(57)【要約】【課題】  照射光を有効に活用して受光面積あたりの出力を効果的に高めることができ、かつ容易な手段で加工できる高性能・低コストの太陽電池用支持体とその製造方法を提供する。【解決手段】  複数の凹部が基板上に配列され、凹部内面が光反射性を有し、凹部開口端は、上方から見てほぼ正６角形を呈し、正６角形の各一辺は、相互に異なる、隣接する凹部を区画する稜線を構成し、稜線は開口端の正６角形の頂点で最も高く、中央で最も低い曲線であり、凹部は下部ほど断面積が小さく、底部に貫通孔を有する太陽電池用支持体。上記支持体を、所定形状に創形された回転切削工具を用いて基板を所定の深さまで所定パターンで順次切削して製造する。【選択図】図２
2005317667.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
球状の太陽電池素子を収容するための複数の凹部が基板上に配列され、前記凹部の内面が光反射性を有する太陽電池用支持体であって、前記凹部の開口端は、上方から見てほぼ正６角形を呈し、前記正６角形の各一辺は、相互に異なる、隣接する凹部を区画する稜線を構成し、前記稜線は、前記正６角形の頂点で最も高く、中央で最も低い曲線であり、かつ、前記凹部は、下部ほど断面積が小さく、底部に貫通孔を有することを特徴とする太陽電池用支持体。
【請求項２】
前記凹部の内面が、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、およびＡｇよりなる群から選ばれた少なくとも１種の金属、または前記金属を含む合金からなる請求項１に記載の太陽電池用支持体。
【請求項３】
回転切削工具を用いて、平板状の基板を所定の深さまで順次切削することによって、複数の凹部を所定のパターンで形成する工程（１）を含み、前記回転切削工具は、前記所定の深さまでの切削に用いられる部分の回転半径が先端部に近いほど小さい切り刃部を有し、隣接する凹部の開口部の中心間の距離が、前記切り刃部の切削に用いられる部分の最大回転半径の（３１／２±０．１）倍の範囲内の距離となるように前記複数の凹部を形成することを特徴とする太陽電池用支持体の製造方法。
【請求項４】
さらに、前記工程（１）と順不同で、前記複数の凹部の底部の中央部となるそれぞれの箇所の基板に貫通孔を形成する工程を有する請求項３に記載の太陽電池用支持体の製造方法。
【請求項５】
前記回転切削工具は、前記切り刃部と同軸で、先端部に連結する貫通孔形成用ドリル部を有し、前記凹部を形成すると同時に前記凹部の底部に貫通孔を形成する請求項３に記載の太陽電池用支持体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状の太陽電池素子を搭載した太陽電池の支持体とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来からの代表的な光電変換装置として、結晶シリコン半導体ウエハからなる光電変換素子を用いた結晶シリコン太陽電池がある。この太陽電池では、単結晶インゴットを製造する工程、並びに単結晶インゴットから半導体ウエハを製造するまでのカッティング、スライシングおよびポリッシングなどの工程が繁雑であるためコストが高くなる。さらに上記各工程で生じる結晶の切削屑が多く、原料の約５０％以上が無駄になる。
【０００３】
この問題を解決するため、アモルファスシリコン薄膜からなる半導体層を用いたアモルファスシリコン太陽電池が開発されている。この太陽電池は、プラズマ化学気相成長法によって薄膜状光電変換層を形成するので、前記のカッティング、スライシングおよびポリッシングなどの工程が不要で、しかも堆積膜の全てを活性層として活用できる。その反面、アモルファス構造に起因して半導体内部に多数の結晶欠陥が存在するため、長期使用により太陽電池の光電変換効率が徐々に低下する問題がある。そのため、この太陽電池では、光電変換効率が数年間で１５〜２５％程度劣化するという問題を残している。
【０００４】
原価低減の他の有力手段として、直径１ｍｍ前後の球状の太陽電池素子（以下、球状素子で表す）を実装した太陽電池（以下、球状太陽電池で表す）が検討されている。この太陽電池は、微小な球状素子を用いることにより、光電変換部の平均厚みを薄くし、シリコン（Ｓｉ）の使用量を軽減しようとするものである。例えば、第１導電型半導体である球状Ｓｉに第２導電型半導体層を被覆した球状素子をＡｌ箔に形成した孔に埋込み、そのＡｌ箔の裏面から第２導電型半導体層をエッチングして内部の第１導電型半導体を露出させ、その露出面を他のＡｌ箔に接続して構成したソーラ・アレー（特許文献１参照）、および類似の球状太陽電池（例えば、特許文献２、特許文献３参照）が提案されている。
