JP2007207957A - 光電変換素子 - Google Patents

Abstract

【課題】 信頼性が向上された光電変換素子を提供することである。
【解決手段】 ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面上にｉ型非晶質シリコン層２およびｐ型非晶質シリコン層３が形成され、ｐ型非晶質シリコン層３上に透明導電膜４が形成されて、光電変換部１０１が構成される。光電変換部１０１上に、表面に孔８，８…を有する集電極５が形成され、該集電極５を覆う保護層７が形成される。該保護層７は、集電極５表面の孔８，８…の表面を被覆するように形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、水分の浸入を抑制できる集電極を用いることによって、信頼性を向上させた光電変換素子に関する。

光電変換素子は、一般に単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系半導体材料、非晶質シリコンに代表される非晶質半導体材料、或いはＧａＡｓやＣｕＩｎＳｅ等の化合物半導体材料を用いて構成されたｐｎ接合或いはｐｉｎ接合を含む光電変換部を有しており、光の入射によりこの光電変換部中で生成された電子・正孔対が一対の電極を介して外部に取り出されるように構成されている。

光電変換素子の光入射側に設けられる電極は、光の入射面積を大きくするために通常光電変換部の受光面に、複数の互いに平行な枝部を有するくし形の形状となるように形成され、集電極と呼ばれる。この集電極としては、抵抗率が小さく、光電変換部との密着性が高いものが必要とされている。

導電性樹脂ペーストを用いて形成した従来の集電極は、多孔質構造を有することが知られている。しかしながら、このような多孔質構造では孔を通じて集電極内に水分が浸入することにより、集電極の抵抗率を上昇させる。したがって、十分な信頼性を有する光電変換素子を得ることができないという課題があった。

斯かる課題を解決するために、特許文献１には、直径が０．１μｍ以上である空孔の容積を減らした集電極が提案されている。
特開平５−１１０１２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の集電極を用いても、水分の侵入を十分抑制することは困難であり、このため水分の侵入により生じる集電極と光電変換部との間の密着性の低下のために、信頼性が低下してしまうという課題があった。

本発明の目的は、上述した課題を解決した光電変換素子を提供することにある。

本発明に係る光電変換素子は、光電変換部と、当該光電変換部上に設けられた、多孔性の集電極と、当該集電極表面を覆う保護層とを有し、当該保護層は、前記集電極の表面領域の孔の内部に浸透し、該孔の表面を被覆するように形成されていることを特徴とする。

本発明の光電変換素子においては、前記孔の内部に浸透した前記保護層の平均浸透深さは、１μｍ以上であるのが好ましい。

このような構成をとることによって、より効果的に、孔を通じて集電極内部に水分が浸入することを抑制することができることによって、集電極の抵抗率の上昇を抑制し、光電変換部と集電極との間の密着性の低下を抑制することができるため、より効果的に、光電変換素子の信頼性を向上させることができる。

本発明の光電変換素子においては、前記保護層は、前記集電極表面から連続的に、前記光電変換部の露出表面を覆うように形成されていることが望ましい。

また、水分は、前記光電変換部の露出表面と集電極表面との境界に近い部分から、光電変換部と集電極との界面に侵入しやすい。しかしながら、前記のような構成をとることによって、より効果的に、水分が光電変換部と集電極の界面に到達することを抑制することができることによって、より効果的に、集電極の抵抗率の上昇を抑制し、光電変換部と集電極との間の密着性の低下を抑制することができるため、光電変換素子の信頼性を向上させることができる。

本発明に係る光電変換素子は、光電変換部上に設けられた集電極表面の孔の表面を被覆するように保護層が形成された構成としている。このため、孔を通じて水分が集電極内に浸入するのを抑制することができ、集電極の抵抗率の上昇を抑制し、光電変換部と集電極との間の密着性の低下を抑制することができるので、信頼性を向上させることが可能となる。

また、本発明に係る光電変換素子は、前記保護層は、前記集電極表面から連続的に、集電極の下地層であり集電極が形成されていない領域上をも覆うように形成されている。このため、光電変換部と集電極との密着性を高くすることができる。さらに、より効果的に、水分が光電変換部と集電極の界面に到達することを抑制することができるによって、より効果的に、集電極の抵抗率の上昇を抑制し、光電変換部と集電極との間の密着性の低下を抑制することができるので、光電変換素子の信頼性を向上させることが可能となる。

