JP4437657B2 - 光発電パネルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、球状の光発電素子の表面にレンズ部を形成する方法及び多数の球状の光発電素子を平面的に配列した光発電パネルを製造する方法に関するものである。

近年、太陽光エネルギを電気エネルギに変換する光発電パネルの発電効率を高めるために、例えば、特許文献１（特開２００１−１６８３６９号公報）、特許文献２（特開２００２−２８０５９２号公報）に示すように、光発電素子を球状に形成するようにしたものがある。球状の光発電素子は、様々な方向から入射する太陽光に対してその光入射方向から見た素子投影面積（受光量）がほぼ一定となるため、太陽高度が低い時でも高い時と同じように効率良く発電できる利点がある。

特許文献１の光発電パネルは、光透過性の樹脂ケース内に多数の球状の光発電素子を平面的に配列した状態に埋設し（この構造の製造方法は記載されていない）、且つ、該樹脂ケースの裏面側に光反射板を接着することで、光反射板による反射光も光発電素子で受光させて発電効率を高めるようにしている。

一方、特許文献２の光発電パネルは、素子保持板の表面側（受光面側）に多数の凹部を形成し、各凹部にそれぞれ球状の光発電素子を収容して接着すると共に、該素子保持板の裏面側に各光発電素子の電極を形成することで、電極が光発電素子への入射光を遮ることがないようにしている。

尚、球状の光発電素子の製造方法は、例えば、特許文献３（国際公開ＷＯ９９／１０９３５号公報）に示すように、加熱融解されたシリコン液滴を自由落下させて、そのシリコン液滴を表面張力で球状の形状に変形させて凝固させる自由落下法や、特許文献４（特開２００２−６０９４３号公報）に示すように、プラズマＣＶＤ装置内で、芯材の表面全体にＳｉを堆積させて球状の光発電素子を製造するプラズマＣＶＤ法が公知である。
特開２００１−１６８３６９号公報（第４頁〜第５頁、図５等） 特開２００２−２８０５９２号公報（第５頁〜第６頁等） 国際公開ＷＯ９９／１０９３５号公報（第３頁〜第８頁等） 特開２００２−６０９４３号公報（第２頁〜第５頁等）

ところで、光発電パネルの発電効率を更に高めるには、光発電素子の表面にレンズ部を形成して、光発電素子の周辺に入射する太陽光も、レンズ部で集光して光発電素子に受光させるようにすることが効果的である。

上記特許文献１，２の光発電パネルにおいて、レンズ部を形成する場合、光透過性の樹脂で射出成形する方法を採用するものと思われる。しかし、上記特許文献３，４の方法で形成される球状の光発電素子は、非常に小さく、しかも、サイズ（径寸法）や形状（真球度）にばらつきがあるため、射出成形等の型成形技術では、多数の光発電素子の各々に好ましい球状凸面形状のレンズ部を形成することは困難である。

そこで、本発明の目的は、球状の光発電素子のサイズ（径寸法）や形状（真球度）に多少のばらつきがあっても、簡単で且つ安価な方法で光発電素子の表面に好ましい球状凸面形状のレンズ部を形成できるようにすることであり、ひいては、発電効率の高いレンズ部付きの光発電パネルを簡単で且つ安価な方法で製造できるようにすることである。

光発電パネルを製造する場合は、請求項１のように、仮保持シートの片面に多数の球状の光発電素子を各素子間に隙間をあけた状態に仮保持させる仮保持工程と、前記仮保持シートの片面に仮保持させた多数の球状の光発電素子を樹脂液に浸漬して引き上げることで、各光発電素子の表面に樹脂液を付着する樹脂液付着工程と、前記各光発電素子の表面に付着した樹脂液を硬化させることで、各光発電素子の表面に樹脂製のレンズ部を形成する樹脂硬化工程と、前記レンズ部の表面に接着剤を付着させる接着剤付着工程と、前記仮保持シートをその面方向に収縮させることで、各光発電素子のレンズ部間を前記接着剤で接着して光発電パネルを形成する接着工程とを実行するようにすれば良い。

