JP3331268B2 - Solar cell element and method of manufacturing the same - Google Patents

Solar cell element and method of manufacturing the same

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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は太陽電池素子に関し、特
に太陽電池モジュールを構成する太陽電池素子単体の構
造及びその製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a solar cell element, and more particularly to a structure of a solar cell element constituting a solar cell module and a method of manufacturing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より太陽光発電に使用される発電素
子として、シリコン基板にpn接合を設けた太陽電池素
子が一般的に用いられている。最も一般的に用いられて
いる太陽電池素子の構造は、図5に示すようなものであ
り、p型シリコン基板の太陽光受光面近傍にn型拡散層
を設けることによりpn接合を形成している。
2. Description of the Related Art Conventionally, as a power generation element used for photovoltaic power generation, a solar cell element having a pn junction on a silicon substrate has been generally used. The structure of the most commonly used solar cell element is as shown in FIG. 5, and a pn junction is formed by providing an n-type diffusion layer near the sunlight receiving surface of a p-type silicon substrate. I have.

【0003】図5の構造は、最も基本的な原理を示すも
のであり、p型シリコン基板100上にn+層101が
積層され、この上面に表面格子状電極102、下面に裏
面電極103が設けられている。格子状電極102のさ
らに上面には反射防止膜104が設けられている。
[0005] The structure shown in FIG. 5 shows the most basic principle. An n + layer 101 is laminated on a p-type silicon substrate 100, a surface grid electrode 102 is formed on the upper surface, and a back electrode 103 is formed on the lower surface. Is provided. An antireflection film 104 is provided on the upper surface of the grid electrode 102.

【0004】このような構造において、受光面側から入
射した光105はシリコン基板100内部に進入し、基
板中に吸収される。このとき、シリコンのバンドギャッ
プよりも大きなエネルギーを持つ光はシリコン基板10
0中で電子−正孔対を発生させ、太陽電池素子に設けら
れた電極を通じて外部に電流106として取り出され
る。
In such a structure, light 105 incident from the light receiving surface enters the inside of the silicon substrate 100 and is absorbed in the substrate. At this time, light having energy larger than the band gap of silicon is applied to the silicon substrate 10.
An electron-hole pair is generated in the photovoltaic element and the current is taken out as an electric current 106 through an electrode provided in the solar cell element.

【0005】この太陽電池素子は前述のようにシリコン
基板を用いて作られるため、1素子のみではその大きさ
に限度があり、必要な電力を贖うことができず、一般に
は例えば図6に示すように、複数の素子107を接続線
108によって直並列に接続した太陽電池モジュールと
して利用される。
Since this solar cell element is manufactured using a silicon substrate as described above, the size of only one element is limited, and the required power cannot be compensated. Generally, for example, as shown in FIG. As described above, the solar cell module is used as a solar cell module in which a plurality of elements 107 are connected in series and parallel by a connection line 108.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、図6に示す
ような太陽電池モジュールにおいては、下記のような問
題点がある。即ち、太陽電池モジュールの一部が遮光物
109で覆われた場合である。
The solar cell module as shown in FIG. 6 has the following problems. That is, this is a case where a part of the solar cell module is covered with the light shielding material 109.

【0007】以下、図7を参照して説明する。今、問題
の簡略化のためにモジュールの両端を短絡した状態を仮
定する。遮光物109で覆われた太陽電池素子の出力は
影の大きさによって減少し、完全に影で覆われた場合、
この素子単体の出力はほぼ0となる。このとき、この太
陽電池素子107’は、他の太陽電池素子107を直列
接続したモジュールに対する負荷と考えることができ
る。ここでは、発電している太陽電池素子107は電流
源110とダイオード111の並列出力として表し、影
に覆われ発電していない太陽電池素子107’はダイオ
ードのみとして表す。この状態で、影に覆われ太陽電池
素子に印加される電圧及び電流は次のように求められ
る。
Hereinafter, description will be made with reference to FIG. Now, assume that the both ends of the module are short-circuited to simplify the problem. The output of the solar cell element covered with the shade 109 decreases with the size of the shadow, and when completely covered by the shadow,
The output of this element alone is almost zero. At this time, this solar cell element 107 ′ can be considered as a load on a module in which other solar cell elements 107 are connected in series. Here, the solar cell element 107 that is generating power is represented as a parallel output of the current source 110 and the diode 111, and the solar cell element 107 ′ that is shaded and does not generate power is represented as only the diode. In this state, the voltage and current that are shaded and applied to the solar cell element are determined as follows.

【0008】影に覆われた太陽電池素子を除いた太陽電
池モジュールの出力電圧電流特性は、図8(a)のAで
示される。一方、影に覆われた太陽電池素子は単なるダ
イオードとして動作し、その特性は図8のBで示され
る。図7に示すように、回路には一定の電流が流れ、発
電しているモジュールの端子電圧と影のセルの印加電圧
は等しいから、図8(a)に示す曲線BをI軸で折り返
した曲線Cと曲線Aとの交点Pが、モジュールの動作点
すなわち影に覆われた太陽電池素子の印加電圧及び電流
を与える。ここで、影に覆われた太陽電池素子107’
には逆電圧が印加され逆電流が流れており、その積(I
OP×VOP)が電力として消費される。この消費電力は具
体的には熱に変換され、素子温度を上昇させる。
The output voltage-current characteristics of the solar cell module excluding the solar cell element covered by the shadow are shown by A in FIG. On the other hand, the solar cell element covered by the shadow operates as a simple diode, and its characteristics are shown by B in FIG. As shown in FIG. 7, a constant current flows through the circuit, and the terminal voltage of the module generating power is equal to the applied voltage of the shaded cell. Therefore, the curve B shown in FIG. The intersection P of the curves C and A gives the operating point of the module, i.e. the applied voltage and current of the shaded solar cell element. Here, the solar cell element 107 ′ covered with a shadow
, A reverse voltage is applied and a reverse current flows, and the product (I
OP × V OP ) is consumed as electric power. This power consumption is specifically converted to heat, and raises the element temperature.

