JPH10117004A - 集光型太陽電池素子 - Google Patents

集光型太陽電池素子

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JPH10117004A
JPH10117004A JP8268482A JP26848296A JPH10117004A JP H10117004 A JPH10117004 A JP H10117004A JP 8268482 A JP8268482 A JP 8268482A JP 26848296 A JP26848296 A JP 26848296A JP H10117004 A JPH10117004 A JP H10117004A
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solar cell
light receiving
concentrating solar
diffusion layer
cell element
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Kyoichi Tange
恭一 丹下
Tomomichi Nagashima
知理 長島
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Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 キャリア再結合や土手部へのキャリアの流れ
込みを抑制でき、光電変換効率を向上できる集光型太陽
電池素子を提供する。 【解決手段】 ｐ型シリコンで構成されたシリコン基板
１２上に形成された受光部１０の表面にｐ+ 拡散層１６
が形成されている。このｐ+ 拡散層１６とシリコン基板
１２との間にはエネルギ勾配が生じるので、受光部１０
に太陽光が照射されてシリコン基板１２中に生じたキャ
リアのうち少数キャリアである自由電子が、表面側に移
動することを防止でき、表面の格子欠陥による自由電子
の再結合を防止できる。また、受光部１０の周囲の土手
部１４の裏面側にもｐ+ 拡散層１６が形成されており、
上記エネルギ勾配の作用により、少数キャリアの自由電
子が土手部１４へ流れ込むことを防止できる。以上の結
果、光電変換効率を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は集光型太陽電池素
子、特にシリコン基板の裏面に電極が形成された集光型
太陽電池素子の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、各種用途に太陽電池が利用さ
れているが、太陽電池を用いた発電システムの低コスト
化のため、太陽光をレンズを用いて集光し、高価な太陽
電池セルの使用面積を少なくする集光型太陽電池装置が
種々考案されている。また、集光型太陽電池装置の発電
効率を向上させるため、太陽を追尾する追尾システムも
種々考案されている。
【０００３】このような集光型太陽電池装置では、太陽
電池セルが形成され、電流取り出し用の電極が設けられ
た集光型太陽電池素子が使用されている。この集光型太
陽電池素子の受光部に、太陽光が集光されて形成される
集光スポットが照射されると、シリコン基板内部でキャ
リアとしての自由電子と正孔が発生する。発生したキャ
リアは、ｐｎ接合で分離され、自由電子はｎ層を介し
て、正孔はｐ層を介してそれぞれ電極から電流として取
り出される。
【０００４】上記集光型太陽電池素子は、通常５０〜１
５０μｍと薄いため、実装作業中等に破損する場合があ
るので、歩留まりを向上させるために強度を上げる必要
がある。そこで、図５に示されるように、集光型太陽電
池素子の受光部１０の周囲に補強用の土手部１４を設け
ることが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の集
光型太陽電池素子においては、発生したキャリアの一部
が土手部１４に流れ込み、収集できる電流量が低下して
光電変換効率が低下するという問題があった。これに対
しては、図５に示される土手部１４の幅ｄを減少させる
ことにより上記問題を抑制することができる。しかし、
土手部１４の幅ｄを１ｍｍに設定した場合に約８〜１０
％、０．３ｍｍに設定した場合でも３〜５％のキャリア
の損失が生じる。
【０００６】また、電極から取り出された電流を集める
ためのバス電極は、図５に示された土手部１４の裏面側
に設けられるが、土手部１４の幅ｄを小さくしていく
と、このバス電極の面積が減少し、集光型太陽電池素子
の内部抵抗の増加の原因となるという問題もあった。
【０００７】さらに、シリコン基板の表面には格子欠陥
が多いので、キャリア再結合により発生したキャリアが
消滅し、このため収集できる電流量が低下するという問
題もあった。これは特に、使用するシリコン基板におけ
