JPH0637343A

JPH0637343A - 太陽電池装置

Info

Publication number: JPH0637343A
Application number: JP4209500A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Yoshihara; 弘章吉原; Yoshiki Maeyashiki; 芳樹前屋敷; Osamu Ichiki; 修一木
Original assignee: OOME KOSUMOSU DENKI KK; SHIGEN SOGO SYST KK
Current assignee: OOME KOSUMOSU DENKI KK; SHIGEN SOGO SYST KK
Priority date: 1992-07-15
Filing date: 1992-07-15
Publication date: 1994-02-10
Anticipated expiration: 2013-11-18
Also published as: JP2824882B2

Abstract

(57)【要約】【目的】複数の太陽電池素子を平面的に並設して成る
太陽電池装置に対し、意匠性を与え、商品としての付加
価値を高める。【構成】第一の色彩の受光面33A を持つＡグループの
太陽電池素子30A と、第二の色彩の受光面33B を持つＢ
グループの太陽電池素子30B をそれぞれ複数個用い、
Ａ，Ｂ各グループに属する太陽電池素子30A ，30B をモ
ザイク状に配置して所定の二次元描画パタンを有する太
陽電池装置50を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は単位の太陽電池素子（ソ
ーラ・セル・エレメント）を複数個、平面状に並べて構
成された太陽電池装置（ソーラ・セル・アセンブリ）に
関し、特に、本来的な機能としての光電変換機能を有す
るのみならず、意匠物品としても利用可能なようにする
ための改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に太陽電池素子と呼ばれる光電変換
素子は、その光電変換原理共々、すでに極めて周知であ
り、種々具体的な構造例も多く公知となっている。そこ
で詳しい説明は省略し、図６に在来の太陽電池素子10に
おける比較的基本的な断面構造例を挙げ、簡単に説明す
る。

【０００３】まず、一般に半導体ウエハないし半導体基
板である半導体領域11があり、その一方の主面側に、半
導体領域11との間でエネルギ障壁を形成する障壁形成層
12が設けられる。半導体領域11と障壁形成層12とによる
エネルギ障壁の形成の仕方には幾つかあって、ｐ型また
はｎ型の半導体領域11に対し、逆導電型の半導体または
不純物導入で形成された薄層を障壁形成層12として設け
る最も一般的で古典的な構造の外、例えばSi基板11に対
してSnO₂層をショットキ障壁形成層12として設けるか、
金属膜であっても概ね 100Å以下の膜厚であれば余り損
失もなく光を透過し得るので、半導体領域11に対し適当
な金属膜をショットキ障壁形成層12として設ける場合も
あり、さらには半導体領域11と障壁形成層12とがいわゆ
るヘテロ接合を構成するような場合もある。なお、障壁
形成層12はそれ自体、複数の積層構造から構成されるこ
ともあるが、本書添付の図面群中では、このような場合
をも含めて、障壁形成層12は単層で示す。漸次明らかに
なるように、本発明は、半導体領域11と障壁形成層12と
から成るこのような光電変換機能部（11，12）の光電変
換メカニズムや半導体領域11と障壁形成層12との物性関
係等については公知の所に従って良く、直接の限定を施
すものではないからである。

【０００４】障壁形成層12の表面には保護膜13が形成さ
れ、光電変換機能部（11，12）に対する光の入射は、通
常、この保護膜13を介して行われる。そのため、保護膜
13は入射光に対する反射防止膜として機能し得るように
作られることが多く、凝ったものでは単層構造の外、複
数の積層構造から成る場合もある。しかし、本発明にと
ってはこの点もまた、直接の関係はないので、本書添付
の図面群中においてもこれは単層膜で示している。こう
した保護膜ないし反射防止膜13を介し、外部から光電変
換機能部（11，12）に入射した光により生じた光電流
は、障壁形成層12の表面に例えば櫛型に設けられた第一
電極14と半導体領域11の裏面側に設けられた第二電極15
との間に接続された外部負荷回路（図示せず）に取り出
すことができる。

【０００５】しかるに、図６に示されているのは単一の
太陽電池素子10、すなわち単位の太陽電池素子10である
が、例えば卓上ないし携帯用計算機とか携帯用シェー
バ、携帯用ラジオ等々、各種事務用、日用家電製品に組
込まれるときには、このような単位の太陽電池素子10は
要求される電流容量や電圧に応じ、複数個が並列ないし
は直列、あるいはまた並直列に接続されて用いられる。
そのため、それら複数素子の幾何的な配置パタンの実際
は、例えば図７中に示されるようになる。

【０００６】図７は携帯用ないし卓上計算機20を示して
おり、その本体表面には極く一般的な配置に従い、使用
者が計算のために使用するキーボード部分21と、計算結
果を視覚表示するディスプレイ22が設けられている。図
７中では便宜のためにゴッシク体となっているが、ディ
スプレイ22における英数字表示は、通常、周知の７セグ
メント液晶素子等を用いてなされる。この計算機20を駆
動するための電源となる太陽電池素子10は、計算機本体
表面に開口した窓23にその受光面を露呈するように、図
示の場合、四つ、一次元アレイ状に並設されている。窓
23には透明プラスチック製等の覆い（図示せず）が嵌め
られるが、この覆いを介して人の目に見える部分は、図
中、細かなドット模様を付して示したように、各太陽電
池素子10の受光面を構成する保護膜ないし反射防止膜13
の表面と、隣接する太陽電池素子の間に設けられている
表面電極（先に述べた第一電極）14である。図７におい
て四つ設けられている太陽電池素子10は、この用途では
通常、互いに直列接続されるが、もっと大電力を要する
電子機器ではさらに多くの太陽電池素子10を用い、それ
らの幾つかづつを直列にしたものをさらに並列に接続す
る等して用いられることもある。また、暗い所での使用
も考えられたものでは、図示の太陽電池素子10の外に、
機器本体内に一次バテッリを内蔵するか、明るいときに
は太陽電池素子10の余剰電力により充電され得る二次バ
ッテリを内蔵するものもある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、用いる太陽
電池素子10の個数の如何に係らず、少なくとも太陽電池
素子10を利用する上述したような各種の電子機器類で
は、必ず、当該機器本体にあって光の当たり易い面部分
に太陽電池素子10の受光面を露呈させる窓23を要する。
この点は原理的にも改変の余地がないが、その一方で、
光の当たり易い部分は、結局、使用者がその機器を操作
するためにもっとも良く見る面部分となる。図７に示し
た例で言えば、機器本体にあってキーボード21やディス
プレイ22の設けられていると同じ面に、太陽電池素子10
も設けられる。

