１延在部２４１は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、太陽電池素子２の側面２ｓに露出していることが好ましいが、これに限るものではない。例えば、図３に示すように、太陽電池素子２の側面２ｓに露出しておらず、透光性導電層２３に埋め込まれていてもよい。このように、「第１延在部２４１が透光性導電層２３を介して第１半導体層２２に接触する」とは、第１延在部２４１が、太陽電池素子２の側面２ｓに露出し、透光性導電層２３の側面を覆う場合（図２参照）と、第１延在部２４１が、太陽電池素子２の側面２ｓに露出せず、透光性導電層２３を貫通している場合（図３参照）とを含む。
第２延在部２４２は、第１半導体層２２側に向かって延在し、透光性導電層２３を介して第１半導体層２２に接触する。第２延在部２４２は、後述する接続部２５１に沿って設けられる。このような第２延在部２４２は、太陽電池素子２において生成された光生成キャリアが透光性導電層２３に沿って接続部２５１に流れること、即ちリーク電流が発生することを抑制する。
透光性導電層２３の側面のうち、太陽電池素子２の両側に設けられる一対の素子分離溝６の一方の素子分離溝６側の側面は、第１延在部２４１により覆われることが好ましい。これにより、透光性導線層２３は、太陽電池素子２の側面２ｓには露出しない。
第２電極層２５としては、導電性を有するＩＴＯ、銀（Ａｇ）などを用いることができるが、これに限るものではない。例えば、第２電極層６は、ＩＴＯを含む層と、Ａｇを含む層とが、第２半導体層２４側から順に積層された構成を有していてもよい。
第２電極層２５は、接続部２５１を備える。複数の太陽電池素子２に含まれる一の太陽電池素子２の接続部２５１は、一の太陽電池素子２に隣接する他の太陽電池素子２の第１電極層２１に接触している。このような接続部２５１により、一の太陽電池素子２と他の太陽電池素子２とは電気的に直列に接続される。
非発電領域１ｂは、第１電極層２１ｂ、第１半導体層２２ｂ、透光性導電層２３ｂ、第２半導体層２４ｂ及び第２電極層２５ｂが、基板１側から順に積層された構成を有する。第１電極層２１ｂ、第１半導体層２２ｂ、透光性導電層２３ｂ、第２半導体層２４ｂ及び第２電極層２５ｂを構成する材料は、発電領域１ａに含まれる複数の太陽電池素子２の第１電極層２１、第１半導体層２２、透光性導電層２３、第２半導体層２４及び第２電極層２５を構成する材料とそれぞれ同様であるが、非発電領域１ｂは、発電には寄与しない。
〈太陽電池モジュールの製造方法〉
次に、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法について、図４乃至図７を参照しながら説明する。
図４乃至図６は、太陽電池モジュール１００の製造過程を示す図である。また、図７は、後述する第３層２３０の上面図である。
まず、図４（ａ）に示すように、基板１の主面上に、導電性を有する第１の材料を積層することにより、第１層２１０を形成する。
次に、図４（ｂ）に示すように、第１層２１０の一部を、レーザ光の照射により除去する。これにより、第１層２１０を、各太陽電池素子２の第１電極層２１に分離する第１電極分離溝３が形成される。このとき、後工程において発電領域分離溝７が形成される位置に積層された第１層２１０についても除去することにより、各太陽電池素子２の第１電極層２１と、非発電領域１ｂの第１電極層２１ｂとを分離する第１電極分離溝３ｂを形成しておく。第１電極分離溝３ｂは、基板１の全周に沿って形成される。第１電極分離溝３の底面と、第１電極分離溝３ｂの底面とは、ともに基板１の表面である。尚、マスクを用いることにより、第１電極分離溝３及び第１電極分離溝３ｂを除く位置に、第１電極層２１及び第１電極層２１ｂとを形成してもよい。
次に、図４（ｃ）に示すように、各太陽電池素子２の第１電極層２１上に半導体を主体とする第２の材料を積層するとともに、第１電極分離溝３の内部に当該第２の材料を充填する。これにより、第２層２２０が形成される。