る少数キャリア（マイノリティ）にとって大きな問題と
なる。
【０００８】本発明は上記従来の課題に鑑みなされたも
のであり、その目的は、キャリア再結合や土手部へのキ
ャリアの流れ込みを抑制でき、光電変換効率を向上でき
る集光型太陽電池素子を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明は、受光部の裏面に電極が形成された裏
面電極型の結晶シリコン集光型太陽電池素子であって、
受光部表面に、使用するシリコン基板の１０倍から１０
０倍の濃度を有するｐ+ 層またはｎ+ 層が形成されてい
ることを特徴とする。
【００１０】また、第２の発明は、受光部の裏面に電極
が形成された裏面電極型の結晶シリコン集光型太陽電池
素子であって、受光部の周囲には補強用の土手部が形成
され、受光部表面または土手部の裏面側の少なくとも一
方に、使用するシリコン基板の１０倍から１００倍の濃
度を有するｐ+ 層またはｎ+ 層が形成されていることを
特徴とする。
【００１１】また、第３の発明は、受光部の裏面に電極
が形成された裏面電極型の結晶シリコン集光型太陽電池
素子であって、受光部の周囲には補強用の土手部が形成
され、土手部の裏面に前記受光部を取り囲むように溝が
形成されていることを特徴とする。
【００１２】また、第４の発明は、第３の発明の集光型
太陽電池素子において、溝の深さは受光部の厚さと略同
じであり、この溝と受光部との距離が１００μｍ以下で
あることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を図面に基づいて説明する。
【００１４】図１には、本発明に係る集光型太陽電池素
子の一実施形態の断面図が示される。図１において、受
光部１０が、シリコン基板１２をエッチングすることに
より形成されており、この受光部１０の周囲には補強用
の土手部１４が設けられている。シリコン基板１２とし
ては、ｐ型、ｎ型のどちらも使用できるが、キャリアラ
イフタイムが長いｐ型シリコン（Ｓｉ）が一般的に使用
される。受光部１０は、厚さ３００〜７００μｍ程度の
シリコン基板１２をエッチングして形成され、その表面
に、微細加工により、ピラミッド型の凹凸であるテクス
チャーが形成される。このテクスチャーが形成された受
光部１０の表面には、土手部１４から連続してｐ+ 拡散
層１６が形成されている。受光部１０においては、この
ｐ+ 拡散層１６の上部にさらに反射防止膜１８が形成さ
れる。
【００１５】なお、本実施形態においては、シリコン基
板１２としてｐ型シリコンを用いた例が示されている
が、ｎ型シリコンを用いた場合には、ｐ+ 拡散層１６の
代わりにｎ+ 拡散層が用いられる。ｐ+ 拡散層１６の場
合には不純物としてボロンが使用され、ｎ+ 拡散層の場
合にはリンが使用されるが、これらの不純物の濃度は、
使用するシリコン基板１２の１０倍から１００倍の濃度
となっている。
【００１６】受光部１０の裏面側には、ｐ+ 層２０及び
ｎ+ 層２２が交互に並んでいる。太陽光が集光されて形
成された集光スポットが受光部１０に照射されてシリコ
ン基板１２中に発生したキャリアのうち、正孔はｐ+ 層
２０に、自由電子はｎ+ 層２２に集められる。ｐ+ 層２
０には、正極２４が接続され、ｎ+ 層２２には負極２６
が接続されており、これらの正極２４及び負極２６から
太陽光発電により発生した電流が取り出される。取り出
された電流は、正のバス電極２８及び負のバス電極３０
により集められる。
【００１７】バス電極２８、３０は、図１に示されるよ
うに、土手部１４の裏面側に設けられている。また、土
手部１４の裏面側の、バス電極２８、３０に対向する位
置には、受光部１０の表面と同様にｐ+ 拡散層１６が形
成されている。なお、この場合にもシリコン基板１２と
してｎ型シリコンが使用されている場合には、ｐ+ 拡散
層１６の代わりにｎ+ 拡散層が形成される。
【００１８】受光部１０の表面にｐ+ 拡散層１６を設け
ると、シリコン基板１２のエネルギよりもｐ+ 拡散層１
６のエネルギの方が高いので、太陽光が受光部１０に照
射されてシリコン基板１２中に発生したキャリアのう
ち、少数キャリアである自由電子がシリコン基板１２の
表面側に移動しなくなる。この結果、シリコン基板１２
の表面に存在する格子欠陥によって起こるキャリア再結
合が防止され、自由電子が消費されることを抑制でき
る。この効果は、シリコン基板１２の表面に図１に示さ
れるようなテクスチャーが形成された場合により顕著で
あることがわかった。テクスチャーを形成していない場
合には、ｐ+ 拡散層１６を形成したときの集光型太陽電
池素子の出力は、ｐ+ 拡散層１６がないときに比べ約２
〜３％の増加であったが、テクスチャーを形成した場合
には、出力が５〜８％増加した。
【００１９】また、土手部１４の裏面側にｐ+ 拡散層１
６を形成した場合には、土手部１４に流れ込んだキャリ
