(57)【要約】  【課題】  粒状光電変換体どうしの間の非受光領域に入射した光を反射させて粒状光電変換体へ入射させることにより、光の利用効率を改善した光電変換装置を提供すること。  【解決手段】  導電性を有する基板５上に光電変換を行なう多数個の粒状光電変換体４を配設してなるとともに、多数個の粒状光電変換体４の間の下部に、光を反射させて粒状光電変換体４へ光を入射させる多数個の光反射体が分散された透光性部材３を配設してなる光電変換装置とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性を有する基板上に光電変換を行なう多数個の粒状光電変換体を配設してなるとともに、前記多数個の粒状光電変換体の間の下部に、光を反射させて前記粒状光電変換体へ光を入射させる多数個の光反射体が分散された透光性部材を配設してなることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記透光性部材が樹脂からなることを特徴とする請求項１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、光を電気に変換する光電変換装置に関し、特に導電性を有する基板上に粒状光電変換体を多数配設してなる太陽電池や光センサなどの光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、光電変換手段の構成要素として粒状シリコンを用いた太陽電池が注目されており、この粒状シリコンを作製する方法として、シリコン原料を赤外線や高周波コイルを用いて容器内で溶融し、その後この溶融物を自由落下させて粒状シリコンを得る技術が知られている。
【０００３】
このような方法で製造された粒状シリコンは、高価な半導体グレードのシリコン材料を用いて、ＣＺ（チョクラルスキー）法で育成された単結晶シリコンや鋳造法で作製された多結晶シリコンのように、シリコンの結晶体をダイシングした後に、例えば300μｍ程度の薄い基板になるように研削加工する必要がないため、ダイシング工程や研削工程において高価なシリコン材料を無駄にすることがなく、製造コストの低減が厳しく要求される太陽電池への適用が期待されている（例えば特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開平６−13633号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、粒状シリコンを例えばアルミニウム基板などの光を反射させる基板の上に接合させた太陽電池であっても、特に粒状シリコンどうしの間の下部においては非受光領域が少なからず残るため、入射された光を有効に電気に変換できず、変換効率が低いままであった。
【０００５】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、上述した非受光領域に入射した光を反射させて粒状の光電変換体へ入射させることにより、光の利用効率を改善する光電変換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】
【０００６】
本発明は上述の問題点に鑑みてなされたものであり、上記目的を達成するために、本発明の光電変換装置は、１）導電性を有する基板上に光電変換を行なう多数個の粒状光電変換体を配設してなるとともに、前記多数個の粒状光電変換体の間の下部に、光を反射させて前記粒状光電変換体へ光を入射させる多数個の光反射体が分散された透光性部材を配設してなることを特徴とする。
【０００７】
また、２）上記１）の光電変換装置において、前記透光性部材が樹脂であることを特徴とする。
【０００８】
ここで、上記１）において、前記光反射体は光を一部でも反射させるものであればよく、光を全反射するものや乱反射するもの、主に光を散乱させるもの、光を透過させて屈折させるもの等であってもよい。また、そのために前記光反射体としては、例えば金属または表面が酸化処理された金属（例えばアルミニウム，銀，ニッケル，ステンレスなどの金属または表面が酸化処理された金属粉末）、セラミック粉体または樹脂ビーズを用いることができる。
【発明の効果】
【０００９】