次に、図４（ｄ）に示すように、第２層２２０上に、透光性及び導電性を有する第３の材料を積層することにより、所定の形状を有する第３層２３０を形成する。当該第３層２３０は、次の２通りの形成方法により形成することができる。第１の形成方法は、第２層２２０の露出面略全域にわたって第３の材料を積層した後に、積層された第３の材料の一部をレーザ光の照射により除去する方法である。第２の形成方法は、マスクなどを用いて、第２層２２０の露出面の一部を除いて第３の材料を積層する方法である。以下において、第３の材料が積層されていない部分を、透光性導電層分離溝４と称する。
第３層２３０の形状としては、例えば、図７に示す形状とすることができる。
ここで、図４（ｄ）及び図７に示すように、透光性導電層分離溝４には、第１の透光性導電層分離溝４１と、第２の透光性導電層分離溝４２とが含まれる。第１の透光性導電層分離溝４１が形成される位置は、後工程において素子分離溝６（図５（ｈ）参照）が形成される位置に極力近いことが好ましい。また、第２の透光性導電層分離溝４２が形成される位置は、後工程において接続溝５が形成される位置に極力近いことが好ましい。第１の透光性導電層分離溝４１の底面と、第２の透光性導電層分離溝４２の底面とは、ともに第２層２２０の表面である。図７において、第３層２３０のうち、第１の透光性導電層分離溝４１と、第２の透光性導電層分離溝４２とにより囲まれた領域が、後工程において形成される各太陽電池素子２の透光性導線層２３に対応する（図５（ｈ）参照）。
次に、図４（ｅ）に示すように、第３層２３０上に半導体を主体とする第４の材料を積層するとともに、透光性導電層分離溝４の内部に当該第４の材料を充填する。これにより、第４層２４０が形成される。このとき、第１の透光性導電層分離溝４１の内部に充填される第４の材料により、第１延在部２４１が形成される。また、第２の透光性導電層分離溝４２の内部に充填される第４の材料により、第２延在部２４２が形成される。
次に、図５（ｆ）に示すように、第２層２２０、第３層２３０及び第４層２４０の一部を、レーザ光の照射により除去する。これにより、第２層２２０、第３層２３０及び第４層２４０を分離する接続溝５が形成される。接続溝５が形成される位置は、第１方向において、第１の透光性導電層分離溝４１、第２の透光性導電層分離溝４２、接続溝５が順に並ぶ位置とする。接続溝５の底面は、第１電極層２１の表面である。
次に、図５（ｇ）に示すように、第４層２４０上に導電性を有する第５の材料を積層するとともに、接続溝５の内部に当該第５の材料を充填する。これにより、第５層２５０が形成される。このとき、接続溝５に充填された第５の材料により、接続部２５１が形成される。
次に、図５（ｈ）に示すように、第２層２２０、第３層２３０、第４層２４０及び第５層２５０の一部を、レーザ光の照射により除去する。これにより、第２層２２０、第３層２３０、第４層２４０及び第５層２５０を、各太陽電池素子２ごとに分離する素子分離溝６が形成される。これにより、各太陽電池素子２の第１半導体層２２、透光性導電層２３、第２半導体層２４及び第２電極層２５が形成される。
素子分離溝６は、第１延在部２４１のうち、太陽電池素子２の長手方向（第２方向）に沿って延在する部分に沿って形成される。ここで、第２層２２０、第３層２３０、第４層２４０及び第５層２５０の一部をレーザ光の照射により除去する際、第１延在部２４１の一部を同時に除去することにより、第１延在部２４１を素子分離溝６の側面に露出させることが好ましい。これにより、各太陽電池素子２の透光性導電層２３の側面が、第１延在部２４１によって覆われるため、透光性導電層２３が素子分離溝６の側面、即ち太陽電池素子２の側面２ｓに露出することを回避することができる。素子分離溝６の底面は、第１電極層２１の表面である。
次に、図５（ｋ）に示すように、第１電極分離溝３ｂの上部に積層されている第２層２２０、第３層２３０、第４層２４０及び第５層２５０を、レーザ光の照射により除去する。これにより、発電領域１ａと非発電領域１ｂとを分離する発電領域分離溝７が形成される。
発電領域分離溝７は、第１延在部２４１のうち、太陽電池素子２の短手方向（第１方向）に沿って延在する部分に沿って形成される。ここで、第２層２２０、第３層２３０、第４層２４０及び第５層２５０の一部をレーザ光の照射により除去する際、第１延在部２４１の一部を同時に除去することにより、第１延在部２４１を発電領域分離溝７の側面に露出させることが好ましい。これにより、各太陽電池素子２の透光性導電層２３の側面が、第１延在部２４１によって覆われるため、透光性導電層２３が発電領域分離溝７の側面、即ち太陽電池素子２の側面２ｓに露出することを回避することができる。発電領域分離溝７の底面は、基板１の表面である。