【0009】発生熱が大きい場合、素子温度は上昇を続
け、最終的には熱による素子破壊に至る可能性がある。
素子が実際に破壊されるか否かは、モジュールの直並列
数、周囲温度、負荷の状態、影の発生形態等により異な
るが、上記のように、直列接続のみ・短絡負荷・1素子
のみが影で覆われる状況が最も問題である。このとき、
影に覆われた素子が破壊されるかどうかは、その素子の
逆方向特性による。
When the generated heat is large, the device temperature continues to rise, and there is a possibility that the device will eventually be destroyed by heat.
Whether an element is actually destroyed depends on the number of series-parallel modules, ambient temperature, load condition, shadow generation mode, etc., but as described above, only series connection, short-circuit load, and only one element Shaded situations are the most problematic. At this time,
Whether a shadowed element is destroyed depends on the reverse characteristics of the element.

【0010】また、太陽電池素子の一部が影になった時
は、図8(b)のようになると考えられる。この場合、
一部に影ができた太陽電池素子の残りの部分は発電する
ので、その特性は発電電流に応じて、図8(a)の曲線
B,Cが電流軸に沿って平行移動した形の図8(b)の
曲線B’,C’として示される。この場合のモジュール
動作点は図8(a)と同様にして求まり、図8(b)で
曲線Aと曲線C’の交点P’となる。このとき、影に覆
われた太陽電池素子の電力消費は、光発電電流が加わる
ので、図8(a)よりも明らかに大きく、素子破壊に至
る可能性も大きくなる。
[0010] When a part of the solar cell element is shaded, it is considered as shown in FIG. in this case,
Since the remaining part of the solar cell element, in which a part has been shaded, generates power, its characteristic is that the curves B and C in FIG. 8A are translated along the current axis in accordance with the generated current. 8 (b) are shown as curves B 'and C'. The module operating point in this case is determined in the same manner as in FIG. 8A, and is the intersection P 'of the curve A and the curve C' in FIG. 8B. At this time, the power consumption of the solar cell element covered by the shadow is significantly larger than that of FIG. 8A due to the addition of the photovoltaic current, and the possibility of destruction of the element increases.

【0011】ところで、従来構造の太陽電池素子の内、
人工衛星用として用いられているシリコン太陽電池は比
較的良好な逆方向特性を有し、逆方向電流が低いので、
素子の一部が影に覆われた時、高い逆バイアス電圧が印
加されるとともに光発電電流が流れるため発熱量は大き
くなり、熱破壊に至る可能性が高い。
By the way, among the conventional solar cell elements,
Silicon solar cells used for artificial satellites have relatively good reverse characteristics and low reverse current,
When a part of the device is covered with a shadow, a high reverse bias voltage is applied and a photovoltaic current flows, so that the amount of heat generated is large, and there is a high possibility of thermal destruction.

【0012】一方、地上用として用いられる太陽電池素
子は、人工衛星用太陽電池素子よりも逆方向電流が大き
いが、逆バイアス電圧を緩和できるほどには電流が流れ
ないので、逆バイアスが印加されたとき、電圧・電流と
もに大きくなるために消費電力が大きくなり多大な熱を
発生し、やはり素子破壊に至る可能性が大きい。
On the other hand, a solar cell element used for terrestrial use has a larger reverse current than a solar cell element for an artificial satellite. However, since a current does not flow enough to alleviate the reverse bias voltage, a reverse bias is applied. In this case, since both the voltage and the current increase, the power consumption increases and a large amount of heat is generated.

【0013】そこで、従来は、逆方向電圧がかかった時
に、逆方向に電流を流すためのバイパスダイオードを設
ける場合が多かった。しかしながら、バイパスダイオー
ドを設ける場合には、通常の太陽電池素子よりも製造プ
ロセス及び素子構造が非常に複雑になる、あるいは、バ
イパスダイオードを半導体基板内に組み込んだ場合に
は、バイパスダイオードによって光電変換部が減少する
等の理由により出力電力が減少するといった問題点があ
った。
Therefore, conventionally, when a reverse voltage is applied, a bypass diode for flowing a current in the reverse direction is often provided. However, when a bypass diode is provided, the manufacturing process and the element structure are much more complicated than a normal solar cell element, or when a bypass diode is incorporated in a semiconductor substrate, the photoelectric conversion unit is formed by the bypass diode. There is a problem that the output power is reduced due to a decrease in the power consumption.