上記１）の光電変換装置によれば、導電性を有する基板上に光電変換を行なう多数個の粒状光電変換体を配設してなるとともに、これら多数個の粒状光電変換体の間の下部に、光を反射させる多数個の光反射体が分散された透光性部材を配設してなる。このようにして、多数個の粒状光電変換体の下部に少なからず存在する非受光領域に、多数個の粒状光電変換体の間に配設された光反射体で反射した光を粒状光電変換体へ効率よく入射させることができ、これにより、優れた変換効率の光電変換装置を提供することができる。
【００１０】
また、上記２）の光電変換装置によれば、前記透光性部材が樹脂からなるので、光反射体を樹脂中に好適に分散させることができ、また、多数個の光反射体を多数個の粒状光電変換体の間に凝集させて配置させることが容易に行なわせることができ、これにより、優れた変換効率を有する光電変換装置を簡便に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】
【００１１】
以下、本発明に係る光電変換装置の実施形態について、模式的に図示した図１および図２を参照にしつつ詳細に説明する。なお、図１は本発明の光電変換装置の製造の一例を説明するための分解断面図であり、図２は本発明の光電変換装置の一例を説明するための断面図である。
【００１２】
まず、赤外線や高周波コイルを用いて容器内で原料の半導体グレードの結晶シリコンを溶融し、しかる後に溶融したシリコンを自由落下させるなどして多結晶の粒状シリコンを得る。次に、この結晶質の粒状シリコンを、板状の石英ガラスの鞘の上にのせて、再溶融して固化させる。
【００１３】
このようにして得られた粒状シリコンは、太陽電池セルを形成するために次のように使用される。まず、粒状シリコンの表面に形成された１μｍ以上の酸窒化被膜をフッ酸でエッチング除去する。ここで、粒状シリコンの結晶表面歪層を除去するためにフッ硝酸によりエッチング処理を厚さ１μｍ以上にわたって行うことが望ましい。
【００１４】
次に、少なくとも表面にアルミニウム層またはアルミニウム合金層を形成した、少なくとも表面が導電性の基板５の上に粒状シリコン結晶を配置し、しかる後に、還元雰囲気中にて全体的に加熱して生じた接合層を介して粒状シリコン結晶を基板５に接合させる。このとき、接合層にはＡｌ−Ｓｉ共晶が形成されている。この粒状シリコンどうしの間に、基板５上にポリイミド樹脂の絶縁層７を形成する。これら層の上側全体にわたって、逆導電性のアモルファスシリコン膜（不図示）を成膜する。ここで、粒状シリコン結晶はｐ型であるので、アモルファスシリコン膜はｎ型になるように成膜する。このようにして基板５の上に、光電変換を行なう粒状光電変換体４を多数配設されることになる。さらに、その上から透明導電膜８であるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜を形成し、それぞれの粒状光電変換体４で発生した光電流を収集できるようにする。その後、透明導電膜８上に銀ペースト等を塗布してグリット電極（不図示）とすることで光電変換素子が得られる。
【００１５】
また、上述したプロセス以外にも、あらかじめ熱拡散してｎ型シリコンを形成することでｐｎ接合とした粒状光電変換体４を、少なくとも表面にアルミニウム層またはアルミニウム合金層などを設けた基板５の上に粒状シリコン結晶を配置し、次に、還元雰囲気中にて全体的に加熱して粒状シリコン結晶を基板５に接合層を介して接合させる。次に、粒状シリコン結晶の間に、基板５上にポリイミド樹脂の絶縁層７を形成した後、さらに、その上から透明導電膜８を形成し、透明導電膜８上に銀ペースト等を塗布してグリット電極とすることで、光電変換素子を得ることもできる。
【００１６】
しかしながら、こうして得られた粒状シリコン光電変換素子（粒状光電変換体）において、多数個の粒状光電変換体の間には発電領域ではない非受光領域が15％程度も形成されるため、粒状シリコンの品質は優れているにもかかわらず、光電変換効率が従来の太陽電池に比べて若干低くなってしまう。本発明では非受光領域において有効に光電変換させるために、以下に述べるような方法・構成を採用する。
【００１７】
