JP2016178281A

JP2016178281A - 太陽電池および太陽電池の製造方法

Info

Publication number: JP2016178281A
Application number: JP2016002209A
Authority: JP
Inventors: 真弘笠野; Shinko Kasano
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2015-03-19
Filing date: 2016-01-08
Publication date: 2016-10-06

Abstract

【課題】光利用効率を向上させる太陽電池およびその製造方法を提供する。
【解決手段】太陽電池１は、透光性の基板１００と基板１００の光出射面１０２に配置される光電変換素子４００と、基板１００の光入射面１０１であって基板１００を挟んで光電変換素子４００と対向する位置に配置される導光部材３００とを備える。また、太陽電池１は、透光性の基板１００の光入射面１０１に第１の親水性領域を形成し、導光部材３００を第１の親水性領域に配置し、基板１００の光出射面１０２に第２の親水性領域を形成し、光電変換素子４００を第２の親水性領域に配置することにより作製される。
【選択図】図１

Description

本開示は、太陽電池および太陽電池の製造方法に関する。

特許文献１は、集光レンズと光電変換素子を一体にした集光型太陽電池を開示する。

上記集光型太陽電池は、光電変換素子および集光レンズを具備する。集光レンズは、太陽光を通過させて集束する。集束された太陽光は、光電変換素子に照射される。そして、光電変換素子は、照射された太陽光の光エネルギーを変換して、電力を発生させる。

特許第５１２０５２４号公報

本開示は、光の利用効率を向上させる太陽電池および太陽電池の製造方法を提供する。

つまり、本開示の太陽電池は、透光性の基板と、基板の光出射面に配置される光電変換素子と、基板の光入射面であって基板を挟んで光電変換素子と対向する位置に配置される導光部材と、を備える。

また、本開示の太陽電池の製造方法は、透光性の基板の光入射面に第１の親水性領域を形成し、導光部材を第１の親水性領域内に配置し、基板の光出射面に第２の親水性領域を形成し、光電変換素子を第２の親水性領域に配置する。

本開示における太陽電池および太陽電池の製造方法は、高い光の利用効率を得るのに有効である。

本実施の形態における太陽電池の構成を示す断面図同実施の形態の基板を示す斜視図同実施の形態の基板の光入射面側を示す斜視図同実施の形態の集光レンズと基板との位置合わせについて説明する断面図同実施の形態の集光レンズと基板との位置合わせについて説明する断面図同実施の形態の集光レンズと基板との位置合わせについて説明する断面図同実施の形態の基板の作製方法を示す断面図同実施の形態の基板の作製方法を示す断面図同実施の形態の基板の作製方法を示す断面図同実施の形態の基板の作製方法を示す断面図同実施の形態の基板の作製方法を示す断面図同実施の形態の基板の作製方法を示す断面図同実施の形態の基板の作製方法を示す断面図同実施の形態の基板の作製方法を示す断面図同実施の形態の基板の作製方法を示す断面図同実施の形態の基板の作製方法を示す断面図同実施の形態の導光部材の配置方法を説明する斜視図同実施の形態の導光部材の配置方法を説明する斜視図同実施の形態の導光部材の配置方法を説明する斜視図同実施の形態の導光部材の配置方法を説明する斜視図同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図同実施の形態の光電変換素子の配置方法を説明する斜視図同実施の形態の光電変換素子の配置方法を説明する斜視図同実施の形態の光電変換素子の概略断面図

以下、図面を参照しながら、実施の形態を詳細に説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

なお、添付図面および以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために、提供されるのであって、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。

図面においては、本開示の理解を促進するため、ハッチングを省略する場合がある。

（実施の形態）
［１．太陽電池の構成］
以下に、本実施の形態の太陽電池の構成について、図１を用いて説明する。

図１は、本実施の形態における太陽電池の構成を示す概略構成図である。

図１に示すように、太陽電池１は、ガラス基板などの透光性を有する基板１００と、光電変換素子４００と、導光部材３００などを備える。さらに、集光レンズ８１０や、回路基板７００などを備えてもよい。

基板１００は、光電変換素子４００および導光部材３００を支持する。また、基板１００の表面には、後述する撥水性領域１２０が設けられる。なお、基板１００は、太陽光が透過できる材料であればよく、ガラス以外の透光性材料であってもよい。

導光部材３００は、例えば逆四角錐台形状で形成され、集光レンズ８１０の出射光を光電変換素子４００に効率良く入射させる光学素子を構成する。導光部材３００は、例えばロッドインテグレータやマイクロレンズまたはそれらの組み合わせからなる。

集光レンズ８１０および導光部材３００は、例えばガラスまたは樹脂などで構成される。具体的には、太陽光発電モジュールなどに使用されるガラス、耐候性グレードのポリメタクリル酸メチル、ポリカーボネートなどである。また、集光レンズ８１０および導光部材３００は、上記材料を複数の層で構成としてもよい。なお、集光レンズ８１０および導光部材３００は、上記の材料以外でも、太陽光を透過する性質を有する物質であれば、特に限定されない。

さらに、集光レンズ８１０、導光部材３００およびその他の部材は、構成する材料の中に、適切な紫外線吸収剤を添加してもよい。これにより、各部材の紫外線による劣化を防ぐことができる。

