JP2008300512A - Photoelectric conversion device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池等として使用される光電変換装置に関し、特に結晶シリコン粒子等の結晶半導体粒子を用いた光電変換装置に関するものである。 The present invention relates to a photoelectric conversion device used as a solar cell or the like, and more particularly to a photoelectric conversion device using crystalline semiconductor particles such as crystalline silicon particles.
従来の集光型の光電変換装置、特に太陽電池として用いられるものは、結晶シリコン板等の結晶半導体板を切断して小面積の光電変換素子を作製し、間隔を置いてそれらの光電変換素子を配置し、各光電変換素子上に集光レンズを設けた構成のものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventional concentrating photoelectric conversion devices, particularly those used as solar cells, cut a crystalline semiconductor plate such as a crystalline silicon plate to produce small-area photoelectric conversion elements, and these photoelectric conversion elements at intervals And a configuration in which a condenser lens is provided on each photoelectric conversion element has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
また、従来の結晶半導体粒子を用いた光電変換装置として、第1のアルミニウム箔に開口を形成し、その開口に、p型中心核の上にn型外殻を持つシリコン球を挿入し、シリコン球の裏側のn型外殻を除去し、第1のアルミニウム箔及びn型外殻を除去したシリコン球の表面に絶縁層を形成し、シリコン球の裏側頂上部の絶縁層を除去した後に、シリコン球と第2のアルミニウム箔とを、金属接合部を介して接合して成るものが提案されている(例えば特許文献2参照)。 Moreover, as a conventional photoelectric conversion device using crystalline semiconductor particles, an opening is formed in a first aluminum foil, and a silicon sphere having an n-type outer shell on a p-type central core is inserted into the opening. After removing the n-type outer shell on the back side of the sphere, forming an insulating layer on the surface of the silicon sphere from which the first aluminum foil and n-type outer shell have been removed, and removing the insulating layer on the back side top of the silicon sphere, A silicon sphere and a second aluminum foil that have been joined via a metal joint has been proposed (see, for example, Patent Document 2).
なお、この光電変換装置は、シリコン球上に集光させるための球状レンズを有している。この光電変換装置のように結晶半導体粒子を用いた場合、結晶半導体粒子間に隙間が生じ、結果として光電変換ロスとなるため、結晶半導体粒子間の隙間に入射した光エネルギーを隙間に隣接する結晶半導体粒子の側に入力させるために、結晶半導体粒子上にその表面の曲面に平行に球状レンズを形成している。 This photoelectric conversion device has a spherical lens for condensing on a silicon sphere. When crystal semiconductor particles are used as in this photoelectric conversion device, gaps are generated between the crystal semiconductor particles, resulting in photoelectric conversion loss. Therefore, the light energy incident on the gaps between the crystal semiconductor particles is converted into crystals adjacent to the gaps. In order to input to the semiconductor particle side, a spherical lens is formed on the crystalline semiconductor particle parallel to the curved surface.
また、従来の他の光電変換装置として、凹面鏡に形成された基板によって光を反射させてシリコン球に集光させる構成が知られている。
しかしながら、特許文献1に示された光電変換装置は、結晶シリコン板等からなる結晶半導体板を切断して小面積の光電変換素子を作製し、光電変換素子同士の間を接続タブ等で接続していく必要があり、製造工程数が多くなり製造が煩雑になり、十分に低コスト化することができなかった。
However, the photoelectric conversion device disclosed in
また、結晶半導体粒子の表面の曲面に平行に形成された球状レンズを用いた光電変換装置は、球状レンズを用いて光電変換効率の光の入射角依存性を小さくしようとすると、結晶半導体粒子間の距離を結晶半導体粒子の直径の1/10程度までしか広げることができない。その結果、光電変換装置における半導体の使用量が低減されず、軽量化、低コスト化に不利である。 In addition, a photoelectric conversion device using a spherical lens formed in parallel with the curved surface of the surface of the crystalline semiconductor particle is designed to reduce the incident angle dependency of light on the photoelectric conversion efficiency using the spherical lens. Can be expanded only to about 1/10 of the diameter of the crystalline semiconductor particles. As a result, the amount of semiconductor used in the photoelectric conversion device is not reduced, which is disadvantageous for weight reduction and cost reduction.
また、凹面鏡を構成するように形成された基板によって光を反射させてシリコン球に集光させる構成の光電変換装置は、基板を凹面鏡の形状に変形させているが、基板の形状を維持するための保持構造等がさらに必要である。また、隣接する凹面鏡同士の間の境界部が平坦となり鋭角に形成されないために、平坦な境界部での光の反射が無視できず、光電変換の損失が発生する傾向があった。また、凹面鏡形状の光反射面は、主として銀等の金属により構成されるため、空気中の硫化ガス,酸素ガス等と反応して劣化(銀の場合黒化)して光の反射性が低下するために、長期にわたって安定した光電変換性能を維持するには不十分であった。 Further, the photoelectric conversion device configured to reflect light by a substrate formed so as to form a concave mirror and collect it on a silicon sphere deforms the substrate into the shape of a concave mirror, but in order to maintain the shape of the substrate Further holding structure is required. In addition, since the boundary portion between adjacent concave mirrors is flat and not formed at an acute angle, reflection of light at the flat boundary portion cannot be ignored, and there is a tendency for photoelectric conversion loss to occur. In addition, the concave mirror-shaped light reflecting surface is mainly made of metal such as silver, so it reacts with air sulfide gas, oxygen gas, etc. in the air and deteriorates (blackening in the case of silver), resulting in a decrease in light reflectivity. Therefore, it was insufficient to maintain stable photoelectric conversion performance over a long period of time.
また、例えば、アルミニウム箔や反射鏡に形成された開口にシリコン球が挿入された構成の場合、開口の形状はシリコン球に対応させて円形状となるが、シリコン球の大きさにばらつきがあるために、多数個のシリコン球をそれぞれ開口にスムーズに挿入することは極めて困難であった。従って、多数個のシリコン球の中には、開口に挿入できないものや開口には容易に挿入できるが開口との間に大きな隙間ができてしまうものがあった。 For example, in the case of a configuration in which a silicon sphere is inserted into an opening formed in an aluminum foil or a reflecting mirror, the shape of the opening is a circular shape corresponding to the silicon sphere, but the size of the silicon sphere varies. For this reason, it has been extremely difficult to smoothly insert a large number of silicon spheres into the openings. Therefore, some silicon spheres cannot be inserted into the opening or can be easily inserted into the opening, but a large gap is formed between the opening.
従って、本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的は、多数個の結晶半導体粒子を光反射部材の開口部に、隙間を最小限にして一括的に容易に挿入することができ、その結果光電変換効率を向上させた光電変換装置を得ることである。 Accordingly, the present invention has been completed in view of the above-described conventional problems, and the object thereof is to collect a large number of crystal semiconductor particles in the opening of the light reflecting member and easily collectively with a minimum gap. To obtain a photoelectric conversion device with improved photoelectric conversion efficiency.
