(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、
平坦な透明部材の上に透明導電層を形成して上下面平坦な透明基板を形成する工程と、
前記透明基板の上に、前記球体セルを載置、圧接させた状態で該透明基板と該球体セルとを透明導電接着層で接着させる工程と、
電気的絶縁性を持つ透明樹脂を溶融させ、球体セルの一部が液面から露出するまで流し込み、硬化させ、透明絶縁層を形成する工程と、
前記透明絶縁層から露出した前記球体セルの第２導電型半導体層のみをエッチングし、内部の前記第１導電型半導体層を露出させる工程と、
前記透明絶縁層および前記球体セルの上に、該球体セルの露出した前記第１導電型半導体層の中央の一部が露出したまま残るように、絶縁部材を塗布することにより、絶縁層を形成する工程と、
前記透明絶縁層上の前記第１導電型半導体層の露出した側の表面に、透明な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】
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、
平坦な透明部材の上に透明導電層を形成して上下面平坦な透明基板を形成する工程と、
前記透明基板の上に、前記球体セルを載置、圧接させた状態で該透明基板と該球体セルとを透明導電接着層で接着させる工程と、
電気的絶縁性を持つ透明樹脂を溶融させ、前記球体セルの全部分が埋まるように流し込み、硬化させ、透明絶縁層を形成する工程と、
前記透明絶縁層から球体セル内部の第１導電型半導体層が露出するように、前記透明絶縁層および球体セルの表面を研削し除去する工程と、
前記第１導電型半導体層のみに連通する貫通孔を有する絶縁部材を、前記透明絶縁層および前記球体セルの表面に貼り付け、孔付き絶縁層とする工程と、
前記絶縁部材の表面を透明導電部材で覆い、かつ、前記貫通孔に前記透明導電部材を充填させ、透明な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３】
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、下層から順に平坦な下側透明導電層、絶縁層、透明絶縁層、平坦な上側透明導電層、平坦な透明部材が積層された上下面平坦な基板に埋め込むように形成され、前記第２導電型半導体層が部分的に切除されて前記球体セルの前記第１導電型半導体層が前記基板の平坦な前記下側透明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、前記球体セルの前記第２導電型半導体層が前記基板の平坦な前記上側透明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、前記絶縁層および前記透明絶縁層によって、前記下側透明導電層と前記上側透明導電層とが電気的に絶縁されてなることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】
前記絶縁層には前記球体セルの第１導電型半導体層にのみ連通する貫通孔が形成され、前記下側透明導電層は前記貫通孔を埋めつくすように前記絶縁層の外面に積層されて外面が平坦な内側電極となっていることを特徴とする請求項３に記載した太陽電池。
【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、アルミ箔２１９にパンチ等により打ち抜いて開口を形成し、半導体粒子２０７をこのアルミ箔２１９の開口に埋め込んでいた。このため、半導体粒子２０７をアルミ箔２１９の開口に対して正確な位置合わせをしてから埋め込まなければならなかった。また、埋め込み時に開口のエッジと球体セル間に隙間ができてしまうのを防ぐため、球体である半導体粒子２０７が球形状や直径が一定の真球であることが要求されていた。
よって、上記のような従来の太陽電池の製造方法および太陽電池では製造方法が困難であり、製造コストも高くなってしまうという問題点があった。
