CN104205351B - 太阳电池 - Google Patents
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Abstract
太阳电池(10)具有光电转换部(11)，在光电转换部(11)的受光面配置有包括副栅线电极(15)和主栅线电极(16)的受光面电极(14)。在副栅线电极(15)的前端设置有辅助电极(17)、(18)。辅助电极(17)、(18)配置成在副栅线电极(15)的前端与副栅线电极(15)的配置方向呈规定角度地向相邻的其他副栅线电极(15)延伸，与其他副栅线电极(15)之间隔开规定的分离间隔。规定的分离间隔是兼顾辅助电极(17)、(18)的延伸所带来的集电效率的提高和遮光损耗的增大而确定的。
Description
技术领域
本发明涉及太阳电池。
背景技术
太阳电池收集由于光入射而在光电转换部生成的载流子。例如，专利文献1中记载：形成在光电转换部的受光面上的集电电极，作为收集在光电转换部生成的电子和空穴即载流子的多条细线状的细线电极、和收集由细线电极收集的载流子的主栅线电极发挥作用。其中，形成在光电转换部的背面的集电电极也作为多条细线状的细线电极和主栅线电极发挥作用。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-206493号公报
发明内容
发明想要解决的技术问题
将收集在光电转换部生成的电子和空穴即载流子的电极称作集电电极或集电极，则存在在光电转换部的外周侧生成的载流子迁移至集电极的前端的距离变长的区域。因此，无法充分提高作为太阳电池的性能的FF＝{(最大输出点的Vmax·Imax)/(光照射时的开路电压VOC·短路电流ISC)}。
用于解决问题的技术方案
本发明的太阳电池包括：光电转换部；和相互分离地配置在光电转换部的主面上的多个集电极，多个集电极包括第一副栅线电极和与第一副栅线电极相邻的第二副栅线电极，多个集电极还包括配置成从第一副栅线电极的前端向第二副栅线电极延伸，与第二副栅线电极之间隔开分离间隔的辅助电极。
发明效果
根据本发明的太阳电池，能够充分提高FF。
附图说明
图1是本发明的实施方式的太阳电池的平面图。
图2是表示现有技术中光电转换部的转角部的副栅线电极的前端的集电的情况的图。
图3是表示本发明的实施方式的太阳电池的光电转换部的转角部的副栅线电极的前端的集电的情况的图。
图4是说明比较例的在光电转换部的转角部连接相邻的副栅线电极的前端时的遮光损耗和集电效率的图。
图5是表示现有技术的光电转换部的转角部以外的平行部的副栅线电极的前端的集电的情况的图。
图6是表示本发明的实施方式的太阳电池的光电转换部的转角部以外的平行部的副栅线电极的前端的集电的情况的图。
图7是说明比较例的在光电转换部的转角部以外的部位连接相邻的副栅线电极的前端时的遮光损耗和集电效率的图。
图8是表示现有技术的副栅线电极的前端的集电的情况的图。
图9是表示本发明的实施方式的太阳电池的具有辅助电极的副栅线电极的前端的集电的情况的图。
图10是本发明的实施方式的太阳电池的配置有透明导电层时的平面图。
具体实施方式
以下利用附图，对本发明的实施方式进行详细说明。以下，在所有附图，对同样的元件标注相同的附图标记，省略重复说明。另外，本文中的说明根据需要使用之前说明的附图标记。
图1是表示太阳电池10的结构的平面图。太阳电池10，作为主面包括作为光从太阳电池10的外部入射的面的受光面，和作为与受光面相反侧的面的背面，但图1示出的是受光面。
太阳电池10包括通过接收太阳光等光来生成一对空穴和电子即光生载流子的光电转换部11。光电转换部11具有例如晶体硅(c-Si)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)等半导体材料的衬底。
