光電変換モジュール
【課題】基板におけるクラックの発生を低減し、信頼性の高い光電変換モジュールを提供する。
【解決手段】光電変換モジュールは、第１基板と、該第１基板上に配置された光電変換部１と、該光電変換部１を覆う被覆部材９と、該被覆部材９上に配置された第２基板とを備えている。さらに、本実施形態では、前記第１基板と前記第２基板との間に光電変換部１を囲うとともに被覆部材９で内部空間を埋めるように枠状に配置された封止部材１２と、該封止部材１２の光電変換部１側の内周縁部における前記第１基板上に配置された補強部材１３とを備えている。
【解決手段】光電変換モジュールは、第１基板と、該第１基板上に配置された光電変換部１と、該光電変換部１を覆う被覆部材９と、該被覆部材９上に配置された第２基板とを備えている。さらに、本実施形態では、前記第１基板と前記第２基板との間に光電変換部１を囲うとともに被覆部材９で内部空間を埋めるように枠状に配置された封止部材１２と、該封止部材１２の光電変換部１側の内周縁部における前記第１基板上に配置された補強部材１３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電等に使用される光電変換モジュールは、様々な種類のものがある。その中でも、ＣＩＳ系（銅インジウムセレナイド系）、ＣＩＧＳ系（銅インジウムガリウムセレナイド系）等のカルコパイライト系の材料は、比較的低コストで大面積の光電変換モジュールを容易に製造できる点から、研究開発が進められている。
【０００３】
このような光電変換モジュールにおいては、外部から水分が浸入した場合、上記した材料からなる光起電性要素が劣化し、光電変換効率が低下する場合がある。そのため、光起電性要素の周囲には、ポリマー材料からなる被覆部材が設けられている。さらに、このような光電変換モジュールでは、支持体となる基板の外周部に封止部材を設けて防水効果を高めている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５４１２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の光電変換モジュールでは、高温の環境下で使用されると、被覆部材が膨張し、該被覆部材と封止部材との境界部近傍の基板に応力が集中しやすくなっていた。これにより、上記境界部において基板にクラックが発生する場合があった。
【０００６】
本発明の一つの目的は、基板におけるクラックの発生を低減し、信頼性の高い光電変換モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールは、第１基板と、該第１基板上に配置された光電変換部と、該光電変換部を覆う被覆部材と、該被覆部材上に配置された第２基板とを備えている。さらに、本実施形態では、前記第１基板と前記第２基板との間に前記光電変換部を囲うとともに前記被覆部材で内部空間を埋めるように枠状に配置された封止部材と、該封止部材の前記光電変換部側の内周縁部における前記第１基板上に配置された補強部材とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールでは、被覆部材と封止部材との境界部近傍の第１基板上に補強部材が設けられているため、当該境界部近傍に応力が集中しても、第１基板のクラックの発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの光電変換部の一例を示す斜視図である。
【図２】一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの光電変換部の一例を示す断面図である。
【図３】一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの模式図である。
【図４】図３の第２基板を省略した模式図である。
【図５】図３のＡ−Ａ部における断面図である。
【図６】他の実施形態に係る光電変換モジュ−ルの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の光電変換モジュ−ルの実施形態の一例について、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
まず、光電変換モジュ−ルの一部である光電変換部について説明する。なお、各図には、後述する光電変換セルの配列方向をＸ軸とする右手系のＸＹＺ座標が付している場合がある。
【００１２】
＜光電変換部＞
光電変換部１は、第１基板（以下、基板２とする）の一主面上に設けられている。そして、この光電変換部１は、第１の電極としての下部電極３と、光吸収層４およびバッファ層５を備えた光電変換層と、透光性導電層６および集電電極７を備えた第２の電極としての上部電極とを有する。この光電変換部１では、下部電極３および上部電極で挟まれた光吸収層４およびバッファ層５によって光電変換が行なわれる。
【００１３】
この光電変換部１は、図１に示すように、複数の光電変換セル１ａ、１ｂが電気的に接続されるような態様を成している。具体的には、図１に示すように、一方の光電変換セル１ａの上部電極（集電電極７）と、一方の光電変換セル１ａに隣り合う他方の光電変換セル１ｂの下部電極３とが電気的に接続されている。これにより、隣接する光電変換セル１ａ、１ｂは、図１中のＸ方向に沿って直列接続され、基板２上で集積化されている。
【００１４】
また、光電変換部１には、この光電変換部１で得られた電気出力を外部に導出するための出力電極８（出力電極８ａ、８ｂ）がそれぞれ設けられている。
【００１５】
次に、光電変換部１の各部材について説明する。
【００１６】
下部電極３は、一方向（図１のＸ方向）に互いに間隔をあけて基板２の一主面上に複数配置されている。本実施形態では、図２に示すように、上記間隔に対応する分離溝Ｐ１によって互いに離間した３つの下部電極３が設けられている。なお、下部電極３の個数については、図１に示したものに限られない。このような下部電極３は、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）または金（Ａｕ）等の金属またはこれらの合金を含む薄膜であればよい。また、これらの金属が積層されてなる構造体であってもよい。この下部電極３は、例えば、基板２上にスパッタリング法または蒸着法等を利用して、厚さ０．２〜１μｍ程度に形成すればよい。
【００１７】
光吸収層４は、下部電極３上に配置されている。光吸収層４は、例えば、化合物半導体を含んでいる。このような化合物半導体としては、例えば、カルコゲン化合物半導体が挙げられる。カルコゲン化合物半導体は、カルコゲン元素である硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）またはテルル（Ｔｅ）を含むものである。カルコゲン化合物半導体としては、例えば、Ｉ−III−VI化合物半導体がある。I−III−VI化合物半導体とは、Ｉ−Ｂ族元素（１１族元素ともいう）、III−Ｂ族元素（１３族元素ともいう）およびVI−Ｂ族元素（１６族元素ともいう）の化合物半導体である。そして、このようなI−III−VI化合物半導体は、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物半導体とも呼ばれる（ＣＩＳ系化合物半導体ともいう）。I−III−VI化合物半導体としては、例えば、二セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、二セレン化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）、二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２）、二イオウ化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ２）または薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体薄膜がある。なお、光吸収層４が含む化合物半導体は、上
記したＩ−III−VI化合物半導体だけでなく、例えば、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、硫黄（Ｓ）を含む、ＣＺＴＳ系のものであってもよい。このようなＣＺＴＳ系化合物半導体としては、例えば、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４が挙げられる。ＣＺＴＳ系化合物半導体は、I−III−VI化合物半導体のようにレアメタルを使用していないため、材料を確保しやすい。また、光吸収層４は、例えば、ｐ型の導電型を有し、厚さが１〜３μｍ程度である。
【００１８】
