JP2007110123A - 一体型バイパスダイオードを含む太陽電池における信頼性のある内部接続 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された太陽電池アレイを提供すること。
【解決手段】一体型バイパスダイオードを有する第１の太陽電池と、隣接する第２の太陽電池と、第１の太陽電池のバイパスダイオードのアノードを第２の太陽電池のアノードに接続する２つの別々の金属内部接続部材と、を含む太陽電池アレイが、提供される。
【選択図】図２

Description

本発明は、太陽電池半導体デバイスの分野に関し、特定的には、多接合（multijunction）太陽電池とバイパスダイオードとを含む集積半導体構造に関する。

太陽電池とも呼ばれる光電池は、ここ数年の間において他のエネルギー源と商業的に競合してきている、電気エネルギーを生成する最も重要な新しいデバイスのうちの１つである。太陽電池の変換効率を増加させることに対して多大な努力が注ぎ込まれてきた。この結果、太陽電池は、現在、多くの商業的及び消費者志向のアプリケーションにおいて利用されている。この領域において著しい進歩が見られているが、より洗練されたアプリケーションの要求を満たすための太陽電池に対する必要条件は、需要との関係で歩調が合っていない。データ通信において用いられる人工衛星のようなアプリケーションは、向上した電力及びエネルギー変換特性を有する太陽電池に対する需要を著しく増大させてきている。

人工衛星及び他の宇宙に関連したアプリケーションでは、人工衛星電力システムのサイズ、質量及びコストは、用いられる太陽電池の電力及びエネルギー変換効率に依存している。別の言い方をすれば、ペイロードのサイズ及び人工衛星における活動の利用可能性は、供給される電力の量に比例する。よって、ペイロードがより洗練されるにつれて、人工衛星に搭載される電力システムのための電力変換デバイスとして機能する太陽電池は、飛躍的に重要なものとなる。

太陽電池は、鉛直方向に多接合構造を有する半導体ウェハから製造されることが多く、これらウェハ又は電池は、個々の太陽電池が列状に互いに直列電流により接続される平面アレイにおいて配置される。このアレイを形成する列の形状及び構造は、このアレイが含む電池の数とともに、部分的には、望まれた出力電圧及び電流によって決定される。

１つのアレイにおける太陽電池すべてが日光を取り入れる場合、すなわち、電池の上部層が照射される場合には、そのアレイにおける各電池は、順方向バイアスされ、電流を搬送する。しかしながら、その太陽電池が、人工衛星の移動による遮光に起因して、又は、その電池に対する損傷の結果として、日光を取り入れない場合には、その電池のパスに沿って抵抗が存在する。１つのアレイにおいて複数の太陽電池が存在するので、いくつかの電池は電流を発生させるが、他の電池は動作しない。このようなケースでは、照射された電池からの電流は、依然として、それら遮光された電池を通過しなければならない。電流は、その電池の層を無理やり通過するので、このような電池の電気的特性を破壊しないのであれば、このような電池のバイアスを反転させ、このような電池の質を永続的に劣化させる。

直列電気回路が１つのダイオードを含み、かつ、特定の太陽電池が遮光された場合には、この遮光された電池を通過する電流には、動作不能の電池を通過するパスに並列な別のパスが与えられ、これら遮光された電池の状態が保護される。このバイパスダイオードの目的は、遮光された又は損傷を受けた電池から電流を逸らすことにある。遮光された電池が逆方向バイアスされたときには、バイパスダイオードは、順方向バイアスされる。太陽電池及びバイパスダイオードは、並列となっており、遮光された電池に対して無理やり電流を流さないので、そのダイオードは、遮光された電池から電流を逸らし、電流を完成させて、次の電池に対する接続を維持する。

ある電池が、遮光された場合、又は、他の要因により日光を取り入れなくなった場合には、電流がダイオードパスを選択するためには、そのダイオードパスに対するターンオン電圧は、その電池のパス間の降伏電圧より小さくなければならない。その電池のパス間の降伏電圧は、典型的には、少なくとも５ボルトである。ショットキーバイパスダイオードの場合には、ショットキーコンタクトは、「ターンオン」するために比較的小さな量の電圧、すなわち約６００ｍＶを必要とする。しかしながら、ゲルマニウム（Ｇｅ）接合を通過させるために、このゲルマニウム接合のバイアスを反転させなければならず、これが大きな電圧を必要とする。ゲルマニウム接合のバイアスを反転させることは、約９.４Ｖを必要とするので、電流がダイオードパスをたどるためには１０Ｖ近くの電圧が必要とされる。ゲルマニウム接合のバイアスを反転させるために用いられる電圧は、他のアプリケーションについて利用可能な別の電圧よりも小さい、１０Ｖである。

