(57)【要約】【課題】  本発明は、少なくとも１つの第１ソーラセルおよびこのソーラセルに接続されている少なくとも１つの個別な保護ダイオード（１０１）を有するソーラセル・アセンブリに関する。【解決手段】  保護ダイオードは、表面コンタクトおよび裏面コンタクト（１３、１５）の他に、この表面コンタクトから離隔しておりかつｐｎ接合を挟んで表面コンタクトに電気的に接続された他のコンタクト（１４）を有し、このコンタクトからは、１つのバインダが出ており、このバインダは、第２ソーラセルに接続されており、このソーラセル自体は、第１ソーラセルに接続されていて、１つのストリングが形成される。【選択図】      図１
2008512860.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの第１ソーラセル（３０ａ、５０ａ、６０、７０）と、前記ソーラセルに接続された少なくとも１つの独立した保護ダイオード（１０１、２０、１０ａ１、１０ｂ２、１０ｂ３）と、を具備するソーラセル・アセンブリであって、前記第１ソーラセルは表面コンタクトと裏面コンタクト（３４）との間に延びる複数の光活性の半導体層を有し、前記保護ダイオードは第１導電型の半導体物質からなる基板（１１、２１）と、この基板の表面領域に形成された層（１２）または前記表面領域を被覆する第２導電型の層（２２）と、前記第２導電型の前記層に設けられた第１金属性コンタクト（１３、２３）と、前記基板上に設けられた第２金属性コンタクト（１４、２４）とを有し、前記第１および第２金属性コンタクトからは前記保護ダイオードを接続するための複数のバインダ（５ａ３、４ｂ７、４０ａ、４０ｂ、４０ｃ）が出ており、
前記第２コンタクト（１４、２４）は、前記保護ダイオード（１２１、１０ａ１、１０ｂ２、１０ｂ３）の前記基板（１１、２１）に直接接しており、前記第１金属性コンタクト（１３、２３）とは別にこのコンタクトから離隔して設けられており、ｐｎ接合を挟んで前記第１金属性コンタクトに電気的に接続されていることを特徴とするソーラセル・アセンブリ。
【請求項２】
前記基板（１１、２１）の前記第１および第２金属性コンタクト（１３、２３；１４、２４）と反対側において前記基板上には、第３金属性コンタクト（１５、２５）が設けられていることを特徴とする請求項１のソーラセル・アセンブリ。
【請求項３】
前記第３金属性コンタクト（１５、２５）は、前記第１ソーラセル（３０ａ、５０ａ、６０、７０）または第２ソーラセル（３０ｂ、５０ｂ、７０ｂ）に接続されていることを特徴とする請求項２のソーラセル・アセンブリ。
【請求項４】
前記第１および第２金属性コンタクト（１３、２３、２４；１４、２４）から出ている前記複数のバインダは、前記第１ソーラセル（３０ａ、５０ａ、６０、７０）を、第２ソーラセル（３０ｂ、５０ｂ、７０ｂ）に接続することを特徴とする請求項１のソーラセル・アセンブリ。
【請求項５】
前記第２金属性コンタクト（１４、２４）は前記第２ソーラセル（３０ｂ、５０ｂ、７０ｂ）の裏面に接続され、前記第３金属性コンタクト（１５、２５）は前記第１ソーラセル（３０ａ、５０ａ、７０）の表面に接続されており、その逆も可能であることを特徴とする請求項３または４のソーラセル・アセンブリ。
【請求項６】
前記保護ダイオード（１０１）は、前記第２ソーラセル（３０ｂ）を介してしかも前記第２金属性コンタクト（１４）を介して、前記第１ソーラセル（３０ａ）に対し逆並列に接続されていることを特徴とする請求項４のソーラセル・アセンブリ。
【請求項７】
前記保護ダイオード（１０１）は、前記第２ソーラセル（３０ｂ）を介してしかも前記第１金属性コンタクト（１３）を介して、前記第１ソーラセル（３０ａ）に対し逆並列に接続されていることを特徴とする請求項４のソーラセル・アセンブリ。
【請求項８】
前記第１および前記第２ソーラセル（７０、７０ｂ）は、少なくとも２つの保護ダイオード（１０ａ１、１０ｂ２）を介して接続されていること、および前記第１保護ダイオード（１０ｂ２）の前記第３金属性コンタクト（７１１）は、前記第２ソーラセル（７０ｂ）の前記裏面コンタクトおよび前記第２保護ダイオード（１０ａ１）の前記第２金属性コンタクトに接続されており、この保護ダイオードの第３金属性コンタクトは前記第１ソーラセル（７０）の前記表面コンタクトに接続されていること（図１３、１４）を特徴とする請求項２のソーラセル・アセンブリ。
【請求項９】
前記第１保護ダイオード（１０ｂ２）の前記第３金属性コンタクトから出ているバインダ（２００）は、前記第２保護ダイオード（１０ａ１）の前記第２金属性コンタクトから出ているバインダ（２０２）と共に、前記第１および前記第２ソーラセル（７０、７０ｂ）の表面および／またはこのソーラセルのカバーガラス（７５ａ、７５ｃ）から突出しており、前記カバーガラスの外側では、好ましくは溶着またははんだ付けによって接続されていること（図１４）を特徴とする請求項８のソーラセル・アセンブリ。
【請求項１０】
前記第１ソーラセル（３０ａ、５０ａ、７０）および／または前記第２ソーラセル（３０ｂ、５０ｂ、７０ｂ）は、平面図で、複数の面取りされた角を持った矩形であること、および前記少なくとも１つの保護ダイオード（１０１、２０、１０ａ１、１０ｂ２、１０ｂ３）は、前記複数の面取りされた角のうちの１つの角の領域に広がっていることを特徴とする請求項１または４のソーラセル・アセンブリ。
【請求項１１】
接続されてストリングに形成される複数のソーラセルは、複数の面取りした角の領域に設けられた保護ダイオード（１０１、２０、１０ａ１、１０ｂ２、１０ｂ３）を介して互いに接続されていることを特徴とする請求項１０のソーラセル・アセンブリ。
【請求項１２】
