JP2001189483A - バイパス機能付太陽電池セルおよびバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セルおよびそれらの製造方法 - Google Patents

バイパス機能付太陽電池セルおよびバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セルおよびそれらの製造方法

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JP2001189483A
JP2001189483A JP2000285274A JP2000285274A JP2001189483A JP 2001189483 A JP2001189483 A JP 2001189483A JP 2000285274 A JP2000285274 A JP 2000285274A JP 2000285274 A JP2000285274 A JP 2000285274A JP 2001189483 A JP2001189483 A JP 2001189483A
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bypass function
cell
junction
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Shigeyuki Hosomi
重幸 細見
Tadashi Hisamatsu
正 久松
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Sharp Corp
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Abstract

(57)【要約】 【課題】 低コストかつ容易な工程によって、バイパス
ダイオードの機能を付加したバイパス機能付太陽電池セ
ルおよびその製造方法を提供する。 【解決手段】 このバイパス機能付太陽電池セルでは、
第３の領域である複数の島状のｐ+型領域３は、基板１
０を構成するｐ型領域１とｎ型領域層２の境界に上記領
域１と領域２に突出するように形成されていて、基板１
０の表面から離隔して形成されている。したがって、こ
の太陽電池セルでは、従来例と異なり、ｎｐ+ダイオー
ドを構成するｐ+型領域３とｎ電極７とを分離させるた
めの絶縁膜が必要なくなり、製造コスト低減を図ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、光エネルギーを
電気エネルギーに変換する太陽電池に関し、特に、逆バ
イアス電圧から太陽電池セルを保護するバイパスダイオ
ードの機能を付加したバイパス機能付太陽電池セルに関
する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、太陽電池は、直列,並列に複数
個だけ組み合せて、太陽電池モジュールとして使用され
る。
【０００３】この太陽電池モジュールは、一部のセルに
影が生じた場合、このセルに他のセルが発生する電圧が
逆方向に印加される。
【０００４】たとえば、宇宙用太陽電池モジュールで
は、衛星の姿勢制御中に、衛星本体の一部あるいはアン
テナ等の構造物の影が、太陽電池モジュール上に生じる
ことが有り得る。また、地上用太陽電池モジュールで
は、たとえば、隣接した建築物の影が生じたり、飛来し
た鳥類が糞を付着させて、影が生じることがある。
【０００５】一例として、太陽電池セルの一連の並列接
続からなる太陽電池モジュールの一部のサブモジュール
の上に影が生じた場合について考える。
【０００６】図９(ａ)において、太陽電池モジュールＭ
の両端が、ほぼ短絡状態となるシャントモードでは、影
になったサブモジュール３１１には、影の生じていない
他のグループのサブモジュール群３１２が発生した電圧
Ｖ12が逆バイアス電圧として印加される。このサブモジ
ュール３１１の電圧をＶ11とすると、Ｖ11＝−Ｖ12
となる。
【０００７】また、図９(ｂ)に示されるように、太陽電
池モジュールＭに、外部電源ＶBが接続されている場合
には、Ｖ11＝ＶB−Ｖ12となる。すなわち、影になった
サブモジュール３１１のＮ電極には正の電圧が印加さ
れ、その逆バイアス電圧がサブモジュール３１１を構成
する太陽電池セルの降伏電圧以上であると、そのセル
は、ブレークダウンを起こし、多量の電流が流れる。そ
の場合、セル内に結晶欠陥等が存在すると、そこに電流
が集中するので、そのセルは短絡破壊に至ることがあ
る。この時、影の生じたサブモジュール３１１、さらに
全体の太陽電池モジュールＭの出力特性が劣化すること
になる。
【０００８】この逆バイアス電圧印加による事故を防止
するために、個々の太陽電池セル毎や特定のモジュール
単位毎に、バイパスダイオードを取り付けたり、太陽電
池セルにバイパスダイオードを集積したいわゆるダイオ
ードインテグレーテッド太陽電池セルが使用されてい
る。
【０００９】また、その他に、バイパスダイオードの機
能を付加した太陽電池セルが有る。次に、図４を参照し
て、従来のバイパスダイオードの機能を付加した太陽電
池セルの構造(特開平８−８８３９２)を説明する。図４
(Ｂ)は、この太陽電池セルの構造を示す平面図であり、
図４(Ｃ)は図４(Ｂ)のＢ−Ｂ´断面図である。この太陽
電池セルは、受光側電極直下にバイパスダイオード機能
を付加するための導電型領域を設け、太陽電池受光面の
有効面積を減じることなくバイパスダイオードの機能を
付加したものである。
【００１０】図４(Ｃ)に示すように、シリコンのｐ型基
板１０１の表面の受光面は、透明な反射防止膜１０８に
よって覆われ、その下面には、バー電極であるｎ電極接
続部１０５から分岐された櫛の歯状のｎ電極１０７がｐ
型基板１０１の表面のｎ型領域１０２の上に配置されて
いる。また、図４(Ｂ),(Ｃ)に示すように、受光側電極
１０７の直下に、絶縁膜１０９を介して複数の島状のｐ
+型領域１０４を設けたことで、図４(Ａ)に示すよう
な、バイパスダイオードＤの機能を付加している。
【００１１】この太陽電池セルは、図５(ａ)に示すｐ型
基板１０１に、図５(ｂ)に示すように、酸化膜１１０を
形成し、この酸化膜１１０に、図５(ｃ)に示すように、
複数の開口１１４を形成し、ｐ+型不純物を注入するこ
とで、図５(ｄ)に示すように、島状のｐ+型領域１０４
を形成する。次に、図５(ｅ)に示すように、ｐ型基板１
０１の表面および側面にｎ型領域１０２を熱拡散等によ
って形成する。その後、図５(ｆ)に示すように、絶縁膜
１０９,ｎ電極１０７およびｎ電極接続部１０５を形成
し、さらに、その上に、反射防止膜１０８,裏面のｐ電
極１０６を真空蒸着等によって形成し、両側の破線に沿
って切断することで、図４(Ｃ)に示した太陽電池を得る
ことができる。
【００１２】この太陽電池セルを、図９(ａ)に示すよう
に、直列および並列に多数接続し、所望の電圧および電
流となるようにしたものを、通常太陽電池モジュールＭ
として使用する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、図４(Ｃ)に
示す断面構造のように、複数の島状のｐ+型領域１０４
上に絶縁膜１０９を形成するためには、ｐ+型領域１０
４を形成した後に、基板全面にＣＶＤ法(化学的気相成
