JP3661941B2 - モノリシックバイパスダイオードおよび太陽電池ストリング装置 - Google Patents
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- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を形成する装置および方法に関し、とくにモノリシックバイパスダイオードおよび太陽電池ストリング装置を形成する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は、別の電気装置に電力を供給するために種々の技術において使用されている。衛星、計算機および電力システムは全て、太陽電池を利用した例である。
【０００３】
太陽電池は、半導体基板上に広い面積にわたって生成されたｐ−ｎ接合部である。太陽電池は一般に長寿命の装置であるが、太陽電池接合部の逆バイアスによってそれらの効率が低下させられ、あるいはそれらが破壊される可能性が高い。このタイプの損傷を防ぐために、太陽電池接合部を通って流れる電流に対して逆並列に電流が流れることを可能にするために、バイパスダイオード（ＢＤ）が使用される。
【０００４】
バイパスダイオードは一般に、分離された島構造を使用して形成され、および、または太陽電池基板の裏面（反対側）の凹部に生成され、太陽電池基板上の付加的な配線および、または付加的な金属被覆を使用して太陽電池に接続される。付加的な配線および、または金属被覆の使用により、太陽電池の新しい故障地点が生成され、太陽電池構造はその重量が増加すると共に複雑化する。重量および故障原因の増加は、過度の追加費用を必然的に伴うため、宇宙線環境において許容できない。さらに付加的な金属被覆は入射光を受ける太陽電池を覆うため、太陽電池構造の効率が低下する。
【０００５】
図１のＡおよびＢは、バイパスダイオードを太陽電池と集積する関連技術の装置を示している。
【０００６】
図１のＡは、半導体装置の断面を示している。装置100 は太陽電池102 およびバイパスダイオード104 を含んでいる。太陽電池102 はｎドープされた基板106 および結合されたｐドープされた層108 を使用する。基板106 と層108 との間に空乏層が生成されるように、基板106 および層108 が電気的に結合される。結合方法は、たとえば基板106 上への層108 の付着、層108 を形成するための基板106 中へのｐ型キャリアの拡散、層108 の化学蒸着、基板106 上での層108 のエピタキシャル成長、あるいは他の方法であることができる。
【０００７】
バイパスダイオード104 は、分離したｐ−ｎ接合部を生成するためにｐドープされた層110 およびｎドープされた層112 を使用する。層110 は基板106 に電気結合され、誘電体分離層114 によって層108 から分離される。外部接続部116 および118 は、太陽電池／バイパスダイオード装置100 を生成するために金属被覆接続部120 および122 によって形成される。図１のＡに示されている装置のさらに広い範囲の説明は、ここにおいて参考文献とされている米国特許第 4,759,803号明細書（1998年 7月26日出願）に記載される。
【０００８】
図１のＢは、装置100 の概略回路図を示している。バイパスダイオード104 および太陽電池102 は、示されている外部接続116 および118 により装置100 を別の装置100 に接続するために逆並列構成で接続される。
【０００９】
図１のＡに示されている装置100 の制限は、層110 と基板106 との結合により生成された装置中に第３のｐ−ｎ接合部が存在することである。さらに分離層114 の物理的寸法およびバイパスダイオード104 の存在のために、領域124 として示されている太陽電池102 の活性領域が減少する。太陽電池の活性領域はバイパスダイオード104 を有しない場合より小さいため、所定の量の電力を生成するためにさらに多数の太陽電池102 が要求される。装置はまた広い金属被覆領域、すなわち120 および122 を使用し、そのために装置100 の形成処理が困難になり、相互接続120 および122 の故障のために生産率が低下する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
集積されたバイパスダイオードを有する太陽電池が技術的に必要とされていることが認識できる。配線および、または金属被覆接続の追加を最小にするバイパスダイオードを有する太陽電池が技術的に必要とされていることもまた認められる。太陽電池の重量および故障点を最小にするバイパスダイオードが技術的に必要とされていることもまた認められる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の要求を満足させるために、本発明は、集積されたバイパスダイオードを備え、他の太陽電池装置との接続のための構造が簡単で、バイパスダイオードの使用による太陽電池の活性領域の減少の少ない太陽電池装置およびその接続方法を提供する。
【００１２】
本発明は、第１の陽極と第１の陰極とを有する太陽電池と、この太陽電池の前面の一部にモノリシックに積層して集積され、第２の陽極と第２の陰極とを有するバイパスダイオードとを具備している太陽電池装置において、バイパスダイオードはその第２の陽極が太陽電池の前面に位置する第１の陽極と隣接した半導体層として形成されてそれらが電気的に接続されており、太陽電池の第１の陰極は別の第１の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第１のコンタクトに接続され、バイパスダイオードの第２の陰極は別の第２の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第２のコンタクトに接続され、電気的に接続されている太陽電池の第１の陽極とバイパスダイオードの第２の陽極は前記別の第２の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第３のコンタクトに高濃度の半導体層によって接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明はまた、前面側の第１の導電型の層と後面側の第２の導電型の層とそれらの層の間のｐｎ接合とを有する太陽電池と、太陽電池の前面の一部にモノリシックに積層して集積され、第１の導電型の層と第２の導電型の層とそれらの層の間のｐｎ接合とを有するバイパスダイオードとをそれぞれ備えている第１の太陽電池装置と第２の太陽電池装置とを接続する太陽電池装置の接続方法を提供する。その接続方法においては、各太陽電池装置の各バイパスダイオードは太陽電池に隣接する下側の層が第１の導電型の層として形成されて各太陽電池装置の太陽電池の第１の導電型の層とバイパスダイオードの第１の導電型の層とは電気的に接続されており、第１の太陽電池装置の互いに電気的に接続されている太陽電池の第１の導電型の層とバイパスダイオードの第１の導電型の層とを第２の太陽電池装置の太陽電池の第２の導電型の層に接続し、第１の太陽電池装置のバイパスダイオードの第２の導電型の層を第２の太陽電池装置の互いに電気的に接続されている太陽電池の第１の導電型の層とバイパスダイオードの第１の導電型の層とに接続することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、集積されたバイパスダイオードを有する太陽電池を提供する。本発明はまた、配線および、または金属被覆接続を追加する必要性を最小にすると共に、太陽電池装置の重量および故障点を最小にするバイパスダイオードを有する太陽電池を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下の説明において、その一部を構成し、本発明のいくつかの実施形態を例示によって示している添付図面を参照する。その他の実施形態の使用および構造的な変更は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく行うことが可能であることが理解される。
［概要］
本発明は、バイパスダイオードを太陽電池装置中にモノリシックに含んでいる。本発明は複雑な処理ステップなしにバイパスダイオードを生成し、それによって完成装置の生産性を高める。