前記保護ダイオード（１０１、２０、１０ａ１、１０ｂ２、１０ｂ３）は、平面図で、三角形の形状を有することを特徴とする請求項１０または１１のソーラセル・アセンブリ。
【請求項１３】
前記保護ダイオード（１０１、２０、１０ａ１、１０ｂ２、１０ｂ３）は、三角柱の形状を有することを特徴とする請求項１０または１１のソーラセル・アセンブリ。
【請求項１４】
前記保護ダイオード（１０１、２０、１０ａ１、１０ｂ２、１０ｂ３）は、基礎面Ｆを有し、好ましくは約０．７ｃｍ2≦Ｆ≦１ｃｍ2、特に約０．８ｃｍ2≦Ｆ≦０．９ｃｍ2であることを特徴とする請求項１または１２のソーラセル・アセンブリ。
【請求項１５】
好ましくは、前記第１および／または前記第２ソーラセル（３０ａ、５０ａ、７０；３０ｂ、５０ｂ、７０ｂ）の各々の面取りした角に、保護ダイオード（１０１、２０、１０ａ１、１０ｂ２、１０ｂ３）が設けられていることを特徴とする請求項１０のソーラセル・アセンブリ。
【請求項１６】
前記第１導電型がｎ型であり、前記第２導電型がｐ型であり、またはその逆であることを特徴とする請求項１のソーラセル・アセンブリ。
【請求項１７】
前記第１ソーラセル（３０ａ、５０ａ、７０）および／または前記第２ソーラセル（３０ｂ、５０ｂ、７０ｂ）は、好ましくはＧｅボトムセル、好ましくはＧａＩｎＡｓミドルセルおよび好ましくはＧａＩｎＰトップセルを有するトリプルセルであることを特徴とする請求項１のソーラセル・アセンブリ。
【請求項１８】
２つの並設されたソーラセル（７０、７０ｂ）は、２つの保護ダイオード（１０ａ１、１０ｂ２）を介して互いに接続されていること、
前記２つのソーラセルはソーラセルの表面がｎ型であること、
前記２つの保護ダイオードのうちの一方（１０ｂ２）は、表面側で、第２導電型の層においてｐ型であること、
他方の保護ダイオード（１０ａ１）は、裏面側で、第２導電型の層においてｎ型で且つ第３金属性コンタクトを有すること（図１３）
を特徴とする請求項１または２のソーラセル・アセンブリ。
【請求項１９】
前記第１保護ダイオード（１０ｂ２）の裏面コンタクトは、前記第２ソーラセル（７０ｂ）の裏面および前記第２保護ダイオード（１０ａ１）の前記第２金属性コンタクトに接続されていること、
前記第２保護ダイオードの、前記ストリングの表面側において広がっている第３金属性コンタクトは、前記第１ソーラセル（７０）の表面コンタクトに接続されていること、
前記第２保護ダイオードの、前記ストリングの裏面側において広がっている前記第１金属性コンタクトは、前記第１ソーラセルの裏面に接続されていること（図１４）、
を特徴とする請求項８のソーラセル・アセンブリ。
【請求項２０】
ｐｎ接合を有する複数のソーラセルにおいて、前記第１保護ダイオードはｎｐ接合を、前記第２保護ダイオードはｐｎ接合を有することを特徴とする請求項８のソーラセル・アセンブリ。
【請求項２１】
請求項１乃至２０のいずれか１項の保護ダイオードを用いて、ソーラセルのストリングを接続する方法であって、
複数のソーラセルを、裏面をベース上にして配置し、
前記複数のソーラセルの表面コンタクトを第１バインダに接続し、
１つまたは複数の透明なカバーを前記複数のソーラセルの表面に取り付け、
前記複数のソーラセルを裏返し、
第１および第２ソーラセルを前記第１バインダによって接続してストリングを形成し、
保護ダイオードをソーラセル相互間の空き領域に入れ、
前記保護ダイオードを前記複数のソーラセルに接続し、
このようにして製造されたストリングをベースに接続する（図６）、
ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項１乃至２０のいずれか１項の保護ダイオードを用いて、ソーラセルのストリングを接続する方法であって、
複数のソーラセルを、裏面をベース上にして配置し、
保護ダイオードを、前記複数のソーラセル相互間の空き領域に入れ、
前記複数のソーラセルの表面コンタクトを、前記保護ダイオードの前記ストリングの表面側で広がっている前記第３コンタクト（裏面コンタクト）に接続し、
前記複数のソーラセルの表面コンタクトを複数の第１バインダに接続し、
１つまたは複数の透明なカバーを前記複数のソーラセルの表面および前記複数の保護ダイオードに取り付けること、
前記保護ダイオードの前記ストリングの裏面側で広がっている前記第１および第２コンタクト（表面コンタクト）を、複数の隣接するソーラセルの裏面コンタクトに接続し、
前記複数のソーラセルを裏返し、
このようにして製造されたストリングをベースに接続すること（図８）、
ステップを有することを特徴とする方法。
【請求項２３】
複数の保護ダイオードの複数の第３のコンタクトを、前記複数のソーラセルの表面領域に設けること、および複数の隣接したソーラセルを、少なくとも夫々１つの保護ダイードによって、直列に接続し、同時に、前記保護ダイオードを、前記複数の隣接したソーラセルの１に逆並列に接続すること（図６）を特徴とする請求項１９の方法。
【請求項２４】
２つの隣接するソーラセルの間に２つの保護ダイオードを設け、これらの保護ダイードのうちの一方の第３コンタクトおよび他方の第１および第２コンタクトを、前記複数のソーラセルの表面側に設けること、前記複数の隣接するソーラセルを前記２つの保護ダイオードによって直列に接続すること、前記複数の保護ダイオードを前記複数のソーラセルの裏面側で広がっているコンタクトによって接続すること（図１３）を特徴とする請求項２１の方法。
【請求項２５】
前記複数のソーラセル（７０、７０ｂ）の裏面側で広がっている、前記複数の保護ダイオード（１０ａ１、１０ｂ２）のコンタクトからは、第２バインダ（２００、２０２）が出ており、これらのバインダは、前記ソーラセルのストリングの外側で且つこのストリングの表面側で接続されること（図１４）を特徴とする請求項２１の方法。
【請求項２６】
