JPS59169185A - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池

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JPS59169185A
JPS59169185A JP59041492A JP4149284A JPS59169185A JP S59169185 A JPS59169185 A JP S59169185A JP 59041492 A JP59041492 A JP 59041492A JP 4149284 A JP4149284 A JP 4149284A JP S59169185 A JPS59169185 A JP S59169185A
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

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】 技術水準 本発明は、ｐｎ接合部を有する両面照射用板状半導体素
子から成る太陽電池に関する。
両面照射に適した太陽電池は例えばドイツ連邦共和国特
許出願公開第１６１４８３２号公報から公知である。公
知の太陽電池は半導体素子の両側の表面に複数のｐｎ接
合部を付しており、そのためこの太陽電池は複数の拡欣
工８を行わなければならず、製造の手間および費用がか
かる。
さらに片面照射用の、光の入射用に構成された表面に格
子状またはフォーク状の導体路系が設けられた太ｉ層電
池は公知である。このとき半導体素子の裏ψＩ］には全
面全啜うコンタクトが設けられている。この片面照射用
の太陽電池は、裏面を光の入射用に用いることができず
、入射する熱線により太陽電池の動作温度が高まり、こ
れにより太陽電池の効率が悪くなるという欠点を有する
。これは入射した熱が、裏面の面積の広い接点によって
電池の裏面から放出するのが妨げられることに起因する
。電池裏面（て特殊な表面加工を施すことによる改良は
費用がかかる。
発明の目的・効果 従って不発明の目的は、片面照射用太陽′電池に比べて
高い効率を有し、目、つ同時に技術的に容易に安価に製
造できる太陽電池を従供することにある。この場合、こ
の太陽電池を、あらゆる、ｉ！類の発電器に公知の技術
を用いて設］６することができるようにしたい。
この目的は、冒頭に２亦べ／Ｃ形式の太１ｇｙＪ電池（
Ｌこおいて本発明によれば次のような構成により達成さ
れる、叩ち、第１の伝導形の半導体基板が均一にドーピ
ングされて分り、半□Ｑ体素子の一方の表面に、基板に
比べて高・４度にドーピングされた第２の伝導形の薄い
、ｆ％が設けられており、太陽電池の両１・」が、半導
体素子の対向し合う両表面において、半導体表面の大部
分の領域を覆わない構造の導体路系と接続されている。
本発明の太陽電池は唯一のｐｎ接合を有するのみであり
、故にドーピングは１回行なうたけでよい。太陽電池の
両表面の僅かな部分にしか導体路系が設けられないので
、電池の表および裏側の光の入射に用いられる表面が大
きくなり、総合的に高い効率が得られる。さらに本発明
の太陽電池の」４合、熱がは（″ヱ妨げられずに電池を
：Ｉｆｌ　Ｄ　ｖｉけるので、電池は低い動作温度とな
り、熱磯城的問題が生じない。
本発明の太ｊ′４電池では、半導体素子の、第２の伝導
形の賭の設けられだ…りの表面全比較的強い光が入射す
る主入射方向用とし、半導体素子の対向する裏面のやや
感度の低い面を、強さの弱い光が入射する入射方向用と
すると有利である。これｉでより、余分な費用全電池ま
たは発電器製造のために費やすことなく、太陽電池の裏
面に入射する光合利用することができる。従って本発明
の太１場電池を南星太陽発電器中に開用する場合、大地
の散乱放射線を利用することができる。地−Ｆ発電器の
１易合、太陽電池の表側を例えば太陽の方に向けるかあ