アのうち少数キャリアである自由電子が、上記と同様の
エネルギ勾配によって受光部１０の裏面側に再び戻って
いき、ここでｎ+ 層２２に取り込まれ、負極２６から取
り出される。従って、土手部１４に流れ込んだ自由電子
を有効に回収することができる。
【００２０】以上のようにして、受光部１０の表面ある
いは土手部１４の裏面側にｐ+ 拡散層１６を形成するこ
とにより、キャリア再結合による自由電子の消滅あるい
は土手部１４への自由電子の流出による消費を防止で
き、光電変換効率を向上することができる。以上に述べ
た効果は、受光部１０の表面と土手部１４の裏面側の少
なくとも一方にｐ+ 拡散層１６を形成すれば得ることが
できるが、両方に形成するのが最も望ましい。
【００２１】シリコン基板１２としてｐ型シリコンを使
用した場合の多数キャリアである正孔については、シリ
コン基板１２中に十分に存在するので、上述したような
キャリアの消滅、消費という点で問題にする必要はな
い。一方、シリコン基板１２としてｎ型シリコンを使用
した場合には、少数キャリアが正孔となるので、上述と
は逆となり、受光部１０の表面及び土手部１４の裏面側
に形成する拡散層もｎ+拡散層となる。
【００２２】また、受光部１０の表面に形成されるｐ+
拡散層１６は、受光部１０の全面ではなく、幅１０〜２
０μｍ、ピッチ２０〜１００μｍのライン状、あるいは
５〜１００μｍ角、ピッチ５０〜５００μｍのドット状
に形成してもよい。これにより、受光部１０の全面にｐ
+ 拡散層１６を形成する場合に比べ、ｐ+ 拡散層１６内
でオージェ再結合により消滅するキャリアすなわち自由
電子の量が低減し、光電変換効率の向上にさらに効果的
である。
【００２３】なお、図１においては、正極２４、負極２
６、バス電極２８、３０とシリコン基板１２の裏面との
間に、絶縁用の酸化膜が形成されているが、図ではこの
絶縁用の酸化膜を省略してある。
【００２４】図２には、本発明に係る集光型太陽電池素
子の他の実施形態の断面図が示され、図１と同一要素に
は同一符号を付してその説明を省略する。
【００２５】図２において特徴的な点は、土手部１４の
裏面に溝３２を設けた点にある。この溝３２は、受光部
１０を取り囲むように形成されており、溝３２の深さ
は、受光部１０におけるシリコン基板１２の厚さと略同
じとされている。また、図２に示される溝３２と受光部
との距離ｘは、１００μｍ以下となっている。
【００２６】以上のように、土手部１４の裏面側に溝３
２を形成したことにより、シリコン基板１２中で発生し
たキャリアが、土手部１４側に流出していくことを防止
でき、集光型太陽電池素子の光電変換効率を向上させる
ことができる。これは、溝３２を形成することにより、
溝３２と受光部１０を取り囲む土手部１４の側面との間
でキャリアが通る通路を構成するので、キャリアが土手
部１４側に流出することを防止できるためである。上記
溝３２の形成により、集光型太陽電池素子の出力を１０
〜１５％向上することができた。
【００２７】なお、溝３２の受光部１０を取り囲む側の
側面にｐ+ 拡散層１６を形成するのも好適である。これ
により、図１でも説明したように、エネルギ勾配が生
じ、土手部１４に流れ込んできたキャリア（自由電子）
をさらに効率よく受光部１０の裏面側のｎ+ 層２２に移
動させることができる。このｐ+ 拡散層１６は、シリコ
ン基板１２がｐ型シリコンの場合のものであり、シリコ
ン基板１２がｎ型シリコンを使用している場合には、ｎ
+ 拡散層となることは図１の場合と同様である。
【００２８】また、土手部１４の裏面側には、正のバス
電極２８及び負のバス電極３０が形成されているが、こ
のバス電極２８、３０は、上述した溝３２の中まで形成
されている。バス電極２８及び３０は、図３に示される
ように、受光部１０の裏面側で互いにかみ合った櫛状の
形状をしており、櫛の歯に当たる突起部３４の上に正極
２４及び負極２６が接触し、ここからそれぞれ電流を取
り出す構造となっている。従って、バス電極の根本部分
３６には、大きな電流が流れるので、ここの断面積が小
さいと集光型太陽電池素子の内部抵抗の増加につなが
る。従って、図２に示されるように、溝３２の中までバ
ス電極２８、３０を形成しておけば、断面積が大きくな
り、内部抵抗の増加を防止することができる。
【００２９】図４には、本発明に係る集光型太陽電池素
子のさらに他の実施形態が示される。図４ａには、本実
施形態の斜視図が示される。本実施形態においては、集
光型太陽電池素子３８と集光型太陽電池素子３８から電
流を取り出すバスフィルム４０とが別々に構成されてい
る。バスフィルム４０中には集光型太陽電池素子３８か
ら電流を取り出すための導電性リボン４２が埋め込まれ
ている。
【００３０】図４ａの矢印Ｂの断面が図４ｂに、矢印Ｃ
の断面が図４ｃにそれぞれ示される。図４ｂに示される
ように、集光型太陽電池素子３８が設置されていない部
