(57)【要約】  【課題】  高い変換効率を有する光電変換装置を提供する。  【解決手段】  下部電極となる基板１上の複数の領域にそれぞれ光電変換を行なう多数個の粒状半導体20が接合され、これら粒状半導体20間の下部および領域間に領域間の方の厚みを厚くして絶縁体４が形成され、領域に粒状半導体20の上部および絶縁体４を覆うように上部電極となる透光性導電層５が形成され、領域間に配置されたバスバー電極16とバスバー電極16から領域の透光性導電層５上に延設されたフィンガー電極15とからなる集電電極が形成されていることより、発生した光電流がバスバー電極16に集中しても基板１と透光性導電層５との絶縁性を安定して確保することができるため、高い変換効率を有する光電変換装置となる。【選択図】  図１
2005276857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部電極となる基板上の複数の領域にそれぞれ光電変換を行なう多数個の粒状半導体が接合され、これら粒状半導体間の下部および前記領域間に該領域間の方の厚みを厚くして絶縁体が形成され、前記領域に前記粒状半導体の上部および前記絶縁体を覆うように上部電極となる透光性導電層が形成され、前記領域間に配置されたバスバー電極と該バスバー電極から前記領域の前記透光性導電層上に延設されたフィンガー電極とからなる集電電極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】
前記粒状半導体と前記絶縁体との間に導電性保護層が形成され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３】
下部電極となる基板上の複数の領域にそれぞれ光電変換を行なう多数個の粒状半導体を接合する工程と、前記領域間から前記粒状半導体間の下部に向けて絶縁体形成用溶液を前記領域間の厚みが厚くなるように供給して絶縁体を形成する工程と、前記領域に前記粒状半導体の上部および前記絶縁体を覆うように上部電極となる透光性導電層を形成する工程と、前記領域間に配置されたバスバー電極および該バスバー電極から前記領域の前記透光性導電層上に延設されたフィンガー電極からなる集電電極を形成する工程とを行なうことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記粒状半導体を接合する工程と前記絶縁体を形成する工程との間に、前記粒状半導体の表面に導電性保護層を形成する工程を行なうことを特徴とする請求項３記載の光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽光発電などに使用される光電変換装置およびその製造方法に関し、特に粒状半導体を用いた光電変換装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から提案されている粒状半導体を用いた光電変換装置である太陽電池の例を図３に断面図で示す。
【０００３】
図３に示すように、下部電極となる基板101上に低融点金属層108が形成され、この低融点金属層108上に一方導電型の粒状半導体103の多数個が配設され、低融点金属層108が加熱されて溶融されることでこれらの粒状半導体103がその下部を低融点金属層108中に埋めるようにして固定され、固定された粒状半導体103と低融点金属層108とを覆うように絶縁層102が形成された後、一方導電型の粒状半導体103上の絶縁層102と共に粒状半導体103上部が研磨されて一方導電型の粒状半導体103を露出させ、その露出させた一方導電型の粒状半導体103の研磨面と絶縁層102とを覆うように他方導電型の半導体部104と上部電極となる透明導電層105とが順次形成された光電変換装置が開示されている（特許文献１を参照。）。この光電変換装置には透明導電層105の上に適宜集電用のフィンガー電極とフィンガー電極からの光電流を集めて外部に取り出すためのバスバー電極とからなる集電電極を設けている。
【特許文献１】特許第2641800号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
光電変換装置の変換効率を高めるためには、光電変換により発生した光電流を効率良く外部に取り出すために、下部電極となる基板101と上部電極となる透明導電層105との間で短絡して短絡電流が発生するのを防ぐ必要がある。図３に示す光電変換装置では、絶縁層102により半導体部104と低融点金属層108とを分離して、下部電極となる基板101と上部電極となる透明導電層105と間の短絡を防いでいる。特に集電電極の配置部位では発生した光電流が集中することから、絶縁体102によって確実に半導体部104と低融点金属層108とを分離する必要がある。
【０００５】
しかしながら、図３に示す光電変換装置では、絶縁層102と一方導電型の粒状半導体103とを研磨するため、研磨工程により低融点金属層108上の絶縁層102に穴などの欠陥や低融点金属層108からの剥がれ部ができることにより、他方導電型の半導体部104と低融点金属層108とが短絡して変換効率が低下するという問題点があった。また、絶縁層102の厚みが薄く形成されたときや研磨により薄くなったときには、発生した光電流が集電電極に集中すると絶縁層102に負荷がかかり、半導体部104と低融点金属層108との絶縁を確実に取れなくなるという問題点があった。