また、光反射面の傷の発生が抑制されて十分な光電変換効率を長期間維持することが可能な光反射部材を有する光電変換装置となり、また結晶半導体粒子間の距離を大きく広げたとしても光電変換効率の光の入射角依存性を小さくすることができ、さらに基板を変形させることなく集光構造を形成することができ、その結果、半導体の使用量を少なくして軽量化および低コスト化を達成したうえで、結晶半導体粒子に十分に集光することができる光電変換装置を提供することである。 Moreover, even if the distance between the crystal semiconductor particles is greatly increased, the generation of scratches on the light reflecting surface is suppressed and the light reflecting member can maintain a sufficient photoelectric conversion efficiency for a long period of time. Light incident angle dependency of photoelectric conversion efficiency can be reduced, and a condensing structure can be formed without deforming the substrate. As a result, the amount of semiconductor used is reduced, and the weight is reduced and the cost is reduced. An object of the present invention is to provide a photoelectric conversion device that can sufficiently concentrate on crystalline semiconductor particles after achieving the above.
本発明の光電変換装置は、導電性基板と、表層に第2導電型の半導体部が形成されるとともに前記導電性基板上に互いに間隔をあけて多数個接合された球状の第1導電型の結晶半導体粒子と、前記導電性基板上の前記結晶半導体粒子間に形成された絶縁層と、前記絶縁層上及び前記結晶半導体粒子上に形成された透光性導電層と、前記絶縁層上の前記透光性導電層上に形成され、前記結晶半導体粒子に集光させる凹面状の光反射面と前記光反射面の下端部において前記結晶半導体粒子の上部を露出させる多角形の開口部とを有する樹脂から成る光反射部材と、を具備しているものである。 The photoelectric conversion device of the present invention has a spherical first conductivity type in which a conductive substrate and a semiconductor portion of the second conductivity type are formed on the surface layer, and a large number of them are joined on the conductive substrate at intervals. A crystalline semiconductor particle; an insulating layer formed between the crystalline semiconductor particles on the conductive substrate; a translucent conductive layer formed on the insulating layer and on the crystalline semiconductor particle; and on the insulating layer A concave light reflecting surface formed on the translucent conductive layer and focused on the crystalline semiconductor particles; and a polygonal opening that exposes an upper portion of the crystalline semiconductor particles at a lower end of the light reflecting surface. And a light reflecting member made of resin.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記開口部の形状が正多角形である。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the shape of the opening is a regular polygon.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記開口部は、多数個の前記結晶半導体粒子の粒径分布の最大径を有する円に外接するとともに最小径を有する円に内接するものである。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the opening is circumscribed by a circle having the maximum diameter of the particle size distribution of the plurality of crystal semiconductor particles and inscribed in a circle having the minimum diameter.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記光反射面に金属層が形成されており、前記金属層上に透明保護層が形成されているものである。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, a metal layer is formed on the light reflecting surface, and a transparent protective layer is formed on the metal layer.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記金属層がアルミニウムおよび/または銀から成るものである。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the metal layer is made of aluminum and / or silver.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記金属層と前記透光性導電層は電気的に絶縁されているものである。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the metal layer and the translucent conductive layer are electrically insulated.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記光反射部材は、縦断面において頂上部が鋭角状の尖頭部となっているものである。 In the photoelectric conversion device of the present invention, it is preferable that the light reflecting member has a sharp apex at the top in the longitudinal section.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、前記透明保護層は、縦断面において頂上部が凸形曲面となっているものである。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the transparent protective layer has a convex curved surface at the top in the longitudinal section.
本発明の光電変換装置は、導電性基板と、表層に第2導電型の半導体部が形成されるとともに導電性基板上に互いに間隔をあけて多数個接合された球状の第1導電型の結晶半導体粒子と、導電性基板上の結晶半導体粒子間に形成された絶縁層と、絶縁層上及び結晶半導体粒子上に形成された透光性導電層と、絶縁層上の透光性導電層上に形成され、結晶半導体粒子に集光させる凹面状の光反射面と光反射面の下端部において結晶半導体粒子の上部を露出させる多角形の開口部とを有する樹脂から成る光反射部材と、を具備していることから、多数個の結晶半導体粒子の大きさにばらつきがあっても、可撓性を有する光反射部材に形成された多角形の開口部に、多数個の結晶半導体粒子を隙間を最小限にして一括的に容易に挿入することができる。 The photoelectric conversion device of the present invention includes a conductive substrate and a spherical first conductivity type crystal in which a second conductivity type semiconductor portion is formed on the surface layer and a large number of them are joined on the conductive substrate at intervals. Semiconductor particles, an insulating layer formed between crystalline semiconductor particles on a conductive substrate, a translucent conductive layer formed on the insulating layer and the crystalline semiconductor particles, and a translucent conductive layer on the insulating layer A light reflecting member made of a resin having a concave light reflecting surface for condensing the crystal semiconductor particles and a polygonal opening that exposes an upper portion of the crystal semiconductor particles at the lower end of the light reflecting surface. Therefore, even if the size of the large number of crystal semiconductor particles varies, the large number of crystal semiconductor particles are interspersed in the polygonal openings formed in the flexible light reflecting member. Can be easily inserted in a batch with minimal .
即ち、多角形の開口部は、開口部に内接する大きさの円に相当する直径を有する結晶半導体粒子(内接型結晶半導体粒子)から、開口部に外接する大きさの円に相当する直径を有する結晶半導体粒子(外接型結晶半導体粒子)を、容易に挿入することができる。また、開口部が円形の場合には、開口部よりも小さな結晶半導体粒子を挿入すると、隙間が結晶半導体粒子を取り囲むように形成され、隙間が大きくなってしまうが、多角形の開口部は、内接型結晶半導体粒子を挿入しても隙間が結晶半導体粒子の周囲に部分的にしか形成されない。また、多角形の開口部に外接型結晶半導体粒子を挿入すると、結晶半導体粒子の周囲には隙間がほとんど形成されない。 That is, the polygonal opening has a diameter corresponding to a circle having a diameter circumscribing the opening from a crystal semiconductor particle having a diameter corresponding to a circle inscribed in the opening (inscribed crystal semiconductor particle). The crystal semiconductor particles (circumscribed crystal semiconductor particles) having can be easily inserted. In addition, when the opening is circular, when a crystal semiconductor particle smaller than the opening is inserted, the gap is formed so as to surround the crystal semiconductor particle, and the gap becomes large, but the polygonal opening is Even when the inscribed crystal semiconductor particles are inserted, the gap is only partially formed around the crystal semiconductor particles. Moreover, when the circumscribed crystal semiconductor particles are inserted into the polygonal openings, almost no gap is formed around the crystal semiconductor particles.
また、開口部が円形の場合には、開口部よりも大きな結晶半導体粒子を挿入しようとすると、挿入できない場合があるが、多角形の開口部は、外接型結晶半導体粒子であっても容易に挿入することができる。 In addition, when the opening is circular, it may not be possible to insert a crystal semiconductor particle larger than the opening, but the polygonal opening is easily formed even with circumscribed crystal semiconductor particles. Can be inserted.
