(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、加熱した金属板の表面に、熱可塑性樹脂を塗布する工程と、前記球体セルを、前記熱可塑性樹脂の表面から半分程度露出するように、埋め込み、前記熱可塑性樹脂を固体化する工程と、前記熱可塑性樹脂で被覆されていない前記球体セルの表面の前記第２導電型半導体層を除去する工程と、前記第２導電型半導体層を除去した前記球体セルの表面に露出した第１導電型半導体層に接触するように、第１の導電性部材を塗布する工程と、前記球体セルを金属シートに載置して加圧する工程と、前記熱可塑性樹脂を除去する工程と、前記金属板を取り外し、前記金属シート上と前記球体セルとの下部を覆うように絶縁性樹脂を塗布した後、該絶縁性樹脂を硬化させる工程と、前記球体セルおよび前記絶縁性樹脂を覆うように、透明導電膜を形成する工程と、第２の導電性部材を、球体セルの側面上の前記透明導電膜に接するように塗布する工程と、前記金属シートと前記第１導電型半導体層との電気的な接続をとる工程と、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、前記球体セルを配列させるための保持部材を用いて、前記球体セル同士の間隔を空けて配列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２に記載の太陽電池の製造方法において、前記球体セルを縦横に格子状に配列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１〜３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法において、前記透明導電膜よりも低い抵抗値の前記第２の導電性部材を、前記球体セルの側面上の透明導電膜に接するように塗布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５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２０１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２０１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２０１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。
【０００６】
また、ｐ型内部２１１の電極は第２アルミ箔２１９、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。
【０００７】
さらに、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
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ものであった。
【０００８】
本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであり、低コストかつ簡単で受光効率の優れた太陽電池の製造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【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、加熱した金属板の表面に、熱可塑性樹脂を塗布する工程と、前記球体セルを、前記熱可塑性樹脂の表面から半分程度露出するように、埋め込み、前記熱可塑性樹脂を固体化する工程と、前記熱可塑性樹脂で被覆されていない前記球体セルの表面の前記第２導電型半導体層を除去する工程と、前記第２導電型半導体層を除去した前記球体セルの表面に露出した第１導電型半導体層に接触するように、第１の導電性部材を塗布する工程と、前記球体セルを金属シートに載置して加圧する工程と、前記熱可塑性樹脂を除去する工程と、前記金属板を取り外し、前記金属シート上と前記球体セルとの下部を覆うように絶縁性樹脂を塗布した後、該絶縁性樹脂を硬化させる工程と、前記球体セルおよび前記絶縁性樹脂を覆うように、透明導電膜を形成する工程と、第２の導電性部材を、球体セルの側面上の前記透明導電膜に接するように塗布する工程と、前記金属シートと前記第１導電型半導体層との電気的な接続をとる工程と、を含むことを特徴とする。
かかる方法によれば、ｐｎ接合領域が球体であるため、ｐｎ接合領域の面積が大きく光の変換効率が高い太陽電池を製造できる。
また、球体セル表面を覆う導電膜が透明であるため、太陽光を受ける面積が大きく、かつ、球体セルの下に敷いた金属シートから反射した太陽光を取り込むことができるため、太陽光の受光効率が良い。
さらに、製造工程が簡単で、信頼性の高い太陽電池を製造できる。
【００１０】
本発明の第２は、請求項１に記載の太陽電池の製造方法において、前記球体セルを配列させるための保持部材を用いて、前記球体セル同士の間隔を空けて配列することを特徴とする。
かかる方法によれば、保持部材の形状に合わせて、球体セルの配列の形状・間隔を設定できるので、太陽電池に適した球体セルの配列が容易に実現できる。
【００１１】
本発明の第３は、請求項２に記載の太陽電池の製造方法において、前記球体セルが縦横に格子状に配列することを特徴とする。
かかる方法によれば、第２の導電性部材による配線がし易い形状であり、受光効率の良い球体セルの配列をとることができる。
