(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体層を有する球体基板表面に、前記第１導電型半導体層の一部が露出したように第２導電型半導体層を形成してなる球体セルを用意する工程と、
表面に突起部を有する導電性基板を形成する工程と、
該突起部上に絶縁性樹脂部材を形成する工程と、
前記球体セルの前記第１導電型半導体層の露出した部分が前記絶縁性樹脂部材に当接するように球体セルを載置して、加圧することにより、前記第１導電型半導体層の露出した部分と、前記導電性基板とを電気的に接続させる工程と、
前記第２導電型半導体層の表面に外側電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
第１導電型半導体層を有する球体基板表面に、前記第１導電型半導体層の一部が露出したように第２導電型半導体層を形成してなる球体セルを固定部材で固定して用意する工程と、
表面に突起部を有する導電性基板を形成する工程と、
該突起部上に絶縁性樹脂部材を形成する工程と、
該固定部材をつけた状態で、前記球体セルの前記第１導電型半導体層の露出した部分が前記絶縁性樹脂部材に当接するように球体セルを載置して、加圧することにより、前記第１導電型半導体層の露出した部分と、前記導電性基板とを電気的に接続させ、前記第２導電型半導体層の表面に外側電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の太陽電池の製造方法において、
前記導電性基板を形成する工程は、導電性基板表面に絶縁膜を形成する工程と、打ち抜き加工により突起部を形成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４】
請求項３に記載の太陽電池の製造方法において、
前記絶縁膜は、前記導電性基板の全表面に形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項５】
請求項３に記載の太陽電池の製造方法において、
前記絶縁膜は、前記導電性基板の突起部以外の表面に形成することを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項６】
シート状の導電性基板上に、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が敷き詰められた太陽電池であって、前記球体セル表面の前記第２導電型半導体層の一部が切除されて内部の前記第１導電型半導体層が前記第２導電型半導体層に対して露出し、この第１導電型半導体層の露出部が、該露出部の中央部分を除いて絶縁性樹脂部材を介して前記導電性基板に圧着され、前記第１導電型半導体層の前記露出部の中央部分が前記導電性基板の凸状部に接合され、前記第２導電型半導体層の表面に外側電極が形成されるとともに、該第２導電型半導体層の切除縁部が前記絶縁性樹脂部材によって前記導電性基板から絶縁され、前記導電性基板が前記第１導電型半導体層に対する内側電極となることを特徴とする太陽電池。
【請求項７】
請求項６に記載の太陽電池であって、前記導電性基板の表面に前記凸状部を除いて絶縁膜が形成され、前記外側電極は前記第２導電型半導体層から前記導電性基板の表面の前記絶縁膜にわたって付着された透明導電膜であることを特徴とする太陽電池。
【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および太陽電池に係り、特に球体セルを用いた太陽電池の製造方法および太陽電池に関する。
【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の両面へ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】
高密度実装においては、特に、内側電極と外側電極との導通の問題があり、信頼性の向上をはかる必要があるが、上記のような従来の太陽電池（ソーラーアレー）の製造方法では、球体セル（半導体粒子）の内部コアがｐ型半導体層の場合には、エッチングやグラインディングにより表面に形成されているｎ型半導体層を切除し、内側電極として電極板に接合させる際に、導電性ペースト等を用いて電極部材と接合させ、あらためて外側電極部材との絶縁層形成を絶縁樹脂等を用いて行っているため、信頼性の向上をはかることができなかった。
また、このような製造方法では、球体セルの受光面（透明導電膜接合面）を除く部分に対する絶縁層形成に手間を要し、工程数が多くなり、作業性が良くないなどの問題点があった。
さらに、従来の太陽電池（ソーラーアレー）では、球体セル（半導体粒子）と電極部材との接合に導電性ペースト（Ｎｉペースト、Ａｇペースト等）を用いているので、接合部分の抵抗がこの導電性ペーストの抵抗（Ｎｉペーストは約１０-3Ωcm、Ａｇペーストは約１０-4Ωcm）により大きくなってしまい、太陽電池としての出力低下を招き、性能が悪化してしまうという問題点もあった。
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みて成されたものであり、高密度実装においての内側電極と外側電極との導通の問題を解決し、信頼性の向上をはかり、作業性が良く、高出力の太陽電池の製造方法および太陽電池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の太陽電池の製造方法は、第１導電型半導体層を有する球体基板表面に、前記第１導電型半導体層の一部が露出したように第２導電型半導体層を形成してなる球体セルを用意する工程と、表面に突起部を有する導電性基板を形成する工程と、該突起部上に絶縁性樹脂部材を形成する工程と、前記球体セルの前記第１導電型半導体層の露出した部分が前記絶縁性樹脂部材に当接するように球体セルを載置して、加圧することにより、前記第１導電型半導体層の露出した部分と、前記導電性基板とを電気的に接続させる工程と、前記第２導電型半導体層の表面に外側電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
