JP5084146B2

JP5084146B2 - 光起電力モジュール

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Publication number: JP5084146B2
Application number: JP2006020421A
Authority: JP
Inventors: 晴夫米津; 淳仲内
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-01-30
Filing date: 2006-01-30
Publication date: 2012-11-28
Anticipated expiration: 2026-01-30
Also published as: JP2007201331A

Description

本発明は、光起電力モジュールに関し、特に、互いに電気的に接続された複数の光起電力素子を含む光起電力モジュールに関する。

従来、互いに電気的に接続された複数の光起電力素子を含む光起電力モジュールが知られている。図１６は、従来の一例による光起電力モジュールの断面図である。従来の一例による光起電力モジュールは、図１６に示すように、タブ電極１０１を介して接続される複数の光起電力素子１０２と、その複数の光起電力素子１０２を封止する充填材１０３と、充填材１０３により封止された光起電力素子１０２の光入射面側（図１６のＡ２側）に配置されるガラス板からなる表面保護材１０４と、光起電力素子１０２の光入射面と反対側（図１６のＢ２側）に配置されるＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅＴｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ：ポリエチレンテレフタレート）フィルム１０５と、Ａｌ箔１０６と、ＰＥＴフィルム１０７とを備えている。また、図１６に示した従来の一例による光起電力モジュールでは、光起電力素子１０２の光入射面側が正極（光入射面と反対側が負極）になるように配置されるとともに、タブ電極１０１をステップ状に折り曲げることによって、隣接する光起電力素子１０２の光入射面側の正極と、光入射面と反対側の負極とを電気的に接続している。

しかしながら、図１６に示した従来の一例による光起電力素子では、光起電力素子１０２の表面側に接続されたタブ電極１０１を隣接する光起電力素子１０２の裏面側に接続する必要があるので、その際に、光起電力素子１０２に負荷が加わり、その結果、光起電力素子１０２が破損するおそれがあるという不都合がある。

そこで、直線状のタブ電極２０１を介して隣接する光起電力素子２０２を接続することが可能な光起電力モジュールが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。図１７は、特許文献１に提案された従来の光起電力モジュールの光起電力素子を示した平面図である。図１８は、図１７に示した特許文献１に提案された従来の光起電力モジュールの光起電力素子を示した側面図である。この提案された光起電力モジュールは、図１７および図１８に示すように、タブ電極２０１を介して接続される複数の光起電力素子２０２を備えている。また、従来の提案された光起電力モジュールでは、複数の光起電力素子２０２は、隣接する光起電力素子２０２の光入射面側の極性が、異なる極性となるように配置されている。そして、隣接する２つの光起電力素子２０２は、光入射面側および光入射面と反対側で、直線状のタブ電極２０１を介して接続されている。また、タブ電極２０１により接続された複数の光起電力素子２０２は、図１６に示した従来の一例による光起電力モジュールと同様、図示しない充填材（封止材）により封止されており、充填材により封止された光起電力素子２０２の光入射面側（図１８のＡ２側）および光入射面と反対側（図１８のＢ２側）には、それぞれ、透明強化ガラスからなる透光性部材（図示せず）が配置されている。

この従来の提案された光起電力モジュールでは、折り曲げていない直線状のタブ電極２０１を用いるので光起電力素子２０２の裏面側（光入射面と反対側の面）にタブ電極２０１を折り曲げて接続する際に、光起電力素子２０２に加わる負荷に起因して光起電力素子２０２が破損するという不都合が発生するのを抑制することが可能である。
特開平１１−３５４８２２号公報

しかしながら、図１７および図１８に示した従来の提案された光起電力モジュールでも、従来と同様に、光起電力素子２０２の搬送時に加わる外力や充填材による光起電力素子２０２の封止時などの製造プロセス時に加わる応力によって光起電力素子２０２が破損しやすいという問題点がある。

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、搬送時や製造プロセス時における光起電力素子の破損を抑制することが可能な光起電力モジュール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モジュールは、互いに電気的に接続された複数の光起電力素子と、光起電力素子の光入射面と反対側の面上に導電性接着剤を介して取り付けられる補強板とを備えている。

この第１の局面による光起電力モジュールでは、上記のように、光起電力素子の光入射面と反対側の面上に、導電性接着剤を介して補強板を取り付けることによって、光起電力素子の機械的強度が大きくなるので、光起電力素子の搬送時や充填材による光起電力素子の封止時などの製造プロセス時に光起電力素子が破損するのを抑制することができる。

上記第１の局面による光起電力モジュールにおいて、好ましくは、補強板は、光起電力素子の光入射面と反対側の面の実質的に全面上を覆うように取り付けられている。このように構成すれば、金属板と光起電力素子との接着面積が、金属板を光起電力素子の一部に取り付ける場合と比べて大きくなるので、金属板と光起電力素子との接着により、光起電力素子の機械的強度をより向上させることができる。このため、光起電力素子の搬送時や光起電力モジュールの製造プロセス時に光起電力素子が破損するのを有効に抑制することができる。また、金属板により、光起電力素子の光入射面と反対側の面の実質的に全面上を覆うようにすれば、金属板を電極として用いることにより、光起電力素子内で発生した電流の電気抵抗による損失を減少させることができるので、光起電力素子による出力電流を増加させることができる。

