JP7053202B2

JP7053202B2 - 光電変換モジュール

Info

Publication number: JP7053202B2
Application number: JP2017178369A
Authority: JP
Inventors: 延孝米山; 幹雄濱野; 明彦浅野; 学田中; 善秀宮川; 敏明山浦
Original assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Current assignee: Idemitsu Kosan Co Ltd
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2037-09-15
Also published as: JP2019054167A

Description

本発明は、グリッド電極を有する光電変換モジュールに関する。

複数の光電変換セルを含む太陽電池モジュールのような光電変換モジュールが知られている（下記特許文献１）。特許文献１に記載されたような集積型薄膜光電変換モジュールでは、光電変換セルは、受光面に位置する透明電極層と、受光面とは反対側の面に位置する裏面電極層と、透明電極層と裏面電極層との間の光電変換層と、を有する。

透明電極層の電気抵抗値は、一般に、金属からなる不透明の電極層の電気抵抗値よりも高い。したがって、光電変換によって生じた電流が透明電極層を流れる場合に、透明電極層の電気抵抗値に起因する電力のロスが発生する。この透明電極層での電力のロスを低減するため、透明電極層の上に細線状の金属からなるグリッド電極（集電電極）が設けられることがある。

特開２０１１－１０３４２５号

特許文献１に記載された光電変換モジュールでは、透明電極層に流れる電流がグリッド電極に集電されることで、透明電極層を流れる電流経路が短くなる。そのため、透明電極層の電気抵抗値に起因する電力のロスを低減できる。しかしながら、グリッド電極は、一般に非透明であるため、光電変換層へ入射する光を遮ることになる。したがって、光電変換層に到達する光の減少により、光電変換セルで発生する短絡電流（Ｉｓｃ）が小さくなる。

よって、透明電極層の電気抵抗値に起因する電力のロスという課題と、グリッド電極による光の遮蔽に起因する短絡電流の低減という課題の両方のバランスをとることが望まれる。

一態様に係る光電変換モジュールは、第１電極層と、透明電極層である第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間の光電変換層と、を含む光電変換セルと、前記光電変換セルにおいて第１方向に並んで前記第２電極層側に設けられ、前記第１方向に交差する第２方向に延びるグリッド電極と、を有し、前記グリッド電極は、複数の主グリッド電極と、前記第２方向に沿った前記主グリッド電極の長さよりも短い長さを有するサブグリッド電極と、を含み、前記サブグリッド電極は、互いに隣り合う前記主グリッド電極どうしの間に設けられ、前記主グリッド電極と前記サブグリッド電極は、前記第２電極層に覆われている。

上記態様によれば、透明電極層の電気抵抗値に起因する電力のロスを抑制しつつ、グリッド電極による光の遮蔽に起因する短絡電流の低減を抑制することができる。

第１実施形態に係る光電変換モジュールの模式的上面図である。図１の領域２Ｒにおける光電変換モジュールの模式的上面図である。図２の３Ａ－３Ａ線に沿った光電変換モジュールの模式的断面図である。図２の領域４Ｒにおける光電変換モジュールの模式的斜視図である。図１の５Ａ－５Ａ線に沿った光電変換モジュールの模式的断面図である。図１の領域６Ｒにおける光電変換モジュールの模式的上面図である。第２実施形態に係る光電変換モジュールの模式的断面図である。第３実施形態に係る光電変換モジュールの模式的断面図である。第４実施形態に係る光電変換モジュールの模式的断面図である。第１変形例に係る第１グリッド電極と第２グリッド電極の連結部分の模式的上面図である。第２変形例に係る第１グリッド電極と第２グリッド電極の連結部分の模式的上面図である。第３変形例に係る第１グリッド電極と第２グリッド電極の連結部分の模式的上面図である。光電変換モジュールの製造方法におけるセル形成工程を示す模式的断面図である。第１グリッド電極を形成する第１グリッド形成工程を示す模式図である。第２グリッド電極を形成する第２グリッド形成工程を示す模式図である。配線を形成する工程の一ステップを示す模式図である。図１６に続くステップを示す模式図である。光電変換モジュールの一部を切除する工程を示す模式図である。

以下、図面を参照して、実施形態について説明する。以下の図面において、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があることに留意すべきである。

（第１実施形態）
図１は、第１実施形態に係る光電変換モジュールの模式的上面図である。図２は、図１の領域２Ｒにおける光電変換モジュールの模式的上面図である。図３は、図２の３Ａ－３Ａ線に沿った光電変換モジュールの模式的断面図である。図４は、図２の領域４Ｒにおける光電変換モジュールの模式的斜視図である。図５は、図１の５Ａ－５Ａ線に沿った光電変換モジュールの模式的断面図である。図６は、図１の領域６Ｒにおける光電変換モジュールの模式的上面図である。

なお、図２及び図６は、便宜上、後述する第２電極層２４よりも下の層が透視的に描かれている。また、図４は、光電変換セルの構造をわかり易くするため、便宜上、後述する第２電極層２４は描かれていない。