【0014】そこで、本発明の目的は、太陽電池モジュ
ールの一部が影で覆われた場合に、バイパスダイオード
を設けた時と同様に逆方向電流を流して素子破壊を防止
でき、しかもバイパスダイオードの持つ上記欠点、即
ち、製造工程の多さ、素子構造の複雑さ、出力電力の減
少等を解消した高信頼性の太陽電池素子及びその製造方
法を提供することにある。
Therefore, an object of the present invention is to provide a case where a part of a solar cell module is covered with a shadow, a reverse current flows as in the case where a bypass diode is provided, and element breakdown can be prevented. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a highly reliable solar cell device which has solved the above-mentioned drawbacks, that is, a large number of manufacturing steps, a complicated device structure, a reduction in output power, and the like, and a method for manufacturing the same.

【0015】[0015]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に、本発明による太陽電池素子は、半導体基板表面の近
傍にpn接合が形成され、前記半導体基板の表面に櫛状
電極と該櫛状電極に共通に接続される幅広の集電電極が
形成され、前記集電電極下のみで、pn接合の接合面
が、前記半導体基板の裏面に向かってV字状の溝となる
よう形成され、前記V字状の溝形成部分では、逆バイア
ス電圧がかかった時に、他の部分よりも低い電圧で接合
降伏が起きるようにしてなることを特徴とする。
In order to achieve the above object, a solar cell element according to the present invention has a pn junction formed near the surface of a semiconductor substrate, and a comb-shaped electrode and the comb-shaped electrode formed on the surface of the semiconductor substrate. A wide current collecting electrode commonly connected to the electrodes is formed, and only under the current collecting electrode , a junction surface of the pn junction is formed to be a V-shaped groove toward the back surface of the semiconductor substrate, In the V-shaped groove forming portion, when a reverse bias voltage is applied, junction breakdown occurs at a lower voltage than other portions.

【0016】また、半導体基板表面の近傍にpn接合が
形成され、前記半導体基板の表面に櫛状電極と該櫛状電
極に共通に接続される幅広の集電電極が形成されてなる
太陽電池素子において、前記集電電極下のみで、pn接
合の接合面の少なくとも一部のみが、前記半導体基板の
裏面に向かってV字状の溝となるよう形成されてなるこ
とを特徴とする。
A solar cell element having a pn junction formed near the surface of a semiconductor substrate, and a comb-shaped electrode and a wide current collecting electrode commonly connected to the comb-shaped electrode formed on the surface of the semiconductor substrate. in, only under the collector electrode, only at least a portion of the joint surface of the pn junction, characterized by comprising formed so as to be V-shaped groove toward the back surface of the semiconductor substrate.

【0017】また、上記太陽電池素子の製造方法として
は、半導体基板表面の内、V字状の溝の形成予定領域以
外を保護膜で覆う工程と、前記V字状の溝の形成予定領
域に異方性エッチングを施しV字状の溝を形成する工程
と、前記V字状の溝を含み半導体基板上にpn接合を形
成する工程とを、含むことを特徴とする。
Further, the method for manufacturing the solar cell element includes a step of covering the surface of the semiconductor substrate other than a region where the V-shaped groove is to be formed with a protective film, and a step of covering the region where the V-shaped groove is to be formed. Forming a V-shaped groove by performing anisotropic etching; and forming a pn junction on the semiconductor substrate including the V-shaped groove.

【0018】ここで、エッチング前の半導体基板表面の
面方位が(100)面であり、かつ前記V字状溝形成予
定領域の長辺及び短辺の軸方位が<100>であること
を特徴とする。
Here, the plane orientation of the surface of the semiconductor substrate before the etching is (100) plane, and the axial directions of the long side and the short side of the region where the V-shaped groove is to be formed are <100>. And

【0019】また、他の製造方法としては、半導体基板
表面の内、V字状の溝の形成予定領域にダイシングブレ
ードによりV字状の切り込み溝を形成する工程と、上記
V字状の溝を形成した半導体基板上にpn接合を形成す
る工程とを、含むことを特徴とする。
Further, as another manufacturing method, a step of forming a V-shaped cut groove by a dicing blade in a region where a V-shaped groove is to be formed in the surface of the semiconductor substrate; Forming a pn junction on the formed semiconductor substrate.

【0020】[0020]

【作用】以上のように、本発明の太陽電池素子は、基板
にV字状の溝を形成しているので、太陽電池素子に外部
より逆バイアスが印加された場合、具体的には、太陽電
池素子を複数個接続した太陽電池モジュールの一部が影
に覆われたような場合、太陽電池素子単体のV字状溝に
沿って形成されたpn接合部に電界が集中し、且つV字
状溝を形成した箇所の表裏の両面電極間の距離は他の箇
所よりも短いために、接合降伏が起きやすくなる。この
ため、従来の太陽電池素子よりも低い電圧で逆方向電流
が流れる。
As described above, since the solar cell element of the present invention has a V-shaped groove formed in the substrate, when a reverse bias is externally applied to the solar cell element, the solar cell element will When a part of a solar cell module in which a plurality of battery elements are connected is covered with a shadow, an electric field concentrates on a pn junction formed along a V-shaped groove of the solar cell element alone, and a V-shaped part is formed. Since the distance between the front and back double-sided electrodes at the location where the groove is formed is shorter than at other locations, junction breakdown is likely to occur. Therefore, a reverse current flows at a voltage lower than that of the conventional solar cell element.

