JP2013069761A

JP2013069761A - 光電変換装置、および光電変換装置の製造方法

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Publication number: JP2013069761A
Application number: JP2011205959A
Authority: JP
Inventors: Atsuo Kishu; 淳雄旗手
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-04-18

Abstract

【課題】基板から下部電極層が剥離し難い光電変換装置を提供する。
【解決手段】基板と、該基板上に配されている導電層および該導電層上に配されている光電変換層を有する複数の光電変換セルとを備えている光電変換装置が採用される。該光電変換装置では、複数の光電変換セルは、各列で一方向に電気的に直列に接続されているとともに互いに並んで配置された複数のセル列を構成しており、該複数のセル列のうち隣り合う一方のセル列と他方のセル列との間に両者を電気的に分離する分離領域が配されており、該分離領域に基板と導電層との境界部を覆う被覆部が配されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光電変換装置および該光電変換装置の製造方法に関する。

化合物半導体などから成る光吸収層を具備した光電変換装置がある。この光電変換装置では、例えば、ガラス製の基板上に、複数の光電変換セルが平面的に配列されている。

ここで、各光電変換セルでは、例えば、ガラス製の基板上に、Ｍｏから成る下部電極層が配され、この下部電極層の上に化合物半導体から成る光吸収層が配されている。さらに、その光吸収層の上には、硫化亜鉛または硫化カドミウムなどから成るバッファ層と、酸化亜鉛などから成る透明の上部電極層とがこの順に積層されている。

また、光電変換装置における出力電圧を増大させるために、複数の光電変換セルは、隣り合う一方の光電変換セルの上部電極層と他方の光電変換セルの下部電極層とが接続導体によって接続されることで、電気的に直列に接続されている。

そして、このような光電変換装置について、複数の光電変換セルが一方向に直列に接続されることでセル列が形成され、さらに一方向と直交する他方向において複数のセル列が等間隔で配列されている光電変換装置が提案されている（例えば、特許文献１など）。この光電変換装置では、隣り合うセル列の間に、セル列どうしを電気的に分離するための一方向に沿った溝部（セル列間溝部とも言う）が配されている。そして、このセル列間溝部は、例えば、レーザー光によるスクライブによって形成され得る。

国際公開第２０１１／０９０１００号

ところで、セル列間溝部の形成時におけるレーザー光の出力の調節は容易でない。例えば、レーザー光の出力が過度に小さければ、セル列間溝部に下部電極層の一部が残存して、隣り合うセル列の間で短絡が生じ易い。一方、レーザー光の出力が過度に大きければ、基板も加工され、基板と下部電極層との界面近傍に不要な突起（バリとも言う）が生じ易い。

基板と下部電極層との界面近傍にバリが存在していれば、セル列間溝部の形成後における各種加工が行われる際に、基板と下部電極層との界面近傍に不要な応力が掛かり易く、基板から下部電極層が剥離し易い。例えば、セル列間溝部に封止用の樹脂が充填される際に、バリに不要な応力が掛かり易い。また、セル列間溝部の形成後における各種加工が行われる際には、下部電極層のうちの基板から剥離した部分（剥離部とも言う）および該剥離部の近傍の部分の上に配されている光吸収層に不具合が生じ得る。その結果、光電変換セルの発電性能が低下し得る。

また、下部電極層の剥離部を起点とした光電変換セルの劣化が生じ易く、光電変換装置の耐久性および信頼性が低下し得る。

そこで、基板から下部電極層が剥離し難い光電変換装置およびその製造方法が望まれている。

上記課題を解決するために、一態様に係る光電変換装置は、基板と、該基板上に配されている導電層および該導電層上に配されている光電変換層を有する複数の光電変換セルとを備えている。そして、該光電変換装置において、前記複数の光電変換セルは、各列で一方向に電気的に直列に接続されているとともに互いに並んで配置された複数のセル列を構成している。さらに、該光電変換装置において、前記複数のセル列のうち隣り合う一方のセル列と他方のセル列との間に両者を電気的に分離する分離領域が配されており、該分離領域に前記基板と前記導電層との境界部を覆う被覆部が配されている。

他の一態様に係る光電変換装置の製造方法は、基板上に導電層を形成する工程と、前記導電層を一方向に分離する第１分離領域と、該第１分離領域と交差し且つ前記導電層を前記一方向とは異なる他方向に分離する第２分離領域とを形成する工程と、前記導電層の上ならびに前記第１および第２分離領域内に半導体層を形成する工程とを有している。そして、該光電変換装置の製造方法は、前記半導体層のうちの前記第２分離領域内に配されている部分を除去することで、前記一方向に電気的に直列に接続されている複数の光電変換セルをそれぞれ含み、且つ平面視したときに、前記第２分離領域を介して並んでいる複数のセル列を形成し、前記第２分離領域において前記半導体層の一部を残存させて前記基板と前記導電層との境界部を覆う被覆部を形成する工程を有している。

