(57)【要約】【課題】  太陽電池とインターコネクタの接続部に掛かるストレスに起因する接続不良の発生を、簡便な構成で抑制する。【解決手段】  太陽電池セル１００は、半導体基板１０１と、半導体基板１０１上に設けられ、表面にインターコネクタ１０６が接続される電極１０４とを有し、電極１０４は、インターコネクタ１０６と接する部分に１つ以上の開口部１０４Ｔを備え、開口部１０４Ｔの内側領域で半導体基板１０１が露出している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、表面にインターコネクタが接続される電極と
を有する太陽電池セルであって、
前記電極は、
前記インターコネクタと接する部分に１つ以上の開口部を備え、該開口部の内側領域で前記半導体基板が露出している
太陽電池セル。
【請求項２】
前記開口部は、
前記インターコネクタの幅をＷ、前記電極の前記インターコネクタと接続される部分の幅の総和をＷ０とするとき、０．３Ｗ≦Ｗ０≦０．７Ｗとなるよう設けられる請求項１記載の太陽電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルに関し、特に、インターコネクタに接続される太陽電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルは、人工衛星又は宇宙ステーション等に電源として搭載される。人工衛星等に搭載される太陽電池セルとしては、シリコン太陽電池セル、又は、化合物系太陽電地セルなどが用いられる。複数の太陽電池セルは、インターコネクタにより直列及び並列に接続され、太陽電池モジュールを構成する。
【０００３】
太陽電池セル同士の接続に用いられるインターコネクタは、一般的に０．０５ｍｍ程度の厚さを有し、その材料としては銀箔又は金箔等が使用される。又、特許文献１に開示されているように、一般的に、インターコネクタは、パラレルギャップ溶接等により太陽電池セルの電極に接続される。
【０００４】
太陽電池が例えば人工衛星に搭載される場合、その太陽電池セルとしては、宇宙空間における過酷な温度環境下に置かれた場合であっても正常に動作することが求められる。宇宙空間における温度範囲は、例えば−１００℃以上＋１００℃以下である。内惑星探査用の人工衛星に太陽電池セルが搭載された場合、その太陽電池セルは、２００℃を超える温度環境にさらされる場合もある。
【０００５】
太陽電池セルがこのように非常に広い温度範囲の中で使用された場合、太陽電池セルの電極とインターコネクタとの間の接続部には、太陽電池セルの電極とインターコネクタの熱膨張係数の差に起因して、非常に大きな熱ストレスが係る。この熱ストレスが繰り返し発生すると、インターコネクタが太陽電池セルから剥離してしまい、接続不良が発生することがある。
【０００６】
熱ストレスを緩和する手段の一例として、特許文献１には、インターコネクタの接続部をメッシュ形状に加工することが開示されている。インターコネクタをメッシュ形状に加工することによって、そのインターコネクタは、面方向に伸び縮みすることが可能となる。
【０００７】
インターコネクタを面方向に膨張させたり収縮させたりするような応力が発生したとしても、このインターコネクタは、自身が変形することによってその応力を吸収する。このようなインターコネクタに繰り返し熱ストレスが作用したとしても、接続不良の発生は防止又は抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−０１６５７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１の場合、メッシュ形状のインターコネクタは、非常に薄い金属箔をエッチングすることによって作製されるため加工制御が困難であり、メッシュ形状の開口部の大きさにバラツキが発生しやすく歩留まりが悪くなる場合がある。
【００１０】
本発明は、係る課題に鑑み、インターコネクタに接続される太陽電池セルであって、熱ストレスに起因する接続不良の発生をより簡便な構成で抑制することが可能な太陽電池セルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられ、表面にインターコネクタが接続される電極とを有する太陽電池セルであって、前記電極は、前記インターコネクタと接する部分に１つ以上の開口部を備え、該開口部の内側領域で前記半導体基板が露出している。
