JPWO2005041312A1 - 受光又は発光モジュールシートの製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、マトリックス状に配置された複数の球状素子を有する受光又は発光モジュールシートに関する。本発明の目的は、良品の球状素子のみで構成すること、光電変換効率を向上させることなどである。 受光モジュールシート（１）は、マトリックス状に配置された複数の球状の太陽電池素子（２）と、網目状部材（３）と、シート部材（４）とを備えている。各太陽電池素子（２）は、球面状のｐｎ接合（１３）と、ｐｎ接合（１３）の両極に接続され太陽電池素子（２）の中心を挟んで対向する位置に形成された正負の電極（１４，１５）とを備えている。網目状部材（３）は、各列の複数の太陽電池素子（２）を電気的に並列接続する平行に配置された複数の導電線（２０，２１）と、太陽電池素子（２）の行と行との間に導電線（２０，２１）と直交状に配置され、複数の導電線（２０，２１）を固定するために網目状に織られた絶縁性の張力線材（２２）とを有する。

Description

本発明は、受光又は発光モジュールシート及びその製造方法に関し、特に、球状素子に電気的に接続された導電線と、導電線を固定する為の絶縁性の張力線材とが網目状に織られた受光又は発光モジュールシートに関するものである。

現在、一般的に実用化されている太陽電池は、平面状の半導体ウエハーに不純物を拡散するなどして平面状のｐｎ接合が形成されている。このように構成された太陽電池は、受光面に垂直に光が入射した場合には出力が最大となるが、受光面に対する光の入射角が傾くに従って出力が低下する。従って、このような太陽電池は、指向特性が強く、常に光を効率的に利用しているとは言い難く、また、半導体結晶のインゴットをスライシングしてウエハーにするため、切しろなどの加工ロスが大きく、製造コストの増大に繋がっている。
このため、高純度金属シリコン原料を融かして滴下させて粒状のｐ形結晶を製造し、このｐ形結晶にｎ形の不純物を拡散し、球面状のｐｎ接合を形成した太陽電池素子とこの太陽電池素子をアルミニウム箔により接続した太陽電池モジュールが米国特許４５８１１０３号において開示されている。この太陽電池モジュールは、その球状の太陽電池素子をモジュール化する前から独立した電極が形成されているのではなく、１枚のアルミニウム箔に形成された孔に太陽電池素子を機械的に圧入してｎ形表面と電気的に接続し、次に孔から下方に突出した太陽電池素子のｎ形層の表面の一部をエッチングなどにより除去し、コアであるｐ形シリコンを露出させ、このｐ形シリコンと別のアルミニウム箔の表面を接触させて正電極が形成されている。この接続を多数のｐｎ接合を有する太陽電池素子について行うことで、２枚のアルミニウム箔により複数の太陽電池素子が電極形成と太陽電池素子間の並列接続が行われてモジュール化される。このように太陽電池モジュールを構成すると、２枚のアルミニウム箔により接合電極形成と並列接続が同時に行える特長があるが、ｎ形層とアルミニウム箔とを接続した後ｐ形領域を露出させるので、個々の太陽電池素子の特性や良否判断が困難である。また、このように構成すると、並列接続に限定されるので、出力電圧を上げるには別の太陽電池モジュールと結線しなければならない。太陽電池素子の直径を小さくすると、２枚のアルミニウム箔間の間隔が短くなり、アルミニウム箔同士を絶縁することが難しくなり、製造工程が複雑化する。正負の電極の位置が、太陽電池素子の中心より下方、即ち、両電極が非対称な位置に形成されているので、正負の両電極間に流れる電流が電極距離の短い所に偏り、光電変換効率を十分に上げることができないなどの欠点があるだけでなく、アルミニウム箔により光が遮られて、受光面がアルミニウム箔よりも上方に限定されるため、全方向の光を受光できず、出力を向上させることができないといった欠点がある。
日本国公報の特開平９−１６２４３４号公報には、縦に延びる線状の導体線材と、横に延びるガラス繊維とが織り込まれて形成されたガラス繊維布により複数の球状の太陽電池素子が支持されたシート状の太陽電池が開示されている。この太陽電池においては、太陽電池素子を導体線材により支持することで、導体線材間の絶縁を簡単にしている。
しかし、上述した特開平９−１６２４３４号公報に記載の太陽電池に設けられる太陽電池素子においても、ｎ形層と負極導体線材が接続された後、全周がｎ形層で覆われたｐ形領域が露出され、正極導体線材とｐ形領域とが接続される。導体線材と太陽電池素子とが接続される前には、ｎ形層のみが外部に露出しているため、接続する前に個々の太陽電池素子を検査することができず、上述した引用文献と同様の問題が生じる。また、ｐ形領域と接続された正極導体線材は、ｎ形層とも接続されているため、光を照射しつつ電気化学的にエッチングし、ｐｎ接合分離することで、正極導体線材をｐ形領域のみと接続させているが、各太陽電池素子においてエッチングの進行速度が異なるため、確実に全ての太陽電池素子においてｐｎ接合分離を行うことは困難である。
この公報の太陽電池素子においても、中心に対して非対称な位置で正極導体及び負極導体と接続されているため、上述した引用文献と同様の問題が生じる。更に、この問題は、太陽電池素子を球状の発光ダイオードに置き換えたときにも、導体線材間の狭い領域でのみしか発光しないため、全方向へ光を出射することができず、球状の発光ダイオードの利点がなくなるといった問題となる。
そこで本願の出願人は、国際公開公報ＷＯ９８／１５９８３号公報に示すように、太陽電池素子や発光デバイスである複数の球状素子と、この球状素子を接続した受光又は発光モジュールシートを提案している。この球状素子は、球状のｐ形（又はｎ形）の単結晶半導体（シリコンなど）と、その単結晶半導体の表面近傍に形成されたｎ形（又はｐ形）の拡散層と、ほぼ球面状のｐｎ接合と、球状の単結晶半導体の中心を挟んで対向する位置に設けられた１対の正負の電極とを備えている。これら多数の球状素子を複数行複数列のマトリックス状に配設し、これらを直列又は並列接続することで、受光又は発光モジュールシートを構成している。
これらの球状素子には、その中心を挟んで対向する位置に電極が設けられているため、隣接する球状素子の正電極と負電極とを直接接触するように配列することで、複数の球状素子を直列接続をすることは簡単であるが、各球状素子を並列接続することは簡単ではない。
この問題を改善するために、本願の出願人は、国際公開公報ＷＯ０３／０１７３８２号公報において平行に配設された２本の導電線により、電極の向きを揃えて配設された球状素子の正負の電極を挟み込むようにして並列接続して球状素子列を形成し、更に、隣接する球状素子列の導電線を接続することで、球状素子列を直列接続している。
しかし、この受光又は発光モジュールシートにおいては、導電線の長さ方向の引っ張り強度は強いが、その垂直方向には非常に弱いといった問題があり、球状素子と導電線との接続を簡単にして、生産性を向上させる必要がある。
本発明の目的は、良品の球状素子のみで構成可能な受光又は発光モジュールシートを提供すること、引っ張り強度に強い受光又は発光モジュールシートを提供すること、球状素子による光電変換又は電光変換の効率が高い受光又は発光モジュールシートを提供すること、製造が容易な受光又は発光モジュールシートを提供すること、である。その他の本発明の目的は、本発明の効果の記載及び実施の形態の記載からも判るであろう。