次に、図６（ｍ）に示すように、発電領域１ａの端部において取り出し電極８を配置する。これにより、太陽電池１０が形成される。
次に、図６（ｎ）に示すように、充填材２０及び保護材３０を、太陽電池１０の発電領域１ａ及び非発電領域１ｂを覆うように順次配置する。尚、この工程により、素子分離溝６には充填材２０が充填される。以上により、太陽電池モジュール１００が製造される。
〈作用・効果〉
本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００によれば、太陽電池素子２において、第２半導体層２４が、第１半導体層２２側に向かって延在し、透光性導電層２３を介して第１半導体層２２に接触する第１延在部２４１を備える。当該第１延在部２４１は、太陽電池素子２の両側に設けられる一対の素子分離溝６のうちの一方の素子分離溝６と、発電領域分離溝７とに沿って設けられており、素子分離溝６及び発電領域分離溝７に露出する。
このような第１延在部２４１によれば、各太陽電池素子２の透光性導電層２３の側面が覆われるため、透光性導電層２３が各太陽電池素子２の側面２ｓに露出しない。そのため、保護材３０及び充填材２０に浸潤した水分が素子分離溝６や発電領域分離溝７に入り込んだ場合であっても、透光性導電層２３が水分と直接接触することを回避することができる。従って、透光性導電層２３が劣化することを抑制することができる。尚、第１延在部２４１と、太陽電池素子２の両側に設けられる一対の素子分離溝６のうちの他方の素子分離溝６との間には、接続部２５１が設けられる。従って、他方の素子分離溝６に充填された充填材に浸潤した水分は、接続部２５１によって遮られるため、他方の素子分離溝６に充填された充填材に浸潤した水分が透光性導電層２３に到達することが抑制される。
［第２実施形態］
以下において、本発明の第２実施形態について説明する。尚、以下においては、上述した第１実施形態と第２実施形態との差異について主として説明する。
〈太陽電池の構成〉
図８は、本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュール１００の断面図である。尚、図８は、図１のＡ−Ａ断面図である。
図８に示すように、第２半導体層２４は、第１延在部２４１と、第２延在部２４２とを有する。
第２延在部２４２は、第１電極層２１側に向かって延在し、第１電極層２１に接触する。第２延在部２４２は、後述する接続部２５１に沿って形成されている。このような第２延在部２４２は、リーク電流の発生を抑制する。
〈作用・効果〉
本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュール１００によれば、太陽電池素子２において、第２半導体層２４が、第１延在部２４１を備える。このような第１延在部２４１によれば、各太陽電池素子２の透光性導電層２３の側面が覆われるため、透光性導電層２３が各太陽電池素子２の側面２ｓに露出しない。従って、透光性導電層２３が水分と直接接触することを回避することができるため、透光性導電層２３が劣化することを抑制することができる。また、他方の素子分離溝６に充填された充填材に浸潤した水分は接続部２５１によって遮られるため、他方の素子分離溝６に充填された充填材に浸潤した水分が透光性導電層２３に到達することが抑制される。
［第３実施形態］
以下において、本発明の第３実施形態について説明する。尚、以下においては、上述した第１実施形態と第３実施形態との差異について主として説明する。
〈太陽電池の構成〉
図９は、本発明の第３実施形態に係る太陽電池モジュール１００の断面図である。尚、
図９は、図１のＡ−Ａ断面図である。
図９に示すように、太陽電池素子２の第２半導体層２４は、第１延在部２４１を有する。また、太陽電池素子２は、導電部９ａと、絶縁部９ｂとを有する。
第１の太陽電池素子２の導電部９ａは、第１の太陽電池素子２に隣接する第２の太陽電池素子２の第１電極層２１に接触している。このような導電部９ａにより、第１の太陽電池素子２と第２の太陽電池素子２とは電気的に直列に接続される。即ち、本発明の第３実施形態における導電部９ａは、本発明の第１実施形態における接続部２５１と同等の機能を有する。導電部９ａとしては、導電性を有する金属材料などを用いることができるが、これに限るものではない。
