(57)【要約】  導電性基板１の表面に、表層に第２導電型の半導体部４が形成された第１導電型の結晶半導体粒子２の複数個が互いに間隔をあけて導電性基板１に接合されるとともに、該結晶半導体粒子２，２間の導電性基板１上に絶縁層３が形成され、透光性導体層５が絶縁層３上および前記結晶半導体粒子２上に形成され、さらにこの透光性導体層５の表面に集電極７が形成された光電変換装置であって、前記集電極７は前記各結晶半導体粒子２に外光の照射が可能な複数の貫通孔４０が形成された導電板からなり、前記透光性導体層５および前記集電極７上に透光性集光層８を設けるので、簡便な工程により抵抗損失を抑えながらシャドウロスを無くし、高効率な光電変換装置を提供することができる。
2007055253.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板の表面に、光電変換素子として作用する複数の半導体要素が互いに間隔をあけて配置されているとともに、前記複数の半導体要素の上及びそれらの間の前記導電性基板上に、透光性導体層が形成され、さらにこの透光性導体層の表面に集電極が形成された光電変換装置であって、前記集電極は、前記各半導体要素に外光の照射が可能な複数の貫通孔が形成された導電板からなることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２】
前記導電板は、前記半導体要素間の光電変換に対して不活性の光不活性部を覆っ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】
前記半導体要素が、表層に第２導電型の半導体部が形成された第１導電型の結晶半導体粒子であり、この結晶半導体粒子の複数個が互いに間隔をあけて導電性基板上に接合されるとともに、該結晶半導体粒子間の導電性基板上に絶縁層が形成され、前記透光性導体層が絶縁層上および前記結晶半導体粒子上に形成され、前記透光性導体層および前記集電極上に、前記結晶半導体粒子のそれぞれに光を集光させる透光性集光層が形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項４】
前記透光性集光層は、光屈折作用によって前記結晶半導体粒子のそれぞれに光を集光させることを特徴とする請求項３記載の光電変換装置。
【請求項５】
前記透光性集光層は、前記結晶半導体粒子のそれぞれの上方に凸状の曲面形状で形成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の光電変換装置。
【請求項６】
前記導電性基板はアルミニウムからなり、前記半導体要素がシリコンからなることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項７】
前記集電極は、金、白金、銀、銅、アルミニウム、錫、鉄、ニッケル、クロム及び亜鉛から選ばれる少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項８】
前記集電極は、厚み５μｍ以上の銅箔からなることを特徴とする請求項７記載の光電変換装置。
【請求項９】
前記透光性集光層は、非球面形状であるとともに縦断面における輪郭形状が前記結晶半導体粒子よりも直径が大きな略半円状であって高さよりも横方向の幅が小さい略半円状であることを特徴とする請求項３〜８のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項１０】
前記透光性集光層は、頂部が前記結晶半導体粒子の曲率と同じ球面状であることを特徴とする請求項９記載の光電変換装置。
【請求項１１】
前記透光性集光層は、縦断面における輪郭形状の頂部以外の両側部が前記結晶半導体粒子よりも直径が大きな円弧からなることを特徴とする請求項１０記載の光電変換装置。
【請求項１２】
前記円弧の直径は前記結晶半導体粒子の直径の２〜２．５倍であることを特徴とする請求項１１記載の光電変換装置。
【請求項１３】
前記透光性集光層は、エチレン酢酸ビニル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアリレート樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、シリコーン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂及びポリオレフィン樹脂から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とする請求項３〜１２のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項１４】
前記半導体要素が、表層に第２導電型の半導体部が形成された第１導電型の結晶半導体粒子からなり、この結晶半導体粒子の複数個が互いに間隔をあけて導電性基板上に接合されるとともに、該結晶半導体粒子間の導電性基板上に絶縁層が形成され、前記集電極上に、前記各結晶半導体粒子に光を集光させる凹面鏡形状の光反射面を有する光反射部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の光電変換装置。
【請求項１５】
前記集電極は、前記透光性導体層上に導電性接着層を介して接着されており、前記光反射部材は、前記結晶半導体粒子に集光させる凹面鏡形状の光反射面を有するとともに前記光反射面の下端部に前記結晶半導体粒子の上部を露出させる開口が形成されていることを特徴とする請求項１４記載の光電変換装置。
【請求項１６】
前記光反射部材は、樹脂からなるとともに表面に金属からなる光反射層が形成されていることを特徴とする請求項１４または１５に記載の光電変換装置。
【請求項１７】
前記光反射層はアルミニウムからなることを特徴とする請求項１６記載の光電変換装置。
【請求項１８】
前記光反射部材は弾性変形可能な樹脂からなることを特徴とする請求項１４〜１７のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項１９】
前記光反射部材は、縦断面において頂上部が鋭角状の尖頭部となっていることを特徴とする請求項１４〜１８のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項２０】
前記光反射部材は、前記光反射面が部分回転楕円体形状であることを特徴とする請求項１４〜１９のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項２１】
前記導電性基板の中央部にある光反射部材の高さよりも周辺部にある光反射部材の高さが高いことを特徴とする請求項１４〜２０のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項２２】
前記導電性接着層は、銀，銅，ニッケル及び金から選ばれる少なくとも１種を導電性粒子として含んでいることを特徴とする請求項１５〜２１のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項２３】
前記導電性接着層は、この導電性接着層の周囲の前記結晶半導体粒子からの距離が同じである円形状の導電性接着部からなることを特徴とする請求項１５〜２２のいずれかに記載の光電変換装置。
【請求項２４】
前記半導体要素が表層に第２導電型の半導体部が形成された第１導電型の結晶半導体粒子からなり、この結晶半導体粒子の複数個が互いに間隔をあけて導電性基板上に接合されるとともに、前記透光性導体層上に前記各結晶半導体粒子に光を集光させる透光性集光層が形成されるとともに、前記集電極上に前記結晶半導体粒子のそれぞれに光を集光させる凹面鏡形状の光反射面を有する光反射部材が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の光電変換装置。
【請求項２５】
導電性基板の表面に、光電変換素子として作用する複数の半導体要素が互いに間隔をあけて配置されているとともに、前記複数の半導体要素の上及びそれらの間の前記導電性基板上に、透光性導体層が形成され、さらにこの透光性導体層の表面に集電極が形成された光電変換装置であって、前記集電極は、前記半導体要素間を覆うとともに前記半導体要素に対応する貫通孔が形成された導電板から成ることを特徴とする光電変換装置。
【請求項２６】
