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TW520572B - Photovoltaic apparatus and mass-producing apparatus for mass-producing spherical semiconductor particles - Google Patents

Photovoltaic apparatus and mass-producing apparatus for mass-producing spherical semiconductor particles Download PDF

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TW520572B
TW520572B TW090129096A TW90129096A TW520572B TW 520572 B TW520572 B TW 520572B TW 090129096 A TW090129096 A TW 090129096A TW 90129096 A TW90129096 A TW 90129096A TW 520572 B TW520572 B TW 520572B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
month
semiconductor
particles
conductor
photoelectric conversion
Prior art date
Application number
TW090129096A
Other languages
English (en)
Inventor
Yoshihiro Hamakawa
Mikio Murozono
Hideyuki Takakura
Yukio Yamaguchi
Jun Yamagata
Original Assignee
Clean Venture 21 Corp
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Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2000358229A external-priority patent/JP3490969B2/ja
Priority claimed from JP2001101743A external-priority patent/JP3636993B2/ja
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Description

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技術領域 、义本發明係有關於一種光發電裝置，井 光發電裝置等的大量生產球狀半導體顆 置。 ’ 一種適用於製造 之大量生產裝 在本文上述的公開中，術語” p丨接 如下、纟士 M ^ p 伐向應理解為包栝 σ冓，在近似球狀的光電轉換元件i P-型半暮鹏旺 、u汁上形成有n-、i-和 似球狀光雷μ她_ Γ忧、一千導體層以上述順序從該近 i 〇 電轉換凡件的内部向外設置或者從外部向内設
背景技術 元件t: 2現有技術提供的光發電裝置所包括的光電轉 於其晶體制：半導體晶圓製成。現有技術的光發電裝置 圓的步d!:複雜而成本較高。另外，製作半導體 磨光；而且m ’因為它包括塊狀單晶的切割、切片 等產生的晶;比較浪費’因為由切割、切片、磨 以上。曰_廢料在體積上多達初始塊狀單晶的大約50:
件由非晶妙^ ί 的光發電裝置所包括的光電轉相 的問題。Υ間稱”a —Si")薄膜製成，它解決了上面」 法）方法邢於薄膜光電轉換層由電漿CVD (化學氣相沈 點，不再』ί ’所以該現有技術光發電裝置具有如下肩 判、切Η』、而傳統方法所需的諸多步驟例如塊狀單晶ΐ 九，亚且沈積膜可以整體用作裝置活性^
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度。為了提高轉換效率，必須增大光接收表 的，必須將顆粒設置得彼此更加靠近。總之，^ =此目旦 具有較小外徑的顆粒密集排布並且連接至鋁而將大里 得將顆粒連接至㈣板上的步驟複雜化，、结=土二這使 分的成本降低。 果不此貫現充 需要上述這種球狀半導體顆粒來製造 7-54855中…能陣列。★這種太陽能心開在JP-B2 矽球狀半導體顆粒電連接至金屬箱基板上’可過/字 射光至矽球狀半導體顆粒產生的光電動力。 X侍由戶、、、 如美國專利No. 5, 012, 619中所公開的，产插+ 粒以如下方式製造，而將固態材料壓 每種球狀顆 所付顆拉加人一個設有研磨用内襯的園^ * 2園筒中形成氣體旋流以使顆粒與 互相碰撞。 技或者使顆粒 顆粒該動來製造球狀半導趙 另一個現有技術公開在日本未審杳 8-239298( 1 996)中。在 :較細的…將-個保持賢直二2 =製:乍- tr溶化。在繼溶融枯結至溶化的妙 石夕籽:曰與石夕棒沿g直方向彼此分離， 將 兩得多的速度製作大量的球狀半導T比此製造速度
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五、發明說明（4) 發明概述 本發明的目的在於提供一 電裝置，它可以容易地大量生 如高純矽的用量，也即提供一 用較小量資源和能量消耗的低 本發明的另一個目的在於 才喿作來大量生產球狀半導體顆 本發明的第一形態提供了 (a) 複數個光電轉換元件 似球狀的形狀並且包括一個第 體層外部的一個第二半導體層 層之間產生光電動力，第二半 分第一半導體層通過該開口暴 (b) 支座，包括一個第一 個位於第一與第二導體之間用 絕緣的絕緣體，該支座具有複 凹槽内表面由第一導體或者由 構成，光電轉換元件位於相應 件由構成凹槽的第一導體部分 所反射的光束加以照射，第— 的第二半導體層，並且第二導 暴露部分。 根據本發明，近似球狀的 種高度可靠的局效率的光發 產同時降低了半導體材料例 種南度可靠的面效率的可以 成本製造的光發電裝置。 提供一種能夠容易地用簡單 粒的裝置。 一種光發電裝置，包括： ，每個光電轉換元件具有近 一半導體層和位於第一半導 ，用於在第一與第二半導體 導體層具有一個開口，一部 露出來；以及 導體，一個第二導體，和一 於使第一與第二導體彼此電 數個彼此相鄰設置的凹槽， 形成於第一導體上的覆蓋層 的凹槽中，使得光電轉換元 或形成於其上的覆蓋層部分 導體電連接至光電轉換元件 體電連接至第一半導體層的 光電轉換元件設在支座的相
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應凹槽中’相應凹槽的内表面 導體上的覆蓋層構成。因此， 在母個光電轉換元件上，以及 一導體部分或形成在第一導體 射在每個光電轉換元件上。 由於光電轉換元件位於相 間隔，也就是說，其設置不是 光電轉換元件的數量，則結果 純度材料（例如矽）的用量， 電轉換元件連接至支座導體的 由第一導體或由形成在第一 外部光束例如日光直接照射 在由位於凹槽内表面上的第 上的覆蓋層部分反射之後照 應凹槽中，所以其間形成有 後集的。然而，降低了所用 可以減少光電轉換元件的高 並且可以更容易地進行將光 步驟。 另外，凹槽設置得彼此相鄰，從而外部光束由凹槽的 内表面加以反射然後照射在光電轉換元件上。因此，光電 轉換元件可以有效地利料部光束產生光電動力。相應地 貫現了與光電轉換7〇件光源相對的每單位面積產.生電能的 最大化。
光電轉換儿件可以由單晶、多晶或非晶體材料製成， 並且可以由矽材料、化合物半導體材料等製成。光電轉換 元件可以具有pn結構、pi n結構、肖特基勢壘結構、MIs
(metal-insulator-semiconduct〇r，金屬-絕緣體—半導 體）結構、同λ接面結構、異質接面結構等。 内部第一半導體層通過外部第二半導體層的開口而部 分暴露，這使得將光照射時在第一與第二半導體層之間產 生的光電動力輸出成為可能。位於支座相應凹槽中的相應 光電轉換元件的第二半導體層電連接至支座的第一導體。
2174-4488-PF.ptd 第10頁 520572 五、發明說明（6) 相應光電轉換元件的内部第一半導體層的暴露部分電連接 炱第二導體，第二導體形成在第一導體上，並有絕緣體介 於其間。在第一導體和第二導體延伸以形成平面的結構 中，光電轉換元件在平行於第一和第二導體的方向上彼此 相連，從而可以產生大的電流。 光電轉換元件可以是完全球體’或者具有近似完全球 面的外表面。第一半導體層可以是固體並且具有近似球狀 的形狀。替代地，第一半導體層可以形成在一個預先製作 的芯部的外表面上。作為進一步的替代方式，近似球狀第 一半導體層可以具有一個空心的中央部分。 在本發明中，優選光電轉換元件具有〇 51〇111至2.〇111111的 外徑。 一根據本發明，光電轉換元件可以具有〇.5111111至2 〇111111的 外徑，優選為〇. 8mm至1. 2mm，更優選為大約丨：0mm。這使 得可以充分地降低材料例如高純矽的用量並且使電能產生 $最大化成為可能。另外，球狀光電轉換元件在製造過程 中可以容易地加工從而可以提高生產率。 在本發明中，優選第二半導體層的開口具有45。至9〇 。的圓心角0 1 。 通過將圓心角0 1設定在45 °至90。，優選設定在60 。至90。，可以減少第一半導體層和第二半導體在形成開 口時廢棄部分的量’也就是說可以減少材料損耗。另外， 將圓心角01設定在此範圍使得開口可以具有足夠的面積 用於第一半導體層與支座的第二導體之間的電連接。