光吸収層４は、例えばスパッタリング法または蒸着法等のような真空プロセスによって形成される。また、光吸収層４は、塗布法または印刷法等のプロセスによっても形成される。塗布法または印刷法では、例えば、光吸収層４に主として含まれる元素の錯体溶液を下部電極３の上に塗布した後、乾燥および熱処理を行なっている。
【００１９】
バッファ層５は、光吸収層４の＋Ｚ側の主面の上に設けられており、光吸収層４の第１導電型とは異なる第２導電型（ここではｎ型の導電型）を有する半導体を主に含む。なお、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。また、光吸収層４の導電型がｎ型であり、バッファ層５の導電型がｐ型であってもよい。ここでは、バッファ層５と光吸収層４との間にヘテロ接合領域が形成されている。このため、各光電変換セルでは、ヘテロ接合領域を形成する光吸収層４とバッファ層５とにおいて光電変換が生じ得る。
【００２０】
バッファ層５は、化合物半導体を主に含む。このような化合物半導体としては、例えば硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられる。また、バッファ層５が１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有していれば、リ−ク電流の発生が低減され得る。なお、バッファ層５は、例えば、ケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法等によって形成され得る。
【００２１】
また、バッファ層５は、光吸収層４の一主面の法線方向（＋Ｚ方向）に厚さを有する。この厚さは、例えば、１０〜２００ｎｍに設定される。バッファ層５の厚さが１００〜２００ｎｍであれば、バッファ層５の上に透光性導電層６がスパッタリング法等で形成される際に、バッファ層５においてダメージが生じ難くなる。
【００２２】
透光性導電層６は、バッファ層５の＋Ｚ側の主面の上に設けられており、例えば、ｎ型の導電型を有する透明の導電層（透明導電層とも言う）である。この透光性導電層６は、光吸収層４において生じた電荷を取り出す電極（取出電極とも言う）として働く。透光性導電層６は、バッファ層５よりも低い抵抗率を有する材料を主に含む。透光性導電層６には、いわゆる窓層と呼ばれるものが含まれてもよいし、窓層と透明導電層とが含まれてもよい。
【００２３】
透光性導電層６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、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化亜鉛の化合物、錫が含まれた酸化インジウム（ＩＴＯ）および酸化錫（ＳｎＯ２）等の金属酸化物半導体等が挙げられる。酸化亜鉛の化合物は、アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジウムおよびフッ素のうちの何れか１つの元素等が含まれたものである。
【００２４】
透光性導電層６は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって形成され得る。透光性導電層６の厚さは、例えば、０．０５〜３．０μｍである。ここで、透光性導電層６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、透光性導電層６を介して光吸収層４から電荷が良好に取り出され得る。
【００２５】
バッファ層５および透光性導電層６は、光吸収層４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）を有していてもよい。これにより、光吸収層４における光の吸収効率の低下が低減され得る。また、透光性導電層６の厚さが０．０５〜０．５μｍであれば、透光性導電層６における光透過性が高められると同時に、光電変換によって生じた電流が良好に伝送され得る。さらに、透光性導電層６の絶対屈折率とバッファ層５の絶対屈折率とが略同一であれば、透光性導電層６とバッファ層５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。
【００２６】
集電電極７は、透光性導電層６の＋Ｚ側の主面（一主面とも言う）の上に設けられている線状部７ａと、接続部７ｂを有している。そして、例えば、光電変換セル１ａの透光性導電層６によって集められた電荷は、線状部７ａによってさらに集められ、接続部７ｂを介して隣接する光電変換セル１ｂに伝達され得る。
【００２７】
この線状部７ａが設けられることで、透光性導電層６における導電性が補われるため、透光性導電層６の薄層化が可能となる。これにより、電荷の取り出し効率の確保と、透光性導電層６における光透過性の向上とが両立し得る。なお、線状部７ａが、例えば、銀等の導電性が優れた金属を主に含んでいれば、光電変換部１における変換効率が向上し得る。なお、線状部７ａに含まれる金属としては、例えば銅、アルミニウムおよびニッケル等が挙げられる。
【００２８】
また、線状部７ａの幅は、５０〜４００μｍであれば、隣接する光電変換セル１ａおよび光電変換セル１ｂ間における良好な導電が確保されつつ、光吸収層４への光の入射量の低下が低減され得る。１つの光電変換セルに複数の線状部７ａが設けられる場合、該複数の線状部７ａの間隔は、例えば、２．５ｍｍ程度であればよい。
【００２９】
なお、線状部７ａの表面が、光吸収層４が吸収し得る波長領域の光を反射する性質を有していれば、光電変換部１がモジュ−ル化された際に、線状部７ａの表面で反射した光が、モジュール内で再び反射して光吸収層４に入射し得る。これにより、光電変換部１における変換効率が向上し得る。このような線状部７ａは、例えば、透光性の樹脂に光反射率の高い銀等の金属粒子が添加されたペーストを用いて形成すればよい。また、アルミニウム等の光反射率の高い金属が線状部７ａの表面に蒸着されることによっても実現できる。
【００３０】
接続部７ｂは、図２に示すように、光吸収層４およびバッファ層５を分離する分離溝Ｐ２内に配置されている。この接続部７ｂは、線状部７ａと電気的に接続している。そして、例えば、光電変換セル１ａ内に位置する接続部７ｂは、分離溝Ｐ２を通って隣の光電変換セル１ｂから延伸されている下部電極３に接続するような垂下部を有している。これにより接続部７ｂは、図１において、光電変換セル１ａの上部電極（透光性導電層６および線状部７ａ）と、光電変換セル１ｂの下部電極３とを電気的に接続できる。なお、図１では、透光性導電層６に電気的に接続された光電変換セル１ａの線状部７ａと光電変換セル１ｂの下部電極３とを直に接続しているが、この形態に限られない。接続部７ｂは、例えば、分離溝Ｐ２に配置されるバッファ層５および透光性導電層６の少なくとも一方を介して光電変換セル１ａの上部電極と光電変換セル１ｂの下部電極３とを電気的に接続する形態であってもよい。すなわち、上部電極は、透光性導電層６のみで構成されていてもよい。このとき、接続部７ｂは、分離溝Ｐ２内に透光性導電層６が配置されているような態様となる。
【００３１】
接続部７ｂは、線状部７ａと同様の材質、方法で作製してもよい。そのため、接続部７ｂは、線状部７ａの形成と同時に行なってもよい。また、接続部７ｂは、線状部７ａの一部であってもよい。
【００３２】
出力電極８ａ、８ｂは、各光電変換セルで光から変換された電流を外部に出力するものである。出力電極８ａおよび出力電極８ｂは、一方が正極であり、他方が負極である。本実施形態では、光電変換部１の一端側に出力電極８ａ、他端側に出力電極８ｂがそれぞれ設けられている。すなわち、出力電極８ａおよび出力電極８ｂは、光電変換部１と電気的に接続されているといえる。具体的に、本実施形態において、出力電極８ａは、光電変換セル１ａの一端側（−Ｘ方向）に位置する下部電極３の一部が延在された部位に相当する。一方で、出力電極８ｂは、光電変換セル１ｂの他端側（＋Ｘ方向）に位置する下部電極３の一部が延在された部位に相当する。なお、本実施形態では、出力電極８ａおよび出力電極８ｂを下部電極３の一部を延在させて形成しているが、これに限られない。出力電極８ａおよび出力電極８ｂは、例えば、光電変換セルの上部電極の一部を延在させて形成してもよい。また、光電変換セルが３個以上配列されるような場合は、光電変換部１の一端に位置する光電変換セルに出力電極８ａが設けられ、光電変換部１の他端に位置する光電変換セルに出力電極８ｂが設けられる。
【００３３】
次に、光電変換部１の製造方法の一例について説明する。
【００３４】
まず、基板２の略全面にモリブデン等の金属をスパッタリング法で成膜し、金属層を形成する。次いで、金属層の所望の位置にＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット）レーザ等を照射して分割溝Ｐ１を形成し、複数の下部電極３を得る。次に、パターニングされた下部電極３上に光吸収層４をスパッタリング法、蒸着法または印刷法等を用いて成膜する。次いで、光吸収層４上にバッファ層５をケミカルバスデポジション法（ＣＢＤ法）等で成膜する。
