WO2012023260A1 - 光電変換装置およびその製造方法 - Google Patents

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photoelectric conversion
wiring
conversion device
output wiring
current collecting
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PCT/JP2011/004509
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聡生 柳浦
悟 小笠原
和司 石木
亮治 内藤
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三洋電機株式会社
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a photoelectric conversion device and a manufacturing method thereof.
  • a photoelectric conversion device in which semiconductor thin films such as amorphous and microcrystals are stacked is used.
  • a transparent electrode layer 112 As shown in FIG. 11, in the photoelectric conversion device 300, a transparent electrode layer 112, a photoelectric conversion layer 114, and a back electrode 116 are formed on a glass substrate 110, and a plurality of photoelectric conversion cells 150 are formed.
  • a current collecting wiring 118 is connected to the back electrode 116 located at the end of the glass substrate 110 in order to collect the generated power.
  • the output wiring 122 is connected to the current collection wiring 118, and the generated electric power is output outside.
  • a filler 128 for sealing the current collecting wiring 118, the insulating member 120, and the output wiring 122 between the photoelectric conversion cell 150 and the back surface protective material 130 ( EVA) is arranged, and the photoelectric conversion device 300 is formed.
  • a single-layer body made of a resin such as PET or a laminated body with a metal foil sandwiched therebetween is used as the back surface protective material 130.
  • Single-layer bodies and laminates made of these resins do not play a role as structures. Therefore, the strength of the photoelectric conversion device 300 is increased by attaching a frame made of aluminum or the like as a structural member around the photoelectric conversion device 300.
  • the cost of the photoelectric conversion device 300 is increased by providing the frame made of aluminum or the like, glass can be used for the back surface protective member 130 without providing the frame, and the role as a structure can be provided. Proposed.
  • the current collector wiring 118 and the output wiring 122 are connected so as to overlap each other, a convex portion is formed in a region 170 on the glass substrate 110 where the current collector wiring 118 and the output wiring 122 are connected. Is done.
  • glass unlike a resin or the like, it does not deform flexibly according to the unevenness. For this reason, when pressure is applied to the glass substrate 110 from the back surface protective material 130 side in the vacuum laminating process performed when forming the module, the force concentrates on the back surface protective material 130 in the vicinity of the convex portion, and the back surface protective material 130 There is a problem that distortion and cracking may occur, resulting in a low yield.
  • One aspect of the photoelectric conversion device of the present invention is connected to a substrate, a plurality of photoelectric conversion cells formed on the main surface of the substrate, a current collecting wiring formed on the plurality of photoelectric conversion cells, and a current collecting wiring. And a back surface protective material bonded via a filler so as to sandwich a plurality of photoelectric conversion cells on the main surface of the substrate, and a current collecting wiring and an output wiring Are arranged so as not to overlap with the main surface of the substrate.
  • One aspect of the method for producing a photoelectric conversion device of the present invention includes a step of forming a plurality of photoelectric conversion cells on a main surface of a substrate and a step of forming a current collector wiring for collecting currents of the plurality of photoelectric conversion cells. And a step of forming an output wiring for outputting the power of the current collecting wiring to the outside, and a step of bonding a back surface protective material via a filler so as to sandwich a plurality of photoelectric conversion cells on the main surface of the substrate.
  • the current collector wiring and the output wiring are arranged so as not to overlap each other on the main surface of the substrate.
  • the present invention it is possible to increase the yield in the method for manufacturing a photoelectric conversion device, and to provide a low-cost photoelectric conversion device.
  • FIG. 1 is a plan view of the photoelectric conversion device 100 as viewed from the back side opposite to the light receiving surface.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line BB in FIG.
  • the filler 28 and the back surface protection material 30 are not shown, and portions that are not actually seen overlapped are indicated by broken lines.
  • the dimensions of each part are shown different from actual ones in order to clearly show the configuration.
  • the photoelectric conversion device 100 includes a substrate 10, a transparent electrode layer 12, a photoelectric conversion layer 14, a back electrode 16, a current collector wiring 18, an insulating member 20, an output wiring 22, and an insulating coating material 24. , The end sealing material 26, the filler 28, the back surface protection material 30, and the terminal box 32.
  • the substrate 10 is a member that supports the photoelectric conversion device 100, and glass is used.
  • a transparent electrode layer 12 is formed in a strip shape.
  • the transparent electrode layer 12 has a configuration in which a first slit S1 for forming a configuration in which a plurality of photoelectric conversion cells 50 are connected in series is formed and patterned into a strip shape, and the photoelectric conversion cells 50 are divided in parallel.
  • a second slit S2 is formed.
  • the transparent electrode layer 12 is doped with tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO), etc. with tin (Sn), antimony (Sb), fluorine (F), aluminum (Al), etc.
  • the transparent conductive oxides it is preferable to use at least one kind or a combination of plural kinds.
  • zinc oxide is preferable because it has high translucency, low resistivity, and excellent plasma resistance. Therefore, in this embodiment, zinc oxide is used as the transparent electrode layer 12.
  • the photoelectric conversion layer 14 may be a thin film photoelectric conversion layer such as an amorphous silicon thin film photoelectric conversion layer or a microcrystalline silicon thin film photoelectric conversion layer. Alternatively, a tandem or triple photoelectric conversion layer in which these photoelectric conversion layers are stacked may be used.
  • a back electrode 16 is formed on the photoelectric conversion layer 14.
  • the back electrode 16 may be a single layer or a laminate having conductivity, and preferably has a structure in which a transparent conductive oxide and a reflective metal are laminated in this order.
  • a transparent conductive oxide such as tin oxide, zinc oxide, indium tin oxide or the like, or an impurity doped with these transparent conductive oxides can be used.
  • zinc oxide doped with aluminum as an impurity may be used.
  • a reflective metal metals, such as silver (Ag) and aluminum (Al), can be used. It is preferable that at least one of the transparent conductive oxide and the reflective metal is provided with unevenness for enhancing the light confinement effect.
  • a laminate of silver as a reflective metal on zinc oxide is used as the back electrode 16.
  • the photoelectric conversion layer 14 is formed with a third slit S3 that extends in the extending direction of the first slit S1 and exposes the transparent electrode 12, and is embedded with the back electrode 16 so that the transparent electrode 12 and the back electrode 16 are embedded. Are electrically connected. Further, the photoelectric conversion layer 14 and the back electrode 16 are formed with a fourth slit S4 extending in the extending direction of the first slit S1. More specifically, a fourth slit S4 is formed on the opposite side of the first slit S1 with respect to the third slit S3, and a plurality of photoelectric conversion cells 50 are connected in series.
  • the current collection wiring 18 is extended on the back surface electrode 16 of the photoelectric conversion cell 50 located in the both ends of the photoelectric conversion apparatus 100.
  • FIG. The current collecting wiring 18 is a wiring for collecting current from the photoelectric conversion cells 50 divided in parallel. Therefore, the current collector wiring 18 is extended along the extending direction of the first slit S1 of the photoelectric conversion layer 14. With the current collector wiring 18, the positive electrodes and the negative electrodes of the plurality of photoelectric conversion cells 50 connected in series are connected in parallel.
  • an insulating member 20 is disposed in order to form electrical insulation between an output wiring 22 and a back electrode 16 described later.
  • the insulating member 20 has a second slit on the back electrode 16 across the fourth slit S4 from the vicinity of the current collector wiring 18 provided along the edge of the photoelectric conversion device 100 to the arrangement position of the central terminal box 32. It extends along the extending direction of S2.
  • the insulating member 20 extends in the left-right direction from the vicinity of the left and right current collecting wires 18 toward the terminal box 32.
  • a PET tape is used as the insulating member 20 and is disposed so as to adhere to the back electrode 16.
  • the insulating member 20 is preferably composed of an insulating material having a resistivity of 10 16 ( ⁇ cm) or more.
  • an insulating material having a resistivity of 10 16 ( ⁇ cm) or more.
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PI polyimide
  • PVF polyvinyl fluoride
  • the output wiring 22 is extended from the current collecting wiring 18 at both ends onto the insulating member 20 toward the central portion of the photoelectric conversion device 100 along the extending direction of the second slit S2.
  • the insulating member 20 is sandwiched between the current collector wiring 18 and the back electrode 16
  • electrical insulation between the output wiring 22 and the back electrode 16 is maintained.
  • one end of the output wiring 22 extends to the side wall of the current collecting wiring 18 and is electrically connected to the current collecting wiring 18.
