JP2002164554A - 光発電装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高純度のＳｉ材料の使用量を軽減し、安価に
実現する。 【解決手段】 支持体３に形成された複数の各凹部１７
内に光電変換素子２をそれぞれ配置し、凹部１７内面の
反射光を光電変換素子２に照射する。光電変換素子はほ
ぼ球状であり、中心側のｎ形アモルファスＳｉ（略称ａ
−Ｓｉ）層７の外周面上に、ａ−Ｓｉよりも光学的バン
ドギャップが広いｐ形アモルファスＳｉＣ（略称ａ−Ｓ
ｉＣ）層８を被覆し、ｐｎ接合を構成する。凹部の底も
しくはその周辺で、支持体の第１導体１３は、光電変換
素子のｐ形ａ−ＳｉＣ層８に接続され、支持体の電気絶
縁体１５を介する第２導体１４は、光電変換素子のｎ形
ａ−Ｓｉ層７に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は、光発電装置に関す
る。本件明細書中、ｐｉｎ接合というのは、ほぼ球状の
光電変換素子の内から外に、または外から内に、順次的
にｎ形、ｉ形およびｐ形の各半導体層が形成された構成
を含むものと解釈されなければならない。

【従来の技術】典型的な第１先行技術は、結晶シリコン
半導体ウエハから成る光電変換素子を含む。この第１先
行技術では、結晶を製造するための工程が繁雑であり、
費用が高くなる。また単結晶バルクからカッティング、
スライシング、ポリッシングなどの工程を経て、半導体
ウエハを製造するので工程が繁雑であり、さらにそのカ
ッティング、スライシング、ポリッシングなどの工程で
生じる結晶の切削屑が、容量比にして約５０％以上にも
なり、無駄になる。この問題を解決する他の第２先行技
術は、アモルファスＳｉ（略称ａ−Ｓｉ）薄膜から成
る。この第２先行技術は、プラズマ化学気相成長法によ
って、光電変換層を薄膜状で形成するので、従来技術の
単結晶バルクからのカッティング、スライシング、ポリ
ッシングなどの工程が不要であり、堆積した膜の全てを
素子の活性層として用いることができるという利点があ
る。この反面、アモルファスＳｉ太陽電池は、アモルフ
ァス構造に起因して、半導体内部に多数の結晶欠陥、す
なわちギャップステイツが存在し、したがって光誘起劣
化現象が存在し、光電変換効率が低下するという問題が
ある。この問題を解決するために、従来では、水素化処
理によって不活性化する技術が開発され、アモルファス
Ｓｉ太陽電池などの電子デバイスが製造可能になってい
る。しかしながら、こうした処理によっても、結晶欠陥
の効果を無くすことが不可能であり、たとえばアモルフ
ァスＳｉ太陽電池には、依然として、光電変換効率が１
５〜２５％程度劣化するという泣き所を保有している。
最近成功した光劣化を抑制する新技術として、光電活性
ｉ層を極端に薄くして、かつ太陽電池セルを２接合また
は３接合にするスタック形太陽電池が実現され、光劣化
を１０％程度まで抑制することに成功している。この光
劣化は、太陽電池セルの動作温度が高いとき、光劣化の
回復することが明らかとなり、こうした状態で動作／稼
動するモジュール技術も開発されつつあるが、充分とは
言い難い。このような問題を解決するさらに他の第３先
行技術は、たとえば特公平７−５４８５５に開示され
る。この第３先行技術では、ｐ形Ｓｉ球にｎ形Ｓｉ表皮
部を持つ球状粒子を、穴のあいた偏平なアルミニウム箔
に埋込み、そのアルミニウム箔の裏面から、ｎ形Ｓｉ表
皮部をエッチングして内部のｐ形Ｓｉ球を露出し、この
露出したｐ形Ｓｉ球を、もう１つのアルミニウム箔に接
続してソーラ・アレーを構成する。この第３先行技術で
は、高純度のＳｉの使用量を軽減して原価の低減を図ろ
うとすれば、粒子の外径を小さくして、全体の平均厚み
を薄くする必要がある。また変換効率の向上を図るため
には、受光面を大きくする必要があり、その受光面を大
きくするために粒子を相互に近接して配置し、したがっ
て小さい外径を有する多数の粒子が密に配置されてアル
ミニウム箔に接続されなければならない。その結果、粒
子とアルミニウム箔との接続作業工程が繁雑になり、原
価の低減に劣る。

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高純
度のＳｉなどの半導体材料の使用量を低減し、しかも大
量生産が容易であり、つまり省資源、省エネルギ形の製
造を可能にして、安価に実現される高信頼性、高効率の
光発電装置を提供することである。