光电转换部11具有pn结，其具有将太阳光等光转换为电的功能。pn结能够通过在半导体材料的衬底上利用扩散技术等形成p型区域和n型区域而得到。pn结具有光电转换功能即可，也可以是含i层的广义pn结。例如，能够利用n型单晶硅衬底与非晶硅的异质结。对利用异质结的太阳电池的结构在后面说明。除此之外，例如也可以采用包括p型多晶硅衬底、形成在其受光面侧的n型扩散层和形成在其背面侧的铝金属膜的结构。
光电转换部11的平面形状呈斜着切除了正方形的四角的多边形形状。图1中，将斜着切除的部分作为转角部12，将转角部12之间的部分作为平行部13示出。光电转换部11的平面形状也可以是除此之外的形状。例如，也可以是正方形、长方形、圆形、椭圆形等。
在太阳电池10的受光面，设置有受光面电极14作为收集光生载流子的集电极。受光面电极14包括相互平行配置的多个副栅线电极15和与副栅线电极15交叉配置的主栅线电极16。副栅线电极15和主栅线电极16相互正交地配置而电连接。副栅线电极15从受光面整体集电，但为了减小遮光性，采用细线化的细线电极。主栅线电极16是整体地收集由多个副栅线电极15收集到的载流子的电极，但同时也是为了将收集到的载流子引出到外部而连接由配线件的连接用电极。这意味着副栅线电极15为狭义上的集电极。
图1中，关于太阳电池10的受光面，示出了18条副栅线电极15和2条主栅线电极16，但这些条数只是用来说明的例示而已。也可以是除此以外的条数的副栅线电极15、主栅线电极16。另外，在太阳电池10的背面，也设置有与受光面电极14同样结构的背面电极。背面电极也与受光面电极14同样地具有副栅线电极和主栅线电极。
副栅线电极15和主栅线电极16例如利用丝网印刷法在透明导电层之上形成在粘合树脂中分散银(Ag)等导电性填料的导电性浆料。作为副栅线电极15的宽度优选为50μm～150μm左右，厚度优选为20μm～80μm左右。相邻的副栅线电极15之间的间隔优选为1.5mm～3mm左右。作为主栅线电极16的宽度优选为0.1mm～3mm左右，厚度优选为20μm～100μm左右。
受光面内的副栅线电极15的配置，设定成与光电转换部11的外形的轮廓线大致等距离。即，副栅线电极15的配置方向与光电转换部11的外形的平行部13平行，配置在最外侧的副栅线电极15配置成与光电转换部11的平行部13平行地隔开预先决定的规定间隔。另外，在光电转换部11的转角部12，副栅线电极15的前端的位置以与光电转换部11的转角部12的轮廓线隔开上述规定间隔的方式对齐，在平行部13，副栅线电极15的前端的位置以与光电转换部13的轮廓线隔开上述规定间隔的方式对齐。由此，能够将载流子从光电转换部11的受光面整体有效地收集到副栅线电极15。
在副栅线电极15的前端设置有辅助电极17、18。辅助电极17、18具有进一步高效地收集在光电转换部11的外周侧生成的载流子的功能。
辅助电极17设置在位于光电转换部11的转角部12的副栅线电极15的前端。在光电转换部11的转角部12，多个副栅线电极15的前端的位置与光电转换部11的外形平行对齐，多个副栅线电极15的配置方向上的长度不同。设置在一个副栅线电极15上的辅助电极17，在与光电转换部11的外形平行的方向上，向配置方向上的长度比该副栅线电极15长的相邻的其他副栅线电极15的前端延伸。不向配置方向上的长度比该副栅线电极15短的相邻的其他副栅线电极15的前端延伸。即，辅助电极17在副栅线电极15的前端仅向一侧延伸。
辅助电极18设置在位于光电转换部11的平行部13的副栅线电极15的前端。平行部13包括与副栅线电极15的配置方向平行的方向的平行部13和与副栅线电极15的配置方向垂直的方向的平行部13，辅助电极18设置在位于后者的平行部13处的副栅线电极15的前端。在该平行部13，多个副栅线电极15的前端的位置与光电转换部11的外形平行对齐，多个副栅线电极15的配置方向上的长度相同。设置在一个副栅线电极15上的辅助电极18，在与光电转换部11的外形平行的方向上，分别向在该副栅线电极15的两侧相邻的其他副栅线电极15延伸。即，辅助电极18在副栅线电极15的前端向两侧延伸。