  • the other end of the output wiring 22 is connected to an electrode terminal in a terminal box 32 described later. Thereby, the electric power generated by the plurality of photoelectric conversion cells 50 is taken out of the photoelectric conversion apparatus 100.
  • the side walls of the current collector wiring 18 and the output wiring 22, that is, the surfaces perpendicular to the main surface of the substrate 10 are in contact with each other. Are electrically connected. Therefore, in the region 70 where the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 in FIG. 1 are connected, the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 are arranged so as not to overlap each other on the main surface of the substrate 10. Note that the contact between the surfaces is not only a state in which the surfaces are in direct contact with each other, but other members such as solder and conductive paste are interposed between the surfaces and indirectly in contact with each other. Includes connected status.
  • the output wiring 22 a copper wiring covered with solder having a width of 4 mm and a thickness of 140 ⁇ m is used.
  • the current collector wiring 18 and the output wiring 22 are ensured in physical contact and electrical conductivity by interposing solder between the copper wirings as the respective base materials.
  • the insulating coating material 24 is provided so as to cover at least a part of the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, the back electrode 16, the current collector wiring 18, and the output wiring 22 located in the vicinity of an end sealing material 26 described later. It is done.
  • the insulating coating material 24 covers the ends of the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, the back electrode 16, the current collector wiring 18, and the output wiring 22.
  • the photoelectric conversion layer 14 extends along the extending direction of the first slit S1. Specifically, the insulating coating material 24 covers the entire surface of the current collector wiring 18, the end portions of the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14 and the back electrode 16, and a part of the surface of the output wiring 22. Is arranged.
  • the insulating coating material 24 is preferably composed of an insulating material having a resistivity of 10 16 ( ⁇ cm) or more.
  • an insulating material having a resistivity of 10 16 ( ⁇ cm) or more For example, PE, PET, PEN, PI, PVF and the like are preferable.
  • the insulating coating material 24 has a tape shape, a sheet shape, or a film shape, and has a back surface coated with an adhesive in a seal shape. Therefore, in this embodiment, a PET tape is used as the insulating coating material 24.
  • the end sealant 26 is disposed in a portion (width of about 7 mm to 15 mm) around the end of the photoelectric conversion device 100 where the photoelectric conversion cell 50 is not formed.
  • the end sealing material 26 is an insulating material having a resistivity of 10 10 ( ⁇ cm) or more.
  • the end sealing material 26 is preferably made of a material having low moisture permeability in order to prevent moisture from entering from the end of the photoelectric conversion device 100.
  • the end sealing material 26 is preferably made of a material having a moisture permeability lower than that of the filler 28.
  • the end sealant 26 is preferably an epoxy resin or a butyl resin, and more specifically, hot melt butyl that is easy to apply and bond at high temperatures.
  • the end sealing material 26 is formed to have a width of about 6 mm to 10 mm and a thickness of about 0.05 mm to 0.2 mm thicker than the thickness of the filler 28.
  • the region surrounded by the end sealing material 26 is sealed by the substrate 10 and the back surface protection material 30.
  • the back surface protective material 30 is preferably made of a material having electrical insulation, low moisture permeability, and high corrosion resistance.
  • a region sealed with the substrate 10, the end sealing material 26, and the back surface protection material 30 is filled with a filler 28.
  • the filler 28 is an insulating material. More specifically, an insulating resin having a resistivity of about 10 14 ( ⁇ cm) is preferable. For example, ethylene vinyl acetate copolymer resin (EVA) or polyvinyl bratil (PVB) is preferable. is there. Therefore, in this embodiment, EVA is used as the filler 28.
  • the output wiring 22 is drawn out from the back surface protection material 30 and connected to the terminal box 32 formed on the back surface protection material 30.
  • the photoelectric conversion device 100 is configured.
  • a glass substrate is used as the substrate 10.
  • any material that is transparent at least in the visible light wavelength region can be used so that light can enter from the substrate 10 side. Good. Therefore, for example, a plastic substrate can be applied.
  • the photoelectric conversion layer 14 has a pin junction, but the present invention is not limited to this and may have a pn junction as a basic structure. Furthermore, the photoelectric conversion layer 14 is made of, for example, cadmium tellurium, CIS (copper, indium, selenium), CIGS (copper, indium, gallium, selenium), or the like, in addition to the silicon-based photoelectric conversion layer as in the above embodiments. A non-silicon-based photoelectric conversion layer can be used.
  • the current collector wiring 18 is formed in the photoelectric conversion cells 50 at both ends, but the position of the current collector wiring 18 is not limited to the photoelectric conversion cells 50 at both ends.
  • the flat side surface of the ribbon-shaped output wiring 22 is connected to the flat side wall of one ribbon-shaped current collecting wiring 18 extending on the photoelectric conversion cell 50.
  • a connection portion 18 a having a shape in which the side on the center side of the substrate 10 is recessed is formed at a portion where the output wiring 22 of the current collecting wiring 18 is connected.
  • the output wiring 22 may be formed with a connection portion 22a having a shape corresponding to the connection portion 18a, and arranged so that the connection portion 18a and the connection portion 22a mesh with each other to form a T-shaped wiring.
  • the output wiring 22 may be arranged between the two ribbon-shaped current collecting wirings 18 b and 18 c on the photoelectric conversion cell 50 to form a T-shaped wiring.
  • the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 may be configured such that at least one of the surfaces of the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 is uneven. As a result, a large amount of solder can be secured to the joint surface by the irregularities formed on at least one surface of the current collecting wiring 18 and the output wiring 22, and the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 are more connected to each other through this much solder. It can be connected well.
  • “at least one surface of the joint surface between the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 has irregularities” means that each joint surface of the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 has the current collecting wiring 18 and It can be said that when the output wiring 22 is joined, it has a shape that creates a gap in the joining region.
  • at least one joint surface (side surface) of the current collector wiring 18 and the output wiring 22 may be inclined, and the joint surfaces may be non-parallel.
  • a curved surface may be formed on at least one joint surface of the current collecting wiring 18 and the output wiring 22.
  • FIG. 12 is an enlarged plan view showing a characteristic part of the structure of the photoelectric conversion device in Modification 1 of the first embodiment of the present invention.
  • the side surface 22b on the tip side facing the current collecting wiring 18 is inclined. Therefore, when the output wiring 22 and the current collecting wiring 18 are joined, the side surface 22b of the output wiring 22 and the side surface 18d of the current collecting wiring 18 become non-parallel, and the side surface 22b of the output wiring 22 and the side surface of the current collecting wiring 18 A gap is formed between the gap 18d and a large amount of solder 23 can be retained in the gap.
  • the current collector wiring 18 and the output wiring 22 are better connected through the many solders 23.
  • FIG. 13 is an enlarged plan view showing a characteristic part of the structure of the photoelectric conversion device according to the second modification of the first embodiment of the present invention.
  • the output wiring 22 shown in FIG. 13 has a rounded corner portion 22c facing the current collecting wiring 18. Therefore, when the output wiring 22 and the current collecting wiring 18 are joined, a gap is generated between the corner portion 22c of the output wiring 22 and the side face 18d of the current collecting wiring 18, and a large amount of solder 23 is retained in the gap. it can.
  • the current collector wiring 18 and the output wiring 22 are better connected through the many solders 23.
  • FIG. 14 is an enlarged plan view showing a characteristic part of the structure of the photoelectric conversion device in Modification 3 of the first embodiment of the present invention.
  • the side surface 22d on the tip side facing the current collecting wiring 18 is processed to be uneven. For this reason, when the output wiring 22 and the current collecting wiring 18 are joined, a gap is formed between the side surface 22d of the output wiring 22 and the side surface 18d of the current collecting wiring 18, and a large amount of solder 23 can be retained in the gap. .
  • the current collector wiring 18 and the output wiring 22 are better connected through the many solders 23.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing the structure of the photoelectric conversion device in Modification 4 of the first embodiment of the present invention.
  • the side surface 22e on the tip side facing the current collecting wiring 18 is inclined.
  • the side surface 22e is inclined so that the end of the output wiring 22 on the substrate 10 side is closer to the current collector wiring 18 than the end of the output wiring 22 on the back surface protection material 30 side.
  • the side surface 22e may be inclined so that the end of the output wiring 22 on the back surface protection material 30 side is closer to the current collector wiring 18 than the end of the output wiring 22 on the substrate 10 side.
