JPH09162434A

JPH09162434A - 太陽電池およびその製造方法

Info

Publication number: JPH09162434A
Application number: JP7316344A
Authority: JP
Inventors: Mitsunori Ketsusako; 光紀蕨迫; Ken Tsutsui; 謙筒井; Shinichi Muramatsu; 信一村松; Tsuyoshi Uematsu; 強志上松; Hiroyuki Otsuka; 寛之大塚
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-12-05
Filing date: 1995-12-05
Publication date: 1997-06-20

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の基板状太陽電池もしくは球状太陽電池
を用いたモジュール製造における非量産性を改善し、軽
量で設計柔軟性のある低コストの結晶半導体太陽電池の
セル・モジュール構造を提案し、さらにモジュールを一
貫連続形成できる製造方法を提供する。【解決手段】粒状太陽電池を、ｐ型およびｎ型領域と
接触する糸状の導体を横糸とし、不良導体を縦糸として
構成された布用基体で固定し、モジュール化する。【効果】高い変換効率を有する低コストの太陽電池を
連続的にかつ高速に製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池および太陽
電池モジュールの構成およびその製造方法に関する。さ
らに詳しくは、民生用小電力発電にもまた電力用発電に
も好適な安価でかつ軽量な高性能太陽電池の構成に関
し、また大量生産に好適なその製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来実用に供されている公知の結晶シリ
コン太陽電池は、図２に示すように、厚さが250ミクロ
ン乃至350ミクロン程度で、100mm角乃至150mm角の大き
さをもつ単結晶もしくは多結晶のシリコン基板１１より
構成される。このシリコン基板は通常ｐ型の伝導型を有
し、受光面となる片側主面にりんの拡散層を設けてｎ型
層１２となし、受光面および裏面に魚骨様の電極１３を
各々設けて、太陽電池素子が構成される。裏面の電極
（１４）は図示するように一面に形成される場合もあ
る。図３に示すように、この太陽電池素子１５を、電気
的絶縁がなされるに必要な隙間を設けて縦横に配置し、
接続リード１６を介して直列に接続するとともに、図４
に示すように強化ガラス１７の保護面および耐湿フィル
ム１８によって挟むように樹脂封止してモジュールを構
成する。交流変換によって100乃至220Vの電力を得るた
めには、このモジュールをさらに直列に接続して所望電
圧を得るとともに、直列接続されたモジュール群を単位
として、所要電流を得るようにモジュール群を並列接続
し、太陽電池アレイを構成していた。

【０００３】これら従来構造の太陽電池は技術的に成熟
段階にあるものの、電力コストの観点からは太陽電池素
子あるいはモジュールのコストが十分に低減されている
とは言いがたく、一般電力用として広く普及するには至
っていない。太陽電池コストを低減するため、これまで
も様々な工夫がなされている。例えば基板を形成する過
程で、インゴットの切断、スライスの工程を省くため
に、融液から直接シート状に整形する試みなどがなされ
た。しかし、多くは結晶粒界の制御、残留歪み、整形治
具からの不純物混入といった問題が解決されず、特性上
不満足であったり、製造工程上の制約が多く、インゴッ
トの切断、スライスに勝る技術とはなり得ていない。

【０００４】一方、シート状態の基板を用いない太陽電
池の製造方法についてもこれまでにいくつか提案がなさ
れており、特開昭51-27077に開示されるような気相還元
造粒によって得られる微結晶シリコンを太陽電池素子に
使う方法や、特開昭51-129129に開示されるように、金
属皮膜を有する絶縁物基板にシリコン粉体を加熱溶着さ
せるなどの方法がある。これらは粒径が小さ過ぎること
もあり、実用に供されるには至っていない。さらに粒径
の大きな球状のシリコンを用いた太陽電池については、
特開平3-76273、あるいは、特開平6-13633に開示されて
いるが、後者については第22回アイ・イー・イー・イー
太陽光発電専門家会議会議録1045頁乃至1048頁（Confer
ence record of the 22nd IEEE Photovoltaic Speciali
sts Conference(1991), pp.1045-1048. ）に開示される
ように、ある程度の素子性能を実現することに成功して
いる。

【０００５】後者の構造は、図５に示すように、直径が
1mm弱のシリコン球２１をアルミニウム箔２２に埋め込
んだ構造をしている。シリコン球はｐ型で、その表面層
２３はｎ型に拡散されており、これをアルミ箔２２に圧
入することで負極の接続を取っている。正極の接続は、
上記シリコン球の非受光部分の一端を研磨してｐ領域を
露出させ、上記負極用のアルミ箔と絶縁膜２４を介して
設けられたもう一枚のアルミ箔２５に接触させることに
より実現している。このような構造は可撓性に富み、連
続形成に道を開くものであるが、微細なシリコン球をア
ルミ箔に埋め込む工程が煩雑で、高速かつ大量に製造す
ることには難点があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、粒状シリコ
ンセルの新規な保持方法を提供することによって、高速
で連続的な製造を可能とし、安価で応用性に富んだ太陽
電池モジュールおよびその生産方式を提供することを目
的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題は、図１の概念
図に示されるように、互いに絶縁分離された両極性の導
体を交互に配置した網目様の構造体によって、太陽電池
素子を構成する粒状シリコンを保持することにより大幅
に改善される。

