(57)【要約】【課題】冷却チャネルが改善され、開回路電圧の低下が防止された成形式ウェーハ太陽電池を提供すること。【解決手段】太陽電池（１０）は、ドープされた第１の層（１８）を含む前面（１２）と、前面と裏面の間にチャネル（１６）を規定する形成体（２２）を含み、前面（１２）と向かい合う、チャネル（１６）の少なくともいくつかの表面上に位置するドープされた第２の層（２０）をさらに含む裏面（１４）と、前面と向かい合う、チャネルの少なくともいくつかの表面上に位置する導電層（３２）とを備える。ドープされた第１の層と第２の層は逆の極性型を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドープされた第１の層（１８）を備える前面（１２）と、
前面と裏面の間にチャネル（１６）を規定する形成体（２２）を備える裏面（１４）であって、
前記前面と向かい合う、前記チャネルの少なくともいくつかの表面上に位置するドープされた第２の層（２０）をさらに備え、前記ドープされた第１の層と第２の層が逆の極性型を有する、裏面と、
前記前面と向かい合う、前記チャネルの少なくともいくつかの表面上に位置する導電層（３２）とを備える太陽電池（１０）。
【請求項２】
成形式ウェーハ太陽電池を備える、請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記チャネル（１６）が冷却通路として働くように構成されている、請求項１記載の太陽電池。
【請求項４】
前記太陽電池がｐ型の太陽電池を備え、前記ドープされた第１の層がｎ＋層を備え、前記ドープされた第２の層（２０）がｐ＋層を備える、請求項１記載の太陽電池。
【請求項５】
前記導電層（３２）に電気的に結合された導電素子（２４）をさらに備える、請求項１記載の太陽電池。
【請求項６】
前記導電素子および前記導電層を保護するように構成されたシールをさらに備える、請求項５記載の太陽電池。
【請求項７】
前記シールが、前記導電素子および前記導電層を覆うパッシベーション材料（２８）を備える、請求項６記載の太陽電池。
【請求項８】
前記シールが、前記導電素子および前記導電層を覆う裏シート（２６）を備える、請求項７記載の太陽電池。
【請求項９】
前記導電素子が、金属ワイヤを備える、請求項６記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記前面に対する反射防止およびパッシベーションをもたらすように構成されたガラスカバー（３０）をさらに備える、請求項１記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示する主題は、概して太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
成形式ウェーハ太陽電池に関連する製作コストは、一般にキャスト式ウェーハ太陽電池に関連する製作コストよりも低い。しかし、成形されるウェーハセルは、一般に、キャストされるウェーハセルよりも幾分効率が低く、また例えば６００μｍ程度とはるかに厚くなる。
【０００３】
生成された光電流がウェーハ全体に伝導されなければならないので、成形式ウェーハ太陽電池では、開回路電圧が低下する。通常の動作状態の下では、この開回路電圧はまた、成形シリコンウェーハ太陽電池の温度上昇の影響も受ける。例えば従来のモジュール内にパッケージされたいかなる太陽電池も、成形されたものであろうと、キャストされたものであろうと冷却は難題である。というのは、熱絶縁体として働く材料を使用したパッケージ内にセルが積層されるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第４，１９３，０８１号公報
【特許文献２】米国特許第４，２０９，３４７号公報
【特許文献３】米国特許第４，３６１，７１７号公報
【特許文献４】米国特許第５，３３６，３３５号公報
【特許文献５】米国再発行特許第３６，１５６号公報
【特許文献６】米国特許第６，００５，１８５号公報
【特許文献７】米国特許第６，１１１，１９１号公報
【特許文献８】米国特許第６，１７２，２９７号公報
【特許文献９】米国特許第６，２０７，８９１号公報
【特許文献１０】米国特許第６，４０６，１６３号公報
【特許文献１１】米国特許出願公開第２００２００７４０３４号公報
【特許文献１２】米国特許出願公開第２００６０１６２７６２号公報
