(57)【要約】【課題】光を受光する面積を増大させることのできる光電変換素子及び光電変換装置を提供することにある。【解決手段】円柱状の支持体の外周面に反射電極１３、Ｐ型半導体層、Ｉ型半導体層、Ｎ型半導体層及び透明電極１８を順に積層して太陽電池素子１０を形成した。その太陽電池素子１０を、Ｙ方向に沿って延設されるように列設して太陽電池素子列１０Ｌを形成した。そして、太陽電池素子列１０Ｌを、接着層１１を挟んでＸ方向に並設して、共通電極３の上面に配設した。このとき、各太陽電池素子１０の軸心方向が共通電極３の上面３ａの法線方向になるように、各反射電極１３を共通電極３に電気的に接続した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体の外側面に形成された管状の第１電極と、前記第１電極の外側面に形成される管状の光電変換層と、前記光電変換層の外側面に形成される管状の第２電極とを備えた光電変換素子であって、
前記光電変換層の軸心方向の一側面を受光面として、前記軸心方向の他側面を設置面としたことを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
請求項１に記載の光電変換素子において、
前記受光面が円弧状であることを特徴とする光電変換素子。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光電変換素子において、
前記支持体は、導電性材料からなり前記第１電極を兼用することを特徴とする光電変換素子。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載の光電変換素子において、
前記光電変換層は、前記第１電極の外側面に形成される第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の外側面に形成される第２導電型半導体層とを備えたことを特徴とする光電変換素子。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電変換素子において、
前記光電変換層は、前記第１電極の外側面に形成される第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の外側面に形成される真性半導体層と、前記真性半導体層の外側面に形成される第２導電型半導体層とを備えたことを特徴とする光電変換素子。
【請求項６】
請求項１〜５に記載の複数の光電変換素子を第１方向に列設したことを特徴とする光電変換装置。
【請求項７】
請求項１〜５に記載の複数の光電変換素子を第１方向及び第２方向に列設したことを特徴とする光電変換装置。
【請求項８】
請求項６又は７に記載の光電変換装置において、
前記光電変換素子の前記第２電極は、光透過性を有する透明電極であることを特徴とする光電変換装置。
【請求項９】
請求項８に記載の光電変換装置において、
前記光電変換素子の前記第１電極は、光反射性を有する金属電極であることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１０】
請求項６又は７に記載の光電変換装置において、
前記光電変換素子の前記第１電極は、光透過性を有する透明電極であって、前記第２電極は、光反射性を有する金属電極であることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１１】
請求項６〜１０のいずれか１つに記載の光電変換装置において、
前記第１電極を、前記光電変換層及び前記第２電極よりも前記設置面側に突出させて、その突出部の先端に全ての前記第１電極に接する共通電極を接続したことを特徴とする光電変換装置。
【請求項１２】
棒状の第１の導電体と、
前記第１の導電体の一端を包む第１の光電変換層と、
前記第１の光電変換層の一部を包む第１の導電膜と、
棒状の第２の導電体と、
前記第２の導電体の一端を包む第２の光電変換層と、
前記第２の光電変換層の一部を包む第２の導電膜と、
前記第１の導電体の他端と前記第１の導電体の他端とに接する第１の共通電極と、
前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とに接する第２の共通電極とを含むことを特徴とする光電変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子及び光電変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽光の光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池は、多種の太陽電池が開発されており、その中でもシリコンを用いた太陽電池が注目を集めている。特に、多結晶シリコンを用いた太陽電池やアモルファスシリコンを用いた太陽電池が、産業用や家庭用として実用化されている。
【０００３】
一般的な太陽電池は、平板状の基板の表面に金属電極を形成し、その金属電極の表面に、Ｐ型、Ｎ型及びＩ型等の半導体層からなる光電変換層を形成し、さらにその光電変換層の表面に透明電極を形成した平面状の受光構造になっている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１−２８９１７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通常、太陽光を受光する面積（有効面積）が広くなるに連れて、その太陽電池による発電電力が増大する。しかしながら、特許文献１に記載の太陽電池のように受光面が平面状の場合には、有効面積を、太陽電池の設置面積と同等の面積しか確保することができないため、太陽電池の発電電力を増大させることが困難であった。
【０００５】
本発明は、前述した上記問題点を解消するためになされたものであって、その目的は、光を受光する面積を増大させることのできる光電変換素子及び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】
【０００６】
本発明の光電変換素子は、支持体の外側面に形成された管状の第１電極と、前記第１電極の外側面に形成される管状の光電変換層と、前記光電変換層の外側面に形成される管状の第２電極とを備えた光電変換素子であって、前記光電変換層の軸心方向の一側面を受光面として、前記軸心方向の他側面を設置面とした。
【０００７】
これによれば、光電変換層の軸心方向の一側面を受光面としたため、軸心方向に光を受光する面積（有効面積）を増大させることができる。また、光電変換層は、管状構造になっているため、第１電極及び支持体を挟んで２層構造となる。従って、有効面積を増大させることができ、効率的に光を受光することができる。
【０００８】
この光電変換素子において、前記受光面が円弧状であってもよい。
これによれば、受光面を円弧状にしたため、光電変換素子の有効面積を、受光面が平板状の光電変換素子に比べて例えばπ／２倍などに増大させることができる。また、平板状の光電変換素子では、例えば太陽光の入射方向に対して指向性が強く、太陽の移動による太陽光の入射角度の変化に伴って光電変換効率が変化していたが、受光面を円弧状にすることによって、太陽の位置が変化しても、太陽光の入射角度を略一定にすることができる。そのため、光電変換素子の光電変換効率を略一定に維持することができ、安定した電力を発電することができる。
【０００９】
この光電変換素子において、前記支持体は、導電性材料からなり前記第１電極を兼用するようにしてもよい。
これによれば、支持体が第１電極を兼用するため、支持体の外側面に別途第１電極を形成する必要がないため、光電変換素子の生産性を向上させることができる。
【００１０】
この光電変換素子において、前記光電変換層は、前記第１電極の外側面に形成される第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の外側面に形成される第２導電型半導体層とを備えるようにしてもよい。
【００１１】
これによれば、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の軸心方向の一側面を受光面にしたため、軸心方向に第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の有効面積を増大させることができる。また、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層は、管状構造になっているため、第１電極及び支持体を挟んで２層構造となる。従って、有効面積を増大させることができ、効率的に光を受光することができる。