米国特許第６,６８０,４３２号は、一体型バイパスダイオード構造を有する多接合太陽電池であって、ゲルマニウム接合をバイパスダイオードのベースに「短絡」させるために金属の分流（metal shunt）が用いられる多接合太陽電池を開示している。この短絡のために、バイパスダイオードとゲルマニウム基板との間に電流の流すのに、最少量の電圧が必要とされる。ゲルマニウム接合に電流を流すのに大きな電圧はもはや必要とされない。電流は容易に「短絡」パスを通過する。

さらに具体的には、上述した特許において開示されている多接合太陽電池は、基板と、底部電池と、中央部電池と、上部電池と、バイパスダイオードと、側面伝導層と、分流（shunt）と、を含む。側面伝導層は、上部電池の上に堆積させられる。バイパスダイオード層は、側面伝導層の上に堆積させられる。基板の一部分では、バイパスダイオード層が除去されて、露出した太陽電池層が残される。他の部分では、バイパスダイオードを形成するのに用いられる層が残される。太陽電池領域をバイパス領域から電気的に分離するトラフ（trough）がエッチングされる。金属分流層は、この分流の一方の側が基板に接続され、この分流の他方の側が、バイパスダイオードの活性層に接続している側面伝導層に接続されるように、堆積させられる。金属分流は、バイパスダイオードの支持を形成する中間層を短絡するように動作して、かかる層がいかなる電気的機能をも実行せずに単にバイパスダイオードの支持として動作するようになっている。

上述したように、個々の太陽電池は、アレイにおける鉛直方向の列を形成するように連続的に接続されている。かかる直列接続は、１つの電池のカソード又は上部層と隣接する電池のアノード又は底部層との間に電気的パスを必要とする。具体的には、一体型バイパスダイオードを有する太陽電池では、多接合太陽電池及び第１ウェハの上部面におけるバイパスダイオードの両方から、隣接するウェハの底部面に対して、接続が形成されなければならない。

従来技術に係る内部接続構成は、バイパスダイオードの上部層（又はアノード）に対して単一の電気的コンタクトを有する。かかる構成は、一般的には、たいていのアプリケーション及び信頼性に関する必要条件を満たすものであるが、さらに厳格な信頼性が必要とされる特定のアプリケーションが存在する。本発明に先立って存在する内部接続構成は、かかる信頼性に関する必要条件を満たすことができない。

本発明の１つの目的は、改善された太陽電池アレイを提供することである。

本発明の別の目的は、バイパスダイオードと太陽電池半導体デバイスとの間の内部接続に起因する電気的短絡を防ぐ手段を提供することである。

本発明の別の目的は、アレイの信頼性を向上させ、製造量（manufacturing yields）を増加させるための、バイパスダイオードを有する太陽電池半導体デバイスにおける内部接続構成を提供することである。

本発明のさらに別の目的は、バイパスダイオードと隣接する電池との間において１対のマルチコンタクト（multi-contact）内部接続を利用することにより、太陽電池アレイを製造するための改善された方法を提供することである。

本発明のさらなる目的、効果及び新規な特徴が、以下に述べる詳細な説明を含む本明細書の開示によって、本発明を実施することと同程度に、当業者に明らかとなる。以下、好ましい実施形態に関連して本発明を説明するが、本発明がこれら実施形態に限定されないということを理解されたい。本明細書の教示にアクセスする当業者であれば、産業上の利用可能性を有することに関連した、本明細書により開示されかつ添付した特許請求の範囲に記載された本発明の範囲内に含まれる、さらなるアプリケーション及び変更並びに他の分野における実施形態を認識することができる。

一般的な用語を用いて簡潔に言えば、本発明は、一体型バイパスダイオードを有する第１の太陽電池と、一体型バイパスダイオードを有する第２の太陽電池と、第１の太陽電池のカソードを第２の太陽電池のアノードに接続する第１の金属内部接続部材と、を含む太陽電池アレイを提供する。さらに、バイパスダイオードのアノードにおける第１の領域を第２の太陽電池のアノードにおける第１の領域に接続する第２の金属内部接続部材、及び、バイパスダイオードのアノードにおける第２の領域を第２の太陽電池のアノードにおける第２の領域に接続する第３の金属内部接続部材が、設けられる。

本発明の特性として考えられる新規な特徴が、添付した特許請求の範囲に具体的に記載されている。しかしながら、構成及び動作方法の両方としての本発明自体は、本発明のさらなる目的及び効果とともに、添付図面を参照して読むことにより、具体的な実施形態についての以下の記載から理解することができる。

