JPWO2012105146A1 - 光電変換装置及び光電変換モジュール - Google Patents

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Abstract

光電変換装置１１は、受光面及び裏面にテクスチャ構造が形成された光電変換部２０と、光電変換部２０の受光面に設けられた受光面電極３０と、光電変換部２０の裏面に設けられた裏面電極４０とを備える。裏面電極４０は、光電変換部２０の裏面に積層された透明導電膜４１と、透明導電膜４１上の略全面に積層されるとともに、テクスチャ構造を反映した表面凹凸を含むように薄く形成された金属膜４２と、金属膜４２上に形成され、該金属膜４２の表面凹凸高さ以上の厚みを有する突起電極４３とを含む。

Description

本発明は、光電変換装置及び光電変換モジュールに関する。
特許文献１には、光電変換部と、光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、光電変換部の裏面に設けられた裏面電極とを備える光電変換装置が開示されている。この光電変換装置では、受光面電極及び裏面電極のそれぞれが、複数のフィンガー電極部と、複数のフィンガー電極部に電気的に接続されたバスバー電極部とを備えている。
特開２００９‐２９０２３４号公報
太陽電池等の光電変換装置では、赤外領域の光の透過が問題となる。加えて、光電変換部の薄膜化が進むにつれて、他の領域の光の透過も問題となってきている。そこで、光の利用効率の向上を図り、光電変換効率をさらに高めることが求められている。
一方、光電変換効率を高めても、光電変換装置をモジュール化したときに、光電変換装置で発電された電力をうまく取り出せなければ、高い光電変換効率を活かすことができない。光電変換モジュールは、複数の光電変換装置と、各光電変換装置を電気的に接続する配線材とを備える。光電変換モジュールにおいて、光電変換装置と配線材との電気的接続が不良であると抵抗損失が大きくなるため、両者間の良好な接続を維持することは重要である。
本発明に係る光電変換装置は、受光面及び裏面にテクスチャ構造が形成された光電変換部と、光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、光電変換部の裏面に設けられた裏面電極とを備え、裏面電極は、光電変換部の裏面に積層された透明導電膜と、透明導電膜上の略全面に積層され、テクスチャ構造を反映した表面凹凸を有する金属膜と、金属膜上に形成され、該金属膜の表面凹凸高さ以上の厚みを有する突起電極とを含む。
本発明に係る光電変換モジュールは、光電変換装置と、光電変換装置に電気的に接続された配線材とを備え、光電変換装置は、光電変換部と、光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、光電変換部の裏面に積層された透明導電膜、透明導電膜上の略全面に積層された金属膜、及び金属膜上に形成された突起電極を有する裏面電極とを含み、配線材は、接着剤を介して突起電極に電気的に接続され、金属膜上の突起電極の周囲の少なくとも一部において接着剤により金属膜上に直接接着されている。
本発明に係る光電変換装置によれば、改善された光電変換効率を有し、信頼性の高いモジュールを構築可能な光電変換装置を提供することができる。
また、本発明に係る光電変換モジュールによれば、改善された光電変換効率を有し、信頼性の高い光電変換モジュールを提供することができる。
本発明の実施形態である光電変換モジュールを模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態である光電変換装置を受光面側から見た図である。 本発明の実施形態である光電変換装置を裏面側から見た図である。 図２，３のＢ‐Ｂ線断面を模式的に示す図である。 本発明の実施形態である光電変換装置において、突起電極及びその近傍を模式的に示す断面図である。 図５において、突起電極に配線材が接続された様子を示す図である。 配線材と突起電極との接続形態の変形例を示す図である。 突起電極の変形例を示す図である。 突起電極の他の変形例を示す図である。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
以下の実施形態は、単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に限定されない。また、実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法比率などは、現実の物体の寸法比率などとは異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
まず初めに、図１を参照して、光電変換モジュール１０の概略構成を説明する。
図１は、光電変換モジュール１０の一部を模式的に示す断面図である。
