WO2014162790A1

WO2014162790A1 - 光電変換装置

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Publication number: WO2014162790A1
Application number: PCT/JP2014/053939
Authority: WO
Inventors: 孝之森岡; 努松浦; 時岡　秀忠
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2014-10-09
Also published as: JPWO2014162790A1; TWI545790B; TW201445760A

Abstract

　光電変換装置１は、光の入射する受光面３ｃを有する結晶性基板を用いた光電変換セル３と、受光面３ｃの外周辺領域３ｂ上に設けられた、基板端部から０．２５ｍｍから５ｍｍの幅を有する光反射体２と、を備え、光反射体２には、受光面３ｃに対して斜面となって入射光を反射させて光電変換セル３の受光面３ｃに入射させる斜面部２ａが形成されている。

Description

光電変換装置

　本発明は、光電変換装置に関する。

　光電変換装置は環境負荷や運転コストが小さいことから、次世代の発電方法として注目されている。特に、ヘテロ接合型光電変換装置は、結晶性基板としての結晶シリコン基板を非晶質シリコン膜でパッシベーションした構成をしており、その高いパッシベーション特性と急峻なｐｎ接合界面により高い出力特性を得ることができる。

　しかし、単結晶シリコンウェハを用いた光電変換装置におけるウェハの外周辺領域は、少数キャリアの再結合速度が高く発電特性が低下するという課題がある。特に、ヘテロ接合型光電変換においては、少数キャリアの拡散長が１ｍｍ以上と長くなる場合もあるため、光が入射する受光面の端部から幅数ｍｍの領域においては発電特性が顕著に低下する。

　この課題を解決するために、例えば特許文献１では、ヘテロ接合型光電変換装置の受光面の外周辺領域に遮光部を設けることで、光電変換セルの出力特性を向上させる方法が述べられている。遮光部は、例えば銀粒子とエポキシ樹脂をベースとした導電性ペーストや、樹脂材料とＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３をベースとした絶縁性材料を単結晶シリコンウェハの外周の端部から数ｍｍの幅で設置したものである。これにより光電変換装置の開放電圧と、曲線因子の増加が図られている。

特許第４０９７５４９号公報

　しかしながら、上記の特許文献１のように周辺部に遮光部を設ける方法では、遮光部が外周辺領域に入射する光を外部に散乱または吸収してしまうため、外周辺領域に向かう入射光を有効に利用できていないという問題があった。

　本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、外周辺領域に向かう入射光を有効に利用して、光電変換効率の向上を図ることのできる光電変換装置を得ることを目的とする。

　上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、光の入射する受光面を有する結晶性基板を用いた光電変換セルと、受光面の外周辺領域上に設けられた、基板端部から０．２５ｍｍから５ｍｍの幅を有する光反射体と、を備え、光反射体には、受光面に対して斜面となって入射光を反射させて光電変換セルの受光面に入射させる斜面部が形成されている。

　本発明によれば、周辺部への入射光を有効に利用して、光電変換装置の光電変換効率の向上を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１による光電変換装置の概略構成を示す断面図である。図２は、光電変換装置の外観斜視図である。図３は、光電変換装置の製造工程のフローチャートである。図４は、本実施の形態１の変形例１にかかる光電変換装置の斜視図である。図５は、本実施の形態１の変形例２にかかる光電変換装置の断面図である。図６は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置の断面図である。図７は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置の斜視図である。図８は、光電変換装置の断面図である。図９は、実施例に用いた光電変換セルの構造を示す断面図である。図１０は、光電変換装置の光電変換特性の測定結果を実施例１として示す図である。図１１は、光電変換装置の光電変換特性の測定結果を実施例２として示す図である。図１２は、実施の形態４にかかる光電変換装置の鉛直上方向から見た図である。図１３は、実施の形態４にかかる光電変換装置の断面図である。図１４は、比較例１として示す光電変換装置の光電変換特性の測定結果を示す図である。図１５は、実施例１と比較例１において幅Ｗを変化させた場合のエネルギー変換効率値の比較結果を示す図である。

　以下に、本発明の実施の形態にかかる光電変換装置を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１による光電変換装置１の概略構成を示す断面図である。光電変換装置１は、光反射体２が設けられた光電変換セル３の受光面３ｃ側が、モジュール封止材６で封止されている。