上記第１の局面による光起電力モジュールにおいて、好ましくは、補強板には、複数の孔部が設けられている。このように構成すれば、光起電力素子に両面入射型の光起電力素子を用いた場合には、補強板に設けられた孔部を通して光起電力素子の光入射面と反対側の面からも光起電力素子に光を取り込むことができるので、光起電力素子の発電効率を向上させることができる。また、補強板に複数の孔部を設けるようにすれば、補強板の重量を小さくすることができるので、光起電力モジュールの重量が増加するのを抑制することができる。

上記第１の局面による光起電力モジュールにおいて、好ましくは、補強板は、金属板である。このように構成すれば、金属板は導電性を有するので、補強板を介して隣接する光起電力素子を電気的に接続することができる。

上記金属板が取り付けられた光起電力素子を含む光起電力モジュールにおいて、好ましくは、金属板は、光起電力素子の光入射面と反対側の面上に、光起電力素子毎に取り付けられており、光起電力素子に取り付けられた金属板と、隣接する光起電力素子とを電気的に接続するための接続電極をさらに備える。このように構成すれば、すなわち、光起電力素子に取り付けられた金属板に接続電極を接続する方が、接続電極を光起電力素子と反対側の面上に直接接続する場合に比べて、光起電力素子に加わる負荷を軽減することができるので、光起電力素子に接続電極を接続する際などの製造プロセス時に、光起電力素子が破損するのを抑制することができる。

上記光起電力素子毎に金属板が取り付けられた光起電力素子を含む光起電力モジュールにおいて、好ましくは、金属板は、光起電力素子の光入射面と反対側の面上に、光起電力素子から側方に突出する突出部分を有するように取り付けられており、接続電極は、金属板の突出部分と、隣接する光起電力素子とを、電気的に接続するように取り付けられている。このように構成すれば、金属板の突出部分により、金属板と、隣接する光起電力素子とを接続電極を介して容易に接続することができる。

上記金属板が取り付けられた光起電力素子を含む光起電力モジュールにおいて、好ましくは、複数の光起電力素子は、隣接する光起電力素子において光入射面の極性が交互に変わるように配置されており、金属板は、隣接する２つの光起電力素子の光入射面とは反対側の面同志を電気的に接続するように２つの光起電力素子に対して共通に配置されている。このように構成すれば、隣接する光起電力素子を電気的に接続する際に、隣接する光起電力素子の光入射面とは反対側の面同志を金属板により電気的に接続することが可能になるとともに、隣接する光起電力素子の光入射側の面同志を接続電極により接続することが可能になる。これにより、光起電力素子の光入射面側を接続するために接続電極を折り曲げる必要がなくなるので、形成工程を簡略化することができるとともに、製造プロセス時における光起電力素子の破損を有効に抑制することができる。

この発明の第２の局面における光起電力モジュールは、互いに電気的に接続された複数の光起電力素子と、光起電力素子の光入射面と反対側の面上に導電性接着剤を介して取り付けられる金属製の部材とを備えている。

この第２の局面による光起電力モジュールでは、上記のように、光起電力素子の光入射面と反対側の面上に、金属製の部材を取り付けることによって、光起電力素子の機械的強度が大きくなるので、光起電力素子の搬送時や充填材による光起電力素子の封止時などの製造プロセス時に光起電力素子が破損するのを抑制することができる。また、光起電力素子に、導電性接着剤を介して金属製の部材を取り付けることによって、金属製の部材は導電性を有するので、補強板を介して隣接する光起電力素子を電気的に接続することができる。

上記第２の局面による光起電力モジュールにおいて、好ましくは、金属製の部材は、板状または箔状に形成されている。このように構成すれば、金属製の部材が板状の場合には、光起電力素子の割れをより抑制することができるとともに、金属製の部材が箔状の場合には、光起電力素子が割れた場合に、さらに亀裂が進行するのを抑制することができ、これによって、光起電力素子が破損するのを抑制することができるとともに、光起電力素子の割れた部分が飛散するのを抑制することができる。

なお、上記隣接する光起電力素子の光入射面と反対側の極性が交互に変わるように配置される複数の光起電力素子を含む光起電力モジュールにおいて、光起電力素子は、第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の一方表面上に形成され、実質的に真性の第２半導体層と、第２半導体層の表面上に形成された第２導電型の第３半導体層と、第１半導体層の他方表面上に形成され、実質的に真性の第４半導体層と、第４半導体層の表面上に形成された第１導電型の第５半導体層とを備え、複数の光起電力素子は、隣接する光起電力素子において、光入射面側の半導体層として、第３半導体層および第５半導体層が交互になるように光起電力素子を配置してもよい。このように構成すれば、第３半導体層と第５半導体層とで極性が異なるので、光起電力素子を、隣接する光起電力素子の光入射側の極性が交互に変わるように容易に配置することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態による光起電力モジュールの構造を示した断面図である。図２は、図１に示した第１実施形態による光起電力モジュールの光起電力素子の構造を部分的に示した拡大斜視図である。なお、図２は、図３中の破線で囲まれた領域５０の構造を示している。図３〜図５は、図１に示した第１実施形態による光起電力モジュールの構造を説明するための図である。まず、図１〜図５を参照して、本発明の第１実施形態による光起電力モジュールの構造について説明する。