その他の一態様に係る光電変換装置の製造方法は、基板上に導電層を形成する工程と、前記導電層を一方向に分離する第１分離領域と、該第１分離領域と交差し且つ前記導電層を前記一方向とは異なる他方向に分離する第２分離領域とを形成する工程と、前記第２分離領域において、前記基板と前記導電層との境界部を覆う被覆部を形成する工程と、前記導電層上ならびに前記第１分離領域内に半導体層を形成する工程とを有している。そして、該光電変換装置の製造方法は、前記半導体層を前記第２分離領域に沿って除去することで、前記一方向に電気的に直列に接続されている複数の光電変換セルをそれぞれ含み、且つ平面視したときに、前記第２分離領域を介して並んでいる複数のセル列を形成する工程を有している。

上記一態様に係る光電変換装置によれば、基板から下部電極層が剥離し難い。

他の一態様に係る光電変換装置の製造方法、ならびにその他の一態様に係る光電変換装置の製造方法の何れによっても、基板から下部電極層が剥離し難い光電変換装置が製造され得る。

一実施形態に係る光電変換装置の構成を模式的に示す平面図である。図１にて一点鎖線II−IIで示した位置におけるＸＺ断面を示す図である。図１にて二点鎖線III−IIIで示した位置におけるＹＺ断面を示す図である。一実施形態に係る被覆部の一構成を示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造フローを示すフローチャートである。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一実施形態に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。一変形例に係る被覆部の一構成を示す図である。一変形例に係る光電変換装置の製造フローを示すフローチャートである。一変形例に係る光電変換装置の製造途中の状態を模式的に示す図である。図１９にて二点鎖線XX−XXで示した位置におけるＹＺ断面を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係などは正確に図示されたものではない。なお、図１から図４、図６から図１７、図１９および図２０には、各セル列１０ｇにおける光電変換セル１０の配列方向（図１の図面視左右方向）をＸ軸方向とする右手系のＸＹＺ座標系が付されている。

＜(１)光電変換装置の構成＞
＜(１−１)光電変換装置の概略構成＞
図１、図２および図３で示されるように、光電変換装置１００は、基板１と、該基板１の上に平面的に並べられた複数の光電変換セル１０とを備えている。複数の光電変換セル１０は、一方向としてのＸ軸方向ならびに他方向としてのＹ軸方向に沿って行列状に配列されている。つまり、複数の光電変換セル１０は、２列以上の光電変換セル１０の列（セル列とも言う）１０ｇを構成している。また、各セル列１０ｇでは、２以上の光電変換セル１０が、一方向としてのＸ軸方向に直線状に並べられているとともに、該２以上の光電変換セル１０が、電気的に直列に接続されている。そして、複数のセル列１０ｇが他方向としてのＹ軸方向に相互に隣り合うように並べられている。

また、複数のセル列１０ｇのうちの隣り合う一方のセル列１０ｇと他方のセル列１０ｇとの間には、該一方のセル列１０ｇと該他方のセル列１０ｇとを電気的に分離する領域（分離領域とも言う）としての溝部Ｐ４が配されている。換言すれば、複数のセル列１０ｇのうちの隣り合う一方のセル列１０ｇと他方のセル列１０ｇとが、溝部Ｐ４を介して離間している。具体的には、溝部Ｐ４は、隣り合う一方のセル列１０ｇと他方のセル列１０ｇとの間においてＸ軸方向に延在している。溝部Ｐ４の幅は、例えば、４０μｍ以上で且つ１０００μｍ以下程度であれば良い。

さらに、各セル列１０ｇでは、２以上の光電変換セル１０のうちの隣り合う一方の光電変換セル１０と他方の光電変換セル１０との間に、該一方の光電変換セル１０と該他方の光電変換セル１０とを分離する領域としての溝部Ｐ３が配されている。換言すれば、該一方の光電変換セル１０と該他方の光電変換セル１０とが、溝部Ｐ３を介して離間している。具体的には、溝部Ｐ３は、隣り合う一方の光電変換セル１０と他方の光電変換セル１０との間においてＹ軸方向に延在している。そして、溝部Ｐ３は、光電変換セル１０の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）から下部電極層２の上面に至るまで配されている。溝部Ｐ３の幅は、例えば、４０μｍ以上で且つ１０００μｍ以下程度であれば良い。

なお、各溝部Ｐ３，Ｐ４には、光電変換装置１００がモジュール化される際に、例えば、樹脂などの絶縁材料が入り込む。

図１、図２および図３では、図示の都合上、３列のセル列１０ｇならびに各セル列１０ｇに３つの光電変換セル１０が配されている一構成例が示されている。但し、光電変換セル１０の配列数については、これに限られるものではない。例えば、光電変換装置１００には、２列以上のセル列１０ｇが配されており、各セル列１０ｇに２以上の光電変換セル１０が配されていれば良い。また、例えば、２以上のセル列１０ｇは、電気的に直列に接続されても良いし、並列に接続されても良い。

基板１は、複数の光電変換セル１０を支持するものである。基板１に含まれる主な材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、樹脂および金属などが採用され得る。本実施形態では、基板１が青板ガラス（ソーダライムガラス）である例が示されている。また、基板１の厚さは、１ｍｍ以上で且つ３ｍｍ以下程度であれば良い。さらに、例えば、基板１の形状は平板状であれば良く、基板１の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）は略平坦であれば良い。なお、例えば、金属製の基板上に絶縁性の被膜が被覆されたものが、基板１として採用されても良い。