絶縁部９ｂは、第１方向において、透光性導電層２３と導電部９ａとの間に設けられる。このような絶縁部９ｂは、太陽電池素子２において生成された光生成キャリアが透光性導電層２３に沿って導電部９ａに流れること、即ちリーク電流が発生することを抑制する。即ち、本発明の第３実施形態における絶縁部９ａは、本発明の第１実施形態における第２延在部２４２と同等の機能を有する。絶縁部９ｂとしては、絶縁性を有する材料を用いることができる。
〈作用・効果〉
本発明の第３実施形態に係る太陽電池モジュール１００によれば、太陽電池素子２において、第２半導体層２４が、第１延在部２４１を備える。このような第１延在部２４１によれば、各太陽電池素子２の透光性導電層２３の側面が覆われるため、透光性導電層２３が各太陽電池素子２の側面２ｓに露出しない。従って、透光性導電層２３が水分と直接接触することを回避することができるため、透光性導電層２３が劣化することを抑制することができる。また、他方の素子分離溝６に充填された充填材に浸潤した水分は導電部９ａ及び絶縁部９ｂによって遮られるため、他方の素子分離溝６に充填された充填材に浸潤した水分が透光性導電層２３に到達することが抑制される。
［第４実施形態］
以下において、本発明の第４実施形態について説明する。尚、以下においては、上述した第１実施形態と第３実施形態との差異について主として説明する。
具体的には、上述した第１実施形態では、複数の太陽電池素子２のそれぞれは、光生成キャリアを、第１電極層２１側から第２電極層２５側に向かって入射する光により生成する。
これに対して、第４実施形態では、複数の太陽電池素子２のそれぞれは、光生成キャリアを、第２電極層２５側から第１電極層２１側に向かって入射する光により生成する。
〈太陽電池の構成〉
図１０は、本発明の第４実施形態に係る太陽電池モジュール１００の上面図である。ここで、図１０のＡ−Ａ断面図は、図２（ａ）と同様である。
図１０及び図２（ａ）に示すように、複数の太陽電池素子２は、基板１の主面上に第１方向に沿って形成され、電気的に直列に接続される。複数の太陽電池素子２のそれぞれは、第１電極層２１と、第１半導体層２２と、透光性導電層２３と、第２半導体層２４と、第２電極層２５とを備える。第１電極層２１と、第１半導体層２２と、透光性導電層２３と、第２半導体層２４と、第２電極層２５とは、基板１側から順に積層されている。複数の太陽電池素子２のそれぞれは、第２電極層２５側から第１電極層２１側に向かって入射する光により光生成キャリアを生成する。隣接する太陽電池素子２どうしは、素子分離溝６によって分離されている。
第１電極層２１は、基板１の主面上に積層されており、導電性を有する。第１電極層２１としては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）、又は酸化チタン（ＴｉＯ２）などの金属酸化物を用いることができる。これらの金属酸化物に、フッ素（Ｆ）、錫（Ｓｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、ガリウム（Ｇａ）、ニオブ（Ｎｂ）などがドープされていてもよい。また、第１電極層２１としては、透光性を有しない金属材料を用いることもできる。
第１半導体層２２は、第２電極層２５側から入射した光のうち、第２電極層２５、第２半導体層２４及び透光性導電層２３を透過した光により光生成キャリアを生成する。第１半導体層２２は、ｐ型半導体と、ｉ型微結晶シリコン半導体と、ｎ型半導体とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する（不図示）。
透光性導電層２３は、透光性及び導電性を有し、第２半導体層２４を透過した光の一部を第１半導体層２１側に透過するとともに、第２半導体層２４を透過した光の一部を第２半導体層２４側に反射する。透光性導電層２３としては、ＺｎＯ、ＩＴＯなどを用いることができる。透光性導電層２３には、Ａｌなどがドープされていてもよい。また、透光性導電層２３としては、薄い金属層、薄い半導体層、あるいは薄い絶縁層と導電層との組み合わせなどを用いることができる。
