(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型とｐ型のいずれか一方のシリコン基板の表面側に、ｎ型とｐ型のうち前記シリコン基板と異なる型の拡散層が設けられて光電池セル素子が形成され、該光電池セル素子は前記シリコン基板の基板面方向に複数配列されて、これら複数の光電池セル素子の裏面側には該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられており、該樹脂基材に化学的処理により穴開け加工が施されて形成された少なくとも穴位置に前記各光電池セル素子の前記シリコン基板に導通する電極が形成され、前記拡散層の表面側には前記各光電池セル素子の前記拡散層に導通する電極が形成されており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が前記光電池セル素子の表面側から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されていることを特徴とする光電池セル集積構造体。
【請求項２】
光電池セル素子の表面側には、拡散層に導通する電極の形成位置を避けた位置に、分離された光電池セル素子の離散を防いで該光電池セル素子を保持する素子保持補強膜が形成されており、該素子保持補強膜は赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する絶縁性の膜により形成されていることを特徴とする請求項１記載の光電池セル集積構造体。
【請求項３】
ｎ型とｐ型のいずれか一方のシリコン基板の表面側に、ｎ型とｐ型のうち前記シリコン基板と異なる型の拡散層が設けられて光電池セル素子が形成され、該光電池セル素子は前記シリコン基板の基板面方向に複数配列されて、これら複数の光電池セル素子の表面側には該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられて、該樹脂基材は赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する構成と成し、該樹脂基材に化学的処理により穴開け加工が施されて形成された穴位置に前記各光電池セル素子の前記拡散層に導通する電極が形成され、前記シリコン基板の裏面側には前記各光電池セル素子の前記シリコン基板に導通する電極が形成されており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が前記光電池セル素子の裏面側から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されていることを特徴とする光電池セル集積構造体。
【請求項４】
光電池セル素子の裏面側には、シリコン基板に導通する電極の形成位置の少なくとも一部を避けた位置に、分離された光電池セル素子の離散を防いで該光電池セル素子を保持する絶縁性の素子保持補強膜が形成されていることを特徴とする請求項３記載の光電池セル集積構造体。
【請求項５】
ｎ型とｐ型のいずれか一方のシリコン基板と、該シリコン基板を貫通するスルーホールとが設けられ、少なくとも前記シリコン基板の表面にはｎ型とｐ型のうち前記シリコン基板と異なる型の拡散層が設けられて光電池セル素子が形成され、該光電池セル素子は前記シリコン基板の基板面方向に複数配列されて、これら複数の光電池セル素子の裏面側には該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられており、該樹脂基材に化学的処理により穴開け加工が施されて形成された穴位置に、前記各光電池セル素子のシリコン基板に電気的に導通する電極と、前記拡散層に電気的に導通する電極とがそれぞれ形成されてこれらの電極は互いに間隔を介して配列されており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が前記光電池セル素子の表面側から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されていることを特徴とする光電池セル集積構造体。
【請求項６】
光電池セル素子の表面側には、分離された光電池セル素子の離散を防いで該光電池セル素子を保持する素子保持補強膜が形成されており、該素子保持補強膜は赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する絶縁性の膜により形成されていることを特徴とする請求項５記載の光電池セル集積構造体。
【請求項７】
樹脂基材は、フェノール系樹脂とポリイミド系樹脂とエポキシ系樹脂とアクリル系樹脂のいずれかの基材または感光性シートにより形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載の光電池セル集積構造体。
【請求項８】
配線パターンを形成した実装基板上に、請求項１乃至請求項４のいずれか一つに記載の光電池セル集積構造体を搭載し、該光電池セル集積構造体のシリコン基板に導通する電極を前記実装基板の配線パターンに半田または導電ペーストを介して接続し、前記光電池セル集積構造体の拡散層に導通する電極を前記実装基板の配線パターンにワイヤボンディングを介して接続して形成されていることを特徴とする光電池装置。
【請求項９】
請求項５または請求項６記載の光電池セル集積構造体を有し、該光電池セル集積構造体の樹脂基材に、一方の光電池セル素子のシリコン基板に導通する電極と他方の光電池セル素子の拡散層に導通する電極とを導通する配線が施されて形成されていることを特徴とする光電池装置。
【請求項１０】
