多接合光电转换装置、集成型多接合光电转换装置及其制造方法

专利名称：多接合光电转换装置、集成型多接合光电转换装置及其制造方法
技术领域：
本发明涉及多接合光电转换装置、集成型多接合光电转换装置、以及它们的制造方法。
背景技术：
对于将太阳能转换为电能的太阳能电池中用到的光电转换装置，通过层叠分光灵敏度不同的发电层(光电转换层)来形成多接合型光电转换装置，从而能够提高转换效率。 在多接合型光电转换装置中有单片型和机械层叠型。单片型的光电转换装置具有双端子构造，利用薄膜生长技术而形成。在图8中示出单片型的光电转换装置的构成的一例。光电转换装置在+(正)极的金属电极上依次层叠有底部元件、隧道二极管、中部元件、隧道二极管、顶部元件。在顶部元件之上设置有-(负)极的金属电极。底部元件、中部元件及顶部元件，分别从+极侧开始依次层叠P 层和η层。隧道二极管从+极侧开始依次层叠η+层和P+层。此外，根据顶部元件、中部元件、底部元件的特性，也有时不需要隧道二极管。作为单片型的光电转换装置的更具体的例子，例如有在Ge基板上依次形成 InGaAs半导体层和InGaP半导体层而得到的化合物半导体太阳能电池、在带透明导电膜的玻璃基板上使非晶质硅半导体层和微结晶硅半导体层顺序层叠或按相反顺序层叠的硅系薄膜太阳能电池等。在上述光电转换装置中，在InGaP半导体层及非晶质硅半导体层这样的在短波长侧具有光吸收谱的半导体层或者禁带宽度宽的半导体层中，短波长区域的光主要被吸收，长波长区域的光透过。在InGaAs半导体层及微结晶硅半导体层这样的在长波长侧具有光吸收谱的半导体层或者禁带宽度窄的半导体层中，上述透过的长波长区域的光主要被吸收。这样一来，通过使分光灵敏度不同的光电转换层层叠，从而能够有效地吸收较宽的波长区域的太阳光，故成为光电转换效率高的光电转换装置。另外，在硅系薄膜太阳能电池中，通过将带透明导电膜的基板的表面设为适当的凹凸形状，来提高光限制效果。机械层叠型的光电转换装置具有多端子构造，使单独形成的2个光电转换元件以机械的方式粘在一起而形成。在图9中示出机械层叠型的光电转换装置的构成的一例。光电转换装置在+极的金属电极上依次层叠Ρ层、η层及-(负)极的金属电极被顺序层叠的底部元件；由与底部元件相同构成组成的中部元件；以及顶部元件。各自的金属电极设置有导线。作为机械层叠型的光电转换装置，例如有专利文献1、专利文献2及专利文献3中公开的串联型太阳能电池。专利文献1及专利文献2的串联太阳能具有单独制作出的上部太阳能电池元件和下部太阳能电池元件由防湿性聚合物粘在一起的构造。上部太阳能电池元件和下部太阳能电池元件分别采用了独立取出输出的构造。因此，防湿性聚合物需要是绝缘物。在专利文献1的串联型太阳能电池中，短波长区域的光被禁带宽度较宽的黄铜矿化合物元件吸收，长波长区域的光被禁带宽度较窄的单结晶硅元件吸收。作为整体而言能够有效地吸收太阳光光谱，从而增大太阳能电池的光电转换效率。关于专利文献3的串联型太阳能电池而言，在绝缘性透明基板上形成有透明导电膜、非晶质硅膜及透明导电膜的太阳能电池元件、和在绝缘性基板上形成有金属薄膜、非晶质硅膜及透明导电膜的太阳能电池元件，以透明导电膜彼此粘合的方式重叠。现有技术文献专利文献专利文献1 日本特开平6-283738号公报(第
、
段)专利文献2 日本特开平7-122762号公报(第
、
段)专利文献3 日本特开昭64-41278号公报(权利要求1)

发明内容
(发明要解决的课题)单片型的多接合光电转换装置是依次层叠构成多接合光电转换装置的各层而形成的。一般，在多接合光电转换装置中，各层由不同的材料构成，其物性也不同。因此，必须考虑先被层叠的层的物性来层叠后面的层。例如，在先被层叠的半导体层的稳定温度的上限比后被层叠的半导体层的最适层叠温度低的情况下，若以最适温度层叠后被层叠的半导体层，则先被层叠的半导体层会劣化。因此，层叠后面的层的条件被限定为不会对作为基底的层带来热损伤这样的条件。另一方面，若以最适温度以下的温度层叠后被层叠的半导体层，则后被层叠的半导体层的特性会降低。例如，在由InGaP半导体层/InGaAs半导体层/Ge基板构成的化合物半导体太阳能电池中，优先使锗基板和半导体层进行晶格匹配。因此，应用于半导体层的材料受到限制，无法选择具有任意的晶格常数及禁带宽度的材料。例如，在由带透明导电膜的基板/非晶质硅半导体层/微结晶硅半导体层构成的硅系薄膜太阳能电池中，没有晶格匹配的制约。然而，由于在非晶质硅半导体层和微结晶硅半导体层中被主要吸收的光的波长范围不同，因而应该形成于带透明导电膜的基板的表面上的最适的凹凸形状也不同。为了限制长波长区域的光，也可将凹凸形状设定得较大。另一方面，带透明导电膜的基板的表面的凹凸形状作为中间折射率发挥功能，具有抑制因折射率差引起的界面反射的效果。因而，在凹凸形状大时，短波长区域的光被反射。另外，指出在凹凸形状大时，透明导电膜内的光限制/损失变大。为了解决上述问题，开发了一种带透明导电膜的基板，其具备二重纹理构造，所述二重纹理构造是针对短波长区域的光及长波长区域的光这两者都有光限制效果的构造。然而，为了在具有特殊形状的二重纹理构造上形成粘合性良好的硅半导体层，由于受到制模工艺的限制，故难以制出品质良好的硅半导体层。另一方面，由于机械层叠型的光电转换装置单独地形成2个光电转换元件，因而能够以不同的条件形成各光电转换元件。即、不用介意在单片型中所顾虑的上部光电转换元件层叠时的对下部光电转换元件造成的热损伤等，能够选定最适于各光电转换元件形成的条件。然而，专利文献1及专利文献2中记载的光电转换装置，通过绝缘性的透明环氧树脂以机械方式接合各光电转换元件，故光电转换元件之间未进行电连接。因而，必须从接合部将各光电转换元件的电极取出到外部，成为多端子构造。在具备这种多端子构造的光电转换装置中，在光电转换元件的面积大的情况下，由于从光电转换元件中央部到将电极取出到外部为止的距离变长，因而会产生电阻增大、电力损耗增大的问题。另外，由于额外地需要用于将电极取出到外部进行连接的空间，故也存在着元件尺寸变得大型化的问题。专利文献3的机械层叠型的光电转换装置通过使透明导电膜彼此粘合，从而可实现光学接合/电接合。然而，为了提高机械性接合强度，而产生可接合的透明导电膜的种类、透明导电膜的平坦性等构造上的自由度非常小的问题。因此，无法机械层叠具有在制造时自然产生的表面凹凸的光电转换元件、或者具有为了将光限制在半导体层内而有意地设置凹凸的纹理构造的光电转换元件。本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种具有双端子构造、且在先被层叠的层的制约少的条件下层叠后面的层的多接合光电转换装置、集成型多接合光电转换装置、以及它们的制造方法。(用于解决课题的手段)本发明的第1方式提供一种多接合光电转换装置，其层叠分光灵敏度不同的多个光电转换元件并以光学方式、电方式连接而成，其中，至少与光入射的一侧相反侧的端部的光电转换元件在所连接的一侧的最上层分别具有导电性薄膜层，其他发电元件在所连接的一侧的最上层及最下层分别具有导电性薄膜层，隔着在透明绝缘材料中含有导电性微粒子的各向异性导电粘结层而使所述最上层及最下层彼此接合。根据第1方式，由于分别在多个不同基板上形成多个不同光电转换元件，因而能够按每个光电转换元件来选择最适的基板及形成条件。另外，根据第1方式，由于层叠多个分光灵敏度不同的光电转换元件来进行接合，因而能够有效地吸收宽度较宽的太阳光光谱，增加多接合光电转换装置的光电转换效率。另外，根据第1方式，由于各光电转换元件的接合部经由在透明绝缘材料中包含导电性微粒子(分散性包含)的各向异性导电粘结层进行接合，因而可以同时进行各光电转换元件的机械连接、电连接、光学连接。因此，无需将除了两端的光电转换元件之外的各光电转换元件的电极取出到外部，能够减小电阻、减小电力损耗，能够减小元件的面积。在上述发明的第1方式中，也可设光电转换元件为2个。