2174-4488-PF.ptd 第11頁 520572 五 、發明說明（7) 在 如蜂窩 槽沿著 半導體 接至第 在 本發明中 多邊形） 向其底部 層和第二 二導體和 本發明中 接孔形成 一 Ί妾孑L 於第二半 於第二半 ，優選支座的 開口，彼此相 方向變窄，並 半導體層在凹 第一導體。 凹槽具有相 鄰的開口是 且每個光電 槽的底部或 ，優選 在凹槽 ，與第 導體層 導體層 一導體的第一連接孔的 轉換元 電連接 第一連 圓形第 元件位 中，位 部分， 上述第
並且光電 一 4 4妾孑L 第一導體設有圓形 的底部或其附近， 一連接孔具有共同 開口附近的部分固 開口上方的外表面 端面或者電連接至 件的第一半導體層 至第二導體。 應的多邊形（例 連續的，每個凹 轉換元件的第一 其附近分別電連 第一連接孔，該 上述絕緣體設有 轴線，光電轉換 疋在第一連接孔 部分電連接至第 其該端面附近的 的暴露部分通過 在本發明中’優選光電轉換元件的外徑D 1、第二半導 體層開口的内徑D2，以及第一連接孔的内徑的和第:連接 孔的内徑04滿足關係])1>03>02>04。 根據本發明’光電轉換元件位於開口附近的部分固定 在第一導體的第一連接孔中，光電轉換元件的第一半導體 層的暴露部分通過支座的絕緣體的第二連接孔電連接至第 一導體，支座的第一導體和第二導體可以容易地分別電連 接至光電轉換元件的第二半導體層和第一半導體層。 、至於第二半導體層與第一導體之間的電連接7將第二 半導體層外表面位於開口上方的部分電連接至第一連接孔 的端面和/或第一導體的該端面附近部分，也即第一連接
520572 五、發明說明（8) 孔的内圓周面和/或第一導體位於第一連接孔附近以及圍 繞第一連接孔的部分（見圖1 )。 例如，通過彈性形變形成的第二導體的各突出部可以 插入通過第二連接孔，並且電連接至第一半導體層通過開 口暴露的部分。替代地，第一半導體層通過開口暴露的部 分可以用設在第二連接孔中的導電粘合劑或者經由導電凸 緣例如金屬凸緣連接至第二導體。 將外徑D1和内徑D2 —D4設定為滿足上述不等式使得可 以實現可靠的電連接而不會引起不利的短路。 在本發明中，優選聚光比X = S1/S2選擇在2至8的範圍 :二ί II1為支座的各凹槽的開口面積，s2為光電轉換元 件包含其中心的截面的面積。 本發明的帛二形態提供了 一種光發電裝i，包括： (a) 複數個光電轉換元件，每個 似球狀的形狀並且包括一徊筮 电锊供兀忏/、百迩 Λ ^ t , 儿且匕枯個弟一半導體層和位於第一丰導 :層=的-個第二半導體[用於在第—4 4: 層之間^生光電㈣，第二半導體層具U:丰：： 分第一半導體層通過該開口暴露；以及 (b) 支座，包括一個第一 ： 個位於第-與第二導體之間用於佶二：固第：導體，和-絕緣的絕緣體，該支座具有；弟與第二導體彼此電 凹槽内表面由第一導體戍设、個彼此相鄰設置的凹槽’ 成，光電轉換元件位於相應2成於第一導體上的覆蓋層構 由構成凹槽的第一導體却八、凹"^中’使得光電轉換元件 ^或形成於其上的覆蓋層部分所
2174-4488-PF.ptd 第13頁 520572 五、發明說明（9) ' -- 反射的光束加以照射，第一導體電連接至光電轉換元件的 第二半導體層，並且第二導體電連接至第_半導體層的暴 露部分， ' 其中各光電轉換元件具有〇.5mm至2mm的外徑，並且聚 光比x = Sl/S2選擇在2至8的範圍内，其中S1為支座的各凹 槽的開口面積，S2為光電轉換元件包含其中心的截面的面 積。 本舍明的苐二形悲提供了 一種光發電裝置，包括·· (a) 複數個光電轉換元件，每個光電轉換元件具有近 似球狀的形狀並且包括一個第一半導體層和位於第一半導 體層外部的一個第二半導體層，用於在第一與第二半導體 層之間產生光電動力，第二半導體層具有一個開口 ，一部 分第一半導體層通過該開口暴露；以及 (b) 支座’包括一個第一導體’ 一個第二導體，和一 個位於第一與第二導體之間用於使第一與第二導體彼此電 絕緣的絕緣體，該支座具有複數個彼此相鄰設置的凹槽， 凹槽内表面由第一導體或者形成於第一導體上的覆蓋層構 成’光電轉換元件位於相應的凹槽中，使得光電轉換元件 由構成凹槽的第一導體部分或形成於其上的覆蓋層部分所 反射的光束加以照射，第一導體電連接至光電轉換元件的 第二半導體層，並且第二導體電連接至第一半導體層的暴 露部分， + 其中各光電轉換元件具有的外徑，並且 聚光比x = Sl/S2選擇在4至6的範圍内，其中S1為支座的各
2174-4488-PF.ptd 第14頁 520572 五、發明說明（ίο) K/槽的開口面稽，& μ & k ,Α 面積。 、S2為先電轉換元件包含其中心的截面的 ,，如，支座的相應凹槽的開口呈蜂窩多邊形例如六邊 形嬙ί Γ槽沿著向其底部方向變窄，光電轉換元件設在各 ϋ j ± ί部，。.各光電轉換元件在凹槽的底部或其附近電連 坐的導體。由於相應凹槽的開口呈多邊形並且是互 r目你I ::止所以除光電轉換元件區域之外由支座與光源 射在光雷鐘始相對的所有表面所接收的所有光束都可以照 Ξΐί: ΞΓ牛上。s此’可以實現所謂的聚光型光電 6 其中聚光比X = S1/S2設定在例如2至“優選4至 電轉換元Λ ^ 間的間隔，降低光 的步驟成Π?'因ΐ且簡化將光電轉換元件連接至支座 的高純度半導體曰以減少作為光電轉換元件材料 明。支座4:以二Γ以成本低廉地實施本發 勢並且可以容易：構，0而具有生產率方面的優 電裝驗表明果將根據本發明的光發 〇〇〇㈣的外：並：ί :的矽光電轉換元件具有8〇“ m至1， 形式，其戶比設定在4-6 ’轉換成假想的平板 元件的石夕的重於構成光發電裝置所有光電轉換 源的光束相於光發電裝置在與來自光 有大約90以爪至丨“上曰的扠影面積，則該假想的平板具 的矽用量低達2g，ί"1呈右厚*度：這說明用於產生1W電功率 -達2"具有劃時代的意義。在上述採用形成 520572 五、發明說明（11) 在單aa。夕半導體晶圓上的光電轉換元件的第一種現有技術 中’石夕單，厚達350 至50 0 ，在包括切片損耗的情況 下其厚度鬲達1 mm。因此，在第一種現有技術中，用於產 生iw電功率的矽用量為大約15至2〇 g。可以理解本發明能 夠使$用1比第一種現有技術中低得多。 當，光比X設定為大於8時，可以減少所需光電轉換元 ^的數畫’並且可以進一步降低用於產生1 ^電功率的石夕用 里。然而實際上，隨著聚光比χ的增大，作為光電轉換元 件所吸^光能與入射在凹槽上的光能之比的聚光效率就會 降低，從而相應降低了光發電裝置的性能。 通過如上述將各光電轉換元件的外徑設定在0· 5_至 〜〇H(、優選為〇.8mm至1,2mm)並且將聚光比χ設定為2至8 優選為4至6 )，可以減少光電轉換元件的數量，可以降 低=於產生1W電功率的矽用量，並且可以簡化將光電 ΪϋΪΤ至支座的步驟。因此，各光電轉換元件的外徑 >、♦丸比χ的組合對於減少光電轉換元件的數量和 用於^生1 W電功率的矽用量是重要的。 一 田各光電轉換元件的外徑小於〇 · 5 min時，儘管石夕用量 =低—但是所需光電轉換元件的數量變得過大。當各 S ,件的外徑小於2mm時，儘管所需光電轉換元件的數東 里減2，但是矽用量變得過大。 當聚光比小於2時，不能充分地降低矽用量。當聚光 =於8時，聚光效率變得小於例如8〇%，從而其性能 牛低。通過將聚光比又設定在適當的範圍内，本發明可以^
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520572 五、發明說明（12) 使聚光效率大於80%或者甚至90°/〇。 根據本發明’通過將各光電轉換元件的外徑值和聚光 比X設定在上述範圍，可以實現如下顧著優點，即所需光 電轉換元件的數量以及用於產生1 w電功率的石夕用量 < 以大 幅度降低至第二種現有技術中上述相應數量的1 / 5裏 1/10 。 在採用非晶矽光電轉換元件以及以上述範圍的聚光比 聚集光束的光發電裝置中，光電轉換元件的溫度町以提高 至4 0 c至8 0 C，向於採用非晶矽薄板型光電轉換元件的情 況。沒使付可以抑制非晶矽光電轉換元件的 從而可 以延長光發電装置的壽命。 有如下方武的，接 形成在具有另一種 導體層比第一半導 優選光電轉換元件具 電型的第二半導體層 體層的外部，第二半 學帶隙（見圖1 4 )。 在本發明中， 面，即具有一種導 導電型的第一半導 體層具有更寬的光 在本發明中，優選光電轉換元件具有如下方式的pin ίΠΐ:種導電型的第一半導體層、非晶體本質半 型的^ a曰體ϊ ί =半導體層更寬光學帶隙的另一種導電 aa 一半導體層以此順序向外設置（見圖1 5和1 6 在本發明中， 由η -型石夕和p -型非 在本發明中， 單晶石夕或η -型微晶 優選第一半導體層和第二半導體層分別 晶體SiC製成。 優選製成第一半導體層的η-型矽A t /n〜型 Q // c )石夕。