このように、球状の光発電素子を樹脂液に浸して引き上げ、該光発電素子の表面に付着した樹脂液を硬化させることで、該光発電素子の表面に樹脂製のレンズ部を形成するようにすれば、光発電素子の表面に、樹脂液の表面張力により球状凸面形状のレンズ部を形成できるため、仮保持シートに仮保持させた多数の光発電素子のサイズ（径寸法）や形状（真球度）に多少のばらつきがあっても、光発電素子の表面に好ましい球状凸面形状のレンズ部を一括して形成でき、また、レンズ部の中央に光発電素子を位置させることができる。しかも、レンズ部を成形するための射出成形型等の高価な成形装置が不要であると共に、光発電素子を樹脂液に浸して引き上げ、それを硬化させるという簡単で且つ安価な方法で光発電素子の表面に球状凸面形状のレンズ部を形成でき、レンズ部形状の最適化と低コスト化とを両立させることができる。更に、レンズ部の形成後に、仮保持シートをその面方向に収縮させることで、各光発電素子のレンズ部間を接着剤で接着して光発電パネルを形成するようにしたので、平面的に配列した多数の光発電素子を一体化する工程も、高価な成形装置等を用いることなく、簡単で且つ安価な方法で多数の光発電素子を一体化することができ、発電効率の高いレンズ部付きの光発電パネルを簡単で且つ安価な方法で製造できる。

この場合も、請求項２のように、樹脂液付着工程と樹脂硬化工程とを交互に所定回数繰り返すことで、各光発電素子の表面に形成するレンズ部の厚みを増加させるようにすると良い。このようにすれば、光発電素子を樹脂液に浸して硬化させる回数を調整することで、レンズ部の厚みを調整することができ、厚いレンズ部でも製造可能である。

更に、請求項３のように、光発電パネルから仮保持シートを剥離した後、該光発電パネルのうちの該仮保持シートが剥離された側の部分に各光発電素子の電極を形成するようにすると良い。このようにすれば、光発電パネルの裏面側に電極を形成できるため、電極が光発電素子への入射光を遮ることがなく、レンズ部の表面全体を受光面として有効に機能させることができる。

この場合、請求項４のように、電極をレンズ部の裏側を覆うように形成するようにすると良い。このようにすれば、電極を入射光の反射面としても機能させることができるため、この電極の光反射作用によって発電効率（光発電素子の受光量）を更に増加させることができる。

ところで、仮保持工程で、最初から多数の光発電素子を均等に隙間を広げた状態で仮保持シートの片面に粘着させるようにしても良いが、この方法では、仮保持シートの片面に多数の光発電素子を粘着させる前に、何等かの方法で、多数の光発電素子を均等に隙間を広げて整列させた状態に保持しておく必要があり、これが面倒な作業となりかねない。

そこで、請求項５のように、仮保持工程において、仮保持シートとして、面方向に伸縮可能な弾性材製のシートを用い、該仮保持シートの片面に多数の光発電素子を隙間なく密集させた状態で粘着させた後、該仮保持シートを面方向に均等に引き延ばすことで、各光発電素子間に均等に隙間を広げるようにすると良い。このようにすれば、仮保持シートの片面に多数の光発電素子を粘着させる前に、多数の光発電素子を均等に隙間を広げて整列させる必要がないため、仮保持シートの片面に多数の光発電素子を粘着させる作業が容易である。しかも、仮保持シートを面方向に均等に引き延ばすという簡単な手法で、各光発電素子間に均等に隙間を広げた状態にすることができる。

ところで、仮保持シートの片面に仮保持させた多数の光発電素子を樹脂液に浸漬する際に、仮保持シートに樹脂液が付着すると、それが仮保持シートと光発電パネルとを接着する接着剤となってしまい、仮保持シートの剥離が困難になったり、その付着樹脂が仮保持シートの収縮を妨げる障害物となってしまい、各光発電素子のレンズ部間を接着できなくなる可能性がある。

この対策として、請求項６のように、樹脂液付着工程において、樹脂液が仮保持シートに付着しないように各光発電素子のみを樹脂液に浸漬するようにすると良い。このようにすれば、仮保持シートへの樹脂液の付着による上記不具合を未然に防止できる。

また、請求項７のように、レンズ部を形成する樹脂及び接着剤として、光透過性の紫外線硬化性樹脂を用いることが好ましい。このようにすれば、紫外線照射により樹脂及び接着剤を短時間（数秒〜数十秒程度）で硬化させることができ、生産性を向上させることができる。

この場合、請求項８のように、接着剤は、レンズ部を形成する樹脂と同種の樹脂で粘度が低いものを用いることが更に好ましい。このようにすれば、接着剤として好ましい粘度を確保しながら、硬化後の接着剤の光学的特性をレンズ部の光学的特性と一致させることができると共に、接着剤をレンズ部の一部として完全に一体化することができ、接着剤でレンズ部の光学的特性が悪くなることを防止できる。