るいは太陽に追従して動かすようにする。この場合も常
に存在する散乱放射線を太陽電池の裏面への照射に利用
することができる。散乱放射線は、発電器の周囲が１隻
く反ｑ、ｔ−１’−るものでちる場合、例えば雪に覆わ
れている場合徒だ）１発電器を荒野の砂地の上に設置し
た場合、特に強くなる。
本発明の太ｌ′Ｊ４准池は、ヰ結晶寸たは多結晶／リコ
ンから形成することができる。たたし多結晶／リコンを
用いる３易合、犬１場電池にパノ／ベー／ヨンを施して
、少数キャリヤの有効拡散距雅ひいては太陽電池の感度
を高めなければならない。パノ／ベーンヨノのためには
殊に水素が適している。パノノベー／ヨンは例え（・廿
水素プラズマ中で行なん）上る。
本発明の太陽電池では、第１の伝導形の半導体基板のド
ーピング濃度の高さは、四面の導体路系の隣９合うコン
タクト構造間の間隔を相応に小さくすれば、コンタクト
構造間の間隔によシ生ずる電池の１α列抵抗成分が、全
直列抵抗に比べて小さくなるような高さにする。さらに
半導体基板は、裏面での光の入射により発生する少敬キ
ャリヤの大部分がｐｎ接合に達するような薄さにする。
この特殊な構成（Ｃよシ、光の入射により発生した少数
キャリヤのかなりの部分を電流を得るのに利用でさるよ
うになる。太陽電池の直列抵抗は更に、半導（４−素子
の東面の少ダくとも導体路系のコンタクト構造間の部分
的領域を、透明な良導体ｊ漠で被覆することによシ有利
に低減することができる。この層は同時に反射防止膜と
しての働きを兼ねることができる。
同時にこの反９寸防止膜は、この膜によシ覆われている
半導体素子表面を保護し、この膜が導体路系をも頃って
いる場合は、このコンタクト構造もこの反射防ｄ−膜に
より外部の影響から保護さする。
従って本発明の太陽電池では、太陽電池の片面“または
両１ｍに反射防止膜を施すことができる。
太陽電池の表面ち・よび裏面の反射防ＩＬ膜によつて、
これらの面に入射した光の、スペクトル分布に関して太
陽電池の特性を適合させることができる。　　゛ 太陽電池の直列抵抗を低減するためｔｃ　％導体路系の
コンタクト構造間の間隔を、裏面のコンタクト構造間の
間隔よシも表面のそれの方が大きくなるようにすると有
利である。本発明の太陽電池は、均一にドーピングされ
た基板中に、例えば拡散による障壁が単に１つしか形成
されないので、極めて簡単な構造になる。従って１池を
極めて安価に製造でき、捷だ両側に光が入射することに
より非常に高い効率が得られる。
本発明の太陽電池の表゛面および裏面の導体路系の実施
例により、効率が更に改善される。なぜなら、熱線が電
池を容易に通過することによシミ池の動作温度が比較的
低くなるからである。
動作温度が１０°Ｃ低減されると、５係高い電池出力が
得られる。更に本発明の導体路系は広い面積のコンタク
トに比べて温度の急変に対する耐久性が高いという利点
を有する。さらに非常に薄い格子またはフォーク状構造
に構成された導体路系によって材料コストを節約できる
。なぜなら、この接点材料は多くは買金属から成り、極
めて高師だからで１ある。
実施例の説明 次に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第１図には、本発明の太陽電池の実姉例の表側の斜視図
が示されている。太陽電池１は、適当な半導体材料から
成る方形また：ｒｉ、円形の薄板から構成されている。
半導体材料は単結晶シリコンまたは多結晶／リコンとす
ると有利である。
たたし多結晶７リコンの場合、半導体ウェハにパノ／ベ
ーショ／を施して、少敬キャリヤの有効拡散距離を高め
役ければならない。パツシベーシヨンには例えばＨＦ−
水素−プラズマ中でのグロー放電が適している。パツシ
ベーシヨンは１時間の間５００℃で行なわれる３）この
過程により半導体ウェハの再結合中心が不活註比される
。
単結晶シリコンから成る太陽電池では、半導体ウニ・・
