JP2011181543A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、耐候性を向上させた光電変換装置を提供する。
【解決手段】基板上１０に第１の電極１２、光電変換層１４、第２の電極１６を順に積層した構造を含む発電領域を形成し、この発電領域を５本のスリットＳ５により６つの光電変換素子列２１に分割した光電変換装置１００であって、発電領域を等分に分割した時の各光電変換素子列２２１の幅ｈに比べ、基板端部に位置する光電変換素子列２１ａ（２１ｆ）の幅を広くなるように設定する。
【選択図】 図１The present invention provides a photoelectric conversion device with improved weather resistance.
A power generation region including a structure in which a first electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode are sequentially stacked on a substrate is formed, and the photoelectric generation region is divided into six photoelectric cells by five slits. In the photoelectric conversion device 100 divided into the conversion element rows 21, compared to the width h of each photoelectric conversion element row 221 when the power generation region is divided equally, the photoelectric conversion element row 21a (21f) positioned at the end of the substrate. ) To be wide.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device.
多結晶、微結晶またはアモルファスシリコンを用いた光電変換装置が知られている。特に、微結晶またはアモルファスシリコンの薄膜を積層した構造を有する光電変換装置は、資源の観点、コストの低下の観点および効率化の観点から注目されている。 A photoelectric conversion device using polycrystalline, microcrystalline, or amorphous silicon is known. In particular, a photoelectric conversion device having a structure in which thin films of microcrystalline or amorphous silicon are stacked has attracted attention from the viewpoint of resources, cost reduction, and efficiency.
図９に、従来の特許文献１に開示されているような光電変換装置２００の基本構成の上面図および断面図を模式的に示す。光電変換装置２００は、一般的に、ガラス等の透明基板１０上に透明電極１２、光電変換層１４および裏面電極１６を積層した構造を有し、透明基板１０から光を入射させることによって電力を発生させる。 光電変換装置２００は、透明基板１０上に透明電極１２、光電変換層１４、裏面電極層１６を順に積層することにより形成されている。光電変換層１４としては、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）光電変換層、微結晶（μｃ−Ｓｉ）光電変換層又はそれらのタンデム構造が挙げられる。積層体は、Ｙ方向に隣接した光電変換素子２０・・・を直列に接続して発電領域となるように形成される。そして、この直列接続された光電変換素子２０・・・からなる発電領域は、Ｙ方向に延在するスリットにより電気的に分離され、光電変換素子列２２１がＸ方向に複数並設された構造が得られる。そして、これらの光電変換素子列２２１は最終的に並列に接続され、光電変換装置２００を構成する。
FIG. 9 schematically shows a top view and a cross-sectional view of the basic configuration of the
この光電変換装置２００では、透明基板１０の主面に形成されたスリットＳ１，Ｓ２を含む透明電極１２上に、光電変換層１４、裏面電極１６を順に積層することにより形成される。そして、スリットＳ５をレーザ加工によりスリットＳ２と重畳するように形成して隣接する光電変換素子２０，２０間を電気的に分離していた。このとき、スリットＳ５は、一定の間隔となるように設けられ、一定の幅の光電変換素子列２２１が形成される。すなわち、光電変換素子列２２１の幅は、発電領域にスリットＳ５がｎ本形成された場合、ｎ＋１本の光電変換素子列２２１がすべて同じ幅となるように設定されている。そして、この光電変換素子列２２１には、出力を向上させるために逆電圧が印加される。逆電圧が印加されることにより、光電変換層１４に含まれる欠陥やピンホール等の低抵抗部、又は光電変換装置２００中のリーク箇所などの不良部分を除去することができる。
The
従来の光電変換装置２００では、透明基板１０の周囲から水分が侵入した場合、発電領域の最端部に位置するスリットＳ５にまで水分が侵入し易くなり、スリットＳ５で露出した光電変換層１４と裏面電極１６などの界面に水分が侵入し、膜が剥離する問題が発生していた。
In the conventional
本発明は、上記に記載された従来の光電変換装置に比べ、耐候性を向上させた光電変換装置を提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the photoelectric conversion apparatus which improved the weather resistance compared with the conventional photoelectric conversion apparatus described above.
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における光電変換装置は、基板上に第１の電極、光電変換層、第２の電極を順に積層した構造を含む発電領域を形成し、この発電領域をｎ本（ｎは２以上）のスリットによりｎ＋１の発電領域に分割した光電変換装置であって、発電領域を等分に分割した時の各光電領域の幅に比べ、基板端部に位置する光電変換領域の幅を広くなるように設定する。 In order to achieve the above object, a photoelectric conversion device according to one aspect of the present invention forms a power generation region including a structure in which a first electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode are sequentially stacked on a substrate. A photoelectric conversion device in which a power generation region is divided into n + 1 power generation regions by n slits (n is 2 or more), and compared to the width of each photoelectric region when the power generation region is divided equally, at the end of the substrate The width of the photoelectric conversion region located is set to be wide.