光電池セル集積構造体の樹脂基材は、フェノール系樹脂とポリイミド系樹脂とエポキシ系樹脂とアクリル系樹脂のいずれかの基材または感光性シートにより形成されていることを特徴とする請求項８または請求項９記載の光電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、赤外線域から可視光領域の範囲内の少なくとも一部の光に感度を有する光電池セル素子をワンチップに集積した光電池セル集積構造体と、その光電池セル集積構造体を有し、高電圧化されて光を電気に変換する光電池装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
光電池として、可視光および赤外光に感度を有するシリコンで形成された単位発電素子を直列に接続した太陽電池があり、複数の太陽電池セルをアレイ状に並べた構成を有する太陽電池装置が提案されている（例えば、特許文献１、２、参照。）。この種の光電池装置は、個々の光電池セルをそれぞれ製造し、その光電池セルを、個々にプリント基板等の実装基板に実装により接続するものである。
【０００３】
また、目に見えない赤外線の波長域の赤外光エネルギーを受光し、起電する光電池装置も提案されている（例えば、特許文献３、参照。）。
【０００４】
【特許文献１】特許公報第２８２４８８２号
【特許文献２】特開２００５−１１８６９号
【特許文献３】特開２００６−２３７５４３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、個々の光電池セルをそれぞれ製造し、その光電池セルを、個々にプリント基板等の実装基板に実装して接続するタイプの光電池装置は、個々の光電池セルを実装する作業が非常に大変である。また、それぞれの光電池セルに対して、その周辺に実装のためのスペース（ワイヤボンディング等の配置スペース）が必要となるので、高電圧出力を得ようとして、多数の光電池を実装すると、装置面積が大きくなってしまうため、生産性の向上や低コスト化が難しいといった問題もあった。
【０００６】
本発明は、前記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、製造が容易であり、かつ、プリント基板等への実装基板への実装を行う場合には、その作業が容易にでき、生産性と取り扱い性が容易な光電池セル集積構造体と、該光電池セル集積構造体を用いることにより、生産性を向上でき、低コスト化が可能な光電池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】
本発明は、次に示す構成をもって前記課題を解決する手段と成している。すなわち、第１の発明の光電池セル集積構造体は、ｎ型とｐ型のいずれか一方のシリコン基板の表面側に、ｎ型とｐ型のうち前記シリコン基板と異なる型の拡散層が設けられて光電池セル素子が形成され、該光電池セル素子は前記シリコン基板の基板面方向に複数配列されて、これら複数の光電池セル素子の裏面側には該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられており、該樹脂基材に化学的処理により穴開け加工が施されて形成された少なくとも穴位置に前記各光電池セル素子の前記シリコン基板に導通する電極が形成され、前記拡散層の表面側には前記各光電池セル素子の前記拡散層に導通する電極が形成されており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が前記光電池セル素子の表面側から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【０００８】
また、第２の発明の光電池セル集積構造体は、前記第１の発明の構成に加え、前記光電池セル素子の表面側には、拡散層に導通する電極の形成位置を避けた位置に、分離された光電池セル素子の離散を防いで該光電池セル素子を保持する素子保持補強膜が形成されており、該素子保持補強膜は赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する絶縁性の膜により形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【０００９】
さらに、第３の発明の光電池セル集積構造体は、ｎ型とｐ型のいずれか一方のシリコン基板の表面側に、ｎ型とｐ型のうち前記シリコン基板と異なる型の拡散層が設けられて光電池セル素子が形成され、該光電池セル素子は前記シリコン基板の基板面方向に複数配列されて、これら複数の光電池セル素子の表面側には該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられて、該樹脂基材は赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する構成と成し、該樹脂基材に化学的処理により穴開け加工が施されて形成された穴位置に前記各光電池セル素子の前記拡散層に導通する電極が形成され、前記シリコン基板の裏面側には前記各光電池セル素子の前記シリコン基板に導通する電極が形成されており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が前記光電池セル素子の裏面側から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１０】
さらに、第４の発明の光電池セル集積構造体は、前記第３の発明の構成に加え、前記光電池セル素子の裏面側には、シリコン基板に導通する電極の形成位置の少なくとも一部を避けた位置に、分離された光電池セル素子の離散を防いで該光電池セル素子を保持する絶縁性の素子保持補強膜が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１１】