本发明的第2方式提供一种多接合光电转换装置，其具备上部光电转换元件，其在上部透光性基板上顺序设置了透明电极层、上部光电转换层、及上部导电性薄膜层；下部光电转换元件，其在下部基板上顺序设置了背面电极层、分光灵敏度与所述上部光电转换层不同的下部光电转换层、及下部导电性薄膜层；和各向异性导电粘结层，其包括具有粘结功能的透明绝缘材料、以及在所述透明绝缘材料中分散的导电性微粒子，所述各向异性导电粘结层的一个面与所述上部导电性薄膜层邻接，所述各向异性导电粘结层的另一个面与所述下部导电性薄膜层邻接；所述光电转换元件和所述下部光电转换元件隔着所述各向异性导电粘结层以电方式被串联连接。根据上述第2方式，由于上部光电转换元件及下部光电转换元件的分光灵敏度不同，因而成为可吸收较宽的波长区域的光的光电转换装置。上部光电转换元件及下部光电转换元件可通过适合各光电转换元件的制膜工艺进行制造。因此，不必担心因单片型的多接合太阳能电池所顾虑的在上部光电转换元件制造工序中对下部光电转换元件带来的热损伤而引起的性能劣化。各向异性导电粘结层中含有的透明绝缘材料具有透光性及粘结性。另外，透明绝缘材料保持各向异性导电粘结层的面方向的绝缘性。在透明绝缘材料中分散的导电性微粒子，将各向异性导电粘结层的厚度方向设为导电性，并起到电连接上部光电转换元件和下部光电转换接的作用。由此，能够作为双端子构造的多接合光电转换装置，无需由各光电转换元件进行输出。位于各光电转换元件与各向异性导电粘结层之间的导电性薄膜层，起到确保面内方向上的导电性的作用。在第2方式中，优选所述各向异性导电粘结层相对于下部光电转换层主要吸收的波长区域的光，具有80%以上的光透过率。另外，优选所述各向异性导电粘结层的折射率为 1.2以上且2.0以下。这样一来，能够确保下部光电转换元件所利用的光量。在第2实施方式中，优选所述上部光电转换层以非晶质硅为主，所述透明电极层在与所述上部透光性基板相反一侧的表面具有纹理构造，所述纹理构造为具有0. 1 μ m以上且0. 3μπι以下的间距及高度的凹凸形状。这样，能够得到相对于被以非晶质硅为主的上部光电转换层主要吸收的波长的高光限制效果。在第2实施方式中，优选所述下部光电转换层以微结晶硅为主，所述背面电极层在与所述下部基板相反的相反侧的表面具有纹理构造，所述纹理构造为具有0. 3 μ m以上且1 μ m以下的间距及高度的凹凸形状。这样，能够得到相对于被以微结晶硅为主的下部光电转换层主要吸收的波长的高光限制效果。在上述第1方式及第2方式中，所述导电性薄膜层起到光电转换层的1元件内的横向的电连接的作用，并且起到减轻与各向异性导电粘结层的接触界面电阻的作用。因而， 优选为掺杂了杂质的低电阻的半导体层或栅格电极层中的至少一个。另外，所述掺杂了杂质的低电阻的半导体层也可以为等同的低电阻的透明导电膜层。本发明的第3方式提供一种多接合光电转换装置的制造方法，其包括如下工序 在第ι半导体上形成第1导电性薄膜层；在第2半导体上形成第2导电性薄膜层；和在所述第1导电性薄膜层与所述第2导电性薄膜层之间插入在透明绝缘材料中含有导电性微粒子的各向异性导电粘结层，并隔着各向异性导电粘结层使第1集成型光电转换装置和第2集成型光电转换装置接合。根据第3方式能够制造下述多接合型光电转换装置，即，不必担心单片型的多接合光电转换装置所顾虑的那样在后被层叠的光电转换元件制造工序中对先形成的光电转换元件的热损伤而引起的性能劣化。本发明的第4方式提供一种多接合光电转换装置的制造方法，其包括如下工序 形成上部光电转换元件，所述上部光电转换元件在上部透光性基板上顺序设置了透明电极层、上部光电转换层、及上部导电性薄膜层；形成下部光电转换元件，所述下部光电转换元件在下部基板上顺序设置了背面电极层、分光灵敏度与所述上部光电转换层不同的下部光电转换层、及下部导电性薄膜层；按照各向异性导电粘结层的一个面与所述上部导电性薄膜层邻接、所述各向异性导电粘结层的另一个面与所述下部导电性薄膜层邻接的方式，配置所述上部光电转换元件、所述各向异性导电粘结层和所述下部光电转换元件而形成层叠体，其中的各向异性导电粘结层包含具有粘结功能的透明绝缘材料、以及在所述透明绝缘材料中分散的导电性微粒子；和对所述层叠体进行热压接，从而使所述上部光电转换元件、 所述各向异性导电粘结层和所述下部光电转换元件接合。根据第4方式能够制造下述多接合型光电转换装置，即，不必担心单片型的多接合太阳能电池所顾虑的那样在上部光电转换元件制造工序中对下部光电转换元件的热损伤而引起的性能劣化。在第4实施方式中，也可利用各向异性导电粘结薄片、金属粒子分散聚合物粘结齐U、或者由聚合物微粒子及导电性微粒子构成的混合微粒子中的任意一个，形成所述各向异性导电粘结层。由于各向异性导电粘结薄片是被硬化的粘结薄片，因而操作简便。另一方面，金属粒子分散聚合物粘结剂具有流动性。因而，易于调整各向异性导电粘结层的厚度。另外，能够以比被硬化的粘结薄片还低的压力而使上部光电转换元件和下部光电转换元件接合。因此，能够防止因实际生产时的过压接压力导致的破损等的成品率下降。由聚合物微粒子及导电性微粒子构成的混合微粒子与使用了各向异性导电粘结薄片或金属粒子分散聚合物粘结剂的情况相比，能够形成更薄的各向异性导电粘结层。另夕卜，上述混合微粒子能够使各向异性导电粘结层内产生间隙。由此，能够作为高透光性及低折射率的各向异性导电粘结层。本发明的第5方式提供一种集成型多接合光电转换装置，其层叠了分光灵敏度不同的2个光电转换元件并以光学方式/电方式进行连接，各个集成型光电转换装置在所连接一侧的最上层具有导电性薄膜层，隔着在透明绝缘材料中含有导电性微粒子的各向异性导电粘结层，使各个所述最上层和与所述最上层的电极成对的相反侧的各个电极接合，从而使得各多接合型光电转换元件彼此串联连接。根据第5方式，例如成为图1所示那样的兼具二端子构造和机械层叠的方式的集成型多接合光电转换装置。具体而言，成为隔着各向异性导电粘结层而使异种太阳能电池与导电性薄膜层(掺杂了杂质的低电阻的半导体层或栅格电极层)以机械方式/电方式/ 光学方式接合的集成型多接合光电转换装置。通过在被接合材料的表面堆积导电性薄膜层(掺杂了杂质的低电阻的半导体层或栅格电极层)，在被接合材料之间插入各向异性导电粘结层，并进行加热压接，由此接合两者。各向异性导电粘结层内的导电性微粒子进行各层的层叠方向的电连接。导电性薄膜层(掺杂了杂质的低电阻的半导体层或栅格电极层)进行作为各接合材料的光电转换层的横向(面内方向)的电连接。另外，例如构成图4所示那样将光电转换模块彼此机械层叠的机械层叠型太阳能电池模块。在第5方式涉及的集成型多接合太阳能电池中，各集成型光电转换装置的接合部经由在散布的透明绝缘材料中含有导电性微粒子的各向异性导电粘结层进行接合。因而， 可以进行各集成型光电转换装置连接侧的最上层彼此之间的连接、与上述最上层的电极成对的相反侧的电极彼此之间的连接。同时，由于两连接部电绝缘，因而相邻的各多接合型光电转换装置彼此之间被串联连接。各集成型太阳能电池在以各自的最适条件制造出的基础上可多接合化。因此，与单片型的集成型多接合太阳能电池相比，不必担心上部太阳能电池元件制造工序中对下部太阳能电池元件的热损伤导致的性能劣化，或者层叠化工序中的良品率的下降。即、可以高的良品率得到提高了性能的集成型多接合光电转换装置。
