JP5094076B2 - Photoelectric conversion device, method for manufacturing the same, and photoelectric conversion module - Google Patents

Photoelectric conversion device, method for manufacturing the same, and photoelectric conversion module Download PDF

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Description

本発明は、太陽光発電等に利用される光電変換装置の製造方法に関し、特に、光電変換素子として結晶シリコン粒子などの結晶半導体粒子を用いた光電変換装置の製造方法に関するものである。
The present invention relates to the production how the photoelectric conversion equipment utilized in solar power generation or the like, particularly relates to a photoelectric conversion equipment manufacturing how using a crystalline semiconductor particles such as crystalline silicon grains as a photoelectric conversion element Is.

従来から、集光型光電変換装置としては、光電変換素子上に集光レンズを配設した集光レンズ型の光電変換装置や、光電変換素子間に反射型集光体を配設した反射型の光電変換装置が知られている。   Conventionally, as a condensing photoelectric conversion device, a condensing lens type photoelectric conversion device in which a condensing lens is disposed on a photoelectric conversion element, or a reflective type in which a reflective condensing body is disposed between photoelectric conversion elements. The photoelectric conversion device is known.

これらのうち、集光レンズ型の光電変換装置として、結晶半導体粒子の曲面に平行に形成された球状レンズを用いているものが提案されている。しかし、このような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。   Among these, as a condensing lens type photoelectric conversion device, one using a spherical lens formed parallel to the curved surface of the crystalline semiconductor particles has been proposed. However, if it is attempted to reduce the dependency of photoelectric conversion efficiency on the incident angle of light using such a spherical lens, the distance between the crystal semiconductor particles can be increased only to about 1/10 of the diameter of the crystal 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、反射型の光電変換素子としては、基板を変形させて複数の凹部(反射面)を有する反射型集光体を形成し、これらの凹部の底部に結晶半導体粒子をそれぞれ配置した光電変換装置が開示されている(特許文献1)。すなわち、この光電変換装置は、基板を反射型集光体として利用したものである。   Moreover, as a reflective photoelectric conversion element, a photoelectric conversion device in which a substrate is deformed to form a reflective condensing body having a plurality of concave portions (reflective surfaces), and crystal semiconductor particles are respectively disposed at the bottoms of these concave portions. Is disclosed (Patent Document 1). In other words, this photoelectric conversion device uses a substrate as a reflection type condenser.

また、基板とは別の部材を用いて反射型集光体を形成した光電変換装置も提案されている(特許文献2)。具体的には、金属バルクからなる反射型集光体又は樹脂の表面に金属薄膜が形成された反射型集光体が基板上に配設されており、この反射型集光体は、光電変換素子を配設するための複数の凹部を備えている。これらの凹部に光電変換素子がそれぞれ配設されている。
特開2002−164554号公報 特開2004−63564号公報
There has also been proposed a photoelectric conversion device in which a reflective condenser is formed using a member different from a substrate (Patent Document 2). Specifically, a reflective concentrator made of a metal bulk or a reflective concentrator in which a metal thin film is formed on the surface of a resin is disposed on a substrate. A plurality of recesses are provided for disposing the elements. Photoelectric conversion elements are respectively disposed in these recesses.
JP 2002-164554 A JP 2004-63564 A

しかしながら、特許文献1に記載された光電変換装置では、導電性基板、絶縁層及び導電層からなる多層構造の部材を凸状に変形させて複数の凹部を有する反射型集光体を形成しているので、反射型集光体の凸頂部の幅を小さくすることが困難である。すなわち、多層構造の部材を折り曲げて凸状にしているので、凸頂部を鋭角に折り曲げようとすると、絶縁層が破断して基板と導電層との間で電気的短絡が生じるおそれがある。このため、反射型集光体の凸頂部の幅を小さくすることができないので、この凸頂部での光の反射量が多くなる。その結果、集光率が低下して光電変換効率が低下する、という問題がある。   However, in the photoelectric conversion device described in Patent Literature 1, a multilayered member composed of a conductive substrate, an insulating layer, and a conductive layer is deformed into a convex shape to form a reflective concentrator having a plurality of concave portions. Therefore, it is difficult to reduce the width of the convex top portion of the reflective light collector. That is, since the multilayer structure member is bent to have a convex shape, if the convex apex portion is bent at an acute angle, the insulating layer may break and an electrical short circuit may occur between the substrate and the conductive layer. For this reason, since the width | variety of the convex top part of a reflective condensing body cannot be made small, the reflection amount of the light in this convex top part increases. As a result, there is a problem that the light collection rate is lowered and the photoelectric conversion efficiency is lowered.

また、特許文献2に記載された光電変換装置は、導電性基板上に反射型集光体を配設した後に、各光電変換素子を反射型集光体の各凹部に配置して製造されている。すなわち、導電性基板、反射型集光体及び光電変換素子が、この順に配置される。そして、この光電変換素子は、p型半導体又はn型半導体からなる半導体粒子の表面の一部にn型半導体又はp型半導体からなる半導体層が形成されたものである。ところが、光電変換装置に用いられる光電変換素子は、通常、数万個以上に及ぶので、導電性基板上に反射型集光体を配設した後に、反射型集光体の各凹部に光電変換素子を一つ一つ配置するのは非常に煩雑な作業であり、コストアップの原因となる。また、光電変換素子は、半導体層が形成されていない部分を導電性基板上に当接させるように向きを合わせて配置されなければならない。仮に、誤った向きに配置された場合には配置し直す必要がある、という欠点がある。   In addition, the photoelectric conversion device described in Patent Document 2 is manufactured by disposing each photoelectric conversion element in each concave portion of the reflective condensing body after disposing the reflective condensing body on the conductive substrate. Yes. That is, the conductive substrate, the reflective light collector, and the photoelectric conversion element are arranged in this order. In this photoelectric conversion element, a semiconductor layer made of an n-type semiconductor or a p-type semiconductor is formed on a part of the surface of a semiconductor particle made of a p-type semiconductor or an n-type semiconductor. However, the number of photoelectric conversion elements used in a photoelectric conversion device is usually tens of thousands or more, and therefore, after a reflective condensing body is disposed on a conductive substrate, photoelectric conversion is performed in each recess of the reflective condensing body. Arranging the elements one by one is a very cumbersome operation and causes an increase in cost. In addition, the photoelectric conversion elements must be arranged so that the portion where the semiconductor layer is not formed is in contact with the conductive substrate. There is a drawback in that if it is arranged in the wrong direction, it needs to be rearranged.

さらに、特許文献2に記載された光電変換装置では、反射型集光体の表面に形成された金属薄膜を上面側の電極として用いている。この金属薄膜の厚みはおよそ0.5μmと非常に薄いので、大きな電流を流すことができないという問題がある。また、特許文献2に記載された製造方法では、導電性基板上に反射型集光体を形成した後に、反射型集光体の各凹部に光電変換素子をそれぞれ配置する。その為、光電変換素子と反射型集光体表面の金属薄膜とを電気的に接続するためにこれらを半田付けする必要がある。このような作業は非常に煩雑であり、また、電気的接続が不十分になる可能性もある。   Furthermore, in the photoelectric conversion device described in Patent Document 2, a metal thin film formed on the surface of the reflective condenser is used as the upper electrode. Since the thickness of the metal thin film is as thin as about 0.5 μm, there is a problem that a large current cannot flow. Moreover, in the manufacturing method described in Patent Document 2, after forming a reflective condensing body on a conductive substrate, a photoelectric conversion element is disposed in each recess of the reflective condensing body. Therefore, it is necessary to solder these in order to electrically connect the photoelectric conversion element and the metal thin film on the surface of the reflective light collector. Such an operation is very complicated, and electrical connection may be insufficient.

本発明は、光電変換効率が高く、低コストで製造することができる光電変換装置の製造方法を提供することを目的とする。
The present invention, photoelectric conversion efficiency is high, and an object thereof is to provide a manufacturing how the photoelectric conversion equipment which can be manufactured at low cost.

本発明の光電変換装置の製造方法は、導電性基板上に、複数の第1導電型の結晶半導体粒子を互いに間隔をあけて配設し、前記導電性基板に電気的に接続する工程と、前記結晶半導体粒子の表面に第2導電型の半導体層を形成する工程と、前記導電性基板上で、かつ、隣り合う前記結晶半導体粒子間に絶縁層を形成する工程と、前記絶縁層上に、隣り合う前記半導体層間を電気的に接続するための導電層を形成する工程と、前記結晶半導体粒子及び前記半導体層に集光させるための反射型集光体を成形する工程と、前記導電層上で、かつ、隣り合う前記結晶半導体粒子間に、前記反射型集光体を配設する工程と、を具備していることを特徴とする。また、前記半導体層における前記導電性基板側の一部を除去する工程を備えていることが好ましい。   The method for producing a photoelectric conversion device of the present invention includes a step of disposing a plurality of first-conductivity-type crystal semiconductor particles on a conductive substrate at intervals, and electrically connecting to the conductive substrate; Forming a second conductive type semiconductor layer on the surface of the crystalline semiconductor particles; forming an insulating layer on the conductive substrate and between the adjacent crystalline semiconductor particles; and on the insulating layer A step of forming a conductive layer for electrically connecting adjacent semiconductor layers, a step of forming a reflective concentrator for condensing the crystalline semiconductor particles and the semiconductor layer, and the conductive layer And a step of disposing the reflective condensing body between the adjacent crystalline semiconductor particles. Moreover, it is preferable to provide the process of removing a part by the side of the said conductive substrate in the said semiconductor layer.

