KR20140037839A - 반도체 장치, 태양 전지 모듈, 태양 전지 스트링 및 태양 전지 어레이 - Google Patents

반도체 장치, 태양 전지 모듈, 태양 전지 스트링 및 태양 전지 어레이 Download PDF

Info

Publication number
KR20140037839A
KR20140037839A KR1020137029869A KR20137029869A KR20140037839A KR 20140037839 A KR20140037839 A KR 20140037839A KR 1020137029869 A KR1020137029869 A KR 1020137029869A KR 20137029869 A KR20137029869 A KR 20137029869A KR 20140037839 A KR20140037839 A KR 20140037839A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
solar cell
semiconductor
photoelectric conversion
layer
conductive
Prior art date
Application number
KR1020137029869A
Other languages
English (en)
Inventor
요우타 미야시타
하루오 야고
시게노리 유야
Original Assignee
후지필름 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 후지필름 가부시키가이샤 filed Critical 후지필름 가부시키가이샤
Publication of KR20140037839A publication Critical patent/KR20140037839A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/05—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells
    • H01L31/0504—Electrical interconnection means between PV cells inside the PV module, e.g. series connection of PV cells specially adapted for series or parallel connection of solar cells in a module
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/02002—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations
    • H01L31/02005—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/02008—Arrangements for conducting electric current to or from the device in operations for device characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells or solar cell modules
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/0445—PV modules or arrays of single PV cells including thin film solar cells, e.g. single thin film a-Si, CIS or CdTe solar cells
    • H01L31/046—PV modules composed of a plurality of thin film solar cells deposited on the same substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Photovoltaic Devices (AREA)
  • Geometry (AREA)

Abstract

반도체 장치는, 도전성 재료로 이루어지는 도전성 기판과, 도전성 기판의 표면의 적어도 일부에 형성된 비도전성층과, 이 비도전성층 상에 형성되는 복수의 반도체 소자와, 복수의 반도체 소자를 전기적으로 접속하는 배선과, 비도전성층과 반도체 소자 또는 배선의 적어도 1 개의 전기적 접속부를 갖는다. 도전성 기판과의 전위차가 최대가 되는 반도체 소자는, 복수의 반도체 소자에 의해 만들어지는 배열의 기하학적인 말단을 제외하는 위치에 배치되어 있다.

