(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の製造方法、光電変換装置の製造方法、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】チューブ３内に、透明電極形成液、Ｎ型半導体層形成液、Ｉ型半導体層形成液、Ｐ型半導体層形成液及び反射電極形成液を順次導入・導出し、各内周面３ａ，５ａ，７ａ，９ａ，１１ａの全体に、順次均一な膜厚の透明電極液状膜、Ｎ型半導体層液状膜、Ｉ型半導体層液状膜、Ｐ型半導体層液状膜及び反射電極液状膜を形成するようにした。そして、これら各液状膜を順次乾燥・焼成又は乾燥して、透明電極５、Ｎ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｐ型半導体層１１及び反射電極１３を形成するようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状に形成されて光を透過する第１電極と、
前記第１電極の内側面に形成された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管状の第２電極とを備えたことを特徴とする光電変換素子。
【請求項２】
第２電極と、
前記第２電極の表面に形成された光電変換層と、
前記光電変換層の表面に形成された第１電極とを含み、
前記第２電極と前記光電変換層と前記第１電極とが重なる部分の一部の断面において、前記第２電極と前記光電変換層との界面が第１の曲率を有し、前記光電変換層と前記第１電極との界面が第２の曲率を有し、前記第１曲率が前記第２の曲率より大きい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、
少なくとも前記光電変換層が円筒形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、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層とを含み、
前記第１導電型半導体層が前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、前記第２導電型半導体層が前記第１導電型半導体層と前記第２電極との間に位置することを特徴とする光電変換素子。
【請求項５】
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、第１導電型半導体層と、真性半導体層と、第２導電型半導体層とを含み、
前記第１導電型半導体層が前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、前記真性半導体層が前記第１導電型半導体層と前記第２電極との間に位置し、前記第２導電型半導体層が前記真性半導体層と前記第２電極との間に位置す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、
前記第２電極は、光反射性を有する電極であることを特徴とする光電変換素子。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の光電変換素子において、
前記第２電極にスリットが形成されることを特徴とする光電変換素子。
【請求項８】
請求項１〜６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、前記光電変換層及び前記第２電極にわたってスリットが形成されることを特徴とする光電変換素子。
【請求項９】
請求項１〜８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装置。
【請求項１０】
管状に形成されて光を透過する管状部材と、前記管状部材の内側に形成された管状の光電変換層と、前記光電変換層の一側面に接して形成された第１電極と、前記光電変換層の他側面に接して形成された第２電極とを備えた光電変換素子の製造方法であって、
前記管状部材の内側に光電変換層形成液を導入・導出し、前記管状部材の内側面に形成した前記光電変換層形成液の液状膜を乾燥・焼成して前記光電変換層を形成するようにしたことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光電変換素子の製造方法において、
前記光電変換層形成液は、シラン化合物であることを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載の光電変換素子の製造方法において、
前記光電変換層形成液を、前記管状部材の内側面に対する後退接触角を一定にして同管状部材の内側面から導出したことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１３】
請求項１０〜１２のいずれか１つに記載の光電変換素子の製造方法において、
前記光電変換層は、前記管状部材の内側面に形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の内側面に形成された第２導電型半導体層とを含み、
前記管状部材の内側に第１導電型半導体層形成液を導入・導出し、前記管状部材の前記内側面に形成した前記第１導電型半導体層形成液の液状膜を乾燥して前記第１導電型半導体層を形成し、
前記第１導電型半導体層の内側に第２導電型半導体層形成液を導入・導出し、前記第１導電型半導体層の内側面に形成した前記第２導電型半導体層形成液の液状膜を乾燥して前記第２導電型半導体層を形成するようにしたことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の光電変換素子の製造方法において、
前記光電変換層は、前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に形成された真性半導体層をさらに備え、
前記第１導電型半導体層の内側に真性半導体層形成液を導入・導出し、前記第１導電型半導体層の内側面に形成した前記真性半導体層形成液の液状膜を乾燥して前記真性半導体層を形成し、
前記真性半導体層の内側に第２導電型半導体層形成液を導入・導出し、前記真性半導体層の内側面に形成した前記第２導電型半導体層形成液の液状膜を乾燥して前記第２導電型半導体層を形成するようにしたことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１４のいずれか１つに記載の光電変換素子の製造方法において、
前記光電変換層の他側面を同光電変換層の内側面とし、
前記光電変換層の内側に第２電極形成液を導入・導出し、前記光電変換層の前記内側面に形成した前記第２電極形成液の液状膜を乾燥して前記第２電極を形成するようにしたことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１６】
請求項１０〜１５のいずれか１つに記載の光電変換素子の製造方法において、
前記光電変換層の一側面を同光電変換層の外側面とし、
前記管状部材の内側に第１電極形成液を導入・導出し、前記管状部材の前記内側面に形成した前記第１電極形成液の液状膜を乾燥して前記第１電極を形成するようにしたことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の光電変換素子の製造方法において、