本発明に係る受光又は発光モジュールシートは、受光又は発光機能のある複数の球状素子であって、各々がほぼ球面状のｐｎ接合とｐｎ接合の両極に夫々接続されて球状素子の両端に位置する正負の導電線接続部とを有し且つ極性を揃えてマトリックス状に配置された複数の球状素子と、複数列の各々について各列の複数の球状素子の正負の導電線接続部を介して各列の複数の球状素子を電気的に並列接続する平行に配置された複数の導電線と、球状素子の行と行の間に複数の導電線と直交状に配置され、複数の導電線を固定する為に複数の導電線と網目状に織られた絶縁性の複数の張力線材とを備えている。
この受光モジュールシートである場合、光の入射方向に関係なく、光が受光モジュールシートに入射し、この光が極性を揃えてマトリックス状に配置された複数の球状素子に照射すると、球状素子に形成されたほぼ球面状のｐｎ接合で光が受光され、球状素子の受光機能によって電気エネルギーに変換される。その電気エネルギーは、ｐｎ接合の両極に接続されて球状素子の両端に位置する正負の導電線接続部を介して外部へ出力される。発光モジュールシートである場合、導電線から導電線接続部を介して球状素子に供給された電気エネルギーが、球状素子のｐｎ接合により光エネルギーに変換され、この光を外部に出射する。
球状素子がｐｎ接合の両極に接続された正負の導電線接続部を有するので、受光又は発光モジュールシートに球状素子を組み込む前に球状素子を検査することができ、その結果、良品の球状素子のみを受光又は発光モジュールシートに組み込むことができ、高品質のものを安定して製造することができる。また、組み込む前に球状素子に正負の導電線接続部を形成することで、導電線接続部と導電線との接続が簡単になり、製造工程が簡単になる。
列方向に延びる複数の導電線と行方向に延びる複数の絶縁性の張力線材が網目状に織られているため、強度に優れる。球状素子の正負の導電接続部が、ほぼ球面状のｐｎ接合に接続され且つ球状素子の両端にあるため、ｐｎ接合の全域を有効に活用し、電力や光の発生の効率を高めることができる。
ここで、以上の構成に加えて、次のような構成を適宜採用することもできる。
（１）前記各球状素子において前記正負の導線接続部は球状素子の中心を挟んで対向状に位置する。
（２）前記複数の球状素子を複数の導電線および複数の張力線材と共に埋め込み状態に収容する透明合成樹脂又は透明ガラス製のシール部材を設ける。
（３）前記各球状素子がフォトダイオード素子又は太陽電池素子である。
（４）前記各球状素子が、発光ダイオード素子である。
（５）前記導電線は、半田と導電性合成樹脂と合金化金属のうちから選択される何れか１つを用いて正負の導線接続部に接続されたものである。
（６）前記導電性線材の少なくとも一部が露出するように、シール部材に埋め込まれているものである。
（７）前記球状素子の列と列の間に導電線と平行に導電線に織られた絶縁性の張力線材を備えたものである。
（８）前記シール部材は、透明合成樹脂材料を用いてフレキシブルな部材に構成されたものである。
（９）前記シール部材の光の入射側と反対側の面に入射側から入射した光を反射する反射膜を構成する。
（１０）前記シール部材は、複数の球状素子を埋め込み状態に収容する柔軟性のある透明なクッション層と、このクッション層の両面に接合された透明な表面層からなる。
（１１）前記シール部材は、球状素子により吸収できない熱線を選択的に反射する高分子材料で構成された熱反射膜を有する。
（１２）前記複数の球状素子を並列した導電線を、複数列直列接続する直列接続手段を有する。
本発明に係る受光又は発光モジュールシートの製造方法は、マトリックス状に配設された受光又は発光機能のある複数の球状素子と、各列の複数の球状素子を電気的に並列接続する導電線と、導電線を固定する為に導電線と網目状に織られた絶縁性の張力線材とを備えた受光又は発光モジュールシートの製造方法において、正負の導電線接続部を有する球状素子を製造する球状素子製造工程と、導電線に流れる電流によるジュール熱により球状素子と導電線とを接続するための接合部材を融かして、球状素子と導電線とを接合部材により接続する接続工程とを備えたものである。
この受光又は発光モジュールシートの製造方法によると、まず、球状素子製造工程において正負の導電線接続部を有する複数の球状素子が製造され、次に、接続工程において、導電線に流れる電流により融けた接合部材によってマトリックス状に配列された各列の複数の球状素子と導電線が並列接続される。
従って、この導電線接続部を介して球状素子が良品か不良品かの検査をすることができ、不良品の球状素子が受光又は発光モジュールシートに組み込まれることを防ぐことができる。組み込む前に球状素子に正負の導電線接続部を形成することで、導電線接続部と導電線との接続が確実に且つ簡単になり、製造工程が簡単になる。また、導電線に流れる電流によって接合部材が融かされて、導電線と球状素子が接続されるので、熱効率がよく、容易に接続することができ、省エネルギー化及び製造工程が簡単になる。

