JP2010521811A - 効率を高めるための太陽電池の接触指とはんだパッドの構成 - Google Patents

Abstract

太陽電池は、該太陽電池のＮ型拡散領域に電気的に接続された負極性の金属接触指(413)と、該太陽電池のＰ型拡散領域に電気的に接続された正極性の金属接触指(414)を備える。Ｎ型とＰ型の拡散領域は両方とも太陽電池の背面にある。太陽電池は、通常の動作の間太陽に面する正面を有する。負極性と正極性の金属接触指(413と414)を相互にかみ合わせることができる。太陽放射をより多く収集するために、金属接触指がはんだパッド(410)を向き、かつ、金属接触指全体で該はんだパッドの周囲の部分を覆うように、金属接触指を配置することができる。たとえば、負極性の金属接触指(413)がはんだパッド(410)を向き、かつ、負極性の金属接触指(413)全体で、該はんだパッドの２つまたは３つの側を覆うように、該負極性の金属接触指(413)を配置することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、一般的には太陽電池に関し、より詳細には、太陽電池の相互接続構造（但し、これに限定するものではない）に関する。

太陽電池は、太陽放射を電気エネルギーに変換するための周知のデバイスである。それらは、半導体処理技術を用いて半導体ウェーハ上に作製されることができる。一般的に言えば、太陽電池は、シリコン基板にＰ型及びＮ型拡散領域を形成することによって作製することができる。太陽電池に入射する太陽放射は、拡散領域へと移動する電子及びホールを生成し、これによって、拡散領域間に電圧差を生じさせる。背面接合型太陽電池では、拡散領域と、該拡散領域に結合された金属の接触指が太陽電池の背面に存在する。接触指（または接触フィンガ。以下、同じ）によって、外部の電気回路を太陽電池に結合し、太陽電池から給電することが可能になる。

効率は、太陽電池の重要な特性である。なぜなら、効率は、太陽電池の電力を生み出す能力に直接関係するからである。したがって、太陽電池の効率を高める技術が一般的に望まれている。本発明は、従来の太陽電池と比較して高い効率を可能にする、改良型太陽電池の接触指とはんだパッドの構成（及び／または配置）を提供する。

要旨
１実施形態では、太陽電池は、太陽電池のＮ型拡散領域に電気的に接続された負極の金属製の接触指（以下、金属製の接触指を金属接触指という）と、太陽電池のＰ型拡散領域に電気的に接続された正極の金属接触指を備える。Ｎ型とＰ型の拡散領域は両方とも太陽電池の背面にある。太陽電池は、通常動作の間、太陽に面する正面（表側の面）を有する。負極と正極の金属接触指を互いにかみ合わせることができる。太陽放射をより多く収集するために、金属接触指がはんだパッドの方を向いて、該金属接触指全体で（または該金属接触指が集合して）、該はんだパッドの周辺部を覆うように、該金属接触指を配置（または構成）することができる。たとえば、負極の金属接触指が、はんだパッドの方を向いて、該負極の金属接触指全体ではんだパッドの２つまたは３つの側（側部）を覆うように該負極の金属接触指を配置することができる。

本発明のこれらの及び他の特徴は、添付の図面及び特許請求の範囲を含む本開示の全体を読むことによって当業者には容易に明らかになるであろう。

従来の１つの例示的な太陽電池の背面を示す。 図１の太陽電池の左下側の拡大図を示す。 １つの例示的な太陽電池のエッジ部の方を向くように配向された端部を有する金属接触指の略図である。 本発明の１実施形態による太陽電池接触構成の略図である。 本発明の１実施形態による太陽電池の背面図である。 図５の太陽電池の負極エッジ部の拡大図である。 図５の太陽電池の正極エッジ部の拡大図である。 本発明の１実施形態による図５の太陽電池の断面図である。 図５の太陽電池に従って金属接触指及びはんだパッドが配列された太陽電池の効率を、図１の太陽電池に従って金属接触指及びはんだパッドが配列された太陽電池の効率と比較して示すグラフである。