这样，辅助电极17、18的配置方式在光电转换部11的转角部12和平行部13不同，但无论是哪一种情形，均在副栅线电极15的前端配置成与副栅线电极15的配置方向呈规定角度地向相邻的其他副栅线电极延伸，在与其他副栅线电极15之间隔开规定的分离间隔。即，辅助电极17、18不会将相邻的副栅线电极15的前端彼此连接起来。
此处，规定的分离间隔是兼顾辅助电极17、18的延伸所带来的集电效率的提高和遮光损耗的增大而确定的。用图2至图7说明该情况。
图2至图4是说明图1中以A部示出的位于转角部12的副栅线电极的前端的集电的情况的示意图。此处，对转角部12的两条副栅线电极20、21进行说明。副栅线电极20、21以预先决定的配置间隔相互平行配置，所以各副栅线电极20、21分担的集电范围是从各自的副栅线电极20、21至该配置间隔的1/2的区域。在副栅线电极20、21的前端，集电范围为以该配置间隔为直径的圆22、23。
图2是不使用辅助电极的现有技术的情况。这种情况下，存在离开作为副栅线电极20的前端的集电范围的圆22和作为副栅线电极21的前端的集电范围的圆23的区域24。与在圆22、23的范围生成的载流子相比，该区域24中生成的载流子迁移至副栅线电极20、21的前端的距离更长。因此，无法充分收集在该区域24生成的载流子。
图3是示意地表示图1所示的结构的图，其中在副栅线电极20设置有辅助电极25，在副栅线电极21设置有辅助电极26。辅助电极25、26分别从副栅线电极20、21的前端以与转角部12的外形轮廓线平行的方式延伸。延伸的方向为向配置方向上的长度更长的副栅线电极去的方向。图3的例子中，副栅线电极21的配置方向上的长度比副栅线电极20的配置方向上的长度长，所以辅助电极25从副栅线电极20的前端向副栅线电极21的前端延伸。辅助电极26从副栅线电极21的前端向未图示的更右侧的副栅线电极的前端延伸。
辅助电极25延伸，但不与副栅线电极21的前端连接。图3的例子中，延伸副栅线电极20的前端与副栅线电极21的前端之间的距离的1/2的量，为与副栅线电极21的前端分离的状态。这样做是考虑到如果利用辅助电极来连结副栅线电极20的前端与副栅线电极21的前端，则光电转换部11中的该区间的区域就会被遮光，导致遮光损失增大。
令副栅线电极20为第一副栅线电极时，副栅线电极21是与第一副栅线电极相邻的第二副栅线电极，辅助电极25从第一副栅线电极的前端向第二副栅线电极的前端延伸。另外，辅助电极25与第二副栅线电极的前端之间设置的分离距离与辅助电极25的长度相同。
辅助电极25的前端的集电范围用圆27表示，辅助电极26的前端的集电范围用圆28表示。因此，基于副栅线电极20和辅助电极25的集电范围为连结圆22与圆27的范围。同样，基于副栅线电极21和辅助电极26的集电范围为连结圆23与圆28的范围。离开这些集电范围的区域29与图1的区域24相比，其面积大幅减少。像这样，通过设置辅助电极25、26，能够将本来在图2的结构中迁移至副栅线电极20、21的前端的距离长的载流子大部分收集到。
图4是表示副栅线电极20的前端与副栅线电极21的前端用辅助电极30连接的结构的图。根据该结构，能够消除图3中剩余的区域29。但是，该结构中，由于设置辅助电极30，因此连结副栅线电极20的前端与副栅线电极21的前端的区域被遮光，在光电转换部11，遮光损耗增大。