本実施形態に係る光電変換モジュール１０は、基板２０上に集積された複数の光電変換セル１２を含む集積型の薄膜光電変換モジュールであってよい。好ましくは、光電変換モジュール１０は、光エネルギーを電気的エネルギーに変換する太陽電池モジュールである。基板２０は、例えばガラス、セラミックス、樹脂又は金属などによって構成されていてよい。

光電変換セル１２は、基板２０の主面に直交する方向から見て、実質的に帯状の形状を有していてよい。各々の光電変換セル１２は第１方向（図のＹ方向）に長く延びていてよい。また、複数の光電変換セル１２は、第１方向に交差する第２方向（図のＸ方向）に並んでいる。互いに隣接する光電変換セル１２は、第１方向に延びる分割部Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３によって互いに分断されていてよい。

各々の光電変換セル１２は、少なくとも、第１電極層２２と、第２電極層２４と、光電変換層２６と、を含んでいてよい。光電変換層２６は、第１電極層２２と第２電極層２４との間に設けられる。第１電極層２２は、光電変換層２６と基板２０との間に設けられている。第２電極層２４は、光電変換層２６に関して基板２０とは反対側に位置する。

本実施形態では、第２電極層２４は透明電極層によって構成されていてよい。第２電極層２４が透明電極層によって構成されている場合、光電変換層２６へ入射、又は光電変換層２６から出射する光は、第２電極層２４を通過する。

第２電極層２４が透明電極層によって構成される場合、第１電極層２２は、不透明電極層によって構成されていてもよく、透明電極層によって構成されていてもよい。ＣＩＳ系の光電変換モジュールの一例では、VI族元素に対する耐腐食性の観点から、第１電極層２２は、例えば、モリブデン、チタン又はクロムのような金属によって形成されることが好ましい。

本実施形態では、好ましい一例として、第２電極層２４は、ｎ型半導体、より具体的には、ｎ型の導電性を有し、禁制帯幅が広く、比較的低抵抗の材料によって形成される。第２電極層２４は、例えば、ＩＩＩ族元素を添加した酸化亜鉛（ZnO）や、酸化インジウムスズ（Indium Tin Oxide: ITO）によって構成されていてよい。この場合、第２電極層２４は、ｎ型半導体と透明電極層の機能を兼ねることができる。

光電変換層２６は、例えば、ｐ型の半導体を含んでいてよい。ＣＩＳ系の光電変換モジュールの一例では、光電変換層２６は、I族元素（Cu、Ag、Au等）、III族元素（Al、Ga、In等）及びVI族元素（O、S、Se、Te等）を含む化合物半導体で形成される。光電変換層２６は、前述したものに限定されず、光電変換を起こす任意の材料によって構成されていてよい。

光電変換セル１２の構成は、上記態様に限定されず、様々な態様をとり得ることに留意されたい。例えば、光電変換セル１２は、ｎ型半導体とｐ型半導体の両方が第１電極層と第２電極層との間に挟まれた構成を有していてもよい。この場合、第２電極層はｎ型半導体によって構成されていなくてよい。また、光電変換セル１２は、ｐ－ｎ結合型の構造に限らず、ｎ型半導体とｐ型半導体との間に真性半導体層（ｉ型半導体）を含むｐ－ｉ－ｎ結合型の構造を有していてもよい。

互いに隣接する光電変換セル１２の第１電極層２２は、分割部Ｐ１によって互いに電気的に分断されている。同様に、互いに隣接する光電変換セル１２の第２電極層２４は、分割部Ｐ３によって互いに電気的に分断されている。互いに隣接する光電変換セル１２の光電変換層２６は、分割部Ｐ２，Ｐ３によって互いに分断されている。

光電変換モジュール１０は、互いに隣接する光電変換セル１２どうしの間に電気接続部３４を有していてよい。電気接続部３４は、互いに隣接する光電変換セル１２どうしを電気的に直列に接続する。

電気接続部３４は、第２分割部Ｐ２のところで光電変換モジュール１０の厚み方向に延びることで、一方の光電変換セル１２の第１電極層２２と他方の光電変換セル１２の第２電極層２４とを互いに電気的に接続する。

光電変換モジュール１０は、各々の光電変換セル１２において第１方向（図のＹ方向）に並んで設けられた複数の第１グリッド電極３１を有する。各々の第１グリッド電極３１は、第１方向に交差する第２方向（図のＸ方向）に延びている。第１グリッド電極３１は、各々の光電変換セル１２の光電変換層２６と第２電極層２４との間に設けられていてよい。第１グリッド電極３１は、第２電極層２４を構成する透明電極層よりも導電性の高い材料によって構成されていてよい。第１グリッド電極３１は、この透明電極層に直接接していてよい。第２方向（図のＹ方向）における第１グリッド電極３１の幅は、例えば５～１００μｍであってよい。第１グリッド電極３１の厚みは、例えば０．１～２０μｍであってよい。

必要に応じて、第１方向（図のＹ方向）に延びる第２グリッド電極３２が、第２方向（図のＸ方向）における第１グリッド電極３１の端部に設けられていてもよい。第２グリッド電極３２は、第１グリッド電極３１の一方の端部にて、第１グリッド電極３１と連結されている。第１方向（図のＸ方向）における第２グリッド電極３２の幅は、例えば５～２００μｍであってよい。第２グリッド電極３２の厚みは、例えば０．１～２０μｍであってよい。