　光電変換セル３は、ヘテロ接合型の光電変換セルであり、受光面３ｃに光が入射することで発電する。ヘテロ接合型の光電変換セルは、結晶性基板としての結晶シリコン基板を非晶質シリコン膜でパッシベーションした構成をしている。モジュール封止材６は、例えばエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ：Ｅｔｈｙｌｅｎｅ　Ｖｉｎｙｌ　Ａｃｅｔａｔｅ）である。

　光電変換セル３は、発電特性の違いから平面視における外周部分となる外周辺領域３ｂと、外周辺領域３ｂに囲まれた中央領域３ａとに分けることができる。光電変換セル３の外周辺領域３ｂは、少数キャリアの再結合速度が高く発電特性が低下しやすい。

　特に、本実施の形態のようなヘテロ接合型の光電変換セルにおいては、少数キャリアの拡散長が１ｍｍ以上と長くなる場合もあり、光が入射する受光面３ｃの端部周辺から幅数ｍｍの領域が、発電特性が顕著に低下する外周辺領域３ｂとなりうる。

　光反射体２は、透明樹脂からなる枠構造である。光反射体２は、光電変換セル３の外周辺領域３ｂ上に設けられる。光反射体２は、受光面３ｃから離れる方向に凸となるように２つの壁面が連結された楔型形状の断面形状を呈する。

　２つの壁面のうち一方の壁面は、受光面３ｃに対して斜面となって入射光を反射させる斜面部２ａとなる。斜面部２ａは、受光面３ｃに入射光が入射してくる方向側を向く斜面である。光反射体２の楔型形状の内側は空洞部４となっている。空洞部４は、直角三角形の断面形状となっている。

　光反射体２の２つの壁面のうち他方の壁面は、光電変換セル３の外周面と略平行な角度で立設される囲み部２ｂとなる。また、囲み部２ｂは、光電変換セル３の外周部を囲むように設けられる。これにより、囲み部２ｂの内側に光電変換セル３が嵌まることとなる。
したがって、光反射体２に光電変換セル３を嵌め込めば、光反射体２の位置決めがなされるため、光電変換セル３への光反射体２の位置決め作業の容易化を図ることができる。

　光反射体２を構成する透明樹脂は、モジュール封止材６（ＥＶＡ、屈折率約１．５など）と同程度かそれ以上の屈折率(１．８程度まで)で透明度の高い材料を用いる。用いる材料の例としては、例えば、シリコーン樹脂、ポリプロピレン、ポリメタクリル酸メチル樹脂、ポリエチレン、ポリアミド樹脂、塩化ビニル、ナイロン、ポリカーボネイト、ポリスチレン、ポリエステル樹脂、ソーダ石灰ガラス、石英、光学ガラスの様な材料が挙げられる。また、光反射体２は、空洞部２に透明なフッ素樹脂(屈折率１．３５)を充填し、ＳCＨＯＴＴ社製の高屈折率ガラスＬａＳＦ９（屈折率１．９）やＬａＳＦ３５（屈折率２．０）などの高屈折率ガラスを光反射体２の材料に利用することで、材料の屈折率差によりその界面で光を全反射させてもよい。光電変換装置１の厚みを抑えるために、光反射体２を構成する樹脂の厚みはその機械的強度を保つ限りで薄いことが望ましい。

　光反射体２は、斜面部２ａで入射光を反射させる。具体的には、空洞部４内の空気と、光反射体２を構成する透明樹脂との界面（裏面２ｃ）において、屈折率差によって入射光を反射させる。封止材に屈折率１．５のＥＶＡを用いた場合、斜面部２ａの仰角が４２°よりも大きければ、光電変換装置１に鉛直に入射した光は斜面部２ａにおいて全反射する。これにより光反射体に銀やアルミニウムなどによるめっきの鏡を用いるよりも高い反射率を得ることができる。また反射率の経時劣化も鏡を用いた場合よりも小さく抑えることができる。入射光を全反射させるためにも封止材には屈折率１．４以上の材料を用いることが望ましい。ただし反射面にめっきや蒸着等の反射膜処理を施した際には、この限りではない。

　これにより、本来は外周辺領域３ｂに入射する入射光を、図１中の矢印で示すように光反射体２の斜面部２ａで反射させて、発電特性の高い中央領域３ａに入射させることができる。したがって、光電変換装置１に入射する光を中央領域３ａに選択的に入射させることで、光電変換装置１の高出力化を図ることができる。

