專利名稱：光電轉換元件、光電轉換模塊及光電轉換元件的制造方法
技術領域：
本發明涉及吸收光而產生電力的光電轉換元件、及具有多個該光電轉換元件的光電轉換模塊。
背景技術：
作為太陽能電池等的光電轉換模塊，已知有將在受光面具有透明電極層的光電轉換元件作為構成單位，并將該光電轉換元件在玻璃等基板上多個串聯連接而成的結構。另外，在專利文獻1的太陽能電池中，為了提高光的透過率而提高太陽能電池元件的發電效率，通過使透明電極層減薄并在透明電極層上實施金屬配線，可抑制伴隨透明電極層的薄膜化而造成的電力損失的降低。然而，在專利文獻1的太陽能電池的結構中，有可能在元件的外周部產生欠缺，無法在外周部中效率良好地進行光電轉換，從而使發電效率降低。為此，尋求一種能夠抑制發電效率降低的光電轉換元件及光電轉換模塊。專利文獻1 日本特開2000-299486號公報
發明內容
本發明的一實施方式所涉及的光電轉換元件具有互相隔有間隔設置的第一電極層及第二電極層；位于所述第一電極層上、且具有第一導電型的第一半導體層；位于所述第一半導體層上、具有第二導電型并與所述第一半導體層pn接合的第二半導體層；將所述第二半導體層和所述第二電極層電連接的連接部；位于所述第二半導體層上、且從所述連接部到達所述第二半導體層的第一端部的線路狀的線狀電極。本發明的一實施方式所涉及的光電轉換模塊具有多個上述光電轉換元件，所述多個光電轉換元件具有第一光電轉換元件和第二光電轉換元件，所述第一光電轉換元件及第二光電轉換元件的各自的所述第一電極層及第二電極層朝向相同的方向，且所述第一光電轉換元件的所述第二電極層和所述第二光電轉換元件的所述第一電極層電連接。在本發明的一實施方式所涉及的光電轉換裝置的制造方法中包括形成第一電極層的工序；在所述第一電極層上依次重疊第一半導體層、第二半導體層及線狀電極的工序； 將所述第一半導體層、第二半導體層及線狀電極一并切斷的工序。
圖1是表示本發明第一實施方式所涉及的光電轉換元件及光電轉換模塊的立體圖。圖2是圖1所示的光電轉換元件及光電轉換模塊的剖視圖。圖3是表示圖1所示的光電轉換元件及光電轉換模塊的制造方法的各工序的剖視圖。圖4是表示本發明第二實施方式所涉及的光電轉換元件及光電轉換模塊的立體圖。圖5是圖4所示的光電轉換元件及光電轉換模塊的剖視圖。圖6是表示圖4所示的光電轉換元件及光電轉換模塊的制造方法的各工序的剖視圖。
具體實施例方式以下，參考附圖對本發明的實施方式進行詳細說明。首先，對本發明的第一實施方式所涉及的光電轉換元件及光電轉換模塊進行說明。圖1是表示本發明的第一實施方式所涉及的光電轉換元件20及使用其的光電轉換模塊21的結構的圖。圖2是光電轉換元件20及光電轉換模塊21的剖視圖。光電轉換元件20包括基板1、第一電極層2、第二電極層8、第一半導體層3、第二半導體層4、導電層 5、線狀電極6、連接部7。另外，由第一半導體層3和第二半導體層4構成光電轉換層PV。光電轉換模塊21排列多個光電轉換元件20而成。并且，在鄰接的光電轉換元件 20之中，一光電轉換元件20的第二電極層8和另一光電轉換元件20的第一電極層2電連接。通過該結構，能夠將鄰接的光電轉換元件20彼此容易地串聯連接。而且，在一個光電轉換元件20內，連接部7設置成將光電轉換層PV分割開。S卩，在圖1中，連接部7從光電轉換元件20的眼前側的側面到與其對置的背部側的側面呈線路狀形成，并在由位于該連接部7的左側的第一電極層2和導電層5夾持的光電轉換層PV中進行光電轉換。基板1是用于支承光電轉換元件20的構件。作為用于基板1的材料，例如可舉出玻璃、陶瓷、樹脂及金屬等。在構成光電轉換模塊21的情況下，既可以在多個基板1上分別設置光電轉換元件20，并將其排列而互相串聯連接，或者也可以在1個基板1上設置多個光電轉換元件20。