本发明的第6方式提供一种集成型多接合光电转换装置，其具备上部光电转换模块，其在透明电极层上集成了上部光电转换元件，所述上部光电转换元件具有上部发电部、以与所述上部发电部分离的方式配置的上部导电部，在所述上部发电部及所述上部导电部的各自的最表层设置了上部导电性薄膜层；下部光电转换模块，其在背面电极层上集成了下部光电转换元件，所述下部光电转换元件具有分光灵敏度与上部发电部不同的下部发电部、以与所述下部发电部分离的方式配置的下部导电部，在所述下部发电部及所述下部导电部的各自的最表层设置了下部导电性薄膜层；和各向异性导电粘结层，其包括透明绝缘材料、和在所述透明绝缘材料中分散的导电性微粒子，所述各向异性导电粘结层的一个面与所述上部导电性薄膜层邻接，所述各向异性导电粘结层的另一个面与所述下部导电性薄膜层邻接，规定的上部光电转换元件的上部发电部和规定的下部光电转换元件的下部发电部相对应，并且规定的下部光电转换元件的下部导电部和与规定的上部光电转换元件邻接的上部光电转换元件的上部导电部相对应，所述相对应的上部发电部和下部发电部隔着所述各向异性导电粘结层以电方式被串联连接，所述相对应的上部导电部和下部导电部隔着所述各向异性导电粘结层以电方式被连接。根据第6方式，上部光电转换模块和下部光电转换模块通过各向异性导电粘结层进行接合。成为上部光电转换元件和下部光电转换元件隔着各向异性导电粘结层以电方式被串联连接的多接合光电转换元件。上部导电部和下部导电部成为隔着各向异性导电粘结层将透明电极层和背面电极层以电方式串联连接的导电构件。成为相邻的多接合光电转换元件通过上述导电构件以电方式被串联连接的集成型多接合光电转换装置。由于各向异性导电粘结层在面内方向为绝缘性，因而不必担心相邻的光电转换元件彼此之间的电流泄 Mo本发明的第7方式提供一种集成型多接合光电转换装置的制造方法，其包括如下工序制造上部光电转换模块，所述上部光电转换模块在透明电极层上集成了上部光电转换元件，所述上部光电转换元件具有上部发电部、和与所述上部发电部分离的上部导电部， 在所述上部发电部及所述上部导电部的各自的最表层设置了上部导电性薄膜层；制造下部光电转换模块，所述下部光电转换模块在背面电极层上集成了下部光电转换元件，所述下部光电转换元件具有分光灵敏度与上部发电部不同的下部发电部、与所述下部发电部分离的下部导电部，在所述下部发电部及所述下部导电部的各自的最表层设置了下部导电性薄膜层；按照各向异性导电粘结层的一个面与所述上部导电性薄膜层邻接、所述各向异性导电粘结层的另一个面与所述下部导电性薄膜层邻接、规定的上部光电转换元件的上部发电部和规定的下部光电转换元件的上部发电部相对应、且规定的下部光电转换元件的下部导电部和与规定的上部光电转换元件邻接的上部光电转换元件的上部导电部相对应的方式， 配置所述上部光电转换模块、所述各向异性导电粘结层和所述下部光电转换模块从而形成层叠体，其中所述各向异性导电粘结层包含具有粘结功能的透明绝缘材料、及在所述透明绝缘材料中分散的导电性微粒子；和对所述层叠体进行热压接，使得所述上部光电转换元件和所述各向异性导电粘结层和所述下部光电转换元件、以及所述上部导电部和所述各向异性导电粘结层和所述下部导电部接合根据第7方式，根据具有不同分光灵敏度的光电转换模块能够制造集成型多接合光电转换装置。
(发明效果)根据本发明，能够选择晶格不匹配率、制造温度的制约少的光电转换层材料。另夕卜，能够提供以由先被层叠的层的物性制约少的条件层叠了在后的层的、具有双端子构造的多接合光电转换装置及集成型多接合光电转换装置。


图1是表示第1实施方式涉及的光电转换装置1的构成的示意图。图2是表示无碱性玻璃/ACF/无碱性玻璃构造的光透过特性的曲线图。图3是表示第2实施方式涉及的多接合光电转换装置10的构成的示意图。图4是表示第5实施方式涉及的多接合光电转换装置20的构成的示意图。图5是表示第6实施方式涉及的光电转换装置30的构成的示意图。图6是表示第7实施方式涉及的光电转换装置40的构成的示意图。图7是说明第7实施方式涉及的光电转换装置40的制造方法的图。图8是表示现有的多接合光电转换装置的构成的示意图。图9是表示现有的多接合光电转换装置的构成的示意图。
具体实施例方式本发明涉及的多接合光电转换装置及集成型多接合光电转换装置的特征在于分光灵敏度不同的2个以上的光电转换元件隔着各向异性导电粘结层，以光学方式及电方式进行串联连接。以下，参照附图，对本发明涉及的多接合光电转换装置的一实施方式进行说明。〔第1实施方式〕图1是表示第1实施方式涉及的光电转换装置1的构成的示意图。光电转换装置1具备pn结元件2、pn结元件3、pn结元件4、导电性半导体层5、 及各向异性导电粘结层6。另外，光电转换装置1具有双端子构造。pn结元件2是由ρ层沘和η层加构成的顶部元件。pn结元件3是由ρ层2d和 η层2c构成的中部元件。pn结元件4是由ρ层2f和11层加构成的底部元件。上述3个 pn结元件分别是对应于图5(b)的机械层叠太阳能电池中的顶部元件、中部元件及底部元件的光电转换层。上述pn结元件构成为异种太阳能电池，也可采取pin构造。另外，也可采取使P 型半导体层和η型半导体层的顺序反转的nip构造、以及np构造。在层叠pn结元件2、pn结元件3和pn结元件4时，在各pn结元件中，在与各个相邻的pn结元件对置的面，设置有导电性薄膜层5。导电性薄膜层5具有导电性，进行光电转换层的横向(面内方向)的电连接。导电性薄膜层5例如图1所示那样设定为掺杂了杂质的低电阻半导体层fe、掺杂了杂质的低电阻半导体层恥、或栅格(grid)电极层5c、栅格电极层5d。在本实施方式中，所谓掺杂了杂质的低电阻半导体层是指在与光电转换层相同种类的半导体中过量地掺杂了杂质的半导体层，但是也可取而代之应用等同的低电阻的透明导电膜层。在掺杂了杂质的低电阻半导体层fe与掺杂了杂质的低电阻半导体层恥之间，配置一个各向异性导电粘结层6a。在栅格电极层5c与栅格电极层5d之间，配置一个各向异性导电粘结层6b。在本实施方式中，相对置的导电性薄膜层5设为掺杂了杂质的低电阻半导体层的各个层或栅格电极层的各个层，但是也可采取掺杂了杂质的低电阻半导体层和栅格电极层的组合。另外，作为一个的层构造，也可以采取在掺杂了杂质的低电阻半导体层之上设置栅格电极层的双层构造。即、夹持各向异性导电粘结层6的两侧的导电性薄膜层5的构造也可任意地组合下述的(i)、(ii)、(iii)，其中，(i)掺杂了杂质的低电阻半导体层的各个层；(ii)栅格电极层；(iii)在掺杂了杂质的低电阻半导体层之上设置栅格电极层的双层构造。各向异性导电粘结层6(在本实施方式中为各向异性导电粘结层6a、各向异性导电粘结层6b)，主要在层叠方向上流过电流的方面具有各向异性。在本实施方式中，各向异性导电粘结层6经由导电性粒子，在厚度方向上具有电连接功能，在与厚度方向垂直的方向上具有绝缘功能。各向异性导电粘结层6由使微细的导电性粒子分散到透明绝缘材料中的素材构成。透明绝缘材料是高透光性且绝缘性的材料。透明绝缘材料具有通过进一步的加压和加温而与其他部件粘结的功能。作为透明绝缘材料，例如使用环氧系粘结剂或丙烯系粘结剂等的有机材料。作为透明绝缘材料，例如也可应用具有上述特性的无机材料。“透明绝缘材料”的“透明”是指从光的入射侧看时针对具有位于各向异性导电粘结层6的相反侧的光电转换元件的分光灵敏度区域的波长的光的透明性，并不限于可视区域。导电性微粒子设定为可以与透明绝缘材料组合，且具有将被层叠的分光灵敏度不同的光电转换元件进行电连接的功能的粒子。作为导电性微粒子可以使用直径1 μ m 50 μ m的焊球、铜、镍(例如，Btech公司制造的镍纤维ACF)、石墨、银、铝、锡、金及钼的微粒子、或者由多个不同的金属组成的合金微粒子(例如，可从日立化成工业株式会社获得)、聚苯乙烯或丙烯等微粒子被金或镍等金属薄膜覆盖而成的微粒子(例如，可从Sony Chemical&Information device株式会社获得)、导电性氧化物的微粒子、导电性半导体的微粒子等等。优选导电性微粒子具有弹性。透明绝缘材料中的导电性微粒子的粒径及密度被适当设定为各向异性导电粘结层6的厚度方向的导电性充分、即实质上没有光电转换元件的电阻损耗的程度。另外，透明绝缘材料中的导电性微粒子的粒径及密度优选在考虑各向异性导电粘结层6的光透过率的基础上进行设定。例如，为了抑制因导电性微粒子引起的光学损耗， 导电性微粒子的粒径优选在位于利用透过了各向异性导电粘结层6的光的位置处的光电转换元件所主要吸收的光的波长以下。接下来，示出基于导电性微粒子的密度的各向异性导电粘结层6的光透过特性的例子。将作为导电性微粒子而使用了镍合金(粒径10μπι 左右)的各向异性导电粘结薄片(ACF、厚度15μπι)，用2片无碱性玻璃(厚度1. 1mm、 Corning公司制造)进行夹持，而成为层叠体。作为各向异性导电粘结薄片使用了将重量百分比为5%的镍合金调配到环氧系树脂中的ACF1、和将重量百分比为10%的镍合金调配到环氧系树脂中的ACF2。图2示出无碱性玻璃/ACF/无碱性玻璃构造的光透过特性。在该图中，横轴为波长，纵轴为光透过率[透过(T)/(l-反射(R))]。由图2可知，层叠体的光透过率随着导电性微粒子的调配量而变化。在本实施方式中，各向异性导电粘结层6利用各向异性导电粘结剂而形成。