(57)【要約】【課題】  集光型の光電変換装置に凸レンズ形状を形成する際に、レンズの十分な厚みを確保しつつ、集光レンズの曲面形状を、より多くの入射光が集光できる所望の形状に成形することが困難であった。【解決手段】本発明の光電変換装置は、一方の面に、複数の光電変換素子３をそれぞれ覆うための複数の凹部１７が予め形成された集光板１３であって、各凹部１７が各光電変換素子３にそれぞれ嵌合するように導電性基板１上に配設された集光板１３を具備することから、集光板１３を別体形成するため、十分なレンズの厚みと所望の形状を有する集光レンズを作製することができる。その結果、集光効率の高い集光レンズを作製することが可能となり、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提供することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板上に、複数の第１導電型の結晶半導体粒子を互いに間隔をあけて配設し、前記導電性基板に電気的に接続する工程と、
前記複数の結晶半導体粒子の表面に第２導電型の半導体層を形成する工程と、
前記導電性基板上に絶縁層を形成し、該絶縁層上に、隣り合う前記半導体層間を電気的に接続するための導電層を形成する工程と、
前記結晶半導体粒子と前記半導体層とを有する複数の光電変換素子がそれぞれ覆われる複数の凹部を有する集光板を、該集光板の各凹部が各光電変換素子にそれぞれ嵌合するように前記導電性基板上に配設する工程と、
を具備する光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記導電層が透光性を有し、且つ該導電層の一部を前記光電変換素子上に形成したことを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記集光板を前記導電性基板上に配設したときに各凹部の表面の少なくとも一部が前記導電層及び前記光電変換素子から離隔するように、前記集光板の各凹部を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記集光板と前記光電変換素子及び導電層との間に接着層を配設する工程を具備することを特徴とする請求項３に記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
導電性基板と、
該導電性基板に電気的に接続された第１導電型の結晶半導体粒子と前記結晶半導体粒子の表面に形成された第２導電型の半導体層とを有し、前記導電性基板上に互いに間隔をあけて配設された複数の光電変換素子と、
前記導電性基板上に配設され、隣り合う前記光電変換素子間を電気的に接続するための導電層と、
前記導電性基板と前記導電層との間に配設され、前記導電性基板と前記導電層とを絶縁するための絶縁層と、
前記複数の光電変換素子をそれぞれ覆うための複数の凹部が一方の面に形成され、各凹部が各光電変換素子にそれぞれ嵌合するように前記導電性基板上に配設された集光板と、
を具備する光電変換装置。
【請求項６】
前記導電層が前記光電変換素子及び前記絶縁層上に配設された透光性導電層であることを特徴とする請求項５に記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記各凹部の表面の少なくとも一部が前記導電層及び前記光電変換素子から離隔していることを特徴とする請求項５又は６に記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記導電層及び前記光電変換素子と前記集光板との間に接着層が介在していることを特徴とする請求項７に記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記導電性基板及び前記集光板の少なくとも一方に突出部が形成され、他方に前記突出部が嵌め込まれた受け部が形成されていることを特徴とする請求項５〜８のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記導電性基板の側面に係止される側面係止部が前記集光板に形成されていることを特徴とする請求項５〜９のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記導電性基板と前記集光板とを固定する固定部材を備えていることを特徴とする請求項５〜１０のいずれかに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、太陽光発電等に利用される光電変換装置及びその製造方法に関し、特に、光電変換素子として、結晶シリコン粒子などの結晶半導体粒子を用いた、集光レンズ型の光電変換装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の集光レンズ型の光電変換装置としては、特許文献１、２に開示されているように、平板状の光電変換素子を裁断することによって形成された小面積の平板状の光電変換素子が互いに間隔を置いて配設され、各光電変換素子上に集光レンズが配設された構成のものが提案されている。