第１グリッド電極３１及び／又は第２グリッド電極３２は、光電変換層２６と第２電極層（透明電極層）２４との間に設けられている。すなわち、第１グリッド電極３１及び／又は第２グリッド電極３２は、透明電極層によって覆われている。これにより、第１グリッド電極３１及び／又は第２グリッド電極３２の透明電極に対する接続不良を抑制することができる。したがって、第１グリッド電極３１及び／又は第２グリッド電極３２の集電能力の低下を抑制することができ、その結果、光電変換モジュールの変換効率の低下を抑制することができる。

さらに、図３に示すように、第１グリッド電極３１及び／又は第２グリッド電極３２は、厚み方向において光電変換層２６から離れていることが好ましい。図３に示す実施形態では、第１グリッド電極３１及び／又は第２グリッド電極３２は、厚み方向において透明電極層２５を介して光電変換層２６から離れている。すなわち、第１グリッド電極３１及び／又は第２グリッド電極３２は、厚み方向において、２つの透明電極層によって挟まれている。ここで、２つの透明電極層２４，２５は、同じ材料によって構成されていてよく、異なる材料によって構成されてもよい。本実施形態では、第１グリッド電極３１及び／又は第２グリッド電極３２が透明電極層に挟まれているため、第１グリッド電極３１及び／又は第２グリッド電極３２の透明電極に対する接続不良をより抑制することができる。

なお、本実施形態では、電気接続部３４は、透明電極層２５から連続する部分によって形成されている。この場合、電気接続部３４は、透明電極層２５と同じ材料から構成されていてよい。この代わりに、電気接続部３４は、透明電極層２５と異なる導電材料から構成されていてもよい。例えば、電気接続部３４は、第１グリッド電極３１又は第２グリッド電極３２を構成する材料と同じ材料から構成されていてもよい。

第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２（又は電気接続部３４）との交点における第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２（又は電気接続部３４）の少なくとも一方、好ましくは両方の厚みは、当該交点から離れた位置における第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２（又は電気接続部３４）の厚みより厚いことが好ましい。例えば、第１グリッド電極３１の厚みが、第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２（又は電気接続部３４）との交点に向かうにつれて徐々に厚くなっていてよい。また、第２グリッド電極３２（又は電気接続部３４）の厚みが、第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２（又は電気接続部３４）との交点に向かうにつれて徐々に厚くなっていてもよい。

各々の光電変換セル１２の光電変換層２６に光が照射されると起電力が生じ、第１電極層２２及び第２電極層２４がそれぞれ正極及び負極となる。したがって、ある光電変換セル１２で生じた自由電子の一部は、第２電極層２４（及び透明電極層２５）から電気接続部３４を通って、隣接する光電変換セル１２の第１電極層２２に移動する。また、ある光電変換セル１２で生じた自由電子の別の一部は、第２電極層２４（及び透明電極層２５）から第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２を介して電気接続部３４を通り、隣接する光電変換セル１２の第１電極層２２に移動する。このように、光電変換セル１２で生じた自由電子は、第２方向（図のＸ方向）に複数の光電変換セル１２を通って流れることになる。

光電変換モジュール１０は、電力を光電変換モジュール１０へ供給又は光電変換モジュール１０から取り出すための配線５０を有する。配線５０は、第２方向（図のＸ方向）における光電変換モジュール１０の端に位置する光電変換セル１２に隣接して設けられていてよい。

前述した複数の第１グリッド電極３１は、主グリッド電極３１ａと、サブグリッド電極３１ｂと、を含む。サブグリッド電極３１ｂは、第１方向（Ｙ方向）に互いに隣り合う主グリッド電極３１ａどうしの間に設けられている。サブグリッド電極３１ｂは、第２方向（Ｘ方向）に沿った主グリッド電極３１ａの長さよりも短い長さを有する。主グリッド電極３１ａとサブグリッド電極３１ｂは、第１方向（Ｙ方向）に所定パターンにて並んでいてよい。また、主グリッド電極３１ａとサブグリッド電極３１ｂのそれぞれは、第１方向に所定のピッチで並んでいてよい。

第１方向（Ｙ方向）において互いに隣り合う主グリッド電極３１ａどうしの間のサブグリッド電極３１ｂの数は、特に制限されず、例えば１個であってもよく、複数個であってもよい。この場合、第１方向（Ｙ方向）において互いに隣り合うサブグリッド電極３１ｂの第２方向（Ｘ方向）に沿った長さは、互いに同じであってもよく（例えば図２参照）、互いに異なっていてもよい（例えば図６参照）。

短いサブグリッド電極３１ｂが長い主グリッド電極３１ａどうしの間に設けられることで、第１グリッド電極３１の総数を減らすことなく、上面視で光電変換モジュール全体に占める第１グリッド電極３１の面積比率（光電変換モジュールを平面視した場合の、単位面積あたりグリッド電極の面積密度）を下げることができる。これにより、透明電極層の電気抵抗値に起因する電力のロスという課題と、第１グリッド電極３１による光の遮蔽に起因する短絡電流の低減という課題の両方のバランスをとることができる。

