DE4136827C2 - Solarzelle mit einer Bypassdiode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Solarzelle mit einer Bypassdiode, bei der letztere zum Verhindern eines Beschädigens der Zelle beim Anlegen einer umgekehrten Vorspannung an dieselbe dient.

Fig. 9 veranschaulicht schematisch ein allgemeines Beispiel für eine Vorrichtung zum Bereitstellen von elektrischer Lei­ stung mit Hilfe von Sonnenlicht. Diese Einrichtung verfügt über eine matrixförmige Anordnung mehrerer Solarzellen. Das Zellenarray ist mit mehreren Untermodulen 30 aufgebaut, die elektrisch in Reihe geschaltet sind und jeweils mehrere So­ larzellen 10, 11, 12 und 13 aufweisen, die parallel geschal­ tet sind. Die Gesamtausgangsleistung des Zellenarrays ist an eine Last L geschaltet.

Wenn bei einem solchen Zellenarray mehrere Solarzellen durch einen Gegenstand gegenüber Licht abgeschattet werden, wäh­ rend alle verbleibenden Solarzellen belichtet werden, tritt eine umgekehrte Vorspannung an den abgeschatteten Solarzel­ len auf. Wenn diese groß ist, werden die abgeschatteten Zel­ len manchmal zerstört, was die Fähigkeit des Zellenarrays zum Bereitstellen elektrischer Leistung verringert. Es ist eine Technik bekannt, gemäß der eine Bypassdiode dazu ver­ wendet wird, einen Strom umgekehrt zur Richtung des Aus­ gangsstromes der Untermodule 30 durchzulassen, um den ge­ nannten nachteiligen Effekt durch die umgekehrte Vorspannung zu verhindern.

Die Fig. 10A und 10B veranschaulichen Untermodule 30 mit einer Bypassdiode oder mehreren. In Fig. 10A ist eine By­ passdiode D für einen Untermodul 30 vorhanden, während gemäß Fig. 10B jeweils eine Bypassdiode D₁, D₂, D₃ und D₄ für die So­ larzellen 10, 11, 12 bzw. 13 vorhanden ist. Die Bypassdioden können getrennt von den Solarzellen herge­ stellt und mit diesen verdrahtet sein.

Gemäß Fig. 11 ist auch eine Technik bekannt, mit der eine Bypassdiode gemeinsam mit einer Solarzelle auf einem Halb­ leitersubstrat ausgebildet wird. In der Solarzelle von Fig. 11 wird eine vordere N-Diffusionsschicht 21 auf der vorderen Oberfläche eines P-Siliziumsubstrats 20 ausgebildet, und eine Vorderseitenelektrode 24 wird auf einem Teil derselben hergestellt. Licht wird durch die vordere Diffusionsschicht 21 empfangen, und elektrische Energie wird durch den Effekt des PN-Übergangs erzeugt. Eine hintere N-Diffusionsschicht 22 wird durch Mesaätzen erzeugt, und auf ihr wird eine Elek­ trode 23 für eine Bypassdiode ausgebildet. Eine (nicht dar­ gestellte) Rückseitenelektrode, die mit einer benachbarten Zelle zu verbinden ist, wird darüber hinaus auf der Rücksei­ te des Siliziumsubstrats 20 ausgebildet.

Fig. 12 zeigt ein Ersatzschaltbild der Solarzelle von Fig. 11. Wie aus diesem Schaltbild ersichtlich, ist die positive Seite einer Solarzelle SC mit der negativen Seite einer By­ passdiode BD verbunden. Die negative Seite der Solarzelle SC und die positive Seite der Bypassdiode BD sind offen. Derar­ tige Solarzellen mit drei Anschlüssen sind miteinander ver­ bunden, wie dies in den Fig. 13A und 13B veranschaulicht ist. In der perspektivischen Ansicht von Fig. 13A sind drei Solarzellen in Reihe geschaltet. Die negative Seite einer ersten Zelle 1 ist mit der positiven Seite einer zweiten Zelle 2 durch eine Leitung 25 verbunden, und ähnlich ist die negative Seite der zweiten Zelle 2 mit der positiven Seite einer dritten Zelle 3 über eine weitere Leitung 25 verbun­ den. Leitungen 27 und 28 an den beiden Enden sind mit einer (nicht dargestellten) Last verbunden. Die positive Seite der ersten Zelle ist mit der hinteren Diffusionsschicht 22 auf der hinteren Oberfläche der zweiten Zelle durch eine Leitung 26 verbunden, und entsprechend ist die positive Seite der zweiten Zelle 2 über eine Leitung 26 mit der hinteren Diffu­ sionsschicht 22 der dritten Zelle 3 verbunden.

