JP3448743B2 - 前部搭載バイパス・ダイオードを有する太陽電池 - Google Patents
前部搭載バイパス・ダイオードを有する太陽電池Info
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- B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
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- B64G1/00—Cosmonautic vehicles
- B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
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- B64G1/44—Arrangements or adaptations of power supply systems using radiation, e.g. deployable solar arrays
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Description
【０００１】発明の属する技術分野
本発明は太陽電池に関し、特に、太陽電池上にダイオー
ドを搭載するための方法と装置に関する。
ドを搭載するための方法と装置に関する。
【０００２】従来の技術
一般には太陽電池と呼ばれる光電池は、太陽エネルギー
を電気エネルギーに変換する装置でよく知られたもので
ある。太陽電池は、地上での利用においても宇宙での利
用においても発電に長く利用されてきた。太陽電池は、
より多くの従来の電力源にいくつかの利点を提供するも
のである。例えば、太陽電池は清浄な発電方法を提供す
る。さらに、太陽電池は化石燃料を補給する必要がな
い。代わりに、太陽電池は、実質的には無限である太陽
のエネルギーにより動力が供給されている。しかし、太
陽電池の使用は、発電の方法としては比較的高くつくた
め限られたものであった。にもかかわらず、太陽電池
は、従来の安価な電力源が利用できない宇宙においては
魅力的な発電装置である。
を電気エネルギーに変換する装置でよく知られたもので
ある。太陽電池は、地上での利用においても宇宙での利
用においても発電に長く利用されてきた。太陽電池は、
より多くの従来の電力源にいくつかの利点を提供するも
のである。例えば、太陽電池は清浄な発電方法を提供す
る。さらに、太陽電池は化石燃料を補給する必要がな
い。代わりに、太陽電池は、実質的には無限である太陽
のエネルギーにより動力が供給されている。しかし、太
陽電池の使用は、発電の方法としては比較的高くつくた
め限られたものであった。にもかかわらず、太陽電池
は、従来の安価な電力源が利用できない宇宙においては
魅力的な発電装置である。
【０００３】太陽電池は、直列又は並列に、又は直−並
列に一つに接続された太陽電池のアレーに組み立てられ
るものが代表的である。１つのアレー内の電池の数は、
アレーのトポロジと同様に、要求される出力電圧と出力
電流によって、少なくとも部分的には決定される。
列に一つに接続された太陽電池のアレーに組み立てられ
るものが代表的である。１つのアレー内の電池の数は、
アレーのトポロジと同様に、要求される出力電圧と出力
電流によって、少なくとも部分的には決定される。
【０００４】本分野においてはよく知られているよう
に、１つのアレーにある全ての電池に光が当たると、各
電池には正バイアスがかかる。しかし、衛星アンテナな
どによって１つ又はそれ以上の電池が影になると（つま
り、光が当たらなくなると）、影になった電池は、影に
なっていない電池によって発生した電圧により、逆バイ
アスがかかる。電池に逆バイアスがかかることは、電池
の性能の恒久的な劣化又は電池の完全な故障をも招くこ
とがある。そのような損害から保護するために、保護バ
イパス・ダイオードを設けることが普通行われている。
１つのバイパス・ダイオードは、いくつかの電池にまた
がって接続されてもよいし、そうでなければ、信頼性を
高めるために、各電池がそれ自身のバイパス・ダイオー
ドを有してもよい。多接合型太陽電池は、逆バイアス状
態に置かれた時に、特に影響を受けやすい。従って、特
に多接合型電池では、電池ごとにバイパス・ダイオード
を設けることの利益が大きい。多くの場合、電池に光が
当たった時にバイパス・ダイオードに逆のバイアスがか
かるように、バイパス・ダイオードは逆並列の配置に接
続され、バイパス・ダイオードの陽極と陰極は、それぞ
れ太陽電池の陰極と陽極に接続される。電池に光が当た
らなくなると、光の当たっていない電池を流れる電流は
制限され、光の当たっていない電池には逆バイアスがか
かる。光の当たっていない電池をまたいで接続されたバ
イパス・ダイオードには、今度は、正バイアスがかか
る。電流は、光の当たっていない電池を通じてよりもバ
イパス・ダイオードを通じて流れることになり、これに
より、電流はアレーを通じて流れ続けることができる。
加えて、バイパス・ダイオードは光の当たっていない電
池にかかる逆バイアス電圧を制限し、これにより、光の
当たっていない電池を保護する。
に、１つのアレーにある全ての電池に光が当たると、各
電池には正バイアスがかかる。しかし、衛星アンテナな
どによって１つ又はそれ以上の電池が影になると（つま
り、光が当たらなくなると）、影になった電池は、影に
なっていない電池によって発生した電圧により、逆バイ
アスがかかる。電池に逆バイアスがかかることは、電池
の性能の恒久的な劣化又は電池の完全な故障をも招くこ
とがある。そのような損害から保護するために、保護バ
イパス・ダイオードを設けることが普通行われている。
１つのバイパス・ダイオードは、いくつかの電池にまた
がって接続されてもよいし、そうでなければ、信頼性を
高めるために、各電池がそれ自身のバイパス・ダイオー
ドを有してもよい。多接合型太陽電池は、逆バイアス状
態に置かれた時に、特に影響を受けやすい。従って、特
に多接合型電池では、電池ごとにバイパス・ダイオード
を設けることの利益が大きい。多くの場合、電池に光が
当たった時にバイパス・ダイオードに逆のバイアスがか
かるように、バイパス・ダイオードは逆並列の配置に接
続され、バイパス・ダイオードの陽極と陰極は、それぞ
れ太陽電池の陰極と陽極に接続される。電池に光が当た
らなくなると、光の当たっていない電池を流れる電流は
制限され、光の当たっていない電池には逆バイアスがか
かる。光の当たっていない電池をまたいで接続されたバ
イパス・ダイオードには、今度は、正バイアスがかか
る。電流は、光の当たっていない電池を通じてよりもバ
イパス・ダイオードを通じて流れることになり、これに
より、電流はアレーを通じて流れ続けることができる。
加えて、バイパス・ダイオードは光の当たっていない電
池にかかる逆バイアス電圧を制限し、これにより、光の
当たっていない電池を保護する。
【０００５】太陽電池にバイパス・ダイオードによる保
護を設けるために、従来の技術によるいくつかの異なっ
た方法が用いられてきた。従来の技術による各方法に
は、それ自体の持つ短所がある。例えば、バイパス保護
を向上させようとする試みにおいて、ある方法は隣接す
る電池の間にバイパス・ダイオードを配置し、バイパス
・ダイオードの陽極を１つの電池に接続し、ダイオード
の陰極を隣接する電池に接続した。しかし、この技術で
は、バイパス・ダイオードによる保護が設けられる前
に、電池がアレーに取り付けられていることが必要であ
る。この組み立て方法は、困難かつ非効率的なものであ
る。さらに、この技術では、バイパス・ダイオードが、
電池の製造業者によるよりも、アレーの組み立てによっ
て設けられることが必要である。加えて、この技術で
は、バイパス・ダイオードを収容するために、電池同士
が十分に間隔をあけて離されることが必要である。この
ように間隔をあけることは、アレーの活性面積を小さく
し、従って、アレーは面積に対する効率が悪くなる。
護を設けるために、従来の技術によるいくつかの異なっ
た方法が用いられてきた。従来の技術による各方法に
は、それ自体の持つ短所がある。例えば、バイパス保護