【0021】つまり、本発明による太陽電池素子は従来
よりも低い逆バイアス電圧で同程度の逆方向電流を流す
ことができるので、逆バイアスによる消費電力、即ち発
熱は減少し、熱による素子破壊を回避できる。
In other words, the solar cell element according to the present invention can flow the same amount of reverse current at a lower reverse bias voltage than the conventional one, so that the power consumption due to the reverse bias, that is, the heat generation is reduced, and the destruction of the element due to heat is reduced. Can be avoided.

【0022】そして、本発明による太陽電池素子は、半
導体基板に形成されたpn接合面の一部にV溝を形成す
るだけの構造であるので、製造方法及び素子構造とも
に、従来に比べ非常に簡略化できる。
The solar cell element according to the present invention has a structure in which only a V-groove is formed in a part of a pn junction surface formed on a semiconductor substrate. Can be simplified.

【0023】特に、半導体基板の表面に櫛状電極と該櫛
状電極に共通に接続される幅広の集電電極が形成された
太陽電池素子においては、集電電極の下にV字状溝を形
成するので、元々光電変換部でない箇所を利用するた
め、V字状溝を設けない構造と比較しても、光電変換部
の面積は何等低減することがない。
In particular, in a solar cell element in which a comb-shaped electrode and a wide current collecting electrode commonly connected to the comb-shaped electrode are formed on the surface of a semiconductor substrate, a V-shaped groove is formed under the current collecting electrode. Since it is formed, a portion which is not originally a photoelectric conversion portion is used, so that the area of the photoelectric conversion portion is not reduced at all even in comparison with a structure having no V-shaped groove.

【0024】また、この太陽電池素子の製造方法として
は、半導体基板表面の内、V字状の溝の形成予定領域以
外を保護膜で覆い、次いでV字状の溝の形成予定領域に
異方性エッチングを施すだけでV字状の溝を形成できる
ので、製造方法が極めて簡易である。なお、この製造方
法によれば、面方位の関係からV字状溝の角度は70.
5°となる。この時、エッチング前の半導体基板表面の
面方位を(100)面とすることにより、エッチングが
容易に行われ、V字状溝の斜面となる(111)面が現
れることになる。また、前記V字状溝形成予定領域の長
辺及び短辺の軸方位を<100>とすることによって、
例えば上記幅広電極の下において電極に沿った方向に真
っすぐV字状溝を形成できる。
Further, as a method for manufacturing this solar cell element, the surface of the semiconductor substrate other than the region where the V-shaped groove is to be formed is covered with a protective film, and then the V-shaped groove is to be formed anisotropically. Since the V-shaped groove can be formed only by performing the reactive etching, the manufacturing method is extremely simple. According to this manufacturing method, the angle of the V-shaped groove is 70.
5 °. At this time, by setting the plane orientation of the surface of the semiconductor substrate before the etching to the (100) plane, the etching is easily performed, and the (111) plane which becomes the slope of the V-shaped groove appears. In addition, by setting the axial direction of the long side and the short side of the V-shaped groove forming region to <100>,
For example, a straight V-shaped groove can be formed below the wide electrode in a direction along the electrode.

【0025】上記製造方法とは別に、さらに鋭角のV字
状溝を形成する場合には、ダイシングブレードによって
半導体基板にV字状溝を形成すればよい。ダイシングブ
レードを使用すれば、最小角で45°のV字状溝を得る
ことができる。
In addition to the above-described manufacturing method, when forming a V-shaped groove having a further acute angle, the V-shaped groove may be formed in the semiconductor substrate by a dicing blade. If a dicing blade is used, a V-shaped groove having a minimum angle of 45 ° can be obtained.

【0026】以上の太陽電池素子の製造方法は、従来の
プロセスから、特段、新しいプロセスを追加する必要は
ないため、コストアップすることなく、高信頼性の太陽
電池素子を提供できる。
In the above-described method of manufacturing a solar cell element, it is not necessary to add a new process from the conventional process, and therefore, a highly reliable solar cell element can be provided without increasing the cost.

【0027】[0027]

【実施例】本発明の特徴は、太陽電池素子への光が遮ら
れ太陽電池素子に逆バイアス電圧がかかった時に、他の
部分よりも低い電圧で接合降伏が起きる部分を素子内に
設けることによって、素子にかかる逆バイアス電圧が小
さくなる分だけ消費電力(発生熱)を低減でき、もって
素子破壊を防止でき信頼性向上を図れるという点にあ
る。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS A feature of the present invention is that, when light to a solar cell element is blocked and a reverse bias voltage is applied to the solar cell element, a portion where junction breakdown occurs at a lower voltage than other portions is provided in the element. As a result, the power consumption (generated heat) can be reduced by the amount corresponding to the reduction of the reverse bias voltage applied to the element, thereby preventing the element from being destroyed and improving the reliability.

【0028】以下、図面を参照して詳細に説明する。図
1(a)及び(b)はそれぞれ、本発明の一実施例によ
る太陽電池素子の断面図及び上面図である。
The details will be described below with reference to the drawings. 1A and 1B are a cross-sectional view and a top view, respectively, of a solar cell device according to an embodiment of the present invention.