【０００８】太陽電池素子（以下セルと称す）が保持さ
れている状況を図６に断面的に示す。セルを構成する粒
状シリコン３１はｐ型で、その表面にはｎ型層３２が設
けられている。セルは網目様構造体に埋め込まれるよう
に保持され、そこに設けられた両極性の導体の各々に少
なくとも一箇所で接続される。通常、セルのｎ型層に接
続される導体３３はAgを主体としたものであり、セルの
ｐ型領域に接続される導体３４はAlを含むAgを主体と
し、粒状シリコンとの接続部３５で合金化することによ
ってｐ型領域と非整流性接続が実現されている。このｐ
型領域への接続部分では、周辺部の表面ｎ型層は除去さ
れており、ｐ型領域への接続導体（以下、正極導体と称
す）と表面ｎ型層への接続導体（以下、負極導体と称
す）との電気的分離が実現されている。各導体には複数
のセルが並列に接続されており、光が当たることによっ
て、並列接続されたセルの総合出力が導体から得られ
る。正極導体３４と負極導体３３とは交互に配置されて
おり、正極同士および負極同士を並列に接続することに
よって、従来の平板型基板を用いて構成した太陽電池と
類似の出力特性が得られる。また、セルが一列形成され
ない状況を形成するか、一対の導体を非接続状態に残し
たまま、正極導体と負極導体とを直列に接続すること
で、高電圧の出力を取り出すことも可能となる。従っ
て、あらかじめ直並列の配線を設けた網目様構造体を準
備することによって、所望の単位のモジュールを一気に
構成することが可能となる。

【０００９】セルを担持する構造体はセルを通過できな
い空隙を有する網目様であるため、強制的に吸引するな
どで、セルを個々に扱わなくても粒状のセルを自己整合
的に容易に配置することができ、同時に加熱合金化を行
わしめることで、極めて高い生産性が得られる。網目様
構造体に担持されたセルはそのままでは衝撃に弱いが、
樹脂フィルムでラミネーションするか、整形しつつ樹脂
封止することによって、剛性を付与し、耐候性あるモジ
ュールに形成することができる。これらの工程は高い生
産性を実現しながら、連続もしくは継続的に行うことが
できる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例に沿って説
明する。

【００１１】（実施例１）セルはｐ型0.5〜2Ωcmの粒状
シリコンから形成される。粒状シリコンの製造方法は本
発明の目的外であり、ここでは言及しない。粒状シリコ
ンは多結晶であってもまた単結晶化していても構わない
が、本発明を適用するには形状が概略球形に近く、粒径
は300乃至500μm程度で、少数キャリヤの拡散長が粒径
以上であることが望ましい。本実施例ではｐ型0.5Ωcm
のCZ結晶を0.7mm角に切り出し、弗酸と硝酸の混液で等
方的にエッチングし、粒径500±50μmに調整したものを
用いた。

【００１２】両側に絞りを設けた石英ガラス製のシリン
ダーに粒状シリコンを充填し、シリンダー軸を中心に回
転させながら、ｎ型層の形成を行った。ｎ型層の形成
は、窒素ガス 0.5 l/min と酸素ガス 0.4 l/min との混
合気体でPOCl3をバブルし、これと窒素ガス 4 l/min を
混合した雰囲気中で850℃、35min 熱処理し、その後、
雰囲気を酸素ガス10 l/min に切り替え、さらに 5 min
熱処理することにより行った。

【００１３】粒状シリコンの表面に形成されたリンガラ
スを一旦希弗酸で除去し、脱イオン水で強制洗浄した
後、乾燥酸素ガス雰囲気中、800℃、60 min、酸化し
た。これにより形成されたものが図１中の粒状シリコン
セル１である。

【００１４】一方、粒状シリコンセルを担持する網目様
構造体（以下ガラス布と記す）は以下のように形成し
た。基本となる構造体は線径が25μmの石英ガラスファ
イバーで、これを7本撚ったものを縦糸（図１の４参
照）とした。石英ガラスファイバーにTiを0.1μmコート
した上にAgを2μmコートしたものを7本撚ったものを第
１の横糸（図１の３参照）とした。また、石英ガラスフ
ァイバーにAlを0.1μmコートした上にAgを1.5μmコート
し、さらにAlを0.4μm、その上にAgを0.1μmコートした
ものを単位とし、これを７本撚ったものを第２の横糸
（図１の２参照）とした。これらの縦糸および第１およ
び第２の横糸を用いて、平布様に織った。糸間隔のピッ
チは0.5mmである。第１の横糸は平布の一方向に第２の
横糸より10mm長く形成し、第２の横糸は平布の反対方向
で第１の横糸より10mm長く形成した。これは後の光電出
力の取り出し時に必要となる。

