(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が第１導電型の半導体層を構成する球状基板表面に、ｐｎ接合を形成するように形成された第２導電型の半導体層と、前記第２導電型の半導体層の表面に形成された透明導電膜からなる外側電極とを形成した多数個のセルを用意する工程と、
前記セルの一部の領域から、研磨工程により、前記外側電極および前記第２導電型の半導体層を選択的に除去し、前記第１導電型の半導体層を露呈せしめる工程と、
裏面側に導体層を形成してなり、前記セルを搭載すべき領域に貫通孔を形成してなる絶縁性基板の表面に、前記研磨された領域が、前記貫通孔に当接するように搭載する工程と、
前記貫通孔を真空吸引することにより、前記セルを固定する工程と、
前記外側電極間の接続を行う工程と、
前記絶縁性基板の前記導体層側に導電剤を塗布し、前記貫通孔に導電剤を充填することにより、前記各セルの前記第１導電型の半導体層を前記導体層に接続すると共に、前記各セルを、前記絶縁性基板表面に固着する工程とを含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記外側電極間の接続を行う工程は、
前記固定する工程の後、前記セルの上面から半田粉体を振りかける工程と、
前記セルを加熱し、前記半田粉体を液化し、前記セルと前記絶縁性基板との間を半田で固着する工程であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第１導電型の半導体層を露呈せしめる工程は、前記各セルの前記絶縁性基板の前記貫通孔のピッチと同一ピッチで前記各セルをマトリックス状に固定し、グラインディングする工程であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記各セルは真空チャックによりマトリックス状に吸引固定せしめられ、
前記搭載する工程は、前記真空チャックを用いて前記絶縁性基板上に前記各セルを供給し、前記貫通孔を介して真空吸引を開始したあと、前記真空チャックの真空吸引を停止するようにしたことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
さらに、前記導体層および前記導電剤の上に保護膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の製造方法に係り、特に球状半導体を用いた太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
半導体のｐｎ接合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、単結晶シリコン、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結晶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１０に示すように、第１導電型表皮部と第２導電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はく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を結晶する。次に第２導電型内部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に対しオーミック接触を提供するようにしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような方法では、高密度配置には限界があり、また、アルミ箔への位置決めが困難であり、多数個の半導体粒子を実装する場合には作業性が悪いという問題があった。
また、電極の形成についても、第１導電型表皮部と第２導電型内部との両方へのコンタクト端子が必要であるが、受光面積を減少させることなく、確実なコンタクト端子の形成を行うのは難しいという問題があった。
【０００６】
本発明は前記実情に鑑みてなされたもので、製造が容易でかつ、小型化の可能な太陽電池を製造する方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、単位面積当りの起電力の向上をはかり、高効率の太陽電池を製造する方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１は、少なくとも表面が第１導電型の半導体層を構成する球状基板表面に、ｐｎ接合を形成するように形成された第２導電型の半導体層と、前記第２導電型の半導体層表面に形成された透明導電膜からなる外側電極とを形成した多数個のセルを用意する工程と、前記セルの一部の領域から、研磨工程により、前記外側電極および前記第２導電型の半導体層を選択的に除去し、前記第１導電型の半導体層を露呈せしめる工程と、裏面側に導体層を形成してなり、前記セルを搭載すべき領域に貫通孔を形成してなる絶縁性基板の表面に、前記研磨された領域が、前記貫通孔に当接するように搭載する工程と、前記貫通孔を真空吸引することにより、前記セルを固定する工程と、前記外側電極間の接続を行う工程と、前記絶縁性基板の前記導体層側に導電剤を塗布し、前記貫通孔に導電剤を充填することにより、前記各セルの前記第１導電型の半導体層を前記導体層に接続すると共に、前記各セルを、前記絶縁性基板表面に固着する工程とを含むことを特徴とする。
