TWI431792B - An integrated multi-junction photoelectric conversion device, and a method of manufacturing the same - Google Patents
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Description
本發明係有關多接合光電變換裝置，集成型多接合光電變換裝置，以及此等之製造方法。
使用於將太陽光的能量變換為電能之太陽能電池的光電變換裝置係經由層積分光感度不同之發電層(光電變換層)而作為多接合型光電變換裝置之時，可提昇變換效率。對於多接合光電變換裝置係有單片型與機械堆疊型。
單片型之光電變換裝置係具有2端子構造，使用薄膜成長技術加以形成。於圖8顯示單片型之光電變換裝置之構成的一例。光電變換裝置係於+(正)極的金屬電極上，依序層積有底部單元，穿隧二極體，中央單元，穿隧二極體，前端單元。對於前端單元上係設置有-(負)極的金屬電極。底部單元，中央單元，及前端單元係從各+極側依序層積有p層與n層。穿隧二極體係從+極側依序層積有n+
層與p+
層。然而，穿隧二極體係亦有經由前端單元，中央單元，底部單元之特性而不需要之情況。
作為單片型之光電變換裝置之更具體的例，係可舉出於Ge基板上，依序形成InGaAs半導體層與InGaP半導體層之化合物半導體太陽能電池，或於附透明導電膜之玻璃基板上，依序或相反順序層積非晶質矽半導體層與微結晶矽半導體層之矽系薄膜太陽能電池等。在前述光電變換裝置中，在InGaP半導體層或於如非晶質矽半導體層的短波長側具有光吸收光譜的半導體層，或禁帶寬度寬的半導體層中，係主要吸收短波長範圍的光，而長波長範圍的光係透過。透過之長波長長域的光係主要在InGaAs半導體層或於如微結晶矽半導體層的長波長側具有光吸收光譜的半導體層，或禁帶寬度窄的半導體層加以吸收。經由如此作為而層積分光感度不同之光電變換層之時，可有效率地吸收寬波長範圍之太陽光之故，而成為光電變換效率高的光電變換裝置。另外，在矽系薄膜太陽能電池中，由將附透明導電膜基板之表面做成適當的凹凸形狀情況，提高光封閉效果。
機械堆疊型之光電變換裝置係具有多端子構造，將個別形成之2個光電變換單元機械性地貼合加以形成。於圖9顯示機械堆疊型之光電變換裝置之構成的一例。光電變換裝置係於+極的金屬電極上，依序層積按順序層積p層，n層、及一(負)極的金屬電極的底部單元，和與底部單元同樣的構成所成之中央單元及前端單元。對於各金屬電極係設置有導引線。
作為機械堆疊型之光電變換裝置，可舉出專利文獻1，專利文獻2及專利文獻3所揭示之串聯型太陽能電池。
專利文獻1及專利文獻2之串聯型太陽能電池係個別所製作之上部太陽能電池單元與下部太陽能電池單元則具有由防濕性聚合物加以貼合之構造。上部太陽能電池單元與下部太陽能電池單元係成為各自獨立取出輸出的構造。因此，防濕性聚合物係必須為絕緣物。
在專利文獻1的串聯型太陽能電池中，由禁帶寬度寬的黃銅礦化合物單元，吸收短波長範圍的光，由禁帶寬度窄的單結晶矽單元，吸收長波長範圍的光。作為全體，可有效吸收太陽光光譜而增加太陽能電池之光電變換效率。
專利文獻3的串聯型太陽能電池係於絕緣性透明基板上形成透明導電膜，非晶質矽膜，及透明導電膜的太陽能電池單元，和於絕緣性基板上形成金屬薄膜，非晶質矽膜，及透明導電膜的太陽能電池單元則透明導電膜彼此呈緊密地加以重疊。
[專利文獻1]日本特開平6-283738號公報(段落[0008]、[0019])
[專利文獻2]日本特開平7-122762號公報(段落[0008]、[0013])
[專利文獻3]日本特開昭64-41278號公報(申請專利範圍第1項)
單片型之多接合光電變換裝置係依序層積構成多接合光電變換裝置的各層而加以形成。一般，在多接合光電變換裝置中，各層係由不同的材料所成，其物性亦不同。隨之，考慮先層積的層之物性，而必須層積之後的層。
例如，先層積的半導體層之安定溫度之上限較之後層積的半導體層之最佳層積溫度為低之情況，將之後層積的半導體層，在最佳的溫度進行層積時，先層積的半導體層則產生劣化。因此，層積之後的層之條件係限定為呈未造成熱的損傷於成為基底的層之條件。另一方面，將之後層積的半導體層，在最佳溫度以下進行層積時，之後層積的半導體層之特性則下降。
例如，在由InGaP半導體層/InGaAs半導體層/Ge基板所構成之化合物半導體太陽能電池中，優先使鍺基板與半導體層進行晶格匹配。因此，對於半導體層加以限制可適用之材料，無法選擇具有任意之晶格常數及禁帶寬度之材料。
例如，在由附透明導電膜基板/非晶質矽半導體層/微結晶矽半導體層所構成之矽系薄膜太陽能電池中，無晶格匹配之限制。但在非晶質矽半導體層與微結晶矽半導體層中，主要所吸收之光的波長範圍因不同之故，應形成於附透明導電膜基板之表面最佳之凹凸形狀則不同。
為了封閉長波長範圍的光，係增大凹凸形狀即可。另一方面，附透明導電膜基板之表面之凹凸形狀係做成中間折射率的作用，有著抑制因折射率差引起之界面反射的效果。因此，凹凸形狀大時，成為呈反射短波長範圍的光。另外，指出當凹凸形狀大時，在透明導電膜內之光封閉‧損失則變大。
為了解決上述問題，開發有具備於短波長範圍的光及長波長範圍的光之雙方，具有光封閉效果之二重紋理構造之附透明導電膜基板。但，對於於特殊形狀之二重紋理構造上緊密性佳地形成矽半導體層，係限制有製膜處理條件之故，製膜品質佳的矽半導體層係為困難。
另一方面，機械堆疊型之光電變換裝置係因個別形成2個光電變換單元之故，可由不同的條件形成各光電變換單元。即無需介意對於以單片型所擔心之上部光電變換單元層積時之下部光電變換單元的熱損傷等，可對於各光電變換單元的形成選定最佳的條件。但記載於專利文獻1及專利文獻2之光電變換裝置係各光電變換單元則由絕緣性的透明環氧樹脂加以機械性接合，未有光電變換單元間之電性的連接。因此，必須從接合部取出各光電變換單元之電極於外部，而成為多端子構造。在具備如此之多端子構造的光電變換裝置中，光電變換單元的面積為大之情況，從光電變換單元中央部取出電極於外部為止之距離變長之故，產生有電阻增大而電力損失變大之問題。另外，為了取出電極於外部而連接之空間則成為更為需要之故，亦有元件之尺寸產生大型化之問題。
專利文獻3之機械堆疊型之光電變換裝置係作為經由緊密透明導電膜彼此之時，而可進行光學性‧電性的接合。但對於為了提昇機械性接合強度，係成為可接合之透明導電膜的種類，透明導電膜之平坦性等構造上的自由度則有非常小的問題。因此，無法將在製造時自然發生之具有表面凹凸之光電變換單元，或者意圖性地為了將光封閉於半導體層而設置凹凸之具有紋理構造的光電變換單元做成機械堆疊。
本發明係有鑑於如此情事所作為之構成，其目的為提供具有2端子構造，且以經由之前層積的層之限制少的條件，層積之後的層之多接合光電變換裝置，集成型多接合光電變換裝置，以及此等之製造方法。
本發明之第1形態係在層積分光感度不同之複數之光電變換單元，光學性，電性連接所成之多接合光電變換裝置中，提供至少光入射側與相反側之端部的光電變換單元係於連接側之最上側，各具有導電性薄膜層，其他的光電變換單元係於連接側之最上層及最下層，各具有導電性薄膜層，將前述最上層及最下層彼此，藉由含有導電性微粒子於透明絕緣材料中之異向性導電黏接層而加以接合為特徵之多接合光電變換裝置。