【００１２】
この光電変換素子において、前記光電変換層は、前記第１電極の外側面に形成される第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の外側面に形成される真性半導体層と、前記真性半導体層の外側面に形成される第２導電型半導体層とを備えるようにしてもよい。
【００１３】
これによれば、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に真性半導体層を挟むようにした。この真性半導体層により、第１導電型半導体層と第２導電型半導体層とによって形成される内部電界領域の幅を拡張することができる。これによって、光の受光により光電変換層内に生じる電子−正孔対が、その内部電界領域によって分離されて再結合されることなく、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層に移動することができるため、広範な光スペクトルを利用した高効率な発電を行うことができる。
【００１４】
本発明の光電変換装置は、上記した複数の光電変換素子を第１方向に列設した。
これによれば、各光電変換素子の光を受光する面積を増大させることができるため、発電電力を増大させることができる。
【００１５】
本発明の光電変換装置は、上記した複数の光電変換素子を第１方向及び第２方向に列設した。
これによれば、各光電変換素子の光を受光する面積を増大させることができるため、発電電力を増大させることができる。
【００１６】
この光電変換装置において、前記光電変換素子の前記第２電極は、光透過性を有する透明電極であってもよい。
これによれば、光電変換素子の外表面を透明電極で形成したため、軸心方向に対して直交する方向の面も受光面とすることができ、有効面積をより増大させることができる。
【００１７】
この光電変換装置において、前記光電変換素子の前記第１電極は、光反射性を有する金属電極であってもよい。
これによれば、光電変換素子内に受光した光を、反射電極によって反射させることができるため、光を隣接する光電変換素子間で内部反射させることができる。これによって、軸心方向に延設される有効面積に効率的に光を入射させることができる。
【００１８】
この光電変換装置において、前記光電変換素子の前記第１電極は、光透過性を有する透明電極であって、前記第２電極は、光反射性を有する金属電極であってもよい。
これによれば、光電変換素子内に受光した光を、光電変換素子の外表面に形成された反射電極によって反射させることができるため、光を各光電変換素子内で内部反射させることができる。これによって、軸心方向に延設される有効面積に効率的に光を入射させることができる。
【００１９】
この光電変換装置において、前記第１電極を、前記光電変換層及び前記第２電極よりも前記設置面側に突出させて、その突出部の先端に全ての前記第１電極に接する共通電極を接続してもよい。
【００２０】
これによれば、各光電変換素子の第１電極によって収集された電子又は正孔を共通電極に収集させることができる。そのため、各第１電極１つ１つと外部負荷を接続する必要がなく、共通電極と外部負荷を接続することにより、外部負荷に発電電力を供給することができる。これによって、光電変換装置の構成を単純化することができる。
【００２１】
また、本発明にかかる光電変換装置は、棒状の第１の導電体と、前記第１の導電体の一端を包む第１の光電変換層と、前記第１の光電変換層の一部を包む第１の導電膜と、棒状の第２の導電体と、前記第２の導電体の一端を包む第２の光電変換層と、前記第２の光電変換層の一部を包む第２の導電膜と、前記第１の導電体の他端と前記第１の導電体の他端とに接する第１の共通電極と、前記第１の導電膜と前記第２の導電膜とに接する第２の共通電極とを含むことを特徴とするようにしてもよい。
【００２２】
これによれば、例えば光電変換素子を形成することが困難な物体の表面などにも、この光電変換装置を貼り付けることができるため、太陽電池の設置の自由度が向上する。
上記の光電変換装置の製造方法は、例えば、支持体の外側面に第１電極が積層され、前記第１電極の外側面に光電変換層が積層され、さらに前記光電変換層の外側面に第２電極が積層された光電変換素子を第１方向に列設して光電変換素子列を形成する光電変換素子列設工程と、前記光電変換素子列の一側面に、前記光電変換素子を第１方向に列設して前記光電変換素子列を積層する積層工程と、前記積層工程を繰り返し行って、前記光電変換素子列が複数段積層された光電変換素子層を形成する光電変換素子層形成工程とを含むものであってもよい。
【００２３】
これによれば、光電変換素子列設工程によって、光電変換素子を第１方向に列設することができ、積層工程によって、光電変換素子列を積層することができる。この積層された光電変換素子列（光電変換素子層）を、各光電変換素子の軸心方向の面が受光面になるように設置することによって、軸心方向に有効面積を増大させた光電変換素子を２方向に列設することができる。その結果、光電変換装置の発電電力を増大させることができる。
【００２４】
上記の光電変換装置の製造方法において、前記光電変換素子層を切断する切断工程をさらに備えるようにしてもよい。
これによれば、切断の形状を変更することによって、光電変換素子層の形状を容易に変更することができる。これによって、設置の自由度を向上させることができたり、光の受光効率を向上させたりすることができる。
【００２５】
上記の光電変換装置の製造方法において、前記各光電変換素子列同士の間に、前記各光電変換素子同士及び前記各光電変換素子列同士を接着するための接着層を形成する接着層形成工程をさらに備えるようにしてもよい。
【００２６】
これによれば、接着層によって、隣接する光電変換素子同士を固定して光電変換装置を形成することができる。その結果、安定した光電変換装置を製造することができる。
上記の光電変換装置の製造方法において、前記接着層は、導電性樹脂からなるようにしてもよい。
【００２７】
これによれば、第２電極と導電性樹脂とが密着するため、各光電変換素子の第２電極同士を接着層を介して電気的に接続することができる。
上記の光電変換装置の製造方法において、前記接着層は、可撓性樹脂からなるようにしてもよい。
【００２８】
これによれば、接着層が可撓性を有するため、光電変換装置全体の形状を変化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図１４に従って説明する。図１は、光電変換装置としての太陽電池装置１を説明するための概略斜視図である。
図１に示すように、太陽電池装置１は、板状に形成された複数の共通電極３を備えている。共通電極３は、Ｘ方向に向かって延設されるとともに、Ｙ方向に等間隔に並設されている。共通電極３は、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｃｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｗもしくはこれらの合金からなる金属が導電性材料として用いられるが、仕事関数の低い導電性材料を用いることもできる。例えば、Ｌｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｌａ，Ｃｅ，Ｅｒ，Ｅｕ，Ｓｃ，Ｙ，Ｙｂ，Ｃｓ，Ｒｂの金属元素単体等を含む光反射性の電極であって、図示しない外部負荷に共通に接続されている。
【００３０】
また、共通電極３の上面３ａには、各共通電極３を覆うように光電変換素子層としての太陽電池素子層ＰＬが形成されている。
詳しくは、各共通電極３の上面３ａには、略円柱状に形成された複数の太陽電池素子１０が、軸心方向を法線方向（図２におけるＺ方向）にしてＹ方向に沿って列設されている。また、各共通電極３に列設された太陽電池素子１０は、Ｙ方向に隣接する太陽電池素子１０同士の側面がそれぞれ密接するように配列され、光電変換素子列としての太陽電池素子列１０Ｌが形成されている。そして、各太陽電池素子列１０Ｌは、それぞれ隣接する太陽電池素子列１０Ｌ同士が導電性樹脂からなる接着層１１を挟んでＸ方向に複数本並設されている。なお、各太陽電池素子１０は、接着層１１によって、隣接する太陽電池素子１０及び太陽電池素子列１０Ｌと電気的に接続されるとともに、密着固定されている。従って、共通電極３を第１の共通電極としたとき、接着層１１を第２の共通電極とすることもできる。
