JPH05110121A - 太陽電池 - Google Patents

太陽電池

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JPH05110121A
JPH05110121A JP3269568A JP26956891A JPH05110121A JP H05110121 A JPH05110121 A JP H05110121A JP 3269568 A JP3269568 A JP 3269568A JP 26956891 A JP26956891 A JP 26956891A JP H05110121 A JPH05110121 A JP H05110121A
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electrode
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達男 佐賀
Tadashi Hisamatsu
正 久松
Hisanobu Matsutani
寿信 松谷
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 逆バイアス電圧によって短絡破壊が起こりに
くい太陽電池を低コストで製造する。 【構成】 基板を構成するＰ型領域１の表面にＮ型領域
２を形成する。Ｐ型領域１とＮ型領域２の双方に接する
Ｐ+ 型領域４を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、たとえば太陽電池モジ
ュールに影が生じた場合に発生する逆バイアス電圧によ
る事故を防止する手段を施した太陽電池に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】図１２は従来の一般的に使用されている
太陽電池の一例の平面図、図１３は図１２のＢ−Ｂ′断
面図、図１４はその底面図である。
【０００３】図１２に示されるように、太陽電池の受光
面は、透明な反射防止膜８によって覆われ、その下面に
は、櫛の歯状のグリッド電極であるＮ電極７がＮ型領域
の上に配設され、それらの一端はいわゆるバー電極また
はコンタクト電極であるＮ電極接続部５に接続されてい
る。
【０００４】そのＢ−Ｂ′断面は図１３に示されるよう
に、シリコン基板の大部分を占めるＰ型領域１と、その
上面に形成したＮ型領域２と、Ｐ型領域１の下面に形成
したＢＳＦ効果のためのＰ+ 型領域３と、Ｎ型領域２の
表面端部に設けたＮ電極接続部５と、Ｎ型領域２のほぼ
全面を覆う反射防止膜８等によって構成されている。な
お、図１３には図示されていないが、Ｎ型領域２の表面
には櫛の歯状のＮ電極７が配設されている。Ｐ+ 型領域
３の下面には、ほぼ全面を覆うようにＰ電極６が設けら
れている。図１４は、その底面を示すものである。
【０００５】このような太陽電池は、たとえば以下のよ
うにして製造される。図１５（ａ）〜（ｅ）は、各工程
の断面図である。
【０００６】まず、図１５（ａ）に示されるようなシリ
コン基板のＰ型領域１の全面に、Ｐ + 型領域３を拡散に
より形成すると、図１５（ｂ）のようになる。
【０００７】次に図１５（ｃ）に示すように、この表面
のＰ+ 型領域３をエッチングにより除去し、その表面に
Ｎ型領域２を形成すると、図１５（ｄ）のようになる。
【０００８】次に図１５（ｅ）に示すように、この表面
に櫛の歯状のＮ電極７を配設し（図示されない）、表面
の端に設けたＮ電極接続部５に接続し、反射防止膜８を
表面に設け、Ｐ電極６を裏面に設ける。そして、図１５
（ｅ）の両端に示される点線の部分で切断すると、図１
３に示されるような太陽電池が得られる。
【０００９】このような太陽電池を、図１６（ａ）に示
すように、多数直列および並列に接続し、所望の電圧お
よび電流となるようにしたものを、通常太陽電池モジュ
ールＭとして使用する。
【００１０】ところで、太陽電池モジュールＭを実際に
使用しているとき、その上の一部に影が生じる場合があ
る。宇宙用の場合では、たとえば衛星の姿制制御中に、
本体の一部あるいはアンテナ等構造物の影が、太陽電池
モジュールＭ上に生ずることがあり得る。地上用の場合
では、たとえば隣接した建築物の影が生じたり、飛来し
