JP7206660B2 - 光電変換素子、光電変換モジュールおよび電子機器 - Google Patents

光電変換素子、光電変換モジュールおよび電子機器 Download PDF

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Description

本発明は、光電変換素子、光電変換モジュールおよび電子機器に関するものである。
ＧＰＳ（Global Positioning System）等の測位システムに用いられる位置情報衛星からの電波を受信し、測位信号に含まれる時刻を取得したり、現在位置を検出したりする装着型電子機器（腕時計）が提案されている。
例えば、特許文献１には、腕時計ケースと、文字板と、文字板の下側に配置され位置情報衛星からの電波を受信するアンテナを含む時計モジュールと、文字板と時計モジュールとの間に設けられたソーラーパネルと、を有する腕時計が開示されている。このような腕時計によれば、文字板が光透過性を有しているため、文字板を透過した外部光をソーラーパネルに照射することにより、時計モジュールの動作に必要な電力を発電することができる。
一方、位置情報衛星から送出される電波には極超短波が使用されているが、この極超短波を受信するためには高周波回路を作動させる必要がある。このため、腕時計の消費電力が大きくなるという問題がある。
そこで、消費電力の増大に対応するため、ソーラーパネルの面積をできるだけ大きく確保し、発電量を高めることが検討されている。ところが、腕時計のような小型の電子機器の場合、ソーラーパネルによってデザイン性を低下させることがないように、ソーラーパネルの受光面にも文字や図形、模様等を配置する必要がある。しかしながら、受光面に例えば塗料を配置すると、その部分の受光量が低下し、発電量が減少するという問題がある。
これに対し、特許文献２には、塗料等を用いることなく、太陽電池にアライメントマークを設ける方法が開示されている。具体的には、セル基板の裏面にテクスチャー構造からなるアライメントマークを設けた太陽電池が開示されている。このような太陽電池では、テクスチャー構造からなるアライメントマークが鮮明に視認可能であるため、セル基板の裏面に電極を形成する際の位置合わせを正確に行うことができる。
特開２０１６－１７６９５７号公報 特開２００１－２０３３７９号公報
しかしながら、特許文献２に記載されているアライメントマークは、製造工程においてのみ利用されるものであるため、裏面に設ける必要がある。すなわち、特許文献２に記載のアライメントマークは、表面、すなわち受光面に設けられることはないため、腕時計のユーザーに視認されるものではない。また、テクスチャー構造からなるアライメントマークの見え方、例えばアライメントマークの色度や明度は、テクスチャー構造の形状に大きな影響を受けるが、テクスチャー構造の形状を細かく制御することは困難である。このため、このようなアライメントマークを、デザイン性が重視される受光面に適用することは困難である。
本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであり、以下の適用例として実現することが可能である。
本発明の適用例に係る光電変換素子は、
平滑部と、前記平滑部よりも表面粗さが大きい粗面部と、を含む受光面、および、前記受光面とは反対の面として電極面を有する単結晶性のシリコン基板と、
前記平滑部および前記粗面部にそれぞれ重なって設けられ、光透過性を有する無機膜と、
前記電極面上に設けられている集電体と、
を有し、
前記粗面部の算術平均粗さは、０．１μｍ以上であり、
前記粗面部の算術平均粗さと前記平滑部の算術平均粗さとの差は、０．１μｍ以上０．４μｍ以下であり、
前記無機膜のうち、前記粗面部に重なっている部分の膜厚ｔ１は、前記平滑部に重なっている部分の膜厚ｔ２より小さく、
前記受光面には電極が設けられていない。
本発明の電子機器の実施形態を適用した電子時計を示す斜視図である。 本発明の電子機器の実施形態を適用した電子時計を示す斜視図である。 図１、２に示す電子時計の平面図である。 図１、２に示す電子時計の縦断面図である。 図４に示す電子時計のうち光電変換モジュールのみを図示した平面図である。 図５に示す光電変換モジュールの分解斜視図である。 図５に示す光電変換モジュールの分解断面図である。 図６に示す光電変換素子の受光面を示す平面図である。 図８のＡ－Ａ線断面図である。 粗面部の算術平均粗さＲａの大きさとその粗面部の平面視における電子顕微鏡像および断面イメージとの関係を示す図である。 粗面部の算術平均粗さＲａと平滑部の算術平均粗さＲａとの差と、文字等の視認性ならびに粗面部および平滑部のそれぞれの形成容易性と、の関係を示す図である。 図６に示す光電変換素子の電極面を示す平面図である。 図１０に示す平面図のうちフィンガー電極を選択的に示す図である。 図１０に示す平面図のうちバスバー電極および電極パッドを選択的に示す図である。 図１０に示す光電変換素子の変形例を示す平面図であって、フィンガー電極の本数を図１０とは異ならせた例である。 図８に示すセルの変形例を示す平面図であって、文字に代えて模様を配置した例である。 第２実施形態に係る光電変換モジュールを示す平面図である。 本発明の電子機器の実施形態を適用した電子時計の変形例を示す平面図である。 図１６に示す電子時計の縦断面図である。 パッシベーション膜からの反射光の色の評価結果について、横軸に膜厚をとり、縦軸に明度Ｌ＊または色度ａ＊もしくは色度ｂ＊をとった座標系にプロットした図である。 図１８に示す評価結果のうち、色度ａ＊および色度ｂ＊を、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系色度図にプロットした図である。
以下、本発明の光電変換素子、光電変換モジュールおよび電子機器について、添付図面に示す好適実施形態に基づいて詳細に説明する。
＜電子時計＞
まず、本発明の電子機器の実施形態を適用した電子時計について説明する。かかる電子時計は、受光面に光が照射されると、内蔵する太陽電池（光電変換モジュール）によって発電（光電変換）し、発電により得られた電力を駆動電力として利用するように構成されている。
図１、２は、それぞれ、本発明の電子機器の実施形態を適用した電子時計を示す斜視図である。このうち、図１は、電子時計の表側から見たときの外観を表す斜視図であり、図２は、電子時計の裏側から見たときの外観を表す斜視図である。また、図３は、図１、２に示す電子時計の平面図であり、図４は、図１、２に示す電子時計の縦断面図である。
電子時計２００は、ケース３１と太陽電池８０（光電変換モジュール）と表示部５０と光センサー部４０を含む機器本体３０と、ケース３１に取り付けられた２つのバンド１０と、を有している。
なお、本明細書では、電子時計２００および太陽電池８０のうち、太陽電池８０に入射する光の光源側を「表（おもて）」とし、その反対側を「裏」とする。また、太陽電池８０の受光面８４に直交する方向に延在する方向軸をＺ軸とする。また、電子時計２００の裏側から表側への向きを「＋Ｚ方向」とし、その反対向きを「－Ｚ方向」とする。
一方、Ｚ軸に直交する２つの軸を「Ｘ軸」および「Ｙ軸」とする。このうち、２つのバンド１０同士を結ぶ方向軸をＹ軸とし、Ｙ軸に直交する方向軸をＸ軸とする。また、表示部５０の上向きを「＋Ｙ方向」とし、下向きを「－Ｙ方向」とする。また、図３における右向きを「＋Ｘ方向」とし、左向きを「－Ｘ方向」とする。
以下、電子時計２００の構成について順次説明する。
（機器本体）
機器本体３０は、表側および裏側に開口したケース３１と、表側の開口部を塞ぐように設けられた風防板５５と、ケース３１の表面および風防板５５の側面を覆うように設けられたベゼル５７と、裏側の開口部を塞ぐように設けられた透明カバー４４と、を備える筐体を有している。この筐体内には、後述する種々の構成要素が収容される。
筐体のうち、ケース３１は円環状をなしており、表側には風防板５５を嵌め込み可能な開口部３５を備え、裏側には透明カバー４４を嵌め込み可能な開口部（測定窓部４５）を備えている。
また、ケース３１の裏側の一部は、突出するように成形された凸状部３２になっている。この凸状部３２の頂部が開口しており、この開口部に透明カバー４４が嵌め込まれているとともに、透明カバー４４の一部が開口部から突出している。
ケース３１の構成材料としては、例えばステンレス鋼、チタン合金のような金属材料の他、樹脂材料、セラミックス材料等が挙げられる。また、ケース３１は、複数の部位の組み立て体であってもよく、その場合、部位同士で構成材料が異なっていてもよい。
また、ケース３１の外側面には、複数の操作部５８（操作ボタン）が設けられている。
また、ケース３１の表側に設けられた開口部３５の外縁には、＋Ｚ方向に突出する突起部３４が形成されている。そして、この突起部３４を覆うように、円環状をなすベゼル５７が設けられている。
さらに、ベゼル５７の内側には風防板５５が設けられている。そして、風防板５５の側面とベゼル５７との間が、パッキンや接着剤のような接合部材５６を介して接着されている。
風防板５５および透明カバー４４の構成材料としては、例えばガラス材料、セラミックス材料、樹脂材料等が挙げられる。また、風防板５５は透光性を有し、風防板５５を介して表示部５０の表示内容および太陽電池８０の受光面８４を視認することができるようになっている。さらに、透明カバー４４も透光性を有し、光センサー部４０を生体情報測定部として機能させることができる。
また、筐体の内部空間３６は、後述する種々の構成要素を収容可能な閉空間になっている。
機器本体３０は、それぞれ内部空間３６に収容される要素として、回路基板２０と、方位センサー２２（地磁気センサー）と、加速度センサー２３と、ＧＰＳアンテナ２８と、光センサー部４０と、表示部５０を構成する電気光学パネル６０および照明部６１と、二次電池７０と、太陽電池８０と、を備えている。また、機器本体３０は、これらの要素の他にも、標高や水深等を算出するための圧力センサー、温度を測定する温度センサー、角速度センサーのような各種センサー、バイブレーター等を備えていてもよい。
回路基板２０は、前述した要素同士を電気的に接続する配線を含む基板である。また、回路基板２０には、前述した要素の動作を制御する制御回路や駆動回路等を含むＣＰＵ２１（Central Processing Unit）および他の回路素子２４が搭載されている。
また、太陽電池８０、電気光学パネル６０、回路基板２０および光センサー部４０は、風防板５５側からこの順で配置されている。これにより、太陽電池８０は、風防板５５に近接して配置されることになり、多くの外部光が太陽電池８０に効率よく入射する。その結果、太陽電池８０における光電変換効率を最大限に高めることができる。
以下、機器本体３０に収容される要素についてさらに詳述する。
回路基板２０は、その端部が回路ケース７５を介してケース３１に取り付けられている。
また、回路基板２０には、接続配線部６３および接続配線部８１が電気的に接続されている。このうち、接続配線部６３を介して回路基板２０と電気光学パネル６０とが電気的に接続されている。また、接続配線部８１を介して回路基板２０と太陽電池８０とが電気的に接続されている。これらの接続配線部６３、８１は、例えばフレキシブル回路基板で構成され、内部空間３６の隙間に効率よく引き回される。