Fig. 13B zeigt das Ersatzschaltbild der gemäß Fig. 13A in Reihe geschalteten Solarzellen. Eine Bypassdiode A mit der hinteren N-Diffusionsschicht 22 und dem P-Siliziumsubstrat 20 in der zweiten Zelle 2 dient als Bypass für die erste Zelle 1, während eine Bypassdiode B auf der dritten Zelle als Bypass für die zweite Zelle dient. Dementsprechend muß für die dritte Zelle 3 eine getrennte Diode C parallel zur dritten Zelle 3 geschaltet werden.

Wie oben angegeben, sind zwei Leitungen 25 und 26 zwischen benachbarten Zellen in einem Zellenarray mit mehreren Solar­ zellen mit drei Anschlüssen erforderlich. Demgemäß ist der Ablauf zum Anschließen einer individuellen Diode C an eine Solarzelle kompliziert, was die Herstellkosten erhöht. Dar­ über hinaus stehen in solchen Fällen die individuelle Diode C und ein Draht zum Anschließen derselben an eine Zelle von der Hauptoberfläche der Zelle hoch. Ein derartiges Vorsprin­ gen einer Diode C und eines Drahtes sind bei einem Zellen­ array unerwünscht, das gefaltet werden muß, wie z. B. bei einem Solarzellenarray für die Raumfahrt.

Es ist eine Solarzelle mit einer integrierten Bypassdiode und mit nur zwei Anschlüssen erhältlich, wie sie in Fig. 14 dargestellt ist. Mit dieser Zelle sollen die Schwierigkeiten des Zellenarrays mit Zellen mit drei Anschlüssen umgangen werden, wie sie oben dargestellt wurden. In der Zelle von Fig. 14 ist eine P⁺-Schicht 41 auf der hinteren Oberfläche eines P-Siliziumsubstrats 40 ausgebildet, das mit einer Rückseitenelektrode 46 abgedeckt ist. Eine N-Schicht 42 ist über einem erheblichen Bereich der vorderen Oberfläche des Siliziumsubstrats 40 ausgebildet, das mit einem Antirefle­ xionsfilm 45 beschichtet ist. Licht wird durch die N-Schicht 42 empfangen.

Ein N-Graben 48 ist in einem anderen Bereich der vorderen Oberfläche des Substrats 40 ausgebildet, und eine P-Schicht 49 ist in einem Oberflächenbereich desselben vorhanden. Der Bereich der vorderen Oberfläche des Substrats 40 mit Ausnah­ me der N-Schicht 42 ist mit einem SiO₂-Film 44 bedeckt. Ein Ende einer kammförmigen Frontelektrode 43 ist mit der N- Schicht 42 verbunden und auf dem SiO₂-Film 44 ausgebildet. Außerdem ist sie über ein Kontaktloch im SiO₂-Film 44 mit der P-Schicht 49 verbunden. Der Übergang zwischen dem N- Graben 48 und dem P-Siliziumsubstrat 40 wird durch eine Kurzschlußelektrode 47 durch ein anderes Kontaktloch im SiO₂-Film 44 kurzgeschlossen.

Fig. 15 zeigt das Ersatzschaltbild der Solarzelle von Fig. 14. Die Solarzelle SC in diesem Bild verfügt über das P-Sub­ strat 40 und die N-Schicht 42 von Fig. 14 und weist zwei Anschlüsse 7 und 8 auf. Eine Bypassdiode BD mit einer Po­ lung, die der der Solarzelle SC entgegengesetzt ist, und eine parasitäre Diode DSC mit derselben Polung wie die Zelle SC sind in Reihe parallel zur Solarzelle SC zwischen die Anschlüsse 7 und 8 geschaltet. Die parasitäre Diode DSC ist jedoch kurzgeschlossen.

Die Bypassdiode BD weist den N-Graben 48 und die P-Schicht 49 von Fig. 14 auf. Die parasitäre Diode DSC verfügt über das P-Substrat 40 und den n-Graben 48 von Fig. 14 und wird durch die Kurzschlußelektrode 47 kurzgeschlossen. Das be­ deutet, daß dann, wenn eine umgekehrte Vorspannung an die Solarzelle SC gelegt wird, der PN-Übergang der Bypassdiode BD in Vorwärtsrichtung in bezug auf die umgekehrte Vorspan­ nung geschaltet ist und daher dazu dient, die umgekehrte Vorspannung zwischen den Anschlüssen 7 und 8 abzubauen.