図１は本発明の実施形態に係る受光モジュールシートの平面図であり、図２は受光モジュールシートの部分拡大平面図であり、図３は太陽電池素子の拡大断面図であり、図４は図２の矢印ＩＶから視た矢視図であり、図５は図２の矢印Ｖから視た矢視図であり、図６は図２のＶＩ−ＶＩ線断面図であり、図７は受光モジュールシートに含まれる太陽電池モジュールの等価回路図であり、図８は太陽電池素子を製造する各段階における太陽電池素子を示す図であり、図９は太陽電池素子と導電線とを位置決め治具を用いて電気的に接続する工程を説明する説明図であり、図１０は変更形態に係る受光モジュールシートの部分拡大平面図であり、図１１は変更形態に係るシール部材を組み込んだ受光モジュールシートの要部の縦断面図であり、図１２は変更形態に係るシール部材を組み込んだ受光モジュールシートの要部の縦断面図であり、図１３は変更形態に係る受光モジュールシートの部分拡大平面図ある。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
この実施の形態は、複数行複数列のマトリックス状に球状の太陽電池素子が配設された受光モジュールシート（太陽電池モジュールシート）に本発明を適用した場合の一例である。
図１，図２に示すように、この受光モジュールシート１は、多数の太陽電池素子２（球状素子に相当する）と、網目状部材３（導電線混織ガラスクロス）、シール部材４などを有する。
本願出願人の出願に係る国際公開公報ＷＯ９８／１５９８３及びＷＯ０３／０３６７３１などに太陽電池素子２と略同様の構成の太陽電池素子が開示されているので、ここでは簡単に説明する。
図１，図２に示すように、多数の太陽電池素子２は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する受光機能を有し、極性を揃えてマトリックス状に配置されている。例えば、１ワットの発電出力当たり約２０００個の太陽電池素子２が用いられる。
図３に示すように、各太陽電池素子２は、抵抗率が０．３〜１Ωｍ程度のｐ形シリコン単結晶からなる直径が約０．６〜２．０ｍｍの球状結晶１０を素材として形成される。この球状結晶１０の一端部には、平坦面１１が形成されている。平坦面１１を除く球状結晶１０の表面部の略全域に亙ってリン（Ｐ）が拡散されたｎ^＋形拡散層１２（厚さ約０．４〜０．５μｍ）が形成され、このｎ^＋形拡散層１２とｐ形領域との境界面にはほぼ球面状のｐｎ接合１３が形成されている。球状結晶１０の直径が約１．０ｍｍの場合、平坦面１１の直径は約０．５ｍｍに形成される。但し、平坦面１１の直径は約０．５ｍｍ以下でもよい。
平坦面１１には、正電極１４（導電線接続部に相当する）が設けられ、球状結晶１０の中心を挟んで正電極１４と対向する位置には負電極１５（導電線接続部に相当する）が設けられている。正電極１４は、球状結晶１０のｐ形領域に接続され、負電極１５は、ｎ＋形拡散層１２に接続されている。正電極１４はアルミニウムペーストを焼成して形成され、負電極１５は銀ペーストを焼成して形成される。正電極１４と負電極１５を除く全表面には、ＳｉＯ_２（又はＴｉＯ_２）の絶縁膜からなる反射防止膜１６（厚さ約０．６〜０．７μｍ）が形成されている。この太陽電池素子２は、受光機能を有し、太陽光を受光して電極１４，１５の間に０．５〜０．６Ｖの光起電力を発生する。
図２，図４，図５に示すように、綱目状部材３は、正極用導電線２０と、負極用導電線２１と、ガラス繊維製の張力線材２２とを有する。導電線２０，２１は、ニッケル（４２％）と鉄（５２％）とクロム（６％）の合金からなる直径１２０μｍの線材であり、その表面には錫メッキ層（厚さ２〜３μｍ）を形成したものである。
図２に示すように、両導電線２０，２１は、共に列方向に平行に延び、隣接する太陽電池素子２の各列の正極用導電線２０と負極用導電線２１との中心線の間隔は約０．７５ｍであり、各列の太陽電池素子２と隣接する列の太陽電池素子２の中心の間隔は約１．７５ｍｍである。正極用導電線２０は半田ペースト２３を介して正電極１４に電気的に接続され、負極用導電線２１は半田ペースト２３を介して負電極１５に電気的に接続されている。各列の複数の太陽電池素子２は、両導電線２０，２１によって電気的に並列接続されると共に、全部の列の太陽電池素子２が電気的に直列接続される。但し、これについては後述する。
尚、導電線は、上述の構成のものに限定されるものではなく、鉄、鉄（５８％）・ニッケル（４２％）合金線、その他の鉄合金線、銅線、ベリリウム銅線、りん青銅線、その他の銅合金線、銀、銀合金線、ニッケル、ニッケル合金線などで構成してもよいし、それらの材料で製作された細線を縒って縒り線で構成してもよく、電気的、機械的、化学的性質などを考慮して適用する。これらの中で、特にベリリウム銅線或いはりん青銅線のような線材は、バネ力を有するので、太陽電池素子２との接触を確実に保持することができる。
張力線材２２は、各行の太陽電池素子２とそれに隣接する行の太陽電池素子２の間に、導電線２０，２１と直交するように行方向に延ばして配置されている。各張力線材２２は、７本のガラス繊維（直径約９．０μｍ）を縒って形成され、これら３本の張力線材２２を１組として、ピッチ約１．７５ｍｍ間隔で各行間に配置されている。各張力線材２２は、導電線２０，２１を固定するために、両導電線２０，２１の間を上下に縫うように織り込まれ、複数の導電線２０，２１と複数の張力線材２２とが網目状に織られて、網目状部材３が形成されている。
図６に示すように、シール部材４は、多数の太陽電池素子２と網目状部材３を保護するために、多数の太陽電池素子２と導電線２０，２１と張力線材２２とを埋め込み状態に収容するように構成されている。このシール部材４は、絶縁性の透明なポリパラキシレン樹脂を用いて、厚さが約１００μｍのシート状に形成されている。このポリパラキシレン樹脂は、微細な部分までピンホールが少なく均一にコーティングできる、ガスや水蒸気の透過性が少ない、放射線に対する安定度が高い、屈折率（約１．６４）が高い、太陽電池素子２の表面における反射損が少ないなどの特長がある。従って、このシール部材４は、太陽電池素子２の表面を薄く被う状態に形成することができるので、受光の指向性が広く反射損が少なく、フレキシブルで、軽く、引っ張りや曲げ強度が高く、集採光率が高いなどの利点がある。
この受光モジュールシート１によると、光の入射方向に関係なく、光が受光モジュールシート１に入射し、この光が極性を揃えてマトリックス状に配置された複数の太陽電池素子２に照射すると、太陽電池素子２に形成されたほぼ球面状のｐｎ接合１３で光が受光され、太陽電池素子２の受光機能によって電気エネルギーに変換される。その電気エネルギーは、ｐｎ接合１３の両極に接続されて太陽電池素子２の中心を挟んで対向する正負の電極１４，１５を介して外部へ出力される。
次に、図７は、受光モジュールシート１に含まれる太陽電池モジュールの等価回路３０を示すものである。この等価回路３０は、例えば、多数行多数列のマトリックス状に配列された多数の太陽電池素子２の各々をダイオード３１に置き換えたものである。この等価回路３０に示すように、各列のダイオード３１（太陽電池素子２）は正極用導電線２０及び負極用導電線２１によって並列接続され、更に、各列の正極用導電線２０が隣接する列の負極用導電線２１に直列用導電線３４により直列接続されている。１個の太陽電池素子２の出力が０．６Ｖであるとし、行数をｍ、列数をｎとすると、正極端子３２と負極端子３３との間に約ｎ×０．６Ｖの光起電力が発生する。１個の太陽電池素子２で発生する電流をＩとすると、正極端子３２からｍ×Ｉの電流が外部負荷へ出力される。
このように多数の太陽電池素子２を一つ一つ直並列接続することで、受光モジュールシート１の一部に光が入射せず、一部の太陽電池素子２が発電不可能な状態であっても、他の太陽電池素子２を経由して電流が流れるため、出力減少の影響を最小限にすることができる。
次に、以上説明した受光モジュールシートの製造方法について説明する。
最初に、太陽電池素子２の製造方法について図８に基づいて説明するが、この製造方法については、本出願人が国際公報ＷＯ９８／１５９８３及びＷＯ０３／０３６７３１に詳細に説明しているので、ここでは簡単に説明する。
まず、溶融状態のシリコンの液滴を定量ずつ自由落下させ、その途中で過冷却による急速凝固によって直径が約１．０ｍｍのｐ形の球状単結晶１０を形成し、この球状単結晶１０の一部を機械的に研磨して平坦面１１を形成する（図８（ａ）参照）。
次に、球状単結晶１０を、約１０００℃の水蒸気を含む酸素ガス中で約４０分間加熱し、厚さが約０．３μｍのシリコン酸化膜３５を形成する（図８（ｂ）参照）。次に、シリコン酸化膜３５を所望の領域にのみ不純物（ｎ形不純物）を熱拡散するマスクとするために、ガラスプレート上に耐酸性のワックスを均一な厚さで溶融し、このワックスの表面に平坦面１１を押し付けて、ワックスを固化させる。次に、バッファエッチ液（ＮＨ_４ＨＦ_２水溶液）に浸漬して、固化されたワックスから露出しているシリコン酸化膜３５のみをエッチングして除去し、その後、ガラスプレートから球状単結晶１０を外して、ワックスを除去する（図８（ｃ）参照）。
次に、球状単結晶１０を、オキシ三塩化リン（ＰＯＣｌ_３）液をバブルさせた窒素キャリアガス中で約９６０℃，３分間加熱して、シリコン酸化膜３５が形成されていない球状単結晶１０の表面にリンシリケートガラス膜３６を形成し、更に雰囲気ガスを乾燥した酸素へ切り換えて約９８０℃，６０秒間加熱してｎ形不純物（リン）を球状単結晶１０の表面近傍の内部に熱拡散する。このようにｎ形不純物を熱拡散して、マスクであるシリコン酸化膜３５で被覆された平坦面１１とその近傍以外の部位にｎ^＋形拡散層１２を形成すると共に、このｎ^＋形拡散層１２と球状単結晶１０のｐ形領域の境界面にｐｎ接合１３を形成する（図８（ｄ）参照）。
次に、平坦面１１とその近傍に形成されているシリコン酸化膜３５をバッファエッチ液で除去し、再度、乾燥酸素ガス中で約８００℃，６０秒間加熱して球状単結晶１０の全表面にシリコン酸化膜からなりパッシベーション膜でもある反射防止膜１６を形成する（図８（ｅ）参照）。
次に、正電極１４を形成するために平坦面１１にはアルミニウムペースト３７をドット印刷し、負電極１５を形成するために球状単結晶１０の中心を挟んで平坦面１１と対向する部位のｎ^＋形拡散層１２の表面には銀ペースト３８をドット印刷し、この状態の球状単結晶１０を、窒素ガス中で約８００℃，６０分間加熱処理し、アルミニウムペースト３７と銀ペースト３８が反射防止膜１６を貫通して、アルミニウムペースト３７は球状単結晶１０のｐ形領域と、銀ペースト３８はｎ^＋形拡散層１２と夫々低抵抗接触（オーミックコンタクト）させて、太陽電池素子２が完成する（図３参照））。
次に、完成した太陽電池素子２をソーラシミュレータ光源による光照射の下での電圧−電流特性を測定し、太陽電池素子２を良品と不良品とに選別する。
次に、図９に示すように、太陽電池素子２を位置決めするために所定間隔で位置決め孔４０が形成された石英製の位置決め治具４１を用意する。次に、良品と判定された太陽電池素子２を電極１４，１５の向き（電極１４，１５の極性）を揃えて位置決め治具４１の位置決め孔４０に配設する。尚、太陽電池素子２には、平坦面１１が形成されているため、正負の電極１４，１５を容易に識別でき、電極１４，１５の向きを簡単に揃えて配設することができる。
位置決め治具４１に配設された太陽電池素子２の水平面上の赤道線は、位置決め治具４１の上面と略同じ高さとなる。次に、太陽電池素子２の移動や回転を防ぐために、位置決め孔４０内を減圧して太陽電池素子２を位置決め孔４０に固定する。尚、位置決め治具４１の上面には、半田ペースト２３などの接合材と接合されないように、カーボン若しくはボロン窒化膜がコーティングされている。
次に、導電線２０，２１と張力線材２２が織り込まれた網目状部材３を用意し、網目状部材３の正極用導電線２０と正電極１４が接続される部位と、負極用導電線２１と負電極１５が接続される部位に半田ペースト２３をドット印刷又はディスペンサー吐出により被着させ、この網目状部材３を位置決め治具４１に固定した太陽電池素子２に上方から被せる。次に、押え治具（図示略）により網目状部材３と位置決め治具４１の上面に密着させると共に、導電線２０，２１に被着された半田ペースト２３と電極１４，１５とを密着させる。次に、位置決め治具４１に多数の太陽電池素子２と網目状部材３を載置した状態で、半田ペースト２３に赤外線ランプによる集光ビームを照射して半田ペースト２３を融かし、この半田ペースト２３により導電線２０と電極１４を電気的に接続し、導電線２１と電極１５を電気的に接続する。次に、半田ペースト２３に含まれたフラックスを洗浄除去して乾燥する。
尚、他の接続の方法として、導電線２０，２１に電流を流し、半田ペースト２３をこの電流によるジュール熱により融かし、半田ペースト２３の表面張力と流動性を利用して接続してもよい。或いは、赤外線ランプとジュール熱を併用して半田ペースト２３を溶かして接続してもよい。この接続方法によると短時間での接続が可能となる。半田ペースト２３の代わりに導電性エポキシ樹脂によって電極１４，１５と導電線２０，２１を接続してもよい。導電性エポキシ樹脂により接続する場合には、網目状部材３を太陽電池素子２に被せた後、エポキシ樹脂を所望の個所にディスペンサーによって吐出し、その後、オーブンなどで導電性エポキシ樹脂を加熱して硬化させればよい。
