JP2000294821A

JP2000294821A - 光発電素子、並びに、ソーラーセル

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Publication number: JP2000294821A
Application number: JP11094487A
Authority: JP
Inventors: Sentaro Sugita; 仙太郎杉田; Jiro Inoue; 次郎井上; Sotaro Sugita; 荘太郎杉田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-20

Abstract

(57)【要約】【課題】製造装置の小型化を図ることができるととも
に、品質の均一性の確保を容易化して、コスト低減を図
ることができる光発電素子、並びに、該素子を用いたソ
ーラーセルを提供する。【解決手段】細線状の導体２の外周に、１層又は複数
層からなる光電効果半導体５を積層形成するとともに、
該半導体５の外周に透明導電体６を積層形成して、ほぼ
糸状の光発電素子１を得る。そして、多数の光発電素子
１を並設して受光面を形成し、ソーラーセルとして使用
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な形態の光発
電素子、並びに、この光発電素子を用いたソーラーセル
（太陽電池）に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、太陽電池にはシリコン系や化合物
半導体系のものや、有機半導体のものなど、様々な形態
のものがあり、一般的にはシリコン系太陽電池が用いら
れている。

【０００３】シリコン系太陽電池の製造方法の一つは、
例えばｐ型シリコン単結晶のウェハを形成し、該ウェハ
の表面を研磨して平坦化し、このウェハの表面を、イオ
ン注入等により改質してｐｎ接合の積層構造を得るとと
もに、表裏に電極を形成する。なお、ｐ型シリコン単結
晶のウェハは、高純度のシリコンを溶融させて、その中
に極微量の添加物（例えばトリクロロシラン）を添加し
て、引き抜きにより単結晶バーを成長させ、これを薄板
状に切断することによって製造している。

【０００４】また、他の製造方法として、ウェハとして
ガラスやステンレスなどを用い、この基板表面に、プラ
ズマＣＶＤ等の真空薄膜形成法によって、６μｍ〜６０
μｍ程度のｐ型シリコン半導体層とｎ型シリコン半導体
層とを交互に積層形成するとともに、かかるｐｎ接合半
導体の下層側及び上層側に電極層を積層形成する場合も
ある。かかる製造方法は、特に、光電効果を有するアモ
ルファスシリコン半導体を形成する場合に用いられてい
る。

【０００５】このように、従来の太陽電池はいずれも、
起電力を確保するための一定の面積（直径数インチ程
度）を有するウェハに対して、イオン注入やＣＶＤ等の
真空処理装置を用いて適宜の処理を施すことによって得
ているものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来の太陽電
池を製造するにあたり、まず、一定の平面積を有するウ
ェハを形成する必要があるが、単結晶若しくは多結晶の
ウェハを一定品質かつ低コストで形成することが困難で
ある。また、光電効果半導体を得るために一定の面積を
有するウェハに対する処理を行う必要があるが、従来は
一定の面積を有するウェハの表面上に結晶、多結晶若し
くはアモルファス等を生成するものであるため、真空処
理装置が大型化するとともに、膜厚にばらつきが生じて
品質の均一性を保つことが困難である。さらに、搬送コ
ンベアを用いたライン途中で真空処理を行うような場合
には、一定の面積を有するウェハを装置内で大気と隔離
することが困難であり、これらの要因によって製造原価
が高くなるという問題がある。

【０００７】そこで、本発明は、製造装置の小型化を図
ることができるとともに、品質の均一性の確保を容易化
して、コスト低減を図ることができる光発電素子、並び
に、該素子を用いたソーラーセルを提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、次の技術的手段を講じた。

【０００９】即ち、本発明の光発電素子は、細線状の導
体を軸中心側に有するとともに、該導体の外周に、１層
又は複数層からなる光電効果半導体が積層され、該半導
体の外周に透明導電体が積層されていることを特徴とす
るものである。なお、好ましくは、透明導電体の外周
に、透明絶縁体を積層形成することができる。また、光
電効果半導体としては、単結晶シリコン、多結晶シリコ
ン又はアモルファスシリコンのｐ型半導体とｎ型半導体
とを積層したものや、セレンなどを用いることができ
る。また、細線状の導体の外周形状は、円形状であって
もよく、三角形状や四角形状等の角形状であってもよ
い。細線状の導体の外周を各形状とすれば、半導体が積
層される表面が平面状となり、半導体の膜厚の均一性を
確保し易くなるとともに、導体からの剥離現象が生じ難
くなる。