また、導光部材３００の表面に適切な反射防止膜を設けてもよい。これにより、光電変換素子４００の感度波長領域における、導光部材３００の光反射率を低減できる。なお、反射防止膜の一例としては、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、フッ化マグネシウムなどの無機膜、またはこれらの積層の複合膜が挙げられる。

さらに、導光部材３００の表面に、例えば紫外線反射膜や赤外線反射膜などを設けてもよい。これにより、導光部材３００で、感度波長領域以外の波長を有する光を反射できる。

集光レンズ８１０は、光入射面８１０ａ側から入射する、例えば太陽光などの光を集光して、導光部材３００に照射する。なお、集光レンズ８１０の大きさは、使用する導光部材３００の大きさや焦点距離などに応じて、適切に決定される。

光電変換素子４００は、導光部材３００および基板１００を介して、入射する光エネルギーを変換して電力を発生させる。光電変換素子４００としては、例えばＳｉ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＮ、Ｇｅ、ＣｕＩｎＧａＳｅ、ＣｄＴｅのいずれか一つ、もしくはこれらを組み合わせた半導体材料を用いることができる。つまり、ＩＶ族半導体、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体などの無機材料を適用して、光電変換素子４００を高倍率集光用として構成することが可能となる。さらに、光電変換素子４００は、単一接合型セルや多接合型セルなど種々の形態の構造を適用することが可能である。なお、本実施の形態において、光電変換素子４００の材料の例は、ＧａＡｓである。

以下に、本実施の形態の太陽電池１を構成する光電変換素子４００の構造について、図１を参照しながら、図１２を用いて説明する。

図１２は、同実施の形態の光電変換素子４００の概略断面図である。

図１２に示すように、光電変換素子４００は、発電層４０１、第一の電極４０２、第二の電極４０３、第一の金属めっき４０４、第二の金属めっき４０５、絶縁膜４０６、接続電極４０７などから構成される。光電変換素子４００は、第一の金属めっき４０４および第二の金属めっき４０５と接続された第一の電極４０２および第二の電極４０３が、図１に示す半田などの導電性材料４１５を介して、回路基板７００の第一の配線４１３や第二の配線４１４と接続される。このとき、図１に示す集光レンズ８１０は、太陽光を効率良く光電変換素子４００に入射させる光学素子を構成する。なお、発電層４０１は、上述した半導体材料などで形成される。

以下に、本実施の形態の太陽電池１を構成する基板１００について、図２および図３を用いて説明する。

図２は、同実施の形態の基板を示す斜視図である。図３は、同実施の形態の基板の光入射面側を示す斜視図である。

図３に示すように、基板１００は、一方の面を構成する光入射面１０１に第１の親水性領域１１０ａおよび第１の撥水性領域１２０ａを具備する。一方、図１に示す基板１００の他方の面を構成する光出射面１０２にも、同様に、第２の親水性領域１１０ｂと第２の撥水性領域１２０ｂを具備する。そして、第１の親水性領域１１０ａおよび第２の親水性領域１１０ｂは、それぞれ第１の撥水性領域１２０ａおよび第２の撥水性領域１２０ｂで囲まれている。なお、基板１００において、第１の親水性領域１１０ａおよび第２の親水性領域１１０ｂを区別しない場合は、単に、「親水性領域１１０」と記載する。同様に、第１の撥水性領域１２０ａおよび第２の撥水性領域１２０ｂを区別しない場合は、単に、「撥水性領域１２０」と記載して説明する。

［２．製造方法］
以下に、本実施の形態の太陽電池の製造方法について、各ステップに分けて、詳細に説明する。

［２−１．集光レンズと基板の位置合わせ］
＜ステップＡ＞
まず、集光レンズ８１０と基板１００の相対位置を決める位置合わせステップＡについて、図４Ａから図４Ｃを用いて、ステップＡ１およびステップＡ２で説明する。

＜ステップＡ１＞
図４Ａに示すように、集光レンズ８１０と基板１００を用意する。集光レンズ８１０は、太陽光などが入射する光入射面８１０ａ側が、凸面で形成されている。一方、集光レンズ８１０の光出射面８１０ｂには、基板１００との間隔を一定に保つためのスペーサ８２０が配置されている。

基板１００は、集光レンズ８１０の光出射面８１０ｂと対向する光入射面１０１の角部が削られて角面１０３が形成されている。

＜ステップＡ２＞
つぎに、図４Ｂに示すように、基板１００の角面１０３に、例えばシリコンエマルジョンなどの離型剤８１１を塗布する。そして、集光レンズ８１０の光出射面８１０ｂと基板１００の光入射面１０１を、スペーサ８２０を介して対向させて配置する。

つぎに、集光レンズ８１０と離型剤８１１を塗布した基板１００の角面１０３との間に、例えばエポキシパテ８３０を充填する。充填されたエポキシパテ８３０は、一定時間が経過すると硬化する。

そして、図４Ｃに示すように、集光レンズ８１０と基板１００を、一旦剥離する。エポキシパテ８３０により、集光レンズ８１０と基板１００との相対位置が固定される。その結果、後述するステップにおいて、集光レンズ８１０と基板１００との位置合わせが容易になるとともに、位置ズレを防止できる。