【０００５】
上記の球状太陽電池は反射光を十分には活用できない方式なので、モジュールの受光面当たりの十分な変換効率を確保するために、多数の微小な球状素子を密に敷き詰める必要がある。そのため、球状素子とＡｌ箔などの外部端子との接続作業工程が繁雑で、しかも極めて多数の球状素子が必要となるので、原価を低減させる効果が少ない。
【０００６】
この問題を解決するため、支持体に多数の凹部を設け、各凹部に単体の球状素子を収容する方式の低集光型球状太陽電池（特許文献４〜６参照）が提案されている。これらの太陽電池は、凹部内面を反射鏡として作用させ、集光率を高めることで球状素子一個当りの出力を高め、Ｓｉの消費量低減を図るものである。この太陽電池はマイクロ集光型球状太陽電池とも呼ばれる。
【０００７】
低集光型球状太陽電池用の支持体（以下、単に支持体で表す）は、モジュールへの照射光のできるだけ多くを凹部内に入射させるために、隣接する凹部の開口部間の隙間ができるだけ小さく設計されていることが好ましい。例えば、特許文献６に、凹部の開口端が正６角形で、隣接する凹部の開口端が連続して形成された、複数凹部の開口部間の隙間が少ない支持体が提案されている。
【０００８】
この支持体を用いることにより、太陽電池の上部から照射される光の大部分を凹部内に照射させることが可能となり、単位面積あたりの出力を効果的に高めることができる。しかし、上記支持体においては、斜め方向から照射される光の入射角度が大きくなるにつれて、照射光が凹部間の壁に遮られる率が大きくなるため、凹部に十分な光が入射せず、太陽電池モジュールの出力が大きく低下するという問題がある。
【０００９】
さらに、上記のように多数の微細な凹部が高精度に密集して形成された支持体を作製することは極めて困難である。例えば、放電加工やプレス加工により金属製の基板から支持体を作製する場合には、高精度に加工された微細構造の金型を必要とするため、金型の製作には、高度な加工技術と多くの加工時間を必要とする。さらに、このような微細構造の部品を製作する金型の寿命を確保するためには、高価な耐久性材料を用いる必要がある。
【００１０】
特に、密集した多数の凹部を隙間無く形成する上記支持体の場合には、隣接する凹部の開口端相互間の境界領域の幅（以下、稜線部の幅で表す）を極力狭くしなければならない。しかし、稜線部の幅を狭くすると、支持体加工時に金型が破損や磨耗し易く、金型寿命が著しく低下する。上記稜線の幅が無視できるほどに細いことが理想的であるが、実際にプレス加工などにより、工業的規模で製作する場合には、稜線部に相応の幅を設けて設計することが必要である。
【００１１】
図１４に工業的に製作可能な支持体の斜視図を示す。凹部５１はお椀状で、蜂の巣状に連続して形成され、底部に貫通孔５３が形成されている。凹部５１の開口端は正６角形で、その一辺の長さは約２ｍｍである。凹部５１の内面は球状素子の外周部の第２導電型半導体層と電気的に導通する第２導電体として機能し、さらに反射鏡としても機能する。この支持体を工業的に製作するためには、隣接する凹部の開口端相互間の境界領域を構成する稜線部５２には、０．０５ｍｍ以上、通常は０．１〜０．１５ｍｍの幅を設ける必要がある。この稜線部５２が占める面積は、支持体５０の見掛け受光面積の約５．６％〜１７％を占め、この部分への照射光は発電に寄与しないので、太陽電池モジュールの高出力化の大きな妨げになる。
【００１２】
このような事由により、従来技術では、凹部開口部間の無駄な隙間が少ない低集光型太陽電池用支持体を安価に工業的に提供することは困難である。この問題は、低集光型球状シリコン太陽電池の高出力化と低コスト化の大きな妨げになっている。
【００１３】
【特許文献１】特公平７−５４８５５号公報
【特許文献２】国際公開公報ＷＯ９８／１５９８３
【特許文献３】特開２００１−３３９０８６号公報
【特許文献４】特開平１１−０３１８３７号公報
【特許文献５】特開２００２−０５０７８０号公報
