JP2007141967A - 光起電力素子、光起電力モジュールおよび光起電力素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造プロセスが複雑化するのを抑制しながら、接続電極を集電極に取り付ける際の接続不良を抑制することが可能な光起電力素子、光起電力モジュールおよび光起電力素子の製造方法を提供する。
【解決手段】この光起電力素子１１は、透光性導電膜４の発電領域１８に対応する表面上に、バスバー電極部５ｂとフィンガー電極部５ａとからなる表面側集電極５が形成されている。また、透光性導電膜４の発電領域１８に対応する表面上には、表面を保護するための保護層１０が形成されている。この保護層１０は、バスバー電極部５ｂの両方の側面部と接することなく距離Ｌを隔てて形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、光起電力素子、光起電力モジュールおよび光起電力素子の製造方法に関し、特に、発電領域に保護層が形成された光起電力素子、光起電力モジュールおよび光起電力素子の製造方法に関する。

従来、光電変換層の表面に保護層を形成することによって、光電変換層の表面を傷や湿度から保護し、それによって素子特性が低下するのを抑制することが可能な光起電力素子およびその製造方法が知られている。図１０は、従来の一例による光起電力素子の断面図である。図１１は、図１０に示した従来の一例による光起電力素子の平面図である。図１２は、図１０に示した従来の一例による光起電力素子を複数接続した状態を示す断面図である。まず、図１０〜図１２を参照して、従来の一例による光起電力素子１００の構造について説明する。

従来の一例による光起電力素子１００は、図１０および図１１に示すように、光電変換層１０１の上面上に集電極１０２が形成されている。この集電極１０２は、図１１に示すように、光電変換層１０１で発電された電流を収集するためのフィンガー電極部１０２ａと、フィンガー電極部１０２ａを流れる電流をさらに収集するためのバスバー電極部１０２ｂとによって構成されている。また、光電変換層１０１の下面上にも、光電変換層１０１の上面上に形成された集電極１０２と同様の集電極（図示せず）が形成されている。

また、従来の一例による光起電力素子１００では、図１０に示すように、光電変換層１０１の上面上（光入射面側）に保護層１０３が形成されている。この保護層１０３は、光電変換層１０１の表面に傷が付くのを抑制する機能を有するとともに、光電変換層１０１の表面が大気と接触するのを遮断する機能を有している。すなわち、保護層１０３は、光電変換層１０１の表面に傷が付くことにより光電変換層１０１の素子特性が低下するのを抑制するとともに、空気中の湿度により光電変換層１０１の構成物質がイオン化し、これにより素子特性が低下するのを抑制する機能を有している。また、保護層１０３が集電極１０２の側面部と接する領域では、保護層１０３の厚みが表面張力により集電極１０２の厚みと同程度の厚みまで大きくなっている。

また、光起電力素子１００のバスバー電極部１０２ｂの上面には、図１０〜図１２に示すように、隣接する光起電力素子１００を互いに電気的に接続するためのタブ電極１０４の一方端が接続されている。このタブ電極１０４の他方端は、隣接する光起電力素子１００の裏面側に形成された集電極のバスバー電極部（図示せず）に電気的に接続されている。

図１３および図１４は、図１０に示した従来の一例による光起電力素子の表面上に保護層を形成する方法を説明するための断面図である。次に、図１０および図１２〜図１４を参照して、光電変換層１０１の上面上に保護層１０３を形成する方法について説明する。

まず、図１３に示すように、光起電力素子１００のバスバー電極部１０２ｂの上面上に、マスク層１０５を形成する。次に、図１４に示すように、マスク層１０５をマスクとして、光電変換層１０１の表面上に保護層１０３を構成する樹脂材料をスプレーでコーティングする。その後、マスク層１０５を除去する。このようにして、図１０に示した従来の一例による光起電力素子１００が形成される。

続いて、バスバー電極部１０２ｂの上面にタブ電極１０４の一方端を接続するとともに、隣接する光起電力素子１００の裏面側のバスバー電極部（図示せず）に、タブ電極１０４の他方端を接続する。これにより、図１２に示した従来の一例による光起電力素子１００が複数接続される。この後、接続された複数の光起電力素子１００が充填材（図示せず）により充填されてモジュール化される。

また、従来、保護層に内部気泡が入るのを抑制するため、光起電力素子の受光面に形成される保護層の厚みが平均厚みよりも厚くならないように構成された光起電力素子およびその製造方法が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

図１５は、特許文献１に記載された従来の他の一例による光起電力素子の平面図である。図１６は、図１５の３００−３００線に沿った断面図である。まず、図１５および図１６を参照して、特許文献１に記載された従来の他の一例による光起電力素子２００の構造について説明する。

