JP5232466B2 - Photovoltaic device - Google Patents
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Description
本発明は、赤外線域から可視光領域の範囲内の少なくとも一部の光に感度を有する光電池セル素子をワンチップに集積した光電池セル集積構造体と、その光電池セル集積構造体を有し、高電圧化されて光を電気に変換する光電池装置に関するものである。 The present invention has a photovoltaic cell integrated structure in which photovoltaic cell elements having sensitivity to at least a part of light within a range from the infrared region to the visible light region are integrated on one chip, and the photovoltaic cell integrated structure, The present invention relates to a photovoltaic cell device that is converted to electricity and converts light into electricity.
光電池として、可視光および赤外光に感度を有するシリコンで形成された単位発電素子を直列に接続した太陽電池があり、複数の太陽電池セルをアレイ状に並べた構成を有する太陽電池装置が提案されている(例えば、特許文献1、2、参照。)。この種の光電池装置は、個々の光電池セルをそれぞれ製造し、その光電池セルを、個々にプリント基板等の実装基板に実装により接続するものである。
As a photovoltaic cell, there is a solar cell in which unit power generation elements formed of silicon having sensitivity to visible light and infrared light are connected in series, and a solar cell device having a configuration in which a plurality of solar cells are arranged in an array is proposed. (For example, refer to
また、目に見えない赤外線の波長域の赤外光エネルギーを受光し、起電する光電池装置も提案されている(例えば、特許文献3、参照。)。 In addition, a photovoltaic device that receives infrared light energy in an invisible infrared wavelength region and generates electricity has also been proposed (see, for example, Patent Document 3).
しかしながら、個々の光電池セルをそれぞれ製造し、その光電池セルを、個々にプリント基板等の実装基板に実装して接続するタイプの光電池装置は、個々の光電池セルを実装する作業が非常に大変である。また、それぞれの光電池セルに対して、その周辺に実装のためのスペース(ワイヤボンディング等の配置スペース)が必要となるので、高電圧出力を得ようとして、多数の光電池を実装すると、装置面積が大きくなってしまうため、生産性の向上や低コスト化が難しいといった問題もあった。 However, in the type of photovoltaic device in which individual photovoltaic cells are manufactured and the photovoltaic cells are individually mounted and connected to a mounting board such as a printed circuit board, the operation of mounting the individual photovoltaic cells is very difficult. . In addition, since a space for mounting (arrangement space for wire bonding or the like) is required around each photovoltaic cell, mounting a large number of photovoltaic cells in order to obtain a high voltage output reduces the device area. Since it becomes large, there also existed a problem that improvement in productivity and cost reduction were difficult.
本発明は、前記課題を解決するために成されたものであり、その目的は、製造が容易であり、かつ、プリント基板等への実装基板への実装を行う場合には、その作業が容易にでき、生産性と取り扱い性が容易な光電池セル集積構造体と、該光電池セル集積構造体を用いることにより、生産性を向上でき、低コスト化が可能な光電池装置を提供することにある。 The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is easy to manufacture, and when mounting on a mounting board on a printed board or the like, the work is easy. It is an object of the present invention to provide a photovoltaic cell integrated structure that can be easily manufactured and handled, and a photovoltaic device that can improve productivity and reduce costs by using the photovoltaic cell integrated structure.
本発明は、次に示す構成をもって前記課題を解決する手段と成している。すなわち、第1の発明の光電池セル集積構造体は、n型とp型のいずれか一方のシリコン基板の表面側に、n型とp型のうち前記シリコン基板と異なる型の拡散層が設けられて光電池セル素子が形成され、該光電池セル素子は前記シリコン基板の基板面方向に複数配列されて、これら複数の光電池セル素子の裏面側には該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられており、該樹脂基材に化学的処理により穴開け加工が施されて形成された少なくとも穴位置に前記各光電池セル素子の前記シリコン基板に導通する電極が形成され、前記拡散層の表面側には前記各光電池セル素子の前記拡散層に導通する電極が形成されており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が前記光電池セル素子の表面側から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されている構成をもって課題を解決する手段としている。 The present invention is configured as means for solving the above problems with the following configuration. That is, in the photovoltaic cell integrated structure according to the first aspect of the present invention, a diffusion layer of a different type from the silicon substrate is provided on the surface side of one of the n-type and p-type silicon substrates. A plurality of photovoltaic cell elements are arranged in the direction of the substrate surface of the silicon substrate, and a function of holding the plurality of photovoltaic cell elements is provided on the back side of the plurality of photovoltaic cell elements. An insulating resin base material is provided, and an electrode that conducts to the silicon substrate of each photovoltaic cell element is formed at least in the hole position formed by subjecting the resin base material to a hole drilling process by chemical treatment. In addition, an electrode is formed on the surface side of the diffusion layer to be electrically connected to the diffusion layer of each photovoltaic cell element, and a cell separation groove for separating the photovoltaic cell elements from the surface side of the photovoltaic cell element. Previous Formed cuts toward thickness direction middle portion of the resin substrate, wherein the photovoltaic cell element is a means for solving the problems with the configuration held by the resin base material in a state of being separated by the cell separation groove.
また、第2の発明の光電池セル集積構造体は、前記第1の発明の構成に加え、前記光電池セル素子の表面側には、拡散層に導通する電極の形成位置を避けた位置に、分離された光電池セル素子の離散を防いで該光電池セル素子を保持する素子保持補強膜が形成されており、該素子保持補強膜は赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する絶縁性の膜により形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。 In addition to the structure of the first invention, the photovoltaic cell integrated structure of the second invention is separated on the surface side of the photovoltaic cell element at a position avoiding the formation position of the electrode conducting to the diffusion layer. An element holding / reinforcing film is formed to prevent the dispersed photovoltaic cell elements from being held and to hold the photovoltaic cell elements, and the element holding / reinforcing film is formed of an insulating film that transmits at least one of infrared light and visible light. It is a means to solve the problem with the configuration.
