光電変換装置およびその製造方法
【課題】支持体の各凹部内に球状光電変換素子を収容する方式の光電変換装置において、所定位置に素子を正確、かつ確実に固定するとともに、素子の半導体と導電体層間を低抵抗で電気的接続ができる製造法を提供する。
【解決手段】球状の第１半導体を被覆する第２半導体層の一部から露出させた面に電極を形成した素子を用いる。この素子を、導電性支持体の凹部の底にある孔の縁部に導電性接着剤を塗布し、電極が支持体の裏側に臨むように装着する。次に、支持体の裏面側に、電気絶縁層および導電性金属シートを接合し、電気絶縁層および金属シートに孔をあけて電極を露出させ、そこに導電性ペーストを充填する。こうして各素子の電極を並列に接続した光電変換装置を作成する。
【解決手段】球状の第１半導体を被覆する第２半導体層の一部から露出させた面に電極を形成した素子を用いる。この素子を、導電性支持体の凹部の底にある孔の縁部に導電性接着剤を塗布し、電極が支持体の裏側に臨むように装着する。次に、支持体の裏面側に、電気絶縁層および導電性金属シートを接合し、電気絶縁層および金属シートに孔をあけて電極を露出させ、そこに導電性ペーストを充填する。こうして各素子の電極を並列に接続した光電変換装置を作成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状の光電変換素子を実装した光電変換装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンなエネルギー源として光電変換装置が注目されている。代表的な光電変換装置は、結晶シリコン半導体ウエハからなる素子を用いたもの、およびアモルファスシリコンからなる半導体層を用いたものである。前者は、単結晶インゴットの製造および単結晶インゴットから半導体ウエハを製造するまでの工程が繁雑であり、しかも結晶の切削屑などにより高価なシリコン原料の利用率が低いので、コスト高となる。後者は、シリコンの未結合手に水素が結合しているアモルファス構造が、光照射によって水素が放たれて構造変化を起こしやすいため、光電変換効率が光照射により徐々に低下するという問題がある。
【０００３】
前記のような特性低下がなく、安価で、高出力が期待できる光電変換装置として、球状のｐ型半導体の表面にｎ型半導体層を形成した球状の光電変換素子を用いたものが検討されている。この光電変換装置は、直径１ｍｍ前後の小さな球状素子を用いることにより、光電変換部全体の平均厚みを薄くし、原料Ｓｉの使用量を軽減するものである。
この種の光電変換装置としては、多数の凹部を有する支持体の各凹部内に、直径１ｍｍ前後の球状の光電変換素子を取り付け、凹部内面を反射鏡として働かせるものが知られている（特許文献１および２など）。このような構成によれば、素子の材料、特に高価なＳｉの使用量を低減するとともに、反射鏡の作用により、素子に直接照射される光の４〜６倍の光を素子に照射できるので、光の有効利用ができるなどの利点を有する。
【０００４】
この種の光電変換装置の代表的な構造が特許文献２に示されている。光電変換素子は、球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、第２半導体層が第１半導体の一部を露出させる開口部を有している。この光電変換素子を個々に取り付ける複数の凹部を有する支持体は、前記凹部の底に光電変換素子を嵌合し、第１半導体の露出面を支持体の裏面側に臨ませる孔を有している。支持体は、前記凹部の内面を形成し、第２半導体層と電気的に接続される第２導電体層、およびその背面に設けた電気絶縁層からなる。支持体の孔をとおして第１半導体の露出部と接続される第１導電体層は支持体の背面に取り付けられる。
【０００５】
第１半導体および第２半導体層をそれぞれ第１導電体層および第２導電体層と低抵抗で接続するために、第１半導体および第２半導体層にはあらかじめ電極が形成されている。
このような構成によると、支持体に素子を配置する前に、高温の熱処理を要する電極形成を行い、素子を支持体に配置した後に、比較的に低温で電極と導電体層とを接続することができるという利点を有する。しかし、第２半導体層側の電極は、第２半導体層の開口部周辺の曲面上に正確に位置決めし、しかも微細な形状に形成しなければならず、量産には不向きである。
【０００６】
上記の支持体は、球状素子を収納する凹部を有する第２導電体層と、その裏面側に結合した樹脂製の電気絶縁体層とからなる二層構造になっている。この支持体を用いた場合には、あらかじめ第２半導体層側の電極が形成されていないと、第２半導体層と第２導電体層とを接続する工程での熱処理により、電気絶縁体層が軟化や変形などのダメージを受ける。
また、二層構造の支持体は、例えば、金属シートを加工して底部に孔を有する複数の凹部を形成した第２導電体層と、前記孔に対応した孔を有する電気絶縁性シートとを重ね合わせて、一体化して作製される。しかし、実際には、接着や熱圧着などにより両者を一体化する過程において、樹脂製の電気絶縁性シートが変形するため、孔のピッチや寸法、形状が変化して位置ずれが起こり易く、精度良く支持体を製作することは困難である。特許文献１の三層構造の支持体においても二層構造の支持体と同様の問題がある。
【特許文献１】特開２００２−１６４５５４号公報
【特許文献２】特開２００４−０６３５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、多数の凹部を設けた支持体の各凹部内に球状の光電変換素子を１個ずつ収容する方式の光電変換装置の上記問題点を解決するものである。
本発明は、支持体が工程中にダメージを受けることをなくすとともに、素子の第１半導体と第１導電体層とを低抵抗で容易に電気的に接続できる光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、組立が容易で量産に適した光電変換装置ユニット、およびこのユニットの複数を直列に電気接続した光電変換装置モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光電変換装置の製造方法は、
（１）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、前記第２半導体層が前記第１半導体の一部を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子を用意する工程、
（２）前記第１半導体の露出部に電極を形成する工程、
（３）前記光電変換素子を内部に配置するための隣接する複数の凹部を有し、前記凹部が底部に前記第２半導体層の開口部より大きいが前記光電変換素子より小さい孔を有する導電性の支持体を用意する工程、
（４）前記光電変換素子を、その第１半導体の露出部が前記孔から支持体の裏面側に臨むように、支持体の表面側から前記孔に嵌合して支持体に装着し、前記光電変換素子の第２半導体層を前記支持体に電気的に接続する工程、
（５）前記支持体の裏面側に、導電性金属シートおよび前記導電性金属シートと前記支持体とを隔離する電気絶縁層を接合する工程、
（６）前記支持体に接合された電気絶縁層および導電性金属シートに孔をあけて前記光電変換素子の電極を当該孔内に露出させる工程、および
（７）前記孔に導電性ペーストを充填して前記電極と前記導電性金属シートとを電気的に接続する工程
を有することを特徴とする。
【０００９】
前記工程（１）において用意される光電変換素子は、第２半導体層の外表面を被覆する反射防止膜をさらに有することが好ましい。
前記工程（４）が、複数の前記光電変換素子を前記支持体の孔に対応した保持部を有する光電変換素子担持体に、前記光電変換素子の第１半導体の露出部が所定方向を向くように姿勢を整えて配列する工程を含むことが好ましい。
前記工程（４）が、前記支持体における前記孔の縁部に、導電性接着剤を塗着する工程を含むことが好ましい。
【００１０】
前記工程（５）が、支持体の裏面側に、導電性金属シートの片面に電気絶縁層が接合して一体化された複合シートを、その電気絶縁層を支持体に向けて接合することからなることが好ましい。
前記工程（５）が、前記支持体の裏面側に、電気絶縁性の接着剤を塗布する工程、および前記複合シートをその電気絶縁層を前記支持体の前記接着剤層に向けて接合する工程からなることが好ましい。
【００１１】
本発明の光電変換装置は、
球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、第２半導体層が第１半導体の一部を露出させる開口部を有し、前記第１半導体の露出部に電極が形成されたほぼ球状の複数の光電変換素子、
前記光電変換素子を個々に取り付ける複数の凹部を有し、前記第２半導体層と電気的に接続される第２導電体層を兼ねる支持体であって、前記凹部が、前記第２半導体層の開口部より大きいが前記光電変換素子より小さい孔を底部に有する
支持体、ならびに
前記支持体の裏面側に電気絶縁層を介して接合された導電性金属シート
を備え、前記導電性金属シートは、電気絶縁層および導電性金属シートに設けられた孔に充填されている導電材により前記各電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明は、また、所定数の前記光電変換素子を支持した支持部と、その支持部を囲む鍔部とを有する光電変換装置ユニットの複数からなり、１つの光電変換装置ユニットの鍔部の前記支持体と、隣接する光電変換装置ユニットの鍔部の裏面に露出する前記導電性金属シートとが電気的に接続されている光電変換装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
この種の光電変換装置において、支持体は、第２半導体層と電気的に接続される第２導電体としての機能、支持体の表側に照射される光を素子に集光させる反射鏡としての機能、および素子を保持し、素子の第１半導体の電極と電気的に接続される第１導電体層を支持する機能を有する。したがって、支持体と第１導電体層との間には、両者を電気的に分離する電気絶縁層が設けられる。
本発明の製造方法においては、高温での熱処理を要する第１半導体の電極形成を素子の段階で行うととともに、第２半導体層と支持体との電気的な接続は、支持体が電気絶縁層を有しない段階で行う。したがって、支持体、およびこれに接合される電気絶縁層に、熱処理によるダメージを与えることがない。
【００１３】
本発明では、素子を固定した支持体の裏面に、導電性金属シートおよび前記導電性金属シートと前記支持体とを隔離する電気絶縁層を接合した後、前記導電性金属シートおよび電気絶縁層に孔を設けて電極を露出させ、そこに導電性ペーストを充填することにより、素子の第１半導体の電極と第１導電体との電気的な接続をする。この方法によれば、孔を設ける位置は、支持体の凹部の中央部に対応する位置としてあらかじめ定められている。したがって、電極と第１導電体層とを接続するための孔をあらかじめ設けた電気絶縁層を支持体に貼り合わせる場合のような、位置合わせの不整合は生じない。また、孔を設け、そこに、導電性ペーストを充填するという比較的簡易な方法により、第１半導体の電極と第１導電体層とを確実に電気的な接続を行える。
このように本発明によれば、組立が容易で量産に適した光電変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、従来技術、特に特許文献２による提案の利点を取り入れ、かつ問題点を解決する手法を見出すことにより完成したものである。本発明における球状素子は、第１半導体側にあらかじめ電極を形成することを不可欠とするが、第２半導体層側には、必ずしも電極形成を必要としない。球状素子にあらかじめ第１半導体側の電極を形成することにより、後の工程において、電気絶縁層および支持体（第１導電体層）などがダメージを受けるような高温に曝されることを回避できる。
【００１５】
第１半導体は、それ自体の不純物濃度が低く、高抵抗であるため、第１導電体層と低抵抗で電気的接続をするには、半導体層とＡｌなどの導電材が直接に接した状態で高温下の熱処理を行うか、導電性の優れた電極を介して接続することが要求される。第１半導体側の電極を形成するためには、例えば、ガラスフリットをバインダーとするガラスフリット型導電性ペーストを第１半導体の露出部に塗布し、これに５５０〜７５０℃、好ましくは６５０〜７５０℃で熱処理を施すことが望ましい。しかし、このような高温下では、樹脂製の電気絶縁層だけでなく、導電体層の一般的材料であるＡｌでも、変形・変質・破損などのダメージを受ける。この問題は、球状素子を支持体に位置決めする以前に第１半導体側電極を形成する本発明によって解決される。
【００１６】
本発明においては、あらかじめ第２半導体側の電極を形成することを必ずしも必要としない。その理由は、第２半導体層は、第１半導体と異なり、不純物が高濃度に拡散されているので、低抵抗であることに起因する。第２半導体層とＡｌなどからなる第２導電体層とは、例えば熱硬化性樹脂をバインダーとする樹脂型導電性ペーストを介し、１００〜２００℃程度の比較的低い温度で熱処理することにより、低抵抗で電気的に接続される。低融点ガラスフリットをバインダーとする低温ガラスフリット型導電性ペーストを用いても、５５０℃より低い温度下の熱処理で良好な電気的接続が得られ、導電体層にダメージを与えることもない。
【００１７】
従って、球状素子にあらかじめ第２半導体側の電極を形成しなくとも、例えば支持体の凹部の孔の縁部に導電性接着剤を塗布した後、支持体の前記孔に球状素子を装着し、比較的低温度で熱処理する手法により、第２半導体層を第２導電体層に電気的に接続し、同時に球状素子を支持体内の所定位置に固定することができる。
【００１８】
本発明における支持体は、少なくとも受光面側の表面が導電性を有し、第２導電体層として機能する。この支持体は電気絶縁層と分離したものであり、第２半導体層と第２導電体層とを接続する場合の熱処理によりダメージを受ける懸念がない。一方、従来の二層もしくは三層構造の支持体を用いた場合には、支持体の凹部に位置決めされた球状素子が、電気絶縁層の熱変形により位置ずれを起こし、内部短絡や電気的接続不良を引き起こすことになる。