【００３１】
図２は、共通電極３の上面３ａに設けた太陽電池素子１０を説明するための斜視図であって、図３は、その太陽電池素子１０を説明するための断面図を示す。図２に示すように、太陽電池素子１０には、その中央に円柱状に形成された絶縁材料からなる支持棒１２が備えられ、支持棒１２の外周面１２ａには、支持棒１２の軸心側から順に、反射電極１３、Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５、Ｎ型半導体層１６と透明電極１８が積層されている。
【００３２】
支持棒１２は、例えば各種ガラス材料等の無機材料、あるいはポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリメチルメタクリレート等の可撓性樹脂材料で形成されている。本実施形態の支持棒１２は、内径が約５ｍｍ、長さが約２００ｍｍで形成されているが、これに限らず、その外周面１２ａに後述する各種液状膜を形成可能なサイズであればよい。
【００３３】
第１電極及び第１（第２）の導電体としての反射電極１３は、断面円筒状であって、支持棒１２の外周面１２ａの全体にわたって均一な膜厚で形成される棒状の光反射性の電極である。反射電極１３は、共通電極３と同様の導電性材料を用いることができる。反射電極１３は、図１に示すように、その突出部としての基端１３ａの基端面が前記共通電極３に接触されて、共通電極３と電気的に接続されている。なお、反射電極材料は、共通電極材料と同様に、その安定性を向上させるために、これらを含む２成分、３成分の合金系を用いてもよい。特に、合金を用いる場合には、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ等の安定な金属元素を含む合金、具体的には、ＭｇＡｇ、ＡｌＬｉ、ＣｕＬｉ等の合金を用いるのが好ましい。図２及び図３に示すように、光電変換層を構成する第１導電型半導体層としてのＰ型半導体層１４は、断面円筒状に形成されるとともに、反射電極１３の外周面１３ｂの基端１３ａを除く略全体にわたって均一な膜厚で反射電極１３を包んで形成されるシリコン層である。Ｐ型半導体層１４の膜厚は、特に限定されないが、０．０１μｍ〜０．５μｍ程度であるのが好ましく、０．０５〜０．３μｍ程度であるのがより好ましい。Ｐ型半導体層１４の膜厚を前記範囲とすることにより、光電変換効率を向上させることができる。すなわち、反射電極１３は、一端が共通電極３に接触しており、他端が光電変換層に包まれている。
【００３４】
本実施形態のＰ型半導体層１４を構成するＰ型半導体層材料は、周期表の３Ｂ族元素を含むシラン化合物の液体材料である。詳述すると、Ｐ型半導体層材料は、一般式ＳｉｎＸｍで表される環系を有する液状体の前記シラン化合物に、ホウ素（Ｂ）を含有する化合物を添加し、これに紫外線を照射した後、トルエン等の溶媒で希釈し、フィルタを通した液体材料である。また、Ｐ型半導体層１４としてホウ素を含有する化合物の添加量は、ホウ素原子として換算した場合に、１０１０〜１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であることが好ましく、１０１０〜１０１７程度であることがより好ましい。
【００３５】
ここで、前記一般式ＳｉｎＸｍのＸは水素元素及びハロゲン元素のうち少なくとも一種の元素を表し、ｎは５以上の整数を表し、ｍはｎ、２ｎ−２または２ｎの整数を表す。また、ホウ素を含有する化合物としては、例えばホウ素原子を含有するシラン化合物、ジボラン、テトラボラン、ペンタボラン、ヘキサボラン、デカボラン、トリメチルホウ素、トリエチルホウ素、トリフェニルホウ素等を利用することができる。また、希釈に使用する溶媒としては、シラン化合物及びホウ素の少なくとも１種を含有する化合物を溶解し、ホウ素単体又はホウ素を含有する化合物を溶解し、且つ溶質と反応しないものであれば特に限定されない。
【００３６】
また、シラン化合物としては、具体的には、１個の環状構造を有するものとして、シクロトリシラン、シクロテトラシラン、シクロペンタシラン、シクロヘキサシラン、シクロヘプタシラン等を利用することができる。また、２個の環状構造を有するものとして、１、１’−ビシクロブタシラン、１、１’−ビシクロペンタシラン、１、１’−ビシクロヘキサシラン、１、１’−ビシクロヘプタシラン、１、１’−シクロブタシリルシクロペンタシラン、１、１’−シクロブタシリルシクロヘキサシラン、１、１’−シクロブタシリルシクロヘプタシラン、 １、１’−シクロペンタシリルシクロヘキサシラン、１、１’−シクロペンタシリルシクロヘプタシラン、１、１’−シクロヘキサシリルシクロヘプタシラン、スピロ［２、２］ペンタシラン、スピロ［３、３］ヘプタタシラン、スピロ［４、４］ノナシラン、スピロ［４、５］デカシラン、スピロ［４、６］ウンデカシラン、スピロ［５、５］ウンデカシラン、スピロ［５、６］ウンデカシラン、スピロ［６、６］トリデカシラン等を利用することができる。その他には、上記化合物の骨格の水素原子を部分的にＳｉＨ３基やハロゲン原子に置換したシラン化合物を利用することができる。また、これらのうちの２種以上を混合して利用することもできる。
【００３７】
これらのシラン化合物は、不活性ガス雰囲気中で焼成することによって、シリコン膜に変換される。この際の焼成温度としては、一般に到達温度が約５５０℃以下の温度ではアモルファス状のシリコン膜が、それ以上の温度では多結晶状のシリコン膜が得られる。アモルファス状のシリコン膜を得たい場合は、到達温度を、３００℃〜５５０℃程度にすることが好ましく、３５０℃〜４５０℃程度にすることがより好ましい。到達温度が３００℃未満の場合は、シラン化合物の熱分解が十分に進行せず、十分な特性のシリコン膜を形成できない場合がある。焼成を行う場合の雰囲気は窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス、もしくは水素等の還元性ガスを混入したものが好ましい。
【００３８】
光電変換層を構成する真性半導体層としてのＩ型半導体層１５は、断面円筒状に形成されるとともに、Ｐ型半導体層１４の外周面１４ａの全体にわたって均一な膜厚で形成されるシリコン層である。Ｉ型半導体層１５の膜厚は、特に限定されないが、０．１μｍ〜５０μｍ程度であるのが好ましく、１〜５μｍであるのがより好ましい。Ｉ型半導体層１５の膜厚を前記範囲とすることにより、Ｐ型半導体層１４と後述するＮ型半導体層１６によるｐｎ接合の幅を拡張することができ、光電変換効率を向上させることができる。
【００３９】
本実施形態のＩ型半導体層１５を構成するＩ型半導体層材料は、前記一般式ＳｉｎＸｍで表される環系を有する液状体の前記シラン化合物に紫外線を照射した後、トルエン等の溶媒で希釈してフィルタを通した液体材料である。なお、シラン化合物については、Ｐ型半導体層１４に利用されるものと同様である。
【００４０】
光電変換層を構成する第２導電型半導体層を構成するＮ型半導体層１６は、Ｉ型半導体層１５の外周面１５ａの全体にわたって均一な膜厚で形成されるシリコン層である。Ｎ型半導体層１６の膜厚は、特に限定されないが、膜厚が薄すぎると、ピンホールが生じる虞があり、一方、膜厚が厚すぎると、Ｉ型半導体層１５への光透過量が減少し、光電変換効率も低下してしまうおそれがある。そのため、Ｎ型半導体層１６の膜厚は、０．０１μｍ〜０．５μｍ程度であるのが好ましく、０．０５μｍ〜０．３μｍ程度であるのがより好ましい。
【００４１】
本実施形態のＮ型半導体層１６を構成するＮ型半導体層材料は、周期表の５Ｂ族元素を含むシラン化合物の液体材料である。詳述すると、Ｎ型半導体層材料は、一般式ＳｉｎＸｍで表される環系を有する液状体のシラン化合物に、リンを含有する化合物を添加し、これに紫外線を照射した後、トルエン等の溶媒で希釈してフィルタを通した液体材料である。また、Ｎ型半導体層１６としてリンを含有する化合物の添加量は、リン原子として換算した場合に、１０１９〜１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのが好ましく、１０２０〜１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのがより好ましい。