方位センサー２２および加速度センサー２３は、電子時計２００を装着したユーザーの体の動きに係る情報を検出することができる。方位センサー２２および加速度センサー２３は、ユーザーの体動に応じて変化する信号を出力し、ＣＰＵ２１に送信する。
ＣＰＵ２１は、ＧＰＳアンテナ２８を含むＧＰＳ受信部（図示せず）を制御する回路、光センサー部４０を駆動しユーザーの脈波等を測定する回路、表示部５０を駆動する回路、太陽電池８０の発電を制御する回路等を含む。
ＧＰＳアンテナ２８は、複数の位置情報衛星から電波を受信する。また、機器本体３０は、図示しない信号処理部を備えている。信号処理部は、ＧＰＳアンテナ２８が受信した複数の測位信号に基づいて測位計算を行い、時刻および位置情報を取得する。信号処理部は、これらの情報をＣＰＵ２１に送信する。
光センサー部４０は、ユーザーの脈波等を検出する生体情報測定部である。図４に示す光センサー部４０は、受光部４１と、受光部４１の外側に設けられた複数の発光部４２と、受光部４１および発光部４２が搭載されたセンサー基板４３と、を含む光電センサーである。また、受光部４１および発光部４２は、前述した透明カバー４４を介して、ケース３１の測定窓部４５に臨んでいる。また、機器本体３０が備える接続配線部４６を介して回路基板２０と光センサー部４０とが電気的に接続されている。
このような光センサー部４０は、発光部４２から射出した光を被検体（例えばユーザーの皮膚）に対して照射し、その反射光を受光部４１で受光することにより、脈波を検出する。光センサー部４０は、検出した脈波の情報をＣＰＵ２１に送信する。
なお、光電センサーに代えて、心電計、超音波センサーのような他のセンサーを用いるようにしてもよい。
また、機器本体３０は、図示しない通信部を備えている。この通信部は、機器本体３０が取得した各種の情報や記憶している情報、ＣＰＵ２１による演算結果等を外部に送信する。
表示部５０は、風防板５５を介して、電気光学パネル６０の表示内容をユーザーに視認させる。これにより、例えば前述した要素から取得した情報を、文字や画像として表示部５０に表示し、ユーザーに認識させることができる。
電気光学パネル６０としては、例えば、液晶表示素子、有機ＥＬ（Organic Electro Luminescence）表示素子、電気泳動表示素子、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）表示素子等が挙げられる。
図４では、一例として、電気光学パネル６０が反射型の表示素子（例えば反射型液晶表示素子、電気泳動表示素子等）である場合を図示している。このため、表示部５０は、電気光学パネル６０が備える導光板（図示せず）の光入射面に設けられた照明部６１を備えている。照明部６１としては、例えばＬＥＤ素子が挙げられる。このような照明部６１および導光板は、反射型表示素子のフロントライトとして機能する。
なお、電気光学パネル６０が透過型の表示素子（例えば透過型液晶表示素子等）である場合には、フロントライトに代えてバックライトを設けるようにすればよい。
また、電気光学パネル６０が自発光型の表示素子（例えば有機ＥＬ表示素子、ＬＥＤ表示素子等）である場合や、自発光型ではないものの外光を利用する表示素子である場合には、フロントライトやバックライトを省略することができる。
二次電池７０は、図示しない配線を介して回路基板２０に接続されている。これにより、二次電池７０から出力される電力を、前述した要素の駆動に用いることができる。また、太陽電池８０で発電した電力によって、二次電池７０を充電することができる。
以上、電子時計２００について説明したが、本発明の電子機器の実施形態は電子時計に限定されず、例えばアナログ時計、携帯電話端末、スマートフォン、タブレット端末、ウェアラブル端末、カメラ等であってもよい。
（太陽電池）
≪第１実施形態≫
次に、本発明の光電変換モジュールの第１実施形態を適用した太陽電池８０について詳述する。
太陽電池８０は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換モジュールである。
図５は、図４に示す電子時計２００のうち太陽電池８０のみを図示した平面図である。また、図６は、図５に示す太陽電池８０の分解斜視図である。
図５に示す太陽電池８０（光電変換モジュール）は、風防板５５と電気光学パネル６０との間に設けられ、４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ（光電変換素子）と、４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄと電気的に接続された配線基板８２と、を備えている。
セル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄは、それぞれ板状をなしており、その主面はＺ軸方向に向いている。また、セル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄは、後述するＳｉ基板８００を有しているが、Ｓｉ基板８００の互いに表裏の関係にある２つの主面のうち、風防板５５に臨む主面は、外部光を受光する受光面８４となる。一方、受光面８４の反対側の主面は、後述する電極を配置する電極面８５となる。なお、受光面８４に後述するテクスチャー構造が設けられている場合、そのテクスチャー構造を除いた面がＺ軸と直交している。
図５に示す太陽電池８０の平面視形状は、円環になっている。換言すれば、４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄがわずかな隙間を介して並ぶことにより、全体の平面視形状は、内縁形状（内形形状）および外縁形状（外形形状）がそれぞれ円形である円環になっている。
一方、前述したケース３１の開口部３５は、円形をなしていることから、その内縁は曲線を含んでいる。なお、ケース３１の開口部３５（の内縁）は、例えば直線と曲線とを含んでいてもよい。
また、「太陽電池８０の外縁」とは、太陽電池８０の輪郭のうち、開口部３５の外側に臨む部分のことをいい、「太陽電池８０の内縁」とは、太陽電池８０の輪郭のうち、開口部３５の中心側に臨む部分のことをいう。
また、４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄにおいて、それぞれの内縁および外縁は、互いに同じ中心を持つ円（同心円）の一部であることが好ましい。換言すれば、４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの集合体が円環をなすとき、その円環の内円と外円とが同心円であることが好ましい。これにより、とりわけ意匠性が高い電子時計２００を実現することができる。
なお、本実施形態では、４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの集合体によって太陽電池８０が構成されているが、セルの数は、１つであってもよく、２つ以上の任意の数であってもよい。
また、本実施形態では、太陽電池８０の平面視形状が円環になっているが、多重の円環であってもよい。
また、４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄのうち、１つ以上が省略されてもよく、セル同士の形状が互いに異なっていてもよい。
各セル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ同士の隙間の長さｄ（図３参照）は、特に限定されないが、０．０５ｍｍ以上３ｍｍ以下であるのが好ましく、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下であるのがより好ましい。隙間の長さｄを前記範囲内に設定することにより、受光面８４側から太陽電池８０を見たとき、後述する図７に示す端面８０８がより見えにくくなる。また、隙間の長さｄが短すぎることによる、太陽電池８０の組み立てにくさやセル同士が接触しやすくなるという問題を回避するという観点からも有用である。
また、太陽電池８０が含む半導体基板は、シリコン基板である。この半導体基板は、非晶質性を有していてもよいが、結晶性を有していることが好ましい。この結晶性とは、単結晶性または多結晶性のことをいう。このような結晶性を有する半導体基板を含むことにより、非晶質性を有する半導体基板を含む場合に比べて、より光電変換効率の高い太陽電池８０が得られる。かかる太陽電池８０は、仮に同じ電力を発電する場合、より面積を小さくすることを可能にする。このため、結晶性を有する半導体基板を含むことにより、光電変換効率と意匠性とをより高度に両立させた電子時計２００が得られる。
特に、半導体基板は、単結晶性を有するものが好ましい。これにより、太陽電池８０の光電変換効率が特に高められる。したがって、光電変換効率と意匠性との両立を最大限に図ることができる。また、特に、太陽電池８０の省スペース化が図られることにより、電子時計２００の意匠性をより高めることができる。さらに、室内光のような低照度光においても光電変換効率が低下しにくいという利点もある。
なお、単結晶性を有するとは、半導体基板全体が単結晶である場合の他、一部が多結晶または非晶質である場合も含む。後者の場合、単結晶の体積が相対的に大きい（例えば全体の９０体積％以上である）ことが好ましい。
また、太陽電池８０は、好ましくは裏面電極型とされる。具体的には、図６に示すように、４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの電極面８５上に、それぞれ電極パッド８６、８７（接続部）が設けられている。このうち、電極パッド８６は正極であり、一方、電極パッド８７は負極である。したがって、電極パッド８６および電極パッド８７から配線を介して電力を取り出すことができる。
このように裏面電極型では、全ての電極パッドを電極面８５（裏面）上に配置することができる。このため、受光面８４を最大限に大きくすることができ、受光面積の最大化に伴う発電量の向上を図ることができる。加えて、受光面８４側に電極パッドを設けることによる意匠性の低下を防止することができる。このため、電子時計２００の意匠性をさらに高めることができる。
また、太陽電池８０は、図５に示すように、１つのセルにおいて電極パッド８６および電極パッド８７をそれぞれ複数含んでいるのが好ましい。これにより、セル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄと配線基板８２との間を、電気的かつ機械的により確実に接続することができる。
また、複数の電極パッド８６は、太陽電池８０の外縁に沿って配置されている。一方、複数の電極パッド８７は、太陽電池８０の内縁に沿って配置されている。このような配置をとることにより、太陽電池８０の延在方向（周方向）に沿って接続点を確保することができる。このため、太陽電池８０をより確実に固定することができ、かつ、太陽電池８０と配線基板８２との間の接続抵抗を十分に低減させることができる。
図７は、図５に示す太陽電池８０の分解断面図である。また、図８は、図６に示すセル８０ａの受光面８４を示す平面図である。また、図９Ａは、図８のＡ－Ａ線断面図である。なお、図７では、後述するパッシベーション膜８１７の図示を省略している。
図７に示す太陽電池８０は、セル８０ａと配線基板８２とを備えている。