さらに、第５の発明の光電池セル集積構造体は、ｎ型とｐ型のいずれか一方のシリコン基板と、該シリコン基板を貫通するスルーホールとが設けられ、少なくとも前記シリコン基板の表面にはｎ型とｐ型のうち前記シリコン基板と異なる型の拡散層が設けられて光電池セル素子が形成され、該光電池セル素子は前記シリコン基板の基板面方向に複数配列されて、これら複数の光電池セル素子の裏面側には該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられており、該樹脂基材に化学的処理により穴開け加工が施されて形成された穴位置に、前記各光電池セル素子のシリコン基板に電気的に導通する電極と、前記拡散層に電気的に導通する電極とがそれぞれ形成されてこれらの電極は互いに間隔を介して配列されており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が前記光電池セル素子の表面側から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１２】
さらに、第６の発明の光電池セル集積構造体は、前記第５の発明の構成に加え、前記光電池セル素子の表面側には、分離された光電池セル素子の離散を防いで該光電池セル素子を保持する素子保持補強膜が形成されており、該素子保持補強膜は赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する絶縁性の膜により形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１３】
さらに、第７の発明の光電池セル集積構造体は、前記第１乃至第６のいずれか一つの発明の構成に加え、前記樹脂基材は、フェノール系樹脂とポリイミド系樹脂とエポキシ系樹脂とアクリル系樹脂のいずれかの基材または感光性シートにより形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１４】
さらに、第８の発明の光電池装置は、配線パターンを形成した実装基板上に、前記第１乃至第４のいずれか一つの発明の光電池セル集積構造体を搭載し、該光電池セル集積構造体のシリコン基板に導通する電極を前記実装基板の配線パターンに半田または導電ペーストを介して接続し、前記光電池セル集積構造体の拡散層に導通する電極を前記実装基板の配線パターンにワイヤボンディングを介して接続して形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１５】
さらに、第９の発明の光電池装置は、前記第５または第６の発明の光電池セル集積構造体を有し、該光電池セル集積構造体の樹脂基材に、一方の光電池セル素子のシリコン基板に導通する電極と他方の光電池セル素子の拡散層に導通する電極とを導通する配線が施されて形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【００１６】
さらに、第１０の発明の光電池装置は、前記第８または第９の発明の構成に加え、前記光電池セル集積構造体の樹脂基材は、フェノール系樹脂とポリイミド系樹脂とエポキシ系樹脂とアクリル系樹脂のいずれかの基材または感光性シートにより形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の光電池セル集積構造体によれば、複数の光電池セル素子の表面側または裏面側には、当該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が、前記光電池セル素子から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されているので、複数の光電池セル素子を樹脂基材に適切に保持した状態で、プリント基板等の実装基板に容易に実装でき、光電池装置を容易に形成することができる。
【００１８】
なお、樹脂基材は、厚みを厚くも薄くも形成でき、また、厚みを厚く形成しても、化学的処理により、容易に穴開け加工を施すことができるため、複数の光電池セル素子の裏面側または表面側に、適宜の厚みを有する樹脂基材を容易に設けることができ、それにより、複数の光電池セル素子の保持を適切に行うことができるし、穴開け加工も容易にできる。
【００１９】
また、本発明において、光電池セル集積構造体を形成する光電池セル素子の表面側や裏面側に、絶縁性の素子保持補強膜を形成すると、光電池セル素子の表面側や裏面側を素子保持補強膜により集積構造を補強でき、かつ、分離された光電池セル素子の離散を防いで光電池セル素子を保持することができるので、例えば光電池セル集積構造体を実装基板に実装するとき等の取り扱い時に、光電池セル集積構造体が破損したりすることを防ぐことができる。
【００２０】
さらに、本発明の光電池装置において、プリント基板等の実装基板を設けずに、に、一方の光電池セル素子のシリコン基板に導通する電極と他方の光電池セル素子の拡散層に導通する電極とを導通する配線が施されて形成されているものにおいては、実装基板に実装を行わなくても、半導体技術を利用して、光電池セル素子同士を電気的に接続した光電池装置を構成できる。そのため、この構成の光電池装置は、プリント基板に実装する構成に比べて省スペース化が可能となり、かつ、生産効率を向上でき、大量生産が可能となって、市場への大量支給を可能にできるし、製造コストを下げることができる。
【００２１】
さらに、本発明において、樹脂基材をフェノール系樹脂の基材やポリイミド系樹脂の基材により形成すると、これらの樹脂の基材は、３００℃以上での使用が可能であるので、例えば半田によって光電池セル集積構造体または光電池装置を実装基板に実装する際に、鉛フリー半田を使用することができ、光電池装置の耐熱性の向上を図ることができ、また、環境負荷を少なくでき、さらに、生産性の向上によって用途を拡大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
図１には、本発明に係る光電池装置の第１実施形態例を示す構成図が、断面図により模式的に示されている。同図に示すように、光電池装置２０は、複数の光電池セル素子１を備えた光電池セル集積構造体３３を、プリント基板４１上に実装して形成されている。なお、本実施形態例において、光電池セル素子１は、図２の斜視図に示すように、縦横２列ずつ、合計４個設けられている。図１、図２に示すように、各光電池セル素子１は、ｎ型のシリコン基板２の表面側にｐ型の拡散層４を設けて形成されており、各光電池セル素子１は、その表面側（図の上側）を受光面とするフォトダイオード素子である。