長法)等によって、酸化膜等の絶縁膜１０９を成膜す
る。その後、この絶縁膜１０９を緻密化するために、Ｒ
ＴＡ(Ｒapid ＴhermalＡnneal)等の熱処理が必要で、か
つｐ+型領域１０４上に絶縁膜１０９を島状にパターニ
ングする工程が必要になる。このため、製造コストが高
くなる問題があった。
【００１４】さらには、ｐ+型領域１０４が受光側電極
１０７と接触しないように、絶縁膜１０９のパターニン
グに高精度の技術が必要になって、工程が複雑化すると
いう問題がある。
【００１５】一方、イオン注入法を用いて、バイパスダ
イオード機能を付加するための導電型領域を設ける製造
方法が、特開平５−１１０１２１において説明されてい
る。この製造方法によって製造されるバイパスダイオー
ド機能付太陽電池セルの構造を、図６および図７(ａ),
(ｂ),(ｃ)に示す。
【００１６】図７(ａ),図７(ｂ)に示すバイパスダイオ
ード機能付の太陽電池セルでは、ｐ型領域２０１上にｎ
型領域２０２が形成されており、このｎ型領域２０２の
中に小さい島状のｐ+型領域２０４が形成されている。
そして、このｎ型領域２０２上にｎ型電極接続部２０５
が形成されている。また、図７(ｃ)に示す太陽電池セル
では、ｐ型領域２０１に島状のｐ+型領域２０４が形成
されており、ｐ型領域２０２上にｎ型電極接続部２０５
が形成されている。
【００１７】この太陽電池セルは、まず、図８(ａ)に示
すシリコンのＰ型基板２０１の全面に図８(ｂ)に示すよ
うに熱酸化等で酸化膜２０９を形成し、次に、図８(ｃ)
に示すように、酸化膜２０９に複数の開口２１４を形成
する。次に、酸化膜２０９をマスクとしてｐ型基板２０
１にｐ+型不純物を注入してから酸化膜２０９を除去す
ることで、図８(ｄ)に示すように、ｐ型基板２０１表面
に島状のｐ+型領域２０４が形成される。次に、図８
(ｅ)に示すように、ｐ型基板２０１の表面および側面に
ｎ型領域２０２を熱拡散等によって形成し、さらに、図
８(ｆ)に示すｎ電極接続部２０５,図６に示すｎ電極２
０７を形成してから、反射防止膜２０８,裏面のｐ電極
２０６を真空蒸着等で形成する。最後に、両側の破線部
に沿って切断することで、図６,７に示したような構造
の太陽電池セルを作製できる。
【００１８】ところが、この図７(ａ),(ｂ)に示した太
陽電池セルでは、図６に示すように、バイパスダイオー
ド機能を付加するための導電型領域である小さい島状の
ｐ+型領域２０４の存在が、太陽電池受光面の有効面積
を減少させるという問題がある。
【００１９】また、図７(ｃ)に示した太陽電池セルで
は、光電変換に重要なｐｎ接合界面にｐ+領域２０４が
存在するから、ｐ領域２０１で発生した少数キャリアの
ｎ領域への効果的な収集が阻害される。このため、電気
出力特性が悪くなる問題がある。
【００２０】以上の問題点に鑑み、この発明の目的は、
より低コスト、かつ、より容易な工程によって、太陽電
池受光面の有効面積を減じることなく、効果的なバイパ
スダイオードの機能を付加した太陽電池セルを製造でき
るバイパス機能付太陽電池セルおよびその製造方法を提
供することにある。
【００２１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明のバイパス機能付太陽電池セルは、第１導
電型の第１領域と、上記第１導電型の第１領域の受光面
側に形成された第２導電型の第２領域と、上記第１領域
とｐｎ接合面の一部に、上記第１領域と第２領域の両方
に突出するように形成され、上記第１導電型の第１領域
よりも不純物濃度が高い第１導電型の第３領域とを備え
たことを特徴とする。
【００２２】この発明では、第３の領域は、第１導電型
の第１領域と第２導電型の第２領域の境界に形成されて
いて、第２領域の受光面側の表面から離隔して形成され
ている。したがって、この発明では、従来例と異なり、
ダイオードを構成する第１導電型の第３領域と第２領域
の受光面側表面に形成される電極とを分離させるための
絶縁膜が必要なくなる。したがって、この発明の太陽電
池は、受光面の有効面積を減じることなく、低コストか
つ容易な工程によって、バイパスダイオードの機能を付
加して製造できる。
【００２３】また、一実施形態のバイパス機能付太陽電
池セルは、上記第１導電型の第３領域を複数個備えてい
る。
【００２４】この一実施形態では、第１導電型の第３領
域を複数個備えていることによって、バイパス機能をは
たすｎ+ｐダイオードを複数個内蔵できることになるの
で、逆方向電流を分散して流すことができ、電流集中に
よる部分的な破壊の可能性を小さくできる。
【００２５】また、他の実施形態のバイパス機能付太陽
電池セルは、上記第２領域の一部に接する受光面側電極
が、上記第３領域の真上に形成されている。
【００２６】この実施形態では、受光面側電極が第３領
域の真上に形成され、光を有効に変換できない第３領域
が予め受光面側電極による影の部分に含まれている。し
たがって、太陽電池セル全体として光を有効に光電変換
できる。
【００２７】また、一実施形態のバイパス機能付太陽電
池セルは、上記第１導電型の第３領域は、点状または線
状である。
【００２８】この一実施形態では、上記第１導電型の第
３領域を、点状または線状に分布させたから、バイパス
ダイオード機能を広範な領域に効率よく分布させること
ができる。
【００２９】また、この発明のバイパス機能付太陽電池
セルの製造方法は、請求項１に記載のバイパス機能付太
陽電池セルを製造する製造方法であって、上記第１導電
型の第１領域に、イオン注入するイオン注入工程によっ
て、上記第１導電型の第１領域よりも不純物濃度が高い
第１導電型の第３領域を、第１領域と第２領域のｐｎ接
合面の一部に、第１領域と第２領域の両方に突出するよ
うに形成することを特徴とする。
【００３０】この発明の製造方法では、第１導電型の第
１領域に、イオン注入するイオン注入工程によって、上
記第１導電型の第１領域よりも不純物濃度が高い第１導
電型の第３領域を、第１領域と第２領域のｐｎ接合面の
一部に形成する。これにより、第３領域と第２領域の受
光面側表面に形成される電極とを分離させるための絶縁
膜が必要なくなり、低コストかつ容易な工程でもって、
バイパスダイオードの機能を付加した太陽電池セルを製
造できる。
【００３１】また、一実施形態のバイパス機能付太陽電
池セルの製造方法は、上記イオン注入工程では、ドーピ
ング材料として、ホウ素,ガリウム,アルミニウム,イン
ジウムのうちのいずれか１つを用いる。
【００３２】この一実施形態の製造方法では、ホウ素,
ガリウム,アルミニウム,インジウムのうちのいずれか１
つをドーピング材料とするイオン注入工程でもって、第
１導電型の第３領域を第１領域と第２領域のｐｎ接合面
の一部に第１領域と第２領域の両方に突出するように形
成できる。
【００３３】また、他の実施形態のバイパス機能付太陽
電池セルの製造方法は、上記イオン注入工程の後に、熱
拡散法によって、上記第２導電型の第２領域を形成する
と同時に上記第３領域を活性化する。
【００３４】この他の実施形態の製造方法では、上記第
２導電型の第２領域を、熱拡散法によって形成すると同
時に上記第３領域を活性化するから、効率の良い製造方
法となる。
【００３５】また、一実施形態のバイパス機能付太陽電
池セルの製造方法は、上記イオン注入工程では、マスキ
ング材料として感光性樹脂を用いてイオン注入すること