這樣，當在1個基板1上設置多個光電轉換元件20時，光電轉換模塊21 的制作變得容易。第一電極層2及第二電極層8采用Mo、Al、Ti或Au等導電體，在基板1上通過濺射法或蒸鍍法等而形成。而且，在圖1的鄰接的光電轉換元件20中，一光電轉換元件20的第二電極層8和另一光電轉換元件20的第一電極層2呈一體結構。光電轉換層PV包括第一半導體層3和第二半導體層4，其能夠吸收光而轉換為電力，采用硅系及化合物半導體系等半導體材料。作為硅系，可舉出單晶硅、多晶硅及非晶硅等。作為化合物半導體系可舉出單晶系及多晶系，例如有III-V族化合物半導體、II-VI族化合物半導體及黃銅礦系(稱之為“CIS系”)化合物半導體等。從減少材料這一觀點來看，光電轉換層PV優選為IOym以下厚度的薄膜。即便在形成這種薄膜的情況下，通過如本實施方式那樣的、線狀電極6到達光電轉換層PV的第一端部A的結構，也能夠有效地抑制在光電轉換層PV的外周部產生欠缺的情況。在這種薄膜光電轉換層PV之中，采用黃銅礦系化合物半導體的光電轉換層PV的轉換效率高，故即便是薄膜也能夠實現與現有的單晶硅相同程度的光電轉換效率，因而尤其優選。另外，從不包含有害的鎘這方面來看也是優選的。作為這種黃銅礦系化合物半導體，可舉出 Cu (In，Ga) ^i2 (稱之為 CIGS)、Cu (In，Ga) (Se, S)2(稱之為 CIGSS) R CuInS2 ( ^ 之為CIQ。光電轉換層PV例如在由薄膜進行制作時，通過濺射法、蒸鍍法或涂敷法等形成。而且，所謂“Cu (In, Ga) Se2"為主要由Cu、In, Ga, Se構成的化合物。另外，所謂“Cu (In, Ga) (Se，S) 2”為主要由Cu、In、feu Se、S構成的化合物。第一半導體層3及第二半導體層4具有一者為η型而另一者為ρ型的不同的導電型，且第一半導體層3和第二半導體層4進行ρη接合。可以是第一半導體層3為ρ型而第二半導體層4為η型，也可以是相反的關系。而且，由第一半導體層3及第二半導體層4進行的Pn接合并不局限于第一半導體層3和第二半導體層4直接接合。例如，也可以在第一半導體層3和第二半導體層4之間還具有與第一半導體層3相同導電型的其他半導體層或與第二半導體層4相同導電型的其他半導體層。另外，在第一半導體層3和第二半導體層 4之間也可以是具有i型的半導體層的pin接合。第一半導體層3和第二半導體層4可以是同質接合，也可以是異質接合。作為異質接合的例子，例如在第一半導體層3為CIGS等黃銅礦系化合物半導體(通常稱之為“光吸收層”)時，作為第二半導體層 4 可舉出 CdS、ZnS、ZnO, In2Se3> In (OH, S)、(Zn，In) (Se，OH) 及(Zn，Mg)0等(通常稱之為“緩沖層”)，且例如通過化學池沉積(CBD)法等來形成。所謂 “Ιη(0Η，S)”為主要由In、OH、S構成的化合物。所謂“(Zn，In) (Se，0H) ”為主要由Si、In、 Se、OH構成的化合物。所謂“(Zn，Mg) 0”為主要由Zn、Mg、0構成的化合物。在第二半導體層4上如圖1所示也可以設置導電層5。由此，能夠更加良好地將在光電轉換層PV中發生的電荷導出，發電效率得以進一步提高。導電層5采用ITO或aiO:Al 等導電體，并通過濺射法、蒸鍍法或化學氣相成長(CVD)法等來形成。在將導電層5—側作為受光面使用時，為了提高光電轉換層PV的吸收效率，優選導電層5相對于光電轉換層PV 的吸收光具有透光性。從在提高透光性的同時將通過光電轉換而產生的電流良好地向線狀電極6傳送這一觀點來看，優選導電層5的厚度為0. 05 0. 5 μ m。線狀電極6形成在第二半導體層4上，用于減小電阻而將在第二半導體層4中發生的電荷良好地導出，其作為集電電極發揮作用。