【００３５】
次に、スパッタリング法または有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等でバッファ層５上に透光性導電層６を成膜する。次いで、メカニカルスクライビング等で分割溝Ｐ２を形成して、光吸収層４、バッファ層５および透光性導電層６をパターニングする。次に、透光性導電層６上にスクリーン印刷法等で金属ペーストを塗布した後、焼成して集電電極７を形成する。次いで、メカニカルスクライビング等でＹ方向に沿って分割溝Ｐ３を形成してパターニングを行なうことにより、Ｘ方向に配列する複数の光電変換セルを形成することによって、光電変換部１が形成される。
【００３６】
次に、Ｘ方向における両端に位置する光電変換セル（本実施形態では光電変換セル１ａおよび光電変換セル１ｂ）について、例えばブレードおよびホイールブラシ等などを用いて光吸収層４、バッファ層５、透光性導電層６および集電電極７等を２〜７ｍｍ程度の幅で削り取り、下部電極３の一部を延在させる。これにより、光電変換セル１ａの一端部に出力電極８ａを形成し、光電変換セル１ｂの他端部に出力電極８ｂが形成される。
【００３７】
＜光電変換モジュール＞
次に、本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールＭについて図３乃至図６を参照しつつ説明する。光電変換モジュールＭは、図３乃至図５に示すように、光電変換部１と、基板２と、被覆部材９と、第２基板としての保護基板１０と、配線導体１１と、封止部材１２と、補強部材１３とを備えている。なお、図３において、基板２と保護基板１０との間に配置されている各部材は、便宜上、点線ではなく、実線で示している。また、図４および図６は、保護基板１０を省略した図となっており、被覆部材９および封止部材１２で覆われている各部材を点線で示している。
【００３８】
第１基板としての基板２は、光電変換部１を支持する機能を有している。この基板２の材質としては、例えば厚さ１〜３ｍｍ程度の青板ガラス（ソーダライムガラス）およびポリイミド樹脂などの耐熱性プラスチック等が挙げられる。また、基板２としては、表面を酸化膜などの絶縁膜で被覆した厚さ１００〜２００μｍ程度のステンレスまたはチタン等
の金属箔を用いてもよい。また、基板２の形状は、例えば矩形状、円形状等の平板状であればよい。
【００３９】
被覆部材９は、図５に示すように、基板２および保護基板１０の互いに対向する一主面間に充填されている。この被覆部材９は、主として光電変換部１を保護する機能を有しており、光電変換部１を覆うように配置されている。このような被覆部材９としては、例えば共重合したエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を主成分とする樹脂が挙げられる。なお、ＥＶＡには、樹脂の架橋を促進すべく、トリアリルイソシアヌレート等の架橋剤が含まれていてもよい。また、ＥＶＡにより、基板２と保護基板１０とを接着し、これらが一体化されていてもよい。
【００４０】
第２基板としての保護基板１０は、被覆部材９と接触するように設けられており、光電変換部１等を外部から保護する機能を有している。この保護基板１０の大きさおよび形状は、基板２とほぼ同等のものである。保護基板１０は、光透過率と必要な強度の点から、例えば、風冷強化した白板ガラス等を用いることができる。
【００４１】
配線導体１１は、出力電極８と電気的に接続されており、光電変換部１で得られた出力を出力電極８を介して外部に導く機能を有している。本実施形態において、配線導体１１ａは、出力電極８ａと電気的に接続されている。すなわち、配線導体１１ａは、第１の電極としての下部電極３と電気的に接続されている。一方で、配線導体１１ｂは、出力電極８ｂと電気的に接続されている。出力電極８ｂは、図２に示すように、上部電極（集電電極７）と電気的に接続されている。すなわち、配線導体１１ｂは、第２の電極としての上部電極と電気的に接続されている。これにより、一対の配線導体１１ａ、１１ｂは、第１の電極（下部電極３）および第２の電極（上部電極）にそれぞれ電気的に接続されていることとなる。
【００４２】
このような配線導体１１としては、例えば厚み０．３〜２．０ｍｍ程度の銅、銀およびアルミニウム等を含む金属箔を用いることができる。また、配線導体１１は、上記した金属を含む合金またはこれらの金属の積層体であってもよい。また、配線導体１１の幅は、例えば、出力電極８ａ、８ｂの幅の５０％〜９０％程度であればよい。配線導体１１は、出力電極８と半田を介して接続される。また、半田は、予め配線導体１１にコーティングされていてもよい。
【００４３】
配線導体１１は、基板２に設けられた貫通孔２ａを介して基板２の裏面側に導出され、端子ボックス（図示なし）まで延びている。貫通孔２ａは、基板２の一主面から他主面に向かって形成されている。すなわち、貫通孔２ａは、基板２を上下に貫通している。貫通孔２ａは、光電変換部１を基板２上に形成する前に予め設けてもよいし、光電変換部１を形成した後に設けてもよい。なお、基板２がステンレス等の金属、ガラスまたはプラスチックである場合、貫通孔２ａは、ドリル等を用いた機械加工法およびＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザなどによるレーザ加工法等で形成できる。
【００４４】
封止部材１２は、基板２および保護基板１０を平面視して、光電変換部１および被覆部材９を取り囲むように、基板２と保護基板１０との間に配置されている。すなわち、封止部材１２は、基板２および保護基板１０を平面視して、枠状に配置されている。そのため、被覆部材９は、基板２、保護基板１０および封止部材１２で囲われた内部空間を埋める態様となっている。封止部材１２は、基板２と保護基板１０との間から光電変換部１側に入ってくる異物の浸入を低減する機能を有している。このような異物の中には、外部から浸入する水分も含まれる。また、封止部材１２は、被覆部材９と接触するように配置されている。これにより、封止部材１２と被覆部材９との隙間が低減される。それゆえ、外部からの応力に対して略均一な剛性を維持することができる。
【００４５】
また、図５のＸ方向における封止部材１２幅は、例えば、５〜２０ｍｍ程度であればよい。また、図５のＺ方向における高さ（厚み）は、例えば、０．１〜３μｍであればよい。
【００４６】
封止部材１２は、例えばポリエチレン等の樹脂またはブチルゴム、エチレンプロピレンゴム等のゴムよりなる弾性体もしくは上述した樹脂とゴムの混合物のような高分子材料であればよい。上記したブチルゴムは、透湿度が０．１ｇ／ｍ２／ｄａｙ程度と低く、優れた防水性能を有している。また、封止部材１２は、水分を吸着する吸着剤を含んでいてもよい。このような吸着剤としては、例えば酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、硫酸ナトリウム無水塩（Ｎａ２ＳＯ４）、硫酸銅無水塩（ＣｕＳＯ４）または硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）などが挙げられる。上記した酸化カルシウムは、低湿度での水分吸収容量が大きく、潮解しにくい性質を有しているため、低湿度の環境下においても吸着力を維持しやすい。このような吸着剤の粒径は、例えば、０．５〜１０μｍ程度である。また、ブチルゴムに吸着剤として酸化カルシウムを含有させて、封止部材１２は、ブチルゴム１００重量部に対し、酸化カルシウムを１０〜５０重量部程度含有させればよい。これにより、封止部材１２は、基板２および保護基板１０とブチルゴムとの接着強度を維持しつつ、水分の吸着効果を得やすくなる。それゆえ、本実施形態では、光電変換部１に到達する水分量を低減することができる。
【００４７】
補強部材１３は、主として基板２の強度を高める機能を有している。光電変換モジュールＭは、高温の環境下で使用されると、被覆部材９が膨張し、該被覆部材９と封止部材１２との境界部Ｅの近傍の基板２に応力が集中しやすい。被覆部材９と封止部材１２との境界部Ｅとは、図４に示すように、枠状に配置された封止部材１２の光電変換部１側の内周縁部に相当する。そして、本実施形態において、補強部材１３は、上記内周縁部（境界部Ｅ）における基板２上に配置されている。これにより、境界部Ｅの近傍に応力が集中しても、基板２のクラック等の発生を低減できる。
【００４８】
一方で、補強部材１３は、図５に示すように、被覆部材９および封止部材１２に覆われているともいえる。これにより、被覆部材９および封止部材１２は、補強部材１３によるアンカー効果によって基板２との接着力が増大する。
【００４９】