【０００８】ところが、通常の太陽電池素子10の受光面
を見ると分かるように、大方、どういったものも濃紺一
色であることが多く、光の当たり具合によっては濃い灰
色から黒に近いような色に見えることもあるが、いずれ
にしても一様に暗い視覚感しか与えない。

【０００９】本発明者は、まずもってこの点が問題と考
えた。なぜなら、図７に示された計算機を始め、この種
の多くの太陽電池利用機器類は、市場に供される商品と
して捉えると、高性能であるとかコストパフォーマンス
に優れる等、機能的な要因のみが必ずしも市場競争力を
増すとは言えず、最近の市場傾向を見ると、むしろ優れ
たデザインを有することが大きな要素となってきてい
る。多少とも性能が劣っても、奇抜なデザインや洗練さ
れたデザインの商品の方が売れることもある。

【００１０】このような観点からすると、これまでの太
陽電池装置は、それの用いられる商品の意匠にとって何
等の寄与もしていない。意匠感を損なうことの方が多い
とすら言える。図７に示される計算機を見ても、濃紺色
等、暗い色の受光面を持つ太陽電池素子10が無造作に、
しかもかなり大きな面積で機器本体の重要な意匠面であ
る操作面に四つも並んでいる。意匠的に見るとこれは如
何せん、未消化の感を否めない。にもかかわらず、これ
までには、こうした太陽電池装置自体の意匠感について
まで、深く検討された従来例はないといって良い。

【００１１】本発明者は、このような実情に鑑み、太陽
電池装置は一般に、これを利用する電子機器にあっても
目立つ部分に設けざるを得ないのであるから、それなら
ば、むしろ太陽電池装置自体に積極的に意匠性を持た
せ、機能部品であると同時に意匠物品でもある太陽電池
装置を提供できないかと考えた。換言すれば、このよう
な太陽電池装置の提供こそ、本発明の主たる目的であ
る。一方、本発明の主たる目的がそのようであるなら
ば、この主目的を達成し、この種の太陽電池装置に対
し、意匠的な意味で新たなる付加価値を与える以上は、
多少とも、その基本的な機能である光電変換機能は損な
われても構わないと考える。ただしもちろん、その程度
は僅かである程望ましく、さらには既存の太陽電池装置
に比しても何等性能的に劣らない装置であればそれに越
したことはない。本発明ではそのような構造的工夫の開
示をもまた、別な目的の一つとしている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明はまず、上記の主
目的を達成するため、所定の面積で所定の平面形状を有
する受光面と、この受光面に対向する裏面とを有する光
電変換機能部を持ち、受光面を介して光電変換機能部に
光が入射すると第一、第二の電極間に電位差を生ずる太
陽電池素子を複数個、平面的に互いに並設して成る太陽
電池装置において、受光面を見たときにその色彩が相違
する太陽電池素子をそれぞれの受光面色ごとに所定の数
づつ用意し、それぞれの受光面色の太陽電池素子を予定
の平面的配置パタンに従い、モザイク状に並設して成る
太陽電池装置を提案する。

【００１３】さらに、個々の太陽電池素子の受光面側
に、図６，７に関し説明したような表面電極があると、
場合により意匠設計の支障となることもあるので、本発
明ではまた、このような表面電極を不要とし得る構成に
ついても提案する。すなわち、各太陽電池素子の半導体
領域に対して受光面側でエネルギ障壁を形成する障壁形
成層がさらに、半導体領域の少なくとも一側面部分に沿
って伸びる側面部分を有するように構成する。この側面
部分に連続し、半導体領域の裏面の一部にまで回り込ん
だ裏面部分をも有するように構成することもできる。そ
の上で、光電変換電流を外部に取出すための第一、第二
電極の中、第一電極は障壁形成層の上記側面部分か裏面
部分に設け、第二電極は半導体領域に対し、その裏面側
に設ける。第一電極を障壁形成層側面部分に対し設ける
場合には、この電極を半導体領域裏面側の絶縁膜上にま
で延在させても良い。

【００１４】

【実施例】図１には、本発明に従って構成された一実施
例としての太陽電池装置50の平面的な概略構成が示され
ている。図示の場合、５行１５列のマトリックス配置に
よる全部で七十五個の正方形の升目が描かれているが、
それら一つ一つの升目がそれぞれ、単位の太陽電池素子
ないしはその受光面を示している。この実施例の場合、
図中で細かなドット模様の付された受光面33A を有する
第一グループＡに属する太陽電池素子30A と、白抜きの
升目で受光面33B が示されている第二グループＢに属す
る太陽電池素子30B の二種類の太陽電池素子30A ，30B
が用いられているが、細かなドット模様は第一の色彩を
表し、白抜きの升目は第二の色彩を表している。図をそ
のまま見れば、ドット模様の付されている方の受光面33
A の色彩の方が、白抜きの受光面33B の色彩よりもその
明度において低いように、すなわち暗いように見え、事
実、そうであっても良いが、これに限らない。要は、第
一の色彩と第二の色彩が異なることをモノクロームの図
面中において分かり易く示すために、細かなドット模様
と白抜きとを用い、弁別的に示したのであって、白抜き
の受光面33B の方が本当は暗い色で、細かなドット模様
の付された受光面33A の方が明るい色であっても良い。
なお、符号33A ，33B は、上述のように各色彩を呈する
受光面を指すと共に、太陽電池素子30の表面を見たとき
に見える表面膜をも指す。