如根據第1形態，因將複數之不同的光電變換單元形成於各複數之不同的基板上之故，可於各光電變換單元選擇最佳的基板或形成條件。另外，如根據第1形態，因層積複數之分光感度的不同之光電變換單元而加以接合之故，可有效果地吸收寬度寬的太陽光光譜而增加多接合光電變換裝置之光電變換效率。
另外，如根據第1形態，各光電變換單元之接合部係因藉由含有(分散含有)導電性微粒子於透明絕緣材料中之異向性導電黏接層加以接合之故，同時成為各光電變換單元之機械性，電性，光學性的連接。隨之，無需將除了兩端的光電變換單元之各光電變換單元之電極取出於外部，而可減少電阻而縮小電力損失，而減少元件的面積。
在上述發明之第1形態中，光電變換單元係亦可作為2個。
本發明之第2形態係提供具備於上部透光性基板上，依序設置有透明電極層，上部光電變換層，及上部導電性薄膜層之上部光電變換單元，和於下部基板上，依序設置有背面電極層，與前述上部光電變換層分光感度不同之下部光電變換層，及下部導電性薄膜層之下部光電變換單元，和具有黏接機能之透明絕緣材料，及含有分散於前述透明絕緣材料中之導電性微粒子的異向性導電黏接層，於前述異向性導電黏接層之一方的面，鄰接有前述上部導電性薄膜層，於前述異向性導電黏接層之另一方的面，鄰接有前述下部導電性薄膜層，前述光電變換單元與前述下部光電變換單元則藉由前述異向性導電黏接層而電性串聯連接之多接合光電變換裝置。
如根據前述第2形態，上部光電變換單元及下部光電變換單元的分光感度係因不同之故，成為可吸收寬波長範圍的光之光電變換裝置。上部光電變換單元及下部光電變換單元係經由適合於各光電變換單元之製膜處理而加以製造所得到。隨之，亦可無需介意對於以單片型之多接合太陽能電池所擔心之上部光電變換單元製造過程之下部光電變換單元的熱損傷的性能惡化。含於異向性導電黏接層之透明絕緣材料係具有透光性及黏接性。另外，透明絕緣材料係保持異向性導電黏接層之面方向的絕緣性。分散於透明絕緣材料中的導電性微粒子係將異向性導電黏接層之厚度方向作為導電性，達成電性連接上部光電變換單元及下部光電變換單元之作用。由此，可做成2端子構造之多接合光電變換裝置，而無需以各光電變換單元加以輸出。位置於各光電變換單元與異向性導電黏接層之間的導電性薄膜層係達成確保在面內方向的導電性之作用。
在第2形態中，前述異向性導電黏接層係下部光電變換層則對於主要吸收之波長範圍的光而言，具有80%以上的光透過率為佳。另外，前述異向性導電性黏接層之折射率係1.2以上2.0以下為佳。由如此作為，可確保由下部光電變換單元所利用的光量。
在第2形態中，前述上部光電變換層則主要為非晶質矽，前述透明電極層則於與前述上部透光性基板相反側的表面具有紋理構造，前述紋理構造則具有0.1μm以上0.3μm以下的間距及高度的凹凸形狀為佳。由此，可得到對於以主要為非晶質矽之上部光電變換層主要所吸收的波長而言之高光封閉效果。
在第2形態中，前述下部光電變換層則主要為微結晶矽，前述背面電極層則於與前述下部基板相反側的表面具有紋理構造，前述紋理構造則具有0.3μm以上1.0μm以下的間距及高度的凹凸形狀為佳。由此，可得到對於以主要為微結晶矽之下部光電變換層主要所吸收的波長而言之高光封閉效果。
在前述第1形態及第2形態中，前述導電性薄膜層係擔負光電變換層之1單元內之橫方向的電性連接同時，亦擔負降低與異向性導電黏接層之接觸界面阻抗的作用。因此，摻雜不純物之低阻抗的半導體層或柵極電極層之至少一方為佳。另外，摻雜前述不純物之低阻抗的半導體層係亦可為同等之低阻抗的透明導電膜層。
本發明之第3形態，係提供具備：於第1半導體上形成第1導電性薄膜層之工程，和於第2半導體上形成第2導電性薄膜層之工程，和於前述第1導電性薄膜層與前述第2導電性薄膜層之間，插入含有導電性微粒子於透明絕緣材料中之異向性導電黏接層，將第1集成型光電變換裝置與第2集成型光電變換裝置，藉由異向性導電黏接層加以接合之工程的多接合光電變換裝置的製造方法。
如根據第3形態，無需介意如以單片型之多接合光電變換裝置所擔心，在之後層積之光電變換單元製造過程，經由對於之前所形成之光電變換單元的熱損傷的性能惡化，而可製造多接合型光電變換裝置。
本發明之第4形態，係提供具備：於上部透光性基板上，形成依序設置有透明電極層，上部光電變換層，及上部導電性薄膜層之上部光電變換單元的工程，和於下部基板上，形成依序設置有背面電極層，前述上部光電變換層與分光感度不同之下部光電變換層，及下部導電性薄膜層之下部光電變換單元的工程，和呈於具有黏接機能之透明絕緣材料，及含有分散於前述透明絕緣材料中之導電性微粒子的異向性導電黏接層之一方的面，鄰接前述上部導電性薄膜層，於前述異向性導電黏接層之另一方的面，鄰接前述下部導電性薄膜層，配置前述上部光電變換單元與前述異向性導電黏接層與前述下部光電變換單元而作為層積體之工程，和熱壓接前述層積體而接合前述上部光電變換單元與前述異向性導電黏接層與前述下部光電變換單元的工程之多接合光電變換裝置之製造方法。
如根據第4形態，無需介意如以單片型之多接合太陽能電池所擔心，在上部光電變換單元製造過程，經由對於下部光電變換單元的熱損傷的性能惡化，而可製造多接合型光電變換裝置。
在第4形態中，將前述異向性導電黏接層，使用異向性導電黏接薄片，金屬粒子分散聚合物黏接劑，或以聚合物微粒子及導電性微粒子所構成之混合微粒子之任一而形成亦可。
異向性導電黏接薄片係為加以硬化之黏接薄片之故，處理上為簡便。另一方面，金屬粒子分散聚合物黏接劑係具有流動性。因此，容易調整異向性導電黏接層之厚度。另外，可以較加以硬化之黏接薄片為低的壓力，接合上部光電變換單元與下部光電變換單元。由此，可防止經由實際生產時之過壓著壓力的破損等之產率下降。
以聚合物微粒子及導電性微粒子所構成之混合微粒子係與使用異向性導電黏接薄片或金屬粒子分散聚合物黏接劑之情況作比較，可形成更薄的異向性導電黏接層。另外，上述混合微粒子係係可於異向性導電黏接層內產生間隙。由此，可做成高透光性及低折射率之異向性導電黏接層。
本發明之第5形態，係為層積分光感度不同之2個光電變換單元，光學性‧電性連接之集成型多接合光電變換裝置，其中，提供各集成型光電變換裝置係於連接側之最上層具有導電性薄膜層，將前述最上層彼此和與前述最上層的電極構成對之相反側的電極彼此，藉由含有導電性微粒子於透明絕緣材料中之異向性導電黏接層而加以接合之鄰接的各多接合型光電變換元件彼此，做成串聯連接之集成型多接合光電變換裝置。
如根據第5形態，例如，如圖1所示，成為兼備二端子構造與機械堆疊型形態之集成型多接合光電變換裝置。具體而言，成為將異種太陽能電池，藉由導電性薄膜層(摻雜不純物之低阻抗的半導體層或柵極電極層)與異向性導電黏接層而機械‧電性‧光學性加以接合之集成型多接合光電變換裝置。
於被接合材料的表面，堆積導電性薄膜層(摻雜不純物之低阻抗的半導體層或柵極電極層)，將異向性導電黏接層插入於被接合材料間，再經由加熱壓著而接合兩者。異向性導電黏接層內之導電性微粒子則進行各層之層積方向的電性連接。導電性薄膜層(摻雜不純物之低阻抗的半導體層或柵極電極層)則進行各接合材料之光電變換層之橫方向(面內方向)的電性連接。另外，例如，如圖4所示，構成機械堆疊光電變換模組彼此之機械堆疊型太陽能電池模組。
在有關第5形態之集成型多接合太陽能電池中，各集成型光電變換裝置之接合部係藉由含有導電性微粒子於散布之透明絕緣材料中之異向性導電黏接層而加以接合。因此，成為可進行各集成型光電變換裝置之連接側的最上層彼此之連接，前述最上層的電極與構成對之相反側之電極彼此的連接。同時，做成兩連接部的電性絕緣之故，鄰接之各多接合型光電變換裝置彼此係可串聯連接。各集成型太陽能電池係在以各最佳條件製造上，可多接合化。因此，比較於單片型之集成型多接合太陽能電池，未有經由對於在上部太陽能電池單元製造過程之下部太陽能電池單元之熱損傷的性能惡化，或在集成化過程之良品率下降之虞。即，成為可以高良品率得到使性能提昇之集成型多接合光電變換裝置。