【００１５】ガラス布への粒状Siの固定は図７に示すよ
うな回転加熱吸引ドラム装置を使用した。ガラス布４１
はロール溜め（図示せず）から送られ、回転吸引ドラム
４２に巻き付けられ、粒状Siセルが固定されたガラス布
４８は巻取機（図示せず）に送られる。粒状Siセル４３
はセル供給管４４から回転ドラムに供給されるととも
に、回転吸引ドラムに吸引されたガラス布に吸着され
る。ガラス布の目それぞれに粒状Siセルが吸着されるの
が理想であるが、実際には吸着しきれないで残る目や、
吸着された粒状Siセルの間隙にさらに吸着される余分の
粒状Siセルがあっても差し支えない。余分の粒状Siセル
はブロワー４５により効果的に除去され、ガター４６に
戻り、さらに循環されて再び供給される。ガラス布の目
に吸着された粒状Siセルは、固定ドラムによって加熱さ
れ、強固にガラス布目に押し込まれるとともに、一部合
金化が起こり、第１の横糸と粒状Siセルの表面ｎ拡散層
との接触が得られ、また、第２の横糸と粒状Siセルのｐ
中心核とはAl合金化による非整流性接触が形成される。
望ましくはこの操作の時に超音波等の強制振動を加え
ると強固で確実な接触を得るのに効果的である。この操
作の結果、第２の横糸と粒状Siセルの表面ｎ拡散層とは
短絡状態にあっても以降の工程で解消されるので差し支
えない。固定用ドラムの加熱温度は750℃であり、また
粒状セルの固定工程の雰囲気温度は500℃以上に保つこ
とが効果的である。なお、第７図は工程の原理を示す図
であり、実際の装置の寸法を忠実に表現したものではな
い。

【００１６】なお、この工程と同時に、粒状Siの並列接
続のための結線を図８に示す方法で行う。前述の如く、
横糸はガラス布の両側でそれぞれ他の横糸より10mm長く
形成されており、同じ種類の横糸を接続するように電極
リードを接続する。すなわち、正極導体２で形成される
第２の横糸同士を互いに接続するように正電極リード５
を設け、負極導体３で形成される第１の横糸同士を互い
に接続するように負電極リード６を設ける。接続方法に
は特に指定はないが、板状のリードを縦方向に折り曲
げ、各導体を挟み込むように圧着する方法が確実であっ
た。モジュールが形成されるまでは、各々の電極リード
はガラス布の駆動用もしくはガイドを兼ねて連続した状
態で使われるが、個々のサブモジュールに分離されたあ
とは図８に示すように、その一端を各々端子板７、８に
接続されて外部への出力取り出しに供される。

【００１７】プロセスにもどるが、粒状Siセルが固定さ
れたガラス布はエッチング液が満たされた電解槽に浸漬
し、光を照射しながら電気化学的にエッチングしてｐｎ
接合分離を行う。光を照射する理由は、局部電池の働き
でｐｎ接合の露出部分でエッチング反応が加速される効
果を利用するためである。この処理はごく短時間で有効
であり、この工程を経て、個々の粒状Siセルが各々独立
の太陽電池として働くようになる。さらに、表面のパッ
シベーションを兼ねて、Tiの有機金属化合物の熱分解気
相蒸着法により、反射防止膜となるTiO2を65nm形成し、
モジュールの基本構造を完成する。

【００１８】モジュール化するには、いくつかの方法が
可能である。一般的なモジュール構造とするには、上記
モジュール基本構造を適当な長さで切断し、さらに公知
のEVAフィルムで上記基本構造の表裏面を覆い、4ｍｍ厚
の強化白板ガラスおよび厚さ125μmのAl積層化フッ素樹
脂フィルムで挟んで全体をラミネーションし、電極リー
ドに端子板を取り付け、ブチルゴムで周辺部を封止しな
がら金属フレーム内に納めるよう形成する。

【００１９】本発明の場合、モジュールの基本構造は連
続体であり、長尺のモジュール形成が可能であるが、通
常はセルがすべて並列に接続されることは無く、或る程
度の大きさを単位として、直列接続することが実用上必
要となる。本発明の場合、図９（Ａ）に示すように、セ
ルの最小単位は粒状Si１であるが、第１および第２の横
糸で共通に接続された粒状Siセル列は、既に互いに並列
に接続されており、その総合出力はガラス布両端部に延
長した第１および第２の横糸２、３により取り出され
る。横糸同士を連結する正極および負極の各リード５、
６は、適当な大きさの粒状Siセル列群毎に分割し、負極
リード６と正極リード５とをジャンパー９で短絡するこ
とにより、粒状Siセル列群の直列接続が可能となる。ダ
イオード記号を用いた等価回路で表現した図を図９
（Ｂ）に示す。上記の結線では、各粒状Siセル列の出力
電圧は約0.5Ｖであるため、粒状Siセル列群の出力電圧
も約0.5Ｖが得られ、また、粒状Siセル列群の出力電流
は粒状Siセルの出力電流の個数倍が得られる。したがっ
て、モジュールの出力電圧は直列に接続された粒状Siセ
ル列群の数の約１／２の値に近く、出力電流は単位粒状
Siセル列群の出力電流に等しい。実施例では0.5mmピッ
チで幅100mm、長さ300mmのモジュールを形成し、長さ25
mm毎に粒状Siセル列群を構成してその間を直列に接続し
た。AM1.5、100mW/cm2の光照射条件でのモジュールの開
放電圧は7.8Vであり、短絡電流は0.55A、変換効率は10.
7％であった。