従って、多角形の開口部に多数個の結晶半導体粒子を隙間を最小限にして一括的に容易に挿入することができることになる。 Therefore, a large number of crystal semiconductor particles can be easily and collectively inserted into the polygonal opening with a minimum gap.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、開口部の形状が正多角形であることから、多数個の球状の結晶半導体粒子をそれぞれ開口部に一括的に挿入することがさらに容易になる。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the shape of the opening is a regular polygon, so that it becomes easier to insert a large number of spherical crystal semiconductor particles into the openings at once.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、開口部は、多数個の結晶半導体粒子の粒径分布の最大径を有する円に外接するとともに最小径を有する円に内接するものであることから、多数個の球状の結晶半導体粒子をそれぞれ開口部に一括的に挿入することがさらに容易になるとともに、結晶半導体粒子と開口部との隙間を最小限に小さくすることができる。 Further, in the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the opening is circumscribed to a circle having the maximum diameter of the particle size distribution of a large number of crystal semiconductor particles and inscribed in a circle having the minimum diameter. It becomes easier to insert a large number of spherical crystal semiconductor particles into the openings at the same time, and the gap between the crystal semiconductor particles and the openings can be minimized.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、光反射面に金属層が形成されており、金属層上に透明保護層が形成されていることから、十分な光の反射性能が得られるとともに光反射部材の成形が容易となるとともに、低コスト化が達成される。また、金属層が銀やアルミニウム等の金属から成る場合、金属が空気中の硫化ガス,酸素ガス等と反応して劣化(銀の場合黒化)して光の反射性が低下することを防ぐことができる。また、金属層の剥がれ等を防ぐことができる。また、導電性の異物によって金属層と透光性導電層とが導通し、透光性導電層の集電性が低下するのを防ぐことができる。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, a metal layer is formed on the light reflecting surface, and a transparent protective layer is formed on the metal layer. The reflecting member can be easily molded and the cost can be reduced. In addition, when the metal layer is made of a metal such as silver or aluminum, it is prevented that the metal reacts with sulfide gas or oxygen gas in the air and deteriorates (blackening in the case of silver) to reduce the light reflectivity. be able to. Moreover, peeling of the metal layer can be prevented. Moreover, it can prevent that a metal layer and a translucent conductive layer conduct | electrically_connect with an electroconductive foreign material, and the current collection property of a translucent conductive layer falls.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、金属層がアルミニウムおよび/または銀から成ることから、さらに十分な反射率を得ることができる。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the metal layer is made of aluminum and / or silver, so that a further sufficient reflectance can be obtained.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、金属層と透光性導電層は電気的に絶縁されていることから、透光性導電層から金属層に対して余分な電気的な導通がないため、集電極としての役割を果たす導電性電極層などに十分に集電されることになり、集電効果が大幅に向上することとなる。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the metal layer and the light-transmitting conductive layer are electrically insulated, so that there is no extra electrical conduction from the light-transmitting conductive layer to the metal layer. Therefore, the current is collected sufficiently by the conductive electrode layer that plays the role of a current collecting electrode, and the current collecting effect is greatly improved.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、光反射部材は、縦断面において頂上部が鋭角状の尖頭部となっていることから、光反射部材の頂上部において入射光の上方への反射を抑制し、入射光を効率的に結晶半導体粒子に集光させることができる。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the light reflecting member has an acute-angled pointed head in the longitudinal section, so that the incident light is reflected upward at the top of the light reflecting member. And incident light can be efficiently collected on the crystalline semiconductor particles.
また、本発明の光電変換装置は好ましくは、透明保護層は、縦断面において頂上部が凸形曲面となっていることから、透明保護層が外側から金属層を押さえ込むことで金属層が光反射部材の頂上部において切断されることなく鋭角に形成されるという効果が得られる。 In the photoelectric conversion device of the present invention, preferably, the transparent protective layer has a convex curved surface at the top in the longitudinal section, and the metal layer reflects light by pressing the metal layer from the outside. The effect of forming an acute angle without being cut at the top of the member is obtained.
本発明の光電変換装置について実施の形態の例を図面に基づいて以下に詳細に説明するが、これらはあくまで実施の形態の一例に過ぎず、本発明の光電変換装置は図1〜4の構成に限定されるものではない。 Examples of the embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. However, these are merely examples of the embodiment, and the photoelectric conversion device of the present invention is configured as shown in FIGS. It is not limited to.
図1は、本発明の光電変換装置の実施の形態の例を示す断面図であり、図2は本発明の光電変換装置の実施の形態の例を示す平面図であり、図3は本発明の光電変換装置を用いて形成した光電変換モジュールの実施の形態を示す断面図であり、図4(a)〜(c)は本発明の光電変換装置における開口部の実施の形態の平面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing an example of an embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention, FIG. 2 is a plan view showing an example of the embodiment of the photoelectric conversion device of the present invention, and FIG. It is sectional drawing which shows embodiment of the photoelectric conversion module formed using the photoelectric conversion apparatus of FIG. 4, (a)-(c) is a top view of embodiment of the opening part in the photoelectric conversion apparatus of this invention. is there.
図1〜4において、1は導電性基板、2は粒状光電変換体を構成する結晶半導体粒子、3は粒状光電変換体を構成する半導体部(半導体層)、4は絶縁層、5は透光性導電層、6は導電性基板1を成す例えばアルミニウムと結晶半導体粒子を成す例えばシリコンとの合金層、7は透明樹脂等からなる光反射部材、8は光反射部材7の表面の光反射面、9は表面充填層、10は表面保護体、11は裏面充填層、12は透明保護層、13は電極層、14は裏面保護層、15は間隔保持部材である。なお、導電性基板1は、それ自体がアルミニウムからなるものでもよく、また、絶縁基板の上にアルミニウム等から成る導電層を設けたものとしてもよい。
1-4, 1 is a conductive substrate, 2 is a crystalline semiconductor particle constituting a granular photoelectric converter, 3 is a semiconductor portion (semiconductor layer) constituting a granular photoelectric converter, 4 is an insulating layer, and 5 is a light-transmitting material. A conductive conductive layer, 6 is an alloy layer of aluminum and crystalline semiconductor particles, for example, forming the
本発明の光電変換装置は、導電性基板1と、表層に第2導電型の半導体部3が形成されるとともに導電性基板1上に互いに間隔をあけて多数個接合された球状の第1導電型の結晶半導体粒子2と、導電性基板1上の結晶半導体粒子2間に形成された絶縁層4と、絶縁層4上及び結晶半導体粒子2上に形成された透光性導電層5と、絶縁層4上の透光性導電層5上に形成され、結晶半導体粒子2に集光させる凹面状の光反射面8と光反射面8の下端部において結晶半導体粒子2の上部を露出させる多角形の開口部17とを有する樹脂から成る光反射部材7と、を具備している構成である。
The photoelectric conversion device of the present invention includes a
この構成により、多数個の結晶半導体粒子2の大きさにばらつきがあっても、可撓性を有する光反射部材7に形成された多角形の開口部17に、多数個の結晶半導体粒子2を隙間を最小限にして一括的に容易に挿入することができる。
With this configuration, even if there are variations in the size of the large number of
また、結晶半導体粒子2同士の間に入射された光を結晶半導体粒子2に効率良く導くことができる。また、結晶半導体粒子2間の距離を結晶半導体粒子2の直径の1/10以上に広げても、光電変換効率の光の入射角依存性を小さくすることができる。その結果、半導体の使用量を少なくすることができ、軽量化、低コスト化された光電変換装置を作製できる。
Further, light incident between the
また、結晶半導体粒子2と光反射部材の開口部17との隙間を軽減させることが可能となり、より高い光電変換効率を得ることが可能となる。
Moreover, it becomes possible to reduce the clearance gap between the
また、光電変換装置の作製時における光反射部材7の光反射面8の傷の発生が抑制され、さらに、作製後においても長期にわたり光反射面8を保護することができ、十分な光電変換効率を長期間維持することが可能となる。また、光反射面8が銀やアルミニウム等の金属から成る場合、金属が空気中の硫化ガス,酸素ガス等と反応して劣化(銀の場合黒化)して光の反射性が低下することを防ぐことができる。また、光反射面8が金属層を被覆して形成したものである場合、金属層の剥がれ等を防ぐことができる。また、光反射面が金属や金属層から成る場合、導電性の異物によって金属や金属層と透光性導電層5とが導通し、透光性導電層5の集電性が低下するのを防ぐことができる。
Moreover, generation | occurrence | production of the damage | wound of the
以下に、本発明の光電変換装置を構成するそれぞれの部位について説明する。 Below, each site | part which comprises the photoelectric conversion apparatus of this invention is demonstrated.