【０００６】
本発明はこれらの問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、光電変換装置内の短絡を防ぐことで高い変換効率を有する光電変換装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の光電変換装置は、下部電極となる基板上の複数の領域にそれぞれ光電変換を行なう多数個の粒状半導体が接合され、これら粒状半導体間の下部および前記領域間にこの領域間の方の厚みを厚くして絶縁体が形成され、前記領域に前記粒状半導体の上部および前記絶縁体を覆うように上部電極となる透光性導電層が形成され、前記領域間に配置されたバスバー電極とこのバスバー電極から前記領域の前記透光性導電層上に延設されたフィンガー電極とからなる集電電極が形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明の光電変換装置は、上記構成において、前記粒状半導体と前記絶縁体との間に導電性保護層が形成されていることを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の光電変換装置の製造方法は、下部電極となる基板上の複数の領域にそれぞれ光電変換を行なう多数個の粒状半導体を接合する工程と、前記領域間から前記粒状半導体間の下部に向けて絶縁体形成用溶液を前記領域間の厚みが厚くなるように供給して絶縁体を形成する工程と、前記領域に前記粒状半導体の上部および前記絶縁体を覆うように上部電極となる透光性導電層を形成する工程と、前記領域間に配置されたバスバー電極およびこのバスバー電極から前記領域の前記透光性導電層上に延設されたフィンガー電極からなる集電電極を形成する工程とを行なうことを特徴とするものである。
【００１０】
また、本発明の光電変換装置の製造方法は、前記製造方法において、前記粒状半導体を接合する工程と前記絶縁体を形成する工程との間に、前記粒状半導体の表面に導電性保護層を形成する工程を行なうことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の光電変換装置によれば、下部電極となる基板上の複数の領域にそれぞれ光電変換を行なう多数個の粒状半導体が接合され、これら粒状半導体間の下部および領域間にこの領域間の方の厚みを厚くして絶縁体が形成され、領域に粒状半導体の上部および絶縁体を覆うように上部電極となる透光性導電層が形成され、領域間に配置されたバスバー電極とこのバスバー電極から領域の透光性導電層上に延設されたフィンガー電極とからなる集電電極が形成されていることより、発生した光電流がバスバー電極に集中しても上部電極となる透光性導電層と下部電極となる基板との絶縁性を安定して確保することができるため、短絡電流の発生を抑制し、高い変換効率を有する光電変換装置となる。
【００１２】
また、本発明の光電変換装置によれば、上記構成において、粒状半導体と絶縁体との間に導電性保護層が形成されているときには、光電流の発生した場所から上部電極となる透光性導電層まで導電性保護層を通ることより光電流に対する抵抗が少なくなり、発生した光電流の抵抗ロスを少なくすることができるため、高い変換効率を有する光電変換装置となる。
【００１３】
また、本発明の光電変換装置の製造方法によれば、下部電極となる基板上の複数の領域にそれぞれ光電変換を行なう多数個の粒状半導体を接合する工程と、領域間から粒状半導体間の下部に向けて絶縁体形成用溶液を領域間の厚みが厚くなるように供給して絶縁体を形成する工程と、領域に粒状半導体の上部および絶縁体を覆うように上部電極となる透光性導電層を形成する工程と、領域間に配置されたバスバー電極およびこのバスバー電極から領域の透光性導電層上に延設されたフィンガー電極からなる集電電極を形成する工程とを行なうことから、絶縁体を形成する工程により自動的に領域間における絶縁体の厚みを領域部に比べ厚くすることができるため、本発明の光電変換装置を簡易に作製することができる。
【００１４】
また、本発明の光電変換装置の製造方法によれば、上記製造方法において、粒状半導体を接合する工程と絶縁体を形成する工程との間に、粒状半導体の表面に導電性保護層を形成する工程を行なうときには、粒状半導体の上部を含めた粒状半導体の表面に導電性保護層を形成した後に絶縁体を形成することにより、絶縁体と粒状半導体との間に導電性保護層を介在させることができるため、本発明の光電変換装置を簡易に作製することができる。
【発明を実施するため最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
【００１６】
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す平面図およびその要部断面図である。図１において、１は基板、２は結晶半導体粒子、３は結晶半導体粒子２とは逆の導電型を呈する半導体部、４は絶縁体、５は透光性導電層、10は基板１と結晶半導体粒子２との合金層、15はフィンガー電極、16はフィンガー電極により集められた光電流を集めて取り出すためのバスバー電極、20は光電変換を行なう粒状半導体である。