によって、上記第３領域を形成することを特徴とする。
【００３６】この一実施形態では、感光性樹脂をマスク
として、第１領域にイオン注入することで、上記第３領
域を所望のパターンに形成することができる。
【００３７】また、他の実施形態のバイパス機能付太陽
電池セルの製造方法は、上記イオン注入工程では、所望
の面積に制御したビーム状にイオン注入することによっ
て、上記第３領域をパターニングする。
【００３８】上記他の実施形態では、上記第３領域が形
成される面積に絞ったビームを用いたイオン注入法によ
って、ビーム状にイオン注入するので、感光性樹脂が不
要になり、太陽電池セルの製造工程をより簡単化でき
る。
【００３９】また、一実施形態のバイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き太陽電
池セルが、サブセルとして、複数個だけ、光の入射方向
に直列に積層されている。
【００４０】この実施形態の太陽電池セルでは、上記サ
ブセルが、光の入射方向に複数個だけ直列に積層されて
いることで、高い変換効率を達成できる。
【００４１】また、他の実施形態のバイパス機能付き多
接合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き太陽
電池セルが、サブセルとして、複数個だけ、光の入射方
向に直列に積層され、かつ、第２領域の一部に接する受
光面側電極が第３領域の真上に形成されている上記発明
のバイパス機能付太陽電池セルを含んでいる。
【００４２】この実施形態の太陽電池セルでは、上記サ
ブセルが、光の入射方向に複数個だけ直列に積層されて
いることで、高い変換効率を達成できる。また、第２領
域の一部に接する受光面側電極が第３領域の真上に形成
されている上記発明のバイパス機能付太陽電池セルを含
んでいるから、光を有効に変換できない第３領域が予め
受光面側電極による影の部分に含まれ、太陽電池セル全
体として光を有効に光電変換できる。
【００４３】また、一実施形態のバイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き多接合
積層型太陽電池セルにおいて、上記サブセルとしての太
陽電池セルの活性層部分が、III−Ｖ族化合物半導体材
料からなり、基板がＧｅまたはIII−Ｖ族化合物半導体
ウエハからなる。
【００４４】この実施形態では、活性層部分をIII−Ｖ
族化合物とすることで、禁制帯幅Ｅｇと格子定数を容易
に変更でき、基板をＧｅまたはIII−Ｖ族化合物半導体
とすることで格子整合が可能となる。
【００４５】また、他の実施形態のバイパス機能付き多
接合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルにおいて、上記第３領域の個数
が、上記サブセル毎に異なる。
【００４６】この実施形態では、上記第３領域の個数
が、上記サブセル毎に異なるから、各サブセルの暗状態
における逆方向のＩ−Ｖ特性に応じて、有効面積の減少
を抑えつつ、各サブセル毎に所望のバイパス能力を設定
できる。
【００４７】また、一実施形態のバイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き多接合
積層型太陽電池セルにおいて、上記サブセルのうちで、
最も受光面側に位置するトップセルに形成する第３領域
の個数が、最も多い。
【００４８】この実施形態では、上記サブセルのうち
で、最も受光面側に位置するトップセルに形成する第３
領域の個数が、最も多いから、この太陽電池セルに比較
的大面積の影が生じる場合に対応してバイパス能力を設
定できる。その理由は、大面積の影が生じる場合には、
多くの場合、トップセルに逆バイアス電圧が印加される
からである。
【００４９】また、他の実施形態のバイパス機能付き多
接合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルにおいて、光照射時に最も生成電
流密度が小さいサブセルに形成する第３領域の個数が最
も多い。
【００５０】この実施形態では、光照射時に最も生成電
流密度が小さいサブセルに形成する第３領域の個数が最
も多いから、この多接合積層型太陽電池セル(ＭＪセル)
の一部に光が照射されるような場合に対応したバイパス
能力を設定できる。その理由は、ＭＪセルの一部に光が
当たっている状態で逆バイアス電圧が印加された場合
は、しばしば、光生成電流量が比較的小さいセルに逆バ
イアス電圧が印加されるからである。
【００５１】また、一実施形態のバイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き多接合
積層型太陽電池セルにおいて、セル平面上の上記第３領
域の形成位置が、受光面側電極の位置にかかわらず一様
である。
【００５２】この実施形態では、セル平面上の上記第３
領域の形成位置が、受光面側電極の位置にかかわらず一
様であるから、バイパスダイオード機能を広範な領域に
効率よく分布させることができる。
【００５３】また、他の実施形態は、上記バイパス機能
付き多接合積層型太陽電池セルにおいて、セル平面上の
上記第３領域の形成位置が、受光面側電極下の位置であ
る。
【００５４】この実施形態では、セル平面上の上記第３
領域の形成位置が、受光面側電極下の位置であるから、
光を有効に変換できない第３領域が予め受光面側電極に
よる影の部分に含まれている。したがって、太陽電池セ
ル全体として光を有効に光電変換できる。
【００５５】また、一実施形態は、上記バイパス機能付
き多接合積層型太陽電池セルにおいて、上記各サブセル
は、そのセル平面上における第３領域の形成位置を、受
光面側電極下の互いに異なる位置にした。
【００５６】この実施形態では、上記各サブセルは、そ
のセル平面上における第３領域の形成位置を、受光面側
電極下の互いに異なる位置にしたから、上記第３領域を
形成する時のイオン注入深さの制御性を向上できる。
【００５７】また、他の実施形態のバイパス機能付き多
接合積層型太陽電池セルの製造方法は、上記バイパス機
能付き多接合積層型太陽電池セルを製造する方法であっ
て、受光面側電極下の位置に、上記第３領域を形成した
後、この第３領域をビームアニールによって活性化する
ことを特徴とする。
【００５８】この実施形態では、上記第３領域をビーム
アニールによって活性化するから、注入イオンの活性化
率を高めることができる。
【００５９】また、他の実施形態は、上記バイパス機能
つき太陽電池セルを製造する方法であって、イオン注入
材料が、Ｂｅ,Ｃｄ,Ｍｇ,Ｚｎ,Ｃのうちの一つまたは複
数、または、Ｂｅ,Ｃｄ,Ｍｇ,Ｚｎ,Ｃのうちの一つまた
は複数とＢ,Ａｌ,Ｇａ,Ｉｎのうちの一つとの組み合わ
せである。
【００６０】この実施形態では、III−Ｖ族化合物半導
体に第３領域としてＰ+領域を形成するには、Ｂｅ,Ｃ
ｄ,Ｍｇ,Ｚｎ,Ｃをイオン注入するのが有効であり、Ｇ
ｅ基板に対して、ｐ+領域を形成するには、Ｂ,Ａｌ,Ｇ
ａ,ＩｎなどのIII族元素注入が有効である。
【００６１】また、一実施形態は、上記バイパス機能つ
き太陽電池セルを製造する方法であって、イオン注入材
料が、Ｓ,Ｓｅ,Ｔｅ,Ｓｉのうちの一つまたは複数、ま
たは、Ｓ,Ｓｅ,Ｔｅ,Ｓｉのうちの一つまたは複数とＮ,
Ｐ,Ａｓ,Ｓｂのうちの一つとの組み合わせである。