Jedoch treten auch bei der Solarzelle von Fig. 14 Probleme auf. Zunächst ist problematisch, daß die Bypassdiode beschä­ digt wird, wenn sie in einem Eckabschnitt der Solarzelle an­ geordnet ist und dieser Eckabschnitt beschädigt wird.

Darüber hinaus kann Wärme, wie sie erzeugt wird, wenn Strom durch die Bypassdiode fließt, nicht wirkungsvoll abgeleitet werden.

Darüber hinaus wird in manchen Fällen der Oberflächenbereich (in Fig. 14 durch einen Pfeil (a) angedeutet) des P-Sub­ strats 40 zwischen dem N-Graben 48 für die Bypassdiode und der N-Schicht 42 für die Solarzelle zum N-Typ invertiert, was die elektrische Charakteristik verschlechtert.

Weiterhin werden in manchen Fällen die N-Schicht 42 für den Empfang des einfallenden Lichts und das P-Substrat 40 durch die Vorderseitenelektrode 43 an einem Punkt kurzgeschlossen, wie er durch einen Pfeil (b) in Fig. 14 eingezeichnet ist, was die elektrische Charakteristik ebenfalls verschlechtert. Es ist zwar möglich, eine Isolierbehandlung durch Herstellen eines CVD-Oxidfilms oder eines thermisch hergestellten Oxid­ films benachbart zu dem durch den Pfeil (b) angezeigten Punkt zu erzeugen, um den Kurzschluß zu verhindern, jedoch erhöht eine solche Isolierbehandlung die Herstellkosten. Wenn weiterhin die Fläche der Kurzschlußelektrode 47 klein ist, verschlechtert dies die Charakteristik der Bypassdiode BD in Vorwärtsrichtung. Wenn dann Strom in der Bypassdiode BD fließt, wird die von diesem Strom erzeugte Wärmemenge groß, was dazu führt, daß die Solarbatteriezelle durch die erzeugte Hitze zerstört wird und daß der Verlust an elektri­ scher Energie größer wird.

Eine Solarzelle mit den Merkmalen des Oberbegriffs von An­ spruch 1 ist aus der Offenlegungsschrift DE 39 03 837 A1 be­ kannt. Bei dieser Solarzelle ist, im Gegensatz zum Fall bei den vorstehend genannten Solarzellen, die Bypassdiode unter einer Sammelleitung angebracht. Dadurch verringert die By­ passdiode die wirksame Fläche der Solarzelle praktisch nicht. Außerdem handelt es sich um eine relativ beschädi­ gungssichere Stelle.

Die Solarzelle gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 weist einen Graben auf, der durch das Halbleitersubstrat hindurch­ geht. Eine ähnliche Solarzelle mit Bypassdiode ist aus dem Dokument EP 0 369 666 A2 bekannt. Bei dieser Solarzelle ist ein entsprechender Graben vorhanden, der jedoch nicht durch das Substrat hindurchgeht.

Die Sammelleitung, unter der bei den Solarzellen gemäß den in den beiden vorigen Absätzen genannten Entgegenhaltungen beschriebenen Solarzellen die Bypassdiode angeordnet ist, verfügt über eine Kammelektrode, die die Sammelleitung mit mehreren an diese angeschlossenen Zähnen aufweist. Es be­ steht die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den Zähnen der Kammelektrrode und dem Substrat.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Solarzelle mit einer Bypassdiode unter der Sammelleitung einer Kamm­ elektrode anzugeben, welche Solarzelle so ausgebildet ist, daß die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen den Zähnen der Kammelektrode und dem Substrat verringert ist.

Die Erfindung ist durch die Merkmale von Anspruch 1 gegeben. Sie wird im folgenden durch Angabe von Vorteilen und Wirkun­ gen sowie Weiterbildungen und Ausgestaltungen anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1A ist eine schematische Draufsicht auf eine Solarzelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 1B, 1C und 1D sind Querschnitte entlang Linien 8B-8B, 8C-8C bzw. 8D-8D in Fig. 1A.