また、請求項９のように、接着剤付着工程において、仮保持シートの片面に仮保持させた多数の光発電素子のレンズ部を接着剤の液に浸漬することで、各光発電素子のレンズ部の表面に接着剤を付着させるようにすると良い。このようにすれば、レンズ部の形成方法と同じ方法（浸漬法）により多数の光発電素子のレンズ部の表面に一括して接着剤を付着させることができ、接着剤付着作業が極めて容易である。しかも、浸漬法により多数の光発電素子のレンズ部の表面に均一に接着剤を付着させることができ、接着剤でレンズ部の光学的特性が悪くなることを防止できる。この接着剤付着工程においても、接着剤の液が仮保持シートに付着しないように各光発電素子のレンズ部のみを接着剤の液に浸漬するようにすると良い。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
まず、図１Ｑに基づいて本実施例の製造方法で製造した光発電パネル２７の構造を説明する。

光発電パネル２７は、多数の球状の光発電素子１１を平面的に配列して一体化したものであり、各光発電素子１１は、外周部にｎ型半導体層が薄く形成され、その内周側がｐ型半導体層となっている。この光発電素子１１の製造方法は、特に限定されず、前述した特許文献３、４に記載された製造方法を用いても良いし、それ以外の製造方法を用いても良い。各光発電素子１１の受光側（図１Ｑにおいて下側）には、球状凸面形状のレンズ部１２が光透過性の紫外線硬化性樹脂によって形成されている。各光発電素子１１のレンズ部１２間が光透過性の接着剤で接着されて一体化されている。この接着剤は、レンズ部１２を形成する紫外線硬化性樹脂と同種の紫外線硬化性樹脂（但し粘度が低いもの）を用いることが好ましいが、これに限定されるものではない。

光発電パネルの裏面側（図１Ｑにおいて上面側）には、各光発電素子１１の外周部のｎ型半導体層に導通するｎ電極１３がレンズ部１２の裏側を覆うように形成されている。このｎ電極１３は、２層の絶縁性樹脂層１４，１５によって完全に覆われている。下層の絶縁性樹脂層１４は、後述するエッチング時に保護層（マスク）として機能し、上層の絶縁性樹脂層１５は、ｎ電極１３とｐ電極１６とを絶縁する絶縁層として機能する。

各光発電素子１１の後端部には、研磨等によってｎ型半導体層が部分的に取り除かれてｐ型半導体層が露出する部分が形成され、このｐ型半導体層にｐ電極１６が導通するように形成されている。このｐ電極１６は、絶縁性樹脂等で形成された保護絶縁層１７によって完全に覆われ、保護・絶縁されている。

以上のように構成した光発電パネル２７の製造方法を説明する。前述したように、球状の光発電素子１１の製造方法は、特に限定されず、どの様な方法で球状の光発電素子１１を製造しても良く、１つのメーカーで光発電素子１１の製造から光発電パネルの製造までを一貫して行っても良いし、他のメーカーで製造した光発電素子１１を仕入れて光発電パネルを製造するようにしても良い。以下、何等かの方法で製造された球状の光発電素子１１を用いて光発電パネル２７を製造する各工程を順番に説明する。
［１］仮保持工程
まず、図１Ａに示すように、多数の球状の光発電素子１１を浅底のケース２０内に収容し、各光発電素子１１が上下に積み重ならないように平面的に隙間なく密集させた状態にする。この後、図１Ｂに示すように、下面に粘着剤がコーティングされた仮保持シート２１を上方からケース２０内の光発電素子１１に押し付けて該仮保持シート２１の下面に多数の光発電素子１１を隙間なく密集させた状態で粘着（仮保持）させる。この際、仮保持シート２１は、面方向に伸縮可能なゴム等の弾性材製のシートを使用し、該仮保持シート２１が弛まないように軽く張った状態で多数の光発電素子１１を隙間なく粘着させる。

この後、図１Ｃに示すように、仮保持シート２１を面方向に３６０°いずれの方向にも均等に引き延ばすことで、各光発電素子１１間に均等に隙間を広げる。この際、各光発電素子１１間の隙間は、その後の工程で形成するレンズ部１２同志が触れ合わない隙間寸法まで広げる。

ここで、仮保持シート２１を面方向に均等に引き延ばす装置の一例を図２Ａ、図２Ｂに基づいて説明する。円環状ホルダ２２に仮保持シート２１を弛まないように軽く張った状態に装着する。円環状ホルダ２２の内周側には、同心状に円環状プッシャ２３を上下動可能に設け、円環状ホルダ２２の位置を固定した状態で、円環状プッシャ２３を仮保持シート２１の上面に押し当てて、該円環状プッシャ２３のみをエアシリンダ等で下降させることで、該円環状プッシャ２３の下面に沿って仮保持シート２１を面方向に均等に引き延ばす。