さらに、第3の発明の光電池セル集積構造体は、n型とp型のいずれか一方のシリコン基板の表面側に、n型とp型のうち前記シリコン基板と異なる型の拡散層が設けられて光電池セル素子が形成され、該光電池セル素子は前記シリコン基板の基板面方向に複数配列されて、これら複数の光電池セル素子の表面側には該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられて、該樹脂基材は赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する構成と成し、該樹脂基材に化学的処理により穴開け加工が施されて形成された穴位置に前記各光電池セル素子の前記拡散層に導通する電極が形成され、前記シリコン基板の裏面側には前記各光電池セル素子の前記シリコン基板に導通する電極が形成されており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が前記光電池セル素子の裏面側から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されている構成をもって課題を解決する手段としている。 Furthermore, in the photovoltaic cell integrated structure according to the third aspect of the present invention, a diffusion layer of a different type from the silicon substrate is provided on the surface side of one of the n-type and p-type silicon substrates. A plurality of photovoltaic cell elements are arranged in the direction of the substrate surface of the silicon substrate, and the plurality of photovoltaic cell elements have a function of holding the plurality of photovoltaic cell elements on the surface side of the plurality of photovoltaic cell elements. An insulating resin base material is provided, the resin base material is configured to transmit at least one of infrared light and visible light, and the resin base material is formed by drilling processing by chemical treatment. Electrodes that are electrically connected to the diffusion layers of the respective photovoltaic cell elements are formed at the hole positions, and electrodes that are electrically connected to the silicon substrate of the respective photovoltaic cell elements are formed on the back surface side of the silicon substrate. Between cell elements A cell separation groove to be separated is formed by cutting from the back surface side of the photovoltaic cell element to a middle portion in the thickness direction of the resin substrate, and each photovoltaic cell element is held by the resin substrate in a state of being separated by the cell separation groove. It is a means to solve the problem with the configuration.
さらに、第4の発明の光電池セル集積構造体は、前記第3の発明の構成に加え、前記光電池セル素子の裏面側には、シリコン基板に導通する電極の形成位置の少なくとも一部を避けた位置に、分離された光電池セル素子の離散を防いで該光電池セル素子を保持する絶縁性の素子保持補強膜が形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。 Furthermore, in the photovoltaic cell integrated structure according to the fourth aspect of the invention, in addition to the configuration of the third aspect of the invention, at least a part of the formation position of the electrode conducting to the silicon substrate is avoided on the back side of the photovoltaic cell element. A configuration in which an insulating element holding reinforcing film that holds the separated photovoltaic cell element and prevents the separated photovoltaic cell element is formed at a position is used as a means for solving the problem.
さらに、第5の発明の光電池セル集積構造体は、n型とp型のいずれか一方のシリコン基板と、該シリコン基板を貫通するスルーホールとが設けられ、少なくとも前記シリコン基板の表面にはn型とp型のうち前記シリコン基板と異なる型の拡散層が設けられて光電池セル素子が形成され、該光電池セル素子は前記シリコン基板の基板面方向に複数配列されて、これら複数の光電池セル素子の裏面側には該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられており、該樹脂基材に化学的処理により穴開け加工が施されて形成された穴位置に、前記各光電池セル素子のシリコン基板に電気的に導通する電極と、前記拡散層に電気的に導通する電極とがそれぞれ形成されてこれらの電極は互いに間隔を介して配列されており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が前記光電池セル素子の表面側から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されている構成をもって課題を解決する手段としている。 Furthermore, the photovoltaic cell integrated structure of the fifth invention is provided with either an n-type or p-type silicon substrate and a through-hole penetrating the silicon substrate, and at least the surface of the silicon substrate has n A photovoltaic cell element is formed by providing a diffusion layer of a type different from the silicon substrate between the mold and the p-type, and a plurality of photovoltaic cell elements are arranged in the substrate surface direction of the silicon substrate, and the plurality of photovoltaic cell elements An insulating resin base material having a function of holding the plurality of photovoltaic cell elements is provided on the back surface side of the substrate, and a hole formed by subjecting the resin base material to a drilling process by chemical treatment In this position, an electrode electrically connected to the silicon substrate of each photovoltaic cell element and an electrode electrically connected to the diffusion layer are formed, and these electrodes are arranged with a space therebetween. The cell separation groove for separating the photovoltaic cell elements is cut from the surface side of the photovoltaic cell element to the middle part in the thickness direction of the resin base material, and the photovoltaic cell elements are separated by the cell separation groove. A configuration that is held by the resin base material in a state is a means for solving the problem.
さらに、第6の発明の光電池セル集積構造体は、前記第5の発明の構成に加え、前記光電池セル素子の表面側には、分離された光電池セル素子の離散を防いで該光電池セル素子を保持する素子保持補強膜が形成されており、該素子保持補強膜は赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する絶縁性の膜により形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。 Furthermore, the photovoltaic cell integrated structure according to the sixth aspect of the present invention is the structure of the fifth aspect of the invention, in addition to the separation of the separated photovoltaic cell elements on the surface side of the photovoltaic cell elements. An element holding / reinforcing film to be held is formed, and the element holding / reinforcing film is formed of an insulating film that transmits at least one of infrared rays and visible light, and serves as a means for solving the problem.
さらに、第7の発明の光電池セル集積構造体は、前記第1乃至第6のいずれか一つの発明の構成に加え、前記樹脂基材は、フェノール系樹脂とポリイミド系樹脂とエポキシ系樹脂とアクリル系樹脂のいずれかの基材または感光性シートにより形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。 Furthermore, in the photovoltaic cell integrated structure according to the seventh aspect of the invention, in addition to the structure of any one of the first to sixth aspects, the resin base material includes a phenol resin, a polyimide resin, an epoxy resin, and an acrylic resin. The structure formed of any one of the base resins or the photosensitive sheet is used as a means for solving the problem.