Fig. 2A bis 2K sind Querschnitte, die ein Herstellverfahren für die Solarzelle von Fig. 1B veranschaulichen.

Fig. 3A und 3B sind eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht für die Solarzelle von Fig. 1A zum schematischen Veranschau­ lichen des Anschließens eines Verbinders.

Fig. 4A ist eine schematische Draufsicht auf eine Solarzelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 4B ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs, wie er in Fig. 4A mit einem Kreis umrandet ist.

Fig. 4C, 4D und 4E sind Querschnitte entlang Linien 11C-11C, 11D-11D bzw. 11E-11E in Fig. 4B.

Fig. 5 ist ein Diagramm zur Spannungs/Strom-Charakteristik der Solarzelle von Fig. 4A.

Fig. 6A ist eine Draufsicht auf eine Vergleichssolarzelle.

Fig. 6B ist ein Diagramm der Spannungs/Strom-Charakteristik der Solarzelle von Fig. 6A.

Fig. 7 ist eine Draufsicht auf ein Beispiel des Anschlusses eines Verbinders an die Solarzelle des zweiten Ausführungs­ beispiels.

Fig. 8A ist eine schematische Draufsicht auf eine Solarzelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Fig. 8B ist eine Draufsicht auf eine Solarzelle, die eine Variante des dritten Ausführungsbeispiels ist.

Fig. 9 ist ein Blockschaltdiagramm eines allgemeinen Solar­ zellenarrays.

Fig. 10A ist ein Diagramm, das einen Untermodul mit mehreren parallelgeschalteten Solarzellen und einer Bypassdiode zeigt.

Fig. 10B ist ein Diagramm, das einen Untermodul mit mehreren parallelgeschalteten Solarzellen und mehreren Bypassdioden zeigt.

Fig. 11 ist ein Querschnitt durch eine bekannte Solarzelle mit einer Bypassdiode.

Fig. 12 ist das Ersatzschaltdiagramm der Solarzelle von Fig. 11.

Fig. 13A ist eine perspektivische Darstellung zum Veran­ schaulichen des Zustandes, wenn mehrere Solarzellen gemäß Fig. 11 in Reihe geschaltet sind.

Fig. 13B ist das Ersatzschaltdiagramm der gemäß Fig. 13A in Reihe geschalteten Solarzellen.

Fig. 14 ist ein Querschnitt durch eine andere bekannte So­ larzelle.

Fig. 15 ist das Ersatzschaltdiagramm der Solarzelle von Fig. 14.

In den Fig. 1A bis 1D ist schematisch eine Solarzelle mit einer Bypassdiode gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Fig. 1A zeigt die Frontoberfläche der Solarzelle, während die Fig. 1B, 1C und 1D Querschnitte ent­ lang Linien 8B-8B, 8C-8C bzw. 8D-8D in Fig. 1A zeigen.

Gemäß diesen Figuren ist eine N⁺-Diffusionsschicht 62 in einem Lichtempfangsbereich der Frontoberfläche eines P-Sili­ ziumsubstrats 61 ausgebildet. Das P-Substrat 61 und die N⁺- Schicht 62 bilden eine Solarzelle. Ein N-Graben 63 ist in einem Teil des verbleibenden Bereichs auf der Frontoberflä­ che des Substrates 61 ausgebildet, und eine P-Diffusions­ schicht 64 ist im N-Graben 63 vorhanden. Der N-Graben 63 und die P-Schicht 64 bilden eine Bypassdiode.

Der N-Graben 63 wird von einer P⁺-Schicht 90a umgeben, die als Kanalbegrenzung zwischen der N⁺-Schicht 62 und dem N- Graben 63 dient. Die P⁺-Schicht 90a kann gleichzeitig mit der P-Schicht 64 ausgebildet werden. Die Frontoberfläche des Siliziumsubstrats 61 ist durch einen Oxidfilm 65a mit Aus­ nahme des Bereichs, in dem die N⁺-Schicht 62 ausgebildet ist, geschützt.