<導電性基板>
本発明における導電性基板1は、アルミニウム基板、アルミニウムの融点以上の融点を有する金属基板、表面に導電層が形成されたセラミック基板等から成ればよく、例えば、アルミニウム,アルミニウム合金,鉄,ステンレススチール,ニッケル合金,アルミナセラミックス等から成る基板が用いられる。導電性基板1の材料がアルミニウム以外のものを用いた場合、アルミニウム以外の材料からなる基板上にアルミニウムから成る導電層を形成してもよい。
<Conductive substrate>
The
<結晶半導体粒子>
本発明における結晶半導体粒子2の形状は球状である。結晶半導体粒子2が球状であることにより、結晶半導体粒子2が凸曲面を有することとなり、入射光の光線角度の依存性を小さくできる。球状としては特に真球状が好ましく、その場合、入射光の光線角度の依存性をより小さくでき、また導電性基板1に対する結晶半導体粒子2の接合性を向上させるとともに各結晶半導体粒子2の接合力を均一化することができるという効果が得られる。
<Crystal semiconductor particles>
The shape of the
また、結晶半導体粒子2の表面を粗面にすることにより結晶半導体粒子2の表面での光反射率を低減し、結晶半導体粒子2における光の吸収性を向上させることができる。この粗面を形成するには、結晶半導体粒子2をアルカリ溶液中に浸漬し、結晶半導体粒子2の表面をエッチングしても良いし、RIE(Reactive Ion Etching)装置等を用いて結晶半導体粒子2の表面を微細加工してもよい。
Further, by making the surface of the
結晶半導体粒子2の粒子径は、0.2〜0.8mmが好ましく、特に、半導体(シリコン等)の使用量を少なくするうえで0.2〜0.6mmがより好ましい。粒子径が0.2mm未満では、導電性基板1への結晶半導体粒子2のアッセンブルが困難となる傾向がある。また、粒子径が0.8mmを超えると、シリコン等から成る結晶半導体母板(ウエハ)から切り出して製造する従来の結晶半導体板タイプの光電変換装置における切削部も含めた半導体の使用量と変わらなくなり、結晶半導体粒子2を用いるメリットがなくなる傾向がある。
The particle diameter of the
なお、結晶半導体粒子2の粒子径とは、平均粒子径であって、導電性基板1に接合する前の平均粒子径であり、かつ、透光性導電層5の形成前における結晶半導体粒子2の平均粒子径である。この平均粒子径は、レーザ光による粒度分布測定装置等によって測定できる。
In addition, the particle diameter of the
結晶半導体粒子2は第1導電型(例えばp型)を示すものであり、p型の場合、B,Al,Ga等のドーパントを、結晶半導体粒子2をジェット法(溶融落下法)等により製造する際に原料中に含有させること等により得られる。
The
結晶半導体粒子2は、半導体の単結晶または多結晶から成るが、特に、光電流を効率的に取り出せることから、単結晶であることが好ましい。多結晶の場合、結晶粒界において電子と空孔の再結合が生じ、結果として光電流の出力が低下する。
The
結晶半導体粒子2は、例えば溶融落下法(ジェット法)等により粒状に形成され、リメルト(再溶融)法等の方法により単結晶化される。また、製造条件によってはジェット法のみにより、粒界の少ないほぼ単結晶化された結晶半導体粒子2を得ることもでき、それをそのまま光電変換装置に使用してもよい。
The
結晶半導体粒子2の表層には、第2導電型(例えばn型)の半導体部3が形成されている。第2導電型の半導体部3は、例えば、熱拡散法、気相成長法等により形成される。
On the surface layer of the
熱拡散法においては、例えば、オキシ塩化リン等のリン系化合物を拡散剤として、高温の石英管内に一定時間、結晶半導体粒子2を挿入することにより、半導体部3がn型であれば結晶半導体粒子2の表面にn型の半導体部3を形成できる。一例として、900℃の石英管内に30分間、結晶半導体粒子2を挿入することにより、その表面に1μm厚みのn型の半導体部3を形成できる。ただしこの場合、図1に示すように、半導体部3と合金層(共晶層)6とを電気的に分離するために、合金層6の近傍を除いて半導体部3の表面を耐酸レジスト等で被覆し、非被覆部分の半導体部3をエッチング液で除去することにより、取り除くことが必要である。
In the thermal diffusion method, for example, if a
熱拡散法の場合、結晶半導体粒子2と導電性基板1との接合前に行うことができる。
In the case of the thermal diffusion method, it can be performed before the bonding of the
また、気相成長法等では、例えば、シラン化合物の気相に、n型のドーパントとなるリン系化合物の気相を微量導入して、n型の半導体部3を形成することができる。
Further, in the vapor phase growth method or the like, for example, the n-
半導体部(半導体層)3の膜質としては、結晶質、非晶質、結晶質と非晶質とが混在するもののいずれでもよいが、光線透過率を考慮すると、結晶質または結晶質と非晶質とが混在するものがよい。 The film quality of the semiconductor part (semiconductor layer) 3 may be any of crystalline, amorphous, or a mixture of crystalline and amorphous, but considering the light transmittance, crystalline or crystalline and amorphous. It is good to mix quality.