像这样，图2的结构中遮光损耗虽少，但集电效率差，而在图4的结构中，集电效率虽然得到了提高，但遮光损耗也增大。于是，优选辅助电极以隔开规定的分离间隔的方式延伸，使相邻的副栅线电极不连接。即，以隔开兼顾了辅助电极的延伸带来的集电效率的提高和遮光损耗的增大而确定的规定的分离间隔的方式，使辅助电极延伸。
由图3可知，使辅助电极延伸至相邻的副栅线电极之间的配置间隔的1/2左右，由此集电效率大幅提高。遮光损耗为图4的情况的1/2。因此，作为一例，能够将规定的分离距离设为相邻的副栅线电极之间的配置间隔的1/2左右。当然这仅是例示，能够根据太阳电池10的规格适当设定。
图5至图7是说明图1中以B部示出的位于平行部13的副栅线电极的前端的集电的情况的示意图。此处，对平行部13的2条副栅线电极40、41进行说明。副栅线电极40、41以预先决定的配置间隔相互平行配置，所以各副栅线电极40、41分担的集电范围是从各自的副栅线电极40、41至配置间隔的1/2的区域。在副栅线电极40、41的前端，集电范围为以该配置间隔为直径的圆42、43。
图5是不使用辅助电极的现有技术的情况。这种情况下，存在离开作为副栅线电极40的前端的集电范围的圆42和作为副栅线电极41的前端的集电范围的圆43的区域44。与在圆42、43的范围生成的载流子相比，该区域44中生成的载流子迁移至副栅线电极40、41的前端的距离更长。因此，无法充分收集在该区域44生成的载流子。
图6是示意地表示图1所示的结构的图，其中在副栅线电极40设置有辅助电极45、46，在副栅线电极41设置有辅助电极47、48。辅助电极45、46分别从副栅线电极40的前端以与平行部13的外形轮廓线平行的方式延伸。同样，辅助电极47、48分别从副栅线电极41的前端以与平行部13的外形轮廓线平行的方式延伸。辅助电极45、46延伸的方向为向在副栅线电极40的两侧相邻的其他副栅线电极去的方向，辅助电极47、48延伸的方向为向在副栅线电极41的两侧相邻的其他副栅线电极去的方向。图6的例子中，辅助电极45从副栅线电极40的前端在朝向未图示的更左侧的副栅线电极的方向上延伸，辅助电极46从副栅线电极40的前端向副栅线电极41的前端延伸。同样，辅助电极47从副栅线电极41的前端向副栅线电极40的前端延伸，辅助电极48从副栅线电极41的前端向未图示的更右侧的副栅线电极的前端延伸。
这些辅助电极45、46、47、48延伸，但不与相邻的副栅线电极的前端连接。图6的例子中，各辅助电极45、46、47、48延伸副栅线电极40的前端与副栅线电极41的前端之间的距离的1/4的量，为与相邻副栅线电极的前端分离的状态。这样做是考虑到如果使用辅助电极连结副栅线电极40的前端与副栅线电极41的前端，则光电转换部11中的该区间的区域就会被遮光，导致遮光损失增大。
令副栅线电极40为第一副栅线电极时，副栅线电极41是与第一副栅线电极相邻的第二副栅线电极，虽未图示但在与第二副栅线电极相反的一侧与第一副栅线电极相邻的副栅线电极为第三副栅线电极。此处，配置成第一副栅线电极的前端与第二副栅线电极的前端和第三副栅线电极的前端以与平行部13平行的方式对齐，第一副栅线电极的长度与第二副栅线电极和第三副栅线电极的长度相同，辅助电极46向第二副栅线电极的前端延伸，辅助电极45向第三副栅线电极的前端延伸。另外，设置于第一副栅线电极的前端的辅助电极的全长，为辅助电极45和辅助电极46相加得到的长度，该长度与作为设置于第二副栅线电极的前端的辅助电极的全长的辅助电极47与辅助电极48相加得到的长度相同。另外，第一副栅线电极的前端的辅助电极与第二副栅线电极的前端的辅助电极之间的分离距离为辅助电极46与辅助电极47之间的分离距离，该分离距离与设置于第一副栅线电极的前端的辅助电极的全长和设置于第二副栅线电极的前端的辅助电极的全长相同。