【００１７】
ここで、光電変換を行なう粒状半導体20は、一方導電型の結晶半導体粒子２の一部分を除いた表面に、他方導電型の半導体部３を形成したものである。
【００１８】
図１に示すように、本発明の光電変換装置は、下部電極となる基板１上の複数の領域に、表面に一部分を除いて他方導電型（例えばｎ型）の半導体部３が形成された多数個の一方導電型（例えばｐ型）の結晶半導体粒子２の一部分が接合されており、領域間および他方導電型の半導体部３が形成された一方導電型の結晶半導体粒子２の隣り合う間に、他方導電型の半導体部３の下部を覆い、かつ他方導電型の半導体部３の上部を露出させるとともに、領域間の方の厚みを厚くして絶縁体４が形成され、他方導電型の半導体部３の上部と絶縁体４とを覆って上部電極となる透光性導電層５が形成されており、領域間の透光性導電層５の上にバスバー電極16と、バスバー電極16から延設されるとともに、バスバー電極16と直交し、かつ互いに平行となるようにフィンガー電極15を形成する。ここで、結晶半導体粒子２の一部分は、基板１と確実に接合するために要する必要最小限の接合部と、この接合部の外周に設けられた、基板１と半導体部３とを分離するために必要最小限の分離部とからなる。このため、図１に示す光電変換装置においては、半導体部３が、基板１と分離した状態で、結晶半導体粒子２の下半分側においても基板１との接合部付近まで形成されている。
【００１９】
以下、基板１上の光電変換を行なう粒状半導体20を多数個接合した領域を半導体接合領域といい、基板１上の光電変換を行なう粒状半導体20を多数個接合した領域と隣り合う光電変換を行なう粒状半導体20を多数個接合した領域との間の領域を、半導体接合領域間という。
【００２０】
基板１は、金属または表面に金属が被着されたセラミックス，ガラス等から成る板状体であり、金属としては、例えばアルミニウム（Ａｌ）やアルミニウム合金，鉄（Ｆｅ）等が用いられる。またそのセラミックスとしては、例えばアルミナセラミックス等が用いられる。さらに石英等の単結晶ウエハに金属が被着されたものを用いてもよい。
【００２１】
基板１上の複数の領域には、一方導電型の結晶半導体粒子２を多数個配設する。この結晶半導体粒子２は、シリコン（Ｓｉ），ゲルマニウム（Ｇｅ）等からなり、例えば結晶半導体粒子２に添加してｐ型を呈するホウ素（Ｂ），アルミニウム，ガリウム（Ｇａ）、ｎ型を呈するリン（Ｐ），砒素（Ａｓ）等を含むものを用いればよい。結晶半導体粒子２の形状は多面体状，角の鈍った多面体状，球状，楕円体状等であり、その粒径分布としては均一、不均一を問わないが、均一の場合は粒径を揃えるための工程が必要になるため、生産性を高めるためには不均一な方が有利である。さらに結晶半導体粒子２が凸曲面を持つことによって光の光線角度の依存性が小さくなるため好ましい。
【００２２】
結晶半導体粒子２の粒度分布の範囲としては、0.2ｍｍ以上1.0ｍｍ以下が好ましい。なぜなら、結晶半導体粒子２の粒径が1.0ｍｍを越えると切削部も含めた従来の結晶板型の光電変換装置の原料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からであり、0.2ｍｍ未満の場合には、基板１への配設および接合がしにくくなるため好ましくないからである。さらに好ましくは、結晶半導体粒子２の粒径は原料使用量の関係から0.2ｍｍ以上0.6ｍｍ以下がよい。
【００２３】
これら結晶半導体粒子２を基板１上の複数の領域に配設した後、一定の荷重を結晶半導体粒子２上に掛けながら全体的に加熱することにより、基板１と結晶半導体粒子２との合金層10を介して基板１と結晶半導体粒子２とを接合する。例えば、アルミニウムからなる基板１とシリコンからなる結晶半導体粒子２とを接合する場合には接合強度を高くするために、アルミニウムとシリコンとの共晶温度である577℃以上に加熱すればよい。さらにシリコンからなる結晶半導体粒子２がｐ型である場合には、アルミニウムからなる基板１との接合部付近にアルミニウムが拡散してｐ＋層が形成されるため、ＢＳＦ（Back Surface Field）効果により高い変換効率を有する光電変換装置を得ることができるため好ましい。
【００２４】
半導体部３は、結晶半導体粒子２と逆の導電型となるようにシリコン等に微量成分を添加したものから成る。このような半導体部３は、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結晶半導体粒子２上に形成したり、イオン注入法、熱拡散法などにより結晶半導体粒子２の外郭に形成したりすればよい。半導体部３中の微量元素の濃度は高くてもよく、例えば１×10１６〜10１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とすればよい。この半導体部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いずれでもよいが、光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。