さらに、第8の発明の光電池装置は、配線パターンを形成した実装基板上に、前記第1乃至第4のいずれか一つの発明の光電池セル集積構造体を搭載し、該光電池セル集積構造体のシリコン基板に導通する電極を前記実装基板の配線パターンに半田または導電ペーストを介して接続し、前記光電池セル集積構造体の拡散層に導通する電極を前記実装基板の配線パターンにワイヤボンディングを介して接続して形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。 Further, a photovoltaic cell device according to an eighth invention includes the photovoltaic cell integrated structure according to any one of the first to fourth inventions mounted on a mounting substrate on which a wiring pattern is formed, and the photovoltaic cell integrated structure An electrode conductive to the silicon substrate is connected to the wiring pattern of the mounting substrate via solder or conductive paste, and an electrode conductive to the diffusion layer of the photovoltaic cell integrated structure is connected to the wiring pattern of the mounting substrate via wire bonding A structure formed by connection is used as a means for solving the problem.
さらに、第9の発明の光電池装置は、前記第5または第6の発明の光電池セル集積構造体を有し、該光電池セル集積構造体の樹脂基材に、一方の光電池セル素子のシリコン基板に導通する電極と他方の光電池セル素子の拡散層に導通する電極とを導通する配線が施されて形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。 Furthermore, a photovoltaic cell device of a ninth invention has the photovoltaic cell integrated structure of the fifth or sixth invention, and is formed on a resin substrate of the photovoltaic cell integrated structure, on a silicon substrate of one photovoltaic cell element. A means for solving the problem is a configuration in which a wiring for conducting the conductive electrode and an electrode conducting to the diffusion layer of the other photovoltaic cell element is provided.
さらに、第10の発明の光電池装置は、前記第8または第9の発明の構成に加え、前記光電池セル集積構造体の樹脂基材は、フェノール系樹脂とポリイミド系樹脂とエポキシ系樹脂とアクリル系樹脂のいずれかの基材または感光性シートにより形成されている構成をもって課題を解決する手段としている。 Furthermore, in the photovoltaic device of the tenth invention, in addition to the configuration of the eighth or ninth invention, the resin base material of the photovoltaic cell integrated structure includes a phenol resin, a polyimide resin, an epoxy resin, and an acrylic resin. A structure formed of any one of the base materials of the resin or the photosensitive sheet serves as means for solving the problem.
本発明の光電池セル集積構造体によれば、複数の光電池セル素子の表面側または裏面側には、当該複数の光電池セル素子を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材が設けられており、前記各光電池セル素子間を分離するセル分離溝が、前記光電池セル素子から前記樹脂基材の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材によって保持されているので、複数の光電池セル素子を樹脂基材に適切に保持した状態で、プリント基板等の実装基板に容易に実装でき、光電池装置を容易に形成することができる。 According to the photovoltaic cell integrated structure of the present invention, an insulating resin base material having a function of holding the plurality of photovoltaic cell elements is provided on the front surface side or the back surface side of the plurality of photovoltaic cell elements. The cell separation groove for separating the photovoltaic cell elements is formed by cutting from the photovoltaic cell element to the middle portion in the thickness direction of the resin base material, and the photovoltaic cell elements are separated by the cell separation groove. Since it is held by the resin base material, a plurality of photovoltaic cell elements can be easily mounted on a mounting board such as a printed circuit board while being appropriately held on the resin base material, and a photovoltaic device can be easily formed. .
なお、樹脂基材は、厚みを厚くも薄くも形成でき、また、厚みを厚く形成しても、化学的処理により、容易に穴開け加工を施すことができるため、複数の光電池セル素子の裏面側または表面側に、適宜の厚みを有する樹脂基材を容易に設けることができ、それにより、複数の光電池セル素子の保持を適切に行うことができるし、穴開け加工も容易にできる。 In addition, since the resin substrate can be formed thick or thin, and even if it is formed thick, it can be easily perforated by chemical treatment, so the back surface of a plurality of photovoltaic cell elements A resin base material having an appropriate thickness can be easily provided on the side or the surface side, whereby a plurality of photovoltaic cell elements can be appropriately held, and drilling can be easily performed.
また、本発明において、光電池セル集積構造体を形成する光電池セル素子の表面側や裏面側に、絶縁性の素子保持補強膜を形成すると、光電池セル素子の表面側や裏面側を素子保持補強膜により集積構造を補強でき、かつ、分離された光電池セル素子の離散を防いで光電池セル素子を保持することができるので、例えば光電池セル集積構造体を実装基板に実装するとき等の取り扱い時に、光電池セル集積構造体が破損したりすることを防ぐことができる。 Further, in the present invention, when an insulating element holding reinforcing film is formed on the surface side or the back side of the photovoltaic cell element forming the photovoltaic cell integrated structure, the surface holding side or back side of the photovoltaic cell element is placed on the element holding reinforcing film. The integrated structure can be reinforced and the separated photovoltaic cell elements can be prevented from being dispersed, and thus the photovoltaic cell elements can be held. For example, when the photovoltaic cell integrated structure is mounted on a mounting substrate, the photovoltaic cell It is possible to prevent the cell integrated structure from being damaged.
さらに、本発明の光電池装置において、プリント基板等の実装基板を設けずに、に、一方の光電池セル素子のシリコン基板に導通する電極と他方の光電池セル素子の拡散層に導通する電極とを導通する配線が施されて形成されているものにおいては、実装基板に実装を行わなくても、半導体技術を利用して、光電池セル素子同士を電気的に接続した光電池装置を構成できる。そのため、この構成の光電池装置は、プリント基板に実装する構成に比べて省スペース化が可能となり、かつ、生産効率を向上でき、大量生産が可能となって、市場への大量支給を可能にできるし、製造コストを下げることができる。 Furthermore, in the photovoltaic device of the present invention, without providing a mounting substrate such as a printed circuit board, the electrode conducting to the silicon substrate of one photovoltaic cell element and the electrode conducting to the diffusion layer of the other photovoltaic cell element are conducted. In the case where the wiring to be formed is formed, a photovoltaic cell device in which photovoltaic cell elements are electrically connected to each other can be configured using semiconductor technology without mounting on the mounting substrate. Therefore, the photovoltaic device of this configuration can save space compared to the configuration mounted on a printed circuit board, can improve production efficiency, can be mass-produced, and can be supplied in large quantities to the market. In addition, the manufacturing cost can be reduced.
