(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型半導体基板及びその受光面側に形成された第１の第２導電型領域からなる太陽電池セルと、第１の第２導電型半導体領域と所定の距離で対向し且つ第１導電型半導体基板の電位と同電位になるように形成された第２の第２導電型半導体領域、第１の第２導電型半導体領域と第２の第２導電型半導体領域間に位置する第１導電型半導体基板の表面に形成された絶縁膜及びその絶縁膜の表面に第１または第２の第２導電型半導体領域の電位と同電位になるよう形成されたゲート電極からなるＭＯＳ型トランジスタとから構成されたことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記太陽電池セルは、前記第１の第２導電型半導体領域のうち無反射形状に形成した受光面を含み、前記ＭＯＳ型トランジスタは、前記第１の第２導電型半導体領域のうち一部平坦にした領域を含むことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記絶縁膜をＣＶＤ法により第１の第２導電型半導体領域と第２の第２導電型半導体領域間に位置する第１導電型半導体基板の表面に形成したことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項４】
多結晶シリコン、非晶質シリコン及び導電性を示す不純物添加剤からなる透明の導電電極配線材を用いて、前記絶縁膜の表面に前記ゲート電極をＣＶＤ法により形成したことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項５】
導電電極配線材を用いて、前記太陽電池セルの電流経路を前記絶縁膜の表面に形成したことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第１と第２の第２導電型半導体領域を互いに対向する所定長さの櫛形状に形成したことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項７】
前記ＭＯＳ型トランジスタは、前記太陽電池セルの周辺部に連続的に形成されたことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項８】
前記ＭＯＳ型トランジスタは、前記太陽電池セルの任意の位置に形成されたことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項９】
太陽電池セルとＭＯＳ型トランジスタとからなる太陽電池の製造方法であって、第１導電型半導体基板及びその受光面側に形成された第１の第２導電型領域からなる太陽電池セルを形成し、第１の第２導電型半導体領域と所定の距離で対向し且つ第１導電型半導体基板の電位と同電位になるように形成された第２の第２導電型半導体領域、第１の第２導電型半導体領域と第２の第２導電型半導体領域間に位置する第１導電型半導体基板の表面に形成された絶縁膜及びその絶縁膜の表面に第１または第２の第２導電型半導体領域の電位と同電位になるよう形成されたゲート電極からなるＭＯＳ型トランジスタを形成したことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池及びその製造方法に関し、より詳しくは、太陽電池セルが直列あるいは並列に接続された太陽電池モジュールにおいて、日蔭が生じた太陽電池セルに発生するＰＮ接合部の破壊を低減する太陽電池及びその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽光エネルギーを直接利用できる太陽電池として、結晶系シリコン太陽電池、非結晶系シリコン太陽電池などの各種の太陽電池が知られている。
太陽光エネルギーにより所望の出力電流および出力電圧を得る太陽光電源システムとして、複数の太陽電池セルを直列あるいは並列に接続した太陽電池モジュールが用いられる。
また、太陽電池の光電変換効率、生産性の向上、信頼性の向上、低コスト化、多目的利用化など多くの実用化研究も活発に進められている。
【０００３】
しかしながら、宇宙用に利用される太陽電池モジュールは、例えば、衛星の姿勢制御中に、衛星本体の一部あるいはアンテナ等構造物により太陽光が部分的に遮られることがある。また、同様に、地上用に利用される太陽電池モジュールは、例えば、隣接した建築物、鳥類の糞などの付着により太陽光が部分的に遮られることがある。
