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JP2012238789A - 半導体装置、太陽電池モジュール、太陽電池ストリングおよび太陽電池アレイ - Google Patents

半導体装置、太陽電池モジュール、太陽電池ストリングおよび太陽電池アレイ Download PDF

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Abstract

【課題】導電性材料からなる導電性基板上に設けられる複数の半導体素子と導電性基板との間の絶縁耐電圧性が優れた半導体装置、太陽電池モジュール、太陽電池ストリングおよび太陽電池アレイを提供する。
【解決手段】本発明の半導体装置は、導電性材料からなる導電性基板と、導電性基板の表面の少なくとも一部に設けられた非導電性層と、この非導電性層上に設けられる複数の半導体素子と、複数の半導体素子を電気的に接続する配線と、非導電性層と半導体素子または配線との少なくとも１つの電気的接続部とを有する。導電性基板との電位差が最大となる半導体素子は、複数の半導体素子によって作られる配列の、幾何学的な末端を除く位置に配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置、太陽電池モジュール、太陽電池ストリングおよび太陽電池アレイに関し、特に、半導体装置において、導電性材料からなる導電性基板と半導体素子との間の絶縁性を向上させた半導体素子の配置方法、ならびにこの半導体素子を用いた、太陽電池モジュール、太陽電池ストリングおよび太陽電池アレイに関する。
軽量性、可撓性（フレキシビリティー）という特徴を持った金属、合金等の導電性材料からなる基板は、広い用途に適用できる可能性がある。さらに、上記導電性材料からなる基板は高温プロセスにも耐え得るため、ポリイミド等の樹脂基板では扱うことのできない半導体にも適用することができる。例えば、太陽電池用基板として用いれば光電変換効率を向上させることができ、太陽電池の高効率化が期待できる。
しかし、金属、合金等の導電性材料を基板として使用する場合、基板上に形成される半導体素子および配線と基板との間に絶縁層を設け、各部の電位差が調整されている必要がある。通常は、導電性材料からなる基板の少なくとも片面に絶縁層を設ける。
絶縁層としては、基板材料を陽極酸化した酸化物などが用いられる（例えば、特許文献１）。
絶縁層の絶縁性を向上させる方法として、特許文献１には、直列接続した素子（すなわち太陽電池セル）の中間付近の電位と導電性材料からなる基板（金属基板）の電位を等電位にすることによって、素子と基板との電位差を小さくすることが開示されている。
特許第４６１２７３１号公報 国際公開第２０１０／０４９４９５号 特開２００７−３５６９５号公報 特開２００９−２６０１４７号公報
しかしながら、特許文献１において、半導体素子によって作られる配列の末端部（両端部）では基板との電位差が最大となり、沿面放電や角部での電界集中などによって、絶縁性が低下するという問題があった。
図７（ａ）、（ｂ）に電極角部での電解集中の様子をシミュレーションした結果を示す。図７（ａ）は角部の曲率を変化させた場合の結果を示し、図７（ｂ）は角部の角度を変化させた場合の結果を示す。
図７（ａ）から直径φ２５ｍｍの電極端部（曲率半径１２．５ｍｍの電極角部に対応する）での電界Ｅｍａｘが電極中央部の電界Ｅ０の１．３倍程度となることがわかり、図７（ｂ）では角部が直角での電界Ｅｍａｘが電極中央部の電界Ｅ０の１．１倍程度となることがわかる。
角部での電界集中を抑えるために、例えば、特許文献２では角部を丸くすることが開示されており、特許文献３では角部を鈍角にすることが開示されている。しかし、依然として末端部では基板との電位差が最大であるために、末端部では絶縁性が低いという問題があった。
また、特許文献４には、基板上の配線間の電位差の平面分布を小さくするという課題に対して、配線配置を工夫することが開示されている。
しかし、特許文献４に開示されている方法は、基板が導電性材料からなる場合に、半導体素子および配線と基板との電位を調整する方法が開示されていないため、この方法をそのまま適用しても基板との絶縁性を向上させることはできない。
本発明の目的は、前記従来技術に基づく問題点を解消し、導電性材料からなる導電性基板上に設けられる複数の半導体素子と導電性基板との間の絶縁耐電圧性が優れた半導体装置、太陽電池モジュール、太陽電池ストリングおよび太陽電池アレイを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本発明の第１の態様は、導電性材料からなる導電性基板と、前記基板の表面の少なくとも一部に設けられた非導電性材料からなる非導電性層と、前記非導電性層上に設けられる複数の半導体素子と、前記複数の半導体素子を電気的に接続する配線と、前記導電性基板と、前記半導体素子または前記配線とを接続する少なくとも１つの電気的接続部とを有し、前記導電性基板との電位差が最大となる前記半導体素子は、前記複数の半導体素子によって作られる配列の幾何学的な末端を除く位置に配置されていることを特徴とする。
本発明において、幾何学的な末端とは、例えば、複数の半導体素子によって作られる配列が一線分の場合は、図１（ａ）に示すように、複数の半導体素子５１のうち、線分の頂点を含む半導体素子５１ａを指す。また、幾何学的な末端とは、図１（ｂ）に示すように、複数の半導体素子５１によって作られる配列が多角形の場合は、多角形の頂点を含む半導体素子５１ａを指す。また、幾何学的な末端とは、図１（ｃ）に示すように、半導体素子５１の形が多角形の場合は、その頂点を含む半導体素子５１ａを指し、図１（ｄ）に示すように、複数の半導体素子５１の配列が同心円状の場合、円周を含む半導体素子５１ａを指す。１つの半導体素子の形がどのような形であれ、本発明では、上述のいずれかを含む半導体素子５１ａを幾何学的な末端とする。
また、本発明においては、電気的接続部とは、例えば、半導体素子の一部に圧力をかけて押し付けるような機械的接触部、半田付け等の合金的接合部、該当箇所を加熱溶融してなる溶接部などが含まれる。また、基板と半導体素子が接触していなくても、例えば、薄い絶縁層があること、および半導体的性質を持っているものがあることなどのように、実質的に基板に対する半導体素子の電位を決定できる部分も電気的接続部に含まれる。
電気的接続部によって、導電性基板（導電性材料部分）と半導体素子との電位差が調整される。
配線によって各半導体素子が直列または並列に接続されることによって、前記導電性基板と、前記半導体素子または前記配線との間の電位差分布が調整される。
導電性基板（導電性材料部分）との間の電位差が最大となる半導体素子を、配列の幾何学的な末端を除く位置に配置することによって、末端部分での電界が緩和される。
末端部分での電界が緩和されることによって、導電性基板（導電性材料部分）と半導体素子との間の絶縁耐電圧性が向上する。
また、前記電気的接続部と接する前記半導体素子は、好ましくは前記配列の少なくとも１つの末端から前記複数の半導体素子の数の１０％の範囲に配置され、より好ましくは前記配列の少なくとも１つの末端から前記複数の半導体素子の数の５％の範囲に配置され、互いに等電位となる少なくとも１つの半導体素子であることを特徴とする。特に好ましくは前記配列の少なくとも１つの末端に配置される半導体素子であることを特徴とする。
前記配列の末端付近が導電性材料部分と等電位となることにより、末端部での電位差を小さくすることができる。
末端部周辺における電位差が小さくなることによって、電界集中が緩和され全体の絶縁性が高まる。
また、本発明の別態様の半導体装置において、前記非導電性層は、前記導電性基板を陽極酸化処理することにより形成されたものであり、前記複数の半導体素子のうち、最大電位となる少なくとも１つの半導体素子は前記電気的接続部と接していることを特徴とする。
陽極酸化膜は、母体金属側を正極とした場合の方が絶縁性は高くなることが知られている。最大電位となる半導体素子と導電性基板（導電性材料部分）が等電位となることにより、常に導電性基板（導電性材料部分）が正極となるため、全体の絶縁性が高まる。
導電性基板としては、軽量性、可撓性があるチタンまたはアルミニウムからなる基板が好ましく、安価なアルミニウムからなる基板がより好ましい。また、諸特性を向上させるために、アルミニウムからなる基板ではなく、複合材料からなる複合アルミニウム基板が好ましい。複合材料には例えば樹脂や他金属とアルミニウムとを合わせた材料などが含まれる。中でも鋼板またはステンレス板とアルミニウム板とのクラッド基板は、アルミニウムの耐熱性を向上できるため、より好ましい。