如根據本發明第6形態，提供具備：含有於透明電極層上，具有上部發電部，和呈與前述上部發電部分離加以配置之上部導電部，集成於前述上部發電部及前述上部導電部之各最表層設置有上部導電性薄膜層之上部光電變換單元之上部光電變換模組，和於背面電極層上，具有與上部發電部分光感度不同之下部發電部，和呈與前述下部發電部分離加以配置之下部導電部，集成於前述下部發電部及前述下部導電部之各最表層設置有下部導電性薄膜層之下部光電變換單元之下部光電變換模組，和透明絕緣材料，和分散於前述透明絕緣材料中的導電性微粒子的異向性導電黏接層，於前述異向性導電黏接層之一方的面鄰接前述上部導電性薄膜層，於前述異向性導電黏接層之另一方的面鄰接前述下部導電性薄膜層，對應特定之上部光電變換單元之上部發電部與特定之下部光電變換單元之下部發電部，且特定之下部光電變換單元之下部導電部則與鄰接於特定之上部光電變換單元的上部光電變換單元之上部導電部對應，前述對應之上部發電部與下部發電部則藉由前述異向性導電黏接層而電性加以串聯連接，前述對應之上部導電部與下部導電部則藉由前述異向性導電黏接層而電性加以連接之集成型多接合光電變換裝置。
如根據第6形態，上部光電變換模組與下部光電變換模組係經由異向性導電黏接層而加以接合。上部光電變換單元與下部光電變換單元係成為藉由異向性導電黏接層而電性加以串聯連接之多接合光電變換單元。上部導電部與下部導電部係成為藉由異向性導電黏接層而電性加以串聯連接透明電極層與背面電極層之導電構件。鄰接之多接合光電變換單元係成為經由前述導電構件而電性加以串聯連接之集成型多接合光電變換裝置。異向性導電黏接層係於面內方向為絕緣之故，無需擔心在鄰接之光電變換單元彼此之電流洩漏。
本發明第7形態，提供具備：於透明電極層上，集成化上部發電部，和與前述上部發電部分離之上部導電部，和於前述上部發電部及前述上部導電部之各最表層具有上部導電性薄膜層之上部光電變換單元而製造上部光電變換模組之工程，和於背面電極層上，集成化下部發電部，和與前述下部發電部分離之下部導電部，和於前述下部發電部及前述下部導電部之各最表層具有下部導電性薄膜層之下部光電變換單元而製造下部光電變換模組之工程，和於具有黏接機能之透明絕緣材料，及含有分散於前述透明絕緣材料中之導電性微粒子的異向性導電黏接層之一方的面，鄰接前述上部導電性薄膜層，於前述異向性導電黏接層之另一方的面，鄰接前述下部導電性薄膜層，對應特定之上部光電變換單元之上部發電部與特定之下部光電變換單元之上部發電部，且特定之下部光電變換單元之下部導電部則呈與鄰接於特定之上部光電變換單元的上部光電變換單元之上部導電部對應，配置前述上部光電變換模組與前述異向性導電黏接層與前述下部光電變換模組而作為層積體之工程，和熱壓接前述層積體，接合前述上部光電變換單元與前述異向性導電黏接層與前述下部光電變換單元，及前述上部導電部與前述異向性導電黏接層與前述下部導電部之工程的集成型多接合光電變換裝置之製造方法。
如根據第7形態，從具有不同之分光感度的光電變換模組，可製造集成型多接合光電變換裝置。
如根據本發明，成為可選擇晶格不匹配率，製造溫度的限制少之光電變換層材料。另外，可提供以經由之前所層積的層之物性之限制少的條件，層積之後的層，具有2端子構造之多接合光電變換裝置及集成型多接合光電變換裝置。
有關本發明之多接合光電變換裝置及集成型多接合光電變換裝置係分光感度不同之2以上的光電變換單元則藉由異向性導電黏接層，光學性，且電性加以串聯連接為特徵。
以下，對於有關本發明之多接合光電變換裝置之一實施形態，參照圖面加以說明。
圖1則顯示有關第1實施形態之光電變換裝置1之構成概略圖。
光電變換裝置1係具備pn接合單元2，pn接合單元3，pn接合單元4，導電性半導體層5，及異向性導電黏接層6。另外，光電變換裝置1係具有2端子構造。
pn接合單元2係自p層2b與n層2a所構成之前端單元。pn接合單元3係自p層2d與n層2c所構成之中央單元。pn接合單元4係自p層2f與n層2e所構成之底部單元。前述3個pn接合單元係對應於在各圖5(b)之機械堆疊型太陽能電池之前端單元，中央單元及底部單元的光電變換層。
前述pn接合單元係作為異種太陽能電池所構成，亦可採取pin構造。另外，亦可採取將p型半導體層與n型半導體層之順序作為相反的nip構造，np構造。
在層積pn接合單元2與pn接合單元3與pn接合單元4時，對於各pn接合單元，係於與各鄰接之pn接合單元對向的面，設置導電性薄膜層5。導電性薄膜層5係具有導電性，進行光電變換層之橫方向(面內方向)的電性連接。導電性薄膜層5係例如，如圖1，成為摻雜不純物之低電阻半導體層5a，摻雜不純物之低電阻半導體層低電阻半導體層5b，或柵極電極層5c，柵極電極層5d。在本實施形態中，摻雜不純物之低電阻半導體層係做成於與光電變換層相同種類之半導體，過剩地摻雜不純物之半導體層，但亦可取代此而適用同等之低阻抗之透明導電膜層。
對於摻雜不純物之低電阻半導體層5a與摻雜不純物之低電阻半導體層5b之間係配置一片異向性導電黏接層6a。對於柵極電極層5c與柵極電極層5d之間係配置一片異向性導電黏接層6b。
在本實施形態中，對向之導電性薄膜層5係做成摻雜不純物之低電阻半導體層彼此或柵極電極層彼此，但亦可採取摻雜不純物之低電阻半導體層與柵極電極層之組合。另外，亦可採取作為一方的層構造而於摻雜不純物之低電阻半導體層上設置柵極電極層之2層構造。即，夾持異向性導電黏接層6之兩側的導電性薄膜層5之構造則可於(i)摻雜不純物之低電阻半導體層彼此，(ii)柵極電極層，(iii)摻雜不純物之低電阻半導體層上，任意組合設置柵極電極層之2層構造。
異向性導電黏接層6(在本實施形態中，異向性導電黏接層6a，異向性導電黏接層6b)係主要在流動電流於層積方向的點，具有異向性。在本實施形態中，異向性導電黏接層6係藉由導電性粒子，對於厚度方向係具有電性連接機能，對於與厚度方向垂直之方向係具有絕緣機能。
異向性導電黏接層6係從分散細微之導電性粒子於透明絕緣材料中的素材而成。透明絕緣材料係高透光性，且絕緣性的材料。透明絕緣材料係具有經由更加加壓及加溫之時，黏接於其他的構件之機能。
作為透明絕緣材料，例如使用環氧系黏接劑或丙烯酸系黏接劑等之有機材料。作為透明絕緣材料係例如亦可適用具有上述特性之無機材料。「透明絕緣材料」之「透明」係從光的入射側而視，顯示對於具有位置於異向性導電黏接層6之相反側的光電變換單元之分光感度範圍的波長的光而言之透明性，未限定於可視範圍。
導電性微粒子係可為與透明絕緣材料之組合，且成為具有電性連接層積之分光感度不同之光電變換單元之機能的粒子。
作為導電性微粒子係可使用直徑1μm至50μm之焊球，銅，鎳(例如，Btech公司製的鎳纖維ACF)，石墨，銀，鋁，錫，金及白金的微粒子。或者複數不同金屬所成之合金微粒子(例如，可自日本日立化成工業股份有限公司取得)，聚苯乙烯或丙烯酸等之微粒子則由金或鎳等的金屬薄膜加以被覆的構成(例如，可自Sony Chemical ＆ Information Device Corporation股份有限公司取得)，導電性氧化物之微粒子，導電性半導體之微粒子等。導電性微粒子係具有彈性為佳。