本実施形態において、透明電極層２４，２５は、図２に示すような領域２Ｒと、図６に示すような領域６Ｒと、を含んでいてよい。本実施系形態では、領域２Ｒと領域６Ｒは、互いに異なる光電変換セル１２内に配置されている。この代わりに、領域２Ｒと領域６Ｒは、同一の光電変換セル１２内に配置されていてもよい。

領域２Ｒにおいて第１方向（Ｙ方向）に互いに隣り合う主グリッド電極３１ａどうしの間に設けられたサブグリッド電極３１ｂの数は、領域６Ｒにおいて第１方向（Ｙ方向）に互いに隣り合う第１グリッド電極３１どうしの間に設けられたサブグリッド電極３１ｂの数よりも小さい。ここで、透明電極層２４，２５の領域２Ｒは、領域６Ｒにおけるシート抵抗よりも小さいシート抵抗、領域６Ｒにおける膜厚よりも大きい膜厚、又は領域６Ｒにおける透過率よりも小さい透過率を有する。例えば、主グリッド電極３１ａ間の間隔が一定の場合、シート抵抗が小さい領域ほど、主グリッド電極３１ａ間に配置されるサブグリッド電極３１ｂの数が小さい、言い換えれば、主グリッド電極３１ａ間に配置されるサブグリッド電極３１ｂの面積（光電変換モジュールを平面視した場合の面積）が小さくなってもよい。

ここで、透明電極層２４，２５のシート抵抗、膜厚及び透過率は、それぞれ、第２電極層２４を構成する透明電極層と透明電極層２５とからなる積層体のシート抵抗、膜厚及び透過率によって規定される。ただし、後述するように、透明電極層２５が存在しない場合には、上記の透明電極層２４，２５のシート抵抗、膜厚及び透過率は、それぞれ、第２電極層２４を構成する透明電極層のみのシート抵抗、膜厚及び透過率によって読み替えることができる（以下同様）。

透明電極層２４，２５のシート抵抗が小さい領域ほど、互いに隣り合う主グリッド電極３１ａどうしの間のサブグリッド電極３１ｂの数を小さくする。これにより、透明電極層２４，２５のシート抵抗が小さい領域ほど、上面視で光電変換モジュール全体に占める第１グリッド電極３１の面積比率（光電変換モジュールを平面視した場合の、単位面積あたりグリッド電極の面積密度）を下げることができる。したがって、透明電極層と第１グリッド電極３１の両方を合わせた電気抵抗値の分布が均一に近づく。このように全体のシート抵抗を均一に近づけるとともに、不必要な領域において第１グリッド電極３１の密度（光電変換モジュールを平面視した場合の、単位面積あたりグリッド電極の面積密度）を低くすることによって、透明電極層の電気抵抗値に起因する電力のロスという課題と、第１グリッド電極による光の遮蔽に起因する短絡電流の低減という課題の両方のバランスをとることができる。

前述したサブグリッド電極３１ｂの数に関する構成の代わりに、第１方向に隣り合う主グリッド電極３１ａどうしの間のサブグリッド電極３１ｂの数が同一であってもよい。この場合、領域６Ｒにおいて第１方向（Ｙ方向）に沿ったサブグリッド電極３１ｂの長さは、領域２Ｒにおいて第１方向（Ｙ方向）に沿ったサブグリッド電極３１ｂの長さよりも長くてもよい。ここで、前述したように、領域２Ｒは、領域６Ｒにおけるシート抵抗よりも小さいシート抵抗、領域６Ｒにおける膜厚よりも大きい膜厚、又は領域６Ｒにおける透過率よりも小さい透過率を有することが好ましい。

透明電極層２４，２５のシート抵抗が小さい領域ほどサブグリッド電極３１ｂの長さを短くすることで、透明電極層２４，２５のシート抵抗が小さい領域ほど、上面視で光電変換モジュール全体に占める第１グリッド電極３１の面積比率（光電変換モジュールを平面視した場合の、単位面積あたりグリッド電極の面積密度）を下げることができる。したがって、透明電極層と第１グリッド電極３１の両方を合わせた電気抵抗値の分布が均一に近づく。このように全体のシート抵抗を均一に近づけるとともに、不必要な領域において第１グリッド電極３１の密度（光電変換モジュールを平面視した場合の、単位面積あたりグリッド電極の面積密度）を低くすることによって、透明電極層の電気抵抗値に起因する電力のロスという課題と、第１グリッド電極による光の遮蔽に起因する短絡電流の低減という課題の両方のバランスをとることができる。

また、一般には、透明電極層の膜厚が小さいほど、透明電極層のシート抵抗は高くなると考えられる。さらに、透明電極層の透過率が大きいほど、透明電極層のシート抵抗は高くなると考えられる。これは、透明電極層の透過率が大きい場合、一般には透明電極層の膜厚が小さい、又は透明電極層のキャリア濃度が低いためと考えられる。

