JPH03120762A

JPH03120762A - 太陽電池セル

Info

Publication number: JPH03120762A
Application number: JP1259581A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Hisamatsu; 久松　正
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1989-10-03
Filing date: 1989-10-03
Publication date: 1991-05-22
Anticipated expiration: 2010-11-13
Also published as: JPH07105519B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は太陽電池を配列したアレイに２いて、アレイト
に発生した影による太陽電池セルの損傷を防止する構造
に関するものである。

（従来の技術）太陽電池のアレイが、一般の電源の使用されない場所、
例えば、離島その他の僻地２入工衛星等で使用されてい
る。このアレイ上に影が生じた場合、影になった太陽電
池に逆バイアス電圧が印加されて、太陽電池が故障する
ことがある。

以下人工衛星に使用された場合について説明する。第３
図は人工衛星に使用される太陽電池アレイ（以下モジュ
ールともいう）の回路図であって、複数の並列に接続さ
れた太陽電池群（以下サブモジュールという）１０１１
０・・・が複数個直列に接続され、負荷りに供給される
。近年の人工衛星の大型化、多機能化に伴ない、通信用
アンテナその他各種構造物が増加し、人工衛星の姿勢に
よって太陽との位置が変化し、太陽電池アレイ上に影が
発生する場合がある。また、通常の姿勢の場合には影が
発生しなくても、不慮の事故が発生した時に、姿勢制御
が乱れた場合は、太陽電池アレイ北に影が生じてしまう
。第３図の最下段のサブモジュール１０の左方の２個の
太陽電池に影１１が生じると、影が生じていない部分Ｌ
／）発生電圧のため、このサブモジュールにはｐ側にマ
イナス、ｎ側にプラスの逆バイアスが印加され６つこの
影の発生したサブモレニール内では、印加される逆バイ
アス電圧とモジュールに流れる電流の積に等しい電力消
費が行われ、サブモジュールの温度が上昇する。逆バイ
アス電圧の印加によって、影の生じたサブモジュール内
の太陽電池セルは、ブレークダウンを起す場合がある。

フレークダウンした太陽電池セルには、モジュールの発
生電流が流れこみ、短絡子−ドの破壊を生じる可能性が
高い。また、前記の温度上昇はフレークダウンの発生を
促進する。

この逆バイノくスの印加を防止するため、従来は太陽電
池の外部にバイパスダイオードを付加する各種の方法が
講じられていた。

（発明が解決しようとする課題）バイパスダイオ−１゛を何カ（１才ると、太陽電池の受
光面積が減少し、出力が低下する。また、結線が複雑化
し、故障の原因となる。

（課題を解決するための手段〕本発明は重連の欠点を除去するため、太陽電池セルの基
板として、高濃度にドープされたｐ型基板上にｐ型エピ
タキシャル層を成長させたものを使用し、その表面にＰ
Ｎ接合を形成した。

（作用）以北のような構造にすることに、【す、ある限度以上の
逆バイアス電圧が印加された場合、太陽電池セル内に流
れる逆方向電流が急激に増加し、そのセルには前記の限
度以上の逆バイアス電圧がかからない。第４図は、その
作用を説明するための太陽電池のＩ−Ｖ特性のグラフで
ある。影が生じていないサブモジュールと、影が生じて
逆バイアス電圧が印加されたサブモジュールが直列に接
続されているので、影が生じたサブモジュールに流れる
モジュール電流、及び印加きれる逆バイアス′亀圧は、
図中の東線■で示される影の牛していないサブモジュー
ルの出力特性を示すＩ−Ｖカーブと、図中の点線■又は
■で示される影が生じたサブモジュールの逆方向特性の
電圧軸の正負を逆転させたＩ−■カーブとの交点から推
測される、もし、影が生じた太陽電池セル内に流れる逆
方向電流が大きくなれば、点線■に示されるように、逆
バイアス電圧は小さくなる。一方、逆方向電流が小さい
と、点線（２）Ｖｃ示埒れるよつに、逆バイアス電圧は
大きくなる。

（実施例）本発明の一実施例（は、以下シリコン基板を用いたもの
について説明ぜれるが、他の材料を用いた場合は、他の
数値が適用される。

本発明者は、太陽電池に２ける逆バイアス電圧とブレー
クダウンの関係の詳しいデータを得るために、種々の條
件下において実験を行った。実験の対象としては、宇宙
用５０μｍ厚ＢＳＦ、Ｒ型シリコン太陽電池を用いた。