【００２４】
また、光電池セル素子１は、前記シリコン基板２の基板面方向に複数（ここでは、４個）配列されており、これら複数の光電池セル素子１の裏面側には、複数の光電池セル素子１を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材８が設けられている。本実施形態例において、樹脂基材８は紫外線感光性樹脂基材であり、フェノール系樹脂の基材またはポリイミド系樹脂の基材により形成されている。樹脂基材８の厚みは、例えば５〜２００μｍ程度に形成されている。
【００２５】
樹脂基材８には、化学的処理により穴開け加工が施され、この穴開け加工により形成された穴位置に、前記各光電池セル素子１の前記シリコン基板２に導通する電極（ｎ側電極）５が形成されている。前記拡散層４の表面側には、各光電池セル素子１の拡散層４に導通する電極（ｐ側電極）６が形成されている。また、光電池セル素子１の表面側には、ｐ側電極６の形成位置を避けた位置に、素子表面側保護膜９が形成されている。この素子表面側保護膜９は、赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する（例えば波長４００ｎｍ〜１０００ｎｍの光を透過する）シリコン酸化膜から成り、光電池セル素子１の表面側を保護する役割を果たす。
【００２６】
光電池セル集積構造体３３には、各光電池セル素子１間を分離するセル分離溝７が、前記光電池セル素子１の表面側から前記樹脂基材８の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子１が前記セル分離溝７によって分離された状態で、前記樹脂基材８によって保持されて形成されている。このように、本実施形態例では、セル分離溝７は、樹脂基材８の途中部にかけて形成されたハーフカット溝と成している。
【００２７】
また、素子表面側保護膜９の表面側には、図１に示すような素子保持補強膜１０（図２には、図示せず）が形成されている。この素子保持補強膜１０は、分離された光電池セル素子１の離散を防いで、これらの光電池セル素子１を保持する膜であり、本実施形態例において、素子保持補強膜１０は、前記素子表面側保護膜９が透過する赤外線と可視光の少なくとも一方（例えば波長４００ｎｍ〜１０００ｎｍの光）を透過する、絶縁性のエポキシ系樹脂により形成されている。なお、素子保持補強膜１０は、アクリル系樹脂やフェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂により形成することもできる。
【００２８】
図３には、本実施形態例の光電池装置２０の製造方法が示されており、この製造方法について、図３に基づいて説明する。まず、図３（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板２の表面側に、互いに間隔を介してｐ型の拡散層４を形成する。
【００２９】
そして、シリコン基板２を、個々の光電池セル素子１を形成する複数の単位素子領域（図３（ａ）の破線により区切られる各領域）に区分し、該単位素子領域はそれぞれ前記拡散層４を有する構成とする。なお、この単位素子領域の区分は、後の工程で形成されるセル分離溝７やチップの電池切り出し溝２７により分離される境界領域を定めるものであり、各単位素子領域に沿って線を引くなどの印を付けたり、分離したりするものではない。
【００３０】
次に、図３（ｂ）に示すように、素子表面側保護膜９を形成した後に、この素子表面側保護膜９に穴開け加工を施して、その穴に、ｐ側電極６を形成する。素子表面側保護膜９は、光電池セル素子１の表面側を保護する膜であるので、その厚みは、例えば、０．５μｍ程度に薄くてもよいため、穴開け加工も容易にできる。
【００３１】
その後、前記光電池セル素子１の裏面側には、絶縁性の樹脂基材８を設け、該樹脂基材８に化学的処理により穴開け加工を施す。この穴開け加工は、例えば、樹脂基材８の裏面側に、前記穴位置を除く位置にマスクを設けた状態で紫外光を照射することにより、樹脂基材８を紫外光によって反応させて、穴１８を形成するものである。なお、素子表面側保護膜９の形成、ｐ側電極６の形成、樹脂基材８の形成の順番は、特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。
【００３２】
次に、図３（ｃ）に示すように、前記穴開け加工により形成した穴位置に、前記単位素子領域毎に各光電池セル素子１の前記シリコン基板２に導通するｎ側電極５を形成し、その裏面側に、ｎ側電極５を外部に導通させる導電材としての半田１９を設ける。なお、半田１９の代わりに導電ペースト等の、他の導電材を設けてもよい。
【００３３】
次に、図３（ｄ）に示すように、樹脂基材８の裏面側にダイシングテープ４３を貼り、光電池セル素子１間を分離するセル分離溝７を、前記単位素子領域の境界に沿って、前記光電池セル素子１の表面側から前記樹脂基材８の厚み方向途中部にかけて切り込み形成する。そして、光電池セル素子１をセル分離溝７によって分離する。
【００３４】
次に、図３（ｅ）に示すように、前記素子表面側保護膜９の表面側に、前記ｐ側電極６の形成位置を避けて、素子保持補強膜１０を形成する。素子保持補強膜１０は、例えばマスク等を設けて、始めからｐ側電極の形成位置を避けた位置に形成してもよいし、ｐ側電極６の表面側にも素子保持補強膜１０を形成した後、ｐ側電極６の表面側の素子保持補強膜１０を除くようにしてもよい。なお、前記樹脂基材８の厚みを厚くすると、光電池セル素子１を保持する力が強くなるので、樹脂基材８を該樹脂基材８による光電池セル素子１の保持力を充分に大きくできる厚み（例えば１０μｍ以上）に形成した場合には、素子保持補強膜１０を省略することができる。
