(57)【要約】【課題】  光反射面の傷の発生が抑制されて十分な光電変換効率を長期間維持することが可能な光反射部材を有する、信頼性の高い光電変換装置を提供すること。【解決手段】  光電変換装置は、導電性基板１と、導電性基板１上に互いに間隔をあけて接合された、表層に第２導電型の半導体部３が形成された多数の第１導電型の結晶半導体粒子２と、導電性基板１上の結晶半導体粒子２間に形成された絶縁層４と、結晶半導体粒子２及び絶縁層４の上に形成された透光性導電層５と、絶縁層４上の透光性導電層５上に設置された、結晶半導体粒子２に集光させる凹面鏡形状の光反射面８を有するとともに光反射面８の下端部に結晶半導体粒子２を露出させる開口が形成された光反射部材７とを具備しており、光反射部材７は、光反射面８に結晶化部を含む透明樹脂層１２が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板と、前記導電性基板上に互いに間隔をあけて接合された、表層に第２導電型の半導体部が形成された多数の第１導電型の結晶半導体粒子と、前記導電性基板上の前記結晶半導体粒子間に形成された絶縁層と、前記結晶半導体粒子及び絶縁層の上に形成された透光性導電層と、前記絶縁層上の前記透光性導電層上に設置された、前記結晶半導体粒子に集光させる凹面鏡形状の光反射面を有するとともに前記光反射面の下端部に前記結晶半導体粒子を露出させる開口が形成された光反射部材とを具備しており、前記光反射部材は、前記光反射面に結晶化部を含む透明樹脂層が形成されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記透明樹脂層は光散乱性粒子を含んでいることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項３】
前記光反射部材は、樹脂製の本体部と、前記光反射面に形成された金属層と、前記金属層上に形成された前記透明樹脂層とを有していることを特徴とする請求項１記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記金属層はアルミニウム及び銀の少なくとも一方から成ることを特徴とする請求項３記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記金属層は前記透光性導電層と電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記光反射部材の前記光反射面は、縦断面において頂上部が鋭角状の尖頭部となっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記透明樹脂層は、縦断面において頂上部が凸形曲面となっている請求項１乃至６のいずれか記載の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電等に使用される光電変換装置に関し、特に結晶シリコン粒子等の結晶半導体粒子を用いた光電変換装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池として用いられる集光型の光電変換装置は、結晶シリコン板等の結晶半導体板を切断して小面積の光電変換素子を作製し、間隔を置いてそれらの光電変換素子を配置し、各光電変換素子上に集光レンズを設けた構成のものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
また、従来の結晶半導体粒子を用いた光電変換装置として、第１のアルミニウム箔に開口を形成し、その開口に、ｐ型中心核の上にｎ型外殻を持つシリコン球を挿入し、シリコン球の裏側のｎ型外殻を除去し、第１のアルミニウム箔及びｎ型外殻を除去したシリコン球の表面に絶縁層を形成し、シリコン球の裏側頂上部の絶縁層を除去した後に、シリコン球と第２のアルミニウム箔とを、金属接合部を介して接合して成るものが提案されている（例えば特許文献２参照）。
【０００４】
なお、この光電変換装置は、シリコン球上に集光させるための球状レンズを有している。この光電変換装置のように結晶半導体粒子を用いた場合、結晶半導体粒子間に隙間が生じ、結果として光電変換ロスとなるため、結晶半導体粒子間の隙間に入射した光エネルギーを隙間に隣接する結晶半導体粒子の側に入力させるために、結晶半導体粒子上にその表面の曲面に平行に球状レンズを形成している。
【０００５】
また、従来の他の光電変換装置として、凹面鏡に形成された基板によって光を反射させてシリコン球に集光させる構成が知られている。
【特許文献１】特開平８−３３０６１９号公報
【特許文献２】米国特許第５４１９７８２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に示された光電変換装置は、結晶シリコン板等からなる結晶半導体板を切断して小面積の光電変換素子を作製し、光電変換素子同士の間を接続タブ等で接続していく必要があり、製造工程数が多くなり製造が煩雑になり、十分に低コスト化することができなかった。
【０００７】
また、結晶半導体粒子の表面の曲面に平行に形成された球状レンズを用いた光電変換装置は、球状レンズを用いて光電変換効率の光の入射角依存性を小さくしようとすると、結晶半導体粒子間の距離を結晶半導体粒子の直径の１／１０程度までしか広げることができない。その結果、光電変換装置における半導体の使用量が低減されず、軽量化、低コスト化に不利である。
【０００８】
