JP2015510271A

JP2015510271A - クラックを補償又は防止する金属化を伴うソーラセル

Info

Publication number: JP2015510271A
Application number: JP2014556534A
Authority: JP
Inventors: ジョンアンソニーガンノン; ラドゥラドゥタ
Original assignee: コジェンラソーラーインコーポレイテッド
Priority date: 2012-02-13
Filing date: 2012-11-20
Publication date: 2015-04-02
Also published as: WO2013122639A1; CN104221159A; US20130206221A1; CL2014002151A1

Abstract

ソーラセルと、ソーラセルの前面及び背面の金属化パターンとをここに開示する。１つの態様において、ソーラセルは、光が照射される前面を有する半導体ダイオード構造体と、半導体ダイオード構造体に電気的接触を与えるために半導体ダイオード構造体の前面に配置された導電性前面金属化パターンとを備えている。その前面金属化パターンは、少なくとも１つのバスバーと、このバスバーに取り付けられた複数のフィンガーと、それらフィンガーの２つ以上を相互接続して、その２つ以上の相互接続されたフィンガーの各々からバスバーへの多数の電流路を与えるバイパス導体とを含む。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、一般的に、ソーラセルに関する。

関連出願の相互参照：本願は、２０１２年２月１３日に出願された“Solar Cell with Metallization Compensating for or Preventing Cracking”と題する米国特許出願第１３／３７１，７９０号の優先権の利益を主張するもので、その開示を、参考としてここにそのまま援用する。

常に増え続ける世界的規模のエネルギー需要を満たすために代替エネルギー源が必要である。ソーラエネルギー資源は、多くの地域において、ソーラ（例えば、光起電体）セルで発生される電力の供給によりそのような需要を一部分満足するのに充分なものである。

ソーラセルと、ソーラセルの前面及び背面の金属化パターンとについて、ここに開示する。

１つの態様において、ソーラセルは、光が照射される前面を有する半導体ダイオード構造体と、半導体ダイオード構造体に電気的接触を与えるために半導体ダイオード構造体の前面に配置された導電性前面金属化パターンとを備えている。その前面金属化パターンは、少なくとも１つのバスバーと、このバスバーに取り付けられた複数のフィンガーと、それらフィンガーの２つ以上を相互接続して、その２つ以上の相互接続されたフィンガーの各々からバスバーへの多数の電流路を与えるバイパス導体とを含む。

バスバーは、まっすぐに延び、フィンガーは、互いに平行に且つバスバーに垂直に向けられ、そしてバイパス導体は、バスバーに平行に向けられる。バスバー、フィンガー及びバイパス導体の他の向きを使用してもよい。

ソーラセルが、例えば、約２時間のサイクル周期で約−４０℃と約８５℃との間の温度サイクルを約１０００回受けたとき、例えば、バイパス導体と同じバスバーの側でソーラセルの前面に生じて１つ以上のフィンガーを各々切断するクラックの希望の分数（例えば、パーセンテージ）以上をバイパス導体とバスバーとの間に含ませるのにほぼ必要な最小距離だけ、バイパス導体がバスバーから離間される。しかしながら、バイパス導体とバスバーとの間のスペーシングは、その最小距離より大きくてもよい。

それとは別に又はそれに加えて、ソーラセルが、例えば、約２時間のサイクル周期で約−４０℃と約８５℃との間の温度サイクルを約１０００回受けたとき、例えば、ソーラセルの通常の動作中にソーラセルによって出力される電力の低下が、約１５％未満、又は約１０％未満、又は約８％未満、又は約５％未満とするのにほぼ必要な最小距離だけ、バイパス導体がバスバーから離間される。ソーラセルのそのような通常の動作は、例えば、約４５００ワット／メーター²（Ｗ／ｍ²）から約１３，５００Ｗ／ｍ²のソーラセルの直接的な通常照射又はそれと同等の照射の下で行われる。しかしながら、バイパス導体とバスバーとの間のスペーシングは、前記テストで確立された最小距離より大きくてもよい。

バイパス導体は、例えば、約５ミリメーター（ｍｍ）以下、約２．５ｍｍ以下、約２．０ｍｍ以下、又は約１．０ｍｍ以下で、バスバーから離間される。又、他のスペーシングが使用されてもよい。

バスバーの巾は、例えば、バイパス導体の巾の約５から約１５倍である。バスバーの巾・対・バイパス導体の巾の他の比が使用されてもよい。

バスバーとバイパス導体との間の領域におけるフィンガーの巾は、バスバーとは反対のバイパス導体の側の領域におけるそれらの巾とほぼ同じである。それとは別に、フィンガーの幾つか又は全部は、バスバーとバイパス導体との間の領域におけるその巾が、バスバーとは反対のバイパス導体の側の領域におけるその巾より大きい。バスバーとバイパス導体との間の領域における幾つか又は全部のフィンガーの巾は、例えば、バスバーとは反対のバイパス導体の側の領域におけるその巾の約１から約５倍である。