【００２０】予め電圧電流の値が設計されており、単位
とする粒状Siセル列群の大きさが決められる場合には、
図１０に示すように粒状Siセル列群毎に第１と第２の横
糸を交互に引き出すことにより、図９で示したような正
負極リード間を接続するジャンパーは不要となり、単に
２つの粒状Siセル列群を結ぶリード９、９’を設ければ
よい。これは粒状Siセル列を両端のリードで連結したあ
とで、粒状Siセル列群に応じてリードを切断することで
実現するため、より生産性が良くなる。なお、直列接続
するためには１〜２列の粒状Siセル列群を除去する必要
があるが、そのためのロスは上記の例で2〜4％である。
さらに最適化されたモジュールでは直列接続する部分に
は、ガラス布部分を一部マスクするなどして、粒状Siセ
ル列が形成されないようにする。あるいはガラス布を形
成する際に、単位の、粒状Siセル列群を想定して、その
単位毎に金属被覆がほどこされていないガラスファイバ
ーを横糸として挿入することでも粒状Siセル列群の分離
が実現できる。

【００２１】モジュール化は上記結線が行われたあと
で、保護材若しくは保持材に組み込むことで行うが、上
記ガラススーパーストレート構造の他に、ポリメチル・
メタアクリレートやポリカーボネートなどの透明プラス
チックに挟んでラミネーション成型することで軽量化が
可能であり、また、表裏とも低融点のガラスでモールド
すれば、耐候性、難燃性が改善される。モジュールとし
ての強度を確保するためには従来のガラススーパースト
レート方式で採用されている4mm以上の白板強化平板ガ
ラスを必要とするが、図１１あるいは図１２に示すよう
な波板あるいは３次元のエンボス形成により、2mm程度
の薄いモジュール体でも十分に自己保持ないし必要強度
の確保が可能となる。

【００２２】図１１（Ａ）は波板状に加工したモジュー
ルの概念図である。その一部５０の断面模式図を図１１
（Ｂ）に示す。モジュールは粒状Siセル１が多数固定さ
れ結線されたガラス布４８を表ラミネーション材５１お
よび裏ラミネーション材５２によって挟み一体化するこ
とにより形成される。ラミネーション材料にはアクリル
系樹脂（PMMA等）、ポリカーボネート、ポリエチレン系
樹脂（PET等）、スチレン系樹脂など、用途に応じて種
々のものが使われる。表ラミネーション材料として、波
板状に加工したガラス材にEVA等の緩衝用の樹脂を塗布
または積層したものも使われる。裏ラミネーション材料
としてEVA等の緩衝材とフッ素系樹脂との積層フィルム
を用いてもよい。これらのラミネーション材は組み合わ
せて用いてもよい。また、裏に反射率の高いアルミニウ
ムなどのフィルム、または薄膜などを積層することも、
光の有効利用の観点から好ましい。波板状のモジュール
は単独で用いることも、また、枠で補強して用いること
も利用の方法は任意である。波板の曲率にはとくに制限
はないが、ファイバー布の曲げ可能な曲率が最小で、最
大はモジュールの剛性が付与可能な大きさとなるが、望
ましくは曲率半径で3〜20mm程度の範囲である。

【００２３】図１２（Ａ）は３次元エンボス状に加工し
た例を視覚的に表現した概念図であり、モジュール面内
の位置（Ｘ，Ｙ）について高さＺ方向に対し、Ｚ = sin
X +cosYで表現されるような曲面状に成型した例であ
る。Ｘ軸またはＹ軸に沿った断面は図１１（Ｂ）に示す
ような形状であり、どの方向に対しても曲げ強度を向上
させることができる。このモジュールも必要に応じて周
辺に補強枠を設ければよい。エンボスの形状、寸法には
とくに制限はないが、モジュール基本構造にかかる応力
を軽減する配慮は必要で、図１１の波板の場合と同様、
3〜20mm程度の曲率をもってＸ−Ｙ方向に連続して滑ら
かに変化する形状が望ましい。

【００２４】上記のモジュール構造は図１３に示すよう
な連続工程での製造を可能ならしめる。なお、図１３は
工程の構成を模式的に示したものであり、実際の構成に
忠実ではないことを予め断っておく。

【００２５】供給リール６１より図１３（Ａ）に示すよ
うなガラス布が供給される。ガラス布はガラスファイバ
ーを縦糸とし、ガラスおよびAgコート線を撚った第１の
横糸と、ガラスおよびAl、Agコート線を撚った第２の横
糸を交互に配した横糸で平織りしたものであり、予め別
の工程でロール状に形成される。

