(57)【要約】【課題】球状の第１半導体とその表面を被覆する第２半導体層を有する光電変換素子を孔の部分に装着した支持体、およびその裏面に電気絶縁層を介して接合した金属シートを具備する光電変換装置の前記第１半導体と金属シートの電気的接続機構の改良とその工程を合理化する。【解決手段】支持体の裏面側に臨む第１半導体の露出部もしくは該露出部上の電極に形成した導体バンプを、電気絶縁層に圧入して貫通させ、圧力下でその先端を金属シートに当接させる。導体バンプは円錐状ないしは角錐状であり、前記圧力により塑性変形して金属シートと当接していることが好ましい。【選択図】図７
2008071834.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を具備し、前記第２半導体層が前記第１半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、並びに、前記光電変換素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体からなり、前記光電変換素子がその第２半導体層が前記孔の縁部に電気的に接続され、かつ前記第１半導体の露出部が前記支持体の裏面側に臨んでいる組立体、
（２）前記組立体の裏面に形成された電気絶縁層、
（３）前記電気絶縁層の裏面に接合された導電性金属シート、および
（４）前記第１半導体と前記導電性金属シートとを電気的に接続する層間接続部、
を具備し、前記層間接続部は、前記第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成された電極上に形成された導体バンプの先端が、前記電気絶縁層中にその厚さ方向に圧入され前記導電性金属シートの対向面に押圧されて該対向面に電気的に接続されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
（ａ）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を具備し、前記第２半導体層が前記第１半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、前記第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成された電極上に形成された導体バンプ、並びに、前記光電変換素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体からなり、前記光電変換素子がその第２半導体層が前記孔の縁部に電気的に接続され、かつ前記第１半導体の露出部が前記支持体の裏面側に臨んでいる組立体を準備する工程、
（ｂ）前記支持体の裏面側に電気絶縁性シートを貼り合わせる工程、および
（ｃ）前記電気絶縁性シートの裏面側に導電性金属シートを圧力下において貼り合わせることにより、前記導体バンプの先端を前記導電性金属シートに当接させ、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを前記導体バンプにより電気的に接続する工程、
を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
（ａ）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を具備し、前記第２半導体層が前記第１半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、前記第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成された電極上に形成された導体バンプ、並びに、前記光電変換素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体からなり、前記光電変換素子がその第２半導体層が前記孔の縁部に電気的に接続され、かつ前記第１半導体の露出部が前記支持体の裏面側に臨んでいる組立体を準備する工程、
（ｂ）前記支持体の裏面側に電気絶縁性シートを貼り合わせ、前記導体バンプの先端を電気絶縁性シートの裏面側に突き出させる工程、
（ｃ）前記電気絶縁性シートの裏面側に突き出た部位の導体バンプないしはその周辺部の電気絶縁性シートに導電性ペーストを塗着する工程、および
（ｄ）前記電気絶縁性シートの裏面側に導電性金属シートを圧力下において貼り合わせることにより、前記導体バンプの先端ないしは前記導電性ペーストを前記導電性金属シートに当接させ、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを前記導体バンプにより電気的に接続する工程、
を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
（ａ）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を具備し、前記第２半導体層が前記第１半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、前記第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成された電極上に形成された導体バンプ、並びに、前記光電変換素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体からなり、前記光電変換素子がその第２半導体層が前記孔の縁部に電気的に接続され、かつ前記第１半導体の露出部が前記支持体の裏面側に臨んでいる組立体を準備する工程、
（ｂ）前記支持体の裏面側に、導電性金属シートおよび前記導電性金属シートと支持体を電気的に絶縁する電気絶縁性シートを貼り合わせる工程、および
（ｃ）前記導電性金属シートを前記支持体の裏面側に加圧することにより、前記導体バンプの先端を前記導電性金属シートに当接させ、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを前記導体バンプにより電気的に接続する工程、
を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
（ａ）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を具備し、前記第２半導体層が前記第１半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、前記第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成された電極上に形成された導体バンプ、並びに、前記光電変換素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体からなり、前記光電変換素子がその第２半導体層が前記孔の縁部に電気的に接続され、かつ前記第１半導体の露出部が前記支持体の裏面側に臨んでいる組立体を準備する工程、
（ｂ）前記支持体の裏面側に樹脂ペーストを塗着して電気絶縁性樹脂層を形成する工程、および
（ｃ）前記電気絶縁性樹脂層の裏面側に導電性金属シートを圧力下において貼り合わせることにより、前記導体バンプの先端を前記導電性金属シートに当接させ、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを前記導体バンプにより電気的に接続する工程、
を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記導体バンプの先端が円錐状もしくは角錐状に形成され、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを導体バンプにより電気的に接続する工程において、前記導体バンプの先端を塑性変形させる工程を含む請求項２〜５のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
前記工程（ｂ）、もしくは前記第１半導体と前記導電性金属シートとを導体バンプにより電気的に接続する工程において、前記導体バンプの先端が軟化もしくは可塑化した前記電気絶縁性シートもしくは電気絶縁性樹脂層に圧入される工程を含む請求項２〜５のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項８】
前記工程（ｂ）における電気絶縁性シートが半硬化状態であり、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを導体バンプにより電気的に接続する工程において、前記電気絶縁性シートを加熱して硬化させる工程、を含む請求項２〜４のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項９】
前記電極が、前記第１半導体の露出部に導電性ペーストを塗着し、熱処理することにより形成された前記第1半導体とのオーミックな導電性を有する層を、前記第１半導体との接合面に有する請求項２〜５のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１０】