請求項１〜２５のいずれかに記載の光電変換装置の複数個が前記導電板を介して互いに電気的に接続された複合型の光電変換装置であって、一つの前記光電変換装置から前記導電板の一辺部が、隣接する他の前記光電変換装置に延設され電気的に接続されていることを特徴とする複合型の光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光発電に使用される光電変換装置に関し、特に結晶半導体粒子を用いた光電変換装置における電極構造および集光構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的な結晶板系の光電変換装置は、ｐ型シリコン基板の一主面側にｎ型半導体領域を形成してｐｎ接合部を形成し、さらにその上に透光性導体層により透明電極を全面に形成し、この基板の一主面側の透明電極上と基板の裏面側とにそれぞれ電極を形成したものである。透明電極上の電極としては、ｐｎ接合部への光の入射を極力妨げないように並列ライン状に形成された集電用のフィンガー電極と、各フィンガー電極が電気的に接続されて、各フィンガー電極からの電流を集合させる金属製のバスバー電極とが設けられているのが通常であり、これによって集電効率の向上が図られている。フィンガー電極としては、通常は、導電物質として銀（Ａｇ）を含有する熱硬化型導電性ペーストを透明電極上に並列ライン状にスクリーン印刷して形成したものが用いられている。
一方、ｐｎ接合部の形成に結晶半導体粒子を用いた光電変換装置においても同様に、フィンガー電極を形成するために、熱硬化型導電性ペーストを並列ライン状に結晶半導体粒子上あるいは結晶半導体粒子間あるいは結晶半導体粒子側面にスクリーン印刷を行なったりして形成されている。【０００３】
従来より、前記フィンガー電極とバスバー電極とを備えた結晶板系の光電変換装置においては、受光面側にこれらの電極があるために、この受光面側電極によって入射光が遮られて、影によるデッドスペースが発生する、シャドウロスといわれる問題があった。
一般的な結晶板系の光電変換装置がこのような電極構造をとる理由は、透明電極中でのジュール熱損失を低減するためである。すなわち、直列接続の電極構造を形成しない光電変換装置では、ｐｎ接合部で発生したキャリアが、透明電極および裏面の電極中を光電変換装置の端部に設けられるリード線取り出し部まで長い距離にわたって移動することになる。裏面の電極としては金属電極が用いられる場合が一般的であり、この場合、金属電極は抵抗が小さく、したがって金属電極中を電流が流れることによるジュール熱損失は無視することができる。
しかしながら、透明電極の材料から成る薄膜のシート抵抗は、通常５〜３０Ω／□（スクエア）と比較的大きいため、透明電極中ではジュール熱による電力損失が発生する。そのため、受光面側にフィンガー電極およびバスバー電極を設けることにより、ジュール熱による電力損失を極力抑えることが必要である。この際、フィンガー電極およびバスバー電極の配列は、シャドウロスはできるだけ小さくするとともに、ジュール熱による電力損失が極力小さくなるような配列に設計される。【０００４】
このような問題は球状の結晶半導体粒子を用いた光電変換装置においても例外ではなく、電極で発生するジュール熱を低減させるため、網目状に編んだ支持体の上にあって正極導体および負極導体からなる各網目に粒状Ｓｉを配置した網目法（例えば、特許文献１参照。）、あるいはアルミニウム箔を用いて結晶半導体粒子を接続するアルミニウム法（例えば、特許文献２参照。）等が提案されている。また、フィンガー電極によるシャドウロスをできるだけ小さくするために、図１１に示すように、結晶半導体粒子の粒子間にワイヤーボンディングまたは印刷法によりフィンガー電極７’を配設する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。【０００５】
一方、従来の集光型の太陽電池としての光電変換装置は、結晶シリコン等から成る結晶半導体の板状体を切断して小面積の光電変換素子を作製し、それらの光電変換素子を間隔を置いて配置し、各光電変換素子上に集光レンズを設けた構成のものが提案されている（例えば特許文献４参照）。【０００６】
また、球状の結晶半導体粒子を用いた光電変換装置が特許文献５に開示されている。この光電変換装置は、第１のアルミニウム箔に開口を形成し、その開口に、結晶半導体粒子としてｐ型中心核の上にｎ型外殻を持つシリコン球を挿入し、シリコン球の裏側のｎ型外殻を除去し、第１のアルミニウム箔及びｎ型外殻を除去したシリコン球の表面に絶縁層を形成し、シリコン球の裏側頂上部の絶縁層を除去した後に、シリコン球と第２のアルミニウム箔とを、金属接合部を介して接合して成るものである。なお、シリコン球上に、そのシリコン球に集光させるための球状レンズを形成している。この場合、シリコン球間に隙間が生じてしまい、光電変換ロスとなるため、シリコン球間の隙間に入射した光エネルギーを隙間に隣接するシリコン球に引き込むために、シリコン球上にその曲面に平行に球状レンズを形成している。【０００７】
また、特許文献６に開示されているように、基板を凹面鏡に形成することによって光を反射させてシリコン球に集光させる構成が提案されている。【０００８】
【特許文献１】特開平９−１６２４３４号公報
【特許文献２】特開平６−１３６３３号公報
【特許文献３】特開２００５−３８９９０号公報
【特許文献４】特開平８−３３０６１９号公報
【特許文献５】米国特許第５４１９７８２号明細書
【特許文献６】特開２００２−１６４５５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に示された網目法では網状支持体の作製にコストがかかり網目の大きさの均一性にも問題があり、またアルミニウム法ではＳｉ粒子を所定の穴に埋めこむ工程が複雑で高速多量の製造には不向きであるという問題があった。また、これらの問題を解決するために、特許文献３では、結晶半導体粒子の光活性でない部分に受光面側電極を配設することも提案されているが、なお受光面側電極の幅、厚さが制限され、抵抗損失の低減には限界がある。また、図１２（ａ）、(ｂ)に示すように、光電変換装置同士の接続において、バスバー電極９を導電性の線状部材または帯状部材である導電性ストリングス材１０の端部で接続しているので、接続されている接着面積が狭く接着強度が十分でない。【００１０】
また、特許文献４に示された光電変換装置は、結晶シリコン等からなる結晶半導体の板状体を切断して小面積の光電変換素子を作製し、光電変換素子同士をタブ等で接続していく必要があり、製造工程数が多くなり製造が煩雑になるという問題点があった。【００１１】
また、特許文献５に示された光電変換装置は、結晶半導体粒子の曲面に平行に形成された球状レンズを用いているが、その球状レンズを用いて光電変換効率の光の入射角依存性を小さくしようとすると、結晶半導体粒子間の距離を結晶半導体粒子の直径の１／１０程度までしか広げることができない。その結果、光電変換装置における半導体の使用量が低減されず、軽量化、低コスト化に不利である。【００１２】
また、特許文献６に示された光電変換装置は、基板を凹面鏡形状に変形させて形成するが、基板の形状維持が難しいうえ、製法上凹面鏡の境界部が鋭角に形成されないために境界部での光の反射が無視できなくなり、光電変換のロスが発生してしまう。【００１３】
本発明の課題は、受光面側電極によるシャドウロスをできるだけ小さくし、かつ工程の複雑さを解消できるように、光電変換素子として機能する半導体要素間に面状の電極を配設することによって、電力損失を極力小さくし、さらには半導体要素材料の低減を達成でき、また、光電変換素子を結晶半導体の板状体を切断する等の煩雑な製造工程を経ずに簡易に製造でき、結晶半導体粒子間の距離を結晶半導体粒子の直径の１／１０以上に広げても光電変換効率の光の入射角依存性を小さくすることができ、また基板を曲げることなく光反射構造を形成することができ、その結果、半導体の使用量を少なくすることができ、軽量化、低コスト化された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】
【００１４】
本発明の光電変換装置は、導電性基板の表面に、光電変換素子として作用する複数の半導体要素が互いに間隔をあけて配置されているとともに、前記複数の半導体要素の上及びそれらの間の前記導電性基板上に、透光性導体層が形成され、さらにこの透光性導体層の表面に集電極が形成された光電変換装置であって、前記集電極は、前記半導体要素間を覆うと共に、前記各半導体要素に外光の照射が可能な複数の貫通孔が形成された導電板からなる。【００１５】
好ましくは、前記半導体要素が、表層に第２導電型の半導体部が形成された第１導電型の結晶半導体粒子であり、この結晶半導体粒子の複数個が互いに間隔をあけて導電性基板上に接合されるとともに、該結晶半導体粒子間の導電性基板上に絶縁層が形成され、前記透光性導体層が絶縁層上および前記結晶半導体粒子上に形成され、前記透光性導体層および前記集電極上に、前記結晶半導体粒子のそれぞれに光を集光させる透光性集光層が形成されているのがよい。【００１６】
前記透光性集光層は、光屈折作用によって前記結晶半導体粒子のそれぞれに光を集光させるものであるのがよく、特に前記結晶半導体粒子のそれぞれの上方に凸状の曲面形状で形成されているのがよい。【００１７】
好ましくは、前記導電性基板はアルミニウムからなり、前記半導体要素がシリコンから成るのがよく、前記集電極は、金、白金、銀、銅、アルミニウム、錫、鉄、ニッケル、クロム及び亜鉛の少なくとも１種を含むのがよい。【００１８】
