WO2022255337A1 - 光電変換素子、太陽電池モジュール及びパドル - Google Patents

光電変換素子、太陽電池モジュール及びパドル Download PDF

Info

Publication number
WO2022255337A1
WO2022255337A1 PCT/JP2022/022062 JP2022022062W WO2022255337A1 WO 2022255337 A1 WO2022255337 A1 WO 2022255337A1 JP 2022022062 W JP2022022062 W JP 2022022062W WO 2022255337 A1 WO2022255337 A1 WO 2022255337A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
photoelectric conversion
layer
conversion element
electrode layer
electrode
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/022062
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
隆鳳 石内
恭平 堀口
幹雄 濱野
Original Assignee
出光興産株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 出光興産株式会社 filed Critical 出光興産株式会社
Priority to EP22816083.4A priority Critical patent/EP4350780A1/en
Priority to CN202280046358.0A priority patent/CN117581386A/zh
Priority to JP2023525840A priority patent/JPWO2022255337A1/ja
Publication of WO2022255337A1 publication Critical patent/WO2022255337A1/ja

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/06—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers
    • H01L31/072—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type
    • H01L31/0749—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by potential barriers the potential barriers being only of the PN heterojunction type including a AIBIIICVI compound, e.g. CdS/CulnSe2 [CIS] heterojunction solar cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/541—CuInSe2 material PV cells

