(57)【要約】  【課題】  製造が簡便容易で作業性や生産性に優れ、多くの接続部材を使用することがなく、しかも信頼性および発電効率の良好な優れた光電変換装置および光電変換アレイを提供すること。  【解決手段】  一方の電極となる基板１の一主面上に、粒状光電変換体の多数個を配設するとともに粒状光電変換体間の下部に絶縁体層４を設け、これら多数個の粒状光電変換体の上部に他方の電極を設け、基板１の一方端部における基板１の一主面の一部を端子部として露出させてなるこれにより、光入射面側だけで光電変換装置同士の直列接続が行なえるため、その作業性に優れ、接続ポイントの少ない信頼性に優れた光電変換装置および光電変換アレイを提供できる。【選択図】  図１
2005244171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極となる基板の一主面上に、粒状光電変換体の多数個を配設するとともに前記粒状光電変換体間の下部に絶縁体層を設け、前記多数個の粒状光電変換体の上部に他方の電極を設け、前記基板の一方端部における前記基板の一主面の一部を端子部として露出させてなることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記絶縁体層は前記基板の側面にも形成されていることを特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
【請求項３】
請求項１に記載の光電変換装置同士を直列接続してなる光電変換アレイであって、一方の前記光電変換装置の前記他方の電極を他方の前記光電変換装置の前記端子部に電気的に接続していることを特徴とする光電変換アレイ。
【請求項４】
前記一方の光電変換装置の前記他方の電極と前記他方の光電変換装置の前記端子部との電気的な接続は、前記他方の光電変換装置の前記端子部における超音波溶着により行なわれていることを特徴とする請求項３に記載の光電変換アレイ。
【請求項５】
前記一方の光電変換装置の前記他方の電極に、該他方の電極を前記他方の光電変換装置の前記端子部に電気的に接続するための取り出し電極を接続してなり、該取り出し電極の途中に折れ曲がり部が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の光電変換アレイ。
【請求項６】
前記他方の電極は、フィンガー電極と該フィンガー電極に接続されたバスバー電極とからなる集電極であり、前記バスバー電極は、表面が無鉛半田層で被覆された金属箔体からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記金属箔体は、銅またはアルミニウムを主成分とし、その表面が錫を主成分とする前記無鉛半田層で被覆されていることを特徴とする請求項６記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記フィンガー電極は、熱硬化型樹脂中に導電性材料を含有させたものからなることを特徴とする請求項６または請求項７記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記バスバー電極と前記フィンガー電極とは、これらの間に異方性導電接着剤を介在させて電気的に接続されていることを特徴とする請求項６乃至請求項８のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項１０】
請求項６記載の前記光電変換装置の２つを、一方の前記光電変換装置の前記他方の電極を他方の前記光電変換装置の前記基板に接続することにより、直列に接続したことを特徴とする光電変換アレイ。
【請求項１１】
請求項３乃至請求項５および請求項１０のいずれかに記載の光電変換アレイを発電手段として用いて、該発電手段からの発電電力を負荷に供給するようにしたことを特徴とする光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一方の電極となる基板の一主面上に、粒状光電変換体の多数個を配設してなる光電変換装置（以下、光電変換素子ともいう）および複数の光電変換素子同士を直列接続した光電変換アレイならびに光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換素子同士を直列接続する場合、一導電型電極に接続された接続部材と隣接した逆導電型電極を接続する必要がある。この接続部材としては、金属、金属箔、ワイヤー状、あるいは銅箔にめっきしたもの等、導電性を示す低抵抗な材料が適宜選択される。
【０００３】
導電性を示す基板を有するか、もしくは絶縁基板上に電極層が形成されたものを有する光電変換素子の直列接続としては、例えば特許文献１に開示されているように、光電変換素子の作製後、導電性基体の一部（逆導電型）を機械的な方法で露出させた部分と、隣接する光電変換素子の一導電型のバスバー電極とを、別途の接続部材を介して接続している。この場合、接続部材が逆導電型に接触してリークする恐れがあるため、素子端部の一部に絶縁テープを設けている。
【０００４】
また、導電性基体を露出させない場合は、前記の接続部材を介して、光電変換素子の上部電極と、この光電変換素子に隣接する光電変換素子の下部電極とが接続される。
【０００５】
そして、このように直列接続された光電変換素子を必要出力に応じて並列に接続され、保護材であるエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）の充填材で封止されモジュールとしている。
【０００６】
また、従来、太陽電池に使用されるフィンガー電極とこれに接続されたバスバー電極とからなる集電極において、太陽電池どうしを接続するための接続用電極にもなるバスバー電極は、導電粉を含有した樹脂ペーストを塗布し、これを焼成することにより形成されていた。また、例えば、特許文献２に開示されている技術では、導電粉の粒子表面を、錫鉛半田で被覆された導電粒子を含有した異方性導電部材を使用して、この異方性導電部材を接続する方法が提案されており、この技術を用いて太陽電池の集電極を形成することが可能である。
【特許文献１】特許第3352252号公報
【特許文献２】特許第2769491号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上述したような特許文献１に記載された構造の光電変換素子同士を接続する場合には、フィンガー電極を作製した上で、その集電極であるバスバー電極を形成し、前記の接続部材を取り付けて、これを介して光電変換素子同士が連結されることになり、構造および製造工程が複雑になる。
【０００８】
また、このように接続箇所が多いうえに、工程上、光電変換素子を裏返したりすることで、接続強度が劣化し、これにより断線等の発生により不良品が発生しやすく信頼性に問題がある。
【０００９】
さらに、前記の接続部材と基板とのリークを防ぐために、絶縁テープを設けているので、製造工程がいっそう煩雑となる。
【００１０】
また、近年、特許文献２のようにして形成された機器が廃棄され埋められた場合、半田に含まれる鉛が酸性雨などによって溶出し、河川や地下水を汚染するとともに人体に悪影響を及ぼすことが指摘されるようになった。このため、鉛入り半田は大きな社会問題としてクローズアップされているとともに、鉛を含む有害物質の使用を規制しようという気運が高まってきている。
【００１１】
また、通常、太陽電池の取り出し電極に使用される錫鉛半田でコートした銅箔を異方性導電部材を用いて極力短時間で取り付けようとしたり、異方性導電部材による接着強度を高めようとすれば、異方性導電部材を構成する樹脂の硬化温度が半田融点より高くする必要があるため、銅箔の表面にコートされた半田が溶けて接着強度が低下する。その上、表面の半田が溶けた場合は外観上好ましくない。
【００１２】
本発明は上述の問題点に鑑み提案されたものであり、その目的は、製造が簡便容易で作業性や生産性に優れ、多くの接続部材を使用することがなく、しかも信頼性および発電効率の良好な優れた光電変換装置および光電変換アレイならびに光発電装置を提供することにある。
【００１３】
また、異方性導電部材による接続を行なっても接着強度が十分に保て、しかも外観が良く環境に対しても良好な優れた光電変換装置および光電変換アレイならびに光発電装置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】
【００１４】
上述の目的を達成するために、本発明の光電変換装置は、１）一方の電極となる基板の一主面上に、粒状光電変換体の多数個を配設するとともに前記粒状光電変換体間の下部に絶縁体層を設け、前記多数個の粒状光電変換体の上部に他方の電極を設け、前記基板の一方端部における前記基板の一主面の一部を端子部として露出させてなることを特徴とする。
【００１５】
また、２）上記１）において、前記絶縁体層は前記基板の側面にも形成されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の光電変換アレイは、３）上記１）の光電変換装置同士を直列接続してなる光電変換アレイであって、一方の前記光電変換装置の前記他方の電極を他方の前記光電変換装置の前記端子部に電気的に接続していることを特徴とする。
【００１７】
また、４）上記３）において、前記一方の光電変換装置の前記他方の電極と前記他方の光電変換装置の前記端子部との電気的な接続は、前記他方の光電変換装置の前記端子部における超音波溶着により行なわれていることを特徴とする。
【００１８】
また、５）上記３）において、前記一方の光電変換装置の前記他方の電極に、該他方の電極を前記他方の光電変換装置の前記端子部に電気的に接続するための取り出し電極を接続してなり、該取り出し電極の途中に折れ曲がり部が形成されていることを特徴とする。
【００１９】