【００１０】かかる本発明の光発電素子によれば、全体
として糸状を呈するものとすることができるから、光電
効果半導体などの形成は、非常に小型のプラズマＣＶＤ
装置などの真空薄膜形成装置によって行うことができ、
膜形成面積も非常に小さいので大量生産を行うことも可
能であり、また、膜厚の均一性も比較的容易に確保する
ことができ、品質のばらつきの発生も低減する。さら
に、素子の軸径を０．１ｍｍ以下に形成するとともに、
光電効果半導体層、透明導電体層等が屈撓性を有する程
度の微小膜厚（例えば６μｍ程度）に形成することで、
素子の力学的破壊が低減し、信頼性を向上し得るととも
に、従来は困難であった様々な用途に用いることが可能
となる。

【００１１】上記本発明の光発電素子は単独では所要の
電力を得ることが困難であるため、一般的には、多数の
光発電素子を束ねて用いることが好ましい。例えば、上
記光発電素子を正側電極と負側電極との間に多数並設
し、各素子の軸心の導体及び透明半導体のうちの一方を
正側電極に接続し、他方を負側電極に接続することによ
りソーラーセルを構成することができる。この場合、正
側電極と負側電極は、導電体からなるバーを用いること
が好ましく、さらに、これら電極を絶縁体からなるバー
により一体的に連結して、パネル枠を構成することが好
ましい。また、受光面積を効率よく確保するために、多
数の光発電素子は、全体として平面状若しくは曲面状を
呈するように配設することが好ましい。

【００１２】かかる本発明のソーラーセルによれば、両
電極の剛性によってパネル形状が保持され、取り扱いが
容易になるとともに、パネル枠に多少の歪みが生じても
各素子が細線状であるため素子の力学的破壊が生じるこ
とも少ない。

【００１３】また、上記光発電素子を、全体として平面
状若しくは曲面状を呈するように多数並設するととも
に、これら多数の光発電素子を直列に接続することによ
りソーラーセルを構成することもできる。なお、この場
合においても、適宜形状の枠体に多数の光発電素子を取
付保持することが好ましい。かかるソーラーセルによれ
ば、個々の光発電素子の実効起電力が微弱であっても、
多数の素子を直列接続することにより所望の起電力を得
ることができる。

【００１４】上記したソーラーセルにおいて、隣り合う
光発電素子の間に隙間を形成させておき、多数の光発電
素子からなる受光部の裏面側に光を反射する鏡面を対向
形成することができる。このように、セル裏面側に鏡面
を形成しておけば、光発電素子の隙間から裏面側に透過
した光が鏡面によって反射され、素子の裏面側をも受光
面として機能させることができるので、セル全体の面積
に対する受光面積を大きく確保することができ、非常に
効率の良い太陽光発電を行うことも可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。

【００１６】図１は本発明の一実施形態に係る光発電素
子１を示しており、該素子１は、細線状の導電線（導
体）２を軸心に有するとともに、該導電線２の外周に、
ｎ型シリコン半導体層３とｐ型シリコン半導体層４から
なる光電効果半導体５が軸ほぼ全長にわたって積層被覆
されている。この光電効果半導体５の外周には、フッ素
ドープ酸化錫などの透明導電体６が軸ほぼ全長にわたっ
て積層被覆されており、該導電体６の外周には、透明樹
脂やガラスなどからなる透明絶縁体７が軸ほぼ全長にわ
たって被覆されており、かかる光発電素子１全体として
ほぼ糸状を呈するように構成されている。

【００１７】軸芯となる導電線２の直径は０．１ｍｍ以
下とすることが好ましいが、０．１ｍｍ以上とすること
も勿論可能である。また、光電効果半導体５の膜厚を６
μｍ程度とすることにより、素子１を屈撓させても半導
体５の力学的破壊が生じることが少なくなり、かかる多
数の素子１を織機を用いて織り込むようなことも可能と
なる。

【００１８】この光発電素子１の製造は、例えば、以下
の工程によって行うことができる。まず、導電線２の外
周に、ＣＶＤ（気相成長法）等の真空薄膜形成法によっ
て例えばアモルファスシリコンを所定膜厚となるまで成
長させ、このアモルファスシリコン層に対してイオン注
入などの適宜の処理を行うことによってシリコン層を改
質させ、ｐｎ接合シリコン半導体３，４からなる光電効
果半導体５を得る。なお、光電効果半導体５は、ｎ型シ
リコン半導体層３と、ｐ型シリコン半導体層４とを、別
工程で順次プラズマＣＶＤ法等の真空薄膜形成法によっ
て積層形成することによっても得ることができる。ま
た、還元気相成長法により多結晶シリコンを成膜するこ
とも可能である。