を向上させようとする試みにおいて、ある方法は隣接す
る電池の間にバイパス・ダイオードを配置し、バイパス
・ダイオードの陽極を１つの電池に接続し、ダイオード
の陰極を隣接する電池に接続した。しかし、この技術で
は、バイパス・ダイオードによる保護が設けられる前
に、電池がアレーに取り付けられていることが必要であ
る。この組み立て方法は、困難かつ非効率的なものであ
る。さらに、この技術では、バイパス・ダイオードが、
電池の製造業者によるよりも、アレーの組み立てによっ
て設けられることが必要である。加えて、この技術で
は、バイパス・ダイオードを収容するために、電池同士
が十分に間隔をあけて離されることが必要である。この
ように間隔をあけることは、アレーの活性面積を小さく
し、従って、アレーは面積に対する効率が悪くなる。
【０００６】各電池にバイパス・ダイオードを設ける他
の従来の技術では、電池の背面にへこみを形成し、この
中にバイパス・ダイオードを配置することが必要であ
る。各電池には、電池の前部表面に第１の極性コンタク
トが設けられ、第２の極性コンタクトは電池の後部表面
に設けられている。また、「Ｓ」字形の相互接続部が、
第１の電池の後部表面コンタクトから隣接する電池の前
部表面コンタクトまで溶接されなければならない。従っ
て、この技術では、不都合なことに、隣接する電池の間
を通過しなければならない相互接続部を収容するため
に、電池が十分に間隔をあけて離されることが必要であ
る。加えて、後面搭載ダイオードは、多くの場合、太陽
電池の後ろ側からかなりの体積が突き出す。従って、太
陽電池／バイパス・ダイオードのアセンブリをパネルに
接着する時に、このアセンブリがパネル上に平らに設置
されるためには、太陽電池／バイパス・ダイオードのア
センブリの後ろ側に、非常に厚くて重い接着剤の層が施
されなければならない。接着剤により加えられた重量
は、宇宙で利用することを基本に考えると非常に不都合
なものである。さらに、この従来の技術では、電池の製
造業者には反対されているように、隣接する電池への相
互接続部の接続がアレーの組み立て業者によって行われ
ることが必要である。
の従来の技術では、電池の背面にへこみを形成し、この
中にバイパス・ダイオードを配置することが必要であ
る。各電池には、電池の前部表面に第１の極性コンタク
トが設けられ、第２の極性コンタクトは電池の後部表面
に設けられている。また、「Ｓ」字形の相互接続部が、
第１の電池の後部表面コンタクトから隣接する電池の前
部表面コンタクトまで溶接されなければならない。従っ
て、この技術では、不都合なことに、隣接する電池の間
を通過しなければならない相互接続部を収容するため
に、電池が十分に間隔をあけて離されることが必要であ
る。加えて、後面搭載ダイオードは、多くの場合、太陽
電池の後ろ側からかなりの体積が突き出す。従って、太
陽電池／バイパス・ダイオードのアセンブリをパネルに
接着する時に、このアセンブリがパネル上に平らに設置
されるためには、太陽電池／バイパス・ダイオードのア
センブリの後ろ側に、非常に厚くて重い接着剤の層が施
されなければならない。接着剤により加えられた重量
は、宇宙で利用することを基本に考えると非常に不都合
なものである。さらに、この従来の技術では、電池の製
造業者には反対されているように、隣接する電池への相
互接続部の接続がアレーの組み立て業者によって行われ
ることが必要である。
【０００７】バイパス・ダイオードを設けるためのさら
なる他の従来の技術は、太陽電池の前部にバイパス・ダ
イオードを設けることに関するものであり、ダイオード
の１つのコンタクトが、個別のＣクランプ型の相互接続
部を用いて太陽電池の後部のコンタクトに接続され、ダ
イオードの１つのコンタクトが太陽電池の前部のコンタ
クトに接続されている。この技術では、太陽電池コンタ
クトの前部と後部へ相互接続部を溶接又ははんだ付けす
るために、太陽電池を前から後ろへひっくり返すことが
必要である。このひっくり返す工程は、電池にしばしば
損傷を与え、製造歩留まりを大きく低下させるものであ
る。さらに、この技術は、不都合なことに、隣接する電
池の間を通過しなければならないＣクランプ型の相互接
続部を収容するために、隣接する電池が、十分に間隔を
あけて離されることが必要である。
なる他の従来の技術は、太陽電池の前部にバイパス・ダ
イオードを設けることに関するものであり、ダイオード
の１つのコンタクトが、個別のＣクランプ型の相互接続
部を用いて太陽電池の後部のコンタクトに接続され、ダ
イオードの１つのコンタクトが太陽電池の前部のコンタ
クトに接続されている。この技術では、太陽電池コンタ
クトの前部と後部へ相互接続部を溶接又ははんだ付けす
るために、太陽電池を前から後ろへひっくり返すことが
必要である。このひっくり返す工程は、電池にしばしば
損傷を与え、製造歩留まりを大きく低下させるものであ
る。さらに、この技術は、不都合なことに、隣接する電
池の間を通過しなければならないＣクランプ型の相互接
続部を収容するために、隣接する電池が、十分に間隔を
あけて離されることが必要である。
【０００８】発明の概要
本発明の一実施形態は、太陽電池の前部にバイパス・ダ
イオードを効率的かつ高密度に搭載する方法とシステム
を有利に提供している。本発明の一実施形態によると、
バイパス・ダイオードは、太陽電池の前部の２つのコン
タクトに電気的に接続されていて、これにより、バイパ
ス・ダイオードを太陽電池の後部のコンタクトへ相互接
続するために太陽電池を前から後ろへひっくり返すとい
う、従来の技術による製造工程を省いている。さらに、
新規な太陽電池／バイパス・ダイオードの組み合わせ
は、全てのバイパス・ダイオードが、ダイオードが搭載
されている太陽電池へ接続されることを任意に可能に
し、１つのダイオードを隣接する電池のコンタクトへ接
続する必要を省いている。従って、全ての太陽電池／バ
イパス・ダイオード相互接続部を前部又は頂部に有する
ことは、相互接続工程における処理量を改善し、手間を
省くことを通じて製造歩留まりを向上させ、損耗を減少
させる。
イオードを効率的かつ高密度に搭載する方法とシステム
を有利に提供している。本発明の一実施形態によると、
バイパス・ダイオードは、太陽電池の前部の２つのコン
タクトに電気的に接続されていて、これにより、バイパ
ス・ダイオードを太陽電池の後部のコンタクトへ相互接
続するために太陽電池を前から後ろへひっくり返すとい
う、従来の技術による製造工程を省いている。さらに、
新規な太陽電池／バイパス・ダイオードの組み合わせ
は、全てのバイパス・ダイオードが、ダイオードが搭載
されている太陽電池へ接続されることを任意に可能に
し、１つのダイオードを隣接する電池のコンタクトへ接
続する必要を省いている。従って、全ての太陽電池／バ
イパス・ダイオード相互接続部を前部又は頂部に有する
ことは、相互接続工程における処理量を改善し、手間を
省くことを通じて製造歩留まりを向上させ、損耗を減少
させる。
【０００９】本発明の一実施形態は、太陽電池の前部表
面に搭載されたダイオードを備えた少なくとも２つの前
部表面コンタクトを有する太陽電池を相互接続する効率
的な方法である。この方法は、太陽電池の前部表面に少
なくとも第１のへこみを形成する工程を含む。第１の太
陽電池コンタクトは、第１のへこみの前部表面に形成さ
れる。第２の太陽電池コンタクトは、前部表面に形成さ
れる。少なくとも第１のバイパス・ダイオードは、少な
くとも部分的にこのへこみ内に配置される。バイパス・
ダイオードは、第１のダイオード・コンタクトと第２の
ダイオード・コンタクトを有している。第１の太陽電池
コンタクトは、第１のダイオード・コンタクトと相互接
続される。第２の太陽電池コンタクトは、第２のダイオ
ード・コンタクトと相互接続される。
面に搭載されたダイオードを備えた少なくとも２つの前
部表面コンタクトを有する太陽電池を相互接続する効率
的な方法である。この方法は、太陽電池の前部表面に少
なくとも第１のへこみを形成する工程を含む。第１の太
陽電池コンタクトは、第１のへこみの前部表面に形成さ
れる。第２の太陽電池コンタクトは、前部表面に形成さ
れる。少なくとも第１のバイパス・ダイオードは、少な