特許文献１に記載された従来の他の一例による光起電力素子２００は、図１５に示すように、光起電力素子板２０１（光電変換層）の上面のＹ方向の両側端部に、それぞれ、絶縁部材２０２が設けられている。また、絶縁部材２０２の発電領域２０３側の側面部には、図１６に示すように、離型剤２０２ａが塗布されている。この離型剤２０２ａは、絶縁部材２０２の側面部と接する保護層２０７の表面張力を低下させる機能を有している。また、発電領域２０３の上面上には、図１５に示すように、光起電力素子板２０１で発電された電流を収集するための複数の集電電極２０４（フィンガー電極）がＹ方向に延びるように設けられている。

また、絶縁部材２０２の上面上には、導電性箔体２０５（バスバー電極）が集電電極２０４と別体で設けられている。この導電性箔体２０５は、絶縁部材２０２の上面上で集電電極２０４と接続されている。また導電性箔体２０５は、集電電極２０４に流れる電流をさらに収集する機能を有している。また、図１６に示すように、導電性箔体２０５と対向する位置である光起電力素子板２０１の下面の両側端部には、それぞれ、導電性箔体２０６が設けられている。

また、光起電力素子板２０１の発電領域２０３の上面上（光入射面側）には、光起電力素子板２０１を傷や湿度などから保護するための保護層２０７（図１６参照）が形成されている。この保護層２０７は、絶縁部材２０２の側面部に設けられた離型剤２０２ａと接している。このため、絶縁部材２０２の側面部の近傍では、図１６に示すように、保護層２０７が離型剤２０２ａにはじかれて、保護層２０７の厚みが平均厚みよりも小さくなっている。

次に、図１５および図１６を参照して、特許文献１に記載された従来の他の一例による光起電力素子２００の製造方法について説明する。まず、絶縁部材２０２の片側の側面部に離型剤２０２ａを塗布する。次に、離型剤２０２ａを塗布した面が発電領域２０３側になるように、絶縁部材２０２を光起電力素子板２０１のＹ方向（図１５参照）の両側端部に貼り付ける。次に、銅線からなる複数の集電電極２０４に導電性接着材を塗布し、光起電力素子板２０１の発電領域２０３の上面上にＹ方向に延びるように接着する。その際、集電電極２０４の端部が、絶縁部材２０２の上面上に位置するように集電電極２０４を接着する。その後、導電性箔体（バスバー電極）２０５を絶縁部材２０２の上面上に貼り付けることによって、導電性箔体（バスバー電極）２０５を集電電極２０４に接続する。

次に、導電性箔体２０５と対向する位置である光起電力素子板２０１の下面の両側端部に、導電性箔体２０６を貼り付ける。

続いて、光起電力素子板２０１の上面上（光入射面側）の発電領域２０３に、スプレーにより、保護層２０７を構成する樹脂材料をコーティングする。なお、特許文献１の構造において、導線性箔体２０５の上面上に、隣接する光起電力素子２００を電気的に接続するためのタブ電極（図示せず）を取り付ける場合には、導電性箔体２０５の上面上に保護層２０７が形成されるのを抑制する必要がある。この場合、樹脂材料をコーティングする際には、導電性箔体２０５の上面上にはマスク層２０８が形成されるものと考えられる。そして、タブ電極を形成する場合には、保護層２０７が形成された後にマスク層２０８を除去した後、導電性箔体２０５の上面にタブ電極が取り付けられる。

特開２００４−２２８３３３号公報

しかしながら、図１０〜図１４に示した従来の一例による光起電力素子１００では、上記したように、保護層１０３が集電極１０２の側面部と接する領域で、保護層１０３の厚みが集電極１０２（バスバー電極部１０２ｂ）の厚みと同程度の厚みまで大きくなっているので、保護層１０３の形成時に集電極１０２のバスバー電極部１０２ｂの上面上に形成したマスク層１０５とバスバー電極部１０２ｂとの境界部分の隙間に保護層１０３を構成する樹脂材料が入り込むという不都合がある。このため、保護層１０３の形成後にマスク層１０５を除去した場合に、バスバー電極部１０２ｂの上面上の一部に保護層１０３が形成されてしまうので、バスバー電極部１０２ｂの上面上にタブ電極１０４を接続する際に、タブ電極１０４に接続不良が生じる場合があるという問題点がある。