【００２５】
さらに、半導体部３は、絶縁体４を形成する前に、結晶半導体粒子２の表面に凸曲面形状に沿って、結晶半導体粒子２と基板１との接合部付近まで形成することが望ましい。なぜなら、結晶半導体粒子２の表面に凸曲面形状に沿って、結晶半導体粒子２と基板１との接合部付近まで形成することによってｐｎ接合の面積を広くとることができ、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からである。また、絶縁体４を形成する前に半導体部３を形成することにより、絶縁体４が結晶半導体粒子２の表面に付着することがないため高品質のｐｎ接合を形成することができ、かつ、結晶半導体粒子２の下部においても半導体部３を形成することができるためｐｎ接合の面積を広くすることができることにより変換効率を高くすることができるからである。なお、図１に示す光電変換装置では、絶縁体４を形成する前に半導体部３を結晶半導体粒子２の表面に凸曲面形状に沿って形成した構成となっているが、絶縁体４を形成した後に絶縁体４から露出した結晶半導体粒子２の上部または結晶半導体粒子２の上部および絶縁体４を覆うように半導体部３を形成してもよい。
【００２６】
絶縁体４は隣り合う光電変換を行なう粒状半導体20間および複数の半導体接合領域間を埋めるように基板１上に形成される。絶縁体４は基板１と透光性導電層５との分離を行うための絶縁材料からなり、例えば耐熱性高分子材料を用いればよい。耐熱性高分子材料としては、ポリイミド樹脂，フェノール樹脂，シリコーン樹脂，エポキシ樹脂，ポリカルボシラン樹脂等を用いることができるが、耐薬品性や耐熱性の観点からポリイミド樹脂を用いることが好ましい。
【００２７】
また、絶縁体４の厚みは、光電変換を行なう粒状半導体20の上部を露出させるとともに、半導体接合領域に比べて半導体接合領域間の方で厚くなるように形成する。また、絶縁体４の厚みは、半導体接合領域間を中心として、半導体接合領域に向かうに従って漸次薄くなるように形成されることが好ましい。さらに、このような半導体接合領域間が複数ある場合には二つの半導体接合領域間に挟まれた半導体接合領域の中心において絶縁体４の厚みが最も薄くなるように形成されることが好ましい。このように半導体接合領域に比べて半導体接合領域間において絶縁体４の厚みを厚くすることで、この半導体接合領域間における絶縁体４の上にバスバー電極16を形成したときに、光電流が集中して他の部位に比べ負荷がかかっても安定して絶縁性を保つことができ、上部電極となる透光性導電層５と下部電極となる基板１との間が短絡することを防ぐことができる。一方、半導体接合領域において、絶縁体４の厚みを薄くすることで、ｐｎ接合部に導く光の量のロスを少なくすることができるとともに、絶縁体４の使用量が少なくなるため生産性の高いものとなる。絶縁体４の厚みは１μｍ以上であることが望ましく、特にバスバー電極16を配置する半導体接合領域間における厚みは５μｍ以上であることが好ましい。絶縁体４の厚みが１μｍ未満となると、基板１と透光性導電層５との絶縁性が不安定となるため好ましくない。
【００２８】
なお、図１に示す光電変換装置では、絶縁体４が半導体部３の下部を覆って形成されているが、結晶半導体粒子２表面の半導体部３が形成されていない部位のみを覆うように絶縁体４が形成されていてもよい。
【００２９】
半導体部３の上部および絶縁体４を覆うように透光性導電層５を形成する。光電変換を行なう粒状半導体20同士を透光性導電層５により電気的に接合し、光電変換を行なう各粒状半導体20で発生した光電流を、透光性導電層５を介して透光性導電層５上に形成されるフィンガー電極15により集め、フィンガー電極15により集めた光電流をバスバー電極16に集める。このため、透光性導電層５は半導体接合領域の半導体部３の上部および絶縁体を覆っていれば問題ないが、半導体接合領域および半導体接合領域間の半導体部３の上部および絶縁体４を覆うように形成すると、透光性導電層５を形成しない部位を設けるための工程が不要となり製造工程が容易となるため好ましい。透光性導電層５は、光を吸収しないように波長400ｎｍ以上1200ｎｍ以下での光透過率の高い材料で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する。例えば、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、またはチタン（Ｔｉ），白金（Ｐｔ），金（Ａｕ）等から選ばれる１種又は複数種の金属系膜を形成する。このような透光性導電層５を用いるため、光電変換を行なう粒状半導体20がない部分に照射された入射光の一部が透光性導電層５を透過し、下部電極となる基板１で反射して光電変換を行なう粒状半導体20のｐｎ接合部に照射されることで、光電変換装置全体に照射される光を効率よく光電変換を行なう粒状半導体20に照射することが可能となる。
【００３０】
透光性導電層５は膜厚を選べば反射防止膜としての効果も期待できる。さらに、透光性導電層５は半導体部３あるいは結晶半導体粒子２の表面に沿って形成し、結晶半導体粒子２の凸曲面形状に沿って形成することが望ましい。結晶半導体粒子２の凸曲面状の表面に沿って形成することによって、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。