Die N⁺-Schicht 62 ist mit der P-Schicht 64 durch eine vor­ dere Kammelektrode 67 durch ein Loch im Oxidfilm 65a verbun­ den, und sie ist mit einem durchsichtigen Antireflexionsfilm 66 bedeckt. Mehrere Zähne 67a der Kammelektrode 67 sind mit einer Sammelleitung 67b verbunden. Diese weist in ihrem mittleren Abschnitt einen vorgestreckten Bereich 67c auf. Der vorgestreckte Bereich 67c ist eine Fläche, an die ein (nicht dargestelltes) Verbindungsteil anzuschließen ist. Eine entlang der Grenze der N⁺-Schicht 62 unter jedem Zahn 67b der Kammelektrode 67 ausgebildete N-Schicht 91 dient da­ zu, zu verhindern, daß die N⁺-Schicht 62 und das P-Substrat 61 durch die Kammelektrode 67 kurzgeschlossen werden. Die N- Schichten 91 können gleichzeitig mit dem N-Graben 63 herge­ stellt werden.

Eine P⁺-Schicht 90b ist auf der hinteren Oberfläche des Si­ liziumsubstrats 61 ausgebildet und verbessert die Empfind­ lichkeit der Solarzelle im Langwelligen durch den BSF(Back Surface Field)-Effekt. Die P⁺-Schicht 90b ist mit einer Rückseitenelektrode 68 beschichtet.

Eine parasitäre Diode, zu der das P-Substrat 61 und der N- Graben 63 gehören, wird durch mehrere Kurzschlußelektroden 80 kurzgeschlossen, die in mehreren Kontaktlöchern vorhanden sind, die entlang der Grenze des N-Grabens 63 im Oxidfilm 65a ausgebildet sind. Demgemäß ist die Bypassdiode mit dem N-Graben 63 und der P-Schicht 64 parallel zur Solarzelle mit dem P-Substrat 61 und der N⁺-Schicht 62 zwischen der Vorder­ seitenelektrode 67 und der Rückseitenelektrode 68 geschal­ tet, und sie wird vom Licht durch den vorgestreckten Bereich 67c der Kammelektrode 67 abgeschattet. Das heißt, daß die Ersatzschaltung der Solarzelle der Fig. 1A bis 1D dieselbe ist wie die von Fig. 15.

Gemäß den Fig. 1A bis 1D zusammen mit Fig. 15 wird bei Nor­ malbetrieb der Solarzelle SC mit dem PN-Übergang zwischen dem P-Substrat 61 und der N⁺-Schicht 62 eine Photo-EMK er­ zeugt, die die Elektrode 68 auf positives Potential und die Vorderseitenelektrode 67 auf negatives Poten­ tial bringt. Dementsprechend wird in der Bypassdiode BD durch die Photo-EMK ein negatives Potential an die P-Schicht 64 und ein positives Potential an den N-Graben 63 gelegt. Das heißt, daß die Bypassdiode BD in Umkehrrichtung in bezug auf die Photo-EMK der Solarzelle SC angeschlossen ist und demgemäß entsteht kein Abfall der Photo-EMK. Da die Bypass­ diode BD darüber hinaus durch den vorgestreckten Bereich 67c der Vorderseitenelektrode 67 abgeschattet wird, erzeugt sie keine Photo-EMK und damit keinen nachteiligen Effekt auf die elektromotorische Kraft der Solarzelle SC.

Wenn in einer Solarzellenanordnung gemäß Fig. 9, die aus mehreren Solarzellen gemäß Fig. 1A zusammengesetzt ist, einige Solarzellen aus irgendeinem Grund keine Leistung mehr abgeben (z. B. weil sie im Schatten liegen), wird an diese Zellen von denjenigen, die noch Elektrizität erzeugen, von einer äußeren Batterie als Last oder dergleichen eine Um­ kehrspannung angelegt. Dabei liegt, da eine Vorspannung in Vorwärtsrichtung an der Bypassdiode liegt, keine umgekehrte Vorspannung, die größer als die Vorwärtsspannung der Bypass­ diode ist, an der Solarzelle. Infolgedessen wird die Solar­ zelle vor einer umgekehrten Vorspannung geschützt.

Ein Verfahren zum Herstellen einer Solarzelle gemäß Fig. 1B wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 2A bis 2K erläutert.

Zunächst werden gemäß Fig. 2A Oxidfilme 65a und 65b auf den Hauptflächen auf der Ober- und der Unterseite eines Substra­ tes 61 eines Wafers aus P-Silizium aufgebracht.

Gemäß Fig. 2B werden mehrere Öffnungen 71 im Oxidfilm 65a auf der Oberseite durch Photoätzen hergestellt.

Gemäß den Fig. 2B und 2C werden ein N-Graben 63 und eine N- Diffusionsschicht 91 zum Verhindern eines Kurzschlusses durch die Öffnungen 71 hindurch ausgebildet, und dann werden die Öffnungen 71 erneut mit einem Oxidfilm 65a bedeckt.

