(57)【要約】【課題】球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなる多数の球状の光電変換素子の表面を一定量研削して、第１半導体の露出面を有する一定品質の光電変換素子を製造する方法を提供する。【解決手段】本発明は、まず、球状の光電変換素子を所定の深さに収容する複数の凹部を所定のパターンで有する治具を準備し、その各凹部に球状の光電変換素子を配置する。次いで、治具上に溶融ワックスを供給し、冷却して、固化したワックスにより素子を治具に固定する。続いて、治具上の素子に回転する研磨板を圧接して各素子の表面を研削して第１半導体の露出面を形成した後、ワックスを揮散または熱分解させてワックスを除去する。【選択図】図５
2006294693.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を備えるＳｉを主体とする球状の光電変換素子の表面を一定量研削する工程を有する光電変換素子の製造方法であって、
（１）前記球状の光電変換素子を所定の深さに収容する複数の凹部を所定のパターンで有する治具を準備する工程、
（２）前記治具の各凹部に球状の光電変換素子を配置する工程、
（３）前記治具上に溶融したワックスを供給し、冷却して、前記光電変換素子を固化したワックスにより前記治具の凹部に固定する工程、
（４）前記治具上の光電変換素子に回転する研磨板を圧接して各光電変換素子の表面を研削して第１半導体の露出面を形成する工程、および
（５）前記ワックスを加熱し、揮散または熱分解させてワックスを除去する工程
を具備する光電変換素子の製造方法。
【請求項２】
球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を備えるＳｉを主体とする球状の光電変換素子の表面を一定量研削するとともにその研削面に露出する第１半導体の表面に電極を形成する工程を有する光電変換素子の製造方法であって、
（１）前記球状の光電変換素子を所定の深さに収容する複数の凹部を所定のパターンで有する治具を準備する工程、
（２）前記治具の各凹部に球状の光電変換素子を配置する工程、
（３）前記治具上に溶融したワックスを供給し、冷却して、前記光電変換素子を固化したワックスにより前記治具の凹部に固定する工程、
（４）前記治具上の光電変換素子に回転する研磨板を圧接して各光電変換素子の表面を研削して第１半導体の露出面を形成する工程、
（５）前記第１半導体の露出面に導電性ペーストを塗布する工程、および
（６）前記治具を４００〜８００℃の温度に加熱することにより、前記ワックスを除去するとともに、前記第１半導体の露出面に接合された電極を形成する工程
を具備する光電変換素子の製造方法。
【請求項３】
前記工程（２）が、前記治具の凹部に対応する吸着部を有する吸着具に前記光電変換素子を吸着させる工程、および前記吸着具の各吸着部から前記治具の各凹部に前記光電変換素子を移す工程からなる請求項１または２記載の光電変換素子の製造方法。
【請求項４】
前記ワックスが、マイクロクリスタリンワックスまたはパラフィンワックスであり、融点が５０℃以上であり、１００℃における動粘度が３〜２０ｍｍ2／ｓ、２５℃における針入度が５〜２５である請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換素子の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池などの光電変換装置に用いられる球状の光電変換素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンなエネルギー源として光電変換装置が注目されている。代表的な光電変換装置は、結晶シリコン半導体ウエハからなる素子を用いたもの、およびアモルファスシリコンからなる半導体層を用いたものである。前者は、単結晶インゴットの製造および単結晶インゴットから半導体ウエハを製造するまでの工程が繁雑であり、しかも結晶の切削屑などにより高価なシリコン原料の利用率が低いので、コスト高となる。後者は、シリコンの未結合手に水素が結合しているアモルファス構造が、光照射によって水素が放たれて構造変化を起こしやすいため、光電変換効率が光照射により徐々に低下するという問題がある。