【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）ほぼ球
状の形状を有し、第１半導体層およびそれよりも外方の
第２半導体層を有し、第２半導体層の開口部から第１半
導体層の一部分が露出し、第１および第２半導体層間か
ら光起電力を出力する複数の光電変換素子と、（ｂ）支
持体であって、第１導体と第２導体との間に、電気絶縁
体を介して、電気的に絶縁した状態を構成し、第１導体
または第１導体上に形成された被覆層によって内面が形
成された複数の凹部が、隣接して形成され、各凹部内に
光電変換素子が配置されて凹部の第１導体または第１導
体上に形成された前記被覆層による反射光が光電変換素
子に照射され、第１導体は、光電変換素子の第２半導体
層に電気的に接続され、第２導体は、第１半導体層の前
記露出した部分に電気的に接続される支持体とを含むこ
とを特徴とする光発電装置である。本発明に従えば、ほ
ぼ球状の複数の各光電変換素子が、支持体の複数の各凹
部にそれぞれ配置され、この凹部の内面は、第１導体ま
たは第１導体上に形成された被覆層によって形成され、
したがって太陽光などの外部からの光は、光電変換素子
に直接に照射されるとともに、凹部内面の第１導体また
は第１導体上に形成された被覆層によって反射されて光
電変換素子に照射される。光電変換素子は、凹部内に配
置されるので、相互に間隔をあけて設けられ、すなわち
光電変換素子が密に配置されることは無い。したがって
光電変換素子の個数を減少して光電変換素子を構成する
高純度のたとえばＳｉなどの材料の使用量を低減するこ
とができるとともに、光電変換素子と支持体の導体との
接続工程を容易にすることができる。しかも複数の凹部
は、相互に隣接して形成され、これによって外部からの
光は、凹部内面で反射して光電変換素子に照射し、外部
からの光を有効に、光電変換素子の光起電力の発生のた
めに、利用することができる。こうして本発明の光電変
換素子の光源に臨む単位面積あたりの発電電力をできる
だけ大きくすることができる。本発明の光電変換素子に
は、単結晶、多結晶またはアモルファスの材料から成っ
てもよく、シリコン系、化合物半導体系、その他の材料
から成ってもよく、またたとえばｐｎ形、ｐｉｎ形の各
構造を有していてもよく、その他たとえば、ショットキ
ーバリヤ形、ＭＩＳ（metal-insulator-semiconducto
r）形、ホモ接合形、ヘテロ接合形およびその他の構成
を有していてもよい。中心側の第１半導体層は、外側の
第２半導体層の開口部から部分的に露出しており、これ
らの第１および第２半導体層間から、光照射時に発生さ
れる光起電力を取出すことができる。支持体の凹部に配
置された光電変換素子の第２半導体層は、支持体の第１
導体に電気的に接続される。光電変換素子の内部の第１
半導体層の露出部分は、第１導体とは電気絶縁体を介し
て設けられた第２導体に、電気的に接続される。第１導
体と第２導体とが面状に形成される構造では、複数の光
電変換素子は、これらの第１および第２導体によって並
列接続され、大きな電流を導出することができる。光電
変換素子は、真球であってもよいけれども、真球でなく
ても、その外表面が、真球以外のほぼ球状であればよ
い。第１半導体層は、中実のほぼ球状に形成されてもよ
いけれども、本発明の実施の他の形態では、予め準備し
た芯体の外周面に第１半導体層が被覆して形成された構
成であってもよく、あるいはまたほぼ球状の第１半導体
層の中心付近が空胴である構成を有してもよい。また本
発明は、光電変換素子の外径は、０．５〜２ｍｍφであ
ることを特徴とする。本発明に従えば、光電変換素子の
外径は、０．５〜２ｍｍφであり、好ましくは０．８〜
１．２ｍｍφであり、あるいはまた約１ｍｍφであって
もよい。これによって高純度のＳｉなどの材料の使用量
を充分少なくし、しかも発生電力をできるだけ大きくす
ることができるようになるとともに、製造時の球状光電
変換素子のハンドリングが容易であり、生産性が優れて
いる。また本発明は、前記第２半導体層の開口部の中心
角θ１は、４５〜９０°であることを特徴とする。本発
明に従えば、前述のように中心角θ１を、４５〜９０°
に選ぶことによって、さらに好ましくは６０〜９０°に
選ぶことによって、第１および第２半導体層が、前記開
口部の形成によって廃棄される量を低減し、無駄を抑制
することができる。しかも中心角θ１を、このような値
の範囲に選ぶことによって、第１半導体層と支持体の第
２導体との電気的接続のために必要な開口部の面積を得
ることができる。また本発明は、支持体に形成された凹
部の開口端は、たとえば蜂の巣状の多角形であり、相互
に隣接する各開口端は、連続し、凹部は、底になるにつ
れて先細状に形成され、凹部の底もしくはその周辺で、
光電変換素子の第１および第２半導体層が、相互に電気
的に絶縁されている第２および第１導体に、それぞれ電
気的に接続されることを特徴とする。また本発明は、支
持体の凹部の底もしくはその周辺で、第１導体には、円
形の第１接続孔３９が形成されるとともに、電気絶縁体
には、第１接続孔３９の軸線を含む一直線上に軸線を有
する円形の第２接続孔４０が形成され、光電変換素子の
前記開口部付近は、第１接続孔３９に嵌まり込み、第２
半導体層の開口部の上部の外周面と第１導体の第１接続
孔３９の端面もしくは端面付近の部分とが、電気的に接
続され、前記開口部から露出した第１半導体層の前記部
分が、第２接続孔４０を介して第２導体に電気的に接続
されることを特徴とする。また本発明は、光電変換素子
の外径をＤ１とし、前記第２半導体層の開口部の内径を
Ｄ２とし、第１接続孔３９の内径をＤ３とし、第２接続
孔４０の内径をＤ４とするとき、 Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ４ に選ぶことを特徴とする。本発明に従えば、第１導体の
第１接続孔３９に、光電変換素子の前記開口部付近が嵌
まり込み、その開口部から露出した第１半導体層の前記
一部分が、支持体の電気絶縁体に形成された第２接続孔
４０を介して第２導体に、電気的に接続される。これに
よって第１導体、電気絶縁体および第２導体を有する支
持体の第１および第２導体を、光電変換素子の第２およ
び第１半導体層と電気的に容易にそれぞれ接続すること
ができるようになる。第２半導体層と第１導体との電気
的接続に関して、後述の図１の開口部９よりも上方で第
２半導体層の開口部９の上部の外周面と、第１導体の第
１接続孔３９の端面もしくは端面付近の部分、すなわち
第１接続孔３９の内周面および／またはその第１接続孔
３９付近で第１接続孔３９を囲む部分とが、電気的に接
続される。第１半導体層７の開口部９から露出した部分
１０には、第２導体１４が第２接続孔４０を挿通して、
たとえば隆起して塑性変形されて電気的に接続されても
よく、または第２接続孔４０に設けられた導電性ペース
トによって、もしくは金属などの導電性バンプなどによ
って、第２導体１４に電気的に接続されてもよい。また
これらの外径Ｄ１および内径Ｄ２，Ｄ３，Ｄ４を、前述
の不等式のとおりに選ぶことによって、不所望な電気的
短絡を防いで、確実な電気的接続が可能になる。また本
発明は、支持体の凹部の開口端の面積をＳ１とし、光電
変換素子の中心を含む断面積をＳ２とするとき、集光比
ｘ＝Ｓ１／Ｓ２を、２〜８に選ぶことを特徴とする。ま
た本発明は、（ａ）ほぼ球状の形状を有し、第１半導体
層およびそれよりも外方の第２半導体層を有し、第２半
導体層の開口部から第１半導体層の一部分が露出し、第
１および第２半導体層間から光起電力を出力する複数の
光電変換素子と、（ｂ）支持体であって、第１導体と第
２導体との間に、電気絶縁体を介して、電気的に絶縁し
た状態を構成し、第１導体または第１導体上に形成され
た被覆層によって内面が形成された複数の凹部が、隣接
して形成され、各凹部内に光電変換素子が配置されて凹
部の第１導体または第１導体上に形成された前記被覆層
による反射光が光電変換素子に照射され、第１導体は、
光電変換素子の第２半導体層に電気的に接続され、第２
導体は、第１半導体層の前記露出した部分に電気的に接
続される支持体とを含み、光電変換素子の外径は、０．
５〜２ｍｍφであり、支持体の凹部の開口端の面積をＳ
１とし、光電変換素子の中心を含む断面積をＳ２とする
とき、集光比ｘ＝Ｓ１／Ｓ２を、２〜８に選ぶことを特
徴とする光発電装置である。また本発明は、（ａ）ほぼ
球状の形状を有し、第１半導体層およびそれよりも外方
の第２半導体層を有し、第２半導体層の開口部から第１
半導体層の一部分が露出し、第１および第２半導体層間
から光起電力を出力する複数の光電変換素子と、（ｂ）
支持体であって、第１導体と第２導体との間に、電気絶
縁体を介して、電気的に絶縁した状態を構成し、第１導
体または第１導体上に形成された被覆層によって内面が
形成された複数の凹部が、隣接して形成され、各凹部内
に光電変換素子が配置されて凹部の第１導体または第１
導体上に形成された前記被覆層による反射光が光電変換
素子に照射され、第１導体は、光電変換素子の第２半導
体層に電気的に接続され、第２導体は、第１半導体層の
前記露出した部分に電気的に接続される支持体とを含
み、光電変換素子の外径は、０．８〜１．２ｍｍφであ
り、支持体の凹部の開口端の面積をＳ１とし、光電変換
素子の中心を含む断面積をＳ２とするとき、集光比ｘ＝
Ｓ１／Ｓ２を、４〜６に選ぶことを特徴とする光発電装
置である。本発明に従えば、支持体の凹部の開口端は、
たとえば蜂の巣状の多角形であり、たとえば六角形であ
ってもよく、この凹部は底になるにつれて先細状に形成
され、その底に、光電変換素子が配置され、その光電変
換素子が、凹部の底もしくはその周辺で、支持体の各導
体に接続される。凹部の開口端が多角形であって、各開
口端が連続することによって、太陽光などの光源に臨む
支持体における光電変換素子の位置以外の全面で受けた
光の全てを、光電変換素子に照射することができるよう
になる。したがって集光比ｘ＝Ｓ１／Ｓ２を、たとえば
２〜８倍として、また好ましくは４〜６倍として、いわ
ば集光形光電変換素子を実現することができる。これに
よって前述のように光電変換素子の相互の間隔を大きく
し、光電変換素子の個数を減少することができ、かつ支
持体との電気的な接続作業工程を簡素化することができ
る。したがって光電変換素子の材料となる高純度半導体
の使用量を減少し、安価に本発明を実施することができ
るようになる。支持体の構成は、比較的簡単であり、生
産性に優れており、製造が容易である。たとえば本件発
明者の実験によれば、ほぼ球状のＳｉから成る光電変換
素子を、その外径が８００〜１０００μｍφとなるよう
に形成した本件光発電装置では、集光比ｘを４〜６倍と
すれば、光発電装置で使用される全ての光電変換素子を
構成するＳｉと同一重量のＳｉを、仮想上、光発電装置
への光源からの光線に垂直な仮想平面への投影面積と等
しい面積を有する平板に換算したときの厚みは、約９０
〜１２０μｍになり、したがって発生電力１Ｗあたりの
Ｓｉの使用量は、２ｇ未満の値で済むという画期的な結
果を得られることになった。前述の結晶シリコン半導体
ウエハから成る光電変換素子の第１先行技術では、結晶
シリコンの厚みは、３５０〜５００μｍであり、スライ
スロスを含めると、約１ｍｍとなる。そのため、第１先
行技術では、発生電力１ＷあたりのＳｉの使用量は、約
１５〜２０ｇ程度である。したがって本発明では、Ｓｉ
の使用量を、前述の第１先行技術に比べて大幅に軽減す
ることができる。集光比ｘが８を超える値とすれば、光
電変換素子の必要な数を減少することができ、発生電力
１ＷあたりのＳｉの使用量をさらに軽減することができ
るが、その反面、実際には集光比ｘの増加とともに、凹
部に入射された光エネルギの光電変換素子に吸収される
光エネルギに対する比率である集光効率が悪くなり、そ
の結果、性能の低下を招いてしまう。さらに本発明に従
えば、前述のとおり、光電変換素子の外径を０．５〜２
ｍｍφに選び、好ましくは０．８〜１．２ｍｍφに選ぶ
とともに、集光比ｘを、２〜８に選び、好ましくは４〜
６に選ぶことによって、光電変換素子の数を減少し、発
生電力１ＷあたりのＳｉの使用量を軽減することができ
るとともに、光電変換素子と支持体との電気的な接続作
業工程をさらに簡素化することができるようになる。こ
のようにして光電変換素子の外径の数値選択との組合せ
は、光電変換素子の数を減少し、発生電力１Ｗあたりの
Ｓｉの使用量を低減するために重要である。光電変換素
子の外径が０．５ｍｍφ未満では、Ｓｉの使用量は低減
するが、光電変換素子の必要な数が増加してしまい、ま
たその外径が２ｍｍφを超える構成では、光電変換素子
の必要な数は減少するが、Ｓｉの使用量は多くなってし
まう。集光比ｘが２未満では、Ｓｉの使用量を充分低減
することはできず、また８を超えると、集光効率がたと
えば８０％未満に悪化し、性能の低下を招く結果にな
る。本発明では、集光比ｘを前述の値の範囲に選ぶこと
によって、集光効率を８０％以上とし、さらに９０％以
上とすることができるようになる。こうして本発明に従
えば、光電変換素子の外径と集光比ｘとを前述の数値の
範囲に選び、これによって前述の第３先行技術に比べ
て、光電変換素子の必要な数と、発生電力１Ｗあたりの
Ｓｉの使用量とをいずれも、１／５〜１／１０に激減す
ることができるという卓越した効果が達成される。また
本発明に従ってアモルファスＳｉ光電変換素子を用いて
前述の集光比で集光した構成では、光電変換素子の温度
を、アモルファスＳｉ薄板の光電変換素子に比べて上昇
させ、たとえば４０〜８０℃とすることができる。これ
によってアモルファスＳｉ光電変換素子の劣化を抑制
し、長寿命にすることが可能である。また本発明は、図
１４のように、光電変換素子は、一方導電形式の第１半
導体層６４の外方に、第１半導体層よりも光学的バンド
ギャップが広い他方導電形式の第２半導体層６５が形成
されて、ｐｎ接合を有することを特徴とする。また本発
明は、図１５および図１６のように、光電変換素子は、
一方導電形式の第１半導体層６８，７３の外方に、アモ
ルファス真性半導体層６９，７４、および第１半導体層
よりも光学的バンドギャップが広い他方導電形式のアモ
ルファス第２半導体層７０，７６が、この順序で形成さ
れて、ｐｉｎ接合を有することを特徴とする。また本発
明は、第１半導体層は、ｎ形Ｓｉであり、第２半導体層
は、ｐ形アモルファスＳｉＣであることを特徴とする。
また本発明は、第１半導体層であるｎ形Ｓｉは、ｎ形結
晶Ｓｉまたはｎ形微結晶（μｃ）Ｓｉであることを特徴
とする。本発明に従えば、異種のアモルファス半導体に
よってｐｎまたはｐｉｎのヘテロ接合窓構造を構成す
る。光の入射側に存在する窓材料の第２半導体層の光学
的バンドギャップを、内側の第１半導体層よりも広く
し、これによって第２半導体層の光吸収係数を小さくし
てこの第２半導体層で光が吸収されないようにし、表面
層での電子と正孔との再結合を減らし、光吸収損失を軽
減し、また短波長側の感度を増してワイドギャップ窓作
用を達成し、その結果、エネルギ変換効率を向上するこ
とができる。特にｐｉｎ接合構造では、光起電力発生層
である真性半導体層（ｉ層）に、光エネルギをより多く
導き入れるとともに、短波長側の感度を増してワイドギ
ャップ窓作用を達成することができる。本発明では、前
述の先行技術におけるｐ形Ｓｉ球の外方にｎ形Ｓｉ表皮
部を形成した粒子に比べて、きわめて優れたエネルギ変
換動作が行われることになる。ｐｉｎ接合を有する光電
変換素子のｉ層では、光が吸収されて電子・正孔対を作
って光電流を生成し輸送する役目を果たし、ｐ層とｎ層
とは、フェルミ準位を価電子帯と伝導帯の近くに固定し
て、ｉ層で発生した電子、正孔を、両電極に運ぶ内部電
界を作って光生成キャリアを収集する役目を果たす。こ
うしてエネルギ変換効率の向上が図られる。また本発明
は、図１７のように、光電変換素子は、最内方の第１半
導体層を有する内部セル８１と、その内部セルの外方に
形成され、最外方の第２半導体層を有する外部セル８２
とを含み、スタック形構造を有することを特徴とする。
また本発明は、内部セル８１は、ｐｎ接合層またはｐｉ
ｎ接合層を有し、外部セル８２は、ｐｎ接合層またはｐ
ｉｎ接合層を有することを特徴とする。また本発明は、
内部セル８１は、内から外に順に、一方導電形式の第１
半導体層８４と、他方導電形式のアモルファスおよび／
または微結晶の半導体層８５とを有し、外部セル８２
は、内から外に順に、アモルファスｐｉｎ接合層８６
と、このｐｉｎ接合層よりも光学的バンドギャップが広
いアモルファスまたは微結晶の第２半導体層８７とを有
することを特徴とする。また本発明は、図１８のよう
に、内部セル１０１は、内から外に順に、一方導電形式
の第１半導体層１０４と、他方導電形式のアモルファス
および／または微結晶の半導体層１０５，１０６とを有
し、外部セル１０２は、内から外に順に、一方導電形式
の微結晶半導体層１０７と、アモルファス真性半導体層
１０８と、他方導電形式の微結晶の第２半導体層１１１
とを有することを特徴とする。また本発明は、図１９の
ように、内部セル１１２は、内から外に順に、一方導電
形式のアモルファスの第１半導体層１１４と、アモルフ
ァス真性半導体層１１５と、他方導電形式のアモルファ
ス半導体層１１７とを有し、外部セル１１３は、内から
外に順に、一方導電形式の微結晶半導体層１１８と、ア
モルファス真性半導体層１１９と、他方導電形式の微結
晶の第２半導体層１２２とを有することを特徴とする。
また本発明は、図２０のように、内部セル１２４は、内
から外に順に、一方導電形式のアモルファスの第１半導
体層１２６と、微結晶の真性半導体層１２７と、他方導
電形式であって、第１半導体層よりも光学的バンドギャ
ップが広いアモルファス半導体層１２９とを有し、外部
セル１２５は、内から外に順に、一方導電形式の微結晶
半導体層１３０と、アモルファス真性半導体層１３１
と、他方導電形式の微結晶の第２半導体層１３４とを有
することを特徴とする。本発明に従えば、微結晶（μ
ｃ）半導体層は、導電度が高く、このような微結晶半導
体層を、第１半導体層とｐｉｎ接合層との間に導入する
ことによって、光電変換効率を向上することができる。
アモルファスｐｉｎ接合層によって、またそのアモルフ
ァスｐｉｎ接合層と第２半導体層とのヘテロ接合によっ
て、光生成キャリアの有効な収集を行うことができると
ともに、光生成キャリアの再結合の損失を軽減すること
ができる。アモルファス半導体は、支持体の凹部の内面
による反射光を受光することによって、たとえば４０〜
８０℃に昇温され、これによって光電変換特性の劣化が
抑制され、好都合である。この光電変換素子は、ほぼ球
状に形成されているので、直接光および反射光を受光す
る単位面積あたりの光の入射エネルギが大きくなること
が抑制され、このことによってもまた、光電変換特性の
劣化が抑制されることになる。また本発明は、第１半導
体層は、直接遷移形半導体層であることを特徴とする。
また本発明は、直接遷移形半導体層は、ＩｎＡｓ、Ｇａ
Ｓｂ、ＣｕＩｎＳｅ₂、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ₂、ＣｕＩ
ｎＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＣｄＴｅから成るグルー
プから選ばれた１種類であることを特徴とする。本発明
に従えば、内側の第１半導体層を、光を吸収しやすい直
接遷移形半導体層によって実現し、これによって電子と
正孔との充分な遷移確率を得ることができ、このことに
よってもまた、光電変換効率を向上することができる。
また本発明は、複数の支持体が隣接して配置され、各支
持体の周辺部は、外方に延在して形成されており、この
周辺部で、隣接する一方の支持体の第１導体と、他方の
支持体の第２導体とが、重ねられて電気的に接続される
ことを特徴とする。また本発明は、前記各周辺部は、立
上り部分または立下り部分を有し、立上り部分または立
下り部分が重ねられて電気的に接続されることを特徴と
する。本発明に従えば、光電変換素子が搭載された複数
の支持体の周辺部で、一方の支持体の第１導体と、他方
の支持体の第２導体とを重ねて接続し、こうして支持体
毎の光電変換素子による光起電力を直列接続し、希望す
る高い電圧を取り出すことができる。本発明に従えば、
後述の図１２および図１３に示されるように、支持体の
周辺部の立上り部分と立下り部分とを重ねて電気的に接
続し、または立上り部分同士を、または立下り部分同士
を電気的に接続するようにしてもよい。これによって支
持体の凹部を近接し、限られた面積にできるだけ多くの
凹部および光電変換素子を配置することができるように
なる。