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、太陽電池の球体セルが正確な位置合わせや均一な真球でなくても製造できる低コストかつ簡単な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、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、平坦な透明部材の上に透明導電層を形成して上下面平坦な透明基板を形成する工程と、前記透明基板の上に、前記球体セルを載置、圧接させた状態で該透明基板と該球体セルとを透明導電接着層で接着させる工程と、電気的絶縁性を持つ透明樹脂を溶融させ、球体セルの一部が液面から露出するまで流し込み、硬化させ、透明絶縁層を形成する工程と、前記透明絶縁層から露出した前記球体セルの第２導電型半導体層のみをエッチングし、内部の前記第１導電型半導体層を露出させる工程と、前記透明絶縁層および前記球体セルの上に、該球体セルの露出した前記第１導電型半導体層の中央の一部が露出したまま残るように、絶縁部材を塗布することにより、絶縁層を形成する工程と、前記透明絶縁層上の前記第１導電型半導体層の露出した側の表面に、透明な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、球体セルの正確な位置決めを必要とせず、球体セルの球形状や直径が一定の真球でなくてもよく、形状や直径にばらつきがあっても製造可能である。また、凝集型の配列方法、格子状の配列方法、千鳥状の配列方法、などの配列方法により任意の形状に配列させることができる。また、導電層をアルミ薄膜で形成することができるため（アルミ薄膜は反射効率が良いため）、反射した太陽光を球体セルに取り込むことができる。
また、外側電極となる透明基板およびその外層の平坦な透明部材、並びに内側電極となる透明導電層が透明であるため、表裏の両面とも受光面となる太陽電池を製造することができる。
【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、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、平坦な透明部材の上に透明導電層を形成して上下面平坦な透明基板を形成する工程と、前記透明基板の上に、前記球体セルを載置、圧接させた状態で該透明基板と該球体セルとを透明導電接着層で接着させる工程と、電気的絶縁性を持つ透明樹脂を溶融させ、前記球体セルの全部分が埋まるように流し込み、硬化させ、透明絶縁層を形成する工程と、前記透明絶縁層から球体セル内部の第１導電型半導体層が露出するように、前記透明絶縁層および球体セルの表面を研削し除去する工程と、前記第１導電型半導体層のみに連通する貫通孔を有する絶縁部材を、前記透明絶縁層および前記球体セルの表面に貼り付け、孔付き絶縁層とする工程と、前記絶縁部材の表面を透明導電部材で覆い、かつ、前記貫通孔に前記透明導電部材を充填させ、透明な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、球体セルの正確な位置決めを必要とせず、球体セルの球形状や直径が一定の真球でなくてもよく、形状や直径にばらつきがあっても製造可能である。また、凝集型の配列方法、格子状の配列方法、千鳥状の配列方法、などの配列方法により任意の形状に配列させることができる。また、導電層をアルミ薄膜で形成することができるため（アルミ薄膜は反射効率が良いため）、反射した太陽光を球体セルに取り込むことができる。
さらに、絶縁層を形成する工程は、貫通孔のある絶縁部材を貼り付けることだけであるので、絶縁樹脂の溶融・硬化処理などの工程が必要とせず、製造が容易にできる。
また、外側電極となる透明基板およびその外層の平坦な透明部材、並びに内側電極となる透明導電層が透明であるため、表裏の両面とも受光面となる太陽電池を製造することができる。
【０００９】
本発明の第３の太陽電池は、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、下層から順に平坦な下側透明導電層、絶縁層、透明絶縁層、平坦な上側透明導電層、平坦な透明部材が積層された上下面平坦な基板に埋め込むように形成され、前記第２導電型半導体層が部分的に切除されて前記球体セルの前記第１導電型半導体層が前記基板の平坦な前記下側透明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、前記球体セルの前記第２導電型半導体層が前記基板の平坦な前記上側透明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、前記絶縁層および前記透明絶縁層によって、前記下側透明導電層と前記上側透明導電層とが電気的に絶縁されてなることを特徴とする。
【００１０】
かかる構成によれば、製造が容易で単純な構造であり、内側電極と外側電極の短絡が基本的に発生せず、また、表裏の両面とも受光面となるように、これらの内側、外側電極がともに透明であり、かつ受光面に設けられた透明な絶縁層により受光効率の優れた太陽電池を実現できる。
【００１１】
