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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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
+ 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
+ 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+
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
+ 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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