（（配線基板））
配線基板８２は、絶縁基板８２１と、その上に設けられた導電膜８２２と、を備えている。
配線基板８２は、４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄと重なるように設けられている。このような配線基板８２は、絶縁基板８２１と、その上に設けられた導電膜８２２と、導電膜８２２と重なる部分に開口部８２４を含む絶縁膜８２３と、を備えている。
なお、「配線基板８２が４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄと重なる」とは、配線基板８２の平面視において、配線基板８２が４つのセルのうちの少なくとも１つのセルと重なって見える状態をいう。また、その場合、１つのセルの全体と重なっている必要はなく、その少なくとも一部と重なっていればよい。
なお、本実施形態では、配線基板８２が４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの全てと重なっている。
絶縁基板８２１としては、例えばポリイミド基板、ポリエチレンテレフタレート基板のような各種樹脂基板が挙げられる。
導電膜８２２の構成材料としては、例えば銅または銅合金、アルミニウムまたはアルミニウム合金、銀または銀合金等が挙げられる。
絶縁膜８２３の構成材料としては、例えばポリイミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂のような各種樹脂材料が挙げられる。
また、絶縁基板８２１と絶縁膜８２３とは、接着層８２５を介して接着されている。
接着層８２５の構成材料としては、例えばエポキシ系接着材、シリコーン系接着材、オレフィン系接着材、アクリル系接着材等が挙げられる。
配線基板８２の厚さは、特に限定されないが、５０μｍ以上５００μｍ以下であるのが好ましく、１００μｍ以上３００μｍ以下であるのがより好ましい。配線基板８２の厚さを前記範囲内に設定することにより、配線基板８２に適度な可撓性が付与される。このため、配線基板８２に適度な変形能が付与されることとなり、例えばセル８０ａに応力が発生したとしても、配線基板８２の変形によってその応力の集中を緩和することができる。その結果、セル８０ａに反り等の不具合が発生するのを抑制することができる。
（（セル））
一方、セル８０ａは、Ｓｉ基板８００と、Ｓｉ基板８００に形成されたｐ＋不純物領域８０１およびｎ＋不純物領域８０２と、ｐ＋不純物領域８０１およびｎ＋不純物領域８０２に接続されているフィンガー電極８０４と、フィンガー電極８０４に接続されているバスバー電極８０５と、を備えている。なお、図７では、図示の便宜上、ｐ＋不純物領域８０１に接続されているバスバー電極８０５および電極パッド８６（正極）のみを図示し、ｎ＋不純物領域８０２に接続されているバスバー電極および電極パッド（負極）の図示を省略している。また、図７では、ｎ＋不純物領域８０２に接続されているｎ＋コンタクト８１１ｎ、フィンガー電極８０４およびｎ型ビア配線８１４ｎについて破線で示しており、これらのｎ＋コンタクト８１１ｎ、フィンガー電極８０４およびｎ型ビア配線８１４ｎがバスバー電極８０５と電気的に接続されていないことを表している。
なお、以下の説明では、セル８０ａを代表として説明するが、その説明はセル８０ｂ、８０ｃ、８０ｄについても同様である。
－Ｓｉ基板－
Ｓｉ基板８００としては、例えばＳｉ（１００）基板等が用いられる。なお、Ｓｉ基板８００の結晶面は、特に限定されず、Ｓｉ（１００）面以外の結晶面であってもよい。
Ｓｉ基板８００（半導体基板）の主要構成元素以外の不純物元素濃度は、できるだけ低いことが好ましいが、それぞれ１×１０１１［ａｔｏｍｓ／ｃｍ２］以下であるのがより好ましく、１×１０１０［ａｔｏｍｓ／ｃｍ２］以下であるのがさらに好ましい。不純物元素濃度が前記範囲内であることにより、Ｓｉ基板８００の不純物が光電変換に及ぼす影響を十分に小さく抑えることができる。これにより、小面積であっても十分な電力を発生させ得る太陽電池８０を実現することができる。さらに、室内光のような低照度光においても光電変換効率が低下しにくくなるという利点もある。
なお、Ｓｉ基板８００の不純物元素濃度は、例えばＩＣＰ－ＭＳ（Inductively Coupled Plasma - Mass Spectrometry）法により測定することができる。
また、ｐ＋不純物領域８０１に接続されているバスバー電極８０５の一部が後述するパッシベーション膜８０６から露出し、前述した電極パッド８６を構成している。一方、ｎ＋不純物領域８０２に接続されているバスバー電極８０５（図１０参照）の一部が後述するパッシベーション膜８０６から露出し、前述した電極パッド８７を構成している。
また、電極パッド８６は、図７に示すように、導電接続部８３を介して、配線基板８２と接続されている。同様に、電極パッド８７も、図示しない導電接続部を介して、配線基板８２と接続されている。
導電接続部８３としては、例えば導電ペースト、導電シート、金属材料、はんだ、ろう材等が挙げられる。
Ｓｉ基板８００の受光面８４には、テクスチャー構造が形成されている。このテクスチャー構造は、例えば任意の形状をなす凹凸形状のことをいう。具体的には、例えば受光面８４に形成された多数のピラミッド状突起で構成される。このようなテクスチャー構造を設けることにより、受光面８４における外部光の反射を抑制し、Ｓｉ基板８００に入射する光量の増大を図ることができる。また、受光面８４から入射した外部光をＳｉ基板８００の内部に閉じ込めることができ、光電変換効率を高めることができる。
なお、Ｓｉ基板８００が例えばＳｉ（１００）面を主面とする基板である場合、Ｓｉ（１１１）面を傾斜面とするピラミッド状突起がテクスチャー構造として好適に用いられる。
また、Ｓｉ基板８００の厚さは、特に限定されないが、５０μｍ以上５００μｍ以下であるのが好ましく、１００μｍ以上３００μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、太陽電池８０の光電変換効率と機械的特性との両立を図ることができる。また、電子時計２００の薄型化にも貢献することができる。
－パッシベーション膜－
また、太陽電池８０は、図９Ａに示すように、受光面８４上に設けられたパッシベーション膜８１７（無機膜）を備えている。このようなパッシベーション膜８１７を設けることにより、受光によって生成された少数キャリアーが受光面８４において消滅するのを抑制することができる。
パッシベーション膜８１７の構成材料は、無機材料である。かかる無機材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素のようなケイ素化合物、酸化ニオブ、酸化チタン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化ランタンのような金属酸化物、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化バリウム、フッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化ランタンのようなフッ化物等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を含む複合材料が用いられる。
また、パッシベーション膜８１７は、光透過性を有する。このため、パッシベーション膜８１７は、その屈折率が適宜調整されることにより、反射防止膜としても機能する。このような反射防止膜としての機能が付加されることにより、受光面８４からＳｉ基板８００に入射する光量を増やし、光電変換効率を高めることができる。
さらに、パッシベーション膜８１７（無機膜）は、ケイ素化合物または金属酸化物を含むことが好ましい。このような材料は、光透過性および耐光性が特に良好である。このため、これらの材料は、パッシベーション膜８１７の構成材料として特に有用である。
その一方、パッシベーション膜８１７による反射防止効果は、パッシベーション膜８１７による光の干渉に基づくものであるため、その効果が奏される波長範囲は、パッシベーション膜８１７の屈折率および膜厚等によって左右される。このため、パッシベーション膜８１７は、特定の波長範囲の反射率を低下させる効果を有する一方、それ以外の波長範囲について反射率を十分に低下させることができない。その結果、反射率が下げられない波長範囲については、反射光となって観察者に色を認識させることとなる。
なお、パッシベーション膜８１７は、互いに異なる構成材料を有する複数層で構成されていてもよい。これにより、反射防止の効果を奏する波長範囲を広げることができ、より広い波長範囲において入射効率を高めることができる。その結果、仮に全ての波長範囲において反射率を下げることができれば、観察者には黒色に近い色を認識させることができる。しかしながら、多くの場合、完全な黒色を実現することは困難であり、かえって吸収率が高くなってしまうこともあるため、これらを考慮して積層数が設定される。
以上のような理由から、パッシベーション膜８１７で反射された光を観察したとき、パッシベーション膜８１７の構成に応じて反射光の波長、すなわち色が決定され、観察者は特定の色を認識することになる。
また、図８に示すセル８０ａでは、受光面８４に設けるパッシベーション膜８１７の膜厚を部分的に異ならせている。その結果、図８に示すセル８０ａでは、受光面８４に文字が配置されている。換言すれば、文字として認識可能な反射光の色の差異をもたらすパターンが配置されている。
具体的には、本実施形態に係る受光面８４には、前述したようなテクスチャー構造が形成されているが、全面に形成されているのではなく、図９Ａに示すように、テクスチャー構造が形成されている部分、すなわち粗面部８４１と、テクスチャー構造が形成されていない部分、すなわち平滑部８４２と、を含むように、部分的にテクスチャー構造が形成されている。したがって、粗面部８４１の表面粗さは、平滑部８４２の表面粗さよりも大きくなっている。
このような粗面部８４１および平滑部８４２にそれぞれ重なるようにパッシベーション膜８１７が設けられていると、パッシベーション膜８１７のうち、粗面部８４１に重なっている部分の膜厚ｔ１は、図９Ａに示すように、平滑部８４２に重なっている部分の膜厚ｔ２よりも小さくなっている。すなわち、パッシベーション膜８１７には、膜厚ｔ２の厚膜部分８１７２と、それよりも膜厚が小さい膜厚ｔ１の薄膜部分８１７１と、が含まれている。このようなパッシベーション膜８１７が成膜されている受光面８４を観察すると、観察者は、薄膜部分８１７１と厚膜部分８１７２とで互いに異なる色を認識することとなる。すなわち、薄膜部分８１７１と厚膜部分８１７２とで光の干渉に伴って減衰する波長が異なるため、観察される反射光の色が互いに異なる。
このため、例えば粗面部８４１を背景とし、平滑部８４２を文字や図形、模様等（以下、省略して「文字等」という。）を表すようにそれぞれをパターニングすれば、文字等と背景とで互いに色が異なるため、観察者に対し、その文字等の存在を認識させることができる。すなわち、本実施形態によれば、塗料等を用いることなく、受光面８４に対して文字等を配置することができる。このため、セル８０ａの光電変換効率を高めつつ、デザイン性を高めることができる。
