JPWO2012053471A1

JPWO2012053471A1 - 太陽電池セル

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Publication number: JPWO2012053471A1
Application number: JP2012539712A
Authority: JP
Inventors: 洋司山口; 一世中村
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2010-10-22
Filing date: 2011-10-17
Publication date: 2014-02-24
Anticipated expiration: 2031-10-17
Also published as: US20130206228A1; JP5639657B2; EP2631955A4; TWI447920B; US9236503B2; WO2012053471A1; EP2631955A1; EP2631955B1; TW201227985A

Abstract

インターコネクタを接続する接続箇所と光電変換層が形成されている領域と分けて、接続箇所の強度を上げることで、クラック、割れ等を抑えた太陽電池セルを提供する。光電変換層（２）と、光電変換層（２）上に形成された電極パッド（１０）と、電極パッド（１０）に接続されたインターコネクタ（５）と、光電変換層（２）の下に形成された金属薄膜（３）と、光電変換層（２）および金属薄膜（３）とは離間しており、金属薄膜（３）と接続導体（１１，１５，２０）で接続された中継端子（１３，１７）と、中継端子（１３，１７）に形成された接続パッド（１４，１８）とを有する太陽電池セル（１，４１）である。

Description

本発明は、太陽電池セル、特に、太陽電池セルにインターコネクタを接続する接続箇所の構造に関する。

シリコン基板を用い、シリコン基板にｐｎ接合を形成したシリコン結晶系太陽電池が現在主流となっている。シリコン結晶系太陽電池よりも高い光電変換効率が得られる太陽電池として、直接遷移型で光吸収係数が大きい化合物半導体を用いる太陽電池がある。現在開発されている化合物半導体を用いた化合物半導体太陽電池の多くは、ｐｎ接合である光電変換層を複数有し、各光電変換層は互いに異なる禁制帯幅をもつ、多接合構造である。よって、太陽光スペクトルを有効活用できることから、光電変換層が１つである化合物半導体太陽電池よりもさらに高い光電変換効率を得ることが可能である。特に、人工衛星などに用いられる太陽電池は、高い光電変換効率を有し軽量化が必要となる。そこで、樹脂フィルム上に多接合構造を有する化合物半導体太陽電池を形成したものが検討されている。

図１０は、国際公開第９９／６２１２５号（特許文献１）に記載されている、化合物半導体を用いた太陽電池間を電気的に接続して形成した太陽電池ストリングである。太陽電池１５２、１５８は、対応するインテグラルバイパスダイオード１５４、１６０をそれぞれ有し、インタコネクトにより太陽電池ストリングを形成する。

第１のインタコネクト１６４が、太陽電池１５２の複数の光電変換層を有するカスケードセル１５６上に形成されたフロントコンタクト１５５と、太陽電池１５８のフロントコンタクト１５９とを接続することにより、太陽電池１５２と太陽電池１５８とは電気的に接続される。第２のインタコネクト１６５が、太陽電池１５２のフロントコンタクト１５５と、太陽電池１５８のバックコンタクト１６３とを接続することにより、太陽電池１５２と太陽電池１５８とは電気的に接続される。１５３、１６１はフロントコンタクトであり、１５７はバックコンタクトであり、１６２は複数の光電変換層を有するカスケードセルである。

国際公開第９９／６２１２５号

化合物半導体を用いた太陽電池（本願の「太陽電池セル」に対応。以下同様。）では、軽量化およびコストの低減等から、光電変換層を半導体基板上にエピタキシャル成長させた後、半導体基板とエピタキシャル成長させた光電変換層とを分離することにより形成して薄膜化する開発がなされている。国際公開第９９／６２１２５号（特許文献１）に示す太陽電池ストリング作製では、フロントコンタクトを形成した側を下に向けて太陽電池を定盤に配置し、バックコンタクトにインタコネクト（本願の「インターコネクタ」に対応。以下同様。）を溶接して接続する。しかしながら、光電変換層を薄膜化しているので、フロントコンタクトによる表面の凹凸で太陽電池にクラック、または割れ等が発生することがあった。