Description

반도체 장치, 태양 전지 모듈, 태양 전지 스트링 및 태양 전지 어레이{SEMICONDUCTOR DEVICE, SOLAR CELL MODULE, SOLAR CELL STRING, AND SOLAR CELL ARRAY}
본 발명은, 반도체 장치, 태양 전지 모듈, 태양 전지 스트링 및 태양 전지 어레이에 관한 것으로서, 특히 반도체 장치에 있어서, 도전성 재료로 이루어지는 도전성 기판과 반도체 소자 사이의 절연성을 향상시킨 반도체 소자의 배치 방법, 그리고 이 반도체 소자를 사용한, 태양 전지 모듈, 태양 전지 스트링 및 태양 전지 어레이에 관한 것이다.
경량성, 가요성이라는 특징을 가진 금속, 합금 등의 도전성 재료로 이루어지는 기판은, 넓은 용도에 적용할 수 있을 가능성이 있다. 또한, 상기 도전성 재료로 이루어지는 기판은 고온 프로세스에도 견딜 수 있기 때문에, 폴리이미드 등의 수지 기판에서는 취급할 수 없는 반도체에도 적용할 수 있다. 예를 들어, 태양 전지용 기판으로서 사용하면 광전 변환 효율을 향상시킬 수 있고, 태양 전지의 고효율화를 기대할 수 있다.
그러나, 금속, 합금 등의 도전성 재료를 기판으로서 사용하는 경우, 기판 상에 형성되는 반도체 소자 및 배선과 기판 사이에 절연층을 형성하여, 각 부의 전위차가 조정되어 있을 필요가 있다. 통상은, 도전성 재료로 이루어지는 기판의 적어도 편면에 절연층을 형성한다.
절연층으로는, 기판 재료를 양극 산화한 산화물 등이 사용된다 (예를 들어, 특허문헌 1).
절연층의 절연성을 향상시키는 방법으로서, 특허문헌 1 에는, 직렬 접속한 소자 (즉 태양 전지 셀) 의 중간 부근의 전위와 도전성 재료로 이루어지는 기판 (금속 기판) 의 전위를 등전위로 함으로써, 소자와 기판의 전위차를 작게 하는 것이 개시되어 있다.
일본 특허공보 제4612731호 국제 공개공보 제2010/049495호 일본 공개특허공보 2007-35695호 일본 공개특허공보 2009-260147호
그러나, 특허문헌 1 에 있어서, 반도체 소자에 의해 만들어지는 배열의 말단부 (양단부) 에서는 기판과의 전위차가 최대가 되고, 연면 방전 또는 모서리부에서의 전계 집중 등에 의해, 절연성이 저하된다는 문제가 있었다.
도 7(a), (b) 에 전극 모서리부에서의 전해 집중의 모습을 시뮬레이션한 결과를 나타낸다. 도 7(a) 는 모서리부의 곡률을 변화시켰을 경우의 결과를 나타내고, 도 7(b) 는 모서리부의 각도를 변화시켰을 경우의 결과를 나타낸다.
도 7(a) 로부터 직경 25 ㎜ 의 전극 단부 (곡률 반경 12.5 ㎜ 의 전극 모서리부에 대응한다) 에서의 전계 (Emax) 가 전극 중앙부의 전계 (E0) 의 1.3 배 정도가 되는 것을 알 수 있고, 도 7(b) 에서는 모서리부가 직각에서의 전계 (Emax) 가 전극 중앙부의 전계 (E0) 의 1.1 배 정도가 되는 것을 알 수 있다.
모서리부에서의 전계 집중을 억제하기 위하여, 예를 들어, 특허문헌 2 에서는 모서리부를 둥글게 하는 것이 개시되어 있고, 특허문헌 3 에서는 모서리부를 둔각으로 하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 여전히 말단부에서는 기판과의 전위차가 최대이기 때문에, 말단부에서는 절연성이 낮다는 문제가 있었다.
또, 특허문헌 4 에는, 기판 상의 배선 간의 전위차의 평면 분포를 작게 한다는 과제에 대하여, 배선 배치를 연구하는 것이 개시되어 있다.
그러나, 특허문헌 4 에 개시되어 있는 방법은, 기판이 도전성 재료로 이루어지는 경우에, 반도체 소자 및 배선과 기판의 전위를 조정하는 방법이 개시되어 있지 않기 때문에, 이 방법을 그대로 적용해도 기판과의 절연성을 향상시킬 수는 없다.
본 발명의 목적은, 상기 종래 기술에 기초하는 문제점을 해소하고, 도전성 재료로 이루어지는 도전성 기판 상에 형성되는 복수의 반도체 소자와 도전성 기판 사이의 절연 내전압성이 우수한 반도체 장치, 태양 전지 모듈, 태양 전지 스트링 및 태양 전지 어레이를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 양태는, 도전성 재료로 이루어지는 도전성 기판과, 기판의 표면의 적어도 일부에 형성된 비도전성 재료로 이루어지는 비도전성층과, 비도전성층 상에 형성되는 복수의 반도체 소자와, 복수의 반도체 소자를 전기적으로 접속하는 배선과, 도전성 기판과, 반도체 소자 또는 배선을 접속하는 적어도 1 개의 전기적 접속부를 갖고, 도전성 기판과의 전위차가 최대가 되는 반도체 소자는, 복수의 반도체 소자에 의해 만들어지는 배열의 기하학적인 말단을 제외하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 기하학적인 말단이란, 예를 들어, 복수의 반도체 소자에 의해 만들어지는 배열이 1 선분인 경우에는, 도 1(a) 에 나타내는 바와 같이, 복수의 반도체 소자 (51) 중, 선분의 정점을 포함하는 반도체 소자 (51a) 를 가리킨다. 또, 기하학적인 말단이란, 도 1(b) 에 나타내는 바와 같이, 복수의 반도체 소자 (51) 에 의해 만들어지는 배열이 다각형인 경우에는, 다각형의 정점을 포함하는 반도체 소자 (51a) 를 가리킨다. 또, 기하학적인 말단이란, 도 1(c) 에 나타내는 바와 같이, 반도체 소자 (51) 의 형이 다각형인 경우에는, 그 정점을 포함하는 반도체 소자 (51a) 를 가리키고, 도 1(d) 에 나타내는 바와 같이, 복수의 반도체 소자 (51) 의 배열이 동심원상인 경우, 원주를 포함하는 반도체 소자 (51a) 를 가리킨다. 1 개의 반도체 소자의 형이 어떠한 형이든, 본 발명에서는, 상기 서술한 어느 것을 포함하는 반도체 소자 (51a) 를 기하학적인 말단으로 한다.
또, 본 발명에 있어서는, 전기적 접속부란, 예를 들어, 반도체 소자의 일부에 압력을 가하여 가압하는 기계적 접촉부, 납땜 등의 합금적 접합부, 해당 지점을 가열 용융하여 이루어지는 용접부 등이 포함된다. 또, 기판과 반도체 소자가 접촉하고 있지 않아도, 예를 들어, 얇은 절연층이 있는 것, 및 반도체적 성질을 갖고 있는 것이 있는 것 등과 같이, 실질적으로 기판에 대한 반도체 소자의 전위를 결정할 수 있는 부분도 전기적 접속부에 포함된다.
전기적 접속부에 의해, 도전성 기판 (도전성 재료 부분) 과 반도체 소자의 전위차가 조정된다.
배선에 의해 각 반도체 소자가 직렬 또는 병렬로 접속됨으로써, 도전성 기판과, 반도체 소자 또는 배선 사이의 전위차 분포가 조정된다.
도전성 기판 (도전성 재료 부분) 과의 사이의 전위차가 최대가 되는 반도체 소자를, 배열의 기하학적인 말단을 제외하는 위치에 배치함으로써, 말단 부분에서의 전계가 완화된다.
말단 부분에서의 전계가 완화됨으로써, 도전성 기판 (도전성 재료 부분) 과 반도체 소자 사이의 절연 내전압성이 향상된다.
또, 전기적 접속부와 접하는 반도체 소자는, 바람직하게는 배열의 적어도 1 개의 말단으로부터 복수의 반도체 소자수의 10 ％ 의 범위에 배치되고, 보다 바람직하게는 배열의 적어도 1 개의 말단으로부터 복수의 반도체 소자수의 5 ％ 의 범위에 배치되고, 서로 등전위가 되는 적어도 1 개의 반도체 소자인 것을 특징으로 한다. 특히 바람직하게는 배열의 적어도 1 개의 말단에 배치되는 반도체 소자인 것을 특징으로 한다.
배열의 말단 부근이 도전성 재료 부분과 등전위가 됨으로써, 말단부에서의 전위차를 작게 할 수 있다.
말단부 주변에 있어서의 전위차가 작아짐으로써, 전계 집중이 완화되고 전체의 절연성이 높아진다.
또, 본 발명의 다른 양태의 반도체 장치에 있어서, 비도전성층은, 도전성 기판을 양극 산화 처리함으로써 형성된 것이고, 복수의 반도체 소자 중, 최대 전위가 되는 적어도 1 개의 반도체 소자는 전기적 접속부와 접하고 있는 것을 특징으로 한다.
양극 산화막은, 모체 금속측을 정극 (正極) 으로 했을 경우의 쪽이 절연성은 높아지는 것이 알려져 있다. 최대 전위가 되는 반도체 소자와 도전성 기판 (도전성 재료 부분) 이 등전위가 됨으로써, 항상 도전성 기판 (도전성 재료 부분) 이 정극이 되기 때문에, 전체의 절연성이 높아진다.
도전성 기판으로는, 경량성, 가요성이 있는 티탄 또는 알루미늄으로 이루어지는 기판이 바람직하고, 저가의 알루미늄으로 이루어지는 기판이 보다 바람직하다. 또, 제특성을 향상시키기 위하여, 알루미늄으로 이루어지는 기판이 아닌, 복합 재료로 이루어지는 복합 알루미늄 기판이 바람직하다. 복합 재료에는, 예를 들어, 수지 또는 타금속과 알루미늄을 합친 재료 등이 포함된다. 그 중에서도 강판 또는 스테인리스판과 알루미늄판의 클래드 기판은, 알루미늄의 내열성을 향상시킬 수 있기 때문에, 보다 바람직하다.
또, 본 발명의 다른 양태의 반도체 장치는, 복수의 반도체 소자는, 동심원상으로 배치되어 있고, 도전성 기판과의 전위차가 최대가 되는 적어도 1 개의 반도체 소자는, 동심원상의 배치의 중심에 배치되는 것을 특징으로 한다.
동심원상의 배열에 의해 전계 집중이 완화되고, 도전성 기판과의 전위차가 최대가 되는 적어도 1 개의 반도체 소자와 도전성 기판의 전위차가 배열의 말단으로부터 가장 떨어진 위치에 있기 때문에, 도전성 기판에 평행한 방향의 전계가 작아지고, 전체의 절연성이 향상된다.
또, 본 발명의 다른 양태의 반도체 장치는, 복수의 반도체 소자가 일직선 상에 배치되고, 직렬 접속되는 2 개의 배열이 병렬로 접속되는 것을 특징으로 한다. 모든 반도체 소자가 일직선 상에 배치됨으로써 제조 프로세스를 증가시키지 않고, 또한 2 개의 직렬 회로가 병렬로 접속됨으로써 출력 전압이 절반이 되기 때문에 요구되는 내전압을 절반으로 할 수 있고, 또한 기판과의 전위차가 최대가 되는 반도체 소자가 반도체 소자에 의해 만들어지는 배열의 기하학적인 말단을 제외한 위치에 배치되어 있음으로써 전계 집중점이 감소하여 절연성을 개선할 수 있다. 동일한 방법으로, 4 개, 8 개, … 로 병렬로 하는 직렬 회로의 수를 증가시킴으로써, 출력 전압을 4 분의 1, 8 분의 1, … 로 작게 할 수 있고, 내전압을 더욱 낮출 수 있다.
또한, 2 개의 배열은 배열의 접속부와 모든 배열의 양단부에 위치하는 반도체 소자 사이에서 전위차가 최대가 되지만, 배열의 양단에 도전성 기판과의 전위차가 최대가 되는 반도체 소자가 배치되지 않기 때문에, 2 개의 배열의 접속부에 위치하는 반도체 소자 또는 배선에 있어서 도전성 기판과의 전위차가 최대가 되고, 전계 집중이 일어나기 쉬운 배열의 기하학적 말단부와 도전성 기판 사이의 절연성이 향상되기 때문에, 전체의 절연성이 향상된다.
본 발명에 의하면, 도전성 기판 상에 형성되는 복수의 반도체 소자와 도전성 기판 사이의 절연 내전압성이 우수한 반도체 장치를 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 의하면 절연 내전압성이 향상됨으로써, 반도체 소자수를 증가시킴으로써 고성능인 장치를 만들 수 있다. 또, 비도전성층의 두께를 얇게 함으로써 저비용으로 제조할 수 있다.
또, 장치의 특히 단부에서의 절연성이 향상되어 있기 때문에, 장치의 주위와의 절연성도 향상되어 있고, 예를 들어, 가볍고 튼튼한 도전성 프레임을 장치의 주위에 형성할 수 있다.
또, 복수의 반도체 소자가 일직선 상에 배치되고, 직렬 접속되는 2 개의 배열이 병렬로 접속되는 경우, 병렬 회로에 의해 출력을 2 계통으로 나눌 수 있고, 장치 절반면에 고장이 발생한 경우라도, 출력의 절반을 유지할 수 있다. 나아가 병렬 회로를 증가시킴으로써, 고장 확률은 더욱 낮아지고, 내구성을 높일 수 있다.
또, 절연성이 향상되어 있기 때문에, 반도체 장치로는 직렬 접속하여 고전압으로 출력하는 태양 전지 모듈이 바람직하고, 경량성 및 가요성이 요구되는 박막형 또는 집적형의 태양 전지 모듈이 보다 바람직하다. 고효율화할 수 있는 CIGS 계의 태양 전지 모듈은 특히 바람직하다. 그리고, 이들 태양 전지 모듈을 사용하여, 태양 전지 스트링 및 태양 전지 어레이를 만들 수 있다.
또, 절연성이 향상되어 있기 때문에, 동일한 전압을 출력하는 경우, 기판의 단부에 발생되는 비유효 에어리어를 줄일 수 있고, 재료를 효율적으로 사용하여, 비용을 삭감할 수 있다.
도 1(a) 는, 복수의 태양 전지 셀이 1 선 상에 배열되어 있는 상태를 나타내는 모식도이고, (b) 및 (c) 는, 다각형의 태양 전지 셀이 배열되어 있는 상태를 나타내는 모식도이고, (d) 는, 복수의 태양 전지 셀의 배열이 원인 경우의 상태를 나타내는 모식도이다.
도 2 는 본 발명의 반도체 장치의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치의 모식적 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 반도체 장치의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치의 회로 구성도이다.
도 4 는 본 발명의 반도체 장치의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치의 제조 공정의 일례를 설명하기 위한 제조 중의 광전 변환 장치의 모식적 사시도이다.
도 5 는 본 발명의 반도체 장치의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 6 은 본 발명의 반도체 장치의 제 2 실시형태의 광전 변환 장치의 모식적 단면도이다.
도 7 은 (a), (b) 에 전극 모서리부에서의 전해 집중의 모습을 시뮬레이션한 결과를 나타내는 것으로서, (a) 는 모서리부의 곡률을 변화시킨 경우의 결과를 나타내고, (b) 는 모서리부의 각도를 변화시킨 경우의 결과를 나타낸다.
도 8 은 종래의 광전 변환 장치를 나타내는 모식적 단면도이다.
이하에, 첨부된 도면에 나타내는 바람직한 실시형태에 기초하여, 본 발명의 반도체 장치를 상세히 설명한다.
본 실시형태에서는, 반도체 장치로서, 반도체 소자가 광전 변환 반도체 소자 (광전 변환 소자) 를 구비하는 광전 변환 장치 (태양 전지 모듈) 를 예로 하여 설명한다.
도 2 는, 본 발명의 반도체 장치의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치의 모식적 단면도이고, 도 3 은, 본 발명의 반도체 장치의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치의 회로 구성도이다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 본 발명의 광전 변환 장치 (201) (태양 전지 모듈) 는, 예를 들어, 접지된 대략 장방형상의, 도전성 재료로 이루어지는 도전성 기판 (100) 및 이 도전성 기판 (100) 상에 형성된 비도전성 재료로 이루어지는 비도전성층 (절연층) (130) 으로 이루어지는 지지 기판 (110) (도전성 재료로 이루어지는 기판＋비도전성 재료로 이루어지는 층) 과, 비도전성층 (130) 상에 형성되고, 광전 변환 장치 (201) 의 복수의 태양 전지 셀 (151) (광전 변환 소자) 로 이루어지는 발전층 (140) 을 갖는다.