［２−２．導光部材の配置］
［２−２−１．第１の親水性領域および第１の撥水性領域の形成］
まず、基板１００の光入射面１０１に、第１の親水性領域１１０ａと第１の撥水性領域１２０ａを作製するステップＢ１からステップＢ８について、図５Ａから図６Ｅを参照しながら、詳細に説明する。

図５Ａから図６Ｅは、同実施の形態の基板の作製方法を示す図である。

具体的には、基板１００の光入射面１０１に、第１の親水性領域１１０ａと第１の撥水性領域１２０ａを作製するステップＢ１からステップＢ８の断面図である。これにより、基板１００の光入射面１０１に、第１の親水性領域１１０ａと、第１の親水性領域１１０ａを囲む第１の撥水性領域１２０ａが形成される。

＜ステップＢ１＞
図５Ａに示すように、まず、ガラス基板などの透光性を有する基板１００を用意する。

つぎに、アルキルトリクロロシラン、または、アルキルトリアルコキシシランが溶解した溶液中に、基板１００を浸漬する。これにより、基板１００の表面全体が、アルキルシラン系化合物により被覆され、図５Ｂに示すアルキルシラン膜８０１が形成される。なお、アルキルトリクロロシランの例は、オクチルトリクロロシランである。アルキルトリアルコキシシランの例は、オクチルトリメトキシシランまたはオクチルトリエトキシシランである。

＜ステップＢ２＞
つぎに、図５Ｃに示すように、基板１００の光入射面１０１を被覆するアルキルシラン膜８０１を除去する。アルキルシラン膜８０１の除去は、酸素雰囲気下におけるプラズマ処理により行われる。これにより、基板１００の一方の面が、光入射面１０１として露出する。

＜ステップＢ３＞
つぎに、フルオロアルキルトリクロロシラン、または、フルオロアルキルトリアルコキシシランが溶解した溶液中に、光入射面１０１が露出した基板１００を浸漬する。なお、フルオロアルキルトリクロロシランの例は、ヘプタデカフルオロオクチルエチルトリクロロシランである。フルオロアルキルトリアルコキシシランの例は、ヘプタデカフルオロオクチルエチルトリメトキシシランまたは、ヘプタデカフルオロオクチルエチルトリエトキシシランである。これにより、図５Ｄに示すように、基板１００の光入射面１０１は、フルオロアルキルシラン膜８０２により被覆される。

このとき、基板１００の光出射面１０２を含む光入射面１０１以外の面は、フルオロアルキルシラン膜８０２により被覆されない。これは、基板１００の光出射面１０２などの面は、アルキルシラン膜８０１により被覆されているためである（ステップＢ２参照）。つまり、アルキルシラン膜８０１で被覆された基板１００には、フルオロアルキルシラン系化合物と反応できる活性水素が存在しないために、フルオロアルキルシラン膜８０２が形成されない。

＜ステップＢ４＞
つぎに、アミノアルキルシラン系化合物が溶解した溶液中に、図５Ｄに示す状態の基板１００を浸漬する。これにより、基板１００のフルオロアルキルシラン膜８０２上に、親水性を有するアミノアルキルシラン膜８０３が形成される。なお、アミノアルキルシランの例は、アミノプロピルトリエトキシシランまたは、アミノプロピルトリメトキシシランである。その結果、図５Ｅに示すように、基板１００の表面のうち、フルオロアルキルシラン膜８０２で被覆されている光入射面１０１だけが親水性となる。

一方、アルキルシラン系化合物からなるアルキルシラン膜８０１で被覆されている基板１００の光出射面１０２などの面は、親水化されない。つまり、フルオロアルキルシラン膜８０２で被覆されている光入射面１０１のみが、フルオロアルキルシラン膜８０２により親水化される。

以上により、基板１００の光入射面１０１だけに、アミノアルキルシラン膜８０３が、さらに形成される。つまり、基板１００の光入射面１０１は、フルオロアルキルシラン膜８０２およびアミノアルキルシラン膜８０３の積層膜が形成される。これにより、フルオロアルキルシラン膜８０２は、基板１００およびアミノアルキルシラン膜８０３の間に挟まれて形成される。

そして、後述するステップＢ５において、アミノアルキルシラン膜８０３は、基板１００の光入射面１０１側に、ポジ型のフォトレジストを均一に塗布することが可能にする効果を付与する。さらに、基板１００の光出射面１０２側などの面は、アルキルシラン膜８０１の被覆により撥水性が維持される。そのため、基板１００の光出射面１０２側などの面に、ポジ型のフォトレジストが付着しないという効果も付与される。

＜ステップＢ５＞
つぎに、図６Ａに示すように、基板１００の光入射面１０１側のアミノアルキルシラン膜８０３上に、例えばノボラック樹脂などのポジ型のフォトレジストを塗布してフォトレジスト層８０４を形成する。