【００１６】
米国特許第 5,616,185号明細書（“SOLAR CELL WITH INTEGRATED BYPASS DIODE AND METHOD, ”）に記載されているような関連技術のプロセスは、ハイブリッド装置として太陽電池と集積されたディスクリートなバイパスダイオードの使用を示している。バイパスダイオードは、太陽電池の非照射面上に凹部を形成し、各バイパスダイオードが太陽電池の裏面とほぼ同じ高さになるように、その凹部中に少くとも１つのディスクリートな低プロフィールのバイパスダイオードを配置することによって太陽電池と集積される。その後、各バイパスダイオードは、太陽電池を横切って逆並列接続するために太陽電池にボンディングされる。
【００１７】
太陽電池の裏面は、機械的強度を維持しながらその重さを減少するために、蜂の巣パターンの凹部を形成されることが好ましい。バイパスダイオードを受ける凹部は、バイパスダイオードを良好に収容する長方形の形状であることが好ましい。
【００１８】
太陽電池の裏面はバイパスダイオードを受けるようにパターン化されてエッチングされなければならず、またバイパスダイオードがその後太陽電池に電気接続されなければならないために、この関連技術は太陽電池の生成を困難なものにしている。これらの付加的な処理ステップは費用がかかり、完成した装置に故障の原因を追加する。
【００１９】
図２のＡおよびＢは、本発明によるバイパスダイオードと太陽電池を集積した装置を示している。図２のＡは、太陽電池202 およびバイパスダイオード204 を含む装置200 を示している。太陽電池202 は、ｐドープされた基板206 および結合されたｎドープ層208 を使用する。基板206 はウェハとして示されているが、ウェハ内のドーパントウェル、ウェハの上部上の分離された構造、層または他の構造であることができ、図２のＡに示されているウェハ構造に制限されない。さらに、太陽電池202 は、単一接合の太陽電池として示されているが、２接合太陽電池202 、３接合の太陽電池202 またはｎ接合の太陽電池202 であることが可能であり、ここでｎは任意の数である。本発明は単一接合の電池202 に制限されない。
【００２０】
基板206 と層208 との間に空乏層が生成されるように、基板206 と層208 が電気的に結合される。その結合方法は、たとえば基板206 上への層208 の付着、層208 を形成するための基板206 中へのｎ型キャリアの拡散、あるいは他の方法であることができる。基板206 は一般にゲルマニウムであるが、シリコン、燐化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、燐化インジウムガリウム（ＧａＩｎＰ）またはその他の材料のような別の材料を含むことができる。
【００２１】
バイパスダイオード204 は、層210-216 を有する多層ダイオード構造を含んでいる。層210 は高濃度にｎドープされた（ｎ＋＋）層であり、層208 に結合される。層212 は高濃度にｐドープされた（ｐ＋＋）層であり、層214 はｐドープされた層であり、層216 はｎドープされた層である。層210 は、コンタクト218 に接続するためのトンネル接合部として使用される。層214 および216 はｐ−ｎ接合部を生成し、バイパスダイオード204 を構成している。単一のバイパスダイオード204 が示されているが、本発明は所定の太陽電池202 のために製造された多数のバイパスダイオード204 を想定している。多数のバイパスダイオード204 は、太陽電池202 に対して冗長性を与える。バイパスダイオード204 は一般にヒ化ガリウム、または砒素、燐およびアンチモンとガリウム、インジウムおよびアルミニウムの合金のような III-V半導体構造であるが、シリコン、ゲルマニウム、炭素を有するまたは炭素なしのシリコンとゲルマニウムの化合物、 II-VI半導体材料、半導体材料の別の３元または４元の化合物、あるいはその他の材料であることも可能である。
【００２２】
電気コンタクト220 は基板206 に結合され、電気接続部222 が層216 を基板206 と結合するように分離層224 上に付着される。基板206 の比抵抗は低く、したがって電気接続部222 は基板206 の底部（裏面）上において電気コンタクト220 に実率的に結合される。その代り、電気接続部222 は、層216 を基板206 に接続するためにラップアラウンドタブコンタクトを使用して形成されることができる。分離層224 は、酸化物または窒化物のようなハード誘電体またはポリイミドのようなソフト誘電体によって、もしくは別の方法により形成されることができる。
【００２３】
層208-216 、コンタクト218-220 および接続部222 はリソグラフによって規定され、装置200 の各素子に対して所望される幾何学形状を決定するために標準的な任意のエッチング方法を使用してエッチングされる。示されてはいないが、フォトリソグラフおよび、または製造プロセスを補助するために、装置200 の特定の領域のエッチングを制御する装置200 内の付加的な層であるエッチング停止層等の付加的な層を使用することができる。
【００２４】
太陽電池202 用の能動領域226 は、領域124 と比較してはるかに大きく、それによって太陽電池202 が結果的に所定の領域に対して大きい電力を発生することができる。さらに、装置200 は標準的な製造技術を使用して形成されることが可能であり、また、ハイブリッドディスクリートバイパスダイオード204 を設置するために太陽電池202 の裏面からの材料のエッチングその他による除去が必要ない。ｐドープされた基板206 に関して説明されているが、ｎドープされた基板206 もまた、適切にドープされた層208-214 により本発明にしたがって使用されることができる。
【００２５】
図２のＢは、装置200 の概略回路図を示している。バイパスダイオード204 および太陽電池202 は、示されている外部接続218 および220 により装置200 を別の装置に接続するために逆並列形状で接続される。
【００２６】
図３のＡおよびＢは、本発明の太陽電池装置の別の実施形態の概略図を示している。
【００２７】
図３のＡは、太陽電池302 およびバイパスダイオード304 を含む装置300 を示している。太陽電池302 はｐドープされた基板306 および結合されたｎドープされた層308 を使用する。基板306 と層308 との間に空乏層が生成されるように、基板306 および308 が電気的に結合される。結合方法は、たとえば基板306 上への層308 の付着、層308 を形成するための基板306 中へのｎ型キャリアの拡散、層308 の化学蒸着、基板306 上での層308 のエピタキシャル成長、あるいはその他の方法であることができる。基板306 は一般にゲルマニウムであるが、シリコン、燐化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、燐化インジウムガリウム（ＧａＩｎＰ）またはその他の材料のような別の材料を含むことができる。
【００２８】
基板306 はウェハとして示されているが、ウェハ内のドーパントウェル、ウェハの上部上の絶縁分離された構造、層またはその他の構造であることができ、図３のＡに示されているウェハ構造に制限されない。さらに、太陽電池302 は、単一接合の電池として示されているが、２接合の太陽電池302 、３接合の太陽電池302 またはｎ接合の太陽電池302 であることが可能であり、ここでｎは任意の数である。本発明は単一接合の電池302 に制限されない。
【００２９】
バイパスダイオード304 は、層310-312 を含んでいる。層310 は高濃度にｎドープされた（ｎ＋＋）層であり、層308 に結合されている。層312 はｐドープされた層であり、層310 に結合されている。単一のバイパスダイオード304 が示されているが、本発明においては所定の太陽電池302 のために製造された多数のバイパスダイオード304 を使用することも考えられている。多数のバイパスダイオード304 は、太陽電池302 に冗長性を与える。バイパスダイオード304 は一般にヒ化ガリウムであるか、または砒素、燐およびアンチモンとガリウム、インジウムおよびアルミニウムの合金のような III-V半導体構造であるが、シリコン、ゲルマニウム、炭素を有するまたは炭素なしのシリコンとゲルマニウムの化合物、 II-VI半導体材料、半導体材料の別の３元または４元の化合物、あるいはその他の材料であることも可能である。