なお、受光面８４を観察したとき、前述した文字等とその背景の色は、薄膜部分８１７１と厚膜部分８１７２の、屈折率および膜厚によって主に決定される。このうち、屈折率は、パッシベーション膜８１７の構成材料によって決まる。このため、薄膜部分８１７１の構成材料と厚膜部分８１７２の構成材料とを異ならせることにより、双方の屈折率を異ならせることができ、それに応じて文字等と背景の色を制御することができる。
一方、このように構成材料を異ならせることは、製造方法が煩雑になり、製造コストも高くなる傾向がある。このため、本実施形態では、構成材料は同じにする一方、膜厚を異ならせている。そして、膜厚ｔ１および膜厚ｔ２をそれぞれ調整することにより、文字等と背景の色を制御することができる。
また、膜厚ｔ１と膜厚ｔ２との差異は、パッシベーション膜８１７を成膜する際、原料の供給量を異ならせることによって形成されてもよいが、下地の表面粗さの差異、すなわち、粗面部８４１と平滑部８４２の表面粗さの差異によって形成されてもよい。これにより、単にパッシベーション膜８１７を成膜するのみで膜厚ｔ１と膜厚ｔ２との差異を形成することができるため、製造方法の簡略化を図ることができる。
以上のように、本実施形態に係るセル８０ａ（光電変換素子）は、平滑部８４２と、平滑部８４２よりも表面粗さが大きい粗面部８４１と、を含む受光面８４を有する結晶性のＳｉ基板８００と、平滑部８４２および粗面部８４１にそれぞれ重なって設けられ、光透過性を有するパッシベーション膜８１７（無機膜）と、を有し、パッシベーション膜８０７のうち、粗面部８４１に重なっている部分、すなわち薄膜部分８１７１の膜厚ｔ１は、平滑部８４２に重なっている部分、すなわち厚膜部分８１７２の膜厚ｔ２より小さい。
このようなセル８０ａによれば、粗面部８４１のパターンと平滑部８４２のパターンを適宜設定することにより、塗料等を用いることなく、受光面８４に対して文字等を配置することができる。その結果、光電変換効率が高く、かつデザイン性が高いセル８０ａを実現することができる。
なお、受光面８４に配置される文字等は、前述したように、文字等と背景との色の差に基づいて観察者に認識されるが、本明細書における「色」とは、色相および彩度からなる色度と、明度と、を含む概念である。そして、色相、彩度および明度のうちの少なくとも１つの要素が異なる場合、色が異なるとする。したがって、例えば色度が同じで明度が異なる場合、あるいは、明度が同じで色度が異なる場合、のいずれも色が異なるとする。
また、本実施形態では、膜厚ｔ１と膜厚ｔ２との差のみでなく、粗面部８４１の表面粗さと平滑部８４２の表面粗さとの差も付随している。後者は、梨地調・マット調とミラー調との差という質感の違いも付加することができる。これにより、単に色の違いのみでなく、質感の違いによっても文字等を認識させることができ、デザイン性を高めることに寄与する。
なお、前述した膜厚ｔ１と膜厚ｔ２との差は、前述したように、文字等の色および背景の色に応じて適宜設定されるが、一例として、膜厚ｔ１が膜厚ｔ２の４０％以上９５％以下に設定されるのが好ましく、５０％以上８５％以下に設定されるのがより好ましい。これにより、薄膜部分８１７１からの反射光と厚膜部分８１７２からの反射光との間で色度や明度の差を十分に広げることができる。特に、膜厚の差は、色度の差を形成することができる。したがって、文字等の色度と背景の色度との差を十分に広げることができ、よりコントラストが高く、視認性が高い文字等を形成することができる。
また、膜厚ｔ２は、特に限定されないが、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であるのが好ましく、２０ｎｍ以上１５０ｎｍ以下であるのがより好ましく、３０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下であるのがさらに好ましい。膜厚ｔ２が前記範囲内であれば、可視光についての反射率を十分に下げることができる。このため、入射率を十分に高めつつ、色度において十分な差を形成しやすくなる。その結果、より視認性が高い文字等を形成することができる。
なお、膜厚ｔ１および膜厚ｔ２は、それぞれ例えばセル８０ａの断面を電子顕微鏡等で観察し、幅１００μｍの範囲内において薄膜部分８１７１および厚膜部分８１７２の厚さを平均することによって求められる。
また、粗面部８４１の算術平均粗さＲａは、０．１μｍ以上であるのが好ましく、０．２μｍ以上０．４μｍ以下であるのがより好ましい。粗面部８４１の算術平均粗さＲａを前記範囲内に設定することにより、十分に有効なテクスチャー構造を粗面部８４１に設けることができる。すなわち、必要かつ十分な高さの凹凸形状が設けられていることになるため、受光面８４で十分な多重反射を生じさせることができ、反射率を十分に低減させることができる。
なお、算術平均粗さＲａが前記上限値を上回ってもよいが、そのような粗面部８４１を形成するのに長時間を要することになり、併せて、反射率にムラが生じて色が不均一になるおそれがある。
ここで、図９Ｂは、粗面部８４１の算術平均粗さＲａの大きさとその粗面部８４１の平面視における電子顕微鏡像および断面イメージとの関係を示す図である。
図９Ｂに示すように、粗面部８４１の算術平均粗さＲａが０．１μｍ以上であって０．２μｍ未満である場合、テクスチャー構造が形成されるものの、その凹凸高さはやや小さい。
これに対し、粗面部８４１の算術平均粗さＲａが０．２μｍ以上０．４μｍ以下である場合、十分な凹凸高さのテクスチャー構造が形成され、かつ、電子顕微鏡像および断面イメージに示すように各凹凸の高さが均一になりやすい。このため、反射光の色の均一化が図られやすい。
また、粗面部８４１の算術平均粗さＲａが０．４μｍ超である場合、断面イメージに示すように凹凸高さが不均一になりやすい。これは、Ｓｉ基板８００の表層だけでなく内部の層もテクスチャー構造の形成に寄与するため、その寄与の度合いに応じて凹凸高さが不均一になりやすいからである。このため、反射光の色にムラが生じるおそれがある。
また、粗面部８４１の算術平均粗さＲａと、平滑部８４２の算術平均粗さＲａと、の差は、０．０１μｍ以上であるのが好ましく、０．１μｍ以上であるのがより好ましく、０．２μｍ以上０．４μｍ以下であるのがさらに好ましい。算術平均粗さＲａの差を前記範囲内に設定することにより、膜厚ｔ１と膜厚ｔ２との差が前記範囲内に収まる程度に広く確保することができる。その結果、より視認性が高い文字等を形成することができる。
なお、粗面部８４１の算術平均粗さＲａは、ＪＩＳ Ｒ １６８３：２００７に規定された方法に準じて測定される。また、測定装置としては、例えば、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）のような分析装置が用いられ、測定範囲は、例えば５μｍ角の範囲とされる。
ここで、図９Ｃは、粗面部８４１の算術平均粗さＲａと平滑部８４２の算術平均粗さＲａとの差と、文字等の視認性ならびに粗面部８４１および平滑部８４２のそれぞれの形成容易性と、の関係を示す図である。なお、以下の説明では、粗面部８４１の算術平均粗さＲａと平滑部８４２の算術平均粗さＲａとの差を、省略して「表面粗さの差」という。また、図９Ｃにおいて、上述した視認性および形成容易性について、良好な方から順に◎、○、△、×の４段階で評価している。
図９Ｃに示すように、表面粗さの差が０．０１μｍ未満である場合、視認性および形成容易性のいずれも×の評価になっている。一方、表面粗さの差が０．０１μｍ以上である場合、△または○の評価になり、表面粗さの差が０．１μｍ以上０．４μｍ以下である場合、視認性および形成容易性の双方が◎の評価になっている。
一方、平滑部８４２の算術平均粗さＲａは、特に限定されないが、０．１μｍ未満であるのが好ましく、０．０１μｍ以下であるのがより好ましい。平滑部８４２の算術平均粗さＲａを前記範囲内に設定することにより、例えばＳｉウエハーの表面をそのまま平滑部８４２として利用することができる。これにより、平滑部８４２を容易に製造することができる。また、平滑部８４２は、パッシベーション膜８１７との界面で均一な反射が生じる領域となるため、粗面部８４１とのコントラストがより大きくなり、より視認性が高い文字等を形成することができる。
なお、本実施形態では、平滑部８４２として、テクスチャー構造のような凹凸形状が形成されていない領域を用いているが、本発明はこれに限定されず、前述した表面粗さの範囲内で微小な凹凸形状が形成されていてもよい。
また、粗面部８４１は、表面粗さが段階的に異なる領域を含んでいてもよい。すなわち、粗面部８４１には、表面粗さが相対的に大きい領域と、その領域よりも表面粗さが小さい領域と、を含んでいてもよい。これにより、受光面８４には、平滑部８４２と合わせて実質的に表面粗さが３段階以上異なる領域が形成されることになり、それに伴ってパッシベーション膜８１７の膜厚も３段階以上異なる領域が形成されることとなる。その結果、互いに反射光の色が異なる３つ以上の領域を配置することが可能になる。
また、セル８０ａにおける粗面部８４１の面積は、セル８０ａにおける平滑部８４２の面積以下であってもよいが、平滑部８４２の面積より大きいことが好ましい。これにより、受光面８４において、テクスチャー構造を有する粗面部８４１を、支配的に設定することができる。このため、テクスチャー構造に基づく反射防止効果をより増大させることができるので、Ｓｉ基板８００に入射する光量を十分に増やしつつ、受光面８４に視認性が高い文字等を配置することができる。この場合、セル８０ａにおける粗面部８４１の合計の面積は、セル８０ａにおける平滑部８４２の合計の面積の１０１％以上であるのが好ましく、２００％以上であるのがより好ましく、３００％以上であるのがさらに好ましい。
また、セル８０ａにおける粗面部８４１の面積は、セル８０ａにおける受光面８４全体の面積の５０％以上であるのが好ましく、７０％以上であるのがより好ましく、９０％以上であるのがさらに好ましい。粗面部８４１の面積を前記範囲内に設定することにより、Ｓｉ基板８００に入射する光量を十分に確保し、光電変換効率を高めることができる。
一方、セル８０ａは、電極面８５上に設けられたパッシベーション膜８０６を備えている。このようなパッシベーション膜８０６を設けることにより、各部の絶縁を図るとともに、受光によって生成された少数キャリアーが電極面８５において消滅するのを抑制することができる。
また、フィンガー電極８０４とＳｉ基板８００との間、および、バスバー電極８０５とフィンガー電極８０４との間は、それぞれ層間絶縁膜８０７を介して絶縁されている。
パッシベーション膜８０６や層間絶縁膜８０７の構成材料としては、例えば、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム等が挙げられる。
－電極および電極パッド（接続部）－
図１０は、図６に示すセル８０ａの電極面８５を示す平面図である。なお、図１０では、前述したパッシベーション膜８０６およびバスバー電極８０５に覆われているフィンガー電極８０４を透視するように図示している。また、図１０では、バスバー電極８０５の輪郭のみを一点鎖線で図示している。
また、図１１は、図１０に示す平面図のうちフィンガー電極８０４を選択的に示す図であり、図１２は、図１０に示す平面図のうちバスバー電極８０５および電極パッド８６、８７を選択的に示す図である。フィンガー電極８０４およびバスバー電極８０５は、互いに階層が異なるため、図１１および図１２において階層別に分けて図示している。