また、本発明の別態様の半導体装置は、前記複数の半導体素子は、同心円状に配置されており、前記導電性基板との電位差が最大となる少なくとも１つの半導体素子は、前記同心円状の配置の中心に配置されることを特徴とする。
同心円状の配列によって電界集中が緩和され、前記導電性基板との電位差が最大となる少なくとも１つの半導体素子と導電性基板との電位差が配列の末端から最も離れた位置にあるために、導電性基板に平行な方向の電界が小さくなり、全体の絶縁性が向上する。
また、本発明の別態様の半導体装置は、前記複数の半導体素子が一直線上に配置され、直列接続される２つの配列が並列に接続されることを特徴とする。全ての半導体素子が一直線上に配置されることによって製造プロセスを増やすことがなく、かつ２つの直列回路が並列に接続されることによって出力電圧が半分になるため要求される耐電圧を半分にでき、かつ基板との電位差が最大となる半導体素子が半導体素子によって作られる配列の幾何学的な末端を除く位置に配置されていることによって電界集中点が減り絶縁性を改善することができる。同様の方法で、４つ、８つ、…と並列にする直列回路の数を増やすことで、出力電圧を４分の１、８分の１、…と小さくすることができ、耐電圧をさらに下げることができる。
さらに、２つの配列は配列の接続部と全ての配列の両端部に位置する半導体素子間で電位差が最大となるが、配列の両端に導電性基板との電位差が最大となる半導体素子が配置されないために、２つの配列の接続部に位置する半導体素子または配線において導電性基板との電位差が最大となり、電界集中の起きやすい配列の幾何学的末端部と導電性基板との間の絶縁性が向上するため、全体の絶縁性が向上する。
本発明によれば、導電性基板上に設けられる複数の半導体素子と導電性基板との間の絶縁耐電圧性が優れた半導体装置を提供することができる。また、本発明によれば絶縁耐電圧性が向上することにより、半導体素子数を増やすことで高性能な装置を作ることができる。また、非導電性層の厚みを薄くすることで低コストで製造することができる。
また、装置の特に端部での絶縁性が向上しているため、装置の周囲との絶縁性も向上しており、例えば軽くて丈夫な導電性フレームを装置の周囲に設けることができる。
また、前記複数の半導体素子が一直線上に配置され、直列接続される２つの配列が並列に接続される場合、並列回路によって出力を２系統に分けることができ、装置半面に故障が発生した場合でも、出力の半分を維持することができる。さらに並列回路を増やすことで、故障確率はさらに下がり、耐久性を上げることができる。
また、絶縁性が向上しているため、半導体装置としては直列接続して高電圧で出力する太陽電池モジュールが好ましく、軽量性や可撓性が求められる薄膜型や集積型の太陽電池モジュールがより好ましい。高効率化できるＣＩＧＳ系の太陽電池モジュールは特に好ましい。そして、これらの太陽電池モジュールを用いて、太陽電池ストリングや太陽電池アレイを作ることができる。
また、絶縁性が向上しているため、同じ電圧を出力する場合、基板の端部に生じる非有効エリアを減らすことができ、材料を効率的に使い、コストを削減することができる。
（ａ）は、複数の太陽電池セルが一線上に配列されている状態を示す模式図であり、（ｂ）および（ｃ）は、多角形の太陽電池セルが配列されている状態を示す模式図であり、（ｄ）は、複数の太陽電池セルの配列が円である場合の状態を示す模式図である。 本発明の半導体装置の第１の実施形態の光電変換装置の模式的断面図である。 本発明の半導体装置の第１の実施形態の光電変換装置の回路構成図である。 本発明の半導体装置の第１の実施形態の光電変換装置の製造工程の一例を説明するための製造中の光電変換装置である。 本発明の半導体装置の第１の実施形態の光電変換装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。 本発明の半導体装置の第２の実施形態の光電変換装置の模式的断面図である。 （ａ）、（ｂ）に電極角部での電解集中の様子をシミュレーションした結果を示すものであり、（ａ）は角部の曲率を変化させた場合の結果を示し、（ｂ）は角部の角度を変化させた場合の結果を示す。 従来の光電変換装置を示す模式的断面図である。
以下に、添付の図面に示す好適実施形態に基づいて、本発明の半導体装置を詳細に説明する。
本実施形態では、半導体装置として、半導体素子が光電変換半導体素子（光電変換素子）を備える光電変換装置（太陽電池モジュール）を例にして説明する。
図２は、本発明の半導体装置の第１の実施形態の光電変換装置の模式的断面図であり、図３は、本発明の半導体装置の第１の実施形態の光電変換装置の回路構成図である。
図２に示すように、本発明の光電変換装置２０１（太陽電池モジュール）は、例えば、接地された略長方形状の、導電性材料からなる導電性基板１００及びこの導電性基板１００上に形成された非導電性材料からなる非導電性層（絶縁層）１３０からなる支持基板１１０（導電性材料からなる基板＋非導電性材料からなる層）と、非導電性層１３０上に形成され、光電変換装置２０１の複数の太陽電池セル１５１（光電変換素子）からなる発電層１４０とを有する。
発電層１４０は、複数の太陽電池セル１５１が一直線上に配置され、直列接続される２つの配列が並列に接続されることによって構成される。図２では、中央の負極の両側に直列接続された配列が１つずつ、合計２つあり、その２つの配列が並列に接続されている。
本発明の光電変換装置２０１は、発電層１４０の複数の太陽電池セル１５１の中の両端部にある少なくとも１つの太陽電池セル１５１ａの正極（プラス）側を、正極端子として図示しないリボン状のリード線に介して図示しない接電箱の正極端子に接続すると共に、接地端子として、支持基板１１０の導電性基板１００に直接電気的に接続することにより接地（グランドに）し、複数の太陽電池セル１５１の略中央にある太陽電池セル１５１、すなわち、複数の太陽電池セル１５１の中央にある１つまたは２つの太陽電池セル１５１ｄの負極（マイナス）側を負極端子として図示しないリボン状のリード線に介して図示しない接電箱の負極端子に接続することを特徴とするものである。
本発明の光電変換装置２０１においては、図３に示すように、支持基板１１０の導電性基板１００は接地されており、その正極が支持基板１１０の導電性基板１００に直接電気的に接続される接地用太陽電池セル１５１ａは導電層１６０を介して接地されるが、この接地用太陽電池セル１５１ａは、複数の太陽電池セル１５１の中の両端部にある太陽電池セルとするのが最も好ましい。
こうすることにより、全ての太陽電池セル１５１の中で発電層中央部の太陽電池セル１５１ｄと導電性基板１００との間の電位差Ｖ１ｄが最も大きくなるため、光電変換装置２０１において発電層１４０と導電性基板１００との間に要求される耐電圧ＶＷ１は、電位差Ｖ１ｄから要求される耐電圧Ｖｗ１ｄと同程度になる。
一方、図８に示す特許文献１の第１の実施形態の従来の直列接続された太陽電池セル１５３だけで構成される光電変換装置２０３（特許文献１の太陽電池モジュール１０に相当する）では、太陽電池セル１５３ｄのいずれか一方と導電性基板１００との間の電位差Ｖ２ｄが最も大きくなるため、発電層１４０と基板１００との間に要求される耐電圧ＶＷ２は、電位差Ｖ２ｄから要求される耐電圧Ｖｗ２ｄと同程度になる。
本実施形態の光電変換装置２０１と従来の光電変換装置２０３における太陽電池セルの数が同じ場合、それぞれの出力は同程度となる。しかし、電界集中や沿面放電の影響により、要求される耐電圧が高くなる発電層の周縁部では、本実施形態の光電変換装置２０１は太陽電池セル１５１ｄの基板端に対向する両端部の２辺のみが導電性基板１００との電位差が最大となり、かつ電界が集中するのに対して、従来の光電変換装置２０３は太陽電池セル１５３ａまたは１５３ｄの基板端に対向する３辺に渡って導電性基板１００との電位差が最大となり、かつ電界が集中するため、本実施形態の光電変換装置２０１の方が絶縁性に有利である。
なお、発電層１４０の両端部にあるセル１５３ａまたは１５３ｂの平面的な形を作っている４辺のうち、３辺は基板端に対向しており、残り１辺は隣のセルと対向している。
以上のように、本実施形態の光電変換装置２０１においては、導電性基板１００との電位差が最大となる太陽電池セル１５１が発電層１４０の複数の太陽電池セル１５１の中で両端部にある少なくとも１つの太陽電池セルを除く位置に配置されているので、発電層１４０の周縁部における導電性基板１００との電位差を小さくすることができ、絶縁性が向上している。