半導体部3中の微量元素の濃度は、例えば1×1016〜1×1021原子/cm3が好ましい。さらに、半導体部3は、結晶半導体粒子2の表面の凸形曲面に沿って形成されることが好ましい。結晶半導体粒子2の凸形曲面の表面に沿って形成されることによって、pn接合の面積を広く稼ぐことができ、結晶半導体粒子2の内部で生成したキャリアを効率よく収集することが可能となる。
The concentration of the trace element in the
<絶縁層>
結晶半導体粒子2間の導電性基板1上に形成された絶縁層4は、正極と負極の分離を行うための絶縁材料から成る。即ち、絶縁層4は、その上面側に配設される透光性導電層5と下面側の導電性基板1とが接触しないように設けられるものである。絶縁層4を成す絶縁材料としては、SiO2,B2O3,Al2O3,CaO,MgO,P2O5,Li2O,SnO,ZnO,BaO,TiO2等を任意成分とする材料からなる低温焼成用ガラス(ガラスフリット)材料、上記材料の1種または複数種から成るフィラーを含有したガラス組成物、ポリイミド或いはシリコーン樹脂等の有機系の材料等が挙げられる。絶縁材料の分量にはとくに限定はなく、絶縁層4上に設けられる透光性導電層5が均一に設けられればよい。
<Insulating layer>
The insulating
絶縁層4は、さらに、ガラス,セラミックス,樹脂等の絶縁材料から成る絶縁体粒子を分散させて含有してもよい。絶縁体粒子の平均粒子径は4〜20μmであることが好ましく、絶縁体粒子の平均粒子径がその範囲内にあることにより、絶縁体粒子を絶縁層4中に十分に分散させることができる。
The insulating
<透光性導電層>
透光性導電層5は、結晶半導体粒子2上及び絶縁層4上に被覆されたものである。ここで、透光性導電層5は、導電性基板1を一方の電極とすると、他方の電極としての機能をはたすものである。
<Translucent conductive layer>
The translucent
透光性導電層5は、SnO2,In2O3,ITO,ZnO,TiO2等から選ばれる1種または複数種の酸化物系膜等からなり、スパッタリング法、気相成長法、あるいは塗布焼成法等で形成される。透光性導電層5は、適切な膜厚を選択することにより、反射防止膜としての効果も期待できる。
The translucent
透光性導電層5は透明であるため、結晶半導体粒子2がない部分で入射光の一部が透光性導電層5を透過し、下部の導電性基板1で反射して結晶半導体粒子2に照射されるという効果が得られ、光電変換装置全体に照射される光エネルギーを効率よく結晶半導体粒子2に導いて照射させることが可能となる。
Since the translucent
透光性導電層5は、半導体部3または結晶半導体粒子2の表面に沿って形成され、結晶半導体粒子2の凸形曲面に沿って形成されることが好ましい。この場合、結晶半導体粒子2の内部で生成したキャリアを効率よく収集することが可能となる。
The translucent
<光反射部材>
光反射部材7は、結晶半導体粒子2に集光させるための凹面状の光反射面8を有するものである。集光性を向上させる点で、光反射面8は球面や回転楕円体面等の曲面の部分曲面から成る凹面鏡構造であることが好ましい。なかでも好ましくは、光の入射角依存性を小さくするために凹型の曲面形状が楕円回転体の曲面形状であることが好ましい。コンピュータシミュレーションによると、太陽のように入射角度が経時的に変化していくときに、球の曲面形状よりも楕円回転体の曲面形状の方がより効率よく光を集光することができる。球の曲面と回転楕円体の曲面について光の利用効率を表1に示す。
The
光反射面8に金属層が形成されている場合、Ag,Al,Au,Cu,Pt,Zn,Ni,Cr等の高反射率を有する金属層が形成されていることが好ましく、なかでも、Al及び/またはAgからなる金属層が好ましい。
When a metal layer is formed on the
金属層は、真空蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法、電解メッキ法等の方法により、均一な厚みで薄く形成することができる。 The metal layer can be formed thin with a uniform thickness by a method such as vacuum deposition, sputtering, electroless plating, or electrolytic plating.
光反射面8を成す金属層の厚みは0.04〜0.2μmが好ましい。0.04μm未満では、反射率が低下し光の透過率が増えてしまい、0.2μmを超えると、金属層の表面が凹凸となり反射光が散乱される。
The thickness of the metal layer forming the
光反射部材7は、それが有する多角形の開口部17から結晶半導体粒子2が露出するように、結晶半導体粒子2間の透光性導電層5上に載せて、そのまま接着する。あるいは、図3に示すように、光反射部材7を透光性導電層5上に載せて、表面充填層9及び表面保護体10を順次積層して真空加熱装置等で封止する方法などにより、所定の部位に設置される。これにより、従来の製造方法のように、結晶半導体粒子2を一個々アルミニウム箔の開口部に挿入する作業を行う必要がなくなり、光反射部材7を一挙に安定して容易に設置することができる。
The
結晶半導体粒子2は多少とも粒径ばらつき(公差)を持っており、円形の開口部18の場合は、少なくとも最も大きい粒径の結晶半導体粒子2の大きさに合わせる必要がある(図4(c))。
The
しかしながら、粒径の小さい結晶半導体粒子2が円形の開口部18に挿入された場合、開口部18と結晶半導体粒子2の間の隙間の領域に入射された光は光電変換に寄与しないために集光ロスとなる。集光ロスの比率は、光反射部材7の一単位面積に対する間隔の面積となり、集光ロスの比率は粒径ばらつきに依存する。
However, when the
一方、多角形の開口部17とすることによって、開口部17と結晶半導体粒子2の間の隙間の面積を小さくすることができる。
On the other hand, by using the
図2,図4(a),(b)に示すように、開口部17の形状が正多角形である場合、多数個の球状の結晶半導体粒子2をそれぞれ開口部17に一括的に挿入することがさらに容易になる。また、開口部17は、多数個の結晶半導体粒子2の粒径分布の最大径を有する円(外接円21)に外接するとともに最小径を有する円(内接円20)に内接するものであることがよく、その場合、多数個の球状の結晶半導体粒子2をそれぞれ開口部17に一括的に挿入することがさらに容易になるとともに、結晶半導体粒子2と開口部17との隙間を最小限に小さくすることができる。
As shown in FIGS. 2, 4A and 4B, when the shape of the
図4(a),(b)は、最も大きい粒径の結晶半導体粒子2に対応する外接円21に外接し、最も小さい粒径の結晶半導体粒子2に対応する内接円20に内接する、正六角形の開口部17とした例である。
4A and 4B are circumscribed on the circumscribed
内接円20の直径以上の直径であって外接円21の直径以下の直径の結晶半導体粒子2が挿入される場合、光反射部材7が可撓性を有する樹脂からなることによって、結晶半導体粒子2と接する多角形の開口部17の辺の部分が変形して、結晶半導体粒子2が開口部17に挿入されることが可能となる。また、開口部17が円形の場合よりも隙間の面積を小さくすることができることから、集光ロスの比率が小さくなる。
When the
多角形の開口部17は、粒径公差を考慮して正三角形から正八角形程度までがよく、例えば公差比(公差/中心粒径)が15%程度の場合は正四角形、7%程度の場合は正六角形を選定すればよい。
The
また、光反射部材7が可撓性を有するため、開口部17には、外接円21の直径より若干大きな直径の結晶半導体粒子2であっても挿入できる。
Further, since the
なお、開口部17は光反射部材7の形成時に同時に形成してもよく、また、光反射部材7の形成後に打ち抜き法等によって形成してもよい。
The
また、図1に示すように、光反射部材7は、その下面に銅,アルミニウム,銀,金等から成る導電板や導電箔である電極層13を一体に形成した後、導電性接着層16で透光性導電層5上に接着することが好ましく、これにより光反射部材7を更に安定して容易に設置することができる。
As shown in FIG. 1, the
光反射面8に金属層が形成されている場合、光反射部材7のうち光反射面8を除く本体部分は、ポリカーボネート樹脂,ポリエチレンテフタレート樹脂,アクリル樹脂,フッ素樹脂,オレフィン樹脂等の樹脂で形成される。光反射面8の曲面形状を樹脂、金属或いは形状を維持できる材料で形成し、凹型の曲面形状の底部には結晶半導体粒子2が入る程度の開口部が設けられている。上記の樹脂としては、大気圧力下で容易に変形できる柔軟性を有する樹脂であることが好ましい。そうすることにより、光反射部材7の透光性導電層5からの浮き上がりが周辺に波及することなく、反射効率が向上する。また、導電性基板1、電極層13または絶縁層4に凹凸があったとしても、それに沿うようにして光反射部材7がそれらの上部に載置されることができる。
In the case where a metal layer is formed on the
光反射部材7は、縦断面において頂上部(凹面鏡同士の境界部)が鋭角状の尖頭部となっていることが好ましい。従来、特許文献3に示されるような境界が広い場合は、境界の水平な部分が広く、そのために境界部に入射した光は上方に反射されていた。本発明の光電変換装置は、頂上部が鋭角状の尖頭部であることにより、頂上部における入射光の上方への反射を抑制し、入射光を効率的に結晶半導体粒子2に集光させることができる。上記の鋭角状の尖頭部の角度は5°〜60°程度である。
It is preferable that the
またこの場合、金属層は頂上部において屈曲していることがよい。これにより、金属層の頂上部における光の反射をほとんどなくすことができる。 In this case, the metal layer is preferably bent at the top. Thereby, reflection of light at the top of the metal layer can be almost eliminated.