【特許文献６】特開２００２−１６４５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決し、照射光を有効に活用して太陽電池モジュールの単位面積あたりの出力を効果的に高めることができ、かつ容易な手段で加工できる構造を有する低集光型球状太陽電池用支持体とその製造方法を提供すること目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の太陽電池用支持体は、球状の太陽電池素子を収容するための複数の凹部が基板上に配列され、前記凹部の内面が光反射性を有する太陽電池用支持体であって、前記凹部の開口端は、上方から見てほぼ正６角形を呈し、前記正６角形の各一辺は、相互に異なる、隣接する凹部を区画する稜線を構成し、前記稜線は、前記正６角形の頂点で最も高く、中央で最も低い曲線であり、かつ、前記凹部は、下部ほど断面積が小さく、底部に貫通孔を有することを特徴とするものである。凹部の内面は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、およびＡｇよりなる群から選ばれた少なくとも１種の金属、または前記金属を含む合金からなることが好ましい。
【００１６】
本発明の太陽電池用支持体の製造方法は、回転切削工具を用いて、平板状の基板を所定の深さまで順次切削することによって、複数の凹部を所定のパターンで形成する工程（１）を含み、前記回転切削工具は、前記所定の深さまでの切削に用いられる部分の回転半径が先端部に近いほど小さい切り刃部を有し、隣接する凹部の開口部の中心間の距離が、前記切り刃部の切削に用いられる部分の最大回転半径の（３1/2±０．１）倍の範囲内の距離となるように前記複数の凹部を形成することを特徴とするものである。
【００１７】
上記本発明の太陽電池用支持体の製造方法は、さらに、前記工程（１）と順不同で、前記複数の凹部の底部の中央部となるそれぞれの箇所の基板に貫通孔を形成する工程を有することが好ましい。
上記本発明の太陽電池用支持体の製造方法において、回転切削工具は、切り刃部と同軸で、先端部に連結する貫通孔形成用ドリル部を有し、凹部を形成すると同時に凹部の底部の中央部に貫通孔を形成しても良い。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の太陽電池用支持体は、上方からの照射光を無駄なく凹部に入射させることができ、かつ斜め方向からの照射光が凹部間の壁に遮られて凹部への入射量が減少する現象を効果的に抑制できる。さらに、本発明による簡易な製造方法により、太陽電池用支持体を工業的に低コストで作製することができる。この支持体を用いることにより、高出力・低コストの低集光型球状太陽電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の太陽電池用支持体の第１の構造的な特徴は、球状の太陽電池素子を収容するための複数の凹部が基板上に配列されており、凹部の開口端は、上方から見てほぼ正６角形を呈し、正６角形の各一辺は、相互に異なる、隣接する凹部を区画する稜線を構成していることである。つまりこの支持体の受光面には、複数の凹部が間隙なく高密度に形成されているので、上部から垂直方向に照射した光の全てを凹部内に入射させることができる。
【００２０】
凹部に入射した光は、凹部に収容された球状素子に直接に照射され、あるいは、凹部内面に照射された光の反射光として球状素子に照射される。これら球状素子に照射された光は球状素子に吸収され、あるいは、球状素子から反射して凹部内面に照射される。この照射光は凹部内面で再び反射して球状素子に照射される。このような反射光の、照射、吸収および反射の繰り返しによって、凹部に入射した光は、球状素子に効率的に吸収される。以上のように、本発明の支持体に球状素子を実装した太陽電池モジュールでは、上方から照射した光のエネルギーが極めて有効に活用されるので、出力を効果的に高めることができる。
【００２１】
本発明の太陽電池用支持体の第２の構造的な特徴は、前記従来技術と異なり、相互に異なる、隣接する凹部を区画する前記の稜線は、凹部の正６角形の頂点で最も高く、中央で最も低い曲線であることである。つまり、この支持体の隣接する凹部間の壁の頂部は、開口端の正６角形の稜線に沿って形成されており、その壁は正６角形の頂点部において最も高く、稜線の中央部において最も低くなるように湾曲し、隣接する凹部間の壁は、凹部の上部では部分的にしか存在しない。従って、支持体の斜め方向から照射される光が凹部間の壁に遮られることが抑制されるため、凹部内に比較的多くの光を入射させることができる。