2174-4488-PF.ptd 第17頁 520572 I五、發明說明(14) Γ 勻顆粒直徑的球狀顆粒。 根據本發明’半導體存在坩堝中並且由加熱裝置使其 熔化。所得熔融半導體從喷嘴滴落並且由振動裝'置進行振 動。其結果是，從噴嘴滴落的熔融半導體在氣相中被轉變 成球狀顆粒。球狀顆粒具有近似恒定的直徑。以此方式， 可以用簡單操作容易地大量生產球狀半導體顆粒。術語” 氣相π可以是空氣或A r、&等惰性氣體，甚至包括真空。 從喷嘴滴落的熔融半導體處於液態形式而不是固體直 線形式、。因此，可以在短時間内高速地容易地製作大量的 球狀半導體顆粒。例如，本發明可以通過從喷嘴以i cm/s 至1 m/S的速度滴落熔融半導體來製作球狀半導體顆粒， 此速度比上述現有技術中的速度要高得多。 本t明中’優選大量生產裝置進一步包括用於對坩 堝中熔融半導體加壓的裝置。 在本發明中，優 高於大氣壓的惰性氣 在本發明中，優 為低於掛禍中半導體 在本發明中，優 0.5mm的内徑和lmm至 在本發明中，優 根據本發明，掛 或通過採用活塞等來 落。例如，為了用氣 述上述加壓裝置為氣源，用於將氣壓 體提供至坩堝中半導體上方的空間。 遥將喷嘴出口相通的空間的氣壓選擇 上方空間的氣壓。 選設有複數個喷嘴，各喷嘴具有1 土 1 0Omm的長度。 遥各噴嘴具有5mm至10mm的長度。 塌中的炼融半導體可以用氣體或液體 加壓。加壓的熔融半導體從坩堝滴 體加壓熔融半導體，將氣壓高於大氣 520572 五、發明說明（15) 壓的惰性氣體Ar 空間。替代地， 於坩堝中半導體 導體從喷嘴滴落 lmm 至 1 00mm (優 壓可以使溶融半 於其自重導致以 有均勻顆粒直徑 在本發明中 加熱線圈和用於 在本發明中 熱裝置。 也就是說， 有用於感應加熱 可以是電阻加熱 在本發明中 頻率。 通過此設置 的球狀半導體顆 在本發明中 滴落的熔融半導 根據本發明 導體使得可以精 徑的球狀顆粒。 用於加熱坩堝 的結構，包括 裝置例如用焦 4适振動裝 ，將熔融半導 粒，使得可以 ，優選振動裝 體，從而振動 ，施加聲波或 確地將炼融半 、I等從氣源提供至坩堝中半導體上方 可以將喷嘴出口下方空間的氣壓設定為低 上方空間的氣壓，使得來自坩堝的熔融丰 :將噴嘴内徑和長度分別設為1 ± 〇· 和 選5mm至l〇mm)，例如通過加壓裝置的〇 導體從喷嘴以恒定的流速滴落，而不會°由 過尚的流速滴落。這使得可以精確製^ 的球狀顆粒。 、/、 激„裝置包括設在坩堝附近的感應 激勵感應加熱線圈的高頻電源。 ，優選加熱裝置是用於加熱坩堝的電阻加 中半導體的加熱裝置可以耳 感應線圈和高頻電源，或者 耳熱加熱坩堝的電加熱器。 置具有10 Hz至1 kHz的振動 體轉k成具有均勻顆粒直經 大量生產球狀半導體顆粒Γ 置施加聲波或超聲波至正在 正在滴落的熔融半導體。 超聲波至正在滴落的熔融半 導體轉變成具有均勻顆粒直
2174-4488-PF.ptd 第20頁 520572 五、發明說明（16) 在本發明中，優選嘴嘴是振動的，振動 運動來振動喷嘴。 & 、過往復 在本發明中，優選振動裝置驅動噴嘴使得 垂直於喷嘴轴線的方向振動，其振動幅 待\出口沿 粒外徑D1的1/2。 又a」於待製作顆 嘴。在本發明中，優選振動裝置沿喷嘴的軸線方向振動噴 …根據本發明Μ吏喷嘴振動以便至少在其出 往復運動，這使得可以精確地製作具有均勻顆粒直秤= =二導體顆粒。使喷嘴出口沿垂直於其軸線的方向: ;f即八〈D1 /2) ’使得可以精確地製作具有外徑 的球狀顆粒。替代地，噴嘴可以沿軸線振動，也即沿& 方向振動。這也使得可以製作具有均勻 ，二罝 顆粒。 j罝任（D1 )的球狀 在本發明中，優選振動裝置是用於改變坩堝中半 上方空間的氣壓的氣壓改變裝置。 避 ，其設置成與 用於使上述振 在本發明中，優選振動裝置包括振動膜 i#禍中半導體上方的空間相通，和驅動源， 動膜往復運動。 μ 驅動腔，其與坩堝中 用於使上述驅動腔内 在本發明中，優選振動裝置包括 半導體上方的空間相連，和驅動源， 的氣壓振盪。 根據本發明 用於振動熔融半導體的振動裝置是用於
2174-4488-PF.ptd 第21頁 520572 五 發明說明（Η) 二2 :坩堝中半導體上方的空間施加氣 :的虱壓改變裝置。氣壓改變裝置：來改變該空間氣 口 τ個用於使該振動膜往復運動的驅：施為-個振動膜 :i，或者實施為-個驅動腔和-個用：（例如電機和曲 、攸而使該驅動腔内的氣壓振盪浪改變該驅動腔容 =明/，優選振動裝置使^動。 乂康本兔明，為了振動熔融半導體， -中臨時存儲有熔融半導體的坩堝。，可以由驅動源振 在本發明中，優選大量生產裝置進一 (Lorenu)力產生裂置，用於向從噴嘴v包括洛命兹 上施加洛侖兹力…通過減小炫洛的：料導體 用來形成顆粒。 v體戴面的夾緊作 根據本發明，使電流流經從喷嘴滴 體，並且在炫融半導體周圍形成AC磁場 ' 從半導 施加在液柱式熔融半導體上，產生的 兹力 呈有確地將從喷嘴滴落的炫融半導體轉變成 八有构句直徑的球狀顆粒。 x
2明的第五形態提供了 —種球狀半導體顆粒之大量 η ’包括：坩堝’用於臨時性地存儲半導體；加埶 於加熱並熔化坩堝中的半導體；纟嘴，用於將來 :::的熔融半導體滴振動裝置，用於振動上述炼融 ^ 並且在氣相中將正在滴落的炫融半導體轉變成具 有均！!顆粒直徑的球狀顆粒；以及結晶裝置，用於在氣ί目 中對從噴噶滴落的液悲或固態顆粒進行加熱以控制其冷卻
520572 五、發明說明（18) 速度太t而將上述顆粒轉變成單晶或多曰顆+ 本發明的第六形離摇 A夕日日顆粒。 生產裝置，包括結晶裝£，用 ，+ ¥體顆粒之大量 固態顆粒進行加埶， j對存在于氣相中的液態或 粒。 ，、、、仗而將上述顆粒轉變成單晶或多晶顆 根據本發明，狁喑喈 置加熱並再次熔化，」鸱洛、液態或固態顆粒由結晶裝 晶顆粒。 化…顆粒在氣相中轉變成單晶或多 待加熱顆粒可以是熔融（ 能 由從噴嘴滴落的熔融半導體顆奴你；—體顆粒或者是 或者甚至是诵坍府Λ >广 4、、工冷部形成的固態顆粒， 粒照射雷射 在本發明中 通路相鄰的位置 在本發明中 在本發明中，優選社曰G Π體而獲得的顆粒。 k k、，·口日日凌置疋雷射源，用於向上述顆 優選結晶裝置是輻射熱源，設在與顆粒 用於通過輻射熱加熱顆粒。 速度具有一個^優選結晶裂置加熱顆粒使得顆粒的冷卻 且阻止;粒in::佈’…止在顆粒中產生裂紋】 射敎：I康t ί明’、结晶裝置可以是雷射源或者用於產生幸5 二：射熱源'结晶裝置降低了顆粒冷卻‘ ί其止在顆粒：產生裂紋並且阻止顆粒變為Π :果疋，可以可靠地形成單晶或多晶球狀顆粒。 生產裝^日月=第七形態提供了 —種球狀半導體顆粒之大量 ^ ，匕括坩堝，用於臨時性地存儲半導體；加熱裝 520572
左、發明說明（19) 掛奶的炫1 ΐ ΐ熔化掛竭中的半導體；喷嘴，肖於將來自 均勺顆位直在滴落的熔融半導體轉變成具有 ===球狀顆粒；結晶裝置，用於在氣相中對從 從而將上it ^ f或^顆粒進行加熱以控制其冷卻速度， = = 單晶或多晶顆…及擴散裝置， 的通道，材料氣導體顆粒通過一個材料氣體中 或分子，尸二，體中3有結晶半導體顆粒需要摻雜的原子 表面層。&各結晶半導體顆粒上形成另一種導電型的 其中-::二ί供了一種球狀半導體顆粒之大量生產裝置， Ζ^ /型的結晶半導體顆粒通過一個材料氣體中的 通迢，材料翕鉀击人‘ 1 ν 八早，//χ ” τ 3有結晶半導體顆粒需要摻雜的原子或 二層。k而在各結晶半導體顆粒上形成另一種導電型的表 用简ΐt發明’採用氣體擴散方法或固態擴散方法可以 每個上ί在一種導電型（例如p-型）的結晶半導體顆粒 散方法^成另一種導電型（例如n—塑）的表面層。氣體擴 ^。固=—種將摻雜雜質以氣體形式加入高溫矽表面的技 面丁上钬ί擴散方法是一種將含有雜質的擴散劑澱積在矽表 =後在高溫下對其進行熱處理的技術。 妗曰主t發明中，優選上述通道沿豎直方向延伸，並且在 、、’σ sa涌=體顆粒下落通過該通道時進行表面層擴散。 通過擴散方法在每個矽球體的表面上形成擴散層的一
2174-4488-PF.p t d 第24頁 520572 五、發明說明（20) 個例子為通過氣體擴散方法在每個p—型矽球 型擴散層，下面加以說明。採用p2 〇5、p〇c工 為擴散源。首先，將含有擴散源和少量氫& 入一個擴散層形成空間，擴散層形成空間^ 空間相鄰並且在氣氛方面與後者隔離，擴散 滿惰性氣體。在通過激光束照射進行高質量 後二p-型秒球體從其頂部通過擴散層形成= 同2保持在高溫。隨著p_型矽球體通過擴散 其每個在其整個表面上形成有對於各矽球體 池所必需深度的n—型擴散層。通過連續導入 當控制擴散層形成空間的氣氛，可以連續進 而製作大量的每個上都形成有表面層的^球 在本發明中，優選對由於通過上述通道 有擴散劑的結晶半導體顆粒進行加熱，以在 所需厚度的表面層。 根據本發明，使例如Ρ -型矽球體從其頂 形成空間至其底部，並且在此過程中，其每 面上都形成有η-型擴散層。然後將大量的所 一個由石英等製成的容器中並再次經受熱處 具有所需厚度的η -型擴散層。 在本發明中，優選半導體是矽。 根據本發明，本發明可以用另一 、本，明的第八形態提供了一種光電轉換 上述大里生產裝置形成的複數個半導體層。 體中形 、ΡΗ3 等 的惰性 雷射光 層形成 再次結 間至其 層形成 用作太 惰性氣 行此步 體。 而使其 其上形 部通過 個在其 得秒球 理。因 成淺η- 氣體作 氣體導 束照射 空間充 晶之 底部， 空間， 陽能電 體並適 驟，從 上澱積 成具有 擴散層 整個表 體加入 而形成 體實施。 元件’包括由 麵 ϋΐ _ 2174-4488-PF.ptd 第25頁 520572 五、發明說明（21) 本發明的 個上述的光電 本發明的 產方法，包括 落熔融的半導 本發明的 生產方法，包 顆粒進行加熱 成單晶或多晶 在本發明 晶或多晶半導 驟。 根據本發 轉換元件可以 元件的光發電 生與光源相對 以不僅由單晶 根據本發 引入具有高導 電轉換效率。 的異質接面可 光載流子的重 非晶體半 時其溫度提高 第九形態提供了 轉換元件。 第十形態提供了 如下步驟：加熱 體；以及振動上 第十一形態提供 括如下步驟：在 並且再次熔化， 半導體顆粒。 中’優選大量生 體顆粒需要摻雜 一種光發電裝置，包括複數 二種球狀半導體顆粒大量生 亚熔化半導—體；在氣相中滴 述炫融的半導體。 J 一種球狀半導體顆粒大量 氣相中對正在滴落的半導體 並且從而將半導體顆粒轉變 產方法還包括在含有上述單 成分的氣體中進行擴散的步 採用上述由球狀半導體顆粒製成的光電 =易地製作光發電裝置。採用這種光電轉換 $置用盡可能少的單晶或多晶半導體材料產 每單位面積最高的電功率。光電轉換元件可 或多晶製成，也可以由非晶體材料製成。 明’通過在第一半導體層與pin接面層之間 電性的微晶（// c )半導體層，可以提高光 非晶體pin層或非晶體pin層與第二半導體層 以實現有效率的光載流子聚集，並且減少了 新結合損耗。 導體層在接收由支座凹槽内表面反射的光束 至4 〇 °C至8 0 °C。這抑制了光電轉換特性的惡