　なお、斜面部２ａの裏面（受光面３ｃ側を向く面）２ｃに、光学反射率を高めるために、銀メッキ、または誘電体多層膜を蒸着する等の表面処理、またはフィルムミラーの貼付によって反射膜を形成して、光電変換装置１の鉛直方向に対して斜めからから入射する光の光学反射率の増加を図ってもよい。また、空洞部４に、銀ペーストやアルミペーストなどの導電性材料を充填させてもよい。導電性材料が充填された空洞部４部分を、バスバーとして利用することが可能となる。

　なお、光反射体２の幅は光電変換セル３の少数キャリアの拡散長よりも長いことが望ましい。例えば、ヘテロ接合型光電変換セルにおいては、その少数キャリアの拡散長である１ｍｍ～２ｍｍ程度であることが望ましい。このときの光電変換セル３は、単結晶シリコン基板の不純物濃度が１×１０^１９ｃｍ^３以下であり、光電変換セル３への入射光が１ｓｕｎの時の少数キャリア寿命が１ｍｓｅｃ程度となるパッシベーション膜を有する。

　また、空洞部４の外端部は、光電変換セル３の受光面３ｃの外周端部に重なる位置またはそれよりも外側に位置していることが望ましい。なお、本実施の形態では、空洞部４の外端部が、光電変換セル３の受光面３ｃの外周端部に重なる例を挙げて説明している。

　また、受光面３ｃに対して垂直に入射する光を斜面部２ａに反射させて中央領域３ａに入射させるために、斜面部２ａの仰角は４５°よりも大きいことが望ましい。ただし、光学屈折率の異なる部材を重ねた光屈折を用いて入射光を中央領域３ａに入射させる場合にはこの限りではない。

　ヘテロ接合光電変換装置は端部における電気的短絡を防ぐため、端部から少なくとも幅１ｍｍの領域は透明導電膜が非成膜である必要がある。しかし、透明導電膜の非製膜領域が広いと光励起された少数キャリアを電極まで取り出すことができず短絡電流が低下してしまう。

　このため、一般的に外周辺領域３ｂにおける透明導電膜製膜領域の位置決めには高い精度が要求される。一方、本実施の形態では、光反射体２を設置することで、光電変換セル３の外周辺領域３ｂは非発電領域となる。そのため、外周辺領域３ｂにおける透明導電膜の位置決めに要求される精度が低くなる。これにより、光電変換装置１の生産性の向上を図ることができる。

　図２は、光電変換装置１の外観斜視図である。なお、図２では、便宜的にモジュール封止材６を省略して示している。図２に示すように、複数の光電変換セル３が導電性のタブ線７（引出線）によって電気的に結合されていてもよい。タブ線７は、光電変換セル３に形成された集電電極５に接続される。

　この場合、受光面３ｃ上に設けられる光反射体２には、タブ線７との干渉を防ぐためにくぼみ８が形成される。このくぼみ８によって、光反射体２の位置を簡易的に固定できるため、モジュール封止材６等でラミネートする際に光反射体２の位置がずれにくくなる。くぼみ８と光電変換セル３との間にできる隙間を、ラミネート前にエポキシ系硬化性樹脂により埋めれば、モジュール封止材６が空洞部４に侵入することを防ぐことができる。

　図３は、光電変換装置１の製造工程のフローチャートである。まず、光電変換セル３を作成し（ステップＳ１）、次に光電変換セル３にタブ線７をタブ付けし、光電変換セル３を連結させる（ストリングを作製する）（ステップＳ２）。

　次に、アクリル等の材料を金型で樹脂成型して光反射体２を製造する（ステップＳ３）。次に、光電変換セル３上に光反射体２を設置し（ステップＳ４）、モジュール封止材６とカバーガラス（図示せず）を重ねてラミネートする（ステップＳ５）。なお、ステップＳ１～ステップＳ２までの光電変換セル３を連結させる工程と、ステップＳ３の光反射体２を製造する工程は、順番が逆であってもよいし、同時に進行してもよい。

