(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも表面が第１導電型の拡散層領域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導電型の拡散層領域を有する複数の球状ダイオードを、熱可塑性樹脂内に略半分埋没させ、固定する工程と、
前記球状ダイオードの熱可塑性樹脂から露出している部分をエッチングし、前記球状ダイオード内部の前記第１導電型の拡散層領域を露出させる工程と、
全面若しくは前記第１導電型の拡散層領域の露出部に、導電性ペーストと濡れ性の良い金属膜を選択的に形成する工程と、
前記球状ダイオードを前記固定から開放する工程と、
導電性ペーストを塗布した導電性基板上に、前記球状ダイオードを載置する工程と、
前記球状ダイオードを載置した導電性基板をリフローし、導電性ペーストを溶融する工程と、
前記球状ダイオード同士を寄せ集めて凝集する工程と、
前記球状ダイオード上に、絶縁層を形成する工程と、
前記第２導電型の拡散層領域および前記絶縁層を覆うように透明導電膜を堆積する工程と、
を含み、前記導電性ペーストおよび前記金属膜は、前記導電性ペーストと前記第２導電型の拡散層領域との濡れ性よりも前記導電性ペーストと前記金属膜との濡れ性が良い導電性ペーストおよび金属膜とすることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
少なくとも表面が第１導電型の拡散層領域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導電型の拡散層領域を有する複数の球状ダイオードを、熱可塑性樹脂内に略半分埋没させ、固定する工程と、
前記球状ダイオードの熱可塑性樹脂から露出している部分をエッチングし、前記球状ダイオード内部の前記第１導電型の拡散層領域を露出させる工程と、
前記熱可塑性樹脂内に略半分埋没させ、固定された状態の全表面若しくは前記第１導電型の拡散層領域の露出部に、導電性ペーストと濡れ性の良い金属膜を選択的に形成する工程と、
前記球状ダイオードを前記固定から開放する工程と、
導電性ペーストを塗布した導電性基板上に、前記球状ダイオードを載置する工程と、
前記球状ダイオードを載置した導電性基板をリフローし、導電性ペーストを溶融する工程と、
前記球状ダイオード上に、絶縁層を形成する工程と、
前記第２導電型の拡散層領域および前記絶縁層を覆うように透明導電膜を堆積する工程と、
を含み、前記導電性ペーストおよび前記金属膜は、前記導電性ペーストと前記第２導電型の拡散層領域との濡れ性よりも前記導電性ペーストと前記金属膜との濡れ性が良い導電性ペーストおよび金属膜とすることを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法において、前記絶縁層を形成する工程は、粉末状の絶縁性樹脂を前記球状ダイオード上に振り掛けた後、リフローして、絶縁層を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項４】
請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法において、前記絶縁層を形成する工程は、液状の絶縁性樹脂を流し込むことにより前記絶縁層を形成することを特徴とする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、特に球状ダイオードを用いた太陽電池の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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１０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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記半導体粒子２０７（球状ダイオード）にエッチングやグラインディングを施すことにより、表面に形成されている表皮部２０９（ｎ型拡散領域）を一部除去して、ｐ型内部２１１（ｐ型拡散層領域）を露出させ、ｐ型電極として第2アルミ箔２１９（導電性基板）に接合させていた。この際、半導体粒子２０７（球状ダイオード）が自転してしまうため、第2アルミ箔２１９（導電性基板）にｎ型拡散領域も一緒に接合され、電気的に短絡してしまい、太陽電池の出力が得られないという不具合が生じ、大きな問題点となっていた。