  • the side surface 22e By forming the side surface 22e having such a shape, when the output wiring 22 and the current collecting wiring 18 are joined, the side surface 22e of the output wiring 22 and the side surface 18d of the current collecting wiring 18 become non-parallel, A gap is formed between the side surface 22e of the output wiring 22 and the side surface 18d of the current collecting wiring 18, and a large amount of solder 23 can be retained in the gap.
  • the current collector wiring 18 and the output wiring 22 are better connected through the many solders 23.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of the photoelectric conversion device in Modification 5 of the first embodiment of the present invention.
  • the current collecting wiring 18 shown in FIG. 16 has a rounded corner 18e on the side surface facing the output wiring 22 in the cross section. Therefore, when the output wiring 22 and the current collecting wiring 18 are joined, a gap is generated between the side surface 22f of the output wiring 22 and the corner 18e of the current collecting wiring 18, and a large amount of solder 23 is retained in the gap. it can.
  • the current collector wiring 18 and the output wiring 22 are better connected through the many solders 23.
  • FIGS. 7 and 8 are cross-sectional views for explaining a manufacturing process along lines AA and BB in FIG.
  • a substrate 10 made of glass is prepared.
  • the transparent electrode layer 12 is formed on the substrate 10 by using a sputtering method or a CVD method.
  • the transparent electrode layer 12 is patterned in a strip shape by irradiating a laser.
  • the photoelectric conversion cells 50 are connected in series, the first slit S1 is formed and divided in the transparent electrode layer 12 along the vertical direction of FIG.
  • the second slit S2 is formed in the transparent electrode layer 12 along the left-right direction in FIG.
  • the transparent electrode layer 12 can be patterned using a YAG laser having a wavelength of 1064 nm, an energy density of 13 J / cm 2 , and a pulse frequency of 3 kHz.
  • the photoelectric conversion layer 14 is formed on the transparent electrode layer 12.
  • the photoelectric conversion layer 14 formed by sequentially laminating an amorphous silicon thin film photoelectric conversion layer and a microcrystalline silicon thin film photoelectric conversion layer is formed.
  • the amorphous silicon thin film photoelectric conversion layer and the microcrystalline silicon thin film photoelectric conversion layer are composed of silicon-containing gas such as silane (SiH 4 ), disilane (Si 2 H 6 ), dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ), diborane (B 2 H 6 ).
  • a plasma chemical vapor deposition method in which a film is formed by converting a mixed gas obtained by mixing a p-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ) and an n-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 ) and a diluent gas such as hydrogen (H 2 ) (CVD method).
  • a p-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 )
  • an n-type dopant-containing gas such as phosphine (PH 3 )
  • a diluent gas such as hydrogen (H 2 )
  • H 2 hydrogen
  • the photoelectric conversion layer 14 is patterned into a strip shape with a laser.
  • the YAG laser is irradiated to a position 50 ⁇ m lateral from the first slit S1 that divides the transparent electrode layer 12 to form a third slit S3, and the photoelectric conversion layer 14 is patterned into a strip shape.
  • a YAG laser having an energy density of 0.7 J / cm 2 and a pulse frequency of 3 kHz is preferably used.
  • a back electrode 16 made of a transparent conductive oxide and a reflective metal is formed on the photoelectric conversion layer 14. Note that the back electrode 16 is filled in the third slit S3. Thereby, the transparent electrode layer 12 and the back surface electrode 16 contact, and are electrically connected.
  • the back electrode 16 can be formed by, for example, a sputtering method or a CVD method.
  • the back surface electrode 16 is patterned in strip shape.
  • a YAG laser is irradiated to a position 50 ⁇ m lateral from the position of the third slit S3 for patterning the photoelectric conversion layer 14 to form a fourth slit S4, and the back electrode 16 is patterned into a strip shape.
  • the 5th slit S5 which divides
  • the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, and the back electrode 16 are laminated on the substrate 10 to form the photoelectric conversion cell 50.
  • the current collecting wiring 18 is extended on the back electrode 16 of the photoelectric conversion cell 50.
  • the current collector wiring 18 extends on the back electrode 16 across the second slit S2 and the fifth slit S5.
  • the current collection wiring 18 is extended along the up-down direction in the left-right edge in FIG.
  • the photoelectric conversion layer not having the photoelectric conversion function does not straddle the second slit S2 and the fifth slit S5 in the vicinity of the edge.
  • the current collector wiring 18 is electrically connected to the back electrode 16 by solder melted by ultrasonic waves.
  • the insulating member 20 has a second slit on the back electrode 16 across the fourth slit S4 from the vicinity of the current collector wiring 18 to the arrangement position of the terminal box 32 in the center. It extends along the extending direction of S2.
  • the insulating member 20 extends in the left-right direction from the vicinity of the left and right current collecting wires 18 toward the terminal box 32.
  • a PET tape is used as the insulating member 20 and is adhered to the back electrode 16.
  • the output wiring 22 extends from the current collecting wiring 18 along the insulating member 20 toward the central portion of the photoelectric conversion device 100.
  • One end of the output wiring 22 is electrically connected to the current collecting wiring 18 by solder melted by ultrasonic waves, and the other end of the output wiring 22 is connected to an electrode terminal in a terminal box 32 described later. Thereby, the electric power generated by the plurality of photoelectric conversion cells 50 can be taken out of the photoelectric conversion apparatus 100.
  • the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 are perpendicular to the main surface of the substrate 10 as shown in FIG.
  • the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 are arranged and electrically connected so that they are in contact with each other.
  • the current collecting wiring 18 and the output wiring 22 are arranged so as not to overlap each other on the main surface of the substrate 10.
  • an insulating coating material 24 is provided.
  • the insulating covering material 24 covers the first slit S ⁇ b> 1 so as to cover at least the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, the back surface electrode 16, the current collector wiring 18, and the output wiring 22 located in the vicinity of the end sealing material 26 described later. It extends along the extending direction. Note that a PET tape is used as the insulating coating material 24.
  • an end sealant 26 is disposed.
  • the end sealant 26 is disposed in a portion (width of about 7 mm to 15 mm) around the end of the photoelectric conversion device 100 where the photoelectric conversion cell 50 is not formed.
  • the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, and the back electrode 16 are formed when the photoelectric conversion cell 50 is formed.
  • the film may be formed by masking the periphery of the substrate 10 using a frame member, or the photoelectric conversion cells around the edge of the photoelectric conversion device 100 by laser, sandblasting or etching after the photoelectric conversion cell 50 is formed. 50 may be removed.
  • the end sealant 26 is provided by applying hot-melt butyl to a portion where the photoelectric conversion cell 50 around the end of the photoelectric conversion device 100 thus formed is not formed.
  • the back surface of the photoelectric conversion device 100 is sealed with the back surface protection material 30.
  • a filler 28 is filled between the photoelectric conversion layer 14 and the back surface protective material 30, and the back surface of the photoelectric conversion device 100 is sealed with the back surface protective material 30.
  • the filler 28 is set to be equal to the region surrounded by the end sealing material 26 or smaller by 1 mm both vertically and horizontally than that region.
  • the back surface protective material 30 is disposed so as to cover the back surface of the photoelectric conversion device 100.
  • a pressure is applied from the back surface protection material 30 side, and a vacuum lamination process is performed. Apply. Further, the photoelectric conversion device 100 is heated to cross-link EVA used as the filler 28.
  • the heat treatment for crosslinking is preferably performed at 150 ° C. for about 30 minutes, for example.
  • a terminal box 32 is attached with silicone or the like in the vicinity of the end portion of the output wiring 22 drawn out from the back surface protective material 30 for sealing the photoelectric conversion device 100.
  • the end of the output wiring 22 is electrically connected to the terminal electrode in the terminal box 32 by soldering or the like, and the space in the terminal box 32 is filled with an insulating resin such as silicone and covered.
  • the photoelectric conversion device 100 As described above, the photoelectric conversion device 100 according to this embodiment is formed.
  • effect The following three effects are obtained by the photoelectric conversion device 100 and the manufacturing method thereof.
  • the current collector wiring 18 and the output wiring 22 are electrically connected so that the surfaces perpendicular to the main surface of the substrate 10 are in contact with each other.
  • the current collector wiring 18 and the output wiring 22 are arranged so as not to overlap each other, and in the region 70 of FIG. Is not formed.
  • An insulating covering material 24 is provided so as to cover the ends of the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, the back electrode 16, the current collector wiring 18 and the output wiring 22 located in the vicinity of the end sealing material 26.
  • the current collector wiring 18 and the output wiring 22 are arranged on the main surface of the substrate 10 so as not to overlap each other, and the photoelectric conversion device 100 has a high yield and good productivity. I can't.