また、凹面鏡を構成するように形成された基板によって光を反射させてシリコン球に集光させる構成の光電変換装置は、基板を凹面鏡の形状に変形させているが、基板の形状を維持するための保持構造等がさらに必要である。また、隣接する凹面鏡同士の間の境界部が平坦となり鋭角に形成されないために、平坦な境界部での光の反射が無視できず、光電変換の損失が発生する傾向があった。また、凹面鏡形状の光反射面は、主として銀等の金属により構成されるため、空気中の硫化ガス，酸素ガス等と反応して劣化（銀の場合黒化）して光の反射性が低下するために、長期にわたって安定した光電変換性能を維持するには不十分であった。
【０００９】
このように長期間にわたって安定した光電変換性能を有する光電変換装置は従来得られていなかった。また、結晶半導体粒子への集光化、軽量化及び低コスト化をともに十分に満足するものではなかった。
【００１０】
従って、本発明は上記従来の技術における問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、光反射面の傷の発生を抑制し、十分な光電変換効率を長期間維持することが可能な光反射部材を有する光電変換装置を得ることである。また、結晶半導体粒子間の距離を大きく広げたとしても、光電変換効率の光の入射角依存性を小さくすることができ、さらに基板を変形させることなく集光構造を形成することができ、その結果、半導体の使用量を少なくして軽量化及び低コスト化を達成したうえで、結晶半導体粒子に十分に集光することができる光電変換装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光電変換装置は、導電性基板と、前記導電性基板上に互いに間隔をあけて接合された、表層に第２導電型の半導体部が形成された多数の第１導電型の結晶半導体粒子と、前記導電性基板上の前記結晶半導体粒子間に形成された絶縁層と、前記結晶半導体粒子及び絶縁層の上に形成された透光性導電層と、前記絶縁層上の前記透光性導電層上に設置された、前記結晶半導体粒子に集光させる凹面鏡形状の光反射面を有するとともに前記光反射面の下端部に前記結晶半導体粒子を露出させる開口が形成された光反射部材とを具備しており、前記光反射部材は、前記光反射面に結晶化部を含む透明樹脂層が形成されていることを特徴とするものである。
【００１２】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記透明樹脂層は光散乱性粒子を含んでいることを特徴とするものである。
【００１３】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記光反射部材は、樹脂製の本体部と、前記光反射面に形成された金属層と、前記金属層上に形成された前記透明樹脂層とを有していることを特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記金属層はアルミニウム及び銀の少なくとも一方から成ることを特徴とするものである。
【００１５】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記金属層は前記透光性導電層と電気的に絶縁されていることを特徴とするものである。
【００１６】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記光反射部材の前記光反射面は、縦断面において頂上部が鋭角状の尖頭部となっていることを特徴とするものである。
【００１７】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記透明樹脂層は、縦断面において頂上部が凸形曲面となっているものである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の光電変換装置は、導電性基板と、導電性基板上に互いに間隔をあけて接合された、表層に第２導電型の半導体部が形成された多数の第１導電型の結晶半導体粒子と、導電性基板上の結晶半導体粒子間に形成された絶縁層と、結晶半導体粒子及び絶縁層の上に形成された透光性導電層と、絶縁層上の透光性導電層上に設置された、結晶半導体粒子に集光させる凹面鏡形状の光反射面を有するとともに光反射面の下端部に結晶半導体粒子を露出させる開口が形成された光反射部材とを具備しており、光反射部材は、光反射面に結晶化部を含む透明樹脂層が形成されていることから、光電変換装置の作製時における光反射部材の光反射面の傷の発生が抑制され、さらに、作製後においても長期にわたり光反射面を保護することができ、十分な光電変換効率を長期間維持することが可能となる。
【００１９】
また、結晶化部を含む透明樹脂層は光散乱効果があるので、反射光が直接結晶半導体粒子に入射しない場合であっても、散乱光を結晶半導体粒子に入射させることができ、光電変換効率が向上する。
【００２０】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、透明樹脂層は光散乱性粒子を含んでいることから、光散乱性がさらに増して光電変換効率がさらに向上する。
【００２１】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、光反射部材は、樹脂製の本体部と、光反射面に形成された金属層と、金属層上に形成された透明樹脂層とを有していることから、十分な光の反射性能が得られるとともに、光反射部材の成形が容易となって低コスト化が達成される。
【００２２】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、金属層はアルミニウム及び銀の少なくとも一方から成ることから、光反射面に光反射性の高いアルミニウム，銀から成る金属層が形成されているため、さらに十分な光反射率を得ることができる。また、透明樹脂層で金属層を被覆することによって、金属が空気中の硫化ガス，酸素ガス等と反応して劣化（銀の場合黒化）して光の反射性が低下することを防ぐことができる。また、透明樹脂層によって金属層の剥がれ等を防ぐことができる。また、導電性の異物によって金属層と透光性導電層とが導通し、透光性導電層の集電性が低下するのを防ぐことができる。