また、前記導電性基板上に前記結晶半導体粒子を配設する工程において、複数の吸引孔を有する吸引用基板上に複数の前記結晶半導体粒子を供給し、前記吸引孔から吸引して各吸引孔に前記結晶半導体粒子をそれぞれ配置した後、前記結晶半導体粒子を介して前記吸引用基板とほぼ平行に前記導電性基板を配置した状態で加熱して、前記結晶半導体粒子を前記導電性基板に接合することが好ましい。   Further, in the step of disposing the crystal semiconductor particles on the conductive substrate, a plurality of the crystal semiconductor particles are supplied onto a suction substrate having a plurality of suction holes, and are sucked from the suction holes to be sucked into the suction holes. After the crystal semiconductor particles are respectively disposed on the substrate, heating is performed with the conductive substrate disposed substantially parallel to the suction substrate through the crystal semiconductor particles, and the crystal semiconductor particles are bonded to the conductive substrate. It is preferable to do.

本発明における光電変換装置では、前記反射型集光体と前記絶縁層との間に、少なくともその一部が前記導電層と接する上部電極を配設する工程を備えていることが好ましい。また、前記反射型集光体が、第1の樹脂からなる基体と、前記基体の表面に形成され、第1の樹脂よりも軟化点が低い第2の樹脂からなる表層部と、前記表層部の表面に形成された金属薄膜とを具備し、前記反射型集光体を配設する工程において、前記第1の樹脂の軟化点よりも低く、前記第2の樹脂の軟化点よりも高い温度で前記反射型集光体が前記導電層上に接合されるのがより好ましい。また、前記絶縁層には、複数の絶縁性硬質粒子が混入されていることがさらに好ましい。また、前記導電層が、前記絶縁層及び前記半導体層上に配設された透光性導電層であることがさらに好ましい。   The photoelectric conversion device according to the present invention preferably includes a step of disposing an upper electrode, at least part of which is in contact with the conductive layer, between the reflective condenser and the insulating layer. The reflective condensing body includes a base made of a first resin, a surface layer portion formed on the surface of the base body and made of a second resin having a softening point lower than that of the first resin, and the surface layer portion. A temperature lower than the softening point of the first resin and higher than the softening point of the second resin in the step of disposing the reflective concentrator. More preferably, the reflective condensing body is bonded onto the conductive layer. Further, it is more preferable that a plurality of insulating hard particles are mixed in the insulating layer. More preferably, the conductive layer is a translucent conductive layer disposed on the insulating layer and the semiconductor layer.

本発明の光電変換装置によれば、導電層上に配設され、光を反射させて光電変換素子に集光させるための複数の反射面を有する反射型集光体を具備しているので、導電性基板上での光電変換素子の占める面積が少なくても、入射光を光電変換素子に集めることができるため、半導体の使用量を低減でき、軽量化、低コスト化することができる。また、本発明における反射型集光体は、導電層上に配設されたもの、すなわち、導電性基板とは別体で成形されたものであるので、反射型集光体の凸頂部の幅を小さくすることが可能となり、集光率の低下を防ぐことができる。   According to the photoelectric conversion device of the present invention, the photoelectric conversion device includes a reflective concentrator disposed on the conductive layer and having a plurality of reflection surfaces for reflecting light and condensing the photoelectric conversion element. Even if the area occupied by the photoelectric conversion element on the conductive substrate is small, incident light can be collected in the photoelectric conversion element, so that the amount of semiconductor used can be reduced, and the weight and cost can be reduced. In addition, since the reflective light collector in the present invention is disposed on the conductive layer, that is, formed separately from the conductive substrate, the width of the convex top of the reflective light collector. Can be reduced, and the reduction of the light collection rate can be prevented.

本発明の光電変換装置は、反射型集光体と絶縁層との間に配設され、少なくともその一部が導電層と接している上部電極を備えている。このように上部電極は、少なくともその一部が導電層と接しているので、光電変換装置から発電された電力を取り出す集電極として利用できる。また、このように上部電極が反射型集光体と絶縁層との間に配設されているので、上部電極が反射型集光体の集光を妨げることがなく、効率よく集光することが可能になる。   The photoelectric conversion device of the present invention includes an upper electrode that is disposed between the reflective condenser and the insulating layer and at least a part of which is in contact with the conductive layer. Thus, since at least a part of the upper electrode is in contact with the conductive layer, the upper electrode can be used as a collecting electrode for extracting electric power generated from the photoelectric conversion device. In addition, since the upper electrode is disposed between the reflective collector and the insulating layer in this way, the upper electrode does not interfere with the collection of the reflective collector and efficiently collects light. Is possible.

また、上部電極が、平板状であり、絶縁層と導電層との間に絶縁層とほぼ平行に配置されているときには、上部電極が反射型集光体を支える基盤となる。これにより、反射型集光体を導電層上に配設する際の圧力を平板状の上部電極によって分散させることができるので、上記圧力により絶縁層が破断するのを防止することができる。したがって、導電性基板と導電層との間での電気的短絡が生じるのを防止することができる。また、上部電極が、絶縁層及び透光性導電層よりも剛性が高いときには、この短絡を防止する、より優れた効果を得ることができる。また、上部電極が、透光性導電層よりも電気抵抗が低いときには、上部電極がない従来の光電変換装置と比較して、より大きな電流を流すことが可能になる。特に、反射型集光体の表面に形成された金属薄膜を上面側の電極として利用している従来のものと比較すると、格段に大きな電流を流すことが可能になる。   In addition, when the upper electrode has a flat plate shape and is disposed between the insulating layer and the conductive layer so as to be substantially parallel to the insulating layer, the upper electrode serves as a base for supporting the reflective condenser. Thereby, since the pressure at the time of arrange | positioning a reflection type condensing body on a conductive layer can be disperse | distributed by a flat upper electrode, it can prevent that an insulating layer fractures | ruptures by the said pressure. Therefore, it is possible to prevent an electrical short circuit between the conductive substrate and the conductive layer. Further, when the upper electrode has higher rigidity than the insulating layer and the translucent conductive layer, a more excellent effect of preventing this short circuit can be obtained. In addition, when the upper electrode has a lower electrical resistance than the translucent conductive layer, a larger current can be passed as compared with a conventional photoelectric conversion device without the upper electrode. In particular, a significantly larger current can be passed as compared with the conventional one using a metal thin film formed on the surface of the reflective light collector as the upper electrode.

さらに、反射型集光体が、第1の樹脂からなる基体と、前記基体の表面に形成され、前記第1の樹脂よりも軟化点が低い第2の樹脂からなる表層部と、前記表層部の表面に形成された金属薄膜と、を有しているときには、反射型集光体を構成する樹脂が基体を形成する第1の樹脂のみからなるときと比較して、表面の平滑性がより向上するので、光の散乱が低減される。これにより、反射型集光体の反射率が向上し、より効率よく集光することができる。また、樹脂の表面に金属薄膜を形成してなる反射型集光体は、金属バルクからなる反射型集光体よりも反射率が高いというメリットがある。   Further, a reflective condensing body includes a base made of a first resin, a surface layer portion formed on the surface of the base body and made of a second resin having a softening point lower than that of the first resin, and the surface layer portion And the metal thin film formed on the surface of the substrate, the smoothness of the surface is higher than when the resin constituting the reflective condensing body is made only of the first resin forming the base. As a result, light scattering is reduced. Thereby, the reflectance of a reflective condensing body improves and it can condense more efficiently. Moreover, the reflective condensing body formed by forming a metal thin film on the surface of the resin has an advantage that the reflectance is higher than that of the reflective condensing body made of a metal bulk.

また、絶縁層に複数の絶縁性硬質粒子が混入されているときには、反射型集光体を導電層上に配設する際の圧力により絶縁層が破断するのを防止することができる。これにより、導電性基板と導電層との間での電気的短絡を防止することができる。   Moreover, when a plurality of insulating hard particles are mixed in the insulating layer, it is possible to prevent the insulating layer from being broken by the pressure when the reflective concentrator is disposed on the conductive layer. Thereby, an electrical short circuit between the conductive substrate and the conductive layer can be prevented.