【００３０】
装置300 の構造は、３つのコンタクト、すなわちコンタクト314-318 を含んでいる。ここでは、装置300 はバイパスダイオード304 を生成するために単一の層すなわち層312 だけを付着されればよい。その後、エッチングおよびフォトリソグラフ技術により、コンタクト314-318 を適当に取付けるために層306-312 が規定される。本発明の装置300 を生成するために使用される簡単な処理ステップにより、装置の生産率が高くなり、装置300 に対する生産作業中の費用が減少する。示されていないが、フォトリソグラフその他の製造プロセスを助けるために、装置300 の特定の領域のエッチングを制御する装置300 内の付加的な層であるエッチング停止層等の付加的な層を使用することができる。ｐドープされた基板306 に関して説明されているが、ｎドープされた基板306 もまた、適切にドープされた層308-312 により本発明にしたがって使用されることができる。
【００３１】
図３のＢは、図３のＡに示されている装置300 の概略回路図である。ここでは３つのコンタクト314-318 があるので、太陽電池302 とバイパスダイオード304 は装置100 および200 のように逆並列技術で接続されていない。しかしながら、所定の太陽電池302 に対するバイパスダイオード304 は、異なった装置300 の太陽電池に接続され、装置300 の逆バイアス保護を行うために必要とされる逆並列接続を生成している。このような構造の接続を図５に関連して説明する。
【００３２】
図４のＡおよびＢは、本発明の太陽電池装置の別の実施形態およびその概略回路図を示している。
【００３３】
図４のＡは、太陽電池402 およびバイパスダイオード404 を含む装置400 を示している。太陽電池402 はｐドープされた基板406 および結合されたｎドープされた層408 を使用する。基板406 と層408 との間に空乏層が生成されるように、基板406 および層408 が電気的に結合される。その結合方法は、たとえば基板406 上への層408 の付着、層408 を形成するための基板406 中へのｎ型キャリアの拡散、層408 の化学蒸着、基板406 上での層408 のエピタキシャル成長、または別の方法であることができる。基板406 は一般にゲルマニウムであるが、シリコン、燐化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、燐化インジウムガリウム（ＧａＩｎＰ）またはその他の材料のような別の材料を含むことができる。
【００３４】
基板406 はウェハとして示されているが、ウェハ内のドーパントウェル、ウェハの上部上の分離された構造、層または他の構造であることができ、図４のＡに示されているウェハ構造に制限されない。さらに、太陽電池402 は、単一接合の電池として示されているが、２接合の太陽電池402 、３接合の太陽電池402 またはｎ接合の太陽電池402 であることが可能であり、ここでｎは任意の数である。本発明は単接合電池402 に制限されない。
【００３５】
バイパスダイオード404 は、層410-414 を含んでいる。層410 は高濃度にｎドープされた（ｎ＋＋）層であり、層408 に結合されている。層412 はｎドープされた層であり、層410 に結合され、層414 はｐドープされた層であり、層412 に結合されている。層412-414 はｐ−ｎ接合を生成し、バイパスダイオード404 を含んでいる。バイパスダイオード404 は一般にヒ化ガリウム、または砒素、燐およびアンチモンとガリウム、インジウムおよびアルミニウムの合金のような III-V半導体構造であるが、シリコン、ゲルマニウム、炭素を有するまたは炭素なしのシリコンとゲルマニウムの化合物、 II-VI半導体材料、半導体材料の別の３元または４元の化合物、あるいはその他の材料であることも可能である。
【００３６】
装置400 の構造は、３つのコンタクト、すなわちコンタクト416-420 を含んでいる。ここでは、装置400 はバイパスダイオード404 を生成するために２つの付加的な層すなわち層412 および414 の付着を必要とする。その後、エッチングおよびフォトリソグラフ技術により、コンタクト416-420 を適当に取付けるために層406-414 が規定される。本発明の装置400 を生成するために使用される簡単な処理ステップにより、装置の生産率が高くなり、装置400 に対する生産作業中の費用が減少する。層414 のドーパント濃度は低い（ｐ＋＋の代りにｐ）ため、バイパスダイオード404 における漏れ電流が低くなり、そのために装置400 全体の効率が高くなる。ｐドープされた基板406 に関して説明されているが、ｎドープされた基板406 もまた、適切にドープされた層408-414 により本発明にしたがって使用されることができる。
【００３７】
図４のＢは、図４のＡに示されている装置400 の概略回路図である。ここでは３つのコンタクト416-420 があるので、太陽電池402 とバイパスダイオード404 は装置100 および200 のように逆並列技術で接続されていない。しかしながら、所定の太陽電池402 に対するバイパスダイオード404 は、異なった装置400 の太陽電池に接続され、装置400 の逆バイアス保護を行うために必要とされる逆並列接続を生成している。このような構造の接続を図５に関連して説明する。
【００３８】
図５は、図３のＡおよび図４のＡに示されているように形成された装置の接続方法を示している。図５に示されているように、ｉ個の一連の装置400 またはその代わりに300 が接続されている。各装置400 は、たとえば１，２，…ｉの符号を付けられる。第１の装置のコンタクト418 は第２の装置400 のコンタクト416 に結合され、それによって第１の装置400 の太陽電池402 の陰極とバイパスダイオード404 の陽極が第２の装置の太陽電池402 の陽極に結合される。この方法によって、各バイパスダイオード404 が隣接する装置400 の太陽電池402 を保護するように、装置400 の全ての太陽電池402 とバイパスダイオード404 とをはしご状に接続することが可能になる。さらに、第１の装置400 およびｉ番目の装置400 は、ｉ番目のバイパスダイオード404 が第１の太陽電池402 を保護するように、図５に示されているように接続されることができる。所望ならば、ｉ番目のバイパスダイオード404 はまた異なった太陽電池402 、たとえば装置400 の異なった系列のストリング中の太陽電池402 等を保護することができる。図５に示されている接続方式により、太陽電池のストリング402 中の各太陽電池400 が保護される。図３のＡおよび図４のＡに示されている装置の構造と共にこのタイプの接続は、各装置300 および400 内の分離要求をなくし、それによって装置300 および400 の製造の複雑さを軽減する
図６は、従来技術に必要な接続方式を示している。
太陽電池600 およびバイパスダイオード602 は、バイパスダイオード602 を太陽電池600 の裏（非照射）部分に取付けることにより物理的に接続される。ストリング接続604 は１つの太陽電池600 を別の太陽電池600 に結合し、これにより太陽電池600 が直列接続されて、所望の出力電圧が太陽電池600 から生成される。バイパスダイオード602 を太陽電池600 に接続するために、ハンダ接続604 およびラップアラウンド接続606 がバイパスダイオード604 を太陽電池600 に電気的に接続するために使用されなければならない。さらに、ラップアラウンド接続606 を適当に形成するために、絶縁体608 が太陽電池600 内の層とバイパスダイオード602 の層との間の電気的な短絡を阻止するように配置されなければならない。図６に示されている太陽電池600 およびバイパスダイオード602 に関する付加的な情報は、本出願人にその権利が譲渡され、ここにおいて参考文献とされている米国特許第 5,616,185号明細書（1997年 4月 1日出願）に記載されている。
