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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-06-26
(45)【発行日】2025-07-04
(54)【発明の名称】太陽電池の電極構造および製造方法
(51)【国際特許分類】
H10F 10/167 20250101AFI20250627BHJP
H10F 19/90 20250101ALI20250627BHJP
H10F 77/20 20250101ALI20250627BHJP
【ＦＩ】
H10F10/167
H10F19/90
H10F77/20 120
【請求項の数】
27
(21)【出願番号】P 2022571487
(86)(22)【出願日】2021-12-21
(86)【国際出願番号】 JP2021047252
(87)【国際公開番号】W WO2022138623
(87)【国際公開日】2022-06-30
【審査請求日】2024-06-28
(31)【優先権主張番号】P 2020211733
(32)【優先日】2020-12-21
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000183646
【氏名又は名称】出光興産株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100114775
【弁理士】
【氏名又は名称】高岡 亮一
(74)【代理人】
【識別番号】100121511
【弁理士】
【氏名又は名称】小田 直
(74)【代理人】
【識別番号】100208580
【弁理士】
【氏名又は名称】三好 玲奈
(74)【代理人】
【識別番号】100116001
【弁理士】
【氏名又は名称】森 俊秀
(72)【発明者】
【氏名】宮川 善秀
(72)【発明者】
【氏名】深澤 一仁
(72)【発明者】
【氏名】濱野 幹雄
(72)【発明者】
【氏名】堀口 恭平
(72)【発明者】
【氏名】山口 幸士
【審査官】桂城 厚
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０１７／１１０６２０（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１６－０７２４９５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－０８８１１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００４－３６３２９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－０２６７１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１１－１６３３７６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－２５３１５８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２０７８６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－０１３０２８（ＪＰ，Ａ）
【文献】韓国公開特許第１０－２０１７－００３６６０４（ＫＲ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ１０Ｆ １０／００－９９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板上に光電変換層が積層されたカルコゲン太陽電池セルを備えた太陽電池における電極構造であって、前記電極構造は、前記カルコゲン太陽電池セルの前記基板側の導電体と、前記導電体に電気的に接続される配線要素とを有し、
前記配線要素は、配線部材と、前記導電体と前記配線部材の間に配置される接合層とを含み、
前記配線要素は、前記接合層が前記導電体に積層されて接合され、
前記配線要素および前記導電体は、ＶＩ族元素を含み、
前記導電体と前記配線要素の積層方向において、前記ＶＩ族元素の濃度分布のピークが前記接合層にあり、
前記接合層は、Ａｌ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれか一つを少なくとも含む
太陽電池の電極構造。
【請求項2】
前記導電体は、前記カルコゲン太陽電池セルの受光面側において、前記光電変換層と重ならない位置で露出し、前記配線要素は、前記受光面側に露出した前記導電体に積層されている
請求項１に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項3】
前記導電体は、前記カルコゲン太陽電池セルの前記基板上に形成される裏面電極層であり、前記裏面電極層と前記接合層の積層方向において、前記ＶＩ族元素の濃度分布のピークが前記接合層にある
請求項２に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項4】
前記裏面電極層の材料と前記接合層の材料は相図に合金相を有し、前記接合層の材料と前記配線部材の材料は相図に合金相を有する
請求項３に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項5】
前記接合層の融点は、２３０℃以上である請求項３または請求項４に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項6】
前記接合層に含まれる前記ＶＩ族元素の原子数は、前記接合層に対応する領域の前記裏面電極層に含まれる前記ＶＩ族元素の原子数より多い請求項３から請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項7】
前記接合層に対応する領域の前記裏面電極層は、前記接合層の金属元素の一部を含む請求項３から請求項６のいずれか一項に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項8】
前記配線部材は、前記接合層の金属元素の一部を含む請求項３から請求項７のいずれか一項に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項9】
前記配線部材は、Ａｇを含み、前記接合層は、ＡｌおよびＡｇを含む
請求項８に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項10】
前記配線部材の材料は、Ｔｉまたは鉄・ニッケル・コバルト合金を含む請求項３から請求項９のいずれか一項に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項11】
前記導電体は、前記カルコゲン太陽電池セルの受光面とは反対側である、前記基板の裏面側において露出し、前記配線要素は、前記基板の裏面側において露出した前記導電体に積層されている
請求項１に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項12】
前記導電体は、前記カルコゲン太陽電池セルの前記基板上に形成される導電層であるか、または導電性基板である前記カルコゲン太陽電池セルの前記基板である
請求項１１に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項13】
前記導電体の材料と前記接合層の材料は相図に合金相を有し、前記接合層の材料と前記配線部材の材料は相図に合金相を有する
請求項１２に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項14】
前記配線部材の材料は、Ｔｉまたは鉄・ニッケル・コバルト合金を含む請求項１２または請求項１３に記載の太陽電池の電極構造。
【請求項15】
基板上に光電変換層が積層されたカルコゲン太陽電池セルを備えた太陽電池における電極構造の製造方法であって、前記電極構造は、前記カルコゲン太陽電池セルの前記基板側の導電体と、前記導電体に電気的に接続される配線要素とを有し、
前記配線要素は、配線部材と、前記導電体と前記配線部材の間に配置される接合層とを含み、
表面にＶＩ族元素の化合物を有する前記導電体の上に、前記配線要素または前記配線要素のプリカーサ層を配置する工程と、
前記配線要素または前記配線要素のプリカーサ層に溶接による熱エネルギーを加え、前記導電体に前記配線要素を接合する工程と、を有し、
前記導電体と前記配線要素の積層方向において、前記ＶＩ族元素の濃度分布のピークが前記接合層にあり、
前記接合層は、Ａｌ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれか一つを少なくとも含む
太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項16】
前記導電体は、前記カルコゲン太陽電池セルの受光面側において、前記光電変換層と重ならない位置で露出し、前記配線要素は、前記受光面側に露出した前記導電体に積層される
請求項１５に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項17】
前記導電体は、前記カルコゲン太陽電池セルの前記基板上に形成される裏面電極層であり、前記配線要素は、前記配線部材と、前記裏面電極層と前記配線部材の間に配置される前記接合層とを含む
請求項１６に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項18】
表面に前記ＶＩ族元素の化合物を有する前記裏面電極層の上に、前記裏面電極層の構成元素の少なくとも１つ、もしくは、Ａｌ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれか１つを含んだプリカーサ層を形成し、前記プリカーサ層の上に前記配線部材を配置し、
前記プリカーサ層および前記配線部材を溶接して前記プリカーサ層に熱エネルギーを加え、前記プリカーサ層に含まれる元素と前記ＶＩ族元素を含む前記接合層を形成し、前記裏面電極層と前記配線部材を接合する
請求項１７に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項19】
前記接合層に含まれる前記ＶＩ族元素は、前記溶接前の前記裏面電極層の表面にある前記化合物から拡散する請求項１８に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項20】
前記プリカーサ層は、前記配線部材の構成元素の少なくとも１つを含む請求項１８または請求項１９に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項21】
前記配線部材は、Ａｇを含み、前記プリカーサ層は、ＡｌおよびＡｇを含む
請求項２０に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項22】
前記プリカーサ層は、Ａｌ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれか一つを含んだ第１の層と、前記配線部材の構成元素の少なくとも１つを含んだ第２の層が積層された構造であり、前記第２の層は、前記プリカーサ層において前記配線部材に臨む面に配置される
請求項２０または請求項２１に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項23】
前記第１の層はＡｌを含み、前記第２の層はＡｇを含む
請求項２２に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項24】
前記導電体は、前記カルコゲン太陽電池セルの受光面とは反対側である、前記基板の裏面側において露出し、前記配線要素は、前記基板の裏面側において露出した前記導電体に積層されている
請求項１５に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項25】
前記導電体は、前記カルコゲン太陽電池セルの前記基板上に形成される導電層であるか、または導電性基板である前記カルコゲン太陽電池セルの前記基板である