光電変換モジュール１０は、複数の光電変換装置１１と、各光電変換装置１１を電気的に接続する配線材１２とを備える。また、光電変換モジュール１０は、光電変換装置１１の受光面側を保護する第１保護部材１３と、光電変換装置１１の裏面側を保護する第２保護部材１４とを備えることが好適である。そして、第１保護部材１３と第２保護部材１４との間には、封止材１５が充填される。光電変換装置１１と配線材１２とは、接着剤１６（後述の図６に参照）を用いて接続できる。
ここで、「受光面」とは、光電変換モジュール１０（光電変換装置１１）の外部から光が主に入射する面を意味する。例えば、光電変換モジュール１０（光電変換装置１１）に入射する光のうち５０％超過〜１００％が受光面側から入射する。また、「裏面」とは、受光面と反対側の面を意味する。
光電変換装置１１は、太陽光等の光を受光することでキャリア（電子及び正孔）を生成する光電変換部２０と、光電変換部２０の受光面に設けられた受光面電極３０と、光電変換部２０の裏面に設けられた裏面電極４０とを備える。光電変換装置１１では、光電変換部２０で生成されたキャリアが受光面電極３０及び裏面電極４０により収集される。そして、受光面電極３０及び裏面電極４０に配線材１２が電気的に接続され、配線材１２を介してキャリアが電気エネルギーとしてモジュールの外部に取り出される。
複数の光電変換装置１１は、例えば、それぞれの受光面が同一平面上に並んで配置される。図１では、各光電変換装置１１が等間隔で配置された形態を例示しており、１つの配線材１２が隣接する光電変換装置１１同士を接続している。例えば、１つの配線材１２は、一方の光電変換装置１１の受光面電極３０に接続され、他方の光電変換装置１１の裏面電極４０に接続される。つまり、配線材１２は、隣接する光電変換装置１１の間でモジュールの厚み方向に折れ曲がり、隣接する光電変換装置１１を直列に接続する。配線材１２は、細線状の導電性部材であり、例えば、四角形の断面形状を有する。配線材１２は、隣接する光電変換装置１１同士を接続可能な長さを有し、全長に亘って一定の幅（例えば、１ｍｍ〜２ｍｍ）を有することが好ましい。
第１保護部材１３は、光電変換装置１１の受光面側に配置され、例えば、ガラスや透光性樹脂等を用いて構成される。第２保護部材１４は、光電変換装置１１の裏面側に配置され、第１保護部材１３と共に光電変換装置１１を挟持する。第２保護部材１４は、例えば、アルミニウム箔等の金属箔を介在させた樹脂フィルムを用いて構成される。また、第１保護部材１３と第２保護部材１４との間に充填され、光電変換装置１１の周囲を覆う封止材３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の透光性を有する樹脂を用いて構成される。
次に、図２〜図４を参照して、光電変換装置１１の構成を詳細に説明する。
図２は、光電変換装置１１を受光面側から見た図であり、図３は、光電変換装置１１を裏面側から見た図である。図４は、図２及び図３のＢ‐Ｂ線に沿った断面図（テクスチャ構造は省略）を示す。
図２及び図３に示すように、光電変換装置１１は、光電変換部２０と、受光面電極３０と、裏面電極４０とを備える。光電変換部２０は、例えば、略正方形状の結晶系半導体基板であるｎ型単結晶シリコン基板２１を備える。受光面電極３０は、透明導電膜３１、フィンガー電極部３２及びバスバー電極部３３を含む。裏面電極４０は、透明導電膜４１、金属膜４２、突起電極４３とを含む。光電変換装置１１を用いて光電変換モジュール１０を構築するときには、配線材１２（１点鎖線で示す）が、受光面電極３０の各バスバー電極部３３、裏面電極４０の各突起電極４３にそれぞれ接続される。
図２及び図４に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面に、光電変換部２０は、ｉ型非晶質シリコン膜２２を介して積層されたｐ型非晶質シリコン膜２３を備える。図３及び図４に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板２１の裏面に、光電変換部２０は、ｉ型非晶質シリコン膜２４を介して積層されたｎ型非晶質シリコン膜２５を備える。つまり、光電変換部２０は、結晶系半導体基板の両面に非晶質半導体薄膜が積層された構造を有する。本実施形態では、具体的に、ｐ型非晶質シリコン膜２３／ｉ型非晶質シリコン膜２２／ｎ型単結晶シリコン基板２１／ｉ型非晶質シリコン膜２４／ｎ型非晶質シリコン膜２５の順に積層された積層構造を例示する。そして、当該積層構造において、ｐ型非晶質シリコン膜２３側が受光面側となる。