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池セルにおいて、インターコネクタを接続する接続箇所の強度を上げることにある。

本発明の太陽電池セルは、光電変換層と、光電変換層上に形成された電極パッドと、電極パッドに接続されたインターコネクタと、光電変換層の下に形成された金属薄膜と、光電変換層および金属薄膜とは離間しており、金属薄膜と接続導体で接続された中継端子と、中継端子に形成された接続パッドとを有することを特徴とする。

ここで、本発明の太陽電池セルにおいて、中継端子は、受光面側に形成されたガラスに樹脂で固定されていることがより好ましい。

また、本発明の太陽電池セルにおいて、光電変換層、インターコネクタ、電極パッド、金属薄膜は、ガラスに樹脂で固定されていることがより好ましい。

また、本発明の太陽電池セルにおいて、中継端子は、複数形成され、少なくとも１つが金属材料で形成されていることがより好ましい。

また、本発明の太陽電池セルにおいて、中継端子は、複数形成され、少なくとも１つがバイパスダイオードであることがより好ましい。

また、本発明の太陽電池セルにおいて、接続パッドは、中継端子のガラス形成面側と反対側の面に形成されていることがより好ましい。

また、本発明の太陽電池セルにおいて、光電変換層がエピタキシャル成長にて形成されていることがより好ましい。

本発明によれば、太陽電池セルにおいて、インターコネクタの接続箇所となる箇所に中継端子を設け、その中継端子と光電変換層とを離間することで、インターコネクタの接続箇所の強度を上げ太陽電池セルに発生する可能性のあるクラック、または割れ等を抑制することができる。

本発明の太陽電池セルの一例の入射光側から見た模式的な図である。図１に示すＡ−Ａ′の断面を表す模式的な断面構成図である。図１に示すＢ−Ｂ′の断面を表す模式的な断面構成図である。本発明の太陽電池セルの他の一例の入射光側から見た模式的な図である。図４に示すバイパスダイオードを表す模式的な図である。図４に示すＣ−Ｃ′の断面を表す模式的な断面構成図である。図４に示すＤ−Ｄ′の断面を表す模式的な断面構成図である。本発明のバイパスダイオードを表す他の一例の模式的な図である。本発明の太陽電池セルのさらに他の一例の入射光側から見た模式的な図である。従来技術の太陽電池ストリングの一例の模式的な図である。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。

図１は、太陽光の入射光側からガラス越しに見た本発明の太陽電池セルの一例を表す図である。

太陽電池セル１には、ｎ型電極パッド１０とｐ型電極パッド１２とが形成されている。ｎ型電極パッド１０には、櫛形のｎ型電極４とインターコネクタ５とが接続されている。一方、ｐ型電極パッド１２は、金属リボン１１を介して中継端子１３に接続されている。参照符号２５は太陽電池セル本体である。インターコネクタは、太陽電池ストリング形成時、太陽電池セル間を電気的に接続する、金属材料で形成されたものである。また、接続導体である金属リボンは、中継端子と太陽電池セル本体とを電気的に接続する、金属材料で形成されたものである。

太陽電池セル１の断面構造を、図２、図３を用いて説明する。
図２は、図１で示した、ｎ型電極パッド１０と中継端子１３を通る、Ａ−Ａ′の断面を表す図である。光電変換層２は、半導体基板上にエピタキシャル成長により形成され、その後、半導体基板から分離された化合物半導体層である。光電変換層２は、少なくとも１つのｐｎ接合を有し、入射光側がｎ型半導体層であり、入射光側と反対側の面である裏面側がｐ型半導体層である。光電変換層２の入射光側にｎ型電極４（図２の断面には表れず）、ｎ型電極パッド１０が形成され、裏面側である下に金属薄膜３が形成されている。金属薄膜３は光電変換層２のｐ電極取出しとして蒸着により形成されている。また、金属薄膜３の下には、基材の役割を果たす樹脂フィルム９が形成されている。ここで、樹脂フィルム９上の領域を太陽電池セル本体２５とする。

