JPH0747878Y2 - 太陽電池セル - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本案は太陽電池モジュールに影が生じた場合に発生する
逆バイアス電圧による事故を防止する手段を施した太陽
電池に関するもので、宇宙空間で使用する太陽電池には
特に有用なものである。

（従来の技術） 第５図は従来の一般的に使用されている通常の太陽電池
セルの平面図、第６図は第５図のＢ−Ｂ′断面図、第７
図はその底面図である。第５図に示されるように、太陽
電池セルの受光面は透明な反射防止膜８によって覆わ
れ、その下面には、くしの歯状のグリッド電極であるＮ
電極７がＮ型領域上に配設され、それらの一端はいわゆ
るバー電極又はコンタクト電極であるＮ電極接続部５に
接続されている。

そのＢ−Ｂ′断面は第６図に示されるように、シリコン
基板の大部分を閉めるＰ型領域１と、その上面に形成し
たＮ型領域２と、Ｐ型領域１の下面に形成したBSF効果
のためのP⁺型領域３と、Ｎ型領域２の表面端部に設けた
Ｎ電極接続部５と、Ｎ型領域２のほぼ全面を覆う反射防
止膜８等によって構成されている。なお、第６図には図
示されていないが、Ｎ型領域２の表面にはくしの歯状の
Ｎ電極７が配設されている。P⁺型領域の下面には、ほぼ
全面を覆うようにＰ電極６が設けられている。第７図は
その底面を示すものである。

このような太陽電池セルは、例えば以下のようにして製
造される。第８図（ａ）〜（ｅ）は各工程の断面図であ
る。

まず、第８図（ａ）に示されるようなシリコン基板のＰ
型領域１の全面にP⁺型領域３を拡散により形成すると第
８図（ｂ）のようになる。

次に、第８図（ｃ）に示すように、この表面のP⁺型領域
をエッチングにより除去し、Ｎ型領域２を形成すると第
８図（ｄ）のようになる。

次に、第８図（ｅ）に示すように、この表面にくしの歯
状のＮ電極７を配設し（図示されない）、表面の端に設
けたＮ電極接続部５に接続し、反対防止膜８を表面に設
け、Ｐ電極６を裏面に設ける。

次に、第８図（ｅ）の両端に示される点線の部分で切断
すると、第６図に示されるような太陽電池セルが得られ
る。

このような太陽電池セルを、第９図に示すように、多数
直列及び並列に接続し、所望の電圧及び電流となるよう
にしたものを、通常太陽電池モジュールとして使用す
る。この太陽電池モジュールの一部の太陽電池セルのグ
ループのサブモジュール10に、人工衛星の本体の一部或
はアンテナ等の影が生じることがある。モジュールの両
端が、ほぼ短絡状態となるシャントモードでは、影にな
った太陽電池のサブモジュール10には、太陽電池セルの
他のグループのサブモジュール群11が発生した電圧V₁₁
が逆バイアス電圧として印加される。サブモジュール10
の電圧をV₁₀とするとV₁₀＝−V₁₁となる。

すなわち、影になった太陽電池セルのＮ電極には正の電
圧が印加され、その逆バイアス電圧が太陽電池セルの逆
耐電圧以上であると、太陽電池セルは短絡破壊に至り、
サブモジュール更に全体のモジュールの出力特性が劣化
する。

この逆バイアス電圧による事故を防止するために、太陽
電池セルに個別のバイパスダイオードを取り付けたり、
或は太陽電池セルにバイアスダイオードを集積した。い
わゆるダイオードインテグレーテッド太陽電池セルを使
用する。

（考案が解決しようとする課題） 前述の個別のバイパスダイオードを太陽電池セル基板上
に取り付ける方法は、基板上での太陽電池セルの実装密
度が低くなる。また、最近大型太陽電池パドルの主流と
なりつつある折畳み式のフレキシブルパドルでは、太陽
電池セルと同様な形状をした、いわゆる太陽電池セル型
ダイオードが必要になる。従って、パドル全体の出力特
性の低下及びコスト増になる。

また、ダイオードインテグレーテッド太陽電池セルは、
ダイオードと太陽電池セルとを、シリコン基板に集積し
て作り込まなければならないので、製造方法が複雑にな
り、通常の太陽電池セルと比較して製造コストが高くな
る。

（課題を解決するための手段） 基板を構成する第１の導電型の領域の表面に形成された
受光面側の第２の導電型の領域の表面の電極の周辺に、
これと接触しないように離隔して、前記の第１の導電型
の領域の不純物濃度より高い第１の導電型の複数の小さ
い島を設けた。

（作用） この太陽電池セルに逆バイアス電圧が印加されると、島
の部分のPN接合部が逆バイアスされる。この島の部分は
基板の部分より高濃度で形成されており、ツェナー効果
により、基板部とその表面の拡散層とから形成されるPN
接合よりブレークダウンが発生し易い。島の部分は複数
個設けられているので、通常の太陽電池セルのブレーク
ダウンのように、電流が局所的に集中することがなく、
PN接合の熱的な破壊が発生し難くなる。また、島の面積
はそれぞれ極めて小さくすると、太陽電池セル全体の面
積と比較して、非常に小さいから、太陽電池セルの機能
としては殆んど影響されない。