請求項２４に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項26】
前記導電体の材料と前記接合層の材料は相図に合金相を有し、前記接合層の材料と前記配線部材の材料は相図に合金相を有する
請求項２５に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【請求項27】
前記配線部材の材料は、Ｔｉまたは鉄・ニッケル・コバルト合金を含む請求項２５または請求項２６に記載の太陽電池の電極構造の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、カルコゲン太陽電池セルを含む太陽電池の電極構造に関する。
【背景技術】
【0002】
従来から、光電変換層としてＣｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｓｅ、Ｓを含むカルコパイライト構造のＩ－ＩＩＩ－ＶＩ２族化合物半導体を用いたＣＩＳ系太陽電池が提案されている。ＣＩＳ系太陽電池は、製造コストが比較的安価であり、しかも可視から近赤外の波長範囲に大きな吸収係数を有するので高い光電変換効率が期待される。また、ＣＩＳ系太陽電池は、耐放射線性に優れ、Ｓｉ系太陽電池よりも寿命が長くＧａＡｓ系太陽電池よりも低価格な太陽電池として、宇宙用途での利用も検討されている。
【0003】
ＣＩＳ系太陽電池は、例えば、基板上に金属の裏面電極層を形成し、その上にＩ－ＩＩＩ－ＶＩ２族化合物である光電変換層を形成し、更にバッファ層、透明導電膜で形成される窓層を順に形成して構成される。ＣＩＳ系太陽電池の＋極側の裏面電極上への配線では、特許文献１のようにハンダ付けを用いた方法や、特許文献２のように導電性ペーストを用いた接着方法などが従来用いられている。
【0004】
例えば、特許文献１は、Ｉｎハンダ被覆の銅箔リボン導線を用いて、電極膜又は導電膜を破損することなく両者を固着する接続方法を開示する。
また、特許文献２の構成では、電極上に間欠的に塗布された導電性ペーストで接着されたリボンワイヤが、充填材を介して接着保持された太陽電池サブモジュールとカバーガラスとによって挟持される。これにより、太陽電池モジュールの電極にリボンワイヤが面接触して取り付けられる。
また、特許文献２の構成では、電極上に間欠的に塗布された導電性ペーストで接着されたリボンワイヤが、充填材を介して接着保持された太陽電池サブモジュールとカバーガラスとによって挟持される。これにより、太陽電池モジュールの電極にリボンワイヤが面接触して取り付けられる。
【0005】
また、地上用太陽電池における裏面電極層と金属リボンとの接合方法の１つとして、例えば、特許文献３のような超音波シーム溶接が知られている。
また、特許文献４には、ＧａＡｓ系太陽電池において接続電極と電極層との接合強度を高める技術が開示されている。特許文献４の構成は、表面上に選択的に設定されたコンタクト領域を有するＧａＡｓ半導体層と、コンタクト領域上の一部に形成されたＴｉＮ層と、ＴｉＮ層及びコンタクト領域上の全面に形成された電極層とを備えている。そして、電極層表面のＴｉＮ層上に位置する領域の一部または全面で接続電極と電極層が溶接されている。
また、特許文献４には、ＧａＡｓ系太陽電池において接続電極と電極層との接合強度を高める技術が開示されている。特許文献４の構成は、表面上に選択的に設定されたコンタクト領域を有するＧａＡｓ半導体層と、コンタクト領域上の一部に形成されたＴｉＮ層と、ＴｉＮ層及びコンタクト領域上の全面に形成された電極層とを備えている。そして、電極層表面のＴｉＮ層上に位置する領域の一部または全面で接続電極と電極層が溶接されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【文献】特開２００７－２０７８６１号公報
【文献】特開２００９－２５２９７５号公報
【文献】特開２０００－４０３４号公報
【文献】特開昭６２－５５９６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
宇宙用途の太陽電池においては、宇宙環境における急激な温度変化や打ち上げ時の衝撃に耐え得る、地上用よりも密着性の高いインターコネクタの接合技術が求められる。また、宇宙用途の太陽電池は、高度や日射によってはハンダの融点以上の温度に晒される。さらに、電極等の接着に使用される一般的な接着剤はＵＶ耐性に乏しい。
【0008】
そのため、地上用の太陽電池において一般的なハンダ付けや接着によるインターコネクタの接合では、太陽電池の運用中に接着力が低下して電気的な接続不良を生じさせることが懸念される。かかる観点から、宇宙用途の太陽電池におけるインターコネクタの接合には、パラレルギャップ式抵抗溶接が推奨されている。
【0009】
ところで、ＣＩＳ系太陽電池の裏面電極層（Ｍｏ）の表面には、層状構造で密着強度の弱いＭｏ（Ｓｅ，Ｓ）２層が存在する。そのため、ＣＩＳ系太陽電池のインターコネクタの接合では、特許文献４のように裏面電極層上にＴｉ系の接合層を形成しても、Ｍｏ（Ｓｅ，Ｓ）２層の存在により、接合層と裏面電極層の密着強度を十分高めることが困難であった。
【0010】
また、この種の事象は、例えば、ＣＩＳ系太陽電池の導電性基板に配線要素を溶接するケースで、基板表面にＭｏ（Ｓｅ，Ｓ）２層やＴｉ（Ｓｅ，Ｓ）２層が存在する場合においても同様に発生しうる。
【0011】
本発明は、上記の状況に鑑みてなされたものであって、カルコゲン太陽電池セルを含む太陽電池において、カルコゲン太陽電池セルの基板側の導電体と配線要素との密着強度を高めた電極構造を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の一態様は、カルコゲン太陽電池セルの基板側の導電体と、導電体に電気的に接続される配線要素とを有する太陽電池の電極構造である。配線要素は導電体に積層されて接合される。配線要素および導電体は、ＶＩ族元素を含む。導電体と配線要素の積層方向において、ＶＩ族元素の濃度分布のピークは導電体と配線要素の界面からずれている。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、カルコゲン太陽電池セルを含む太陽電池において、カルコゲン太陽電池セルの基板側の導電体と配線要素との密着強度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図3】太陽電池の製造方法を示す流れ図である。
【図6】第２実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。
【図7】第３実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。
【図8】第４実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。
【図9】第５実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。
【図10】実施例の接続部の厚さ方向における各元素の濃度分布の一例を示す図である。
【図11】実施例の接続部の厚さ方向における各元素の濃度分布の一例を示す図である。
【図12】実施例１および比較例の密着強度試験の結果を示す表である。
【図13】実施例１および比較例の相図の合金相の有無を示す表である。
【図14】実施例２－７の密着強度試験の結果を示す表である。
【図15】実施例２－７の相図の合金相の有無を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
以下、図面を参照しながら実施形態を説明する。
実施形態では、その説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造または要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面において、各要素の形状、寸法などは、模式的に示したもので、実際の形状や寸法などを示すものではない。
実施形態では、その説明を分かり易くするため、本発明の主要部以外の構造または要素については、簡略化または省略して説明する。また、図面において、同じ要素には同じ符号を付す。なお、図面において、各要素の形状、寸法などは、模式的に示したもので、実際の形状や寸法などを示すものではない。
【0016】
＜＜第１実施形態の説明＞＞
＜太陽電池の構造＞
図１（ａ）は、第１実施形態における太陽電池の構成例を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線で囲った接続部近傍の拡大図である。図２は、図１（ｂ）の厚さ方向断面図である。第１実施形態では、カルコゲン太陽電池セルを含む太陽電池の一例として、ＣＩＳ系の太陽電池モジュール１０の構成例について説明する。
＜太陽電池の構造＞
図１（ａ）は、第１実施形態における太陽電池の構成例を示す平面図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）の破線で囲った接続部近傍の拡大図である。図２は、図１（ｂ）の厚さ方向断面図である。第１実施形態では、カルコゲン太陽電池セルを含む太陽電池の一例として、ＣＩＳ系の太陽電池モジュール１０の構成例について説明する。
【0017】
図１、図２に示す太陽電池モジュール１０は、受光面側に光電変換素子１２が形成された導電性基板１１と、インターコネクタ１３と、光電変換素子１２とインターコネクタ１３とを電気的に接続する接続部１４と、を有している。
【0018】
（導電性基板１１）
導電性基板１１は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅、アルミニウムあるいはこれらの合金等で形成される。導電性基板１１は、フレキシブル基板であってもよい。導電性基板１１は、複数の金属基材を積層した積層構造であってもよく、例えば、ステンレス箔、チタン箔、モリブデン箔が基板の表面に形成されていてもよい。
導電性基板１１は、例えば、チタン（Ｔｉ）、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、銅、アルミニウムあるいはこれらの合金等で形成される。導電性基板１１は、フレキシブル基板であってもよい。導電性基板１１は、複数の金属基材を積層した積層構造であってもよく、例えば、ステンレス箔、チタン箔、モリブデン箔が基板の表面に形成されていてもよい。
【0019】
導電性基板１１の形状および寸法は、太陽電池モジュール１０の大きさ等に応じて適宜決定される。第１実施形態における導電性基板１１の全体形状は、例えば矩形の平板状であるがこれに限られることはない。
導電性基板１１として、金属基板やフレキシブル基板を適用した場合、太陽電池モジュール１０を曲げることが可能となり、曲げによる基板の割れも抑制できる。さらに、上記の場合には、ガラス基板や樹脂基板と比べて、太陽電池モジュール１０の軽量化および薄型化を図ることが容易となる。
導電性基板１１として、金属基板やフレキシブル基板を適用した場合、太陽電池モジュール１０を曲げることが可能となり、曲げによる基板の割れも抑制できる。さらに、上記の場合には、ガラス基板や樹脂基板と比べて、太陽電池モジュール１０の軽量化および薄型化を図ることが容易となる。
【0020】
なお、宇宙用途の太陽電池においては、打ち上げ時の積載重量の抑制および太陽電池の高強度化を図る観点から、導電性基板１１をチタンまたはチタンを含む合金で形成することが好ましい。
【0021】
（光電変換素子１２）
光電変換素子１２は、カルコゲン太陽電池セルの一例であって、導電性基板１１の上に、第１の電極層２１、光電変換層２２、バッファ層２３、第２の電極層２４が順次積層された積層構造を有する。太陽光などの光は、導電性基板１１側とは反対側（図２の上側）から光電変換素子１２に入射する。
光電変換素子１２は、カルコゲン太陽電池セルの一例であって、導電性基板１１の上に、第１の電極層２１、光電変換層２２、バッファ層２３、第２の電極層２４が順次積層された積層構造を有する。太陽光などの光は、導電性基板１１側とは反対側（図２の上側）から光電変換素子１２に入射する。