本発明の第１実施形態による光起電力モジュールは、図１に示すように、複数の光起電力素子１を備えており、この複数の光起電力素子１の各々は、銅箔からなるとともに、約０．８ｍｍ〜約２ｍｍの幅および約１５０μｍ〜約３００μｍの厚みを有するタブ電極２を介して、隣接する光起電力素子１に接続されている。なお、タブ電極２は、本発明の「接続電極」の一例である。そして、タブ電極２を介して接続される光起電力素子１は、ＥＶＡ（ＥｔｈｙｌｅｎｅＶｉｎｙｌＡｃｅｔａｔｅ：エチレンビニルアセテート）樹脂からなる充填材３により封止されている。また、複数の光起電力素子１を封止した充填材３の上面上には、表面保護用の透明強化ガラスからなる表面保護材４が配置されている。また、複数の光起電力素子１を封止した充填材３の下面上には、光起電力素子１側から順番に、ＰＥＴフィルム５ａ、Ａｌ箔６、および、ＰＥＴフィルム５ｂが配置されている。

また、光起電力素子１では、図２に示すように、約１８０μｍ〜約２５０μｍの厚みを有するｎ型単結晶シリコン基板１１の上面上に、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層１２が形成されている。また、ｉ型非晶質シリコン層１２の上面上には、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層１３が形成されている。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１１は、本発明の「第１半導体層」の一例であり、ｉ型非晶質シリコン層１２は、本発明の「第２半導体層」の一例である。また、ｐ型非晶質シリコン層１３は、本発明の「第３半導体層」の一例である。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１１は、発電層としての機能を有する。

また、ｐ型非晶質シリコン層１３上には、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）から構成される透光性導電膜１４が形成されている。また、透光性導電膜１４の上面上の所定領域には、銀（Ａｇ）ペーストが硬化されてなる表面側集電極１５が形成されている。この表面側集電極１５は、図２および図３に示すように、所定の間隔Ｄ１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１５ａと、フィンガー電極部１５ａにより収集された電流を集合させるバスバー電極部１５ｂとによって構成されている。また、フィンガー電極部１５ａおよびバスバー電極部１５ｂは、約１０μｍ〜約５０μｍの厚みを有している。

また、ｎ型単結晶シリコン基板１１の下面上には、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層１６と、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層１７とが順次形成されている。なお、ｉ型非晶質シリコン層１６は、本発明の「第４半導体層」の一例であり、ｎ型非晶質シリコン層１７は、本発明の「第５半導体層」の一例である。また、ｎ型非晶質シリコン層１７の下面上には、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ膜からなる透光性導電膜１８が形成されている。また、透光性導電膜１８の下面上には、図２に示すように、所定の間隔Ｄ２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１９ａと、フィンガー電極部１９ａにより収集された電流を集合させるバスバー電極部１９ｂとからなる裏面側集電極１９が形成されている。裏面側集電極１９は、銀（Ａｇ）ペーストを硬化してなる。なお、表面側集電極１５のフィンガー電極部１５ａの所定の間隔Ｄ１は、光起電力素子１に取り込まれる光の量を多くするために、裏面側集電極１９のフィンガー電極部１９ａの所定の間隔Ｄ２よりも広く構成されている。なお、表面側集電極１５が形成されている面側（図１および図２のＡ１側）が、光起電力素子１の光入射面側となり、裏面側集電極１９が形成されている面側（図１および図２のＢ１側）が光入射面と反対側となる。

ここで、第１実施形態では、図２〜図４に示すように、光起電力素子１の透光性導電膜１８および裏面側集電極１９の下面上に、約１０μｍ〜約１００μｍの厚みを有するペースト状の白色または透明の導電性接着剤７を介して、約５０μｍ〜約２００μｍの厚みを有する銅からなる金属板８が光起電力素子１毎に取り付けられている。なお、裏面側集電極１９の下面上に、ペースト状の白色または透明の導電性接着剤７を塗布することによって、白色または透明の導電性接着剤７からの光の反射により、光起電力素子１の裏面側からの光の反射率が向上するので、光起電力素子１の発電効率が向上する。また、導電性接着剤７は、フィンガー電極部１９ａ間に充填されている。また、金属板８は、補強機能を有するとともに、光起電力素子１の裏面側集電極１９と導電性接着剤７を介して接触するように取り付けられている。また、金属板８は、図３に示すように、光起電力素子１の裏面側の実質的に全面を覆うように取り付けられている。さらに、金属板８は、光起電力素子１から側方に突出する突出部分８ａを有するように取り付けられている。なお、金属板８は、本発明の「補強板」および「金属製の部材」の一例である。

