CN203232873U

CN203232873U - 太阳能电池

Info

Publication number: CN203232873U
Application number: CN 201220728482
Authority: CN
Inventors: 菱田有二; 三岛孝博; 森上光章; 井手大辅; 坂田仁
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2011-12-26
Filing date: 2012-12-26
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2022-12-26
Also published as: JP6108296B2; JP2013135063A

Abstract

本实用新型提供具有被改善了的输出特性的太阳能电池。太阳能电池（1）包括光电转换部（10）、第一电极（14n）和第二电极（15p）。第一电极（14n）配置在光电转换部（10）的一个主面（10a）上。第一电极（14n）收集多数载流子。第二电极（15p）配置在光电转换部（10）的一个主面（10a）上。第二电极（15p）收集少数载流子。当设第一电极（14n）的面积为S1、设第二电极（15p）的面积为S2时，0.3≤S2/S1＜1。

Description

太阳能电池

技术领域

本实用新型涉及太阳能电池。

背景技术

一直以来，已知有专利文献1中所记载的那样的背面接合型太阳能电池。在背面接合型太阳能电池，并不必须在受光面设置电极。从而，在背面接合型太阳能电池，能够实现被改善了的输出特性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2010-80887号公报

发明内容

实用新型所要解决的问题

近年来，存在进一步改善太阳能电池的输出特性的要求。

用于解决问题的方式

本实用新型的太阳能电池包括光电转换部、第一电极和第二电极。第一电极配置在光电转换部的一个主面上。第一电极收集多数载流子。第二电极配置在光电转换部的一个主面上。第二电极收集少数载流子。当设第一电极的面积为S1，设第二电极的面积为S2时，0.3≤S2/S1＜1。

实用新型的效果

根据本实用新型，能够提供具有改善了的输出特性的太阳能电池。

附图说明

图1是表示本实用新型的一个实施方式的太阳能电池的概略图的背面图。

图2是图1的线II-II的概略图的截面图。

图3是表示本实用新型的一个实施方式的太阳能电池的n侧电极的线状的指部的宽度W1与p侧电极的线状的指部的宽度W2的比（W2/W1）和太阳能电池1的光电转换效率的关系的图表。

图4是表示本实用新型的一个实施方式的太阳能电池的n侧电极的线状的指部的宽度W1与p侧电极的线状的指部的宽度W2的比（W2/W1）和太阳能电池1的光电转换效率的关系的图表。

图5是表示本实用新型的一个实施方式的太阳能电池的n侧电极的线状的指部的宽度W1与p侧电极的线状的指部的宽度W2的比（W2/W1）和太阳能电池1的光电转换效率的关系的图表。

图6是表示本实用新型的一个实施方式的太阳能电池的n侧电极的线状的指部的宽度W1与p侧电极的线状的指部的宽度W2的比（W2/W1）和太阳能电池1的光电转换效率的关系的图表。

图7是表示本实用新型的一个实施方式的太阳能电池的n侧电极的线状的指部的宽度W1与p侧电极的线状的指部的宽度W2的比（W2/W1）和太阳能电池1的光电转换效率的关系的图表。

图8是表示本实用新型的一个实施方式的太阳能电池的n侧电极的线状的指部的宽度W1与p侧电极的线状的指部的宽度W2的比（W2/W1）和太阳能电池1的光电转换效率的关系的图表。

符号说明

1 太阳能电池

10 光电转换部

10a 光电转换部的第一主面

10b 光电转换部的第二主面

11 包括半导体材料的基板

11a 基板11的第一主面

11b 基板11的第二主面

12n n型半导体层

13p p型半导体层

14n n侧电极

14na n侧指部

14nb n侧汇流条部

1 5p p侧电极

1 5pa p侧指部

1 5pb p侧汇流条部

W1 n侧指部的宽度

W2 p侧指部的宽度

具体实施方式

以下，对本实用新型的最佳实施方式的一个例子进行说明。但是，下述的实施方式仅为例示。本实用新型完全不限定于下述的实施方式。

此外，在实施方式等中参照的各附图，实质上具有相同功能的部件以相同的附图标记进行参照。此外，在实施方式等中参照的附图是示意的记载，附图中所描绘的物体的尺寸的比例等存在与现实的物体的尺寸的比例等不同的情况。在附图相互之间也存在物体的尺寸比例等不同的情况。具体的物体的尺寸比例等应该参考以下的说明酌情判断。