＜(１−２)光電変換セルの構成＞
各光電変換セル１０は、導電層としての下部電極層２、光電変換層３、上部電極層４および線状導電部５を備えている。また、各光電変換セル１０には、溝部Ｐ２が配されている。そして、本実施形態に係る光電変換装置１００では、上部電極層４が配されている側の主面が受光面となっている。

下部電極層２は、基板１の上面上に配されている導電層である。下部電極層２に含まれる主な材料としては、例えば、モリブデン、アルミニウム、チタン、タンタルおよび金などの導電性を有する各種金属などが採用され得る。また、下部電極層２の厚さは、例えば、０．２μｍ以上で且つ１μｍ以下程度であれば良い。下部電極層２は、例えば、スパッタリング法または蒸着法などによって形成され得る。

また、下部電極層２には、溝部Ｐ１，Ｐ４が配されている。溝部Ｐ１は、Ｙ軸方向に直線状に延在している。図１では、溝部Ｐ１の外縁が破線で示されている。下部電極層２に１以上の溝部Ｐ１が配されていることで、下部電極層２が、Ｘ軸方向に複数の下部電極層２に分離されている。溝部Ｐ１の幅は、例えば、５０μｍ以上で且つ４００μｍ以下程度であれば良い。また、溝部Ｐ４は、Ｘ軸方向に直線状に延在している。下部電極層２に１以上の溝部Ｐ４が配されていることで、下部電極層２が、Ｙ軸方向に複数の領域に分離されている。つまり、下部電極層２に１以上の溝部Ｐ１と１以上の溝部Ｐ４とが配されていることで、下部電極層２が行列状に複数の下部電極層２に分離されている。図１、図２および図３には、Ｘ軸方向ならびにＹ軸方向においてそれぞれ３つに分離された下部電極層２が示されている。

ところで、光電変換装置１００では、溝部Ｐ４において、基板１と下部電極層２との境界の部分（境界部とも言う）２ｂを覆う被覆部２０が配されている。このような構成により、基板１から下部電極層２が剥離し難い。その結果、基板１からの下部電極層２の剥離部を起点とした光電変換セル１０の劣化が生じ難く、光電変換装置１００の耐久性および信頼性が向上し得る。

光電変換層３は、下部電極層２上に配されている。該光電変換層３は、光吸収層３１とバッファ層３２とを備えている。光吸収層３１およびバッファ層３２は、この順に下部電極層２上に積層されている。

光吸収層３１は、下部電極層２の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）上に配されている。ここで、下部電極層２に配されている各溝部Ｐ１には、直上に配されている光吸収層３１の延在部分が埋入している。これにより、各セル列１０ｇでは、溝部Ｐ１を介して隣り合う一方の下部電極層２と他方の下部電極層２とが電気的に分離されている。

また、光吸収層３１は、第１導電型を有する半導体を主に含んでおり、光を吸収して電荷を生じる。ここで、第１導電型を有する半導体としては、例えば、カルコパイライト系の化合物半導体であるＩ−III−VI族化合物半導体などが採用され得る。なお、第１導電型は、例えば、ｐ型の導電型であれば良い。

I−III−VI族化合物半導体とは、Ｉ−III−VI族化合物を主に含む半導体である。なお、Ｉ−III−VI族化合物を主に含む半導体とは、半導体がＩ−III−VI族化合物を７０ｍｏｌ％以上含むことを言う。以下の記載においても、「主に含む」は「７０ｍｏｌ％以上含む」ことを意味する。Ｉ−III−VI族化合物は、Ｉ−Ｂ族元素（１１族元素とも言う）とIII−Ｂ族元素（１３族元素とも言う）とVI−Ｂ族元素（１６族元素とも言う）とを主に含む化合物である。

I−III−VI族化合物としては、例えば、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ₂（ＣＩＧＳとも言う）、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）₂（ＣＩＧＳＳとも言う）、およびＣｕＩｎＳｅ₂（ＣＩＳとも言う）などが採用され得る。なお、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ₂は、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとを主に含む化合物である。また、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）₂は、ＣｕとＩｎとＧａとＳｅとＳとを主に含む化合物である。本実施形態では、光吸収層３１が、ＣＩＧＳを主に含む。

なお、光吸収層３１がＩ−III−VI族化合物半導体を主に含んでいれば、光吸収層３１の厚さが１０μｍ以下であっても、光吸収層３１による光電変換の効率が高めら得る。このため、光吸収層３１の厚さは、例えば、１μｍ以上で且つ３μｍ以下程度であれば良い。

光吸収層３１は、スパッタリング法または蒸着法などといった真空プロセスによって形成され得る。また、光吸収層３１は、塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによっても形成され得る。塗布法あるいは印刷法では、例えば、光吸収層３１に主に含まれる金属元素を含む溶液が下部電極層２の上面上に塗布され、その後、乾燥および熱処理が行われる。該塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスが用いられることで、光電変換装置１００の製造に要するコストが低減され得る。