ここで、ｉ型非晶質シリコン膜２２，２４は、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面、裏面の端縁領域を残して積層されてもよい。ｉ型非晶質シリコン膜２２，２４は、ｐ型非晶質シリコン膜２３及びｎ型非晶質シリコン膜２５よりもキャリアを発生させるドーパントの濃度が低い真性非晶質シリコン薄膜である。ｉ型非晶質シリコン膜２２，２４は、例えば、それぞれ同一の組成を有する。図２及び図４では示されていないが、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面及び裏面は、それぞれテクスチャ構造を有する。ここで、「テクスチャ構造」とは、表面反射を抑制し、光電変換部２０の光吸収量を増大させる凹凸構造である。光電変換部２０の厚み（膜の積層方向の長さ）は、数百μｍであり、その大部分がｎ型単結晶シリコン基板２１の厚みである。そのうち、テクスチャ構造の凹凸高さは、数μｍである。これに対して、非晶質シリコン膜の厚みは、数ｎｍ〜数十ｎｍである。テクスチャ構造の凹凸高さは、例えば、数μｍであるから、テクスチャ構造は、非晶質シリコン膜の受光面及び裏面にも反映される。
光電変換部２０は、例えば、以下の方法で製造できる。まず、清浄なｎ型単結晶シリコン基板２１を真空チャンバ内に設置し、例えば、プラズマＣＶＤ（化学気相成長法）法により、基板上にｉ型非晶質シリコン膜２２を積層する。続いて、ｉ型非晶質シリコン膜２２上にｐ型非晶質シリコン膜２３を積層する。本実施形態では、ｐ型非晶質シリコン膜２３が積層されるｎ型単結晶シリコン基板２１の面が受光面となる。一方、ｎ型単結晶シリコン基板２１の裏面上にも、例えば、プラズマＣＶＤ法でｉ型非晶質シリコン膜２４及びｎ型非晶質シリコン膜２５を順に積層する。ｉ型非晶質シリコン膜２４の積層工程では、例えば、シランガス（ＳｉＨ4）を原料ガスとして使用する。また、ｎ型非晶質シリコン膜２５の積層工程では、例えば、シラン（ＳｉＨ4）、水素（Ｈ2）、及びホスフィン（ＰＨ3）を原料ガスとし、ｐ型非晶質シリコン膜２３の積層工程では、例えば、ＰＨ3の代わりに、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）が原料ガスとする。
ｐ型非晶質シリコン膜２３の受光面には、受光面電極３０を構成する透明導電膜３１が積層される。さらに、透明導電膜３１上には、光電変換部２０で発電された電力を集電するためのフィンガー電極部３２とバスバー電極部３３とが形成される。一方、ｎ型非晶質シリコン膜２５の裏面には、裏面電極４０を構成する透明導電膜４１が積層される。さらに、透明導電膜４１上には、光電変換部２０で発電された電力を集電するための金属膜４２が設けられる。金属膜４２上には、配線材１２との接続部として突起状の突起電極４３が設けられる。
透明導電膜３１は、例えば、多結晶構造を有する酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ2）、及び酸化チタン（ＴｉＯ2）等の金属酸化物のうちの少なくとも１つを含む薄膜（ＴＣＯ膜）であって、光透過性の電極部として機能する。これらの金属酸化物に、錫（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、タングステン（Ｗ）、アンチモン（Ｓｂ）、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、セリウム（Ｃｅ）、ガリウム（Ｇａ）などのドーパントがドープされていてもよい。ドーパントの濃度は、０〜２０ｗｔ％とすることができる。透明導電膜３１の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度である。透明導電膜３１は、ｐ型非晶質シリコン膜２３の受光面において、その端縁領域（以下、端縁領域Ａ１とする）を除く面領域の全体に積層することが好適である。透明導電膜３１が積層されない端縁領域Ａ１は、例えば、ｐ型非晶質シリコン膜２３の受光面の端から幅１〜２ｍｍ程度の面領域であって、当該受光面の周囲に環状に設けることが好適である。透明導電膜３１（透明導電膜４１についても同様）は、例えば、端縁領域Ａ１を覆うマスクを使用して、スパッタ法により積層できる。
フィンガー電極部３２及びバスバー電極部３３は、互いに電気的に接続され、いずれも透明導電膜３１上に形成されている。即ち、受光面電極３０では、ｐ型非晶質シリコン膜２３から透明導電膜３１を介して伝達されるキャリアがフィンガー電極部３２及びバスバー電極部３３によって収集される。そして、モジュール化されるときには、配線材１２がバスバー電極部３３に電気的に接続される。フィンガー電極部３２及びバスバー電極部３３は、例えば、バインダー樹脂中に銀（Ａｇ）等の導電性粒子が分散した導電性ペーストを透明導電膜３１上に所望のパターンでスクリーン印刷して形成される細線状の電極部である。或いは、スクリーン印刷の代わりに、各種スパッタ法、各種蒸着法、各種メッキ法等を用いて各電極部を形成してもよい。
フィンガー電極部３２は、例えば、受光面上に形成された帯状の金属層であり、光電変換部２０の全体からまんべんなく電力を集電できるように配置される。フィンガー電極部３２は、所定の間隔をあけて互いに平行に配置することが好適である（例えば、幅１００μｍ、間隔２ｍｍ）。