【0029】図1に示すように、p型シリコン基板1の
上にn型拡散層2が積層され、pn接合層3が形成され
ている。そして、n型拡散層2の上に、櫛状電極部4と
該櫛状電極部4に共通に接続される幅広の集電電極5か
らなるn型電極6が、また、p型シリコン基板1の裏面
側には、p型電極7が形成されている。
As shown in FIG. 1, an n-type diffusion layer 2 is laminated on a p-type silicon substrate 1, and a pn junction layer 3 is formed. Then, on the n-type diffusion layer 2, an n-type electrode 6 including a comb-shaped electrode portion 4 and a wide current collecting electrode 5 commonly connected to the comb-shaped electrode portion 4, and a p-type silicon substrate 1. A p-type electrode 7 is formed on the back side of the.

【0030】そして、pn接合層3の内、集電電極部5
の下にある部分を、p型シリコン基板の裏面側に向かう
V字状の溝8となるように形成している。
The current collecting electrode 5 of the pn junction layer 3
Is formed so as to be a V-shaped groove 8 directed toward the back surface of the p-type silicon substrate.

【0031】本実施例は上記のように、V字状の溝8を
設けているので、太陽電池素子への光が遮光されこの遮
光部分に逆バイアスがかかった場合、以下のような動作
を行う。
In this embodiment, as described above, since the V-shaped groove 8 is provided, light to the solar cell element is blocked, and when a reverse bias is applied to the light-shielded portion, the following operation is performed. Do.

【0032】即ち、逆バイアスがかかった場合、V字型
溝8に沿って形成されたpn接合部3の特に先端部に電
界が集中し、かつn型の集電電極5及びp型電極7間の
距離は他の部分よりも短いため、この部分での接合降伏
が起きやすくなる。従って、この本実施例の構造のない
場合にかかる逆バイアス電圧よりもはるかに低い電圧で
逆方向に電流が流れる。この結果、逆バイアス電圧によ
る発熱は減少し、熱による素子破壊を回避できる。
That is, when a reverse bias is applied, an electric field is concentrated on the pn junction 3 formed along the V-shaped groove 8, particularly at the tip, and the n-type current collecting electrode 5 and the p-type electrode 7 Since the distance between them is shorter than that of the other portions, junction breakdown is likely to occur at this portion. Therefore, a current flows in a reverse direction at a voltage much lower than the reverse bias voltage applied without the structure of the present embodiment. As a result, heat generation due to the reverse bias voltage is reduced, and element destruction due to heat can be avoided.

【0033】ところで、従来の太陽電池素子であれば、
上記の動作をバイパスダイオードを設けることによって
行っていたが、例えば、太陽電池素子に対して外付けの
外部接続するバイパスダイオードを設ける場合には、全
体の構造が非常に複雑になり、しかも形状も大型化する
という問題があった。
By the way, if it is a conventional solar cell element,
Although the above operation was performed by providing a bypass diode, for example, when a bypass diode externally connected to the solar cell element is provided, the entire structure becomes very complicated, and the shape is also increased. There was a problem of being larger.

【0034】また、バイパスダイオードを半導体基板内
に組み込んだ場合には、バイパスダイオードによって光
電変換部が減少する等の理由により順方向特性が劣化す
るといった問題があった。
Further, when the bypass diode is incorporated in the semiconductor substrate, there is a problem that the forward characteristic is deteriorated because the photoelectric conversion unit is reduced by the bypass diode.

【0035】この点、本実施例の太陽電池素子によれ
ば、p型シリコン基板1に形成されたpn接合面3の一
部にV字状溝8を形成するだけの構造であるので、従来
に比べ非常に簡略化できる。しかも、V字状溝8は集電
電極5の下の、元々光電変換部でない箇所に形成するの
で、V字状溝を設けない構造と比較しても、光電変換部
の面積は何等低減することがない。
In this respect, according to the solar cell element of the present embodiment, since the V-shaped groove 8 is formed only in a part of the pn junction surface 3 formed in the p-type silicon substrate 1, Can be greatly simplified. Moreover, since the V-shaped groove 8 is formed under the current collecting electrode 5 at a position which is not originally a photoelectric conversion portion, the area of the photoelectric conversion portion is reduced even in comparison with a structure without the V-shaped groove. Nothing.

【0036】ところで、本実施例においては、集電電極
5の下部にV字状溝8を設けているが、他の実施例とし
て電極下以外の箇所に設けることも考えられる。しか
し、電極下以外の箇所に設けた場合、例えばテクスチャ
セルのように受光面のほぼ全域に設けると赤外光の吸収
が増大し、特に宇宙空間のような放熱しにくい環境下で
は素子温度の上昇による出力低下が予想される。また、
受光面の一部の限られた領域に形成した場合、集電電極
からの距離に応じた直列抵抗成分による電圧降下が生じ
るため、接合降伏に要する印加電圧は高くなる。従っ
て、図1の実施例のように電極下に設けることが望まし
い。
In this embodiment, the V-shaped groove 8 is provided below the current collecting electrode 5. However, as another embodiment, the V-shaped groove 8 may be provided at a place other than below the electrode. However, when provided at a location other than under the electrode, if provided over substantially the entire light receiving surface, such as a textured cell, the absorption of infrared light increases. The output is expected to decrease due to the rise. Also,
When formed in a part of a limited area of the light receiving surface, a voltage drop occurs due to a series resistance component according to a distance from the current collecting electrode, and thus an applied voltage required for junction breakdown increases. Therefore, it is desirable to provide it below the electrode as in the embodiment of FIG.