動作のために構成されるとき、ソーラセルは、バスバーに半田付けされた銅のリボンを含むが、バイパス導体に半田付けされるそのような銅のリボンはない。

前面金属化パターンは、バスバーの部分で少なくとも部分的に取り巻かれた非金属化エリアの少なくとも１つの島を含む。そのような島は、例えば、バスバーの１つ以上の端に位置している。それとは別に、１つ以上のそのような島は、バスバーの端から離れて位置し、そして任意であるが、バスバーの部分により全体的に取り巻かれてもよい。動作のために構成されるとき、ソーラセルは、バスバーに半田付けされるがバスバーの端においてそのような島には半田付けされない銅のリボンを含む。しかしながら、前面の金属化パターンは、そのような島を含む必要がない。

別の態様において、ソーラセルは、光が照射される前面を有する半導体ダイオード構造体と、半導体ダイオード構造体の前面に配置された導電性前面金属化パターンとを備えている。その前面金属化パターンは、少なくとも１つのバスバーと、バスバーの部分で少なくとも部分的に取り巻かれた非金属化エリアの少なくとも１つの島とを含む。

１つ以上の島がバスバーの部分で全体的に取り巻かれてもよい。島は、バスバーの一端又は両端に位置される。それとは別に又はそれに加えて、１つ以上の島が、バスバーの端から離れて、例えば、バスバーに沿って中央位置に位置されてもよい。

ここに開示するソーラセル及びソーラセル金属化パターンは、ミラー又はレンズで日光を１つの「太陽」より高い光強度で光起電体セルに集中させる集中型光起電体システムにおいて特に貴重である。

本発明のこれら及び他の実施形態、特徴及び効果は、添付図面と一緒に本発明の以下の詳細な説明を読んだときに当業者に明らかとなるであろう。

ソーラセルの規範的な前面金属化パターンを示すと共に、金属化パターンにおけるフィンガーを切断してソーラセルの性能を低下させるソーラセルのクラックも例示する概略図である。例えば、図１Ａ及び図２Ａ−２Ｆの前面金属化パターンと共に使用されるソーラセルの規範的な背面金属化パターンの概略図である。金属化パターンにおけるフィンガーを切断するソーラセルのクラックを防止又は補償する傾向のある図１Ａの前面金属化パターンの６つの規範的な変形例の１つを示す概略図である。金属化パターンにおけるフィンガーを切断するソーラセルのクラックを防止又は補償する傾向のある図１Ａの前面金属化パターンの６つの規範的な変形例の１つを示す概略図である。金属化パターンにおけるフィンガーを切断するソーラセルのクラックを防止又は補償する傾向のある図１Ａの前面金属化パターンの６つの規範的な変形例の１つを示す概略図である。金属化パターンにおけるフィンガーを切断するソーラセルのクラックを防止又は補償する傾向のある図１Ａの前面金属化パターンの６つの規範的な変形例の１つを示す概略図である。金属化パターンにおけるフィンガーを切断するソーラセルのクラックを防止又は補償する傾向のある図１Ａの前面金属化パターンの６つの規範的な変形例の１つを示す概略図である。金属化パターンにおけるフィンガーを切断するソーラセルのクラックを防止又は補償する傾向のある図１Ａの前面金属化パターンの６つの規範的な変形例の１つを示す概略図である。図２Ａの部分Ａを詳細に示す。図２Ｂの部分Ｂを詳細に示す。図２Ｃの部分Ｃを詳細に示す。図２Ｄの部分Ｄを詳細に示す。図２Ｅの部分Ｅを詳細に示す。図２Ｆの部分Ｆを詳細に示す。図１Ｂの背面金属化パターン（ここでは破線の輪郭で示す）に重畳された図２Ａの部分Ａを詳細に示す。図１Ｂの背面金属化パターン（ここでは破線の輪郭で示す）に重畳された図２Ｂの部分Ｂを詳細に示す。図１Ｂの背面金属化パターン（ここでは破線の輪郭で示す）に重畳された図２Ｃの部分Ｃを詳細に示す。図１Ｂの背面金属化パターン（ここでは破線の輪郭で示す）に重畳された図２Ｄの部分Ｄを詳細に示す。図１Ｂの背面金属化パターン（ここでは破線の輪郭で示す）に重畳された図２Ｅの部分Ｅを詳細に示す。図１Ｂの背面金属化パターン（ここでは破線の輪郭で示す）に重畳された図２Ｆの部分Ｆを詳細に示す。

以下の詳細な説明は、異なる図面全体にわたり同じ素子が同じ参照番号で示された添付図面を参照して読まれるべきである。必ずしも同じ縮尺でない図面は、選択的な実施形態を描くもので、本発明の範囲を限定するものではない。詳細な説明は、本発明の原理を一例として示すもので、限定するものではない。この説明は、当業者が明確に本発明を実施及び利用できるようにするもので、本発明を実施する最良の態様と現在考えられるものを含めて、本発明の多数の実施形態、適応、変形、代替及び使用について述べる。