【０００４】
太陽光が部分的に遮られた太陽電池モジュールの太陽電池セルは、太陽光が照射された他の太陽電池セルによって発電された電圧が逆バイアス方向に印加されるという現象が発生する。
この逆バイアス方向に印加される電圧（逆バイアス電圧）が太陽電池セルの逆耐電圧を超えると、ＰＮ接合部が破壊され、太陽電池セルに大電流が流れ、結果的に太陽電池モジュール全体の出力特性が低下する原因になる。
【０００５】
よって、太陽光電源システムは、この逆バイアス電圧の印加による太陽電池セルのＰＮ接合部の破壊を防止するため、個々の太陽電池セルまたは太陽電池モジュールごとに逆バイアス電圧をバイパスするバイパスダイオードを外付けした太陽電池セルが使用されている。
【０００６】
また、特開平３−２６９５６８号公報の記載によれば、日蔭になった太陽電池セルに印加される逆バイアス電圧をバイパスするためのツェナーダイオードを集積した太陽電池が提案されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、バイパスダイオードを外付けした太陽電池セルからなる太陽電池モジュールは、外付け付けダイオード部品及び製造工程数の増加により基板上に形成される太陽電池セルの実装密度が低下し、製造コストも高くなるなどの問題があった。
また、特開平３−２６９５６８号公報の記載の太陽電池は、高濃度の不純物拡散層により形成されたＰＮ接合部を有するツェナーダイオードを集積しているため、この不純物拡散層のばらつきにより逆バイアス電圧をバイパスするときの電流特性が不均一になり結果的に太陽電池モジュールの出力特性の安定化を妨げる原因となる。
【０００８】
本発明は以上の事情を考慮してなされたものであり、例えば、日蔭になった太陽電池セルに印加される逆バイアス電圧を均一な電流特性のＭＯＳ型トランジスタを介してバイパスすることにより、太陽電池セルの光電変換効率を減らすことなく、太陽電池の出力特性の安定化、高性能化に寄与する太陽電池モジュール及びその製造方法を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第１導電型半導体基板及びその受光面側に形成された第１の第２導電型領域からなる太陽電池セルと、第１の第２導電型半導体領域と所定の距離で対向し且つ第１導電型半導体基板の電位と同電位になるように形成された第２の第２導電型半導体領域、第１の第２導電型半導体領域と第２の第２導電型半導体領域間に位置する第１導電型半導体基板の表面に形成された絶縁膜及びその絶縁膜の表面に第１または第２の第２導電型半導体領域の電位と同電位になるよう形成されたゲート電極からなるＭＯＳ型トランジスタとから構成されたことを特徴とする太陽電池である。
【００１０】
本発明によれば、太陽電池セルにＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）型トランジスタを集積したことにより、日蔭になった太陽電池セルに印加される逆バイアス電圧を均一な電流特性のＭＯＳ型トランジスタを介してバイパスすることができるので、太陽電池セルの光電変換効率を減らすことなく、太陽電池の出力特性の安定化、高性能化が可能になる。
また、太陽電池の製造工程とＭＯＳ型トランジスタの製造工程は基本的に同じであり、製造工程を変更することがないので、太陽電池の生産性の低下を防止することができる。
【００１１】
本発明の別の観点によれば、太陽電池セルとＭＯＳ型トランジスタとからなる太陽電池の製造方法であって、第１導電型半導体基板及びその受光面側に形成された第１の第２導電型領域からなる太陽電池セルを形成し、第１の第２導電型半導体領域と所定の距離で対向し且つ第１導電型半導体基板の電位と同電位になるように形成された複数の第２の第２導電型半導体領域、第１の第２導電型半導体領域と第２の第２導電型半導体領域間に位置する第１導電型半導体基板の表面に形成された絶縁膜及びその絶縁膜の表面に第１または第２の第２導電型半導体領域の電位と同電位になるよう形成されたゲート電極からなるＭＯＳ型トランジスタを形成したことを特徴とする太陽電池の製造方法が提供される。
【００１２】
前記太陽電池セルは、前記第１の第２導電型半導体領域のうち無反射形状に形成した受光面を含み、前記ＭＯＳ型トランジスタは、前記第１の第２導電型半導体領域のうち一部平坦にした領域を含む構成にしてもよい。
この構成によれば、太陽電池セルの受光面に入射する光量を増加させて、高出力の光電変換が可能になる。