【0022】
（第１の電極層２１）
第１の電極層２１は、例えばモリブデン（Ｍｏ）の金属電極層であり、導電性基板１１の上に形成される。第１の電極層２１は、光電変換層２２の受光面側ではなく裏面側（基板側）に臨むため、裏面電極とも称される。特に限定するものではないが、第１の電極層２１の厚さは、例えば、２００ｎｍ～１０００ｎｍである。
第１の電極層２１は、例えばモリブデン（Ｍｏ）の金属電極層であり、導電性基板１１の上に形成される。第１の電極層２１は、光電変換層２２の受光面側ではなく裏面側（基板側）に臨むため、裏面電極とも称される。特に限定するものではないが、第１の電極層２１の厚さは、例えば、２００ｎｍ～１０００ｎｍである。
【0023】
また、光電変換素子１２における第１の電極層２１には、光電変換層２２との界面に、Ｍｏ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層２６が形成される。ＶＩ族化合物層２６のＭｏ（Ｓｅ，Ｓ）２は、後述のプリカーサ層２２ｐをカルコゲン化して光電変換層２２を形成する際に、第１の電極層２１に形成される。なお、ＶＩ族化合物層２６のＭｏ（Ｓｅ，Ｓ）２は、グラファイト状の多層構造を有する物質であって、層間のへき開により剥離しやすい性質を有している。
【0024】
ここで、第１実施形態の太陽電池モジュール１０では、導電性基板１１に光電変換素子１２を積層しているため、第１の電極層２１を省略して導電性基板１１上に光電変換層２２を直接積層することもできる。導電性基板１１上に光電変換層２２を直接積層した場合、後述のプリカーサ層２２ｐのカルコゲン化の際に、導電性基板１１と光電変換層２２の界面にＶＩ族化合物層が形成される。例えば、導電性基板１１がＴｉの場合には、導電性基板１１と光電変換層２２の界面にＴｉ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層が形成される。なお、Ｔｉ（Ｓｅ，Ｓ）２も、Ｍｏ（Ｓｅ，Ｓ）２と同様に、グラファイト状の多層構造を有する物質であって、層間のへき開により剥離しやすい性質を有している。
【0025】
（光電変換層２２）
光電変換層２２は、第１の電極層２１上に形成される。光電変換層２２は、受光面側（図２の上側）および導電性基板１１側（図２の下側）ではバンドギャップがそれぞれ大きく、光電変換層２２の厚さ方向内側ではバンドギャップが小さいダブルグレーデッド構造を有してもよい。特に限定するものではないが、光電変換層２２の厚さは、例えば、１．０μｍ～３．０μｍである。
光電変換層２２は、第１の電極層２１上に形成される。光電変換層２２は、受光面側（図２の上側）および導電性基板１１側（図２の下側）ではバンドギャップがそれぞれ大きく、光電変換層２２の厚さ方向内側ではバンドギャップが小さいダブルグレーデッド構造を有してもよい。特に限定するものではないが、光電変換層２２の厚さは、例えば、１．０μｍ～３．０μｍである。
【0026】
光電変換層２２は、多結晶または微結晶のｐ型化合物半導体層として機能する。光電変換層２２は、Ｉ族元素と、ＩＩＩ族元素と、ＶＩ族元素（カルコゲン元素）と、を含むカルコパイライト構造のＩ－ＩＩＩ－ＶＩ２族化合物半導体を用いたＣＩＳ系光電変換素子である。Ｉ族元素は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）などから選択可能である。ＩＩＩ族元素は、インジウム（Ｉｎ）、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）などから選択可能である。また、光電変換層２２は、ＶＩ族元素として、セレン（Ｓｅ）や硫黄（Ｓ）の他に、テルル（Ｔｅ）などを含んでもよい。また、光電変換層２２は、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ等のアルカリ金属を含んでいてもよい。
【0027】
なお、カルコゲン太陽電池セルとしての光電変換層２２は、Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｎ，ＳまたはＳｅを含むカルコゲナイド系のＩ２－（ＩＩ－ＩＶ）－ＶＩ４族化合物半導体を用いたＣＺＴＳ系光電変換素子であってもよい。ＣＺＴＳ系光電変換素子の代表例としては、Ｃｕ２ＺｎＳｎＳｅ４、Ｃｕ２ＺｎＳｎ（Ｓ，Ｓｅ）４等の化合物を用いたものが挙げられる。
【0028】
（バッファ層２３）
バッファ層２３は、光電変換層２２の上に形成される。特に限定するものではないが、バッファ層２３の厚さは、例えば、１０ｎｍ～１００ｎｍである。
バッファ層２３は、例えば、ｎ型またはｉ（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）型高抵抗導電層である。ここで「高抵抗」とは、後述する第２の電極層２４の抵抗値よりも高い抵抗値を有するという意味である。
バッファ層２３は、光電変換層２２の上に形成される。特に限定するものではないが、バッファ層２３の厚さは、例えば、１０ｎｍ～１００ｎｍである。
バッファ層２３は、例えば、ｎ型またはｉ（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ）型高抵抗導電層である。ここで「高抵抗」とは、後述する第２の電極層２４の抵抗値よりも高い抵抗値を有するという意味である。
【0029】
バッファ層２３は、亜鉛（Ｚｎ）、カドミウム（Ｃｄ）、インジウム（Ｉｎ）を含む化合物から選択可能である。亜鉛を含む化合物としては、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＳ、Ｚｎ（ＯＨ）2、または、これらの混晶であるＺｎ（Ｏ，Ｓ）、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）、さらに
は、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＳｎＯなど、がある。カドミウムを含む化合物としては、例えば、ＣｄＳ、ＣｄＯ、または、これらの混晶であるＣｄ（Ｏ，Ｓ）、Ｃｄ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）がある。インジウムを含む化合物としては、例えば、ＩｎＳ、ＩｎＯ、または、これらの混晶であるＩｎ（Ｏ，Ｓ）、Ｉｎ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）があり、Ｉｎ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｓ3、Ｉｎ（ＯＨ）x等を用いることができる。また、バッファ層２３は、これらの化合物の積層構造を
有してもよい。
は、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＳｎＯなど、がある。カドミウムを含む化合物としては、例えば、ＣｄＳ、ＣｄＯ、または、これらの混晶であるＣｄ（Ｏ，Ｓ）、Ｃｄ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）がある。インジウムを含む化合物としては、例えば、ＩｎＳ、ＩｎＯ、または、これらの混晶であるＩｎ（Ｏ，Ｓ）、Ｉｎ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）があり、Ｉｎ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｓ3、Ｉｎ（ＯＨ）x等を用いることができる。また、バッファ層２３は、これらの化合物の積層構造を
有してもよい。
【0030】
なお、バッファ層２３は、光電変換効率などの特性を向上させる効果を有するが、これを省略することも可能である。バッファ層２３が省略される場合、第２の電極層２４は光電変換層２２の上に形成される。
【0031】
（第２の電極層２４）
第２の電極層２４は、バッファ層２３の上に形成される。第２の電極層２４は、例えば、ｎ型導電層である。特に限定するものではないが、第２の電極層２４の厚さは、例えば、０．５μｍ～２．５μｍである。
第２の電極層２４は、例えば、禁制帯幅が広く、抵抗値が十分に低い材料を備えることが好ましい。また、第２の電極層２４は、太陽光などの光の通り道となるため、光電変換層２２が吸収可能な波長の光を透過する性質を持つことが好ましい。この意味から、第２の電極層２４は、透明電極層または窓層とも称される。
第２の電極層２４は、バッファ層２３の上に形成される。第２の電極層２４は、例えば、ｎ型導電層である。特に限定するものではないが、第２の電極層２４の厚さは、例えば、０．５μｍ～２．５μｍである。
第２の電極層２４は、例えば、禁制帯幅が広く、抵抗値が十分に低い材料を備えることが好ましい。また、第２の電極層２４は、太陽光などの光の通り道となるため、光電変換層２２が吸収可能な波長の光を透過する性質を持つことが好ましい。この意味から、第２の電極層２４は、透明電極層または窓層とも称される。
【0032】
第２の電極層２４は、例えば、ＩＩＩ族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、またはＩｎ）がドーパントとして添加された酸化金属を備える。酸化金属の例としては、ＺｎＯ、または、ＳｎＯ2がある。第２の電極層２４は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）、ＩＴｉＯ（
酸化インジウムチタン）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＺＴＯ（酸化亜鉛スズ）、ＦＴＯ（フッ素ドープト酸化スズ）、ＧＺＯ（ガリウムドープト酸化亜鉛）、ＢＺＯ（ホウ素ドープト酸化亜鉛）などから選択可能である。
酸化インジウムチタン）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）、ＺＴＯ（酸化亜鉛スズ）、ＦＴＯ（フッ素ドープト酸化スズ）、ＧＺＯ（ガリウムドープト酸化亜鉛）、ＢＺＯ（ホウ素ドープト酸化亜鉛）などから選択可能である。
【0033】
（インターコネクタ１３）
インターコネクタ１３は、太陽電池モジュール１０の＋極側の配線部材であり、太陽電池モジュール１０の図１右側端部に２本並列に接続されている。インターコネクタ１３は、例えば、材料にＡｇを含む導電性金属のリボンワイヤである。
特に限定するものではないが、インターコネクタの寸法は、厚さ３０μｍ、幅２．５ｍｍ程度の短冊状とすることができる。
インターコネクタ１３は、太陽電池モジュール１０の＋極側の配線部材であり、太陽電池モジュール１０の図１右側端部に２本並列に接続されている。インターコネクタ１３は、例えば、材料にＡｇを含む導電性金属のリボンワイヤである。
特に限定するものではないが、インターコネクタの寸法は、厚さ３０μｍ、幅２．５ｍｍ程度の短冊状とすることができる。
【0034】
ここで、インターコネクタ１３の材料は、Ａｇを含む導電性金属に限定されることなく、例えば、鉄（Ｆｅ）・ニッケル（Ｎｉ）・コバルト（Ｃｏ）合金（例えば、Ｋｏｖａｒ（登録商標）など）やＴｉを用いてもよい。
【0035】
インターコネクタ１３の材料として鉄・ニッケル・コバルト合金を用いる場合、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの比率はＫｏｖａｒと同様の比率（Ｆｅ：５３．５％、Ｎｉ：２９％、Ｃｏ：１７％）であってもよく、その他の比率であってもよい。
例えば、インターコネクタ１３と導電性基板１１の熱膨張係数の差を小さくすると、熱膨張で接続部１４に作用する応力が小さくなるので、接続部１４の密着強度低下を抑制しやすくなる。そのため、導電性基板１１の熱膨張係数との差が小さくなるように、鉄・ニッケル・コバルト合金におけるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの比率を調整してもよい。
また、相対する要素との間で金属の拡散を促進するために、鉄・ニッケル・コバルト合金に含まれるＦｅを増加させてもよい。