  • the output wiring 34 having the connection portion 34a having a width wider than that of the other portion is used at one end portion, whereby the photoelectric conversion device 200 having a high yield and high productivity can be obtained. Can do.
  • the difference between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described.
  • FIGS. 9 and 10 show the configuration of the characteristic part of the photoelectric conversion device 200 according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • the filler 28 and the back surface protective material 30 are not described.
  • the dimensions of each part are shown different from actual ones in order to clearly show the configuration.
  • the photoelectric conversion cell 50 which consists of the transparent electrode layer 12, the photoelectric converting layer 14, and the back surface electrode 16 is formed on the board
  • the wiring 18 is extended.
  • the insulating member 20 extends along the extending direction of the second slit S ⁇ b> 2 from the vicinity of the current collecting wiring 18 to the position where the terminal box 32 in the center is arranged.
  • the difference is that 34 is used.
  • the width is wider than the width of the copper wiring serving as a base material at one end, and the thickness of the copper wiring is compared.
  • An output wiring 34 having a thin connection portion 34a is used.
  • the current collection wiring 18 and the output wiring 34 are arranged so as to overlap the main surface of the substrate 10 and are electrically connected.
  • the insulating coating material 24 and the end sealing material 26 are formed as in the first embodiment, and the photoelectric conversion layer 14 is interposed between the substrate 10 and the back surface protection material 30. It is sealed via a filler 28. Then, the other end portion of the output wiring 34 drawn out from the back surface protective material 30 is connected to the terminal box 32.
  • the photoelectric conversion device 200 of the present embodiment is configured.
  • the output wiring 34 is connected to the current collector wiring 18 after the process of rolling the end of the output wiring 34 is performed.
  • the difference between the present embodiment and the first embodiment will be mainly described.
  • the transparent electrode layer 12, the photoelectric conversion layer 14, and the back electrode 16 are stacked on the substrate 10 to form the photoelectric conversion cell 50, and then the current collection is performed on the photoelectric conversion cells 50 at both ends of the substrate 10.
  • the wiring 18 is extended.
  • the insulating member 20 is extended along the extending direction of the second slit S ⁇ b> 2 from the vicinity of the current collecting wiring 18 to the position where the terminal box 32 in the center is arranged. In this way, what is shown in FIG. 7E is prepared.
  • an output wiring 34 used in this embodiment is prepared.
  • a copper wiring covered with solder cut to a predetermined length is prepared, and a force sufficient to roll the copper wiring as a base material is applied to one end of the copper wiring covered with the solder.
  • the connection part 34a can be formed in one edge part of the copper wiring covered with the solder.
  • the connecting portion 34a is rolled so that it is wider than the copper wiring and thinner than the copper wiring.
  • the output wiring 34 prepared as described above extends along the extending direction of the second slit S ⁇ b> 2 from the current collecting wiring 18 along the insulating member 20 toward the central portion of the photoelectric conversion device 200. To do. As shown in FIG. 9, the output wiring 34 is electrically connected so that the connecting portion 34a of the output wiring 34 is superposed on the current collecting wiring 18 by solder melted by ultrasonic waves.
  • the insulation coating material 24 was formed, the edge part sealing material 26 was arrange
  • the structure is filled with a filler 28. Then, the other end portion of the output wiring 34 drawn out from the back surface protective material 30 is connected to the terminal box 32 to form the photoelectric conversion device 200 in the present embodiment.
  • effect The following two effects can be obtained by the photoelectric conversion device 200 and the manufacturing method thereof.