前記第１電極は、前記管状部材を兼用することを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１８】
請求項１０〜１７のいずれか１つに記載の光電変換素子の製造方法において、
前記管状部材の外側面に、入射光の反射を抑制する反射防止層を形成するようにしたことを特徴とする光電変換素子の製造方法。
【請求項１９】
請求項１０〜１８のいずれか１つに記載の光電変換素子の製造方法によって製造された光電変換素子を列設して形成したことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換素子の製造方法、光電変換装置の製造方法、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（例えば、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の製造方法、光電変換装置の製造方法、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】
本発明にかかる光電変換素子は、管状に形成されて光を透過する第１電極と、前記第１電極の内側面に形成された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管状の第２電極とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
本発明の光電変換素子によれば、光電変換層は、管状構造になっているため、その内側の空間を挟んで２層構造となる。従って、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。
【０００８】
また、第２電極と、前記第２電極の表面に形成された光電変換層と、前記光電変換層の表面に形成された第１電極とを含み、前記第２電極と前記光電変換層と前記第１電極とが重なる部分の一部の断面において、前記第２電極と前記光電変換層との界面が第１の曲率を有し、前記光電変換層と前記第１電極との界面が第２の曲率を有し、前記第１曲率が前記第２の曲率より大きいことを特徴とするものであってもよい。
【０００９】
これによれば、光電変換素子が表面に曲率を含む部分を有するため、光の入射角度の制限を受けることなく、効率的に光を受光することも可能になる。
この光電変換素子において、少なくとも前記光電変換層が円筒形状であってもよい。
【００１０】
これによれば、光電変換層を円筒状に形成するようにした。従って、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、太陽光を用いた場合でも、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。なお、円筒の断面は真円であっても楕円であってもよい。
【００１１】
この光電変換素子において、前記光電変換層は、第１導電型半導体層と、第２導電型半導体層とを含み、前記第１導電型半導体層が前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、前記第２導電型半導体層が前記第１導電型半導体層と前記第２電極との間に位置するようにしてもよい。
【００１２】
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、効率的に光を受光することができる。
この光電変換素子において、前記光電変換層は、第１導電型半導体層と、真性半導体層と、第２導電型半導体層とを含み、前記第１導電型半導体層が前記第１電極と前記第２電極の間に位置し、前記真性半導体層が前記第１導電型半導体層と前記第２電極との間に位置し、前記第２導電型半導体層が前記真性半導体層と前記第２電極との間に位置す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】
この光電変換素子において、前記第２電極は、光反射性を有する電極であってもよい。
これによれば、第２電極によって、光を反射させて再び光電変換層に入射させることができる。これによって、光電変換素子の光電変換効率を向上させることができる。
【００１５】
この光電変換素子において、前記第２電極にスリットが形成されるようにしてもよい。
これによれば、熱膨張によって第２電極が膨張するスペースを大きく確保することができる。従って、熱膨張による光電変換素子の劣化を好適に抑制することができる。
【００１６】
この光電変換素子において、前記第１電極、前記光電変換層及び前記第２電極にわたってスリットが形成されるようにしてもよい。
これによれば、熱膨張によって、第１電極、光電変換層及び第２電極が膨張するスペースをそれぞれ確保することができる。従って、熱膨張による光電変換素子の劣化をより好適に抑制することができる。
【００１７】
本発明の光電変換装置は、上記の光電変換素子を列設した。
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。
【００１８】
本発明にかかる光電変換素子の製造方法は、管状に形成されて光を透過する管状部材と、前記管状部材の内側に形成された管状の光電変換層と、前記光電変換層の一側面に接して形成された第１電極と、前記光電変換層の他側面に接して形成された第２電極とを備えた光電変換素子の製造方法であって、前記管状部材の内側に光電変換層形成液を導入・導出し、前記管状部材の内側面に形成した前記光電変換層形成液の液状膜を乾燥・焼成して前記光電変換層を形成するようにした。
【００１９】
これによれば、管状部材の形状に沿った管状の光電変換層を形成することができる。従って、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。
【００２０】
この光電変換素子の製造方法において、前記光電変換層形成液は、シラン化合物であってもよい。
これによれば、シラン化合物によって光電変換層をシリコン層として形成することができる。また、液状膜になった部分を全てシリコン層として利用することができるため、シリコンの利用効率を高く得ることができる。
【００２１】
この光電変換素子の製造方法において、前記光電変換層形成液を、前記管状部材の内側面に対する後退接触角を一定にして同管状部材の内側面から導出してもよい。
これによれば、後退接触角を一定にして光電変換層形成液を管状部材の内側面から導出するようにした。光電変換層の膜厚は後退接触角によって支配されるため、光電変換層の膜厚を均一に形成することができる。
【００２２】
この光電変換素子の製造方法において、前記光電変換層は、前記管状部材の内側面に形成された第１導電型半導体層と、前記第１導電型半導体層の内側面に形成された第２導電型半導体層とを含み、前記管状部材の内側に第１導電型半導体層形成液を導入・導出し、前記管状部材の前記内側面に形成した前記第１導電型半導体層形成液の液状膜を乾燥して前記第１導電型半導体層を形成し、前記第１導電型半導体層の内側に第２導電型半導体層形成液を導入・導出し、前記第１導電型半導体層の内側面に形成した前記第２導電型半導体層形成液の液状膜を乾燥して前記第２導電型半導体層を形成するようにした。
【００２３】
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、効率的に光を受光することができる。