例えば、インターコネクタ１３と導電性基板１１の熱膨張係数の差を小さくすると、熱膨張で接続部１４に作用する応力が小さくなるので、接続部１４の密着強度低下を抑制しやすくなる。そのため、導電性基板１１の熱膨張係数との差が小さくなるように、鉄・ニッケル・コバルト合金におけるＦｅ、Ｎｉ、Ｃｏの比率を調整してもよい。
また、相対する要素との間で金属の拡散を促進するために、鉄・ニッケル・コバルト合金に含まれるＦｅを増加させてもよい。
【0036】
なお、第１実施形態においては、太陽電池モジュール１０の－極側の配線に関する説明は省略する。
【0037】
（接続部１４）
接続部１４は、インターコネクタ１３と、光電変換素子１２の第１の電極層２１とを接続する要素であり、太陽電池モジュール１０の図１右側端部に２か所設けられている。各々の接続部１４は、光電変換素子１２を部分的に切り欠いて受光面側に第１の電極層２１を露出させた配線領域１０ａに形成されている。特に限定するものではないが、配線領域１０ａの平面方向の寸法は、例えば５ｍｍ×５ｍｍ程度の矩形状である。
接続部１４は、インターコネクタ１３と、光電変換素子１２の第１の電極層２１とを接続する要素であり、太陽電池モジュール１０の図１右側端部に２か所設けられている。各々の接続部１４は、光電変換素子１２を部分的に切り欠いて受光面側に第１の電極層２１を露出させた配線領域１０ａに形成されている。特に限定するものではないが、配線領域１０ａの平面方向の寸法は、例えば５ｍｍ×５ｍｍ程度の矩形状である。
【0038】
図２に示すように、接続部１４は、導電性基板１１の上に、配線領域１０ａに対応する第１の電極層２１ａと、接合層２７とを順次積層した積層構造を有している。また、接合層２７の上面には、インターコネクタ１３の端部が溶接で取り付けられている。接合層２７とインターコネクタ１３の溶接は、例えばパラレルギャップ式抵抗溶接で行われる。
【0039】
配線領域１０ａに対応する第１の電極層２１ａは、光電変換素子１２の第１の電極層２１と一体に形成されている。
ただし、光電変換素子１２の光電変換層２２に臨む第１の電極層２１には、光電変換層２２との界面にＶＩ族化合物層２６が形成される。これに対し、配線領域１０ａの第１の電極層２１ａには、ＶＩ族化合物層２６が形成されていない。配線領域１０ａにおいては第１の電極層２１ａと接合層２７の間に剥離しやすいＶＩ族化合物層２６が形成されていないので、第１の電極層２１ａから接合層２７が剥離しにくい。
ただし、光電変換素子１２の光電変換層２２に臨む第１の電極層２１には、光電変換層２２との界面にＶＩ族化合物層２６が形成される。これに対し、配線領域１０ａの第１の電極層２１ａには、ＶＩ族化合物層２６が形成されていない。配線領域１０ａにおいては第１の電極層２１ａと接合層２７の間に剥離しやすいＶＩ族化合物層２６が形成されていないので、第１の電極層２１ａから接合層２７が剥離しにくい。
【0040】
また、配線領域１０ａの第１の電極層２１ａには、後述のように接合層２７の金属元素（例えば、Ａｌ）や、ＶＩ族元素であるＳｅ，Ｓなどが拡散されている。第１の電極層２１ａに接合層２７の金属元素が拡散することで、第１の電極層２１ａと接合層２７とは高い密着強度を有する。
これに対し、光電変換素子１２内の第１の電極層２１は、接合層２７と接触していない。そのため、光電変換素子１２内の第１の電極層２１では、配線領域１０ａの第１の電極層２１ａとは異なり、接合層２７の金属元素の拡散はほとんどない。
これに対し、光電変換素子１２内の第１の電極層２１は、接合層２７と接触していない。そのため、光電変換素子１２内の第１の電極層２１では、配線領域１０ａの第１の電極層２１ａとは異なり、接合層２７の金属元素の拡散はほとんどない。
【0041】
（接合層２７）
接合層２７は、配線領域１０ａの第１の電極層２１ａとインターコネクタ１３を電気的に接続するための導電層であり、導電性の金属材料に拡散したＶＩ族元素が含まれる物質で構成されている。一例として、第１実施形態の接合層２７は、Ａｌ，Ａｇを含み、拡散したＳｅ，Ｓを含む物質である。
接合層２７は、配線領域１０ａの第１の電極層２１ａとインターコネクタ１３を電気的に接続するための導電層であり、導電性の金属材料に拡散したＶＩ族元素が含まれる物質で構成されている。一例として、第１実施形態の接合層２７は、Ａｌ，Ａｇを含み、拡散したＳｅ，Ｓを含む物質である。
【0042】
図１、図２に示すように、受光面の平面方向において接合層２７の周囲には、光電変換層２２、バッファ層２３および第２の電極層２４との間に溝２８が形成されている。そのため、接合層２７は、光電変換層２２、バッファ層２３および第２の電極層２４に対して、溝２８によって絶縁されている。特に限定するものではないが、接合層２７の厚さは約２．０μｍ～３．０μｍ程度である。
【0043】
接合層２７の金属材料は、宇宙環境における日射等による高温下での太陽電池モジュール１０の使用を担保するために、融点が２３０℃以上であって、はんだ合金よりも融点の高いものが使用される。なお、上記のＡｌ，Ａｇはいずれも融点が２３０℃以上である。
【0044】
また、接合層２７の材料は、カルコゲン化されやすい金属元素であるＡｌ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれか１つを少なくとも含むことが好ましい。接合層２７がカルコゲン化されやすい金属元素を含むことで、接合層２７にはＶＩ族化合物が均一に分布しやすくなる。そして、後述する接合層２７の形成時には、ＶＩ族化合物層２６から接合層２７側へのＶＩ族元素の拡散が促進される。かかるＶＩ族元素の拡散により、第１の電極層２１ａと接合層２７との間からＶＩ族化合物層２６を消失させることができる。
【0045】
上記のように、接合層２７の形成時には接合層２７側にＶＩ族元素が拡散してＶＩ族化合物層２６が消失する。そのため、接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、第１の電極層２１ａと接合層２７との界面にＶＩ族元素の濃度のピークを有しない。
また、接合層２７の材料はカルコゲン化されやすい金属元素を含むので、接続部１４の厚さ方向においてＶＩ族元素は接合層２７側により多く拡散する。そのため、接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、接合層２７にＶＩ族元素の濃度のピークが生じる。換言すれば、接合層２７に含まれるＶＩ族元素の原子数は、第１の電極層２１ａに含まれるＶＩ族元素の原子数よりも多くなる。
また、接合層２７の材料はカルコゲン化されやすい金属元素を含むので、接続部１４の厚さ方向においてＶＩ族元素は接合層２７側により多く拡散する。そのため、接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、接合層２７にＶＩ族元素の濃度のピークが生じる。換言すれば、接合層２７に含まれるＶＩ族元素の原子数は、第１の電極層２１ａに含まれるＶＩ族元素の原子数よりも多くなる。
【0046】
また、接合層２７の材料は、裏面電極層である第１の電極層２１ａの材料に対して相図に合金相を有する金属元素を含むことが好ましい。あるいは、接合層２７の材料は、第１の電極層２１ａの構成元素の少なくとも１つを含んでいてもよい。
接合層２７の材料の選定では、第１の電極層２１ａの材料（Ｍｏ）に対して相図に合金相を有する金属を二元系状態図（例えば、BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS SECOND EDITION
Vol.1, T.B.Massalski, 1990）から選択すればよい。
接合層２７の材料の選定では、第１の電極層２１ａの材料（Ｍｏ）に対して相図に合金相を有する金属を二元系状態図（例えば、BINARY ALLOY PHASE DIAGRAMS SECOND EDITION
Vol.1, T.B.Massalski, 1990）から選択すればよい。
【0047】
第１の電極層２１ａの材料に対して相図に合金相を有する金属元素（例えばＡｌなど）、あるいは第１の電極層２１ａの構成元素の少なくとも１つを接合層２７が含むことで、第１の電極層２１ａと接合層２７との間では金属元素の拡散が生じやすくなる。また、上記のように、ＶＩ族元素が接合層２７側により多く拡散することに伴って、接合層２７に含まれる金属元素は第１の電極層２１ａに拡散しやすい状態となる。これにより、第１の電極層２１ａと接合層２７との密着強度を向上させることができる。
【0048】
また、接合層２７に含まれるＡｇは、上記のようにインターコネクタ１３にも含まれている。つまり、接合層２７とインターコネクタ１３の界面については、両者の材料がいずれもＡｇを含むので高い親和性を有している。そのため、インターコネクタ１３の溶接時には、インターコネクタ１３と接合層２７の界面でも金属元素の拡散が生じ、インターコネクタ１３と接合層２７の密着強度が向上する。
【0049】
【0050】
（Ｓ１：第１の電極層の形成）
Ｓ１にて、図４（ａ）に示すように、チタンなどの導電性基板１１の表面に、例えばスパッタリング法によりモリブデン（Ｍｏ）などの薄膜を製膜することで、第１の電極層２１が形成される。スパッタリング法は、直流（ＤＣ）スパッタリング法でもよいし、または、高周波（ＲＦ）スパッタリング法でもよい。また、スパッタリング法に代えて、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法、ＡＬＤ（atomic layer deposition）法などを用いて、第１の電極層２１を形成してもよい。
Ｓ１にて、図４（ａ）に示すように、チタンなどの導電性基板１１の表面に、例えばスパッタリング法によりモリブデン（Ｍｏ）などの薄膜を製膜することで、第１の電極層２１が形成される。スパッタリング法は、直流（ＤＣ）スパッタリング法でもよいし、または、高周波（ＲＦ）スパッタリング法でもよい。また、スパッタリング法に代えて、ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法、ＡＬＤ（atomic layer deposition）法などを用いて、第１の電極層２１を形成してもよい。
【0051】
（Ｓ２：プリカーサ層の形成）
Ｓ２にて、図４（ａ）に破線で示すように、第１の電極層２１の上に、薄膜状のプリカーサ層２２ｐが形成される。
Ｓ２にて、図４（ａ）に破線で示すように、第１の電極層２１の上に、薄膜状のプリカーサ層２２ｐが形成される。
【0052】
第１の電極層２１上にプリカーサ層２２ｐを形成する方法としては、例えば、上記のスパッタリング法や、蒸着法またはインク塗布法が挙げられる。蒸着法は、蒸着源を加熱して気相となった原子等を用いて成膜する方法である。インク塗布法は、プリカーサ膜の材料を粉体にしたものを有機溶剤等の溶媒に分散して第１の電極層２１上に塗布し、その後溶剤を蒸発してプリカーサ層２２ｐを形成する方法である。
【0053】
ＣＩＳ系の光電変換層２２を形成する場合、プリカーサ層２２ｐは、Ｉ族元素と、ＩＩＩ族元素とを含む。例えば、プリカーサ層２２ｐはＩ族元素としてＡｇを含んでいてもよい。プリカーサ層２２ｐに含めるＡｇ以外のＩ族元素は、銅、金などから選択可能である。また、プリカーサ層２２ｐに含めるＩＩＩ族元素は、インジウム、ガリウム、アルミニウムなどから選択可能である。また、プリカーサ層２２ｐは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ等のアルカリ金属を含んでいてもよい。また、プリカーサ層２２ｐは、ＶＩ族元素として、セレンおよび硫黄の他に、テルルを含んでいてもよい。
一方、ＣＺＴＳ系の光電変換層２２を形成する場合、プリカーサ層２２ｐは、Ｃｕ－Ｚｎ－ＳｎあるいはＣｕ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｓｅ－Ｓの薄膜として製膜される。
一方、ＣＺＴＳ系の光電変換層２２を形成する場合、プリカーサ層２２ｐは、Ｃｕ－Ｚｎ－ＳｎあるいはＣｕ－Ｚｎ－Ｓｎ－Ｓｅ－Ｓの薄膜として製膜される。
【0054】
（Ｓ３：光電変換層の形成）
Ｓ３にて、図４（ｂ）に示すように、プリカーサ層２２ｐをカルコゲン化することで光電変換層２２が形成される。
Ｓ３にて、図４（ｂ）に示すように、プリカーサ層２２ｐをカルコゲン化することで光電変換層２２が形成される。