補強部材１３の形状は、境界部Ｅにおける基板２上に配置されていれば、特に限定されない。そのため、補強部材１３の形状は、例えば、平面形状が長方形、平行四辺形等の四角形状、円形状等であってもよい。また、例えば、図４に示すように、平面視したときに封止部材１２が四角形状である場合、補強部材１３は、封止部材１２の角部に配置されていればよい。通常、上記した境界部Ｅの近傍における応力は、上記角部の直下に位置する基板２の部位に集中しやすい。そのため、この部位に補強部材１３を配置すれば、より効率良く応力集中による基板２のクラックの発生を低減できる。また、補強部材１３は、封止部材１２の内周縁部に沿って、間隔を空けて複数配列されるような態様であってもよい。
【００５０】
また、補強部材１３は、図６に示すように、封止部材１２の内周縁部、すなわち、境界部Ｅの全周に亘って配置されている態様であってもよい。なお、図６において、補強部材１３は、一点鎖線で囲まれている部位で示されている。このとき、補強部材１３は、封止部材１２と同様に枠状を成している。これにより、どの境界部Ｅの近傍で応力集中が発生しても、該応力集中によるクラックの発生を低減しやすい。また、光電変換モジュールＭは、使用する環境によって、基板２と封止部材１２との界面から水分が浸入する場合がある。これに対し、光電変換モジュールＭでは、光電変換部１を囲うように補強部材１３が
配置されているため、基板２と封止部材１２との界面から浸入してくる水分の光電変換部１まで到達する時間を遅らせることができる。これは、水分が補強部材１３の表面を伝って移動しやすいからである。このとき、補強部材１３を迂回するように水分が移動する場合もある。これにより、光電変換部１に水分が到達しにくくなる。それゆえ、水分に対する長期的な信頼性が向上する。
【００５１】
補強部材１３ａの厚みおよび幅等の大きさは特に限定されない。図６に示すような光電変換部１を囲うような形状である場合、例えば幅が２〜５μｍ、厚みが２〜３μｍである。また、補強部材１３は、光電変換部１から離れるように配置されていてもよい。これにより、光電変換部１との絶縁を確保することができるため、出力の低下を低減できる。このとき、補強部材１３と光電変換部１との距離は、例えば、５ｍｍ以上あればよい。一方で、補強部材１３は、図５または図６に示すように、封止部材１２から外側に露出しないように配置されるほうがよい。これにより、基板２と補強部材１３との界面から浸入する水分の発生を低減できる。このとき、図５のＸ方向における基板２の外辺と補強部材１３の外辺との距離Ｓは、封止部材１２のＸ方向における長さの半分以上であればよい。
【００５２】
補強部材１３は、例えば、モリブデン、金、銀、チタン等の金属を用いることができる。また、補強部材１３は、ＳｉＯ２等であってもよい。このとき、補強部材１３モリブデンで構成されていれば、例えば、スパッタリング法または真空蒸着法等で形成すればよい。また、補強部材１３がＳｉＯ２で構成されていれば、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法または印刷法等で形成すればよい。補強部材１３は、基板２よりもヤング率が大きい材料で構成されていてもよい。これにより、基板２を補強しやすくなる。例えば、基板２に青板ガラス（ヤング率：６０〜８０ＧＰａ）を用いていれば、補強部材１３には、モリブデン（ヤング率：３２４ＧＰａ）、チタン（ヤング率：１１６ＧＰａ）等からなる金属層を用いればよい。このように、基板２をガラスで構成し、補強部材１３を金属層で構成すれば、樹脂からなる補強部材１３に比べて、基板２との密着性が向上する。なお、上記したヤング率は、例えば、ナノインデンテーション法により測定することができる。この方法では、まず、極微小荷重を連続的に変えて圧子を基板２または補強部材１３に押し込み、その時の変位を測定し、得られた除荷曲線を解析する。この解析結果より、接触深さでの投影面積を求めることによって、ヤング率を算出できる。なお、補強部材１３は、基板２上に配置された状態で測定されるため、補強部材１３の上記解析結果から基板２のみ測定して得られた上記解析結果を差し引くことによって、より正確に補強部材１３のヤング率を算出できる。
【００５３】
また、補強部材１３は下部電極３と同じ材質であってもよい。例えば、下部電極３および補強部材１３を構成する金属層を基板２上に配置した後に、当該金属層をレーザまたはサンドブラスト等でパターニングして、下部電極３および補強部材１３を同時に形成してもよい。これにより、製造工程が簡易になる。また、補強部材１３がモリブデンを含む金属であれば、補強部材１３に水分が到達したことがわかりやすくなる。これは、モリブデンが水分中の酸素と酸化して酸化モリブデンが生成されると、モリブデンと比べて色が変わるためである。そのため、補強部材１３の色を観察することによって、水分の浸入度合いが確認可能である。そして、この水分の浸入度合いに応じて、被覆部材９および封止部材１２を交換する等の修理を行なえばよい。なお、補強部材１３の色の変化は、例えば、基板２を透光性部材で形成すれば、基板２の裏面から目視で確認できる。
【００５４】
次に、光電変換モジュールＭの製造方法の一例について説明する。
【００５５】
上述した製造方法で基板２上に光電変換部１を形成する。次いで、基板２の外周部から内側に３〜２０ｍｍ程度の領域に位置する金属層をレーザまたはサンドブラスト等でパターニングして、下部電極３および補強部材１３を形成する。
【００５６】
次に、基板２にレーザを用いて、直径が３〜５ｍｍ程度の貫通孔２ａを２つ形成する。次いで、出力電極８ａおよび出力電極８ｂに配線導体１１ａおよび配線導体１１ｂをそれぞれ半田で接続する。次に、半田で接続されていない配線導体１１ａおよび配線導体１１ｂの一端側を貫通孔２ａを介して基板２の裏側に導出する。
【００５７】
次いで、基板２の外周側部分に、光電変換部１を取り囲むように、かつ補強部材１３の一部を被覆するように封止部材１２の前駆体を塗布する。この塗布は、封止部材１２の前駆体をディスペンサーなどの吐出装置に充填し、吐出口から所定量の前駆体を吐出して所定の領域に塗布すればよい。このとき、封止部材１２の前駆体は、基板２の外周側に２〜８ｍｍ程度の幅で設ければよい。
【００５８】
次に、光電変換部１上に、ＥＶＡなどの被覆部材９、保護基板１０の順でそれぞれ載置する。次いで、各部材が積層された積層体をラミネート装置にセットし、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧下で１００〜２００℃程度の温度で１５〜６０分間程度加熱しながら加圧して一体化する。次に、端子ボックス１２を基板２の裏面に固定するとともに、配線導体１１ａおよび配線導体１１ｂを端子ボックス（図示なし）内のターミナルと電気的に接続させることによって、光電変換モジュールＭを作製できる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正及び変更を加えることができる。例えば光電変換モジュールは上述のＣＩＳ系などのカルコパイライト系光電変換モジュールに限定されるものではなく、アモルファスシリコンや微結晶シリコンを使用した薄膜太陽電池、シリコン基板を用いた結晶系シリコン太陽電池等の光電変換モジュールにも適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
Ｍ：光電変換モジュ−ル
１：光電変換部
２：基板
２ａ：貫通孔
３：下部電極
４：光吸収層
５：バッファ層
６：透光性導電層
７：集電電極
７ａ：線状部
７ｂ：接続部
８、８ａ、８ｂ：出力電極
９：被覆部材
１０：保護基板
１１、１１ａ、１１ｂ：配線導体
１２：封止部材
１３：補強部材
【技術分野】
【０００１】
本発明は光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光発電等に使用される光電変換モジュールは、様々な種類のものがある。その中でも、ＣＩＳ系（銅インジウムセレナイド系）、ＣＩＧＳ系（銅インジウムガリウムセレナイド系）等のカルコパイライト系の材料は、比較的低コストで大面積の光電変換モジュールを容易に製造できる点から、研究開発が進められている。
【０００３】
このような光電変換モジュールにおいては、外部から水分が浸入した場合、上記した材料からなる光起電性要素が劣化し、光電変換効率が低下する場合がある。そのため、光起電性要素の周囲には、ポリマー材料からなる被覆部材が設けられている。さらに、このような光電変換モジュールでは、支持体となる基板の外周部に封止部材を設けて防水効果を高めている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２０１０−５４１２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の光電変換モジュールでは、高温の環境下で使用されると、被覆部材が膨張し、該被覆部材と封止部材との境界部近傍の基板に応力が集中しやすくなっていた。これにより、上記境界部において基板にクラックが発生する場合があった。