【００６２】この実施形態は、受光面側からｐ on ｎ型
構成の太陽電池セルにおいて、第３領域としてのｎ+領
域を作る場合に有効である。
【００６３】
【発明の実施の形態】以下、この発明を、図示の実施の
形態に基づいて詳細に説明する。
【００６４】〔第１の実施の形態〕図１および図２に、
この発明のバイパス機能付太陽電池セルの実施の形態の
構成を示す。図２はこの実施形態の太陽電池セルの構造
を示す平面図であり、図１は図２のＡ−Ａ´線断面図で
ある。図１に示すように、ｐ型領域１の表面にｎ型領域
層２が形成されて基板１０を構成している。このｐ型領
域１とｎ型領域層２とが接したｐｎ接合面の１部に、跨
ぐように、複数の島状のｐ+型領域３が形成されてい
る。そして、上記ｎ型領域層２上に、上記複数の島状の
ｐ+型領域３の上方に対向する領域に、複数のｎ電極７,
７…が形成されている。したがって、このバイパスダイ
オードを構成するための島状のｐ+型領域３が、太陽電
池受光面の有効面積を減じることがない。
【００６５】上記複数のｎ電極７,７…は、図２に示す
ように、上方から見た様子が櫛の歯形状になっている。
この複数の櫛の歯形状のｎ電極７,７…は、ｎ電極接続
部５で接続されている。また、図１に示すように、この
複数の櫛の歯形状のｎ電極７,７…は、反射防止膜８で
覆われている。また、図示しないが、ｐ型領域１の裏面
に、ｐ電極が設けられているのは従来例と同様である。
【００６６】図１に示すように、第３の領域である複数
の島状のｐ+型領域３は、基板１０を構成するｐ型領域
１とｎ型領域層２のｐｎ接合面に形成されていて、基板
１０の表面から離隔して形成されている。したがって、
この第１実施形態では、従来例と異なり、ｎｐ+ダイオ
ードを構成するｐ+型領域３とｎ電極７とを分離させる
ための絶縁膜が必要なくなるので、工程の短縮に寄与し
製造コスト低減を図ることができる。
【００６７】上記第３の領域である複数の島状のｐ+型
領域３は、基板１０のｐ型領域１よりも不純物濃度が高
い。この島状のｐ+型領域３とｎ型領域２とのｐｎ接合
でもって、アバランシェ効果によるブレークダウンが発
生するような構造になっている。このブレークダウンを
発生させるためには、ｐ+領域３の不純物濃度を、１×
１０18ｃｍ-3以上にすればよい。
【００６８】上記太陽電池セルの製造工程を、図３(ａ)
〜(ｄ)の各工程の断面模式図を順に参照して説明する。
【００６９】まず、図３(ａ)に示すように、フォトレジ
スト３１を、ｐ型シリコン基板１の受光面に塗布し、島
状のｐ+型領域３を形成する位置に対向する領域に開口
するようにパターニングを行う。
【００７０】次に、上記フォトレジスト３１をマスクと
して、ｐ型シリコン基板１に、例えば、不純物濃度が１
×１０18ｃｍ-3程度になるように、ドーピング材として
ボロン(ホウ素)を、ｐｎ接合の境界となる適当な深さ
に、５０〜１００ＫｅＶ程度のエネルギー量でイオン注
入する。このイオン注入によって、図３(ｂ)に示すよう
に、ｐｎ接合の境界となる表面から離れた場所に、ｐ+
型領域３´を形成する。このｐｎ接合の境界とは、図１
における基板１０のｐ型領域１とｎ型領域層２の境界Ｗ
である。
【００７１】図３(ｂ)に示すように、ｐ+型領域３´を
複数個形成することによって、逆方向電流を分散して流
すことができる。このバイパス機能によって、部分的な
破壊の可能性を小さくするのである。なお、上記ドーピ
ング材として、ボロンに替えてガリウムやアルミニウ
ム,インジウムを使用してもよい。
【００７２】次に、図３(ｃ)に示すように、ｎ型領域２
をｐ型シリコン基板１の表面に熱拡散等によって形成す
る。このとき、同時にｐｎ接合の境界付近にイオン注入
して形成した活性化前のｐ+型領域３'の結晶欠陥回復と
活性化を行って、ｐ+型領域３を完成する。このよう
に、上記ｎ型領域２を、熱拡散法によって形成すると同
時に活性化前のｐ+型領域３'を活性化するから、効率の
良い製造方法となる。
【００７３】その後、受光面側のｎ型領域２を、フォト
レジスト等の耐酸性樹脂で被覆した後、ｐ型シリコン基
板１の裏面と側面に形成されたｎ型拡散層(図示せず)
を、例えば弗硝酸でエッチング除去する。
【００７４】次に、図３(ｄ)に示すように、受光面とな
るｎ型領域２の上面に、櫛の歯状のｎ電極７を形成す
る。この櫛の歯状のｎ電極７は、ｐ+型領域３に対向す
る領域に形成されている。さらに、この櫛の歯状のｎ電
極７,ｎ型領域２の上に反射防止膜８を真空蒸着法等で
形成し、ｐ型シリコン基板１の裏面にｐ電極６を真空蒸
着法等で形成する。
【００７５】次に、図３(ｄ)に示す両端の破線位置で切
断することによって、図１,図２に示した太陽電池セル
が得られる。この実施形態では、ｐ+型領域３の上にｎ
電極７を形成したので、光を有効に変換できないｐ+型
領域３が予めｎ電極７による影の部分に含まれている。
したがって、太陽電池セル全体として光を有効に受光で
きる。また、図２の平面図に示したように、ｎ電極７の
電極パターンの下方領域に、バイパスダイオードを構成
するｐ+型領域３を点状または線状に形成することによ
って、ｎ電極７の下方領域を有効に使うことができる。
【００７６】また、上記製造工程では、マスキング材と
してフォトレジスト膜等の感光性樹脂を用いたが、マス
キング材を用いず、上記ｐ+型領域３が形成される面積
に絞ったビームを用いたイオン注入法によって、所定の
場所にイオン注入を行ってもよい。この場合には、フォ
トレジスト膜が不要になり、上記太陽電池セルの製造工
程をより簡単化できる。この時のイオン注入条件は、不
純物濃度が１×１０18ｃｍ-3以上となるように、例え
ば、ボロン(ホウ素)を５０〜１００ＫｅＶ程度のエネル
ギー量でイオン注入する。
【００７７】なお、上記実施形態では、ｐ型シリコン基
板を用いた太陽電池セルについて述べたが、ｎ型シリコ
ン基板もしくはＧａＡｓ等シリコン単結晶以外の基板を
用いた太陽電池セルについても本発明を基本的に適用で
きる。このｎ型シリコン基板を用いた場合は、第１の領
域および第２の領域、第３の領域は、ｐ型シリコン基板
を用いた場合と、反対の導電型となるドーピング材を用
いる。例えば、第３の領域を形成するドーピング材に
は、リンや砒素、アンチモンがある。また、本発明は宇
宙用太陽電池にも地上用太陽電池にも適用できる。
【００７８】〔第２の実施の形態〕次に、この発明のバ
イパス機能付き多接合積層型太陽電池セルである第２実
施形態を説明する。この第２実施形態は、複数のｐｎ接
合を積層して直列接続する多重接合型太陽電池(Multi J
unction Solar Cell、以下、ＭＪセルと記す。)にバイパ
ス機能を付加した点に特徴がある。
【００７９】まず、図１０を参照して、この第２実施形
態の前提構成である一般的なＭＪセルの断面構造の一例
を説明する。このＭＪセルは、Ｇｅ単結晶の基板上に、
入射光に対して、それぞれ波長感度領域が異なるＧａＩ
ｎＰトップセル１１、ＧａＡｓミドルセル１３および基
板内に作られたＧｅボトムセル１６を有する。これらト
ップセル１１,ミドルセル１３,ボトムセル１６は、上記
ＭＪセルが有するサブセルである。これらサブセル１
１,１３,１６は、各々トンネル接合１２,１４を介して
モノリシックに直列接続されている。
【００８０】すなわち、図１０に示すように、このＭＪ
セルは、順に直列に、ｎ+−ＧａＡｓ層２０,ｎ−ＡｌＩ
ｎＰ層２１,ｎ−ＧａＩｎＰ層２２,ｐ−ＧａＩｎＰ層２