前記導体バンプが、前記第１半導体の露出部もしくは前記電極に導電性ペーストを塗着することにより形成される請求項２〜５のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１１】
前記光電変換素子が、前記第２半導体層の表面を被覆する反射防止膜を有し、前記第２半導体層および前記反射防止膜が前記第１半導体を露出させる開口部をそれぞれ同部位に有する請求項２〜１０のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１２】
前記支持体が、前記孔を底部に有する凹部を隣接して表面に有し、前記凹部の内面に反射鏡層を有する請求項２〜１１のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１３】
前記光電変換素子が、その第２半導体層が導電性接着剤により前記孔の縁部に電気的に接続されている請求項２〜１２のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１４】
前記光電変換素子は、その主材料がシリコンである請求項２〜１３のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１５】
前記支持体および前記金属シートのそれぞれの基材がアルミニウムであり、前記金属シートの少なくとも前記導体バンプが当接する部位に、銀、銅、ニッケル、および錫からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む表面層を有する請求項２〜１４のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１６】
前記半硬化状態の電気絶縁性シートが、半硬化状態の熱硬化性樹脂を主体とするシートである請求項８〜１５のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項１７】
前記半硬化状態の電気絶縁性シートが、基材の樹脂シートの両面に半硬化状態の熱硬化性樹脂層を形成したシートである請求項８〜１５のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状の光電変換素子を搭載した光電変換装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
安価で、高出力が期待できる光電変換装置として、第１半導体である球状のｐ型半導体の表面に、第２半導体層であるｎ型半導体層を形成した光電変換素子を用いた球状太陽電池が検討されている。これに関しては、例えば、穴のあいた偏平なアルミニウム箔にシリコンの球状素子を埋込み、そのアルミニウム箔の裏面から、ｎ型半導体層をエッチングして内部のｐ型半導体を露出させ、露出したｐ型半導体を、もう１つのアルミニウム箔に接続して構成したソーラ・アレーが提案されている（特許文献１など）。
【０００３】
この提案は、直径１ｍｍ前後の小さな素子を用いることで光電変換部全体の平均厚みを薄くし、高純度シリコンの使用量を軽減しようとするものである。しかし、この球状太陽電池は反射光を活用しない方式なので、素子当たりの出力が低い。従って、モジュールの受光面当たりの変換効率を向上させるために、多数の素子を相互に近接して配置する必要がある。そのため、素子とアルミニウム箔との接続作業が繁雑な上に、素子数が多くなり、原価を低減させる効果が少ない。
【０００４】
また、上記提案には、アルミニウム箔製の導電体層とシリコン半導体とを接合して良好な電気的接続を得るために、５００〜５７７℃で熱処理をして、接合部にアルミニウムとシリコンの合金層を形成する方法が含まれている。第２半導体層は厚み０．５μｍ以下の薄層であるため、上記の熱処理時に導電体層が第２半導体層を突き抜け、短絡現象を引き起こす場合がある。このため、開放電圧および曲線因子等の大幅な低下を招き易い。
【０００５】
これらの問題を解決するため、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太陽電池が提案されている（特許文献２、３および４）。これらの太陽電池はマイクロ集光型または低集光型球状太陽電池と呼ばれている。この構成による第１の利点は、素子の材料、特に高価なシリコンの使用量を低減できることである。第２の利点は、反射鏡の作用により、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、光を有効に利用できることである。
【０００６】
この種の光電変換装置の従来の代表的な製造方法として、本発明者らが先に行った提案（特許文献４）について説明する。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１半導体の一部は第２半導体層から露出している。第１半導体の露出部および第２半導体層にはあらかじめ電極が形成されている。この素子を個々に取り付ける複数の凹部を有する支持体は、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背面に設けた電気絶縁層からなっている。電気絶縁層の背面には、第１半導体の電極を相互に電気的に接続する第１導電体層が取り付けられる。
【０００７】
この構成によると、支持体に素子を配置する以前に、高温の熱処理を要する電極形成を行うので、素子を支持体に装着した後の工程を、比較的低温下で実施できるという利点を有する。また、上記の支持体は、素子を収納する凹部を有する導電体層と電気絶縁層とからなる二層構造になっている。この支持体は、例えば、金属シートを加工して底部に孔を有する複数の凹部を形成した導電体層と、前記孔に対応した孔を有する電気絶縁性シートとを重ね合わせて、一体化して作製される。しかし、実際には、接着や熱圧着などにより両者を一体化する過程において、樹脂製の電気絶縁性シートが変形するため、孔のピッチや寸法、形状が変化して位置ずれが起こり易く、精度良く支持体を製作することは困難である。特許文献２および３に開示されている三層構造の支持体においても上記の二層構造の支持体と同様の問題がある。
【０００８】
さらに、球状太陽電池では、極めて小さい多数の球状素子の全てを支持体の個々の小さい凹部内の所定位置に、正確かつ迅速に装着し、固定することが非常に重要な課題である。もし、素子の位置決めが不正確であったり、球状太陽電池の製造工程中や使用中に位置ずれを起こしたりすると、第２導電体層が第１半導体の露出部や電極と接触して短絡したり、半導体側と導電体層側との電気的接続ができなかったりするなどの問題を引き起こす。素子が脱落すれば光電変換装置の出力が低下する。
【０００９】
この問題を解決するため、例えば、特許文献４では、導電性ペーストを第２半導体側電極に塗布した素子を支持体の凹部内に位置決めした後、加熱して固定する方法が提案されている。しかし、この方法には、微小な電極部に導電性ペーストを高速で塗布することが困難なことや、素子を支持体に位置決めする過程で、素子に塗布した導電性ペーストが凹部の反射鏡部分に付着して光電変換効率を低下させるなどの問題がある。また、上記提案においては、あらかじめ、第１半導体側および第２半導体層側にそれぞれの電極を形成した素子を支持体の凹部に位置決めする。そのため、素子を特定の姿勢に制御した状態で支持体の凹部に配置するための煩雑な工程を必要とし、生産性に難点がある。
【特許文献１】特開昭６１−１２４１７９号公報
【特許文献２】特開２００２−５０７８０号公報
【特許文献３】特開２００２−１６４５５４号公報
【特許文献４】特開２００４−６３５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、複数の球状の光電変換素子、前記の素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体、前記支持体の裏面に電気絶縁層を介して形成された導電体層を具備する光電変換装置、特にその製造方法の改良に関する。前記素子は、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半導体層は、第１半導体の一部を露出させる開口部を有する。そして、素子は、その第２半導体層が支持体の前記孔の縁部に電気的に接続され、第１半導体の露出部は、支持体の裏面側に位置し、前記電気絶縁層の孔をとおして、電気接続体により前記導電体層に電気的に接続される。
上記の光電変換装置の製造上の課題は、電気絶縁層および導電体層の形成方法と関連して、素子の第１半導体と導電体層との電気的な接続方法である。
【００１１】
本発明の第１の目的は、上記の光電変換装置の組み立て方法を合理化し、信頼性の高い光電変換装置を提供することである。すなわち、本発明は、前記光電変換装置およびその製造方法において、素子の第１半導体と電気的に接続された導電体層を支持体の裏面側に電気絶縁層を介して形成する方法を改良するものである。