【００３５】
そして、図３（ｆ）に示すように、予め定めた個数の光電池セル素子１群毎の境界線に沿って、チップの電池切り出し溝２７により、前記シリコン基板２と前記樹脂基材８とを切断する。この切断により、切断した１つのブロックをそれぞれ１つの光電池セル集積構造体３３とする複数の光電池セル集積構造体３３が切り出し製造される。ここで、ダイシングテープ４３を剥がせば、図１に示したような光電池セル集積構造体３３が形成される。
【００３６】
上記のようにして、本実施形態例の光電池セル集積構造体３３は製造されるものであり、加工が容易な樹脂基材８を適用し、前記セル分離溝７によって各光電池セル素子１を分離した状態で、複数の光電池セル素子１を樹脂基材８により保持することにより、光電池セル集積構造体３３を容易に製造することができる。
【００３７】
なお、本実施形態例において、光電池セル集積構造体３３は、前記素子保持補強膜１０を形成してから、チップの電池切り出し溝２７による切断を行うことにより、この切断時に、光電池セル素子１の表面側の強度を補強できるため、切断時に光電池セル素子１の損傷が生じるといったことをより確実に防げるという利点がある。また、光電池セル集積構造体３３をプリント基板４１に実装して光電池装置２０を形成する際にも、樹脂基材８による光電池セル素子１の保持を素子保持補強膜１０をにより補強できるため、光電池セル素子１の損傷の発生を低減することができ、実装作業の作業性も向上できる。
【００３８】
図２に示したように、本実施形態例において、光電池セル集積構造体３３は、４つの光電池セル素子１を樹脂基材８により保持して形成されている。そこで、図２（ａ）に示すように、４つの光電池セル素子１のｎ側電極５とｐ側電極６が接続される配線４２を、光電池セル集積構造体３３を用いて形成する光電池装置２０が目的の配線回路になるように（光電池装置２０の出力電圧に応じた配線回路になるように）、予め形成しておき、この配線４２とｎ側電極５とを、前記半田１９およびプリント基板４１の配線４２側に設けた半田２９を介して、図２（ｂ）に示すように、接続する。また、配線４２とｐ側電極６とは、例えば電極パッド５０等を介し、ボンディングワイヤ１６を介して接続する。そして、この接続により、４つの光電池セル素子１を直列に接続した回路を形成する。なお、光電池セル素子１は、並列に接続して回路を形成することもできる。
【００３９】
このように、光電池セル集積構造体３３をプリント基板４１に接続する接続作業は、１つ１つの光電池セル素子１をそれぞれ１つずつプリント基板４１に実装して接続する作業に比べて格段に容易であり、迅速、かつ、的確に、複数の光電池セル素子１を一括してプリント基板４１に実装し、光電池装置２０を形成することができる。また、配線４２の形成の仕方は適宜設定されるものであり、例えば、ｐ側電極６に接続される配線４２を、光電池装置２０の片側にまとめて設ける等すれば、配線４２の配置スペースを省スペース化することもできる。
【００４０】
次に、本発明の光電池装置の第２実施形態例について説明する。なお、第２実施形態例の説明において、前記第１実施形態例と同一名称部分には、同一符号を付し、前記第１実施形態例との重複説明は、省略または簡略化する。第２実施形態例は、図４、図５に示すように、第１実施形態例と同様に、光電池セル素子１をシリコン基板２の基板面方向に複数（ここでは、４個）配列して形成した光電池セル集積構造体３３をプリント基板４１に実装して形成されているが、第２実施形態例では、光電池セル集積構造体３３を形成する複数の光電池セル素子１の表面側に、赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する（例えば波長４００ｎｍ〜１０００ｎｍの光を透過する）絶縁性の樹脂基材８を設けている。
【００４１】
樹脂基材８は、フェノール系樹脂の基材またはポリイミド系樹脂の基材により形成されており、その厚みは、１〜１００μｍ程度としている。樹脂基材８の厚みをこの範囲内の厚みとすることにより、樹脂基材８が光透過性を充分に得ることができるし、樹脂基材８による光電池セル素子１の保持も良好に行うことができる。
【００４２】
また、樹脂基材８には、化学的処理により穴開け加工が施され、この穴位置に前記各光電池セル素子１の前記拡散層４に導通するｐ側電極６が形成され、シリコン基板２の裏面側には前記各光電池セル素子１の前記シリコン基板２に導通するｎ側電極５が形成されている。そして、各光電池セル素子１間を分離するセル分離溝７が、前記光電池セル素子１の裏面側から前記樹脂基材８の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子１が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材８によって保持されている。
【００４３】
また、光電池セル素子１の裏面側には、ｎ側電極５の形成位置を避けた位置に、絶縁性の膜により形成された素子裏面側保護膜１１が形成されており、この素子裏面側保護膜１１の裏面側に、（ｎ側電極５の形成位置を避けて）絶縁性の素子保持補強膜１２が形成されている。なお、素子保持補強膜１２をフェノール系樹脂の基材またはポリイミド系樹脂の基材により形成すると、光電池セル素子１のプリント基板４１への実装時に、鉛フリー半田を使用することができるので、好ましい。
【００４４】
第２実施形態例は、以上のように構成されており、光電池セル集積構造体３３を製造するときには、図６（ａ）に示すように、第１実施形態例と同様に、ｎ型のシリコン基板２の表面側に拡散層４を形成し、複数の単位素子領域（図６（ａ）の破線により区切られる各領域）に区分した後、図６（ｂ）に示すように、光電池セル素子１の表面側に、樹脂基材８を設け、該樹脂基材８に化学的処理により穴開け加工を施す（穴１８を形成する）。また、光電池セル素子１の裏面側には、素子裏面側保護膜１１を形成する。