したがって、前述したように透明電極層の膜厚又は透過率に応じて、主グリッド電極３１ａどうしの間のサブグリッド電極３１ｂの数、又は第２方向に沿ったサブグリッド電極３１ｂの長さを変更することによっても、透明電極層と第１グリッド電極３１の両方を合わせた電気抵抗値の分布が均一に近づけることができる。この場合であっても、全体のシート抵抗を均一に近づけるとともに、不必要な領域において第１グリッド電極３１の密度を低くすることによって、透明電極層の電気抵抗値に起因する電力のロスという課題と、第１グリッド電極による光の遮蔽に起因する短絡電流の低減という課題の両方のバランスをとることができる。

ここで、透明電極層の膜厚又は透過率は、製造ライン中において透明電極層のシート抵抗よりも容易に測定することができる。したがって、透明電極層の膜厚又は透過率に応じてサブグリッド電極３１ｂの数又は長さを設定する場合、光電変換モジュール１０の製造上のメリットが高い。

上記の実施形態では、光電変換モジュール１０が、主グリッド電極３１ａとサブグリッド電極３１ｂのパターンが異なる複数の領域を有している。この代わりに、光電変換モジュール１０の主グリッド電極３１ａとサブグリッド電極３１ｂのパターンは、全領域において実質的に同一であってもよい。例えば透明電極層のシート抵抗が実質的にあまり変動しない場合には、同一の光電変換モジュール１０内で主グリッド電極３１ａとサブグリッド電極３１ｂのパターンを変える必要はない。

図７は、第２実施形態に係る光電変換モジュールの模式的断面図である。以下、第１実施形態と同一の構成については、説明を省略することがある。第２実施形態に係る光電変換モジュールにおいて、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２は、第２電極層２４上に設けられている。すなわち、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２は、第２電極層２４によって覆われてはいない。

図８は、第３実施形態に係る光電変換モジュールの模式的断面図である。以下、第１実施形態と同一の構成については、説明を省略することがある。第３実施形態に係る光電変換モジュールにおいて、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２は、第２電極層２４に覆われている。さらに、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２は、厚み方向において光電変換層２６から離れている。本実施形態では、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２は、厚み方向において第１バッファ層２７ａを介して光電変換層２６から離れている。

第１バッファ層２７ａは、第２電極層２４と同じ導電型を有する半導体材料であってもよく、異なる導電型を有する半導体材料であってもよい。第１バッファ層２７ａは、第２電極層２４よりも電気抵抗の高い材料によって構成されていればよい。ＣＩＳ系の光電変換モジュールの一例では、第１バッファ層２７ａは、Zn系バッファ層、Cd系バッファ層又はIn系バッファ層であってよい。Zn系バッファ層は、例えばZnS、ZnO、Zn(OH)若しくはZnMgOや、これらの混晶又は積層体であってよい。Cd系バッファ層は、例えばCdS、CdO若しくはCd(OH)や、これらの混晶又は積層体であってよい。In系バッファ層は、例えばInS、InO若しくはIn(OH)や、これらの混晶又は積層体であってよい。

図９は、第４実施形態に係る光電変換モジュールの模式的断面図である。第４実施形態に係る光電変換モジュールにおいて、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２は、第２電極層２４に覆われている。第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２は、厚み方向において第１バッファ層２７ａを介して光電変換層２６から離れている。さらに、光電変換セル１２は、第２電極層２４とグリッド電極３１，３２との間に第２バッファ層２７ｂを有する。すなわち、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２は、厚み方向において第１バッファ層２７ａと第２バッファ層２７ｂとの間に挟まれていてよい。

第２バッファ層２７ｂは、第２電極層２４と同じ導電型を有する半導体材料であってもよく、異なる導電型を有する半導体材料であってもよい。ＣＩＳ系の光電変換モジュールの一例では、第２バッファ層２７ｂは、前述したようなZn系バッファ層、Cd系バッファ層又はIn系バッファ層であってよい。第２バッファ層２７ｂを構成する材料は、第１バッファ層２７ａを構成する材料と同じであってもよく、異なっていてもよい。

図１０は、第１変形例に係る第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２の連結部分の模式的上面図である。第１変形例において、第１方向（Ｙ方向）における第１グリッド電極３１の幅は、第２グリッド電極３２に近づくにつれて広くなっている。具体的には、第１方向（Ｙ方向）における第１グリッド電極３１の幅は、第２グリッド電極３２に近づくにつれて徐々に拡大している。

これとは逆に、第２方向（Ｘ方向）における第２グリッド電極３２の幅が、第１グリッド電極３１に近づくにつれて徐々に拡大していてもよい。

図１１は、第２変形例に係る第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２の連結部分の模式的上面図である。第２変形例において、第１方向（Ｙ方向）における第１グリッド電極３１の幅は、第２グリッド電極３２に近づくにつれて広くなっている。具体的には、第１方向（Ｙ方向）における第１グリッド電極３１の幅は、第２グリッド電極３２に近づくにつれて段階的に拡大している。