作为各向异性导电粘结剂采用使调配有重量百分比为30%以下的导电性粒子的环氧系粘结剂或丙烯系粘结剂硬化之后得到的有机材料。如图1所示，将各层堆积配置的层叠体，在整体被加热的同时，朝着箭头区域(透明导电膜层5a/各向异性导电粘结层6a/透明导电膜层恥、及、栅格电极层5c/各向异性导电粘结层6b/栅格电极层5d的各界面)被压缩的方向(接合s的箭头方向)进行加压。 由此，各pn结元件间被进行了接合S。本实施方式涉及的光电转换装置1以如下方式制造，S卩通过使导电性薄膜层5堆积在成为异种光电转换元件的被接合材料的表面，将各向异性导电粘结层6插入被接合材料之间，并对其进行加热压接。在这种光电转换装置中，异种光电转换元件通过导电性薄膜层5和各向异性导电粘结层6以机械方式/电方式/光学方式进行接合。通过各向异性导电粘结层6来接合异种光电转换元件，从而可制成如后述的图6 所示那样将太阳能电池模块彼此机械层叠后的机械层叠型太阳能电池模块。此外，在本实施方式中，多接合光电转换装置为三级，但是也可通过电极的配置设定为任意级。〔第2实施方式〕第2实施方式涉及的多接合光电转换装置是层叠了上部光电转换元件、各向异性导电粘结层、及下部光电转换元件的硅系太阳能电池。此外，这里所谓的硅系是指包括硅(Si)、碳化硅(SiC)、硅锗(SiGe)的总称。(另外，所谓结晶质硅系是指非晶硅系、S卩非晶质硅系以外的硅系，也包含微结晶硅、多结晶硅系。)图3是表示第2实施方式涉及的多接合光电转换装置10的构成的示意图。在本实施方式中，将相对于各向异性导电粘结层23而位于光入射的一侧的元件设为上部光电转换元件11，将夹持各向异性导电粘结层23且位于上部光电转换元件11的相反侧的元件设为下部光电转换元件12。以下，对本实施方式涉及的多接合光电转换装置10的制造方法的实施方式进行说明。(上部光电转换元件)在本实施方式中，上部光电转换元件11是超直型氢化作用非晶质硅薄膜太阳能电池元件，由基板13a、透明电极层14、非晶质硅光电转换层15、及导电性薄膜层16a构成。基板13a是具有高光透过性的构件。例如，基板13a为玻璃或透明薄膜等。在本实施方式中，基板13a使用无碱性玻璃(Corning公司制造)。在基板13a上形成透明电极层14。在形成透明电极层14的工序中，首先，通过磁控管溅射法，在基板13a上形成厚度为IOOOnm的掺杂铝(Al)的氧化锌(SiO)薄膜。磁控管溅射法的条件为350°C，对电极采用包含重量百分比为的々1203的&10。然后，在盐酸水溶液中对形成的掺杂Al的ZnO(AZO)薄膜进行蚀刻，从而在与AZO薄膜的基板13a相反的一侧的表面形成适当的纹理构造。由此，透明电极层14的平均膜厚变为500nm左右。
使透明电极层14的表面形成的纹理构造优选高度及间距都在0. Ιμπι以上且 0. 3 μ m以下的亚微米尺寸的凹凸形状。通过采用上述尺寸，而成为适合于限制非晶质硅中利用的波长范围的光的凹凸形状。此外，透明电极层14并不限于AZO薄膜，也可采用以与AZO薄膜相同的方法形成的掺杂( 的SiO(GZO)薄膜等。另外，在透明电极层14的表面形成纹理构造的方法并不限定于基于盐酸的蚀刻， 只要是可以形成期望的纹理构造的方法即可。例如，可以是等离子蚀刻等方法。接下来，在透明电极层14上，通过等离子体激励化学气相沉积法，以基板温度 180°C形成非晶质硅光电转换层15。非晶质硅光电转换层15依次堆积厚度为30nm的ρ型非晶质硅膜15a、厚度为200nm的i型(无添加)非晶质硅膜15b、及厚度为30nm的η型非晶质硅膜15c而形成。接着，在非晶质硅光电转换层15上形成导电性薄膜层16a。在本实施方式中，导电性薄膜层16a设定为掺杂了杂质的低电阻的半导体层。掺杂了杂质的低电阻的半导体层被作为透明导电膜层。具体而言，设定为通过磁控管溅射法以非加热的方式形成的厚度为 20nm的含有重量百分比为10%的Sr^2的氧化铟锡(ITO)薄膜。导电性薄膜层16a也可选择掺杂了 ( 或Al的ai0(GZ0、ΑΖ0)薄膜等。(下部光电转换元件)在本实施方式中，下部光电转换元件是基片(substrate)型微结晶硅太阳能电池元件，由基板13b、背面电极层20、微结晶硅光电转换层19、及导电性薄膜层16b构成。下部光电转换元件12的基板1 也能应用金属基板或玻璃基板等。在本实施方式中，使用无碱性玻璃(Corning公司制造)。优选背面电极层20具有高反射率。在本实施方式中，背面电极层20由银(Ag)薄膜和GZO薄膜构成。首先，在基板1 上以磁控管溅射法非加热地形成厚度为IOOnm的Ag 薄膜20a。然后，在Ag薄膜20a上，将包含重量百分比为5. 7%的Ga2O3的ZnO设为对电极， 通过磁控管溅射法形成厚度为30nm的GZO薄膜20b。背面电极层20的与基板1 相反一侧的表面优选具有适当的纹理构造。背面电极层20的表面的纹理构造通过主要控制Ag薄膜的制膜条件的制膜温度和制膜速度而形成。 例如，提高Ag薄膜的制膜温度，从而使Ag的结晶粒径增加，使得背面电极层20的表面凹凸化。使背面电极层20的表面形成的纹理构造优选为具有适合于微结晶硅的光限制的尺寸、 即0.3μπι Iym左右的高度及间距的凹凸形状。此外，背面电极层20也可由掺杂了杂质的低电阻的半导体层/金属薄膜/掺杂了杂质的低电阻的半导体层构成。例如，背面电极层20按照从基板侧开始的顺序形成GZO薄膜/Ag薄膜/GZO薄膜。这种情况下，首先，在形成了基板侧的GZO薄膜之后，与上部光电转换元件的透明电极层14同样地，对GZO薄膜的表面进行蚀刻处理而形成凹凸形状。其次， 在具有凹凸形状的GZO薄膜上依次形成Ag薄膜及其他的GZO薄膜。这样，形成在表面具有合适的纹理构造的背面电极层20。接着，通过等离子体激励化学气相沉积法，以基板温度180°C形成微结晶硅光电转换层19。微结晶硅光电转换层19依次堆积厚度为30nm的η型微结晶硅膜层19c、厚度为 1500nm的i型(无添加)微结晶硅膜层19b、厚度为30nm的ρ型微结晶硅膜层19a而形成。
接着，在微结晶硅光电转换层19之上形成导电性薄膜层16b。在本实施方式中，导电性薄膜层16b是掺杂了杂质的低电阻的半导体层，与上部光电转换元件11的导电性薄膜层16a同样地形成。(上部光电转换元件与下部光电转换元件的接合)上部光电转换元件11与下部光电转换元件12隔着各向异性导电粘结层23进行接合。在本实施方式中，各向异性导电粘结层23是使导电性微粒子18分散到透明绝缘材料17中的素材硬化后的薄片。作为透明绝缘材料及导电性微粒子，能够选择与第1实施方式同样的材料。将各向异性导电粘结层23的厚度设定为16μπι。透明绝缘材料17使用以环氧树脂为主的粘结剂。导电性微粒子18设定为用Au/Ni薄膜包覆苯乙烯的粒径为 4μπι的粒子。上述包覆手段也可适当采用镀敷手段等。优选导电性微粒子18在透明绝缘材料17中调配重量百分比为30%以下。这样，能够确保下部光电转换元件12所利用的光量。各向异性导电粘结层23在下部光电转换元件12的有效发电吸收波长域、在本实施方式中为550nm以上的波长域中，具有80%以上的光透过性，优选具有95%以上的光透过性。各向异性导电粘结层23的折射率设定为1. 2以上且2. 0以下，优选为1. 2以上且 1. 6以下。上部光电转换元件11与下部光电转换元件12配置成导电性薄膜层16a及导电性薄膜层16b对置。在上部光电转换元件11与下部光电转换元件12之间插入配置了各向异性导电粘结层23的薄片。这样配置的上部光电转换元件11/各向异性导电粘结层23/下部光电转换元件12 的层叠体被升温到70°C，在层叠方向上施加IMPa的压力三秒钟，由此进行临时接合。在临时接合之后，上部光电转换元件11/各向异性导电粘结层23/下部光电转换元件12被升温到190°C，在减压氛围气中通过施加IMPa 4MPa的压力20秒钟，由此进行正式接合，成为多接合光电转换装置10。本实施方式涉及的多接合光电转换装置10自透明电极层14及背面电极层20取出由各光电转换元件所产生的电力。在本实施方式中，作为掺杂了杂质的低电阻半导体层，使用了 ITO薄膜，但是也可具有以与光电转换元件的光电转换层、即非晶质硅光电转换层15或微结晶硅光电转换层 19的组合来进行两元件的导电接合的功能，其材料并不限定于导电性氧化物。根据本实施方式，消除了现有方法中的如下问题，S卩在一个基板上依次层叠来形成各层的情况下，在形成第2个光电转换元件的构成薄膜时产生的第一个光电转换元件的 η层与第2个光电转换元件的ρ层之间的接合部的掺杂剂的相互扩散会导致性能劣化。图3的实施方式与图1的基本构造之间的对应关系如下。图3的透明电极层14对应于图1的电极。图3的ρ型非晶质硅膜层层15a、i型非晶质硅膜层层1 及η型非晶质硅膜层层15c对应于图1的pn层2。图3的导电性薄膜层16a对应于图1的低电阻半导体层fe。图3的各向异性导电粘结层23对应于图1的各向异性导电粘结层6a。图3的导电性薄膜层b对应于图1的掺杂了杂质的低电阻半导体层 5b ο
