(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の電極層を有する基板上に半導体粒子を多数配置してこの半導体粒子間に絶縁物質を介在させるとともに、この半導体粒子の上部側に他方の電極を設けた光電変換装置において、前記多数の半導体粒子のうち、任意の半導体粒子を第１の半導体粒子とし該第１の半導体粒子に隣接する半導体粒子を第２の半導体粒子としたときに、複数の前記第２の半導体粒子が前記第１の半導体粒子を中心とした六角形の頂点位置にそれぞれ位置しており、隣接する前記第２の半導体粒子同士の間の前記絶縁物質が丸みを帯びて盛り上がった凸状部を有しており、該凸状部は前記第１の半導体粒子に対向する側面が傾斜面であるとともに前記第２の半導体粒子間で一直線状に延びる鞍形状であることを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は光電変換装置に関し、特に多数の半導体粒子を用いた光電変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から提案されている結晶半導体粒子を用いた光電変換装置を図５および図６に示す。
【０００３】
図５に示すように、米国特許４５１４５８０号公報によれば、鋼基板８の周囲にアルミニウム膜７を形成し、粉砕シリコン粒子９をアルミニウム膜７に接合し、絶縁物質層４、ｎ形シリコン部１０、透明導電層１１を順次形成した光電変換素子が開示されている。
【０００４】
また、図６に示すように、米国特許５４１９７８２号公報によれば、第１のアルミニウム箔１２に開口を形成し、その開口にｐ形の上にｎ形表皮部１４を持つシリコン球１３を結合し、球１３の裏側のｎ形表皮部１４を除去し、アルミニウム１６上に酸化物１５をコーティングし、球１３の裏側の酸化物１５を除去し、第２のアルミニウム箔１６と接合し、透明なコーティング１７を表面に設け、このコーティング１７が最下点で急激に変化する形状を有することによりシリコン球１３の無い位置に入射した光をシリコン球１３へ導いて変換効率を向上させる光電変換装置が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図５に示す米国特許４５１４５８０号公報の光電変換装置では、半導体粒子の好適な配置や半導体粒子２の周辺部の好適な形状に関して具体的記述はなく、半導体粒子２の周辺部に入射した光を効率的に利用することができず、変換効率が低いという問題があった。
【０００６】
また、図６に示す米国特許５４１９７８２号公報の光電変換装置では、最下点で急激に変化する形状を持つコーティング１７により変換効率を向上させるとあるが、最下点で急激に変化する形状を形成することは技術的に難しいために生産性が悪く、また長期に渡って太陽光にさらされる場合、コーティング材料１７に劣化が生じ、徐々に変換効率が低下するという問題があった。
【０００７】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は高効率の光電変換装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る光電変換装置では、一方の電極層を有する基板上に半導体粒子を多数配置してこの半導体粒子間に絶縁物質を介在させるとともに、この半導体粒子の上部側に他方の電極を設けた光電変換装置において、前記多数の半導体粒子のうち、任意の半導体粒子を第１の半導体粒子とし該第１の半導体粒子に隣接する半導体粒子を第２の半導体粒子としたときに、複数の前記第２の半導体粒子が前記第１の半導体粒子を中心とした六角形の頂点位置にそれぞれ位置しており、隣接する前記第２の半導体粒子同士の間の前記絶縁物質が丸みを帯びて盛り上がった凸状部を有しており、該凸状部は前記第１の半導体粒子に対向する側面が傾斜面であるとともに前記第２の半導体粒子間で一直線状に延びる鞍形状であることを特徴とする。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１において、基板１は、金属、セラミック、樹脂等からなる。基板１は導電性をもつものであればよく、セラミックや樹脂等の絶縁物質を基板として用いる場合はその表面に導電層を形成する必要がある。
【００１１】
第１導電形半導体粒子２は、Ｓｉ、Ｇｅ等にｐ形を呈するＢ、Ａｌ、Ｇａ等が微量元素含まれているものである。半導体粒子２の形状としては多角形を持つもの、曲面を持つもの等がある。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、コスト的には不均一の場合が有利である。更に凸曲面を持つことによって光の光線角度の依存性も小さい。
【００１２】
この半導体粒子２は、図３に示すように、半導体粒子２と隣接する半導体粒子２の中心部を結ぶ直線Ｚ−Ｚの中点で直交する直線Ｙ−Ｙ上に他の半導体粒子２が位置するように基板１上に配置する。半導体粒子２をこのように配設すると、半導体粒子２間の絶縁物質４が盛り上がって形成され、丸みを帯びた凸形状部３となる。
【００１３】
この丸みを帯びた凸形状部３は、半導体粒子２の無い位置に入射した光を近傍の半導体粒子２へ導く効果を有するものである。上記凸形状部３に入射した光は相対する位置に配設した半導体粒子２へ導かれて発電に寄与することができ、高い変換効率を実現できる。半導体粒子２を六方形に配設し、最近接粒子間に上記丸みを帯びた凸状部２を鞍形状に形成するとより好適である。
【００１４】