【００３１】
そして、半導体接合領域間に形成された透光性導電層５上にバスバー電極16を配置する。また、バスバー電極16の直列抵抗値を低くするために、バスバー電極16から半導体接合領域の透光性導電層５上にフィンガー電極15を延設する。フィンガー電極15およびバスバー電極16は銀ペーストなどの導電性材料により形成される。フィンガー電極15を、隣り合う粒状半導体20の間に位置するように形成すれば、元々光電変換への寄与が少ない部位であるため、シャドウロスを減らすことができる。バスバー電極16は、粒状半導体20の配置されていない部分に形成されるので、元々光電変換に寄与しない部位であるため、シャドウロスをなくすことができる。ここで、シャドウロスとは、受光面側にある電極により入射光が遮られて、影によるデッドスペースが発生することをいう。
【００３２】
また、バスバー電極16を、半導体接合領域でなくて、半導体接合領域間の絶縁体４の上に形成するため、光電変換を行なう粒状半導体20に沿って凸状に形成されている透光性導電層５の上に形成する場合に比べて平坦な部位に形成することとなる。その結果、バスバー電極16を透光性導電層５との間に隙間等の欠陥なく形成することができるため、接触抵抗を少なくすることができるとともに、バスバー電極16と透光性導電層５との密着性を高めることができる。また、バスバー電極16を配置する半導体接合領域間における絶縁体４の厚みが厚いため、バスバー電極16に光電流が集中しても、バスバー電極16と接する透光性導電層５から絶縁体４を通り基板１へと流れる短絡電流の発生やバスバー電極16の発熱による絶縁体４の加熱による絶縁体４の変質を防ぐことができるため、確実に絶縁性を保つことができる。
【００３３】
なお、バスバー電極16は、半導体接合領域間に形成すればよく、図１に示す光電変換装置のように絶縁体４の上に透光性導電層５を形成した上に形成してもよいし、絶縁体４上に直接接するように形成してもよい。後者の場合には、透光性導電層５を形成するときにメタルマスク等を用いて、半導体接合領域間を除く絶縁体４および光電変換を行なう粒状半導体20の上部を覆うように透光性導電層５を形成する。このようにして、透光性導電層５の形成されていない半導体接合領域間における絶縁体４の上に直接バスバー電極16を配置すればよい。また、図１に示す光電変換装置では、半導体接合領域間が直線状であったが、曲線状であってもよい。また、図１に示す光電変換装置ではフィンガー電極15はバスバー電極16と直交し、かつ複数のフィンガー電極15が互いに平行となっているが、フィンガー電極15とバスバー電極16とが成す角度や複数のフィンガー電極15の配置方法は適宜設計することができる。
【００３４】
また、フィンガー電極15およびバスバー電極16が形成された透光性導電層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光性誘電体の特性を持つものがよく、ＣＶＤ法やＰＶＤ法等で例えば酸化珪素、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又は複数組成で単層又は組み合わせて透光性導電層５上に形成する。保護層は、光の入射面に設けられるために、透光性が必要であり、また導電層５と外部との間の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。
【００３５】
また、図２に示すように、光電変換を行なう粒状半導体20と絶縁体４との間に導電性保護層７を設けることが好ましい。図２は本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例を示す要部断面図である。例えば、光電変換を行なう粒状半導体20の基板１との接合部を除く表面に導電性保護層７を形成すればよい。ここで、導電性保護層７と基板１とは分離していることが好ましい。導電性保護層７を通り透光性導電層５から基板１への短絡電流の発生を防ぐためである。
【００３６】
光電変換を行なう粒状半導体20と絶縁体４との間に導電性保護層７を設けることにより、光電変換を行なう粒状半導体20の透光性導電層５と接している部位から離れた部位で発生した光電流を、抵抗の少ない導電性保護層７を通して上部電極となる透光性導電層５に伝送することができ、光電変換を行なう粒状半導体20内で発生した光電流のロスを少なくすることができる。ここで、導電性保護層７は、絶縁体４と接する半導体部３を覆い、かつ透光性導電層５と一部で接していれば、結晶半導体粒子２の基板１との接合部を除く表面全面に形成してもよいし、形成しない部位を設けてもよい。
【００３７】
導電性保護層７は、透光性導電層５と同様に、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法等により、ＳｎＯ２，Ｉｎ２Ｏ３，ＩＴＯ，ＺｎＯ，ＴｉＯ２等から選ばれる１種又は複数種の酸化物系膜、またはチタン，白金，金等から選ばれる１種又は複数種の金属系膜を形成する。なお、このような導電性保護層７は光を吸収しないように波長400ｎｍ以上1200ｎｍ以下での光透過率が高い材料で形成することが必要である。ここで光透過率が高い材料とは、例えば、光透過率が70％以上の材料をいい、ＩＴＯなどが好ましい。なぜなら、光透過性の高い材料で導電性保護層７を形成することにより、光電変換を行なう粒状半導体20のｐｎ接合部へ導かれる光の量のロスを少なくすることができるからである。