图3的ρ型微结晶硅膜层19a、i型微结晶硅膜层19b及η型微结晶硅膜层19c对应于图1的pn层3。此外，图4 图6的第5实施方式 第7实施方式也是与上述说明相同的对应关系。另外，上部光电转换元件11及下部光电转换元件12分别不限于超直型氢化作用非晶质硅薄膜太阳能电池元件及基片型微结晶硅太阳能电池元件。上部光电转换元件11 及下部光电转换元件12也可以分别是其他的具备以硅、锗、硅锗系IV族、III-V族化合物、 II-VI族化合物、或者I-III-VI族化合物为主的光电转换层的超直型太阳能电池元件及基片型太阳能电池元件。另外，上部光电转换元件与下部光电转换元件的pin构造也可采取pn构造、使ρ 型半导体层和η型半导体层的顺序相反的nip构造、np构造。另外，作为上部发电元件11与下部光电转换元件12，并不限于薄膜太阳能电池元件，也可以采用使用了硅、锗、硅锗系IV族或III-V族化合物的整体的半导体的太阳能电池。〔第3实施方式〕第3实施方式涉及的多接合光电转换装置采用了除了各向异性导电粘结层的形成方法不同以外其余与第1实施方式相同的构成。本实施方式中的各向异性导电粘结层利用在液晶显示器或半导体封装等中用到的导电性微粒子分散聚合物粘结剂而形成。导电性微粒子分散聚合物粘结剂是在透明绝缘材料中分散了导电性微粒子而形成的，且具有流动性。透明绝缘材料及导电性微粒子能够选择与第1实施方式相同的材料及粒子。作为导电性微粒子分散聚合物粘结剂，例如采用使由金/镍等金属包覆了粒子径为4μ m的苯乙烯的导电性微粒子分散到环氧系粘结剂中而形成的粘结剂。各向异性导电粘结层的光透过率及折射率与第1实施方式相同。在本实施方式中，按以下顺序接合上部光电转换元件和下部光电转换元件。首先，在上部光电转换元件的导电性薄膜层上涂敷导电性微粒子分散聚合物粘结齐U，以便成为厚度为16 μ m的各向异性导电粘结层。其次，以下部光电转换元件的导电性薄膜层与各向异性导电粘结层相接的方式配置在各向异性导电粘结层之上。配置下部光电转换元件的时刻优选为导电性微粒子分散聚合物粘结剂硬化之前。 这样配置的上部光电转换元件/各向异性导电粘结层/下部光电转换元件的层叠体被升温到180°C，通过沿着使上部光电转换元件与下部光电转换元件彼此紧挨着的方向施加IMPa的压力，由此进行正式接合，成为多接合光电转换装置。根据上述实施方式，通过使用导电性微粒子分散聚合物粘结剂，从而能够用比使包含导电性微粒子的透明绝缘性材料硬化后的各向异性导电粘结薄片的情况还小的压接压力，来使上部光电转换元件与下部光电转换元件接合。〔第4实施方式〕第4实施方式涉及的多接合光电转换装置采用除了各向异性导电粘结层的形成方法不同以外其余与第1实施方式相同的构成。本实施方式中的各向异性导电粘结层利用由聚合物微粒子及导电性微粒子构成的混合微粒子而形成。聚合物微粒子为透明绝缘性材料。微粒子聚合物选择通过加热而交联且能与其他构件热粘的材质。作为聚合物微粒子的材质使用聚苯乙烯、丙烯酸类树脂、具有热粘结性的乙烯-醋酸乙烯酯共聚物(EVA)或聚乙烯醇(PVA)等、或者混合了这些之后的材料。导电性微粒子具有导电性及弹性。作为导电性微粒子，例如使用由金或镍等金属薄膜包覆了聚苯乙烯或丙烯酸类树脂的材料。在本实施方式中，选定混合微粒子的大小，以便有效地反射短波长的光、且使得长波长的光透过。混合微粒子的大小优选为0. Ιμπι以上且Ιμπι以下。在本实施方式中，将混合微粒子的大小设定为0. 7 μ m。适当地确定聚合物微粒子与导电性微粒子的混合比，以便确保由下部光电转换元件利用的光量。在本实施方式中，按照以下顺序接合上部光电转换元件与下部光电转换元件。首先，在上部光电转换元件的导电性薄膜层上适量散布混合微粒子。这里提及的 “适量”是指在作为各向异性导电粘结层时在厚度方向上具有导电性而在面方向上为绝缘性的量。接着，在散布的混合微粒子之上，以接触下部光电转换元件的导电性薄膜层的方式重叠配置下部光电转换元件。这样配置的上部光电转换元件/各向异性导电粘结层/下部光电转换元件的层叠体被升温到90°C，通过沿着使上部光电转换元件与下部光电转换元件彼此紧挨着的方向施加IMPa的压力，由此进行临时接合。在临时接合之后，上部光电转换元件/各向异性导电粘结层/下部光电转换元件被升温到190°C，通过施加3MPa的压力，由此进行正式接合，成为多接合光电转换装置。此时，也可在各向异性导电粘结层中的微粒子之间具有间隙。根据上述实施方式，各向异性导电粘结层能够形成为比使用各向异性导电粘结薄片或导电性微粒子分散聚合物粘结剂的情况还薄的薄层。由于导电性微粒子具有弹性，因而起到了减轻通过接合使得导电性微粒子对上部光电转换元件及下部光电转换元件带来的负荷的效果。另外，通过在各向异性导电粘结层中的微粒子之间具有间隙，由此能够形成高光透过性及低折射率的各向异性导电粘结层。〔第5实施方式〕第5实施方式涉及的多接合光电转换装置采用除了导电性薄膜层不同以外其余与第1实施方式相同的构成。图4是表示第5实施方式涉及的多接合光电转换装置20的构成的示意图。在本实施方式中，导电性薄膜层沈形成包含掺杂了杂质的低电阻半导体层16和栅格电极层22在内的双层结构。首先，在非晶质硅光电转换层15之上，与第1实施方式同样地形成ITO薄膜，作为掺杂了杂质的低电阻半导体层16a。在掺杂了杂质的低电阻半导体层16a上，以磁控管溅射法非加热地形成宽度为 100 μ m的Ag栅格电极层22a。栅格电极层22a并不限于Ag，也可应用其他金属。下部光电转换元件12的导电性薄膜层16b采用与上部光电转换元件11相同的构成，形成在微结晶硅光电转换层19上。
上部光电转换元件11与下部光电转换元件12被配置成栅格电极层2 及栅格电极层22b在层叠方向一致，以与第2实施方式 第4实施方式的其中一个相同的方法，隔着各向异性导电粘结层进行接合。〔第6实施方式〕第6实施方式涉及的多接合光电转换装置的特征在于下部光电转换元件具有双层构造的光电转换层。图5示出第6实施方式涉及的光电转换装置30的构成。(上部光电转换元件)在高透光性的基板33a上形成透明电极层34，从而形成带透明电极膜的基板。在本实施方式中，作为带透明电极膜的基板，使用旭硝子株式会社(AGC)制造的U基板(膜厚 1. lmm、Si02)。在透明电极膜的与基板相反一侧的表面，形成了具有适当凹凸的纹理。上述凹凸设定为间距及高度为0. 1 μ m以上且0. 3 μ m以下的亚微米尺寸。在基板33a为玻璃基板的情况下，也可采用除了透明电极层14之外，还在玻璃基板与透明电极膜之间设置碱性阻挡膜(alkali barrier)(未图示)的构成。通过等离子体CVD装置，在减压氛围气301 以上且300Pa以下、基板温度为约 200°C的条件下，作为上部光电转换元件31的光电转换层35，从太阳光入射的一侧开始在透明电极层34之上依次形成由非晶硅薄膜构成的ρ层层层35c。在本实施方式中，上部光电转换元件31的光电转换层35的ρ层3 是以SiH4、H2 及CH4作为主原料，将IH6用作掺杂气体，利用高频等离子体使其反应生成的非晶质的掺杂 B的SiC膜。ρ层3 的膜厚优选为4nm以上且IOnm以下。上部光电转换元件31的光电转换层35的i层3 是以高频等离子体使SiH4与 H2气体反应生成的非晶质Si。