【０００６】
本発明の一つの目的は、基板におけるクラックの発生を低減し、信頼性の高い光電変換モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールは、第１基板と、該第１基板上に配置された光電変換部と、該光電変換部を覆う被覆部材と、該被覆部材上に配置された第２基板とを備えている。さらに、本実施形態では、前記第１基板と前記第２基板との間に前記光電変換部を囲うとともに前記被覆部材で内部空間を埋めるように枠状に配置された封止部材と、該封止部材の前記光電変換部側の内周縁部における前記第１基板上に配置された補強部材とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールでは、被覆部材と封止部材との境界部近傍の第１基板上に補強部材が設けられているため、当該境界部近傍に応力が集中しても、第１基板のクラックの発生を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの光電変換部の一例を示す斜視図である。
【図２】一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの光電変換部の一例を示す断面図である。
【図３】一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの模式図である。
【図４】図３の第２基板を省略した模式図である。
【図５】図３のＡ−Ａ部における断面図である。
【図６】他の実施形態に係る光電変換モジュ−ルの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の光電変換モジュ−ルの実施形態の一例について、図面を参照しつつ説明する。
【００１１】
まず、光電変換モジュ−ルの一部である光電変換部について説明する。なお、各図には、後述する光電変換セルの配列方向をＸ軸とする右手系のＸＹＺ座標が付している場合がある。
【００１２】
＜光電変換部＞
光電変換部１は、第１基板（以下、基板２とする）の一主面上に設けられている。そして、この光電変換部１は、第１の電極としての下部電極３と、光吸収層４およびバッファ層５を備えた光電変換層と、透光性導電層６および集電電極７を備えた第２の電極としての上部電極とを有する。この光電変換部１では、下部電極３および上部電極で挟まれた光吸収層４およびバッファ層５によって光電変換が行なわれる。
【００１３】
この光電変換部１は、図１に示すように、複数の光電変換セル１ａ、１ｂが電気的に接続されるような態様を成している。具体的には、図１に示すように、一方の光電変換セル１ａの上部電極（集電電極７）と、一方の光電変換セル１ａに隣り合う他方の光電変換セル１ｂの下部電極３とが電気的に接続されている。これにより、隣接する光電変換セル１ａ、１ｂは、図１中のＸ方向に沿って直列接続され、基板２上で集積化されている。
【００１４】
また、光電変換部１には、この光電変換部１で得られた電気出力を外部に導出するための出力電極８（出力電極８ａ、８ｂ）がそれぞれ設けられている。
【００１５】
次に、光電変換部１の各部材について説明する。
【００１６】
下部電極３は、一方向（図１のＸ方向）に互いに間隔をあけて基板２の一主面上に複数配置されている。本実施形態では、図２に示すように、上記間隔に対応する分離溝Ｐ１によって互いに離間した３つの下部電極３が設けられている。なお、下部電極３の個数については、図１に示したものに限られない。このような下部電極３は、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）または金（Ａｕ）等の金属またはこれらの合金を含む薄膜であればよい。また、これらの金属が積層されてなる構造体であってもよい。この下部電極３は、例えば、基板２上にスパッタリング法または蒸着法等を利用して、厚さ０．２〜１μｍ程度に形成すればよい。
【００１７】
光吸収層４は、下部電極３上に配置されている。光吸収層４は、例えば、化合物半導体を含んでいる。このような化合物半導体としては、例えば、カルコゲン化合物半導体が挙げられる。カルコゲン化合物半導体は、カルコゲン元素である硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）またはテルル（Ｔｅ）を含むものである。カルコゲン化合物半導体としては、例えば、Ｉ−III−VI化合物半導体がある。I−III−VI化合物半導体とは、Ｉ−Ｂ族元素（１１族元素ともいう）、III−Ｂ族元素（１３族元素ともいう）およびVI−Ｂ族元素（１６族元素ともいう）の化合物半導体である。そして、このようなI−III−VI化合物半導体は、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物半導体とも呼ばれる（ＣＩＳ系化合物半導体ともいう）。I−III−VI化合物半導体としては、例えば、二セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ２）、二セレン化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２）、二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２）、二イオウ化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ２）または薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体薄膜がある。なお、光吸収層４が含む化合物半導体は、上
記したＩ−III−VI化合物半導体だけでなく、例えば、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）、硫黄（Ｓ）を含む、ＣＺＴＳ系のものであってもよい。このようなＣＺＴＳ系化合物半導体としては、例えば、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳ４が挙げられる。ＣＺＴＳ系化合物半導体は、I−III−VI化合物半導体のようにレアメタルを使用していないため、材料を確保しやすい。また、光吸収層４は、例えば、ｐ型の導電型を有し、厚さが１〜３μｍ程度である。
【００１８】
光吸収層４は、例えばスパッタリング法または蒸着法等のような真空プロセスによって形成される。また、光吸収層４は、塗布法または印刷法等のプロセスによっても形成される。塗布法または印刷法では、例えば、光吸収層４に主として含まれる元素の錯体溶液を下部電極３の上に塗布した後、乾燥および熱処理を行なっている。
【００１９】
バッファ層５は、光吸収層４の＋Ｚ側の主面の上に設けられており、光吸収層４の第１導電型とは異なる第２導電型（ここではｎ型の導電型）を有する半導体を主に含む。なお、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。また、光吸収層４の導電型がｎ型であり、バッファ層５の導電型がｐ型であってもよい。ここでは、バッファ層５と光吸収層４との間にヘテロ接合領域が形成されている。このため、各光電変換セルでは、ヘテロ接合領域を形成する光吸収層４とバッファ層５とにおいて光電変換が生じ得る。
【００２０】
バッファ層５は、化合物半導体を主に含む。このような化合物半導体としては、例えば硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化インジウム（Ｉｎ２Ｓ３）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化インジウム（Ｉｎ２Ｓｅ３）、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられる。また、バッファ層５が１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有していれば、リ−ク電流の発生が低減され得る。なお、バッファ層５は、例えば、ケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法等によって形成され得る。
【００２１】
また、バッファ層５は、光吸収層４の一主面の法線方向（＋Ｚ方向）に厚さを有する。この厚さは、例えば、１０〜２００ｎｍに設定される。バッファ層５の厚さが１００〜２００ｎｍであれば、バッファ層５の上に透光性導電層６がスパッタリング法等で形成される際に、バッファ層５においてダメージが生じ難くなる。
【００２２】