  • a connection part 34a is formed by rolling one end of the copper wiring covered with solder. Therefore, as shown in FIG. 10, the thickness of the connecting portion 34a of the output wiring 34 can be reduced, and the height of the convex portion formed by the overlapping portion of the current collecting wiring 18 and the output wiring 34 can be reduced. . Thereby, when pressure is applied from the back surface protective material 30 side to the substrate 10 side and the vacuum laminating process is performed, the force concentrates in the vicinity of the convex portion, and the back surface protective material 30 is distorted and damaged, resulting in a low yield. Can be suppressed.
  • connection part 34a is rolled and formed at one end of the copper wiring covered with solder so that the width is larger than that of the copper wiring.
  • the present invention can be used for a photoelectric conversion device such as a solar cell and a manufacturing method thereof.

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Abstract

　光電変換装置１００は、基板１０と、基板１０の主面上に複数形成された光電変換セル５０と、複数の光電変換セル５０上に形成された集電配線１８と、集電配線１８に接続された出力配線２２と、基板１０の主面上の複数の光電変換セル５０を挟むように充填材２８を介して接着された裏面保護材３０と、を有し、集電配線１８と出力配線２２とが基板１０の主面上に重畳しないように配置されている。

Description

光電変換装置およびその製造方法
　本発明は、光電変換装置およびその製造方法に関する。
　太陽光を利用した発電システムとして、アモルファスや微結晶等の半導体薄膜を積層した光電変換装置が用いられている。
　図１１に示すように光電変換装置３００は、ガラス基板１１０上に透明電極層１１２、光電変換層１１４、裏面電極１１６が形成され、複数の光電変換セル１５０が形成される。ガラス基板１１０の端部に位置する裏面電極１１６には、発電した電力を集電するために集電配線１１８が接続される。そして、集電配線１１８には出力配線１２２が接続され、発電した電力が外部へ出力されている。
　ガラス基板１１０に形成された光電変換セル１５０上には、集電配線１１８、絶縁部材１２０および出力配線１２２を光電変換セル１５０と裏面保護材１３０との間に封止するための充填材１２８（ＥＶＡ）を配置し、光電変換装置３００が形成される。
　上記の光電変換装置３００においては、裏面保護材１３０としてＰＥＴ等の樹脂からなる単層体や、これによって金属箔を挟んだ積層体が用いられる。これらの樹脂等からなる単層体や積層体は、構造体としての役割を果たさない。そこで、光電変換装置３００の周囲にアルミ等からなるフレームを構造部材として取り付けることにより、光電変換装置３００の強度を高める。
　しかしながら、このアルミ等からなるフレームを設けることにより、光電変換装置３００のコストが高くなるため、フレームを設けることなく、裏面保護材１３０にガラスを用いて構造体としての役割を併せ持たせることが提案されている。
特開２００９－２９５７４号公報
　光電変換装置３００において、集電配線１１８と出力配線１２２とが重畳するように接続されるため、ガラス基板１１０上の集電配線１１８と出力配線１２２とが接続される領域１７０に凸部が形成される。裏面保護材１３０としてガラスを用いる場合、樹脂等とは異なって、この凹凸に応じて柔軟に変形しない。このため、モジュールを形成する際に行われる真空ラミネート処理で裏面保護材１３０側からガラス基板１１０に圧力を加えたとき、凸部近傍の裏面保護材１３０に力が集中し、裏面保護材１３０が歪み、割れが発生することがあり、歩留まりが低くなる問題がある。
　本発明の光電変換装置の１つの態様は、基板と、基板の主面上に複数形成された光電変換セルと、複数の光電変換セル上に形成された集電配線と、集電配線に接続された出力配線と、基板の主面上の複数の光電変換セルを挟むように充填材を介して接着された裏面保護材と、を有する光電変換装置であって、集電配線と出力配線とが基板の主面上に重畳しないように配置されている。
　本発明の光電変換装置の製造方法の１つの態様は、基板の主面上に複数の光電変換セルを形成する工程と、複数の光電変換セルの電流を集めるための集電配線を形成する工程と、集電配線の電力を外部に出力するための出力配線を形成する工程と、基板の主面上の複数の光電変換セルを挟むように充填材を介して裏面保護材を接着する工程と、を有する光電変換装置の製造方法であって、集電配線と出力配線とが基板の主面上に重畳しないように配置する。
　本発明によれば、光電変換装置の製造方法では歩留まりを高くすることができ、ひいてはコストの安い光電変換装置を提供することができる。
本発明の第１実施形態における光電変換装置の構造を示す平面図である。 本発明の第１実施形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における光電変換装置の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態における光電変換装置の構造の特徴部分を示す拡大平面図である。 本発明の第１実施形態の他の実施例に係る光電変換装置の特徴部分を示す拡大平面図である。 本発明の第１実施形態の他の実施例に係る光電変換装置の特徴部分を示す拡大平面図である。 本発明の第１実施形態における光電変換装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態における光電変換装置の製造方法を説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態における光電変換装置の特徴部分を示す拡大平面図である。 本発明の第２実施形態における光電変換装置の特徴部分を示す断面図である。 従来の光電変換装置の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例１における光電変換装置の構造の特徴部分を示す拡大平面図である。 本発明の第１実施形態の変形例２における光電変換装置の構造の特徴部分を示す拡大平面図である。 本発明の第１実施形態の変形例３における光電変換装置の構造の特徴部分を示す拡大平面図である。 本発明の第１実施形態の変形例４における光電変換装置の構造を示す断面図である。 本発明の第１実施形態の変形例５における光電変換装置の構造を示す断面図である。
　［第１実施形態］
　（光電変換装置の構成）
　図１～図３は、本発明の第１実施形態における光電変換装置１００の構成を示す。図１は、光電変換装置１００を受光面とは反対側である裏面からみた平面図である。図２は、図１のラインＡ－Ａに沿った断面図である。図３は、図１のラインＢ－Ｂに沿った断面図である。なお、図１では、光電変換装置１００の構成を明確に示すために充填材２８および裏面保護材３０を記載せず、実際には重なり合って見えない部分を破線で示している。また、図１～図３では、構成を明確に示すために各部の寸法を実際のものとは変えて示している。
　光電変換装置１００は、図１～図３に示すように、基板１０、透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６、集電配線１８、絶縁部材２０、出力配線２２、絶縁被覆材２４、端部封止材２６、充填材２８、裏面保護材３０および端子ボックス３２を含んで構成される。
　基板１０は、光電変換装置１００を支持する部材であり、ガラスが用いられる。
　基板１０の主面上には短冊状に透明電極層１２が構成される。透明電極層１２は、複数の光電変換セル５０を直列に接続した構成とするための第１スリットＳ１が形成され、短冊状にパターニングされるとともに、光電変換セル５０を並列に分割した構成とするための第２スリットＳ２が形成されている。透明電極層１２は、酸化錫（ＳｎＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物のうち少なくとも一種類又は複数種を組み合わせて用いることが好適である。特に、酸化亜鉛は、透光性が高く、抵抗率が低く、耐プラズマ特性にも優れているので好適である。そこで本実施形態では、透明電極層１２として酸化亜鉛が用いられる。
　透明電極層１２上には、ｐ型層、ｉ型層、ｎ型層のシリコン系薄膜を順に積層して光電変換層１４が構成される。この光電変換層１４は、アモルファスシリコン薄膜光電変換層や微結晶シリコン薄膜光電変換層等の薄膜系光電変換層を用いることができる。また、これらの光電変換層を積層したタンデム型やトリプル型の光電変換層としてもよい。
　光電変換層１４上には、裏面電極１６が構成される。裏面電極１６は、導電性を有する単層体或いは積層体を用いることができ、透明導電性酸化物と反射性金属とをこの順に積層した構造とすることが好適である。透明導電性酸化物としては、酸化錫、酸化亜鉛、インジウム錫酸化物等の透明導電性酸化物、又は、これらの透明導電性酸化物に不純物がドープされたものを用いることができる。例えば、酸化亜鉛にアルミニウムが不純物としてドープされたものでもよい。また、反射性金属としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属を用いることができる。透明導電性酸化物と反射性金属の少なくとも一方には、光閉じ込め効果を高めるための凹凸を設けることが好適である。本実施形態では、裏面電極１６として、酸化亜鉛上に反射金属として銀を積層したものが用いられる。
　光電変換層１４には、第１スリットＳ１の延在方向に延在し、透明電極１２を露出させる第３スリットＳ３が形成され、裏面電極１６で埋め込まれることにより、透明電極１２と裏面電極１６が電気的に接続される。さらに、光電変換層１４と裏面電極１６は、第１スリットＳ１の延在方向に延在する第４スリットＳ４が形成される。より具体的には、第３スリットＳ３に対して、第１スリットＳ１の反対側に第４スリットＳ４が形成され、複数の光電変換セル５０同士が直列に接続された構造とされる。