【００２６】粒径0.5mm、ｐ型1〜2Ωcmに調整された粒
状Si６２はホッパーに装填され、拡散用ベルト６３に適
宜供給されて拡散炉６４に送られる。ここでPOCl3雰囲
気中で加熱され、表面にｎ+層が形成される。表面にｎ
＋層が形成された粒状Siは一旦別のホッパー６５に蓄え
られ、供給リール６１より送られるガラス布に供給され
る。この工程では強制吸引や制御されたブローにより、
図１３（Ｂ）に示すようにガラス布の各目に粒状Siが装
填された状態を作る。ガラス布に粒状Siが仮に固定され
た状態で加熱炉６６を通過することにより、ガラス布の
縦糸に仕込んだ電極金属と粒状Siとのアロイ固着が起こ
り、この段階で、第１の横糸はｎ＋型表面層と、第２の
横糸はｐ+再結晶層を介して粒状Siのｐ核部分と電気的
な接触が得られる。この段階では第２の横糸は表面ｎ＋
層とも電気的な接触を形成しており、太陽電池としての
接合は分離されていない。次いでこれをCVD炉６７に送
り、大気圧中でtetra-propoxy-titanateの酸化によりTi
O2の反射防止膜を形成する。この際、被着基板の凹凸に
より膜厚に不均一性が生じ、表面では反射防止条件の膜
厚に形成されるが、ガラス布との接触点近傍では殆ど被
着しない。

【００２７】これをアルカリ液の充填されたエッチング
槽６８に送り、反射防止膜の薄い粒状Si部分を極く薄く
エッチングする。このとき、光照射によって生じる局部
電池の働きにより、ｐ型とｎ型の接合部分がより早くエ
ッチングされ、これによりｐｎの接合分離が行われる。
すなわち、図１３（Ｃ）に示すように、第２の横糸はｐ
型の領域のみと電気的な接触を形成し、太陽電池の正負
の出力をそれぞれの横糸から取り出すことが可能とな
る。

【００２８】接合分離を終了したガラス布は洗浄槽６９
を通り、有機樹脂フィーダー７０より供給される樹脂で
含浸され、加熱炉７１でキュアリングされて図１３
（Ｄ）に示すような板状のモジュール基礎構造に成型さ
れ、巻取りリール７２によって巻取られる。

【００２９】波板あるいはエンボス状に加工するには加
熱炉７１でキュアリングする直前若しくは最中に形状成
型を行い、この場合は巻とらずに適当な長さで切断さ
れ、集積される。

【００３０】この製造工程は、従来の基板状Siのモジュ
ール形成と比較すると、連続一環でモジュール形成が可
能であり、また、粒状セルを採用することによってガラ
ス布の幅に制限が無く、装置の許す限り、数mの幅でも
モジュール形成が可能である。また、本実施例ではリー
ルに巻取り、ロールツーロールのバッチ処理での連続形
成の可能性を示したが、ガラスファイバーの形成工程か
ら連続化することにより、全工程の一貫集積化も可能で
ある。従って本発明の適用により、極めて量産性に富ん
だ製造工程を構築することができる。

【００３１】（実施例２）図１４は、直径25μmのファ
イバーを7本撚り平織りにしたガラス布による直径500μ
mの粒状Siセルの保持状況を横糸方向から見た透視図で
ある。ファイバーのピッチは粒状Siセル１の直径と同じ
500μmであるが、ファイバーの最大径は75μmであり、
粒状Siセルは最大75μmの粒径変動があっても布目を通
過することなく、ガラス布によって保持される。粒径が
500μmの場合には、正極導体２および負極導体３による
横糸と粒状Siセル１はほぼ直径の1/4の高さで接触して
おり、１度にそれぞれの導体について２カ所の接触点が
得られる。ガラスファイバー担体の曲率半径は約750μm
で径の30倍あり、無理なく平織り状のガラス布を形成す
ることが、可能である。これより細いガラスファイバー
を用い、撚線数を増やすことは妨げない。強度は若干弱
くなるが、粒状Siセルとの接触点の数が増えることは接
触不良の歩留まりを向上させるには有効である。但し多
すぎると、所要金属材料が増加し、かえって不経済とな
る。

【００３２】図１５はガラスファイバーに担持された金
属導体と、粒状Siセルとの接触状況を示す図である。フ
ァイバーガラス８１には表面に0.1μmのAl層（図には明
示していない）がコーティングされ、その上に、厚さ1.
5μmのAg層８２、さらに厚さ0.5μmのAl層８３が形成さ
れている。粒状Siセル１が保持された段階でファイバー
ガラス８１に接する程度に金属層は変形する。アロイ化
の工程で接触点近傍のAl層と粒状Siの表面層とが合金化
し、ほぼAl層の厚さに相当するｐ+層が合金層８４のSi
核側に形成される。これを介して、セル１の出力が金属
層に伝達される。

【００３３】ｐ型領域との接触を実現する目的のために
は、ここで用いたAlの他、GaやInなどのIII族元素を単
体または合金の形で含むAgやCuなどの高導電性金属をガ
ラスファイバーにコートするか、あるいは細線を撚った
ものであってもよい。同じくｎ型領域との接触を実現す
るためにはAgやCuの高導電性金属の他、制御された条件
下ではAlの使用も可能であり、また前者ではP、As、Sb
などのV族元素を含むことがより効果的である。

【００３４】ファイバーとして金属の単線をガラスファ
イバーを共に撚ることも考えられるが、図１４に示すよ
うに粒状Siとの接触の機会は僅かであり、確実に接触せ
しめるためには個々のガラスファイバーに金属が担持さ
れた構造が望ましいことは理解できよう。また、単線の
場合、アロイ化の工程で合金化に自己制限的な機構が働
かず、粒状Siに深い合金層を形成する危険性や、金属線
の断線の危険性があり、やはり、ガラスファイバーに金
属が担持された構造が望ましい。

