(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、光電変換装置及び光電変換モジュールを提供することにある。【解決手段】太陽電池素子２は、棒状の支持棒３を備え、支持棒３の外周面に、反射電極５、Ｐ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｎ型半導体層１１及び透明電極１３が順に積層されている。そして、太陽電池素子２の下面側の透明電極１３の外周面に、断面略半円状の光反射性を有する反射層１５が形成されている。太陽電池モジュール１は、その太陽電池素子２を列設して形成されている。【選択図】図１
2007250858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状の光電変換層と、
前記光電変換層の内側面に形成された第１電極と、
前記光電変換層の外側面の少なくとも一部に形成された光反射性を有する反射層とを備えたことを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
管状の光電変換層と、
前記光電変換層の内側面に形成された第１電極と、
前記光電変換層の外側面に形成された管状の第２電極と、
前記第２電極の外側面の少なくとも一部に形成された光反射性を有する反射層とを備えた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、
前記光電変換層は、円筒状であることを特徴とする光電変換素子。
【請求項４】
請求項３に記載の光電変換素子において、
前記反射層は、断面半円状に形成され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素子。
【請求項６】
請求項１〜５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た第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た第２導電型半導体層とを含むことを特徴とする光電変換素子。
【請求項７】
請求項１〜５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た第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た真性半導体層と、前記真性半導体層の外側面に形成された第２導電型半導体層とを含むことを特徴とする光電変換素子。
【請求項８】
管状の光電変換層と、前記光電変換層の内側面に形成された第１電極と、前記光電変換層の外側面に形成された管状の第２電極とを備えた光電変換素子と、
前記光電変換素子の少なくとも一部の面に対向して設置されて、光反射性を有する反射台とを備えた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一部の面は第１の曲率を有し、
前記反射台の前記光電変換素子の前記一部の面と対向する一側面には側面が弧状の凹部が含まれ、前記凹部が前記第１の曲率と異なる第２の曲率を有することを特徴とする光電変換装置。
【請求項１０】
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一部の面が第１の曲率を有し、
前記反射台の前記光電変換素子の前記一部の面と対向する一側面には、前記光電変換素子の前記第１の曲率と同一の曲率を有する、断面が弧状の凹部が含まれることを特徴とする光電変換装置。
【請求項１１】
請求項８又は９に記載の光電変換装置において、
前記反射台の前記光電変換素子の前記一部の面と対向する一側面には、断面放物線状の凹部が形成されて、前記光電変換素子の光電変換層の一部を前記放物線の焦点に配置したことを特徴とする光電変換装置。
【請求項１２】
請求項８〜１１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１３】
請求項８〜１２のいずれか１つに記載の光電変換装置において、
前記光電変換層は、前記第１電極の外側面に形成された第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た第２導電型半導体層とを含むことを特徴とする光電変換装置。
【請求項１４】
請求項８〜１２のいずれか１つに記載の光電変換装置において、
前記光電変換層は、前記第１電極の外側面に形成された第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た真性半導体層と、前記真性半導体層の外側面に形成された第２導電型半導体層とを含むことを特徴とする光電変換装置。
【請求項１５】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の光電変換素子を列設したことを特徴とする光電変換モジュール。
【請求項１６】
請求項８〜１４のいずれか１つに記載の光電変換装置を列設したことを特徴とする光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子、光電変換装置及び光電変換モジュールに関する。
【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、光電変換装置及び光電変換モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる光電変換素子は、管状の光電変換層と、前記光電変換層の内側面に形成された第１電極と、前記光電変換層の外側面の少なくとも一部に形成された光反射性を有する反射層とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
これによれば、光電変換層の光を受光する面積（有効面積）を増大させることができ、効率的に太陽光を受光することができる。さらに、反射層によって光電変換層に向かって光を反射させることができる。従って、光電変換層の有効面積を効率的に利用することができる。その結果、発電電力を増大させることができる。
【０００８】
また、本発明にかかる光電変換素子は、管状の光電変換層と、前記光電変換層の内側面に形成された第１電極と、前記光電変換層の外側面に形成された管状の第２電極と、前記第２電極の外側面の少なくとも一部に形成された光反射性を有する反射層とを備えたことを特徴とするようにしてもよい。
【０００９】
これによれば、光電変換層の光を受光する面積（有効面積）を増大させることができ、効率的に太陽光を受光することができる。さらに、反射層によって光電変換層に向かって光を反射させることができる。従って、光電変換層の有効面積を効率的に利用することができる。その結果、発電電力を増大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、円筒状であってもよい。
これによれば、光電変換素子の有効面積を、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、受光面を円筒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。
【００１１】
この光電変換素子において、前記反射層は、断面半円状に形成されるようにしてもよい。
これによれば、断面半円状の反射層によって光電変換素子の外周を覆うことができるため、より効率的に、光電変換層に光を反射させて入射させることができる。その結果、発電電力を増大させることができる。
【００１２】
この光電変換素子において、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、第１電極と反射層との間で内部反射が繰り返されるため、その第１電極と反射層に挟まれた光電変換層はより効率的に光を受光することができる。その結果、発電電力を増大させることができる。
【００１３】
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た第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た第２導電型半導体層とを含むようにしてもよい。
【００１４】
これによれば、光を受光する面積を増大させることができ、効率的に太陽光を受光することができる。さらに、反射層によって第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層に向かって光を反射させることができるため、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効率的に利用することができる。その結果、発電電力を増大させることができる。