なお、図２に示す光電変換装置２０１においては、接地用太陽電池セル１５１ａの位置を発電層１４０の複数の太陽電池セル１５１の中で両端部にある少なくとも１つの太陽電池セルとしているが、本発明はこれに限定されず、発電層１４０の両端周辺（両端部から複数の太陽電池セル１５１の数の１０％の範囲にある少なくとも１つ）の太陽電池セルとしてもよい。その理由は、太陽電池セル１５１ｄから１つの発電層１４０の複数の太陽電池セル１５１の中で両端部にある少なくとも１つの太陽電池セル１５１ａまでは太陽電池セル１５１は直列に接続されており、太陽電池セル１５１ｄから両端周辺の１つの太陽電池セルまでの太陽電池セル１５１の数は全体の４０％以上であるため、電位差Ｖ１ｄは発電層１４０両端周辺の太陽電池セルと導電性基板１００との間の電位差Ｖ１ｃの４倍以上になり、従って、光電変換装置２０１において、接地用太陽電池セル１５１ａの位置を両端周辺の太陽電池セルとしても、上述の場合と同様に、全ての太陽電池セル１５１の中で電位差Ｖ１ｄが最も大きくなるためである。
なお、接地用太陽電池セル１５１ａの位置を発電層１４０の両端部から複数の太陽電池セル１５１の数の５％の範囲にある少なくとも１つの太陽電池セルとすれば、電位差Ｖ１ｄはＶａ１の９倍以上となるため、両端部から複数の太陽電池セル１５１の数の１０％の範囲にある少なくとも１つの太陽電池セルとするより好ましい。
図示例の光電変換装置２０１に用いられる支持基板１１０は、導電性基板１００とその上に形成された非導電性層１３０とを有する絶縁層付き金属板である。支持基板１１０としては、絶縁層付き金属板であれば、特に制限はないが、アルミニウム（Ａｌ）板の少なくとも一方の面側を陽極酸化して陽極酸化膜を非導電性層１３０として形成し、陽極酸化されなかったＡｌ板を導電性基板１００とすることにより得られた支持基板１１０であるのが好ましい。
ここで、導電性基板１００としては、非導電性層１３０を形成することができ、絶縁層付き金属板である支持基板１１０とした時に発電層１４０を支持することができれば特に制限はないが、少なくとも片側表面がＡｌ層であるＡｌ基板が好ましく、例えば、Ａｌ基板、及びＡｌと他の金属との複合材料からなる複合Ａｌ基板などを挙げることができる。
絶縁層付き金属板である支持基板１１０とした形態において、その厚さは０．０５〜１０ｍｍであるのが好ましい。なお、Ａｌ基板や複合Ａｌ基板などから支持基板１１０を製造する際には、陽極酸化、及び陽極酸化の事前洗浄や研磨により厚さの減少を見越した厚さとしておく必要がある。
本発明では、Ａｌ基板としては、例えば、日本工業規格（ＪＩＳ）の１０００系純Ａｌ板であってもよいし、Ａｌ合金板、例えばＡｌ−Ｍｎ系合金板、Ａｌ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｚｒ系合金板、Ａｌ−Ｓｉ系合金板、及びＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板等のＡｌと他の金属元素との合金板であってもよい。
また、複合Ａｌ基板としては、Ａｌ板と他の金属板とのクラッド板、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）板とのクラッド板、種々の鋼板を２枚のＡｌ板で挟み込んだクラッド板であっても良い。なお、本発明では、Ａｌ板とのクラッド板を構成する他の金属板は、各種のステンレス鋼板の他、例えば、軟鋼等の鋼、４２インバー合金、コバール合金、または３６インバー合金からなる板材を用いることができるし、また、本発明の光電変換装置を屋根材一体型太陽電池パネルとして用いることができるように、家屋や建物等の屋根材や壁材として使用可能な金属板を用いてもよい。
ここで用いられるＡｌ板やＡｌ合金板には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、及びＴｉ等の各種微量金属元素が含まれていてもよい。
導電性基板１００上に形成される非導電性層１３０としては、特に制限的ではないが、導電性基板１００がＡｌ基板又は複合Ａｌ基板である場合には、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板を陽極酸化することによりその表面に形成された陽極酸化膜であるのが好ましい。なお、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板の陽極酸化は、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板を陽極とし、陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加して電解処理することにより実施できる。
なお、非導電性層１３０となる陽極酸化膜は、導電性基板１００となるＡｌ基板や複合Ａｌ基板のＡｌ層の片側表面に形成されていればよいが、Ａｌ基板や２枚のＡｌ板で挟んだクラッド板の場合には、発電層１４０の形成工程等において、Ａｌ層と陽極酸化膜との熱膨張係数差に起因した反りや陽極酸化膜に発生するクラック等を抑制するために、両側のＡｌ層表面に陽極酸化膜を設けるのが好ましい。
また、こうして形成される非導電性層１３０の厚さ、すなわち、陽極酸化膜の厚さは、特に制限的ではないが、絶縁性とハンドリング時の機械衝撃による損傷等を防止する表面硬度を有しておれば良いが、厚すぎると可撓性の観点で問題を生じる場合がある。このことから、好ましい厚さは、０．５〜５０μｍであり、厚さの制御は定電流電解や定電圧電解とともに、電解時間により制御することができる。
また、非導電性層１３０の種類としては、Ａｌの陽極酸化被膜以外に、Ｓｉ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｂ、Ｐ、Ｔｉ等の元素を含んだガラスなどの各種酸化物層を蒸着、ゾルゲル法等の各種方法で形成したものであっても良い。
図２に示す本発明の第１の実施形態の光電変換装置２０１は、サブストレート型と呼ばれるものであり、光電変換装置２０１に設けられる発電層１４０は、薄膜集積型のものである。発電層１４０は、支持基板１１０の非導電性層１３０上に、発電層１４０の両端に配置された接地用太陽電池セル１５１ａとこれと隣接して一直線上に配置され、直列接続される２つの配列が並列に接続された複数の太陽電池セル１５１とを有するものである。
太陽電池セル１５１は、図８の支持基板１１０の非導電性層１３０の表面上に形成された裏面電極１７０ａと、裏面電極１７０ａ上に形成され、受光した光を電気に変換する光電変換層１７０ｂと、光電変換層１７０ｂ上に形成された透明電極１７０ｃとを有し、非導電性層１３０上に裏面電極１７０ａ、光電変換層１７０ｂ及び透明電極１７０ｃが順次積層されてなるものである。
一方、接地用太陽電池セル１５１ａは、本発明の特徴とする部分であって、太陽電池セル１５１の支持基板１１０上に形成された非導電性層１３０の一部が導電層１６０となったものであり、導電層１６０上に、太陽電池セル１５１と同様に、裏面電極１７０ａ、光電変換層１７０ｂ及び透明電極１７０ｃが順次積層されてなるものである。この接地用太陽電池セル１５１ａは、裏面電極１７０ａと導電性基板１００とを導通して電気的に接続する導電層１６０が形成されていれば、発電に寄与するセルであっても良いし、発電に寄与しないセルであっても良い。
なお、図２には図示されていないが、太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａにおいては、光電変換層１７０ｂ上にバッファ層が形成され、裏面電極１７０ａ、光電変換層１７０ｂ、バッファ層及び透明電極１７０ｃが順次積層されていても良い。
複数の太陽電池セル１５１においては、裏面電極１７０ａは、隣接する（図中左隣り）の太陽電池セル１５１又は接地用太陽電池セル１５１ａの端部側（図中右側の一部）の領域から当該太陽電池セル１５１（図中左側）の大部分の領域に配置されるように、隣接する太陽電池セル１５１の裏面電極１７０ａと所定の間隔のＰ１スクライブの溝１８０ａをあけて非導電性層１３０の表面上に形成されている。接地用太陽電池セル１５１ａにおいても、裏面電極１７０ａは、太陽電池セル１５１と同様に、隣接する（図中左隣り）の太陽電池セル１５１の端部側（図中右側の一部）の領域から接地用太陽電池セル１５１ａ（図中左側）の大部分の領域に配置されるように、隣接する太陽電池セル１５１の裏面電極１７０ａと所定の間隔の溝１８０ａをあけて導電層１６０及び非導電性層１３０の表面上に形成されている。なお、接地用太陽電池セル１５１ａの裏面電極１７０ａの大部分は、導電層１６０上に配置される。
また、複数の太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａにおいては、光電変換層１７０ｂは、隣接する裏面電極１７０ａ間の溝１８０ａを埋めるように裏面電極１７０ａ上に形成されている。したがって、光電変換層１７０ｂは、この溝１８０ａの部分では、非導電性層１３０及び／又は導電層１６０に直接接することになる。