【００２２】
上記の本発明の支持体を用いることにより、太陽電池の受光面（支持体表面）に上方から照射される光を、無駄なく球状素子が収容された凹部に入射させることができ、さらに支持体表面へ斜め方向から光が照射されるにつれて凹部内への入射光が低減する問題を効果的に抑制できる。これにより、高出力で安定した特性を備えた低集光型球状太陽電池を提供することができる。
【００２３】
さらに、本発明による支持体は、稜線部の幅を殆ど設けることなく、工業的に製造できるという利点がある。例えば、後に詳述するように、本発明による支持体は簡易な構造の回転切削工具を用いて基板を所定の深さまで所定のパターンで順次切削することによって複数の凹部を順次形成するという、簡易な加工法で容易に製造することができる。これにより、図１４に示した従来の支持体における問題点が解消され、受光面に照射される光を損失なく凹部に入射させ得る支持体を安価に製造することができる。
【００２４】
次に、本発明による太陽電池用支持体の実施形態を図１〜４により、具体的に説明する。図１にはその支持体の平面図、図２には図１の斜視図、図３には図１におけるＡ−Ｂ線の断面図、図４には図１におけるＣ−Ｄ線の断面図をそれぞれ示す。図１からわかるように、基板１には、複数の凹部が千鳥状に形成されており、凹部２の開口端４は、上方から見てほぼ正６角形を呈しており、隣接する凹部２および３は、相互間の稜線となる開口端の一辺５により仕切られている。
【００２５】
図２〜４に示すように、この正６角形の各頂点６は何れも凹部開口端４の最上部に位置し、各稜線７は何れも凹部２の底部に向けて湾曲しており、凹部２の断面積は上部から底部にかけて小さく、底部に貫通孔８が設けられている。貫通孔８は、凹部２に収容された球状素子の第１導電型半導体と、支持体の背面に配置される第１導電体とを電気的に接続するために必要な連絡孔である。通常、球状素子は直径１ｍｍ前後の大きさなので、これを収容する凹部２の深さは０．７〜０．９ｍｍ前後であり、開口端の対向頂点間の距離は２ｍｍ前後である。
【００２６】
次に支持体に搭載される球状素子を図５の縦断面図、図６の底面図により説明する。第１導電型半導体２３である球状Ｓｉ半導体の外面に第２導電型半導体２４となる拡散層が形成されている。球状素子の下部は切除され、円形の平滑な切除面の外周部に第２導電型半導体層２４の開口部２５が露出し、その内側に第１導電型半導体２３の円形の露出部２６が形成されている。第１導電型半導体２３の露出部２６には、第１電極２７が形成され、開口部２５近辺の第２導電型半導体２４には第２電極２８が形成されている。
【００２７】
通常、球状Ｓｉ半導体はｐ型半導体であり、例えば、極微量のホウ素を含むシリコンの融液をノズルから滴下し、その液滴を自然冷却させながら落下させる方法により製造される多結晶または単結晶の球状シリコンである。第２導電型半導体の拡散層は、例えば、拡散源としてオキシ塩化リンを用いて熱処理を行うことにより、球状Ｓｉ半導体の表面に燐を拡散させてｎ型半導体層として形成される。球状素子の下部は、例えばグラインディングなどにより研削して切除されるが、第２導電型半導体層の一部をエッチングにより除去しても良い。
【００２８】
球状素子は、上記とは逆に、ｎ型の球状Ｓｉ半導体の表面に例えばボロンなどを熱拡散させ、ｐ型半導体層を形成したものであってもよい。また、球状素子は、結晶Ｓｉ半導体からなる以外に、化合物半導体その他の材料からなってもよく、単結晶、多結晶以外に、アモルファス材料からなってもよい。
【００２９】
第１電極は、第１導電型半導体と支持体の背面に配置される第１導電体との電気的接続を容易にするために設けられる。第１電極は、第１導電型半導体の露出面に、Ａｇ微粉末とＡｌ微粉末などを含む導電性インクを円形状に塗布し、熱処理することにより形成される。第２電極は、第２導電型半導体層と第２導電体を兼ねる支持体凹部内面との電気的接続を容易にするために設けられる。第２電極は、第２導電型半導体層の開口部に近い外周部に、Ａｇ微粉末および燐酸銀微粉末などを含む導電性インクを帯状に塗布し、熱処理することにより形成される。
【００３０】