１の厚さは０．３ｙｑｍより薄くすると有利である。均
一にドーピングされた半導体基板２は約０．１〜１Ω函
の比較的小さな抵抗率を有し、他方この基板の表側に設
けられた基板と逆の伝導形の表面層３は非常に低抵抗で
あり、約３０〜２００Ω／口の膜抵抗を有する。この薄
い表面層３　ｔｒし５・１ｊえば０．５μｍの厚さとす
る。ｐｎ接合部４はｉ商当な障壁の拡散まだは埋込拡散
により形）戊できる。、ドーピングによりｐ＋ｎ　彦い
しｎ　＋　ｐ接合が太１叫′嬢池に生じる。
太陽゛電池の表面１５には、主入射方向９からの高い強
度の光が入射し、表面層３のオーミックコンタクトのだ
めの、所定の構造を有する導体路系５が装着されている
。この導体路系は例えば図示のようなフォーク状構造を
有しており、互いに平行に延在する個々の分岐路γは、
太陽電池の縁端部に設けられたバス導体につながってお
り、このバス導体には、別の太陽電池との接続のだめの
接続部材用の幅の広い端子部８が設けられている。
導体路系５は例えば蒸着寸だはスパツタリングさニル／
こアルミニウム、またはチタン−パラジウム−銀の積層
から形成されている。鋼層は前記アルミニウム同様スク
リン印刷によって製造することもできる。さらに導体路
系を無電流メッキされ／ζニッケルから構成してもよい
。導体路系の個々の分岐路７は、例えば幅２００μｍで
あり、隣り合う分岐路間の間隔は１〜１．５−とする。
導体路系の厚ざは２〜１０μｍとする。
第２図に（は、太陽電池全裏面１６から見た斜視図が示
されており、裏面１６は光の入射に対して表面１５より
やや感−Ｖが低く１、弱い強度の光の入射方向１０から
の光が入射する。裏面１６にも同様に導体路系６が設け
られており、図示の実施例ではや（はり導体路系は互い
に平行に延在する個別分岐路１１から成っており、これ
らが電池の縁端部に設けられたバス導体につながって脅
り、バス導体には隣接する大１４　電池間の接）先部利
用の広幅い端子部１２が設けられていろ。分岐路１１間
の間隔は表面１５の分岐路７間の間隔より小さい。これ
によシ基板と導体路系とにより生じる電池の直列抵抗成
分が、半導体基板２のドーピング濃度と関連して、全直
列抵抗置比べて小さくなる。裏面１６の分岐路１１間の
間隔は図示の実症例でりよ約０．５ｍｍであり１、他方
各分岐路自体１１の幅は約１０口μｍである。ここでも
導体路系は約２〜１０１ｔ＋ｎの厚さであり、既述のＵ
イ→から形成される。
図示の太陽電池の場合、厚さを６００μｍより薄くし目
一つ基板２を比較的高濃度・″・〔ドーピングすると有
利であり、裏面で光の入射ｊＬ′Ｃより発生ｊ−た少数
キャリヤの大部分がｐｎ接合部４に確実に到達するので
、例えば太陽電池の裏面に入射した散乱光によって、太
陽％池のｒ程力変換効率が著しく高められる。
第６図には太陽電池１０部分２′、−１祝図が示さ、几
ておシ、この図では、透明な良導体１・漠の構造の有利
な実施例についてのみ説明する。透明良導体膜１３ない
し１４は第６図の実施例においては裏面１６にも表面１
５にも設けられている。
しかし片面捷たは両面において良導体膜１３ないし１４
を省くこともできる。第ろ図の実施例では、透明良導体
膜１３．１４は半導体ウニ・・、と導体路系７ないし１
１との間に設けられている。これらの膜１３ないし１４
は例えば、アンチモンまだはフン素がドープされた酸化
スズから成る。別の適当な材料として、インジウム−酸
化スズ層がある。これらの膜は例えばスパックリング丑
たは電子ビーム蒸着（・ζよって半導体表ｍｊに被着さ
〕する。別の適切なノブ法にそ、ｉｔ自体公知のスプレ
ー−熱分解法（ｓｐｒａ’ｙ−、ｐｙｒｏｌｙｓｅ）が
ある。透明良導体膜１３ないし１４は、導電性が憂れて
いるため太陽電池の直列抵抗を低減し、同時（Ｃ反射防
止）漢として作用する。反射防ＩＬ膜の膜抵抗１は６０
Ω／ｒ］より小さくすると付利であり１、入射した光の
スペクトル分布（でおける最大成分に関してＶ４−の膜