【０００３】
前記のような特性低下がなく、安価で、高出力が期待できる光電変換装置として、球状のｐ型半導体の表面にｎ型半導体層を形成した球状の光電変換素子を用いたものが検討されている。この光電変換装置は、直径１ｍｍ前後の小さな球状素子を用いることにより、光電変換部全体の平均厚みを薄くし、原料Ｓｉの使用量を軽減するものである。
この種の光電変換装置としては、多数の凹部を有する支持体の各凹部内に、直径１ｍｍ前後の球状の光電変換素子を取り付け、凹部内面を反射鏡として働かせるものが知られている（特許文献１および２など）。このような構成によれば、素子の材料、特に高価なＳｉの使用量を低減するとともに、反射鏡の作用により、素子に直接照射される光の４〜６倍の光を素子に照射できるので、光の有効利用ができるなどの利点を有する。
【特許文献１】特開２００２−１６４５５４号公報
【特許文献２】特開２００４−６３５６４号公報
【０００４】
この種の光電変換装置の構造をさらに詳しく説明すると、光電変換素子は、球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、第２半導体層が第１半導体の一部を露出させる開口部を有し、第１半導体の露出部に電極が形成されている。この球状の光電変換素子を取り付ける凹部を有する支持体は、前記凹部の底に光電変換素子を嵌合し、第１半導体の露出面を支持体の裏面側に望ませる孔を有している。支持体は、前記凹部の内面を形成し、第２半導体層と電気的に接続される第２導電体層、およびその裏面に設けられた電気絶縁層を備える。支持体の裏面には、支持体の孔をとおして第１半導体の露出部と接続される第１導電体層が設けられる。光電変換素子の第２半導体層は、直接まはた電極を介して、接続部材により第２導電体層に電気的に接続される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の光電変換装置を製造するための課題の１つは、品質の一定した球状の光電変換素子を量産する技術を確立することである。
本発明は、球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなる球状の光電変換素子の表面を一定量研削して、第１半導体の露出面を有する一定品質の光電変換素子を製造する方法を提供することを目的とする。
本発明は、また、前記の研削に続いて、第１半導体の露出面に効率的に電極を形成する方法を提供することを目的とする
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を備えるＳｉを主体とする球状の光電変換素子の表面を一定量研削する工程を有する光電変換素子の製造方法であって、
（１）前記球状の光電変換素子を所定の深さに収容する複数の凹部を所定のパターンで有する治具を準備する工程、
（２）前記治具の各凹部に球状の光電変換素子を配置する工程、
（３）前記治具上に溶融したワックスを供給し、冷却して、前記光電変換素子を固化したワックスにより前記治具の凹部に固定する工程、
（４）前記治具上の光電変換素子に回転する研磨板を圧接して各光電変換素子の表面を研削して第１半導体の露出面を形成する工程、および
（５）前記ワックスを加熱し、揮散または熱分解させてワックスを除去する工程
を具備する。
【０００７】
本発明は、また、球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を備えるＳｉを主体とする球状の光電変換素子の表面を一定量研削するとともにその研削面に露出する第１半導体の表面に電極を形成する工程を有する光電変換素子の製造方法であって、
（１）前記球状の光電変換素子を所定の深さに収容する複数の凹部を所定のパターンで有する治具を準備する工程、
（２）前記治具の各凹部に球状の光電変換素子を配置する工程、
（３）前記治具上に溶融したワックスを供給し、冷却して、前記光電変換素子を固化したワックスにより前記治具の凹部に固定する工程、
（４）前記治具上の光電変換素子に回転する研磨板を圧接して各光電変換素子の表面を研削して第１半導体の露出面を形成する工程、