【００１９】図６は、半導体層５を成膜するための薄膜
形成装置２０の一実施例を示す。この装置２０は、ＣＶ
Ｄ法により導電線２の外周に、光電効果半導体５を構成
するシリコン膜を成膜するものである。該装置２０は、
両端部が絞られた円筒状のチャンバー２１を備えてい
る。このチャンバー２１の両端の小径部２２には筒状の
シール部材２３が嵌入されており、このシール部材２３
内に導電線２が通過される。また、チャンバー２１の上
流側端部には、原料ガスの供給管２４が接続されてお
り、チャンバー２１の下流側端部には、図外の真空ポン
プに接続される排気管２５が接続されている。Ｓｉ膜を
形成する場合には、例えば、供給管２４からＳｉＣｌ₄
とＨ₂とが一緒にチャンバー２１内に送り込まれる。こ
のＨ₂は、ＳｉＣｌ₄を薄めかつチャンバー２１内まで運
搬する役割を有する。さらに、反応を制御するために、
ＨＣｌも供給管２４を介してチャンバー２１内に送り込
まれる。

【００２０】チャンバー２１の外周側には、高周波加熱
コイル２６が設けられている。このコイル２６によっ
て、チャンバー２１内を通過する導電線２が加熱され、
導電線２の外周面にＳｉ膜が気相成長される。なお、高
周波コイル２６に代えて、電熱線などから主構成される
ヒータをチャンバー２１の外周側に配設してもよい。

【００２１】かかるＣＶＤ装置２０によれば、容易に均
一な加熱を行うことができ、原料ガスの反応もチャンバ
ー２１の全長にわたって均一化することができる。さら
に、成膜される半導体層５の膜厚は、中間製造物１９を
引き取る速度を調節することによって自在に制御するこ
とができ、均一な膜厚で連続的な成膜が行われるので、
大量生産に非常に適したものである。したがって、光発
電効率が高いが比較的厚い膜を必要とする多結晶Ｓｉ等
の半導体膜も、容易に成膜することができる。

【００２２】次に、光電効果半導体５の外周に、湿式メ
ッキ法若しくは真空メッキ法等の適宜の手段によって透
明導電体６を被覆させる。なお、透明導電体６は、半導
体５の全周にわたって形成する必要はなく、外周面の周
方向一部にのみ（例えば、上側半分若しくは下側半分）
形成することができる。

【００２３】その後、透明導電体６の外周に、例えば透
明樹脂チューブを押出成形機を用いることによって被覆
させることによって透明絶縁体７を被着させる。

【００２４】上記各工程は、光電効果半導体５を形成す
る真空薄膜形成装置、透明導電体６を形成するメッキ装
置、透明絶縁体７を形成する押出成形装置を順次連続的
に配置させた連続成形ライン設備によって行うことがで
き、かかるラインを用いて素子１を製造することによ
り、容易に大量生産を図ることができ、従来に対して製
造コストの大幅な低減を図ることが可能となる。さら
に、製造すべき素子１が糸状であるため、真空薄膜形成
装置への入口並びに出口の気密性を確保し易くなるとと
もに、各処理装置の小型化を図ることができるので、設
備コストの大幅な低減をも図ることが可能となる。

【００２５】上記光発電素子１を用いたソーラーセル
（太陽電池）の好適な実施の形態を、図２〜図４に示
す。このソーラーセル１０は、直棒状の導電体からなる
正側電極１１並びに負側電極１２を備え、これら電極１
１，１２が上下の絶縁体からなる連結バー１３によって
一体的に連結されており、これら電極１１，１２及び上
下の連結バー１３によってほぼ方形状のパネル枠１４が
構成されている。

【００２６】このパネル枠１４内には、多数の光発電素
子１が、全体として平面状又は曲面状を呈するように整
列配置されており、図示実施例では、上下方向に若干の
隙間をあけて多数の素子１が上下方向に並設されてい
る。各素子１の軸芯の導電線２は、図３及び図４に示す
ように、負側電極１２側の端部で露出されており、この
露出部部分が負側電極１２に接続されている。一方、各
素子１の透明導電体６は、図４に示すように、正側電極
１１側の端部で露出されており、この露出部分が正側電
極１１に接続されている。

【００２７】また、パネル枠１４の裏面側には鏡１５が
設けられており、該鏡１５の鏡面が、多数の光発電素子
１からなる平面状又は曲面状の受光部に対向されてい
る。

【００２８】上記実施の形態に係るソーラーセル１０に
よれば、糸状の多数の素子１がそれぞれ別個独立して電
極１１，１２に接続されているとともに、各素子１は多
少の屈撓変形を許容するものであるから、パネル枠１４
が多少歪んだとしても素子破壊が生じることがなく、振
動や風に強いセル１０を得ることができるので、自動
車、航空機などにも好適に用いることができる。さら
に、裏面側に鏡１５を設けたので、各素子１の隙間を通
り抜けた光が鏡１５によって反射され、素子１の裏面側
をも受光部として有効利用することができるので、少な
い表面積で大きな起電力を得ることができ、効率の良い
太陽光発電を行うことができるとともに、散乱光、間接
光などの比較的弱い光によっても所要の電力を得ること
が可能となる。