【００１５】
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た第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た真性半導体層と、前記真性半導体層の外側面に形成された第２導電型半導体層とを含むようにしてもよい。
【００１６】
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。
【００１７】
本発明にかかる光電変換装置は、管状の光電変換層と、前記光電変換層の内側面に形成された第１電極と、前記光電変換層の外側面に形成された管状の第２電極とを備えた光電変換素子と、前記光電変換素子の少なくとも一部の面に対向して設置されて、光反射性を有する反射台とを備えたことを特徴とする。
【００１８】
これによれば、光電変換層の光を受光する面積（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。さらに、反射台によって入射される光を、光電変換層に向かって反射させることができるため、光電変換層の有効面積を効率的に利用することができる。その結果、発電電力を増大させることができる。
【００１９】
この光電変換装置において、前記光電変換素子の前記一部の面は第１の曲率を有し、前記反射台の前記光電変換素子の前記一部の面と対向する一側面には側面が弧状の凹部が含まれ、前記凹部が前記第１の曲率と異なる第２の曲率を有するようにしてもよい。
【００２０】
これによれば、光電変換素子の一部の面と対向する一側面に形成された弧状の凹部によって、光電変換層に効率的に光を反射させることができる。その結果、発電電力を増大させることができる。
【００２１】
この光電変換装置において、前記光電変換素子の前記一部の面が第１の曲率を有し、前記反射台の前記光電変換素子の前記一部の面と対向する一側面には、前記光電変換素子の前記第１の曲率と同一の曲率を有する、断面が弧状の凹部が含まれるようにしてもよい。
【００２２】
これによれば、光電変換素子の一部の面と対向する一側面に形成された弧状の凹部によって、光電変換層に効率的に光を反射させることができる。その結果、発電電力を増大させることができる。
【００２３】
この光電変換装置において、前記反射台の前記光電変換素子の前記一部の面と対向する一側面には、断面放物線状の凹部が形成されて、前記光電変換素子の光電変換層の一部を前記放物線の焦点に配置してもよい。
【００２４】
これによれば、凹部を形成する放物線の焦点に、光電変換素子の光電変換層の一部を配置した。反射台は、その一側面の放線方向と平行に凹部に入射する光を、放物線の焦点に集光するように反射させることができるため、光電変換層の一部に光を効率的に入射させることができる。その結果、発電電力を増大させることができる。
【００２５】
この光電変換装置において、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、光電変換層の内側面に形成された第１電極を光反射性を有する金属電極とした。これによって、第１電極と支持台との間で内部反射が繰り返されるため、その第１電極と支持台との間に挟まれた光電変換層がより効率的に光を受光することができる。
【００２６】
この光電変換装置において、前記光電変換層は、前記第１電極の外側面に形成された第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た第２導電型半導体層とを含むようにしてもよい。
【００２７】
この光電変換装置によれば、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層の光を受光する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。さらに、反射台によって、第１導電型半導体層及び第２導電型半導体層に向かって光を反射させることができるため、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効率的に利用することができる。その結果、発電電力を増大させることができる。
【００２８】
この光電変換装置において、前記光電変換層は、前記第１電極の外側面に形成された第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た真性半導体層と、前記真性半導体層の外側面に形成された第２導電型半導体層とを含むようにしてもよい。
【００２９】
この光電変換装置によれば、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。
【００３０】
本発明の光電変換モジュールは、上記の光電変換素子を列設した。
本発明の光電変換モジュールによれば、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。
【００３１】
本発明の光電変換モジュールは、上記の光電変換装置を列設した。
本発明の光電変換モジュールによれば、各光電変換装置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。
【００３２】
上記の光電変換素子の製造方法は、管状の光電変換層と、前記光電変換層の内側面に形成された第１電極とを備えた光電変換素子の前記光電変換層の外側面の一部をマスクし、前記光電変換層の外側面の非マスク領域に、光反射性を有する反射層を蒸着及びスパッタのいずれか一方によって形成することができる。
【００３３】
これによれば、反射層を形成したい領域以外をマスクして蒸着及びスパッタのいずか一方を行うことによって、所望の形状の反射層を光電変換層の外側面の特定の領域に容易に形成することができる。
【００３４】
上記の光電変換素子の製造方法は、管状の光電変換層と、前記光電変換層の内側面に形成された第１電極と、前記光電変換層の外側面に形成された第２電極とを備えた光電変換素子の同第２電極の外側面の一部をマスクし、前記第２電極の外側面の非マスク領域に、光反射性を有する反射層を蒸着及びスパッタのいずれか一方によって形成することができる。
【００３５】
これによれば、反射層を形成したい領域以外をマスクして蒸着及びスパッタのいずか一方を行うことによって、所望の形状の反射層を第２電極の外側面の特定の領域に容易に形成することができる。
【００３６】
上記の光電変換素子の製造方法は、管状の光電変換層と、前記光電変換層の内側面に形成された第１電極とを備えた光電変換素子が嵌合する基台の凹部に反射層を形成し、前記光電変換素子を前記基台の凹部に嵌合することによって、前記光電変換層の外側面の一部に前記反射層を形成するようにしてもよい。
【００３７】
これによれば、反射層の形成された基台の凹部に、第１電極と光電変換層の形成された光電変換素子を嵌合するだけで、光電変換層の外側面に反射層を形成することができるため、簡単な設備で簡便に光電変換素子を製造することができる。また、基台の凹部の形状を変更することによって反射層の形状を変更することができ、容易に反射層を所望の形状に形成することができる。
【００３８】
上記の光電変換素子の製造方法は、管状の光電変換層と、前記光電変換層の内側面に形成された第１電極と、前記光電変換層の外側面に形成された第２電極とを備えた光電変換素子が嵌合する基台の凹部に反射層を形成し、前記光電変換素子を前記基台の凹部に嵌合することによって、前記第２電極の外側面の一部に前記反射層を形成するようにした。
【００３９】
これによれば、反射層の形成された基台の凹部に、第２電極の形成された光電変換素子を嵌合するだけで、第２電極の外側面に反射層を形成することができるため、簡単な設備で簡便に光電変換素子を製造することができる。また、基台の凹部の形状を変更することによって反射層の形状を変更することができ、容易に反射層を所望の形状に形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図１３に従って説明する。図１は、光電変換モジュールとしての太陽電池モジュール１を説明するための概略斜視図であって、図２は、太陽電池素子２を説明するための断面図である。
【００４１】