【0055】
ＣＩＳ系の光電変換層２２を形成する場合、プリカーサ層２２ｐのカルコゲン化処理では、ＶＩ族元素を含む雰囲気中で、Ｉ族元素とＩＩＩ族元素を含むプリカーサ層２２ｐを熱処理することでカルコゲン化し、光電変換層２２を形成する。
【0056】
例えば、まず、気相セレン化法によるセレン化が行われる。セレン化は、ＶＩ族元素源としてセレンを含むセレン源ガス（例えば、セレン化水素またはセレン蒸気）の雰囲気中でプリカーサ層を加熱することにより行う。特に限定するものではないが、セレン化は、例えば、加熱炉内において３００℃以上６００℃以下の範囲内の温度で行うことが好ましい。
【0057】
その結果、プリカーサ層は、Ｉ族元素と、ＩＩＩ族元素と、セレンとを含む化合物（光電変換層２２）に変換される。なお、Ｉ族元素と、ＩＩＩ族元素と、セレンとを含む化合物（光電変換層２２）は、気相セレン化法以外の方法により形成してもよい。例えば、このような化合物は、固相セレン化法、蒸着法、インク塗布法、電着法などによっても形成可能である。
【0058】
次に、Ｉ族元素と、ＩＩＩ族元素と、セレンとを含む光電変換層２２の硫化が行われる。硫化は、硫黄を有する硫黄源ガス（例えば、硫化水素、または硫黄蒸気）の雰囲気中で光電変換層２２を加熱することにより行う。その結果、光電変換層２２は、Ｉ族元素と、ＩＩＩ族元素と、ＶＩ族元素としてセレンおよび硫黄とを含む化合物に変換される。硫黄源ガスは、光電変換層２２の表面部において、Ｉ族元素と、ＩＩＩ族元素と、セレンとからなる結晶、例えば、カルコパイライト結晶内のセレンを硫黄に置換する役割を担う。
特に限定するものではないが、硫化は、例えば、加熱炉内において４５０℃以上６５０℃以下の範囲内の温度で行うことが好ましい。
特に限定するものではないが、硫化は、例えば、加熱炉内において４５０℃以上６５０℃以下の範囲内の温度で行うことが好ましい。
【0059】
一方、ＣＺＴＳ系の光電変換層２２を形成する場合、プリカーサ層２２ｐのカルコゲン化処理では、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｓｎを含むプリカーサ層２２ｐを５００℃～６５０℃の硫化水素雰囲気中及びセレン化水素雰囲気中で硫化及びセレン化する。これにより、Ｃｕ２ＺｎＳｎ（Ｓ、Ｓｅ）４を有するＣＺＴＳ系の光電変換層２２を形成することができる。
【0060】
また、Ｓ３でのプリカーサ層２２ｐのカルコゲン化処理に伴い、第１の電極層２１における光電変換層２２との界面には、Ｍｏ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層２６が形成される。
【0061】
（Ｓ４：バッファ層の形成）
Ｓ４にて、図４（ｃ）に示すように、ＣＢＤ（chemical bath deposition）法、スパッタリング法などの方法により、光電変換層２２の上に、例えば、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）などの薄膜を製膜してバッファ層２３が形成される。なお、バッファ層２３の形成は省略されてもよい。
Ｓ４にて、図４（ｃ）に示すように、ＣＢＤ（chemical bath deposition）法、スパッタリング法などの方法により、光電変換層２２の上に、例えば、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ）などの薄膜を製膜してバッファ層２３が形成される。なお、バッファ層２３の形成は省略されてもよい。
【0062】
（Ｓ５：第２の電極層の形成）
Ｓ５にて、図４（ｃ）に破線で示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法などの方法により、バッファ層２３の上に、第２の電極層２４が形成される。第２の電極層２４は、例えば、Ｂ、ＡｌまたはＩｎがドーパントとして添加されたＺｎＯなどの薄膜による透明電極である。
以上のＳ１からＳ５の工程により、導電性基板１１上に光電変換素子１２が形成される。
Ｓ５にて、図４（ｃ）に破線で示すように、スパッタリング法、ＣＶＤ法、ＡＬＤ法などの方法により、バッファ層２３の上に、第２の電極層２４が形成される。第２の電極層２４は、例えば、Ｂ、ＡｌまたはＩｎがドーパントとして添加されたＺｎＯなどの薄膜による透明電極である。
以上のＳ１からＳ５の工程により、導電性基板１１上に光電変換素子１２が形成される。
【0063】
（Ｓ６：配線領域の形成）
Ｓ６にて、光電変換素子１２の受光面端部における所定位置を、例えばメカニカルパターニングで部分的に切り欠き、受光面側に第１の電極層２１を露出させた配線領域１０ａが形成される。なお、Ｓ６の段階では、配線領域１０ａの第１の電極層２１の表面には、光電変換素子１２内の第１の電極層２１と同様にＶＩ族化合物層２６が存在している。
Ｓ６にて、光電変換素子１２の受光面端部における所定位置を、例えばメカニカルパターニングで部分的に切り欠き、受光面側に第１の電極層２１を露出させた配線領域１０ａが形成される。なお、Ｓ６の段階では、配線領域１０ａの第１の電極層２１の表面には、光電変換素子１２内の第１の電極層２１と同様にＶＩ族化合物層２６が存在している。
【0064】
一例として、図５（ａ）では、光電変換素子１２の配線領域１０ａに対応する光電変換層２２、バッファ層２３および第２の電極層２４を削除した状態を示している。なお、図５（ａ）では、Ｓ６で削除された領域を破線で示している。
【0065】
（Ｓ７：配線領域でのプリカーサ層の形成）
Ｓ７にて、図５（ｂ）に示すように、配線領域１０ａの第１の電極層２１の上に、接合層２７に対応するプリカーサ層２７ｐが形成される。
Ｓ７にて、図５（ｂ）に示すように、配線領域１０ａの第１の電極層２１の上に、接合層２７に対応するプリカーサ層２７ｐが形成される。
【0066】
Ｓ７では、まず、光電変換素子１２の受光面において、プリカーサ層２７ｐを形成する領域（配線領域１０ａにおける溝２８の内側）以外を適宜マスキングする。その後、配線領域１０ａの第１の電極層２１の上に、例えば蒸着法でプリカーサ層２７ｐを形成する。
【0067】
Ｓ７のプリカーサ層２７ｐは、導電性基板１１側から順に、Ａｌ層２７ｐ１と、Ａｇ層２７ｐ２とを順次積層して形成される。Ａｌ層２７ｐ１の製膜条件は、例えば、印加電圧１０ｋＶ程度、ＥＢ電流０．２Ａ程度、製膜レート０．４ｎｍ／ｓｅｃ、膜厚０．５μｍである。同様に、Ａｇ層２７ｐ２の製膜条件は、例えば、印加電圧１０ｋＶ程度、ＥＢ電流０．１Ａ程度、製膜レート０．５ｎｍ／ｓｅｃ、膜厚２．０μｍである。
【0068】
プリカーサ層２７ｐでは、インターコネクタ１３に臨む上面側にＡｇ層２７ｐ２が配置されている。インターコネクタ１３の材料と共通するＡｇ層２７ｐ２をインターコネクタ１３に臨む領域に配置することで、溶接時にはインターコネクタ１３とプリカーサ層２７ｐとの界面で拡散が生じやすくなる。
【0069】
また、プリカーサ層２７ｐでは、第１の電極層２１のＶＩ族化合物層２６に臨む下面側にＡｌ層２７ｐ１が配置されている。カルコゲン化しやすいＡｌ層２７ｐ１をＶＩ族化合物層２６に臨む領域に配置することで、溶接時には接合層２７側にＶＩ族化合物の拡散が生じやすくなる。
【0070】
（Ｓ８：インターコネクタの溶接）
Ｓ８にて、プリカーサ層２７ｐの上面に、Ａｇを含む導電性金属のインターコネクタ１３の端部を配置し、太陽電池モジュール１０へのインターコネクタ１３の溶接が行われる。インターコネクタ１３の溶接は、一例として、制御方式がトランジスタ式の抵抗溶接機を使用したパラレルギャップ式溶接法により行われる。
Ｓ８にて、プリカーサ層２７ｐの上面に、Ａｇを含む導電性金属のインターコネクタ１３の端部を配置し、太陽電池モジュール１０へのインターコネクタ１３の溶接が行われる。インターコネクタ１３の溶接は、一例として、制御方式がトランジスタ式の抵抗溶接機を使用したパラレルギャップ式溶接法により行われる。
【0071】
具体的には、図５（ｃ）に示すように、インターコネクタ１３の端部は、プリカーサ層２７ｐの周縁部から外側にはみ出さないようにプリカーサ層２７ｐの上面中央部に配置される。そして、例えば狭いギャップで仕切られた一対の電極３０を用いて、インターコネクタ１３がプリカーサ層２７ｐと溶接される。
なお、Ｓ８での溶接条件は、例えば、溶接電流５０～２００Ａ、溶接時間５～９００ｍｓｅｃである。
なお、Ｓ８での溶接条件は、例えば、溶接電流５０～２００Ａ、溶接時間５～９００ｍｓｅｃである。
【0072】
インターコネクタ１３との溶接時には、プリカーサ層２７ｐはインターコネクタ１３を介して電極３０からの熱エネルギーを受ける。すると、インターコネクタ１３とプリカーサ層２７ｐの界面と、プリカーサ層２７ｐと第１の電極層２１の界面とでそれぞれ拡散が生じる。また、プリカーサ層２７ｐ内のＡｌ層２７ｐ１とＡｇ層２７ｐ２の間でも拡散が生じる。これにより、図５（ｄ）に示すように、Ａｌ層２７ｐ１とＡｇ層２７ｐ２の積層構造であったプリカーサ層２７ｐは、Ａｇ、ＡｌおよびＶＩ族元素のＳｅが拡散された接合層２７に変化する。
【0073】
溶接時の熱エネルギーによりプリカーサ層２７ｐと第１の電極層２１の界面で拡散が生じると、第１の電極層２１におけるＶＩ族化合物層２６のＳｅは、第１の電極層２１ａと接合層２７に拡散する。かかるＳｅの拡散により、第１の電極層２１ａと接合層２７との間からＶＩ族化合物層２６が消失する。溶接後の第１の電極層２１ａと接合層２７の間には剥離しやすいＶＩ族化合物層２６が存在しないので、第１の電極層２１ａと接合層２７が剥離しにくい。
【0074】
また、プリカーサ層２７ｐの第１の電極層２１側には、カルコゲン化しやすいＡｌ層２７ｐ１が配置されている。そのため、ＶＩ族化合物層２６から拡散するＳｅは、Ｍｏを含む第１の電極層２１ａ側よりも、カルコゲン化しやすいＡｌを含む接合層２７側に多く拡散する。そして、Ｓｅが接合層２７側により多く拡散することに伴って、プリカーサ層２７ｐに含まれていた金属元素のＡｌは第１の電極層２１ａに拡散しやすくなる。接合層２７の金属元素であるＡｌが第１の電極層２１ａに拡散することで、溶接後の第１の電極層２１ａと接合層２７の密着強度がより向上する。
【0075】
一方、プリカーサ層２７ｐのＡｇ層２７ｐ２とインターコネクタ１３の界面については、両者の材料がいずれもＡｇを含むので高い親和性を有している。したがって、溶接時にはインターコネクタ１３とプリカーサ層２７ｐの界面で金属元素の拡散が生じ、インターコネクタ１３と接合層２７が高い密着強度で接合される。
【0076】
上述のＳ１～Ｓ８の工程により、太陽電池モジュール１０の配線領域には、接合層を介して第１の電極層とインターコネクタが接合された接続部１４が形成される。
以上で、図３の説明を終了する。
以上で、図３の説明を終了する。
【0077】
以上のように、第１実施形態では、配線領域１０ａにおいて、ＶＩ族化合物層２６を有する第１の電極層２１の上にＡｌを含んだプリカーサ層２７ｐを形成する（Ｓ７）。そして、プリカーサ層２７ｐとインターコネクタ１３を溶接して熱エネルギーを加え、ＶＩ族元素とプリカーサ層２７ｐのＡｌを含む接合層２７が形成される（Ｓ８）。
これにより、光電変換素子１２とインターコネクタ１３の接続部１４では、ＶＩ族元素が接合層２７に拡散し、積層方向においてＶＩ族元素の濃度分布のピークは第１の電極層２１と接合層２７の界面からずれる。つまり、第１実施形態の接続部１４では、第１の電極層２１と接合層２７の界面からＶＩ族化合物層２６が消失するので、第１の電極層２１と接合層２７との密着強度を高めることができる。
これにより、光電変換素子１２とインターコネクタ１３の接続部１４では、ＶＩ族元素が接合層２７に拡散し、積層方向においてＶＩ族元素の濃度分布のピークは第１の電極層２１と接合層２７の界面からずれる。つまり、第１実施形態の接続部１４では、第１の電極層２１と接合層２７の界面からＶＩ族化合物層２６が消失するので、第１の電極層２１と接合層２７との密着強度を高めることができる。
【0078】
＜＜第２実施形態＞＞
図６は、第２実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。第２実施形態は、第１実施形態の変形例であって、太陽電池モジュール１０の導電性基板１１の裏面側（受光面の反対側の面）に接続部１４が形成されている。