かかる方法によれば、内部の第１導電型半導体層と導電性基板との接合を、内側電極（導電性基板）と、透明導電膜などからなる外側電極とを絶縁する絶縁層形成と同一の工程で行うことができ、内側電極と外側電極との絶縁を確実にすると共に、確実な固定が可能となる。
【０００８】
本発明の第２の太陽電池の製造方法は、第１導電型半導体層を有する球体基板表面に、前記第１導電型半導体層の一部が露出したように第２導電型半導体層を形成してなる球体セルを固定部材で固定して用意する工程と、表面に突起部を有する導電性基板を形成する工程と、該突起部上に絶縁性樹脂部材を形成する工程と、該固定部材をつけた状態で、前記球体セルの前記第１導電型半導体層の露出した部分が前記絶縁性樹脂部材に当接するように球体セルを載置して、加圧することにより、前記第１導電型半導体層の露出した部分と、前記導電性基板とを電気的に接続させ、前記第２導電型半導体層の表面に外側電極を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
かかる方法によれば、球体セルを固定部材で固定することにより、第２導電型半導体層の一部を除去する作業を安定かつ確実にすることができ、さらに、プレス機等で加圧をする際に、安定した加圧作業ができる。
【０００９】
本発明の第３の太陽電池の製造方法は、請求項２に記載の太陽電池の製造方法において、前記導電性基板を形成する工程は、導電性基板表面に絶縁膜を形成する工程と、打ち抜き加工により突起部を形成する工程とを含むことを特徴とする。
かかる方法によれば、ポリイミドテープ等を導電性基板上に貼るなどして絶縁膜を形成することにより、内側電極（導電性基板）と外側電極（透明導電膜）とを電気的に絶縁することができる。
【００１０】
本発明の第４の太陽電池の製造方法は、請求項３に記載の太陽電池の製造方法において、前記絶縁膜は、前記導電性基板の全表面に形成することを特徴とする。
かかる方法によれば、より確実に内側電極（導電性基板）と外側電極（透明導電膜）とを電気的に絶縁することができる。
【００１１】
本発明の第５の太陽電池の製造方法は、請求項３に記載の太陽電池の製造方法において、前記絶縁膜は、前記導電性基板の突起部以外の表面に形成することを特徴とする。
かかる方法によれば、より効率よく内側電極（導電性基板）と外側電極（透明導電膜）とを電気的に絶縁することができる。
【００１２】
本発明の第６の太陽電池は、シート状の導電性基板上に、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が敷き詰められた太陽電池であって、前記球体セル表面の前記第２導電型半導体層の一部が切除されて内部の前記第１導電型半導体層が前記第２導電型半導体層に対して露出し、この第１導電型半導体層の露出部が、該露出部の中央部分を除いて絶縁性樹脂部材を介して前記導電性基板に圧着され、前記第１導電型半導体層の前記露出部の中央部分が前記導電性基板の凸状部に接合され、前記第２導電型半導体層の表面に外側電極が形成されるとともに、該第２導電型半導体層の切除縁部が前記絶縁性樹脂部材によって前記導電性基板から絶縁され、前記導電性基板が前記第１導電型半導体層に対する内側電極となることを特徴とする。
かかる構成によれば、内部の第１導電型半導体層と内側電極（導電性基板）とが導電性ペースト等を介さずに電気的に接続された構成であるので、この接合部は低抵抗かつ化学的に安定である。また、絶縁性樹脂部材により、導電性基板と球体セルとが確実に固定された構成を実現できる。
【００１３】
本発明の第７の太陽電池は、請求項６に記載の太陽電池であって、前記導電性基板の表面に前記凸状部を除いて絶縁膜が形成され、前記外側電極は前記第２導電型半導体層から前記導電性基板の表面の前記絶縁膜にわたって付着された透明導電膜であることを特徴とする。
かかる構成によれば、球体の外表面からシート状の導電性基板上の前記絶縁膜全体にかけて形成された透明導電膜により、球体に投射される光線は透明導電膜を通して支障なく球体内部へ取り込むことができる。特に、球体および前記絶縁膜を含むシート状導電性基板の上面全体を透明導電膜で覆うことにより製造が容易となって、安価で信頼性の高い太陽電池が提供できる。さらに、この透明導電膜の外側に反射防止膜を形成すれば、太陽電池の性能を一層向上させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る太陽電池および太陽電池の製造方法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。
【００１５】
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、シート状の導電性基板１７上に、太陽電池のセルとなる球体セル１０が敷き詰められている。
また、図２にその一部の断面概要図を示すように、球体セル１０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、導電性基板１７に圧着され、内部のｐ型半導体層１１と導電性基板１７とが電気的に接続されている。これにより、導電性基板１７は、太陽電池の内側電極となっている。
また、球体セル１０の外側に設けられた透明導電膜１６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、導電性基板１７と球体セル１０とが絶縁性樹脂部材１４によって接着され、固定されている。