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態の光
発電装置１の一部の拡大断面図であり、図２は光発電装
置１の全体の構成を示す断面図であり、図３は図２に示
される光発電装置１の分解斜視図である。光発電装置１
は基本的に、ほぼ球状の形状を有する複数の光電変換素
子２と、その光電変換素子２が搭載される支持体３とか
ら成る組合せ体４が、透光性合成樹脂材料、たとえばＰ
ＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＥＶＡ（エチレンビニ
ルアセテート）などから成る充填層５内に埋設され、こ
の充填層５には、太陽光などの光源側にポリカーボネー
トなどの透光性保護シート６が配置されて固定される。
充填層５の保護シート６と反対側（図１の下方）の表面
には、合成樹脂材料などから成る防水性裏面シート１２
が固定される。こうして光発電装置１の全体の形状は、
偏平な板状である。光電変換素子２は、第１半導体層
７、およびそれよりも外方の第２半導体層８を有する。
第２半導体層８には開口部９が形成される。第１半導体
層７の一部分１０は、開口部９から図１の下方に露出す
る。図１の上方から光１１が照射されることによって、
光電変換素子２の第１および第２半導体層７，８間から
光起電力が出力される。支持体３は、第１導体１３と第
２導体１４との間に電気絶縁体１５がサンドイッチさ
れ、こうして第１および第２導体１３，１４が、電気絶
縁体１５を介して電気的に絶縁されて構成される。第１
および第２導体１３，１４は、たとえばアルミニウム箔
であってもよく、そのほかの金属製シートであってもよ
い。電気絶縁体１５は、たとえばポリイミドなどの合成
樹脂材料であってもよく、そのほかの電気絶縁性材料か
ら成ってもよい。複数の各凹部１７は、隣接して形成さ
れ、この凹部１７の内面は、第１導体１３によって形成
される。各凹部１７内の底には、光電変換素子２がそれ
ぞれ配置される。図４は、支持体３の一部の平面図であ
る。凹部１７の開口端１８は多角形であり、たとえばこ
の実施の形態では蜂の巣状の正６角形であり、本発明の
実施の他の形態では、たとえば３角形以上の他の多角形
であってもよい。図４において開口端１８の長さＷ１
は、たとえば２ｍｍであってもよい。相互に隣接する各
開口端１８は、連続し、すなわち凹部１７は、図１にお
ける逆Ｕ字状の屈曲部１９によって連なる。これによっ
て光１１に臨む面積内に、できるだけ多くの凹部１７を
形成することができ、したがって凹部１７の内面の第１
導体１３による反射光を、光電変換素子２に反射して導
くことができ、集光比を大きくすることができる。凹部
１７は、底になるにつれて、たとえば放物線状に先細状
に形成される。凹部１７の底で、光電変換素子２の第１
半導体層７が支持体３の第２導体１４に接続部２１で電
気的に接続される。光電変換素子２の第２半導体層８
は、凹部の底もしくはその周辺で、支持体３の第１導体
１３に電気的に接続される。図５は、光電変換素子２の
支持体３に搭載される前の状態における光電変換素子３
１を示す断面図である。図５の光電変換素子３１は、前
述の図１に類似する断面構造を有する。第１半導体層７
は、球状であり、ｎ形Ｓｉから成る。第１半導体層７
は、アモルファス、単結晶または多結晶であってもよ
い。この第１半導体層７の外方に形成される第２半導体
層８は、ｐ形Ｓｉである。この第２半導体層８は、アモ
ルファス、単結晶または多結晶であってもよい。この第
２半導体層８は、第１半導体層７よりも光学的バンドギ
ャップを広くとれば、たとえばｐ形ａ−ＳｉＣとすれ
ば、ワイドギャップ窓作用が達成される。本発明の実施
の他の形態では、図５に示される第１半導体層７は、直
接遷移形半導体層によって実現され、たとえばｎ形導電
形式を有するＩｎＡｓ、ＣｕＩｎＳｅ₂、Ｃｕ（ＩｎＧ
ａ）Ｓｅ₂、ＣｕＩｎＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、Ｃｄ
Ｔｅから成るグループから選ばれた１種類であってもよ
い。この直接遷移形半導体層によって形成された第１半
導体層７の上に、第２半導体層８が形成され、この第２
半導体層８は、ｐ形導電形式を有する半導体ＡｌＧａＡ
ｓ、ＣｕＩｎＳｅ₂、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ₂、ＧａＡ
ｓ、ＡｌＧａＰ、ＣｄＴｅまたはそれに類似する化合物
半導体のグループから選ばれた１種類である。こうして
ｐｎ接合構造が形成される。第１および第２半導体層
７，８にアモルファス半導体を用いる工程では、後述の
図６のように、第１半導体層６８および第２半導体層７
０の間に、ｉ半導体層６９を形成し、これによってｐｉ
ｎ接合構造が形成されてもよい。図５に示される光電変
換素子３１を用いて、図１に示される支持体３とともに
組合せ体４を製造する方法を、次に説明する。図６は、
光電変換素子２と支持体３とを有する組合せ体４を製造
する方法を説明するための断面図である。前述の図５に
示される球状の光電変換素子２が製造された後、図６に
示されるように、光電変換素子２が切削加工される。図
６に示される光電変換素子２では、第２半導体層８の開
口部９から第１半導体層７の一部分１０が露出してい
る。この開口部９は、中心角θ１が１８０°未満の範囲
で平面状に形成される。中心角θ１は、たとえば４５〜
９０°であってもよく、好ましくは６０〜９０°であっ
てもよい。光電変換素子３１の外径Ｄ１は、たとえば
０．５〜２ｍｍφ未満であってもよく、さらに好ましく
は０．８〜１．２ｍｍφである。開口部９の内径は、参
照符Ｄ２で示される。集光比ｘ＝Ｓ１／Ｓ２は、２〜８
倍であり、好ましくは４〜６倍である。図７は、球状の
光電変換素子３１を切削加工して開口部９を形成する工
程を説明するための断面図である。複数の球状光電変換
素子３１は、その上部が吸引パッド３４によってそれぞ
れ真空吸引され、無端ベルト状研磨材３５によって研磨
される。研磨材３５は、ローラ３６，３７にわたって巻
掛けられて回転駆動される。再び図６を参照して、支持
体３の製造にあたって、アルミニウム箔の第１導体１３
が準備され、この第１導体１３には接続孔３９が形成さ
れる。接続孔３９の内径Ｄ３は、光電変換素子２の外径
Ｄ１未満であって、第２半導体層８の開口部９の内径Ｄ
２を超える値に選ばれる（Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２）。薄板状
の電気絶縁体１５が準備され、この電気絶縁体１５には
接続孔４０が形成される。接続孔４０の内径Ｄ４は、光
電変換素子２の開口部９の内径Ｄ２未満である（Ｄ２＞
Ｄ４）。こうして接続孔３９を有する第１導体１３と接
続孔４０を有する電気絶縁体１５とが重ねられて接着さ
れて一体化され、これらの接続孔３９，４０の各軸線は
一直線上に存在する。さらに第２導体１４が重ねられて
接着されて一体化され、偏平な支持体３ａが形成され
る。本発明の実施の他の形態では、接続孔３９を有する
第１導体１３と、接続孔４０を有する電気絶縁体１５
と、第２導体１４とが、同時に重ねられて接着されて一
体化されてもよい。第１および第２導体１３，１４なら
びに電気絶縁体１５の厚みは、たとえば６０μｍであっ
てもよい。光電変換素子２の開口部９付近は、接続孔３
９に嵌まり込み、電気絶縁体１５の接続孔４０に臨む。
前記開口部９付近は、接続孔３９に臨んで第１導体１３
上に置かれてもよい。図１も併せて参照して、光電変換
素子２の開口部９よりも図１の上方で第２半導体層８の
開口部９を囲む外周面と、支持体３ａまたは３の第１導
体１３の第１接続孔３９付近の部分、すなわち第１接続
孔３９の内周面またはその第１接続孔３９付近で第１接
続孔３９を囲む部分とが、電気的に接続される。第２半
導体層８の外周面と第１導体１３との接続部分４４（図
１参照）は、開口部９を含む仮想平面の周縁部４５より
も第１導体１３とは反対側（図１の上方）に位置し、こ
れによって第１導体１３が第１導体７と電気的に導通す
ることを確実に防ぎ、またこの接続部分４４は、開口部
９を含む仮想平面に平行であってかつ光電変換素子２の
中心４６を通る仮想平面４７よりも開口部９側（図１の
下方）に存在する。その後、偏平な支持体３ａがプレス
によって塑性変形加工され、複数の凹部１７が隣接して
形成される。第２導体１４は、電気絶縁体１５の接続孔
４０から図６の上方に突出し、すなわち接続孔４０を挿
通して隆起するように変形されて接続部２１が形成され
る。こうして形成された支持体３の高さＨ１は、たとえ
ば約１ｍｍであってもよい。第１半導体層７と第２導体
１４との電気的接続工程、および第２半導体層８と第１
導体１３との電気的接続工程との両工程は、いずれが先
に順次的に行われてもよく、あるいはまた同時に行われ
てもよい。こうして形成された凹部１７内に、開口部９
を有する光電変換素子２が配置される。本発明の実施の
他の形態では、導体１３／絶縁体１５／導体１４の３層
構造を、凹部１７が形成されるように塑性変形加工した
後、上述の各開口部３９，４０を、２種類の各レーザ光
を用いて、導体１３と絶縁体１５とにそれぞれ形成し
て、支持体３を製造してもよい。図８は、支持体３の凹
部１７内に光電変換素子２を配置する工程を示す簡略化
した斜視図である。前述の図７において吸引パッド３４
で真空吸引された状態で切削加工された光電変換素子２
は、その開口部９が下方に臨んだ姿勢のままで、支持体
３の凹部１７内に搬送されて配置される。吸引パッド３
４は、複数個、たとえば１００個、列を成して設けられ
る。吸引パッド３４によって光電変換素子２が凹部１７
内に配置された後、支持体３が進行方向４２に凹部１７
の１ピッチだけ移動され、前述と同様にして吸引パッド
３４を用いて光電変換素子２を、新たな凹部１７に配置
する。このような動作が繰返されて全ての凹部１７に光
電変換素子２が配置される。その後、光電変換素子２は
支持体３に凹部１７の底で電気的に接続される。光電変
換素子２の第１半導体層７は、開口部３２で露出し、第
２導体１４の接続孔４０で接続部２１に電気的に接続さ
れる。また光電変換素子２の第２半導体層８は、開口部
９の上部の外周部が第１導体１３の接続孔３９付近の部
分と電気的に接続される。これらの第１および第２導体
１３，１４と光電変換素子２の第２および第１半導体層
８，７との電気的な各接続は、たとえばレーザ光を用い
て共晶によって、または導電性ペーストを用いて、もし
くは金属バンプを用いて電気的に接続されてもよい。こ
うして鉛を含むはんだを用いることなく、電気的接続を
行うことができ、環境の保護の観点から好ましい。図９
は、光電変換素子２と支持体３とを有する組合せ体４，
４ｂが接続された状態を示す斜視図である。組合せ体
４，４ｂの外方に延びる平面状の周辺部６１，６１ｂ
で、電気的な接続が行われる。図１０は、図９に示され
る組合せ体４，４ｂの周辺部６１，６１ｂ付近の分解断
面図である。一方の組合せ体４の支持体３の第１導体１
３の上に、他方の支持体３ｂの第２導体１４が、重ねら
れて電気的に接続され、固定される。こうして複数の支
持体３，３ｂ毎の光電変換素子２による光起電力を直列
接続し、したがって希望する高い電圧を取り出すことが
できる。図１１は、組合せ体４，４ｂ，４ｃを電気的に
接続した状態を示す簡略化した側面図である。隣接する
一方の組合せ体４の周辺部６１の上または下に他方の組
合せ体４ｂの周辺部６１ｂを重ねて、電気的に前述のよ
うに接続する。さらに組合せ体４ｂの前述の周辺部６１
ｂと反対側の周辺部６１ｂ１は、隣接する組合せ体４ｃ
の周辺部６１ｃに上下に重ねられて電気的に接続され
る。組合せ体４ｂの一方の周辺部６１ｂが、組合せ体４
の周辺部６１ｂの下方に図１１に示されるように配置さ
れる構成では、他方の周辺部６１ｂ１は、組合せ体４ｃ
の周辺部６１ｃの上方に配置され、こうしていわば２段
状に交互に上下に組合されて、接続される。周辺部６
１，６１ｂ；６１ｂ１，６１ｃの図１１における左右方
向の重なった長さＬ６１は、たとえば１ｍｍであっても
よい。図１２は、隣接する組合せ体４，４ｂの電気的な
接続構造を示す断面図である。一方の組合せ体４の周辺
部６１は、立上っており、他方の組合せ体４ｂの周辺部
６１ｂは立下って形成される。周辺部６１における導体
１４と、周辺部６１ｂの導体１３とが電気的に接続され
る。図１３は、本発明の実施の他の形態における組合せ
体４，４ｂの電気的接続状態を示す断面図である。この
実施の形態は、図１２の実施の形態に類似するけれど
も、特にこの実施の形態では、組合せ体４の立上った周
辺部６１の導体１３が、組合せ体４ｂの立下った周辺部
６１ｂの導体１４に電気的に接続される。このような図
１２および図１３の接続構造によれば、支持体３，３ｂ
の凹部を近接し、限られた面積にできるだけ多くの凹部
および光電変換素子を配置することができるようにな
る。図１４は、本発明の実施の他の形態の光電変換素子
２の一部の断面図である。図１４および後述の図１５〜
図２０では、各半導体層は、周方向に展開した偏平な形
状で示されているけれども、実際には、円弧状に半径方
向内方から外方にすなわち各図面の下方から上方に向か
って順次的に、積層して球面を有して形成されている。
図１４では、光電変換素子の半径方向内方から外方に向
かって順次的に、ｎ形微結晶（μｃ）Ｓｉ層６３、ｎ形
多結晶（ｐｏｌｙ）Ｓｉ層６４／ｐ形ａ−ＳｉＣ層６５
／ｐ形微結晶ＳｉＣ層６６のダブルヘテロ接合層を有す
る構成を有する。このようなｐｎ接合を有する光電変換
素子の構成は、表１に示す。