さらに、本発明において、樹脂基材をフェノール系樹脂の基材やポリイミド系樹脂の基材により形成すると、これらの樹脂の基材は、300℃以上での使用が可能であるので、例えば半田によって光電池セル集積構造体または光電池装置を実装基板に実装する際に、鉛フリー半田を使用することができ、光電池装置の耐熱性の向上を図ることができ、また、環境負荷を少なくでき、さらに、生産性の向上によって用途を拡大することができる。 Furthermore, in the present invention, when the resin substrate is formed of a phenolic resin substrate or a polyimide resin substrate, these resin substrates can be used at 300 ° C. or higher. When mounting the photovoltaic cell integrated structure or photovoltaic device on the mounting substrate, lead-free solder can be used, the heat resistance of the photovoltaic device can be improved, and the environmental load can be reduced. Applications can be expanded by improving productivity.
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には、本発明に係る光電池装置の第1実施形態例を示す構成図が、断面図により模式的に示されている。同図に示すように、光電池装置20は、複数の光電池セル素子1を備えた光電池セル集積構造体33を、プリント基板41上に実装して形成されている。なお、本実施形態例において、光電池セル素子1は、図2の斜視図に示すように、縦横2列ずつ、合計4個設けられている。図1、図2に示すように、各光電池セル素子1は、n型のシリコン基板2の表面側にp型の拡散層4を設けて形成されており、各光電池セル素子1は、その表面側(図の上側)を受光面とするフォトダイオード素子である。
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a configuration diagram illustrating a first embodiment of a photovoltaic cell device according to the present invention. As shown in the figure, the
また、光電池セル素子1は、前記シリコン基板2の基板面方向に複数(ここでは、4個)配列されており、これら複数の光電池セル素子1の裏面側には、複数の光電池セル素子1を保持する機能を備えた絶縁性の樹脂基材8が設けられている。本実施形態例において、樹脂基材8は紫外線感光性樹脂基材であり、フェノール系樹脂の基材またはポリイミド系樹脂の基材により形成されている。樹脂基材8の厚みは、例えば5〜200μm程度に形成されている。
Further, a plurality (four in this case) of
樹脂基材8には、化学的処理により穴開け加工が施され、この穴開け加工により形成された穴位置に、前記各光電池セル素子1の前記シリコン基板2に導通する電極(n側電極)5が形成されている。前記拡散層4の表面側には、各光電池セル素子1の拡散層4に導通する電極(p側電極)6が形成されている。また、光電池セル素子1の表面側には、p側電極6の形成位置を避けた位置に、素子表面側保護膜9が形成されている。この素子表面側保護膜9は、赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する(例えば波長400nm〜1000nmの光を透過する)シリコン酸化膜から成り、光電池セル素子1の表面側を保護する役割を果たす。
The
光電池セル集積構造体33には、各光電池セル素子1間を分離するセル分離溝7が、前記光電池セル素子1の表面側から前記樹脂基材8の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子1が前記セル分離溝7によって分離された状態で、前記樹脂基材8によって保持されて形成されている。このように、本実施形態例では、セル分離溝7は、樹脂基材8の途中部にかけて形成されたハーフカット溝と成している。
In the photovoltaic cell integrated
また、素子表面側保護膜9の表面側には、図1に示すような素子保持補強膜10(図2には、図示せず)が形成されている。この素子保持補強膜10は、分離された光電池セル素子1の離散を防いで、これらの光電池セル素子1を保持する膜であり、本実施形態例において、素子保持補強膜10は、前記素子表面側保護膜9が透過する赤外線と可視光の少なくとも一方(例えば波長400nm〜1000nmの光)を透過する、絶縁性のエポキシ系樹脂により形成されている。なお、素子保持補強膜10は、アクリル系樹脂やフェノール系樹脂、ポリイミド系樹脂により形成することもできる。
Further, an element holding reinforcing film 10 (not shown in FIG. 2) as shown in FIG. 1 is formed on the surface side of the element surface side
図3には、本実施形態例の光電池装置20の製造方法が示されており、この製造方法について、図3に基づいて説明する。まず、図3(a)に示すように、n型のシリコン基板2の表面側に、互いに間隔を介してp型の拡散層4を形成する。
FIG. 3 shows a manufacturing method of the
そして、シリコン基板2を、個々の光電池セル素子1を形成する複数の単位素子領域(図3(a)の破線により区切られる各領域)に区分し、該単位素子領域はそれぞれ前記拡散層4を有する構成とする。なお、この単位素子領域の区分は、後の工程で形成されるセル分離溝7やチップの電池切り出し溝27により分離される境界領域を定めるものであり、各単位素子領域に沿って線を引くなどの印を付けたり、分離したりするものではない。
Then, the
次に、図3(b)に示すように、素子表面側保護膜9を形成した後に、この素子表面側保護膜9に穴開け加工を施して、その穴に、p側電極6を形成する。素子表面側保護膜9は、光電池セル素子1の表面側を保護する膜であるので、その厚みは、例えば、0.5μm程度に薄くてもよいため、穴開け加工も容易にできる。
Next, as shown in FIG. 3B, after the element surface side