次に、シール部材４であるポリパラキシレン樹脂の被膜を太陽電池素子２や網目状部材３など受光モジュールシート１の全体に亙って厚さが約１００μｍで形成する。このシール部材４は、例えば、米国ユニオンカーバイド・アンド・プラスティック社が開発した化学蒸着（ＣＶＤ）法によるコーティングシステムによって形成すればよい。尚、シール部材４は、ポリパラキシレン樹脂に限定されるものではなく、シリコーン樹脂、ポリ塩化ビニール、ポリエステル（ＰＥＴ）などの透明な樹脂を、液状の状態で吹付けやディッピング法などによって成膜し、硬化することで形成してもよい。このような方法によりシール部材４が受光モジュールシート１に形成されて、受光モジュールシート１が完成する。
次に、以上説明した受光モジュールシート１の作用、効果について説明する。
この受光モジュールシート１によれば、太陽電池素子２が球状結晶１０の平坦面１１に接続された正電極１４と、ｎ^＋形拡散層１２に接続された負電極１５を有するので、受光モジュールシート１に組み込む前に太陽電池素子２をソーラーシミュレーターなどにより検査することができる。従って、受光モジュールシート１には、検査をパスした良品の太陽電池素子２のみを組み込むことができ、高品質の受光モジュールシート１を製造することができる。また、また、組み込む前に太陽電池素子２に正負の電極１４，１５を形成することで、電極１４，１５と導電線２０，２１とを確実に且つ簡単に接続でき、製造工程が簡単になる。
網目状部材３は、列方向に延びる導電線２０，２１と行方向に延びる張力線材２２とが織り込まれているため、フレキシブルな受光モジュールシート１を実現することができ、強度に優れる受光モジュールシート１を実現することができる。特に、張力線材２２を軽いガラス繊維で構成することで、受光モジュールシート１の強度を向上させつつ軽量化を実現することもできる。
太陽電池素子２には、太陽電池素子２の中心を挟んで対向する位置に各電極１４，１５が設けられているので、太陽電池素子２内で発生した電流が偏ることなく対称に流れ、抵抗ロスを大幅に削減することができ、太陽電池素子２のｐｎ接合で発電された電力のほぼ全てを出力することができる。しかも、太陽電池素子２は、球状に形成されているために、全方向からの入射光を受光して発電することができ、その発電した電力を全て出力できるので、発電効率を向上させることができる。受光モジュールシート１は、フレキシブルなシール部材４によって保護されているため、太陽電池素子２や導電線２０，２１を破損させることなく、変形させることができる。
尚、太陽電池素子２は、ｐ形の球状単結晶１０の表面部にｎ形の拡散層を形成したものを主体にして構成したが、ｎ形の球状単結晶の表面部にｐ形の拡散層を形成したものを主体にして構成してもよい。また、太陽電池素子２に用いる半導体はシリコンに限定されるものではなく、ＧａＡｓ，ＧａＡｌＡｓ，ＩｎＰ，ＩｎＧａＰ，Ｇｅ，ＧａＳｂ，ＩｎＧａＡｓ，ＩｎＧａＮなどの半導体を適用してもよい。
前記実施形態を部分的に変更する例について簡単に説明する。
１）変更形態１ （図１０参照）
この変更形態においては、電極が形成されていない状態での太陽電池素子を導電線との合金化接合によって接続することで、受光モジュールシート１Ａを製造する。以下、この製造方法について説明する。
まず、図８（ｄ）に示す太陽電池素子を製造し、次にシリコン酸化膜３５をバッファエッチ液で完全に除去して太陽電池素子２Ａを製作する。次に、列方向に延びる正極用導電線２０Ａ及び負極用導電線２１Ａと、行方向に延びる張力線材２２が織り込まれた網目状部材３Ａを準備する。但し、両導電線２０Ａ，２１Ａは、シリコンと共晶反応が可能なシリコンを１〜２％含み直径が約１２０μｍのアルミニウム線からなる。尚、張力線材２２は上述した実施形態における張力線材２２と同様のものであるため説明を省略する。
次に、前記位置決め治具４１と同様の位置決め治具上に多数の太陽電池素子２Ａを配列し、その上から網目状部材３Ａを被せ、両導電線２０Ａ，２１Ａと、太陽電池素子２Ａの平坦面１１（導電線接続部に相当する）及び太陽電池素子２Ａの中心を挟んで平坦面１１と対向する部位（導電線接続部に相当する）とを接触させる。次に、数％の水素ガスを含む窒素ガスの雰囲気中で、両導電線２０Ａ，２１Ａに直流パルス大電流を数秒間流してジュール加熱を行い、太陽電池素子２Ａの平坦面１１Ａと正極用導電線２０Ａを合金化接合により接合すると共に、太陽電池素子２Ａの中心を挟んで平坦面１１Ａと対向する部位のｎ^＋形拡散層１２Ａと負極用導電線２１Ａとを合金化接合により接合する。尚、この合金化接合により導電線２０Ａ，２１Ａと太陽電池素子２Ａの間に形成された合金化領域が電極１４Ａ，１５Ａとして機能する。尚、この合金化接合は、約５７０℃〜６５０℃の範囲で行うことができる。この合金接合においては、パルス電流による、急速加熱及び急速冷却することで、アルミニウムが広がったり、合金化が深く進行することを防いで、良好な低抵抗接触（オーミックコンタクト）を実現することができる。次に、シリコン酸化膜３６を除去後、ＣＶＤ法により太陽電池素子２Ａにシリコン酸化膜又はチタン酸化膜などのパッシベーション膜を形成し、受光モジュールシートの全面に亙ってシール部材４を形成して受光モジュールシート１Ａが完成する。
尚、導電線２０Ａ，２１Ａとしてアルミニウム線の代わりに、ニッケル（４２％）と鉄（５２％）とクロム（６％）の合金線（直径約１２０μｍ）を用い、この合金線と電極との接合個所にアルミニウム又はシリコン１〜２％を含むアルミニウム合金膜を被着してもよい。このように構成する場合にも、合金線に電流を流して発生するジュール熱により、アルミニウム又はアルミニウム合金膜を融かして、導電線２０Ａ，２１Ａと太陽電池素子２Ａを接続することができる。
この合金線は、アルミニウム線に比べ導電率、熱伝導率が低いので、少ない電流で接合することができるとともに、引っ張り強度が向上するといった利点がある。他方、導電線２０Ａ，２１Ａにアルミニウム線の代わりに銅線を用い、この銅線の接合個所に金・シリコン合金、金・ゲルマニウム合金、金・錫合金などの金合金膜を被着し、導電線２０Ａ，２１Ａに電流を流して発生するジュール熱によりこれら金合金膜を融かして、導電線２０Ａ，２１Ａと太陽電池素子２Ａを接合してもよい。金合金は、アルミニウムよりも低い温度で共晶反応による合金化接合が可能である。
この製造方法によれば、正負の正電極を予め形成する必要がなく、太陽電池素子２Ａと導電線２０Ａ，２１Ａの接続を簡単に行うことができるので、生産性を向上させることができ、製造コストを削減することができる。
２）変更形態２ （図１１，図１２参照）
次に、シール部材を変更した変更形態について説明する。
図１１に示すように、受光モジュールシート１Ｂを構成してもよい。この受光モジュールシート１Ｂにおいては、シール部材４Ｂが、太陽電池素子２及び網目状部材３を埋め込み状態に収容する柔軟性のあるクッション層４６と、クッション層４６の上下両面に接合された透明な表面層４５とを有する。表面層４５は、厚さが約２ｍｍの透明な白板強化ガラス板からなる。
この受光モジュールシート１Ｂを製造する場合は、表面層４５、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）シート、太陽電池素子２が接合された網目状部材３、ＥＶＡシート、表面層４５の順に重ね合わせ、これをラミネート装置内で真空排気しながら加熱することで、ＥＶＡシートを融かし、このＥＶＡ融液を上下の表面層４５の間に充填してクッション層４６とし、太陽電池素子２及び網目状部材３をクッション層４６により固定する。
尚、表面層４５をポリカーボネイトやアクリルなどの樹脂からなる透明な板部材で構成することで、受光モジュールシート１Ｂを低コスト化及び軽量化することができる。また、クッション層４６としてＰＢＶ（ポリビニルブチラール）、アクリル、シリコーンなどの透明な樹脂で構成してもよい。
このように太陽電池素子２及び網目状部材３を２つの表面層４５によって挟み込むように構成することで、機械的な衝撃に対する強度を向上させることができ、シースルー形の受光モジュールシートとして窓ガラスとして利用することができる。
他方、図１２に示すように、受光モジュールシート１Ｃのシール部材４Ｃを構成してもよい。この受光モジュールシート１Ｃのシール部材４Ｃは、下層からフレキシブルなＰＥ（ポリエステル）系樹脂フィルム５０、アルミニウム蒸着膜５１、ＰＥ系樹脂による多層膜の反射膜５２、ＥＶＡ樹脂からなり太陽電池素子２及び網目状部材３が埋設される前記クッション層と同様の充填材５３、ＰＥ系樹脂層５４、熱線反射膜５５、ＰＥ系樹脂層５６からなる。
反射膜５２は、光の入射側と反対側の面に形成され、入射側から入射したが太陽電池素子２の間を通り抜けた光を反射及び散乱して、太陽電池素子２を照射して、光の利用効率を高め、発電効率を高めるためのものである。熱線反射膜５５は、屈折率の異なる高分子材料が多層化されたものである。熱線反射膜５５は、多層化による干渉作用によって、太陽電池素子２により吸収できない熱線（波長１３５０ｎｍ以上）を選択的に反射し、太陽電池素子２の温度上昇を減少して光電変換効率を向上させるものである。従って、受光モジュールシート１Ｃの受光面（上面）から入射した光は、まず、熱線反射膜５５によって一部の不要な熱線が反射され、残りの光の一部が太陽電池素子２に受光され、一部が太陽電池素子２の間を通り抜けるが、この通り抜けた光は反射膜５２により反射されて太陽電池素子２に受光される。
尚、ＰＥ系樹脂の代わりに、ポリカーボネイト、ポリエチレンナフタレート、フッ素系樹脂などのフレキシブルな合成樹脂で構成してもよい。充填材５３として、ＥＶＡ樹脂の代わりにシリコーンやポリビニルブチラール樹脂などを用いてもよい。反射膜５２や熱線反射膜５５は、適宜省略可能であり、その他の各層も所望の機能に合わせて適宜変更可能である。
３）変更形態３
受光モジュールシートの製造方法にロールツーロール法を採用してもよい。ロールツーロール法により製造する場合には、網目状部材の幅方向両端部をポリイミドフィルムなどの耐熱性樹脂膜で固着し、この耐熱性樹脂膜にスプロケットホールを設け、このスプロケットホールにスプロケットを係合させて、網目状部材を送り、また、巻き取るように構成すればよい。
４）変更形態４
上述した実施形態においては、球状素子が太陽電池素子である受光モジュールシートについて説明したが、球状素子は太陽電池素子に限定されるものではなく、球状のフォトダイオードや発光ダイオードを適用してもよい。尚、これら球状のフォトダイオードや発光ダイオードについては、上述した太陽電池素子２とほぼ同様の構成であり、その詳細は本願出願人がＷＯ９８／１５９８３号公報において提案しているので説明を省略する。発光ダイオードを有する発光モジュールシートの場合、発光ダイオードに順方向の電流が流れると、ｐｎ接合によって電気エネルギーが光エネルギーに変換され、ｐｎ接合近傍から結晶や拡散層の材料に応じた波長の光が発生し、外部へ照射する。このように球状の発光ダイオードからなる発光モジュールシートにおいては、光を全方向に照射することができ、また、一部に反射シートを設けることで、所望の方向にのみ光を照射することができる。更に、ＲＧＢの３色の発光ダイオードをマトリックス状に配設し、これらの発光ダイオードを制御装置により制御可能に構成することで、発光モジュールシートをカラーディスプレイとすることができる。尚、１色の発光ダイオードにより単色のディスプレイを構成してもよい。フォトダイオードからなる受光モジュールシートにおいては、全方向の光を電気信号に変換することができる。
５）変更形態５
上述した実施形態においては、全部の列の太陽電池素子を直列接続する例について説明したが、直列接続する列数を変更可能な複数のスイッチを設け、光の強度や必要な電力量によって制御装置により複数のスイッチを切換えるように構成してもよい。
６）変更形態６
上述した実施形態においては、シール部材を備えているが、シール部材は常に必要な構成ではなく適宜省略可能である。
本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施の形態に種々の変更を付加して実施することができ、本発明はそれらの変更形態をも包含するものである。
７）変更形態７
張力部材の本数は適宜変更可能である。上述した実施形態では３本の張力線材２２を１組として太陽電池素子２の行と行の間に配置したが、張力線材の本数は３本に限らず、所望の構成に応じて、１本又は複数本を１組とし配置してもよい。
張力線材を絶縁性のアラミド繊維などの高強度の合成樹脂やプラスチックで構成してもよい。このように構成することで、更に、受光又は発光モジュールシートのフレキシブル性及び引っ張り強度を向上させることができると共に、材料コストを削減することができる。
図１３に示す受光モジュールシート１Ｄのように、絶縁性の張力線材２２を導体線と直交する方向のみならず、各太陽電池素子列の間に張力線材２２ａを配置し、導体線と平行な方向に織り込むように設けてもよい。このように構成することで、導体線が延びる方向の引っ張り強度を向上させることができる。尚、図１３においては、実施形態と同様の構成には同様の符号を付して説明を省略する。
８）変更形態８
上述した実施形態においては、各列に夫々正負の導電線を設けたが、隣接する正極用導電線と負極用導電線を兼用するように１本の導電線で構成してよい。このように構成することで、直列用導電線を省略して構成を簡単にし、列間の間隔を小さくして受光又は発光モジュールシートを小型化することができる。
９）変更形態９
上述の実施形態においては、球状の太陽電池素子２に平坦面１１が形成されていたが、この平坦面１１を省略した太陽電池素子を適用してもよい。このように構成する場合には、正負の電極の形状を変え、正負の電極を容易に識別可能に構成することが望ましい。