【表１】 図１５は、本発明の実施の他の形態の光電変換素子２の
断面図である。各半導体層６８，６９，７０は、前述の
表１の構成を有する。本発明の実施の他の形態では、図
１５の光電変換素子２において、半導体層６８として、
ｎ形の単結晶または多結晶のＳｉが用いられてもよい。
図１６は、本発明の実施の他の形態の光電変換素子２の
断面図である。各半導体層の具体的な構成は、前述の表
１に示されるとおりである。本発明の実施の他の形態で
は、この図１６における半導体層７３，７４は、ｎ形結
晶Ｓｉであってもよい。また半導体層７４は、ｉ形微結
晶Ｓｉであってもよい。図１７は、本発明の実施の他の
形態の光電変換素子２の断面図である。図１７〜図２０
の光電変換素子２は、２接合のスタック構造を有する。
本発明の実施の他の形態では、３接合以上のスタック構
造を有する光電変換素子２が用いられてもよい。図１７
〜図２０の各光電変換素子２の具体的な構成は、表２に
示されるとおりである。

【表２】 図１７において、内部セル８１の外方に外部セル８２が
形成される。半導体層８４は、ｎ形アモルファスＳｉで
あってもよく、半導体層８５はｐ形微結晶Ｓｉであって
もよく、さらに半導体層８７は微結晶ＳｉＣであっても
よい。半導体層８６のｐｉｎ接合層は、光電変換素子２
の半径方向内方から外方に順次的にｐ形、ｉ形およびｎ
形の各半導体層が積層されて構成されてもよいが、本発
明の実施の他の形態では、内部セル８１の半導体層８
４，８５の導電形式を図１７とは逆にし、外部セル８２
の半導体層８６，８７の導電形式を図１７とは逆とし、
この半導体層８６では、ｎ形、ｉ形およびｐ形の半導体
層が順次的に形成されてもよく、このことは前述のとお
りであって、そのほかの構成を有するｐｉｎ接合層を備
えた光電変換素子２に関して同様である。図１８は、本
発明の実施の他の形態の光電変換素子２の断面図であ
る。内部セル１０１と外部セル１０２とには、半導体層
１０３〜１０６；１０７〜１１１が積層されて構成され
る。図１９は、本発明の実施の他の形態の光電変換素子
２の断面図である。内部セル１１２と外部セル１１３と
には、半導体層１１４〜１１７；１１８〜１２２が積層
されて構成される。半導体層１１７に代えて、ｐ形アモ
ルファスＳｉＯであってもよい。半導体層１２１も同様
に、ｐ形アモルファスＳｉＯであってもよい。図２０
は、本発明のさらに他の実施の形態の光電変換素子２の
断面図である。内部セル１２４と外部セル１２５とは、
半導体層１２６〜１２９；１３０〜１３４が形成され
る。半導体層１２９に代えて、ｐ形アモルファスＳｉＯ
が用いられてもよい。本発明の光電変換素子２は、前述
の構成以外の構成を有していてもよい。本発明の実施の
他の形態では、支持体３に代えて、たとえばポリカーボ
ネートなどの電気絶縁性合成樹脂材料などの射出成形な
どの成形によって凹部を形成し、その表面に、Ｎｉなど
の導電性材料をメッキして、第１および第２導体を形成
し、支持体を製造してもよい。第１および第２導体は、
たとえばアルミニウム箔であってもよいが、Ｃｒメッキ
によって、またはＡｇメッキによって形成されてもよ
く、さらにこれらの金属Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ等を蒸
着もしくはスパッタ等により形成してもよい。第１導体
の上には、被覆層が形成されてもよく、この被覆層は、
たとえばメッキなどによって形成される金属製であって
もよく、または合成樹脂製であってもよい。

【発明の効果】本発明によれば、光電変換素子の材料、
特に高価なＳｉの使用量を大幅に低減し、さらに光電変
換素子の数を減少して光電変換素子と支持体との接続作
業工程を簡素化し、このようにして生産性が向上され、
原価が低減される。特に本発明の光電変換素子を用いる
ことによって、省資源、省エネルギ形の製造方法によっ
て実現することができる。支持体の凹部の内面を形成す
る第１導体またはその被覆層による太陽光などの反射光
を、光電変換素子に照射し、光を有効に利用することが
できる。第１導体またはその被覆層は、光を反射する働
きを果たすとともに、光電変換素子の第２半導体層に接
続されて、電流を導く働きを果たす。このような支持体
の構成は単純であり、生産性が優れている。特に本発明
によれば、光電変換素子の外径を０．５〜２ｍｍφ、好
ましくは０．８〜１．２ｍｍφに選ぶとともに、集光比
ｘを２〜８、好ましくは４〜６に選ぶことによって、前
述の第３先行技術に比べて発生電力１ＷあたりのＳｉの
使用量と光電変換素子の必要な数とを、１／５〜１／１
０に激減することができるという卓越した効果を達成す
ることができるようになる。Ｓｉの使用量を低減するこ
とによって、光発電装置を安価に実現することができる
とともに、光電変換素子の数を減少して光電変換素子と
支持体との電気的な接続作業工程を簡素化し、こうして
生産性が向上され、このことによっても安価な光発電装
置が実現されることになる。したがって高信頼性、高効
率の光発電装置を提供することができるようになる。本
発明によれば、外側のアモルファス第２半導体層の光学
的バンドギャップを、中心側の第１半導体層よりも広く
してｐｎ接合またはｐｉｎ接合を構成し、これによっ
て、光の入射側の窓材料の第２半導体層で光が吸収され
ないようにし、表面層での再結合を減らし、ワイドギャ
ップ窓作用を達成し、光電変換効率の向上を図ることが
できる。また本発明によれば、中心側の第１半導体層
と、それよりも外方のｐｉｎ接合層との間に、導電度の
高い微結晶（μｃ）半導体層を介在することによって、
エネルギ変換効率の向上を図ることができる。また本発
明によれば、直接遷移形第１半導体層を用いて、エネル
ギ変換効率を向上することも可能である。また本発明に
よれば、光電変換素子の製造が容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の光発電装置１の一部の
拡大断面図である。

【図２】光発電装置１の全体の構成を示す断面図であ
る。

【図３】図２に示される光発電装置１の分解斜視図であ
る。

【図４】支持体３の一部の平面図である。

【図５】光電変換素子２の支持体３に搭載される前の状
態における光電変換素子３１を示す断面図である。

【図６】光電変換素子２と支持体３とを有する組合せ体
４を製造する方法を説明するための断面図である。

【図７】真球状の光電変換素子３１を切削加工して開口
部３２を形成する工程を説明するための断面図である。

【図８】支持体３の凹部１７内に光電変換素子２を配置
する工程を示す簡略化した斜視図である。

【図９】光電変換素子２と支持体３とを有する組合せ体
４，４ｂが接続された状態を示す斜視図である。

【図１０】図９に示される組合せ体４，４ｂの周辺部６
１，６１ｂ付近の分解断面図である。

【図１１】組合せ体４，４ｂ，４ｃを電気的に接続した
状態を示す簡略化した側面図である。

【図１２】隣接する組合せ体４，４ｂの電気的な接続構
造を示す断面図である。

【図１３】本発明の実施の他の形態における組合せ体
４，４ｂの電気的接続状態を示す断面図である。

【図１４】本発明の実施の他の形態の光電変換素子２の
一部の断面図である。

【図１５】本発明の実施の他の形態の光電変換素子２の
断面図である。

【図１６】本発明の実施の他の形態の光電変換素子２の
断面図である。

【図１７】本発明の実施の他の形態の光電変換素子２の
断面図である。

【図１８】本発明の実施の他の形態の光電変換素子２の
断面図である。

【図１９】本発明の実施の他の形態の光電変換素子２の
断面図である。

【図２０】本発明のさらに他の実施の形態の光電変換素
子２の断面図である。

【符号の説明】

１ 光発電装置 ２ 光電変換素子 ３，３ｂ 支持体 ４ 組合せ体 ７ 第１半導体層 ８ 第２半導体層 ９ 開口部 １０ 一部分 １３ 第１導体 １４ 第２導体 １５ 電気絶縁体 １７ 凹部 １８ 開口端

【手続補正書】

【提出日】平成１２年１１月２７日（２０００．１１．
２７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光発電装置に関す
る。本件明細書中、ｐｉｎ接合というのは、ほぼ球状の
光電変換素子の内から外に、または外から内に、順次的
にｎ形、ｉ形およびｐ形の各半導体層が形成された構成
を含むものと解釈されなければならない。

【０００２】

【従来の技術】典型的な第１先行技術は、結晶シリコン
半導体ウエハから成る光電変換素子を含む。この第１先
行技術では、結晶を製造するための工程が繁雑であり、
費用が高くなる。また単結晶バルクからカッティング、
スライシング、ポリッシングなどの工程を経て、半導体
ウエハを製造するので工程が繁雑であり、さらにそのカ
ッティング、スライシング、ポリッシングなどの工程で
生じる結晶の切削屑が、容量比にして約５０％以上にも
なり、無駄になる。

【０００３】この問題を解決する他の第２先行技術は、
アモルファスＳｉ（略称ａ−Ｓｉ）薄膜から成る。この
第２先行技術は、プラズマ化学気相成長法によって、光
電変換層を薄膜状で形成するので、従来技術の単結晶バ
ルクからのカッティング、スライシング、ポリッシング
などの工程が不要であり、堆積した膜の全てを素子の活
性層として用いることができるという利点がある。この
反面、アモルファスＳｉ太陽電池は、アモルファス構造
に起因して、半導体内部に多数の結晶欠陥、すなわちギ
ャップステイツが存在し、したがって光誘起劣化現象が
存在し、光電変換効率が低下するという問題がある。こ
の問題を解決するために、従来では、水素化処理によっ
て不活性化する技術が開発され、アモルファスＳｉ太陽
電池などの電子デバイスが製造可能になっている。

【０００４】しかしながら、こうした処理によっても、
結晶欠陥の効果を無くすことが不可能であり、たとえば
アモルファスＳｉ太陽電池には、依然として、光電変換
効率が１５〜２５％程度劣化するという泣き所を保有し
ている。

【０００５】最近成功した光劣化を抑制する新技術とし
て、光電活性ｉ層を極端に薄くして、かつ太陽電池セル
を２接合または３接合にするスタック形太陽電池が実現
され、光劣化を１０％程度まで抑制することに成功して
いる。この光劣化は、太陽電池セルの動作温度が高いと
き、光劣化の回復することが明らかとなり、こうした状
態で動作／稼動するモジュール技術も開発されつつある
が、充分とは言い難い。

【０００６】このような問題を解決するさらに他の第３
先行技術は、たとえば特公平７−５４８５５に開示され
る。この第３先行技術では、ｐ形Ｓｉ球にｎ形Ｓｉ表皮
部を持つ球状粒子を、穴のあいた偏平なアルミニウム箔
に埋込み、そのアルミニウム箔の裏面から、ｎ形Ｓｉ表
皮部をエッチングして内部のｐ形Ｓｉ球を露出し、この
露出したｐ形Ｓｉ球を、もう１つのアルミニウム箔に接
続してソーラ・アレーを構成する。

【０００７】この第３先行技術では、高純度のＳｉの使
用量を軽減して原価の低減を図ろうとすれば、粒子の外
径を小さくして、全体の平均厚みを薄くする必要があ
る。また変換効率の向上を図るためには、受光面を大き
くする必要があり、その受光面を大きくするために粒子
を相互に近接して配置し、したがって小さい外径を有す
る多数の粒子が密に配置されてアルミニウム箔に接続さ
れなければならない。その結果、粒子とアルミニウム箔
との接続作業工程が繁雑になり、原価の低減に劣る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、高純
度のＳｉなどの半導体材料の使用量を低減し、しかも大
量生産が容易であり、つまり省資源、省エネルギ形の製
造を可能にして、安価に実現される高信頼性、高効率の
光発電装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、（ａ）ほぼ球
状の形状を有し、第１半導体層およびそれよりも外方の
第２半導体層を有し、第２半導体層の開口部から第１半
導体層の一部分が露出し、第１および第２半導体層間か
ら光起電力を出力する複数の光電変換素子と、（ｂ）支
持体であって、第１導体と第２導体との間に、電気絶縁
体を介して、電気的に絶縁した状態を構成し、第１導体
または第１導体上に形成された被覆層によって内面が形
成された複数の凹部が、隣接して形成され、各凹部内に
光電変換素子が配置されて凹部の第１導体または第１導
体上に形成された前記被覆層による反射光が光電変換素
子に照射され、第１導体は、光電変換素子の第２半導体
層に電気的に接続され、第２導体は、第１半導体層の前
記露出した部分に電気的に接続される支持体とを含むこ
とを特徴とする光発電装置である。

