JPS61231774A - 光起電力モジュール - Google Patents

光起電力モジュール

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JPS61231774A JP61074117A JP7411786A JPS61231774A JP S61231774 A JPS61231774 A JP S61231774A JP 61074117 A JP61074117 A JP 61074117A JP 7411786 A JP7411786 A JP 7411786A JP S61231774 A JPS61231774 A JP S61231774A
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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】 現在、グロー放電または蒸着によって高品質の電子的特
性をもつ大面積の薄膜アモルファスＳｉまたはＧｅ合金
を製造することが可能である。アモルファスシリコン合
金は大容量連続加工（処理）装置で太陽電池を形成すべ
く大面積基板上に多重層として被着され得る。この種の
連続加］］装置は、例えば「Ｐドープトシリコン膜の形
成方法及びそれから作られるデバイス」と題する米国特
許第４、４００．４０９号明細書、及び「連続アモルフ
ァス太陽電池のデポジション及び分離方式及び方法」と
題する米国特許第４．４１０．５８８号明細書に記載さ
れている。これらの特許明細書に記載されている通り、
基板は一連のデポジションチャンバを通って連続前進し
、各チャンバ内で特定の半導体材料が被着される。ｐ−
１−ｎ形構造の太陽電池を作る場合、第１のチャンバは
ｐ形アモルファスシリコン合金を被ｉするために充てら
れ、第２のチャンバは真性アモルファスシリコン合金を
被着するために充てられ、第３のチャンバはｎ形アモル
ファスシリコン合金を被着するために充てられる。
小面積電池（セル）から大面積モジュールを形成するこ
とが望ましい。得られたモジュールの表面積は、大規模
出力発生のためきわめて広く作られることができる。直
列及び／又は並列相互接続電池からモジュールを形成す
ることによって、モジュールの電圧及び電流特性は特定
適用の出力に合うよう容易に選択することができる。電
池を石ジュールに組立てることによって、モジュールの
効率が最大化されるようにより高い効率の電池だけを選
択することを可能にする。
大面積光電池（光起電力セル）は、通例ではバス−グリ
ッドシステムと呼ばれる、光生成ｆｆＦＥを収集しこれ
をデバイスの端子のような集電点に運ぶための電流収集
システムを必要とする。バス−グリッドシステムは金属
部材又は導電性インクもしくはペーストのような伝導性
の高い材料のパターンに形成されるのが通例である。バ
ス−グリッドシステムを製造するために用いられる種々
の材料は光学的に不透明で、従ってその下側に配置され
た光電池部分を光からさえぎる。この遮光によって生じ
る損失はモジュールの性能をおとす。
単結晶半導体光起電力モジュールでは、剛性の半導体ウ
ェハが屋根板のように重なり合い、バスバー（ブスバー
）を覆い、遮光を防止している。
本発明では、大面積可撓性アモルファス半導体モジュー
ル内のバスーグリッド＃８造遮光は減じられ、モジュー
ルの性能が改良されている。バスバー遮光は可撓性アモ
ルファス半導体電池の屋根板式結合によって減じられる
。隣接電池の連続的電気結合は、アモルファス薄膜の側
面抵抗が相互結合による電池の短絡を防ぐから、容易に
実現される。
本発明大面積光起電力モジュールは複数個の電気的に相
互結合された小面積光電池を含む。各小面積電池は、少
なくとも１個の電気伝導性の底部電極領域を含む基板と