【００４５】
そして、図６（ｃ）に示すように、樹脂基材８の、穴開け加工により形成した穴位置に、単位素子領域毎に各光電池セル素子１の前記拡散層４に導通するｐ側電極６を形成する。また、シリコン基板２の裏面側には、前記各光電池セル素子１の前記シリコン基板２に導通するｎ側電極５を形成する。なお、このｎ側電極５の形成の仕方は、適宜設定される。
【００４６】
次に、図６（ｄ）に示すように、樹脂基材８の表面側にダイシングテープ４３を設け、光電池セル素子１間を分離するセル分離溝７を、前記光電池セル素子７の裏面側から前記樹脂基材８の厚み方向途中部にかけて切り込み形成して、光電池セル素子１を前記セル分離溝７によって分離する。
【００４７】
そして、図６（ｅ）に示すように、素子裏面側保護膜１１の裏面側に素子保持補強膜１２を設け、図６（ｆ）に示すように、予め定めた個数の光電池セル素子１群毎の境界線に沿って、チップの電池切り出し溝２７により、前記シリコン基板２と前記樹脂基材８とを切断する。この切断後、ダイシングテープ４３を剥がし、図４、図５に示したような光電池セル集積構造体３３が複数製造される。
【００４８】
なお、第２実施形態例でも、前記素子保持補強膜１２を形成してから、チップの電池切り出し溝２７による切断を行うため、この切断時に、光電池セル素子１の裏面側の強度を補強できるため、切断時に光電池セル素子１の損傷が生じるといったことをより確実に防ぐことができるという利点がある。また、それぞれの光電池セル集積構造体３３をプリント基板４１に実装する際にも、光電池セル素子１を保護でき、実装作業の作業性も向上できる。
【００４９】
また、第２実施形態例でも、図５（ａ）に示すように形成したプリント基板４１上に、光電池セル集積構造体３３を配置し、図５（ｂ）に示すように、前記第１実施形態例と同様に、複数の光電池セル素子１を有する光電池セル集積構造体３３を、配線４２を形成したプリント基板４１上に、半田１９を介して接続することにより実装し、光電池装置２０を形成する。このように、第２実施形態例も第１実施形態例と同様に、容易に製造が可能であり、また、容易に実装でき、第１実施形態例と同様の効果を奏することができる。
【００５０】
次に、本発明に係る光電池装置の第３実施形態例について説明する。なお、第３実施形態例の説明において、前記第１、第２実施形態例と同一名称部分には、同一符号を付し、その重複説明は、省略または簡略化する。図７には、第３実施形態例の構成が断面図により示されており、図８には、その断面領域を、斜め下側から見た場合の斜視図が模式的に示されている。
【００５１】
これらの図に示すように、第３実施形態例の光電池装置２０においては、複数の光電池セル素子１を備えた光電池セル集積構造体３３を有しており、第３実施形態例では、プリント基板４１を設けずに、光電池装置２０を形成している。
【００５２】
第３実施形態例において、光電池セル集積構造体３３を形成する各光電池セル素子１は、ｎ型のシリコン基板２と、シリコン基板２を貫通するスルーホール３と、ｐ型の拡散層４とを有して形成されており、拡散層４は、シリコン基板２の表面とスルーホール３の内壁面と、シリコン基板２におけるスルーホール３の開口部周辺部に形成されている。また、拡散層４の表面側およびシリコン基板２の裏面側に、素子保護膜９１が形成されている。第３実施形態例でも、複数の光電池セル素子１はシリコン基板２の基板面方向に配列されており、これら複数の光電池セル素子１の裏面側には、前記第１実施形態例と同様に、絶縁性の樹脂基材８が設けられている。
【００５３】
樹脂基材８には、化学的処理により穴開け加工が施されており、この穴開け加工により形成された穴位置に、前記各光電池セル素子１のシリコン基板２に電気的に導通するｎ側電極５と、前記スルーホール３の拡散層４に電気的に導通するｐ側電極６とが対応する適宜の位置にそれぞれ形成されており、該ｐ側電極６と前記ｎ側電極５は互いに間隔を介して配列されている。なお、ｐ側電極６は、拡散層４と同型の拡散層または拡散層４に相当する少なくともスルーホール側面に形成された導電材料を介して拡散層４に導通するようにしてもよい。
【００５４】
そして、第３実施形態例でも前記第１実施形態例と同様に、前記各光電池セル素子１間を分離するセル分離溝７が前記光電池セル素子１の表面側から前記樹脂基材８の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子１が前記セル分離溝７によって分離された状態で前記樹脂基材８によって保持されている。
【００５５】
なお、前記光電池セル素子１の表面側および裏面側に形成された素子保護膜９１は、赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する（例えば波長４００ｎｍ〜１０００ｎｍの光を透過する）絶縁性の膜により形成されており、この素子保護膜９１の表面側に、該素子保護膜９１が透過する赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する（例えば波長４００ｎｍ〜１０００ｎｍの光を透過する）絶縁性の素子保持補強膜１０が形成されている。素子保護膜９１は第１実施形態例の素子表面側保護膜９と同様の膜により、素子保持補強膜１０は、第１実施形態例に適用した素子保持補強膜１０と同様の膜によりそれぞれ形成されている。
【００５６】
また、第３実施形態例において、樹脂基材８には、互いに隣り合う一方の光電池セル素子１のｎ側電極５と他方の光電池セル素子１のｐ側電極６とを導通する配線１４が施されている。このように、第３実施形態例では、樹脂基材８に配線１４を形成することにより、プリント基板４１を設けなくても、光電池セル素子１を電気的に接続して光電池装置２０を形成している。なお、樹脂基材８の裏面側には、保護膜１５が形成されており、保護膜１５には、光電池装置２０の電池電極の位置に穴２８が形成されている。