ｎ型電極パッド１０には、予め、インターコネクタ５をパラレルギャップ溶接等で電気的に接続している。このインターコネクタ５を、隣の太陽電池セルの接続パッドに接続することで、太陽電池ストリングが形成される。この場合、インターコネクタの長さを短くすることにより、太陽電池セル間の距離を短くすることができ、太陽電池ストリングをコンパクトにすることができる。また、太陽電池ストリング形成時の接続点数を少なくすることができるので、製造ラインの処理能力を高くすることができる。

太陽電池セル１には、太陽電池セル本体２５とは離間した中継端子１３があり、その中継端子１３は金属材料で形成されている。中継端子１３はｐ型側の接続端子としての役割があり、電極パッド２１を介してｐ型電極パッド１２と金属リボン１１で電気的に接続されている。ここで、金属リボン１１を直接中継端子１３に接続してもよい。ｐ型側の接続端子として太陽電池セル本体とは別に中継端子１３を形成することで、インターコネクタ接続時の接続箇所としての強度を高くすることができる。また、中継端子１３として強度を高めるため、実施例１では金属材料を用いている。さらに、離間することで、インターコネクタ接続時に加わる力が、太陽電池セル本体に伝わりにくくなり、太陽電池セル本体２５にクラック、割れ等が発生することを抑制して太陽電池ストリングを作製することができる。

太陽電池セル本体２５、中継端子１３は、それぞれ別の素子として、樹脂７で封止され、一体のガラス８で覆われ固定されている。中継端子１３はガラス８に固定されることで、接続箇所として、より強度を有する。同時に、インターコネクタ５もｎ型電極パッド１０に溶接された箇所は、樹脂で封止され、ガラス８に固定されているので、強度を有する。参照符号５１は、隣の太陽電池セルのインターコネクタである。

インターコネクタを接続するための接続パッド１４を、中継端子１３のガラス８形成側と反対側に形成している。インターコネクタ接続は、太陽電池セル１のガラス８面を定盤に置いて行なう。ガラス８の表面には、接続の際に影響する凹凸はないので、接続時に太陽電池セル本体２５に発生するクラック、または割れ等を抑制することができる。

図３は、図１で示した、両側に中継端子１３が現れる、Ｂ−Ｂ′の断面を表す図である。ｐ型電極パッド１２は金属薄膜３上に形成されており、金属リボン１１で中継端子１３と接続されている。中継端子１３は、信頼性の観点から太陽電池セル１に複数形成されていることがより好ましい。

金属リボン１１による、太陽電池セル本体２５と中継端子１３との接続は、樹脂封止によるガラス８固定前に行なう。そのうち、太陽電池セル本体２５側の金属リボン１１の接続は、太陽電池セル本体２５を定盤に置いて行なう。その際、樹脂フィルム９の裏面側には、接続に影響する凹凸はないので、接続時に太陽電池セル本体２５に発生するクラック、または割れ等を抑制することができる。また、太陽電池セル本体２５にインターコネクタ５を接続する場合も、同様に、ガラスに固定する前に太陽電池セル本体２５を定盤に置いて行なうので、樹脂フィルム９の裏面側には、接続に影響する凹凸はないことから、接続時に太陽電池セル本体２５に発生するクラック、または割れ等を抑制することができる。

図４は、太陽光の入射光側からガラス越しに見た本発明の太陽電池セルの他の一例を表す図である。

太陽電池セル４１は実施例１の太陽電池セル１とは、中継端子の１つがバイパスダイオード１７であるところが違っており、他の構造は太陽電池セル１と同様である。バイパスダイオード１７のｐ領域は、金属リボン１５を介してｎ型電極パッド１６に接続され、バイパスダイオード１７のｎ領域は、金属リボン２０を介してｐ型電極パッド１２に接続されている。参照符号２６は太陽電池セル本体である。