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可以大幅度降低至第三種現有技術中的1 / 5至1 / 1 〇。減少 矽的用量使得可以以低成本來實現光發電裝置。減少所需
2174-4488-PF.ptd 第28頁 520572 五、發明說明（24) 光電轉換元件的數量 座的步驟，從而提高 光發電裝置。 因此，本發明可 置。 通過將外部的非 見於中央側的第^一半 面。以此方法，光束 導體層吸收得不多， 並獲得寬隙窗口作用 量轉換效率。 將具有高導電性 側第一半導體層與外 效率。 本發明通過採用 量轉換效率。 另外，本發明使 本發明通過從喷 且使該熔融半導體振 有均勻顆粒直徑的球 谷易地在氣相中轉變 易地在每個結晶半導 從而簡化將光電轉換元件電連接至支 了生產率，這也有助於實現低成本的 以一種高度可靠的高效率的光發電裝 晶體第二半導體層的光學帶隙設定成 導體層的光學帶隙，形成pn或？ irl接 由窗口材料製成的光入射側的第二半 從而降低了表面層的重新結合速度， 。作為這些作用的結果是可以提高能 的微晶（// c )半導體層插入在中央 側p 1 η接面層之間可以提高能量轉換 直接π隙第一半導體層也可以提高能 光電轉換元件的製造變得容易。 嘴滴落已經在掛堝中溶化的半導、， 動的簡單操作，使得可以大量生產= 狀卞導體顆·。如此製作的顆粒可二 成單晶或多晶顆粒。通過摻雜可以办 體顆粒上形成表面層。 各 圖式簡單說明 520572 五、發明說明（25) 從下面參照附圖給出的詳細說明 其他和進一步的目的驻多$版 更清楚本發明的 、/的目的、特色和優點。附圖中： 圖1為根據本發明一個實施例的· 大剖面圖； 妁的7^务電裝置1的局部放 ^表示光發電裝置！的結構的剖面圖. 圖3為圖2的光發電裝置1 同d *丄 且1的分解立體圖； 圖4為支座3 —部分的平面圖； 圖5為光電轉換元件31的 ’ _ 31為各光電轉換元件2安參 ϋ 圖，/、中光電轉換元件 圖6為剖面圖，表示^ φ支座3上之前的型式，· 製作方法； “轉換元件2和支座3的元件4的 圖7為剖面圖，表示通 成開口 32的方法； 刀割各光電轉換元件31來形 圖8為簡化立體圖，表厂 的相應凹槽17中的方法· &不將光電轉換元件2置入支座3 圖9為立體圖，表示 4b如何互相連接； 電轉換元件2和支座3的元件4和 圖10為圖9中所示元件 附近的分解剖面圖； ^和4b的週邊部分61和61b及其 圖11為簡化側視圖，一 電連接； π不凡件4、4b和4c如何互相地 圖1 2為根據本發明另—a 的電連接結構的剖面圖·—貫施例的彼此相鄰元件4和4b 圖1 3為根據本發明再一杂 汽化例的彼此相鄰元件4和4b 2174-4488-PF.ptd 第30頁 520572
的電連接結構的剖面圖； 圖1 4為根據本發明另 部剖面圖； 實施例的光電轉換元件2的局 圖1 5為根據本發明再一 部剖面圖； 圖1 6為根據本發明再一 部剖面圖； 實施例的光電轉換元件2的局 實施例的光電轉換元件2的局 圖1 7用簡化方式表示根據本發明另 導體顆粒之大量生產裝置的整體結構；
圖1 8為圖1 7的裝置的工作流程圖； 圖19用簡化方式表示用於將熔融半導體從坩堝 供至喷嘴2 0 9並將其從噴嘴2 〇 9滴落的結構； 圖20為熔化部分20 7的簡化剖面圖； 圖21表示從各喷嘴2〇9的噴嘴出口 218滴落的熔融半導 體是如何形成球狀顆粒的； 圖22A-22D表示由本發明人進行的類比結果，表明滴 落的立方體熔融半導體顆粒是如何改變其形狀成為球狀 的；
圖23Α和23Β為根據本發明另一實施例的半導體顆粒的 剖面圖； 圖2 4為根據本發明另一實施例的振動裝置2 2 8的簡化 剖面圖； 圖2 5為根據本發明再一實施例的振動裝置2 3 4的簡化 剖面圖；
0572 五、發明說明（27) 圖2 6為表面層形成裝置2 2 5的具體結構的剖面圖；以 及 圖2 7用簡化方式表示根據本發明另一實施例的表面層 形成裝置2 3 8的結構。 符號說明 1〜光發電裝置； 3〜支座； 5〜填料層； 7〜第一半導體層 9〜開口； 11〜光束； 13〜第一導體； 1 5〜絕緣體； 1 8〜開口； 2 0 1〜料斗； 2 0 3〜中間料斗 20 5〜底部料斗 2 0 7〜熔化部分 2 0 9〜喷嘴； 2 1 2〜加熱裝置； 2 1 4〜氣源； 2 1 6〜感應加熱線圈 2 1 8〜喷嘴出口； 2〜光電轉換元件； 4〜元件； 6〜透明保護板； 8〜第二半導體層； 1 0〜部分； 1 2〜防水後罩板； 14〜第二導體； 1 7〜凹槽； 1 9〜倒U形彎曲部分； 2 0 2開/關閥； 2 0 4〜開/關閥； 2 0 6〜固態預加熱部分； 2 0 8〜坩堝； 2 11〜加壓裝置； 213、2 28、234〜振動裝置 2 1 5〜南頻電源， 2 1 7〜空間； 222〜雷射源； _
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225、238〜表面層形成裝置·， 227〜冷卻塔； 229〜振動膜； 2 3 1、2 3 7〜驅動源； 2 3 3〜空間； 2 3 6〜驅動腔。 具體實施方式 下面參照附圖說明本發明的優選實施例。 圖1為根據本發明一個實施例的光發電擎 大剖面圖。圖2為表示光發電裝置丨結構的剖面的局部放 圖2的光發電裝置1的分解立體圖。光發電裝置1"具。圖3為 基本結構。複數個通常的球狀光電轉換元件2和二，下述 電轉換元件2的支座3構成元件4，被埋入在由透有光 脂材料例如PVB (p〇ly (Vinyi butyral)，聚乙歸^成樹 )或 EVA (ethylene vinyl acetate，乙烯醋酸乙嫌 I 駿 聚物）製成的填料層5中。由聚碳酸酯或類似物製成能共 明保護板6設在填料層5的光源（例如日光）側並的透 了上。將一個防水後罩板1 2固定在填料層5的表面上邀於 護板6相反的一側（圖2的底側）。這樣，光發電奘^保 體上呈現平板形狀。 尾凌置}整 每個光電轉換元件2具有第一半導體層7和位於第_ “ 導體層7外部的第二半導體層8。在第二半導體層8形成半 開口 9 °第一半導體層7的部分1 〇 (圖1的底部）通 泰路。¥光束從圖1的上方照射時，在光電轉換元侔 1干z的第
520572 五、發明說明（29) 一半導體層7與第二半導體層δ之間產生光電動 通過將一個絕緣體15夾在第一導體13與 二 « 2 ’以此方式構造支座3。也就是說，第一導體?二體“之 導體14由絕緣體15而彼此電絕緣。每個第〜—弟^二 導體1 4可以是銘#板或其他金屬板。絕緣體1 ^、與第一 樹脂材料例如聚交亞胺或某種其他絕緣材料制赤1以由合成 鄰地設置有複數個凹槽17。凹槽17的内表面仅。彼此相 的表面。光電轉換元件2設在相應凹槽17的底為/。—導體13 圖4為支座3 —部分的平面圖。在本發 開口 1 8呈多邊形。在此實施例中，它們呈凹槽Π的 規則六邊形。根據本發明的另一實施例，尚狀，也即 18呈現另一種具有三個以上頂點的多邊形。的開口 度w 1 (見圖4 )為例如2 mm。彼此相鄰的開α 1 8 :口1 f的長 也就是說，凹槽1 7通過倒ϋ形彎曲部分丨9 ( ^連績的； 接。該結構使得在與光束1 1相對的區域可以)彼此連 的凹槽17，並且使得凹槽17的内表面（即第盡可能多 面）可以將入射光加以反射並將所得反射光=體1 3的表 光電轉換元件2中。因此，該結構提供了較大引㉛至相應的 _ 各凹槽η向底部變窄’並且呈現例如?物線G比在 各凹槽17的底部，光電轉換元件2的第一半導 接部分21電連接至支座3的第二導體14上。過連 底部或其附近，光電轉換元件2的第二半導體層8通 部分21電連接至支座3的第一導體13上。 圖5為光電轉換元件31的剖面圖，其中光電轉換元件
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31為各光電轉換；μ π 電轉換元件31的^安裝於支座3上之前的型式。圖5光 件2的剖面結構。。球^構一類^於圖1中所示各光電轉換元 是非晶矽、單晶矽曰體層7由η—型矽製成’可以 T 由&型矽製成，也可以是非晶矽、單晶 ^ 5者^曰曰石夕。當第二半導體層8的光學帶隙設定得寬於 第—半制導體層7的光學帶隙（例如第二半導體層8由p 一型 a — SlC製成）時，可以獲得寬隙窗口效應（wide gap window action ) 〇
根據本發明的另一實施例，圖5中所示第一半導體層7 由選自如下組的直接帶隙半導體製成，該組半導體包括呈 η-型導電性的inAs、CuInSe2、Cu(InGa)Se2、CuInS、
GaAs、InGaP和CdTe。第二半導體層8形成在由這種直接帶 隙半導體製成的第一半導體層7上。第二半導體層8由選自 如下組的半導體製成，該組半導體包括呈p—型導電性的
AlGaAs、CuInSe2、Cu(InGa)Se2、GaAs、AlGaP 和CdTe 以及 與之類似的化合物半導體。以此方式形成叫接面結構。 在非晶體半導體用作第一半導體層7和第二半導體層8 時，通過在第一半導體層68與第二半導體層70之間形成一 個丨—型半導體層6 9，可以形成p i η接面結構（後面說明； 見圖1 5 )。 下面說明用於製作光電轉換元件31 (見圖5)和支座3 (見圖1 )的元件4的方法。 圖6剖面圖表示光電轉換元件2和支座3的元件4的製作 ‘