図５の球状素子を図１の支持体に搭載した太陽電池の部分的な縦断面図を図７に示す。支持体１０の背面には、電気絶縁層３０および第１導電体３１が配置されている。支持体１０の貫通孔８の周縁部の電気絶縁体層３０に第２導電型半導体の開口部２５および第１導電型半導体の露出部２６が当接するように支持体の凹部２に球状素子１６が配置されている。これにより第１導電型半導体２３と第２導電型半導体層２４が電気絶縁体層３０により絶縁される。第２電極２８は、貫通孔８の少し上部の凹部２の内面（第２導電体）に接触しており、これにより両者が電気的に接続されている。第１電極２７と第１導電体３１は、電気絶縁層３０と第１導電体３１を貫通する接続孔３２を通して、半田３４により接続されている。
【００３１】
上記支持体の凹部が形成されている側の表面、少なくとも凹部内面は、球状素子の第２導電型半導体と電気的に接続される外部端子（第２導電体）としての機能が必要なので、導電性を有することが必要である。少なくとも凹部内面は、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、およびＡｇよりなる群から選ばれた金属、またはこれらの金属を含む合金からなることが好ましい。
【００３２】
支持体の基板は、ＡｌやＣｕなどの金属、およびステンレス鋼などの合金からなる導電性材料であっても良く、合成樹脂やセラミックなどの絶縁性材料、または絶縁性材料の表面に導電層を形成した材料であっても良い。表面が絶縁性の材料を基板に用いた場合には、支持体としての形状に基板を加工した後に、外部端子として機能する上記の部位に導電性を付与する必要があり、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、およびＡｇなどの導電層を形成することが好ましい。
【００３３】
支持体凹部の内面は、凹部内の球状素子に反射光を照射するための反射鏡（凹面鏡）としても機能するので、導電性と共に光反射性を兼ね備える必要がある。高い光反射率を得るためには、基板表面が導電性であるか絶縁性であるかを問わず、電解メッキ、無電解メッキ、真空蒸着、ＣＶＤ、スパッタリングなどにより、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｚｎ、およびＡｇなどを含む光沢に富む導電層を形成することが好ましい。
【００３４】
より高い反射率を得るには、基板を支持体の形状に加工した後に、上記光沢に富む導電層を形成することが好ましい。さらに反射率を向上させるには、例えば極細粒研磨剤により凹部内面に鏡面加工を施しても良い。表面が導電性を有する基板材料を用いる場合には、支持体に加工する前に鏡面加工を施しても良い
【００３５】
次に、本発明による支持体を用いた太陽電池、および従来の支持体を用いた太陽電池のそれぞれについて、受光面に光を照射したときの球状素子への集光状況を図８および図９により説明する。両図では、説明を簡略化するため、球状素子に直接に照射される光、および凹部内面で一次的に反射して球状素子に照射される光のみを模式的に示し、二次的、三次的な反射光などは省略する。
【００３６】
図８は、本発明による支持体に球状素子を搭載した図７の太陽電池に光を照射したときの模式図である。図８の左側に示すように、太陽電池の受光面に垂直方向から照射され、支持体凹部２に入射した光（Ｈ0）は、球状素子１６に直接に照射される光（Ｈ1）、または凹部２の内面からの反射光（Ｈ2）として球状素子１６に照射される。凹部２の開口部近くから下方にかけての内面で反射される光（Ｈ2）のほぼ全てが球状素子１６の下半球に照射される。
【００３７】
図８の右側には、受光面に斜め方向（入射角度：α）から照射された光（Ｈ4）が、仕切り壁に遮られること無く入射し、球状素子１６に直接に照射される状況を示している。図８の左側には、入射角度α以内の上方からの入射光（Ｈ3）が凹部２の内面からの反射光（Ｈ5）として球状素子１６の下半球ないしは上半球に照射される状況を示している。
【００３８】
上記のように、照射光の入射方向が一定角度（α）以内であれば、支持体に照射される光は、垂直方向からの照射光の場合と同様に、凹部間の壁に遮られることなく凹部に入射する。斜め方向からの照射光の入射方向が一定角度（α）を越え、さらに大きくなるにつれて、隣接凹部との仕切り壁に遮られて凹部に入射しない光が増大することになる。
【００３９】