図５は、図４のバイパスダイオード１７を拡大した図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）で示すＥ−Ｅ′断面を表す図である。バイパスダイオード１７のｎ型半導体基板４５に、ｐ領域４６とｎ^＋領域４７とが形成されている。ｎ^＋領域４７のｎ型不純物濃度は、ｎ型半導体基板４５のｎ型不純物濃度よりも高濃度である。ｐ領域４６上に形成された電極パッド４８はｎ型電極パッド１６と金属リボン１５で電気的に接続され、また、ｎ^＋領域４７上に形成された電極パッド４９はｐ型電極パッド１２と金属リボン２０で電気的に接続されている。バイパスダイオード１７の裏面側には接続パッド１８が形成されている。バイパスダイオード１７はｐ型側の接続端子としての中継端子の役割もある。中継端子のすべてが、接続パッドを有するバイパスダイオードであってもよい。

図６は、図４で示した、ｎ型電極パッド１０とバイパスダイオード１７を通る、Ｃ−Ｃ′の断面を表す図である。ｎ型電極パッド１６は光電変換層２の入射光側に形成されている。バイパスダイオード１７、太陽電池セル本体２６は、それぞれ別の素子として、樹脂７で封止され、一体のガラス８で覆われ固定されている。バイパスダイオード１７はガラス８に固定されることで、接続箇所として、より強度を有する。参照符号５１は、隣の太陽電池セルのインターコネクタである。

図７は、図４で示した、バイパスダイオード１７と中継端子とが現れる、Ｄ−Ｄ′の断面を表す図である。バイパスダイオード１７に半導体材料を用いるので、接続箇所の強度をより高くすることができ、バイパスダイオード１７にインターコネクタを接続する際、太陽電池セル本体２６にクラック、割れ等が発生することを抑制できる。

バイパスダイオード１７には、太陽電池セル４１のｐ型側接続パッドの１つである接続パッド１８が形成されており、バイパスダイオード１７は樹脂で封止されガラス８に固定されている。インターコネクタ接続は、太陽電池セル４１のガラス８面を定盤に置いて行なう。ガラス８の表面には、接続の際に影響する凹凸はないので、接続時に太陽電池セル本体２６に発生するクラック、または割れ等を抑制することができる。

さらに、バイパスダイオード１７を太陽電池セル４１と一体にすることで接続点数を少なくすることができ製造ラインの処理能力を高くすることができる。

図８は、バイパスダイオードの他の一例を表す図である。（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）で示すＦ−Ｆ′断面を表す図である。図８に示すバイパスダイオード５４を用いた太陽電池セルは、図４に示す太陽電池セル４１のバイパスダイオード１７がバイパスダイオード５４の構造になっていること以外の構造は、太陽電池セル４１と同様である。

バイパスダイオード５４はｎ型半導体基板５５に、ｐ領域５６とｎ^＋領域５７が形成されている。ｐ領域５６上に形成された電極パッド５８はｎ型電極パッド１６と金属リボン１５で電気的に接続され、また、ｎ^＋領域５７上に形成された電極パッド５９はｐ型電極パッド１２と金属リボン２３で電気的に接続されている。バイパスダイオード５４の裏面側には接続パッド１８が形成されている。バイパスダイオード５４はｐ型側の接続端子としての中継端子の役割もある。中継端子のすべてが、接続パッドを有するバイパスダイオードであってもよい。