バスバー電極部３３は、フィンガー電極部３２により集電された電力をさらに集電する。バスバー電極部３３は、例えば、受光面上に形成された帯状の金属層であり、フィンガー電極部３２と交差して配置され、フィンガー電極部３２と電気的に接続される。バスバー電極部３３は、例えば、所定の間隔をあけて互いに平行に配置できる。このとき、バスバー電極部３３は、フィンガー電極部３２よりも少数で線幅が太く設定されることが好ましい（例えば、幅１．５ｍｍ、２本）。また、バスバー電極部３３には配線材１２が接続されるため、その厚みは、フィンガー電極部３２よりも厚く設定されることが好ましい。フィンガー電極部３２は、キャリアの集中による抵抗の上昇を防止するため、例えば、３０μｍ〜８０μｍ程度の厚みを有する。ゆえに、バスバー電極部３３は、例えば、３０μｍ以上の厚みを有し、好ましくは５０μｍ以上（例えば、５０μｍ〜１００μｍ）の厚みを有する。
フィンガー電極部３２及びバスバー電極部３３の形状は、ここで例示したものに限定されず、例えば、ジグザグ形状など種々の形状に形成できる。
透明導電膜４１は、透明導電膜３１と同様に、ＩＴＯやＺｎＯ、ＳｎＯ2等からなり、光透過性の電極部として機能する。さらに、透明導電膜４１は、金属膜４２との相互作用によって反射率を高め、光電変換部２０と金属膜４２との直接の接触を防止する機能を有する。透明導電膜４１の厚みは、例えば、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であることが好ましく、透明導電膜４１の裏面にも上記テクスチャ構造が反映される。
透明導電膜４１は、ｎ型非晶質シリコン膜２５の裏面において、その端縁領域（以下、端縁領域Ａ２とする）を除く面領域の全体に積層することが好適である。透明導電膜４１が積層されない端縁領域Ａ２は、例えば、ｎ型非晶質シリコン膜２５の裏面の端から幅１〜２ｍｍ程度の面領域であって、当該裏面の周囲に環状に設けることが好適である。
金属膜４２は、光の反射率が高く、且つ高い導電性を有する金属材料からなる薄膜である。特に、金属膜４２の反射率は、波長８００ｎｍ〜１２００ｎｍ程度の赤外領域の光に対する反射率が高い材料であることが好ましい。金属膜４２の反射率は、少なくとも赤外領域の光について、透明導電膜４１の反射率よりも高いことが好ましい。
金属膜４２を構成する金属材料としては、例えば、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ロジウム（Ｒｈ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）などの金属又はそれらの１種以上を含む合金が例示できる。金属材料は、例示した材料の中では、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｒｈ、Ｃｕ、Ａｕ又はそれらの１種以上を含む合金が好ましく、Ａｇ、Ａｌ、Ｔｉ又はそれらの１種以上を含む合金がより好ましく、Ａｇ又はＡｇを含む合金が特に好ましい。
金属膜４２は、光電変換部２０を通り抜けた透過光を受光面側に反射し、ｎ型非晶質シリコン膜２５から透明導電膜４１を介して伝達されるキャリアを収集する。ここで、金属膜４２の厚みについて詳述する。金属膜４２の厚みは、光が透過せず、且つキャリアが突起電極４３に十分に収集できる程度に厚いことが望ましい。一方、図２に示すように、受光面電極３０は、透明導電膜３１を露出するようにフィンガー電極部３２及びバスバー電極部３３が形成されているが、図３に示すように、金属膜４２は透明導電膜４１の略全面を覆うように形成されている。このように、受光面電極３０と比べて、金属膜４２は面積が大きい。このため、受光面電極３０及び金属膜４２の厚みが近似している場合、受光面電極３０と金属膜４２との金属材料の量の差に応じて、光電変換部２０が反ってしまう。これに鑑みて、光電変換装置１１では、金属膜４２は、受光面電極３０よりも薄く形成される。これによって、受光面電極３０と金属膜４２との金属材料の量の差が低減され、光電変換部２０の反りが抑制される。
光電変換部２０の反りを抑制するために、金属膜４２は、裏面に上記テクスチャ構造が反映可能な程度に薄いことが好ましい。例えば、金属膜４２の厚みは、０．１μｍ〜５μｍ程度であることが好ましい。金属膜４２の裏面にもテクスチャ構造が反映されるようにすれば、金属膜４２と突起電極４３との密着性が良好となる効果も得られる。上記のように、金属膜４２は透明導電膜４１の略全面を覆うように形成されているため、このように金属膜２０の厚みを薄くしても、抵抗が上昇せず、光電変換効率等の特性に影響を与えない。
金属膜４２は、上記金属材料からなる複数の膜の積層体により構成されていてもよい。例えば、Ａｇ膜とＡｌ膜との積層体が例示でき、この場合、Ａｇ膜が透明導電膜４１側に配置されることが好ましい。また、Ａｌ膜の両面にＡｇ膜が積層されたＡｇ／Ａｌ／Ａｇの積層体、或いはＡｌ膜の代わりに他の金属膜（例えば、Ｃｕ膜）を設けたＡｇ／Ｃｕ／Ａｇの積層体であってもよい。
金属膜４２は、透明導電膜４１上の略全体を覆うように積層され、より好ましくは、透明導電膜４１上の全体を覆って積層される。ここで、「透明導電膜４１上の略全体を覆うように」とは、透明導電膜４１上の実質的に全体を覆っているとみなせる状態を意味し、例えば、透明導電膜４１上に積層された金属膜４２の一部が欠けている状態も含む。具体的には、透明導電膜４１上の９５％以上を金属膜４２が覆っている状態が例示できる。