【０００８】
かかる構成によれば、裏面に導体層を有するとともに、セル搭載領域に貫通孔を形成してなる絶縁性基板上に、前記貫通孔から真空吸引することにより、絶縁性基板上にセルを固定しているため、位置精度よくかつセルを傷つけることなく、位置決め工程することができる。またこの貫通孔に導電剤を充填することにより、外側電極に接触することなく、確実に第１導電型の半導体層との電気的接続を達成すること可能となる。
【０００９】
特に、球状体へのフォトリソグラフィ工程は露光工程が極めて困難であるが、本発明の方法によれば、フォトリソグラフィ工程を必要とすることなく、極めて高効率の太陽電池を形成することが可能となる。
【００１０】
本発明の第２によれば、請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、前記外側電極間の接続を行う工程は、前記固定する工程の後、前記セルの上面から半田粉体を振りかける工程と、前記セルを加熱し、前記半田粉体を液化し、前記セルと前記絶縁性基板との間を半田で固着する工程であることを特徴とする。
【００１１】
かかる構成によれば、太陽電池を構成するセルの隙間に入った半田粉末を溶融し、太陽電池セル相互を固着するとともに外側電極間の電気的接続を行うようにしているため、極めて容易に信頼性の高い太陽電池を得ることが可能となる。
【００１２】
本発明の第３によれば、請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、前記第１導電型の半導体層を露呈せしめる工程は、前記各セルの前記絶縁性基板の前記貫通孔のピッチと同一ピッチで前記各セルをマトリックス状に固定し、グラインディングする工程であることを特徴とする。
【００１３】
かかる構成によれば、バッチ処理でグラインディングを行い、セルの搭載面を揃え、平坦にした状態で絶縁性基板表面に実装されるため、位置ずれも無く信頼性の高い太陽電池を得ることが可能となる。
【００１４】
本発明の第４によれば、請求項３に記載した太陽電池の製造方法において、前記各セルは真空チャックによりマトリックス状に吸引固定せしめられ、前記搭載する工程は、前記真空チャックを用いて前記絶縁性基板上に前記各セルを供給し、前記貫通孔を介して真空吸引を開始したあと、前記真空チャックの真空吸引を停止するようにしたことを特徴とする。
【００１５】
かかる構成によれば、真空チャックにより、位置決めのなされた状態で、絶縁性基板上にセルを搬送し、貫通孔を介して真空チャックで吸引し絶縁性基板上に固定するようにしているため、容易に位置精度よくかつセルに損傷を与えることなく実装することが可能となる。
【００１６】
本発明の第５によれば、請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、さらに、前記導体層および前記導電剤の上に保護膜を形成する工程を含むことを特徴とする。
【００１７】
かかる構成によれば、裏面側は保護膜で被覆されているため、信頼性の高いものとなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。
実施形態１
本発明の方法によって製造される第１の実施形態に係る太陽電池は、図１に全体図、図２に断面概要図を示すように、球状シリコンからなる太陽電池セル１が裏面に銅箔からなる導体層５を有し貫通孔Ｈを有する絶縁シート４に貼着されている。そしてこの太陽電池セルの一部が研磨され露呈された領域が、絶縁シート貫通孔に当接するように搭載せしめられ、前記貫通孔に充填されたシルバーペースト６を介して内側に位置する第１の半導体層１１が前記導体層５にコンタクトするとともに、前記外側電極１３同士が半田層３を介して電気的に接続されていることを特徴とする。
【００１９】
すなわち、ｐ型多結晶シリコン球１１表面にｐｎ接合を形成するように形成されたｎ型多結晶シリコン層１２と、このｎ型多結晶シリコン層１２表面に形成された酸化インジウム錫（ＩＴＯ）からなる透明の外側電極１３と、一部で前記外側電極１３およびｎ型多結晶シリコン層１２表面とが除去され前記ｐ型多結晶シリコン球表面が露呈せしめられた多数個の太陽電池セル１と、前記ｐ型多結晶シリコン球１１に貫通孔に充填されたシルバーペースト６を介して裏面の導体層５にコンタクトし、電気的接続をはかるとともに、複数の前記太陽電池セルに固着せしめられた絶縁シート４と、前記外側電極１３と絶縁シート４との間に充填され、前記絶縁シート４から離間して、前記太陽電池セルの外側電極同士を電気的に接続する半田層３とを含むことを特徴とする。この絶縁シート４は可撓性のポリイミドフィルムからなり、これに銅箔が貼着され、マトリックス状に貫通孔Ｈを形成してなるものである。ここで用いられる銅箔はアルミ箔でもよい。
【００２０】
このポリイミドフィルムからなる絶縁シート４が、半田層３と導電体層５との間に介在することにより、半田層３すなわち外側電極側と導電体層５すなわち内側電極側とのショートを防止し、信頼性の向上を図ることが可能となる。