【００１２】
本発明の第４は、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池の製造方法において、前記透明導電膜よりも低い抵抗値の前記第２の導電性部材を、前記球体セルの側面上の透明導電膜に接するように塗布することを特徴とする。
かかる方法によれば、電極までの配線抵抗を低くできる。
【００１３】
第１の参考例である太陽電池は、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を具備し、前記球体セルの一部の第１導電型半導体層が露出し、該第１導電型半導体層が第１の導電性部材を介して金属シートに電気的に接続するように、該金属シート上に前記球体セルが載置され、前記球体セルの表面は、絶縁性樹脂によって前記金属シートと電気的に絶縁された透明導電膜によって覆われ、該透明導電膜と第２導電型半導体層とが電気的に接続され、第２の導電性部材が、前記球体セルの側面上の前記透明導電膜に接するように接続されてな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発生せず、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。
【００１４】
また、第２の参考例は上記第１の参考例の太陽電池において、前記球体セルが縦横に格子状に配列されてなることを特徴とする。かかる構成によれば、受光効率の良い球体セルの配列をとることができる。
【００１５】
また、第３の参考例は上記第１又は第２の参考例の太陽電池において、前記第２の導電性部材の配線パターンに設けられたパッド部に接続されたボンディングワイヤーにより、太陽電池の一方の電極に接続され、前記透明導電膜の外周には、前記絶縁性樹脂が配置され、該絶縁性樹脂の外周には、前記金属シートが配置され、該金属シートは、ボンディングワイヤーにより、太陽電池の他方の電極に接続されてなることを特徴とする。かかる構成によれば、ボンディングワイヤーによる接続が容易にでき、電極を容易に形成可能な太陽電池を実現できる。
【００１６】
【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。
【００１７】
図１は、本発明の実施の形態に係る太陽電池の（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ線の断面概要図である。
本発明の実施形態に係る太陽電池１は、図１の（ａ）に示すように、透明導電膜２２に覆われた球体セル１０が縦横に格子状に配列され、これらの球体セル１０の側面上の透明導電膜２２に接するように第２の導電性部材２３が接続され、この第２の導電性部材２３の配線パターンに設けられたパッド部２３ａに接続されたボンディングワイヤー２４により、太陽電池１のマイナス電極２５に接続されている。また、透明導電膜２２の外周には、絶縁性樹脂２１が配置され、さらに、この絶縁性樹脂２１の外周には、金属シート１７が配置されており、この金属シート１７は、ボンディングワイヤー２６により、太陽電池１のプラス電極２７に接続されている。
【００１８】
なお、上記の球体セル１０の配列方法は、縦横に格子状に配列しているものであるが、千鳥状の配列方法などの配列方法などでもよく、第２の導電性部材２３による配線パターンが設けられるように球体セル１０同士が間隔を空けて配置されていれば任意の形状に配列してもよい。
【００１９】
さらに詳しく太陽電池の断面構造を説明する。図１の（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ線の断面図である。
この図１の（ｂ）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は、その一部のｐ型半導体層１１が露出している。そして、この露出したｐ型半導体層１１のみが接する（ｎ型半導体層１１は接しない）ように、金属シート１７上に載置されている。さらに、球体セル１０は、絶縁性樹脂２１によって金属シート１７と電気的に絶縁された透明導電膜２２によって覆われ、この透明導電膜２２とｎ型半導体層１２とが電気的に接続されるように構成されている。
【００２０】
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。
図２は、球体セル１０の構造を模式的に示した断面図であり、ｐ型半導体層１１を有する球体基板の表面にｎ型半導体層１２が形成されている。
以下、本実施の形態で用いるこの球体セル１０の形成方法の一例について説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
次に、上述の球体セル１０を用いた太陽電池の製造方法の一例を、図３，図４を用いて説明する。
【００２４】
図３は、工程（ａ）〜（ｆ）を説明する概略断面図である。
図４は、工程（ｇ）〜（ｋ）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、３０秒〜１２０秒間、６０℃〜１００℃に加熱した金属板１３（例えば、アルミニウム、銅、ＳＵＳ等）の表面に、熱可塑性樹脂１４（例えば、ワックス等）を塗布し、なじませる。
【００２５】