Definitions

  • the present invention relates to photoelectric conversion elements, solar cell modules and paddles.
  • Patent Document 1 A photoelectric conversion element that converts light energy into electrical energy is known (Patent Document 1).
  • the photoelectric conversion element described in Patent Document 1 includes a substrate made of an insulating material, a back electrode layer formed on the substrate, a power generation layer formed on the back electrode layer, and a transparent electrode layer formed on the power generation layer. It comprises an electrode layer and a metal collecting electrode formed on the transparent electrode layer.
  • the collecting electrode has a plurality of finger portions that collect electrons from the transparent electrode layer, and a busbar portion that further collects the electrons collected by the finger portions.
  • the finger portion is formed in an elongated linear shape extending from the busbar portion.
  • the inventors of the present application have found the problem that peeling may occur in the layers constituting the photoelectric conversion element at the collector electrodes due to temperature changes in the photoelectric conversion element. When such peeling occurs, there is a possibility that the photoelectric conversion efficiency of the photoelectric conversion element is lowered or the photoelectric conversion function is lost.
  • a photoelectric conversion element includes a photoelectric conversion layer, an electrode layer adjacent to the photoelectric conversion layer, and a collecting electrode adjacent to the electrode layer.
  • the collector electrode has a linear first portion. When the length of the first portion is L, the width of the first portion is W, and the thickness of the first portion is D, "D ⁇ L/W" is 2.5 ⁇ 10 3 less than ⁇ m.
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a photoelectric conversion element according to a first embodiment
  • FIG. FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of area 2A in FIG. 1
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion element along line 3A-3A in FIG. 2
  • 1 is a schematic plan view of a solar cell module including photoelectric conversion elements
  • FIG. 1 is a schematic perspective view of an artificial satellite equipped with solar cell modules;
  • FIG. 1 is a schematic plan view of a photoelectric conversion element according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is an enlarged view of the vicinity of area 2A in FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the photoelectric conversion element along line 3A-3A in FIG. 2.
  • FIG. 2 does not show the antireflection film 40 on the collector electrode 30, which will be described later.
  • the photoelectric conversion element 10 may be a thin film type photoelectric conversion element.
  • photoelectric conversion element 10 is a solar cell element that converts light energy into electrical energy.
  • the substrate 20 may be made of glass, ceramics, resin, metal, or the like, for example.
  • the photoelectric conversion element 10 may include at least a first electrode layer 22 , a second electrode layer 24 , and a laminate 25 provided between the first electrode layer 22 and the second electrode layer 24 .
  • the laminate 25 may include a photoelectric conversion layer 26 that contributes to mutual conversion of light energy and electrical energy.
  • the photoelectric conversion layer 26 is sometimes called a light absorption layer.
  • the first electrode layer 22 and the second electrode layer 24 are adjacent to the photoelectric conversion layer 26 .
  • the term "adjacent” shall mean not only that both layers are in direct contact, but also that both layers are adjacent through another layer.
  • the first electrode layer 22 is provided between the photoelectric conversion layer 26 and the substrate 20 .
  • the second electrode layer 24 is located on the side opposite to the substrate 20 with respect to the photoelectric conversion layer 26 . Therefore, the first electrode layer 22 is located on the side opposite to the second electrode layer 24 with respect to the photoelectric conversion layer 26 .
  • the second electrode layer 24 may be composed of a transparent electrode layer.
  • the second electrode layer 24 is composed of a transparent electrode layer, light incident on the photoelectric conversion layer 26 or emitted from the photoelectric conversion layer 26 passes through the second electrode layer 24 .
  • the first electrode layer 22 may be composed of an opaque electrode layer or a transparent electrode layer.
  • the first electrode layer 22 may be made of metal such as molybdenum, titanium or chromium, for example.
  • the second electrode layer 24 may be made of an n-type semiconductor, more specifically, a material having n-type conductivity and relatively low resistance.
  • the second electrode layer 24 may comprise, for example, a metal oxide doped with a Group III element (B, Al, Ga, or In) as a dopant. Examples of metal oxides are ZnO or SnO2 .
  • the second electrode layer 24 is made of In 2 O 3 (indium oxide), ITO (indium tin oxide), ITiO (indium titanium oxide), IZO (indium zinc oxide), as examples of the materials described above or other materials.
  • the second electrode layer 24 can function as both an n-type semiconductor and a transparent electrode layer.
  • the photoelectric conversion layer 26 may contain, for example, a p-type semiconductor.
  • the photoelectric conversion layer 26 may function as, for example, a polycrystalline or microcrystalline p-type compound semiconductor layer.
  • the photoelectric conversion layer 26 may have a CIS-based light absorption layer.
  • the photoelectric conversion layer 26 includes group I elements (Cu, Ag, Au, etc.), III group elements (Al, Ga, In, etc.) and VI group elements (O, S, Se, Te, etc.) is formed of an I-III-VI Group 2 compound semiconductor with a chalcopyrite structure.
  • the photoelectric conversion layer 26 is not limited to those described above, and may be composed of any material that causes photoelectric conversion.
  • the photoelectric conversion layer 26 may contain alkali metals such as Li, Na, K, Rb, and Cs.
  • the laminated structure of the photoelectric conversion element 10 is not limited to the above aspect, and can take various aspects.
  • the photoelectric conversion element 10 may have a structure in which both the n-type semiconductor and the p-type semiconductor are sandwiched between the first electrode layer and the second electrode layer.
  • the second electrode layer does not have to be made of an n-type semiconductor.
  • the photoelectric conversion element 10 is not limited to a pn junction type structure, and may have a pin junction type structure including an intrinsic semiconductor layer (i-type semiconductor) between an n-type semiconductor and a p-type semiconductor. may have.
  • the laminate 25 may have a second buffer layer 28 between the photoelectric conversion layer 26 and the second electrode layer 24, if necessary.
  • the second buffer layer 28 may be a semiconductor material having the same conductivity type as the second electrode layer 24, or may be a semiconductor material having a different conductivity type.
  • the second buffer layer 28 may be made of a material with higher electrical resistance than the second electrode layer 24 .
  • the second buffer layer 28 may be, for example, a Zn-based buffer layer, a Cd-based buffer layer, or an In-based buffer layer.
  • the Zn-based buffer layer may be, for example, ZnS, ZnO, Zn(OH) 2 or ZnMgO, or mixtures, mixed crystals or laminates thereof.
  • the Cd-based buffer layer may be, for example, CdS, CdO or Cd(OH) 2 , or mixtures, mixed crystals or laminates thereof.
  • the In-based buffer layer may be, for example, In 2 S 3 , In 2 O 3 or In(OH) 3 , or mixtures, mixed crystals or laminates thereof.
  • the laminate 25 may have a first buffer layer 27 between the photoelectric conversion layer 26 and the first electrode layer 22, if necessary.
  • the first buffer layer 27 may be a semiconductor material having the same conductivity type as the first electrode layer 22, or may be a semiconductor material having a different conductivity type.
  • the first buffer layer 27 may be made of a material having higher electrical resistance than the first electrode layer 22 .
  • the first buffer layer 27 is not particularly limited, but may be, for example, a layer containing a chalcogenide compound of a transition metal element having a layered structure.
  • the first buffer layer 27 may be composed of a compound composed of a transition metal material such as Mo, W, Ti, V, Cr, Nb, Ta and a chalcogen element such as O, S, Se. .
  • the first buffer layer 27 may be, for example, a Mo(Se,S) 2 layer, a MoSe 2 layer, a MoS 2 layer, a Cr x TaS 2 layer, or the like.