本発明の第２の目的は、特に、特許文献４に記載のような構造の光電変換装置を改良するとともに、その効率的な製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の光電変換装置は、（１）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を具備し、前記第２半導体層が前記第１半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、並びに、前記光電変換素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体からなり、前記光電変換素子がその第２半導体層が前記孔の縁部に電気的に接続され、かつ前記第１半導体の露出部が前記支持体の裏面側に臨んでいる組立体、
（２）前記組立体の裏面に形成された電気絶縁層、
（３）前記電気絶縁層の裏面に接合された導電性金属シート、および
（４）前記第１半導体と前記導電性金属シートとを電気的に接続する層間接続部、
を具備し、前記層間接続部は、前記第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成された電極上に形成された導体バンプの先端が、前記電気絶縁層中にその厚さ方向に圧入され前記導電性金属シートの対向面に押圧されて該対向面に電気的に接続されていることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の光電変換装置の製造方法は、上記の本発明の光電変換装置を効率的に製造する方法である。
本発明の製造方法の前半の工程においては、球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を具備し、前記第２半導体層が前記第１半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、前記第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成された電極上に形成された導体バンプ、並びに、前記光電変換素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体からなり、前記光電変換素子がその第２半導体層が前記孔の縁部に電気的に接続され、かつ前記第１半導体の露出部が前記支持体の裏面側に臨んでいる組立体を準備する。前記第２半導体層は反射防止膜で覆われているのが好ましい。
【００１４】
後半の工程においては、前記組立体の支持体の裏面に電気絶縁層を接合し、その電気絶縁層を介して、光電変換素子の第１半導体と導電性金属シートを電気的に接続する。その手段として、前記電気絶縁層に前記導体バンプを圧入して貫通させ、さらにその先端を前記電気絶縁層に接合する導電性金属シートの対向面に当接させる。本発明による第１半導体と導電性金属シートとの電気的接続方法の具体的な実施形態は多様であり、それらは後述の第１〜第４の製造方法に分類される。
【００１５】
従来の金属シートと第１半導体を電気的に接続する方法は、例えば、第１半導体の露出部ないしは該露出部上の電極を露出させる孔を電気絶縁層に設け、その孔内を満たすよりやや多く充填した導電性ペーストにより、両者を電気的に接続するのが一般的である。しかし、この方法は工程が煩雑であり、さらに、第１半導体の露出部もしくは電極を露出させるための所定の部位に上記の孔を正確に位置決めして形成することが困難なので、孔の位置ずれが発生し易い。そのため、上記の電気的接続の信頼性が低く、更に、第１半導体と第２半導体層あるいは支持体との間で短絡が発生し易いという問題がある。
【００１６】
本発明によれば、電気絶縁層に孔を形成する必要はないので工程が簡略化される。さらに、第１半導体と電気的に接続された導体バンプを電気絶縁層に圧入して貫通させ、その先端を直接に金属シートに接触させるので、前記の孔の位置ずれが発生しない。これにより、前記の電気的接続の信頼性が高まり、さらに前記の短絡が発生することもなくなる。本発明の効果を高めるには、導体バンプが円錐状もしくは角錐状に形成されていることが好ましい。さらに、軟化もしくは熱可塑化するまで加熱した樹脂製の電気絶縁層に導体バンプを圧入するのが好ましい。これらの手法により、導体バンプの先端部が電気絶縁層に厚さ方向に容易に圧入されて電気絶縁層を貫通し易くなる。
【００１７】
さらに、導体バンプを金属シートの対向面に押圧して塑性変形させることにより導体バンプの先端と金属シートがより強く、広く接触し、両者の電気的接続の信頼性を一層高めることができる。導体バンプを円錐状もしくは角錐状に形成した上で、上記の電気絶縁層を軟化もしくは熱可塑化させるための加熱および導体バンプを塑性変形させるための押圧を行うことにより、本発明の一層顕著な効果が得られる。
【発明の効果】
【００１８】
導電路となる孔を電気絶縁層の所定の位置に精度よく形成することが必要な前記の従来法と異なり、本発明では上記の孔を予め形成する必要はなく、工程が簡略化される。さらに、上記の導体バンプを直接に金属シートに接触させるので、両者の電気的接続の信頼性が高まる。これにより、高品質、高信頼性の光電変換装置を実現でき、これを効率的に製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の光電変換装置の製造方法には下記の四種類の製造方法がある。
本発明の光電変換装置の第１の製造方法は、
（ａ）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を具備し、前記第２半導体層が前記第１半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、前記第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成された電極上に形成された導体バンプ、並びに、前記光電変換素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体からなり、前記光電変換素子がその第２半導体層が前記孔の縁部に電気的に接続され、かつ前記第１半導体の露出部が前記支持体の裏面側に臨んでいる組立体を準備する工程、
（ｂ）前記支持体の裏面側に電気絶縁性シートを貼り合わせる工程、および
（ｃ）前記電気絶縁性シートの裏面側に導電性金属シートを圧力下において貼り合わせることにより、前記導体バンプの先端を前記導電性金属シートに当接させ、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを前記導体バンプにより電気的に接続する工程、を含むことを特徴とする。
【００２０】
本発明の光電変換装置の第２の製造方法は、
（ａ）上記第１の製造方法と同じ組立体を準備する工程、
（ｂ）前記支持体の裏面側に電気絶縁性シートを貼り合わせ、前記導体バンプの先端を電気絶縁性シートの裏面側に突き出させる工程、
（ｃ）前記電気絶縁性シートの裏面側に突き出た部位の導体バンプないしはその周辺部の電気絶縁性シートに導電性ペーストを塗着する工程、および
（ｄ）前記電気絶縁性シートの裏面側に導電性金属シートを圧力下において貼り合わせることにより、前記導体バンプの先端ないしは前記導電性ペーストを前記導電性金属シートに当接させ、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを前記導体バンプにより電気的に接続する工程、を含むことを特徴とする。
【００２１】
本発明の光電変換装置の第３の製造方法は、
（ａ）上記第１の製造方法と同じ組立体を準備する工程、
（ｂ）前記支持体の裏面側に、導電性金属シートおよび前記導電性金属シートと支持体を電気的に絶縁する電気絶縁性シートを貼り合わせる工程、および
（ｃ）前記導電性金属シートを前記支持体の裏面側に加圧することにより、前記導体バンプの先端を前記導電性金属シートに当接させ、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを前記導体バンプにより電気的に接続する工程、を含むことを特徴とする。
【００２２】
本発明の光電変換装置の第４の製造方法は、
（ａ）上記第１の製造方法と同じ組立体を準備する工程、
（ｂ）前記支持体の裏面側に樹脂ペーストを塗着して電気絶縁性樹脂層を形成する工程、および
（ｃ）前記電気絶縁性樹脂層の裏面側に導電性金属シートを圧力下において貼り合わせることにより、前記導体バンプの先端を前記導電性金属シートに当接させ、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを前記導体バンプにより電気的に接続する工程、を含むことを特徴とする。
【００２３】
前記の第１ないし第４の製造方法において、導体バンプは、その先端が円錐状もしくは角錐状に形成され、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを導体バンプにより電気的に接続する工程において、導体バンプの先端を塑性変形せる工程を含むことが好ましい。また、前記工程（ｂ）、もしくは前記第１半導体と前記導電性金属シートとを導体バンプにより電気的に接続する工程において、導体バンプの先端が軟化もしくは可塑化した電気絶縁性シートもしくは電気絶縁性樹脂層に圧入される工程を含むことが好ましい。
【００２４】