【００１９】
本発明では、素子を固定した支持体の裏面に、導電性金属シートおよびこの導電性金属シートと支持体とを隔離する電気絶縁層を接合する。次に、前記導電性金属シートおよび電気絶縁層に孔を設けて電極を露出させ、そこに導電性ペーストを充填することにより、素子の第１半導体の電極と第１導電体との電気的な接続をする。これによって各素子の電極は並列に電気接続される。この方法によれば、孔を形成する位置は、支持体の凹部の中央部に対応する位置としてあらかじめ定められている。したがって、電極と第１導電体層とを接続するための孔をあらかじめ設けた電気絶縁層を支持体に貼り合わせる場合のような、位置合わせの不整合は生じない。そのため、従来の二層または三層構造の支持体を用いた場合に生じた、電気絶縁層の寸法精度の問題は解決される。
【００２０】
また、素子の第１半導体の電極と第１導電体層との電気的な接続、および各素子の電極相互の電気的な並列接続は、前記の孔が設けられた部分に導電性ペーストを充填するという比較的簡易な方法により実施することができる。さらに、第１導電体層および第２導電体層は、ともに金属シートなどにより作製される。したがって、多数の素子を固定した光電変換装置のユニット同士を直列または並列に接続する際には、導電体層同士をスポット溶接、超音波溶接またはレーザ溶接などにより、容易に接続することができる。
【００２１】
支持体の凹部に素子を装着し、素子の第２半導体層と支持体とを電気的に接続する好ましい実施の形態は、導電性接着剤を塗布した支持体の凹部に素子を装着するに際し、第１半導体側の電極またはその周辺部に、他の部位よりも強い磁性を付与し、この素子に所定方向から磁場を印加して素子の姿勢を整えることである。この方法により、多数の球状素子を所定の姿勢で配列させることができ、正確かつ迅速に球状素子を支持体の所定位置に装着することができる。
以下、本発明の光電変換装置の製造方法の各工程について詳細に説明する。
【００２２】
１）光電変換素子を用意する工程（１）
本工程では、球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、第２半導体層から第１半導体の一部を露出させたほぼ球状の光電変換素子を用意する。球状の第１半導体は、例えば、次のようにして作製する。
まず、極微量のホウ素を含むｐ型多結晶Ｓｉ塊を坩堝内に供給して不活性ガス雰囲気中で溶融させる。この融液を坩堝底部の微小なノズル孔から滴下させ、その液滴を自然落下中に冷却して固化させる。こうして多結晶または単結晶の球状のｐ型半導体を作製することができる。
【００２３】
上記のようにして作製した球状のｐ型半導体の表面を研磨し、さらにエッチングなどにより表面層の約５０μｍを除去した後、例えば、オキシ塩化リンを拡散源として８００〜９５０℃で１０〜３０分間熱処理する。これにより、ｐ型半導体の表面にリンを拡散させた、厚さ約０．５μｍ程度のｎ型半導体層を第２半導体層として形成する。ｎ型半導体層は、フォスフィンを含むシランなどの混合ガスを用いたＣＶＤ法によっても形成することができる。
【００２４】
第２半導体層を形成した後、第２半導体層上に反射防止膜を形成してもよい。この場合には、後の工程（４）において、第２半導体層と支持体（第２導電体層）とを反射防止膜を介して電気的に接続することになる。従って、本発明における反射防止膜は、導電性を有することが必要であり、例えば、溶液析出法、霧化法あるいはスプレー法などで形成したＺｎＯ、ＳｎＯ2およびＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3−Ｓｎ）などを主体とする薄膜を用いることができる。
【００２５】
上記のように球状の第１半導体の表面に第２半導体層を形成し、必要に応じて反射防止膜を形成した後、その一部を例えばグラインディングなどで研削して除去することにより、第２半導体層に開口部を形成し、第１半導体の一部を露出させる。この過程を図１（ａ）および（ｂ）に示す。第２半導体層２で被覆された球状の第１半導体１の一部が切除され、平滑な切断面の外周部に第２半導体層の開口部３が形成され、その内側に第１半導体層の円形の露出部４が形成される。
第２半導体層の表面に反射防止膜を形成した場合は、第２半導体層とともに反射防止膜の一部を除去することにより第１半導体の露出部を形成する。そのような素子の例を図１０（ａ）に示す。８は反射防止膜を表す。
【００２６】
第２半導体層の開口部を形成するには、球状素子の表面の一部を残してパラフィンなどでマスキングし、エッチング処理によりマスキング部分以外の第２半導体層を除去する方法によっても形成できる。そのような方法によって第２半導体層の一部を除去した素子の縦断面図を図１０（ｂ）に示す。第２半導体層２の開口部３の内側に、第１半導体１がそのまま露出している。
【００２７】
第１半導体は、真球であることが好ましいが、ほぼ球状であればよい。他の実施形態では、第１半導体は、芯体の外周面に第１半導体層が被覆されたものであってもよく、第１半導体の中心付近が空洞であってもよい。球状素子の直径は、０．５〜２ｍｍが適当であり、より好ましくは０．８〜１．２ｍｍである。これによって高純度Ｓｉ等の高価な材料の使用量が少なく、発生電力が大きく、しかも取り扱いが容易な球状素子が得られる。例えば図１（ｂ）の球状素子の中心点から開口部の外周部を結んだ中心角θは、４５〜９０°であればよく、６０〜９０°が好ましい。これにより、切削による廃棄材料の量を低減した上で、第１半導体と第１導電体層の電気的接続に必要な適切な開口部面積が得られる。
【００２８】
上記の実施形態では、第１半導体がｐ型半導体であり、第２半導体層がｎ型半導体層である球状素子を示したが、第１半導体がｎ型半導体であり、第２半導体層がｐ型半導体層であってもよい。上記の実施形態では結晶Ｓｉ半導体からなる球状素子を例示したが、化合物半導体やその他の材料からなってもよく、単結晶、多結晶以外に、アモルファス材料からなってもよい。また、第１半導体と第２半導体層の界面にノンドープ層を形成したｐｉｎ形構造のものや、ＭＩＳ形、ショットキーバリヤ形、ホモ接合形、およびヘテロ接合形などの構成を有していてもよい。
【００２９】
２）第１半導体の電極を形成する工程（２）
本工程では、球状素子の第１半導体の露出部に電極を形成する。第１半導体側の電極は、例えば、第１半導体の露出部に導電性ペーストを塗布し、熱処理することにより形成することができる。第１半導体がｐ型半導体である場合には、一般的に、Ａｌ粉もしくはこれにＡｇ粉などを混合した導電材を分散させたガラスフリット型導電性ペーストが用いられる。第１半導体がｎ型半導体である場合には、リン化合物とＡｇ粉の混合物を導電材として用いるのが好ましい。これらの場合、所望の形状に導電性ペーストを塗布し、１００℃前後で約１０分間程度乾燥させた後、６５０〜７５０℃で１０分間程度の熱処理をすれば良好な導電層（電極）を形成できる。
【００３０】
上記の熱処理により、導電性ペースト中の導電材が第１半導体に拡散してＳｉとの合金層が形成されるとともに、溶融したガラスフリットがバインダーとなって電極が形成される。この合金層の作用により第１半導体と電極の接合部の接触抵抗が小さくなる。図１（ｃ）は、図１（ｂ）の球状素子の第１半導体の露出部に円形の電極を形成した球状素子の縦断面図であり、図２はその底面図である。電極５は、図１の球状素子の第１半導体の露出部４の中央部に、導電性ペーストを直径約３００μｍの円形部分にディスペンサーにより２ドット／秒の速度で塗布し、約７００℃で熱処理して形成できる。導電性ペーストの塗布方法は、スクリーン印刷、オフセット印刷もしくはインクジェット法で行うこともできる。電極の形状は特に限定せず、円形以外に、楕円形、多角形、リング状あるいは点の集合などであってもよい。
【００３１】
工程（４）の説明の中で後述するように、球状素子を支持体の凹部の所定位置に、より正確、かつ迅速に位置決めするために、第１半導体側の電極そのもの、その上部もしくは周辺部に、他の部位より強い磁性を付与することが有効である。磁性を付与された電極は、例えばガラスフリット型導電性ペーストにＮｉ、Ｆｅなどの強磁性体材料の粉末を添加し、このペーストを図１（ｂ）の球状素子の第１半導体の露出部に塗布し、熱処理することによって形成することができる。
【００３２】
電極の上部または周辺部に強い磁性を付与する方法としては、それらの部位に強磁性体材料を含む磁性体層を形成すればよい。磁性体層は、例えば、次のようにして作製する。まず、Ｎｉ、Ｆｅなどの導電性を有する強磁性体材料の粉末および必要に応じて加えたＡｇなどの導電材を有機溶剤や熱硬化性樹脂などに分散させて、磁性体部形成用ペーストを調製する。このペーストをディスペンサーなどにより、電極の上面または周囲に塗布し、熱処理する。図１１（ａ）は、図１（ｃ）の球状素子の電極５の上面に、磁性体層６を形成した素子７Ａの縦断面図である。図１１（ｂ）は、図１（ｃ）の球状素子の電極５の周囲に、磁性体層６ｂを形成した素子７Ｂの縦断面図である。
【００３３】
３）支持体を用意する工程（３）
本工程では、工程（２）で用意した球状素子を内部に配置するための多数の凹部を有し、球状素子の第２半導体層と電気的に接続される第２導電体層を兼ねる支持体を用意する。この支持体の代表例として、厚さ０．２ｍｍのＡｌ薄板をプレス加工して作製した支持体の部分的な平面図を図３に示し、図４にそのIV−IV線断面図を示す。支持体１０の凹部１１は蜂の巣状に形成され、その開口端は六角形である。各開口端は相互に隣接し、凹部１１は底になるほど狭くなっている。凹部１１の底部に形成された孔１２は、球状素子の第２半導体の開口部３よりやや大きい径を有する。孔１２は円形であってもその他の形状であってもよいが、第１半導体の露出部と相似形であることが好ましい。
【００３４】
後の工程（４）において第２半導体層を支持体の孔の縁部に接続することにより、支持体は第２半導体側の導電体（第２導電体層）として機能し、各球状素子の第２半導体層を電気的に並列に接続する役割を果たす。そのため、ここに用いる支持体の少なくとも受光面側は導電性を有することを必要とする。
【００３５】
支持体１０に耐熱性が乏しい材料を用いると、球状素子を位置決めした後の熱処理工程などによって変形あるいは変質し易いので、金属などの耐熱性を確保できる支持体用材料を使用することが好ましい。支持体の主材料としては、加工性、導電性、フレキシブル性およびコスト等を総合するとＡｌが好ましいが、Ｃｕ、ステンレス鋼およびＮｉなどの他の導電性材料であってもよい。導電性および光反射性に優れたＡｇなどのメッキ層を表面に形成することにより、導電体層および反射鏡としての機能を高めることもできる。
【００３６】
図３の支持体以外に、図１２〜１４に例示するような様々な形態の支持体を使用することができる。図１２の支持体１０Ａは、底部に孔３２を有する多数の凹部３１を形成した、Ａｌ製あるいはステンレス鋼製の基板部３０をプレス加工等により作製し、少なくとも凹部３１の内面に、メッキもしくは真空蒸着などによりＡｇなどの反射鏡層３３を形成したものである。反射鏡層３３の作用により、太陽電池の出力電流を大幅に増大させることができる。入射光を有効に球状素子に集光するために、各凹部の開口部の稜線部３４の幅はできるだけ狭いことが好ましい。
【００３７】
図１３の支持体１０Ｂは、厚み約１．０ｍｍのＡｌ製の基材４０をプレス加工あるいは切削加工をすることにより、孔４２を有する多数の凹部４１を形成したものである。支持体の底面４４は必ずしも平坦である必要はなく、凹凸状であってもよい。支持体の凹部４１の内面は機械研磨などで鏡面化されている。鏡面化研磨の代わりに、メッキもしくは真空蒸着などでＡｇなどの反射鏡層を形成してもよい。
【００３８】
後の工程における熱処理温度が比較的低い場合には、高融点を有する比較的耐熱性が優れた樹脂材料と金属材料を複合させた支持体を用いることができる。図１４の支持体１０Ｃは、孔５２を有する多数の凹部５１を成型加工により形成した樹脂製の基材５０と、その表面に形成された金属薄膜５３からなっている。凹部５１の内面の金属薄膜５３は反射鏡層としても作用する。支持体の底部５４は特に平坦である必要はなく、凹凸があってもよい。基材５０の材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂およびＡＢＣ樹脂などを使用できる。なかでも長期信頼性およびフレキシブル性などが優れたポリカーボネート樹脂が好ましい。
【００３９】
金属材料を主体とする図３、図１２および図１３に例示したような支持体は、後の工程で第２半導体層と第２導電体層を接続する際に、例えば低温ガラスフリット型導電性ペーストおよび樹脂型導電性ペーストのいずれを用いた場合でも、熱処理によりダメージを受けることはない。例えば、Ａｌを主材料とする通常の支持体の場合は、熱処理の最高温度が５５０℃に達しても何ら支障がない。一方、図１４のような樹脂基材と金属薄膜の複合支持体を用いる場合には、比較的低温で熱処理できる樹脂型導電性ペーストを用いることが好ましい。
【００４０】
４）光電変換素子を支持体に装着する工程（４）
本工程では、支持体の孔の縁部に、光電変換素子をその電極から第２半導体層の開口部の外周縁部にわたる部分が支持体の裏面側に露出し、かつ第２半導体層が支持体と接するように装着し、第２半導体層と支持体とを電気的に接続する。
好ましい工程をさらに詳しく述べれば、次のi）〜iv）の工程からなる。
i）支持体に導電性接着剤を塗着する工程、
ii）装着しようとする光電変換素子の姿勢を整える工程
iii）姿勢を整えた光電変換素子を支持体に装着する工程、および
iv）前記導電性接着剤を固化する工程。
【００４１】
まず、支持体に導電性接着剤を塗着する工程では、支持体の凹部の底に設けられた孔の少なくとも内壁面に導電性接着剤を塗着する。
素子７を支持体１０の凹部に装着するための導電性接着剤を凹部１１の孔１２の周縁部に塗着する方法を以下に説明する。素子を装着するための接着剤の塗着部は、支持体の凹部１１の底にあるので、通常のスクリーン印刷によっては接着剤を塗着することはできない。
