JP4558461B2 - 太陽電池およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は太陽電池およびその製造方法に関し、特に、インターコネクタによって互いに接続される太陽電池セルを備えた太陽電池と、その製造方法に関するものである。

近年、人工衛星に搭載する電子機器が複雑化してきており、高出力の太陽電池パネルの需要が高まっている。太陽電池パネルに使用される太陽電池として、シリコン太陽電池よりも効率の高いＧａＡｓ系の化合物半導体を用いた化合物太陽電池が使用されている。ＧａＡｓ系の化合物太陽電池では、太陽電池セル本体の厚さは約１５０μｍ程度であり、シリコン太陽電池と比較すると薄型化が進んでおらず、軽量化が要求されている。

このような人工衛星に搭載される太陽電池の製造方法を開示した従来の文献として特許文献１がある。特許文献１では、まず、図１２に示すように、ＧａＡｓ基板１０１の表面にエピタキシャル成長法によって所定のｐｎ接合を有するセル本体１０５が形成される。次に、図１３に示すように、そのセル本体１０５の太陽光線が入射する受光面となる表面における所定の領域に、受光面電極１０６が形成される。一方、ＧａＡｓ基板１０１の裏面に裏面電極１１０が形成される。次に、図１４に示すように、受光面電極１０６に、太陽電池セル同士を電気的に接続するためのインターコネクタ１０７が溶接される。

次に、図１５に示すように、セル本体１０５の表面上に所定の接着材１０８を介在させてカバーガラス１０９が接着される。このようにしてインターコネクタ１０７とカバーガラス１０９を一体化させたＣＩＣ（Connector and Coverglass Integrated Cell）型の太陽電池セル１１１が形成される。次に、図１６に示すように、ＣＩＣ型の太陽電池セル１１１に溶接されているインターコネクタ１０７を他の太陽電池セル１１１の裏面電極１１０に溶接することによって、直列に接続された一連の太陽電池１１２が形成される。このようなインターコネクタ１０７によって互いに接続された太陽電池セル１１１は、太陽電池ストリングとも称される。
特開平６−３１４８１０号公報

従来、ＧａＡｓ系の化合物太陽電池における太陽電池セルの厚さが約１５０μｍ程度では、溶接によってインターコネクタを受光面電極に接続したり、あるいは、インターコネクタを裏面電極に接続する際に太陽電池セルが割れるようなことはなく、太陽電池の歩留まりが低下するということはなかった。

しかしながら、太陽電池の軽量化に伴って基板としてより薄い基板を適用しようとすると、製造工程中に太陽電池セルが破損しやすくなって太陽電池の歩留まりが低下する問題が顕在化してきた。特に、インターコネクタを受光面電極に接続する工程や、そのインターコネクタを他の太陽電池セルの裏面電極に接続して太陽電池ストリングを形成する工程において、太陽電池セルが破損することがあった。また、太陽電池セルの厚さによっては強度が十分ではなく、インターコネクタを接続することができないことがあった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、太陽電池の製造の際に太陽電池セルが破損したり、損傷を受けたりするのを防止する太陽電池を提供することであり、他の目的は、そのような太陽電池の製造方法を提供することである。

本発明に係る太陽電池は、太陽光線を受光して発電をする太陽電池セルを含む太陽電池であって、太陽電池セルは、セル本体とガラス板と第１電極と接続部材と第２電極とを有している。ガラス板はセル本体において太陽光線が入射する側の表面上に、絶縁層を介在させて配設されている。第１電極はセル本体の表面において太陽光線が入射する側に形成されている。接続部材は第１電極の表面に接続され、他の太陽電池セルと電気的に接続する。第２電極はセル本体において太陽光線が入射する側とは反対側の表面上に形成されている。ガラス板は、太陽光線が入射する側とは反対の表面が露出する所定の領域を備えている。第２電極は、セル本体において太陽光線が入射する側とは反対側の表面に形成された第１の部分から延在してガラス板の所定の領域に接触するように形成された第２の部分を備えている。絶縁層は、所定の領域の側に位置するセル本体の側部を覆って、セル本体の側部と第２電極との間に介在するように配設されている。

