JP6629988B2 - 光電変換素子 - Google Patents

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Description

本発明は、光電変換素子に関する。
下記特許文献１乃至２には、太陽電池セルを識別するための識別マークをレーザ照射によって生成する製造方法が開示されている。
特表２００９−５２８６８７号公報 国際公開第２０１２／１７６４７３号
特許文献１では、識別マーク部を避けるようにして集電電極を形成している。しかし、光学スキャナで識別マークを読み取る場合、識別マーク近傍の集電電極の光反射が強く、読み取り効率がよくなかった。
本開示は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光電変換素子における識別マークの読み取り効率を向上させることにある。
（１）本開示に係る光電変換素子は、第１の方向に延伸し、前記第１の方向に直交する第２の方向に第１の間隔をあけて配列されたフィンガー電極と、前記第２の方向において、前記フィンガー電極と前記第１の間隔よりも大きい第２の間隔をあけて配置された識別マークと、を含む。
（２）上記（１）における光電変換素子において、前記識別マークは、略長方形の領域において反射率を異ならせる複数の窪みを有してもよい。
（３）上記（１）〜（２）における光電変換素子は、前記第１の方向において、前記フィンガー電極と前記識別マークとは、前記第１の間隔よりも大きい第３の間隔をあけて配置されてもよい。
（４）上記（１）〜（３）における光電変換素子において、前記識別マークは、前記第１の方向に略平行な第１の辺、第２の辺と、前記第２の方向に略平行な第３の辺、第４の辺とを含む略長方形の領域に形成され、前記複数のフィンガー電極の内、前記第１の辺と最も近接して並走するフィンガー電極は、前記第１の辺に対して前記第２の間隔をあけて配置され、前記複数のフィンガー電極の内、前記第２の辺と最も近接して並走するフィンガー電極は、前記第２の辺に対して前記第１の間隔よりも大きい第４の間隔をあけて配置されてもよい。
（５）上記（１）、（２）、（４）における光電変換素子において、前記識別マークは、前記第１の方向に略平行な第１の辺、第２の辺と、前記第２の方向に略平行な第３の辺、第４の辺とを含む略長方形の領域に形成され、前記複数のフィンガー電極の内、その端部が前記第３の辺と最も近接するフィンガー電極は、前記第３の辺に対して前記第１の間隔よりも大きい第３の間隔をあけて配置され、前記複数のフィンガー電極の内、その端部が前記第４の辺と最も近接するフィンガー電極は、前記第４の辺に対して前記第１の間隔よりも大きい第５の間隔をあけて配置されてもよい。
（６）上記（１）〜（５）における光電変換素子は、前記識別マークは、受光面の裏面側に配置されてもよい。
（７）上記（１）〜（６）における光電変換素子は、前記第２の間隔は、前記第１の間隔の２倍よりも小さくてもよい。
図１は本実施形態に係る光電変換素子の裏面側の概略を示す平面図である。 図２は本実施形態に係る光電変換素子の裏面側の概略を示す拡大平面図である。
本開示の実施形態について、図面を用いて以下に説明する。
図１は、本実施形態に係る光電変換素子の概略を示す模式的な平面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る光電変換素子１００は、その受光面の裏面側において集電極を有する。集電極は、集光効率と集電効率の両方を満足させるために、フィンガー電極２０と、バスバー電極１０とを含む。フィンガー電極２０は、互いに略平行に多数配置され、光電変換素子１００内部で発生した電気を収集する。バスバー電極１０は、フィンガー電極２０に比べて幅広であり、そのフィンガー電極２０に略垂直に交わり、フィンガー電極２０が収集した電気を外部に取り出す。