【００４２】
本実施の形態においては、支持体１０の裏面側にスクリーン印刷により接着剤を塗着する。スクリーン印刷に用いるメタルマスク２０は、図６に示すように、支持体１０の孔１２に対応して、孔１２の開口端に沿うように配列された６個の開口部２２からなる開口部群２１を有している。開口部２２は、支持体１０の孔１２の開口端の外側から孔内にまたがる部分に対応する形状を有している。例えば、支持体１０は孔１２を有する部分の厚みが０．１２ｍｍで、孔１２の直径は０．８５ｍｍ、メタルマスク２０は厚みが５０μｍで、開口部２２の直径０．３ｍｍである。
【００４３】
開口部２２の中心が支持体１０の孔１２の開口端上に位置するように、版枠（図示しない）にて支持されたメタルマスク２０を図５のように、支持体の裏面側にセットする。次いで、スキージ２４をメタルマスク２０の表面上を図矢印のように移動させ、メタルマスク２０の開口部２２をとおして支持体１０上に、ペースト状の導電性接着剤１３を印刷する。開口部２２のうち、孔１２の開口端の外側に対応する部分の接着剤は、孔１２の周縁部上に転移される。前記の転移された部分に連なっている他の接着剤の部分は、孔１２内へ落ち込み、さらにその末端部分は支持体１０の反対側の面に付着する。こうして図７に示すように、メタルマスク２０の開口部２２から支持体１０上へ移される接着剤は、孔１２の周縁部から孔１２の内壁面および反対側の面の周縁部にわたって、支持体に塗着される。このようにして孔１２の開口端に沿って複数に分割されて導電性接着剤１３が支持体１０に塗着される。
【００４４】
次に、装着しようとする光電変換素子の姿勢を整える工程では、光電変換素子を、支持体の孔に装着するのに適するように、姿勢を整える。
まず、図１５Ａ（１）のように、図３の支持体１０の凹部１１の配列パターンに対応するパターンで多数の窪み６１を有する基板６０を用意する。窪み６１は、その底部に素子７の球状の部分とほぼ同じ形状の曲面部６３を有し、中央部には孔６２が設けられている。窪み６１の深さ寸法は、図１（ｃ）に示す球状素子７の高さよりやや大きく、窪みの上端の開口部の直径は、球状素子の直径よりやや大きい。曲面部６３の上端の開口部の直径は、球状素子の第２半導体の開口部３の直径よりやや大きい。孔６２の直径は、電極５の直径より大きい。
【００４５】
次いで、工程（２）により作製した、図１（ｃ）に示す球状素子７を多数用意し、これらを基板６０上に転がして、それぞれの窪み６１に球状素子７を収納する。この状態では、素子はそれぞれランダムな姿勢をとっている。
次に、図１５Ａ（２）に示すように、球状素子が配置された基板６０の上面を軽く擦るように、樹脂製の平板６５にスポンジシート６６を張り合わせた摺動板６４を静かに左から右方向に移動させる。これにより、窪み６１から突出した部分の球状素子がスポンジシート６６に擦られて、各球状素子は窪み６１の内部を矢印方向に滑りながら回転する。例えば、図１５（２）において、（ａ）のような素子７の姿勢は、（ｂ）のような姿勢に変化し、さらに（ｃ）のような姿勢に変化する。
【００４６】
このように摺動板６４を左から右方向に移動させる操作を継続すると、窪み６１の上端の開口部の中央部に球状素子の電極５が位置するような姿勢になるまで素子が回転する。この時、球状素子の窪み６１からの突出部がなくなり、摺動板６４の移動による素子への外力がなくなって、上記の姿勢を維持したまま、球状素子の回転が停止する。上記の摺動板６４の移動操作を数回繰り返すことにより、最終的には、全ての球状素子７は、図１５Ａ（３）に示すように、電極５を有する第１半導体の露出面が上を向く姿勢に制御される。
【００４７】
次に、上記のように基板６０の球状素子７の姿勢を整えたなら、図１５Ｂ（４）のように、孔１２の縁部に導電性接着剤１３を塗着した支持体１０と、基板６０とを、支持体の凹部１１と基板６０の窪み６１のそれぞれの中心部が対向するように重ね合わせる。次いで、孔６２に対応するパターンで孔６２より小径の突起部６８を有する押し出し板６７を、基板６０の背面に配置する。突起部６８の先端には、素子を保持するための凹部６９を有する。
【００４８】
押し出し板６７を押し上げることにより、突起部６８が基板６０の孔６２を通して窪み６１に挿入され、各素子７が支持体１０の凹部１１に押し込まれる。これにより、図１５Ｂ（５）のように、各素子が所定位置に位置決めされ、素子７は、電極５および第２半導体層２の開口部の外周部が支持体１０の孔１２より支持体の裏面側に露出する。同時に、素子７は、第２半導体層２の開口部３に近い部分が支持体の凹部の孔１２の縁部ないしはその周辺部に、導電性接着剤１３によって粘着し、各素子が支持体１０に固定される。
【００４９】
次に、素子の姿勢を整える工程の他の実施形態を図１６および図１７により説明する。
この実施形態では、電極の周辺部に、他の部位よりも強い磁性を有する磁性体部を備えた球状素子を用いる。この方法は、球状素子に所定方向から磁場を印加することにより、その球状素子を所定方位に配列させるものである。
【００５０】
素子の姿勢を整える部材は、図１６に示すように、吸脱着用フィルター７０と整列用フィルター７４からなり、これらは素子の磁性体部６ｂよりも磁性が弱い材料から作られている。吸脱着用フィルター７０には、支持体１０の凹部１１と同じパターンで多数の突起部７２が形成され、突起部７２の中央部には、素子の第１半導体の露出部４より径のやや小さい吸脱着孔７１が貫通して形成されている。整列用フィルター７４には、素子７よりやや大きく、突起部７２よりやや小さい径の多数の孔７３が、吸脱着孔７１と同じパターンで形成されている。
【００５１】
まず、図１６（１）に示すように、吸脱着孔７１およびこれと対応する孔７３の中心が同軸になるように、吸脱着用フィルター７０の上に整列フィルター７４を重ねあわせる。次に、これに振動を与え、吸脱着用フィルター７０側の空気を減圧しながら、多数の球状素子７を整列フィルター７４上に転がす。これにより、吸脱着孔７１に素子７が吸引されて、図１６（２）のように、全ての孔７３に素子７が嵌まり込む。残余の素子は整列フィルター７４と吸脱着用フィルター７０を傾けることにより除去される。このようにして、吸脱着用フィルターの孔７３に素子７がランダムな姿勢で配置される。ここでは、図１１（ｂ）に示すように、電極５の周辺部に磁性体部６ｂを設けた素子７Ｂを使用している。図１１（ａ）に示す素子を使用することもできる。
【００５２】
次に、ランダムな姿勢で配置された素子に所定方向から磁場を印加することにより、電極が所定方向を向くように姿勢を整える。ここで、球状素子に磁場を印加する好ましい方法の１つは、複数の直方体の磁石が平行に接合して構成される板状の磁石集合体を用いる。この磁石集合体における隣接する磁石の接合面に垂直な平面から素子に向けて磁場を印加し、その磁石の接合部からの吸引力により、素子の磁性体部を引き寄せ、所定方向を向くように姿勢を整える。磁石を集合させて使用することで、単体の磁石を分離して使用する場合よりも強い磁力が磁石接合部から得られる。磁石としては、フェライト磁石、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｂ磁石、Ｓｍ−Ｃｏ磁石などの永久磁石を用いることができる。
【００５３】
ここでは、図１７に示すように、断面が四角形の細長い複数の磁石８１を接合させた磁石集合体８８を備えた複合磁石体８０を用いる。磁石集合体は、隣接する磁石８１Ａおよび８１Ｂが接合している面に、垂直な平面において、異極性の磁極が交互に配列されるように構成されている。この磁石集合体の一方の面に、磁石集合体の吸引力により板状のバックヨーク（継鉄）８９が吸着し、両者が一体化されて複合磁石体８０が構成されている。この継鉄８９の作用により、磁石集合体８８の他方の面（磁力発生面）の磁石接合部８２の吸引力が一層高められる。
次に、素子７Ｂが配置された図１６（２）の部材の縁部にスペーサ７５を配置し、これに、上記複合磁石体８０の磁力発生面を図１７（１）のように近接させる。この際、複合磁石体８０の磁力発生面の磁石接合部８２が、整列用フィルター７４の孔７３の中心部と対向するように位置合わせする。
【００５４】
次いで、複合磁石体８０を垂直に押し下げてスペーサ７５上に配置することにより、素子７Ｂに磁場を印加し、磁石接合部８２から孔７３の中心部、即ち、素子７Ｂの中心部に向けて吸引力を作用させる。同時に、吸脱着用フィルター７０の裏側の空気を加圧し、吸脱着孔７１から素子７Ｂに浮力を与える。電極５が孔７３の横方向や下方向に向く姿勢で配置されている素子の磁性体部６ｂに作用する吸引力は弱いので、磁石接合部８２に磁性体部６ｂが吸着されにくい。しかし、どのような姿勢で配置されている素子であっても、上記の浮力によって孔７３の中で浮動させることにより、磁性体部６ｂが孔７３の上方向に向くときがあり、そのときには十分な吸引力が作用するので、磁性体部６ｂを磁石接合部８２に吸着させることができる。これにより、全ての素子７Ｂが、図１７（２）のように、電極５および磁性体部６ｂが上向きになるように姿勢が制御される。
【００５５】
次いで、吸脱着用フィルター７０の裏側の空気を減圧し、吸着された素子７Ｂをそのままの姿勢で複合磁石体８０から脱着させ、吸脱着孔７１に吸着させる。これにより、図１７（３）のように、全ての素子が吸脱着用フィルターの吸脱着孔７１内に所定の姿勢に整列される。その後、減圧状態を維持したまま、複合磁石体８０を取り除き、さらに、整列フィルター７４を真上方向に引き上げて、素子を吸着させた吸脱着用フィルター７０から整列フィルター７４を分離する。このようにして、図１７（４）に示すように、全ての素子が吸脱着用フィルター７０の所定位置に所定の姿勢で配置される。
【００５６】
次に、図１７（４）のように、吸脱着用フィルター７０の孔７１に吸着された素子を支持体１０に装着する工程を図１８により説明する。
まず、図１８（１）のように、凹部１１の孔１２の縁部に導電性接着剤１３を塗着した支持体１０の下方に、吸脱着用フィルター７０をその孔７１の中心が支持体１０の孔１２の中心に対応するように、近接させる。次いで、支持体１０を押し下げて吸脱着用フィルター７０上に重ね合わせる。これにより、素子７Ｂの第２半導体層２の開口部近辺が支持体の孔１２に嵌合する。このとき、第２半導体層２の開口部とその内側の第１半導体の露出部４、およびその露出部に形成された電極５と磁性体部６ｂが、支持体１０の裏面側に露出する。同時に、素子７Ｂは、導電性接着剤１３により、第２半導体層の開口部近傍の外周部が支持体の孔１２の縁部に接着される。こうして、図１８（２）に示すように、支持体１０の全ての凹部１１に、素子７Ｂがそれぞれ一個ずつ所定の姿勢で固定される。
【００５７】
素子の固定を一層確実に行うためには、図１８（３）に示すように、支持体１０をそのままの位置に固定し、吸脱着用フィルター７０の裏側から空気加圧し、孔７１から素子７Ｂを押し上げる工程を設けてもよい。この後、熱処理することにより、導電性接着剤が固化し、素子７Ｂが固定され、同時に第２導電体である支持体１０と第２半導体層２が電気的に接続される。
以上には、支持体に導電性接着剤を塗着してから、姿勢を整えた素子を支持体に装着することにより、素子の固定および第２半導体層と支持体との電気的な接続を行う好ましい例を示した。この他、姿勢を整えた素子を支持体の所定の位置に配置し、その後に素子の第２半導体層と支持体とを接続する導電性接着剤を塗着することもできる。
【００５８】
５）支持体の裏面側に、導電性金属シートおよび電気絶縁層を接合する工程（５）
本工程では、前の工程（４）で球状素子が所定位置に固定された支持体の裏面側に、導電性金属シートおよびこの導電性金属シートと支持体とを隔離する電気絶縁層を接合する。この導電性金属シートは、素子の第１半導体の電極を相互に並列に接続する第１導電体として機能する。電気絶縁層は、第１半導体側（第１半導体および第１導電体層）と第２半導体層側（第２半導体層および第２導電体層）とを電気的に絶縁する。
好ましい方法においては、まず、支持体の裏面に、孔から露出している素子の部分も含めて、電気絶縁性の接着剤層を形成し、その上側に、電気絶縁層を導電性金属シートの片面に接合して一体化した複合シートを配置してその電気絶縁層側を支持体に接合する。
【００５９】
電気絶縁性の接着剤層を高速で形成する方法としては、スクリーン印刷法、スプレー法、オフセット印刷法、インクジェット法などにより、ペースト状の接着剤を塗布する手法がある。電気絶縁性接着剤の材料としては、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系、ウレタン系、アクリル系などの各種の樹脂を用いることができる。コスト面および作業性を重視すれば、エポキシ系樹脂を用いるのが最も好ましい。これらの樹脂材料を有機溶媒や水に溶解または分散させて、塗着用ペーストを調製する。
スクリーン印刷法、オフセット印刷法は、高速で印刷ができるというメリットがある。これらの印刷法により、後の電気絶縁層を有する金属シートの接着に好都合な接着剤層を均一に形成することが好ましい。スプレー法は、設備の簡便性、生産性などの面から最も好ましく、低コストで接着剤層を形成できる。
【００６０】
複合シートは、電気絶縁性シートと導電性金属シートとを貼り合わせたものが用いられる。電気絶縁性シートの材料としては、ポリイミド系、ポリエステル系、ポリエーテルサルホン系、ポリエーテルエーテルケトン系、芳香族ポリアミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリエーテルイミド系およびフッ素系などの樹脂を用いることができる。金属シートは、アルミニウム箔が好適に用いられるが、他の金属、例えば銅箔、ニッケル箔などを用いることもできる。金属シートは、第１導電体層として働くに足る低電気抵抗を有することが好ましく、厚みは１０〜１００μｍ、電気絶縁層は厚み１０〜１００μｍが好ましい。好ましい複合シートの例は、厚み２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムからなる電気絶縁層に厚み２０μｍのアルミニウムシートを貼り合わせたものである。