また、６）上記１）または２）の光電変換装置において、前記他方の電極は、フィンガー電極と該フィンガー電極に接続されたバスバー電極とからなる集電極であり、前記バスバー電極は、表面が無鉛半田層で被覆された金属箔体からなることを特徴とする。
【００２０】
また、７）上記６）の光電変換装置において、前記金属箔体は、銅またはアルミニウムを主成分とし、その表面が錫を主成分とする前記無鉛半田層で被覆されていることを特徴とする。
【００２１】
また、８）上記６）または７）の光電変換装置において、前記フィンガー電極は、熱硬化型樹脂中に導電性材料を含有させたものからなることを特徴とする。
【００２２】
また、９）上記６）乃至８）のいずれかの光電変換装置において、前記バスバー電極と前記フィンガー電極とは、これらの間に異方性導電接着剤を介在させて電気的に接続されていることを特徴とする。
【００２３】
また、10）本発明の光電変換アレイは、上記６）の前記光電変換装置の２つを、一方の前記光電変換装置の前記他方の電極を他方の前記光電変換装置の前記基板に接続することにより、直列に接続したことを特徴とする。
【００２４】
また、11）本発明の光発電装置は、上記３）乃至５）および10）のいずれかの光電変換アレイを発電手段として用いて、該発電手段からの発電電力を負荷に供給するようにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の光電変換装置によれば、一方の電極となる基板の一主面上に、粒状光電変換体の多数個を配設するとともに粒状光電変換体間の下部に絶縁体層を設け、多数個の粒状光電変換体の上部に他方の電極を設け、基板の一方端部における基板の一主面の一部を端子部として露出させてなり、絶縁体層は基板の側面にも形成されている。また、本発明の光電変換アレイは、光電変換装置同士を直列接続してなる光電変換アレイであって、一方の光電変換装置の他方の電極を他方の光電変換装置の端子部に電気的に接続している。これにより、光入射面側だけで光電変換素子の直列接続を行うので、従来必要とされた接続部材を不要とし、その接続等の作業が簡単であり作業性に優れる。しかも基板の側面にも設けた絶縁体層により光電変換素子同士の接続時のリークを防止できるので、従来必要とされた絶縁テープなどの部材を不要とし、製造工程が簡便で生産性に優れ、しかも信頼性および発電効率にも優れた光電変換装置および光電変換アレイが提供できる。
【００２６】
また、一方の光電変換装置の他方の電極と他方の光電変換装置の端子部との電気的な接続は、他方の光電変換装置の端子部における超音波溶着により行なわれているので、光電変換装置同士の直列接続をよりいっそう簡便迅速に行なうことができ、接続作業のきわめて良好な光電変換アレイを提供できる。
【００２７】
また、一方の光電変換装置の他方の電極に、他方の電極を他方の光電変換装置の端子部に電気的に接続するための取り出し電極を接続してなり、取り出し電極の途中に折れ曲がり部が形成されていることを特徴とする。この折れ曲がり部の緩衝作用により、例えば光電変換装置の位置ずれなどにより取り出し電極が切断することが極力防止され信頼性に優れた光電変換装置が提供できる。
【００２８】
また、集電極は、フィンガー電極とフィンガー電極に接続されたバスバー電極とからなり、バスバー電極は、表面が無鉛半田層で被覆された金属箔体からなるので、従来、バスバー電極として導電性のペーストを用いる場合に比べて、接着強度が十分に保てるだけでなく、抵抗がより低い金属箔の使用により、機械的特性および電気的特性が良好で、外観が良く、しかも環境に対しても優れた光電変換装置を提供できる。
【００２９】
また、金属箔体は、銅またはアルミニウムを主成分とし、かつその表面が錫を主成分とする無鉛半田層で被覆されているので、主成分となる銅またはアルミニウムの表面の酸化を極力抑制できるので、外観が良好で安定な特性を有する光電変換装置を提供できる。
【００３０】
また、フィンガー電極は熱硬化型の導電性材料からなるので、低温で形成が可能であり、透明導電層には導電材料として好適なＩＴＯを使用できる。
【００３１】
また、バスバー電極とフィンガー電極とは金属粒子を含有する異方性導電接着剤を介して圧着されているので、金属粒子によるアンカー効果（バスバー電極とフィンガー電極とに圧力をかけて接着させることにより、これらの間に介在された樹脂中の金属粒子がバスバー電極とフィンガー電極とにめり込ませることにより両者の電極どうしを固着させる効果）が期待できる。
【００３２】
さらに、本発明の光電変換アレイによれば、光電変換装置の他方電極を、他の同一構成の光電変換装置の基板に接続したので、接着強度の信頼性が保て、外観が奇麗で、環境に優れた光電変換アレイを提供できる。
【００３３】
本発明の光発電装置は、上記本発明の光電変換アレイを発電手段として用いて、発電手段からの発電電力を負荷に供給するようにしたことから、光電変換効率の高い光電変換アレイを用いているため、光発電効率の優れたものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照にしつつ詳細に説明する。
【００３５】
図１は、光電変換素子として粒状結晶半導体を使用したときの一実施形態を示す図である。１は基板、３は一導電型（例えばｐ型）を示す粒状結晶半導体、４は絶縁体層、５は逆導電型（例えばｎ型）の半導体層、６は透明導電層、２は基板のアルミニウムと粒状結晶半導体のシリコンとの合金層である。７は上部集電極として設けられたフィンガー電極、８は導電接着剤、９はバスバー電極、10は銅箔、11は10の銅箔を覆っている半田である。また、粒状結晶半導体３と半導体層５の粒状部とで光電変換を行なう粒状光電変換体を構成している。このように、本発明の光電変換素子は、一方の電極となる基板１の一主面上に、粒状光電変換体の多数個を配設してなり、粒状光電変換体間に絶縁体層４を設け、これら多数個の粒状光電変換体の上部に他方の電極である透明導電層６を設け、後記するように基板１の一方端部における基板１の一主面の一部を端子部（図４の図中Ａ）とするために露出させている。
【００３６】
ここで、１の基板は、アルミニウム以上の融点の金属、表面が導電性材料で形成されたセラミックスであればよく、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレス、ニッケル合金、表面が導電性材料で形成されたアルミナ等が用いられる。
【００３７】
基板１の一主面上には、第一導電型の粒状結晶半導体３を多数配設し、例えばアルミニウムとシリコンとの共晶温度以上の温度で処理することによって、基板１と粒状結晶半導体粒子３を溶着させる。この結晶半導体粒子３は、Ｓｉにｐ型を呈するＢ、Ａｌ、Ｇａ等の元素、またはｎ型を呈するＰ、Ａｓ等の元素が微量含まれているものである。
【００３８】
絶縁体層４は、正極と負極の分離を行なうための絶縁材料からなり、例えば低温焼成用ガラス材料から成るフィラーを複合したガラス組成物、或いはシリコーン樹脂を主成分とする絶縁体とする。上記材料を基板１上の結晶半導体粒子３同士の隙間に形成する。後述の素子接続工程時に基板上の一主面における一部を露出させておく必要があるが、絶縁体層形成時に露出させる部分だけ形成時にマスクしてもよい。また、光電変換素子同士の接続時のリーク防止のため、基板端部まで、好適には基板側面部まで絶縁体層４を連続的に被覆することが好ましい。
【００３９】
逆導電型を示す半導体層５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型を呈するリン系化合物の気相、またはｐ型を呈するホウ素系化合物の気相を微量導入して形成する。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うちいずれでもよい。導電性については、層中の微量元素の濃度は高くてもよく、例えば１×10１６〜10２１原子／ｃｍ３程度とする。さらに、半導体層５は粒状結晶半導体３の表面に沿って形成し、粒状結晶半導体３の凸曲面形状に沿って形成することが望ましい。粒状結晶半導体３の凸曲面状の表面に沿って形成することによってｐｎ接合の面積を広く稼ぐことができ、粒状結晶半導体３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。
【００４０】
半導体層５上には透明導電層６を形成する。透明導電層６はスパッタリング法や気相成長法等の成膜方法あるいは塗布焼成等によって形成し、ＳｎＯ２、Ｉｎ２Ｏ３、ＩＴＯ、ＺｎＯ、ＴｉＯ２等から選ばれる１種または複数の酸化物系膜等を形成する。
【００４１】
半導体層５および透明導電膜６も素子接続工程時に基板上の一部を露出させる必要があるが、露出させる部分だけ形成時にマスクしてもよい。
【００４２】
直列抵抗値を低くするために、半導体層５または透明導電層６の上に上部電極として一定間隔のフィンガー電極部７を設けて、直接または間接的に半導体層５と接続して変換効率を向上させる。電極材料としては、導電粉と少量の溶媒を含む熱硬化型樹脂をバインダーとする低温硬化の導電性ペーストを用いる。硬化に要する温度が400℃を超えると半導体層４が変質するために十分な変換効率が得られなくなる。形成方法としては、スクリーン印刷法、ディスペンサー等による方法がある。
【００４３】
取り出し電極兼バスバー電極９は半田11で被覆された銅箔10からなり、図２に示すように、あらかじめ第一導電型を基板に溶着していない平坦な部分のフィンガー電極部７上を繋ぐように導電接着剤８で接合する。半田10は銅箔９表面の腐食を防止する効果がある。半田を構成する材料としては、環境の面からＰｂ以外の少なくともＳｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉから選ばれた合金半田で行なう。ここで、図２に示すように、バスバー電極の長さ方向に設ける基板電極部12として、絶縁体層、半導体層、ＩＴＯ膜を形成しなかった位置を覆わないようにして取り付けた（以下、これをセルという）。絶縁体層、第二導電型半導体層、ＩＴＯはすべて形成したあとで、基板が露出するように削って基板露出部12を形成しても構わない。なお、バスバー電極は、基板から伸延した突出部を設けておく。