前記の第１ないし第３の製造方法において、前記工程（ｂ）における電気絶縁性シートが半硬化状態であり、前記第１半導体と前記導電性金属シートとを電気的に接続する工程において、電気絶縁性シートを加熱して硬化させる工程を含むことが好ましい。半硬化状態の電気絶縁性シートは、半硬化状態の熱硬化性樹脂を主体とするシート、または基材の樹脂シートの両面に半硬化状態の熱硬化性樹脂層を形成したシートであることが好ましい。
【００２５】
前記の第１ないし第４の製造方法において、電極は、第１半導体の露出部に導電性ペーストを塗着し、熱処理することにより第１半導体との接合面に形成された第１半導体とのオーミックな導電性を有する層を第１半導体との接合面側に有するものが好ましい。また、導体バンプは、第１半導体の露出部もしくは前記電極に導電性ペーストを塗着することにより形成されることが好ましい。さらに光電変換素子は、第２半導体層の表面を被覆する反射防止膜を有し、第２半導体層および反射防止膜は、第１半導体を露出させる開口部をそれぞれ同部位に有することが好ましい。光電変換素子の主材料はシリコンであることが好ましい。
【００２６】
前記の第１ないし第４の製造方法において、支持体は、孔を底部に有する凹部を隣接して表面に有し、前記凹部の内面に反射鏡層を有するものが好ましい。光電変換素子は、その第２半導体層が導電性接着剤により支持体の孔の縁部に電気的に接続されていることが好ましい。また、支持体および金属シートのそれぞれの基材がアルミニウムであり、金属シートの少なくとも導体バンプが当接する部位に、銀、銅、ニッケル、および錫からなる群より選ばれた少なくとも一種を含む表面層を有することが好ましい。
【００２７】
本発明に用いる光電変換素子について詳細に説明する。素子の中核を構成する球状の第１半導体は、例えば、極微量のホウ素を含むｐ型多結晶シリコン塊を坩堝内に供給し、不活性ガス雰囲気中で溶融させ、この融液を坩堝底部の微小なノズル孔から滴下させ、その液滴を自然落下中に冷却して固化させることにより作製できる。この第１半導体は、多結晶または単結晶のｐ型半導体である。通常は、その表面を研磨し、さらにエッチングなどにより表面層の約５０μｍを除去した後、球状の第１半導体として用いる。
【００２８】
ｐ型の第１半導体を、例えば、オキシ塩化リンを拡散源として８００〜９５０℃で１０〜３０分間熱処理することにより、その表面に、第２半導体層、即ちｎ型半導体層として、厚さ約０．５μｍ程度の燐の拡散層が形成される。  
ここでは、第１半導体がｐ型半導体であり、第２半導体層がｎ型半導体層である素子を例示したが、素子は、第１半導体がｎ型半導体であり、第２半導体層がｐ型半導体層であってもよい。第１半導体は、芯体の外周面に第１半導体層が被覆されたものや、中心付近が空洞のものであってもよい。第１半導体は、真球が好ましいが、ほぼ球状であればよい。第１半導体の直径は、０．８〜１．２ｍｍが好ましいが、０．５〜２ｍｍであればよい。
【００２９】
図１（ａ）は球状の第１半導体１の表面に第２半導体層２が形成されている素子１０Ａを示す。図１（ｂ）は第２半導体層２に、第１半導体１の一部を露出させる開口部４が形成された素子１０Ｂを示す。第２半導体層２および第１半導体１が部分的に研磨によって削りとられて第１半導体の露出部３が形成されている。図１（ｃ）は図１(ｂ)における第１半導体の露出部３に電極６が形成されている素子１０Ｃを示す。
【００３０】
図２は第２半導体層２上に、反射防止膜５が形成されている素子を示す。図２（ａ）は図１（ａ）の素子に対応するもので、これを加工することにより、図２（ｂ）および図２（ｃ）に示すような、図１（ｂ）および図１(ｃ)のそれぞれの素子に対応する素子とすることができる。第２半導体層上に反射防止膜が形成されている素子は、後の工程において、多くの場合に、第２半導体層と支持体とが反射防止膜を介して電気的に接続される。従って、本発明における反射防止膜は導電性を有することが好ましい。例えば、溶液析出法、霧化法あるいはスプレー法などで形成したＺｎＯ、ＳｎＯ2またはＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3−ＳｎＯ2）などを主体とする薄膜を反射防止膜に適用することができる。
【００３１】
反射防止膜は、導電性および屈折率などから、特に、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、厚さ５０〜１００ｎｍのＳｎＯ2膜が好ましい。例えば、第２半導体層を形成した多数の素子を加熱板上において４００〜６００℃に加熱するとともに回転させながら、ドープ材料および錫化合物を溶解した溶液の微粒子を、素子に向けて吹きつけることにより、前記微粒子中の成分が素子の表面またはその近傍において熱分解し、その表面にほぼ一定の厚みのＳｎＯ2膜が形成される。ドープ材料としては、フッ化アンモニウム、フッ酸、五塩化アンチモンまたは三塩化アンチモンなどを用い、錫化合物としては、四塩化錫、二塩化ジメチル錫またはトリメチル塩化錫などが用いられる。
【００３２】
ＳｎＯ2膜は高い導電性が得られることから、従来から平板状の光電変換素子を用いる光電変換装置の透明導電膜用として検討されてきた。これらの膜は、４００〜１０００ｎｍと比較的厚いので、シリコン半導体の表面に形成した場合には１２．３％程度の非常に高い反射率を示す。そのため反射防止膜としての機能を十分に果たすことができない。
【００３３】
ここでは、結晶シリコン半導体を主成分とする光電変換素子を例示したが、化合物半導体などからなってもよく、単結晶、多結晶以外に、アモルファス材料などからなってもよい。また、素子は、第１半導体と第２半導体層の界面にノンドープ層を形成したｐｉｎ形構造のもの、ＭＩＳ形、ショットキーバリヤ形、ホモ接合形、またはヘテロ接合形などの構成を有していてもよい。
【００３４】
本発明における支持体は、素子を所定の位置に装着するための多数の孔を規則的に有する。支持体の表面を反射鏡として利用できるように、素子を装着するための孔を底部に有する凹部を形成するのが好ましい。支持体は、素子の第２半導体層と電気的に接続される導電体層を兼ねるので、少なくとも表面側、好ましい形態では受光面となる側は、導電性を有することを必要とする。図３に代表的な支持体を示す。この支持体２０は、例えば、厚さ０．２ｍｍのアルミニウム薄板をプレス加工して作製される。支持体２０の凹部２１は蜂の巣状に形成され、その開口端は六角形である。各開口端は相互に隣接し、凹部２１は底になるほど狭く、その底部に形成された孔２２は素子の外径より小さい。
【００３５】
支持体の耐熱性が乏しいと、素子を支持体に固定する際の熱処理工程などによって変形あるいは変質し易いので、金属などの耐熱性材料からなる支持体を用いることが好ましい。例えば、アルミニウム製の支持体は、熱処理の最高温度が５５０℃に達しても変形しない。支持体の主材料としては、加工性、導電性、フレキシブル性およびコスト等を総合するとアルミニウムが好ましいが、銅、ステンレス鋼およびニッケルなどの他の導電性材料であってもよい。導電性および反射性に優れた銀などの層を、メッキ、スパッタ、又は真空蒸着などで凹部の内面に形成すれば、導電体層および反射鏡としての機能が高まる。反射鏡層の作用により、光電変換装置の出力を大幅に増大させることができる。
【００３６】
素子の第２半導体層と支持体を接続するための導電性接着剤は、銀、アルミニウム、銅、ニッケルなどの導電材、バインダー、および溶媒ないしは分散媒を含む。バインダーにエポキシ樹脂などの熱硬化性樹脂を用いる樹脂型導電性ペースト、またはバインダーに低融点ガラスフリットを用いる低温ガラスフリット型導電性ペーストを使用できる。好ましい導電性接着剤は、例えば、エポキシ系接着剤にＡｇ粉を導電材として混合した樹脂型導電性ペーストで、２５℃における粘度は約１００Ｐａ・ｓである。
【００３７】
導電性接着剤を支持体の凹部の孔の周縁部に塗着する方法としては、たとえば転写法がある。支持体の孔に先端部が嵌合するような球面状の転写ピンを、均一な厚さの導電性接着剤層に押しつけて転写ピンの先端に導電性接着剤を付着させ、これを支持体の孔に向けて押しつけることにより、導電性接着剤を支持体の孔の周縁部に、リング状に塗着することができる。
【００３８】
導電性接着剤を塗着した支持体に、接着剤が乾燥する以前の、粘着性を有する間に、図１または図２の素子を配置し、加熱して接着剤を固化させることにより、素子を支持体に固定するとともに素子の第２半導体層と支持体とを電気的に接続することができる。図１および図２のそれぞれの（ｂ）または（ｃ）の素子を用いるときには、素子を特定の方向に配向させて、すなわち、素子の第１半導体の露出部またはそこに形成された電極が支持体の裏面に臨むように姿勢を制御して、支持体の所定の位置に固定する。導電性接着剤が樹脂型導電性ペーストであるときは１００〜２００℃、低温ガラスフリット型導電性ペーストであるときは２００〜５００℃の温度で固化させるのが好ましい。
【００３９】
次に、第１半導体の露出部に形成する電極および導体バンプについて説明する。導体バンプは、第１半導体の露出部に直接に形成してもよいが、予め第１半導体の露出部に形成された電極上に形成するのが好ましい。
電極は、第１半導体の露出部に導電性ペーストを塗着し、これを熱処理することにより形成される。導体バンプは、第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成した電極上に導電性ペーストを塗着し、これを乾燥させることにより形成される。