さらに、球体セル１０の周囲にある絶縁性樹脂部材１４と球体セル１０の間の導電性基板１７上に貼られたポリイミドテープなどからなる絶縁膜１５とにより、内側電極である導電性基板１７と、外側電極である透明導電膜１６とは電気的に絶縁されている。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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は導電性基板を加工する工程の概略断面図であり、図５は加工した球体セルを加工した導電性基板に搭載し、太陽電池を形成する工程の概略断面図である。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
次に、基板を加工する工程を図４を用いて説明する。
まず、図４の（ａ）に示すように、アルミニウムシート等からなる導電性基板１７を用意する。
【００２５】
次に、図４の（ｂ）に示すように、導電性基板１７の上に絶縁膜１５を形成する（例えば、ポリイミドテープを貼る）。絶縁膜１５は、図に示すように後の工程で貫通孔を設ける部分を予めパンチ等で孔をあけているが、孔をあけずに導電性基板１７上の全面を覆うように貼り付けても良い。
【００２６】
次に、図４の（ｃ）に示すように、導電性基板１７に対し、パンチ等を用いて、スパイク状の突起部１７ｂを有する貫通孔１７ａを形成する。
【００２７】
次に、図４の（ｄ）に示すように、スパイク状の突起部１７ｂ上に絶縁性樹脂部材１４（例えば、エポキシ樹脂）を適量塗布する。
【００２８】
また、上記図４の（ｃ）の工程において、必ずしも貫通孔１７ａが開かなくても良く、この場合は突起部１７ｃはスパイク状ではなく、図４の（ｅ）に示すような凸状になっても良い。そして、次にこの凸状の突起部１７ｃ上に絶縁性樹脂部材１４（例えば、エポキシ樹脂）を適量塗布し（図４の（ｆ））、貫通孔１７ａがある場合と同様に、以降の工程により製造できるものである。
【００２９】
次に、加工した球体セルを加工した導電性基板に搭載する工程を図５を用いて説明する。
まず、図５の（ａ）に示すように、前記のように加工した導電性基板（図４の（ｄ））の上に、前記のように加工した球体セル（図３の（ｃ））を露出したｐ型半導体層１１が絶縁性樹脂部材１４に接し、球体セル１０の中心が貫通孔中心に合致するように位置合わせをして載置する。
【００３０】
次に、図５の（ａ）の状態で１５０℃に加熱し、プレス装置等を用いて約１時間上部より加圧し、図５の（ｂ）の状態とする。そして、加圧した状態のまま、絶縁性樹脂部材１４の硬化を行う。このとき、焼結（シンタリング）の工程を併用して行うことも可能である。
【００３１】
次に、加圧を解除し、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。また、球体セル１０の表面の自然酸化膜を除去するため、後に透明導電膜１６を堆積させるための表面を洗浄する。そして、透明導電膜１６（例えば、ＩＴＯ）をスパッタリング法等を用いて堆積する。好ましくはこのとき、透明導電膜１６と導電性基板１７とが接触しないように、シート状の導電性基板１７の端部などの露出部分を必要に応じてマスキングして堆積させるようにする。このようにして、図５の（ｃ）に示す状態となる。
【００３２】
なおさらに、透明導電膜１６の外側にスパッタリング法等を用いて、反射防止膜を形成しても良い。
また、上記絶縁膜１５および／または絶縁性樹脂部材１４は、透明な部材を用いることが好ましく、これにより太陽電池の受光量が増加し、変換効率の向上に寄与することができる。
【００３３】
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。
【００３４】
【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および太陽電池によれば、太陽電池の基板（導電性基板）と球体セルの接着部材である絶縁性樹脂部材が、外部電極と内部電極との絶縁分離のための絶縁層としても機能するため、球体セルの確実な高密度実装を実現でき、太陽電池の信頼性の向上をはかることができる。
また、球体セル内部の第１導電型半導体層と導電性基板との電気的な接続を、内側電極（導電性基板）と外側電極（透明導電膜）とを絶縁する絶縁層形成と同一の工程で行うことができるので、それぞれ別の工程で行っていた従来の技術と比べて工程数を減らすことができる。これにより、製造プロセスの簡略化が図ることができ、作業性が向上する。また、これによりコスト削減も可能となる。
また、内部の第１導電型半導体層と内側電極（導電性基板）とが導電性ペースト等を介さずに接合されるので、従来の技術では得られなかった接合部の低抵抗化および安定化が実現でき、高出力の太陽電池が製造できる。
また、球体セル部分を除いて全て薄い部材で形成可能であるため、加工性の自由度が高いシート状の太陽電池を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【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の製造方法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の製造方法の導電性基板を加工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製造方法の加工した球体セルを加工した導電性基板に搭載し、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】
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    絶縁性樹脂部材
１５    絶縁膜
１６    透明導電膜
１７    導電性基板
１７ａ  貫通孔
１７ｂ、１７ｃ  突起部
【図１】
0003995134.tif 000002
【図２】
0003995134.tif 000003
【図３】
0003995134.tif 000004
【図４】
0003995134.tif 000005
【図５】
0003995134.tif 000006
【図６】
0003995134.tif 000007