【０００３】
一方、光電変換素子として結晶半導体粒子を用いた場合、平板状の光電変換素子を配設したときと比較して、光電変換素子間に生じる隙間が大きくなってしまうので、結果として光電変換ロスが生じる。そこで、結晶半導体粒子間の隙間に入射した光エネルギーをこの隙間に隣接する結晶半導体粒子に引き込むために、結晶半導体粒子上に集光レンズを形成することが大変有効となる。
【０００４】
このような従来の光電変換装置としては、複数の結晶半導体粒子を基板上に配設し、各光電変換素子に集光させるための集光レンズがディッピング等のコーティング法により光電変換素子の表面に形成された集光レンズ型の光電変換装置が知られている。
【０００５】
また、特許文献３に開示されているように、結晶半導体粒子を樹脂液に浸して引き上げ、該樹脂液を硬化させる工程を所定回数繰り返すことで、各結晶半導体粒子の表面に形成する集光レンズの厚みを増加させ、集光効率を高める製造方法が提案されている。
【特許文献１】特開平６−３７３４４号公報
【特許文献２】特開平８−３３０６１９号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６５９１号公報
【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、２に示された光電変換装置は、平板結晶の光電変換素子を裁断することによって形成された小面積の平板結晶の光電変換素子が互いに間隔を置いて配設され、各光電変換素子上に集光レンズが配設された構成である。このため、前述の裁断の工程で生じる光電変換素子のロスが非常に大きくなり、低コスト化に不利であるという問題点があった。
【０００７】
また、同時に、上記光電変換装置は光電変換素子間の隔てられた距離をタブ等で接続する必要があるため、工程数が多くなり製造が煩雑となるという問題点があった。
【０００８】
また、結晶半導体粒子を用いた従来の光電変換装置は、結晶半導体粒子の曲面に平行に形成された集光レンズを用いている。この集光レンズはディッピング等のコーティング法により作製されているため、集光レンズの厚みが結晶半導体粒子の半径の１／１０程度であり、十分な厚みのレンズを作製することができなかった。そのため、集光レンズを用いた集光効果が不十分であった。
【０００９】
また、特許文献３に示された光電変換装置は、ディッピングを所定回数繰り返す事で、上記の光電変換装置と比較して、集光レンズの厚みを増加させている。しかし、ディッピングの工程を所定回数繰り返すため、製造工程数が多くなり製造が煩雑となる。また、上記ディッピング工程を所定回数繰り返す手法では、集光レンズの曲面形状を所望の形状に成形することが困難であり、曲面形状のばらつきも多い、という問題点があった。
【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、十分なレンズの厚みと所望の形状を有する集光効率の高い集光レンズを備えた光電変換装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の光電変換装置の製造方法は、導電性基板上に、複数の第１導電型の結晶半導体粒子を互いに間隔をあけて配設し、前記導電性基板に電気的に接続する工程と、前記複数の結晶半導体粒子の表面にそれぞれ第２導電型の半導体層を形成する工程と、前記導電性基板上に絶縁層を形成し、該絶縁層上に、隣り合う前記半導体層間を電気的に接続するための導電層を形成する工程と、前記結晶半導体粒子と前記半導体層とを有する複数の光電変換素子がそれぞれ覆われる複数の凹部を有する集光板を、該集光板の各凹部が各光電変換素子にそれぞれ嵌合するように前記集光板を前記導電性基板上に配設する工程と、を具備することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の光電変換装置の製造方法は、前記導電層が透光性を有し、且つ該導電層の一部を前記光電変換素子上に形成することが好ましい。また、前記集光板を前記導電性基板上に配設したときに各凹部の表面の少なくとも一部が前記導電層及び前記光電変換素子から離隔するように、前記集光板の各凹部を形成することが好ましい。さらに、前記集光板と前記光電変換素子及び前記導電層との間に接着層を配設する工程を具備することが好ましい。
【００１３】
本発明の光電変換装置は、導電性基板と、該導電性基板に電気的に接続された第１導電型の結晶半導体粒子と前記結晶半導体粒子の表面に形成された第２導電型の半導体層とを有し、前記導電性基板上に互いに間隔をあけて配設された複数の光電変換素子と、前記導電性基板上に配設され、隣り合う前記光電変換素子間を電気的に接続するための導電層と、前記導電性基板と前記導電層との間に配設され、前記導電性基板と前記導電層とを絶縁するための絶縁層と、前記複数の光電変換素子をそれぞれ覆うための複数の凹部が一方の面に形成され、各凹部が各光電変換素子にそれぞれ嵌合するように前記導電性基板上に配設された集光板と、を具備することを特徴とする。