また、図１５および図１６に示した特許文献１に記載された従来の他の一例による光起電力素子２００では、保護層２０７が絶縁部材２０２の側面部と接する領域で、保護層２０７の厚みが平均厚みよりも大きくなることがないので、上記従来の一例による光起電力素子１００のような問題点は生じない。その一方、特許文献１では、保護層２０７の厚みを平均厚みよりも小さくするために、絶縁部材２０２の側面部に離型剤２０２ａを塗布する必要があるという不都合がある。このため、光起電力素子２００の製造工程において、絶縁部材２０２の側面部に離型剤２０２ａを塗布する工程が必要となるので、製造プロセスが複雑化するという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、製造プロセスが複雑化するのを抑制しながら、接続電極を集電極に取り付ける際の接続不良を抑制することが可能な光起電力素子、光起電力モジュールおよび光起電力素子の製造方法を提供することである。

課題を解決するための手段および発明の効果

上記目的を達成するために、この発明の第１の局面における光起電力素子は、光電変換層を含む発電領域と、発電領域の一表面上に形成される集電極と、発電領域上に形成された保護層とを備え、保護層の少なくとも一部は、集電極の側面部と接することなく側面部から所定の間隔を隔てて形成されている。

この第１の局面による光起電力素子では、上記のように、保護層の少なくとも一部を、集電極の側面部と接することなく側面部から所定の間隔を隔てて形成されていることによって、保護層が集電極の側面部に接した場合と異なり、集電極の側面部近傍の保護層の厚みが表面張力により平均厚みよりも大きくなるのを抑制することができる。このため、保護層の厚みが平均厚みよりも大きくなることに起因して、集電極の接続電極が取り付けられる部分に保護層が形成されるのを抑制することができるので、保護層の形成による接続不良箇所の発生を抑制することができる。その結果、接続電極を集電極に取り付ける際の接続不良の発生を抑制することができる。また、保護層を、集電極の側面部と接することなく側面部から所定の間隔を隔てて形成することによって、集電極の側面部に離型剤を塗布することなく、保護層の厚みが平均厚みよりも大きくなるのを抑制することができるので、離型剤を塗布する工程を省略することができる。このため、製造プロセスが複雑化するのを抑制することができる。したがって、第１の局面による光起電力素子では、製造プロセスが複雑化するのを抑制しながら、接続電極を集電極に取り付ける際の接続不良を抑制することができる。

上記第１の局面による光起電力素子において、好ましくは、保護層は、集電極の所定部分の両方の側面部と接することなく所定部分の両方の側面部から所定の間隔を隔てて形成されている。このように構成すれば、集電極の所定部分の両方の側面部近傍の保護層の厚みが平均厚みよりも大きくなるのを抑制することができるので、集電極の接続電極が取り付けられる部分に保護層が形成されるのをより有効に抑制することができる。その結果、接続電極を集電極に取り付ける際の接続不良の発生をより有効に抑制することができる。

上記第１の局面による光起電力素子において、好ましくは、集電極は、発電領域で発電された電流を収集するためのフィンガー電極部と、フィンガー電極部を流れる電流をさらに収集するバスバー電極部とを含み、保護層は、バスバー電極部の両方の側面部と接触することなく両方の側面部から所定の間隔を隔てて形成されている。このように構成すれば、バスバー電極部の両方の側面部近傍の保護層の厚みが平均厚みよりも大きくなるのを抑制することができるので、バスバー電極部の接続電極が取り付けられる部分に保護層が形成されるのをより有効に抑制することができる。その結果、接続電極をバスバー電極部に取り付ける際の接続不良の発生をより有効に抑制することができる。

上記第１の局面による光起電力素子において、好ましくは、光電変換層の表面上に形成される透光性導電膜をさらに備え、保護層と集電極とは、透光性導電膜の表面上に形成されている。このように構成すれば、透光性導電膜の表面を保護層により保護することができるとともに、光電変換層により発電された電流を接続電極が取り付けられる集電極により効率よく収集することができる。

この発明の第２の局面における光起電力モジュールは、上記第１の局面による光起電力素子を備えた光起電力モジュールである。このように構成すれば、容易に、製造プロセスが複雑化するのを抑制しながら、接続電極を集電極に取り付ける際の接続不良を抑制することが可能な光起電力モジュールを得ることができる。

この発明の第３の局面における光起電力素子の製造方法は、光電変換層を含む発電領域を形成する工程と、発電領域の表面上に集電極を形成する工程と、発電領域の表面上に、集電極の所定部分の側面部と接しないように、かつ、側面部から所定の間隔を隔たるように保護層を形成する工程とを備えている。なお、この第３の局面において、「側面部と接しないように」とは、側面部と完全に接しない場合のみならず、側面部とほぼ接しない場合も含む広い意味である。