（５）前記第１半導体の露出面に導電性ペーストを塗布する工程、および
（６）前記治具を４００〜８００℃の温度に加熱することにより、前記ワックスを除去するとともに、前記第１半導体の露出面に接合された電極を形成する工程
を具備する光電変換素子の製造方法を提供する。
【０００８】
本発明によると、治具に設けた所定のパターンの凹部に光電変換素子を位置決めし、この治具上に溶融したワックスを供給し、冷却すれば、所定のパターンの凹部に光電変換素子を容易に固定することができる。ワックスは、光電変換素子の研削する部分を被覆していても、研削の妨げになることはない。次に、治具上の光電変換素子に回転する研磨板を圧接することにより、光電変換素子の表面を一定量研削して第１半導体の露出面を形成することができる。
【０００９】
また、本発明によれば、上記のようにして第１半導体の露出面が形成された光電変換素子は、治具に設けられた所定のパターンの凹部に固定されているから、印刷などにより前記露出面の定位置に電極を形成するためのペーストを高速かつ正確に塗着することができる。その後、４００〜６００℃の加熱処理により、光電変換素子を固定しているワックスを揮散または熱分解させることにより、除去することができる。
前記の熱処理により、導電性ペーストは乾燥されてある程度固化しているから、光電変換素子を治具より分離し、別の熱処理用トレーに移し、電極を形成するためのより高い温度、例えば６５０〜８００℃での熱処理を行うようにしてもよい。これにより、素子を固定する治具の熱変形を防止することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように、本発明によれば、直径１ｍｍ前後の微小な光電変換素子を大量に処理して第１半導体の電極を形成するための第１半導体の露出面を一括して形成することができる。また、本発明によれば、前記のようにして形成された第１半導体の露出面の定位置に、電極形成用の導電性ペーストを印刷などにより高速で塗着し、これを熱処理することにより効率的に電極を形成することができる。さらに、光電変換素子を固定している治具から光電変換素子を分離するには、ワックスが揮散または熱分解する温度に加熱すればよく、治具から分離された光電変換素子は、そのまま回収すればよく、余分な夾雑物の分離操作などは不要である。したがって、本発明によれば、品質の一定した球状の光電変換素子を量産することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、治具に設けた所定のパターンの凹部に光電変換素子を位置決めし、この治具上に溶融したワックスを供給し、冷却して、固化したワックスにより治具の凹部に光電変換素子を固定する。
治具の凹部に光電変換素子を位置決めするには、治具上に多数の光電変換素子を供給して、治具の各凹部に光電変換素子を嵌めあわせ、凹部に嵌らない余分な光電変換素子は、治具を若干傾けるなどにより容易に治具から除くことができる。
【００１２】
治具の凹部に光電変換素子をより迅速に位置決めするには、後述のように、治具の凹部に対応する吸着部を有する吸着具を用いるのがよい。吸着具は各吸着部の底に、吸引用の孔を有し、その孔は真空ポンプに連結されている。この吸着具の上に、多数の光電変換素子を供給すれば、吸着具の各吸着部に光電変換素子が吸着され、余分な素子は簡単に除去できる。
こうして各吸着部に光電変換素子を吸着した吸着具上に治具をその凹部を吸着部に向き合うように重ね合わせ、両者を一体にして上下を逆にし、吸着具の吸引力を解けば、光電変換素子は吸着具の吸着部から治具の対応する凹部に移される。
【００１３】
治具の凹部に位置決めされた光電変換素子を固定するワックスは、次の研削工程において素子を治具にしっかりと固定できるものでなければならない。研削工程は、通常、常温で行われるが、研削時の摩擦熱などにより若干温度が上がることがある。また、研削工程に続いて、素子の第１半導体の露出面に電極を形成する工程においては、まず電極を形成するための導電性ペーストが塗布される。この塗布された導電性ペーストは、電極を形成するための熱処理に先だって乾燥される。この乾燥温度は、導電性ペーストの分散媒によっても異なるが、４０℃程度で行われる。