【００５７】
第３実施形態例は、以上のように構成されており、以下のようにして製造される。まず、図９（ａ）に示すように、ｎ型のシリコン基板２に、シリコン基板２を貫通するスルーホール３を形成し、シリコン基板２の表面とスルーホール３の内壁面とシリコン基板２におけるスルーホール３の開口部周辺部にｐ型の拡散層４を形成する。さらに、拡散層４の表面側とスルーホール３の内壁面（拡散層４の内壁面）とシリコン基板２の裏面側に素子保護膜９１を形成する。スルーホール３は、シリコン基板２をエッチングすることにより形成され、例えば、その壁面が、図８に示したような（１１１）結晶面となる。
【００５８】
なお、スルーホール３は、シリコン基板２を貫通して形成されていれば、その形成方法は適宜設定されるものであり、イオン照射等により形成してもよく、スルーホール３の形成方法によっては、その内壁面を曲面と成していてもよい。また、スルーホール３の内壁面に、拡散層４を形成する代わりに、金属等の導体材料をスルーホール３の内壁面に形成してもよいし、金属等の導体材料をスルーホール３に埋め込み形成してもよい。
【００５９】
そして、前記シリコン基板２を、個々の光電池セル素子１を形成する複数の単位素子領域（図９（ａ）の破線により区切られる領域）に区分して、該単位素子領域は、それぞれ、前記スルーホール３と前記拡散層４とを有する構成とする。なお、第３実施形態例の場合も、第１、第２実施形態例と同様に、各単位素子領域に沿って印を付けたり、分離したりするものではない。
【００６０】
そして、光電池セル素子１の裏面側において、素子保護膜９１に穴開け加工を施し、その穴に、各光電池セル素子１の前記シリコン基板２に導通するｎ側電極５と前記スルーホール３の拡散層４に導通するｐ側電極６とを互いに間隔を介して形成する。
【００６１】
次に、図９（ｂ）に示すように、前記光電池セル素子１の裏面側に、樹脂基材８を設けて該樹脂基材８に化学的処理により穴開け加工を施す。これにより、穴開け加工を施した穴位置に、ｎ側電極５とｐ側電極６とが配置された態様となる。そして、前記穴開け加工により形成した穴１８を用いて、図９（ｃ）に示すように、互いに隣り合う一方の光電池セル素子１のｎ側電極５と他方の光電池セル素子１のｐ側電極６とを導通する配線１４を形成する。その後、図９（ｄ）に示すように、樹脂基材８の裏面側に保護膜１５を形成し、保護膜１５に、電池電極の接続用の穴２２を開ける加工を施す。
【００６２】
然る後に、図９（ｅ）に示すように、保護膜１５の裏面側にダイシングテープ４３を張り、前記単位素子領域毎に前記光電池セル素子１を分離するセル分離溝７を前記光電池セル素子１の表面側から前記樹脂基材８の厚み方向途中部にかけて切り込み形成し、前記光電池セル素子１を前記セル分離溝７によって分離する。
【００６３】
次に、図１０（ａ）に示すように、素子保護膜９１の表面側に素子保持補強膜１０を形成し、図１０（ｂ）に示すように、予め定めた個数の光電池セル素子１群毎の境界線に沿って、シリコン基板２と樹脂基材８とをチップの電池切り出し溝２７により切断し、ダイシングテープ４３を剥がして、複数の光電池装置２０を製造する。
【００６４】
第３実施形態例は、以上のようにして製造され、第３実施形態例も、前記第１、第２実施形態例と同様の効果を奏することができる上に、さらに、第３実施形態例は、以下のように、前記第１、第２実施形態例よりも優れた効果を奏することができる。
【００６５】
つまり、第３実施形態例は、プリント基板４１等の実装基板に実装を行わなくても、光電池セル素子１同士を、配線１４を介して電気的に接続することができるので、第１、第２実施形態例に比べて省スペース化が可能となる。また、第３実施形態例は、半導体作成工程だけで、光電池装置２０を作成することができるので、生産効率を向上でき、大量生産が可能となって、市場への大量支給を可能にできるし、製造コストを下げることができる。
【００６６】
なお、本発明は前記各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の態様をとり得る。例えば、前記第１実施形態例では、素子表面側保護膜９の表面側に素子保持補強膜１０を設け、第３実施形態例では、シリコン基板２の表面側に形成した素子保護膜９１の表面側に素子保持補強膜１０を設け、前記第２実施形態例では、素子裏面側保護膜１１の裏面側に素子保持補強膜１２を設けたが、素子保持補強膜１０，１２は省略することもできる。また、場合によっては、素子表面側保護膜９や素子保護膜９１や素子裏面側保護膜１１を省略することもできる。
【００６７】
また、図１１（ａ）には、前記第１実施形態例の変形例が示されており、図１１（ｂ）には、前記第２実施形態例の変形例が示されており、本発明の光電池装置２０は、これらの図に示すように形成してもよい。
【００６８】
なお、図１１（ａ）に示す光電池装置２０が前記第１実施形態例と異なる特徴的な構成は、電極５を、樹脂基材８の穴位置のみならず、シリコン基板２の裏面側の全領域に形成していることである。また、図１１（ｂ）に示す光電池装置２０が前記第２実施形態例と異なる特徴的な構成は、電極５を、素子裏面側保護膜１１の穴位置のみならず、シリコン基板２の裏面側の全領域に形成していることである。
【００６９】
図１１（ａ）、（ｂ）に示す構成とすると、光電池セル集積構造体３３の製造工程を簡略化することができる。例えば、図１２には、図１１（ａ）に示す光電池装置２０の製造工程が示されており、以下、図１２に示す工程について説明する。同図において、図１２（ａ）は、前記第１実施形態例における、図３（ａ）に示した構成と同様であり、図１２（ｂ）に示す工程において、シリコン基板２の表面側の加工（電極６と保護膜９の形成）は、図３（ｂ）と同様であるが、図１２（ｃ）に示すように、シリコン基板２の裏面側は、この裏面側全領域を覆うように電極５を形成した後、電極５の裏面側に、樹脂基材８を設けて、樹脂基材８の適宜の位置に穴加工を施す。