この第３の局面による光起電力素子の製造方法では、上記のように、発電領域の表面上に、集電極の側面部と接することなく側面部から所定の間隔を隔てて保護層を形成した後、集電極の上面上に接続電極を取り付けることによって、保護層が集電極の側面部に接した場合と異なり、集電極の側面部近傍の保護層の厚みが表面張力により平均厚みよりも大きくなるのを抑制することができるので、保護層の厚みが平均厚みよりも大きくなることに起因して、集電極の接続電極が取り付けられる部分に保護層が形成されるのを抑制することができる。このため、保護層の形成による接続不良箇所の発生を抑制することができるので、接続電極を集電極に取り付ける際の接続不良の発生を抑制することができる。また、保護層を、集電極の所定部分の側面部と接することなく側面部から所定の間隔を隔てて形成することによって、集電極の側面部に離型剤を塗布することなく、保護層の厚みが平均厚みよりも大きくなるのを抑制することができるので、離型剤を塗布する工程を省略することができる。このため、製造プロセスが複雑化するのを抑制することができる。したがって、第３の局面による光起電力素子の製造方法では、製造プロセスが複雑化するのを抑制しながら、接続電極を集電極に取り付ける際の接続不良を抑制することができる。

上記第３の局面による光起電力素子の製造方法において、好ましくは、集電極の所定部分の表面上に集電極の所定部分の幅よりも大きい幅の開口を有するマスク層を形成する工程と、マスク層をマスクとして、発電領域の表面上に保護層を形成する工程とを備えている。このように構成すれば、光電変換層の表面に、容易に、保護層を、集電極の所定部分の側面部と接することなく側面部から所定の間隔を隔てて形成することができる。

なお、上記透光性導電膜を備えた光起電力素子において、透光性導電膜の表面は、凹凸形状を有していてもよい。このように構成すれば、透光性導電膜の表面の摩擦係数を大きくすることができるので、保護層を形成する際に、容易に、保護層を集電極の側面部と接することなく側面部から所定の間隔を隔てて形成することができる。

また、上記光起電力素子において、光電変換層は、第１導電型の第１半導体層と、第１半導体層の一方表面上に形成された実質的に真性の第２半導体層と、第２半導体層の表面上に形成された第２導電型の第３半導体層と、第１半導体層の他方表面上に形成された実質的に真性の第４半導体層と、第４半導体層の表面上に形成された第１導電型の第５半導体層とを含むように構成してもよい。このような光起電力素子に、集電極の側面部と接することなく側面部から所定の間隔を隔てて保護層を形成する構造を適用することによっても、製造プロセスが複雑化するのを抑制しながら、接続電極を集電極に取り付ける際の接続不良を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の一実施形態による光起電力素子の構造を示した平面図である。図２は、図１の４００−４００線に沿った断面図である。まず、図１および図２を参照して、本発明の一実施形態による光起電力素子１１の構造について説明する。

本発明の一実施形態による光起電力素子１１は、図２に示すように、約１４０μｍ〜約３００μｍの厚みを有するともに、上面および下面にテクスチャ構造（凹凸形状）が形成されたｎ型単結晶シリコン基板１上に、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層２が形成されている。また、ｎ型単結晶シリコン基板１は、発電層（光電変換層）としての機能を有している。なお、ｎ型単結晶シリコン基板１は、本発明の「光電変換層」および「第１半導体層」の一例であり、ｉ型非晶質シリコン層２は、本発明の「第２半導体層」の一例である。また、ｉ型非晶質シリコン層２上には、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層３が形成されている。なお、ｐ型非晶質シリコン層３は、本発明の「第３半導体層」の一例である。

また、ｐ型非晶質シリコン層３上には、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）から構成される透光性導電膜４が形成されている。また、透光性導電膜４の上面上の所定領域には、銀（Ａｇ）ペーストからなる表面側集電極５が形成されている。この表面側集電極５は、図１に示すように、Ｘ方向に所定の間隔を隔ててＹ方向に互いに平行に延びるように形成された複数のフィンガー電極部５ａと、フィンガー電極部５ａにより収集された電流を集合させるとともに、Ｘ方向に延びるように形成されたバスバー電極部５ｂとによって構成されている。また、フィンガー電極部５ａおよびバスバー電極部５ｂは、約１０μｍ〜約１００μｍの厚みを有している。また、バスバー電極部５ｂは、約０．５ｍｍ〜約３ｍｍ（たとえば、約２ｍｍ）の幅を有している。なお、表面側集電極５が形成されている面側（図２のＡ側）が、光起電力素子１１の光入射面側となる。