【００２９】なお、本発明は、上記実施の形態に限定さ
れるものではなく、適宜設計変更することができる。例
えば、光電効果半導体としては、ｐ型シリコン半導体
（ＳｉＨ₄₊Ｂ₂Ｈ₆など）とｎ型シリコン半導体（ＳｉＨ
₄₊ＰＨ₃など）とを内外に積層してなるものの他、カド
ニウムなどを構成元素として有する有機半導体や、セレ
ンなどを用いることもできる。

【００３０】また、上記実施の形態では、多数の素子１
を並列に接続したが、隣り合う素子１の導電線２と透明
導電体６とを接続することによって、多数の光発電素子
１を直列に接続することができる。また、図示実施例で
は全ての素子１を横方向に配設したが、縦方向に配設し
た多数の素子１（経糸）と、横方向に配設した多数の素
子１（緯糸）とを、平織、綾織、朱子織などの織り方に
よって交互に織り込むことにより、平面状の受光部を構
成することも可能である。

【００３１】また、図５に示すように、軸中心側の導体
２は、樹脂糸１８の外表面に積層形成したものであって
よい。

【００３２】

【発明の効果】本発明の光発電素子によれば、光電効果
半導体などの形成は、非常に小型のＣＶＤ装置などの真
空薄膜形成装置によって行うことができ、該装置におけ
る気密性をも容易に確保できて装置内での中間製造物を
大気から容易に隔離することができ、膜形成面積も非常
に小さいので大量生産を容易に行うことができるので、
製造コストの低減、設備コストの低減を図ることができ
るとともに、品質の均一性をも容易に向上することがで
きる。さらに、全体として糸状に構成することができる
から、素子の力学的破壊が低減し、信頼性を向上し得る
とともに、従来は困難であった様々な用途に用いること
が可能となる。

【００３３】また、本発明のソーラーセルによれば、上
記した光発電素子を用いているので、コスト低減を図る
ことができるとともに、力学的破壊に強いものとするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る光発電素子の構成を
示す要部拡大斜視図である。

【図２】同光発電素子を用いたソーラーセルの一実施形
態を示す全体簡略正面図である。

【図３】同ソーラーセルの要部拡大斜視図である。

【図４】図２のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】本発明の他の実施形態に係る光発電素子の構成
を示す要部拡大斜視図である。

【図６】本発明の実施の形態に係る光発電素子の半導体
層の成膜装置の実施例を示す簡略縦断面図である。

【符号の説明】

１光発電素子２導体（導電線）５光電効果半導体６透明導電体７透明絶縁体１０ソーラーセル１１正側電極１２負側電極１５受光部に対向する鏡面を有する鏡

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者井上次郎愛知県半田市大伝根町１−８−９ (72)発明者杉田荘太郎愛知県名古屋市名東区名東本町130 Ｆターム(参考） 5F051 AA02 AA03 AA05 CA15 CA21 DA01 DA03 DA20 JA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】細線状の導体を軸中心側に有するととも
に、該導体の外周に、１層又は複数層からなる光電効果
半導体が積層され、該半導体の外周に透明導電体が積層
されていることを特徴とする光発電素子。
【請求項２】請求項１に記載の光発電素子を正側電極
と負側電極との間に多数整列させ、各素子の軸心の導体
及び透明半導体のうちの一方を正側電極に接続し、他方
を負側電極に接続してなることを特徴とするソーラーセ
ル。
【請求項３】多数の光発電素子は、全体として平面状
若しくは曲面状を呈するように配設されていることを特
徴とする請求項２に記載のソーラーセル。
【請求項４】請求項１に記載の光発電素子を、全体と
して平面状若しくは曲面状を呈するように多数整列する
とともに、これら多数の光発電素子を直列に接続してな
ることを特徴とするソーラーセル。
【請求項５】隣り合う光発電素子の間に隙間が形成さ
れており、多数の光発電素子からなる平面状又は曲面状
の受光部の裏面側に、光を反射する鏡面が対向形成され
ていることを特徴とする請求項２，３又は４に記載のソ
ーラーセル。
【請求項６】縦方向に配設された多数の光発電素子
と、横方向に配設された多数の光発電素子とを備え、こ
れら縦横の光発電素子が交互に織り込まれていることを
特徴とする請求項２，３又は４に記載のソーラーセル。