金属膜４２は、透明導電膜４１の端縁領域の少なくとも一部において、透明導電膜４１を超えて光電変換部２０（ｎ型非晶質シリコン膜２５）を覆わないように積層することが好適である。このように金属膜４２を積層すれば、金属原子がｎ型非晶質シリコン膜２５に拡散することで発生し得る欠陥準位をさらに抑制できる。より好ましくは、透明導電膜４１の端縁領域の全周に亘って金属膜４２が形成されない領域を環状に設ける。この端縁領域の幅は、例えば、透明導電膜４１の端から１ｎｍ以上５ｍｍ以下とすることが好適であり、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による断面観察(幅が広い場合には光学顕微鏡等も使用可能)によって確認できる。
金属膜４２は、例えば、ｎ型非晶質シリコン膜２５上の端縁領域Ａ２又は透明導電膜４１上の端縁領域を覆うマスクを使用して、スパッタ法により積層できる。
突起電極４３は、光電変換部２０の厚み方向に突出して金属膜４２上に形成された突起状の電極である。突起電極４３は、複数の光電変換装置１１をモジュール化する際に、配線材１２を電気的に接続するために用いられる。突起電極４３は、バスバー電極部３３と同様に、例えば、導電性ペーストを金属膜４２上に所望のパターンでスクリーン印刷して、配線材１２が電気的に接続可能な突起状に形成される。
突起電極４３は、例えば、金属膜４２上に形成された帯状の金属層であり、所定の間隔をあけて互いに平行に配置できる。また、突起電極４３は、バスバー電極部３３と同じ方向に沿って、バスバー電極部３３と同じ本数（例えば、２本）配置することが好適である。上記のように、突起電極４３に接続される配線材１２は隣り合う光電変換装置１１のバスバー電極部３３に接続される。ゆえに、バスバー電極部３３及び突起電極４３の本数や形成方向を合わせることで、光電変換装置１１と配線材１２との接続が容易になる。
突起電極４３は、透明導電膜４１上の略全面を覆って積層される金属膜４２上に形成されるため、バスバー電極部３３のように、フィンガー電極部３２による厚みの制限を受けない。ゆえに、突起電極４３の厚みは、バスバー電極部３３の厚みよりも薄くできる。
次に、図５〜図９を参照し、突起電極４３の構成及び光電変換モジュール１０における光電変換装置１１（突起電極４３）と配線材１２との接続形態をさらに詳説する。図５は、突起電極４３及びその近傍を模式的に示す断面図であり、突起電極４３を幅方向に切断した図である。図６は、図５において、突起電極４３に配線材１２が接続された様子を示す図である。
図５に示すように、光電変換部２０の受光面及び裏面には、それぞれテクスチャ構造を設ける。金属膜４２は、テクスチャ構造に応じた表面凹凸を有する程度に薄く形成される。
突起電極４３は、配線材１２との良好な電気的接触を可能にするため、少なくとも金属膜４２の表面凹凸を埋める程度の高さに形成される。これは、突起電極４３を金属膜４２の表面凹凸高さ（Ｔ）以上の厚みで形成することにより実現できる。
ここで、金属膜４２の表面凹凸とは、金属膜４２上に形成される厚み方向の凹凸を意味する。表面凹凸高さ（Ｔ）は、凹部の底から凸部の頂までの厚み方向に沿った長さを意味する。本実施形態では、この表面凹凸は、ｎ型単結晶シリコン基板２１のテクスチャ構造に起因して形成される。テクスチャ構造に起因する金属膜４２の表面凹凸は、例えば、１〜１０μｍの表面凹凸高さ（Ｔ）を有し、金属膜４２の裏面全体に連続して形成されている。突起電極４３の厚みは、好ましくは電極形成位置の表面凹凸高さ（Ｔ）の平均値以上であり、より好ましくはＴの最大値以上である。ただし、テクスチャ構造に起因する表面凹凸のＴは、略均等（平均値≒最大値）であり、例えば、約５μｍである。
一方、接着剤１６により配線材１２が金属膜４２上に十分に接着可能となるように、突起電極４３の厚みは、薄いことが好ましい。例えば、突起電極４３の厚みは、Ｔの１．０倍〜３．０倍が好ましく、又はＴの１．１倍〜２．５倍がより好ましく、又はＴの１．２倍〜２．０倍が特に好ましい。具体的には、突起電極４３の厚みは、２０μｍ以下が好ましく、１５μｍ以下がより好ましく、１０μｍ以下が特に好ましい。
突起電極４３の幅は、特に限定されず、例えば、バスバー電極部３３の幅と同等、或いは配線材１２の幅と同等であってもよい。突起電極４３の幅は、例えば、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度であり、配線材１２の幅以下（例えば、０．５ｍｍ〜１ｍｍ）としてもよい。突起電極４３の厚みや幅は、例えば、光学顕微鏡や接触式の膜厚計を用いて確認できる。また、ＳＥＭによる断面観察等によって確認してもよい。
