DE68910905T2

DE68910905T2 - Sonnenzelle.

Info

Publication number: DE68910905T2
Application number: DE89307778T
Authority: DE
Inventors: Shigeru C O Mitsubishi Hokuyo; Hideo C O Mitsubishi Matsumoto
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1988-08-26
Filing date: 1989-07-31
Publication date: 1994-03-24
Anticipated expiration: 2009-08-01
Also published as: EP0356033A2; JPH0260171A; DE68910905D1; EP0356033A3; US5009721A; EP0356033B1

Description

GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung bezieht sich auf eine Solarzelle und insbesondere auf eine Solarzelle, in der eine Vielzahl von Solarzellelementen mittels Verbindungsleitungen verbunden ist.

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer dem Stand der Technik entsprechenden Solarzelle, in der eine Vielzahl von Solarzellelementen mittels Verbindungsleitungen verbunden ist.
In Fig. 3 bezeichnet ein Bezugszeichen 1 eine Solarzelle und ein Bezugszeichen 2 ein Solarzellelement. Das Solarzellelement 2 hat eine Oberfläche 2a zum Empfangen von Licht und eine rückseitige Oberfläche 2b. Eine Elektrode 3 ist auf der Seite der Lichtempfangsfläche 2a vorhanden und eine Elektrode 4 ist auf der Seite der rückseitigen Oberfläche 2b vorhanden. Eine Verbindungsleitung 5 aus Ag ist auf der Elektrode 3 vorhanden. Eine p-leitende GaAs-Schicht 11 und eine n-leitende GaAs- Schicht 12 bilden einen pn-Übergang. Eine Kontaktschicht 10 aus p-leitendem AlGaAs ist auf der p-leitenden GaAs- Schicht 11 vorhanden. Ein Film 9 zum Verhindern von Reflexion, der beispielsweise Si&sub3;N&sub4; umfasst, ist auf der p-leitenden AlGaAs-Schicht vorhanden.
Wenn Licht über die Lichtempfangsfläche 2a auf das so hergestellte Solarzellelement 2 einfällt, erzeugt das einfallende Licht Photoladungsträger in der p-leitenden AlGaAs-Schicht 10, der p-leitenden GaAs-Schicht 11 und der n-leitenden GaAs-Schicht 12, wodurch eine elektromotorische Kraft in dem Solarzellelement 2 erzeugt wird. Die so erzeugte elektromotorische Kraft wird über die Elektroden 3 und 4 an das Äußere des Solarzellelementes 1 abgegeben. Hierbei ist es zum Erreichen einer gewünschten Ausgangsleistung erforderlich, äußere Anschlußelektroden, die in einem Teil des Lichtempfangsabschnittes des jeweiligen Solarzellelementes 1 vorhanden sind, unter Verwendung von Verbindungsleitungen 5 zu verbinden.
Herkömmlicherweise wird als ein Verfahren zum Verbinden der Verbindungsleitung 5 mit der äußeren Anschluß elektrode 3 hauptsächlich Weichlöten verwendet. Jedoch ist bei Verwendung einer Solarzelle, in der eine Vielzahl von Solarzellelementen untereinander mittels Verbindungsleitungen 5 verbunden ist, wenn diese beispielsweise auf einen künstlichen Satelliten montiert ist, die Lotschicht, die zwischen die Verbindungsleitung 5 und die Elektrode 3 gebracht wird, auf Grund eines großen Änderungsbereichs der Umgebungstemperatur der Solarzelle mechanischen Spannungen durch Hitzeschwankungen unterworfen und das Weichlot selbst wird zersetzt, wodurch eine Änderung des Widerstandes im Übergangsbereich und eine Verminderung der mechanischen Festigkeit auftreten.
Um diese Probleme zu vermeiden, wird ein Verfahren angewendet, bei dem die Elektrode 3 und die Verbindungsleitung 5 durch direktes Schweißen verbunden werden. Als Verfahren zum direkten Schweißen wird im allgemeinen ein Parallelspalt-Löten genanntes Verfahren verwendet, und es ist wünschenswert, daß die Elementcharakteristik an der Schweißstelle nicht beeinflußt wird, d. h., daß keine Verminderung der Ausgangsleistung auf Grund von Verlusten im Übergangsbereich auftritt, und daß die mechanische Festigkeit des Übergangsbereichs größer als die Elementfestigkeit ist. Ein Verfahren zum Verbinden von Solarzellen mittels Parallelspalt-Schweißen ist aus der US-A-4 340 803 bekannt.
Für die derart aufgebaute dem Stand der Technik entsprechende Solarzelle ist in Fig. 5 eine Festigkeitsverteilung des Schweißbereichs gegenüber Zug unter einem Winkel von 45 Grad gezeigt, die nach dem Schweißen der Verbindungsleitung 5 ermittelt wurde. Hierbei ist mit der Festigkeit gegenüber Zug unter einem Winkel von 45 Grad der Betrag der Kraft gemeint, bei der die Verbindungsleitung 5 von der Elektrode 3 getrennt wird, wenn die Verbindungsleitung 5 in Richtung F, wie in der Figur gezeigt, gezogen wird und die Verbindungsleitung 5 dabei unter einem Winkel von 45 Grad gegenüber der Verbindungsfläche zwischen der Verbindungsleitung 5 und der Elektrode 3 gehalten wird.
Als Ergebnis dieses Experiments wurde offenbar, daß dies Bindungsfestigkeit eine Verteilung mit Variationen gemäß Fig. 5 aufweist, und es kommt eine mit ziemlich geringer Intensität vor. Als Hauptgrund für solche Variationen der Bindungsfestigkeit wird eine Konzentration der Kraft angenommen. Das heißt, da die p-leitende GaAs-Schicht 11 und die p-leitende AlGaAs-Schicht 10 mittels Flüssigphasenepitaxie aufgewachsen sind, weist die Oberfläche der Solarzelle 2 wahrscheinlich eine Riffelung auf, und die Elektrodenoberfläche des Elements wird nicht immer flach und die beim Schweißen gebildete Grenze zwischen der Elektrode 3 und der Verbindungsleitung 5 bildet keine gerade Linie.
