JPH0888392A - バイパス機能付太陽電池セル - Google Patents
バイパス機能付太陽電池セルInfo
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- JPH0888392A JPH0888392A JP7126234A JP12623495A JPH0888392A JP H0888392 A JPH0888392 A JP H0888392A JP 7126234 A JP7126234 A JP 7126234A JP 12623495 A JP12623495 A JP 12623495A JP H0888392 A JPH0888392 A JP H0888392A
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- H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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- Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 太陽電池セルの有効面積を減少することなく
バイパスダイオード機能を有した太陽電池セルを実現
し、変換効率の高いバイパス機能付太陽電池セルを提供
する。 【構成】 Ｐ型またはＮ型から選ばれた第１の導電型を
有する基板１と、基板１の受光面側に形成されかつ前記
第１の導電型と異なる第２の導電型を有する領域２と、
基板１の不純物濃度より高い不純物濃度を有しかつ前記
基板１及び前記第２の導電型を有する領域２の双方に接
して前記基板１の受光面側の一部に形成された第１の導
電型を有する領域４を有し、該領域４の全部または一部
の上に絶縁膜９が形成され、その上に前記第２の領域２
の一部の表面に接して設けられた受光面側電極７が形成
されたバイパス機能付太陽電池セル。
バイパスダイオード機能を有した太陽電池セルを実現
し、変換効率の高いバイパス機能付太陽電池セルを提供
する。 【構成】 Ｐ型またはＮ型から選ばれた第１の導電型を
有する基板１と、基板１の受光面側に形成されかつ前記
第１の導電型と異なる第２の導電型を有する領域２と、
基板１の不純物濃度より高い不純物濃度を有しかつ前記
基板１及び前記第２の導電型を有する領域２の双方に接
して前記基板１の受光面側の一部に形成された第１の導
電型を有する領域４を有し、該領域４の全部または一部
の上に絶縁膜９が形成され、その上に前記第２の領域２
の一部の表面に接して設けられた受光面側電極７が形成
されたバイパス機能付太陽電池セル。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、光エネルギーを電気エ
ネルギーに変換する太陽電池に係り、特に、逆バイアス
電圧から太陽電池セルを保護するバイパスダイオードの
機能を付加したバイパス機能付太陽電池セルに関する。
ネルギーに変換する太陽電池に係り、特に、逆バイアス
電圧から太陽電池セルを保護するバイパスダイオードの
機能を付加したバイパス機能付太陽電池セルに関する。
【０００２】
【従来の技術】複数個の太陽電池セルを直列・並列に組
み合わせて所定の出力電圧及び出力電流を得る太陽電池
モジュールは、その一部のセルに影が生じた場合、他の
セルが発生する電圧が逆バイアス電圧として影になった
セルに印加される。この逆バイアス電圧は、影を生じた
セルの逆耐電圧（ブレークダウン電圧）を超えると当該
セルの短絡破壊に至ることがあり、その結果太陽電池モ
ジュール全体の出力特性が低下する可能性がある。
み合わせて所定の出力電圧及び出力電流を得る太陽電池
モジュールは、その一部のセルに影が生じた場合、他の
セルが発生する電圧が逆バイアス電圧として影になった
セルに印加される。この逆バイアス電圧は、影を生じた
セルの逆耐電圧（ブレークダウン電圧）を超えると当該
セルの短絡破壊に至ることがあり、その結果太陽電池モ
ジュール全体の出力特性が低下する可能性がある。
【０００３】宇宙用太陽電池モジュールの場合では、衛
星の姿勢制御中に、衛星本体の一部あるいはアンテナ等
構造物の影が、太陽電池モジュール上に生ずることがあ
り得る。地上用の場合では、たとえば隣接した建築物の
影が生じたり、飛来した鳥類が糞を付着させ、影が生じ
ることがある。
星の姿勢制御中に、衛星本体の一部あるいはアンテナ等
構造物の影が、太陽電池モジュール上に生ずることがあ
り得る。地上用の場合では、たとえば隣接した建築物の
影が生じたり、飛来した鳥類が糞を付着させ、影が生じ
ることがある。
【０００４】その一例として、太陽電池セルの一連の並
列接続からなる太陽電池モジュールの一部のサブモジュ
ールの上に影が生じた場合について考える。図１４
（ａ）において、太陽電池モジュールＭの両端がほぼ短
絡状態となるシャントモードでは、影になったサブモジ
ュール１１には、影の生じていない他のグループのサブ
モジュール群１２が発生した電圧Ｖ12が逆バイアス電圧
として印加される。サブモジュール１１の電圧をＶ11と
すると、Ｖ11＝−Ｖ12となる。
列接続からなる太陽電池モジュールの一部のサブモジュ
ールの上に影が生じた場合について考える。図１４