【００１２】
又、前記開口部は、前記インターコネクタの幅をＷ、前記電極の前記インターコネクタと接続される部分の幅の総和をＷ０とするとき、０．３Ｗ≦Ｗ０≦０．７Ｗとなるよう設けられる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱ストレスに起因する接続不良の発生をより簡便な構成で抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】参考技術における太陽電池セル及びこの太陽電池セルに接続されたインターコネクタを示す平面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ’線に沿った矢視断面図である。
【図３】本発明の一実施形態における太陽電池セルを示す平面図である。
【図４】図３中のＡ−Ａ’線に沿った矢視断面図である。
【図５】本発明の一実施形態における太陽電池セル及びこの太陽電池セルに接続されたインターコネクタを示す平面図である。
【図６】図５中のＡ−Ａ’線に沿った矢視断面図である。
【図７】本発明の一実施形態における太陽電池セル及びこの太陽電池セルに接続されたインターコネクタを拡大して示す平面図である。
【図８】図７中のＡ−Ａ’線に沿った矢視断面図である。
【図９】本発明の一実施形態における太陽電池セルの製造方法の第１工程を示す断面図である。
【図１０】本発明の一実施形態における太陽電池セルの製造方法の第２工程を示す断面図である。
【図１１】本発明の一実施形態における太陽電池セルの製造方法の第３工程を示す断面図である。
【図１２】本発明の一実施形態における太陽電池セルの製造方法の第４工程を示す断面図である。
【図１３】本発明の一実施形態における太陽電池セルの製造方法の第５工程を示す断面図である。
【図１４】本発明の一実施形態における太陽電池セルの製造方法の第６工程を示す断面図である。
【図１５】本発明の一実施形態における太陽電池セルの製造方法の第７工程を示す断面図である。
【図１６】本発明の一実施形態における太陽電池セルの製造方法の第８工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態の説明に先立って、関連する参考技術について説明する。参考技術の説明において、同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００１６】
図１及び図２を参照して、参考技術における太陽電池セル２００について説明する。図１は、太陽電池セル２００及び太陽電池セル２００に接続されたインターコネクタ２０６を示す平面図である。図２は、図１中のＡ−Ａ’線に沿った矢視断面図である。
【００１７】
図１及び図２に示すように太陽電池セル２００は、シリコン基板２０１、ｎ＋型拡散層２０２、ｐ型電極２０３、ｎ型電極２０４、及び、反射防止膜２０５を備える。ｎ＋型拡散層２０２は、シリコン基板２０１の表面側に形成されている。ｐ型電極２０３は、シリコン基板２０１の裏面側に形成されている。ｎ型電極２０４は、ｎ＋型拡散層２０２が形成されたシリコン基板２０１の表面上に設けられる。
【００１８】
反射防止膜２０５は、ｎ＋型拡散層２０２及びｎ型電極２０４を覆うように設けられる。ｎ型電極２０４のうち、インターコネクタ２０６が設けられるパッド部分は、反射防止膜２０５が設けられていない。
【００１９】
ｎ型電極２０４の電極パッド上に設けられるインターコネクタ２０６は、メッシュ状の形状を有し、六角形状の複数の開口部２０７が設けられる。インターコネクタ２０６は、パラレルギャップ溶接などによってｎ型電極２０４上に接続される。インターコネクタ２０６とｎ型電極２０４との間には、複数の溶接部２０８が形成される。インターコネクタ２０６は、ｎ型電極２０４に接続された状態で、面方向に伸び縮みすることができる。
【００２０】