本発明のこれらの特徴及び他の特徴並びに効果は、添付図面とともに以下の詳細な説明を参照することにより、充分に理解することができよう。

以下、本発明の詳細について、本発明の例示的な特徴及び実施形態を含めて説明する。添付図面及び以下の説明を参照するに際して、同様の又は機能的に類似した構成要素を特定するために同様の参照番号が用いられ、これらの参照番号は、例示的な実施形態の主要な特徴を非常に簡略化した図形的手法により説明することを意図したものである。さらには、添付図面は、実際の実施形態のあらゆる特徴を描くことを意図したものでもなければ、描かれた構成要素の相対的な寸法を描くことを意図したものでもないし、共通の縮尺を保つように描かれたものでもない。

本発明は、アレイにおけるIII-V多接合太陽電池のアノードコンタクトとカソードコンタクトとの内部接続を、隣接する電池に対して結合（ボンディング）された又は溶接された金属クリップ又はジャンパを用いることにより、行うことに関する。米国特許第６,６８０,４３２号に開示されたような太陽電池半導体は、しばしば、基板上にエピタキシャル成長させられているものの、太陽電池とバイパスダイオードとの電気的な絶縁を実現するトレンチによって太陽電池構造から分離された、バイパスダイオードを含む。このトレンチの表面は、電池の端部に沿って形成される電気的な短絡又は分流パス（shunt path）の可能性を低減させる非導電性を有する任意の好適な材料の誘電体材料により覆われている。

図１Ａは、従来技術において知られているバイパスダイオードを有する太陽電池を備えた半導体ウェハを示す上面図である。典型的なウェハ５００は、製造プロセスの終わりにおいてウェハ５００からスクライブされた（scribed）又はカットされた２つの電池５０１、５０２を収容することができる。この半導体ウェハの縁端（peripheral edge）の材料５５０は、除去されている。電池５０１の上面又はカソードに対する電気的コンタクト５１０、５１１及び５１２が、電池５０２の電気的コンタクト５０６、５０７及び５０８とともに、描かれている。電池５０１のバイパスダイオード５０３及び電池５０２のバイパスダイオード５０４もまた、描かれており、図１Ｂに示されるウェハの拡大部分においてさらに詳細に示されている。

図１Ｂは、図１Ａの太陽電池において実装されるバイパスダイオード５０３を有するウェハの領域を示す拡大上面図である。この図１Ｂは、また、電池５０１の上面の上において平行に延びる複数の鉛直伝導体（vertical conductors）８０６であって、電池５０１の上部層と電気的なコンタクトを形成して、この面が照射されたときに電荷を収集するように機能する、鉛直伝導体のうちのいくつかを示している。電池５０１の縁部の周りに延び、伝導体８０６の各々に対して電気的に接続し、さらには、図１Ａにおいて描かれた電池５０１の上部面におけるカソード電気的コンタクト５１０、５１１、５１２に対しても接続するように機能する、電気的伝導バス８０７もまた示されている。

バイパスダイオード５０３の上面図は、このバイパスダイオード５０３が好ましくは矩形の形状を有することを示しており、図２及び図３の断面図から理解されるように、このバイパスダイオード５０３は、好ましくは、電池５０１の上部層の上に製造されるメサ（mesa）構造として実装される。間隔をおいて配置された３つの層６３０、６３１及び６３２は、メサの３つの側部の上に延びており、バイパスダイオード５０３の上部層とトレンチ６５０の底部に配置された基板との間に電気的コンタクトを形成するように機能する。また、バイパスダイオード５０３の上部端子（好ましい実施形態ではバイパスダイオード５０３のアノード）に対する電気的コンタクトとして機能する別の金属層８０４が、バイパスダイオード５０３の上部に描かれている。

図２は、図１ＢのＡ−Ａ面から見た、３重接合太陽電池構造６４０及びバイパスダイオード５０３を有する一体型半導体構造の詳細な断面図を示す。この構造は、基板６０２と、３重接合（triple junction solar cell）太陽電池６４０と、バイパスダイオード６２０と、トレンチ又は井戸（well）６５０と、電気的分流層（electrical shunt layer）６３０と、を含む。３重接合太陽電池構造６４０は、さらに、底部サブ電池（subcell）６０４と、中央部サブ電池６０６と、上部サブ電池６０８と、を含む。複数の伝導グリッドライン８０６のうちの１つが、側面伝導層６１０の上に堆積させられるように描かれている。コンタクトパッド８０４がまた、バイパスダイオード６２０の上に堆積させられるように描かれている。