３,ｐ−ＡｌＧａＩｎＰ層２４,ｐ++−ＧａＡｓ層２５,
ｎ++−ＧａＡｓ層２６,ｎ−ＧａＩｎＰ２７層,ｎ−Ｇａ
Ａｓ層２８,ｐ−ＧａＡｓ層２９,ｐ−ＧａＩｎＰ層３
０,ｐ++−ＧａＡｓ層３１,ｎ++−ＧａＡｓ層３２,バッ
ファー層１５,ｎ−Ｇｅ層３３,ｐ−Ｇｅ基板３４が接続
された構造を有する。そして、ｎ+−ＧａＡｓ層２０の
上面にはｎ側電極３５が形成されており、ｐ−Ｇｅ基板
３４の裏面にはｐ側電極３７が形成されている。さら
に、上記ｎ+−ＧａＡｓ層２０が形成されていない領域
の上記ｎ−ＡｌＩｎＰ層２１の上面には、反射防止膜３
６が形成されている。
【００８１】図１０に示すように、ｎ−ＡｌＩｎＰ層２
１,ｐ−ＧａＩｎＰ層２２,ｐ−ＧａＩｎＰ層２３,ｐ−
ＡｌＧａＩｎＰ層２４がトップセル１１を構成してい
る。また、ｎ−ＧａＩｎＰ層２７,ｎ−ＧａＡｓ層２８,
ｐ−ＧａＡｓ層２９,ｐ−ＧａＩｎＰ層３０がミドルセ
ル１３を構成している。このミドルセル１３とトップセ
ル１１は、ｐ++−ＧａＡｓ層２５,ｎ++−ＧａＡｓ層２
６からなるトンネル接合１２で接続されている。
【００８２】また、ｎ−Ｇｅ層３３,ｐ−Ｇｅ基板３４
がボトムセル１６を構成している。このボトムセル１６
とミドルセル１３はトンネル接合１４,バッファー層１
５で接続されている。このトンネル接合１４は、ｐ++−
ＧａＡｓ層３１,ｎ++−ＧａＡｓ層３２からなる。
【００８３】上記材料の組み合わせからなるＭＪセルで
は、約２７％の高い変換効率が期待できる。
【００８４】このようなＭＪセルは、禁制帯幅Ｅｇの異
なる半導体材料の組み合わせで構成されるが、通常は、
基板との格子整合を図ったエピタキシャル成長で形成す
る。特に、混晶材料を使うことで、禁制帯幅Ｅｇと格子
定数を容易に変化させることが可能なIII−Ｖ族化合物
を活性層とし、基板には代表的なIII−Ｖ族化合物半導
体であるＧａＡｓと格子整合可能なＧｅを用いる。
【００８５】ここでは、その一例として、ＧａＩｎＰ／
ＧａＡｓ／Ｇｅの３接合セルを示し以下説明するが、単
にこれら材料の組み合わせのセルに限定されたものでな
く、また、この第２実施形態は、基本的に、受光面側か
ら「ｎ on ｐ」の構成であるが、「ｎ on ｐ」構成に限定さ
れたものでなく、「ｐ on ｎ」の構成であってもよい。
【００８６】このような、ＭＪセルを構成する各サブセ
ル１１,１３,１６は、構成材料が互いに異なるので、暗
状態における逆方向の電流電圧特性(Ｉ−Ｖ特性)が異な
る。また、それぞれの波長感度領域が異なるので、一般
には光生成電流密度も異なる。このＭＪセルに、外部か
ら逆バイアス電圧が印加された場合、逆バイアス電圧は
一様に印加されるのでなく、主には、その状態で最も逆
方向電流が流れ難いサブセルに印加される。
【００８７】すなわち、上記ＭＪセルが完全に影で覆わ
れた状態で、逆バイアス電圧が印加された場合は、この
逆バイアス電圧は、暗状態における逆方向電流が最も小
さいサブセル、すなわち、多くの場合、禁制帯幅Ｅｇが
最も大きいＧａＩｎＰトップセル１１に印加される。ま
た、上記ＭＪセルの一部に光が当たっている状態で、逆
バイアス電圧が印加された場合は、しばしば、光生成電
流量が比較的小さいＧａＡｓミドルセル１３に上記逆バ
イアス電圧が印加される。
【００８８】このように、ＭＪセルでは、逆バイアス電
圧が印可された時の光照射状態によって、逆バイアス電
圧が印加されるサブセルが異なる。したがって、理想的
には、各サブセル１１,１３,１６全てに、バイパス機能
を付加する必要がある。
【００８９】この場合、イオン注入法によれば、イオン
種と加速電圧とを適切に選択することで、全てのサブセ
ル１１,１３,１６のｐｎ接合面に、第３領域としてのｐ
+領域を容易に形成することが可能である。
【００９０】また、実際に、セルに印可される逆バイア
ス電圧は、多くの場合、モジュールの回路構成から予測
可能で、それに基づいて、各サブセル毎に必要なｐ+領
域の個数とキャリア濃度を決定することが可能である。
このように、サブセル毎に、所望のｐ+領域の個数やキ
ャリア濃度が異なるＭＪセルを作製する場合にも、イオ
ン注入法によれば、ｐ+領域の個数やキャリア濃度を自
由に制御可能である。
【００９１】次に、図１１に、この第２実施形態の構成
を示す。この第２実施形態は、すべてのサブセル１１,
１３,１６に、同数(１０個)の島状のｐ+領域４１,４２,
４３が形成されている。
【００９２】すなわち、この第２実施形態では、トップ
セル１１が、ｎ−ＧａＩｎＰ層２２とｐ−ＧａＩｎＰ層
２３とのｐｎ接合面Ｊ１に形成された１０個のｐ+領域
４１を有している。また、ミドルセル１３は、ｎ−Ｇａ
Ａｓ層２８とｐ−ＧａＡｓ層２９とのｐｎ接合面Ｊ２に
形成された１０個のｐ+領域４２を有している。また、
ボトムセル１６は、ｎ−Ｇｅ層３３とｐ−Ｇｅ基板３４
とのｐｎ接合面Ｊ３に形成された１０個のｐ+領域４３
を有している。そして、上記各１０個のｐ+領域４１,４
２,４３は、それぞれ、上記各ｐｎ接合面に略等間隔に
配列されている。
【００９３】この第２実施形態のＭＪセル１０では、全
てのサブセル１１,１３,１６を、逆バイアスから保護可
能である。
【００９４】その反面、この第２実施形態では、上記各
１０個のｐ+領域４１,４２,４３を形成するためのイオ
ン注入に、時間と手間を比較的要する。これに対して
は、次の第３実施形態が有効である。
【００９５】〔第３の実施形態〕この第３実施形態で
は、図１２に示すように、トップセル１１が、最も多い
１０個のｐ+領域４１を有する。また、ミドルセル１３
は、２番目に多い５個のｐ+領域４２を有する。また、
ボトムセル１６は、最も少ない３個のｐ+領域４３を有
する。その他は、前記第２実施形態と同じ構成である。
【００９６】この第３実施形態は、例えば、太陽電池モ
ジュール上に、比較的大面積の影が生じる場合に有効で
ある。その理由は、大面積の影が生じる場合には、多く
の場合、トップセルに逆バイアス電圧が印加されるから
である。
【００９７】〔第４の実施の形態〕この第４実施形態で
は、図１３に示すように、ミドルセル１３に最も多くの
１０個のｐ+領域４２が形成されている。また、トップ
セル１１には５つのｐ+領域４１が形成され、ボトムセ
ル１６には３つのｐ+領域４３が形成されている。
【００９８】この第４実施形態は、例えば、太陽電池モ
ジュール上に、比較的小面積の部分的な影が生じる可能
性がある場合に有効である。その理由は、ＭＪセルの一
部に光が当たっている状態で逆バイアス電圧が印加され
た場合は、しばしば、光生成電流量が比較的小さいセル
に逆バイアス電圧が印加されるからである。
【００９９】なお、上記第２,第３,第４実施形態では、
第１実施形態と同様に、ｐ+領域４１,４２,４３は、上
記各ｐｎ接合面Ｊ１,Ｊ２,Ｊ３を形成するｎ領域とｐ領
域に突出した形状に形成されている。
【０１００】また、このｐ+領域４１,４２,４３を形成
する平面的な位置は、各サブセル１１,１３,１６毎に、
一様にしてもよい。もっとも、製造時のイオン注入深さ
の制御性を向上させる意味では、各サブセル１１,１３,
１６間で、ｐ+領域４１,４２,４３の平面的な位置が重
ならないようにすることが望ましい。
【０１０１】また、ｐ+領域４１,４２,４３を、受光面
電極下の位置に形成することで、セル全体としての変換
効率を高めることができる。この場合は、例えば、図１