  • the layer having a layered structure described above is a layer having a cleavage property. This cleavable layer may be a layer having a hexagonal crystal structure.
  • the photoelectric conversion element 10 includes a collector electrode 30 adjacent to the second electrode layer 24 .
  • the current collecting electrode 30 collects charge carriers from the second electrode layer 24 and is formed of a conductive material.
  • the collector electrode 30 may be in direct contact with the second electrode layer 24 .
  • the collecting electrode 30 may have a substantially linear first portion 31 and a second portion 32 connected to the first portion 31 .
  • the collector electrode 30 (the first portion 31 and the second portion 32) may be made of a material with higher conductivity than the material that makes up the second electrode layer 24.
  • the current collecting electrode 30 (the first part 31 and the second part 32) is made of one or more materials selected from, for example, Ni, Mo, Ti, Cr, Al, Ag, Cu, Au, etc. good.
  • the collecting electrode 30 may be an alloy or laminate made up of a combination of the materials described above.
  • the substantially linear first portion 31 extends straight along one direction (the X direction in the drawing) in the illustrated embodiment.
  • the first portion 31 may extend in a wavy or zigzag polygonal line.
  • linear is defined by a concept including not only straight lines but also elongated curved lines such as wavy lines and polygonal lines.
  • a plurality of first portions 31 of the current collecting electrode 30 may be provided side by side in the first direction (the Y direction in the drawing).
  • a plurality of first portions 31 may be connected to the same second portion 32 .
  • the first portion 31 of the current collecting electrode 30 protrudes in a direction (the Y direction in the figure) intersecting the direction in which the linear first portion 31 extends at the end opposite to the second portion 32 . It may have one or more projections 31a. Since the end (free end) region of the first portion 31 is widened by the projection 31a, the thermal stress generated in the end (free end) region of the first portion 31 can be dispersed. In the illustrated form, a plurality of projections 31a are provided in the region of the end (free end) of the first portion 31 .
  • the second portion 32 of the collector electrode 30 may extend in the first direction (the Y direction in the drawing).
  • the second portion 32 may be connected to the first portion 31 at the end of the first portion 31 .
  • the plurality of first portions 31 may extend from the second portion 32 along the second direction.
  • the second direction is a direction (the X direction in the figure) intersecting with the above-described first direction.
  • the second portion 32 of the collector electrode 30 may substantially extend from near one end of the photoelectric conversion element 10 to near the other end in the first direction (the Y direction in the drawing).
  • the second portion 32 of the current collecting electrode 30 may be larger than each first portion 31 .
  • the width of the second portion 32 in the X direction of the drawing may be greater than the width of the first portion 31 in the Y direction of the drawing.
  • the photoelectric conversion element 10 may have an antireflection film 40 that suppresses reflection of light.
  • the antireflection film 40 may be provided, for example, on both the collector electrode 30 and the second electrode layer 24 on which the collector electrode 30 is not formed.
  • the inventors of the present application have found that, depending on the design of the length, width, and thickness of the first portion 31 of the current collecting electrode 30, the photoelectric conversion element is subjected to temperature cycling at the free end of the first portion 31 of the current collecting electrode 30. It was found to delaminate or break upon testing. From this point of view, the inventor found preferable conditions regarding the length, width and thickness of the first portion 31 of the collector electrode 30 . This condition will be described below.
  • the length of the first portion 31 along the direction in which the first portion 31 extends is "L".
  • the length L of the first portion 31 is defined by the distance from the connecting portion of the first portion 31 to the second portion 32 to the end of the first portion 31 opposite to the second portion 32. be done.
  • W be the width of the first portion 31 in the direction crossing the direction in which the first portion 31 extends (the Y direction in the drawing). Note that the width W may be the width of the portion that does not include the protrusion 31a described above. Also, let the thickness of the first portion 31 be "D”.
  • the first portion 31 of the collector electrode 30 thermally expands/contracts due to temperature changes.
  • One end of the first portion 31 is fixed to the relatively large second portion 32 (fixed end). Therefore, the other end (free end) of the first portion 31 thermally expands and contracts relatively freely. That is, it is considered that the influence of the thermal stress generated in the first portion 31 of the current collecting electrode 30 concentrates on the free end of the first portion 31 .
  • this concentration of thermal stress is considered to affect the width W of the first portion 31 as well. That is, when the width W of the first portion 31 is small, the area of the first portion 31 is small, and the thermal stress is accordingly concentrated in a local region. Therefore, the degree of thermal stress concentration (density) in the vicinity of the free end of the first portion 31 depends on the ratio of the length L to the width W of the first portion 31 (hereinafter referred to as "aspect ratio L/W"). roughly proportional.
  • the thermal stress generated in the thin film is proportional to the film thickness. Therefore, the thermal stress generated in the first portion 31 of the collector electrode 30 is proportional to the thickness D as well. Therefore, it can be seen that the degree of thermal stress concentration (density) in the vicinity of the free end of the first portion 31 is generally expressed by an index of "D ⁇ L/W".
  • “D ⁇ L/W” is less than 2.5 ⁇ 10 3 ⁇ m, and may be 2.4 ⁇ 10 3 ⁇ m or less, for example.
  • “D ⁇ L/W” is 2.2 ⁇ 10 3 ⁇ m or less. More preferably, “D ⁇ L/W” is 1.8 ⁇ 10 3 ⁇ m or less. More preferably, “D ⁇ L/W” is 1.4 ⁇ 10 3 ⁇ m or less. This makes it possible to provide a photoelectric conversion element that is highly resistant to temperature changes, as will be described in detail below. Note that the lower limit of "D ⁇ L/W” is not particularly limited, and “D ⁇ L/W” may be greater than 0, for example.
  • “L/W” may be, for example, 6.25 ⁇ 10 2 or less.
  • “L/W” is 5.6 ⁇ 10 2 or less. More preferably, “L/W” is 5.0 ⁇ 10 2 or less. More preferably, “L/W” is 4.4 ⁇ 10 2 or less. Even more preferably, “L/W” is 3.6 ⁇ 10 2 or less.
  • the value of “L/W” is set so as not to exceed the upper limit of “D ⁇ L/W” described above.
  • “L/W” is not particularly limited, it may be greater than 1.0, for example.
  • the thickness D of the first portion 31 may be, for example, 12 ⁇ m or less.
  • the thickness D of the first portion 31 is 8 ⁇ m or less. More preferably, the thickness D of the first portion 31 is 6 ⁇ m or less. More preferably, the thickness D of the first portion 31 is 4 ⁇ m or less.
  • the thickness D of the first portion 31 is set so as not to exceed the upper limit value of "D ⁇ L/W" described above.
  • the lower limit of the thickness D of the first portion 31 is not particularly limited, and the thickness D may be, for example, greater than 0 ⁇ m.
  • the photoelectric conversion layer 26 is a CIS-based light absorption layer
  • the first electrode layer 22 is made of molybdenum
  • the first buffer layer 27 is made of Mo(Se,S ) and the second electrode layer 24 was a transparent electrode layer.
  • the collector electrode 30 (the first portion 31 and the second portion 32) was formed of a laminate of nickel and silver.
  • the thickness of nickel forming the collector electrode 30 was 10 nm.
  • a photoelectric conversion element including a collecting electrode 30 having first portions 31 having different lengths L and widths W is prepared. And a temperature cycle test was performed with different thicknesses D.
  • the length L of the first portion 31 is defined by the distance from the connecting portion of the first portion 31 to the second portion 32 to the end of the first portion 31 opposite to the second portion 32 .
  • the photoelectric conversion element including the collector electrode having the above conditions was placed in a stainless steel mesh container (hereinafter simply referred to as "container").