図８においては、隣接凹部との壁が最も低くなっている部分の支持体の断面（図３に相当）を示しており、この断面において、照射光の全てが凹部に入射する限界の入射角度（α）が最も大きくなり、斜め方向からの照射光が最も多く、凹部に入射する。この支持体の上記断面部では、α＝５５度である。一方、最も仕切り壁が高い断面（図４に相当）では、α＝３５度となる。上記本発明の実施形態の支持体では、入射角３５度以内の照射光の全てを凹部に入射させ、さらに入射角が３５度を超える照射光が仕切り壁に遮られる現象を、下記の従来の支持体よりも大幅に軽減させることができる。
【００４０】
図９は、従来の支持体を用いて図８の太陽電池と同様にして構成した太陽電池に光を照射したときの模式図である。図１４に示したように、従来の支持体は、本発明の支持体と異なり、隣接凹部との仕切り壁が高く、その上端部は全て支持体表面と同一平面状にある。凹部開口部を上方から見た正６角形の内側の大きさ、および凹部の深さは、図８と図９の各支持体において同一である。
【００４１】
図９の左側に示すように、支持体４０の凹部４１に対し垂直方向からの照射光（ｈ0）、もしくは入射方向が一定角度βより小さい照射光（ｈ3）の全てが凹部４１に入射する。照射光（ｈ0およびｈ3）は、球状素子１６に直接に照射される光（ｈ1）、あるいは凹部４１の内面からの反射光（ｈ2およびｈ5）となって球状素子１６に照射される。
【００４２】
一方、凹部間の仕切り壁の上端部４２は、全周の全ての部分において支持体表面と同一平面上にある。つまり、切り壁が凹部４１の全周にわたり高く形成されているため、図９の右側に示すように、斜め方向からの照射光（ｈ4）が全て凹部に入射する限界の入射角度βは、本従来例の場合は照射光のＸＹ方向と無関係に３５度という低角度となる。一方、前記本発明の支持体では、照射光のＸＹ方向よって３５〜５５度の範囲で限界の入射角度αが変化する。以上から、斜め方向からの照射光が仕切り壁に遮られて凹部への入射が妨げられるという従来の支持体における問題を、本発明により効果的に軽減できることがわかる。
【００４３】
さらに、図９の従来の支持体はプレス加工より作製されたものであり、凹部間の仕切り壁の上端部４２、すなわち隣接凹部との境界領域を構成する稜線部には、０．０５ｍｍ以上、通常は０．１〜０．１５ｍｍの幅を設ける必要がある。この稜線部への照射光は発電に寄与せず、受光面の約５．６％〜１７％がデッドスペースとなる。一方、本発明による支持体は、稜線部が極めて細く形成され、隣接凹部間にデッドスペースが殆ど存在しないので、照射光を無駄なく凹部に入射させることができる。
【００４４】
本発明による太陽電池用支持体の製造方法は、上記本発明による支持体を、簡易な手法で高精度に加工して製作する上で好適な製造方法である。本発明の特徴は、回転切削工具を用いて、平板状の基板を所定の深さまで順次切削することによって、複数の凹部を所定のパターンで形成することにある。
【００４５】
本発明では、凹部の形状に合わせて創形された切り刃部を有する簡易な構造の回転切削工具を用いて、同じ切削操作を繰り返すことにより、支持体が製作できる。これにより、精密な金型が必要でその寿命も短いなど、従来のプレス加工や放電加工による製造法における問題点を解消でき、低コストで支持体を製造できる。また、回転切削工具は従来の金型よりもはるかに安価なので、破損や磨耗が発生した場合でも、代替の同一形状の切削工具を順次取り替えて使用することが容易である。
【００４６】
上記本発明による支持体の製造方法により、隣接凹部との中心間の距離Ｓが、凹部形成用の回転切削工具の切れ刃部のうち、切削に使われる部分の最大回転半径Ｒの３1/2倍となるような間隔で順次凹部を形成することにより、開口端が正６角形の理想的な開口端形状の凹部が基板上に形成される。現実的には、隣接凹部との理想的な中心間の距離Ｓ＝３1/2Ｒに対し、±０．１Ｒの許容幅を設け、Ｓ＝（３1/2±０．１）Ｒとすることにより、開口端がほぼ正６角形を呈する凹部を形成することができ、実質的に理想的な開口端形状の凹部を形成した支持体と同じ特性が得られる。回転切削工具の切り刃部は、所定の深さまでの切削に用いられる部分の回転半径が先端部に近いほど小さい。
【００４７】