一方、前記透光性集光層に代えて、前記集電極上に、前記結晶半導体粒子のそれぞれに光を集光させる凹面鏡形状の光反射面を有する光反射部材を設けてもよい。該光反射部材は前記光反射面の下端部に前記各結晶半導体粒子の上部を露出させる開口が形成されているのがよい。【００１９】
前記光反射部材は、樹脂からなるとともに表面に金属からなる光反射層が形成され、該光反射層はアルミニウムからなるのがよい。【００２０】
さらに、本発明によれば、前記透光性導体層上に前記結晶半導体粒子のそれぞれに光を集光させる透光性集光層が形成されるとともに、前記集電極上に前記結晶半導体粒子のそれぞれに光を集光させる凹面鏡形状の光反射面を有する光反射部材が設けられているのがよい。【００２１】
本発明の光電変換装置は、導電性基板の表面に、光電変換素子として作用する複数の半導体要素が互いに間隔をあけて配置されているとともに、前記複数の半導体要素の上及びそれらの間の前記導電性基板上に、透光性導体層が形成され、さらにこの透光性導体層の表面に集電極が形成された光電変換装置であって、前記集電極は、前記半導体要素間を覆うとともに前記半導体要素に対応する貫通孔が形成された導電板から成る。
本発明にかかる複合型の光電変換装置は、前記光電変換装置の複数個が前記導電板（集電極）を介して互いに電気的に接続されている。具体的には、一つの前記光電変換装置から前記導電板の一辺部が隣接する他の前記光電変換装置に延設され電気的に接続されているのがよい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明の光電変換装置は、透光性導体層上において、光電変換素子として機能する半導体要素間に該半導体要素が十分受光できる複数の貫通孔を形成した面状の導電板からなる集電極が配設されている。これにより、外光が照射可能な複数の貫通孔から前記各半導体要素が露出するので、受光面側電極（集電極）によるシャドウロスをできるだけ小さくでき、かつ集電極が導電板であるので、フィンガー電極を配設する工程の複雑さを解消でき、またフィンガー電極に比べて集電極（導電板）の抵抗が低減し、電力損失を極力小さくすることができる。そして、これらの結果として半導体要素材料の低減を達成できる。【００２３】
透光性集光層を用いて、結晶半導体粒子（半導体要素）間の光活性でない部分を避けて結晶半導体粒子に集光できるので、結晶半導体粒子間に配設した面状電極である集電極上に向かって入射する光も結晶半導体粒子において有効に受光でき、光発生電流値を向上させることができる。【００２４】
集電極（導電板）上に、結晶半導体粒子に集光させる凹面鏡形状の光反射面を有する光反射部材を設置すると、導電性基板上での結晶半導体粒子の占める面積が少なくても光を結晶半導体粒子に効率的に集光させることができるため、高い光電変換効率を維持して半導体の使用量を少なくすることができ、軽量化、低コスト化された光電変換装置を作製できる。【００２５】
また、集光に凹面鏡構造を形成した光反射部材を用いるので、導電性基板や集電極を変形させる必要が無く、その結果絶縁層を破壊することもなく、また、結晶半導体粒子間の距離を結晶半導体粒子の直径の１／１０以上に広げても、光電変換効率の光の入射角依存性を小さくすることができる。【００２６】
集電極（導電板）上に、光反射部材を設置するとともに、結晶半導体粒子の上に透光性集光層を設けると、集光効率が向上し、高い光電変換効率を維持して半導体の使用量を少なくすることができ、軽量化、低コスト化された光電変換装置を作製できる。【００２７】
本発明の光電変換装置は、集電極は、半導体要素間を覆うとともに半導体要素に対応する貫通孔が形成された導電板から成る。これにより、集電極によるシャドウロスをできるだけ小さくでき、かつフィンガー電極を配設する工程の複雑さを解消でき、また集電極の抵抗が低減し、電力損失を極力小さくすることができる。そして、これらの結果として半導体要素材料の低減を達成できる。
本発明の複合型光電変換装置は、光電変換装置同士が導電板（集電極）によって電気的に接続されており、ストリングスを面状で行うことができるので、引っ張り強度が向上し、より高い信頼性が確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光電変換装置の第１の実施形態の一例を示す平面図および要部拡大断面図である。
【図２】本発明の光電変換装置の第２の実施形態の一例を示す要部拡大断面図である。
【図３】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光電変換装置を複数枚接続するためのストリングス部を設けたものの平面図および縦断面図である。
【図４】本発明に係る引っ張り強度の試験方法の一例について示した側面図である。
【図５】本発明の透光性集光層と結晶半導体粒子との位置関係を示す縦断面図である。
【図６】本発明の光電変換装置について第３の実施形態の一例を示す断面図である。
【図７】アルミニウム薄膜とアルミニウムバルクの反射率を示すグラフである。
【図８】本発明の光電変換装置について第３の実施形態の一例を示す平面図である。
【図９】本発明の光電変換装置を用いて作製した光電変換モジュールについて第３の実施形態の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の光電変換装置について第４の実施形態の一例を示す断面図である。
【図１１】従来の光電変換装置の平面図である。
【図１２】（ａ）および（ｂ）は、それぞれ従来構成によるバスバー電極を設けた光電変換装置の平面図および縦断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明の光電変換装置を、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１（ａ）および（ｂ）は、それぞれ本発明の光電変換装置の第１の実施形態の一例を示す平面図およびその要部拡大断面図である。本発明の光電変換装置は、図１（ｂ）に示すように、導電性基板１上に、球状の第１導電型の結晶半導体粒子２の多数個が互いに間隔をあけて配設され、両者は導電性基板１の材料（例えば、アルミニウム）と結晶半導体粒子２の材料（例えば、シリコン）からなる溶着層６を介して接合されている。結晶半導体粒子２間の導電性基板１上には絶縁層３が形成され、絶縁層３上及び結晶半導体粒子２上に第２導電型の半導体部としての半導体層４が形成され、さらにこの半導体層４の表面に透光性導体層５が積層されている。結晶半導体粒子２間の透光性導体層５上には、光透過用の貫通孔４０を有する集電極としての導電板（受光面側電極）７が配設されている。【００３０】
導電性基板１は、金属または表面に金属が被着されたセラミックス等から成る板状体であり、その金属としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、鉄、ステンレススチール、ニッケル合金等が用いられる。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。【００３１】
導電性基板１の表面上には、第１導電型の結晶半導体粒子２を多数個配設し、所定の温度で熱処理することによって、両者を溶着して溶着層６を介するなどして接合させる。この結晶半導体粒子２は、例えば半導体としてＳｉを用い、第１導電型がｐ型の場合にはＢ、Ａｌ、Ｇａ等が、また第１導電型がｎ型の場合にはＰ、Ａｓ等を微量元素として含んでいるものである。【００３２】
絶縁層３は、導電性基板１の表面で、かつ隣接する結晶半導体粒子２，２間に、結晶半導体粒子２の上部を露出させるように介在している。この絶縁層３は、正極と負極とに相当する導電性基板１と透光性導体層５との電気的な分離を行なうための絶縁材料から成り、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、あるいはシリコーン樹脂を主成分とする絶縁樹脂等が用いられる。これらの絶縁材料を導電性基板１の表面に多数個配置された結晶半導体粒子２、２の間隙に層状に形成することによって、絶縁３が配設される。【００３３】
前記結晶半導体粒子２とともに光電変換素子として作用する第２導電型の半導体層４は、例えばＳｉから成り、この半導体層４に気相成長法等で、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の第１導電型と逆の第２導電型（第１導電型がｐ型ならｎ型、第１導電型がｎ型ならｐ型）の半導体として、結晶半導体粒子２および絶縁層３を覆うように形成する。この半導体層４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のいずれであってもよい。