また、表面側集電極１５のバスバー電極部１５ｂ上には、図２および図３に示すように、約２００μｍの厚みを有するとともに、バスバー電極部１５ｂと同程度の幅を有するタブ電極２の一方端側が取り付けられている。また、タブ電極２の他方端側は、図４に示すように、折り曲げ加工されるとともに、タブ電極２の他方端側が隣接する光起電力素子１に取り付けられた金属板８の突出部分８ａの上面に接合されている。また、複数の光起電力素子１は、図５に示すように、光入射面同志および光入射面と反対側の面同志が同じ極性（＋または−）となるように配置されるとともに、光起電力素子１内で発生した電流が図５の矢印の方向に流れるように、タブ電極２によって直列に接続されている。

第１実施形態では、上記のように、光起電力素子１の光入射面と反対側の面に、導電性接着剤７を介して銅からなる金属板８を取り付けることによって、光起電力素子１の機械的強度が大きくなるので、光起電力素子１の搬送時や充填材３による光起電力素子１の封止時などの製造プロセス（真空ラミネート処理）時に光起電力素子１が破損するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、金属板８を、光起電力素子１の光入射面と反対側の面の実質的に全面を覆うように取り付けることによって、金属板８と光起電力素子１との接着面積が、金属板８を光起電力素子１の一部に取り付けた場合と比べて大きくなるので、金属板８と光起電力素子１との接着により、光起電力素子１の機械的強度をより向上させることができる。このため、光起電力素子１の搬送時や光起電力モジュールの製造プロセス時に光起電力素子１が破損するのを有効に抑制することができる。また、金属板８により、光起電力素子１の光入射面と反対側の実質的に全面を覆うようにすれば、金属板８を光起電力素子１内で発生した電流を収集するための電極として用いることにより、光起電力素子１内で発生した電流の電気抵抗による損失を減少させることができるので、光起電力素子１による出力電流を増加させることができる。

また、第１実施形態では、金属板８を、光起電力素子１の光入射面と反対側の面に、光起電力１毎に取り付けるとともに、光起電力素子１に取り付けられた金属板８と、隣接する光起電力素子１の光入射面側の表面側集電極１５とをタブ電極２により電気的に接続することによって、タブ電極２を光起電力素子１の光入射面と反対側の面のバスバー電極部１９ｂに接続する場合に比べて、光起電力素子１に取り付けられた金属板８にタブ電極２を接続する方が、接続時に光起電力素子１に加わる負荷を軽減することができるので、光起電力素子１にタブ電極２を接続する際に、光起電力素子１が破損するのを抑制することができる。

また、第１実施形態では、金属板８を、光起電力素子１の光入射面と反対側の面上に、光起電力素子１から側方に突出する突出部分８ａを有するように取り付けるとともに、タブ電極２を、金属板８の突出部分８ａの表面と、隣接する光起電力素子１の光入射側に設けられたバスバー電極部１５ｂとを電気的に接続するように取り付けることによって、金属板８の突出部分８ａにより、金属板８と、隣接する光起電力素子１の光入射面側に設けられたバスバー電極部１５ｂとをタブ電極２を介して容易に接続することができる。

図６は、図１に示した第１実施形態による光起電力モジュールの光起電力素子に金属板を取り付ける方法を説明するための概略図である。次に、図１〜図６を参照して、上記した第１実施形態による光起電力モジュールの製造プロセスについて説明する。まず、図２に示すように、約１８０μｍ〜約３００μｍの厚みを有するｎ型単結晶シリコン基板１１の上面上に、プラズマＣＶＤ法を用いて、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層１２、および、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層１３を順次形成する。次に、プラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１１の下面上に、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層１６、および、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層１７を順次形成する。

そして、マグネトロンスパッタ法を用いて、ｐ型非晶質シリコン層１３およびｎ型非晶質シリコン層１７の各々の上に、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる透光性導電膜１４および１８を形成する。

次に、図３に示すように、スクリーン印刷法を用いて、透光性導電膜１４の上面上および透光性導電膜１８の下面上の各々の所定の領域に、Ａｇペーストを硬化して、約１０μｍ〜約５０μｍの厚みを有する櫛形状の表面側集電極１５および裏面側集電極１９をそれぞれ形成する。この表面側集電極１５および裏面側集電極１９は、それぞれ、所定の間隔を隔てて互いに平行に延びる複数のフィンガー電極部１５ａおよび１９ａと、フィンガー電極部１５ａおよび１９ａにより収集された電流を集合させるバスバー電極部１５ｂおよび１９ｂとを有するように形成する。このようにして、光起電力素子１を複数形成する。

次に、図６に示すように、上記のようにして形成した複数の光起電力素子１の光入射面と反対側の面である下面上の実質的に全面に、導電成分としてＡｇを含むペースト状の導電性接着剤７を塗布する。そして、ペースト状の導電性接着剤７に、約５０μｍ〜約２００μｍの厚みを有する銅からなる金属板８を光起電力素子１の下面の実質的に全面を覆うように貼り付ける。その後、約１５０℃の温度で約３０分間の加熱圧着処理を施すことによって、光起電力素子１に金属板８を固着させる。このようにして、光起電力素子１の光入射面と反対側の面に金属板８を取り付ける。なお、裏面側集電極１９を形成した後であって、かつ、導電性接着剤７を塗布する前には、光起電力素子１の特性評価が可能であるとともに、金属板８を貼り付けていない状態であるため、光起電力素子１自体が軽量であるので、光起電力素子１の管理や搬送などの工程が容易となる。また、金属板８を貼り付けた後に封止工程などの製造プロセスを行うことによって、光起電力素子１の破損を抑制することが可能となる。