i层35b的膜厚优选为IOOnm以上且250nm以下。上部光电转换元件31的光电转换层35的η层35c可以是包括以SiH4、H2为主原料、将PH3用作掺杂气体、由高频等离子体使其反应生成的结晶成分的Si膜。关于η层35c 而言，相对于单膜中拉曼分光下的非晶质Si成分为480cm2的强度，Si的结晶成分为520cm2 的强度比(以下称为拉曼比)为2以上。η层35c的膜厚优选为IOnm以上且SOnm以下。 另外，为了使界面特性良好，也可在上述P层3 与i层3 之间设置缓冲层(省略图示)。进而，为了在各向异性导电粘结层23与光电转换层35之间形成良好的欧姆接触， 在上部光电转换元件31的光电转换层35之上形成导电性薄膜层36a。导电性薄膜层36a 设定为50nm以上且200nm以下的厚度的ITO薄膜。通过磁控管溅射法，在减压氛围气为 5Pa以下、基板温度为约200°C的条件下，形成导电性薄膜层36a。此外，导电性薄膜层36a 也可替代ITO薄膜，而使用掺杂了 ( 或Al的ZnO薄膜。(下部光电转换元件)在基板3 上形成背面电极层40。在本实施方式中，背面电极层40由导电性氧化物膜40a、金属电极膜40b、导电性氧化物膜40c构成。对于导电性氧化物膜40a而言，例如通过溅射装置，在减压氛围气下、约150°C的条件下，形成SiO (掺杂( 或Al的SiO)薄膜。( 或Al的掺杂量适当地设定。在本实施方式中，以2 μ m的厚度堆积掺杂了重量百分比为4%的Al的&10。然后，导电性氧化物膜40a 利用盐酸或等离子体进行蚀刻，成为平均厚度为Ιμπκ且在表面具有间距及高度都为Ιμπι 左右的凹凸形状的膜。
金属电极膜40b形成厚度为IOOnm的Ag膜，通过溅射装置在减压氛围气下非加热地制膜。在金属电极膜40b之上，作为导电性氧化物膜40c，进一步以30nm的厚度形成掺杂了重量百分比为4%的Al的&ι0。接着，在背面电极层40上形成光电转换层。本实施方式中的光电转换层由第2光电转换层41和第1光电转换层39构成，该第2光电转换层41具备以微结晶硅锗(SiGe) 为主的i层41b，该第1光电转换层39具备以微结晶Si为主的i层39b。首先，在背面电极层40上，通过等离子体CVD装置，以减压氛围气为3000 以下、 基板温度为约200°C、等离子体生成频率为40MHz以上且100MHz以下的条件，作为第2光电转换层41，依次层叠由微结晶Si构成的η层41c、由微结晶硅锗(SiGe)构成的i层41b、由微结晶Si构成的ρ层41a。进行层叠的顺序与上部光电转换元件相反。在本实施方式中，第2光电转换层41的η层41c是包含以SiH4、H2为主原料，将 PH3用作掺杂气体，通过高频等离子体使其反应生成的结晶成分在内的Si膜。关于η层41c 而言，单膜中的拉曼比为2以上。η层41c的膜厚优选为IOnm以上且SOnm以下。第2光电转换层41的i层41b是包括以高频等离子体使SiH4、GeH4, H2气体反应生成的结晶成分在内的SiGe膜。i层41b的膜厚优选为500nm以上且2000nm以下。另外， i层膜中的Ge的元素组成比优选为5%以上且50%以下。第2光电转换层41的ρ层41a是包含以SiH4、H2为主原料，将IH6用作掺杂气体， 以高频等离子体使其反应生成的结晶成分在内的Si膜。关于ρ层41a而言，单膜中的拉曼比为2以上。ρ层41a的膜厚优选为IOnm以上且60nm以下。另外，为了使界面特性良好，也可在η层与i层之间、或i层与η层之间，设置组成调整层(省略图示)。组成调整层从i层向η层或P层界面，以使Ge的组成比从i层本体的组成比变为O的方式进行变化。进而，在下部光电转换元件的第2光电转换层41上，通过等离子体CVD装置，以减压氛围气为30001 以下、基板温度为约200°C、等离子体生成频率为40MHz以上且IOOMHz 以下的条件，作为下部光电转换元件的第1光电转换层，依次层叠由微结晶Si构成的η层 39c、i 层 39b、ρ 层 39a。在本实施方式中，下部光电转换元件的第1光电转换层39的η层39c、p层39a以与下部光电转换元件的第2光电转换层相同的条件，通过高频等离子体CVD进行制作。第 1光电转换层39的i层39b是包含由高频等离子体使SiH4、H2气体反应生成的结晶成分在内的Si膜。i层39b的膜厚优选为500nm以上且2000nm以下。此外，在下部光电转换元件的第1光电转换层39与第2光电转换层41之间，为了调整第1光电转换层39与第2光电转换层41中的发电电流，也可插入2以下的低折射率、 600nm以上的光透过率为90%以上、具有不影响到元件的串联电阻的程度的导电性的透明层。进而，为了在各向异性导电粘结层23与光电转换层39之间形成良好的欧姆接触， 与上部光电转换元件31同样地，在下部光电转换元件32的光电转换层39之上形成导电性薄膜层36b。上部光电转换元件31及下部光电转换元件32隔着各向异性导电粘结层23以电方式进行串联连接，形成多接合光电转换元件。(上部光电转换元件与下部光电转换元件的接合)上部光电转换元件31与下部光电转换元件32以与第2实施方式 第4实施方式的任意一种相同的方法，隔着各向异性导电粘结层进行接合。在上述实施方式中，虽然将下部光电转换元件31的光电转换层设为双层结构，但是也可将上部光电转换元件31的光电转换层设为多层。一般地，在非晶质硅光电转换层与微结晶硅光电转换层中，最合适的制膜条件有所不同。因此，在使多个光电转换层层叠于一个光电转换元件的情况下，多个光电转换层优选从结晶(非结晶)状态相同的材料中进行选择。例如，上部光电转换元件31也可选择从光入射侧开始依次包括具备以非晶质Si为主的i层的光电转换层、和具备以非晶质SiGe为主的i层的其他光电转换层的多接合光电转换元件。〔第7实施方式〕第7实施方式将上部发电模块设为集成型氢化作用非晶质硅薄膜太阳能电池，将下部发电模块设为集成型微结晶硅太阳能电池。图6是表示第7实施方式涉及的集成型多接合光电转换装置40的构成的示意图。在本实施方式中，上部发电模块和下部发电模块， 与第2实施方式 第4实施方式同样地，隔着各向异性导电粘结层进行电连接。接着，参照图7，对集成型多接合光电转换装置50的制造方法进行说明。(上部发电模块)在本实施方式中，基板53a选择面积大于Im2的大型基板，使用浮法碱玻璃(soda float glass)基板(例如l.^iXl. ImX板厚3. Omm 4.5mm)。为了防止因热应力或冲击带来的破损，优选对基板端面进行角部倒角或R倒角加工。作为透明电极层M，通过热CVD装置在约500°C的条件下将以氧化锡膜(SnO2)为主成分的透明电极膜形成约500nm 800nm。此时，透明电极膜的表面形成了具有适当凹凸的纹理。在本实施方式中，采用间距及高度为0. Ιμπι 0. 3μπι左右的亚微米尺寸的凹凸 (未图示)。作为透明电极层54，除了透明电极膜之外，也可在基板53a与透明电极膜之间形成碱性阻挡膜(未图示)。对于碱性阻挡膜而言，通过热CVD装置在约500°C的条件下将氧化硅膜(SiO2)形成50nm 150nm。然后，将基板53a设置于X_Y工作台，从透明电极膜M的与基板53a相反一侧的膜面，照射YAG激光器的第1高次谐波(1064nm)(箭头A)。为了适合加工速度而调整激光器功率，在与上部光电转换元件的串联连接方向垂直的方向上，使激光相对基板53a移动， 从而针对透明电极膜以形成第1沟槽IlOa的方式激光蚀刻成宽度约6mm 15mm的规定宽度的长方形状。由此，相邻的透明电极膜被电绝缘。通过等离子体CVD装置，以减压氛围气为301 lOOOPa、基板温度为约200°C的条件，依次形成作为光电转换层阳的由非晶硅薄膜构成的P层/i层/n层。光电转换层55 将SiH4气体与H2气体作为主原料，形成在透明电极层M之上。从太阳光入射的一侧开始依次层叠P层、i层、η层。在本实施方式中，对于光电转换层55而言，ρ层为以掺杂了 B的非晶SiC为主、且膜厚为IOnm 30nm，i层为以非晶Si为主、且膜厚为200nm 350nm，η 层为以非晶Si中含有微结晶Si的掺杂了 ρ的Si层为主、且膜厚为30nm 50nm。另外，为了提高界面特性，也可在P层与i层之间设置缓冲层。