、この底部電極領域と電気的に接続されて基板上に配置
された光感応（光応答性）半導体ボディ（本体）と、こ
の半導体ボーｉイ上に配置された少なくとも１個の透明
な頂部電極部材とを有する。各小面積電池は、この小面
積電池が発生したＮ流を集電点に運ぶｌζめに一つの縁
部の直近傍に配回された電気伝導性のバスバーを含む。
小面積光電池は屋根板のように重なり合い式に配置され
、その結果、少なくとも１つの電池（セル）のバスバー
は電池（セル）をモジュールに相互結合するため隣接電
池（セル）の基板の下側に配置されている。従って、大
面積光起電力モジュールの全表面が電力発生のために使
用できるように、バスバーは受光面上には配置されてい
ない。バスバーは基板と頂部電極の両方に接触するよう
に小面積電池の周囲に曲がり、半導体ボディを通過（貫
通）する溶接部によって所定位置に保持される。半導体
ボディの高い側面抵抗は電池の短絡を防ぐ。小面Ｖ１電
池はさらに、バスバーと、隣接する小面積電池の底部電
極か頂部電極のどちらかとに取付けられた銅片によって
相互結合され得る。また、１小電池のバスバーを電気的
に伝導性の接着剤によって隣接電池の重なり合う電気的
に伝導性の基板に付着させることによって直列電気接続
を行うこともできる。
第１図は、個別ｎ−１−ｐ形電池１２ａ、　１２ｂ及び
１２ｃで作られた太［池のようなｒ＋−１−ｐ形光起電
力デバイスを示す、最大の電池１２ａの下側は基板１１
で、剛性又は可撓性の透明ガラスかあるいは合成ポリマ
一部材で作られるか、あるいはステンレススチール、ア
ルミニウム、タンタル、モリブデン、クロムのような金
属材料から、あるいは絶縁物に埋め込んだ金属粒子から
形成される。
それぞれの電池１２ａ、１２ｂ、１２ｃ　＋よ好ましく
は少く社くともＳｌ又はＳｉ：Ｇｅ合金を含む薄膜半導
体ボディで製造される。各半導体ボディはｎ形伝導性半
導体層２０ａ、　２０ｂ、　２０ｃと、実質的に真性の
半導体層１８ａ、　１８ｂ、　１８ｃと、ｐ形伝導性半
導体層１６ａ。
１６ｂ、　１６ｃとから成る。図示の通り、電池１２ｂ
は中間電池で、第１図に示すように伺加中間電池を追加
してもよい。同様に、タンデム電池は２個の１池だけで
構成してもよい。
好ましくはインジウム−スズ酸化物で作られるＴＣＯ（
透明伝導性酸化物）層２２が電池１０の頂部電極として
電池１２ｃの１層１６Ｃ１に伺加される。
格子状電極２４は集電効率を上げるため１ｉ２２上に配
置される。
第２図では、半導体電池の連続製造のための多重槽グロ
ー放電デポジション装置２６は複数個の絶縁された専用
のデポジションチャンバを含む。各チャンバはガスゲー
ト４２によって他のチャンバと相互結合されており、こ
のゲートを掃引（スィーブ）ガスとウェア状基板材料１
１が単一方向に通過する。第１図の電池１０と同様の光
電池はこのタイプの装置において容易に製造されうる。
各デポジションチャンバ２Ｂ、３０．３２内で単一半導
体層がグロー放電によって電気的に伝導性の基板１１上
に被着される。各デポジションチャンバは、陰極３４と
、この陰極の周囲に配置されたシールド３５と、プロセ
スガス供給導管３６と、Ｒ，Ｆ、（高周波）出力源等の
電磁エネルギ発生源３８と、プロセスガス及びプラズマ
排出管４１と、横断方向に伸びる複数個の磁性部材５０
と、複数個の放射加熱索子４０と、真性デポジションチ
ャンバを隣接の各ドーパントチャンバに相互接続するガ
スゲート４２とを含む。
供給導管３６は混合したプロセスガスを各１ポジシヨン
チヤンバ内のプラズマ領域の陰極３４と基板１１の間に
供給する。陰極シールド３５はプロセスガスを陰極の領
域内にとどめる。
発生機３８は反応ガスをデポジション種に分解すること
によってプラズマを生成する。これらの種は磁性基板１
１の表面上に半導体層として堆積し、磁性部材５０によ