図６に示すように、配線材１２は、接着剤１６を用いて、裏面電極４０の突起電極４３に電気的に接続される。配線材１２と突起電極４３との間に介在する接着剤１６の薄膜層は、例えば、数ｎｍ〜数百ｎｍ程度である（例えば、ＳＥＭやＴＥＭによる断面観察により確認できる）。図６に例示する形態では、断面角型の配線材１２が接着剤１６の薄膜層を介して、突起電極４３上に接続されている。当該接続は、例えば、配線材１２を接着剤１６が塗られた突起電極４３上に押し付け圧着して形成される。このとき、接着剤１６の一部が配線材１２と突起電極４３との間から押し出されて突起電極４２の側面及び配線材１２の側面に付着し、それぞれの側面の少なくとも一部を被覆する。ここで、突起電極４２及び配線材１２の「側面」とは、各部の厚み方向に沿った面を意味する。
ここで、接着剤１６としては、例えば、エポキシ樹脂等の熱硬化型接着剤、又はエポキシ樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂等に硬化剤を混合した二液硬化型接着剤などを用いることができる。接着剤１６には、導電性粒子が含有されていてもよい。導電性粒子を含まない接着剤１６を用いる場合には、例えば、錫（Ｓｎ）等の柔軟な表面導電層を形成した配線材１２を用いて、この表面導電層に突起電極４３の一部をめり込ませて接続することもできる。
図６に示す例では、配線材１２の幅及び突起電極４３の幅は略同等であり、それぞれの幅方向両端が略一致するように接続される。また、突起電極４３は直線状に延びた形状を有し、配線材１２は、例えば、突起電極４３の全長に亘って接続される。配線材１２は、突起電極４３と接続される部分において、突起電極４３と同様に、直線状に延びた形状を有する。
配線材１２は、接着剤１６により突起電極４３の周囲の少なくとも一部において金属膜４２上に直接接着されることが好適である。例えば、接着剤１６の一部が、突起電極４３と配線材１２との間からはみ出し、はみ出した接着剤１６が突起電極４３の周囲の少なくとも一部において金属膜４２上に付着する。具体的には、上記のように、はみ出した接着剤１６が突起電極４２の側面及び配線材１２の側面に付着し、それぞれの側面の少なくとも一部を被覆する。さらに、はみ出した接着剤１６は、例えば、突起電極４２の側面全体を覆って、金属膜４２まで到達する。つまり、配線材１２を突起電極４３に押し付けることで、接着剤１６の一部が配線材１２と突起電極４３との間から押し出される。そして、押し出された接着剤１６は、突起電極４２の側面及び配線材１２の側面を被覆すると共に、突起電極４３の厚みを超えて金属膜４２上まで到達する。接着剤１６は、配線材１２の側面から金属膜４２までつながった状態で硬化する。
このようにして、配線材１２は、接着剤１６を介して突起電極４３に接続されると共に、金属膜４２上の突起電極４３の周囲の少なくとも一部において、はみ出した接着剤１６により金属膜４２上に直接接着される。この接続形態は、配線材１２と金属膜４２との間に介在する突起電極４３の厚みを薄くすることで形成され易くなる。また、突起電極４３の厚みを薄くするほど、接着剤１６による配線材１２の側面の被覆面積が大きくなる。例えば、突起電極４３の厚みを２０μｍ以下にすることで、接着剤１６を過剰に用いることなく、接着剤１６が配線材１２の側面から金属膜４２までつながった状態で硬化することが可能になる。
配線材１２は、少なくとも突起電極４３の幅方向片側において、接着剤１６により金属膜４２上に直接接着されることが好適であり、突起電極４３の幅方向両側において金属膜４２上に直接接着されることがより好ましい。このとき、接着剤１６は、少なくとも配線材１２の幅方向片側の側面に付着することが好適である。より好ましくは、接着剤１６が配線材１２の幅方向両側の側面に付着して、該側面の少なくとも一部を被覆し、配線材１２の側面と金属膜４２とが接着剤１６により直接接着される。さらに、配線材１２は、突起電極４３の長手方向の全長に亘り、接着剤１６により金属膜４２上に直接接着されることが好適である。また、金属膜４２上の突起電極４３の長手方向両側において、配線材１２と金属膜４２とが接着剤１６により直接接着されていてもよい。
図７に示すように、配線材１２の幅が突起電極４３の幅よりも広く、配線材１２が突起電極４３の幅方向両側から張り出した状態で、配線材１２は突起電極４３に接続されてもよい。この接続形態は、例えば、配線材１２の幅を維持したまま、突起電極４３の幅を狭くすることで形成できる。この接続形態によれば、金属膜４２上の突起電極４３の幅方向両側において、配線材１２と金属膜４２との接着面積を拡大することができる。この場合も、接着剤１６が配線材１２の幅方向両側の側面の少なくとも一部を被覆し、配線材１２の側面と金属膜４２とが接着剤１６により直接接着されることが好ましい。
図８に示すように、突起電極４３は、互いに間隔をあけて複数列状に並べて配置されてもよい。例えば、複数の突起電極４３が直線状に形成される。この場合、配線材１２は、隣り合う突起電極４３の間隙において、接着剤１６により金属膜４２上に直接接着されることが好適である。突起電極４３は、形成密度が一定でなく、配線材１２の端部に位置する突起電極の密度が中心部の密度よりも大きくすることが好適である。光電変換装置１１に反りが発生した場合には配線材１２の端部が剥がれ易くなるが、当該構成によれば、配線材１２の端部で接着力が高くなり、光電変換装置１１から配線材１２が外れることを抑制できる。また、中心部での金属材料費を削減できる。