【００１４】
ワックスには動物由来のワックス、植物由来のワックス、石油由来のワックス、鉱物由来のワックスなどの天然ワックス、合成ワックス、並びに加工・変性ワックスがある。本発明では、これらのワックスを広く用いることができるが、上記の点を考慮すると、融点が５０℃以上のものが好ましい。より好ましいワックスは、融点が７０℃以上である。本発明で用いるワックスの具備すべき融点以外の条件は、加熱処理したときの残渣が少なく、適当な動粘度および針入度を有することであり、そのようなワックスは、石油由来のワックスから選択するのが適当である。
【００１５】
石油由来のワックスには、パラフィンワックスとマイクロクリスタリンワックスがある。パラフィンワックスは、原油の減圧蒸留留出部分から結晶性のよい炭化水素を分離抽出したもので、直鎖状炭化水素が主成分である。融点は４０〜７０℃程度である。マイクロクリスタリンワックスは、主として原油の減圧蒸留残渣部分から取り出されるもので、分岐炭化水素や飽和環状炭化水素が多くなる。融点は６０〜９０℃程度と高い。これらのワックスは加熱処理したときの残渣が少なく、適当な動粘度および針入度を有することから、素子を固定するワックスとして好ましい。なかでも１００℃における動粘度が３〜２０ｍｍ2／ｓ、２５℃における針入度が５〜２５のものが好ましい。より好ましいワックスは、１００℃における動粘度が５〜１７ｍｍ2／ｓ、２５℃における針入度が６〜２０のものである。
【００１６】
本発明に用いる球状の光電変換素子は、たとえば、次のようにして製造することができる。まず、極微量のホウ素を含むｐ型多結晶Ｓｉ塊を不活性ガス雰囲気下でるつぼ内で溶融し、るつぼ底部のノズルから滴下する液滴を冷却し固化して球状の第１半導体を作製する。次に、その表面にリンを拡散させることにより厚さ約０．５μｍ程度のｎ型半導体からなる第２半導体層を形成する。第１半導体をｎ型半導体で構成し、第２半導体層をｐ型半導体で構成してもよい。
【００１７】
上記のようにして直径０．５〜２ｍｍ、好ましくは０．８〜１．２ｍｍ程度の球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなる球状の素子を作製する。素子は、必要に応じて、第２半導体層の表面に、導電性の反射防止膜を形成する。反射防止膜は、フッ素およびアンチモンの少なくとも一方をドープした、膜厚５０〜１００ｎｍの錫酸化物から構成するのが好ましい。反射防止膜により、素子の受光面での反射を抑制し、この素子を用いた光電変換装置の出力を向上することができる。素子が反射防止膜を有する場合においては、以下の研削工程において反射防止膜が第２半導体層と一緒に研削される。
【００１８】
素子の表面を研削して、第２半導体層の開口部に第１半導体の露出面を形成したならば、その露出面に電極を形成するための導電性ペーストをスクリーン印刷などにより塗着する。導電性ペーストは、Ａｇなどの導電材、バインダーのガラスフリット、および適度な粘性と流動性を付与するための有機ビヒクル、例えばエチルセルロースなどの樹脂を、タ―ピネオール、ジブチルフタレートなどに溶かしたものから調製される。
導電性ペーストは、第１半導体へのドーピング材を含むのが好ましい。第１半導体がｐ型半導体であるときは、短周期型の周期表IIIＢ族元素の単体、例えばＡｌ、Ｂ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｔｌ、またはその化合物、例えばＢＢｒ3などから選ばれるドーピング材が用いられる。導電材は、Ａｌ、ＡｇおよびＣｕからなる群より選択された少なくとも１種が好ましい。一方、第１半導体がｎ型半導体であるときは、周期表ＶＢ族元素の単体、例えばＰ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ａｓ、またはその化合物、例えばＰＯＣｌ3などから選ばれるドーピング材が用いられる。導電材には、ＡｇおよびＣｕの少なくとも一方が好ましい。これらの導電性ペーストを用いたとき、電極を形成するための熱処理温度は、６５０〜８００℃が好ましい。この熱処理により、ペースト中のドーピング材が第１半導体に拡散した拡散層あるいは導電材とＳｉとの合金層を介して第１半導体の電極が形成される。