（ａ）において、太陽電池モジュールＭの両端がほぼ短
絡状態となるシャントモードでは、影になったサブモジ
ュール１１には、影の生じていない他のグループのサブ
モジュール群１２が発生した電圧Ｖ12が逆バイアス電圧
として印加される。サブモジュール１１の電圧をＶ11と
すると、Ｖ11＝−Ｖ12となる。
【０００５】また、図１４（ｂ）に示されるように、太
陽電池モジュールＭに外部電源ＶBが接続されている場
合では、Ｖ11＝ＶB−Ｖ12となる。すなわち、影になっ
たサブモジュール１１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サブモジュール１１を構成す
る太陽電池セルの逆耐電圧以上であると、その太陽電池
セルは短絡破壊に至り、影の生じたサブモジュール１
１、さらに全体の太陽電池モジュールＭの出力特性が劣
化する。
陽電池モジュールＭに外部電源ＶBが接続されている場
合では、Ｖ11＝ＶB−Ｖ12となる。すなわち、影になっ
たサブモジュール１１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サブモジュール１１を構成す
る太陽電池セルの逆耐電圧以上であると、その太陽電池
セルは短絡破壊に至り、影の生じたサブモジュール１
１、さらに全体の太陽電池モジュールＭの出力特性が劣
化する。
【０００６】この逆バイアス電圧による事故を防止する
ために、個々の太陽電池セル毎や特定のモジュール単位
毎に、バイパスダイオードを取付けたり、あるいは太陽
電池セルにバイパ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が使用されて
いる。その他にバイパスダイオードの機能を付加した太
陽電池セルが有る。
ために、個々の太陽電池セル毎や特定のモジュール単位
毎に、バイパスダイオードを取付けたり、あるいは太陽
電池セルにバイパ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が使用されて
いる。その他にバイパスダイオードの機能を付加した太
陽電池セルが有る。
【０００７】次に、従来のバイパスダイオード機能を付
加した太陽電池セルの構成例を図面を参照して説明す
る。図１１は、本願出願人によるバイパスダイオードの
機能を付加した太陽電池セル（バイパス機能付太陽電池
セル）（実開平３−１０２７４９号公報）の構造を示す
平面図、図１２は図１１のＣ−Ｃ′断面図である。
加した太陽電池セルの構成例を図面を参照して説明す
る。図１１は、本願出願人によるバイパスダイオードの
機能を付加した太陽電池セル（バイパス機能付太陽電池
セル）（実開平３−１０２７４９号公報）の構造を示す
平面図、図１２は図１１のＣ−Ｃ′断面図である。
【０００８】図１１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、櫛の歯状のＮ電極７がＮ型領域２の上に配置さ
れ、それらの一端はバー電極であるＮ電極接続部５に接
続されている。図１１のＣ−Ｃ′断面は図１２に示され
るように、Ｐ型シリコン基板１と、基板１の受光面に形
成したＮ型領域２と、基板１の下面に形成したＢＳＦ効
果のためのＰ+型領域３と、基板１の受光面の一部に設
けられた島状のＰ+領域４と、Ｎ型領域２の表面に設け
たＮ電極７と、Ｎ電極接続部５を除いたＮ型領域２のほ
ぼ全面を覆う反射防止膜８と、Ｐ+型領域３の下面ほぼ
全面を覆うＰ電極６等によって構成されている。
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、櫛の歯状のＮ電極７がＮ型領域２の上に配置さ
れ、それらの一端はバー電極であるＮ電極接続部５に接
続されている。図１１のＣ−Ｃ′断面は図１２に示され
るように、Ｐ型シリコン基板１と、基板１の受光面に形
成したＮ型領域２と、基板１の下面に形成したＢＳＦ効
果のためのＰ+型領域３と、基板１の受光面の一部に設
けられた島状のＰ+領域４と、Ｎ型領域２の表面に設け
たＮ電極７と、Ｎ電極接続部５を除いたＮ型領域２のほ
ぼ全面を覆う反射防止膜８と、Ｐ+型領域３の下面ほぼ
全面を覆うＰ電極６等によって構成されている。
【０００９】このような太陽電池は、たとえば、図１３
の工程順断面図に示すような工程によって製造される。
まず、図１３（ａ）に示されるようなＰ型シリコン基板
１の全面に、熱酸化等の方法により酸化膜１０を形成す
ると、図１３（ｂ）のようになる。次いで、図１３
（ｃ）に示すように裏面の酸化膜１０を除去し、表面の
酸化膜１０に開口１４、１４、…をフォトリソグラフィ
等により設ける。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１×１０20
ｃｍ-3程度のＰ+型不純物を拡散する。
の工程順断面図に示すような工程によって製造される。
まず、図１３（ａ）に示されるようなＰ型シリコン基板
１の全面に、熱酸化等の方法により酸化膜１０を形成す
ると、図１３（ｂ）のようになる。次いで、図１３
（ｃ）に示すように裏面の酸化膜１０を除去し、表面の
酸化膜１０に開口１４、１４、…をフォトリソグラフィ
等により設ける。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１×１０20