その後、前記光電池セル素子1の裏面側には、絶縁性の樹脂基材8を設け、該樹脂基材8に化学的処理により穴開け加工を施す。この穴開け加工は、例えば、樹脂基材8の裏面側に、前記穴位置を除く位置にマスクを設けた状態で紫外光を照射することにより、樹脂基材8を紫外光によって反応させて、穴18を形成するものである。なお、素子表面側保護膜9の形成、p側電極6の形成、樹脂基材8の形成の順番は、特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。
Thereafter, an insulating
次に、図3(c)に示すように、前記穴開け加工により形成した穴位置に、前記単位素子領域毎に各光電池セル素子1の前記シリコン基板2に導通するn側電極5を形成し、その裏面側に、n側電極5を外部に導通させる導電材としての半田19を設ける。なお、半田19の代わりに導電ペースト等の、他の導電材を設けてもよい。
Next, as shown in FIG. 3C, an n-
次に、図3(d)に示すように、樹脂基材8の裏面側にダイシングテープ43を貼り、光電池セル素子1間を分離するセル分離溝7を、前記単位素子領域の境界に沿って、前記光電池セル素子1の表面側から前記樹脂基材8の厚み方向途中部にかけて切り込み形成する。そして、光電池セル素子1をセル分離溝7によって分離する。
Next, as shown in FIG. 3 (d), a dicing
次に、図3(e)に示すように、前記素子表面側保護膜9の表面側に、前記p側電極6の形成位置を避けて、素子保持補強膜10を形成する。素子保持補強膜10は、例えばマスク等を設けて、始めからp側電極の形成位置を避けた位置に形成してもよいし、p側電極6の表面側にも素子保持補強膜10を形成した後、p側電極6の表面側の素子保持補強膜10を除くようにしてもよい。なお、前記樹脂基材8の厚みを厚くすると、光電池セル素子1を保持する力が強くなるので、樹脂基材8を該樹脂基材8による光電池セル素子1の保持力を充分に大きくできる厚み(例えば10μm以上)に形成した場合には、素子保持補強膜10を省略することができる。
Next, as shown in FIG. 3E, an element holding reinforcing
そして、図3(f)に示すように、予め定めた個数の光電池セル素子1群毎の境界線に沿って、チップの電池切り出し溝27により、前記シリコン基板2と前記樹脂基材8とを切断する。この切断により、切断した1つのブロックをそれぞれ1つの光電池セル集積構造体33とする複数の光電池セル集積構造体33が切り出し製造される。ここで、ダイシングテープ43を剥がせば、図1に示したような光電池セル集積構造体33が形成される。
Then, as shown in FIG. 3 (f), the
上記のようにして、本実施形態例の光電池セル集積構造体33は製造されるものであり、加工が容易な樹脂基材8を適用し、前記セル分離溝7によって各光電池セル素子1を分離した状態で、複数の光電池セル素子1を樹脂基材8により保持することにより、光電池セル集積構造体33を容易に製造することができる。
As described above, the photovoltaic cell integrated
なお、本実施形態例において、光電池セル集積構造体33は、前記素子保持補強膜10を形成してから、チップの電池切り出し溝27による切断を行うことにより、この切断時に、光電池セル素子1の表面側の強度を補強できるため、切断時に光電池セル素子1の損傷が生じるといったことをより確実に防げるという利点がある。また、光電池セル集積構造体33をプリント基板41に実装して光電池装置20を形成する際にも、樹脂基材8による光電池セル素子1の保持を素子保持補強膜10をにより補強できるため、光電池セル素子1の損傷の発生を低減することができ、実装作業の作業性も向上できる。
In this embodiment, the photovoltaic cell integrated
図2に示したように、本実施形態例において、光電池セル集積構造体33は、4つの光電池セル素子1を樹脂基材8により保持して形成されている。そこで、図2(a)に示すように、4つの光電池セル素子1のn側電極5とp側電極6が接続される配線42を、光電池セル集積構造体33を用いて形成する光電池装置20が目的の配線回路になるように(光電池装置20の出力電圧に応じた配線回路になるように)、予め形成しておき、この配線42とn側電極5とを、前記半田19およびプリント基板41の配線42側に設けた半田29を介して、図2(b)に示すように、接続する。また、配線42とp側電極6とは、例えば電極パッド50等を介し、ボンディングワイヤ16を介して接続する。そして、この接続により、4つの光電池セル素子1を直列に接続した回路を形成する。なお、光電池セル素子1は、並列に接続して回路を形成することもできる。
As shown in FIG. 2, in this embodiment, the photovoltaic cell integrated
このように、光電池セル集積構造体33をプリント基板41に接続する接続作業は、1つ1つの光電池セル素子1をそれぞれ1つずつプリント基板41に実装して接続する作業に比べて格段に容易であり、迅速、かつ、的確に、複数の光電池セル素子1を一括してプリント基板41に実装し、光電池装置20を形成することができる。また、配線42の形成の仕方は適宜設定されるものであり、例えば、p側電極6に接続される配線42を、光電池装置20の片側にまとめて設ける等すれば、配線42の配置スペースを省スペース化することもできる。
In this way, the connection work for connecting the photovoltaic cell integrated
次に、本発明の光電池装置の第2実施形態例について説明する。なお、第2実施形態例の説明において、前記第1実施形態例と同一名称部分には、同一符号を付し、前記第1実施形態例との重複説明は、省略または簡略化する。第2実施形態例は、図4、図5に示すように、第1実施形態例と同様に、光電池セル素子1をシリコン基板2の基板面方向に複数(ここでは、4個)配列して形成した光電池セル集積構造体33をプリント基板41に実装して形成されているが、第2実施形態例では、光電池セル集積構造体33を形成する複数の光電池セル素子1の表面側に、赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する(例えば波長400nm〜1000nmの光を透過する)絶縁性の樹脂基材8を設けている。
Next, a second embodiment of the photovoltaic device of the present invention will be described. In the description of the second embodiment, the same reference numerals are assigned to the same name portions as those in the first embodiment, and the overlapping description with the first embodiment is omitted or simplified. In the second embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, a plurality (four in this case) of