【００４２】
ここで、リンを含有する化合物としては、例えばリン原子を含有するシラン化合物、リン原子を含有する変性シラン化合物、ホスフィン、ジホスフィン、トリメチルホスフィン、トリエチルホスフィン、トリフェニルホスフィン等を利用することができる。また、希釈に使用する溶媒としては、シラン化合物及び黄リン等のリン単体またはリンを含有する化合物を溶解し、且つ溶質と反応しないものであれば特に限定されない。また、シラン化合物については、Ｐ型半導体層１４に利用されるものと同様である。
【００４３】
第２電極及び第１（第２）の導電膜としての透明電極１８は、Ｎ型半導体層１６の外周面１６ａの全体にわたって均一な膜厚で形成される光透過性の電極である。透明電極１８は、仕事関数の大きい導電性材料（例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ｓｂ含有ＳｎＯ２、Ａｌ含有ＺｎＯ等の無機酸化物、あるいはポリチオフェンやポリピロール等の透明導電樹脂等）によって形成されている。また、図１に示すように、各太陽電池素子１０の透明電極１８は、Ｙ方向に隣接する太陽電池素子１０の透明電極１８とそれぞれ密接して列設されている。
【００４４】
本実施形態の太陽電池素子１０の第１及び第２の光電変換層を構成する光電変換層は、真性半導体であるＩ型半導体層１５が、Ｐ型半導体層１４とＮ型半導体層１６とに挟まれたｐｉｎ接合構造になっている。その太陽電池素子１０に太陽光Ｌが入射すると、太陽光Ｌの一部は、透明電極１８及びＮ型半導体層１６を介してＩ型半導体層１５において吸収される。すると、Ｉ型半導体層１５内において光励起キャリア、すなわち電子−正孔対が生成され、その電子がＮ型半導体層１６側に、正孔がＰ型半導体層１４側に移動することにより太陽電池素子１０の光電変換層内に電流が生じる。Ｎ型半導体層１６側に移動した電子は透明電極１８によって収集され、Ｐ型半導体層１４側に移動した正孔は反射電極１３によって収集されるようになっている。
【００４５】
さらに、図１に示すように、各太陽電池素子１０の外表に形成されている透明電極１８は、隣接する太陽電池素子１０同士又は導電性樹脂からなる接着層１１を介して電気的に接続されて、その各透明電極１８で収集された電子が陰極線（図示しない）によって収集されるようになっている。また、各太陽電池素子１０の反射電極１３は、共通電極３と電気的に接続され、反射電極１３で収集された正孔が、全ての共通電極３に接続される陽極線（図示しない）によって共通電極３を介して収集されるようになっている。そして、その陰極線と陽極線を外部負荷に接続することにより、その外部回路に電流が流れて太陽電池装置１全体で発電されるようになっている。
【００４６】
図４に示すように、太陽光Ｌは、各太陽電池素子１０の一側面としての上面（受光面１０ａ）から太陽電池素子１０内部に入射されて、反射電極１３によって反射されるようになっている。そして、太陽光Ｌは、各太陽電池素子１０間で内部反射を繰り返して、他側面及び設置面としての下面１０ｂから出射されるようになっている。また、太陽電池素子１０の外表面を、光透過性を有する透明電極１８で形成したため、太陽電池装置１の外側に配置された太陽電池素子１０の側面からも太陽光Ｌが入射されるようになっている。従って、Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５及びＮ型半導体層１６の太陽光Ｌを受光する面積（有効面積）を広く確保することができる。すなわち、従来の太陽電池素子では、有効面積を平面的にしか確保することができなかったが、本実施形態の太陽電池素子１０では、高さ方向（Ｚ方向）にも有効面積を確保することができる。その結果、従来の太陽電池素子に比べて発電電力を増大させることができる。
【００４７】
本実施形態の太陽電池素子１０では、上記したように光電変換層がｐｉｎ接合構造になっているため、Ｉ型半導体層１５によって、Ｐ型半導体層１４及びＮ型半導体層１６のｐｎ接合の実質的な幅、すなわち内部電界領域を拡張することができる。これによって、太陽光Ｌの受光によってＩ型半導体層１５内に生じる電子−正孔対が、その内部電界領域によって分離されて再結合されることなく、それぞれＮ型半導体層１６及びＰ型半導体層１４に移動されるため、広範な光スペクトルを利用した高効率な発電を行うことができる。
【００４８】
次に、上記した太陽電池装置１を製造する製造方法について、図５〜図１４に従って説明する。
まず、太陽電池素子１０の元になる光電変換素子を構成する太陽電池素子材４０（図１０参照）を形成する太陽電池素子材形成工程を行う。はじめに、支持棒１２の元（母材）になる軸体３２の外周面３２ａに反射電極１３を形成する反射電極形成工程を行う。すなわち、図５に示すように、円柱状の軸体３２の外周面３２ａ全体を、反射電極形成液１３Ｌの中に浸漬する。本実施形態の反射電極形成液１３Ｌは、上記した反射電極材料の中の銀のナノ微粒子を有機系分散媒に分散させた液状体であって、後述する反射電極液状膜１３Ｆを形成しやすくするために、好ましくは軸体３２の外周面３２ａに対する後退接触角θ１が４５°以下となる液状体である。
【００４９】
軸体３２を反射電極形成液１３Ｌの中に浸漬すると、浸漬した軸体３２を徐々に引き出し、その外周面３２ａの全体に、反射電極形成液１３Ｌからなる反射電極液状膜１３Ｆを形成する。この際、反射電極液状膜１３Ｆの膜厚は、後退接触角θ１に支配されており、後退接触角θ１を一定に保持して軸体３２を反射電極形成液１３Ｌから引き出すことによって、軸体３２の外周面３２ａの略全体にわたり均一な膜厚で形成されるようになる。なお、引き出す軸体３２が反射電極形成液１３Ｌから離間するとき、反射電極形成液１３Ｌ側の軸体３２の端面（底面３２ｂ）には、外周面３２ａに比べて、不均一な膜厚の反射電極液状膜１３Ｆが形成されやすい。そのため、本実施形態では、底面３２ｂに形成した反射電極液状膜１３Ｆを払拭して除去する構成にしているが、これに限らず、例えば底面３２ｂを半球面状の曲面に形成して、底面３２ｂに均一な反射電極液状膜１３Ｆを形成する構成にしてもよい。
【００５０】
反射電極液状膜１３Ｆを形成すると、軸体３２を乾燥・焼成炉に搬送し、反射電極形成液１３Ｌに対応した所定の乾燥温度及び焼成温度まで昇温して、反射電極液状膜１３Ｆを乾燥・焼成する。これによって、軸体３２の外周面３２ａの全体に、均一な膜厚の反射電極１３を形成することができる。
【００５１】
なお、上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥・焼成によって形成した反射電極１３の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥・焼成を繰り返して、反射電極１３を厚膜化する構成にしてもよい。また、反射電極形成液１３Ｌの溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ１を低下させ、反射電極液状膜１３Ｆを厚膜化する構成にしてもよい。
【００５２】
反対に、上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥・焼成によって形成した反射電極１３の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、軸体３２を引き出した後に、軸体３２の外周面３２ａの全体に加圧エアーを吹き付けて、反射電極液状膜１３Ｆの膜厚を薄くする構成にしてもよい。また、反射電極形成液１３Ｌの溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ１を増加させ、反射電極液状膜１３Ｆを薄膜化する構成にしてもよい。
【００５３】