って事実上平坦に保持される。
第３図では、先行技術の大面積光起電力デバイスまたは
モジュール６０が複数個の小面積光電池６２ａ、　６２
ｂ、６２ｃを含む。各電池θ２は電池の頂部電極と電気
的に結合する複数個の集電格子６６をもつバス−グリッ
ドパターン６４を含む。グリッド６６はテーバ形バスパ
ー６８に集めた光生成電流を運ぶ。テーパ形になってい
ることによって電流の増加量に合わせた位Ｉｔ’バスバ
ーの電流容呈が増加される。
電池６２ａ、　６２ｂ、　６２ｃは相互連絡線１０によ
って電気的に直列接続される。電流ｔ、１、モジュール
６０の光起電力セル６２ａの基板に接続された第１端子
結線７２において、及び光起電力セル６２ｃのバスパー
６８φ Ｃ接続された第２端子結線７４においてモジュール６０
からｌ取り出される。
バスパー６８はモジュール６０のかなりの面積をさえぎ
る。第４Ａ図では、小面積光電池７６はバス−グリッド
パターン７８を示している。バスーグリツ気的に接続し
たバスパー８０を含む。グリッドフィンガ８２は電気メ
ッキした金属で形成され、従って導電率が高く、比較的
狭い幅であってよい。バスパー８０は、グリッドフィン
ガ８２を横切って銅片のような電気的に伝導性の金属片
を付加すれば特に有利であることが判明しているが、同
じ電気メツキ法によって形成してもよい。バス−グリッ
ドパータン７８は、スパッタリング又は蒸着のような真
空被着法によって、あるいは当業者によく知られている
ようなスクリーンプリント技術又は非電気メッキ技術に
よって形成してもよい。
第４Ｂ図では、小面積電池８３はバス−グリッドパター
ン８４を示す。バス−グリッドパターン８４は複数個の
グリッドパターン８８に電気的に接続されたバスバ一部
材８６を含む。グリッドパターン８８は電気的に伝導性
のペーストを光電池の頂部電極上り一々ノ）１ノノノフ
々ＩＩ−ゝノ市Ｆ７ＸｔＡ；”’、しＬ−−ＦっＴＩＴ
乏６号シ（れる。電気的に伝導性のペーストは電気メッ
キまたは真空被着金属層よりＨＰ導電性低い。従ってグ
リッドパターン８８は中央束１線８８ｂと電気的に結合
する複数個のグリッドフィンガ８８ｂを含み、この線は
バスパー８６と電気的に結合する。バスパー８６はまた
スクリーンプリントされたペーストから形成されてもよ
く、あるいはグリッドパターン８８と電気結合した銅条
片であってもよい。
第５Ａ図は本発明大面積光起電力デバイス９０の上面図
である。大面積光起電力モジュール９０は、それぞれが
第４Ａ図の小面積電池７６に通例では類似の小面積光電
ｉ′ｌ！９２ａ、　９２ｂ、　９２Ｃ，９２ｄを含む。
すべての小面積電池９２８〜９２ｄのうち、電池９２ｄ
のバスパー８０６だけが図示しである、他の電池のバス
バーは隣接電池の下側に配置されている。例えば、電池
９２ａのバスバーは電池９２ｂの基板の下側に配置され
でいる。このコンフィギユレーションは第５Ｂ図のデバ
イス９０の断面図でも説明しである。
第５Ｂ図は各可撓性電池９２ａ〜９２ｄがそれぞれ基板
１１ａ〜ｌｉｄ及びバスバーａＯａ〜８０ｄを含むこと
を示している。
光起電力デバイス９０は、隣接する小面Ｉｎｆ池９２８
〜９２６間の直列電気的接続を実現するための複数個の
電気的相互接続部材９４を含んでいる。銅条片９４は１
電池のバスバーとＦＩＡ接電接電基板電極間に電気的接
触を実現する。この相互接続の具体例を、第５Ａ図のＶ
ｃ−Ｖｃ線によって大面積デバイス９０の線で切った第
５Ｃ図の断面図に示す。
第５Ａ図では、電池９２ａ及び９２ｂはそれぞれ電気的
に伝導性の基板１１ａ及び１１ｂ１アモルファス半導体
ボディ９６及び頂部電極層２２ａ及び２２ｂ１好ましく
は透明の導電性酸化物層を含む。電池９２ａは、好まし
くは銅箔のような導電性金属箔で形成され、相可結線９
４ａが入るはんだ結合９８によってＴＣＯ電極２２ａに