また、図２に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の下面上には、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層６と、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層７とが順次形成されている。なお、ｉ型非晶質シリコン層６は、本発明の「第４半導体層」の一例であり、ｎ型非晶質シリコン層７は、本発明の「第５半導体層」の一例である。また、ｎ型非晶質シリコン層７の下面上には、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚みを有するＩＴＯ膜からなる透光性導電膜８が形成されている。また、透光性導電膜８の下面上には、表面側集電極５と同様の裏面側集電極９が形成されている。なお、表面側集電極５および裏面側集電極９は、本発明の「集電極」の一例である。

また、図２に示すように、光入射面側の透光性導電膜４の発電領域１８に対応する表面上には、酸化ケイ素が添加剤として添加されたアクリル樹脂からなる保護層１０が形成されている。この保護層１０は、透光性導電膜４の表面に傷が付くのを抑制する機能を有するとともに、透光性導電膜４の表面が大気と接触するのを遮断する機能を有している。すなわち、保護層１０は、発電領域１３上の素子表面に形成され、透光性導電膜４の表面に傷が付くことにより光起電力素子１１の素子特性が低下するのを抑制するとともに、空気中の湿度により光起電力素子１１の発電領域１３がダメージを受け、これにより素子特性が低下するのを抑制する機能を有している。なお、発電領域１８とは、光電変換層としてのｎ型単結晶シリコン基板１により発電が可能な平面領域のことをいう。

ここで、本実施形態では、図２に示すように、保護層１０は、バスバー電極部５ｂの両方の側面部と接することなくバスバー電極部５ｂの側面部から距離Ｌ（約２ｍｍ）を隔てて形成されている。このため、透光性導電膜４の表面のうち、バスバー電極部５ｂの両方の側面部近傍には、保護層１０が形成されない領域が形成される。バスバー電極部５ｂの両方の側面部近傍以外のフィンガー電極部５ａの上面上の領域には、保護層１０が形成されている。また、透光性導電膜４の表面上には、ｎ型単結晶シリコン基板１のテクスチャ構造（凹凸形状）を反映するように、凹凸形状が形成されている。

また、図１および図２に示すように、表面側集電極５のバスバー電極部５ｂの上面上には、複数の光起電力素子１１を電気的に接続するための銅箔からなるタブ電極１２の一方端側が接続されている。また、裏面側集電極９のバスバー電極部５ｂの下面上には、図２および図３に示すように、隣接する光起電力素子１１の表面側集電極５のバスバー電極部５ｂに接続されたタブ電極１２の他方端側が接続されている。なお、タブ電極１２は、本発明の「接続電極」の一例である。

図３は、図１に示した一実施形態による光起電力素子を含む光起電力モジュールの構造を示した断面図である。次に、図３を参照して、一実施形態による光起電力モジュールの構造について説明する。一実施形態による光起電力モジュールは、複数の光起電力素子１１を備えており、この複数の光起電力素子１１の各々は、ステップ状に折り曲げられたタブ電極１２を介して、隣接する光起電力素子１１に接続されている。また、タブ電極１２を介して接続される光起電力素子１１は、ＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｖｉｎｙｌ Ａｃｅｔａｔｅ：エチレンビニルアセテート）樹脂からなる充填材１３により封止されている。また、複数の光起電力素子１１を封止した充填材１３の上面上（光入射面側）には、表面保護用の白色ガラスからなる表面保護材１４が配置されている。また、複数の光起電力素子１１を封止した充填材１３の下面上には、光起電力素子１１側から順番に、ＰＥＴフィルム１５およびＡｌ箔１６が配置されている。

本実施形態では、上記のように、保護層１０の少なくとも一部を、表面側集電極５のバスバー電極部５ｂの両方の側面部と接することなく側面部から距離Ｌの間隔を隔てて形成することによって、保護層１０がバスバー電極部５ｂの側面部に接した場合と異なり、バスバー電極部５ｂの側面部近傍の保護層１０の厚みが表面張力により平均厚みよりも大きくなるのを抑制することができる。このため、保護層１０の厚みが平均厚みよりも大きくなることに起因して、バスバー電極部５ｂのタブ電極１２が取り付けられる上面上の部分に保護層１０が形成されるのを抑制することができるので、保護層１０の形成によるタブ電極１２の接続不良箇所の発生を抑制することができる。その結果、タブ電極１２をバスバー電極部５ｂに取り付ける際の接続不良の発生を抑制することができる。