反射電極１３を形成すると、反射電極１３の外周面１３ｂにＰ型半導体層１４を形成するＰ型半導体層形成工程を行う。すなわち、図６に示すように、軸体３２に形成された反射電極１３の基端１３ａを除いた外周面１３ｂを、Ｐ型半導体層形成液１４Ｌの中に浸漬する。本実施形態のＰ型半導体層形成液１４Ｌは、上記したＰ型半導体層材料のデカボランとシクロペンタシラン混合物を波長３０８ｎｍの紫外線を２０ｍＷ／ｃｍ２で５分間照射した後、トルエンに溶解させた液状体であって、後述するＰ型半導体層液状膜１４Ｆを形成しやすくするために、好ましくは反射電極１３の外周面１３ｂに対する後退接触角θ２が４５°以下となる液状体である。また、このＰ型半導体層形成液１４Ｌはホウ素の濃度勾配がないため、液状体中にホウ素が略均一に分布されるようになっている。なお、Ｐ型半導体層形成液１４Ｌは、上記したＰ型半導体層形成材料に対応した有機系又は無機系の溶媒あるいは分散媒からなる液状体であってもよい。
【００５４】
反射電極１３の外周面１３ｂをＰ型半導体層形成液１４Ｌの中に浸漬すると、浸漬した外周面１３ｂを徐々に引き出し、その外周面１３ｂの全体に、Ｐ型半導体層形成液１４ＬからなるＰ型半導体層液状膜１４Ｆを形成する。この際、Ｐ型半導体層液状膜１４Ｆの膜厚は、後退接触角θ２に支配されており、後退接触角θ２を一定に保持して軸体３２をＰ型半導体層形成液１４Ｌから引き出すことによって、反射電極１３の外周面１３ｂの略全体にわたり均一な膜厚で形成されるようになる。なお、本実施形態では、反射電極形成工程と同様に、底面３２ｂ側に形成されるＰ型半導体層液状膜１４Ｆを払拭して除去する構成にしているが、これに限らず、底面３２ｂの形状を半球面状の曲面に変更して、底面３２ｂに均一なＰ型半導体層液状膜１４Ｆを形成する構成にしてもよい。
【００５５】
Ｐ型半導体層液状膜１４Ｆを形成すると、軸体３２を乾燥・焼成炉に搬入し、Ｐ型半導体層形成液１４Ｌに対応した所定の乾燥温度の２２０℃まで昇温して、Ｐ型半導体層液状膜１４Ｆを乾燥する。乾燥した後、水素３％含有アルゴン中において５５０℃で熱分解を行えば、Ｐ型半導体層１４を形成することができる。これによって、反射電極１３の外周面１３ｂの全体に、均一な膜厚のＰ型半導体層１４を形成することができる。このＰ型半導体層１４は、ホウ素が略均一に分布されているＰ型半導体層形成液１４Ｌから形成されるため、ホウ素の濃度勾配がなく、シリコン層中にホウ素が略均一に分布されるようになっている。
【００５６】
なお、上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＰ型半導体層１４の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥を繰り返して、Ｐ型半導体層１４を厚膜化する構成にしてもよい。また、Ｐ型半導体層形成液１４Ｌの溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ２を低下させ、Ｐ型半導体層液状膜１４Ｆを厚膜化する構成にしてもよい。
【００５７】
反対に、上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＰ型半導体層１４の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、軸体３２を引き出した後に、Ｐ型半導体層１４の外周面１４ａの全体に加圧エアーを吹き付けて、Ｐ型半導体層液状膜１４Ｆの膜厚を薄くする構成にしてもよい。また、Ｐ型半導体層形成液１４Ｌの溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ２を低下させ、Ｐ型半導体層液状膜１４Ｆを薄膜化する構成にしてもよい。
【００５８】
Ｐ型半導体層１４を形成すると、Ｐ型半導体層１４の外周面１４ａ上にＩ型半導体層１５を形成するＩ型半導体層形成工程を行う。すなわち、図７に示すように、軸体３２に形成されたＰ型半導体層１４の外周面１４ａ全体を、Ｉ型半導体層形成液１５Ｌの中に浸漬する。本実施形態のＩ型半導体層形成液１５Ｌは、シクロペンタシランを波長３０８ｎｍの紫外線を２０ｍＷ／ｃｍ２で５分間照射した後、トルエンに溶解させた液状体であって、後述するＩ型半導体層液状膜１５Ｆを形成しやすくするために、好ましくはＰ型半導体層１４の外周面１４ａに対する後退接触角θ３が４５°以下となる液状体である。なお、Ｉ型半導体層形成液１５Ｌは、上記したＩ型半導体層材料に対応した有機系又は無機系の溶媒あるいは分散媒からなる液状体であってもよい。
【００５９】
Ｐ型半導体層１４の外周面１４ａをＩ型半導体層形成液１５Ｌの中に浸漬すると、浸漬した外周面１４ａを徐々に引き出し、その外周面１４ａの全体に、Ｉ型半導体層形成液１５ＬからなるＩ型半導体層液状膜１５Ｆを形成する。この際、Ｉ型半導体層液状膜１５Ｆの膜厚は、後退接触角θ３に支配されており、後退接触角θ３を一定に保持して軸体３２をＩ型半導体層形成液１５Ｌから引き出すことによって、Ｐ型半導体層１４の外周面１４ａの略全体にわたり均一な膜厚で形成されるようになる。なお、本実施形態では、反射電極形成工程と同様に、底面３２ｂ側に形成されるＩ型半導体層液状膜１５Ｆを払拭して除去する構成にしているが、これに限らず、底面３２ｂの形状を半球面状の曲面に変更して、底面３２ｂに均一なＩ型半導体層液状膜１５Ｆを形成する構成にしてもよい。
【００６０】
Ｉ型半導体層液状膜１５Ｆを形成すると、軸体３２を乾燥・焼成炉に搬入し、Ｉ型半導体層形成液１５Ｌに対応した所定の乾燥温度の２２０℃まで昇温して、Ｉ型半導体層液状膜１５Ｆを乾燥する。乾燥した後、水素３％含有アルゴン中において５５０℃で熱分解を行えば、Ｉ型半導体層を形成することができる。これによって、Ｐ型半導体層１４の外周面１４ａの全体に、均一な膜厚のＩ型半導体層１５を形成することができる。
【００６１】
なお、上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＩ型半導体層１５の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥を繰り返して、Ｉ型半導体層１５を厚膜化する構成にしてもよい。また、Ｉ型半導体層形成液１５Ｌの溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ３を低下させ、Ｉ型半導体層液状膜１５Ｆを厚膜化する構成にしてもよい。
【００６２】
反対に、上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＩ型半導体層１５の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、軸体３２を引き出した後に、Ｉ型半導体層１５の外周面１５ａの全体に加圧エアーを吹き付けて、Ｉ型半導体層液状膜１５Ｆの膜厚を薄くする構成にしてもよい。また、Ｉ型半導体層形成液１５Ｌの溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ３を低下させ、Ｉ型半導体層液状膜１５Ｆを薄膜化する構成にしてもよい。
【００６３】
Ｉ型半導体層１５を形成すると、Ｉ型半導体層１５の外周面１５ａ上にＮ型半導体層１６を形成するＮ型半導体層形成工程を行う。すなわち、図８に示すように、軸体３２に形成されたＩ型半導体層１５の外周面１５ａ全体を、Ｎ型半導体層形成液１６Ｌの中に浸漬する。本実施形態のＮ型半導体層形成液１６Ｌは、黄リンとシクロペンタシラン混合物を波長３０８ｎｍの紫外線を２０ｍＷ／ｃｍ２で５分間照射した後、トルエンに溶解させた液状体であって、後述するＮ型半導体層液状膜１６Ｆを形成しやすくするために、好ましくはＩ型半導体層１５の外周面１５ａに対する後退接触角θ４が４５°以下となる液状体である。また、このＮ型半導体層形成液１６Ｌはリンの濃度勾配がないため、液状体中にリンが略均一に分布されるようになっている。なお、Ｎ型半導体層形成液１６Ｌは、上記したＮ型半導体層材料に対応した有機系又は無機系の溶媒あるいは分散媒からなる液状体であってもよい。
【００６４】
Ｉ型半導体層１５の外周面１５ａをＮ型半導体層形成液１６Ｌの中に浸漬すると、浸漬した外周面１５ａを徐々に引き出し、その外周面１５ａの全体に、Ｎ型半導体層形成液１６ＬからなるＮ型半導体層液状膜１６Ｆを形成する。この際、Ｎ型半導体層液状膜１６Ｆの膜厚は、後退接触角θ４に支配されており、後退接触角θ４を一定に保持して軸体３２をＮ型半導体層形成液１６Ｌから引き出すことによって、Ｉ型半導体層１５の外周面１５ａの略全体にわたり均一な膜厚で形成されるようになる。なお、本実施形態では、反射電極形成工程と同様に、底面３２ｂ側に形成されるＮ型半導体層液状膜１６Ｆを払拭して除去する構成にしているが、これに限らず、底面３２ｂの形状を半球面状の曲面に変更して、底面３２ｂに均一なＮ型半導体層液状膜１６Ｆを形成する構成にしてもよい。