本発明によれば、耐候性を向上させた光電変換装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the photoelectric conversion apparatus which improved the weather resistance can be provided.
本実施形態における光電変換装置１００の製造工程を図１〜図７に示す。図１〜図７においては、光電変換装置１００の製造工程の各ステップにおける上面図および断面図を模式的に示している。
The manufacturing process of the
ステップＳ１０では、図１に示すように、透明基板１０上に透明電極１２を形成する。透明基板１０は、光電変換装置が光電変換に利用する波長の光を透過し、且つ絶縁表面を有する。例えば、透明基板１０として、ガラス、プラスチック等を用いることができる。透明電極１２は、光電変換装置が光電変換に利用する波長の光を透過し、且つ導電性を有する。例えば、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を用いることができる。
In step S10, the
透明基板１０上に形成された透明電極１２をレーザを用いて除去することにより、Ｘ方向に延在するスリットＳ１、およびＹ方向に延在するスリットＳ２を形成する。すなわち、このスリットＳ１により、透明電極１２を短冊状に形成するとともに、スリットＳ２を５本形成することにより、透明電極１２を６つの領域に分割する。この時、スリットＳ２をＸ方向に５本等間隔に設けて形成した６つの透明電極領域２１２の幅ｈに比べ、基板端部に位置する透明電極領域１２ａ（１２ｆ）の幅Ｈａは広くなるように、また基板中央部に位置する透明電極領域１２ｃ（１２ｄ）の幅Ｈｃは狭くなるように分割される。つまり、透明電極領域の幅がＨａ＞ｈ＞Ｈｃとなるよう設定する。なお、スリットＳ１,Ｓ２は、透明基板１０の表面までの深さとなるように形成する。
By removing the
スリットＳ１，Ｓ２を形成するためのレーザ装置は、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ（基本波）を用いることが好適である。レーザ装置から出射されるレーザビームのパワーを調整して透明電極１２の透明基板１０と隣接する面に対向する面側から透明電極１２の表面に焦点されるように照射し、走査することによって形成することができる。
The laser device for forming the slits S1 and S2 is preferably a YAG laser (fundamental wave) having a wavelength of 1064 nm. Formed by adjusting the power of the laser beam emitted from the laser device and irradiating the surface of the
ステップＳ１２では、図２に示すように、透明電極１２を被うように光電変換層１４を成膜する。光電変換層１４は、特に限定されるものではないが、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）光電変換層、微結晶（μｃ−Ｓｉ）光電変換層又はそれらのタンデム構造が挙げられる。光電変換層１４は、プラズマＣＶＤ等を用いて形成することができる。
In step S12, as shown in FIG. 2, the
ステップＳ１４では、図３に示すように、光電変換層１４をレーザを用いて除去することにより、Ｘ方向に延在するスリットＳ３を形成する。このスリットＳ３は、光電変換層１４を分割するように透明電極１２の表面までの深さとなるように形成する。
In step S14, as shown in FIG. 3, the
スリットＳ３を形成するためのレーザ装置は、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ（２倍波）を用いることが好適である。レーザ装置から出射されるレーザビームのパワーを調整して透明基板１０側から照射し、走査することによってスリットＳ３を形成することができる。
The laser device for forming the slit S3 preferably uses a YAG laser (double wave) with a wavelength of 532 nm. The slit S3 can be formed by adjusting the power of the laser beam emitted from the laser device, irradiating from the
ステップＳ１６では、図４に示すように、光電変換層１４を覆うように裏面電極１６を形成する。裏面電極１６は、反射性金属とすることが好適である。また、反射性金属と透明導電性酸化物（ＴＣＯ）との積層構造とすることも好適である。例えば、反射性金属としては、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）等を用いることができる。また、透明導電性酸化膜（ＴＣＯ）としては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等を用いることができる。
In step S <b> 16, as shown in FIG. 4, the
ステップＳ１８では、図５に示すように、光電変換層１４および裏面電極１６をレーザを用いて除去することにより、Ｘ方向に延在するスリットＳ４を形成する。このスリットＳ４は、スリットＳ３を基準とした場合、Ｙ方向においてスリットＳ１と反対側に設ける。なお、スリットＳ４は、光電変換層１４および裏面電極１６を分割するように透明電極１２との界面までの深さとなるように形成する。これにより、透明電極１２、光電変換層１４、および裏面電極１６からなる光電変換素子２０・・・が複数直列に接続された形状となる。
In step S18, as shown in FIG. 5, the
スリットＳ４を形成するためのレーザ装置は、波長５３２ｎｍのＹＡＧレーザ（２倍波）を用いることが好適である。レーザ装置から出射されるレーザビームのパワーを調整して透明基板１０側から照射し、走査することによってスリットＳ４を形成することができる。