この光電変換素子の製造方法において、前記光電変換層は、前記第１導電型半導体層と第２導電型半導体層との間に形成された真性半導体層をさらに備え、前記第１電極の内側に第１導電型半導体層形成液を導入・導出し、前記第１電極の前記内側面に形成した前記第１導電型半導体層形成液の液状膜を乾燥して前記第１導電型半導体層を形成し、前記第１導電型半導体層の内側に真性半導体層形成液を導入・導出し、前記第１導電型半導体層の内側面に形成した前記真性半導体層形成液の液状膜を乾燥して前記真性半導体層を形成し、前記真性半導体層の内側に第２導電型半導体層形成液を導入・導出し、前記真性半導体層の内側面に形成した前記第２導電型半導体層形成液の液状膜を乾燥して前記第２導電型半導体層を形成するようにしてもよい。
【００２４】
これによれば、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。
【００２５】
この光電変換素子の製造方法において、前記光電変換層の他側面を同光電変換層の内側面とし、前記光電変換層の内側に第２電極形成液を導入・導出し、前記光電変換層の前記内側面に形成した前記第２電極形成液の液状膜を乾燥して前記第２電極を形成するようにしてもよい。
【００２６】
これによれば、光電変換層の内側面に、光電変換層の形状に沿った第２電極を形成することができるため、光電変換素子を小型化することができる。
この光電変換素子の製造方法において、前記第２電極は、円筒状であってもよい。
【００２７】
これによれば、円筒状の第２電極を光電変換層の内側面に形成するようにした。従って、光電変換層の内側面に円柱状の第２電極を形成する場合に比べて、光電変換素子の重量を軽量化することができる。また、第２電極の内側に空洞ができるため、熱膨張によって第２電極が膨張するスペースを確保することができる。従って、熱膨張による光電変換素子の劣化を抑制することができる。
【００２８】
この光電変換素子の製造方法において、前記光電変換層の一側面を同光電変換層の外側面とし、前記管状部材の内側に第１電極形成液を導入・導出し、前記管状部材の前記内側面に形成した前記第１電極形成液の液状膜を乾燥して前記第１電極を形成するようにしてもよい。
【００２９】
これによれば、光電変換層の外側面に、管状部材の形状に沿った第１電極を形成することができるため、光電変換素子を小型化することができる。
この光電変換素子の製造方法において、前記第１電極は、前記管状部材を兼用するようにしてもよい。
【００３０】
これによれば、第１電極が管状部材を兼用するため、管状部材の内側面に別途第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。
この光電変換素子の製造方法において、前記管状部材の外側面に、入射光の反射を抑制する反射防止層を形成するようにしてもよい。
【００３１】
これによれば、反射防止層によって、管状部材の外側面で光が反射することが抑制されるため、光を効率的に吸収することができる。
本発明の光電変換装置の製造方法は、上記の光電変換素子の製造方法によって製造された光電変換素子を列設して形成した。
【００３２】
本発明の光電変換装置の製造方法によれば、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図８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って、図２は、光電変換素子としての太陽電池素子２を説明するための斜視図であって、図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ断面図であって、図３（ｂ）は、図２のＢ−Ｂ断面図である。
【００３４】
図１に示すように、太陽電池装置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、光の一例として太陽光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。
【００３５】
図２に示すように、太陽電池素子２は、管状部材としてのチューブ３を有している。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、チューブ３は、光透過性の絶縁材料からなる断面円筒状であって、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樹脂材料で形成されている。本実施形態のチューブ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、その内周面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。
【００３６】
チューブ３の内周面３ａには、断面円筒状の透明電極５が形成されている。第１電極としての透明電極５は、チューブ３の内周面３ａ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５は、仕事関数の大きい導電性材料（透明電極形成材料：例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、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。
【００３７】
透明電極５の内周面５ａには、断面円筒状のＮ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Ｎ型半導体層７は、透明電極５の内周面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。Ｎ型半導体層７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、後述するＩ型半導体層９及びＰ型半導体層１１への光透過量が減少し、光電変換効率が低下してしまうおそれがある。そのため、Ｎ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。本実施形態のＮ型半導体層７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。例えば、Ｎ型半導体層材料には、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を用いることができる。また、Ｎ型半導体層７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。
【００３８】
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すとともに、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、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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
また、多結晶状のシリコン膜を得たい場合は、上記で得られたアモルファス状シリコン膜にエキシマレーザー光等のレーザー光を照射して多結晶シリコン膜に変換することができる。例えば、レーザー光を照射する際、レーザー光源を固定し、チューブ３をレーザー光源の照射方向に設置し、チューブ３を回転させながらレーザー光を照射することが好ましい。レーザー光を照射する場合の雰囲気も窒素、ヘリウム、アルゴン等の不活性ガス、もしくはこれらの不活性ガスに水素等の還元性ガスを混入したもの等酸素を含まない雰囲気とすることが好ましい。