本明細書及び特許請求の範囲で使用される単数形“ａ”“an”及び“the”は、特に明確な指示のない限り複数形も含む。又、「平行」という語は、「平行又は実質的に平行」を意味し、そしてここに述べる垂直な配置が厳密な垂直であることを要求するのではなく垂直な幾何学形状からの僅かなずれも包含することが意図される。「まっすぐな」という語は、「まっすぐな又は実質的にまっすぐな」を意味し、そしてまっすぐな幾何学形状からの僅からずれも包含することが意図される。

本明細書は、性能低下を招くクラックを補償し又は防止する傾向のある前面又は背面金属化を有するソーラセル（例えば、光起電体セル）について開示する。

図１Ａは、ソーラセル１０における導電性前面金属化パターンの概略図である。その金属化パターンは、導電性バスバー１５、及び導電性フィンガー２０を含む。ここに示す例では、３つのバスバー１５がソーラセル１０の１つの辺（短辺）に平行に延び、そしてフィンガー２０は、互いに平行に配置され且つバスバーに垂直に取り付けられる。金属化パターンにおけるバスバー１５及びフィンガー２０の他の適当な数及び配置が使用されてもよい。

ソーラセル１０は、前面金属化パターンが配置される半導体ダイオード構造体を備えている。例えば、図１Ｂに示して以下に詳細に述べるように、ソーラセル１０の背面には、背面金属化パターンが配置される。半導体ダイオード構造体は、例えば、ｎ−ｐ接合を含む従来のシリコンダイオード構造体で、前面金属化が配置される上部半導体層は、例えば、ｎ型又はｐ型導電率のものである。他の適当な材料系における他の適当な半導体ダイオード構造体も使用できる。

ここに示す例では、ソーラセル１０は、バスバーに平行な短辺が約２５ｍｍ長さで且つバスバーに垂直な長辺が約１５６ｍｍ長さの長方形である。６個のそのようなダイオードが標準的な１５６ｍｍ×１５６ｍｍ寸法のシリコンウェハ上に準備され、次いで、図示されたソーラセルを形成するように分離（ダイシング）される。又、他の適当な寸法も使用できる。

ソーラセル１０の前面及び背面金属化パターンは、半導体ダイオード構造体への電気的接触をなし、それにより、光照射時にソーラセル１０に発生された電流が外部負荷へ供給される。前面金属化パターンの導電性バスバー１５及びフィンガー２０と、背面金属化パターンの電気的接触部２５は、例えば、そのような目的に従来から使用されて例えば従来のスクリーン印刷方法により堆積される銀のペーストから形成される。又、バスバー、フィンガー及び背面接触部を形成するための他の適当な材料、並びに他の適当な堆積方法が使用されてもよい。

典型的に、銅のリボン（図示せず）がソーラセル１０の前面でバスバー１５に半田付けされ、そして個別の銅のリボン（図示せず）がソーラセル１０の背面で金属接触部２５に半田付けされて、発生された電流をソーラセルから引き出す導電性経路を形成する。銅のリボンは、例えば、そのような目的で従来使用されているスズ／鉛半田を使用してソーラセル１０に半田付けされるか、又は他の適当な仕方で前面又は背面金属化パターンに取り付けられる。他の適当な導体をそのような銅のリボンに置き換えてもよい。

２つ以上のソーラセル１０は、それらの長辺が互いに隣接し、それらの前面が同じ方向を向きそして上述した銅のリボンを使用して電気的に直列に接続されるようにして配置される。典型的に、第１のソーラセルの前面でバスバーに半田付けされた銅のリボンは、隣接する第２のソーラセルの下を通過し、そして第２のソーラセルの背面接触部に半田付けされる。同様に、第２のソーラセルの前面でバスバーに半田付けされた銅のリボンは、隣接する第３のソーラセル（第１のソーラセルとは反対の第２のソーラセルの側に配置された）の下を通過し、そして第３のソーラセルの背面に半田付けされる。このタブ付けパターンを繰り返して、希望の長さの一連の直列接続されたソーラセルを構成することができる。

ソーラセル１０の前面に銅のリボンを半田付けするプロセスは、バスバー付近でソーラセルの前面にクラックを生じさせ又は誘発させる。半田付けは、例えば、約１５０℃から約１６０℃の温度で行われ、その後、ソーラセル１０及び取り付けられた銅のリボンは、周囲温度に冷却される。冷却中及び冷却時に、半導体構造体の熱膨張係数と半田及び銅のリボンの熱膨張係数とが一致しないと、バスバー付近で半導体構造体の表面に張力がかかり、半導体表面にクラックを生じさせ誘発させる。ソーラセルのその後の熱サイクルは、既存のクラックを成長させ、又は半導体表面の張力のかかった領域に更なるクラックを生じさせる。

そのような熱サイクル及び更なるクラック発生は、例えば、ソーラセルに集中的なソーラエネルギーを照射して高い電力出力を供給するという集中型ソーラ用途にソーラセルを使用することから生じる。集中のレベルは、例えば、太陽による直接的な照射の約５から１５倍である。そのような用途では、ソーラセルの温度は、一般的に、動作中に上昇し、そして照射がないときは周囲温度に戻る。