図３は、図１ＢのＢ−Ｂ面から見た電池５０１の断面図を示しており、この電池５０１の端部を囲んで、この端部に沿って形成されている電気的短絡又は分流パス（shunt path）の可能性を防ぐ、非導電性の材料又は誘電体材料６３５の層を描いている。本発明に係る好ましい構造では、反射防止コーティング（ＡＲＣ）として通常用いられるものと同一の材料を電池５０１の面に用いることが、この誘電体材料６３５についての理想的な選択である。ＡＲＣ層は、前面反射（front surface reflection）を低減するために現在市販されているデバイスでは、通常、太陽電池５０１の上面に付与される。好ましい実施形態は、ＡＲＣ層が太陽電池の面の上だけでなくメサトレンチ６５０内にも延びてこの太陽電池メサの鉛直端部（vertical edge）の保護を実現することを可能にする、一連の製造ステップを用いる。

さらに具体的には、一実施形態では、基板は、（図４に示すような）下部金属コンタクトを形成するために、半導体ウェハ５００の裏面において金属層５１４によって全体的に覆われた、ｐ型ゲルマニウム（Ｇｅ）基板６０２である。底部電池６０４は、ｐ型Ｇｅベース層８１０と、ｎ型Ｇｅエミッタ層８１２と、ｎ型ＧａＡｓ層８１４と、を含む。ベース層８１０は、当業技術において知られた技術によって基板６０２に形成される。層８１０は、一実施形態では、堆積させたエミッタ層８１２からＧｅ基板内に原子を拡散させることによって形成することができる。底部電池６０４が製造された後、連続したｐ型及びｎ型トンネリング接合層８１６が堆積させられて、底部電池６０４を隣のサブ電池６０６に接続するための回路構成要素を提供する、時にはトンネリングダイオードと称される、構造が形成される。

中央部電池６０６は、さらに、背面フィールド層（Back Surface Field;「ＢＳＦ」）８２０と、ｐ型ＧａＡｓベース層８２２と、ｎ型ＧａＡｓエミッタ層８２４と、ｎ型ガリウムインジウムリン化物₂（gallium indium phosphide₂）窓層８２６と、を含む。一旦、ＢＳＦ層８２０がトンネリング接合層８１６の上に堆積させられると、ベース層８２２がＢＳＦ層８２０の上に堆積させられる。この後、エミッタ層８２４がベース層８２２の上に堆積させられた後、窓層８２６がエミッタ層８２４の上に堆積させられる。ＢＳＦ層８２０が、中央部電池６０６における再結合損失を低減するために用いられる。ＢＳＦ層８２０は、背面（back surface）の近くにあるより多くドーピングされた領域から少数キャリアを追い出して、再結合損失の影響を最小限にする。別言すれば、ＢＳＦ層８２０は、太陽電池の裏面（backside）における再結合損失を低減し、これにより、ベース領域における再結合を低減する。

中央部電池６０６において用いられる窓層８２６もまた、再結合損失を低減するように動作する。窓層８２６はまた、下に位置する接合の電池面の不活性化（passivation）を向上させる。本発明の範囲から逸脱することなく、さらなる層を付加することができるということ、或いは、層を削除することができるということは、当業者に明らかである。上部電池６０８の層を堆積させる前に、ｐ型及びｎ型トンネリング接合層８３０が中央部電池６０６の上に堆積させられて、中央部電池６０６を上部電池６０８に接続するトンネルダイオードが形成される。

本実施形態に係る上部電池６０８は、ｐ型インジウムガリウムアルミニウムリン化物₂（indium gallium aluminum phosphide₂;「ＩｎＧａＡｌＰ₂」）ＢＳＦ層８４０と、ｐ型ＧａＩｎＡＰ₂ベース層８４２と、ｎ型ＧａＩｎＡＰ₂エミッタ層８４４と、ｎ型アルミニウムインジウムリン化物（aluminum indium phosphide₂「ＡｌＩｎＰ₂」）窓層８４６と、の連続した層を含む。一旦、ＢＳＦ層８４０がトンネリング接合層８３０の上に堆積させられると、上部電池６０８のベース層８４２が、ＢＳＦ層８４０の上に堆積させられる。この後、層８４４がベース層８４２の上に堆積させられた後、窓層８４６がエミッタ層８４４の上に堆積させられる。

本実施形態によれば、ｎ型ＧａＡｓキャップ層８５０が、金属材料に対するよりよいコンタクトを向上させるために用いられる。キャップ層６１０が、上部電池６０８の上に堆積させられる。キャップ層又は側面伝導層６１０が、ｎ型ＧａＡｓにより形成され、窓層８４６の上に堆積させられる。ｎ型ＧａＩｎＰ₂ストップエッチング（stop etch）層６１２が、側面伝導層６１０の上に堆積させられる。ストップエッチング層６１２が堆積させられた後、電池５０１の一部分の上にバイパスダイオードを形成する複数の層が、ウェハ全体の上にエピタキシャル成長させられる。