本発明は、受光又は発光モジュールシートの製造方法に関し、特に、複数の導電線と複数の絶縁性の張力線材とからなる網目状部材に複数の球状素子を組み込んで電気的に接続する方法を簡単化したものに関する。

現在、一般的に実用化されている太陽電池は、平面状の半導体ウエハーに不純物を拡散するなどして平面状のｐｎ接合が形成されている。このように構成された太陽電池は、受光面に垂直に光が入射した場合には出力が最大となるが、受光面に対する光の入射角が傾くに従って出力が低下する。従って、このような太陽電池は、指向特性が強く、常に光を効率的に利用しているとは言い難く、また、半導体結晶のインゴットをスライシングしてウエハーにするため、切削代等の加工ロスが大きく、製造コストの増大に繋がっている。

このため、高純度金属シリコン原料を融かして滴下させて粒状のｐ形結晶を製造し、このｐ形結晶にｎ形の不純物を拡散し、球面状のｐｎ接合を形成した太陽電池素子とこの太陽電池素子をアルミニウム箔により接続した太陽電池モジュールが米国特許４５８１１０３号において開示されている。この太陽電池モジュールは、その球状の太陽電池素子をモジュール化する前から独立した電極が形成されているのではなく、１枚のアルミニウム箔に形成された孔に太陽電池素子を機械的に圧入してｎ形表面と電気的に接続し、次に孔から下方に突出した太陽電池素子のｎ形層の表面の一部をエッチングなどにより除去し、コアであるｐ形シリコンを露出させ、このｐ形シリコンと別のアルミニウム箔の表面を接触させて正電極が形成されている。

この接続を多数のｐｎ接合を有する太陽電池素子について行うことで、２枚のアルミニウム箔により複数の太陽電池素子が電極形成と太陽電池素子間の並列接続が行われてモジュール化される。このように太陽電池モジュールを構成すると、２枚のアルミニウム箔により接合電極形成と並列接続が同時に行える特長があるが、ｎ形層とアルミニウム箔とを接続した後ｐ形領域を露出させるので、個々の太陽電池素子の特性や良否判断が困難である。また、このように構成すると、並列接続に限定されるので、出力電圧を上げるには別の太陽電池モジュールと結線しなければならない。

太陽電池素子の直径を小さくすると、２枚のアルミニウム箔間の間隔が短くなり、アルミニウム箔同士を絶縁することが難しくなり、製造工程が複雑化する。正負の電極の位置が、太陽電池素子の中心より下方、即ち、両電極が非対称な位置に形成されているので、正負の両電極間に流れる電流が電極距離の短い所に偏り、光電変換効率を十分に上げることができないなどの欠点があるだけでなく、アルミニウム箔により光が遮られて、受光面がアルミニウム箔よりも上方に限定されるため、全方向の光を受光できず、出力を向上させることができないといった欠点がある。

日本国公報の特開平９−１６２４３４号公報には、縦に延びる線状の導体線材と、横に延びるガラス繊維とが織り込まれて形成されたガラス繊維布により複数の球状の太陽電池素子が支持されたシート状の太陽電池が開示されている。この太陽電池においては、太陽電池素子を導体線材により支持することで、導体線材間の絶縁を簡単にしている。

しかし、上述した特開平９−１６２４３４号公報に記載の太陽電池に設けられる太陽電池素子においても、ｎ形層と負極導体線材が接続された後、全周がｎ形層で覆われたｐ形領域が露出され、正極導体線材とｐ形領域とが接続される。導体線材と太陽電池素子とが接続される前には、ｎ形層のみが外部に露出しているため、接続する前に個々の太陽電池素子を検査することができず、上述した引用文献と同様の問題が生じる。また、ｐ形領域と接続された正極導体線材は、ｎ形層とも接続されているため、光を照射しつつ電気化学的にエッチングし、ｐｎ接合分離することで、正極導体線材をｐ形領域のみと接続させているが、各太陽電池素子においてエッチングの進行速度が異なるため、確実に全ての太陽電池素子においてｐｎ接合分離を行うことは困難である。

特開平９−１６２４３４号公報 国際公開公報ＷＯ９８/ １５９８３号公報 国際公開公報ＷＯ０３/ ０１７３８２号公報

国際公開公報ＷＯ９８/ １５９８３号公報に示すように、太陽電池素子や発光デバイスである複数の球状素子と、この球状素子を接続した受光又は発光モジュールシートを提案している。この球状素子は、球状のｐ形（又はｎ形）の単結晶半導体( シリコンなど) と、その単結晶半導体の表面近傍に形成されたｎ形（又はｐ形）の拡散層と、ほぼ球面状のｐｎ接合と、球状の単結晶半導体の中心を挟んで対向する位置に設けられた１対の正負の電極とを備えている。これら多数の球状素子を複数行複数列のマトリックス状に配設し、これらを直列又は並列接続することで、受光又は発光モジュールシートを構成している。 これらの球状素子には、その中心を挟んで対向する位置に電極が設けられているため、隣接する球状素子の正電極と負電極とを直接接触するように配列することで、複数の球状素子を直列接続をすることは簡単であるが、各球状素子を並列接続することは簡単ではない。

この問題を改善するために、本願の出願人は、国際公開公報ＷＯ０３/ ０１７３８２号公報において平行に配設された２本の導電線により、電極の向きを揃えて配設された球状素子の正負の電極を挟み込むようにして並列接続して球状素子列を形成し、更に、隣接する球状素子列の導電線を接続することで、球状素子列を直列接続している。
しかし、この受光又は発光モジュールシートにおいては、導電線の長さ方向の引っ張り強度は強いが、その垂直方向には非常に弱いといった問題があり、球状素子と導電線との接続を簡単にして、生産性を向上させる必要がある。

本発明の目的は、引っ張り強度に強い受光又は発光モジュールシートの製造方法を提供すること、複数の球状素子を導電線に簡単に接続することのできる受光又は発光モジュールシートの製造方法を提供すること、等である。

