JP2013098190A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、光電変換装置に関する。 The present invention relates to a photoelectric conversion device.
太陽光発電などに使用される光電変換装置として、絶縁体の基板の上に複数の光電変換素子が設けられたものがある(例えば、特許文献1など)。該各光電変換素子においては、下部電極層と半導体層と透明電極層とがこの順に積層されている。そして、該各光電変換素子では、透明電極層を透過する光が半導体層に照射されることで、該半導体層における光電変換によって発生する電荷が下部電極層と透明電極層とによって取り出される。 As a photoelectric conversion device used for solar power generation or the like, there is one in which a plurality of photoelectric conversion elements are provided on an insulating substrate (for example, Patent Document 1). In each photoelectric conversion element, a lower electrode layer, a semiconductor layer, and a transparent electrode layer are laminated in this order. In each photoelectric conversion element, the semiconductor layer is irradiated with light that passes through the transparent electrode layer, so that charges generated by photoelectric conversion in the semiconductor layer are extracted by the lower electrode layer and the transparent electrode layer.
また、各光電変換素子において透明電極層の上に線状の電極部がそれぞれ設けられることで、透明電極層をある程度薄くすることが可能となる。これにより、透明電極層における光の透過率が高まり、各光電変換素子における変換効率が高まり得る。さらに、各光電変換素子に設けられた線状の電極部が隣の光電変換素子の下部電極層に電気的に接続されることで、隣り合う光電変換素子同士が電気的に直列に接続される。これにより、光電変換装置から出力される電圧が高められ得る。 Moreover, in each photoelectric conversion element, a linear electrode part is provided on the transparent electrode layer, whereby the transparent electrode layer can be made thin to some extent. Thereby, the transmittance | permeability of the light in a transparent electrode layer increases, and the conversion efficiency in each photoelectric conversion element can increase. Furthermore, the linear electrode part provided in each photoelectric conversion element is electrically connected to the lower electrode layer of an adjacent photoelectric conversion element, and adjacent photoelectric conversion elements are electrically connected in series. . Thereby, the voltage output from the photoelectric conversion device can be increased.
ところで、上記光電変換装置において、線状の電極部は、銀ペーストをスクリーン印刷することによって形成されている。透明電極層および半導体層の各部材は、製法上の不具合等によって、クラック等の欠陥が生じる場合がある。このような場合、上記スクリーン印刷時において、銀ペーストの一部が欠陥を通って下部電極層に到達することによって、リークが生じ得る可能性が高まっていた。 By the way, in the said photoelectric conversion apparatus, the linear electrode part is formed by screen-printing silver paste. Each member of the transparent electrode layer and the semiconductor layer may have a defect such as a crack due to a manufacturing defect or the like. In such a case, at the time of the screen printing, a part of the silver paste passes through the defect and reaches the lower electrode layer, thereby increasing the possibility of leakage.
本発明の一つの目的は、リークの発生を低減し、信頼性の高い光電変換装置を提供することにある。 One object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that reduces the occurrence of leakage and has high reliability.
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、該基板上に設けられた第1電極層と、該第1電極層上に設けられた光電変換層とを有している。さらに、本態様は、前記光電変換層上に設けられた第2電極層と、該第2電極層上に設けられた線状導電部とを備えている。そして、本態様において、前記第1電極層は、絶縁部を有している。このとき、前記絶縁部は、平面視したときに前記線状導電部と重なる位置にある。 In order to solve the above problem, a photoelectric conversion device according to one embodiment includes a substrate, a first electrode layer provided over the substrate, and a photoelectric conversion layer provided over the first electrode layer. ing. Furthermore, this aspect includes a second electrode layer provided on the photoelectric conversion layer, and a linear conductive portion provided on the second electrode layer. In this aspect, the first electrode layer has an insulating portion. At this time, the insulating part is in a position overlapping the linear conductive part when viewed in plan.
上記一態様に係る光電変換装置によれば、第1電極層と線状導電部との電気的な接続で生じ得るリークの発生が低減されることによって、光電変換装置の信頼性が向上する。 According to the photoelectric conversion device according to the above aspect, the reliability of the photoelectric conversion device is improved by reducing the occurrence of leakage that may be caused by electrical connection between the first electrode layer and the linear conductive portion.