付着した相互接続部材９４ａを含む。導電性のエポキシ
あるいは同様に電気的に伝導性の接着剤を、Ｔ　ＣＯｉ
ｌ　２２ａに相互接続９４ａを付着するために用いても
よい。本具体例では、バスパー８０ａは簿い銅箔で形成
され、相互接続部材９４ａ上に重ねられ、電池９２ｂの
縁の周囲に包まれ、電池９２の頂部表面上に重ねられる
。１又はそれ以上の留め溶接１００が、バスパー８０ａ
の重ね部分を通って、小面積電池９２ｂの全体を通って
、バスパー８０ａの下部及び相互接続部材９４ａの中へ
形成される。この方法で、隣接電池９２ａ及び９２ｂの
間の電気的結合が実現される電池９２ａのＴＣＯ電％　
２２ａは隣接電池９２ｂの基板底部電極１１ｂに電気的
に接続される。留め溶接１００は電ｉｌ！ｌ９２ｂの仝
休を通って伸びるが、短絡は半導体ボディ９６が形成さ
れるアモルファスシリコン合金層の側面抵抗が高いため
に生じない。電流は好ましくはバスパー８０ａから溶接
１００を通って基板Ｎｂ　１．：流れる。光電池９２ａ
の基板電極との電気的接触は、この電池を通って端子接
触部材１０２を基板電極１１ａへ留め溶接することによ
って実現される。
個々の電池を相互接続するための他の方法をかくれたバ
スバーと共に使用してもよい。例えば、すべての接点を
大面積光起電力デバイスの裏側表面上に作ってもよい。
第１の電池のバスバーは隣接電池の後部電極に対して電
気的に伝導性の接着剤はんだあるいは溶接された相互接
続部材によって、付着されてもよい。他の具体例では例
えば第５Ｃ図の９４８のような相互接続部材は隣接する
小面積電池の頂部表面にまるく包まれ、次に下側のバス
バーに留め溶接されてもよい。本発明は多くのタイプの
光電池、例えば硫化カドミウム電池及び２セレン化銅−
インジウム電池について具体化することができよう。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発朋で使用しうるタイプのタンデム光電デバ
イスの部分断面説明図、第２図は第１図のタンデム光電
池の製造に用いられうる多重チｔ！ンバデポジション装
置の概略説明図、第３図は先行技術の大面積光起電力モ
ジュールの上面説明図、第４Ａ図は本発明大面積モジュ
ールに内蔵されうる小面積光電池の説明図、第４Ｂ図は
本発明大面積モジュールに内蔵されうる別の小面積光電
池の説明図、第５Ａ図は本発明大面積モジュールの１具
体例の上面説明図、第５Ｂ図は第５Ａ図の光電モジュー
ルの断面説明図、第５Ｃ図は小面積電池の電気的相互結
合を図解する第５Ａ図の光起電力モジュールの部分断面
説明図である。 １０・・・・・・光起電力デバイス、１１，１１ａ、　
１１ｂ・・・・・・基板、１２ａ、　１２ｂ、　１２ｃ
　・・−・−電池、１６ａ、　１６ｂ、　１６ｃｍ・・
・−ｐ形半導体層、１８ａ、　１８ｂ、　１８ｃ・・・
・・・真性半導体層、２０ａ、　２０ｂ、　２０ｃ　・
−・−ｎ形半導体層、２２．２２ｂ・・・・・・Ｔ２Ｏ
層、２４・・・・・・電極格子、２６・・・・・・多重
チャンバ式グロー放電デボジシコン装置、８０．８０ａ
、　８０ｂ・−・−・バスバー、９０・・・・・・光起
電力モジュール、９２・・・・・・光応答性アモルファ
ス手導体合金、９２ａ、　９２ｂ・・・・・・小面積光
起電力セル、９４ａ・・・・・・相互接続部材、 ９６・・・・・・アモルファス半導体本体、１００・・
・・・・溶接部。

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）電気的に相互接続された複数個の小面積光起電力
    セルから成る改良された大面積アモルファス半導体光起
    電力モジュールであつて、前記小面積セルのそれぞれが
    、可撓性で電気伝導性の基板と、該基板上に配置された
    光応答性アモルファス半導体本体と、該半導体本体上に