これとは逆に、第２方向（Ｘ方向）における第２グリッド電極３２の幅が、第１グリッド電極３１に近づくにつれて徐々に段階的に拡大していてもよい。

第１変形例及び第２変形例では、第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２の連結部分の領域を大きくすることによって、第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２との連結部分における電気的な接続不良又は電気抵抗の増大を抑制することができる。

図１２は、第３変形例に係る第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２の連結部分の模式的上面図である。第３変形例において、第１グリッド電極３１は、第２グリッド電極３２に近づくとともに第１方向（Ｙ方向）に曲がっている。このように第１グリッド電極３１と第２グリッド電極３２との連結箇所が曲がっていることにより、第１グリッド電極３１に流れる電流が連結箇所で反射することを低減できる。

また、他の変形例として、第１グリッド電極３１は、第２グリッド電極３２に近づくとともに厚みが大きくなってもよい。

次に、図１３～図１８を参照し、一実施形態に係る光電変換モジュールを製造する方法について説明する。なお、図１３～図１８は、第１実施形態に係る光電変換モジュールを製造する方法を示している。以下の各ステップにおいて、各層は、スパッタ法や蒸着法などの成膜手段によって適宜形成することができる。

まず、基板２０上に、第１電極層２２と、透明電極層２５と、第１電極層２２と透明電極層２５との間の光電変換層２６と、を含む帯状の光電変換セル１２を形成する（セル形成工程）。具体的には、まず、基板２０上に第１電極層２２を構成する材料を形成する。第１電極層２２を構成する材料は、複数の光電変換セル１２にわたる領域に形成される。基板２０及び第１電極層２２の材料は、前述したとおりである。次に、第１電極層２２を構成する材料の一部を細線状に除去することによって、第１電極層２２を複数の帯状に成形するための第１分割部Ｐ１を形成する。第１電極層２２を構成する材料の一部の除去は、レーザ又はニードルのような手段によって実施することができる。

次に、第１電極層２２上に光電変換層２６を構成する材料を形成する。光電変換層２６の材料は、前述したとおりである。この際、光電変換層２６を構成する材料は、第１分割部Ｐ１内にも充填されてもよい。この代わりに、第１分割部Ｐ１内には、光電変換層２６を構成する材料とは異なる、別の絶縁部材で充填されてもよい。次に、光電変換層２６を構成する材料の一部を細線状に除去することによって、光電変換層２６を複数の帯状に成形するための第２分割部Ｐ２を形成する。

次に、光電変換層２６上に透明電極層２５を構成する材料を形成する。透明電極層２５の材料は、前述したとおりである。透明電極層２５を構成する材料は、第２分割部Ｐ２内にも充填されてもよい。第２分割部Ｐ２内にも充填された透明電極層２５は、前述した電気接続部３４を構成する。この代わりに、第２分割部Ｐ２内には、透明電極層２５を構成する材料とは異なる、別の導電性材料で充填されてもよい。

光電変換モジュールを製造する方法は、透明電極層２４，２５のシート抵抗、膜厚又は透過率を測定する工程を有していてよい。透明電極層２４，２５のシート抵抗は、例えば４端子法による抵抗測定器、又はホール効果を利用した抵抗測定器によって測定することができる。透明電極層２４，２５の膜厚は、例えば、分光光度計、光干渉式膜厚計、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）、段差計又はレーザ顕微鏡によって測定することができる。透明電極層の透過率は、例えば分光光度計によって測定することができる。

ここで、透明電極層のシート抵抗、膜厚又は透過率の測定は、完成品として使用される光電変換モジュールに対して行われてもよく、完成品として使用されないダミーの光電変換モジュール、又はダミーのガラス基板に対して行われてもよい。光電変換モジュール１０が大量生産される場合、同一の製造ライン（ロット）では、透明電極層のシート抵抗、膜厚又は透過率の分布は、製品間でほぼ同じになる。したがって、完成品として使用されない物、例えば基板２０上に光電変換層２６まで製膜された半製品、又は透明電極層が製膜されたダミーのガラス基板を取り出し、取り出された半製品、又はダミーのガラス基板に対して透明電極層のシート抵抗、膜厚又は透過率の測定を行ってもよい。これにより、同一の製造ライン（ロット）において製品として使用される光電変換モジュール１０の透明電極層のシート抵抗、膜厚又は透過率を推定することができる。

なお、本実施形態のように、完成品において透明電極層２４，２５が２層重なっている場合には、２層の透明電極層２４，２５全体のシート抵抗、膜厚又は透過率を測定又は推定すればよい。この代わりに、完成品において透明電極層としての第２電極層２４が１層のみである場合には、１層の透明電極層２４のシート抵抗、膜厚又は透過率を測定又は推定すればよい。

光電変換モジュールを製造する方法は、セル形成工程の後に、グリッド電極３１，３２を形成するグリッド形成工程を有していてよい。グリッド形成工程は、第１グリッド形成工程と、第２グリッド形成工程と、を含んでいてよい。第１グリッド形成工程は、第２グリッド形成工程よりも前又は後のいずれのタイミングで実施されてもよい。また、第３分割部Ｐ３が形成される前に、グリッド形成工程を実施してもよい。