半導体粒子２の配列方法の一例を次に示す。箱型の治具に半導体粒子２の粒径より小さな穴を設計した配列に形成し、箱形の治具内部をポンプにより減圧し、粒径より小さな穴に半導体粒子２を吸着させる。基板１上へ前記治具を搬送した後、治具内部の圧力を上げて半導体粒子２を基板１上に並べる。前記配列方法によると、箱型治具に形成した穴の配列を設計することで容易に半導体粒子２を適当な配列に並べることができる。その他、超音波等の振動を与え半導体粒子２を配列する方法もある。
【００１５】
絶縁物質層４は、正極負極の分離を行うための絶縁材料からなる。例えばＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3、ＰｂＯ、Ｂ2Ｏ3、ＺｒＯ等を任意な成分とするガラススラリ−を用いた絶縁物質、ポリイミド、ポリカーボネート等の樹脂絶縁物質等がある。
加熱等の手段で粘度を下げて表面張力を利用して最近接粒子間に上記凸状部を形成し、上記凸状部に相対する位置に半導体粒子２を配設するとより好適である。
【００１６】
第２導電形半導体部４は、気相成長法、熱拡散法等により形成され、例えばシラン化合物の気相にｎ形を呈するリン系化合物の気相を微量導入して形成する。
なお、前記半導体層７は、単結晶質、多結晶質、微結晶質、非晶質であれば良い。第２導電形半導体部４中の微量元素の濃度は、例えば１×１０16〜１０22ａｔｍ／ｃｍ3程度である。
【００１７】
保護膜５は透明誘電体の特性を持つものがよく、ＣＶＤ法ＰＶＤ法等により例えば酸化珪素、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第２導電形半導体層４上に形成する。光の入射面に接しているために保護層５は透明性が必要である。
【００１８】
【実施例】
次に、本発明の光電変換装置の実施例を説明する。
まず、基板１上に絶縁物質層３を形成する。基板１はアルミニウムを用いた。
絶縁物質層３はガラスペーストを用いてこの基板上に５０μｍの厚みに形成した。ガラスペーストに用いたガラスは軟化温度４４０℃のものを使用した。次に、その上に平均直径８００μｍのｐ形シリコン粒子２を図３に示す六方形に配置した。ｐ形シリコン粒子２の配列方法は、箱型冶具を用いた真空吸着法を用いた。
次に、加熱しガラスペーストを焼成し、加熱ピーク温度を調整することにより焼成時のガラスの粘度を調整し、丸みを帯びた凸状部を変化させ、凸状部高さのシリコン球径比による変換効率依存性を評価した結果を表１に示す。このとき、丸みを帯びた凸形状は粒子間に鞍状に形成し、相対する位置にシリコン粒子を配置した。次に、前記シリコン粒子２と前記絶縁物質層３の上にｎ形シリコン層４を２００ｎｍ形成し、更に保護膜５として窒化珪素を５００ｎｍ形成した。
【００１９】
【表１】
0004570235.tif 000002
【００２０】
上記結果から、丸みを帯びた凸状部の高さが高いほど良好な結果を示す。凸状部高さ（凸状部以外の絶縁膜表面から凸状部の頂点までの長さ）のシリコン球径比５％以上がより好適である。
【００２１】
次に、シリコン球の配置を図４に示す四方形に配置し、同様に凸状部高さを変化させ評価した結果を表２に示す。このとき、凸状部と相対する位置にシリコン球は無い配置とした。
【００２２】
【表２】
0004570235.tif 000003
【００２３】
上記結果から、凸状部と相対する位置にシリコン球が無い配置とした場合変換効率の向上はほとんどみられないことがわかる。これらの結果より、シリコン球は凸状部と相対する位置に半導体粒子を配置することが好適である。
【００２４】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る光電変換装置によれば、一方の電極層を有する基板上に半導体粒子を多数配置してこの半導体粒子間に絶縁物質を介在させるとともに、この半導体粒子の上部側に他方の電極を設けた光電変換装置において、前記半導体粒子と隣接する半導体粒子の中心部を結ぶ直線の中点で直交する直線上に他の半導体粒子が位置するように、前記多数の半導体粒子を前記基板上に配置したことから、半導体粒子の周辺部に照射された光も発電に寄与できるようになり、高い変換効率が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の光電変換装置の一例を示す断面図であり、図３のＸ−Ｘ線断面図である。
【図２】本発明の光電変換装置の一例を示す断面図であり、図３のＹ−Ｙ線断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の一例を示す平面図である。
【図４】本発明の比較例を示す平面図である。
【図５】従来例１の光電変換素子の例を示す断面図である。
【図６】従来例２の光電変換素子の例を示す断面図である。
【符号の説明】
１・・・・基板、２・・・・第１導電形半導体粒子、３・・・・丸みを帯びた凸形状部、４・・・・絶縁物質層、５・・・・第２導電形半導体部、６・・・・保護層、７・・・・アルミニウム膜、８・・・・鋼基板、９・・・・粉砕シリコン粒子、１０・・ｎ形シリコン部、１１・・透明導電層、１２・・第１アルミニウム箔、１３・・ｐ形シリコン球、１４・・ｎ形表皮部、１５・・酸化物コーティング、１６・・第２アルミニウム箔、１７・・透明コーティング
【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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