線狀電極6為抑制向光電轉換層PV照射的光的遮蔽而設置成線路狀。該線路狀的線狀電極6在俯視情況下，設置成到達第二半導體層4的第一端部A、即光電轉換層PV的端部A。通過這樣的結構，線狀電極6保護光電轉換層PV的外周部，抑制光電轉換層PV的外周部上的欠缺，從而即便在光電轉換層PV的外周部也能夠良好地進行光電轉換。另外，能夠將在該光電轉換層PV的外周部發生的電流由到達第一端部A的線狀電極6效率良好地導出。其結果是，能夠提高發電效率。這樣，由于能夠通過到達第一端部A的線狀電極6保護光電轉換層PV的外周部， 因此，能夠減小設置在第一電極層2和線狀電極6之間的構件的合計厚度。因而，不僅能夠實現構件的削減，并且能夠縮短這些構件的制作工序。優選的是，將在第一電極層2和線狀電極6之間設置的構件的合計厚度(在圖1及圖2的例子中，為第一半導體層3、第二半導體層4及導電層5的合計厚度)減薄為1. 56 2.7 μ m。具體而言，在圖1及圖2的例子中，將第一半導體層3的厚度設為1. 5 2. 0 μ m，將第二半導體層4的厚度設為0. 01 0. 2 μ m，將導電層5的厚度設為0. 05 0. 5μπι即可。另外，優選的是，在線狀電極6所到達的第一端部A側，線狀電極6的端面、導電層 5的端面及光電轉換層PV的端面構成同一面。由此，能夠將在光電轉換層PV的第一端部A 中光電轉換了的電流良好地導出。在本發明中，所謂“線狀電極6到達第二半導體層4的第一端部Α”，優選的是線狀電極6完全到達第二半導體層4的最外側的第一端部A，但并不局限于此。S卩，從通過有效抑制以第二半導體層4的第一端部A為基點發展的裂紋而抑制欠缺這一觀點來看，也包含第二半導體層4的最外側的第一端部A和線狀電極6的端部的距離在1000 μ m以下的情況。 從提高在第一端部A中的線狀電極6的集電效應這一觀點來看，優選第一端部A和線狀電極6的端部的距離在500 μ m以下。從抑制向光電轉換層PV照射的光的遮蔽且抑制光電轉換層PV的外周部的欠缺這一觀點來看，優選線狀電極6具有50 400 μ m的寬度。另外，線狀電極6也可以具有分支的多個分支部。線狀電極6優選例如通過將Ag等金屬膏(金屬粒子和樹脂的混合物)印刷成圖案狀并將其硬化而形成。即，優選線狀電極6包括金屬粒子和樹脂。由此，硬化后的線狀電極6的相對于彎曲應力的耐性得以提高。其結果是，能夠良好地保護光電轉換層PV的外周部。優選的是，線狀電極6包含焊錫。由此，不僅能夠提高相對于彎曲應力的耐性，還能夠進一步降低電阻。更優選的是，包含兩種以上熔點不同的金屬，可以以至少1種金屬熔融、其他至少1種金屬不熔融的溫度進行加熱而硬化。由此，低熔點的金屬熔融而使線狀電極6致密化，能夠降低電阻，并能夠在加熱硬化時利用高熔點的金屬來抑制熔融金屬欲要擴展的情況。光電轉換元件20排列多個并將其電連接，能夠形成光電轉換模塊21。為了將鄰接的光電轉換元件20彼此容易地串聯連接，如圖1、圖2所示，光電轉換元件20通過設置在光電轉換層PV的連接部7，將第二半導體層4和第二電極層8電連接。而且，通過在圖1 中設置導電層5，進一步提高了第二半導體層4和第二電極層8的電連接的導通性，但不限于此，也可以不形成導電層5。優選連接部7在形成導電層5之際同時形成而一體化。換而言之，導電層5具有從第二半導體層4朝向第二電極層8延伸的第一延長部，并通過第一延長部與第二電極層8 連接而使導電層5構成連接部7。由此，能夠在使工序簡略化的同時提高電連接的可靠性。當將光電轉換層PV的端部中的與線狀電極6所到達的第一端部A對置的另一端部作為第二端部B時，在線狀電極6從第一端部A朝向第二端部B延伸的情況下，優選連接部7在俯視的情況下位于與光電轉換層PV的第一端部A相比靠第二端部B側的位置，即設置在第二端部B的附近。