【００３５】図１６は粒状Siセルの保持に関する本発明
の他の実施例を示したものである。図１に示した平織り
状のガラス布に代えて篭編み状に形成したもので、ガラ
スファイバーで構成される縦糸４に組み合わされる横糸
として、正極導体２および負極導体３で構成される第２
および第１の横糸に加え、ガラスファイバーで構成され
る第３の横糸４’を配したものである。この場合にも正
極導体２と負極導体３は交互に並行して配置され、互い
に短絡しないよう、絶縁体によって分離された構造とな
っている。この例では、球状Siセルを細密充填で配置す
ることにより、セルの充填率（投影面積）は91％とな
り、平織りの場合に比べて充填率を約15％改善できる。
これは、非集光モジュールの場合には出力の改善とな
り、またモジュール強度を向上させることができる。導
体の取り出しに関する長さの制限事項およびサブモジュ
ールの直列接続に関する結線の方法については平織りの
場合と同様に適用することができる。

【００３６】（実施例３）本発明を適用して形成したモ
ジュールを発電用に供した場合に、予め結線を工夫する
ことで施工性にすぐれたモジュールとすることができ
る。図１７（Ａ）は波板状のモジュールを多数重ねて屋
根を形成する場合の状況を例示してある。ここには２枚
の波板モジュール９１を重ねて野地板９２に固定した例
を示しているが、その様子の横断面を図１７（Ｂ）に示
す。固定部分９３は２枚のモジュールを貫いてボルトで
締結しているが、これを可能とするにはモジュールに貫
通孔９４を設ける必要がある。一般には貫通孔９４の周
辺にはサブモジュールを配置しないが、その場合、本発
明の製造実施例のように直線的にモジュールを形成する
と単位のサブモジュールの幅に相当する大きな無駄面積
を生じることになる。そこで、図１７（Ｃ）のように貫
通孔９５を設ける位置が予め想定できる場合には、その
予定エリア９６の部分について金属を担持したガラスフ
ァイバー群９７の一部に予め金属を担持しない領域９６
を設け、仮りにこの部分に粒状Siセルが固定された場合
でも発電に寄与しないオープン不良状態を積極的に作り
つけることが工程上有利である。ガラス布は縦糸となる
ガラスファイバー群９８との間で通常と同様な工程で平
織りすればよく、他の製造工程を妨げずにモジュールを
製造することができる。このようにすれば、モジュール
化された後、その予定領域に貫通孔を機械的に穿つ加工
が可能となり、モジュールをより簡素に形成できる上、
施工が容易となり、従って太陽電池アレイコストを低減
することができる。

【００３７】（実施例４）本発明の他の実施例を図１８
に示す。正極導体２と負極導体３を横糸とし、これを交
互に配置した平織りのガラス布では、粒状Siセルが縦糸
方向で逆並列となる。ここで、粒状Siセル１が図１８
（Ａ）のように１列おきに並ぶことができれば、横糸の
端部で互いに隣り合う正極導体２と負極導体３を接続す
ることにより、粒状Siセル列を単位として直列接続が可
能となる。その等価回路を図１８（Ｂ）に示す。出力端
子７および８からは直列接続された粒状Siセル列の数の
約1/2に相当するＶ数の電圧が得られる。直径500μmの
粒状Siと500μmピッチのガラス布で構成されるモジュー
ルの場合、10cm毎に100Ｖの出力が得られることにな
る。粒状Siセル列を１列おきに並べるためには図１８
（Ｃ）に示すように、ガラスファイバー４を縦糸とし、
横糸となる正極導体横糸２と負極導体横糸３に加えて、
例えばガラスファイバーで構成される第３の横糸４００
で粒状Siセル１’が固定されないよう邪魔をすればよ
い。このような構成は衆知の織布法で可能である。

【００３８】（実施例５）本発明の他の実施例を図１９
に示す。これは平織りのガラス布の目の数にして縦横２
目おきに粒状Siセルを配置した例である。これは自身の
大きさの９倍の領域の中心に粒状Siセル１’が配置され
た例である。これは平織りの横糸３本を単位として正極
導体２、負極導体３、不導体200の各縦糸が繰り返され
るように配置され、加えて粒状Si列が形成されない列に
邪魔糸４００が２目連続で挿入されて形成される。ま
た、縦糸についても平織りを形成する不導体糸４と、粒
状Siセルが固定されない列について邪魔糸４０１を２目
連続に形成する。このような構成も衆知の織布技術で容
易に可能である。このようなガラス布を用意すれば実施
例１で示した製造工程により、図示する如く粒状Siセル
が配置された太陽電池モジュールを形成することができ
る。このような構成は、個々の粒状Siセルに集光レンズ
を備えたモジュールに適用することにより、同じ受光面
積で使用する半導体の量を同じ工程を用いながら約１桁
低減することができ、低コストの太陽電池を提供するこ
とができる。

【００３９】

【発明の効果】本発明によれば、安価なシリコン材料
を用いて、比較的高い変換効率の太陽電池を連続的にか
つ高速に製造することができる。本発明の趣旨に従え
ば、ファイバーによって構成される基体であれば、糸の
構成やその配置、織布法などには制限されない。