バッファ層３２は、光吸収層３１の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）上に配されており、光吸収層３１の第１導電型とは異なる第２導電型を有する半導体を主に含む。ここで、導電型が異なる半導体とは、伝導担体（キャリア）が異なる半導体である。そして、第２導電型は、例えば、ｎ型の導電型であれば良い。なお、光吸収層３１の導電型がｎ型であり、バッファ層３２の導電型がｐ型であっても良い。ここでは、光吸収層３１とバッファ層３２との間にヘテロ接合領域が形成されている。このため、光電変換セル１０では、ヘテロ接合領域を形成する光吸収層３１とバッファ層３２とにおいて光電変換が生じ得る。

バッファ層３２は、化合物半導体を主に含む。バッファ層３２に含まれる化合物半導体としては、例えば、ＣｄＳ、Ｉｎ₂Ｓ₃、ＺｎＳ、ＺｎＯ、Ｉｎ₂Ｓｅ₃、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏなどが採用され得る。そして、バッファ層３２が１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有していれば、リーク電流の発生が抑制され得る。

バッファ層３２は、例えば、化学浴槽堆積（ＣＢＤ）法などによって形成され得る。バッファ層３２の厚さは、例えば、１０ｎｍ以上で且つ２００ｎｍ以下であれば良い。バッファ層３２の厚さが１００ｎｍ以上で且つ２００ｎｍ以下であれば、バッファ層３２上に上部電極層４がスパッタリング法などで形成される際に、バッファ層３２においてダメージが生じ難くなる。

上部電極層４は、光電変換層３の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）上に配されている。そして、上部電極層４は、例えば、ｎ型の導電型を有する透明の導電層であれば良い。上部電極層４は、光電変換層３において生じた電荷を取り出す電極となる。上部電極層４は、バッファ層３２よりも低い抵抗率を有する材料を主に含んでいれば良い。上部電極層４には、いわゆる窓層と呼ばれるものが含まれても良いし、窓層と透明の導電層とが含まれても良い。

上部電極層４は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＯの化合物、ならびにＳｎが含まれたＩＴＯおよびＳｎＯ₂などの金属酸化物半導体が採用され得る。ＺｎＯの化合物は、例えば、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、ＩｎおよびＦのうちの何れか１つの元素が含まれたものであれば良い。

上部電極層４は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法などによって形成され得る。上部電極層４の厚さは、例えば、０．１μｍ以上で且つ２．０μｍ以下程度であれば良い。ここで、上部電極層４が、１Ω・ｃｍ未満の抵抗率と、５０Ω／□以下のシート抵抗とを有していれば、上部電極層４を介して光電変換層３から電荷が良好に取り出され得る。

ここで、バッファ層３２および上部電極層４が、光吸収層３１が吸収し得る光の波長帯域に対して、光を透過させ易い性質（光透過性とも言う）を有していれば、光吸収層３１における光の吸収効率の低下が抑制され得る。また、上部電極層４の厚さが０．０５μｍ以上で且つ０．５μｍ以下であれば、上部電極層４における光透過性が高められ、光電変換によって生じた電流が上部電極層４によって良好に伝送され得る。さらに、上部電極層４の絶対屈折率とバッファ層３２の絶対屈折率とが略同一であれば、上部電極層４とバッファ層３２との界面で光が反射することで生じる入射光のロスが低減され得る。

線状導電部５は、上部電極層４の＋Ｚ側の主面（上面とも言う）上に配されている。該線状導電部５は、例えば、金属ペーストが上部電極層４の上面上に塗布された後に乾燥されて該金属ペーストが固化されることで形成され得る。金属ペーストは、例えば、透光性を有する樹脂などのバインダーに光反射率が高く且つ導電性を有する粒子が添加されることで作製され得る。ここで、透光性を有する樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂などが採用され得る。また、金属ペーストに含まれる粒子としては、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、ＮｉならびにＺｎとＡｇとの合金などの金属粒子が採用され得る。この場合、線状導電部５には、導電性を有する多数の粒子が含まれており、該多数の粒子が相互に接触し合うことで、線状導電部５における良好な導電性が確保され得る。

線状導電部５は、複数の集電部５ａと連結部５ｂと垂下部５ｃとを備えている。

複数の集電部５ａは、Ｙ軸方向に離間しており、各集電部５ａがＸ軸方向に延在している。集電部５ａは、光電変換層３において発生して上部電極層４において取り出された電荷を集電する役割を担う。集電部５ａが配されていることで、上部電極層４における導電性が補われるため、上部電極層４の薄層化が可能となる。その結果、電荷の取り出し効率の確保と、上部電極層４における光透過性の向上とが両立し得る。

連結部５ｂは、Ｙ軸方向に延在している。そして、該連結部５ｂには、各集電部５ａが電気的に接続されている。垂下部５ｃは、連結部５ｂの下部に接続され、溝部Ｐ２を通って＋Ｘ方向に配されている隣の光電変換セル１０の下部から延伸されている下部電極層２に接続されている。つまり、垂下部５ｃによって、連結部５ｂと隣の光電変換セル１０の下部から延伸されている下部電極層２とが電気的に接続され得る。なお、線状導電部５は、連結部５ｂを有さない態様が採用されても良い。このような線状導電部５としては、例えば、集電部５ａと垂下部５ｃとが直に電気的に接続されている態様がある。