本発明の実施の形態について、図面を用いて、以下に説明する。

図１及び図２は、本発明の実施の形態に係る光電変換素子の模式的な断面図及び上面図であり、図１は図２のＡ−Ａ線における断面構造を示している。

１はｎ型の単結晶シリコン基板であり、基板１の受光面上には厚み５ｎｍ程度のｉ型非晶質シリコン層２、厚み５ｎｍ程度のｐ型非晶質シリコン層３、および厚み１００ｎｍ程度のＩＴＯからなる透明導電膜４が順次積層されている。そして、透明導電膜４上には該透明導電膜４の表面の一部を露出させて、導電性樹脂ペーストから形成される集電極５が設けられている。そして、光電変換素子に入射する光は集電極５から露出する透明導電膜４の表面からｐ型非晶質シリコン層３、ｉ型非晶質シリコン層２を通過してｎ型の単結晶シリコン基板１の内部に取り込まれる。

集電極５は、図２に示すように、互いに平行に形成されたストライプ状の複数のフィンガー電極５ａ，５ａ・・・と、フィンガー電極５ａと直交するように形成されたストライプ状のバスバー電極５ｂ，５ｂと、から構成されている。フィンガー電極５ａ，５ａ・・・及びバスバー電極５ｂ，５ｂは、単結晶シリコン基板１に取り込まれる光の量を増大させるためにできるだけ小さい面積となるように設けられており、例えば夫々のフィンガー電極５ａ，５ａ・・・の幅は１００μｍ程度、隣接するフィンガー電極５ａ，５ａ間の間隔は２ｍｍ程度、夫々のバスバー電極５ｂ，５ｂの幅は１．５ｍｍ程度とされている。そして、斯かる構成を有する集電極５の表面を覆うように、本発明の特徴である保護層７が形成されている。

また、ｎ型の単結晶シリコン基板１の背面にはＡｇ，Ａｌ等の金属材料からなる背面電極６が形成され、透明導電膜４，ｐ型非晶質シリコン層３，ｉ型非晶質シリコン層２およびｎ型の単結晶シリコン基板１の積層体から本実施形態に係る光電変換素子１００の光電変換部１０１が構成されている。そして、前述の如く集電極５から露出する透明導電膜４の表面を通ってｎ型の単結晶シリコン基板１の内部に取り込まれる光によって基板１内で発生した電子および正孔が夫々背面電極６、集電極５を通じて外部に取り出されることによって、光電変換素子１００で発生した光起電力が外部に出力される。

次に、本実施形態に係る光電変換素子１００の特徴部分である集電極５の表面を覆う保護層７の構成について、図３を参照して詳細に説明する。図３は、図１に示した光電変換素子１００における集電極５の表面を覆う保護層７の断面構造を拡大して示す模式的拡大断面図である。

図３に示すように、導電性樹脂ペーストを用いて形成された集電極５は多数の空孔を有しており、集電極５の表面に開口した多数の孔８，８・・・が存在している。そして、本実施形態にあっては保護層７が集電極５の内部にまで浸透して形成されており、このため集電極５の表面に露出した孔８，８・・・の表面が保護層７によって覆われている。

このように、本実施形態に係る光電変換素子１００にあっては、集電極５の表面に露出した孔８，８・・・の表面が保護層７によって覆われているので、外部から集電極５内部への水分の侵入を保護層７によって抑制することができる。このため、水分の侵入によって生じる集電極５と透明導電膜４との間の接触界面における接触抵抗の増加、および密着性の低下を抑制することができる。従って、本発明によれば、信頼性の向上した光電変換素子を提供することができる。

上述のように、集電極５の表面に露出した孔８，８・・・の表面を覆う保護層７を形成する方法としては、予め集電極５の表面に対し保護層７形成のための樹脂材料に対する濡れ性が増大する処理を施した後に樹脂材料を塗布することによって、樹脂材料を集電極５内部にまで浸透させるように保護層７を形成する方法がある。この方法によれば、集電極５の表面に塗布された樹脂材料が、濡れ性の増大された孔８，８・・・の表面を通じて集電極５の内部にまで浸透し、その状態で硬化されるので、集電極５の表面に露出した孔８，８・・・の表面を覆う保護層７が容易に形成される。