【００４２】
なお、Ｎ型半導体層材料を、５Ｂ族元素を含む物質を添加したシラン化合物の液体材料としてもよい。詳しくは、Ｎ型半導体層材料として、前記一般式ＳｉｎＸｍで表される環系を有する液状体のシラン化合物に紫外線を照射した後、リンを含有する化合物を添加し、これら混合物をトルエン等の溶媒で希釈した液体材料を利用してもよい。
【００４３】
Ｎ型半導体層７の内周面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、Ｎ型半導体層７の内周面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の膜厚を上記範囲とすることにより、Ｎ型半導体層７と後述するＰ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。
【００４４】
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、シラン化合物は、Ｎ型半導体層７に利用されるものと同様である。
【００４５】
Ｉ型半導体層９の内周面９ａには、断面円筒状のＰ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Ｐ型半導体層１１は、Ｉ型半導体層９の内周面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。Ｐ型半導体層１１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１１の膜厚を上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。
【００４６】
本実施形態のＰ型半導体層１１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１１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。
【００４７】
ここで、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。また、シラン化合物は、Ｎ型半導体層７に利用されるものと同様である。
【００４８】
なお、Ｐ型半導体層材料を、３Ｂ族元素を含む物質を添加したシラン化合物の液体材料としてもよい。詳しくは、Ｐ型半導体層材料として、前記一般式ＳｉｎＸｍで表される環系を有する液状体のケイ素化合物（特に、シラン化合物）に紫外線を照射した後、ホウ素を含有する化合物を添加し、これら混合物をトルエン等の溶媒で希釈した液体材料を利用してもよい。
【００４９】
Ｐ型半導体層１１の内周面１１ａには、断面円筒状の反射電極１３が形成されている。第２電極としての反射電極１３は、Ｐ型半導体層１１の内周面１１ａ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１３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。
【００５０】
このように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、Ｎ型半導体層７とＰ型半導体層１１とに挟まれたｐｉｎ接合構造になっている。その断面においては、図３（ｂ）に示すように、透明電極５の内周面５ａ、すなわち透明電極５と光電変換層との界面の曲率により、光電変換層のＰ型半導体層１１の内周面１１ａ、すなわち光電変換層と反射電極１３との界面の曲率の方が大きい。その太陽電池素子２に太陽光Ｌなどの光が入射すると、太陽光Ｌの一部は、チューブ３及びＮ型半導体層７を介して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７側に、正孔がＰ型半導体層１１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７側に移動した電子は透明電極５によって収集され、Ｐ型半導体層１１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。その透明電極５及び反射電極１３には、図２に示すように、外部負荷Ｒに接続された接続線Ｃがそれぞれ接続されており、反射電極１３から透明電極５に向かって電流ｉが流れて発電されるようになっている。
【００５１】
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、Ｎ型半導体層７及びＰ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Ｎ型半導体層７及びＰ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。
【００５２】
また、図３（ｂ）に示すように、本実施形態の太陽電池素子２は、透明電極５、Ｎ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｐ型半導体層１１及び反射電極１３がそれぞれ断面円筒状に形成されている。従って、断面円形状の反射電極に比べて、太陽電池素子２の総重量を軽くすることができる。その結果、太陽電池素子２及び太陽電池素子２を列設して形成した太陽電池装置１（図１参照）の設置場所の自由度を向上させることができる。また、図１に示すように、円筒状の太陽電池素子２をＹ方向に列設して太陽電池装置１を構成すると、太陽光Ｌが入射される受光面１ａの表面積を、平板状の太陽電池装置の受光表面積に比べてπ／２倍、すなわち１．５倍に増大させることができる。その結果、太陽電池装置１の発電電力を、平板状の太陽電池装置の発電電力よりも増大させることができる。
【００５３】
また、太陽電池装置１の受光面１ａは円弧状になっているため、太陽電池装置１を固定した状態で、太陽の位置が変化しても、太陽電池装置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、太陽電池装置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。
【００５４】
そして、チューブ３の外周面３ｂには、図２及び図３の２点鎖線で示すように、チューブ３の全体を覆う反射防止層１５が形成されている。反射防止層１５は、ＭｇＦ２、ＴｉＯ２、ＣｅＦ３、ＺｒＯ２、Ａｌ２Ｏ３等の無機物から形成されており、単層〜３層で構成されている。この反射防止層１５によって、受光面１ａ（図１参照）における太陽光Ｌの反射を抑制することができる。さらに、反射防止層１５は、一旦チューブ３内に入射した太陽光Ｌを、反射電極１３等によって太陽電池素子２の外部に反射させないようにしている。このように太陽光Ｌを効率的に太陽電池素子２（光電変換層）内に吸収できるため、より大きな発電電力を得ることができる。
【００５５】
次に、上記した太陽電池装置１の製造方法について、図４〜図８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、図４に示すように、第１電極形成液としての透明電極形成液２１をチューブ３内に導入する。本実施形態の透明電極形成液２１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２１Ｌを形成しやすくするために、好ましくはチューブ３の内周面３ａに対する後退接触角θ１が４５°以下となる液状体である。