半導体層４は、図１（ｂ）に示すように、結晶半導体粒子２およびそれらの間に介在している絶縁層３の表面に沿って形成し、絶縁層３から上部を露出させている結晶半導体粒子２の凸状の曲面形状に沿って形成することが望ましい。このように結晶半導体粒子２の凸状の曲面状の表面に沿って形成することによって、第１導電型の結晶半導体粒子２と第２導電型の半導体層４とによるｐｎ接合の面積を広く稼ぐことができ、このｐｎ接合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ので、高効率な太陽電池として機能する光電変換装置を得ることができる。【００３４】
半導体層４上には透光性導体層５を積層する。透光性導体層５としては、ＳｎＯ2、Ｉｎ2Ｏ3、ＩＴＯ、ＺｎＯおよびＴｉＯ2等から選ばれる１種または複数種の酸化物系膜が挙げられ、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ことができる。透光性導体層５は適当な膜厚を選べば反射防止膜としての効果も期待できる。【００３５】
そして、光電変換装置における受光面側電極７（集電極）の直列抵抗値を低くするために、前記結晶半導体粒子２間の光電変換に対して不活性の光不活性部を覆い、結晶半導体粒子２の受光面側電極７に対向する部分に光透過用の貫通孔４０が複数形成された面状電極としての導電板７を配設する。導電板７は、電気抵抗の小さい金属であればよく、金、白金、銀、銅、アルミニウム、錫、鉄、ニッケル、クロム、亜鉛、またはこれらの金属の合金、例えばＳＵＳ（ステンレススチール）、銅−亜鉛合金などの導電性材料から形成される。なお、光電変換に対して不活性であるとは、換言すれば、光電変換の機能を有していないという意味である。【００３６】
このように結晶半導体粒子２，２間に位置する透光性導体層５の上に受光面側電極となる導電板７を配設したことにより、導電板７はシャドウロスとはならないという効果がある。
さらに、図１（ａ）に示すように、導電板７の幅を広くとれることで、図１１に示すように、一般的な従来の光発電装置の受光面側電極として配設されていたバスバー電極９およびフィンガー電極７’が不要となり、工程の簡略化が図れる。【００３７】
（光電変換装置の製造方法）
以下、本発明の光電変換装置の製造方法を順に説明する。以下の説明では、導電性基板１としてアルミニウム、結晶半導体粒子２としてシリコンをそれぞれ用いている。【００３８】
まず、第１導電型（例えばｐ型）の結晶半導体粒子２を導電性基板１上に間隔を置いて配設する。この結晶半導体粒子２は、Ｓｉにｐ型を呈するためのＢ，Ａｌ，Ｇａ等、またはｎ型を呈するためのＰ，Ａｓ等の元素が微量含まれているものである。【００３９】
結晶半導体粒子２の形状としては、凸曲面を持つことによって入射光の光線角度の依存性を小さくできる球状等の形状がよい。隣接する結晶半導体粒子２，２間の間隔は、結晶半導体粒子２の使用量を少なくするためにも広い方がよいが、好適には結晶半導体粒子２の半径（粒径の１／２）よりも広い間隔がよく、結晶半導体粒子２を最密に配設したときに比べて結晶半導体粒子２の個数が約１／２以下となる。【００４０】
また、結晶半導体粒子２の表面を粗面にすることによって結晶半導体粒子２表面での反射率を低減することができる。この粗面を形成するには、アルカリ液中で結晶半導体粒子２をエッチングしても良いし、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）装置等で微細加工しても良い。【００４１】
結晶半導体粒子２の粒径は０．２〜０．８ｍｍがよい。０．８ｍｍを超えると、そのシリコン使用量が、従来の結晶シリコンの板状体（母板：ウエハ）から切り出して作製する板状体（バルク）タイプの光電変換装置であって、切削部も含めた光電変換装置におけるシリコン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。また、０．２ｍｍよりも小さいと、導電性基板１への結晶半導体粒子２のアッセンブルがしにくくなる。従って、結晶半導体粒子２の粒径は、シリコン使用量との関係から０．２〜０．６ｍｍがより好適である。【００４２】
球状の結晶半導体粒子２は、シリコンの融液を落下させつつ固化し粒状とする溶融落下法（ジェット法）等の方法により形成される。【００４３】
次に、導電性基板１上に多数個（数千個〜数１０万個）の結晶半導体粒子２を間隔を互いにあけて配設した後、結晶半導体粒子２の上方から一定の加重をかけつつ、導電性基板１を成すアルミニウムと結晶半導体粒子２を成すシリコンとの共晶温度（５７７℃）以上に加熱することによって、導電性基板１と結晶半導体粒子２の合金層（溶着層）６を結晶半導体粒子２の接合部に形成し、その合金層６を介して導電性基板１と結晶半導体粒子２を接合させる。【００４４】
次に、結晶半導体粒子２，２間の導電性基板１上に絶縁層３を形成する。この絶縁層３は、正極と負極の分離を行うための絶縁材料からなり、例えばＳｉＯ2，Ｂ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｐ2Ｏ5，Ｌｉ2Ｏ，ＳｎＯ，ＺｎＯ，ＢａＯ，ＴｉＯ2等を任意成分とする低温焼成用ガラス（所謂ガラスフリットやソルダーガラス）、上記材料の１種または複数種から成るフィラーを複合したガラス組成物、またはポリイミド樹脂或いはシリコーン樹脂等の有機系の絶縁物質などから成る。【００４５】
上記絶縁材料のペースト、溶液、シート等を結晶半導体粒子２上から塗布するか、または結晶半導体粒子２間に配置して、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、結晶半導体粒子２間の隙間に充填し、焼成固化或いは熱硬化させて絶縁層３を形成する。この場合、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層６が溶融し始めるために、導電性基板１と結晶半導体粒子２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２が導電性基板１から離脱して発電電流を取り出せなくなる。また、絶縁層３を形成した後、結晶半導体粒子２の表面を洗浄するために、弗酸を含む洗浄液で洗浄する。【００４６】
半導体層４は、結晶半導体粒子２の導電性基板１への接合後、前記絶縁層３を形成した後、結晶半導体粒子２および絶縁層３の表層に半導体部（半導体層）４を形成する。【００４７】
半導体層４は例えばＳｉから成り、気相成長法等によって、例えばシラン化合物の気相に、ｎ型を呈するためのリン系化合物の気相、またはｐ型を呈するための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および絶縁層３の表面に形成する。半導体層４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のいずれでもよいが、光線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。【００４８】
また、半導体層４は、導電性基板１に接合する前の結晶半導体粒子２の表層部に、例えば熱拡散法により形成しても良い。結晶半導体粒子２が例えばｐ型のときは、オキシ塩化リンを拡散材として、９００℃の石英管に３０分間、結晶半導体粒子２を挿入することにより、表層部に１μｍの厚みでｎ型層を形成しても良い。この場合、半導体層４と合金層６を電気的に分離するために、半導体層４の合金層６との近傍の部位を除いて半導体層４表面を耐酸性レジスト等で被覆し、非被覆部分をエッチング液で除去することにより、取り除くことが必要である。【００４９】
半導体層４中の微量元素の濃度は、例えば１×１０16〜１×１０21原子／ｃｍ3程度である。さらに、半導体層４は、結晶半導体粒子２の表面の凸形曲面に沿って形成されることが好ましい。結晶半導体粒子２の凸形曲面の表面に沿って形成されることによって、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。【００５０】
次に、半導体層４上に、導電性基板１を一方の電極とした場合に他方の電極を兼ねる透光性導体層５を形成する。この透光性導体層５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等から成り、スパッタリング法、気相成長法あるいは塗布焼成法等で形成される。透光性導体層５は、膜厚を選べば反射防止膜としての効果も付与できる。【００５１】
透光性導体層５は透明であり、結晶半導体粒子２がない部分で入射光の一部が透光性導体層５を透過し、下部の導電性基板１で反射して結晶半導体粒子２に照射される効果もあり、光電変換装置全体に照射される光エネルギーを効率よく結晶半導体粒子２に導いて照射させることが可能となる。【００５２】
透光性導体層５は、半導体層４あるいは結晶半導体粒子２の表面に沿って形成され、結晶半導体粒子２の凸形曲面に沿って形成されることが好ましい。この場合、ｐｎ接合の面積を広く稼ぐことができ、結晶半導体粒子２の内部で生成したキャリアを透光性導体層５によって効率よく集電することができる。【００５３】