第２半導体層２４は、第２電極層２５側から入射する光により光生成キャリアを生成する。また、第２半導体層２４は、透光性導電層２３から反射される光により光生成キャリアを生成する。第２半導体層２４は、ｐ型半導体と、ｉ型アモルファスシリコン半導体と、ｎ型半導体とが基板１側から積層されたｐｉｎ接合を有する（不図示）。
第２半導体層２４は、第１延在部２４１と、第２延在部２４２とを有する。第１延在部２４１及び第２延在部２４２の構成は、第１実施形態と同様である。
第２電極層２５は、グリッド電極２５ｃと、接続部２５１とを有する。グリッド電極２５ｃは、第２半導体層２４により吸収される光の量を増加させるため、極力小さい面積となるように設けられる。例えば、図１０に示すように、グリッド電極２５ｃは、電極幅を小さくして形成される。グリッド電極２５ｃの間には、第２半導体層２４が露出する。接続部２５１は、第１実施形態と同様にして、隣接する太陽電池素子２どうしを電気的に直列に接続する。グリッド電極２５ｃ及び接続部２５１は、樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成することができるが、これに限るものではない。
〈作用・効果〉
本発明の第４実施形態に係る太陽電池モジュール１００によれば、太陽電池素子２において、第２半導体層２４が、第１延在部２４１を備える。このような第１延在部２４１によれば、各太陽電池素子２の透光性導電層２３の側面が覆われるため、透光性導電層２３が各太陽電池素子２の側面２ｓに露出しない。従って、透光性導電層２３が水分と直接接触することを回避することができるため、透光性導電層２３が劣化することを抑制することができる。また、他方の素子分離溝６に充填された充填材に浸潤した水分は接続部２５１によって遮られるため、他方の素子分離溝６に充填された充填材に浸潤した水分が透光性導電層２３に到達することが抑制される。
〈その他の実施形態〉
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
上述した第１実施形態、第２実施形態及び第４実施形態では、第２半導体層２４が第２延在部２４２を有するが、第２半導体層２４は第２延在部２４２を有していなくてもよい。
また、上述した第１実施形態では、第１延在部２４１が、素子分離溝６及び発電領域分離溝７に沿ってコの字型に形成されるが、第１延在部２４１は、素子分離溝６又は発電領域分離溝７の一部に沿って形成されていればよい。
また、上述した第１実施形態〜第４実施形態では、各太陽電池素子２に含まれる半導体層が２つ（第１半導体層２２及び第２半導体層２４）であるが、これに限定されるものではない。具体的には、各太陽電池素子２には、３つ以上の半導体層が含まれていてもよい。このような場合、第１半導体層２２側に向かって延在し、第１半導体層２２に接触する延在部を備える第３半導体層を、第２半導体層２４と第２電極層２５との間に設けても良い。
また、上述した第１実施形態〜第４実施形態では、第１半導体層２２及び第２半導体層２４は、ｐｉｎ接合を有するが、これに限定されるものではない。具体的には、第１半導体層２２及び第２半導体層２４の少なくとも一方は、ｐｎ接合を有していてもよい。
また、上述した第１実施形態〜第４実施形態では、第１半導体層２２及び第２半導体層２４は、シリコンを主体としているが、これに限定されるものではなく、他の半導体材料を用いることができる。具体的には、第１半導体層２２及び第２半導体層２４のうち、光入射側に位置する半導体層の発電領域が広バンドギャップを有する材料により構成され、光透過側に位置する半導体層の発電領域が狭バンドギャップを有する材料により構成されていればよい。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
以下、本発明に係る太陽電池について、実施例を挙げて具体的に説明する。但し、本発明は、下記の実施例に示したものに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において、適宜変更して実施することができるものである。
〈実施例〉
以下のようにして、実施例に係る太陽電池１１０を作製した。
まず、ガラス基板（基板１）上に、凹凸構造を有するＳｎＯ２層（第1電極層２１）を形成した。