分では、導電性リボン４２は樹脂製のバスフィルム４０
の内部に埋め込まれている。これに対して、集光型太陽
電池素子３８が設置されている部分では、図４ｃに示さ
れるように、導電性リボン４２の上部がむきだしとなっ
ており、集光型太陽電池素子３８のバス電極２８、３０
と接触している。
【００３１】図４ｃの破線で示された円内の拡大図が図
４ｄに示される。図４ｄにおいて、集光型太陽電池素子
３８の土手部１４には、図２と同様に溝３２が形成され
ている。ただし、溝３２の部分にはバス電極２８、３０
は形成されておらず、バス電極２８、３０は溝３２より
も内側に設けられている。このバス電極２８、３０と導
電性リボン４２との接触は、土手部１４及びバスフィル
ム４０を加熱し、これらを圧着することにより行う。こ
の際、樹脂製のバスフィルム４０の表面が溶け、溝３２
の中に盛り上がるようにして入り込むので、この部分で
バス電極２８、３０と導電性リボン４２とが外部から密
封されることになる。このような構成により、バス電極
２８、３０と導電性リボン４２との耐水加工をすること
ができるので、土手部１４とバスフィルム４０との間で
封止剤による防水加工を施す必要がない。
【００３２】従来は、集光型太陽電池素子３８を冷媒に
より直接冷却するために、バス電極２８、３０を防水す
る必要があるので、土手部１４と集光型太陽電池素子３
８が取り付けられる基板との間を封止剤によって密封す
る必要があったため、土手部１４を大きく確保する必要
があった。しかし本実施形態によれば、上記構成により
バス電極２８、３０と導電性リボン４２との耐水加工が
できるので、土手部１４を大きくする必要がなくなり、
その分受光部１０を広げることができる。このため、集
光型太陽電池素子３８の発電量を増加させることができ
る。
【００３３】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
受光部の表面にｐ+ 拡散層又はｎ+ 拡散層を設けたこと
により、表面近傍で生じたキャリアが受光部の最表面に
流れることを防止でき、キャリア再結合によるキャリア
の消滅を減少させ、光電変換効率を向上させることがで
きる。
【００３４】また、土手部の裏面側に溝を設けたので、
シリコン基板中で発生したキャリアが土手部に流出する
のを防止でき、これによっても光電変換効率を向上させ
ることができる。
【００３５】また、溝の一部のバス電極を形成すること
により、バス電極の断面積を拡大でき、内部抵抗を低減
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係る集光型太陽電池素子の一実施形
態の断面図である。
【図２】 本発明に係る集光型太陽電池素子の他の実施
形態の断面図である。
【図３】 図２に示されたバス電極の例を示す図であ
る。
【図４】 本発明に係る集光型太陽電池素子のさらに他
の実施形態を示す図である。
【図５】 従来における土手部の構成を示す図である。
【符号の説明】
１０ 受光部、１２ シリコン基板、１４ 土手部、１
６ ｐ+ 拡散層、１８反射防止膜、２０ ｐ+ 層、２２
ｎ+ 層、２４ 正極、２６ 負極、２８，３０ バス
電極、３２ 溝、３４ 突起部、３６ 根本部分、３８
集光型太陽電池素子、４０ バスフィルム、４２ 導
電性リボン。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 受光部の裏面に電極が形成された裏面電
    極型の結晶シリコン集光型太陽電池素子であって、前記
    受光部表面に、使用するシリコン基板の１０倍から１０
    ０倍の濃度を有するｐ+ 拡散層またはｎ+ 拡散層が形成
    されていることを特徴とする集光型太陽電池素子。
  2. 【請求項２】 受光部の裏面に電極が形成された裏面電
    極型の結晶シリコン集光型太陽電池素子であって、前記
    受光部の周囲には補強用の土手部が形成され、前記受光
    部表面または前記土手部の裏面側の少なくとも一方に、
    使用するシリコン基板の１０倍から１００倍の濃度を有
    するｐ+ 拡散層またはｎ+ 拡散層が形成されていること
    を特徴とする集光型太陽電池素子。
  3. 【請求項３】 受光部の裏面に電極が形成された裏面電
    極型の結晶シリコン集光型太陽電池素子であって、前記
    受光部の周囲には補強用の土手部が形成され、前記土手
    部の裏面に前記受光部を取り囲むように溝が形成されて
    いることを特徴とする集光型太陽電池素子。
  4. 【請求項４】 請求項３記載の集光型太陽電池素子にお
    いて、前記溝の深さは前記受光部の厚さと略同じであ
    り、前記溝と前記受光部との距離が１００μｍ以下であ
    ることを特徴とする集光型太陽電池素子。
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