次に、図３〜図５に示すように、上記のようにして形成した複数の光起電力素子１の表面側集電極１５のバスバー電極部１５ｂに銅箔からなるタブ電極２の一方端側を接続する。そして、タブ電極２の他方端側を、隣接する光起電力素子１に取り付けた金属板８に接続する。このようにして、複数の光起電力素子１を直列に接続する。

最後に、図１に示すように、透明強化ガラスからなる表面保護材４の上に、後に充填剤３となるＥＶＡシート、タブ電極２により接続した複数の光起電力素子１、後に充填剤３となるＥＶＡシート、および、ＰＥＴフィルム５ａ、Ａｌ箔６、および、ＰＥＴフィルム５ｂを順次積層する。この後、加熱しながら真空ラミネート処理を行うことによって、第１実施形態による光起電力モジュールが形成される。

（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態による光起電力モジュールの構造を示した断面図である。図８は、図７に示した第２実施形態による光起電力モジュールを構成する一方の光起電力素子の構造を部分的に示した拡大斜視図である。なお、図８は、図９中の破線で囲まれた領域６０の構造を示している。図９〜図１１は、図７に示した第２実施形態による光起電力モジュールの構造を説明するための図である。図７〜図１１を参照して、第２実施形態では、上記第１実施形態と異なり、複数の光起電力素子１および２１が、隣接する光起電力素子１または２１の上面（光入射面）側の極性が交互に異なるように配置された例について説明する。

本発明の第２実施形態による光起電力モジュールは、図７に示すように、光起電力素子１および２１をそれぞれ複数備えており、この複数の光起電力素子１および２１の各々は、銅箔からなるタブ電極２２を介して、隣接する光起電力素子１または２１に接続されている。なお、タブ電極２２は、本発明の「接続電極」の一例である。そして、タブ電極２２を介して接続される光起電力素子１および２１は、上記第１実施形態と同様に、ＥＶＡ樹脂からなる充填材２３により封止されるとともに、光起電力素子１および２１の上面側に表面保護用の白色ガラスからなる表面保護材２４が配置され、光起電力素子１および２１の下面側に、光起電力素子１および２１側から順番に、ＰＥＴフィルム２５ａ、Ａｌ箔２６、および、ＰＥＴフィルム２５ｂが配置されている。なお、光起電力素子１および２１の上面側（図７および図８のＡ１側）が光入射面側となり、光起電力素子１および２１の下面側（図７および図８のＢ１側）が光入射面と反対側となる。

ここで、第２実施形態では、図７および図１１に示すように、光起電力素子１と光起電力素子２１とを交互に配置する。そして、光起電力素子１に隣接する光起電力素子２１を、図２に示した上記第１実施形態と同じ光起電力素子１のｎ型単結晶シリコン基板１１〜透光性導電膜１８の部分の上下を逆にした構造にすることによって、隣接する光起電力素子１および２１の光入射面側の極性が交互に異なるように構成されている。

この光起電力素子２１は、図８に示すように、約１８０μｍ〜約３００μｍの厚みを有するｎ型単結晶シリコン基板１１の上面上に、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層１６が形成されている。また、ｉ型非晶質シリコン層１６の上面上には、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層１７が形成されている。

また、ｎ型非晶質シリコン層１７の上面上には、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚みを有するＩＴＯから構成される透光性導電膜１８が形成されている。また、透光性導電膜１８の上面上の所定領域には、銀（Ａｇ）ペーストを硬化してなる表面側集電極１５が形成されている。この表面側集電極１５は、図８および図９に示すように、所定の間隔Ｄ１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１５ａと、フィンガー電極部１５ａにより収集された電流を集合させるバスバー電極部１５ｂとによって構成されている。また、フィンガー電極部１５ａおよびバスバー電極部１５ｂは、約１０μｍ〜約５０μｍの厚みを有している。

また、ｎ型単結晶シリコン基板１１の下面上には、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層１２と、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層１３とが順次形成されている。また、ｐ型非晶質シリコン層１３の下面上には、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ膜からなる透光性導電膜１４が形成されている。また、透光性導電膜１４の下面上には、図８に示すように、所定の間隔Ｄ２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１９ａと、フィンガー電極部１９ａにより収集された電流を集合させるバスバー電極部１９ｂとからなる裏面側集電極１９が形成されている。なお、表面側集電極１５のフィンガー電極部１５ａの所定の間隔Ｄ１は、光起電力素子２１に取り込まれる光の量を多くするために、裏面側集電極１９のフィンガー電極部１９ａの所定の間隔Ｄ２よりも広く構成されている。