【００１５】以下、特に色彩によるグループ分けを必要
とせず、どのグループに属するものについても適用でき
る説明の場合には、各符号において各グループＡ，Ｂに
属することを表す添字A, Bは省略し、例えば単に太陽電
池素子30等と記すが、図１の実施例の場合、５×１５＝
７５個の太陽電池素子30の受光面33の全集合により構成
される太陽電池装置50の全矩形平面形状そのものが、い
わば「キャンバス」として所望のパタンの二次元描画領
域を構成しており、この長方形描画領域内に、所望のパ
タンとして、英文字「ＥＴＬ」が各太陽電池素子30の受
光面33の色彩の相違を利用して描かれている。すなわ
ち、各太陽電池素子30のそれぞれの受光面33は、所望の
パタンを描くための最小描画面積単位である「画素」を
構成し、図示の場合には、第一グループＡに属する第一
の色彩、例えば濃紺の受光面33A を有する全部で三十個
の太陽電池素子30A の中、まずは十三個の太陽電池素子
30Aを用いて、矩形キャンバスの左端側にそれらの正方
形の受光面ないし画素33A の集合で英文字「Ｅ」を描画
し、画素一列分をおいてその右隣には同様に九個の太陽
電池素子30A の受光面33A の群によって英文字「Ｔ」を
作り、さらに画素一列分をおいてその右隣には八個の太
陽電池素子30A の受光面33A の画素群により英文字
「Ｌ」を描いており、各文字を浮かし出すための背景領
域となる、矩形キャンバスの残りの領域を、第二グルー
プＢに属する第二の色彩、例えば赤とか黄等の色彩を呈
する受光面33B を持つ太陽電池素子30B により埋めてい
る。

【００１６】このような実施例に明らかなように、本発
明では、太陽電池装置50を構成する個々の太陽電池素子
30の受光面33を、所定の面積と所定の色彩を有する単位
の画素として利用し、異なる色彩の受光面33A ，33B を
持つ太陽電池素子30A ，30Bをモザイク状に配置するこ
とにより、それらそれぞれの色の受光面33A ，33B の集
合により所望のパタンを描くことに特徴があるので、用
いる太陽電池素子30の総数、互いに異なる色彩の種類数
（上述したグループの数）、個々の太陽電池素子の受光
面の平面形状や面積、それら全ての太陽電池素子の受光
面群の集合により構成される「キャンバス」の大きさや
平面形状等については特に限定を設けるものではない。
必要に応じ、任意に変更できる。

【００１７】具体的に例えば、図７に示したようなこれ
までの太陽電池装置の使用例では、個々の太陽電池素子
10の受光面13の面積は概ね10mm角（10mm□）強程度であ
り、したがって、当該図７に示されている計算機20にお
いて太陽電池装置用の窓23の占める面積は、隣接する太
陽電池素子間に設けられている第一電極14の幅寸法を考
慮に入れても、おおよそ縦10mm、横40mm強の面積領域と
なる。そこで、図１に示されている本発明の実施例装置
において、各太陽電池素子30の受光面33の大きさを例え
ば 2mm角程度にすると、上記とほぼ同様の窓面積内に
「ＥＴＬ」という所望のパタン表記を有し、しかも色彩
豊かな光入射面を有する太陽電池装置50を得ることがで
きるので、これを図７に示されている計算機20の太陽電
池装置に代えて組み込めば、それまではただ単に濃紺の
窓23があったに過ぎない場所、すなわち意匠的には全く
無意味であった領域を、「ＥＴＬ」という英文字情報を
伝達するための意味ある領域として活用することができ
る。「ＥＴＬ」というのが、例えば一般企業名であると
したならば、こうしたパタン表記を有する太陽電池装置
を持つ図７図示のような計算機20は、その商品としての
出所がＥＴＬ社であることを消費者をして直感的に理解
させることができ、当該太陽電池素子50の見える窓23の
面積領域は、意匠的にも決して無駄な領域とはならな
い。

【００１８】逆に、これまでは種々の電子機器にあって
機器本体の片隅に追いやられがちであった太陽電池装置
も、本発明による太陽電池装置であれば、そのデザイン
性を積極的に利用し、もっと目立つ位置に設け直される
ことも十分考えられるし、意図的により大面積にされる
ことさえ考えられる。個々のデザイナにもよるが、大面
積にすることが意匠的に望ましいと判断されるか、単位
の画素数をもっと増して、より複雑なパタンの描画が意
図された場合には、それは結果として、基本的な光電変
換機能に鑑みると全体的な太陽電池装置としての受光面
積が増すことになるので、トータルでの出力電流容量や
出力電圧を増すことも容易になる。

【００１９】この考えを推し進めれば、極めて多くの単
位太陽電池素子数による大面積の描画領域を持つように
本発明の太陽電池装置50を構成し、さらには単位画素で
ある各受光面33に与えるべき色彩の種類数も増すこと
で、「発電壁画」のようなものも市場に提供することが
できる。また、単位画素の面積の大小により、種々の適
用範囲が広がる。例えば、この種の太陽電池装置を構成
する各太陽電池素子は、通常、一枚のウエハ上に多数個
が形成された後、個々の太陽電池素子に切り出される
が、面積を小さくする分には、既存の技術をしても 1mm
角以下の受光面を有する太陽電池素子をも十分な信頼性
を持って得ることができるので、全体の描画領域、すな
わち、太陽電池装置50としての全平面積はそれほど大き
くなくとも、相当複雑なパタンを描くことができる。そ
のため、各種卓上ないしは携帯用小型電子機器類におい
ても、その電源装置として本発明の太陽電池装置を用い
ることにより、かなり面白い絵表現や数字、文字表現が
可能となる。これに対し、単位画素の大面積化の方向で
考えれば、円形のウエハ一枚の上に大きな太陽電池素子
を一つだけ形成するとか、または複数個作った太陽電池
素子の集合を個々に切り出すことなくそれら全てをして
単位画素とすることで、相当大きな壁画状の描画パタン
を得ることもできる。これは、先に述べた発電壁画の
外、すでに一部実用化されている家庭用補助電源として
の太陽電池パネルとか、ソーラ・カー用の太陽電池パネ
ルとして、さらに意匠性を持たせた改良製品を提供する
ために応用可能である。

