(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、第２導電型半導体層を形成してなる球体セルを用いた太陽電池の製造方法において、
シート状の基板の一部となる第１導電層の下部に弾性体を敷き、該第１導電層および弾性体に対し、前記第１導電層を貫通するが、前記弾性体は貫通しないように穴を形成する工程と、
前記穴に前記球体セルを載置し、加圧して基板の凹部を形成する工程と、
前記第１導電層から、前記弾性体を剥がす工程と、
前記第１導電層の受光面の裏側の前記球体セルの第１導電型半導体層を露出させる工程と、
露出させた前記第１導電型半導体層の箇所を除く、前記第１導電層および前記球体セルの受光面の裏側に、前記基板の絶縁層を形成する工程と、
前記第１導電層と電気的に短絡しないように、かつ、前記露出させた第１導電型半導体層と電気的に接続させるように、前記絶縁層の下部に前記基板の第２導電層を形成する工程と、を含むことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、前記穴を前記球体セルの直径の１／３〜２／３程度の大きさ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、
前記第１導電層の受光面の裏側の前記球体セルの第１導電型半導体層を露出させる工程は、
前記凹部周囲の前記第１導電層の先端部分の裏面側と、前記凹部突出した球体セルの周縁部分とを導電性部材を用いてシーリングし、前記第１導電層の受光面側をマスキングして、突出した前記球体セルの第２導電型半導体層をエッチング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、特に球体セル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。
【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、製造工程数が少なく、作業性が良く、また、信頼性が高く、さらに、光電変換の効率を大きく向上させることができる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】
上記問題点を解決するため、本発明の請求項１に係る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、第２導電型半導体層を形成してなる球体セルを用いた太陽電池の製造方法において、シート状の基板の一部となる第１導電層の下部に弾性体を敷き、該第１導電層および弾性体に対し、前記第１導電層を貫通するが、前記弾性体は貫通しないように穴を形成する工程と、前記穴に前記球体セルを載置し、加圧して基板の凹部を形成する工程と、前記第１導電層から、前記弾性体を剥がす工程と、前記第１導電層の受光面の裏側の前記球体セルの第１導電型半導体層を露出させる工程と、露出させた前記第１導電型半導体層の箇所を除く、前記第１導電層および前記球体セルの受光面の裏側に、前記基板の絶縁層を形成する工程と、前記第１導電層と電気的に短絡しないように、かつ、前記露出させた第１導電型半導体層と電気的に接続させるように、前記絶縁層の下部に前記基板の第２導電層を形成する工程と、を含むことを特徴とする。
かかる方法によれば、光を反射する鏡面である基板が、球体セルの形状に沿った形状に変形して凹部が形成されるので、この凹部が、球体セルへの効率的な集光構造となり、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、球体セル内側の第１導電型半導体層と内側電極の第２導電層、および、球体セル外側の第２導電型半導体層と外側電極の第１導電層が、それぞれに直接接合されるので、接合部の低抵抗化が実現できる。
【０００８】
本発明の請求項２に係る太陽電池の製造方法は、前記穴を前記球体セルの直径の１／３〜２／３程度の大きさに形成することを特徴とする。
かかる方法によれば、この穴に球体セルを載置し、加圧して基板の凹部を形成する工程において、球体セルが基板を貫通してしまうことを防ぐことができる。
【０００９】
本発明の請求項３に係る太陽電池の製造方法は、前記第１導電層の受光面の裏側の前記球体セルの第１導電型半導体層を露出させる工程は、前記凹部周囲の前記第１導電層の先端部分の裏面側と、前記凹部突出した球体セルの周縁部分とを導電性部材を用いてシーリングし、前記第１導電層の受光面側をマスキングして、突出した前記球体セルの第２導電型半導体層をエッチングすることを特徴とする。
かかる方法によれば、第２導電型半導体層をエッチングする際にエッチング剤が球体セルの周縁部分と第１導電層との隙間に浸入し、この隙間部分の第２導電型半導体層がエッチングされ、電気的に短絡してしまうのを防ぎ、導電性部材により、第１導電層と第２導電型半導体層との接触部分の抵抗を低くすることができる。
【００１０】
【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。
【００１２】
本発明の実施形態に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池は、図１に要部斜視図を示すように、第１導電層（金属シート）１３、絶縁層１４、第２導電層１５の三層構造からなるシート状の基板１７上に、内部がｐ型（第１導電型）半導体層１１、表面がｎ型（第２導電型）半導体層１２からなる球体セル１０を具備している。