【００５６】
透明電極形成液２１を導入すると、図４に示すように、導入した透明電極形成液２１の一部をチューブ３から導出して、チューブ３の内周面３ａの全体に、透明電極形成液２１からなる透明電極液状膜２１Ｌを形成する。この際、透明電極液状膜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を一定に保持して透明電極形成液２１をチューブ３から導出することによって、チューブ３の内周面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。
【００５７】
透明電極液状膜２１Ｌを形成すると、チューブ３を乾燥・焼成炉に搬入し、透明電極形成液２１に対応した所定の乾燥温度及び焼成温度まで順次昇温して、透明電極液状膜２１Ｌを乾燥・焼成する。これによって、チューブ３の内径や長さ、形状の変更に対応することができ、そのチューブ３の内周面３ａの全体に、均一な膜厚の透明電極５を形成することができる。
【００５８】
なお、上記した透明電極形成液２１の導入・導出及び乾燥・焼成によって形成した透明電極５の膜厚が、所定の膜厚に満たない場合には、再度上記した透明電極形成液２１の導入・導出及び乾燥・焼成を繰り返して、透明電極５を厚膜化する構成にしてもよい。また、透明電極形成液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、透明電極液状膜２１Ｌを厚膜化する構成にしてもよい。
【００５９】
反対に、上記した透明電極形成液２１の導入・導出及び乾燥・焼成によって形成した透明電極５の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、透明電極形成液２１を導出する際に、チューブ３内に加圧エアーを圧送し、透明電極形成液２１の導出量を多くして、透明電極液状膜２１Ｌ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、透明電極液状膜２１Ｌを薄膜化する構成にしてもよい。
【００６０】
チューブ３に透明電極５を形成すると、Ｎ型半導体層７を形成するＮ型半導体層形成工程を行う。すなわち、図５に示すように、透明電極５を有したチューブ３内に、そのチューブ３内を満たすように、Ｎ型半導体層形成液２３を導入する。本実施形態のＮ型半導体層形成液２３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２３Ｌを形成しやすくするために、好ましくは透明電極５の内周面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Ｎ型半導体層形成液２３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２３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。
【００６１】
Ｎ型半導体層形成液２３を導入すると、図５に示すように、導入したＮ型半導体層形成液２３の一部をチューブ３から導出して、透明電極５の内周面５ａの全体に、Ｎ型半導体層形成液２３からなるＮ型半導体層液状膜２３Ｌを形成する。この際、Ｎ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Ｎ型半導体層形成液２３をチューブ３から導出することによって、透明電極５の内周面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。
【００６２】
Ｎ型半導体層液状膜２３Ｌを形成すると、チューブ３を乾燥・焼成炉に搬入し、Ｎ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、Ｎ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４５０℃で熱分解を行えば、Ｎ型半導体層７を形成することができる。このＮ型半導体層７は、リンが略均一に分布されているＮ型半導体層形成液２３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。
【００６３】
なお、上記したＮ型半導体層形成液２３の導入・導出及び乾燥・焼成によって形成したＮ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Ｎ型半導体層形成液２３の導入・導出及び乾燥・焼成を繰り返して、Ｎ型半導体層７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、Ｎ型半導体層液状膜２３Ｌを厚膜化する構成にしてもよい。
【００６４】
反対に、上記したＮ型半導体層形成液２３の導入・導出及び乾燥・焼成によって形成したＮ型半導体層７の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、Ｎ型半導体層形成液２３を導出する際に、チューブ３内に加圧エアーを圧送し、Ｎ型半導体層形成液２３の導出量を多くして、Ｎ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、Ｎ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を増加させ、Ｎ型半導体層液状膜２３Ｌを薄膜化する構成にしてもよい。
【００６５】
チューブ３にＮ型半導体層７を形成すると、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６に示すように、Ｎ型半導体層７を有したチューブ３内に、そのチューブ３内を満たすように、Ｉ型半導体層形成液２５を導入する。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Ｎ型半導体層７の内周面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。
【００６６】
Ｉ型半導体層形成液２５を導入すると、図６に示すように、導入したＩ型半導体層形成液２５の一部をチューブ３から導出して、Ｎ型半導体層７の内周面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Ｉ型半導体層形成液２５をチューブ３から導出することによって、Ｎ型半導体層７の内周面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。
【００６７】
Ｉ型半導体層液状膜２５Ｌを形成すると、チューブ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、チューブ３の内径や長さ、形状の変更に対応することができ、Ｎ型半導体層７の内周面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。
【００６８】
なお、上記したＩ型半導体層形成液２５の導入・導出及び乾燥・焼成によって形成した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Ｉ型半導体層形成液２５の導入・導出及び乾燥・焼成を繰り返して、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。