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乃至図5、図6および図7には、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。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the drawings, parts having the same configuration and function are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted in the following description. Further, the drawings are schematically shown, and the sizes and positional relationships of various structures in the drawings are not accurately illustrated. 1 to 5, 6, and 7 are provided with a right-handed XYZ coordinate system in which the arrangement direction of photoelectric conversion cells 10 (the horizontal direction in the drawing in FIG. 1) is the X-axis direction.
<(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乃至図4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。隣り合う光電変換セル10は溝部P3によって分離されている。図1乃至図3では、図示の都合上、2つの光電変換セル10の一部のみが示されている。光電変換装置100には、図面の左右方向に、所定数の光電変換セル10が平面的に配列され得る。ここで、所定数は、例えば8などであれば良い。そして、例えば、光電変換装置100のX軸方向の両端部に、発電による電圧および電流を得るための電極が配され得る。なお、光電変換装置100には、例えば、多数の光電変換セル10がマトリックス状に配置されていても良い。
<(1) Configuration of photoelectric conversion device>
<(1-1) Schematic configuration of photoelectric conversion device>
As shown in FIGS. 1 to 4, the
なお、光電変換装置100では、多数の光電変換セル10が高密度に平面的に配置されていれば、変換効率が向上する。変換効率は、光電変換装置100において太陽光のエネルギーが電気エネルギーに変換される割合を示す。例えば、変換効率は、光電変換装置100から出力される電気エネルギーの値が、光電変換装置100に入射される太陽光のエネルギーの値で除されて、100が乗じられることで導出され得る。
In the
<(1−2)光電変換セルの基本的な構成>
各光電変換セル10は、第1電極層としての下部電極層2、光電変換層3、第2電極層としての上部電極層4、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P1と溝部P2とが配されている。そして、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。
<(1-2) Basic configuration of photoelectric conversion cell>
Each
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には、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。なお、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。
The
下部電極層2は、基板1の上面の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には、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。
The
光電変換層3は、下部電極層2の上に配されている。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の上に積層されている。
The
光吸収層31は、下部電極層2の+Z側の主面(上面とも言う)の上に配されている。該光吸収層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適用され得る。なお、第1導電型は、例えばp型の導電型であれば良い。
The light absorption layer 31 is disposed on the main surface (also referred to as the upper surface) on the + Z side of the
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。 The I-III-VI group compound semiconductor is a semiconductor mainly containing an I-III-VI group compound. Note that the semiconductor mainly containing the I-III-VI group compound means that the semiconductor contains 70 mol% or more of the I-III-VI group compound. Also in the following description, “mainly included” means “70 mol% or more included”. I-III-VI group compounds mainly consist of group IB elements (also referred to as group 11 elements), group III-B elements (also referred to as group 13 elements), and group VI-B elements (also referred to as group 16 elements). It is a compound contained in.
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。ここでは、光吸収層31が、CIGSを主に含むものとする。 Examples of the I-III-VI group compound include Cu (In, Ga) Se 2 (also referred to as CIGS), Cu (In, Ga) (Se, S) 2 (also referred to as CIGSS), and CuInSe 2 (also referred to as CIS). Say) can be employed. Cu (In, Ga) Se 2 is a compound mainly containing Cu, In, Ga, and Se. Cu (In, Ga) (Se, S) 2 is a compound mainly containing Cu, In, Ga, Se, and S. Here, the light absorption layer 31 shall mainly contain CIGS.
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。 If the light absorption layer 31 mainly contains an I-III-VI group compound semiconductor, the efficiency of photoelectric conversion by the light absorption layer 31 can be improved even if the thickness of the light absorption layer 31 is 10 μm or less. obtain. For this reason, the thickness of the light absorption layer 31 should just be about 1 micrometer or more and about 3 micrometers or less, for example.