ここで、溝部Ｐ２は、Ｙ軸方向に直線状に延在している。そして、溝部Ｐ２は、上部電極層４の上面から下部電極層２の上面に至るまで配されている。このため、溝部Ｐ２は、１つの光電変換セル１０内において、光電変換層３と上部電極層４とが積層された積層体をＸ軸方向に分離している。なお、溝部Ｐ２内に、上部電極層４の垂下部と垂下部５ｃとが配されている構成が採用されても良い。

また、受光面の上方（ここでは＋Ｚ側）から各光電変換セル１０を平面透視した場合、＋Ｘ方向に溝部Ｐ１と溝部Ｐ２と溝部Ｐ３とがこの順に配されている。このため、各セル列１０ｇにおいて隣り合う一方の光電変換セル１０と他方の光電変換セル１０との間で、下部電極層２が、該他方の光電変換セル１０の下部から該一方の光電変換セル１０の下部まで延伸している。そして、該一方の光電変換セル１０においては、Ｘ軸方向に隣り合う一方の下部電極層２と他方の下部電極層２との間において、該一方の下部電極層２の上から溝部Ｐ１を越えて、該他方の下部電極層２の上に至るまで光電変換層３が配されている。ここで、該他方の下部電極層２は、他方の光電変換セル１０の下部から一方の光電変換セル１０の下部に延伸している下部電極層２である。

また、受光面の上方（ここでは＋Ｚ側）から各光電変換セル１０を平面透視した場合、各光電変換セル１０には、溝部Ｐ２を包含して溝部Ｐ１と溝部Ｐ３とに挟まれた領域と、溝部Ｐ１が配されている領域と、残余の領域とがある。そして、該残余の領域が、各光電変換セル１０において発電に寄与する領域となる。

なお、本実施形態では、各光電変換セル１０において、光電変換層３が、下部電極層２の上から隣の下部電極層２の上にかけて配されていたが、これに限られない。例えば、光電変換層３が、下部電極層２の上から溝部Ｐ１の内部に至るまで配されていれば良い。

上記構成を有する光電変換セル１０では、上部電極層４および複数の集電部５ａによって集電された電荷が、連結部５ｂと垂下部５ｃとを通じて、＋Ｘ方向に配されている隣の光電変換セル１０に伝達される。これにより、各セル列１０ｇにおいて隣り合う光電変換セル１０が電気的に直列に接続されている。

また、集電部５ａの幅が５０μｍ以上で且つ４００μｍ以下であれば、隣接する光電変換セル１０の間における良好な導電が確保され、光吸収層３１への光の入射量の低下が抑制され得る。１つの光電変換セル１０に配されている複数の集電部５ａのＹ方向における間隔は、例えば、２．５ｍｍ程度であれば良い。

＜(１−３)溝部Ｐ４における被覆部＞
図４では、図３における１つの溝部Ｐ４およびその近傍の構成が模式的に示されている。図４で示されるように、溝部Ｐ４内において、被覆部２０が、基板１と下部電極層２との境界部２ｂを覆っている。

被覆部２０は、光電変換層３と同一の材料を含む。該被覆部２０は、例えば、次のようにして形成され得る。まず、下部電極層２において、第１分離領域としての溝部Ｐ１と、溝部Ｐ４に対応する第２分離領域としての溝部Ｐ４ａとが形成される。次に、溝部Ｐ１，Ｐ４ａが形成された下部電極層２の上面上に、光電変換層３と上部電極層４とがこの順に積層されている積層体が形成される。この際、光吸収層３１が溝部Ｐ４ａ内にも形成される。その後、該積層体のうちの溝部Ｐ４ａ内および溝部Ｐ４ａ上に形成された部分が機械的に削られる。この際、該積層体に含まれている光吸収層３１のうちの一部が残存することで、被覆部２０が形成され得る。このとき、該被覆部２０には、主に光吸収層３１と同一の材料が含まれ得る。このような構成が採用されると、被覆部２０が容易に形成され得る。

＜(２)光電変換装置の製造プロセス＞
ここで、上記構成を有する光電変換装置１００の製造プロセスの一例について説明する。図５は、光電変換装置１００の製造フローを例示するフローチャートである。図６から図９および図１１から図１６は、光電変換装置１００の製造途中の様子を模式的に示す断面図である。なお、図８は、図１０の一点鎖線VIII−VIIIで示した位置におけるＸＺ断面を示す図である。また、図９は、図１０の二点鎖線IX−IXで示した位置におけるＹＺ断面を示す図である。

まず、図５のステップＳｐ１では、基板１（図６参照）が準備される。基板１は、例えば、略矩形の盤面を有する平板状のものであれば良い。

ステップＳｐ２では、基板１上に、導電層としての下部電極層２（図７参照）が形成される。下部電極層２は、例えば、洗浄された基板１の一主面の略全面上に、スパッタリング法または蒸着法などが用いられて形成され得る。