この際、円環状プッシャ２３の下降量（仮保持シート２１の押し下げ量）が大きくなるほど、仮保持シート２１の引き延ばし量が大きくなって、仮保持シート２１下面の各光発電素子１１間の隙間寸法が大きくなるという関係がある。従って、各光発電素子１１間の隙間寸法を調整する場合は、円環状プッシャ２３の下降ストロークを調整するようにすれば良いが、円環状プッシャ２３の下降ストロークを調整できない場合は、円環状ホルダ２２の高さ位置を調整して、下降動作開始前の円環状プッシャ２３と仮保持シート２１との間の上下方向隙間寸法（つまり下降動作開始後に円環状プッシャ２３が仮保持シート２１に当接するまでの距離）を調整することで、仮保持シート２１の押し下げ量を調整するようにすれば良い。

尚、円環状プッシャ２３の位置を固定した状態で円環状ホルダ２２のみを上昇させるようにしても、仮保持シート２１を面方向に均等に引き延ばすことができる。
［２］樹脂液付着工程
上述した方法で、仮保持シート２１を面方向に均等に引き延ばして各光発電素子１１間に均等に隙間を広げた状態で、図１Ｄに示すように、仮保持シート２１下面の各光発電素子１１を同時に樹脂液２４に浸漬する。この樹脂液２４は、光透過性の紫外線硬化性樹脂を用いることが好ましい。この際、仮保持シート２１を下降させて該仮保持シート２１下面の各光発電素子１１を樹脂液２４に浸漬するようにしても良いが、図２Ｃに示すように、仮保持シート２１の位置を固定した状態で樹脂液貯溜部２５を上昇させることで、仮保持シート２１下面の各光発電素子１１を樹脂液２４に浸漬するようにしても良い。

この樹脂液付着工程では、樹脂液２４が仮保持シート２１に付着しないように各光発電素子１１のみを樹脂液２４に浸漬する必要がある。この理由は、仮保持シート２１に樹脂液２４が付着すると、それが仮保持シート２１と光発電パネル２７とを接着する接着剤となってしまい、仮保持シート２１の剥離が困難になったり、その付着樹脂が仮保持シート２１の収縮を妨げる障害物となってしまい、各光発電素子１１のレンズ部１２間を接着できなくなる可能性があるためである。

但し、光発電素子１１への樹脂液２４の付着量が多くなるほど、良好な厚いレンズ部１２を形成できるため、光発電素子１１への樹脂液２４の付着量をできるだけ多くすることが望ましく、そのために、樹脂液２４が仮保持シート２１に付着しない範囲で、光発電素子１１を樹脂液２４にできるだけ深く浸漬させることが好ましい。光発電素子１１への樹脂液２４の付着量は、樹脂液２４の粘度や樹脂組成によっても調整可能である。

以上のようにして、仮保持シート２１下面の各光発電素子１１を樹脂液２４に浸漬した後、仮保持シート２１下面の各光発電素子１１を樹脂液２４から引き上げる。これにより、図１Ｅに示すように、各光発電素子１１の表面に付着した樹脂液２４ａがその表面張力により球状凸レンズの形状となる。

［３］樹脂硬化工程
樹脂液付着工程終了後に、樹脂硬化工程に進み、図１Ｅに示すように、仮保持シート２１下面の各光発電素子１１の表面に付着した樹脂液２４ａに紫外線を照射して該樹脂液２４ａを硬化させることで、各光発電素子１１の表面に樹脂製のレンズ部１２を形成する。

以上説明した樹脂液付着工程と樹脂硬化工程とをそれぞれ１回ずつ行っただけで、目標厚みのレンズ部１２を形成できれば、次の接着剤付着工程へ進むが、そうでない場合は、樹脂液付着工程と樹脂硬化工程とを交互に所定回数繰り返すことで、各光発電素子１１の表面に形成するレンズ部１２の厚みを目標厚みまで増加させる。このようにすれば、光発電素子１１を樹脂液２４に浸して硬化させる回数を調整することで、レンズ部１２の厚みを調整することができ、厚いレンズ部１２でも製造可能である。

［４］接着剤付着工程
上記樹脂液付着工程と樹脂硬化工程とを適宜回数行って、目標厚みのレンズ部１２を形成した後、接着剤付着工程に進み、図１Ｆに示すように、仮保持シート２１下面の各光発電素子１１のレンズ部１２を同時に接着剤２６の液に浸漬して引き上げることで、図１Ｇに示すように、各レンズ部１２の表面に接着剤２６ａを付着させる。この接着剤付着工程においても、接着剤２６の液が仮保持シート２１に付着しないように各光発電素子１１のレンズ部１２のみを接着剤２６の液に浸漬するようにすると良い。