  • a thermometer thermocouple
  • a temperature cycle test was performed on the container containing the photoelectric conversion element in a nitrogen atmosphere according to the following procedure. In the following description, Fluorinert is used as a hot bath and liquid nitrogen is used as a cold bath.
  • thermometer thermocouple
  • thermocouple indicated a temperature of 125°C or higher
  • the container was removed from the hot bath and immersed in a -196°C cold bath. The container was then left in a cold bath until the thermocouple indicated a temperature of -195°C or less.
  • thermocouple indicated a temperature of -195°C or lower
  • the container was taken out of the cold bath and immersed in the 135°C hot bath again.
  • the container was then left in a heating bath until the thermocouple indicated a temperature of 125°C or higher.
  • JIS C 8991:2011 specifies the conditions for temperature cycle tests for thin-film solar cell modules installed on the ground. According to JIS C 8991:2011, a temperature cycle test is conducted under the condition that the temperature is changed from -40°C to 85°C for 200 cycles. Therefore, the temperature cycle test performed in the above experiment corresponds to a test that imposes stricter conditions on the photoelectric conversion element than the Japanese Industrial Standard "JIS C 8991:2011".
  • D ⁇ L/W is less than 2.5 ⁇ 10 3 ⁇ m, and may be, for example, 2.4 ⁇ 10 3 ⁇ m or less. According to the results shown in Table 2, if "D ⁇ L/W" is 2.2 ⁇ 10 3 ⁇ m or less, a photoelectric conversion element with high resistance to temperature change can be provided more reliably.
  • the photoelectric conversion element can be mounted on a moving body such as a car or an airplane, or can be used at an altitude of 100 km or more or in space. It can also be suitably used as a photoelectric conversion element for space or artificial satellites used in a harsh environment.
  • the layers constituting the laminate 25 extend from the tip (free end) of the first portion 31 of the current collecting electrode 30 to It was found that peeling started and progressed from the free end. It was found that this peeling occurred at the interface between the Mo(Se,S) 2 layer and the CIS-based light absorption layer.
  • the Mo(Se,S) 2 layer is a layer having a hexagonal crystal structure and having cleavage properties. That is, since the Mo(Se,S) 2 layer is a layer with relatively low strength, it is considered that peeling occurred at the Mo(Se,S) 2 layer.
  • the laminate 30 includes a layer having such a cleavage property
  • the laminate can be obtained by appropriately setting the conditions of the thickness D, the length L, and the width W of the first portion 31 of the collector electrode 30. It can be seen from the temperature cycle test described above that peeling of the layers constituting the body 30 can be suppressed.
  • FIG. 4 is a schematic plan view of a solar cell module including photoelectric conversion elements.
  • a solar cell module 100 may comprise one or more photoelectric conversion elements 10 .
  • FIG. 4 shows a photoelectric conversion module 100 including a plurality of photoelectric conversion elements 10 .
  • One or more photoelectric conversion elements 10 may be sealed, for example, with a sealing material.
  • the plurality of photoelectric conversion elements 10 may be arranged in at least one direction, preferably in a grid pattern. In this case, the plurality of photoelectric conversion elements 10 may be electrically connected in series and/or in parallel with each other.
  • the photoelectric conversion elements 10 are arranged so as to partially overlap each other. Of the photoelectric conversion elements 10 arranged in one direction, adjacent photoelectric conversion elements 10 partially overlap each other. Specifically, as shown in FIG. 4, one photoelectric conversion element 10 may be arranged so as to cover the second portion 32 of the collector electrode 30 of the adjacent photoelectric conversion element 10 . In this case, the photoelectric conversion element 10 is electrically connected to the second portion 32 of the collector electrode 30 of the adjacent photoelectric conversion element 10 .
  • photoelectric conversion elements 10 adjacent to each other may be spaced apart from each other.
  • the photoelectric conversion module 100 includes a conductive interconnector (not shown) that electrically connects the second portion 32 of the collector electrode 30 of a certain photoelectric conversion element 10 and the photoelectric conversion element 10 adjacent thereto. Be prepared.
  • FIG. 5 is a schematic perspective view of an artificial satellite equipped with solar cell modules.
  • Satellite 900 may have a base 910 and a paddle 920 .
  • the base 910 may include devices (not shown) necessary for controlling the satellite 900 and the like.
  • Antenna 940 may be attached to base 910 .
  • the paddle 920 may include the solar cell module 100 described above.
  • the paddle 920 with the solar cell module 100 can be used as a power source for operating various devices provided on the base 910 .
  • the solar cell module 100 can be applied to paddles for artificial satellites.
  • the paddle 920 for a satellite is exposed to a high-temperature environment and a severe temperature-change environment during the launch and operation of the satellite.
  • Preferably module 100 is utilized.
  • the paddle 920 may have a connecting portion 922 and a hinge portion 924 .
  • the connecting portion 922 corresponds to a portion connecting the paddle 920 to the base portion 910 .
  • the hinge portion 924 extends along one direction, and the paddle 920 can be bent around the hinge portion 924 as a rotation axis.
  • Each paddle 920 may have at least one, and preferably multiple hinges 924 .
  • the paddle 920 having the solar cell module 100 is configured to be foldable into a small size.
  • the paddle 920 may be in a folded state when the satellite 900 is launched.
  • the paddle 920 may be deployed when receiving sunlight to generate power.
  • the paddle 920 may have a cylindrical shape formed by winding. This allows the paddle 920 to assume a substantially flat unfolded state by rotation of the wound portion. During launch of satellite 900, paddle 920 may maintain a generally cylindrical shape. The paddle 920 may be deployed so as to be in a substantially flat state when receiving sunlight to generate power.
  • the collector electrode 30 is provided on the second electrode layer 24 .
  • the collector electrode 30 may be provided between the photoelectric conversion layer 26 and the second electrode layer 24 .
  • the second electrode layer 24 is composed of a transparent electrode layer.
  • the first electrode layer 22 may be composed of a transparent electrode layer.
  • the second electrode layer 24 may be composed of a transparent electrode layer or an opaque electrode layer.
  • the first portions 31 of all current collecting electrodes 30 formed on the same photoelectric conversion element have the same length L, width W and thickness D.
  • the plurality of first portions 31 formed on the same photoelectric conversion element may have different lengths L, widths W and thicknesses D from each other. In this case, it is preferable that at least some, preferably all, of the plurality of first portions 31 satisfy the conditions regarding the length L, width W, and thickness D described above.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to a crystalline photoelectric conversion element as much as possible. Even in a crystalline photoelectric conversion element, the effects of thermal stress can be alleviated by setting the conditions for the length L, width W, and thickness D of the first portion 31 of the current collecting electrode 30 as described above. can be done. However, from the viewpoint of suppressing peeling of the laminate 25, it is particularly desirable to apply the present invention to a thin-film type photoelectric conversion element.
  • the first portion 31 of the collector electrode 30 has the protrusion 31a.
  • the first portion 31 of the collector electrode 30 may have a substantially linear shape without the protrusion 31a.
  • the first portion 31 of the collector electrode 30 extends from the second portion 32 in only one direction.
  • the multiple first portions 31 may extend in different directions from the second portion 32 .
  • the multiple first portions 31 may extend in opposite directions.
  • one first portion 31 may extend in a direction that is inclined with respect to another first portion 31 .
  • the second portion 32 of the collector electrode 30 extends straight in the Y direction.
  • the second portion 32 of the current collecting electrode 30 may extend in a wavy or zigzag polygonal line.