４に示すように、受光面のグリッド電極形成エリア４４
内に、各サブセル１１,１３,１６用のｐ+領域４１,４
２,４３を形成すればよい。なお、図１４では、上記グ
リッド電極形成エリア４４に対する各ｐ+領域４１,４
２,４３の位置を模式的に示しており、各ｐ+領域４１,
４２,４３はそれぞれ紙面に垂直方向には位置がずれて
いる。
【０１０２】また、III−Ｖ族化合物半導体のｐ+領域４
１,４２,４３の形成には、Ｂｅ,Ｃｄ,Ｍｇ,ＺｎなどのI
I族元素の注入が有効である。
【０１０３】一方、受光面側からｐonｎ型の構成の太陽
電池セルにおいては、第３領域としてのｎ+領域を作る
場合は、Ｓ,Ｓｅ,ＴｅなどのＶＩ族元素またはＳｉの注
入が有効である。
【０１０４】また、Ｇｅ基板に対しては、ｐ+領域形成
にはＢ,Ａｌ,Ｇａ,ＩｎなどのIII族元素注入が有効であ
り、ｎ+領域形成にはＮ,Ｐ,Ａｓ,ＳｂなどのＶ族元素注
入が有効である。
【０１０５】また、注入イオンの活性化率を高めるため
に、イオン注入時にウエハを加熱してもよいし、イオン
注入後にアニールしてもよい。また、その熱処理の際
に、表面から構成元素が解離するのを防止するために、
例えば、Ｓｉ3Ｎ4とＳｉＯ2からなる２層のキャップを
表面に形成してもよく、また、例えば、Ａｓ雰囲気など
構成元素の蒸気圧下で、キャップ無しのアニールを行っ
てもよい。
【０１０６】また、イオン注入後に、その注入箇所をレ
ーザーや電子ビームで加熱してもよい。特に、ｐ+領域
４１,４２,４３を、受光面の電極形成位置下に形成する
場合は、注入によって損傷を受け、かつ、ビームアニー
ルによって回復した部分を上記電極下に限定することが
でき、電極下以外の受光面は、何ら影響を受けないの
で、ＭＪセルの高い変換効率を維持する上で望ましい。
【０１０７】
【発明の効果】以上より明らかなように、この発明のバ
イパス機能付太陽電池セルは、バイパス機能を実現する
第１導電型の第３領域が、第１導電型の第１領域と第２
導電型の第２領域の境界に形成されていて、第２領域の
受光面側の表面から離隔している。
【０１０８】したがって、この発明では、従来例と異な
り、ダイオードを構成する第１導電型の第３領域と第２
領域の受光面側表面に形成される電極とを分離させるた
めの絶縁膜が必要なく、低コスト、かつ、容易な工程に
よって製造できるバイパスダイオード機能付太陽電池セ
ルを実現できる。
【０１０９】また、一実施形態のバイパス機能付太陽電
池セルは、第１導電型の第３領域を複数個備えているこ
とによって、バイパス機能を果すｎｐ+ダイオードを複
数個だけ内蔵できることになり、逆方向電流を分散して
流すことができ、部分的な破壊の可能性を小さくでき
る。
【０１１０】また、他の実施形態の太陽電池セルは、受
光面側電極が第３領域の真上に形成され、光を有効に変
換できない第３領域が予め受光面側電極による影の部分
に含まれている。したがって、太陽電池セル全体として
光を有効に受光できる。
【０１１１】また、一実施形態では、上記第１導電型の
第３領域を、点状または線状に分布させたから、バイパ
スダイオード機能を広範な領域に効率よく分布させるこ
とができる。
【０１１２】また、この発明のバイパス機能付太陽電池
セルの製造方法は、第１導電型の第１領域に、イオン注
入するイオン注入工程によって、上記第１導電型の第１
領域よりも不純物濃度が高い第１導電型の第３領域を、
第１領域と第２領域のｐｎ接合面の一部に形成する。こ
れにより、第３領域と第２領域の受光面側表面に形成さ
れる電極とを分離させるための絶縁膜が必要なくなり、
低コストかつ容易な工程でもって、バイパスダイオード
の機能を付加した太陽電池セルを製造できる。
【０１１３】また、一実施形態の太陽電池セルの製造方
法では、ホウ素,ガリウム,アルミニウム,インジウムの
うちのいずれか１つをドーピング材料とするイオン注入
工程でもって、第１導電型の第３領域を第１領域と第２
領域の境界の一部に形成できる。
【０１１４】また、他の実施形態のバイパス機能付太陽
電池セルの製造方法は、上記イオン注入工程の後に、熱
拡散法によって、上記第２導電型の第２領域を形成する
と同時に上記第３領域を活性化する。したがって、効率
の良い製造方法を実現できる。
【０１１５】また、一実施形態の太陽電池セルの製造方
法では、感光性樹脂をマスクとして、第１領域にイオン
注入することで、第３領域を所望のパターンに形成でき
る。
【０１１６】また、他の実施形態の太陽電池セルの製造
方法では、上記第３領域が形成される面積に絞ったビー
ムを用いたイオン注入法によって、ビーム状にイオン注
入することで第３領域をパターニングするので、フォト
レジスト膜が不要になり、太陽電池セルの製造工程をよ
り簡単化できる。
【０１１７】このように、この発明の太陽電池セルの製
造方法によれば、逆バイアス電圧に起因する短絡破壊が
発生し難い太陽電池セルを低コストで製造できる。特
に、保守の困難な例えば宇宙用の太陽電池アレイのよう
な場合には、逆バイアス電圧に対する保護に著しい効果
を発揮でき、ひいては、アレイ全体の信頼性を向上でき
る。また、外付けのバイパスダイオードを必要としない
から、太陽電池の製造コストを低下できる。
【０１１８】また、一実施形態のバイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き太陽電
池セルが、サブセルとして、複数個だけ、光の入射方向
に複数個だけ直列に積層されていることで、高い変換効
率を達成できる。
【０１１９】また、他の実施形態のバイパス機能付き多
接合積層型太陽電池セルは、上記サブセルが、光の入射
方向に複数個だけ直列に積層されていることで、高い変
換効率を達成できる。その上、第２領域の一部に接する
受光面側電極が第３領域の真上に形成されている上記発
明のバイパス機能付太陽電池セルを含んでいるから、光
を有効に変換できない第３領域が予め受光面側電極によ
る影の部分に含まれ、太陽電池セル全体として光を有効
に光電変換できる。
【０１２０】また、一実施形態のバイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き多接合
積層型太陽電池セルにおいて、上記サブセルとしての太
陽電池セルの活性層部分をIII−Ｖ族化合物とすること
で、禁制帯幅Ｅｇと格子定数を容易に変更でき、基板を
ＧｅまたはIII−Ｖ族化合物半導体とすることで格子整
合が可能となった。
【０１２１】また、他の実施形態のバイパス機能付き多
接合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルにおいて、上記第３領域の個数
が、上記サブセル毎に異なるから、各サブセルの暗状態
における逆方向のＩ−Ｖ特性に応じて、有効面積の減少
を抑えつつ、各サブセル毎に所望のバイパス能力を設定
できる。
【０１２２】また、一実施形態のバイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き多接合
積層型太陽電池セルにおいて、上記サブセルのうちで、
最も受光面側に位置するトップセルに形成する第３領域
の個数が、最も多い。これにより、この太陽電池セルに
比較的大面積の影が生じる場合に対応してバイパス能力
を設定できる。その理由は、大面積の影が生じる場合に
は、多くの場合、トップセルに逆バイアス電圧が印加さ
れるからである。