この構造によれば、複数の太陽電池セルを互いに電気的に接続する際には、各太陽電池セルのガラスを下方にした状態で、一つの太陽電池セルのガラス板の接触面とは反対側の裏面に位置する第２電極の第２の部分に他の太陽電池セルの接続部材を接続すればよい。これにより、セル本体よりも十分に厚いガラスによって太陽電池セルの機械的強度が確保されて、太陽電池セルが破損したりするのを防止することができる。また、第２電極とセル本体の側部とは絶縁層により電気的に絶縁される。

太陽電池として所望の出力を得るために、太陽電池セルを複数備え、複数の太陽電池セルのそれぞれにおいては、一つの太陽電池セルの接続部材が他の太陽電池セルにおける第２電極の第２の部分に接続されていることが好ましい。

接続部材と第２電極との接続の態様として、具体的に、接続部材は第２電極の第２の部分に溶接およびはんだ付けのいずれかにより接続されていることが好ましい。

本発明に係る太陽電池の製造方法は、複数の太陽電池セルが互いに電気的に接続された太陽電池の製造方法であって、複数の太陽電池セルのそれぞれを製造する工程は以下の工程を備えている。セル本体を形成する。セル本体における太陽光線が入射する側の表面に第１電極を形成する。第１電極の表面に接続部材の一端側を接続する。セル本体における太陽光線が入射する側の表面上に絶縁層を介在させてガラス板を配設する。セル本体における太陽光線が入射する側とは反対側の表面に第２電極を形成する。ガラス板を配設する工程では、ガラス板としてセル本体よりも広いガラス基板を用いて、セル本体の端面からガラス板を突出させることにより、太陽光線が入射する側とは反対側の所定の表面が露出するように配設され、ガラス板において太陽光線が入射する側とは反対側の所定の表面が露出する側に位置するセル本体の側部を覆うように絶縁層が形成される。第２電極を形成する工程では、セル本体における太陽光線が入射する側とは反対側の表面から延在してガラス板の所定の表面に接触し、セル本体の側部を被覆する絶縁層の部分を覆うように形成される。複数の太陽電池セルを互いに電気的に接続する工程は、一つの太陽電池セルの接合部材の他端側を、他の太陽電池セルの第２電極におけるガラス板の所定の表面に接触している部分に接続する工程を備えている。

この製造方法によれば、一つの太陽電池セルの第２電極に他の太陽電池セルの接続部材の他端側を接続する際には、双方の太陽電池セルのガラス板を下にした状態で、一つの太陽電池セルのガラス板の表面とは反対側の裏面に位置する第２電極の部分に、他の太陽電池セルの接続部材が接続されることになる。これにより、セル本体よりも十分に厚いガラス板によって太陽電池セルの機械的強度が確保されて、太陽電池セルが破損したりするのを防止することができる。また、第２電極とセル本体の端面とは絶縁層によって電気的に絶縁される。

また、セル本体を形成する工程は、所定の半導体基板上にエピタキシャル成長層を形成する工程と、第１電極に接続部材を接続させた後に、エピタキシャル層を残して半導体基板を取り除く工程とを含むことが好ましい。

この場合には、接続部材を第１電極に接続する際に、半導体基板がまだ分離されず装着された状態で接続が行なわれる。これにより、半導体基板によって太陽電池セルとなるセル本体の機械的強度が確保されて、セル本体が破損したり損傷を受けたりするのを防止することができる。そして、半導体基板が取り除かれることで、太陽電池の軽量化を図ることができる。