ここで、第２実施形態では、図８に示すように、光起電力素子２１の透光性導電膜１４および裏面側集電極１９上に、約１０μｍ〜約１００μｍの厚みを有するペースト状の導電性接着剤２７を介して、約５０μｍ〜約２００μｍの厚みを有する銅からなる金属板２８が取り付けられている。また、導電性接着剤２７は、フィンガー電極部１９ａ間に充填されている。この金属板２８は、図７、図１０および図１１に示すように、隣接する光起電力素子１と光起電力素子２１との光入射面と反対側の面同志を電気的に接続するように、光起電力素子１と光起電力素子２１とに対して共通に配置されている。また、金属板２８は、図９に示すように、光起電力素子１および光起電力素子２１の光入射面と反対側の実質的に全面を覆うように取り付けられている。なお、金属板２８は、本発明の「補強板」および「金属製の部材」の一例である。

また、表面側集電極１５のバスバー電極部１５ｂ上には、図８および図９に示すように、約２００μｍの厚みを有するとともに、バスバー電極部１５ｂと同程度の幅を有する直線状のタブ電極２２が取り付けられている。また、タブ電極２２は、折り曲げられることなく、図１０に示すように、隣接する光起電力素子１の表面側集電極１５のバスバー電極部１５ｂと光起電力素子２１の表面側集電極１５のバスバー電極部１５ｂとを、直線状に電気的に接続している。そして、複数の光起電力素子１および２１は、図１１に示すように、光起電力素子１および２１内で発生した電流が図１１の矢印の方向に流れるように直列に接続されている。

第２実施形態では、上記のように、隣接する光起電力素子１および光起電力素子２１において光入射面の極性が交互に変わるように光起電力素子１および光起電力素子２１を配置するとともに、金属板２８を、隣接する光起電力素子１および光起電力素子２１の光入射面とは反対側の面同志を電気的に接続するように光起電力素子１および光起電力素子２１に共通に配置することによって、光起電力素子１と光起電力素子２１とを電気的に接続する際に、隣接する光起電力素子１および光起電力素子２１の光入射面とは反対側の面同志を金属板２８により電気的に接続することが可能になるとともに、隣接する光起電力素子１および光起電力素子２１の光入射側の面同志をタブ電極２２により電気的に接続することが可能になる。また、この場合、光起電力素子１および光起電力素子２１の光入射面側の表面側集電極１５を接続するためにタブ電極２２を折り曲げる必要がなくなるので、形成工程を簡略化することができるとともに、タブ電極２２の折り曲げ加工時における光起電力素子１および光起電力素子２１の破損を有効に抑制することができる。

また、第２実施形態では、光起電力素子２１を、ｎ型単結晶シリコン基板１１と、ｎ型単結晶シリコン基板１１の光入射面上に形成された実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層１６と、ｉ型非晶質シリコン層１６上に形成されたｎ型非晶質シリコン層１７と、ｎ型単結晶シリコン基板１１の光入射面と反対側の下面上に形成された実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層１２と、ｉ型非晶質シリコン層１２の下面上に形成されたｐ型非晶質シリコン層１３とを備えるように構成するので、光起電力素子１および光起電力素子２１において、光入射面側の半導体層は、それぞれ、ｐ型非晶質シリコン層１３およびｎ型非晶質シリコン層１７であり、光起電力素子１および光起電力素子２１の光入射面側の極性（正極と負極）が交互に変わるように容易に配置することができる。

第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。

次に、図７〜図１１を参照して、上記した第２実施形態による光起電力モジュールの製造プロセスについて説明する。まず、光起電力素子１を、上記した第１実施形態による光起電力素子１と同様の方法により形成するとともに、光起電力素子２１を形成する。この光起電力素子２１は、図８に示すように、上記した第１実施形態と同様の方法により、ｎ型単結晶シリコン基板１１の上面上に、ｉ型非晶質シリコン層１２およびｐ型非晶質シリコン層１３を順次形成するとともに、ｎ型単結晶シリコン基板１１の下面上に、ｉ型非晶質シリコン層１６およびｎ型非晶質シリコン層１７を順次形成する。そして、マグネトロンスパッタ法を用いて、ｎ型非晶質シリコン層１７およびｐ型非晶質シリコン層１３の表面上に、それぞれ、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚みを有するＩＴＯからなる透光性導電膜１８および１４を形成する。その後、ｐ型非晶質シリコン層１３とｎ型非晶質シリコン層１７との配置が入れ替わるように、上記で形成したｎ型単結晶シリコン基板１１〜透光性導電膜１８の部分の上下を逆にする。

次に、図９に示すように、スクリーン印刷法を用いて、透光性導電膜１８の上面上および透光性導電膜１４の下面上の所定の領域に、それぞれ、約１０μｍ〜約５０μｍの厚みを有するＡｇペーストを硬化してなる櫛形状の表面側集電極１５および裏面側集電極１９を形成する。この表面側集電極１５および裏面側集電極１９は、それぞれ、所定の間隔を隔てて互いに平行に延びる複数のフィンガー電極部１５ａおよび１９ａと、フィンガー電極部１５ａおよび１９ａにより収集された電流を集合させるバスバー電極部１５ｂおよび１９ｂとを有するように形成する。このようにして、光起電力素子１および光起電力素子２１を複数形成する。