インターコネクタ２０６を面方向に膨張させたり収縮させたりするような応力が発生したとしても、このインターコネクタ２０６は、自身が変形することによってその応力を吸収することができる。このようなインターコネクタ２０６に繰り返し熱ストレスが作用したとしても、ｎ型電極２０４及びインターコネクタ２０６の間における接続不良の発生は防止又は抑制される。
【００２１】
しかしながら、冒頭に説明したように、インターコネクタ２０６は、非常に薄い金属箔をエッチングすることによって作製される。インターコネクタ２０６の素材が非常に薄いため、エッチングによる加工制御は困難であり、メッシュ形状の開口部２０７の大きさにバラツキが発生しやすく、歩留まりが悪くなる場合がある。
【００２２】
〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について、以下、図面を参照しながら説明する。実施形態の説明において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。実施形態の説明において、同一部品、相当部品に対しては、同一の符号で示し、重複する説明は繰り返さない場合がある。
【００２３】
始めに、図３及び図４を参照して、一実施形態における太陽電池セル１００の構成について説明する。図３は、太陽電池セル１００を示す平面図である。図４は、図３中のＡ−Ａ’線に沿った矢視断面図である。尚、以下の説明において、太陽電池セルの基板にシリコン基材を用いた場合を例示するが、ヒ化ガリウム等の化合物半導体基材を用いることもできる。
【００２４】
図３及び図４に示すように、一実施形態における太陽電池セル１００は、シリコン基板１０１、ｎ＋型拡散層１０２、ｐ型電極１０３、ｎ型電極１０４、及び、反射防止膜１０５を備える。ｎ＋型拡散層１０２は、シリコン基板１０１の表面側に形成されている。ｐ型電極１０３は、シリコン基板１０１の裏面側に形成されている。ｎ型電極１０４は、ｎ＋型拡散層１０２が形成されたシリコン基板１０１の表面上に設けられる。
【００２５】
反射防止膜１０５は、ｎ＋型拡散層１０２及びｎ型電極１０４を覆うように設けられる。ｎ型電極１０４のうち、インターコネクタと接する部分には、反射防止膜１０５が設けられていない。又、ｎ型電極１０４のインターコネクタと接する部分には、ｎ型電極１０４に接続されるインターコネクタの一部がｎ型電極１０４に接触しないように開口部１０４Ｔが設けられる。尚、図中、開口部１０４Ｔは、２か所設けているが、一例であり、この限りではない。
【００２６】
次に、図５及び図６を参照して太陽電池セルとインターコネクタの接続について説明する。図５は、太陽電池セル１００及びこの太陽電池セル１００に接続されたインターコネクタ１０６を示す平面図である。図６は、図５中のＡ−Ａ’線に沿った矢視断面図である。図５及び図６に示すように、インターコネクタ１０６がｎ型電極１０４に接続された状態では、開口部１０４Ｔにより、インターコネクタ１０６の一部とシリコン基板１０１の間には隙間１０４Ｓが生じる。この隙間１０４Ｓの詳細は後述する。
【００２７】
次に、図７及び図８を参照して太陽電池セルとインターコネクタの接続について更に詳細に説明する。図７は、太陽電池セル１００とインターコネクタ１０６との間の接続部分を拡大して示す平面図である。図８は、図７中のＡ−Ａ’線に沿った矢視断面図である。
【００２８】
インターコネクタ１０６とｎ型電極１０４は、ｎ型電極１０４における開口部１０４Ｔを除いた部分で接触する。又、インターコネクタ１０６は、パラレルギャップ溶接などによってｎ型電極１０４に部分的に接続される。より詳しくは、ｎ型電極１０４に設けられる開口部１０４Ｔの数に応じた複数の溶接部１０８によって接続される。
【００２９】
開口部１０４Ｔは、インターコネクタ１０６のうちのｎ型電極１０４に接続する部分の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の総和であるＷ０が、インターコネクタ１０６の全体の幅Ｗに対して０．３倍以上、０．７倍以下となるように設けられるとよい。ｎ型電極１０４に接続する部分の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の総和であるＷ０が、インターコネクタ１０６の全体の幅Ｗに対して０．３倍未満の場合、インターコネクタ１０６とｎ型電極１０４との間の接続部分の幅が狭くなり、接続強度が低下する。