図１に示すように、太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池素子２が、Ｙ方向に列設されて形成されている。また、太陽光Ｌが、太陽電池素子２に対して反Ｚ矢印方向に入射するようになっている。
【００４２】
太陽電池素子２は、略円柱状に形成された絶縁材料からなる支持棒３を有している。支持棒３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３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３ａ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。
【００４３】
図２に示すように、支持棒３の外周面３ａには、断面円筒状の反射電極５が形成されている。第１電極としての反射電極５は、支持棒３の外周面３ａの全体にわたって均一な膜厚で形成される光反射性の電極である。反射電極５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も用いることができる。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んでいてもよい。なお、反射電極材料は、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。
【００４４】
反射電極５の外周面５ａには、断面円筒状のＰ型半導体層７が形成されている。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７は、反射電極５の外周面５ａ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。Ｐ型半導体層７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７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。
【００４５】
本実施形態のＰ型半導体層７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７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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
Ｐ型半導体層７の外周面７ａには、断面円筒状のＩ型半導体層９が形成されている。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９は、Ｐ型半導体層７の外周面７ａ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９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９の膜厚を前記範囲とすることにより、Ｐ型半導体層７と後述するＮ型半導体層１１によるｐｎ接合の幅を適度に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。
【００５０】
本実施形態のＩ型半導体層９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て一部の分子量を増大させた後、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７に利用されるものと同様である。
【００５１】
Ｉ型半導体層９の外周面９ａには、断面円筒状のＮ型半導体層１１が形成されている。光電変換層を構成する第２導電型半導体層としてのＮ型半導体層１１は、Ｉ型半導体層９の外周面９ａ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１１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おそれがあり、一方、膜厚が厚すぎると、Ｉ型半導体層９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１１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。
【００５２】
本実施形態のＮ型半導体層１１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１１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。
【００５３】
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７に利用されるものと同様である。
【００５４】
Ｎ型半導体層１１の外周面１１ａには、第２電極としての透明電極１３が形成されている。透明電極１３は、Ｎ型半導体層１１の外周面１１ａ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１３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。
【００５５】
透明電極１３の外周面１３ａには、断面略半円状の反射層１５が形成されている。反射層１５は、透明電極１３の外周面１３ａの図２における下部に、均一な膜厚で略半円状に形成される反射層１５である。反射層１５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も用いることができる。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用いることができ、これによって形成されて光反射性を有している。
【００５６】
本実施形態の太陽電池素子２の光電変換層は、真性半導体であるＩ型半導体層９が、Ｐ型半導体層７とＮ型半導体層１１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２に太陽光Ｌが入射すると、太陽光Ｌの一部はＩ型半導体層９において吸収される。すると、Ｉ型半導体層９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１１側に、正孔がＰ型半導体層７側に移動することにより太陽電池素子２の光電変換層内に電流が生じる。Ｎ型半導体層１１側に移動した電子は透明電極１３によって収集され、Ｐ型半導体層７側に移動した正孔は反射電極５によって収集されるようになっている。
【００５７】
さらに、各太陽電池素子２の透明電極１３には、共通の陰極線（図示しない）がそれぞれ電気的に接続されており、その陰極線によって各透明電極１３で収集された電子が収集されるようになっている。また、各太陽電池素子２の反射電極５には、共通の陽極線（図示しない）がそれぞれ電気的に接続されており、その陽極線によって各反射電極５で収集された正孔が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モジュール１全体で発電されるようになっている。
【００５８】
図１に示すように、円柱状の太陽電池素子２をＹ方向に列設して太陽電池モジュール１を構成すると、各太陽電池素子２の太陽と対向する受光表面積が、平板状の太陽電池素子の受光表面積に比べてπ／２倍、すなわち約１．５倍増大される。そのため、太陽電池モジュール１の太陽と対向する受光表面積を、平板状の太陽電池モジュールの受光表面積に比べて約１．５倍に増大させることができる。その結果、太陽電池モジュール１の発電電力を、平板状の太陽電池モジュールの発電電力よりも増大させることができる。また、太陽電池素子２の受光面２ａは円弧状になっているため、太陽電池モジュール１を固定した状態で、太陽の位置が変化しても、太陽電池モジュール１全体として見ると、太陽光Ｌの入射角度は略一定になる。そのため、太陽電池モジュール１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。
【００５９】
図２に示すように、太陽光Ｌは、太陽電池素子２の上面（受光面２ａ）から太陽電池素子２内部に入射されて、透明電極１３、Ｎ型半導体層１１、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層７を透過して反射電極５によって反射されるようになっている。反射された太陽光Ｌは、再びＰ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｎ型半導体層１１及び透明電極１３を透過して太陽電池素子２外部に出射されるようになっている。これによって、受光面２ａ側に形成された光電変換層（Ｐ型半導体層７，Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１）に太陽光Ｌを入射させることができる。