透光性導電層６は、バッファ層５の＋Ｚ側の主面の上に設けられており、例えば、ｎ型の導電型を有する透明の導電層（透明導電層とも言う）である。この透光性導電層６は、光吸収層４において生じた電荷を取り出す電極（取出電極とも言う）として働く。透光性導電層６は、バッファ層５よりも低い抵抗率を有する材料を主に含む。透光性導電層６には、いわゆる窓層と呼ばれるものが含まれてもよいし、窓層と透明導電層とが含まれてもよい。
【００２３】
透光性導電層６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、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化亜鉛の化合物、錫が含まれた酸化インジウム（ＩＴＯ）および酸化錫（ＳｎＯ２）等の金属酸化物半導体等が挙げられる。酸化亜鉛の化合物は、アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジウムおよびフッ素のうちの何れか１つの元素等が含まれたものである。
【００２４】
透光性導電層６は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって形成され得る。透光性導電層６の厚さは、例えば、０．０５〜３．０μｍである。ここで、透光性導電層６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、透光性導電層６を介して光吸収層４から電荷が良好に取り出され得る。
【００２５】
バッファ層５および透光性導電層６は、光吸収層４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）を有していてもよい。これにより、光吸収層４における光の吸収効率の低下が低減され得る。また、透光性導電層６の厚さが０．０５〜０．５μｍであれば、透光性導電層６における光透過性が高められると同時に、光電変換によって生じた電流が良好に伝送され得る。さらに、透光性導電層６の絶対屈折率とバッファ層５の絶対屈折率とが略同一であれば、透光性導電層６とバッファ層５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。
【００２６】
集電電極７は、透光性導電層６の＋Ｚ側の主面（一主面とも言う）の上に設けられている線状部７ａと、接続部７ｂを有している。そして、例えば、光電変換セル１ａの透光性導電層６によって集められた電荷は、線状部７ａによってさらに集められ、接続部７ｂを介して隣接する光電変換セル１ｂに伝達され得る。
【００２７】
この線状部７ａが設けられることで、透光性導電層６における導電性が補われるため、透光性導電層６の薄層化が可能となる。これにより、電荷の取り出し効率の確保と、透光性導電層６における光透過性の向上とが両立し得る。なお、線状部７ａが、例えば、銀等の導電性が優れた金属を主に含んでいれば、光電変換部１における変換効率が向上し得る。なお、線状部７ａに含まれる金属としては、例えば銅、アルミニウムおよびニッケル等が挙げられる。
【００２８】
また、線状部７ａの幅は、５０〜４００μｍであれば、隣接する光電変換セル１ａおよび光電変換セル１ｂ間における良好な導電が確保されつつ、光吸収層４への光の入射量の低下が低減され得る。１つの光電変換セルに複数の線状部７ａが設けられる場合、該複数の線状部７ａの間隔は、例えば、２．５ｍｍ程度であればよい。
【００２９】
なお、線状部７ａの表面が、光吸収層４が吸収し得る波長領域の光を反射する性質を有していれば、光電変換部１がモジュ−ル化された際に、線状部７ａの表面で反射した光が、モジュール内で再び反射して光吸収層４に入射し得る。これにより、光電変換部１における変換効率が向上し得る。このような線状部７ａは、例えば、透光性の樹脂に光反射率の高い銀等の金属粒子が添加されたペーストを用いて形成すればよい。また、アルミニウム等の光反射率の高い金属が線状部７ａの表面に蒸着されることによっても実現できる。
【００３０】
接続部７ｂは、図２に示すように、光吸収層４およびバッファ層５を分離する分離溝Ｐ２内に配置されている。この接続部７ｂは、線状部７ａと電気的に接続している。そして、例えば、光電変換セル１ａ内に位置する接続部７ｂは、分離溝Ｐ２を通って隣の光電変換セル１ｂから延伸されている下部電極３に接続するような垂下部を有している。これにより接続部７ｂは、図１において、光電変換セル１ａの上部電極（透光性導電層６および線状部７ａ）と、光電変換セル１ｂの下部電極３とを電気的に接続できる。なお、図１では、透光性導電層６に電気的に接続された光電変換セル１ａの線状部７ａと光電変換セル１ｂの下部電極３とを直に接続しているが、この形態に限られない。接続部７ｂは、例えば、分離溝Ｐ２に配置されるバッファ層５および透光性導電層６の少なくとも一方を介して光電変換セル１ａの上部電極と光電変換セル１ｂの下部電極３とを電気的に接続する形態であってもよい。すなわち、上部電極は、透光性導電層６のみで構成されていてもよい。このとき、接続部７ｂは、分離溝Ｐ２内に透光性導電層６が配置されているような態様となる。
【００３１】
接続部７ｂは、線状部７ａと同様の材質、方法で作製してもよい。そのため、接続部７ｂは、線状部７ａの形成と同時に行なってもよい。また、接続部７ｂは、線状部７ａの一部であってもよい。
【００３２】
出力電極８ａ、８ｂは、各光電変換セルで光から変換された電流を外部に出力するものである。出力電極８ａおよび出力電極８ｂは、一方が正極であり、他方が負極である。本実施形態では、光電変換部１の一端側に出力電極８ａ、他端側に出力電極８ｂがそれぞれ設けられている。すなわち、出力電極８ａおよび出力電極８ｂは、光電変換部１と電気的に接続されているといえる。具体的に、本実施形態において、出力電極８ａは、光電変換セル１ａの一端側（−Ｘ方向）に位置する下部電極３の一部が延在された部位に相当する。一方で、出力電極８ｂは、光電変換セル１ｂの他端側（＋Ｘ方向）に位置する下部電極３の一部が延在された部位に相当する。なお、本実施形態では、出力電極８ａおよび出力電極８ｂを下部電極３の一部を延在させて形成しているが、これに限られない。出力電極８ａおよび出力電極８ｂは、例えば、光電変換セルの上部電極の一部を延在させて形成してもよい。また、光電変換セルが３個以上配列されるような場合は、光電変換部１の一端に位置する光電変換セルに出力電極８ａが設けられ、光電変換部１の他端に位置する光電変換セルに出力電極８ｂが設けられる。
【００３３】
次に、光電変換部１の製造方法の一例について説明する。
【００３４】
まず、基板２の略全面にモリブデン等の金属をスパッタリング法で成膜し、金属層を形成する。次いで、金属層の所望の位置にＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット）レーザ等を照射して分割溝Ｐ１を形成し、複数の下部電極３を得る。次に、パターニングされた下部電極３上に光吸収層４をスパッタリング法、蒸着法または印刷法等を用いて成膜する。次いで、光吸収層４上にバッファ層５をケミカルバスデポジション法（ＣＢＤ法）等で成膜する。
【００３５】
次に、スパッタリング法または有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等でバッファ層５上に透光性導電層６を成膜する。次いで、メカニカルスクライビング等で分割溝Ｐ２を形成して、光吸収層４、バッファ層５および透光性導電層６をパターニングする。次に、透光性導電層６上にスクリーン印刷法等で金属ペーストを塗布した後、焼成して集電電極７を形成する。次いで、メカニカルスクライビング等でＹ方向に沿って分割溝Ｐ３を形成してパターニングを行なうことにより、Ｘ方向に配列する複数の光電変換セルを形成することによって、光電変換部１が形成される。
【００３６】
次に、Ｘ方向における両端に位置する光電変換セル（本実施形態では光電変換セル１ａおよび光電変換セル１ｂ）について、例えばブレードおよびホイールブラシ等などを用いて光吸収層４、バッファ層５、透光性導電層６および集電電極７等を２〜７ｍｍ程度の幅で削り取り、下部電極３の一部を延在させる。これにより、光電変換セル１ａの一端部に出力電極８ａを形成し、光電変換セル１ｂの他端部に出力電極８ｂが形成される。
【００３７】
＜光電変換モジュール＞
次に、本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールＭについて図３乃至図６を参照しつつ説明する。光電変換モジュールＭは、図３乃至図５に示すように、光電変換部１と、基板２と、被覆部材９と、第２基板としての保護基板１０と、配線導体１１と、封止部材１２と、補強部材１３とを備えている。なお、図３において、基板２と保護基板１０との間に配置されている各部材は、便宜上、点線ではなく、実線で示している。また、図４および図６は、保護基板１０を省略した図となっており、被覆部材９および封止部材１２で覆われている各部材を点線で示している。