更優選的是，連接部7在俯視的情況下，與光電轉換層PV的第二端部B大致平行且呈直線狀延伸。通過這樣的結構，使連接部7接近第二端部B，能夠減小作為對發電無貢獻的無效區域的、連接部7和第二端部B之間的區域，從而能夠提高光電轉換效率。上述光電轉換元件20能夠按以下所述進行制造。圖3 (a) (e)是表示光電轉換元件20的制造工序的各工序的剖視圖。首先，如圖3(a)所示，在基板1上形成期望圖案的第一電極層2及第二電極層8。 圖案狀的第一電極層2及第二電極層8能夠通過濺射法等薄膜形成方法、劃線加工或蝕刻等圖案形成方法而形成。接著，如圖3(b)所示，采用濺射法或CBD法等薄膜形成方法而在基板1、第一電極層2及第二電極層8上層疊第一半導體層3及第二半導體層4。然后，通過劃線加工或蝕刻等在第一半導體層3及第二半導體層4上形成用于形成連接部7的貫通槽P2。接著，如圖3(c)所示，在第二半導體層4上形成導電層5，同時在貫通槽P2內形成作為連接部7的第一延長部。導電層5及連接部7能夠通過濺射法等薄膜形成方法而形成。接著，如圖3(d)所示，在導電層5上通過絲網印刷等方法將金屬膏印刷成圖案狀并將其加熱而硬化，由此形成線狀電極6。最后，如圖3 (e)所示，保留電極層，并將第一半導體層3、第二半導體層4、導電層5 及線狀電極6通過劃線加工等一并切斷。通過這樣的方法，能夠容易地制作線狀電極6在俯視情況下到達光電轉換層PV的第一端部A的結構的光電轉換元件20。即，在形成光電轉換層PV及導電層5之后形成貫通槽P2，并在貫通槽P2間的各部位欲要形成線狀電極6 時，光電轉換層PV的第一端部A和線狀電極6的端部難以精度良好地對位。其結果是，線狀電極6偏離形成，容易產生不良情況。與其相對，通過利用上述制造方法來進行制作，能夠容易地制作線狀電極6在俯視情況下到達光電轉換層PV的第一端部A的結構，從而不僅能夠簡略工序，還能夠抑制不良的發生。另外，通過上述方法來形成，鄰接的光電轉換元件20為一光電轉換元件20的第一電極2和另一光電轉換元件20的第二電極8 一體形成的結構。由此，鄰接的光電轉換元件 20彼此被串聯連接，從而能夠容易地制作將多個光電轉換元件20以串聯連接排列而成的光電轉換模塊21。接著，對本發明第二實施方式所涉及的光電轉換元件及光電轉換模塊進行說明。圖4是表示本發明的第二實施方式所涉及的光電轉換元件120及光電轉換模塊 121的結構的圖。另外，圖5是光電轉換元件120及光電轉換模塊121的剖視圖，圖6是表示其制造方法的各工序的剖視圖。在圖4 圖6中，對與圖1 3所示的第一實施方式所涉及的光電轉換元件20及光電轉換模塊21相同結構的部位標以相同的標號，能夠應用與上述各結構同樣的結構。第二實施方式所涉及的光電轉換元件120及光電轉換模塊121與第一實施方式所涉及的光電轉換元件20及光電轉換模塊21的不同之處在于，在第二實施方式所涉及的光電轉換元件120及光電轉換模塊121中，線狀電極6具有從第二半導體層4朝向第二電極層8延伸的第二延長部，且通過第二延長部與第二電極層8連接而使線狀電極6構成連接部17。這樣，在通過線狀電極6與第二電極層8連接而構成連接部17的情況下，連接更加可靠，從而能夠提高連接可靠性。這樣的光電轉換元件120及光電轉換模塊121能夠按以下所述進行制作。首先，如圖6(a)所示，在基板1上形成期望圖案的第一電極層2及第二電極層8。接著，如圖6(b) 所示，在基板1、第一電極層2及第二電極層8上層疊第一半導體層3及第二半導體層4。接著，如圖6(c)所示，在第二半導體層4上形成導電層5。接著，如圖6(d)所示，通過劃線加工或蝕刻等來形成用于形成連接部17的貫通槽P2及用于分離光電轉換元件120之間的貫通槽P3。最后，如圖6(e)所示，在導電層5上及貫通槽P2的一部分上通過絲網印刷等方法將金屬膏印刷成圖案狀。然后，將其加熱而硬化，從而形成線狀電極6，由此完成具有連接部 17的光電轉換裝置120及光電轉換模塊121。這樣，繼續形成第一半導體層3、第二半導體層4及導電層5，之后同時形成用于形成連接部17的貫通槽P2及用于分離光電轉換元件120之間的貫通槽P3，從而能夠簡略槽