【００１４】
また、前記導電層が前記光電変換素子及び前記絶縁層上に配設された透光性導電層であることが好ましい。また、前記各凹部の表面の少なくとも一部が前記導電層及び前記光電変換素子から離隔していることが好ましい。さらに、前記導電層及び前記光電変換素子と前記集光板との間に接着層が介在していることがより好ましい。
【００１５】
また、前記導電性基板及び前記集光板の少なくとも一方に突出部が形成され、他方に前記突出部が嵌め込まれた受け部が形成されていることが好ましい。さらに、前記導電性基板の側面に係止される側面係止部が前記集光板に形成されていることが好ましい。また、前記導電性基板と前記集光板とを固定する固定部材を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、集光板が光電変換素子とは別体で形成されているので、十分なレンズの厚みと所望の形状を有している。その結果、集光効率の高い集光レンズを作製することが可能となり、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提供することができる。
【００１７】
また、導電層が透光性を有し、且つ導電層の一部が光電変換素子上に形成されているときには、光電変換素子間に金属等を用いて導電層を形成する場合と比較して、光電変換素子と透光性導電層との接触面積を大きくすることができる。このため、光電変換素子と導電層との間をより確実に電気的に接続でき、また、工程をより簡易化することができる。
【００１８】
本発明では、集光板を導電性基板上に配設したときに各凹部の表面の少なくとも一部が導電層及び光電変換素子から離隔するように各凹部を形成することが好ましい。これにより、集光板をコーティングにより形成した場合に生じる、導電層と集光板との間の熱膨張係数の差に起因するはがれやクラックの発生を効果的に防止できる。
【００１９】
また、集光板と導電層及び光電変換素子との間に接着層が配設されているときには、集光板の位置のずれや集光板が外れてしまうことを効果的に防止できる。また、集光板を光電変換素子上に配設するときに、集光板により光電変換素子が損傷することを防止できる。
【００２０】
また、導電性基板及び集光板の少なくとも一方に突出部が形成され、他方に突出部が嵌め込まれた受け部が形成されているときには、集光板と光電変換素子との位置決め精度が高くなるとともに、各部材の熱膨張係数の差に起因して生じるおそれのある反りが発生するのを防止できる。さらに好ましくは、前記集光板に前記導電性基板の側面部に係止される側面係止部を、或いは、導電性基板と集光板とを固定する固定部材を備えているときには、導電性基板と集光板との位置決め精度がより高くなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の一実施形態にかかる光電変換装置及びその製造方法について、図面を参照し、詳細に説明する。図１および図２は、本実施形態にかかる光電変換装置を示す断面図であり、図８は、本実施形態にかかる光電変換装置の製造方法を示す図である。
【００２２】
図１に示すように、この光電変換装置は、導電性基板１と、導電性基板１に電気的に接続された第１導電型の結晶半導体粒子５と結晶半導体粒子５の表面に形成された第２導電型の半導体層７とを有し、導電性基板１上に互いに間隔をあけて配設された複数の光電変換素子３と、導電性基板１上に配設され、隣り合う光電変換素子３間を電気的に接続するための透光性導電層９と、導電性基板１と透光性導電層９との間に配設され、導電性基板１と透光性導電層９とを絶縁するための絶縁層１１と、一方の面に、複数の光電変換素子３をそれぞれ覆うための複数の凹部１７が予め形成され、他方の面に、凸部１５が予め形成された集光板１３であって、各凹部１７が各光電変換素子３にそれぞれ嵌合するように導電性基板１上に配設された集光板１３と、を備えている。導電性基板１と集光板１３とは離隔しており空隙３５がある。なお、図２に示すように導電性基板１と集光板１３との間の空隙３５には、導電性基板１と集光板１３とを接合する表面充填層（接着層）１９が充填されていてもよい。
【００２３】
集光板１３の光入射面側には、入射光を効率良く各光電変換素子３に照射させるための凸部１５が形成される。凸部の形状としては、頂部の曲率を大きくする事でレンズが縦長になり、集光性が高まることから、集光板の凸形状が上に行くほど曲率の大きい曲面で形成されていることが好ましい。また、裏面には各光電変換素子３を覆う凹部１７が形成される。凹部１７は、各光電変換素子３を嵌合できる曲率（形状）であれば良く、導電性基板１上に集光板１３を配置して、光電変換素子３を配設する際に、集光板１３の凸部１５と光電変換素子３とが位置決め精度が高く配設されることが可能となる。