（実施例） 第１図は本案の一実施例の平面図、第２図は第１図のＡ
−Ａ′断面図、第３図はその底面図である。第５図〜第
７図に示される従来例と同様な部分には同一の符号を付
してある。反射防止膜8,N型領域2,P型領域1,P⁺型領域3,
P電極６等を積層し、Ｎ型領域２の表面にくしの歯状の
Ｎ電極7,7…を配設し、Ｎ型領域２の表面の一端のＮ電
極接続部５にＮ電極7,7,…を接続してあることは、第５
図〜第７図の従来例と同様である。本案による太陽電池
セルが従来と異なる所は、くしの歯状の電極7,7…と接
触しないように、これらの周辺のＮ型領域２の中に局部
的に形成した小さい島状のP⁺型領域4,4,…を複数個点在
させたことである。

この島状のP⁺型領域4,4,…は、基板のＰ型領域１よりは
不純物濃度を高くして、島状のP⁺型領域とＮ型領域２と
の間のPN接合で、ツェナー効果によるブレークダウンが
発生するような構造となっている。P⁺型領域４の不純物
濃度は、ツェナー効果を発生するためには、１×18¹⁸cm
^-3以上とすればよい。裏面のP⁺型領域３と同時に拡散で
形成すると、不純物濃度は１×10²⁰cm^-3程度とすること
ができる。

このような太陽電池セルは、例えば以下のようにして製
造される。第４図（ａ）〜（ｆ）は各工程を示す断面図
である。

まず、第４図（ａ）に示されるようなシリコン基板のＰ
型領域１の全面に、熱酸化等により酸化膜９を形成する
と第４図（ｂ）のようになる。

次に第４図（ｃ）に示すように裏面の酸化膜９を除去
し、表面の酸化膜９を各部に開口14,14,…を設ける。こ
れらの開口14,14…は、後で形成される島状のP⁺型領域
4,4,…に対応するものである。このウエーハに例えば、
不純物濃度が１×10²⁰cm^-3程度のP⁺型不純物を拡散す
る。

その後表面及び側面の酸化膜９を除去すると第４図
（ｄ）のようなウエーハが得られる。表面には複数個の
島状のP⁺型領域4,4,…が形成され、裏面には全面にわた
りP⁺型領域３が形成されている。

次に、第４図（ｅ）に示すように、表面及び側面にＮ型
領域２を熱拡散等により形成する。島状のP⁺型領域4,4,
…は、表面に残っているボロンガラスにより保護される
ので、Ｎ型領域２の中にも島を形成する。これらの島状
のP⁺型領域4,4,…はＮ型領域２を貫通して拡散する場合
と、途中まで拡散しＮ型領域２に埋没する場合がある。

次に、第４図（ｆ）に示すように、表面にくしの歯状の
Ｎ電極７（この図では表示されない）とＮ電極接続部５
を形成し、さらにその上に反射防止膜８及び、裏面にＰ
電極６等を真空蒸着等により形成し、両側の点線で切断
すると、第１図〜第３図に示されるような太陽電池セル
が得られる。

この製造方法は、第８図に示されるような従来の製造方
法と比較して、それ程複雑にならないので、製造コスト
は余り増加しない。

島状のP⁺型領域4,4,…の個数及び大きさについては、太
陽電池セル及びモジュールの大きさ、種類等により調整
する必要があるが、通常、個数は2cm×2cmの面積のセル
で数個〜50個程度、大きさは0.3〜1.0mm径程度であれば
よい。島状のP⁺型領域4,4,…の合計面積が大きくなる
と、太陽電池セルの出力特性が低下するので、ツェナー
ブレークダウンが発生し、セルが破壊しない条件で、P⁺
型領域4,4,…の合計面積は、できるだけ小さくなるよう
に設計する必要がある。

前記の実施例は、Ｐ型のシリコン基板を用いた太陽電池
セルについて述べているが、Ｎ型のシリコン基板又はGa
Asのような他の基板材料を用いた太陽電池等、PN接合を
有する太陽電池セル一般に応用できる。

（考案の効果） 以上のように本案によれば、逆バイアス電圧によって短
絡破壊が起りにくい太陽電池セルを低コストで製造でき
る。特に、保守の困難な例えば、宇宙用の太陽電池アレ
イのような場合、逆バイアス電圧に対する保護に著しい
効果を発揮し、延いてはアレイ全体の信頼性を向上す
る。また、バイパスダイオードを必要としないため、コ
ストを低下させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本案の一実施例の平面図、第２図はそのＡ−
Ａ′断面図、第３図はその底面図、第４図は（ａ）〜
（ｆ）は本案の一実施例の製造の工程を示す断面図、第
５図は従来の例の平面図、第６図はそのＢ−Ｂ′断面
図、第７図はその底面図、第８図（ａ）〜（ｅ）は従来
の例の製造の工程を示す断面図、第９図は太陽電池モジ
ュールの一部に影が生じた場合の逆バイアスの説明図で
ある。 １……Ｐ型領域、２……Ｎ型領域、３……P⁺型領域、４
……島状のP⁺型領域、５……Ｎ電極接続部、６……Ｐ電
極、７……Ｎ電極、８……反射防止膜

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】基板を構成する第１の導電型の領域と、 第１の導電型の領域の表面に形成された受光面側の第２
   の導電型の領域と、 第２の導電型の領域の表面に配設された電極と、 前記第２の導電型の領域の内部の前記の電極から離隔し
   た位置に形成された、前記第１の導電型の領域と電気接
   続する、前記第１の導電型の領域の不純物濃度より高い
   濃度の、第１の導電型の複数の領域とを有する太陽電池
   セル。