(57)【要約】【課題】太陽電池の内側電極の形成、外側電極の形成、および、両電極間の絶縁層形成するための工程を一工程で製造でき、基板と球体セルの固着性が良く信頼性の高い太陽電池を提供することを目的とする。【解決手段】第１導電層17a、絶縁層17b、最上層である第２導電層17cの三層構造からなる基板17が、その表面に球体セル10の形状に沿うように形成された凹部17dを具備し、凹部17d内に内部が第１導電型半導体層、表面が第２導電型半導体層からなる球体セル10を有し、球体セル10の第１導電型半導体層が基板17の第１導電層と電気的に接続されることにより内側電極が形成され、球体セル10の第２導電型半導体層が基板17の第２導電層と電気的に接続されることにより外側電極が形成され、凹部17dは、球体セル10の表面の曲率よりも緩やかな曲率の凹面を具備する凹部17dとすることにより、凹面と球体セル10表面との間に隙間を有することを特徴とする。【選択図】図２
2007103975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電層、絶縁層、最上層である第２導電層の三層構造からなる基板が、その表面に球体セルの形状に沿うように形成された凹部を具備し、
該凹部内に内部が第１導電型半導体層、表面が第２導電型半導体層からなる前記球体セルを有し、該球体セルの第１導電型半導体層が前記基板の第１導電層と電気的に接続されることにより内側電極が形成され、該球体セルの第２導電型半導体層が前記基板の第２導電層と電気的に接続されることにより外側電極が形成され、
前記凹部は、前記球体セルの表面の曲率よりも緩やかな曲率の凹面を具備する凹部とすることにより、前記凹面と前記球体セル表面との間に隙間を有することを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池において、前記基板の下に弾性体を有することを特徴とする太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に係り、特に球状基板を用いた太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体のｐｎ接合部分には内部電界が生じており、これに光を当て、電子正孔対を生成させると、生成した電子と正孔は内部電界により分離されて、電子はｎ側に、正孔はｐ側に集められ、外部に負荷を接続するとｐ側からｎ側に向けて電流が流れる。この効果を利用し、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子として太陽電池の実用化が進められている。
【０００３】
近年、単結晶、多結晶シリコンなどの直径１ｍｍ以下の球状の半導体（Ball Semiconductor）上に回路パターンを形成して半導体素子を製造する技術が開発されている。
【０００４】
その１つとして、アルミ箔を用いて多数個の半導体粒子を接続したソーラーアレーの製造方法が提案されている（特開平６-１３６３３号）。この方法では、図６に示すように、ｎ型表皮部とｐ型内部を有する半導体粒子２０７をアルミ箔の開口にアルミ箔２０１の両側から突出するように配置し、片側の表皮部２０９を除去し、絶縁層２２１を形成する。次にｐ型内部２１１の一部およびその上の絶縁層２２１を除去し、その除去された領域２１７に第２アルミ箔２１９を結合する。その平坦な領域２１７が導電部としての第２アルミ箔２１９に対し良好なオーミック接触を提供するようにしたものである。
【特許文献１】特開平６−１３６３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、このような従来の太陽電池（上記ソーラーアレー）では、ｐ型内部２１１の電極は第２アルミ箔２０１、ｎ型表皮部の電極はアルミ箔２０１であり、これら２枚のアルミ箔を接触させないように、上面のアルミ箔２０１の裏面をアルマイト処理をする工程や、ポリイミド等の絶縁性樹脂をコーティングする工程が必要になり、太陽電池の内側電極の形成、外側電極の形成、および、両電極間の絶縁層形成にかかる製造工程数が非常に多くなってしまい、作業性が良くないなどの問題点があった。
また、上記２枚のアルミ箔間に間隙（ギャップ）が存在するため、半導体粒子２０７と太陽電池の基板となるアルミ箔との固着性が悪く、信頼性に問題が生じるなどの問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、太陽電池の内側電極の形成、外側電極の形成、および、両電極間の絶縁層形成するための工程を一工程で製造でき、基板と球体セルの固着性が良く信頼性の高い太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の太陽電池は、第１導電層、絶縁層、最上層である第２導電層の三層構造からなる基板が、その表面に球体セルの形状に沿うように形成された凹部を具備し、