また、光電変換層１７０ｂには、隣接する太陽電池セル１５１又は接地用太陽電池セル１５１ａから延在する裏面電極１７０ａにまで達するＰ２スクライブの溝１８０ｂが形成されている。したがって、この溝１８０ｂは、隣接する裏面電極１７０ａ間の溝１８０ａとは異なる位置（図中右側）に形成されている。
また、透明電極１７０ｃは、光電変換層１７０ｂの溝１８０ｂを埋めるように光電変換層１７０ｂの表面上に形成されている。したがって、透明電極１７０ｃは、この溝１８０ｂの部分において、隣接する太陽電池セル１５１又は接地用太陽電池セル１５１ａの裏面電極１７０ａに直接接触しており、電気的に接続されている。こうして、隣接する２つの太陽電池セル１５１同士、及び隣接する太陽電池セル１５１と接地用太陽電池セル１５１ａとは、直列に接続される。
さらに、複数の太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａにおいては、太陽電池セル１５１又は接地用太陽電池セル１５１ａの透明電極１７０ｃ及び光電変換層１７０ｂと、隣接する太陽電池セル１５１又は接地用太陽電池セル１５１ａの透明電極１７０ｃ及び光電変換層１７０ｂとの間には、裏面電極１７０ａにまで達する溝１８０ｃが形成されている。この溝１８０ｃによって、隣接する２つの太陽電池セル１５１同士、及び隣接する太陽電池セル１５１と接地用太陽電池セル１５１ａとは、分離されている。
上述したように、複数の太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａは、当該太陽電池セル１５１又は接地用太陽電池セル１５１ａの透明電極１７０ｃと隣接する太陽電池セル１５１又は接地用太陽電池セル１５１ａの裏面電極１７０ａとが接続されることにより、直列に接続される。
図２に示す本実施形態の光電変換装置２０１においては、両端部の太陽電池セル１５１の裏面電極１７０ａは、図示しない銅リボン等のリード線によってプラス（＋）端子として引き出され、真中又は略中央の太陽電池セル１５１の透明電極１７０ｃは、同様なリード線によってマイナス（−）端子として引き出され、両端部の接地用太陽電池セル１５１ａの裏面電極１７０ａは、接地用太陽電池セル１５１ａを介して接地された導電性基板１００に電気的に接続されることにより接地される。なお、導電性基板１００は、同様なリード線によって接地端子に接続されている。
なお、太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａは、図２に示す断面に垂直な方向（図２の紙面に直交する方向）に、矩形状の導電性基板１００の一辺にそって平行に延在するライン状に形成された短冊状の形状を有する。したがって、裏面電極１７０ａ及び透明電極１７０ｃも、同様に、導電性基板１００の辺に平行な一方向に長い短冊状の電極である。
本実施形態の太陽電池セル１５１は、集積型のＣＩＧＳ系太陽電池セル（ＣＩＧＳ系光電変換素子）と呼ばれるものであり、例えば、裏面電極１７０ａがモリブデン電極で、光電変換層１７０ｂがＣＩＧＳで、透明電極１７０ｃがＺｎＯで構成される。なお、バッファ層が形成される場合には、ＣｄＳで構成される。なお接地用太陽電池セル１５１ａも、同様な構成とされる。
なお、このような太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａは、例えば、公知のＣＩＧＳ系の太陽電池の製造方法により製造することができる。また、裏面電極１７０ａ間の溝１８０ａ、光電変換層１７０ｂに形成された裏面電極１７０ａにまで達する溝１８０ｂ、光電変換層１７０ｂ及び透明電極を一体として隣接する光電変換層１７０ｂ及び透明電極から分離するための裏面電極１７０ａに達する溝１８０ｃ等のライン状の溝部は、レーザスクライブまたはメカニカルスクライブにより形成することができる。
本実施形態の光電変換装置２０１において、太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａに、透明電極１７０ｃ側から光が入射されると、この光が透明電極１７０ｃおよびバッファ層（図示せず）を通過し、光電変換層１７０ｂに達すると起電力が発生し、例えば、透明電極１７０ｃから裏面電極１７０ａに向かう電流が発生する。なお、図２に示す矢印は、電流の向きを示すものであり、電子の移動方向は、電流の向きとは逆になる。このため、図２中、左側の端の太陽電池セル１５１の裏面電極１７０ａが正極（プラス（＋）極）になり、右側の端の太陽電池セル１５１の透明電極１７０ｃが負極（マイナス（−）極）になる。
次に、発電層１４０を構成する太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａの各要素について説明する。
太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａにおいて、裏面電極１７０ａおよび透明電極１７０ｃは、いずれも光電変換層１７０ｂで発生した電流を取り出すためのものである。裏面電極１７０ａおよび透明電極１７０ｃは、いずれも導電性材料からなる。光入射側の透明電極１７０ｃは透光性を有する必要がある。
裏面電極１７０ａは、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、又はＷ、及びこれらを組み合わせたものから構成される。この裏面電極１７０ａは、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。
裏面電極１７０ａは、厚さが１００ｎｍ以上であることが好ましく、０．４５〜１．０μｍであることがより好ましい。
また、裏面電極１７０ａの形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
透明電極１７０ｃは、例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、またはＳｎＯ２およびこれらを組み合わせたものにより構成される。この透明電極１７０ｃは、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。
また、透明電極１７０ｃの厚さは、特に制限されるものではなく、０．３〜１μｍが好ましい。
また、透明電極１７０ｃの形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
なお、透明電極１７０ｃ上に、ＭｇＦ２等の反射防止膜が形成されていても良い。
バッファ層は、透明電極１７０ｃの形成時の光電変換層１７０ｂを保護すること、透明電極１７０ｃに入射した光を光電変換層１７０ｂまで透過させるために形成される。
このバッファ層は、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、又はＺｎＳ（Ｏ、ＯＨ）およびこれらの組み合わせたものにより構成される。
バッファ層は、厚さが、０．０３〜０．１μｍが好ましい。また、このバッファ層は、例えば、ＣＢＤ（ケミカルバス）法、溶液成長法等により形成される。
なお、ＣＢＤ−ＣｄＳ等のバッファ層とＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極１７０ｃとの間に、例えば、ＺｎＯ等からなる高抵抗膜を形成しておいても良い。
光電変換層１７０ｂは、透明電極１７０ｃ及びバッファ層を通過して到達した光を吸収して電流が発生する層である。本実施形態において、光電変換層１７０ｂの構成は、特に制限されるものではなく、例えば、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であるのが好ましい。また、光電変換層１７０ｂは、Ｉｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であってもよい。