異なる図面間で使用されている同じ参照ラベルは、同じまたは同等の構成要素を示す。

本開示では、本発明の実施形態を完全に理解してもらうために、構造及び方法の例などの多数の特定の細部を提供する。しかしながら、当業者であれば、それらの特定の細部のうちの１つ以上がなくても本発明を実施できることを理解するであろう。他の例では、本発明の態様が不明瞭になるのを避けるために、周知の細部については図示または説明していない。

図１は、従来の太陽電池１００の１例の背面を示す。太陽電池１００は、各エッジ部に、複数のはんだパッド１０２（すなわち、１０２−１、１０２−２、…）とバスバー（母線ともいう）１０１（すなわち、１０１−１、１０１−２、…）を有する。はんだパッド１０２とバスバー１０１は、破線で概略的にマークされている。図１において、はんだパッド１０２−１、１０２−２、１０２−３は、太陽電池１００の負極性のエッジ部（負極エッジ部）にあり、はんだパッド１０２−４、１０２−５、１０２−６は正極性のエッジ部（正極エッジ部）にある。はんだパッド１０２は表面を提供し、該表面上に、太陽電池１０２と他の太陽電池を電気的に接続する相互接続リード線を取り付けることができる。バスバー１０１は、特定の極性の金属接触指を、特定のエッジ部にあるそれらに最も近い対応するはんだパッド１０２に電気的に接続する。

図２は、図１の太陽電池１００の左下側を拡大した図である。図２では、また、金属接触指２０１及び２０２がラベル表示されている。金属接触指２０１は、太陽電池１００のＰ型拡散領域を正極エッジ部にあるはんだパッド１０２及びバスバー１０１に電気的に接続する。金属接触指２０２は、太陽電池１００のＮ型拡散領域を負極エッジ部にあるはんだパッド１０２及びバスバー１０１に電気的に接続する。図面を煩雑にしないために、１つの金属接触指２０１と金属接触指２０２だけをラベル表示している。

図１及び図２において明らかなように、金属接触指２０１及び２０２は、それらが、太陽電池１００のエッジ部の方を向くように（または、エッジ部に向かうように）配列されている。金属接触指とバスバー１０１によって運ばれる電流間の電流密度を一定に維持するために、バスバー１０１は、次第に大きくなる領域を占有するように配置（または構成）され、それゆえ、太陽電池１００のバスバー１０１は先細形となる。この構成の特徴については、図３を参照してさらに説明する。

図３は、エッジ部３０６に向かって配向した端部を有する金属接触指３０３及び３０４を概略的に示す。図３の例では、金属接触指３０３はバスバー３０１に電気的に接続し、はんだパッド（不図示）で終端する。金属接触指３０４は、太陽電池の他方のエッジ部（不図示）にあるはんだパッドに電気的に接続する。各金属接触指３０３は幅「Ｗ」を有する。一定の電流密度を維持するために、バスバー３０１は、エッジ部３０６から測定されたときにその幅が次第に大きくなるように先細形とされている。図３において、バスバー３０１は、左から右側に向かって幅がＷから４Ｗ（すなわち、幅Ｗの４倍）へと広くなっている。

太陽電池１００は非常に効率が良いが、本発明者は、バスバー１０１によって占有される太陽電池１００の領域における太陽放射の収集はごくわずかであることを発見した。本発明者は、また、バスバーによってこれまで占有されていた領域にある金属接触指を相互にかみ合わせることによって、太陽電池の効率を高めることができることを発見した。これを実現する１つの手段は、金属接触指を配向させて、それらの端部がはんだパッドの方を向いて（または、はんだパッドの方に向かうようにして）、それらの端部全体が、該はんだパッドの周辺部のかなりの部分（または大部分）を覆うようにすることである。以下、図４から開始して、本発明の実施形態を説明する。