た鳥類が糞を付着させ、影が生じることがある。
【００１１】その一例として、太陽電池の一連の並列接
続からなる太陽電池モジュールＭの一部のサブモジュー
ル１０の上に影が生じた場合について考える。図１６
（ａ）において太陽電池モジュールＭの両端がほぼ短絡
状態となるシャントモードでは、影になったサブモジュ
ール１０には、影の生じていない他のグループのサブモ
ジュール群１１が発生した電圧Ｖ11が逆バイアス電圧と
して印加される。サブモジュール１０の電圧をＶ10とす
ると、Ｖ10＝−Ｖ11となる。
【００１２】また、図１６（ｂ）に示されるように、太
陽電池モジュールＭに外部電源ＶB が接続されている場
合では、Ｖ10＝ＶB −Ｖ11となる。
【００１３】すなわち、影になった太陽電池モジュール
Ｍのサブモジュール１０のＮ電極には正の電圧が印加さ
れ、その逆バイアス電圧が太陽電池の逆耐電圧以上であ
ると、太陽電池は短絡破壊に至り、影の生じたサブモジ
ュール１０、さらに全体の太陽電池モジュールＭの出力
特性が劣化する。
【００１４】この逆バイアス電圧による事故を防止する
ために、個々の太陽電池毎や特定のモジュール単位毎
に、バイパスダイオードを取付けたり、あるいは太陽電
池セルにバイパスダイオードを集積した、いわゆるダイ
オードインテグレーテッド太陽電池を使用する。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】前述のバイパスダイオ
ードを取付ける方法は、バイパスダイオードやその取付
個数分だけ製造コストが高くなり、また基板上での太陽
電池の実装密度が低くなる等の問題点がある。
【００１６】ダイオードインテグレーテッド太陽電池
は、ダイオードと太陽電池とを、シリコン基板に集積し
て作り込まなければならないので、製造方法が複雑にな
り、通常の太陽電池と比較して製造コストが高くなる。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明においては、基板
を構成する第１の導電型の領域と、その表面に形成され
た第２の導電型の領域と、前記の第１の導電型の領域お
よび第２の導電型の領域の双方に接する前記の第１の導
電型の領域の不純物濃度より高い不純物濃度の第１の導
電型の領域とを設けた。
【００１８】
【作用】この太陽電池に逆バイアス電圧が印加される
と、受光面側の第１および第２の導電型領域に接して形
成された高濃度の第１の導電型の領域とのＰＮ接合部が
逆バイアスされる。この部分は、第１の導電型の基板部
と第２の導電型の拡散層から形成されるＰＮ接合より、
ツェナー効果によってブレークダウンが発生しやすい。
比較的小さな逆バイアス電圧印加の状態において、この
領域で逆方向電流を生じさせ、さらに逆バイアス電圧が
高くなると、ツェナー降伏に至らしめることによって、
太陽電池本体に逆バイアス電圧が印加されることを防止
することができる。
【００１９】以上を等価回路で説明すると、図１１に示
すように、ＮＰ接合からなる太陽電池にＮＰ+ ダイオー
ドが並列に接続された構造になる。逆バイアスが印加さ
れると、逆方向の漏れ電流が大きいＮＰ+ ダイオードに
電流が流れるので、ＮＰ太陽電池はブレークダウンから
保護される。
【００２０】
【実施例】図１（ａ），（ｂ）および（ｃ）は、本発明
の実施例の各態様を示す略断面図である。これらを組合
せて使用することもできる。
【００２１】以下の実施例において図１２および図１３
に示される従来例と同一の部分は、同一符号で表示され
ている。
【００２２】図１（ａ）は、たとえばＰ型領域１の表面
に形成されたＮ型領域２の内部に、複数のたとえば島状
のＰ+ 型領域４を形成した例である。このＰ+ 型領域４
は、表面のＮ電極（図示されていない）と接触しないよ
うにされる。
【００２３】図１（ｂ）は、Ｐ型領域１の表面に形成さ
れたＮ型領域２の周辺部に、連続してあるいは分割して
Ｐ+ 型領域４，４を形成した例である。Ｐ+ 型領域４が
表面のＮ電極に接触しないようにすることは、図１
（ａ）の場合と同様である。
【００２４】図１（ｃ）は、Ｐ型領域１の表面に埋没す
るように、Ｐ+ 領域４，４を形成した例である。この場
合、Ｎ電極との接触を考慮する必要がない。
【００２５】図２および３は図１（ａ）のタイプに属す