或いは、少なくとも集電極５に直接接する部分に対しては孔８，８・・・を通じて集電極５の内部に浸透可能な程度にまで粘度が小さくされた樹脂材料を用いて保護層７を形成してもよい。この方法によっても、集電極５の表面に塗布された粘度の小さい樹脂材料が、孔８，８・・・を通じて集電極５の内部にまで浸透し、その状態で硬化されるので、集電極５の表面に露出した孔８，８・・・の表面を覆う保護層７が容易に形成される。

さらには、両方の方法を組み合わせて保護層７を形成してもよい。この方法によれば、集電極５の表面に塗布された粘度の小さい樹脂材料が、樹脂材料に対しる濡れ性の増大された孔８，８・・・の表面を通じて集電極５に内部にまで浸透し、その状態で硬化されるので、集電極５の表面に露出した孔８，８・・・の表面を覆う保護層７が容易に形成される。

また、集電極５の表面に樹脂材料を塗布する際、高圧スプレーガン等を用いて加圧した状態で樹脂材料を集電極５の表面に吹き付け塗布することで、強制的に樹脂材料を集電極５内部にまで浸透させるようにしても良い。この方法によれば、樹脂材料が、強制的に孔８，８・・・を通じて集電極５に内部にまで浸透され、その状態で硬化されるので、集電極５の表面に露出した孔８，８・・・の表面を覆う保護層７が容易に形成される。

上述のように、集電極５の表面に対し保護層７形成のための樹脂材料に対する濡れ性が増大する処理を施すためには、集電極５の表面をオゾンで処理すると良い。集電極５の表面をオゾンで処理することにより、集電極５を構成する有機材料の一部が酸化除去されるため、集電極５の表面に露出するＡｇ粒子等の導電性材が増える。このため、集電極５の表面に露出する樹脂材料の面積に対する導電性材の面積の比率が増える。保護層７を形成する樹脂材料に対する濡れ性は、集電極５を構成する樹脂材料よりも導電性材の方が大きい。従って、集電極５の表面をオゾンで処理することにより、集電極５の表面における導電性材の面積比率が増大するので、保護層７を形成する樹脂材料に対する集電極５の濡れ性を増大することができる。

集電極５の表面をオゾンで処理するためには、気相中で集電極５の表面をオゾンプラズマで処理すると良い。また、大気中等の酸素を含む酸素雰囲気中で集電極５に対し紫外線を照射しても良い。このようにすると、酸素雰囲気中に存在する酸素に紫外線が照射されることにより生成されたオゾンによって集電極５の表面を処理することができる。

また、上述のように、孔８，８・・・を通じて集電極５に内部に浸透可能な程度にまで粘度を小さくした樹脂材料を作製するにあたっては、樹脂材料に混入する希釈剤及び硬化剤の量を調整すると良い。即ち、樹脂材料中に混入する希釈剤の量を増大することで樹脂材料の粘度を小さくすることができる。また、樹脂材料中に混入する硬化剤の量を減少することで樹脂材料の粘度を小さくすることができる。

樹脂材料を構成する母材としては、アクリル系樹脂、シリコーン樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素樹脂等の有機系材料を用いることができる。また、硬化剤としては、例えば、イソシアネートプレポリマーを用いることができる。使用する有機系材料に適した硬化剤を用いればよい。また、希釈剤としては、シクロヘキサン、キシレン、トルエン、イソホロン等を用いる有機系材料に適した希釈剤を用いることができる。

また、樹脂材料を構成する母材として、ポリシラザン、ポリシロキサン等の無機系材料を用いることもできる。これらの無機系材料をジブチルエーテル、キシレン等の希釈剤中に分散させて得られた溶液を集電極5の表面に塗布し、硬化させることで無機系材料を含む保護層７を形成することができる。そして、上記希釈剤の量を増大させることで、樹脂材料の粘度を小さくすることができる。

また、加圧した状態で樹脂材料を集電極５の表面に吹き付けるためには、高圧スプレーを用いると良い。これらの方法を用いることで、樹脂材料を塗布する際の圧力を容易に１〜１０ＭＰａ程度まで大きくすることができる。

以下に本発明の実施例について説明する。

（光電変換部の作製）
まず、図１に示す光電変換部１０１を以下のようにして作製した。まず基板１として比抵抗が約１Ω・ｃｍ、大きさが１０．４ｃｍ角、厚さが３００μｍのｎ型単結晶シリコン基板を用い、この基板１を通常の方法で洗浄した後、基板１の受光面にエッチングによりテクスチャ面を形成した。