【００６９】
反対に、上記したＩ型半導体層形成液２５の導入・導出及び乾燥・焼成によって形成したＩ型半導体層９の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、Ｉ型半導体層形成液２５を導出する際に、チューブ３内に加圧エアーを圧送し、Ｉ型半導体層形成液２５の導出量を多くして、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を増加させ、Ｉ型半導体層液状膜２５Ｌを薄膜化する構成にしてもよい。
【００７０】
チューブ３にＩ型半導体層９を形成すると、Ｐ型半導体層１１を形成するＰ型半導体層形成工程を行う。すなわち、図７に示すように、Ｉ型半導体層９を有したチューブ３内に、そのチューブ３内を満たすように、Ｐ型半導体層形成液２７を導入する。本実施形態のＰ型半導体層形成液２７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る。また、Ｐ型半導体層形成液２７は、後述するＰ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の内周面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Ｐ型半導体層形成液２７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２７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。
【００７１】
Ｐ型半導体層形成液２７を導入すると、図７に示すように、導入したＰ型半導体層形成液２７の一部をチューブ３から導出して、Ｉ型半導体層９の内周面９ａの全体に、Ｐ型半導体層形成液２７からなるＰ型半導体層液状膜２７Ｌを形成する。この際、Ｐ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Ｐ型半導体層形成液２７をチューブ３から導出することによって、Ｉ型半導体層９の内周面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。
【００７２】
Ｐ型半導体層液状膜２７Ｌを形成すると、チューブ３を乾燥・焼成炉に搬入し、Ｐ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、Ｐ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５５０℃で熱分解を行えば、Ｐ型半導体層１１を形成することができる。このＰ型半導体層１１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２７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。
【００７３】
なお、上記したＰ型半導体層形成液２７の導入・導出及び乾燥・焼成によって形成したＰ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Ｐ型半導体層形成液２７の導入・導出及び乾燥・焼成を繰り返して、Ｐ型半導体層１１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、Ｐ型半導体層液状膜２７Ｌを厚膜化する構成にしてもよい。
【００７４】
反対に、上記したＰ型半導体層形成液２７の導入・導出及び乾燥・焼成によって形成したＰ型半導体層１１の膜厚が、所定の膜厚を超える場合には、Ｐ型半導体層形成液２７を導出する際に、チューブ３内に加圧エアーを圧送し、Ｐ型半導体層形成液２７の導出量を多くして、Ｐ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、Ｐ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を増加させ、Ｐ型半導体層液状膜２７Ｌを薄膜化する構成にしてもよい。
【００７５】
チューブ３にＰ型半導体層１１を形成すると、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８に示すように、Ｐ型半導体層１１を有したチューブ３内に、そのチューブ３内を満たすように、反射電極形成液２９を導入する。本実施形態の反射電極形成液２９は、上記した反射電極材料である銀のナノ微粒子を有機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２９Ｌを形成しやすくするために、好ましくはＰ型半導体層１１の内周面１１ａに対する後退接触角θ５が４５°以下となる液状体である。
【００７６】
反射電極形成液２９を導入すると、図８に示すように、導入した反射電極形成液２９の一部をチューブ３から導出して、Ｐ型半導体層１１の内周面１１ａの全体に、反射電極形成液２９からなる反射電極液状膜２９Ｌを形成する。この際、反射電極液状膜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を一定に保持して反射電極形成液２９をチューブ３から導出することによって、Ｐ型半導体層１１の内周面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。
【００７７】
反射電極液状膜２９Ｌを形成すると、チューブ３を乾燥・焼成炉に搬入し、反射電極形成液２９に対応した所定の乾燥温度及び焼成温度まで順次昇温して、反射電極液状膜２９Ｌを乾燥・焼成する。これによって、チューブ３の内径や長さ、形状の変更に対応することができ、Ｐ型半導体層１１の内周面１１ａ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。
【００７８】
なお、上記した反射電極形成液２９の導入・導出及び乾燥・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、再度上記した反射電極形成液２９の導入・導出及び乾燥・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、反射電極液状膜２９Ｌを厚膜化する構成にしてもよい。
【００７９】
反対に、上記した反射電極形成液２９の導入・導出及び乾燥・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、反射電極形成液２９を導出する際に、チューブ３内に加圧エアーを圧送し、反射電極形成液２９の導出量を多くして、反射電極液状膜２９Ｌ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２９の溶媒あるいは分散媒を変更して後退接触角θ５を増加させ、反射電極液状膜２９Ｌを薄膜化する構成にしてもよい。
【００８０】
チューブ３に反射電極１３を形成すると、チューブ３の全体に光の利用効率を向上させるための反射防止層１５を塗布や気相法により形成する。なお、この際、透明電極５及び反射電極１３の一部にマスクを施して、透明電極５及び反射電極１３に、前記外部負荷Ｒ（図２参照）と接続される前記接続線Ｃを形成するための配線領域をそれぞれ形成するようになっている。
【００８１】