ｃｍ-3程度のＰ+型不純物を拡散する。
【００１０】その後、表面及び側面の酸化膜１０を除去
すると、図１３（ｄ）に示すようなウエーハが得られ
る。このウエーハは、その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。次いで、図１３（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。
すると、図１３（ｄ）に示すようなウエーハが得られ
る。このウエーハは、その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。次いで、図１３（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。
【００１１】次いで、図１３（ｆ）に示すように、表面
に櫛の歯状のＮ電極７（この図では表示されない）と、
Ｎ電極接続部５とを形成し、さらにその上に反射防止膜
８及び、裏面にＰ電極６を真空蒸着等により形成し、破
線で示した位置を切断すると、図１１及び図１２に示さ
れるような太陽電池セルが得られる。
に櫛の歯状のＮ電極７（この図では表示されない）と、
Ｎ電極接続部５とを形成し、さらにその上に反射防止膜
８及び、裏面にＰ電極６を真空蒸着等により形成し、破
線で示した位置を切断すると、図１１及び図１２に示さ
れるような太陽電池セルが得られる。
【００１２】このような太陽電池を、図１４（ａ）に示
すように、多数直列および並列に接続し、所望の電圧お
よ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Ｍとして使用する。
すように、多数直列および並列に接続し、所望の電圧お
よ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Ｍとして使用する。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、太陽電
池セルを逆バイアス電圧から保護するために、バイパス
ダイオードを外付けする方法は、バイパスダイオードや
その取付個数分だけ製造コストが高くなり、また基板上
での太陽電池セルの実装密度が低くなる等の問題点があ
った。また、従来のダイオードインテグレーテッド太陽
電池セルは、バイパス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、製造工程が複雑に成り、製造コストが高くなる。従
来のバイパス機能を付加した太陽電池セルは表面の一部
を島状のＰ+領域が占有することとなり、太陽電池セル
の有効面積が減少し、その変換効率が低下するという問
題点があった。
池セルを逆バイアス電圧から保護するために、バイパス
ダイオードを外付けする方法は、バイパスダイオードや
その取付個数分だけ製造コストが高くなり、また基板上
での太陽電池セルの実装密度が低くなる等の問題点があ
った。また、従来のダイオードインテグレーテッド太陽
電池セルは、バイパス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、製造工程が複雑に成り、製造コストが高くなる。従
来のバイパス機能を付加した太陽電池セルは表面の一部
を島状のＰ+領域が占有することとなり、太陽電池セル
の有効面積が減少し、その変換効率が低下するという問
題点があった。
【００１４】以上の問題点に鑑み、本発明の課題は、太
陽電池セルの有効面積を減少することなく変換効率の高
いバイパス機能付太陽電池セルを提供することである。
陽電池セルの有効面積を減少することなく変換効率の高
いバイパス機能付太陽電池セルを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は次の構成を有する。すなわち本発明は、Ｐ
型またはＮ型から選ばれた第１の導電型を有する基板
と、該基板の受光面側に形成されかつ前記第１の導電型
と異なる第２の導電型を有する領域と、前記基板の不純
物濃度より高い不純物濃度を有しかつ前記基板及び前記
第２の導電型を有する領域の双方に接して前記基板の受
光面側の一部に形成された第１の導電型を有する第３の
領域を有し、該第３の領域の全部または一部の上に絶縁
膜が形成され、その上に前記第２の導電型の領域の一部
に接して設けられた受光面側電極が形成されたことを特
徴とするバイパス機能付太陽電池セルである。
め、本発明は次の構成を有する。すなわち本発明は、Ｐ
型またはＮ型から選ばれた第１の導電型を有する基板
と、該基板の受光面側に形成されかつ前記第１の導電型
と異なる第２の導電型を有する領域と、前記基板の不純
物濃度より高い不純物濃度を有しかつ前記基板及び前記
第２の導電型を有する領域の双方に接して前記基板の受
光面側の一部に形成された第１の導電型を有する第３の
領域を有し、該第３の領域の全部または一部の上に絶縁
膜が形成され、その上に前記第２の導電型の領域の一部
に接して設けられた受光面側電極が形成されたことを特
徴とするバイパス機能付太陽電池セルである。
【００１６】また本発明においては、前記絶縁膜が形成
後熱処理による緻密化処理の施されたものであることが
できる。また本発明においては、前記第１の導電型を有
する第３の領域が複数個備えられることができる。また