また、本発明における導電層が、絶縁層及び前記半導体層上に配設された透光性導電層であるときには、光電変換素子間に金属等を用いて導電層を形成した場合と比較して、確実に電気的に接続でき、また、工程を簡易化することができる。   In addition, when the conductive layer in the present invention is a translucent conductive layer disposed on the insulating layer and the semiconductor layer, compared to the case where the conductive layer is formed using a metal or the like between the photoelectric conversion elements. Thus, the electrical connection can be ensured, and the process can be simplified.

本発明の光電変換装置は、例えば上記したような方法で製造することができるので、製造工程が煩雑ではなく、コストアップを抑制することができる。すなわち、本発明の製造方法では、導電性基板上に結晶半導体粒子及び半導体層を配設した後に、半導体層における導電性基板側の一部を除去する工程を備えているので、導電性基板上に複数の結晶半導体粒子を配設する際に、これらの向きは任意の方向でよく、従来のように所定の向きに合わせる必要がなく、工程が非常に簡便になる。   Since the photoelectric conversion device of the present invention can be manufactured, for example, by the method as described above, the manufacturing process is not complicated and an increase in cost can be suppressed. That is, the manufacturing method of the present invention includes a step of removing a part of the semiconductor layer on the conductive substrate side after disposing the crystalline semiconductor particles and the semiconductor layer on the conductive substrate. When arranging a plurality of crystalline semiconductor particles, these directions may be arbitrary directions, and it is not necessary to match a predetermined direction as in the prior art, and the process becomes very simple.

また、従来のように反射型集光体の表面に形成された金属薄膜を上面側の電極として用いるのではなく、絶縁層上に形成された導電層が上面側の電極として機能するので、従来のような半田付けをする必要がなく、工程が非常に簡便になるとともに、電気的な接続の信頼性をも高めることができる。   In addition, instead of using the metal thin film formed on the surface of the reflective light collector as the upper surface side electrode as in the prior art, the conductive layer formed on the insulating layer functions as the upper surface side electrode. It is not necessary to perform such soldering, the process becomes very simple, and the reliability of electrical connection can be improved.

以下、本発明の一実施形態にかかる光電変換装置の製造方法について、図面を参照し、詳細に説明する。図1は、本実施形態にかかる光電変換装置を示す平面図であり、図2は、その断面図である。 Hereinafter, with the photoelectric conversion equipment of the production how according to an embodiment of the present invention, with reference to the drawings will be described in detail. FIG. 1 is a plan view showing a photoelectric conversion device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a sectional view thereof.

図1及び図2に示すように、この光電変換装置は、導電性基板3と、第1導電型の結晶半導体粒子7と結晶半導体粒子7の表面に形成された第2導電型の半導体層9とを有し、導電性基板3上に互いに間隔をあけて配設された複数の光電変換素子5と、導電性基板3上に配設され、隣り合う結晶半導体粒子7間を絶縁するための絶縁層11と、絶縁層11及び半導体層9上に配設され、隣り合う半導体層9間を電気的に接続するための透光性導電層13と、透光性導電層13上に配設され、光を反射させて各光電変換素子5に集光させるための複数の反射面を有する反射型集光体15と、反射型集光体15と絶縁層11との間に配設され、透光性導電層13に一部が埋設された上部電極23と、を備えている。   As shown in FIGS. 1 and 2, this photoelectric conversion device includes a conductive substrate 3, a first conductive type crystalline semiconductor particle 7, and a second conductive type semiconductor layer 9 formed on the surface of the crystalline semiconductor particle 7. And a plurality of photoelectric conversion elements 5 disposed on the conductive substrate 3 with a space therebetween, and an insulating layer between the adjacent crystalline semiconductor particles 7 disposed on the conductive substrate 3. Insulating layer 11, disposed on insulating layer 11 and semiconductor layer 9, disposed on transparent conductive layer 13 and transparent conductive layer 13 for electrically connecting adjacent semiconductor layers 9 A reflective condensing body 15 having a plurality of reflecting surfaces for reflecting light and condensing it on each photoelectric conversion element 5; and between the reflective condensing body 15 and the insulating layer 11, And an upper electrode 23 partially embedded in the translucent conductive layer 13.

このように本実施形態にかかる光電変換装置1は、透光性導電層13と外部端子(不図示)との間の直列抵抗値を低くするために、隣り合う結晶半導体粒子7の間で、かつ、反射型集光体15と絶縁層11との間に、透光性導電層13に一部が埋設された上部電極23を備えている。これにより、上部電極23が反射型集光体15の集光を妨げることがなく、効率よく集光することが可能になる。   Thus, in order to reduce the series resistance value between the translucent conductive layer 13 and the external terminal (not shown), the photoelectric conversion device 1 according to the present embodiment is between the adjacent crystal semiconductor particles 7. In addition, an upper electrode 23 partially embedded in the translucent conductive layer 13 is provided between the reflective condenser 15 and the insulating layer 11. As a result, the upper electrode 23 can efficiently collect light without disturbing the light collecting of the reflective light collecting body 15.

この上部電極23は、結晶半導体粒子7に相当する部分が開口した金属板である。すなわち、上部電極23は、平板状であり、絶縁層11と透光性導電層13との間に絶縁層11とほぼ平行に配置されている。これにより、後述するように、反射型集光体15を透光性導電層13上に配設する際の圧力を平板状の上部電極23が分散させるので、上記圧力により絶縁層11が破断することを防止することができる。したがって、導電性基板3と透光性導電層13との間での電気的短絡を防止することができる。上部電極23は、絶縁層11及び透光性導電層13よりも剛性が高いものがよい。これにより、上記短絡を防止することができる、より優れた効果を得ることができる。   The upper electrode 23 is a metal plate having an opening corresponding to the crystalline semiconductor particle 7. That is, the upper electrode 23 has a flat plate shape, and is disposed between the insulating layer 11 and the translucent conductive layer 13 in substantially parallel to the insulating layer 11. As a result, as will be described later, the flat upper electrode 23 disperses the pressure when the reflective condensing body 15 is disposed on the translucent conductive layer 13, so that the insulating layer 11 is broken by the pressure. This can be prevented. Therefore, an electrical short circuit between the conductive substrate 3 and the translucent conductive layer 13 can be prevented. The upper electrode 23 preferably has higher rigidity than the insulating layer 11 and the translucent conductive layer 13. Thereby, the more excellent effect which can prevent the said short circuit can be acquired.

上部電極23は、光電変換素子5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1から取り出す集電極として利用される。したがって、上部電極23は、透光性導電層13よりも電気抵抗が低くなるように形成されている。上部電極23の厚みは20〜200μmの範囲にあるのがよい。上部電極23は、例えばアルミニウム、銅、ニッケル、クロム、銀などの金属、これらの合金などからなる低抵抗導体を用いることができる。   The upper electrode 23 is used as a collector electrode that takes out the photoelectric current generated by the photoelectric conversion element 5 from the photoelectric conversion device 1 without causing a resistance loss. Therefore, the upper electrode 23 is formed to have a lower electrical resistance than the translucent conductive layer 13. The thickness of the upper electrode 23 is preferably in the range of 20 to 200 μm. For the upper electrode 23, for example, a low-resistance conductor made of a metal such as aluminum, copper, nickel, chromium, silver, or an alloy thereof can be used.

反射型集光体15は、図1及び図2に示すように、透光性導電層13上に配設されている。この反射型集光体15は、六角形の頂部の稜線に囲まれた凹部が連続して複数形成されている。これらの凹部の表面が反射面として機能する。この反射面は、光を反射させて光電変換素子5に集光させるためのものであり、凹曲面形状であることが好ましい。隣り合う凹曲面同士の先端部分における境界が凸形状になっている。この凸形状の頂部は、幅が狭く尖っていることが好ましい。これにより、頂部で反射する入射光の量を低減することができるので、入射光を光電変換素子5に効率よく集光することができる。導電性基板3に近接する各凹部の底部には、光電変換素子5の直径よりもやや大きな貫通口がそれぞれ形成されており、これらの貫通口から突出するように光電変換素子5が配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the reflective condensing body 15 is disposed on the translucent conductive layer 13. The reflective condensing body 15 is formed with a plurality of concave portions surrounded by a ridge line at the top of the hexagon. The surface of these recessed parts functions as a reflecting surface. This reflecting surface is for reflecting light and condensing it on the photoelectric conversion element 5, and preferably has a concave curved surface shape. The boundary in the front-end | tip part of adjacent concave curved surfaces is convex shape. The convex top is preferably narrow and pointed. Thereby, since the amount of incident light reflected at the top can be reduced, incident light can be efficiently collected on the photoelectric conversion element 5. Through holes that are slightly larger than the diameter of the photoelectric conversion element 5 are formed at the bottoms of the respective recesses close to the conductive substrate 3, and the photoelectric conversion elements 5 are disposed so as to protrude from these through holes. Yes.