次に、透光性導体層５と外部端子との間の直列抵抗値を低くするために、隣接する結晶半導体粒子２，２間の透光性導体層５上に、受光面側電極となり、かつ集電極としての導電板７を導電性の接着部材を介して設ける。この構成により、結晶半導体粒子２によって発電された光電流を、抵抗損失をきわめて小さくして、光電変換装置から取り出すことができる。【００５４】
この導電板７は、結晶半導体粒子２間を覆うとともに結晶半導体粒子２に対応する貫通孔４０が形成された導電板から成る。貫通孔４０は、１個の結晶半導体粒子２に対応するが、複数個の結晶半導体粒子２に対応するものであってもよい。例えば、一つの貫通孔４０の内側に複数個の結晶半導体粒子２が存在していてもよい。また、導電板７は、結晶半導体粒子２に相当する部分に貫通孔４０が形成された金属板であることが好ましい。金属板としては、例えば、Ａｌ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｃｒ，Ａｇ等、またはこれらの金属の複数から成る合金等が適している。導電板７の厚みは５μｍ以上、好ましくは１０〜２００μｍ、より好ましくは２０〜２００μｍであるのがよい。導電板７の厚みが５μｍ未満では、薄いために抵抗が増大し易くなるとともに取扱いが難しくなる。また、導電板７の厚みが２００μｍを超えると、直径が３００μｍ程度の結晶半導体粒子２に対して導電板７の厚みが相対的に大きくなり、導電板７が結晶半導体粒子２への集光の邪魔になるという問題が生じ易い。【００５５】
＜第２の実施形態＞
前記第１の実施形態の光電変換装置において、例えば図２に示すように、結晶半導体粒子２の上に、レンズ状部材からなる透光性集光層８を設けて、光活性でない部分に配設された導電板７を避けて結晶半導体粒子２に光を有効に導入させる。
前記透光性集光層８は、あらゆる入射角の光線を効率的に結晶半導体粒子２に取り込むことを目的とした上方に凸状の曲面形状であって非球面形状からなり、各結晶半導体粒子２上に形成した透光性導体層５上に、縦断面における輪郭形状が結晶半導体粒子２よりも直径が大きな略半円状であって高さよりも横方向の半径が小さい略半円状である凸部形状により形成される。【００５６】
具体的には、透光性集光層８の形状は、図５に示すように、非球面形状であり、好ましくは、凸部の頂部が結晶半導体粒子２の曲率と同じ球面状であり、凸部の縦断面における輪郭形状の頂部以外の両側部が結晶半導体粒子２よりも直径が大きな円弧１３から成る。また、凸部は、その中心を通る垂線（鉛直線）を回転軸Ｖとした、非球面形状（縦置きしたラグビーボール状）の回転体である。
すなわち、前記凸部は、縦断面において、頂部以外の両側部が結晶半導体粒子２よりも曲率が大きな円弧１３となっている。その２つの円弧１３は、導電性基板１の主面に平行で結晶半導体粒子２の中心を通る水平線Ｈ上に中心を持つ、結晶半導体粒子２の円１４よりも曲率が大きい。また、凸部の頂部は、回転軸Ｖ上に中心をもつとともに、その断面形状が結晶半導体粒子２の直径と略同じ直径を有する円の円弧１２となっている。従って、凸部は、縦断面において、頂部の円弧と両側部の円弧とがつながった形状を有する。
また、凸部の縦断面における両側部の円弧１３，１３は、図５に示すように、左右でそれぞれ同じ直径の２つの円の一部であるが、それら２つの円の直径（図５中に示すＣ）は、結晶半導体粒子２の円の直径の２〜２．５倍程度の大きさを有する。【００５７】
図５に示す縦断面における輪郭形状１１を有する透光性集光層８の凸部の集光性は、モンテカルロ法による非逐次光線追跡解析法等の公知の解析法に基づいたコンピュータシミュレーションにより求めることができる。【００５８】
上記透光性集光層８の光透過率は、８５％以上が好ましい。加工性、透過率の点から、厚みは１００μｍ〜１ｍｍが望ましい。より好ましくは２００〜６００μｍである。また、透光性集光層８の大きさは、少なくとも導電性基板１上に接合された結晶半導体粒子２の全てを被覆する大きさであることが好ましい。【００５９】
上記透光性集光層８を設けることにより、光の屈折を用いて光活性でない結晶半導体粒子２間の部分を避けて受光されるよう光を導入できるようになり、シャドウロスが減り、結晶半導体粒子２に光が有効に集光される。これによって光電変換装置としての光電変換効率を向上させる。【００６０】
なお、前記透光性集光層８におけるレンズ状部材の形状は、前記回転体形状に限定されず、略半球状の凸状の曲面形状であればよい。また、透光性集光層８は複数層を積層して形成してもよい。その場合、光入射側の層の屈折率と、結晶半導体粒子２側の層の屈折率は異なっていてもよい。さらに、光入射側に反射防止層を形成してもよい。【００６１】
透光性集光層８を形成する方法としては、圧縮成形、射出成形等を用いることであらかじめ集光レンズ形状の樹脂シートを成形した後、再度導電性基板１および結晶半導体粒子２等から成る光電変換素子と同時に加熱圧縮し一体化させる方法が用いられる。その際光電変換素子と集光レンズ形状の樹脂シートを密着させるためにＥＶＡシート等の接着剤を介在させることが望ましい。【００６２】
前記透光性集光層８としては、透明な耐候性樹脂からなるのが好ましい。耐候性樹脂としては、エチレン酢酸ビニル樹脂，フッ素樹脂，ポリエステル樹脂，ポリプロピレン樹脂，ポリイミド樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリアリレート樹脂，ポリフェニレンエーテル樹脂，シリコーン樹脂，ポリフェニレンサルファイド樹脂およびポリオレフィン樹脂から選ばれた少なくとも１種を含む合成樹脂等を用いることができるが、耐候性、接着性、透湿性、耐薬品性や操作性の観点から一般に用いられている、シリコーン樹脂，ポリカーボネート樹脂，ポリイミド樹脂が特に望ましい。【００６３】
本発明の光電変換装置によれば、このように透光性導体層５の結晶半導体粒子２間に位置する部位の上に集電極（受光面側電極）となる導電板７を配設し、かつ光の屈折を用いて光活性でない結晶半導体粒子２，２間の部分（光不活性部）を避けて受光されるように光を導入できるように透光性集光層８を設けたことにより、受光面に進入した光は導電板７には向かわず結晶半導体粒子２に到達する。これにより、本発明による導電板７はシャドウロスとはならないという効果がある。
さらに導電板７は、結晶半導体粒子２，２間の距離が結晶半導体粒子２の直径の略半分の長さを占めても、光の屈折を用いて光不活性部を避けて受光されるように光を導入することができるため、導電板７の幅を広くとることができ、抵抗損失の低減にも寄与できる。【００６４】
次に、本発明の光電変換装置を接合する複合化の例を、図３に示す。この例では、導電板７が導電性基板１からはみ出した部分が、本発明により作製された光電変換装置を互いに接続するための接続部となる。なお、図３では、便宜上、前記透光性集光層８を図示していない。
本発明の光電変換装置によれば、図１２に示したように、従来の一般的な光電変換装置に配設されているバスバー電極９を導電性ストリングス材１０で接続する方法と比較して、接続されている接着面積が広いので接着強度を向上させることができる。【００６５】
＜第３の実施形態＞
本発明の光電変換装置に係る第３の実施形態の一例を図６〜図９に基づいて以下に詳細に説明する。【００６６】
図６は本発明の光電変換装置について第３の実施形態を示す断面図、図７は光反射部材の光反射層として用いられるアルミニウム薄膜と固体のアルミニウムのそれぞれの反射率を示すグラフ、図８は第３の実施形態の平面図、図９は第３の実施形態の光電変換装置を用いて形成した光電変換モジュールについての一例を示す断面図である。【００６７】
この実施形態にかかる光電変換装置は、導電性基板１上に、表層に第２導電型の半導体部４が形成された球状の第１導電型の結晶半導体粒子２の多数個が互いに間隔をあけて接合されており、結晶半導体粒子２間の導電性基板１上に絶縁層３が形成され、絶縁層３上及び結晶半導体粒子２上に透光性導体層５が形成されている。絶縁層３上の透光性導体層５上には導電板７が導電性接着層３６を介して接着されおり、導電板７上に、結晶半導体粒子２に集光させる凹面鏡形状の光反射面を有するとともに光反射面の下端部に結晶半導体粒子２の上部を露出させる開口３７が形成された光反射部材２７が設置されている。【００６８】
上記の構成により、導電性基板１上での結晶半導体粒子２の占める面積が少なくても光を結晶半導体粒子２に効率的に集光させることができる。そのため、高い光電変換効率を維持して半導体の使用量を少なくすることができ、軽量化、低コスト化された光電変換装置を作製できる。さらに、結晶半導体粒子２間の距離を結晶半導体粒子２の直径の１／１０以上に広げても、光電変換効率の光の入射角依存性を小さくすることができる。【００６９】
また、集電極として機能する固体の導電板７が透光性導体層５上に導電性接着層３６により確実に接着されているため、従来の導電性ペーストから成るフィンガー電極及びバスバー電極に比べて集電性を大幅に向上させることができるとともに、集電極が結晶半導体粒子２上に配置されないため、結晶半導体粒子２上に陰を形成せず、光電変換効率も向上する。【００７０】