具体的に、半導体基板を取り除く工程としては、半導体基板をエピタキシャル層から剥離させて取り除く工程や半導体基板をエッチングにより溶解させて除去する工程がある。

その第２電極を形成する工程では、第２電極は蒸着法およびスパッタ法のいずれかにより形成されていることが好ましい。

実施の形態１
本発明の実施の形態１に係る太陽電池の製造方法について説明する。まず、半導体基板として、約２ｃｍ×２ｃｍのサイズのＧａＡｓ基板を用意し、図１に示すように、そのＧａＡｓ基板１上にエピタキシャル成長法によってＡｌＡｓ剥離層２が形成される。そのＡｌＡｓ剥離層２上にエピタキシャル成長によってｐ型ＧａＡｓ層３とｎ型ＧａＡｓ層４が順次形成される。このようにして、ｐ型ＧａＡｓ層３とｎ型ＧａＡｓ層４とからなる厚さ約３μｍ程度のセル本体５が形成される。次に、セル本体５の太陽光線が入射する側の表面に表面電極を形成するための所定のフォトリソグラフィの処理が施される。その後、蒸着法によって厚さ約０．０３μｍのＡｕＧｅ層、厚さ約０．０２μｍのＮｉ層、厚さ約０．１μｍのＡｕ層および厚さ約５μｍのＡｇ層が順次形成される。そして、その後、リフトオフ法によって、図２に示すように、所定の領域に受光面電極６が形成される。

次に、その受光面電極６とセル本体５のｎ型ＧａＡｓ層４との電気的な接続を良好にするために、温度約４００℃、時間約１分間の熱処理が施される。次に、受光面電極６に対し、たとえば溶接によって銀箔のインターコネクタ７が接続される。この状態では、ＧａＡｓ基板１はまだ取り除かれていないので、機械的強度が確保されてセル本体５に損傷を与えることなくインターコネクタ７を受光面電極６に溶接することができる。次に、図３に示すように、セル本体５の受光面側にシリコン樹脂８が塗布される。そのシリコン樹脂８にカバーガラス９が載置されてセル本体５の受光面側に接着される。このとき、シリコン樹脂８がセル本体５の端面からはみ出るように、シリコン樹脂８は比較的多いめに塗布される。はみ出たシリコン樹脂８によってセル本体５の端面が覆われることになる。また、カバーガラス９として、インターコネクタ７が接続されている側とは反対の側に約５ｍｍ程度突出する程度のセル本体５よりも大きいサイズのものが用いられる。

次に、図４に示すように、カバーガラス９の表面およびインターコネクタ８の表面に、はけ等でワックス１０が塗布される。次に、ＡｌＡｓ剥離層２だけを選択的にエッチングするエッチング液としてたとえばフッ酸を使用し、この溶液にセル本体５を含めたＧａＡｓ基板１を浸漬させることにより、図５に示すように、セル本体５からＧａＡｓ基板１を分離させる。その後、適当な溶剤を用いてワックス１０を溶解させることによってワックス１０が除去される。このようにＧａＡｓ基板１が分離されたことによって、枠１１内に示すように、ＧａＡｓ基板１の端面を覆っていたシリコン樹脂の部分８ａがセル本体５の裏面側から突出することになる。そこで、次に、図６に示すように、その突出したシリコン樹脂の部分８ａがカッター等の鋭利な刃物によって切断されて取り除かれる。

次に、所定のメタルマスクを用い、たとえば蒸着法により厚さ約０．３μｍのＡｕ膜と厚さ約５μｍの銀膜をセル本体５の裏面に順次形成することによって、図７に示すように、裏面電極１２が形成される。このとき、裏面電極１２はセル本体５の裏面からセル本体５の端面を覆うシリコン樹脂８を経て突出したカバーガラス９の裏側の表面にわたって形成される。一方、シリコン樹脂８によって覆われた端面と反対側に位置する端面の側では、その端面より内側約０．５ｍｍの領域には蒸着されないようにマスクされる。このようにして太陽電池セル２１が形成される。この太陽電池セル２１の裏面電極１２では、セル本体５の端面がシリコン樹脂８によって覆われていることによって、裏面電極１２とセル本体５との電気的な分離が図られて、電気的な短絡やリーク電流の発生が防止される。