図９は、太陽光の入射光側からガラス越しに見た本発明の太陽電池セルのさらに他の一例を表す図である。

太陽電池セル３１は実施例１の太陽電池セル１とは、バイパスダイオード３５が形成されているところが違っており、他の構造は太陽電池セル１と同様である。バイパスダイオード３５、太陽電池セル本体２５、中継端子１３は、別の素子として一体のガラス８で覆われ、樹脂で封止されている。バイパスダイオード３５、太陽電池セル本体２５、中継端子１３はそれぞれガラスに固定されている。なお、図９ではバイパスダイオード３５の配線は省略しているが太陽電池セル本体２５に形成された光電変換層と導電性材料にて電気的に接続されている。また、図９に示したバイパスダイオード３５の配置、大きさ、形状は一例である。

実施例３ではバイパスダイオード３５を太陽電池セル３１と一体にすることで接続点数を少なくすることができ製造ラインの処理能力を高くすることができる。

上記実施例１〜３に示すように、太陽電池セル本体と中継端子とを別に形成することで、太陽電池ストリングを作製した場合、太陽電池ストリングとしてのｐ型側の接続部のインターコネクタによる引っ張り等の影響が太陽電池セル本体に及ぼされるのを抑えることができる。

１太陽電池セル、２光電変換層、３金属薄膜、４ｎ型電極、５インターコネクタ、７樹脂、８ガラス、９樹脂フィルム、１０ｎ型電極パッド、１１金属リボン、１２ｐ型電極パッド、１３中継端子、１４接続パッド、１５金属リボン、１６ｎ型電極パッド、１７バイパスダイオード、１８接続パッド、１９電極パッド、２０金属リボン、２１電極パッド、２３金属リボン、２５太陽電池セル本体、２６太陽電池セル本体、３１太陽電池セル、３５バイパスダイオード、４１太陽電池セル、４５ｎ型半導体基板、４６ｐ領域、４７ｎ^＋領域、４８電極パッド、４９電極パッド、５１インターコネクタ、５４バイパスダイオード、５５ｎ型半導体基板、５６ｐ領域、５７ｎ^＋領域、５８電極パッド、５９電極パッド、１５２太陽電池、１５３フロントコンタクト、１５４インテグラルバイパスダイオード、１５５フロントコンタクト、１５６カスケードセル、１５７バックコンタクト、１５８太陽電池、１５９フロントコンタクト、１６０インテグラルバイパスダイオード、１６１フロントコンタクト、１６２カスケードセル、１６３バックコンタクト、１６４第１のインタコネクト、１６５第２のインタコネクト。

Claims

光電変換層（２）と、
前記光電変換層（２）上に形成された電極パッド（１０）と、
前記電極パッド（１０）に接続されたインターコネクタ（５）と、
前記光電変換層（２）の下に形成された金属薄膜（３）と、
前記光電変換層（２）および前記金属薄膜（３）とは離間しており、前記金属薄膜（３）と接続導体（１１，１５，２０）で接続された中継端子（１３，１７）と、
前記中継端子（１３，１７）に形成された接続パッド（１４，１８）とを有する太陽電池セル（１，４１）。
前記中継端子（１３，１７）は、受光面側に形成されたガラス（８）に樹脂（７）で固定されている請求項１に記載の太陽電池セル（１，４１）。
前記光電変換層（２）、前記インターコネクタ（５）、前記電極パッド（１４，１８）および前記金属薄膜（３）は、前記ガラス（８）に樹脂（７）で固定されている請求項２に記載の太陽電池セル（１，４１）。
前記中継端子（１３，１７）は、複数形成され、少なくとも１つが金属材料で形成されている請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池セル（１，４１）。
前記中継端子（１３，１７）は、複数形成され、少なくとも１つがバイパスダイオードである請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池セル（１，４１）。
前記接続パッド（１４，１８）は、前記中継端子（１３，１７）の前記ガラス（８）形成面側と反対側の面に形成されている請求項２〜５のいずれかに記載の太陽電池セル（１，４１）。
前記光電変換層（２）がエピタキシャル成長にて形成されている請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池セル（１，４１）。