【００１０】本発明に従えば、ほぼ球状の複数の各光電
変換素子が、支持体の複数の各凹部にそれぞれ配置さ
れ、この凹部の内面は、第１導体または第１導体上に形
成された被覆層によって形成され、したがって太陽光な
どの外部からの光は、光電変換素子に直接に照射される
とともに、凹部内面の第１導体または第１導体上に形成
された被覆層によって反射されて光電変換素子に照射さ
れる。

【００１１】光電変換素子は、凹部内に配置されるの
で、相互に間隔をあけて設けられ、すなわち光電変換素
子が密に配置されることは無い。したがって光電変換素
子の個数を減少して光電変換素子を構成する高純度のた
とえばＳｉなどの材料の使用量を低減することができる
とともに、光電変換素子と支持体の導体との接続工程を
容易にすることができる。

【００１２】しかも複数の凹部は、相互に隣接して形成
され、これによって外部からの光は、凹部内面で反射し
て光電変換素子に照射し、外部からの光を有効に、光電
変換素子の光起電力の発生のために、利用することがで
きる。こうして本発明の光電変換素子の光源に臨む単位
面積あたりの発電電力をできるだけ大きくすることがで
きる。

【００１３】本発明の光電変換素子には、単結晶、多結
晶またはアモルファスの材料から成ってもよく、シリコ
ン系、化合物半導体系、その他の材料から成ってもよ
く、またたとえばｐｎ形、ｐｉｎ形の各構造を有してい
てもよく、その他たとえば、ショットキーバリヤ形、Ｍ
ＩＳ（metal-insulator-semiconductor）形、ホモ接合
形、ヘテロ接合形およびその他の構成を有していてもよ
い。

【００１４】中心側の第１半導体層は、外側の第２半導
体層の開口部から部分的に露出しており、これらの第１
および第２半導体層間から、光照射時に発生される光起
電力を取出すことができる。支持体の凹部に配置された
光電変換素子の第２半導体層は、支持体の第１導体に電
気的に接続される。光電変換素子の内部の第１半導体層
の露出部分は、第１導体とは電気絶縁体を介して設けら
れた第２導体に、電気的に接続される。第１導体と第２
導体とが面状に形成される構造では、複数の光電変換素
子は、これらの第１および第２導体によって並列接続さ
れ、大きな電流を導出することができる。

【００１５】光電変換素子は、真球であってもよいけれ
ども、真球でなくても、その外表面が、真球以外のほぼ
球状であればよい。第１半導体層は、中実のほぼ球状に
形成されてもよいけれども、本発明の実施の他の形態で
は、予め準備した芯体の外周面に第１半導体層が被覆し
て形成された構成であってもよく、あるいはまたほぼ球
状の第１半導体層の中心付近が空胴である構成を有して
もよい。

【００１６】また本発明は、光電変換素子の外径は、
０．５〜２ｍｍφであることを特徴とする。

【００１７】本発明に従えば、光電変換素子の外径は、
０．５〜２ｍｍφであり、好ましくは０．８〜１．２ｍ
ｍφであり、あるいはまた約１ｍｍφであってもよい。
これによって高純度のＳｉなどの材料の使用量を充分少
なくし、しかも発生電力をできるだけ大きくすることが
できるようになるとともに、製造時の球状光電変換素子
のハンドリングが容易であり、生産性が優れている。

【００１８】また本発明は、前記第２半導体層の開口部
の中心角θ１は、４５〜９０°であることを特徴とす
る。

【００１９】本発明に従えば、前述のように中心角θ１
を、４５〜９０°に選ぶことによって、さらに好ましく
は６０〜９０°に選ぶことによって、第１および第２半
導体層が、前記開口部の形成によって廃棄される量を低
減し、無駄を抑制することができる。しかも中心角θ１
を、このような値の範囲に選ぶことによって、第１半導
体層と支持体の第２導体との電気的接続のために必要な
開口部の面積を得ることができる。

【００２０】また本発明は、支持体に形成された凹部の
開口端は、たとえば蜂の巣状の多角形であり、相互に隣
接する各開口端は、連続し、凹部は、底になるにつれて
先細状に形成され、凹部の底もしくはその周辺で、光電
変換素子の第１および第２半導体層が、相互に電気的に
絶縁されている第２および第１導体に、それぞれ電気的
に接続されることを特徴とする。

【００２１】また本発明は、支持体の凹部の底もしくは
その周辺で、第１導体には、円形の第１接続孔３９が形
成されるとともに、電気絶縁体には、第１接続孔３９の
軸線を含む一直線上に軸線を有する円形の第２接続孔４
０が形成され、光電変換素子の前記開口部付近は、第１
接続孔３９に嵌まり込み、第２半導体層の開口部の上部
の外周面と第１導体の第１接続孔３９の端面もしくは端
面付近の部分とが、電気的に接続され、前記開口部から
露出した第１半導体層の前記部分が、第２接続孔４０を
介して第２導体に電気的に接続されることを特徴とす
る。

【００２２】また本発明は、光電変換素子の外径をＤ１
とし、前記第２半導体層の開口部の内径をＤ２とし、第
１接続孔３９の内径をＤ３とし、第２接続孔４０の内径
をＤ４とするとき、 Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ４ に選ぶことを特徴とする。

【００２３】本発明に従えば、第１導体の第１接続孔３
９に、光電変換素子の前記開口部付近が嵌まり込み、そ
の開口部から露出した第１半導体層の前記一部分が、支
持体の電気絶縁体に形成された第２接続孔４０を介して
第２導体に、電気的に接続される。これによって第１導
体、電気絶縁体および第２導体を有する支持体の第１お
よび第２導体を、光電変換素子の第２および第１半導体
層と電気的に容易にそれぞれ接続することができるよう
になる。

【００２４】第２半導体層と第１導体との電気的接続に
関して、後述の図１の開口部９よりも上方で第２半導体
層の開口部９の上部の外周面と、第１導体の第１接続孔
３９の端面もしくは端面付近の部分、すなわち第１接続
孔３９の内周面および／またはその第１接続孔３９付近
で第１接続孔３９を囲む部分とが、電気的に接続され
る。

【００２５】第１半導体層７の開口部９から露出した部
分１０には、第２導体１４が第２接続孔４０を挿通し
て、たとえば隆起して塑性変形されて電気的に接続され
てもよく、または第２接続孔４０に設けられた導電性ペ
ーストによって、もしくは金属などの導電性バンプなど
によって、第２導体１４に電気的に接続されてもよい。

【００２６】またこれらの外径Ｄ１および内径Ｄ２，Ｄ
３，Ｄ４を、前述の不等式のとおりに選ぶことによっ
て、不所望な電気的短絡を防いで、確実な電気的接続が
可能になる。

【００２７】また本発明は、支持体の凹部の開口端の面
積をＳ１とし、光電変換素子の中心を含む断面積をＳ２
とするとき、集光比ｘ＝Ｓ１／Ｓ２を、２〜８に選ぶこ
とを特徴とする。

【００２８】また本発明は、（ａ）ほぼ球状の形状を有
し、第１半導体層およびそれよりも外方の第２半導体層
を有し、第２半導体層の開口部から第１半導体層の一部
分が露出し、第１および第２半導体層間から光起電力を
出力する複数の光電変換素子と、（ｂ）支持体であっ
て、第１導体と第２導体との間に、電気絶縁体を介し
て、電気的に絶縁した状態を構成し、第１導体または第
１導体上に形成された被覆層によって内面が形成された
複数の凹部が、隣接して形成され、各凹部内に光電変換
素子が配置されて凹部の第１導体または第１導体上に形
成された前記被覆層による反射光が光電変換素子に照射
され、第１導体は、光電変換素子の第２半導体層に電気
的に接続され、第２導体は、第１半導体層の前記露出し
た部分に電気的に接続される支持体とを含み、光電変換
素子の外径は、０．５〜２ｍｍφであり、支持体の凹部
の開口端の面積をＳ１とし、光電変換素子の中心を含む
断面積をＳ２とするとき、集光比ｘ＝Ｓ１／Ｓ２を、２
〜８に選ぶことを特徴とする光発電装置である。

【００２９】また本発明は、（ａ）ほぼ球状の形状を有
し、第１半導体層およびそれよりも外方の第２半導体層
を有し、第２半導体層の開口部から第１半導体層の一部
分が露出し、第１および第２半導体層間から光起電力を
出力する複数の光電変換素子と、（ｂ）支持体であっ
て、第１導体と第２導体との間に、電気絶縁体を介し
て、電気的に絶縁した状態を構成し、第１導体または第
１導体上に形成された被覆層によって内面が形成された
複数の凹部が、隣接して形成され、各凹部内に光電変換
素子が配置されて凹部の第１導体または第１導体上に形
成された前記被覆層による反射光が光電変換素子に照射
され、第１導体は、光電変換素子の第２半導体層に電気
的に接続され、第２導体は、第１半導体層の前記露出し
た部分に電気的に接続される支持体とを含み、光電変換
素子の外径は、０．８〜１．２ｍｍφであり、支持体の
凹部の開口端の面積をＳ１とし、光電変換素子の中心を
含む断面積をＳ２とするとき、集光比ｘ＝Ｓ１／Ｓ２
を、４〜６に選ぶことを特徴とする光発電装置である。

【００３０】本発明に従えば、支持体の凹部の開口端
は、たとえば蜂の巣状の多角形であり、たとえば六角形
であってもよく、この凹部は底になるにつれて先細状に
形成され、その底に、光電変換素子が配置され、その光
電変換素子が、凹部の底もしくはその周辺で、支持体の
各導体に接続される。凹部の開口端が多角形であって、
各開口端が連続することによって、太陽光などの光源に
臨む支持体における光電変換素子の位置以外の全面で受
けた光の全てを、光電変換素子に照射することができる
ようになる。したがって集光比ｘ＝Ｓ１／Ｓ２を、たと
えば２〜８倍として、また好ましくは４〜６倍として、
いわば集光形光電変換素子を実現することができる。こ
れによって前述のように光電変換素子の相互の間隔を大
きくし、光電変換素子の個数を減少することができ、か
つ支持体との電気的な接続作業工程を簡素化することが
できる。したがって光電変換素子の材料となる高純度半
導体の使用量を減少し、安価に本発明を実施することが
できるようになる。支持体の構成は、比較的簡単であ
り、生産性に優れており、製造が容易である。

【００３１】たとえば本件発明者の実験によれば、ほぼ
球状のＳｉから成る光電変換素子を、その外径が８００
〜１０００μｍφとなるように形成した本件光発電装置
では、集光比ｘを４〜６倍とすれば、光発電装置で使用
される全ての光電変換素子を構成するＳｉと同一重量の
Ｓｉを、仮想上、光発電装置への光源からの光線に垂直
な仮想平面への投影面積と等しい面積を有する平板に換
算したときの厚みは、約９０〜１２０μｍになり、した
がって発生電力１ＷあたりのＳｉの使用量は、２ｇ未満
の値で済むという画期的な結果を得られることになっ
た。前述の結晶シリコン半導体ウエハから成る光電変換
素子の第１先行技術では、結晶シリコンの厚みは、３５
０〜５００μｍであり、スライスロスを含めると、約１
ｍｍとなる。そのため、第１先行技術では、発生電力１
ＷあたりのＳｉの使用量は、約１５〜２０ｇ程度であ
る。したがって本発明では、Ｓｉの使用量を、前述の第
１先行技術に比べて大幅に軽減することができる。

【００３２】集光比ｘが８を超える値とすれば、光電変
換素子の必要な数を減少することができ、発生電力１Ｗ
あたりのＳｉの使用量をさらに軽減することができる
が、その反面、実際には集光比ｘの増加とともに、凹部
に入射された光エネルギの光電変換素子に吸収される光
エネルギに対する比率である集光効率が悪くなり、その
結果、性能の低下を招いてしまう。

【００３３】さらに本発明に従えば、前述のとおり、光
電変換素子の外径を０．５〜２ｍｍφに選び、好ましく
は０．８〜１．２ｍｍφに選ぶとともに、集光比ｘを、
２〜８に選び、好ましくは４〜６に選ぶことによって、
光電変換素子の数を減少し、発生電力１ＷあたりのＳｉ
の使用量を軽減することができるとともに、光電変換素
子と支持体との電気的な接続作業工程をさらに簡素化す
ることができるようになる。このようにして光電変換素
子の外径の数値選択との組合せは、光電変換素子の数を
減少し、発生電力１ＷあたりのＳｉの使用量を低減する
ために重要である。

【００３４】光電変換素子の外径が０．５ｍｍφ未満で
は、Ｓｉの使用量は低減するが、光電変換素子の必要な
数が増加してしまい、またその外径が２ｍｍφを超える
構成では、光電変換素子の必要な数は減少するが、Ｓｉ
の使用量は多くなってしまう。