【００１３】
前記絶縁膜をＣＶＤ法により第１の第２導電型半導体領域と第２の第２導電型半導体領域間に位置する第１導電型半導体基板の表面に形成した構成にしてもよい。
この構成によれば、均一な厚さ、質の絶縁膜を形成することができる。
【００１４】
多結晶シリコン、非晶質シリコン及び導電性を示す透明の不純物添加剤からなる透明の導電電極配線材を用いて、前記ゲート電極をＣＶＤ法により前記絶縁膜の表面に形成された構成にしてもよい。
この構成によれば、太陽電池セルの受光面に入射する光量を増加させて、高出力の光電変換が可能になる。
【００１５】
導電電極配線材を用いて、前記太陽電池セルの電流経路を前記絶縁膜の表面に形成した構成にしてもよい。
この構成によれば、太陽電池セルに印加された逆バイアス電圧を電流経路にバイパスすることができる。
【００１６】
前記第１と第２の第２導電型半導体領域を互いに対向する所定長さの櫛形状に形成した構成にしてもよい。
この構成によれば、チャンネル電流が流れる部分の有効長を増やすことができるので、逆バイパス電流が充分に流れ、逆バイアス電圧の上昇を効果的に抑制できる。
【００１７】
前記ＭＯＳ型トランジスタは、前記太陽電池セルの周辺部に連続的に形成された構成にしてもよい。
この構成によれば、太陽電池セルの受光面を大きくして太陽電池セルの光電出力を増大することができる。
【００１８】
前記ＭＯＳ型トランジスタは、前記太陽電池セルの任意の位置に形成された構成にしてもよい。
この構成によれば、太陽電池セルの受光面を大きくして太陽電池セルの光電出力を増大することができ、且つＭＯＳ型トランジスタを平均して有効に動作させることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図に示す実施例に基づいて本発明を詳述する。なお、本発明はこれによって限定されるものではない。
【００２０】
図１は本発明の一実施例である太陽電池の平面構造を示す図である。図１において、１はＰ型シリコン基板（第１導電型半導体基板）、２はＰ型シリコン基板１上に形成された第１のＮ+ 型拡散領域（第１の第２導電型半導体領域）、２'はＰ型シリコン基板１上に形成された第２のＮ+ 型拡散領域（第２の第２導電型半導体領域）、３'はＰ型シリコン基板１上に形成されたＰ+ 型拡散領域（コンタクト領域）、５は第１のＮ+ 型拡散領域２と第２のＮ+ 型拡散領域２'間に位置するＰ型シリコン基板１の表面に形成された酸化膜（絶縁膜）、７はＮchＭＯＳ型トランジスタのゲート電極となるＮ側電極、７'はＮ側電極、２２'はＮ側電極７'と電気的に接続するためのコンタクト窓を示す。
【００２１】
太陽電池セルは、Ｐ型シリコン基板１（第１導電型半導体基板）と第１のＮ+ 型拡散領域２（第１の第２導電型半導体領域）を基本構成としている。
ＮchＭＯＳ型トランジスタは、第１のＮ+ 型拡散領域２をドレイン領域、第２のＮ+ 型拡散領域２'をソース領域、Ｎ側電極７をゲート電極として構成している。また、ゲート電極の電位はドレイン領域の電位と同電位になるよう形成されている。
【００２２】
図２は本発明の―実施例である太陽電池の断面構造を示す図である。図２において、図１と同じ構成要素には同符号を記す。
１はＰ型シリコン基板（第１導電型半導体基板）、２はＰ型シリコン基板１上に形成された受光面となる第１のＮ+ 型拡散領域（第１の第２導電型半導体領域）、２'はＰ型シリコン基板１上に形成された第２のＮ+ 型拡散領域（第２の第２導電型半導体領域）、３はＰ型シリコン基板の裏面上に形成されたＰ+ 型拡散領域、３'はＰ型シリコン基板１上に形成されたＰ+ 型拡散領域、４はＰ+ 型拡散領域３の裏面の部分的に形成された酸化膜（絶縁膜）、５は第１のＮ+ 型拡散領域２と第２のＮ+ 型拡散領域２'間に位置するＰ型シリコン基板１の表面に形成された酸化膜（絶縁膜）、６は第１のＮ+ 型拡散領域２及び第２のＮ+ 型拡散領域２'に形成された熱酸化膜、７はＮ側電極（ゲート電極）、７'はＮ側電極（電流経路）、８はＰ+ 型拡散領域３に形成されたＰ側電極、９は反射防止膜、２２'はＮ側電極７'と電気的に接続するためのコンタクト窓を示す。
【００２３】
図２（ａ）は、図１の（Ａ）―（Ａ'）の断面構造を示し、図２（ｂ）は、図１の（Ｂ）―（Ｂ'）の断面構造を示す。
図１と同様に、太陽電池セルは、Ｐ型シリコン基板１と第１のＮ+ 型拡散領域２を基本構成とし、Ｐ型シリコン基板１と第１のＮ+ 型拡散領域２はＰＮ接合している。ＮchＭＯＳ型トランジスタは、第１のＮ+ 型拡散領域２をドレイン領域、第２のＮ+ 型拡散領域２'をソース領域、Ｎ側電極７をゲート電極として構成される。