なお、以下の説明では、セル８０ａを代表として説明するが、その説明はセル８０ｂ、８０ｃ、８０ｄについても同様である。
セル８０ａは、図１０～図１２に示すように、Ｓｉ基板８００を備えている。このＳｉ基板８００は、輪郭に２つの円弧を含んでいる。このうち、図５に示す円環の外縁の一部に相当する円弧が基板外縁８００ａであり、円環の内縁の一部に相当する円弧が基板内縁８００ｂである。
また、図１０～図１２に示すセル８０ａは、Ｓｉ基板８００に形成された図７に示すｐ＋不純物領域８０１（第１導電型不純物領域）を覆うように設けられたｐ型フィンガー電極８０４ｐと、ｐ＋不純物領域８０１とｐ型フィンガー電極８０４ｐとの間を電気的に接続するｐ＋コンタクト８１１ｐと、を備えている。
また、図１０～図１２に示すセル８０ａは、Ｓｉ基板８００に形成された図７に示すｎ＋不純物領域８０２（第２導電型不純物領域）を覆うように設けられたｎ型フィンガー電極８０４ｎと、ｎ＋不純物領域８０２とｎ型フィンガー電極８０４ｎとの間を電気的に接続するｎ＋コンタクト８１１ｎと、を備えている。
そして、ｐ＋コンタクト８１１ｐは、１つのｐ型フィンガー電極８０４ｐに対して複数設けられている。したがって、それに応じて、図７に示すｐ＋不純物領域８０１も、１つのｐ型フィンガー電極８０４ｐに対して複数設けられている。これにより、受光によって発生した正孔（キャリアー）を効率よく取り出すことができる。
同様に、ｎ＋コンタクト８１１ｎは、１つのｎ型フィンガー電極８０４ｎに対して複数設けられている。したがって、それに応じて、図７に示すｎ＋不純物領域８０２も、１つのｎ型フィンガー電極８０４ｎに対して複数設けられている。これにより、受光によって発生した電子（キャリアー）を効率よく取り出すことができる。
ｐ＋コンタクト８１１ｐおよびｎ＋コンタクト８１１ｎの構成材料は、例えば、前述したフィンガー電極８０４の構成材料と同様のものから適宜選択される。
なお、前述したフィンガー電極８０４は、ｐ型フィンガー電極８０４ｐおよびｎ型フィンガー電極８０４ｎの双方を指している。
また、図１０および図１１では、ｐ＋コンタクト８１１ｐおよびｎ＋コンタクト８１１ｎに対して相対的に密なドットを付し、フィンガー電極８０４に対して相対的に疎なドットを付している。
さらに、図１０では、パッシベーション膜８０６で覆われている部位は、破線または鎖線で示し、パッシベーション膜８０６から露出している部位を、実線で示している。
図１０に示すように、ｐ型バスバー電極８０５ｐおよびｎ型バスバー電極８０５ｎは、それぞれパッシベーション膜８０６に覆われている。これにより、外部環境からこれらの電極が保護されている。
・電極パッド（接続部）
一方、パッシベーション膜８０６の一部にはビアホールが設けられ、ｐ型バスバー電極８０５ｐおよびｎ型バスバー電極８０５ｎの一部が露出している。このうち、ｐ型バスバー電極８０５ｐの露出面が前述した電極パッド８６（正極の接続部）となり、ｎ型バスバー電極８０５ｎの露出面が前述した電極パッド８７（負極の接続部）となる。すなわち、ｐ型バスバー電極８０５ｐの一部であり、パッシベーション膜８０６に設けられたビアホールから露出したｐ型バスバー電極８０５ｐの露出面を電極パッド８６といい、同様に、ｎ型バスバー電極８０５ｎの一部であり、パッシベーション膜８０６に設けられたビアホールから露出してｎ型バスバー電極８０５ｎの露出面を電極パッド８７という。
また、本実施形態に係るセル８０ａは、図１２に示すように、電極パッド８６および電極パッド８７をそれぞれ複数含んでいる。
複数の電極パッド８６は、図１０および図１２に示すように、基板外縁８００ａに沿って配列されている。つまり、電極パッド８６の配列軸が基板外縁８００ａとほぼ平行になっている。一方、複数の電極パッド８７は、基板内縁８００ｂに沿って配列されている。つまり、電極パッド８７の配列軸が基板内縁８００ｂとほぼ平行になっている。このような配置をとることにより、セル８０ａの延在方向（基板外縁８００ａに含まれる円弧の周方向）に沿って配線基板８２との接続点を確保することができる。このため、セル８０ａを配線基板８２に対してより確実に固定することができ、かつ、セル８０ａと配線基板８２との間の接続抵抗を十分に低減させることができる。
なお、前述したように、セル８０ａは複数のフィンガー電極８０４を備えているが、その本数は特に限定されず、Ｓｉ基板８００ならびにフィンガー電極８０４の大きさおよびピッチ等に応じて適宜設定される。
ここで、図１３は、図１０に示す光電変換素子の変形例を示す平面図であって、フィンガー電極８０４の本数を図１０とは異ならせた例である。なお、図１３では、セル８０ａのうち、Ｓｉ基板８００、フィンガー電極８０４および電極パッド８６、８７以外の部位の図示を省略している。また、図１３では、ｐ型フィンガー電極８０４ｐに密なドットを付し、ｎ型フィンガー電極８０４ｎに疎なドットを付している。
このようにしてフィンガー電極８０４の本数を増やす、つまり、ｐ＋不純物領域８０１やｎ＋不純物領域８０２の配設密度を高めることにより、セル８０ａにおける光電変換効率を高めやすくなる。
また、図１３では、フィンガー電極８０４が並ぶ方向において、ｐ型フィンガー電極８０４ｐとｎ型フィンガー電極８０４ｎとが交互に配列されたパターンになっている。
さらに、電極パッド８６、８７を挟む両側については、前述したように、電極パッド８６、８７を挟んでｐ型フィンガー電極８０４ｐとｎ型フィンガー電極８０４ｎとが向かい合っている。つまり、図１３では、図１０と同様、電極パッド８６、８７の短軸方向における両側に位置する不純物領域は、互いに異なる極性を有する不純物領域になっている。
そして、ｐ＋不純物領域８０１がｐ型フィンガー電極８０４ｐおよびｐ型バスバー電極８０５ｐを介して電極パッド８６に接続され、ｎ＋不純物領域８０２がｎ型フィンガー電極８０４ｎおよびｎ型バスバー電極８０５ｎを介して電極パッド８７に接続されている。
なお、Ｓｉ基板８００の平面視形状は、上記に限定されず、いかなる形状、例えば長方形や正方形のような四角形、六角形、八角形のような多角形、真円、楕円、長円のような円形等であってもよい。
また、本実施形態に係るセル８０ａでは、前述したように、電極パッド８６、８７がそれぞれ複数個ずつ設けられている。このような配置になっていることにより、これらの接続部に接合される導電接続部８３も同様の配置になる。したがって、セル８０ａは、これらの端子の位置を支持点として、配線基板８２に多点支持されることとなる。これにより、接続抵抗の低減および接続強度の向上をより強化することができる。
電極パッド８６、８７の１つの面積は、Ｓｉ基板８００の大きさに応じて若干異なるものの、０．０５ｍｍ２以上５ｍｍ２以下であることが好ましく、０．１ｍｍ２以上３ｍｍ２以下であることがより好ましい。これにより、接続抵抗の低減および接続強度の向上を十分に図りつつ、電極パッド８６、８７を設けることに伴う少数キャリアーの収集ロスも十分に抑えることができる。
なお、電極パッド８６、８７の配置は、図示のものに限定されず、例えば電極パッド８６の列の位置と電極パッド８７の列の位置とが入れ替わっていてもよい。すなわち、正極の接続部が基板内縁８００ｂ側に配置され、負極の接続部が基板外縁８００ａ側に配置されていてもよい。
また、電極パッド８６、８７の形状も、特に限定されず、いかなる形状であってもよい。一例として、図１２および図１３に示す電極パッド８６、８７の形状は、それぞれ長方形であるが、真円、楕円、長円のような円形であってもよく、三角形、六角形、八角形のような多角形であってもよく、それ以外の形状であってもよい。
さらに、電極パッド８６同士、電極パッド８７同士、および、電極パッド８６と電極パッド８７との間で、互いに形状が同じであるのが好ましいが、互いに異なっていてもよい。
また、基板外縁８００ａおよび基板内縁８００ｂは、互いに同心の円弧を含むことが好ましい。すなわち、基板外縁８００ａは、相対的に大径の円弧を含み、基板内縁８００ｂは、基板外縁８００ａと同心でかつ相対的に小径の円弧を含むことが好ましい。これにより、フィンガー電極８０４およびバスバー電極８０５の設計が容易になるとともに、セル８０ａの構造のバランスが最適化される。その結果、セル８０ａにおいて反り等の変形が発生しにくくなる。
なお、基板外縁８００ａおよび基板内縁８００ｂは、その一部または全部が直線であってもよいし、円弧以外の曲線を含んでいてもよいし、互いに同心ではない円弧を含んでいてもよい。
ただし、本実施形態では、Ｓｉ基板８００の輪郭は、曲線を含んでいる。これにより、セル８０ａは、電子時計２００の意匠性をより高めることに寄与する。
なお、この曲線は、製造技術の制約上、角数の多い多角形の一部として製造される場合もあるが、本明細書における曲線はそのような多角形の一部についても含む概念である。
また、基板外縁８００ａは基板内縁８００ｂよりも長くなる。これを考慮すれば、基板外縁８００ａ側に位置する電極パッド８６の数は、基板内縁８００ｂ側に位置する電極パッド８７の数よりも多いことが好ましい。
また、本実施形態では、電極パッド８６、８７が設けられている部分には、ｐ＋不純物領域８０１（図７参照）、ｎ＋不純物領域８０２（図７参照）、ｐ＋コンタクト８１１ｐおよびｎ＋コンタクト８１１ｎが、それぞれ平面視で重ならないように配置されている（図１０参照）。
すなわち、Ｓｉ基板８００の主面を平面視したとき、電極パッド８６（接続部）は、ｐ＋不純物領域８０１およびｎ＋不純物領域８０２とずれるように配置されている。また、それにより自ずと、電極パッド８６は、ｐ＋コンタクト８１１ｐおよびｎ＋コンタクト８１１ｎとずれるように配置されている。
同様に、Ｓｉ基板８００の主面を平面視したとき、電極パッド８７（接続部）は、ｐ＋不純物領域８０１およびｎ＋不純物領域８０２とずれるように配置されている。また、それにより自ずと、電極パッド８７は、ｐ＋コンタクト８１１ｐおよびｎ＋コンタクト８１１ｎとずれるように配置されている。
これにより、例えば電極パッド８６、８７に導電接続部８３が接合された後、その接合部が破損したとしても、ｐ＋不純物領域８０１およびｎ＋不純物領域８０２に損傷が及んでしまうのを抑制することができる。したがって、より信頼性の高いセル８０ａが得られる。
また、上記のような配置であることにより、電極パッド８６、８７は、その平坦性等の形状においてｐ＋不純物領域８０１やｎ＋不純物領域８０２の影響を受けることがなくなる。このため、平坦性が高く、接触不良を発生させにくい電極パッド８６、８７が得られる。
なお、このような配置は、必ずしも限定されるものではなく、例えば、電極パッド８６、８７は、ｐ＋不純物領域８０１、ｎ＋不純物領域８０２、ｐ＋コンタクト８１１ｐおよびｎ＋コンタクト８１１ｎのいずれかと平面視で重なっていてもよい。
・フィンガー電極
フィンガー電極８０４は、図１１に示すように、基板外縁８００ａが含む曲線の垂線ＰＬの延伸方向に延在しているのが好ましい。すなわち、セル８０ａは、曲線を含む基板外縁８００ａと、基板外縁８００ａの内側に位置し曲線を含む基板内縁８００ｂと、を有するＳｉ基板８００と、Ｓｉ基板８００の一方の面に設けられている複数のフィンガー電極８０４と、を備え、フィンガー電極８０４は、基板外縁８００ａが含む曲線の垂線方向に延在しているのが好ましい。これにより、基板外縁８００ａが円弧である場合、フィンガー電極８０４は、その円弧の中心Ｏから放射状に延伸する直線に沿って延在することとなる。