厚とする。これはこの膜の厚さが約７０μｍでろること
を意味する。太陽電池の両表面の反射防１．）、膜１３
および１４を入射１〜だ光の各々の波長成分のスペクト
ル分布に、最大効率を達成できるように適合させると有
利である。これにより、太陽電池を各用途に最適に合わ
せることができる。
第４図は反射防止＋１１１３ないし１４の別の実施例を
示す。この実施例では反射防止膜は単に太陽電池の表面
おＪ−び裏面の導体路系の分岐路の構造の間にしか設け
られない。この構成は、反射防止膜１３および１４をマ
スキングを用いて製１もすることにより、ま／こは先ず
反射防止膜を製造し次に導体路系を熱処理工程において
、半導体表面に達する址で反射防止膜を貫通して半導体
表面（τ達するまで熱処理することにより得られる。
第５図は更に別の実施例を示し、ここではＸ陽電顔の両
表面１５および１６に先ずノオーク状構造の導体路系７
ないし１１が被着され、次に太陽電池の表面全体が反射
防止膜１３ないし１４で覆われる。従って反射防止膜は
導体路系第６図には、１つの太陽発電器ないしその一部
として合成接続される複数の太陽電池が示されている。
太陽電池を合成接続するだめに１つの太陽電池の裏面の
コンタクトを隣接する太陽電池の表面のコンタクトと導
電接続する必要がアル。従って、太陽電池の裏面ないし
表面に２いて４体路を、太陽電池相互の接続が周知の技
術を用いて容易に行なえるよう（（相互に位置合わせを
しなければならない。その際隣接する太陽電池の接続に
必要な接続部材２４は出来るたけ（ン１〕単且つＩ豆い
形状が望祉しい。この接続部材２４ｉｄ例えば４月、ア
ルミニウム、すす、すずめつきした銅または銀めっきし
た銅から成る。図示の太陽発電器には２つのタイプの太
（号電池が必要である。直列に並べられた太：揚重／１
（２（は、表面の分岐路構造γが弧面の分岐路構造１１
に平行に延在しており、これを例えは第７図の太１場電
池２２および２３で示す。しかし他方で太陽電池列をも
相互に接続しなければならないので、面の分岐路構造１
１に対して交叉配置されて７いる太陽電池が必要である
。これが第７図の電池２０および２１に相当する。従っ
て太陽電池の表面１５および裏面１６の導体路系５への
接続のだめの部材２４用の端子部８ないし１２は太陽電
池の互いに対向するまだは互いに隣り合う側縁部に配置
される。これを第６図および第７図に示す。各接続部材
２４は１つの太陽電池の裏面の端子部１２と隣接する太
陽電池の表面の端子部８との間の電気接続を形成する。
図示していない別の有利な実施例では、太陽電池表面の
導体路系がフォーク状構造を有し、裏面の導体路系は比
較的狭います目の格子構造を有している。
本発明の太陽電池は衛星用太陽発電器にも地上用太陽発
電にも使用できる。他鬼用人隔驚へに〜便用℃へ本２池
上用太陽発電器は通常両面に透明な電池カプセルないし
被膜を有する。第８図は地上用ガラス被覆太陽発電器全
示し、そこでは太陽電池１は２つのガラス板３００間に
対称な構造へ接合体として設けられている。ガラス板３
０と太陽電池１との間の接合部は透明な弾性材料３１に
より形成される。ガラス板３０は例えば厚さ２　＋、’
＋７１１であり、透明な弾性材料３１は例えば厚さ０．
７籠のＰＶＢな１ハしＥＶＡ材料から成る薄板で必り、
太陽電池の両面に被着されている。このようにして形成
された積層は真空にされて１−５００〜１７０°Ｃで加
熱され、その結果透明な弾性材料３１によって両ガラス
板３００間の空隙が完全に満たされる。
第９図（（は、別の地上用太陽発電器が示されており、
そこでは太陽電池１の破膣材料３２が透明なガラス繊維
で補強された合成樹脂から成る。この完成した状態で厚
さ１．５〜２　ｍｍになる発電器を製造するに（は、ガ
ラス繊維織物に合成樹脂を含浸して電池１を包み込んで
接合し、しかる後硬化させる。従ってこの太陽発電器で