反射型集光体15の反射面は、導電性基板3から離隔するに従って曲率が小さくなるように形成されているのが好ましい。これにより、より多くの入射光を光電変換素子5に集光することができる。さらに好ましくは、表1に示すように、光の入射角依存性を低減するために、反射面の曲面形状が楕円回転体の曲面形状からなることがよい。シミュレーションによると、太陽のように入射角度が変化する場合、球からなる曲面形状よりも楕円回転体からなる曲面形状の方がより効率よく集光することができる。

Figure 0005094076
The reflective surface of the reflective condensing body 15 is preferably formed so that the curvature decreases as the distance from the conductive substrate 3 increases. Thereby, more incident light can be condensed on the photoelectric conversion element 5. More preferably, as shown in Table 1, in order to reduce the incident angle dependency of light, the curved surface shape of the reflecting surface may be a curved surface shape of an elliptic rotating body. According to the simulation, when the incident angle changes like the sun, the curved surface shape made of an elliptical rotator can collect light more efficiently than the curved surface shape made of a sphere.
Figure 0005094076

反射型集光体15は、アルミニウム、アルミニウム合金、銀などからなる金属バルクで形成されていてもよいが、樹脂の表面に金属薄膜21を形成したものであることが好ましい。金属成分が同じ場合、樹脂に金属薄膜を被覆した反射型集光体は、金属バルクからなる反射型集光体よりも反射率が高くなるので、より高い集光効率を得ることができる。   The reflective light collector 15 may be formed of a metal bulk made of aluminum, an aluminum alloy, silver, or the like, but is preferably formed by forming a metal thin film 21 on the surface of a resin. In the case where the metal components are the same, the reflection type condensing body in which the metal thin film is coated on the resin has a higher reflectance than the reflection type condensing body made of a metal bulk, so that higher condensing efficiency can be obtained.

反射型集光体15を構成する樹脂成分としては、例えばポリカーボネート、アクリル樹脂、フッ素樹脂、オレフィン樹脂などが挙げられる。このような樹脂で形成された凹曲面にアルミニウム、アルミニウム合金、銀などからなる金属薄膜、より好ましくはアルミニウムからなる金属薄膜21を形成する。金属薄膜21は、長時間使用されることで酸化し、反射率が低下する傾向にあるが、銀などを用いた場合と比較してアルミニウム薄膜は反射率の低下が少ないので、集光効率の低下を抑制することができる。金属薄膜の厚みは0.5〜3.0μm程度であるのがよい。図3は、アルミニウムバルクからなる反射型集光体の反射率(破線)と、樹脂にアルミニウム薄膜を被覆した反射型集光体の反射率(実線)とを比較したグラフである。このグラフに示すように、アルミニウムバルクと比較して樹脂にアルミニウム薄膜を被覆した方が高い反射率を示していることがわかる。   Examples of the resin component constituting the reflective light collector 15 include polycarbonate, acrylic resin, fluororesin, and olefin resin. A metal thin film made of aluminum, an aluminum alloy, silver, or the like, more preferably a metal thin film 21 made of aluminum, is formed on the concave curved surface formed of such a resin. The metal thin film 21 tends to oxidize and decrease in reflectance when used for a long time. However, since the aluminum thin film has less decrease in reflectance compared to the case of using silver or the like, the light collection efficiency is improved. The decrease can be suppressed. The thickness of the metal thin film is preferably about 0.5 to 3.0 μm. FIG. 3 is a graph comparing the reflectivity (broken line) of a reflective concentrator made of aluminum bulk and the reflectivity (solid line) of a reflective concentrator in which an aluminum thin film is coated on a resin. As shown in this graph, it can be seen that the reflectance is higher when the resin is coated with an aluminum thin film than the aluminum bulk.

また、反射型集光体15を構成する樹脂は、例えばポリカーボネート、アクリル樹脂、フッ素樹脂、オレフィン樹脂などの単体からなるものであってもよいが、2種以上の樹脂からなるものであることが好ましい。具体的には、反射型集光体15が、第1の樹脂からなる基体17と、基体17の表面に形成され、第1の樹脂よりも軟化点が低い第2の樹脂からなる表層部19と、表層部19の表面に形成された金属薄膜21と、からなるものがよい。基体17を形成する第1の樹脂としては、例えばポリカーボネートが例示でき、表層部19を形成する第2の樹脂としては例えばアクリル樹脂が例示できる。   The resin constituting the reflective light collector 15 may be composed of a single substance such as polycarbonate, acrylic resin, fluororesin, or olefin resin, but may be composed of two or more kinds of resins. preferable. Specifically, the reflective condensing body 15 is formed on the base 17 made of the first resin and the surface layer portion 19 made of the second resin having a softening point lower than that of the first resin. And a metal thin film 21 formed on the surface of the surface layer portion 19 is preferable. An example of the first resin that forms the substrate 17 is polycarbonate, and an example of the second resin that forms the surface layer portion 19 is acrylic resin.

絶縁層11は、導電性基板3上、かつ、隣り合う光電変換素子5の間に配設されている。この絶縁層11は、正極と負極の電気的な分離を行うためのものであり、かつ、導電性基板3と透光性導電層13若しくは上部電極23との電気的な分離を行うためのものである。この絶縁層11としては、例えばSiO、B、Al、CaO、MgO、P、LiO、SnO、ZnO、BaO、TiOなどを任意成分とする低温焼成用ガラス材料、上記成分の1種又は2種以上を含むフィラーを混合したガラス材料、ポリイミド、シリコン等の有機系絶縁材料などを用いることができる。 The insulating layer 11 is disposed on the conductive substrate 3 and between the adjacent photoelectric conversion elements 5. This insulating layer 11 is for electrically separating the positive electrode and the negative electrode, and for electrically separating the conductive substrate 3 from the translucent conductive layer 13 or the upper electrode 23. It is. As this insulating layer 11, for example, low-temperature firing including, as optional components, SiO 2 , B 2 O 3 , Al 2 O 3 , CaO, MgO, P 2 O 5 , Li 2 O, SnO, ZnO, BaO, TiO 2 and the like. Glass materials, glass materials in which fillers containing one or more of the above components are mixed, and organic insulating materials such as polyimide and silicon can be used.

また、絶縁層11には、絶縁性硬質粒子25を混入させることが好ましい。絶縁性硬質粒子25を混入させることで、反射型集光体15を透光性導電層13上に配設する際の圧力により絶縁層11が破断することを防止することができる。これにより、導電性基板3と透光性導電層13との間での電気的短絡が生じるのを防止することができる。絶縁性硬質粒子25の大きさは4〜20μmであることが好ましい。絶縁性硬質粒子25としては、例えばガラス、セラミックス、樹脂等の絶縁材料を用いることができる。   Insulating hard particles 25 are preferably mixed in the insulating layer 11. By mixing the insulating hard particles 25, it is possible to prevent the insulating layer 11 from being broken by the pressure when the reflective condenser 15 is disposed on the translucent conductive layer 13. Thereby, it is possible to prevent an electrical short circuit between the conductive substrate 3 and the translucent conductive layer 13. The size of the insulating hard particles 25 is preferably 4 to 20 μm. As the insulating hard particles 25, for example, an insulating material such as glass, ceramics, or resin can be used.

導電性基板3としては、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、アルミニウムよりも高い融点を有する金属、セラミックスなどを用いることができる。アルミニウムよりも高い融点を有する金属としては、例えば鉄、ステンレススチール、ニッケル合金などが挙げられる。セラミックスとしては、例えばアルミナセラミックスなどが挙げられる。また、導電性基板3がアルミニウム以外の場合には、その表面にアルミニウムなどからなる導電層を形成するのが好ましい。   As the conductive substrate 3, for example, aluminum, an aluminum alloy, a metal having a melting point higher than aluminum, ceramics, or the like can be used. Examples of the metal having a higher melting point than aluminum include iron, stainless steel, nickel alloy, and the like. Examples of ceramics include alumina ceramics. When the conductive substrate 3 is other than aluminum, it is preferable to form a conductive layer made of aluminum or the like on the surface.

光電変換素子5は、導電性基板3上に互いに間隔をあけて複数配設されている。この光電変換素子5は、第1導電型の結晶半導体粒子7と結晶半導体粒子7の表面に形成された第2導電型の半導体層9とを有している。   A plurality of the photoelectric conversion elements 5 are arranged on the conductive substrate 3 at intervals. The photoelectric conversion element 5 includes first conductive type crystalline semiconductor particles 7 and a second conductive type semiconductor layer 9 formed on the surface of the crystalline semiconductor particles 7.