図４に、本発明の１実施形態による太陽電池の接触構造を概略的に示す。図４の例では、金属接触指４１３と４１４は互いにかみ合っており、金属接触指４１３は、太陽電池の背面にあるＮ形拡散領域に電気的に接続され、金属接触指４１４は、太陽電池の背面にあるＰ形拡散領域に電気的に接続されている。金属接触指４１４は、太陽電池のエッジ４１６とは反対側のもう一方の側にあるはんだパッド（不図示）に電気的に接続している。図４の例では、各金属接触指４１３は幅「Ｗ」を有する。説明を容易にするために、金属接触指４１３のいくつかの端部は、破線４１８によって概略的に境界付けされている。

金属接触指４１３の端部がはんだパッド４１０の方を向くように金属接触指４１３を配置することができる。より具体的には、図４の例では、金属接触指４１３は、はんだパッド４１０の周辺部（または周囲）４１７で終わる。これによって、主に単一の極性接触を有するバスバーが除去され、正極性と負極性の接触部がかみ合わせられる。言い換えれば、従来のバスバーは、太陽放射収集のための太陽電池の表面をより多く取り戻すために除去されている。

図４の例では、金属接触指４１３は、それらの端部が、矩形のはんだパッド４１０の３つの側を囲むように配置されているが、これは、図４の周囲４１７（または周囲の長さ）の約７５％を囲むことに相当する。好ましくは、金属接触指４１３の端部は、それらが、はんだパッド４１０の方を向き、かつ、はんだパッド４１０の周囲４１７（または周囲の長さ）のできるだけ多く、または、少なくとも５０％を囲むように配置（または構成）される。理解されるように、はんだパッド４１０は、必ずしも矩形である必要はない。たとえば、円形のはんだパッドの場合、金属接触指４１３の端部が、はんだパッドに向かい、かつ、はんだパッドの周囲を１８０°の半径内、９０°の半径内、などで囲むように、金属接触指４１３の端部を構成することができる。各金属接触指４１３は、はんだパッド４１０の周囲部（または外周上）で終端するのが好ましい。しかしながら、最適化のために、２つの金属接触指が、同一の接触指において終わる場合があり、この場合、該同一の接触指は、はんだパッド４１０でじかに終わる。

図５は、本発明の１実施形態による太陽電池５００の背面図である。太陽電池５００は、太陽電池の対向するエッジに複数のはんだパッド４０５（すなわち、４０５−１、４０５−２、…）を有する。はんだパッド４０５は破線で概略的にマークされている。図５において、はんだパッド４０５−１、４０５−２、４０５−３は、太陽電池５００の負極エッジ部にあり、はんだパッド４０５−４、４０５−５、４０５−６は、正極エッジ部にある。はんだパッド４０５は表面を提供し、太陽電池５００を別の太陽電池に電気的に接続する相互接続リード線を該表面上に取り付けることができる。金属接触指４０４は、太陽電池５００のＰ型拡散領域を、正極エッジ部にあるはんだパッド４０５に電気的に接続する。金属接触指４０３は、太陽電池５００のＮ型拡散領域を、負極エッジ部にあるはんだパッド４０５に電気的に接続する。はんだパッド４０５は、金属接触指を同じ極性に対して接続することができるだけである。明瞭にするために、金属接触指４０３と４０４のうちのいくつかだけをラベル表示している。

図６は、太陽電池５００の負極エッジ部（図５の下部）の拡大図である。図５及び図６から明らかなように、金属接触指４０３、４０４、及び、はんだパッド４０５は、図４を参照して上述した原理を用いて配置される。たとえば、金属接触指４０３の端部が、はんだパッド４０５を向くように配向し、かつ、はんだパッド４０５の周囲（または外周）を、はんだパッド４０５−１については７５％（３つの側）、はんだパッド４０５−２及び４０５−３については５０％（２つの側）を囲むように金属接触指４０３が配置（または構成）される。図１の太陽電池１００においてバスバー１０１−１及び１０１−２によってこれまで占有されていたものが、今や、相互にかみ合わされた金属接触指４０３及び４０４によって占有されており、それらの金属接触指は、はんだパッド４０５−１に至っていることに留意されたい。