次に、ＳｎＯ２層（第1電極層２１）上に、Ｐ−ＣＶＤ法を用いて、第１セル（第１半導体層２２）を形成した。具体的には、ｐ型アモルファスシリコン半導体と、ｉ型アモルファスシリコン半導体と、ｎ型アモルファスシリコン半導体とを順に積層することによって、第１セル（第１半導体層２２）を形成した。第１セル（第１半導体層２２）の厚さは、１８０ｎｍとした。
次に、第１セル（第１半導体層２２）上に、第１セル（第１半導体層２２）の外周に沿ってマスクを形成した。
次に、第１セル（第１半導体層２２）の露出面上とマスク上とに、スパッタリング法を用いて、ドーパントとして３ｗｔ％のＡｌを含むＺｎＯ層（透光性導電層２３）を形成した。ＺｎＯ層（透光性導電層２３）の厚さは、３０ｎｍとした。
次に、第１セル（第１半導体層２２）上に形成されたマスクを除去した。
次に、Ｐ−ＣＶＤ法を用いて、ＺｎＯ層（透光性導電層２３）上と、マスクが除去されることにより露出した第１セル（第１半導体層２２）上とに、ｐ型微結晶シリコン半導体と、ｉ型微結晶シリコン半導体と、ｎ型微結晶シリコン半導体とを順に積層した。これにより、ＺｎＯ層（透光性導電層２３）の側面を覆う第１延在部２４１を有する第２セル（第２半導体層２４）が形成された。第２セル（第２半導体層２４）の厚さは、２０００ｎｍとした。
次に、スパッタリング法を用いて、第２セル（第２半導体層２４）上に、ＩＴＯ層及びＡｇ層（第２電極層２５）を形成した。
次に、ＳｎＯ２層（第1電極層２１）と、ＩＴＯ層及びＡｇ層（第２電極層２５）とに、取り出し電極８を配置した。
以上により、本実施例では、図１１に示すように、ＺｎＯ層（透光性導電層２３）の側面が、第２セル（第２半導体層２４）の第１延在部２４１により覆われた太陽電池１１０を作製した。
〈比較例〉
以下のようにして、比較例に係る太陽電池１２０を作製した。
まず、ガラス基板（基板１）上に、凹凸構造を有するＳｎＯ２層（第１電極層２１）を形成した。
次に、ＳｎＯ２層（第１電極層２１）上に、Ｐ−ＣＶＤ法を用いて、第１セル（第１半導体層２２）を形成した。具体的には、ｐ型アモルファスシリコン半導体と、ｉ型アモルファスシリコン半導体と、ｎ型アモルファスシリコン半導体とを順に積層することによって、第１セル（第１半導体層２２）を形成した。第１セル（第１半導体層２２）の厚さは、１８０ｎｍとした。
次に、第１セル（第１半導体層２２）上に、スパッタリング法を用いて、ドーパントとして３ｗｔ％のＡｌを含むＺｎＯ層（透光性導電層２３）を形成した。ＺｎＯ層（透光性導電層２３）の厚さは、３０ｎｍとした。
次に、Ｐ−ＣＶＤ法を用いて、ＺｎＯ層（透光性導電層２３）上に、第２セル（第２半導体層２４）を形成した。具体的には、ｐ型微結晶シリコン半導体と、ｉ型微結晶シリコン半導体と、ｎ型微結晶シリコン半導体とを順に積層した。第２セル（第２半導体層２４）の厚さは、２０００ｎｍとした。
次に、スパッタリング法を用いて、第２セル（第２半導体層２４）上に、ＩＴＯ層及びＡｇ層（第２電極層２５）を形成した。
次に、ＳｎＯ２層（第１電極層２１）と、ＩＴＯ層及びＡｇ層（第２電極層２５）とに、取り出し電極８を配置した。
以上により、本比較例では、図１２に示すように、ＺｎＯ層（透光性導電層２３）の側面が露出した太陽電池１２０を作製した。
〈耐湿試験〉
上記実施例及び比較例に係る太陽電池について、耐湿試験を行った。図１３は、実施例及び比較例に係る太陽電池の光電変換効率の経時変化を示す図である。試験条件は、温度８５℃、湿度９０％とし、試験時間は１５時間とした。図１３では、実施例、比較例共に、耐湿試験前におけるそれぞれの光電変換効率を１．０００として規格化して表している。尚、耐湿試験時の温度上昇が光電変換効率に与える影響を区別するために、実施例及び比較例に係る太陽電池は、１５０℃で２時間、熱アニールが施されている。
図１３に示すように、実施例に係る太陽電池１１０では、１５時間の試験時間を通して、耐湿試験前における光電変換効率と同等の光電変換効率を維持することができた。これは、実施例に係る太陽電池１１０では、太陽電池１１０の側面にＺｎＯ層（透光性導電層２３）が露出していないため、水分によるＺｎＯ層（透光性導電層２３）の劣化を抑制することができたためである。