次に、基板１の受光面に、通常のプラズマＣＶＤ法を用いて厚さ５ｎｍのｉ型非晶質シリコン層２、厚さ５ｎｍのｐ型非晶質シリコン層３を順次形成した。

次に、ｎ型単結晶シリコン基板１の主面上に形成されたｐ型非晶質シリコン層３上に、厚さ１００ｎｍのＩＴＯからなる透明導電膜４をスパッタ法により形成し、本実施例に係る光電変換部１０１を作成した。

次いで、ｎ型単結晶シリコン基板１の背面に、厚さ２００ｎｍのＡｇからなる背面側電極６をスパッタ法によって形成した。

以上の非晶質シリコン層の形成条件を、表１に示す。尚、表１中、「ｉ型」とはｉ型非晶質シリコン層２を、「ｐ型」とはｐ型非晶質シリコン層３をそれぞれ示す。また、Ｂ_２Ｈ_６とＰＨ_３は、Ｈ_２ガスにより、それぞれ２％、１％に希釈されている。

（集電極の形成）
続いて、以上のようにして形成された、透明導電膜４、ｐ型非晶質シリコン層３、ｉ型非晶質シリコン層２、ｎ型単結晶シリコン基板１の積層体からなる光電変換部１０１の受光面上の所定領域に、スクリーン印刷法を用いてフィンガー電極５ａ，５ａ・・・及びバスバー電極５ｂ，５ｂからなる集電極５を形成した。

尚、集電極５は、エポキシ樹脂中に粒径１〜２０μｍ程度のＡｇの微粒子を混入した材料をスクリーン印刷法を用いて光電変換部１０１表面の所定領域上に塗布し、２００℃で８０分間焼成して硬化させることによって形成した。このように形成した集電極５の表面には、直径０．５μｍ以上の孔が集電極５の表面全体の面積の１０％程度存在した。

そして、このようにして形成した集電極５の表面に、以下のようにして保護層７を形成した。

（保護層の形成）
（実施例１）
本実施例では予め集電極５の表面の濡れ性を増大させる処理を行った後に、粘度を小さくした樹脂材料を用いて集電極５の表面に露出した孔８，８・・・の表面を覆う保護層７を形成した。

まず、上述したようにして形成した集電極５の表面に、室温に保持された大気雰囲気中で紫外線（ＵＶ）ランプを用い、波長１８５ｎｍ及び２５４ｎｍの紫外線を５〜３０秒間照射した。このように大気雰囲気中で紫外線を照射することによって生成されるオゾンによって、前述の通り集電極５の表面の濡れ性が増大される。このとき、ＵＶランプの位置を変えながら紫外線を照射することにより、孔８，８…内に紫外線を効果的に照射することができる。

次に、アクリル系樹脂が７．５ｗｔ％、粒径２０ｎｍのＺｎＯ微粒子が３０ｗｔ％、シクロヘキサンが５０ｗｔ％からなる出発材料を、粘度が２５±５ｃｐとなるように、シクロヘキサンで希釈することによってコーティング材を作製した。

次に、本実施例では、上記のように作製したコーティング材を用いて、図３に示すように、保護層７を集電極５表面にのみ形成した。

以上のようにして作製した本実施例に係る光電変換素子の断面を電子顕微鏡によって観察したところ、この場合の集電極５及び保護層７の構造は、図３に示すように、集電極５の上面上、側面上ともに保護層７が全面に形成され、保護層７は集電極５の上面及び側面に露出した孔８，８…内に浸透し、該孔８，８…表面を被覆していた。

（実施例２）
本実施例では、実施例１とは異なるコーティング材を用いて保護層７を形成した。

まず、実施例１と同様に、集電極５に紫外線照射を行った。

次に、アクリル系樹脂が１０ｗｔ％、粒径２０ｎｍのＺｎＯ微粒子が４０ｗｔ％、シクロヘキサンが４０ｗｔ％からなる出発材料を、粘度が７０±５ｃｐとなるように、シクロヘキサンで希釈することによってコーティング材を作製した。

次に、本実施例では、上記のように作製したコーティング材を用いて、図４に示すように、保護層７を集電極５の表面から透明導電膜４の露出表面に跨るように連続的に形成した。

このようにして作製した本実施例に係る光電変換素子１００の断面を電子顕微鏡によって観察したところ、この場合も実施例１と同様に、集電極５の上面上、側面上ともに保護層７が全面に形成され、保護層７は集電極５の上面及び側面に露出した孔８，８…内に浸透し、該孔８，８…表面を被覆していた。