第１導電型の半導体材料からなる基板（１１、２１）と、この基板の表面領域に形成された層（１２、２２）または前記表面領域を被覆する第２導電型の層と、前記第２導電性を有する前記層に設けられた第１金属性コンタクト（１３、２３）と、前記第１金属性コンタクトとは別にこのコンタクトから離隔し且つ絶縁された状態でｐｎ接合を挟んで接続されておりかつ前記保護ダイオードの前記基板に直接接している前記第２金属性コンタクト（１４、２４）とを具備し、ソーラセル・アセンブリに設けられる保護ダイオードとして用いるためのダイオード（１０１、２０、１０ａ１、１０ｂ２、１０ｂ３）。
【請求項２７】
前記基板（１１、２１）の、前記第１および第２金属性コンタクト（１３、２３；１４、２４）と反対側において、第３金属性コンタクト（１５、２５）が設けられていることを特徴とする請求項２６のダイオード。
【請求項２８】
前記保護ダイオードに設けられた前記ｐｎ接合が、ショットキー・コンタクトへと代えられていることを特徴とする請求項２６のダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面コンタクトと裏面コンタクトとの間に広がる複数の光活性の半導体層を有する少なくとも１つの第１ソーラセルと、ソーラセルに接続された少なくとも１つの独立した保護ダイオードを具備するソーラセル・アセンブリに関する。保護ダイオードは、第１導電型の半導体材料からなる基板と、この基板の表面領域に形成された層または表面領域を被覆する第２導電型層と、第２導電型の層に設けられた第１金属性コンタクトと、基板上に設けられた第２金属性コンタクトとを有する。第１および第２金属性コンタクトからは、保護ダイオードを接続するための複数のバインダが出ている。さらに、本発明はソーラセルのストリングを接続するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ソーラセル製造の重点は、特に宇宙飛行用セルの場合、非常に高い効率で太陽光を電流へと変換できるがため、安価なケイ素から、材料や製造するのが非常に高価なＩＩＩ−Ｖ族の半導体ソーラセルへと傾いている（ＩＩＩは周期系のＩＩＩ族の元素、例えばＧａまたはＩｎ；Ｖは周期系のＶ族の元素、例えばＡｓまたはＰである）。
【０００３】
このようなソーラセルの場合、光活性層は、高価な結晶質の成長工程（エピタキシ）によって、通常は多くの様々な単結晶の層を、通常は、ケイ素に比べて非常に高価な単結晶のゲルマニウム・プレート（Ｇｅ基板ウェハ）上に析出することによって形成される。これらのエピタキシ・ウェハは、層を析出した後に、太陽光を変換するために必要なすべての元素を含むことになる。このエピタキシ・ウェハは、製造された後は、半導体技術において通常のフォトリソグラフィ方法およびエッチング、金属化被覆および反射防止被覆等によって、ソーラセルへと再加工され、最後にプレートから切り出される。
【０００４】
様々なＩＩＩ−Ｖ族の材料から各層やこれらの層の組成を適切に選択することによって、すなわち光の種々の波長に対して感度の異なる層を重ねて析出して、いわゆる「マルチ接合」ソーラセルへ加工することができる。こうして、セルは高い効率を発現する。実際に適用される状態では、トリプルセルとされている。すなわち、積層された３つのサブ・セルがあり、２つのサブ・セルはエピタキシで成長するとともにＩＩＩ−Ｖ族の材料からなり、第３のサブ・セルはアクティブに混合されたＧｅ基板からなる。通常は、現在、ＩＩＩ−Ｖ族ソーラセルは、直径が１００ｍｍの円形のウェハ（基板）（４インチウェハ）から製造される。
【０００５】
トリプルセルは、積層されかつ直列に接続された３つのソーラセル（トリプルセルの全効率を高めるために異なった分光感度を有する３つのセル（サブ・セル）；「マルチ接合」セル：複数のサブ・セルを有するセル）を有する３重セルである。
【０００６】
トリプルセルの形態を取ったこのようなマルチ接合ソーラセルは、例えば、Ｇｅ基板上に形成されたＧｅボトムセル、ＧａＩｎミドルセルおよびＧａＩｎＰトップセルから構成することが可能である。
【０００７】
エピタキシ・ウェハの価格は、実際に、ケイ素ソーラセルを製造するためには、同一の大きさのケイ素ウェハの価格の２０倍よりも高い。ＩＩＩ−Ｖ族のソーラセルを製造するためのエピタキシ・ウェハの形態の出発材料の価格が高いので、ソーラセルの製造工程の中での欠損を減少させるためには、工程ステップの数を出来る限り少なく保つほうがよい。その目的は、このことによって、セルの最終価格の更なる価格の上昇を避けるためである。
【０００８】
ＩＩＩ−Ｖ族の化合物およびゲルマニウムの比重量がケイ素に比べて大きく（係数約４）、かつ人工衛星を宇宙へと輸送するための費用が高いので、ＩＩＩ−Ｖ族のウェハは標準的な半導体技術（例えばＩＣ製造）よりも薄いことが通常である。このことによって、製造費が増大すると共に、欠損のリスクが一層高くなる。特に、その理由は、Ｇｅ基板がＳｉウェハよりも著しく脆いからでもある。
【０００９】
複数のセルを接続してストリング（パネル上で望ましい動作電圧での、直列に接続された複数のソーラセルのユニット；パネルは独語ではPaneeleである；人工衛星の場合に普通であるように、複数のソーラセルを備えた面（主翼））を形成するための費用をなるべく安く保つためには、しかし同時に、最新のＩＩＩ−Ｖ族のセルの動作電圧がＳｉセルの何倍にもなるのでストリングが余りにも短くなることを避けるためには、セルは比較的大きいことが望ましい。同時に、エピタキシ・ウェハの価格が高いので、セル用のウェハのなるべく大きな面を利用することが望ましい。したがって、費用上の理由から、２つの切り取られた角を有する約８ｃｍ×４ｃｍのセル（いわゆるクロップト・コーナー・セル）が一般的となった。４インチのウェハからは、２つのセルが得られる。角を切り取ることによって、完全に矩形のセルの場合よりも、セル用のウェハ面のより大きな部分を利用することができる。