図７は、本発明により使用される接続方式を示している。図２に示されている本発明の実施形態では、装置上の金属被覆がバイパスダイオードを太陽電池に適当に接続するので、バイパスダイオードは太陽電池に外部的に接続される必要がない。図３および４に示されている本発明の実施形態に対して、太陽電池700 およびバイパスダイオード702 はコンタクト704 を使用して接続されている。ストリング接続706 は再び、ある太陽電池700 を別の太陽電池700 に直列接続し、そのストリングに対して適当な電圧を生成するために使用される。本発明は、バイパスダイオード702 と太陽電池700 との間のはんだ接続、ならびに従来技術において要求される絶縁体とラップアラウンド接続を不要にする。これらの素子を不要にすることにより、装置の製造および最終的な装置への集積が容易になる。
【００３９】
図８は、本発明による完成構造を示している。装置800 は基板802 、太陽電池804 および806 、分離層808 、バイパスダイオード810 、ならびにコンタクト層812 を含んでいる。分離相814 および装置を完全なものとするコンタクト816-820 によって構成されている。基板802 上における装置800 を別の装置800 から分離するためのダイスライン822 が生成される。
【００４０】
太陽電池804 および806 は異なった材料から形成されるものとして示されており、たとえば第１の太陽電池804 はＧａＡｓから形成され、一方第２の太陽電池806 はＧａＩｎＰから形成される。しかしながら、太陽電池804 および806 は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、図８に示されている材料と同じ材料から、あるいは別の材料から形成されることが可能である。さらに、分離層808 は図３のＡに関して説明したように必ずしも必要ではない。
【００４１】
バイパスダイオード810 は、装置800 上の任意の箇所に形成されることができるが、バイパスダイオード810 を太陽電池のエッジの付近、たとえばダイスライン822 の近くに配置することにより、装置800 とコンタクト816-820 の形成が簡単になる。
【００４２】
図９は図８に示されている構造の概略回路図を示している。示されているように、バイパスダイオード810 は、直列接続された太陽電池804 および806 と逆並列構成で接続されている。
【００４３】
［処理チャート］
図１０は、本発明の１実施形態を実施するために使用される動作を示すフローチャートである。
【００４４】
ステップ1000は、太陽電池を形成するために第１のタイプのドーパントを有する第２の層を、第１のタイプのドーパントと逆の第２のタイプのドーパントを有する第１の層上に付着するステップの実行を表している。
【００４５】
ステップ1002は、第１のタイプのドーパントを有する第３の層を第２の層上に付着するステップの実行を表している。
【００４６】
ステップ1004は、第３の層上に逆のタイプのドーパントを有する第４の層を付着して、第３の層および第４の層がバイパスダイオードを形成するステップの実行を表している。
【００４７】
ステップ1006は、第２の層および第３の層を露出するために第３の層および第４の層を選択的にエッチングするステップの実行を表している。
【００４８】
ステップ1008は、第４の層、第３の層および第１の層にコンタクトを設けて、装置への電気接続を可能にするステップの実行を表している。
【００４９】
［結論］
以上が本発明の好ましい実施形態の説明である。要約すると、本発明は、モノリシックバイパスダイオードおよび太陽電池装置を形成する装置および方法を説明している。ここでは単一接合の太陽電池を使用して説明されているが、本発明は、任意の数の接合部を有する太陽電池により使用されることができる。その方法は、太陽電池を形成するために第１のタイプのドーパントを有する第２の層を第１のタイプのドーパントと逆のタイプのドーパントを有する第１の層上に付着し、第１のタイプのドーパントを有する第３の層を第２の層上に付着し、その逆のタイプのドーパントを有する第４の層を第３の層上に付着し、第３の層および第４の層がバイパスダイオードを形成し、第３の層および第４の層を選択的にエッチングして第２の層および第３の層を露出させ、コンタクトを第４の層、第３の層および第１の層に設けて装置への電気接続を可能にするステップを含んでいる。装置は、第１のタイプのドーパントを有する第１の層と、第１のタイプのドーパントと逆の第２のタイプのドーパントを有している、第１の層に結合された第２の層と、第２の層に結合された第３の層と、第３の層に結合された第４の層とを備えており、第１の層および第２の層が太陽電池を形成し、第３の層および第４の層がバイパスダイオードを形成する。
【００５０】
上記の本発明の好ましい実施形態は、例示および説明のために記載されたものである。これは排他的なものではなく、また本発明を開示されたとおりの形態に制限するものではない。上記の教示を考慮して多数の修正および変形が可能である。たとえば、バイパスダイオードは、示されているように分離メサ構造中に配置される代りに、太陽電池のコンタクトパッドの下方に配置されることができる。さらに、太陽電池とバイパスダイオードとの間のいくつかまたは全てのコンタクトは、金属被覆ステップの代りに、外部または機械的手段を使用して形成されることができる。本発明の技術的範囲はここに記載された詳細な説明ではなく、添付された請求の範囲によって制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 バイパスダイオードを太陽電池と集積する従来技術の装置を示す概略図。
【図２】 バイパスダイオードを太陽電池と集積する本発明による装置の概略図。
【図３】 本発明の太陽電池装置の別の実施形態の概略図。
【図４】 本発明の太陽電池装置の別の実施形態の概略図。
【図５】 図３におよび図４に示されているように形成された装置の接続方法を示す概略図。
【図６】 関連技術に必要な接続方式を示す概略図。
【図７】 本発明により使用される接続方式を示す概略図。
【図８】 本発明による完成構造を示す概略断面図。
【図９】 図８に示されている構造の概略回路図。
【図１０】 本発明の１実施形態を実施するために使用される動作を示すフローチャート。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置を形成する装置および方法に関し、とくにモノリシックバイパスダイオードおよび太陽電池ストリング装置を形成する装置および方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池は、別の電気装置に電力を供給するために種々の技術において使用されている。衛星、計算機および電力システムは全て、太陽電池を利用した例である。
【０００３】
太陽電池は、半導体基板上に広い面積にわたって生成されたｐ−ｎ接合部である。太陽電池は一般に長寿命の装置であるが、太陽電池接合部の逆バイアスによってそれらの効率が低下させられ、あるいはそれらが破壊される可能性が高い。このタイプの損傷を防ぐために、太陽電池接合部を通って流れる電流に対して逆並列に電流が流れることを可能にするために、バイパスダイオード（ＢＤ）が使用される。
【０００４】
バイパスダイオードは一般に、分離された島構造を使用して形成され、および、または太陽電池基板の裏面（反対側）の凹部に生成され、太陽電池基板上の付加的な配線および、または付加的な金属被覆を使用して太陽電池に接続される。付加的な配線および、または金属被覆の使用により、太陽電池の新しい故障地点が生成され、太陽電池構造はその重量が増加すると共に複雑化する。重量および故障原因の増加は、過度の追加費用を必然的に伴うため、宇宙線環境において許容できない。さらに付加的な金属被覆は入射光を受ける太陽電池を覆うため、太陽電池構造の効率が低下する。
【０００５】
図１のＡおよびＢは、バイパスダイオードを太陽電池と集積する関連技術の装置を示している。
【０００６】