加工工序，提高生產性。需要說明的是，本發明并不局限于上述實施方式，也可以在不超出本發明要旨的范圍內進行各種變更。附圖標號說明2:第一電極層3 第一半導體層4 第二半導體層5:導電層6 線狀電極7，17:連接部8:第二電極層20、120 光電轉換元件21、121 光電轉換模塊
權利要求
1.一種光電轉換元件，其具有互相隔有間隔設置的第一電極層及第二電極層； 位于所述第一電極層上、且具有第一導電型的第一半導體層； 位于所述第一半導體層上、具有第二導電型并與所述第一半導體層pn接合的第二半導體層；將所述第二半導體層和所述第二電極層電連接的連接部；位于所述第二半導體層上、且從所述連接部到達所述第二半導體層的第一端部的線狀電極。
2.如權利要求1所述的光電轉換元件，其中，所述第二半導體層具有與所述第一端部對置的第二端部， 在俯視情況下，所述連接部與所述第一端部相比位于所述第二端部側。
3.如權利要求2所述的光電轉換元件，其中，在俯視情況下，所述連接部與所述第二端部大致平行且呈直線狀延伸。
4.如權利要求1所述的光電轉換元件，其中，在所述第一端部側，所述線狀電極的端面、所述第二半導體層的端面及所述第一半導體層的端面構成同一面。
5.如權利要求1所述的光電轉換元件，其中，還具有位于所述第二半導體層和所述線狀電極之間的導電層。
6.如權利要求5所述的光電轉換元件，其中，所述導電層具有從所述第二半導體層朝向所述第二電極層延伸的第一延長部，并通過所述第一延長部與所述第二電極層連接而使所述導電層構成所述連接部。
7.如權利要求1所述的光電轉換元件，其中，所述線狀電極具有從所述第二半導體層朝向所述第二電極層延伸的第二延長部，且通過所述第二延長部與所述第二電極層連接而使所述線狀電極構成所述連接部。
8.如權利要求1所述的光電轉換元件，其中， 所述線狀電極包括金屬粒子和樹脂。
9.如權利要求1所述的光電轉換元件，其中， 所述光電轉換層包括黃銅礦系的材料。
10.一種光電轉換模塊，其中，具有多個權利要求1所述的光電轉換元件，所述多個光電轉換元件具有第一光電轉換元件和第二光電轉換元件， 所述第一光電轉換元件及第二光電轉換元件的各自的所述第一電極層及第二電極層朝向相同的方向，且所述第一光電轉換元件的所述第二電極層和所述第二光電轉換元件的所述第一電極層電連接。
11.一種光電轉換元件的制造方法，具有 形成第一電極層的工序；在所述第一電極層上依次重疊第一半導體層、第二半導體層及線狀電極的工序； 將所述第一半導體層、第二半導體層及線狀電極一并切斷的工序。
全文摘要
本發明提供一種光電轉換元件(20)，其具有互相隔有間隔設置的第一電極層(2)及第二電極層(8)；位于第一電極層(2)上、且具有第一導電型的第一半導體層(3)；位于第一半導體層(3)上、具有第二導電型并與第一半導體層(3)pn接合的第二半導體層(4)；將第二半導體層(4)和第二電極層(8)電連接的連接部(7)；位于第二半導體層(4)上、且從連接部(7)到達第二半導體層(4)的第一端部(A)的線狀電極(6)。
文檔編號H01L31/04GK102272938SQ201080004142
公開日2011年12月7日 申請日期2010年1月26日 優先權日2009年1月29日
發明者宮內宏治 申請人:京瓷株式會社