【００２３】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、金属層は透光性導電層と電気的に絶縁されていることから、透光性導電層から金属層に対して余分な電気的な導通がないため、集電極としての役割を果たす導電性電極層に十分に集電されることになり、集電効果が大幅に向上する。
【００２４】
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、光反射部材の光反射面は、縦断面において頂上部が鋭角状の尖頭部となっていることから、光反射面の頂上部において入射光の上方への反射を抑制し、入射光を効率的に結晶半導体粒子に集光させることができる。
【００２５】
また本発明の光電変換装置は好ましくは、透明樹脂層は、縦断面において頂上部が凸形曲面となっていることにより、透明樹脂層が外側から金属層を押さえ込む状態となるとともに金属層の頂上部の屈曲部を透明樹脂層が均一にカバーするため、金属層が光反射部材の頂上部において切断されることなく鋭角に形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
本発明の光電変換装置について実施の形態の例を図面に基づいて以下に詳細に説明するが、これらはあくまで実施の形態の一例に過ぎず、本発明の光電変換装置は図１〜４の構成に限定されるものではない。
【００２７】
図１は、本発明の光電変換装置の実施の形態の１例を示す断面図、図１の光電変換装置の平面図、図３は図１の光電変換装置の光反射部材の断面図、図４は本発明の光電変換装置を用いて構成した光電変換モジュールの断面図である。
【００２８】
図１〜４において、１は導電性基板、２は結晶半導体粒子、３は結晶半導体粒子２の表層部に形成された半導体部（半導体層）、４は絶縁層、５は透光性導電層、６は導電性基板１を成す例えばアルミニウムと結晶半導体粒子を成す例えばシリコンとの合金層、７は光反射部材、８は光反射部材７の表面の光反射面、９は表面充填層、１０は表面保護体、１１は裏面充填層、１２は透明樹脂層、１３は電極層、１４は裏面保護層、１５は間隔保持部材である。
【００２９】
本発明の光電変換装置は、導電性基板１と、導電性基板１上に互いに間隔をあけて接合された、表層に第２導電型の半導体部３が形成された多数の第１導電型の結晶半導体粒子２と、導電性基板１上の結晶半導体粒子２間に形成された絶縁層４と、結晶半導体粒子２及び絶縁層４の上に形成された透光性導電層５と、絶縁層４上の透光性導電層５上に設置された、結晶半導体粒子２に集光させる凹面鏡形状の光反射面８を有するとともに光反射面８の下端部に結晶半導体粒子２を露出させる開口が形成された光反射部材７とを具備しており、光反射部材７は、光反射面８に結晶化部を含む透明樹脂層１２が形成されている構成である。
【００３０】
この構成により、結晶半導体粒子２同士の間に入射した光を結晶半導体粒子２に効率良く導くことができる。また、結晶半導体粒子２間の距離を結晶半導体粒子２の直径の１／１０以上に広げても、光電変換効率の光の入射角依存性を小さくすることができる。その結果、半導体の使用量を少なくすることができ、軽量化、低コスト化された光電変換装置を作製できる。
【００３１】
また、光電変換装置の作製時における光反射部材７の光反射面８の傷の発生が抑制され、さらに、作製後においても長期にわたり光反射面８を保護することができ、十分な光電変換効率を長期間維持することが可能となる。
【００３２】
また、光反射面８が銀やアルミニウム等の金属層から成る場合、金属層が空気中の硫化ガス，酸素ガス等と反応して劣化（銀の場合黒化）して光の反射性が低下することを防ぐことができる。また、金属層の剥がれ等を防ぐことができる。また、導電性の異物によって金属層と透光性導電層５とが導通し、透光性導電層５の集電性が低下するのを防ぐことができる。
【００３３】
透明樹脂層１２は結晶化部を含むが、結晶化部とは、ＰＥＴ（ポリエチレンテフタレート）等の樹脂を用いて加熱成形した際に、成形に伴う分子配向の増大によりポリマーが結晶化を起こすことによって、透明導電層１２内部に形成されるものである。この結晶化部は透明樹脂層１２中において光散乱性を有する白濁部を形成する。
【００３４】
透明樹脂層１２中における結晶化部の割合は、１０〜３０体積％がよい。１０体積％未満では、光散乱効果が不十分であり、３０体積％を超えると、透明樹脂層１２の全体の透明性が低下して光電変換効率の低下を招くこととなる。上記範囲の結晶化部を含む透明樹脂層１２は、成形条件としては温度１５０〜２００℃、成形圧力３０〜３００ｋｇ／ｃｍ2（２．９４×１０6Ｐａ〜２．９４×１０７Ｐａ）、成形時間３０〜３００秒の範囲が好適である。これらの範囲から外れると、透明樹脂層１２の厚みの均一性や形状の安定性が不十分となったり、白濁部が形成され過ぎてしまう。
【００３５】
以下に、本発明の光電変換装置を構成するそれぞれの部位について説明する。
【００３６】
＜導電性基板＞
導電性基板１は、アルミニウム基板、アルミニウムの融点以上の融点を有する金属基板、表面に導電層が形成されたセラミック基板等から成ればよい。例えば、アルミニウム，アルミニウム合金，鉄，ステンレススチール，ニッケル合金，アルミナセラミックス等から成る基板が用いられる。導電性基板１の材料がアルミニウム以外のものである場合、アルミニウム以外の材料からなる基板上にアルミニウムから成る導電層を形成してもよい。
【００３７】
＜結晶半導体粒子＞