【００４０】
電極形成用の導電性ペーストは、銀、金、銅、ニッケルなどの金属あるいはそれらの合金の粉末などの導電材、バインダー、および溶媒ないしは分散媒を含む樹脂型導電性ペーストまたはガラスフリット型導電性ペーストを使用できる。第１半導体がｐ型の場合はアルミニウム粉末、第１半導体がｎ型の場合はリンもしくはリン化合物などの添加材を含むものが好ましい。電極を形成する際のレーザ照射などの熱処理により、第１半導体とのオーミックな導電性に富んだ層が、電極の第１半導体との接合面側に形成される。この導電層は、第１半導体と導体バンプとを低抵抗で電気的に接続するために有効に作用する。この導電層は、例えば、導電性ペースト中のアルミニウムなどの上記の添加剤と第１半導体表面のシリコンとの合金層ないしは拡散層として形成される。
【００４１】
導体バンプ形成用の導電性ペーストには、電極形成用の導電性ペーストと同様の導電材、バインダーおよび溶媒ないしは分散媒が含まれる。アルミニウム粉末などの上記の添加材は必ずしも必要としないが、第１半導体の露出部に直接に導体バンプを形成する場合には、上記の添加剤が添加された導電性ペーストを用いるのが好ましい。塗着された導電性ペーストの乾燥温度は、導電性接着剤が樹脂型導電性ペーストの場合は１００〜２００℃、ガラスフリット型導電性ペーストの場合は２００〜５００℃が好ましい。
【００４２】
本発明における導体バンプは、後の工程で電気絶縁層に圧入して貫通させ、好ましくは塑性変形させて、その先端が金属シートに当接するに十分な厚みが要求されるので、一般的に、１００〜３００μｍ程度が好ましい。また、導体バンプは、電気絶縁層に貫通し易いように、先端部が尖った形状のもの、とりわけ前記の円錐状もしくは角錐状のものが好ましい。
【００４３】
導体バンプを形成するための導電性ペーストの塗布層は、電極形成の場合と異なり、肉厚であることが必要である。そのため、２０００〜４０００Ｐａ・ｓ程度の比較的高粘度の導電性ペーストを用い、厚さ５０〜２００μｍ程度の比較的厚いメタルマスクを用いた印刷法により塗布層を形成することが好ましい。これにより、肉厚で、かつ先細状の塗布層が形成され、一般的には円錐状もしくは角錐状に形成される。この塗布層を乾燥することにより、ペースト中の固形組成物を主体とした、塗布層とほぼ同じ、ないしはやや小さい相似形の導体バンプが得られる。因みに、電極形成用の１００〜２００Ｐａ・ｓ程度の比較的低粘度の導電性ペーストを用いた場合には、上記のような厚肉で先細塗布層を形成することは困難である。
【００４４】
次に、電気絶縁層について説明する。電気絶縁層を形成する一般的な方法としては、電気絶縁性樹脂もしくはこれを主体とするシートないしはフィルムを支持体の裏面に貼り合わせる方法がある。電気絶縁性樹脂としては、熱可塑性樹脂および熱硬化性樹脂を用いることができる。熱可塑性樹脂は、例えばポリカーボネイト、ポリスルホン、ポリテトラフルオロエチレン、熱可塑性ポリイミドおよびポリエーテルエーテルケトンなどを用いることができる。例えば、ポリエーテルエーテルケトン系の樹脂シートを支持体の裏面全面を覆うように配置し、熱処理により樹脂シートを支持体に密着させる。支持体の裏面または樹脂シートの表面に設けた接着剤層により支持体に接着することもできる。樹脂シートの厚みは５０μｍ以上であれば強度的にも十分である。
【００４５】
特に好ましい樹脂シートは、半硬化状態の電気絶縁シートであり、半硬化状態（Ｂ−状態）の熱硬化性樹脂もしくはこれを主体とするシート、または基材の樹脂シートの両面に半硬化状態の熱硬化性樹脂層を形成したシートである。これらのシートは一般的にプリプレグと呼ばれる。熱硬化性樹脂を主体とするシートには、半硬化状態の熱硬化性樹脂に補強用繊維を混合したシート、基材の織布や不織布などに半硬化状態の熱硬化性樹脂を含浸したシートなどが含まれる。両面に熱硬化性樹脂層を形成したシートの基材には、通常、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリプロピレンおよびポリイミドなどのシートが用いられる。補強用繊維または基材の織布や不織布を構成する繊維には、ガラス繊維およびアラミド繊維などが用いられる。
【００４６】
支持体の裏面に半硬化状態の樹脂シートを熱圧着する際の加熱により、樹脂シートに適度な柔軟性が付与され、導体バンプがこの樹脂シートに容易に圧入される。さらに、この樹脂シートに金属シートを接合する際の熱圧着時の加圧により、導体バンプが金属シートの対向面に強く押圧されて塑性変形し、導体バンプの先端と金属シートがより確実に電気的に接続される。さらに加圧を継続しながら加熱してこの樹脂シートを硬化させれば、接着剤を用いることなく、支持体および金属シートを樹脂シートを介して強固に結合することができる。
【００４７】
熱硬化性樹脂としては、通常エポキシ樹脂が用いられる。シートの製造過程では、通常、未硬化の状態（Ａ−状態）の樹脂が基材に塗布、含浸あるいは混合される。電気絶縁性シートまたはこれに含まれている熱硬化性樹脂は半硬化状態であるため、通常、使用前のシートは両面に張り合わされたセパレータ層によって保護されている。長期保管は冷蔵庫で行い、常温では数週間ないし数カ月の可使時間である。
【００４８】
電気絶縁性シートを支持体に貼り付けるとともに導体バンプを圧入させるときの温度Ｔ１は材料によって異なるが、硬化温度を超えず、樹脂に適度な柔軟性と粘着性が付与される温度、通常は７０〜１８０℃の温度範囲から選ばれる。この場合の加圧力は、導体バンプが貫通しない程度に電気絶縁性シートを貼り付けるときには面圧０．１〜０．５ＭＰａ、導体バンプの先端を電気絶縁性シートから突出させるときには面圧０．３〜３ＭＰａ、の範囲からそれぞれ選ばれる。
【００４９】
電気絶縁性シートに金属シートを張り合わせるときの温度も上記と同様に７０〜１８０℃の温度範囲から選択すればよい。この場合の面圧は０．１〜３ＭＰａから選択されるが、特に、導体バンプを塑性変形させ、その先端を金属シートに当接させるときには、面圧１〜３ＭＰａで加圧するのが好ましい。
電気絶縁性シートを最終的に硬化させるときの熱処理温度Ｔ２は、前記の温度Ｔ１より高く、通常は１２０〜２００℃の温度範囲から選ばれる。この熱処理によって半硬化状態から電気絶縁性シートは硬化状態（Ｃ−状態）に変化し、支持体と金属シートとを一体に結合した電気絶縁層が形成される。
【００５０】
半硬化状態の電気絶縁性シートとしては、例えば、日立化成工業（株）よりＡＳ系接着フィルムとして販売されているものが好適に用いられる。この半硬化状態のシートを支持体に貼り合わせ、かつ導体バンプを貫通させるときは、面圧０．５ＭＰａ程度の圧力をかけて１２０℃程度で１０秒〜３０秒間保持する。この電気絶縁性シートに金属シートを貼り合わせ、導体バンプを塑性変形させて金属シートに当接させるときは、温度および保持時間を上記と同様として、面圧１．５Ｍｐａで加圧する。電気絶縁性シートを硬化させるには、金属シート側から面圧１．５ＭＰａ未満の圧力をかけて、１８０℃で１５分間以上保持する。
【００５１】
電気絶縁層を形成する他の方法として、前記組立体の支持体の裏面に、樹脂ペーストを塗布し乾燥する方法がある。樹脂ペーストは、ポリイミド系、シリコーン系、ウレタン系、アクリル系などの樹脂を有機溶媒や水に溶解または分散させたものである。樹脂ペーストの塗布方法は、スクリーン印刷法、スプレー法、オフセット印刷法、インクジェット法などがある。この電気絶縁層に金属シートを熱圧着もしくは接着する際の加圧力により、導体バンプを電気絶縁層に貫通させ、さらにその先端を金属シートに当接させることができる。
【００５２】
金属シートには、アルミニウム以外に、ニッケル、銅、ステンレス鋼などの、例えば厚さ１５〜１００μｍ程度の薄板が用いられる。特に、アルミニウム製の金属シートを用いる場合には、その表面に酸化膜が形成され易いため、導体バンプと金属シートとの接合界面の電気抵抗が大きくなる場合が多い。これを防止して金属シートと第１半導体もしくは電極とを低抵抗で電気的に接続するためには、アルミニウムシートを基材として、導体バンプが接する部位に、導電性が良好な表面層を設けることが好ましい。この表面層は、銀、銅、ニッケル、および錫よりなる群から選ばれた少なくとも一種を含むことが好ましい。表面層はメッキ、スパッタリング又は真空蒸着などで形成することができる。
【００５３】
アルミニウム基材の表面に上記のように導電性が良好な層を形成した金属シートは、特に、支持体の基材がアルミニウムである場合に用いるのが有効である。支持体と金属シートの基材が同材質であることによって、両者の熱膨張率が等しくなり、金属シートと支持体を電気絶縁層を介して一体化する際に、熱処理による歪みをなくすることができる。これにより、上記三者を湾曲などの変形がない状態で、強固に結合させることができる。
【００５４】
次に、本発明の製造方法の工程を前半の工程と後半の工程に分けて、それぞれの実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００５５】
１）前半の工程の実施形態