本発明においては、外部端子を接続するための表面の電
極に近い程、前記第１の導電型を有する第３の領域の個
数の密度を大きくすることができる。
後熱処理による緻密化処理の施されたものであることが
できる。また本発明においては、前記第１の導電型を有
する第３の領域が複数個備えられることができる。また
本発明においては、外部端子を接続するための表面の電
極に近い程、前記第１の導電型を有する第３の領域の個
数の密度を大きくすることができる。
【００１７】
【作用】上記構成の本発明に係る太陽電池セルに逆バイ
アス電圧が印加されると、受光面側の第２の導電型（例
えばＮ型）の領域と、この第２の導電型（例えばＮ型）
の領域に接して形成された高濃度の第１の導電型（例え
ばＰ+）の領域と、によるＰ+Ｎ接合部が逆バイアスされ
る。この部分は、第１の導電型（例えばＰ型）の基板部
と第２の導電型（例えばＮ型）の拡散層から形成される
ＰＮ接合より、ツェナー効果またはアバランシエ効果に
よってブレークダウンが発生しやすい。
アス電圧が印加されると、受光面側の第２の導電型（例
えばＮ型）の領域と、この第２の導電型（例えばＮ型）
の領域に接して形成された高濃度の第１の導電型（例え
ばＰ+）の領域と、によるＰ+Ｎ接合部が逆バイアスされ
る。この部分は、第１の導電型（例えばＰ型）の基板部
と第２の導電型（例えばＮ型）の拡散層から形成される
ＰＮ接合より、ツェナー効果またはアバランシエ効果に
よってブレークダウンが発生しやすい。
【００１８】比較的小さな逆バイアス電圧印加の状態に
おいて、この領域で逆方向電流を生じさせ、さらに逆バ
イアス電圧が高くなると、ツェナー効果あるいはアバラ
ンシエ効果によるブレークダウンの発生に至らしめるこ
とによって、太陽電池本体に逆バイアス電圧が印加され
ることを防止することができる。
おいて、この領域で逆方向電流を生じさせ、さらに逆バ
イアス電圧が高くなると、ツェナー効果あるいはアバラ
ンシエ効果によるブレークダウンの発生に至らしめるこ
とによって、太陽電池本体に逆バイアス電圧が印加され
ることを防止することができる。
【００１９】以上を等価回路で説明すると、図８に示す
ように、ＮＰ接合からなる太陽電池にＮＰ+ダイオード
が並列に接続された構造になる。逆バイアスが印加され
ると、逆方向の漏れ電流が大きいＮＰ+ダイオードに電
流が流れるので、ＮＰ太陽電池はブレークダウンから保
護される。
ように、ＮＰ接合からなる太陽電池にＮＰ+ダイオード
が並列に接続された構造になる。逆バイアスが印加され
ると、逆方向の漏れ電流が大きいＮＰ+ダイオードに電
流が流れるので、ＮＰ太陽電池はブレークダウンから保
護される。
【００２０】また本発明においては、前記ＮＰ+ダイオ
ードを構成するＰ+領域が絶縁膜を介してＮ電極直下に
設けられているため、従来技術に示したように電力を発
生することができる面積（有効受光面積）を減じること
がない。さらに本発明においては、前記ＮＰ+ダイオー
ドを構成するＰ+領域が絶縁膜を介してＮ電極直下に設
けられているため、逆バイアス電圧が印加されるＮ電極
とＰ+領域との間の距離を短く設定することができるの
で、等価直列抵抗が小さくなり、保護効果がより一層た
かまる。
ードを構成するＰ+領域が絶縁膜を介してＮ電極直下に
設けられているため、従来技術に示したように電力を発
生することができる面積（有効受光面積）を減じること
がない。さらに本発明においては、前記ＮＰ+ダイオー
ドを構成するＰ+領域が絶縁膜を介してＮ電極直下に設
けられているため、逆バイアス電圧が印加されるＮ電極
とＰ+領域との間の距離を短く設定することができるの
で、等価直列抵抗が小さくなり、保護効果がより一層た
かまる。
【００２１】
【実施例】図１は、本発明に係るバイパス機能付太陽電
池セルの実施例の態様を示す略断面図である。以下の実
施例において図１１および図１２に示される従来例と同
一の部分は、同一符号で表示されている。図１は、Ｐ型
基板１の表面に形成されたＮ型領域２の内部に、複数の
島状のＰ+型領域４を形成した例である。このＰ+型領域
４は、絶縁膜９を介して表面のＮ電極７の下面に形成さ
れている。
池セルの実施例の態様を示す略断面図である。以下の実
施例において図１１および図１２に示される従来例と同
一の部分は、同一符号で表示されている。図１は、Ｐ型
基板１の表面に形成されたＮ型領域２の内部に、複数の
島状のＰ+型領域４を形成した例である。このＰ+型領域
４は、絶縁膜９を介して表面のＮ電極７の下面に形成さ
れている。
【００２２】図２は図１の太陽電池セルの平面図、図３
は図２のＡ−Ａ′の略断面図である。図４（ａ）〜
（ｆ）は、その製造方法の一例を示す工程順断面図であ
る。図２及び図３において、Ｐ型基板１の表面に、Ｎ型
領域２、Ｎ電極接続部５、櫛の歯状のＮ電極７及び反射
防止膜８が設けられ、またＰ型基板１の裏面に、Ｐ+型
領域３、Ｐ電極６等が設けられているのは従来例と同様
である。
は図２のＡ−Ａ′の略断面図である。図４（ａ）〜
（ｆ）は、その製造方法の一例を示す工程順断面図であ
る。図２及び図３において、Ｐ型基板１の表面に、Ｎ型
領域２、Ｎ電極接続部５、櫛の歯状のＮ電極７及び反射
防止膜８が設けられ、またＰ型基板１の裏面に、Ｐ+型
領域３、Ｐ電極６等が設けられているのは従来例と同様
である。