結晶半導体粒子２の形状は球状である。結晶半導体粒子２が球状であることによって、結晶半導体粒子２の表面が凸形曲面を有することになり、入射光の光線角度の依存性を小さくできる。球状としては特に真球状が好ましく、その場合、入射光の光線角度の依存性をより小さくでき、また導電性基板１に対する結晶半導体粒子２の接合性を向上させるとともに各結晶半導体粒子２の接合力を均一化することができる。
【００３８】
また、結晶半導体粒子２の表面を粗面にすることにより、結晶半導体粒子２の表面での光反射率を低減し、結晶半導体粒子２における光の吸収性を向上させることができる。この粗面を形成するには、結晶半導体粒子２をアルカリ溶液中に浸漬し、結晶半導体粒子２の表面をエッチングしても良いし、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置等を用いて結晶半導体粒子２の表面を微細加工してもよい。
【００３９】
結晶半導体粒子２の粒子径は、０．２〜０．８ｍｍが好ましく、特に、半導体（シリコン等）の使用量を少なくするうえで０．２〜０．６ｍｍがより好ましい。粒子径が０．２ｍｍ未満では、導電性基板１への結晶半導体粒子２のアッセンブルが困難となる傾向がある。また、粒子径が０．８ｍｍを超えると、シリコン等から成る結晶半導体母板（ウエハ）から切り出して製造する従来の結晶半導体板タイプの光電変換装置における切削部も含めた半導体の使用量と変わらなくなり、結晶半導体粒子２を用いるメリットがなくなる傾向がある。
【００４０】
なお、結晶半導体粒子２の粒子径とは、平均粒子径であって、導電性基板１に接合する前の平均粒子径であり、かつ、透光性導電層５の形成前における結晶半導体粒子２の平均粒子径である。この平均粒子径は、レーザ光による粒度分布測定装置等によって測定できる。
【００４１】
結晶半導体粒子２は第１導電型（例えばｐ型）を示すものであり、ｐ型の場合、Ｂ，Ａｌ，Ｇａ等のドーパントを、結晶半導体粒子２をジェット法（溶融落下法）等により製造する際に原料中に含有させること等により得られる。
【００４２】
結晶半導体粒子２は、半導体の単結晶または多結晶から成るが、特に、光電流を効率的に取り出せることから、単結晶であることが好ましい。多結晶の場合、結晶粒界において電子と空孔の再結合が生じ、結果として光電流の出力が低下する。
【００４３】
結晶半導体粒子２は、例えば溶融落下法（ジェット法）等により粒状に形成され、リメルト（再溶融）法等の方法により単結晶化される。また、製造条件によってはジェット法のみにより、粒界の少ないほぼ単結晶化された結晶半導体粒子２を得ることもでき、それをそのまま光電変換装置に使用してもよい。
【００４４】
結晶半導体粒子２の表層には、第２導電型（例えばｎ型）の半導体部３が形成されている。第２導電型の半導体部３は、例えば、熱拡散法、気相成長法等により形成される。
【００４５】
熱拡散法においては、例えば、オキシ塩化リン等のリン系化合物を拡散剤として、高温の石英管内に一定時間、結晶半導体粒子２を挿入することにより、半導体部３がｎ型であれば結晶半導体粒子２の表面にｎ型の半導体部３を形成できる。一例として、９００℃の石英管内に３０分間、結晶半導体粒子２を挿入することにより、その表面に１μｍ厚みのｎ型の半導体部３を形成できる。ただしこの場合、図１に示すように、半導体部３と合金層（共晶層）６とを電気的に分離するために、合金層６の近傍を除いて半導体部３の表面を耐酸レジスト等で被覆し、非被覆部分の半導体部３をエッチング液で除去することにより、取り除くことが必要である。
【００４６】
熱拡散法の場合、結晶半導体粒子２と導電性基板１との接合前に行うことができる。
【００４７】
また、気相成長法等では、例えば、シラン化合物の気相に、ｎ型のドーパントとなるリン系化合物の気相を微量導入して、ｎ型の半導体部３を形成することができる。
【００４８】
半導体部（半導体層）３の膜質としては、結晶質、非晶質、結晶質と非晶質とが混在するもののいずれでもよいが、光線透過率を考慮すると、結晶質または結晶質と非晶質とが混在するものがよい。
【００４９】
半導体部３中の微量元素の濃度は、例えば１×１０16〜１×１０21原子／ｃｍ3が好ましい。さらに、半導体部３は、結晶半導体粒子２の表面の凸形曲面に沿って形成されることが好ましい。結晶半導体粒子２の凸形曲面の表面に沿って形成されることによって、ｐｎ接合の面積を広く稼ぐことができ、結晶半導体粒子２の内部で生成したキャリアを効率よく収集することが可能となる。
【００５０】
＜絶縁層＞
導電性基板１上の結晶半導体粒子２間に形成された絶縁層４は、正極と負極の分離を行うための絶縁材料から成る。即ち、絶縁層４は、その上面側に配設される透光性導電層５と下面側の導電性基板１とが接触しないように設けられるものである。絶縁層４を成す絶縁材料としては、ＳｉＯ２，Ｂ２Ｏ３，Ａｌ２Ｏ３，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｐ２Ｏ５，Ｌｉ２Ｏ，ＳｎＯ，ＺｎＯ，ＢａＯ，ＴｉＯ２等を任意成分とする材料からなる低温焼成用ガラス（ガラスフリット）材料、上記材料の１種または複数種から成るフィラーを含有したガラス組成物、ポリイミド或いはシリコーン樹脂等の有機系の材料等が挙げられる。絶縁材料の分量には特に限定はなく、絶縁層４上に設けられる透光性導電層５が均一に設けられればよい。
【００５１】
絶縁層４は、さらに、ガラス，セラミックス，樹脂等の絶縁材料から成る絶縁体粒子を分散させて含有してもよい。絶縁体粒子の平均粒子径は４〜２０μｍであることが好ましく、絶縁体粒子の平均粒子径がその範囲内にあることにより、絶縁体粒子を絶縁層４中に十分に分散させることができる。
【００５２】
＜透光性導電層＞