Landscapes

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

Abstract

温度変化に対する耐性の高い光電変換素子を提供する。光電変換素子（１０）は、光電変換層（２６）と、光電変換層（２６）に隣接する電極層（２４）と、電極層（２４）に隣接する集電電極（３０）と、を備える。集電電極（３０）は、線状の第１部分（３１）を有する。第１部分（３１）の長さがＬであり、第１部分（３１）の幅がＷであり、第１部分（３１）の厚みがＤであるときに、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」が２．５×１０３μｍ未満である。

Description

光電変換素子、太陽電池モジュール及びパドル
　本発明は、光電変換素子、太陽電池モジュール及びパドルに関する。
　光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換素子が知られている（特許文献１）。特許文献１に記載された光電変換素子は、絶縁材料からなる基板と、基板上に形成された裏面電極層と、裏面電極層上に形成された発電層と、発電層上に形成された透明電極層と、透明電極層上に形成された金属製の集電電極と、を備える。
　特許文献１において、集電電極は、透明電極層からの電子を集電する複数のフィンガー部と、フィンガー部により集電された電子をさらに集電するバスバー部と、を有する。フィンガー部は、バスバー部から延びた細長い線状に形成されている。
特開２００９－３０２２７４号公報
　本願の発明者は、光電変換素子の温度変化によって、集電電極のところで光電変換素子を構成する層に剥離が生じ得るという課題を見出した。このような剥離が生じると、光電変換素子の光電変換の効率が低下したり、光電変換の機能が失われたりする可能性がある。
　したがって、温度変化に対する耐性の高い光電変換素子が望まれる。
　一態様に係る光電変換素子は、光電変換層と、前記光電変換層に隣接する電極層と、前記電極層に隣接する集電電極と、を備える。前記集電電極は、線状の第１部分を有する。前記第１部分の長さがＬであり、前記第１部分の幅がＷであり、前記第１部分の厚みがＤであるときに、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」が２．５×１０３μｍ未満である。
第１実施形態に係る光電変換素子の模式的平面図である。 図１の領域２Ａ付近の拡大図である。 図２の３Ａ－３Ａ線に沿った光電変換素子の模式的断面図である。 光電変換素子を備えた太陽電池モジュールの模式的平面図である。 太陽電池モジュールを備えた人工衛星の模式的斜視図である。
　以下、図面を参照して、実施形態について説明する。以下の図面において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることがあることに留意すべきである。
　図１は、第１実施形態に係る光電変換素子の模式的平面図である。図２は、図１の領域２Ａ付近の拡大図である。図３は、図２の３Ａ－３Ａ線に沿った光電変換素子の模式的断面図である。なお、図２では、説明の都合上、後述する集電電極３０上の反射抑制膜４０は図示されていない。
　本実施形態に係る光電変換素子１０は、薄膜型の光電変換素子であってよい。好ましくは、光電変換素子１０は、光エネルギーを電気的エネルギーに変換する太陽電池素子である。基板２０は、例えばガラス、セラミックス、樹脂又は金属などによって構成されていてよい。
　光電変換素子１０は、少なくとも、第１電極層２２と、第２電極層２４と、第１電極層２２と第２電極層２４の間に設けられた積層体２５と、を含んでいてよい。積層体２５は、光エネルギーと電気エネルギーの相互変換に寄与する光電変換層２６を含んでいてよい。光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池素子では、光電変換層２６は、光吸収層と呼ばれることがある。
　第１電極層２２及び第２電極層２４は、光電変換層２６に隣接する。本明細書において、「隣接する」という用語は、両方の層が直接接することだけでなく、両方の層が別の層を介して近接することをも意味するものとする。
　第１電極層２２は、光電変換層２６と基板２０との間に設けられている。第２電極層２４は、光電変換層２６に関して基板２０とは反対側に位置する。したがって、第１電極層２２は、光電変換層２６に関して第２電極層２４とは反対側に位置する。
　本実施形態では、第２電極層２４は透明電極層によって構成されていてよい。第２電極層２４が透明電極層によって構成されている場合、光電変換層２６へ入射、又は光電変換層２６から出射する光は、第２電極層２４を通過する。
　第２電極層２４が透明電極層によって構成される場合、第１電極層２２は、不透明電極層によって構成されていてもよく、透明電極層によって構成されていてもよい。第１電極層２２は、例えば、モリブデン、チタン又はクロムのような金属によって形成されていてよい。
　本実施形態では、好ましい一例として、第２電極層２４は、ｎ型半導体、より具体的には、ｎ型の導電性を有し、比較的低抵抗の材料によって形成されていてよい。第２電極層２４は、例えば、ＩＩＩ族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、またはＩｎ）がドーパントとして添加された酸化金属を備えていてもよい。酸化金属の例としては、ＺｎＯ、または、ＳｎＯ２がある。第２の電極層２４は、前述した材料の例、又は他の材料の例として、Ｉｎ２Ｏ３（酸化インジウム）、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＴｉＯ（酸化インジウムチタン）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＺＴＯ（酸化亜鉛スズ）、ＦＴＯ（フッ素ドープト酸化スズ）、ＧＺＯ（ガリウムドープト酸化亜鉛）、ＢＺＯ（ホウ素ドープト酸化亜鉛）、ＡＺＯ（アルミドープト酸化亜鉛）、水素ドープ酸化インジウムなどから選択可能である。第２電極層２４は、ｎ型半導体と透明電極層の機能を兼ねることができる。
　光電変換層２６は、例えば、ｐ型の半導体を含んでいてよい。具体的例では、光電変換層２６は、例えば多結晶又は微結晶のｐ型化合物半導体層として機能するものであってよい。光電変換層２６は、ＣＩＳ系の光吸収層を有していてよい。ＣＩＳ系の光吸収層の例では、光電変換層２６は、I族元素（Cu、Ag、Au等）、III族元素（Al、Ga、In等）及びVI族元素（O、S、Se、Te等）を含むカルコパイライト構造のI-III-VI2族化合物半導体で形成される。この代わりに、光電変換層２６は、前述したものに限定されず、光電変換を起こす任意の材料によって構成されていてよい。また、光電変換層２６は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ等のアルカリ金属を含んでいてもよい。
　光電変換素子１０の積層構造は、上記態様に限定されず、様々な態様をとり得ることに留意されたい。例えば、光電変換素子１０は、ｎ型半導体とｐ型半導体の両方が第１電極層と第２電極層との間に挟まれた構成を有していてもよい。この場合、第２電極層はｎ型半導体によって構成されていなくてよい。また、光電変換素子１０は、ｐ－ｎ結合型の構造に限らず、ｎ型半導体とｐ型半導体との間に真性半導体層（ｉ型半導体）を含むｐ－ｉ－ｎ結合型の構造を有していてもよい。
　積層体２５は、必要に応じて、光電変換層２６と第２電極層２４との間に第２バッファ層２８を有していてもよい。この場合、第２バッファ層２８は、第２電極層２４と同じ導電型を有する半導体材料であってもよく、異なる導電型を有する半導体材料であってもよい。第２バッファ層２８は、第２電極層２４よりも電気抵抗の高い材料によって構成されていてよい。
　ＣＩＳ系の光電変換素子では、第２バッファ層２８は、例えばZn系バッファ層、Cd系バッファ層又はIn系バッファ層であってよい。Zn系バッファ層は、例えばZnS、ZnO、Zn(OH)2若しくはZnMgOや、これらの混合物、混晶又は積層体であってよい。Cd系バッファ層は、例えばCdS、CdO若しくはCd(OH)2や、これらの混合物、混晶又は積層体であってよい。In系バッファ層は、例えばIn2S3、In2O3若しくはIn(OH)3や、これらの混合物、混晶又は積層体であってよい。
　積層体２５は、必要に応じて、光電変換層２６と第１電極層２２との間に第１バッファ層２７を有していてもよい。この場合、第１バッファ層２７は、第１電極層２２と同じ導電型を有する半導体材料であってもよく、異なる導電型を有する半導体材料であってもよい。第１バッファ層２７は、第１電極層２２よりも電気抵抗の高い材料によって構成されていてよい。
　第１バッファ層２７は、特に制限されないが、例えば、層状構造を有する遷移金属元素のカルコゲナイド化合物を含む層であってよい。具体的には、第１バッファ層２７は、Mo, W, Ti, V, Cr, Nb, Taなどの遷移金属材料と、O, S, Seなどのカルコゲン元素から成る化合物によって構成されていてよい。第１バッファ層２７は、例えば、Mo(Se,S)2層、MoSe2層、MoS2層又はCrxTaS2層などであってよい。前述した層状構造を有する層は、劈開性を有する層である。この劈開性を有する層は、六方晶の結晶構造を有する層であってよい。
　光電変換素子１０は、第２電極層２４に隣接する集電電極３０を備えている。集電電極３０は、第２電極層２４からの電荷キャリアを集電するものであり、導電材によって形成される。集電電極３０は、第２電極層２４に直接接していてもよい。集電電極３０は、実質的に線状の第１部分３１と、第１部分３１に連結された第２部分３２と、を有していてよい。