光電変換素子5を構成している結晶半導体粒子7は、導電性基板3上に互いに間隔を置いて複数配設されている。結晶半導体粒子7の形状としては、凸曲面を持つことによって入射光の光線角度の依存性も小さくできる球状の形状が好ましい。隣接する結晶半導体粒子7間の間隔は、結晶半導体粒子7の使用量を少なくするためにも広い方がよいが、より好適には結晶半導体粒子7の半径(粒径の1/2)よりも広い間隔がよい。結晶半導体粒子7の半径よりも広い間隔で配設することにより、結晶半導体粒子7を最密に配設したときに比べて結晶半導体粒子7の個数が約1/2以下となる。   A plurality of crystalline semiconductor particles 7 constituting the photoelectric conversion element 5 are arranged on the conductive substrate 3 at intervals. The shape of the crystalline semiconductor particles 7 is preferably a spherical shape that has a convex curved surface and can reduce the dependence of the incident light on the light beam angle. The interval between the adjacent crystalline semiconductor particles 7 is preferably wide in order to reduce the amount of the crystalline semiconductor particles 7 used, but more preferably than the radius (1/2 of the particle size) of the crystalline semiconductor particles 7. Wide spacing is good. By disposing the crystal semiconductor particles 7 at an interval wider than the radius of the crystal semiconductor particles 7, the number of crystal semiconductor particles 7 becomes about ½ or less as compared with the case where the crystal semiconductor particles 7 are arranged in the closest packing.

結晶半導体粒子7の粒径は、0.2〜0.8mmがよい。なぜなら、0.8mmを超えると、従来のシリコンの板状母結晶(ウエハー)の切削部も含めた板状結晶タイプの光電変換装置におけるシリコン使用量と変わらなくなり、結晶半導体粒子7を用いるメリットがなくなる。また、0.2mmよりも小さいと、導電性基板3へのアッセンブルがしにくくなるという問題が発生する。従って、結晶半導体粒子7の粒径は、シリコン使用量との関係から0.2〜0.8mmが好適である。また、より好ましくは結晶半導体粒子7の粒径は、0.2〜0.6mmがよい。また、結晶半導体粒子7としては、p型の場合、例えばケイ素(Si)にホウ素(B)、アルミニウム(Al)、ガリウム(Ga)などの元素が微量含まれたものを用いることができる。また、n型の場合、例えばケイ素にリン(P)、ヒ素(As)などの元素が微量含まれたものを用いることができる。 The particle size of the crystalline semiconductor particles 7 is preferably 0.2 to 0.8 mm. This is because when the thickness exceeds 0.8 mm, the amount of silicon used in a plate-type crystal photoelectric conversion device including a cutting portion of a conventional silicon plate-like base crystal (wafer) is not changed, and there is an advantage of using the crystalline semiconductor particles 7. Disappear. Moreover, when smaller than 0.2 mm, the problem that the assembly to the conductive substrate 3 becomes difficult occurs. Accordingly, the particle size of the crystalline semiconductor particles 7 is preferably 0.2 to 0.8 mm in relation to the amount of silicon used. More preferably, the particle diameter of the crystalline semiconductor particles 7 is 0.2 to 0.6 mm. In the case of the p-type, the crystalline semiconductor particles 7 may be, for example, silicon (Si) containing a trace amount of elements such as boron (B), aluminum (Al), and gallium (Ga). In the case of n-type, for example, silicon containing a trace amount of elements such as phosphorus (P) and arsenic (As) can be used.

光電変換素子5を構成している半導体層9は、結晶半導体粒子7の表面に形成されている。半導体層9は、結晶半導体粒子7の表面の凸形曲面に沿って形成されるものがよい。結晶半導体粒子7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7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 semiconductor layer 9 constituting the photoelectric conversion element 5 is formed on the surface of the crystalline semiconductor particles 7. The semiconductor layer 9 is preferably formed along the convex curved surface of the surface of the crystalline semiconductor particles 7. By being formed along the surface of the convex curved surface of the crystalline semiconductor particle 7, the area of the pn junction can be widely increased, and carriers generated inside the crystalline semiconductor particle 7 can be efficiently collected. .

半導体層9としては、結晶質、非晶質、及び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、又は結晶質と非晶質とが混在するものを用いることが好ましい。   The semiconductor layer 9 may be crystalline, amorphous, or a mixture of crystalline and amorphous, but considering light transmittance, crystalline or a mixture of crystalline and amorphous. It is preferable to use what to do.

透光性導電層13は、光電変換素子5、及び絶縁層11の上に配設される。透光性導電層13は光電変換素子5の内部で生成したキャリアを収集する上面側の電極である。なお、下面側の電極は、導電性基板3である。透光性導電層13は、半導体層9及び光電変換素子5の表面に沿って形成され、光電変換素子5の凸形曲面に沿って形成されることが好ましい。これにより、光電変換素子5とより広い領域で接触することができ、結晶半導体粒子7の内部で生成したキャリアを効率よく収集することができる。   The translucent conductive layer 13 is disposed on the photoelectric conversion element 5 and the insulating layer 11. The translucent conductive layer 13 is an electrode on the upper surface side that collects carriers generated inside the photoelectric conversion element 5. The electrode on the lower surface side is the conductive substrate 3. The translucent conductive layer 13 is preferably formed along the surfaces of the semiconductor layer 9 and the photoelectric conversion element 5, and is formed along the convex curved surface of the photoelectric conversion element 5. Thereby, the photoelectric conversion element 5 can be contacted in a wider area, and carriers generated inside the crystalline semiconductor particles 7 can be efficiently collected.

透光性導電層13としては、SnO、In、ITO、ZnO、TiOなどから選ばれる1種又は2種以上の酸化物系材料を用いることができる。また、この透光性導電層13は、膜厚を選べば反射防止膜としての効果も期待できる。反射防止膜としての効果を得るには、膜厚を60〜110nm程度に調整するのがよい。 As the translucent conductive layer 13, one or more oxide materials selected from SnO 2 , In 2 O 3 , ITO, ZnO, TiO 2 and the like can be used. In addition, the translucent conductive layer 13 can be expected to have an effect as an antireflection film if the film thickness is selected. In order to obtain the effect as an antireflection film, the film thickness is preferably adjusted to about 60 to 110 nm.

半導体層9又は透光性導電層13の表面には保護層(不図示)を形成してもよい。この保護層は、光の入射側にあるために透明性を有している必要があり、また、半導体層9又は透光性導電層13と外部と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。このような誘電体としては、例えば酸化ケイ素、酸化セシウム、酸化アルミニウム、窒化ケイ素、酸化チタン、酸化タンタル、酸化イットリウムなどを単一組成又は複合組成で用いることができる。このような誘電体は、半導体層9又は透光性導電層13の表面に、CVD法やPVD法などにより単層又は複層に積層して形成できる。なお、保護層の膜厚を20〜50nm程度に調整することにより反射防止膜としての機能も付与することができる。   A protective layer (not shown) may be formed on the surface of the semiconductor layer 9 or the translucent conductive layer 13. Since this protective layer is on the light incident side, it needs to be transparent, and in order to prevent current leakage between the semiconductor layer 9 or the translucent conductive layer 13 and the outside, it is made of a dielectric. It is necessary to be. As such a dielectric, for example, silicon oxide, cesium oxide, aluminum oxide, silicon nitride, titanium oxide, tantalum oxide, yttrium oxide, or the like can be used in a single composition or a composite composition. Such a dielectric can be formed by laminating a single layer or multiple layers on the surface of the semiconductor layer 9 or the translucent conductive layer 13 by a CVD method, a PVD method, or the like. In addition, the function as an anti-reflective film can also be provided by adjusting the film thickness of a protective layer to about 20-50 nm.

本発明の一実施形態にかかる製造方法について説明する。まず、結晶半導体粒子7を導電性基板3上に間隔を置いて配設する。このとき、結晶半導体粒子7の表面を粗面にしてもよい。表面を粗面にすることで、結晶半導体粒子7の表面での反射率を低減することができる。この粗面を形成する方法としては、アルカリ液中でのエッチングやRIE装置等による微細加工が挙げられる。   A manufacturing method according to an embodiment of the present invention will be described. First, the crystalline semiconductor particles 7 are arranged on the conductive substrate 3 at intervals. At this time, the surface of the crystalline semiconductor particles 7 may be roughened. By making the surface rough, the reflectance on the surface of the crystalline semiconductor particles 7 can be reduced. Examples of a method for forming this rough surface include etching in an alkaline solution and fine processing using an RIE apparatus.

導電性基板3上に結晶半導体粒子7を、間隔を置いて配設した後、一定の加重をかけて導電性基板3を成すアルミニウムと結晶半導体粒子7を成すシリコンとの共晶温度(577℃)以上に加熱することによって、導電性基板3と結晶半導体粒子7の合金層27を形成し、その合金層27を介して導電性基板3と結晶半導体粒子7を接合させる。   After disposing the crystalline semiconductor particles 7 on the conductive substrate 3 at intervals, a eutectic temperature (577 ° C.) between aluminum forming the conductive substrate 3 and silicon forming the crystalline semiconductor particles 7 under a certain load. ) By heating as described above, the alloy layer 27 of the conductive substrate 3 and the crystalline semiconductor particles 7 is formed, and the conductive substrate 3 and the crystalline semiconductor particles 7 are bonded via the alloy layer 27.