また、本実施例に係る光電変換素子１００は、保護層７が集電極５表面から透明導電膜４の表面に至るまで連続的に形成されているので、集電極５と透明導電膜４との密着性がさらに向上する。従って、信頼性のさらに向上した光電変換素子１００を得ることができる。

（比較例１）
集電極５に紫外線照射を行わないこと、保護層７を形成しないことを除いて、実施例１と同様の光電変換素子を作製した。

（比較例２）
本比較例では、実施例１及び実施例２で用いたコーティング材と比べ粘度の高いコーティング材を用いて保護層７を形成した。

まず、実施例１と同様に、集電極５に紫外線照射を行った。

本比較例では、アクリル系樹脂が１０ｗｔ％、粒径２０ｎｍのＺｎＯ微粒子が４０ｗｔ％、シクロヘキサンが４０ｗｔ％からなる出発材料をコーティング材として用いた。この場合のコーティング材の粘度は、８３０±１０ｃｐであった。

本比較例では、上記のように作製したコーティング材を用いて、図５に示すように、保護層７を集電極５の表面から透明導電膜４の露出表面に跨るように連続的に形成した。

以上のようにして作製した光電変換素子の断面を電子顕微鏡によって観察したところ、図５に示すように、保護層７は集電極５の上面上及び側面上の全面を覆って形成されていたが、集電極５の上面及び側面に露出した孔８，８・・・のうち大部分の孔８，８…内には浸透していなかった。

（評価）
（耐湿特性の測定）
これらの試料を用いて簡易モジュールを作成し、夫々の耐湿特性を測定した。この簡易モジュールの模式的断面図を図６に示す。図６のように、簡易モジュール２００は、ガラスからなる表面保護材２１とポリフッ化ビニル（ＰＶＦ）からなる裏面フィルム２３との間に、光電変換素子１００がエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）からなる充填材２２によって封止された構造である。簡易モジュール２００は、表面保護材２１上に充填材２２、光電変換素子１００、充填材２２及び裏面フィルム２３を順に積層した後に加熱処理し充填材２２を熱硬化させることによって作製した。次いで、この簡易モジュール２００を温度８５℃、湿度８５％の環境下に２０００時間放置し、放置前後の出力（Ｐｍａｘ）を測定した。

表２に、その結果得られた耐湿特性の値を示す。耐湿特性の値は、試験後のＰｍａｘ測定値を試験前のＰｍａｘ測定値で割った値を算出し、保護層７を形成しない光電変換素子（比較例１）の耐湿特性の値を１として規格化した値を示している。

表２からわかるように、比較例２のサンプルは、集電極５の表面に保護層７を有しているにもかかわらず、保護層７を有さない比較例１と同程度の耐湿特性であった。

また、集電極５の上面及び側面に露出した孔８，８…内に浸透して保護層７を設けた実施例１及び実施例２のサンプルは、比較例１，２よりも高い耐湿特性を示した。

以上の結果より、集電極５の上面及び側面に露出する孔８，８…内に浸透し、孔８，８…の表面を覆うように保護層７を設けた実施例１，実施例２のサンプルによれば、耐湿特性を向上できることが分かる。

また、実施例１と実施例２とを比較すると、保護層７が、集電極５表面全面に形成されている点で共通するが、実施例２の方が耐湿特性が優れている。これは、実施例２の場合には、保護層７が集電極５の側面部から連続的に、光電変換部１０１の露出表面にかけて覆う形状となっているため、光電変換部１０１と集電極５との間の密着性を高くすることができたことによるものと考えられる。また、水分は、集電極５表面と前記光電変換部１０１の露出表面との境界に近い部分から、光電変換部１０１と集電極５との界面に、より多く浸入する。これに対し、実施例２のような構成をとることによって、より効果的に、水分が光電変換部１０１と集電極５の界面に浸入することを抑制することができることによって、より効果的に、集電極５の抵抗率の上昇を抑制し、光電変換部１０１と集電極５との間の密着性の低下を抑制することができるためであると考えられる。