【００２４】
図３は本発明の太陽電池の基本構成とその等価回路を示す図である。図３（ａ）は太陽電池の基本構成を示す。図３（ａ）に示すように、太陽電池セルは、Ｐ型シリコン基板１と受光面となる第１のＮ+ 型拡散領域２を基本構成とし、Ｐ型シリコン基板１と第１のＮ+ 型拡散領域２はＰＮ接合している。
図１及び図２と同様に、ＮchＭＯＳ型トランジスタは、第１のＮ+ 型拡散領域２をドレイン領域、第２のＮ+ 型拡散領域２'をソース領域、Ｎ側電極７をゲート電極Ｇとして構成している。また、ゲート電極Ｇはドレイン領域Ｄの電位、ソース領域ＳはＰ型シリコン基板の電位にそれぞれ固定されている。
【００２５】
図３（ｂ）は太陽電池の等価回路を示す。図３（ｂ）に示すように、太陽電池セルＳＣにＮchＭＯＳ型トランジスタＭＴが並列に接続され、ソース領域Ｓは太陽電池セルＳＣのＰ型シリコン基板１に接続され、ドレイン領域Ｄは太陽電池ＳＣのＮ+ 型拡散領域２に接続され、ゲート電極Ｇはドレイン領域Ｄに接続されている。
【００２６】
図４はＭＯＳ型トランジスタのＩr―Ｖr特性を示す図である。Ｖrはゲート電極の入力電圧を示し、Ｉrは入力電圧Ｖrに対する出力電流（チャネル電流）を示し、ＶthはＭＯＳ型トランジスタがオン動作を開始する閾値電圧を示す。
【００２７】
例えば、図３（ａ）に示す太陽電池セルＳＣの受光部が日蔭に入り、第１のＮ+ 型拡散領域２に正電位、Ｐ型シリコン基板１に負電位となる逆バイアス電圧Ｖrが印加されたとする。このとき、ゲート電極Ｇの電位はＰ型シリコン基板１より高くなり、ＭＯＳ型トランジスタの閾値電圧Ｖth（ゲート電極下のＰ型シリコン基板１の表面反転電圧）を超えると、ドレイン領域２及びソース領域２'間のＰ型シリコン基板表面にチャネル層が形成され、図４のＩr―Ｖr特性に示すチャネル電流Ｉrが流れる。
即ち、図３（ｂ）に示す逆バイアス電流Ｉrがドレイン領域Ｄとソース領域Ｓ間を流れることにより逆バイアス電圧Ｖrの上昇を抑制し、太陽電池セルのＰＮ接合部の破壊を防ぐことができる。
【００２８】
図５は本発明の一実施例である太陽電池の製造方法を示す図である。図５において、
図５（ａ）の工程では、所望の厚みのＰ型シリコン基板１の表面に酸化雰囲気にて、例えば、２００〜４００ｎｍの熱酸化膜（マスク）を形成した後、後工程で受光面としてＮ+ 型拡散領域を形成するための主面に高濃度のＰ+ 型拡散領域である基板コンタクト領域３'を形成するため、周知のフォトリソグラフィ技術により選択的に熱酸化膜を除去する。このとき、Ｐ型シリコン基板１の裏面の熱酸化膜も同時に除去する。
【００２９】
図５（ｂ）の工程では、Ｐ型シリコン基板１の両面にＢＢｒ3 等により１×１０20ｃｍ-3程度の高濃度のＰ+ 型拡散領域３'及び３を形成する。図５（ａ）の工程で形成した熱酸化膜は、Ｐ+ 型拡散領域を形成するマスクとして用いられ、Ｐ+ 型拡散領域の形成後に全面除去する。
【００３０】
図５（ｃ）の工程では、Ｐ型シリコン基板１の両面にＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition：化学気相成長法）等により４００ｎｍ前後の酸化膜４及び５を形成した後、受光面側のＮ+ 型拡散領域を形成するための領域の酸化膜５を、周知のフォトリソグラフィ技術及びエッチング技術を用いて除去した後、ＰＯＣｌ3 等により１×１０19ｃｍ-3程度の第１のＮ+ 型拡散領域２及び第２のＮ+ 型拡散領域２'を形成する。
【００３１】
図５（ｄ）の工程では、Ｎ+ 型拡散領域２及び２'の表面に、２０ｎｍ程度の薄い熱酸化膜６を形成した後、Ｐ型シリコン基板１の裏面にＰ側電極８と電気的に接続するためのコンタクト窓２１を形成し、さらに受光面側のＮ+ 型拡散領域２の表面にＮ側電極７と電気的に接続するためのコンタクト窓２２を形成する。
【００３２】
また、図１に示すように、Ｎ+ 型拡散領域２'の表面にＮ側電極７'と電気的に接続するためのコンタクト窓２２'を形成する。
以降、周知の技術を用いてＮ側電極７及びＰ側電極８を形成する。このとき、Ｎ側電極７は、図２に示すように、第１のＮ+ 型拡散領域２の一部と第２のＮ型型拡散領域２'を覆うように形成する。さらに、Ｎ+ 型拡散領域２'と高濃度のＰ+ 型拡散領域３‘とを覆うＮ側電極７'を形成する。また、その後、受光面側に反射防止膜９を形成し、太陽電池セルに逆バイアス電圧をバイパスするＮchＭＯＳ型トランジスタを集積した太陽電池の最終形状を得る。