バイパスダイオード層６２０は、一実施形態では、ｎ型ＧａＡｓ層８６０と、ｉ型ＧａＡｓ層８６２と、ｐ型ＧａＡｓ層８６４と、の連続した層を含む。ｎ型層８６０が、ストップエッチング層６１２の上に堆積させられる。ｉ型層８６２が、ｎ型層８６０の上に堆積させられる。ｐ型層８６４が、ｉ型層８６２の上に堆積させられる。層８６４が堆積させられた後、コンタクトパッド８０４が、バイパスダイオード６２０の上に堆積させられる。一旦、アノードコンタクトパッド８０４が形成されると、この結果、ｎの上にｐが存在する極性（p-on-n polarity）を有する一体型p-i-nバイパスダイオードが太陽電池の上に形成されることになる。別の実施形態では、ｐの上にｎが存在する極性（n-on-p polarity）を有する一体型バイパスダイオードを、上述したものと同様のプロセスを用いて、太陽電池構造の上に形成することができる。本発明の範囲から逸脱することなく、バイパスダイオード６２０において、さらなる層を付加することができるということ、及び、層を削除することが、当業者には明らかである。

一実施形態では、井戸６５０の一部分内に金属分流層６３０が堆積させられる。分流６３０の一端６３１が、基板６０２との電気的コンタクトを形成し、分流６３０の他端６３２が、側面伝導層６１０との電気的コンタクトを形成し、これにより、３重接合電池の活性層８４６に対する電気的コンタクト（さらに具体的には、上部電池６０８に対する電気的コンタクト）を形成する。反射防止コーティング６３５は、太陽電池の特定の部分の上に堆積させられ、太陽電池の性能を向上させることができる。

III族がホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）及びタリウム（Ｔ）を含み、IV族が炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）及びすず（Ｓｎ）を含み、V族が窒素（Ｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）及びビスマス（Ｂｉ）を含む、周期表に列挙されているIII族からV族の元素の任意の好適な組み合わせによって多接合太陽電池構造を形成することができる、ということに留意されたい。

図４Ａは、ウェハ５００からスクライブされた又はカットされた後の太陽電池５０１を示す上面図である。具体的には、周辺バス８０７、コンタクト５１０、５１１及び５１２、並びに、バイパスダイオードコンタクト８０４が示されている。

図４Ｂは、太陽電池５０１、具体的には、裏面コンタクト金属層５１４を示す底面図である。

図５は、太陽電池５０１により表現される電気回路を３重接合構造及びバイパスダイオード６２０５とともに示す回路図７００である。回路７００は、上部電池６０８、中央部電池６０６、底部電池６０４、バイパスダイオード６２０、抵抗ブロック７０２、並びに、４つのパス７１０、７１２、７１４及び７１６を描いている。一実施形態では、抵抗ブロック７０２は、多接続太陽電池構造の短絡部分からの電気抵抗であってバイパスダイオード６２０の下に配置された電気抵抗、及び、図２に示した分流６３０からの抵抗を表現する。

通常の動作空間の間（例えば、太陽電池６０４−６０８が日光、太陽光、光、放射線及び／又は光子にさらされているとき）にあっては、太陽電池６０４−６０８は順方向バイアスされる。これら太陽電池は、太陽エネルギーを、電気的エネルギー、及び、直列に接続された隣接する太陽電池の間において発生させた電流に変換する。日光、太陽光、光、放射線及び／又は光子という用語が、本明細書において交換して用いることができる、ということに留意されたい。この実施形態では、複数の太陽電池が直列に接続されている。太陽電池６０４−６０８が順方向にバイアスされる一方、バイパスダイオード６２０は、太陽電池とは逆の極性を有しているので、逆方向バイアスされる。よって、バイパスダイオード６２０が逆方向バイアスモードにあるときには、このバイパスダイオード６２０及び太陽電池６０４−６０８には電流が流れない。

隣接する太陽電池から発生した電流がパス又はコンタクト７１０を介して太陽電池６０４−６０８に到達したときには、太陽電池６０４−６０８は、太陽電池６０４−６０８に当たる光により変換された電流と、パス７１０を介して隣接する太陽電池から到着した入力電流とを含む、集合させた全電流を、パス７１２を介してパス７１６に通過させる。パス又はコンタクト７１６は、（図６に描いたような太陽電池５２１のような）別の太陽電池及び／又は電気的デバイスに接続するものとすることができる。