【００３８】
また、導電性保護層７は、結晶半導体粒子２の一部分を除く表面に形成された半導体部３を覆うように、絶縁体４を形成する前に形成される。絶縁体４を形成する前に導電性保護層７を形成することにより、結晶半導体粒子２の下半分側の表面においても半導体部３と導電性保護層７とを形成することができる。この構成により、絶縁体４を透過した光が基板１で反射して、光電変換を行なう粒状半導体20のｐｎ接合部に照射されることで、光電変換装置全体に入射される光を効率よく光電変換を行なう粒状半導体20のｐｎ接合部に照射することができる。このため、効率よく光電変換を行なうことができ、かつ発生した光電流が導電性保護層７を通ることで抵抗ロスを少なくすることができる。さらに、絶縁体４を形成する前に、半導体部３の上に導電性保護層７を形成することにより、絶縁体４の硬化処理時の熱によるダメージや酸素などの雰囲気によるダメージから、ｐｎ接合を保護することで変換効率の高い光電変換装置の製造が可能となる。
【００３９】
次に、本発明の光電変換装置の製造方法について図１に示す光電変換装置を例にとり、説明する。
【００４０】
まず、結晶半導体粒子２を基板１上の複数の領域に、多数個密に一層並べ、結晶半導体粒子２の上から荷重を加えながら全体的に加熱し、基板１と結晶半導体粒子２とを、基板１との合金層10を介して接合する。ここで、基板１上の領域間には予め治具を置き、結晶半導体２を基板１上に並べることで、領域間を除く領域に結晶半導体２を並べることができる。
【００４１】
次に、結晶半導体粒子２の表面に半導体部３を形成し、光電変換を行なう粒状半導体20を作製する。このとき、結晶半導体粒子２がｐ型であれば、半導体部３はｎ型となるように形成し、結晶半導体粒子２がｎ型であれば、半導体部３はｐ型となるように形成する。なお、半導体部３は、結晶半導体粒子２上に形成するのではなく、結晶半導体粒子２の外郭へドーパントを注入して形成してもかまわない。また、半導体部３は結晶半導体粒子２へドーパントを熱拡散させて形成してから、基板１と結晶半導体粒子２とを接合してもよい。ここで、半導体部３と基板１とは分離していることが好ましい。半導体部３と基板１とを分離した状態にするためには、半導体部３を形成するときにマスクにより基板１と結晶半導体粒子２との接合部の外周に半導体部３の非形成部を設けて分離してもよいし、結晶半導体粒子２の表面全面に半導体部３を形成した後に基板１との接合部周辺の半導体部３をエッチングにより除去して分離させてもよい。
【００４２】
次に、絶縁体４を、半導体接合領域に比べ半導体接合領域間において厚く、かつ、隣り合う光電変換を行なう粒状半導体20の間を埋めるように形成する。絶縁体４は、ディッピング法，スピンコート法，スプレー法，スクリーン印刷法，毛管現象を利用する方法などにより形成する。ここで毛管現象を利用する方法とは、基板１上に絶縁体形成用溶液を供給し、この絶縁体形成用溶液を毛管現象により多数個の光電変換を行なう粒状半導体20の隙間を埋めるように自動的に移動させて広がらせ、基板１上および多数個の光電変換を行なう粒状半導体20の隙間に充填させた後、熱処理を行ない硬化させるものである。この手法は、大掛かりな装置を使用せずに絶縁体４を形成できるため好ましい。また、絶縁体形成用溶液を半導体接合領域間に供給して、毛管現象を利用する手法により光電変換を行なう粒状半導体20間に充填させることで、絶縁体形成用溶液のもつ粘度のため、自動的に半導体接合領域に比べ半導体接合領域間において絶縁体４の厚みが厚くなるため、簡易に本発明の光電変換装置を形成することができるため好ましい。
【００４３】
ここで、ポリイミド樹脂からなる絶縁体４を毛管現象を利用する方法により形成する場合について説明する。まず、未硬化のポリイミド樹脂を有機溶剤に溶かして絶縁体形成用溶液を作製する。有機溶剤としては、Ｎ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルホルムアミド、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミド、ｏ，ｍ，ｐ−メチルフェノール等を用いることができるが、溶解性が高く、毒性が低く、コストが低いことからＮ−メチルピロリドン、Ｎ，Ｎ’−ジメチルアセトアミドが好ましい。このように作製した絶縁体形成用溶液を、例えばディスペンサーを用いて、基板１上の複数の半導体接合領域間にライン状に、光電変換を行なう粒状半導体20の上部が露出するように、絶縁体形成用溶液の供給量を調整して供給する。絶縁体形成用溶液のもつ粘度により、絶縁体形成用溶液を最初に塗布した半導体接合領域間において、自動的に絶縁体形成用溶液の形成厚みが厚くなる。基板１上の絶縁体形成用溶液は、毛管現象により、自動的に光電変換を行なう粒状半導体20間の下部に向けて移動して、基板１上の隣り合う光電変換を行なう粒状半導体20間全体を浸す。