　集電電極３０（第１部分３１及び第２部分３２）は、第２電極層２４を構成する材料よりも導電性の高い材料によって構成されていてよい。集電電極３０（第１部分３１及び第２部分３２）は、例えばNi, Mo, Ti, Cr, Al, Ag, Cu, Au等のなかから選択した１つ又は複数の材料によって構成されていてよい。集電電極３０は、前述した材料の組み合わせによって構成された合金や積層体であってもよい。
　実質的に線状の第１部分３１は、図示した態様では、一方向（図のＸ方向）に沿って真っすぐ延びている。この代わりに、第１部分３１は、波線状又はジグザグの折れ線状に延びていてもよい。本明細書において、「線状」という用語は、直線だけに限られず、波線や折れ線などの細長い曲がった線を含む概念によって規定される。
　集電電極３０の第１部分３１は、第１方向（図のＹ方向）に並んで複数設けられていてよい。複数の第１部分３１は、同一の第２部分３２に連結されていてよい。
　集電電極３０の第１部分３１は、第２部分３２とは反対側の端部において、線状の第１部分３１が延びている方向に交差する方向（図のＹ方向）に突出した１つ又は複数の突起３１ａを有していてもよい。第１部分３１の端（自由端）の領域が突起３１ａにより広がるため、第１部分３１の端（自由端）の領域に生じる熱応力を分散させることができる。図示した形態では、複数の突起３１ａが第１部分３１の端（自由端）の領域に設けられている。
　集電電極３０の第２部分３２は、第１方向（図のＹ方向）に延びていてよい。第２部分３２は、第１部分３１の端部で、第１部分３１と接続されていてよい。この場合、複数の第１部分３１は、第２部分３２から第２方向に沿って延びていてよい。なお、第２方向は、前述の第１方向に交差する方向（図のＸ方向）である。
　集電電極３０の第２部分３２は、第１方向（図のＹ方向）において、実質的に光電変換素子１０の一端付近から他端付近まで延びていてよい。集電電極３０の第２部分３２は、各々の第１部分３１よりも大きくてよい。例えば、図のＸ方向における第２部分３２の幅は、図のＹ方向における第１部分３１の幅よりも大きくてよい。
　また、光電変換素子１０は、光の反射を抑制する反射抑制膜４０を有していても良い。反射抑制膜４０は、例えば、集電電極３０上と、集電電極３０が形成されていない第２電極層２４上の両方に設けられていてよい。
　本願の発明者は、集電電極３０の第１部分３１における長さ、幅及び厚みの設計に応じて、光電変換素子は、集電電極３０の第１部分３１の自由端のところで、温度サイクル試験によって剥離すなわち破壊されることを見出した。このような観点から、発明者は、集電電極３０の第１部分３１における長さ、幅及び厚みに関する好ましい条件を見出した。以下、この条件について説明する。
　以下では、第１部分３１が延びる方向（図のＸ方向）に沿った第１部分３１の長さを「Ｌ」とする。具体的には、第１部分３１の長さＬは、第１部分３１の第２部分３２との連結部分から、第２部分３２とは反対側の第１部分３１の端までの距離によって規定される。
　また、第１部分３１が延びる方向に交差する方向（図のＹ方向）における第１部分３１の幅を「Ｗ」とする。なお、幅Ｗは、前述した突起３１ａを含まない部分の幅であってよい。また、第１部分３１の厚みを「Ｄ」とする。
　集電電極３０の第１部分３１は、温度変化によって熱膨張／熱収縮する。第１部分３１の一方の端は比較的大きい第２部分３２に固定されている（固定端）。そのため、第１部分３１のもう一方の端部（自由端）が、比較的自由に熱膨張・熱収縮する。すなわち、集電電極３０の第１部分３１に生じた熱応力の影響は、第１部分３１の自由端に集中すると考えられる。
　さらに、この熱応力の集中は、第１部分３１の幅Ｗにも影響すると考えられる。すなわち、第１部分３１の幅Ｗが小さいと、第１部分３１の面積が小さくなるため、熱応力はその分だけ局所的な領域に集中することになる。したがって、第１部分３１の自由端付近における熱応力の集中の度合い（密度）は、第１部分３１の長さＬと幅Ｗの比（以下、「アスペクト比Ｌ／Ｗ」と称する。）に概ね比例する。
　ここで、薄膜に生じる熱応力は、膜厚に比例することが知られている。したがって、集電電極３０の第１部分３１に生じる熱応力は、厚さＤにも比例する。したがって、第１部分３１の自由端付近における熱応力の集中の度合い（密度）は、概ね「Ｄ×Ｌ／Ｗ」という指標で表現されることがわかる。
　以上の観点から、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」の値が小さいほど、集電電極３０の第１部分３１の自由端のところにおいて温度変化に対する耐久性が向上し得る。この観点から、本実施形態では、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」は、２．５×１０３μｍ未満であり、例えば２．４×１０３μｍ以下であってもよい。好ましくは、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」は、２．２×１０３μｍ以下である。より好ましくは、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」は、１．８×１０３μｍ以下である。いっそう好ましくは、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」は、１．４×１０３μｍ以下である。これにより、以下で詳細に説明するように、温度変化に対する耐性の高い光電変換素子を提供できる。なお、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」の下限値は特に制限されず、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」は、例えば０より大きければよい。
　また、前述した第１部分３１のアスペクト比に応じた熱応力の集中自体を抑制するという観点では、「Ｌ／Ｗ」は、例えば６．２５×１０２以下であってよい。好ましくは、「Ｌ／Ｗ」は、５．６×１０２以下である。より好ましくは、「Ｌ／Ｗ」は、５．０×１０２以下である。いっそう好ましくは、「Ｌ／Ｗ」は、４．４×１０２以下である。さらにいっそう好ましくは、「Ｌ／Ｗ」は、３．６×１０２以下である。ただし、「Ｌ／Ｗ」の値は、前述した「Ｄ×Ｌ／Ｗ」の上限値を超えないよう設定されることに留意されたい。なお、「Ｌ／Ｗ」は、特に制限されないが、例えば１．０より大きくてよい。
　また、前述した第１部分３１の厚みＤに応じた熱応力を抑制するという観点では、第１部分３１の厚みＤは、例えば１２μｍ以下であってよい。好ましくは、第１部分３１の厚みＤは、８μｍ以下である。より好ましくは、第１部分３１の厚みＤは、６μｍ以下である。いっそう好ましくは、第１部分３１の厚みＤは、４μｍ以下である。ただし、第１部分３１の厚みＤは、前述した「Ｄ×Ｌ／Ｗ」の上限値を超えないよう設定されることに留意されたい。なお、第１部分３１の厚みＤの下限値は特に制限されず、厚みＤは例えば０μｍより大きければよい。
　［温度サイクル試験］
　次に、集電電極を有する光電変換素子について温度サイクル試験を行った結果について説明する。温度サイクル試験で使用された光電変換素子の構成は、図３に示したとおりである。温度サイクル試験で使用された光電変換素子において、光電変換層２６はＣＩＳ系の光吸収層であり、第１電極層２２はモリブデンにより形成されており、第１バッファ層２７はMo(Se,S)2層であり、第２電極層２４は透明電極層であった。
　また、集電電極３０（第１部分３１及び第２部分３２）は、ニッケルと銀の積層体によって形成された。集電電極３０を構成するニッケルの厚みは１０ｎｍであった。集電電極３０を構成するニッケルと銀の合計の厚み、すなわち前述した厚みＤは、以下の表１に示すようにサンプル（条件）ごとに変えた。
　また、以下の表１に示すように、長さＬや幅Ｗが互いに異なる第１部分３１を有する集電電極３０を含む光電変換素子を準備し、第１部分３１の長さＬ、幅Ｗ及び厚みＤの違いによる温度サイクル試験を行った。なお、第１部分３１の長さＬは、第１部分３１の第２部分３２との連結部分から、第２部分３２とは反対側の第１部分３１の端までの距離によって規定される。
　（表１）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　次に、上記条件を有する集電電極を含む光電変換素子をステンレス製のメッシュ状の容器（以下、単に「容器」と称する）内に配置した。なお、容器の底部には、温度計（熱電対）が取り付けられている。光電変換素子を収容した容器について、窒素雰囲気下において、以下の手順で温度サイクル試験が行われた。なお、以下の説明において、フロリナートが熱浴として使用されており、液体窒素が冷浴として使用された。
　（１）まず、光電変換素子を収容した容器を１３５℃の熱浴中に浸漬し、温度計（熱電対）が１２５℃以上の温度を示すまで熱浴中で放置した。
　（２）熱電対が１２５℃以上の温度を示したら、容器を熱浴から取り出し、容器を－１９６℃の冷浴中に浸漬した。その後、熱電対が－１９５℃以下の温度を示すまで、容器を冷浴中で放置した。
　（３）熱電対が－１９５℃以下の温度を示したら、容器を冷浴中から取り出し、容器を再び１３５℃の熱浴中に浸漬した。その後、熱電対が１２５℃以上の温度示すまで、容器を熱浴中で放置した。
　（４）上記の（２）及び（３）で説明した動作を１サイクルと規定し、合計５００サイクルの動作を行った。
　（５）５００サイクルの加熱及び冷却のプロセスが終わったら、熱浴中から容器を取り出し、容器を窒素雰囲気下で室温まで徐冷した。