本発明に係る受光又は発光モジュールシートの製造方法は、受光又は発光機能のある複数の球状素子であって複数行複数列のマトリックス状に配置される複数の球状素子と、各列の複数の球状素子を電気的に並列接続する複数の導電線と、複数の導電線を固定する為にそれら導電線と網目状に織られた絶縁性の複数の張力線材とを備えた受光又は発光モジュールシートの製造方法において、正負の導電線接続部を有する複数の球状素子と、複数の導電線と複数の張力線材とからなる網目状部材を予め製造する第１工程と、前記網目状部材における各対の導電線の間の複数の網目に各列の複数の球状素子を導電方向を揃えて装着し、各球状素子の正負の導電線接続部を対応する導電線に接触させる第２工程と、前記導電線に直流パルス電流を流し、その直流パルス電流で導電線に発生するジュール熱で球状素子の正負の導電線接続部と導電線とを合金化接合させる第３工程とを備えている。

この受光又は発光モジュールシートの製造方法によれば、この導電線接続部を介して球状素子が良品か不良品かの検査をすることができ、不良品の球状素子が受光又は発光モジュールシートに組み込まれることを防ぐことができる。組み込む前に球状素子に正負の導電線接続部を形成することで、導電線接続部と導電線との接続が確実に且つ簡単になり、導電線に直流パルス電流を流して、導電線に発生するジュール熱で球状素子と正負の導電線接続部を合金化接合するので、熱効率がよく、容易に接続することができ、省エネルギー化及び製造工程が簡単になる。

次に、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
この実施の形態は、複数行複数列のマトリックス状に球状の太陽電池素子が配設された受光モジュールシート（太陽電池モジュールシート）の製造方法に本発明を適用した場合の一例である。図１，図２に示すように、この受光モジュールシート１は、多数の太陽電池素子２( 球状素子に相当する) と、網目状部材３（導電線混織ガラスクロス）、シール部材４などを有する。

図１, 図２に示すように、多数の太陽電池素子２は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する受光機能を有し、極性を揃えてマトリックス状に配置されている。例えば、１ワットの発電出力当たり約２０００個の太陽電池素子２が用いられる。

図５（ｅ）に示すように、各太陽電池素子２は、抵抗率が０. ３〜１Ωｍ程度のｐ形シリコン単結晶からなる直径が約０. ６〜２. ０ｍｍの球状結晶１０を素材として形成される。この球状結晶１０の一端部には、平坦面１１が形成されている。平坦面１１を除く球状結晶１０の表面部の略全域に亙ってリン( Ｐ) が拡散されたｎ＋形拡散層１２( 厚さ約０. ４〜０. ５μｍ) が形成され、このｎ＋形拡散層１２とｐ形領域との境界面にはほぼ球面状のｐｎ接合１３が形成されている。球状結晶１０の直径が約１. ０ｍｍの場合、平坦面１１の直径は約０. ５ｍｍに形成される。但し、平坦面１１の直径は約０. ５ｍｍ以下でもよい。

平坦面１１には、正極側の導電線接続部１４が設けられ、球状結晶１０の中心を挟んで正極側導電線接続部１４と対向する位置には負極側の導電線接続部１５が設けられている。導電線接続部１４は、球状結晶１０のｐ形領域に形成され、導電線接続部１５は、反射防止膜１６を隔ててｎ+ 形拡散層１２に形成されている。導電線接続部１４を除く全表面には、ＳｉＯ２( 又はＴｉＯ２) の絶縁膜からなる反射防止膜１６( 厚さ約０. ６〜０. ７μｍ) が形成される。この太陽電池素子２は、受光機能を有し、太陽光を受光して電極１４，１５の間に０. ５〜０. ６Ｖの光起電力を発生する。

図２に示すように、網目状部材３は、正極用導電線２０と、負極用導電線２１と、ガラス繊維製の張力線材２２とを有する。導電線２０，２１は、シリコンと共晶反応が可能なシリコンを１〜２％含み直径が約１２０μｍのアルミニウム線からなる。

図２に示すように、両導電線２０, ２１は、共に列方向に平行に延び、隣接する太陽電池素子２の各列の正極用導電線２０と負極用導電線２１との中心線の間隔は約０. ７５ｍであり、各列の太陽電池素子２と隣接する列の太陽電池素子２の中心の間隔は約１. ７５ｍｍである。正極用導電線２０は後述する合金化接合により正極側導電接続部１４に電気的に接続され、負極用導電線２１は後述する合金化接合により負極側導電接続部１５に電気的に接続されている。各列の複数の太陽電池素子２は、両導電線２０, ２１によって電気的に並列接続されると共に、全部の列の太陽電池素子２が電気的に直列接続される。但し、これについては後述する。

張力線材２２は、各行の太陽電池素子２とそれに隣接する行の太陽電池素子２の間に、導電線２０, ２１と直交するように行方向に延ばして配置されている。各張力線材２２は、７本のガラス繊維( 直径約９. ０μｍ) を縒って形成され、これら３本の張力線材２２を１組として、ピッチ約１. ７５ｍｍ間隔で各行間に配置されている。各張力線材２２は、導電線２０, ２１を固定するために、両導電線２０, ２１の間を上下に縫うように織り込まれ、複数の導電線２０, ２１と複数の張力線材２２とが網目状に織られて、網目状部材３が形成されている。

図３に示すように、シール部材４は、多数の太陽電池素子２と網目状部材３を保護するために、多数の太陽電池素子２と導電線２０，２１と張力線材２２とを埋め込み状態に収容するように構成されている。このシール部材４は、絶縁性の透明なポリパラキシレン樹脂を用いて、厚さが約１００μｍのシート状に形成されている。このポリパラキシレン樹脂は、微細な部分までピンホールが少なく均一にコーティングできる、ガスや水蒸気の透過性が少ない、放射線に対する安定度が高い、屈折率( 約１. ６４) が高い、太陽電池素子２の表面における反射損が少ないなどの特長がある。

従って、このシール部材４は、太陽電池素子２の表面を薄く被う状態に形成することができるので、受光の指向性が広く反射損が少なく、フレキシブルで、軽く、引っ張りや曲げ強度が高く、集採光率が高いなどの利点がある。
この受光モジュールシート１によると、光の入射方向に関係なく、光が受光モジュールシート１に入射し、この光が極性を揃えてマトリックス状に配置された複数の太陽電池素子２に照射すると、太陽電池素子２に形成されたほぼ球面状のｐｎ接合１３で光が受光され、太陽電池素子２の受光機能によって電気エネルギーに変換される。その電気エネルギーは、ｐｎ接合１３の両極に接続されて太陽電池素子２の中心を挟んで対向する正負の電極１４, １５を介して外部へ出力される。

次に、図４は、受光モジュールシート１に含まれる太陽電池モジュールの等価回路３０を示すものである。この等価回路３０は、例えば、多数行多数列のマトリックス状に配列された多数の太陽電池素子２の各々をダイオード３１に置き換えたものである。この等価回路３０に示すように、各列の複数のダイオード３１( 太陽電池素子２) は正極用導電線２０及び負極用導電線２１によって並列接続され、更に、各列の正極用導電線２０が隣接する列の負極用導電線２１に直列用導電線３４により直列接続されている。

１個の太陽電池素子２の出力が０. ６Ｖであるとし、行数をｍ、列数をｎとすると、正極端子３２と負極端子３３との間に約ｎ×０．６Ｖの光起電力が発生する。１個の太陽電池素子２で発生する電流をＩとすると、正極端子３２からｍ×Ｉの電流が外部負荷へ出力される。このように多数の太陽電池素子２を一つ一つ直並列接続することで、受光モジュールシート１の一部に光が入射せず、一部の太陽電池素子２が発電不可能な状態であっても、他の太陽電池素子２を経由して電流が流れるため、出力減少の影響を最小限にすることができる。

次に、以上説明した受光モジュールシートの製造方法について説明する。
最初に、太陽電池素子２の製造方法について説明するが、この製造方法については、本出願人が国際公報ＷＯ９８／１５９８３及びＷＯ０３／０３６７３１に詳細に説明しているので、ここでは図５に基づいて簡単に説明する。

まず、溶融状態のシリコンの液滴を定量ずつ自由落下させ、その途中で過冷却による急速凝固によって直径が約１. ０ｍｍのｐ形の球状単結晶１０を形成し、この球状単結晶１０の一部を機械的に研磨して平坦面１１を形成する( 図５( ａ) 参照）。
次に、球状単結晶１０を、約１０００℃の水蒸気を含む酸素ガス中で約４０分間加熱し、厚さが約０. ３μｍのシリコン酸化膜３５を形成する( 図５( ｂ）参照）。次に、シリコン酸化膜３５を所望の領域にのみ不純物( ｎ形不純物) を熱拡散するマスクとするために、ガラスプレート上に耐酸性のワックスを均一な厚さで溶融し、このワックスの表面に平坦面１１を押し付けて、ワックスを固化させる。次に、バッファエッチ液( ＮＨ４ＨＦ２水溶液) に浸漬して、固化されたワックスから露出しているシリコン酸化膜３５のみをエッチングして除去し、その後、ガラスプレートから球状単結晶１０を外して、ワックスを除去する( 図５( ｃ) 参照) 。