光反射部材7は、金属等の耐熱材料により形成された凸部のネガ形状(凹形状)を多数有する成形型によって、樹脂、金属或いは形状を維持できる材料を積層することにより成形される。光反射面8は、真空蒸着法、スパッタリング法、無電解メッキ法、電解メッキ法等の方法で、Ag,Al,Au,Cu,Pt,Zn,Ni,Cr等の高反射率を有する金属層で形成するか、上記金属の箔を上記樹脂と重ねて一体成形することにより得られる。
The
<透明保護層>
本発明の光電変換装置は、光反射面8を被覆する透明保護層12を具備する。透明保護層12は、例えば、光反射面8としての金属層を一方の主面に有する光反射部材7となる樹脂シートを成形する際に、成形型の表面粗度によって光反射面8の表面が損傷するなどの課題に対して、光電変換装置の作製工程において発生しやすい光反射面8の損傷を抑制するものである。そして、透明保護層12を設け、光反射面8が直接成形型に接触しないように保護することで、作製工程における光反射面8の反射率の低下を防ぐことが可能となる。さらに、長期にわたり使用することで硫化ガスや酸素などにより金属からなる光反射面8が劣化を受けやすいという課題に対して、光反射面8の劣化を抑制させることも可能となる。
<Transparent protective layer>
The photoelectric conversion device of the present invention includes a transparent
透明保護層12は、ポリエチレン樹脂,ポリエチレンテフタレート樹脂,ポリカーボネート樹脂,アクリル樹脂,フッ素樹脂,オレフィン樹脂等の樹脂から成る。
The transparent
これらの樹脂は、後述する表面充填層9(図3)との屈折率差が0.2以下であることが好ましく、0.1以下であることがより好ましく、屈折率差が無いことが最も好ましい。そうすることにより、透明保護層12に成形金型がある程度転写されたとしても光学的ロスが小さくなる。この場合、透明保護層12に成形金型の表面粗度がある程度転写されても、光学的なロスは小さくなる。
These resins preferably have a refractive index difference of 0.2 or less, more preferably 0.1 or less, and most preferably no refractive index difference with the surface filling layer 9 (FIG. 3) described later. preferable. By doing so, even if the molding die is transferred to the transparent
透明保護層12の厚みとしては成形金型の表面粗度にもよるが、1μmから50μm程度であればよく、1μm未満では成形金型の表面粗度による傷が防止できず、50μmを超えると成形後の光反射面8の凹部境界の稜部に丸みが生じて望ましい集光が得られなくなる。透明保護層12を設けることによって、光反射面8の耐腐食性も向上させることができ、より高い信頼性が得られる。なお、光反射面8と透明保護層12との間に別途耐腐食コートを設けても良い。
Although the thickness of the transparent
光反射面8に金属層が形成されている場合、金属層は透光性導電層5に対して電気的に絶縁していることが好ましい。そうすることにより、透光性導電層5から金属層に対して電気的な導通がないため電極層13のような集電層に対して十分に集電されることになり、集電効果が大幅に上昇する傾向がある。
When a metal layer is formed on the
透明保護層12の頂上部は、図1に示されるように縦断面において凸形曲面から構成されていることが好ましい。透明保護層12の頂上部が凸形曲面であることにより、透明保護層12が外側から金属層を押さえ込むことで金属層が光反射部材7の頂上部において切断されることなく鋭角に形成されるという効果が得られる。さらに、透明保護層12の頂上部が縦断面において凸形曲面から形成されているとともに、光反射部材7の頂上部が、縦断面において鋭角状の尖頭部となっていることにより、頂上部に照射された光が外部に漏れることなく隣接する結晶半導体粒子2に反射されて光電変換効果に寄与するという相乗効果が得られる。
The top of the transparent
<電極層>
電極層13は、透光性導電層5と外部端子との間の直列抵抗値を低くするために、隣接する結晶半導体粒子2間の透光性導電層5の上に、導電性接着層16を介して、集電極として設けられ、結晶半導体粒子2で発電された光電流を抵抗損失させることなく、光電変換装置から取り出すための低抵抗導体として利用される。
<Electrode layer>
The
この電極層13は、結晶半導体粒子2に相当する部分が開口された金属板から成るのが好ましく、例えば、Al,Cu,Ni,Cr,Agやこれらの合金が適している。電極層13の厚みは20〜200μmが好ましい。金属板から成る電極層13の使用は、この上部に形成される光反射部材7をしっかり支える基板ともなる点で好ましい。
The
また、導電性接着層16は、導電性粒子を含む熱硬化型の樹脂等から成る接着剤から成るものであり、電極層13と透光性導電層5とを電気的に接続し、また機械的に固着させる役割をはたすものである。導電性粒子としてはAg,Ni,Au或いはこれらの複合粒子が適しており、それにより、透光性導電層5は、発電電流を電極層13に対して効率よく集電させることができる。更に、結晶半導体粒子2上を避けるようにして導電性接着層16を円形状(ドット状)に形成して、結晶半導体粒子2に隣接するように多数配列されていることによって、直接陰となる領域ができるのをなくすことができる。それとともに、上述した光反射部材7によって、電極層13や導電性接着層16を覆うことができ、外観上の向上を図ることができる。更に、導電性接着層16によって比較的導電性が低い透光性導電層5の電気的経路を短くでき、結晶半導体粒子2で発生した電流を電極層13により効率よく集電させることができる。
The conductive
<保護層>
本発明の光電変換装置は、透光性導電層5上に保護層(不図示)を形成してもよい。このような保護層としては、透明誘電体の特性を有するものがよく、CVD法やPVD法等によって、例えば、酸化珪素,酸化セシウム,酸化アルミニウム,窒化珪素,酸化チタン,酸化タンタル,酸化イットリウム等を単一組成または複数組成で単層または組み合わせて、透光性導電層5上に形成されたものが挙げられる。
<Protective layer>
In the photoelectric conversion device of the present invention, a protective layer (not shown) may be formed on the translucent
保護層は、光の入射面側にあるために、透明性が必要であり、また半導体部3または透光性導電層5と外部との間の電流リークを防止するために、誘電体であることが必要である。なお、保護層の膜厚を最適化すれば、反射防止膜としての機能も期待できる。
Since the protective layer is on the light incident surface side, the protective layer needs to be transparent, and is a dielectric in order to prevent current leakage between the
<光電変換モジュール>
次に、本発明の光電変換装置を用いて、光電変換モジュール(図3)を形成する。ここで、光電変換モジュールは、複数の光電変換素子が直列または並列に接続されて、発生する電気出力が向上され、実用的な電気出力を取り出せるものをいう。光電変換モジュールは、光電変換素子1つでは得られなかった十分な電気出力を得ることが可能となる。
<Photoelectric conversion module>
Next, a photoelectric conversion module (FIG. 3) is formed using the photoelectric conversion device of the present invention. Here, the photoelectric conversion module is a module in which a plurality of photoelectric conversion elements are connected in series or in parallel, the generated electrical output is improved, and a practical electrical output can be taken out. The photoelectric conversion module can obtain a sufficient electrical output that could not be obtained with one photoelectric conversion element.