【００２０】単位画素の平面形状、つまりは各太陽電池
素子30の受光面33の平面形状も、図１に示されている正
方形に限らず、長方形等、他の矩形形状や三角形、六角
形等の多角形状を始め、上記において円形のウエハ全体
を一枚の画素として利用する場合と同様、個々の小さな
太陽電池素子の受光面の各々が円形をなしているような
場合も許される。円形画素の場合、隣接するもの同志の
間に隙間ができるが、たくさんの円形画素で何らかのパ
タンを描き、これを少し離れた所から見れば、やはり意
匠的に面白い感覚の描画パタンを得ることができる。さ
らに、隣接する太陽電池素子相互の境界面の作る線模様
の面白さを出すためには、個々の太陽電池素子の受光面
形状を、ジグソーパズルの個々の駒のような形状にして
も良い。隣接する太陽電池素子の受光面の色彩が異なれ
ば、特に文字とか数字等、知能的意味のある表現でなく
とも、一種の抽象画として、それだけで十分に視覚的、
意匠的価値のあるパタンが得られる。なお、図１の場合
には二次元描画領域を形成しているが、一次元描画領域
であっても本発明は適用することができる。一列に並ん
だ多数の太陽電池素子の受光面の色彩をそれぞれ所定の
パタンに従って変えるようにすれば、そうした色彩のパ
タンの変化のみによっても、十分意匠的に有意の価値を
持たせることができる。

【００２１】図１をもう一度見てみると、これは概略図
ではあるが、図７の従来例における太陽電池装置に見ら
れたような、隣接する太陽電池素子間に設けられる表面
電極（第一電極14）に相当する電極が描かれていない。
これは、概略図であるが故に省略したのではなく、この
図１に示される実施例は、図２に示されるような断面構
造の太陽電池素子30を用いたからである。

【００２２】図２には、同図(a) と(b) とに示されてい
るように、受光面上の表面膜構造に若干の相違のある二
つの太陽電池素子30，30が示されているが、主たる構成
部分は同様である。そこでまず、それらに共通する所か
ら説明すると、図示断面において中央に示されている単
位の太陽電池素子30は、一枚のウエハ中に同時に作り込
まれた複数の太陽電池素子の一つを示しており、そのた
め、その両側にも、隣の太陽電池素子の一部分が示され
ている。

【００２３】この太陽電池素子30の光電変換機能部は半
導体領域31と障壁形成層32とで構成されるが、半導体領
域31はもともとは半導体ウエハないし半導体基板であっ
て良い。半導体領域31の両主面中、図中での上面側が受
光面側で、この受光面側にエネルギ障壁形成層32が形成
されている。すでに図６に即して説明したように、半導
体領域31と障壁形成層32とによる光電変換機能部（31＋
32）が当該光電変換機能を営むためには、半導体領域31
と障壁形成層32がｐｎ接合、ショットキ接合、ヘテロ接
合のいずれかを構成する必要がある。本発明に用いる太
陽電池素子はいずれのタイプのものでも構わないが、図
２に示しているものの場合には、後述する一作製例にも
呼応させて、半導体領域31はｐ型半導体、障壁形成層32
はｎ型、特に望ましくは導電率の高い高濃度ｎ型 (ｎ⁺)
の半導体となっている。

【００２４】図２の一断面において、隣接する太陽電池
素子30，30の間は、半導体領域31の裏面側から表面側
（すなわち受光面側）に向けて切られた溝、特にこの場
合はＶ字断面に切られた溝により分離され、その結果、
少なくとも図示断面内において個々の太陽電池素子30の
半導体領域31には対向する一対の側面部が生ずる。特に
図示構造の場合、Ｖ字断面溝を形成した結果として、こ
の一対の側面部は受光面側から裏面側に向けて互いに相
寄る直線テーパ状に傾斜するべくなっているが、受光面
側における障壁形成層32は、部分36で示すように、半導
体領域31のこの一対の側面部に沿っても伸び、さらには
半導体領域31の裏面側にまで回り込んだ部分37で終って
いる。

【００２５】障壁形成層32の側面部分36と、この側面部
分36に連続し、半導体領域31の裏面側にまで回り込んだ
裏面部分37の表面は、共に適当なる絶縁膜ないし保護膜
38により覆われ、また半導体領域31の露出した裏面も適
当なる保護膜ないし絶縁膜39により覆われているが、そ
れらには適当な個所に適当なる面積のコンタクト開口が
設けられ、これら開口を介し、障壁形成層32の裏面部分
37，37にはそれぞれ第一電極34，34が、また半導体領域
31の裏面には第二電極35が設けられている。

【００２６】ここまでの構成は図２(a),(b) のいずれの
太陽電池素子30，30においても同様であるが、両者の相
違は、受光面側の障壁形成層32の表面を覆う表面膜33の
構造ないしは配置パタンに認められる。まず図２(a) の
素子から説明すると、中央に示されている単位の太陽電
池素子30における表面膜33の厚みｔも、その両側に一部
示されている単位太陽電池素子30，30の表面膜33，33の
厚みｔも、共に同じ厚さとなっている。換言すれば、共
通ウエハないし共通半導体基板上に構成された全ての単
位太陽電池素子30の受光面を一様の厚さｔで覆うよう
に、表面膜33が形成されている。この表面膜33は、ある
意味では図６に即し説明したこの種の太陽電池素子の基
本構造に認められる保護膜ないしは反射防止膜13と同様
に、太陽電池素子30の受光面を保護し、光の入射光率を
高めるために適当なる材料、構成の薄膜であって良い。
したがって、先に少し述べたように、単層構造に限ら
ず、複数積層構造であっても良い。しかし、本発明にと
ってより重要なことは、この表面膜33の厚みｔが、当該
太陽電池素子30の受光面（すなわち表面膜33）を上から
見たときに、その色彩を決定する要素となっていること
である。