前記の第１ないし第４の製造方法における工程（ａ）を、本発明の製造方法の前半の工程として、その実施形態を説明する。本工程においては、球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層を具備し、第２半導体層が第１半導体を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子、第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成された電極上に形成された導体バンプ、並びに、素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体からなり、前記素子がその第２半導体層が支持体の孔の縁部に電気的に接続され、かつ第１半導体の露出部が支持体の裏面側に臨んでいる組立体を準備する。
【００５６】
実施形態１−１
本実施形態では図１（ａ）もしくは図２（ａ）の素子を用いて上記の組立体を構成する。まず、例えば、図１（ａ）の素子１０Ａを支持体の孔の部分に固定した構造体３０Ａを準備する。図４に示す構造体３０Ａは、複数の光電変換素子１０Ａ、並びに、前記素子を１個ずつ配置するための複数の孔を有する導電性の支持体２０からなり、素子１０Ａがその第２半導体層２が支持体２０の凹部の孔の縁部に、導電性接着剤２４により、電気的に接続され、かつ素子１０Ａの一部が支持体２０の裏面側に臨んでいる。
【００５７】
図４には、図３のＩＶ−ＩＶ線で切った断面図に相当する支持体の一部のみを示しているが、例えば、支持体はサイズが５０×１５０ｍｍで、直径約１ｍｍの素子を約１８００個固定している。このようなユニットを多数製作し、直列あるいは並列に接続することにより所望の電力を取り出せる太陽電池を組み立てることができる。
【００５８】
次いで、構造体３０Ａの支持体２０の裏面側に臨む部位の光電変換素子の第２半導体層２の少なくとも一部を除去して、第１半導体を露出させる。
具体的には、エッチング、もしくはサンドブラスト、ブラッシングなどの機械的な研磨、またはこれらの手法の併用などにより、第２半導体層（厚さ１μｍ未満）を含む素子の表面層（厚さ約１〜３μｍ）を除去する。
【００５９】
サンドブラスト法では、構造体３０Ａの裏面側に、例えばアルミナからなる微粉状の研磨材を、空気とともにノズルから吹き付け、支持体の裏面側に位置する部位の第２半導体層を含む素子の表面層を研磨材で削り取る。ブラッシング法では、例えば、ダイヤモンド砥粒が練り込まれたナイロン製のブラシを有する研磨器を回転させながら、支持体の裏面側に露出した素子の表面に接触させ、表面層を削り取る。その他の機械的な研磨の方法として、例えば、組立体３０Ａの裏面側にスポンジ状の樹脂の細孔に砥粒が充填された研磨シートを擦り合わせることにより、素子の表面層を除去する方法などがある。
【００６０】
本発明における光電変換素子の表面層は、先に説明したように、第１半導体の表面層とその上に形成した第２半導体層から構成されるものと、その上に反射防止膜を形成したものがある。サンドブラスト法などの機械的な方法では、反射防止膜やシリコンのような硬質の材料、とりわけ反射防止膜は研磨され易いが、アルミニウム製の支持体や導電性接着剤などの軟質の材料は比較的研摩され難い。従って、これらの方法により、支持体に実質的な損傷を与えることなく、支持体の裏面側の素子の表面層を除去することができる。
【００６１】
エッチング法は、構造体３０Ａの裏面側に、エッチング液を接触させて第２半導体層の表面層を溶解させて除去した後、水洗、乾燥する方法が一般的である。例えば、濃度約６０％のフッ酸と濃度約４０％の硝酸を体積比４：１の割合で混合したエッチング液を用い、１０〜２０秒間のエッチングを行う。他のエッチング液として、水酸化テトラメチルアンモニウムと、酸化剤として例えば過酸化水素を溶解させたアルカリ性水溶液を用いることもできる。
【００６２】
これらのエッチング液は、シリコンや反射防止膜を溶解するが、アルミニウムを比較的溶解し難い。従って、処理時間などの条件を適切に設定することにより、実質的にアルミニウム製支持体に損傷を与えることなく、素子の表面層のみを除去することができる。支持体の表面に銀の反射鏡層が形成されている場合には、銀を溶解し難い前記のアルカリ性水溶液を用いるのが好ましい。
【００６３】
前記の機械的な手法による研磨によって、素子の表面層のうち、特に反射防止膜が除去されやすく、エッチング法では、特に研磨面を平滑化する効果がある。従って、特に、第２半導体層上に反射防止膜が形成されている場合には、上記の各手法の特質を利用して、先ず、研磨により主として反射防止膜および半導体の表面層の大半を除去し、次いでエッチングにより主として研磨面を平滑化する方法が有効である。
【００６４】
上記の各方法によれば、極く薄い表面層が除去されるので、本工程の実施前後で素子の形状は殆ど変わらず球状のままである。図５（１）に図４の構造体３０Ａの支持体２０の裏面側に臨む部位の素子１０に第１半導体の露出部１３が形成された状態を示す。上記以外にも、支持体の裏面側に位置する部位の素子を、第２導電体層の開口部と第１半導体の露出部が同一平面になるように、グラインディングなどで研削して除去する方法がある。この方法では、研削時に支持体の裏面側から素子に加わる荷重によって素子が支持体から分離しないような配慮が必要である。
【００６５】
次に、図５（１）の構造体の素子１０の第１半導体の露出部１３に電極を形成し、その上に導体バンプを形成する。まず、印刷法あるいはディスペンサーを用いて、常温での粘度が約１００Ｐａ・ｓに調整された導電性ペーストを、第１半導体の露出部１３に塗着し、直径約３００μｍ、厚さ約５０μｍの塗布層を形成する。次いで、その導電性ペーストにレーザを照射して局部的に加熱し、図５（２）のような電極１６を形成する。レーザ照射は、例えば、ＹＡＧレーザ装置を用い、スキャン速度１０００ｍｍ／ｓｅｃ、印字パルス周期１０μｍの条件で行う。レーザを照射により局所的な高温の熱処理を施すことにより、第１半導体の露出面のシリコンとペースト内のアルミニウムが合金化して導電層を形成する。この際、ペースト内の樹脂などのバインダー成分の大半は分解して気化し、形成された電極は上記の導電層を主体とした薄肉の層となる。
【００６６】
次に上記の電極上に導電性ペーストを塗着し、乾燥することにより導体バンプを形成する。まず、図５（２）の構造体の各素子１０の電極１６の位置、即ち支持体の各孔の中央部、に対応するパターンで直径３００μｍの多数の孔が設けられた厚さ１００μｍのステンレス鋼板製のメタルマスクを、支持体の裏面側に位置合わせして重ね合わせ、スキージを用いて導電性ペーストをメタルマスクの孔に充填する。導電性ペーストは、例えば、エポキシ樹脂をバインダーとし、導電材に銀を用い、常温での粘度が２５００Ｐａ・ｓに調整されたものを用いる。次いで、メタルマスクを支持体の裏面側から引き上げると、孔内の導電性ペーストが電極上もしくは第1半導体の露出面に転写され、先細状でほぼ円錐状の高さ１５０〜２００μｍの導電性ペーストの塗着層が形成される。次いでこれを１５０〜１８０℃で乾燥して、上記の塗布層と相似形で、底部の直径が約３００μｍ、高さ約１５０μｍの、半硬化もしくは硬化状態の円錐状の導体バンプ７が形成される（図５（３））。
以上のプロセスにより、工程（ａ）における組立体を準備することができる。
【００６７】
実施形態１−２
本実施形態では、図１（ｂ）もしくは図２（ｂ）の素子を用いる。まず、例えば、図９（１）に示すような、図１（ｂ）の素子１０Ｂを導電性接着剤２４により支持体２０に固定した構造体３０Ｂを準備する。次いで、実施形態１−１の方法に準じて、第１半導体の露出部に電極２６を形成し（図９（２））、その電極２６の上に円錐状の導体バンプ１７を形成する（図９（３））。これにより、工程（ａ）の組立体を準備することができる。
【００６８】
実施形態１−３
本実施形態では、図１（ｃ）もしくは図２（ｃ）の素子を用いる。まず、例えば、図１０（１）に示すような、図１（ｃ）の素子１０Ｃを導電性接着剤２４により支持体２０に固定した構造体３０Ｃを準備する。次いで、実施形態１−１の方法に準じて、素子１０Ｃの電極６の上に導体バンプ２７を形成する（図１０（２））。これにより、工程（ａ）の組立体を構成することができる。素子１０Ｃは、素子１０Ｂの第１半導体の露出部にガラスフリット型導電性ペーストを塗布し、６００〜７００℃での熱処理により電極６を形成したものである。
【００６９】
実施形態１−４
上記の実施形態１−１ないし１−３では、第１半導体に電極を設け、この電極上に導体バンプを形成する方法を採って、工程（ａ）の組立体を構成した。また、支持体には反射鏡の機能を有する凹部を設け、さらに導電性接着剤により素子を支持体に接続する方法を採用した。本実施形態では、上記の電極および凹部を設けず、さらに導電性接着剤を用いずに、工程（ａ）の組立体を構成する。その工程を図１１（１）〜（５）により説明する。
【００７０】
まず、支持体２５として、光電変換素子を装着する孔３２を有するアルミニウム箔を準備する（図１１（１））。次に、孔３２に素子１５を装着する（図１１（２）。素子１５は、第１半導体１１およびその全表面を被覆する第２半導体層１２からなる。次に、支持体２５の裏面側を減圧にして素子１５を孔３２内に押し込み、その後、支持体２５を約５００℃に加熱し、インパクト成形を行う。これにより、素子１５を孔３２の縁部に結合する（図１１（３））。こうして、素子１５の第２半導体層１２が支持体２５に電気的に接続される。