ここで、毛管現象により絶縁体形成用溶液を移動しやすくして生産性よく絶縁体４を形成するためには、絶縁体形成用溶液の粘度を固形分10質量％の場合に25℃で100ｍＰａ・ｓ以下、好適には60ｍＰａ・ｓ以下、より好適には40ｍＰａ・ｓ以下とすることが望ましい。粘度が60ｍＰａ・ｓ以下の場合には、広範囲にわたり毛管現象により絶縁体形成用溶液が移動できるため、半導体接合領域間に供給する絶縁体形成用溶液の量を少なくすることができ、生産性がよくなるため好ましい。さらに40ｍＰａ・ｓ以下の場合には光電変換を行なう粒状半導体20間の下部に向けて迅速に絶縁体形成溶液を充填することができ、かつ原料となる絶縁体形成溶液の使用量を必要最小限度まで少なくすることができるので好ましい。
【００４４】
また、絶縁体４の厚みを１μｍ以上にするためには、絶縁体形成用溶液の濃度を固形分10質量％以上とすることが好ましい。このようにして、基板１上全体に充填された絶縁体形成用溶液を硬化させて絶縁体４を形成する。硬化処理法としては、感光性ポリイミド樹脂の場合はＵＶ照射、熱硬化性ポリイミド樹脂の場合は加熱処理が用いられる。ポリイミド樹脂の硬化温度は250℃以下、好適には220℃以下であることが望ましい。ＵＶ照射時の温度または熱硬化のための処理温度を250℃以下とすることで、すでに形成されている結晶半導体粒子２と半導体部３との間のｐｎ接合に熱的ダメージを与えることなく絶縁体形成用溶液を硬化させてポリイミド樹脂からなる絶縁体４を形成できるので、ｐｎ接合を高品質に保つことができる。また、硬化させるための熱処理は、窒素またはアルゴン雰囲気等の非酸化雰囲気中で行なうことが望ましい。非酸化雰囲気で熱処理することでポリイミド樹脂からなる絶縁体４の光透過性が高くなり、基板１との密着性も向上するからである。
【００４５】
次に、絶縁体４と光電変換を行なう粒状半導体20の上部を覆うように透光性導電層５を形成する。
【００４６】
次に、半導体接合領域間における透光性導電層５の上にバスバー電極16を配置し、透光性導電層５の上にバスバー電極16から半導体接合領域にフィンガー電極15を延設して本発明の光電変換装置を得ることができる。
【００４７】
なお、フィンガー電極15が半導体接合領域内の光電変換を行なう粒状半導体20で発生した光電流を集めることができように、光電変換を行なう粒状半導体20の上部を覆うように透光性導電層５が形成されており、かつフィンガー電極15とバスバー電極16とが接続されていれば、バスバー電極16は半導体接合領域間における絶縁体４の上に直接形成してもよい。この場合には、透光性導電層５を形成するときにメタルマスク等を用いて、半導体接合領域間に透光性導電層５を形成せずに、絶縁体４の上に直接バスバー電極16を配置すればよい。
【００４８】
この製造方法により、光電変換を行なう粒状半導体20上に絶縁体形成用溶液が被覆することなく、光電変換を行なう粒状半導体20間の下部に絶縁体形成用溶液を充填させて絶縁体４を形成することができる。このため、光電変換を行なう粒状半導体20上に絶縁体形成用溶液が被覆することによりｐｎ接合部に導く光の量が少なくなることを防げ、高い変換効率を有する光電変換装置を簡易に作製することができる。
【００４９】
次に、本発明の光電変換装置の製造方法について、図２に示す光電変換装置により説明する。
【００５０】
まず、上記製造方法と同様に、基板１上の複数の領域に結晶半導体粒子２を接合し、結晶半導体粒子２の基板１との接合部を除く表面に半導体部３を形成し、光電変換を行なう粒状半導体20を作製する。
【００５１】
次に光電変換を行なう粒状半導体20の基板１との接合部を除く表面に基板１と分離した状態で導電性保護層７を形成する。導電性保護層７と基板１とを分離した状態にするためには、導電性保護層７を形成するときにマスクにより基板１と結晶半導体粒子２との接合部の外周に導電性保護層７の非形成部を設けて分離してもよいし、光電変換を行なう粒状半導体20の表面全面に導電性保護層７を形成した後に基板１との接合部周辺の導電性保護層７をエッチングにより除去して分離させてもよい。
【００５２】
次に、上記製造方法と同様に、絶縁体４，透光性導電層５，フィンガー電極15，バスバー電極16を形成して、本発明の他の光電変換装置を得ることができる。
【００５３】
なお、本発明の光電変換装置およびその製造方法は上述の実施の形態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において種々の変更・改良を加えることができる。
【実施例】
【００５４】
次に、本発明の光電変換装置の具体化した第１の実施例を図１に示した光電変換装置により説明する。
【００５５】
アルミニウムからなる基板１の複数の領域の上に、直径が0.3ｍｍ以上0.5ｍｍ以下の範囲の粒度分布をもつｐ型シリコンである結晶半導体粒子２を多数個設置した後、結晶半導体粒子２が動かないように上から一定の荷重をかけて押し付けた状態で、Ｎ２−Ｈ２雰囲気中の630℃で10分間加熱処理して、基板１と結晶半導体粒子２とを、基板１と結晶半導体粒子２との合金層10を介して接合した。
【００５６】