更に、バスバー付近での半導体表面のクラックは、隣接するソーラセルを接続している銅のリボンが、例えば、上述した熱サイクル中又はソーラセルのタブ付け中に伸縮されるときに、銅のリボン及びバスバーにおける半田を通して半導体表面に力が加えられる結果としても生じ得る。

上述したプロセスにより生じるクラックは、典型的に、バスバーに平行に延びるか又はバスバーに平行なジグザグ経路（図示された）に延びる。バスバー付近の半導体表面のクラックは、ソーラセル１０の前面金属化パターンにおけるフィンガーを切断し、従って、ソーラセルの性能を低下させる。図１Ａを再び参照すれば、例えば、最も左のバスバー１５に隣接したクラック３０は、多数のフィンガー２０を切断し、従って、ソーラセル１０の領域３５をバスバーから分離させる。その結果、領域３５は、ソーラセル１０の電気出力に貢献することができない。同様に、中央のバスバー１５の右側のクラック４０は、ソーラセル１０の領域４５を中央のバスバー１５から分離させる。その結果、領域４５に発生する電流は、最も右のバスバー１５を通して収集されるだけである。これは、領域４５からの電流路をより長くし、その電流路に沿った抵抗のために、そうでない場合より電力ロスを大きくする。

それに加えて、隣接するソーラセルを電気的に接続する銅のリボンは、例えば、上述した熱サイクル中又はソーラセルのタブ付け中に伸縮される結果として切れることがある。これも、ソーラセルの性能又はソーラセルの繋がりを著しく減少させる。

図２Ａ−２Ｆ及び図３Ａ−３Ｆを参照すれば、ある変形例において、ソーラセル１０の前面金属化パターンは、２つ以上のフィンガー２０を相互接続して、２つ以上の相互接続されたフィンガーの各々からバスバー１５への多数の電流路を形成する少なくとも１つのバイパス導体５０を備えている。それに加えて又はそれとは別に、ある変形例では、前面金属化パターンは、バスバーの部分で少なくとも一部分取り巻かれた非金属化エリアの１つ以上の島５５又は６０を含む１つ以上のバスバー１５を備えている。そのような島は、例えば、バスバーの端にあるか（例えば、島５５）、又はバスバーの端から離れそして（任意であるが）バスバーの部分で完全に取り巻かれている（例えば、島６０）。それに加えて又はそれとは別に、背面金属化パターン（図１Ｂ）は、金属化の島を含んでもよい。

図２Ａ−２Ｆ及び図３Ａ−３Ｆは、２つの異なるバイパス導体及びフィンガー幾何学手段と３つの異なるバスバー島幾何学手段との６つの規範的な組み合わせを示す。以下に更に述べるように、これらの例は、限定を意図したものではない。これら特徴の適当な組み合わせ又は変形が適当な寸法で使用される。更に、バイパス導体、フィンガー及びバスバー島特徴の適当な組み合わせが、図１Ｂの背面金属化例の適当な変形との組み合わせで、或いは他の適当な背面金属化パターンとの組み合わせで使用される。

バイパス導体の使用
バイパス導体５０は、バイパス導体とバスバーとの間に生じるクラックの周りに電流路を与え、従って、そのようなクラックがソーラセル１０の性能に及ぼす作用を減少する。例えば、図２Ａを参照すれば、バイパス導体５０は、領域３５と最も左のバスバー１５との間に代替的電流路を与え、領域３５が、幾つかのフィンガー２０を切断するクラック３０により分離されないようにする。この代替的電流路は、領域３５へ延びる切断されたフィンガーから、バイパス導体５０を通り、クラック３０を過ぎて、バスバーから切断されていない他のフィンガーへと延び、次いで、バスバーへと延びる。別のバイパス導体５０も、同様に、クラック４０の周りの領域４５と中央のバスバー１５との間に電流経路を与える。クラック４０の周りのこれらの代替的電流路は、領域４５から、その電流路がなければ領域４５から電流を引き出すのに必要な最も右側のバスバー１５までの経路より短くなる。

ここに示す変形例では、個別のバイパス導体５０が各バスバー１５に平行に且つ各バスバー１５の各側に位置されてバスバーのほぼ全長に延びることが示され、各バイパス導体５０は、バスバーのその側にある各フィンガー２０を相互接続している。この構成は、好ましいが、必要ではない。バイパス導体は、バスバーに平行に延びる必要がなく、バスバーのほぼ全長にわたって延びる必要もなく、そして各バスバーの各側にバイパス導体がなくてもよい。更に、各バイパス導体５０は、少なくとも２つのフィンガーを相互接続するが、バスバーのその側にある全てのフィンガーを相互接続する必要はない。バイパス導体、バスバー及びフィンガーの任意の適当な構成を使用してもよい。