【００７１】
第２半導体層１２の表面に反射防止膜が形成されている場合には、孔３２の縁部と結合する部分の反射防止膜は上記のインパクト成形工程によって除去されるので、反射防止膜は必ずしも導電性を必要としない。従って、例えば、酸化チタン（ＴｉＯ2）などの非導電性の薄膜を反射防止膜として用いることができる。一方、先の実施形態１−１ないし１−３のように、導電性接着剤を介して第２半導体層を支持体に電気的に接続する場合には、その接続部に反射防止膜が介在するので、反射防止膜は導電性を必要とする。
【００７２】
次に、支持体の裏面側にエッチング処理を施して、露出している第２半導体層１２を除去し、第１半導体の露出部２３を形成する（図１１（４））。次いで、支持体の裏面側の第１半導体の露出部２３に導体バンプ３７を形成する（図１１（５）。これにより、工程（ａ）の組立体が構成される。図１１（４）および（５）の工程は、実施形態１−１の方法に準じて実施できる。
【００７３】
２）後半の工程の実施形態
後半の工程においては、上記の前半の工程で準備された組立体に組み込まれた光電変換素子の第１半導体と導電性金属シートとを、両者間に介在する電気絶縁層を貫通する導体バンプにより、電気的に接続する。その手段として、支持体の裏面に接合する電気絶縁層に導体バンプを圧入して貫通させ、さらにその先端を電気絶縁層に接合する金属シートの対向面に当接させる。前記の第１ないし第４の製造方法のそれぞれについて、その実施形態を以下に説明する。
【００７４】
実施形態２−１
本実施形態は、前記の第１の製造方法における工程（ｂ）および（ｃ）に対応するもので、支持体の裏面側に電気絶縁性シートを貼り合わせる工程、および電気絶縁性シートの裏面側に金属シートを圧力下において貼り合わせる工程を含む。本実施形態は、工程（ａ）の組立体の実施形態や電気絶縁層の種類などによって、さらに幾つかの実施形態に細分される。
【００７５】
まず、支持体の裏面に半硬化状態の電気絶縁性シートを貼り付けると同時に、電気絶縁性シートに導体バンプを圧入して貫通させ、次いで、金属シートを電気絶縁性シートに圧力下において貼り付けるとともに導体バンプの先端を金属シートに当接させ、さらに電気絶縁性シートを硬化させる実施形態を説明する。まず、実施形態１−１により構成された図５（３）の組立体の支持体の裏面に電気絶縁性シートを貼り付け、同時に電気絶縁性シートに導体バンプを圧入して貫通させる工程を図６により説明する。図６は、半硬化状態の電気絶縁性シートを支持体２０の裏面に貼り付ける装置の要部の構成を示す。
【００７６】
この装置は、上型６０、下型６１、および中型６８を具備している。上型６０は、中央に透孔６２を有している。上型６０には、熱盤６４および緩衝材のゴムシート６６がセットされている。下型６１は、中央に透孔６３を有している。下型６１には、熱盤６５および緩衝材のゴムシート６７がセットされている。このゴムシート６７を覆うように、ダイヤフラム６９が設けられている。ダイヤフラム６９の周縁部は、下型６１上に、中型６８により固定されている。
【００７７】
素材の半硬化状態のエポキシ樹脂からなる電気絶縁性シート４０は、その両面にセパレータが貼り合わされている。まず、片面側のセパレータ層を剥がし、露出した電気絶縁性シート４０を支持体２０の裏面に軽く圧着して仮固定する。これを、他面側のセパレータ層４３を下にしてダイヤフラム６９上にのせる。この状態で、上型６０と下型６１との間を減圧にするように、矢印のように、空気を吸引するとともに、上型６０と下型６１とを近づけながら、ダイヤフラムを上方へ加圧し、同時に熱盤６４および６５を約１２０℃に加熱する。この加圧および加熱により半硬化状態の電気絶縁性シート４０に適度の粘着性と柔軟性が付与され、電気絶縁性シート４０は、支持体２０の裏面に貼り付けられる。これと同時に支持体の裏面側に臨む第１半導体の露出部もしくは電極上の各導体バンプ（図示してない）が電気絶縁性シート４０に圧入されて同シートを貫通する。
【００７８】
この際、ダイヤフラム６９の作用により、電気絶縁性シート４０は、支持体２０の裏面の凹凸に追随して支持体２０に貼り付けられ、同時に電気絶縁性シート４０を貫通した導体バンプの先端は押圧されてセパレータ層４３にくい込む。この構造体を図６の装置から取り出し、電気絶縁性シート４０からセパレータ層４３を剥がすことにより、図７（１）のような、支持体２０の裏面に貼り付けられた電気絶縁性シート４０に導体バンプ７が貫通し、その先端が電気絶縁性シート４０から突出した構造体が得られる。
【００７９】
次に、図７（１）の構造体の裏面の電気絶縁性シートに金属シートを貼り付け、同時に導体バンプの先端を金属シートに当接させる。まず、支持体２０の裏面に貼り付けられ、半硬化状態が維持されている電気絶縁性シート４０に金属シートを軽く圧着して仮止めする。これを、金属シート側を下にして図６の装置のダイヤフラムの上にのせる。上型６０と下型６１との間を減圧にするとともに、上型６０と下型６１とを近づけながら、ダイヤフラムを上方へ加圧し、同時に熱盤６４および６５を１２０℃程度に加熱する。
【００８０】
これにより、図７（２）のように、金属シート４５は支持体２０の裏面の電気絶縁性シート４０に貼り付けられ、同時に導体バンプ７は金属シートの対向面に押圧され、その先端が金属シート４５に当接する。この際、導体バンプは、上記の押圧により塑性変形している。この状態で、熱盤６４および６５の温度をさらに１５０℃〜２００℃程度に上昇させて絶縁性シート４０を硬化させる。これにより、電気絶縁性シート４０が支持体２０および金属シート４５に強固に接合され、さらに、導体バンプ７と金属シート４５との図７（２）の接合状態が固定されて第１半導体と金属シート間の電気的接続の信頼性が高まる。
【００８１】
実施形態１−２による図９（３）の組立体を用いた場合にも、図６の装置を用いて、支持体の裏面に電気絶縁層４０を貼り付けると同時に導体バンプ１７を貫通させ（図９（４））、電気絶縁層に金属シート４５を貼り付けると同時に、塑性変形した導体バンプ１７の先端を金属シート４５に当接させる（図９（５））ことができる。
【００８２】
実施形態１−３による図１０（２）の組立体を用いた場合にも、図６の装置を用いて、支持体の裏面に電気絶縁層４０を貼り付けると同時に導体バンプ２７を貫通させ（図１０（３））、電気絶縁層に金属シートを貼り付けると同時に、塑性変形した導体バンプ２７の先端を金属シート４５に当接させる（図１０（４））ことができる。
【００８３】
実施形態１−４による図１１（５）の組立体を用いた場合にも、図６の装置を用いて、支持体の裏面に半硬化状態の電気絶縁性シート７０を貼り付けるとともに導体バンプ３７を電気絶縁性シート７０に圧入して貫通させ（図１１（６））、次いで、電気絶縁性シート７０に金属シート７５を貼り付けるとともに塑性変形させた導体バンプ３７の先端を金属シート７５に当接させる（図１１（７）ことができる。
【００８４】
上記の図９（５）、図１０（４）、および図１１（７）においては、電気絶縁性シート５０は半硬化状態のままである。これらの構造体を、図６の装置内で加圧を継続しながら、１５０〜２００℃に加熱して３０〜６０分間加圧する。これにより、電気絶縁性シートが硬化して支持体および金属シートと強固に接着され、さらに導体バンプと金属シートとの接合状態が固定されるので、両者の電気的接続の信頼性が高まる。
【００８５】
上記の各実施形態では、電気絶縁層を支持体の裏面に貼り付ける同時に導体バンプを電気絶縁層に圧入して貫通させ、次いで、金属シートを電気絶縁層に貼り付けると同時に導体バンプの先端を金属シートに当接させる方法を採った。その変形例として以下の方法を採ることもできる。例えば、まず、図８のように、図５（３）の組立体の支持体の裏面に、導体バンプが電気絶縁性シートを貫通しない程度に、電気絶縁性シートを接着もしくは軽く圧着して固定する。次いで金属シートを圧力下で電気絶縁性シートに貼り付けることにより、電気絶縁性シートに導体バンプを貫通させ、さらにその先端を金属シートに当接させる。これにより、図７（２）と同様の構造体を構成することができる。
【００８６】
実施形態２−２
本実施形態は、前記の第２の製造方法における工程（ｂ）、（ｃ）、および（ｄ）に対応するもので、支持体の裏面側に電気絶縁性シートを貼り合わせ、導体バンプの先端を電気絶縁性シートの裏面側に突き出させる工程、電気絶縁性シートの裏面側に突き出た部位の導体バンプないしはその周辺部の電気絶縁性シートに導電性ペーストを塗着する工程、および、電気絶縁性シートの裏面側に金属シートを圧力下において貼り合わせることにより、導体バンプの先端ないしは前記導電性ペーストを導電性金属シートに当接させる工程を含む。
【００８７】
本実施形態は、上記の実施形態２−１に加えて、電気絶縁層から突き出した部位の導体バンプないしはその周辺部の電気絶縁性シートに導電性ペーストを塗着する工程を設けることにより、導体バンプと金属シートとの電気的接続に信頼性をさらに高めるものである。
【００８８】