また、本実施形態では、保護層１０の少なくとも一部を、バスバー電極部５ｂの両方の側面部と接することなく側面部から距離Ｌを隔てて形成することによって、バスバー電極部５ｂの側面部に離型剤を塗布することなく、保護層１０の厚みが平均厚みよりも大きくなるのを抑制することができるので、離型剤を塗布する工程を省略することができる。このため、製造プロセスが複雑化するのを抑制することができる。したがって、本実施形態では、製造プロセスが複雑化するのを抑制しながら、タブ電極１２をバスバー電極部５ｂに接続する際の接続不良を抑制することができる。

また、本実施形態では、保護層１０とタブ電極１２が取り付けられる表面側集電極５とを、透光性導電膜４の表面上に形成することによって、透光性導電膜４を保護層１０により保護することができるとともに、光起電力素子１１により発電された電流をタブ電極１２が取り付けられる表面側集電極５により効率よく収集することができる。

また、本実施形態では、透光性導電膜４の表面を、凹凸形状を有するように構成することによって、透光性導電膜４の表面の摩擦係数を大きくすることができるので、保護層１０を形成する際に、容易に、保護層１０をバスバー電極部５ｂの両方の側面部と接することなく側面部から距離Ｌを隔てて形成することができる。

図４〜図７は、図１および図２に示した一実施形態による光起電力素子の製造方法を説明するための図である。次に、図１、図２および図４〜図７を参照して、上記した一実施形態による光起電力素子１１の製造プロセスについて説明する。

まず、図４に示すように、約１４０μｍ〜約３００μｍの厚みを有するｎ型単結晶シリコン基板１の上面上に、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層２、および、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層３を順次形成する。次に、ＲＦプラズマＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１の下面上に、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン層６、および、約５ｎｍ〜約２０ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層７を順次形成する。

そして、マグネトロンスパッタ法を用いて、ｐ型非晶質シリコン層３およびｎ型非晶質シリコン層７の各々の表面上に、約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍの厚みを有する透光性導電膜４および８を形成する。

次に、スクリーン印刷法を用いて、透光性導電膜４の上面上および透光性導電膜８の下面上の各々の所定の領域に、約１０μｍ〜約１００μｍの厚みを有するＡｇペーストからなる櫛形状の表面側集電極５および裏面側集電極９をそれぞれ形成する。この表面側集電極５は、図１に示すように、それぞれ、Ｘ方向に所定の間隔を隔ててＹ方向に互いに平行に延びる複数のフィンガー電極部５ａと、フィンガー電極部５ａにより収集された電流を集合させるとともにＸ方向に延びるバスバー電極部５ｂとを有するように一体的に形成する。また、裏面側集電極９も、上記表面側集電極５と同様に形成する。

次に、図５および図６に示すように、表面側集電極５のバスバー電極部５ｂの上面上に、約５０μｍの厚みを有するポリエステルからなるマスク層１７を形成する。

ここで、本実施形態では、マスク層１７は、バスバー電極部５ｂの幅（約２ｍｍ）よりも大きい約６ｍｍの開口幅を有するように形成されている。

次に、図６に示すように、光起電力素子１１の光入射面側の透光性導電膜４の上面上に、添加剤として酸化ケイ素を添加したアクリル樹脂をスプレーでコーティングする。これにより、透光性導電膜４の上面上に保護層１０が形成されるとともに、マスク層１７によるマスクによって、バスバー電極部５ｂの両方の側面部の近傍には、保護層１０が形成されない領域が形成される。このため、保護層１０は、バスバー電極部５ｂの両方の側面部と接することなく、側面部から所定の間隔を隔てて透光性導電膜４の発電領域１８に対応する表面上に形成される。

保護層１０が形成された直後は保護層１０が硬化していないため、図７に示すように、バスバー電極部５ｂの側面部側に保護層１０が少し拡がり、その後、保護層１０が硬化する。保護層１０が硬化した後の保護層１０とバスバー電極部５ｂの側面部との距離Ｌは約２ｍｍとなる。

最後に、バスバー電極部５ｂに形成したマスク層１７を除去することにより、図２に示した本発明による光起電力素子１１が形成される。

次に、図１〜図３を参照して、上記のようにして形成した光起電力素子１１を複数接続することによってモジュール化する方法について説明する。図１〜図３に示すように、上記のようにして形成した複数の光起電力素子１１の表面側集電極５のバスバー電極部５ｂに銅箔からなるタブ電極１２の一方端側を接続する。そして、タブ電極１２の他方端側を、隣接する光起電力素子１１の裏面側集電極９のバスバー電極部（図示せず）に接続する。このようにして、図３に示すように、複数の光起電力素子１１を直列に接続する。