尚、保護層７を有している比較例２のサンプルが、保護層７を有さない比較例１のサンプルと同程度の耐湿特性しか示さなかった理由は、以下のように考えられる。

上述した耐湿試験においては、比較的高温（８５℃）にまで温度が上昇する。この際に、集電極５の孔８，８…内の気体が膨張する、光電変換素子１００の周囲の充填材２２が熱伸縮する等の理由により、保護層７に対して応力が加わる。一方さらに、異種材料間では同種材料間に比して剥離が比較的生じやすい。このため、前記応力により集電極５と保護層７との界面部に空洞・亀裂が生じやすくなる。また、保護層７内においても空洞・亀裂が生じやすくなる。その結果、水分がこれらの空洞・亀裂を介して集電極５表面に到達する。

比較例２の場合、集電極５の孔８，８…内にコーティング材が浸透せず、保護層７により孔８，８…の表面が被覆されていないため、集電極５と保護層７との界面、或いは、保護層７内部において空洞・亀裂が多く生じ、水分が該空洞・亀裂を介して集電極５表面に浸入しやすく、集電極５表面に浸入した水分も孔８，８…を通じて集電極５内部に浸入しやすいので、耐湿特性が高くないものと考えられる。

一方、実施例１及び実施例２の場合は、集電極５の孔８，８…内にコーティング材が浸透し、コーティング材が孔８，８…内に入りこんで保護層７が孔８，８…の表面を被覆しているために、比較例２に比べ集電極５と保護層７との接触面積が増大している。このため、集電極５と保護層７との間の密着力が向上し、上記のような空洞・亀裂が生じにくいと考えられる。そのため、集電極５表面に水分が到達するのが抑制されていると考えられる。また、集電極５表面に水分が到達しても、孔８，８…の表面が保護層７により被覆されているため、孔８，８…を通じて集電極５内に水分が浸入するのが抑制されていると考えられる。

（平均浸透深さ依存性）
（実施例３、４）
次に、集電極５の表面に露出する孔８，８…の内部に浸透させる保護層７の浸透深さについて検討した。

実施例３、４においては、実施例１と同様のコーティング材を用いて、コーティング材の塗布重量を変えて、他の条件を実施例１と同様にして保護層７を形成した。このように保護層７を形成することによって、集電極５表面に露出した孔８，８…内への保護層７の平均浸透深さを変えることができる。

ここで、平均浸透深さは、各光電変換素子１００ごとに、集電極５及び保護層７の複数箇所の構造を電子顕微鏡写真により観察し、それぞれの箇所において、集電極５表面に露出した孔８，８…内に、集電極５表面からコーティング材が入り込んでいる深さを測定し、その測定箇所全部の前記深さの平均値を算出することによって決定した。

次に、集電極５表面に露出した孔８，８…内への保護層７の平均浸透深さを変えた光電変換素子１００について、耐湿特性を測定した。表３に、各光電変換素子のコーティング材の塗布重量、平均浸透深さ、耐湿特性を示す。ここで、コーティング材の塗布重量及び耐湿特性は、上述した実施例１の場合の値を１として規格化した値を示している。

表３からわかるように、平均浸透深さが１．１μｍ以上の場合に、０．９９以上の高い耐湿特性を得られる。集電極５の高さが約５０μｍ、幅が約３００μｍであるので、集電極５の内部深くまで保護層７が浸透しなくても、集電極５の表面近傍の深さまで浸透すれば、耐湿特性の向上を図れることがわかる。

（実施例５、６）
実施例５、６においては、実施例２と同様のコーティング材を用いて、コーティング材の塗布重量を変えて、他の条件を実施例１と同様にして保護層７を形成した。このように保護層７を形成することによって、集電極５表面に露出した孔８，８…内への保護層７の平均浸透深さを変えた。ここで、平均浸透深さは、実施例３、４と同様に決定した。

次に、実施例３、４と同様に、集電極５表面に露出した孔８，８…内への保護層７の平均浸透深さを変えた光電変換素子１００について、耐湿特性を測定した。表４に、各光電変換素子のコーティング材の塗布重量、平均浸透深さ、耐湿特性を示す。ここで、コーティング材の塗布重量及び耐湿特性は、実施例２の場合の値を１として規格化した値を示している。

表３からわかるように、平均浸透深さが１μｍ以上の場合に、０．９９以上の高い耐湿特性を得られる。集電極５の高さが約５０μｍ、幅が約３００μｍであるので、集電極５の内部深くまで保護層７が浸透しなくても、集電極５の表面近傍の深さまで浸透すれば、耐湿特性の向上を図れることがわかる。

また、表３および４に示すとおり、保護層７の平均浸透深さを１μｍ以上とすることで、保護層７を有さない比較例１よりも高い耐湿特性を得ることができる。従って、保護層７の平均浸透深さは１μｍ以上が好ましい。