图1和图2所示的太阳能电池1是背面接合型太阳能电池。太阳能电池1具备光电转换部10。光电转换部10具有第一和第二主面10a、10b。太阳能电池1主要在第二主面10b接受光。因此，有时将第二主面10b称为受光面，将第一主面10a称为背面。

具体而言，在本实施方式中，光电转换部10具有包括半导体材料的基板11。基板11具有一种导电型。以下，对基板11为n型的例子进行说明，但是包括半导体材料的基板也可以为p型。

基板11例如能够包括单晶硅基板或单晶硅基板等结晶硅基板。

基板11具有第一和第二主面11a、11b。在第二主面11b上依次配置有实质上为本征半导体层的i型半导体层16i和n型半导体层16n。i型半导体层16i例如能够由含有氢的实质上为本征的非晶硅构成。n型半导体层16n例如能够由含有氢的n型非晶硅构成。在n半导体层16n上，也可以配置有保护层。

在第一主面11a的一部分上，配置有n型半导体层12n。n型半导体层12n具有与基板11相同的导电型。n型半导体层12n例如能够由含有氢的n型非晶硅构成。在第一主面11a的未配置n型半导体层12n的部分的至少一部分，配置有p型半导体层13p。p型半导体层13p具有与基板11不同的导电型。p型半导体层13p例如能够由含有氢的p型非晶硅构成。

在n型半导体层12n与第一主面11a之间，也可以配置有实质上无助于发电的程度的厚度的、实质上本征的i型半导体层。在p型半导体层13p与第一主面11a之间，也可以配置有实质上无助于发电的程度的厚度的、实质上本征的i型半导体层。这些i型半导体层各自例如能够由含有氢的实质上本征的非晶硅构成。

在光电转换部10上配置有n侧电极14n和p侧电极15p。更具体而言，n侧电极14n配置在n型半导体层12n上。p侧电极15p配置在p型半导体层13p上。n侧电极14n收集多数作为载流子的电子。

n侧电极14n和p侧电极15p各自例如由Ag、Cu等金属或包含这些金属中的至少一种金属的合金等构成。n侧电极14n和p侧电极15p各自既可以由镀膜构成，也可以由导电性膏状层构成。

n侧电极14n包括线状的n侧指部14na。p侧电极15p包括线状的p侧指部15pa。

在本实施方式中，n侧电极14n的面积S1和p侧电极15p的面积S2满足0.3≤S2/S1＜1的关系。具体而言，n侧指部14na的宽度W1和p侧指部15pa的宽度W2满足0.3≤W2/W1＜1的关系。

n侧电极14n包括与n侧指部14na电连接的n侧汇流条部14nb。p侧电极15p包括与p侧指部15pa电连接的p侧汇流条部15pb。n侧电极14n和p侧电极15p各自也可以不包括n侧汇流条部14nb和p侧汇流条部15pb。

从获得高的光电转换效率的观点出发，认为抑制由于少数载流子的再耦合而导致的消失很重要。从该观点出发，考虑优选使少数载流子到达收集少数载流子的一侧的电极的指部为止的距离较短。为此，考虑使收集多数载流子的一侧的电极的指部的宽度比收集少数载流子的一侧的电极的指部的宽度窄即可。

但是，本实用新型的研发者进行研究后发现，在收集作为多数载流子的电子的n侧电极14n的线状的指部14na的宽度W1与p侧电极15p的线状的指部15pa的宽度W2为0.3≤W2/W1＜1的情况下，太阳能电池的输出特性被改善。虽然在这样的情况下太阳能电池的输出特性被改善的机制的详细情况并不确定，但是例如能够如下那样考虑。

当收集多数载流子的一侧的电极的指部的宽度比收集少数载流子的一侧的电极的指部的宽度宽时，收集少数载流子的电极的总面积变窄。在这种情况下，在太阳能电池发电时，收集少数载流子的一侧的电极的电流密度变高。在本实施方式中，收集少数载流子的p侧电极15p被设置在作为n型的基板11与p型半导体层13p进行pn结的界面上，在pn结的性质上，如果电流密度变高则电压变高。因此，如果收集少数载流子的p侧电极15p的p侧指部15pa的宽度变窄，则电压变高，其结果，太阳能电池1的输出变大。这样的特性在能够使由于少数载流子的再耦合而导致的消失减少的光电转换效率高的太阳能电池能够获得。在太阳能电池1，一般在称为单元转换效率的太阳能电池的光电转换效率为20%以上的情况下，太阳能电池1的输出特性被更加改善，在光电转换效率为21%以上的情况下，太阳能电池1的输出特性被进一步改善。