【００７０】
その後、図１２（ｄ）に示すように、樹脂基材８の裏面側にダイシングテープ４３を設け、図１２（ｅ）に示すように、セル分離溝７を形成し、図１２（ｆ）に示すように、チップの電池切り出し溝２７を形成すると、電極５が、光電池セル素子１毎に分離される。このように、電極５をシリコン基板２の裏面側の全領域に形成しても、セル分離溝７によって、光電池セル素子１毎に分離できるため、電極５を互いに間隔を介して配列形成するよりも、その形成工程が簡略化でき、光電池セル集積構造体３３の製造工程を簡略化できる。
【００７１】
なお、図１１（ｂ）に示すように、電極５を、素子裏面側保護膜１１の穴位置のみならず、シリコン基板２の裏面側の全領域に形成する場合は、図１３に示すようにして、光電池セル集積構造体３３を製造することができる。同図において、図１３（ａ）は、前記第２実施形態例における、図６（ａ）に示した構成と同様であり、図１３（ｂ）に示す工程において、シリコン基板２の表面側の加工（電極６と樹脂基材８の形成）は、図６（ｂ）と同様であるが、ここで、シリコン基板２の裏面側に、この裏面側全領域を覆うように電極５を形成する。その後、図１３（ｃ）に示すように、電極５の裏面側に素子裏面側保護膜１１を設けて、素子裏面側保護膜１１の適宜の位置に穴加工を施す。それにより、素子裏面側保護膜１１が、電極５の形成位置の一部を避けた位置に形成される。
【００７２】
その後、図１２（ｄ）に示すように、樹脂基材８の表面側にダイシングテープ４３を設けて、セル分離溝７を形成し、図１２（ｅ）に示すように、素子裏面側保護膜１１の裏面側に、素子保持補強膜１２を形成する（素子保持補強膜１２も、電極５の形成位置の一部を避けた位置に形成される）。その後、図１２（ｆ）に示すように、チップの電池切り出し溝２７を形成すると、電極５が、光電池セル素子１毎に分離される。
【００７３】
さらに、前記第３実施形態例では、樹脂基材８に配線１４を形成したが、樹脂基材８に配線１４を形成する代わりに、ｎ側電極５とｐ側電極６とにそれぞれ導通する半田１９や導電ペースト等の導電材を設け、配線４２を形成したプリント基板４１等に、前記導電材を介してｎ側電極５とｐ側電極６を配線４２に接続するようにしてもよい。
【００７４】
さらに、前記各実施形態例では、光電池セル素子１は、ｎ型のシリコン基板２とｐ型の拡散層４を有していたが、光電池セル素子１は、その逆に、ｐ型のシリコン基板２とｎ型の拡散層４を有する構成としてもよい。
【００７５】
さらに、本発明において、樹脂基材８、素子表面側保護膜９、素子裏面側保護膜１１、素子保持補強膜１２、素子保護膜９１の形成材料や厚み等は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。例えば、樹脂基材８や素子保持補強膜１２は、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂により形成することもできるし、感光性シートにより形成することもできるし、紫外線感光性を有していない樹脂により形成することもできる。
【００７６】
さらに、本発明において、１つの光電池装置２０に配列される光電池セル素子１の数および接続方法は特に限定されるものでなく、必要とする出力電力によって、適宜設定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明に係る光電池装置の第１実施形態例を模式的に示す断面構成図である。
【図２】第１実施形態例の光電池装置を、前面側を一部切断した状態の斜視図により示す模式的な説明図である。
【図３】第１実施形態例の光電池装置に適用される光電池セル集積構造体の製造工程を示す断面説明図である。
【図４】本発明に係る光電池装置の第２実施形態例を模式的に示す断面構成図である。
【図５】第２実施形態例の光電池装置を、前面側を一部切断した状態の斜視図により示す模式的な説明図である。
【図６】第２実施形態例の光電池装置に適用される光電池セル集積構造体の製造工程を示す断面説明図である。
【図７】本発明に係る光電池装置の第３実施形態例を模式的に示す断面構成図である。
【図８】第３実施形態例の光電池装置の断面領域を斜め下側から見た場合の模式的な説明図である。
【図９】第３実施形態例の光電池装置の製造工程を示す断面説明図である。
【図１０】第３実施形態例の光電池装置の図９に続く製造工程を示す断面説明図である。
【図１１】光電池装置の他の実施形態例の光電池装置を模式的に示す断面構成図である。
【図１２】図１１（ａ）に示した光電池装置に適用される光電池セル集積構造体の製造工程を示す断面説明図である。
【図１３】図１１（ｂ）に示した光電池装置に適用される光電池セル集積構造体の製造工程を示す断面説明図である。
【符号の説明】
【００７８】
１    光電池セル素子
２    シリコン基板
３    スルーホール
４    拡散層
５    ｎ電極
６    ｐ電極
７    セル分離溝
８    樹脂基材
９    素子表面側保護膜
１０，１２  素子保持補強膜
１１  素子裏面側保護膜
２７  チップの電池切り出し溝
９１  素子保護膜
【図１】
0005232466.tif 000002
【図２】
0005232466.tif 000003
【図３】
0005232466.tif 000004
【図４】
0005232466.tif 000005
【図５】
0005232466.tif 000006
【図６】
0005232466.tif 000007
【図７】
0005232466.tif 000008
【図８】
0005232466.tif 000009
【図９】
0005232466.tif 000010
【図１０】
0005232466.tif 000011
【図１１】
0005232466.tif 000012
【図１２】
0005232466.tif 000013
【図１３】
0005232466.tif 000014