【００６５】
Ｎ型半導体層液状膜１６Ｆを形成すると、軸体３２を乾燥・焼成炉に搬入し、Ｎ型半導体層形成液１６Ｌに対応した所定の乾燥温度の２２０℃まで昇温して、Ｎ型半導体層液状膜１６Ｆを乾燥する。乾燥した後、水素３％含有アルゴン中において４５０℃で熱分解を行えば、Ｎ型半導体層１６を形成することができる。これによって、Ｉ型半導体層１５の外周面１５ａの全体に、均一な膜厚のＮ型半導体層１６を形成することができる。このＮ型半導体層１６は、リンが略均一に分布されているＮ型半導体層形成液１６Ｌから形成されるため、リンの濃度勾配がなく、シリコン層中にリンが略均一に分布されるようになっている。
【００６６】
なお、上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＮ型半導体層１６の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥を繰り返して、Ｎ型半導体層１６を厚膜化する構成にしてもよい。また、Ｎ型半導体層形成液１６Ｌの溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ４を低下させ、Ｎ型半導体層液状膜１６Ｆを厚膜化する構成にしてもよい。
【００６７】
反対に、上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＮ型半導体層１６の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、軸体３２を引き出した後に、Ｎ型半導体層１６の外周面１６ａの全体に加圧エアーを吹き付けて、Ｎ型半導体層液状膜１６Ｆの膜厚を薄くする構成にしてもよい。また、Ｎ型半導体層形成液１６Ｌの溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ４を低下させ、Ｎ型半導体層液状膜１６Ｆを薄膜化する構成にしてもよい。
【００６８】
Ｎ型半導体層１６を形成すると、Ｎ型半導体層１６の外周面１６ａ上に透明電極１８を形成する透明電極形成工程を行う。すなわち、図９に示すように、軸体３２に形成されたＮ型半導体層１６の外周面１６ａ全体を、透明電極形成液１８Ｌの中に浸漬する。本実施形態の透明電極形成液１８Ｌは、上記した透明電極形成材料のＩＴＯのナノ微粒子を有機系分散媒に分散させた液状体であって、後述する透明電極液状膜１８Ｆを形成しやすくするために、好ましくはＮ型半導体層１６の外周面１６ａに対する後退接触角θ５が４５°以下となる液状体である。
【００６９】
Ｎ型半導体層１６の外周面１６ａを透明電極形成液１８Ｌの中に浸漬すると、浸漬した外周面１６ａを徐々に引き出し、その外周面１６ａの全体に、透明電極形成液１８Ｌからなる透明電極液状膜１８Ｆを形成する。この際、透明電極液状膜１８Ｆの膜厚は、後退接触角θ５に支配されており、後退接触角θ５を一定に保持して軸体３２を透明電極形成液１８Ｌから引き出すことによって、Ｎ型半導体層１６の外周面１６ａの略全体にわたり均一な膜厚で形成されるようになる。なお、本実施形態では、反射電極形成工程と同じく、底面３２ｂ側に形成される透明電極液状膜１８Ｆを払拭して除去する構成にしているが、これに限らず、底面３２ｂの形状を半球面状の曲面に変更して、底面３２ｂに均一な透明電極液状膜１８Ｆを形成する構成にしてもよい。
【００７０】
透明電極液状膜１８Ｆを形成すると、軸体３２を乾燥炉に搬送し、透明電極形成液１８Ｌに対応した所定の乾燥温度まで昇温して、透明電極液状膜１８Ｆを乾燥する。これによって、Ｎ型半導体層１６の外周面１６ａの全体に、均一な膜厚の透明電極１８を形成することができる。
【００７１】
なお、上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥によって形成した透明電極１８の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥を繰り返して、透明電極１８を厚膜化する構成にしてもよい。また、透明電極形成液１８Ｌの溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ５を低下させ、透明電極液状膜１８Ｆを厚膜化する構成にしてもよい。
【００７２】
反対に、上記した軸体３２の浸漬、引き出し、乾燥によって形成した透明電極１８の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、軸体３２を引き出した後に、透明電極１８の外周面の全体に加圧エアーを吹き付けて、透明電極液状膜１８Ｆの膜厚を薄くする構成にしてもよい。また、透明電極形成液１８Ｌの溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ５を低下させ、透明電極液状膜１８Ｆを薄膜化する構成にしてもよい。
【００７３】
透明電極１８を形成して太陽電池素子１０の元になる太陽電池素子材４０を形成すると、光電変換素子層形成工程としての太陽電池素子層形成工程を行う。詳しくは、まず、図１０に示すように、Ｘ方向に延設された太陽電池素子材４０を、太陽電池素子材４０の側面の透明電極１８がそれぞれ密接するようにＹ方向に列設する（光電変換素子列設工程としての太陽電池素子材列設工程）。複数本の太陽電池素子材４０を列設することによって、１列の太陽電池素子材列４０Ｌが形成される。
【００７４】
次に、図１１に示すように、太陽電池素子材列４０Ｌ（各太陽電池素子材４０）の一側面としての上面に、導電性樹脂を塗布する。この導電性樹脂によって、各太陽電池素子材４０が列設した状態で固定されるようになっている。そして、太陽電池素子材列４０Ｌの上面に塗布された導電性樹脂を乾燥することによって接着層１１が形成される（接着層形成工程）。さらに、図１２に示すように、接着層１１の上面に太陽電池素子材列４０Ｌを積層する（積層工程）。このように、積層工程と接着層形成工程とを繰り返し行うことによって、図１３に示すように、太陽電池素子材列４０Ｌが複数段積層される。
【００７５】
太陽電池素子材列４０Ｌを積層すると、切断工程を行う。すなわち、図１３に示すように、複数段積層した太陽電池素子材列４０Ｌを切断線Ｂで垂直方向（図１３におけるＺ方向）に切断することによって、太陽電池素子層ＰＬ（図１４参照）が形成される。なお、切断線Ｂの位置及び形状は、任意の位置及び形状であり自由に変更可能な位置である。従って、切断線Ｂの位置を変更することによって、太陽電池素子層ＰＬ（各太陽電池素子１０）の長さを自由に変更することができるため、太陽電池素子１０の有効面積を容易に変更することができる。また、切断線Ｂによる切断面が受光面１０ａになるため、切断線Ｂの形状を変更することによって、受光面１０ａの形状を容易に変更することができる。
【００７６】
太陽電池素子層ＰＬを形成すると、所定の間隔を置いて並設した共通電極３と太陽電池素子層ＰＬの各太陽電池素子１０とを接続する接続工程を行う。すなわち、図１４に示すように、任意の形状に切断した太陽電池素子層ＰＬを、各太陽電池素子１０の反射電極１３が共通電極３に接触されるように矢印Ｃの方向に９０度回転させて、共通電極３の上面３ａに配設させる。言い換えると、太陽電池素子層ＰＬを、各太陽電池素子１０の軸心方向が共通電極３の上面３ａの法線方向になるように共通電極３の上面３ａに配設し、反射電極１３と共通電極３とを電気的に接続させる。
【００７７】
次に、本実施形態の効果を以下に記載する。
（１）本実施形態によれば、各太陽電池素子１０を、その軸心方向を法線方向（図１におけるＺ方向）にして、上面を受光面１０ａにし、下面１０ｂ（反射電極１３の基端１３ａ）を共通電極３の上面３ａに設置するようにした。また、支持棒１２の外周面１２ａに反射電極１３を形成し、太陽電池素子１０の外表面に透明電極１８を形成するようにした。これによって、図４に示すように、太陽光Ｌは、各太陽電池素子１０の受光面１０ａから太陽電池素子１０内部に入射されて、反射電極１３によって反射されるようになっている。すなわち、太陽光Ｌは、各太陽電池素子１０間で内部反射を繰り返して、反Ｚ矢印方向側から出射されるようになっている。また、太陽電池素子１０の外表面を、光透過性を有する透明電極１８で形成したため、太陽電池装置１の外側に配置された太陽電池素子１０の側面からも太陽光Ｌが入射されるようになっている。従って、Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５及びＮ型半導体層１６の太陽光Ｌを受光する面積（有効面積）を広く確保することができる。すなわち、従来の太陽電池素子では、有効面積を平面的にしか確保することができなかったが、本実施形態の太陽電池素子１０では、高さ方向（Ｚ方向）にも有効面積を確保することができる。その結果、従来の太陽電池素子に比べて発電電力を増大させることができる。