【００２３】この実施例による太陽電池が従来と異なる
ところは、絶縁膜９を介して櫛の歯状の電極７，７，…
の下面のＮ型領域２の中に第３の領域として局部的に形
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。これらの第３の領域である小さい島
状のＰ+型領域４，４，…は、絶縁膜９を介してＮ電極
接続部５の下面のＮ型領域２の中にも形成する。
ところは、絶縁膜９を介して櫛の歯状の電極７，７，…
の下面のＮ型領域２の中に第３の領域として局部的に形
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。これらの第３の領域である小さい島
状のＰ+型領域４，４，…は、絶縁膜９を介してＮ電極
接続部５の下面のＮ型領域２の中にも形成する。
【００２４】この島状のＰ+型領域４，４，…は、Ｐ型
シリコン基板１よりは不純物濃度を高くして、島状のＰ
+型領域４とＮ型領域２との間で形成されるＰＮ接合に
よって、ツェナー効果あるいはアバランシエ効果による
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、このブレークダウンを発生
するためには、１×１０18cm-3以上とすればよい。
シリコン基板１よりは不純物濃度を高くして、島状のＰ
+型領域４とＮ型領域２との間で形成されるＰＮ接合に
よって、ツェナー効果あるいはアバランシエ効果による
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、このブレークダウンを発生
するためには、１×１０18cm-3以上とすればよい。
【００２５】このような太陽電池は、たとえば以下のよ
うにして製造される。まず、図４（ａ）に示されるよう
なＰ型シリコン基板１に、たとえば不純物濃度が１×１
０19〜５×１０22cm-3程度のＰ+型不純物を拡散する
と、図４（ｂ）に示されるように、全面に第３の領域で
あるＰ+型領域３が形成される。その後、裏面の全面お
よび表面の一部（所望の高濃度領域を形成する部分）
を、たとえばフォトレジスト等の耐酸性樹脂１１で被覆
する。そうすると図４（ｃ）に示されるようになる。裏
面には耐酸性のテープを貼り付けてもよい。
うにして製造される。まず、図４（ａ）に示されるよう
なＰ型シリコン基板１に、たとえば不純物濃度が１×１
０19〜５×１０22cm-3程度のＰ+型不純物を拡散する
と、図４（ｂ）に示されるように、全面に第３の領域で
あるＰ+型領域３が形成される。その後、裏面の全面お
よび表面の一部（所望の高濃度領域を形成する部分）
を、たとえばフォトレジスト等の耐酸性樹脂１１で被覆
する。そうすると図４（ｃ）に示されるようになる。裏
面には耐酸性のテープを貼り付けてもよい。
【００２６】次いで、これをたとえば弗酸と硝酸の混酸
からなるエッチング液に浸漬することでエッチングし、
その後上記耐酸性樹脂あるいはテープを除去すると図４
（ｄ）に示されるようになる。次いで、図４（ｅ）に示
されるように表面にＮ型領域２を熱拡散で形成する。Ｐ
+型領域４，４，…の表面は、Ｐ+熱拡散時に表面に残っ
ているボロンガラス層等で保護される。このとき表面に
形成される高濃度のＰ+型領域４，４，…にＮ型不純物
が左右の側面から深く侵入しすぎてＰ+型領域を破壊し
ないように、拡散深さの設定に注意しなければならな
い。
からなるエッチング液に浸漬することでエッチングし、
その後上記耐酸性樹脂あるいはテープを除去すると図４
（ｄ）に示されるようになる。次いで、図４（ｅ）に示
されるように表面にＮ型領域２を熱拡散で形成する。Ｐ
+型領域４，４，…の表面は、Ｐ+熱拡散時に表面に残っ
ているボロンガラス層等で保護される。このとき表面に
形成される高濃度のＰ+型領域４，４，…にＮ型不純物
が左右の側面から深く侵入しすぎてＰ+型領域を破壊し
ないように、拡散深さの設定に注意しなければならな
い。
【００２７】次いで、後述する図７（ｂ）及び（ｃ）と
同様の処置を行い、Ｐ+型領域４，４，…上に絶縁膜９
を形成する。次いで、図４（ｆ）に示すように、Ｐ+型
領域４上に絶縁膜９を形成したのち、表面に櫛の歯状の
Ｎ電極７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および裏面にＰ電極６とを真空蒸着等により
形成し、両側の点線で切断すると図２および３に示され
るような太陽電池セルが得られる。
同様の処置を行い、Ｐ+型領域４，４，…上に絶縁膜９
を形成する。次いで、図４（ｆ）に示すように、Ｐ+型
領域４上に絶縁膜９を形成したのち、表面に櫛の歯状の
Ｎ電極７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および裏面にＰ電極６とを真空蒸着等により
形成し、両側の点線で切断すると図２および３に示され
るような太陽電池セルが得られる。
【００２８】この製造方法は、図１３（ａ）〜（ｆ）に
示されるような従来の製造方法と比較して、それほど複
雑にならないので、製造コストはあまり増加しない。こ
の場合、第３の領域である島状のＰ+型領域４，４，…
の大きさ、個数及び配置については、個々の太陽電池セ
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、大きさは直径１０μｍ〜２００μｍ相