ステップＳｐ３では、下部電極層２の上面のうちの所定の形成対象位置からその直下の基板１の上面にかけて、他方向（ここではＹ軸方向）に直線状に延在する第１分離領域としての溝部Ｐ１（図８および図１０参照）が形成される。また、下部電極層２の上面のうちの所定の形成対象位置からその直下の基板１の上面にかけて、一方向（ここではＸ軸方向）に直線状に延在する第２分離領域としての溝部Ｐ４ａ（図９および図１０参照）が形成される。該溝部Ｐ４ａは、溝部Ｐ４に対応する位置に形成される。つまり、下部電極層２を一方向としてのＸ軸方向に分離する溝部Ｐ１と、該溝部Ｐ１と交差し且つ下部電極層２を一方向とは異なる他方向としてのＹ軸方向に分離する溝部Ｐ４ａとが形成される。なお、溝部Ｐ１，Ｐ４ａは、例えば、ＹＡＧレーザーまたはその他のレーザーの光が走査されつつ所定の形成対象位置に照射されることで形成され得る。

ステップＳｐ４では、下部電極層２上に、光吸収層３１に主に含まれる金属元素を含有している皮膜３１０（図１１および図１２参照）が形成される。皮膜３１０は、例えば、光吸収層３１に主に含まれる金属元素を含有している溶液が下部電極層２上に塗布された後に乾燥される処理が行われることで形成され得る。このとき、皮膜３１０は、溝部Ｐ１，Ｐ４ａ内および溝部Ｐ１，Ｐ４ａ上にも形成される。

ステップＳｐ５では、皮膜３１０に対する加熱処理が行われることで、皮膜３１０における化合物半導体の結晶化が進み、光吸収層３１（図１１および図１２参照）が形成される。このとき、光吸収層３１は、溝部Ｐ１，Ｐ４ａ内および溝部Ｐ１，Ｐ４ａ上にも形成される。つまり、下部電極層２上ならびに溝部Ｐ１，Ｐ４ａ内に半導体層としての光吸収層３１が形成される。

ステップＳｐ６では、光吸収層３１上にバッファ層３２（図１３参照）が形成される。これにより、光吸収層３１とバッファ層３２とが積層されている光電変換層３が形成される。バッファ層３２は、例えば、化学浴槽堆積（ＣＢＤ）法によって形成され得る。具体的には、例えば、酢酸カドミウムとチオ尿素とがアンモニアに溶解させられることで作製された溶液に光吸収層３１が浸漬されることで、ＣｄＳを主に含むバッファ層３２が形成され得る。

ステップＳｐ７では、光電変換層３上に上部電極層４（図１４参照）が形成される。これにより、溝部Ｐ４ａ内から溝部Ｐ４ａ上にかけて、光電変換層３と上部電極層４との積層体が形成される。上部電極層４は、例えば、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法などで形成され得る。具体的には、例えば、バッファ層３２上に、Ａｌが添加されたＺｎＯを主に含む透明な上部電極層４が形成される。

ステップＳｐ８では、上部電極層４の上面のうちの所定の形成対象位置から下部電極層２の上面に至る領域に、一方向（ここではＹ軸方向）に直線状に延在する溝部Ｐ２（図１５参照）が形成される。溝部Ｐ２は、スクライブ針が用いられたメカニカルスクライビングなどによって形成され得る。

ステップＳｐ９では、上部電極層４の上面のうちの所定の形成対象位置から溝部Ｐ２の内部にかけて線状導電部５（図１６参照）が形成される。線状導電部５は、例えば、金属ペーストが所定のパターンを有するように印刷され、印刷後の金属ペーストが乾燥によって固化されることで形成され得る。

ステップＳｐ１０では、上部電極層４の上面のうちの所定の形成対象位置から下部電極層２の上面に至る領域に、一方向（ここではＹ軸方向）に直線状に延在する溝部Ｐ３（図１および図２参照）が形成される。

ステップＳｐ１１では、ステップＳｐ４〜Ｓｐ７において溝部Ｐ４ａ内から溝部Ｐ４ａ上にかけて形成された光電変換層３と上部電極層４との積層体が除去されることで、溝部Ｐ４（図１および図３参照）が形成される。これにより、光電変換装置１００が形成され得る。なお、ステップＳｐ１１では、スクライブ針が用いられたメカニカルスクライビングなどによって、溝部Ｐ４が形成され得る。このとき、ステップＳｐ５で形成された光吸収層３１のうちの溝部Ｐ４ａ内に配されている部分が除去される。これにより、溝部Ｐ４ａを含む溝部Ｐ４を介して並んでいる複数のセル列１０ｇ（図１参照）が形成される。別の観点から言えば、光電変換装置１００が上部電極層４側から平面視された場合、溝部Ｐ４ａを介して複数のセル列１０ｇが並んでいる。なお、該各セル列１０ｇには、一方向としてのＸ軸方向に電気的に直列に接続されている複数の光電変換セル１０がそれぞれ含まれている。また、このとき、溝部Ｐ４ａにおいて、光吸収層３１の一部を残存させることで、基板１と下部電極層２との境界部２ｂを覆う被覆部２０（図１および図３参照）が形成される。