透明絕緣材料中之導電性微粒子的粒徑及密度係異向性導電黏接層6之厚度方向的導電性為充分，即，光電變換單元之阻抗損失則呈未有實質上程度地加以適宜設定。
另外，透明絕緣材料中之導電性微粒子的粒徑及密度係考慮異向性導電黏接層6之光透過率而加以設定為佳。例如，為了控制經由導電性微粒子之光學性的損失，導電性微粒子的粒徑係位於利用透過異向性導電黏接層6的光之位置之光電變換單元為主要吸收的光之波長以下為佳。接著，顯示經由導電性微粒子之密度的異向性導電黏接層6之光透過特性的例。將作為導電性微粒子而使用鎳合金(粒徑：10μm程度)之異向性導電黏接薄片(ACF、厚度：15μm)，做成以2片的無鹼玻璃(厚度：1.1mm，Corning公司製)夾持之層積體。作為異向性導電黏接薄片，係使用於環氧系樹脂中，調配5重量%的鎳合金之ACF1，和調配10重量%的鎳合金之ACF2。
於圖2顯示無鹼玻璃/ACF/無鹼玻璃構造之光透過特性。在同圖中，橫軸係波長，縱軸係光透過率[透過(T)/(1-反射(R))]。如根據圖2，經由導電性微粒子之調配量，層積體的光透過率係生變化。
在本實施形態中，異向性導電黏接層6係使用異向性導電黏接劑而加以形成。作為異向性導電黏接劑，係使用硬化調配有30重量%以下之導電性粒子的環氧系黏接劑或丙烯酸系黏接劑之有機材料。
如圖1堆積各層而配置之層積體係全體加以加熱同時，加壓於壓縮箭頭的範圍(透明導電膜層5a/異向性導電黏接層6a/透明導電膜層5b，及柵極電極層5c/異向性導電黏接層6b/柵極電極層5d之各界面)的方向(接合s之箭頭方向)。經由此而接合s各pn接合單元間。
有關本實施形態之光電變換裝置1係於成為異種光電變換單元之被接合材料的表面，堆積導電性薄膜層5，將異向性導電黏接層6插入於被接合材料間，經由加熱壓接此等而加以製造。在如此之光電變換裝置中，異種光電變換單元係經由導電性薄膜層5與異向性導電黏接層6而機械性‧電性‧光學性地加以接合。
由以異向性導電黏接層6接合異種光電變換單元，如後述之圖6所示，亦可作成機械堆疊太陽能電池模組彼此之機械堆疊型太陽能電池模組。
然而，在本實施形態中，多接合光電變換裝置則成為3段，但可經由電極的配置而作成任意段。
有關第2實施形態之多接合光電變換裝置係層積上部光電變換單元，異向性導電黏接層，及下部光電變換單元之矽系太陽能電池。
然而，在此，矽系係指包含矽(Si)或碳化矽(SiC)或矽化鍺(SiGe)的總稱。
圖3則顯示有關第2實施形態之多接合光電變換裝置10之構成概略圖。在本實施形態中，將位置於對於異向性導電黏接層23而言射入光側之單元作為上部光電變換單元11，將夾持異向性導電黏接層23而位置於上部光電變換單元11之相反側的單元作為下部光電變換單元12。
以下，對於有關本實施形態之多接合光電變換裝置10之製造方法的實施形態加以說明。
在本實施形態中，上部光電變換單元11係覆板型氫化非晶質矽薄膜太陽能電池單元，由基板13a，透明電極層14，非晶質矽光電變換層15，及導電性薄膜層16a所構成。
基板13a係具有高光透過性之構件。例如，基板13a係作成玻璃或透明薄膜等。在本實施形態中，基板13a係使用無鹼玻璃(Corning公司製)。
於基板13a上形成透明電極層14。在形成透明電極層14之工程中，首先經由磁控管濺鍍法，於基板13a上，製膜厚度1000nm的鋁(Al)摻雜氧化鋅(ZnO)薄膜。磁控管濺鍍法的條件係350℃，標靶：作為含有1重量%Al2
O3
的ZnO。之後，將製膜成之Al摻雜ZnO(AZO)薄膜，蝕刻於鹽酸水溶液中，於與AZO薄膜之基板13a相反側表面，形成適當的紋理構造。由此，透明電極層14之平均膜厚係成為500nm程度。
形成於透明電極層14表面之紋理構造係高度及間距同時作為0.1μm以上0.3μm以下之次微米尺寸之凹凸形狀為佳。由作成上述尺寸，對於以非晶質矽所利用之波長範圍的光之封閉，成為適當的凹凸形狀。
然而，透明電極層14係不限於AZO薄膜，而亦可作為以與AZO薄膜同樣方法而形成之Ga摻雜ZnO(GZO)薄膜等。
另外，於透明電極層14的表面形成紋理構造的方法係未限於經由鹽酸的蝕刻，如為可形成所期望之紋理構造的方法即可。例如，亦可為電漿蝕刻等。
接著，於透明電極層14上，經由電漿激發化學氣相堆積法，以基板溫度：180℃形成非晶質矽光電變換層15。非晶質矽光電變換層15係依序堆積厚度30nm之p型非晶質矽膜15a，厚度200nm之i型(無添加)非晶質矽膜15b，及厚度30nm之n型非晶質矽膜15c。
接著，於非晶質矽光電變換層15上形成導電性薄膜層16a。在本實施形態中，導電性薄膜層16a係成為摻雜不純物之低阻抗的半導體層。摻雜不純物之低阻抗的半導體層係成為透明導電膜層。具體而言，由磁控管濺鍍法，將以非加熱所製膜之厚度20nm之SnO2
作成含有10重量%之氧化銦錫(ITO)薄膜。導電性薄膜層16a係亦可作成摻雜Ga或Al的ZnO(GZO，AZO)薄膜等。
在本實施形態中，下部光電變換單元係基底型微結晶矽太陽能電池單元，由基板13b，背面電極層20，微結晶矽光電變換層19及導電性薄膜層16b加以構成。
對於下部光電變換單元12之基板13b係可適用金屬基板或玻璃基板等。在本實施形態中，使用無鹼玻璃(Corning公司製)。
背面電極層20係具有高反射率為佳。在本實施形態中，背面電極層20係由銀(Ag)薄膜與GZO薄膜加以構成。首先，於基板13b上，由磁控管濺鍍法，以非加熱製膜厚度100nm之Ag薄膜20a。之後，於Ag薄膜20a上，將含有5.7重量%Ga2
O3
之ZnO作為標靶，經由磁控管濺鍍法而製膜厚度30nm之GZO薄膜20b。
與背面電極層20之基板13b相反側的表面係具有適當的紋理構造為佳。背面電極層20之表面的紋理構造係可由Ag薄膜之製膜條件，主要由控制製膜溫度與製膜速度而形成。例如，提昇Ag薄膜之製膜溫度，增加Ag的結晶粒徑，使背面電極層20的表面做凹凸化。形成於背面電極層20之表面的紋理構造係對於微結晶矽的光封閉，作為具有適當尺寸之0.3μm至1μm程度之高度及間距的凹凸形狀為佳。
然而，背面電極層20係亦可由摻雜不純物之低阻抗的半導體層/金屬薄膜/摻雜不純物之低阻抗的半導體層加以構成。例如，背面電極層20係從基板側依序成為GZO薄膜/Ag薄膜/GZO薄膜。此情況，首先，於將基板側之GZO薄膜製膜之後，與上部光電變換單元之透明電極層14同樣地，蝕刻處理GZO薄膜的表面而形成凹凸形狀。接著，於具有凹凸形狀之GZO薄膜上，依序製膜Ag薄膜及其他的GZO薄膜。如此作為，於表面形成具有適當的紋理構造之背面電極層20。
接著，經由電漿激發化學氣相堆積法，以基板溫度：180℃形成微結晶矽光電變換層19。微結晶矽光電變換層19係依序堆積厚度30nm之n型微結晶矽膜層19c，厚度1500nm之i型(無添加)微結晶矽膜層19b，厚度30nm之p型微結晶矽膜層19a而成。
接著，於微結晶矽光電變換層19上，將導電性薄膜層16b進行製膜。在本實施形態中，導電性薄膜層16b係摻雜不純物之低阻抗的半導體層，與上部光電變換單元11之導電性薄膜層16a同樣地加以形成。
上部光電變換單元11與下部光電變換單元12係藉由異向性導電黏接層23加以接合。
在本實施形態中，異向性導電黏接層23係使分散導電性微粒子18於透明絕緣材料17中的素材硬化之薄片。作為透明絕緣材料與導電性微粒子，可選擇與第1實施形態同樣的材料。異向性導電黏接層23之厚度係作為16μm。透明絕緣材料17係將環氧樹脂，使用作為主要的黏接劑。導電性微粒子18係作成以Au/Ni薄膜被覆苯乙烯之粒徑4μm的粒子。上述被覆手段係可適當採用電鍍等。導電性微粒子18係於透明絕緣材料17中，以30重量%以下加以調配為佳。由如此作為，可確保由下部光電變換單元12所利用的光量。