【特許文献１３】米国特許出願公開第２００７００２９６４２号公報
【特許文献１４】欧州特許出願公開第０７８９４０５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、一般に太陽電池内での冷却の改善を実現し、より具体的には成形式ウェーハ太陽電池内での開回路電圧の低下を防ぐことが望ましいであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本明細書で開示する一実施形態によれば、太陽電池は、ドープされた第１の層を含む前面と、前面と裏面の間でチャネルを規定する形成体を含み、さらに、前面と向かい合う、チャネルの少なくともいくつかの表面上に位置するドープされた第２の層を含む裏面と、前面と向かい合う、チャネルの少なくともいくつかの表面上に位置する導電層とを備える。ドープされた第１の層と第２の層は逆の極性型を有する。
【０００７】
本明細書で開示する別の実施形態によれば、太陽エネルギー変換システムは、成形式ウェーハ太陽電池のアレイを備える。アレイ内の太陽電池は、ドープされた第１の層を含む前面と、前面と裏面の間でチャネルを規定する形成体を含み、さらに、前面と向かい合う、チャネルの少なくともいくつかの表面上に位置するドープされた第２の層を含む裏面と、前面と向かい合う、チャネルの少なくともいくつかの表面上に位置する導電層とを備える。ドープされた第１の層と第２の層は逆の極性型を有する。
【０００８】
本明細書で開示する別の実施形態によれば、太陽電池を製作する方法は、太陽電池の電気的有効厚さを減らすために太陽電池の裏面に複数のチャネルを形成するステップと、太陽電池の前面上にドープされた第１の層を設けるステップと、前面と向かい合う、チャネルの少なくともいくつかの表面上にドープされた第２の層を設けるステップと、前面と向かい合う、チャネルの少なくともいくつかの表面上に導電層を設けるステップとを含む。ドープされた第１の層と第２の層は逆の極性型を有する。
【０００９】
本発明の上記その他の特徴、態様、および利点は、添付図面を参照して以下の詳細な説明を読めばよりよく理解されるであろう。図面を通じて、同じ文字は同じ部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本明細書で開示する諸態様による太陽電池を示す図である。
【図２】図１の太陽電池の斜視図である。
【図３】本明細書で開示する諸態様による別の太陽電池を示す図である。
【図４】本明細書で開示する諸態様による太陽電池のアレイを示す図である。
【図５】本明細書で開示する諸態様による別の太陽電池を示す図である。
【図６】図５の太陽電池の斜視図である。
【図７】本明細書で開示する諸態様によるカプセル封じした太陽電池を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本明細書で開示する諸実施形態は、冷却チャネルを備える太陽電池、およびその製作方法を含む。本明細書で用いられる「ａ」、「ａｎ」、「ｔｈｅ」などの単数形は、文脈にはっきりと規定されていない限り、複数の対象物を含む。
【００１２】
図１および図２を参照すると、一実施形態において、太陽電池１０は前面１２、裏面１４、および導電層３２を備える。裏面１４は、前面１２から突き出して、両者の間にチャネル１６を画定する形成体２２を備える。形成体２２は太陽電池１０に構造的支持を与え、チャネル１６は太陽電池１０用の冷却通路として働くように構成されている。
【００１３】
一実施形態において、太陽電池１０は成形式ウェーハ太陽電池を備える。チャネル１６は、例えばエッチングや機械的研磨など適当ないかなるプロセスによって形成することもできる。チャネルの深さ、チャネルの幅、および形成体の幅は、プロセスの変量である。形成体が狭いと、効率的な集電が可能になるが、太陽電池は壊れやすく、製作し難くなる。形成体を広くすると、キャリアがより長い距離を移動することが必要になる。したがって、一実施形態においては、チャネルのアスペクト比（深さと幅の比）を１近くに維持しながら、形成体２２を、太陽電池１０に構造的支持を与えるのに十分な程度の厚さにする。
【００１４】