【００１３】
この球体セル１０のｐ型半導体層１１と、第１導電層（金属シート）１３とが電気的に接続されており、また、球体セル１０のｎ型半導体層１２と、第２導電層１５とが電気的に接続されている。さらに、球体セル１０の周囲の基板１７が、球体セル１０の形状に沿って窪み、太陽電池の受光面となる第１導電層（金属シート）１３に反射した光を球体セル１０に対して集光するのに適した形状の凹部１６を有しているものである。
【００１４】
なお、図示しないが、第１導電層（金属シート）１３と（第１の）外部配線とが半田付けにより電気的に接続され、かつ、第２導電層１５と（第２の）外部配線とが半田付けにより電気的に接続されることにより、太陽電池の外部電極端子（プラス電極端子、マイナス電極端子）への配線が容易となる。
【００１５】
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とｐｎ接合を形成するｎ型半導体層１２を有する球体セル１０が、金属シート１３、絶縁層１４、第２導電層１５の三層構造からなるシート状の基板１７に圧着され、ｎ型半導体層１２と基板１７を構成する第１導電層（金属シート）１３とが電気的に接続されている。これにより、この第１導電層（金属シート）１３は、太陽電池の外側電極となっている。
また、第２導電層１５はｐ型半導体層１１と電気的に接続され、太陽電池の内側電極となっている。
【００１６】
次に、本発明の実施形態に係る太陽電池の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は本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池を製造する際の基板となる第１導電層（金属シート）と弾性体の要部斜視図である。
図４は本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法を説明する工程（ａ）〜（ｃ）の概略断面図であり、図５は工程（ｄ）〜（ｇ）の概略断面図である。
【００１９】
まず、図３の（ａ）に要部斜視図を、図４の（ａ）にそのＡ−Ａ線部分の断面を示すように、本実施の形態に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池の基板となる第１導電層（金属シート）１３（例えば、アルミシート）の下部に弾性体１８（例えば、エラストマ）を敷く。
【００２０】
次に、図３の（ｂ）に要部斜視図を、図４の（ｂ）にそのＡ−Ａ線部分の断面を示すように、この第１導電層（金属シート）１３および弾性体１８に対し、パンチ等を用いて、球体セル１０を配置させる位置に球体セル１０の直径の１／３〜２／３程度の穴１９を形成する。この穴１９は、第１導電層（金属シート）１３を貫通するが、弾性体１８は貫通しないように形成する。なおこのとき、穴１９の周囲の弾性体１８中にくい込むように、展延された第１導電層（金属シート）１３のバリが形成される。
【００２１】
以下、図４および図５の概略断面図で各工程を説明する。
次に、図４の（ｃ）に示すように、第１導電層（金属シート）１３及び弾性体１８に形成された穴１９に、球体セル１０を載置し、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。この加圧処理を施すことにより、第１導電層（金属シート）１３の展延性によって、球体セル１０は第１導電層（金属シート）１３に密着固定される。
その際に、弾性体１８の適度の弾力性により、球体セル１０が第１導電層（金属シート）１３を貫通してしまうことを防ぐことができるとともに、展延した第１導電層（金属シート）１３と球体セル１０を密着させることができる。また、このとき球体セル１０周囲の部分の第１導電層（金属シート）１３が球体セル１０の形状に沿ってさらに窪んで、第１導電層（金属シート）１３に反射した光を球体セル１０に対し集光するのに適した形状の凹部１６となる。
【００２２】
次に、図５の（ｄ）に示すように、球体セル１０が埋め込まれた第１導電層（金属シート）１３から、弾性体１８を剥がす。この剥がす方法としては、例えば、まず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するなどの方法を用いる。
この後に、焼結（シンタリング）処理を施しても良い。この焼結（シンタリング）処理の加熱温度は３００℃〜６００℃、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。
【００２３】
そして、図５の（ｄ）に示した凹部１６周囲の第１導電層（金属シート）１３の先端部分の裏面側と、凹部１６から突出した球体セル１０の周縁部分とを導電性部材（導電ペースト等）を用いて、次工程でのエッチング剤が漏れないようにシーリングする。
【００２４】
次に、第１導電層（金属シート）１３の受光面側をマスキングして、エッチング剤を用いて突出した球体セル１０のｎ型半導体層１２をエッチングして、内部のｐ型半導体層１１を露出させ、図５の（ｅ）に示す状態となる。
【００２５】
次に、上記のように露出させたｐ型半導体層１１の箇所を除く、第１導電層（金属シート）１３および球体セル１０の下部に、例えば、エポキシ樹脂等の絶縁材を塗布することにより絶縁層１４を形成し、図５の（ｆ）に示す状態となる。