さらに光吸収率が高く、高い光電変換効率が得られることから、光電変換層１７０ｂは、ＣｕおよびＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のＩｂ族元素と、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のＩＩＩｂ族元素と、Ｓ、Ｓｅ、およびＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のＶＩｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。この化合物半導体としては、ＣｕＡｌＳ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＡｌＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、ＡｇＡｌＳ２、ＡｇＧａＳ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＡｌＳｅ２、ＡｇＧａＳｅ２、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＡｌＴｅ２、ＡｇＧａＴｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＡｌｘ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ、Ｓｅ）２、Ａｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２、およびＡｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ、Ｓｅ）２等が挙げられる。
光電変換層１７０ｂは、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、及び／又はこれにＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）を含むことが特に好ましい。ＣＩＳおよびＣＩＧＳはカルコパイライト結晶構造を有する半導体であり、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。また、光照射等による効率の劣化が少なく、耐久性に優れている。
光電変換層１７０ｂには、所望の半導体導電型を得るための不純物が含まれる。不純物は隣接する層からの拡散、および／又は積極的なドープによって、光電変換層１７０ｂ中に含有させることができる。光電変換層１７０ｂ中において、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の構成元素および／又は不純物には濃度分布があってもよく、ｎ型、ｐ型、およびｉ型等の半導体性の異なる複数の層領域が含まれていても構わない。
例えば、ＣＩＧＳ系においては、光電変換層１７０ｂ中のＧａ量に厚み方向の分布を持たせると、バンドギャップの幅／キャリアの移動度等を制御でき、光電変換効率を高く設計することができる。
光電変換層１７０ｂは、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の１種又は２種以上の半導体を含んでいてもよい。Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の半導体としては、Ｓｉ等のＩＶｂ族元素からなる半導体（ＩＶ族半導体）、ＧａＡｓ等のＩＩＩｂ族元素およびＶｂ族元素からなる半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）、およびＣｄＴｅ等のＩＩｂ族元素およびＶＩｂ族元素からなる半導体（ＩＩ−ＶＩ族半導体）等が挙げられる。光電変換層１７０ｂには、特性に支障のない限りにおいて、半導体、所望の導電型とするための不純物以外の任意成分が含まれていても構わない。
また、光電変換層１７０ｂ中のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の含有量は、特に制限されるものではない。光電変換層１７０ｂ中のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の含有量は、７５質量％以上が好ましく、９５質量％以上がより好ましく、９９質量％以上が特に好ましい。
本実施形態において、光電変換層１７０ｂをＣＩＧＳ層とした場合、ＣＩＧＳ層の成膜方法としては、１）多源同時蒸着法、２）セレン化法（セレン化／硫化法）、３）スパッタ法、４）ハイブリッドスパッタ法、及び５）メカノケミカルプロセス法等が知られている。
１）多源同時蒸着法としては、３段階法（Ｊ．Ｒ．Ｔｕｔｔｌｅ ｅｔ．ａｌ，Ｍａｔ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．，Ｖｏｌ．４２６（１９９６）ｐ．１４３．等）と、ＥＣグループの同時蒸着法（Ｌ．Ｓｔｏｌｔ ｅｔ ａｌ．：Ｐｒｏｃ．１３ｔｈ ＥＣＰＶＳＥＣ（１９９５，Ｎｉｃｅ）１４５１．等）とが知られている。
前者の３段階法は、高真空中で最初にＩｎ、Ｇａ、及びＳｅを基板温度３００℃で同時蒸着し、次に５００〜５６０℃に昇温してＣｕ及びＳｅを同時蒸着後、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｅをさらに同時蒸着する方法である。
後者のＥＣグループの同時蒸着法は、蒸着初期にＣｕ過剰ＣＩＧＳ、後半でＩｎ過剰ＣＩＧＳを蒸着する方法である。
ＣＩＧＳ膜の結晶性を向上させるため、上記方法に改良を加えた方法として、ａ）イオン化したＧａを使用する方法（Ｈ．Ｍｉｙａｚａｋｉ，ｅｔ．ａｌ， ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ａ），Ｖｏｌ．２０３（２００６）ｐ．２６０３．等）、ｂ）クラッキングしたＳｅを使用する方法（第６８回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００７秋 北海道工業大学）７Ｐ−Ｌ−６等）、ｃ）ラジカル化したＳｅを用いる方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００７春 青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１０等）、ｄ）光励起プロセスを利用した方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００７春 青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１４等）等が知られている。
２）セレン化法は２段階法とも呼ばれ、最初に、Ｃｕ層／Ｉｎ層または（Ｃｕ−Ｇａ）層／Ｉｎ層等の積層膜の金属プレカーサをスパッタ法、蒸着法、または電着法などで成膜し、これをセレン蒸気またはセレン化水素中で４５０〜５５０℃程度に加熱することにより、熱拡散反応によってＣｕ（Ｉｎ１-ｘＧａｘ）Ｓｅ２等のセレン化合物を生成する方法である。この方法を気相セレン化法と呼ぶ。このほか、金属プリカーサ膜の上に固相セレンを堆積し、この固相セレンをセレン源とした固相拡散反応によりセレン化させる固相セレン化法がある。
セレン化法においては、セレン化の際に生ずる急激な体積膨張を回避するために、金属プリカーサ膜に予めセレンをある割合で混合しておく方法（Ｔ．Ｎａｋａｄａ ｅｔ．ａｌ．，Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌｓ ３５（１９９４）２０４−２１４．等）、及び金属薄層間にセレンを挟み（例えばＣｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層…Ｃｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層と積層する）多層化プリカーサ膜を形成する方法（Ｔ．Ｎａｋａｄａ ｅｔ．ａｌ．，Ｐｒｏｃ． ｏｆ １０ｔｈ Ｅｕｒｏｐｅａｎ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｏｌａｒ Ｅｎｅｒｇｙ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ（１９９１）８８７−８９０． 等）が知られている。
また、グレーデッドバンドギャップＣＩＧＳ膜の成膜方法として、最初にＣｕ−Ｇａ合金膜を堆積し、その上にＩｎ膜を堆積し、これをセレン化する際に、自然熱拡散を利用してＧａ濃度を膜厚方向で傾斜させる方法がある（Ｋ．Ｋｕｓｈｉｙａ ｅｔ．ａｌ，Ｔｅｃｈ．Ｄｉｇｅｓｔ ９ｔｈ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｎｆ． Ｍｉｙａｚａｋｉ， １９９６（Ｉｎｔｎ．ＰＶＳＥＣ−９，Ｔｏｋｙｏ，１９９６）ｐ．１４９．等）。
３）スパッタ法としては、ＣｕＩｎＳｅ２多結晶をターゲットとした方法、Ｃｕ２ＳｅとＩｎ２Ｓｅ３をターゲットとし、スパッタガスにＨ２Ｓｅ／Ａｒ混合ガスを用いる２源スパッタ法（Ｊ．Ｈ．Ｅｒｍｅｒ，ｅｔ．ａｌ， Ｐｒｏｃ．１８ｔｈ ＩＥＥＥ Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ＳｐｅｃｉａｌｉｓｔｓＣｏｎｆ．（１９８５）１６５５−１６５８．等）、およびＣｕターゲットと、Ｉｎターゲットと、ＳｅまたはＣｕＳｅターゲットとをＡｒガス中でスパッタする３源スパッタ法（Ｔ．Ｎａｋａｄａ，ｅｔ．ａｌ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３２（１９９３）Ｌ１１６９−Ｌ１１７２．等）が知られている。