次に、図３の（ｂ）に示すように、球体セル１０を配列させるための保持部材１５（例えば、ホルダー等）を用いて間隔を空けて配列された球体セル１０を、熱可塑性樹脂１４の表面から半分程度露出するように、埋め込む。そして、球体セル１０が熱可塑性樹脂１４になじむまで放置し、なじんだ時点で、金属板１３を強制的に急冷させて常温に戻し、熱可塑性樹脂１４を固体化する。
【００２６】
次に、図３の（ｃ）に示すように、熱可塑性樹脂１４で被覆されていない球体セル１０の表面を、例えばフッ硝酢酸等のエッチング剤を用いてエッチング処理を施すことにより、この部分のｎ型半導体層１２を除去する。
【００２７】
次に、図３の（ｄ）に示すように、エッチング処理を施された球体セル１０の表面に露出したｐ型半導体層１１に接触するように、例えば、銀、銅、アルミニウム等からなる導電性ペースト１６（第１の導電性部材）を塗布する。
【００２８】
次に、図３の（ｅ）に示すように、全体を逆さまにして、金属シート（例えば、アルミシート等）１７の上に載置して押しつける。
【００２９】
次に、図３の（ｆ）に示すように、バイス（万力）１８等を用いて、矢印で示すように上下から圧力を加えて、球体セル１０を金属シート１７にめり込むように押しつけた後、バイス（万力）１８で押しつけた状態のまま、電離炉（図示せず）に入れ、導電性ペースト１６を硬化（キュア）させる。この硬化（キュア）処理の温度は１００℃〜３００℃、時間は１時間〜３時間にて行うことが好ましい。
【００３０】
次に、図４の（ｇ）に示すように、例えば、５０℃〜８０℃に加熱した有機溶剤１９（例えば、アセトン、エタノール等）の入った容器２０に浸して、熱可塑性樹脂１４を除去する。なお、図示しないが上記の加熱した有機溶剤１９をシャワーのように噴射させるシャワー方式を用いて、熱可塑性樹脂１４を除去してもいよい。
【００３１】
次に、容器２０から取り出し、金属板１３を取り外す。そして、図４の（ｈ）に示すように、ｐ型半導体層１１と、ｎ型半導体層１２との間の電気的短絡を防ぐため、絶縁性樹脂２１（例えば、エポキシレジン等）を金属シート１７上と、球体セル１０の下部を覆うように塗布した後、硬化（キュア）させる。この硬化（キュア）処理の温度は１００℃〜３００℃、時間は１時間〜３時間にて行うことが好ましい。
なお、図３の（ｆ）の工程において、球体セル１０を金属シート１７にめり込むように押しつけたことにより、金属シートの裏面に突出するようにバリ１７ａができている。
【００３２】
次に、図４の（ｉ）に示すように、球体セル１０および絶縁性樹脂２１を覆うように、透明導電膜２２（例えば、ＩＴＯ等）を形成する。
【００３３】
次に、図４の（ｊ）に示すように、透明導電膜２２よりも低い抵抗値の（例えば、銀、銅、アルミニウム等からなる）導電性ペースト２３（第２の導電性部材）を、球体セル１０の側面上の透明導電膜２２に接するように塗布する。この導電性ペースト２３は、太陽電池１の外部電極に接続する配線となる（図１の（ａ）参照）。
【００３４】
最後に、金属シート１７裏面に突出したバリ１７ａを押し込むことにより、図４の（ｋ）に示す状態となる。このようにして、球体セル１０のｐ型半導体層１１の露出部分に押し込んだバリ１７ａが、くい込むように接触し、金属シート１７とｐ型半導体層１１との確実な電気的な接続が実現できる。
このようにして、本実施の形態に係る太陽電池（図１参照）が形成される。
【００３５】
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。
【００３６】
【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、ｐｎ接合領域の面積が大きく光の変換効率が高い太陽電池を製造できる。また、球体セル表面を覆う導電膜が透明であるため、太陽光を受ける面積が大きく、かつ、球体セルの下に敷いた金属シートから反射した太陽光を取り込むことができるため、太陽光の受光効率が良い。また、球体セルの配列の形状・間隔を自由に設定でき、太陽電池に適した球体セルの配列が容易に実現できる。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】本発明の実施の形態に係る太陽電池の（ａ）平面図、（ｂ）Ａ−Ａ線の断面概要図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る太陽電池に用いる球体セルの構造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おける工程（ａ）〜（ｆ）の概略断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る太陽電池の製造方法における工程（ｇ）〜（ｋ）の概略断面図である。
【図５】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    金属板
１４    熱可塑性樹脂
１５    保持部材
１６    導電性ペースト（第１の導電性部材）
１７    金属シート
１７ａ  （金属シートの）バリ
１８    バイス（万力）
１９    有機溶剤
２０    容器
２１    絶縁性樹脂
２２    透明導電膜
２３    導電性ペースト（第２の導電性部材）
２３ａ  パッド
２４，２６  ボンディングワイヤー
２５    マイナス電極
２７    プラス電極
【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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