次に、球状単結晶１０を、オキシ三塩化リン( ＰＯＣｌ３) 液をバブルさせた窒素キャリアガス中で約９６０℃, ３分間加熱して、シリコン酸化膜３５が形成されていない球状単結晶１０の表面にリンシリケートガラス膜３６を形成し、更に雰囲気ガスを乾燥した酸素へ切り換えて約９８０℃, ６０秒間加熱してｎ形不純物( リン) を球状単結晶１０の表面近傍の内部に熱拡散する。このようにｎ形不純物を熱拡散して、マスクであるシリコン酸化膜３５で被覆された平坦面１１とその近傍以外の部位にｎ＋形拡散層１２を形成すると共に、このｎ＋形拡散層１２と球状単結晶１０のｐ形領域の境界面にｐｎ接合１３を形成する( 図５( ｄ）参照）。次に、平坦面１１とその近傍に形成されているシリコン酸化膜３５をバッファエッチ液で除去する。( 図５( ｅ）参照）。

次に、完成した太陽電池素子２をソーラシミュレータ光源による光照射の下での電圧−電流特性を測定し、太陽電池素子２を良品と不良品とに選別する。
次に、図６に示すように、太陽電池素子２を位置決めするために所定間隔で位置決め孔４０が形成された石英製の位置決め治具４１を用意する。次に、良品と判定された太陽電池素子２を導電接続部１４, １５の向き（導電方向）を揃えて位置決め治具４１の位置決め孔４０の上端部に配設する。尚、太陽電池素子２には、平坦面１１が形成されているため、正負の導電接続部１４, １５を容易に識別でき、導電接続部１４, １５の向きを簡単に揃えて配設することができる。

位置決め治具４１に配設された太陽電池素子２の水平面上の赤道線は、位置決め治具４１の上面と略同じ高さとなる。次に、太陽電池素子２の移動や回転を防ぐために、位置決め孔４０内を減圧して太陽電池素子２を位置決め孔４０の上端部に固定する。尚、位置決め治具４１の上面には、カーボン若しくはボロン窒化膜がコーティングされている。

次に、導電線２０, ２１と張力線材２２が織り込まれた網目状部材３を用意し、この網目状部材３を位置決め治具４１の上面に固定した多数の太陽電池素子２に上方から被せ、網目状部材３の正極用導電線２０と正極側導電接続部１４を接触させ、負極用導電線２１と負極側導電接続部１５を接触させる。

次に、数％の水素ガスを含む窒素ガスの雰囲気中で、両導電線２０, ２１に直流パルス大電流を数秒間流してジュール加熱を行い、太陽電池素子２の平坦面１１と正極用導電線２０を合金化接合により接合すると共に、太陽電池素子２の中心を挟んで平坦面１１と対向する部位の負極側導電接続部１５のｎ＋形拡散層１２と負極用導電線２１とを合金化接合により接合する。尚、この合金化接合は、約５７０℃〜６５０℃の範囲で行うことができる。この合金化接合においては、パルス電流による、急速加熱及び急速冷却することで、アルミニウムが広がったり、合金化が深く進行することを防いで、良好な低抵抗接触（オーミックコンタクト）を実現することができる。次に、シリコン酸化膜３６を除去後、ＣＶＤ法により太陽電池素子２にシリコン酸化膜又はチタン酸化膜などのパッシベーション膜１６を形成する。

次に、シール部材４であるポリパラキシレン樹脂の被膜を太陽電池素子２や網目状部材３など受光モジュールシート１の全体に亙って厚さが約１００μｍで形成する。このシール部材４は、例えば、米国ユニオンカーバイド・アンド・プラスティック社が開発した化学蒸着( ＣＶＤ) 法によるコーティングシステムによって形成すればよい。尚、シール部材４は、ポリパラキシレン樹脂に限定されるものではなく、シリコーン樹脂、ポリ塩化ビニール、ポリエステル( ＰＥＴ) などの透明な樹脂を、液状の状態で吹付けやディッピング法などによって成膜し、硬化することで形成してもよい。このような方法によりシール部材４が受光モジュールシート１に形成されて、受光モジュールシート１が完成する。

次に、以上説明した受光モジュールシート１の作用、効果について説明する。
この受光モジュールシート１によれば、受光モジュールシート１には、検査をパスした良品の太陽電池素子２のみを組み込むことができ、高品質の受光モジュールシート１を製造することができる。

この製造方法によれば、太陽電池素子２に正負の正電極を予め形成する必要がなく、太陽電池素子２と導電線２０, ２１の接続を簡単に行うことができるので、生産性を向上させることができ、製造コストを削減することができる。
この合金線からなる導電線２０, ２１は、アルミニウム線に比べ導電率、熱伝導率が低いので、少ない電流で接合することができるとともに、引っ張り強度が向上するといった利点がある。

網目状部材３は、列方向に延びる導電線２０, ２１と行方向に延びる張力線材２２とが織り込まれているため、フレキシブルな受光モジュールシート１を実現することができ、強度に優れる受光モジュールシート１を実現することができる。特に、張力線材２２を軽いガラス繊維で構成することで、受光モジュールシート１の強度を向上させつつ軽量化を実現することもできる。

太陽電池素子２には、太陽電池素子２の中心を挟んで対向する位置に導電接続部１４,1５が設けられているので、太陽電池素子２内で発生した電流が偏ることなく対称に流れ、抵抗ロスを大幅に削減することができ、太陽電池素子２のｐｎ接合で発電された電力のほぼ全てを出力することができる。しかも、太陽電池素子２は、球状に形成されているために、全方向からの入射光を受光して発電することができ、その発電した電力を全て出力できるので、発電効率を向上させることができる。受光モジュールシート１は、フレキシブルなシール部材４によって保護されているため、太陽電池素子２や導電線２０, ２１を破損させることなく、変形させることができる。

尚、太陽電池素子２は、ｐ形の球状単結晶１０の表面部にｎ形の拡散層を形成したものを主体にして構成したが、ｎ形の球状単結晶の表面部にｐ形の拡散層を形成したものを主体にして構成してもよい。また、太陽電池素子２に用いる半導体はシリコンに限定されるものではなく、ＧａＡｓ, ＧａＡｌＡｓ, ＩｎＰ, ＩｎＧａＰ, Ｇｅ, ＧａＳｂ, ＩｎＧａＡｓ, ＩｎＧａＮなどの半導体を適用してもよい。

尚、導電線２０, ２１としてアルミニウム線の代わりに、ニッケル( ４２％) と鉄( ５２％) とクロム( ６％) の合金線( 直径約１２０μｍ) を用い、この合金線と電極との接合個所にアルミニウム又はシリコン１〜２％を含むアルミニウム合金膜を被着してもよい。このように構成する場合にも、合金線に電流を流して発生するジュール熱により、アルミニウム又はアルミニウム合金膜を融かして、導電線２０, ２１と太陽電池素子２を接続することができる。

他方、導電線２０, ２１にアルミニウム線の代わりに銅線を用い、この銅線の接合個所に金・シリコン合金、金・ゲルマニウム合金、金・錫合金などの金合金膜を被着し、導電線２０, ２１に電流を流して発生するジュール熱によりこれら金合金膜を融かして、導電線２０, ２１と太陽電池素子２を接合してもよい。金合金は、アルミニウムよりも低い温度で共晶反応による合金化接合が可能である。

前記実施形態を部分的に変更する例について簡単に説明する。
１）変更形態１ ( 図７, 図８参照)
図７に示すように、受光モジュールシート１Ｂを構成してもよい。この受光モジュールシート１Ｂにおいては、シール部材４Ｂが、太陽電池素子２及び網目状部材３を埋め込み状態に収容する柔軟性のあるクッション層４６と、クッション層４６の上下両面に接合された透明な表面層４５とを有する。表面層４５は、厚さが約２ｍｍの透明な白板強化ガラス板からなる。

この受光モジュールシート１Ｂを製造する場合は、表面層４５、ＥＶＡ( エチレンビニルアセテート) シート、太陽電池素子２が接合された網目状部材３、ＥＶＡシート、表面層４５の順に重ね合わせ、これをラミネート装置内で真空排気しながら加熱することで、ＥＶＡシートを融かし、このＥＶＡ融液を上下の表面層４５の間に充填してクッション層４６とし、太陽電池素子２及び網目状部材３をクッション層４６により固定する。

尚、表面層４５をポリカーボネイトやアクリルなどの樹脂からなる透明な板部材で構成することで、受光モジュールシート１Ｂを低コスト化及び軽量化することができる。また、クッション層４６としてＰＢＶ( ポリビニルブチラール) 、アクリル、シリコーンなどの透明な樹脂で構成してもよい。このように太陽電池素子２及び網目状部材３を２つの表面層４５によって挟み込むように構成することで、機械的な衝撃に対する強度を向上させることができ、シースルー形の受光モジュールシートとして窓ガラスとして利用することができる。

他方、図８に示すように、受光モジュールシート１Ｃのシール部材４Ｃを構成してもよい。この受光モジュールシート１Ｃのシール部材４Ｃは、下層からフレキシブルなＰＥ( ポリエステル) 系樹脂フィルム５０、アルミニウム蒸着膜５１、ＰＥ系樹脂による多層膜の反射膜５２、ＥＶＡ樹脂からなり太陽電池素子２及び網目状部材３が埋設される前記クッション層と同様の充填材５３、ＰＥ系樹脂層５４、熱線反射膜５５、ＰＥ系樹脂層５６からなる。