【００１９】
次に、本発明の好ましい実施の形態を図１〜図５を参照して説明する。ここに用いられた構造図は理解を容易にするためのものであって、各要素の相対的な大きさや位置関係は必ずしも正確ではない。
図１は球状の光電変換素子を研削して第１半導体の電極を形成するまでの工程を示す素子の縦断面図である。図２は光電変換素子を固定するための治具の平面図、図３はその治具を、光電変換素子を吸着した吸着具上に重ねようとしている状態を示す、要部を断面にした側面図、図４は吸着具から治具に移された素子をワックスで固定した状態を示す、要部を断面にした側面図である。
【００２０】
図１において、光電変換素子１０は、球状の第１半導体１およびその表面を被覆する第２半導体層２からなる（図１（ａ））。次に、その表面の一部を研削して、第２半導体層の開口部３に囲まれた第１半導体の露出面４を形成する（図１（ｂ））。次に、第１半導体の露出面４の中央に、電極を形成するための導電性ペースト層５を形成する（図１（ｃ））。次に、これを熱処理して電極６を形成する。
【００２１】
図２に示す治具３０に球状の光電変換素子１０を配置するための吸着具が図３に示されている。治具３０は、球状の光電変換素子１０を位置決めするための多数の凹部３１を有している。図２では、最外周に位置する凹部の一部を一点鎖線３２で示している。ここに示された凹部３１の列および一点鎖線で囲まれた領域に凹部が規則正しく配列されている。図３に示す吸着具２０は、光電変換素子１０を位置決めし、かつ吸着するための多数の吸着用凹部２１を有し、その凹部の底には中空部２２に連通する透孔を有している。中空部２２につながる吸引口２３には、真空ポンプ（図示しない）に連結するためのパイプ２４が連結される。図では、凹部の径と透孔の径とを同じにしているが、凹部の開口部が素子を位置決めできる大きさであり、かつ中空部２２が減圧されたときに素子を凹部の開口部に吸着できるなら、凹部の内部はどのようなものでもよい。
上記のような吸着具２０の上に多数の素子を散布すれば、各凹部２１にはそれぞれ素子１０が吸着される。吸着具２０上で凹部２１に吸着されない素子は、振り落とすなどにより容易に除くことができる。
【００２２】
次に、素子を吸着した吸着具２０の上に、治具３０を逆さにして重ね合わせる。このとき、吸着具２０の位置決めピン２５を治具３０の孔３３に嵌合させる。治具３０は、素子１０を所定の深さに嵌合する複数の凹部３１を所定のパターンで有している。凹部３１は、これに嵌合された素子１０が所定量研削できるだけの露出部を有していればよい。ワックスにより素子１０を治具に固定するので、凹部３１は、素子を所定のパターンに位置決めできる程度の深さを有していればよい。凹部３１の開口部は、吸着具の凹部２１と同様に円形でもよいが、正方形でもよい。要は凹部３１により素子を所定のパターンに位置決めできればよい。凹部３１の配列は、後の電極を形成するためのペーストの印刷位置を規定できるようなものであればよい。治具３０における凹部３１の配列に対応して、吸着具２０の凹部２１の配列が決められる。
【００２３】
素子を吸着した吸着具２０とこれに重ね合わせた治具３０とを、図３とは上下が逆になるようにする。吸着具２０の凹部２１に填っている素子は、凹部２１に対応する治具３０の凹部３１にそれぞれ填る。そこで、吸着具２０の吸引口２３と真空ポンプとの連絡を絶ち、吸引口２３を解放すれば、素子１０に対する吸着力が解放される。その状態で、吸着具２０を治具３０からそっとはずせば、素子１０は治具３０に移される。
【００２４】
次いで、素子を保持している治具３０上に、溶融したワックスを流延するか、固形のワックスの小片を例えば４箇所に載せて治具を加熱する。こうして素子を保持している治具３０上に溶融したワックスを供給することにより、素子と素子の間にワックスを満たす。そのまま放置すれば、ワックスは冷却されて固化し、これによって素子は治具に固定される。図４は、治具３０上の素子１０がワックス３４により固定された状態を示している。
【００２５】