当、個数は２cm×４cmの面積の太陽電池セルで５個〜１
００００個程度であればよい。
示されるような従来の製造方法と比較して、それほど複
雑にならないので、製造コストはあまり増加しない。こ
の場合、第３の領域である島状のＰ+型領域４，４，…
の大きさ、個数及び配置については、個々の太陽電池セ
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、大きさは直径１０μｍ〜２００μｍ相
当、個数は２cm×４cmの面積の太陽電池セルで５個〜１
００００個程度であればよい。
【００２９】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が低下するので、ツ
ェナーブレイクダウンあるいはアバランシエブレークダ
ウンが発生し、しかも太陽電池セルが破壊しない範囲内
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。そのためには、図
２に示すようにＮ電極接続部５に近いところ程密度を大
きくすることにより、ブレークダウンが発生しやすく
し、Ｐ+型領域４，４，…の大きさを小さく、個数を少
なくする必要がある。
大きくなると、太陽電池セルの出力が低下するので、ツ
ェナーブレイクダウンあるいはアバランシエブレークダ
ウンが発生し、しかも太陽電池セルが破壊しない範囲内
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。そのためには、図
２に示すようにＮ電極接続部５に近いところ程密度を大
きくすることにより、ブレークダウンが発生しやすく
し、Ｐ+型領域４，４，…の大きさを小さく、個数を少
なくする必要がある。
【００３０】図９及び図１０は、Ｐ+型領域４，４，…
がＮ電極接続部５（バー電極）に近い程、逆バイアス電
圧による逆方向電流が大きくなることを示したデータで
ある。Ｐ+型領域４，４，…の直径は５０μｍ、個数は
５個で、図９は２０Ｖの逆バイアス電圧、図１０は５Ｖ
の逆バイアス電圧が印加された場合の逆方向電流を示
す。
がＮ電極接続部５（バー電極）に近い程、逆バイアス電
圧による逆方向電流が大きくなることを示したデータで
ある。Ｐ+型領域４，４，…の直径は５０μｍ、個数は
５個で、図９は２０Ｖの逆バイアス電圧、図１０は５Ｖ
の逆バイアス電圧が印加された場合の逆方向電流を示
す。
【００３１】図５および図６は、本発明に係るバイパス
機能付太陽電池セルの第２実施例の構成を示し、図５は
平面図であり、図６は図５のＢ−Ｂ′線の略断面図であ
る。図５及び図６において、Ｐ型基板１の表面に、Ｎ型
領域２、Ｎ電極接続部５、櫛の歯状のＮ電極７及び反射
防止膜８が設けられ、またＰ型基板１の裏面に、Ｐ電極
６等が設けられているのは従来例と同様である。また、
絶縁膜９を介して櫛の歯状の電極７，７…及びＮ電極接
続部５の下面のＮ型領域２の中に第３の領域として局部
的に形成した小さい島状のＰ+型領域４，４，…を複数
個点在させたことは、第１実施例と同様であるが、本第
２実施例では、島状のＰ+型領域４，４，…の形状が第
１実施例とは異なり、Ｎ型領域２の表面と島状のＰ+型
領域４，４，…の表面とが同一平面を構成している点に
特徴がある。
機能付太陽電池セルの第２実施例の構成を示し、図５は
平面図であり、図６は図５のＢ−Ｂ′線の略断面図であ
る。図５及び図６において、Ｐ型基板１の表面に、Ｎ型
領域２、Ｎ電極接続部５、櫛の歯状のＮ電極７及び反射
防止膜８が設けられ、またＰ型基板１の裏面に、Ｐ電極
６等が設けられているのは従来例と同様である。また、
絶縁膜９を介して櫛の歯状の電極７，７…及びＮ電極接
続部５の下面のＮ型領域２の中に第３の領域として局部
的に形成した小さい島状のＰ+型領域４，４，…を複数
個点在させたことは、第１実施例と同様であるが、本第
２実施例では、島状のＰ+型領域４，４，…の形状が第
１実施例とは異なり、Ｎ型領域２の表面と島状のＰ+型
領域４，４，…の表面とが同一平面を構成している点に
特徴がある。
【００３２】この第３の領域である島状の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４とＮ型領域２との間のＰＮ
接合で、ツェナー効果あるいはアバランシエ効果による
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、このブレークダウンを発生
するためには、１×１８18cm-3以上とすればよい。これ
らは、第１実施例と同様である。
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４とＮ型領域２との間のＰＮ
接合で、ツェナー効果あるいはアバランシエ効果による
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、このブレークダウンを発生
するためには、１×１８18cm-3以上とすればよい。これ
らは、第１実施例と同様である。
【００３３】このような太陽電池は、たとえば以下のよ
うにして製造される。図７（ａ）〜（ｆ）は各工程の略
断面図である。まず、図７（ａ）に示されるようなＰ型
シリコン基板１の全面に、熱酸化等により酸化膜１０を