該凹部内に内部が第１導電型半導体層、表面が第２導電型半導体層からなる前記球体セルを有し、該球体セルの第１導電型半導体層が前記基板の第１導電層と電気的に接続されることにより内側電極が形成され、該球体セルの第２導電型半導体層が前記基板の第２導電層と電気的に接続されることにより外側電極が形成され、
前記凹部は、前記球体セルの表面の曲率よりも緩やかな曲率の凹面を具備する凹部とすることにより、前記凹面と前記球体セル表面との間に隙間を有することを特徴とする。
かかる構成によれば、基板の表面が球体セルの形状に沿って形成された凹部が、球体セルへの効率的な集光構造となるため、基板の表面からの反射光を有効に利用できる。また、球体セル内側のｐ型半導体層と内側電極の電極部材、および、球体セル外側のｎ型半導体層と外側電極の電極部材が、それぞれ導電性ペースト等を介さずに直接接合され、接合部の低抵抗化が実現できる。
【０００８】
本発明の第２は、請求項１に記載の太陽電池において、前記基板の下に弾性体を有することを特徴とする。
かかる構成によれば、弾性体により太陽電池の裏面保護をすることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る太陽電池によれば、基板の表面が球体セルの形状に沿って形成された凹部が、球体セルの表面の曲率よりも緩やかな曲率の凹面を具備することにより、球体セルの表面との間に隙間を有して、球体セルへの効率的な集光構造となるため、基板の表面からの反射光を有効に利用でき、太陽電池の光電変換の効率を大きく向上させることができる。
また、球体セル内側のｐ型半導体層と内側電極の電極部材、および、球体セル外側のｎ型半導体層と外側電極の電極部材が、それぞれ導電性ペースト等を介さずに直接接合されるので、接合部の低抵抗化が実現できる。
また、基板内の絶縁層（インシュレータレジン）は加熱することにより粘着性を持ち、球体セルの基板への固定をより強固にすることができ、よって太陽電池の信頼性がより高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係る太陽電池について一実施の形態を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。
【００１１】
本発明の実施形態に係る太陽電池は、図１に要部斜視図を示すように、第１導電層１７ａ、絶縁層１７ｂ、最上層である第２導電層１７ｃの三層構造からなるシート状の基板１７が、その表面に球体セルの形状に沿うように形成された凹部１７ｄを有しており、この凹部１７ｄの内部に、太陽電池のセルとなる球体セル１０を有しているものである。
【００１２】
さらに詳しく太陽電池の断面構造を説明する。図１のＡ−Ａ線の断面を図２に示す。この図２に示すように、内部のｐ型半導体層１１（第１導電型半導体層）とｐｎ接合を形成するｎ型半導体層１２（第２導電型半導体層）を有する球体セル１０が、第１導電層１７ａ、絶縁層１７ｂ、最上層である第２導電層１７ｃの三層構造からなるシート状の基板１７に圧着され、内部のｐ型半導体層１１と基板１７の第１導電層１７ａとが電気的に接続されている。これにより、第１導電層１７ａは、太陽電池の内側電極となっている。
また、第２導電層１７ｃはｎ型半導体層１２と電気的に接続され、太陽電池の外側電極となっている。
また、凹部１７ｄは、球体セル１０の表面の曲率よりも緩やかな曲率の凹面を具備することにより、球体セル１０の表面との間に隙間を有する。
【００１３】
次に、本発明の実施形態に係る太陽電池の具体的な製造方法の一例を以下、説明する。
まず、本実施の形態で用いる球体セル１０の形成方法の一例について説明する。
直径１ｍｍのｐ型多結晶シリコン粒を真空中で加熱しつつ落下させ、結晶性の良好なｐ型多結晶シリコン球（ｐ型半導体層）１１を形成し、この表面に、フォスフィンを含むシランなどの混合ガスを用いたＣＶＤ法により、ｎ型多結晶シリコン層（ｎ型半導体層）１２を形成する。ここでＣＶＤ工程は細いチューブ内でシリコン球を搬送しながら、所望の反応温度に加熱されたガスを供給排出することにより、薄膜形成を行うものである。
【００１４】
なお、この工程は、ｐ型多結晶シリコン粒を真空中で加熱しつつ落下させながら球状化し、ｐ型多結晶シリコン球（ｐ型半導体層）１１を形成するとともに、落下途上で所望のガスと接触させることにより、ｎ型多結晶シリコン層（ｎ型半導体層）１２を形成する様にすることも可能である。
【００１５】
次に、上述の球体セル１０を用いた太陽電池の製造方法を図３、図４、図５を用いて説明する。図３は球体セルを加工する工程の概略断面図であり、図４は加工した球体セルを基板に搭載し、太陽電池を形成する工程の概略断面図である。図５は三層構造からなる基板の概略斜視図である。
【００１６】
球体セルを加工する工程を図３を用いて説明する。
まず、一定間隔を空けて縦横等間隔に球体セルを並べるために設けられた窪みを有するトレイＴを用意する。