異向性導電黏接層23係具有下部光電變換單元12之有效發電吸收波長域，在本實施形態中，在550nm以上的波長域具有80%以上，理想為95%以上的光透過性。
異向性導電黏接層23之折射率係1.2以上2.0以下，理想為1.2以上1.6以下。
上部光電變換單元11與下部光電變換單元12係導電性薄膜層16a及導電性薄膜層16b呈對向地加以配置。對於上部光電變換單元11與下部光電變換單元12之間係插入配置有異向性導電黏接層23之薄片。
對於如此加以配置之上部光電變換單元11/異向性導電黏接層23/下部光電變換單元12之層積體係昇溫至70℃，於層積方向，以加上3秒1MPa的壓力加以暫時接合。
暫時接合後，上部光電變換單元11/異向性導電黏接層23/下部光電變換單元12係昇溫至190℃，以減壓環境，經由加上20秒從1MPa至4MPa的壓力而加以根本接合，成為多接合光電變換裝置10。有關本實施形態之多接合光電變換裝置10係將以各光電變換單元加以發電的電力，自透明電極層14及背面電極層20取出。
在本實施形態中，作為摻雜不純物之低阻抗半導體層係使用ITO薄膜，但由光電變換單元之光電變換層之非晶質矽光電變換層15或微結晶矽光電變換層19之組合，具有進行兩單元之導電接合的機能的構成即可，其材料係未加以限定為導電性氧化物。
如本實施形態，在以往的方法中，於一個基板上依序層積各層而形成之情況，可消解經由在形成第二個光電變換單元之構成薄膜時產生之第一個光電變換單元之n層與第二個光電變換單元之p層之間的接合部的摻雜劑之相互擴散，而性能產生劣化的問題。
圖3的實施形態與圖1的基本構造之對應關係，係成為如以下。
圖3的透明電極層14係對應於圖1之電極。圖3之p型非晶質矽膜層層15a，i型非晶質矽膜層層15b及n型非晶質矽膜層層15c係對應於圖1之pn層2。圖3的導電性薄膜層16a係對應於圖1之低電阻半導體層5a。圖3的異向性導電黏接層23係對應於圖1之異向性導電黏接層6a。圖3的導電性薄膜層b係對應於圖1之摻雜不純物之低阻抗半導體層5b。
圖3之p型微結晶矽膜層19a，i型微結晶矽膜層19b及n型微結晶矽膜層19c係對應於圖1之pn層3。
然而，圖4乃至圖6之第5實施形態乃至第7實施形態，亦成為與前述說明相同對應關係。
另外，上部光電變換單元11及下部光電變換單元12係並非各限定為超直型氫化非晶質矽薄膜太陽能電池單元及基底型微結晶矽太陽能電池單元。上部光電變換單元11與下部光電變換單元12，係亦可為具備將各其他的矽，鍺，矽鍺系IV族，III-V族化合物，II-VI族化合物，或者I-III-VI族化合物作為主要之光電變換層的超直型太陽能電池單元及基底型太陽能電池單元。
另外，上部光電變換單元與下部光電變換單元之pin構造係亦可採取pn構造，將p型半導體層與n型半導體層得順序作為相反的nip構造，np構造。
另外，作為上部發電單元11與下部光電變換單元12係未限定於薄膜太陽能電池單元，亦可作為使用矽，鍺，矽鍺系IV族或III-V族化合物的塊狀的半導體之太陽能電池。
有關第3實施形態之多接合光電變換裝置係異向性導電黏接層的形成方法不同之外，係作為與第1實施形態同樣。
在本實施形態之異向性導電黏接層係使用在液晶顯示器或半導體安裝等所使用之導電性微粒子分散聚合物黏接劑加以形成。導電性微粒子分散聚合物黏接劑係於透明絕緣材料中，分散導電性微粒子，具有流動性。透明絕緣材料與導電性微粒子，可選擇與第1實施形態同樣的構成。作為導電性微粒子分散聚合物黏接劑，例如使用於環氧系黏接劑中，分散以金/鎳等金屬被覆粒子口徑4μm之苯乙烯的導電性微粒子之構成。異向性導電黏接層之光透過率或折射率係作為與第1實施形態同樣。
在本實施形態中，由以下的步驟接合上部光電變換單元與下部光電變換單元。
首先，於上部光電變換單元之導電性薄膜層上，塗佈成為呈厚度16μm之異向性導電黏接層之導電性微粒子分散聚合物黏接劑。
接著，下部光電變換單元之導電性薄膜層則呈接觸於異向性導電黏接層地配置於異向性導電黏接層上。配置下部光電變換單元之時間係在導電性微粒子分散聚合物黏接劑產生硬化前為佳。
如此加以配置之上部光電變換單元/異向性導電黏接層/下部光電變換單元的層積體係昇溫至180℃，於相互對上上部光電變換單元與下部光電變換單元之方向，由加上1MPa的壓力，加以根本接合而成為多接合光電變換裝置。
如根據上述實施形態，由使用導電性微粒子分散聚合物黏接劑，可由較使用硬化含有導電性微粒子之透明絕緣性材料的異向性導電黏接薄片的情況為小壓接壓力，接合上部光電變換單元與下部光電變換單元。
有關第4實施形態之多接合光電變換裝置係異向性導電黏接層的形成方法不同之外，係作為與第1實施形態同樣之構成。
在本實施形態之異向性導電黏接層係使用以聚合物微粒子及導電性微粒子所構成之混合微粒子而形成。
聚合物微粒子係透明絕緣性材料。微粒子聚合物係由進行加熱而交聯化，作為可熔接於其他構件之材質。作為聚合物微粒子之材質係使用聚苯乙烯，丙烯酸系樹脂，具有熱黏接性之乙烯乙酸乙烯共聚物(EVA)或聚乙烯醇(PVA)等，或混合此等的材料。
導電性微粒子係具有導電性及彈性。作為導電性微粒子係例如使用以金或鎳等金屬薄膜被覆聚苯乙烯或丙烯酸系樹脂的材料。
在本實施形態中，混合微粒子的尺寸係有效地反射短波長的光，長波長的光係呈透過地加以選定。混合微粒子的尺寸係0.1μm以上1μm以下為佳。在本實施形態中，混合微粒子的尺寸係作為0.7μm。
聚合物微粒子與導電性微粒子的混合比係呈確保以下部光電變換單元所利用的光量地加以適當決定。
在本實施形態中，由以下的步驟接合上部光電變換單元與下部光電變換單元。
首先，於上部光電變換單元之導電性薄膜層上，適量散佈混合微粒子。在此所指之「適量」係指在作為異向性導電黏接層時，於厚度方向具有導電性，於面方向呈成為絕緣性的量。接著，於散佈之混合微粒子上，呈接合下部光電變換單元之導電性薄膜層地，重疊下部光電變換單元而配置。
如此加以配置之上部光電變換單元/異向性導電黏接層/下部光電變換單元的層積體係昇溫至90℃，於相互對上上部光電變換單元與下部光電變換單元之方向，由加上1MPa的壓力而加以暫時接合。
暫時接合後，成為上部光電變換單元/異向性導電黏接層/下部光電變換單元係昇溫至190℃，經由加上3MPa的壓力之時所接合之根本接合之多接合光電變換裝置。此時，對於異向性導電黏接層中的微粒子間係亦可有間隙。
如根據上述實施形態，異向性導電黏接層係可作為較使用異向性導電黏接薄片或導電性微粒子分散聚合物黏接劑之情況為薄的層而形成。導電性微粒子係具有彈性之故，得到減輕經由接合而導電性微粒子加上於上部光電變換單元及下部光電變換單元之負荷的效果。另外，經由於異向性導電黏接層中之微粒子間有著間隙之時，可作為高光透過性及低折射率的異向性導電黏接層。
有關第5實施形態之多接合光電變換裝置係導電性薄膜層不同之外，係作為與第1實施形態同樣之構成。圖4則顯示有關第5實施形態之多接合光電變換裝置20之構成概略圖。
在本實施形態中，導電性薄膜層26係作成含有摻雜不純物之低阻抗半導體層16與柵極電極層22之2層構成。
首先，於非晶質矽光電變換層15上，作為摻雜不純物之低阻抗半導體層16a，與第1實施形態同樣地製膜ITO薄膜。
對於摻雜不純物之低阻抗半導體層16a上，由磁控管濺鍍法，以非加熱製膜寬度100μm之Ag柵極電極層22a。柵極電極層22a係不限於Ag，而亦可適用為其他的金屬。