【００４４】
次に、光電変換素子同士の接続方法は、図３、図４に示すように、本発明の光電変換アレイにおいて、バスバー電極の突出部13と接続する光電変換素子の端子部Ａとなる基板露出部12を光入射面側で、超音波溶着あるいは導電性接着剤で接続する。特に超音波溶着により接続を光入射面側で簡便かつ迅速に行なうことができる。なお、光電変換素子間の距離は0.5〜１ｍｍ程度がよい。
【００４５】
また、図５に示すように、本発明の光電変換アレイは、一方の光電変換素子の他方の電極に、他方の電極を他方の光電変換素子の端子部に電気的に接続するための取り出し電極９を接続してなり、取り出し電極９の途中に緩衝部として作用することができる折れ曲がり部Ｂが形成されていることを特徴とする。
【００４６】
以上説明したように、本発明の光電変換素子は、一方の電極となる基板１の一主面上に、粒状光電変換体の多数個を配設するとともに、光電変換粒子間の下部に絶縁体層４を設け、多数個の粒状光電変換体の上部に他方の電極を設け、基板１の一方端部における基板１の一主面の一部を端子部として露出させてなり、絶縁体層４は基板１の側面にも形成されている。また、本発明の光電変換アレイは、光電変換素子同士を直列接続してなる光電変換アレイであって、一方の光電変換素子の他方の電極を他方の光電変換素子の端子部に電気的に接続している。これら構成により、光入射面側だけで光電変換素子同士の直列接続を行うので、従来必要とされた接続部材を不要とし、その接続等の作業が簡単であり作業性および生産性に優れる。さらに、基板１の側面にも設けた絶縁体層４により光電変換素子同士の接続時のリークを防止できるので、従来必要とされた絶縁テープなどの部材を不要とし、製造工程が簡便で生産性に優れ、しかも信頼性および発電効率にも優れた光電変換素子および光電変換アレイが提供できる。
【００４７】
また、一方の光電変換素子の他方の電極と他方の光電変換素子の端子部との電気的な接続は、他方の光電変換素子の端子部における超音波溶着により行なわれるので、光電変換素子同士の直列接続をよりいっそう簡便迅速に行なうことができ、生産性に優れ、接続作業のきわめて良好な光電変換アレイを提供できる。
【００４８】
また、一方の光電変換装置の他方の電極に、他方の電極を他方の光電変換素子の端子部に電気的に接続するための取り出し電極９を接続してなり、取り出し電極９の途中に折れ曲がり部が形成されていることを特徴とする。この折れ曲がり部が緩衝部として作用するので、例えば光電変換装置の位置ずれなどにより取り出し電極が切断することが極力防止され信頼性に優れた光電変換素子が提供できる。
【００４９】
なお、具体的に図示して説明していないが、本発明の基本構成は基板として金属材料を用いる光電変換装置、例えば薄膜太陽電池にも適用可能と思われる。
【００５０】
本発明の光電変換装置の他の実施形態について、模式的に示した図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、本実施形態では光電変換体として粒状光電変換素子を多数備えた光電変換装置を例にとり説明するが、これに限定されるものではない。
【００５１】
図７は、粒状光電変換素子を多数用いた光電変換装置の断面図である。図中１は一方電極となる基板、３は第一導電型（例えばｐ型）を示す粒状結晶半導体、４は絶縁体層、５は粒状結晶半導体３の上に形成される逆導電型（第二導電型；例えばｎ型）の半導体層であり、粒状結晶半導体３と半導体層５とでｐｎ接合を形成した粒状光電変換素子が構成される。また、図中６は透明導電層、２は基板１を構成する材料と粒状結晶半導体３との反応層（例えば、基板１がＡｌ（アルミニウム）であり、粒状結晶半導体３がＳｉ（シリコン）である場合は、その合金層）である。７は集電極を構成するフィンガー電極、８は集電極を構成し、フィンガー電極７と後記する集電極を構成するバスバー電極９を強固に接続させるための導電接着剤（図７の例では異方性導電接着剤）、10は金属箔体としての例えば銅箔、11は金属箔体10の表面を覆っている無鉛半田層等の半田である。
【００５２】
このように、本発明の光電変換装置は一方電極となる基板１上に、光電変換を行なう光電変換体、透明導電層６、および他方電極となる集電極をこの順で下から上へ設けてなるものである。また、この集電極は、フィンガー電極７とこれに接続されたバスバー電極９とからなり、バスバー電極９は、表面が無鉛半田層で被覆された銅箔10からなり、かつ異方性導電接着剤８を介してフィンガー電極７に接着されている。
【００５３】
また特に、銅箔10は、特に銅またはアルミニウムを主成分とし、かつその表面が錫を主成分とする無鉛半田層から成る半田11で被覆されているとよい。また、フィンガー電極７は、熱硬化型樹脂中に金，銀，銅等の低抵抗な金属材料などの導電性材料を含有させたものからなる。ここで、熱硬化型樹脂とはシリコーン系，エポキシ系，ウレタン系，フェノール系などの樹脂であるが、エポキシ系樹脂は他の樹脂材料に比べて低抵抗で耐候性に優れており、また機械特性，作業性などの点から最適である。例えば、Ａｇを80〜95質量％，エポキシ樹脂を５〜20質量％でフィンガー電極７を構成するとよい。また、異方性導電接着剤８はＮｉ（ニッケル）などのバスバー電極材料およびフィンガー電極材料より硬い導電粒子である金属粒子を含有する樹脂からなり、バスバー電極９とフィンガー電極７とは、その間に異方性導電接着剤８を介して両者に圧力が加えられて電気的に接続されている。
【００５４】
そして、本発明の光電変換アレイは、少なくとも２つの光電変換装置どうしを直列に接続する際に、一方の光電変換装置の他方電極を、他方の光電変換装置の基板１に接続して直列に接続したものである。
【００５５】
ここで、基板１はＡｌ以上の融点を有する金属やセラミックスを主体とするものであればよく、例えばＡｌ，Ａｌ合金，Ｆｅ（鉄），ステンレス，Ｎｉ合金，アルミナ等が使用可能であるが、特にセラミックス等の絶縁体で主に構成される場合は、その表面に導電性の材料が設けられるものとする。
【００５６】
基板１上には、一導電型の粒状結晶半導体３を多数配設し、例えばＡｌとＳｉとの共晶温度以上の温度で処理することによって、基板１と粒状結晶半導体３を溶着させるようにする。この粒状結晶半導体３は、例えばＳｉ球にｐ型を呈するＢ（ホウ素），Ａｌ，Ｇａ（ガリウム）等の微量元素、またはｎ型を呈するＰ（リン），Ａｓ（砒素）等の微量元素を含有させて成る。
【００５７】
絶縁体層４は、正極と負極の分離を行なうための絶縁材料からなり、例えば低温焼成用ガラス材料からなるフィラーを複合したガラス組成物、またはシリコーン樹脂を主成分とする絶縁体とする。上記材料を基板１上の粒状結晶半導体３同士の隙間に（図７の場合）、または粒状結晶半導体３同士の隙間に形成する。後工程の裏面電極取り出し時に、基板１上の一部を露出させておく必要があるが、絶縁体層４の形成時とＩＴＯの成膜時に露出させる部分だけ形成時にマスクしてもよい。なお、光電変換素子同士の接続時のリーク防止のため、基板１の端部まで、好適には基板１の側面部まで連続的に被覆することが好ましい。
【００５８】
逆導電型を示す半導体層５は例えばＳｉからなり、気相成長法等により例えばシラン化合物の気相に、ｎ型を呈するリン系化合物の気相、またはｐ型を呈するホウ素系化合物の気相を、それぞれ微量に導入して形成する。膜質としては結晶質、非晶質、または結晶質と非晶質とが混在するもののいずれでもよい。導電性については、半導体層５中の微量元素の濃度は高くてもよく、例えば１×1016〜1021原子／ｃｍ３程度とする。さらに、半導体層５は粒状結晶半導体３の表面に沿って形成し、粒状結晶半導体３の凸曲面形状に沿って形成することが望ましい。なぜなら、粒状結晶半導体３の凸曲面状の表面に沿って形成することによってｐｎ接合の面積を広く稼ぐことができ、粒状結晶半導体３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からである。また、ｐｎ接合形成の方法としては、上記のように気相成長法に限らず、ガス拡散法，固相拡散法，イオン打ち込み法等で、球状半導体内部にｐｎ接合を形成してもよい。
【００５９】
半導体層５上には透明導電層６を形成する。この透明導電層６はスパッタリング法や気相成長法等の成膜方法あるいは塗布焼成等によって形成し、ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＩＴＯ，ＺｎＯ，ＴｉＯ２等から選ばれる１種以上の酸化物系膜等を形成する。
【００６０】
半導体層５および透明導電層６も裏面電極の取り出し工程時に基板１上の一部を露出させる必要があるが、露出させる部分だけ形成時にマスクすることにより形成してもよい。
【００６１】
直列抵抗値を低くするために、半導体層５または透明導電層６の上に上部電極として一定間隔のフィンガー電極７を設けて直接または間接的に半導体層５と接続して変換効率を向上させる。電極材料としては、導電粉と、バインダーである溶媒の熱硬化型樹脂とからなる低温硬化の導電性ペーストを用いる。硬化に要する温度が400℃を超えると半導体層５が変質するために十分な変換効率が得られなくなるからである。形成方法としては、スクリーン印刷，ディスペンサー等がある。
【００６２】