図３の（ａ）にこのトレイＴの概略断面図を示す。
【００１７】
次に、図３の（ｂ）に示すように、球体セル１０をトレイＴの窪みに載置する。
【００１８】
次に、図３の（ｃ）に示すように、球体セル１０が埋まるように、ろう剤（例えば、パラフィン等のエレクトロンワックス）からなる固定部材１３を溶融温度（パラフィンの場合は１００℃〜２００℃）に熱して溶融させて流し込み、温度を下げて硬化させる。
【００１９】
次に、図３の（ｄ）に示すように、トレイＴから固定部材１３により固定された球体セル１０を取り出し、逆向きにする。
【００２０】
次に、図３の（ｅ）に示すように、球体セル１０が固定部材１３に覆われていない部分に対し、エッチング等を施すことにより表面のｎ型半導体層１２を除去し、内部のｐ型半導体層１１を露出させる。あるいは、上記固定部材１３に覆われていない部分をグラインディング等により研削することで、内部のｐ型半導体層１１を露出させても良い。
【００２１】
次に、加工した球体セルを基板に搭載し、太陽電池を形成する工程を図４、図５を用いて説明する。
まず、図５に示すように、第１導電層１７ａ（例えば、アルミニウム等）、絶縁層１７ｂ（例えば、インシュレータレジン等）、第２導電層１７ｃ（例えば、アルミニウム等）の三層構造からなり、球体セル１０を載置する箇所が内部の二層が露出するように円形の加工が施されたシート状の基板１７を用意する。
【００２２】
次に、図４の（ａ）の概略断面図に示すように、上述のように加工した球体セル１０と、上記の三層構造の基板１７とを位置合わせし、弾性体１４（例えば、エラストマ等）を基板１７の下に敷くように配置する。
【００２３】
次に、上記の球体セル１０、基板１７、弾性体１４を重ね合わせて、約１５０℃に加熱し、プレス装置等を用いて約１時間上部より加圧する。基板１７の下部に弾性体１４を敷くことにより、球体セル１０の形状に沿って、基板１７が変形し、凹部１７ｄが形成され、図４の（ｂ）の状態となる。
次に、加圧した状態のまま、焼結（シンタリング）処理を行う。この焼結（シンタリング）処理の加熱温度は２００℃〜３００℃、加圧時間は３０分〜１時間、無酸素雰囲気中にて行うことが好ましい。
【００２４】
次に、加圧を解除し、冷却後、上面の固定部材１３を熱または薬品（例えば、アセトン）を用いて除去するか、あるいは、加圧した状態で同様の方法で除去する。これにより、図４の（ｃ）の状態となる。
【００２５】
最後に、弾性体１４を機械的な方法等で剥がし取り、さらに粘着した残滓を有機溶剤等を用いて除去し、図４の（ｄ）の状態となる。
あるいは、弾性体１４を除去せずに、太陽電池の裏面保護シートとして用いることもできる。この場合は熱処理により粘着性が出る材質の弾性体１４（エラストマ）を用い、基板１７と接着するようにする。
【００２６】
また、上記の三層構造の基板は予め、球体セルの形状に沿って凹部を機械的に加工して形成しておけば、この凹部に球体セル載置して、加圧処理を行うことにより、同様の工程で本実施の形態の太陽電池を製造することができる。
【００２７】
上述の実施の形態において、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型として、説明を行ったが、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型としても同様に製造できるものである。
また、ｐ型多結晶を球状基板とする球体セルを用いたが、ｐ型単結晶またはｐ型アモルファスシリコンなどを用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係る太陽電池の要部斜視図である。
【図２】本発明の実施形態に係る太陽電池を説明する断面概要図である。
【図３】本発明の実施形態に係る太陽電池を製造する際の球体セルの加工工程を説明する断面概要図である。
【図４】本発明の実施形態に係る太陽電池を製造する際に、加工した球体セルを基板に搭載し、太陽電池を形成する工程の概略断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る太陽電池の三層構造の基板の概略斜視図である。
【図６】従来の太陽電池を説明する断面概要図である。
【符号の説明】
【００２９】
１０    球体セル
１１    第１導電型（ｐ型）半導体層
１２    第２導電型（ｎ型）半導体層
１３    固定部材
１４    弾性体
１７    基板
１７ａ  第１導電層
１７ｂ  絶縁層
１７ｃ  第２導電層
１７ｄ  凹部
【図１】
2007103975.tif 000003
【図２】
2007103975.tif 000004
【図３】
2007103975.tif 000005
【図４】
2007103975.tif 000006
【図５】
2007103975.tif 000007
【図６】
2007103975.tif 000008