【００２４】
集光板１３の各凹部１７の表面の少なくとも一部は、透光性導電層９及び光電変換素子３から離隔しているのが好ましい。凹部１７の表面と透光性導電層９の表面との間に隙間ができるように、具体的には、例えば、凹部１７における基板１に平行な方向の最大幅が光電変換素子３及び透光性導電層９における基板１に平行な方向の最大幅より大きくなるようする。これにより、透光性導電層９と集光板１３との間の熱膨張係数の差に起因してはがれやクラックが発生するのを効果的に防止できる。また、導電性基板１上に配設する複数の光電変換素子３の位置の多少のばらつきや、光電変換素子３の形状の多少のばらつきが生じることがある。このような場合であっても、凹部１７における基板１に平行な方向の最大幅が光電変換素子３及び透光性導電層９における基板１に平行な方向の最大幅より大きくなるように形成されていることで、上記ばらつきによる影響を軽減することができるので、各凹部１７を各光電変換素子３に確実に嵌合することができる。
【００２５】
集光板の厚みとしては５０〜７００μｍであることが好ましい。なぜなら、集光板の厚みが５０μｍより小さいと、従来のディッピング等により集光板を形成した場合と集光板の厚みが変わらず、望ましい集光効率が得られない。さらに、低集光率であれば試用する半導体材料の削減効果が乏しくなる。また、集光板の厚みが７００μｍより大きいと、日の出・日の入りに近い時刻の太陽光の入射角が低いときに、光電変換素子への集光率の低下が大きくなるという問題が発生する。従って、集光板の厚みとしては５０〜７００μｍであることが好ましい。
【００２６】
集光板１３の材料としては、透明で成形性がよいものであればよく、例えばアクリル，ポリエチレン，ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート），シリコン系樹脂，ポリカーボネート，ポリアミド，その他の透明樹脂がよい。より好ましくは、建築物の屋根等に設置される場合に隣接家屋の火災時の延焼防止という製品の性格上、難燃性の材料であればよく、シリコン系樹脂，ポリカーボネート，ポリアミド等がよい。
【００２７】
光電変換素子３と集光板１３との間に表面充填層１９が配設されていることが好ましい。表面充填層１９を配置することで、集光板１３の位置決め精度が高くなる。そのため、表面充填層１９としては、導電性基板１及び光電変換素子３と集光板１３とを接着し、且つ、透明であればよい。また、表面充填層１９の厚みや光電変換素子３及び集光板１３よりも柔らかい材料を選択することで、集光板１３により光電変換素子３が損傷することが防止できる。
【００２８】
表面充填層１９の材料としては、透明で接着性のよいものであればよく、例えばエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、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。より好ましくは、前記の光電変換素子３の損傷を防止する観点より、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）が好ましい。
【００２９】
導電性基板１としては、アルミニウム，アルミニウムの融点以上の融点を有する金属，セラミックス等が用いられる。例えば、アルミニウムの融点以上の融点を有する金属としては、アルミニウム合金、鉄、ステンレススチール、ニッケル合金などが挙げられる。また、セラミックスとしては、アルミナセラミックスなどが挙げられる。導電性基板１に用いられる材料がアルミニウム以外の場合、そ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することが好ましい。
【００３０】
光電変換素子３は、導電性基板１上に互いに間隔をあけて複数配設されている。この光電変換素子３は、第１導電型の結晶半導体粒子５と結晶半導体粒子５の表面に形成された第２導電型の半導体層７とを有している。
【００３１】
結晶半導体粒子５は導電性基板１上に互いに間隔を置いて配設される。結晶半導体粒子５としては、Ｓｉにｐ型を呈するためのホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ），ガリウム（Ｇａ）など、またはｎ型を呈するためのリン（Ｐ），ヒ素（Ａｓ）などの元素が微量含まれているものを用いることができる。
【００３２】