【0037】図2は、図1の実施例及び図1のV字状溝
8を形成しない太陽電池素子との特性比較を行った図で
ある。横軸に逆方向電圧(逆バイアス)、縦軸に逆方向
電流をとっている。図中、曲線Dが本実施例、曲線Eが
V字状溝を形成しない場合である。図2より明らかなよ
うに、本実施例のようにV字状溝8を設けることによっ
て、逆方向電圧が約2V以上で急激に逆方向電流が流れ
始める。つまり、逆方向電圧があまりかからない段階で
逆方向に電流が流れるので、それ以上逆方向電圧があま
りかからないようになる。つまり、逆方向電圧によって
発生する熱も低く抑えることができ、素子破壊を防止で
きる。
FIG. 2 is a diagram comparing characteristics between the embodiment of FIG. 1 and the solar cell element without the V-shaped groove 8 of FIG. The horizontal axis represents reverse voltage (reverse bias), and the vertical axis represents reverse current. In the drawing, a curve D represents the present embodiment, and a curve E represents the case where no V-shaped groove is formed. As is clear from FIG. 2, by providing the V-shaped groove 8 as in the present embodiment, the reverse current starts to flow rapidly when the reverse voltage is about 2 V or more. In other words, the current flows in the reverse direction at the stage where the reverse voltage is not applied so much that the reverse voltage is not applied any more. That is, the heat generated by the reverse voltage can be suppressed low, and the device can be prevented from being destroyed.

【0038】図3(a)乃至(c)は、図1の太陽電池
の製造方法を示す図面である。本実施例による太陽電池
素子の製造方法は、図3(a)に示すように、まず、p
型シリコン基板1の表面を耐エッチング性を有する保護
膜、例えばシリコン酸化膜9で覆った後、その基板端部
にあるシリコン酸化膜2をフォトエッチングにより除去
し、長方形状の露出部10を設ける。露出部10の寸法
は例えば、約40〜50μm(幅)×約40mm(長
さ)である。
FIGS. 3A to 3C are views showing a method of manufacturing the solar cell of FIG. As shown in FIG. 3A, the method for manufacturing a solar cell element according to this embodiment
After the surface of the mold silicon substrate 1 is covered with a protective film having an etching resistance, for example, a silicon oxide film 9, the silicon oxide film 2 at the edge of the substrate is removed by photoetching to provide a rectangular exposed portion 10. . The size of the exposed portion 10 is, for example, about 40 to 50 μm (width) × about 40 mm (length).

【0039】ここで、シリコン基板1表面の面方位を
(100)面とすることにより、後述するエッチングが
容易に行われ、V字状溝8の斜面となる(111)面が
現れることになる。また、前記V字状溝形成予定領域の
長辺及び短辺の軸方位を<100>とすることによっ
て、例えば上記幅広の集電電極5の下において電極に沿
った方向に真っすぐV字状溝8を形成できる。
Here, by setting the plane orientation of the surface of the silicon substrate 1 to the (100) plane, etching described later is easily performed, and the (111) plane which becomes the slope of the V-shaped groove 8 appears. . In addition, by setting the axial direction of the long side and the short side of the V-shaped groove forming region to be <100>, for example, the V-shaped groove may be straight under the wide current collecting electrode 5 in the direction along the electrode. 8 can be formed.

【0040】次に、上記露出部10に対して、KOHま
たはNaOHの低濃度溶液を用いた異方性エッチングを
行うことにより、図3(b)に示すように、長方形の露
出部10の内部に斜面である(111)面が現れ、V字
状の溝8が形成される。V字状溝8の底部がなす角度は
結晶構造により決まり、シリコン基板の場合、約70.
5度である。また、露出部10の幅が上記の通り、約4
0〜50μmの時にV溝の深さは約30〜35μmであ
る。
Next, the exposed portion 10 is subjected to anisotropic etching using a low-concentration solution of KOH or NaOH, as shown in FIG. A (111) plane, which is a slope, appears, and a V-shaped groove 8 is formed. The angle formed by the bottom of the V-shaped groove 8 is determined by the crystal structure.
5 degrees. The width of the exposed portion 10 is about 4 as described above.
When the thickness is 0 to 50 μm, the depth of the V groove is about 30 to 35 μm.

【0041】次に、p型シリコン基板1の受光面側に、
シリコン基板1と反対の導電型を与える不純物を拡散
し、n型拡散層2を積層形成しpn接合面3を得る。次
に、太陽電池素子から光電流を取り出すための電極とし
て、表面側に、櫛状電極4と該櫛状電極4に接続される
集電電極5からなるn型の表面電極6を、また裏面側に
p型の裏面電極7をそれぞれ形成する。ここで、表面の
幅広の集電電極5は、上記V字状溝8の上面に形成す
る。以上のようにして本実施例の太陽電池素子が得られ
る。
Next, on the light receiving surface side of the p-type silicon substrate 1,
An impurity imparting a conductivity type opposite to that of the silicon substrate 1 is diffused, and an n-type diffusion layer 2 is formed to form a pn junction surface 3. Next, as an electrode for extracting a photocurrent from the solar cell element, an n-type surface electrode 6 composed of a comb-shaped electrode 4 and a current collecting electrode 5 connected to the comb-shaped electrode 4 is provided on the front surface side, and a back surface. A p-type back electrode 7 is formed on each side. Here, the wide current collecting electrode 5 is formed on the upper surface of the V-shaped groove 8. As described above, the solar cell element of this example is obtained.