【００１０】
質的には不十分な２ｍｍ幅のウェハ縁部および１００ｍｍの直径のウェハの場合、７２．４ｃｍ2の面ができる。２つの矩形のセルでは、最大で、６．７９ｃｍ×６．７９ｃｍ＝４６．１ｃｍ2（６４％）を実現することができる。他方、例えば角を１．３５ｃｍの切り取られた、辺の長さが８ｃｍ×４ｃｍの２つのセルの場合、６０．３４ｃｍ2の面ができる。よって、ウェハ面の８３％を使用することが可能である。このような形状であるため、これらのセルによって、パネルの面を完全に埋めることはできない。セル相互間の角には、光を変換することには利用されない三角形の領域が残る。
【００１１】
ソーラセルを形成する広い面積の半導体ダイオードの場合、半導体材料のｐｎ接合による、高オーミックで局部的な小さな面積で電気的に接続されてしまうこと（微小短絡）は、たいてい避けることができない。これらの微小短絡は、例えば、製造の最中に表面が損傷することによって、あるいは、特に、ＩＩＩ−Ｖ族のソーラセルの場合のようなエピタキシャル化されたｐｎ接合の場合に、ドーパントが凝集すること（異種半導体材料）によって、例えば結晶欠陥（例えば、僅かなずれのある結晶格子による損傷）において発生する。これらの微小短絡は、ソーラセルとしてのダイオード（順方向におけるｐｎ接合）の機能を低下させないか、またはほとんど低下させないが、ストリングにおいて、逆方向でのセルの作動中にセルの破壊をもたらすことがあることが知られている。ｐｎ接合での電流の阻止の際に、高いストリング電圧ＵSの光電流は、出力Ｎ＝ＵS・ＪSをもって、高オーミックな微小短絡によって抑制され得る。このことによって、局部的に、強い加熱が発生したり、低抵抗のための再ドーピング（半導体の強い異種化）を必要としたり、最後にはセルの破壊をもたらすことがある。
【００１２】
このようにセルが破壊されることは、いわゆるバイパスダイオードまたは保護ダイオード、すなわち、遮蔽されたセルのｐｎ接合に逆並列にダイオードを接続することによって保護される。このダイオードは、セルのｐｎ接合が電流の流れを阻止するときにこの電流に対して順方向となるように電極に接続されており、電流を、まさしくこの電流の場合に順方向におけるこのダイオードの特性曲線に対応する電圧Ｕｄの際に、通過させる。ストリングの両端における電圧Ｕｒは、セルの不足電圧Ｕｍおよびダイオードの順方向電圧−Ｕｄによって低下する。すなわち、Ｕｒ＝Ｕｓ−Ｕｍ−Ｕｄが成り立つ。セルが遮蔽されていない状態では、保護ダイオードのｐｎ接合は、当該ソーラセルの順方向電圧のみに対応する逆電圧の場合と同一の電圧により、電流の流れを阻止する。
【００１３】
遮蔽の際にストリングにおける個々のセルの破壊を防ぐために、ダイオードをセルに逆並列に電気的に接続するという形でセル用の保護ダイオードを用いることが、知られている。
【００１４】
ＩＩＩ−Ｖ族のセルに関しては、解決策として、複数の保護ダイオード（モノリシックダイオード）をモノリシックに組み込むことがある。このような保護ダイオードは、通常、追加された工程ステップにおいて、直にウェハ上でのエピタキシの形成の最中にセルと同様の素子から製造される。そして、追加の技術ステップにおいて、複数のセルの製造の際に該セルへ加工され、次に、セル上に位置することになる（例えば、DE-A-3 826 721，US-A-2002/0179141を参照）。
【００１５】
これらの解決策の根本的な欠点は、セルの活性面が減少することである。したがって、保護ダイオードの寸法は、一般的に、なるべく小さい値とされる。このことによって、電流が流れる際の保護ダイオードの電圧、従って出力が高まる。このことは、長期的に見れば、破壊をもたらし、あるいは、保護ダイオードがセルの一部であるので、局部的に、保護ダイオードでの強い加熱をもたらす。これは望ましくない。
【００１６】
モノリシックダイオードによって、ウェハの面では、追加のコストすなわち追加のエピタキシ層およびセルを製造する際に追加の技術的工程が必要となるので、これらのダイオードによって生まれる追加のコスト要因は無視できない。モノリシックダイオードは格子整合されたＩＩＩ−Ｖ族の材料によってのみ形成できるので、選択できるダイオード（高い順方向電圧を有するＩＩＩ−Ｖ族ダイオードのみ）の型の幅は僅かである。
【００１７】
したがって、セルの製造に関係なく製造可能であり、このためより自由に材料を選択できる独立したダイオードを選択することが好ましい。このダイオードは、さらに、セルに関係なく選択したり試験したりできるという利点を有する。それ故に、製造中にダイオードが損傷してしまったからといって、同時に、高価なセルが未使用となることにならない。
【００１８】
モノリシックに組み込まれた保護ダイオードの代わりにソーラセルに独立したダイオードを取り付けると、一般的に、複数のソーラ主翼（ソーラパネル）メーカーが取り付けを行なうのに追加の費用が必要となる。このことは、特に、矩形のソーラセルで主翼の面を完全に満たす場合に当てはまる。それ故に、保護ダイオードを取り付けるために、ソーラセルの平面でなく、ソーラセルの上方または下方にリード線を設けなければならない。このことは、パネル製造の際のコストが高くなることを意味する。さらに、主翼の重量が、追加が必要となる長いリード線ケーブルによって増加することになる。
【００１９】
US-A-4,481,378からは、直列に接続されたソーラセルおよび保護ダイオードを有するソーラセル・モジュールが読み取れる。各々の保護ダイオードは、それぞれ１つのセルに逆並列に接続されている。これらの保護ダイオードは、隣接するセルの裏面に接続されており、ソーラセル相互間の領域に設けられている。