は太陽電池１はガラス繊維で補強された合成樹脂から成
る単一の支持材料３２内に設けられる。
第１０図には衛星用太陽発電器が断面図で示されている
。そこでは太陽電池１は透明な接着剤３４を用いて支持
体３３に固定されている。
この支持体３３は透明な薄板、またはガラス繊維で補強
された薄板または蜂の実構造の材料から形成すると有利
である。蜂の実構造は例えば、２つの薄板の間に配置さ
れた蜂の巣状のアルミニウム薄板から成る。個々の太陽
電池１はこの衛星用太陽発電器では表面が各々１つのカ
バーガラス３６で覆われており、このガラスも有利には
やはり透明な接着剤３５でもって太陽電池表面に固定さ
れている。図示の太陽発電器では、支持体は例えば厚さ
１００μｍｎであり、透明接着剤３４は５０μｍ１透明
接着剤３５は２０μｍの厚さとする。カバーガラスは厚
さ１００μｍにすると有利であり、他方衛星用太陽電池
自体は約１５０μｍの厚さが有利である。
本発明の太陽電池を用いれば、従来の太陽発電器よりも
著しく高い電力変換率を有する太陽発ＩＥ器金、従来と
同じ材料コストで、信頼できる従来技術を用いて構成す
ることができることが、以上の説明から明らかである。
言い換えれば、本発明の太陽電池を用いれば発電器の電
力重量が低減され、価格／電力比が改善される。
【図面の簡単な説明】
第１図および第２図は本発明の太陽電池の実施例の各々
表側および裏側から見た斜視図、第６図、第４図、第５
図は太陽電池の半導体表面の透明良導体膜を有する種々
の実施列の一部を切欠して示す斜視断面図、第６図は複
数の異なる太陽電池が１つの発電器の一部分に神とる構
成を示す分解斜視図、第７図は１つに徒とめられた際の
太陽電池の両表面の４体路系の配置を示す平面図、第８
図は地上用−ガラス被覆太陽発電器の実施例の断面図、
第９図は支持体がガラス繊維補強された合成樹脂から成
る発電器の実施例の断面図、第１０図はｎＭ　ＪＡ用太
陽発電器の実施例の１所面図である。 ２・・・半導体基板、３・・・表面層、４・・・ｐｎ接
合、５．６・・・導体路系、８．１２・・・端子部、１
３゜１４・・・透明良導体膜、２４・・接続部拐ｊ４１
１ｊｊｊム　　　　　１１ ドイツ連邦共和国ハイルブロン ・ゾントハイマーーラントヴ工 一ル５６ ■出　願　人　テレフンケン・エレクトロニク・ゲゼル
シャフト・ミツト・ベ シュレンクテル・ハフラング ドイツ連邦共和国ハイルブロン ・テレジエンジュトラーセ２

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、第１の伝導形の半導体基板（１）が均一にドーピン
    グされており、前記半導体基板の一方の表面に、該半導
    体基板に比べて高濃度にドーぎングされた第２の伝導形
    の薄い層（３）が設けられており、これらの太陽電池の
    層（２，３）が、半導体素子の対向する両面（１５，１
    ６）において、半導体表面の大部分の領域を覆わない構
    造の導体路系（５，６）と接続されていることを特徴と
    する、１つのｐｎ接合（４）を有する両面照射用板状半
    導体から成る太陽電池。 ２、半導体素子の、第２の伝導形の層が設けられている
    側の表面（１５）が、光の強度の大きな主入射方向（９
    ）からの光の入射用であり、半導体素子（１）の、前記
    表面に対向する感度の低い裏１１ｆｆｉ（１６）が光の
    強度の小さい入射方向（１０）からの光の入射用である
    特許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 ろ、　太陽電池が単結晶シリコンから成る特許請求の範
    囲第１項または第２項記載の太陽電池。 ４、太陽電池が多結晶ノリコンから成り、該材料はパツ
    シベーンヨンされて少θキｆ’ｌ）ヤの有効拡散距離ひ
    いて（は光感度が普められている特許請求の範囲第１項