【００６１】
本工程を図９Ａおよび図９Ｂにより説明する。
図９Ａ（１）は、工程（５）により、支持体１０の孔１２の縁部に導電性接着剤１３により素子７が固定された状態を示している。次に、図９Ａ（２）のように、支持体１０の裏面側に電気絶縁性接着剤を塗布して接着剤層１４を形成する。次いで、金属シート１６に電気絶縁層１７を形成した複合シート１５を支持体１０の接着剤層１４を形成した側に配置し、両者間を減圧にしながら複合シート１５の電気絶縁層１６側を支持体１０に接合する。複合シート１５は、図９Ｂ（４）のように、素子７が固定されている部分を中心としてその周囲に対応する部分の接着剤層１４に密着する。
【００６２】
図示の例では、支持体１０の裏面は、凹部１１に対応して孔１２の部分が頂部となるように膨らんでいる。したがって、隣接する凹部と凹部との間の隔壁の裏面では、接着剤は塗着されているが、電気絶縁層１７は密着していない。
上記のように、接着剤層１４を塗布した後、電気絶縁層１７を有する金属シート１６を接合する方法によると、支持体１０が薄い金属シートから構成されている場合、凹部と凹部との間の隔壁の裏面に接着剤が塗布される。この接着剤層は、支持体の前記隔壁を補強する効果を発揮する。また、接着剤層は、支持体の孔の部分に接着されている素子を支持体により強固に固定するのに役立つ。
【００６３】
電気絶縁層１７と導電性金属シート１６が一体化された複合シート１５を支持体１０に接合する他の方法は、電気絶縁層１７に接着剤を塗布し、その塗布面を支持体１０の裏面に貼り付ける方法である。電気絶縁層１７に熱接着性の樹脂材料を用いることもできる。これらの方法によると、支持体の凹部間の隔壁の裏面には、接着剤層が密着しない。
上記のようにして電気絶縁層を有する金属シートを接合した後、必要に応じて、接着剤の固化ないし硬化のための熱処理を施す。
また、電気絶縁層と導電性金属シートは、あらかじめ一体化されている必要はなく、電気絶縁層として前記絶縁性シートや絶縁性接着剤層を支持体裏面に接合させた後、この電気絶縁層に前記の導電性金属シートを接合させてもよい。
【００６４】
６）電気絶縁層および導電性金属シートに孔をあけて光電変換素子の電極を露出させる工程（６）
本工程では、第１導電体層として働く金属シートと素子７の電極５とを電気的に接続するための導電路となる孔を形成する。
図９Ｂ（４）の状態において、素子７の第１半導体１の電極５を露出させるために、孔１２の中央に対応する部分にレーザを照射し、金属シート１６、電気絶縁層１７および接着剤層１４を部分的に除去し、孔１８を形成する（図９Ｂ（５））。レーザ照射用装置として出力１２ＷのＹＡＧレーザを用い、約０．０１７秒の照射時間で直径約１００〜１５０μｍの照射部領域の電気絶縁層および導電性金属シートを除去することができる。
レーザにより金属シートなどに孔をあける方法は、図１１（ａ）に示すように、電極５上に磁性体部６を形成した素子７Ａを用いる場合に適用することもできる。すなわち、適切な条件でレーザを照射すると、被照射部の金属シート１６、電気絶縁層１７および接着剤層１４とともに磁性体部６を同時に除去することができる。磁性体部６は、図１６および図１７により説明したように、素子の姿勢を整える際には有効であるが、電極５に比べると一般的に電気的抵抗が大きい。従って、磁性体部６が金属シート１６と電極５とを低電気抵抗で接続するための妨げになる場合がある。そのような場合は、導電性ペーストにより金属シートと電極とを接続する前に、磁性体部６を除去することが好ましい。
【００６５】
７）電気絶縁層および導電性金属シートの孔に導電性ペーストを充填して素子の電極と導電性金属シートとを電気的に接続する工程（７）
本工程では、前記の工程（６）で形成した孔１８に、導電性のペースト１９を充填し、金属シート１６と電極５とを電気的に接続する（図９Ｂ（６））。
ここに用いる導電性ペーストは、電気絶縁層が変形・変質などのダメージを受けない温度下で固化するものを選択することが好ましい。一般的には、１００〜２００℃という比較的低い熱処理温度で固化できる樹脂型導電性ペーストを用いることが好ましい。電気絶縁層が、高融点ガラスやフッ素系樹脂など比較的耐熱性が優れた材料からなる場合には、低温ガラスフリット型導電性ペーストも使用できる。導電性ペーストの塗布方法としては、ディスペンサー法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、およびスプレー法がある。
【００６６】
以上のようにして得られる本発明の光電変換装置においては、球状の光電変換素子が支持体の凹部内の所定位置に強固に固定され、さらに、支持体に固定された全ての素子の第１半導体と第２導電体層、第２半導体層と第２導電体層とが確実に電気的に接続される。
本発明による光電変換装置は、一定数の素子を固定したユニットとして作製される。そのようなユニットは、直列または並列に接続することにより、所定の電圧の所定の電力を取り出せる太陽電池装置として利用することができる。
光電変換装置のユニット同士を直列に接続する例を以下に説明する。
ここに用いた光電変換装置ユニットは、支持体が方形で、所定数の光電変換素子を支持した支持部と、その支持部を囲む鍔部とを有する。各光電変換装置ユニットは、その鍔部の一辺の支持体の部分、およびこれと対向する辺の鍔部裏面に露出する導電性金属シートの部分が接続部となる。
【００６７】
図１９は、直径約１ｍｍの光電変換素子を約１８００個固定した支持体を有する光電変換装置のユニットを示す。このユニット１００は、サイズが５０×１５０ｍｍである。このユニットは、その周縁部が、支持体１０、並びに接着剤層１４により接合された電気絶縁層１７および導電性金属シート１６からなる。このユニットの短辺側の縁部１０３および１０４は、前記の４層からなっている。長辺側の一方の縁部１０１の端は、支持体１０、接着剤層１４および電気絶縁層１７が取り除かれ、金属シート１６が表側に露出している。他方の縁部１０２の端は、裏側の接着剤層１４、電気絶縁層１７および金属シート１６が取り除かれ、支持体１０のみからなっている。
【００６８】
このようなユニットの複数を、図２０のように、それらの縁部１０１と１０２とを重ね合わせ、スポット溶接、超音波溶接またはレーザ溶接などにより相互に接続することにより、ユニット同士を直列に接続することができる。
図２１は、縁部１０１の端が支持体１０のみ除かれている例を示す。この例では、金属シート１６の上に電気絶縁層１７および接着剤層１４を有しているので、図左側のユニットの金属シート１６に、右側のユニットの支持体１０を接続するには、支持体１０側から超音波またはレーザを照射する溶接法をとる。図２０および図２１はユニット同士を直列に接続する例を示しているが、隣接するユニットの支持体同士および金属シート同士を溶接することにより、ユニットを並列に接続することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明による光電変換装置は、特に太陽電池として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態における、第１半導体の露出部に電極を有する光電変換素子を作製する工程を示す縦断面図である。
【図２】第１半導体の露出部に電極を有する光電変換素子の底面図である。
【図３】本発明の実施形態における支持体の平面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】支持体に導電性接着剤を印刷する様子を示す縦断面図である。
【図６】導電性接着剤の印刷に用いるメタルスクリーンの平面図である。
【図７】導電性接着剤を印刷された支持体の縦断面図である。
【図８】支持体に光電変換素子を装着した状態を示す断面図である。
【図９Ａ】支持体の裏面に電気絶縁層と導電性金属シートとの複合シートを接合する工程の前半を示す縦断面図である。
【図９Ｂ】支持体の裏面に電気絶縁層と導電性金属シートとの複合シートを接合する工程の後半を示す縦断面図である。
【図１０】第１半導体の露出部を形成した素子の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の光電変換素子の他の実施形態の例を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の支持体の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の支持体のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の支持体のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１５Ａ】本発明の実施形態において素子の姿勢を整えて支持体に装着する工程の前半を示す縦断面図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態において素子の姿勢を整えて支持体に装着する工程の後半を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態において素子の姿勢を整える工程の前半を示す縦断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態において素子の姿勢を整える工程の後半を示す縦断面図である。
【図１８】本発明の他の実施形態において姿勢を整えた素子を支持体に装着する工程を示す縦断面図である。
【図１９】本発明による光電変換装置のユニットを示す平面図である。
【図２０】本発明による光電変換装置のユニットを直列に接続する例を示す要部を断面にした側面図である。
【図２１】本発明による光電変換装置のユニットを直列に接続する他の例を示す要部を断面にした側面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 第１半導体
２ 第２半導体層
３ 第２半導体層の開口部
４ 第１半導体の露出部
５ 電極
６、６ｂ 磁性体層
７、７Ａ、７Ｂ 光電変換素子
８ 反射防止膜
１０ 支持体
１１ 凹部
１２ 孔
１３ 導電性接着剤
１４ 電気絶縁性接着剤層
１５ 複合シート
１６ 導電性金属シート
１７ 電気絶縁層
１８ 削孔により形成された孔
１９ 導電性ペースト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、球状の光電変換素子を実装した光電変換装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クリーンなエネルギー源として光電変換装置が注目されている。代表的な光電変換装置は、結晶シリコン半導体ウエハからなる素子を用いたもの、およびアモルファスシリコンからなる半導体層を用いたものである。前者は、単結晶インゴットの製造および単結晶インゴットから半導体ウエハを製造するまでの工程が繁雑であり、しかも結晶の切削屑などにより高価なシリコン原料の利用率が低いので、コスト高となる。後者は、シリコンの未結合手に水素が結合しているアモルファス構造が、光照射によって水素が放たれて構造変化を起こしやすいため、光電変換効率が光照射により徐々に低下するという問題がある。
【０００３】
前記のような特性低下がなく、安価で、高出力が期待できる光電変換装置として、球状のｐ型半導体の表面にｎ型半導体層を形成した球状の光電変換素子を用いたものが検討されている。この光電変換装置は、直径１ｍｍ前後の小さな球状素子を用いることにより、光電変換部全体の平均厚みを薄くし、原料Ｓｉの使用量を軽減するものである。
この種の光電変換装置としては、多数の凹部を有する支持体の各凹部内に、直径１ｍｍ前後の球状の光電変換素子を取り付け、凹部内面を反射鏡として働かせるものが知られている（特許文献１および２など）。このような構成によれば、素子の材料、特に高価なＳｉの使用量を低減するとともに、反射鏡の作用により、素子に直接照射される光の４〜６倍の光を素子に照射できるので、光の有効利用ができるなどの利点を有する。
【０００４】
この種の光電変換装置の代表的な構造が特許文献２に示されている。光電変換素子は、球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、第２半導体層が第１半導体の一部を露出させる開口部を有している。この光電変換素子を個々に取り付ける複数の凹部を有する支持体は、前記凹部の底に光電変換素子を嵌合し、第１半導体の露出面を支持体の裏面側に臨ませる孔を有している。支持体は、前記凹部の内面を形成し、第２半導体層と電気的に接続される第２導電体層、およびその背面に設けた電気絶縁層からなる。支持体の孔をとおして第１半導体の露出部と接続される第１導電体層は支持体の背面に取り付けられる。
【０００５】
第１半導体および第２半導体層をそれぞれ第１導電体層および第２導電体層と低抵抗で接続するために、第１半導体および第２半導体層にはあらかじめ電極が形成されている。
このような構成によると、支持体に素子を配置する前に、高温の熱処理を要する電極形成を行い、素子を支持体に配置した後に、比較的に低温で電極と導電体層とを接続することができるという利点を有する。しかし、第２半導体層側の電極は、第２半導体層の開口部周辺の曲面上に正確に位置決めし、しかも微細な形状に形成しなければならず、量産には不向きである。
【０００６】
上記の支持体は、球状素子を収納する凹部を有する第２導電体層と、その裏面側に結合した樹脂製の電気絶縁体層とからなる二層構造になっている。この支持体を用いた場合には、あらかじめ第２半導体層側の電極が形成されていないと、第２半導体層と第２導電体層とを接続する工程での熱処理により、電気絶縁体層が軟化や変形などのダメージを受ける。