図５は、上記のようにして治具３０に固定された光電変換素子１０の一部を研削した状態を示している。治具３０に固定された素子を研削する装置について、以下図７および図８を参照して説明する。
【００２６】
図７は研削装置の要部を切り欠いた側面図、図８は要部の平面図である。
研削装置４０は、治具３０に固定された光電変換素子を圧接させて研削する研磨板として働く定盤４１を有している。この定盤４１は、装置本体に支持された回転軸４２により駆動される。定盤４１上には、上記の治具３０を保持する４個の円筒状のホルダー４４がセットされている。ホルダー４４は、定盤４１の上に突出して設けたギア４３と噛み合うギアを外周面に有し、定盤の回転に伴い定盤上で自転する。ホルダー４４内には、３個の治具３０を嵌合する孔を有するスペーサ４５が嵌合している。ホルダー４４内には、さらに重し４６が嵌合されている。この重し４６は、装置本体に上下動自在に支持された加圧部材４７と回転自在に係合している。加圧部材４７は、図示しないエアシリンダに接続されたホース４８からの空気圧により、重し４６を下方へ押しつける。光電変換素子を固定した治具３０は、素子固定面を下向きにしてスペーサ４５の孔に嵌合している。そして、治具３０は、その厚みがスペーサ４５のそれよい厚いから、重し４６による荷重により素子は定盤４１に押しつけられる。
【００２７】
定盤４１が図８矢印ｘの方向に回転すると、ギア４３と噛み合うホルダー４４は図矢印ｙ方向に自転する。ホルダー４４とスペーサ４５および重し４６、並びにスペーサ４５と治具３０は、それぞれある程度の隙間を有して嵌合しているが、治具３０はホルダー４４の自転にほぼ追随して自転することとなる。このように研削装置を稼動させるとき、図８の４９で示す部分に砥石粉を含む研磨液が小型ポンプより供給される。定盤とホルダーのギヤ比が２：３なので、例えば定盤４１が３０ｒｐｍで回転すると、ホルダー４４は２０ｒｐｍの回転速度で自転する。治具３０にかかる荷重は例えば０．１ＭＰａである。
【００２８】
こうして、研磨板としての定盤４１の回転、および治具３０の自転により、治具３０に固定されている多数の素子は一様に一定量が研削される。治具３０は、例えば直径が１０４ｍｍで、直径１ｍｍの素子を５７１０個固定している。したがって、上記の装置によれば、一度に１２×５７１０個の素子を処理することができる。
【００２９】
素子１０は、球状の第１半導体１およびこれを被覆する第２半導体層２から構成されており、図５のように研削されて、第２半導体層の開口部３に囲まれた第１半導体の露出面４が形成される。図５の状態で、素子は水洗の後、濃度４６％のフッ酸と濃度６０％の硝酸とを体積比１：４の割合で混合したエッチング液に５秒間ほど浸漬してエッチング処理をする。これにより、研削時に生じた表面のダメージ層が除去される。水洗後、乾燥し、スクリーン印刷などにより、素子１０の第１半導体の露出面の中央に、電極を形成するための導電性ペースト層５を形成する。導電性ペーストには、例えばガラスフリットと銀粉末などの導電材と有機ビヒクルなどから調製されるペーストを用いる。これを紫外線により乾燥するか、４０℃程度の温度に加熱して乾燥する。その後、治具ごと熱処理炉に挿入し、４００〜８００℃に加熱する。ワックスの引火を防止するため、炉には窒素ガスを流し、排気路から排出させるというように炉内の雰囲気は絶えず流動させる。この熱処理により、ペースト５は、焼き付けされ、電極６が形成される。
【００３０】
素子１０は、前記の電極６の周囲に、強磁性体材料を含む磁性体部を設けておくと、図１０で説明するような光電変換装置を組み立てるために、支持体に多数の素子を組み込む際に便利である。すなわち、電極６の周囲に磁性体部があると、多数の素子を支持体に組み込む際、磁場を印加することにより、各素子の電極６の位置を特定方向にそろえることができる。