　そして、光電変換装置１００の両端に位置する光電変換セル５０の裏面電極１６上に集電配線１８が延設される。集電配線１８は、並列に分割された光電変換セル５０から集電を行うための配線である。したがって、集電配線１８は、光電変換層１４の第１スリットＳ１の延在方向に沿って延設される。この集電配線１８よって、直列接続された複数の光電変換セル５０の正電極同士および負電極同士が並列に接続される。集電配線１８としては、幅２ｍｍ、厚さ２００μｍを有するはんだで覆われた銅配線が用いられる。
　次に、後述する出力配線２２と裏面電極１６との間の電気的な絶縁を形成するために絶縁部材２０が配設される。絶縁部材２０は、光電変換装置１００の端辺に沿って設けられた集電配線１８近傍から中央部の端子ボックス３２の配置位置まで、第４スリットＳ４を跨いで裏面電極１６上に第２スリットＳ２の延在方向に沿って延設される。ここでは、図１に示すように、絶縁部材２０は、左右の集電配線１８の近傍から端子ボックス３２に向けて左右方向に沿って延設される。本実施形態では、絶縁部材２０としてＰＥＴテープが用いられ、裏面電極１６に接着するようにして配設される。
　絶縁部材２０は、抵抗率が１０16（Ωｃｍ）以上の絶縁性の材料で構成することが好適である。例えば、ポリエステル（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）等とすることが好適である。また、絶縁部材２０は、テープ状、シート状、フィルム状の形状を有し、裏面にシール状に接着剤が塗布されたものを用いることが好適である。そこで本実施形態では、絶縁部材２０として、ＰＥＴテープが用いられる。
　出力配線２２は、図１に示すように、両端の集電配線１８から絶縁部材２０上へ第２スリットＳ２の延在方向に沿って光電変換装置１００の中央部へ向けて延設される。集電配線１８と裏面電極１６との間に絶縁部材２０が挟み込まれた構造とすることにより、出力配線２２と裏面電極１６との電気的な絶縁が保たれる。一方、出力配線２２の一端は集電配線１８の側壁まで延設され、集電配線１８に電気的に接続される。出力配線２２の他端は、後述する端子ボックス３２内の電極端子に接続される。これにより、複数の光電変換セル５０で発電された電力が光電変換装置１００の外部へ取り出される。
　ここで、本実施形態においては、図２および図４に示すように集電配線１８と出力配線２２の側壁同士、すなわち基板１０の主面に対して垂直な面同士が接触するように配置して電気的に接続される。したがって、図１の集電配線１８と出力配線２２とが接続される領域７０において、基板１０の主面上に集電配線１８と出力配線２２は、重畳しないように配置される。なお、面同士の接触とは、面と面が直接接触した状態のみならず、面と面の間にはんだや導電性ペーストなど、他の部材が介在して間接的に接触し、電気的に接続された状態も含む。本実施形態では、出力配線２２としては、幅４ｍｍ、厚さ１４０μｍを有するはんだで覆われた銅配線が用いられる。この場合、集電配線１８および出力配線２２は、それぞれの基材である銅配線の間にはんだが介在することによって、物理的な接触および電気的な導電性が確保される。
　絶縁被覆材２４は、少なくとも後述する端部封止材２６の近傍に位置する透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６、集電配線１８および出力配線２２の一部を覆うように設けられる。
　本実施形態では、絶縁被覆材２４は、図２および図３に示すように、透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６、集電配線１８および出力配線２２の端部を覆うように光電変換層１４の第１のスリットＳ１の延在方向に沿って延設している。具体的には、集電配線１８の表面全体と、透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６の端部と、出力配線２２の表面の一部と、を覆うように絶縁被覆材２４を配設されている。
　絶縁被覆材２４は、抵抗率が１０16（Ωｃｍ）以上の絶縁性の材料で構成することが好適である。例えば、ＰＥ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＩ、ＰＶＦ等とすることが好適である。また、絶縁被覆材２４は、テープ状、シート状、フィルム状の形状を有し、裏面にシール状に接着剤が塗布されたものを用いることが好適である。そこで本実施形態では、絶縁被覆材２４としてＰＥＴテープが用いられる。
　端部封止材２６は、光電変換装置１００の端部周辺の光電変換セル５０を形成していない部分（幅７ｍｍ～１５ｍｍ程度）に配設される。端部封止材２６は、抵抗率が１０10（Ωｃｍ）以上の絶縁材料とする。また、端部封止材２６は、光電変換装置１００の端部からの水分の浸入を防ぐために水分の透過性の低い材料とすることが好適である。特に、端部封止材２６は、充填材２８よりも水分の透過性の低い材料とすることが好適である。さらに、光電変換装置１００の端部に機械的な力が加えられた場合に、光電変換装置１００に発生する応力を緩和するための弾性を有することが好適である。例えば、端部封止材２６は、エポキシ系樹脂やブチル系樹脂とすることが好適であり、より具体的には、高温での塗布および接着が容易なホットメルトブチルとすることが好適である。なお、端部封止材２６は、その幅は６ｍｍ～１０ｍｍ程度であり、厚さは充填材２８の厚さよりも０．０５ｍｍ～０．２ｍｍ程度厚くなるように形成される。
　端部封止材２６で囲まれた領域は、基板１０および裏面保護材３０によって封止されている。裏面保護材３０は、電気的な絶縁性を有し、水分の透過性が低く、耐腐食性が高い材料とすることが好適である。
　基板１０、端部封止材２６および裏面保護材３０によって封止された領域には、充填材２８が充填される。裏面保護材３０としては、耐環境性を有するものが多く用いられ、本実施形態ではガラスが用いられる。充填材２８は、絶縁材料とする。より具体的には、抵抗率が１０14（Ωｃｍ）程度の絶縁樹脂とすることが好適であり、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）やポリビニルブラチール（ＰＶＢ）とすることが好適である。そこで本実施形態では、充填材２８としてＥＶＡが用いられる。
　そして、裏面保護材３０から出力配線２２が引き出され、裏面保護材３０上に形成された端子ボックス３２に接続される。
　このようにして、本発明に係る光電変換装置１００は構成される。
　なお、上記実施形態では、基板１０としてガラス基板を用いたが、光電変換装置１００では基板１０側から光を入射させることができるように、少なくとも可視光波長領域において透過性を有する材料であればよい。そのため、例えばプラスチック基板等の適用することができる。
　上記実施形態では、光電変換層１４はｐｉｎ接合を有するものとしたが、これに限定されるものではなく、ｐｎ接合を基本構造とするものでもよい。さらに光電変換層１４は、上記各実施形態のようにシリコン系光電変換層の他、例えば、カドミウムテルルや、ＣＩＳ（銅、インジウム、セレン）又はＣＩＧＳ（銅、インジウム、ガリウム、セレン）系などの非シリコン系の光電変換層を用いることができる。
　また、上記実施形態では、両端の光電変換セル５０に集電配線１８を形成したが、集電配線１８の位置は両端の光電変換セル５０に限られない。
　さらに、本実施形態では、光電変換セル５０上に延在する１つのリボン状の集電配線１８の平らな側壁に、リボン状の出力配線２２の平らな面を接触させるように接続されているが、これに限られない。例えば、図５に示すように、集電配線１８の出力配線２２が接続される部分に、基板１０中央側の辺がくぼんだ形状を有する接続部１８ａを形成する。そして、出力配線２２には、接続部１８ａに対応する形状の接続部２２ａを形成し、接続部１８ａと接続部２２ａとが噛み合うように配置し、Ｔ型形状の配線を形成してもよい。さらには、図６に示すように光電変換セル５０上に２つのリボン状の集電配線１８ｂ、１８ｃ間に出力配線２２を配置し、Ｔ型形状の配線を形成してもよい。
　加えて、集電配線１８と出力配線２２は、集電配線１８と出力配線２２との接合面において、少なくとも一方の面が凹凸を有するようにしてもよい。これにより、集電配線１８と出力配線２２の少なくとも一方の面に形成した凹凸により接合面にはんだを多く留めることができ、この多くのはんだを介して集電配線１８と出力配線２２とがより良く接続することができる。
　ここで、「集電配線１８と出力配線２２との接合面において、少なくとも一方の面が凹凸を有する」とは、集電配線１８および出力配線２２のそれぞれの接合面が、集電配線１８および出力配線２２を接合する際に、その接合領域に隙間を生じさせるような形状を有しているということができる。例えば、集電配線１８および出力配線２２の少なくとも一方の接合面（側面）が傾斜しており、互いの接合面が非平行な配置となっている場合であってもよい。また、集電配線１８および出力配線２２の少なくとも一方の接合面に曲面が形成されていてもよい。
　以下に、第１実施形態における集電配線１８と出力配線２２との接合面の形状の変形例について説明する。図１２は、本発明の第１実施形態の変形例１における光電変換装置の構造の特徴部分を示す拡大平面図である。
　図１２に示す出力配線２２は、集電配線１８と対向する先端側の側面２２ｂが傾斜している。そのため、出力配線２２と集電配線１８とを接合する際に、出力配線２２の側面２２ｂと集電配線１８の側面１８ｄとが非平行となり、出力配線２２の側面２２ｂと集電配線１８の側面１８ｄとの間に隙間が生じ、その隙間にはんだ２３を多く留めることができる。そして、この多くのはんだ２３を介して集電配線１８と出力配線２２とがより良く接続される。
　図１３は、本発明の第１実施形態の変形例２における光電変換装置の構造の特徴部分を示す拡大平面図である。
　図１３に示す出力配線２２は、集電配線１８と対向する先端部の角部２２ｃがラウンドしている。そのため、出力配線２２と集電配線１８とを接合する際に、出力配線２２の角部２２ｃと集電配線１８の側面１８ｄとの間に隙間が生じ、その隙間にはんだ２３を多く留めることができる。そして、この多くのはんだ２３を介して集電配線１８と出力配線２２とがより良く接続される。
　図１４は、本発明の第１実施形態の変形例３における光電変換装置の構造の特徴部分を示す拡大平面図である。