次に、上記した第１実施形態と同様の方法により、図１０および図１１に示すように、光起電力素子１の光入射面と反対側の面の下面上および光起電力素子２１の光入射面と反対側の面の下面上の実質的に全面に導電成分としてＡｇを含むペースト状の導電性接着剤２７を塗布する。そして、ペースト状の導電性接着剤２７に、約５０μｍ〜約２００μｍの厚みを有する銅からなる金属板２８を光起電力素子１および隣接する光起電力素子２１の下面の実質的に全面を覆うように共通に貼り付ける。その後、約１５０℃の温度で約３０分間の加熱圧着処理を施すことによって、光起電力素子１および光起電力素子２１に金属板２８を固着させる。このようにして、光起電力素子１および光起電力素子２１に、金属板２８を共通に取り付ける。なお、裏面側集電極１９を形成した後であって、かつ、導電性接着剤２７を塗布する前には、光起電力素子２１の特性評価が可能であるとともに、金属板２８を貼り付けていない状態であるため、光起電力素子２１自体が軽量であるので、光起電力素子２１の管理や搬送などの工程が容易となる。また、金属板２８を貼り付けた後に封止工程などの製造プロセスを行うことによって、光起電力素子２１の破損を抑制することが可能となる。

次に、図９〜図１１に示すように、上記のようにして作製した複数の光起電力素子１および光起電力素子２１の表面側集電極１５のバスバー電極部１５ｂに銅箔からなる直線状のタブ電極２２を接続することによって、光起電力素子１と光起電力素子２１とを接続する。このようにして、複数の光起電力素子１および光起電力素子２１を交互に直列に接続する。

最後に、上記した第１実施形態と同様の方法により、図７に示すように、表面保護材２４、充填材２３、タブ電極２２により接続した複数の光起電力素子１および光起電力素子２１、ＰＥＴフィルム２５およびＡｌ箔２６からなる第２実施形態による光起電力モジュールが形成される。

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、上記第１および第２実施形態では、本発明の補強板の一例としての光起電力素子に金属板を取り付けた例を示したが、本発明はこれに限らず、光起電力素子の破損を抑制することができる補強板であれば、金属板以外の補強板であってもよい。たとえば、樹脂製の補強板を光起電力素子に取り付けるようにしてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、銅からなる金属板を光起電力素子に取り付ける例を示したが、本発明はこれに限らず、銅以外のＮｉ、Ａｌなどから構成される金属板を光起電力素子に取り付けるようにしてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、孔部を有さない金属板を光起電力素子の裏面側に取り付けた例を示したが、本発明はこれに限らず、図１２の第１変形例に示す孔部３８ａを有する金属板３８を光起電力素子の裏面側に取り付けるようにしてもよい。金属板３８に複数の孔部３８ａを設けるようにすれば、光起電力素子に両面入射型の光起電力素子を用いた場合には、金属板３８に設けられた孔部３８ａを通して光起電力素子の光入射面と反対側の面からも光起電力素子に光を取り込むことができるので、光起電力素子の発電効率を向上させることができる。また、金属板３８の重量を小さくすることができるので、光起電力モジュールの重量が増加するのを抑制することができる。なお、孔部３８ａの形状は、丸形形状以外の形状であってもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、金属板を光起電力素子の光入射面と反対側の面を実質的に全面を覆うように取り付けた例を示したが、本発明はこれに限らず、図１３の第２変形例に示すように、光起電力素子１の光入射面と反対側の面の一部を覆うように補強機能を有する金属板４８を取り付けるようにしてもよい。この場合、光起電力素子１の全体の約５０％以上を覆うように形成するのが、補強機能の面から好ましい。

また、上記第１および第２実施形態では、光起電力素子に両面入射型の光起電力素子を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、片面入射型の光起電力素子を用いるようにしてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、補強機能を有する金属板を接着するためにペースト状の導電性接着剤を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、シート状の導電性接着剤を用いるようにしてもよい。また、シート状の導電性接着剤として、異方性の導電性シート材を用いるようにしてもよい。なお、導電性接着剤を用いた場合には、導電性接着剤からなる接着層が応力緩和層として機能するので好ましい。

また、上記第１および第２実施形態では、光起電力素子に裏面側集電極を設けた例を示したが、本発明はこれに限らず、導電性接着剤に裏面側とオーミック接触が可能な、たとえば、上記裏面側集電極と同じ銀ペーストからなる材料を、または、銀ペースト以外の導電性ペーストからなる材料を用い、光起電力素子に裏面側集電極を設けないで、透光性導電膜の下面上に直接上記導電性接着剤を介して金属板を張り付けるように構成にしてもよい。このように構成すれば、裏面側集電極を設ける工程を削減することができるので、光起電力素子の製造工程を容易にすることができるとともに、封止工程以外の製造工程においても、光起電力素子の破損を抑制することができる。