形成すると図７（ｂ）のようになる。次に、図７（ｃ）
に示すように、表面の酸化膜１０の各部に開口１４，１
４…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。
うにして製造される。図７（ａ）〜（ｆ）は各工程の略
断面図である。まず、図７（ａ）に示されるようなＰ型
シリコン基板１の全面に、熱酸化等により酸化膜１０を
形成すると図７（ｂ）のようになる。次に、図７（ｃ）
に示すように、表面の酸化膜１０の各部に開口１４，１
４…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。
【００３４】この基板にたとえばボロンを用い不純物濃
度が１×１０20cm-3程度のＰ+型不純物を拡散し、その
後表面、裏面および側面の酸化膜１０を除去すると、図
７（ｄ）のような基板が得られる。表面には複数個の島
状のＰ+型領域４，４，…が形成されている。
度が１×１０20cm-3程度のＰ+型不純物を拡散し、その
後表面、裏面および側面の酸化膜１０を除去すると、図
７（ｄ）のような基板が得られる。表面には複数個の島
状のＰ+型領域４，４，…が形成されている。
【００３５】次に、図７（ｅ）に示すように、表面およ
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
スにより保護されているので、Ｎ型領域２の中にも島を
形成する。その後、表面をフォトレジスト等耐酸性樹脂
で被覆した後、裏面をたとえば弗硝酸でエッチング除去
する。次に図７（ｂ）及び（ｃ）と同様の処置を行い、
Ｐ+型領域４，４，…上に絶縁膜９を形成する。
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
スにより保護されているので、Ｎ型領域２の中にも島を
形成する。その後、表面をフォトレジスト等耐酸性樹脂
で被覆した後、裏面をたとえば弗硝酸でエッチング除去
する。次に図７（ｂ）及び（ｃ）と同様の処置を行い、
Ｐ+型領域４，４，…上に絶縁膜９を形成する。
【００３６】次に、図７（ｆ）に示すように、Ｐ+型領
域上に絶縁膜９を形成したのち、表面に櫛の歯状のＮ電
極７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および、裏面にＰ電極６とを真空蒸着等により形
成し、両側の点線で切断すると、図５および図６に示さ
れるような太陽電池が得られる。
域上に絶縁膜９を形成したのち、表面に櫛の歯状のＮ電
極７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および、裏面にＰ電極６とを真空蒸着等により形
成し、両側の点線で切断すると、図５および図６に示さ
れるような太陽電池が得られる。
【００３７】この製造方法も、図１３に示されるような
従来の製造方法と比較して、それほど複雑にならないの
で、製造コストはあまり増加しない。島状のＰ+型領域
４，４，…の大きさ、個数及び配置についての配慮は、
第１実施例の場合と同様である。
従来の製造方法と比較して、それほど複雑にならないの
で、製造コストはあまり増加しない。島状のＰ+型領域
４，４，…の大きさ、個数及び配置についての配慮は、
第１実施例の場合と同様である。
【００３８】これらの製造方法において絶縁膜９の形成
は例えばＳｉＨ4ガスと酸素を原料としたＣＶＤ法やＴ
ＥＯＳ（テトラエトオキシシラン）の分解によるＣＶＤ
法で形成される。Ｎ側電極がこの絶縁膜上に形成される
ので、高絶縁性の緻密な膜が要求されるのは言うまでも
ない。このためには例えば上記ＣＶＤ法で絶縁膜形成
後、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）等の短時間熱処理
が有効である。
は例えばＳｉＨ4ガスと酸素を原料としたＣＶＤ法やＴ
ＥＯＳ（テトラエトオキシシラン）の分解によるＣＶＤ
法で形成される。Ｎ側電極がこの絶縁膜上に形成される
ので、高絶縁性の緻密な膜が要求されるのは言うまでも
ない。このためには例えば上記ＣＶＤ法で絶縁膜形成
後、ＲＴＡ（Rapid Thermal Anneal）等の短時間熱処理
が有効である。
【００３９】前述の各実施例において、ＢＳＦ型である
かＢＳＦＲ型であるかについては、特に述べなかった
が、これらはＰ電極のメタル組成が異なるだけであるか
ら、本発明の主旨に差異がないことは言うまでもない。
かＢＳＦＲ型であるかについては、特に述べなかった
が、これらはＰ電極のメタル組成が異なるだけであるか
ら、本発明の主旨に差異がないことは言うまでもない。
【００４０】また、説明の都合上、各実施例はＰ型シリ
コン基板を用いた太陽電池について述べたが、Ｎ型シリ
コン基板もしくはＧａＡｓ等シリコン単結晶以外の基板
を用いた太陽電池に対しても応用可能である。また、本
発明は宇宙用太陽電池にも地上用太陽電池にも適用可能
である。
コン基板を用いた太陽電池について述べたが、Ｎ型シリ
コン基板もしくはＧａＡｓ等シリコン単結晶以外の基板
を用いた太陽電池に対しても応用可能である。また、本
発明は宇宙用太陽電池にも地上用太陽電池にも適用可能
である。
【００４１】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、逆