この際、接着剤２６は、レンズ部１２を形成する光透過性の紫外線硬化性樹脂と同種の紫外線硬化性樹脂で粘度が低いものを用いると良い。これにより、レンズ部１２の形成方法と同じ方法（浸漬法）により多数のレンズ部１２の表面に一括して接着剤２６ａを均一に付着させることができ、接着剤付着作業が極めて容易である。しかも、硬化後の接着剤２６ａの光学的特性をレンズ部１２の光学的特性と一致させることができると共に、接着剤２６ａをレンズ部１２の一部として完全に一体化することができ、接着剤２６ａでレンズ部１２の光学的特性が悪くなることを防止できる利点がある。尚、レンズ部１２の表面に接着剤２６ａを塗布するなど、浸漬法以外の方法でレンズ部１２の表面に接着剤２６ａを付着させるようにしても良い。

［５］接着工程
接着剤付着工程終了後に、接着工程に進み、図１Ｈに示すように、レンズ部１２の厚みを勘案して、仮保持シート２１をその面方向に収縮させることで、各光発電素子１１のレンズ部１２の接着剤２６ａ同志を接触させた状態にする。この仮保持シート２１を収縮させる動作は、前記仮保持工程で説明した仮保持シート２１の引き延ばし動作と反対方向の動作を行えば良い。

そして、図１Ｉに示すように、各光発電素子１１のレンズ部１２の接着剤２６ａ同志を接触させた状態で、該接着剤２６ａに紫外線を照射して該接着剤２６ａを硬化させることで、各光発電素子１１のレンズ部１２間を接着剤２６ａで接着して光発電パネル２７を形成する。尚、接着剤２６ａを硬化させる際に、仮保持シート２１が弛んで光発電素子１１の配列が曲がった状態になっていると、湾曲した光発電パネル２７が作られてしまうため、接着剤２６ａが硬化するまで仮保持シート２１を真っ直ぐな平面に延ばした状態に維持する必要がある。

［６］仮保持シート剥離工程
接着工程終了後に、仮保持シート剥離工程に進み、図１Ｊに示すように、光発電パネル２７の裏面側から仮保持シート２１を剥離する。この際、仮保持シート２１に樹脂液２４や接着剤２６が付着していなければ、仮保持シート２１を光発電パネル２７の裏面側から簡単に剥離することができる。

［７］ｎ電極形成工程
仮保持シート剥離工程終了後に、ｎ電極形成工程に進み、図１Ｋに示すように、光発電パネル２７の裏面全体に、蒸着、めっき、塗布、ＣＶＤ、スパッタリング等の導体成膜技術を用いてｎ電極１３を形成する。ｎ電極１３を形成する導体は、Ａｇ、Ａｇ系導体等の電気抵抗値が小さく、且つ、光を反射しやすい導体（入射光の反射面としても機能させるため）を用いることが好ましい。このｎ電極１３は、各光発電素子１１の外周部のｎ型半導体層に導通し、且つレンズ部１２の裏側を覆って入射光の反射面としても機能するようになっている。

［８］保護層（下層の絶縁性樹脂層）形成工程
ｎ電極形成工程終了後に、保護層形成工程に進み、図１Ｌに示すように、光発電パネル２７の裏面のｎ電極１３全面に、エポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を塗布して硬化させて保護層（下層の絶縁性樹脂層）１４を形成し、ｎ電極１３全面を保護層１４で覆った状態にする。この保護層１４を形成する樹脂は、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、嫌気性硬化樹脂等のいずれを用いても良いが、絶縁性と耐エッチング性（エッチング時のマスクとして用いるため）を備えている必要がある。

［９］サンドブラスト工程
保護層形成工程終了後に、サンドブラスト工程に進み、図１Ｍに示すように、サンドブラストにより、各光発電素子１１の後端部の保護層１４とｎ電極１３を部分的に取り除いて、各光発電素子１１の後端部のｎ型半導体層を露出させた状態にする。尚、サンドブラストに代えて、研磨、レーザ加工、放電加工等によって保護層１４ｎとｎ電極１３を部分的に取り除くようにしても良い。

［１０］エッチング工程
サンドブラスト工程終了後に、エッチング工程に進み、保護層１４をマスク（エッチングレジスト）として用いて、該保護層１４から露出する光発電素子１１の後端部のｎ型半導体層を化学エッチングして取り除き、その内側のｐ型半導体層を露出させた状態にする。尚、化学エッチングに代えて、ドライエッチングを用いても良い。

［１１］絶縁層（上層の絶縁性樹脂層）形成工程
エッチング工程終了後に、絶縁層（上層の絶縁性樹脂層）形成工程に進み、図１Ｎに示すように、光発電パネル２７の裏面全体に、エポキシ系樹脂等の絶縁性樹脂を塗布して硬化させて絶縁層（上層の絶縁性樹脂層）１５を形成し、前記サンドブラスト工程で部分的に露出されたｎ電極１３を完全に覆って絶縁した状態にする。この絶縁層１５を形成する樹脂は、その下層の保護層１４と同種、異種のいずれの絶縁性樹脂を用いても良く、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、嫌気性硬化樹脂等のいずれを用いても良い。