下部光電變換單元12之導電性薄膜層16b係作為與上部光電變換單元11同樣的構成，形成於微結晶矽光電變換層19上。
上部光電變換單元11與下部光電變換單元12係柵極電極層22a及柵極電極層22b則在層積方向呈一致地加以配置，以和第2實施形態乃至第4實施形態任一同樣的方法，藉由異向性導電黏接層加以接合。
有關第6實施形態之多接合光電變換裝置係下部光電變換單元具有2層構造之光電變換層為特徵。於圖5顯示有關第6實施形態之光電變換裝置30之構成。
於高透光性的基板33a上，將透明電極層34製膜，形成附透明電極膜基板。在本實施形態中，作為附透明電極膜基板，使用日本旭硝子股份有限公司(AGC)製U基板(膜厚1.1mm，SiO2
)。對於與透明電極膜的基板相反側之表面，形成有著適當凹凸之紋理。前述凹凸係間距及高度則作為0.1μm以上0.3μm以下之次微米尺寸。基板33a為玻璃基板的情況，係加上於透明電極層14，使用於玻璃基板與透明電極膜之間設置鹼性阻障膜(未圖示)之構成亦可。
經由電漿CVD裝置，以減壓環境：30Pa以上300Pa以下，基板溫度：約200℃，作為上部光電變換單元31之光電變換層35，將非晶形矽薄膜所成之p層35a/i層35b/n層35c，從太陽光的入射側依序製膜於透明電極層34上。
在本實施形態中，上部光電變換單元31之光電變換層35之p層35a係將SiH4
，H2
，及CH4
做為主原料，將B2
H6
使用於摻雜氣體，以高頻率電漿反應生成之非晶質之B摻雜SiC膜。p層35a之膜厚係作成4nm以上10nm以下為佳。
上部光電變換單元31之光電變換層35之i層35b係將SiH4
與H2
氣體，以高頻率電漿反應生成之非晶質之Si。i層35b的膜厚係作為100nm以上250nm以下為佳。
上部光電變換單元31之光電變換層35之n層35c係可為將SiH4
，H2
做為主原料，將PH3
使用於摻雜氣體，含有以高頻率電漿反應生成之結晶成分Si膜。n層35c係對於為單膜，在拉曼分光的非晶質之Si成分：480cm2
的強度而言，Si之結晶成分：520cm2
的強度比(以下，拉曼比)為2以上。n層35c的膜厚係作為10nm以上80nm以下為佳。另外，對於前述p層35a與i層35b之間，係為了將界面特性變佳而設置緩衝層(略圖示)亦可。
更且，為了在異向性導電黏接層23與光電變換層35之間形成良好的電性接觸層，於上部光電變換單元31之光電變換層35上，形成導電性薄膜層36a。導電性薄膜層36a係作成50nm以上200nm以下厚度之ITO薄膜。導電性薄膜層36a係經由磁控管濺鍍法，以減壓環境：5Pa以下，基板溫度：約200℃進行製膜。然而，導電性薄膜層36a係取代ITO薄膜而使用摻雜Ga或Al之ZnO薄膜亦可。
對於基板33b上係形成背面電極層40。在本實施形態中，背面電極層40係由導電性氧化物膜40a，金屬電極膜40b，導電性氧化物膜40c加以構成。
導電性氧化物膜40a係例如經由濺鍍裝置，在減壓環境下，以約150℃將ZnO(Ga或Al摻雜ZnO)薄膜進行製膜。Ga或Al的摻雜量係進行適當設定。在本實施形態中，將摻雜4重量%Al之ZnO，以2μm的厚度加以堆積。之後，導電性氧化物膜40a係使用鹽酸或電漿加以蝕刻，成為平均厚度1μm，於表面具有間距及高度同時為1μm程度之凹凸形狀的膜。
金屬電極膜40b係作為厚度100nm的Ag膜，經由濺鍍裝置，在減壓環境，以非加熱進行製膜。
對於金屬電極膜40b上，作為導電性氧化物膜40c，更加地以30nm的厚度，將摻雜4重量%Al之ZnO加以製膜。
接著，於背面電極層40上，形成光電變換層。在本實施形態之光電變換層係由具備將微結晶矽鍺(SiGe)作為主要之i層41b的第2光電變換層41，和具備將微結晶Si作為主要之i層39b的第1光電變換層39加以構成。
首先，於背面電極層40上，經由電漿CVD裝置，以減壓環境：3000Pa以下，基板溫度：約200℃，電漿生成頻率數：40MHz以上100MHz以下，作為第2光電變換層41，依序層積微結晶Si所成之n層41c，微結晶矽鍺(SiGe)所成之i層41b，微結晶Si所成之p層41a。層積的順序係成為與上部光電變換單元相反。
在本實施形態中，第2光電變換層41之n層41c係可為將SiH4
，H2
做為主原料，將PH3
使用於摻雜氣體，含有以高頻率電漿反應生成之結晶成分Si膜。n層41c係以單膜之拉曼比為2以上。n層41c的膜厚係作為10nm以上80nm以下為佳。
第2光電變換層41之i層41b係將SiH4
，GeH4
，H2
氣體含有以高頻率電漿反應生成之結晶成分的SiGe膜。i層41b的膜厚係作為500nm以上2000nm以下為佳。另外，i層膜中的Ge元素組成比係5%以上50%以下為佳。
第2光電變換層41之p層41a係為將SiH4
，H2
做為主原料，將B2
H6
使用於摻雜氣體，含有以高頻率電漿反應生成之結晶成分Si膜。p層41a係以單膜之拉曼比為2以上。p層41a的膜厚係作為10nm以上60nm以下為佳。
另外，為了將界面特性變佳，於n層與i層之間，或者i層與n層之間，設置組成調整層(略圖示)亦可。組成調整層係從i層朝向於n層或p層界面，使Ge的組成比，呈從i層主體的組成比成為0地加以變化。
更且，於下部光電變換單元的第2光電變換層41上，經由電漿CVD裝置，以減壓環境：3000Pa以下，基板溫度：約200℃，電漿生成頻率數：40MHz以上100MHz以下，作為下部光電變換單元的第1光電變換層，依序層積微結晶Si所成之n層39c，i層39b，p層39a。
在本實施形態中，下部光電變換單元的第1光電變換層39之n層39c，p層39a係以和下部光電變換單元的第2光電變換層相同條件，由高頻率電漿CVD加以製作。第1光電變換層39之i層39b係將SiH4
，H2
氣體含有以高頻率電漿反應生成之結晶成分的Si膜。i層39b的膜厚係作為500nm以上2000nm以下為佳。
然而，對於下部光電變換單元的第1光電變換層39與第2光電變換層41之間，係為了調整在第1光電變換層39與第2光電變換層41的發電電流，以2以下的低折射率，600nm以上之光透過率90%以上，插入具有未對於單元之串聯阻抗程度之導電性的透明層亦可。
更且，為了在異向性導電黏接層23與光電變換層39之間形成良好的電性接觸層，與上部光電變換單元31同樣地，於下部光電變換單元32之光電變換層39上，形成導電性薄膜層36b。
上部光電變換單元31與下部光電變換單元32係藉由異向性導電黏接層23而電性串聯連接，形成多接合光電變換單元。
上部光電變換單元31與下部光電變換單元32係由和第2實施形態乃至第4實施形態任一同樣的方法，藉由異向性導電黏接層加以接合。
在前述實施形態中，將下部光電變換單元31的光電變換層作為2層構成，但亦可將上部光電變換單元31的光電變換層作為複層。一般而言，在非晶質矽光電變換層與微結晶矽光電變換層，最佳的製膜條件為不同。因此，於1個光電變換單元，層積複數之光電變換層之情況，複數之光電變換層係結晶(非結晶)狀態則由共通的材料加以選擇為佳。例如，上部光電變換單元31則作為從光入射側依序，具有具備將非晶質Si作為主要之i層的光電變換層，和具備將非晶質SiGe作為主要之i層的其他光電變換層之多接合光電變換單元亦可。