另一方面，当收集少数载流子的电极的面积大幅窄于收集多数载流子的电极的面积时，作为整个太阳能电池的电阻变高。例如，在本实施方式中，在W2/W1＜0.3的情况下，由于整个太阳能电池1的电阻上升而使输出抑制效果变大，存在输出下降的情况。

在n侧电极14n与p侧电极15p的串联电阻的和为0.12Ωcm²以下的情况下，太阳能电池的输出特性被更加改善。在n侧电极14n与p侧电极15p的串联电阻的和为0.08Ωcm²以下的情况下，太阳能电池的输出特性被进一步改善。

图3～图8是表示本实用新型的一个实施方式的太阳能电池1的n侧电极14n的线状的手指状部14na的宽度W1与p侧电极15p的线状的手指状部15pa的宽度W2的比（W2/W1）和太阳能电池1的光电转换效率的关系的图表。具体而言，图3是表示对于p侧电极15p的串联电阻Rp为0.037Ωcm²、n侧电极14n的串联电阻Rn为0.037Ωcm²的情况（3-1）、p侧电极15p的串联电阻Rp为0.05Ωcm²、n侧电极14n的串联电阻Rn为0.025Ωcm²的情况（3-2）、和p侧电极15p的串联电阻Rp为0.025Ωcm²、n侧电极14n的串联电阻Rn为0.05Ωcm²的情况（3-3），分别以W2/W1=1的太阳能电池1的光电转换效率为22.76%的情况为基准时的图表。

图3～图8所示的光电转换效率使用以下的数学式求得。

电流（I）=I₀｛exp（qV’/nkT）-1｝+V’Rsh-IL

电流（V）=V’-IRs。

此处，I₀为饱和电流，q为基本电荷，V’为内部电动势，k为玻耳兹曼（Boltzmann）常数，n为二极管因素，Rsh为分流电阻，T为测定温度，IL为光感应电流，Rs为串联电阻。

此外，串联电阻Rs使用p电极串联电阻Rp、n电极串联电阻Rn，如下述那样表示。

Rs=Rp/（p电极面积）+Rn/（n电极面积）。

设IL=40A/cm²、I₀=2.7×10^-10A/cm²、n=1.44、Rsh=17kΩcm²、根据使p电极面积和n电极面积变化时的I-V特性求得各光电转换效率。

图4是表示对于Rp为0.02Ωcm²、Rn为0.02Ωcm²的情况（4-1）、Rp为0.025Ωcm²、Rn为0.015Ωcm²的情况（4-2）、和Rp为0.015Ωcm²、Rn为0.025Ωcm²的情况（4-3），分别以W2/W1=1的太阳能电池1的光电转换效率为22.92%的情况为基准时的图表。

图5是表示对于Rp为0.038Ωcm²、Rn为0.038Ωcm²的情况（5-1）、Rp为0.05Ωcm²、Rn为0.025Ωcm²的情况（5-2）、和Rp为0.025Ωcm²、Rn为0.05Ωcm²的情况（5-3），分别以W2/W1=1的太阳能电池1的光电转换效率为23.09%的情况为基准时的图表。另外，在图5中，饱和电流为I₀=5.5×10^-11A/cm²，二极管因素为n=1.33。

图6是表示对于Rp为0.022Ωcm²、Rn为0.022Ωcm²的情况（6-1）、Rp为0.03Ωcm²、Rn为0.015Ωcm²的情况（6-2）、和Rp为0.015Ωcm²、Rn为0.03Ωcm²的情况（6-3），分别以W2/W1=1的太阳能电池1的光电转换效率为23.24%的情况为基准时的图表。另外，在图6中，饱和电流为I₀=5.5×10^-11A/cm²，二极管因素为n=1.33。