将基板53a设置于X_Y工作台，如图7的箭头B所示，从光电转换层55的膜面侧照射激光二极管激励YAG激光器的第2高次谐波(532nm)。设定脉冲振荡为IOkHz 20kHz， 以适合加工速度的方式调整激光器功率，在透明电极层M的激光蚀刻线的约100 μ m 150 μ m的旁侧进行激光蚀刻，使得形成第2沟槽111a。另外，也可从基板53a侧照射该激光，此时由于能够利用以被光电转换层55的非晶硅层吸收的能量产生的高蒸汽压来蚀刻光电转换层55，所以可以进行更稳定的激光蚀刻加工。为了避免激光蚀刻线的位置与前一工序中的蚀刻行交叉，在考虑了定位公差的基础上进行选定。通过上述蚀刻加工，在残留着成为基底的透明电极层M的状态下，使相邻的光电转换层阳电分离。作为导电性薄膜层56a，在光电转换层55上，通过溅射装置以约150°C的基板温度将GZO膜形成膜厚为30nm lOOnm。将基板53设置于X-Y工作台，如图7的箭头C所示那样，从基板53a侧照射激光二极管激励YAG激光器的第2高次谐波(532nm)。激光被光电转换层55吸收，利用此时产生的高的蒸汽压，使得导电性薄膜层56a爆裂而被去除。设定脉冲振荡为IkHz 50kHz，以适合加工速度的方式调整激光器功率，在透明电极层讨的激光蚀刻线的约250 μ m 400 μ m 的旁侧进行激光蚀刻，使得形成第3沟槽11加。由此，包括相邻的光电转换层55与导电性薄膜层56a在内的层彼此被分离。另外，以去除形成于第1沟槽IlOa上的光电转换层55、和形成于光电转换层55上的导电性薄膜层56a的方式进行激光蚀刻(箭头D)，从而形成第4沟槽life。由此，通过使第4沟槽与形成有第1沟槽的位置重叠，从而能够防止发电区域的减少。此外，第4沟槽 115a也不一定与第1沟槽IlOa的位置一致。此外，虽然截止目前为止的工序中的激光采用了 YAG激光器，但是也同样能够使用YV04激光器或光纤激光器等。(下部发电模块)与上部光电转换元件51同样地，使用浮法碱玻璃基板53b。在基板5 上形成背面电极层60。在本实施方式中，背面电极层60按照从基板 53侧开始的顺序，依次由导电性氧化物膜60a、金属电极膜60b、导电性氧化物膜60c构成。通过溅射装置，在减压氛围气下、约150°C的条件下，形成SiO(掺杂( 或Al的 SiO)膜作为导电性氧化物膜60a，例如。( 或Al的掺杂量适当进行设定。在本实施方式中，以2μπι的厚度堆积掺杂了重量百分比为4%的Al的&ι0。然后，导电性氧化物膜60a 利用盐酸或等离子体进行蚀刻，而成为平均厚度为1 μ m、在表面具有间距及高度都为亚微米大小的凹凸形状的膜。此外，在图6及图7中，为了便于观看各光电转换模块的层构成， 省略了各层的凹凸形状的图示。金属电极膜60b设定厚度为IOOnm的Ag膜，通过溅射装置在减压氛围气下非加热地制膜。在金属电极膜60b之上，作为导电性氧化物膜60c，进一步以30nm的厚度形成掺杂了重量百分比为4%的Al的&ι0。然后，将基板5 设置于X-Y工作台，从背面电极层60的膜面侧照射YAG激光器的第2高次谐波(532nm)。以适合加工速度的方式调整激光器功率，在与下部光电转换元件的串联连接方向垂直的方向上，使激光与基板5 相对移动，从而针对背面电极层60以形成第1沟槽IlOb的方式激光蚀刻成宽度为约6mm 15mm的规定宽度的长方形状。由此， 相邻的背面电极层60被电绝缘。接着，在背面电极层60之上，通过等离子体CVD装置，以减压氛围气为3000 以下、基板温度为约200°C、等离子体产生频率为40MHz IOOMHz的条件下，依次形成作为光电转换层59的由微结晶硅薄膜构成的微结晶η层/微结晶i层/微结晶ρ层。在本实施方式中，对于光电转换层59而言，微结晶η层为以掺杂了 ρ的微结晶Si 为主、且膜厚为20nm 50nm，微结晶i层为以微结晶Si为主、且膜厚为1.2μπι 3.0μπι， 微结晶P层为以掺杂了 B的微结晶SiC为主、且膜厚为IOnm 50nm。其中，微结晶η层也可以是非晶η层。在以等离子体CVD法形成微结晶硅薄膜、特别是微结晶i层膜之际，等离子体放电电极与基板53b的表面之间的距离d优选为3mm 10mm。在小于3mm的情况下，根据大型基板53所对应的制膜室内的各构成机器精度而难以将距离d确保为一定，并且在过近时会引起放电的不稳定。在大于IOmm的情况下，难以获得充分的制膜速度(lnm/s以上)，且等离子体的均勻性下降，因离子轰击而导致膜质下降。所制出的光电转换层59与上部光电转换元件同样地，被实施激光蚀刻处理。与上部光电转换元件同样地，在光电转换层59上形成导电性薄膜层56b之后，进行蚀刻处理。(上部发电模块与下部发电模块的接合)上部光电转换元件与下部光电转换元件配置成使导电性薄膜层56a及导电性薄膜层56b彼此对置、上部发电模块的第4沟槽11 与下部发电模块的第3沟槽112b的位置一致。上部光电转换元件及下部光电转换元件与第2实施方式 第4实施方式同样地， 隔着各向异性导电粘结层23进行接合。根据第3实施方式，也可在使用导电性微粒子分散聚合物粘结剂来形成各向异性导电粘结层23的情况下，在导电性薄膜层56a上形成了各向异性导电粘结层之后，实施蚀刻处理。在本实施方式中，利用聚合物微粒子和导电性微粒子的混合微粒子形成了各向异性导电粘结层。在本实施方式中，导电性微粒子58的粒径采用比激光划片的沟槽宽度小的尺寸。这样一来，不会产生跨过激光划片器的沟槽的导通。例如，在导电性微粒子的混合量的重量百分比为30%的情况下，微粒子的粒子径优选为激光划片器沟槽宽度的1/4以下。 由此，微粒子彼此连结起来的概率变为以下。在按照上述实施方式制造出的集成型多接合光电转换装置50中，上部光电转换模块或下部光电转换模块在面内方向相邻的光电转换元件之间被电分离。另外，关于各向异性导电粘结层23而言，由于相邻的导电性微粒子58隔着透明绝缘材料57而存在，因而在面内方向为绝缘性。然而，由于各向异性导电粘结层23在厚度方向具有导电性，因而能够同时获取导电性薄膜层56a与导电性薄膜层56之间的电连接、及透明电极层M与背面电极层60之间的电连接。即、相邻的各多接合太阳能电池彼此被串联地电连接。另外，能够从透明电极层M及背面电极层60中取出基板输出。另外，图7中对置的导电性薄膜层56a及导电性薄膜层56b与透明电极层M相比， 在横向(面内方向)的电阻变化不大的情况下，将第4沟槽115设置在上部光电转换模块51与下部光电转换模块52上，但是在使用了与导电性薄膜层56相比横向(面内方向)的电阻充分大、掺杂了杂质的半导体层或者栅格电极层的情况下，也可以不将第4沟槽线115 设置在上部光电转换模块51与下部光电转换模块52上。在使以上实施例中的pin构造变为相反顺序的硅系薄膜太阳能电池、其他硅、锗、 硅锗系IV族太阳能电池或I-III-VI族化合物、III-V族化合物、II-VI族化合物太阳能电池中应用的情况，当然也能同样实施本发明。另外，在作为各集成型太阳能电池进行连接的一侧的最上层，取代掺杂了杂质的低电阻半导体层而使用栅格电极层的硅、锗、硅锗系IV族太阳能电池或I-III-VI族化合物、III-V族化合物、II-VI族化合物太阳能电池中，当然也能同样实施本发明。[产业上的可利用性]本发明提供一种通过隔着包含导电性微粒子的明绝缘材料来接合具有电功能、光学功能的异种半导体，而兼具各半导体的功能的新器件。例如，通过隔着包含导电性微粒子的透明绝缘材料来接合分光灵敏度不同的光电转换层，由此可以制造在较宽的波长区域中具有灵敏度的高效率多接合型太阳能电池及集成型多接合光电转换装置。[符号说明]1、10、20、30、50 多接合光电转换装置2、3、4光电转换元件5、16、26、36 导电性薄膜层6、23各向异性导电粘结层11,31 上部光电转换元件12,32下部光电转换元件13、33、53 基板14,34,54透明电极层15、35、55非晶质硅光电转换层17、57透明绝缘性材料18、58 导电性微粒子19、39、59微结晶硅光电转换层20、40、60 背面电极层41微结晶硅锗光电转换层51上部光电转换模块52下部光电转换模块110 第 1 沟槽111 第 2 沟槽112 第 3 沟槽115 第 4 沟槽