【００６０】
また、太陽光Ｌは、透明電極１３、Ｎ型半導体層１１、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層７等を透過して反射層１５に入射し、反射層１５によって再び太陽電池素子２内に反射されるようになっている。これによって、太陽電池素子２の下面２ｂ側に形成された光電変換層（Ｐ型半導体層７，Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１）に太陽光Ｌを効率的に入射させることができる。すなわち、太陽電池素子２の下面２ｂ側に形成された光電変換層を、受光面として利用することができ、円筒状の光電変換層全てに太陽光Ｌを入射させることができるため、太陽電池素子２の有効面積を増大させることができる。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、さらに反射層１５を備えていない円筒状の太陽電池素子に比べても発電電力を増大させることができる。
【００６１】
また、本実施形態の太陽電池素子２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９によって、Ｐ型半導体層７及びＮ型半導体層１１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９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Ｐ型半導体層７及びＮ型半導体層１１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。
【００６２】
次に、上記した太陽電池モジュール１の製造方法について、図３〜図１３に従って説明する。
まず、太陽電池素子２を形成するために、支持棒３の外周面３ａに反射電極５を形成する反射電極形成工程を行う。すなわち、図３に示すように、支持棒３の外周面３ａ全体を、反射電極形成液２１の中に浸漬する。本実施形態の反射電極形成液２１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２１Ｌを形成しやすくするために、好ましくは支持棒３の外周面３ａに対する後退接触角θ１が４５°以下となる液状体である。
【００６３】
支持棒３を反射電極形成液２１の中に浸漬すると、浸漬した支持棒３を徐々に引き出し、その外周面３ａの全体に、反射電極形成液２１からなる反射電極液状膜２１Ｌを形成する。この際、反射電極液状膜２１Ｌの膜厚は、後退接触角θ１に支配されており、後退接触角θ１を一定に保持して支持棒３を反射電極形成液２１から引き出すことによって、支持棒３の外周面３ａ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、引き出す支持棒３が反射電極形成液２１から離間するとき、反射電極形成液２１側の支持棒３の端面（底面３ｂ）には、外周面３ａに比べて、不均一な膜厚の反射電極液状膜２１Ｌが形成されやすい。そのため、本実施形態では、底面３ｂに形成した反射電極液状膜２１Ｌ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３ｂを半球面状の曲面に形成して、底面３ｂに均一な反射電極液状膜２１Ｌを形成する構成にしてもよい。
【００６４】
反射電極液状膜２１Ｌを形成すると、支持棒３を乾燥・焼成炉に搬送し、反射電極形成液２１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２１Ｌを乾燥・焼成する。これによって、支持棒３の外形や長さ、形状の変更に対応して、支持棒３の外周面３ａの全体に、均一な膜厚の反射電極５を形成することができる。
【００６５】
なお、上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥・焼成によって形成した反射電極５の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥・焼成を繰り返して、反射電極５を厚膜化する構成にしてもよい。また、反射電極形成液２１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２１Ｌを厚膜化する構成にしてもよい。
【００６６】
反対に、上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥・焼成によって形成した反射電極５の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、支持棒３を引き出した後に、支持棒３の外周面３ａの全体に加圧エアーを吹き付けて、反射電極液状膜２１Ｌ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２１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２１Ｌを薄膜化する構成にしてもよい。
【００６７】
反射電極形成工程を終了すると、反射電極５の外周面５ａ上にＰ型半導体層７を形成するＰ型半導体層形成工程を行う。すなわち、図４に示すように、支持棒３に形成された反射電極５の外周面５ａ全体を、Ｐ型半導体層形成液２３の中に浸漬する。本実施形態のＰ型半導体層形成液２３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に波長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２３Ｌを形成しやすくするために、好ましくは反射電極５の外周面５ａ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２３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２３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。
【００６８】
反射電極５の外周面５ａをＰ型半導体層形成液２３の中に浸漬すると、浸漬した外周面５ａを徐々に引き出し、その外周面５ａの全体に、Ｐ型半導体層形成液２３からなるＰ型半導体層液状膜２３Ｌを形成する。この際、Ｐ型半導体層液状膜２３Ｌの膜厚は、後退接触角θ２に支配されており、後退接触角θ２を一定に保持して支持棒３をＰ型半導体層形成液２３から引き出すことによって、反射電極５の外周面５ａ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３ｂ側に形成されるＰ型半導体層液状膜２３Ｌ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３ｂの形状を半球面状の曲面に変更して、底面３ｂに均一なＰ型半導体層液状膜２３Ｌを形成する構成にしてもよい。
【００６９】
Ｐ型半導体層液状膜２３Ｌを形成すると、支持棒３を乾燥・焼成炉に搬入し、Ｐ型半導体層形成液２３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２３Ｌ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７を形成することができる。これによって、支持棒３の外形や長さ、形状の変更に対応して、反射電極５の外周面５ａの全体に、均一な膜厚のＰ型半導体層７を形成することができる。このＰ型半導体層７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２３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。
【００７０】
なお、上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＰ型半導体層７の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥を繰り返して、Ｐ型半導体層７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２３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２３Ｌを厚膜化する構成にしてもよい。