図１のＡは、半導体装置の断面を示している。装置100 は太陽電池102 およびバイパスダイオード104 を含んでいる。太陽電池102 はｎドープされた基板106 および結合されたｐドープされた層108 を使用する。基板106 と層108 との間に空乏層が生成されるように、基板106 および層108 が電気的に結合される。結合方法は、たとえば基板106 上への層108 の付着、層108 を形成するための基板106 中へのｐ型キャリアの拡散、層108 の化学蒸着、基板106 上での層108 のエピタキシャル成長、あるいは他の方法であることができる。
【０００７】
バイパスダイオード104 は、分離したｐ−ｎ接合部を生成するためにｐドープされた層110 およびｎドープされた層112 を使用する。層110 は基板106 に電気結合され、誘電体分離層114 によって層108 から分離される。外部接続部116 および118 は、太陽電池／バイパスダイオード装置100 を生成するために金属被覆接続部120 および122 によって形成される。図１のＡに示されている装置のさらに広い範囲の説明は、ここにおいて参考文献とされている米国特許第 4,759,803号明細書（1998年 7月26日出願）に記載される。
【０００８】
図１のＢは、装置100 の概略回路図を示している。バイパスダイオード104 および太陽電池102 は、示されている外部接続116 および118 により装置100 を別の装置100 に接続するために逆並列構成で接続される。
【０００９】
図１のＡに示されている装置100 の制限は、層110 と基板106 との結合により生成された装置中に第３のｐ−ｎ接合部が存在することである。さらに分離層114 の物理的寸法およびバイパスダイオード104 の存在のために、領域124 として示されている太陽電池102 の活性領域が減少する。太陽電池の活性領域はバイパスダイオード104 を有しない場合より小さいため、所定の量の電力を生成するためにさらに多数の太陽電池102 が要求される。装置はまた広い金属被覆領域、すなわち120 および122 を使用し、そのために装置100 の形成処理が困難になり、相互接続120 および122 の故障のために生産率が低下する。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
集積されたバイパスダイオードを有する太陽電池が技術的に必要とされていることが認識できる。配線および、または金属被覆接続の追加を最小にするバイパスダイオードを有する太陽電池が技術的に必要とされていることもまた認められる。太陽電池の重量および故障点を最小にするバイパスダイオードが技術的に必要とされていることもまた認められる。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の要求を満足させるために、本発明は、集積されたバイパスダイオードを備え、他の太陽電池装置との接続のための構造が簡単で、バイパスダイオードの使用による太陽電池の活性領域の減少の少ない太陽電池装置およびその接続方法を提供する。
【００１２】
本発明は、第１の陽極と第１の陰極とを有する太陽電池と、この太陽電池の前面の一部にモノリシックに積層して集積され、第２の陽極と第２の陰極とを有するバイパスダイオードとを具備している太陽電池装置において、バイパスダイオードはその第２の陽極が太陽電池の前面に位置する第１の陽極と隣接した半導体層として形成されてそれらが電気的に接続されており、太陽電池の第１の陰極は別の第１の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第１のコンタクトに接続され、バイパスダイオードの第２の陰極は別の第２の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第２のコンタクトに接続され、電気的に接続されている太陽電池の第１の陽極とバイパスダイオードの第２の陽極は前記別の第２の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第３のコンタクトに高濃度の半導体層によって接続されていることを特徴とする。
【００１３】
本発明はまた、前面側の第１の導電型の層と後面側の第２の導電型の層とそれらの層の間のｐｎ接合とを有する太陽電池と、太陽電池の前面の一部にモノリシックに積層して集積され、第１の導電型の層と第２の導電型の層とそれらの層の間のｐｎ接合とを有するバイパスダイオードとをそれぞれ備えている第１の太陽電池装置と第２の太陽電池装置とを接続する太陽電池装置の接続方法を提供する。その接続方法においては、各太陽電池装置の各バイパスダイオードは太陽電池に隣接する下側の層が第１の導電型の層として形成されて各太陽電池装置の太陽電池の第１の導電型の層とバイパスダイオードの第１の導電型の層とは電気的に接続されており、第１の太陽電池装置の互いに電気的に接続されている太陽電池の第１の導電型の層とバイパスダイオードの第１の導電型の層とを第２の太陽電池装置の太陽電池の第２の導電型の層に接続し、第１の太陽電池装置のバイパスダイオードの第２の導電型の層を第２の太陽電池装置の互いに電気的に接続されている太陽電池の第１の導電型の層とバイパスダイオードの第１の導電型の層とに接続することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、集積されたバイパスダイオードを有する太陽電池を提供する。本発明はまた、配線および、または金属被覆接続を追加する必要性を最小にすると共に、太陽電池装置の重量および故障点を最小にするバイパスダイオードを有する太陽電池を提供する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下の説明において、その一部を構成し、本発明のいくつかの実施形態を例示によって示している添付図面を参照する。その他の実施形態の使用および構造的な変更は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく行うことが可能であることが理解される。
［概要］
本発明は、バイパスダイオードを太陽電池装置中にモノリシックに含んでいる。本発明は複雑な処理ステップなしにバイパスダイオードを生成し、それによって完成装置の生産性を高める。
【００１６】
米国特許第 5,616,185号明細書（“SOLAR CELL WITH INTEGRATED BYPASS DIODE AND METHOD, ”）に記載されているような関連技術のプロセスは、ハイブリッド装置として太陽電池と集積されたディスクリートなバイパスダイオードの使用を示している。バイパスダイオードは、太陽電池の非照射面上に凹部を形成し、各バイパスダイオードが太陽電池の裏面とほぼ同じ高さになるように、その凹部中に少くとも１つのディスクリートな低プロフィールのバイパスダイオードを配置することによって太陽電池と集積される。その後、各バイパスダイオードは、太陽電池を横切って逆並列接続するために太陽電池にボンディングされる。
【００１７】
太陽電池の裏面は、機械的強度を維持しながらその重さを減少するために、蜂の巣パターンの凹部を形成されることが好ましい。バイパスダイオードを受ける凹部は、バイパスダイオードを良好に収容する長方形の形状であることが好ましい。
【００１８】
太陽電池の裏面はバイパスダイオードを受けるようにパターン化されてエッチングされなければならず、またバイパスダイオードがその後太陽電池に電気接続されなければならないために、この関連技術は太陽電池の生成を困難なものにしている。これらの付加的な処理ステップは費用がかかり、完成した装置に故障の原因を追加する。
【００１９】
図２のＡおよびＢは、本発明によるバイパスダイオードと太陽電池を集積した装置を示している。図２のＡは、太陽電池202 およびバイパスダイオード204 を含む装置200 を示している。太陽電池202 は、ｐドープされた基板206 および結合されたｎドープ層208 を使用する。基板206 はウェハとして示されているが、ウェハ内のドーパントウェル、ウェハの上部上の分離された構造、層または他の構造であることができ、図２のＡに示されているウェハ構造に制限されない。さらに、太陽電池202 は、単一接合の太陽電池として示されているが、２接合太陽電池202 、３接合の太陽電池202 またはｎ接合の太陽電池202 であることが可能であり、ここでｎは任意の数である。本発明は単一接合の電池202 に制限されない。
【００２０】