【００２６】
次に、まず前処理として希フッ酸等を用いて酸化膜除去を行い、その後、第１導電層（金属シート）１３と電気的に短絡しないように、かつ、露出させたｐ型半導体層１１と電気的に短絡しないように、絶縁層１４の下部に、第２導電層１５を設け、図５の（ｇ）に示す状態となる。具体的には、半田濡れ性の良好なAl、Cu、Ni、Sn、Ag、Au、Pt等の金属膜をスパッタ法などによって成膜するか、あるいは、金属シートを貼り付けることにより、第２導電層１５を設けることができる。
なお、前記Ag、Au、Pt等の貴金属は低抵抗であるため、太陽電池の特性をよりさらに良くすることができる。
また、Al（アルミニウム）を用いた場合には、加熱処理またはシンタリング（焼結）を施すことにより、ｐ型半導体層１１と第２導電層（アルミニウム）１５の間に、ｐ＋拡散層領域が形成される。このｐ＋拡散層領域は、ｐ型半導体層１１内に光発生した電子が第２導電層（アルミニウム）１５側に流れるのを防ぐ障壁（内部電界）となり、背面電界（ＢＳＦ：Back Surface Field）効果が生じるため、電子がｎ型半導体層１２に移動することにより、太陽電池の起電力を高くできる。
【００２７】
なお、この背面電界（ＢＳＦ：Back Surface Field）効果とは、半導体層と金属電極との接触面（背面）での再結合を防止するために、光発生した小数キャリアが金属との接触面に流れないような障壁（内部電界）を形成したｎｐｐ＋構造の背面電界型素子において、ｐ＋はｐ型を作る不純物が多くなっている層で、フェルミレベルはｐ層よりも価電子帯に近い位置にあるので、ｐとｐ＋層の境界には（電位差に相当する）が生じ、ｐ層で光によって発生した電子が、金属との境界方向に流れるのを妨げる効果である。
【００２８】
以上、詳記したようにして、本実施の形態に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池（図１参照）が形成される。
なお、図示しないが、本実施の形態に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池は、第１導電層（金属シート）１３と（第１の）外部配線とをフッ酸、硝酸などの酸を用いて酸洗処理を行った後、半田付けにより電気的に接続し、第２導電層１５と（第２の）外部配線とも半田付けにより電気的に接続するなどして、太陽電池の外部電極端子（プラス電極端子、マイナス電極端子）への配線を容易に行うことができるものである。
【００２９】
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。
【００３０】
【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って製造される太陽電池によれば、
光を反射する鏡面である基板の第１導電層（金属シート）が、球体セルの形状に沿った形状に変形して凹部が形成されるので、この凹部が、球体セルへの効率的な集光構造となり、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、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。
また、第２導電層にアルミニウムを用いた場合には、加熱処理またはシンタリング（焼結）を施すことにより、ｐ型半導体層と第２導電層（アルミニウム）の間に、ｐ＋拡散層領域が形成され、背面電界（ＢＳＦ：Back Surface Field）効果が生じ、電子がｎ型半導体層に移動することにより、太陽電池の起電力を高くできる。
【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製造方法によって製造され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の製造方法によって製造される太陽電池を説明する断面概要図である。
【図３】  本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法によって製造される太陽電池を製造する際の基板となる第１導電層（金属シート）と弾性体の要部斜視図である。
【図４】  本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法を説明する工程（ａ）〜（ｃ）の概略断面図である。
【図５】  本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法を説明する工程（ｄ）〜（ｇ）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    ｐ型（第１導電型）半導体層
１２    ｎ型（第２導電型）半導体層
１３    第１導電層（金属シート）
１４    絶縁層
１５    第２導電層
１６    凹部
１７    基板
１８    弾性体
１９    穴
【図１】
0003964123.tif 000002
【図２】
0003964123.tif 000003
【図３】
0003964123.tif 000004
【図４】
0003964123.tif 000005
【図５】
0003964123.tif 000006
【図６】
0003964123.tif 000007