【００７１】
反対に、上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＰ型半導体層７の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、支持棒３を引き出した後に、Ｐ型半導体層７の外周面７ａの全体に加圧エアーを吹き付けて、Ｐ型半導体層液状膜２３Ｌ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２３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２３Ｌを薄膜化する構成にしてもよい。
【００７２】
Ｐ型半導体層形成工程を終了すると、Ｐ型半導体層７の外周面７ａ上にＩ型半導体層９を形成するＩ型半導体層形成工程を行う。すなわち、図５に示すように、支持棒３に形成されたＰ型半導体層７の外周面７ａ全体を、Ｉ型半導体層形成液２５の中に浸漬する。本実施形態のＩ型半導体層形成液２５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２５Ｌを形成しやすくするために、好ましくはＰ型半導体層７の外周面７ａ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２５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。
【００７３】
Ｐ型半導体層７の外周面７ａをＩ型半導体層形成液２５の中に浸漬すると、浸漬した外周面７ａを徐々に引き出し、その外周面７ａの全体に、Ｉ型半導体層形成液２５からなるＩ型半導体層液状膜２５Ｌを形成する。この際、Ｉ型半導体層液状膜２５Ｌの膜厚は、後退接触角θ３に支配されており、後退接触角θ３を一定に保持して支持棒３をＩ型半導体層形成液２５から引き出すことによって、Ｐ型半導体層７の外周面７ａ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３ｂ側に形成されるＩ型半導体層液状膜２５Ｌ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３ｂの形状を半球面状の曲面に変更して、底面３ｂに均一なＩ型半導体層液状膜２５Ｌを形成する構成にしてもよい。
【００７４】
Ｉ型半導体層液状膜２５Ｌを形成すると、支持棒３を乾燥・焼成炉に搬入し、Ｉ型半導体層形成液２５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２５Ｌ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、支持棒３の外形や長さ、形状の変更に対応して、Ｐ型半導体層７の外周面７ａの全体に、均一な膜厚のＩ型半導体層９を形成することができる。
【００７５】
なお、上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＩ型半導体層９の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥を繰り返して、Ｉ型半導体層９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２５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２５Ｌを厚膜化する構成にしてもよい。
【００７６】
反対に、上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＩ型半導体層９の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、支持棒３を引き出した後に、Ｉ型半導体層９の外周面９ａの全体に加圧エアーを吹き付けて、Ｉ型半導体層液状膜２５Ｌ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２５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２５Ｌを薄膜化する構成にしてもよい。
【００７７】
Ｉ型半導体層形成工程を終了すると、Ｉ型半導体層９の外周面９ａ上にＮ型半導体層１１を形成するＮ型半導体層形成工程を行う。すなわち、図６に示すように、支持棒３に形成されたＩ型半導体層９の外周面９ａ全体を、Ｎ型半導体層形成液２７の中に浸漬する。本実施形態のＮ型半導体層形成液２７は、黄リンとシクロペンタシラン混合物に波長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２７Ｌを形成しやすくするために、好ましくはＩ型半導体層９の外周面９ａ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２７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２７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。
【００７８】
Ｉ型半導体層９の外周面９ａをＮ型半導体層形成液２７の中に浸漬すると、浸漬した外周面９ａを徐々に引き出し、その外周面９ａの全体に、Ｎ型半導体層形成液２７からなるＮ型半導体層液状膜２７Ｌを形成する。この際、Ｎ型半導体層液状膜２７Ｌの膜厚は、後退接触角θ４に支配されており、後退接触角θ４を一定に保持して支持棒３をＮ型半導体層形成液２７から引き出すことによって、Ｉ型半導体層９の外周面９ａ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３ｂ側に形成されるＮ型半導体層液状膜２７Ｌ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３ｂの形状を半球面状の曲面に変更して、底面３ｂに均一なＮ型半導体層液状膜２７Ｌを形成する構成にしてもよい。
【００７９】
Ｎ型半導体層液状膜２７Ｌを形成すると、支持棒３を乾燥・焼成炉に搬入し、Ｎ型半導体層形成液２７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２７Ｌ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１１を形成することができる。これによって、支持棒３の外形や長さ、形状の変更に対応して、Ｉ型半導体層９の外周面９ａの全体に、均一な膜厚のＮ型半導体層１１を形成することができる。このＮ型半導体層１１は、リンが略均一に分布されているＮ型半導体層形成液２７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。
【００８０】
なお、上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＮ型半導体層１１の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥を繰り返して、Ｎ型半導体層１１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２７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２７Ｌを厚膜化する構成にしてもよい。
【００８１】
反対に、上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥によって形成したＮ型半導体層１１の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、支持棒３を引き出した後に、Ｎ型半導体層１１の外周面９ａの全体に加圧エアーを吹き付けて、Ｎ型半導体層液状膜２７Ｌ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２７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２７Ｌを薄膜化する構成にしてもよい。
【００８２】