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。
The light absorption layer 31 can be formed by a vacuum process such as a sputtering method or an evaporation method. The light absorption layer 31 can also be formed by a process called a coating method or a printing method. In the coating method or the printing method, for example, a solution containing a metal element mainly contained in the light absorption layer 31 is applied on the
バッファ層32は、光吸収層31の+Z側の主面(上面とも言う)の上に配されており、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。
The buffer layer 32 is disposed on the main surface (also referred to as an upper surface) on the + Z side of the light absorption layer 31 and mainly includes a semiconductor having a second conductivity type different from the first conductivity type of the light absorption layer 31. Including. Here, semiconductors having different conductivity types are semiconductors having different conductive carriers. The second conductivity type may be an n-type conductivity type, for example. The conductivity type of the light absorption layer 31 may be n-type, and the conductivity type of the buffer layer 32 may be p-type. Here, a heterojunction region is formed between the light absorption layer 31 and the buffer layer 32. For this reason, in the
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。なお、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。
The buffer layer 32 mainly includes a compound semiconductor. Examples of compound semiconductors included in the buffer layer 32 include CdS, In 2 S 3 , ZnS, ZnO, In 2 Se 3 , In (OH, S), (Zn, In) (Se, OH), and (Zn, Mg) O or the like can be employed. If the buffer layer 32 has a resistivity of 1 Ω · cm or more, the generation of leakage current can be suppressed. The buffer layer 32 can be formed by, for example, a chemical bath deposition (CBD) method.
また、バッファ層32は、光吸収層31の上面の法線方向に厚さを有する。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の上に上部電極層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。
The buffer layer 32 has a thickness in the normal direction of the upper surface of the light absorption layer 31. The thickness of the buffer layer 32 may be, for example, 10 nm or more and 200 nm or less. If the thickness of the buffer layer 32 is not less than 100 nm and not more than 200 nm, the buffer layer 32 is less likely to be damaged when the
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)の上に設けられている。そして、該上部電極層4は、例えば、n型の導電型を有する透明の導電層(透明導電層とも言う)である。該上部電極層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、窓層と透明導電層とが含まれても良い。
The
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、Snが含まれたITOおよびSnO2などの金属酸化物半導体などが採用され得る。ZnOの化合物は、Al、B、Ga、InおよびFのうちの何れか1つの元素などが含まれたものであれば良い。
The
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。
The
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。
Here, if the buffer layer 32 and the
線状導電部5は、上部電極層4の上面の上に配されている。また、線状導電部5は、複数設けられている場合、Y軸方向に離間しており、各線状導電部5がX軸方向に延在している。線状導電部5は、例えば、金属ペーストが上部電極層4の上面の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、銅、アルミニウム、ニッケルならびに亜鉛と銀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。
The linear
線状導電部5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。線状導電部5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。また、線状導電部5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線状導電部5のY方向における間隔は、例えば、2.5mm程度であれば良い。
The linear
集電部6は、連結部6aおよび垂下部6cを備えている。連結部6aは、Y軸方向に延在している。そして、連結部6aには、各線状導電部5が電気的に接続されている。垂下部6cは、図3で示されるように、連結部6aの下部に接続され、溝部P2を通って隣の光電変換セル10から延伸されている下部電極層2に接続され得る。
The