第１グリッド形成工程では、光電変換セル１２において第１方向（図のＹ方向）に並んで設けられ、第１方向に交差する第２方向（図のＸ方向）に延びる複数の第１グリッド電極３１を形成する。第２グリッド形成工程では、前述したような第１方向（図のＹ方向）に延びる第２グリッド電極３２を形成する。

第１グリッド電極３１及び／又は第２グリッド電極３２は、例えば、インクジェット印刷、スクリーン印刷、グラビアオフセット印刷又はフレキソ印刷によって形成することができる。以下では、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２が導電性インクの塗布、例えばインクジェット印刷により形成される場合における一例を図１４及び図１５を用いて説明する。

導電性インク１０２は、銀や銅のような導電性粒子、有機溶剤、分散剤を含む導電性ペーストによって構成されていてよい。また、導電性インク１０２は、必要に応じてバインダを含んでいてもよい。導電性インク１０２は、ノズル１００から吐出されることによって透明電極層２５上に形成される。導電性インク１０２は、塗布された後に焼成されることが好ましい。導電性インク１０２の焼成により、有機溶剤や分散剤が気化し、導電性粒子が所定の塗布パターンで残存する。これにより、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２が形成される。

本実施形態では、導電性インク１０２は透明電極層２５上に配置された。この代わりに、前述した種々の実施形態に応じて、導電性インク１０２は、第１バッファ層２７ａの上に配置されてもよい。これらの例に限定されず、導電性インク１０２は、光電変換層２６よりも上に配置されればよい。

一例では、導電性インク１０２の焼成温度は、１００℃～２００℃の範囲であってよい。前述したＣＩＳ系の光電変換モジュールの場合、ＣＩＳ系の光電変換モジュールを構成する光電変換セルの変質や破壊を抑制するため、導電性インク１０２の焼成温度は１５０℃以下であることが好ましい。導電性インク１０２の焼成は、大気（より好ましくはドライエア）又は窒素雰囲気下で行われることがより好ましい。焼成時間は、例えば５～６０分の範囲であってよい。なお、導電性インクの焼成は、第２電極層２４を形成するための加熱工程で行ってもよい。具体的には、第２電極層２４をスパッタ法、ＭＯＣＶＤ法、又はイオンプレーティング法で行う場合、加熱工程（予備加熱工程や製膜加熱工程）が存在する。この第２電極層２４を形成する際の加熱工程は、１００～２００℃で行うため、この加熱工程において、導電性インクを焼成してもよい。

好ましくは、第１グリッド形成工程において、１つの光電変換モジュール内で導電性インク１０２の塗布が開始される開始点Ｓ１は、光電変換モジュールの起電力に寄与しない非有効領域ＮＥＲに位置する（図１４参照）。具体的には、図１４に示すように、インクジェットヘッドのノズル１００を開始点Ｓ１から第２方向（Ｘ方向）に走査しつつ、ノズル１００から導電性インク１０２を吐出することによって、第２方向に沿って導電性インク１０２が形成される。

また、第２グリッド形成工程において、１つの光電変換モジュール内で導電性インク１０２の塗布が開始される開始点Ｓ２は、光電変換モジュールの起電力に寄与しない非有効領域ＮＥＲに位置することが好ましい（図１５参照）。具体的には、図１５に示すように、インクジェットヘッドのノズル１００を開始点Ｓ２から第１方向（Ｙ方向）に走査しつつ、ノズル１００から導電性インク１０２を吐出することによって、第２方向に沿って導電性インク１０２が形成される。

ここで、前述した非有効領域ＮＥＲは、製造の途中の段階、又は製品の完成後において、光電変換に寄与しない領域によって規定される。非有効領域ＮＥＲは、例えば、少なくとも第２電極層２４が切除された領域、光電変換に寄与する光電変換セル１２から第１電極層２２、光電変換層２６及び第２電極層２４の切除によって分離された光電変換に寄与しない領域、又は製造中の光電変換モジュール１０から切除された領域であってよい。

ここで、光電変換モジュールを大量生産する場合、開始点Ｓ１、Ｓ２にインクの塗布を開始する前に、導電性インク１０２の塗布をしない期間（リードタイム）が存在し得る。この期間に、導電性インク１０２が乾燥すると、開始点Ｓ１、Ｓ２に導電性インク１０２を正確に塗布できないことがある。本態様では、開始点Ｓ１、Ｓ２が非有効領域ＮＥＲに位置するため、開始点Ｓ１、Ｓ２に導電性インク１０２が正確に塗布されなくても、光電変換モジュールの性能に影響を与えにくい。

グリッド電極形成工程の後に、透明電極層２５、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２上に、第２電極層２４を構成する材料を形成する。第２電極層２４の材料は、前述したとおりである。次に、第２電極層２４、透明電極層２５及び光電変換層２６を構成する材料の一部を細線状に除去することによって、第２電極層２４、透明電極層２５及び光電変換層２６を複数の帯状に成形するための第３分割部Ｐ３を形成する。