透光性導電層５は、結晶半導体粒子２上及び絶縁層４上に被覆されたものである。ここで、透光性導電層５は、導電性基板１を一方の電極とすると、他方の電極としての機能をはたすものである。
【００５３】
透光性導電層５は、ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＩＴＯ，ＺｎＯ，ＴｉＯ２等から選ばれる１種または複数種の酸化物系膜等からなり、スパッタリング法、気相成長法、あるいは塗布焼成法等で形成される。透光性導電層５は、適切な膜厚を選択することにより、反射防止膜としての効果も期待できる。
【００５４】
透光性導電層５は透明であるため、結晶半導体粒子２がない部分で入射光の一部が透光性導電層５を透過し、下部の導電性基板１で反射して結晶半導体粒子２に照射されるという効果が得られ、光電変換装置全体に照射される光エネルギーを効率よく結晶半導体粒子２に導いて照射させることが可能となる。
【００５５】
透光性導電層５は、半導体部３または結晶半導体粒子２の表面に沿って形成され、結晶半導体粒子２の凸形曲面に沿って形成されることが好ましい。この場合、結晶半導体粒子２の内部で生成したキャリアを効率よく収集することが可能となる。
【００５６】
＜光反射部材＞
光反射部材７は、結晶半導体粒子２に集光させるための凹面状の光反射面８を有する。集光性を向上させる点で、光反射面８は球面や回転楕円体面等の曲面の部分曲面から成る凹面鏡構造であることが好ましい。なかでも好ましくは、光の入射角依存性を小さくするために凹型の曲面形状が楕円回転体の曲面形状であることが好ましい。コンピュータシミュレーションによると、太陽のように入射角度が経時的に変化していくときに、球の曲面形状よりも楕円回転体の曲面形状の方がより効率よく光を集光することができる。
【００５７】
光反射部材７は、樹脂製の本体部と、光反射面８に形成された金属層と、金属層上に形成された透明樹脂層１２とを有していることが好ましい。金属層はＡｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ等の高反射率を有する金属から成ることが好ましく、なかでも、Ａｌ及びＡｇの少なくとも一方からなることが好ましい。
【００５８】
金属層は、真空蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法、電解メッキ法等の方法により、均一な厚みで薄く形成することができる。
【００５９】
金属層の厚みは０．０４〜０．２μｍが好ましい。０．０４μｍ未満では、反射率が低下し光の透過率が増えてしまい、０．２μｍを超えると、金属シート等を成形して金属層を形成する際に成形が困難になる。
【００６０】
光反射部材７は、それが有する開口から結晶半導体粒子２が露出するように、結晶半導体粒子２間の透光性導電層５上に載せて、そのまま接着する。あるいは、図３に示すように、光反射部材７を透光性導電層５上に載せて、表面充填層９及び表面保護体１０を順次積層して真空加熱装置等で封止する方法などにより、所定の部位に設置される。これにより、従来の製造方法のように、結晶半導体粒子２を一個々アルミニウム箔の開口部に挿入する作業を行う必要がなくなり、光反射部材７を一挙に安定して容易に設置することができる。
【００６１】
また、図１に示すように、光反射部材７は、その下面に電極層１３を一体に形成した後、導電性接着層１６で透光性導電層５上に接着することが好ましく、これにより光反射部材７を更に安定して容易に設置することができる。
【００６２】
光反射面８に金属層が形成されている場合、光反射部材７のうち金属層を除く本体部は、ポリカーボネート，ポリエチレンテフタレート（ＰＥＴ），アクリル樹脂，フッ素樹脂，オレフィン樹脂等の樹脂で形成される。
【００６３】
凹面鏡形状の光反射面８を有する光反射部材７の本体部は、樹脂、金属或いは形状を維持できる材料で形成し、光反射面８の下端部には結晶半導体粒子２が入る程度の開口が設けられている。
【００６４】
上記の樹脂としては、大気圧力で容易に変形できる柔軟性を有する樹脂であることが好ましい。そうすることにより、光反射部材７の透光性導電層５からの浮き上がりが周辺に波及することなく、反射効率が向上する。また、導電性基板１、電極層１３または絶縁層４に凹凸があったとしても、それに沿うようにして光反射部材７がそれらの上部に載置される。
【００６５】
光反射面８は、縦断面において頂上部（凹面鏡同士の境界部）が鋭角状の尖頭部となっていることが好ましい。従来、特許文献３に示されるような凹面鏡同士の境界部が広い場合、境界部の水平な部分が広く、境界部で光の反射が発生していた。本発明においては、頂上部が鋭角状の尖頭部であることにより、頂上部における入射光の上方への反射を抑制し、入射光を効率的に結晶半導体粒子２に集光させることができる。上記の鋭角状の尖頭部の角度は５°〜６０°程度である。
【００６６】
光反射部材７は、例えば、凹面鏡形状のネガ形状を多数有する、金属等の耐熱性材料から成る成形型によって、樹脂、金属等の形状を維持できる材料から成るシートの積層体を成形することにより成形される。即ち、光反射部材７の本体部となるポリカーボネート等から成る第１の樹脂シート、第１の樹脂シート上に積層された金属層となるＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ等から成る金属シート（または金属箔）、金属シート上に積層された透明樹脂層１２となるＰＥＴ等から成る第２の樹脂シートから成る積層体を、成形型によって成形する。
【００６７】
また、光反射面８に形成される金属層は、真空蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法、電解メッキ法等の方法で、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ等の高反射率を有する金属で形成することもできる。