一方、本実施形態に係るセル８０ａでは、前述した垂線ＰＬが基板内縁８００ｂにも直交している。
また、前述した垂線ＰＬは、基板外縁８００ａの円弧の中心Ｏを通過していることが好ましい。すなわち、この円弧が真円またはそれに近い形状の一部であることが好ましい。これにより、フィンガー電極８０４の設計が容易になるとともに、セル８０ａの構造のバランスが最適化される。その結果、セル８０ａにおける反り等の変形がより発生しにくくなる。
また、セル８０ａには、複数のフィンガー電極８０４が設けられている。このため、これらのフィンガー電極８０４は、基板外縁８００ａに沿って配列される（並ぶ）こととなる。換言すれば、配列軸が基板外縁８００ａとほぼ平行であるということができる。このように配列させることで、各フィンガー電極８０４の形状や面積を均一化することができ、セル８０ａの構造の均一化を図ることができる。その結果、セル８０ａにおける反り等の変形が発生しにくくなる。加えて、フィンガー電極８０４を、Ｓｉ基板８００に対してできるだけ隙間なく敷き詰めることができる。これにより、フィンガー電極８０４は、Ｓｉ基板８００の電極面８５側において、受光面８４から入射した光を反射するための反射膜としても機能する。すなわち、フィンガー電極８０４が隙間なく敷き詰められることにより、受光面８４から入射しＳｉ基板８００を透過してしまった光を、フィンガー電極８０４においてより高い確率で反射させることができる。これにより、光電変換に寄与する光量を増やすことでき、光電変換効率の向上を図ることができる。
さらに、少なくとも互いに隣り合うフィンガー電極８０４同士は、形状や面積等が互いに異なっていてもよいが、互いに同一形状であり、かつ、互いに同一面積であることが好ましい。これにより、セル８０ａの構造のさらなる均一化が図られることとなる。
なお、同一形状、同一面積および平行とは、それぞれ、製造時に発生する誤差を許容する概念である。
また、フィンガー電極８０４が基板外縁８００ａに沿って配列される場合、ｐ型フィンガー電極８０４ｐとｎ型フィンガー電極８０４ｎとが交互に並んでいるのが好ましいが、このような配列パターンに限定されるものではなく、一部または全部が異なる配列パターンであってもよい。
また、フィンガー電極８０４の輪郭は、いかなる形状であってもよいが、図１１では、基板外縁８００ａに臨むフィンガー電極外縁８１２と、基板内縁８００ｂに臨むフィンガー電極内縁８１３と、を有している。そして、フィンガー電極外縁８１２の長さは、フィンガー電極内縁８１３の長さより長くなっている。つまり、図１１に示すフィンガー電極８０４は、基板外縁８００ａの延在方向における長さを「幅」とするとき、フィンガー電極内縁８１３からフィンガー電極外縁８１２に向かうにつれて徐々に幅が広くなっている。
このような輪郭形状を有するフィンガー電極８０４によれば、フィンガー電極８０４同士の隙間を一定にしながら、フィンガー電極８０４をＳｉ基板８００に対してできるだけ隙間なく敷き詰めることが可能になる。このため、フィンガー電極８０４同士の絶縁性を確保しつつ、フィンガー電極８０４による反射膜としての機能をより高めることができる。
なお、本実施形態では、電極パッド８６、８７を通過するように図１１に示す垂線ＰＬと同様の垂線を引いたとき、その垂線上には、ｐ＋不純物領域８０１（図７参照）およびｎ＋不純物領域８０２（図７参照）が設けられていない。また、それに伴って、フィンガー電極８０４も設けられていない。
このような本実施形態では、構造を比較的単純にしやすいため、製造容易性が高く、製造歩留まりが高いものとなる。
なお、上記構成は、これに限定されるものではなく、例えば、電極パッド８６、８７を通過する垂線上にも、ｐ＋不純物領域８０１およびｎ＋不純物領域８０２が設けられていてもよい。
また、図１１に示す２本の垂線ＰＬは、互いに隣り合う２つのフィンガー電極８０４の幅の中心を通過している。また、前述したように各垂線ＰＬは、基板外縁８００ａの円弧の中心Ｏを通過している。したがって、２本の垂線ＰＬ同士がなす角度θは、隣り合うフィンガー電極８０４同士のピッチに相当する。この角度θは、Ｓｉ基板８００におけるキャリアー移動度等に応じて適宜設定されるが、一例として０．０５°以上１°以下であるのが好ましく、０．１°以上０．５°以下であるのがより好ましい。これにより、各フィンガー電極８０４に対応して設けられるコンタクト同士のピッチや不純物領域同士のピッチが最適化されるため、受光により発生したキャリアーの取り出し効率が向上する。その結果、光電変換効率が特に高いセル８０ａが得られる。
また、フィンガー電極８０４の幅は、上記と同様の観点から、５μｍ以上１００μｍ以下であるのが好ましく、１０μｍ以上５０μｍ以下であるのがより好ましい。
一方、フィンガー電極８０４同士の間隔は、１μｍ以上５０μｍ以下であるのが好ましく、３μｍ以上３０μｍ以下であるのがより好ましい。これにより、フィンガー電極８０４同士の絶縁を図りつつ、フィンガー電極８０４が占める面積を十分に大きくすることができる。
・バスバー電極
一方、セル８０ａは、図１０および図１２に示すように、複数のフィンガー電極８０４を跨ぐように、かつ、これらのフィンガー電極８０４を覆うように設けられたｐ型バスバー電極８０５ｐおよびｎ型バスバー電極８０５ｎを備えている。そして、ｐ型バスバー電極８０５ｐは、ｐ型ビア配線８１４ｐを介して複数のｐ型フィンガー電極８０４ｐと電気的に接続されており、ｎ型バスバー電極８０５ｎは、ｎ型ビア配線８１４ｎを介して複数のｎ型フィンガー電極８０４ｎと電気的に接続されている。
また、ｐ型ビア配線８１４ｐは、１つのｐ型バスバー電極８０５ｐに対して複数設けられている。同様に、ｎ型ビア配線８１４ｎも、１つのｎ型バスバー電極８０５ｎに対して複数設けられている。
ｐ型ビア配線８１４ｐおよびｎ型ビア配線８１４ｎの構成材料は、例えば、前述したバスバー電極８０５の構成材料と同様のものから適宜選択される。
なお、前述したバスバー電極８０５は、ｐ型バスバー電極８０５ｐおよびｎ型バスバー電極８０５ｎの双方を指している。
また、図１２では、ｐ型ビア配線８１４ｐおよびｎ型ビア配線８１４ｎに対して相対的に密なドットを付し、バスバー電極８０５に対して相対的に疎なドットを付している。
ここで、バスバー電極８０５の延在方向は、図１０および図１２に示すように、フィンガー電極８０４の延在方向と交差している。すなわち、前述したように、フィンガー電極８０４が基板外縁８００ａの垂線方向に延在しているのに対し、バスバー電極８０５は、基板外縁８００ａと平行な方向に延在している。したがって、図１０に示すようにＳｉ基板８００を平面視したとき、フィンガー電極８０４とバスバー電極８０５とがほぼ直交することとなる。これにより、複数のフィンガー電極８０４を跨ぐようにバスバー電極８０５が配置されることになるので、双方の交差部にｐ型ビア配線８１４ｐまたはｎ型ビア配線８１４ｎが配置された場合、バスバー電極８０５が効果的な集電体となる。
なお、「平行な方向」とは、バスバー電極８０５と基板外縁８００ａとがほぼ一定の距離を保ちながら変位している状態を指す。そして、「一定の距離を保ちながら」とは、バスバー電極８０５の全長にわたって、双方の離間距離の変化幅が、離間距離の最大値の１００％以下（好ましくは離間距離の平均値の１０％以下）である状態を指す。
また、フィンガー電極８０４とバスバー電極８０５との交差角度は、９０°に限定されず、鋭角側の角度が３０°以上９０°未満程度であってもよい。また、バスバー電極８０５は、必ずしも基板外縁８００ａと平行でなくてもよく、直線状に延在するものであってもよい。
また、前述したように、本実施形態に係るバスバー電極８０５は、Ｓｉ基板８００の厚さ方向においてフィンガー電極８０４と重なっている。これにより、バスバー電極８０５の配置に必要なスペースを確保する必要がないため、Ｓｉ基板８００においてフィンガー電極８０４やｐ＋不純物領域８０１およびｎ＋不純物領域８０２を配置するスペースをより広く確保することができる。その結果、取り出せるキャリアーの数が増えるとともに、フィンガー電極８０４およびバスバー電極８０５の反射膜としての機能が向上するため、光電変換効率をより高めることができる。
なお、バスバー電極８０５は、図７に示す層間絶縁膜８０７を介してフィンガー電極８０４と絶縁されている一方、層間絶縁膜８０７の一部を貫通するｐ型ビア配線８１４ｐおよびｎ型ビア配線８１４ｎを介してフィンガー電極８０４と電気的に接続されている。
このとき、Ｓｉ基板８００の平面視におけるｐ型ビア配線８１４ｐの位置は、ｐ＋コンタクト８１１ｐの位置と重なっていてもよいが、ずれていることが好ましい。同様に、Ｓｉ基板８００の平面視におけるｎ型ビア配線８１４ｎの位置は、ｎ＋コンタクト８１１ｎの位置と重なっていてもよいが、ずれていることが好ましい。これにより、ｐ型ビア配線８１４ｐおよびｎ型ビア配線８１４ｎの下地の平坦性が高くなるため、形成位置のずれや製造不良等が生じにくくなる。このため、セル８０ａの製造歩留まりの低下を抑制することができる。
なお、好ましくは、ｐ型ビア配線８１４ｐの位置は、ｐ＋コンタクト８１１ｐ同士の中間に設けられ、ｎ型ビア配線８１４ｎの位置は、ｎ＋コンタクト８１１ｎ同士の中間に設けられる。
また、バスバー電極８０５の輪郭は、いかなる形状であってもよいが、図１２では、基板外縁８００ａに臨むバスバー電極外縁８１５と、基板内縁８００ｂに臨むバスバー電極内縁８１６と、を有する形状をなしている。そして、バスバー電極外縁８１５の長さは、バスバー電極内縁８１６の長さより長くなっている。
このような輪郭形状を有するバスバー電極８０５によれば、Ｓｉ基板８００と同様の形状、すなわち、円環の一部を切り出したような形状となる。このため、Ｓｉ基板８００の全体に敷き詰められている複数のフィンガー電極８０４に対して、バスバー電極８０５を交差させやすくなるとともに、ｐ型バスバー電極８０５ｐとｎ型バスバー電極８０５ｎの複数本を配置しやすくなる。
また、かかるバスバー電極８０５は、前述したように、フィンガー電極８０４とバスバー電極８０５とがほぼ直交することになる。このため、双方の交差部にｐ型ビア配線８１４ｐおよびｎ型ビア配線８１４ｎが配置されやすくなるといった効果を享受することができる。
なお、バスバー電極外縁８１５が基板外縁８００ａに臨むとは、双方がほぼ一定の距離を保ちながら変位している状態を指す。そして、「一定の距離を保ちながら」とは、バスバー電極外縁８１５の全長にわたって、双方の離間距離の変化幅が、離間距離の最大値の１００％以下（好ましくは離間距離の平均値の１０％以下）である状態を指す。
同様に、バスバー電極内縁８１６が基板内縁８００ｂに臨むとは、双方がほぼ一定の距離を保ちながら変位している状態を指す。そして、「一定の距離を保ちながら」とは、バスバー電極内縁８１６の全長にわたって、双方の離間距離の変化幅が、離間距離の最大値の１００％以下（好ましくは離間距離の平均値の１０％以下）である状態を指す。
フィンガー電極８０４やバスバー電極８０５の構成材料としては、例えば、アルミニウム、チタン、銅のような金属の単体または合金等が挙げられる。