【００２１】
一方、この太陽電池を構成する太陽電池セル１は、図２に拡大断面図を示すように、直径１ｍｍのｐ型多結晶シリコン球１１の表面にｎ型多結晶シリコン層１２を形成し、ｐｎ接合を形成すると共に、さらにこの表面を覆うよう透明導電膜からなる外側電極１３が形成されている。そして、この一部領域でグラインディングによりｐ型多結晶シリコン球１１に到達するまで外側電極１３およびｎ型多結晶シリコン層１２が除去され，この除去領域の表面が絶縁シート３裏面の導体層５にコンタクトしている。
【００２２】
次に、この太陽電池の製造方法について説明する。
まず、太陽電池セルを形成する。図３（ａ）に示すように、直径１ｍｍのｐ型多結晶シリコン粒またはｐ型アモルファスシリコン粒を真空中で加熱しつつ落下させ、結晶性の良好な多結晶シリコン球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。なお、この工程は、ｐ型多結晶シリコン粒またはｐ型アモルファス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を形成するとともに、落下途中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１２を形成する様にすることも可能である。
【００２３】
この後、図３（ｂ）に示すように、スパッタリング法により、基板表面全体に膜厚１μｍ程度のＩＴＯ薄膜１３を形成する。
【００２４】
このようにして形成された、太陽電池セル１を、図４（ａ）に示すように、搭載ピッチに合わせて真空チャックを形成してなる搬送治具Ｔを用いて、マトリックス状に固定し、グラインディングを行い、一部領域のｐ型多結晶シリコン球１１が露呈するまで、外側電極１３およびｎ型多結晶シリコン層１２を除去する。ここでは、一体的に保持してグラインディング装置Ｇに接触せしめグラインディングを行うようにしているため、平坦で、均一な露呈面を得ることが可能となる。
【００２５】
そして図４（ｂ）に示すように、ポリイミドフィルムに銅箔からなる導体層５を形成し、貫通孔Ｈをマトリックス状に形成してなる絶縁シート４を、導体層５が裏面側にくるように設置し、真空チャックに固定されたセルを貫通孔Ｈに搭載し、絶縁シート４の裏面側から真空吸引することにより、絶縁シート４にセルを固定し、真空チャックをはずす。
【００２６】
この後、図４（ｃ）に示すように、前記セルの上面から半田粉体３ｐを振りかけ、前記セルを加熱し、前記半田粉体を液化し、前記セルと前記絶縁シート４との間を半田層３で固着する。
【００２７】
そして、図４（ｄ）に示すように、銅箔の裏面側からシルバーペースト６を充填した後、ベーキング工程を経て硬化させ、裏面の導体層５とｐ型多結晶シリコン球１１とのコンタクトをとる。
【００２８】
最後に、図４（ｅ）に示すように、絶縁シート４の裏面の導体層５を覆うようポリイミド膜からなる保護膜７を形成する。
【００２９】
このようにして図１および図２に示したような太陽電池セルが完成する。
【００３０】
かかる構成によれば、太陽電池を構成するセルの隙間に入った半田粉末を溶融し、太陽電池セル相互を固着するとともに外側電極間の電気的接続を行うとともに、貫通孔Ｈに充填したシルバーペースト６によって内側のｐ型多結晶シリコン球１１のコンタクトを取るようにしているため、ショートなどの不良の発生を大幅に低減することができ、信頼性の高い太陽電池の形成が可能となる。
【００３１】
また、特に、球状シリコンへのフォトリソグラフィ工程は露光工程が極めて困難であるが、本発明の方法によれば、フォトリソグラフィ工程を必要とすることなく、極めて高効率の太陽電池を形成することが可能となる。
【００３２】
さらに可撓性を有する絶縁シートを用いるようにすれば、各セルを容易に接触性よく一体的に固定することが可能となり、信頼性の高いオーミック接触を図ることが可能となる。
【００３３】
加えて、外側電極相互の接続を半田粉体の熔融によって形成しているため、製造が極めて容易である。
【００３４】
また、絶縁シートの両面に配線パターンを形成したものを用い、セル相互間を直列接続するような場合は、ｐｎを逆転させたセルを交互に配置し、配線パターンによって、セルかん接続を行うことにより、容易に配線が可能となる。
【００３５】
また、絶縁シートの裏面に導体層を形成してなるもので構成しているため、外側電極側と内側電極側すなわちｐ型多結晶シリコン球との間に絶縁シートが介在することになり、信頼性の高い太陽電池を形成することだか可能となる。
【００３６】
さらに絶縁シートへの搭載は、前記球状のセルが相互に接触するように細密配置で敷き詰めるようにすれば、寸法精度が高くかつ、細密配置構造の太陽電池を得ることができる。また必要に応じてバンプを形成することにより、外側電極間の電気的接続はこのバンプの接触のみで行うようにしてもよい。
【００３７】
実施形態２