　図１４に示す出力配線２２は、集電配線１８と対向する先端側の側面２２ｄが凹凸加工されている。そのため、出力配線２２と集電配線１８とを接合する際に、出力配線２２の側面２２ｄと集電配線１８の側面１８ｄとの間に隙間が生じ、その隙間にはんだ２３を多く留めることができる。そして、この多くのはんだ２３を介して集電配線１８と出力配線２２とがより良く接続される。
　図１５は、本発明の第１実施形態の変形例４における光電変換装置の構造を示す断面図である。
　図１５に示す出力配線２２は、その断面において、集電配線１８と対向する先端側の側面２２ｅが傾斜している。また、側面２２ｅは、出力配線２２の基板１０側の端部が、出力配線２２の裏面保護材３０側の端部よりも、集電配線１８と近くなるように傾斜している。なお、側面２２ｅは、出力配線２２の裏面保護材３０側の端部が、出力配線２２の基板１０側の端部よりも、集電配線１８と近くなるように傾斜していてもよい。このような形状の側面２２ｅが形成されていることにより、出力配線２２と集電配線１８とを接合する際に、出力配線２２の側面２２ｅと集電配線１８の側面１８ｄとが非平行となり、出力配線２２の側面２２ｅと集電配線１８の側面１８ｄとの間に隙間が生じ、その隙間にはんだ２３を多く留めることができる。そして、この多くのはんだ２３を介して集電配線１８と出力配線２２とがより良く接続される。
　図１６は、本発明の第１実施形態の変形例５における光電変換装置の構造を示す断面図である。
　図１６に示す集電配線１８は、その断面において、出力配線２２と対向する側面の角部１８ｅがラウンドしている。そのため、出力配線２２と集電配線１８とを接合する際に、出力配線２２の側面２２ｆと集電配線１８の角部１８ｅとの間に隙間が生じ、その隙間にはんだ２３を多く留めることができる。そして、この多くのはんだ２３を介して集電配線１８と出力配線２２とがより良く接続される。
　（光電変換装置の製造方法）
　以下に図７および図８を用いて本発明の第１実施形態に係る光電変換装置１００の製造方法を説明する。図７および図８は、図１のラインＡ－ＡおよびＢ－Ｂに沿った製造工程を説明するための断面図である。
　図７（ａ）に示すように、ガラスからなる基板１０を用意する。そして、基板１０上に、スパッタリング法又はＣＶＤ法を用いて、透明電極層１２を形成する。透明電極層１２はレーザを照射して短冊状にパターニングする。本実施形態では、光電変換セル５０を直列に接続した構造とするため、図１の上下方向に沿って透明電極層１２に第１スリットＳ１を形成して分割する。また、光電変換セル５０を並列に分割した構成とするため、上記直列接続を形成するための第１スリットＳ１に直交する方向に短冊状にパターニングして透明電極層１２を分割する。本実施形態では、図１の左右方向に沿って透明電極層１２に第２スリットＳ２を形成して分割する。例えば、波長１０６４ｎｍ、エネルギー密度１３Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのＹＡＧレーザを用いて透明電極層１２をパターニングすることができる。
　次に、図７（ｂ）に示すように、透明電極層１２上に光電変換層１４を形成する。本実施形態では、アモルファスシリコン薄膜光電変換層と微結晶シリコン薄膜光電変換層を順次積層してなる光電変換層１４を形成する。アモルファスシリコン薄膜光電変換層と微結晶シリコン薄膜光電変換層は、シラン（ＳｉＨ4）、ジシラン（Ｓｉ2Ｈ6）、ジクロルシラン（ＳｉＨ2Ｃｌ2）等のシリコン含有ガス、ジボラン（Ｂ2Ｈ6）等のｐ型ドーパント含有ガス、フォスフィン（ＰＨ3）等のｎ型ドーパント含有ガスおよび水素（Ｈ2）等の希釈ガスを混合した混合ガスをプラズマ化して成膜を行うプラズマ化学気相成長法（ＣＶＤ法）により、形成することができる。プラズマＣＶＤ法では、例えば、１３．５６ＭＨｚの平行平板型ＲＦプラズマＣＶＤ法を適用することが好適である。
　複数の光電変換セル５０が直列接続された構造となるようにするために、光電変換層１４を短冊状にレーザでパターニングする。例えば、透明電極層１２を分割する第１スリットＳ１から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射して第３スリットＳ３を形成して光電変換層１４を短冊状にパターニングする。ＹＡＧレーザは、例えば、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数３ｋＨｚのものを用いることが好適である。
　図７（ｃ）に示すように、光電変換層１４上に、透明導電性酸化物および反射性金属からなる裏面電極１６を形成する。なお、第３スリットＳ３には、裏面電極１６が充填される。これにより、透明電極層１２と裏面電極１６が接触し、電気的に接続される。裏面電極１６は、例えば、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。
　そして、複数の光電変換層１４を直列接続された構造となるようにするために、裏面電極１６を短冊状にパターニングする。光電変換層１４をパターニングする第３スリットＳ３の位置から５０μｍ横の位置にＹＡＧレーザを照射して第４スリットＳ４を形成して裏面電極１６を短冊状にパターニングする。さらに、光電変換層１４を並列に分割した構成とする場合、透明電極層１２を分割する第２スリットＳ２内に形成された光電変換層１４および裏面電極１６を分割する第５スリットＳ５を形成する。ＹＡＧレーザは、エネルギー密度０．７Ｊ／ｃｍ2、パルス周波数４ｋＨｚのものを用いることが好適である。
　このように基板１０上に透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６を積層して光電変換セル５０を形成する。
　続いて、図７（ｄ）に示すように、光電変換セル５０の裏面電極１６上に集電配線１８を延設する。集電配線１８は第２スリットＳ２および第５スリットＳ５を跨いで裏面電極１６上に延設する。ここでは、集電配線１８は、図１における左右の端辺に上下方向に沿って延設する。ただし、図１に示される上下の端辺近傍において、光電変換機能を有さない光電変換層と、その端辺近傍の第２スリットＳ２および第５スリットＳ５とは跨がない。集電配線１８は、超音波で溶融したはんだによって裏面電極１６に電気的に接続する。
　次に、図７（ｅ）に示すように、絶縁部材２０は、集電配線１８近傍から中央部の端子ボックス３２の配置位置まで、第４スリットＳ４を跨いで裏面電極１６上に第２スリットＳ２の延在方向に沿って延設する。ここでは、図１に示すように、絶縁部材２０は、左右の集電配線１８の近傍から端子ボックス３２に向けて左右方向に沿って延設する。本実施形態では、絶縁部材２０としてＰＥＴテープを用い、裏面電極１６に接着する。
　図８（ｆ）に示すように、出力配線２２は、集電配線１８から絶縁部材２０上に沿って光電変換装置１００の中央部へ向けて延設する。出力配線２２の一端は、超音波で溶融したはんだによって集電配線１８に電気的に接続するとともに、出力配線２２の他端は、後述する端子ボックス３２内の電極端子に接続する。これにより、複数の光電変換セル５０で発電された電力が光電変換装置１００の外部へ取り出すことができる。なお、このとき図１の集電配線１８と出力配線２２とが接続される領域７０においては、図４に示すように集電配線１８と出力配線２２は、基板１０の主面に対して垂直な面同士が接触するように配置して電気的に接続される。すなわち、集電配線１８と出力配線２２とが接続される領域７０において、基板１０の主面上に集電配線１８と出力配線２２とが重畳しないように配置する。
　次に、図８（ｇ）に示すように、絶縁被覆材２４を配設する。絶縁被覆材２４は、少なくとも後述する端部封止材２６の近傍に位置する透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６、集電配線１８および出力配線２２を覆うように第１スリットＳ１の延在方向に沿って延設される。なお、絶縁被覆材２４としては、ＰＥＴテープを用いる。
　続いて、図８（ｈ）に示すように、端部封止材２６を配設する。端部封止材２６は、光電変換装置１００の端部周辺の光電変換セル５０を形成していない部分（幅７ｍｍ～１５ｍｍ程度）に配設する。光電変換装置１００の端部周辺において光電変換セル５０を形成していない部分を設けるには、光電変換セル５０を形成する際に透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６が形成されてないよう枠部材を用いて基板１０の周囲をマスクして成膜処理を行ってもよいし、光電変換セル５０を形成後にレーザ、サンドブラスト又はエッチングによって光電変換装置１００の端部周辺の光電変換セル５０を除去してもよい。端部封止材２６は、このようにして形成された光電変換装置１００の端部周辺の光電変換セル５０を形成していない部分にホットメルトブチルを塗布することによって設ける。
　端部封止材２６を塗布した後、裏面保護材３０によって光電変換装置１００の裏面を封止する。光電変換層１４と裏面保護材３０との間には充填材２８を充填して裏面保護材３０により光電変換装置１００の裏面を封止する。光電変換装置１００の裏面の端部封止材２６で囲まれた領域に、端部封止材２６で囲まれた領域と同等か、若しくはその領域よりも縦横ともに１ｍｍ小さく充填材２８をセットし、光電変換装置１００の裏面を覆うように裏面保護材３０を配置する。そして、端子ボックス３２へ出力配線２２の端部を接続するために出力配線２２の端部を裏面保護材３０から引き出す処理を施した後に、裏面保護材３０側から圧力を加えて真空ラミネート処理を施す。さらに、光電変換装置１００を加熱し、充填材２８として用いたＥＶＡの架橋を行う。架橋を行うための加熱処理は、例えば１５０℃で３０分程度行うとよい。
　そして、図１に示すように、光電変換装置１００を封止する裏面保護材３０から引き出された出力配線２２の端部の近傍に端子ボックス３２をシリコーン等により接着して取り付ける。出力配線２２の端部を端子ボックス３２内の端子電極にハンダ付け等により電気的に接続し、端子ボックス３２内の空間にシリコーン等の絶縁樹脂を充填して蓋をする。
　以上のように、本実施形態における光電変換装置１００が形成される。
　（効果）
　上記の光電変換装置１００およびその製造方法により、以下の３つの効果が得られる。
　１、図２および図４に示すように集電配線１８と出力配線２２は、基板１０の主面に対して垂直な面同士を接触するようにして電気的に接続される。つまり、基板１０の主面上において、集電配線１８と出力配線２２とが重畳しないように配置され、図１の領域７０において、集電配線１８と出力配線２２とが重畳してできる凸部は形成されない。これによって、裏面保護材３０側から基板１０側へ圧力を加えて真空ラミネート処理を施したときに、凸部近傍に力が集中して裏面保護材３０が歪み、破損して歩留まりが低くなることを抑制できる。