　図４は、本実施の形態１の変形例１にかかる光電変換装置１の斜視図である。図４に示すように、光反射体２と重なるようにタブ線７を設置し、空洞部４の内部にタブ線７を通過させてもよい。中央領域３ａへの入射光がタブ線７によって遮られなくなるので、遮光による光学損失が抑えられ、配線抵抗によるジュール損失を低減させることができる。これにより、光電変換装置１の曲線因子がさらに向上される。

　図５は、本実施の形態１の変形例２にかかる光電変換装置１の断面図である。変形例２にかかる光電変換装置１は、光電変換セル３の中央部に貫通穴が設けられて受光面集電極を裏面へ誘導するメタルラップスルー型の光電変換セルである。メタルラップスルー型の光電変換セル３には、複数の貫通穴が中央領域３ａに設けられている。その貫通穴には、貫通電極１１が充填されている。

　この貫通電極１１により、タブ線７を裏面に設けることで開口面積を増加させ、変換効率を増加させることができる。この貫通電極１１上にも、これを遮蔽する形で斜面部１０ａを有する光反射体１０を設ける。この光反射体１０の斜面部１０ａにより、図５中の矢印で示すように、貫通電極１１上に入射する光を反射させて光電変換セル３に入射させることができる。

　本来であれば、貫通電極１１に入射して発電にほとんど寄与することのない入射光を、光電変換セル３の受光面３ｃに入射させることができるので、光電変換出力の向上を図ることができる。なお、光反射体２と光反射体１０は、一体に形成されることが望ましい。

実施の形態２．
　図６は、本発明の実施の形態２にかかる光電変換装置１０１の断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。光電変換装置１０１では、その高さを抑えるために光反射体１０２が複数の斜面部１０２ａを持った断面構造をとる。光反射体１０２は、内部に空洞をもつ。

　また、この光電変換装置１０１は、複数の光電変換セル３が隣接する構造をとる。光反射体１０２の幅は２ｍｍとし、光電変換セル３の外周辺領域３ｂ上に設置される。カバーガラス１０７は、光電変換装置１０１の最外面を構成し、モジュール封止材６の上に設置される。

　光反射体１０２に入射する入射光は、図６中の矢印で示すように、斜面部１０２ａで一部がモジュール上方向へ反射され、次に空気とカバーガラス１０７の界面で反射されて、隣接する光電変換セル３の中央領域３ａに入射することで発電に寄与する。また、光反射体１０２に入射する入射光の一部は、斜面部１０２ａで反射されてそのまま光電変換セル３の中央領域３ａへ直接入射する。

　これによって、発電特性の高い光電変換セル３の中央領域３ａを選択的に利用することで、高い出力の光電変換装置１０１を得ることができる。

　なお、この構造は光電変換セル３のタブ線（図示せず）上に設置してもよい。その際、タブ線によって遮られる入射光を光電変換セル３に再入射させることで発電特性を向上させることができる。実施の形態２にかかる光電変換装置１０１の製造方法は、光反射体１０２の断面形状が複数の斜面部１０２ａを持つ形状で形成される以外は、実施の形態１と同様である。

実施の形態３．
　図７は、本発明の実施の形態３にかかる光電変換装置２０１の斜視図である。図８は、光電変換装置２０１の断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

　光電変換装置２０１は、モジュール内に複数の光電変換セル３を備え、その光電変換セル３の間に光電変換セル３が存在しない領域（非設置領域）が設けられている。光電変換装置２０１は、モジュールの外周部を囲む光反射体２と、モジュール内で光電変換セル３の間の光電変換セル３が非設置領域をまたいで設けられる光反射体２０２を有する。光反射体２０２は、非設置領域と外周辺領域３ｂとの間にもまたがっている。

　光反射体２０２は、その内部に隣接する光電変換セル３の間で対称な斜面構造の斜面部２０２ａを持ち、その内側に空洞部２０４を有する。光反射体２０２の斜面部２０２ａの受光面３ｃに対する角度が４５°以上であることが望ましい。

　光反射体２０２の製造方法は、実施の形態１と同様であり、材料はモジュール封止材６と屈折率の近い透明樹脂を用いる点も同様である。通常、光電変換装置２０１内に光電変換セル３の非設置領域がある場合、光電変換セル３の非設置領域に入射した光は光電変換装置２０１のバックシートの乱反射により光電変換セル３に再入射する。