しかしながら、例えば、太陽電池６０４−６０８が遮光されているときに、太陽電池６０４−６０８が逆方向バイアスされている状況の間にあっては、バイパスダイオード６２０は、順方向バイアスされる。このような状況にあっては、バイパスダイオード６２０は、能動デバイスとなって、隣接する太陽電池からのパス７１０を介した電流を、パス７１４を介してパス７１４に通過させる。別言すれば、太陽電池６０４−６０８が逆方向バイアスモードにあるときには、バイパスダイオード６２０は、順方向バイアスされて、パス７１４が、パス７１０からの電流をパス７１６に通過させるために用いられる。このように、この回路構成では、バイパスダイオードが、電池６０４−６０８を保護する。

ここで、本発明の特徴にさらに具体的に着目すると、図６は、一体型バイパスダイオードを有する太陽電池を利用するアレイの一部分を示す上面図であり、当業技術において現在知られているような隣接する太陽電池５２１に対する内部接続部材を描いている。具体的には、太陽電池５０１の上面におけるパッド５１０及び５１１に対するコンタクトをそれぞれ形成する第１の引き延ばされたコンタクト部材６０５及び第２の引き延ばされたコンタクト部材６０６を有する左側・内部接続部材６００が、描かれている。２つの別々のコンタクト部材及び２つのパッドを用いることによる効果は、電気的コンタクトの一方が故障し、又は、他の要因により短絡した場合における信頼性を改善できることにある。太陽電池５０１の右手側には、第１の引き延ばされたコンタクト部材６１０及び第２の引き延ばされたコンタクト部材６１１を有する右側・内部接続部材６０１が、描かれている。第１のコンタクト部材６１０は、バイパスダイオードのアノードコンタクト８０４に対するコンタクトを形成し、第２のコンタクト部材６１１は、太陽電池５０１の上面におけるパッド５１２（これは、上記上面に配置されたグリッドライン８０６及び８０７に対して順次電気的に接続される）に対するコンタクトを形成する。バイパスダイオードのコンタクト８０４に対する電気的コンタクトが１つしかないということに特に留意されたい。

図７は、図６のＡ−Ａ面から見た、２つの接続された太陽電池を有するアレイ部分を示す断面図である。具体的には、このアレイを形成する電池５０１、５２１等を支持するための下方のガラス基板５１６が、描かれている。電池５０１の底部又は裏面は、その全体面を覆う、図４に描かれたような金属コンタクト層５１４を有し、同様に、電池５２１の裏面は、金属コンタクト層５１７を有する。内部接続部材６００は、電池５０１におけるパッド５１０及び電池５２１のコンタクト層５１７に対する電気的コンタクトを形成する。接着層５１５が、太陽電池５０１をガラス基板５１６に固定し、接着層５２０が、電池５２１を基板５１６に固定する。

電池５０１の上面は、ＡＭＯ空間放射環境（AMO space radiation environment）（地球の大気の外側における軌道において見受けられるスペクトル）にさらされたときに透明である保護ガラスカバー５１３によって覆われている。カバー５１３は、典型的には、厚みとして公称１００ミクロンを有する、セリアをドープしたホウケイ酸塩ガラスである。カバー７１３は、厚みとして公称５０ミクロンを有する、適当な透明なシリコーン接着層５１２によって、電池５０１に対して取り付けられている。同様に、電池５２１の上面は、接着層５１８によって固定されたガラスカバー５１９によって覆われている。

図８は、図６に描かれたような内部接続部材６００を有する連続した２つの太陽電池の一部分を示す分解組立図である。ガラス基板５１６、接着層５１５、並びに、上面にパッド５１０及び５１１を有する太陽電池５０１の一部分が、描かれている。内部接続部材６００は、典型的には、パッド５１０との電気的なコンタクトを形成する第１端６１０を有し、厚みとして約５０ミクロンのストリップを形成する、銀めっきしたインバー合金により構成される。コンタクトは、好ましくは、溶接により形成されるが、機械的ボンディング、クリンピング（crimping）、半田付けといったような他の内部接続技術が、本発明の範囲内に含まれる。

内部接続部材６００は、好ましくは、（図７に描かれたような）電池５２１の裏面５１７との電気的コンタクトを形成する中央部分６１２及び６１３を有する、ヘビ型（serpentine）形状である。部材６００の第２の端部６１１は、電池５０１のパッド５１１との電気的コンタクトを形成する。部材６００はまた、平坦な面が例えば応力を軽減するために方向を変えている、多数のギャップ６１７、６１８をも有する。