なお、以下の各実施形態の説明において、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して重複説明を省略する。
図６は、第２実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。第２実施形態は、第１実施形態の変形例であって、太陽電池モジュール１０の導電性基板１１の裏面側（受光面の反対側の面）に接続部１４が形成されている。
なお、以下の各実施形態の説明において、第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付して重複説明を省略する。
【0079】
図６に示すように、第２実施形態の導電性基板１１には、裏面側にモリブデン（Ｍｏ）の導電被膜層３１が形成され、導電被膜層３１に接合層２７ａが積層されている。そして、接合層２７ａの図中下側にはインターコネクタ１３の端部が溶接で取り付けられている。第２実施形態のインターコネクタ１３は、例えば、Ａｇを含む導電性金属、Ｔｉまたは鉄・ニッケル・コバルト合金などを材料とするリボンワイヤである。
導電性基板１１の裏面側に導電被膜層３１が形成されることで、太陽電池モジュール１０の反りを低減することができる。
導電性基板１１の裏面側に導電被膜層３１が形成されることで、太陽電池モジュール１０の反りを低減することができる。
【0080】
また、導電被膜層３１の表面には、接合層２７ａが積層されている領域を除いてＭｏ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層３２が形成されている。ＶＩ族化合物層３２のＭｏ（Ｓｅ，Ｓ）２は、プリカーサ層２２ｐをカルコゲン化して光電変換層２２を形成する際に、導電被膜層３１に形成される。なお、Ｍｏ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層３２は、第１の電極層２１のＶＩ族化合物層２６と同様の性質を有している。
換言すれば、導電被膜層３１と接合層２７ａの間には剥離しやすいＶＩ族化合物層３２が形成されていない。そのため、導電被膜層３１から接合層２７ａが剥離しにくい。
換言すれば、導電被膜層３１と接合層２７ａの間には剥離しやすいＶＩ族化合物層３２が形成されていない。そのため、導電被膜層３１から接合層２７ａが剥離しにくい。
【0081】
また、第２実施形態の接合層２７ａは、Ａｌ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれか１つを少なくとも含み、拡散したＳｅ，Ｓを含む物質である。接合層２７ａの金属材料は、宇宙環境における日射等による高温下での太陽電池モジュール１０の使用を担保するために、融点が２３０℃以上であって、はんだ合金よりも融点の高いものが使用される。また、接合層２７ａの材料は、部材間での金属元素の拡散を促進するために、導電被膜層３１の材料およびインターコネクタ１３の材料に対して相図に合金相を有する金属元素を含むことが好ましい。
【0082】
また、接合層２７ａの材料は、カルコゲン化されやすい金属元素であるＡｌ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれか１つを少なくとも含むことが好ましい。これにより、接合層２７ａにはＶＩ族化合物が均一に分布しやすくなる。接合層２７ａの形成時には、ＶＩ族化合物層３２から接合層２７ａ側へのＶＩ族元素の拡散が促進され、導電被膜層３１と接合層２７ａの間からＶＩ族化合物層３２を消失させることができる。
【0083】
また、導電被膜層３１において、接合層２７ａが積層されている領域には、後述のように接合層２７ａの金属元素（例えば、Ａｌ）や、ＶＩ族元素であるＳｅ，Ｓなどが拡散されている。導電被膜層３１に接合層２７ａの金属元素が拡散することで、導電被膜層３１と接合層２７ａは高い密着強度を有する。
これに対し、導電被膜層３１において接合層２７ａが積層されていない領域では、接合層２７ａの金属元素の拡散はほとんどない。
これに対し、導電被膜層３１において接合層２７ａが積層されていない領域では、接合層２７ａの金属元素の拡散はほとんどない。
【0084】
第２実施形態の接続部１４を形成する場合、光電変換素子１２を形成する工程（Ｓ１からＳ５）までは第１実施形態の製造方法の工程とほぼ同様である。但し、第２実施形態の場合、Ｓ１の工程において、導電性基板１１の裏面側に導電被膜層３１が形成される。また、Ｓ３の工程において、導電被膜層３１の表面にＶＩ族化合物層３２が形成される。
【0085】
その後、ＶＩ族化合物層３２を有する導電被膜層３１の上に接合層２７ａのプリカーサ層（不図示）を形成し、接合層２７ａのプリカーサ層の上にインターコネクタ１３を配置する。そして、接合層２７ａのプリカーサ層とインターコネクタ１３を溶接して熱エネルギーを加え、接合層２７ａが形成される。
【0086】
接合層２７ａの形成時には接合層２７ａ側にＶＩ族元素が拡散してＶＩ族化合物層３２が消失する。そのため、接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、導電被膜層３１と接合層２７ａとの界面にＶＩ族元素の濃度のピークを有しない。
また、接合層２７ａの材料はカルコゲン化されやすい金属元素を含むので、接続部１４の厚さ方向においてＶＩ族元素は接合層２７ａ側により多く拡散する。そのため、第２実施形態の接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、接合層２７ａにＶＩ族元素の濃度のピークが生じる。換言すれば、接合層２７ａに含まれるＶＩ族元素の原子数は、導電被膜層３１に含まれるＶＩ族元素の原子数よりも多くなる。
また、接合層２７ａの材料はカルコゲン化されやすい金属元素を含むので、接続部１４の厚さ方向においてＶＩ族元素は接合層２７ａ側により多く拡散する。そのため、第２実施形態の接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、接合層２７ａにＶＩ族元素の濃度のピークが生じる。換言すれば、接合層２７ａに含まれるＶＩ族元素の原子数は、導電被膜層３１に含まれるＶＩ族元素の原子数よりも多くなる。
【0087】
上記の第２実施形態の構成によれば、カルコゲン太陽電池セルの基板裏面側に形成される導電被膜層３１と接続部１４との密着強度を向上させることができる。
【0088】
＜＜第３実施形態＞＞
図７は、第３実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。第３実施形態は、第２実施形態の変形例であって、導電性基板１１の裏面側に導電被膜層３１が形成されていない点で第２実施形態と相違する。
図７は、第３実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。第３実施形態は、第２実施形態の変形例であって、導電性基板１１の裏面側に導電被膜層３１が形成されていない点で第２実施形態と相違する。
【0089】
図７に示すように、第３実施形態の導電性基板１１には、接合層２７ｂが積層されている。そして、接合層２７ｂの図中下側にはインターコネクタ１３の端部が溶接で取り付けられている。第３実施形態のインターコネクタ１３も、例えば、Ａｇを含む導電性金属、Ｔｉまたは鉄・ニッケル・コバルト合金などを材料とするリボンワイヤである。
【0090】
また、導電性基板１１の表面には、接合層２７ｂが積層されている領域を除いてＴｉ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層３３が形成されている。ＶＩ族化合物層３３のＴｉ（Ｓｅ，Ｓ）２は、プリカーサ層２２ｐをカルコゲン化して光電変換層２２を形成する際に、導電性基板１１の表面に形成される。なお、Ｔｉ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層３３は、グラファイト状の多層構造を有する物質であって、層間のへき開により剥離しやすい性質を有している。
換言すれば、導電性基板１１と接合層２７ｂの間には剥離しやすいＶＩ族化合物層３３が形成されていない。そのため、導電性基板１１から接合層２７ｂが剥離しにくい。
換言すれば、導電性基板１１と接合層２７ｂの間には剥離しやすいＶＩ族化合物層３３が形成されていない。そのため、導電性基板１１から接合層２７ｂが剥離しにくい。
【0091】
また、第３実施形態の接合層２７ｂは、Ａｌ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれか１つを少なくとも含み、拡散したＳｅ，Ｓを含む物質である。接合層２７ｂの金属材料は、宇宙環境における日射等による高温下での太陽電池モジュール１０の使用を担保するために、融点が２３０℃以上であって、はんだ合金よりも融点の高いものが使用される。また、接合層２７ｂの材料は、部材間での金属元素の拡散を促進するために、導電性基板１１の材料およびインターコネクタ１３の材料に対して相図に合金相を有する金属元素を含むことが好ましい。
【0092】
また、接合層２７ｂの材料は、カルコゲン化されやすい金属元素であるＡｌ、Ｐｔ、Ｚｎ、Ｓｎのいずれか１つを少なくとも含むことが好ましい。これにより、接合層２７ｂにはＶＩ族化合物が均一に分布しやすくなる。接合層２７ｂの形成時には、ＶＩ族化合物層３３から接合層２７ｂ側へのＶＩ族元素の拡散が促進され、導電性基板１１と接合層２７ｂの間からＶＩ族化合物層３３を消失させることができる。
【0093】
また、導電性基板１１において、接合層２７ｂが積層されている領域には、後述のように接合層２７ｂの金属元素（例えば、Ａｌ）や、ＶＩ族元素であるＳｅ，Ｓなどが拡散されている。導電性基板１１に接合層２７ｂの金属元素が拡散することで、導電性基板１１と接合層２７ｂは高い密着強度を有する。
これに対し、導電性基板１１において接合層２７ｂが積層されていない領域では、接合層２７ｂの金属元素の拡散はほとんどない。
これに対し、導電性基板１１において接合層２７ｂが積層されていない領域では、接合層２７ｂの金属元素の拡散はほとんどない。
【0094】
第３実施形態の接続部１４を形成する場合、光電変換素子１２を形成する工程（Ｓ１からＳ５）までは第１実施形態の製造方法の工程とほぼ同様である。なお、第３実施形態では、Ｓ３の工程において導電性基板１１の表面にＶＩ族化合物層３３が形成される。
【0095】
その後、ＶＩ族化合物層３３を有する導電性基板１１の上に接合層２７ｂのプリカーサ層（不図示）を形成し、接合層２７ｂのプリカーサ層の上にインターコネクタ１３を配置する。その後、接合層２７ｂのプリカーサ層とインターコネクタ１３を溶接して熱エネルギーを加え、接合層２７ｂが形成される。
【0096】
接合層２７ｂの形成時には接合層２７ｂ側にＶＩ族元素が拡散してＶＩ族化合物層３３が消失する。そのため、接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、導電性基板１１と接合層２７ｂとの界面にＶＩ族元素の濃度のピークを有しない。
また、接合層２７ｂの材料はカルコゲン化されやすい金属元素を含むので、接続部１４の厚さ方向においてＶＩ族元素は接合層２７ｂ側により多く拡散する。そのため、第３実施形態の接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、接合層２７ｂにＶＩ族元素の濃度のピークが生じる。換言すれば、接合層２７ｂに含まれるＶＩ族元素の原子数は、導電性基板１１に含まれるＶＩ族元素の原子数よりも多くなる。
また、接合層２７ｂの材料はカルコゲン化されやすい金属元素を含むので、接続部１４の厚さ方向においてＶＩ族元素は接合層２７ｂ側により多く拡散する。そのため、第３実施形態の接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、接合層２７ｂにＶＩ族元素の濃度のピークが生じる。換言すれば、接合層２７ｂに含まれるＶＩ族元素の原子数は、導電性基板１１に含まれるＶＩ族元素の原子数よりも多くなる。
【0097】
上記の第３実施形態の構成によれば、カルコゲン太陽電池セルの導電性基板１１と接続部１４との密着強度を向上させることができる。