＜(３)一実施形態のまとめ＞
以上のように、本実施形態に係る光電変換装置１００では、溝部Ｐ４内において、基板１と下部電極層２との境界部２ｂを覆う被覆部２０が配されている。これにより、基板１から下部電極層２が剥離し難い。その結果、基板１から下部電極層２が剥離した部分を起点とした光電変換セル１０の劣化が生じ難く、光電変換装置１００の耐久性および信頼性が確保され得る。また、被覆部２０が光電変換層３に含まれる光吸収層３１と同一の材料を含むことで、被覆部２０が容易に形成され得る。

また、光電変換装置１００の製造工程では、下部電極層２に溝部Ｐ４ａが形成された後に、該下部電極層２上に光電変換層３が形成される。その後、該光電変換層３のうちの溝部Ｐ４ａ内および溝部Ｐ４ａ上に配されている部分が除去されて複数のセル列１０ｇが形成される。このとき、溝部Ｐ４ａ内に光吸収層３１の一部を残存させることで、基板１と下部電極層２との境界部２ｂを覆う被覆部２０が形成される。このような製造方法によって、基板１から下部電極層２が剥離し難い光電変換装置１００が形成され得る。

＜(４)変形例＞
なお、本発明は上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。

◎例えば、上記一実施形態では、被覆部２０が光吸収層３１と同一の材料で主に構成されていたが、これに限られない。例えば、図１７で示されるように、被覆部２０がさらに上部被覆部２１に覆われても良い。この構成が採用される場合、例えば、上記一実施形態と同様な製造方法によって被覆部２０が形成された後に、該被覆部２０を覆う上部被覆部２１が形成されれば良い。上部被覆部２１の材料としては、例えば、シリコーン樹脂およびポリミイド樹脂などの防水性を有する各種樹脂が採用され得る。また、上部被覆部２１は、例えば、樹脂の塗布および乾燥などによって形成され得る。なお、シリコーン樹脂の線膨張係数は、２００〜３００ｐｐｍ／℃であり、ポリミイド樹脂の線膨張係数は、３０〜５０ｐｐｍ／℃である。

◎また、上記一実施形態では、被覆部２０が半導体を主に含んでいたが、これに限られない。例えば、被覆部２０に含まれる材料が、絶縁性および導電性の何れかの性質を有する材料であっても良い。ここで、絶縁性を有する材料としては、シリコーン樹脂およびポリミイド樹脂などの各種樹脂が採用され得る。この場合、例えば、溝部Ｐ４または溝部Ｐ４ａ内において、基板１と下部電極層２との境界部２ｂを覆うように樹脂が塗布されれば良い。また、導電性を有する材料としては、各種金属が採用され得る。この場合、例えば、溝部Ｐ４内または溝部Ｐ４ａ内に、基板１と下部電極層２との境界部２ｂを覆うように金属が蒸着されれば良い。このとき、溝部Ｐ４内または溝部Ｐ４ａに絶縁体が配されていれば、溝部Ｐ４を挟んで隣り合う下部電極層２間で短絡が生じ難い。

また、被覆部２０は、透湿性が小さい、すなわち、防水性を有していれば、基板１から下部電極層２が剥離した部分を起点とした光電変換セルの劣化がさらに生じ難く、光電変換装置１００の耐久性および信頼性がより向上し得る。

ここで、光電変換装置１００が用いられた太陽電池モジュールが製造される際には、溝部Ｐ４にエチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）などの封止用の樹脂が充填され得る。このため、防水性を有する被覆部２０の材料としては、例えば、封止用の樹脂の線膨張係数と近い線膨張係数を有する樹脂が採用され得る。ＥＶＡの線膨張係数は、１４０ｐｐｍ／℃である。そして、ＥＶＡの線膨張係数と近い線膨張係数を有する樹脂としては、ポリエチレンおよびポリプロピレンなどの樹脂が採用され得る。ポリエチレンの線膨張係数は、１３０ｐｐｍ／℃であり、ポリプロピレンの線膨張係数は、１１０ｐｐｍ／℃である。

なお、基板１の線膨張係数と、封止用の樹脂の線膨張係数との中間付近の線膨張係数を有する材料が、防水性を有する被覆部２０の材料として採用されても良い。例えば、線膨張係数が９ｐｐｍ／℃である青板ガラスが基板１の材料である場合、線膨張係数が７０ｐｐｍ／℃の塩化ビニルが防水性を有する被覆部２０の材料として採用され得る。

◎また、上記一実施形態では、上部電極層４の形成後に、溝部Ｐ２が形成されたが、これに限られない。例えば、溝部Ｐ２の形成後に、上部電極層４が形成されても良い。但し、上部電極層４の形成後に、溝部Ｐ２が形成された方が、各セル列１０ｇにおいて隣り合う光電変換セル１０の間の電気的な接続における電気抵抗が低減され得る。

◎また、上記一実施形態では、溝部Ｐ４ａ内に光吸収層３１の一部を残存させることで、被覆部２０が形成されたが、これに限られない。例えば、溝部Ｐ４ａの形成後であって、光吸収層３１の形成前に、被覆部２０が形成されても良い。以下、この被覆部２０の形成方法について、具体例を挙げて説明する。