バイアス電圧によって短絡破壊が起こりにくい太陽電池
を低コストで製造できる。特に、保守の困難なたとえ
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、ひいてはアレ
イ全体の信頼性を向上する。また、外付バイパスダイオ
ードを必要としないため、太陽電池の製造コストを低下
させる。
バイアス電圧によって短絡破壊が起こりにくい太陽電池
を低コストで製造できる。特に、保守の困難なたとえ
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、ひいてはアレ
イ全体の信頼性を向上する。また、外付バイパスダイオ
ードを必要としないため、太陽電池の製造コストを低下
させる。
【００４２】また本発明によれば、受光側電極直下に絶
縁膜を介してバイパスダイオード機能を付加するための
導電型領域を設けたので、太陽電池受光面の有効面積を
減じることなくバイパスダイオードの機能を付加するこ
とが可能となり、光電変換効率の低下を防ぐという効果
がある。さらに本発明によれば、受光側電極に近接して
バイパスダイオード機能を付加するための導電型領域を
集積化するので、等価直列抵抗を減少させることがで
き、逆バイアス電圧印加時の保護機能がより一層高まる
という効果がある。
縁膜を介してバイパスダイオード機能を付加するための
導電型領域を設けたので、太陽電池受光面の有効面積を
減じることなくバイパスダイオードの機能を付加するこ
とが可能となり、光電変換効率の低下を防ぐという効果
がある。さらに本発明によれば、受光側電極に近接して
バイパスダイオード機能を付加するための導電型領域を
集積化するので、等価直列抵抗を減少させることがで
き、逆バイアス電圧印加時の保護機能がより一層高まる
という効果がある。
【図１】本発明の実施の態様を示す略断面図である。
【図２】本発明に係るバイパス機能付太陽電池セルの第
１実施例の平面図である。
１実施例の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ′線断面図である。
【図４】第１実施例の製造工程を示す工程順断面図であ
る。
る。
【図５】本発明に係るバイパス機能付太陽電池セルの第
２実施例の平面図である。
２実施例の平面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ′線断面図である。
【図７】第２実施例の製造工程を示す工程順断面図であ
る。
る。
【図８】バイパス機能付太陽電池セルの等価回路図であ
る。
る。
【図９】本発明による太陽電池セルに２０Ｖの逆バイア
ス電圧が印加された場合の逆方向電流を示すデータであ
る。
ス電圧が印加された場合の逆方向電流を示すデータであ
る。
【図１０】本発明による太陽電池セルに５Ｖの逆バイア
ス電圧が印加された場合の逆方向電流を示すデータであ
る。
ス電圧が印加された場合の逆方向電流を示すデータであ
る。
【図１１】従来例の太陽電池セルの平面図である。
【図１２】図１１のＣ−Ｃ′線断面図である。
【図１３】従来例の製造工程を示す工程順断面図であ
る。
る。
【図１４】太陽電池セルの逆バイアス電圧説明図であ
り、（ａ）は太陽電池モジュールの構成の一例を示し、
（ｂ）は太陽電池モジュールに外部電源が接続されてい
る場合を示す。
り、（ａ）は太陽電池モジュールの構成の一例を示し、
（ｂ）は太陽電池モジュールに外部電源が接続されてい
る場合を示す。
１ Ｐ型領域 ２ Ｎ型領域 ３ Ｐ+型領域 ４ 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 ９ 絶縁膜
Claims (4)
- 【請求項１】 Ｐ型またはＮ型から選ばれた第１の導電
型を有する基板と、該基板の受光面側に形成されかつ前
記第１の導電型と異なる第２の導電型を有する領域と、
前記基板の不純物濃度より高い不純物濃度を有しかつ前
記基板及び前記第２の導電型を有する領域の双方に接し
て前記基板の受光面側の一部に形成された第１の導電型
を有する第３の領域を有し、該第３の領域の全部または
一部の上に絶縁膜が形成され、その上に前記第２の導電
型の領域の一部に接して設けられた受光面側電極が形成
されたことを特徴とするバイパス機能付太陽電池セル。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記絶縁膜が形成後熱処理による緻密化処理の施された
ものであることを特徴とするバイパス機能付太陽電池セ
ル。 - 【請求項３】 請求項１において、 前記第１の導電型を有する第３の領域が複数個備えられ
たことを特徴とするバイパス機能付太陽電池セル。 - 【請求項４】 請求項３において、 外部端子を接続するための表面の電極に近い程、前記第
１の導電型を有する第３の領域の個数の密度が大きいこ
とを特徴とするバイパス機能付太陽電池セル。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12623495A JP3202536B2 (ja) | 1994-07-19 | 1995-05-25 | バイパス機能付太陽電池セル |
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