　しかし、この光の再入射率は２５％程度であり、これは光電変換装置の短絡電流を損失する大きな要因となっている。一方、本実施の形態３では、光反射体２０２を非設置領域上に設置することで、本来は非設置領域に入射する入射光を反射させて、図８中の矢印で示すように、光電変換セル３の中央領域３ａに入射させることができる。そのため、より高いモジュール出力を得ることが可能となる。

　特に、多層誘電体膜を斜面部２０２ａに適用した場合は、非設置領域に向かって入射する光の９９％以上を反射によって直接的に光電変換セル３の中央領域３ａに入射させることができる。そのため、短絡電流の損失を大幅に低減でき、より高いモジュール出力を得ることができる。

　実施の形態３にかかる光電変換装置２０１の製造方法は、光反射体２０２の形状が光電変換セル３をまたぐ形で一体的に形成される以外は、実施の形態１と同様である。光反射体２０２は、形成を容易にするために、分割された枠構造を組み合わせる形をとってもよいし、一体で形成されてもよい。また、光反射体２と光反射体２０２とを一体に形成してもよいし、別体に形成してもよい。

実施の形態４．
　図１２は、本発明の実施の形態４にかかる光電変換装置２０１を鉛直上方向から見た図である。図１３は光電変換装置２０１の断面図である。なお、上記実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付して詳細な説明を省略する。

　光電変換装置２０１は、モジュール内に複数の光電変換セル３を備えている。その光電変換セル３の間に光電変換セル３が存在しない領域（非設置領域）が設けられている。光電変換装置２０１は、複数の光電変換セル３にまたがって上部にカバーガラス（光反射体）２０７を有する。カバーガラス２０７は、受光面側に斜面部２０７ａと光電変換セル３側に斜面部２０７ｂを備えている。斜面部２０７ａと斜面部２０７ｂはセル受光面に対して対称な角度で配置されている。

　例えば、カバーガラス２０７の光学屈折率が１．５の場合、カバーガラス２０７の斜面部２０７ａの受光面３ｃに対する角度θ１と、斜面部２０７ｂが受光面３ｃに対する角度θ２が３２°以上であることが望ましい。この場合、光電変換装置２０１に入射する光は斜面部２０７ａと空気の境界面で屈折される。この屈折により斜面部２０７ｂに入射する際の入射角が大きくなり、斜面部２０７ｂにおいて全反射して光電変換セル２０１に入射する。

　カバーガラス２０７の製造方法は、ガラス板を研削加工して作成する。カバーガラス２０７のくびれの部分は強度が弱いため、図１２の中心部分のようなそれぞれの光電変換セル３の四隅を結んだ中心の部分は、くびれの部分を樹脂製の柱で保持して機械強度を高めてもよい。また、斜面部２０７ｂを光学多層膜、またはＡｇめっきなどを施した後に、光電変換セル２０１とカバーガラス２０７の間をＥＶＡなどで封止してもよい。

　通常、光電変換装置２０１内に光電変換セル３の非設置領域がある場合、光電変換セル３の非設置領域に入射した光は光電変換装置２０１のバックシートの乱反射により光電変換セル３に再入射する。本実施の形態では、実施の形態３と同様に非設置領域に入射した光を有効に発電に寄与させることで、より高いモジュール出力を得ることができる。

　斜面部２０７ａと斜面部２０７ｂによって形成される領域断面は光学プリズムを横に接続したものとみなすことができる。通常、光学プリズムに入射した光は、入射時に屈折し内部を反射することで、図１２においては水平方向に向かいやすくなる。この原理により光電変換装置２０１に斜め方向から入射した光も最終的に光電変換セル３に向かうため、光電変換装置２０１を屋外に角度を固定して設置した場合の１日を通じた総発電量は増加する。

　特に、多層誘電体膜を斜面部２０７ｂに適用した場合は、非設置領域に向かって入射する光の９９％以上を反射によって光電変換セル３の中央領域３ａ（図１等も参照）に入射させることができる。また光電変換装置２０１に斜めから光が入射する際に斜面部２０７ｂを透過する光を低減することができる。そのため、短絡電流の損失を大幅に低減でき、より高いモジュール出力を得ることができる。