結晶半導体粒子５の粒径は、０．２〜０．８ｍｍが好ましい。なぜなら、０．８ｍｍ以下であれば、結晶半導体粒子５のシリコン使用量が従来の板状結晶タイプの光電変換装置におけるシリコン使用量（シリコンの板状母結晶（ウエハー）の切削部も含める）よりも少なく、軽量化、低コスト化された光電変換装置を提供することができる。また、０．２ｍｍ以上であれば、導電性基板１へのアッセンブルが容易となる。従って、結晶半導体粒子５の粒径は、シリコン使用量との関係から０．２〜０．８ｍｍが好適である。また、より好ましくは結晶半導体粒子５の粒径は、０．２〜０．６ｍｍである。０．６ｍｍ以下であれば、結晶半導体粒子５のシリコン使用量が従来の板状結晶タイプの光電変換装置におけるシリコン使用量（シリコンの板状母結晶（ウエハー）の切削部も含める）よりもより少なくなる。また、結晶半導体粒子５としては、ｐ型の場合、例えばケイ素（Ｓｉ）にホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）などの元素が微量含まれたものを用いることができる。また、ｎ型の場合、例えばケイ素にリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）などの元素が微量含まれたものを用いることができる。
【００３３】
結晶半導体粒子５の形状としては、凸曲面を持つことによって入射光の光線角度の依存性も小さくできる球状などの形状が好ましい。また、隣接する結晶半導体粒子５同士の間の間隔は、結晶半導体粒子５の使用量を少なくするためにも広い方が好ましく、特に、使用する結晶半導体粒子５の粒径（基板と平行な方向）の１／２よりも広い間隔がより好ましい。粒子が真球ではない場合の粒径は、長径と短径の平均とすればよい。隣接する結晶半導体粒子５同士の間隔を上記のように結晶半導体粒子５の粒径の１／２程度に広げた場合、結晶半導体粒子５を最密に配設したときに比べて要する結晶半導体粒子５の数が約１／２以下となる。
【００３４】
光電変換素子３を構成している半導体層７は、結晶半導体粒子５の表面に形成される。半導体層７は、結晶半導体粒子５の表面の凸形曲面に沿って形成されるものが好ましい。結晶半導体粒子５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５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。半導体層７は例えばＳｉから成り、気相成長法等で例えばシラン化合物の気相に、ｎ型にするのであればリン系化合物の気相、あるいは、ｐ型にするのであればホウ素系化合物の気相のどちらか一方を微量導入して形成する。このとき、半導体層７中の微量元素の濃度は、例えば、１×１０１６〜１０２１[原子数／ｃｍ３]とする。また、半導体層７としては、結晶質、非晶質、及び結晶質と非晶質とが混在するもののいずれでもよいが、入射光透過率を考慮すると、結晶質、又は結晶質と非晶質とが混在するものを用いることが好ましい。
【００３５】
結晶半導体粒子５がない部分で入射光の一部が半導体層７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５に照射されることで、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５に照射することが可能となる。
【００３６】
なお、第１導電型の結晶半導体粒子５の外郭に、第２導電形、つまり、結晶半導体粒子５がｐ型の場合にはｎ型となるリン、ヒ素など、または結晶半導体粒子５がｎ型の場合にはｐ型となるホウ素、アルミニウム、ガリウムなどの元素が微量含まれている結晶半導体粒子５を用いる場合には、この結晶半導体粒子５の外郭部分が半導体層７になるため、改めて、半導体層７を配設する必要はない。そして、この場合には結晶半導体粒子５の上に透光性導電層９が直接配設できる。
【００３７】
絶縁層１１は、導電性基板１上、かつ、隣り合う光電変換素子３の間に配設されている。この絶縁層１１は、導電性基板１と透光性導電層９との電気的な分離を行うため、言い換えれば、正極と負極の電気的な分離を行うためのものである。この絶縁層１１としては、例えばＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯ、Ｐ２Ｏ５、Ｌｉ２Ｏ、ＳｎＯ、ＺｎＯ、ＢａＯ、ＴｉＯ２などを任意成分とする低温焼成用ガラス材料、上記成分の１種又は２種以上を含むフィラーを混合したガラス材料、ポリイミド樹脂、シリコン等の有機系絶縁材料などを用いることができる。
【００３８】
透光性導電層９は、光電変換素子３及び絶縁層１１の上に配設される。透光性導電層９は、光電変換素子３の内部で生成したキャリアを収集する上面側の電極である。なお、下面側の電極は、導電性基板１である。透光性導電層９は、半導体層７あるいは光電変換素子３の表面に沿って形成され、光電変換素子３の凸形曲面に沿って形成されることが好ましい。これにより、光電変換素子３とより広い領域で接触することができ、結晶半導体粒子５の内部で生成したキャリアを効率よく収集することができる。
【００３９】
また、光電変換素子３の表面に導電層を形成することなく、絶縁層１１上で各光電変換素子３間に導電層を形成することもできる。この場合には導電層は透光性である必要性はなく、電気伝導性の良いものでさえあれば良い。