る太陽電池の平面図および断面図であって、図４（ａ）
〜（ｆ）はその製法の一例である。
【００２６】図３は図２のＡ−Ａ′断面図であり、底面
図は従来例の図１４と同様であるから省略する。反射防
止膜８，Ｎ型領域２，Ｐ型領域１，Ｐ+ 型領域３，Ｐ電
極６等を積層し、Ｎ型領域２の表面に櫛の歯状のＮ電極
７，７，…を配設し、Ｎ型領域２の表面の一端のＮ電極
接続部５にＮ電極７，７，…を接続してあることは、図
１２〜図１４の従来例と同様である。この実施例による
太陽電池が従来と異なるところは、櫛の歯状の電極７，
７，…と接触しないように、これらの周辺のＮ型領域２
の中に局部的に形成した小さい島状のＰ+ 型領域４，
４，…を複数個点在させたことである。
【００２７】この島状のＰ+ 型領域４，４，…は、基板
のＰ型領域１よりは不純物濃度を高くして、島状のＰ+
型領域４とＮ型領域２との間で形成されるＰＮ接合によ
って、ツェナー効果によるブレークダウンが発生するよ
うな構造となっている。Ｐ+ 型領域４の不純物濃度は、
ツェナー効果を発生するためには、１×１０18ｃｍ-3以
上とすればよい。
【００２８】このような太陽電池は、たとえば以下のよ
うにして製造される。まず、図４（ａ）に示されるよう
なシリコン基板のＰ型領域１にたとえば不純物濃度が１
×１０19〜５×１０22ｃｍ-3程度のＰ+ 型不純物を拡散
すると図４（ｂ）に示されるように、全面にＰ+ 型領域
３が形成される。
【００２９】その後、裏面の全面および表面の一部（所
望の高濃度領域を形成する部分）を、たとえばフォトレ
ジスト等の耐酸性樹脂９で被覆する。そうすると図４
（ｃ）に示されるようになる。裏面には耐酸性のテープ
を貼り付けてもよい。
【００３０】次に、これをたとえば弗酸と硝酸の混酸か
らなるエッチング液に浸漬することでエッチングし、そ
の後上記耐酸性樹脂あるいはテープを除去すると図４
（ｄ）に示されるようになる。
【００３１】次に、図４（ｅ）に示されるように表面に
Ｎ型領域２を熱拡散で形成する。Ｐ + 型領域４，４，…
の表面は、Ｐ+ 熱拡散時に表面に残っているボロンガラ
ス層等で保護される。このとき表面に形成される高濃度
のＰ+ 型領域４，４，…にＮ型不純物が左右の側面から
深く侵入しすぎてＰ+ 型領域を破壊しないように、拡散
深さの設定に注意しなければならない。
【００３２】次に図４（ｆ）に示すように、表面に櫛の
歯状のＮ電極７（図示されていない）とＮ電極接続部５
を形成し、さらにその上に反射防止膜８および裏面にＰ
電極６とを真空蒸着等により形成し、両側の点線で切断
すると図２および３に示されるような太陽電池が得られ
る。
【００３３】この製造方法は、図１５（ａ）〜（ｅ）に
示されるような従来の製造方法と比較して、それほど複
雑にならないので、製造コストはあまり増加しない。
【００３４】島状のＰ+ 型領域４，４，…の個数および
大きさについては、個々の太陽電池およびモジュールの
大きさ、種類等により調整する必要があるが、通常、個
数は２ｃｍ×２ｃｍの面積の太陽電池で数１０個〜１０
０個程度、大きさは０．０１〜１．０ｍｍ径または角程
度であればよい。島状のＰ+ 型領域４，４，…の合計面
積が大きくなると、太陽電池の出力特性が低下するの
で、ツェナーブレークダウンが発生ししかも太陽電池が
破壊しない条件で、Ｐ+ 型領域４，４，…の合計面積
は、できるだけ小さくなるように設計する必要がある。
【００３５】図５および図６は、図１（ｂ）のタイプに
属する実施例のそれぞれ平面図および断面図である。そ
の底面図は従来例の図１４と同様であるから省略する。
図６は図５のＡ1 −Ａ′1 断面図である。
【００３６】反射防止膜８，Ｎ型領域２，Ｐ型領域１，
Ｐ+ 型領域３，Ｐ電極６等を積層し、Ｎ型領域２の表面
に櫛の歯状のＮ電極７，７，…を配設し、Ｎ型領域２の
表面の一端のＮ電極接続部５にＮ電極７，７，…を接続
してあることは、図１２〜図１４の従来例と同様であ
る。この実施例による太陽電池が従来例と異なるところ
は、櫛の歯状の電極７，７，…と接触しないように、太
陽電池の端部に局部的に形成した複数の小さなＰ+ 型領
域４，４，…を設けたことである。
【００３７】このＰ+ 型領域４，４，…は、基板のＰ型
領域１よりは不純物濃度を高くして、Ｐ+ 型領域４とＮ