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑み成されたものであり、アセンブリ工程における電気的な短絡の問題を抜本的に解消することができ、高品質で歩留まりの良い太陽電池の製造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導電型の拡散層領域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導電型の拡散層領域を有する複数の球状ダイオードを、熱可塑性樹脂内に略半分埋没させ、固定する工程と、前記球状ダイオードの熱可塑性樹脂から露出している部分をエッチングし、前記球状ダイオード内部の前記第１導電型の拡散層領域を露出させる工程と、全面若しくは前記第１導電型の拡散層領域の露出部に、導電性ペーストと濡れ性の良い金属膜を選択的に形成する工程と、前記球状ダイオードを前記固定から開放する工程と、導電性ペーストを塗布した導電性基板上に、前記球状ダイオードを載置する工程と、前記球状ダイオードを載置した導電性基板をリフローし、導電性ペーストを溶融する工程と、前記球状ダイオード同士を寄せ集めて凝集する工程と、前記球状ダイオード上に、絶縁層を形成する工程と、前記第２導電型の拡散層領域および前記絶縁層を覆うように透明導電膜を堆積する工程と、を含み、前記導電性ペーストおよび前記金属膜は、前記導電性ペーストと前記第２導電型の拡散層領域との濡れ性よりも前記導電性ペーストと前記金属膜との濡れ性が良い導電性ペーストおよび金属膜とすることを特徴とする。
かかる構成によれば、導電性ペースト上でリフローをかけることにより、導電性ペーストと濡れ性が悪いシリコン（第２導電型の拡散層領域）よりも、濡れ性が良い金属膜のみに導電性ペーストが選択的に接合するので、第２導電型の拡散層領域と、導電性ペーストとが電気的に短絡する不具合が生じない。
また、リフロー中は、比重の軽い球状ダイオードは浮遊状態にあるので、第２導電型の拡散層領域と、導電性ペーストとの間の電気的短絡をさせることなく、容易に寄せ集めることができ、凝集型の太陽電池がｐｎ両電極間の電気的短絡を起こすことなく製造できる。
【０００８】
本発明の第２は、少なくとも表面が第１導電型の拡散層領域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導電型の拡散層領域を有する複数の球状ダイオードを、熱可塑性樹脂内に略半分埋没させ、固定する工程と、前記球状ダイオードの熱可塑性樹脂から露出している部分をエッチングし、前記球状ダイオード内部の前記第１導電型の拡散層領域を露出させる工程と、前記熱可塑性樹脂内に略半分埋没させ、固定された状態の全表面若しくは前記第１導電型の拡散層領域の露出部に、導電性ペーストと濡れ性の良い金属膜を選択的に形成する工程と、前記球状ダイオードを前記固定から開放する工程と、導電性ペーストを塗布した導電性基板上に、前記球状ダイオードを載置する工程と、前記球状ダイオードを載置した導電性基板をリフローし、導電性ペーストを溶融する工程と、前記球状ダイオード上に、絶縁層を形成する工程と、前記第２導電型の拡散層領域および前記絶縁層を覆うように透明導電膜を堆積する工程と、を含み、前記導電性ペーストおよび前記金属膜は、前記導電性ペーストと前記第２導電型の拡散層領域との濡れ性よりも前記導電性ペーストと前記金属膜との濡れ性が良い導電性ペーストおよび金属膜とすることを特徴とする。
かかる構成によれば、導電性ペースト上でリフローをかけることにより、導電性ペーストと濡れ性が悪いシリコン（第２導電型の拡散層領域）よりも、濡れ性が良い金属膜のみに導電性ペーストが選択的に接合するので、第２導電型の拡散層領域と、導電性ペーストとが電気的に短絡する不具合が生じない。
【０００９】
本発明の第３は、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法において、前記絶縁層を形成する工程は、粉末状の絶縁性樹脂を前記球状ダイオード上に振り掛けた後、リフローして、絶縁層を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法である。
かかる構成によれば、第２導電型の拡散層領域と、導電性ペーストとの電気的絶縁を容易に実現できる。
【００１０】
本発明の第４は、請求項１または２に記載の太陽電池の製造方法において、前記絶縁層を形成する工程は、液状の絶縁性樹脂を流し込むことにより前記絶縁層を形成することを特徴とする太陽電池の製造方法である。
かかる構成によれば、第２導電型の拡散層領域と、導電性ペーストとの電気的絶縁を容易に実現できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る太陽電池の製造方法及び太陽電池の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