くとも部分的にこのへこみ内に配置される。バイパス・
ダイオードは、第１のダイオード・コンタクトと第２の
ダイオード・コンタクトを有している。第１の太陽電池
コンタクトは、第１のダイオード・コンタクトと相互接
続される。第２の太陽電池コンタクトは、第２のダイオ
ード・コンタクトと相互接続される。
【００１０】本発明の様相、長所、及び、新規な特徴
は、以下の詳細な説明を読むことと、添付の図面を参照
することで明確になる。
は、以下の詳細な説明を読むことと、添付の図面を参照
することで明確になる。
【００１１】望ましい実施の形態の詳細な説明
後述するように、本発明の一実施形態は、長所として、
太陽電池の前部にバイパス・ダイオードを効率的かつ高
密度に搭載する新規なシステムと方法を提供するもので
ある。
太陽電池の前部にバイパス・ダイオードを効率的かつ高
密度に搭載する新規なシステムと方法を提供するもので
ある。
【００１２】図１は、１つの太陽電池／バイパス・ダイ
オード・アセンブリ１００を形成するために、バイパス
・ダイオード１０４に相互接続された太陽電池１０２の
一実施形態の模式図を示す。バイパス・ダイオード１０
４は、太陽電池１０２に関して逆並列の配置に接続され
る。図２に示すように、多重太陽電池／バイパス・ダイ
オード・アセンブリ１００が、アレー２００の部分とし
て連続して接続されている時に、連結されている太陽電
池１０２に光が当たると、対応するバイパス・ダイオー
ド１０４には、逆バイアスがかかる。アレー２００内の
電池１０２に光が当たらなくなると、電池１０２は電流
が減少し、伝導電流を完全に停止することさえある。周
囲の電池に光が当たり、それぞれの電圧を発生させる
と、光の当たっていない電池１０２には、逆のバイアス
がかかる。しかし、バイパス・ダイオードには正バイア
スがかかり、電流がバイパス・ダイオード１０４を通じ
て流れるためにアレー２００を通じて流れることを可能
にし、従って、電流は光のあたっていない電池１０２を
迂回する。一実施形態では、太陽電池１０２の少なくと
も１つが、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）基板からなって
いる。ＧａＡｓ電池は、宇宙を基本とした多くの利用例
において、シリコン・タイプの電池に対して大幅な性能
向上を提供するものである。例えば、ＧａＡｓタイプの
電池の方が効率がよく、従って、一定の面積と重量に対
してより多くの電力を作り出すことができる。重量と面
積は宇宙での利用において特に評価されるものであり、
この両者を削減することが強く望まれている。さらに、
ＧａＡｓタイプの電池の方が、宇宙線に対する耐久性が
大きい。さらに、電池１０２は任意に、２つ、３つ、４
つ、又は、それ以上の接続を有する多接合太陽電池にす
ることもでき、これは、単一接合太陽電池よりさらに効
率がよくなることさえある。しかし、ＧａＡｓと多接合
電池は、逆バイアスによる損傷に対して、シリコン・タ
イプの太陽電池などのいくつかの他のタイプの電池より
敏感である。
オード・アセンブリ１００を形成するために、バイパス
・ダイオード１０４に相互接続された太陽電池１０２の
一実施形態の模式図を示す。バイパス・ダイオード１０
４は、太陽電池１０２に関して逆並列の配置に接続され
る。図２に示すように、多重太陽電池／バイパス・ダイ
オード・アセンブリ１００が、アレー２００の部分とし
て連続して接続されている時に、連結されている太陽電
池１０２に光が当たると、対応するバイパス・ダイオー
ド１０４には、逆バイアスがかかる。アレー２００内の
電池１０２に光が当たらなくなると、電池１０２は電流
が減少し、伝導電流を完全に停止することさえある。周
囲の電池に光が当たり、それぞれの電圧を発生させる
と、光の当たっていない電池１０２には、逆のバイアス
がかかる。しかし、バイパス・ダイオードには正バイア
スがかかり、電流がバイパス・ダイオード１０４を通じ
て流れるためにアレー２００を通じて流れることを可能
にし、従って、電流は光のあたっていない電池１０２を
迂回する。一実施形態では、太陽電池１０２の少なくと
も１つが、ガリウム・ヒ素（ＧａＡｓ）基板からなって
いる。ＧａＡｓ電池は、宇宙を基本とした多くの利用例
において、シリコン・タイプの電池に対して大幅な性能
向上を提供するものである。例えば、ＧａＡｓタイプの
電池の方が効率がよく、従って、一定の面積と重量に対
してより多くの電力を作り出すことができる。重量と面
積は宇宙での利用において特に評価されるものであり、
この両者を削減することが強く望まれている。さらに、
ＧａＡｓタイプの電池の方が、宇宙線に対する耐久性が
大きい。さらに、電池１０２は任意に、２つ、３つ、４
つ、又は、それ以上の接続を有する多接合太陽電池にす
ることもでき、これは、単一接合太陽電池よりさらに効
率がよくなることさえある。しかし、ＧａＡｓと多接合
電池は、逆バイアスによる損傷に対して、シリコン・タ
イプの太陽電池などのいくつかの他のタイプの電池より
敏感である。
【００１３】図３は、電池１０２がバイパス・ダイオー
ド１０４を収容するように加工される前のＧａＩｎＰ2
／ＧａＡｓ太陽電池１０２の一実施形態の断面を示して
いる。図示された実施形態において、電池１０２は、
１．５７インチ×２．３６インチの断面積を有してい
る。他の実施形態において、電池１０２は、３．９４イ
ンチ×３．９４インチの断面積を有している。一実施形
態において、太陽電池１０２を構成している各層は連続
的に成長させられる。後部コンタクト３０２は、Ａｕ／
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇから形成されている。これに代
わる実施形態において、後部コンタクトは、Ｔｉ／Ｐｄ
／Ａｇから形成されている。後部コンタクト３０２は、
ｎ型ゲルマニウム（Ｇｅ）基板３３６に連結されてい
る。一実施形態において、基板３３６は、ｎ型Ｇｅウエ
ハ３０４上に成長させたｎ型ＧａＡｓ界面欠陥バッファ
層３０６を含む。層という用語は、現実の層又は２つの
層の間の界面のいずれをも言及することが了解されてい
る。一実施形態において、バッファ層３０６は、それに
続くほとんど無欠陥の層を確保するために十分な厚さが
ある。バッファ層３０６も、活性ＧａＡｓ／Ｇｅ界面３
３４のソースとして機能する。他の実施形態において、
層３０６は、例として、ｎ+-ＧａＩｎＰ2又はｎ+-Ａｌ
ＧａＡｓを含む、他の材料から形成してもよい。ＧａＡ
ｓ底部電池３３８は、基板３３６の頂部に形成される。
底部電池３３８は、ｎ型ＧａＡｓベース３０８を含み、
ｐ+型ＧａＡｓエミッタ３１０が続き、これにｐ+型Ａｌ
ＧａＡｓウィンドウ３１２が続く。一実施形態におい
て、底部電池３３８は、他の波長領域にも同じく反応す
るように構成できるが、少なくとも０．６７〜０．９０
μｍの波長領域において光に反応する。
ド１０４を収容するように加工される前のＧａＩｎＰ2
／ＧａＡｓ太陽電池１０２の一実施形態の断面を示して
いる。図示された実施形態において、電池１０２は、
１．５７インチ×２．３６インチの断面積を有してい
る。他の実施形態において、電池１０２は、３．９４イ
ンチ×３．９４インチの断面積を有している。一実施形
態において、太陽電池１０２を構成している各層は連続
的に成長させられる。後部コンタクト３０２は、Ａｕ／
Ｇｅ／Ｎｉ／Ａｕ／Ａｇから形成されている。これに代
わる実施形態において、後部コンタクトは、Ｔｉ／Ｐｄ
／Ａｇから形成されている。後部コンタクト３０２は、
ｎ型ゲルマニウム（Ｇｅ）基板３３６に連結されてい
る。一実施形態において、基板３３６は、ｎ型Ｇｅウエ
ハ３０４上に成長させたｎ型ＧａＡｓ界面欠陥バッファ
層３０６を含む。層という用語は、現実の層又は２つの
層の間の界面のいずれをも言及することが了解されてい
る。一実施形態において、バッファ層３０６は、それに
続くほとんど無欠陥の層を確保するために十分な厚さが
ある。バッファ層３０６も、活性ＧａＡｓ／Ｇｅ界面３
３４のソースとして機能する。他の実施形態において、
層３０６は、例として、ｎ+-ＧａＩｎＰ2又はｎ+-Ａｌ
ＧａＡｓを含む、他の材料から形成してもよい。ＧａＡ
ｓ底部電池３３８は、基板３３６の頂部に形成される。