【００６８】
＜透明樹脂層＞
本発明の光電変換装置は、光反射部材７の光反射面８を被覆する透明樹脂層１２を具備する。透明樹脂層１２は、例えば、金属層を一方の主面に有する光反射部材７となる樹脂シートを成形する際に、成形型の表面粗度によって光反射面８の表面が損傷する等の課題に対して、光電変換装置の作製工程において発生しやすい光反射面８の損傷を抑制するものである。そして、透明樹脂層１２を設け、光反射面８が直接成形型に接触しないように保護することによって、作製工程における光反射面８の反射率の低下を防ぐことが可能となる。さらに、長期にわたり使用することによって硫化ガスや酸素等により光反射面８の金属層が劣化を受けやすいという課題に対して、光反射面８の劣化を抑制することも可能となる。
【００６９】
透明樹脂層１２は、ポリエチレン，ポリエチレンテフタレート（ＰＥＴ），ポリカーボネート，アクリル樹脂，フッ素樹脂，オレフィン樹脂等の樹脂から成る。
【００７０】
透明樹脂層１２は結晶化部を含んでおり、それにより散乱性及び成形性がよくなる。透明樹脂層１２の厚みは、成形金型の表面粗度にもよるが、１μｍ〜５０μｍ程度であればよい。１μｍ未満では、成形金型の表面粗度による傷が防止できず、５０μｍを超えると、成形後の光反射面８の境界部の稜部に丸みが生じて望ましい集光が得られなくなる。透明樹脂層１２を設けることによって、光反射面８の耐腐食性も向上させることができ、より高い信頼性が得られる。なお、光反射面８と透明樹脂層１２との間に別途耐腐食コートを設けても良い。
【００７１】
また、透明樹脂層１２は光散乱性粒子を含んでいることがよく、光散乱効果によって、結晶半導体粒子２への入射光がより増加し、光電変換効率がさらに向上する。光散乱性粒子の材料としては、極力反射率が高いものがよく、例えば石英，カオリン，タルク，雲母，黒鉛，珪灰石，ガラスビーズ，リトボン，炭酸カルシウム，硫酸カルシウム，炭酸バリウム，硫酸バリウム，炭酸マグネシウム，硫酸マグネシウム、また、無機白色顔料として、例えば硫化亜鉛，酸化亜鉛，チタン酸マグネシウム，チタン酸カルシウム，燐酸チタニウム，二酸化チタンである。特に二酸化チタンが光散乱効率も良く、安価である点で好ましい。
【００７２】
光散乱性粒子の平均粒径は、０．０１μｍ〜２０μｍが良いが、より好適には透明樹脂層１２の厚みの１／１０〜３／１０程度が好ましいので、１μｍ〜６μｍ程度が好ましい。  透明樹脂層１２中の光散乱性粒子の含有量は、光反射面８の反射率が下がりすぎないように考慮すると、１０ｗｔ（重量）％以下が好ましい。１０ｗｔ％を超えると、反射率が低下して、光電変換効率が低下するため好ましくない。
【００７３】
光反射面８に金属層が形成されている場合、金属層は透光性導電層５に対して電気的に導通していないことが好ましい。これにより、透光性導電層５から金属層に対して電気的な導通がないため、電極層１３のような集電層に対して十分に集電されることになり、集電効果が大幅に上昇する傾向がある。
【００７４】
透明樹脂層１２の頂上部は、図１に示されるように、縦断面において凸形曲面から構成されていることが好ましい。透明樹脂層１２の頂上部が凸形曲面であることにより、透明樹脂層１２が外側から金属層を押さえ込む状態となるとともに金属層の頂上部の屈曲部を透明樹脂層が均一にカバーするため、金属層が光反射部材の頂上部において切断されることなく鋭角に形成される。
【００７５】
さらに、透明樹脂層１２の頂上部が縦断面において凸形曲面から形成されているとともに、光反射面８の頂上部が、縦断面において鋭角状の尖頭部となっていることにより、頂上部に照射された光が外部に漏れることなく隣接する結晶半導体粒子２に反射されて光電変換効果に寄与するという相乗効果が得られる。
【００７６】
＜電極層＞
電極層１３は、透光性導電層５と外部端子との間の直列抵抗値を低くするために、隣接する結晶半導体粒子２間の透光性導電層５の上に、導電性接着層１６を介して、集電極として設けられる。電極層１３は、結晶半導体粒子２で発電された光電流を抵抗損失させることなく、光電変換装置から取り出すための低抵抗導体として利用される。
【００７７】
電極層１３は、結晶半導体粒子２に相当する部分が開口された金属板から成るのが好ましく、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｇやこれらの合金から成るものが適している。電極層１３の厚みは２０〜２００μｍが好ましい。金属板から成る電極層１３の使用は、この上部に形成される光反射部材７をしっかり支える基板ともなる点で好ましい。
【００７８】
また、導電性接着層１６は、導電性粒子を含む熱硬化型の樹脂等から成る接着剤から成るものであり、電極層１３と透光性導電層５とを電気的に接続し、また機械的に固着させる役割をはたすものである。導電性粒子としては、Ａｇ，Ｎｉ，Ａｕ或いはこれらの複合粒子が適しており、それにより、透光性導電層５は、発電電流を電極層１３に対して効率よく集電させることができる。
【００７９】
更に図２に示す様に、結晶半導体粒子２上を避けるようにして導電性接着層１６を円形状（ドット状）に形成して、結晶半導体粒子２に隣接するように多数配列されていることによって、直接陰となる領域ができるのをなくすことができる。それとともに、上述した光反射部材７によって、電極層１３や導電性接着層１６を覆うことができ、外観上の向上を図ることができる。更に、導電性接着層１６によって比較的導電性が低い透光性導電層５の電気的経路を短くでき、結晶半導体粒子２で発生した電流を電極層１３により効率よく集電させることができる。
【００８０】
＜保護層＞