【００３５】集光比ｘが２未満では、Ｓｉの使用量を充
分低減することはできず、また８を超えると、集光効率
がたとえば８０％未満に悪化し、性能の低下を招く結果
になる。本発明では、集光比ｘを前述の値の範囲に選ぶ
ことによって、集光効率を８０％以上とし、さらに９０
％以上とすることができるようになる。

【００３６】こうして本発明に従えば、光電変換素子の
外径と集光比ｘとを前述の数値の範囲に選び、これによ
って前述の第３先行技術に比べて、光電変換素子の必要
な数と、発生電力１ＷあたりのＳｉの使用量とをいずれ
も、１／５〜１／１０に激減することができるという卓
越した効果が達成される。

【００３７】また本発明に従ってアモルファスＳｉ光電
変換素子を用いて前述の集光比で集光した構成では、光
電変換素子の温度を、アモルファスＳｉ薄板の光電変換
素子に比べて上昇させ、たとえば４０〜８０℃とするこ
とができる。これによってアモルファスＳｉ光電変換素
子の劣化を抑制し、長寿命にすることが可能である。

【００３８】また本発明は、図１４のように、光電変換
素子は、一方導電形式の第１半導体層６４の外方に、第
１半導体層よりも光学的バンドギャップが広い他方導電
形式の第２半導体層６５が形成されて、ｐｎ接合を有す
ることを特徴とする。

【００３９】また本発明は、図１５および図１６のよう
に、光電変換素子は、一方導電形式の第１半導体層６
８，７３の外方に、アモルファス真性半導体層６９，７
４、および第１半導体層よりも光学的バンドギャップが
広い他方導電形式のアモルファス第２半導体層７０，７
６が、この順序で形成されて、ｐｉｎ接合を有すること
を特徴とする。

【００４０】また本発明は、第１半導体層は、ｎ形Ｓｉ
であり、第２半導体層は、ｐ形アモルファスＳｉＣであ
ることを特徴とする。

【００４１】また本発明は、第１半導体層であるｎ形Ｓ
ｉは、ｎ形結晶Ｓｉまたはｎ形微結晶（μｃ）Ｓｉであ
ることを特徴とする。

【００４２】本発明に従えば、異種のアモルファス半導
体によってｐｎまたはｐｉｎのヘテロ接合窓構造を構成
する。光の入射側に存在する窓材料の第２半導体層の光
学的バンドギャップを、内側の第１半導体層よりも広く
し、これによって第２半導体層の光吸収係数を小さくし
てこの第２半導体層で光が吸収されないようにし、表面
層での電子と正孔との再結合を減らし、光吸収損失を軽
減し、また短波長側の感度を増してワイドギャップ窓作
用を達成し、その結果、エネルギ変換効率を向上するこ
とができる。

【００４３】特にｐｉｎ接合構造では、光起電力発生層
である真性半導体層（ｉ層）に、光エネルギをより多く
導き入れるとともに、短波長側の感度を増してワイドギ
ャップ窓作用を達成することができる。本発明では、前
述の先行技術におけるｐ形Ｓｉ球の外方にｎ形Ｓｉ表皮
部を形成した粒子に比べて、きわめて優れたエネルギ変
換動作が行われることになる。

【００４４】ｐｉｎ接合を有する光電変換素子のｉ層で
は、光が吸収されて電子・正孔対を作って光電流を生成
し輸送する役目を果たし、ｐ層とｎ層とは、フェルミ準
位を価電子帯と伝導帯の近くに固定して、ｉ層で発生し
た電子、正孔を、両電極に運ぶ内部電界を作って光生成
キャリアを収集する役目を果たす。こうしてエネルギ変
換効率の向上が図られる。

【００４５】また本発明は、図１７のように、光電変換
素子は、最内方の第１半導体層を有する内部セル８１
と、その内部セルの外方に形成され、最外方の第２半導
体層を有する外部セル８２とを含み、スタック形構造を
有することを特徴とする。

【００４６】また本発明は、内部セル８１は、ｐｎ接合
層またはｐｉｎ接合層を有し、外部セル８２は、ｐｎ接
合層またはｐｉｎ接合層を有することを特徴とする。

【００４７】また本発明は、内部セル８１は、内から外
に順に、一方導電形式の第１半導体層８４と、他方導電
形式のアモルファスおよび／または微結晶の半導体層８
５とを有し、外部セル８２は、内から外に順に、アモル
ファスｐｉｎ接合層８６と、このｐｉｎ接合層よりも光
学的バンドギャップが広いアモルファスまたは微結晶の
第２半導体層８７とを有することを特徴とする。

【００４８】また本発明は、図１８のように、内部セル
１０１は、内から外に順に、一方導電形式の第１半導体
層１０４と、他方導電形式のアモルファスおよび／また
は微結晶の半導体層１０５，１０６とを有し、外部セル
１０２は、内から外に順に、一方導電形式の微結晶半導
体層１０７と、アモルファス真性半導体層１０８と、他
方導電形式の微結晶の第２半導体層１１１とを有するこ
とを特徴とする。

【００４９】また本発明は、図１９のように、内部セル
１１２は、内から外に順に、一方導電形式のアモルファ
スの第１半導体層１１４と、アモルファス真性半導体層
１１５と、他方導電形式のアモルファス半導体層１１７
とを有し、外部セル１１３は、内から外に順に、一方導
電形式の微結晶半導体層１１８と、アモルファス真性半
導体層１１９と、他方導電形式の微結晶の第２半導体層
１２２とを有することを特徴とする。

【００５０】また本発明は、図２０のように、内部セル
１２４は、内から外に順に、一方導電形式のアモルファ
スの第１半導体層１２６と、微結晶の真性半導体層１２
７と、他方導電形式であって、第１半導体層よりも光学
的バンドギャップが広いアモルファス半導体層１２９と
を有し、外部セル１２５は、内から外に順に、一方導電
形式の微結晶半導体層１３０と、アモルファス真性半導
体層１３１と、他方導電形式の微結晶の第２半導体層１
３４とを有することを特徴とする。

【００５１】本発明に従えば、微結晶（μｃ）半導体層
は、導電度が高く、このような微結晶半導体層を、第１
半導体層とｐｉｎ接合層との間に導入することによっ
て、光電変換効率を向上することができる。アモルファ
スｐｉｎ接合層によって、またそのアモルファスｐｉｎ
接合層と第２半導体層とのヘテロ接合によって、光生成
キャリアの有効な収集を行うことができるとともに、光
生成キャリアの再結合の損失を軽減することができる。

【００５２】アモルファス半導体は、支持体の凹部の内
面による反射光を受光することによって、たとえば４０
〜８０℃に昇温され、これによって光電変換特性の劣化
が抑制され、好都合である。この光電変換素子は、ほぼ
球状に形成されているので、直接光および反射光を受光
する単位面積あたりの光の入射エネルギが大きくなるこ
とが抑制され、このことによってもまた、光電変換特性
の劣化が抑制されることになる。

【００５３】また本発明は、第１半導体層は、直接遷移
形半導体層であることを特徴とする。

【００５４】また本発明は、直接遷移形半導体層は、Ｉ
ｎＡｓ、ＧａＳｂ、ＣｕＩｎＳｅ₂、Ｃｕ（ＩｎＧａ）
Ｓｅ₂、ＣｕＩｎＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＣｄＴｅ
から成るグループから選ばれた１種類であることを特徴
とする。

【００５５】本発明に従えば、内側の第１半導体層を、
光を吸収しやすい直接遷移形半導体層によって実現し、
これによって電子と正孔との充分な遷移確率を得ること
ができ、このことによってもまた、光電変換効率を向上
することができる。

【００５６】また本発明は、複数の支持体が隣接して配
置され、各支持体の周辺部は、外方に延在して形成され
ており、この周辺部で、隣接する一方の支持体の第１導
体と、他方の支持体の第２導体とが、重ねられて電気的
に接続されることを特徴とする。

【００５７】また本発明は、前記各周辺部は、立上り部
分または立下り部分を有し、立上り部分または立下り部
分が重ねられて電気的に接続されることを特徴とする。

【００５８】本発明に従えば、光電変換素子が搭載され
た複数の支持体の周辺部で、一方の支持体の第１導体
と、他方の支持体の第２導体とを重ねて接続し、こうし
て支持体毎の光電変換素子による光起電力を直列接続
し、希望する高い電圧を取り出すことができる。

【００５９】本発明に従えば、後述の図１２および図１
３に示されるように、支持体の周辺部の立上り部分と立
下り部分とを重ねて電気的に接続し、または立上り部分
同士を、または立下り部分同士を電気的に接続するよう
にしてもよい。これによって支持体の凹部を近接し、限
られた面積にできるだけ多くの凹部および光電変換素子
を配置することができるようになる。

【００６０】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施の一形態の光
発電装置１の一部の拡大断面図であり、図２は光発電装
置１の全体の構成を示す断面図であり、図３は図２に示
される光発電装置１の分解斜視図である。光発電装置１
は基本的に、ほぼ球状の形状を有する複数の光電変換素
子２と、その光電変換素子２が搭載される支持体３とか
ら成る組合せ体４が、透光性合成樹脂材料、たとえばＰ
ＶＢ（ポリビニルブチラール）、ＥＶＡ（エチレンビニ
ルアセテート）などから成る充填層５内に埋設され、こ
の充填層５には、太陽光などの光源側にポリカーボネー
トなどの透光性保護シート６が配置されて固定される。
充填層５の保護シート６と反対側（図１の下方）の表面
には、合成樹脂材料などから成る防水性裏面シート１２
が固定される。こうして光発電装置１の全体の形状は、
偏平な板状である。

【００６１】光電変換素子２は、第１半導体層７、およ
びそれよりも外方の第２半導体層８を有する。第２半導
体層８には開口部９が形成される。第１半導体層７の一
部分１０は、開口部９から図１の下方に露出する。図１
の上方から光１１が照射されることによって、光電変換
素子２の第１および第２半導体層７，８間から光起電力
が出力される。

【００６２】支持体３は、第１導体１３と第２導体１４
との間に電気絶縁体１５がサンドイッチされ、こうして
第１および第２導体１３，１４が、電気絶縁体１５を介
して電気的に絶縁されて構成される。第１および第２導
体１３，１４は、たとえばアルミニウム箔であってもよ
く、そのほかの金属製シートであってもよい。電気絶縁
体１５は、たとえばポリイミドなどの合成樹脂材料であ
ってもよく、そのほかの電気絶縁性材料から成ってもよ
い。複数の各凹部１７は、隣接して形成され、この凹部
１７の内面は、第１導体１３によって形成される。各凹
部１７内の底には、光電変換素子２がそれぞれ配置され
る。

【００６３】図４は、支持体３の一部の平面図である。
凹部１７の開口端１８は多角形であり、たとえばこの実
施の形態では蜂の巣状の正６角形であり、本発明の実施
の他の形態では、たとえば３角形以上の他の多角形であ
ってもよい。図４において開口端１８の長さＷ１は、た
とえば２ｍｍであってもよい。相互に隣接する各開口端
１８は、連続し、すなわち凹部１７は、図１における逆
Ｕ字状の屈曲部１９によって連なる。これによって光１
１に臨む面積内に、できるだけ多くの凹部１７を形成す
ることができ、したがって凹部１７の内面の第１導体１
３による反射光を、光電変換素子２に反射して導くこと
ができ、集光比を大きくすることができる。

【００６４】凹部１７は、底になるにつれて、たとえば
放物線状に先細状に形成される。凹部１７の底で、光電
変換素子２の第１半導体層７が支持体３の第２導体１４
に接続部２１で電気的に接続される。光電変換素子２の
第２半導体層８は、凹部の底もしくはその周辺で、支持
体３の第１導体１３に電気的に接続される。

【００６５】図５は、光電変換素子２の支持体３に搭載
される前の状態における光電変換素子３１を示す断面図
である。図５の光電変換素子３１は、前述の図１に類似
する断面構造を有する。第１半導体層７は、球状であ
り、ｎ形Ｓｉから成る。第１半導体層７は、アモルファ
ス、単結晶または多結晶であってもよい。この第１半導
体層７の外方に形成される第２半導体層８は、ｐ形Ｓｉ
である。この第２半導体層８は、アモルファス、単結晶
または多結晶であってもよい。この第２半導体層８は、
第１半導体層７よりも光学的バンドギャップを広くとれ
ば、たとえばｐ形ａ−ＳｉＣとすれば、ワイドギャップ
窓作用が達成される。

【００６６】本発明の実施の他の形態では、図５に示さ
れる第１半導体層７は、直接遷移形半導体層によって実
現され、たとえばｎ形導電形式を有するＩｎＡｓ、Ｃｕ
ＩｎＳｅ₂、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ₂、ＣｕＩｎＳ、Ｇａ
Ａｓ、ＩｎＧａＰ、ＣｄＴｅから成るグループから選ば
れた１種類であってもよい。この直接遷移形半導体層に
よって形成された第１半導体層７の上に、第２半導体層
８が形成され、この第２半導体層８は、ｐ形導電形式を
有する半導体ＡｌＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳｅ₂、Ｃｕ（Ｉ
ｎＧａ）Ｓｅ₂、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＰ、ＣｄＴｅまた
はそれに類似する化合物半導体のグループから選ばれた
１種類である。こうしてｐｎ接合構造が形成される。