【００３０】
又、ｎ型電極１０４に接続する部分の幅Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３の総和であるＷ０が、インターコネクタ１０６の全体の幅Ｗに対して０．７倍を超える場合、インターコネクタ１０６とｎ型電極１０４との間の接続部分の幅が広くなり、ストレスの緩和機能が十分に発揮されない。
【００３１】
このように構成される太陽電池セル１００が、広い温度範囲の中で使用されたとする。すると、太陽電池セル１００とインターコネクタ１０６との間の溶接部１０８には、ｎ型電極１０４とインターコネクタ１０６の熱膨張係数の差に起因して、非常に大きな熱ストレスが係る。しかし、本実施形態では、インターコネクタ１０６は、溶接部１０８によってｎ型電極１０４に対して部分的に接続されているため、ｎ型電極１０４とインターコネクタ１０６との間の溶接部１０８に面方向の応力が発生したとしても、その応力は、隙間１０４Ｓが介在することで、ｎ型電極１０４の膨縮変形又はインターコネクタ１０６の膨縮変形によって吸収される。故に、接続不良の発生が効果的に防止又は抑制される。
【００３２】
次に、図９〜図１６を参照して、太陽電池セル１００の製造工程について説明する。
先ず、図９に示すように、シリコン結晶のインゴッドをスライスすることによって、表面１０１ａ及び裏面１０１ｂを有するシリコン基板１０１を得る。シリコン基板１０１の表面１０１ａ及び裏面１０１ｂには、スライスの際にダメージ層が形成されている。表面１０１ａ及び裏面１０１ｂに形成されたダメージ層は、酸性又はアルカリ性の溶液を用いてエッチングするとよい。シリコン基板１０１は、ｐ型であってもｎ型であってもよく、シリコン基板１０１の大きさ及び厚さに制限はない。又、図示は省略するが、入射する太陽光の反射の損失を抑制するため、シリコン基板１０１の受光面にテクスチャと呼ばれるピラミッド状の微細構造を形成する場合がある。この場合は、シリコン基板２１の受光面の面方位が（１００）であることが好ましい。又、便宜上、ｐ型のシリコン基板１０１に基づいて以下説明するが、ｎ型のシリコン基板を使用する場合は、以下に記載されているｎ＋層は、ｐ＋層となる。ただし、ｎ＋層の場合とｐ＋層の場合とで、拡散条件等は異なるものとなる。
【００３３】
次に、図１０に示すように、シリコン基板１０１の表面１０１ａには酸化膜１３２が形成され、シリコン基板１０１の裏面１０１ｂには、酸化膜１３３が形成される。酸化膜１３２、１３３は、例えば、酸素雰囲気又は水蒸気雰囲気で、９００℃〜１０００℃に加熱された石英炉内に３０分〜６０分間投入されて形成される。又、酸化膜１３２、１３３は、酸化シリコン膜から形成されてもよい。この場合、酸化シリコン膜は、常圧ＣＶＤ法を用いて成膜したり、酸化シリコンを含む塗布液を乾燥させたりすることによって形成される。
【００３４】
次に、図１１に示すように、表面１０１ａに形成された酸化膜１３２は、エッチング加工によって除去される。このエッチングは、フッ酸等を用いて行なわれ、エッチングによって、シリコン基板１０１の表面１０１ａ全面が露出する。
【００３５】
次に、図１２に示すように、シリコン基板１０１の表面１０１ａ側の酸化膜１３２を除去した後、８００〜１１００℃程度に加熱された石英炉内にそのシリコン基板１０１を投入する。そして、リンを含むガスをその石英炉内に導入し、シリコン基板１０１の表面１０１ａにｎ＋型拡散層１２２を形成する。
【００３６】
次に、図１３に示すように、シリコン基板１０１の裏面１０１ｂ側の酸化膜１３３を除去した後、シリコン基板１０１の表面１０１ａ上にｎ型電極１０４を、開口部１０４Ｔを有する所定の形状に形成する。ｎ型電極１０４の材料としては、銀又はアルミニウムなどの高導電材料が用いられるとよい。ｎ型電極１０４の形成は、例えば、高真空中において電子ビームを照射し、電子ビームの加熱作用によって電極材料をシリコン基板１０１の表面１０１ａ上に蒸着させたり、電極材料を含むペーストを、スクリーン印刷法を用いてシリコン基板１０１の表面１０１ａに定着させたり、電極材料をメッキなどによって表面１０１ａに定着させたり、といった各種の手段を用いることができる。スクリーン印刷以外の電極形成法の場合は、事前にフォトリソグラフィーにより電極パターンを形成するか、又は、メタルマスク等を使用することにより、ｎ型電極１０４のパターニングを行う。更に、シリコン基板１０１とｎ型電極１０４との間に良好なオーミック接触を得るために、シリコン基板１０１の表面１０１ａへの電極材料の付着後に、シリコン基板１０１及びｎ型電極１０４に対して４００℃〜５００℃の熱処理が行なわれることが好ましい。