図３Ａ−３Ｆに示すように、例えば、バイパス導体５０をバスバー１５に接続しているフィンガー２０の部分は、バスバーとは反対のバイパス導体の側にあるフィンガーの部分より広い。バイパス導体とバスバーとの間の領域においてフィンガー２０を広く形成することで、クラックで切断されたフィンガーからバイパスされる付加的な電流をフィンガーで取り扱えるようにする。この領域では、フィンガー２０は、その幾つか又は全部が広くされてもよいし、又は全く広くされなくてもよい。一般的に、バイパス導体がそれに最も近いバスバーから遠く配置されるほど（例えば、以下に述べるように、より多くのクラックをバイパスするために）、バイパス導体とそのバスバーとの間の領域においてフィンガーがより広く形成される。

バイパス導体５０は、例えば、バスバー１５及びフィンガー２０について上述したように、銀のペーストから及びスクリーン印刷により形成される。それに代わって、他の適当な材料及び堆積プロセスが使用されてもよい。バスバー１５とは異なり、バイパス導体５０は、銅のリボンに半田付けすることが意図されない。バイパス導体５０ではそのような半田付けが行われないので、バイパス導体５０が半田付けされたバスバー１５の付近にあるときにバイパス導体５０の付近にクラックが優先的に生じることはなく、従って、フィンガー２０がクラックによりバイパス導体５０から切断されることはない。これは、バイパス導体５０がバスバー付近のフィンガー切断クラックの周りにバイパス機能を与えることができるようにする。

例えば、図３Ａ及び３Ｄを参照すれば、バイパス導体５０とそれに最も近いバスバー１５との間のスペーシング５７は、例えば、バスバーのバイパス導体側に生じ又は生じることが予想されるフィンガー切断クラックのほとんど又は全部を各バイパス導体５０とそれに最も近いバスバー１５との間に含ませるのにほぼ必要な最小スペーシングとなるように選択される。そうではなくて、バイパス導体５０とそれに最も近いバスバー１５との間のスペーシングは、前記最小スペーシングより大きくなるように選択されてもよいが、そのような大きなスペーシングは、フィンガー切断クラックの周りの電流路を不必要に長くしてしまう。

ある変形例では、バイパス導体５０とそれに最も近いバスバー１５との間のスペーシングは、ソーラセルが約２時間のサイクル周期で約−４０℃と約８５℃との間の温度サイクルを約１０００回受けたとき、バスバーのバイパス導体側に生じるフィンガー切断クラックのほとんど又は全部を各バイパス導体５０とそれに最も近いバスバー１５との間に含ませるのにほぼ必要な最小スペーシングとなるように選択される。このスペーシングは、例えば、≧クラックの約６０％、≧クラックの約６５％、≧クラックの約７０％、≧クラックの約７５％より上、≧クラックの約８０％、≧クラックの約８５％、≧クラックの約９０％、≧クラックの約９５％、又は≧そのようなクラックの約９９％、を含むように選択される。

ある変形例では、バイパス導体５０とそれに最も近いバスバー１５との間のスペーシングは、ソーラセルが約２時間のサイクル周期で約−４０℃と約８５℃との間の温度サイクルを約１０００回受けたとき、テスト照射レベルの下でソーラセル１０により出力される電力が、約１５％未満、又は約１０％未満、又は約８％未満、又は約５％未満、低下するように選択される。テスト照射レベルは、例えば、約４５００Ｗ／ｍ²から約１３，５００Ｗ／ｍ²、又は≧約４５００Ｗ／ｍ²、≧約５０００Ｗ／ｍ²、以上約５５００Ｗ／ｍ²、≧約６０００Ｗ／ｍ²、≧約６５００Ｗ／ｍ²、≧約７０００Ｗ／ｍ²、≧約７５００Ｗ／ｍ²、≧約８０００Ｗ／ｍ²、≧約８５００Ｗ／ｍ²、≧約９０００Ｗ／ｍ²、≧約９５００Ｗ／ｍ²、≧約１０，０００Ｗ／ｍ²、≧約１０，５００Ｗ／ｍ²、≧約１１，０００Ｗ／ｍ²、≧約１１，５００Ｗ／ｍ²、≧約１２，０００Ｗ／ｍ²、≧約１２，０００Ｗ／ｍ²、≧約１３，０００Ｗ／ｍ²、≧約１３，５００Ｗ／ｍ²のソーラセルのソーラ照射、又はそれと同等の照射である。そのような高いソーラ照射は、例えば、ミラー又はレンズでソーラセルへのソーラ放射を集中させるソーラ集中幾何学手段を使用して得ることができる。

バイパス導体５０とそれに最も近いバスバー１５との間のスペーシング５７は、例えば、≦約１．０ｍｍ、≦約１．５ｍｍ、≦約２．０ｍｍ、≦約２．５ｍｍ、≦約３．０ｍｍ、≦約３．５ｍｍ、≦約４．０ｍｍ、≦約４．５ｍｍ、≦約５．０ｍｍ、約１．０ｍｍ、約１．５ｍｍ、約２．０ｍｍ、約２．５ｍｍ、約３．０ｍｍ、約３．５ｍｍ、約４．０ｍｍ、約４．５ｍｍ、約５．０ｍｍ、約１．０ｍｍから約２．５ｍｍ、又は約２．５ｍｍから約５．０ｍｍである。