図９に示すように、突起電極４３はジグザグパターンで形成されてもよい。図９に示す例では、突起電極４３が、その全長に亘りノコギリ歯状の凹凸が規則的に繰り返された形状を有するが、ジグザグパターンはこれに限定されない。配線材１２は、突起電極４３の周囲の少なくとも一部、例えば、繰り返される凹凸パターンの間において、接着剤１６により金属膜４２上に直接接着されることが好適である。
以上のように、光電変換装置１１では、光電変換部２０（ｎ型非晶質シリコン膜２５）の裏面側の広範囲に金属膜４２が積層されている。これにより、受光面から入射して光電変換部２０を通り抜けた透過光を金属膜４２により受光面側に反射させることができる。金属膜４２は、光電変換部２０との間に透明導電膜４１を介して積層されることで、例えば、エバネッセント光の発生による光の吸収が抑制されて反射率が高まる。ゆえに、光電変換部２０における光の利用率が高まり、光電変換効率が向上する。
透明導電膜４１により、金属膜４２を構成する金属原子が光電変換部２０に拡散することを抑制でき、キャリアをトラップする欠陥順位の発生を抑制できる。
金属膜４２は、受光面電極３０よりも薄く形成される。また、金属膜４２は、テクスチャ構造を反映した表面凹凸を含むように薄く形成される。これによって、受光面電極３０と金属膜４２との金属材料の量の差が低減され、光電変換部２０の反りが抑制される。ゆえに、突起電極４３の厚みを薄くできる。さらに、突起電極４３は、金属膜４２上に形成されるため、バスバー電極部３３のように、フィンガー電極部３２による厚みの制限を受けず、例えば、その厚みを、金属膜４２の表面凹凸高さ（Ｔ）以上、受光面電極２０の厚み未満とすることができる。
これらの作用によって、本実施形態における光電変換装置１１では、光電変換効率を向上させることができる。また、光電変換装置１１によれば、信頼性の高いモジュールを構築可能である。
光電変換装置１１を用いて構築される光電変換モジュール１０では、突起電極４３の厚みが薄いため、接着剤１６が突起電極４２の側面及び配線材１２の側面を被覆すると共に、突起電極４３の厚みを超えて金属膜４２上まで到達する。即ち、接着剤１６は配線材１２の側面から金属膜４２までつながり、接着剤１６により配線材１２が金属膜４２上に直接接着される。ゆえに、裏面電極４０と配線材１２との接着面積が拡大する。これによって、配線材１２が裏面電極４０からはがれることを抑制でき、光電変換モジュール１０の信頼性を向上することができる。
即ち、配線材１２が接着剤１６により金属膜４２上に直接接着されることで、配線材１２の幅方向、厚み方向（奥行き方向）、長手方向への動きを抑制できる。つまり、配線材１２の移動方向に対する強さ（以下、線断力とする）が増加する。例えば、配線材１２が、その全長に亘り、突起電極４３の幅方向両側において接着剤１６により金属膜４２上に直接接着されることで、配線材１２の幅方向及び厚み方向に対する線断力が増加する。また、配線材１２が、突起電極４３の全周囲に亘って接着剤１６により金属膜４２上に直接接着されることで、配線材１２の幅方向、厚み方向、及び長手方向に対する線断力が増加する。
本実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板２１の両面に非晶質シリコン薄膜が積層された構造の光電変換部２０を例示したが、光電変換部の構造はこれに限定されない。光電変換部は、例えば、ｉ型非晶質シリコン膜２４やｎ型非晶質シリコン膜２５を有さない構造、シリコン以外の半導体（例えば、ガリウムヒ素）を用いた構造とすることもできる。また、本実施形態では、ｐ型非晶質シリコン膜２３側を受光面側として説明したが、ｎ型非晶質シリコン膜２５上に受光面電極３０を設けて、ｎ型非晶質シリコン膜２５側を受光面側としてもよい。
また、上記では、突起電極４３について種々の形状を例示したが、バスバー電極部３３も突起電極４３と同様に種々の形状をとり得る。
１０ 光電変換モジュール、１１ 光電変換装置、１２ 配線材、１３ 第１保護部材、１４ 第２保護部材、１５ 封止材、１６ 接着剤、２０ 光電変換部、２１ ｎ型単結晶シリコン基板、２２，２４ ｉ型非晶質シリコン膜、２３ ｐ型非晶質シリコン膜、２５ ｎ型非晶質シリコン膜、３０ 受光面電極、３１，４１ 透明導電膜、３２ フィンガー電極部、３３ バスバー電極部、４０ 裏面電極、４２ 金属膜、４３ 突起電極。

Claims (18)

  1. 受光面及び裏面にテクスチャ構造が形成された光電変換部と、
    前記光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、
    前記光電変換部の裏面に設けられた裏面電極と、
    を備え、
    前記裏面電極は、