＜ステップＢ６＞
つぎに、図６Ｂに示すように、集光レンズ８１０を、基板１００の光入射面１０１側に、再度配置する。なお、図６Ｂでは、集光レンズ８１０および基板１００を模式的に示している。つまり、実際には、図４Ｂのように、基板１００の角面１０３を利用して、スペーサ８２０を有する集光レンズ８１０が、精度よく配置される。

そして、集光レンズ８１０の光入射面８１０ａ側から、例えば紫外波長域の略平行光８０５（平行光を含む）を入射させる。入射した略平行光８０５は、平面視において、例えば四角形状の集光レンズ８１０によって集束される。集束された略平行光８０５は、ポジ型のフォトレジスト層８０４上に照射される。これにより、集光レンズ８１０の焦点付近を被覆する基板１００上のポジ型のフォトレジスト層８０４が、例えば矩形形状に感光される。

つぎに、図６Ｃに示すように、有機アミンを含有するフォトレジスト現像液に浸漬して、感光したポジ型のフォトレジスト層８０４を除去し、開口部８０４ａを形成する。これにより、図３に示す、第１の親水性領域１１０ａに相当する矩形形状の複数の領域が、集光レンズ８１０の焦点付近と一致した領域に形成される。

＜ステップＢ７＞
つぎに、図６Ｄに示すように、ステップＢ６で除去したポジ型のフォトレジスト層８０４の開口部８０４ａ内で、基板１００の光入射面１０１を被覆するアミノアルキルシラン膜８０３およびフルオロアルキルシラン膜８０２を除去する。具体的には、アミノアルキルシラン膜８０３およびフルオロアルキルシラン膜８０２を、酸素雰囲気下におけるプラズマ処理により除去する。これにより、基板１００の光入射面１０１が、ポジ型のフォトレジスト層８０４の開口部８０４ａの形状で露出する。

＜ステップＢ８＞
つぎに、図６Ｅに示すように、アセトンまたはＮ−メチルピロリドンを用いて、被覆する全てのポジ型のフォトレジスト層８０４を除去する。さらに、フルオロアルキルシラン膜８０２に積層されたアミノアルキルシラン膜８０３は、例えば酸素雰囲気下におけるプラズマ処理により除去する。

以上のステップＢ１からステップＢ８の処理により、集光レンズ８１０の焦点または焦点付近に、フルオロアルキルシラン膜８０２に囲まれた第１の親水性領域１１０ａが形成される。そして、フルオロアルキルシラン膜８０２は、第１の撥水性領域１２０ａとして機能する。

以下に、上記感光処理により形成された第１の親水性領域１１０ａについて、詳細に説明する。

まず、第１の親水性領域１１０ａの接着剤に対する濡れ性は、第１の撥水性領域１２０ａの接着剤に対する濡れ性よりも高い。

また、第１の親水性領域１１０ａの形状は、第１の親水性領域１１０ａに配置する導光部材３００の形状に依存して決定される。上記では、矩形形状を例に説明したが、これに限られない。第１の親水性領域１１０ａの形状は、導光部材３００の形状に合わせて、例えば三角形、四角形、六角形のような多角形、円形、楕円形などの形状で形成してもよい。

さらに、第１の親水性領域１１０ａは、配置される導光部材３００の面（すなわち、基板１００に配置された状態で基板１００と対向する導光部材３００の面）の形状と同一の形状を有することが好ましい。なお、「同一の形状」とは、第１の親水性領域１１０ａの形状および配置される導光部材３００の面が、数学的概念における合同または相似関係にあることを意味する。

ここで、基板１００に配置される導光部材３００の基板１００に貼り付けられる面の表面積を、Ｓ１と定義する。そして、１つの第１の親水性領域１１０ａの面積を、Ｓ２と定義する。この場合、Ｓ２／Ｓ１の値は、０．６４以上１．４４以下が好ましい。Ｓ２／Ｓ１の値が０．６４よりも小さい場合、導光部材３００を第１の親水性領域１１０ａに貼り付ける際の接着剤の量が、著しく少なくなる。そのため、導光部材３００の位置精度が、悪くなり得る。一方、Ｓ２／Ｓ１の値が１．４４よりも大きい場合、導光部材３００を第１の親水性領域１１０ａに貼り付ける際の接着剤の量が、著しく多くなる。そのため、上記と同様に、導光部材３００の位置精度が、悪くなり得る。

また、第１の親水性領域１１０ａの形状は、平面視の四角形状の集光レンズ８１０で決定される。なお、略平行光８０５を照射する露光光源と基板１００との間に遮光フィルターを配設する場合、遮光フィルターの形状により、決定される。

さらに、第１の親水性領域１１０ａの面積は、ポジ型のフォトレジスト層８０４を露光する露光光源と基板１００との間の距離、および略平行光８０５の積算露光量により決定される。

上記の条件は、後述する光電変換素子４００を配置する第２の親水性領域１１０ｂを形成する時と、異なっても、同じでもよい。

なお、上記ではポジ型のフォトレジスト層８０４を露光して第１の親水性領域１１０ａを形成する例で説明したが、これに限られない。例えば、インクジェット法、スクリーンプリント法、凸版印刷法、凹版印刷法、またはマイクロコンタクトプリント法などを用いて、複数の第１の親水性領域１１０ａを囲む第１の撥水性領域１２０ａを形成してもよい。