　実施の形態４にかかる光電変換装置２０１の製造方法は、カバーガラス２０７を光電変換セル３上に直接設置する。カバーガラス２０７は光電変換セル３との間にＥＶＡ等の封止材やエポキシ系樹脂等を挟むことにより固定しても良い。それ以外の工程は実施の形態１と同様である。カバーガラス２０７は、その形成を容易にするために、アクリル等の透明樹脂製の板を樹脂成形して作製して代替してもよい。

　以下、上記実施の形態に基づいて製造された光電変換装置の光電変換特性の測定結果を実施例として説明する。まず、実施例に用いた光電変換セルについて説明する。図９は、実施例に用いた光電変換セルの構造を示す断面図である。単結晶シリコン基板３０１の寸法は縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、高さ１５０μｍとした。

　単結晶シリコン基板３０１の一方の面には、ｉ型非晶質シリコン層３０２ａ、ｐ型非晶質シリコン層３０３ａをこの順番で化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いて形成した。単結晶シリコン基板３０１の他方の面には、ｉ型非晶質シリコン層３０２ｂ、ｎ型非晶質シリコン層３０３ｂをこの順番で化学気相成長法を用いて形成した。

　ｐ型非晶質シリコン層３０３ａ、ｎ型非晶質シリコン層３０３ｂの上にそれぞれ、透光性電極をスパッタ法あるいは蒸着法などで形成した。透光性電極３０４ａ，３０４ｂの膜厚は干渉効果により太陽光スペクトルのピーク波長で反射率が低下する膜厚とすることが望ましい。透光性電極材料としては酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃：Ｉｎｄｉｕｍ　Ｏｘｉｄｅ）を用いた。

　ｐ型非晶質シリコン層３０３ａ、ｎ型非晶質シリコン層３０３ｂの上に透光性電極３０４ａ，０４ｂを形成した後、その上に金属ペーストで構成される集電電極３０５をスクリーン印刷法で形成した。集電電極３０５の幅を７０μｍ、層厚を４０μｍとした。以上の工程を実施することにより、本実施例で用いる光電変換セルを得た。

　図１０は、光電変換装置の光電変換特性の測定結果を実施例１として示す図である。実施例１では、実施の形態１に基づいて光電変換装置１を作製した。なお、光反射体２の裏面には、スパッタリングによって厚み３００ｎｍの銀薄膜を製膜した。このとき、外周辺領域３ｂに設置した光反射体２の幅Ｗが異なる複数個の光電変換セル３を作成し、光電変換特性（短絡電流密度、開放電圧、曲線因子および最大エネルギー変換効率）を測定した（図１も参照）。なお、図１０において、幅Ｗが「０．０」となる場合は、光反射体２を設けていない場合である。そして、光反射体２を設けた場合の光電変換特性を、光反射体２を設けていない場合の光電変換特性を「１．０００」とした比率で示している。

　比較例１として、光反射体２に代えて薄板を設置した光電変換装置を作製した。具体的には、実施例１において光反射体２を設置している箇所、すなわち光電変換セル３の外周辺領域３ｂを、光反射体２と同じ幅Ｗの薄板で遮光した。薄板は、黒色のポリエチレン製の厚さ１００μｍの薄板を用いた。比較例１では、薄板を設置する点を除いて、実施の形態１と同様の構造で光電変換装置を作製した。

　図１４は、比較例１として示す光電変換装置の光電変換特性の測定結果を示す図である。このとき外周辺領域３ｂを遮光することにより、外周辺領域において生成された少数キャリアの再結合損失が減少するため、曲線因子は増加するが、遮光することによる短絡電流の減少が大きいため遮蔽幅Ｗを大きくするに従って出力は単調に減少する。

　図１５は、実施例１と比較例１とにおいて幅Ｗを変化させた場合のエネルギー変換効率値の比較結果である。図１０、図１５に示すように、外周辺領域３ｂに光反射体２を設置することで、曲線因子が向上すると同時に、短絡電流値も増加しているため、最大エネルギー変換効率が向上している。これは発電特性の低い外周辺領域３ｂに入射する光を、発電特性の高い中央領域３ａに選択的に入射させることで外周辺領域３ｂの影響を小さくしたためである。

　開放電圧は、Ｗ＝０．２５ｍｍから５．０ｍｍまで変化させた際に、増加している。これは再結合速度が高く開放電圧の低い外周辺領域３ｂで発電させていない効果によるものであると考えられる。曲線因子は光反射体２の設置により大幅に向上している。また幅Ｗ＝２．５ｍｍまでは最大エネルギー変換効率は単調増加であり、例えばＷ＝０．１ｍｍの場合においても、その幅に応じた出力向上は得られるものと考えられる。