例えば、バイパス導体及びバスバーが平行でないために、バイパス導体とバスバーとの間のスペーシングが一定又は実質的に一定でない変形例では、バイパス導体の位置、構成或いは位置及び構成は、例えば、上述したクラック包含又はセル性能要件を満足するように選択される。

図３Ａを再び参照すれば、ある変形例において、バスバーの巾６０は、例えば、約１．５ｍｍから約３．０ｍｍ、約１．５ｍｍ、約２．０ｍｍ、約２．５ｍｍ又は約３．０ｍｍである。バイパス導体５０の巾６５は、例えば、約０．０５ｍｍから約０．５０ｍｍ、又は約０．０５ｍｍ、約０．１０ｍｍ、約０．１５ｍｍ、約０．２０ｍｍ、約０．２５ｍｍ、約０．３０ｍｍ、約０．３５ｍｍ、約０．４０ｍｍ、約０．４５ｍｍ、又は約０．５０ｍｍである。バイパス導体５０とそれに最も近いバスバー１５との間のフィンガー２０の巾７０は、例えば、約０．０５ｍｍから約０．５０ｍｍ、又は約０．０５ｍｍ、約０．１０ｍｍ、約０．１５ｍｍ、約０．２０ｍｍ、約０．２５ｍｍ、約０．３０ｍｍ、約０．３５ｍｍ、約０．４０ｍｍ、約０．４５ｍｍ、又は約０．５０ｍｍである。最も近いバスバー１５とは反対のバイパス導体の側にあるフィンガー２０の巾７５は、例えば、約０．０５ｍｍから約０．５０ｍｍ、又は約０．０５ｍｍ、約０．１０ｍｍ、約０．１５ｍｍ、約０．２０ｍｍ、約０．２５ｍｍ、約０．３０ｍｍ、約０．３５ｍｍ、約０．４０ｍｍ、約０．４５ｍｍ、又は約０．５０ｍｍである。

ある変形例では、バスバーの巾６０は、例えば、バイパス導体の巾の約５から約１５倍である。前記及び他の変形例では、バイパス導体５０の巾６５は、例えば、バイパス導体とそれに最も近いバスバーとの間の領域以外でフィンガー２０が有する巾の約２．０から約１０．０倍である。前記及び他の変形例では、フィンガー２０の幾つか又は全部は、バイパス導体とそれに最も近いバスバーとの間の領域において、その領域以外でのフィンガーの巾７０の約１．０から約５．０倍の巾７５を有する。バイパス導体とそれに最も近いバスバーとの間の領域の中で、フィンガー２０は、例えば、バイパス導体にほぼ等しい巾を有する。

図３Ａの特定例において、バスバー１５とバイパス導体５０との間のスペーシング５７は、約５．０ｍｍであり、バスバー１５は、巾６０が約２．０ｍｍであり、バイパス導体５０は、巾６５が約０．２２５ｍｍであり、そしてフィンガー２０は、バイパス導体５０とバスバー１５との間の領域において巾が約０．２２５ｍｍ、且つそれら領域以外で巾が約０．０７５ｍｍである。従って、バスバーの巾は、バイパス導体の巾の約９倍であり、バイパス導体の巾は、バイパス導体とバスバーとの間の領域以外でのフィンガーの巾の約３倍であり、そしてその領域内でのフィンガーの巾は、その領域以外でのフィンガーの巾の約３倍である。バイパス導体の巾は、バイパス導体とバスバーとの間の領域でのフィンガーの巾にほぼ等しい。

図３Ｄの特定の例では、バスバー１５とバイパス導体５０との間のスペーシング５７は、約２．５ｍｍであり、バスバー１５は、巾６０が約２．０ｍｍであり、バイパス導体５０は、巾６５が約０．２２５ｍｍであり、そしてフィンガー２０は、バイパス導体５０とバスバー１５との間の領域において巾が約０．１１３ｍｍ、且つそれら領域以外で巾が約０．０７５ｍｍである。従って、バスバーの巾は、バイパス導体の巾の約９倍であり、バイパス導体の巾は、バイパス導体とバスバーとの間の領域以外でのフィンガーの巾の約３倍であり、そしてその領域内でのフィンガーの巾は、その領域以外でのフィンガーの巾の約１．５倍である。

非金属化バスバーの島の使用
図２Ａ−２Ｆ及び図３Ａ−３Ｆを再び参照すれば、図示された規範的な前面金属化パターンの幾つかは、バスバーの部分で少なくとも一部分取り巻かれる非金属化エリアの１つ以上の島５５又は６０を含むバスバー備えている。バスバーのこれら島部分は、バスバーに取り付けられる銅のリボンに半田付けされるよう意図されていない。島は、銀ペーストが印刷されず、さもなければ、半田付けの準備もなされないという意味で、「非金属化」である。銅のリボンの半田付けプロセス中に、半田は、島に付着しない。しかしながら、「非金属化」の島は、これに半田が付着しない限り、金属表面を含まず又は金属表面で覆われない。島５５及び６０は、適当な形状及び寸法を有する。そのような島は、適当な数及び構成のものを使用できる。