Ｎ型半導体層形成工程を終了すると、Ｎ型半導体層１１の外周面１１ａ上に透明電極１３を形成する透明電極形成工程を行う。すなわち、図７に示すように、支持棒３に形成されたＮ型半導体層１１の外周面１１ａ全体を、透明電極形成液２９の中に浸漬する。本実施形態の透明電極形成液２９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２９Ｌを形成しやすくするために、好ましくはＮ型半導体層１１の外周面１１ａに対する後退接触角θ５が４５°以下となる液状体である。
【００８３】
Ｎ型半導体層１１の外周面１１ａを透明電極形成液２９の中に浸漬すると、浸漬した外周面１１ａを徐々に引き出し、その外周面１１ａの全体に、透明電極形成液２９からなる透明電極液状膜２９Ｌを形成する。この際、透明電極液状膜２９Ｌの膜厚は、後退接触角θ５に支配されており、後退接触角θ５を一定に保持して支持棒３を透明電極形成液２９から引き出すことによって、Ｎ型半導体層１１の外周面１１ａ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３ｂ側に形成される透明電極液状膜２９Ｌ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３ｂの形状を半球面状の曲面に変更して、底面３ｂに均一な透明電極液状膜２９Ｌを形成する構成にしてもよい。
【００８４】
透明電極液状膜２９Ｌを形成すると、支持棒３を乾燥炉に搬送し、透明電極形成液２９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２９Ｌを乾燥する。これによって、支持棒３の外形や長さ、形状の変更に対応して、Ｎ型半導体層１１の外周面１１ａの全体に、均一な膜厚の透明電極１３を形成することができる。
【００８５】
なお、上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥によって形成した透明電極１３の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥を繰り返して、透明電極１３を厚膜化する構成にしてもよい。また、透明電極形成液２９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２９Ｌを厚膜化する構成にしてもよい。
【００８６】
反対に、上記した支持棒３の浸漬、引き出し、乾燥によって形成した透明電極１３の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、支持棒３を引き出した後に、透明電極１３の外周面１３ａの全体に加圧エアーを吹き付けて、透明電極液状膜２９Ｌ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２９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２９Ｌを薄膜化する構成にしてもよい。
【００８７】
透明電極形成工程を終了すると、透明電極１３の外周面１３ａ上に反射層１５を形成する反射層形成工程を行う。すなわち、図８に示すように、透明電極１３を形成した支持棒３の所定箇所に、蒸着装置３０を用いて反射層形成材料を蒸着する。詳しくは、透明電極１３を形成した支持棒３を、蒸着装置３０と対向するように蒸着装置３０の上方に配置する。また、支持棒３には回転装置（図示しない）が取り付けられており、その回転装置は、回転軸線ＬＡを中心にして支持棒３を回転させる。そして、支持棒３を回転させながら、透明電極１３の外周面１３ａに対して、蒸着装置３０から放出される反射層形成材料を蒸着する。なお、本実施形態では、透明電極１３の外周面１３ａに略半円筒状のシャドウマスク３１を形成することによって、透明電極１３の外周面１３ａに略半円筒状の反射層１５を形成するようにした。従って、このシャドウマスク３１の形状を変更することによって、反射層１５の形状を容易に変更することができる。
【００８８】
そして、形成された太陽電池素子２を、図１に示すように隣接する太陽電池素子２同士の反射層１５が接触されるように列設して、太陽電池モジュール１を形成する。
次に、本実施形態の効果を以下に記載する。
【００８９】
（１）本実施形態によれば、円柱状の太陽電池素子２をＹ方向に列設して太陽電池モジュール１を形成した。これによって、各太陽電池素子２の太陽と対向する受光表面積が、平板状の太陽電池素子の受光表面積に比べてπ／２倍、すなわち約１．５倍増大されるため、太陽電池モジュール１の太陽と対向する受光表面積を、平板状の太陽電池モジュールの受光表面積に比べて約１．５倍に増大させることができる。その結果、太陽電池モジュール１の発電電力を、平板状の太陽電池モジュールの発電電力よりも増大させることができる。
【００９０】
また、図１に示すように、太陽電池素子２の受光面２ａは円弧状になっているため、太陽電池モジュール１を固定した状態で、太陽の位置が変化しても、太陽電池モジュール１全体として見ると、太陽光Ｌの入射角度は略一定になる。そのため、太陽電池モジュール１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。
【００９１】
（２）本実施形態によれば、透明電極１３の外周面１３ａに断面略半円状の反射層１５を形成するようにした。これによって、図２に示すように、透明電極１３、Ｎ型半導体層１１、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層７等を透過して反射層１５に入射する太陽光Ｌを、再び太陽電池素子２内に反射させることができる。従って、太陽電池素子２の下面２ｂ側に形成された光電変換層（Ｐ型半導体層７，Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１）に太陽光Ｌを効率的に入射させることができる。すなわち、太陽電池素子２の下面２ｂ側に形成された光電変換層を、受光面として利用することができ、円筒状の光電変換層全てに太陽光Ｌを入射させることができるため、太陽電池素子２の有効面積を増大させることができる。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、さらに反射層１５を備えていない円筒状の太陽電池素子に比べても発電電力を増大させることができる。
【００９２】
（３）本実施形態によれば、光電変換層をＰ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１からなるｐｉｎ接合構造とした。そのため、Ｉ型半導体層９によって、Ｐ型半導体層７及びＮ型半導体層１１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９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１１及びＰ型半導体層７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。
【００９３】
（４）本実施形態によれば、透明電極１３の外周面１３ａに略半円筒状のシャドウマスク３１を形成して、透明電極１３の外周面１３ａに断面略半円状の反射層１５を形成するようにした。従って、透明電極１３の外周面１３ａをシャドウマスク３１で覆うことによって、所望の形状の反射層１５を容易に形成することができる。
【００９４】
（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態を図９及び図１０に従って説明する。図９は、太陽電池モジュール４０を説明するための概略斜視図であって、図１０は、光電変換装置としての太陽電池装置４２を説明するための断面図である。なお、第２実施形態でも、上記第１実施形態で説明した太陽電池素子２と略同様の構造を有する太陽電池素子４６を使用するため、同じ符号を付して詳細な説明を省略する。
【００９５】
図１に示すように、太陽電池モジュール４０は、複数の太陽電池装置４２が、Ｙ方向に列設されて形成されている。また、太陽光Ｌが、太陽電池モジュール４０に対して反Ｚ矢印方向に入射するようになっている。
【００９６】
太陽電池装置４２は、四角柱状であって光反射性を有する反射台としての支持台４４と、その支持台４４に固定された太陽電池素子４６とから構成されている。支持台４４の上面４４ａには、断面放物線状の凹部４８が形成されるとともに、その凹部４８の先端部４８ａ及び基端部４８ｂには、平板状の固定板４９（凹部４８の基端部４８ｂ側は図示しない）の基端４９ａがそれぞれ固着されている。
【００９７】