【００７８】
（２）本実施形態によれば、各太陽電池素子列１０Ｌ同士の間に導電性樹脂からなる接着層１１を形成するようにした。これによって、隣接する太陽電池素子１０同士を電気的に接続することができる。また、隣接する太陽電池素子１０同士及び隣接する太陽電池素子列１０Ｌ同士を密着固定させることができる。
【００７９】
（３）本実施形態によれば、太陽電池素子列設形成工程と接着層形成工程を繰り返し行うことによって太陽電池素子材列４０Ｌを複数段積層し、その積層された太陽電池素子材列４０Ｌを任意の位置（本実施形態では、切断線Ｂ）で垂直方向に切断することによって、太陽電池素子層ＰＬを形成するようにした。従って、切断線Ｂの位置を変更することによって、太陽電池素子層ＰＬ（各太陽電池素子１０）の長さを変更することができるため、太陽電池素子１０の有効面積を容易に変更することができる。
【００８０】
（４）本実施形態によれば、光電変換層をＰ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５及びＮ型半導体層１６らなるｐｉｎ接合構造とした。そのため、Ｉ型半導体層１５によって、Ｐ型半導体層１４及びＮ型半導体層１６のｐｎ接合の実質的な幅、すなわち内部電界領域を拡張することができる。従って、太陽光Ｌの受光によりＩ型半導体層１５内に生じる電子−正孔対が、その内部電界領域によって分離されて再結合されることなく、それぞれＮ型半導体層１６及びＰ型半導体層１４に移動することができるため、広範な光スペクトルを利用した高効率な発電を行うことができる。
【００８１】
なお、上記各実施形態は、以下の態様に変更してもよい。
・上記実施形態では、図１３に示すように、複数段に積層された太陽電池素子材列４０Ｌを切断工程によって切断線Ｂに沿って切断することによって、太陽電池素子層ＰＬを形成するようにした。これに限らず、例えば図１５に示すように、切断線Ｂ２に沿って円弧状に切断するように変更してもよい。これによって、太陽電池装置１全体の受光面を曲面にすることができるため、太陽が移動して太陽光Ｌの入射角度が変化しても、効率的に太陽光Ｌを受光することができる。その結果、太陽電池装置１の発電電力を増大させることができる。また、太陽電池装置１全体の受光面が斜面になるように切断するようにしてもよい。あるいは、切断工程を省略するようにしてもよい。
【００８２】
・上記実施形態では、図１に示すように各太陽電池素子１０の受光面１０ａを、平面状に形成した。これに限らず、例えば図１６に示すように、各太陽電池素子５０の上面（受光面５０ａ）を半球面状の曲面にしてもよい。すなわち、受光面５０ａとなる軸体３２の底面３２ｂの形状を半球面状の曲面に変更して、その軸体３２を、各種形成液１３Ｌ，１４Ｌ，１５Ｌ，１６Ｌ，１８Ｌに浸漬して引き出すことによって、軸体３２の外周面３２ａに各種液状膜１３Ｆ，１４Ｆ，１５Ｆ，１６Ｆ，１８Ｆを形成する。そして、その各種液状膜１３Ｆ，１４Ｆ，１５Ｆ，１６Ｆ，１８Ｆを乾燥・焼成して、軸体３２の外周面３２ａに、受光面５０ａ側が半球面状に形成された反射電極１３、Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５、Ｎ型半導体層１６及び透明電極１８を順に積層する。
【００８３】
これによって、光電変換層（Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５及びＮ型半導体層１６）は、太陽が移動して太陽光Ｌの入射角度が変化しても、効率的に太陽光Ｌを受光することができる。また、太陽光Ｌが入射される太陽電池素子５０の受光面５０ａの表面積を、上記実施形態の太陽電池素子１０の受光面積に比べてπ／２倍、すなわち約１．５倍に増大させることができる。その結果、太陽電池素子５０の発電電力を、上記実施形態の太陽電池素子１０の発電電力よりも増大させることができる。
【００８４】
・上記実施形態では、支持棒１２の外周面１２ａに反射電極１３を形成して、太陽電池素子１０の外表面に透明電極１８を形成した。これに限らず、図１７に示すように、支持棒１２の外周面１２ａに透明電極１８を形成して、太陽電池素子１０の外表面に反射電極１３を形成するようにしてもよい。この場合、太陽光Ｌは、各太陽電池素子１０の上面（受光面１０ａ）から太陽電池素子１０内部に入射されて、反射電極１３によって反射される。そして、太陽光Ｌは、各太陽電池素子１０内で内部反射を繰り返して、下面１０ｂから出射される。従って、Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５及びＮ型半導体層１６の太陽光Ｌを受光する面積（有効面積）を広く確保することができる。その結果、従来の太陽電池素子に比べて発電電力を増大させることができる。
【００８５】
また、これら両電極を光透過性を有する透明電極として構成してもよく、あるいは両電極を光反射性を有する反射電極として構成してもよい。
・上記実施形態では、反射電極１３の外周面１３ｂに、Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５、Ｎ型半導体層１６及び透明電極１８を順に積層するようにした。これに限らず、例えばＮ型半導体層１６を形成した後に、Ｐ型半導体層形成工程、Ｉ型半導体層形成工程及びＮ型半導体層形成工程を繰り返し実行し、光電変換層（Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５及びＮ型半導体層１６）を多層に積層する、いわゆるタンデム構造にしてもよい。
【００８６】
・上記実施形態では、反射電極１３の外周面１３ｂに、Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５及びＮ型半導体層１６の順に積層するようにした。これに限らず、反射電極１３の外周面１３ｂに、Ｎ型半導体層１６、Ｉ型半導体層１５及びＰ型半導体層１４の順に積層するようにしてもよい。なお、この場合のＰ型半導体層１４の膜厚は、０．０１μｍ〜０．５μｍ程度であるのが好ましく、０．０５μｍ〜０．３μｍ程度であるのがより好ましい。また、Ｐ型半導体層１４としてホウ素を含有する化合物の添加量は、ホウ素原子として換算した場合に、１０１９〜１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのが好ましく、１０２０〜１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのがより好ましい。一方、Ｎ型半導体層１６の膜厚は、０．１μｍ〜５０μｍ程度であるのが好ましく、１〜５μｍ程度であるのがより好ましい。また、Ｎ型半導体層１６としてリンを含有する化合物の添加量は、リン原子として換算した場合に、１０１０〜１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのが好ましく、１０１０〜１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのがより好ましい。
【００８７】
・上記実施形態では、光電変換層をＰ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５及びＮ型半導体層１６からなるｐｉｎ接合構造としたが、これに限らず、例えばＩ型半導体層１５を省略してＰ型半導体層１４及びＮ型半導体層１６からなるｐｎ接合構造としてもよい。なお、この場合のＰ型半導体層１４の膜厚は、０．１μｍ〜５０μｍ程度であるのが好ましく、１〜５μｍ程度であるのがより好ましい。また、Ｐ型半導体層１４としてホウ素を含有する化合物の添加量は、ホウ素原子として換算した場合に、１０１０〜１０１８ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのが好ましく、１０１０〜１０１７ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのがより好ましい。一方、Ｎ型半導体層１６の膜厚は、０．０１μｍ〜０．５μｍ程度であるのが好ましく、０．０５μｍ〜０．３μｍ程度であるのがより好ましい。また、Ｎ型半導体層１６としてリンを含有する化合物の添加量は、リン原子として換算した場合に、１０１９〜１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのが好ましく、１０２０〜１０２１ａｔｏｍ／ｃｍ３程度であるのがより好ましい。