次に、白色ガラスからなる表面保護材１４の上に、後に充填材１３となるＥＶＡシート、タブ電極１２により接続した複数の光起電力素子１１、後に充填材１３となるＥＶＡシート、および、ＰＥＴフィルム１５およびＡｌ箔１６を順次積層する。この後、加熱しながら真空ラミネート処理を行うことによって、図３に示した本実施形態による光起電力モジュールが形成される。

本実施形態では、上記のように、表面側集電極５のバスバー電極部５ｂの上面上にバスバー電極部５ｂの幅よりも大きい幅の開口を有するマスク層１７を形成する工程と、マスク層１７をマスクとして、透光性導電膜４の発電領域１８に対応する表面上に保護層１０を形成する工程とを備えることによって、透光性導電膜４の発電領域１８に対応する表面上に、容易に、保護層１０を、バスバー電極部５ｂの両方の側面部と接することなく側面部から距離Ｌを隔てて形成することができる。

なお、今回開示された実施形態および実施例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態および実施例の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

たとえば、上記実施形態では、スプレーにより酸化ケイ素を添加したアクリル樹脂をコーティングすることによって、光起電力素子の光入射面側の表面に保護層を形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、図８に示した第１変形例のように、スクリーン印刷法により、光起電力素子２０の光入射面側の表面に保護層２１を形成するようにしてもよい。この場合は、保護層２１の形成時に、バスバー電極部５ｂの上面にマスク層を形成する必要がないので、その分、製造プロセスをさらに簡略化することができる。また、光起電力素子の光入射面側の表面に保護層を形成する方法として、スクリーン印刷法以外に、ディップ法やロールコーター法などの種々の方法を用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、保護層を、バスバー電極部の両方の側面部に接することなく側面部から距離Ｌを隔てて形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、図９に示した第２変形例のように、所定の間隔で、バスバー電極部５ｂの側面部と保護層３１とが接触する接触領域３１ａを形成するように保護層３１を形成してもよい。

また、上記実施形態では、保護層を、バスバー電極部の側面部と接触することなく、側面部から約２ｍｍ（距離Ｌ）の間隔を隔てて透光性導電膜の発電領域に対応する表面上に形成する例を示したが、本発明はこれに限らず、保護層がバスバー電極部と接触することなく形成されていれば、保護層とバスバー電極部の側面部との距離Ｌは２ｍｍ以外の間隔であってもよい。なお、保護層が形成される領域は、素子表面の損傷防止および素子表面の大気との接触の抑制という保護層の機能上、発電領域に対してほぼ全面であるのが好ましい。

また、上記実施形態では、光起電力素子の透光性導電膜の表面上に凹凸形状を有するように構成した例を示したが、本発明はこれに限らず、透光性導電膜の表面に凹凸形状を設けないようにしてもよい。

また、上記実施形態では、保護層を、光起電力素子の光入射面側の透光性導電膜上に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、透光性導電膜が設けられていない光起電力素子の光入射面側の発電領域に対応する表面上に形成してもよい。

また、上記実施形態では、上面および下面にテクスチャ構造（凹凸形状）を有するｎ型単結晶シリコン基板を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、テクスチャ構造を有しないｎ型単結晶シリコン基板を用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型非晶質シリコン層、および、ｎ型単結晶シリコン基板とｎ型非晶質シリコン層との間に、それぞれ、ｉ型非晶質シリコン層を含む光電変換層を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、ｉ型非晶質シリコン層を含まない光電変換層を用いるようにしてもよい。また、本発明は、上記光起電力素子に限らず、単結晶型光起電力素子、アモルファス型光起電力素子などの種々の光起電力素子に適用可能であるとともに、シリコン系以外の光起電力素子にも適用可能である。

また、上記実施形態では、保護層は、添加剤として酸化ケイ素を添加したアクリル樹脂から構成するようにした例を示したが、本発明はこれに限らず、保護層は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、シリコン樹脂、ＥＶＡ、ＰＶＡ（Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌ Ａｌｃｏｈｏｌ：ポリビニルアルコール）、ＰＶＢ（Ｐｏｌｙ Ｖｉｎｙｌ Ｂｕｔｙｒａｌ：ポリビニルブチラール）、ポリシラザンなど樹脂のうち、いずれか１種類、または、２種類以上を混合したものでもよく、これらのうちの少なくとも１つを主成分とし、添加剤として、酸化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化マグネシウム、酸化チタンおよび酸化亜鉛などを添加したものから構成するようにしてもよい。また、添加剤は、光起電力素子が吸収および発電するために影響する波長の光を実質的に吸収しない金属酸化物であれば、上記以外の物質であってもよい。また、添加剤は、有機化合物であってもよい。