前面１２はドープされた第１の層１８を備える。裏面１４は、前面１２と向かい合う、チャネル１６の少なくともいくつかの表面上に位置するドープされた第２の層２０を備える。ドープされた第１の層１８および第２の層２０は、逆の極性型を有する。一実施形態において、太陽電池１０はｐ型の太陽電池を備え、ドープされた第１の層１８はｎ＋層を備え、ドープされた第２の層２０はｐ＋層を備える。
【００１５】
前面と向かい合う、チャネル１６の表面上に、導電層３２を形成する。一実施形態においては、まず裏面１４を覆ってほうけい酸ガラス（図示せず）を堆積させ、次いで緻密化して、過剰のホウ素を叩き込んで、ｐ＋層（ドープされた第２の層２０）を設ける。一実施形態において、裏面１４を覆ってほうけい酸ガラスを堆積させ、次いで緻密化して、過剰のホウ素を叩き込んで、ｐ＋層を設けた後、ウェットエッチングによってほうけい酸ガラス中の酸化物をすべて除去する。チャネル内に金属をプリントして、導電層３２を形成する。望むなら、相応に金属をプリントすることによって、導電層３２の一部を、図１に示すチャネルの側壁に沿って部分的に延ばしてもよい。一実施形態において、プリントされた金属はアルミニウムを含み、アルミニウムもｐ＋ドーパントとして機能することができる。形成体を電気的に分離するために、形成体に薄いコーティング３６を施すことができる。パッシベーション材料２８を塗布した後に、このコーティングをスプレイコーティングすることができる。さらに、前面１２上に別の導電層３８をパターン形成することができる。
【００１６】
図示のように、チャネル１６内に導電層３２を設けると、太陽電池１０の電気的有効厚さが低減する。例示的な一実施形態においては、４００μｍの成形式ウェーハ太陽電池では、チャネル１６の深さを２００μｍにすることができる。前面１２からその前面と向かい合うチャネル表面までの厚さ、すなわち成形式ウェーハ太陽電池１０の電気的有効厚さは、２００μｍとなり、典型的なキャスト式ウェーハ太陽電池の電気的有効厚さに匹敵する。また、成形式ウェーハ太陽電池の上側２００μｍは、一般に最良の材料品質を有する。したがって、太陽電池１０では、より高い品質とより低い総電気抵抗の両方が期待される。
【００１７】
太陽電池１０はさらに、導電素子２４と、導電素子２４および導電層３２を保護するためのシールとを備えることができる。一実施形態において、このシールは、形成体２２を露出したままにしながら、太陽電池の裏面にパッシベーションをもたらす。導電素子２４は、いくつか例を挙げると、はんだ付け、ろう付け、および導電性エポキシの使用を含めた任意の適切な取付け技法によって、導電層３２に電気的に結合される。一実施形態において、このシールは、ポリアミドやフッ素樹脂材料などのパッシベーション材料２８を含み、この材料は防湿材としても働き、導電素子２４および導電層３２を覆う。スプレイやスピンコーティングなどの方法によってパッシベーション材料を塗布することができる。この材料はその粘度に応じてチャネル中に定着し、材料の厚さは使用されるコーティングプロセスによって決まる。次いで、この材料を硬化して、硬質のシールを形成することができる。
【００１８】
別の実施形態においては、シールはさらに、導電素子２４および導電層３２を覆うための裏シート２６を備える。積層体を製作するために、シートの形態で得られるエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）や、優れた防湿材として働くＤＯＰＯＮＴ（商標）ＴＥＤＬＡＲ（商標）被膜の２枚の層に挟まれたマイラーポリエステル被膜のサンドイッチからなるＤＯＰＯＮＴ（商標）ＴＰＴ（商標）材料など、太陽光発電業界で一般的ないくつかの材料を使用することができる。一般に、ＴＰＴ（商標）被膜を、接着層として働き、加熱したときに軟化し接着する、ＥＶＡで被覆する。この場合、この被膜は型押しされて、チャネル構造と共形になるはずである。
【００１９】
図３に示す別の実施形態においては、レーザを使用して、パッシベーション用酸化物３９を選択的に除去し、チャネル内に金属をプリントして、導電層３２を形成する。より具体的には、前面１２に平行な側からのみパッシベーション用酸化物３９を除去し、次いで前面１２に平行な側に金属をプリントする。したがって、形成体２２の側壁は、形成体２２を電気的に絶縁するのを助けるためにパッシベーション用酸化物で被覆されたままとすることができる。
【００２０】