　通常、光電変換セルに正電圧をかけた際は、再結合速度の高い外周辺領域に少数キャリアが流れ込んで失活するため曲線因子は低下する。一方、光反射体を設置した際は外周辺領域に少数キャリアが発生しないため、これらが失活することによる出力損失、すなわち曲線因子の低下が起こらないものと考えられる。

　Ｗ＝５．０ｍｍの場合に短絡電流が減少している。これは、光反射体の反射率が９５％程度であるため、残りの５％が反射損失として減少しているためである。以上のように、幅Ｗと光電変換特性の関係から、幅Ｗは１ｍｍから３ｍｍ程度が望ましいが５ｍｍ程度の幅でもある程度の効果は得られる。

　図１１は、光電変換装置の光電変換特性の測定結果を実施例２として示す図である。実施例２では実施の形態２に基づいて光電変換装置を作製した。光反射体１０２の斜面部１０２ａの裏面側に、反射率を高めるために銀メッキを施した（図６も参照）。光反射体１０２の斜面構造の周期は１ｍｍとし、斜面の角度は受光面３ｃに対して１５°とした。図１１において、実施例１のＷ＝０ｍｍのものを比較例１として示している。

　外周辺領域３ｂを反射面とすることで短絡電流密度、開放電圧、曲線因子が向上した。これは実施例１と同様の効果によるものである。

　以上のように、本発明にかかる光電変換装置は、ヘテロ接合型の光電変換セルを有する光電変換装置に有用である。

　１　光電変換装置、２　光反射体、２ａ　斜面部、２ｂ　囲み部、３　光電変換セル、３ａ　中央領域、３ｂ　外周辺領域、３ｃ　受光面、４　空洞部、５　集電電極、６　モジュール封止材、７　タブ線、１０　光反射体、１０ａ　斜面部、１１　貫通電極、１０１　光電変換装置、１０２　光反射体、１０２ａ　斜面部、１０７　カバーガラス、２０１　光電変換装置、２０２　光反射体、２０４　空洞部、２０７　カバーガラス（光反射体）、２０７ａ　斜面部、２０７ｂ　斜面部、３０１　単結晶シリコン基板、３０２ａ　ｉ型非晶質シリコン層、３０２ｂ　ｉ型非晶質シリコン層、３０３ａ　ｐ型非晶質シリコン層、３０３ｂ　ｎ型非晶質シリコン層、３０４ａ，３０４ｂ　透光性電極、３０５　集電電極。

Claims

　光の入射する受光面を有する結晶性基板を用いた光電変換セルと、
　前記受光面の外周辺領域上に設けられた、基板端部から０．２５ｍｍから５ｍｍの幅を有する光反射体と、を備え、
　前記光反射体には、前記受光面に対して斜面となって入射光を反射させて前記光電変換セルの受光面に入射させる斜面部が形成されていることを特徴とする光電変換装置。
　前記光反射体は、前記受光面から離れる方向に凸となり、前記斜面部が一方の壁面を構成する楔型形状の断面形状を呈していることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
　前記楔型形状を呈する前記光反射体の他方の壁面が前記光電変換セルの外周部を囲むように設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
　前記光反射体の内側は空洞部となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光電変換装置。
　前記光反射体の内側は、導電性材料が充填されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の光電変換装置。
　前記光電変換セルに形成された集電電極に前記光反射体の内部で接続されるタブ線をさらに備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の光電変換装置。
　前記斜面部のうち、前記受光面側を向く面には、光を反射させる反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の光電変換装置。
　前記光反射体は、複数の前記斜面部を有することを特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
　複数の前記光電変換セルが間隔を空けて並べられ、
　前記光反射体は、前記光電変換セル同士をまたいで設けられることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
　光の入射する受光面を有する結晶性基板を用いた光電変換セルと、
　前記光電変換セルの受光面側を覆うカバーガラスと、を備え、
　前記カバーガラスには、前期光電変換セルの受光面の外周辺領域上に溝が形成され、
　前記溝が、前記受光面に対して斜面となって入射光を反射させて前記光電変換セルの受光面に入射させる斜面部となることを特徴とする光電変換装置。