以上の実施の形態においては、保護層７を形成するためのコーティング用樹脂として、紫外線吸収用のＺｎＯ粒子を含むものを用いたが、ＺｎＯ粒子を含まないコーティング用樹脂を用いて保護層７を形成しても良い。

このように、本発明によれば、集電極５内に存在する孔８，８…を通じて水分が集電極５内に浸入するのを抑制することができ、集電極５の抵抗率の上昇を抑制し、光電変換部１０１と集電極５との間の密着性の低下を抑制することができるので、信頼性の高い光電変換素子１００を提供することが可能となる。

以上、本発明を実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせに様々な変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

例えば、本発明の光電変換素子１００における光電変換部１０１の構成は図１に示すものに限らず、単結晶シリコン或いは多結晶シリコン太陽電池等の結晶系半導体からなる内部にｐｎ接合を有するもの、非晶質シリコンや微結晶シリコン等の薄膜半導体からなる内部にｐｉｎ接合を有するもの等、周知の構成を用いることができる。

また、上述の実施例にあっては集電極５を構成する材料としてエポキシ樹脂を用いたが、これに限らず、例えば、ウレタン樹脂、シリコーン等を用いてもよく、さらに、それらの２種類以上の材料を混ぜ合わせたものでもよい。

また、上述の実施例にあっては集電極５として、その表面に直径０．５μｍ以上の孔が集電極５の表面全体の面積の１０％程度存在するものを用いたが、これに限らず、抵抗率、内部応力を考慮して好適な構造のものを用いることができる。

また、本発明の保護層７は、光電変換部１０１上の全面を覆うように設けても良い。このようにしても上述と同様の効果を奏する。

また、上述の実施形態にあっては、集電極５の表面に露出した孔８，８…の表面全面が保護層７によって覆われたものについて説明したが、孔８，８…の表面において保護層７によって覆われていない部分があっても上述と同様の効果を奏する。

また、上述の実施形態にあっては単層構造の保護層７について説明したが、これに限らず多層構造の保護層７であっても構わない。この場合、1層目には各実施例で説明した保護層を形成し、２層目以上は集電極５中に存在する孔８，８…に浸透しない程度にまで粘度が高められたコーティング材を用いて保護層を形成することが好ましい。このような粘度の高いコーティング材は、コーティング材の作製時に硬化剤、希釈剤の量を調整することによって作製することができる。このようにすることで、集電極５の孔８，８…中に浸透して孔８，８…の表面を覆う保護層７を形成でき、且つ集電極５の上面上及び側面上に厚い厚みを有する保護層７を形成することができる。またこのとき２層目以上の厚い保護層は、光電変換部の受光面上の全面を覆うように設けることが好ましい。このように構成することで、光電変換素子１００の取扱い時等に生じる傷等を抑制できるので、より一層信頼性の向上した光電変換素子１００を提供することができる。

以上のように、本発明によれば耐湿特性の向上した光電変換素子を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光電変換素子の断面図である。 本発明の実施の形態に係る光電変換素子の上面図である。 本発明の実施例１に係る光電変換素子の集電極及び保護層について説明するための断面図である。 本発明の実施例２に係る光電変換素子の集電極及び保護層について説明するための断面図である。 比較例２に係る光電変換素子の集電極及び保護層について説明するための断面図である。 耐湿試験を行うための簡易モジュールの断面図である。

符号の説明

１ ｎ型単結晶シリコン基板
２ ｉ型非晶質シリコン層
３ ｐ型非晶質シリコン層
４ 透明導電膜
５ 集電極
５ａ フィンガー電極
５ｂ バスバー電極
６ 背面側電極
７ 保護層
８ 孔
１００ 光電変換素子
１０１ 光電変換部

Claims (3)

1. 光電変換部と、
   当該光電変換部上に設けられた、多孔性の集電極と、
   当該集電極表面を覆う保護層とを有し、
   当該保護層は、前記集電極の表面領域の孔の内部に浸透し、該孔の表面を被覆するように形成されていることを特徴とする光電変換素子。
2. 前記孔の内部に浸透した前記保護層の平均浸透深さは、１μｍ以上であることを特徴とする、請求項１記載の光電変換素子。
3. 前記保護層は、前記集電極表面から連続的に、前記光電変換部の露出表面を覆うように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の光電変換素子。

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