【００２７】これにつき説明するに、例えば半導体領域
31や障壁形成層32が通常、この種の太陽電池素子に適当
なる材料（例えばシリコン系、ガリウム砒素系等々）で
ある場合、シリコン窒化膜はその表面領域上に形成する
膜として製作上も物性的にも適当な膜の一つである。し
かるに、こうしたシリコン窒化膜は、図２に示されてい
る表面膜33として利用した場合、その厚みｔの如何によ
り、当該シリコン窒化膜33を上から見たときに見える色
彩が異なり、かつ、かなりはっきりした色彩を呈する特
徴がある。これは公知の干渉光の生成原理によるが、実
際にもシリコン窒化膜の場合、厚みｔの如何によって濃
紺、黄、赤、緑等、その色彩を大きく変化させる。具体
的な膜厚とその時に呈する色彩との関係は、後述の作製
例と共に述べるが、いずれにしてもこの特徴を利用する
ことで、図１に示した実施例を通じて説明したように、
本発明に従う太陽電池装置50を構築するために必要な受
光面色の異なる太陽電池素子30A ，30B を得ることがで
きる。例えば濃紺と赤の色彩の太陽電池素子群を要した
ならば、あるウエハに形成した太陽電池素子30A の障壁
形成層32の上には、濃紺に見える膜厚ｔのシリコン窒化
膜33A を形成し、他のウエハに形成した太陽電池素子30
B の障壁形成層32の上には、赤に見える膜厚ｔのシリコ
ン窒化膜33B を形成すれば良く、それらウエハから切り
出した個々の太陽電池素子30A ，30B をそれぞれの色ご
とに必要な数だけ用い、一つづつ、モザイク描画手法に
よって所定のパタンに従い二次元配置すれば、所望の意
匠的表現を有する太陽電池装置50を提供することができ
る。もちろん、必要な色彩の数がもっと増えるならば、
シリコン窒化膜の膜厚ｔをさらに種々変更した太陽電池
素子30A ，30B ,・・・・・・を各ウエハごとに作製すれば良
い。

【００２８】上述の図２(a) に示される手法では、一枚
のウエハ上に同時に形成される複数の太陽電池素子30の
受光面は、全て同じ色彩になる。これに対し、一枚のウ
エハ上にあっても特定の箇所の太陽電池素子30の受光面
のみを他とは異なる色彩にしたい場合には、図２(b) に
示されるように、あらかじめ全ての太陽電池素子30の障
壁形成層32の上に一様に形成したシリコン酸化膜等の薄
膜33’をその太陽電池素子30の所で除去するか薄くし
（図示の場合は薄く残っている）、その上に改めてシリ
コン窒化膜33を所定の色彩を呈する厚みｔに形成すれば
良い。このことはまた、他の太陽電池素子上の薄膜33’
を膜厚ｔの異なるシリコン窒化膜に置き換えてみると、
同一のウエハ上にて受光面色の異なる太陽電池素子を作
製し得る可能性をも示していることになる。このような
選択的な作製手法は、例えば必要とする特定の色彩の太
陽電池素子の数が少なくて良い場合や、一枚のウエハを
そのまま単位画素として比較的大きな二次元パタンを描
画するときにさらに特殊な意匠感を与える上で有効であ
る。すなわち、一枚のウエハをそのまま利用するか、あ
るいは太陽電池素子群の有効作製領域のみを残すように
周りを裁断して四角形状にした後、これを壁画等を構成
する極めて大きな「キャンバス」に対して用いる単位画
素とし、他数枚のそれらウエハまたは裁断したウエハ群
により二次元パタンをモザイク状に描画する場合、ウエ
ハという大きな単位画素自体に、小さな単位画素で例え
ば所定の線形模様等がすでに描き込まれた状態とするこ
とができるので、より複雑な描画が可能となる。

【００２９】逆に、図２(b) における薄膜33’を、意図
的に形成されるか、あるいは太陽電池素子作製工程のい
ずれかにあって酸化環境により形成されてしまう酸化膜
等と考えれば、図２(a) に示されるような構造の場合に
も同様に、障壁形成層32の上に直接にではなく、こうし
た酸化膜の上に受光面に色彩を与えるためのシリコン窒
化膜33が形成されることもある。むしろ、図２(a),(b)
のいずれの場合にも、障壁形成層32の保護膜として、あ
るいは反射防止膜として適当なる単層または積層構造の
薄膜を形成した後、受光面に良好な色彩を与えるための
みの目的でシリコン窒化膜33をさらに積層形成するよう
にしても良い。

【００３０】また、確かに上記のように、はっきりとし
た所要の色彩を呈するにはシリコン窒化膜が有効ではあ
るが、その他、酸化錫、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸
化タンタル、酸化チタン等の薄膜もかなり明瞭な色調表
現が可能である。シリコン酸化膜であっても、それら程
には明確な色彩とはならないが、その膜厚の如何により
色彩が変化する現象が生ずるので、太陽電池素子の受光
面に色彩を与えるために所定の膜厚に形成される表面膜
33として、これらの薄膜を利用することもできる。これ
を推し述べれば、各単位画素に用いる太陽電池素子ごと
に、受光面色を与えるための薄膜33の材質が異なってい
ても良いことが分かるし、当然、それら互いに異なる材
質の薄膜33の膜厚が異なることもある。

【００３１】ところで、図２(a),(b) に示した断面構造
例の太陽電池素子30は、表面電極が見えないので、意匠
性に一層優れる外、本発明の太陽電池装置50を構築する
ためのアセンブリ作業（モザイク配置作業）の作業性に
優れ、また、本来の光電変換機能においても優れたもの
となる。すなわち、図６に示したような既存の構造に従
った場合には、障壁形成層32に対して形成すべき第一の
電極34は受光面側に位置する。したがって当該電極の占
める面積領域は光の入射に関して暗視野領域となり、受
光面と呼び得る実効面積領域は低下してしまう。これに
対し、図２に示した構造例のように、第一電極34が、高
濃度ｎ⁺ 型側面部36を介し受光面側の障壁形成層32に電
気的に導通する裏面部分37に対して設けられていると、
受光面側の障壁形成層32の表面積は全て有効な受光面と
して利用できるので、光電変換効率はその分、確実に高
まることになる。もちろん、この機能のためには、図２
に示されているように、障壁形成層32の側面部36や裏面
部37は、それぞれ一対ある必要はなく、半導体領域31の
一方の側面部とそれに連続する裏面部の一部にのみ設け
られていれば良い。しかし、後述の作製例に認められる
ように、半導体領域両側面部に形成する方がむしろ手間
がない。