型領域２との間のＰＮ接合で、ツェナー効果によるブレ
ークダウンが発生するような構造となっている。Ｐ+ 型
領域４の不純物濃度は、ツェナー効果を発生するために
は、１×１８18ｃｍ-3以上とすればよい。これは前記の
実施例と同様である。
【００３８】このような太陽電池はたとえば以下のよう
にして製造される。まず、図７（ａ）に示されるような
シリコン基板のＰ型領域１に、たとえば不純物濃度が１
×１０19〜５×１０22ｃｍ-3程度のＰ+ 型不純物を拡散
すると図７（ｂ）のようになる。これらは、図４
（ａ），（ｂ）と同様である。
【００３９】その後、表面の後の工程におけるＰ+ 型領
域の形成予定部分を除いた部分に、高濃度にＮ型不純物
を含有したペーストＰを塗布すると、図７（ｃ）に示す
ようになる。高濃度にＮ型不純物をドープしたシリコン
酸化膜または窒化膜をＣＶＤ法でデポジションしてもよ
い。
【００４０】次にこれを焼成しＮ型領域２を形成すると
図７（ｄ）に示すようになる。次に、図７（ｅ）に示す
ように、表面に櫛の歯状のＮ電極７（図示されていな
い）とＮ電極接続部５を形成し、さらにその上に反射防
止膜８および裏面にＰ電極６とを真空蒸着等により形成
し、両側の点線で切断すると図５および図６に示される
ような太陽電池が得られる。
【００４１】この製造方法も、図１５に示されるような
従来の製造方法と比較して、それほど複雑にならないの
で、製造コストはあまり増加しない。
【００４２】Ｐ+ 型領域４，４，…の個数および大きさ
ならびに合計面積についての配慮は、前述の実施例の場
合と同様である。
【００４３】図８および図９は、図１（ａ）のタイプに
属するものである。図８は平面図であり図９は図８のＡ
2 −Ａ′2 断面図である。その底面図は、従来例の図１
４と同様であるから省略する。
【００４４】反射防止膜８，Ｎ型領域２，Ｐ型領域１，
Ｐ電極６等を積層し、Ｎ型領域２の表面に櫛の歯状のＮ
電極７，７，…を配設し、Ｎ型領域２の表面の一端のＮ
電極接続部５にＮ電極７，７，…を接続してあること
は、図１２〜図１４の従来例と同様である。また、櫛の
歯状の電極７，７，…と接触しないように、これらの周
辺のＮ型領域２の中に局部的に形成した小さい島状のＰ
+ 型領域４，４，…を複数個点在させたことは、図２お
よび図３の実施例と同様であるが、この実施例では島状
のＰ+ 型領域４，４，…の形状が異なる。
【００４５】この島状のＰ+ 型領域４，４，…は、基板
のＰ型領域１よりは不純物濃度を高くして、島状のＰ+
型領域４とＮ型領域２との間のＰＮ接合で、ツェナー効
果によるブレークダウンが発生するような構造となって
いる。Ｐ+ 型領域４の不純物濃度は、ツェナー効果を発
生するためには、１×１８18ｃｍ-3以上とすればよい。
これらは、図２および図３の実施例と同様である。
【００４６】このような太陽電池は、たとえば以下のよ
うにして製造される。図１０（ａ）〜（ｆ）は各工程の
略断面図である。
【００４７】まず、図１０（ａ）に示されるようなシリ
コン基板のＰ型領域１の全面に、熱酸化等により酸化膜
９を形成すると図１０（ｂ）のようになる。
【００４８】次に、図１０（ｃ）に示すように、表面の
酸化膜９の各部に開口１４，１４…を設ける。これらの
開口１４，１４…は、後で形成される島状のＰ+ 型領域
４，４，…に対応するものである。
【００４９】この基板にたとえばボロンを用い不純物濃
度が１×１０20ｃｍ-3程度のＰ+ 型不純物を拡散し、そ
の後表面、裏面および側面の酸化膜９を除去すると、図
１０（ｄ）のような基板が得られる。表面には複数個の
島状のＰ+ 型領域４，４，…が形成されている。
【００５０】次に、図１０（ｅ）に示すように、表面お
よび側面にＮ型領域２を熱拡散等により形成する。島状
のＰ+ 型領域４，４，…は、表面に残っているボロンガ
ラスにより保護されているので、Ｎ型領域２の中にも島
を形成する。その後、表面をフォトレジスト等耐酸性樹
脂で被覆した後、裏面をたとえば弗硝酸でエッチング除
去する。
【００５１】次に、図１０（ｆ）に示すように、表面に
櫛の歯状のＮ電極７（図示されていない）とＮ電極接続
部５を形成し、さらにその上に反射防止膜８および、裏
面にＰ電極６とを真空蒸着等により形成し、両側の点線