【０１２３】また、他の実施形態のバイパス機能付き多
接合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルにおいて、光照射時に最も生成電
流密度が小さいサブセルに形成する第３領域の個数が、
最も多い。これにより、この多接合積層型太陽電池セル
(ＭＪセル)の一部に光が照射されるような場合に対応し
たバイパス能力を設定できる。その理由は、ＭＪセルの
一部に光が当たっている状態で逆バイアス電圧が印加さ
れた場合は、しばしば、光生成電流量が比較的小さいセ
ルに逆バイアス電圧が印加されるからである。
【０１２４】また、一実施形態のバイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルは、上記バイパス機能付き多接合
積層型太陽電池セルにおいて、セル平面上の上記第３領
域の形成位置が、受光面側電極の位置にかかわらず一様
である。したがって、バイパスダイオード機能を広範な
領域に効率よく分布させることができる。
【０１２５】また、他の実施形態は、上記バイパス機能
付き多接合積層型太陽電池セルにおいて、セル平面上の
上記第３領域の形成位置が、受光面側電極下の位置であ
る。したがって、光を有効に変換できない第３領域が予
め受光面側電極による影の部分に含まれているので、太
陽電池セル全体として光を有効に光電変換できる。
【０１２６】また、一実施形態は、上記バイパス機能付
き多接合積層型太陽電池セルにおいて、上記各サブセル
は、そのセル平面上における第３領域の形成位置を、受
光面側電極下の互いに異なる位置にした。したがって、
上記第３領域を形成する時のイオン注入深さの制御性を
向上できる。
【０１２７】また、他の実施形態は、上記バイパス機能
付き多接合積層型太陽電池セルを製造する方法であっ
て、受光面側電極下の位置に、上記第３領域を形成した
後、この第３領域をビームアニールによって活性化す
る。したがって、注入イオンの活性化率を高めることが
できる。
【０１２８】また、一実施形態は、上記バイパス機能つ
き太陽電池セルを製造する方法であって、イオン注入材
料が、Ｂｅ,Ｃｄ,Ｍｇ,Ｚｎ,Ｃのうちの一つまたは複
数、または、Ｂｅ,Ｃｄ,Ｍｇ,Ｚｎ,Ｃのうちの一つまた
は複数とＢ,Ａｌ,Ｇａ,Ｉｎのうちの一つとの組み合わ
せである。III−Ｖ族化合物半導体に第３領域としてＰ+
領域を形成するには、Ｂｅ,Ｃｄ,Ｍｇ,Ｚｎ,Ｃをイオン
注入するのが有効であり、Ｇｅ基板に対して、ｐ+領域
を形成するには、Ｂ,Ａｌ,Ｇａ,ＩｎなどのIII族元素注
入が有効である。
【０１２９】また、他の実施形態は、上記バイパス機能
つき太陽電池セルを製造する方法であって、イオン注入
材料が、Ｓ,Ｓｅ,Ｔｅ,Ｓｉのうちの一つまたは複数、
または、Ｓ,Ｓｅ,Ｔｅ,Ｓｉのうちの一つまたは複数と
Ｎ,Ｐ,Ａｓ,Ｓｂのうちの一つとの組み合わせである。
この組み合わせによれば、受光面側からｐ on ｎ型構成
の太陽電池セルにおいて、第３領域としてのｎ+領域を
作る場合に有効である。
【０１３０】以上より明らかな通り、本発明によれば、
多重接合型太陽電池セルに所望のバイパス機能を付与す
ることが可能であり、高効率太陽電池を用いた太陽電池
アレイの信頼性向上と製造コスト削減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明のバイパス機能付太陽電池セルの実
施の形態を示す断面模式図である。
【図２】 上記実施形態のバイパス機能付太陽電池セル
の平面図である。
【図３】 図３(ａ)〜(ｄ)は、上記実施形態の製造工程
を順に示す工程順断面図である。
【図４】 図４(Ａ)はバイパス機能付太陽電池セルの等
価回路図であり、図４(Ｂ)は、従来のバイパス機能付太
陽電池セル(特開平８−８８３９２)の平面図であり、図
４(Ｃ)は、図４(Ｂ)のＢ−Ｂ´断面図である。
【図５】 図５(ａ)〜(ｆ)は、上記従来のバイパス機能
付太陽電池セルの製造工程を工程順に示す断面図であ
る。
【図６】 もう１つの従来例のバイパス機能付太陽電池
セル(特開平５−１１０１２１)の平面図である。
【図７】 図７(ａ),(ｂ),(ｃ)は、図６のＣ−Ｃ´断面
の一例を示す断面図である。
【図８】 図８(ａ)〜(ｆ)は、図６,図７に示した太陽
電池セルの製造工程を工程順に示す断面図である。
【図９】 図９(ａ)は、太陽電池モジュールの構成の一
例を示し、太陽電池セルに逆バイパス電圧が印加される
様子を示す説明図であり、図９(ｂ)は、太陽電池モジュ
ールに外部電源が接続されている様子を示す説明図であ
る。
【図１０】 この発明の第２実施形態の前提構成となる
多重接合型太陽電池(ＭＪ)セルの構造の一例を示す断面
図である。
【図１１】 上記第２実施形態のバイパス機能付き多接
合積層型太陽電池セルの断面図である。
【図１２】 この発明の第３実施形態であるバイパス機
能付き多接合積層型太陽電池セルの断面図である。
【図１３】 この発明の第４実施形態であるバイパス機
能付き多接合積層型太陽電池セルの断面図である。
【図１４】 上記第２,第３,第４実施形態での第３領域
の形成位置を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１…ｐ型領域、２…ｎ型領域、３…ｐ+型領域(第３の領
域)、３´…活性化前のｐ+型領域、５…ｎ電極接続部、
６…ｐ電極、７…ｎ電極、８…反射防止膜、１０…バイ
パス機能付き多接合積層型太陽電池セル、１１…トップ
セル、１２…トンネル接合、１３…ミドルセル、１４…
トンネル接合、１５…バッファー層、１６…ボトムセ
ル、２０…ｎ+−ＧａＡｓ、２１…ｎ−ＡｌＩｎＰ、２
２…ｎ−ＧａＩｎＰ、２３…ｐ−ＧａＩｎＰ、２４…ｐ
−ＡｌＧａＩｎＰ、２５…ｐ++−ＧａＡｓ、２６,３２
…ｎ++−ＧａＡｓ、２７…ｎ−ＧａＩｎＰ、２８…ｎ−
ＧａＡｓ、２９…ｐ−ＧａＡｓ、３０…ｐ−ＧａＩｎ
Ｐ、３１…ｐ++−ＧａＡｓ、３２…ｎ++−ＧａＡｓ、３
３…ｎ−Ｇｅ、３４…ｐ−Ｇｅ、３５…ｎ側電極、３６
…反射防止膜、３７…ｐ側電極、４１…トップセルのｐ
ｎ接合面に形成されたｐ+領域(第３の領域)、４２…ミ
ドルセルのｐｎ接合面に形成されたｐ+領域(第３の領
域)、４３…ボトムセルのｐｎ接合面に形成されたｐ+領
域(第３の領域)、４４…受光面電極形成領域。

Claims (21)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 第１導電型の第１領域と、 上記第１導電型の第１領域の受光面側に形成された第２
    導電型の第２領域と、 上記第１領域および第２領域が接したｐｎ接合面の一部
    に、上記第１領域および第２領域に跨り、すなわち上記
    第１領域と第２領域の両方に突出するように形成され、
    上記第１導電型の第１領域よりも不純物濃度が高い第１
    導電型の第３領域とを備えたことを特徴とするバイパス
    機能付太陽電池セル。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載のバイパス機能付太陽電
    池セルにおいて、 上記第１導電型の第３領域を複数個備えていることを特
    徴とするバイパス機能付太陽電池セル。
  3. 【請求項３】 請求項１に記載のバイパス機能付太陽電
    池セルにおいて、 上記第２領域の一部に接する受光面側電極が、上記第３