島５５及び６０は、バスバー１５に半田付けされた銅のリボンに対してストレインレリーフをなす。このストレインレリーフは、リボンを通してソーラセル１０の前面へ伝達される力を減少し、従って、そうでなければ生じ得るその表面のクラックをある程度減少し又は防止する。それに加えて、ストレインレリーフは、そうでなければ生じ得る銅のリボンの切断も防止する。

加えて、島５５及び６０は、前面金属化の非半田付け部分であるから、島５５及び６０の付近のソーラセルの表面は、バスバーの半田付け部分に沿ったところより張力がかからず、それらのより張力のかかる領域に対して張力緩和を与える。ソーラセルの表面におけるこの張力減少及び張力緩和は、そうでなければバスバーから金属化フィンガーを切断し得るクラックを防止又は減少することができる。

バスバーの端から離れた島６０を含むバスバーに半田付けされる銅のリボンは、典型的に、島を橋絡する。即ち、銅のリボンは、島の各側でバスバーに半田付けされるが、島内のソーラセルの表面には半田付けされない。例えば、図３Ｃに示すように、そのような島６０は、バスバーにより完全に取り巻かれ、バスバーの横部分が島の周りに電流路を形成する。しかしながら、これは要求されない。バスバーは、そのような島により２つの断片に分離され、バスバーの部分が島の周りに電流路を形成することはない。後者の変形例では、橋絡する銅のリボンが、島で分離されたバスバーの２つの部分を電気的に接続する。

バスバーの端の島５５は、バスバーの長手軸に平行な長さが、例えば、約２．０ｍｍから約１０．０ｍｍであり、そしてバスバーの長手軸に垂直な巾が、例えば、約１．５ｍｍから約３．０ｍｍである。バスバーの端から離れた（例えば、中央に位置する）島６０は、バスバーの長手軸に平行な長さが、例えば、約２．０ｍｍから約１０．０ｍｍであり、そしてバスバーの長手軸に垂直な巾が、例えば、約１．５ｍｍから約３．０ｍｍである。

図２Ａ−２Ｆ及び図３Ａ−３Ｆは、バイパス導体５５に組み合わせて使用される島５５及び６０を示しているが、これは必要とされない。バイパス導体は、島を伴わずに使用されてもよく、そして島は、バイパス導体を伴わずに使用されてもよい。又、島５５及び６０は、例えば、図１Ａに示すような前面金属化パターンを伴い、そしてバイパス導体を伴わずに使用されてもよい。

背面金属化の島の使用
図１Ｂを参照すると、ある変形例において、背面金属化パターンは、２つ以上の接触部２５を金属化の島の形態で備えている。前面の島５５及び６０とは対照的に、背面の島２５は、銀ペーストが印刷されるか、さもなければ、半田付けの準備がされるという意味で「金属化」される。銅リボンの半田付けプロセス中に、半田が金属化の島２５に接着する。背面の他の部分８０には、銀ペーストが印刷されず、半田付けの準備もされない。部分８０は、例えば、アルミニウムで金属化される。そのような背面金属化の島２５は、適当な数及び構成で使用されてもよい。

典型的に、銅のリボンは、２つの隣接する金属化の島２５に半田付けされ、それらの間のギャップを橋絡する。２つの金属化の島２５間のギャップは、銅のリボンに対してストレインレリーフをなし、それがなければ生じ得る銅のリボンの切断を防止する。

金属化の島の接触部２５は、前面バスバーの長手軸に平行な長さが約５．０ｍｍから約１５．０ｍｍであり、そして前面バスバーの長手軸に垂直な巾が約１．５ｍｍから約３．０ｍｍである。２つの隣接する金属化の島２５は、前面バスバーの長手軸に沿って約５．０ｍｍから約１５．０ｍｍ分離される。

図４Ａ−４Ｆは、金属化の島２５を含む図１Ｂの背面金属化パターン（破線の輪郭で示す）に重畳された図２Ａ−２Ｆの部分Ａ−Ｆの前面金属化パターンを詳細に示す。他の変形例では、図１Ｂの背面金属化パターンは、図１Ａの前面金属化パターン、又は他の適当な前面金属化パターンと共に使用されてもよい。

本開示は、例示に過ぎず、限定ではない。この開示に鑑み、更に別の変更が、当業者に明らかで、特許請求の範囲内に包含されることが意図される。

１０：ソーラセル
１５：バスバー
２０：導電性フィンガー
２５：金属接触部
３０、４０：クラック
３５、４５：領域
５０：バイパス導体
５５、６０：島
５７：スペーシング
６０、６５、７０、７５：巾