［２−２−２．接着剤の塗布］
つぎに、図７Ａと図７Ｂを用いて、第１の親水性領域１１０ａに接着剤を塗布するステップＣについて、説明する。

＜ステップＣ＞
図７Ａおよび図７Ｂは、同実施の形態の導光部材を配置する第１の親水性領域への接着剤の塗布方法を説明する模式斜視図である。図７Ａは、複数の第１の親水性領域１１０ａが形成された第１の撥水性領域１２０ａを有する基板１００を示す。図７Ｂは、接着剤２００を基板１００に塗布するときの構成および動作を模式的に示す。

具体的には、ステップＣは、導光部材３００と基板１００とを接着する接着剤２００を、基板１００の光入射面１０１側の第１の親水性領域１１０ａに塗布するステップである。

まず、図７Ａに示すように、上記で説明した各ステップにより、基板１００の光入射面１０１側に、複数の第１の親水性領域１１０ａが形成された第１の撥水性領域１２０ａが形成される。

このとき、図７Ｂに示すように、例えばスキージ５１０を用いて、接着剤２００を塗布する。

具体的には、基板１００の光入射面１０１側の面上に、例えば水などを主成分とする親水性の接着剤２００を塗布する。そして、塗布された接着剤２００を、スキージ５１０の移動とともに、第１の親水性領域１１０ａ内に配置する。なお、図７Ｂ中に示す接着剤２１１は、第１の親水性領域１１０ａ内に配置された状態の接着剤２００を示す。

このとき、第１の撥水性領域１２０ａは、第１の親水性領域１１０ａを囲むように形成されている。そのため、第１の親水性領域１１０ａ内に配置された親水性の接着剤２００は、第１の撥水性領域１２０ａ上に、はみ出さない。

なお、図７Ｂに示すステップＣでは、スキージ５１０が移動し、基板１００が移動しない構成で説明したが、これに限られない。例えば、スキージ５１０が移動せず、基板１００が移動する構成でもよい。また、スキージ５１０と基板１００の両方が相対的に移動する構成でもよい。そこで、本明細書においては、上記をまとめて「相対的移動」と表現する。すなわち、「スキージが基板上を相対的に移動する」とは、（Ａ）スキージ５１０が移動するが基板１００は移動しない、（Ｂ）スキージ５１０は移動しないが基板１００が移動する、さらに（Ｃ）スキージ５１０および基板１００の両方が移動する、（Ａ）から（Ｃ）の３態様のいずれをも含むことを意味する。

また、ステップＣにおいて、基板１００の一端に接着剤２００を配置した後、一端側が上方となるように基板１００を傾ける。そして、傾斜に沿って下方に向かって流れる接着剤２００を、順に、第１の親水性領域１１０ａに流し込んで配置する構成でもよい。この場合、特に、スキージ５１０を用いても、用いなくてもよい。

また、接着剤を塗布する方法として、スキージ５１０と基板１００との相対的移動ではなく、ディスペンサなどを用いて、第１の親水性領域１１０ａに個別に塗布してもよい。

［２−２−３．導光部材の実装］
＜ステップＤ＞
つぎに、導光部材３００を実装するステップＤについて、図８Ａを用いて説明する。

図８Ａは、同実施の形態の導光部材の配置方法を説明する、ステップＤを模式的に示す斜視図である。

図８Ａに示すように、複数の第１の親水性領域１１０ａ内に塗布された接着剤２１１上に、搭載装置３１０などを用いて、例えば逆四角錐台形状の導光部材３００を配置する。なお、搭載装置３１０は、公知のＦＡ（ＦａｃｔｏｒｙＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ）機器を用いることができる。

このとき、配置された導光部材３００には、接着剤２１１の界面張力（表面張力）が働く。これにより、導光部材３００は、第１の親水性領域１１０ａに配置された接着剤２１１の中央に移動する。その結果、導光部材３００は、接着剤２１１によるセルフアライメント効果により、第１の親水性領域１１０ａの中央の位置に配置される。

［２−２−４．導光部材の固着］
＜（ステップＥ＞
つぎに、導光部材３００を固着するステップＥについて、図８Ｂを用いて説明する。

図８Ｂに示すように、基板１００に接着剤２１１を介して配置された導光部材３００は、接着剤２１１の硬化により、第１の親水性領域１１０ａ内に固定配置される。なお、接着剤２１１は、例えば紫外線硬化、熱硬化および自然硬化などの周知の硬化方法から選択される適切な硬化方法により硬化される。

以上で説明した各ステップにより、集光レンズ８１０の焦点または焦点付近に形成された第１の親水性領域１１０ａ内に、導光部材３００を正確に配置できる（図９Ａ参照）。

［２−３．光電変換素子の配置］
つぎに、導光部材３００を接着した基板１００の光出射面１０２側に光電変換素子４００を配置するステップについて、図９Ａから図１０Ｅを用いて説明する。

図９Ａから図１０Ｅは、同実施の形態の基板の光出射面に第２の親水性領域を形成する方法を示す断面図である。

［２−３−１．第２の親水性領域および第２の撥水性領域の形成］
＜ステップＦ１＞
図９Ａに示すように、まず、上述の各ステップにより導光部材３００を接着した基板１００を用意する。