【００２０】
US-B-6,563,289によれば、もともと矩形であったソーラセルから角が切り取られ、この角は、保護ダイオードとして、逆に分極された状態で、ソーラセルに接続されている。
【００２１】
US-B-6,353,176に記載されたソーラセル・アセンブリは、複数の除去された角を有するソーラセルを具備する。こうすることによって、これらの角に、保護ダイオードを設けることができる。
【００２２】
US-B-6,034,322に記載の電流制限保護機能を有するソーラセル・アセンブリは、角が傾斜した縁とされた矩形のソーラセルを具備する。こうすることによって、この縁に、ソーラセルを保護するために三角形のダイオードを設置することができる。バインダとしては、ソーラセルが平面において移動することを可能にするバインダが用いられる。
【００２３】
US-A-2003/0029494によれば、保護ダイオードがソーラセルのストリングに組み込まれる。バインダは、保護ダイオードの表面から、隣接するソーラセルの裏面へと延びている。隣接するソーラセルは、ストリングにおいて、保護されるソーラセルの表面に直列に接続されている。保護ダイオードの裏面コンタクトは、保護されるセルの裏面に延びている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
本発明の基礎となっている課題は、上記のタイプのソーラセル・アセンブリやソーラセルおよび／またはストリングのようなソーラセル複合体を、ソーラセルの材料に仕方なく依存することを必要とせずに、１つまたは複数の保護ダイオードによって保護できるように改善することである。さらに、保護ダイオードとソーラセルとを問題なく接続することが可能であり、同時に、重量が大きく増加することを回避可能であることが意図されている。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明では、上記課題は、実質的に以下によって解決される。すなわち、第２コンタクトが、保護ダイオードの基板に直接接し、第１金属性コンタクトとは別にこのコンタクトから離隔して設けられ、第１金属性コンタクトにｐｎ接合を挟んで電気的に接続されていることによって解決される。この場合、第１または第２金属性コンタクトは第２ソーラセルの裏面に接続し、第３金属性コンタクトは第１ソーラセルの表面に接続することができる。さらに、保護ダイオードは、第２ソーラセルを介してしかも第１または第２金属性コンタクトを介して、第１ソーラセルに対し逆並列に接続される。
【００２６】
特に、１つの独立した保護ダイオードを有するソーラセル・アセンブリが提案される。この保護ダイードは、表面領域に関して、保護ダイオードのｎｐ接合および／またはｐｎ接合に加えて以下のように構成されている。すなわち、第２金属性コンタクトと保護ダイオードの基板との間に直接的なオーミックコンタクトが形成されている。結果、一方でソーラセル相互間の導電的な接続が可能となり、他方で保護ダイオードが保護対象のソーラセルに対し逆並列に接続されるようになる。
【００２７】
本発明では、ストリングにおいてソーラセルを保護するという課題は、実質的に、逆並列に接続され且つ第１導電型の半導体本体（基板）からなる独立したダイオードによって解決される。このダイオードでは、表面において、第２導電型の半導体領域上にある第１金属性コンタクトの他に、このコンタクトから離隔して、第１導電型の半導体上に、ｐｎ接合によって電気的に分離された第２金属性コンタクトが設けられている。この第２コンタクトは、基板に直接電気的に接続されている。そして、ソーラセルの種類およびダイオードの基板をどの導電型にするかに応じて、第１または第２コンタクトを介して、バインダによって、保護対象のソーラセルの裏面は、ダイオードに電気的に接続され、ダイオードの第２または第１金属性コンタクトそれぞれに、ストリングにおいて保護対象のセルに直接続くセルの裏面が接続される。この裏面自体は、ソーラセルを直列に接続してストリングを形成するために、バインダによって先行する保護対象のセルの表面に電気的に接続されている。このことによって、ダイオードは、複合体において、保護対象のソーラセルに対して逆並列に設けられた保護ダイオードを形成する。
【００２８】
一実施形態で提案されていることは、第１および第２ソーラセルが、少なくとも２つの保護ダイオードを介して接続されていること、および第１保護ダイオードの第３金属性コンタクトが、第２ソーラセルの裏面コンタクトおよび第２保護ダイオードの第２金属性コンタクトに接続されており、この保護ダイオードの第３の金属性コンタクトが第１ソーラセルの表面コンタクトに接続されることである。こうして、ソーラセル同士が簡単に接続されるとともに保護ダイオードが保護対象のソーラセルに接続される。
【００２９】
２つの保護ダイオードによって２つのソーラセルを接続する際に、保護ダイオードは、第２金属性コンタクトが第１金属性コンタクトに接続されているように、および第１および第２金属性コンタクトの下方に第２導電型の表面領域が位置するように、形成することができる。
【００３０】
第１および第２保護ダイオードから出ており且つこれら保護ダイオードを互いに接続させるバインダを容易に接続することができるように、本発明の別の提案によれば、第１保護ダイオードの第３金属性コンタクトから出ているバインダは、第２保護ダイオードの第２金属性コンタクトから出ているバインダと共に第１および第２ソーラセルの表面および／またはこのソーラセルのカバーガラスから突出しており、またカバーガラスの外側で溶着またははんだ付けによって接続されることが好ましい。
【００３１】