図６の例では、金属接触指４０３のいくつかのペア（対）が、共に結合または分岐して、はんだパッド４０５に電気的に接続し、かつ、はんだパッド４０５で終端する接触指を共有している。場合によっては、３つ以下の金属接触指を、はんだパッド４０５へと向かい、かつ、はんだパッド４０５で終端する単一の金属接触指に共に結合することができる。４つ以上の金属接触指を結合した場合には、単一の金属接触指の幅の３倍より大きな幅を有する金属接触指を共有することになる。これは、各金属接触指の幅に依存して、許容できない効率の低下を生じる場合がある。

図６からさらに明らかなように、はんだパッド４０５−１の近くには、２つの金属接触指４０３の幅よりも大きな幅を有するバスバーまたは金属指はない。すなわち、はんだパッド４０５−１に通じ、かつ、はんだパッド４０５−１で終端する全ての金属接触指４０３の幅は、単一の金属接触指４０３の幅の２倍未満である。これによれば、太陽放射の収集に寄与しないか、またはわずかしか寄与しない幅の広い金属接触領域を小さくすることによって効率が改善されるという利点が得られる。

図７は、太陽電池５００の正極エッジ部（図５の上部）の拡大図である。金属接触指４０３と類似して、いくつかの金属接触指４０４は、はんだパッド４０５に電気的に接続してはんだパッド４０５で終端する単一の金属接触指に共に結合する。図７の例では、Ｐ型金属接触部及び拡散領域によって占有された領域は、通常、Ｎ型金属接触部及び拡散領域よりも大きいので、３つの金属接触指４０４は、はんだパッド４０５で終端する同一の金属接触指を共有することができる。

図６と図７を比較すると、金属接触指４０４は、約９０°の角度で曲がって、対応するはんだパッド４０５（たとえば、４０５−４）に入り、金属接触指４０３は、９０°より大きな角度で曲がって、対応するはんだパッド４０５（たとえば、はんだパッド４０５−１）に入る。したがって、金属接触指４０４は、直角の湾曲部を有すると考えることができ、一方、金属接触指４０３は、ホイール（車輪）のスポークのように形成されていると考えることができる。実施に応じて、正極性の金属接触指（すなわち、金属接触指４０４）と負極性の金属接触指（すなわち、金属接触指４０３）のどちらかが、直角またはスポーク構成を有することができ、また、正極性と負極性の金属接触指の両方が同じ構成を有することができる。上記の説明から明らかなように、２つまたは３つの金属接触指を単一の金属接触指から分岐させることもでき、この場合、該単一の金属接触指は、対応するはんだパッドに向かい、かつ、該はんだパッドでじかに終端する。

図８は、本発明の１実施形態による太陽電池５００の断面図である。太陽電池５００は、Ｎ型拡散領域７０３とＰ型拡散領域７０４が太陽電池の背面７０６にあるという点で背面接合型太陽電池である。通常動作中は、太陽電池５００の正面側（表側）７０７は、太陽放射を収集するために太陽に面している。図８に示すように、金属接触指４０３は、Ｎ型拡散領域７０３に電気的に接続し、金属接触指４０４（説明の明瞭のために１つだけを図示している）は、背面７０６にあるＰ型拡散領域７０４に電気的に接続している。

図９は、太陽電池５００（「新しい構成」と表記されている）に従って金属接触指及びはんだパッドが配列された太陽電池の効率を、太陽電池１００（「従来の構成」と表記されている）に従って金属接触指及びはんだパッドが配列された太陽電池の効率と比較して示すグラフである。図９において、垂直軸は効率を表し、水平軸は、新しい構成と従来の構成についてのプロットを示す。線８０３は、太陽電池１００及び５００の平均効率を示す。図９に示すように、太陽電池５００の平均効率は、太陽電池１００のそれよりも高い。研究によれば、太陽電池５００の平均効率は約２１．２％であり、太陽電池１００の平均効率は約２０．６％であることがわかった。