2174-4488-PF.ptd 第35頁 :520572 五、發明說明（31) 方法。在製作了圖5中所示的球狀光電轉換元件3丨之 將光電轉換元件2如圖6所示加以切割。在每 ^ 轉換元件2中’如圖6中所*，第一半導體層7的=先電 過第二半導體層8的開口9加以暴露。開口9的形狀 ^ 面切割光電轉換元件31而獲得，具有小於18〇。的圓 ^。圓心角Θ!可以在例如45。至90。的範圍内、，圓心心角角 Θ1優選在60至9〇。的範圍内。各光電轉換元件31的外 feDl可以在例如〇.5mm至2.0顔的範圍内。外徑Μ優選 8ππη至1· 2mm的範圍内。在圖6中，符號D2表示開口9的· 徑。聚光比x = Sl/S2在2至8的範圍内，其中S1q 凹槽17的開口面積，S2為各光電轉換元件2包括i =、、、 截面的面積。聚光比X優選在4至6的範圍内。^〜、 圖7剖面圖表示通過切割各光電轉換 將各球狀光電轉換元件31的‘ 同Γ通過環帶形磨料35對球狀光電轉 35賴在1_6和37±從而被旋 !>υΓ^ίί 連接孔39。各連接孔39的内徑 D3 3又疋付小於各光電轉換元件2的外徑di並且 =體層8的開口 9的内徑D2 (D1>D3> ^^丰 體15並在其中形成連接⑽。，備，板升"邑， 小於各光電轉換元件2的開口9的内徑D2 =D4設= 連接孔39的第_導體13設置在呈 >D4 )。”有 你”頁連接孔4 0的絕緣體1 5之 第36頁 2174-4488-PF.ptd :)20572 五、發明說明（32) 上並且與之钻合，從而第一導 體。备對遠垃aw』^ 和絕緣體15彼此成為一 篮母對連接孔39和4〇具有丘同的u μ 门 第二導體u之上並且盘之：二门：車…所得結構設置在 一之枯合，攸而使它們彼此成為一體 μ成千板支座3a。根據本發明的另 ：： 孔39的第一導體13、具有連接孔4Π 貝 八連接 轉1 4站μ·晶班、， 、頁運接孔40的絕緣體1 5以及第二導 體1 4彼此宜置並且同時點人 第一導j二拈口 ，攸而使之彼此形成為一體。 ，声。夂出Φ V 4和絕緣體15各具有例如6〇 的 ^ ^ 一 “轉換兀件2開口 9的周圍部分固定在連接孔39 Ιΐΐΐ絕ί體15的連接孔4〇相對。替代地，開口9的周 σ刀σ以叹置在第一導體13上以與連接孔39相對。 外矣ft參照圖1。各光電轉換元件2的第二半導體層8的 ' 位於圖1中開口 9上方並且圍繞開口 9的部分，電 2接至支座3a (或3 )的第一導體13位於連接孔39附近的 4为，也即連接孔39的内圓周面或者第一導體13位於連接 孔39附近並圍繞連接孔39的部分。第二半導體層8的外表 面連接至第一導體13的連接部分44 (見圖i )位於包含開 二9的光電轉換元件2底表面的週邊45與第二導體η相對的 =側（圖1上方），從而可靠地防止第一導體13與第一半 導體層7電連接。連接部分44平行於包含開口 9的光電轉換 兀件2的底表面，並且比通過光電轉換元件2中心46的假想 平面47更靠近開口9 (即圖i中較下方）。 〜 ^ 彳妾著’使平板支座3a經受塑性形變，從而彼此相鄰地 设置複數個凹槽1 7。第二導體1 4變形成使之通過絕緣體！ 5 的連接孔40向上凸出（圖6中），也即使之穿過連接孔4〇 520572 五、發明說明（33) 並突出其上，從而成、i、* 例如大約-的高度H1 為連接部分21。所得支座3可以具有 繁H 導體層7電連接至第二導體14的步驟以及將 : /曰電連接至第一導體1 3的步驟可以順次（可 以先進仃任一步驟）或者同時進行。 相應ϊ有開口9的光電轉換元件2容納在如此形成的 ，將：2 月的另—實施例，支座3用下述方式製作。 _ # _ u f = 、絕緣體15和第二導體14的3層結構塑性 之後，通過採用兩種雷射光束分別在第 一導體1 3和絕緣體1 5 φ π上、土， 圖8為簡化立體固\成連接孔39和40。 的相應凹槽17中的Λ，表,示將光電轉換元件2置入支座3 轉換元件31的狀態下對光==塾34真空吸附光電 光電轉換元件2，使之^ If換:°件31進行切割製成一組 的相應凹槽17中。例士 月下進行輸送並且置入支座3 通過吸附塾34將一 個吸附塾34直線排列。在 後，將支座3沿方向42於\\換7^牛2置入相應凹槽17中之 離，並且用上述方々、/夕動專於凹槽1 7的一個間距的距 元件2置入新的凹槽^ 7、·過採用吸附墊34將另一組光電轉換 元件2置入所有的^槽丨？中通過重復上述操作將光電轉換 行將各光電轉換元件θ2 。然後，在各凹槽17的底部進 各光電轉換元件2的第f ft座3的操作。 來，並且通過第-道挪7弟半^體層7通過開口9暴露出 體14的連接孔4〇電連接至連接部分
2174-4488-PF.ptd 第38頁 f^0572 五、發明說明（34) 。各光電轉換元件9 ，、 9之上的部分電連接至第一；外表面上位於開口 分。可以通過採用雷；：於連接孔39附近的部 金屬凸緣，將各光φ 7成/、日日）、導電粘合添 %笔轉換元件2的第一 Μ或 導體層8分別電連接：弟+導體層7和第二半 式，無需採用含叙焊料士—广體14和弟一導體13。以此方 是優選的。…+來進行電連接’這在環境保護方方面 圖9為立體圖，本- 仆如何互㈣接。元表換元件2和支座3的元件4和 分61和61b處互相電連接。〇 其向外延伸的平面週邊部 圖1 0為圖9中所；-从4 ^ , 附近的分解剖面Η \和的週邊部分61和61b及其 -元丄二3 牛扑的支座扑的第二導體14位於另 π件4的支座3的第—導體13之上，與之 ^ 2二"，元件4,、……的光電轉換元件2產； 的光電動力互相串冑，從而可以輸出所需的高電壓。 圖11為表示元件4、4 b和4 C如何互相電連接的簡化側 視圖。元件4b的週邊部分61b用上述方式設置在=的側週 邊部分6 1之上並與之電連接。另外，元件杬的週邊部分 61 c δ又置在元件4b的週邊部分βΐΜ (位於週邊部分6ib的相 斜側）之上並與之電連接。在圖丨丨的結構中，元件4b的週 邊部分6 lb位於元件4的週邊部分61之上，並且元件4b的另 個週邊部分61bl位於元件4c的週邊部分61c之下。以此 方式’將各元件彼此連接，其方式使得各元件的兩個週邊 #刀为別位於兩個相鄰元件之上和之下，從而形成一個兩
第39頁 2174-4488-PF.ptd ⑽572 發明說明（35) 階結構。沿圖1 1的左 週邊部分61bl與61(:之門方的向…週邊部分61與61b之間以及 lmm。 之間的父®長度L61可以設定在例如 圖1 2為根據本發明 的電連接結構的剖施例的彼此相鄰元件4和4b 出而s ,π . 面圖。一個元件4的週邊部分6 1向上突 m _ 電連接至週邊部分61b的第一導體13。 的雷；垃二t據本發明再一實施例的彼此相鄰元件4和4b 盆血$ # II構的剖面圖。該實施例類似於圖12的實施例， 第H的區別在於元件4的週邊部分61 (向上突出）的 二電連接至元件4b的週邊部分61b (向下突出） ηπ μ =體1 4。圖1 2和1 3的連接結構可以使支座3和3b的 夕：4此更加靠近，從而可以在有限區域内設置盡可能 夕的凹槽17和光電轉換元件2。 立立圖1 4為根據本發明另一實施例的光電轉換元件2的局 1剖面=。儘管在圖1 4- 1 6中各半導體層被畫成具有平坦 形狀（沿圓周方向擴展），但是實際上半導體層是沿徑向 向外（圖14-16中朝上）依次疊置的，因而具有球狀表 面。 在圖1 4的光電轉換元件2中，沿徑向向外依次疊置有 n一型微晶（//c )矽層63、η-型多晶矽層64、p-型a-SiC層 65和p-型微晶以〇層66 (層64_66構成一個雙異質接面層 )。圖14-16的每個具有pn接面的光電轉換元件2的結構概 括在表1中。
2174-4488-PF.ptd 第40頁 520572 五、發明說明（36) 表1 圔 數標 層 66 P 微晶-SiC 65 P a-SiC 14 64 η 多晶矽 63 η微晶-Si 70 P a-SiC 15 69 i a-SiC 68 n微晶-Si 77 P 微晶-Sic 76 P a-SiC 16 75 i a-SiC 74 i a-Si 73 n微晶-Si 圖1 5為根據本發明再一實施例的光電轉換元件2的局 部剖面圖。半導體層6 8 - 7 0的詳細情況如表1中所示。替代 地，在圖15的光電轉換元件2中，半導體層68可以由η-型 單晶矽或多晶矽製成。 圖1 6為根據本發明再一實施例的光電轉換元件2的局 部剖面圖。半導體層7 3 - 7 7的詳細情況如表1中所示。替代 地，圖16中的半導體層73和74可以由η-型單晶矽製成。半 導體層74也可以由i-型微晶矽製成。
2174-4488-PF.ptd 第41頁 520572 五、發明說明（37) 在本發明中，光電轉換元件2也可以具有與上述不同 的結構。 根據本發明的另一實施例，支座3可以由如下製作的 ^么種類型的支座替代，通過模製（例如注入模製）例如 、、巴j合成樹脂材料（例如聚碳酸酯）來形成一個具有凹槽 的！Γ構丄然後在其表面上塗敷導電材料例如N 1以形成第一 =第一導體。該第一和第二導體可以由例如鋁箔製成。替 ^ Ϊ，、它們可以通過塗敷Cr或塗敷Ag來形成。作為進一步 莖*代，它們可以通過蒸鍍或濺射鍍金屬N丨、以、A 1、Ag 2形成。在第一導體上可以形成一層覆蓋層，並且該覆 成7可以由金屬（通過電鍍等方式形成）或合成樹脂製 導體=:f ΐ表示根據本發明另—個形態的球狀半 的運作流程圖= ί的整體結構。圖18為圖17的裝置 以用於製造光發電裝置等，首* 4:狀+導體顆粒 料斗2 0 1。料4* 9 η 1 λα 、 半導體原料加入頂部 丁十寸z in 。枓斗2 〇 1的内部總是俘梏 ' 2 0 1經開/關閥2 〇 2接徂认| ' &下’原料從料斗 间/關間M2獒供給中間料斗2〇3。 丁 部在其接受原料時保持在常壓下，而在J;=3的内 在工作氣壓下。原料從中間料斗2G3通過時保持 給底部料斗205。底部料斗m的内部總是保：，2°4提供 下。固態的原料停留在底部料斗m '、持在工作氣壓 18中的步驟51 ’將顆粒狀矽半導乂此方式，在圖 20 1。