［１２］研磨工程
絶縁層形成工程終了後に、研磨工程に進み、図１Ｏに示すように、光発電パネル２７の裏面の絶縁層１５を研磨装置で研磨して平坦化すると共に、光発電素子１１の後端部のｐ型半導体層を絶縁層１５から露出させると共に、該ｐ型半導体層の露出面を平坦化する。尚、サンドブラストで研磨するようにしても良い。

［１３］ｐ電極形成工程
研磨工程終了後に、ｐ電極形成工程に進み、図１Ｐに示すように、光発電パネル２７の裏面全体にｐ電極１６を各光発電素子１１のｐ型半導体層の露出面に密着させるように形成する。このｐ電極１６を形成する導体は、前述したｎ電極１３と同じ導体でも良いし、異なる導体を用いても良く、ｐ電極１６の形成方法も、ｎ電極１３と同じ方法でも異なる方法でも良い。例えば、Ａｌ等の導体を光発電パネル２７の裏面全体に擦り付けて、その摩擦力と摩擦熱により、Ａｌ等の導体を各光発電素子１１のｐ型半導体層の露出面と絶縁層１５に付着させてｐ電極１６を形成するようにしても良い。

［１４］レーザーシンタ工程
ｐ電極形成工程終了後に、レーザーシンタ工程に進み、ｐ電極１６と各光発電素子１１の後端部のｐ型半導体層との接合部分の中央部にレーザ光をスポット的に照射して、その部分をスポット的に加熱し、オーミックコンタクトを形成するためのｐ電極１６の熱処理（シンタ）を行う。

［１５］保護絶縁層形成工程
レーザーシンタ工程終了後に、保護絶縁層形成工程に進み、図１Ｑに示すように、光発電パネル２７の裏面のｐ電極１６全面に、絶縁性樹脂を塗布して硬化させて保護絶縁層１７を形成し、ｐ電極１６全面を保護絶縁層１７で覆った状態にする。この保護絶縁層１７を形成する樹脂は、熱硬化性樹脂、紫外線硬化性樹脂、嫌気性硬化樹脂等のいずれを用いても良い。以上説明した各工程［１］〜［１５］を一通り実行すれば、光発電パネル２７の製造が完了する。

以上説明した本実施例の光発電パネル２７の製造方法によれば、仮保持シート２１に仮保持させた多数の球状の光発電素子１１を樹脂液２４に浸して引き上げ、該光発電素子１１の表面に付着した樹脂液２４ａを硬化させることで、該光発電素子１１の表面に樹脂製のレンズ部１２を形成するようにしたので、光発電素子１１の表面に、樹脂液２４ａの表面張力により球状凸面形状のレンズ部１２を形成することができる。このため、仮保持シート２１に仮保持させた多数の球状の光発電素子１１のサイズ（径寸法）や形状（真球度）に多少のばらつきがあっても、それら多数の光発電素子１１の表面に、それぞれ樹脂液２４ａの表面張力により好ましい球状凸面形状のレンズ部１２を一括して形成でき、また、レンズ部１２の中央に光発電素子１１を位置させることができる。しかも、レンズ部１２を成形するための射出成形型等の高価な成形装置が不要であり、レンズ部形状の最適化と低コスト化とを両立させることができると共に、レンズ部１２の形成後に、仮保持シート２１をその面方向に収縮させることで、各光発電素子１１のレンズ部１２間を接着剤２６で接着して光発電パネル２７を形成するようにしたので、平面的に配列した多数の光発電素子１１を一体化する工程も、高価な成形装置等を用いることなく、簡単で且つ安価な方法で多数の光発電素子１１を一体化することができ、発電効率の高いレンズ部１２付きの光発電パネル２７を簡単で且つ安価な方法で製造できる。

しかも、本実施例では、光発電パネル２７の裏面側に各光発電素子１１のｎ，ｐ電極１３，１６を形成するようにしたので、ｎ，ｐ電極１３，１６が光発電素子１１への入射光を遮ることがなく、レンズ部１２の表面全体を受光面として有効に機能させることができる。

更に、本実施例では、ｎ電極１３をレンズ部１２の裏側を覆うように形成したので、ｎ電極１３を入射光の反射面としても機能させることができ、このｎ電極１３の光反射作用によって発電効率（光発電素子１１の受光量）を更に増加させることができる。