权利要求
1.一种多接合光电转换装置，其层叠分光灵敏度不同的多个光电转换元件并以光学方式、电方式连接而成，其中，至少与光入射的一侧相反侧的端部的光电转换元件在所连接的一侧的最上层分别具有导电性薄膜层，其他发电元件在所连接的一侧的最上层及最下层分别具有导电性薄膜层，隔着在透明绝缘材料中含有导电性微粒子的各向异性导电粘结层而使所述最上层及最下层彼此接合。
2.根据权利要求1所述的多接合光电转换装置，其中， 设所述光电转换元件为2个。
3.一种多接合光电转换装置，其具备上部光电转换元件，其在上部透光性基板上顺序设置了透明电极层、上部光电转换层、 及上部导电性薄膜层；下部光电转换元件，其在下部基板上顺序设置了背面电极层、分光灵敏度与所述上部光电转换层不同的下部光电转换层、及下部导电性薄膜层；和各向异性导电粘结层，其包括具有粘结功能的透明绝缘材料、以及在所述透明绝缘材料中分散的导电性微粒子，所述各向异性导电粘结层的一个面与所述上部导电性薄膜层邻接， 所述各向异性导电粘结层的另一个面与所述下部导电性薄膜层邻接； 所述光电转换元件和所述下部光电转换元件隔着所述各向异性导电粘结层以电方式被串联连接。
4.根据权利要求3所述的多接合光电转换装置，其中，所述各向异性导电粘结层针对下部光电转换层主要吸收的波长区域的光，具有80%以上的光透过率。
5.根据权利要求3或4所述的多接合光电转换装置，其中， 所述各向异性导电粘结层的折射率为1. 2以上2. 0以下。
6.根据权利要求3至5任意一项所述的多接合光电转换装置，其中， 所述上部光电转换层以非晶质硅为主，所述透明电极层在与所述上部透光性基板相反一侧的表面具有纹理构造， 所述纹理构造是具有0. 1 μ m以上0. 3 μ m以下的间距及高度的凹凸形状。
7.根据权利要求3至6任意一项所述的多接合光电转换装置，其中， 所述下部光电转换层以微结晶硅为主，所述背面电极层在与所述下部基板相反一侧的表面具有纹理构造， 所述纹理构造是具有0. 3 μ m以上1 μ m以下的间距及高度的凹凸形状。
8.根据权利要求1至7任意一项所述的多接合光电转换装置，其中，所述导电性薄膜层是掺杂了杂质的低电阻的半导体层或栅格电极层中的至少一个。
9.根据权利要求8所述的多接合光电转换装置，其中， 所述掺杂了杂质的低电阻的半导体层是透明导电膜层。
10.一种集成型多接合光电转换装置，其层叠了权利要求1至9任意一项所述的分光灵敏度不同的2个光电转换元件并以光学方式/电方式进行连接，各个集成型光电转换装置在所连接一侧的最上层具有导电性薄膜层，隔着在透明绝缘材料中含有导电性微粒子的各向异性导电粘结层，使各个所述最上层和与所述最上层的电极成对的相反侧的各个电极接合，从而使得相邻的各多接合型光电转换元件彼此串联连接。
11.一种集成型多接合光电转换装置，其具备上部光电转换模块，其在透明电极层上集成了上部光电转换元件，所述上部光电转换元件具有上部发电部、以与所述上部发电部分离的方式配置的上部导电部，在所述上部发电部及所述上部导电部的各自的最表层设置了上部导电性薄膜层；下部光电转换模块，其在背面电极层上集成了下部光电转换元件，所述下部光电转换元件具有分光灵敏度与上部发电部不同的下部发电部、以与所述下部发电部分离的方式配置的下部导电部，在所述下部发电部及所述下部导电部的各自的最表层设置了下部导电性薄膜层；和各向异性导电粘结层，其包括透明绝缘材料、和在所述透明绝缘材料中分散的导电性微粒子，所述各向异性导电粘结层的一个面与所述上部导电性薄膜层邻接， 所述各向异性导电粘结层的另一个面与所述下部导电性薄膜层邻接， 规定的上部光电转换元件的上部发电部和规定的下部光电转换元件的下部发电部相对应，并且规定的下部光电转换元件的下部导电部和与规定的上部光电转换元件邻接的上部光电转换元件的上部导电部相对应，所述相对应的上部发电部和下部发电部隔着所述各向异性导电粘结层以电方式被串联连接，所述相对应的上部导电部和下部导电部隔着所述各向异性导电粘结层以电方式被连接。
12.一种多接合光电转换装置的制造方法，其包括如下工序 在第1半导体上形成第1导电性薄膜层；在第2半导体上形成第2导电性薄膜层；和在所述第1导电性薄膜层与所述第2导电性薄膜层之间插入在透明绝缘材料中含有导电性微粒子的各向异性导电粘结层，并隔着各向异性导电粘结层使第1集成型光电转换装置和第2集成型光电转换装置接合。
13.一种多接合光电转换装置的制造方法，其包括如下工序形成上部光电转换元件，所述上部光电转换元件在上部透光性基板上顺序设置了透明电极层、上部光电转换层、及上部导电性薄膜层；形成下部光电转换元件，所述下部光电转换元件在下部基板上顺序设置了背面电极层、分光灵敏度与所述上部光电转换层不同的下部光电转换层、及下部导电性薄膜层；按照各向异性导电粘结层的一个面与所述上部导电性薄膜层邻接、所述各向异性导电粘结层的另一个面与所述下部导电性薄膜层邻接的方式，配置所述上部光电转换元件、所述各向异性导电粘结层和所述下部光电转换元件而形成层叠体，其中的各向异性导电粘结层包含具有粘结功能的透明绝缘材料、以及在所述透明绝缘材料中分散的导电性微粒子； 禾口对所述层叠体进行热压接，从而使所述上部光电转换元件、所述各向异性导电粘结层和所述下部光电转换元件接合。
14.根据权利要求13所述的多接合光电转换装置的制造方法，其中，利用各向异性导电粘结薄片、金属粒子分散聚合物粘结剂、或者由聚合物微粒子及导电性微粒子构成的混合微粒子中的任意一个，形成所述各向异性导电粘结层。
15.一种集成型多接合光电转换装置的制造方法，其包括如下工序制造上部光电转换模块，所述上部光电转换模块在透明电极层上集成了上部光电转换元件，所述上部光电转换元件具有上部发电部、和与所述上部发电部分离的上部导电部，在所述上部发电部及所述上部导电部的各自的最表层设置了上部导电性薄膜层；制造下部光电转换模块，所述下部光电转换模块在背面电极层上集成了下部光电转换元件，所述下部光电转换元件具有分光灵敏度与上部发电部不同的下部发电部、与所述下部发电部分离的下部导电部，在所述下部发电部及所述下部导电部的各自的最表层设置了下部导电性薄膜层；按照各向异性导电粘结层的一个面与所述上部导电性薄膜层邻接、所述各向异性导电粘结层的另一个面与所述下部导电性薄膜层邻接、规定的上部光电转换元件的上部发电部和规定的下部光电转换元件的上部发电部相对应、且规定的下部光电转换元件的下部导电部和与规定的上部光电转换元件邻接的上部光电转换元件的上部导电部相对应的方式，配置所述上部光电转换模块、所述各向异性导电粘结层和所述下部光电转换模块从而形成层叠体，其中所述各向异性导电粘结层包含具有粘结功能的透明绝缘材料、及在所述透明绝缘材料中分散的导电性微粒子；和对所述层叠体进行热压接，使得所述上部光电转换元件和所述各向异性导电粘结层和所述下部光电转换元件、以及所述上部导电部和所述各向异性导电粘结层和所述下部导电部接合。
全文摘要
本发明提供一种多接合光电转换装置、集成型多接合光电转换装置及它们的制造方法，具有双端子构造、且以由先被层叠的层制约少的条件层叠在后的层。层叠分光灵敏度不同的多个光电转换元件，在至少与光入射的一侧相反的相反侧的端部的光电转换元件(2、4)进行连接的连接侧的最上层分别具有导电性薄膜层(5a、5b、5c、5d)，在其他光电转换元件(3)进行连接的连接侧的最上层及最下层分别具有导电性薄膜层(16a、16b)，经由在透明绝缘材料中含有导电性微粒子的各向异性导电粘结层(6a、6b)而使最上层及最下层彼此接合。各向异性导电粘结层(6a、6b)内的导电性微粒子进行各层的层叠方向的电连接，导电性薄膜层(5a、5b、5c、5d)进行作为各接合材料的光电转换层(2、3、4)的横向(面内方向)的电连接。
文档编号H01L31/04GK102484150SQ201080037798
公开日2012年5月30日 申请日期2010年6月10日 优先权日2009年8月27日
发明者坂井智嗣, 山内康弘, 竹内良昭, 近藤道雄, 鲤田崇 申请人:三菱重工业株式会社, 独立行政法人产业技术综合研究所