また、二層構造の支持体は、例えば、金属シートを加工して底部に孔を有する複数の凹部を形成した第２導電体層と、前記孔に対応した孔を有する電気絶縁性シートとを重ね合わせて、一体化して作製される。しかし、実際には、接着や熱圧着などにより両者を一体化する過程において、樹脂製の電気絶縁性シートが変形するため、孔のピッチや寸法、形状が変化して位置ずれが起こり易く、精度良く支持体を製作することは困難である。特許文献１の三層構造の支持体においても二層構造の支持体と同様の問題がある。
【特許文献１】特開２００２−１６４５５４号公報
【特許文献２】特開２００４−０６３５６４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、多数の凹部を設けた支持体の各凹部内に球状の光電変換素子を１個ずつ収容する方式の光電変換装置の上記問題点を解決するものである。
本発明は、支持体が工程中にダメージを受けることをなくすとともに、素子の第１半導体と第１導電体層とを低抵抗で容易に電気的に接続できる光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。さらに、本発明は、組立が容易で量産に適した光電変換装置ユニット、およびこのユニットの複数を直列に電気接続した光電変換装置モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の光電変換装置の製造方法は、
（１）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、前記第２半導体層が前記第１半導体の一部を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子を用意する工程、
（２）前記第１半導体の露出部に電極を形成する工程、
（３）前記光電変換素子を内部に配置するための隣接する複数の凹部を有し、前記凹部が底部に前記第２半導体層の開口部より大きいが前記光電変換素子より小さい孔を有する導電性の支持体を用意する工程、
（４）前記光電変換素子を、その第１半導体の露出部が前記孔から支持体の裏面側に臨むように、支持体の表面側から前記孔に嵌合して支持体に装着し、前記光電変換素子の第２半導体層を前記支持体に電気的に接続する工程、
（５）前記支持体の裏面側に、導電性金属シートおよび前記導電性金属シートと前記支持体とを隔離する電気絶縁層を接合する工程、
（６）前記支持体に接合された電気絶縁層および導電性金属シートに孔をあけて前記光電変換素子の電極を当該孔内に露出させる工程、および
（７）前記孔に導電性ペーストを充填して前記電極と前記導電性金属シートとを電気的に接続する工程
を有することを特徴とする。
【０００９】
前記工程（１）において用意される光電変換素子は、第２半導体層の外表面を被覆する反射防止膜をさらに有することが好ましい。
前記工程（４）が、複数の前記光電変換素子を前記支持体の孔に対応した保持部を有する光電変換素子担持体に、前記光電変換素子の第１半導体の露出部が所定方向を向くように姿勢を整えて配列する工程を含むことが好ましい。
前記工程（４）が、前記支持体における前記孔の縁部に、導電性接着剤を塗着する工程を含むことが好ましい。
【００１０】
前記工程（５）が、支持体の裏面側に、導電性金属シートの片面に電気絶縁層が接合して一体化された複合シートを、その電気絶縁層を支持体に向けて接合することからなることが好ましい。
前記工程（５）が、前記支持体の裏面側に、電気絶縁性の接着剤を塗布する工程、および前記複合シートをその電気絶縁層を前記支持体の前記接着剤層に向けて接合する工程からなることが好ましい。
【００１１】
本発明の光電変換装置は、
球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、第２半導体層が第１半導体の一部を露出させる開口部を有し、前記第１半導体の露出部に電極が形成されたほぼ球状の複数の光電変換素子、
前記光電変換素子を個々に取り付ける複数の凹部を有し、前記第２半導体層と電気的に接続される第２導電体層を兼ねる支持体であって、前記凹部が、前記第２半導体層の開口部より大きいが前記光電変換素子より小さい孔を底部に有する
支持体、ならびに
前記支持体の裏面側に電気絶縁層を介して接合された導電性金属シート
を備え、前記導電性金属シートは、電気絶縁層および導電性金属シートに設けられた孔に充填されている導電材により前記各電極と電気的に接続されていることを特徴とする。
本発明は、また、所定数の前記光電変換素子を支持した支持部と、その支持部を囲む鍔部とを有する光電変換装置ユニットの複数からなり、１つの光電変換装置ユニットの鍔部の前記支持体と、隣接する光電変換装置ユニットの鍔部の裏面に露出する前記導電性金属シートとが電気的に接続されている光電変換装置を提供する。
【発明の効果】
【００１２】
この種の光電変換装置において、支持体は、第２半導体層と電気的に接続される第２導電体としての機能、支持体の表側に照射される光を素子に集光させる反射鏡としての機能、および素子を保持し、素子の第１半導体の電極と電気的に接続される第１導電体層を支持する機能を有する。したがって、支持体と第１導電体層との間には、両者を電気的に分離する電気絶縁層が設けられる。
本発明の製造方法においては、高温での熱処理を要する第１半導体の電極形成を素子の段階で行うととともに、第２半導体層と支持体との電気的な接続は、支持体が電気絶縁層を有しない段階で行う。したがって、支持体、およびこれに接合される電気絶縁層に、熱処理によるダメージを与えることがない。
【００１３】
本発明では、素子を固定した支持体の裏面に、導電性金属シートおよび前記導電性金属シートと前記支持体とを隔離する電気絶縁層を接合した後、前記導電性金属シートおよび電気絶縁層に孔を設けて電極を露出させ、そこに導電性ペーストを充填することにより、素子の第１半導体の電極と第１導電体との電気的な接続をする。この方法によれば、孔を設ける位置は、支持体の凹部の中央部に対応する位置としてあらかじめ定められている。したがって、電極と第１導電体層とを接続するための孔をあらかじめ設けた電気絶縁層を支持体に貼り合わせる場合のような、位置合わせの不整合は生じない。また、孔を設け、そこに、導電性ペーストを充填するという比較的簡易な方法により、第１半導体の電極と第１導電体層とを確実に電気的な接続を行える。
このように本発明によれば、組立が容易で量産に適した光電変換装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は、従来技術、特に特許文献２による提案の利点を取り入れ、かつ問題点を解決する手法を見出すことにより完成したものである。本発明における球状素子は、第１半導体側にあらかじめ電極を形成することを不可欠とするが、第２半導体層側には、必ずしも電極形成を必要としない。球状素子にあらかじめ第１半導体側の電極を形成することにより、後の工程において、電気絶縁層および支持体（第１導電体層）などがダメージを受けるような高温に曝されることを回避できる。
【００１５】
第１半導体は、それ自体の不純物濃度が低く、高抵抗であるため、第１導電体層と低抵抗で電気的接続をするには、半導体層とＡｌなどの導電材が直接に接した状態で高温下の熱処理を行うか、導電性の優れた電極を介して接続することが要求される。第１半導体側の電極を形成するためには、例えば、ガラスフリットをバインダーとするガラスフリット型導電性ペーストを第１半導体の露出部に塗布し、これに５５０〜７５０℃、好ましくは６５０〜７５０℃で熱処理を施すことが望ましい。しかし、このような高温下では、樹脂製の電気絶縁層だけでなく、導電体層の一般的材料であるＡｌでも、変形・変質・破損などのダメージを受ける。この問題は、球状素子を支持体に位置決めする以前に第１半導体側電極を形成する本発明によって解決される。
【００１６】
本発明においては、あらかじめ第２半導体側の電極を形成することを必ずしも必要としない。その理由は、第２半導体層は、第１半導体と異なり、不純物が高濃度に拡散されているので、低抵抗であることに起因する。第２半導体層とＡｌなどからなる第２導電体層とは、例えば熱硬化性樹脂をバインダーとする樹脂型導電性ペーストを介し、１００〜２００℃程度の比較的低い温度で熱処理することにより、低抵抗で電気的に接続される。低融点ガラスフリットをバインダーとする低温ガラスフリット型導電性ペーストを用いても、５５０℃より低い温度下の熱処理で良好な電気的接続が得られ、導電体層にダメージを与えることもない。
【００１７】
従って、球状素子にあらかじめ第２半導体側の電極を形成しなくとも、例えば支持体の凹部の孔の縁部に導電性接着剤を塗布した後、支持体の前記孔に球状素子を装着し、比較的低温度で熱処理する手法により、第２半導体層を第２導電体層に電気的に接続し、同時に球状素子を支持体内の所定位置に固定することができる。
【００１８】
本発明における支持体は、少なくとも受光面側の表面が導電性を有し、第２導電体層として機能する。この支持体は電気絶縁層と分離したものであり、第２半導体層と第２導電体層とを接続する場合の熱処理によりダメージを受ける懸念がない。一方、従来の二層もしくは三層構造の支持体を用いた場合には、支持体の凹部に位置決めされた球状素子が、電気絶縁層の熱変形により位置ずれを起こし、内部短絡や電気的接続不良を引き起こすことになる。
【００１９】
本発明では、素子を固定した支持体の裏面に、導電性金属シートおよびこの導電性金属シートと支持体とを隔離する電気絶縁層を接合する。次に、前記導電性金属シートおよび電気絶縁層に孔を設けて電極を露出させ、そこに導電性ペーストを充填することにより、素子の第１半導体の電極と第１導電体との電気的な接続をする。これによって各素子の電極は並列に電気接続される。この方法によれば、孔を形成する位置は、支持体の凹部の中央部に対応する位置としてあらかじめ定められている。したがって、電極と第１導電体層とを接続するための孔をあらかじめ設けた電気絶縁層を支持体に貼り合わせる場合のような、位置合わせの不整合は生じない。そのため、従来の二層または三層構造の支持体を用いた場合に生じた、電気絶縁層の寸法精度の問題は解決される。
【００２０】
また、素子の第１半導体の電極と第１導電体層との電気的な接続、および各素子の電極相互の電気的な並列接続は、前記の孔が設けられた部分に導電性ペーストを充填するという比較的簡易な方法により実施することができる。さらに、第１導電体層および第２導電体層は、ともに金属シートなどにより作製される。したがって、多数の素子を固定した光電変換装置のユニット同士を直列または並列に接続する際には、導電体層同士をスポット溶接、超音波溶接またはレーザ溶接などにより、容易に接続することができる。
【００２１】
支持体の凹部に素子を装着し、素子の第２半導体層と支持体とを電気的に接続する好ましい実施の形態は、導電性接着剤を塗布した支持体の凹部に素子を装着するに際し、第１半導体側の電極またはその周辺部に、他の部位よりも強い磁性を付与し、この素子に所定方向から磁場を印加して素子の姿勢を整えることである。この方法により、多数の球状素子を所定の姿勢で配列させることができ、正確かつ迅速に球状素子を支持体の所定位置に装着することができる。
以下、本発明の光電変換装置の製造方法の各工程について詳細に説明する。
【００２２】
１）光電変換素子を用意する工程（１）
本工程では、球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、第２半導体層から第１半導体の一部を露出させたほぼ球状の光電変換素子を用意する。球状の第１半導体は、例えば、次のようにして作製する。
まず、極微量のホウ素を含むｐ型多結晶Ｓｉ塊を坩堝内に供給して不活性ガス雰囲気中で溶融させる。この融液を坩堝底部の微小なノズル孔から滴下させ、その液滴を自然落下中に冷却して固化させる。こうして多結晶または単結晶の球状のｐ型半導体を作製することができる。
【００２３】
上記のようにして作製した球状のｐ型半導体の表面を研磨し、さらにエッチングなどにより表面層の約５０μｍを除去した後、例えば、オキシ塩化リンを拡散源として８００〜９５０℃で１０〜３０分間熱処理する。これにより、ｐ型半導体の表面にリンを拡散させた、厚さ約０．５μｍ程度のｎ型半導体層を第２半導体層として形成する。ｎ型半導体層は、フォスフィンを含むシランなどの混合ガスを用いたＣＶＤ法によっても形成することができる。
【００２４】
第２半導体層を形成した後、第２半導体層上に反射防止膜を形成してもよい。この場合には、後の工程（４）において、第２半導体層と支持体（第２導電体層）とを反射防止膜を介して電気的に接続することになる。従って、本発明における反射防止膜は、導電性を有することが必要であり、例えば、溶液析出法、霧化法あるいはスプレー法などで形成したＺｎＯ、ＳｎＯ2およびＩＴＯ（Ｉｎ2Ｏ3−Ｓｎ）などを主体とする薄膜を用いることができる。
【００２５】
上記のように球状の第１半導体の表面に第２半導体層を形成し、必要に応じて反射防止膜を形成した後、その一部を例えばグラインディングなどで研削して除去することにより、第２半導体層に開口部を形成し、第１半導体の一部を露出させる。この過程を図１（ａ）および（ｂ）に示す。第２半導体層２で被覆された球状の第１半導体１の一部が切除され、平滑な切断面の外周部に第２半導体層の開口部３が形成され、その内側に第１半導体層の円形の露出部４が形成される。
第２半導体層の表面に反射防止膜を形成した場合は、第２半導体層とともに反射防止膜の一部を除去することにより第１半導体の露出部を形成する。そのような素子の例を図１０（ａ）に示す。８は反射防止膜を表す。
【００２６】
第２半導体層の開口部を形成するには、球状素子の表面の一部を残してパラフィンなどでマスキングし、エッチング処理によりマスキング部分以外の第２半導体層を除去する方法によっても形成できる。そのような方法によって第２半導体層の一部を除去した素子の縦断面図を図１０（ｂ）に示す。第２半導体層２の開口部３の内側に、第１半導体１がそのまま露出している。
【００２７】