【0042】なお、基板裏面側には裏面電界効果を与え
る拡散層を設け、表面側には反射防止膜を設けても良
い。また、シリコン基板の裏面の一部に、基板の導電型
の他方の導電型を与える層を形成し、一導電型及び他方
の導電型の双方の電極を裏面に設け、表面で電極が存在
しない構造としてもよい。
A diffusion layer for providing a back surface field effect may be provided on the back surface of the substrate, and an antireflection film may be provided on the front surface. In addition, a layer that provides the other conductivity type of the substrate is formed on part of the back surface of the silicon substrate, and electrodes of both one conductivity type and the other conductivity type are provided on the back surface, and no electrode exists on the front surface. It may have a structure.

【0043】上記製造方法は、V字状の溝の形成予定領
域に異方性エッチングを施すだけでV字状の溝を形成で
きるので、製造方法が極めて簡易である。しかも上記太
陽電池素子の製造方法は、従来のプロセスから、特段、
新規な装置を追加する必要はないため、コストアップす
ることなく、高信頼性の太陽電池素子を提供できる。上
記製造方法とは別に、さらに鋭角のV字状溝を形成する
場合には、ダイシングブレードによって半導体基板にV
溝を形成する方法をとることができる。以下、図面を参
照して説明する。
According to the above manufacturing method, the V-shaped groove can be formed only by performing anisotropic etching on the region where the V-shaped groove is to be formed, so that the manufacturing method is extremely simple. Moreover, the method for manufacturing the solar cell element is different from the conventional process,
Since there is no need to add a new device, a highly reliable solar cell element can be provided without increasing the cost. Separately from the above-described manufacturing method, when an acute V-shaped groove is formed, a V-shaped groove is formed on the semiconductor substrate by a dicing blade.
A method of forming a groove can be adopted. Hereinafter, description will be made with reference to the drawings.

【0044】図4(a)乃至(c)は、本発明の他の実
施例による太陽電池素子の製造工程図である。図3と同
一機能部分には同一記号を付している。まず、図4
(a)に示すように、鋭角な端面を有するダイシングブ
レード11を準備し、このダイシングブレード11によ
り、図4(b)に示すように、シリコン基板の表面に切
り込みを形成する。この場合の切り込んだ溝の角度は、
当然ながらダイシングブレード11の端面角度と概略一
致する。現在のダイシングブレード11では45度程度
の角度までが得られる。
FIGS. 4 (a) to 4 (c) are manufacturing process diagrams of a solar cell device according to another embodiment of the present invention. The same functional portions as those in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals. First, FIG.
As shown in FIG. 4A, a dicing blade 11 having an acute end face is prepared, and the dicing blade 11 forms a cut in the surface of the silicon substrate as shown in FIG. 4B. The angle of the cut groove in this case is
As a matter of course, the angle substantially matches the end face angle of the dicing blade 11. With the current dicing blade 11, an angle up to about 45 degrees can be obtained.

【0045】以下の工程については、図2と同様である
ので省略する。
The following steps are the same as in FIG. 2 and will not be described.

【0046】この実施例においても、得られる構造は図
1の実施例と同様になるので、同じ効果が得られる。
In this embodiment, the structure obtained is the same as that of the embodiment shown in FIG. 1, so that the same effect can be obtained.

【0047】[0047]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の太陽電池
素子によれば、複数個を接続して太陽電池モジュールと
して使用し、その一部が光から遮断された場合であって
も、その部分における逆バイアス電圧は従来に比較して
低くなるので消費電力が低下し、発熱量も少なくなり、
素子の破損といった事態を回避できる。
As described above, according to the solar cell element of the present invention, a plurality of solar cell modules are connected to each other and used as a solar cell module, and even if a part of the solar cell module is shielded from light, the solar cell module can be used. The reverse bias voltage in the part is lower than before, so the power consumption is lower, the calorific value is also lower,
A situation such as breakage of the element can be avoided.

【0048】また、この構造の太陽電池素子は、特別な
装置等は不要で、従来のプロセスに数工程を追加するだ
けで実現できるので、非常に実用性に優れている。
Further, the solar cell element having this structure does not require any special device or the like, and can be realized by adding only a few steps to the conventional process, so that the solar cell element is very practical.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)及び(b)はそれぞれ、本発明の一実施
例による太陽電池素子の断面図及び上面図である。
FIGS. 1A and 1B are a cross-sectional view and a top view, respectively, of a solar cell device according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例及び図1のV字状溝を設けない例
の特性比較図である。
FIG. 2 is a characteristic comparison diagram of the embodiment of FIG. 1 and an example without a V-shaped groove of FIG. 1;

【図3】(a)乃至(c)は図1の太陽電池の製造工程
図である。
FIGS. 3A to 3C are manufacturing process diagrams of the solar cell of FIG.

【図4】(a)乃至(c)は本発明の他の実施例による
太陽電池の製造工程図である。
4 (a) to 4 (c) are views showing a manufacturing process of a solar cell according to another embodiment of the present invention.

【図5】従来例による太陽電池素子の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a conventional solar cell element.

【図6】従来例による太陽電池モジュールの側面図であ
る。
FIG. 6 is a side view of a conventional solar cell module.