導電性基板3上に結晶半導体粒子7を配設する他の方法としては、例えば次のような方法が挙げられる。すなわち、複数の吸引孔を有する吸引用基板上に複数の結晶半導体粒子7を供給し、吸引孔から吸引して各吸引孔に結晶半導体粒子7をそれぞれ配置した後、結晶半導体粒子7を介して吸引用基板とほぼ平行に導電性基板3を配置した状態で加熱して、結晶半導体粒子7を導電性基板3に接合してもよい。   As another method for disposing the crystalline semiconductor particles 7 on the conductive substrate 3, for example, the following method can be cited. That is, a plurality of crystal semiconductor particles 7 are supplied onto a suction substrate having a plurality of suction holes, and the crystal semiconductor particles 7 are respectively disposed in the suction holes by suction from the suction holes. The crystalline semiconductor particles 7 may be bonded to the conductive substrate 3 by heating in a state where the conductive substrate 3 is disposed substantially parallel to the suction substrate.

次に、互いに間隔をあけて導電性基板3上に配設された結晶半導体粒子7上に、好ましくは絶縁性硬質粒子25を含む、絶縁材料のペースト、溶液、シート、又は、液体を塗布して、アルミニウムとシリコンの共晶温度である577℃以下の温度で加熱することによって、結晶半導体粒子7間の隙間に充填され、焼成固化或いは熱硬化された絶縁層11が形成される。加熱温度が577℃を超えると、アルミニウムとシリコンとの合金層27が溶融し始めるために、導電性基板3と結晶半導体粒子7との接合が不安定となり、場合によっては結晶半導体粒子7が導電性基板3から離脱して発電電流を取り出せなくなる。このため、加熱温度は577℃以下であることが必要となる。   Next, a paste, solution, sheet, or liquid of an insulating material that preferably includes insulating hard particles 25 is applied onto the crystalline semiconductor particles 7 disposed on the conductive substrate 3 at intervals. Then, by heating at a temperature of 577 ° C. or less, which is the eutectic temperature of aluminum and silicon, the insulating layer 11 filled in the gaps between the crystalline semiconductor particles 7 and solidified by baking or thermosetting is formed. When the heating temperature exceeds 577 ° C., the alloy layer 27 of aluminum and silicon starts to melt, so that the bonding between the conductive substrate 3 and the crystalline semiconductor particles 7 becomes unstable, and in some cases, the crystalline semiconductor particles 7 become conductive. The generated current cannot be taken out from the conductive substrate 3. For this reason, heating temperature needs to be 577 degreeC or less.

半導体層9は、導電性基板3及び絶縁層11と接合していない結晶半導体粒子7の表面に配設される。半導体層9は例えばSiから成り、気相成長法等で例えばシラン化合物の気相に、n形にするのであればリン系化合物の気相、あるいは、p形にするのであればホウ素系化合物の気相のどちらか一方を微量導入して形成する。   The semiconductor layer 9 is disposed on the surface of the crystalline semiconductor particles 7 that are not bonded to the conductive substrate 3 and the insulating layer 11. The semiconductor layer 9 is made of, for example, Si, and is formed of a vapor phase growth method or the like, for example, in the vapor phase of a silane compound. It is formed by introducing a small amount of either one of the gas phase.

また、半導体層9は、結晶半導体粒子7が導電性基板3に接合される前に、結晶半導体粒子7上に熱拡散法等により形成しても良い。結晶半導体粒子7が例えばp形のときは、オキシ塩化リンを拡散剤として、900℃の石英管に30分間、結晶半導体粒子7を挿入することにより、表面に1μm厚みのn型層を形成しておいても良い。ただし、このときは、半導体層9と合金層27を分離するために、合金層27との近傍を除いて半導体層9表面を耐酸レジスト等で被覆し、非被覆部分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。   Further, the semiconductor layer 9 may be formed on the crystalline semiconductor particles 7 by a thermal diffusion method or the like before the crystalline semiconductor particles 7 are bonded to the conductive substrate 3. When the crystalline semiconductor particles 7 are, for example, p-type, an n-type layer having a thickness of 1 μm is formed on the surface by inserting the crystalline semiconductor particles 7 into a quartz tube at 900 ° C. for 30 minutes using phosphorus oxychloride as a diffusing agent. You can keep it. However, at this time, in order to separate the semiconductor layer 9 and the alloy layer 27, the surface of the semiconductor layer 9 is covered with an acid resistant resist or the like except for the vicinity of the alloy layer 27, and the uncovered portion is removed with an etching solution. Therefore, it is necessary to remove.

導電性基板3上に絶縁層11及び半導体層9を配設した後、透光性導電層13を、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する。上部電極23は、透光性導電層13が配設されるのと前後して、隣り合う結晶半導体粒子7間に配設される。   After disposing the insulating layer 11 and the semiconductor layer 9 on the conductive substrate 3, the translucent conductive layer 13 is formed by a sputtering method, a vapor phase growth method, a coating baking method, or the like. The upper electrode 23 is disposed between the adjacent crystalline semiconductor particles 7 before and after the translucent conductive layer 13 is disposed.

反射型集光体15の形成方法としては、反射型集光体15の凸部のネガ形状(凹形状)を多数有する型を金属等の耐熱材料で形成し、樹脂、金属或いは形状を維持できる材料で成形する。反射型集光体15の表面の金属薄膜21は、真空蒸着、スパッタ、無電解メッキ、電解メッキ等の方法でAg、Al、Au、Cu、Pt、Zn、Ni、Cr等の高反射率を有する金属で形成する。   As a method of forming the reflective concentrator 15, a mold having a large number of negative shapes (concave shapes) of convex portions of the reflective concentrator 15 can be formed of a heat-resistant material such as metal, and the resin, metal, or shape can be maintained. Mold with material. The metal thin film 21 on the surface of the reflective condensing body 15 has high reflectivity such as Ag, Al, Au, Cu, Pt, Zn, Ni, and Cr by a method such as vacuum deposition, sputtering, electroless plating, and electrolytic plating. It is made of a metal having

このようにして形成された反射型集光体15を、光電変換素子5、絶縁層11、及び、透光性導電層13が既に配設若しくは形成されている導電性基板3に穴から光電変換素子5が貫通するように被せ、そのまま接着する。接着方法としては、例えば真空加熱等が挙げられる。反射型集光体15が上述のように第1の樹脂からなる基体17と第2の樹脂からなる表層部19とを有している場合には、加熱温度は第1の樹脂の軟化点より小さく、第2の樹脂の軟化点より大きい温度が好ましい。   The reflective condensing body 15 thus formed is photoelectrically converted from the hole into the conductive substrate 3 on which the photoelectric conversion element 5, the insulating layer 11, and the translucent conductive layer 13 are already provided or formed. It covers so that the element 5 may penetrate, and it adhere | attaches as it is. Examples of the bonding method include vacuum heating. When the reflective condensing body 15 has the base 17 made of the first resin and the surface layer portion 19 made of the second resin as described above, the heating temperature is higher than the softening point of the first resin. A temperature that is small and greater than the softening point of the second resin is preferred.

また、反射型集光体15を、光電変換素子5、絶縁層11、及び、透光性導電層13が既に配設若しくは形成されている導電性基板3に穴から光電変換素子5が貫通するように被せ、更に、後述の表面充填材29、表面保護板31を順次積層して真空加熱装置等で封止し、光電変換モジュールを製造してもよい。   Further, the photoelectric conversion element 5 penetrates through the reflective condensing body 15 from the hole into the conductive substrate 3 on which the photoelectric conversion element 5, the insulating layer 11, and the translucent conductive layer 13 are already provided or formed. Further, a photoelectric conversion module may be manufactured by sequentially laminating a surface filler 29 and a surface protection plate 31 described later and sealing them with a vacuum heating device or the like.

次に本実施形態にかかる光電変換モジュールについて詳細に説明する。図4は、本実施形態にかかる光電変換モジュールを示す断面図である。図4に示すように、本実施形態にかかる光電変換モジュールは、上記した光電変換装置1と、光電変換装置1における光電変換素子5及び反射型集光体15を覆うように配設された表面保護板31と、表面保護板31と導電性基板3との間であって、導電性基板3上の周縁部及び内部の少なくとも一方に配設され、反射型集光体15の変形を防止するためのギャップ制御部37と、光電変換装置1と表面保護板31との間に充填された表面充填材29と、を具備している。   Next, the photoelectric conversion module according to the present embodiment will be described in detail. FIG. 4 is a cross-sectional view showing the photoelectric conversion module according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, the photoelectric conversion module according to this embodiment includes the above-described photoelectric conversion device 1, and a surface disposed so as to cover the photoelectric conversion element 5 and the reflective condenser 15 in the photoelectric conversion device 1. It is disposed between the protective plate 31 and the surface protective plate 31 and the conductive substrate 3 and at least one of the peripheral portion and the inside of the conductive substrate 3 to prevent the reflection type light collector 15 from being deformed. And a surface filler 29 filled between the photoelectric conversion device 1 and the surface protection plate 31.