本発明の第４の太陽電池は、請求項３に記載の太陽電池において、前記絶縁層には前記球体セルの第１導電型半導体層にのみ連通する貫通孔が形成され、前記下側透明導電層は前記貫通孔を埋めつくすように前記絶縁層の外面に積層されて外面が平坦な内側電極となっていることを特徴とする。
かかる構成によれば、製造が容易で単純な構造であり、内側電極と外側電極の短絡が基本的に発生せず、また、表裏の両面とも受光面となるように、これらの内側、外側電極がともに透明であり、かつ受光面に設けられた透明な絶縁層により受光効率の優れた太陽電池を実現できる。
【００１２】
【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。
【００１３】
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、この図１に示すように、下から導電層１７（例えば、アルミ薄膜、ＩＴＯ等で形成される）、絶縁層１６（例えば、エポキシ樹脂等で形成される）、透明絶縁層１５、透明導電層１３（例えば、ＩＴＯ等で形成される）、透明部材１４を積層構成された太陽電池基板２０内に、太陽電池のセルとなる球体セル１０を埋め込むように形成されている。
【００１４】
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、前述のように、下層から順に平坦な導電層１７、絶縁層１６、透明絶縁層１５、平坦な透明導電層１３、平坦な透明部材１４を積層構成された上下面平坦な太陽電池基板２０内に埋め込むように形成されている。
【００１５】
上記構成において、導電層１７とｐ型半導体層１１が電気的に接続されるように構成されている。これにより、導電層１７は太陽電池の内側電極となっている。また、透明導電層１３はｎ型半導体層１２と電気的に接続されるように構成されている。これにより、透明導電層１３は太陽電池の外側電極となっている。
【００１６】
さらに、透明絶縁層１５および絶縁層１６により導電層１７（太陽電池の内側電極）と透明導電層１３（太陽電池の外側電極）とが電気的に絶縁されているものである。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
次に、上述の球体セル１０を用いた太陽電池の製造方法として、第１の製造方法と第２の製造方法の二例を挙げ、図３〜図６を用いて説明する。
【００２０】
（第１の製造方法）
図３は、第１の製造方法における工程（ａ）〜（ｄ）を説明する概略断面図である。
図４は、第１の製造方法における工程（ｅ）〜（ｇ）を説明する概略断面図である。
まず、図３の（ａ）に示すように、透明部材１４（例えば、ガラス等）の上に、透明導電層１３（例えば、ＩＴＯ等）が形成された透明基板２１を用意する。
【００２１】
次に、図３の（ｂ）に示すように、透明導電層１３上に、球体セル１０を載置し、プレス装置等で圧接させた状態で、例えば、ＩＴＯ等を流し込むことによって接着させる。このときの位置決めは特に必要とせず、また、その配列方法として、例えば、球体セル１０同士を隙間無く接触するように配列させる凝集型の配列方法、一定の隙間を空ける格子状の配列方法、または千鳥状に配列させる配列方法、などの配列方法により任意の形状に配列させることが可能である。
【００２２】
次に、図３の（ｃ）に示すように、電気的絶縁性を持つ透明樹脂（例えば、ローダミンなどの増感材）を、球体セル１０の一部が液面から露出するまで流し込み、硬化させ、透明絶縁層１５を形成する。
【００２３】
次に、図３の（ｄ）に示すように、透明絶縁層１５から露出した球体セル１０のｎ型半導体層１２のみをエッチングし、内部のｐ型半導体層１１を露出させる。
【００２４】
次に、図４の（ｅ）に示すように、絶縁部材（例えば、エポキシ樹脂）を透明絶縁層１５および球体セル１０の上に塗布（コーティング）し、絶縁層１６を形成する。このとき、上記の図３の（ｄ）における工程で露出したｐ型半導体層１１の中央の一部が露出したまま残るように、塗布（コーティング）する。
【００２５】
次に、図４の（ｆ）に示すように、透明絶縁層１５上のｐ型半導体層１１の露出した側の表面（ｐ型半導体層１１および絶縁層１６の表面）を、導電金属膜でコーティングし（例えば、アルミニウム等をスパッタリングする）、これを導電層１７（太陽電池の内側電極）とする。
【００２６】
最後に、図４の（ｇ）に示すように、上下を逆転することにより（上面から太陽光が照射されるとして）、本実施の形態に係る太陽電池が形成される。
【００２７】
（第２の製造方法）
図５は、第２の製造方法における工程（ａ）〜（ｄ）を説明する概略断面図である。
図６は、第２の製造方法における工程（ｅ）〜（ｇ）を説明する概略断面図である。
まず、図５の（ａ）に示すように、平坦な透明部材１４（例えば、ガラス等）の上に、平坦な透明導電層１３（例えば、ＩＴＯ等）を形成した上下面平坦な透明基板２１を用意する。