The laser device for forming the slit S4 is preferably a YAG laser (double wave) having a wavelength of 532 nm. The slit S4 can be formed by adjusting the power of the laser beam emitted from the laser device, irradiating from the
ステップＳ２０では、図６に示すように、光電変換層１４および裏面電極１６をレーザを用いて除去することにより、Ｙ方向に延在する５本のスリットＳ５を形成する。すなわち、透明電極１２、光電変換層１４および裏面電極１６からなる光電変換素子２０・・・を直列に接続した発電領域を複数の領域２１ａ〜２１ｆに分割するようにスリットＳ２と重畳するスリットＳ５を形成する。スリットＳ５は、光電変換層１４と透明基板１０との界面までの深さとなるように形成する。なおスリットＳ５は、スリットＳ２と重畳しているため、Ｈａ＞ｈ＞Ｈｃとなる透明電極領域の幅の大小関係は変わらない。
In step S20, as shown in FIG. 6, the
スリットＳ５を形成するためのレーザ装置は、波長１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ（基本波）を用いることが好適である。レーザ装置から出射されるレーザビームのパワーを調整して透明基板１０側から透明電極１２の表面に焦点されるように照射し、スリットＳ５を走査することによって形成することができる。
The laser device for forming the slit S5 is preferably a YAG laser (fundamental wave) having a wavelength of 1064 nm. It can be formed by adjusting the power of the laser beam emitted from the laser device so as to be focused on the surface of the
このようにして、発電領域からなる光電変換素子列２１ａ〜２１ｆが並設され、並列に接続された光電変換装置１００が構成される。
In this way, the photoelectric
ステップＳ２２では、図７に示すように、光電変換素子列２１の隣り合う光電変換素子２０・・・間に、各光電変換層１４において発生される光起電力とは逆向きの逆電圧をプローブ３０により印加する。このとき、印加される電圧は、６Ｖ程度とする。この逆電圧の印加により、光電変換層１４に含まれる欠陥やピンホール等の低抵抗部、又は光電変換装置１００中のリーク箇所を蒸発させて、除去することができる。
In step S22, as shown in FIG. 7, a reverse voltage opposite to the photovoltaic force generated in each
以上の構成に基づく本実施形態の効果を以下に列記する。 The effects of this embodiment based on the above configuration are listed below.
（１）光電変換装置１００においては、透明電極の幅をＨａ＞ｈとして、従来技術の光電変換素子列２１の幅に比べ、基板端部に位置する光電変換素子列２１ａ（２１ｆ）の幅が広くなるように設定する。つまり、発電領域にスリットＳ５がＸ方向に等間隔に形成された場合に比べ、透明基板１０端部から複数の光電変換素子列２１からなる発電領域の最端部に位置するスリットＳ５までの距離が長くなる。これにより、透明基板１０の周囲から水分が侵入した場合であっても、発電領域の最端部に位置するスリットＳ５にまで水分が侵入し難くなる。
(1) In the
したがって、光電変換層１４と裏面電極１６の層間に水分が侵入して生じる膜の剥離を従来よりも抑制することができる。その結果、光電変換装置１００の耐候性が向上し、変換効率の低下を抑制することができる。なお、ここでの層間とは、光電変換層１４と裏面電極１６との層間、もしくは複数の層からなる裏面電極１６にあっては、裏面電極１６を構成する層、例えばＡｇ層と透光性導電膜との層間のことを意味する。
Therefore, peeling of the film caused by moisture entering between the
（２）従来技術の光電変換素子列２２１の幅に比べ、基板中央部に位置する光電変換素子列２１ｃ（２１ｄ）の幅が狭くなるように、透明電極の幅をＨｃ＜ｈとして設定する。つまり、光電変換素子列２２１と光電変換素子列２１ｃに同じ大きさの逆電圧を印加した場合、光電変換素子列２２１に比べて幅の狭い光電変換素子列２１ｃ（２１ｄ）の方が単位面積あたりに印加される電流が大きくなる。これにより、光電変換層１４に含まれる欠陥やピンホール等の低抵抗部、又は光電変換装置１００中のリーク箇所などの不良部分に、より大きい電流が流れる。この結果、欠陥やピンホール等の低抵抗部、又はリーク箇所などの不良部分での発熱量が大きくなり、不良部分を蒸発させてより良く除去することが可能となる。
(2) The width of the transparent electrode is set as Hc <h so that the width of the photoelectric
つまり、基板端部に位置する光電変換素子列２１ａ（２１ｆ）においては、基板中央部に比べて電流が集中し難いので、光電変換装置１００の出力に大きな影響を与える不良部分を除去する一方、光電変換装置１００の出力に対する影響が少ない不良部分の除去が行われない。これにより、逆電圧を印加して不良部分を蒸発させたことにより形成される穴が基板端部に位置する光電変換素子列２１ａ（２１ｆ）にできることを抑制する。したがって、この穴より水分が侵入することを抑制し、光電変換層１４と裏面電極１６の層間に水分が侵入して生じる膜の剥離を抑制することができる。その結果、光電変換装置１００の耐候性が向上し、変換効率の低下を抑制することができる。
In other words, in the photoelectric