また、上記第１および第２実施形態では、光起電力素子にＩＴＯ膜からなる透光性導電膜を形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、光起電力素子にＩＴＯ膜からなる透光性導電膜の全部または一部が形成されない構成の素子にも適用できる。

また、上記第１および第２実施形態では、光起電力モジュールを構成する光起電力素子として、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型非晶質シリコン層との間、および、ｎ型単結晶シリコン基板とｎ型非晶質シリコン層との間に、それぞれ、ｉ型非晶質シリコン層を形成した構造を有する光起電力素子を用いたが、本発明はこれに限らず、他の構造を有する光起電力素子を用いた光起電力モジュールにも適用可能である。他の構造を有する光起電力素子としては、たとえば、アモルファス型、結晶型および微結晶型などの光起電力素子が考えられる。

また、上記第１および第２実施形態では、裏面側集電極にＡｇペーストからなる導電性ペーストを用いるとともに、導電性接着剤に導電性ペーストを用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、裏面側集電極に、導電性接着剤に比べて光起電力素子の裏面側とのオーミック特性が良好な導電性ペーストを用いるとともに、導電性接着剤に、裏面側集電極と比べて光起電力素子の裏面側との接着強度が強い導電性ペーストを用いるようにしてもよい。

また、上記第１実施形態では、金属板を、金属板の一部が光起電力素子からはみ出すように光起電力素子の裏面側に取り付けるとともに、金属板のはみ出した一部にタブ電極を接続する例を示したが、本発明はこれに限らず、図１４および図１５の第３変形例に示すように、金属板８を光起電力素子１からはみ出すことなく取り付けるとともに、金属板８の側面にタブ電極２を接続するようにしてもよい。

本発明の第１実施形態による光起電力モジュールの構造を示した断面図である。図１に示した第１実施形態による光起電力モジュールの光起電力素子の構造を部分的に示した拡大斜視図である。図１に示した第１実施形態による光起電力モジュールの光起電力素子の平面図である。図１に示した第１実施形態による光起電力モジュールの光起電力素子とタブ電極との接続状態を示す断面図である。図１に示した第１実施形態による光起電力モジュールの光起電力素子の配置を示す断面図である。図１に示した第１実施形態による光起電力モジュールの光起電力素子に金属板を取り付ける方法を説明するための概略図である。本発明の第２実施形態による光起電力モジュールの構造を示した断面図である。図７に示した第２実施形態による光起電力モジュールを構成する一方の光起電力素子の構造を部分的に示した拡大斜視図である。図７に示した第２実施形態による光起電力モジュールを構成する一方の光起電力素子の平面図である。図７に示した第２実施形態による光起電力モジュールを構成する一方の光起電力素子とタブ電極との接続状態を示す断面図である。図７に示した第２実施形態による光起電力モジュールの光起電力素子の配置を示す断面図である。本発明の第１変形例である孔部を有する金属板を示す平面図である。本発明の第２変形例である光起電力素子の裏面側の一部に金属板が取り付けられた状態を示す平面図である。本発明の第３変形例である金属板の側面にタブ電極が取り付けられた状態を示す断面図である。本発明の第３変形例である金属板の側面にタブ電極が取り付けられた状態を示す平面図である。従来の一例による光起電力モジュールを示す断面図である。特許文献１に提案された従来の光起電力モジュールの光起電力素子を示した平面図である。図１７に示した特許文献１に提案された従来の光起電力モジュールの光起電力素子を示した側面図である。

符号の説明

１、２１光起電力素子
２、２２タブ電極（接続電極）
３、２３充填材
４、２４表面保護材
５ａ、５ｂ、２５ａ、２５ｂＰＥＴフィルム
６、２６Ａｌ箔
７、２７導電性接着剤
８、２８金属板（補強板、金属製の部材）
１１ｎ型単結晶シリコン基板（第１半導体層）
１２ｉ型非晶質シリコン層（第２半導体層）
１３ｐ型非晶質シリコン層（第３半導体層）
１６ｉ型非晶質シリコン層（第４半導体層）
１７ｎ型非晶質シリコン層（第５半導体層）

Claims

互いに電気的に接続された複数の光起電力素子と、
前記光起電力素子の光入射面と反対側の面上に設けられ、複数のフィンガー電極部と、前記複数のフィンガー電極部により収集された電流を集合させるバスバー電極部と、を備える裏面側集電極と、
前記裏面側集電極の間に充填された導電性接着剤を介して取り付けられる金属板とを備え、
前記金属板は、前記光起電力素子の前記反対側の面上の全体の約５０％以上を覆うように該光起電力素子の前記反対側の面上に該光起電力素子から側方に該金属板の一部が突出してなる突出部分を有するように取り付けられ、
前記突出部分と隣接する前記光起電力素子とを電気的に接続する接続電極とを備えた、光起電力モジュール。
前記導電性接着剤は、白色または透明である、請求項１に記載の光起電力モジュール。
前記金属板は、補強板である、請求項１又は請求項２に記載の光起電力モジュール。
前記金属板は、前記光起電力素子の前記反対側の面の実質的に全面上を覆うように取り付けられている、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の光起電力モジュール。