バスバー電極９は表面が無鉛半田層から成る半田11で被覆された銅箔10からなり、図８に示すように、予め一導電型の粒状結晶半導体３を基板１に溶着していない平坦な部分のフィンガー電極７上を繋ぐように異方性導電接着剤８で接合する。半田11は銅箔10の表面の腐食を防止する効果がある。また、銅箔10で反射された光により微小ながら電流向上の効果も期待できる。半田11を構成する材料としては、環境の面からＰｂ（鉛）以外の少なくともＳｎ（錫）を主成分として、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｇ（銀）の内から選ばれた１種以上の元素を有する合金半田で行なう。例えば、Ｓｎが78.4質量％，Ａｇが2.0質量％，Ｂｉ（ビスマス）が9.8質量％，Ｉｎ（インジウム）が9.8質量％の合金、Ｚｎ（亜鉛）が0.2〜6.0質量％，Ａｇが１〜６質量％，残りがＳｎを主成分とする合金、Ａｇが3.1〜７質量％，Ｂｉが６〜30質量％，残りがＳｎを主成分とする合金、Ｃｕが0.05〜2.0質量％，Ｎｉが0.001〜2.0質量％，残りがＳｎを主成分とする合金、およびＣｕが0.1〜2.0質量％，Ｎｉが0.002〜1.0質量％，残りがＳｎを主成分とする合金などとし、その他Ｓｎを主成分としてＣｕ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｂｉ，Ｉｎなどを含む合金とする。
【００６３】
かくして、本発明の光電変換装置によれば、一方電極となる基板１上に、光電変換を行なう光電変換体、透明導電層６、および他方の電極となる集電極をこの順で下から上へ設けてなり、集電極は、フィンガー電極７とフィンガー電極７に接続されたバスバー電極９とからなり、バスバー電極７は、表面が無鉛半田層で被覆された金属箔体からなり、かつ異方性導電接着剤８を介してフィンガー電極８に接着されているので、従来、バスバー電極７として導電性のペーストを用いる場合に比べて、接着強度が十分に保てるだけでなく、抵抗がより低い金属箔体の使用により特性や外観が良好で、環境に対しても優れた光電変換装置を提供できる。
【００６４】
また、金属箔体は、銅またはアルミニウムを主成分とし、かつその表面が錫を主成分とする無鉛半田層で被覆されているので、主成分となる銅またはアルミニウムの表面の酸化を極力抑制できるので、外観が良好で安定な特性を有する光電変換装置を提供できる。
【００６５】
また、フィンガー電極７は、熱硬化型の導電性材料からなるので低温で形成が可能であり、透明導電層６として好適なＩＴＯを使用できる。
【００６６】
また、異方性導電接着剤８は金属粒子を含有する樹脂からなり、バスバー電極９とフィンガー電極７とは異方性導電接着剤８を介して圧着されているので、金属粒子によるアンカー効果（圧着により樹脂からはみ出た金属粒子がバスバー電極９とフィンガー電極７とにめり込ませることにより両者の電極どうしを固着させる効果）が期待できる。
【００６７】
さらに、本発明の光電変換アレイによれば、複数の光電変換装置の直列接続において、一方の光電変換装置の他方の電極を、他方の光電変換装置の基板１に接続したので、接着強度の信頼性が保つことができ、外観が奇麗で、しかも環境に優れた光電変換アレイを提供できる。
【００６８】
特に、光電変換装置が上述したような粒状光電変換素子を多数備えたもので、基板１全体が金属製であれば、光電変換装置の強度を保つことができ、光電変換装置の取り付け時などに大きな応力により基板が割れたり光電変換装置が損傷するなどの心配がない。また、基板と取り付け時に用いる押し付け用の治具とがよくなじむので、光電変換装置を堅固に取り付けることができる。
【００６９】
さらに、本発明の実施形態について図面を参照にしつつより詳細に以下に説明する。
【００７０】
図11は、光電変換体として粒状結晶半導体を使用した光電変換セルの一実施形態を示す断面図である。断面線は、図13のＹ−Ｙにとっている。
【００７１】
光電変換セルは、基板１と、基板１の導体面上に配設された複数の結晶半導体粒子３と、結晶半導体粒子３の間隙に充填された絶縁体層４と、結晶半導体粒子３の上に設けられた半導体層５および透明導電層６とを有する。
【００７２】
基板１は、一主面がアルミニウム導体層で形成されている。結晶半導体粒子３は、基板１の導体面上に配設された第一導電型（例えばｐ型）を示すシリコン粒状結晶半導体である。半導体層５は結晶半導体粒子３の上に設けられた逆導電型（第二導電型；例えばｎ型）の半導体層である。また、基板１のアルミニウムと結晶半導体粒子３のシリコンとの合金部を“２”で示している。７は透明導電層６の上に設けられたフィンガー電極、９はフィンガー電極７とほぼ直角に取り付けられたバスバー電極、８はフィンガー電極７とバスバー電極９とを接続するための異方性導電接着剤である。バスバー電極９は、例えば銅箔10などからなる金属箔体と、この銅箔10を覆っている無鉛半田層の半田11とで構成されている。フィンガー電極７とバスバー電極９により「集電極」を構成する。
【００７３】
基板１は、表面にアルミニウム導体層が形成された絶縁体であってもよい。絶縁体として、例えばアルミナなどのセラミックスがあげられる。アルミニウム導体層には、シリコン、マグネシウム、マンガン、クロム、チタン、ニッケル、亜鉛、銀、銅から選ばれた１種もしくは複数種の元素を添加してもよい。このような元素をアルミニウム導体層に添加すると、結晶半導体粒子３がアルミニウム導体層に接合するときの溶融過多を防止することができる。アルミニウム導体層の膜厚は20μｍ以上がよい。20μｍ未満では結晶半導体粒子３に接合する際に膜厚が不足して十分な接合ができなくなる。また、基板１の全体をアルミニウムなどの金属で構成してもよい。
【００７４】
基板１の表面層の金属、または基板１の全体を金属で形成したときのその金属は、アルミニウム以外に、例えば鉄、ステンレス、ニッケル合金等であってもよい。
【００７５】
基板１の一主面上には、第一導電型の結晶半導体粒子３を多数配設している。基板１に、結晶半導体粒子３を設置し、例えばアルミニウムとシリコンとの共晶温度以上の温度で処理することによって、基板１と結晶半導体粒子３とを溶着させる。この結晶半導体粒子３は、Ｓｉにｐ型不純物であるＢ、Ａｌ、Ｇａ等の元素、またはｎ型不純物であるＰ、Ａｓ等の元素が微量含まれているものである。
【００７６】
結晶半導体粒子３の粒径は、0.2乃至0.8ｍｍがよい。0.8ｍｍを超えると従来の結晶板型の光電変換セルのシリコン使用量と変わらなくなり、結晶半導体粒子３を用いるメリットがなくなる。また、0.2ｍｍよりも小さいと光透過率が上がり、光エネルギーのロスが大きくなり変換効率が低下する。また基板１へのアッセンブルがしにくくなるという別の問題が発生する。結晶半導体粒子３の粒径は、シリコン使用量との関係から0.2乃至0.6ｍｍがより好適である。
【００７７】
絶縁体層４は、正極と負極の分離を行うための絶縁材料からなる。例えば低温焼成用ガラス材料から成るフィラーを複合したガラス組成物、或いはシリコーン樹脂もしくはポリイミド樹脂を主成分とする絶縁体である。
【００７８】
絶縁材料を基板１上の結晶半導体粒子３同士の隙間に形成する。この形成方法を具体的に説明すると、絶縁材料を結晶半導体粒子３の上から塗布して、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絶縁物質を溶融させ充填する。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部２が溶融し始めるために、基板１と結晶半導体粒子３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３が基板１から離脱して発電電流を取り出せなくなる。絶縁物質４を充填した後、結晶半導体粒子３の表面を洗浄する。
【００７９】
本発明では、光電変換セル同士の接続時の電流のリークを防止するため、後に図17を用いて説明するように、基板１の端部まで、好適には基板１の端部の下の側面部まで絶縁体層４を連続的に被覆している。
【００８０】
逆導電型を示す半導体層５は、結晶半導体粒子３の凸曲面形状の表面に沿って形成する。結晶半導体粒子３の凸曲面状の表面に沿って形成することによってｐｎ接合の面積を広く稼ぐことができ、結晶半導体粒子３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。
【００８１】
半導体層５は、例えばシラン化合物の気相にｎ型不純物であるホスフィン（ＰＨ3）などのリン系化合物の気相、またはｐ型不純物であるホウ素系化合物の気相を微量導入して形成する。半導体層５の膜質は結晶質、非晶質、結晶質と非晶質とが混在するもののうちいずれでもよい。半導体層５の導電性については、層中の微量元素の濃度が、例えば１×10１６〜１×10２１原子／ｃｍ３程度になるようにする。
【００８２】
なお、結晶半導体粒子３の外郭に逆導電型、つまりｎ形を呈するＰ、Ａｓ等、またはｐ形を呈するＢ、Ａｌ、Ｇａ等が微量含まれているものを用いる場合には、半導体層５はなくてもよい。そのときは結晶半導体粒子３の上に直接、透明導電層６を形成してもよい。
【００８３】
半導体層５上には、透明導電層６が形成されている。透明導電層６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導電膜である。この透明導電層６は、スパッタリング法、スプレーＣＶＤ法、気相成長法等の成膜方法、あるいは塗布焼成等によって形成する。透明導電層６は膜厚を選べば反射防止膜としての効果も期待できる。
【００８４】
フィンガー電極７は、半導体層５および透明導電層６の抵抗を低くするために、半導体層５または透明導電層６の上に、平行に一定間隔で設けられる電極である。
【００８５】
バスバー電極９は、図11に示すように、結晶半導体粒子３を基板１に溶着していない透明導電層６の平坦部分に設けられる。バスバー電極９は、銅箔10およびその上に被覆された無鉛半田層の半田11からなる。バスバー電極９の延長部は、後述するように、光電変換セル同士を接続するための接続用電極９ａとなっている。
【００８６】
図12は、バスバー電極９と、フィンガー電極７との接続状態を示す断面図である。断面は、図11の一点鎖線Ｘ−Ｘ線にとっている。この断面図に示されるように、基板１の上に、絶縁体層４、半導体層５、透明導電層６がこの順に形成されている。透明導電層６の上には、フィンガー電極７が紙面に垂直な方向に形成されている。そして、バスバー電極９は、フィンガー電極７に直角に、透明導電層６およびフィンガー電極７と、異方性導電接着剤８で接合される。
【００８７】