【００４０】また、太陽電池本体については、実施例で
はｐ型の半導体塊をベースに太陽電池の構造および製造
方法を述べてきたが、ｎ型半導体塊についても伝導型の
極性を入れ換えることにより同様に実施できることは言
うまでもない。また、半導体はSiに限らず、Ge等を含む
元素半導体、III−V族化合物半導体、II−VI族化合物半
導体、カルコパイライト化合物、あるいはこれらの複合
化合物であっても差し支えない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の構成を説明するための平面模式図。

【図２】従来の太陽電池素子構造の鳥瞰説明図。

【図３】従来の太陽電池素子の接続概念を示す鳥瞰図。

【図４】従来の太陽電池モジュールの断面構成図。

【図５】従来の球状シリコン太陽電池の構成断面図。

【図６】本発明の粒状シリコン太陽電池の断面構成図。

【図７】本発明を適用したモジュールの製造工程におけ
るセル固定プロセスの概念模式図。

【図８】本発明を適用したモジュールにおける電極配線
の接続例を示す平面模式図。

【図９】本発明を適用したモジュールにおける直列接続
例を示す説明図。

【図１０】本発明を適用したモジュールにおける他の直
列接続例を示す説明図。

【図１１】本発明を適用した波板状モジュールの構成を
示す鳥瞰図と断面構造図。

【図１２】本発明を適用した３次元エンボス状モジュー
ルの鳥瞰イメージ概念図。

【図１３】本発明を適用したモジュール一貫製造プロセ
スの立面概念図。

【図１４】本発明を適用したモジュールにおけるセルと
基体との関係を示す立面模式図。

【図１５】本発明を適用したモジュールにおけるセルと
基体との接続部を示す断面模式図。

【図１６】本発明を適用した配線構成の一実施例を示す
平面概念図。

【図１７】本発明を適用したモジュールにおける配線構
成の他の一実施例を示す説明図。

【図１８】本発明を適用したモジュールにおける他の配
線接続例を示す説明図。

【図１９】本発明を適用したモジュールにおける他の配
線接続例を示す説明図。

【符号の説明】

１・・粒状Siセル、２・・正極導体、３・・負極導体、
４・・絶縁支持体（ガラスファイバー）、５、５’・・
正極接続リード、６、６’・・負極接続リード、７・・
正極端子、８・・負極端子、１１・・ｐ型Si基板、１２
・・ｎ型拡散層、１３・・受光面電極、１４・・裏面電
極、１５・・従来の太陽電池素子、１６・・従来の接続
リード、１７・・従来モジュールの強化ガラス板、１８
・・従来モジュールの耐湿フィルム、１９・・従来モジ
ュールの封止樹脂、２１・・従来素子のｐ型Si球、２２
・・従来素子のアルミ箔、２３・・従来素子のｎ型拡散
層、３１・・ｐ型粒状Si、３２・・ｎ型拡散層、３３・
・負極導体、３４・・正極導体、３５・・ｐ型合金化領
域、３６・・封止樹脂、４１・・ガラス布、４２・・吸
引ドラム、４３・・粒状Siセル、４４・・セル供給管、
４５・・ブロワー、４６・・ガター、４７・・固定ドラ
ム、４８・・粒状Siセル付きガラス布、５０・・モジュ
ール、５１・・表ラミネーション材、５２・・裏ラミネ
ーション材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上松強志東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者大塚寛之東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体塊のｐ型領域とオーム接触する第１
の金属を担持する第１のファイバーガラス束と、半導体
塊のｎ型領域とオーム接触する第２の金属を担持する第
２のファイバーガラス束とを交互に分離して配置し、上
記半導体塊のｐ領域は上記第１のファイバーガラス束の
第１の金属と、また該半導体塊のｎ領域は上記第２のフ
ァイバーガラス束の第２の金属とそれぞれ少なくとも１
箇所で接触し、該半導体塊の光電変換出力を上記第１お
よび第２のファイバーガラス束に担持された第１および
第２の金属を介して取り出すことを特徴とする太陽電
池。
【請求項２】第１または第２のファイバーガラス束に担
持された金属は、それぞれ複数の半導体塊と半導体の同
一導電型領域で接触することを特徴とする請求項１記載
の太陽電池。
【請求項３】ファイバーガラス束は少なくとも１本以上
の第１または第２の金属線とガラス線とを束ね、若しく
は撚り、若しくは編むことによって形成されたことを特
徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項４】ファイバーガラス束は第１または第２の金
属線が被覆されたガラス線を含むガラス線を束ね、若し
くは撚り、若しくは編むことによって形成されたことを
特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項５】第１の金属はAl、Ga、In等のIII族元素単
体であるか、または少なくともこれらの元素を含む合金
か、若しくはこれらの単体あるいは合金とCu、Ag等の導
電性を担う金属との複合体であることを特徴とする請求