【００３８】
第１基板としての基板２は、光電変換部１を支持する機能を有している。この基板２の材質としては、例えば厚さ１〜３ｍｍ程度の青板ガラス（ソーダライムガラス）およびポリイミド樹脂などの耐熱性プラスチック等が挙げられる。また、基板２としては、表面を酸化膜などの絶縁膜で被覆した厚さ１００〜２００μｍ程度のステンレスまたはチタン等
の金属箔を用いてもよい。また、基板２の形状は、例えば矩形状、円形状等の平板状であればよい。
【００３９】
被覆部材９は、図５に示すように、基板２および保護基板１０の互いに対向する一主面間に充填されている。この被覆部材９は、主として光電変換部１を保護する機能を有しており、光電変換部１を覆うように配置されている。このような被覆部材９としては、例えば共重合したエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を主成分とする樹脂が挙げられる。なお、ＥＶＡには、樹脂の架橋を促進すべく、トリアリルイソシアヌレート等の架橋剤が含まれていてもよい。また、ＥＶＡにより、基板２と保護基板１０とを接着し、これらが一体化されていてもよい。
【００４０】
第２基板としての保護基板１０は、被覆部材９と接触するように設けられており、光電変換部１等を外部から保護する機能を有している。この保護基板１０の大きさおよび形状は、基板２とほぼ同等のものである。保護基板１０は、光透過率と必要な強度の点から、例えば、風冷強化した白板ガラス等を用いることができる。
【００４１】
配線導体１１は、出力電極８と電気的に接続されており、光電変換部１で得られた出力を出力電極８を介して外部に導く機能を有している。本実施形態において、配線導体１１ａは、出力電極８ａと電気的に接続されている。すなわち、配線導体１１ａは、第１の電極としての下部電極３と電気的に接続されている。一方で、配線導体１１ｂは、出力電極８ｂと電気的に接続されている。出力電極８ｂは、図２に示すように、上部電極（集電電極７）と電気的に接続されている。すなわち、配線導体１１ｂは、第２の電極としての上部電極と電気的に接続されている。これにより、一対の配線導体１１ａ、１１ｂは、第１の電極（下部電極３）および第２の電極（上部電極）にそれぞれ電気的に接続されていることとなる。
【００４２】
このような配線導体１１としては、例えば厚み０．３〜２．０ｍｍ程度の銅、銀およびアルミニウム等を含む金属箔を用いることができる。また、配線導体１１は、上記した金属を含む合金またはこれらの金属の積層体であってもよい。また、配線導体１１の幅は、例えば、出力電極８ａ、８ｂの幅の５０％〜９０％程度であればよい。配線導体１１は、出力電極８と半田を介して接続される。また、半田は、予め配線導体１１にコーティングされていてもよい。
【００４３】
配線導体１１は、基板２に設けられた貫通孔２ａを介して基板２の裏面側に導出され、端子ボックス（図示なし）まで延びている。貫通孔２ａは、基板２の一主面から他主面に向かって形成されている。すなわち、貫通孔２ａは、基板２を上下に貫通している。貫通孔２ａは、光電変換部１を基板２上に形成する前に予め設けてもよいし、光電変換部１を形成した後に設けてもよい。なお、基板２がステンレス等の金属、ガラスまたはプラスチックである場合、貫通孔２ａは、ドリル等を用いた機械加工法およびＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザなどによるレーザ加工法等で形成できる。
【００４４】
封止部材１２は、基板２および保護基板１０を平面視して、光電変換部１および被覆部材９を取り囲むように、基板２と保護基板１０との間に配置されている。すなわち、封止部材１２は、基板２および保護基板１０を平面視して、枠状に配置されている。そのため、被覆部材９は、基板２、保護基板１０および封止部材１２で囲われた内部空間を埋める態様となっている。封止部材１２は、基板２と保護基板１０との間から光電変換部１側に入ってくる異物の浸入を低減する機能を有している。このような異物の中には、外部から浸入する水分も含まれる。また、封止部材１２は、被覆部材９と接触するように配置されている。これにより、封止部材１２と被覆部材９との隙間が低減される。それゆえ、外部からの応力に対して略均一な剛性を維持することができる。
【００４５】
また、図５のＸ方向における封止部材１２幅は、例えば、５〜２０ｍｍ程度であればよい。また、図５のＺ方向における高さ（厚み）は、例えば、０．１〜３μｍであればよい。
【００４６】
封止部材１２は、例えばポリエチレン等の樹脂またはブチルゴム、エチレンプロピレンゴム等のゴムよりなる弾性体もしくは上述した樹脂とゴムの混合物のような高分子材料であればよい。上記したブチルゴムは、透湿度が０．１ｇ／ｍ２／ｄａｙ程度と低く、優れた防水性能を有している。また、封止部材１２は、水分を吸着する吸着剤を含んでいてもよい。このような吸着剤としては、例えば酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、硫酸ナトリウム無水塩（Ｎａ２ＳＯ４）、硫酸銅無水塩（ＣｕＳＯ４）または硫酸カルシウム（ＣａＳＯ４）などが挙げられる。上記した酸化カルシウムは、低湿度での水分吸収容量が大きく、潮解しにくい性質を有しているため、低湿度の環境下においても吸着力を維持しやすい。このような吸着剤の粒径は、例えば、０．５〜１０μｍ程度である。また、ブチルゴムに吸着剤として酸化カルシウムを含有させて、封止部材１２は、ブチルゴム１００重量部に対し、酸化カルシウムを１０〜５０重量部程度含有させればよい。これにより、封止部材１２は、基板２および保護基板１０とブチルゴムとの接着強度を維持しつつ、水分の吸着効果を得やすくなる。それゆえ、本実施形態では、光電変換部１に到達する水分量を低減することができる。
【００４７】
補強部材１３は、主として基板２の強度を高める機能を有している。光電変換モジュールＭは、高温の環境下で使用されると、被覆部材９が膨張し、該被覆部材９と封止部材１２との境界部Ｅの近傍の基板２に応力が集中しやすい。被覆部材９と封止部材１２との境界部Ｅとは、図４に示すように、枠状に配置された封止部材１２の光電変換部１側の内周縁部に相当する。そして、本実施形態において、補強部材１３は、上記内周縁部（境界部Ｅ）における基板２上に配置されている。これにより、境界部Ｅの近傍に応力が集中しても、基板２のクラック等の発生を低減できる。
【００４８】
一方で、補強部材１３は、図５に示すように、被覆部材９および封止部材１２に覆われているともいえる。これにより、被覆部材９および封止部材１２は、補強部材１３によるアンカー効果によって基板２との接着力が増大する。
【００４９】
補強部材１３の形状は、境界部Ｅにおける基板２上に配置されていれば、特に限定されない。そのため、補強部材１３の形状は、例えば、平面形状が長方形、平行四辺形等の四角形状、円形状等であってもよい。また、例えば、図４に示すように、平面視したときに封止部材１２が四角形状である場合、補強部材１３は、封止部材１２の角部に配置されていればよい。通常、上記した境界部Ｅの近傍における応力は、上記角部の直下に位置する基板２の部位に集中しやすい。そのため、この部位に補強部材１３を配置すれば、より効率良く応力集中による基板２のクラックの発生を低減できる。また、補強部材１３は、封止部材１２の内周縁部に沿って、間隔を空けて複数配列されるような態様であってもよい。
【００５０】
また、補強部材１３は、図６に示すように、封止部材１２の内周縁部、すなわち、境界部Ｅの全周に亘って配置されている態様であってもよい。なお、図６において、補強部材１３は、一点鎖線で囲まれている部位で示されている。このとき、補強部材１３は、封止部材１２と同様に枠状を成している。これにより、どの境界部Ｅの近傍で応力集中が発生しても、該応力集中によるクラックの発生を低減しやすい。また、光電変換モジュールＭは、使用する環境によって、基板２と封止部材１２との界面から水分が浸入する場合がある。これに対し、光電変換モジュールＭでは、光電変換部１を囲うように補強部材１３が
配置されているため、基板２と封止部材１２との界面から浸入してくる水分の光電変換部１まで到達する時間を遅らせることができる。これは、水分が補強部材１３の表面を伝って移動しやすいからである。このとき、補強部材１３を迂回するように水分が移動する場合もある。これにより、光電変換部１に水分が到達しにくくなる。それゆえ、水分に対する長期的な信頼性が向上する。
【００５１】