　２、周囲を端部封止材２６で封止することによって、端部周辺からの水分や腐食性物質が浸入することを防ぐことができ、光電変換装置１００の耐環境性を高めることができる。
　３、端部封止材２６の近傍に位置する透明電極層１２、光電変換層１４、裏面電極１６、集電配線１８および出力配線２２の端部を覆うように絶縁被覆材２４を設ける。これにより、絶縁被覆材２４で覆われた部分では端部封止材２６と充填材２８との化学的な反応の影響を抑制することができる。したがって、光電変換装置１００の耐環境性を高めることができる。
　［第２実施形態］
　（光電変換装置の構成）
　第１実施形態では、基板１０の主面上において、集電配線１８と出力配線２２とが重畳しないように配置し、歩留まりが高く、生産性の良い光電変換装置１００としたが、これに限られない。本実施形態の光電変換装置では、一方の端部に他の部分に比べ幅が広い接続部３４ａを有する出力配線３４を用いることにより、歩留まりが高く、生産性の良い光電変換装置２００とすることができる。以下に、本実施形態と第１実施形態との差異を中心に説明する。
　図９および図１０は、本発明の第２実施形態における光電変換装置２００の特徴部の構成を示す。図９は、図１のラインＡ－Ａに沿った断面図である。図１０は、図１のラインＢ－Ｂに沿った断面図である。なお、図９および図１０では、充填材２８および裏面保護材３０については記載していない。また、図９および図１０では、構成を明確に示すために各部の寸法を実際のものとは変えて示している。
　本実施形態では、第１実施形態同様、基板１０上に透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６からなる光電変換セル５０が形成され、基板１０両端の光電変換セル５０上に集電配線１８が延設される。また、絶縁部材２０は、集電配線１８近傍から中央部の端子ボックス３２の配置位置まで第２スリットＳ２の延在方向に沿って延設される。
　本実施形態では、第１実施形態で使用された一定の幅を有する出力配線２２ではなく、一方の端部に他の部分に比べ幅が広くなるように形成された接続部３４ａを有する出力配線３４が用いられる点で異なる。具体的には、出力配線３４としてはんだで覆われた銅配線を用いた場合、一方の端部に基材となる銅配線の幅に比べて幅が広く、且つ銅配線の厚さに比べて厚さが薄い接続部３４ａを有する出力配線３４が用いられる。
　集電配線１８と出力配線３４は、基板１０の主面上に重畳するように配置され、電気的に接続される。
　集電配線１８に出力配線３４を接続した後、第１実施形態同様、絶縁被覆材２４、端部封止材２６が形成され、光電変換層１４が基板１０と裏面保護材３０との間に充填材２８を介して封止される。そして、裏面保護材３０から引き出された出力配線３４の他方の端部は、端子ボックス３２に接続される。
　このようにして、本実施形態の光電変換装置２００が構成される。
　（光電変換装置の製造方法）
　本実施形態の光電変換装置２００の製造方法では、出力配線３４の端部を圧延する工程を行った後、集電配線１８に出力配線３４を接続して製造する。以下に、本実施形態と第１実施形態との差異を中心に説明する。
　まず、第１実施形態同様、基板１０上に透明電極層１２、光電変換層１４および裏面電極１６を積層して光電変換セル５０を形成した後、基板１０両端の光電変換セル５０上に集電配線１８を延設する。そして、絶縁部材２０を集電配線１８近傍から中央部の端子ボックス３２の配置位置まで第２スリットＳ２の延在方向に沿って延設する。このようにして、図７（ｅ）に示したものを用意する。
　次に、本実施形態で用いる出力配線３４を用意する。所定の長さに切断されたはんだで覆われた銅配線を用意し、このはんだで覆われた銅配線の一方の端部に、基材である銅配線が圧延する程度の力を加える。これにより、はんだで覆われた銅配線の一方の端部に接続部３４ａを形成することができる。この接続部３４ａは、銅配線の幅に比べて幅が広く、且つ銅配線の厚さに比べて厚さが薄くなるように圧延する。
　上述のようにして用意された出力配線３４は、集電配線１８上から絶縁部材２０上に沿って、光電変換装置２００の中央部へ向けて第２スリットＳ２の延在方向に沿って延設する。出力配線３４は、図９に示すように出力配線３４の接続部３４ａは超音波で溶融したはんだによって集電配線１８に重畳するようにして電気的に接続する。
　そして、第１実施形態と同様に、絶縁被覆材２４を形成し、基板１０と裏面保護材３０との間に端部封止材２６を配置して複数の光電変換セル５０が封止された構造とし、充填材２８が充填される。そして、裏面保護材３０から引き出された出力配線３４の他方の端部を端子ボックス３２に接続して、本実施形態における光電変換装置２００を形成する。
　（効果）
　上記の光電変換装置２００およびその製造方法により、以下の２つの効果が得られる。
　１、はんだで覆われた銅配線の一方の端部を圧延することにより、接続部３４ａを形成する。したがって、図１０に示すように出力配線３４のうち接続部３４ａの厚さを薄くすることができ、集電配線１８と出力配線３４の重畳部からなる凸部の高さを低くすることができる。これにより、裏面保護材３０側から基板１０側へ圧力を加えて真空ラミネート処理を施したときに、凸部近傍に力が集中して裏面保護材３０が歪み、破損して歩留まりが低くなることを抑制できる。
　２、はんだで覆われた銅配線の一方の端部に接続部３４ａを、銅配線に比べて幅が広くなるように圧延し、形成する。これにより、図９に示すように集電配線１８と出力配線２２の接触面積を大きくすることができ、集電配線１８と出力配線２２の接触抵抗を小さくすることができる。したがって、光電変換装置２００からより多くの出力を取り出すことができる。
１０　基板
１２　透明電極層
１４　光電変換層
１６　裏面電極
１８　集電配線
２０　絶縁部材
２２、３４　出力配線
２３　はんだ
２４　絶縁被覆材
２６　端部封止材
２８　充填材
３０　裏面保護材
３２　端子ボックス
５０　光電変換セル
１００、２００、３００　光電変換装置
　本発明は、太陽電池などの光電変換装置およびその製造方法に利用できる。

Claims (10)

  1. 　基板と、前記基板の主面上に複数形成された光電変換セルと、前記複数の光電変換セル上に形成された集電配線と、前記集電配線に接続された出力配線と、前記基板の主面上の前記複数の光電変換セルを挟むように充填材を介して接着された裏面保護材と、を有する光電変換装置であって、
    　前記集電配線と前記出力配線とが前記基板の主面上に重畳しないように配置され、接続されていることを特徴とする光電変換装置。
  2. 　請求項１に記載の光電変換装置であって、
    　前記集電配線と前記出力配線との接合面において、前記集電配線または前記出力配線の少なくとも一方の面が凹凸を有することを特徴とする光電変換装置。
  3. 　請求項１または２に記載の光電変換装置であって、
    　前記集電配線は、前記出力配線が接続される部分に、前記基板中央側の辺がくぼんだ形状を有する第１の接続部を有し、
    　前記出力配線は、前記第１の接続部に対応する形状の第２の接続部を有し、
    　前記第１の接続部と前記第２の接続部とが噛み合うように配置されたことを特徴とする光電変換装置。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の光電変換装置であって、
    　前記集電配線は、複数の部材からなり、前記出力配線が複数の前記集電配線を構成する部材の間に配置して、前記出力配線と前記集電配線とが電気的に接続するように構成されたことを特徴とする光電変換装置。
  5. 　請求項１～４のいずれか１項に記載の光電変換装置であって、
    　前記出力配線および前記集電配線は、その表面がはんだで被覆されており、
    　前記出力配線と前記集電配線とは、はんだを介して接続されていることを特徴とする光電変換装置。
  6. 　基板の主面上に複数の光電変換セルを形成する工程と、
    　前記複数の光電変換セルの電流を集めるための集電配線を形成する工程と、
    　前記集電配線の電力を外部に出力するための出力配線を形成する工程と、
    　前記基板の主面上の前記複数の光電変換セルを挟むように充填材を介して裏面保護材を接着する工程と、
    を有する光電変換装置の製造方法であって、
    　前記集電配線と前記出力配線とが前記基板の主面上に重畳しないように配置することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  7. 　請求項６に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    　前記集電配線と前記出力配線との接合面において、前記集電配線または前記出力配線の少なくとも一方の面が凹凸を有するものを用いたことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  8. 　請求項６または７に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    　前記集電配線は、前記出力配線が接続される部分に、前記基板中央側の辺がくぼんだ形状を有する第１の接続部を有し、
    　前記出力配線は、前記第１の接続部に対応する形状の第２の接続部を有するものであって、
    　前記第１の接続部と前記第２の接続部とが噛み合うように配置し、接続したことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  9. 　請求項６～８のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    　前記集電配線は、複数の部材からなり、前記出力配線が複数の前記集電配線を構成する部材の間に配置して、前記出力配線と前記集電配線とが電気的に接続するように構成することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
  10. 　請求項６～９のいずれか１項に記載の光電変換装置の製造方法であって、
    　前記出力配線および前記集電配線は、その表面がはんだで被覆されており、
    　前記出力配線と前記集電配線とをはんだを介して接続することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
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