つぎに、アルキルトリクロロシラン、または、アルキルトリアルコキシシランが溶解した溶液中に、上記状態を有する基板１００を浸漬する。これにより、図９Ｂに示すように、撥水性を有するフルオロアルキルシラン膜８０２で被覆された以外の、基板１００の表面全体に、アルキルシラン膜８０１が形成される。なお、アルキルトリクロロシランの例は、オクチルトリクロロシランである。アルキルトリアルコキシシランの例は、オクチルトリメトキシシランまたはオクチルトリエトキシシランである。

＜ステップＦ２＞
つぎに、図９Ｃに示すように、基板１００の光出射面１０２を被覆するアルキルシラン膜８０１を除去する。アルキルシラン膜８０１の除去は、酸素雰囲気下におけるプラズマ処理により行われる。これにより、基板１００の光出射面１０２が露出する。

＜ステップＦ３＞
つぎに、フルオロアルキルトリクロロシラン、または、フルオロアルキルトリアルコキシシランが溶解した溶液中に、上記光出射面１０２が露出した基板１００を浸漬する。なお、フルオロアルキルトリクロロシランの例は、ヘプタデカフルオロオクチルエチルトリクロロシランである。フルオロアルキルトリアルコキシシランの例は、ヘプタデカフルオロオクチルエチルトリメトキシシランまたは、ヘプタデカフルオロオクチルエチルトリエトキシシランである。これにより、図９Ｄに示すように、基板１００の光出射面１０２は、フルオロアルキルシラン膜８０２により被覆される。

このとき、基板１００の光入射面１０１を含む光出射面１０２以外の面は、フルオロアルキルシラン膜８０２により被覆されない。これは、基板１００の光入射面１０１などの面は、アルキルシラン膜８０１により被覆されているためである（ステップＦ２参照）。つまり、アルキルシラン膜８０１で被覆された基板１００には、フルオロアルキルシラン系化合物と反応できる活性水素が存在しないために、フルオロアルキルシラン膜８０２が形成されない。

＜ステップＦ４＞
つぎに、アミノアルキルシラン系化合物が溶解した溶液中に、図９Ｄに示す状態の基板１００を浸漬して、アミノアルキルシラン膜８０３を形成する。なお、アミノアルキルシランの例は、アミノプロピルトリエトキシシランまたは、アミノプロピルトリメトキシシランである。これにより、図９Ｅに示すように、フルオロアルキルシラン膜８０２で被覆されている基板１００の光出射面１０２だけが親水性となる。

一方、アルキルシラン系化合物からなるアルキルシラン膜８０１で被覆されている基板１００の光入射面１０１などの面は、親水化されない。つまり、フルオロアルキルシラン膜８０２で被覆されている光出射面１０２のみが、フルオロアルキルシラン膜８０２により親水化される。

これにより、後述するステップＦ５において、アミノアルキルシラン膜８０３は、基板１００の光出射面１０２側に、ポジ型のフォトレジストを均一に塗布することが可能にする効果を付与する。さらに、基板１００の光入射面１０１側などの面は、アルキルシラン膜８０１の被覆により撥水性が維持される。そのため、基板１００の光入射面１０１側などの面に、ポジ型のフォトレジストが付着しないという効果も付与される。

＜ステップＦ５＞
つぎに、図１０Ａに示すように、基板１００の光出射面１０２側のアミノアルキルシラン膜８０３上に、例えばノボラック樹脂などのポジ型のフォトレジストを塗布してフォトレジスト層８０４を形成する。

＜ステップＦ６＞
つぎに、図１０Ｂに示すように、集光レンズ８１０を、基板１００の光入射面１０１側に、再度配置する。なお、図１０Ｂでは、集光レンズ８１０および基板１００を模式的に示している。つまり、実際には、図４Ｂのように、基板１００の角面１０３を利用して、スペーサ８２０を有する集光レンズ８１０が、精度よく配置される。

そして、集光レンズ８１０の光入射面８１０ａ側から、例えば紫外波長域の略平行光８０５（平行光を含む）を入射させる。入射した略平行光８０５は、集光レンズ８１０によって集束される。集束された略平行光８０５は、導光部材３００内を屈折しながら通過し、基板１００の光入射面１０１と対向する導光部材３００の面から、出射される。出射された光は、基板１００内を通過し、基板１００の光出射面１０２側のポジ型のフォトレジスト層８０４上に照射される。これにより、集光レンズ８１０および導光部材３００を介して集光される集光点または集光点付近を被覆する基板１００のポジ型のフォトレジスト層８０４を、例えば矩形形状に感光する。

つぎに、図１０Ｃに示すように、有機アミンを含有するフォトレジスト現像液によって、感光したポジ型のフォトレジスト層８０４を除去し、開口部８０４ｂを形成する。これにより、図１に示す第２の親水性領域１１０ｂに相当する矩形形状の複数の領域が、集光レンズ８１０と導光部材３００によって形成された集光点または集光点付近と一致した領域に形成される。このとき、集光レンズ８１０、導光部材３００および基板１００の位置関係が、図１に示す太陽電池１と同じであることが望ましい。