本発明者は、本実施例の製造方法で製造した光発電パネル２７のレンズ部１２の集光効果を評価するために、レンズ部１２の大きさを種々異ならせた幾つかの光発電パネル２７のサンプルを製作して、各光発電パネル２７に同じ強さの太陽光を照射したときの出力電流Ｉscを計測したので、その計測データを図３のグラフに示す。図３のグラフの横軸は、レンズ部１２と光発電素子１１との投影面積比であり、縦軸は、レンズ部１２が無い光発電パネルの出力電流Ｉo に対するレンズ部１２付きの光発電パネル２７の出力電流Ｉscの比（Ｉsc／Ｉo ）である。この出力電流Ｉscの比が大きくなるほど、レンズ部１２の集光効果が大きいことを意味している。

この試験では、レンズ部１２と光発電素子１１との投影面積比がほぼ３．０、６．０、８．０の３種類（合計５個）のサンプルについて、出力電流Ｉscの比を計測したところ、出力電流Ｉscの比がそれぞれ３．０、６．０、８．０に近い値となった。この試験結果から、レンズ部１２と光発電素子１１との投影面積比を増加させると、それにほぼ比例して出力電流Ｉscを増加させることができることが判明した。これにより、レンズ部１２と光発電素子１１との投影面積比をある程度大きくすることで、発電効率の高い光発電パネル２７を、従来よりもかなり少ない個数の光発電素子１１で安価に製造できることが確認された。

また、本実施例では、仮保持工程において、仮保持シート２１として、面方向に伸縮可能な弾性材製のシートを用い、図１Ｂ、図２Ａに示すように、仮保持シート２１の片面に多数の光発電素子１１を隙間なく密集させた状態で粘着させた後、該仮保持シート２１を面方向に均等に引き延ばすことで、各光発電素子１１間に均等に隙間を広げるようにしたので、仮保持シート２１の片面に多数の光発電素子１１を粘着させる前に、多数の光発電素子１１を均等に隙間を広げて整列させる必要がなく、仮保持シート２１の片面に多数の光発電素子１１を粘着させる作業が容易であるという利点がある。しかも、仮保持シート２１を面方向に均等に引き延ばすという簡単な手法で、各光発電素子１１間に均等に隙間を広げた状態にすることができるという利点もある。

しかしながら、本発明は、仮保持工程で、仮保持シート２１の片面に多数の光発電素子１１を粘着させる前に、仮保持シート２１を面方向に均等に引き延ばした状態にしておき、この状態で、該仮保持シート２１の片面に多数の光発電素子１１を均等に隙間を広げた状態で粘着させるようにしても良い。

また、仮保持シートを、ゴム等の弾性材に代えて、熱収縮性の材料で形成しても良く、この場合は、仮保持工程で、仮保持シートを面方向に引き延ばさずに、該仮保持シートの片面に多数の光発電素子１１を均等に隙間を広げた状態で粘着させ、接着剤付着工程終了後に、仮保持シートを加熱して面方向に均等に熱収縮させるようにすれば良い。

また、本実施例では、レンズ部１２を形成する樹脂及び接着剤２６として、光透過性の紫外線硬化性樹脂を用いるようにしたので、紫外線照射により樹脂及び接着剤２６を短時間（数秒〜数十秒程度）で硬化させることができ、生産性を向上させることができる利点がある。しかも、本実施例では、接着剤２６としてレンズ部１２を形成する樹脂と同種の樹脂（粘度のみが異なる樹脂）を用い、浸漬法により光発電素子１１のレンズ部１２の表面に均一に接着剤２６ａを付着させるようにしたので、接着剤２６ａでレンズ部１２の光学的特性が悪くなることを防止できる利点がある。

しかしながら、本発明は、レンズ部１２を形成する樹脂と異なる組成の接着剤を用いるようにしても良く、また、レンズ部１２を形成する樹脂と接着剤２６の両方又はいずれか一方を、光透過性の紫外線硬化性樹脂に代えて、光透過性の熱硬化性樹脂、光透過性の嫌気性硬化樹脂等を用いるようにしても良い。