これにより、凹部の開口端が、上方から見てほぼ正６角形を呈し、正６角形の各一辺が、相互に異なる、隣接する凹部を区画する稜線を構成し、その稜線が、凹部開口端の正６角形の頂点で最も高く中央で最も低い曲線であり、断面積が下部ほど小さい複数の凹部を、基板上に形成することができる。上記のように、同一の切削操作を規則的なパターンで繰り返すという単純な加工方法により、多数の密集する微細な凹部を隙間なく高精度に形成された支持体を作製することができる。
【００４８】
本発明の太陽電池用支持体の製造方法において、基板上に複数の凹部を形成する上記の工程に先立って、前記複数の凹部の底部の中央部となるそれぞれの箇所の基板に貫通孔を形成する工程を設けてもよく、凹部を形成後に、各凹部の底部に貫通孔を形成する工程を設けてもよい。貫通孔は、ドリルなどの回転工具による切削、および、貫通孔形成用ピンを所定ピッチで設けた打ち抜き型を用いたプレス加工などにより形成することができる。
【００４９】
次に、本発明による製造方法の実施形態を図１０〜１２に例示する。本実施形態は、上記本発明の製造方法のうち、凹部を形成する工程に先立って、複数の凹部の底部の中央部となるそれぞれの箇所に所定のパターンで貫通孔を形成する工程を設ける方法によるものである。直径１ｍｍ前後の球状素子を収容する支持体凹部の深さは、通常０．７〜０．９ｍｍなので、基板にはＡｌ、Ｃｕなどからなる厚さ０．８〜１．２ｍｍの平板を用いる。
【００５０】
まず、図１０に示すように、支持体用基板３５に多数の貫通孔１５を所定のパターンで形成する。各貫通孔１５は、回転半径０．３５〜０．４５ｍｍのドリルにより穿孔する。
図１０のＸ方向に、一定の距離（Ｓ）だけ離れた位置にドリルの回転軸を逐次移動させ複数の貫通孔１５を穿孔し、第１の貫通孔列８０を形成する。一定距離（Ｓ）は、次工程での凹部形成に用いる回転切削工具の切り刃部の切削に用いられる部分の最大回転半径Ｒの３1/2倍に設定されている。次に第１貫通孔列８０からＹ方向にＹｓ（＝３1/2Ｓ／２）だけ離れたＸ方向の直線上の、第１貫通孔列８０の凹部から半ピッチ（１／２Ｓ）ずらした位置に回転軸を移動して貫通孔を穿孔し、さらに、順次一定の距離（Ｓ）だけ離れた位置にドリルの回転軸を移動させ複数の貫通孔１５を穿孔し、第２の貫通孔列８１を形成する。
【００５１】
以下、第１貫通孔列と同様にして、奇数番目の貫通孔列８２を形成し、第２貫通孔列と同様にして、偶数番目の貫通孔列８３を形成する。これにより、基板全面に千鳥状に配列された多数の貫通孔の形成を完了する。奇数番目の貫通孔列に属する凹部と偶数番目の貫通孔列に属する凹部とが、基板上に千鳥状に配列して形成され、隣接する貫通孔の中心間の距離は、全て一定値（Ｓ）となっている。
【００５２】
次いで、第１０図の配列で形成された貫通孔と同じパターンで、貫通孔と同じ中心軸を有する凹部を形成する。図１１は凹部を回転切削工具により形成する工程を具体的に示すもので、まず、図１１（ａ）のように切削部が半球状になるように切り刃部が創形されたボールエンドミル３７を用いて、貫通孔の中心軸３９と一致するように所定のＸＹ座標に回転軸を位置決めする。次いで、ボールエンドミル３７により基板３５を所定の深さ（Ｈ）まで切削して、図１１（ｂ）のような、開口端の直径が２Ｒの半球状の凹部４１を形成する。この凹部を形成するための切削に実際に用いられた部分のボールエンドミル３７の切り刃部４５の最大回転半径Ｒは、先端部からＨの距離だけ離れた位置の切り刃部の回転半径であり、この半径Ｒは形成される凹部４１の開口端の半径Ｒと等しい。
【００５３】
図１０のように貫通孔が形成された基板を、第１貫通孔列の貫通孔から、順次、第２貫通孔列以降の貫通孔の配列に沿って、図１１の方法で切削することにより、最終的に開口端が正６角形の多数の凹部２が千鳥状に配列された支持体を完成させることができる。図１２は、このようにして複数の凹部２を所定パターンで形成する過程を図示したものである。図１２における直線部は、順次、凹部２を形成する過程で、隣接凹部との間で形成される稜線８６を示し、稜線８６の周囲の細線部は、切り刃部４５の最大回転半径部の回転軌跡８７を示す。このようにして作製された本発明の支持体の各凹部は、隣接する凹部との中心間の距離が、いずれもＳ（＝３1/2Ｒ）となるように形成されている。
【００５４】
従って、本発明による支持体の製造方法では、図１０および図１１のようなパターンで回転軸を移動させながら複数の凹部を形成する方法に拘ることはなく、基板を固定して回転軸を移動させるか、回転軸を固定して基板を移動させるかの方法により、隣接する凹部の中心間の距離が、何れも３1/2Ｒとなるように、順次基板を切削して複数の凹部を形成すれば良い。