【0098】
＜＜第４実施形態＞＞
図８は、第４実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。第４実施形態は、第２実施形態の変形例であって、接合層２７ａを介さずに導電被膜層３１にインターコネクタ１３が直接溶接されている点で第２実施形態の構成と相違する。なお、第４実施形態においても、導電被膜層３１の表面には、インターコネクタ１３の溶接されている領域を除いてＭｏ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層３２が形成されている。
換言すれば、導電被膜層３１とインターコネクタ１３の間には剥離しやすいＶＩ族化合物層３２が形成されていない。そのため、導電被膜層３１からインターコネクタ１３が剥離しにくい。
図８は、第４実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。第４実施形態は、第２実施形態の変形例であって、接合層２７ａを介さずに導電被膜層３１にインターコネクタ１３が直接溶接されている点で第２実施形態の構成と相違する。なお、第４実施形態においても、導電被膜層３１の表面には、インターコネクタ１３の溶接されている領域を除いてＭｏ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層３２が形成されている。
換言すれば、導電被膜層３１とインターコネクタ１３の間には剥離しやすいＶＩ族化合物層３２が形成されていない。そのため、導電被膜層３１からインターコネクタ１３が剥離しにくい。
【0099】
また、宇宙環境における日射等による高温下での太陽電池モジュール１０の使用を担保するために、接続部１４に適用されるインターコネクタ１３の材料は、融点が２３０℃以上であって、はんだ合金よりも融点の高いものが使用される。また、第４実施形態のインターコネクタ１３の材料は、部材間での金属元素の拡散を促進するために、導電被膜層３１の材料に対して相図に合金相を有する金属元素を含んでいる。
【0100】
第４実施形態の導電被膜層３１において、インターコネクタ１３と接合されている領域には、インターコネクタ１３の金属元素や、ＶＩ族元素であるＳｅ，Ｓなどが拡散されている。導電被膜層３１にインターコネクタ１３の金属元素が拡散することで、導電被膜層３１とインターコネクタ１３は高い密着強度を有する。
これに対し、導電被膜層３１においてインターコネクタ１３と接合されていない領域では、インターコネクタ１３の金属元素の拡散はほとんどない。
これに対し、導電被膜層３１においてインターコネクタ１３と接合されていない領域では、インターコネクタ１３の金属元素の拡散はほとんどない。
【0101】
第４実施形態の接続部１４を形成する場合、光電変換素子１２を形成する工程（Ｓ１からＳ５）までは第１実施形態の製造方法の工程とほぼ同様である。但し、第４実施形態の場合、Ｓ１の工程において、導電性基板１１の裏面側に導電被膜層３１が形成される。また、Ｓ３の工程において、導電被膜層３１の表面にＶＩ族化合物層３２が形成される。
【0102】
その後、ＶＩ族化合物層３２を有する導電被膜層３１の上にインターコネクタ１３を配置し、導電被膜層３１とインターコネクタ１３を溶接して熱エネルギーを加える。これにより、導電被膜層３１とインターコネクタ１３の界面からＶＩ族元素が拡散してＶＩ族化合物層３２が消失する。そのため、第４実施形態の接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、導電被膜層３１とインターコネクタ１３との界面にＶＩ族元素の濃度のピークを有しない。
【0103】
上記の第４実施形態の構成によれば、カルコゲン太陽電池セルの基板裏面側に形成される導電被膜層３１とインターコネクタ１３との密着強度を向上させることができる。
【0104】
＜＜第５実施形態＞＞
図９は、第５実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。第５実施形態は、第３実施形態の変形例であって、接合層２７ｂを介さずに導電性基板１１にインターコネクタ１３が直接溶接されている点で第３実施形態の構成と相違する。なお、第５実施形態においても、導電性基板１１の表面には、インターコネクタ１３の溶接されている領域を除いてＴｉ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層３３が形成されている。
換言すれば、導電性基板１１とインターコネクタ１３の間には剥離しやすいＶＩ族化合物層３３が形成されていない。そのため、導電性基板１１からインターコネクタ１３が剥離しにくい。
図９は、第５実施形態の太陽電池の構成例を示す厚さ方向断面図である。第５実施形態は、第３実施形態の変形例であって、接合層２７ｂを介さずに導電性基板１１にインターコネクタ１３が直接溶接されている点で第３実施形態の構成と相違する。なお、第５実施形態においても、導電性基板１１の表面には、インターコネクタ１３の溶接されている領域を除いてＴｉ（Ｓｅ，Ｓ）２からなるＶＩ族化合物層３３が形成されている。
換言すれば、導電性基板１１とインターコネクタ１３の間には剥離しやすいＶＩ族化合物層３３が形成されていない。そのため、導電性基板１１からインターコネクタ１３が剥離しにくい。
【0105】
また、宇宙環境における日射等による高温下での太陽電池モジュール１０の使用を担保するために、接続部１４に適用されるインターコネクタ１３の材料は、融点が２３０℃以上であって、はんだ合金よりも融点の高いものが使用される。また、第５実施形態のインターコネクタ１３の材料は、部材間での金属元素の拡散を促進するために、導電性基板１１の材料に対して相図に合金相を有する金属元素を含んでいる。
【0106】
第５実施形態の導電性基板１１において、インターコネクタ１３と接合されている領域には、インターコネクタ１３の金属元素や、ＶＩ族元素であるＳｅ，Ｓなどが拡散されている。導電性基板１１にインターコネクタ１３の金属元素が拡散することで、導電性基板１１とインターコネクタ１３は高い密着強度を有する。
これに対し、導電性基板１１においてインターコネクタ１３と接合されていない領域では、インターコネクタ１３の金属元素の拡散はほとんどない。
これに対し、導電性基板１１においてインターコネクタ１３と接合されていない領域では、インターコネクタ１３の金属元素の拡散はほとんどない。
【0107】
第５実施形態の接続部１４を形成する場合、光電変換素子１２を形成する工程（Ｓ１からＳ５）までは第１実施形態の製造方法の工程とほぼ同様である。なお、第５実施形態では、Ｓ３の工程において導電性基板１１の表面にＶＩ族化合物層３３が形成される。
【0108】
その後、ＶＩ族化合物層３３を有する導電性基板１１の上にインターコネクタ１３を配置し、導電性基板１１とインターコネクタ１３を溶接して熱エネルギーを加える。これにより、導電性基板１１とインターコネクタ１３の界面からＶＩ族元素が拡散してＶＩ族化合物層３３が消失する。そのため、第５実施形態の接続部１４の厚さ方向におけるＶＩ族元素の濃度分布では、導電性基板１１とインターコネクタ１３との界面にＶＩ族元素の濃度のピークを有しない。
【0109】
上記の第５実施形態の構成によれば、カルコゲン太陽電池セルの導電性基板１１とインターコネクタ１３との密着強度を向上させることができる。
【0110】
＜＜実施例＞＞
以下、本発明の太陽電池モジュールの実施例について説明する。
ここで、実施例の接続部は、上記第１実施形態で説明した構成と同様に形成されている。つまり、基板の材料はＴｉであり、溶接前の裏面電極層は表面にＳｅの層が形成されたＭｏ膜である。接合層は、Ａｌ層とＡｇ層を積層したプリカーサに溶接の熱エネルギーを加えて形成される。溶接後の裏面電極層は、ＡｌとＳｅが拡散したＭｏであり、溶接後の接合層は、Ａｇ，Ａｌに拡散したＳｅを含む物質である。
以下、本発明の太陽電池モジュールの実施例について説明する。
ここで、実施例の接続部は、上記第１実施形態で説明した構成と同様に形成されている。つまり、基板の材料はＴｉであり、溶接前の裏面電極層は表面にＳｅの層が形成されたＭｏ膜である。接合層は、Ａｌ層とＡｇ層を積層したプリカーサに溶接の熱エネルギーを加えて形成される。溶接後の裏面電極層は、ＡｌとＳｅが拡散したＭｏであり、溶接後の接合層は、Ａｇ，Ａｌに拡散したＳｅを含む物質である。
【0111】
（接続部における元素の濃度分布）
実施例では、太陽電池モジュールの接続部における元素の濃度分布を以下の手法で求めた。
まず、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を用いて実施例の接続部の厚さ方向断面を形成する。そして、加速電圧１５ｋＶで接続部断面の走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）像を撮像した。その後、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により、接続部断面に含まれる元素を分析した。
実施例では、太陽電池モジュールの接続部における元素の濃度分布を以下の手法で求めた。
まず、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を用いて実施例の接続部の厚さ方向断面を形成する。そして、加速電圧１５ｋＶで接続部断面の走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）像を撮像した。その後、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）により、接続部断面に含まれる元素を分析した。
【0112】
なお、実施例における元素の分析で使用した機器は以下の通りである。ＦＩＢ装置は、エスアイアイ・ナノテクノロジー製 ＳＭＩ３２００Ｆであり、ＳＥＭは、日立ハイテクノロジーズ製 ＳＵ８２４０であり、ＥＤＸは、堀場製作所製 ＥＸ－３７０である。
【0113】
図１０、図１１は、実施例の接続部の厚さ方向における各元素の濃度分布を示す図である。
図１０、図１１の各図において、縦軸は元素の含有量を示し、横軸は接続部の厚さ方向ｔの位置を示す。図１０、図１１の横軸において、左端は受光面の裏面側に対応し、右端は受光面側に対応する。
図１０、図１１の各図において、縦軸は元素の含有量を示し、横軸は接続部の厚さ方向ｔの位置を示す。図１０、図１１の横軸において、左端は受光面の裏面側に対応し、右端は受光面側に対応する。
【0114】
また、図１０、図１１の縦軸に示す含有量は、元素ごとに含有量の最大値を１として規格化して示している。なお、図１０、図１１に示す各点は、閾値として規格化後の３０％以上が検知された場合にプロットされている。
【0115】
図１０（ａ）は、接続部のＭｏ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｅの濃度分布例を重ねて示す。図１０（ｂ）は、接続部のＭｏの濃度分布例を示し、図１０（ｃ）は、接続部のＴｉの濃度分布例を示す。
また、図１１（ａ）は、接続部のＡｇの濃度分布例を示し、図１１（ｂ）は、接続部のＡｌの濃度分布例を示し、図１１（ｃ）は、接続部のＳｅの濃度分布例を示す。
また、図１１（ａ）は、接続部のＡｇの濃度分布例を示し、図１１（ｂ）は、接続部のＡｌの濃度分布例を示し、図１１（ｃ）は、接続部のＳｅの濃度分布例を示す。
【0116】
図１０、図１１に示すように、接続部の裏面電極層（図中、Ｍｏ＋Ａｌ＋Ｓｅで示す）はＭｏ、Ａｌ、Ｓｅを含み、接合層（図中、Ａｇ＋Ａｌ＋Ｓｅで示す）は、Ａｇ、Ａｌ、Ｓｅを含んでいる。図１０（ａ）、図１１（ｂ）、（ｃ）から、裏面電極層と接合層に亘ってＡｌ、Ｓｅが拡散していることが分かる。
【0117】
また、図１１（ｃ）に示すように、裏面電極層と接合層に亘ってＳｅは幅広く分布し、Ｓｅの濃度分布は裏面電極層と接合層の境界にピークを有していない。したがって、接続部の裏面電極層と接合層の境界には、ＶＩ族化合物層が存在していないことが分かる。
【0118】
また、図１１（ｃ）に示すように、裏面電極層よりも接合層でＳｅはより多く検知されている。したがって、接合層に含まれるＳｅの原子数は、裏面電極層に含まれるＳｅの原子数よりも多いことが分かる。