Dementsprechend wird angenommen, daß, wenn auf einen solchen Schweißbereich eine Zugkraft angewendet wird, die Kraft hauptsächlich auf die Schweißgrenze zwischen der Verbindungsleitung 5 und der Elektrode 3 wirkt. Dann sind verschiedene Arten von Verteilungen der angewendeten Kraft denkbar. Im Extremfall kann die Kraft auf einen ziemlich kleinen Bereich konzentriert sein. In einem solchen Fall ist, selbst wenn die Intensität der Bindung zwischen Element und Elektrode gleichmäßig gehalten wird, die Kraft auf einen kleinen Bereich konzentriert, und die Schweißintensität zwischen der Verbindungsleitung 5 und der Elektrode 3 weist einen niedrigen Wert auf. Dementsprechend sind zur Lösung der im vorangehenden beschriebenen Probleme die folgenden drei Verfahren denkbar.
(1) Die Bindungsfestigkeit zwischen der Solarzelle 1 und der Elektrode 3 zu steigern,
(2) die Oberfläche der Elektrode 3 flach zu machen, und
(3) die Festigkeit der Elektrode 3 selbst zu steigern.
Jedoch sind diese Verfahren alle mit den folgenden Problemen verbunden, die Schwierigkeiten bei der Realisierung zur Folge haben.
Als erstes Verfahren, mit dem eine Steigerung der Bindungsfestigkeit zwischen dem Element 1 und der äußeren Anschlußelektrode 3 versucht wird, ist ein Verfahren denkbar, bei dem unter Verwendung eines Verfahrens, wie beispielsweise Sintern, eine wechselseitige Diffusion durchgeführt wird. Jedoch ist bei der Solarzelle die Tiefe von der Lichtempfangsfläche 2a bis hinunter zu dem pn-Übergang zwischen der p-leitenden GaAs-Schicht 11 und der n-leitenden GaAs-Schicht 12 flach gemacht, um, selbst wenn die Diffusionslänge der Photoladungsträger auf Grund von durch die Bestrahlung erzeugten Kristalldefekten vermindert ist, ein ausreichendes Ansammeln von Photoladungsträgern zu ermöglichen. Deshalb kann, wenn in einem Element mit einem solchen Aufbau die Temperatur beispielsweise durch Sintern erhöht wird, Ti oder Pd, woraus die Elektrode 3 gebildet ist, in den Licht- Elektrizitäts-Wandlerabschnitt eindringen, wodurch Verluste beim pn-Übergang auftreten, was eine Verschlechterung der Elementcharakteristik zur Folge hat.
Das vorgenannte zweite Verfahren, mit dem ein Glätten der unebenen Oberfläche der Elektrode 3 versucht wird, ist ebenfalls mit Schwierigkeiten verbunden, wie im folgenden dargestellt wird. Da die p-leitende AlGaAs-Schicht 10 und die p-leitende GaAs-Schicht 11 unterhalb der Elektrode 3 mittels Flüssigphasenepitaxie hergestellt sind, wird ihre Oberfläche uneben. Dies hat Schwierigkeiten beim Glätten der Oberfläche der Elektrode 3, die darauf hergestellt wird, zur Folge.
Bei dem vorgenannten dritten Verfahren, mit dem einem Steigerung der Festigkeit der Elektrode selbst versucht wird, ist es bei Verwendung des gleichen Materials für die Elektrode 3 notwendig, die Dicke der Elektrode 3 zu vergrößern, und mit wachsender Elektrodendicke steigt auch die auf das Element wirkende mechanische Belastung, wodurch ungünstige mechanische und elektrische Einwirkungen auf die Solarzelle auftreten.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist Aufgabe der Erfindung eine Solarzelle mit hoher und stabiler Bindungsfestigkeit zwischen Solarzellelement und Verbindungsleitungen zu schaffen.
Andere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden aus der nun folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlich. Jedoch ist dies so zu verstehen, daß die ausführliche Beschreibung und ein typisches Ausführungsbeispiel nur an Hand eines Beispiel gegeben werden.
Erfindungsgemäß wird, während eine Vielzahl von Solarzellelementen mittels Verbindungsleitungen verbunden wird, ein Metallfilm zwischen die Elektroden des Solarzellelements und eine Verbindungsleitung eingefügt, und die Schweißfläche zwischen dem Metallfilm und der Elektrode größer gemacht als die Schweißfläche zwischen dem Metalfilm und der Verbindungsleitung. Dementsprechend wird die von der Verbindungsleitung auf die Elektrode des Elementes wirkende Kraft durch den Metallfilm diversifiziert, und der Metallfilm wirkt als Pufferschicht, wodurch eine Konzentration der Kraft auf einen Punkt der Elektrode des Elementes verhindert wird, was zu einer stabilen Schweißintensität führt.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1(a) ist eine Draufsicht auf eine einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechende Solarzelle;
Fig. 1(b) ist eine Ib-Ib-Querschnittsansicht der Solarzelle nach Fig. 1(a);
Fig. 1(c) ist eine perspektivische Ansicht der Solarzelle nach Fig. 1(a);
Fig. 2 ist ein Schaubild, das eine Verteilung der Zugfestigkeit zwischen der äußeren Anschlußelektrode und der Verbindungsleitung des Solarzellelements des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1 bei Zug unter einem Winkel von 45 Grad zeigt;
Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine dem Stand der Technik entsprechende Solarzelle zeigt;
Fig. 4 ist ein Schaubild, das zeigt, wie das die Zugfestigkeitsintensität bei der dem Stand der Technik entsprechenden Solarzelle betreffende Experiment ausgeführt wird; und
Fig. 5 ist ein Schaubild, das eine Verteilung der Zugfestigkeit zwischen der äußeren Anschlußelektrode und der Verbindungsleitung der dem Stand der Technik entsprechenden Solarzelle bei Zug unter einem Winkel von 45 Grad zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung soll unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben werden.
Fig. 1(a) zeigt eine Draufsicht auf eine einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechende Solarzelle, und Fig. 1(b) und (c) zeigen jeweils eine Ib-Ib- Querschnittsansicht und eine perspektivische Ansicht derselben. In Fig. 1 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen die gleichen oder entsprechenden Elemente wie die in Fig. 3 gezeigten. Ein Ag-Film 6 ist zwischen der äußeren Anschlußelektrode 3 und der Verbindungsleitung 5 angeordnet. Ein Bezugszeichen 7 bezeichnet einen Schweißbereich zwischen der Verbindungsleitung 5 und dem Ag-Film 6, und ein Bezugszeichen 8 bezeichnet einen Schweißbereich zwischen dem Ag-Film 6 und der Elektrode 3.
Das Herstellungsverfahren dieses Ausführungsbeispiels soll nun beschrieben werden.
Auf eine n-leitende GaAs-Schicht 12 mit einer Dicke von ungefähr 180 um bis 300 um werden eine p-leitende GaAs- Schicht 11 von ungefähr 0,5 um und eine p-leitende AlGaAs-Schicht 10 von ungefähr 50 nm (500 Å) mittels Flüssigphasenepitaxie sukzessive aufgewachsen. Anschließend wird auf der Oberfläche der p-leitenden AlGaAs-Schicht 10 mittels CVD (Abscheiden aus der Gasphase) oder Sputtern ein Si&sub3;N&sub4; umfassender Film 9 zum Verhindern von Reflexion erzeugt, und danach werden Kontaktlöcher durch Ätzen auf diesem Film 9 zum Verhindern von Reflexion und der p-leitenden AlGaAs- Schicht 10 geöffnet. In den Kontaktlöchern wird mittels Abscheidung aus der Gasphase oder Sputtern eine Elektrode 3 als äußere Anschlußelektrode, bestehend aus Ti(50 nm)/Pd(5 nm)/Ag(4 bis 5 um) hergestellt, und eine Elektrode 4, bestehend aus Au-Ge/Ni/Au(Dicke der drei Schichten beträgt ungefähr 1 um)/Ag(4 bis 5 um) wird auf der rückseitigen Oberfläche 2b der Solarzelle hergestellt.
Als nächstes werden das Solarzellelement 1 und die Verbindungsleitung 5 mit einem Parallelspalt-Lötverfahren geschweißt. Unter Verbindung einer Vielzahl von Solarzellen wird zuerst ein Ag-Film 6 mit einer Dicke von mindestens 5 um, vorzugsweise 10 bis 50 um, auf die Elementelektrode 3 geschweißt, und danach wird eine Verbindungsleitung 5 auf diesen Ag-Film 6 geschweißt. Hierbei ist der Schweißbereich 8 zwischen der Elektrode 3 und dem Ag-Film 6 größer als der Schweißbereich 7 zwischen der Verbindungsleitung 5 und dem Ag-Film 6, und das Flächenverhältnis derselben beträgt ungefähr 3 zu 1.
Fig. 2 zeigt das Ergebnis eines die Zugfestigkeit des Schweißbereichs zwischen der Elektrode 3 und der Verbindungsleitung einer einem Ausführungsbeispiel der Erfindung entsprechenden Solarzelle bei Zug unter einem Winkel von 45 Grad betreffenden Experiments. Das bei dem Experiment angewendete Verfahren ist das gleiche wie das im Hinblick auf den Stand der Technik beschriebene. Wie aus der Figur zu ersehen ist, weist die Intensitätsverteilung in dem Fall, in dem zuerst ein Ag-Film 6 angeschweißt wird, eine Konzentration bei ziemlich hoher Intensität auf, was auf eine hohe Stabilität hinweist. Das heißt, indem der Ag-Film 6 und die Elektrode 3 gemäß Fig. 1 auf einer Fläche geschweißt werden, die größer als die Schweißfläche zwischen der Verbindungsleitung 5 und dem Ag-Film 6 ist, kann die Kraft von der Verbindungsleitung 5 durch den Ag-Film 6 diversifiziert werden. Dementsprechend kann die auf den Schweißbereich der Elektrode 3 des Elements wirkende Kraft auch diversifiziert werden, wodurch die Bindungsfestigkeit zwischen dem Element und der Verbindungsleitung 5 erhöht wird, was eine hohe Stabilität zur Folge hat.
Während bei dem im vorangehenden dargestellten Ausführungsbeispiel als zwischen der Elektrode 3 und der Verbindungsleitung 5 anzuordnender Metallfilm 6 ein Ag- Film verwendet wird, kann dieser Metallfilm mit den gleichen Auswirkungen, wie im vorangehenden beschrieben wurde, auch beispielsweise einen Au-Film umfassen.
Wie im vorangehenden dargelegt wurde, wird ein Metallfilm erfindungsgemäß zwischen die äußere Anschlußelektrode und die Verbindungsleitung der Solarzelle eingefügt, und die Schweißfläche zwischen dem Metallfilm und der Elektrode wird größer gemacht als die Schweißfläche zwischen dem Metallfilm und der Verbindungsleitung. Deshalb wird, falls es Probleme mit der Verbindungsintensität und der Oberflächenbeschaffenheit der Elementelektrode gibt, eine starke und stabile Bindungsfestigkeit zwischen dem Solarzellelement und der Verbindungsleitung erreicht, wodurch eine Solarzelle von hoher Zuverlässigkeit geschaffen wird.