ソーラセルが１つの保護ダイオードによって接続されているか、複数の保護ダイオードによって接続されているかは別にして、本発明の独自発明的な提案は、第１ソーラセルおよび／または第２ソーラセルが平面図で矩形でありまた角が面取りされていること、および少なくとも１つの保護ダイオードが面取りされた角の１つの領域に広がっていること、を提案する。このことによって、パネルの表面が最適な形で利用されるとともに保護ダイオードとソーラセルとを簡単に接続できる。
【００３２】
特に、接続されてストリングにされる複数のソーラセルが、対応する保護ダイオードによって接続されていることが提案されている。この場合、面取りされた角のそれぞれに、１つの保護ダイオードを設けることができる。この場合、保護ダイードおよびソーラセルは同一面に位置している。
【００３３】
本発明では、保護ダイオードが平面図で三角形の形状を有することが提案されている。
【００３４】
特に、保護ダイオードが三角柱の形状を有することが提案されている。
【００３５】
この場合、面取りされた角と、これらの角が除去される前の縁の長さが８ｃｍの正方形の面のソーラセルにおいて、保護ダイオードが、基礎面Ｆを有し、好ましくは約０．７ｃｍ2≦Ｆ≦１ｃｍ2、特に約０．８ｃｍ2≦Ｆ≦０．９ｃｍ2であるのがよい。
【００３６】
さらに、本発明は、ソーラセルのストリングを接続する方法に関する。この方法は、以下の方法ステップを有することを特徴とする。
【００３７】
・ソーラセルを、裏面をベース上にして、配置すること、
・ソーラセルの表面コンタクトを第１バインダに接続すること、
・１つまたは複数の透明なカバーをソーラセルの表面に取り付けること、
・ソーラセルを裏返すこと、
・第１および第２ソーラセルを第１バインダによって接続してストリングを形成すること、
・保護ダイオードをソーラセル相互間の空き領域に入れること、
・保護ダイオードをソーラセルに接続すること、
・このようにして製造されたストリングをベースに接続すること。
【００３８】
この場合、特に、保護ダイオードの挿入前に、相互に隣接するソーラセルが、第１バインダによって直列に接続される。
【００３９】
一実施形態では、保護ダイオードの裏面コンタクト、すなわち、第３コンタクトを、ソーラセルの表面側に設けること、および相互に隣接するソーラセルを、少なくともそれぞれ１つの保護ダイオードによって直列に接続するとともに保護ダイオードをソーラセルの１つに逆並列に接続することが提案されている。
【００４０】
特に、以下の方法ステップが提案されている。
【００４１】
ａ）ソーラセルを、裏面をベース上にして、配置すること、
ｂ）保護ダイオードを、ソーラセル相互間の空き領域に入れること、
ｃ）ソーラセルの表面コンタクトを、保護ダイオードの、ストリングの表面側で広がる第２コンタクト（裏面コンタクト）に接続すること、
ｄ）１つまたは複数の透明なカバーをソーラセルの表面に取り付けること、
ｅ）ソーラセルを裏返すこと、
ｆ）保護ダイオードの、ストリングの裏面側で広がっている第１および第２コンタクト（表面コンタクト）を、隣接するソーラセルの裏面コンタクトに接続すること、
ｇ）このようにして製造されたストリングをベースに接続すること。
【００４２】
この場合、ストリングは、ベースとの接続の前に、裏返すことができる。
【００４３】
さらに、本発明は、２つの隣接するソーラセルの間に２つの保護ダイオードを設け、これらの保護ダイードのうちの一方の裏面コンタクト（第３金属性コンタクト）および他方の表面コンタクト（第１および第２金属性コンタクト）を、ソーラセルの表面側に設けること、この隣接するソーラセルを２つの保護ダイオードによって直列に接続すること、および保護ダイオードを、ソーラセルの裏面側で広がっているコンタクトによって接続することを提案する。この場合、ソーラセルの裏面側で広がっている、保護ダイオードのコンタクトからは、第２バインダが出ており、これらのバインダは、ソーラセルのストリングの外側で接続される。
【００４４】
独自の発明では、第１導電型の半導体材料からなる基板と、この基板の表面領域に形成された層または表面領域に被覆されかつ第２導電型の層と、この第２導電型の層に設けられた第１金属性コンタクトと、第１金属性コンタクトとは別にこのコンタクトから離隔しかつ絶縁された状態でｐｎ接合を挟んで接続されており且つ保護ダイオードの基板に直接接している第２コンタクトと、を具備する、ソーラセル・アセンブリに設けられる保護ダイオードとして用いるためのダイオードが提案されている。
【００４５】
この場合、保護ダイオードに設けられたｐｎ接合は、ショットキー・コンタクトへと代えることができる。
【００４６】
本発明の他の詳細、利点および特徴は、請求項から、これらの請求項から読み取ることができかつ単独でおよび／または組合せて用いられる特徴からのみならず、図面から見て取れる好適な実施形態の以下の記載からも明らかである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４７】
以下、図から読み取れる実施の形態を参照して、ソーラセル用の独立した保護ダイオードのデザイン、および、これらの保護ダイオードをソーラセルのストリングまたはソーラセルのパネルへ組込むことについて詳述する。なお、同一の要素には、同一の参照符号または対応の参照符号が付される。
【００４８】
図１には、第１実施形態の、本発明に係る保護ダイオード１０１が示されている。この保護ダイオードは、ケイ素、ゲルマニウムのような半導体材料あるいはＧａＳまたはＧａＰまたはＧａＩｎＡｓまたはＧａＩｎＰのような周期系のＩＩＩおよびＶ族の材料からなる。本体すなわち基板１１に、ｐ型になるようにドーパントをドープすることができる。同時に保護ダイオード１０１の表面側でもある表面側では、表面までドープによってｎ型とされた領域１２が形成されている。この領域は、基板１１と共に、逆方向において良好な遮断を行うｎｐ接合（ｎアップ型ダイオード）、すなわち実際の保護ダイオードを形成する。