図１１は電極の周囲に磁性体部を設けた素子の例を示す縦断面図、図１２はその平面図である。磁性体部を形成するには、図１（ｃ）に示すように、電極を形成するためのペースト層５を塗布し、４０℃程度の温度で乾燥した後、磁性体部を形成するためのペーストを塗布し、乾燥する。この後は、電極を形成するための熱処理により、電極とともに磁性体部７が形成される。図１１および図１２においては、磁性体部７は、電極６の周縁部を覆うように４個形成している。この他電極６の周囲を囲むようにリング状に設けるなど、磁場の印加により電極６の位置を規制できるように設けるのが好ましい。この磁性体部を形成するためのペーストは、鉄粉、ニッケル粉、フェライト粉などの強磁性体材料、バインダーのガラスフリット、および有機ビヒクルなどから調製される。
【００３１】
電極の形成に際して、６００℃を超える高温に加熱すると、例えばステンレス鋼製の治具３０は、そりなどを生じることがある。したがって、あらかじめ高温度、例えば８５０℃で熱処理しておくのが好ましい。または、４００〜６００℃程度まで加熱した後、素子を治具から外し、素子をトレーなどに並べて熱処理に供することができる。この時点では、ワックスは既に除去されており、また電極を形成するためのペーストは固化しており、電極の位置ずれ等を生じるおそれはない。
【００３２】
以上のようにして電極６を形成した光電変換素子１０は図１（ｄ）に示されている。この素子を用いた放電変換装置の構造を図１０に示す。
１１は光電変換素子１０を取り付ける多数の凹部を有する支持体である。
支持体１１は、図９に示すように、正六角形に開口した凹部１２を隣接して多数有するように加工した金属薄板、例えばアルミニウム板からなり、第２導電体層を兼ねている。支持体１１は凹部１２の底に孔１３を有しており、この孔１３の縁部に、素子１０が固定されている。すなわち、素子１０の第２半導体層２が導電性の接続部材、例えば樹脂バインダーおよび導電材のＡｇを含むペーストの固化物１４により支持体１１に接続されている。支持体１１の裏面には電気絶縁層１５が形成されている。素子１０の電極６は、孔１３および電気絶縁層１５にレーザトリミングなどにより設けた開口部１６をとおして、絶縁層１５の裏面に形成した第１導電体層１７と接続されている。第１導電体層１７は、例えば樹脂をバインダーとする導電性ペーストの固化物よりなる。
【実施例】
【００３３】
以下、本発明の実施例を説明する。
素子を固定するワックスにマイクロクリスタリンワックス（融点８８℃、１００℃における動粘度１４ｍｍ2／ｓ、２５℃における針入度１０）を使用した。素子を固定する治具は、図２に示すように、直径約１０４ｍｍで、１治具当たり５７１０個の素子を固定することができる。素子を位置決めした治具上に、前記の固形ワックスの小片（約１ｇ）を４箇所に載せ、治具を１２０℃に加熱し、ワックスを溶融させた後、放冷し、固形化したワックスで素子を固定した。
【００３４】
素子を固定した治具１２個を図７および図８に示す装置にセットし、素子を研削した。素子を圧接する研磨板（定盤４１）は、直径約６００ｍｍで、高硬度合金鋼（通称スピードアロイ）製であり、３０ｒｐｍで回転させた。研磨液には、アルミナ＃４０００を水に分散させたものを用いた。
ここに用いた素子は、直径１ｍｍで、第２半導体層の開口部の直径が５５０〜６００μｍとなるように研削した。研磨時間２３分の条件で、９９％以上の素子が前記の数値内で研削された。治具に固定したまま、素子を水洗した後、濃度４６％のフッ酸と濃度６０％の硝酸とを体積比１：４の割合で混合したエッチング液で処理し、水洗後、乾燥した。各治具毎にスクリーン印刷により、素子の研削面の中央部（直径２７０〜３３０μ）に導電性ペーストを塗布した。
【００３５】
導電性ペーストは、次のように調製した。まず、Ａｇ粉末とＡｌ粉末とを重量比９５：５の割合で混合した導電材１００重量部に、鉛フリーガラスフリット（軟化点５６０℃）を２重量部添加した。この混合物と有機ビヒクルとを重量比７５：２５の割合で混合し、さらに、ジブチルフタレートを添加して粘度を約２００Ｐａ・ｓに調整した。有機ビヒクルは、エチルセルロースを、ターピネオール、およびジブチルフタレートに溶かしたものである。
【００３６】
導電性ペーストの素子への塗布状態を調べたところ、９９％以上の素子において、研削面の中央部に上記の直径の範囲で塗布層が形成されていた。
上記のようにして研削面に導電性ペーストを印刷した後、４０℃で乾燥した。以下、次のように処理して電極を形成した。
【００３７】
《実施例１》