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同士が接触されるように列設して、太陽電池装置１を形成する。
次に、本実施形態の効果を以下に記載する。
【００８２】
（１）本実施形態によれば、透明電極５、Ｎ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｐ型半導体層１１及び反射電極１３をそれぞれ断面円筒状に形成した。従って、反射電極１３が断面円形状の場合に比べて、太陽電池素子２の総重量を軽くすることができる。その結果、太陽電池素子２及び太陽電池素子２を列設して形成した太陽電池装置１（図１参照）の設置場所の自由度を向上させることができる。また、反射電極１３の内周が空洞になっているため、熱膨張率の高い反射電極１３が熱膨張するスペースを確保することができる。これによって、反射電極１３の熱膨張による劣化を好適に抑制することができる。
【００８３】
（２）本実施形態によれば、円筒状の太陽電池素子２をＹ方向に列設して太陽電池装置１を形成した。これによって、太陽光Ｌが入射される太陽電池装置１の受光面１ａの表面積を、平板状の太陽電池装置の受光表面積に比べて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、太陽電池装置１の発電電力を、平板状の太陽電池装置の発電電力よりも増大させることができる。
【００８４】
また、図１に示すように、太陽電池装置１の受光面１ａは円弧状になっているため、太陽電池装置１を固定した状態で、太陽の位置が変化しても、太陽電池装置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、太陽電池装置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。
【００８５】
（３）本実施形態によれば、光電変換層をＮ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＰ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、Ｎ型半導体層７及びＰ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７及びＰ型半導体層１１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。
【００８６】
（４）本実施形態によれば、透明電極５を有したチューブ３内に、Ｎ型半導体層材料を含むＮ型半導体層形成液２３を導入・導出し、内周面３ａ上の透明電極５の内周面５ａの全体に、均一な膜厚のＮ型半導体層液状膜２３Ｌを形成するようにした。そして、Ｎ型半導体層液状膜を乾燥して、透明電極５の内周面５ａの全体に、Ｎ型半導体層７を形成するようにした。また、Ｎ型半導体層７を有したチューブ３内に、Ｉ型半導体層材料を含むＩ型半導体層形成液２５を導入・導出し、Ｎ型半導体層７の内周面７ａの全体に、均一な膜厚のＩ型半導体層液状膜２５Ｌを形成するようにした。そして、Ｉ型半導体層液状膜２５Ｌを乾燥して、Ｎ型半導体層７の内周面７ａの全体に、均一な膜厚のＩ型半導体層９を形成するようにした。また、Ｉ型半導体層９を有したチューブ３内に、Ｐ型半導体層材料を含むＰ型半導体層形成液２７を導入・導出し、Ｉ型半導体層９の内周面９ａの全体に、均一な膜厚のＰ型半導体層液状膜２７Ｌを形成するようにした。そして、Ｐ型半導体層液状膜２７Ｌを乾燥して、Ｉ型半導体層９の内周面９ａの全体に、均一な膜厚のＰ型半導体層１１を形成するようにした。
【００８７】
その結果、Ｎ型半導体層形成液２３、Ｉ型半導体層形成液２５及びＰ型半導体層形成液２７の導入・導出によって、チューブ３の径や長さに即した均一な膜厚のＮ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層１１を形成することができる。ひいては、Ｎ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層１１をチューブ３のサイズや形状の変更に対応することができ、太陽電池素子２の生産性を向上することができる。
【００８８】
また、Ｎ型半導体層形成液２３及びＰ型半導体層形成液２７は、液状体中にリン及びホウ素がそれぞれ略均一に分布されているため、そのＮ型半導体層形成液２３及びＰ型半導体層形成液２７から形成されたＮ型半導体層７及びＰ型半導体層１１も、リン及びホウ素等の不純物の濃度勾配がなく、不純物が均一に分布されるようになっている。そのため、太陽電池素子２のどの面で太陽光Ｌを受光しても略一定の光電変換効率を得ることができる。その結果、太陽電池素子２の品質を向上させることができる。
【００８９】
さらに、液体材料であるＮ型半導体層形成液２３、Ｉ型半導体層形成液２５及びＰ型半導体層形成液２７によって、Ｎ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層１１を形成したため、液状膜になった部分を全てシリコン層として利用できるため、ＣＶＤ法等でシリコン層を成膜する場合に比べてシリコンの高い利用効率を得ることができる。
【００９０】
（５）本実施形態によれば、透明電極形成液２１及び反射電極形成液２９の導入・導出によって、それぞれ透明電極液状膜２１Ｌ及び反射電極液状膜２９Ｌを形成するようにした。そして、透明電極液状膜２１Ｌ及び反射電極液状膜２９Ｌを乾燥・焼成あるいは乾燥して、透明電極５及び反射電極１３を形成するようにした。
【００９１】
その結果、透明電極形成液２１及び反射電極形成液２９の導入・導出によって、チューブ３の径や長さに即した均一な膜厚の透明電極５及び反射電極１３を形成することができ、ひいてはチューブ３のサイズや形状の変更に対応することができ、太陽電池素子２の生産性を向上することができる。
【００９２】
（６）本実施形態によれば、チューブ３の外周面３ｂに反射防止層１５を形成するようにした。この反射防止層１５によって、受光面１ａにおける太陽光Ｌの反射を抑制することができる。さらに、反射防止層１５は、一旦チューブ３内に入射した太陽光Ｌを、反射電極１３等によって太陽電池素子２の外部に反射させないようにすることができる。その結果、太陽光Ｌを効率的に太陽電池素子２（光電変換層）内に吸収できるため、より大きい発電電力を得ることができる。
【００９３】
（７）本実施形態によれば、透明電極５、Ｎ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｐ型半導体層１１及び反射電極１３の膜厚は、後退接触角θ１〜θ５にそれぞれ支配されているため、この後退接触角θ１〜θ５を変更することによって、各種層５，７，９，１１，１３の膜厚を容易に変更することができる。
【００９４】
なお、上記実施形態は、以下の態様に変更してもよい。
・上記実施形態における太陽電池素子２に、図９（ａ）に示すようにスリットＳ１を形成するようにしてもよい。スリットとは、例えば透明電極５の外周に形成されて、その透明電極５を分断する溝である。各種層（透明電極５、Ｎ型半導体層７、Ｉ型半導体層９、Ｐ型半導体層１１、反射電極１３）の熱膨張した場合のスペースを確保することができる。従って、各種層の熱膨張による劣化を好適に抑制することができる。また、図９（ｂ）に示すように、反射電極１３にのみスリットＳ２を形成するようにしてもよい。これによって、熱膨張の高い反射電極１３の熱膨張した場合のスペースを確保することができる。従って、反射電極１３の熱膨張による劣化を好適に抑制することができる。