辅助电极45、46、47、48的前端的集电范围分别用圆49、50、51、52表示。因此，基于副栅线电极40和辅助电极45、46的集电范围为连结圆49与圆50的范围。同样，基于副栅线电极41和辅助电极47、48的集电范围为连结圆51与圆52的范围。离开这些集电范围的区域53与图5的区域44相比，其面积大幅减少。像这样，通过设置辅助电极45、46、47、48，能够将本来在图5的结构中迁移至副栅线电极40、41的前端的距离较长的载流子大部分收集到。
图7是表示副栅线电极40的前端与副栅线电极41的前端用辅助电极54连接的结构的图。根据该结构，能够消除图6中剩余的区域53。但是，该结构中，由于设置辅助电极54，因此连结副栅线电极40的前端与副栅线电极41的前端的区域被遮光，在光电转换部11，遮光损耗增大。
像这样，在平行部13也与转角部12的情况同样，在图5的结构中遮光损耗虽少，但集电效率差，而在图7的结构中，集电效率虽然得到了提高，但遮光损耗也增大。于是，优选辅助电极以隔开规定的分离间隔的方式延伸，使相邻的副栅线电极不连接。即，以隔开兼顾了辅助电极的延伸带来的集电效率的提高和遮光损耗的增大而确定的规定的分离间隔方式，使辅助电极延伸。
由图6可知，通过使辅助电极向副栅线电极的两侧延伸相邻的副栅线电极之间的配置间隔的1/4左右的量，使得集电效率大幅提高。因此，作为一例，能够将规定的分离距离设为相邻的副栅线电极之间的配置间隔的1/2左右。当然这仅是例示，能够根据太阳电池10的规格适当设定。
另外，图3、图6中说明时，令辅助电极延伸的方向与光电转换部11的外形轮廓线平行，但考虑到兼顾集电效率的提高和遮光损耗的增大，也可以使辅助电极延伸的方向与光电转换部11的外形轮廓线的方向适当倾斜。
通过设置辅助电极，能够实现集电效率的提高，除此之外，起到抑制阻损的效果。图8和图9是说明该情况的图。
图8是表示没有设置辅助电极的副栅线电极60中流过的电流所致的阻损的图。此处，R是副栅线电极60的阻值。令副栅线电极60的前端从各方向收集的电流的大小分别为i，图8表示从7个方向分别收集电流i的情况。来自这些七个方向的电流61收集到副栅线电极60的前端的一点，因此副栅线电极60中流过(7i)的电流。因此，副栅线电极60的阻损可以用(7i)2R来计算。
图9是表示在副栅线电极62的前端的两侧分别设置辅助电极63、64的情况的图。该结构与图1的B部、图6对应。与图8一样，考虑R为副栅线电极62的阻值，收集来自7个方向的各电流i的情况。此处，来自7个方向的电流65被分散地收集到辅助电极63、64，所以副栅线电极60中分别流过7个i的电流。因此，副栅线电极60的阻损可以用7(i2R)来计算。
比较图8和图9可知，通过设置辅助电极，副栅线电极的阻损能抑制到1/7。这仅是从7个方向集电的一例，通过设置辅助电极，副栅线电极的前端处的电流集中被分散，能抑制副栅线电极的阻损。
图10所示的太阳电池70是表示包括利用异质结的光电转换部71的结构。此处，使用n型单晶硅衬底和非晶硅衬底的异质结的该情况下，在受光面侧的衬底上，形成i型非晶硅层和掺杂有硼(B)等的p型非晶硅层，设为n-i-p结。并且，在其上例如层叠有氧化铟(In2O3)的透光性导电氧化物构成的透明导电膜(TCO)。受光面电极14形成在该透明导电膜72之上。另外，衬底的背面侧能够采用将i型非晶硅层、掺杂有磷(P)等的n型非晶硅层和透明导电膜层叠的结构。
此处，光电转换部71中生成的载流子经由透明导电膜72由受光面电极14收集。于是，虽然在图1、图3、图6中是以光电转换部的外形轮廓线为基准说明了副栅线电极的前端的位置，但在该情况下优选使用透明导电膜72的外形轮廓线。即，能够以将图3的转角部12的外形轮廓线改用为透明导电膜72的转角部的外形轮廓线，将图6的平行部13的外形轮廓线改用为透明导电膜72的平行部的外形轮廓线的方式，使辅助电极沿透明导电膜72的外形延伸。