フィンガー電極７の電極材料としては、金，銀，銅等の低抵抗な導体粉７ｂと、少量の溶媒を含む熱硬化型樹脂からなるバインダー７ａとを含む低温硬化の導電性ペーストを用いる。熱硬化型樹脂の硬化に要する温度は、400°Ｃ以下であることが望ましい。熱硬化型樹脂の硬化に要する温度が400°Ｃを超えると、半導体層５が変質するために十分な変換効率が得られなくなる。
【００８８】
ここで、熱硬化型樹脂とはシリコーン系，エポキシ系，ウレタン系，フェノール系などの樹脂であるが、エポキシ系樹脂は他の樹脂材料に比べて低抵抗で耐候性に優れており、また透明導電層６との密着性、作業性などの点から最適である。例えば、Ａｇを80〜95重量％，エポキシ樹脂を５〜20重量％でフィンガー電極７を構成するとよい。
【００８９】
フィンガー電極７は、このように熱硬化型の導電性材料からなるので、低温で形成が可能であり、透明導電層６の材料として好適なＩＴＯを使用できる。フィンガー電極７の形成方法としては、スクリーン印刷法、ディスペンサ等による方法がある。
【００９０】
バスバー電極９は、前述したように銅箔10およびその上に被覆された半田11からなるが、銅箔10は、特に銅またはアルミニウムを主成分とするものがよい。半田11は錫を主成分とするものがよい。無鉛半田層の半田11は、銅箔10表面の酸化、腐食を防止する効果があるので、外観が良好で安定な電気特性を有する光電変換セルを提供できる。また、金属箔で反射された光により微小ながら発電効率向上の効果も期待できる。
【００９１】
また、バスバー電極９とフィンガー電極７とは、その間に異方性導電接着剤８を介して両者に圧力が加えられて電気的に接続されている。異方性導電接着剤８は、Ｎｉなどの、バスバー電極材料およびフィンガー電極材料より硬い導電粒子８ａを含有する樹脂からなる。バスバー電極９とフィンガー電極７とは異方性導電接着剤８を介して圧着されている。金属粒子８ａによるアンカー効果（圧着により樹脂からはみ出た金属粒子がバスバー電極とフィンガー電極とにめり込ませることにより両者の電極どうしを固着させる効果）が期待できる。
【００９２】
このように、バスバー電極９は、表面が無鉛半田層の半田11で被覆された銅箔10からなり、かつ異方性導電接着剤８を介してフィンガー電極７に接着されているので、従来の、バスバー電極９として導電性ペーストを用いる場合に比べて、接着強度が十分に保てる。さらに、抵抗がより低い銅箔10の使用により電流特性が優れる。さらに外観が良好で、環境に対しても優れた光電変換セルを提供できる。
【００９３】
図13は、光電変換セルの平面図である。光電変換セルの結晶半導体粒子３が配置されている領域をＡ，Ｂ，Ｃで示している。光電変換セルには、番号１ａで示した部分を除いて、全面に透明導電層６が形成されている。透明導電層６の上には、フィンガー電極７が紙面垂直方向にほぼ一定間隔で形成されている。そして、領域Ａ，Ｂ，Ｃ以外の部分、すなわち領域Ａと領域Ｂとの間、および領域Ｂと領域Ｃとの間には、バスバー電極９が、フィンガー電極７の形成された方向と直角な方向に形成されている。
【００９４】
本発明では、バスバー電極９は、図13に示すように、光電変換セルの右端面よりはみ出している。このはみ出した部分９ａは、この光電変換セルと、それに隣接する光電変換セルの基板電極とを電気的に接続する接続用電極として機能する。
【００９５】
また、バスバー電極９は、光電変換セルの左端面まで達していないで、図13に符号”１ａ”で示す部分を残している。この部分は、絶縁体層４、半導体層５、透明導電層６が形成されていないで、基板１が露出している。この露出した部分を、基板電極部１ａという。
【００９６】
図14、図15は、基板電極部１ａの形成方法を説明するための光電変換セルの断面図である。図14に示すように、基板１の上で基板電極部１ａを形成しようとする部分の周囲に、熱硬化樹脂、ＵＶ硬化樹脂などの土手Ｆを、ディスペンサで形成する。この状態で、基板１上の内側に絶縁層４を塗布する。次に、土手Ｆを取り除いて、基板電極部１ａの部分にメタルマスクをカバーして、半導体層５、透明導電層６を形成する。なお、メタルマスクを用いる代わりに、容易に除去できる樹脂で、基板電極部１ａをカバーして半導体層５、透明導電層６を成膜した後、樹脂を取り去っても良い。
【００９７】
図14以外の方法として、絶縁層４、半導体層５、透明導電層６をすべて形成したあとで、基板１が露出するように、成膜された膜を削って基板電極部１ａを形成しても構わない。その除去方法として、図５に示すように成膜された膜を、レーザ光線Ｌの照射で除去してもよい。
【００９８】
図16は、複数の光電変換セル同士を直列接続してなる光電変換アレイを示す平面図である。１つの光電変換セルからはみ出した接続用電極９ａが、隣接する光電変換セルの基板電極部１ａに接続されている。接続用電極９ａも基板電極部１ａも、光電変換セルの光入射面側に設けられているので、この構成により、光入射面側における光電変換セル同士の直列接続を行うことができる。なお、隣接する光電変換セル間の距離Ｄ１は0.5〜１ｍｍ程度がよい。
【００９９】
接続用電極９ａの接続方法は、半田による接合、超音波溶着、リベット等があり、いずれをも採用できる。ただし、基板１がアルミニウムからなる場合は、半田による接合で十分な接合強度が得られない。そこで、超音波溶着、またはリベットで接続するのが好ましい。とくに、超音波溶着は、接続作業が簡単であり作業性および生産性に優れる。なお、リベットで接続する場合、リベットの材料としてはＣｕ、Ａｌ、Ｆｅなどがあるが、導電性と価格等の関係いからＣｕ或いはＡｌがよい。
【０１００】
接続用電極９ａには、図17に示すように、接続用電極９ａの途中に折れ曲がり部Ｅが形成されていることが望ましい。折れ曲がり部Ｅは、接続用電極９ａを隣接する光電変換セルの基板電極部１ａに接続する際に、緩衝部として作用する。この折れ曲がり部Ｅが緩衝部として作用するので、例えば光電変換セルの位置ずれなどにより接続用電極９ａに力がかかって切断されることが極力防止され、信頼性に優れた光電変換セルが提供できる。
【０１０１】
図18は、折れ曲がり部Ｅの形成方法の説明図である。光電変換セルの基板１の一辺に当接可能な、幅Ｄ１の直方体片21を用意し、その直方体片21に、直方体片21の一面と平行な溝21ａを設けておく。溝21ａの断面形状はＵ字状またはＶ字状とする。この溝21ａに嵌合可能な刃を持つ圧縮用エッジ22を上下方向に移動可能に設ける。そして、接続用電極９ａを直方体片21に当て、圧縮用エッジ22を上から押さえて、接続用電極12に折れ曲がり部Ｅを形成する。
【０１０２】
さらに本発明の光電変換セルでは、図17に示すように、基板１の接続用電極９ａが設けられている方の端部側面に、絶縁体層４の延長部を形成している。この絶縁体層４の延長部を”４ａ”で表す。光電変換セルの側面に絶縁体層４の延長部４ａを形成することにより、光電変換セル同士の接続時に、接続用電極９ａが基板１に接触することによる電流のリークを防止できる。
【０１０３】
図19は、フィンガー電極７、バスバー電極９の被覆率を説明するための光電変換セルの部分平面図である。フィンガー電極７、バスバー電極９をまとめて「集電極Ｇ」という。
【０１０４】
図19に示す光電変換セルの上面視における領域において、集電極Ｇの占める面積をＳｂ、結晶半導体粒子３（集電極Ｇの部分を除く）の占める面積をＳａとし、光電変換セルの領域の全面積をＳｃとする。集電極Ｇの被覆率Ｋを、Ｋ＝100Ｓｂ／（Ｓｃ−Ｓａ）［％］で定義する。なお、Ｓｃ−Ｓａは、結晶半導体粒子３間の上面視における空隙に相当する。
【０１０５】
集電極Ｇの面積が狭くなりすぎると、透明導体からの集電性能が著しく低下して、素子全体の変換効率が上げられないため、被覆率Ｋを10％以上に設定することが望ましい。また、集電極Ｇの面積が広くなりすぎると、結晶半導体粒子３が多く被覆されてしまい、素子全体の変換効率が低下する。そこで、被覆率Ｋを40％以下に設定することが望ましい。結局、被覆率Ｋの望ましい範囲は、10％以上40％以下ということになる。
【０１０６】
図20、図21は、本発明の他の実施形態を示す断面図である。この光電変換セルは、図10の光電変換セルと同様、基板１と、基板１の導体面上に配設された複数の結晶半導体粒子３と、結晶半導体粒子３の間隙に充填された絶縁体層４と、複数個の結晶半導体粒子３上に設けられた半導体層５および透明導電層６とを有する。そして、透明導電層６上に、フィンガー電極７を設けていること、基板１の露出部１ａが設けられていることも、光電変換セルと同様である。
【０１０７】
ところが、図11と異なるところは、透明導電層６の上に形成されるバスバー電極９を、無鉛半田層で被覆された金属箔で形成するのではなく、フィンガー電極７と同様、導体粉と少量の溶媒を含む熱硬化型樹脂からなるバインダーとを含む低温硬化の導電性ペーストを用いて形成している。そして、図11に示すように、バスバー電極９上に、無鉛半田層の半田11で被覆された銅箔10からなる接続用電極12を、半田で取り付けている。
【０１０８】
熱硬化型樹脂は、前に説明したように、透明導電層６との密着性からエポキシ樹脂がよい。しかしながら、バスバー電極９を形成した後に、接続用電極12を半田11で接合する際に、バスバー電極９の表面でエポキシ樹脂が導電粉の表面に固着し、半田11による接合時の温度およびフラックスによってはエポキシ樹脂が分解できずに、接続用電極12とバスバー電極９と半田11との接合を妨げてしまう。
【０１０９】
そこで、半田11によるエポキシ樹脂への接合を妨げずに接続用電極12を接合できるように、フェノール樹脂を30〜70質量％添加することが望ましい。このように、フェノール樹脂をエポキシ樹脂に30〜70質量％添加すると、バスバー電極９の透明導電層６との密着性を維持しながら接続用電極12との接合性を向上させることができる。
【０１１０】