    または第２項記載の太陽電池。 ５、　第１の伝導形の半導体基板（２）のドーピング濃
    度の高さと、裏面導体路系（６）の瞬り合つコンタクト
    構造（１１）間の間隔とが、これにより生ずる電池直列
    抵抗が全直列抵抗に比べて小さくなるように選定されて
    いる特許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 ６、裏面で光の入射により発生ずる少数キャリヤの大部
    分がｐｎ接合（４）に達するほどの薄さの、太陽電池の
    半導体基板（２）が用いられる特許請求の範囲第１項記
    載の太陽電池。 Ｚ　半導体基板の抵抗率が約０．１〜１Ω鑵であ９、第
    ２の伝導形の表面層の膜抵抗が約６０〜２００Ω／口で
    ある特許請求の範囲第５項記載の太陽電池。 ８、　半導体素子（１）が０．３ｙ＋ｍよシ薄く、第２
    ０云導形の表面層（３）の厚さは０．５μｍより薄い特
    許請求の範囲第６項記載の太陽電池。 ９、　表面コンタクトの導体路系（５）の構造体（７）
    間の間隔が、裏面コンタクト（６）の場合に比べて大き
    い特許請求の範囲第５項記載の太陽電池。 １０、導体路がフォーク状構造（７，１１）から成り、
    電池表面の前記フォーク状構造が裏面の構造に対して平
    行ま／こは直角に延在している特許請求の範囲第９項記
    載の太陽電池。 １１、導体路系が、電池表面ではフォーク状溝造から成
    り、電池裏面では格子状構造から成る特許請求の範囲第
    ９項記、ｌあの太陽電池。 １２、半導体素子（１）の裏面（１６）の少なくとも部
    分的領域が透明な良導体膜（１４）で被覆されている特
    許請求の範囲第１項記載の太陽電池。 １６、透明な良導体膜（１４）が半導体素子の裏側表面
    （１６）を被覆しており、この膜の上に裏面コンタクト
    の導体路系（６）が設けられている特許請求の範囲第１
    ２項記載の太陽電池。 １４、半導体の裏側表面（１６）に直接設けられた導体
    路系のコンタクト構造（１１）間の、自由な裏ｆｔ１ｌ
    １表面領域が透明導体ｊ漠（１４）で被覆されている特
    許請求の範囲第１２項記載の太陽電池。 １５、太陽電池の、導体路系が設けられた裏側表面が、
    導体路系といっしょに透明導体膜（１４）で被覆されて
    いる特許請求の範囲第１２項記載の太陽電池。 １６、太陽電池の１血列抵抗を低減し且つ同時に反射防
    止膜として作用する透明導体ｊ摸（１４）が設けられて
    いる特許請求の範囲第１２項〜第１５項のいずれかに記
    載の太陽電池。 １Ｚ　　太陽電池の表側表面（１５）にも反射防止膜（
    １３）が設けられており、太陽電池の表面および裏面の
    副反射防止膜（１３，１４）は、これらの面に入射する
    光のスペクトル分布特性に適合さ九ている特許請求の範
    囲第１２項〜第１６項のいずれかに記載の太陽電池。 １８、複数の太陽電池を１つの太陽発電器に相互に接続
    するのに適した構造の導体路系が、太陽電池表面の導体
    路系（Ｃ対して太陽電池裏面に設けられている特許請求
    の範囲第１項記載の太１′＠電池。 １９、太陽電池の表面および裏面に、発電器中の隣接す
    る太陽電池（２０〜２３）間を接続する長さの短い接続
    部材（２４）の導体路系が設けられている特許請求の範
    囲第１８項記載の太陽電池。 ２０、接続部材（２４）のだめの導体路系（５゜６）の
    端子部（８，１２）が、太陽電池（１）の表面および裏
    面（１５，１６）の互いに対向する、−１たは互いに隣
    接する側に設けられている特許請求の範囲第１９項記載
    の太陽電池。
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