各固定板４９は、絶縁性樹脂によって形成されるとともに、太陽電池素子４６の半径よりも長く形成されている。また、各固定板４９は、その先端４９ｂが太陽電池素子４６の支持棒３の略中心に固着されるようになっている。この両固定板４９によって、太陽電池素子４６の両端が支持固定されて、太陽電池素子４６を、支持台４４の凹部４８の上方に配置固定することができる。
【００９８】
なお、本実施形態の太陽電池素子４６は、図１０に示すように、支持台４４の凹部４８を形成する放物線Ｂの焦点ｆに光電変換層のＩ型半導体層９が配置されるように、両固定板４９によって固定されている。また、両固定板４９の長さを変更することによって、放物線Ｂからの太陽電池素子２（Ｉ型半導体層９）の位置を容易に変更することができる。
【００９９】
Ｚ方向と平行に入射される太陽光Ｌは、太陽電池素子４６の上面（受光面４６ａ）から太陽電池素子４６内部に入射されて、透明電極１３、Ｎ型半導体層１１、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層７を透過して反射電極５によって反射されるようになっている。反射された太陽光Ｌは、再びＰ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｎ型半導体層１１及び透明電極１３を透過して太陽電池素子４６外部に出射されるようになっている。これによって、受光面４６ａ側に形成された光電変換層（Ｐ型半導体層７，Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１）に太陽光Ｌを入射させることができる。
【０１００】
また、Ｚ方向と平行に入射される太陽光Ｌは、透明電極１３、Ｎ型半導体層１１、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層７等を透過して支持台４４の凹部４８に入射する、あるいは直接凹部４８に入射するようになっている。そして、凹部４８は、入射した太陽光Ｌを放物線Ｂの焦点ｆ（Ｉ型半導体層９）に向かって反射するようになっている。これによって、太陽電池素子４６の下面４６ｂ側に形成された光電変換層（Ｐ型半導体層７，Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１）に太陽光Ｌを効率的に入射させることができる。すなわち、太陽電池素子４６の下面４６ｂ側に形成された光電変換層を、受光面として利用することができ、円筒状の光電変換層全てに太陽光Ｌを入射させることができるため、太陽電池素子４６（太陽電池装置４２）の有効面積を増大させることができる。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、さらに支持台４４を備えていない円筒状の太陽電池素子に比べても発電電力を増大させることができる。
【０１０１】
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、太陽電池素子４６を固定支持する支持台４４の上面４４ａに断面放物線状の凹部４８を形成した。また、その凹部４８を形成する放物線Ｂの焦点ｆに、太陽電池素子４６の下面４６ｂ側に形成された光電変換層のＩ型半導体層９を配置した。これによって、図１０に示すように、透明電極１３、Ｎ型半導体層１１、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層７等を透過して支持台４４の凹部４８にＺ方向と平行に入射する太陽光Ｌを、放物線Ｂの焦点ｆ（Ｉ型半導体層９）に向かって反射させることができる。また、直接凹部４８にＺ方向と平行に入射する太陽光Ｌを、放物線Ｂの焦点ｆ（Ｉ型半導体層９）に向かって反射させることができる。従って、太陽電池素子４６の下面４６ｂ側に形成された光電変換層（Ｐ型半導体層７，Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１）に太陽光Ｌを効率的に入射させることができる。すなわち、太陽電池素子４６の下面４６ｂ側に形成された光電変換層を、受光面として利用することができ、円筒状の光電変換層全てに太陽光Ｌを入射させることができるため、太陽電池素子４６の有効面積を増大させることができる。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、さらに支持台４４を備えていない円筒状の太陽電池素子に比べても発電電力を増大させることができる。
【０１０２】
なお、上記各実施形態は、以下の態様に変更してもよい。
・上記第１実施形態では、透明電極１３の外周面１３ａに断面略半円状の反射層１５を形成した。これに限らず、例えば図１１に示すように、Ｎ型半導体層１１の外周面１１ａに形成される透明電極１３を省略して、Ｎ型半導体層１１の外周面１１ａに断面略半円状の反射層１５を形成するようにしてもよい。なお、この場合、上記第１実施形態の透明電極１３が担っていた光電変換層からの正孔の収集の機能も、反射層１５が担うようになる。
【０１０３】
・上記第１実施形態では、透明電極１３の外周面１３ａに形成した反射層１５を断面略半円状の形状に具体化したが、この形状に制限されるものではない。透明電極１３の外周面１３ａのうち、太陽電池素子２の下面２ｂ側の一部に反射層１５が形成されていればよい。従って、反射層１５は、半円よりも小さく形成されてもよく、半円よりも大きく形成されてもよい。
【０１０４】
・上記第１実施形態では、透明電極１３の外周面１３ａに、蒸着法によって反射層形成材料を蒸着して反射層１５を形成した。これを、スパッタ法によって反射層形成材料を、透明電極１３の外周面１３ａにスパッタして反射層１５を形成するようにしてもよい。また、図１２に示すように、基台としてのバンク５０の断面略半円状の凹部５１に反射層１５を形成し、その反射層１５が形成されたバンク５０の凹部５１に、透明電極１３を形成した支持棒３を嵌合して、透明電極１３の外周面１３ａに反射層１５を貼り合わせて太陽電池素子２を形成するようにしてもよい。また、透明電極１３の外周面１３ａの一部を反射層形成材料を含む反射層形成液に浸漬して引き出し、透明電極１３の外周面１３ａの一部に堆積した反射層形成液の液状膜を乾燥させて反射層１５を形成するようにしてもよい。
【０１０５】
・上記第２実施形態では、支持台４４の上面４４ａに断面放物線状の凹部４８を形成するようにした。これに限らず、例えば図１３に示すように、支持台５２の上面５２ａに断面円弧状の凹部５４を形成するようにしてもよい。この凹部５４によって、その凹部５４に入射した太陽光Ｌを、太陽電池素子４６の下面４６ｂ側に形成された光電変換層（Ｐ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１）に反射させることができる。従って、太陽電池素子４６の有効面積を増大させることができるため、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、さらに支持台５２を備えていない円筒状の太陽電池素子に比べても発電電力を増大させることができる。なお、この場合、凹部５４の曲率は、太陽電池素子４６の曲率と同一にすることが好ましい。
【０１０６】
あるいは、図１４に示す支持台５６のように、凹部４８を形成しなくてもよい。これによっても、支持台５６に入射する太陽光Ｌを、太陽電池素子４６の下面４６ｂ側に形成された光電変換層に反射させることができる。従って、太陽電池素子４６の有効面積を増大させることができるため、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、さらに支持台５６を備えていない円筒状の太陽電池素子に比べても発電電力を増大させることができる。
【０１０７】
・上記各実施形態では、反射電極５の外周面５ａに、Ｐ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１の順に積層するようにした。これに限らず、反射電極５の外周面５ａに、Ｎ型半導体層１１、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層７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７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７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１１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１１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。