前記第１の実施形態ではｐ型多結晶シリコン球を用いて太陽電池セルを構成したが、図５に示すように、球状基板１０を、銅球で構成し、球状基板表面に、ｐ型のアモルファスシリコン層１１ａと、ｎ型アモルファスシリコン層１２とを形成しｐｎ接合を形成してなり、導電シート５は前記銅球にコンタクトするように、外側電極１３、ｎ型のアモルファスシリコン層１２と、ｐ型アモルファスシリコン層１１ａの一部が除去されていることを特徴とする。
【００３８】
かかる構成によれば、内側電極のコンタクト抵抗が低く信頼性の高い太陽電池を容易に形成することが可能となる。
【００３９】
なお、太陽電池セルは直列接続してもよいし、並列接続してもよい。直列接続する際には、ｐ型およびｎ型を外面側と内面側とで逆にしたセルを交互に配列し、同様に接続することにより、直列接続体を形成することも可能である。
【００４０】
実施形態３
この太陽電池を構成する太陽電池セルは、図６に示すように、球状基板を、絶縁性の球状体６０で構成し、この球状体表面に、ｐ型の高濃度コンタクト層６０ｃを介してｐ型アモルファスシリコン層６１と、前記ｐ型のアモルファスシリコン層表面にｎ型のアモルファスシリコン層６２を形成しｐｎ接合を形成してなることを特徴とする。
【００４１】
この太陽電池セルは、図６に拡大断面図を示すように、直径１ｍｍのガラス６０の表面にクロム層６０ｃを形成するとともに、この上層にｐ型アモルファスシリコン層６１、ｎ型アモルファスシリコン層６２を形成し、ｐｎ接合を形成すると共に、さらにこの表面を覆うように酸化インジウム錫（ＩＴＯ）透明導電膜からなる外側電極６３が形成されている。そして、この一部が研磨によりクロム層６０ｃに到達するまで外側電極６３およびｎ型アモルファスシリコン層６２、ｐ型アモルファスシリコン層６１が除去され、この除去部のバリア層にコンタクトするように、導体層５からなる絶縁シート４の貫通孔Ｈに充填されたシルバーペースト６を介して電気的接続を行うようにしたものである。一方、この外側電極６３同士は半田層３によって接続されている。
【００４２】
かかる構成によれば、安価で特性の安定した半導体装置を得ることが可能となる。
【００４３】
なお、前記実施の形態ではｐｎ接合を形成する半導体層として、アモルファスシリコンを用いたが、これに限定されることなく、単結晶シリコン層あるいは多結晶シリコン層、さらにはＧａＡｓ，ＧａＰなどの化合物半導体層にも適用可能である。さらには、ｐｎ構造のみならず、ｐｉｎ構造にも適用可能である。
【００４４】
また、前記実施の形態では、球表面全体に透明電極を形成したが、一部のみでもよい。
【００４５】
この球状の半導体素子の製造に際し、各処理工程を連続してライン化することが可能であるため、生産性が極めて高いという特徴がある。
【００４６】
各工程では、活性ガス、不活性ガス等の気体のみならず、水や各種溶液等の液体をも含む種々の雰囲気での処理がなされる。このような処理工程を連結する場合、被処理物を搬送する雰囲気を前工程から後工程に持ち込まないようにしなければならないため、工程間において被処理物から前工程の雰囲気を除去し、そして後工程に合わせた雰囲気に変換して被処理物を搬送するといった作業が必要であるが、雰囲気変換装置を用いることにより搬送しながら各処理工程が実行でき、極めて高速で作業性よく信頼性の高い半導体装置を提供することが可能となる。
【００４７】
また、シリコン表面は酸化され易く、表面に自然酸化膜が形成された場合、その上層に形成される金属電極層などとの接触性が悪くなるなどの問題もあるが、外気に接触することなく、閉鎖空間内で搬送および処理を行うことができる。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、位置決めが不要であり、充填密度も高く、高効率で信頼性の高い太陽電池を提供することが可能となる。
【００４９】
また、受光面積を減少することなく、高密度の配置が可能である。またフォトリソグラフィ工程を用いることなく高精度で信頼性の高い太陽電池を得ることができる。また低コスト化を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の方法によって製造される第１の実施形態の太陽電池を示す図
【図２】  本発明の方法によって製造される第１の実施形態の太陽電池を構成するセルの断面図
【図３】  本発明の方法によって製造される第１の実施形態の太陽電池を構成するセルの製造工程図
【図４】  本発明の方法によって製造される第１の実施形態の太陽電池の実装工程を示す図
【図５】  本発明の方法によって製造される第２の実施形態の太陽電池の実装工程を示す図
【図６】  本発明の方法によって製造される第３の実施形態の太陽電池を示す図
【図７】    従来例の太陽電池を示す図
【符号の説明】
１      太陽電池
３      半田層
４      絶縁シート
５      導体層
６      シルバーペースト
７      保護膜
１１    ｐ型多結晶シリコン球
１２    ｎ型多結晶シリコン層
１３    外側電極
【図１】
0003925766.tif 000002
【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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