    配置された透明で電気伝導性の層と、前記透明層上で前
    記小面積セルの縁の直近傍に配置された電気伝導性のバ
    スバーとを含んでおり、前記小面積セルが、少なくとも
    １個のセルのバスバーが直列電気的接続を形成するため
    隣接電池の基板と電気的に接触状態で配置されるように
    重なり合う状態に配置されており、前記バスバーが前記
    透明層及び前記基板と電気的且つ機械的に接触する状態
    で前記小面積セルの縁のまわりを包んでいることを特徴
    とする光起電力モジュール。
  2. （２）前記バスバーが、前記基板と前記少なくとも１個
    のセルの透明層との間に配置されたアモルファス半導体
    本体と接触していることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項に記載の光起電力モジュール。
  3. （３）前記バスバーが前記基板と半導体本体と前記少な
    くとも１個のセルの前記透明層とを貫通する少なくとも
    １個の溶接部によって前記小面積セルに溶接されている
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第２項に記
    載の光起電力モジュール。
  4. （４）電気伝導性の相互接続部材が前記隣接小面積セル
    の透明層上に前記バスバーと電気的且つ機械的に接触状
    態で配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第
    １項、第２項目又は第３項のいずれかに記載の光起電力
    モジュール。
  5. （５）電気伝導性の相互接続部材が前記隣接小面積セル
    の透明層上で前記バスバーと前記透明膜との間に機械的
    接触状態に配置されており、さらに前記溶接部が前記相
    互接続部材を貫通していることを特徴とする特許請求の
    範囲第３項に記載の光起電力モジュール。
  6. （６）前記相互接続部材が金属箔である特許請求の範囲
    第４項又は第５項に記載の光起電力デバイス。
  7. （７）それぞれが可撓性の電気伝導性基板と、該基板上
    に配置された光応答性アモルファス半導体本体と、該半
    導体本体上に配置された透明な電気伝導性の層とを有す
    る複数個の小面積光起電力セルから大面積アモルファス
    半導体光起電力モジュールを作る方法であつて、 取り囲み形のバスバーを第１の小面積セルの１つの縁の
    直近傍に前記透明層と前記基板とに電気的且つ機械的に
    接触する状態に付けること、電気伝導性の相互接続部材
    を第２の小面積セルの透明層上の縁の直近傍に付けるこ
    と、及び前記第１小面積セルの基板の向かい側の前記バ
    スバーを、この第１小面積セルが前記第２小面積セルに
    前記バスバーの面積分だけ重なるように、前記相互接続
    部材に対し電気的且つ機械的に接続すること を特徴とする方法。
  8. （８）前記バスバー及び前記相互接続部材を、前記バス
    バーを前記第１小面積セルの半導体本体を貫通して前記
    相互接続部材に溶接することによつて接続することを特
    徴とする特許請求の範囲第７項に記載の方法。
  9. （９）前記相互接続部材を前記第２セルの前記透明層に
    溶接することを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載
    の方法。
  10. （１０）前記相互接続部材を前記第２セルの前記透明層
    に対し電気伝導性の接着剤により付着させることを特徴
    とする特許請求の範囲第７項に記載の方法。
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