改良された太陽電池の接触指及びはんだパッド構成を開示した。本発明の特定の実施形態を提示したが、それらの実施形態は説明のためのものであって限定するものではないことが理解されよう。本開示を読むことによって当業者には多くの追加の実施形態が明らかになろう。

Claims (20)

1. 太陽電池であって、
   複数の正極性の金属接触指であって、該正極性の金属接触指の各々が、前記太陽電池の背面にある１つ以上のＰ型拡散領域に結合され、前記太陽電池の正面が、太陽放射を収集するための通常の動作中太陽に面する、複数の正極性の金属接触指と、
   複数の負極性の金属接触指であって、該負極性の金属接触指の各々が、前記太陽電池の背面にある１つ以上のＮ型拡散領域に結合され、前記負極性の金属接触指は、前記正極性の金属接触指と相互にかみ合わせられる、複数の負極性の金属接触指と、
   接触面を提供する第１のはんだパッドであって、該接触面に外部リード線をはんだ付けして前記負極性の金属接触指に電気的に接続することができ、前記負極性の金属接触指は、該負極性の金属接触指の端部が、前記第１のはんだパッドを向き、かつ、前記端部が全体で、該第１のはんだパッドの少なくとも３つの側を囲むように配置される、第１のはんだパッド
   を備える太陽電池。
2. 接触面を提供する第２のはんだパッドをさらに備える請求項１の太陽電池であって、外部リード線を、前記接触面にはんだ付けして、前記第１のはんだパッドが配置されている場所と反対側の前記太陽電池のエッジ部にある前記正極性の金属接触指に電気的に接続することができる、太陽電池。
3. 前記負極性の金属接触指のうちの１つの幅の２倍より大きな幅を有し、かつ、前記第１のはんだパッドに通じて、該第１のはんだパッドにおいて終端する金属接触指またはバスバーがない、請求項１の太陽電池。
4. 前記負極性の金属接触指は、前記第１のはんだパッドにおいて終端する、請求項１の太陽電池。
5. 前記負極性の金属接触指の少なくとも２つが、前記第１のはんだパッドにおいて終端する別の金属接触指を共有する、請求項１の太陽電池。
6. 太陽電池に接触構造を配置する方法であって、
   複数の負極性の金属接触部と複数の正極性の金属接触部とを相互にかみ合わせるステップであって、前記負極性の金属接触部は、太陽電池の背面にあるＮ型拡散領域に電気的に接続され、前記正極性の金属接触部は、前記太陽電池の背面にあるＰ型拡散領域に電気的に接続され、前記太陽電池は、通常動作の間、太陽に面する正面を有する、ステップと、
   前記負極性の金属接触部の端部が、第１のはんだパッドの方を向き、かつ、前記端部が全体で、前記第１のはんだパッドの周囲の少なくとも５０％を囲むように、前記負極性の金属接触部を配置するステップであって、前記第１のはんだパッドは、前記負極性の金属接触部には電気的に接続されるが、前記正極性の金属接触部には電気的に接続されない、ステップ
   を含む方法。
7. 前記正極性の金属接触部の端部が、第２のはんだパッドの方を向き、かつ、該端部が全体で、前記第２のはんだパッドの周囲の少なくとも５０％をおおうように、前記正極性の金属接触部を配置するステップであって、前記第２のはんだパッドは、前記正極性の金属接触部には電気的に接続されるが、前記負極性の金属接触部には電気的に接続されない、ステップ
   をさらに含む、請求項６の方法。
8. 前記負極性の金属接触指のうちの１つの幅の２倍より大きな幅を有し、かつ、前記第１のはんだパッドに通じて、該第１のはんだパッドにおいて終端する金属接触部またはバスバーがない、請求項６の方法。
9. 前記負極性の金属接触部は、前記第１のはんだパッドにおいて終端する、請求項６の方法。