その結果、太陽電池セル温度が−１９６−６０゛Ｃの範
囲で、逆バイアス電圧を約１０秒間にブレークダウノミ
比重で上昇させたときは、１９３〜５０Ｖ程度でブレー
クダウンし、逆バイアス遡が３０秒間印加きれ続け５ｖ
毎に上昇して行くときは、２００・−３４Ｖ程度でブレ
ークダウンすることが判明（−タ。また、ブレークダウ
ン発生時の′電流は、ばらつきが太きいが、実験した範
囲内で最も小さいものでは、６ｍＡ程度でブレークダウ
ンする場合が心ることが判った。

従って、約３０ｖ以トの逆バイアス電圧が印加づれない
ようにすればよいことになる。

太陽電池セルの開放酸比を支配する拡散電位を規定する
ものは、ｐｎ接合界面近傍のｐ型ｎ型各々のキャリア濃
度であるのに対して、逆バイアス印加時の逆方向電流を
規定するものは、空乏層端におけるキャリア濃度である
。ｐ型の基板を用いた場合はｐ型のキャリア濃度である
。

−船釣な宇宙用太陽電池セルは、４　Ｘ　１０”　／ｄ
〜８　Ｘ　１０１４／　ｐＡ程度の比較的低キャリア濃
度のｐ型基板の表面に、ｎ型不純物を拡散させて、キャ
リア濃度１０〜１０”’　ｌａｔ！程度で厚さ０．１〜
０３μｍのｎ型拡散層を形成させているので、はぼ階段
接合とみなし得る構造となっている。よって、空乏層の
大部分は、ｐ型基板内に形成されており、太陽電池セル
に逆方向電圧（太陽電池のｎ型拡散層側に正、ｐ型基板
側に負）を連続的に印加して行く場合を考えると、ｐ側
の空乏層端は接合面からｐ側−＼深く入り込んで行く。

第５１図はその一例の略断面図である。ｐ型基板１の表
面には、ｎ型拡散層２が形成され、ヤの界面にはｐｎ接
合が形成され、その両側に点線で示される範囲内に空乏
層３が形成されている。この空乏層３の下端のｐ側の空
乏層端は、逆方向電圧に従って下方に移動する温度がθ〜６０Ｃの範囲で、前述のブレークダウン発生
電圧の下限より稍々小さい逆方向電圧として３０Ｖが印
加された場合の空乏層幅を計算したところ、約１，０〜
７．１μｍであることがわかった、そこでｐ型の低抵抗
の基板の表面にキャリア濃度４Ｘ１０　　／Ｉｌｌ！ｌ
ＩＩ〜８Ｘ１０　　／ｃｒｌ程度で厚さ１．０〜７．１
μｍ１７）　ｐ型エビタキ／ヤル層を成長させたものを
基板として用い、その表面にｎ型拡散層を形成すると、
逆方向に３０Ｖ印加したとき、空乏層端は低抵抗のｐ型
基板に達する。

ところで、一般にキｗ　ｌア濃度が実効状態密度と同程
度ないしそれ以上に高いｐ型半導体とｎ型半導体からな
るｐｎ＋接合は、逆方向のリーク電流が著しく大＠いこ
とが知られている。これは、高濃度ドープに起因した結
晶場の歪や欠陥が、少数キャリア再結合の再結合中心と
して働くためである。よって、逆バイアス電圧が３０Ｖ
以上印加された場合、空乏層端がｐ＋＋抵抗領域に達し
逆方向のリーク電流を著しく増加−させることができる
。これによって第４図で示したように、３０Ｖ以上の逆
バイアス１流が印加されたときに、リーク電流を増加さ
せると、逆バイアス電圧が増加することを防止できる。

第１図（ａ）〜（ｄ）は前記の原理に基づいた本発明の
一火施例を製造する各工程の略断面図である。

第１１図（ａ）に示されるように、例えば比抵抗０．０
０６Ω口、キャリア濃度約２×１０１９／ｃｉのシリコ
ンの低抵抗ｐ型基板１−１上に、ＭＢＥ　（Ｍｏｌｅｃ
ｕｌａｒＢｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｉｃｙ）法、ＳｉＨ４
の熱分解法、Ｓ　１Ｈ２ｃＩ！２　、　Ｓ　ｉ　ＨＣｌ
８等ハロゲン化物の熱分解法等の方法によって、キャリ
ア濃度８×１０′４〜４Ｘ１０　／７．厚さＩ、　０〜
７．１　ｔｔｍのｐ型シリコンエピタキシャル成長膜１
−２を形成する。ここで、たとえ、実質的に上記エピタ
キシャル層と同じ導電型、同程度のキャリア濃度と層厚
が得られろとしても、例えば、ｎ型の不純物をイオンイ
ンノ゛ランテーノヨン法で打ち込み、基板のｐ層を補償
して所望のｐ層を得る方法は、好ましくない。