上部電極層4および複数の線状導電部5によって集電された電荷は、垂下部6cを通じて、隣の光電変換セル10に伝達される。これにより、光電変換装置100においては、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。
The charges collected by the
<(1−3)溝部の配置とその役割>
溝部P1は、Y軸方向に直線状に延在している。1以上の該溝部P1が配されていることで、複数の下部電極層2がX軸方向に分離されている。図2では、2つの下部電極層2が示されている。溝部P1には、直上に配された光吸収層31の延在部分が埋入している。これにより、隣り合う光電変換セル10において、一方の光電変換セル10の下部電極層2と、他方の光電変換セル10の下部電極層2とが電気的に分離されている。溝部P1の幅は、例えば、線状導電部5の幅と同程度の50μm以上で且つ400μm以下程度であれば良い。
<(1-3) Arrangement of groove and its role>
The groove part P1 extends linearly in the Y-axis direction. Since the one or more groove portions P1 are arranged, the plurality of
溝部P2は、Y軸方向に直線状に延在している。そして、該溝部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部をX軸方向に分離している。
The groove part P2 extends linearly in the Y-axis direction. The groove portion P2 is disposed from the upper surface of the
溝部P3は、隣り合う光電変換セル10の間においてY軸方向に延在している。そして、該溝部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。つまり、溝部P3は、隣り合う光電変換セル10を分離する領域である。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。
The groove part P3 extends in the Y-axis direction between the adjacent
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、+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、各光電変換セル10においては、下部電極層2の上から溝部P1を越えて、隣の下部電極層2の上に至るまで光電変換層3が配されている。ここで、隣の下部電極層2は、隣の光電変換セル10から延伸している下部電極層2である。
Further, when each
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、発電に寄与する領域となる。
Further, when each
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。
In the present embodiment, in each
<(1−4)下部電極層の絶縁部の構成および配置>
下部電極層2は、図4で示されるように、絶縁部2Aを有している。なお、図4で示されている絶縁部2Aは、下部電極層2の一部が除去されることによって得られた隙間2Aaである。隙間2Aaでは、下部電極層2が除去されているため、基板1の上面が露出している。そして、このような絶縁部2Aは、XY平面で平面視したときに、線状導電部5と重なる位置に設けられている。すなわち、絶縁部2Aは、図4で示されるように、光電変換層3および上部電極層4を介して線状導電部5の直下に位置するように配置されている。これにより、Z方向に縦断するような欠陥が光電変換層3および上部電極層4に生じていても、線状導電部5となり得る金属ペーストが上部電極層4に塗布された際に、該金属ペーストが上記欠陥を通って下部電極層2と電気的に接続されにくくなる。これは、光電変換層3および上部電極層4に存在する欠陥から下部電極層2に向かって流出される金属ペーストが、絶縁部2A上に滞留するためである。なお、図4で示されたように、絶縁部2Aが隙間2Aaで構成されている場合は、隙間2Aaが設けられた基板1の上面に上記金属ペーストが滞留することとなる。このような事象は、上記金属ペーストが塗布される位置、すなわち、線状導電部5が配される位置に応じて、絶縁部2Aが配されているからである。これにより、金属ペーストは、上記欠陥を介して下部電極層2と電気的に接続されにくくなる。その結果、線状導電部5と下部電極層2との電気的な接続に起因するリークが低減されるため、光電変換装置100の信頼性が向上する。
<(1-4) Configuration and Arrangement of Insulating Portion of Lower Electrode Layer>
As shown in FIG. 4, the
図4で示されたような隙間2Aaの大きさは、線状導電部5と同等の大きさであれば良い。これにより、下部電極層2の高抵抗化が低減され得る。また、隙間2Aaは、下部電極層2に溝部P1の形成方法と同様の方法で形成され得る。
The size of the
また、絶縁部2Aが隙間2Aaで構成されている場合、図5で示されているように、該隙間2Aaに向かって露出する基板1の上面の上にアルカリバリア層7が設けられていてもよい。すなわち、アルカリバリア層7は、隙間2Aaを埋めるように設けられている。これにより、基板1にカリウム、ナトリウム等のアルカリ金属元素が含有されている場合、該アルカリ金属元素の光電変換層3内への過度な拡散を低減できる。それゆえ、アルカリバリア層7は、アルカリ金属元素の拡散を制御する機能を有している。
Further, when the insulating
アルカリバリア層7としては、例えば、SiO2、Ai2O3またはSi3N4等が挙げられる。また、アルカリバリア層7のZ方向における厚みは、100〜400nmであれば良い。
Examples of the
<(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6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。
<(2) Manufacturing process of photoelectric conversion device>
Here, an example of a manufacturing process of the
まず、ステップSp1では、略矩形の盤面を有する平板状の基板1が準備される。
First, in step Sp1, a
ステップSp2では、洗浄された基板1の一主面の略全面に、スパッタリング法または蒸着法などが用いられて、下部電極層2が形成される。
In step Sp2, the
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、一方向(ここでは図1等に示されているY軸方向)に直線状に延在する溝部P1が形成される。溝部P1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。
In step Sp3, a straight line extends in one direction (in this case, the Y-axis direction shown in FIG. 1 and the like) from a predetermined formation target position on the upper surface of the