また、上記実施形態では、マスク層として、ポリエステルからなるマスク層を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、バスバー電極部の上面上に保護層が形成されないようにマスクすることができるものであれば、ポリエステル以外の材料からなるマスク層であってもよい。

また、上記実施形態では、２本のバスバー電極部と複数のフィンガー電極部とで構成される集電極を用いた例を示したが、本発明はこれに限らず、集電極を構成するバスバー電極部は１本または３本以上であってもよい。また、集電極は、フィンガー電極部をワイヤーで構成するなど、上記以外の他の構成であってもよい。

また、上記実施形態では、透光性導電膜の表面上に傷が付くのを抑制する機能を有するとともに、透光性導電膜の表面が大気と接触するのを遮断する機能を有する保護層を、透光性導電膜の発電領域に対応する表面上に形成した例を示したが、本発明はこれに限らず、本発明に係る光起電力素子上の保護層は、上記機能以外の他の機能を有する保護層であってもよい。

本発明の一実施形態による光起電力素子の構造を示した平面図である。 図１の４００−４００線に沿った断面図である。 図１に示した一実施形態による光起電力素子を含む光起電力モジュールの構造を示した断面図である。 図１に示した一実施形態による光起電力素子の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示した一実施形態による光起電力素子の製造方法を説明するための平面図である。 図５の５００−５００線に沿った断面図である。 図１に示した一実施形態による光起電力素子の製造方法を説明するための断面図である。 図１に示した一実施形態による光起電力素子の第１変形例を示す断面図である。 図１に示した一実施形態による光起電力素子の第２変形例を示す平面図である。 従来の一例による光起電力素子の断面図である。 図１０に示した従来の一例による光起電力素子の平面図である。 図１０に示した従来の一例による光起電力素子を複数接続した状態を示す断面図である。 図１０に示した従来の一例による光起電力素子の表面上に保護層を形成する方法を説明するための断面図である。 図１０に示した従来の一例による光起電力素子の表面上に保護層を形成する方法を説明するための断面図である。 特許文献１に記載された従来の他の一例による光起電力素子の平面図である。 図１５の３００−３００線に沿った断面図である。

符号の説明

１ ｎ型単結晶シリコン基板（第１半導体層）
２ ｉ型非晶質シリコン層（第２半導体層）
３ ｐ型非晶質シリコン層（第３半導体層）
４、８ 透光性導電膜
６ ｉ型非晶質シリコン層（第４半導体層）
７ ｎ型非晶質シリコン層（第５半導体層）
５ 表面側集電極（集電極）
５ａ フィンガー電極部
５ｂ バスバー電極部
９ 裏面側集電極（集電極）
１０、２１、３１ 保護層
１１、２０、３０ 光起電力素子
１２ タブ電極（接続電極）
１３ 充填材
１４ 表面保護材
１５ ＰＥＴフィルム
１６ Ａｌ箔
１７ マスク層
１８ 発電領域

Claims (7)

1. 光電変換層を含む発電領域と、
   前記発電領域の一表面上に形成される集電極と、
   前記発電領域上に形成された保護層とを備え、
   前記保護層の少なくとも一部は、前記集電極の側面部と接することなく前記側面部から所定の間隔を隔てて形成されている、光起電力素子。
2. 前記保護層は、前記集電極の所定部分の両方の側面部と接することなく前記所定部分の両方の側面部から所定の間隔を隔てて形成されている、請求項１に記載の光起電力素子。
3. 前記集電極は、前記発電領域で発電された電流を収集するためのフィンガー電極部と、前記フィンガー電極部を流れる電流をさらに収集するバスバー電極部とを含み、
   前記保護層は、前記バスバー電極部の両方の側面部と接触することなく前記両方の側面部から所定の間隔を隔てて形成されている、請求項１または２に記載の光起電力素子。
4. 前記光電変換層の表面上に形成される透光性導電膜をさらに備え、
   前記保護層と前記集電極とは、前記透光性導電膜の表面上に形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の光起電力素子。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載された光起電力素子を備えた、光起電力モジュール。
6. 光電変換層を含む発電領域を形成する工程と、
   前記発電領域の表面上に集電極を形成する工程と、
   前記発電領域の表面上に、前記集電極の所定部分の側面部と接しないように、かつ、前記側面部から所定の間隔を隔たるように保護層を形成する工程とを備えた、光起電力素子の製造方法。
7. 前記集電極の所定部分の表面上に前記集電極の所定部分の幅よりも大きい幅の開口を有するマスク層を形成する工程と、
   前記マスク層をマスクとして、前記発電領域の表面上に保護層を形成する工程とを備えた、請求項６に記載の光起電力素子の製造方法。

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