その理由は、このｐ層が空乏層近傍の最も光を吸収する
領域であり、ｐ層を補償する過程で、少数キャリアのラ
イフタイムを減少させるので、このようなｎ型の不純物
によりｐ層を補償する方法では、太陽電池セルの出力を
著しく減少させてしまりことになるからである。

次に、第１図（ｂ）に示されるように、エピタキシャル
成長膜１−２の表面に、例えば、ＰＨ３゜ＰＯＣｌ３等
を用いて燐の熱拡散を行ない、０１〜０３μｍのｎ＋型
型数散層２形成する。

次に、第１１図（ｃ）に示されるように、ｎ＋型型数散
層２表面に銀を主成分とする集′醒用くし型を極５を形
成し、裏面には同様な成分の裏面′電極６を形成する。

次に、第１図（ｄ）に示されるように、ｎ＋型型数散層
２及ｆ′ド集電用し型電極５を覆うように、例えば、５
ｉ０２．ＴｉＯ２，Ｔａ２０Ｂ等からなる単層又（は複
数層の反射時１ヒ膜７を設ける。これを所定形状に切断
成形する。

第２図は、このよつにして製造された太陽電池セルに逆
バイアス電圧が印加された場合の状態を示す。エピタキ
シャル成長膜１−２に平行な点線で挾まれる領域は空乏
層３を示し、逆バイアス電圧が増加するに従って、その
下端４は下方に下り、ある電圧例えば３０Ｖ以上になる
と低抵抗ｐ型基板１−１に達する。そりすると逆方向の
リーク電流を著しく増加させ、第４図に示される工つに
、逆バイアス電圧の上昇を防止する。

第６図は本発明による太陽電池セルと従来の構造の太陽
電池セルとの比較を示すグラフである。

実線Ａ（ｌ−ｊ：本発明による太陽電池セルに逆バイア
ス電圧を増加させた場合で、点線Ｂは従来の太陽電池セ
ルに逆バイアス電圧を増加させた場合である。

実線Ａに示されるように本発明による場合は、逆バイア
ス電圧が例えば約３０Ｖになると電流が増加し、逆バイ
アス電圧はある限度以上には増加しない。−力点線Ｂの
場合は、あるブレークダウン電圧に達すると、太陽電池
セルは破壊する。

（発明の効果）本発明によれば、もし、太陽電池アレイ上に影が発生し
て、その部分の太陽電池セルに逆バイアス電圧が印加さ
れても、ブレークダウンを発生する電圧より小さい電圧
で、太陽電池セルの逆方向電流を急増させることができ
るので、それ以上の逆バイアス電圧が印加されず、太陽
電池セルのブレークダウン、破壊による電源の出力低下
を防止できる。人工衛星の電源に使用するときは、その
信頼性を向トする。

【図面の簡単な説明】第１図（ａ）〜（ｄ）は不発明の一実施例の装置の製造
の各工程の略断面図、第２図はその動作を示す略断面図
、第３図は太陽電池アレイの回路図、第４図は太陽電池
に逆バイアス電圧が印加されたときのＩ−Ｖ％性のグラ
フ、第５図は空乏層端の移動を説明するための略断面図
、第６図は本発明による太陽電池と従来の太陽電池との
比較を示すグラフである。１−１・・・低抵抗Ｐ型基板、■−２・・・エピタキシ
ャル成長膜、３・・・空乏層、４・・空乏層端、５・・
・集電用くし型電極、６・・・裏面電極、７・・・反射
防止膜１０・・・サブモジュール（１２）第２図ｌ第図第４図ｎ第図第６図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）高濃度にドープされた低抵抗の第１の導電型の基
板と、その上に成長された同じ導電型のエピタキシャル
層と、さらにその上に形成された第２の導電型の拡散層
とよりなり、ある電圧以上の逆バイアス電圧により空乏
層が低抵抗の第１の導電型の基板に達するようにされた
太陽電池セル。
（２）低抵抗の第１の導電型の基板はｐ型でありそのキ
ャリア濃度は１×１０＾１＾９／ｃｍ＾３以上で、エピ
タキシャル層はｐ型でありキャリア濃度は４×１０＾１
＾６〜８×１０＾１＾４／ｃｍ＾３でありかつ厚さは１
．０〜７．１μｍであることを特徴とする請求項１記載
の太陽電池セル。