次に、図８および図９に示すように、所望の出力を得るために複数の太陽電池セル２１が直列あるいは並列に接続される。このとき、まず、カバーガラス９の側を下方にして太陽電池セル２１が適当な定盤の上に載置される。そして、枠１１内に示すように、一つの太陽電池セル２１の裏面電極１２においてカバーガラス９に直接接触している裏面電極１２の部分の上に、隣接する他の太陽電池セル２１のインターコネクタ７を接触させ、所定の電極を用いてインターコネクタ７が裏面電極１２に溶接される。このようにしてインターコネクタ７によって互いに接続された複数の太陽電池セル２１からなるＣＩＣ型の太陽電池２２が完成する。

上述した太陽電池の製造方法では、インターコネクタ７の一端側を受光面電極６に溶接したり、そのインターコネクタ７の他端側を裏面電極１２に溶接する際に、太陽電池セル２１の十分な機械的強度が確保された状態で溶接が行なわれる。まず、インターコネクタ７の一端側を受光面電極６に溶接する際には、図２に示されるように、ＧａＡｓ基板１がまだ分離されず装着された状態で溶接が行なわれる。これにより、ＧａＡｓ基板１によって太陽電池セルとなるセル本体５の機械的強度が確保されて、セル本体５が破損したり損傷を受けたりするのを防止することができる。

そして、インターコネクタ７の他端側を裏面電極１２に溶接する際には、太陽電池セル２１のカバーガラス９を下方にして適当な定盤に接触させた状態で、そのカバーガラス板９の接触面とは反対側の裏面に位置する裏面電極１２の部分に、隣接する他の太陽電池セル２１のインターコネクタ７が溶接されることになる。これにより、セル本体５よりも十分に厚いカバーガラス９によって太陽電池セル２１の機械的強度が確保されて、太陽電池セル２１が破損したりするのを防止することができる。

実施の形態２
前述した太陽電池の製造方法では、ＧａＡｓ基板をセル本体から分離させる場合を例に挙げて説明したが、ここでは、ＧａＡｓ基板をエッチングにより除去する場合を例に挙げて説明する。まず、前述した図１〜図４に示す工程と同様の工程を経た後に、ＧａＡｓ基板をエッチングする所定のエッチング液にセル本体５を含めたＧａＡｓ基板１を浸漬させることによって、図１０に示すように、ＧａＡｓ基板１が溶解されて除去される。エッチング液として、たとえばフッ酸、過酸化水素水および水の混合溶液（フッ酸：過酸化水素水：水＝１：１：６）が用いられる。

その後、ＧａＡｓ基板が除去されることによってセル本体５の裏面側に突出したシリコン樹脂８の部分８ａが、図１１に示すように、カッター等の鋭利な刃物によって切断されて取り除かれる。次に、前述した図７に示す工程と同様にして裏面電極１２が形成されてる。次に、前述した図８および図９に示す工程と同様にして、一つの太陽電池セルの裏面電極に隣接する他の太陽電池セルのインターコネクタが溶接されて、インターコネクタ７によって互いに接続された複数の太陽電池セル２１からなるＣＩＣ型の太陽電池２２が完成する。

上述した太陽電池の製造方法では、前述した効果に加えて次のような効果が得られる。すなわち、ＧａＡｓ基板１を溶解させることによって除去するため、ＧａＡｓ基板１とセル本体５のｐ型ＧａＡｓ層３との間にＡｌＡｓ剥離層を形成する必要がなくなる。

なお、上述した各実施の形態では、インターコネクタ７を受光面電極６あるいは裏面電極１２に接続するのに溶接する場合を例に挙げて説明したが、この他にはんだ付けにより接続してもよい。また、裏面電極１２を蒸着法によって形成する場合を例に挙げて説明したが、この他に、たとえばスパッタ法によって形成してもよい。

今回開示された実施の形態は例示に過ぎず、これに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係る太陽電池の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図６に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図７に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図８に示す工程における平面図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図１０に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 従来の太陽電池の製造方法の一工程を示す断面図である。 図１２に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図１３に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図１４に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 図１５に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。

符号の説明

１ ＧａＡｓ基板、２ ＡｌＡｓ剥離層、３ ｐ型ＧａＡｓ層、４ ｎ型ＧａＡｓ層、５ セル本体、６ 受光面電極、７ インターコネクタ、８ シリコン樹脂、８ａ シリコン樹脂の部分、９ カバーガラス、１０ ワックス、１２ 裏面電極、２１ 太陽電池セル、２２ 太陽電池。