以上、セル８０ａを代表に説明したが、太陽電池８０（光電変換モジュール）は、このようなセル８０ａ（光電変換素子）と、このセル８０ａと重なって設けられている配線基板８２と、セル８０ａの電極パッド８６、８７と配線基板８２の導電膜８２２とを電気的に接続する導電接続部８３と、を有する。したがって、太陽電池８０は、受光面８４に文字等が配置され、デザイン性が良好であるとともに、光電変換効率が高いものとなる。
また、配線基板８２によってセル８０ａの電極面８５の少なくとも一部が覆われることになるため、電極面８５が保護される。このため、電極面８５に異物が付着したり、外力が加わったりすることが抑制される。その結果、電極面８５の信頼性を確保することができる。
換言すれば、受光面８４を平面視したとき、導電接続部８３は、セル８０ａの陰に隠れている（セル８０ａと重なっている）ことが好ましい。これにより、上述した信頼性の確保という効果に加え、導電接続部８３が視認されないことによる太陽電池８０の美的外観の向上を図ることができる。このため、より意匠性の高い電子時計２００を実現することができる。
なお、導電接続部８３は、セル８０ａと配線基板８２とを電気的のみならず、機械的にも接続している。このため、導電接続部８３の機械的特性を最適化することにより、前述したセル８０ａにおける応力の集中を緩和することができる。
具体的には、導電接続部８３のヤング率は、０．５ＧＰａ以上１５ＧＰａ以下であるのが好ましく、１ＧＰａ以上１０ＧＰａ以下であるのがより好ましく、１．５ＧＰａ以上６．５ＧＰａ以下であるのがさらに好ましい。導電接続部８３のヤング率を前記範囲内に設定することにより、導電接続部８３に求められる接着強度を確保しつつ、導電接続部８３において歪み等を吸収することができる。このため、高い機械的特性に基づく機械的接続の信頼性と、セル８０ａに発生する応力の集中を緩和する特性と、を両立させることができる。
なお、導電接続部８３のヤング率が前記下限値を下回ると、導電接続部８３の機械的特性が低くなるため、セル８０ａの仕様等によっては、求められる接着強度を満たすことができないおそれがある。一方、導電接続部８３のヤング率が前記上限値を上回ると、導電接続部８３の変形能が低下するため、セル８０ａの仕様等によっては、導電接続部８３においてセル８０ａの歪みを十分に吸収することができず、セル８０ａに反り等の不具合を発生させるおそれがある。
また、導電接続部８３のヤング率は、例えば２５℃において動的粘弾性測定装置（ＤＭＡ）により測定される。
また、上述したヤング率の観点からすれば、導電接続部８３としては、特に樹脂材料を含む導電性接着剤が好ましく用いられる。
導電性接着剤に含まれる樹脂材料としては、例えば、エポキシ系樹脂、ウレタン系樹脂、シリコーン系樹脂、アクリル系樹脂等が挙げられ、これらのうちの１種または２種以上を混合して用いられる。
また、電子時計２００（電子機器）は、このような４つのセル８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ（光電変換素子）を含む太陽電池８０を備えている。このため、デザイン性が高く、かつ光電変換効率が高い電子時計２００が得られる。
なお、電子時計２００に代えて、アナログ時計に太陽電池８０を搭載するようにしてもよい。
また、図１４は、図８に示すセルの変形例を示す平面図であって、文字に代えて模様を配置した例である。
この例では、セル８０ａが、厚膜部分８１７２からなる正方形の図形と、薄膜部分８１７１からなる正方形の図形と、が交互に配置された模様を含むパッシベーション膜８１７を有している。このようなパッシベーション膜８１７が成膜されている受光面８４を観察すると、観察者は、薄膜部分８１７１と厚膜部分８１７２とで互いに異なる色や質感を認識することとなる。その結果、セル８０ａに対し、この模様に基づく優れたデザイン性を付与することができる。
≪第２実施形態≫
次に、本発明の光電変換モジュールの第２実施形態を適用した太陽電池８０について詳述する。
図１５は、第２実施形態に係る光電変換モジュールを示す平面図である。
以下、第２実施形態について説明するが、以下の説明では第１実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項についてはその説明を省略する。なお、図１５において、前述した第１実施形態と同様の構成には、同一符号を付してある。
前述した第１実施形態では、フィンガー電極８０４とバスバー電極８０５とを互いに異なる階層に設けていたところ、第２実施形態では、フィンガー電極８０４とバスバー電極８０５とを同一の階層に設けている。そして、それ以外の構成は、第１実施形態に係る太陽電池８０とほぼ同様である。
具体的には、ｐ型バスバー電極８０５ｐ’は、フィンガー電極８０４と同一の階層であって、かつ、フィンガー電極８０４よりも基板外縁８００ａ側に配置されている。
そして、ｐ型フィンガー電極８０４ｐとｐ型バスバー電極８０５ｐ’とが接続されている一方、ｎ型フィンガー電極８０４ｎとｐ型バスバー電極８０５ｐ’との間は離間し絶縁されている。
一方、ｎ型バスバー電極８０５ｎ’は、フィンガー電極８０４と同一の階層であって、かつ、フィンガー電極８０４よりも基板内縁８００ｂ側に配置されている。
そして、ｎ型フィンガー電極８０４ｎとｎ型バスバー電極８０５ｎ’とが接続されている一方、ｐ型フィンガー電極８０４ｐとｎ型バスバー電極８０５ｎ’との間は離間し絶縁されている。
したがって、図１５に示すフィンガー電極８０４およびバスバー電極８０５は、いわゆる櫛歯電極の形状をなしている。
また、電極パッド８６は、ｐ型バスバー電極８０５ｐ’から分岐してなる分岐部８０９ｐに重なる位置に設けられている。
一方、電極パッド８７は、ｎ型バスバー電極８０５ｎ’から分岐してなる分岐部８０９ｎに重なる位置に設けられている。
このような第２実施形態によれば、フィンガー電極８０４とバスバー電極８０５とを同一の階層に設けることができるので、太陽電池８０の構造の簡素化および低コスト化を図ることができる。
以上のような第２実施形態においても前述した第１実施形態と同様の効果が奏される。
＜光電変換モジュールの製造方法＞
次に、太陽電池８０（光電変換モジュール）を製造する方法の一例について、図７を参照しつつ説明する。
［１］まず、セル８０ａを準備する。このセル８０ａは、例えば、Ｓｉ（１００）ウエハーに不純物領域等を形成した後、電極やコンタクト、絶縁膜等を成膜することにより形成し、その後、個片化することにより製造される。電極やコンタクト、絶縁膜等の形成には、例えば各種蒸着技術、および、それにより形成された膜をパターニングするフォトリソグラフィー技術が用いられる。
なお、前述したパッシベーション膜８１７は、例えば以下のようにして成膜される。
［１－１］まず、Ｓｉウエハーの表面を研削する。なお、研削の仕上げはポリッシュ仕上げとし、鏡面を得る。その後、研削面および裏面にレジスト膜を成膜する。このとき、研削面については、平滑部８４２を形成しようとする領域のみにレジスト膜を成膜する。そうすると、研削面のうち、粗面部８４１を形成しようとする領域は、レジスト膜から露出した状態となる。
［１－２］次に、研削によるダメージを除去する処理を施す。続いて、Ｓｉウエハーにウエットエッチング処理を施す。これにより、研削面のうち、レジスト膜で覆われていない領域には前述したテクスチャー構造が形成され、粗面部８４１が形成される。その後、レジスト膜を除去すると、その部分が平滑部８４２となる。エッチング液としては、例えばアルカリ溶液、酸溶液等が用いられる。なお、エッチング法のような化学的方法に代えて、ブラスト法のような機械的方法を用いるようにしてもよい。
［１－３］次に、粗面部８４１および平滑部８４２を含む受光面８４に対し、パッシベーション膜８１７を成膜する。パッシベーション膜８１７の成膜には、例えば、ＣＶＤ法、スパッタリング法のような気相成膜法が好ましく用いられるが、液相成膜法が用いられてもよい。
ここで、粗面部８４１および平滑部８４２に対して、単位面積当たりに互いに同じ供給量で原料を供給しつつパッシベーション膜８１７を成膜した場合、成膜されるパッシベーション膜８１７の膜厚は、下地となる受光面８４の表面積に応じて変化することとなる。そうすると、見かけの面積が同じであっても、粗面部８４１はテクスチャー構造が形成されている分、平滑部８４２よりも表面積が大きいため、成膜されるパッシベーション膜８１７の膜厚が自ずと小さくなる。すなわち、粗面部８４１に重なっているパッシベーション膜８１７の膜厚ｔ１は、平滑部８４２に重なっているパッシベーション膜８１７の膜厚ｔ２よりも小さくなる。このようにして形成される膜厚差を利用すれば、部分的に膜厚が異なるパッシベーション膜８１７を効率よく製造することができる。
なお、粗面部８４１の表面積、すなわちテクスチャー構造における凹凸の傾斜角度や凹凸のピッチ等を変えることにより、膜厚ｔ２に対する膜厚ｔ１の割合を調整することが可能になる。
［２］次に、セル８０ａおよび開口部８２４の少なくとも一方に、導電性の導電接続部８３を配置する。具体的には、セル８０ａの電極パッド８６に導電接続部８３を配置するようにしてもよく、配線基板８２の開口部８２４に導電接続部８３を配置するようにしてもよい。なお、電極パッド８６や導電膜８２２には、あらかじめ金属バンプ等を形成しておいてもよい。
［３］導電接続部８３を介して、セル８０ａと配線基板８２とを重ね合わせる（積層工程）。これにより、導電接続部８３は、荷重を受けて変形し、開口部８２４の内側の空間に広がる。その結果、導電接続部８３は、セル８０ａの電極パッド８６と配線基板８２の導電膜８２２の双方に接触し、双方の間を電気的に接続することができる。
以上のようにして太陽電池８０が得られる。
なお、上記の製造方法は、一例であり、各工程について他の工程で代替されてもよい。例えば、平滑部８４２を形成しようとする領域のみにポリッシュ仕上げを施し、粗面部８４１を形成しようとする領域についてはポリッシュ仕上げを省略するようにしてもよい。このような方法によっても、粗面部８４１および平滑部８４２を形成することができる。
＜電子時計の変形例＞
次に、本発明の電子機器の実施形態を適用した電子時計の変形例について説明する。かかる変形例は、いわゆるアナログ式の電子時計であるが、文字板の裏側に配置されている太陽電池（光電変換モジュール）によって発電（光電変換）し、発電により得られた電力を駆動電力として利用するように構成されている。
図１６は、本発明の電子機器の実施形態を適用した電子時計の変形例を示す平面図である。また、図１７は、図１６に示す電子時計の縦断面図である。
電子時計９１は、図１６に示すように、外装ケース９３０と、カバーガラス９３３と、裏蓋９３４と、を備えている。外装ケース９３０は、円筒状のケース本体９３１に、ベゼル９３２が嵌合されて構成されている。このベゼル９３２の内周側に、リング状のダイヤルリング９３５を介して、円盤状の文字板９１１が時刻表示部分として配置されている。
また、外装ケース９３０の側面には、文字板９１１の中心より、２時方向の位置にＡボタン９２と、４時方向の位置にＢボタン９３と、３時方向の位置にリューズ９４とが設けられている。
電子時計９１は、図１７に示すように、金属製のケース本体９３１の２つの開口のうち、表面側の開口は、ベゼル９３２を介してカバーガラス９３３で塞がれており、裏面側の開口は、裏蓋９３４で塞がれている。
外装ケース９３０の内側には、ベゼル９３２の内周に取り付けられているダイヤルリング９３５と、光透過性の文字板９１１と、指針９２１～９２４と、カレンダー車９２０と、各指針９２１～９２４およびカレンダー車９２０を駆動する駆動機構９１４０と、が設けられている。