발전층 (140) 은, 복수의 태양 전지 셀 (151) 이 일직선 상에 배치되고, 직렬 접속되는 2 개의 배열이 병렬로 접속됨으로써 구성된다. 도 2 에서는, 중앙의 부극 (負極) 의 양측에 직렬 접속된 배열이 1 개씩, 합계 2 개 있고, 그 2 개의 배열이 병렬로 접속되어 있다.
본 발명의 광전 변환 장치 (201) 는, 발전층 (140) 의 복수의 태양 전지 셀 (151) 중의 양단부에 있는 적어도 1 개의 태양 전지 셀 (151a) 의 정극 (플러스) 측을, 정극 단자로서 도시되지 않은 리본상의 리드선에 개재시켜 도시되지 않은 접전 상자의 정극 단자에 접속함과 함께, 접지 단자로서 지지 기판 (110) 의 도전성 기판 (100) 에 직접 전기적으로 접속함으로써 접지하고, 복수의 태양 전지 셀 (151) 의 대략 중앙에 있는 태양 전지 셀 (151), 즉, 복수의 태양 전지 셀 (151) 의 중앙에 있는 1 개 또는 2 개의 태양 전지 셀 (151d) 의 부극 (마이너스) 측을 부극 단자로서 도시되지 않은 리본상의 리드선에 개재시켜 도시되지 않은 접전 상자의 부극 단자에 접속하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 광전 변환 장치 (201) 에 있어서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 지지 기판 (110) 의 도전성 기판 (100) 은 접지되어 있고, 그 정극이 지지 기판 (110) 의 도전성 기판 (100) 에 직접 전기적으로 접속되는 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은 도전층 (160) 을 개재하여 접지되지만, 이 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은, 복수의 태양 전지 셀 (151) 중의 양단부에 있는 태양 전지 셀로 하는 것이 가장 바람직하다.
이렇게 함으로써, 모든 태양 전지 셀 (151) 중에서 발전층 중앙부의 태양 전지 셀 (151d) 과 도전성 기판 (100) 사이의 전위차 (V1d) 가 가장 커지기 때문에, 광전 변환 장치 (201) 에 있어서 발전층 (140) 과 도전성 기판 (100) 사이에 요구되는 내전압 (VW1) 은, 전위차 (V1d) 로부터 요구되는 내전압 (Vw1d) 과 동 (同) 정도가 된다.
한편, 도 8 에 나타내는 특허문헌 1 의 제 1 실시형태의 종래의 직렬 접속된 태양 전지 셀 (153) 만으로 구성되는 광전 변환 장치 (203) 에서는, 태양 전지 셀 (153d) 의 어느 일방과 도전성 기판 (100) 사이의 전위차 (V2d) 가 가장 커지기 때문에, 발전층 (140) 과 기판 (100) 사이에 요구되는 내전압 (VW2) 은, 전위차 (V2d) 로부터 요구되는 내전압 (Vw2d) 과 동 정도가 된다. 또한, 광전 변환 장치 (203) 는, 특허문헌 1 의 태양 전지 모듈 (10) 에 상당한다.
본 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 와 종래의 광전 변환 장치 (203) 에 있어서의 태양 전지 셀의 수가 동일한 경우, 각각의 출력은 동 정도가 된다. 그러나, 전계 집중 또는 연면 방전의 영향에 의해, 요구되는 내전압이 높아지는 발전층의 주연부에서는, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 는 태양 전지 셀 (151d) 의 기판단 (端) 에 대향하는 양단부의 2 변만이 도전성 기판 (100) 과의 전위차가 최대가 되고, 또한 전계가 집중되는 것에 반하여, 종래의 광전 변환 장치 (203) 는 태양 전지 셀 (153a 또는 153d) 의 기판단에 대향하는 3 변에 걸쳐 도전성 기판 (100) 과의 전위차가 최대가 되고, 또한 전계가 집중되기 때문에, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 쪽이 절연성에 유리하다.
또한, 발전층 (140) 의 양단부에 있는 셀 (153a 또는 153b) 의 평면적인 형을 만들고 있는 4 변 중, 3 변은 기판단에 대향하고 있고, 나머지 1 변은 이웃하는 셀과 대향하고 있다.
이상과 같이, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 에 있어서는, 도전성 기판 (100) 과의 전위차가 최대가 되는 태양 전지 셀 (151) 이 발전층 (140) 의 복수의 태양 전지 셀 (151) 중에서 양단부에 있는 적어도 1 개의 태양 전지 셀을 제외하는 위치에 배치되어 있으므로, 발전층 (140) 의 주연부에 있어서의 도전성 기판 (100) 과의 전위차를 작게 할 수 있고, 절연성이 향상되어 있다.
또한, 도 2 에 나타내는 광전 변환 장치 (201) 에 있어서는, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 위치를 발전층 (140) 의 복수의 태양 전지 셀 (151) 중에서 양단부에 있는 적어도 1 개의 태양 전지 셀로 하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 발전층 (140) 의 양단 주변의 태양 전지 셀로 해도 된다. 나아가서는, 발전층 (140) 의 양단부로부터 복수의 태양 전지 셀 (151) 수의 10 ％ 의 범위에 있는 적어도 1 개의 태양 전지 셀로 해도 된다. 그 이유는, 태양 전지 셀 (151d) 로부터 1 개의 발전층 (140) 의 복수의 태양 전지 셀 (151) 중에서 양단부에 있는 적어도 1 개의 태양 전지 셀 (151a) 까지는 태양 전지 셀 (151) 은 직렬로 접속되어 있고, 태양 전지 셀 (151d) 로부터 양단 주변의 1 개의 태양 전지 셀까지의 태양 전지 셀 (151) 의 수는 전체의 40 ％ 이상이다. 이 때문에, 전위차 (V1d) 는 발전층 (140) 양단 주변의 태양 전지 셀과 도전성 기판 (100) 사이의 전위차 (V1c) 의 4 배 이상이 되고, 따라서, 광전 변환 장치 (201) 에 있어서, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 위치를 양단 주변의 태양 전지 셀로 해도, 상기 서술한 경우와 동일하게, 모든 태양 전지 셀 (151) 중에서 전위차 (V1d) 가 가장 커지기 때문이다.
또한, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 위치를 발전층 (140) 의 양단부로부터 복수의 태양 전지 셀 (151) 수의 5 ％ 의 범위에 있는 적어도 1 개의 태양 전지 셀로 하면, 전위차 (V1d) 는 Va1 의 9 배 이상이 된다. 이 때문에, 양단부로부터 복수의 태양 전지 셀 (151) 수의 10 ％ 의 범위에 있는 적어도 1 개의 태양 전지 셀로 하는 것보다 바람직하다.
도시예의 광전 변환 장치 (201) 에 사용되는 지지 기판 (110) 은, 도전성 기판 (100) 과 그 위에 형성된 비도전성층 (130) 을 갖는 절연층이 부착된 금속판이다. 지지 기판 (110) 으로는, 절연층이 부착된 금속판이면, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 알루미늄 (Al) 판의 적어도 일방의 면측을 양극 산화하여 양극 산화막을 비도전성층 (130) 으로서 형성하고, 양극 산화되지 않은 Al 판을 도전성 기판 (100) 으로 함으로써 얻어진 지지 기판 (110) 인 것이 바람직하다.
여기서, 도전성 기판 (100) 으로는, 비도전성층 (130) 을 형성할 수 있고, 절연층이 부착된 금속판인 지지 기판 (110) 으로 했을 때에 발전층 (140) 을 지지할 수 있으면 특별히 제한되는 것은 아니다. 도전성 기판 (100) 으로는, 적어도 편측 표면이 Al 층인 Al 기판이 바람직하고, 예를 들어, Al 기판, 및 Al 과 다른 금속의 복합 재료로 이루어지는 복합 Al 기판 등을 들 수 있다.
절연층이 부착된 금속판인 지지 기판 (110) 으로 한 형태에 있어서, 그 두께는 0.05 ∼ 10 ㎜ 인 것이 바람직하다. 또한, Al 기판 또는 복합 Al 기판 등으로부터 지지 기판 (110) 을 제조할 때에는, 양극 산화, 및 양극 산화의 사전 세정 및 연마에 의한 두께의 감소를 예측한 두께로 해 둘 필요가 있다.
본 발명에서는, Al 기판으로는, 예를 들어, 일본 공업 규격 (JIS) 의 1000 계 순 Al 판이어도 되고, Al 합금판, 예를 들어, Al-Mn 계 합금판, Al-Mg 계 합금판, Al-Mn-Mg 계 합금판, Al-Zr 계 합금판, Al-Si 계 합금판, 및 Al-Mg-Si 계 합금판 등의 Al 과 다른 금속 원소의 합금판이어도 된다.
또, 복합 Al 기판으로는, Al 판과 다른 금속판의 클래드판, 예를 들어, 스테인리스강 (SUS) 판과의 클래드판, 여러 가지 강판을 2 장의 Al 판으로 끼운 클래드판이어도 된다. 또한, 본 발명에서는, Al 판과의 클래드판을 구성하는 다른 금속판은, 각종 스테인리스 강판 외에, 예를 들어, 연강 등의 강, 42 인바 합금, 코바르 합금, 또는 36 인바 합금으로 이루어지는 판재를 사용할 수 있고, 또한 본 발명의 광전 변환 장치를 지붕재 일체형 태양 전지 패널로서 사용할 수 있도록, 가옥 혹은 건물 등의 지붕재 또는 벽재로서 사용 가능한 금속판을 사용해도 된다.
여기서 사용되는 Al 판 또는 Al 합금판에는, Fe, Si, Mn, Cu, Mg, Cr, Zn, Bi, Ni, 및 Ti 등의 각종 미량 금속 원소가 포함되어 있어도 된다.
도전성 기판 (100) 상에 형성되는 비도전성층 (130) 은, 특별히 제한되는 것은 아니다. 도전성 기판 (100) 이 Al 기판 또는 복합 Al 기판인 경우에는, Al 기판 또는 복합 Al 기판을 양극 산화함으로써, 그 표면에 형성된 양극 산화막인 것이 바람직하다. 또한, Al 기판 또는 복합 Al 기판의 양극 산화는, Al 기판 또는 복합 Al 기판을 양극으로 하고, 음극과 함께 전해액에 침지시켜, 양극 음극 간에 전압을 인가하여 전해 처리함으로써 실시할 수 있다.
또한, 비도전성층 (130) 이 되는 양극 산화막은, 도전성 기판 (100) 이 되는 Al 기판 또는 복합 Al 기판의 Al 층의 편측 표면에 형성되어 있으면 되지만, Al 기판 또는 2 장의 Al 판으로 끼운 클래드판의 경우에는, 발전층 (140) 의 형성 공정 등에 있어서, Al 층과 양극 산화막의 열팽창 계수차에서 기인한 휨 또는 양극 산화막에 발생하는 크랙 등을 억제하기 위하여, 양측의 Al 층 표면에 양극 산화막을 형성하는 것이 바람직하다.
또, 이렇게 하여 형성되는 비도전성층 (130) 의 두께, 즉, 양극 산화막의 두께는, 특별히 제한되는 것은 아니다. 비도전성층 (130) 은, 절연성과 핸들링시의 기계 충격에 의한 손상 등을 방지하는 표면 경도를 갖고 있으면 되지만, 비도전성층 (130) 이 지나치게 두꺼우면 가요성의 관점에서 문제를 일으키는 경우가 있다. 이 점에서, 비도전성층 (130) 의 바람직한 두께는 0.5 ∼ 50 ㎛ 이다. 비도전성층 (130) 의 두께의 제어는 정전류 전해 또는 정전압 전해와 함께, 전해 시간에 의해 제어할 수 있다.
또, 비도전성층 (130) 의 종류로는, Al 의 양극 산화 피막 이외에, Si, Ca, Zn, B, P, Ti 등의 원소를 포함한 유리 등의 각종 산화물층을 증착, 졸겔법 등의 각종 방법으로 형성한 것이어도 된다.
도 2 에 나타내는 본 발명의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 는, 서브 스트레이트형으로 불리는 것이며, 광전 변환 장치 (201) 에 형성되는 발전층 (140) 은, 박막 집적형의 것이다. 발전층 (140) 은, 지지 기판 (110) 의 비도전성층 (130) 상에, 발전층 (140) 의 양단에 배치된 접지용 태양 전지 셀 (151a) 과 이것과 인접하여 일직선 상에 배치되고, 직렬 접속되는 2 개의 배열이 병렬로 접속된 복수의 태양 전지 셀 (151) 을 갖는 것이다.
태양 전지 셀 (151) 은, 도 8 의 지지 기판 (110) 의 비도전성층 (130) 의 표면 상에 형성된 이면 전극 (170a) 과, 이면 전극 (170a) 상에 형성되고, 수광한 광을 전기로 변환하는 광전 변환층 (170b) 과, 광전 변환층 (170b) 상에 형성된 투명 전극 (170c) 을 갖고, 비도전성층 (130) 상에 이면 전극 (170a), 광전 변환층 (170b) 및 투명 전극 (170c) 이 순차 적층되어 이루어지는 것이다.
한편, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은, 본 발명의 특징으로 하는 부분으로서, 태양 전지 셀 (151) 의 지지 기판 (110) 상에 형성된 비도전성층 (130) 의 일부가 도전층 (160) 이 된 것이고, 도전층 (160) 상에, 태양 전지 셀 (151) 과 동일하게, 이면 전극 (170a), 광전 변환층 (170b) 및 투명 전극 (170c) 이 순차 적층되어 이루어지는 것이다. 이 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은, 이면 전극 (170a) 과 도전성 기판 (100) 을 도통하여 전기적으로 접속하는 도전층 (160) 이 형성되어 있으면, 발전에 기여하는 셀이어도 되고, 발전에 기여하지 않는 셀이어도 된다.
또한, 도 2 에는 도시되어 있지 않지만, 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 에 있어서는, 광전 변환층 (170b) 상에 버퍼층이 형성되고, 이면 전극 (170a), 광전 변환층 (170b), 버퍼층 및 투명 전극 (170c) 이 순차 적층되어 있어도 된다.