フィンガー電極７、バスバー電極９の中に含まれる導体粉の濃度は、導体粉が透明導電層６（結晶半導体粒子３）に近い側で高濃度になるような濃度勾配が設けられていることが望ましい。この理由は、集電性能が、透明導電層６から電子を受け取り回収する能力で決まるためである。フィンガー電極７、バスバー電極９の透明導電層６に近い側に、より高密度に金属が存在することで、電子伝導の効率が上がり、太陽電池の集電性能が向上し、その結果、光電変換セルの発電効率も向上する。
【０１１１】
一方、バスバー電極９の上に設置する接続用電極12は、銅箔10およびその上に被覆された半田11からなる。接続用電極12の長さは、図13に示したのと同様、光電変換セルの基板１の一端面からはみ出るような長さにする。この接続用電極12をバスバー電極９上に半田で接合する。この半田11は、バスバー電極９との接合を行う共に、銅箔10表面の腐食を防止する効果がある。半田11を構成する材料としては少なくともＳｎ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ａｇ、Ｂｉから選ばれた合金半田がある。なお、バスバー電極部９ｂを銀粉から成る導電性ペーストで形成する場合、半田11への銀食われを防止するためにＡｇを含む半田11がよく、銅粉または表面を銀で被覆した銅粉から成る導電性ペーストで形成する場合、Ａｇを含まない安価な半田11でよい。また、バスバー電極９を形成した後で接続用電極12を接合する前に、バスバー電極９上に半田を形成してもよい。
【０１１２】
なお、接続用電極12の、図17に示したのと同様、光電変換セルの基板１の一端面からはみ出る部分に、接続用電極12を隣接する光電変換セルの基板電極部１ａに接続する際に、緩衝部として作用する折れ曲がり部Ｅを形成してもよい。
【０１１３】
上記のとおり形成した光電変換セルを複数用意し、一方の光電変換セルの接続用電極12を、他方の光電変換セルの基板の露出部１ａに接続する。接続方法は、図16を用いて説明したのと同様、超音波融着等によりことが好ましい。
【０１１４】
上述した光電変換セルや光電変換アレイを発電手段として用い、この発電手段からの発電電力を負荷へ供給するように成した光発電装置とすることができる。すなわち、上述した光電変換セルや光電変換アレイ、またはこれらいずれかの複数を直列、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、上述した発電手段の直流の発電電力をインバータなどの電力変換手段により発電電力を適当な交流電力に変換させるようにして、この変換した電力を商用電源系統や各種の電気機器などの交流負荷に供給することが可能な光発電装置を構成してもよい。さらに、このような光発電装置を日当たりのよい建物の屋根や壁等に設置するなどして、各種態様のシステムを構成することも可能である。
【実施例】
【０１１５】
次に、本発明をより具体化した実施例を説明する。
【０１１６】
基板１上に第１導電型の結晶半導体粒子３を多数配列し、460〜660℃で１〜20分加熱して、結晶半導体粒子３と基板１を溶着させ、溶着部分にアルミニウムと珪素を主成分とする合金部２を形成する。このとき、加熱温度が460℃未満であるとアルミニウムと珪素の合金生成反応が起こらず溶着が困難である。また、660℃を超えるとアルミニウムの融点以上となり、溶融、変形等基板としての機能を果たしにくくなる。
【０１１７】
なお、基板１上に結晶半導体粒子３を配列する場合、結晶半導体粒子３を固定するため、樹脂等を基板１と結晶半導体粒子３の間に介在させ加熱溶着させることも可能である。
【０１１８】
その後、絶縁層４を、結晶半導体粒子３間に充填して焼成して固化させる。さらに、第２導電型の半導体層５と透明導電層６を形成する。
【０１１９】
次に、結晶半導体粒子３間の透明導電層６上にフィンガー電極７を形成する。形成方法は、透明導電層６上でフィンガー電極７を形成しない部分にマスキングなどによって保護膜を形成した後、導電性ペーストを印刷またはディスペンサーで塗布し、不要な部分を除去した後、乾燥して熱硬化させる。ただし、この形成方法に限定されるものではなく、スパッタリング法、気相合成法、イオンプレーティング法など真空薄膜技術を用いてもよい。
【０１２０】
＜実施例１−１＞
アルミニウム合金基板の上、またはＳＵＳ430上にＮｉ箔を介して両面にアルミニウム合金部を冷間圧延させた基板１上に、ｐ型シリコン粒子３をバスバー取り付け位置に隙間を作り、あとはランダムに並べて設置した。大気中にてアルミニウムとシリコンの共晶温度である577℃以上の温度で加熱してシリコン粒子をアルミニウム合金に接合させた。その上に端部１ａをマスクしてポリイミド樹脂を主成分とする絶縁体を基板側面部に連続的に被覆するように塗布形成し、大気中にて加熱して絶縁体層４を形成した。その後ｐ型シリコン粒子の上部表面をクリーニングするために希弗酸水溶液（ＨＦ：純水＝１：100）で洗浄し、シリコン粒子３と絶縁体層４の上にｎ型結晶質シリコンと非晶質シリコンとの混晶の半導体層５を基板電極部１ａのみマスクをして形成し、さらに透明導電層ＩＴＯ膜６を、基板電極部１ａのみマスクをして80ｎｍの厚みに形成した。
【０１２１】
このように作製した光電変換セルの透明導電層６上に、銀粉含有の導電性ペーストにより一定間隔でフィンガー電極７を形成、熱処理を行った。その後錫と銅から成る半田11でコートされた銅箔10を導電性接着剤８で、バスバー電極の取り付け隙間に、かつ、図13に示すように、基板電極部１ａを覆わないようにして貼り付けた。
【０１２２】
次に、図16に示すように、これら光電変換セルを、治具21（図18参照）を用いて１ｍｍ間隔で並べて、光入射面が上になるように６枚セットした。このとき、バスバー電極の接続用電極９ａが基板電極部１ａ上にくるようにした。この治具21にセットすることにより、セル間の銅箔は、部分的にＶ字形若しくはＵ字形をもった形状、すなわち折れ曲がり部に形成された。そして、バスバー電極９の接続用電極９ａと接続する光電変換セルの基板電極部１ａを光入射面側において超音波溶着により接続した。
【０１２３】
超音波溶着条件としては、周波数20ｋＨｚ、圧力40ＰＳＩ（2.8ｋｇｆ／ｃｍ２）、溶着時間１秒、エネルギー2000ジュールで行った。この直列接続したセル群を実施例１−１とする。
【０１２４】
＜実施例１−２＞
実施例１−１の直列接続されたセル群をガラス基板／ＥＶＡ／セル／ＥＶＡ／ＰＥＴ積層シート（バックシート）の構造で、真空ラミネート装置でラミネート加工を施してモジュール化した。その後、150℃のオーブン内で30分の架橋を行った。この架橋はＥＶＡの分子を重合させる為である。このモジュールを実施例１−２とした。出力端子はラミネート加工前にあらかじめ裏面にまわしておき、ＥＶＡ、バックシートに開けた取り出し口より取り出した。
【０１２５】
＜実施例１−３＞
セル接続用電極として、導電性接着剤を用いて作製した。導電性接着剤としては樹脂ベースで銀またはその他導電粉が含有されたものを約200℃の熱圧着で実施した。その他は実施例１−２と同様にして作製した。
【０１２６】
＜実施例１−４＞
セル接続用電極として、錫と銅とニッケルを含んだ半田コートされた銅箔を用いた。その他は実施例１−２と同様にして作製した。
【０１２７】
＜比較例１−１＞
アルミニウム合金基板の上、またはＳＵＳ430上にＮｉ箔を介して両面にアルミニウム合金部を冷間圧延させた基板上に、ｐ型シリコン粒子３をバスバー電極９の取り付け位置に隙間を設けた状態でランダムに並べた。大気中にてアルミニウムとシリコンの共晶温度である577℃以上の温度で加熱してシリコン粒子３をアルミニウム合金に接合させた。その上に、ポリイミド樹脂を主成分とする絶縁体を基板端部付近まで塗布形成し、大気中にて加熱して絶縁体層４を形成した。その後、ｐ型シリコン粒子の上部表面をクリーニングするために希弗酸水溶液（ＨＦ：純水＝１：100）で洗浄し、シリコン粒子２と絶縁体層４の上にｎ型結晶質シリコンと非晶質シリコンとの混晶の半導体層５を形成し、さらに透明導電層６としてＩＴＯ膜を80ｎｍの厚みに形成した。
【０１２８】
上記のように作製した光電変換セルの透明導電層６上に、銀粉含有の導電性ペーストにより一定間隔でフィンガー電極７を形成し焼成を行った。その後、錫と銅から成る半田でコートされた銅箔からなるバスバー電極９を導電性接着剤で、バスバー電極の取り付け隙間に、実施例１と同じ位置に取り付けた。
【０１２９】
次に、このセルを１ｍｍ間隔で並ぶ治具（不図示）に光入射面が上になる様、また、突出した接続用電極９ａが隣接するセルの下側にくるように６枚セットした。そして接続用電極９ａと金属基板を超音波溶着で光入射面と反対側より接続した。
【０１３０】
図１２に、接続用電極９ａを、隣接する光電変換セルの金属基板の、光入射面と反対側に接続した接続断面を示す。このようにして直列接続したセルを比較例１−１とした。
【０１３１】
＜比較例１−２＞
比較例１−１の直列接続されたセルを、ガラス基板／ＥＶＡ／セル／ＥＶＡ／バックシート（ＰＥＴ積層シート）の構造で真空ラミネート装置によりラミネート加工を施した。その後、150℃のオーブン内で30分間、架橋を行った。例２と同じく出力端子を出しておいた。
【０１３２】
まず、実施例１−１の直列セルと、比較例１−１の直列セルの両端を固定し振動試験を実施した。条件としては、振動周波数：水平５〜55Ｈｚ、垂直５〜55Ｈｚ、スイープ時間：水平120秒、垂直120秒、振動加速度：水平0.75Ｇ、垂直1.25Ｇ、テスト時間：Ｘ、Ｙ方向各15分、Ｚ方向30分で行った。実施例１−１の直列セル群は、試験前と試験後で銅箔の剥がれは見られなかった。また、試験前後の光電変換特性も変化なかった。一方、比較例１−１は、試験後では銅箔が切れる箇所があった。これは銅箔が基板上下に接続されているためと考えられる。また、当然ながら、試験前後の電気特性も抵抗に起因する曲線因子ＦＦが劣化した。
【０１３３】