【００４０】
透光性導電層９としては、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２などから選ばれる１種又は２種以上の酸化物系材料を用いることができる。また、この透光性導電層９は、膜厚を選べば反射防止膜としての効果も期待できる。また、上記のように光電変換素子３表面に形成されることなく、各光電変換素子３間に形成される場合の導電層としては、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、クロム、銀などの金属、これらの合金などからなる低抵抗導体を材料として用いることができる。
【００４１】
なお、透光性導電層９は透明である。光電変換素子３がない部分で入射光の一部が透光性導電層９を透過し、下部の絶縁層１１で反射するか、絶縁層１１が透明である場合には、導電性基板１で反射して光電変換素子３に照射される。このため、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光電変換素子３に導いて照射させる効果も有する。
【００４２】
また、図４〜６に示すように、導電性基板１及び集光板１３の少なくとも一方に突出部２７が形成され、他方に突出部２７が嵌め込まれる受け部として孔部２９が形成されていてもよい。
【００４３】
導電性基板１又は前記集光板１３の一方に突出部２７が形成され、他方に突出部２７が嵌め込まれる孔部２９が形成されていることによって、導電性基板１上に集光板１３を配置する際に位置決め精度が高く配置させることが可能となる。
【００４４】
また、孔部２９の代わりに他方に突出部２７が嵌め込まれる凹部が形成されていてもよい。導電性基板１若しくは前記集光板１３の一方に突出部２７が形成され、他方に突出部２７が嵌め込まれる凹部が形成されていることによっても、同様の効果が得られ、導電性基板１上に集光板１３を配置する際に位置決め精度が高く配置させることが可能となる。
【００４５】
また、導電性基板の側面３１に係止される側面係止部３３が集光板１３に形成されていても良い。導電性基板の側面に係止される側面係止部３３が集光板１３に形成されていることで導電性基板１上に集光板１３を配置する際に位置決め精度が高く配置させることが可能となる。
【００４６】
また、更に、導電性基板１と集光板１３とを固定する固定部材を備えていてもよい。この固定部材を用いて導電性基板１と集光板１３を固定することによっても、導電性基板１上に集光板１３を配置する際に、位置決め精度が高く配置させることが可能となる。
【００４７】
また、裏面充填層２３を導電性基板１の裏面に積層してもよい。裏面充填層２３としては、表面充填層１９と同様の材料である、（ＥＶＡ）、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）などを用いることができる。
【００４８】
またさらに、裏面充填層２３の裏面に裏面保護層２５を積層してもよい。また、裏面保護層２５としては、上記の樹脂を用いて、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、ステンレス等の金属シートなどを用いることもできる。
【００４９】
また、半導体層７あるいは透光性導電層９上に保護層（不図示）を形成してもよい。保護層としては、光の入射面側にあるために、透明性が必要であり、また半導体層７または透光性導電層９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。このことから、保護層としては透明誘電体の特性を持つものが好ましい。このような保護層としては、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，ＳｉＯ２−ＴｉＯ２，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用いることができる。この保護層はＣＶＤ法やＰＶＤ法等によって、半導体層７または透光性導電層９上に配設される。なお、保護層の膜厚を最適化すれば、反射防止膜としての機能も期待できる。
【００５０】
透光性導電層９と外部端子との間の直列抵抗値を低くするために、隣接する光電変換素子３間の透光性導電層９の上に、集電極として一定間隔のフィンガー電極（不図示）及びバスバー電極（不図示）から成るパターン電極を設けて、半導体層７と電気的に接続してもよい。光電変換素子３上を避けてフィンガー電極を設けることによって、フィンガー電極によって陰となる領域ができるのをなくすことができ、入射光を効率よく光電変換することが可能となる。
【００５１】