底部電池３３８は、ｎ型ＧａＡｓベース３０８を含み、
ｐ+型ＧａＡｓエミッタ３１０が続き、これにｐ+型Ａｌ
ＧａＡｓウィンドウ３１２が続く。一実施形態におい
て、底部電池３３８は、他の波長領域にも同じく反応す
るように構成できるが、少なくとも０．６７〜０．９０
μｍの波長領域において光に反応する。
【００１４】高濃度にドープされたｎ++／ｐ++ＧａＡｓ
トンネル・ダイオード３４０は、底部電池３３８の上に
形成されている。トンネル・ダイオード３４０は、高濃
度にドープされたｎ++型ＧａＡｓ層３１８が上に乗っ
た、高濃度にドープされたｐ++型ＧａＡｓ層３１４から
形成されている。このトンネル・ダイオード３４０は、
ＧａＡｓ底部電池３３８を、ＧａＩｎＰ2頂部電池３４
２に電気的に接続している。この頂部電池３４２は、ｎ
型ＧａＩｎＰ2後部表面フィールド（ＢＳＦ）層３２０
と、それに続くｎ型ＧａＩｎＰ2ベース３２２と、それ
に続くｐ+型エミッタ３２４とを含む。このエミッタ３
２４の上には、ｐ+型ＡｌＧａＡｓウィンドウ３２８が
載っている。一実施形態において、頂部電池３４２は他
の波長領域にも同じく反応するように構成できるが、少
なくとも０．３５〜０．６７μｍの波長領域において光
に反応する。ＴｉＯx及びＡｌ2Ｏ3の任意の二層反射防
止コーティング３２８が、ウィンドウ３２６を覆って設
けられてもよい。Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ金属の前部コンタク
ト３３２は、ｐ+型ＧａＡｓ層キャップ３３０の頂部に
形成される。一実施形態において、この前部コンタクト
・パッドは、約０．０５５インチ×０．０８インチの面
積を有する。
トンネル・ダイオード３４０は、底部電池３３８の上に
形成されている。トンネル・ダイオード３４０は、高濃
度にドープされたｎ++型ＧａＡｓ層３１８が上に乗っ
た、高濃度にドープされたｐ++型ＧａＡｓ層３１４から
形成されている。このトンネル・ダイオード３４０は、
ＧａＡｓ底部電池３３８を、ＧａＩｎＰ2頂部電池３４
２に電気的に接続している。この頂部電池３４２は、ｎ
型ＧａＩｎＰ2後部表面フィールド（ＢＳＦ）層３２０
と、それに続くｎ型ＧａＩｎＰ2ベース３２２と、それ
に続くｐ+型エミッタ３２４とを含む。このエミッタ３
２４の上には、ｐ+型ＡｌＧａＡｓウィンドウ３２８が
載っている。一実施形態において、頂部電池３４２は他
の波長領域にも同じく反応するように構成できるが、少
なくとも０．３５〜０．６７μｍの波長領域において光
に反応する。ＴｉＯx及びＡｌ2Ｏ3の任意の二層反射防
止コーティング３２８が、ウィンドウ３２６を覆って設
けられてもよい。Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ金属の前部コンタク
ト３３２は、ｐ+型ＧａＡｓ層キャップ３３０の頂部に
形成される。一実施形態において、この前部コンタクト
・パッドは、約０．０５５インチ×０．０８インチの面
積を有する。
【００１５】当業者には理解できるように、図３に示さ
れ、上述された断面は例示の目的のためであり、図６に
示されたもののように、材料及び各層の他の組み合わせ
も同様に用いることができる。図６は、広バンドギャッ
プ・トンネル・ダイオードを有する電池を示す。さら
に、例えば、本実施形態のｎ型Ｇｅウエハの代わりに、
ｐ型Ｇｅウエハ又はＩＩＩ−Ｖ族の材料を用いることが
できる。他の実施形態において、太陽電池は４つ又はそ
れ以上の接合を有している。さらに、反射防止コーティ
ングは、単層コーティング、三層コーティング、又は、
さらに他の層を有してもよく、又は、全く用いなくても
よい。
れ、上述された断面は例示の目的のためであり、図６に
示されたもののように、材料及び各層の他の組み合わせ
も同様に用いることができる。図６は、広バンドギャッ
プ・トンネル・ダイオードを有する電池を示す。さら
に、例えば、本実施形態のｎ型Ｇｅウエハの代わりに、
ｐ型Ｇｅウエハ又はＩＩＩ−Ｖ族の材料を用いることが
できる。他の実施形態において、太陽電池は４つ又はそ
れ以上の接合を有している。さらに、反射防止コーティ
ングは、単層コーティング、三層コーティング、又は、
さらに他の層を有してもよく、又は、全く用いなくても
よい。
【００１６】図４Ａと図４Ｂは、前部搭載バイパス・ダ
イオード１０４を備えた太陽電池の一実施形態の断面を
示す。図５は、前部搭載バイパス・ダイオード１０４を
備えた太陽電池１０２の一実施形態の上面図を示す。図
４Ａと図４Ｂの太陽電池１０２の断面は、バイパス・ダ
イオード１０４を収容するために加工された部分をはっ
きりさせるため、図３に示された断面よりも省略された
断面である。一実施形態において、バイパス・ダイオー
ド１０４は、個別素子のシリコン・ダイオードである。
他の実施形態において、バイパス・ダイオード１０４
は、ゲルマニウム・ダイオードである。他のダイオード
のタイプも、これに代わる実施形態において用いること
ができる。
イオード１０４を備えた太陽電池の一実施形態の断面を
示す。図５は、前部搭載バイパス・ダイオード１０４を
備えた太陽電池１０２の一実施形態の上面図を示す。図
４Ａと図４Ｂの太陽電池１０２の断面は、バイパス・ダ
イオード１０４を収容するために加工された部分をはっ
きりさせるため、図３に示された断面よりも省略された
断面である。一実施形態において、バイパス・ダイオー
ド１０４は、個別素子のシリコン・ダイオードである。
他の実施形態において、バイパス・ダイオード１０４
は、ゲルマニウム・ダイオードである。他のダイオード
のタイプも、これに代わる実施形態において用いること
ができる。
【００１７】アセンブリ２００は、少なくとも１つのダ
イオード１０４が搭載される少なくとも１つのへこみ又
は陥没４１８を任意に有する太陽電池１０２を含む。後
述されるように、他の実施形態においては、前部搭載さ
れたダイオードは、へこみに配置されない。一実施形態
において、このダイオードは、深さ約０．１２０イン
チ、幅約０．２５０インチである。へこみは、一般的に
長方形で、深さ０．１５２インチ、幅０．３８２インチ
であり、従って、約０．２２平方インチの面積を有す
る。ダイオード１０４とへこみ４１８の特定の大きさと
形状は重要でないが、効率的な太陽電池となることが望
ましいことが理解されている。例えば、一実施形態にお
いて、へこみ４１８は、一般的に円筒形の形状を有して
もよい。他の実施形態において、このへこみ４１８は、
３又はそれ以上の面を備えた多角形の形状を有してもよ
い。さらに、他の実施形態において、ダイオード１０４
は、へこみ４１８には搭載されていない。代わりに、ダ
イオード１０４は、下方の電池層への接続をもたらすへ
こみ４１８を備えている太陽電池１０２の前部表面のど
こに搭載されてもよい。
イオード１０４が搭載される少なくとも１つのへこみ又
は陥没４１８を任意に有する太陽電池１０２を含む。後
述されるように、他の実施形態においては、前部搭載さ
れたダイオードは、へこみに配置されない。一実施形態
において、このダイオードは、深さ約０．１２０イン
チ、幅約０．２５０インチである。へこみは、一般的に
長方形で、深さ０．１５２インチ、幅０．３８２インチ
であり、従って、約０．２２平方インチの面積を有す
る。ダイオード１０４とへこみ４１８の特定の大きさと
形状は重要でないが、効率的な太陽電池となることが望
ましいことが理解されている。例えば、一実施形態にお
いて、へこみ４１８は、一般的に円筒形の形状を有して
もよい。他の実施形態において、このへこみ４１８は、
３又はそれ以上の面を備えた多角形の形状を有してもよ
い。さらに、他の実施形態において、ダイオード１０４
は、へこみ４１８には搭載されていない。代わりに、ダ
イオード１０４は、下方の電池層への接続をもたらすへ
こみ４１８を備えている太陽電池１０２の前部表面のど
こに搭載されてもよい。
【００１８】図７Ａと図７Ｂは、電池を加工する１つの
方法７００を示し、これはダイオードを搭載するへこみ
を形成する、コンタクトを形成する、反射防止コーティ
ングを施す、ダイシングする各工程、及び、他の工程を
含む。一実施形態において、メサ・エッチング工程７０