これに対し、比較例に係る太陽電池１２０では、光電変換効率が次第に低下した。これは、比較例に係る太陽電池１２０では、太陽電池１２０の側面にＺｎＯ層（透光性導電層２３）が露出しているため、ＺｎＯ層（透光性導電層２３）が水分に直接接触することにより劣化したためである。
このように、ＺｎＯ層（透光性導電層２３）の側面を覆う第１延在部２４１を有する第２セル（第２半導体層２４）を形成することにより、太陽電池の耐湿性を向上させられることが確認された。
本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の上面図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の断面図である（図１のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図、その１）。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の断面図である（図１のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図、その２））。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法を示す図である（その１）。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法を示す図である（その２）。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法を示す図である（その３）。 第３層２３０の上面図である。 本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュール１００の断面図である（図１のＡ−Ａ断面図）。 本発明の第３実施形態に係る太陽電池モジュール１００の断面図である（図１のＡ−Ａ断面図）。 本発明の第４実施形態に係る太陽電池モジュール１００の上面図である。 本発明の実施例に係る太陽電池１１０の断面図である。 本発明の比較例に係る太陽電池１２０の断面図である。 実施例及び比較例に係る太陽電池の光電変換効率の経時変化を示す図である。
符号の説明
１００…太陽電池モジュール
１０…太陽電池
２０…充填材
３０…保護材
１…基板
１ａ…発電領域
１ｂ…非発電領域
２…太陽電池素子
２ｓ…側面
２１，２２１ｂ…第１電極層
２１０…第１層
２２，２２ｂ…第１半導体層
２２０…第２層
２３，２３ｂ…透光性導電層
２３０…第３層
２４，２４ｂ…第２半導体層
２４１…第１延在部
２４２…第２延在部
２４０…第４層
２５，２５ｂ…第２電極層
２５ｃ…グリッド電極
２５１…接続部
２５０…第５層
３，３ｂ…第１電極分離溝
４…透光性導電層分離溝
４１…第１の透光性導電層分離溝
４２…第２の透光性導電層分離溝
５…接続溝
６…素子分離溝
７…発電領域分離溝
８…取り出し電極
９ａ…導電部
９ｂ…絶縁部

Claims (2)

  1. 基板上において、第１電極層と、第１半導体層と、透光性導電層と、第２半導体層と、第２電極層とが順次積層された太陽電池モジュールであって、
    少なくとも前記第１半導体層、前記透光性導電層、前記第２半導体層及び前記第２電極層を貫通する溝部によって囲まれた複数の太陽電池素子を備え、
    前記複数の太陽電池素子に含まれる一の太陽電池素子において、前記第２半導体層は、前記第１半導体層側に向かって延在し、前記第１半導体層の上面に接触する延在部を有し、
    前記溝部は、前記複数の太陽電池素子どうしを分離する一対の素子分離溝であり、
    前記一の太陽電池素子において、前記第２電極層は、前記一対の素子分離溝のうち一方において、前記透光性導電層の側面を覆って前記第１電極層に接触する接続部を有しており、
    前記延在部は、前記一対の素子分離溝のうち他方に沿って設けられる第１延在部を含む
    ことを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記延在部は、前記接続部に沿って設けられる第２延在部をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
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