さらに、集光板１３の表面に、耐候性を有するとともに透光性導電層９よりも屈折率の低い低屈折率層（不図示）を設けてもよい。この場合、透光性導電層９の表面反射を低減させて、入射光の利用効率を向上させることもできる。低屈折率層の材料としては、透明で集光板１３よりも屈折率の低い材料からなっていれば良く、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、或いはシリカ化合物系の材料が好ましい。
【００５２】
一方、図８に示すように、本発明の一実施形態にかかる製造方法としては、まず、結晶半導体粒子５を導電性基板１上に間隔を置いて配設する。このとき、結晶半導体粒子５の表面を粗面にしてもよい。表面を粗面にすることで、結晶半導体粒子５の表面での反射率を低減することができる。この粗面を形成する方法としては、アルカリ液中でのエッチングやＲＩＥ装置等による微細加工が挙げられる。
【００５３】
導電性基板１上に結晶半導体粒子５を、間隔を置いて配設した後、一定の加重をかけて導電性基板１を成すアルミニウムと結晶半導体粒子５を成すシリコンとの共晶温度（５７７℃）以上に加熱することによって、導電性基板１と結晶半導体粒子５の合金層２１を形成し、その合金層２１を介して導電性基板１と結晶半導体粒子５を接合させる。
【００５４】
互いに間隔をあけて導電性基板３上に配設された結晶半導体粒子５上に、絶縁材料のペースト、溶液、シート、又は、液体を塗布して、アルミニウムとシリコンの共晶温度である５７７℃以下の温度で加熱することによって、結晶半導体粒子５間の隙間に充填され、焼成固化或いは熱硬化された絶縁層１１が形成される。加熱温度が５７７℃を超えると、アルミニウムとシリコンとの合金層２１が溶融し始めるために、導電性基板１と結晶半導体粒子５との接合が不安定となり、場合によっては結晶半導体粒子５が導電性基板１から離脱して発電電流を取り出せなくなる。このため、加熱温度は５７７℃以下であることが必要となる。絶縁層１１を形成した後、フッ酸を含む洗浄液を用いて結晶半導体粒子５の表面を洗浄する。
【００５５】
半導体層７は、導電性基板１及び絶縁層１１と接合していない結晶半導体粒子５の表面に配設される。半導体層７は、結晶半導体粒子５が導電性基板１に接合される前に、結晶半導体粒子５上に熱拡散法等により形成しても良い。結晶半導体粒子５が、例えばｐ形のときは、オキシ塩化リンを拡散材として、９００℃の石英管に３０分間、結晶半導体粒子５を挿入することにより、表面に１μｍ厚みにｎ形層を形成することができる。ただし、このときは、半導体層７と合金層２１を分離するために、合金層２１との近傍を除いて半導体層７の表面を耐酸レジスト等で被覆し、非被覆部分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となる。
【００５６】
導電性基板１上に絶縁層１１及び半導体層７を配設した後、透光性導電層９が、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。
【００５７】
更に、集電極として、一定間隔のフィンガー電極若しくはバスバー電極のパターン電極を設けて、透光性導電層９と電気的に接続するよう配設してもよい。
【００５８】
集光板１３の形状を形成する方法としては、断面が図３に示す形状となるような凹金型と凸金型を金属等の耐熱材料で形成し、この凹金型と凸金型の両型に、上記の透明樹脂からなるシートを挟み込んで圧縮成形等の成形方法で成型する。
【００５９】
上記のように成型された集光板１３を、集光板１３の各凹部１７と各光電変換素子３がそれぞれ対応するようにして、光電変換素子３上に配設する。
【００６０】
このとき、前記のように、好ましくは導電性基板１若しくは前記集光板１３の一方に、突出部２７が形成され、他方に突出部２７が嵌め込まれる受け部として孔部２９や凹部が形成されていることで、導電性基板１上に集光板１３を配置する際に位置決め精度が高く配置させることが可能となる。
【００６１】
なお、上述した構成の光電変装置を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。
【００６２】
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。
【実施例】
【００６３】
本発明の光電変換装置の実施例を図２〜図６に基づいて説明する。
【００６４】
まず、光電変換装置を以下のようにして作製した。アルミニウム製の導電性基板1の主面上に、結晶半導体粒子５として直径約０．３ｍｍのｐ型のシリコン粒子の多数を、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℃以上の温度で約１０分加熱して、多数のシリコン粒子を導電性基板１上に接合した。次に、導電性基板１上の多数のシリコン粒子の間に、ポリイミドからなる絶縁層１１を充填し形成した。その後、シリコン粒子の上部表面を洗浄し、シリコン粒子及び絶縁層１１の上にｎ型の結晶質シリコンと非晶質シリコンとの混晶からなる半導体層７を、３００ｎｍの厚みで形成し、さらに透光性導電層９としてＩＴＯ膜を、８０ｎｍの厚みで形成した。透光性導電層９と外部端子との間の直列抵抗値を低くするために、隣接する光電変換素子３間の透光性導電層９の上に、集電極として一定間隔の熱硬化型の銀ペ−ストからなるフィンガー電極及び銅箔からなるバスバー電極を設け、複数枚の光電変換装置をバスバー電極である銅箔で電気的に接続した。