【００３２】一方、本発明の太陽電池装置50を構築する
ため、隣接する太陽電池素子30との間のＶ字溝の中央で
分離することで（溝があるのでこの分離作業自体、容易
である）個々の太陽電池素子30を切り出した後、所定の
パタンに従ってそれぞれの色彩の受光面色の太陽電池素
子30を所定個数、一つづつ所定の位置にアセンブルして
行く場合にも、第一電極34と半導体領域31に接続する第
二電極35は同一平面内で互いに並設の関係にあるので、
物理的な支持基板（図示せず）としてプリント基板を用
い、当該プリント基板上に所定のパタンで形成した導電
パタン上の所定部分にそれら第一、第二電極34，35を通
常のソルダリング手法で固定して行くことができる。す
なわち、複数の太陽電池素子間の電気的な所定の接続配
線と、それら個々の太陽電池素子の物理的な固定、支持
とを同時に行え、自動化もし易いのである。これが例え
ば、図６に例示された素子構造のように、表面電極14を
有するような構造であると、他の太陽電池素子との間で
の接続配線作業には別途なリード線等を要し、極めて煩
雑になり、断線事故等も起き易くなる。

【００３３】図３は、図２に示した断面構造の太陽電池
素子30を得る作製工程の具体例を示している。まず、同
図(a) に示すように、ｐ型シリコンウエハ31の表裏両主
面に酸化シリコン膜41，41を形成し、裏面側のシリコン
酸化膜41の所定個所に、溝を形成するためのエッチング
用開口42,・・・・・を開ける。その後、ヒドラジンエッチン
グを施し、図３(b) に示すように、半導体領域31の裏面
から表面に抜ける溝43を形成する。これに際し、出発ウ
エハ裏面が（１００）面であり、開口42の一辺が＜１１
０＞方向であれば、エッチング処理により形成される溝
43は、図示のように、その側面が（１１１）面のＶ字溝
となる。

【００３４】次に、図３(b) に示されているように、表
面、裏面の所定領域のシリコン酸化膜41，41を除去し、
ウエハ全体を立てた状態でｎ⁺ 不純物をデポジション
し、拡散させるか、表裏面で順次酸化膜41を除去しなが
ら各一回づつ、ｎ⁺ 不純物をデポジションし、拡散させ
ることにより、図３(c) に示されているように、半導体
領域31の表面領域にｎ⁺ 障壁形成層32を形成すると共
に、当該障壁形成層32に連続して半導体領域31のＶ字溝
に沿うｎ⁺ 側面部分36と、この側面部分36にさらに連続
して半導体領域31の裏面側にまで回り込んだｎ⁺ 裏面部
分37を形成する。

【００３５】この工程を経ると、一般にｎ⁺ 不純物導入
用であった開口部分には新たにシリコン酸化膜が堆積す
るが、要すれば所定領域でこれを除去するか、あるいは
障壁形成層32の保護のため、薄く残した状態で、作製さ
れる太陽電池素子の受光面に所定の色彩を与えるため
に、所定の膜厚ｔのシリコン窒化膜33を障壁形成層32の
上に形成する。このとき、半導体領域31の側面側や裏面
側においての開口部分にも同じくシリコン窒化膜44が成
長し、一般には前の工程で残されていたシリコン酸化膜
41の上にも堆積するが、裏面側のシリコン酸化膜41に対
しては、簡単のため、その上に形成されることがあるシ
リコン窒化膜44は省略している。

【００３６】ここで、障壁形成層32上に形成したシリコ
ン窒化膜33の厚みｔと、得られる色彩との関係につき、
本発明者の実験結果を挙げておくと、膜厚ｔがほぼ 950
Åのとき青ないし紺となり、1500Å程度では黄、ほぼ18
00Åでは赤、そして約2000Åでは赤紫となった。先にも
述べたように、このような膜厚対色彩変化はシリコン酸
化膜でも同様に生じ、本発明に使用不能な訳ではない
が、はっきりした色彩を得られることや、取扱いの容易
なこと、素子本来の有すべき光電変換機能にとって悪影
響の少ないことなどから、表面膜33の材料としてシリコ
ン窒化膜は最適である。既述した他の材料でももちろ
ん、膜厚変化に対し色彩変化を呈する。ちなみにもう一
つ、酸化亜鉛についての実験例を挙げてみると、この材
料の場合、膜厚ｔがほぼ 900Åでは薄い青、ほぼ1200Å
では黄となり、1900Å程度にまで厚味をますと赤を呈し
た。

【００３７】いずれにしてもこのようにして、所要の膜
厚ｔの表面膜33を形成したならば、裏面側の各酸化膜4
4，41に対し、所定の位置に開口45，46を開け、第一電
極34と第二電極35を形成し、さらに前述のように、自動
ソルダリングを行うためには、各電極34，35の表面を半
田コーティングする。こうした一連の工程を経た後、な
お残存する絶縁膜が、図２(b) に示されている絶縁膜3
8，39となる。図示の場合には一対あるが、第一電極34
はもちろん、一方のみであっても良い。

【００３８】なお、上述した図３(b) の工程において、
図中、中央に示されている太陽電池素子形成領域のみで
はなく、ウエハ全面のシリコン酸化膜を除去した後、後
続の工程を辿れば、図２(a) に示したように、全面に所
定膜厚ｔのシリコン窒化膜33を有する太陽電池素子30が
得られる。また、上述の工程では、特にエッチングスト
ッパを設けていないので、Ｖ字溝形成時には通常、当該
溝の底（図中では上から下にエッチングされていく格好
になるので上端部分となるが）は半導体領域の表面にま
で抜け、一種のスルーホール状となる。必要ならば、既
存の技術を利用し、エッチングストッパを設けることも
できるが、特に設けず、スルーホールとなっても、図面
紙面と直交する方向の溝の長さを適当な短さに留め、半
導体領域31の表面から見たとき、当該表面に開口する溝
が、例えばとびとびのミシン目状となるようにウエハ上
の太陽電池素子の形成用平面パタンを決定すれば、その
後の工程に十分耐えるだけのウエハ強度は確保すること
ができる。