上記各実施形態は一例に過ぎず、ステップＳ１２においては、複数のアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）光電変換層や微結晶（μｃ−Ｓｉ）光電変換層からなるタンデム構造の場合、中間層を有する構造としてもよい。中間層としては、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を用いてもよい。 Each of the above embodiments is merely an example, and in step S12, in the case of a tandem structure including a plurality of amorphous silicon (a-Si) photoelectric conversion layers and microcrystalline (μc-Si) photoelectric conversion layers, a structure having an intermediate layer It is good. As the intermediate layer, tin oxide (SnO 2 ), zinc oxide (ZnO), indium tin oxide (ITO) or the like is doped with tin (Sn), antimony (Sb), fluorine (F), aluminum (Al), or the like. A transparent conductive oxide (TCO) may be used.
さらに、ステップＳ２０の後に、光電変換装置１００の外周部分を除去する工程等を設けてもよい。
Furthermore, after step S20, a step of removing the outer peripheral portion of the
加えて、ステップＳ２２の後に、光電変換装置１００の表面を保護するためのバックシートや樹脂層を形成する工程を設けてもよい。
In addition, after step S22, a step of forming a back sheet or a resin layer for protecting the surface of the
また、図７に記載した光電変換装置１００のように、Ｘ方向のＣ−Ｃ断面における幅がスリットＳ２に比べてスリットＳ５の方が狭く、スリットＳ２内にスリットＳ５が形成されているものに限らない。例えば図８に記載したように、Ｘ方向のＣ−Ｃ断面における幅がスリットＳ２に比べてスリットＳ５の方が広くなるようして、スリットＳ５内にスリットＳ２を形成してもよい。
Further, as in the
この場合、上記実施形態の（１），（２），（３）同様の効果が得られる他、透明基板１０の周囲から水分が侵入した場合であっても、発電領域の最端部に位置するスリットＳ５にまで水分が侵入し難くなるため、スリットＳ５内で露出した透光性導電物（ＴＣＯ）からなる透明電極１２を水分が還元することを抑制することができる。つまり、スリットＳ５において透光性導電物（ＴＣＯ）からなる透明電極１２が露出すると、還元されて透光性が低下して光電変換層１４に入射する光量が減少し、光電変換装置１００の変換効率が低下する問題がある。しかし、透明電極の幅をＨａ＞ｈとして、従来技術の光電変換素子列の幅に比べて基板端部に位置する光電変換素子列２１ａ（２１ｆ）の幅を広くなるように設定することにより、この点についても抑制することができる。なお、本実施形態では、（１）の効果が得られる層間としては、上記実施形態での層間に加え、透明電極１２と光電変換層１４との層間も含む。
In this case, the same effects as in the above embodiments (1), (2), (3) can be obtained, and even when moisture enters from the periphery of the
１０ 透明基板、１２，２１２ 透明電極、１４ 光電変換層、１６ 裏面電極、２０ 光電変換素子、２１，２２１ 光電変換素子列、１００，２００ 光電変換装置。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記発電領域を等分に分割した時の各光電変換素子の幅に比べ、前記基板端部に位置する光電変換素子の幅を広くなるように設定したことを特徴とする光電変換装置。 A power generation region including a structure in which a first electrode, a photoelectric conversion layer, and a second electrode are sequentially laminated is formed on a substrate, and this power generation region is formed into n + 1 photoelectric conversion elements by n (n is 2 or more) slits. A divided photoelectric conversion device,
A photoelectric conversion device, wherein the width of each photoelectric conversion element located at the end of the substrate is set wider than the width of each photoelectric conversion element when the power generation region is divided equally.
前記発電領域を等分に分割した時の各光電変換素子の幅に比べ、前記基板中央部に位置する光電変換素子の幅を狭くなるように設定したことを特徴とする光電変換装置。 The photoelectric conversion device according to claim 1,
The photoelectric conversion device, wherein the width of the photoelectric conversion element located at the center of the substrate is set to be narrower than the width of each photoelectric conversion element when the power generation region is divided equally.
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