【００３３】
図３（ａ）に示すように、第１のＮ+ 型拡散領域２の大部分である受光面を無反射形状にし、ＮchＭＯＳ型トランジスタの領域を平坦な形状にすることにより、太陽電池セルの受光面に入射する光量を増加させて、高出力の光電変換が可能な太陽電池を製造することができる。
【００３４】
多結晶シリコン、非晶質シリコン、導電性を示す不純物添加剤からなる透明な導電電極配線材料を用いて、図２に示すような、第１のＮ+ 型拡散領域２の一部の上のみを覆うＮ側電極７（ゲート電極）をＣＶＤ法により形成してもよい。
この構成により、第１のＮ+ 型拡散領域２の受光面に光が届き、高出力の光電変換が可能となる。
【００３５】
導電電極配線材を用いて、絶縁膜５の表面に太陽電池セルの電流経路を形成してもよい。絶縁膜５上の電流経路は他の導電電極配線材料でもよい。
この構成により、逆バイアス電流を電流経路にバイパスすることができる。
この電流経路は太陽電池セルの光起電力を収集するＮ側電極７'（コレクター電極）として機能する。
【００３６】
図６は本発明の別の実施例である太陽電池の平面構造を示す図である。図６において、図１と同じ構成要素には同符号を記す。また、図６に示すように、第１と第２のＮ+ 型拡散領域を互いに対向する櫛型形状に形成してもよい。
この構成により、チャンネル電流の流れる部分の有効長を増やすことができ、逆バイパス電流Ｉrが充分に流れ、逆バイアス電圧Ｖrの上昇を効果的に抑制できる。
【００３７】
図７は本発明の太陽電池セルの受光領域に対するＭＯＳ型トランジスタ領域のレイアウト例を示す図である。図７（ａ）に示すように、太陽電池の受光領域１０の周辺部に連続的にＭＯＳ型トランジスタ領域１１を形成することにより、太陽電池セルの有効受光領域を大きく取ることが可能となり、太陽電池セルの出力が増大する。
【００３８】
また、図７（ｂ）に示すように、ＭＯＳ型トランジスタ領域１１を太陽電池の受光領域の任意の位置に不連続に形成することも可能である。これにより多くのポイントで逆バイアス電圧のバイパス機能が働き、日蔭になつたセル部分からＭＯＳ型トランジスタ領域１１までの距離が長くならないため、さらにＰＮ接合部の破壊が起こりにくくなる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、太陽電池セルにＭＯＳ型トランジスタを集積したことにより、日蔭になった太陽電池セルに印加される逆バイアス電圧を均一な電流特性のＭＯＳ型トランジスタを介してバイパスすることができるので、太陽電池セルの光電変換効率を減らすことなく、太陽電池の出力特性の安定化、高性能化が可能になる。
また、太陽電池の製造工程とＭＯＳ型トランジスタの製造工程は基本的に同じであり、製造工程を変更することがないので、太陽電池の生産性の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である太陽電池の平面構造を示す図である。
【図２】本発明の―実施例である太陽電池の断面構造を示す図である。
【図３】本発明の太陽電池の基本構成とその等価回路を示す図である。
【図４】ＭＯＳ型トランジスタのＩr―Ｖr特性を示す図である。
【図５】本発明の一実施例である太陽電池の製造方法を示す図である。
【図６】本発明の別の実施例である太陽電池の平面構造を示す図である。
【図７】本発明の太陽電池セルの受光領域に対するＭＯＳ型トランジスタ領域のレイアウト例を示す図である。
【各部の説明】
１    Ｐ型シリコン基板（第１導電型半導体基板）
２    第１のＮ+ 型拡散領域（第１の第２導電型半導体領域）
２'   第２のＮ+ 型拡散領域（第２の第２導電型半導体領域）
３    Ｐ+ 型拡散領域
３'   Ｐ+ 型拡散領域
４    酸化膜（絶縁膜）
５    酸化膜（絶縁膜）
６    熱酸化膜
７    Ｎ側電極（ゲート電極）
７'   Ｎ側電極（電流経路）
８    Ｐ側電極
９    反射防止膜
１０    太陽電池の受光領域
１１    ＭＯＳ型トランジスタ領域
２１    コンタクト窓
２２    コンタクト窓
２２'   コンタクト窓
【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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