ここで、フィンガー電極２０の延伸方向を第１の方向と定義し、この第１の方向に直交するフィンガー電極の配列方向を第２の方向と定義する。
図２は、図１におけるII部の拡大平面図である。
フィンガー電極２０は、光電変換素子１００の裏面側の略全域において第１の間隔Ｗ１をあけて配置されているが、略長方形の電極開口領域３０においては、フィンガー電極２０は形成されていない。略長方形の電極開口領域３０は第１の方向に略平行な一対の辺３０Ａ、３０Ｂと、第２の方向に略平行な他の一対の辺３０Ｃ、３０Ｄと、を有する。第１の方向に略平行な一対の辺３０Ａ、３０Ｂはそれぞれ、フィンガー電極２０に接している。また、第２の方向に略平行な一対の辺３０Ｃ、３０Ｄは、その辺３０Ｃ、３０Ｄに直交するフィンガー電極２０の端部と接している。
電極開口領域３０内には、フィンガー電極２０と間隔を隔てて識別マーク４０が設けられている。この識別マーク４０は、略長方形の領域においてドット状の窪みを複数配置することにより構成されている。窪み領域の光の反射率は、窪みがない領域の光の反射率と大きく異なるため、識別マーク４０を光学式スキャナで読み取ることができる。この窪みはたとえばレーザなどの照射により形成することができる。
識別マーク４０が形成された略長方形の領域は、第１の方向に平行な第１の辺４０Ａ、第２の辺４０Ｂと、第２の方向に平行な第３の辺４０Ｃ、第４の辺４０Ｄとを有する。なお、本実施形態を示す図２において、識別マーク４０形成領域の左側の辺を第１の辺４０Ａ、右側の辺を第２の辺４０Ｂとして表示しているが、右側の辺を第１の辺４０Ａ、左側の辺を第２の辺４０Ｂとしても構わない。ただし、本実施形態においては、光学式スキャナの走査方向を考慮し、光学式スキャナが識別マーク４０内に進入してくる側の辺を第１の辺４０Ａであるとする。また、本実施形態を示す図２において、識別マーク４０形成領域の上側の辺を第３の辺４０Ｃ、下側の辺を第４の辺４０Ｄとして表示しているが、下側の辺を第３の辺４０Ｃ、上側の辺を第４の辺４０Ｄとしても構わない。
電極開口領域３０に外接するフィンガー電極２０の内、第１の辺４０Ａと最も近接して並走するフィンガー電極２０を第１のフィンガー電極２０Ａと定義する。第２の方向における第１のフィンガー電極２０Ａと第１の辺４０Ａとの距離を第２の間隔Ｗ２と定義する。即ち、電極開口領域３０における第１の方向に略平行な辺３０Ａと識別マーク４０における第１の辺４０Ａとの距離が第２の間隔Ｗ２である。
電極開口領域３０に外接するフィンガー電極２０の内、第２の辺４０Ｂと最も近接して並走するフィンガー電極２０を第２のフィンガー電極２０Ｂと定義する。第２の方向における第２のフィンガー電極２０Ｂと第２の辺４０Ｂとの距離を第４の間隔Ｗ４と定義する。即ち、電極開口領域３０における第１の方向に略平行な辺３０Ｂと識別マーク４０における第２の辺４０Ｂとの距離が第４の間隔Ｗ４である。
電極開口領域３０における第２の方向に略平行な辺３０Ｃと識別マーク４０における第３の辺４０Ｃとの距離が、第３の間隔Ｗ３である。即ち、電極開口領域３０の辺３０Ｃに接するフィンガー電極の端部と識別マーク４０における第３の辺４０Ｃとの距離が第３の間隔Ｗ３である。
電極開口領域３０における第２の方向に略平行な辺３０Ｄと識別マーク４０における第４の辺４０Ｄとの距離が、第５の間隔Ｗ５である。即ち、電極開口領域３０の辺３０Ｄに接するフィンガー電極の端部と識別マーク４０における第４の辺４０Ｄとの距離が第５の間隔Ｗ５である。