基板206 と層208 との間に空乏層が生成されるように、基板206 と層208 が電気的に結合される。その結合方法は、たとえば基板206 上への層208 の付着、層208 を形成するための基板206 中へのｎ型キャリアの拡散、あるいは他の方法であることができる。基板206 は一般にゲルマニウムであるが、シリコン、燐化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、燐化インジウムガリウム（ＧａＩｎＰ）またはその他の材料のような別の材料を含むことができる。
【００２１】
バイパスダイオード204 は、層210-216 を有する多層ダイオード構造を含んでいる。層210 は高濃度にｎドープされた（ｎ＋＋）層であり、層208 に結合される。層212 は高濃度にｐドープされた（ｐ＋＋）層であり、層214 はｐドープされた層であり、層216 はｎドープされた層である。層210 は、コンタクト218 に接続するためのトンネル接合部として使用される。層214 および216 はｐ−ｎ接合部を生成し、バイパスダイオード204 を構成している。単一のバイパスダイオード204 が示されているが、本発明は所定の太陽電池202 のために製造された多数のバイパスダイオード204 を想定している。多数のバイパスダイオード204 は、太陽電池202 に対して冗長性を与える。バイパスダイオード204 は一般にヒ化ガリウム、または砒素、燐およびアンチモンとガリウム、インジウムおよびアルミニウムの合金のような III-V半導体構造であるが、シリコン、ゲルマニウム、炭素を有するまたは炭素なしのシリコンとゲルマニウムの化合物、 II-VI半導体材料、半導体材料の別の３元または４元の化合物、あるいはその他の材料であることも可能である。
【００２２】
電気コンタクト220 は基板206 に結合され、電気接続部222 が層216 を基板206 と結合するように分離層224 上に付着される。基板206 の比抵抗は低く、したがって電気接続部222 は基板206 の底部（裏面）上において電気コンタクト220 に実率的に結合される。その代り、電気接続部222 は、層216 を基板206 に接続するためにラップアラウンドタブコンタクトを使用して形成されることができる。分離層224 は、酸化物または窒化物のようなハード誘電体またはポリイミドのようなソフト誘電体によって、もしくは別の方法により形成されることができる。
【００２３】
層208-216 、コンタクト218-220 および接続部222 はリソグラフによって規定され、装置200 の各素子に対して所望される幾何学形状を決定するために標準的な任意のエッチング方法を使用してエッチングされる。示されてはいないが、フォトリソグラフおよび、または製造プロセスを補助するために、装置200 の特定の領域のエッチングを制御する装置200 内の付加的な層であるエッチング停止層等の付加的な層を使用することができる。
【００２４】
太陽電池202 用の能動領域226 は、領域124 と比較してはるかに大きく、それによって太陽電池202 が結果的に所定の領域に対して大きい電力を発生することができる。さらに、装置200 は標準的な製造技術を使用して形成されることが可能であり、また、ハイブリッドディスクリートバイパスダイオード204 を設置するために太陽電池202 の裏面からの材料のエッチングその他による除去が必要ない。ｐドープされた基板206 に関して説明されているが、ｎドープされた基板206 もまた、適切にドープされた層208-214 により本発明にしたがって使用されることができる。
【００２５】
図２のＢは、装置200 の概略回路図を示している。バイパスダイオード204 および太陽電池202 は、示されている外部接続218 および220 により装置200 を別の装置に接続するために逆並列形状で接続される。
【００２６】
図３のＡおよびＢは、本発明の太陽電池装置の別の実施形態の概略図を示している。
【００２７】
図３のＡは、太陽電池302 およびバイパスダイオード304 を含む装置300 を示している。太陽電池302 はｐドープされた基板306 および結合されたｎドープされた層308 を使用する。基板306 と層308 との間に空乏層が生成されるように、基板306 および308 が電気的に結合される。結合方法は、たとえば基板306 上への層308 の付着、層308 を形成するための基板306 中へのｎ型キャリアの拡散、層308 の化学蒸着、基板306 上での層308 のエピタキシャル成長、あるいはその他の方法であることができる。基板306 は一般にゲルマニウムであるが、シリコン、燐化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、燐化インジウムガリウム（ＧａＩｎＰ）またはその他の材料のような別の材料を含むことができる。
【００２８】
基板306 はウェハとして示されているが、ウェハ内のドーパントウェル、ウェハの上部上の絶縁分離された構造、層またはその他の構造であることができ、図３のＡに示されているウェハ構造に制限されない。さらに、太陽電池302 は、単一接合の電池として示されているが、２接合の太陽電池302 、３接合の太陽電池302 またはｎ接合の太陽電池302 であることが可能であり、ここでｎは任意の数である。本発明は単一接合の電池302 に制限されない。
【００２９】
バイパスダイオード304 は、層310-312 を含んでいる。層310 は高濃度にｎドープされた（ｎ＋＋）層であり、層308 に結合されている。層312 はｐドープされた層であり、層310 に結合されている。単一のバイパスダイオード304 が示されているが、本発明においては所定の太陽電池302 のために製造された多数のバイパスダイオード304 を使用することも考えられている。多数のバイパスダイオード304 は、太陽電池302 に冗長性を与える。バイパスダイオード304 は一般にヒ化ガリウムであるか、または砒素、燐およびアンチモンとガリウム、インジウムおよびアルミニウムの合金のような III-V半導体構造であるが、シリコン、ゲルマニウム、炭素を有するまたは炭素なしのシリコンとゲルマニウムの化合物、 II-VI半導体材料、半導体材料の別の３元または４元の化合物、あるいはその他の材料であることも可能である。
【００３０】
装置300 の構造は、３つのコンタクト、すなわちコンタクト314-318 を含んでいる。ここでは、装置300 はバイパスダイオード304 を生成するために単一の層すなわち層312 だけを付着されればよい。その後、エッチングおよびフォトリソグラフ技術により、コンタクト314-318 を適当に取付けるために層306-312 が規定される。本発明の装置300 を生成するために使用される簡単な処理ステップにより、装置の生産率が高くなり、装置300 に対する生産作業中の費用が減少する。示されていないが、フォトリソグラフその他の製造プロセスを助けるために、装置300 の特定の領域のエッチングを制御する装置300 内の付加的な層であるエッチング停止層等の付加的な層を使用することができる。ｐドープされた基板306 に関して説明されているが、ｎドープされた基板306 もまた、適切にドープされた層308-312 により本発明にしたがって使用されることができる。
【００３１】
図３のＢは、図３のＡに示されている装置300 の概略回路図である。ここでは３つのコンタクト314-318 があるので、太陽電池302 とバイパスダイオード304 は装置100 および200 のように逆並列技術で接続されていない。しかしながら、所定の太陽電池302 に対するバイパスダイオード304 は、異なった装置300 の太陽電池に接続され、装置300 の逆バイアス保護を行うために必要とされる逆並列接続を生成している。このような構造の接続を図５に関連して説明する。
【００３２】
図４のＡおよびＢは、本発明の太陽電池装置の別の実施形態およびその概略回路図を示している。
【００３３】