【００２８】
次に、図５の（ｂ）に示すように、透明導電層１３上に、球体セル１０を載置し、プレス装置等で圧接させた状態で、例えば、ＩＴＯ等を流し込むことによって接着させる。このときの位置決めは特に必要とせず、また、その配列方法として、例えば、球体セル１０同士を隙間無く接触するように配列させる凝集型の配列方法、一定の隙間を空ける格子状の配列方法、または千鳥状に配列させる配列方法、などの配列方法により任意の形状に配列させることが可能である。
【００２９】
次に、図５の（ｃ）に示すように、電気的絶縁性を持つ透明絶縁層１５（例えば、ローダミンなどの増感材）を、球体セル１０の全部分が埋まるように流し込み、硬化させる。
【００３０】
次に、図５の（ｄ）に示すように、透明絶縁層１５から球体セル１０内部のｐ型半導体層１１が露出するように、透明絶縁層１５および球体セル１０の表面をグラインディング等により平坦に研削し除去する。
【００３１】
次に、図６の（ｅ）に示すように、表面に貫通孔Ｈがあるシート状の絶縁部材を、透明絶縁層１５および球体セル１０の表面に貼り付け、これを孔付き絶縁層１６とする。この貫通孔Ｈは、上記の研削により球体セル１０の表面に露出したｐ型半導体層１１のみに連通するように予め空けられている。
【００３２】
次に、図６の（ｆ）に示すように、孔付き絶縁層１６の表面が、導電部材で覆われ、かつ、貫通孔Ｈに充填するように、例えば、銀ペーストをスキージング（squeezing）処理を施した後、貫通孔に埋め込み、１５０℃〜２００℃に加熱して、約１時間キュア（硬化）処理を施す。これを導電層１７（太陽電池の内側電極）とする。ここで、導電層１７は、図示のように、外面が平坦面となっている。
【００３３】
最後に、図６の（ｇ）に示すように、上下を逆転することにより（上面から太陽光が照射されるとして）、本実施の形態に係る太陽電池が形成される。
【００３４】
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。
また、導電層１７（太陽電池の内側電極）は、ＩＴＯ等の透明な導電膜で形成することにより、太陽電池の表裏の両面とも受光面として使用することができる。
【００３５】
【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、球体セルの正確な位置決めを必要とせず、球体セルの球形状や直径が一定の真球でなくてもよく、形状や直径にばらつきがあっても製造可能である。
また、凝集型の配列方法、格子状の配列方法、千鳥状の配列方法、などの配列方法により任意の形状に配列させることができ、自由な設計が可能である。
また、導電層をアルミ薄膜で形成することができるため（アルミ薄膜は反射効率が良いため）、反射した太陽光を球体セルに取り込むことができ、太陽光の効率的な利用を図ることができる。
または、導電層を透明な導電膜で形成することもでき、この場合は、太陽電池の表裏の両面とも受光面として使用することができるので、さらに効率的な太陽光の利用を図ることができるものである。
または、絶縁層を貫通孔のある絶縁部材を貼り付けることによっても製造できるので、この場合は、絶縁樹脂の溶融・硬化処理などの工程が必要とせず、さらに製造が容易になる。
これらの効果により、低コストかつ簡単な太陽電池の製造方法で、受光効率の優れた太陽電池を提供することができるものである。
【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第１の製造方法における工程（ａ）〜（ｄ）の概略断面図である。
【図４】  本発明の実施形態に係る太陽電池の第１の製造方法における工程（ｅ）〜（ｇ）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第２の製造方法における工程（ａ）〜（ｄ）の概略断面図である。
【図６】  本発明の実施形態に係る太陽電池の第２の製造方法における工程（ｅ）〜（ｇ）の概略断面図である。
【図７】  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    透明導電層
１４    透明部材
１５    透明絶縁層
１６    絶縁層
１７    導電層
２０    太陽電池基板
２１    透明基板
【図１】
0004001260.tif 000002
【図２】
0004001260.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0004001260.tif 000007
【図７】
0004001260.tif 000008