＜ステップ（Ｆ７）＞
つぎに、図１０Ｄに示すように、ステップＦ６で除去したポジ型のフォトレジスト層８０４の開口部８０４ｂ内で、基板１００の光出射面１０２を被覆するアミノアルキルシラン膜８０３およびフルオロアルキルシラン膜８０２を除去する。具体的には、アミノアルキルシラン膜８０３およびフルオロアルキルシラン膜８０２を、酸素雰囲気下におけるプラズマ処理により除去する。これにより、基板１００の光出射面１０２が、ポジ型のフォトレジスト層８０４の開口部８０４ｂの形状で露出する。

＜ステップＦ８＞
つぎに、図１０Ｅに示すように、アセトンまたはＮ−メチルピロリドンを用いて、被覆する全てのポジ型のフォトレジスト層８０４を除去する。さらに、フルオロアルキルシラン膜８０２に積層されたアミノアルキルシラン膜８０３は、例えば酸素雰囲気下におけるプラズマ処理により除去する。

以上のステップＦ１からステップＦ８の処理により、導光部材３００を介した集光レンズ８１０の集光点または集光点付近に、フルオロアルキルシラン膜８０２に囲まれた第２の親水性領域１１０ｂが形成される。そして、フルオロアルキルシラン膜８０２は、第２の撥水性領域１２０ｂとして機能する。

この場合、光電変換素子４００を配置するステップＦで形成された第２の親水性領域１１０ｂの面積は、導光部材３００を配置するステップＢで形成された第１の親水性領域１１０ａの面積よりも大きくなる。この理由は、まず、第２の親水性領域１１０ｂを形成するときのフォトレジスト層８０４から集光レンズ８１０までの第２の距離が、第１の親水性領域１１０ａを形成するフォトレジスト層８０４から集光レンズ８１０までの第１の距離とは、異なる。具体的には、ステップＦにおけるポジ型のフォトレジストの感光処理は、基板１００内を透過した光で行われるため、フォトレジスト層８０４から集光レンズ８１０までの第２の距離が長くなる。これにより、基板１００の光入射面１０１に入射した光は、基板１００を透過する際に、光束が広がる。その結果、第２の親水性領域１１０ｂの面積は、第１の親水性領域１１０ａの面積より大きくなる。

［２−３−２．接着剤の塗布］
＜ステップＧ＞
つぎに、ステップＧにおいて、図７Ａおよび図７Ｂで説明したステップＣと、同様に、第２の親水性領域１１０ｂ内に接着剤２１１を塗布して充填する。なお、詳細な説明は、ステップＣと同様であるので、省略する。

［２−３−３．光電変換素子の実装］
＜ステップＨ＞
つぎに、光電変換素子４００の実装方法について、図１１Ａを用いて説明する。

図１１Ａは、同実施の形態の光電変換素子の配置方法を説明する、ステップＨを模式的に示す斜視図である。

図１１Ａに示すように、複数の第２の親水性領域１１０ｂ内に塗布された接着剤２１１上に、例えば搭載装置３２０を用いて、光電変換素子４００を配置する。

このとき、配置された光電変換素子４００には、接着剤２１１の界面張力（表面張力）が働く。これにより、光電変換素子４００は、第２の親水性領域１１０ｂに配置された接着剤２１１の中央に移動する。その結果、光電変換素子４００は、接着剤２１１によるセルフアライメント効果により、第２の親水性領域１１０ｂの中央の位置に配置される。

［２−３−４．光電変換素子の固着］
＜ステップＩ＞
最後に、光電変換素子を固着するステップＩについて、図１１Ｂを用いて説明する。

図１１Ｂに示すように、ステップＥの説明と同様に、基板１００に接着剤２１１を介して配置された光電変換素子４００は、接着剤２１１の硬化により、第２の親水性領域１１０ｂ内に固定配置される。

［３．効果］
上記実施の形態に係る太陽電池１は、透光性の基板１００と、基板１００の光出射面１０２に配置される光電変換素子４００と、基板１００の光入射面であって基板１００を挟んで光電変換素子４００と対向する位置に配置される導光部材３００とを備える。この構成により、太陽電池１は、入射する太陽光を効率的に光電変換素子４００に導くことができ、光利用効率の向上させることができる。

また、以上で説明した各ステップにより、集光レンズ８１０と導光部材３００で形成される集光点または集光点付近に、光電変換素子４００を、正確に配置できる（図１参照）。

上記実施形態に係る太陽電池１の製造方法は、透光性の基板１００の光入射面１０１に第１の親水性領域１１０ａを形成し、導光部材３００を第１の親水性領域１１０ａ内に配置し、基板１００の光出射面１０２に第２の親水性領域１１０ｂを形成し、光電変換素子４００を第２の親水性領域１１０ｂに配置する。また、光電変換素子４００を配置する基板１００の光出射面１０２に設ける第２の親水性領域１１０ｂを、導光部材３００を用いて、ポジ型のフォトレジスト層８０４を感光処理して形成する。そのため、集光レンズ８１０と、導光部材３００および光電変換素子４００との相対的な位置合わせが容易で正確にできる。これにより、導光部材３００に入射する太陽光を確実に光電変換素子４００に入射させることができる。その結果、光の利用効率を向上させて、高効率の太陽電池を実現できる。