복수의 태양 전지 셀 (151) 에 있어서는, 이면 전극 (170a) 은, 인접하는 (도면 중 좌측 인접) 태양 전지 셀 (151) 또는 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 단부측 (도면 중 우측의 일부) 의 영역으로부터 당해 태양 전지 셀 (151) (도면 중 좌측) 의 대부분의 영역에 배치되도록, 인접하는 태양 전지 셀 (151) 의 이면 전극 (170a) 과 소정 간격의 P1 스크라이브의 홈 (180a) 을 개구하여, 비도전성층 (130) 의 표면 상에 형성되어 있다. 접지용 태양 전지 셀 (151a) 에 있어서도, 이면 전극 (170a) 은, 태양 전지 셀 (151) 과 동일하게, 인접하는 (도면 중 좌측 인접) 태양 전지 셀 (151) 의 단부측 (도면 중 우측의 일부) 의 영역으로부터 접지용 태양 전지 셀 (151a) (도면 중 좌측) 의 대부분의 영역에 배치되도록, 인접하는 태양 전지 셀 (151) 의 이면 전극 (170a) 과 소정 간격의 홈 (180a) 을 개구하여, 도전층 (160) 및 비도전성층 (130) 의 표면 상에 형성되어 있다. 또한, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 이면 전극 (170a) 의 대부분은, 도전층 (160) 상에 배치된다.
또, 복수의 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 에 있어서는, 광전 변환층 (170b) 은, 인접하는 이면 전극 (170a) 사이의 홈 (180a) 을 매립하도록 이면 전극 (170a) 상에 형성되어 있다. 따라서, 광전 변환층 (170b) 은, 이 홈 (180a) 의 부분에서는, 비도전성층 (130) 및/또는 도전층 (160) 에 직접 접하게 된다.
또, 광전 변환층 (170b) 에는, 인접하는 태양 전지 셀 (151) 또는 접지용 태양 전지 셀 (151a) 로부터 연장되는 이면 전극 (170a) 에까지 이르는 P2 스크라이브의 홈 (180b) 이 형성되어 있다. 따라서, 이 홈 (180b) 은, 인접하는 이면 전극 (170a) 사이의 홈 (180a) 과는 상이한 위치 (도면 중 우측) 에 형성되어 있다.
또, 투명 전극 (170c) 은, 광전 변환층 (170b) 의 홈 (180b) 을 매립하도록 광전 변환층 (170b) 의 표면 상에 형성되어 있다. 따라서, 투명 전극 (170c) 은, 이 홈 (180b) 의 부분에 있어서, 인접하는 태양 전지 셀 (151) 또는 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 이면 전극 (170a) 에 직접 접촉하고 있고, 전기적으로 접속되어 있다. 이렇게 하여, 인접하는 2 개의 태양 전지 셀 (151) 끼리, 및 인접하는 태양 전지 셀 (151) 과 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은 직렬로 접속된다.
또한, 복수의 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 에 있어서는, 태양 전지 셀 (151) 또는 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 투명 전극 (170c) 및 광전 변환층 (170b) 과, 인접하는 태양 전지 셀 (151) 또는 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 투명 전극 (170c) 및 광전 변환층 (170b) 사이에는, 이면 전극 (170a) 에까지 이르는 홈 (180c) 이 형성되어 있다. 이 홈 (180c) 에 의해, 인접하는 2 개의 태양 전지 셀 (151) 끼리, 및 인접하는 태양 전지 셀 (151) 과 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은 분리되어 있다.
상기 서술한 바와 같이, 복수의 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은, 당해 태양 전지 셀 (151) 또는 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 투명 전극 (170c) 과 인접하는 태양 전지 셀 (151) 또는 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 이면 전극 (170a) 이 접속됨으로써 직렬로 접속된다.
도 2 에 나타내는 본 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 에 있어서는, 양단부의 태양 전지 셀 (151) 의 이면 전극 (170a) 은, 도시되지 않은 구리 리본 등의 리드선에 의해 플러스 단자 (＋ 단자) 로서 인출되고, 정중앙 또는 대략 중앙의 태양 전지 셀 (151) 의 투명 전극 (170c) 은, 동일한 리드선에 의해 마이너스 단자 (- 단자) 로서 인출되고, 양단부의 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 이면 전극 (170a) 은, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 을 개재하여 접지된 도전성 기판 (100) 에 전기적으로 접속됨으로써 접지된다. 또한, 도전성 기판 (100) 은, 동일한 리드선에 의해 접지 단자에 접속되어 있다.
또한, 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은, 도 2 에 나타내는 단면에 수직인 방향 (도 2 의 지면에 직교하는 방향) 에, 사각형상의 도전성 기판 (100) 의 한 변을 따라 평행하게 연장되는 라인상으로 형성된 단책상 (短冊狀) 의 형상을 갖는다. 따라서, 이면 전극 (170a) 및 투명 전극 (170c) 도 동일하게, 도전성 기판 (100) 의 변에 평행한 일 방향으로 긴 단책상의 전극이다.
본 실시형태의 태양 전지 셀 (151) 은, 집적형의 CIGS 계 태양 전지 셀 (CIGS 계 광전 변환 소자) 로 불리는 것이며, 예를 들어, 이면 전극 (170a) 이 몰리브덴 전극이고, 광전 변환층 (170b) 이 CIGS 이고, 투명 전극 (170c) 이 ZnO 로 구성된다. 또한, 버퍼층이 형성되는 경우에는, CdS 로 구성된다. 또한, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 도 동일한 구성으로 된다.
또한, 이와 같은 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은, 예를 들어, 공지된 CIGS 계의 태양 전지의 제조 방법에 의해 제조할 수 있다. 또, 이면 전극 (170a) 간의 홈 (180a), 광전 변환층 (170b) 에 형성된 이면 전극 (170a) 에까지 이르는 홈 (180b), 광전 변환층 (170b) 및 투명 전극을 일체로 하여 인접하는 광전 변환층 (170b) 및 투명 전극으로부터 분리하기 위한 이면 전극 (170a) 에 이르는 홈 (180c) 등의 라인상의 홈부는, 레이저 스크라이브 또는 메커니컬 스크라이브에 의해 형성할 수 있다.
본 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 에 있어서, 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 에, 투명 전극 (170c) 측으로부터 광이 입사되면, 이 광이 투명 전극 (170c) 및 버퍼층 (도시 생략) 을 통과하여, 광전 변환층 (170b) 에 이르면 기전력이 발생하며, 예를 들어, 투명 전극 (170c) 으로부터 이면 전극 (170a) 을 향하는 전류가 발생한다. 또한, 도 2 에 나타내는 화살표는, 전류의 방향을 나타내는 것이고, 전자의 이동 방향은, 전류의 방향과는 반대가 된다. 이 때문에, 도 2 중, 좌측 단의 태양 전지 셀 (151) 의 이면 전극 (170a) 이 정극 (＋ 극) 이 되고, 우측 단의 태양 전지 셀 (151) 의 투명 전극 (170c) 이 부극 (- 극) 이 된다.
다음으로, 발전층 (140) 을 구성하는 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 각 요소에 관해서 설명한다.
태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 에 있어서, 이면 전극 (170a) 및 투명 전극 (170c) 은, 모두 광전 변환층 (170b) 에서 발생한 전류를 취출하기 위한 것이다. 이면 전극 (170a) 및 투명 전극 (170c) 은, 모두 도전성 재료로 이루어진다. 광 입사측의 투명 전극 (170c) 은 투광성을 가질 필요가 있다.
이면 전극 (170a) 은, 예를 들어, Mo, Cr, 또는 W, 및 이들을 조합한 것으로 구성된다. 이 이면 전극 (170a) 은, 단층 구조여도 되고, 2 층 구조 등의 적층 구조여도 된다.
이면 전극 (170a) 은, 두께가 100 ㎚ 이상인 것이 바람직하고, 0.45 ∼ 1.0 ㎛ 인 것이 보다 바람직하다.
또, 이면 전극 (170a) 의 형성 방법은, 특별히 제한되는 것은 아니고, 전자빔 증착법, 스퍼터링법 등의 기상 성막법에 의해 형성할 수 있다.
투명 전극 (170c) 은, 예를 들어, ZnO, ITO (인듐주석 산화물), 또는 SnO2 및 이들을 조합한 것에 의해 구성된다. 이 투명 전극 (170c) 은, 단층 구조여도 되고, 2 층 구조 등의 적층 구조여도 된다.
또, 투명 전극 (170c) 의 두께는, 특별히 제한되는 것은 아니고, 0.3 ∼ 1 ㎛ 가 바람직하다.
또, 투명 전극 (170c) 의 형성 방법은, 특별히 제한되는 것은 아니고, 전자빔 증착법, 스퍼터링법 등의 기상 성막법에 의해 형성할 수 있다.
또한, 투명 전극 (170c) 상에, MgF2 등의 반사 방지막이 형성되어 있어도 된다.
버퍼층은, 투명 전극 (170c) 의 형성시의 광전 변환층 (170b) 을 보호하는 것, 투명 전극 (170c) 에 입사된 광을 광전 변환층 (170b) 까지 투과시키기 위하여 형성된다.
이 버퍼층은, 예를 들어, CdS, ZnS, ZnO, ZnMgO, 또는 ZnS (O, OH) 및 이들을 조합한 것에 의해 구성된다.
버퍼층은, 두께가 0.03 ∼ 0.1 ㎛ 가 바람직하다. 또, 이 버퍼층은, 예를 들어, CBD (케미컬 버스) 법, 용액 성장법 등에 의해 형성된다.
또한, CBD-CdS 등의 버퍼층과 ZnO : Al 등의 투명 전극 (170c) 사이에, 예를 들어, ZnO 등으로 이루어지는 고저항막을 형성해 두어도 된다.
광전 변환층 (170b) 은, 투명 전극 (170c) 및 버퍼층을 통과하여 도달한 광을 흡수하여 전류가 발생하는 층이다. 본 실시형태에 있어서, 광전 변환층 (170b) 의 구성은, 특별히 제한되는 것은 아니고, 예를 들어, 적어도 1 종의 칼코파이라이트 구조의 화합물 반도체인 것이 바람직하다. 또, 광전 변환층 (170b) 은, Ⅰb 족 원소와 Ⅲb 족 원소와 Ⅵb 족 원소로 이루어지는 적어도 1 종의 화합물 반도체여도 된다.
나아가 광 흡수율이 높고, 높은 광전 변환 효율이 얻어지는 점에서, 광전 변환층 (170b) 은, Cu 및 Ag 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종의 Ⅰb 족 원소와, Al, Ga 및 In 으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종의 Ⅲb 족 원소와, S, Se, 및 Te 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종의 Ⅵb 족 원소로 이루어지는 적어도 1 종의 화합물 반도체인 것이 바람직하다. 이 화합물 반도체로는, CuAlS2, CuGaS2, CuInS2, CuAlSe2, CuGaSe2, CuInSe2(CIS), AgAlS2, AgGaS2, AgInS2, AgAlSe2, AgGaSe2, AgInSe2, AgAlTe2, AgGaTe2, AgInTe2, Cu(In1 - xGax)Se2 (CIGS), Cu(In1-xAlx)Se2, Cu(In1 - xGax)(S,Se)2, Ag(In1 - xGax)Se2, 및 Ag(In1 - xGax)(S,Se)2 등을 들 수 있다.
광전 변환층 (170b) 은, CuInSe2 (CIS), 및/또는 이것에 Ga 를 고용한 Cu(In, Ga)Se2 (CIGS) 를 포함하는 것이 특히 바람직하다. CIS 및 CIGS 는 칼코파이라이트 결정 구조를 갖는 반도체이며, 광 흡수율이 높고, 높은 광전 변환 효율이 보고되어 있다. 또, 광 조사 등에 의한 효율의 열화가 적고, 내구성이 우수하다.
광전 변환층 (170b) 에는, 원하는 반도체 도전형을 얻기 위한 불순물이 포함된다. 불순물은 인접하는 층으로부터의 확산, 및/또는 적극적인 도프에 의해, 광전 변환층 (170b) 중에 함유시킬 수 있다. 광전 변환층 (170b) 중에 있어서, Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 족 반도체의 구성 원소 및/또는 불순물에는 농도 분포가 있어도 되고, n 형, p 형, 및 i 형 등의 반도체성이 상이한 복수의 층 영역이 포함되어 있어도 상관없다.
예를 들어, CIGS 계에 있어서는, 광전 변환층 (170b) 중의 Ga 량에 두께 방향의 분포를 갖게 하면, 밴드 갭의 폭/캐리어의 이동도 등을 제어할 수 있고, 광전 변환 효율을 높게 설계할 수 있다.
광전 변환층 (170b) 은, Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 족 반도체 이외의 1 종 또는 2 종 이상의 반도체를 포함하고 있어도 된다. Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 족 반도체 이외의 반도체로는, Si 등의 Ⅳb 족 원소로 이루어지는 반도체 (Ⅳ 족 반도체), GaAs 등의 Ⅲb 족 원소 및 Vb 족 원소로 이루어지는 반도체 (Ⅲ-Ⅴ 족 반도체), 및 CdTe 등의 Ⅱb 족 원소 및 Ⅵb 족 원소로 이루어지는 반도체 (Ⅱ-Ⅵ 족 반도체) 등을 들 수 있다. 광전 변환층 (170b) 에는, 특성에 지장이 없는 한에 있어서, 반도체, 원하는 도전형으로 하기 위한 불순물 이외의 임의 성분이 포함되어 있어도 상관없다.
또, 광전 변환층 (170b) 중의 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 족 반도체의 함유량은, 특별히 제한되는 것은 아니다. 광전 변환층 (170b) 중의 Ⅰ-Ⅲ-Ⅵ 족 반도체의 함유량은, 75 질량％ 이상이 바람직하고, 95 질량％ 이상이 보다 바람직하고, 99 질량％ 이상이 특히 바람직하다.
본 실시형태에 있어서, 광전 변환층 (170b) 을 CIGS 층으로 했을 경우, CIGS 층의 성막 방법으로는, 1) 다원 동시 증착법, 2) 셀렌화법 (셀렌화/황화법), 3) 스퍼터법, 4) 하이브리드 스퍼터법, 및 5) 메카노 케미컬 프로세스법 등이 알려져 있다.