Gemäß Fig. 2D werden mehrere Öffnungen 72 im Oxidfilm 65a auf der Oberseite durch Photoätzen hergestellt, und der Oxidfilm 65b auf der Unterseite wird entfernt.

Gemäß den Fig. 2D und 2E werden durch die Öffnungen 72 im Oxid­ film 65a auf der Oberseite eine P-Diffusionsschicht 64 im N- Graben 63 und eine P⁺-Diffusionsschicht 90a ausgebildet, die den N-Graben 63 umgibt und als Kanalbegrenzung dient. Der N- Graben 63 und die P-Diffusionsschicht 64 bilden eine Bypass­ diode. Gleichzeitig wird eine P⁺-Diffusionsschicht 90b auf der Hauptfläche der Unterseite des Substrates 61 ausgebil­ det, wodurch eine BSF-Struktur gebildet wird. Danach werden die Öffnungen 72 und die P⁺-Diffusionsschicht 90b mit Oxid­ filmen 65a bzw. 65b auf der Ober- bzw. Unterseite bedeckt.

Gemäß Fig. 2F wird eine Öffnung 73 im Oxidfilm 65a auf der Oberseite durch Photoätzen hergestellt.

Gemäß Fig. 2G wird durch die Öffnung 73 eine N⁺-Diffusions­ schicht 62 hergestellt. Diese und das P-Substrat 61 bilden eine Solarzelle.

Gemäß Fig. 2H wird ein Kontaktloch 75 im oberen Oxidfilm 65a auf der N-Schicht 64 durch Photoätzen hergestellt, und der Oxidfilm 65b auf der Unterseite wird entfernt.

Gemäß Fig. 2I wird eine Kammelektrode 67 zum elektrischen Verbinden der N⁺-Diffusionsschicht 62 mit der P-Schicht 64 durch das Kontaktloch 75 hergestellt. Ein vorgestreckter Be­ reich 67c der Kammelektrode 67 schirmt die Bypassdiode ein­ schließlich dem N-Graben 63 und der P-Schicht 64 vor Licht ab. Kurzschlußelektroden 80, wie sie in Fig. 1C (aber nicht in Fig. 2I) dargestellt sind, werden gleichzeitig herge­ stellt. Darüber hinaus wird die N⁺-Schicht 90b auf der unte­ ren Oberfläche des Substrates 61 mit einer Rückseitenelek­ trode 68 beschichtet. Diese Elektroden 67, 68 und 80 können z. B. durch Dampfabscheidung aus dem Vakuum hergestellt wer­ den.

Gemäß Fig. 2J wird der vorgestreckte Bereich 67c der Kamm­ elektrode 67, d. h. eine Fläche, in der mindestens ein An­ schluß anzubringen ist, mit einer (nicht dargestellten) Mas­ ke bedeckt, und ein durchsichtiger Antireflexionsfilm 66 wird auf der N⁺-Schicht 62 hergestellt.

Gemäß Fig. 2K wird der Siliziumwafer 61 in Längsrichtung unterteilt, wie dies durch strichpunktierte Linien 76 angedeutet ist, wodurch die Solarzelle von Fig. 1B erhalten wird.

Die Fig. 3A und 3B veranschaulichen schematisch das An­ schließen eines Verbinders an die Solarzelle von Fig. 1A. Ein Ende eines ersten Verbinders 51 wird an den vorgestreck­ ten Bereich 67c der Kammelektrode 67 auf der vorderen Ober­ fläche einer Solarzelle 50 angeschlossen. Eine Bypassdiode 53 ist unter dem vorgestreckten Bereich 67c der Kammelek­ trode 67 ausgebildet. Das andere Ende des ersten Verbinders 51 ist mit der Rückseitenelektrode einer (nicht dargestell­ ten) benachbarten Solarzelle verbunden. Ein zweiter Verbin­ der 52 ist mit der Rückseitenelektrode der Solarzelle 50 verbunden und steht mit dem vorgestreckten Bereich einer Kammelektrode auf einer (nicht dargestellten) anderen be­ nachbarten Solarzelle in Verbindung.