【００６７】第１および第２半導体層７，８にアモルフ
ァス半導体を用いる工程では、後述の図６のように、第
１半導体層６８および第２半導体層７０の間に、ｉ半導
体層６９を形成し、これによってｐｉｎ接合構造が形成
されてもよい。

【００６８】図５に示される光電変換素子３１を用い
て、図１に示される支持体３とともに組合せ体４を製造
する方法を、次に説明する。

【００６９】図６は、光電変換素子２と支持体３とを有
する組合せ体４を製造する方法を説明するための断面図
である。前述の図５に示される球状の光電変換素子２が
製造された後、図６に示されるように、光電変換素子２
が切削加工される。図６に示される光電変換素子２で
は、第２半導体層８の開口部９から第１半導体層７の一
部分１０が露出している。この開口部９は、中心角θ１
が１８０°未満の範囲で平面状に形成される。中心角θ
１は、たとえば４５〜９０°であってもよく、好ましく
は６０〜９０°であってもよい。光電変換素子３１の外
径Ｄ１は、たとえば０．５〜２ｍｍφ未満であってもよ
く、さらに好ましくは０．８〜１．２ｍｍφである。開
口部９の内径は、参照符Ｄ２で示される。集光比ｘ＝Ｓ
１／Ｓ２は、２〜８倍であり、好ましくは４〜６倍であ
る。

【００７０】図７は、球状の光電変換素子３１を切削加
工して開口部９を形成する工程を説明するための断面図
である。複数の球状光電変換素子３１は、その上部が吸
引パッド３４によってそれぞれ真空吸引され、無端ベル
ト状研磨材３５によって研磨される。研磨材３５は、ロ
ーラ３６，３７にわたって巻掛けられて回転駆動され
る。

【００７１】再び図６を参照して、支持体３の製造にあ
たって、アルミニウム箔の第１導体１３が準備され、こ
の第１導体１３には接続孔３９が形成される。接続孔３
９の内径Ｄ３は、光電変換素子２の外径Ｄ１未満であっ
て、第２半導体層８の開口部９の内径Ｄ２を超える値に
選ばれる（Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２）。薄板状の電気絶縁体１
５が準備され、この電気絶縁体１５には接続孔４０が形
成される。接続孔４０の内径Ｄ４は、光電変換素子２の
開口部９の内径Ｄ２未満である（Ｄ２＞Ｄ４）。こうし
て接続孔３９を有する第１導体１３と接続孔４０を有す
る電気絶縁体１５とが重ねられて接着されて一体化さ
れ、これらの接続孔３９，４０の各軸線は一直線上に存
在する。さらに第２導体１４が重ねられて接着されて一
体化され、偏平な支持体３ａが形成される。本発明の実
施の他の形態では、接続孔３９を有する第１導体１３
と、接続孔４０を有する電気絶縁体１５と、第２導体１
４とが、同時に重ねられて接着されて一体化されてもよ
い。第１および第２導体１３，１４ならびに電気絶縁体
１５の厚みは、たとえば６０μｍであってもよい。光電
変換素子２の開口部９付近は、接続孔３９に嵌まり込
み、電気絶縁体１５の接続孔４０に臨む。前記開口部９
付近は、接続孔３９に臨んで第１導体１３上に置かれて
もよい。

【００７２】図１も併せて参照して、光電変換素子２の
開口部９よりも図１の上方で第２半導体層８の開口部９
を囲む外周面と、支持体３ａまたは３の第１導体１３の
第１接続孔３９付近の部分、すなわち第１接続孔３９の
内周面またはその第１接続孔３９付近で第１接続孔３９
を囲む部分とが、電気的に接続される。第２半導体層８
の外周面と第１導体１３との接続部分４４（図１参照）
は、開口部９を含む仮想平面の周縁部４５よりも第１導
体１３とは反対側（図１の上方）に位置し、これによっ
て第１導体１３が第１導体７と電気的に導通することを
確実に防ぎ、またこの接続部分４４は、開口部９を含む
仮想平面に平行であってかつ光電変換素子２の中心４６
を通る仮想平面４７よりも開口部９側（図１の下方）に
存在する。

【００７３】その後、偏平な支持体３ａがプレスによっ
て塑性変形加工され、複数の凹部１７が隣接して形成さ
れる。第２導体１４は、電気絶縁体１５の接続孔４０か
ら図６の上方に突出し、すなわち接続孔４０を挿通して
隆起するように変形されて接続部２１が形成される。こ
うして形成された支持体３の高さＨ１は、たとえば約１
ｍｍであってもよい。

【００７４】第１半導体層７と第２導体１４との電気的
接続工程、および第２半導体層８と第１導体１３との電
気的接続工程との両工程は、いずれが先に順次的に行わ
れてもよく、あるいはまた同時に行われてもよい。

【００７５】こうして形成された凹部１７内に、開口部
９を有する光電変換素子２が配置される。

【００７６】本発明の実施の他の形態では、導体１３／
絶縁体１５／導体１４の３層構造を、凹部１７が形成さ
れるように塑性変形加工した後、上述の各開口部３９，
４０を、２種類の各レーザ光を用いて、導体１３と絶縁
体１５とにそれぞれ形成して、支持体３を製造してもよ
い。

【００７７】図８は、支持体３の凹部１７内に光電変換
素子２を配置する工程を示す簡略化した斜視図である。
前述の図７において吸引パッド３４で真空吸引された状
態で切削加工された光電変換素子２は、その開口部９が
下方に臨んだ姿勢のままで、支持体３の凹部１７内に搬
送されて配置される。吸引パッド３４は、複数個、たと
えば１００個、列を成して設けられる。吸引パッド３４
によって光電変換素子２が凹部１７内に配置された後、
支持体３が進行方向４２に凹部１７の１ピッチだけ移動
され、前述と同様にして吸引パッド３４を用いて光電変
換素子２を、新たな凹部１７に配置する。このような動
作が繰返されて全ての凹部１７に光電変換素子２が配置
される。その後、光電変換素子２は支持体３に凹部１７
の底で電気的に接続される。

【００７８】光電変換素子２の第１半導体層７は、開口
部３２で露出し、第２導体１４の接続孔４０で接続部２
１に電気的に接続される。また光電変換素子２の第２半
導体層８は、開口部９の上部の外周部が第１導体１３の
接続孔３９付近の部分と電気的に接続される。これらの
第１および第２導体１３，１４と光電変換素子２の第２
および第１半導体層８，７との電気的な各接続は、たと
えばレーザ光を用いて共晶によって、または導電性ペー
ストを用いて、もしくは金属バンプを用いて電気的に接
続されてもよい。こうして鉛を含むはんだを用いること
なく、電気的接続を行うことができ、環境の保護の観点
から好ましい。

【００７９】図９は、光電変換素子２と支持体３とを有
する組合せ体４，４ｂが接続された状態を示す斜視図で
ある。組合せ体４，４ｂの外方に延びる平面状の周辺部
６１，６１ｂで、電気的な接続が行われる。

【００８０】図１０は、図９に示される組合せ体４，４
ｂの周辺部６１，６１ｂ付近の分解断面図である。一方
の組合せ体４の支持体３の第１導体１３の上に、他方の
支持体３ｂの第２導体１４が、重ねられて電気的に接続
され、固定される。こうして複数の支持体３，３ｂ毎の
光電変換素子２による光起電力を直列接続し、したがっ
て希望する高い電圧を取り出すことができる。

【００８１】図１１は、組合せ体４，４ｂ，４ｃを電気
的に接続した状態を示す簡略化した側面図である。隣接
する一方の組合せ体４の周辺部６１の上または下に他方
の組合せ体４ｂの周辺部６１ｂを重ねて、電気的に前述
のように接続する。さらに組合せ体４ｂの前述の周辺部
６１ｂと反対側の周辺部６１ｂ１は、隣接する組合せ体
４ｃの周辺部６１ｃに上下に重ねられて電気的に接続さ
れる。組合せ体４ｂの一方の周辺部６１ｂが、組合せ体
４の周辺部６１ｂの下方に図１１に示されるように配置
される構成では、他方の周辺部６１ｂ１は、組合せ体４
ｃの周辺部６１ｃの上方に配置され、こうしていわば２
段状に交互に上下に組合されて、接続される。周辺部６
１，６１ｂ；６１ｂ１，６１ｃの図１１における左右方
向の重なった長さＬ６１は、たとえば１ｍｍであっても
よい。

【００８２】図１２は、隣接する組合せ体４，４ｂの電
気的な接続構造を示す断面図である。一方の組合せ体４
の周辺部６１は、立上っており、他方の組合せ体４ｂの
周辺部６１ｂは立下って形成される。周辺部６１におけ
る導体１４と、周辺部６１ｂの導体１３とが電気的に接
続される。

【００８３】図１３は、本発明の実施の他の形態におけ
る組合せ体４，４ｂの電気的接続状態を示す断面図であ
る。この実施の形態は、図１２の実施の形態に類似する
けれども、特にこの実施の形態では、組合せ体４の立上
った周辺部６１の導体１３が、組合せ体４ｂの立下った
周辺部６１ｂの導体１４に電気的に接続される。このよ
うな図１２および図１３の接続構造によれば、支持体
３，３ｂの凹部を近接し、限られた面積にできるだけ多
くの凹部および光電変換素子を配置することができるよ
うになる。

【００８４】図１４は、本発明の実施の他の形態の光電
変換素子２の一部の断面図である。図１４および後述の
図１５〜図２０では、各半導体層は、周方向に展開した
偏平な形状で示されているけれども、実際には、円弧状
に半径方向内方から外方にすなわち各図面の下方から上
方に向かって順次的に、積層して球面を有して形成され
ている。

【００８５】図１４では、光電変換素子の半径方向内方
から外方に向かって順次的に、ｎ形微結晶（μｃ）Ｓｉ
層６３、ｎ形多結晶（ｐｏｌｙ）Ｓｉ層６４／ｐ形ａ−
ＳｉＣ層６５／ｐ形微結晶ＳｉＣ層６６のダブルヘテロ
接合層を有する構成を有する。このようなｐｎ接合を有
する光電変換素子の構成は、表１に示す。

【００８６】

【表１】

【００８７】図１５は、本発明の実施の他の形態の光電
変換素子２の断面図である。各半導体層６８，６９，７
０は、前述の表１の構成を有する。本発明の実施の他の
形態では、図１５の光電変換素子２において、半導体層
６８として、ｎ形の単結晶または多結晶のＳｉが用いら
れてもよい。

【００８８】図１６は、本発明の実施の他の形態の光電
変換素子２の断面図である。各半導体層の具体的な構成
は、前述の表１に示されるとおりである。本発明の実施
の他の形態では、この図１６における半導体層７３，７
４は、ｎ形結晶Ｓｉであってもよい。また半導体層７４
は、ｉ形微結晶Ｓｉであってもよい。

【００８９】図１７は、本発明の実施の他の形態の光電
変換素子２の断面図である。図１７〜図２０の光電変換
素子２は、２接合のスタック構造を有する。本発明の実
施の他の形態では、３接合以上のスタック構造を有する
光電変換素子２が用いられてもよい。図１７〜図２０の
各光電変換素子２の具体的な構成は、表２に示されると
おりである。

【００９０】

【表２】

【００９１】図１７において、内部セル８１の外方に外
部セル８２が形成される。半導体層８４は、ｎ形アモル
ファスＳｉであってもよく、半導体層８５はｐ形微結晶
Ｓｉであってもよく、さらに半導体層８７は微結晶Ｓｉ
Ｃであってもよい。半導体層８６のｐｉｎ接合層は、光
電変換素子２の半径方向内方から外方に順次的にｐ形、
ｉ形およびｎ形の各半導体層が積層されて構成されても
よいが、本発明の実施の他の形態では、内部セル８１の
半導体層８４，８５の導電形式を図１７とは逆にし、外
部セル８２の半導体層８６，８７の導電形式を図１７と
は逆とし、この半導体層８６では、ｎ形、ｉ形およびｐ
形の半導体層が順次的に形成されてもよく、このことは
前述のとおりであって、そのほかの構成を有するｐｉｎ
接合層を備えた光電変換素子２に関して同様である。

【００９２】図１８は、本発明の実施の他の形態の光電
変換素子２の断面図である。内部セル１０１と外部セル
１０２とには、半導体層１０３〜１０６；１０７〜１１
１が積層されて構成される。

【００９３】図１９は、本発明の実施の他の形態の光電
変換素子２の断面図である。内部セル１１２と外部セル
１１３とには、半導体層１１４〜１１７；１１８〜１２
２が積層されて構成される。半導体層１１７に代えて、
ｐ形アモルファスＳｉＯであってもよい。半導体層１２
１も同様に、ｐ形アモルファスＳｉＯであってもよい。

【００９４】図２０は、本発明のさらに他の実施の形態
の光電変換素子２の断面図である。内部セル１２４と外
部セル１２５とは、半導体層１２６〜１２９；１３０〜
１３４が形成される。半導体層１２９に代えて、ｐ形ア
モルファスＳｉＯが用いられてもよい。