【0119】
さらに、図１１（ｃ）に示すように、裏面電極層でのＳｅの最大値と、接合層でのＳｅの最大値とを比較すると、接合層でのＳｅの最大値の方が大きい。したがって、Ｓｅの濃度のピークは接合層の部位にあることが分かる。
【0120】
（接続部の密着強度試験）
また、太陽電池モジュールの接続部の密着強度を評価するために、以下の試験を行った。試験では、溶接後のインターコネクタの先端を治具で挟み、オートグラフ装置を用いてインターコネクタの先端を４５度方向に５ｍｍ／ｍｉｎの速度で上方向に引っ張った。そして、接続部からインターコネクタがはずれる時点の引張強度（最大強度）を測定する。
また、太陽電池モジュールの接続部の密着強度を評価するために、以下の試験を行った。試験では、溶接後のインターコネクタの先端を治具で挟み、オートグラフ装置を用いてインターコネクタの先端を４５度方向に５ｍｍ／ｍｉｎの速度で上方向に引っ張った。そして、接続部からインターコネクタがはずれる時点の引張強度（最大強度）を測定する。
【0121】
試験の対象としては、上記の実施例（以下、実施例１と表記する）の試験片と、比較例として以下の３つの試験片を用いた。
比較例１は、Ｔｉ基板／Ｍｏ（ＭｏＳｅＳ）／Ａｇの積層体にインターコネクタを溶接した試験片である。比較例２は、Ｔｉ基板／Ｍｏ（ＭｏＳｅＳ）／Ｉｎハンダの積層体にインターコネクタを溶接した試験片である。なお、比較例２の接合面積は実施例の約６０倍である。比較例３は、Ｔｉ基板／Ｍｏ（ＭｏＳｅＳ）の積層体にインターコネクタを溶接した試験片である。なお、実施例１、比較例１－３のインターコネクタの材料はいずれもＡｇである。
比較例１は、Ｔｉ基板／Ｍｏ（ＭｏＳｅＳ）／Ａｇの積層体にインターコネクタを溶接した試験片である。比較例２は、Ｔｉ基板／Ｍｏ（ＭｏＳｅＳ）／Ｉｎハンダの積層体にインターコネクタを溶接した試験片である。なお、比較例２の接合面積は実施例の約６０倍である。比較例３は、Ｔｉ基板／Ｍｏ（ＭｏＳｅＳ）の積層体にインターコネクタを溶接した試験片である。なお、実施例１、比較例１－３のインターコネクタの材料はいずれもＡｇである。
【0122】
図１２は、実施例１、比較例１－３の密着強度試験の結果を示す表であり、図１３は、実施例１、比較例１－３の相図の合金相の有無を示す表である。図１３の表では、相対する部材間で相図に合金相を有する場合を「〇」で示し、相対する部材間で相図に合金相を有しない場合を「×」で示している。また、図１２、図１３において該当する構成がない場合を「－」で示している。
【0123】
図１２では、比較例１を基準として正規化した最大強度の値をそれぞれ示している。
比較例１の試験片での最大強度を１とすると、比較例２の試験片での最大強度は０．１８であり、比較例３の試験片での最大強度は０．１２であった。これに対し、実施例１の試験片は１より大きくなり、比較例１～３のいずれよりも最大強度が高く、接続部の密着強度が良好であることが確認できた。
比較例１の試験片での最大強度を１とすると、比較例２の試験片での最大強度は０．１８であり、比較例３の試験片での最大強度は０．１２であった。これに対し、実施例１の試験片は１より大きくなり、比較例１～３のいずれよりも最大強度が高く、接続部の密着強度が良好であることが確認できた。
【0124】
また、図１３に示すように、実施例１の試験片では、インターコネクタと接合層はいずれも材料にＡｇ（同種金属）を含み、かつインターコネクタの材料のＡｇと接合層の材料に含まれるＡｌは相図に合金相を有している。また、実施例１の試験片では、接合層の材料に含まれるＡｌと裏面電極層の材料のＭｏは相図に合金相を有している。そのため、実施例１の試験片では、溶接時に同種金属や相図に合金相を有する金属の間で拡散が生じ、各要素間での密着強度が向上すると考えられる。
【0125】
一方、比較例１の試験片では、接合層の材料のＡｇと裏面電極層の材料のＭｏは相図に合金相を有していない。また、比較例２の試験片では、接合層の材料のＩｎハンダと裏面電極層の材料のＭｏは相図に合金相を有していない。そのため、比較例１、２は、接合層と裏面電極層の材料で金属元素の拡散が生じないので、実施例１と比べると密着強度が低下すると考えられる。
同様に、比較例３の試験片では、インターコネクタの材料のＡｇと裏面電極層の材料のＭｏは相図に合金相を有していない。そのため、比較例３は、インターコネクタと裏面電極層の材料で金属元素の拡散が生じないので、実施例１と比べると密着強度が低下すると考えられる。
同様に、比較例３の試験片では、インターコネクタの材料のＡｇと裏面電極層の材料のＭｏは相図に合金相を有していない。そのため、比較例３は、インターコネクタと裏面電極層の材料で金属元素の拡散が生じないので、実施例１と比べると密着強度が低下すると考えられる。
【0126】
【0127】
実施例２の試験片は、上記の第２実施形態に対応する構成である。実施例２のインターコネクタの材料はＴｉであり、接合層の材料はＡｌであり、導電被膜層の材料はＭｏであり、基板の材料はＴｉである。実施例２では、インターコネクタと接合層の材料は相図に合金相を有し、また、接合層と導電被膜層の材料は相図に合金相を有している。比較例１の試験片での最大強度を１とすると、実施例２の試験片の最大強度は１．３８であり、比較例１よりも大きな値を示した。
【0128】
実施例３の試験片は、上記の第３実施形態に対応する構成である。実施例３のインターコネクタの材料はＴｉであり、接合層の材料はＡｌであり、基板の材料はＴｉである。実施例３では、インターコネクタと接合層の材料は相図に合金相を有し、また、接合層と基板の材料は相図に合金相を有している。比較例１の試験片での最大強度を１とすると、実施例３の試験片の最大強度は１．２４であり、比較例１よりも大きな値を示した。
【0129】
実施例４の試験片は、上記の第３実施形態に対応する構成である。実施例４のインターコネクタの材料はＫｏｖａｒであり、接合層の材料はＳｎであり、基板の材料はＴｉである。実施例４では、インターコネクタと接合層の材料は相図に合金相を有し、また、接合層と基板の材料は相図に合金相を有している。比較例１の試験片での最大強度を１とすると、実施例４の試験片の最大強度は２．１８であり、比較例１よりも大きな値を示した。
【0130】
実施例５の試験片は、上記の第４実施形態に対応する構成である。実施例５のインターコネクタの材料はＫｏｖａｒであり、導電被膜層の材料はＭｏであり、基板の材料はＴｉである。実施例５では、インターコネクタと導電被膜層の材料は相図に合金相を有している。比較例１の試験片での最大強度を１とすると、実施例５の試験片の最大強度は２．０６であり、比較例１よりも大きな値を示した。
【0131】
実施例６の試験片は、上記の第５実施形態に対応する構成である。実施例６のインターコネクタの材料はＫｏｖａｒであり、基板の材料はＴｉである。実施例６では、インターコネクタと基板の材料は相図に合金相を有している。比較例１の試験片での最大強度を１とすると、実施例６の試験片の最大強度は２．０９であり、比較例１よりも大きな値を示した。
【0132】
実施例７の試験片は、上記の第５実施形態に対応する構成である。実施例７のインターコネクタの材料はＴｉであり、基板の材料はＴｉである。実施例６では、インターコネクタと基板の材料は同種金属である。比較例１の試験片での最大強度を１とすると、実施例７の試験片の最大強度は３．１５であり、比較例１よりも大きな値を示した。
【0133】
以上のように、実施例２－７では、上記の比較例１－３とは異なり、相対する要素間の金属材料がいずれも相図に合金相を有している。そのため、溶接時には相対する要素間で金属元素の拡散が生じ、各要素間での密着強度が向上すると考えられる。
また、特に実施例７の試験片は、インターコネクタと基板の材料が同種金属であるので高い親和性を有し、溶接時にはインターコネクタと基板の界面で金属元素の拡散が生じ、インターコネクタと基板の密着強度がより向上すると考えられる。
また、特に実施例７の試験片は、インターコネクタと基板の材料が同種金属であるので高い親和性を有し、溶接時にはインターコネクタと基板の界面で金属元素の拡散が生じ、インターコネクタと基板の密着強度がより向上すると考えられる。
【0134】
＜＜実施形態の補足事項＞＞
上記実施形態では、１つの光電変換素子で構成される単セル構造の太陽電池モジュールの構成を説明したが、太陽電池モジュールは導電性基板の受光面の平面方向に複数の光電変換素子を配置し、これらの光電変換素子を直列に接続した集積型構造を有していてもよい。なお、集積型構造の太陽電池モジュールの場合、導電性基板と第１の電極層の間には絶縁層が形成される。
上記実施形態では、１つの光電変換素子で構成される単セル構造の太陽電池モジュールの構成を説明したが、太陽電池モジュールは導電性基板の受光面の平面方向に複数の光電変換素子を配置し、これらの光電変換素子を直列に接続した集積型構造を有していてもよい。なお、集積型構造の太陽電池モジュールの場合、導電性基板と第１の電極層の間には絶縁層が形成される。
【0135】
また、接合層２７のプリカーサ層２７ｐは、Ａｌ層２７ｐ１とＡｇ層２７ｐ２を１層ずつ積層した上記実施形態の構成に限定されない。例えば、プリカーサ層２７ｐは、ＡｌとＡｇを含む単層膜で構成されていてもよい。また、プリカーサ層２７ｐは、３層以上の積層膜で構成されていてもよい。プリカーサ層２７ｐを３層以上の積層膜とする場合、２つの材料の層を厚さ方向に交互に配置してもよく、２つの材料の層にさらに他の材料の層を加えてもよい。また、ＡｌとＡｇを含む層を積層膜に加えてもよい。
【0136】
また、上記の第４実施形態（図８）は、導電性基板１１の裏面側に形成された導電被膜層３１にインターコネクタ１３を接合する構成例を説明した。しかし、本発明は、導電性基板１１の受光面側において、ＶＩ族化合物層２６を有する第１の電極層２１（裏面電極）にインターコネクタ１３を接合する構成にも適用することが可能である。
同様に、上記の第５実施形態（図９）は、導電性基板１１の裏面側にインターコネクタ１３を接合する構成例を説明した。しかし、本発明は、導電性基板１１の受光面側において、ＶＩ族化合物層３３が表面に形成された導電性基板１１にインターコネクタ１３を接合する構成にも適用することが可能である。
同様に、上記の第５実施形態（図９）は、導電性基板１１の裏面側にインターコネクタ１３を接合する構成例を説明した。しかし、本発明は、導電性基板１１の受光面側において、ＶＩ族化合物層３３が表面に形成された導電性基板１１にインターコネクタ１３を接合する構成にも適用することが可能である。
【0137】
また、本発明の太陽電池の電極構造は宇宙用途に限定されない。例えば、地上に設置する太陽電池において、強風や地震による外力を受けても故障しにくい接続部を形成する際に本発明を適用してもよい。
【0138】
以上のように、本発明の実施形態を説明したが、実施形態は、一例として提示したものであり、本発明の範囲を限定することを意図しない。実施形態は、上記以外の様々な形態で実施することが可能であり、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置換、変更など、を行える。実施形態およびその変形は、本発明の範囲および要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明およびその均等物についても、本発明の範囲および要旨に含まれる。
【0139】
また、本出願は、２０２０年１２月２１日に出願した日本国特許出願２０２０－２１１７３３号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２０２０－２１１７３３号の全内容を本出願に援用する。
【符号の説明】
【0140】
１０…太陽電池モジュール、１０ａ…配線領域、１１…導電性基板、１２…光電変換素子、１３…インターコネクタ、１４…接続部、２１、２１ａ…第１の電極層、２２…光電変換層、２２ｐ…プリカーサ層、２６，３２，３３…ＶＩ族化合物層、２７，２７ａ，２７ｂ…接合層、２７ｐ…プリカーサ層、２７ｐ１…Ａｌ層、２７ｐ２…Ａｇ層、３１…導電被膜層
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