以下の各実施形態において、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型として、説明を行うが、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。  また、以下の各実施形態において、ｐ型多結晶を球状基板とする球状ダイオードを用いたが、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。
【００１２】
（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の製造方法に係る太陽電池は、図１に全体図を示すように、シート状の導電性基板１６上に太陽電池セル１０が敷き詰められており、さらに、図２にこの断面概要図を示す。
【００１３】
太陽電池セル１０は、後述する製造方法によって、球状ダイオード１０ａから製造されるものであり、図２に示すように、ｐ型拡散層領域１１（第１導電型の拡散層領域）とｐｎ接合を形成するｎ型拡散層領域１２（第２導電型の拡散層領域）が、ｐ型拡散層領域１１の外周部の上部に半円状に形成されており、一方、下部には金属膜１４が円弧状に形成され、導電性ペースト１５を介して、太陽電池のｐ型電極となる導電性基板１６と電気的に接続されている。
さらにｎ型拡散層領域１２の外側にｎ型電極となる透明導電膜１７が堆積され、この透明導電膜１７と、導電性基板１６とが絶縁層１８により電気的に絶縁されているものである。
【００１４】
次に、具体的な製造方法の一例を以下、説明する。
まず、本発明で用いる球状ダイオード１０ａ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型拡散層領域）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型拡散層領域）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。
【００１５】
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型拡散層領域）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型拡散層領域）１２を形成する様にすることも可能である。
【００１６】
次に、上述の球状ダイオード１０ａを用いた太陽電池の製造方法を図３〜図５を用いて説明する。図３〜図５は、本実施の形態に係る太陽電池を製造する各工程の概略断面図である。
【００１７】
まず、図３の（ａ）に示すように、上記のｐ型拡散層領域１１の表面にｎ型拡散層領域１２が形成された球状ダイオード１０ａを、熱可塑性樹脂１３内に半分程度埋没させて固定する。
【００１８】
次に、図３の（ｂ）に示すように、球状ダイオード１０ａの熱可塑性樹脂１３から露出している部分をエッチングして、ｎ型拡散層領域１２を取り除き、ｐ型拡散層領域１１を露出させる。
【００１９】
次に、図３の（ｃ）に示すように、熱可塑性樹脂１３に固定した状態の全表面若しくは、ｐ型の拡散層領域１１の露出部に、導電性ペーストと濡れ性の良い金属膜（例えば、Ｃｕ、Ａｕなどの金属膜）１４をスパッタリング法などを用いて、コーティングするようにして、選択的に形成する。
【００２０】
次に、図４の（ｄ）に示すように、球状ダイオード１０ａを熱可塑性樹脂１３から開放する。
【００２１】
次に、図４の（ｅ）に示すように、導電性ペースト１５を塗布した銅基板等を用いた導電性基板１６上に、マウンター等を使用して、球状ダイオード１０ａを載置する。
【００２２】
次に、図４の（ｆ）に示すように、球状ダイオード１０ａを載置した導電性基板上１６をリフローして、導電性ペースト１５を溶融させる。このとき、導電性ペースト１５と濡れ性が悪いシリコンよりも、濡れ性が良い金属膜のみに導電性ペースト１５が選択的に接合する。つまり、図４の（ｅ）において、球状ダイオード１０ａの金属膜１４の位置がそろっていない状態であるのに対し、リフローすると、図４の（ｆ）のように導電性ペースト１５上に、金属膜１４のみが接合するように、位置がそろった状態となる。よって、ｎ型拡散層領域１２と、導電性ペースト１５とが電気的に短絡する不具合が生じない。
【００２３】
次に、図５の（ｇ）に示すように、導電性ペースト１５を溶融させるための上記のリフロー中に、球状ダイオード１０ａ同士を寄せ集めて、矢印で示す方向に凝集する。このリフロー中は、比重の軽い球状ダイオード１０ａは浮遊状態にあるので、ｎ型拡散層領域１２と導電性ペースト１５との間の電気的短絡をさせることなく、容易に寄せ集めることができる。
【００２４】
次に、例えば、粉末状の絶縁性樹脂を振り掛け、リフローして絶縁層１８を形成するか、若しくは液状の絶縁性樹脂をポッティングにより流し込むようにして絶縁層１８を形成し、その後、透明導電膜（例えば、ＩＴＯ）１７をスパッタリング法などにより、薄膜堆積し、この透明導電膜が太陽電池のｎ型電極となる。この状態を、図５の（ｈ）に示す。全体図としては、図１に示すような太陽電池となる。