【００４９】
図１において明示されているように、ｎ型にドープされた領域が、基板１１の表面の一部分にのみ広がっている。ｎ型にドープされた領域の外面は、金属性コンタクト１３によって覆われている。このコンタクトを第１コンタクトと呼ぶ。裏面に沿って、基板１１と同じ導電型の導電性のコンタクト１５が延びており、基板とオーム接触している。このコンタクトを第３コンタクトと呼ぶ。第１コンタクト１３から離れかつこのコンタクトに対して絶縁された状態で、基板１１の表面に他の金属性コンタクト１４が形成されている。したがって、金属性コンタクト１４は、ｎ型にドープされた領域１２の外側に位置している。金属性コンタクト１４は、基板１１とオーム接触している。このコンタクトを第２コンタクトと呼ぶ。保護ダイオード１０１の表面に設けられた導電性の第１および第２コンタクト１３、１４と、裏面コンタクト１５（第３コンタクト）とを介して、以下に記載のように、ソーラセル同士が接続されている。
【００５０】
他の保護ダイオード１０２は、図２から読み取ることができる。図のように、ｎ型にドープされた表面領域１２は、上面全体に沿って広範囲に広がっている。そして、ｎ型にドープされた領域１２は、第１金属性コンタクト１３によって覆われている。構造に関するその他の点では、保護ダイオード１０２は、保護ダイオード１０１と同じである。
【００５１】
実際には、保護ダイオード１０１、１０２の特性を改善するために、複数の絶縁層および／またはパッシベーション膜および／または金属膜が、半導体および／または半導体層１１、１２上にまたは金属性コンタクト１３、１４、１５の様々な部分の上に形成されていてもよい。
【００５２】
保護ダイオード１０１、１０２の寸法は、これらの保護ダイオードを、ストリング内のソーラセルによって覆われていない領域に設けることができるように選択することが適当である。これらのソーラセルが、クロップト・コーナー・セルとして、すなわち面取りされまたは切り取られた角を有するソーラセルとして形成されていることが好ましい。この場合、保護ダイオード１０１、１０２は、ソーラセルを以下に記載の方法で接続するためには、ソーラセルの除去された角で、特に、互いに隣接する複数のソーラセルの領域に設けられるのがよい。
【００５３】
ｎアップダイオードであるｎｐ接合を有する保護ダイオード１０１、１０２の代わりに、ドーピングの性質が交換されたソーラセルに対して用いるために、ドーピングの性質を交換した保護ダイオードを用いることもできる。この場合、ドーピングは交換される。すなわち、ｐ→ｎおよびｎ→ｐである。
【００５４】
図３には、原理に関しては保護ダイオード１０１と同じである、本発明に係る保護ダイオード２０の他の実施の形態が示されている。保護ダイオード２０の場合、表面において、まず、ｐｎ接合は、表面の一方の面で、全面に亘って製造することができる。例として、適当なドーパントをイオン注入または拡散するか複数の層をエピタキシャル析出し、続いて基板２１と逆のドーパントがドープされた領域２２の一部を除去すること（エッチング）が挙げられる。図３に示した保護ダイオード２０は、ｐアップ型の保護ダイオードであり、ｐ型の層２２上には、金属性コンタクト２３が第１コンタクトとして形成されている。このコンタクトから離隔され、このコンタクトから絶縁され、ｎ型の基板２１とオーミック接触する第２金属性コンタクト２４が設けられている。基板２１の裏面に沿って、第３金属性コンタクト２５すなわち裏面コンタクトが広がっている。
【００５５】
上記のタイプの保護ダイオード、すなわち、保護ダイオード１０１、１０２および２０、特に図１および図３の保護ダイオードを、種々の用途で用いることができることが好都合であることを、保護ダイオード２０を参照して説明する。この目的のために、この保護ダイオードには、接点Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３、Ｋ４を含んだ電気回路図（ＳｔＫｒ）と、内部で電気的に作用する複数の素子、すなわち、ダイオード（Ｐ（ｐアップ））、接点Ｋ１とＫ２またはＫ４とＫ３それぞれの間に延びている抵抗Ｒ１およびＲ２、ｎ型の基板２１の中を通って実施形態では水平方向に延びている抵抗Ｒ４、ならびに裏面のコンタクト２５（第３コンタクト）において支配的な抵抗Ｒ２が示されている。
【００５６】
Ｉ＝１Ａの電流が想定される場合に、内部抵抗Ｒ１乃至Ｒ４において電圧が低下するため、ダイオード２０では、電圧低下に加えてｐｎ接合において生じる最大限の電圧損失ΔＶの大まかな値は、ΔＶ＝Ｒ・ＩおよびＲ＝［（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）・Ｒ４］／［Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４］から算出される。この大まかな計算は、算出される抵抗が常に実際の抵抗よりも大きく、したがって電圧損失が実際にはより小さくなるように実行される。
【００５７】
算出の例として、ダイオード１０１に対応しかつ２０ｍΩｃｍのＳｉ基板（ρ１＝２Ｅ−２Ωｃｍ）から製造されているダイオードを用いる。その形態は図６の形態に対応する。ダイオード１０１の面はＦ１＝１ｃｍ2であり、ｐ−（１４）およびｎ−（１３）領域は、常に、Ｆｎ＝Ｆｐ＝０．５ｃｍ2である。ただし、ダイオードの下面の二重面は考慮しない。ダイオード１０１の厚さはＤ１＝１５０μｍ＝０．０１５ｃｍであり、コンタクト１３と１４の間の分離縁部Ｂ１の長さはＢ１＝１．２ｃｍであり、両コンタクトの間隔Ｓ１はＳ１＝１００μｍ（０．０１ｃｍ）であり、Ａｇからなる金属膜（ρ２＝１．６Ｅ−６Ωｃｍ）の厚さＤ２は、Ｄ２＝１０μｍ（０．００１ｃｍ）、複数のバインダ４０ａと４０ｂの間の間隔Ａ１は、Ａ１＝０．５ｃｍであるとする。