補強部材１３ａの厚みおよび幅等の大きさは特に限定されない。図６に示すような光電変換部１を囲うような形状である場合、例えば幅が２〜５μｍ、厚みが２〜３μｍである。また、補強部材１３は、光電変換部１から離れるように配置されていてもよい。これにより、光電変換部１との絶縁を確保することができるため、出力の低下を低減できる。このとき、補強部材１３と光電変換部１との距離は、例えば、５ｍｍ以上あればよい。一方で、補強部材１３は、図５または図６に示すように、封止部材１２から外側に露出しないように配置されるほうがよい。これにより、基板２と補強部材１３との界面から浸入する水分の発生を低減できる。このとき、図５のＸ方向における基板２の外辺と補強部材１３の外辺との距離Ｓは、封止部材１２のＸ方向における長さの半分以上であればよい。
【００５２】
補強部材１３は、例えば、モリブデン、金、銀、チタン等の金属を用いることができる。また、補強部材１３は、ＳｉＯ２等であってもよい。このとき、補強部材１３モリブデンで構成されていれば、例えば、スパッタリング法または真空蒸着法等で形成すればよい。また、補強部材１３がＳｉＯ２で構成されていれば、例えば、スパッタリング法、ＣＶＤ法または印刷法等で形成すればよい。補強部材１３は、基板２よりもヤング率が大きい材料で構成されていてもよい。これにより、基板２を補強しやすくなる。例えば、基板２に青板ガラス（ヤング率：６０〜８０ＧＰａ）を用いていれば、補強部材１３には、モリブデン（ヤング率：３２４ＧＰａ）、チタン（ヤング率：１１６ＧＰａ）等からなる金属層を用いればよい。このように、基板２をガラスで構成し、補強部材１３を金属層で構成すれば、樹脂からなる補強部材１３に比べて、基板２との密着性が向上する。なお、上記したヤング率は、例えば、ナノインデンテーション法により測定することができる。この方法では、まず、極微小荷重を連続的に変えて圧子を基板２または補強部材１３に押し込み、その時の変位を測定し、得られた除荷曲線を解析する。この解析結果より、接触深さでの投影面積を求めることによって、ヤング率を算出できる。なお、補強部材１３は、基板２上に配置された状態で測定されるため、補強部材１３の上記解析結果から基板２のみ測定して得られた上記解析結果を差し引くことによって、より正確に補強部材１３のヤング率を算出できる。
【００５３】
また、補強部材１３は下部電極３と同じ材質であってもよい。例えば、下部電極３および補強部材１３を構成する金属層を基板２上に配置した後に、当該金属層をレーザまたはサンドブラスト等でパターニングして、下部電極３および補強部材１３を同時に形成してもよい。これにより、製造工程が簡易になる。また、補強部材１３がモリブデンを含む金属であれば、補強部材１３に水分が到達したことがわかりやすくなる。これは、モリブデンが水分中の酸素と酸化して酸化モリブデンが生成されると、モリブデンと比べて色が変わるためである。そのため、補強部材１３の色を観察することによって、水分の浸入度合いが確認可能である。そして、この水分の浸入度合いに応じて、被覆部材９および封止部材１２を交換する等の修理を行なえばよい。なお、補強部材１３の色の変化は、例えば、基板２を透光性部材で形成すれば、基板２の裏面から目視で確認できる。
【００５４】
次に、光電変換モジュールＭの製造方法の一例について説明する。
【００５５】
上述した製造方法で基板２上に光電変換部１を形成する。次いで、基板２の外周部から内側に３〜２０ｍｍ程度の領域に位置する金属層をレーザまたはサンドブラスト等でパターニングして、下部電極３および補強部材１３を形成する。
【００５６】
次に、基板２にレーザを用いて、直径が３〜５ｍｍ程度の貫通孔２ａを２つ形成する。次いで、出力電極８ａおよび出力電極８ｂに配線導体１１ａおよび配線導体１１ｂをそれぞれ半田で接続する。次に、半田で接続されていない配線導体１１ａおよび配線導体１１ｂの一端側を貫通孔２ａを介して基板２の裏側に導出する。
【００５７】
次いで、基板２の外周側部分に、光電変換部１を取り囲むように、かつ補強部材１３の一部を被覆するように封止部材１２の前駆体を塗布する。この塗布は、封止部材１２の前駆体をディスペンサーなどの吐出装置に充填し、吐出口から所定量の前駆体を吐出して所定の領域に塗布すればよい。このとき、封止部材１２の前駆体は、基板２の外周側に２〜８ｍｍ程度の幅で設ければよい。
【００５８】
次に、光電変換部１上に、ＥＶＡなどの被覆部材９、保護基板１０の順でそれぞれ載置する。次いで、各部材が積層された積層体をラミネート装置にセットし、５０〜１５０Ｐａ程度の減圧下で１００〜２００℃程度の温度で１５〜６０分間程度加熱しながら加圧して一体化する。次に、端子ボックス１２を基板２の裏面に固定するとともに、配線導体１１ａおよび配線導体１１ｂを端子ボックス（図示なし）内のターミナルと電気的に接続させることによって、光電変換モジュールＭを作製できる。
【００５９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正及び変更を加えることができる。例えば光電変換モジュールは上述のＣＩＳ系などのカルコパイライト系光電変換モジュールに限定されるものではなく、アモルファスシリコンや微結晶シリコンを使用した薄膜太陽電池、シリコン基板を用いた結晶系シリコン太陽電池等の光電変換モジュールにも適用可能である。
【符号の説明】
【００６０】
Ｍ：光電変換モジュ−ル
１：光電変換部
２：基板
２ａ：貫通孔
３：下部電極
４：光吸収層
５：バッファ層
６：透光性導電層
７：集電電極
７ａ：線状部
７ｂ：接続部
８、８ａ、８ｂ：出力電極
９：被覆部材
１０：保護基板
１１、１１ａ、１１ｂ：配線導体
１２：封止部材
１３：補強部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１基板と、
該第１基板上に配置された光電変換部と、
該光電変換部を覆う被覆部材と、
該被覆部材上に配置された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に前記光電変換部を囲うとともに前記被覆部材で内部空間を埋めるように枠状に配置された封止部材と、
該封止部材の前記光電変換部側の内周縁部における前記第１基板上に配置された補強部材とを備えた、光電変換モジュール。
【請求項２】
前記補強部材は、前記第１基板よりもヤング率が大きい、請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記封止部材は、四角形状であり、前記補強部材は、前記封止部材の角部に配置されている、請求項１または２に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記補強部材は、前記封止部材の内周縁部の全周に亘って配置されている、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電変換モジュール。
【請求項５】
前記第１基板は、ガラスからなり、
前記補強部材は、金属層である、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光電変換モジュール。
【請求項１】
第１基板と、
該第１基板上に配置された光電変換部と、
該光電変換部を覆う被覆部材と、
該被覆部材上に配置された第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に前記光電変換部を囲うとともに前記被覆部材で内部空間を埋めるように枠状に配置された封止部材と、
該封止部材の前記光電変換部側の内周縁部における前記第１基板上に配置された補強部材とを備えた、光電変換モジュール。
【請求項２】
前記補強部材は、前記第１基板よりもヤング率が大きい、請求項１に記載の光電変換モジュール。
【請求項３】
前記封止部材は、四角形状であり、前記補強部材は、前記封止部材の角部に配置されている、請求項１または２に記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記補強部材は、前記封止部材の内周縁部の全周に亘って配置されている、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の光電変換モジュール。
【請求項５】
前記第１基板は、ガラスからなり、
前記補強部材は、金属層である、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の光電変換モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−１１５２３３（Ｐ２０１３−１１５２３３Ａ）
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２６００６１（Ｐ２０１１−２６００６１）
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年６月１０日（２０１３．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２９日（２０１１．１１．２９）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]