（他の実施の形態）
以上では、本出願に開示する技術について、実施の形態を例に説明した。しかしながら、本開示における技術は、これに限定されず、変更、置き換え、付加、省略などを行った実施の形態にも適用できる。また、上記実施の形態で説明した各構成要素を組み合わせて、新たな実施の形態とすることも可能である。

そこで、以下に、他の実施の形態について、例示する。

つまり、本実施の形態では、基板１００の光入射面１０１および光出射面１０２の片面ずつを感光処理して、それぞれの親水性領域１１０および撥水性領域１２０を形成する構成を例に説明したが、これに限られない。例えば、基板１００の光入射面１０１および光出射面１０２の両面を一度に感光処理をして、それぞれの親水性領域１１０および撥水性領域１２０を形成してもよい。この場合、ポジ型のフォトレジストを基板１００の両面に塗布してフォトレジスト層８０４を形成した後に、両面から略平行光８０５を入射して感光する。

また、本実施の形態において、太陽電池１に、太陽の向きを検出し、太陽の向きに応じて太陽光が集光レンズ８１０の光軸に垂直に入射するような追尾装置を、さらに設ける構成としてもよい。これにより、さらに高効率な太陽電池を実現できる。

なお、上述の実施の形態は、本開示における技術を例示するためのものであるから、特許請求の範囲またはその均等の範囲において種々の変更、置き換え、付加、省略などを行うことができる。

本開示は、太陽光発電に用いられる集光型の太陽電池などに適用可能である。

１太陽電池
１００基板
１０１，８１０ａ光入射面
１０２，８１０ｂ光出射面
１０３角面
１１０親水性領域
１１０ａ第１の親水性領域
１１０ｂ第２の親水性領域
１２０撥水性領域
１２０ａ第１の撥水性領域
１２０ｂ第２の撥水性領域
２００，２１１接着剤
３００導光部材
３１０，３２０搭載装置
４００光電変換素子
４０１発電層
４０２第一の電極
４０３第二の電極
４０４第一の金属めっき
４０５第二の金属めっき
４０６絶縁膜
４０７接続電極
４１３第一の配線
４１４第二の配線
４１５導電性材料
５１０スキージ
７００回路基板
８０１アルキルシラン膜
８０２フルオロアルキルシラン膜
８０３アミノアルキルシラン膜
８０４フォトレジスト層
８０４ａ，８０４ｂ開口部
８０５略平行光
８１０集光レンズ
８１１離型剤
８２０スペーサ
８３０エポキシパテ

Claims

透光性の基板と、
前記基板の光出射面に配置される光電変換素子と、
前記基板の光入射面であって前記基板を挟んで前記光電変換素子と対向する位置に配置される導光部材とを備える、太陽電池。
集光レンズを、さらに備え、
前記集光レンズは、前記基板および前記導光部材を挟んで前記光電変換素子と対向する位置に配置される、請求項１に記載の太陽電池。
前記基板の光出射面および光入射面において、前記光電変換素子および前記導光部材を囲んで撥水材料が設けられる、請求項１に記載の太陽電池。
前記基板の光入射面は、前記撥水材料により囲われ前記導光部材を配置する第１の親水性領域を有し、
前記基板の光出射面は、前記撥水材料により囲われ前記光電変換素子を配置する第２の親水性領域を有し、
前記第２の親水性領域の面積は、前記第１の親水性領域の面積よりも大きい、
請求項３に記載の太陽電池。
前記第１の親水性領域および前記第２の親水性領域は、矩形形状である、請求項４に記載の太陽電池。
透光性の基板の光入射面に第１の親水性領域を形成し、
導光部材を前記第１の親水性領域内に配置し、
前記基板の光出射面であって前記基板を挟んで前記導光部材に対向する位置に第２の親水性領域を形成し、
光電変換素子を前記第２の親水性領域に配置する、
ことを含む、太陽電池の製造方法。
前記第１の親水性領域および前記第２の親水性領域は、感光処理によって形成される、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
さらに、前記基板の光入射面側であって前記導光部材および前記光電変換素子を通る光軸上に集光レンズを配置することを含む、請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
前記第２の親水性領域の前記感光処理は、前記集光レンズを通過した光を用いて行われる、請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
前記第２の親水性領域は、前記導光部材を配置した後に、前記導光部材を透過する光で感光して形成される、請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
さらに、前記基板の前記光入射面側にフォトレジスト層を形成した後に前記第１の親水性領域を形成する感光処理を行うこと、および前記基板の前記光出射面側にフォトレジスト層を形成した後に前記第２の親水性領域を形成する感光処理を行うことを含み、
前記第１の親水性領域を形成する前記感光処理における前記フォトレジスト層から前記集光レンズまでの第１の距離は、前記第２の親水性領域を形成する前記感光処理における前記フォトレジスト層から前記集光レンズまでの第２の距離と異なる、請求項８に記載の太陽電池の製造方法。
前記第２の距離は、前記第１の距離よりも長い、請求項１１に記載の太陽電池の製造方法。