次に結晶半導体粒子２の表面をクリーニングするために、この結晶半導体粒子２が接合された基板１を、弗酸の硝酸に対する混合比率を0.05とした弗酸硝酸混合液に１分間浸漬した後、純水で十分洗浄した。次に、結晶半導体粒子２の一部分を除く表面に、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法により、ｎ型非晶質シリコンからなる半導体部３を20ｎｍの厚さで形成した。
【００５７】
次に、絶縁体形成用溶液として、硬化温度が230℃であるポリイミド樹脂を、Ｎ−メチルピロリドン溶液中に溶解させてポリイミド溶液を作製した。ポリイミド溶液の濃度は12質量％であり、25℃における粘度は40ｍＰａ・ｓであった。このポリイミド溶液をディスペンサーを用いて半導体接合領域間に供給し、毛管現象を利用した方法で隣り合う光電変換を行なう粒状半導体20間の下部に充填させた。このとき、ポリイミド溶液を最初に供給した半導体接合領域間では半導体接合領域に比べて、ポリイミド溶液が厚く形成されていた。次に、窒素雰囲気中で250℃にて１時間加熱し、ポリイミド溶液を硬化させて、絶縁体４を形成した。絶縁体４の厚みは、半導体接合領域間では10μｍであり、二つの半導体接合領域間に挟まれた半導体接合領域の中心位置では３μｍであった。
【００５８】
次に、ＩＴＯターゲットを用いたＤＣスパッタリング装置に投入し、絶縁体４および光電変換を行なう粒状半導体20の上部を覆うようにＩＴＯからなる透光性導電層５を100ｎｍの厚みに形成した。
【００５９】
次に、半導体接合領域間における絶縁体４の上の透光性導電層５の上にバスバー電極16を銀ペーストで形成し、バスバー電極16から半導体接合領域へと複数のフィンガー電極15を銀ペーストで形成した。
【００６０】
このようにして作製した光電変換装置の光電変換率を測定したところ、8.3％であった。また、この光電変換装置に対し−40℃から90℃までの温度サイクル試験を500サイクル行った後、光電変換装置の各部を観察したが、絶縁体４にクラックや剥がれ等は発生しておらず、光電変換率を測定した結果、8.1％であった。
【００６１】
次に本発明の光電変換装置の第2の実施例について、図２に示す光電変換装置を例に説明する。
【００６２】
第1の実施例と同様に、基板１上に結晶半導体粒子２を接合し、半導体部３を形成した後に、ＩＴＯターゲットを用いたＤＣスパッタリング装置に投入し、半導体部３上に、ＩＴＯからなる導電性保護層７を光電変換を行なう粒状半導体20の天頂部における厚みを10ｎｍとして形成した。ここで、天頂部とは光電変換を行なう粒状半導体20の最も高い位置をいう。その後、第１の実施例と同様に、絶縁体４，透光性導電層５，フィンガー電極15，バスバー電極16を形成して光電変換装置を作製して変換効率を測定したところ、8.5％であった。また、この試料に対し−40℃から90℃までの温度サイクル試験を500サイクル行なったところ、変換効率は8.4％であった。なお、ポリイミド溶液を最初に塗布した半導体接合領域間では半導体接合領域に比べて、絶縁体４が厚く形成されていた。
【００６３】
第１の実施例、第２の実施例ともに、高い変換効率を有するとともに、高い信頼性を有するものとなった。これは、半導体接合領域間において絶縁体４の厚みを半導体接合領域に比べ厚く形成したことにより、バスバー電極16に光電流が集中しても透光性導電層５と基板１との短絡を確実に防止することができたため、高い変換効率を有するとともに、高い信頼性が得られたものと推察される。また、第２の実施例は第１の実施例に比べて変換効率が高かった。これは、導電性保護層７を半導体部３と絶縁体４との間に形成することにより、光電流が発生した場所から上部電極となる透光性導電層５までの経路の光電流に対する抵抗が小さくなり、発生した光電流の抵抗ロスが少なくなったためと推察される。
【００６４】
以上の結果から分かるように、半導体接合領域に比べ半導体接合領域間において絶縁体４の厚みを厚く形成して、透光性導電層５と基板１との短絡を確実に防止することで、高い変換効率を有する光電変換装置を得ることができた。また、導電性保護層７を絶縁体４と半導体部３との間に形成することにより、発生した光電流の抵抗ロスを少なくすることができるため、より高い変換効率を有する光電変換装置を得ることができた。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光電変換装置の実施の形態の一例を示す平面図および要部断面図である。
【図２】本発明の光電変換装置の実施の形態の他の例を示す要部断面図である。
【図３】従来の光電変換装置を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１・・・・基板
２・・・・結晶半導体粒子
３・・・・半導体部
４・・・・絶縁体
５・・・・透光性導電層
７・・・・導電性保護層
10・・・・基板１と結晶半導体粒子２との合金層
15・・・・フィンガー電極
16・・・・バスバー電極
20・・・・粒状半導体
【図１】
2005276857.tif 000003
【図２】
2005276857.tif 000004
【図３】
2005276857.tif 000005