1) 다원 동시 증착법으로는, 3 단계법 (J. R. Tuttle et. al, Mat. Res. Soc. Symp. Proc., Vol. 426 (1996) p. 143. 등) 과 EC 그룹의 동시 증착법 (L. Stolt et al. : Proc. 13 th ECPVSEC (1995, Nice) 1451. 등) 이 알려져 있다.
전자의 3 단계법은, 고진공 중에서 먼저 In, Ga, 및 Se 를 기판 온도 300 ℃ 에서 동시 증착하고, 다음으로 500 ∼ 560 ℃ 로 승온하여 Cu 및 Se 를 동시 증착 후, In, Ga, 및 Se 를 추가로 동시 증착하는 방법이다.
후자의 EC 그룹의 동시 증착법은, 증착 초기에 Cu 과잉 CIGS, 후반에 In 과잉 CIGS 를 증착하는 방법이다.
CIGS 막의 결정성을 향상시키기 위하여, 상기 방법에 개량을 가한 방법으로서, a) 이온화한 Ga 를 사용하는 방법 (H. Miyazaki, et. al, phys. stat. sol. (a), Vol. 203 (2006) p. 2603. 등), b) 크래킹한 Se 를 사용하는 방법 (제 68 회 응용 물리학회 학술 강연회 강연 예고집 (2007 가을 홋카이도 공업 대학) 7P-L-6 등), c) 라디칼화한 Se 를 사용하는 방법 (제 54 회 응용 물리학회 학술 강연회 강연 예고집 (2007 봄 아오야마 학원 대학) 29P-ZW-10 등), d) 광 여기 프로세스를 이용한 방법 (제 54 회 응용 물리학회 학술 강연회 강연 예고집 (2007 봄 아오야마 학원 대학) 29P-ZW-14 등) 등이 알려져 있다.
2) 셀렌화법은 2 단계법으로도 불리고, 먼저 Cu 층/In 층 또는 (Cu-Ga) 층/In 층 등의 적층막의 금속 프리커서를 스퍼터법, 증착법, 또는 전착법 등으로 성막하고, 이것을 셀렌 증기 또는 셀렌화 수소 중에서 450 ∼ 550 ℃ 정도로 가열함으로써, 열확산 반응에 의해 Cu(In1 - xGax)Se2 등의 셀렌 화합물을 생성하는 방법이다. 이 방법을 기상 셀렌화법이라고 부른다. 이 외에, 금속 프리커서막 상에 고상 셀렌을 퇴적하고, 이 고상 셀렌을 셀렌원으로 한 고상 확산 반응에 의해 셀렌화시키는 고상 셀렌화법이 있다.
셀렌화법에 있어서는, 셀렌화시에 발생하는 급격한 체적 팽창을 회피하기 위하여, 금속 프리커서막에 미리 셀렌을 어느 비율로 혼합해 두는 방법 (T. Nakada et. al., Solar Energy Materials and Solar Cells 35 (1994) 204-214. 등), 및 금속 박층 간에 셀렌을 사이에 두고 (예를 들어 Cu 층/In 층/Se 층 … Cu 층/In 층/Se 층으로 적층한다) 다층화 프리커서막을 형성하는 방법 (T. Nakada et. al., Proc. of 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference (1991) 887-890. 등) 이 알려져 있다.
또, 그레이 데드 밴드 갭 CIGS 막의 성막 방법으로서, 먼저 Cu-Ga 합금막을 퇴적하고, 그 위에 In 막을 퇴적하여, 이것을 셀렌화할 때에, 자연 열확산을 이용하여 Ga 농도를 막두께 방향에서 경사지게 하는 방법이 있다 (K. Kushiya et. al, Tech. Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996 (Intn. PVSEC-9, Tokyo, 1996) p.149. 등).
3) 스퍼터법으로는, CuInSe2 다결정을 타깃으로 한 방법, Cu2Se 와 In2Se3 을 타깃으로 하고, 스퍼터 가스에 H2Se/Ar 혼합 가스를 사용하는 2 원 스퍼터법 (J. H. Ermer, et. al, Proc. 18th IEEE Photovoltaic Specialists Conf. (1985) 1655-1658. 등), 및 Cu 타깃과, In 타깃과, Se 또는 CuSe 타깃을 Ar 가스 중에서 스퍼터하는 3 원 스퍼터법 (T. Nakada, et. al, Jpn. J. Appl. Phys. 32 (1993) L1169-L1172. 등) 이 알려져 있다.
4) 하이브리드 스퍼터법으로는, 전술한 스퍼터법에 있어서, Cu 와 In 금속은 직류 스퍼터로, Se 만은 증착으로 하는 하이브리드 스퍼터법 (T. Nakada, et. al. Jpn. Appl. Phys. 34 (1995) 4715-4721. 등) 이 알려져 있다.
5) 메카노 케미컬 프로세스법은, CIGS 의 조성에 따른 원료를 유성 볼밀의 용기에 넣고, 기계적 에너지에 의해 원료를 혼합하여 CIGS 분말을 얻고, 그 후, 스크린 인쇄에 의해 기판 상에 도포하고, 어닐을 처리하여, CIGS 의 막을 얻는 방법이다 (T. Wada et. al, Phys. stat. sol. (a), Vol.203 (2006) p 2593 등).
그 밖의 CIGS 성막법으로는, 스크린 인쇄법, 근접 승화법, MOCVD 법, 및 스프레이법 등을 들 수 있다. 예를 들어, 스크린 인쇄법 또는 스프레이법 등으로, Ⅰb 족 원소, Ⅲb 족 원소, 및 Ⅵb 족 원소를 포함하는 미립자막을 기판 상에 형성하고, 열분해 처리 (이 때, Ⅵb 족 원소 분위기에서의 열분해 처리여도 된다) 를 실시하는 것 등에 의해, 원하는 조성의 결정을 얻을 수 있다 (일본 공개특허공보 평9-74065호, 일본 공개특허공보 평9-74213호 등).
상기 서술한 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201) (태양 전지 모듈) 의 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은, 집적형의 CIGS 계 태양 전지 셀이었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 본 발명의 광전 변환 장치 (태양 전지 모듈) 의 태양 전지로서 기능하는 태양 전지 셀, 광전 변환 소자, 특히, 그 광전 변환층의 구성은, 예를 들어, 아모르퍼스 실리콘 (a-Si) 계 태양 전지 셀, 탠덤 구조계 태양 전지 셀 (a-Si/a-SiGe 탠덤 구조 태양 전지 셀), 직렬 접속 구조 (SCAF) 계 태양 전지 셀 (a-Si 직렬 접속 구조 태양 전지 셀), CdTe (카드뮴·텔루르) 계 태양 전지 셀, Ⅲ-V 족계 태양 전지 셀, 박막 실리콘계 태양 전지 셀, 색소 증감계 태양 전지 셀, 또는 유기계 태양 전지 셀이어도 되고, 서브 스트레이트형으로 불리는 것이어도, 수퍼 스트레이트형으로 불리는 것이어도 된다.
또한, 도 2 에 나타내는 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 에서는, 이면 전극 (170a) 측이 정극 (＋ 극), 투명 전극 (170c) 측이 부극 (- 극) 이었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 태양 전지 셀에 따라, 이면 전극 (170a) 측을 부극 (- 극), 투명 전극 (170c) 측을 정극 (＋ 극) 으로 해도 된다.
예를 들어, 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 로서, 탠덤 구조계 태양 전지 셀 (a-Si/a-SiGe 탠덤 구조 태양 전지 셀) 을 사용하는 경우에는, 예를 들어, 이면 전극 (170a) 으로서, Ag (은) 및 ZnO 가 적층된 전극을, 투명 전극 (170c) 으로서 ITO 를 사용하고, 광전 변환층 (170b) 으로서, 예를 들어, n 형 반도체층, 미결정 실리콘 및 아모르퍼스 실리콘 게르마늄 (a-SiGe) 등의 진성 반도체층, p 형 반도체층이 적층되고, 추가로 그 위에, n 형 반도체층, 아모르퍼스 실리콘 (a-Si) 등의 진성 반도체층, p 형 반도체층이 적층된 광전 변환층을 사용할 수 있다.
또, 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 로서, CdTe 계 태양 전지 셀을 사용하는 경우에는, 광전 변환층 (170b) 으로서, 예를 들어, CdTe (카드뮴·텔루르) 형으로 불리는 광전 변환층을 사용할 수 있다.
다음으로, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 도전층 (160) 에 관해서 설명한다.
도전층 (160) 은, 본 발명의 가장 특징으로 하는 부분으로서, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 에 있어서, 도전성 기판 (100) 과 이면 전극 (170a) 사이에 비도전성층 (130) 대신에 배치되는 것으로서, 도전성을 갖고, 이면 전극 (170a) 을 접지된 도전성 기판 (100) 에 전기적으로 접속하여 도통시키고, 접지시키기 위한 것이다.
도전층 (160) 은, 도전성 기판 (100) 의 성분과 비도전성층 (130) 의 성분과 이면 전극 (170a) 의 성분이 혼합된 상태가 된 것이며, 그 결과 도전성을 갖게 된 것이다.
여기서, 도 2 에 나타내는 예에서는, 도전층 (160) 은, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 이면 전극 (170a) 의 하측 부분에만 형성되고, 홈 (180a) 의 하측 부분에는 형성되지 않고 비도전성층 (130) 이 남아 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 내이면, 홈 (180a) 의 하측 부분 및 인접하는 태양 전지 셀 (151) 의 이면 전극 (170a) 의 하측 부분도 도전층 (160) 으로 되어 있어도 된다. 그러나, 이 경우에는, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 이면 전극 (170a) 과 인접하는 태양 전지 셀 (151) 의 이면 전극 (170a) 이 단락되므로, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 은, 발전에는 기여하지 않게 된다.
이와 같은 도전층 (160) 은, 예를 들어, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 이 되는 태양 전지 셀 (151) 의 투명 전극 (170c) 상에 초음파 땜납 (190) 을 도포하고, 초음파 땜납 (190) 이 도포된 태양 전지 셀 (151a) 에만 가열 초음파 처리를 실시함으로써, 당해 태양 전지 셀 (151a) 의 초음파 땜납 (190) 이 도포된 부분에 대응하는 비도전성층 (130) 을 파괴함과 함께, 파괴된 비도전성층 (130) 에 접하고 있던 도전성 기판 (100) 및 이면 전극 (170a) 의 표면을 용해하여 혼합시키고, 도전성 기판 (100) 과 이면 전극 (170a) 과 파괴된 비도전성층 (130) 을 혼합 상태로 함으로써 형성할 수 있다. 또한, 도전층 (14) 의 혼합 상태의 형성은, 특별히 밝혀져 있지 않지만, 예를 들어, 초음파 땜납 (190) 이 도포된 태양 전지 셀 (151a) 에만 가열 초음파 처리를 실시함으로써, 당해 태양 전지 셀 (151a) 의 초음파 땜납 (190) 이 도포된 부분에 대응하는 비도전성층 (130) 을 파괴하여 미세한 공극을 발생시켜 다공질로 함과 함께, 파괴된 비도전성층 (130) 에 접하고 있던 도전성 기판 (100) 및 이면 전극 (170a) 의 표면을 용해하여 파괴된 비도전성층 (130) 의 미세한 공극에 침입해 감으로써 혼합 상태가 형성되는 것으로 추정된다. 또한, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 투명 전극 (170c) 및 광전 변환층 (170b) 도 파괴되는 경우에는, 이들 및 초음파 땜납 (190) 도 혼합된 도전층 (160) 이 형성되어도 된다.
땜납은 접지용 태양 전지 셀 (151a) 전체면에 도포해도 되지만 도 4 와 같이 투명 전극 (170c) 을 일부에 남겨도 된다.
또, 땜납을 도포하지 않고 셀 상에 땜납을 공급하면서 선상으로 순서대로 납땜해도 상관없지만, 땜납을 배치하고 나서 선 상을 한번에 납땜하거나, 혹은 선상의 복수 지점을 동시에 납땜하는 것이 생산상 바람직하다.
또한, 이와 같이 하여 형성된 도전층 (160) 의 도전성은, 도전층 (160) 의 혼합 상태에 의해 정해지는 것이라고 생각되므로, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 이 되는 태양 전지 셀 (151) 의 구성 또는 기능 및 발전 기능의 필요 여부, 특히 비도전성층 (130) 등의 두께에 따라, 초음파 땜납 (190) 의 도포량, 가열 초음파 처리에 있어서의 가열 온도, 가열 시간, 초음파의 강도 및 초음파 처리 시간 등을 적절히 제어함으로써 제어할 수 있고, 필요한 도전성을 얻도록 할 수 있다.
도전층 (160) 의 도전성과, 태양 전지 셀 (151) 의 구성 및 기능, 특히 비도전성층 (130) 등의 두께와, 초음파 땜납 (190) 의 도포량, 가열 초음파 처리에 있어서의 가열 온도, 가열 시간, 초음파의 강도 및 초음파 처리 시간 등의 관계는, 미리, 실험 또는 시뮬레이션 등에 의해 구해 두면 된다.
본 실시형태에 있어서는, 상기 서술한 바와 같이 도전층 (160) 을 형성하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 도전성 재료로 이루어지는 기판 (101) 상에 비도전성층 (130) 이 형성되어 있으면, 광전 변환 장치의 제조의 어느 단계에서 형성해도 된다.
예를 들어, 도전성 기판 (100) 상의 비도전성층 (130) 의, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 이 되는 해당 부분에 초음파 땜납을 도포하여 가열 초음파 처리를 실시하고, 파괴된 비도전성층 (130) 과 도전성 기판 (100) 과 초음파 땜납이 혼합된 도전층 (160) 을 형성해 두고, 그 후에 복수의 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 을 형성하도록 해도 된다. 또, 도전성 기판 (100) 상의 비도전성층 (130) 상에 이면 전극 (170a) 을 형성한 후, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 이 되는 해당 부분의 이면 전극 (170a) 에 초음파 땜납을 도포하여 가열 초음파 처리를 실시하고, 파괴된 비도전성층 (130) 과 도전성 기판 (100) 과 이면 전극 (170a) 이 혼합된 도전층 (160), 또는 추가로 초음파 땜납도 혼합된 도전층 (160) 을 형성하고, 그 위에 순차, 광전 변환층 (170b) 및 투명 전극 (170c) 을 형성하고, 복수의 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 을 형성하도록 해도 된다. 또한, 광전 변환층 (170b) 을 형성한 후에, 동일하게 하여 도전층 (160) 을 형성하고, 그 위에 투명 전극 (170c) 을 형성하고, 복수의 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 을 형성하도록 해도 된다.