在步驟s2，通M ’、λ心仏至頂部料斗 ^ ^ 通過開/關閥2〇2和2 二Tt汁 W作用，在對外部 2174-4488-PF.ptd 第42頁 520572 五、發明說明（38) 氣壓進行遮罩的狀態下，以恒定 201經由中間料斗2〇3提供至底部料將原科攸了貝部料斗 在步驟S3，在固態預加熱部 加熱對提供自底部料斗205的 —==過巧頻感應 明的另-實施例，替代高頻感 等中進行輻射加熱。 ’、、、在反射爐、電子爐 在步驟s4 ’在熔化部分2〇7中對 Φ，眉返仃加熱攸而熔化。在熔化部分207 :虛”可以如同在固態預加熱部分206中那樣通過二 感應加熱加以熔化。根據本發者 ）/问， 用反射爐、電子焯箅谁杆鲈斛λ的另貝鈿例，原料通過 八9Π7抓女 千爐荨進仃輻射加熱來加熱並熔化。熔化部 ί。二2〇: = :2〇V熔融半導體臨時存儲在掛額8 t =2〇8中㈣融半導體由在其上方空間產生的工作 ”有時進行振動（步驟s4a)。_208的底 落，流速對應於在™中；= = : = : 氣壓岡替代”掛誦的底部設有單個：；二產生的 供至^化方式表不用於將溶融半導體從w竭208提 的結構。繼部分 ΙΐΛ t / ^ ° ^^208 t - a由加熱裝置212加熱從而熔化。從喷嘴2〇9滴落的 溶融半導體流由振動裝則加以振動。…20 9滴洛的 圖〇為溶化部分2 〇 7的簡化剖面圖。包含氣源2 i 4，加 2174-4488.PF.ptd 第43頁 520572 五、發明說明（39) 壓裝置21 1將惰性氣體提供至坩堝2 08中熔融半導體上方的 空間。為了通過感應加熱來加熱並溶化掛禍2 〇 8中的半導 體，從高頻電源215將例如2 0 0至5 0 0 KHz的高頻能量提供 至圍繞坩堝208的感應加熱線圈216。以此方式，對掛禍 2 0 8中的半導體進行感應加熱。掛禍2 0 8由耐溶導電材料例 如碳或石墨製成。每個喷嘴20 9具有1 ± 〇· 5mm的内徑和ι_ 至100mm (優選為5mm至10mm )的長度。以此方式，可以將 溶融半導體以對應於由氣源2 1 4在溶融半導體上方空間產 生的氣壓的流速，例如既定的恒定流速，從喷嘴2 〇 9滴 落。各個噴嘴20 9的喷嘴出口218與之相通的空間217的氣 壓為大氣壓。 根據本發明的另一實施例 替代由氣源214在熔融半 導體上f空間產生氣壓，在坩堝2〇8中熔融半導體上方的 空間設定為大氣壓，而將各個噴嘴2〇9的噴嘴出口 218與 相通的空間217的氣壓設定成低於坩堝2〇8中熔融半^ 方空間的氣壓。掛禍208中的半導體可以通過具 器的電阻加熱裝置來進行加熱並溶化，電在、 堝208上或者設在其附近。 …a U疋在坩 伙噴嘴20 9滴落的熔融半導體流接收來 =至i KHZ聲波而受到振動。替代地動裝置; 在超聲波範圍。 邱取手可以 圖21表示從各喷嘴209的噴嘴出口218滴 形成球狀顆粒的。㈣嘴出口 218滴落導 導體在豆直方向是連續的。㉟而，隨著溶融半導體^一步
520572 五、發明說明（40) ' 滴落，它文到振動裝置2 1 3的振動作用在豎直方向被分割 成顆粒。 ^圖22A_22D表示由本發明人進行的類比結果，表明滴 落的立方體熔融半導體顆粒是如何改變其形狀成為球狀 的。圖22A表示一個從噴嘴2〇9滴落之後的分離的熔融半導 體顆粒。该炫融半導體顆粒逐漸變圓，如圖2 2 B和2 2 C所 示，並且最終呈近似完整的球狀，如圖22D所示。 _ 根據本發明的另一實施例，驅動各噴嘴2 〇 9，使喷嘴 出口 2 1 8 垂直於其軸線的方向（即沿圖1 9 - 2 1中左右方向 )振動，並且各噴嘴218的左右振動幅度八設定為小於待製 作顆粒直仨D1的1/2。該方法還可以生產具有精確直徑 的顆粒。根據本發明的再一個實施例，各喷嘴2〇9沿著其 轴線，冑也即沿著圖i 9 — 2】中的上下方向振動。喷嘴2⑽ 可以是剛性的或者：彈性的。 甘/ 17和18，從喷嘴209滴落的溶融半導體流改變 二2 f : ”、、球狀。隨著顆粒通過一個冷卻塔221，其球面 ίΓιϋ表面變得更為光潔。在冷卻塔221中進行冷 部控制（圖18中步驟^、 行分類；例如，僅！二：在步驟s7，將已冷卻的顆粒進 粒。在步驟s8，Ϊ =擇其直徑D1在1 ± 〇.5mm範圍内的顆 選顆粒。具體地1 Ϊ射源222發出的雷射光束223照射被 粒用雷射光束223十’〃在步驟S8 ’從喷嘴209滴落的固態顆 熔化。結果，各顆4乳相中進行照射，從而被加熱並再次 上產生裂紋並且防t變為單晶或多晶’同時防止在其表面 t顆粒變為非晶體。雷射源222用於使
2174-4488-PF.ptd 第45頁 發明說明（41) 立、 1粒結晶並且構成結晶裝置m Μ被再次分類；€選擇其直徑此:、、;曰曰的顆粒在步驟 顆粒，並將其導弓丨 ’L 土 〇.5mm範圍内的 行表面層處治。具體敦置225。在步驟…，進 -種導電型““ 表面層形成裝置225中，你 個通道，在該通二m::曰或多晶半導體顆粒通過- 含有顆粒表面層需要摻雜的二：擴放源，擴散源中 導電型（例如η-型）的表面層。通；：吉從而形成另-種 通過該通道下落發生表面声 =广直延伸，伴隨顆粒 P0C13、ΡΗ3等。以此方式，曰通^氣相擴月= 方可;\是^、 層。根據本發明的另一實施例，':政:法形成表面 積有擴散材料的顆粒再次加埶，以开;:U其通過通道澱 面層；表面層通過固態擴散；法=，=厚度的表 真空蒸鍍形成。 7成表面層也可以通過 (牛H形成有表面層的顆粒在冷卻塔227中受到冷卻 紋等並且具有_ Ϊ戶f需狀怨，從而在步驟Sl2獲得沒有裂 、 /、义、球面度和表面形狀的光電轉換元件。 刘^。 A 3β為根據本發明另一實施例的半導體顆粒的 "/ 、，經發現，由壓碎矽半導體獲得的顆粒（見圖 ’顆粒在氣相中下落時，用自YAG雷射源222發出的 20W'射光束223對其照射1〇1113來加熱和熔化顆粒，可以使 之改、爻成如圖23Β所示的球狀顆粒。以此方式形成的顆粒 具有更好的結晶度。 520572 五、發明說明（42) 為丨而Ξ24 ΐ根據本發明另一實施例的振動裝置228的簡化 二H 振動裝置228具有-個與坩堝208中半導體上方 又 動胰2 2 9，和一個驅動源231，用於沿圖24 -個；使振動膜22 9往復運動。驅動源231可以具有 的臥 甩機驅動的曲柄機構。隨著振動膜2 2 9沿圖 、豆直/向運動，作用在熔融半導體232上方的空間 勺i力周期性改變以實現振動。 j25為根據本發明再一實施例的振動裝置Μ*的簡化 d面圖。驅動腔236通過管道235與坩堝2〇8中 間233相連。驅動源237周期性地改變驅動腔236的 谷積，從而改變其内部壓力以及氣壓。以此方 變空間233的氣壓，從而可以使、溶融半導體232振動。 τ<圖26為表面層形成裝置225的具體結構的剖面圖。已 經由結晶裝置224結晶並固化的顆粒由表面層形成裝置225 :土述方式形成表面層。在此實施例+，矽球體通過氣體 ^ f方法形成表面擴散層。下面說明對每個ρ_型矽球體形 ，况η—型擴散層的例示性方法。擴散源為P2〇5、p〇Cl3、ρΗ 等。首先，將含有擴散源和少量氫氣的惰性氣體導又 3 層形成空間239，擴散層形成空間2 39與雷射光束照射 相卻並且在氣氣方面與後者隔離，擴散層形成空間2 3 g充 滿惰性氣體。擴散層形成空間239在豎直方向占大約5m， 其頂部241和底部242的溫度分別設定在大約丨，4〇〇。〇和大 約1，3 5 0 °C。在通過激光束照射進行高質量再次結晶之 後’ P-型矽球體從頂部241通過擴散層形成空間239至底部
2174-4488-PF.ptd 第47頁 520572 五、發明說明（43) 242 ，门 ^ 同日寸保持高溫。P—型矽球體通過擴散層形成空間239 而=大約1秒。隨著P_型矽球體通過擴散層形成空間239， 其每個在其整個表面形成有深度大約0 · 5 // m的η-型擴散 ^ 這對於各矽球體用作太陽能電池是必需的。通過連續 導入1性氣體並適當控制擴散層形成空間2 3 9的氣氛，可 以連續進行此步驟，從而製作大量的每個上都形成有表面 層的矽球體。 , 圖2 7用簡化方式表示根據本發明另一實施例的表面層 形成裝置2 3 8的結構。在此實施例中，擴散層形成空間2 4 3 類似於上述擴散層形成空間2 3 9，其溫度設定在大約1，2 0 0 、。以上述相同方式使ρ-型矽球體用大約1秒從頂部244通 過擴散層形成空間2 4 3至底部2 4 5。隨著矽球體通過擴散層 形成空間243，其整個表面上形成有深度大約〇1 “η的淺 n u型擴散層。接著，將所得到的大量矽球體加入由石英等 製成的容器246中，然後在90(TC至1，〇〇〇。〇再次熱處理大 、·、勺數十分鐘，從而獲得所需的n —型擴散層。 下面說明本發明人進行的通過在具有喷嘴的坩堝中熔 化來製作顆粒的有關實驗結果。 •用於貫驗的裝置：高頻加熱裝置，型號名YKN-5 (由
Nippon Koshuha有限公司製造） 高頻輸出功率：5 kW 必需電源：3相20 0V，1 1 kVA 振動頻率：約40 0 kHz 尺寸：寬 60 0mmx 高 l，170mmx 深 7〇〇mm
n
貫例1 將約1 · 5 m 1 禍具有2 0 m m的外 且長度35mm表示 器中，容器一端 行顆粒製作即刻 鐘以穩定顆粒製 壓開始顆粒製作 體。為了降低石夕 引起石墨燃燒的 流速變為零的系 時的冷卻現象。 的程度，在一個 行取樣。 =矽材料加入一個石墨坩堝中。該石墨坩 搜’ 4〇mm的外部長度，其容積由内徑^ ，廿 η υ ium 亚且容納在一個陶瓷氣密並且絕熱的容 f有一個内徑1 mm且長度5mm的喷嘴。在進 別’施加4· 6kW的高頻感應功率大約2〇分 作條件比如溫度。施加大約3〇〇Pa的氮氣 攸而f彳彳于具有平均直徑大約1 m m的石夕^求 和石墨之間的反應程度以及由於氡氣存在 私度’在開始施加高頻感應功率時在其 統中保持大約100 pa的氮氣壓，以阻^ =工降低由於熱輻射引起的噴嘴溫度 長度大約1 0mm的溫度保持部分通過之後進 實例2 將約1· 5 ml的矽材料加入一個石墨坩堝中。 堝具有2〇_的外徑，40_的外部長度，其容 该f墨坩 且長度30mm表示，並且容 、由内徑1 0mm 哭中，容iintr 個陶：£氣密並且絕熱的容 σσ α . “有—個内徑1mm且長度10mm的嘖 進行顆粒製作即刻前，妳★ 1 β〗w AA 一 α T嘴。在 J靶加4· 的鬲頻感應功率大約i5