Claims (8)

1. 太陽光線を受光して発電をする太陽電池セルを含む太陽電池であって、
   太陽電池セルは、
   セル本体と、
   前記セル本体において太陽光線が入射する側の表面上に、絶縁層を介在させて配設されたガラス板と、
   前記セル本体の表面において太陽光線が入射する側に形成された第１電極と、
   前記第１電極の表面に接続され、他の太陽電池セルと電気的に接続するための接続部材と、
   前記セル本体において太陽光線が入射する側とは反対側の表面上に形成された第２電極と、
   を有し、
   前記ガラス板は、太陽光線が入射する側とは反対の表面が露出する所定の領域を備え、
   前記第２電極は、前記セル本体において太陽光線が入射する側とは反対側の表面に形成された第１の部分から延在して前記所定の領域に接触するように形成された第２の部分を備え、
   前記絶縁層は、前記所定の領域の側に位置する前記セル本体の側部を覆って、前記セル本体の前記側部と前記第２電極との間に介在するように配設された、太陽電池。
2. 前記太陽電池セルを複数備え、
   複数の前記太陽電池セルのそれぞれにおいては、一つの太陽電池セルの前記接続部材が他の太陽電池セルにおける前記第２電極の前記第２の部分に接続された、請求項１記載の太陽電池。
3. 前記接続部材は前記第２電極の前記第２の部分に溶接およびはんだ付けのいずれかにより接続された、請求項１または２に記載の太陽電池。
4. 複数の太陽電池セルが互いに電気的に接続された太陽電池の製造方法であって、
   複数の太陽電池セルのそれぞれを製造する工程は、
   セル本体を形成する工程と、
   前記セル本体における太陽光線が入射する側の表面に第１電極を形成する工程と、
   前記第１電極の表面に接続部材の一端側を接続する工程と、
   前記セル本体における太陽光線が入射する側の表面上に絶縁層を介在させてガラス板を配設する工程と、
   前記セル本体における太陽光線が入射する側とは反対側の表面に第２電極を形成する工程と
   を備え、
   前記ガラス板を配設する工程では、前記ガラス板として前記セル本体よりも広いガラス基板を用いて、前記セル本体の端面から前記ガラス板を突出させることにより、太陽光線が入射する側とは反対側の所定の表面が露出するように配設され、前記ガラス板において太陽光線が入射する側とは反対側の所定の表面が露出する側に位置する前記セル本体の側部を覆うように前記絶縁層が形成され、
   前記第２電極を形成する工程では、前記セル本体における太陽光線が入射する側とは反対側の表面から延在して前記ガラス板の前記所定の表面に接触し、前記セル本体の側部を被覆する前記絶縁層の部分を覆うように形成し、
   複数の前記太陽電池セルを互いに電気的に接続する工程は、一つの太陽電池セルの前記接合部材の他端側を、他の太陽電池セルの前記第２電極における前記ガラス板の前記所定の表面に接触している部分に接続する工程を備えた、太陽電池の製造方法。
5. 前記セル本体を形成する工程は、
   所定の半導体基板上にエピタキシャル成長層を形成する工程と、
   前記第１電極に前記接続部材を接続させた後に、前記エピタキシャル層を残して前記半導体基板を取り除く工程と
   を含む、請求項４記載の太陽電池の製造方法。
6. 前記半導体基板を取り除く工程は、前記半導体基板を前記エピタキシャル層から剥離させて取り除く工程を含む、請求項５記載の太陽電池の製造方法。
7. 前記半導体基板を取り除く工程は、前記半導体基板をエッチングにより溶解させて除去する工程を含む、請求項５記載の太陽電池の製造方法。
8. 前記第２電極を形成する工程では、前記第２電極は蒸着法およびスパッタ法のいずれかによって形成される、請求項４〜７のいずれかに記載の太陽電池の製造方法。

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