像这样，通过设置辅助电极，能够改善太阳电池的FF，而且来自周边的电流分散地被收集，由此能够抑制阻损。另外，在相邻的副栅线电极之间隔开规定的分离间隔来抑制遮光损耗，因此能够提高太阳电池的整体的输出。
产业上的可利用性
本发明的太阳电池能够用于连接有多个太阳电池的太阳电池组件。
附图标记说明
10、70 太阳电池，11、71 光电转换部，12 转角部，13 平行部，14 受光面电极，15、20、21、40、41、60、62 副栅线电极，16 主栅线电极，17、18、25、26、30、45、46、47、48、54、63、64 辅助电极，22、23、27、28、42、43、49、50、51、52 (表示集电范围的)圆，24、29、44、53 区域，61、65 电流，72 透明导电膜。
Claims (8)
1.一种太阳电池，其特征在于，包括：
光电转换部；和
相互分离地配置在所述光电转换部的主面上的多个集电极，
所述多个集电极包括第一副栅线电极和与所述第一副栅线电极相邻的第二副栅线电极，
所述多个集电极还包括配置成从所述第一副栅线电极的前端向所述第二副栅线电极延伸，与所述第二副栅线电极之间隔开分离间隔的辅助电极，
所述辅助电极向所述第二副栅线电极的前端延伸。
2.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于：
所述辅助电极沿着一个方向向所述第二副栅线电极的前端延伸。
3.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于：
配置成所述第一副栅线电极的前端以与所述光电转换部的外形平行的方式与所述第二副栅线电极的前端对齐，
所述第一副栅线电极的长度比所述第二副栅线电极的长度长。
4.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于：
所述多个集电极还包括在与所述第二副栅线电极相反的一侧与所述第一副栅线电极相邻的第三副栅线电极，
配置成所述第一副栅线电极的前端以与所述光电转换部的外形平行的方式与所述第二副栅线电极的前端和所述第三副栅线电极的前端对齐，
所述第一副栅线电极的长度与所述第二副栅线电极和所述第三副栅线电极的长度相同，
所述辅助电极向所述第三副栅线电极的前端延伸。
5.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于：
还包括配置在所述光电转换部与所述多个集电极之间的透明导电层，
配置成所述第一副栅线电极的前端以与所述透明导电层的外形平行的方式与所述第二副栅线电极的前端对齐，
所述第一副栅线电极的长度比所述第二副栅线电极的长度长。
6.如权利要求1所述的太阳电池，其特征在于：
还包括配置在所述光电转换部与所述多个集电极之间的透明导电层，
所述多个集电极还包括在与所述第二副栅线电极相反的一侧与所述第一副栅线电极相邻的第三副栅线电极，
配置成所述第一副栅线电极的前端以与所述透明导电层的外形平行的方式与所述第二副栅线电极的前端和所述第三副栅线电极的前端对齐，
所述第一副栅线电极的长度与所述第二副栅线电极和所述第三副栅线电极的长度相同，
所述辅助电极向所述第三副栅线电极的前端延伸。
7.如权利要求3或5所述的太阳电池，其特征在于：
所述第一副栅线电极的辅助电极与所述第二副栅线电极的前端之间的分离距离与所述辅助电极的长度相同。
8.如权利要求4或6所述的太阳电池，其特征在于：
所述第一副栅线电极的辅助电极与所述第二副栅线电极的辅助电极之间的分离距离，与从所述第一副栅线电极向所述第二副栅线电极的前端延伸的辅助电极的长度和从所述第一副栅线电极向所述第三副栅线电极的前端延伸的辅助电极的长度相加得到的辅助电极的全长相同。
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