第１半導体は、真球であることが好ましいが、ほぼ球状であればよい。他の実施形態では、第１半導体は、芯体の外周面に第１半導体層が被覆されたものであってもよく、第１半導体の中心付近が空洞であってもよい。球状素子の直径は、０．５〜２ｍｍが適当であり、より好ましくは０．８〜１．２ｍｍである。これによって高純度Ｓｉ等の高価な材料の使用量が少なく、発生電力が大きく、しかも取り扱いが容易な球状素子が得られる。例えば図１（ｂ）の球状素子の中心点から開口部の外周部を結んだ中心角θは、４５〜９０°であればよく、６０〜９０°が好ましい。これにより、切削による廃棄材料の量を低減した上で、第１半導体と第１導電体層の電気的接続に必要な適切な開口部面積が得られる。
【００２８】
上記の実施形態では、第１半導体がｐ型半導体であり、第２半導体層がｎ型半導体層である球状素子を示したが、第１半導体がｎ型半導体であり、第２半導体層がｐ型半導体層であってもよい。上記の実施形態では結晶Ｓｉ半導体からなる球状素子を例示したが、化合物半導体やその他の材料からなってもよく、単結晶、多結晶以外に、アモルファス材料からなってもよい。また、第１半導体と第２半導体層の界面にノンドープ層を形成したｐｉｎ形構造のものや、ＭＩＳ形、ショットキーバリヤ形、ホモ接合形、およびヘテロ接合形などの構成を有していてもよい。
【００２９】
２）第１半導体の電極を形成する工程（２）
本工程では、球状素子の第１半導体の露出部に電極を形成する。第１半導体側の電極は、例えば、第１半導体の露出部に導電性ペーストを塗布し、熱処理することにより形成することができる。第１半導体がｐ型半導体である場合には、一般的に、Ａｌ粉もしくはこれにＡｇ粉などを混合した導電材を分散させたガラスフリット型導電性ペーストが用いられる。第１半導体がｎ型半導体である場合には、リン化合物とＡｇ粉の混合物を導電材として用いるのが好ましい。これらの場合、所望の形状に導電性ペーストを塗布し、１００℃前後で約１０分間程度乾燥させた後、６５０〜７５０℃で１０分間程度の熱処理をすれば良好な導電層（電極）を形成できる。
【００３０】
上記の熱処理により、導電性ペースト中の導電材が第１半導体に拡散してＳｉとの合金層が形成されるとともに、溶融したガラスフリットがバインダーとなって電極が形成される。この合金層の作用により第１半導体と電極の接合部の接触抵抗が小さくなる。図１（ｃ）は、図１（ｂ）の球状素子の第１半導体の露出部に円形の電極を形成した球状素子の縦断面図であり、図２はその底面図である。電極５は、図１の球状素子の第１半導体の露出部４の中央部に、導電性ペーストを直径約３００μｍの円形部分にディスペンサーにより２ドット／秒の速度で塗布し、約７００℃で熱処理して形成できる。導電性ペーストの塗布方法は、スクリーン印刷、オフセット印刷もしくはインクジェット法で行うこともできる。電極の形状は特に限定せず、円形以外に、楕円形、多角形、リング状あるいは点の集合などであってもよい。
【００３１】
工程（４）の説明の中で後述するように、球状素子を支持体の凹部の所定位置に、より正確、かつ迅速に位置決めするために、第１半導体側の電極そのもの、その上部もしくは周辺部に、他の部位より強い磁性を付与することが有効である。磁性を付与された電極は、例えばガラスフリット型導電性ペーストにＮｉ、Ｆｅなどの強磁性体材料の粉末を添加し、このペーストを図１（ｂ）の球状素子の第１半導体の露出部に塗布し、熱処理することによって形成することができる。
【００３２】
電極の上部または周辺部に強い磁性を付与する方法としては、それらの部位に強磁性体材料を含む磁性体層を形成すればよい。磁性体層は、例えば、次のようにして作製する。まず、Ｎｉ、Ｆｅなどの導電性を有する強磁性体材料の粉末および必要に応じて加えたＡｇなどの導電材を有機溶剤や熱硬化性樹脂などに分散させて、磁性体部形成用ペーストを調製する。このペーストをディスペンサーなどにより、電極の上面または周囲に塗布し、熱処理する。図１１（ａ）は、図１（ｃ）の球状素子の電極５の上面に、磁性体層６を形成した素子７Ａの縦断面図である。図１１（ｂ）は、図１（ｃ）の球状素子の電極５の周囲に、磁性体層６ｂを形成した素子７Ｂの縦断面図である。
【００３３】
３）支持体を用意する工程（３）
本工程では、工程（２）で用意した球状素子を内部に配置するための多数の凹部を有し、球状素子の第２半導体層と電気的に接続される第２導電体層を兼ねる支持体を用意する。この支持体の代表例として、厚さ０．２ｍｍのＡｌ薄板をプレス加工して作製した支持体の部分的な平面図を図３に示し、図４にそのIV−IV線断面図を示す。支持体１０の凹部１１は蜂の巣状に形成され、その開口端は六角形である。各開口端は相互に隣接し、凹部１１は底になるほど狭くなっている。凹部１１の底部に形成された孔１２は、球状素子の第２半導体の開口部３よりやや大きい径を有する。孔１２は円形であってもその他の形状であってもよいが、第１半導体の露出部と相似形であることが好ましい。
【００３４】
後の工程（４）において第２半導体層を支持体の孔の縁部に接続することにより、支持体は第２半導体側の導電体（第２導電体層）として機能し、各球状素子の第２半導体層を電気的に並列に接続する役割を果たす。そのため、ここに用いる支持体の少なくとも受光面側は導電性を有することを必要とする。
【００３５】
支持体１０に耐熱性が乏しい材料を用いると、球状素子を位置決めした後の熱処理工程などによって変形あるいは変質し易いので、金属などの耐熱性を確保できる支持体用材料を使用することが好ましい。支持体の主材料としては、加工性、導電性、フレキシブル性およびコスト等を総合するとＡｌが好ましいが、Ｃｕ、ステンレス鋼およびＮｉなどの他の導電性材料であってもよい。導電性および光反射性に優れたＡｇなどのメッキ層を表面に形成することにより、導電体層および反射鏡としての機能を高めることもできる。
【００３６】
図３の支持体以外に、図１２〜１４に例示するような様々な形態の支持体を使用することができる。図１２の支持体１０Ａは、底部に孔３２を有する多数の凹部３１を形成した、Ａｌ製あるいはステンレス鋼製の基板部３０をプレス加工等により作製し、少なくとも凹部３１の内面に、メッキもしくは真空蒸着などによりＡｇなどの反射鏡層３３を形成したものである。反射鏡層３３の作用により、太陽電池の出力電流を大幅に増大させることができる。入射光を有効に球状素子に集光するために、各凹部の開口部の稜線部３４の幅はできるだけ狭いことが好ましい。
【００３７】
図１３の支持体１０Ｂは、厚み約１．０ｍｍのＡｌ製の基材４０をプレス加工あるいは切削加工をすることにより、孔４２を有する多数の凹部４１を形成したものである。支持体の底面４４は必ずしも平坦である必要はなく、凹凸状であってもよい。支持体の凹部４１の内面は機械研磨などで鏡面化されている。鏡面化研磨の代わりに、メッキもしくは真空蒸着などでＡｇなどの反射鏡層を形成してもよい。
【００３８】
後の工程における熱処理温度が比較的低い場合には、高融点を有する比較的耐熱性が優れた樹脂材料と金属材料を複合させた支持体を用いることができる。図１４の支持体１０Ｃは、孔５２を有する多数の凹部５１を成型加工により形成した樹脂製の基材５０と、その表面に形成された金属薄膜５３からなっている。凹部５１の内面の金属薄膜５３は反射鏡層としても作用する。支持体の底部５４は特に平坦である必要はなく、凹凸があってもよい。基材５０の材料としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂およびＡＢＣ樹脂などを使用できる。なかでも長期信頼性およびフレキシブル性などが優れたポリカーボネート樹脂が好ましい。
【００３９】
金属材料を主体とする図３、図１２および図１３に例示したような支持体は、後の工程で第２半導体層と第２導電体層を接続する際に、例えば低温ガラスフリット型導電性ペーストおよび樹脂型導電性ペーストのいずれを用いた場合でも、熱処理によりダメージを受けることはない。例えば、Ａｌを主材料とする通常の支持体の場合は、熱処理の最高温度が５５０℃に達しても何ら支障がない。一方、図１４のような樹脂基材と金属薄膜の複合支持体を用いる場合には、比較的低温で熱処理できる樹脂型導電性ペーストを用いることが好ましい。
【００４０】
４）光電変換素子を支持体に装着する工程（４）
本工程では、支持体の孔の縁部に、光電変換素子をその電極から第２半導体層の開口部の外周縁部にわたる部分が支持体の裏面側に露出し、かつ第２半導体層が支持体と接するように装着し、第２半導体層と支持体とを電気的に接続する。
好ましい工程をさらに詳しく述べれば、次のi）〜iv）の工程からなる。
i）支持体に導電性接着剤を塗着する工程、
ii）装着しようとする光電変換素子の姿勢を整える工程
iii）姿勢を整えた光電変換素子を支持体に装着する工程、および
iv）前記導電性接着剤を固化する工程。
【００４１】
まず、支持体に導電性接着剤を塗着する工程では、支持体の凹部の底に設けられた孔の少なくとも内壁面に導電性接着剤を塗着する。
素子７を支持体１０の凹部に装着するための導電性接着剤を凹部１１の孔１２の周縁部に塗着する方法を以下に説明する。素子を装着するための接着剤の塗着部は、支持体の凹部１１の底にあるので、通常のスクリーン印刷によっては接着剤を塗着することはできない。
【００４２】
本実施の形態においては、支持体１０の裏面側にスクリーン印刷により接着剤を塗着する。スクリーン印刷に用いるメタルマスク２０は、図６に示すように、支持体１０の孔１２に対応して、孔１２の開口端に沿うように配列された６個の開口部２２からなる開口部群２１を有している。開口部２２は、支持体１０の孔１２の開口端の外側から孔内にまたがる部分に対応する形状を有している。例えば、支持体１０は孔１２を有する部分の厚みが０．１２ｍｍで、孔１２の直径は０．８５ｍｍ、メタルマスク２０は厚みが５０μｍで、開口部２２の直径０．３ｍｍである。
【００４３】
開口部２２の中心が支持体１０の孔１２の開口端上に位置するように、版枠（図示しない）にて支持されたメタルマスク２０を図５のように、支持体の裏面側にセットする。次いで、スキージ２４をメタルマスク２０の表面上を図矢印のように移動させ、メタルマスク２０の開口部２２をとおして支持体１０上に、ペースト状の導電性接着剤１３を印刷する。開口部２２のうち、孔１２の開口端の外側に対応する部分の接着剤は、孔１２の周縁部上に転移される。前記の転移された部分に連なっている他の接着剤の部分は、孔１２内へ落ち込み、さらにその末端部分は支持体１０の反対側の面に付着する。こうして図７に示すように、メタルマスク２０の開口部２２から支持体１０上へ移される接着剤は、孔１２の周縁部から孔１２の内壁面および反対側の面の周縁部にわたって、支持体に塗着される。このようにして孔１２の開口端に沿って複数に分割されて導電性接着剤１３が支持体１０に塗着される。
【００４４】
次に、装着しようとする光電変換素子の姿勢を整える工程では、光電変換素子を、支持体の孔に装着するのに適するように、姿勢を整える。
まず、図１５Ａ（１）のように、図３の支持体１０の凹部１１の配列パターンに対応するパターンで多数の窪み６１を有する基板６０を用意する。窪み６１は、その底部に素子７の球状の部分とほぼ同じ形状の曲面部６３を有し、中央部には孔６２が設けられている。窪み６１の深さ寸法は、図１（ｃ）に示す球状素子７の高さよりやや大きく、窪みの上端の開口部の直径は、球状素子の直径よりやや大きい。曲面部６３の上端の開口部の直径は、球状素子の第２半導体の開口部３の直径よりやや大きい。孔６２の直径は、電極５の直径より大きい。
【００４５】
次いで、工程（２）により作製した、図１（ｃ）に示す球状素子７を多数用意し、これらを基板６０上に転がして、それぞれの窪み６１に球状素子７を収納する。この状態では、素子はそれぞれランダムな姿勢をとっている。
次に、図１５Ａ（２）に示すように、球状素子が配置された基板６０の上面を軽く擦るように、樹脂製の平板６５にスポンジシート６６を張り合わせた摺動板６４を静かに左から右方向に移動させる。これにより、窪み６１から突出した部分の球状素子がスポンジシート６６に擦られて、各球状素子は窪み６１の内部を矢印方向に滑りながら回転する。例えば、図１５（２）において、（ａ）のような素子７の姿勢は、（ｂ）のような姿勢に変化し、さらに（ｃ）のような姿勢に変化する。
【００４６】
このように摺動板６４を左から右方向に移動させる操作を継続すると、窪み６１の上端の開口部の中央部に球状素子の電極５が位置するような姿勢になるまで素子が回転する。この時、球状素子の窪み６１からの突出部がなくなり、摺動板６４の移動による素子への外力がなくなって、上記の姿勢を維持したまま、球状素子の回転が停止する。上記の摺動板６４の移動操作を数回繰り返すことにより、最終的には、全ての球状素子７は、図１５Ａ（３）に示すように、電極５を有する第１半導体の露出面が上を向く姿勢に制御される。
【００４７】
次に、上記のように基板６０の球状素子７の姿勢を整えたなら、図１５Ｂ（４）のように、孔１２の縁部に導電性接着剤１３を塗着した支持体１０と、基板６０とを、支持体の凹部１１と基板６０の窪み６１のそれぞれの中心部が対向するように重ね合わせる。次いで、孔６２に対応するパターンで孔６２より小径の突起部６８を有する押し出し板６７を、基板６０の背面に配置する。突起部６８の先端には、素子を保持するための凹部６９を有する。
【００４８】
押し出し板６７を押し上げることにより、突起部６８が基板６０の孔６２を通して窪み６１に挿入され、各素子７が支持体１０の凹部１１に押し込まれる。これにより、図１５Ｂ（５）のように、各素子が所定位置に位置決めされ、素子７は、電極５および第２半導体層２の開口部の外周部が支持体１０の孔１２より支持体の裏面側に露出する。同時に、素子７は、第２半導体層２の開口部３に近い部分が支持体の凹部の孔１２の縁部ないしはその周辺部に、導電性接着剤１３によって粘着し、各素子が支持体１０に固定される。
【００４９】
次に、素子の姿勢を整える工程の他の実施形態を図１６および図１７により説明する。