    領域の真上に形成されていることを特徴とするバイパス
    機能付太陽電池セル。
  4. 【請求項４】 請求項１または３に記載のバイパス機能
    付太陽電池セルにおいて、 上記第１導電型の第３領域は、点状または線状であるこ
    とを特徴とするバイパス機能付太陽電池セル。
  5. 【請求項５】 請求項１に記載のバイパス機能付太陽電
    池セルを製造する製造方法であって、 上記第１導電型の第１領域に、イオン注入するイオン注
    入工程によって、上記第１導電型の第１領域よりも不純
    物濃度が高い第１導電型の第３領域を、第１領域と第２
    領域のｐｎ接合面の一部に、第１領域と第２領域の両方
    に突出するように形成することを特徴とするバイパス機
    能付太陽電池セルの製造方法。
  6. 【請求項６】 請求項５に記載のバイパス機能付太陽電
    池セルの製造方法において、 上記イオン注入工程では、ドーピング材料として、ホウ
    素,ガリウム,アルミニウム,インジウムのうちのいずれ
    か１つを用いることを特徴とするバイパス機能付太陽電
    池セルの製造方法。
  7. 【請求項７】 請求項５に記載のバイパス機能付太陽電
    池セルの製造方法において、 上記イオン注入工程の後に、熱拡散法によって、上記第
    ２導電型の第２領域を形成すると同時に上記第３領域を
    活性化することを特徴とするバイパス機能付太陽電池セ
    ルの製造方法。
  8. 【請求項８】 請求項５に記載のバイパス機能付太陽電
    池セルの製造方法において、 上記イオン注入工程では、マスキング材料として感光性
    樹脂を用いてイオン注入することによって、島状の上記
    第３領域を形成することを特徴とするバイパス機能付太
    陽電池セルの製造方法。
  9. 【請求項９】 請求項５に記載のバイパス機能付太陽電
    池セルの製造方法において、 上記イオン注入工程では、 所定の面積に制御したビーム状にイオン注入することに
    よって、上記第３領域を形成することを特徴とするバイ
    パス機能付太陽電池セルの製造方法。
  10. 【請求項１０】 請求項１,２,４のいずれか１つに記載
    のバイパス機能付き太陽電池セルが、サブセルとして、
    複数個だけ、光の入射方向に直列に積層されたことを特
    徴とするバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セル。
  11. 【請求項１１】 請求項１０に記載のバイパス機能付き
    多接合積層型太陽電池セルにおいて、 請求項３に記載の太陽電池セルを備えたことを特徴とす
    るバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セル。
  12. 【請求項１２】 請求項１０または１１に記載のバイパ
    ス機能付き多接合積層型太陽電池セルにおいて、 上記サブセルとしての太陽電池セルの活性層部分が、II
    I−Ｖ族化合物半導体材料からなり、基板がＧｅまたはI
    II−Ｖ族化合物半導体ウエハからなることを特徴とする
    バイパス機能付き多接合積層型太陽電池セル。
  13. 【請求項１３】 請求項１０,１１,１２のいずれか１つ
    に記載のバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セルに
    おいて、 上記第３領域の個数が、上記サブセル毎に異なることを
    特徴とするバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セ
    ル。
  14. 【請求項１４】 請求項１０,１１,１２のいずれか１つ
    に記載のバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セルに
    おいて、 上記サブセルのうちで、最も受光面側に位置するトップ
    セルに形成する第３領域の個数が、最も多いことを特徴
    とするバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セル。
  15. 【請求項１５】 請求項１０,１１,１２のいずれか１つ
    に記載のバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セルに
    おいて、 光照射時に最も生成電流密度が小さいサブセルに形成す
    る第３領域の個数が、最も多いことを特徴とするバイパ
    ス機能付き多接合積層型太陽電池セル。
  16. 【請求項１６】 請求項１３,１４,１５のいずれか１つ
    に記載のバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セルに
    おいて、 セル平面上の上記第３領域の形成位置が、受光面側電極
    の位置にかかわらず一様であることを特徴とするバイパ
    ス機能付き多接合積層型太陽電池セル。
  17. 【請求項１７】 請求項１３,１４,１５のいずれか１つ
    に記載のバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セルに
    おいて、 セル平面上の上記第３領域の形成位置が、受光面側電極
    下の位置であることを特徴とするバイパス機能付き多接
    合積層型太陽電池セル。
  18. 【請求項１８】 請求項１３,１４,１５のいずれか１つ
    に記載のバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セルに
    おいて、 上記各サブセルは、そのセル平面上における第３領域の
    形成位置を、受光面側電極下の互いに異なる位置にした
    ことを特徴とするバイパス機能付き多接合積層型太陽電
    池セル。
  19. 【請求項１９】 請求項１７または１８に記載のバイパ
    ス機能付き多接合積層型太陽電池セルを製造する方法で
    あって、 受光面側電極下の位置に、上記第３領域を形成した後、
    この第３領域をビームアニールによって活性化すること
    を特徴とするバイパス機能付き多接合積層型太陽電池セ
    ルの製造方法。
  20. 【請求項２０】 請求項５に記載のバイパス機能つき太
    陽電池セルの製造方法において、 イオン注入材料が、Ｂｅ,Ｃｄ,Ｍｇ,Ｚｎ,Ｃのうちの一
    つまたは複数、または、Ｂｅ,Ｃｄ,Ｍｇ,Ｚｎ,Ｃのうち
    の一つまたは複数とＢ,Ａｌ,Ｇａ,Ｉｎのうちの一つと
    の組み合わせであることを特徴とするバイパス機能付き
    多接合積層型太陽電池セルの製造方法。
  21. 【請求項２１】 請求項５に記載のバイパス機能つき太
    陽電池セルの製造方法において、 イオン注入材料が、Ｓ,Ｓｅ,Ｔｅ,Ｓｉのうちの一つま
    たは複数、または、Ｓ,Ｓｅ,Ｔｅ,Ｓｉのうちの一つま
    たは複数とＮ,Ｐ,Ａｓ,Ｓｂのうちの一つとの組み合わ
    せであることを特徴とするバイパス機能付き多接合積層
    型太陽電池セルの製造方法。
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