窒素ガスを流している熱処理炉に、治具ごと挿入し、５５０℃で１０分間熱処理してワックスを除去した。治具から分離された素子を集めて、さらに、７００℃で１５分間の熱処理を行った。
電極を形成した素子の表面に万一にでも研削屑や研磨材、ワックスの残渣などが残存していることを懸念し、念のため、これらを除去するために、素子をアセトン中で超音波洗浄した。
【００３８】
《実施例２》
窒素ガスを流している熱処理炉に、治具ごと挿入し、７００℃で１５分間熱処理して、ワックスの除去および電極の形成を一挙に行った。この他は実施例１と同じである。
【００３９】
《比較例》
ワックスを用いずに手作業で素子を研削した。素子の研削面への導電性ペーストの塗布は、手作業で行った。洗浄および熱処理などは実施例と同じ条件で行った。
【００４０】
以上の実施例１、２および比較例の素子を用いて図１０に示した光電変換装置を作製し、その特性を評価した。支持体の第２導電体層には反射率９０％のアルミニウム板を用い、凹部の開口面積Ｓ１と素子の横断面積Ｓ２の比、Ｓ１／Ｓ２（集光比）は４とした。これらの光電変換装置の特性を、ソーラシミレータを用い、２５℃、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ2の条件下でそれぞれ１０試料について測定した。その結果、光電特性値は、実施例１、２および比較例ともに、短絡電流密度（Ｊｓｃ）２５〜３５ｍＡ／ｃｍ2、直列抵抗（Ｒｓ）５０〜７０Ωの範囲の正常な値を示した。
【００４１】
このことから、本発明において用いるワックスが熱処理などにより、実質的に素子の光電特性に悪影響が無いレベルで除去され、さらに、素子の研削、導電性ペースト塗布が正確に行われていることが確認された。Ｊｓｃが正常なことは、素子の表面状態にワックスの悪影響が無いこと、Ｒｓが正常なことは正確な位置に適切な径の電極が形成されていることをそれぞれ示唆している。
以上のように、本発明により、一定量の研削および電極形成を連続した工程として実施でき、極めて短時間で大量の素子の加工ができ、高品質の光電変換素子を提供することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、品質の一定した光電変換素子の量産が可能となる。この光電変換素子を用いた光電変換装置は、太陽電池として特に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明により球状の光電変換素子を研削し、電極を形成するまでの工程を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施の形態における光電変換素子を固定するための治具の平面図である。
【図３】図２の治具を、光電変換素子を吸着した吸着具上に重ねようとしている状態を示す、要部を断面にした側面図である。
【図４】吸着具から治具に移された素子をワックスで固定した状態を示す、要部を断面にした側面図である。
【図５】治具に固定された光電変換素子の一部を研削した状態を示す、要部を断面にした側面図である。
【図６】光電変換素子の研削面に電極形成用の導電性ペーストを塗着した状態を示す、要部を断面にした側面図である。
【図７】研削装置の要部を切り欠いた側面図である。
【図８】図７の研削装置の要部の平面図である。
【図９】光電変換装置の支持体の平面図である。
【図１０】光電変換装置の縦断面図である。
【図１１】電極の周囲に磁性体部を形成した素子の例を示す縦断面図である。
【図１２】図１１の素子の平面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１  第１半導体
２  第２半導体層
４  第１半導体の露出面
５  電極形成用ペースト層
６  電極
１０  光電変換素子
３０  治具
３１  凹部
３４  ワックス
４１  定盤（研磨板）
４４  ホルダー
４５  スペーサ
４６  重し
４７  加圧部材
４９  研磨液の供給部位
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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