導電板７が透光性導体層５上に接着されずに接している場合、導電板７が透光性導体層５から浮いた状態になることがあり、透光性導体層５との確実な導通がとりにくいため、集電性が劣化するおそれがある。本発明の導電板７はそのような問題は生じず、透光性導体層５との確実な導通をとることができる。また、導電板７が透光性導体層５上に接着されずに接している場合、結晶半導体粒子２及び光反射部材２７を覆って透明樹脂等を充填した際に、流動する透明樹脂によって導電板７が位置ずれを起こし、結晶半導体粒子２に接触したり、光電変換効率を低下させるおそれがあるが、本発明の導電板７はそのような問題は生じず、光電変換装置の信頼性を高くすることができる。【００７１】
なお、導電板７と光反射部材２７とは、接着等により、予め一体的に構成されていてもよく、光反射部材２７を上面に有する導電板７を導電性接着層３６により透光性導体層５に接着することもできる。【００７２】
本発明の導電性基板１は、アルミニウム，アルミニウムの融点以上の融点を有する金属，セラミックス等から成ればよく、例えばアルミニウム，アルミニウム合金，鉄，ステンレススチール，ニッケル合金，アルミナセラミックス等から成る。導電性基板１の材料がアルミニウム以外の場合、その材料からなる基板上にアルミニウムから成る導電層を形成したものとしてもよい。【００７３】
（製造方法）
第３の実施形態の光電変換装置は、前記第１の実施形態と同じ材料を用いて、第１の実施形態と同様にして、製造することができる。【００７４】
すなわち、結晶半導体粒子２の表層への半導体層４の形成は、前記第１の実施形態と同様にして、結晶半導体粒子２の導電性基板１への接合前に行ってよく、または接合後に行うこともできる。【００７５】
また、絶縁層３には絶縁粒子３２を含有してもよい。この絶縁粒子３２はガラス，セラミックス，樹脂等の絶縁物質からなり、平均粒径は４〜２０μｍであることが好ましい。絶縁粒子３２を絶縁層（絶縁物質）３中に分散することによって、絶縁層３上に配設される導電板７と導電性基板１とが接触するのを確実に防止することができる。そして、前記絶縁粒子３２を含む絶縁材料のペースト、溶液、シート等を用いて、前記第１の実施形態の製造方法と同様にして絶縁層３を形成することができる。【００７６】
第１の実施形態と同様にして、透光性導体層５を、半導体層４あるいは結晶半導体粒子２の表面に沿って形成し、次いで導電性接着層３６を介して導電板７を透光性導体層５上に形成する。この導電板７は、この上部に設置される光反射部材２７をしっかり支える支持板としても機能する。【００７７】
前記導電性接着層３６は導電性粒子を含む熱硬化型の樹脂接着剤等から成るものであり、導電板７と透光性導体層５とを電気的に接続し、また機械的に固着させる。導電性接着層３６に含まれる導電性粒子としては、銀，銅，ニッケル及び金のうちの少なくとも１種から成ることが好ましく、発電電流を透光性導体層５から導電板７に効率よく集電させることができる。【００７８】
更に図８に示す様に、前記導電性接着層３６は、周囲の結晶半導体粒子２からの距離が同じである円形状であることが好ましい。この場合、周囲の結晶半導体粒子２と導電性接着層３６との抵抗が全て同じとなり、抵抗の偏り、即ち集電性の偏りをなくして、結晶半導体粒子２で発生した電流を導電板７に効率よく集電させることができる。【００７９】
次に、導電板７上に光反射部材２７を設置する。光反射部材２７は、結晶半導体粒子２に集光させる凹面鏡形状の光反射面を有するとともに光反射面の下端部に結晶半導体粒子２の上部を露出させる開口３７が形成された構成である。具体的には図６に示すように、結晶半導体粒子２を中心とした凹面鏡形状を有する。【００８０】
光反射部材２７は、縦断面において頂上部（凹面鏡同士の境界部）が鋭角状の尖頭部となっていることがよく、この場合、頂上部における光の上方への反射がきわめて小さくなり、入射光を効率的に結晶半導体粒子２側に反射させて集光させることができる。さらに、前記頂上部が上方に凸の曲面状を成していることがよく、頂上部における光の上方への反射をより小さくできる。一方、凹面鏡同士の境界部が広い平坦面となっている場合、境界部で入射光がそのまま上方に反射されてしまい、光電変換効率が低下するという問題が生じる。上記の鋭角状の尖頭部の角度は５°〜６０°であるのが好ましい。【００８１】
また、光反射部材２７は、光反射面が部分回転楕円体形状であることが好ましい。この場合、部分球面形状よりも光電変換効率の光の入射角依存性をさらに小さくすることができる。コンピュータシミュレーションによると、太陽光のように光の入射角度が経時的に変化する場合、部分球面形状よりも部分回転楕円体形状の方がより効率よく光を集光することができる。コンピュータシミュレーションによって得られた、光反射部材２７の光反射面が部分回転楕円体形状である場合と部分球面形状である場合の光の利用効率を表１に示す。【００８２】
なお、表１のデータは、光反射部材２７の凹面鏡の中心軸を南中時の太陽の方向に向けたまま固定し、１日を通して、光反射部材２７の最大開口部に入射した光のうち、結晶半導体粒子２側に照射させることができた割合を示すものである。【００８３】
また、表１において、光反射部材２７の凹面鏡が部分回転楕円体形状である場合は半回転楕円体形状であり、光反射部材２７の凹面鏡が部分球面形状である場合は半球面形状である。
【表１】
2007055253.tif 000003
【００８４】
また、光反射部材２７は、樹脂から成るとともに表面に金属からなる光反射層２８が形成されていることが好ましい。光反射部材２７を成す樹脂は、例えばポリカーボネート樹脂，アクリル樹脂，フッ素樹脂，オレフィン樹脂等の樹脂である。また、光反射部材２７の下端部には、結晶半導体粒子２が通るような大きさの開口３７が形成されているが、その開口３７の直径は結晶半導体粒子２の直径の１．１〜１．４倍程度である。【００８５】
光反射部材２７を製造する場合、凹面鏡形状のネガ形状（凸形状）を多数有する金型等を用いて、プレス成型法や射出成型法等によって成型することにより製造できる。また、光反射部材２７は、全体が金属から成っていてもよく、その場合、金型による成型法、切削法等によって製造できる。【００８６】
光反射部材２７の凹面鏡の表面に形成された光反射層２８は、真空蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法、電解メッキ法等の方法によって、Ａｇ，Ａｌ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ等の高反射率を有する金属で形成するか、または上記金属の箔を上記樹脂製の光反射部材本体部の凹面鏡の表面に重ねて一体成形して形成する。光反射層２８はアルミニウム（Ａｌ）から成ることがよい。この場合、光反射層２８を低コストのアルミニウム薄膜やアルミニウム箔等によって形成できるため、樹脂から成る光反射部材本体に対して接着強度の大きい光反射層２８を低コストに形成することができる。【００８７】
また、図７に示すように、可視光の領域において、アルミニウム薄膜の方がアルミニウムバルク（固体のアルミニウム）よりも反射率が高くなっている。従って、光反射部材本体を樹脂で作製して、光反射面にアルミニウム薄膜（厚み０．３〜３μｍ）を形成する方が、反射率、軽量化、低コスト化の点で好適である。【００８８】
そして、大面積の板状体として形成された、多数の開口３７を有する光反射部材２７を、各開口３７に結晶半導体粒子２を通して導電板７上に載置して接着するか、接着せずに載置した状態で透明充填剤や透明保護材等で光反射部材２７及び結晶半導体粒子２を覆って真空加熱装置等によって封止する。【００８９】
なお、特許文献３等の製造方法では、結晶半導体粒子を一個ずつアルミニウム箔の開孔部に挿入していくが、数千個〜数１０万個にも及ぶ結晶半導体粒子を並べることは極めて手がかかる作業であり、低コストに発電すべき太陽電池としては、実用的ではない。本発明においては、結晶半導体粒子２を一括的に導電性基板１に接合できるとともに、光反射部材７を金型で一挙に製造できるため、光電変換装置を安定的かつ容易に製造することができる。【００９０】
また光反射部材２７は、弾性変形可能な樹脂から成ることが好ましく、その場合、導電性基板１、導電板７及び絶縁層３に凹凸等があっても、それに添うように光反射部材２７を配設することができる。また、導電性基板１上に接合された結晶半導体粒子２の位置が所定の位置からずれる場合があり、光反射部材２７を成す樹脂が硬いと、位置ずれを起こした結晶半導体粒子２の周辺の光反射部材２７が浮き上がってしまい、望ましい集光特性が得られないことがあるが、光反射部材２７が弾性変形可能な樹脂から成ることにより、光反射部材２７の浮き上がりは周辺に波及せず、集光特性の低下を防止することができる。【００９１】