    前記光電変換部の裏面に積層された透明導電膜と、
    前記透明導電膜上の略全面に積層され、前記テクスチャ構造を反映した表面凹凸を有する金属膜と、
    前記金属膜上に形成され、該金属膜の表面凹凸高さ以上の厚みを有する突起電極と、
    を含む光電変換装置。
  2. 請求項１に記載の光電変換装置であって、
    前記突起電極は、受光面電極の厚みよりも薄く形成された光電変換装置。
  3. 請求項１又は２に記載の光電変換装置であって、
    前記金属膜は、前記透明導電膜上の全面に積層された光電変換装置。
  4. 請求項１〜３のいずれか１に記載の光電変換装置であって、
    前記金属膜の反射率は、少なくとも波長８００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外領域の光について、前記透明導電膜の反射率よりも高い光電変換装置。
  5. 請求項１〜３のいずれか１に記載の光電変換装置であって、
    前記金属膜は、少なくともＡｇを含む膜である光電変換装置。
  6. 請求項１〜５のいずれか１に記載の光電変換装置であって、
    前記光電変換部は、
    結晶系半導体基板と、
    前記結晶系半導体基板の裏面に積層された非晶質半導体膜と、
    を含み、
    前記透明導電膜は、前記非晶質半導体膜の裏面に積層されている光電変換装置。
  7. 光電変換装置と、
    前記光電変換装置に電気的に接続された配線材と、
    を備え、
    前記光電変換装置は、
    光電変換部と、
    前記光電変換部の受光面に設けられた受光面電極と、
    前記光電変換部の裏面に積層された透明導電膜、前記透明導電膜上の略全面に積層された金属膜、及び前記金属膜上に形成された突起電極を有する裏面電極と、
    を含み、
    前記配線材は、
    接着剤を介して前記突起電極に電気的に接続され、前記金属膜上の前記突起電極の周囲の少なくとも一部において前記接着剤により前記金属膜上に直接接着されている光電変換モジュール。
  8. 請求項７に記載の光電変換モジュールにおいて、
    前記配線材は、その側面に前記接着剤が付着しており、該側面と前記金属膜とが前記接着剤により直接接着されている光電変換モジュール。
  9. 請求項７又は８に記載の光電変換モジュールであって、
    前記金属膜は、前記透明導電膜上の全面に積層された光電変換モジュール。
  10. 請求項７〜９のいずれか１に記載の光電変換モジュールであって、
    前記光電変換部の前記受光面及び前記裏面には、テクスチャ構造が形成されると共に、前記金属膜は、該テクスチャ構造を反映した表面凹凸を含むように薄く形成され、
    前記突起電極の厚みは、前記金属膜の表面凹凸高さ以上受光面電極の厚み未満である光電変換モジュール。
  11. 請求項７〜１０のいずれか１に記載の光電変換モジュールであって、
    前記配線材は、少なくとも前記金属膜上の前記突起電極の幅方向片側において、前記接着剤により前記金属膜上に直接接着されている光電変換モジュール。
  12. 請求項１１に記載の光電変換モジュールであって、
    前記配線材は、前記金属膜上の前記突起電極の幅方向両側において、前記接着剤により前記金属膜上に直接接着されている光電変換モジュール。
  13. 請求項１１又は１２に記載の光電変換モジュールであって、
    前記配線材は、前記突起電極よりも幅広であり、少なくとも該突起電極の幅方向片側から張り出した状態で互いに接続されている光電変換モジュール。
  14. 請求項７〜１０のいずれか１に記載の光電変換モジュールであって、
    前記配線材は、前記金属膜上の前記突起電極の全周囲に亘って、前記接着剤により前記金属膜上に直接接着されている光電変換モジュール。
  15. 請求項７〜１０のいずれか１に記載の光電変換モジュールであって、
    複数の前記突起電極が、互いに間隔をあけて列状に並んで配置され、
    前記配線材は、隣り合う前記突起電極の間隙において、前記接着剤により前記金属膜上に直接接着されている光電変換モジュール。
  16. 請求項７〜１５のいずれか１に記載の光電変換モジュールであって、
    前記金属膜の反射率は、少なくとも波長８００ｎｍ〜１２００ｎｍの赤外領域の光について、前記透明導電膜の反射率よりも高い光電変換モジュール。
  17. 請求項７〜１６のいずれか１に記載の光電変換モジュールであって、
    前記金属膜は、少なくともＡｇを含む膜である光電変換モジュール。
  18. 請求項７〜１７のいずれか１に記載の光電変換モジュールであって、
    前記光電変換部は、
    結晶系半導体基板と、
    前記結晶系半導体基板の裏面に積層された非晶質半導体膜と、
    を含み、
    前記透明導電膜は、前記非晶質半導体膜の裏面に積層されている光電変換モジュール。
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