本発明の光電変換装置は、透光性導電層５上に保護層（不図示）を形成してもよい。このような保護層としては、透明誘電体の特性を有するものがよく、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等によって、例えば、酸化珪素，酸化セシウム，酸化アルミニウム，窒化珪素，酸化チタン，酸化タンタル，酸化イットリウム等を単一組成または複数組成で単層または組み合わせて、透光性導電層５上に形成されたものが挙げられる。
【００８１】
樹脂製の保護層の場合には、光の入射面側にあるために、透明性が必要であり、また半導体部３または透光性導電層５と外部との間の電流リークを防止するために、誘電体であることが必要である。なお、保護層の厚みを最適化すれば、反射防止層としての機能も期待できる。
【００８２】
＜光電変換モジュール＞
本発明の光電変換装置を用いて光電変換モジュール（図４）を形成する。光電変換モジュールは、複数の光電変換素子が直列または並列に接続されて、発生する電気出力が向上され、実用的な電気出力を取り出せるように構成されている。光電変換モジュールは、光電変換素子１つでは得られなかった十分な電気出力を得ることが可能となる。なお、光電変換素子は、１個の結晶半導体粒子２から構成される光電変換の単位体を意味する。
【００８３】
光反射部材７上の表面充填層９は光学的に透明な材料であればよく、構成材料としては、エチレン酢酸ビニル重合体（ＥＶＡ），ポリオレフィン，フッ素系樹脂，シリコーン樹脂等がある。
【００８４】
表面充填層９上の表面保護体１０は光学的に透明で耐候性のある材料からなり、ガラスやシリコーン樹脂、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ），エチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ），４フッ化エチレン−パーフロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ），４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ），ポリ３フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂を用いることができる。
【００８５】
また、導電性基板１の裏面には、裏面充填層１１を表面充填層９の材料と同様の材料を使って設けることができ、さらに裏面保護層１４を積層してもよい。裏面保護層１４の材料としては、例えばポリフッ化ビニル（ＰＶＦ），エチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリ３フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂がよい。また裏面保護層１４としては、これらの樹脂を使ってアルミ箔や金属酸化膜を挟んで張り合わせたシート、ガラス板、ステンレス等の金属シート等がある。
【００８６】
本発明の光電変換装置の周囲部において、光反射部材７は間隔保持部材１５となっている。間隔保持部材１５は光反射部材７を形成するときの金型の周縁部に付加しておくことにより、容易に形成することができる。間隔保持部材１５は表面保護体１０と絶縁層４との間の間隔分の厚みとなっており、表面保護体１０、表面充填層９と光電変換装置とを合わせて真空加熱するときに、光電変換装置上の光反射部材７が破壊してしまわないように、間隔を確保する役割を持つ。
【００８７】
さらに、この間隔保持部材１５は光電変換装置の内部に形成されていてもよい。光電変換装置が大きい場合は、この内部に形成された間隔保持部材１５が効果的である。このとき、間隔保持部材１５は結晶半導体粒子１個分の領域に１個設けても良く、あるいは多数個配置しても良い。
【００８８】
なお、上述した構成の光電変換素子（１個の結晶半導体粒子２を有する光電変換の単位体）を１つ設けるか、または複数を接続（直列、並列または直並列に接続）した光電変換装置とする。さらに、光電変換装置を１つ設けるか、または複数を接続（直列、並列または直並列に接続）したものを発電手段として用い、この発電手段から直接直流負荷へ発電電力を供給するようにしてもよい。また、その発電手段をインバータ等の電力変換手段を介して発電電力を適当な交流電力に変換した後、この発電電力を商用電源系統や各種の電気機器等の交流負荷に供給することが可能な発電装置としてもよい。さらに、このような発電装置を日当たりのよい建物の屋根や壁面に設置する等して、各種態様の太陽光発電システム等の光発電装置として利用することも可能である。
【実施例】
【００８９】
次に、本発明の光電変換装置の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
【００９０】
実施例の光電変換装置を以下に示すように作製した。
【００９１】
まず、結晶半導体粒子として多数の直径約０．３ｍｍのｐ型の結晶シリコン粒子を用い、それらにリン熱拡散処理を施すことによって外郭部をｎ＋の半導体部として、ｐｎ接合部を形成した。
【００９２】
次に、アルミニウム製の導電性基板の主面上に、多数（３万個）の結晶シリコン粒子を、その直径の約０．６倍の間隔を空けて配置し、アルミニウムとシリコンの共晶温度である５７７℃以上の温度（６３０℃）で約１０分加熱して、多数の結晶シリコン粒子を導電性基板上に接合した。
【００９３】
導電性基板に接合された結晶シリコン粒子の根元の周囲をエッチングしてｐｎ分離を行った後、導電性基板上の多数の結晶シリコン粒子の間に、ポリイミドからなる絶縁層を充填し形成した。その後、結晶シリコン粒子の上部表面を洗浄し、透光性導電層としてＩＴＯ層を、８０ｎｍの厚みで形成した。
【００９４】