이들 방법은, 모두 도전층 (160) 을 형성한 후에, 태양 전지 셀 (151) 이 완성되게 되므로, 이면 전극 (170a), 광전 변환층 (170b) 및 투명 전극 (170c) 의 1 개 이상을 형성할 필요가 있는 점에서, 정확한 얼라인먼트가 필요해지기 때문에, 태양 전지 셀 (151) 을 형성한 후에, 도전층 (160) 을 형성하는 편이 바람직하다.
본 발명의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 는, 기본적으로 이상과 같이 구성되는 것이며, 이하와 같이 하여 제조된다.
도 5 는, 도 1 에 나타내는 본 발명의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치의 제조 방법의 일례를 나타내는 플로우 차트이다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 도전성 기판 (100) 으로서 Al 기판을 사용하고, 상기 서술한 방법으로 양극 산화 처리를 실시하고, 표면에 비도전성층 (130) 이 되는 양극 산화 피막을 형성하고, 양극 산화 피막을 갖는 Al 기판을 형성하고, 이것을 지지 기판 (110) 으로서 준비한다 (단계 S100).
물론, 미리 양극 산화 피막을 갖는 Al 기판을 지지 기판 (110) 으로서 준비해도 된다.
다음으로, 지지 기판 (110) 의 비도전성층 (130) 상에, 상기 서술한 DC 마그네트론 스퍼터법 등의 공지된 성막법에 의해 Mo 를 퇴적하여 Mo 막을 형성한다 (단계 S102).
다음으로, 이렇게 하여 비도전성층 (130) 상에 형성된 Mo 막을 상기 서술한 레이저 스크라이빙법에 의해 절단하고, 패턴 1 로 패터닝하여 홈 (180a) 을 형성하고, 이면 전극 (170a) 을 형성한다 (단계 S104).
다음으로, 비도전성층 (130) 상에 형성된 이면 전극 (170a) 상에, 홈 (180a) 을 매립하도록, 상기 서술한 셀렌화/황화법 또는 다원 동시 증착법 등의 공지된 방법에 의해 광전 변환층 (170b) 이 되는 CIGS 계 화합물 반도체막 (p 형 CIGS 계 광 흡수막) 을 형성한다 (단계 S106).
계속해서, 이렇게 하여 형성된 CIGS 계 화합물 반도체막 상에, 상기 서술한 CBD 등의 공지된 방법에 의해 버퍼층이 되는 CdS 막 (n 형 고저항 버퍼층) 을 형성한다 (단계 S108).
다음으로, 이렇게 하여 이면 전극 (170a) 상에 형성된 CIGS 계 화합물 반도체막 및 CdS 막을 일체로 하고, 상기 서술한 메커니컬 스크라이빙법에 의해 절단하고, 패턴 2 로 패터닝하여 이면 전극 (170a) 에까지 이르는 홈 (180b) 을 형성하고, 광전 변환층 (170b) 및 버퍼층을 형성한다 (단계 S110).
계속해서, 이렇게 하여 형성된 버퍼층 (광전 변환층 (170b)) 상에, 홈 (180b) 을 매립하도록, 상기 서술한 MOCVD 법 또는 RF 스퍼터법 등의 공지된 방법에 의해 투명 전극 (170c) 이 되는 ZnO 막 (n 형 ZnO 투명 도전막창층) 을 형성한다 (단계 S112).
다음으로, 이렇게 하여 형성된 ZnO 막, 버퍼층 및 광전 변환층 (170b) 을 일체로 하여, 상기 서술한 메커니컬 스크라이빙법에 의해 절단하고, 패턴 3 으로 패터닝하여, 인접하는 태양 전지 셀 (151) 간에, 이면 전극 (170a) 에까지 이르는 홈 (180c) 을 형성하고, 각 태양 전지 셀 (151) 마다 광전 변환층 (170b), 버퍼층 및 투명 전극 (170c) 을 개개로 분리하여, 복수의 태양 전지 셀 (151) 을 형성한다 (단계 S114).
계속해서, 미리 설정되어 있는 접지용 태양 전지 셀 (151a) 이 되는 태양 전지 셀 (151) 의 투명 전극 (170c) 상에 초음파 땜납 (190) 을 도포한다 (단계 S116).
다음으로, 초음파 땜납 (190) 이 도포된 태양 전지 셀 (151) 의 투명 전극 (170c) 에 선택적으로 가열 초음파 처리를 실시하고, 그 비도전성층 (130) 을 파괴하여 그 성분과 도전성 기판 (100) 의 성분과 이면 전극 (170a) 의 성분을 혼합하여 도전층 (160) 을 형성한다 (단계 S118).
이렇게 하여, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 가 형성된다 (단계 S118).
다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태의 광전 변환 장치에 관해서 설명한다.
도 6 은, 본 발명의 반도체 장치의 제 2 실시형태의 광전 변환 장치 (202) (태양 전지 모듈) 의 모식적 단면도이다.
또한, 도 6 에 나타내는 본 실시형태의 광전 변환 장치 (202) 와, 도 1 에 나타내는 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 는, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 도전층 (160) 의 구성이 상이한 것 이외에는 동일한 구성을 갖는 것이고, 동일 구성 요소에는 동일 참조 부호를 붙여 그 상세한 설명은 생략한다.
도 6 에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (202) 는, 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 의 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 도전층 (160) 대신에, 인접하는 태양 전지 셀 (151) 로부터 연장되는 이면 전극 (170a) 이 직접 도전성 기판 (100) 과 광전 변환층 (170b) 사이에 배치되어 도전층 (160) 이 형성되어 있다. 따라서, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (202) 에서는, 이면 전극 (170a) 과 접지된 도전성 기판 (100) 이 직접 접촉하여 전기적으로 도통되어 있기 때문에, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 이면 전극 (170a) 을 도전성 기판 (100) 을 개재하여 접지할 수 있다.
따라서, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (202) 에 있어서도, 상기 서술한 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 와 동일하게, 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 의 구성은, 어떠한 태양 전지 셀 (광전 변환 소자, 광전 변환층) 이어도 되는 것은 물론이다.
이와 같은 광전 변환 장치 (202) 의 도전층 (160) 은, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 에 해당하는 부분에만 양극 산화막 등의 비도전성층 (130) 이 형성되어 있지 않고, 다른 부분에는 양극 산화막 등의 비도전성층 (130) 이 형성되어 있는 Al 기판 등의 도전성 기판 (100) 으로 이루어지는 지지 기판 (110) 을 사용하여, 상기 서술한 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 의 경우와 동일하게, 발전층 (140) 을 형성하고, 즉, 순차, 이면 전극 (170a) 및 도전층 (160) 과, 광전 변환층 (170b) 및 버퍼층과, 투명 전극 (170c) 을 형성하고, 복수의 태양 전지 셀 (151) 및 접지용 태양 전지 셀 (151a) 을 형성할 수 있다. 이렇게 하여, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (202) 를 형성할 수 있다.
또한, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 에 해당하는 부분에만 비도전성층 (130) 이 형성되어 있지 않은 도전성 기판 (100) 으로 이루어지는 지지 기판 (110) 대신에, 양극 산화 Al 기판과 같이 도전성 기판 (100) 의 전체면에 비도전성층 (130) 이 형성된 지지 기판 (110) 의 접지용 태양 전지 셀 (151a) 에 해당하는 부분의 양극 산화막 등의 비도전성층 (130) 을 스크라이브 또는 에칭 등으로 제거한 상태의 지지 기판 (110) 을 사용하고, 동일하게, 이면 전극 (170a) 의 증착으로부터 시작되는 발전층 (140) 을 형성하여, 본 실시형태의 광전 변환 장치 (202) 를 형성해도 된다.
또한, 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201) (태양 전지 모듈) 및 제 2 실시형태의 광전 변환 장치 (202) (태양 전지 모듈) 중 어느 것에 있어서도, 도전성 프레임을 구비하고 있어도 된다. 이 도전성 프레임이란, 태양 전지 모듈을 야지판 (野地板) 또는 방수 지붕재 등의 지붕 하지재 상에 재치 (載置) 하기 위하여, 태양 전지 모듈의 주단연부, 즉, 마룻대측, 처마측, 좌측, 우측의 단연부에 장착되는 태양 전지 모듈용 부재이다. 도전성 프레임으로는, 시공성 및 내환경성 등에 적합한 알루미늄 프레임이 주로 사용된다.
나아가서는, 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201) (태양 전지 모듈) 및 제 2 실시형태의 광전 변환 장치 (202) (태양 전지 모듈) 중 어느 것에 있어서도, 직렬 접속하여 태양 전지 스트링으로 해도 된다. 나아가서는, 이 태양 전지 스트링을 병렬 접속함으로써 태양 전지 어레이로 해도 된다.
이하, 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201), 제 2 실시형태의 광전 변환 장치 (202), 종래의 광전 변환 장치 (203), 및 일반적인 광전 변환 장치로서 특허문헌 1 의 도 7 에 기재된 태양 전지 모듈 (50) 을 비교한다.
제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201), 제 2 실시형태의 광전 변환 장치 (202), 종래의 광전 변환 장치 (203), 및 일반적인 광전 변환 장치로서 특허문헌 1 의 도 7 에 기재된 태양 전지 모듈 (50) 에 있어서는, 각각, 예를 들어, 단변 5 ㎜, 장변 1000 ㎜ 의 태양 전지 셀 (151) 을 307 개 나열함으로써, 각각 100 W 출력할 수 있는 광전 변환 장치로 할 수 있다. 이 때의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201), 제 2 실시형태의 광전 변환 장치 (202), 종래의 광전 변환 장치 (203), 및 일반적인 광전 변환 장치로서 특허문헌 1 의 도 7 에 기재된 태양 전지 모듈 (50) 의 각 발전층 (140) 에 있어서, 복수의 태양 전지 셀의 중앙에 있는 1 개 또는 2 개의 태양 전지 셀의 단부 (X11, X12), 복수의 태양 전지 셀의 양단에 있는 2 개의 태양 전지 셀의 단부 (X21, X22, X23, X24), 복수의 태양 전지 셀의 양단에 있는 2 개의 태양 전지 셀의 중앙부 (X31, X32) 의 각 점에 있어서의 태양 전지 셀과 도전성 기판 사이의 전위차 (VX11, VX12, VX21, VX22, VX23, VX24, VX31, VX32) 를 하기 표 1 에 나타냈다.
Figure pct00001
상기 표 1 로부터, 동일한 출력이라도 광전 변환 장치 (201) 는 각 태양 전지 셀과 도전성 기판 사이의 전위차가 작아지고 있는 것을 알 수 있다. 따라서, 발전층과 도전성 기판 사이에 요구되는 내전압 (VW) 을 작게 할 수 있기 때문에, 절연 내전압성이 우수한 것으로 할 수 있다.
이상과 같이 하여, 본 발명의 제 1 실시형태의 광전 변환 장치 (201) 및 제 2 실시형태의 광전 변환 장치 (202) 에 있어서는, 접지용 태양 전지 셀 (151a) 이 발전층 (140) 의 양단 주변에 배치되고, 나머지의 태양 전지 셀 (151) 이 이것과 인접하여 일직선 상에 배치되고, 직렬 접속되는 2 개의 배열이 병렬로 접속됨으로써, 태양 전지 셀 (151d) 은 모든 태양 전지 셀 (151) 중에서 도전성 기판 (100) 과의 전위차 (V1d) 가 가장 큰 태양 전지 셀 (151) 이 된다. 따라서, 내전압 (VW) 이 작아지기 때문에, 절연성이 향상되고, 절연 내전압성이 우수한 것이 된다.
본 발명은, 기본적으로 이상과 같이 구성되는 것이다. 이상, 본 발명의 반도체 장치로서 광전 변환 장치를 예로 하여 상세히 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 주지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 여러 가지 개량 또는 변경을 해도 되는 것은 물론이다.
100 : 도전성 기판
110 : 지지 기판
130 : 비도전성층
140 : 발전층
151 : 태양 전지 셀
151a : 접지용 태양 전지 셀
151d : 태양 전지 셀
153 : 태양 전지 셀
153a : 태양 전지 셀
153b : 태양 전지 셀
153d : 태양 전지 셀
160 : 도전층
170a : 이면 전극
170b : 광전 변환층
170c : 투명 전극
180a : P1 스크라이브의 홈
180b : P2 스크라이브의 홈
180c : P3 스크라이브의 홈
190 : 초음파 땜납
201 : 광전 변환 장치
202 : 광전 변환 장치
203 : 광전 변환 장치
X11 : 복수의 태양 전지 셀의 중앙에 있는 1 개 또는 2 개의 태양 전지 셀의 단부
X12 : 복수의 태양 전지 셀의 중앙에 있는 1 개 또는 2 개의 태양 전지 셀의 단부
X21 : 복수의 태양 전지 셀의 양단에 있는 2 개의 태양 전지 셀의 단부
X22 : 복수의 태양 전지 셀의 양단에 있는 2 개의 태양 전지 셀의 단부
X23 : 복수의 태양 전지 셀의 양단에 있는 2 개의 태양 전지 셀의 단부
X24 : 복수의 태양 전지 셀의 양단에 있는 2 개의 태양 전지 셀의 단부
X31 : 복수의 태양 전지 셀의 양단에 있는 2 개의 태양 전지 셀의 중앙부
X32 : 복수의 태양 전지 셀의 양단에 있는 2 개의 태양 전지 셀의 중앙부