第7實施形態係將上部發電模組作為集成型氫化非晶質矽薄膜太陽能電池，將下部發電模組作為集成型微結晶矽太陽能電池。圖6則顯示有關第7實施形態之集成型多接合光電變換裝置40之構成概略圖。在本實施形態中，上部發電模組與下部發電模組係與第2實施形態乃至第4實施形態同樣地，藉由異向性導電黏接層加以電性連接。
接著，參照圖7對於集成型多接合光電變換裝置50之製造方法加以說明。
在本實施形態中，基板53a係作為面積超過1m2
之大型的基板，使用鈉鈣玻璃基板(例如，1.4m×1.1m×板厚：3.0mm至4.5mm)。基板端面係對於經由熱應力或衝擊等之破損防止，角部刮圓或R面刮圓加工為佳。
作為透明電極層54，將氧化錫膜(SnO2
)做為主成分之透明電極膜，從約500nm至800nm，由熱CVD裝置，以約500℃加以製膜處理。此時，透明電極膜的表面係形成有著適當凹凸之紋理。在本實施形態中，間距及高度則作成0.1μm至0.3μm程度之次微米尺寸之凹凸(未圖示)。作為透明電極層54，加上於透明電極膜，於基板53a與透明電極膜之間，形成鹼阻障膜(未圖示)亦可。鹼阻障膜係將氧化矽膜(SiO2
)，從50nm至150nm，由熱CVD裝置，以約500℃加以製膜處理。
之後，將基板53a設置於X-Y平台，將YAG雷射的第1高次諧波(1064nm)，從與透明電極膜54的基板53a相反側的膜面照射(箭頭A)。對於加工速度呈適當地調整雷射能，將透明電極膜，對於上部光電變換單元的串聯連接方向而言，朝垂直方向相對移動基板53a與雷射光，呈形成第1的溝110a地，從寬度約6mm雷射蝕刻成15mm之特定寬度的長條形。由此，電性絕緣鄰接之透明電極膜。
經由電漿CVD裝置，自減壓環境：30Pa至1000Pa，以基板溫度：約200℃，依序製膜作為光電變換層55之非晶形矽薄膜所成之p層/i層/n層。光電變換層55係將SiH4
氣體與H2
氣體為主原料，製膜於透明電極層54上。從太陽光的入射側，依p層，i層，n層的順序加以層積。光電變換層55係在本實施形態中，p層：將B摻雜之非晶形SiC為主，厚度10nm至30nm、i層：將非晶形Si為主，厚度200nm至350nm、n層：將含有微結晶Si於非晶形Si之p摻雜的Si層為主，厚度30nm至50nm。另外，對於p層與i層之間，係為了界面特性的提升而設置緩衝層亦可。
將基板53a設置於X-Y平台，將雷射二極體激發YAG雷射的第2高次諧波(532nm)，如圖7箭頭B所示，從光電變換層55的膜面側照射。脈衝振盪：作為10kHz至20kHz，對於加工速度呈適當地調整雷射能，將透明電極層54的雷射蝕刻線之約100μm至150μm的橫側，呈形成第2的溝111a地加以雷射蝕刻。另外，其雷射係亦可從基板53a側照射，此情況，因利用以在光電變換層55之非晶形矽層所吸收的能量產生之高蒸氣壓而蝕刻光電變換層55之故，成為可進行更安定之雷射蝕刻加工。雷射蝕刻線之位置係呈未與在前工程之蝕刻線交叉地，考慮決定位置公差而選定。
經由前述蝕刻加工，保持殘留成為基底之透明電極層54的狀態，電性分離鄰接之光電變換層55。
作為導電性薄膜層56a，於光電變換層55上，將GZO膜，膜厚：30nm至100nm，經由濺鍍裝置，以約150℃之基板溫度進行製膜。
將基板53設置於X-Y平台，將雷射二極體激發YAG雷射的第2高次諧波(532nm)，如圖7箭頭C所示，從基板53a側照射。雷射光則由光電變換層55所吸收，利用此時產生之高氣體蒸氣壓，導電性薄膜層56a則產生爆裂而加以去除。脈衝振盪：作為1kHz至50kHz，對於加工速度呈適當地調整雷射能，將透明電極層54的雷射蝕刻線之約250μm至400μm的橫側，呈形成第3的溝112a地加以雷射蝕刻。由此，分離含有鄰接之光電變換層55與導電性薄膜層56a的層彼此。
另外，呈去除形成於第1的溝110a之光電變換層55，和形成於其上方之導電性薄膜層56a地進行雷射蝕刻(箭頭D)，形成第4的溝115a。因此，經由將第4的溝重疊於形成第1的溝之位置之時，可防止發電範圍的減少。然而，第4的溝115a係未必配合第1的溝110a之位置亦可。
然而，在以上為止之工程的雷射光係作為YAG雷射，但有同樣地可使用YVO4雷射或光纖雷射等之構成。
與上部光電變換單元51同樣地，使用鈉鈣玻璃基板53b。
對於基板53b上係形成背面電極層60。在本實施形態中，背面電極層60係從基板53側，依序自導電性氧化物膜60a，金屬電極膜60b，導電性氧化物膜60c加以構成。
導電性氧化物膜60a係例如經由濺鍍裝置，在減壓環境下，以約150℃將ZnO(Ga或Al摻雜ZnO)膜進行製膜。Ga或Al的摻雜量係進行適當設定。在本實施形態中，將摻雜4重量%Al之ZnO，以2μm的厚度加以堆積。之後，導電性氧化物膜60a係使用鹽酸或電漿加以蝕刻，成為平均厚度1μm，於表面具有間距及高度同時為次微米程度之凹凸形狀的膜。然而，在圖6及圖7中，呈容易辨識各光電變換模組的層構成，而省略各層的凹凸形狀圖示。
金屬電極膜60b係作為厚度100nm的Ag膜，經由濺鍍裝置，在減壓環境，以非加熱進行製膜。
對於金屬電極膜60b上，作為導電性氧化物膜60c，更加地以30nm的厚度，將摻雜4重量%Al之ZnO加以製膜。
之後，將基板53b設置於X-Y平台，將YAG雷射的第2高次諧波(532nm)，從背面電極層60的膜面側照射。對於加工速度呈適當地調整雷射能，將背面電極層60，對於下部光電變換單元的串聯連接方向而言，朝垂直方向相對移動基板53b與雷射光，呈形成第1的溝110b地，從寬度約6mm雷射蝕刻成15mm之特定寬度的長條形。由此，電性絕緣鄰接之背面電極層60。
接著，於背面電極層60上，經由電漿CVD裝置，以減壓環境：3000Pa以下，基板溫度：約200℃，電漿產生頻率數：40MHz至100MHz，依序製膜作為光電變換層59之微結晶矽薄膜所成之微結晶n層/微結晶i層/微結晶p層。
光電變換層59係在本實施形態中，微結晶n層：將p摻雜之微結晶Si為主，膜厚20nm~50nm、微結晶i層：將微結晶Si為主，膜厚1.2μm~3.0μm、微結晶p層：B摻雜之微結晶SiC為主，膜厚10nm~50nm。但，微結晶n層係亦可為非晶形n層。
微結晶矽薄膜，特別是對於以電漿CVD法而形成微結晶i層膜，電漿放電電極與基板53b之表面的距離d係作成3mm至10mm為佳。較3mm為小之情況，從對應於大型基板53之製膜室內的各構成機器精確度，保持距離d為一定變為困難之同時，有著過進而放電成為不安定之虞。較10mm為大之情況，不易得到充分之製膜速度(1nm/s以上)之同時，電漿的均一性則下降，經由離子衝擊而膜質則降低。
製膜之光電變換層59係與上部光電變換單元同樣地，實施雷射蝕刻處理。對於光電變換層59上，係與上部光電變換單元同樣地，製膜導電性薄膜層56b之後，加以蝕刻處理。
上部光電變換單元與下部光電變換單元係相互使導電性薄膜層56a及導電性薄膜層56b對向，上部發電模組之第4的溝115a與下部發電模組之第3的溝112b之位置呈一致地加以配置。上部光電變換單元及下部光電變換單元係與第2實施形態乃至第4實施形態同樣地，藉由異向性導電黏接層23加以接合。
依照第3實施形態，使用導電性微粒子分散聚合物黏接劑而形成異向性導電黏接層23之情況，於導電性薄膜層56a上形成異向性導電黏接層之後，實施蝕刻處理亦可。
在本實施形態中，使用聚合物微粒子與導電性微粒子的混合微粒子而形成異向性導電黏接層。在本實施形態中，導電性微粒子58之粒徑係做成較雷射劃線的溝寬為小的尺寸。由如此作為，未產生有跨越雷射劃線的溝之導通。例如，導電性微粒子之混合量則30重量%之情況，微粒子的粒子徑係作成雷射劃線溝寬的1/4以下為佳。由此，微粒子彼此則連結連繫的機率成為1%以下。