图7是表示对于Rp为0.038Ωcm²、Rn为0.038Ωcm²的情况（7-1）、Rp为0.05Ωcm²、Rn为0.025Ωcm²的情况（7-2）、和Rp为0.025Ωcm²、Rn为0.05Ωcm²的情况（7-3），分别以W2/W1=1的太阳能电池1的光电转换效率为23.39%的情况为基准时的图表。另外，在图7中，饱和电流为I₀=1.1×10^-11A/cm²，二极管因素为n=1.24。

图8是表示对于Rp为0.022Ωcm²、Rn为0.022Ωcm²的情况（8-1）、Rp为0.03Ωcm²、Rn为0.015Ωcm²的情况（8-2）、和Rp为0.015Ωcm²、Rn为0.03Ωcm²的情况（8-3），分别以W2/W1=1的太阳能电池1的光电转换效率为23.54%的情况为基准时的图表。另外，在图8中，饱和电流为I₀=1.1×10^-11A/cm²，二极管因素为n=1.24。

可以看出在图3～8中的任一情况下，在0.3≤W2/W1＜1的情况下，太阳能电池1的输出特性均被改善。此外，根据图3～8所示的结果可知，在n侧电极14n与p侧电极15p的串联电阻的和为0.12Ωcm²以下的情况下，太阳能电池1的输出特性被更加改善。

另外，在求取图3～8所示的光电转换效率时，在表示电流（I）和电压（V）的数学式中使用的饱和电流I₀和二极管因素n如以下那样求得。首先，制作两种图1和图2所示的光电转换部10，测定它们的I-V特性。一个光电转换部10为pn结的缺陷较少的光电转换部，另一个光电转换部10是pn结的缺较多的光电转换部。此时，使n侧电极14n的线状的指部14na的宽度W1与p侧电极15p的线状的指部15pa的宽度W2相等。

在pn结的缺陷较多的光电转换部10的I-V特性运用上述电流（I）和电压（V）的数学式的结果是，得到了I₀=2.7×10^-10A/cm²、n=1.44、Rp=Rn=0.038Ωcm²的值。这些值在求取图3～5所示的图表时使用。

此外，在pn结的缺陷较少的光电转换部10的I-V特性运用上述电流（I）和电压（V）的数学式的结果是，得到了I₀=5.5×10^-11A/cm²、n=1.33、Rp=Rn=0.037Ωcm²的值。这些值在求取图6～8所示的图表时使用。

（变形例）

在上述实施方式中，对光电转换部10具有基板11和半导体层12n、13p的例子进行了说明。但是，本实用新型并不限定于该结构。光电转换部也可以具有包括半导体材料的基板，该半导体材料设置有p型掺杂剂扩散区域和n型掺杂剂扩散区域。

以下，基于具体的实施例对本实用新型进行更详细的说明。本实用新型完全不限定于以下的实施例，能够在不改变其主旨的范围内适当进行变更地实施。

本实用新型包括在此未记载的各种实施方式。因此，本实用新型的技术范围根据上述的说明仅由适当的权利要求的范围的实用新型特定事项确定。

Claims

1.一种太阳能电池，其特征在于，包括：

光电转换部；

第一电极，其配置在所述光电转换部的一个主面上，收集多数载流子；和

第二电极，其配置在所述光电转换部的一个主面上，收集少数载流子，

当设所述第一电极的面积为S1、设所述第二电极的面积为S2时，0.3≤S2/S1＜1。

2.如权利要求1所述的太阳能电池，其特征在于：

所述第一电极包括线状的第一指部，

所述第二电极包括线状的第二指部，

当设所述第一指部的宽度为W1、设所述第二指部的宽度为W2时，0.3≤W2/W1＜1。

3.如权利要求2所述的太阳能电池，其特征在于：

所述光电转换部具有：

包括具有一种导电型的半导体材料的基板；

第一半导体层，其配置在所述基板的一个主面上，具有一种导电型；和

第二半导体层，其配置在所述基板的一个主面上，具有另一种导电型，其中

所述第一电极配置在所述第一半导体层上，

所述第二电极配置在所述第二半导体层上。

4.如权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：

所述第一电极与所述第二电极的串联电阻的和为0.12Ωcm²以下。

5.如权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：所述第一电极与所述第二电极的串联电阻的和为0.08Ωcm²以下。

6.如权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池的光电转换效率为20%以上。

7.如权利要求1～3中任一项所述的太阳能电池，其特征在于：所述太阳能电池的光电转换效率为21%以上。