２、７０４は、ｎ型Ｇｅ基板３３６の表面などの最下層
にまで下るへこみ４１８を形成するために用いられる。
他の実施形態において、このへこみは界面層にまで下方
に延びている。メサ・エッチング工程７０２、７０４
は、フォトレジスト・パターンニングと、ＧａＡｓキャ
ップ３３０と底部電池３３８に対してはＨ2ＳＯ4とＨ2
Ｏ2の混合液を用いた、また、ＧａＩｎＰ2頂部電池３４
２に対してはＨＣｌとＨ2Ｏを用いた、湿式化学エッチ
ングを用いる。マイクロ・ブラスティング工程又はイオ
ン注入工程などの他の技術も、同様にへこみ４１８を形
成するために用いることができる。
方法７００を示し、これはダイオードを搭載するへこみ
を形成する、コンタクトを形成する、反射防止コーティ
ングを施す、ダイシングする各工程、及び、他の工程を
含む。一実施形態において、メサ・エッチング工程７０
２、７０４は、ｎ型Ｇｅ基板３３６の表面などの最下層
にまで下るへこみ４１８を形成するために用いられる。
他の実施形態において、このへこみは界面層にまで下方
に延びている。メサ・エッチング工程７０２、７０４
は、フォトレジスト・パターンニングと、ＧａＡｓキャ
ップ３３０と底部電池３３８に対してはＨ2ＳＯ4とＨ2
Ｏ2の混合液を用いた、また、ＧａＩｎＰ2頂部電池３４
２に対してはＨＣｌとＨ2Ｏを用いた、湿式化学エッチ
ングを用いる。マイクロ・ブラスティング工程又はイオ
ン注入工程などの他の技術も、同様にへこみ４１８を形
成するために用いることができる。
【００１９】メサ・エッチング工程に続いて、前部金属
コンタクト３３２、４０２のために、フォトレジスト・
パターンニング工程７０６が繰り返される。そして、金
属予備洗浄工程７０８と前部メタライゼイション工程７
１０が行われる。次に、リフトオフ又は金属エッチング
技術７１２が施される。そして、工程７１４で後部コン
タクト３０２を形成するために、太陽電池後部メタライ
ゼイションがＧｅ基板３３６に施される。工程７１６に
おいて、オーミックコンタクト３３０２、３０２、３３
２、４０２は、拡散炉を用いて、窒素水素ガスなどの形
成ガス中で焼結される。この焼結に続き、電池キャップ
層３３０は、工程７１８でエッチングされ、工程７２０
で２重層の反射防止（ＡＲ）コーティング３２８が施さ
れる。このＡＲコーティングは、工程７２２で焼結され
る。工程７２４では、ダイシングの準備のためにフォト
レジストが塗られる。電池１０２は、工程７２６で適切
な大きさにダイシングされることができる。そして、こ
のフォトレジストは、工程７２８で除去される。
コンタクト３３２、４０２のために、フォトレジスト・
パターンニング工程７０６が繰り返される。そして、金
属予備洗浄工程７０８と前部メタライゼイション工程７
１０が行われる。次に、リフトオフ又は金属エッチング
技術７１２が施される。そして、工程７１４で後部コン
タクト３０２を形成するために、太陽電池後部メタライ
ゼイションがＧｅ基板３３６に施される。工程７１６に
おいて、オーミックコンタクト３３０２、３０２、３３
２、４０２は、拡散炉を用いて、窒素水素ガスなどの形
成ガス中で焼結される。この焼結に続き、電池キャップ
層３３０は、工程７１８でエッチングされ、工程７２０
で２重層の反射防止（ＡＲ）コーティング３２８が施さ
れる。このＡＲコーティングは、工程７２２で焼結され
る。工程７２４では、ダイシングの準備のためにフォト
レジストが塗られる。電池１０２は、工程７２６で適切
な大きさにダイシングされることができる。そして、こ
のフォトレジストは、工程７２８で除去される。
【００２０】フォトレジスト工程に続く工程は、マーキ
ング工程７３０、電気的試験工程７３２、コンタクト引
っ張り工程７３４、及び、中間機械的検査工程７３６で
ある。
ング工程７３０、電気的試験工程７３２、コンタクト引
っ張り工程７３４、及び、中間機械的検査工程７３６で
ある。
【００２１】一実施形態において、相互接続部４０４、
４０６は、最初にダイオード１０４に結合される。相互
接続部４０４、４０６は、例として、銀又は銀メッキさ
れたアンバーなどの様々な材料から形成されることがで
きる。図５に示されるように、一実施形態において、相
互接続部４０４、４０６は、応力を逃がすように蛇行し
た形状にされている。そして、ダイオード１０４は、へ
こみ４１８に搭載されてもよい。接着剤４１６は、工程
７３８でダイオード１０４を電池１０２に接着するため
に用いられる。シリコン・タイプ接着剤、ＣＶ−１１４
２又はＣＶ−２９４３などのＥＶＡタイプ接着剤、又
は、導電性タイプ接着剤を含むが、これに限定されない
様々なタイプの接着剤を用いることができる。一実施形
態において、導電性タイプの接着剤の使用は、太陽電池
の電気的コンタクトを可能にするとともに、熱伝導性を
改善する。従って、導電性タイプの接着剤の使用は、ダ
イオード１０４から太陽電池１０２までの底部「Ｓ」字
型相互接続部の必要性を取り除く。ひとたびダイオード
１０４が電池１０２に接着されれば、相互接続部４０
４、４０６は、次に、工程７４０で頂部及び底部ダイオ
ード・コンタクト４１２、４１４に、溶接され、はんだ
付けされ、又は、その他の方法で物理的に結合される。
これに代わる実施形態において、金属の相互接続部４０
４、４０６は、最初に電池コンタクト３３２、４０２に
溶接され、はんだ付けされ、又は、他の方法で物理的に
結合され、次に、ダイオード１０４に接続される。図４
Ｂは、図４Ａに示される太陽電池の物理的構造の一実施
形態の断面を示す。
４０６は、最初にダイオード１０４に結合される。相互
接続部４０４、４０６は、例として、銀又は銀メッキさ
れたアンバーなどの様々な材料から形成されることがで
きる。図５に示されるように、一実施形態において、相
互接続部４０４、４０６は、応力を逃がすように蛇行し
た形状にされている。そして、ダイオード１０４は、へ
こみ４１８に搭載されてもよい。接着剤４１６は、工程
７３８でダイオード１０４を電池１０２に接着するため
に用いられる。シリコン・タイプ接着剤、ＣＶ−１１４
２又はＣＶ−２９４３などのＥＶＡタイプ接着剤、又
は、導電性タイプ接着剤を含むが、これに限定されない
様々なタイプの接着剤を用いることができる。一実施形
態において、導電性タイプの接着剤の使用は、太陽電池
の電気的コンタクトを可能にするとともに、熱伝導性を
改善する。従って、導電性タイプの接着剤の使用は、ダ
イオード１０４から太陽電池１０２までの底部「Ｓ」字
型相互接続部の必要性を取り除く。ひとたびダイオード
１０４が電池１０２に接着されれば、相互接続部４０
４、４０６は、次に、工程７４０で頂部及び底部ダイオ
ード・コンタクト４１２、４１４に、溶接され、はんだ
付けされ、又は、その他の方法で物理的に結合される。
これに代わる実施形態において、金属の相互接続部４０
４、４０６は、最初に電池コンタクト３３２、４０２に
溶接され、はんだ付けされ、又は、他の方法で物理的に
結合され、次に、ダイオード１０４に接続される。図４
Ｂは、図４Ａに示される太陽電池の物理的構造の一実施
形態の断面を示す。
【００２２】図５に示されるように、一実施形態におい
て、２つのタブ５０２、５０４は、隣接するアセンブリ
への相互接続のために、工程７４２で太陽電池／ダイオ
ード・アセンブリ２００に搭載される。このタブ５０
２、５０４は、Ｕ字型にすることができる。タブ５０
２、５０４のそれぞれの第１の面は、電池１０２の陽極
に接続される。太陽電池／ダイオード・アセンブリ２０
０は、タブ５０２、５０４の第２の面を第２の太陽電池
／ダイオード・アセンブリの陰極に接続することによ
り、第２の太陽電池／ダイオード・アセンブリに相互接
続される。一実施形態において、タブは、銀、銀−アン
バー、又は、銀被覆モリブデン材料から形成される。
て、２つのタブ５０２、５０４は、隣接するアセンブリ
への相互接続のために、工程７４２で太陽電池／ダイオ
ード・アセンブリ２００に搭載される。このタブ５０
２、５０４は、Ｕ字型にすることができる。タブ５０
２、５０４のそれぞれの第１の面は、電池１０２の陽極
に接続される。太陽電池／ダイオード・アセンブリ２０
０は、タブ５０２、５０４の第２の面を第２の太陽電池
／ダイオード・アセンブリの陰極に接続することによ