【００３７】
次に、図１４に示すように、酸化膜１３３の除去によって露出したシリコン基板１０１の裏面１０１ｂに、ｎ型電極１０４の形成と同様な手段を用いて、ｐ型電極１０３を形成する。
【００３８】
次に、図１５に示すように、シリコン基板１０１の表面１０１ａ及び表面１０１ａに形成されたｎ型電極１０４を覆うように、反射防止膜１０５が形成される。反射防止膜１０５は、ｎ型電極１０４の、インターコネクタ１０６の接続が予定されている部分には形成されない。尚、反射防止膜１０５は、酸化ケイ素、窒化ケイ素、酸化チタン、又は酸化アルミニウム等の材料を、単層又は複数層用いることにより形成される。反射防止膜１０５を形成するためには、例えば、高真空中において電子ビームを照射し、電子ビームの加熱作用によって反射防止膜材料を表面１０１ａ上に蒸着させたり、スパッタ法を使用したり、又は、反射防止膜材料を含む塗布液を乾燥させたり、といった各種の手段を用いることができる。反射防止膜１０５の形成の後、図示しないダイシングソーを用いてシリコン基板１０１を切断することによって、所定の大きさを有する太陽電池セル１００が得られる。シリコン基板１０１を切断する手段としては、レーザー等を用いてもよい。
【００３９】
次に、図１６に示すように、太陽電池セル１００のｎ型電極１０４に、パラレルギャップ溶接等の手段により、インターコネクタ１０６が接続される。
【００４０】
本実施形態によれば、ｎ型電極１０４のインターコネクタ１０６と接する部分に開口部１０４Ｔが形成される。したがって、ｎ型電極１０４とインターコネクタ１０６の接続にあたって、熱ストレス等に起因する接続不良の発生を、簡便な構成で抑制することが可能となる。また、インターコネクタ１０６にメッシュ等の加工を施す必要が無いため、インターコネクタ１０６を製造ないし接続する上での歩留まりが向上し、安価な打ち抜き等の加工方法を用いることが可能となる。
【００４１】
更に、ｎ型電極１０４とインターコネクタ１０６との間の接続部に面方向の応力が発生したとしても、その応力は、開口部１０４Ｔの形成によって生じる、ｎ型電極１０４とインターコネクタ１０６間の隙間１０４Ｓの介在により、ｎ型電極１０４又はインターコネクタ１０６が膨縮変形することで吸収され、接続不良の発生が効果的に防止又は抑制される。
【００４２】
又、ｎ型電極１０４への開口部１０４Ｔの形成は、シリコン基板１０１の表面１０１ａにｎ型電極１０４を形成するのと同時に行なわれるので、開口部１０４Ｔを形成するにあたって別工程を設ける必要は無く、製造費用が増加することもない。
【００４３】
又、上記実施形態は、シリコン太陽電池セルを例にして述べたが、化合物系太陽電地セルに適用することも可能である。
【００４４】
以上、本発明に基づいた実施形態について説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００４５】
１００、２００  太陽電池セル
１０１、２０１  シリコン基板（半導体基板）
１０２、２０２  拡散層
１０３、２０３  ｐ型電極
１０４、２０４  ｎ型電極
１０５、２０５  反射防止膜
１０６、２０６  インターコネクタ
１０４Ｔ、２０７  開口部
１０８、２０８  溶接部
１０１ａ  表面
１０１ｂ  裏面
１０４Ｓ  隙間
１３２、１３３  酸化膜
Ｗ、Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３  幅
【図１】
2014067802.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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