【００２５】
（第２の実施形態）
第２の実施形態に係る太陽電池の製造方法を以下説明する。
上記第１の実施形態と同様にして、図４の（ｆ）の工程まで製造し、この後、球状ダイオード１０ａを凝集させずに、次の絶縁層を形成する工程に進む。すなち、例えば粉末状の絶縁性樹脂を振り掛け、リフローして絶縁層１８を形成するか、若しくは液状の絶縁性樹脂をポッティングにより流し込むようにして絶縁層１８を形成し、透明導電膜（例えば、ＩＴＯ）１７をスパッタリング法などにより、薄膜堆積し、この透明導電膜が太陽電池のｎ型電極となる（図６の断面概要図参照）。
【００２６】
本実施形態は、第１の実施形態の球状ダイオード１０ａを凝集しない実施形態であり、本実施形態の太陽電池の全体図は、図７に示すように隣り合う太陽電池セルが凝集されていないものであり、その断面概要図は図６に示すとおりである。
【００２７】
（第３の実施形態）
第３の実施形態に係る太陽電池の製造方法を以下説明する。
予め決められた位置に１つ１つの球状ダイオードをマウンター等を用いて載置し、配列を整えるようにした実施形態である。
【００２８】
上記第１の実施形態と同様にして、図４の（ｄ）の工程まで製造し、次に、導電性ペーストと濡れ性の良い銅基板、あるいはアルミニウム、ＳＵＳなどの金属基板上に銅メッキを施した導電性基板１６上にソルダーレジスト１９を塗布する。
次に、球状ダイオード１０ａを載置する予定の箇所に当たる領域に、スクリーン印刷法などを用いて、導電性ペースト１５を印刷し、その上に、球状ダイオード１０ａをマウンター等を用いて載置し、図８の（ａ）に示す状態となる。
【００２９】
次に、これをリフローすることにより、球状ダイオード１０ａの自転によるセルフアラインメントおよびＸＹ軸方向のセルフアラインメントが行われ、図８の（ｂ）に示す状態となる。
この図８の（ｂ）は、導電性ペースト１５上に、球状ダイオード１０ａの金属膜１４のみが接合し、位置がそろった状態である。よって、ｎ型拡散層領域１２と、導電性ペースト１５とが電気的に短絡する不具合が生じない。
【００３０】
次に、例えば、粉末状の絶縁性樹脂を振り掛け、リフローして絶縁層１８を形成するか、若しくは液状の絶縁性樹脂をポッティングにより流し込むようにして絶縁層１８を形成し、その後、透明導電膜（例えば、ＩＴＯ）１７をスパッタリング法などにより、薄膜堆積し、この透明導電膜が太陽電池のｎ型電極となる。（図９の断面概要図参照）。
全体図としては、図７に示すような太陽電池となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳記したように、本発明に係る太陽電池の製造方法によれば、導電性ペースト上でのリフロー効果で、ｎ型拡散層領域と電気的に短絡することなく、ｐ型電極を取り出すことが、比較的安価で、容易に出来る。
これにより、信頼性の高い電気的接続が得られるので、太陽電池のアセンブリ工程における電気的な短絡の問題を抜本的に解消することができ、高品質で歩留まりが良く、効率のよい太陽電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施形態の製造方法に係る太陽電池の全体図である。
【図２】  第１の実施形態の製造方法に係る太陽電池を示す断面概要図である。
【図３】  本発明に係る太陽電池の製造方法の製造工程（ａ）〜（ｃ）を説明する断面概要図である。
【図４】  本発明に係る太陽電池の製造方法の製造工程（ｄ）〜（ｆ）を説明する断面概要図である。
【図５】  本発明に係る太陽電池の製造方法の製造工程（ｇ）、（ｈ）を説明する断面概要図である。
【図６】  第２の実施形態の製造方法に係る太陽電池を示す断面概要図である。
【図７】  第２の実施形態の製造方法に係る太陽電池の全体図である。
【図８】  第３の実施形態に係る太陽電池の製造方法の製造工程を一部を説明する断面概要図（ａ）、（ｂ）である。
【図９】  第３の実施形態の製造方法に係る太陽電池を示す断面概要図である。
【図１０】  従来例の太陽電池を示す断面概要図である。
【符号の説明】
１０    太陽電池セル
１０ａ  球状ダイオード
１１    ｎ型拡散層領域（第１導電型の拡散層領域）
１２    ｐ型拡散層領域（第２導電型の拡散層領域）
１３    熱可塑性樹脂
１４    金属膜
１５    導電性ペースト
１６    導電性基板
１７    透明導電膜
１８    絶縁層
１９    ソルダーレジスト
【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】
0003925770.tif 000010
【図１０】
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