本発明の一実施例の光発電パネルの製造工程において、多数の光発電素子を浅底のケース内に平面的に隙間なく密集させた状態に収容する工程を説明する図である。 仮保持シートの下面に多数の光発電素子を隙間なく密集させた状態で粘着させる工程を説明する図である。 仮保持シートを面方向に均等に引き延ばして、各光発電素子間に均等に隙間を広げる工程を説明する図である。 仮保持シート下面の各光発電素子を同時に樹脂液に浸漬する工程を説明する図である。 仮保持シート下面の各光発電素子の表面に付着した樹脂液に紫外線を照射して該樹脂液を硬化させてレンズ部を形成する工程を説明する図である。 仮保持シート下面の各光発電素子のレンズ部を同時に接着剤に浸漬する工程を説明する図である。 仮保持シート下面の各光発電素子のレンズ部に接着剤が付着した状態を説明する図である。 仮保持シートをその面方向に収縮させて各光発電素子のレンズ部の接着剤同志を接触させる工程を説明する図である。 各光発電素子のレンズ部間の接着剤に紫外線を照射してレンズ部間を接着する工程を説明する図である。 光発電パネルの裏面側から仮保持シートを剥離する工程を説明する図である。 光発電パネルの裏面側にｎ電極を形成する工程を説明する図である。 光発電パネルの裏面のｎ電極全面に保護層（下層の絶縁性樹脂層）を形成する工程を説明する図である。 光発電素子の後端部のｎ型半導体層を露出させるサンドブラスト工程を説明する図である。 光発電パネルの裏面全体に絶縁層（上層の絶縁性樹脂層）を形成する工程を説明する図である。 光発電パネルの裏面の絶縁層を研磨して、光発電素子の後端部のｐ型半導体層を絶縁層から露出させる研磨工程を説明する図である。 光発電パネルの裏面全体にｐ電極を各光発電素子のｐ型半導体層の露出面に密着させるように形成する工程を説明する図である。 光発電パネル裏面のｐ電極全面に保護絶縁層を形成する工程を説明する図である。 仮保持シートを面方向に均等に引き延ばす装置において、引き延ばす前の状態を説明する図である。 仮保持シートを面方向に均等に引き延ばす装置において、引き延ばした後の状態を説明する図である。 仮保持シートを面方向に均等に引き延ばす装置において、仮保持シート下面の各光発電素子を樹脂液に浸漬する方法を説明する図である。 レンズ部と光発電素子との投影面積比と出力電流Ｉscとの関係を計測したデータを示す図である。

符号の説明

１１…光発電素子、１２…レンズ部、１３…ｎ電極、１４…保護層（下層の絶縁性樹脂層）１５…絶縁層（上層の絶縁性樹脂層）、１６…ｐ電極、１７…保護絶縁層、２０…ケース、２１…仮保持シート、２４，２４ａ…樹脂液、２６，２６ａ…接着剤、２７…光発電パネル

Claims (9)

1. 多数の球状の光発電素子を平面的に配列した光発電パネルを製造する方法において、
   仮保持シートの片面に前記多数の球状の光発電素子を各素子間に隙間をあけた状態に仮保持させる仮保持工程と、
   前記仮保持シートの片面に仮保持させた前記多数の球状の光発電素子を樹脂液に浸漬して引き上げることで、各光発電素子の表面に樹脂液を付着する樹脂液付着工程と、
   前記各光発電素子の表面に付着した樹脂液を硬化させることで、各光発電素子の表面に樹脂製のレンズ部を形成する樹脂硬化工程と、
   前記レンズ部の表面に接着剤を付着させる接着剤付着工程と、
   前記仮保持シートをその面方向に収縮させることで、各光発電素子のレンズ部間を前記接着剤で接着して光発電パネルを形成する接着工程と
   を含むことを特徴とする光発電パネルの製造方法。
2. 前記樹脂液付着工程と前記樹脂硬化工程とを交互に所定回数繰り返すことで、前記各光発電素子の表面に形成する前記レンズ部の厚みを増加させることを特徴とする請求項１に記載の光発電パネルの製造方法。
3. 前記光発電パネルから前記仮保持シートを剥離した後、前記光発電パネルのうちの該仮保持シートが剥離された側の部分に前記各光発電素子の電極を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の光発電パネルの製造方法。
4. 前記電極を前記レンズ部の裏側を覆うように形成することを特徴とする請求項３に記載の光発電パネルの製造方法。
5. 前記仮保持工程において、前記仮保持シートとして、面方向に伸縮可能な弾性材製のシートを用い、該仮保持シートの片面に前記多数の球状の光発電素子を隙間なく密集させた状態で粘着させた後、該仮保持シートを面方向に均等に引き延ばすことで、各光発電素子間に均等に隙間を広げることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の光発電パネルの製造方法。
6. 前記樹脂液付着工程において、前記樹脂液が前記仮保持シートに付着しないように前記各光発電素子のみを前記樹脂液に浸漬することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光発電パネルの製造方法。
7. 前記レンズ部を形成する樹脂及び前記接着剤として、光透過性の紫外線硬化性樹脂を用いることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の光発電パネルの製造方法。
8. 前記接着剤は、前記レンズ部を形成する樹脂と同種の樹脂で粘度が低いものを用いることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の光発電パネルの製造方法。
9. 前記接着剤付着工程において、前記仮保持シートの片面に仮保持させた前記多数の光発電素子のレンズ部を前記接着剤の液に浸漬することで、各光発電素子のレンズ部の表面に接着剤を付着させることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の光発電パネルの製造方法。

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