ここで、フィンガー電極２０と識別マーク４０とは、フィンガー電極２０の配列方向である第２の方向において、第２の間隔Ｗ２が第１の間隔Ｗ１よりも大きくなるように配置されている。このような構成とすることにより、光学スキャナで識別マーク４０を読み取る際の、集電電極の光反射による読み取り精度に対する影響を低減することができる。
また、光学スキャナ進入側である第２の間隔Ｗ２を第１の間隔Ｗ１よりも大きくすることで、識別マークの読み取り効率を向上させることができる。たとえば、光学式認識用スキャナを、第２の方向に走査させて、識別マーク４０の存在を確認する際に、当該スキャナは、フィンガー電極２０の有無を反射率の工程で判別する。フィンガー電極２０は所定の間隔である第１の間隔Ｗ１を隔てて配置されているため、スキャナが読み取る反射率は走査距離に応じて一定間隔で変化する。しかし、スキャナが電極開口領域３０に進入すると、スキャナが第１の間隔Ｗ１分の距離を走査しても反射率の高い領域に差し掛からない。そのため、スキャナは、現在の走査位置が電極開口領域３０内にあり、もうすぐ識別マーク４０形成領域に差し掛かることを判断することができる。その結果として、識別マークの読み取り効率を向上させることができるのである。
さらに、本実施形態においては、第２の方向において、第４の間隔Ｗ４が第１の間隔Ｗ１よりも大きくなるように配置されている。このような構成とすることにより、光学スキャナで識別マーク４０を読み取る際の、集電電極の光反射による読み取り精度に対する影響を更に低減することができる。
なお、フィンガー電極２０の延伸方向である第１の方向において、フィンガー電極２０と識別マーク４０とは、第１の間隔Ｗ１よりも大きい第３の間隔Ｗ３、第５の間隔Ｗ５をあけて配置されることが望ましい。第３の間隔Ｗ３、第５の間隔Ｗ５を大きくすることにより、第１の方向についても、識別マーク４０とフィンガー電極２０の外延とを区別するに十分な距離が担保され、識別マーク４０の読み取りに際し、読み取り効率が向上する。
なお、本実施形態においては、識別マーク４０は、受光面の裏面側に配置しているが、受光面側に配置しても構わない。ただし、受光面における発電効率と意匠性の観点からは、受光面の裏面側に識別マーク４０を配置することが望ましい。
なお、第２の間隔Ｗ２は、第１の間隔Ｗ１の２倍より小さいことが望ましい。電極開口領域３０内のうち、識別マーク４０が形成された領域では、一般に窪みの形成工程（たとえばレーザーアブレーション）による半導体基板への局所的ダメージが残存する。かかる局所ダメージは再結合中心として作用するため、発電効率が著しく低下する。一方で、電極開口領域３０内のうち、識別マーク４０が形成されていない領域ではそのような低下が生じない。そのため、とりわけ、電極開口領域３０内でかつ、識別マーク４０が形成されていない領域での電荷キャリアは、電極開口領域３０の外延に近接するフィンガー電極２０により収集される。そのため、このキャリア収集効率の観点からは、第２の方向における識別マーク４０とフィンガー電極２０との距離が離れすぎないよう、第２の間隔Ｗ２は、第１の間隔Ｗ１の２倍より小さい構成とすることにより、識別マーク４０近傍で生成されたキャリアの集電効率の低下を抑制できる。
本実施形態においては、第１の方向、及び第２の方向における電極開口領域３０の幅を６ｍｍ、識別マーク４０の幅を３．５ｍｍとし、第１の間隔Ｗ１を０．６８ｍｍ、第２の間隔Ｗ２、第４の間隔Ｗ４を１．２５ｍｍ、第３の間隔Ｗ３、第５の間隔Ｗ５を、１．２５ｍｍとしている。すなわち、本実施形態においては、正方形状の電極開口領域３０より小さい正方形状の識別マーク４０が、電極開口領域３０の中心に配置されている。第２の間隔Ｗ２、及び第４の間隔Ｗ４が、第１の間隔Ｗ１よりも大きく、且つ第１の間隔Ｗ１の２倍よりも小さい。また、第３の間隔Ｗ３、及び第５の間隔Ｗ５が、第１の間隔Ｗ１よりも大きく、且つ第１の間隔Ｗ１の２倍よりも小さい。