Ist bei einer Solarzelle ein Verbin­ der an den Eingangs/Ausgangs-Bereich der Solarzelle angeschlossen, so besteht die Möglichkeit, daß die Funktion der Bypassdiode außer Kraft gesetzt wird, wenn ein Sprung 55 entsteht, wie er in Fig. 3A dargestellt ist. Durch die in Fig. 3A dargestellte Kombination einer Solarzelle und eines Verbinders wird jedoch die Funktion der Bypassdiode 53 auch durch einen Sprung 55 nicht behindert. Das bedeutet, daß es möglich ist, die Verringerung der Aus­ gangsleistung der Solarzellengruppe zu minimieren, die in Reihe zur Solarzelle mit dem Sprung 55 geschaltet ist.

Die Fig. 4A bis 4E veranschaulichen schematisch eine Solar­ zelle mit einer Bypassdiode gemäß einem zweiten Ausführungs­ beispiel der Erfindung.

Die Solarzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ähnlich der des ersten Ausführungsbeispiels, jedoch ist die Anordnung des N-Grabens 63 und der P-Schicht 64, die die By­ passdiode bilden, modifiziert, und infolgedessen ist auch die Ausbildung der Kammelektrode 67 modifiziert. Der N-Gra­ ben 63 ist als langgestrecktes Rechteck entlang einer Seite des quadratischen Siliziumsubstrates ausgebildet, und ent­ sprechend ist die P-Schicht 64 als langgestrecktes Rechteck geformt. Zähne 67a der Kammelektrode 67 sind an eine Sammel­ leitung 67b angeschlossen. Diese bedeckt die rechteckige P- Schicht 64. Darüber hinaus sind mehrere Kurzschlußelektroden 80 entlang der Grenze des N-Grabens 63 zwischen den Zähnen 67a der Kammelektrode 67 und auch an der Grenze an den beiden Enden in Längsrichtung des N-Grabens 63 ausgebildet. Die So­ larzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel kann mit dem­ selben Verfahren hergestellt werden, wie es durch die Fig. 2A bis 2K veranschaulicht wurde.

Beim zweiten Ausführungsbeispiel kann jeder Bereich der Sam­ melleitung 67b der Kammelektrode 67 als Fläche benutzt wer­ den, an die mindestens ein Verbinder angeschlossen wird, wie dies beispielshaft in Fig. 7 dargestellt ist.

In Fig. 5 ist die Spannungs/Strom(V/I)-Charakteristik der Solarzelle gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel eingezeich­ net. In diesem Diagramm ist auf der Abszisse die Spannung in mV und auf der Ordinate der Strom in mA aufgetragen. Da beim zweiten Ausführungsbeispiel die Gesamtlänge der Kurzschluß­ elektroden 80 entlang der Grenze des N-Grabens 63 bei weitem größer ist als im Fall des ersten Ausführungsbeispiels, ist der Kurzschlußwiderstand der parasitären Diode mit dem P- Substrat 61 und dem N-Graben 63 viel kleiner. Dementspre­ chend ist aus dem Diagramm von Fig. 5 erkennbar, daß dann, wenn eine umgekehrte Vorspannung an die Solarzelle gelegt wird, leicht ein umgekehrter Vorspannungsstrom durch die By­ passdiode fließt (siehe unteren linken Teil im Diagramm).

In Fig. 6A ist ein Diagramm der vorderen Oberfläche einer So­ larzelle zum Vergleich mit der Solarzelle des zweiten Aus­ führungsbeispiels dargestellt. Die Solarzelle zum Vergleich ist ähnlich wie die des zweiten Ausführungsbeispiels, jedoch sind Kurzschlußelektroden 80 nur an den Grenzen zu beiden Seiten in Längsrichtung eines N-Grabens 63 vorhanden. Das heißt, daß die Gesamtlänge der Kurzschlußelektroden 80 in der Vergleichszelle bei weitem kleiner ist als die beim zweiten Ausführungsbeispiel. Dementsprechend ist bei der Vergleichszelle der Kurzschlußwiderstand der parasitären Diode größer als der beim zweiten Ausführungsbeispiel. Fig. 6B zeigt ähnlich wie Fig. 5 die V/I-Charakteristik der Ver­ gleichsolarzelle von Fig. 6A. Aus einem Vergleich der Fig. 5 und 6B ist unmittelbar ersichtlich, daß dann, wenn die Kurz­ schlußelektroden 80 eine große Gesamtlänge haben, die para­ sitäre Diode mit einem kleinen Widerstand kurzgeschlossen wird, so daß die Bypassdiode in der Solarzelle des zweiten Ausführungsbeispiels leicht den umgekehrten Vorspannungs­ strom durchlassen kann.