【００８８】
・上記実施形態では、接着層１１を導電性樹脂から構成するようにしたが、これに限らず、例えば接着層１１を可撓性樹脂から構成するようにしてもよい。これによって、太陽電池装置１の形状を変化させることができるため、設置の自由度を向上させることができる。
【００８９】
・上記実施形態では、接着層１１を塗布により形成したが、これに限らず、例えば蒸着等によって形成する構成にしてもよい。また、接着層１１を省略するようにしてもよい。
・上記実施形態では、外表面に透明電極１８を形成した太陽電池素子１０を列設して太陽電池装置１を形成するようにした。これに限らず、例えば太陽電池素子１０を列設した後に、列設した太陽電池素子１０の外側面に透明電極を形成するようにしてもよい。
【００９０】
・上記実施形態では、Ｘ方向に延設された複数の共通電極３を、Ｙ方向に並設させるようにした。これに限らず、例えば共通電極３をＹ方向に延設された複数の共通電極３を、Ｘ方向に並設させるようにしてもよい。また、共通電極３を太陽電池素子層ＰＬの下面全面に形成するようにしてもよい。
【００９１】
・上記実施形態では、共通電極３を光反射性を有する電極として具体化したが、これに限らず、例えば共通電極３を光透過性を有する電極として構成するようにしてもよい。
・上記実施形態における共通電極３を可撓性を有する電極として構成するようにしてもよい。これによって、設置面となる共通電極３の形状を変化させることができるため、太陽電池装置１を、例えば曲面状の場所に設置することもできる。その結果、太陽電池装置１の設置の自由度を向上させることができる。
【００９２】
・上記実施形態では、反射電極１３を光電変換層（Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５及びＮ型半導体層１６）及び透明電極１８よりも突出させるように形成して、反射電極１３のみを共通電極３に接触させるようにした。これに限らず、例えば透明電極１８を他の層１３，１４，１５，１６に比べて短く形成することによって、共通電極３と透明電極１８との接触を回避するようにしてもよい。また、共通電極３の代わりに各太陽電池素子１０の反射電極１３から接続線を延ばし、その接続線を互いに電気的に接続するようにして外部負荷に接続するようにしてもよい。
【００９３】
・上記実施形態では、支持棒１２を絶縁材料によって構成したが、これに限らず、支持棒１２を導電性材料、例えば反射電極材料によって構成してもよい。これによれば、支持棒１２の外周面１２ａに、別途反射電極１３を形成する必要がなく、反射電極形成工程を省略することができ、太陽電池素子１０の生産性を向上することができる。
【００９４】
・上記実施形態では、支持棒１２を断面円形状として充実構造としたが、これに限らず、例えば支持棒１２を断面円筒状として中空構造としてもよい。
・上記実施形態では、支持棒１２の断面及び外形を、それぞれ断面が円形状であって、外形が棒状に具体化した。これに限らず、断面形状が楕円形状であってもよい。また、断面形状が多角形状や一部に平面を有する形状であってもよい。これによって、太陽電池素子１０を列設させる場合に、隣接する太陽電池素子１０同士の接触面積が広くなるため、太陽電池素子１０を配置しやすくなる。あるいは、外形が螺旋形に曲折した形状であってもよい。
【００９５】
・上記実施形態では、棒状の支持棒１２を、各種形成液１３Ｌ，１４Ｌ，１５Ｌ，１６Ｌ，１８Ｌに浸漬して引き出すことによって太陽電池素子１０を形成して、その太陽電池素子１０を列設・積層することによって、太陽電池装置１を形成するようにした。これに限らず、例えば図１８に示すように、導電性を有する基台５２の上面５２ａに、Ｚ方向に延設された電極軸５４がＸ方向及びＹ方向に並設されている支持体５６を、各種形成液（Ｐ型半導体層形成液１４Ｌ、Ｉ型半導体層形成液１５Ｌ、Ｎ型半導体層形成液１６Ｌ及び透明電極形成液１８Ｌ）に浸漬して引き出すようにしてもよい。そして、各電極軸５４の外側面に形成された各種形成液の各液状膜（Ｐ型半導体層液状膜１４Ｆ、Ｉ型半導体層液状膜１５Ｆ、Ｐ型半導体層液状膜１６Ｆ及び透明電極液状膜１８Ｆ）を乾燥・焼成して、各電極軸５４に光電変換層及び透明電極を形成するようにしてもよい。これによって、液層プロセスのみで太陽電池装置１と同様の太陽電池装置を製造することができるため、製造プロセスを大幅に減少させることができる。その結果、太陽電池装置の生産性を大幅に向上させることができる。
【００９６】
・上記実施形態におけるＰ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５及びＮ型半導体層１６を形成するときの乾燥温度及び焼成温度に特に制限はない。
・上記実施形態では、反射電極１３、Ｐ型半導体層１４、Ｉ型半導体層１５、Ｎ型半導体層１６及び透明電極１８を液相プロセスによって形成する構成にしたが、これに限らず、蒸着等の気相プロセスによって形成する構成にしてもよい。
【００９７】
・上記実施形態では、Ｐ型半導体層材料、Ｉ型半導体層材料及びＮ型半導体層材料をシラン化合物から構成したが、これに限らず、例えばシリコン及びカーボンからなる高分子化合物から構成するようにしてもよい。また、シリコン及びゲルマニウムからなる高分子化合物から構成するようにしてもよい。あるいは、シリコン、カーボン及びゲルマニウムからなる高分子化合物から構成するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本実施形態における太陽電池装置を説明するための概略斜視図。
【図２】同じく、太陽電池素子を説明するための斜視図。
【図３】同じく、太陽電池素子を説明するための斜視図。
【図４】同じく、太陽電池装置の受光を説明するための断面図。
【図５】同じく、太陽電池素子材の製造方法を説明するための断面図。
【図６】同じく、太陽電池素子材の製造方法を説明するための断面図。
【図７】同じく、太陽電池素子材の製造方法を説明するための断面図。
【図８】同じく、太陽電池素子材の製造方法を説明するための断面図。
【図９】同じく、太陽電池素子材の製造方法を説明するための断面図。
【図１０】同じく、太陽電池素子層の製造方法を説明するための斜視図。
【図１１】同じく、太陽電池素子層の製造方法を説明するための斜視図。
【図１２】同じく、太陽電池素子層の製造方法を説明するための斜視図。
【図１３】同じく、太陽電池素子層の製造方法を説明するための斜視図。
【図１４】同じく、太陽電池素子装置の製造方法を説明するための斜視図。
【図１５】別例における太陽電池素子層の切断方法を説明するための斜視図。
【図１６】別例における太陽電池装置を説明するための概略斜視図。
【図１７】別例における太陽電池装置の受光を説明するための断面図。
【図１８】別例における支持体を説明するための斜視図。
【符号の説明】
【００９９】
Ｌ…太陽光、ＰＬ…光電変換素子層としての太陽電池素子層、１…光電変換装置としての太陽電池装置、３…共通電極、１０，５０…光電変換素子を構成する太陽電池素子、１０ａ，５０ａ…受光面、１０ｂ…設置面としての下面、１０Ｌ…光電変換素子列としての太陽電池素子列、１１…接着層、１２…支持体を構成する支持棒、１３…第１電極としての反射電極、１４…第１導電型半導体層としてのＰ型半導体層、１５…真性半導体層としてのＩ型半導体層、１６…第２導電型半導体層としてのＮ型半導体層、１８…第２電極としての透明電極、３２…支持体を構成する軸体、４０…光電変換素子を構成する太陽電池素子材、４０Ｌ…光電変換素子列を構成する太陽電池素子材列、５６…支持体。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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