ステップSp4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、一方向(ここでは図1等に示されているX軸方向)に直線状に延在する絶縁部2A(隙間2Aa)が形成される。隙間2Aa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。絶縁部2Aの形成対象位置は、ステップSp10で形成され得る線状導電部5のパターンに合わせて決定され得る。なお、絶縁部2Aは、予め、隙間2Aaを有するパターンになるように下部電極層2をスパッタリング法で形成してもよい。このとき、溝部P1も同様の方法で形成し得る。一方、隙間2Aaにアルカリバリア層7を形成する場合は、例えば、SiO2層をスパッタリング法またはCVD法を用いて作製すれば良い。
In step Sp4, a straight line extends in one direction (in this case, the X-axis direction shown in FIG. 1 and the like) from a predetermined formation target position on the upper surface of the
ステップSp5では、下部電極層2の上に、光吸収層31に主に含まれる金属元素を含む皮膜が形成される。皮膜は、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。
In step Sp <b> 5, a film containing a metal element mainly contained in the light absorption layer 31 is formed on the
ステップSp6では、皮膜に対する加熱処理が行われることで、皮膜における化合物半導体の結晶化が進み、光吸収層31が形成される。 In step Sp6, the heat treatment is performed on the film, so that the crystallization of the compound semiconductor in the film proceeds and the light absorption layer 31 is formed.
ステップSp7では、光吸収層31の上にバッファ層32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。
In Step Sp7, the buffer layer 32 is formed on the light absorption layer 31. Thereby, the
ステップSp8では、光電変換層3の上に上部電極層4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の上に、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。
In Step Sp8, the
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下部電極層2の上面に至る領域に、一方向(ここでは図1等に示されているY軸方向)に直線状に延在する溝部P2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。
In step Sp9, in a region extending from a predetermined formation target position to the upper surface of the
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溝部P2の内部にかけて線状導電部5および集電部6(連結部6aおよび垂下部6c)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。
In Step Sp10, the linear
ステップSp11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(ここでは図1等に示されているY軸方向)に直線状に延在する溝部P3(図1乃至図3参照)が形成される。これにより、基板1の上に複数の光電変換セル10が配されている光電変換装置100が得られる。溝部P3は、例えば、溝部P2と同様に、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。
In step Sp11, in a region extending from a predetermined formation target position to the upper surface of the
なお、本発明は上記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。 The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes and improvements can be made without departing from the scope of the present invention.
例えば、上記一実施形態では、直列に接続された複数の光電変換セル10が光電変換装置100に含まれていたが、これに限られない。例えば、光電変換装置100には、1以上の光電変換セル10が含まれていれば良い。
For example, in the above-described embodiment, the
また、上記一実施形態では、光吸収層31が、カルコパイライト系の化合物半導体であ
るI−III−VI族化合物半導体を主に含む例が挙げられたが、これに限られない。例えば、光吸収層31に主に含まれる半導体は、その他のカルコゲン元素を含む化合物半導体であっても良い。その他のカルコゲン元素を含む化合物半導体としては、例えば、Cu、Zn、Sn、Sの4元素を主に含むI−II−IV−VI族化合物半導体(CZTS)およびCdとTeの2元素を主に含むII−VI族化合物半導体などが採用され得る。また、光吸収層31に主に含まれる半導体は、例えば、非晶質のシリコンであっても良い。
Moreover, in the said one Embodiment, although the light absorption layer 31 gave the example which mainly contains the I-III-VI group compound semiconductor which is a chalcopyrite type compound semiconductor, it is not restricted to this. For example, the semiconductor mainly contained in the light absorption layer 31 may be a compound semiconductor containing other chalcogen elements. As other compound semiconductors containing chalcogen elements, for example, I-II-IV-VI group compound semiconductors (CZTS) mainly containing four elements of Cu, Zn, Sn, and S and two elements of Cd and Te are mainly used. Including II-VI group compound semiconductors may be employed. The semiconductor mainly included in the light absorption layer 31 may be amorphous silicon, for example.