10. 前記負極性の金属接触部は、前記第１のはんだパッドの方を向き、かつ、該負極性の金属接触部全体で、該第１のはんだパッドの周囲の３つの側を囲む、請求項６の方法。
11. 前記負極性の金属接触部は、前記第１のはんだパッドの方を向き、かつ、該負極性の金属接触部全体で、該第１のはんだパッドの周囲の７５％を囲む、請求項６の方法。
12. 太陽電池であって、
    複数の正極性の金属接触指であって、該正極性の金属接触指の各々が、前記太陽電池の背面にある１つ以上のＰ型拡散領域に結合され、前記太陽電池の正面が、太陽放射を収集するための通常の動作の間太陽に面する、複数の正極性の金属接触指と、
    複数の負極性の金属接触指であって、該負極性の金属接触指の各々が、前記太陽電池の背面にある１つ以上のＮ型拡散領域に結合され、前記負極性の金属接触指は、前記正極性の金属接触指と相互にかみ合わせられる、複数の負極性の金属接触指と、
    前記負極性の金属接触指には電気的に接続されるが、前記正極性の金属接触指には電気的に接続されない第１のはんだパッドであって、前記負極性の金属接触指は、前記第１のはんだパッドの方を向き、かつ、前記負極性の金属接触指は全体で、該第１のはんだパッドの周囲の少なくとも５０％を覆う、第１のはんだパッド
    を備える太陽電池。
13. 前記正極性の金属接触指には電気的に接続されるが、前記負極性の金属接触指には電気的に接続されない第２のはんだパッドをさらに備え、前記負極性の金属接触指は、前記第１のはんだパッドが配置されている場所と反対側の前記太陽電池のエッジ部にある、請求項１２の太陽電池。
14. 前記負極性の金属接触指のうちの１つの幅の２倍より大きな幅を有し、かつ、前記第１のはんだパッドに通じて、該第１のはんだパッドにおいて終端する金属接触指またはバスバーがない、請求項１２の太陽電池。
15. 前記負極性の金属接触指は、前記第１のはんだパッドにおいて終端する、請求項１２の太陽電池。
16. 前記負極性の金属接触指の少なくとも２つが、前記第１のはんだパッドを向き、かつ、該第１のはんだパッドにおいて終端する別の金属接触指を共有する、請求項１２の太陽電池。
17. 太陽電池であって、
    第１の組をなす金属接触指であって、該第１の組における金属接触指の各々が、前記太陽電池の背面にある第１の極性の１つ以上の拡散領域に電気的に結合される、第１の組をなす金属接触指と、
    第２の組をなす金属接触指であって、該第２の組における金属接触指の各々が、前記太陽電池の背面にある前記第１の極性とは逆の第２の極性の１つ以上の拡散領域に電気的に結合される、第２の組をなす金属接触指と、
    前記第１の組をなす金属接触指には電気的に結合されるが、前記第２の組をなす金属接触指には電気的に結合されない第１のはんだパッドであって、前記第１の組をなす金属接触指は、前記第１のはんだパッドの少なくとも対向する端部において前記第１のはんだパッドに向かって曲がるように構成される、第１のはんだパッド
    を備える太陽電池。
18. 前記第２の組をなす金属接触指には電気的に結合されるが、前記第１の組をなす金属接触指には電気的に結合されない第２のはんだパッドをさらに備え、前記第２の組をなす金属接触指は、前記第２のはんだパッドに向かって曲がるように構成される、請求項１７の太陽電池。
19. 前記第１の極性が負極性であり、前記第２の極性が正極性である、請求項１７の太陽電池。
20. 前記第２の組をなす金属接触指は９０°の角度で曲がる、請求項１８の太陽電池。
    

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