【００５５】
上記実施形態における回転切削工具の切り刃部は、切削により形成された凹部の内面が球面となるように創形されている。これに拘ることなく、本発明では、凹部の縦断面が、放物線、楕円などの曲線、あるいは直線、または直線と曲線との組み合わせからなり、かつ、凹部の横断面が上方から下方にかけて小さくなるように創形された切り刃部を有する様々な形態の回転切削工具を用いることができる。
【００５６】
なお、例えば図１２の凹部４１のように、基板上に形成された凹部群の最外周部に位置する凹部は、隣接凹部が存在しない側の開口端部が曲線状になるので、開口端は正６角形を呈してないが、このような凹部も開口端が正６角形を呈する凹部と同様に、球状素子を収容し、その内面は反射鏡兼第２導電体として機能する。
【００５７】
本発明の太陽電池用支持体の製造方法においては、回転切削工具の切り刃部の先端部に連結させて、切り刃部と同軸の貫通孔形成用ドリル部を設けることにより、凹部と同時に凹部の底部に貫通孔を形成することができる。この方法の実施形態を図１３により具体的に説明する。回転切削工具６０は、図１１に示したボールエンドミルの先端部にドリル部６２を設けたものである。
【００５８】
回転切削工具６０を回転させながら、切刃部６１の先端部から所定の距離（Ｈ）の位置まで基板３５に押し下げて切削し、深さ寸法Ｈの半球状の凹部６３とその底部に貫通孔６４を同時に形成する。軸６６を、順次、所定の間隔をあけて移動させながら、貫通孔６４を有する凹部６３を順次形成する。軸６６を順次移動させて凹部を形成させる方法は、図１０において貫通孔１５を基板３５上に千鳥状に形成した際と同様の所定のパターンで回転軸を移動させればよい。図１３において、太実線部は、所定のピッチで順次、凹部を形成する過程で隣接凹部との間で形成される稜線部６５を示す。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、球状の太陽電池素子を搭載する低集光型球状太陽電池の支持体兼反射鏡として用いる低コスト・高性能の太陽電池用支持体を提供するものである。この支持体を用いることにより、低コストで高性能の太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明による太陽電池用支持体（支持体）の平面図である。
【図２】図１の支持体の斜視図である。
【図３】図１の支持体のＡ−Ｂ線断面図である。
【図４】図１の支持体のＣ−Ｄ線断面図である。
【図５】球状太陽電池素子（球状素子）の縦断面図である。
【図６】図５の球状素子の底面図である。
【図７】球状素子を搭載した本発明の支持体の縦断面図である。
【図８】図８の支持体に光照射した状態を示す模式図である。
【図９】球状素子を搭載した従来の支持体に光照射した状態を示す模式図である。
【図１０】本発明による支持体の製造過程において所定パターンで貫通孔が形成された基板の平面図である。
【図１１】本発明による支持体の製造過程において凹部を形成する工程を示す模式図である。
【図１２】図１０の基板に所定パターンで凹部を形成する工程での基板の平面図である。
【図１３】本発明による支持体の製造過程において凹部と貫通孔を同時に形成する工程を示す斜視図である。
【図１４】従来の支持体の斜視図である。
【符号の説明】
【００６１】
１、３５  基板
２、３、４１、５１、６３  凹部
４  凹部の開口端
５  開口端の一辺
６  正６角形の頂点
７、８６  正６角形の稜線
８、１５、５３、６４  貫通孔、
１０、４０、５０  支持体
１６  球状素子
３７、６０  ボールエンドミル（回転切削工具）
３９、６６  中心軸
４５  切り刃部
５２  正６角形の稜線部
６２  ドリル部
【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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【図１３】
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【図１４】
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