電池５０１の上にあるカバー５１３及び接着層５１２、並びに、電池５２１の上にあるカバー５１９及び接着層５１８もまた、描かれている。

図９は、バイパスダイオードを有する太陽電池であって、従来技術においても知られている該太陽電池に取り付けられる別のタイプの内部接続部材を有する太陽電池を示す、上面図である。電池５０１の左側における内部接続部材６００は、図６〜図８を参照して上記の通り説明したものと同一である。電池５０１の右手側における内部接続部材６０３は、電池５０１の右側におけるバイパスダイオード８０４、パッド５１２及びパッド５１３に対してそれぞれコンタクトを形成する３つの部分を有する、「３つのつま先（three toe）」の一例である。

図１０は、バイパスダイオードを有する太陽電池であって、該バイパスダイオードに対する１対の内部接続部（a pair of interconnects）を有する本発明に係る太陽電池を示す上面図である。

電池５０１の右側における内部接続部材６０５は、電池５０１の右側におけるバイパスダイオード８０４、パッド５１２及びパッド５１３に対する電気的コンタクトを形成する部分を有する、図９を参照して説明した部材６０３と同一である。電池５０１の左手側における内部接続部材６０４もまた、電池５０１の左側におけるバイパスダイオード８０４、パッド５１０及びパッド５１１に対するコンタクトを形成する部分を有する「３つのつま先」である。

図１０に描かれているように、本発明は、第１の太陽電池５０１のカソード５１０及び５１１を第２の太陽電池のアノードに接続する第１の部分と、バイパスダイオードのカソード８０４における第１の領域を第２の太陽電池のアノードにおける第１の領域に接続する第２の部分と、を有する第１の金属内部接続部材６０４を設け、また、本発明は、第１の太陽電池５０１のカソード５１２及び５１３を第２の太陽電池のアノードに接続する第１の部分と、バイパスダイオードのカソード８０４における第２の領域を第２の太陽電池のアノードにおける第２の領域に接続する第２の部分と、を有する第２の金属内部接続部材６０５を設ける。

本発明に対するさらなる変更及び改善もまた、当業者には明らかである。このように、本明細書において説明及び図示した部品の特定の組み合わせは、本発明の特定の実施形態のみを表現することを意図したものであって、本発明の思想の範囲内に含まれる別のデバイスに対する限定としての役割を果たすことを意図したものではない。

上述した構成要素の各々、又は、これらの構成要素のうちの２つ若しくはそれ以上を組み合わせたものには、また、上述したタイプとは異なる他のタイプの構成において有用なアプリケーションが考えられる、ということを理解されたい。

１つの太陽電池アレイにおいて実装するものとして、本発明を図示及び説明してきたが、本発明の思想から逸脱することなく様々な変更及び様々な構造的変形が可能であるので、本発明は、以上のように示してきた詳細に限定されると意図したものではない。

さらに分析を行うことなく、上記説明は、本発明の骨子を充分に明らかにしているので、本発明者以外のものであっても、現在の技術常識を適用することにより、従来技術の立場に基づいて、本発明の包括的な特徴又は具体的な特徴のうちの不可欠な特性を適切に構成する特徴を省略することなく、本発明を様々なアプリケーションに容易に適用することができ、したがって、このように適用することは、添付した特許請求の範囲の意義及び均等の範囲内に含まれると考えるべきもの及び考えられるものである。

従来技術において知られているバイパスダイオードを有する太陽電池を備えた半導体ウェハを示す上面図 図１Ａの太陽電池を示す拡大上面図であり、バイパスダイオードを示す図 図１ＢのＡ−Ａ面から見た、バイパスダイオードを有する太陽電池を示す拡大断面図 図１ＢのＢ−Ｂ面から見た、バイパスダイオードを有する太陽電池を示す拡大断面図 図１Ａに描かれたウェハからカットされるようなバイパスダイオードを有する太陽電池を示す上面図 図４Ａに示すバイパスダイオードを有する太陽電池を示す底面図 図４のバイパスダイオードを有する太陽電池を示す回路図 従来技術において知られているような複数の電池間におけるカソードからアノードに対する内部接続を用いてアレイにおいて接続された２つの連続した太陽電池を示す上面図 図６のＡ−Ａ面から見た、２つの太陽電池を示す断面図 図６に描かれたような内部接続部材６００又は従来技術に係るジャンパを有する連続した２つの太陽電池の一部分を示す分解組立図 バイパスダイオードを有する太陽電池であって、該太陽電池に取り付けられる別の対の内部接続部を有する、従来技術に係る太陽電池を示す、上面図 バイパスダイオードを有する太陽電池であって、該バイパスダイオードに対する１対の内部接続部を有する、本発明に係る太陽電池を示す上面図