Da der Verbinder nahe der Bypassdiode angeschlossen wird, kann er die Qualität der Verteilung der Wärme verbessern, wie sie von dem in der Bypassdiode fließenden Strom erzeugt wird.

Darüber hinaus dient der Verbinder zum sicheren Abschirmen der Bypassdiode vor Licht und zum Verhindern einer Degrada­ tion der Diode aufgrund hochenergetischer Strahlung wie Alphastrahlung.

Fig. 8A veranschaulicht schematisch eine Solarzelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung. Diese ist ähnlich der des zweiten Ausführungsbeispiels, jedoch ist die Form der Sammelleitung 67b der Kammelektrode 67 beim dritten Ausführungsbeispiel modifiziert, und die Sammelleitung ver­ fügt über einen vorgestreckten Bereich 67c in einem anderen Abschnitt als dem der Enden.

Fig. 8B zeigt eine modifizierte Variante der Solarzelle von Fig. 8A. Die Solarzelle von Fig. 8B verfügt über mehrere vorgestreckte Bereiche 67c in anderen Abschnitten als den Enden der Sammelleitung 67b der Kammelektrode 67.

Claims (6)

1. Solarzelle mit einer Bypassdiode, mit:

• - einem Halbleitersubstrat (61) von erstem Leitungstyp mit einer vorderen und einer hinteren Oberfläche;
• - einer Schicht (62) eines zweiten Leitungstyps, die in einem Be­ reich der vorderen Oberfläche des Substrates ausgebildet ist, um Licht für photoelektrische Wandlung zu empfangen;
• - einem Graben (63) vom zweiten Leitungstyp, der in einem anderen Bereich der vorderen Oberfläche des Substrates als die Schicht vom zweiten Leitungstyp ausgebildet ist;
• - einer Schicht (64) vom ersten Leitungstyp, die im Graben aus­ gebildet ist;
• - einer vorderen Kammelektrode (67), die über der vorderen Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist und mehrere enge Zähne (67a) und eine Sammelleitung (67b) aufweist, an die die Zähne angeschlossen sind und unter der die Bypassdiode aus­ gebildet ist; und
• - einer Rückseitenelektrode (68), die auf der hinteren Oberfläche des Halbleitersubstrats ausgebildet ist;
• - wobei das Substrat vom ersten Leitungstyp und die Schicht vom zweiten Leitungstyp die Solarzelle bilden und der Graben vom zweiten Leitungstyp und die Schicht vom ersten Leitungstyp die Bypassdiode bilden und die Solarzelle und die Bypassdiode elek­ trisch parallel zwischen die Vorderseitenelektrode und die Rück­ seitenelektrode mit entgegengesetzten Polaritäten geschaltet sind, gekennzeichnet durch eine Kurzschlußverhinderungsschicht (91) vom zweiten Leitungstyp mit hoher Verunreinigungskonzen­ tration, die zumindest unter den Zähnen (67a) entlang dem Rand der Schicht (62) vom zweiten Leitungstyp ausgebildet ist, um Kurzschlüsse zwischen den Zähnen der Kammelektrode (67) und dem Substrat (61) vom ersten Leitungstyp zu verhindern.

2. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Sammelleitung (67b) einen vorgestreckten Bereich (67c) in einem anderen Abschnitt als ihren Enden aufweist und
• - die Bypassdiode unter dem vorgestreckten Bereich ausgebil­ det ist.

3. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, gekennzeichnet durch mehrere Kurzschlußelektroden (80) zum Kurzschließen einer parasitären Diode, die das Substrat (61) vom ersten Leitungstyp und den Graben (63) vom zweiten Leitungstyp aufweist, welche Kurzschlußelektroden entlang der Grenze zwischen dem Substrat und dem Graben zumindest zwischen den Zähnen der Kammelektrode ange­ ordnet sind.

4. Solarzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Kanalbegrenzer (90a) vom ersten Leitungstyp mit hoher Verunreinigungskonzentration, der entlang der Grenze des Grabens (63) vom zweiten Leitungstyp ausgebildet ist.

5. Solarzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammelektrode (67) durchscheinend ist.

6. Solarzelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der vorgestreckte Bereich (67c) der Kammelektrode (67) auch als Fläche zum Anschließen eines Verbinders ausgebil­ det ist.