４）ハイブリッドスパッタ法としては、前述のスパッタ法において、ＣｕとＩｎ金属は直流スパッタで、Ｓｅのみは蒸着とするハイブリッドスパッタ法（Ｔ．Ｎａｋａｄａ，ｅｔ．ａｌ．，Ｊｐｎ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３４（１９９５）４７１５−４７２１．等）が知られている。
５）メカノケミカルプロセス法は、ＣＩＧＳの組成に応じた原料を遊星ボールミルの容器に入れ、機械的なエネルギーによって原料を混合してＣＩＧＳ粉末を得、その後、スクリーン印刷によって基板上に塗布し、アニールを施して、ＣＩＧＳの膜を得る方法である（Ｔ．Ｗａｄａ ｅｔ．ａｌ，Ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ａ），Ｖｏｌ．２０３（２００６）ｐ２５９３等）。
その他のＣＩＧＳ成膜法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、ＭＯＣＶＤ法、及びスプレー法などが挙げられる。例えば、スクリーン印刷法またはスプレー法等で、Ｉｂ族元素、ＩＩＩｂ族元素、及びＶＩｂ族元素を含む微粒子膜を基板上に形成し、熱分解処理（この際、ＶＩｂ族元素雰囲気での熱分解処理でもよい）を実施するなどにより、所望の組成の結晶を得ることができる（特開平９−７４０６５号公報、特開平９−７４２１３号公報等）。
上述の第１の実施形態の光電変換装置２０１（太陽電池モジュール）の太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａは、集積型のＣＩＧＳ系太陽電池セルであったが、本発明はこれに限定されず、本発明の光電変換装置（太陽電池モジュール）の太陽電池として機能する太陽電池セル（光電変換素子、特に、その光電変換層）の構成は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系太陽電池セル、タンデム構造系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム構造太陽電池セル）、直列接続構造（ＳＣＡＦ）系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ直列接続構造太陽電池セル）、ＣｄＴｅ（カドミウム・テルル）系太陽電池セル、III−Ｖ属系太陽電池セル、薄膜シリコン系太陽電池セル、色素増感系太陽電池セル、または有機系太陽電池セルであってもよいし、サブストレート型と呼ばれるものであっても、スーパーストレート型と呼ばれるものであっても良い。
なお、図２に示す実施形態の光電変換装置２０１では、裏面電極１７０ａ側が正極（＋極）、透明電極１７０ｃ側が負極（−極）であったが、本発明はこれに限定されず、太陽電池セルに応じて、裏面電極１７０ａ側を負極（−極）、透明電極１７０ｃ側を正極（＋極）としても良い。
例えば、太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａとして、タンデム構造系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム構造太陽電池セル）を用いる場合には、例えば、裏面電極１７０ａとして、Ａｇ（銀）及びＺｎＯが積層された電極を、透明電極１７０ｃとして、ＩＴＯを用い、光電変換層１７０ｂとして、例えば、ｎ型半導体層、微結晶シリコンやアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）等の真性半導体層、ｐ型半導体層が積層され、さらにその上に、ｎ型半導体層、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の真性半導体層、ｐ型半導体層が積層された光電変換層を用いることができる。
また、太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａとして、ＣｄＴｅ系太陽電池セルを用いる場合には、光電変換層１７０ｂとして、例えば、ＣｄＴｅ（カドミウム・テルル）型と呼ばれる光電変換層を用いることができる。
次に、接地用太陽電池セル１５１ａの導電層１６０について説明する。
導電層１６０は、本発明の最も特徴とする部分であって、接地用太陽電池セル１５１ａにおいて、導電性基板１００と裏面電極１７０ａとの間に非導電性層１３０の代わりに配置されるもので、導電性を有し、裏面電極１７０ａを接地された導電性基板１００に電気的に接続して導通させ、接地させるためのものである。
導電層１６０は、導電性基板１００の成分と非導電性層１３０の成分と裏面電極１７０ａの成分とが混合された状態となったもので、その結果導電性を持つようになったものである。
ここで、図２に示す例では、導電層１６０は、接地用太陽電池セル１５１ａの裏面電極１７０ａの下側部分にのみ形成され、溝１８０ａの下側部分には形成されておらず非導電性層１３０が残されているが、本発明はこれに限定されず、接地用太陽電池セル１５１ａ内であれば、溝１８０ａの下側部分や隣接する太陽電池セル１５１の裏面電極１７０ａの下側部分も導電層１６０となっていても良い。しかし、この場合には、接地用太陽電池セル１５１ａの裏面電極１７０ａと隣接する太陽電池セル１５１の裏面電極１７０ａとが短絡されるので、接地用太陽電池セル１５１ａは、発電には寄与しなくなる。
このような導電層１６０は、例えば、図４に示すように、接地用太陽電池セル１５１ａとなる太陽電池セル１５１の透明電極１７０ｃ上に超音波はんだ１９０を塗布し、超音波はんだ１９０が塗布された太陽電池セル１５１ａのみに加熱超音波処理を施すことにより、当該太陽電池セル１５１ａの超音波はんだ１９０が塗布された部分に対応する非導電性層１３０を破壊すると共に、破壊された非導電性層１３０に接していた導電性基板１００及び裏面電極１７０ａの表面を溶解して混合させ、導電性基板１００と裏面電極１７０ａと破壊された非導電性層１３０とを混合状態にすることにより形成することができる。なお、導電層１４の混合状態の形成は、特に明らかにされていないが、例えば、超音波はんだ１９０が塗布された太陽電池セル１５１ａのみに加熱超音波処理を施すことにより、当該太陽電池セル１５１ａの超音波はんだ１９０が塗布された部分に対応する非導電性層１３０を破壊して微細な空隙を生じさせて多孔質とすると共に、破壊された非導電性層１３０に接していた導電性基板１００及び裏面電極１７０ａの表面を溶解して破壊された非導電性層１３０の微細な空隙に浸入して行くことにより混合状態が形成されるものと推定される。なお、接地用太陽電池セル１５１ａの透明電極１７０ｃや光電変換層１７０ｂも破壊される場合には、これらや超音波はんだ１９０も混じった導電層１６０が形成されても良い。
はんだは接地用太陽電池セル１５１ａ全面に塗布しても良いが図４のように透明電極１７０ｃを一部に残しても良い。
また、はんだを塗布せずにセル上にはんだを供給しながら線状に順にはんだ付けしても構わないが、はんだを配置してから線上を一度にはんだ付けする、あるいは線状の複数個所を同時にはんだ付けするのが生産上好ましい。
なお、このようにして形成された導電層１６０の導電性は、導電層１６０の混合状態によって決まるものであると考えられるので、接地用太陽電池セル１５１ａとなる太陽電池セル１５１の構成や機能や発電機能の要否、特に非導電性層１３０等の厚さに応じて、超音波はんだ１９０の塗布量、加熱超音波処理における加熱温度、加熱時間、超音波の強さ及び超音波処理時間等を適切に制御することにより制御することができ、必要な導電性を得るようにすることができる。
導電層１６０の導電性と、太陽電池セル１５１の構成や機能、特に非導電性層１３０等の厚さと、超音波はんだ１９０の塗布量、加熱超音波処理における加熱温度、加熱時間、超音波の強さ及び超音波処理時間等との関係は、予め、実験やシミュレーション等により求めておけばよい。
本実施形態においては、上述のように導電層１６０を形成しているが、本発明はこれに限定されず、導電性材料からなる基板１０１上に非導電性層１３０が形成されていれば、光電変換装置の製造のどの段階で形成しても良い。