【０１０８】
・上記各実施形態では、反射電極５の外周面５ａに、Ｐ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｎ型半導体層１１及び透明電極１３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１１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７、Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１）を多層に積層する、いわゆるタンデム構造にしてもよい。これらの場合、特に、禁制帯幅の異なる複数の光電変換層を積層することによって、太陽光Ｌの入射側の光電変換層から順に短波長の光を利用して発電し、より長波長の光はより内周の光電変換層で利用することができる。その結果、太陽光Ｌの各波長域の光エネルギー、特に長波長までの光エネルギーを電気エネルギーに変換することができるため、上記実施形態の単結合の場合に比べてより高い光電変換効率を得ることができる。
【０１０９】
・上記各実施形態では、光電変換層をＰ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１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９を省略してＰ型半導体層７及びＮ型半導体層１１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７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７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１１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１１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。
【０１１０】
・上記各実施形態では、支持棒３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３を断面円筒状として中空構造としてもよい。
・上記各実施形態では、支持棒３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、例えば太陽電池素子２，４６を列設させる場合に、隣接する太陽電池素子２，４６の接触面積が広くなるため、太陽電池素子２，４６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。
【０１１１】
・上記第１実施形態における反射層１５を、光反射性を有する導電性材料から形成するようにしたが、光反射性を有する材料であれば特に制限されない。
・上記第２実施形態における支持台４４を、光反射性を有する導電性材料から形成するようにしたが、光反射性を有する材料であれば特に制限されない。
【０１１２】
・上記各実施形態では、支持棒３を絶縁材料によって構成したが、これに限らず、支持棒３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３の外周面３ａに、別途反射電極５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２，４６の生産性を向上することができる。また、部品点数も減らすことができることから、太陽電池素子２，４６を小型化することができる。
【０１１３】
・上記各実施形態では、支持棒３の外周面３ａに光反射性を有する反射電極５を形成するようにしたが、これに限らず、例えば反射電極５に代えて光透過性を有する電極を支持棒３の外周面３ａに形成するようにしてもよい。
【０１１４】
・上記各実施形態では、棒状の支持棒３を、各種形成液（反射電極形成液２１、Ｐ型半導体層形成液２３、Ｉ型半導体層形成液２５、Ｎ型半導体層形成液２７及び透明電極形成液２９）に浸漬して引き出すことによって、支持棒３の外周面３ａに各種液状膜２１Ｌ，２３Ｌ，２５Ｌ，２７Ｌ，２９Ｌを形成するようにした。そして、その各種液状膜２１Ｌ，２３Ｌ，２５Ｌ，２７Ｌ，２９Ｌを乾燥・焼成して、支持棒３の外周面３ａに、反射電極５、Ｐ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｎ型半導体層１１及び透明電極１３を順に積層するようにした。これに限らず、例えば管状のチューブに各種形成液２１，２３，２５，２７，２９を導入・導出して、管状のチューブの内側面に各種液状膜２１Ｌ，２３Ｌ，２５Ｌ，２７Ｌ，２９Ｌを形成してもよい。そして、その各種液状膜２１Ｌ，２３Ｌ，２５Ｌ，２７Ｌ，２９Ｌを乾燥・焼成することによって、チューブの内側面に透明電極１３、Ｎ型半導体層１１、Ｉ型半導体層９、Ｐ型半導体層７及び反射電極５を順に形成するようにしてもよい。
【０１１５】
・上記各実施形態では、反射電極５、Ｐ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｎ型半導体層１１及び透明電極１３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。
【０１１６】
・上記各実施形態におけるＰ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＮ型半導体層１１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。
・上記各実施形態では、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】
【０１１７】
【図１】第１実施形態における太陽電池モジュール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断面図。
【図３】同じく、太陽電池素子の製造方法を説明するための断面図。
【図４】同じく、太陽電池素子の製造方法を説明するための断面図。
【図５】同じく、太陽電池素子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、太陽電池素子の製造方法を説明するための斜視図。
【図９】第２実施形態における太陽電池モジュールを説明するための概略斜視図。
【図１０】同じく、太陽電池装置を説明するための断面図。
【図１１】別例における太陽電池素子を説明するための断面図。
【図１２】同じく、太陽電池素子の製造方法を説明するための断面図。
【図１３】同じく、太陽電池装置を説明するための断面図。
【図１４】同じく、太陽電池装置を説明するための断面図。
【符号の説明】
【０１１８】
Ｂ…放物線、ｆ…焦点、Ｌ…太陽光、１，４０…光電変換モジュールとしての太陽電池モジュール、２，４６…光電変換素子としての太陽電池素子、２ａ，４６ａ…受光面、２ｂ，４６ｂ…下面、３…支持棒、５…第１電極としての反射電極、７…第１導電型半導体層としてのＰ型半導体層、９…真性半導体層としてのＩ型半導体層、１１…第２導電型半導体層としてのＮ型半導体層、１３…第２電極としての透明電極、１５…反射層、３１…シャドウマスク、４２…光電変換装置としての太陽電池装置、４４，５２，５６…反射台としての支持台、４８，５４…凹部、４９…固定板、５０…基台としてのバンク。
【図１】
2007250858.tif 000003
【図２】
2007250858.tif 000004
【図３】
2007250858.tif 000005
【図４】
2007250858.tif 000006
【図５】
2007250858.tif 000007
【図６】
2007250858.tif 000008
【図７】
2007250858.tif 000009
【図８】
2007250858.tif 000010
【図９】
2007250858.tif 000011
【図１０】
2007250858.tif 000012
【図１１】
2007250858.tif 000013
【図１２】
2007250858.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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