反射膜５２は、光の入射側と反対側の面に形成され、入射側から入射したが太陽電池素子２の間を通り抜けた光を反射及び散乱して、太陽電池素子２を照射して、光の利用効率を高め、発電効率を高めるためのものである。熱線反射膜５５は、屈折率の異なる高分子材料が多層化されたものである。熱線反射膜５５は、多層化による干渉作用によって、太陽電池素子２により吸収できない熱線( 波長1350ｎｍ以上) を選択的に反射し、太陽電池素子２の温度上昇を減少して光電変換効率を向上させるものである。

従って、受光モジュールシート１Ｃの受光面( 上面) から入射した光は、まず、熱線反射膜５５によって一部の不要な熱線が反射され、残りの光の一部が太陽電池素子２に受光され、一部が太陽電池素子２の間を通り抜けるが、この通り抜けた光は反射膜５２により反射されて太陽電池素子２に受光される。尚、ＰＥ系樹脂の代わりに、ポリカーボネイト、ポリエチレンナフタレート、フッ素系樹脂などのフレキシブルな合成樹脂で構成してもよい。充填材５３として、ＥＶＡ樹脂の代わりにシリコーンやポリビニルブチラール樹脂などを用いてもよい。反射膜５２や熱線反射膜５５は、適宜省略可能であり、その他の各層も所望の機能に合わせて適宜変更可能である。

２）変更形態２
受光モジュールシートの製造方法にロールツーロール法を採用してもよい。ロールツーロール法により製造する場合には、網目状部材の幅方向両端部をポリイミドフィルムなどの耐熱性樹脂膜で固着し、この耐熱性樹脂膜にスプロケットホールを設け、このスプロケットホールにスプロケットを係合させて、網目状部材を送り、また、巻き取るように構成すればよい。

３）変更形態３
上述した実施形態においては、球状素子が太陽電池素子である受光モジュールシートについて説明したが、球状素子は太陽電池素子に限定されるものではなく、球状のフォトダイオードや発光ダイオードを適用してもよい。尚、これら球状のフォトダイオードや発光ダイオードについては、上述した太陽電池素子２とほぼ同様の構成であり、その詳細は本願出願人がＷＯ９８/ １５９８３号公報において提案しているので説明を省略する。

発光ダイオードを有する発光モジュールシートの場合、発光ダイオードに順方向の電流が流れると、ｐｎ接合によって電気エネルギーが光エネルギーに変換され、ｐｎ接合近傍から結晶や拡散層の材料に応じた波長の光が発生し、外部へ照射する。このように球状の発光ダイオードからなる発光モジュールシートにおいては、光を全方向に照射することができ、また、一部に反射シートを設けることで、所望の方向にのみ光を照射することができる。

更に、ＲＧＢの３色の発光ダイオードをマトリックス状に配設し、これらの発光ダイオードを制御装置により制御可能に構成することで、発光モジュールシートをカラーディスプレイとすることができる。尚、１色の発光ダイオードにより単色のディスプレイを構成してもよい。フォトダイオードからなる受光モジュールシートにおいては、全方向の光を電気信号に変換することができる。

４）変更形態４
上述した実施形態においては、全部の列の太陽電池素子を直列接続する例について説明したが、直列接続する列数を変更可能な複数のスイッチを設け、光の強度や必要な電力量によって制御装置により複数のスイッチを切換えるように構成してもよい。

５）変更形態５
上述した実施形態においては、シール部材を備えているが、シール部材は常に必要な構成ではなく適宜省略可能である。

６）変更形態６
張力部材の本数は適宜変更可能である。上述した実施形態では３本の張力線材２２を１組として太陽電池素子２の行と行の間に配置したが、張力線材の本数は３本に限らず、所望の構成に応じて、１本又は複数本を１組とし配置してもよい。張力線材を絶縁性のアラミド繊維などの高強度の合成樹脂やプラスチックで構成してもよい。このように構成することで、更に、受光又は発光モジュールシートのフレキシブル性及び引っ張り強度を向上させることができると共に、材料コストを削減することができる。

図９に示す受光モジュールシート１Ｄのように、絶縁性の張力線材２２を導体線と直交する方向のみならず、各太陽電池素子列の間に張力線材２２ａを配置し、導体線と平行な方向に織り込むように設けてもよい。このように構成することで、導体線が延びる方向の引っ張り強度を向上させることができる。尚、図９においては、実施形態と同様の構成には同様の符号を付して説明を省略する。

７）変更形態７
上述した実施形態においては、各列に夫々正負の導電線を設けたが、隣接する正極用導電線と負極用導電線を兼用するように１本の導電線で構成してよい。このように構成することで、直列用導電線を省略して構成を簡単にし、列間の間隔を小さくして受光又は発光モジュールシートを小型化することができる。

８）変更形態８
上述の実施形態においては、球状の太陽電池素子２に平坦面１１が形成されていたが、この平坦面１１を省略した太陽電池素子を適用してもよい。このように構成する場合には、正負の電極の形状を変え、正負の電極を容易に識別可能に構成することが望ましい。
本発明は以上説明した実施の形態に限定されるものではなく、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施の形態に種々の変更を付加して実施することができ、本発明はそれらの変更形態をも包含するものである。

本発明の実施形態に係る受光モジュールシートの平面図である。 受光モジュールシートの部分拡大平面図である。 図２のIII −III 線断面図である。 受光モジュールシートの等価回路図である。 （ａ）〜（ｅ）は製造途中の各段階における太陽電池素子を示す図である。 太陽電池素子と導電線とを位置決め治具を用いて電気的に接続する工程を説明する説明図である。 変更例のシール部材を組込んだ受光モジュールシートの要部縦断面図である。 変更例のシール部材を組込んだ受光モジュールシートの要部縦断面図である。 変更例の受光モジュールシートの部分拡大平面図ある。

符号の説明

１ 受光モジュールシート（太陽電池モジュールシート）
２ 太陽電池素子（球状素子）
１４ 正極側導電接続部
１５ 負極側導電接続部
２０ 正極用導電線
２１ 負極用導電線
２２ 張力線材

Claims (14)

1. 受光又は発光機能のある複数の球状素子であって、各々がほぼ球面状のｐｎ接合とｐｎ接合の両極に夫々接続されて球状素子の両端に位置する正負の導電線接続部とを有し且つ極性を揃えてマトリックス状に配置された複数の球状素子と、
   複数列の各々について各列の複数の球状素子の正負の導電線接続部を介して各列の複数の球状素子を電気的に並列接続する平行に配置された複数の導電線と、
   球状素子の行と行の間に複数の導電線と直交状に配置され、複数の導電線を固定する為に複数の導電線と網目状に織られた絶縁性の複数の張力線材と、
   を備えたことを特徴とする受光又は発光モジュールシート。
2. 前記各球状素子において前記正負の導線接続部は球状素子の中心を挟んで対向状に位置することを特徴とする請求の範囲第１項に記載の受光又は発光モジュールシート。
3. 前記複数の球状素子を複数の導電線および複数の張力線材と共に埋め込み状態に収容する透明合成樹脂又は透明ガラス製のシール部材を設けたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光モジュールシート。
4. 前記各球状素子がフォトダイオード素子又は太陽電池素子であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光モジュールシート。
5. 前記各球状素子が、発光ダイオード素子であることを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光モジュールシート。
6. 前記導電線は、半田と導電性合成樹脂と合金化金属のうちから選択される何れか１つを用いて正負の導線接続部に接続されたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光モジュールシート。
7. 前記導電性線材の少なくとも一部が露出するように、シール部材に埋め込まれていることを特徴とする請求の範囲第６項に記載の受光又は発光モジュールシート。
8. 前記球状素子の列と列の間に導電線と平行に導電線に織られた絶縁性の張力線材を備えたことを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光モジュールシート。
9. 前記シール部材は、透明合成樹脂材料を用いてフレキシブルな部材に構成されたことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の受光又は発光モジュールシート。
10. 前記シール部材の光の入射側と反対側の面に入射側から入射した光を反射する反射膜を構成したことを特徴とする請求の範囲第３項に記載の受光又は発光モジュールシート。
11. 前記シール部材は、複数の球状素子を埋め込み状態に収容する柔軟性のある透明なクッション層と、このクッション層の両面に接合された透明な表面層からなることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の受光又は発光モジュールシート。
12. 前記シール部材は、球状素子により吸収できない熱線を選択的に反射する高分子材料で構成された熱反射膜を有することを特徴とする請求の範囲第３項に記載の受光又は発光モジュールシート。
13. 前記複数の球状素子を並列した導電線を、複数列直列接続する直列接続手段を有することを特徴とする請求の範囲第２項に記載の受光又は発光モジュールシート。
14. マトリックス状に配設された受光又は発光機能のある複数の球状素子と、各列の複数の球状素子を電気的に並列接続する導電線と、導電線を固定する為に導電線と網目状に織られた絶縁性の張力線材とを備えた受光又は発光モジュールシートの製造方法において、
    正負の導電線接続部を有する球状素子を製造する球状素子製造工程と、
    導電線に流れる電流によるジュール熱により球状素子と導電線とを接続するための接合部材を融かして、球状素子と導電線とを接合部材により接続する接続工程と、
    を備えたことを特徴とする受光又は発光モジュールシート製造方法。

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