【００９５】
・上記実施形態では、透明電極５の内周面に、Ｎ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層１１の順に積層するようにした。これに限らず、透明電極５の内周面に、Ｐ型半導体層１１、Ｉ型半導体層９及びＮ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、Ｐ型半導体層１１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、Ｎ型半導体層７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。
【００９６】
・上記実施形態では、透明電極５と反射電極１３との間に、光電変換層（Ｎ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＰ型半導体層１１）を一層挟む構造とした。これに限らず、例えば図１０に示すように、Ｎ型半導体層、Ｉ型半導体層及びＰ型半導体層からなる光電変換層Ｈ１，Ｈ２を積層した、いわゆるタンデム構造であってもよい。また、光電変換層を３層以上の多層に積層した構造としてもよい。また、光電変換層Ｈ１，Ｈ２を、Ｎ型半導体層及びＰ型半導体層から構成されるようにしてもよい。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（例えば、光電変換層Ｈ２）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（例えば、光電変換層Ｈ１）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。
【００９７】
・上記実施形態では、光電変換層をＮ型半導体層７、Ｉ型半導体層９及びＰ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Ｎ型半導体層７及びＰ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Ｎ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、Ｎ型半導体層７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。一方、Ｐ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、Ｐ型半導体層１１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。
【００９８】
・上記実施形態では、チューブ３の断面及び外形を、それぞれ断面が円筒状であって、外形が管状に具体化した。これに限らず、断面形状が楕円筒状であってもよい。また、断面形状が多角筒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を列設させる場合に、隣接する太陽電池素子２の接触面積が広くなるため、太陽電池素子２を配置しやすくなる。また、外形が螺旋形に曲折した形状であってもよい。つまり、チューブ３は、その内側にＮ型半導体層形成液２３等の各種形成液を導入可能なチューブであればよい。
【００９９】
・上記実施形態では、ＩＴＯのナノ粒子からなる透明電極形成液によって、透明電極５を形成する構成にした。これに限らず、例えばｎブチルカルビトールを溶媒にした硝酸インジウムと無水第２塩化錫の混合液を導入・導出して、ＩＴＯからなる透明電極を形成してもよく、酸化スズ、酸化インジウム等のペーストをチューブ３の内周面３ａに塗布・乾燥して酸化スズあるいは酸化インジウムからなる透明電極を形成してもよい。
【０１００】
・上記実施形態では、チューブ３内に透明電極５及び反射電極形成液を導入・導出し、透明電極及び反射電極を形成する構成にした。これに限らず、例えばチューブ３内に、透明電極形成材料及び反射電極形成材料の気体を導入して、それぞれ透明電極及び反射電極を蒸着形成する構成にしてもよく、内周面３ａ，１１ａの略全体に透明電極及び反射電極を形成可能な方法であればよい。
【０１０１】
・上記実施形態では、チューブ３の内周面３ａの全体に透明電極５を形成するようにしたが、これに限らず、例えばチューブ３の内周面３ａの一部にのみ透明電極５を形成するようにしてもよい。これによって、透明電極５の表面積が小さくなるため、透明電極５による太陽光Ｌの遮蔽損を低減することができる。
【０１０２】
・上記実施形態では、Ｐ型半導体層１１の内周面１１ａに光反射性を有する反射電極１３を形成するようにしたが、これに限らず、例えば反射電極１３に代えて光透過性を有する電極をＰ型半導体層１１の内周面１１ａに形成するようにしてもよい。
【０１０３】
・上記実施形態では、反射電極１３を断面円筒状として中空構造としたが、これに限らず、例えば反射電極１３を断面円形状として充実構造としてもよい。
・上記実施形態では、チューブ３の外周面３ｂの全体に反射防止層１５を形成するようにしたが、この反射防止層１５を省略するようにしてもよい。また、チューブ３の外周面３ｂのうち、太陽光Ｌが入射される受光面１ａ側にのみ反射防止層１５を形成するようにしてもよい。
【０１０４】
・上記実施形態では、チューブ３を光透過性の絶縁材料によって構成したが、これに限らず、チューブ３を、光透過性の導電性材料、すなわち透明電極形成材料によって構成してもよい。これによれば、チューブ３の内周面に、別途透明電極５を形成する必要がなく、透明電極５の形成工程を省略することができ、太陽電池素子２の生産性を向上させることができる。
【０１０５】
・上記実施形態における各種層５，７，９，１１，１３を形成するときの乾燥温度又は焼成温度に特に制限はない。
・上記実施形態では、Ｎ型半導体層材料、Ｉ型半導体層材料及びＰ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】
【０１０６】
【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】（ａ）は、図２におけるＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図２におけるＢ−Ｂ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断面図。
【図９】（ａ），（ｂ）は、それぞれ別例における太陽電池素子を説明するための断面図。
【図１０】別例における太陽電池素子を説明するための断面図。
【符号の説明】
【０１０７】
θ１〜θ５…後退接触角、１…太陽電池装置、２…太陽電池素子、３…チューブ、５…透明電極、７…Ｎ型半導体層、９…Ｉ型半導体層、１１…Ｐ型半導体層、１３…反射電極、１５…反射防止層、２１…透明電極形成液、２１Ｌ…透明電極液状膜、２３…Ｎ型半導体層形成液、２３Ｌ…Ｎ型半導体層液状膜、２５…Ｉ型半導体層形成液、２５Ｌ…Ｉ型半導体層液状膜、２７…Ｐ型半導体層形成液、２７Ｌ…Ｐ型半導体層液状膜、２９…反射電極形成液、２９Ｌ…反射電極液状膜。
【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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