り、第２の太陽電池／ダイオード・アセンブリに相互接
続される。一実施形態において、タブは、銀、銀−アン
バー、又は、銀被覆モリブデン材料から形成される。
【００２３】図５に示されたカバー５０６は、工程７４
４で接着剤を用いて電池１０２の前部に接着される。一
実施形態において、接着剤は、実質的に透明なシリコン
・タイプ接着剤で、通常厚さ５０μｍである。宇宙での
利用について、この接着剤は、太陽電池１０２とカバー
５０６との間に、宇宙で使える黒ずまない弾力のある界
面を提供する。図示された実施形態において、カバー５
０６は、ダイオード１０４を収容するために刻み目をつ
けたカバーグラスである。一実施形態において、太陽電
池／ダイオード・アセンブリ２００が宇宙での利用を意
図されている場合、セリアがドープされたホウ珪酸塩カ
バーグラスを用いてもよい。一実施形態において、この
カバーグラス５０６は、５０〜１５００μｍ以内の範囲
の厚さを有することができる。このセリアがドープされ
たカバーグラスは、荷電した、及び、荷電していない粒
子に対して耐放射線遮蔽となる。一実施形態において、
このカバーグラスは、ＡＭＯ宇宙放射線環境スペクトル
（地球の大気の外で、太陽を回る地球の軌道に見られる
スペクトル）に曝された時でも実質的に透明を保つ。当
業者は、他の適切なカバーグラスの材料と寸法も同様に
用いられることを理解する。
４で接着剤を用いて電池１０２の前部に接着される。一
実施形態において、接着剤は、実質的に透明なシリコン
・タイプ接着剤で、通常厚さ５０μｍである。宇宙での
利用について、この接着剤は、太陽電池１０２とカバー
５０６との間に、宇宙で使える黒ずまない弾力のある界
面を提供する。図示された実施形態において、カバー５
０６は、ダイオード１０４を収容するために刻み目をつ
けたカバーグラスである。一実施形態において、太陽電
池／ダイオード・アセンブリ２００が宇宙での利用を意
図されている場合、セリアがドープされたホウ珪酸塩カ
バーグラスを用いてもよい。一実施形態において、この
カバーグラス５０６は、５０〜１５００μｍ以内の範囲
の厚さを有することができる。このセリアがドープされ
たカバーグラスは、荷電した、及び、荷電していない粒
子に対して耐放射線遮蔽となる。一実施形態において、
このカバーグラスは、ＡＭＯ宇宙放射線環境スペクトル
（地球の大気の外で、太陽を回る地球の軌道に見られる
スペクトル）に曝された時でも実質的に透明を保つ。当
業者は、他の適切なカバーグラスの材料と寸法も同様に
用いられることを理解する。
【００２４】ひとたびこのカバー５０６が太陽電池１０
２に接着されれば、工程７４６で最終的な電気的試験が
行われ、工程７４８では最終的な機械的試験が後に続
く。
２に接着されれば、工程７４６で最終的な電気的試験が
行われ、工程７４８では最終的な機械的試験が後に続
く。
【００２５】太陽電池／ダイオード・アセンブリの一実
施形態の特性の要約は、以下の表１に示される。
施形態の特性の要約は、以下の表１に示される。
【００２６】
【表１】
【００２７】これに代わる実施形態において、前部太陽
電池コンタクト３３２、４０２はともに、前部へこみ４
１８内に配置されてもよい。この方法は、へこみ４１８
の断面領域の外に、相互接続部４０６が突き出すことを
防止する。他の実施形態において、ダイオード・コンタ
クト４１２、４１４はともに、ダイオード１０４の底部
に配置されていて、前部太陽電池コンタクト３３２、４
０２はともに、前部へこみ４１８内に配置される。２つ
のダイオード・コンタクトをダイオード底部に設けるた
めに、多くの技術を用いることができる。例えば、ｎ型
にドープされたダイオード層とダイオード底部に接続さ
れた巻き込みコンタクトは、ダイオード底部を経由して
ｎ型にドープしたダイオード層への電気的接続を可能に
するために用いることができる。この巻きこみコンタク
トは、ｐ型にドープされたダイオード層から絶縁されて
いる。もしダイオード１０４がへこみの壁の上方に突き
出さないように、断面積の小さいタイプのダイオードを
用いたなら、刻み目なしの標準型カバーグラスを用いる
ことができ、さらに費用が削減される。この刻み目なし
の標準カバーグラスは、ダイオード１０４を含んだ太陽
電池表面全体に実質的に載るように、大きさを定め、配
置することができる。
電池コンタクト３３２、４０２はともに、前部へこみ４
１８内に配置されてもよい。この方法は、へこみ４１８
の断面領域の外に、相互接続部４０６が突き出すことを
防止する。他の実施形態において、ダイオード・コンタ
クト４１２、４１４はともに、ダイオード１０４の底部
に配置されていて、前部太陽電池コンタクト３３２、４
０２はともに、前部へこみ４１８内に配置される。２つ
のダイオード・コンタクトをダイオード底部に設けるた
めに、多くの技術を用いることができる。例えば、ｎ型
にドープされたダイオード層とダイオード底部に接続さ
れた巻き込みコンタクトは、ダイオード底部を経由して
ｎ型にドープしたダイオード層への電気的接続を可能に
するために用いることができる。この巻きこみコンタク
トは、ｐ型にドープされたダイオード層から絶縁されて
いる。もしダイオード１０４がへこみの壁の上方に突き
出さないように、断面積の小さいタイプのダイオードを
用いたなら、刻み目なしの標準型カバーグラスを用いる
ことができ、さらに費用が削減される。この刻み目なし
の標準カバーグラスは、ダイオード１０４を含んだ太陽
電池表面全体に実質的に載るように、大きさを定め、配
置することができる。
【００２８】多接合太陽電池の場合、適切な接合層又は
界面にまでへこみを延長することにより、ダイオード
は、選択された数の接合を保護するためにのみ、適切に
相互接続されることができる。従って、２重接合電池の
場合は、へこみを仲介層にまでエッチングすることによ
り、１つの接続だけが保護される。代わりに、基板又は
他の適切な層にまでエッチングすることにより、双方の
接合が保護される。これは、Ｃ型クランプを用いてダイ
オード・コンタクトを電池背面のコンタクトに相互接続
する従来の技術とは対照的であり、従って、全ての保護
された電池接合に限られる。
界面にまでへこみを延長することにより、ダイオード
は、選択された数の接合を保護するためにのみ、適切に
相互接続されることができる。従って、２重接合電池の
場合は、へこみを仲介層にまでエッチングすることによ
り、１つの接続だけが保護される。代わりに、基板又は
他の適切な層にまでエッチングすることにより、双方の
接合が保護される。これは、Ｃ型クランプを用いてダイ
オード・コンタクトを電池背面のコンタクトに相互接続
する従来の技術とは対照的であり、従って、全ての保護
された電池接合に限られる。
【００２９】他の（図示されていない）実施形態におい
て、ダイオード１０４は、太陽電池前部表面のへこんで
いない部分に搭載される。また、一実施形態において、
ダイオード１０４は、相互接続部を、電池表面から電池
層又は界面まで延びるへこみを経由してダイオード１０
４から適切な電池層又は界面へ配置することにより、適
切な電池層又は界面に相互接続される。他の実施形態に
おいて、ダイオード１０４は、太陽電池表面のへこんで
いない部分に部分的に搭載され、ダイオード１０４の一
部は電池のへこみの上方に延びている。一実施形態にお
いて、電池のへこみの上方に延びているダイオード１０
４の一部は、ダイオード後面にコンタクトを有する。上
記に討論されたように、相互接続部は、ダイオード・コ
ンタクトから適切な電池層又は界面まで配置されてい
る。さらに他の実施形態において、ダイオードは、電池
前部表面のへこんでいない部分に形成された２つの太陽
電池コンタクトに相互接続される。
て、ダイオード１０４は、太陽電池前部表面のへこんで
いない部分に搭載される。また、一実施形態において、
ダイオード１０４は、相互接続部を、電池表面から電池
層又は界面まで延びるへこみを経由してダイオード１０
４から適切な電池層又は界面へ配置することにより、適
切な電池層又は界面に相互接続される。他の実施形態に
おいて、ダイオード１０４は、太陽電池表面のへこんで
いない部分に部分的に搭載され、ダイオード１０４の一
部は電池のへこみの上方に延びている。一実施形態にお