例えば、導電性基板１００上の非導電性層１３０の、接地用太陽電池セル１５１ａとなる該当部分に超音波はんだを塗布して加熱超音波処理を行って、破壊された非導電性層１３０と導電性基板１００と超音波はんだとが混合された導電層１６０を形成しておき、その後に、複数の太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａを形成するようにしても良い。また、導電性基板１００上の非導電性層１３０上に裏面電極１７０ａを形成した後、接地用太陽電池セル１５１ａとなる該当部分の裏面電極１７０ａに超音波はんだを塗布して加熱超音波処理を行って、破壊された非導電性層１３０と導電性基板１００と裏面電極１７０ａとが混合された導電層１６０、又はさらに超音波はんだも混合された導電層１６０を形成し、その上に順次、光電変換層１７０ｂ及び透明電極１７０ｃを形成して、複数の太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａを形成するようにしても良い。さらに、光電変換層１７０ｂを形成した後に、同様にして導電層１６０を形成し、その上に透明電極１７０ｃを形成して、複数の太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａを形成するようにしても良い。
これらの方法は、いずれも、導電層１６０を形成した後に、太陽電池セル１５１が完成することになるので、裏面電極１７０ａ、光電変換層１７０ｂ及び透明電極１７０ｃの１つ以上を形成する必要があることから、正確なアラインメントが必要となるため、太陽電池セル１５１を形成した後に、導電層１６０を形成する方が好ましい。
本発明の第１の実施形態の光電変換装置２０１は、基本的に以上のように構成されるものであり、以下のようにして製造される。
図５は、図１に示す本発明の第１実施形態の光電変換装置の製造方法の一例を示すフローチャートである。
図５に示すように、導電性基板１００としてＡｌ基板を用いて、上述した方法で陽極酸化処理を行い、表面に非導電性層１３０となる陽極酸化被膜を形成して、陽極酸化被膜を持つＡｌ基板を形成し、これを支持基板１１０として準備する（ステップＳ１００）。
もちろん、予め、陽極酸化被膜を持つＡｌ基板を支持基板１１０として準備しても良い。
次に、支持基板１１０の非導電性層１３０上に、上述したＤＣマグネトロンスパッタ法等の公知の成膜法によりＭｏを堆積してＭｏ膜を形成する（ステップＳ１０２）。
次に、こうして非導電性層１３０上に形成されたＭｏ膜を上述したレーザスクライビング法により切断して、パターン１にパターニングして溝１８０ａを形成し、裏面電極１７０ａを形成する（ステップＳ１０４）。
次に、非導電性層１３０上に形成された裏面電極１７０ａ上に、溝１８０ａを埋めるように、上述したセレン化／硫化法又は多源同時蒸着法等の公知の方法により光電変換層１７０ｂとなるＣＩＧＳ系化合物半導体膜（ｐ型ＣＩＧＳ系光吸収膜）を形成する（ステップＳ１０６）。
続いて、こうして形成されたＣＩＧＳ系化合物半導体膜上に、上述したＣＢＤ等の公知の方法によりバッファ層となるＣｄＳ膜（ｎ型高抵抗バッファ層）を形成する（ステップＳ１０８）。
次に、こうして裏面電極１７０ａ上に形成されたＣＩＧＳ系化合物半導体膜及びＣｄＳ膜を一体として、上述したメカニカルスクライビング法により切断して、パターン２にパターニングして裏面電極１７０ａにまで達する溝１８０ｂを形成し、光電変換層１７０ｂ及びバッファ層を形成する（ステップＳ１１０）。
続いて、こうして形成されたバッファ層（光電変換層１７０ｂ）上に、溝１８０ｂを埋めるように、上述したＭＯＣＶＤ法又はＲＦスパッタ法等の公知の方法により透明電極１７０ｃとなるＺｎＯ膜（ｎ型ＺｎＯ透明導電膜窓層）を形成する（ステップＳ１１２）。
次に、こうして形成されたＺｎＯ膜、バッファ層及び光電変換層１７０ｂを一体として、上述したメカニカルスクライビング法により切断して、パターン３にパターニングして、隣接する太陽電池セル１５１間に、裏面電極１７０ａにまで達する溝１８０ｃを形成し、各太陽電池セル１５１毎に光電変換層１７０ｂ、バッファ層及び透明電極１７０ｃを個々に分離して、複数の太陽電池セル１５１を形成する（ステップＳ１１４）。
続いて、予め設定されている接地用太陽電池セル１５１ａとなる太陽電池セル１５１の透明電極１７０ｃ上に超音波はんだ１９０を塗布する（ステップＳ１１６）。
次に、超音波はんだ１９０が塗布された太陽電池セル１５１の透明電極１７０ｃに選択的に加熱超音波処理を施し、その非導電性層１３０を破壊してその成分と導電性基板１００の成分と裏面電極１７０ａの成分とを混合して導電層１６０を形成する（ステップＳ１１８）。
こうして、本実施形態の光電変換装置２０１が形成される（ステップＳ１１８）。
次に、本発明の第２の実施形態の光電変換装置について説明する。
図６は、本発明の半導体装置の第２の実施形態の光電変換装置２０２（太陽電池モジュール）の模式的断面図である。
なお、図６に示す本実施形態の光電変換装置２０２と、図１に示す第１の実施形態の光電変換装置２０１とは、接地用太陽電池セル１５１ａの導電層１６０の構成が異なる以外は、同一の構成を有するものであり、同一構成要素には同一参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
図６に示すように、本実施形態の光電変換装置２０２は、第１の実施形態の光電変換装置２０１の接地用太陽電池セル１５１ａの導電層１６０の代わりに、隣接する太陽電池セル１５１から延在する裏面電極１７０ａが直接導電性基板１００と光電変換層１７０ｂとの間に配置されて導電層１６０が形成されている。したがって、本実施形態の光電変換装置２０２では、裏面電極１７０ａと接地された導電性基板１００とが直接接触して電気的に導通しているので、接地用太陽電池セル１５１ａの裏面電極１７０ａを導電性基板１００を介して接地することができる。
したがって、本実施形態の光電変換装置２０２においても、上述した第１の実施形態の光電変換装置２０１と同様に、太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａの構成は、どのような太陽電池セル（光電変換素子、光電変換層）であっても良いのはもちろんである。
このような光電変換装置２０２の導電層１６０は、接地用太陽電池セル１５１ａに該当する部分のみに陽極酸化膜などの非導電性層１３０が形成されておらず、他の部分には陽極酸化膜などの非導電性層１３０が形成されているＡｌ基板などの導電性基板１００からなる支持基板１１０を用いて、上述した第１の実施形態の光電変換装置２０１の場合と同様に、発電層１４０を形成し、すなわち順次、裏面電極１７０ａ及び導電層１６０と、光電変換層１７０ｂ及びバッファ層と、透明電極１７０ｃとを形成し、複数の太陽電池セル１５１及び接地用太陽電池セル１５１ａを形成することができる。こうして、本実施形態の光電変換装置２０２を形成することができる。
なお、接地用太陽電池セル１５１ａに該当する部分のみに非導電性層１３０が形成されていない導電性基板１００からなる支持基板１１０の代わりに、陽極酸化Ａｌ基板のように導電性基板１００の全面に非導電性層１３０が形成された支持基板１１０の接地用太陽電池セル１５１ａに該当する部分の陽極酸化膜などの非導電性層１３０をスクライブやエッチング等で取り除いた状態の支持基板１１０を用い、同様に、裏面電極１７０ａの蒸着から始まる発電層１４０を形成して、本実施形態の光電変換装置２０２を形成しても良い。
なお、第１の実施形態の光電変換装置２０１（太陽電池モジュール）および第２の実施形態の光電変換装置２０２（太陽電池モジュール）のいずれにおいても、導電性フレームを備えていてもよい。この導電性フレームとは、太陽電池モジュールを野地板や防水下葺材などの屋根下地材の上に載置するために、太陽電池モジュールの周端縁部、すなわち、棟側、軒側、左側、右側の端縁部に装着される太陽電池モジュール用部材のことである。導電性フレームとしては、施工性や耐環境性などに適したアルミフレームが主に用いられる。
さらには、第１の実施形態の光電変換装置２０１（太陽電池モジュール）および第２の実施形態の光電変換装置２０２（太陽電池モジュール）のいずれにおいても、直列接続して太陽電池ストリングとしてもよい。さらには、この太陽電池ストリングを並列接続することにより太陽電池アレイとしてもよい。
以下、第１の実施形態の光電変換装置２０１、第２の実施形態の光電変換装置２０２、従来の光電変換装置２０３、および一般的な光電変換装置として特許文献１の図７に記載の太陽電池モジュール５０を比較する。
第１の実施形態の光電変換装置２０１、第２の実施形態の光電変換装置２０２、従来の光電変換装置２０３、および一般的な光電変換装置として特許文献１図７に記載の太陽電池モジュール５０においては、それぞれ、例えば、短辺５ｍｍ、長辺１０００ｍｍの太陽電池セル１５１を３０７個並べることにより、それぞれ１００Ｗ出力できる光電変換装置とすることができる。このときの第１の実施形態の光電変換装置２０１、第２の実施形態の光電変換装置２０２、従来の光電変換装置２０３、および一般的な光電変換装置として特許文献１図７に記載の太陽電池モジュール５０の各発電層１４０において、複数の太陽電池セルの中央にある１つまたは２つの太陽電池セルの端部Ｘ１１、Ｘ１２、複数の太陽電池セルの両端にある２つの太陽電池セルの端部Ｘ２１、Ｘ２２、Ｘ２３、Ｘ２４、複数の太陽電池セルの両端にある２つの太陽電池セルの中央部Ｘ３１、Ｘ３２の各点における太陽電池セルと導電性基板との間の電位差ＶＸ１１、ＶＸ１２、ＶＸ２１、ＶＸ２２、ＶＸ２３、ＶＸ２４、ＶＸ３１、ＶＸ３２を下記表１に示した。