図１８は、一変形例に係る光電変換装置１００Ａの製造フローを例示するフローチャートである。図１９および図２０は、一変形例に係る光電変換装置１００Ａの製造途中の様子を模式的に示す図である。

まず、図１８のステップＳｐ２１〜Ｓｐ２３では、図５のステップＳｐ１〜Ｓｐ３と同様な工程が順に実施される。このとき、基板１上に下部電極層２が形成され、該下部電極層２を一方向としてのＸ軸方向に分離する溝部Ｐ１と、該溝部Ｐ１と交差し且つ下部電極層２を一方向とは異なる他方向としてのＹ軸方向に分離する溝部Ｐ４ａとが形成される。

次に、ステップＳｐ２４では、ステップＳｐ２３で形成された溝部Ｐ４ａ（図９および図１０参照）において、基板１と下部電極層２との境界部２ｂを覆う被覆部２０（図１９および図２０参照）が形成される。ここでは、例えば、ガラス材料を用いたゾル・ゲル法などによって被覆部２０が形成され得る。この被覆部２０の材料としては、シリカなどのガラスが採用され得る。

ステップＳｐ２５〜Ｓｐ３１では、図５のステップＳｐ４〜Ｓｐ１０と同様な工程が順に実施される。このとき、下部電極層２上ならびに溝部Ｐ４ａ内に半導体層としての光吸収層３１が形成される。

ステップＳｐ３２では、ステップＳｐ２５〜Ｓｐ２８において溝部Ｐ４ａ内から溝部Ｐ４ａ上にかけて形成された光電変換層３と上部電極層４との積層体が、溝部Ｐ４ａに沿って除去されることで、溝部Ｐ４が形成される。これにより、光電変換装置１００Ａが形成され得る。ここでは、スクライブ針が用いられたメカニカルスクライビングなどによって、溝部Ｐ４が形成され得る。このとき、光吸収層３１が溝部Ｐ４ａに沿って除去されることで、複数のセル列１０ｇが形成される。そして、溝部Ｐ４内には、ステップＳｐ２４で形成された被覆部２０が残存している。なお、複数のセル列１０ｇは、溝部Ｐ４ａを含む溝部Ｐ４を介して並んでいる。別の観点から言えば、光電変換装置１００Ａが上部電極層４側から平面視された場合、溝部Ｐ４ａを介して複数のセル列１０ｇが並んでいる。また、該各セル列１０ｇには、一方向としてのＸ軸方向に電気的に直列に接続されている複数の光電変換セル１０がそれぞれ含まれている。

◎なお、上記一実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。

１基板
２下部電極層
２ｂ境界部
３光電変換層
４上部電極層
５線状導電部
１０光電変換セル
１０ｇセル列
２０被覆部
２１上部被覆部
３１光吸収層
３２バッファ層
１００，１００Ａ光電変換装置
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ４ａ溝部

Claims

基板と、
該基板上に配されている導電層および該導電層上に配されている光電変換層を有する複数の光電変換セルとを備え、
前記複数の光電変換セルは、各列で一方向に電気的に直列に接続されているとともに互いに並んで配置された複数のセル列を構成しており、
該複数のセル列のうち隣り合う一方のセル列と他方のセル列との間に両者を電気的に分離する分離領域が配されており、
該分離領域に前記基板と前記導電層との境界部を覆う被覆部が配されている光電変換装置。
前記被覆部が、前記光電変換層と同一の材料を含む請求項１に記載の光電変換装置。
前記被覆部が、防水性を有する請求項１に記載の光電変換装置。
基板上に導電層を形成する工程と、
前記導電層を一方向に分離する第１分離領域と、該第１分離領域と交差し且つ前記導電層を前記一方向とは異なる他方向に分離する第２分離領域とを形成する工程と、
前記導電層の上ならびに前記第１および第２分離領域内に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層のうちの前記第２分離領域内に配されている部分を除去することで、前記一方向に電気的に直列に接続されている複数の光電変換セルをそれぞれ含み、且つ平面視したときに、前記第２分離領域を介して並んでいる複数のセル列を形成し、前記第２分離領域において前記半導体層の一部を残存させて前記基板と前記導電層との境界部を覆う被覆部を形成する工程とを備える光電変換装置の製造方法。
前記被覆部を形成する工程の後に、前記被覆部を覆う上部被覆部を形成する工程をさらに備える請求項４に記載の光電変換装置の製造方法。
基板上に導電層を形成する工程と、
前記導電層を一方向に分離する第１分離領域と、該第１分離領域と交差し且つ前記導電層を前記一方向とは異なる他方向に分離する第２分離領域とを形成する工程と、
前記第２分離領域において、前記基板と前記導電層との境界部を覆う被覆部を形成する工程と、
前記導電層上ならびに前記第１分離領域内に半導体層を形成する工程と、
前記半導体層を前記第２分離領域に沿って除去することで、前記一方向に電気的に直列に接続されている複数の光電変換セルをそれぞれ含み、且つ平面視したときに、前記第２分離領域を介して並んでいる複数のセル列を形成する工程とを備える光電変換装置の製造方法。