この実施形態では、電極の周辺部に、他の部位よりも強い磁性を有する磁性体部を備えた球状素子を用いる。この方法は、球状素子に所定方向から磁場を印加することにより、その球状素子を所定方位に配列させるものである。
【００５０】
素子の姿勢を整える部材は、図１６に示すように、吸脱着用フィルター７０と整列用フィルター７４からなり、これらは素子の磁性体部６ｂよりも磁性が弱い材料から作られている。吸脱着用フィルター７０には、支持体１０の凹部１１と同じパターンで多数の突起部７２が形成され、突起部７２の中央部には、素子の第１半導体の露出部４より径のやや小さい吸脱着孔７１が貫通して形成されている。整列用フィルター７４には、素子７よりやや大きく、突起部７２よりやや小さい径の多数の孔７３が、吸脱着孔７１と同じパターンで形成されている。
【００５１】
まず、図１６（１）に示すように、吸脱着孔７１およびこれと対応する孔７３の中心が同軸になるように、吸脱着用フィルター７０の上に整列フィルター７４を重ねあわせる。次に、これに振動を与え、吸脱着用フィルター７０側の空気を減圧しながら、多数の球状素子７を整列フィルター７４上に転がす。これにより、吸脱着孔７１に素子７が吸引されて、図１６（２）のように、全ての孔７３に素子７が嵌まり込む。残余の素子は整列フィルター７４と吸脱着用フィルター７０を傾けることにより除去される。このようにして、吸脱着用フィルターの孔７３に素子７がランダムな姿勢で配置される。ここでは、図１１（ｂ）に示すように、電極５の周辺部に磁性体部６ｂを設けた素子７Ｂを使用している。図１１（ａ）に示す素子を使用することもできる。
【００５２】
次に、ランダムな姿勢で配置された素子に所定方向から磁場を印加することにより、電極が所定方向を向くように姿勢を整える。ここで、球状素子に磁場を印加する好ましい方法の１つは、複数の直方体の磁石が平行に接合して構成される板状の磁石集合体を用いる。この磁石集合体における隣接する磁石の接合面に垂直な平面から素子に向けて磁場を印加し、その磁石の接合部からの吸引力により、素子の磁性体部を引き寄せ、所定方向を向くように姿勢を整える。磁石を集合させて使用することで、単体の磁石を分離して使用する場合よりも強い磁力が磁石接合部から得られる。磁石としては、フェライト磁石、Ｎｉ−Ｆｅ−Ｂ磁石、Ｓｍ−Ｃｏ磁石などの永久磁石を用いることができる。
【００５３】
ここでは、図１７に示すように、断面が四角形の細長い複数の磁石８１を接合させた磁石集合体８８を備えた複合磁石体８０を用いる。磁石集合体は、隣接する磁石８１Ａおよび８１Ｂが接合している面に、垂直な平面において、異極性の磁極が交互に配列されるように構成されている。この磁石集合体の一方の面に、磁石集合体の吸引力により板状のバックヨーク（継鉄）８９が吸着し、両者が一体化されて複合磁石体８０が構成されている。この継鉄８９の作用により、磁石集合体８８の他方の面（磁力発生面）の磁石接合部８２の吸引力が一層高められる。
次に、素子７Ｂが配置された図１６（２）の部材の縁部にスペーサ７５を配置し、これに、上記複合磁石体８０の磁力発生面を図１７（１）のように近接させる。この際、複合磁石体８０の磁力発生面の磁石接合部８２が、整列用フィルター７４の孔７３の中心部と対向するように位置合わせする。
【００５４】
次いで、複合磁石体８０を垂直に押し下げてスペーサ７５上に配置することにより、素子７Ｂに磁場を印加し、磁石接合部８２から孔７３の中心部、即ち、素子７Ｂの中心部に向けて吸引力を作用させる。同時に、吸脱着用フィルター７０の裏側の空気を加圧し、吸脱着孔７１から素子７Ｂに浮力を与える。電極５が孔７３の横方向や下方向に向く姿勢で配置されている素子の磁性体部６ｂに作用する吸引力は弱いので、磁石接合部８２に磁性体部６ｂが吸着されにくい。しかし、どのような姿勢で配置されている素子であっても、上記の浮力によって孔７３の中で浮動させることにより、磁性体部６ｂが孔７３の上方向に向くときがあり、そのときには十分な吸引力が作用するので、磁性体部６ｂを磁石接合部８２に吸着させることができる。これにより、全ての素子７Ｂが、図１７（２）のように、電極５および磁性体部６ｂが上向きになるように姿勢が制御される。
【００５５】
次いで、吸脱着用フィルター７０の裏側の空気を減圧し、吸着された素子７Ｂをそのままの姿勢で複合磁石体８０から脱着させ、吸脱着孔７１に吸着させる。これにより、図１７（３）のように、全ての素子が吸脱着用フィルターの吸脱着孔７１内に所定の姿勢に整列される。その後、減圧状態を維持したまま、複合磁石体８０を取り除き、さらに、整列フィルター７４を真上方向に引き上げて、素子を吸着させた吸脱着用フィルター７０から整列フィルター７４を分離する。このようにして、図１７（４）に示すように、全ての素子が吸脱着用フィルター７０の所定位置に所定の姿勢で配置される。
【００５６】
次に、図１７（４）のように、吸脱着用フィルター７０の孔７１に吸着された素子を支持体１０に装着する工程を図１８により説明する。
まず、図１８（１）のように、凹部１１の孔１２の縁部に導電性接着剤１３を塗着した支持体１０の下方に、吸脱着用フィルター７０をその孔７１の中心が支持体１０の孔１２の中心に対応するように、近接させる。次いで、支持体１０を押し下げて吸脱着用フィルター７０上に重ね合わせる。これにより、素子７Ｂの第２半導体層２の開口部近辺が支持体の孔１２に嵌合する。このとき、第２半導体層２の開口部とその内側の第１半導体の露出部４、およびその露出部に形成された電極５と磁性体部６ｂが、支持体１０の裏面側に露出する。同時に、素子７Ｂは、導電性接着剤１３により、第２半導体層の開口部近傍の外周部が支持体の孔１２の縁部に接着される。こうして、図１８（２）に示すように、支持体１０の全ての凹部１１に、素子７Ｂがそれぞれ一個ずつ所定の姿勢で固定される。
【００５７】
素子の固定を一層確実に行うためには、図１８（３）に示すように、支持体１０をそのままの位置に固定し、吸脱着用フィルター７０の裏側から空気加圧し、孔７１から素子７Ｂを押し上げる工程を設けてもよい。この後、熱処理することにより、導電性接着剤が固化し、素子７Ｂが固定され、同時に第２導電体である支持体１０と第２半導体層２が電気的に接続される。
以上には、支持体に導電性接着剤を塗着してから、姿勢を整えた素子を支持体に装着することにより、素子の固定および第２半導体層と支持体との電気的な接続を行う好ましい例を示した。この他、姿勢を整えた素子を支持体の所定の位置に配置し、その後に素子の第２半導体層と支持体とを接続する導電性接着剤を塗着することもできる。
【００５８】
５）支持体の裏面側に、導電性金属シートおよび電気絶縁層を接合する工程（５）
本工程では、前の工程（４）で球状素子が所定位置に固定された支持体の裏面側に、導電性金属シートおよびこの導電性金属シートと支持体とを隔離する電気絶縁層を接合する。この導電性金属シートは、素子の第１半導体の電極を相互に並列に接続する第１導電体として機能する。電気絶縁層は、第１半導体側（第１半導体および第１導電体層）と第２半導体層側（第２半導体層および第２導電体層）とを電気的に絶縁する。
好ましい方法においては、まず、支持体の裏面に、孔から露出している素子の部分も含めて、電気絶縁性の接着剤層を形成し、その上側に、電気絶縁層を導電性金属シートの片面に接合して一体化した複合シートを配置してその電気絶縁層側を支持体に接合する。
【００５９】
電気絶縁性の接着剤層を高速で形成する方法としては、スクリーン印刷法、スプレー法、オフセット印刷法、インクジェット法などにより、ペースト状の接着剤を塗布する手法がある。電気絶縁性接着剤の材料としては、エポキシ系、ポリイミド系、シリコーン系、ウレタン系、アクリル系などの各種の樹脂を用いることができる。コスト面および作業性を重視すれば、エポキシ系樹脂を用いるのが最も好ましい。これらの樹脂材料を有機溶媒や水に溶解または分散させて、塗着用ペーストを調製する。
スクリーン印刷法、オフセット印刷法は、高速で印刷ができるというメリットがある。これらの印刷法により、後の電気絶縁層を有する金属シートの接着に好都合な接着剤層を均一に形成することが好ましい。スプレー法は、設備の簡便性、生産性などの面から最も好ましく、低コストで接着剤層を形成できる。
【００６０】
複合シートは、電気絶縁性シートと導電性金属シートとを貼り合わせたものが用いられる。電気絶縁性シートの材料としては、ポリイミド系、ポリエステル系、ポリエーテルサルホン系、ポリエーテルエーテルケトン系、芳香族ポリアミド系、ポリエーテルスルホン系、ポリエーテルイミド系およびフッ素系などの樹脂を用いることができる。金属シートは、アルミニウム箔が好適に用いられるが、他の金属、例えば銅箔、ニッケル箔などを用いることもできる。金属シートは、第１導電体層として働くに足る低電気抵抗を有することが好ましく、厚みは１０〜１００μｍ、電気絶縁層は厚み１０〜１００μｍが好ましい。好ましい複合シートの例は、厚み２５μｍのポリエチレンテレフタレートフィルムからなる電気絶縁層に厚み２０μｍのアルミニウムシートを貼り合わせたものである。
【００６１】
本工程を図９Ａおよび図９Ｂにより説明する。
図９Ａ（１）は、工程（５）により、支持体１０の孔１２の縁部に導電性接着剤１３により素子７が固定された状態を示している。次に、図９Ａ（２）のように、支持体１０の裏面側に電気絶縁性接着剤を塗布して接着剤層１４を形成する。次いで、金属シート１６に電気絶縁層１７を形成した複合シート１５を支持体１０の接着剤層１４を形成した側に配置し、両者間を減圧にしながら複合シート１５の電気絶縁層１６側を支持体１０に接合する。複合シート１５は、図９Ｂ（４）のように、素子７が固定されている部分を中心としてその周囲に対応する部分の接着剤層１４に密着する。
【００６２】
図示の例では、支持体１０の裏面は、凹部１１に対応して孔１２の部分が頂部となるように膨らんでいる。したがって、隣接する凹部と凹部との間の隔壁の裏面では、接着剤は塗着されているが、電気絶縁層１７は密着していない。
上記のように、接着剤層１４を塗布した後、電気絶縁層１７を有する金属シート１６を接合する方法によると、支持体１０が薄い金属シートから構成されている場合、凹部と凹部との間の隔壁の裏面に接着剤が塗布される。この接着剤層は、支持体の前記隔壁を補強する効果を発揮する。また、接着剤層は、支持体の孔の部分に接着されている素子を支持体により強固に固定するのに役立つ。
【００６３】
電気絶縁層１７と導電性金属シート１６が一体化された複合シート１５を支持体１０に接合する他の方法は、電気絶縁層１７に接着剤を塗布し、その塗布面を支持体１０の裏面に貼り付ける方法である。電気絶縁層１７に熱接着性の樹脂材料を用いることもできる。これらの方法によると、支持体の凹部間の隔壁の裏面には、接着剤層が密着しない。
上記のようにして電気絶縁層を有する金属シートを接合した後、必要に応じて、接着剤の固化ないし硬化のための熱処理を施す。
また、電気絶縁層と導電性金属シートは、あらかじめ一体化されている必要はなく、電気絶縁層として前記絶縁性シートや絶縁性接着剤層を支持体裏面に接合させた後、この電気絶縁層に前記の導電性金属シートを接合させてもよい。
【００６４】
６）電気絶縁層および導電性金属シートに孔をあけて光電変換素子の電極を露出させる工程（６）
本工程では、第１導電体層として働く金属シートと素子７の電極５とを電気的に接続するための導電路となる孔を形成する。
図９Ｂ（４）の状態において、素子７の第１半導体１の電極５を露出させるために、孔１２の中央に対応する部分にレーザを照射し、金属シート１６、電気絶縁層１７および接着剤層１４を部分的に除去し、孔１８を形成する（図９Ｂ（５））。レーザ照射用装置として出力１２ＷのＹＡＧレーザを用い、約０．０１７秒の照射時間で直径約１００〜１５０μｍの照射部領域の電気絶縁層および導電性金属シートを除去することができる。
レーザにより金属シートなどに孔をあける方法は、図１１（ａ）に示すように、電極５上に磁性体部６を形成した素子７Ａを用いる場合に適用することもできる。すなわち、適切な条件でレーザを照射すると、被照射部の金属シート１６、電気絶縁層１７および接着剤層１４とともに磁性体部６を同時に除去することができる。磁性体部６は、図１６および図１７により説明したように、素子の姿勢を整える際には有効であるが、電極５に比べると一般的に電気的抵抗が大きい。従って、磁性体部６が金属シート１６と電極５とを低電気抵抗で接続するための妨げになる場合がある。そのような場合は、導電性ペーストにより金属シートと電極とを接続する前に、磁性体部６を除去することが好ましい。
【００６５】
７）電気絶縁層および導電性金属シートの孔に導電性ペーストを充填して素子の電極と導電性金属シートとを電気的に接続する工程（７）
本工程では、前記の工程（６）で形成した孔１８に、導電性のペースト１９を充填し、金属シート１６と電極５とを電気的に接続する（図９Ｂ（６））。
ここに用いる導電性ペーストは、電気絶縁層が変形・変質などのダメージを受けない温度下で固化するものを選択することが好ましい。一般的には、１００〜２００℃という比較的低い熱処理温度で固化できる樹脂型導電性ペーストを用いることが好ましい。電気絶縁層が、高融点ガラスやフッ素系樹脂など比較的耐熱性が優れた材料からなる場合には、低温ガラスフリット型導電性ペーストも使用できる。導電性ペーストの塗布方法としては、ディスペンサー法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、およびスプレー法がある。
【００６６】
以上のようにして得られる本発明の光電変換装置においては、球状の光電変換素子が支持体の凹部内の所定位置に強固に固定され、さらに、支持体に固定された全ての素子の第１半導体と第２導電体層、第２半導体層と第２導電体層とが確実に電気的に接続される。
本発明による光電変換装置は、一定数の素子を固定したユニットとして作製される。そのようなユニットは、直列または並列に接続することにより、所定の電圧の所定の電力を取り出せる太陽電池装置として利用することができる。
光電変換装置のユニット同士を直列に接続する例を以下に説明する。