光反射部材２７は弾性変形可能な樹脂から成ることがよいが、上記の効果を奏するためには、指で押す程度の力で変形するものであることが好ましい。【００９２】
また光反射部材２７は、導電性基板１の中央部にあるものの高さよりも周辺部にあるものの高さが高いことが好ましい。この場合、導電性基板１の周辺部にある光反射部材２７によって光電変換装置の内部空間の高さ（ギャップ）を規定することができ、また、導電性基板１の中央部にある光の照射量の大きい光反射部材２７の変形を防ぐことができる。またこの場合、導電性基板１の中央部にある光反射部材２７の高さ(ｈ１)に対して、周辺部にある光反射部材２７の高さ(ｈ２)を１倍を超え４倍以下とする（１＜ｈ２／ｈ１≦４）。【００９３】
また、光反射部材２７と導電板７を予め一体的に構成し、導電性接着層３６で透光性導体層５上に接着してもよく、光電変換装置を更に容易に製造できる。【００９４】
次に、本発明の光電変換装置を用いて、図９に示すような光電変換モジュールを作製する。【００９５】
光反射部材２７及び結晶半導体粒子２を覆う表面側透明充填材２９は光学的に透明な材料から成ればよく、例えば、エチレン酢酸ビニル重合体（ＥＶＡ），ポリオレフィン，フッ素系樹脂，シリコーン樹脂等から成る。【００９６】
表面側透明充填材２９上の表面保護板３０は、光学的に透明で耐候性のある材料からなり、ガラス、シリコーン樹脂，ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ），エチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ），４フッ化エチレン−パーフロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ），４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ），ポリ３フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂から成る。【００９７】
また、導電性基板１の裏面には、裏面側充填材３１を、表面側透明充填材２９と同様の材料を使って設けることができ、さらに裏面保護板３４を積層してもよい。裏面保護板３４の材料としては、例えばポリフッ化ビニル（ＰＶＦ），エチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリ３フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂がよい。また、裏面保護板３４としては、上記の樹脂シートの間にアルミ箔や金属酸化膜を挟んで貼り合わせた複合樹脂シート、ガラス板、またはステンレススチール等から成る金属シート等が挙げられる。【００９８】
光電変換モジュールの内部空間の周縁部には、内部空間の上下間隔（ギャップ）を規定する封止部材３５が設けられている。封止部材３５は、光反射部材２７を形成するための金型の周縁部に封止部材３５となる枠状の溝やスリット等を形成しておくことにより、容易に形成することができる。封止部材３５は、絶縁層３と表面保護板３０との間の間隔と同じ厚みとなっており、光電変換装置と表面側透明充填材２９と表面保護板３０とを合わせて真空加熱するときに、光反射部材２７が潰れないように、間隔を確保する役割を有する。【００９９】
封止部材３５は、光電変換モジュールの内部空間の内側に形成されていても良い。光電変換モジュールが大きいときには、その中央部分が撓んだり凹むことがあり、封止部材３５を光電変換モジュールの内部空間の内側に設けることにより、光電変換モジュールの撓みや凹みを解消することができる。この場合、封止部材３５は結晶半導体粒子１個分の大きさで良く、またそれを多数個配置しても良い。【０１００】
また、封止部材３５は、ポリカーボネート樹脂，アクリル樹脂，フッ素樹脂，オレフィン樹脂等の材料から成る。【０１０１】
＜第４の実施形態＞
本発明においては、光電変換装置は例えば図１０に示すように、前記第３の実施形態で作製された光電変換装置において、結晶半導体粒子２の上に、効率よく光を導入できるレンズ状部材からなる透光性集光層８を設けてもよい。透光性集光層８は第２実施形態で説明したものである。【０１０２】
上記の構成とすることにより、前記光反射部材２７を設けたことで、導電性基板１上での結晶半導体粒子２の占める面積が少なくても光を結晶半導体粒子２に効率的に集光させることができるとともに、前記透光性集光層８を設けたことで、効率よく光を導入できるようになり、結晶半導体粒子２に光が有効に集光される。これによって高い光電変換効率を維持して半導体の使用量を少なくすることができ、軽量化、低コスト化された光電変換装置を作製できる。さらに、結晶半導体粒子２間の距離を結晶半導体粒子２の直径の１／１０以上に広げても、光電変換効率の光の入射角依存性を小さくすることができる。【０１０３】
なお、上述した構成の光電変換素子（１個の結晶半導体粒子２を有する光電変換の単位体）を１つ設けるか、または複数を接続（直列、並列または直並列に接続）した光電変換装置とすることができる。さらに、光電変換装置を１つ設けるか、または、図３に示すように、複数を接続（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、その発電手段をインバータ等の電力変換手段を介して発電電力を適当な交流電力に変換した後、この発電電力を商用電源系統や各種の電気機器等の交流負荷に供給することが可能な発電装置としてもよい。さらに、このような発電装置を日当たりのよい建物の屋根や壁面に設置する等して、各種態様の太陽光発電システム等の光発電装置として利用することも可能である。【０１０４】
以下、実施例および比較例を挙げて、本発明の光電変換装置を詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。【０１０５】
[実施例１〜４]
２０×２０ｍｍ2サイズの光電変換装置を以下のようにして作製した。
まず、ＳＵＳ４３０（ＪＩＳ  Ｇ  ４３０９）から成る基板上にＮｉ箔を介して両面にアルミニウム合金層を冷間圧延させたアルミニウム合金基板から成る導電性基板１上に、ｐ型の結晶半導体粒子２としてのシリコン粒子を六方充填構造に並べた。そして、６００℃で３０分間加熱して、これらシリコン粒子をアルミニウム合金層に溶着させることによって、シリコン粒子の下部を導電性基板１の主面に接合させた。【０１０６】
次いで、その上にシリコーン樹脂を主成分とする絶縁層３を用いて、シリコン粒子の上部を露出させて隣接するシリコン粒子間に介在するように塗布形成し、大気中にて加熱して絶縁層３を形成した。その後、シリコン粒子の上部の表面をクリーニングするために酸にて洗浄し、シリコン粒子および絶縁層３の上にｎ型の結晶質シリコンと非晶質シリコンとの混晶の半導体層４を３０ｎｍの厚みにプラズマＣＶＤ法により形成し、さらに透光性導体層５としてＩＴＯ膜を８０ｎｍの厚みにスパッタリング法により形成して積層した。【０１０７】
このようにして作製した光電変換装置の光活性でない結晶半導体粒子２，２間の部分の形状と略同一である１０μｍ厚さの銅箔から成る導電板（受光面側電極）７を導電性ペーストを介して配設を行った。さらに光の屈折を用いて光活性でない結晶半導体粒子２間の部分を避けて受光されるように光を導入するために樹脂レンズとしての透光性集光層８を本光電変換装置の上に配設した。【０１０８】
銅箔の厚さは、表２に示す５〜３０μｍの範囲で変えた（実施例１〜４）。【０１０９】
（比較例１）
比較例１として、前記銅箔に代えて、六方充填された結晶半導体粒子２間に、従来法である特許文献３に則ってライン状に受光面側電極７'を配設した（図１１）以外は、実施例と同様にして光電変換装置を作製した。ただし、受光面側電極７'は銅箔からなり、その形状は、幅２００μｍ、厚み２０μｍとした。【０１１０】
（評価結果）
前記作製した実施例１〜４および比較例１について、所定の強度および所定の波長の光を照射して、電気特性の値を測定した。
電気特性の測定は、ソーラーシミュレータ（ＷＡＣＯＭ社製：ＷＸＳ１５５Ｓ−１０）を用いて、ＪＩＳ  Ｃ  ８９１３に基づいた方法により実施した。得られた測定結果を表２に示した。
なお、轗は光電変換効率（％）であり、また、ＦＦは曲線因子で、測定される短絡電流Ｉsc、開放電圧Ｖocおよび最大電力Ｐmとから下記式により求めた。
【数１】
2007055253.tif 000004
【表２】
2007055253.tif 000005
【０１１１】
表２から分かるように、銅箔の厚みが５μｍしかない実施例４では、銅箔の抵抗が大きいため、比較例１よりもわずかに光電変換効率が低下しているが、銅箔の厚みが１０μｍ以上の実施例１〜３では、光電変換効率が向上している。以上により、結晶半導体粒子２，２間に位置するように銅箔からなる導電板（受光面側電極）７を配置するとともに結晶半導体粒子２上に透光性集光層８を形成すれば、大幅に受光面側電極７が広くなるため抵抗損失が低減されて光電変換効率が向上することが確認できた。また、銅箔からなる受光面側電極７の厚みを１０μｍ以上とすることにより、その抵抗をより小さくして光電変換効率がより向上することが分かった。