Figure 2012238789
上記表１から、同じ出力であっても光電変換装置２０１は各太陽電池セルと導電性基板との間の電位差が小さくなっていることがわかる。従って、発電層と導電性基板との間に要求される耐電圧ＶＷを小さくすることができるため、絶縁耐電圧性を優れたものとすることができる。
以上のようにして、本発明の第１の実施形態の光電変換装置２０１第１及び第２の実施形態の光電変換装置２０１においては、接地用太陽電池セル１５１ａが発電層１４０の両端周辺に配置され、残りの太陽電池セル１５１がこれと隣接して一直線上に配置され、直列接続される２つの配列が並列に接続されることにより、太陽電池セル１５１ｄは全ての太陽電池セル１５１の中で導電性基板１００との電位差Ｖ１ｄが最も大きな太陽電池セル１５１となる。従って、耐電圧ＶＷが小さくなるために、絶縁性が向上し、絶縁耐電圧性を優れたものとなる。
本発明は、基本的に以上のように構成されるものである。以上、本発明の半導体装置として光電変換装置を例にして詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良または変更をしてもよいのはもちろんである。
１００ 導電性基板
１１０ 支持基板
１３０ 非導電性層
１４０ 発電層
１５１ 太陽電池セル
１５１ａ 接地用太陽電池セル
１５１ｄ 太陽電池セル
１５３ 太陽電池セル
１５３ａ 太陽電池セル
１５３ｂ 太陽電池セル
１５３ｄ 太陽電池セル
１６０ 導電層
１７０ａ 裏面電極
１７０ｂ 光電変換層
１７０ｃ 透明電極
１８０ａ Ｐ１スクライブの溝
１８０ｂ Ｐ２スクライブの溝
１８０ｃ Ｐ３スクライブの溝
１９０ 超音波はんだ
２０１ 光電変換装置
２０２ 光電変換装置
２０３ 光電変換装置
Ｘ１１ 複数の太陽電池セルの中央にある１つまたは２つの太陽電池セルの端部
Ｘ１２ 複数の太陽電池セルの中央にある１つまたは２つの太陽電池セルの端部
Ｘ２１ 複数の太陽電池セルの両端にある２つの太陽電池セルの端部
Ｘ２２ 複数の太陽電池セルの両端にある２つの太陽電池セルの端部
Ｘ２３ 複数の太陽電池セルの両端にある２つの太陽電池セルの端部
Ｘ２４ 複数の太陽電池セルの両端にある２つの太陽電池セルの端部
Ｘ３１ 複数の太陽電池セルの両端にある２つの太陽電池セルの中央部
Ｘ３２ 複数の太陽電池セルの両端にある２つの太陽電池セルの中央部

Claims (20)

  1. 導電性材料からなる導電性基板と、
    前記導電性基板の表面の少なくとも一部に設けられた非導電性層と、
    前記非導電性層上に設けられる複数の半導体素子と、
    前記複数の半導体素子を電気的に接続する配線と、
    前記導電性基板と、前記半導体素子または前記配線とを接続する少なくとも１つの電気的接続部とを有し、
    前記導電性基板との電位差が最大となる前記半導体素子は、前記複数の半導体素子によって作られる配列の幾何学的な末端を除く位置に配置されていることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記少なくとも１つの電気的接続部に、前記配列の少なくとも１つの末端から前記複数の半導体素子の数の１０％の範囲に位置する少なくとも１つの半導体素子が接しており、前記電気的接続部に接する前記半導体素子が複数の場合、互いに等電位である請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記少なくとも１つの電気的接続部に、前記配列の少なくとも１つの末端から前記複数の半導体素子の数の５％の範囲に位置する少なくとも１つの半導体素子が接しており、前記電気的接続部に接する前記半導体素子が複数の場合、互いに等電位である請求項１または２に記載の半導体装置。
  4. 前記少なくとも１つの電気的接続部に、前記配列の少なくとも１つの末端に位置する半導体素子が接しており、前記電気的接続部に接する前記半導体素子が複数の場合、互いに等電位である請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体装置。
  5. 前記非導電性層は、前記導電性基板を陽極酸化処理することにより形成されたものであり、前記複数の半導体素子のうち、最大電位となる少なくとも１つの半導体素子は前記電気的接続部と接している請求項１に記載の半導体装置。
  6. 前記複数の半導体素子は、同心円状に配置されており、
    前記導電性基板との電位差が最大となる少なくとも１つの半導体素子は、前記同心円状の配置の中心に配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  7. 前記複数の半導体素子が一直線上に配置され、直列接続される２つの配列が並列に接続される請求項１〜５のいずれか１項に記載の半導体装置。
  8. 前記導電性基板は、アルミニウムからなる基板である請求項５に記載の半導体装置。
  9. 前記導電性基板は、複合材料からなる複合アルミニウム基板である請求項５に記載の半導体装置。
  10. 前記複合アルミニウム基板は、鋼板とアルミニウム板とのクラッド板、またはステンレス板とアルミニウム板とのクラッド板である請求項９に記載の半導体装置。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体素子は、太陽電池として機能する光電変換素子であり、前記光電変換素子を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
  12. 前記太陽電池は薄膜型太陽電池である請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
  13. 前記薄膜型太陽電池は集積型薄膜太陽電池である請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
  14. 前記太陽電池は、ＣＩＳ系薄膜型太陽電池、ＣＩＧＳ系薄膜型太陽電池、薄膜シリコン系薄膜型太陽電池、ＣｄＴｅ系薄膜型太陽電池、III−Ｖ属系薄膜型太陽電池、色素増感系薄膜型太陽電池および有機系薄膜型太陽電池のいずれか１つの薄膜型太陽電池である請求項１１〜１３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  15. 前記太陽電池は、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体を有する請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  16. 前記太陽電池は、Ｉｂ属元素とIIIｂ属元素とVIｂ属元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体を有する請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  17. 前記太陽電池は、Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のＩｂ属元素と、Ａｌ、Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ属元素と、Ｓ、Ｓｅ及びＴｅからなる群より選択された少なくとも１種のVIｂ属元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体を有する請求項１１〜１６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  18. 導電性フレームを備える請求項１１〜１７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  19. 請求項１１〜１８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールを直列接続することによって作られることを特徴とする太陽電池ストリング。
  20. 請求項１９に記載の太陽電池ストリングを並列接続することによって作られることを特徴とする太陽電池アレイ。
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