図４のＡは、太陽電池402 およびバイパスダイオード404 を含む装置400 を示している。太陽電池402 はｐドープされた基板406 および結合されたｎドープされた層408 を使用する。基板406 と層408 との間に空乏層が生成されるように、基板406 および層408 が電気的に結合される。その結合方法は、たとえば基板406 上への層408 の付着、層408 を形成するための基板406 中へのｎ型キャリアの拡散、層408 の化学蒸着、基板406 上での層408 のエピタキシャル成長、または別の方法であることができる。基板406 は一般にゲルマニウムであるが、シリコン、燐化インジウム（ＩｎＰ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、燐化ガリウム（ＧａＰ）、燐化インジウムガリウム（ＧａＩｎＰ）またはその他の材料のような別の材料を含むことができる。
【００３４】
基板406 はウェハとして示されているが、ウェハ内のドーパントウェル、ウェハの上部上の分離された構造、層または他の構造であることができ、図４のＡに示されているウェハ構造に制限されない。さらに、太陽電池402 は、単一接合の電池として示されているが、２接合の太陽電池402 、３接合の太陽電池402 またはｎ接合の太陽電池402 であることが可能であり、ここでｎは任意の数である。本発明は単接合電池402 に制限されない。
【００３５】
バイパスダイオード404 は、層410-414 を含んでいる。層410 は高濃度にｎドープされた（ｎ＋＋）層であり、層408 に結合されている。層412 はｎドープされた層であり、層410 に結合され、層414 はｐドープされた層であり、層412 に結合されている。層412-414 はｐ−ｎ接合を生成し、バイパスダイオード404 を含んでいる。バイパスダイオード404 は一般にヒ化ガリウム、または砒素、燐およびアンチモンとガリウム、インジウムおよびアルミニウムの合金のような III-V半導体構造であるが、シリコン、ゲルマニウム、炭素を有するまたは炭素なしのシリコンとゲルマニウムの化合物、 II-VI半導体材料、半導体材料の別の３元または４元の化合物、あるいはその他の材料であることも可能である。
【００３６】
装置400 の構造は、３つのコンタクト、すなわちコンタクト416-420 を含んでいる。ここでは、装置400 はバイパスダイオード404 を生成するために２つの付加的な層すなわち層412 および414 の付着を必要とする。その後、エッチングおよびフォトリソグラフ技術により、コンタクト416-420 を適当に取付けるために層406-414 が規定される。本発明の装置400 を生成するために使用される簡単な処理ステップにより、装置の生産率が高くなり、装置400 に対する生産作業中の費用が減少する。層414 のドーパント濃度は低い（ｐ＋＋の代りにｐ）ため、バイパスダイオード404 における漏れ電流が低くなり、そのために装置400 全体の効率が高くなる。ｐドープされた基板406 に関して説明されているが、ｎドープされた基板406 もまた、適切にドープされた層408-414 により本発明にしたがって使用されることができる。
【００３７】
図４のＢは、図４のＡに示されている装置400 の概略回路図である。ここでは３つのコンタクト416-420 があるので、太陽電池402 とバイパスダイオード404 は装置100 および200 のように逆並列技術で接続されていない。しかしながら、所定の太陽電池402 に対するバイパスダイオード404 は、異なった装置400 の太陽電池に接続され、装置400 の逆バイアス保護を行うために必要とされる逆並列接続を生成している。このような構造の接続を図５に関連して説明する。
【００３８】
図５は、図３のＡおよび図４のＡに示されているように形成された装置の接続方法を示している。図５に示されているように、ｉ個の一連の装置400 またはその代わりに300 が接続されている。各装置400 は、たとえば１，２，…ｉの符号を付けられる。第１の装置のコンタクト418 は第２の装置400 のコンタクト416 に結合され、それによって第１の装置400 の太陽電池402 の陰極とバイパスダイオード404 の陽極が第２の装置の太陽電池402 の陽極に結合される。この方法によって、各バイパスダイオード404 が隣接する装置400 の太陽電池402 を保護するように、装置400 の全ての太陽電池402 とバイパスダイオード404 とをはしご状に接続することが可能になる。さらに、第１の装置400 およびｉ番目の装置400 は、ｉ番目のバイパスダイオード404 が第１の太陽電池402 を保護するように、図５に示されているように接続されることができる。所望ならば、ｉ番目のバイパスダイオード404 はまた異なった太陽電池402 、たとえば装置400 の異なった系列のストリング中の太陽電池402 等を保護することができる。図５に示されている接続方式により、太陽電池のストリング402 中の各太陽電池400 が保護される。図３のＡおよび図４のＡに示されている装置の構造と共にこのタイプの接続は、各装置300 および400 内の分離要求をなくし、それによって装置300 および400 の製造の複雑さを軽減する
図６は、従来技術に必要な接続方式を示している。
太陽電池600 およびバイパスダイオード602 は、バイパスダイオード602 を太陽電池600 の裏（非照射）部分に取付けることにより物理的に接続される。ストリング接続604 は１つの太陽電池600 を別の太陽電池600 に結合し、これにより太陽電池600 が直列接続されて、所望の出力電圧が太陽電池600 から生成される。バイパスダイオード602 を太陽電池600 に接続するために、ハンダ接続604 およびラップアラウンド接続606 がバイパスダイオード604 を太陽電池600 に電気的に接続するために使用されなければならない。さらに、ラップアラウンド接続606 を適当に形成するために、絶縁体608 が太陽電池600 内の層とバイパスダイオード602 の層との間の電気的な短絡を阻止するように配置されなければならない。図６に示されている太陽電池600 およびバイパスダイオード602 に関する付加的な情報は、本出願人にその権利が譲渡され、ここにおいて参考文献とされている米国特許第 5,616,185号明細書（1997年 4月 1日出願）に記載されている。
図７は、本発明により使用される接続方式を示している。図２に示されている本発明の実施形態では、装置上の金属被覆がバイパスダイオードを太陽電池に適当に接続するので、バイパスダイオードは太陽電池に外部的に接続される必要がない。図３および４に示されている本発明の実施形態に対して、太陽電池700 およびバイパスダイオード702 はコンタクト704 を使用して接続されている。ストリング接続706 は再び、ある太陽電池700 を別の太陽電池700 に直列接続し、そのストリングに対して適当な電圧を生成するために使用される。本発明は、バイパスダイオード702 と太陽電池700 との間のはんだ接続、ならびに従来技術において要求される絶縁体とラップアラウンド接続を不要にする。これらの素子を不要にすることにより、装置の製造および最終的な装置への集積が容易になる。
【００３９】
図８は、本発明による完成構造を示している。装置800 は基板802 、太陽電池804 および806 、分離層808 、バイパスダイオード810 、ならびにコンタクト層812 を含んでいる。分離相814 および装置を完全なものとするコンタクト816-820 によって構成されている。基板802 上における装置800 を別の装置800 から分離するためのダイスライン822 が生成される。
【００４０】
太陽電池804 および806 は異なった材料から形成されるものとして示されており、たとえば第１の太陽電池804 はＧａＡｓから形成され、一方第２の太陽電池806 はＧａＩｎＰから形成される。しかしながら、太陽電池804 および806 は、本発明の技術的範囲を逸脱することなく、図８に示されている材料と同じ材料から、あるいは別の材料から形成されることが可能である。さらに、分離層808 は図３のＡに関して説明したように必ずしも必要ではない。
【００４１】
バイパスダイオード810 は、装置800 上の任意の箇所に形成されることができるが、バイパスダイオード810 を太陽電池のエッジの付近、たとえばダイスライン822 の近くに配置することにより、装置800 とコンタクト816-820 の形成が簡単になる。
【００４２】