一実施形態において、導電素子２４は金属ワイヤを含む。シーリング前に、一実施形態においては、導電層３２に金属ワイヤを結合する。別の実施形態においては、単一のステップでモジュール内に裏シートおよび金属ワイヤを位置決めできるように、前もって裏シート２６に金属ワイヤを結合する。取付けを容易にするために、このワイヤをはんだで予めスズめっきすることができる。図４に示すアレイ実施形態４０では、複数の太陽電池１０の位置合わせを容易にするために、いくつかのセルの裏面を同時に覆うように裏シート２６を構成することができる。一実施形態においては、裏シート２６は、太陽電池１０のアレイから突き出してよく、さらにフレーム（図示せず）に結合することができる。太陽電池を直列に接続するために、ある太陽電池の前面１２上の導電層３８を、別の太陽電池の裏面１４上の導電層３２に接続してもよい。一実施形態（図示せず）において、ワイヤが金属タブに取り付けられるように金属ハーネスを構成することができ、次いで１つのセルの頂部のタブを、隣接するセルの底部のタブに接続（はんだ付け）することができる。
【００２１】
図５〜図６の実施形態において、太陽電池５０は、ドープされた第２の層２０がすべてのチャネル１６内に設けられてはいないものである。このような例示的な一実施形態では、ドープされた第２の層２０を交互のチャネル１６内に設け、このような両方のタイプのチャネル内に導電層３２を形成する。太陽電池５０は、前面１２からドープされた第２の層のない各チャネルへの導電性バイア３４を備える。ドープされた第２の層を交互のチャネル内に設けることは、例示的な一実施形態にすぎない。少なくともいくつかのチャネルからはドープされた第２の層を省いて、チャネル内に、任意の順序で、ドープされた第２の層２０を設けることができる。例えば、一実施形態（図示せず）において、連続する１０個のチャネルのうちの１個は、ドープされた第２の層２０を備えていない。交互のチャネルを使用して、セルの底部側に接点のすべてを設け、それによって電気的直列相互接続を行うために前面から裏面へとタブで接続する構成を有する必要をなくすことができる。一連の交互の平行ワイヤを使用して、互いに逆の極性の接続を実現する場合、各極性の向きをセルの異なる側に向けることができる。
【００２２】
図７は、カプセル封じした太陽電池５０を示す図である。太陽電池５０の前面１２を覆って透明カバー３０を設けることができる。積層プロセスを使用して、形成体２２を露出したままにして、太陽電池５０をカプセル封じしてもよい。透明カバー３０および裏シート２６はパッシベーションをもたらす。透明カバーは、反射防止特性をもたらし、スペクトル反射を調整し、および／または自浄特性をもたらすために被覆されたガラスを含むことができる。
【００２３】
すべての太陽電池のチャネル１６が冷却通路のアレイを形成するように、太陽電池をアレイに配列する。導電素子２４を使用してこのアレイの太陽電池を接続することができる。この冷却通路は、空気を通過させ、自然対流によって太陽電池または太陽電池アレイを冷却することができる。この露出された形成体２２は、太陽電池の表面積を増大させて、迅速な冷却を促進させる。太陽電池または太陽電池アレイの各側面の周りに遮蔽壁（図示せず）を使用して、空気を通過させながら、異物が冷却通路に入り込むのを防ぐことができる。別の実施形態（図示せず）においては、太陽電池を冷却するために、冷却通路を通して空気または冷却液を押し込むことができる。
【００２４】
本発明のいくつかの特徴のみを本明細書に示し記載してきたが、当業者なら多くの変更形態および変形形態を思いつくであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の趣旨に含まれるこのようなすべての変更形態および変形形態を包含するものであることを理解されたい。
【符号の説明】
【００２５】
１０  太陽電池
１２  前面
１４  裏面
１６  チャネル
１８  ドープされた第１の層
２０  ドープされた第２の層
２２  形成体
２４  導電素子
２６  裏シート
２８  パッシベーション材料
３０  透明カバー
３２  導電層
３４  バイア
３６  コーティング
３８  導電層
３９  パッシベーション用酸化物
４０  太陽電池のアレイ実施形態
５０  太陽電池の別の実施形態
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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