【００９５】本発明の光電変換素子２は、前述の構成以
外の構成を有していてもよい。本発明の実施の他の形態
では、支持体３に代えて、たとえばポリカーボネートな
どの電気絶縁性合成樹脂材料などの射出成形などの成形
によって凹部を形成し、その表面に、Ｎｉなどの導電性
材料をメッキして、第１および第２導体を形成し、支持
体を製造してもよい。第１および第２導体は、たとえば
アルミニウム箔であってもよいが、Ｃｒメッキによっ
て、またはＡｇメッキによって形成されてもよく、さら
にこれらの金属Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｌ、Ａｇ等を蒸着もしく
はスパッタ等により形成してもよい。第１導体の上に
は、被覆層が形成されてもよく、この被覆層は、たとえ
ばメッキなどによって形成される金属製であってもよ
く、または合成樹脂製であってもよい。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、光電変換素子の材料、
特に高価なＳｉの使用量を大幅に低減し、さらに光電変
換素子の数を減少して光電変換素子と支持体との接続作
業工程を簡素化し、このようにして生産性が向上され、
原価が低減される。特に本発明の光電変換素子を用いる
ことによって、省資源、省エネルギ形の製造方法によっ
て実現することができる。支持体の凹部の内面を形成す
る第１導体またはその被覆層による太陽光などの反射光
を、光電変換素子に照射し、光を有効に利用することが
できる。第１導体またはその被覆層は、光を反射する働
きを果たすとともに、光電変換素子の第２半導体層に接
続されて、電流を導く働きを果たす。このような支持体
の構成は単純であり、生産性が優れている。

【００９７】特に本発明によれば、光電変換素子の外径
を０．５〜２ｍｍφ、好ましくは０．８〜１．２ｍｍφ
に選ぶとともに、集光比ｘを２〜８、好ましくは４〜６
に選ぶことによって、前述の第３先行技術に比べて発生
電力１ＷあたりのＳｉの使用量と光電変換素子の必要な
数とを、１／５〜１／１０に激減することができるとい
う卓越した効果を達成することができるようになる。Ｓ
ｉの使用量を低減することによって、光発電装置を安価
に実現することができるとともに、光電変換素子の数を
減少して光電変換素子と支持体との電気的な接続作業工
程を簡素化し、こうして生産性が向上され、このことに
よっても安価な光発電装置が実現されることになる。し
たがって高信頼性、高効率の光発電装置を提供すること
ができるようになる。

【００９８】本発明によれば、外側のアモルファス第２
半導体層の光学的バンドギャップを、中心側の第１半導
体層よりも広くしてｐｎ接合またはｐｉｎ接合を構成
し、これによって、光の入射側の窓材料の第２半導体層
で光が吸収されないようにし、表面層での再結合を減ら
し、ワイドギャップ窓作用を達成し、光電変換効率の向
上を図ることができる。

【００９９】また本発明によれば、中心側の第１半導体
層と、それよりも外方のｐｉｎ接合層との間に、導電度
の高い微結晶（μｃ）半導体層を介在することによっ
て、エネルギ変換効率の向上を図ることができる。

【０１００】また本発明によれば、直接遷移形第１半導
体層を用いて、エネルギ変換効率を向上することも可能
である。

【０１０１】また本発明によれば、光電変換素子の製造
が容易である。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１４】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 室園 幹男 大阪府枚方市東香里１丁目20−10 (72)発明者 ▲高▲倉 秀行 大阪府池田市畑２丁目３番12号 Ｆターム(参考） 5F051 AA04 AA05 AA08 AA09 AA10 DA03 DA04 DA20 JA09 JA14

Claims (23)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 （ａ）ほぼ球状の形状を有し、第１半導
   体層およびそれよりも外方の第２半導体層を有し、第２
   半導体層の開口部から第１半導体層の一部分が露出し、
   第１および第２半導体層間から光起電力を出力する複数
   の光電変換素子と、 （ｂ）支持体であって、 第１導体と第２導体との間に、電気絶縁体を介して、電
   気的に絶縁した状態を構成し、 第１導体または第１導体上に形成された被覆層によって
   内面が形成された複数の凹部が、隣接して形成され、 各凹部内に光電変換素子が配置されて凹部の第１導体ま
   たは第１導体上に形成された前記被覆層による反射光が
   光電変換素子に照射され、 第１導体は、光電変換素子の第２半導体層に電気的に接
   続され、 第２導体は、第１半導体層の前記露出した部分に電気的
   に接続される支持体とを含むことを特徴とする光発電装
   置。
2. 【請求項２】 光電変換素子の外径は、０．５〜２ｍｍ
   φであることを特徴とする請求項１記載の光発電装置。
3. 【請求項３】 前記第２半導体層の開口部の中心角θ１
   は、４５〜９０°であることを特徴とする請求項１また
   は２記載の光発電装置。
4. 【請求項４】 支持体に形成された凹部の開口端は、た
   とえば蜂の巣状の多角形であり、相互に隣接する各開口
   端は、連続し、 凹部は、底になるにつれて先細状に形成され、 凹部の底もしくはその周辺で、光電変換素子の第１およ
   び第２半導体層が、相互に電気的に絶縁されている第２
   および第１導体に、それぞれ電気的に接続されることを
   特徴とする請求項１〜３のうちの１つに記載の光発電装
   置。
5. 【請求項５】 支持体の凹部の底もしくはその周辺で、
   第１導体には、円形の第１接続孔３９が形成されるとと
   もに、電気絶縁体には、第１接続孔３９の軸線を含む一
   直線上に軸線を有する円形の第２接続孔４０が形成さ
   れ、 光電変換素子の前記開口部付近は、第１接続孔３９に嵌
   まり込み、第２半導体層の開口部の上部の外周面と第１
   導体の第１接続孔３９の端面もしくは端面付近の部分と
   が、電気的に接続され、 前記開口部から露出した第１半導体層の前記部分が、第
   ２接続孔４０を介して第２導体に電気的に接続されるこ
   とを特徴とする請求項４記載の光発電装置。
6. 【請求項６】 光電変換素子の外径をＤ１とし、 前記第２半導体層の開口部の内径をＤ２とし、 第１接続孔３９の内径をＤ３とし、 第２接続孔４０の内径をＤ４とするとき、 Ｄ１＞Ｄ３＞Ｄ２＞Ｄ４ に選ぶことを特徴とする請求項５記載の光発電装置。
7. 【請求項７】 支持体の凹部の開口端の面積をＳ１と
   し、光電変換素子の中心を含む断面積をＳ２とすると
   き、集光比ｘ＝Ｓ１／Ｓ２を、２〜８に選ぶことを特徴
   とする請求項１〜６のうちの１つに記載の光発電装置。
8. 【請求項８】 （ａ）ほぼ球状の形状を有し、第１半導
   体層およびそれよりも外方の第２半導体層を有し、第２
   半導体層の開口部から第１半導体層の一部分が露出し、
   第１および第２半導体層間から光起電力を出力する複数
   の光電変換素子と、 （ｂ）支持体であって、 第１導体と第２導体との間に、電気絶縁体を介して、電
   気的に絶縁した状態を構成し、 第１導体または第１導体上に形成された被覆層によって
   内面が形成された複数の凹部が、隣接して形成され、 各凹部内に光電変換素子が配置されて凹部の第１導体ま
   たは第１導体上に形成された前記被覆層による反射光が
   光電変換素子に照射され、 第１導体は、光電変換素子の第２半導体層に電気的に接
   続され、 第２導体は、第１半導体層の前記露出した部分に電気的
   に接続される支持体とを含み、 光電変換素子の外径は、０．５〜２ｍｍφであり、 支持体の凹部の開口端の面積をＳ１とし、光電変換素子
   の中心を含む断面積をＳ２とするとき、集光比ｘ＝Ｓ１
   ／Ｓ２を、２〜８に選ぶことを特徴とする光発電装置。
9. 【請求項９】 （ａ）ほぼ球状の形状を有し、第１半導
   体層およびそれよりも外方の第２半導体層を有し、第２
   半導体層の開口部から第１半導体層の一部分が露出し、
   第１および第２半導体層間から光起電力を出力する複数
   の光電変換素子と、 （ｂ）支持体であって、 第１導体と第２導体との間に、電気絶縁体を介して、電
   気的に絶縁した状態を構成し、 第１導体または第１導体上に形成された被覆層によって
   内面が形成された複数の凹部が、隣接して形成され、 各凹部内に光電変換素子が配置されて凹部の第１導体ま
   たは第１導体上に形成された前記被覆層による反射光が
   光電変換素子に照射され、 第１導体は、光電変換素子の第２半導体層に電気的に接
   続され、 第２導体は、第１半導体層の前記露出した部分に電気的
   に接続される支持体とを含み、 光電変換素子の外径は、０．８〜１．２ｍｍφであり、 支持体の凹部の開口端の面積をＳ１とし、光電変換素子
   の中心を含む断面積をＳ２とするとき、集光比ｘ＝Ｓ１
   ／Ｓ２を、４〜６に選ぶことを特徴とする光発電装置。
10. 【請求項１０】 光電変換素子は、 一方導電形式の第１半導体層の外方に、 第１半導体層よりも光学的バンドギャップが広い他方導
    電形式の第２半導体層が形成されて、ｐｎ接合を有する
    ことを特徴とする請求項１〜９のうちの１つに記載の光
    発電装置。
11. 【請求項１１】 光電変換素子は、 一方導電形式の第１半導体層の外方に、 アモルファス真性半導体層、および第１半導体層よりも
    光学的バンドギャップが広い他方導電形式のアモルファ
    ス第２半導体層が、 この順序で形成されて、ｐｉｎ接合を有することを特徴
    とする請求項１〜９のうちの１つに記載の光発電装置。
12. 【請求項１２】 第１半導体層は、ｎ形Ｓｉであり、 第２半導体層は、ｐ形アモルファスＳｉＣであることを
    特徴とする請求項１０または１１記載の光発電装置。
13. 【請求項１３】 第１半導体層であるｎ形Ｓｉは、ｎ形
    結晶Ｓｉまたはｎ形微結晶（μｃ）Ｓｉであることを特
    徴とする請求項１２記載の光発電装置。
14. 【請求項１４】 光電変換素子は、 最内方の第１半導体層を有する内部セルと、 その内部セルの外方に形成され、最外方の第２半導体層
    を有する外部セルとを含み、 スタック形構造を有することを特徴とする請求項１〜９
    のうちの１つに記載の光発電装置。
15. 【請求項１５】 内部セルは、ｐｎ接合層またはｐｉｎ
    接合層を有し、 外部セルは、ｐｎ接合層またはｐｉｎ接合層を有するこ
    とを特徴とする請求項１４記載の光発電装置。
16. 【請求項１６】 内部セルは、内から外に順に、 一方導電形式の第１半導体層と、 他方導電形式のアモルファスおよび／または微結晶の半
    導体層とを有し、 外部セルは、内から外に順に、 アモルファスｐｉｎ接合層と、 このｐｉｎ接合層よりも光学的バンドギャップが広いア
    モルファスまたは微結晶の第２半導体層とを有すること
    を特徴とする請求項１５記載の光発電装置。
17. 【請求項１７】 内部セルは、内から外に順に、 一方導電形式の第１半導体層と、 他方導電形式のアモルファスおよび／または微結晶の半
    導体層とを有し、 外部セルは、内から外に順に、 一方導電形式の微結晶半導体層と、 アモルファス真性半導体層と、 他方導電形式の微結晶の第２半導体層とを有することを
    特徴とする請求項１５記載の光発電装置。
18. 【請求項１８】 内部セルは、内から外に順に、 一方導電形式のアモルファスの第１半導体層と、 アモルファス真性半導体層と、 他方導電形式のアモルファス半導体層とを有し、 外部セルは、内から外に順に、 一方導電形式の微結晶半導体層と、 アモルファス真性半導体層と、 他方導電形式の微結晶の第２半導体層とを有することを
    特徴とする請求項１５記載の光発電装置。
19. 【請求項１９】 内部セルは、内から外に順に、 一方導電形式のアモルファスの第１半導体層と、 微結晶の真性半導体層と、 他方導電形式であって、第１半導体層よりも光学的バン
    ドギャップが広いアモルファス半導体層とを有し、 外部セルは、内から外に順に、 一方導電形式の微結晶半導体層と、 アモルファス真性半導体層と、 他方導電形式の微結晶の第２半導体層とを有することを
    特徴とする請求項１０記載の光発電装置。
20. 【請求項２０】 第１半導体層は、直接遷移形半導体層
    であることを特徴とする請求項１〜１９のうちの１つに
    記載の光発電装置。
21. 【請求項２１】 直接遷移形半導体層は、ＩｎＡｓ、Ｇ
    ａＳｂ、ＣｕＩｎＳｅ₂、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ₂、Ｃｕ
    ＩｎＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＣｄＴｅから成るグル
    ープから選ばれた１種類であることを特徴とする請求項
    ２０記載の光発電装置。
22. 【請求項２２】 複数の支持体が隣接して配置され、各
    支持体の周辺部は、外方に延在して形成されており、 この周辺部で、隣接する一方の支持体の第１導体と、他
    方の支持体の第２導体とが、重ねられて電気的に接続さ
    れることを特徴とする請求項１〜２１のうちの１つに記
    載の光発電装置。
23. 【請求項２３】 前記各周辺部は、立上り部分または立
    下り部分を有し、 立上り部分または立下り部分が重ねられて電気的に接続
    されることを特徴とする請求項２２記載の光発電装置。