表面充填材29は反射型集光体15上に配設されている。反射型集光体15上の表面充填材29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、シリコン樹脂等を用いることができる。   The surface filler 29 is disposed on the reflective light collector 15. The surface filler 29 on the reflective light collector 15 may be an optically transparent material, and as a constituent material, ethylene vinyl acetate polymer (EVA), polyolefin, fluorine resin, silicon resin, or the like is used. Can do.

表面保護板31は図3に示されているように表面充填材29上に配設されている。表面保護板31は光電変換モジュール表面に形成され、これにより光電変換モジュールの経年劣化が軽減される。表面保護板31は光学的に透明で耐候性のある材料であればよく、構成材料としては、ガラスやシリコン樹脂、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 surface protection plate 31 is disposed on the surface filler 29 as shown in FIG. The surface protection plate 31 is formed on the surface of the photoelectric conversion module, thereby reducing the aging of the photoelectric conversion module. The surface protective plate 31 may be any material that is optically transparent and weather resistant, and examples of the constituent material include glass, silicon resin, polyvinyl fluoride (PVF), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), Polytetrafluoroethylene (PTFE), tetrafluoroethylene-perfluoroalkoxy copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-6 fluoropropylene copolymer (FEP), polytrifluoroethylene chloride (PCTFE), etc. The fluororesin can be used.

また、導電性基板3の裏面には、裏面充填材33を、表面充填材29の材料と同様の材料を使って設けることができ、さらに耐候性材35を積層してもよい。耐候性材35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)等の樹脂か、或いは、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を用いることができる。   Further, the back surface filling material 33 can be provided on the back surface of the conductive substrate 3 using the same material as the material of the surface filling material 29, and a weather resistant material 35 may be further laminated. As a material of the weathering material 35, for example, a fluororesin such as polyvinyl fluoride (PVF), ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE), polytrifluoroethylene chloride (PCTFE), polyethylene terephthalate (PET), etc. Or a sheet obtained by laminating an aluminum foil or a metal oxide film using these resins, a metal sheet such as glass or stainless steel, or the like can be used.

ギャップ制御部37は光電変換装置1の周囲、若しくは内部に配設される。このギャップ制御部37は表面保護材31と光電変換装置1との間のギャップの厚みとなっており、表面保護材31、表面充填材29と光電変換装置1とを合わせて真空加熱するときに、光電変換装置1の周囲部に配設することで、光電変換装置1上の反射型集光体15がつぶれてしまわないように、間隔を確保する役割を持つ。また、ギャップ制御部37は複数配設しても良い。 The gap control unit 37 is disposed around or inside the photoelectric conversion device 1. The gap control unit 37 has a gap thickness between the surface protective material 31 and the photoelectric conversion device 1, and when the surface protective material 31, the surface filler 29 and the photoelectric conversion device 1 are combined and vacuum heated. By arranging it in the peripheral part of the photoelectric conversion device 1, it has a role of ensuring the interval so that the reflective condensing body 15 on the photoelectric conversion device 1 is not crushed. A plurality of gap control units 37 may be provided.

さらに、反射型集光体15の一部がギャップ制御部37となっていることが好ましい。ギャップ制御部35は反射型集光体7を形成するときの金型の設計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ので、別途材料を用いる必要や別工程を加える必要がなくなる。   Furthermore, it is preferable that a part of the reflective condensing body 15 is a gap control unit 37. Since the gap control unit 35 can be easily formed by adding to the design of the mold when forming the reflective light collector 7, it is not necessary to use a separate material or add another process. .

なお、上述した構成の光電変換素子5(1個の結晶半導体粒子7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。   In addition, the photoelectric conversion apparatus which provided the photoelectric conversion element 5 (unit of photoelectric conversion which has the one crystal semiconductor particle 7) of the structure mentioned above, or connected multiple (connected in series, parallel, or series-parallel). And 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。以下のようにして光電変換素子を作製した。結晶半導体粒子として直径約0.3mmのp型のシリコン粒子にリン拡散処理を行い、外郭をn+層にすることでpn接合を形成した。アルミニウム製の導電性基板の主面上に、複数のシリコン粒子を、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℃以上の温度で約10分加熱して、複数のシリコン粒子を導電性基板上に接合した。半導体層の、アルミニウムとシリコンとの合金層に近接する部分をエッチングすることでpn分離を行った後、導電性基板上の多数の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、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。更に集電極として熱硬化型のAgペーストからなる上部電極を形成した。   Next, examples of the photoelectric conversion device of the present invention will be described. A photoelectric conversion element was produced as follows. Phosphorus diffusion treatment was performed on p-type silicon particles having a diameter of about 0.3 mm as crystalline semiconductor particles, and the pn junction was formed by forming the outer shell into an n + layer. A plurality of 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 of the aluminum substrate, and the eutectic temperature of aluminum and silicon is about 577 ° C. or higher. A plurality of silicon particles were bonded onto the conductive substrate by heating for 10 minutes. After performing pn separation by etching a portion of the semiconductor layer close to the alloy layer of aluminum and silicon, an insulating layer made of polyimide was filled between a large number of silicon particles on the conductive substrate. . Thereafter, the upper surface of the silicon particles was washed, and an ITO film having a thickness of 80 nm was formed as a translucent conductive layer. Further, an upper electrode made of a thermosetting Ag paste was formed as a collecting electrode.

次に、反射型集光体を以下のようにして形成した。シリコン粒子の直径の1.6倍以上の幅で縦長の半楕円回転形状が多数並んだ金型を用いて真空成形法にて、表面にアクリル樹脂フィルムが形成されたポリカーボネート樹脂フィルムを導電性基板3から離隔する方向に開口部が形成された凹曲面形状を複数有し、導電性基板3に近接する各凹部の底部にシリコン粒子の直径程度の貫通穴を具備した形状に成形した。次にスパッタ法にて前記樹脂により形成された凹曲面形状の表面にアルミニウムを成膜することで金属薄膜を形成した。   Next, a reflective condenser was formed as follows. A polycarbonate resin film with an acrylic resin film formed on the surface by vacuum forming using a mold with a width of 1.6 times the diameter of silicon particles and a large number of vertically long semi-elliptical rotating shapes arranged in a conductive substrate 3 was formed into a shape having a plurality of concave curved surfaces with openings formed in a direction away from 3 and having through holes about the diameter of silicon particles at the bottom of each concave portion adjacent to the conductive substrate 3. Next, a metal thin film was formed by depositing aluminum on a concave curved surface formed of the resin by sputtering.

そして、光電変換素子が反射型集光体の貫通穴から突出する様に光電変換素子上に反射型集光体を配置し、導電性基板の下にEVAからなる材と約0.4mm厚の裏面充填材とPET/SiO2/PETからなる約0.1mm厚の耐候性材を、光電変換装置上にEVAからなる約0.6mm厚の表面充填材とエチレン−4フッ化エチレン共重合体(ETFE)からなる約0.05mm厚の表面保護板を順次積層し、真空ラミネーターにてラミネートすることで光電変換モジュールを作製した。   Then, the reflective light collector is arranged on the photoelectric conversion element so that the photoelectric conversion element protrudes from the through hole of the reflective light collector, and the material made of EVA and a thickness of about 0.4 mm under the conductive substrate. About 0.1 mm-thick weathering material made of back surface filler and PET / SiO 2 / PET, about 0.6 mm-thick surface filling material made of EVA and ethylene-tetrafluoroethylene copolymer ( A surface protection plate made of ETFE) having a thickness of about 0.05 mm was sequentially laminated, and a photoelectric conversion module was produced by laminating with a vacuum laminator.