2174-4488-PF.ptd 第49頁 五、發明說明（45) ------- 分鐘以穩定顆粒製作 氣壓開始顆粒製作，二件比如溫度。施加大約5 0 0 p a的氮 球體。為了降低矽和k而制得具有平均直徑大約1 mm的矽 在引起石墨燃燒的^ =墨之間的反應程度以及由於氧氣存 中流速變為零的系=X ’在開始施加高頻感應功率時在其 此時的冷卻現象。為中保持大約1 〇 〇Pa的氮氣壓，以阻止 低的程度，在一個^ τ降低由於熱韓射引起的喷嘴溫度降 進行取樣。 Χ度大約1 〇mm的溫度保持部分通過之後 實例3 將約1.2 ml的矽材料 堝具有20mm的外徑，4〇mm 且長度25mm表示，並且容 器中，容器一端具有一個 進行顆粒製作即刻前，施 分鐘以穩定顆粒製作條件 氣壓開始顆粒製作，從而 球體。為了降低矽和i墨 在引起石墨燃燒的程产， 中流速變為零的系統ϊ保 此時的冷卻現象。為了降 低的程度，在一個長度大 進行取樣。職加^ 於，通過在喷嘴的另一端 加入一個石墨掛禍中。該石墨掛 的外部長度，其容積由内徑l〇mm 納在一個陶瓷氣密並且絕熱的容 内徑1 mm且長度1 〇_的喷嘴。在 加3· 6kW的高頻感應功率大約2〇 比如溫度。施加大約3 〇 〇 p a的氮 制得具有平均直徑大約1 min的矽 之間的反應程度以及由於氧氣存 在開始施加高頻感應功率時在其 持大約100 Pa的氮氣壓，以阻止 低由於熱輻射引起的喷嘴溫度降 約2 0匪的溫度保持部分通過之後 感應功率低於實例2中的原因在 在内徑1 0 mm且長度2 5mm的石墨掛
Wm
2174-4488-PF.ptd 第50頁 520572 五、發明說明（46)
堝上固定一個具有^ 低了熱輻射。
mm内徑孔的石墨蓋用於氣體加壓 而降 實例4 將約1 · 2 m 1 堝具有20mm的外 且長度25mm表示 器中，容器一端 製作gp 顆粒製 粒製作 降低矽 燃燒的 零的系 現象。 在一個 氮氣壓 率 30Hz 顆粒直 時，輸 進行顆粒 鐘以穩定 壓開始顆 體。為了 引起石墨 流速變為 時的冷卻 的程度， 行取樣。 施加有頻 更尖銳的 施加振動 的石夕材料加入一個石墨坩堝中。該石墨增 枚’ 40mm的外部長度，其容積由内徑〗 、, 1 υΠ1πΐ ’亚且容納在一個陶瓷氣密並且絕熱的容 具有一個内徑lmm且長度10mm的喷嘴。在 刻前’施加高頻感應功率3· 6kW大約2〇分 作條件比如溫度。施加大約2 〇 〇pa的氮氣 ’從而制得具有平均直徑大約1 min的矽球 和不墨之間的反應程度以及由於氧氣存在 程度，在開始施加高頻感應功率時在其中 統中保持大約1 0 〇 Pa的氮氣壓，以阻止此 為了降低由於熱輻射引起的喷嘴溫度降低 長度大約20匪的溫度保持部分通過之後進 低於實例3中的原因在於沿喷嘴排出方南 且衝程約0 · 1 mm的振動。施加振動以獲得 徑分佈。當在顆粒直徑1 min的排出條件下 出球體的直徑變得小於1 mm。 下面5兒明本發明人進行的溶化結晶有關的實驗結果。 用於實驗的裝置：高功率、高速脈衝YAG雷射焊接
機，型號ML-2650A (由Miyachi Technos有限公司製造） 最大額定輸出功率·· 5 0 ◦ W
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五、發明說明（47) 最大輸出能置· 7 0 J /脈衝（脈衝寬度· 脈衝寬度：〇·5 ms至30.0 ms (步長：〇 脈衝重復頻率：1 pps至5 0 0 pps 諧振波長：1 · 0 6 4 a m 實例5 將體積對應於1 mm直徑球體的礦石壓辟 卞W材料力口人 英板的圓錐孔中。用50W的雷射光束照射矽从。 7 何料 3 0 m s ，ίΑό 而獲得直徑大約1 mm的結晶矽球體。 《
實例6 將體積對應於1mm直徑球體的球狀非s^ f 备 ^ F日日石夕材料加入；s 奂板的圓錐孔中。用50W的雷射光束照射石夕材料3〇爪 //λ 而獲得直徑大約1 mm的結晶石夕球體。 ’ ms 從 實例7 將體積對應於1mm直徑球體的球狀非晶石夕材料加呈 有2.5隨内徑的石英管中。用50W的雷射光束照射石夕°入具 30ms，從而獲得直徑大約imin的結晶石夕球體。 4
實例8 將體積對應於1 mm直徑球體的球狀非晶矽材料 劑粘附在一根細絲上。用36W的雷射光束照射矽材，5 1 0ms ’從而獲得直徑大約1随的結晶石夕球體。 ,、
2174-4488-PF.ptd 第52頁 520572 五、發明說明（48) 每次雷射光束照射以如下方式進行，即通過監視器使 雷射光束照射在以照射目標重心對應點為中心、直徑約0 . 6mm的圓形區域。在通過冷卻塔之後進行取樣。 在此說明書中，術語n p i η接面"包括如下結構，η、i 和P-型半導體層以上述順序向内或向外排列地形成在近似 球狀的光電轉換元件2上。 根據本發明製作的球狀半導體顆粒為光電轉換元件 2。上述光發電裝置1可以用如此製作的光電轉換元件2來 構造。 本發明可以用其他的具體形式來加以實施而不會偏離 其精神或主要特徵。因而上述各實施例應當理解為在所有 形態都只是例示性的而非限制性的，本發明的範圍由所附 的各申請專利範圍給出而不是由前述說明給出，因此處於 申請專利範圍等同物的含義和範圍内的所有變化均應包含 在本發明中。
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Claims (1)

  1. 520572 —--- 案號90129096_9/年//月/4曰 铬庀太 _ 六、申請專利範圍 1· 一種光發電裝置，包括： (a) 複數個光電轉換元件，每個光電轉換元件具有近 似球狀的形狀並且包括一個第一半導體層和位於第一半導 體層外部的一個第二半導體層，用於在第一與第二半導體 層之間產生光電動力，第二半導體層具有一個開口，一部 分第一半導體層通過該開口暴露出來；以及 (b) 支座，包括一個第一導體，一個第二導體，和一 個位於第一與第二導體之間用於使第一與第二導體彼此電 絕緣的絕緣體，該支座具有複數個彼此相鄰設置的凹槽，
    凹槽内表面由第一導體或者由形成於第一導體上的覆蓋層 構成’光電轉換元件位於相應的凹槽中，使得光電轉換元 件由構成凹槽的第一導體部分或形成於其上的覆蓋層部分 所反射的光束加以照射，第一導體電連接至光電轉換元件 的第二半導體層，並且第二導體電連接至第一半導體層的 暴路部分。 2·如申請 述光電轉換元 3·如申請 述第二半導體 4·如申請 述支座的凹槽 連續的，每個 轉換元件的第 其附近分別電 5·如申請 專 件 專 層 專 具 凹 利 具 利 的 利 有 槽 半 接 利 範圍第1項所述的光發電裝置，其中上 有0 · 5mm至2 · Omm的外徑。 範圍第1項所述的光發電裝置，其中上 開口具有4 5至9 0的圓心角0 1。 範圍第1項所述的光發電裝置，其中上 相應的多邊形開口，彼此相鄰的開口是 沿著向其底部方向變窄，並且每個光電 導體層和第二半導體層在凹槽的底部或 至第二導體和第一導體。
    2174-4488-PFl.ptc 第54頁 it m 所述的光發電裝置，其中上 520572 -—_ 90129096_ 年月曰 修正_ v 六、申請專利範圍 述第一導體設有圓形第一連接孔，該第一連接孔形成在凹 槽的底部或其附近’上述絕緣體設有圓形第二連接孔，其 與第一連接孔具有共同軸線，光電轉換元件位於第二半導 體層開口附近的部分固定在第一連接孔中，位於第二半導 體層開口上方的外表面部分電連接至第一導體的第一連接 ， 孔的端面或者電連接至其該端面附近的部分，並且光電轉 換元件的第一半導體層的暴露部分通過上述第二連接孔電 — 連接至第二導體。 6·如申請專利範圍第5項所述的光發電裝置，其中光 電轉換元件的外徑D1、第二半導體層開口的内徑D2、第一參 連接孔的内徑D3以及第二連接孔的内徑D4滿足關係 D1>D3>D2>D4 〇 7·如申請專利範圍第1項所述的光發電裝置，其中聚 光比x = Sl/S2選擇在2至8的範圍内，其中si為支座的各凹 槽的開口面積’S2為光電轉換元件包含其中心的截面的面 積。 8· —種光發電裝置，包括： (a) 複數個光電轉換元件，每個光電轉換元件具有近 似球狀的形狀並且包括一個第一半導體層和位於第一半導 體層外部的一個第二半導體層，用於在第一與第二半導體 _ 層之間產生光電動力，第二半導體層具有一個開口，一部 分第一半導體層通過該開口暴露出來；以及 (b) 支座，包括一個第一導體，一個第二導體，和一 個位於第一與第二導體之間用於使第一與第二導體彼此電 - 絕緣的絕緣體’該支座具有複數個彼此相鄰設置的凹槽，