ダイヤルリング９３５は、カバーガラス９３３と並行している平板部分と、文字板９１１側へ傾斜した傾斜部分と、を備えている。ダイヤルリング９３５の平板部分および傾斜部分と、ベゼル９３２の内周面とによりドーナツ形状の収納空間が形成されており、この収納空間内には、リング状のアンテナ体９１１０が収納されている。
文字板９１１は、外装ケース９３０の内側で時刻を表示する円形の板材であり、例えばプラスチック等の光透過性の材料で形成されている。また、文字板９１１とカバーガラス９３３との間には、指針９２１～９２４等が設けられている。
文字板９１１と、駆動機構９１４０が取り付けられている地板９１２５と、の間には、光発電を行う太陽電池９１３５が備えられている。すなわち、太陽電池９１３５は、文字板９１１の裏側に設けられている。そして、太陽電池９１３５は、文字板９１１を透過してくる光を受けて光発電する。
太陽電池９１３５は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する複数の光発電素子を直列接続した円形の平板であって、前述した太陽電池８０と同様、本発明の光電変換モジュールの実施形態である。このような太陽電池９１３５は、図１６に示すように、前述した電子時計２００と同様の、パッシベーション膜８１７に形成された薄膜部分８１７１と厚膜部分８１７２とを備えている。そして、図１６では、厚膜部分８１７２が文字を表し、薄膜部分８１７１が背景を表している。このような薄膜部分８１７１および厚膜部分８１７２は、互いに反射光の色が異なるため、文字板９１１を透過してくる反射光を観察する観察者に対し、その文字の存在を認識させることができる。すなわち、本実施形態によれば、塗料等を用いることなく、太陽電池９１３５の受光面に対して文字等を配置することができる。このため、太陽電池９１３５に含まれたセル（光電変換素子）の光電変換効率を高めつつ、デザイン性を高めることができる。
また、文字板９１１、太陽電池９１３５および地板９１２５には、指針９２１～９２３の指針軸９２９と、指針９２４の図示しない指針軸と、が貫通する穴が形成されている。また、文字板９１１および太陽電池９１３５には、それぞれカレンダー小窓９１９の開口部が形成されている。
駆動機構９１４０は、地板９１２５に取り付けられ、回路基板９１２０で裏面側から覆われている。駆動機構９１４０は、ステップモーターと歯車等の輪列とを有し、ステップモーターが輪列を介して指針軸９２９等を回転させることにより各指針９２１～９２４およびカレンダー車９２０等を駆動する。
回路基板９１２０は、ＧＰＳ受信回路９４５と、制御装置９５０と、を備えている。また、この回路基板９１２０およびアンテナ体９１１０は、アンテナ接続ピン９１１５を用いて互いに接続されている。ＧＰＳ受信回路９４５および制御装置９５０が設けられた回路基板９１２０の裏蓋９３４側には、これらの回路部品を覆うための回路押さえ９１２２が設けられている。また、リチウムイオン電池等の二次電池９１３０が、地板９１２５と裏蓋９３４との間に設けられている。二次電池９１３０は、太陽電池９１３５が発電した電力で充電される。
以上のような、いわゆるアナログ式の電子時計９１においても、塗料等を用いることなく、太陽電池９１３５の受光面に対して文字等を配置することができ、光電変換効率を低下させることなくデザイン性を高めることができる。
以上、本発明を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明の光電変換素子、光電変換モジュールおよび電子機器は、前記実施形態の要素の一部が、同等の機能を有する任意の要素に代替されたものであってもよく、また、前記実施形態に任意の要素が付加されたものであってもよい。
また、前記実施形態は、いずれも裏面電極型の光電変換素子であるが、本発明は、受光面にも電極が設けられた光電変換素子にも適用可能である。その場合、無機膜の構成材料として、光透過性および導電性を有する無機材料が用いられる。このような場合でも、前述した効果、すなわち、受光面に文字等を配置した、光電変換効率が高い光電変換素子を実現することができる。
かかる無機材料としては、例えば、インジウム酸化物（ＩＯ）、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、フッ素ドープ酸化スズ（ＦＴＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）のような各種金属酸化物が挙げられる。
次に、本発明の具体的実施例について説明する。
１．評価用試験片の作製
まず、以下のような評価用試験片を作製した。
＜評価用試験片＞
Ｓｉ基板 ：単結晶シリコン基板（屈折率３．８８）
パッシベーション膜（無機膜） ：窒化ケイ素（屈折率２．１０）
パッシベーション膜の膜厚 ：８５～１００ｎｍ
２．評価用試験片の評価方法
次に、評価用試験片のパッシベーション膜に対し、４５°の入射角度でＣＩＥ標準光源Ｄ６５の光を入射した。そして、その正反射光を色度計で分析し、その結果をＬ＊ａ＊ｂ＊表色系で表した。
３．評価用試験片の評価結果
図１８は、パッシベーション膜からの反射光の色の評価結果について、横軸に膜厚をとり、縦軸に明度Ｌ＊または色度ａ＊もしくは色度ｂ＊をとった座標系にプロットした図である。
図１８から明らかなように、パッシベーション膜の膜厚を変化させると、明度Ｌ＊または色度ａ＊もしくは色度ｂ＊を制御可能であることが認められる。
また、図１９は、図１８に示す評価結果のうち、色度ａ＊および色度ｂ＊を、Ｌ＊ａ＊ｂ＊表色系色度図にプロットした図である。また、図１９に示す矢印は、膜厚を増やしたときにプロットした点が移動する方向を示している。
本評価の結果では、図１９に示すように、膜厚を変化させることによって、パッシベーション膜からの反射光の色を変化させ得ることが示された。また、このような色の変化は、膜厚の変化との間で一定の相関関係を有していることから、ある程度任意に色を作り出すことが可能であることも認められた。
１０…バンド、２０…回路基板、２１…ＣＰＵ、２２…方位センサー、２３…加速度センサー、２４…回路素子、２８…ＧＰＳアンテナ、３０…機器本体、３１…ケース、３２…凸状部、３４…突起部、３５…開口部、３６…内部空間、４０…光センサー部、４１…受光部、４２…発光部、４３…センサー基板、４４…透明カバー、４５…測定窓部、４６…接続配線部、５０…表示部、５５…風防板、５６…接合部材、５７…ベゼル、５８…操作部、６０…電気光学パネル、６１…照明部、６３…接続配線部、７０…二次電池、７５…回路ケース、８０…太陽電池、８０ａ…セル、８０ｂ…セル、８０ｃ…セル、８０ｄ…セル、８１…接続配線部、８２…配線基板、８３…導電接続部、８４…受光面、８５…電極面、８６…電極パッド、８７…電極パッド、９１…電子時計、９２…Ａボタン、９３…Ｂボタン、９４…リューズ、２００…電子時計、８００…Ｓｉ基板、８００ａ…基板外縁、８００ｂ…基板内縁、８０１…ｐ＋不純物領域、８０２…ｎ＋不純物領域、８０４…フィンガー電極、８０４ｎ…ｎ型フィンガー電極、８０４ｐ…ｐ型フィンガー電極、８０５…バスバー電極、８０５ｎ…ｎ型バスバー電極、８０５ｎ’…ｎ型バスバー電極、８０５ｐ…ｐ型バスバー電極、８０５ｐ’…ｐ型バスバー電極、８０６…パッシベーション膜、８０７…層間絶縁膜、８０８…端面、８０９ｎ…分岐部、８０９ｐ…分岐部、８１１ｎ…ｎ＋コンタクト、８１１ｐ…ｐ＋コンタクト、８１２…フィンガー電極外縁、８１３…フィンガー電極内縁、８１４ｎ…ｎ型ビア配線、８１４ｐ…ｐ型ビア配線、８１５…バスバー電極外縁、８１６…バスバー電極内縁、８１７…パッシベーション膜、８２１…絶縁基板、８２２…導電膜、８２３…絶縁膜、８２４…開口部、８２５…接着層、８４１…粗面部、８４２…平滑部、９１１…文字板、９１９…カレンダー小窓、９２０…カレンダー車、９２１…指針、９２２…指針、９２３…指針、９２４…指針、９２９…指針軸、９３０…外装ケース、９３１…ケース本体、９３２…ベゼル、９３３…カバーガラス、９３４…裏蓋、９３５…ダイヤルリング、９４５…ＧＰＳ受信回路、９５０…制御装置、８１７１…薄膜部分、８１７２…厚膜部分、９１１０…アンテナ体、９１１５…アンテナ接続ピン、９１２０…回路基板、９１２２…回路押さえ、９１２５…地板、９１３０…二次電池、９１３５…太陽電池、９１４０…駆動機構、Ｏ……中心、ＰＬ…垂線、ｔ１…膜厚、ｔ２…膜厚、θ……角度

Claims (9)

  1. 平滑部と、前記平滑部よりも表面粗さが大きい粗面部と、を含む受光面、および、前記受光面とは反対の面として電極面を有する単結晶性のシリコン基板と、
    前記平滑部および前記粗面部にそれぞれ重なって設けられ、光透過性を有する無機膜と、
    前記電極面上に設けられている集電体と、
    を有し、
    前記粗面部の算術平均粗さは、０．１μｍ以上であり、
    前記粗面部の算術平均粗さと前記平滑部の算術平均粗さとの差は、０．１μｍ以上０．４μｍ以下であり、
    前記無機膜のうち、前記粗面部に重なっている部分の膜厚ｔ１は、前記平滑部に重なっている部分の膜厚ｔ２より小さく、
    前記受光面には電極が設けられていないことを特徴とする光電変換素子。
  2. 前記粗面部は、Ｓｉ（１１１）面を傾斜面とするピラミッド状突起を含む請求項１に記載の光電変換素子。
  3. 前記平滑部の算出平均粗さは、０．０１μｍ以下である請求項１または２に記載の光電変換素子。
  4. 前記膜厚ｔ１は、前記膜厚ｔ２の４０％以上９５％以下である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  5. 前記粗面部の面積は、前記平滑部の面積より大きい請求項１ないし４のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  6. 前記無機膜は、ケイ素化合物または金属酸化物を含む請求項１ないし５のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  7. 前記シリコン基板の平面視形状は、円環の周方向の一部に相当する形状をなしており、
    前記円環の円弧に沿って延在し、前記集電体である２本のバスバー電極と、
    前記電極面上に設けられ、前記バスバー電極の延在方向と交差する方向に延在するフィンガー電極と、
    前記電極面上に前記フィンガー電極および前記バスバー電極を介して設けられているパッシベーション膜と、
    前記円環の円弧に沿って配列され、前記バスバー電極を覆う前記パッシベーション膜から前記バスバー電極の一部が露出した露出面である電極パッドと、
    を有する請求項１ないし６のいずれか１項に記載の光電変換素子。
  8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光電変換素子と、
    前記光電変換素子と重なって設けられている配線基板と、
    を有することを特徴とする光電変換モジュール。
  9. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載の光電変換素子を備えることを特徴とする電子機器。
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