Claims

1. Solarzelle (1), in der eine Vielzahl von mit Elektroden (3) ausgestatteten Solarzellelementen (2) mittels Verbindungsleitungen (5) verbunden sind, wobei

ein Metallfilm (6) zwischen einer Elektrode (3) jedes Solarzellelements (2) und der entsprechenden Verbindungsleitung (5) angeordnet ist und

die Schweißfläche (8) zwischen dem Metallfilm (6) und der Elektrode (3) größer ist als die Schweißfläche (7) zwischen dem Metallfilm (6) und der Verbindungsleitung (5).

2. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei der Metallfilm aus einem Ag-Film besteht.

3. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei der Metallfilm aus einem Au-Film besteht.

4. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Filmdicke des Metallfilms mindestens 5 um und vorzugsweise 10 bis 50 um beträgt.

5. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei die Elektrode des Solarzellelementes Ti/Pd/Ag enthält.

6. Solarzelle nach Anspruch 1, wobei das Verhältnis der Schweißfläche zwischen dem Metallfilm und der Elektrode zu der Schweißfläche zwischen dem Metallfilm und der Verbindungsleitung etwa 3 zu 1 beträgt.

7. Verfahren zur Herstellung einer Solarzelle nach Anspruch 1, wobei das Schweißen zwischen dem Metallfilm und der Elektrode und das Schweißen zwischen dem Metallfilm und der Verbindungsleitung durch ein Parallelspalt-Lötverfahren erfolgt.