更に電極層（集電極）として、結晶シリコン粒子の直径程度の貫通孔が形成された厚み５０μｍのアルミニウム箔を用い、図２に示す様に、アルミニウム箔の下面の３個の結晶シリコン粒子で囲まれた部位に、Ａｇペースト（Ａｇ粒子含有樹脂ペースト）をスクリ−ン印刷で円形状（ドット状）に塗布した。そして、結晶シリコン粒子が電極層の貫通孔から突出する様に、ＩＴＯ層上に押しつけながら１５０℃で３０分間加熱処理することによって電極層を形成した。
【００９５】
次に、光反射部材を以下のようにして形成した。まず、厚み０．２ｍｍのポリカーボネートから成るとともに、一主面に厚み８０ｎｍの銀層が蒸着法によって形成された第１の樹脂シートと、銀層上に積層された結晶化部を含む厚み２５μｍのＰＥＴシートから成る第２の樹脂シートとを積層した積層体（積層フィルム）を作製した。
【００９６】
なお、ＰＥＴシートは予め結晶化部を含むものを用いており、結晶化部は成形温度１９０℃、成形圧力１００ｋｇ／ｃｍ2（９．８×１０6Ｐａ）、成形時間９０秒で形成した。また、ＰＥＴシート中の結晶化部の割合は９５％であった。
【００９７】
次に、結晶シリコン粒子の直径の１．６倍の幅で縦長の半回転楕円体形状の凸部が多数並んだ金型を用いて、真空成形法によって上記積層体を成形し、光反射部材を作製した。その断面図を図３に示すが、光反射面８の境界部において銀層が破断されずに鋭角状に屈曲していることが確認された。因みにこの積層フィルムの成形前の反射率は９８％であった。
【００９８】
そして、光反射部材の形状は、結晶シリコン粒子に集光させる凹面鏡形状の光反射面と、光反射面の下端部において結晶シリコン粒子の上部を露出させる開口とを有する形状であり、多数の結晶シリコン粒子に対応する多数の光反射面及び開口が形成されたものとした。
【００９９】
そして、光電変換素子の結晶シリコン粒子がそれぞれ光反射部材の開口から突出する様に、絶縁層上の透光性導電層上に光反射部材を配置した。また、導電性基板の下面に、ＥＶＡからなる厚み約０．４ｍｍの裏面充填層と、ＰＥＴフィルム，ＳｉＯ２層，ＰＥＴフィルムを積層して成る厚み約０．１ｍｍの裏面保護層を積層した。そして、導電性基板の上面側に、光反射部材を覆うようにＥＶＡからなる厚み約０．６ｍｍの表面充填層と、ガラスからなる厚み約３ｍｍの表面保護体を順次積層し、これらを真空ラミネーターによってラミネートすることにより、光電変換装置（Ａタイプ）を作製した。
【０１００】
また、透明樹脂層に二酸化チタン粒子（平均粒径２μｍ、含有量５ｗｔ％）を含有させた以外は、上記と同様の構成として光電変換装置（Ｂタイプ）を作製した。因みに成形前の透明樹脂層を含む積層フィルムの反射率は９６％であった。
【０１０１】
また、透明樹脂層に二酸化チタン粒子（平均粒径２μｍ、含有量１０ｗｔ％）を含有させた以外は、上記と同様の構成として光電変換装置（Ｃタイプ）を作製した。因みに成形前の透明樹脂層を含む積層フィルムの反射率は９３％であった。
【０１０２】
（比較例）
結晶化部を含まない透明樹脂層とした以外は、実施例と同様の構成として比較例の光電変換装置を作製した。因みに透明樹脂層を含む積層フィルムの反射率は９８．５％であった。光反射部材の断面図を図５に示すが、光反射面の境界部において銀層が凸形曲面を形成しており、垂直に入射した光が反射することが形状からも分かった。
【０１０３】
上記の実施例（Ａ〜Ｃ）及び比較例の光電変換装置に関して、光電変換装置とする前の光電変換素子の状態（光反射部材を設けていない状態）と、光電変換装置にした状態（光反射部材を設けた状態）とについて、光電変換効率を測定比較した。その結果を表１に示す。
【表１】
2008277423.tif 000003
【０１０４】
表１より、集光倍率（光電変換装置の状態での光電変換効率）／（光電変換素子の状態での光電変換効率）が、実施例のＡタイプでは２．５倍、Ｂタイプでは２．４５倍、Ｃタイプでは２．３倍であった。比較例では２．２倍であった。
【０１０５】
この結果は、実施例のＡタイプ，Ｂタイプ，Ｃタイプは、光反射面での反射とともに結晶化部及び光散乱性粒子の散乱の効果によって、集光倍率が向上したと考えられる。
【０１０６】
また、参考例として、透明樹脂層に二酸化チタン粒子（粒径２μｍ、含有量１５ｗｔ％）を含有させた以外は、上記と同様の構成として光電変換装置（Ｄタイプ）を作製した。この場合、透明樹脂層を含む積層フィルムの反射率は８５％であった。Ｄタイプの集光倍率は２．０倍であった。Ｄタイプは、光散乱性粒子の含有率が１０ｗｔ％を超えて多くなりすぎたために、反射率が低下し集光倍率が低下したと考えられる。
【０１０７】
なお、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明の光電変換装置について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】図１の光電変換装置の平面図である。
【図３】本発明の光電変換装置の光反射部材について実施の形態の一例を示す断面図である。
【図４】図１の光電変換装置を用いて作製した光電変換モジュールの断面図である。
【図５】本発明の光電変換装置の光反射部材について実施の形態の他例を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１：導電性基板
２：結晶半導体粒子
３：半導体部
４：絶縁層
５：透光性導電層
７：光反射部材
８：光反射面
【図１】
2008277423.tif 000004
【図２】
2008277423.tif 000005
【図３】
2008277423.tif 000006
【図４】
2008277423.tif 000007
【図５】
2008277423.tif 000008