符号の説明

５０１、５０２、６０４、６０６、６０８ 太陽電池
６００、６０４ 内部接続部材
６２０、８０４ バイパスダイオード

Claims (12)

1. 一体型バイパスダイオードを有する第１の太陽電池と、
   一体型バイパスダイオードを有する第２の太陽電池と、
   前記第１の太陽電池のカソードを前記第２の太陽電池のアノードに接続する第１の金属内部接続部材と、
   前記バイパスダイオードのアノードにおける第１の領域を前記第２の太陽電池の前記アノードにおける第１の領域に接続する、第２の金属内部接続部材と、
   前記バイパスダイオードの前記アノードにおける第２の領域を前記第２の太陽電池の前記アノードにおける第２の領域に接続する、第３の金属内部接続部材と、
   を含む、ことを特徴とする太陽電池アレイ。
2. 前記第１の太陽電池が、連続した半導体材料の層を有する半導体本体を備え、
   前記半導体本体が、
   前記連続した半導体材料の層が多接合太陽電池のうちの少なくとも１つの電池を形成している第１の領域と、
   前記多接合太陽電池が順方向バイアスされたときに前記バイパスダイオードが逆方向バイアスされ、前記多接合太陽電池が逆方向バイアスされたときに前記バイパスダイオードが順方向バイアスされるように、前記連続した半導体材料の層が前記バイパスダイオードを形成している第２の領域と、
   を含む、請求項１に記載のアレイ。
3. 前記第１の太陽電池が、連続した半導体材料の層を有する半導体本体を備え、
   前記半導体本体が、
   前記連続した半導体材料の層が多接合太陽電池のうちの連続した電池を形成している第１の領域と、
   前記連続した半導体材料の層におけるトラフによって前記第１の領域から分離される第２の領域であって、前記連続した半導体材料の層が、多接合太陽電池が遮光されたときに電流が通過することを可能にすることにより、逆方向バイアスから前記多接合太陽電池を保護するために、前記バイパスダイオードのための支持を形成している第２の領域と、
   を含む、請求項１に記載のアレイ。
4. 前記第１の太陽電池が、前記第１の領域における前記連続した半導体材料の層の端部の上にある前記トラフ内に延びる不活性層をさらに含む、請求項３に記載のアレイ。
5. 前記連続した前記１つの電池の層、及び、前記連続した前記バイパスダイオードの層が、異なる処理ステップによりエピタキシャル成長させられる、請求項２に記載のアレイ。
6. 前記半導体本体がＧｅ基板を含み、
   前記電池のうちの少なくとも１つの電池が、少なくとも部分的にＧａＡｓにより製造される、請求項２に記載のアレイ。
7. 前記第２及び第３の金属内部接続部材が、前記第１の太陽電池における前記バイパスダイオードの前記アノードの上面と、前記第２の太陽電池における底面との間に延びる金属クリップである、請求項１に記載のアレイ。
8. 前記金属クリップが、平坦な第１の端部、中央部及び平坦な第２の端部を有する、請求項７に記載のアレイ。
9. 前記第２の内部接続部材の前記平坦な第１の端部が、前記バイパスダイオードの前記アノードにおける第１の部分に対する電気的接続を形成する、請求項８に記載のアレイ。
10. 一体型バイパスダイオードを有する第１の太陽電池と、第２の太陽電池と、を備えた太陽電池アレイであって、
    前記第２の太陽電池が、
    前記バイパスダイオードのカソードにおける第１の領域を前記第２の太陽電池のアノードにおける第１の領域に接続する、第１の金属内部接続部材と、
    前記バイパスダイオードの前記カソードにおける第２の領域を前記第２の太陽電池の前記アノードにおける第２の領域に接続する、第２の金属内部接続部材と、
    を含む、ことを特徴とするアレイ。
11. 前記第１の金属内部接続部材が、ヘビ型形状を有しており、
    該第１の金属内部接続部材が、
    前記第１の太陽電池に接続された第１の端部と、
    前記バイパスダイオードの前記カソードにおける前記第１の領域に接続された第２の端部と、
    前記第２の太陽電池に接続された中央部と、
    を有する、請求項１０に記載のアレイ。
12. 前記第１の金属内部接続部材が、ヘビ型形状を有しており、
    該第１の金属内部接続部材が、
    前記第１の太陽電池に接続された第１の端部と、
    前記バイパスダイオードの前記カソードにおける前記第２の領域に接続された第２の端部と、
    前記第２の太陽電池に接続された中央部と、
    を有する、請求項１１に記載のアレイ。

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