いて、電池のへこみの上方に延びているダイオード１０
４の一部は、ダイオード後面にコンタクトを有する。上
記に討論されたように、相互接続部は、ダイオード・コ
ンタクトから適切な電池層又は界面まで配置されてい
る。さらに他の実施形態において、ダイオードは、電池
前部表面のへこんでいない部分に形成された２つの太陽
電池コンタクトに相互接続される。
【００３０】一実施形態において、太陽電池のへこみに
設置され、太陽電池の前部コンタクトと相互接続された
前部搭載ダイオードの使用は、長所として、へこみのな
い裸の太陽電池と比較して、電池の効率をわずか１．８
％又はそれ以下だけ下げるにすぎない。より効率の悪い
他の実施形態においても、電池の効率は、へこみのない
裸の太陽電池と比較して、２．５％又はそれ以下だけ下
がるにすぎない。従って、一実施形態において、前部搭
載ダイオード１０４を、裸の電池の効率が２３％である
高効率ＧａＡｓ太陽電池１０２に加えることは、電池の
効率を２２．６％へとわずかに下げるだけである。他の
実施形態において、太陽電池１０２は、集積アセンブリ
における使用を意図されている。多くの場合、太陽電池
は、集積した状態でより大きな電流を発生し、そのた
め、バイパス・ダイオードは、多くの場合、許容電流密
度を維持するために大きくされる。そのような一実施形
態において、裸の電池の効率が２３％の多接合太陽電池
に前部搭載ダイオード１０４を加えることは、電池の効
率を２２．４％に下げるにすぎない。
設置され、太陽電池の前部コンタクトと相互接続された
前部搭載ダイオードの使用は、長所として、へこみのな
い裸の太陽電池と比較して、電池の効率をわずか１．８
％又はそれ以下だけ下げるにすぎない。より効率の悪い
他の実施形態においても、電池の効率は、へこみのない
裸の太陽電池と比較して、２．５％又はそれ以下だけ下
がるにすぎない。従って、一実施形態において、前部搭
載ダイオード１０４を、裸の電池の効率が２３％である
高効率ＧａＡｓ太陽電池１０２に加えることは、電池の
効率を２２．６％へとわずかに下げるだけである。他の
実施形態において、太陽電池１０２は、集積アセンブリ
における使用を意図されている。多くの場合、太陽電池
は、集積した状態でより大きな電流を発生し、そのた
め、バイパス・ダイオードは、多くの場合、許容電流密
度を維持するために大きくされる。そのような一実施形
態において、裸の電池の効率が２３％の多接合太陽電池
に前部搭載ダイオード１０４を加えることは、電池の効
率を２２．４％に下げるにすぎない。
【００３１】以上、本発明の好ましい実施形態が述べら
れたが、これらの実施形態は例としてのみ提示されたも
ので、本発明の範囲を制限することは意図していない。
従って、本発明の幅と範囲は、特許請求の範囲とそれら
の等価物に従ってのみ定義されるべきである。 ［図面の簡単な説明］
れたが、これらの実施形態は例としてのみ提示されたも
ので、本発明の範囲を制限することは意図していない。
従って、本発明の幅と範囲は、特許請求の範囲とそれら
の等価物に従ってのみ定義されるべきである。 ［図面の簡単な説明］
【図１】バイパス・ダイオードに相１１１互接続された
太陽電池の一実施形態の模式図である。
太陽電池の一実施形態の模式図である。
【図２】太陽電池のアレーの一実施形態を示す図であ
る。
る。
【図３】太陽電池の第１の実施形態の断面を示す図であ
る。
る。
【図４Ａ】図４Ａは前部搭載バイパス・ダイオードを備
えた太陽電池の一実施形態の断面を模式的に示す図であ
る。
えた太陽電池の一実施形態の断面を模式的に示す図であ
る。
【図４Ｂ】図４Ｂは図４Ａに示された太陽電池の物理的
構造の一実施形態の断面を示す図である。
構造の一実施形態の断面を示す図である。
【図５】前部搭載バイパス・ダイオードを備えた太陽電
池の一実施形態の上面図である。
池の一実施形態の上面図である。
【図６】太陽電池の第２の実施形態の断面を示す図であ
る。
る。
【図７Ａ及び図７Ｂ】図７Ａ及び図７Ｂは前部搭載バイ
パス・ダイオードを有する太陽電池を組み立てる一方法
を示す図である。
パス・ダイオードを有する太陽電池を組み立てる一方法
を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 ハンリー ジェームズ パトリック
アメリカ合衆国 93063 カリフォルニ
ア シミ バレー カルロタ ストリー
ト 4043
(72)発明者 チャン ペン−クェン
アメリカ合衆国 91326 カリフォルニ
ア ノースリッジ ヒルズボロ ロード
18621
(56)参考文献 特開 平９−64397（ＪＰ，Ａ)
特開 平３−77382（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−298080（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−89376（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−90573（ＪＰ，Ａ)
特開 平２−135786（ＪＰ，Ａ)
米国特許5138403（ＵＳ，Ａ)
米国特許5616185（ＵＳ，Ａ)
米国特許4824489（ＵＳ，Ａ)
米国特許5223403（ＵＳ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01L 31/04 - 31/078
Claims (30)
- 【請求項１】 少なくとも２つの前部表面コンタクトを
有する太陽電池を前記太陽電池の前部表面に搭載された
ダイオードに相互接続する効率的な方法であって、前記
方法が、 前記太陽電池の前部表面に少なくとも第１のへこみを形
成する工程と、 前記第１のへこみの前記前部表面に第１の太陽電池コン
タクトを形成する工程と、 前記前部表面に第２の太陽電池コンタクトを形成する工
程と、 少なくとも第１のバイパス・ダイオードを少なくとも部
分的に前記へこみ内に配置する工程であって、前記バイ
パス・ダイオードが第１のダイオード・コンタクトと第
２のダイオード・コンタクトを有する工程と、 前記第１の太陽電池コンタクトを前記第１のダイオード
・コンタクトに相互接続する工程、及び、 前記第２の太陽電池コンタクトを前記第２のダイオード
・コンタクトに相互接続する工程を含む方法。 - 【請求項２】 前記へこみを形成する前記工程が、さら
に、へこみを太陽電池の基板にまで下方に形成するため
の、メサ・エッチング処理を用いる工程を含む、請求項
１に記載の太陽電池をダイオードに相互接続する方法。 - 【請求項３】 前記第１の太陽電池コンタクトを形成す
る前記工程が、前記コンタクトを形成するためのフォト
レジスト・パターンニング処理を使用する工程を含む、
請求項１に記載の太陽電池をダイオードに相互接続する
方法。 - 【請求項４】 さらに、セリアがドープされたカバーグ
ラスを、前記太陽電池を覆って結合する工程を含む、前
記カバーグラスが、少なくとも前記へこみの面積の大き
さの面積を有する刻み目を規定する、請求項１に記載の
太陽電池をダイオードに相互接続する方法。 - 【請求項５】 前記第１の太陽電池コンタクトを前記第
１のダイオード・コンタクトに相互接続する前記工程
が、さらに、第１の相互接続部を前記第１の太陽電池コ
ンタクト及び前記第１のダイオード・コンタクトに物理
的に結合する工程を含む、請求項１に記載の太陽電池を
ダイオードに相互接続する方法。 - 【請求項６】 前記第２の太陽電池コンタクトを前記第
２のダイオード・コンタクトに相互接続する前記工程
が、さらに、第２の相互接続部を前記第２の太陽電池コ
ンタクト及び前記第２のダイオード・コンタクトに溶接
する工程を含む、請求項５に記載の太陽電池をダイオー
ドに相互接続する方法。 - 【請求項７】 太陽電池とバイパス・ダイオードを含む
太陽電池アセンブリであって、 前部表面を有する少なくとも１つの第１の太陽電池であ
って、前記前部表面が少なくとも１つの第１のへこみ領
域を有する第１の太陽電池と、 前記前部表面の少なくとも前記第１のへこみ領域に形成
された第１の太陽電池コンタクトと、 前記前部表面に形成された第２の太陽電池コンタクト