光反射部材7上の表面充填層9は光学的に透明な材料であればよく、構成材料としては、エチレン酢酸ビニル重合体(EVA),ポリオレフィン,フッ素系樹脂,シリコーン樹脂等がある。
The
表面充填層9上の表面保護体10は光学的に透明で耐候性のある材料からなり、ガラスやシリコーン樹脂、ポリフッ化ビニル(PVF),エチレン−4フッ化エチレン共重合体(ETFE),ポリ4フッ化エチレン(PTFE),4フッ化エチレン−パーフロロアルコキシ共重合体(PFA),4フッ化エチレン−6フッ化プロピレン共重合体(FEP),ポリ3フッ化塩化エチレン(PCTFE)等のフッ素樹脂を用いることができる。
The
また、導電性基板1の裏面には、裏面充填層11を表面充填層9の材料と同様の材料を使って設けることができ、さらに裏面保護層14を積層してもよい。裏面保護層14の材料としては、例えばポリフッ化ビニル(PVF),エチレン−4フッ化エチレン共重合体(ETFE),ポリ3フッ化塩化エチレン(PCTFE)等のフッ素樹脂、ポリエチレンテレフタレート(PET)等の樹脂がよい。また裏面保護層14としては、これらの樹脂を使ってアルミ箔や金属酸化膜を挟んで張り合わせたシート、ガラス、ステンレス等の金属シート等がある。
Further, the back
本発明の光電変換装置の周囲部において、光反射部材7は間隔保持部材15となっている。間隔保持部材15は光反射部材7を形成するときの金型の周縁部に付加しておくことにより、容易に形成することができる。間隔保持部材15は表面保護体10と絶縁層4との間の間隔分の厚みとなっており、表面保護体10、表面充填層9と光電変換装置とを合わせて真空加熱するときに、光電変換装置上の光反射部材7が破壊してしまわないように、間隔を確保する役割を持つ。
In the periphery of the photoelectric conversion device of the present invention, the
さらに、この間隔保持部材15は光電変換装置の内部に形成されていてもよい。光電変換装置が大きい場合は、この内部に形成され間隔保持部材15が効果的である。このとき、間隔保持部材15は結晶半導体粒子1個分の領域に1個設けても良く、あるいは多数個配置しても良い。
Further, the spacing
なお、上述した構成の光電変換素子(1個の結晶半導体粒子2を有する光電変換の単位体)を1つ設けるか、または複数を接続(直列、並列または直並列に接続)した光電変換装置とする。さらに、光電変換装置を1つ設けるか、または複数を接続(直列、並列または直並列に接続)したものを発電手段として用い、この発電手段から直接直流負荷へ発電電力を供給するようにしてもよい。また、その発電手段をインバータ等の電力変換手段を介して発電電力を適当な交流電力に変換した後、この発電電力を商用電源系統や各種の電気機器等の交流負荷に供給することが可能な発電装置としてもよい。さらに、このような発電装置を日当たりのよい建物の屋根や壁面に設置する等して、各種態様の太陽光発電システム等の光発電装置として利用することも可能である。 Note that a photoelectric conversion device in which one photoelectric conversion element (a photoelectric conversion unit having one crystal semiconductor particle 2) having the above-described configuration is provided or a plurality of photoelectric conversion elements are connected (connected in series, parallel, or series-parallel) To do. Further, one photoelectric conversion device is provided, or a plurality of devices connected in series (connected in series, parallel, or series-parallel) is used as the power generation means, and the generated power is directly supplied from the power generation means to the DC load. Good. In addition, after the power generation means converts the generated power to appropriate AC power via power conversion means such as an inverter, the generated power can be supplied to an AC load such as a commercial power system or various electric devices. It is good also as a power generator. Furthermore, it is also possible to use such a power generation device as a photovoltaic power generation device such as a solar power generation system in various modes by installing it on the roof or wall surface of a building with good sunlight.
次に、本発明の光電変換装置の実施例について説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。 Next, although the Example of the photoelectric conversion apparatus of this invention is described, this invention is not limited to this Example.
実施例の光電変換装置を以下に示すように作製した。 The photoelectric conversion device of the example was manufactured as shown below.
まず、結晶半導体粒子として、中心径約0.3mm、粒径公差比約7%の多数のp型の結晶シリコン粒子を用い、それらにリン熱拡散処理を施すことによって外郭部をn+の半導体部として、pn接合部を形成した。 First, as crystal semiconductor particles, a large number of p-type crystal silicon particles having a center diameter of about 0.3 mm and a particle size tolerance ratio of about 7% are used. As a result, a pn junction was formed.
次に、アルミニウム製の導電性基板の主面上に、多数(3万個)の結晶シリコン粒子を、その直径の約0.6倍の間隔を空けて配置し、アルミニウムとシリコンの共晶温度である577℃以上の温度(630℃)で約10分加熱して、多数の結晶シリコン粒子を導電性基板上に接合した。 Next, a large number (30,000) of crystalline silicon particles are arranged on the main surface of the conductive substrate made of aluminum at an interval of about 0.6 times the diameter, and the eutectic temperature of aluminum and silicon. A large number of crystalline silicon particles were bonded onto a conductive substrate by heating at a temperature of 577 ° C. or higher (630 ° C.) for about 10 minutes.
導電性基板に接合された結晶シリコン粒子の根元の周囲をエッチングしてpn分離を行った後、導電性基板上の多数の結晶シリコン粒子の間に、ポリイミドからなる絶縁層を充填し形成した。その後、結晶シリコン粒子の上部表面を洗浄し、透光性導電層としてITO膜を、80nmの厚みで形成した。 After the pn separation was performed by etching around the base of the crystalline silicon particles bonded to the conductive substrate, an insulating layer made of polyimide was filled between a large number of crystalline silicon particles on the conductive substrate. Thereafter, the upper surface of the crystalline silicon particles was washed, and an ITO film having a thickness of 80 nm was formed as a translucent conductive layer.