[比較例]
以下のようにして光電変換素子を作製した。実施例と同様に結晶半導体粒子として直径約0.3mmの複数のp型のシリコン粒子にリン拡散処理を行い、外郭をn+層にすることでpn接合を形成した。アルミニウム製の導電性基板の主面上に、複数のシリコン粒子を密に配置し、アルミニウムとシリコンの共晶温度である577℃以上の温度で約10分加熱して、多数のシリコン粒子を導電性基板上に接合した。半導体層の、アルミニウムとシリコンとの合金層に近接する部分をエッチングすることでpn分離を行った後、導電性基板上の多数の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、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。更に集電極として熱硬化型のAgペーストからなる上部電極を形成した。
[Comparative example]
A photoelectric conversion element was produced as follows. In the same manner as in the example, phosphorus diffusion treatment was performed on a plurality of p-type silicon particles having a diameter of about 0.3 mm as crystalline semiconductor particles, and a pn junction was formed by forming an outer shell into an n + layer. A plurality of silicon particles are densely arranged on the main surface of an aluminum conductive substrate and heated at a temperature of 577 ° C. or more, which is the eutectic temperature of aluminum and silicon, for about 10 minutes to conduct a large number of silicon particles. Bonded on a conductive substrate. After performing pn separation by etching a portion of the semiconductor layer close to the alloy layer of aluminum and silicon, an insulating layer made of polyimide was filled between a large number of silicon particles on the conductive substrate. . Thereafter, the upper surface of the silicon particles was washed, and an ITO film having a thickness of 80 nm was formed as a translucent conductive layer. Further, an upper electrode made of a thermosetting Ag paste was formed as a collecting electrode.

導電性基板の下にEVAからなる材と約0.4mm厚の裏面充填材とPET/SiO2/PETからなる約0.1mm厚の耐候性材を、光電変換装置上にEVAからなる約0.6mm厚の表面充填材とエチレン−4フッ化エチレン共重合体(ETFE)からなる約0.05mm厚の表面保護板を順次積層し、真空ラミネーターにてラミネートすることで光電変換モジュールを作製した。尚、比較例のSi球の使用数量比は実施例と比較して約2.42倍となった。   A material made of EVA under the conductive substrate, a back surface filler with a thickness of about 0.4 mm, and a weather resistant material with a thickness of about 0.1 mm made of PET / SiO 2 / PET, and about 0.00 mm made of EVA on the photoelectric conversion device. A photoelectric conversion module was manufactured by sequentially laminating a surface protective plate having a thickness of about 0.05 mm made of a 6 mm-thick surface filler and ethylene-tetrafluoroethylene copolymer (ETFE) and laminating with a vacuum laminator. In addition, the used quantity ratio of the Si sphere of the comparative example was about 2.42 times that of the example.

実施例の光電変換モジュールの光電変換素子1個あたりの光電変換効率と比較例の光電変換モジュールの光電変換素子1個あたりの光電変換効率を測定比較した結果、実施例の反射型集光体を形成した場合では光電変換効率が比較例の光電変換素子の2.38倍となり、比較例と比較すると、Si球の使用数量比は比較よりも約1/2.42でありながら、比較例とほぼ同等の光電変換効率が得られた。   As a result of measuring and comparing the photoelectric conversion efficiency per photoelectric conversion element of the photoelectric conversion module of the example and the photoelectric conversion efficiency per photoelectric conversion element of the photoelectric conversion module of the comparative example, the reflection type collector of the example is obtained. When formed, the photoelectric conversion efficiency is 2.38 times that of the photoelectric conversion element of the comparative example. Compared with the comparative example, the used quantity ratio of Si spheres is about 1 / 2.42 than that of the comparative example. Almost the same photoelectric conversion efficiency was obtained.

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.

本発明の一実施形態にかかる光電変換装置を示す平面図である。It is a top view which shows the photoelectric conversion apparatus concerning one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態にかかる光電変換装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the photoelectric conversion apparatus concerning one Embodiment of this invention. アルミニウム金属薄膜又はアルミニウムバルクにより形成された反射型集光体の反射率を示すグラフである。It is a graph which shows the reflectance of the reflective condensing body formed with the aluminum metal thin film or the aluminum bulk. 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一実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows one Embodiment of the photoelectric conversion module formed using the photoelectric conversion apparatus of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・光電変換装置
3・・・導電性基板
5・・・光電変換素子
7・・・結晶半導体粒子
9・・・半導体層
11・・絶縁層
13・・透光性導電層
15・・反射型集光体
17・・基体
19・・表層部
21・・金属薄膜
23・・上部電極
25・・絶縁性硬質粒子
27・・アルミニウムと結晶半導体粒子との合金層
29・・表面充填材
31・・表面保護板
33・・裏面充填材
35・・耐候性材
37・・ギャップ制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Photoelectric conversion apparatus 3 ... Conductive substrate 5 ... Photoelectric conversion element 7 ... Crystalline semiconductor particle 9 ... Semiconductor layer 11 ... Insulating layer 13 ... Translucent conductive layer 15 ... Reflective light collecting body 17.. Base 19. Surface layer 21 metal thin film 23 upper electrode 25 insulating hard particles 27 alloy layer 29 of aluminum and crystalline semiconductor particles surface filler 31 ..Surface protection plate 33 ..Back surface filler 35 ..Weatherproof material 37 ..Gap control section

Claims (7)

導電性基板上に、複数の第1導電型の結晶半導体粒子を互いに間隔をあけて配設し、前記導電性基板に電気的に接続する工程と、A step of disposing a plurality of first-conductivity-type crystalline semiconductor particles on a conductive substrate at intervals, and electrically connecting to the conductive substrate;
前記結晶半導体粒子の表面に第2導電型の半導体層を形成する工程と、Forming a second conductivity type semiconductor layer on the surface of the crystalline semiconductor particles;
前記導電性基板上で、かつ、隣り合う前記結晶半導体粒子間に絶縁層を形成する工程と、Forming an insulating layer on the conductive substrate and between the adjacent crystalline semiconductor particles;
前記絶縁層上に、隣り合う前記半導体層間を電気的に接続するための導電層を形成する工程と、Forming a conductive layer on the insulating layer for electrically connecting adjacent semiconductor layers;
前記結晶半導体粒子及び前記半導体層に集光させるための反射型集光体を成形する工程と、Forming a reflective condensing body for condensing the crystalline semiconductor particles and the semiconductor layer;
前記導電層上で、かつ、隣り合う前記結晶半導体粒子間に、前記反射型集光体を配設する工程と、Disposing the reflective condenser on the conductive layer and between the adjacent crystalline semiconductor particles;
を具備していることを特徴とする光電変換装置の製造方法。A process for producing a photoelectric conversion device, comprising:
前記半導体層における前記導電性基板側の一部を除去する工程を具備していることを特徴とする請求項1に記載の光電変換装置の製造方法。The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, further comprising a step of removing a part of the semiconductor layer on the conductive substrate side. 前記導電性基板上に複数の前記結晶半導体粒子を配設する工程において、複数の吸引孔を有する吸引用基板上に複数の前記結晶半導体粒子を供給し、前記吸引孔から吸引して各吸引孔に前記結晶半導体粒子をそれぞれ配置した後、前記結晶半導体粒子を介して前記吸引用基板とほぼ平行に前記導電性基板を配置した状態で加熱して、前記結晶半導体粒子を前記導電性基板に接合することを特徴とする請求項2に記載の光電変換装置の製造方法。In the step of disposing a plurality of crystal semiconductor particles on the conductive substrate, the plurality of crystal semiconductor particles are supplied onto a suction substrate having a plurality of suction holes, and are sucked from the suction holes to be sucked into the suction holes. After the crystal semiconductor particles are respectively disposed on the substrate, heating is performed with the conductive substrate disposed substantially parallel to the suction substrate through the crystal semiconductor particles, and the crystal semiconductor particles are bonded to the conductive substrate. The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus of Claim 2 characterized by the above-mentioned. 前記反射型集光体と前記絶縁層との間に、少なくともその一部が前記導電層と接する上部電極を配設する工程を具備していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。4. The method according to claim 1, further comprising a step of disposing an upper electrode, at least a part of which is in contact with the conductive layer, between the reflective collector and the insulating layer. The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus of description. 前記反射型集光体が、第1の樹脂からなる基体と、該基体の表面に形成され、前記第1の樹脂よりも軟化点が低い第2の樹脂からなる表層部と、前記表層部の表面に形成された金属薄膜と、を具備し、The reflective condensing body includes a base made of a first resin, a surface layer portion formed on the surface of the base body and made of a second resin having a softening point lower than that of the first resin, and the surface layer portion A metal thin film formed on the surface,
前記反射型集光体を配設する工程において、前記第1の樹脂の軟化点よりも低く、前記第2の樹脂の軟化点よりも高い温度で前記反射型集光体が前記導電層上に接合されることを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。In the step of disposing the reflective condenser, the reflective condenser is placed on the conductive layer at a temperature lower than the softening point of the first resin and higher than the softening point of the second resin. It joins, The manufacturing method of the photoelectric conversion apparatus in any one of Claims 1-4 characterized by the above-mentioned.
前記絶縁層には、複数の絶縁性硬質粒子が混入されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, wherein a plurality of insulating hard particles are mixed in the insulating layer. 前記導電層が、前記絶縁層及び前記半導体層上に配設された透光性導電層であることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の光電変換装置の製造方法。The method for manufacturing a photoelectric conversion device according to claim 1, wherein the conductive layer is a translucent conductive layer disposed on the insulating layer and the semiconductor layer.
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