在依照前述實施形態所製造之集成型多接合光電變換裝置50，上部光電變換模組或下部光電變換模組係鄰接於面內方向之光電變換單元間則加以電性分離。另外，異向性導電黏接層23係鄰接之導電性微粒子58則藉由透明絕緣材料57而存在之故，對於面內方向係為絕緣性。但異向性導電黏接層23係於厚度方向具有導電性之故，可同時得到導電性薄膜層56a與導電性薄膜層56b之間的電性連接，及透明電極層54與背面電極層60之間的電性連接。即，鄰接之各多接合太陽能電池彼此係串聯地加以電性連接。另外，基板輸出係可從透明電極層54及背面電極層60取出。
另外，在圖7中，對向之導電性薄膜層56a及導電性薄膜層56b則與透明電極層54做比較，橫方向(面內方向)的阻抗未有大的變化情況，將第4的溝115設置於上部光電變換模組51與下部光電變換模組52，但使用摻雜比較於導電性薄膜層56，橫方向(面內方向)的阻抗相當高的不純物之半導體層或柵極電極層之情況，係未將第4的溝線115設置於上部光電變換模組51與下部光電變換模組52亦可。
適用於將在以上實施例的pin構造作成相反順序之矽系薄膜太陽能電池，其他的矽，鍺，矽鍺系IV族太陽能電池或I-III-VI族化合物，III-V族化合物，II-VI族化合物太陽能電池之情況，亦可明白同樣地實施本發明。
另外，在作為各集成型太陽能電池的連接側之最上層，取代摻雜不純物之低阻抗半導體層而利用柵極電極層的矽，鍺，矽鍺系IV族太陽能電池或I-III-VI族化合物，III-V族化合物，II-VI族化合物太陽能電池，亦可明白可同樣地實施本發明。
本發明係提供經由將具有電性，光學性機能之異種半導體，藉由含有導電性微粒子之透明絕緣材料加以接合之時，兼具各半導體機能之新的裝置。例如經由將分光感度不同之光電變換層，藉由含有導電性微粒子之透明絕緣材料加以接合，成為可在廣波長範圍具有感度之高效率多接合型太陽能電池及集成型多接合光電變換裝置之製造。
1、10、20、30、50．．．多接合光電變換裝置
2、3、4．．．光電變換單元
5、16、26、36．．．導電性薄膜層
6、23．．．異向性導電黏接層
11、31．．．上部光電變換單元
12、32．．．下部光電變換單元
13、33、53．．．基板
14、34、54．．．透明電極層
15、35、55．．．非晶質矽光電變換層
17、57．．．透明絕緣性材料
18、58．．．導電性微粒子
19、39、59．．．微結晶矽光電變換層
20、40、60．．．背面電極層
41．．．微結晶矽鍺光電變換層
51．．．上部光電變換模組
52．．．下部光電變換模組
110．．．第1的溝
111．．．第2的溝
112．．．第3的溝
115．．．第4的溝
圖1則顯示有關第1實施形態之光電變換裝置1之構成概略圖。
圖2則顯示無鹼玻璃/ACF/無鹼玻璃構造之光透過性的圖表。
圖3則顯示有關第2實施形態之多接合光電變換裝置10之構成概略圖。
圖4則顯示有關第5實施形態之多接合光電變換裝置20之構成概略圖。
圖5則顯示有關第6實施形態之光電變換裝置30之構成概略圖。
圖6則顯示有關第7實施形態之光電變換裝置40之構成概略圖。
圖7則說明有關第7實施形態之光電變換裝置40之製造方法的圖。
圖8則顯示以往之多接合光電變換裝置之構成概略圖。
圖9則顯示以往之多接合光電變換裝置之構成概略圖。
2、3、4．．．光電變換單元
2a．．．n層
2b．．．p層
5a．．．低電阻半導體層
6a．．．異向性導電黏接層
5b．．．低阻抗半導體層
2c．．．n層
2d．．．p層
5c．．．柵極電極層
6b．．．異向性導電黏接層
5d．．．柵極電極層
2e．．．n層
2f．．．p層
1．．．多接合光電變換裝置
Claims (7)
- 一種集成型多接合光電變換裝置，其特徵乃具備：於透明電極層上，具有上部發電部，和呈與前述上部發電部分離而加以配置之上部導電部，於前述上部發電部及前述上部導電部各最表層，層積化設置有上部導電性薄膜層之上部光電變換單元之上部光電變換模組；和於背面電極層上，具有與上部發電部分光感度不同之下部發電部，和呈與前述下部發電部分離而加以配置之下部導電部，於前述下部發電部及前述下部導電部各最表層，層積化設置有下部導電性薄膜層之下部光電變換單元之下部光電變換模組；和含有透明絕緣材料和分散於前述透明絕緣材料中之導電性微粒子的異向性導電黏接層；於前述異向性導電黏接層之一方的面，鄰接有前述上部導電性薄膜層，於前述異向性導電黏接層之另一方的面，鄰接有前述下部導電性薄膜層，對應特定之上部光電變換單元之上部發電部與特定之下部光電變換單元之下部發電部，且特定之下部光電變換單元之下部導電部與鄰接於特定之上部光電變換單元之上部光電變換單元的上部導電部對應，前述對應之上部發電部與下部發電部藉由前述異向性導電黏接層而電性地加以串聯連接，前述對應之上部導電部與下部導電部藉由前述異向性 導電黏接層而加以電性連接。
- 如申請專利範圍第1項記載之集成型多接合光電變換裝置，其中，前述異向性導電性黏層係前述下部發電部對於主要吸收之波長範圍的光而言，具有80%以上的光透過率。
- 如申請專利範圍第1項或第2項記載之集成型多接合光電變換裝置，其中，前述異向性導電黏接層之折射率係1.2以上2.0以下。
- 如申請專利範圍第1項至第3項任一記載之集成型多接合光電變換裝置，其中，前述上部發電部主要為非晶質矽，前述透明電極層係於與上部透光性基板相反側的表面具有紋理構造，前述紋理構造具有0.1μm以上0.3μm以下的間距及高度的凹凸形狀。
- 如申請專利範圍第1項至第4項任一記載之集成型多接合光電變換裝置，其中，前述下部發電部主要為微結晶矽，前述背面電極層係於與下部基板相反側的表面具有紋理構造，前述紋理構造具有0.3μm以上1μm以下的間距及高度的凹凸形狀。
- 一種集成型多接合光電變換裝置之製造方法，其特徵乃具備：於透明電極層上，集成化上部發電部，和與前 述上部發電部分離之上部導電部，和於前述上部發電部及前述上部導電部之各最表層具有上部導電性薄膜層之上部光電變換單元而製造上部光電變換模組之工程；和於背面電極層上，集成化與前述上部發電部分光感度不同之下部發電部，和與前述下部發電部分離之下部導電部，和於前述下部發電部及前述下部導電部之各最表層具有下部導電性薄膜層之下部光電變換單元而製造下部光電變換模組之工程；和於具有黏接機能之透明絕緣材料，及含有分散於前述透明絕緣材料中之導電性微粒子的異向性導電黏接層之一方的面，鄰接前述上部導電性薄膜層，於前述異向性導電黏接層之另一方的面，鄰接前述下部導電性薄膜層，對應特定之上部光電變換單元之上部發電部與特定之下部光電變換單元之上部發電部，且特定之下部光電變換單元之下部導電部則呈與鄰接於特定之上部光電變換單元的上部光電變換單元之上部導電部對應，配置前述上部光電變換模組與前述異向性導電黏接層與前述下部光電變換模組而作為層積體之工程；和熱壓接前述層積體，接合前述上部光電變換單元與前述異向性導電黏接層與前述下部光電變換單元，及前述上部導電部與前述異向性導電黏接層與前述下部導電部之工程。
- 如申請專利範圍第6項記載之集成型多接合光電變換裝置之製造方法，其特徵乃將前述異向性導電黏接層， 使用異向性導電黏接薄片、金屬粒子分散聚合物黏接劑，或以聚合物微粒子及導電性微粒子所構成之混合微粒子之任一而形成。
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