【００３９】図２または図３に示すような、Ｖ字溝を有
する断面構造を作製する上では、作製法に関する公知例
として、特公昭54-26475号公報を参考にすることもでき
る。当該公報では、Ｖ字溝は半導体領域の表面側から裏
面側に向けて形成されている点で図３の工程とは相違す
るが、手法自体に関しての種々の配慮は等しく適用する
ことができる。もちろん、他の公知既存の手法も利用可
能なものは利用して構わず、スルーホールないしは溝の
形状も、必ずしもＶ字形状に限らないし、図面紙面と直
交する方向においての半導体領域側面部に関しても同様
に、そうした溝が設けられていても良い。

【００４０】さらに言うなら、障壁形成層32と、半導体
領域31の側面に沿う側面部分36や裏面部分37の材質は、
原理的には異なっていても良く、障壁形成層32に対し、
裏面側に設けた第一電極34に対し、高導電率で導通を取
ることができれば良い。しかし、半導体領域31の側面と
裏面に絶縁膜を施した後、その上に当該高導電率層をわ
ざわざ積層形成するのは手間であり、上述したように、
障壁形成層32と一遍に作ってしまう便宜性には適わな
い。

【００４１】もっとも、図２に示される素子に若干の改
変を施し、図４に示されるような断面構造の素子とすれ
ば、障壁形成層32の裏面部分37自体を不要とすることも
できる。図２に示される素子との相違部分についてのみ
説明し、他の部分は既述したところを援用するが、障壁
形成層32は側面部分36しか有しておらず、これに対して
直接に第一電極34が形成されている。ただ、望ましいこ
とに、この第一電極34は半導体領域31の裏面側絶縁膜39
の上にまで延在する部分を有しており、この延在部分が
第二電極35に対し、やはり平面的に互いに並設関係をな
している。したがって、この素子の持つ各種の効果は図
２に示した素子におけると何ら変わりないものとなり、
むしろ、本構造の素子の方が製作が簡単になる。

【００４２】以上のように、図２あるいは図４に示した
構造を持つ太陽電池素子30は、本発明の太陽電池素子50
を構成する上で極めて望ましい構造を持つ。表面電極が
ないので隣接する太陽電池素子間を密接して配置すれ
ば、所定の二次元描画パタンを構成する単位画素も互い
に密着し、きめの細かなパタンを描くことができる。ま
た、受光面の全てを有効利用し、かつ、受光面に色彩を
呈するための着色法も、受光面表面膜の膜厚の如何や材
質の如何によりなしているので、損失の少ない濃紺以外
の色に着色した場合にも、極めて薄い膜のため、そこで
の入射光量の損失も問題にならない範囲に抑え込むこと
ができる。

【００４３】しかし、本発明の主目的を達成する上で
は、既述のように、多少とも、その光電変換機能は犠牲
になっても構わないので、図５に示されるような構造の
太陽電池素子30もまた、本発明に利用することができ
る。まず図５(a) 中、構造部分10は、同じ符号で示すよ
うに、図６に示されている既存の太陽電池素子10と同じ
構成である。したがって、各構成要素11〜15に関しての
説明は当該図６に関しての説明を援用するが、本発明に
利用する太陽電池素子30とするべく、構造部分10の表面
上には、厚さｔの着色表面膜33''を設けている。この着
色表面膜33''は、先の実施例に挙げた表面膜33ように、
その膜厚ｔの変化により色彩を異ならせる絶縁膜であっ
ても良いが、この実施例では特に、意図的に所要の色に
着色した樹脂膜を考えている。表面膜33''がこのような
樹脂膜33''であれば、光電変換機能にとっては多少、性
能の低下を招くかも知れないが、それと引き換えに、如
何なる色彩も得ることができるという利点が生まれる。

【００４４】もっとも、着色樹脂膜33''中に、適当なる
蛍光性微粒子を混入すると、入射光の波長シフトが行わ
れ、光電変換には寄与していなかった波長領域の光をも
光電変換に寄与させることができるので、そのようにす
れば、図５のような構造による短所は軽減される。もち
ろん、図２に示されるような、表面電極を有さない構造
に対し、シリコン窒化膜等の表面膜33に代え、着色樹脂
膜33''を設ける構造も構築できるし、この際、上記のよ
うに蛍光性微粒子入りの着色樹脂膜33''を設けた場合に
は、その光電変換特性は、むしろ従来構造より高まるこ
とすら考えられる。

【００４５】図５(b) は、図５(a) の簡単な改変とし
て、表面電極14の上を除く障壁形成層12の表面上にの
み、着色表面膜33''を設けた場合を示しているが、当該
障壁形成層32の表面上に図示のように直接に当該着色表
面膜33''を設ける場合には、これは先に図２，３に示し
たように、当該障壁形成層12の表面を保護する保護膜で
あることの方が望ましい。樹脂膜を用いる場合には、こ
の樹脂膜33''と障壁形成層12の表面との間に、酸化膜等
の保護膜や、望ましくは反射防止膜を挟んだ方が良い。

【００４６】

【発明の効果】本発明によると、これまでは単なる電子
的機能部品でしかなかった太陽電池装置を、意匠物品と
しての付加価値を持たせて市場に提供できる。この効果
は実際上、かなり大きく、各種の太陽電池電源利用機器
のデザイン原理を大きく代え、相当に自由なるデザイン
設計を許容することになる。ある場合には、その機器で
最も目立つ部分が太陽電池装置部分ということになるや
も知れない。また、「発電壁画」として利用した場合に
は、これまでは到底、公の場所に濃紺一色の大面積の単
なるパネルを設置できるような状況にはなかったもの
が、逆に、描かれる絵の内容如何によっては人々に大い
に歓迎されるものとなり、生活環境を何等損なうことな
く、種々の場所で太陽エネルギの恩恵を受け得るように
なる可能性も生ずる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に従って作製された太陽電池装置の一実
施例の概略的な平面構成図である。