樹脂基材8は、フェノール系樹脂の基材またはポリイミド系樹脂の基材により形成されており、その厚みは、1〜100μm程度としている。樹脂基材8の厚みをこの範囲内の厚みとすることにより、樹脂基材8が光透過性を充分に得ることができるし、樹脂基材8による光電池セル素子1の保持も良好に行うことができる。
The
また、樹脂基材8には、化学的処理により穴開け加工が施され、この穴位置に前記各光電池セル素子1の前記拡散層4に導通するp側電極6が形成され、シリコン基板2の裏面側には前記各光電池セル素子1の前記シリコン基板2に導通するn側電極5が形成されている。そして、各光電池セル素子1間を分離するセル分離溝7が、前記光電池セル素子1の裏面側から前記樹脂基材8の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子1が前記セル分離溝によって分離された状態で前記樹脂基材8によって保持されている。
Further, the
また、光電池セル素子1の裏面側には、n側電極5の形成位置を避けた位置に、絶縁性の膜により形成された素子裏面側保護膜11が形成されており、この素子裏面側保護膜11の裏面側に、(n側電極5の形成位置を避けて)絶縁性の素子保持補強膜12が形成されている。なお、素子保持補強膜12をフェノール系樹脂の基材またはポリイミド系樹脂の基材により形成すると、光電池セル素子1のプリント基板41への実装時に、鉛フリー半田を使用することができるので、好ましい。
Further, on the back side of the
第2実施形態例は、以上のように構成されており、光電池セル集積構造体33を製造するときには、図6(a)に示すように、第1実施形態例と同様に、n型のシリコン基板2の表面側に拡散層4を形成し、複数の単位素子領域(図6(a)の破線により区切られる各領域)に区分した後、図6(b)に示すように、光電池セル素子1の表面側に、樹脂基材8を設け、該樹脂基材8に化学的処理により穴開け加工を施す(穴18を形成する)。また、光電池セル素子1の裏面側には、素子裏面側保護膜11を形成する。
The second embodiment is configured as described above. When the photovoltaic cell integrated
そして、図6(c)に示すように、樹脂基材8の、穴開け加工により形成した穴位置に、単位素子領域毎に各光電池セル素子1の前記拡散層4に導通するp側電極6を形成する。また、シリコン基板2の裏面側には、前記各光電池セル素子1の前記シリコン基板2に導通するn側電極5を形成する。なお、このn側電極5の形成の仕方は、適宜設定される。
Then, as shown in FIG. 6C, the p-
次に、図6(d)に示すように、樹脂基材8の表面側にダイシングテープ43を設け、光電池セル素子1間を分離するセル分離溝7を、前記光電池セル素子7の裏面側から前記樹脂基材8の厚み方向途中部にかけて切り込み形成して、光電池セル素子1を前記セル分離溝7によって分離する。
Next, as shown in FIG. 6 (d), a dicing
そして、図6(e)に示すように、素子裏面側保護膜11の裏面側に素子保持補強膜12を設け、図6(f)に示すように、予め定めた個数の光電池セル素子1群毎の境界線に沿って、チップの電池切り出し溝27により、前記シリコン基板2と前記樹脂基材8とを切断する。この切断後、ダイシングテープ43を剥がし、図4、図5に示したような光電池セル集積構造体33が複数製造される。
Then, as shown in FIG. 6 (e), an element holding / reinforcing
なお、第2実施形態例でも、前記素子保持補強膜12を形成してから、チップの電池切り出し溝27による切断を行うため、この切断時に、光電池セル素子1の裏面側の強度を補強できるため、切断時に光電池セル素子1の損傷が生じるといったことをより確実に防ぐことができるという利点がある。また、それぞれの光電池セル集積構造体33をプリント基板41に実装する際にも、光電池セル素子1を保護でき、実装作業の作業性も向上できる。
Even in the second embodiment, since the element holding reinforcing
また、第2実施形態例でも、図5(a)に示すように形成したプリント基板41上に、光電池セル集積構造体33を配置し、図5(b)に示すように、前記第1実施形態例と同様に、複数の光電池セル素子1を有する光電池セル集積構造体33を、配線42を形成したプリント基板41上に、半田19を介して接続することにより実装し、光電池装置20を形成する。このように、第2実施形態例も第1実施形態例と同様に、容易に製造が可能であり、また、容易に実装でき、第1実施形態例と同様の効果を奏することができる。
Also in the second embodiment, the photovoltaic cell integrated
次に、本発明に係る光電池装置の第3実施形態例について説明する。なお、第3実施形態例の説明において、前記第1、第2実施形態例と同一名称部分には、同一符号を付し、その重複説明は、省略または簡略化する。図7には、第3実施形態例の構成が断面図により示されており、図8には、その断面領域を、斜め下側から見た場合の斜視図が模式的に示されている。 Next, a third embodiment of the photovoltaic device according to the present invention will be described. In the description of the third embodiment, the same reference numerals are given to the same name portions as those in the first and second embodiments, and the overlapping description is omitted or simplified. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the configuration of the third embodiment, and FIG. 8 schematically shows a perspective view of the cross-sectional area when viewed obliquely from below.