具体的一例では、光電変換モジュールを製造する方法は、図１６に示すように、少なくとも第２電極層２４及び透明電極層２５、好ましくは第２電極層２４、透明電極層２５及び光電変換層２６の一部を除去する工程を有していてよい。少なくとも第２電極層２４及び透明電極層２５が除去された領域は、非有効領域ＮＥＲを構成する。導電性インク１０２の塗布が開始される開始点Ｓ１は、この非有効領域ＮＥＲに位置していてよい。

また、図１７に示すように、少なくとも第２電極層２４及び透明電極層２５が除去された領域に、前述した配線５０を形成してもよい。この場合、少なくとも第２電極層２４及び透明電極層２５が除去された領域は、光電変換モジュール１０の第２方向（Ｘ方向）の端部領域であってよい。

具体的一例では、光電変換モジュールを製造する方法は、図１８に示すように、導電性インク１０２の塗布が開始される開始点Ｓ２を含む領域を切除する工程をさらに有していてよい。

以上のようにして第１実施形態で説明した光電変換モジュール１０が得られる。上記実施形態の図１６，１７では、非有効領域ＮＥＲに相当する箇所の少なくとも第２電極層２４及び透明電極層２５を除去した。本発明はこれに限らず、第２電極層２４及び透明電極層２５を除去せず、第２電極層２４上に配線５０を形成してもよい。この場合、配線５０と、配線５０に隣接する光電変換セル１２との間に、非有効領域ＮＥＲと光電変換に寄与する有効領域ＥＲとを分割するための分割溝を形成すればよい。この分割溝は、例えば、第１電極層２２、光電変換層２６、透明電極層２５及び第２電極層２４を除去することによって形成できる。

上述したように、実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本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の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。したがって、本発明の技術的範囲は、上述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。

例えば、光電変換モジュール１０は、不図示の透明の封止材によって封止されていてもよい。

また、前述した実施形態では、第２電極層２４が透明電極層によって構成されている。この代わりに、第１電極層２２が透明電極層によって構成されていてもよい。この場合、第２電極層２４は、透明電極層によって構成されていてもよく、不透明電極層によって構成されていてもよい。さらにこの場合、第１グリッド電極３１及び第２グリッド電極３２は、第１電極層２２に隣接して設けられることが好ましい。この場合、基板２０は透明基板によって構成されていてよい。

また、本実施形態では、集積構造を有する（分割部Ｐ１～Ｐ３を有する）薄膜光電変換モジュールを例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、集積構造を有さない、言い換えれば、分割部Ｐ１～Ｐ３を有さない光電変換モジュールにも適用可能である。

また、本明細書における「第１」、「第２」、「第３」という用語は、本明細書内で各用語を区別するために使用されるものであり、明細書における「第１」、「第２」、「第３」という用語は、特許請求の範囲における「第１」、「第２」、「第３」という用語と必ずしも一致するわけではないことに留意されたい。

１０光電変換モジュール
１２光電変換セル
２０基板
２２第１電極層
２４第２電極層（ｎ型半導体）
２５透明電極層
２６光電変換層（ｐ型半導体）
３１第１グリッド電極
３１ａ主グリッド電極
３１ｂサブグリッド電極
３２第２グリッド電極
５０配線

Claims

第１電極層と、透明電極層である第２電極層と、前記第１電極層と前記第２電極層との間の光電変換層と、を含む光電変換セルと、
前記光電変換セルにおいて第１方向に並んで前記第２電極層側に設けられ、前記第１方向に交差する第２方向に延びるグリッド電極と、を有し、
前記グリッド電極は、複数の主グリッド電極と、互いに隣り合う前記主グリッド電極どうしの間に設けられたサブグリッド電極と、を含み、
前記第２方向に沿った前記サブグリッド電極の長さは、前記第２方向に沿った前記主グリッド電極の長さよりも短く、
前記主グリッド電極と前記サブグリッド電極は、前記第２電極層に覆われている、光電変換モジュール。
前記主グリッド電極と前記サブグリッド電極は、前記第１方向に所定パターンで繰り返し並んでいる、請求項１に記載の光電変換モジュール。
前記透明電極層は、第１領域及び第２領域を含み、前記第１領域は、前記第２領域におけるシート抵抗よりも小さいシート抵抗、前記第２領域における膜厚よりも大きい膜厚、又は前記第２領域における透過率よりも小さい透過率を有し、前記第１領域において前記第１方向に互いに隣り合う前記主グリッド電極どうしの間に設けられた前記サブグリッド電極の数は、前記第２領域において前記第１方向に互いに隣り合う前記主グリッド電極どうしの間に設けられた前記サブグリッド電極の数よりも小さい、請求項１に記載の光電変換モジュール。
前記透明電極層は、第１領域及び第２領域を含み、前記第１領域は、前記第２領域におけるシート抵抗よりも小さいシート抵抗、前記第２領域における膜厚よりも大きい膜厚、又は前記第２領域における透過率よりも小さい透過率を有し、前記第１領域において前記第１方向に沿った前記サブグリッド電極の長さは、前記第２領域において前記第１方向に沿った前記サブグリッド電極の長さよりも短い、請求項１に記載の光電変換モジュール。