    2174-4488-PFl.Ptc 第55頁 520572 --_ 案號90129096 年月 日 铬不 六、申請專利範® " — / —--- 凹槽内表面由第一導體或者形成於第一導體上的覆蓋層構 成’光電轉換元件位於相應的凹槽中，使得光電轉換元件 由構成凹槽的第一導體部分或形成於其上的覆蓋層部分所 反射的光束加以照射，第一導體電連接至光電轉換元件的 第二半導體層，並且第二導體電連接至第一半導體層的暴 露部分， 其中各光電轉換元件具有〇.5mm至2mm的外徑，並且聚 光比x = Sl/S2選擇在2至8的範圍内，其中S1為支座的各凹 槽的開口面積，S2為光電轉換元件包含其中心的截面的面 積。 9· 一種光發電裝置，包括： (a) 複數個光電轉換元件，每個光電轉換元件具有近 似球狀的形狀並且包括一個第一半導體層和位於第一半導 體層外部的一個第二半導體層，用於在第一與苐二半導體 層之間產生光電動力’第二半導體層具有一個開口，一部 分第一半導體層通過該開口暴露；以及 (b) 支座，包括一個第一導體，一個第二導體，和一 個位於第一與第二導體之間用於使第一與第二導體彼此電 絕緣的絕緣體，該支座具有複數個彼此相鄰設置的凹槽， 凹槽内表面由第一導體或者形成於第一導體上的覆蓋層構 成，光電轉換元件位於相應的凹槽中，使得光電轉換元件 由構成凹槽的第一導體部分或形成於其上的覆蓋層部分所 反射的光束加以照射，第一導體電連接至光電轉換元件的 第二半導體層，並且第二導體電連接至第一半導體層的暴 露部分，
    520572 Λ_η 修正 曰 六、申請專利範圍 其中各光電轉換元件具有〇· 8mm至1· 2ιηιη的外徑，並且 聚光比x = Sl/S2選擇在4至6的範圍内，其中S1為支座的各 EJ槽的開口面積，S2為光電轉換元件包含其中心的截面 面積。 ，10.如申請專利範圍第1項所述的光發電裝置，其中上 述光電轉換元件具有如下方式的ΡΠ接面，即具有一種導電 型的第=半導體層形成在具有另一種導電型的第一半導體 層=外邛，第二半導體層比第一半導體層具 帶隙。 瓜7 予 如申請專利範圍第1項所述的光發電裝置，1中卜 ίί的ϊί元件具有如下方式的Pin接面，即具有-種導 I導體半導體層、非晶體本質半導體層、具有比第一 妙廯以:更寬光學帶隙的另一種導電型的非晶體第二半導 體層以該順序向外設置。 干导 上述第一如申、請專利範圍第1 〇項所述的光發電裝置，其中 晶體SiC製^成導。體層和第二半導體層分別由n一型石夕和p一型非 製成、專利範圍㈣項所述的光發電裝置，其中 (〆〇 )矽。一半導體層的n—型矽為n—型單晶矽或n—型微晶 坩 種球狀半導體顆粒之大量生產裝置，包括： λ二’用於存儲半導體； 加熱妒署 振動穿用於將來自掛禍的炼融半導體滴落；以及 ^於振動上述熔融半導體，並且在氣相中
    2i74-4488-PFl.ptc 第57頁 喷嘴^夏’用於加熱並熔化坩堝中的半導體； 520572 --9012flnQR_年月日_修正_ 六、申請專利範圍 將正在滴落的熔融半導體轉變成具有均勻顆粒直徑的球狀 顆粒。 1 5 ·如申請專利範圍第丨4項所述的球狀半導體顆粒之 大量生產裝置，進一步包括： 用於對堆堝中熔融半導體加壓的裝置。 1 6·如申請專利範圍第1 5項所述的球狀半導體顆粒之 大量生產褒置，其中上述加壓裝置為氣源，用於將氣壓高 於大氣壓的惰性氣體提供至坩堝中半導體上方的空間。 17·如申請專利範圍第14項所述的球狀半導體顆粒之 大量生產裝置，其中將喷嘴出口相通的空間的氣壓選擇為 低於掛堝中半導體上方空間的氣壓。 18·如申請專利範圍第14項所述的球狀半導體顆粒之 大量生產裝置，其中設有複數個喷嘴，各喷嘴具有1 0.5111111的内徑和1111111至1〇〇111111的長度。 田1 9·如申請專利範圍第丨8項所述的球狀半導體顆粒之 大量生產裝置，其中各喷嘴具有5111111至1〇111111的長度。 曰20.如申請專利範圍第14項所述的球狀半導體顆粒之 大量生產裝置，其中上述加熱裝置包括設在坩堝附近的感 應加熱線圈和用於激勵感應加熱線圈的高頻電源。 θ 2 1 ·如申印專利範圍第1 4項所述的球狀半導體顆粒之 大量生產裝置，其中上述加熱裝置是用於加熱掛螞的電阻 加熱裝置。 旦22.如申請專利範圍第14項所述的球狀半導體顆粒之 fit產裝置，其中上述振動裝置具有10。至1 kHz的振
    2174-4488-PFl.ptc 第58頁 520572
    23.如中請專利範圍第14所述的球狀半導體顆粒之大 生產裝置，其中上述振動裝置施加聲波或 滴落的熔融半導體，從而振動正在滴落的溶融半導體^在 2 4如申請專利範圍第！ 4項所述的球狀半導體顆粒之 大量生產裝置，其中上述喷嘴是振動的， 過往復運動來振動噴^ ㈣裝置通 25.如申請專利範圍第24項所述的球狀半導體顆粒之 ^里生產裝置，其中上述振動裝置驅動喷嘴使得喷嘴出口 ^垂直於喷嘴軸線的方向振動，其振動幅度a小於待製作 顆粒外徑D1的1/2。 田26·如申請專利範圍第24項所述的球狀半導體顆粒之 ^置生產裝置，其中上述振動裝置沿喷嘴的軸線方向振動 貝角。 旦27·如申請專利範圍第14項所述的球狀半導體顆粒之 大里生產裝置，其中上述振動裝置是用於改變坩堝中半導 艘上方空間的氣壓的氣壓改變裝置。 曰28·如申請專利範圍第27項所述的球狀半導體顆粒之 大i生產裝置，其中上述振動裝置包括： 振動膜’其設置成與坩堝中半導體上方的空間相通；
    以及 驅動源，用於使上述振動膜往復運動。 曰2 9 ·如申請專利範圍第2 7項所述的球狀半導體顆粒之 大里生產裝置，其中上述振動裝置包括： 驅動腔’其與坩堝中半導體上方的空間相連；以及 _ #源、，用於使上述驅動腔内的氣壓振盪。
    第59頁 520572 修正 曰 案號 901290Qfi 六、申請專利範圍 田30·如申請專利範圍第14項所述的球狀半導體顆粒之 大置生產裝置，其中上述振動裝置使坩堝振動。 31·如申請專利範圍第14項上述的球狀半導體顆粒之 大置生產裝置，進一步包括·· ’用於向從喷嘴滴落的 . 上鈿加洛侖茲力，從而通過減小熔融半導體截 面的夾緊作用來形成顆粒。 32. —種球狀半導體顆粒之大量生產裝置，包括♦· 掛禍’用於臨時性地存儲半導體； 加熱裝置，用於加熱並熔化坩堝中的半導體； 喷嘴，用於將來自坩堝的熔融半導體 將正振動上述熔融半導體，並且在氣相中 顆粒；以及 导媸轉變成具有均勻顆粒直徑的球狀 、、口日日裝置，用於在氣相中對^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 單晶或多晶顆粒其冷部速度’從而將上述顆粒轉變成 33· —種球狀半導體顆粒之大量生產 掛禍’用於臨時性地存儲半導體； * 裝置’用於加熱並熔化坩堝中的半導體. 振動袭置，用於振動上述熔融半導且 將正在滴洛的熔融半導體轉變成具有均勻顆粒直秤：相中 顆粒； ^ j j顆粒直徑的球狀 結 I 氣相中對從噴嘴滴落的液態或 I 固態 2174-4488-PFl.ptc 第60頁 520572 Λ__η 修正 曰 六、申請專利範圍 ，粒進行加熱以控制其冷卻速度，從而將上述顆粒轉變成 單晶或多晶顆粒；以及 擴散裝置，用於使一種導電型的結晶半導體顆粒通過 一個材料氣體中的通道，材料氣體中含有結晶半導體顆粒 需要摻雜的原子或分子，從而在各結晶半導體顆粒上形成 另一種導電型的表面層。 窃34·如申請專利範圍第32項所述的球狀半導體顆粒之 大頁生產裝置，其中上述結晶裝置是雷射源，用於向上述 顆粒照射雷射。 龜 β 35·如申請專利範圍第32項所述的球狀半導體顆粒之 量生產裝置，其中上述結晶裝置是輻射熱源，設在與 粒通路相鄰的位置，用於通過輻射熱加熱顆粒。 、 旦36·如申請專利範圍第34項所述的球狀半導體顆粒之 卻ΐ 5 f置’其中上述結晶裝置加熱顆粒使得顆粒的冷 P速度八有一個和緩的分佈，從而阻止 並且阻止顆粒變為非晶體。 Y座生裂紋 37· —種球狀半導體顆粒之大量生產裝置，包括·· 掛瑪，用於臨時性地存儲半導體； · 加熱裝置，用於加熱並熔化坩堝中的半導體； 喷嘴，用於將來自坩堝的熔融半導體滴落； 振動裝置，用於振動上述熔融半導體， 將正在滴落的熔融丰導，鳇轡μ亡亚且在乳相中 顆粒；㈣融.導體轉變成具有均句顆粒直徑的球狀 顆舱ϊ ί f Ϊ ’用於在氣相中對從喷嘴滴落的液態或固* ——；——控制其冷部速度，從而將上述顆疏赫嶽广 第61頁 2l74.4488-PFl.ptc 520572 ---—案號 90129096 _年月日_修正 六、申請專利範圍 "" " 單晶或多晶顆粒；以及 形成裝置’用於將來自上述結晶裝置之一種導電型的 結晶半導體顆粒通過一個材料氣體中的通道，材料氣體中 含有結晶半導體顆粒需要摻雜的原子或分子，從而在各結 晶半導體顆粒上形成另一種導電型的表面層。 38·如申請專利範圍第33項所述的球狀半導體顆粒之 大里生產裝置’其中上述通道沿豎直方向延伸，並且在結 晶半導體顆粒下落通過該通道時進行表面層擴散。 田3 9.如申請專利範圍第38項所述的球狀半導體顆粒之 大量生產裝置，其中對由於通過上述通道而使其上澱積有 擴散劑的結晶半導體顆粒進行加熱，以在其上形成具有所 需厚度的表面層。 40·如申請專利範圍第33項所述的球狀半導體顆粒之 大量生產裝置，其中上述半導體是矽。 /41·如申請專利範圍第1項所述的光發電裝置，其中上 述第一半導體層是直接帶隙半導體層。 42·如申請專利範圍第41項所述的光發電裝置，其中 上述直接帶隙半導體層由選自如下組的半導體製成，該組 包括 InAs、GaSb、CuInSe2、CU(InGa)Se2、CUInS、
    GaAs、InGaP 和CdTe 〇 所述的光發電裝置，其中每 的複數個支座彼此相鄰設 中一個支座週邊部分的第一 的第二導體部分彼此疊置並 4 3 ·如申請專利範圍第i項 個都具有向外延伸的週邊部分 置，並且彼此相鄰的每對支座 導體部分與另一支座週邊部分 且互相電連接。
    第62頁 520572 案號 90129096 年 曰 修正 六、申請專利範圍 44.如申請專利範圍第43項所述的光發電裝置，其中 上述週邊部分具有向上的突出部或向下的突出部，並且彼 此相鄰的每對支座中一個支座的向上突出部或向下突出部 與另一支座的向上突出部或向下突出部彼此接觸並且互相 電連接。
    2174-4488-PFl.ptc 第63頁
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