また、上記一実施形態において、絶縁部2Aを隙間2Aaから絶縁層2Abに代えてもよい。このとき、絶縁層2Abは、図7で示されるように、下部電極層2の導電部2Bの上に設けられる。すなわち、絶縁層2Abは、下部電極層2の導電部2Bよりも光電変換層3側に位置している。これにより、光電変換層3および上部電極層4に欠陥が生じていても、該欠陥を介して下部電極層2の導電部2Bに到達し得る金属ペーストが絶縁層2Ab上に滞留しやすくなる。それゆえ、下部電極層2の導電部2Bと線状導電部5との電気的な接続によるリークの発生が低減され得る。このような絶縁層2Abとしては、例えば、ガラスが挙げられる。このようなガラスとしては、例えば、石英ガラスが挙げられる。また、このようなガラスは、酸化アルミニウム(Al2O3)が含まれたソーライムガラス等であっても良い。また、絶縁層2AbのZ方向における厚みは、100nm以上で且つ500nmであれば良い。これにより、絶縁層2Abの絶縁抵抗が確保されやすい。このような絶縁層2Abは、例えば、スパッタリング法などを用いて、所望のパターン形状を有するように形成され得る。また、絶縁層2Abは、下部電極層2の導電部2Bの上面の全面にガラス材料をスパッタリング法で配した後、所望のパターン形状となるようにエッチング処理を施すことによって形成されても良い。
In the above embodiment, the insulating
一方で、絶縁部2A(絶縁層2Ab)は、図8で示されるように、XY平面で平面視したときに、線状導電部5よりも面積が大きくても良い。なお、図8では、XY平面で平面透視して見え得る絶縁層2Abが点線で囲われた部位として示されている。これにより、金属ペーストを塗布した際に、にじみ等によって金属ペーストが所望の位置より広がっても、絶縁層2Ab上で金属ペーストを滞留させやすくなる。その結果、リークがより発生しにくくなる。このとき、1本の線状導電部5の直下に位置する絶縁層2Abの大きさは、線状導電部5の面積よりも1.1〜2倍であれば良い。これにより、上部電極層4の集電作用の過度な低下を小さくしつつ、上述したリークの発生を低減できる。なお、図8で示された形態は、絶縁層2Abで例示されているが、隙間2Aaであってもよい。すなわち、光電変換装置100をXY平面で平面視したときに、線状導電部5よりも面積が大きい隙間2Aaが形成された形態であっても良い。
On the other hand, the insulating
1 基板
2 下部電極層
2A 絶縁部
2Aa 隙間
2Ab 絶縁層
2B 導電部
3 光電変換層
31 光吸収層
32 バッファ層
4 上部電極層
5 線状導電部
6 集電部
6a 連結部
6b 垂下部
7 アルカリバリア層
10 光電変換セル
100 光電変換装置
DESCRIPTION OF
Claims (6)
該基板上に設けられた第1電極層と、
該第1電極層上に設けられた光電変換層と、
該光電変換層上に設けられた第2電極層と、
該第2電極層上に設けられた線状導電部とを備え、
前記第1電極層は、絶縁部を有しており、
該絶縁部は、平面視したときに前記線状導電部と重なる位置にある、光電変換装置。 A substrate,
A first electrode layer provided on the substrate;
A photoelectric conversion layer provided on the first electrode layer;
A second electrode layer provided on the photoelectric conversion layer;
A linear conductive portion provided on the second electrode layer,
The first electrode layer has an insulating portion;
The insulating part is a photoelectric conversion device in a position overlapping the linear conductive part when viewed in plan.
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2016157807A (en) * | 2015-02-24 | 2016-09-01 | 京セラ株式会社 | Photoelectric conversion device |
TWI585989B (en) * | 2015-01-21 | 2017-06-01 | 三菱電機股份有限公司 | Solar battery unit, solar battery module, manufacturing method of solar battery unit, and manufacturing method of solar battery module |
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