次に、実施例１−２，実施例１−３，実施例１−４，比較例１−２のセル６枚直列接続のモジュールの光電変換特性を測定し、モジュール化前後で比較したところ、実施例１−２，実施例１−３，実施例１−４のモジュールは、モジュール化する前のデータとほとんど変わらなかったが、比較例１−２はリークが発生した。これは、銅箔が図22に示すように基板の上と下で接続されおり、絶縁体層が基板側面を覆っていないため、銅箔が基板と絶縁がとれず接触したためである。
【０１３４】
また、実施例１−２，実施例１−３，実施例１−４はセルの接続を光入射面で行っているので、基板の絶縁が確保できれば、隣接するセルの距離は極力近づけられるが、比較例１−２ではセル間距離を近づけると、リークが発生するので、ある程度までしか近づけられない。即ち、本発明光電変換セルは、セル間距離を従来品より縮められるので、同一のモジュールサイズであれば、セルの発電領域を増やすことができ、これにより出力を高められることがわかった。
【０１３５】
＜実施例２−１＞
Ａｌ合金基板、ＳＵＳ430上にＮｉ箔を介して両面にＡｌ合金部を冷間圧延させた基板上に、バスバー電極の取り付け隙間以外の部分にｐ型のＳｉ粒子をランダムに並べて、大気中にてＡｌとＳｉの共晶温度である577℃以上の温度で加熱してＳｉ粒子をＡｌ合金に接合させた。その上に、図13示す基板電極部１ａおよび端部をマスクして、シリコーン樹脂を主成分とする絶縁体を基板の側面部まで連続的に被覆するように塗布形成し、大気中にて加熱して、Ｓｉ球である結晶半導体粒子３同士の間に絶縁体層４を形成した。その後、結晶半導体粒子３の上部表面をクリーニングするために希弗酸水溶液（ＨＦ：純水＝１：100）で洗浄し、結晶半導体粒子３と絶縁体層４の上にｎ型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５を基板電極部１ａのみマスクをして形成し、さらに透明導電層６としてＩＴＯ膜を、基板電極部１ａのみマスクをして80ｎｍの厚みに形成した。
【０１３６】
上記のように作製した光電変換セルの透明導電層６上に、銀粉を含有させた熱硬化型樹脂であるエポキシ樹脂（Ａｇ：90重量％，エポキシ樹脂：10重量％）により、一定間隔でフィンガー電極７を形成し、熱処理を行った。その後、Ｓｎ（99重量％）とＣｕ（１重量％）からなる無鉛半田層でコートされた銅箔10に異方性導電接着剤８をデスペンス法で厚さ50μｍに塗布した。この異方性導電接着剤８はエポキシ樹脂をベースにして、導電粒子としてＮｉ粒子２μｍを20重量％含有したものを使用した。そして、光電変換セルを200℃のホットプレート上に置き５分間加熱したのち（基板１は熱容量が大きく銅箔10押し付け時の熱が下がらない為）、図３に示すように、あらかじめｐ型Ｓｉ粒子を基板に溶着していない平坦な部分のフィンガー電極７上を繋ぐように、異方性導電接着剤８を塗布した銅箔10を載せた。同時に、銅箔10の上に銅箔10の長さと同じ長さの220℃に加熱した治具を置いて、この治具に3.9×10５Ｐａの圧力で押し付けた状態で10秒間保持して取り付けた。この時の銅箔10の接着強度は7.8×10４Ｐａであった。図13における破線部Ｘ−Ｘ線における断面を見ると、図12に示すように、異方性導電接着剤８を構成する樹脂中の導電粒子であるニッケル粒子８ａがアンカーの役割を果たしていることが分かった。なお、図12中の７ａはフィンガー電極７を構成する熱硬化型樹脂であるエポキシ樹脂であり、７ｂはこのエポキシ樹脂中の銀粉からなる導電粉である。
【０１３７】
＜実施例２−２＞
銅箔をＳｎ（98.0重量％）とＡｇ（2.0重量％）からなる合金の半田11をコートした以外は、実施例２−１と同様に作製した。このときの接着強度は8.3×10４Ｐａであった。
【０１３８】
＜実施例２−３＞
銅箔をＳｎ（99.5重量％）とＮｉ（0.5重量％）からなる合金の半田11をコートした以外は、例１と同様に作製した。このときの接着強度は7.6×10４Ｐａであった。
【０１３９】
＜実施例２−４＞
銅箔をＳｎ（99.4重量％），Ｃｕ（0.5重量％），Ｎｉ（0.1重量％）からなる合金の半田11をコートした以外は、実施例２−１と同様に作製した。このときの接着強度は8.0×10４Ｐａであった。
【０１４０】
＜実施例２−５＞
銅箔をＳｎ（96.5重量％），Ｃｕ（３重量％），Ａｇ（0.5重量％）からなる合金の半田11をコートした以外は、実施例２−１と同様に作製した。このときの接着強度は8.1×10４Ｐａであった。
【０１４１】
＜実施例２−６＞
銅箔をＳｎ（98.5重量％），Ａｇ（1.0重量％），Ｎｉ（0.5重量％）からなる合金の半田11をコートした以外は、実施例２−１と同様に作製した。このときの接着強度は8.0×10４Ｐａであった。
【０１４２】
＜比較例２−１＞
銅箔をＳｎ（80重量％），Ｐｂ（20重量％）からなる合金の半田11をコートした以外は、実施例２−１と同様に作製した。このときの接着強度は例１〜６に比べて著しく低く、3.9×10４Ｐａであった。また、図３における破線部Ｘ−Ｘにおける断面を見ると、コートした半田層（鉛入り）が溶けかかっているため、樹脂中の導電粒子８ａが銅箔部へ入り込めず、導電粒子８ａによるアンカー効果を期待することができないことが分かった。
【０１４３】
＜比較例２−２＞
銅箔をＳｎ（95重量％），Ｂｉ（５重量％）からなる合金の半田11をコートした以外は、実施例２−１と同様に作製した。このときの接着強度は4.4×10４Ｐａであった。
【０１４４】
次に、実施例２−１〜実施例２−６と比較例２−１，比較例２−２の光電変換セルに取り付けた銅箔の接着強度の信頼性を調べるために、環境試験（JISC8917）前後での変化を調べた。すなわち、以下に示す３つの環境試験を行った。１つ目の環境試験は温度サイクル試験であり、−40℃から90℃を６時間で制御して、これを200サイクル実施した。２つ目の環境試験は温湿度サイクル試験であり、−40℃から85℃85％ＲＨに６時間で制御して、これを10サイクル実施した。３つ目の環境試験は恒温恒湿試験であり、85℃85％ＲＨの条件下で1000時間放置した。これら環境試験の結果を表１にまとめた。
【表１】
2005244171.tif 000003
【０１４５】
表１から明らかなように、実施例２−１〜２−６では３つの環境試験後でも接着強度の変化はほとんどなく、高々７〜８％であった。一方、比較例２−１，２−２はいずれも３つの環境試験ともに接着強度が30％以上も劣化した。この理由は、銅箔10に被覆されている半田11の融点が低いために、取り付け時に被覆されている半田11が溶融して表面が荒れてしまい、エポキシ樹脂の硬化が不十分であったからと考えられる。このため、銅箔10のコートとしては無鉛半田材料とするのが最も望ましいことが判明した。
【０１４６】
また、比較例２−１，２−２の銅箔表面は半田11が溶けて荒れていた。これらに対して、実施例２−１〜２−６では半田11の光沢がそのまま残っており、モジュール化した場合には入射した光が銅箔面で反射し、再入射して光電変換特性に寄与すると考えられる。
【０１４７】
＜実施例３＞
アルミニウム合金基板、鉄系合金上にアルミニウム合金部を形成した基板１上に直径約0.2〜0.6ｍｍのｐ形シリコン粒子を大気中で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分加熱してシリコン粒子をアルミニウム合金に接合した。その上に絶縁物質を充填した。その後ｐ形シリコン粒子の上部表面を洗浄し、シリコン粒子と絶縁物質の上にｎ形結晶質シリコンと非晶質シリコンとの混晶の半導体層５を300ｎｍの厚みに形成し、更に透明導電層６としてＩＴＯ膜を80ｎｍの厚みに形成した。
【０１４８】
上記のように作製した光電変換セルの透明導電層６上に表２に示す各種の導電性ペーストをディスペンサで塗布し、表２に示す熱処理条件で熱処理して硬化させることで集電極を形成した。以上のようにして作製した試料の電極の密着性（プッシュプルゲージによる引っ張り強度）、半田11との濡れ性、およびバスバー部に取出電極を半田11溶着させたときの接合強度（プッシュプルゲージによる取出電極の引っ張り強度）を測定した結果を表２に示す。
【表２】
2005244171.tif 000004
【０１４９】
比較例３−１、３−２は透明導電層６の密着性が十分であるものの、半田11の濡れ性が悪いために接続用電極12の接合強度が得られなかった。これは、導電性ペーストの樹脂がエポキシ樹脂であるために透明導電層６との密着性が得られたものの、接続用電極12の半田11溶着の際に透明導電層６の導電粉の表面が樹脂で覆われたままであったために、樹脂が透明導電層６の導電粉と半田との濡れ性を阻害したためと考えられる。
【０１５０】
比較例３−３では、半田11との濡れ性はよいものの、透明導電層６との密着性が得られなかった。これは、フェノール樹脂が半田11溶着の際の温度で変質することによって透明導電層６の導電粉の表面の樹脂が剥離して半田11が濡れやすい状態になったためと考えられるが、フェノール樹脂そのものの透明導電層６との密着性が悪いためと考えられる。
【０１５１】
一方、実施例３−１、３−２、３−３は、透明導電層６の密着性が十分な強度であり、半田11との濡れ性もよく、取出電極との接合強度もよかった。これは、２種類の樹脂を混合させることによって、エポキシ樹脂が透明導電層６との密着強度を向上させ、フェノール樹脂が半田11との濡れ性を向上させたことによって、両立が可能となったものと考えられる。
【０１５２】
＜実施例４＞
また、上記のように作製した光電変換セルの透明導電層６上に、表３に示す各種の導電性ペーストをフィンガー部とバスバー部とに区別してディスペンサで塗布し、表２に示す熱処理条件で熱処理して硬化させることで集電極を形成した。以上のようにして作製した試料のバスバー部に取出電極を半田11溶着させたときの接合強度（プッシュプルゲージによる取出電極の引っ張り強度）を測定した結果を表３に示す。
【表３】
2005244171.tif 000005
【０１５３】
実施例４−１、４−２、４−３、４−４共に取出電極との接合強度が良好であった。このことから、フィンガー部とバスバー部で異なる導電性ペーストを使用しても問題ないことがわかった。つまり、実施例２−４のように、導電性のよいペーストでフィンガー部を形成し、半田11濡れ性のよいペーストでバスバー部を形成することも可能である。