これらの図に示すように、第3実施形態例の光電池装置20においては、複数の光電池セル素子1を備えた光電池セル集積構造体33を有しており、第3実施形態例では、プリント基板41を設けずに、光電池装置20を形成している。
As shown in these drawings, the
第3実施形態例において、光電池セル集積構造体33を形成する各光電池セル素子1は、n型のシリコン基板2と、シリコン基板2を貫通するスルーホール3と、p型の拡散層4とを有して形成されており、拡散層4は、シリコン基板2の表面とスルーホール3の内壁面と、シリコン基板2におけるスルーホール3の開口部周辺部に形成されている。また、拡散層4の表面側およびシリコン基板2の裏面側に、素子保護膜91が形成されている。第3実施形態例でも、複数の光電池セル素子1はシリコン基板2の基板面方向に配列されており、これら複数の光電池セル素子1の裏面側には、前記第1実施形態例と同様に、絶縁性の樹脂基材8が設けられている。
In the third embodiment, each
樹脂基材8には、化学的処理により穴開け加工が施されており、この穴開け加工により形成された穴位置に、前記各光電池セル素子1のシリコン基板2に電気的に導通するn側電極5と、前記スルーホール3の拡散層4に電気的に導通するp側電極6とが対応する適宜の位置にそれぞれ形成されており、該p側電極6と前記n側電極5は互いに間隔を介して配列されている。なお、p側電極6は、拡散層4と同型の拡散層または拡散層4に相当する少なくともスルーホール側面に形成された導電材料を介して拡散層4に導通するようにしてもよい。
The
そして、第3実施形態例でも前記第1実施形態例と同様に、前記各光電池セル素子1間を分離するセル分離溝7が前記光電池セル素子1の表面側から前記樹脂基材8の厚み方向途中部にかけて切り込み形成され、前記各光電池セル素子1が前記セル分離溝7によって分離された状態で前記樹脂基材8によって保持されている。
In the third embodiment, the
なお、前記光電池セル素子1の表面側および裏面側に形成された素子保護膜91は、赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する(例えば波長400nm〜1000nmの光を透過する)絶縁性の膜により形成されており、この素子保護膜91の表面側に、該素子保護膜91が透過する赤外線と可視光の少なくとも一方を透過する(例えば波長400nm〜1000nmの光を透過する)絶縁性の素子保持補強膜10が形成されている。素子保護膜91は第1実施形態例の素子表面側保護膜9と同様の膜により、素子保持補強膜10は、第1実施形態例に適用した素子保持補強膜10と同様の膜によりそれぞれ形成されている。
The element
また、第3実施形態例において、樹脂基材8には、互いに隣り合う一方の光電池セル素子1のn側電極5と他方の光電池セル素子1のp側電極6とを導通する配線14が施されている。このように、第3実施形態例では、樹脂基材8に配線14を形成することにより、プリント基板41を設けなくても、光電池セル素子1を電気的に接続して光電池装置20を形成している。なお、樹脂基材8の裏面側には、保護膜15が形成されており、保護膜15には、光電池装置20の電池電極の位置に穴28が形成されている。
Further, in the third embodiment, the
第3実施形態例は、以上のように構成されており、以下のようにして製造される。まず、図9(a)に示すように、n型のシリコン基板2に、シリコン基板2を貫通するスルーホール3を形成し、シリコン基板2の表面とスルーホール3の内壁面とシリコン基板2におけるスルーホール3の開口部周辺部にp型の拡散層4を形成する。さらに、拡散層4の表面側とスルーホール3の内壁面(拡散層4の内壁面)とシリコン基板2の裏面側に素子保護膜91を形成する。スルーホール3は、シリコン基板2をエッチングすることにより形成され、例えば、その壁面が、図8に示したような(111)結晶面となる。
The third embodiment is configured as described above, and is manufactured as follows. First, as shown in FIG. 9A, a through
なお、スルーホール3は、シリコン基板2を貫通して形成されていれば、その形成方法は適宜設定されるものであり、イオン照射等により形成してもよく、スルーホール3の形成方法によっては、その内壁面を曲面と成していてもよい。また、スルーホール3の内壁面に、拡散層4を形成する代わりに、金属等の導体材料をスルーホール3の内壁面に形成してもよいし、金属等の導体材料をスルーホール3に埋め込み形成してもよい。
In addition, as long as the through
そして、前記シリコン基板2を、個々の光電池セル素子1を形成する複数の単位素子領域(図9(a)の破線により区切られる領域)に区分して、該単位素子領域は、それぞれ、前記スルーホール3と前記拡散層4とを有する構成とする。なお、第3実施形態例の場合も、第1、第2実施形態例と同様に、各単位素子領域に沿って印を付けたり、分離したりするものではない。
Then, the
そして、光電池セル素子1の裏面側において、素子保護膜91に穴開け加工を施し、その穴に、各光電池セル素子1の前記シリコン基板2に導通するn側電極5と前記スルーホール3の拡散層4に導通するp側電極6とを互いに間隔を介して形成する。
And in the back surface side of the
次に、図9(b)に示すように、前記光電池セル素子1の裏面側に、樹脂基材8を設けて該樹脂基材8に化学的処理により穴開け加工を施す。これにより、穴開け加工を施した穴位置に、n側電極5とp側電極6とが配置された態様となる。そして、前記穴開け加工により形成した穴18を用いて、図9(c)に示すように、互いに隣り合う一方の光電池セル素子1のn側電極5と他方の光電池セル素子1のp側電極6とを導通する配線14を形成する。その後、図9(d)に示すように、樹脂基材8の裏面側に保護膜15を形成し、保護膜15に、電池電極の接続用の穴22を開ける加工を施す。
Next, as shown in FIG. 9B, a
然る後に、図9(e)に示すように、保護膜15の裏面側にダイシングテープ43を張り、前記単位素子領域毎に前記光電池セル素子1を分離するセル分離溝7を前記光電池セル素子1の表面側から前記樹脂基材8の厚み方向途中部にかけて切り込み形成し、前記光電池セル素子1を前記セル分離溝7によって分離する。
Thereafter, as shown in FIG. 9 (e), a dicing
次に、図10(a)に示すように、素子保護膜91の表面側に素子保持補強膜10を形成し、図10(b)に示すように、予め定めた個数の光電池セル素子1群毎の境界線に沿って、シリコン基板2と樹脂基材8とをチップの電池切り出し溝27により切断し、ダイシングテープ43を剥がして、複数の光電池装置20を製造する。
Next, as shown in FIG. 10A, the element holding reinforcing
第3実施形態例は、以上のようにして製造され、第3実施形態例も、前記第1、第2実施形態例と同様の効果を奏することができる上に、さらに、第3実施形態例は、以下のように、前記第1、第2実施形態例よりも優れた効果を奏することができる。 The third embodiment is manufactured as described above, and the third embodiment can achieve the same effects as the first and second embodiments, and further, the third embodiment. As described below, the effects superior to those of the first and second embodiments can be obtained.