更に電極層(集電極)として、結晶シリコン粒子の直径程度の貫通穴を具備した厚み50μmのアルミニウム箔を用い、アルミニウム箔の下面の3個の結晶シリコン粒子で囲まれた部位に、Agペースト(Ag粒子含有樹脂ペースト)をスクリ−ン印刷でドット状に塗布した。そして、結晶シリコン粒子が電極層の貫通穴から突出する様に、ITO膜上に押しつけながら150℃で30分間加熱処理することで電極層を形成した。 Furthermore, as an electrode layer (collector electrode), an aluminum foil having a thickness of 50 μm having through holes about the diameter of the crystalline silicon particles was used, and an Ag paste (on the lower surface of the aluminum foil surrounded by three crystalline silicon particles) Ag particle-containing resin paste) was applied in the form of dots by screen printing. And the electrode layer was formed by heat-processing for 30 minutes at 150 degreeC, pressing on an ITO film | membrane so that a crystalline silicon particle might protrude from the through-hole of an electrode layer.
次に、光反射部材を以下のようにして形成した。結晶シリコン粒子の直径の1.6倍の幅で縦長の半回転楕円体形状が多数並んだ金型を用いて、真空成形法によって光反射部材を成形し作製した。 Next, the light reflecting member was formed as follows. A light reflecting member was formed by a vacuum forming method using a mold in which a large number of vertically long semi-spheroid shapes were arranged with a width 1.6 times the diameter of the crystalline silicon particles.
光反射部材の本体部としてのポリカーボネート樹脂フィルムの上面に、光反射面を構成する厚み80nmの銀層が形成された厚み25μmのPETシートを積層した。そして、その銀層の上面に、透明保護層としてのポリエステルフィルム(厚み1.5μm)を積層することにより、光反射部材を作製した。 A PET sheet having a thickness of 25 μm in which a silver layer having a thickness of 80 nm constituting the light reflecting surface was formed was laminated on the upper surface of the polycarbonate resin film as the main body of the light reflecting member. And the light reflection member was produced by laminating | stacking the polyester film (thickness 1.5 micrometers) as a transparent protective layer on the upper surface of the silver layer.
光反射部材の形状は、結晶シリコン粒子に集光させる凹面状の光反射面と、光反射面の下端部において結晶シリコン粒子の上部を露出させる開口部とを有する形状であり、多数の結晶シリコン粒子に対応する多数の光反射面及び開口部が形成されたものとした。このとき開口部の形状は、結晶半導体粒子の中心径約0.3mm、粒径公差比約7%であることから、一辺が約0.16mmの正六角形の形状とした。 The shape of the light reflecting member is a shape having a concave light reflecting surface for condensing the crystalline silicon particles and an opening exposing the upper portion of the crystalline silicon particles at the lower end of the light reflecting surface. A large number of light reflecting surfaces and openings corresponding to the particles were formed. At this time, the shape of the opening was a regular hexagonal shape with a side of about 0.16 mm because the center diameter of the crystalline semiconductor particles was about 0.3 mm and the particle size tolerance ratio was about 7%.
そして、結晶シリコン粒子がそれぞれ光反射部材の開口部から突出する様に、絶縁層上の透光性導電層上に光反射部材を配置した。また、導電性基板の下面に、EVAからなる厚み約0.4mmの裏面充填層と、PETフィルム,SiO2層,PETフィルムを積層して成る厚み約0.1mmの裏面保護層を積層した。そして、導電性基板の上面側に、光反射部材を覆うようにEVAからなる厚み約0.6mmの表面充填層と、ガラスからなる厚み約3mmの表面保護体を順次積層し、これらを真空ラミネーターによってラミネートすることにより、光電変換装置を作製した。 And the light reflection member was arrange | positioned on the translucent conductive layer on an insulating layer so that a crystalline silicon particle might each protrude from the opening part of a light reflection member. Further, a backside filling layer made of EVA and having a thickness of about 0.4 mm and a backside protective layer having a thickness of about 0.1 mm formed by laminating a PET film, a SiO 2 layer, and a PET film were laminated on the lower surface of the conductive substrate. Then, on the upper surface side of the conductive substrate, a surface filling layer made of EVA having a thickness of about 0.6 mm and a surface protective body made of glass having a thickness of about 3 mm are sequentially laminated so as to cover the light reflecting member, and these are laminated in a vacuum laminator. The photoelectric conversion device was produced by laminating by the above.
(比較例)
光反射部材の開口部の形状を、結晶半導体粒子の中心径約0.3mm、粒径公差比約7%であることから、直径約0.32mmの円形とした以外は実施例と同様の構成として比較例の光電変換装置を作製した。
(Comparative example)
Since the shape of the opening of the light reflecting member is about 0.3 mm of the center diameter of the crystalline semiconductor particles and the particle size tolerance ratio is about 7%, the configuration is the same as in the embodiment except that the shape is circular with a diameter of about 0.32 mm. As a result, a photoelectric conversion device of a comparative example was produced.
上記の実施例及び比較例の光電変換装置に関して、光電変換効率を測定比較した。その結果、比較例の光電変換効率を1とした場合に、実施例の光電変換効率は1.04となり、約4%の向上がみられた。この結果は、比較例では光反射部材の開口部の形状が円形であったために、結晶シリコン粒子と開口部との隙間が多いためにロスが大きかったのに対して、実施例では光反射部材の開口部の形状を正六角形としたことから結晶シリコン粒子と開口部との隙間が改善されたものと考える。 The photoelectric conversion efficiency was measured and compared for the photoelectric conversion devices of the above Examples and Comparative Examples. As a result, when the photoelectric conversion efficiency of the comparative example was 1, the photoelectric conversion efficiency of the example was 1.04, indicating an improvement of about 4%. As a result, in the comparative example, since the shape of the opening of the light reflecting member was circular, the loss was large due to the large gap between the crystalline silicon particles and the opening, whereas in the example, the light reflecting member It is considered that the gap between the crystalline silicon particles and the opening is improved because the shape of the opening is a regular hexagon.
また、実施例の光電変換装置においては、3万個の結晶シリコン粒子の全部が開口部に挿入できたが、比較例の光電変換装置においては、3万個の結晶シリコン粒子のうち250個程度が開口部に挿入できなかった。 Further, in the photoelectric conversion device of the example, all of 30,000 crystalline silicon particles could be inserted into the opening, but in the photoelectric conversion device of the comparative example, about 250 out of 30,000 crystalline silicon particles. Could not be inserted into the opening.
なお、本発明は、上記の実施の形態及び実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことができる。 In addition, this invention is not limited to said embodiment and Example, A various change can be given in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1:導電性基板
2:結晶半導体粒子
3:半導体部
4:絶縁層
5:透光性導電層
7:光反射部材
8:光反射面
17:多角形の開口部
1: Conductive substrate 2: Crystalline semiconductor particle 3: Semiconductor portion 4: Insulating layer 5: Translucent conductive layer 7: Light reflecting member 8: Light reflecting surface 17: Polygonal opening
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007143365A JP2008300512A (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | Photoelectric conversion device |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2007143365A JP2008300512A (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | Photoelectric conversion device |
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JP2008300512A true JP2008300512A (en) | 2008-12-11 |
Family
ID=40173761
Family Applications (1)
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JP2007143365A Pending JP2008300512A (en) | 2007-05-30 | 2007-05-30 | Photoelectric conversion device |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2008300512A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR101251870B1 (en) | 2012-11-22 | 2013-04-10 | 엘지이노텍 주식회사 | Solar cell apparatus and method of fabricating the same |
-
2007
- 2007-05-30 JP JP2007143365A patent/JP2008300512A/en active Pending
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