　（６）その後、光電変換素子の集電電極及びその付近を観察し、光電変換素子を構成する層が集電電極のところで剥離しているかどうかについて調査した。
　温度サイクル試験の結果が、以下の表２に示されている。
　（表２）
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　表２に示す結果より、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」が２．９×１０３μｍのとき、積層体２５を構成する層は、集電電極３０の第１部分３１のところで剥離することがわかった。「Ｄ×Ｌ／Ｗ」が１．４×１０３μｍ以下では、このような剥離は見られなかった。
　ここで、日本産業規格「JIS C 8991:2011」において、地上設置の薄膜太陽電池モジュールに関する温度サイクル試験の条件が規定されている。JIS C 8991:2011では、－４０℃から８５℃の温度変化を２００サイクル行うという条件で、温度サイクル試験が行われる。したがって、上記の実験で行われた温度サイクル試験は、日本産業規格「JIS C 8991:2011」と比較すると、光電変換素子に与える条件が厳しい試験に相当する。
　したがって、光電変換素子の通常の使用環境では、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」が２．５×１０３μｍ未満の数値範囲であっても、十分に温度変化に対する耐性を有することが想定できる。
　そのため、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」は、２．５×１０３μｍ未満であり、例えば２．４×１０３μｍ以下であってもよいことがわかる。表２に示す結果によれば、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」が２．２×１０３μｍ以下であれば、より確実に温度変化に対する耐性の高い光電変換素子を提供することができる。
　また、前述したようなより高い温度変化に耐え得る光電変換素子であれば、車や飛行機のような移動体に搭載される移動体用の光電変換素子や、例えば１００ｋｍ以上の高度や宇宙のような環境下で使用される宇宙用ないし人工衛星用の光電変換素子としても好適に利用できる。
　前述した温度サイクル試験において、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」が２．９×１０３μｍのとき、積層体２５を構成する層は、集電電極３０の第１部分３１の先端（自由端）から剥離しはじめ、当該自由端から剥離が進行することがわかった。この剥離は、Mo(Se,S)2層とＣＩＳ系の光吸収層の界面で生じていることが分かった。ここで、Mo(Se,S)2層は、六方晶の結晶構造を有する層であり、劈開性を有する。すなわち、Mo(Se,S)2層が比較的強度の弱い層であるため、Mo(Se,S)2層のところで剥離が生じたと考えられる。
　積層体３０がこのような劈開性を有する層を含む場合であっても、集電電極３０の第１部分３１の厚みＤ、長さＬ及び幅Ｗの条件を適切に設定することによって、積層体３０を構成する層の剥離を抑制できることが前述した温度サイクル試験からわかる。
　したがって、前述した「Ｄ×Ｌ／Ｗ」に関する条件は、劈開性を有する層を含む光電変換素子に対して好適に利用できる。
　次に、光電変換素子を備えた太陽電池モジュールについて説明する。図４は、光電変換素子を備えた太陽電池モジュールの模式的平面図である。太陽電池モジュール１００は、１つ又は複数の光電変換素子１０を備えていてよい。なお、図４では、複数の光電変換素子１０を備えた光電変換モジュール１００が示されている。１つ又は複数の光電変換素子１０は、例えば封止材によって封止されていてもよい。
　光電変換モジュール１００が複数の光電変換素子１０を備える場合、複数の光電変換素子１０は、少なくとも１方向に並んでいてよく、好ましくは格子状に並んでいてよい。この場合、複数の光電変換素子１０は、互いに電気的に直列及び／又は並列に接続されていてよい。
　図４に示された例では、光電変換素子１０は、互いに部分的に重なるよう配置されている。一方向に並んだ光電変換素子１０のうち互いに隣接する光電変換素子１０どうしが、部分的に重なっている。具体的には、図４に示されるように、ある光電変換素子１０は、それに隣接する光電変換素子１０の集電電極３０の第２部分３２を覆うように配置されていてよい。この場合、光電変換素子１０は、それに隣接する光電変換素子１０の集電電極３０の第２部分３２に対して電気的に接続される。
　図４に示す態様の代わりに、互いに隣接する光電変換素子１０は、互いに間隔をあけて配置されていてもよい。この場合、光電変換モジュール１００は、ある光電変換素子１０の集電電極３０の第２部分３２と、それに隣接する光電変換素子１０と、を電気的に接続する不図示の導電性のインターコネクタを備えていてよい。
　次に、太陽電池モジュールを備えた人工衛星及び人工衛星用のパドルについて説明する。図５は、太陽電池モジュールを備えた人工衛星の模式的斜視図である。人工衛星９００は、基部９１０及びパドル９２０を有していてよい。基部９１０は、人工衛星９００の制御等に必要な不図示の機器を備えていてよい。アンテナ９４０が基部９１０に取り付けられていてよい。
　パドル９２０は、前述した太陽電池モジュール１００を備えていてよい。太陽電池モジュール１００を備えたパドル９２０は、基部９１０に設けられた各種の機器を動作させるための電源として利用することができる。このように、太陽電池モジュール１００は、人工衛星用のパドルに適用することができる。特に、人工衛星用のパドル９２０は、人工衛星の打ち上げ時及び運用時に高温環境及び激しい温度変化環境にさらされるため、前述した温度変化に対して高い耐性を有する光電変換素子１０を備えた太陽電池モジュール１００が利用されることが望ましい。
　パドル９２０は、連結部９２２と、ヒンジ部９２４と、を有していてよい。連結部９２２は、パドル９２０を基部９１０に連結させている部分に相当する。
　ヒンジ部９２４は一方向に沿って延びており、ヒンジ部９２４を回転軸としてパドル９２０を折り曲げ可能にしている。それぞれのパドル９２０は、少なくとも１つ、好ましくは複数のヒンジ部９２４を有していてよい。これにより、太陽電池モジュール１００を備えたパドル９２０は、小さく折り畳み可能に構成される。人工衛星９００の打ち上げ時、パドル９２０は、折り畳まれた状態であってよい。パドル９２０は、太陽光を受けて発電する際に、展開されれば良い。
　図５に示すような構造の代わりに、パドル９２０は、巻き回されることによって形成された円筒状の形状を有していてよい。これにより、パドル９２０は、巻き回された部分の回転によって、略平坦状の展開された状態をとり得る。人工衛星９００の打ち上げ時、パドル９２０は、概ね円筒状の形状を維持していてよい。パドル９２０は、太陽光を受けて発電する際に、略平坦な状態になるよう展開されればよい。
　上述したように、実施形態を通じて本発明の内容を開示したが、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替の実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなる。したがって、本発明の技術的範囲は、上述の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
　図示した態様では、集電電極３０は、第２電極層２４上に設けられている。この代わりに、集電電極３０は、光電変換層２６と第２電極層２４の間に設けられていてもよい。
　前述した実施形態では、第２電極層２４が透明電極層によって構成されている。この代わりに、第１電極層２２が透明電極層によって構成されていてもよい。この場合、第２電極層２４は、透明電極層によって構成されていてもよく、不透明電極層によって構成されていてもよい。
　また、図示した態様では、同一の光電変換素子に形成されたすべての集電電極３０の第１部分３１は、同じ長さＬ、幅Ｗ及び厚みＤを有している。この代わりに、同一の光電変換素子に形成された複数の第１部分３１は、互いに異なる長さＬ、幅Ｗ及び厚みＤを有していてもよい。この場合、複数の第１部分３１のうちの少なくとも一部、好ましくは全部が、前述した長さＬ、幅Ｗ及び厚みＤに関する条件を満たすことが好ましい。
　また、本実施形態では、薄膜型の光電変換素子を例にとって説明したが、本発明はこれに限らず、結晶型の光電変換素子にも可能な限り適用可能である。結晶型の光電変換素子であっても、集電電極３０の第１部分３１の長さＬ、幅Ｗ及び厚みＤに関する条件を前述したように設定することで、熱応力による影響を緩和することができる。もっとも、積層体２５の剥離を抑制するという観点では、本発明は薄膜型の光電変換素子に適用することが特に望ましい。
　上記実施形態では、集電電極３０の第１部分３１は突起３１ａを有している。この代わりに、集電電極３０の第１部分３１は、突起３１ａを有さない略線状の形状であってもよい。
　図示した形態では、集電電極３０の第１部分３１は、第２部分３２から一方向のみに延びている。この代わりに、複数の第１部分３１は、第２部分３２から互いに異なる方向に延びていてもよい。例えば、複数の第１部分３１は、互いに反対の方向に延びていてもよい。また、ある第１部分３１は、別の第１部分３１に対して傾斜した方向に延びていてもよい。
　図示した形態では、集電電極３０の第２部分３２は、Ｙ方向に真っすぐ延びている。この代わりに、集電電極３０の第２部分３２は、波線状又はジグザグの折れ線状に延びていてもよい。
　本出願は２０２１年５月３１日に出願された日本国特許出願２０２１－０９１１０５号に基づく優先権を主張するものであり、当該特許出願の全内容がここに参照により援用される。