モジュールを構成する方法は各種あるが、一般的には、ガラス等の透光性基板に、受光面側ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）、光電変換素子、裏面透光性部材６の裏面樹脂を組み合わせた上で、真空加熱することで接着する方法が採用される。この方法では、非受光領域に入射してきた光は、アルミニウム表面で反射されてしまうため、利用されることは無い。このように、従来利用されなかった光を有効に再利用することができれば光電変換効率を向上させることができる。
【００１８】
まず、樹脂からなる透光性部材である受光面側ＥＶＡを２層構造にして、第１透光性部材２である第１層は通常の透明なＥＶＡとし、第２透光性部材３である第２層は、主に光を反射して粒状光電変換体４へ光を入射させたり、主に光を散乱して粒状光電変換体４へ入射させるための光反射体を含んだＥＶＡとする。
【００１９】
ここで、第２層のＥＶＡに混入させる光反射体としては、表面をアルミナに形成したアルミニウム金属粉末，銀，ニッケル，ステンレスなどの金属または表面が酸化処理されたこれらの金属粉末からなる粒状体を用いて主に光を反射させるものとしたり、酸化シリコンやアルミナなどのセラミック粉体や樹脂ビーズを混入させた粒状体を用いて主に光を散乱させるものとするとよい。これら光反射体は例えば粒径１〜30μｍの粉体を用い、これら粉体を透光性部材中に均一に分散させる。また、ＥＶＡの厚みは例えば20〜500μｍとする。真空加熱処理における温度・圧力に応じて膜厚を選択することで、光反射体の深さ位置・凝集密度等を最適に制御することができる。また、ＥＶＡが好適に使用できる理由は、耐候性に優れているからである。なお、光反射体は光を一部でも反射させるものであればよく、光を全反射するもの、光を乱反射するもの、光を散乱させるもの、一部の光を透過させて屈折させるもの等であってもよい。また、光反射体の形状は粒状であることが光を好適に反射や散乱させることができるので望ましいが、一部の光を反射できるものであれば柱状や針状等のその他の形状であっても良い。
【００２０】
図１に示すように、受光側より透光性基板１、２層構造をなす例えばＥＶＡから構成される第１透光性部材２,第２透光性部材３、粒状光電変換体４、裏面樹脂の裏面透光性部材６を主に重ね合わせる。次に、硬化炉で、気泡を除去するため低真空中で150℃，30分間で圧着加熱した。図２に示す光電変換装置である太陽電池モジュールが完成する。
【００２１】
粒状光電変換体４は基板５上に粒径が例えば約300μｍ程度の粒状シリコンを接合する場合、150〜250μｍ程度の凹凸が生じることになる。第２層のＥＶＡは加熱圧着されているときに粒状光電変換体４の間隙に入り込み、均一に分散されていた混入された粉体はこの間隙に凝集される。ここで、少なくとも粒状光電変換体４の下半分の下部に、第２層のＥＶＡが設けられる。一方、粒状光電変換体４の上のＥＶＡ層は第１層のもののみ残るため、透明性は確保される。このように、粒状光電変換体の例えば150〜250μｍ程度の凹凸と２層の樹脂厚みとの組み合わせにより、下層の樹脂に光反射体を凝集させる作用が期待でき、非受光部のみに光反射体を配設することができる。
【００２２】
この結果、粒状光電変換体４にはその上部に設けられた第１層の透明なＥＶＡ（第１透光性部材２）を通過した光がそのまま入射して光電変換されるとともに、従来、非受光領域であった間隙に入射してきた光は、光反射体で反射または散乱され、あるいは受光面の透光性基板１にて再反射された光を利用することで、光電変換に寄与させることができ、変換効率を著しく向上させることができる。上記のように、光反射体が非受光領域のみに凝集され、有効受光部は透明な樹脂等の透光性部材となる。また、第１透光性部材および第２透光性部材として樹脂以外の材料を用いることが可能であるが、樹脂を用いることにより光電変換装置の製造が容易となり、光反射体を分散させる材料として、また、多数個の光反射体を多数個の粒状光電変換体の間に凝集させて配置させる上で最適である。なお、本発明で用いる透光性部材はＥＶＡ系樹脂が製造のしやすさや耐候性の点で最適であるが、ポリオレフィン系樹脂などを用いてもよい。
【００２３】