Claims (20)

  1. 도전성 재료로 이루어지는 도전성 기판과,
    상기 도전성 기판의 표면의 적어도 일부에 형성된 비도전성층과,
    상기 비도전성층 상에 형성되는 복수의 반도체 소자와,
    상기 복수의 반도체 소자를 전기적으로 접속하는 배선과,
    상기 도전성 기판과, 상기 반도체 소자 또는 상기 배선을 접속하는 적어도 1 개의 전기적 접속부를 갖고,
    상기 도전성 기판과의 전위차가 최대가 되는 상기 반도체 소자는, 상기 복수의 반도체 소자에 의해 만들어지는 배열의 기하학적인 말단을 제외하는 위치에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 1 개의 전기적 접속부에, 상기 배열의 적어도 1 개의 말단으로부터 상기 복수의 반도체 소자수의 10 ％ 의 범위에 위치하는 적어도 1 개의 반도체 소자가 접하고 있고, 상기 전기적 접속부에 접하는 상기 반도체 소자가 복수인 경우, 서로 등전위인, 반도체 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 1 개의 전기적 접속부에, 상기 배열의 적어도 1 개의 말단으로부터 상기 복수의 반도체 소자수의 5 ％ 의 범위에 위치하는 적어도 1 개의 반도체 소자가 접하고 있고, 상기 전기적 접속부에 접하는 상기 반도체 소자가 복수인 경우, 서로 등전위인, 반도체 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 1 개의 전기적 접속부에, 상기 배열의 적어도 1 개의 말단에 위치하는 반도체 소자가 접하고 있고, 상기 전기적 접속부에 접하는 상기 반도체 소자가 복수인 경우, 서로 등전위인, 반도체 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 비도전성층은, 상기 도전성 기판을 양극 산화 처리함으로써 형성된 것이고, 상기 복수의 반도체 소자 중, 최대 전위가 되는 적어도 1 개의 반도체 소자는 상기 전기적 접속부와 접하고 있는, 반도체 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 소자는, 동심원상으로 배치되어 있고,
    상기 도전성 기판과의 전위차가 최대가 되는 적어도 1 개의 반도체 소자는, 상기 동심원상의 배치의 중심에 배치되는, 반도체 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 반도체 소자가 일직선 상에 배치되고, 직렬 접속되는 2 개의 배열이 병렬로 접속되는, 반도체 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 도전성 기판은, 알루미늄으로 이루어지는 기판인, 반도체 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 도전성 기판은, 복합 재료로 이루어지는 복합 알루미늄 기판인, 반도체 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 복합 알루미늄 기판은, 강판과 알루미늄판의 클래드판, 또는 스테인리스판과 알루미늄판의 클래드판인, 반도체 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 반도체 소자는, 태양 전지로서 기능하는 광전 변환 소자이고, 상기 광전 변환 소자를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양 전지 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 태양 전지는 박막형 태양 전지인, 태양 전지 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 박막형 태양 전지는 집적형 박막 태양 전지인, 태양 전지 모듈.
  14. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 전지는, CIS 계 박막형 태양 전지, CIGS 계 박막형 태양 전지, 박막 실리콘계 박막형 태양 전지, CdTe 계 박막형 태양 전지, Ⅲ-V 족계 박막형 태양 전지, 색소 증감계 박막형 태양 전지 및 유기계 박막형 태양 전지 중 어느 1 개의 박막형 태양 전지인, 태양 전지 모듈.
  15. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 전지는, 적어도 1 종의 칼코파이라이트 구조의 화합물 반도체를 갖는, 태양 전지 모듈.
  16. 제 11 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 전지는, Ⅰb 족 원소와 Ⅲb 족 원소와 Ⅵb 족 원소로 이루어지는 적어도 1 종의 화합물 반도체를 갖는, 태양 전지 모듈.
  17. 제 11 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 태양 전지는, Cu 및 Ag 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종의 Ⅰb 족 원소와, Al, Ga 및 In 으로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종의 Ⅲb 족 원소와, S, Se 및 Te 로 이루어지는 군에서 선택된 적어도 1 종의 Ⅵb 족 원소로 이루어지는 적어도 1 종의 화합물 반도체를 갖는, 태양 전지 모듈.
  18. 제 11 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    도전성 프레임을 구비하는, 태양 전지 모듈.
  19. 제 11 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 기재된 태양 전지 모듈을 직렬 접속함으로써 만들어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 스트링.
  20. 제 19 항에 기재된 태양 전지 스트링을 병렬 접속함으로써 만들어지는 것을 특징으로 하는 태양 전지 어레이.
KR1020137029869A 2011-05-13 2012-05-01 반도체 장치, 태양 전지 모듈, 태양 전지 스트링 및 태양 전지 어레이 KR20140037839A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2011-107995 2011-05-13
JP2011107995A JP2012238789A (ja) 2011-05-13 2011-05-13 半導体装置、太陽電池モジュール、太陽電池ストリングおよび太陽電池アレイ
PCT/JP2012/061547 WO2012157449A1 (ja) 2011-05-13 2012-05-01 半導体装置、太陽電池モジュール、太陽電池ストリング及び太陽電池アレイ