ただし、実施例４では、Ｃｕ箔厚さが５μｍと薄いため抵抗が大きいにもかかわらず、シャドウロスが小さいので比較例１に近い光電変換効率が得られている。また、Ｃｕ箔厚さが薄いので可撓性があり、透光性導体層５に高低差がある場合でもその形状に追随して載置することができる。【０１１２】
[実施例５]
１００×１００ｍｍ2サイズの光電変換装置のセルを複数枚作製し、図３に示したように面状の接続を行った。
まず、ＳＵＳ４３０（ＪＩＳ  Ｇ  ４３０９）から成る基板上にＮｉ箔を介して両面にアルミニウム合金層を冷間圧延させた導電性基板１上に、ｐ型の結晶半導体粒子２としてのシリコン粒子を格子状に並べて、大気中にて６００℃で３０分間加熱して、これらシリコン粒子をアルミニウム合金層に溶着させることによって、シリコン粒子の下部を導電性基板１の主面に接合させた。【０１１３】
以下、実施例１と同様にして、絶縁層３を形成し、ｎ型の結晶質シリコンと非晶質シリコンとの混晶の半導体層４を３０ｎｍの厚みに形成し、さらに透光性導体層５としてＩＴＯ層を形成した。このように作製した光電変換装置の透光性導体層５上に、結晶半導体粒子２間に配設された導電板（受光面側電極）７を配設し、本受光面側電極７は各結晶半導体粒子２の部分を避けて配設出来るように穴が空いている厚さ１０μｍの銅箔を配設した。さらに樹脂レンズとしての透光性集光層８をその上に配設した。１０μｍの銅箔は作製した光電変換装置から１０ｍｍはみだしていて、同じ方法で作製した光電変換装置と面状の接続ができるようになっている。【０１１４】
（比較例２）
比較例２として、前記銅箔に代えて、従来の銀ペーストからなるバスバー電極を介して、線状部材または帯状部材の端部による接続を行った（図１２）以外は、実施例５と同様にして光電変換装置を作製した。【０１１５】
（評価結果）
前記作製した実施例５および比較例２について、所定の強度および所定の波長の光を照射して、電気特性の値を比較した。また、本発明により作製した光電変換装置のセル一枚単独（実施例５）の面状の接続を行った後の引っ張り強度を測定し、従来のバスバー電極を介して接続を行ったときの比較例２と比較した。結果を表３に示す。
なお、電気特性は、上記同様、ＪＩＳ  Ｃ  ８９１３に基づいて測定した。引っ張り強度は、図４に示す方法により、引っ張り試験機（バネ計り）を用いて測定した。
【表３】
2007055253.tif 000006
【０１１６】
表３により、本発明による光電変換装置は従来法でのバスバー電極を有しないので、これが占めていた部分にも結晶半導体粒子２を配設することができ、さらにシャドウロスが減じられて光発生電流が増加していることが分かる。さらに光電変換装置を面状の接続をしたときに接続面積が増えるため、引っ張り強度が向上することが確認できた。【０１１７】
[実施例６]
以下のようにして光電変換モジュールを作製した。まず、結晶半導体粒子２としての直径約３００μｍのｐ型の結晶シリコン粒子２にリン拡散処理を施すことによって、結晶シリコン粒子２の表層部にｎ＋層から成る半導体部４を形成してｐｎ接合を形成した。【０１１８】
次に、アルミニウム製の導電性基板１の主面上に、多数（約３万個）の結晶シリコン粒子２を、その直径の約０．６倍の間隔（１８０μｍ）を互いにあけて配置し、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分加熱しつつ、多数の結晶シリコン粒子２を導電性基板１上に接合した。【０１１９】
次に、結晶シリコン粒子２の導電性基板１との接合部付近の半導体部４をエッチングして除去してｐｎ分離を行った後、導電性基板１上の多数の結晶シリコン粒子２の間に、ポリイミドからなる絶縁層３を充填し形成した。【０１２０】
次に、結晶シリコン粒子２の上部表面を洗浄し、透光性導体層５としてＩＴＯ膜を８０ｎｍの厚みで形成した。【０１２１】
次に、図８に示すように、絶縁層３上に、周囲の３個の結晶シリコン粒子２から同じ距離となるように、Ａｇペースト（Ａｇ粒子含有樹脂ペースト）からなる多数の円形状の導電性接着部３６をスクリーン印刷法で塗布した。その導電性接着部３６上に、集電極である導電板７として、結晶シリコン粒子２の直径よりもわずかに大きい貫通孔４０（直径３５０μｍ）を多数有するとともに表面にＮｉメッキ層が形成された厚み２０μｍの銅箔を、結晶シリコン粒子２が導電板７の貫通孔４０を通して突出するようにして、絶縁層３上に押しつけながら、１５０℃の温度で３０分間加熱処理することによって、導電板７を接着した。【０１２２】
次に、光反射部材２７を以下のようにして形成した。ポリカーボネート樹脂フィルムを用いて、また、結晶シリコン粒子２の直径の１．６倍以上の最大幅を有する縦長の半回転楕円体形状の凸部が多数並んだ金型を用いて、真空成型法によって、結晶シリコン粒子２の直径よりもわずかに大きい直径（３１０μｍ）の開口３７を有する凹面鏡形状が多数形成された板状の光反射部材２７を作製した。次に、スパッタリング法によって、凹面鏡の表面に厚み１μｍのＡｌから成る光反射層２８を形成した。【０１２３】
また、光反射部材２７の縦断面における頂上部は、１０°の角度を有する尖頭部となっている。【０１２４】
次に、結晶シリコン粒子２が光反射部材２７の開口３７から突出するようにして導電板７上に光反射部材２７を載置し、また、導電性基板１の下面にＥＶＡからなる厚み０．４ｍｍの裏面充填材３１とＰＥＴ層／ＳｉＯ2層／ＰＥＴ層の３層構造の厚み０．１ｍｍの裏面保護板３４を順次積層し、また、結晶シリコン粒子２及び光反射部材２７上にＥＶＡからなる厚み０．６ｍｍの表面側透明充填材２９とエチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）からなる厚み０．０５ｍｍの表面保護板３０を順次積層し、真空ラミネーターを用いてラミネートすることにより、光電変換モジュールを作製した。【０１２５】
[実施例７]
光反射部材２７の光反射層２８として、厚み１５μｍの高反射性のアルミニウム箔を用いた以外は、実施例６と同様にして光電変換モジュールを作製した。【０１２６】
（比較例３）
導電性基板１の主面上に多数の結晶シリコン粒子２を、２０μｍの間隔を互いにあけて密に配置するとともに、透光性導体層５としてのＩＴＯ膜上に、集電極として熱硬化型の樹脂に銀（Ａｇ）粒子を混入させたＡｇペーストを塗布し硬化させてなるフィンガー電極を形成した以外は、実施例６と同様にして光電変換モジュールを作製した。【０１２７】
以上の実施例６，７及び比較例３について、結晶シリコン粒子２の使用数量を比較したところ、比較例３における結晶シリコン粒子２の使用数量は、実施例６，７の２．４２倍となった。【０１２８】
また、光電変換素子の状態（光反射部材２７を装着する前の状態）と光電変換モジュールの状態（光反射部材２７を装着した後の状態）とについて、光電変換効率を測定し比較した結果、実施例６では（光電変換モジュールの光電変換効率）／（光電変換素子の光電変換効率）＝２．３８、実施例７では（光電変換モジュールの光電変換効率）／（光電変換素子の光電変換効率）＝２．３１となった。実施例６，７は、比較例３と比較すると、結晶シリコン粒子２の使用数量比は比較例３の１／２．４２でありながら、比較例３とほぼ同等の光電変換効率が得られた。【０１２９】
なお、本発明は以上の実施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であれば種々の変更を加えることは何ら差し支えない。例えば、図３の受光面側電極７の導電性基板１からはみ出して設けられた部分は作業性の観点から面状の接続部の形状を複数の短冊状の接続部にすることで接続されたもの同士の固定に柔軟性をもたせてもよい。
【図１】
2007055253.tif 000007
【図２】
2007055253.tif 000008
【図３】
2007055253.tif 000009
【図４】
2007055253.tif 000010
【図５】
2007055253.tif 000011
【図６】
2007055253.tif 000012
【図７】
2007055253.tif 000013
【図８】
2007055253.tif 000014
【図９】
2007055253.tif 000015
【図１０】
2007055253.tif 000016
【図１１】
2007055253.tif 000017
【図１２】
2007055253.tif 000018
【国際調査報告】
2007055253.tif 000019
2007055253.tif 000020
2007055253.tif 000021
2007055253.tif 000022
2007055253.tif 000023