かくして、本発明の光電変換装置によれば、導電性を有する基板５上に光電変換を行なう粒状光電変換体４を多数配設してなるとともに、これら多数個の粒状光電変換体４の間の下部（少なくとも粒状光電変換体４の下半分）に、光を反射または散乱させる光反射体が分散された第２透光性部材３を配設することにより、多数個の粒状光電変換体４の間の下部に少なからず存在する非受光領域に、光反射体で反射した光を効率よく粒状光電変換体へ入射させることができ、優れた変換効率の光電変換装置を提供することができる。
【００２４】
また、多数の粒状光電変換体４が受光側の透光性基板１と裏面透光性部材６により封止されてなる光電変換装置において、きわめて簡便な製造方法により、光入射側が２層で構成された樹脂からなる透光性部材で封止された構成とし、基板５側の透光性部材で光反射体を凝集させることができる。
【実施例】
【００２５】
次に、本発明をより具体化した実施例について説明する。
【００２６】
まず、ホウ素がドーピングされた粒径約500μｍの粒状シリコンを石英ガラスの鞘上に充填し、雰囲気焼成炉内で室温から酸素ガスと窒素ガスの反応性ガスをアルゴンガス雰囲気中に導入して酸窒化被膜を形成しながら昇温し、酸窒化被膜内側のシリコンを溶融させた後、降温し凝固させた。その後、熱アニールを行い、熱アニール後は室温度付近まで降温させて粒状シリコン結晶を作製した。
【００２７】
次に、粒状シリコン結晶の酸窒化膜被膜およびシリコン最表面層の10μｍ程度を除去するためにフッ酸およびフッ硝酸でエッチング処理を行った。この粒状シリコン結晶を500μｍ厚のアルミニウム基板上に多数配設し、600℃の雰囲気炉で接合させた。このとき、基板とシリコン球の界面にはＡｌ−Ｓｉ共晶が形成されていた。
【００２８】
その後、フッ硝酸で軽くエッチングした後、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ｎ層の非晶質シリコン膜を200Åの厚みに成膜することでｐｎ接合を形成した。ポリイミド樹脂溶液を塗布乾燥して基板表面の絶縁化を行なった後に、この上にＩＴＯ膜をスパッタで形成し、銀ペーストでグリッド電極を塗布して太陽電池セルを作製した。ＡＭ1.5の光を照射して、太陽電池の電気特性を示す変換効率を測定したところ、変換効率12.2％を得ることができた。
【００２９】
３ｍｍ厚の強化された白板ガラス基板、500μｍ厚の第１層の透明ＥＶＡ、150μｍ厚の第２層ＥＶＡ（光反射体としてアルミナ粉末を均一に分布させた）、粒状シリコン太陽電池基板、および裏面樹脂としてテドラーを組み合わせ、150℃，30分間の条件でこれらを真空熱圧着させて一体化させた。
【００３０】
この結果、１層のみの単にＥＶＡのみを用いた通常のモジュールでは、変換効率はガラスの透過率で約５％も損失するため変換効率はそれに伴って低下するが、本発明で作製したモジュールでは、ＡＭ1.5のソーラーシミュレータ（ワコム電創株式会社製、型式：WXF-155S-10）で測定したところ、通常のモジュールよりも約５％も向上した12.8％の変換効率を得ることができた。このように、通常のモジュールよりも向上することができたのは、従来、非受光領域が15％も存在していた箇所の光が光反射体の存在により有効に光電変換されたためである。
【００３１】
かくして、多数個の粒状光電変換体の間の下部に凝集して配設された光反射体の光の反射により、粒状光電変換体へ効率よく光を入射させることができ、変換効率の優れた安定した特性を有する太陽電池モジュールを製造できた。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【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分解断面図である。
【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断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１：透光性基板
２：第１透光性部材
３：第２透光性部材
４：粒状光電変換体
５：基板
６：裏面透光性部材
【図１】
2005136124.tif 000003
【図２】
2005136124.tif 000004