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20140037839A true KR20140037839A (ko) 2014-03-27

Family

ID=47176784

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020137029869A KR20140037839A (ko) 2011-05-13 2012-05-01 반도체 장치, 태양 전지 모듈, 태양 전지 스트링 및 태양 전지 어레이

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20140060617A1 (ko)
JP (1) JP2012238789A (ko)
KR (1) KR20140037839A (ko)
CN (1) CN103548151A (ko)
WO (1) WO2012157449A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6239954B2 (ja) * 2013-11-28 2017-11-29 中外炉工業株式会社 成膜方法、絶縁基板の製造方法、及びモジュール
US20160111556A1 (en) * 2014-10-15 2016-04-21 Solstice Power LLC High temperature solar cell mount
CN104716219B (zh) * 2015-02-15 2017-12-08 深圳先进技术研究院 光伏材料及其制备方法
JP6030176B2 (ja) * 2015-03-19 2016-11-24 株式会社東芝 光電変換素子とその製造方法
JP6943713B2 (ja) * 2017-09-29 2021-10-06 積水化学工業株式会社 太陽電池
WO2019180854A1 (ja) 2018-03-20 2019-09-26 株式会社 東芝 多接合型太陽電池モジュール及び太陽光発電システム

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS614446U (ja) * 1984-06-13 1986-01-11 株式会社 半導体エネルギ−研究所 薄膜太陽電池
JPS62111480A (ja) * 1985-11-09 1987-05-22 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JPH03165579A (ja) * 1989-11-24 1991-07-17 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置およびそれを用いた発光パネル
JPH1126786A (ja) * 1997-07-04 1999-01-29 Citizen Watch Co Ltd 集積型光発電素子
JP4791098B2 (ja) * 2005-07-22 2011-10-12 株式会社カネカ 集積型薄膜太陽電池モジュール
JP2011035270A (ja) * 2009-08-04 2011-02-17 Sharp Corp 光電変換装置
JP4612731B1 (ja) * 2009-09-29 2011-01-12 富士フイルム株式会社 太陽電池モジュール

Also Published As

Publication number Publication date
CN103548151A (zh) 2014-01-29
JP2012238789A (ja) 2012-12-06
WO2012157449A1 (ja) 2012-11-22
US20140060617A1 (en) 2014-03-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4629151B2 (ja) 光電変換素子及び太陽電池、光電変換素子の製造方法
US20100089447A1 (en) Conductive grids for solar cells
WO2011093065A1 (en) Insulating metal substrate and semiconductor device
US20140060617A1 (en) Semiconductor device, solar cell module, solar cell string, and solar cell array
US20140246070A1 (en) Thin film solar module having series connection and method for the series connection of thin film solar cells
US20110186102A1 (en) Photoelectric conversion element, thin-film solar cell, and photoelectric conversion element manufacturing method
US20110214708A1 (en) Solar cell module and solar cell device
JP2018157176A (ja) 太陽電池モジュール及び太陽光発電システム
US20110186103A1 (en) Photoelectric conversion element, thin-film solar cell, and photoelectric conversion element manufacturing method
US10134932B2 (en) Solar cell and method of fabricating the same
JP4612731B1 (ja) 太陽電池モジュール
WO2011039951A1 (en) Solar cell module
US20140000703A1 (en) Thin Film Article and Method for Forming a Reduced Conductive Area in Transparent Conductive Films for Photovoltaic Modules
US20140345668A1 (en) Solar cell module and method of fabricating the same
WO2011039933A1 (en) Photoelectric converter
US20130180566A1 (en) Device for generating photovoltaic power and method for manufacturing same
US8686281B2 (en) Semiconductor device and solar battery using the same
WO2011039991A1 (en) Solar cell module
US20110186123A1 (en) Substrate with insulation layer and thin-film solar cell
KR101173419B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
JP2013026339A (ja) 薄膜太陽電池およびその製造方法
EP2402994A1 (en) Method and system for forming photovoltaic cell and a photovoltaic cell
JP2014007236A (ja) 集積化太陽電池およびその製造方法
KR101189378B1 (ko) 태양전지 모듈 및 이의 제조방법
KR20240092798A (ko) 신재생에너지 생산을 위한 태양전지모듈 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application