本実施形態では、光電変換素子１００が、光受光面と裏面の両方に集電電極を有するいわゆるバイフェイシャル構造を有し、その裏面側の図面等を用いて説明したが、光電変換素子１００の構造は、これに限定されるものではなく、裏面側に＋極と−極の両方を配置した、いわゆる、バックコンタクト構造においても適用可能である。
本実施形態では、識別マーク４０が、データマトリクスである場合を例に挙げて説明したが、読み取り可能なデータ形式出れば、特段の制限はない。識別コードの形式としては、文字記号であってもよいし、バーコード、ＱＲコード（登録商標）やデータマトリクスのような２次元コードであってもよいが、データ密度の観点からは２次元コードが好ましい。
識別マーク４０を構成する窪みの深さは、特段の制限はないが、好適には５μｍ以上１００μｍ以下、もっとも好適には１０μｍ以上４０μｍ以下である。深さが小さい場合には、窪み領域の光の反射率と窪みがない領域の光の反射率の差が小さく読み取り効率が低下する。一方で、深さが大きい場合には窪み領域近傍の強度が著しく低下し、光電変換素子１００の破損が生じる恐れがある。窪みの開口径は好適には５０μｍ〜１００μｍ程度である。開口径が小さい場合、読み取り効率が低下する一方で、開口径が大きい場合、窪み領域近傍の強度が著しく低下し、光電変換素子の破損が生じる恐れがある。

Claims (6)

  1. 第１の方向に延伸し、前記第１の方向に直交する第２の方向に第１の間隔をあけて配列された複数のフィンガー電極と、
    前記第２の方向において、前記複数のフィンガー電極と前記第１の間隔よりも大きい第２の間隔をあけて配置された識別マークと、
    を含む光電変換素子。
  2. 前記識別マークは、略長方形の領域において反射率を異ならせる複数の窪みを有する、
    請求項１に記載の光電変換素子。
  3. 前記第１の方向において、前記複数のフィンガー電極と前記識別マークとは、前記第１の間隔よりも大きい第３の間隔をあけて配置された、
    請求項１又は２に記載の光電変換素子。
  4. 前記識別マークは、前記第１の方向に略平行な第１の辺、第２の辺と、前記第２の方向に略平行な第３の辺、第４の辺とを含む略長方形の領域に形成され、
    前記複数のフィンガー電極の内、前記第１の辺と最も近接して並走するフィンガー電極は、前記第１の辺に対して前記第２の間隔をあけて配置され、
    前記複数のフィンガー電極の内、前記第２の辺と最も近接して並走するフィンガー電極は、前記第２の辺に対して前記第１の間隔よりも大きい第４の間隔をあけて配置された、
    請求項１乃至３のいずれか一つに記載の光電変換素子。
  5. 前記識別マークは、前記第１の方向に略平行な第１の辺、第２の辺と、前記第２の方向に略平行な第３の辺、第４の辺とを含む略長方形の領域に形成され、
    前記複数のフィンガー電極の内、その端部が前記第３の辺と最も近接するフィンガー電極は、前記第３の辺に対して前記第１の間隔よりも大きい第３の間隔をあけて配置され、
    前記複数のフィンガー電極の内、その端部が前記第４の辺と最も近接するフィンガー電極は、前記第４の辺に対して前記第１の間隔よりも大きい第５の間隔をあけて配置された、
    請求項１、２、４の内のいずれか一つに記載の光電変換素子。
  6. 前記第２の間隔は、前記第１の間隔の２倍よりも小さい、
    請求項１乃至５のいずれか一つに記載の光電変換素子。
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