 

Claims (11)

  1. 　光電変換層と、
    　前記光電変換層に隣接する電極層と、
    　前記電極層に隣接する集電電極と、を備え、
    　前記集電電極は、線状の第１部分を有し、
    　前記第１部分の長さがＬであり、前記第１部分の幅がＷであり、前記第１部分の厚みがＤであるときに、「Ｄ×Ｌ／Ｗ」が２．５×１０３μｍ未満である、光電変換素子。
  2. 　前記集電電極は、複数の前記第１部分と、複数の前記第１部分が連結された第２部分と、を有する、請求項１に記載の光電変換素子。
  3. 　「Ｄ×Ｌ／Ｗ」が２．２×１０３μｍ以下である、請求項１又は２に記載の光電変換素子。
  4. 　前記第１部分の厚みが１２μｍ以下である、請求項１から３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  5. 　「Ｌ／Ｗ」が６．２５×１０２以下である、請求項１から４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  6. 　前記集電電極の前記第１部分は、前記第１部分の先端に、前記第１部分が延びている方向に交差する方向に突出した突起を有する、請求項１から５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  7. 　前記光電変換層に関して前記電極層とは反対側に設けられた別の電極層と、
    　前記別の電極層と前記電極層との間に設けられ、前記光電変換層を含む積層体と、を有し、
    　前記積層体は、劈開性を有する層を含む、請求項１から６のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  8. 　前記劈開性を有する層は、六方晶の結晶構造を有する層である、請求項７に記載の光電変換素子。
  9. 　前記光電変換層はＣＩＳ系の光吸収層を有する、請求項１から８のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  10. 　請求項１から９のいずれか１項に記載の光電変換素子を備えた太陽電池モジュール。
  11. 　請求項１０に記載の太陽電池モジュールを備えたパドル。
PCT/JP2022/022062 2021-05-31 2022-05-31 光電変換素子、太陽電池モジュール及びパドル WO2022255337A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22816083.4A EP4350780A1 (en) 2021-05-31 2022-05-31 Photoelectric conversion element, solar cell module, and paddle
CN202280046358.0A CN117581386A (zh) 2021-05-31 2022-05-31 光电转换元件、太阳能电池模块和帆板
JP2023525840A JPWO2022255337A1 (ja) 2021-05-31 2022-05-31

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-091105 2021-05-31
JP2021091105 2021-05-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022255337A1 true WO2022255337A1 (ja) 2022-12-08

Family

ID=84323288

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/022062 WO2022255337A1 (ja) 2021-05-31 2022-05-31 光電変換素子、太陽電池モジュール及びパドル

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4350780A1 (ja)
JP (1) JPWO2022255337A1 (ja)
CN (1) CN117581386A (ja)
WO (1) WO2022255337A1 (ja)

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005268466A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JP2006324504A (ja) * 2005-05-19 2006-11-30 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池
JP2009302274A (ja) 2008-06-13 2009-12-24 Hitachi Maxell Ltd 光発電素子、ｃｉｓ系光発電素子の製造方法
JP2012019094A (ja) * 2010-07-08 2012-01-26 Hitachi High-Technologies Corp 太陽電池モジュール
JP2012119394A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池セル及び太陽電池モジュール
JP2013511601A (ja) * 2009-11-20 2013-04-04 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー ポリイミドフィルムおよび電極を備えるアセンブリ、ならびにそれに関連する方法
JP2013077706A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Fujifilm Corp 光電変換素子およびその製造方法
CN111081795A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 中威新能源(成都)有限公司 一种太阳能电池、组件结构及其制备方法
JP2021091105A (ja) 2019-12-06 2021-06-17 ファナック株式会社 射出成形機の制御装置および制御方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005268466A (ja) * 2004-03-18 2005-09-29 Sanyo Electric Co Ltd 光起電力装置
JP2006324504A (ja) * 2005-05-19 2006-11-30 Shin Etsu Handotai Co Ltd 太陽電池
JP2009302274A (ja) 2008-06-13 2009-12-24 Hitachi Maxell Ltd 光発電素子、ｃｉｓ系光発電素子の製造方法
JP2013511601A (ja) * 2009-11-20 2013-04-04 イー・アイ・デュポン・ドウ・ヌムール・アンド・カンパニー ポリイミドフィルムおよび電極を備えるアセンブリ、ならびにそれに関連する方法
JP2012019094A (ja) * 2010-07-08 2012-01-26 Hitachi High-Technologies Corp 太陽電池モジュール
JP2012119394A (ja) * 2010-11-29 2012-06-21 Sanyo Electric Co Ltd 太陽電池セル及び太陽電池モジュール
JP2013077706A (ja) * 2011-09-30 2013-04-25 Fujifilm Corp 光電変換素子およびその製造方法
JP2021091105A (ja) 2019-12-06 2021-06-17 ファナック株式会社 射出成形機の制御装置および制御方法
CN111081795A (zh) * 2019-12-31 2020-04-28 中威新能源(成都)有限公司 一种太阳能电池、组件结构及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
JPWO2022255337A1 (ja) 2022-12-08
EP4350780A1 (en) 2024-04-10
CN117581386A (zh) 2024-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8124870B2 (en) Systems and processes for bifacial collection and tandem junctions using a thin-film photovoltaic device
EP2426731A2 (en) Solar power generation apparatus and manufacturing method thereof
KR20120063324A (ko) 양면 태양전지
JP2013507766A (ja) 太陽光発電装置及びその製造方法
CN111656538A (zh) 太阳能电池、多结型太阳能电池、太阳能电池模块及太阳光发电系统
US9691927B2 (en) Solar cell apparatus and method of fabricating the same
KR101428146B1 (ko) 태양전지 모듈 및 이의 제조방법
WO2022255337A1 (ja) 光電変換素子、太陽電池モジュール及びパドル
US20110048493A1 (en) Solar cell
KR101592582B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
JP5624153B2 (ja) 太陽電池及びその製造方法
US20160225928A1 (en) Systems and processes for bifacial collection and tandem junctions using a thin-film photovoltaic device
EP4365959A1 (en) Photoelectric conversion element and method for manufacturing photoelectric conversion element
WO2023054652A1 (ja) 光電変換モジュール、パドル及び光電変換モジュールの製造方法
WO2023054651A1 (ja) 光電変換モジュール、パドル及び光電変換モジュールの製造方法
WO2024080262A1 (ja) インターコネクタ、光電変換モジュール及びパドル
WO2023074573A1 (ja) 光電変換モジュール、パドル及び光電変換モジュールの製造方法
WO2023120614A1 (ja) 光電変換素子、太陽電池モジュール、パドル及び光電変換素子の製造方法
EP4354516A1 (en) Photoelectric conversion element, manufacturing method for photoelectric conversion element, solar battery module, and paddle
US9349901B2 (en) Solar cell apparatus and method of fabricating the same
EP2608273A2 (en) Solar cell having a pn hetero-junction
KR20120090396A (ko) 태양전지 및 이의 제조방법
WO2024080261A1 (ja) 光電変換モジュール及び光電変換モジュールの製造方法
US20240178338A1 (en) Photoelectric conversion element and method for manufacturing photoelectric conversion element
KR101762958B1 (ko) 태양전지 및 이의 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22816083

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023525840

Country of ref document: JP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 18565280

Country of ref document: US

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 202280046358.0

Country of ref document: CN

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2022816083

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2022816083

Country of ref document: EP

Effective date: 20240102