項１記載のシリコン太陽電池。
【請求項６】第２の金属はAl、Cu、Ag等の導電性を担う
金属か、少なくともその一部にP、As、Sb等のV族元素を
含む合金か、若しくはこれらの金属と合金との複合体で
あることを特徴とする、請求項１記載のシリコン太陽電
池。
【請求項７】第１および第２のファイバーガラス束は、
これらと交差する金属を担持しない第３のファイバーガ
ラス束によって互いに分離絶縁されることを特徴とする
請求項１記載の太陽電池。
【請求項８】第１および第２のファイバーガラス束は、
第３のファイバーガラス束によって分離絶縁されるに際
し、交互に平行に配置された第１および第２のファイバ
ーガラス束を横糸とし、第３のファイバーガラス束をこ
れと直交する縦糸として形成される平織状を呈するか、
もしくは第１および第２のファイバーガラスと互いに６
０度で交差する複数の第３のファイバーガラスにより篭
編状を呈することを特徴とする請求項７記載の太陽電
池。
【請求項９】半導体塊は、第１、第２および第３のファ
イバーガラス束によって周縁部を構成される空隙に配置
され、かつ第１および第２のファイバーガラスに担持さ
れる金属と電気的接続をなすことを特徴とする請求項８
記載の太陽電池。
【請求項１０】第１のファイバーガラス束に担持される
第１の金属は、これに直交する第１のリード線により共
通に接続し、また第２のファイバーガラス束に担持され
る第２の金属は、これに直交する第２のリード線により
共通に接続し、該第１および第２のリード線を介して太
陽電池の出力を取り出すことを特徴とする請求項９記載
の太陽電池。
【請求項１１】第１および第２のリード線は、それぞれ
金属を担持したファイバーガラス束群の互いに反対端で
接続されてなることを特徴とする請求項１０記載の太陽
電池。
【請求項１２】互いに隣り合う第１および第２の金属を
担持したファイバーガラス束を、両端で交互に接続する
ことにより、ファイバーガラス束単位で半導体塊群を直
列に接続したことを特徴とする請求項９記載の太陽電
池。
【請求項１３】リード線の一部は、第１の金属を担持し
た複数のファイバーガラス束に直交して接続され、該リ
ード線の他の部分は第２の金属を担持した複数のファイ
バーガラス束に直交して接続されてなる構造を単位と
し、該構造をファイバーガラス束群の両端で交互に繰り
返すことにより、複数のファイバーガラス束に保持され
た半導体塊群を単位とした直列接続を得ることを特徴と
する請求項１０記載の太陽電池。
【請求項１４】請求項９記載の太陽電池をその構成要素
とする太陽電池モジュール。
【請求項１５】ファイバーガラス束およびファイバーガ
ラス束により保持された半導体塊をさらに透明構造体に
埋設してなること特徴とする請求項１４記載の太陽電池
モジュール。
【請求項１６】透明構造体はガラス等の無機材料、また
はカーボネート樹脂、アクリル樹脂、スチレン樹脂、プ
ロピレン樹脂、エチレン樹脂、ビニル樹脂や弗素樹脂等
の有機樹脂、若しくはこれらの積層複合体であることを
特徴とする請求項１５記載の太陽電池モジュール。
【請求項１７】透明構造体の少なくとも一部をファイバ
ーガラス束を含めて波板状若しくはエンボス加工し、剛
性を付与したことを特徴とする請求項１６記載の太陽電
池モジュール。
【請求項１８】透明構造体の一部に設けられた貫通孔設
置予定部分およびその周辺領域には、ファイバーガラス
束に第１および第２の金属を担持しない加工を施したこ
とを特徴とする請求項１６記載の太陽電池モジュール。
【請求項１９】請求項１６記載の太陽電池モジュールを
発電素子として用いる電気装置。
【請求項２０】金属を担持した第１および第２のファイ
バーガラス束は、第３のファイバーガラス束によって分
離絶縁されるに際し、交互に平行に配置された第１およ
び第２のファイバーガラス束を横糸とし、第３のファイ
バーガラス束をこれと直交する縦糸として形成される平
織状を呈するか、もしくは第１および第２のファイバー
ガラスと互いに６０度で交差する複数の第３のファイバ
ーガラスにより篭編状を呈することを特徴とするガラス
ファイバー布。
【請求項２１】第３のファイバーガラス束によって分離
絶縁され、かつ金属を担持した第１および第２のファイ
バーガラス束のそれぞれに、同一半導体塊のｐ型領域お
よびｎ型領域のそれぞれの少なくとも１箇所以上で電気
的に接続する工程を含むことを特徴とする太陽電池の製
造方法。
【請求項２２】半導体塊の表面に不純物を拡散する工程
と、第３のファイバーガラス束によって分離絶縁されか
つ金属を担持した第１および第２のファイバーガラス束
からなるファイバーガラス布を供給し、不純物拡散した
上記半導体塊を該ファイバーガラス布に載置若しくは吸
引により略１層付着せしめる工程と、上記第１および第
２のファイバーガラス束に担持された金属と上記半導体
塊のｐ型領域およびｎ型領域とをそれぞれ電気的に接続
する工程と、該半導体塊のｐ型領域およびｎ型領域の電
気的分離を行う工程と、透明構造体に該半導体塊とファ
イバーガラス布を埋設する工程とを含むことを特徴とす
る太陽電池の製造方法。
【請求項２３】連続したファイバーガラス布に沿って請
求項２２記載の工程が配置された太陽電池の製造方法。