Claims

光が照射される前面を有する半導体ダイオード構造体と、
前記半導体ダイオード構造体に電気的接触を与えるために前記半導体ダイオード構造体の前記前面に配置された導電性前面金属化パターンと、
を備え、前記前面金属化パターンは、少なくとも１つのバスバーと、このバスバーに取り付けられた複数のフィンガーと、それらフィンガーの２つ以上を相互接続して、その２つ以上の相互接続されたフィンガーの各々からバスバーへの多数の電流路を与えるバイパス導体とを含む、ソーラセル。
前記バスバーは、まっすぐに延び、前記フィンガーは、互いに平行に且つ前記バスバーに垂直に向けられ、そして前記バイパス導体は、前記バスバーに平行に向けられる、請求項１に記載のソーラセル。
前記バスバーの巾は、前記バイパス導体の巾の約５．０から約１５．０倍である、請求項１に記載のソーラセル。
前記バイパス導体は、前記バスバーに平行に向けられ、そして約５ｍｍ以下で前記バスバーから離間される、請求項１に記載のソーラセル。
前記バイパス導体は、約２．５ｍｍ以下で前記バスバーから離間される、請求項４に記載のソーラセル。
前記バスバーとバイパス導体との間の領域における少なくとも幾つかのフィンガーの巾は、前記バスバーとは反対のバイパス導体の側の領域におけるその巾より大きい、請求項１に記載のソーラセル。
前記バスバーとバイパス導体との間の領域における各フィンガーの巾は、前記バスバーとは反対のバイパス導体の側の領域におけるその巾より大きい、請求項６に記載のソーラセル。
前記バスバーとバイパス導体との間の領域における各フィンガーの巾は、前記バスバーとは反対のバイパス導体の側の領域におけるその巾の約１．０から約５．０倍である、請求項７に記載のソーラセル。
前記バスバーとバイパス導体との間の領域における各フィンガーの巾は、前記バスバーとは反対のバイパス導体の側の領域におけるその巾の約１．５から約３．０倍である、請求項８に記載のソーラセル。
前記バイパス導体は、前記バスバーに平行に向けられ、そしてソーラセルが約２時間のサイクル周期で約−４０℃と約８５℃との間の温度サイクルを約１０００回受けたとき、前記バイパス導体と同じバスバーの側でソーラセルの前面に生じて１つ以上のフィンガーを各々切断するクラックの少なくとも約７５％を前記バイパス導体とバスバーとの間に含ませるのにほぼ必要な最小距離だけ前記バスバーから離間される、請求項１に記載のソーラセル。
ソーラセルが約２時間のサイクル周期で約−４０℃と約８５℃との間の温度サイクルを約１０００回受けたとき、通常の動作中にソーラセルによって出力される電力の低下が約１５％未満である、請求項１に記載のソーラセル。
前記電力の低下が約１０％未満である、請求項１１に記載のソーラセル。
前記電力の低下が約５％未満である、請求項１２に記載のソーラセル。
前記ソーラセルの通常の動作は、約４５００Ｗ／ｍ²から約１３５００Ｗ／ｍ²のソーラセルのソーラ照射又はそれと同等の照射の下で生じる、請求項１１に記載のソーラセル。
前記ソーラセルの通常の動作は、約６５００Ｗ／ｍ²のソーラセルのソーラ照射又はそれと同等の照射の下で生じる、請求項１４に記載のソーラセル。
前記前面金属化パターンは、前記バスバーの部分で少なくとも部分的に取り巻かれた非金属化エリアの少なくとも１つの島を含む、請求項１に記載のソーラセル。
前記島は、前記バスバーの端にある、請求項１６に記載のソーラセル。
前記島は、前記バスバーの端から離れて、前記バスバーの部分で完全に取り巻かれる、請求項１６に記載のソーラセル。
前記バスバーの外方を向いた表面に半田付けされた銅のリボンを備え、ソーラセルの通常の動作中に前記バイパス導体には銅のリボンが半田付けされない、請求項１に記載のソーラセル。
前記バスバーは、まっすぐに延び、前記フィンガーは、互いに平行に且つ前記バスバーに垂直に向けられ、前記バイパス導体は、前記バスバーに平行に向けられ、前記バスバーの巾は、前記バイパス導体の巾の約５．０から約１５．０倍であり、そして前記バスバーとバイパス導体との間の領域における少なくとも幾つかのフィンガーの巾は、前記バスバーとは反対のバイパス導体の側の領域におけるその巾の約３．０から約５．０倍である、請求項１に記載のソーラセル。
前記バイパス導体は、約２．５ｍｍ以下で前記バスバーから離間される、請求項２０に記載のソーラセル。
光が照射される前面を有する半導体ダイオード構造体と、
前記半導体ダイオード構造体の前面に配置された導電性前面金属化パターンと、
を備え、前記前面金属化パターンは、少なくとも１つのバスバーと、このバスバーの部分で少なくとも部分的に取り巻かれた非金属化エリアの少なくとも１つの島とを含む、ソーラセル。
前記島は、前記バスバーの端にある、請求項２２に記載のソーラセル。
前記島は、前記バスバーの端から離れて、前記バスバーの部分で完全に取り巻かれる、請求項２２に記載のソーラセル。