図９は図８に示されている構造の概略回路図を示している。示されているように、バイパスダイオード810 は、直列接続された太陽電池804 および806 と逆並列構成で接続されている。
【００４３】
［処理チャート］
図１０は、本発明の１実施形態を実施するために使用される動作を示すフローチャートである。
【００４４】
ステップ1000は、太陽電池を形成するために第１のタイプのドーパントを有する第２の層を、第１のタイプのドーパントと逆の第２のタイプのドーパントを有する第１の層上に付着するステップの実行を表している。
【００４５】
ステップ1002は、第１のタイプのドーパントを有する第３の層を第２の層上に付着するステップの実行を表している。
【００４６】
ステップ1004は、第３の層上に逆のタイプのドーパントを有する第４の層を付着して、第３の層および第４の層がバイパスダイオードを形成するステップの実行を表している。
【００４７】
ステップ1006は、第２の層および第３の層を露出するために第３の層および第４の層を選択的にエッチングするステップの実行を表している。
【００４８】
ステップ1008は、第４の層、第３の層および第１の層にコンタクトを設けて、装置への電気接続を可能にするステップの実行を表している。
【００４９】
［結論］
以上が本発明の好ましい実施形態の説明である。要約すると、本発明は、モノリシックバイパスダイオードおよび太陽電池装置を形成する装置および方法を説明している。ここでは単一接合の太陽電池を使用して説明されているが、本発明は、任意の数の接合部を有する太陽電池により使用されることができる。その方法は、太陽電池を形成するために第１のタイプのドーパントを有する第２の層を第１のタイプのドーパントと逆のタイプのドーパントを有する第１の層上に付着し、第１のタイプのドーパントを有する第３の層を第２の層上に付着し、その逆のタイプのドーパントを有する第４の層を第３の層上に付着し、第３の層および第４の層がバイパスダイオードを形成し、第３の層および第４の層を選択的にエッチングして第２の層および第３の層を露出させ、コンタクトを第４の層、第３の層および第１の層に設けて装置への電気接続を可能にするステップを含んでいる。装置は、第１のタイプのドーパントを有する第１の層と、第１のタイプのドーパントと逆の第２のタイプのドーパントを有している、第１の層に結合された第２の層と、第２の層に結合された第３の層と、第３の層に結合された第４の層とを備えており、第１の層および第２の層が太陽電池を形成し、第３の層および第４の層がバイパスダイオードを形成する。
【００５０】
上記の本発明の好ましい実施形態は、例示および説明のために記載されたものである。これは排他的なものではなく、また本発明を開示されたとおりの形態に制限するものではない。上記の教示を考慮して多数の修正および変形が可能である。たとえば、バイパスダイオードは、示されているように分離メサ構造中に配置される代りに、太陽電池のコンタクトパッドの下方に配置されることができる。さらに、太陽電池とバイパスダイオードとの間のいくつかまたは全てのコンタクトは、金属被覆ステップの代りに、外部または機械的手段を使用して形成されることができる。本発明の技術的範囲はここに記載された詳細な説明ではなく、添付された請求の範囲によって制限されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 バイパスダイオードを太陽電池と集積する従来技術の装置を示す概略図。
【図２】 バイパスダイオードを太陽電池と集積する本発明による装置の概略図。
【図３】 本発明の太陽電池装置の別の実施形態の概略図。
【図４】 本発明の太陽電池装置の別の実施形態の概略図。
【図５】 図３におよび図４に示されているように形成された装置の接続方法を示す概略図。
【図６】 関連技術に必要な接続方式を示す概略図。
【図７】 本発明により使用される接続方式を示す概略図。
【図８】 本発明による完成構造を示す概略断面図。
【図９】 図８に示されている構造の概略回路図。
【図１０】 本発明の１実施形態を実施するために使用される動作を示すフローチャート。
Claims (7)
- 第１の導電型の層と第２の導電型の層とを有する太陽電池と、
前記太陽電池の前面の一部上にモノリシックに積層して集積されており、第１の導電型の層と第２の導電型の層とを有するバイパスダイオードとを具備している太陽電池装置において、
前記バイパスダイオードはその第１の導電型の層が前記太陽電池の前面に位置する第１の導電型の層と隣接した半導体層として形成されてそれら２つの第１の導電型の層が電気的に接続されており、
前記太陽電池の第２の導電型の層は別の第１の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第１のコンタクトに接続され、
前記バイパスダイオードの第２の導電型の層は別の第２の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第２のコンタクトに接続され、
前記電気的に接続されている前記太陽電池と前記バイパスダイオードの第１の導電型の層は前記別の第２の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第３のコンタクトに高濃度の半導体層によって接続されている太陽電池装置。 - それぞれ集積されたバイパスダイオードを有している複数の同様な太陽電池装置を備え、その１つの太陽電池装置の集積されたバイパスダイオードが他の太陽電池装置の太陽電池を保護するように接続されている請求項１記載の太陽電池装置。
- １つの太陽電池装置のバイパスダイオードが隣接する別の太陽電池装置の太陽電池を保護するように構成されている請求項２記載の太陽電池装置。
- 前面側の第１の導電型の層と後面側の第２の導電型の層とを有する太陽電池と、その太陽電池の前面の一部にモノリシックに積層して集積され、第１の導電型の層と第２の導電型の層とを有するバイパスダイオードとを具備し、バイパスダイオードは太陽電池に隣接する下側の層が第１の導電型の層として形成されて太陽電池の第１の導電型の層と電気的に接続されている請求項１記載の太陽電池装置の接続方法において、
第１の太陽電池装置の互いに電気的に接続されている太陽電池の第１の導電型の層とバイパスダイオードの第１の導電型の層とを第２の太陽電池装置の太陽電池の第２の導電型の層に接続し、
第１の太陽電池装置のバイパスダイオードの第２の導電型の層を第２の太陽電池装置の互いに電気的に接続されている太陽電池の第１の導電型の層とバイパスダイオードの第１の導電型の層とに接続することを特徴とする太陽電池装置の接続方法。 - ｐ型およびｎ型の一方の導電型である第１の導電型の層とｐ型およびｎ型の他方の導電型である第２の導電型の層とを有する太陽電池と、
前記太陽電池の前面の一部にモノリシックに積層して集積されており、第１の導電型の層と第２の導電型の層とを有するバイパスダイオードとを具備している太陽電池装置において、
前記バイパスダイオードはその第１の導電型の層が前記太陽電池の前面に位置する第１の導電型の層と隣接した半導体層として形成されてそれら２つの第１の導電型の層が電気的に接続されており、
前記太陽電池の第２の導電型の層は別の第１の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第１のコンタクトに接続され、
前記バイパスダイオードの第２の導電型の層は別の第２の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第２のコンタクトに接続され、
前記電気的に接続されている前記太陽電池と前記バイパスダイオードの第１の導電型の層は前記別の第２の太陽電池装置の太陽電池に接続されるように構成された第３のコンタクトに高濃度の半導体層によって接続されている太陽電池装置。 - それぞれ集積されたバイパスダイオードを有している複数の同様な太陽電池装置を備え、その１つの太陽電池装置の集積されたバイパスダイオードが他の太陽電池装置の太陽電池を保護するように接続されている請求項５記載の太陽電池装置。
- 前記１つの太陽電池装置のバイパスダイオードが隣接する別の太陽電池装置の太陽電池を保護するように構成されている請求項６記載の太陽電池装置。
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