ここに用いた光電変換装置ユニットは、支持体が方形で、所定数の光電変換素子を支持した支持部と、その支持部を囲む鍔部とを有する。各光電変換装置ユニットは、その鍔部の一辺の支持体の部分、およびこれと対向する辺の鍔部裏面に露出する導電性金属シートの部分が接続部となる。
【００６７】
図１９は、直径約１ｍｍの光電変換素子を約１８００個固定した支持体を有する光電変換装置のユニットを示す。このユニット１００は、サイズが５０×１５０ｍｍである。このユニットは、その周縁部が、支持体１０、並びに接着剤層１４により接合された電気絶縁層１７および導電性金属シート１６からなる。このユニットの短辺側の縁部１０３および１０４は、前記の４層からなっている。長辺側の一方の縁部１０１の端は、支持体１０、接着剤層１４および電気絶縁層１７が取り除かれ、金属シート１６が表側に露出している。他方の縁部１０２の端は、裏側の接着剤層１４、電気絶縁層１７および金属シート１６が取り除かれ、支持体１０のみからなっている。
【００６８】
このようなユニットの複数を、図２０のように、それらの縁部１０１と１０２とを重ね合わせ、スポット溶接、超音波溶接またはレーザ溶接などにより相互に接続することにより、ユニット同士を直列に接続することができる。
図２１は、縁部１０１の端が支持体１０のみ除かれている例を示す。この例では、金属シート１６の上に電気絶縁層１７および接着剤層１４を有しているので、図左側のユニットの金属シート１６に、右側のユニットの支持体１０を接続するには、支持体１０側から超音波またはレーザを照射する溶接法をとる。図２０および図２１はユニット同士を直列に接続する例を示しているが、隣接するユニットの支持体同士および金属シート同士を溶接することにより、ユニットを並列に接続することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明による光電変換装置は、特に太陽電池として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施形態における、第１半導体の露出部に電極を有する光電変換素子を作製する工程を示す縦断面図である。
【図２】第１半導体の露出部に電極を有する光電変換素子の底面図である。
【図３】本発明の実施形態における支持体の平面図である。
【図４】図３のIV−IV線断面図である。
【図５】支持体に導電性接着剤を印刷する様子を示す縦断面図である。
【図６】導電性接着剤の印刷に用いるメタルスクリーンの平面図である。
【図７】導電性接着剤を印刷された支持体の縦断面図である。
【図８】支持体に光電変換素子を装着した状態を示す断面図である。
【図９Ａ】支持体の裏面に電気絶縁層と導電性金属シートとの複合シートを接合する工程の前半を示す縦断面図である。
【図９Ｂ】支持体の裏面に電気絶縁層と導電性金属シートとの複合シートを接合する工程の後半を示す縦断面図である。
【図１０】第１半導体の露出部を形成した素子の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の光電変換素子の他の実施形態の例を示す縦断面図である。
【図１２】本発明の支持体の他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１３】本発明の支持体のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の支持体のさらに他の実施形態を示す縦断面図である。
【図１５Ａ】本発明の実施形態において素子の姿勢を整えて支持体に装着する工程の前半を示す縦断面図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態において素子の姿勢を整えて支持体に装着する工程の後半を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態において素子の姿勢を整える工程の前半を示す縦断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態において素子の姿勢を整える工程の後半を示す縦断面図である。
【図１８】本発明の他の実施形態において姿勢を整えた素子を支持体に装着する工程を示す縦断面図である。
【図１９】本発明による光電変換装置のユニットを示す平面図である。
【図２０】本発明による光電変換装置のユニットを直列に接続する例を示す要部を断面にした側面図である。
【図２１】本発明による光電変換装置のユニットを直列に接続する他の例を示す要部を断面にした側面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 第１半導体
２ 第２半導体層
３ 第２半導体層の開口部
４ 第１半導体の露出部
５ 電極
６、６ｂ 磁性体層
７、７Ａ、７Ｂ 光電変換素子
８ 反射防止膜
１０ 支持体
１１ 凹部
１２ 孔
１３ 導電性接着剤
１４ 電気絶縁性接着剤層
１５ 複合シート
１６ 導電性金属シート
１７ 電気絶縁層
１８ 削孔により形成された孔
１９ 導電性ペースト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（１）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、前記第２半導体層が前記第１半導体の一部を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子を用意する工程、
（２）前記第１半導体の露出部に電極を形成する工程、
（３）前記光電変換素子を内部に配置するための隣接する複数の凹部を有し、前記凹部が底部に前記第２半導体層の開口部より大きいが前記光電変換素子より小さい孔を有する導電性の支持体を用意する工程、
（４）前記光電変換素子を、その第１半導体の露出部が前記孔から支持体の裏面側に臨むように、支持体の表面側から前記孔に嵌合して支持体に装着し、前記光電変換素子の第２半導体層を前記支持体に電気的に接続する工程、
（５）前記支持体の裏面側に、導電性金属シートおよび前記導電性金属シートと前記支持体とを隔離する電気絶縁層を接合する工程、
（６）前記支持体に接合された電気絶縁層および導電性金属シートに孔をあけて前記光電変換素子の電極を当該孔内に露出させる工程、および
（７）前記孔に導電性ペーストを充填して前記電極と前記導電性金属シートとを電気的に接続する工程
を有することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記工程（５）が、支持体の裏面側に、導電性金属シートの片面に電気絶縁層が接合して一体化された複合シートを、その電気絶縁層を支持体に向けて接合することからなる請求項１記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記工程（１）において用意される光電変換素子が、第２半導体層の外表面を被覆する反射防止膜をさらに有する請求項１または２記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記工程（４）が、複数の前記光電変換素子を前記支持体の孔に対応した保持部を有する光電変換素子担持体に、前記光電変換素子の第１半導体の露出部が所定方向を向くように姿勢を整えて配列する工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
前記工程（４）が、前記支持体における前記孔の縁部に、導電性接着剤を塗着する工程を含む請求項１〜４のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記工程（５）が、前記支持体の裏面側に、電気絶縁性の接着剤を塗布する工程、および前記複合シートをその電気絶縁層を前記支持体の前記接着剤層に向けて接合する工程からなる請求項１〜５のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、第２半導体層が第１半導体の一部を露出させる開口部を有し、前記第１半導体の露出部に電極が形成されたほぼ球状の複数の光電変換素子、
前記光電変換素子を個々に取り付ける複数の凹部を有し、前記第２半導体層と電気的に接続される第２導電体層を兼ねる支持体であって、前記凹部が、前記第２半導体層の開口部より大きいが前記光電変換素子より小さい孔を底部に有する支持体、ならびに
前記支持体の裏面側に電気絶縁層を介して接合された導電性金属シート、
を備え、前記導電性金属シートは、電気絶縁層および導電性金属シートに設けられた孔に充填されている導電材により前記各電極と電気的に接続されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項８】
所定数の前記光電変換素子を支持した支持部と、その支持部を囲む鍔部とを有する光電変換装置ユニットの複数からなり、１つの光電変換装置ユニットの鍔部の前記支持体と、隣接する光電変換装置ユニットの鍔部の裏面に露出する前記導電性金属シートとが電気的に接続されている請求項７記載の光電変換装置。
【請求項１】
（１）球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、前記第２半導体層が前記第１半導体の一部を露出させる開口部を有する複数のほぼ球状の光電変換素子を用意する工程、
（２）前記第１半導体の露出部に電極を形成する工程、
（３）前記光電変換素子を内部に配置するための隣接する複数の凹部を有し、前記凹部が底部に前記第２半導体層の開口部より大きいが前記光電変換素子より小さい孔を有する導電性の支持体を用意する工程、
（４）前記光電変換素子を、その第１半導体の露出部が前記孔から支持体の裏面側に臨むように、支持体の表面側から前記孔に嵌合して支持体に装着し、前記光電変換素子の第２半導体層を前記支持体に電気的に接続する工程、
（５）前記支持体の裏面側に、導電性金属シートおよび前記導電性金属シートと前記支持体とを隔離する電気絶縁層を接合する工程、
（６）前記支持体に接合された電気絶縁層および導電性金属シートに孔をあけて前記光電変換素子の電極を当該孔内に露出させる工程、および
（７）前記孔に導電性ペーストを充填して前記電極と前記導電性金属シートとを電気的に接続する工程
を有することを特徴とする光電変換装置の製造方法。
【請求項２】
前記工程（５）が、支持体の裏面側に、導電性金属シートの片面に電気絶縁層が接合して一体化された複合シートを、その電気絶縁層を支持体に向けて接合することからなる請求項１記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項３】
前記工程（１）において用意される光電変換素子が、第２半導体層の外表面を被覆する反射防止膜をさらに有する請求項１または２記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項４】
前記工程（４）が、複数の前記光電変換素子を前記支持体の孔に対応した保持部を有する光電変換素子担持体に、前記光電変換素子の第１半導体の露出部が所定方向を向くように姿勢を整えて配列する工程を含む請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項５】
前記工程（４）が、前記支持体における前記孔の縁部に、導電性接着剤を塗着する工程を含む請求項１〜４のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項６】
前記工程（５）が、前記支持体の裏面側に、電気絶縁性の接着剤を塗布する工程、および前記複合シートをその電気絶縁層を前記支持体の前記接着剤層に向けて接合する工程からなる請求項１〜５のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。
【請求項７】
球状の第１半導体およびその表面を被覆する第２半導体層からなり、第２半導体層が第１半導体の一部を露出させる開口部を有し、前記第１半導体の露出部に電極が形成されたほぼ球状の複数の光電変換素子、
前記光電変換素子を個々に取り付ける複数の凹部を有し、前記第２半導体層と電気的に接続される第２導電体層を兼ねる支持体であって、前記凹部が、前記第２半導体層の開口部より大きいが前記光電変換素子より小さい孔を底部に有する支持体、ならびに
前記支持体の裏面側に電気絶縁層を介して接合された導電性金属シート、
を備え、前記導電性金属シートは、電気絶縁層および導電性金属シートに設けられた孔に充填されている導電材により前記各電極と電気的に接続されていることを特徴とする光電変換装置。
【請求項８】
所定数の前記光電変換素子を支持した支持部と、その支持部を囲む鍔部とを有する光電変換装置ユニットの複数からなり、１つの光電変換装置ユニットの鍔部の前記支持体と、隣接する光電変換装置ユニットの鍔部の裏面に露出する前記導電性金属シートとが電気的に接続されている請求項７記載の光電変換装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【公開番号】特開２００７−２７４９７（Ｐ２００７−２７４９７Ａ）
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−２０８８７７（Ｐ２００５−２０８８７７）
【出願日】平成１７年７月１９日（２００５．７．１９）
【出願人】（５０２１３９９１０）株式会社クリーンベンチャー二十一 (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年２月１日（２００７．２．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年７月１９日（２００５．７．１９）
【出願人】（５０２１３９９１０）株式会社クリーンベンチャー二十一 (33)
【Ｆターム（参考）】
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