と、 少なくとも部分的に前記第１のへこみ領域に配置された
バイパス・ダイオードであって、第１のダイオード・コ
ンタクトと第２のダイオード・コンタクトを有する、前
記バイパス・ダイオードと、 前記第１のダイオード・コンタクトを前記第１の太陽電
池コンタクトに連結している第１の相互接続部、及び、 前記第２のダイオード・コンタクトを前記第２の太陽電
池コンタクトに連結している第２の相互接続部を含む、
太陽電池アセンブリ。 - 【請求項８】 前記太陽電池アセンブリが、さらに、 前記太陽電池を覆うように配置された、セリアをドープ
したカバーグラス、及び、 前記カバーグラスと前記太陽電池との間に配置された実
質的に透明な接着剤であって、ＡＭＯ宇宙放射線環境に
曝された時に、実質的に透明のままである前記接着剤を
含む、請求項７に記載の太陽電池アセンブリ。 - 【請求項９】 前記へこみ領域が、実質的に前記太陽電
池のウエハ表面にまで下方へ延びている、請求項７に記
載の太陽電池アセンブリ。 - 【請求項１０】 前記太陽電池がＧａＩｎＰ２／ＧａＡ
ｓ型電池である、請求項７に記載の太陽電池アセンブ
リ。 - 【請求項１１】 前記バイパス・ダイオードが少なくと
もシリコンから形成された、請求項７に記載の太陽電池
アセンブリ。 - 【請求項１２】 前記第２の太陽電池コンタクトが前記
第１のへこみに形成された、請求項７に記載の太陽電池
アセンブリ。 - 【請求項１３】 少なくとも２つの太陽電池アセンブリ
を含む太陽電池アレーであって、前記太陽電池アレー
が、 第１の太陽電池アセンブリであって、前記第１の太陽電
池アセンブリが、 第１の表面を有する第１の太陽電池であって、前記第１
の表面が少なくとも第１のへこみ領域を有する前記第１
の太陽電池と、 前記第１の表面の少なくとも前記第１のへこみ領域に形
成された第１の太陽電池コンタクトと、 前記第１の表面に形成された第２の太陽電池コンタクト
と、 前記前部表面に配置された第１のバイパス・ダイオード
であって、第１のダイオード・コンタクトと第２のダイ
オード・コンタクトを有する前記第１のバイパス・ダイ
オードと、 前記第１のダイオード・コンタクトを前記第１の太陽電
池コンタクトに連結する第１の相互接続部と、 前記第２のダイオード・コンタクトを前記第２の太陽電
池コンタクトに連結する第２の相互接続部を含む、第１
の太陽電池アセンブリと、 第２の太陽電池アセンブリであって、前記第２の太陽電
池アセンブリが、 第２の表面を有する第２の太陽電池であって、前記第２
の表面が少なくとも第２のへこみ領域を有する第２の太
陽電池と、 前記第２の表面の少なくとも前記第２のへこみ領域に形
成された第３の太陽電池コンタクトと、 前記第２の表面に形成された第４の太陽電池コンタクト
と、 前記第２の表面に配置された第２のバイパス・ダイオー
ドであって、第３のダイオード・コンタクトと第４のダ
イオード・コンタクトを有する前記第２のバイパス・ダ
イオードと、 前記第３のダイオード・コンタクトを前記第３の太陽電
池コンタクトに連結する第３の相互接続部と、 前記第４のダイオード・コンタクトを前記第４の太陽電
池コンタクトに連結する第４の相互接続部を含む、第２
の太陽電池アセンブリ、 及び、 前記第１の太陽電池アセンブリと前記第２の太陽電池ア
センブリを電気的に連結する、頂部面に位置する相互接
続部を含む、太陽電池アレー。 - 【請求項１４】 前記第１の及び前記第２の太陽電池の
少なくとも１つが、少なくともガリウム・ヒ素及びゲル
マニウムから形成される、請求項１３に記載の太陽電池
アセンブリ。 - 【請求項１５】 前記第５の相互接続部がＵ字型をした
タブである、請求項１３に記載の太陽電池アセンブリ。 - 【請求項１６】太陽電池を含む太陽電池アセンブリであ
って、前記太陽電池アセンブリが、 少なくとも、前部表面を有する第１の太陽電池であっ
て、前記前部表面が少なくとも、ダイオードを収容する
ような形状になった第１のへこみ領域を有する前記第１
の太陽電池と、 前記前部表面の少なくとも前記第１のへこみ領域に形成
された第１の太陽電池コンタクトであって、第１のダイ
オード・コンタクトに電気的に連結されるように形作ら
れた前記第１の太陽電池コンタクトと、 前記前部表面に形成された第２の太陽電池コンタクトで
あって、前記第２の太陽電池コンタクトが第２のダイオ
ード・コンタクトに電気的に連結されるように形作られ
た前記第２の太陽電池コンタクトを含む、太陽電池アセ
ンブリ。 - 【請求項１７】 前記第２の太陽電池コンタクトが、前
記第１のへこみ領域に形成された、請求項１６に記載の
太陽電池アセンブリ。 - 【請求項１８】 前記へこみ領域が、０．２２平方イン
チを超えない面積を有する、請求項１６に記載の太陽電
池アセンブリ。 - 【請求項１９】 前記第２のコンタクトが、少なくとも
Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇ金属から形成される、請求項１６に記
載の太陽電池アセンブリ。 - 【請求項２０】 前記太陽電池アセンブリが、さらに、
前記前部表面の少なくとも一部の上に乗る反射防止層を
含む、請求項１６に記載の太陽電池アセンブリ。 - 【請求項２１】 前記太陽電池アセンブリが、さらに少
なくとも、前記へこみ領域に配置された第１のバイパス
・ダイオードを含む、請求項１６に記載の太陽電池アセ
ンブリ。 - 【請求項２２】 前記第１の太陽電池コンタクトが太陽
電池陽極に連結され、前記第２の太陽電池コンタクトが
太陽電池陰極に連結され、及び、前記バイパス・ダイオ
ードが少なくとも、ダイオード陽極に連結された第１の
ダイオード・コンタクトとダイオード陰極に連結された
第２のダイオード・コンタクトを有する、請求項２１に
記載の太陽電池アセンブリ。 - 【請求項２３】 前記第１の太陽電池コンタクトが前記
第２のダイオード・コンタクトに電気的に連結され、前
記第２の太陽電池コンタクトが前記第１のダイオード・
コンタクトに電気的に連結される、請求項２２に記載の
太陽電池アセンブリ。 - 【請求項２４】 前記太陽電池アセンブリが、さらに、
前記太陽電池の少なくとも一部の上に乗る実質的に透明
なカバーを含む、請求項１６に記載の太陽電池アセンブ
リ。 - 【請求項２５】 太陽電池をバイパス・ダイオードに相
互接続する方法であって、前記方法が、 前記太陽電池の前記前部表面を通じて、少なくとも第１
の選択された電池層にまで、少なくとも第１のへこみを
形成する工程と、 前記太陽電池前部表面に少なくとも第１のバイパス・ダ
イオードを配置する工程、及び、 前記バイパス・ダイオードを、前記へこみを経由して前
記第１の選択された層に相互接続する工程を含む相互接
続する方法。 - 【請求項２６】 前記選択された層が界面層である、請
求項２５に記載の太陽電池をバイパス・ダイオードに相
互接続する方法。 - 【請求項２７】 前記形成する工程が最底部層にまで下
方にエッチングする工程を含む、請求項２５に記載の太
陽電池をダイオードに相互接続する方法。 - 【請求項２８】 太陽電池とバイパス・ダイオードを含
む太陽電池アセンブリであって、前記太陽電池アセンブ
リが、 少なくとも、前部表面を有する第１の太陽電池であっ
て、前記前部表面が少なくとも、第１の選択された層に
まで下方に延びる第１のへこみ領域を有する前記前部表
面を有する第１の太陽電池と、 前記前部表面の少なくとも一部上に形成された太陽電池
コンタクトと、 前記前部表面上に配置されたダイオードであって、第１
のダイオード・コンタクトと第２のダイオード・コンタ
クトを有する前記ダイオードと、 前記第１のダイオード・コンタクトを前記太陽電池コン
タクトに連結する第１の相互接続部、及び、 前記第２のダイオード・コンタクトを、前記へこみを経
由して前記選択された第１の層に連結する第２の相互接
続部を含む太陽電池アセンブリ。 - 【請求項２９】 前記選択された層が第１の電池層と第
２の電池層との間の界面である、請求項２８に記載の太
陽電池アセンブリ。 - 【請求項３０】 前記選択された層が最底部層である、
請求項２８に記載の太陽電池アセンブリ。
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