【００６５】
次に、実施例１として０．４ｍｍ厚のポリカ−ボネ−トフィルムを用いて、断面が図３に示す形状となるような凹金型と凸金型の両型に挟み込んで真空圧縮成形で集光板１３を成形した。作製した集光板１３と上記の接続した光電変換装置の間に６０μｍ厚のＥＶＡからなる表面充填層１９を介し、更に裏面に０．４ｍｍ厚のＥＶＡからなる裏面充填層２３及びＰＶＦ/ＰＥＴ/ＰＶＦからなる裏面保護層２５を積層して真空ラミネ−タ−で張り合わせて光電変換装置を作製した。
【００６６】
また、実施例２として０．４ｍｍ厚のポリカ−ボネ−トフィルムを用いて、断面形状が図４となるような凹金型と凸金型の両型に挟み込んで真空圧縮成形で集光板１３を成形し、実施例１と同様にして光電変換装置を作製した。
【００６７】
また、実施例３として０．４ｍｍ厚のポリカ−ボネ−トフィルムを用いて、断面形状が図５となるような凹金型と凸金型の両型に挟み込んで真空圧縮成形で集光板１３を成形し、実施例１と同様にして光電変換装置を作製した。
【００６８】
また、実施例４として０．４ｍｍ厚のポリカ−ボネ−トフィルムを用いて、断面形状が図６となるような凹金型と凸金型の両型に挟み込んで真空圧縮成形で集光板１３を成形し、実施例１と同様にして光電変換装置を作製した。
【００６９】
更に、比較例として０．２ｍｍ厚のポリカ−ボネ−トフィルムを用いて、断面形状が図７となるような凹金型と凸金型の両型に挟み込んで真空圧縮成形で集光板１３を成形し、実施例１と同様にして光電変換装置を作製した。
【００７０】
これらの光電変換装置を各１０枚作製して、実施例の光電変換装置の光電変換効率と比較例の光電変換装置の光電変換効率をＪＩＳ  Ｃ  ８９１３に基づいた方法により測定した。実施例１の光電変換効率の平均値を１としたときの平均値を光電変換効率比として、その結果を表１に示す。
【表１】
2008060206.tif 000003
【００７１】
実施例１から４までは光電変換効率比が１以上であるのに対して、比較例では光電変換効率効率比が0.84と低い状態となった。各実施例と比較例で断面観察を行なったところ、凸レンズ形状の中心とシリコン粒子の中心のずれは、比較例では場所によっては１５０μｍであったのに対して、各実施例では大きくても２０μｍしかずれておらず、凸レンズ形状の中心とシリコン粒子の中心のずれに対して突出部２７と孔部２９、或いは側面係止部３３の効果が発揮されたものと考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の光電変換装置の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【図３】本発明の光電変換装置の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の光電変換装置の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【図５】（ａ）は本発明の光電変換装置の実施の形態の他の一例を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）における領域Ａの拡大断面図である。
【図６】本発明の光電変換装置の実施の形態の他の一例を示す断面図である。
【図７】光電変換装置の比較例の形態の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の光電変換装置の製造方法の実施の形態の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１・・・導電性基板
３・・・光電変換素子
５・・・結晶半導体粒子
７・・・半導体層
９・・・透光性導電層
１１・・・絶縁層
１３・・・集光板
１５・・・凸部
１７・・・凹部
１９・・・表面充填層
２１・・・導電性基板と結晶半導体粒子との合金層
２３・・・裏面充填層
２５・・・裏面保護層
２７・・・突出部
２９・・・孔部
３１・・・導電性基板の側面
３３・・・側面係止部
３５・・・空隙
【図１】
2008060206.tif 000004
【図２】
2008060206.tif 000005
【図３】
2008060206.tif 000006
【図４】
2008060206.tif 000007
【図５】
2008060206.tif 000008
【図６】
2008060206.tif 000009
【図７】
2008060206.tif 000010
【図８】
2008060206.tif 000011