【０１５４】
＜実施例５＞
実施例５−１および実施例５−２で、基板１にアルミニウム合金基板、ＳＵＳ430上にＮｉ箔を介してアルミニウム合金部を冷間圧延させた基板、アルミニウム合金基板の裏面にＮｉ合金を冷間圧延させた基板を用いて透明導電層６まで形成し、その上に取出電極を半田11溶着でバスバー電極９に接合させた試料を作製した。そして各基板１毎に接続用電極12と隣接する光電変換セルの一方の電極を兼ねる基板１の裏面とを接続させた。そのとき、基板１裏面はサンドペーパーで酸化膜を除去しておいた。接続方法として半田による接合、超音波溶着、ＣｕまたはＡｌ製のリベットで接続させたときの接続強度をプッシュプルゲージで取出電極を基板の裏面から引っ張ったときの強度で評価した結果を表４に示す。
【表４】
2005244171.tif 000006
【０１５５】
比較例５−１では、半田11溶着では接続強度が得られなかった。これは、基板１裏面がアルミニウム合金であり、しかもシリコン粒子との接合の際にシリコンが基板１に拡散しているために半田11との濡れ性が悪くなったからである。
【０１５６】
一方、実施例５−１から実施例５−１０までの試料ではどれも十分な接続強度が得られ、シリコン粒子および絶縁体層４の剥離は見られなかった。このことから、ＳＵＳ430上にＮｉ箔を介してアルミニウム合金部を冷間圧延させた基板、アルミニウム合金基板の裏面にＮｉ合金を冷間圧延させた基板１では、半田11による接合、超音波溶着、ＣｕまたはＡｌ製のリベット接続共に良好であるが、特にアルミニウム合金基板においては、半田11による接合では接続強度が得られず、超音波溶着、ＣｕまたはＡｌ製のリベット接続が良好であることがわかった。
【０１５７】
＜実施例６＞
ｐ形シリコンの基板１裏面にアルミニウムから成るガラス導電性ペーストおよび銀から成るガラス導電性ペーストを700〜800℃で焼成した。その後、基板１表面をクリーニングするために弗酸水溶液（ＨＦ：純水＝１：100）で洗浄し、シリコン粒子と絶縁体層４の上にｎ形結晶質シリコンと非晶質シリコンとの混晶の半導体層５を300ｎｍの厚みに形成し、更に透明導電層６としてＩＴＯ膜を80ｎｍの厚みに形成した。透明導電層６上に表１に示す各種の導電性ペーストをディスペンサーで塗布し、表２に示す熱処理条件で熱処理して硬化させることで集電極を形成した。以上のようにして作製した試料の電極の密着性（プッシュプルゲージによる引っ張り強度）、半田との濡れ性、およびバスバー部に取出電極を半田溶着させたときの接合強度（プッシュプルゲージによる取出電極の引っ張り強度）を測定した結果を表５に示す。
【表５】
2005244171.tif 000007
【０１５８】
実施例６−１、６−２、６−３、６−４共に取出電極との接合強度が良好であった。このことから、フィンガー部とバスバー部で異なる導電性ペーストを使用しても問題ないことがわかった。つまり、実施例６−４のように、導電性のよいペーストでフィンガー部を形成し、半田濡れ性のよいペーストでバスバー部を形成することも可能である。
【０１５９】
以上のことから、本発明の光電変換セルによれば、透明導電層６を透明導電層６および取出電極と十分な密着性を保って形成することが可能となり、光電変換セル同士の接続も十分な強度で接続できることが確認できた。
【０１６０】
＜実施例７、比較例７＞
Ａｌ基板上に直径0.5ｍｍのｐ型シリコン粒子の充填率を変えて多数配列して600℃の温度で５分の加熱してシリコン粒子を基板に接合した。このシリコン粒子間に約100μｍの厚みになるようにポリイミドを塗布して200℃×30分、350℃×60分で焼成して絶縁体層４を形成した。
【０１６１】
次に、シランガスと微量のリン化合物からなる混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法でｐ型シリコン粒子と絶縁体層４の上にｎ型の非晶質と結晶質の混合層を約15ｎｍの厚みに成膜した。さらに、その上にスパッタリング法で厚み85ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。
【０１６２】
さらに、Ａｇ金属フィラーとエポキシ樹脂を混合した導電性ペースト（藤倉化成ドータイトＦＡ−７０５Ａなど）をシリコン粒子間へ塗布して常温で乾燥した後、150℃×30分で焼成して光発電素子とした。素子のシリコン粒子間のペーストの存在量を調べるために、図19に示すように、半導体粒子の面積を除いた基板の面積（Ｓｃ−Ｓａ）に対する集電極(導電性ペースト)の被覆率を画像で読み取って計算した。すなわち、被覆率は被覆率＝Ｓｂ／（Ｓｃ−Ｓａ）×100の計算によって求めた。さらに、半導体粒子の充填率とペーストの被覆率に対する電池の変換効率を表６に示す。
【表６】
2005244171.tif 000008
【０１６３】
表６に示すように、被覆率が10％以上であれば、素子特性としての変換効率の低下はシリコン粒子の充填率にほぼ比例する傾向にある。一方、被覆率が10％を下回ると変換効率は著しく低下して集電極として機能しなくなる。
【０１６４】
また、被覆率に対する変換効率はほぼ一定割合に達している。これ以上充填する場合には、シリコン粒子の表面をシャドウイングすることでかえって変換効率を低下させることのない範囲であれば被覆率は可能な限り向上させることができる。
【０１６５】
＜実施例８＞
実施例１で被覆率を一定の40％に維持した状態で半導体粒子間の100％の包括率で樹脂粒子上に金属コーティングした微粒子を溶液に分散させたペースト作製し、塗布後乾燥により溶液を揮散させ集電極を形成した。熱処理温度を150℃にて維持時間を変更し、変換効率を測定した。以下に、集電極の断面観察による状態と変換効率の関係を示す。
【表７】
2005244171.tif 000009
【０１６６】
表７に示すように、金属粒子の存在割合は、少なくとも透明導電層６側に高い割合で金属粒子が存在するような勾配を持つことによってより効果があるものであることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【０１６７】
【図１】本発明の光電変換装置の実施形態の一例を説明する断面図である。
【図２】本発明の光電変換装置の実施形態の一例を説明する平面図である。
【図３】本発明の光電変換アレイの超音波溶着前の様子を示す平面図である。
【図４】本発明の光電変換アレイの超音波溶着後の様子を示す平面図である。
【図５】本発明の光電変換アレイの実施形態の一例を説明する断面図である。
【図６】比較例の光電変換アレイを説明する断面図である。
【図７】本発明の光電変換装置の実施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平面図である。
【図９】本発明の光電変換装置の一部断面図である。
【図１０】比較例の光電変換装置の一部断面図である。
【図１１】光電変換体として粒状結晶半導体を使用した、本発明の光電変換セルの一実施形態を示す断面図である。
【図１２】本発明の光電変換セルにおけるバスバー電極と、フィンガー電極との接続状態を示す断面図である。
【図１３】本発明の光電変換セルの平面図である。
【図１４】基板電極部の形成方法の一例を説明するための本発明の光電変換セルの断面図である。
【図１５】基板電極部の形成方法の他の例を説明するための本発明の光電変換セルの断面図である。
【図１６】光電変換セル同士を直列接続してなる本発明の光電変換アレイを示す平面図である。
【図１７】本発明の光電変換セル同士の接続状態を示す断面図である。
【図１８】接続用電極の折れ曲がり部Ｅの形成方法を説明するための本発明の光電変換セルの断面図である。
【図１９】集電極の被覆率を説明するための本発明の光電変換セルの平面図である。
【図２０】本発明の光電変換セルの他の実施形態を示す断面図である。
【図２１】光電変換セルにバスバー電極を取り付けた状態を示す断面図である。
【図２２】接続用電極を、隣接する光電変換セルの金属基板の、光入射面と反対側に接続した状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１６８】
１：基板
２：基板と粒状結晶半導体シリコンとの合金部
３：第一導電型の粒状結晶半導体
４：絶縁体層
５：第二導電型の半導体層
６：透明導電層
７：フィンガー電極
８：導電性接着剤
９：取り出し電極兼バスバー電極
10：銅箔
11：半田
12：基板露出部
13：バスバー電極の突出部
【図１】
2005244171.tif 000010
【図２】
2005244171.tif 000011
【図３】
2005244171.tif 000012
【図４】
2005244171.tif 000013
【図５】
2005244171.tif 000014
【図６】
2005244171.tif 000015
【図７】
2005244171.tif 000016
【図８】
2005244171.tif 000017
【図９】
2005244171.tif 000018
【図１０】
2005244171.tif 000019
【図１１】
2005244171.tif 000020
【図１２】
2005244171.tif 000021
【図１３】
2005244171.tif 000022
【図１４】
2005244171.tif 000023
【図１５】
2005244171.tif 000024
【図１６】
2005244171.tif 000025
【図１７】
2005244171.tif 000026
【図１８】
2005244171.tif 000027
【図１９】
2005244171.tif 000028
【図２０】
2005244171.tif 000029
【図２１】
2005244171.tif 000030
【図２２】
2005244171.tif 000031