で切断すると、図８および図９に示されるような太陽電
池が得られる。
【００５２】この製造方法も、図１５に示されるような
従来の製造方法と比較して、それほど複雑にならないの
で、製造コストはあまり増加しない。
【００５３】島状のＰ+ 型領域４，４，…の個数および
大きさならびに合計面積についての配慮は、前述の実施
例の場合と同様である。
【００５４】なお、図１０（ｃ）の工程で、熱による酸
化膜９を用いず、フォトレジストを用い、または熱拡散
を用いずイオン・インプランテーション法を用いてＰ+
型領域４，４，…を形成してもよい。
【００５５】図１（ｃ）のタイプの具体的な製造方法の
例は省略するが、Ｐ+ 型領域４，４，…は、Ｎ型領域２
の下方でＰ型領域１に埋没した状態で、Ｎ型領域２とＰ
Ｎ接合を形成している。その作用は、前述の各実施例の
場合と同様であるが、電極との接触を考慮する必要がな
くなる。
【００５６】前述の各実施例において、ＢＳＦ型である
かＢＳＦＲ型であるかについては、特に述べなかった
が、これらはＰ電極のメタル組成が異なるだけであるか
ら、本発明の主旨に差異がないことは言うまでもない。
【００５７】また、説明の都合上、各実施例はＰ型シリ
コン基板を用いた太陽電池について述べたが、Ｎ型シリ
コン基板もしくはＧａＡｓ等シリコン単結晶以外の基板
を用いた太陽電池に対しても応用可能である。
【００５８】また、本発明は宇宙用太陽電池にも地上用
太陽電池にも適用可能である。
【００５９】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、逆バイア
ス電圧によって短絡破壊が起こりにくい太陽電池を低コ
ストで製造できる。特に、保守の困難なたとえば、宇宙
用の太陽電池アレイのような場合、逆バイアス電圧に対
する保護に著しい効果を発揮し、ひいてはアレイ全体の
信頼性を向上する。また、バイパスダイオードを必要と
しないため、コストを低下させる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）および（ｃ）はそれぞれ実施の
態様を示す略断面図である。
【図２】本発明の一実施例の平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ′断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は図２および図３に示される実
施例の各製造工程の断面図である。
【図５】本発明の他の実施例の平面図である。
【図６】図５のＡ1 −Ａ′1 断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は図５および図６の実施例の各
製造工程の断面図である。
【図８】本発明のさらに他の実施例の平面図である。
【図９】図８のＡ2 −Ａ′2 断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｆ）は図８および図９の実施例の
各製造工程の断面図である。
【図１１】本発明の等価回路図である。
【図１２】従来の一例の平面図である。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ′断面図である。
【図１４】従来例の底面図である。
【図１５】（ａ）〜（ｅ）は、図１２および図１３に示
される従来例の製造方法の一例の各工程の断面図であ
る。
【図１６】（ａ）は太陽電池モジュールの構成の一例を
示し、（ｂ）は太陽電池モジュールに外部電源が接続さ
れている場合を示す。
【符号の説明】
１ Ｐ型領域 ２ Ｎ型領域 ３ Ｐ+ 型領域 ４ Ｐ+ 型領域 ５ Ｎ電極接続部 ６ Ｐ電極 ７ Ｎ電極 ８ 反射防止膜

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板を構成する第１の導電型の領域と、
    その表面に形成された第２の導電型の領域と、前記の第
    １の導電型の領域および第２の導電型の領域の双方に接
    する前記の第１の導電型の領域の不純物濃度より高い第
    １の導電型の領域とを有することを特徴とする太陽電
    池。
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