つまり、第3実施形態例は、プリント基板41等の実装基板に実装を行わなくても、光電池セル素子1同士を、配線14を介して電気的に接続することができるので、第1、第2実施形態例に比べて省スペース化が可能となる。また、第3実施形態例は、半導体作成工程だけで、光電池装置20を作成することができるので、生産効率を向上でき、大量生産が可能となって、市場への大量支給を可能にできるし、製造コストを下げることができる。
That is, in the third embodiment, the
なお、本発明は前記各実施形態例に限定されるものではなく、様々な実施の態様をとり得る。例えば、前記第1実施形態例では、素子表面側保護膜9の表面側に素子保持補強膜10を設け、第3実施形態例では、シリコン基板2の表面側に形成した素子保護膜91の表面側に素子保持補強膜10を設け、前記第2実施形態例では、素子裏面側保護膜11の裏面側に素子保持補強膜12を設けたが、素子保持補強膜10,12は省略することもできる。また、場合によっては、素子表面側保護膜9や素子保護膜91や素子裏面側保護膜11を省略することもできる。
In addition, this invention is not limited to each said embodiment, Various aspects can be taken. For example, in the first embodiment, the element holding / reinforcing
また、図11(a)には、前記第1実施形態例の変形例が示されており、図11(b)には、前記第2実施形態例の変形例が示されており、本発明の光電池装置20は、これらの図に示すように形成してもよい。
FIG. 11 (a) shows a modification of the first embodiment, and FIG. 11 (b) shows a modification of the second embodiment. The
なお、図11(a)に示す光電池装置20が前記第1実施形態例と異なる特徴的な構成は、電極5を、樹脂基材8の穴位置のみならず、シリコン基板2の裏面側の全領域に形成していることである。また、図11(b)に示す光電池装置20が前記第2実施形態例と異なる特徴的な構成は、電極5を、素子裏面側保護膜11の穴位置のみならず、シリコン基板2の裏面側の全領域に形成していることである。
The characteristic configuration of the
図11(a)、(b)に示す構成とすると、光電池セル集積構造体33の製造工程を簡略化することができる。例えば、図12には、図11(a)に示す光電池装置20の製造工程が示されており、以下、図12に示す工程について説明する。同図において、図12(a)は、前記第1実施形態例における、図3(a)に示した構成と同様であり、図12(b)に示す工程において、シリコン基板2の表面側の加工(電極6と保護膜9の形成)は、図3(b)と同様であるが、図12(c)に示すように、シリコン基板2の裏面側は、この裏面側全領域を覆うように電極5を形成した後、電極5の裏面側に、樹脂基材8を設けて、樹脂基材8の適宜の位置に穴加工を施す。
If it is set as the structure shown to Fig.11 (a), (b), the manufacturing process of the photovoltaic cell integrated
その後、図12(d)に示すように、樹脂基材8の裏面側にダイシングテープ43を設け、図12(e)に示すように、セル分離溝7を形成し、図12(f)に示すように、チップの電池切り出し溝27を形成すると、電極5が、光電池セル素子1毎に分離される。このように、電極5をシリコン基板2の裏面側の全領域に形成しても、セル分離溝7によって、光電池セル素子1毎に分離できるため、電極5を互いに間隔を介して配列形成するよりも、その形成工程が簡略化でき、光電池セル集積構造体33の製造工程を簡略化できる。
Thereafter, as shown in FIG. 12 (d), a dicing
なお、図11(b)に示すように、電極5を、素子裏面側保護膜11の穴位置のみならず、シリコン基板2の裏面側の全領域に形成する場合は、図13に示すようにして、光電池セル集積構造体33を製造することができる。同図において、図13(a)は、前記第2実施形態例における、図6(a)に示した構成と同様であり、図13(b)に示す工程において、シリコン基板2の表面側の加工(電極6と樹脂基材8の形成)は、図6(b)と同様であるが、ここで、シリコン基板2の裏面側に、この裏面側全領域を覆うように電極5を形成する。その後、図13(c)に示すように、電極5の裏面側に素子裏面側保護膜11を設けて、素子裏面側保護膜11の適宜の位置に穴加工を施す。それにより、素子裏面側保護膜11が、電極5の形成位置の一部を避けた位置に形成される。
As shown in FIG. 11B, when the
その後、図12(d)に示すように、樹脂基材8の表面側にダイシングテープ43を設けて、セル分離溝7を形成し、図12(e)に示すように、素子裏面側保護膜11の裏面側に、素子保持補強膜12を形成する(素子保持補強膜12も、電極5の形成位置の一部を避けた位置に形成される)。その後、図12(f)に示すように、チップの電池切り出し溝27を形成すると、電極5が、光電池セル素子1毎に分離される。
Thereafter, as shown in FIG. 12 (d), a dicing
さらに、前記第3実施形態例では、樹脂基材8に配線14を形成したが、樹脂基材8に配線14を形成する代わりに、n側電極5とp側電極6とにそれぞれ導通する半田19や導電ペースト等の導電材を設け、配線42を形成したプリント基板41等に、前記導電材を介してn側電極5とp側電極6を配線42に接続するようにしてもよい。
Furthermore, in the third embodiment, the
さらに、前記各実施形態例では、光電池セル素子1は、n型のシリコン基板2とp型の拡散層4を有していたが、光電池セル素子1は、その逆に、p型のシリコン基板2とn型の拡散層4を有する構成としてもよい。
Further, in each of the above-described embodiments, the
さらに、本発明において、樹脂基材8、素子表面側保護膜9、素子裏面側保護膜11、素子保持補強膜12、素子保護膜91の形成材料や厚み等は特に限定されるものでなく、適宜設定されるものである。例えば、樹脂基材8や素子保持補強膜12は、アクリル系樹脂やエポキシ系樹脂により形成することもできるし、感光性シートにより形成することもできるし、紫外線感光性を有していない樹脂により形成することもできる。
Furthermore, in the present invention, the formation material and thickness of the
さらに、本発明において、1つの光電池装置20に配列される光電池セル素子1の数および接続方法は特に限定されるものでなく、必要とする出力電力によって、適宜設定されるものである。
Furthermore, in the present invention, the number of
1 光電池セル素子
2 シリコン基板
3 スルーホール
4 拡散層
5 n電極
6 p電極
7 セル分離溝
8 樹脂基材
9 素子表面側保護膜
10,12 素子保持補強膜
11 素子裏面側保護膜
27 チップの電池切り出し溝
91 素子保護膜
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