【図２】本発明の太陽電池装置に用いるに適当な太陽電
池素子の概略的な断面構成図である。

【図３】図２の太陽電池素子を得るための作製工程の概
略的な説明図である。

【図４】本発明の太陽電池装置に用い得る他の太陽電池
素子の概略的な断面構成図である。

【図５】本発明の太陽電池装置に用い得るさらに他の太
陽電池素子の概略的な断面構成図である。

【図６】在来の太陽電池素子の基本的な構造に関する説
明図である。

【図７】従来の太陽電池装置使用例の説明図である。

【符号の説明】

10，30 太陽電池素子， 11，31 半導体領域， 12，32 エネルギ障壁形成層， 13 保護膜または反射防止膜， 14，34 第一電極， 15，35 第二電極， 33，33'' 表面膜， 36 障壁形成層に連続する側面部分， 37 側面部分に連続する裏面部分， 43 溝またはスルーホール．

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者前屋敷芳樹東京都青梅市藤橋３丁目３番12号青梅コスモス電機株式会社内 (72)発明者一木修東京都中央区新川２−10−６カヤヌマビル604 株式会社資源総合システム内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】所定の面積で所定の平面形状を有する受
光面と、該受光面に対向する裏面とを有する光電変換機
能部を持ち、該受光面を介して該光電変換機能部に光が
入射すると第一、第二の電極間に電位差を生ずる太陽電
池素子を複数個、平面的に互いに並設して成る太陽電池
装置であって；上記受光面を見たとき、その色彩が相違
する太陽電池素子をそれぞれの受光面色ごとに所定の数
づつ用意し；該それぞれの受光面色の太陽電池素子を予
定の平面的配置パタンに従い、モザイク状に並設したこ
と；を特徴とする太陽電池装置。
【請求項２】請求項１に記載の太陽電池装置であっ
て；上記太陽電池素子の上記受光面色の相違は、該受光
面上に形成された表面膜の着色の相違により得られてい
ること；を特徴とする太陽電池装置。
【請求項３】請求項１に記載の太陽電池装置であっ
て；上記太陽電池素子の上記受光面色の相違は、該受光
面上に形成された表面膜の厚みの相違により得られてい
ること；を特徴とする太陽電池装置。
【請求項４】請求項１または２に記載の太陽電池装置
であって；上記太陽電池素子の上記受光面色の相違は、
該受光面上に形成された表面膜の材質の相違により得ら
れていること；を特徴とする太陽電池装置。
【請求項５】請求項３または４に記載の太陽電池装置
であって；上記表面膜は上記受光面の保護膜を兼ねてい
ること；を特徴とする太陽電池装置。
【請求項６】請求項３，４または５に記載の太陽電池
装置であって；上記表面膜は上記受光面での光反射低減
用の反射防止膜を兼ねていること；を特徴とする太陽電
池装置。
【請求項７】請求項１，２，３，４，５または６に記
載の太陽電池装置であって；上記各太陽電池素子の上記
光電変換機能部は、半導体領域と、該半導体領域に対し
エネルギ障壁を形成する障壁形成層とから構成され、上
記受光面は該障壁形成層の設けられている側の面である
と共に；該障壁形成層はさらに、該半導体領域の少なく
とも一側面部分に沿って伸びる側面部分を有しており；
上記第一電極は、該障壁形成層の上記側面部分に対して
設けられる一方；上記第二電極は、上記半導体領域の裏
面側に設けられていること；を特徴とする太陽電池装
置。
【請求項８】請求項７に記載の太陽電池装置であっ
て；上記障壁形成層の側面部分に対して設けられた第一
電極は、上記半導体領域の裏面上に設けられた絶縁膜の
上にまで延在し、該延在部分が上記第二電極と並設の関
係になっていること；を特徴とする太陽電池装置。
【請求項９】請求項７または８に記載の太陽電池装置
であって；上記障壁形成層は、該半導体領域の対向する
一対の側面部分に沿って伸びる一対の側面部分を有して
いること；を特徴とする太陽電池装置。
【請求項１０】請求項９に記載の太陽電池装置であっ
て；上記障壁形成層の上記側面部分が形成されている上
記半導体領域の一対の側面部は、上記受光面側から上記
裏面側に向かうに従い、互いに相寄るようにテーパ付け
られていること；を特徴とする太陽電池装置。
【請求項１１】請求項１，２，３，４，５または６に
記載の太陽電池装置であって；上記各太陽電池素子の上
記光電変換機能部は、半導体領域と、該半導体領域に対
しエネルギ障壁を形成する障壁形成層とから構成され、
上記受光面は該障壁形成層の設けられている側の面であ
ると共に；該障壁形成層はさらに、該半導体領域の少な
くとも一側面部分に沿って伸びる側面部分と、該側面部
分に連続し、該半導体領域の裏面の一部にまで回り込ん
だ裏面部分も有しており；上記第一電極は、該障壁形成
層の上記裏面部分に対して設けられる一方；上記第二電
極は、該裏面側にあって該第一電極と並設の関係で上記
半導体領域に対し設けられていること；を特徴とする太
陽電池装置。
【請求項１２】請求項１１に記載の太陽電池装置であ
って；上記障壁形成層は、該半導体領域の対向する一対
の側面部分に沿って伸びる一対の側面部分と、該各側面
部分に連続し、それぞれ該半導体領域の裏面の一部にま
で回り込んだ裏面部分とを有していること；を特徴とす
る太陽電池装置。
【請求項１３】請求項１２に記載の太陽電池装置であ
って；上記障壁形成層の上記側面部分が形成されている
上記半導体領域の一対の側面部は、上記受光面側から上
記裏面側に向かうに従い、互いに相寄るようにテーパ付
けられていること；を特徴とする太陽電池装置。