【図7】従来例による太陽電池モジュールの問題点を説
明するための図である。
FIG. 7 is a diagram for explaining a problem of a conventional solar cell module.

【図8】(a)及び(b)はそれぞれ、従来例による太
陽電池素子の問題点を説明するための図面である。
FIGS. 8 (a) and (b) are drawings for explaining a problem of a conventional solar cell element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 3 pn接合面 4 櫛状電極 5 集電電極 8 V字状溝 9 保護膜 10 V字状溝形成予定領域(露出部) DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 3 pn junction surface 4 Comb-shaped electrode 5 Current collecting electrode 8 V-shaped groove 9 Protective film 10 V-shaped groove planned area (exposed part)

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−79086(JP,A) 特開 平3−71677(JP,A) 特開 平5−243592(JP,A) 特開 平5−136444(JP,A) 特開 昭56−2625(JP,A) 特開 昭56−148876(JP,A) 特開 平3−34583(JP,A) 実開 昭57−125551(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 31/04 - 31/078 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-3-79086 (JP, A) JP-A-3-71677 (JP, A) JP-A-5-243592 (JP, A) JP-A-5-243592 136444 (JP, A) JP-A-56-2625 (JP, A) JP-A-56-148876 (JP, A) JP-A-3-34583 (JP, A) Japanese Utility Model Publication No. 57-125551 (JP, U) (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 31/04-31/078

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 半導体基板表面の近傍にpn接合が形成
され、前記半導体基板の表面に櫛状電極と該櫛状電極に
共通に接続される幅広の集電電極が形成されてなる太陽
電池素子において、 前記集電電極下のみで、pn接合の接合面が、前記半導
体基板の裏面に向かってV字状の溝となるよう形成さ
れ、 前記V字状の溝形成部分では、逆バイアス電圧がかかっ
た時に、他の部分よりも低い電圧で接合降伏が起きるよ
うにしてなることを特徴とする太陽電池素子。
1. A solar cell element comprising: a pn junction formed near a surface of a semiconductor substrate; and a comb-shaped electrode and a wide current collecting electrode commonly connected to the comb-shaped electrode formed on the surface of the semiconductor substrate. In the above , the junction surface of the pn junction is formed so as to form a V-shaped groove toward the back surface of the semiconductor substrate only under the current collecting electrode. In the V-shaped groove forming portion, a reverse bias voltage is reduced. A solar cell element characterized in that when it is applied, junction breakdown occurs at a lower voltage than other parts.
【請求項2】 半導体基板表面の近傍にpn接合が形成
され、前記半導体基板の表面に櫛状電極と該櫛状電極に
共通に接続される幅広の集電電極が形成されてなる太陽
電池素子において、 前記集電電極下のみで、pn接合の接合面の少なくとも
一部のみが、前記半導体基板の裏面に向かってV字状の
溝となるよう形成されてなることを特徴とする太陽電池
素子。
2. A solar cell element comprising: a pn junction formed near a surface of a semiconductor substrate; and a comb-shaped electrode and a wide current collecting electrode commonly connected to the comb-shaped electrode formed on the surface of the semiconductor substrate. in, only under the collector electrode, only at least a portion of the joint surface of the pn junction, the solar cell element characterized by comprising formed so as to be V-shaped groove toward the back surface of the semiconductor substrate .
【請求項3】 請求項1乃至2のいずれかに記載の太陽
電池素子の製造方法であって、前記半導体基板表面の
内、V字状の溝の形成予定領域以外を保護膜で覆う工程
と、前記V字状の溝の形成予定領域に異方性エッチング
を施しV字状の溝を形成する工程と、前記V字状の溝を
含めて半導体基板上にpn接合を形成する工程とを、含
むことを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
3. The method for manufacturing a solar cell element according to claim 1, wherein a step of covering a surface of the semiconductor substrate other than a region where a V-shaped groove is to be formed with a protective film. Forming a V-shaped groove by performing anisotropic etching on a region where the V-shaped groove is to be formed, and forming a pn junction on the semiconductor substrate including the V-shaped groove. And a method for manufacturing a solar cell element.
【請求項4】 請求項3に記載の太陽電池素子の製造方
法において、前記エッチング前の半導体基板表面の面方
位が(100)面であり、かつ前記V字状溝形成予定領
域の長辺及び短辺の軸方位が<100>であることを特
徴とする太陽電池素子の製造方法。
4. The method for manufacturing a solar cell element according to claim 3, wherein the plane orientation of the surface of the semiconductor substrate before the etching is a (100) plane, the long side of the region where the V-shaped groove is to be formed, and A method for manufacturing a solar cell element, wherein the axial direction of the short side is <100>.
【請求項5】 請求項1乃至2のいずれかに記載の太陽
電池素子の製造方法であって、前記半導体基板表面の
内、V字状の溝の形成予定領域をダイシングブレードに
よりV字状の切り込み溝を形成する工程と、上記V字状
の切り込み溝を形成した半導体基板上にpn接合を形成
する工程とを、含むことを特徴とする太陽電池素子の製
造方法。
5. The method for manufacturing a solar cell device according to claim 1, wherein a region where a V-shaped groove is to be formed in the surface of the semiconductor substrate is formed in a V-shape with a dicing blade. A method for manufacturing a solar cell element, comprising: a step of forming a cut groove; and a step of forming a pn junction on a semiconductor substrate on which the V-shaped cut groove is formed.
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