まず、実施形態１−１により構成された図５（３）の組立体を用意し、これを実施形態２−１の図７（１）と同様に、半硬化状態の電気絶縁シート４０を貼り付けるとともに電気絶縁性シートに導体バンプ７を貫通させる（図１２（１））。次に、ディスペンサーなどにより、図１２（２）のように、導電性ペースト３４を導体バンプ７の突出部ないしはその周辺部の電気絶縁性シート４０に塗着する。次いで、図６の装置により、実施形態２−１の方法に準じて電気絶縁性シートの裏面側に金属シートを貼り合わせる。これにより、図１２（３）のように、塑性変形した導体バンプ７の先端および導電性ペースト３４を金属シート４５に当接させることができる。
【００８９】
さらに、継続して加圧しながら、この導体バンプおよび導電性ペーストにより、第１半導体と導電性金属シートとの電気的接続をより確実に行うことができる。導電性ペーストは、素子の第２半導体層と支持体を接続するために導電性接着剤として用いる樹脂型導電性ペーストまたはガラスフリット型導電性ペーストと同様のものを用いることができる。好ましい導電性接着剤は、例えば、エポキシ系接着剤に銀粉を導電材として混合した樹脂型導電性ペーストで、２５℃における粘度は約１００Ｐａ・ｓである。
【００９０】
図１２では、実施形態１−１による組立体を用いたが、実施形態１−２ないし１−４など、他の実施形態による組立体を用いた場合にも、図１２と同様の方法を適用することができる。
【００９１】
実施形態２−３
本実施形態は、前記の第３の製造方法における工程（ｂ）および（ｃ）に対応するもので、金属シート、および金属シートと支持体を電気的に絶縁する電気絶縁性シートを支持体の裏面側に貼り合わせる工程、および、金属シートを支持体の裏面側に加圧することにより、導体バンプの先端を金属シートに当接させる工程を含む。
【００９２】
例えば、図１３(１)のように、図５（３）の組立体の支持体の裏面に電気絶縁性シート５０を接着もしくは軽く圧着して固定し、次いで、図１３(２)のように、電気絶縁性シート５０に金属シート５５を接着もしくは軽く圧着して固定する。この積層体を表裏から熱板で挟んで加圧することにより、図１３(３)のように、電気絶縁性シート５０に導体バンプ７を貫通させ、さらに塑性変形させてその先端を金属シート５５に当接させることができる。
【００９３】
他の好ましい方法としては、図１４（１）のように、支持体２０の裏面側に接着剤層８９を形成しておき、一方では、電気絶縁性シート９１および金属シート９２が貼り合わされた複合シート９０を用意する。複合シート９０の電気絶縁性シート側を、支持体２０の裏面側の接着剤層８９に軽く圧着して固定する。次いで、この積層体を表裏から熱板で挟んで加圧することにより、図１４(２)のように、電気絶縁性シート９２に導体バンプ７を貫通させ、さらに塑性変形させてその先端を金属シート９１に当接させることができる。この場合、複合シートの電気絶縁性シートが、例えば前記の半硬化状態のシートである場合には、接着剤層を形成する必要はなくなる。
【００９４】
これらの方法によれば、電気絶縁性シートおよび金属シートが支持体の裏面側に貼りつけられた時点では導体バンプは電気絶縁性シートを貫通していないが、その後の加熱しながらの一回の加圧により、導体バンプを電気絶縁層に貫挿させ、さらにその先端を金属シートに当接させることができる。
図１３および図１４では、実施形態１−１による組立体を用いたが、実施形態１−２ないし１−４など、他の実施形態による組立体を用いた場合にも、図１３あるいは図１４と同様の方法を適用することができる。
【００９５】
実施形態２−４
本実施形態は、前記の第４の製造方法における工程（ｂ）および（ｃ）に対応するもので、支持体の裏面側に樹脂ペーストを塗着して電気絶縁性樹脂層を形成する工程、および、電気絶縁性樹脂層の裏面側に金属シートを圧力下において貼り合わせることにより、導体バンプの先端を金属シートに当接させる工程を含む。
【００９６】
例えば、エポキシ系樹脂を主成分とする樹脂ペーストを、スプレーにより、図５(３)の組立体の支持体２０の裏面側に塗布し、乾燥して、図１５（１）のような、厚さ約５０μｍの電気絶縁性樹脂層８０を形成する。次いで、図１５（２）のように、金属シート８５を支持体の裏面側の電気絶縁性樹脂層８０に圧着すると同時に電気絶縁性樹脂層８０に導体バンプ７を貫通させ、塑性変形させて、その先端を金属シート８５に当接させる。
図１５では、実施形態１−１による組立体を用いたが、実施形態１−２ないし１−４など、他の実施形態による組立体を用いた場合にも、図１５と同様の方法を適用することができる。
【００９７】
本発明の光電変換装置は、先に詳細に説明した本発明の第１ないし第４の製造方法により、効率的に製造することができるものであって、
（１）本発明の製造方法の工程（ａ）により準備された組立体、
（２）前記組立体の裏面に形成された電気絶縁層、
（３）前記電気絶縁層の裏面に接合された導電性金属シート、および
（４）前記第１半導体と前記導電性金属シートと電気的に接続する層間接続部、
を具備し、前記層間接続部は、前記第１半導体の露出部もしくは該露出部に形成された電極上に形成された導体バンプの先端が、前記電気絶縁層中にその厚さ方向に圧入され前記導電性金属シートの対向面に押圧されて該対向面に電気的に接続されていることを特徴とするものである。本発明は、特に、素子の第1半導体と導電性金属シートとの電気的接続の信頼性を向上させたものであり、これにより、高品質、高信頼性を備えた光電変換装置を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明により、高品質・高信頼性の光電変換装置を効率的に製造することができる。これにより、同光電変換装置を低コストかつ工業的規模で提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明に用いる光電変換素子の態様を示す縦断面図である。
【図２】本発明に用いる光電変換素子の別の態様を示す縦断面図である。
【図３】本発明に用いる支持体の一例を示す要部の平面図である。
【図４】本発明の第１の製造方法の第１の実施形態における第１段階の製造工程を示す縦断面図である。
【図５】本発明の第１の製造方法の第１の実施形態における第２段階の製造工程を示す縦断面図である。
【図６】支持体の裏面に電気絶縁性シートを貼り合わせる装置の要部を示す縦断面図である。
【図７】本発明の第１の製造方法の第１の実施形態における第３段階の製造工程を示す縦断面図である。
【図８】本発明の第１の製造方法の第１の実施形態における第３段階の製造工程の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図９】本発明の第１の製造方法の第２の実施形態における製造工程を示す縦断面図である。
【図１０】本発明の第１の製造方法の第３の実施形態における製造工程を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の第１の製造方法の第４の実施形態における製造工程を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の第２の製造方法の製造工程の実施形態を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の第３の製造方法の製造工程の実施形態を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の第３の製造方法の製造工程の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１５】本発明の第４の製造方法の製造工程の実施形態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１、１１  第１半導体
２、１２  第２半導体層
３，１３，２３  第１半導体の露出部
４  第２半導体層の開口部
５  反射防止膜
６，１６，２６  電極、
７、１７，２７、３７  導体バンプ
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１５  光電変換素子
２０、２５  支持体
２１  凹部
２２、３２  孔
２４  導電性接着剤
３４  導電性ペースト
４０、５０，７０、９１  電気絶縁性シート
４５、５５，７５、８５、９２  金属シート
８０  電気絶縁性樹脂層
【図１】
2008071834.tif 000003
【図２】
2008071834.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2008071834.tif 000007
【図６】
2008071834.tif 000008
【図７】
2008071834.tif 000009
【図８】
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【図９】
2008071834.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
2008071834.tif 000013
【図１２】
2008071834.tif 000014
【図１３】
2008071834.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
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