【００５８】
抵抗率ρおよび抵抗の外的な形状すなわち長さＬおよび断面Ｆから抵抗を算出するために、式Ｒ＝ρ・長さＬ／断面Ｆを用いて、評価を行なう。
【００５９】
Ｒ１およびＲ３（基板２１にある垂直方向の抵抗）については、ρ１＝２Ｅ−２Ωｃｍのケイ素という評価が当てはまる。
【００６０】
２つのＲ１およびＲ２には、面Ｆ＝Ｆｐ（１４）＝Ｆｎ（１３）＝０．５ｃｍ2、
長さＬ＝Ｄ１＝０．０１５ｃｍ
Ｒ１＝Ｒ３＝１．５Ｅ−４Ωが当てはまる。
【００６１】
Ａｇからなるコンタクト金属におけるＲ２については、厚さＤ２＝１０μｍ（０．００１ｃｍ）、ρ＝１．６Ｅ−６Ωｃｍが当てはまる。
【００６２】
Ｆは、Ｆ＝Ｄ２・Ｂ１＝０．０００６ｃｍ・１．２ｃｍ＝７．２Ｅ−４ｃｍ2から計算される。
【００６３】
長さＬ＝Ａ１＝０．５ｃｍ、
Ｒ２＝６．６Ｅ−４Ωである。
【００６４】
Ｒ４（基板における水平方向の抵抗）には、ρ１＝２Ｅ−２Ωｃｍのケイ素が成り立つ。
【００６５】
Ｆは、厚さＤ１およびＢ１から定まり、Ｆ＝Ｄ１・Ｂ１＝１．２ｃｍが得られる。
【００６６】
長さＬ＝Ａ１＝０．０１ｃｍ
Ｒ４＝１．１Ｅ−２Ω
電圧損失ΔＶ＝Ｒ・I：
ΔＶ＝［（Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３）・Ｒ４］／［Ｒ１＋Ｒ２＋Ｒ３＋Ｒ４］・Ｉ
ΔＶ＝０．８８Ｅ−３Ｖ＝０．８８ｍＶである。
【００６７】
実際には、この電圧低下はずっと少ない。
【００６８】
ケイ素のダイオードを用いる際に、ｐｎ接合における電圧低下が約０．６８Ｖ（６８０ｍＶ）であるので、保護ダイオードの内部抵抗における電圧低下は、追加される値のうちの非常にわずかな割合にしかならない。
【００６９】
以下の説明を基にして、ソーラセルの標準的な結合技術を考慮して、本発明に係る保護ダイオードの使用方法について詳述する。
【００７０】
直径が１００ｍｍのエピタキシャル・ウェハ３１を基にしてＩＩＩ−Ｖ族の材料から製造され、面取りされた角（「クロップト・コーナー」）３２を有するソーラセル３０の、現在よく用いられるデザインが、図４から概略的に見て取れる。そして、この図は、光入射側から示されている。セル３０相互間をストリング内で電気的に直列に結合する部材（バインダ）を取り付けるための複数の接触面３４を有する金属製の集電バー３３は、２つのクロップト・コーナー３２によって区画される、２つの長辺の短い方の側にある。これらの長辺は、ストリング内で直列に結合される複数のセルに直接隣接している。ウェハ面を最適な形で利用するには、セル３０の縁の長さａ、ｂ、ｃは、例えば、ａ＝８ｃｍ、ｂ＝４ｃｍおよびｃ＝１．３５ｃｍである。
【００７１】
この場合、ストリングの面上には、縁ｂおよびｃの角の間の角度が４５°であるとき、光変換を行うためには用いられない面として、長さＬｄ＝約０．９５ｃｍ／０．９５ｃｍ／１．３５ｃｍの縁を有する三角形の面すなわち面Ｆｄ＝約０．９ｃｍ2が残ることになる。
【００７２】
図５には、横断面兼切欠図で、セルからセルへの結合方法およびセルからダイオードへの結合方法が概略的に示されている。ダイオードは図２のタイプに対応する。説明を行うために、４ｂ７が付されている電流線図も示されている。
【００７３】
ソーラセル３０ａ、３０ｂは、トリプル型のソーラセルである。例えば、ゲルマニウム基板上にＧｅボトムセルが、このボトムセル上にはＧａＩｎＡｓミドルセルが、最後に、ＧａＩｎＰトップセルが被覆されている。これらのセルは、トンネルダイオードによって分離されている。この点に関しては、よく知られたソーラセルのタイプを参照されたい。ソーラセル自体は、接着剤４ｂ６によって、基部４ｂ５に固定されている。光入射面では、ソーラセル３０ａ、３０ｂ、また保護ダイオード１０２が、接着剤４ｂ３ａ、４ｂ３ｂを用いてカバーガラス４ｂ２ａ、４ｂ２ｂによって覆われている。
【００７４】
本実施形態ではセル３０ａ、３０ｂの最も上の半導体層はｎ型である（ｎアップセル）が、このことによって本発明に係る教示が限定されることはない。
【００７５】
担体４ｂ５の機能を果たすパネルのためのストリングの通常の製造法を用いて、まず、バインダ４ｂ１がソーラセル３０ａ、３０ｂの光入射面（表面）上に、表面のコンタクト面３４に固定される。次に、カバーガラス４ｂ２ａが、接着剤４ｂ３ａによって設けられる。この状態では、ソーラセルはＣＩＣ（connector integrated cell）またはＳＣＡ（solar cell assembly）とも呼ばれる。次に、これらのソーラセルは、ストリングとの結合のために裏返されてその裏面が上方に位置する。次に、バインダ４ｂ１は、例えば溶着またははんだ付けによって、隣接するセルの、実施形態では、隣接セル３０ｂの裏面と電気的に接続される。
【００７６】
この時点で、本発明に係るダイオード１０２、すなわち、実施形態では、ｎアップソーラセル３０ａ用のｎアップダイオードが、セル３０ａの切り取られた角（クロップト・コーナー）へ、または、同一のタイプであるがデザイン的には鏡面対称の本発明に係るダイオード１０２が、その各々の切り取られた角へ特に容易にはめ込まれる。例えば、ｎ型の面には、すなわち、図示のｎアップダイオードの場合、ｐ型のコンタクトである金属性コンタクト１５にはバインダ４ｂ１に対応するバインダ４０ｂが取り付けられ、ｎ型の領域１２を覆う金属性コンタクト１３には第２バインダ４０ａが取り付けられる。ダイオード１０２は、クロップト・コーナーの位置に挿入されて、一方ではセル３０ｂの裏面と保護ダイオード１０２の金属性コンタクト１５とを導電的に接続し、他方ではバインダ４０ａを介してコンタクト１３とソーラセル３０ａの裏面コンタクトとを導電的に接続する（電流線図４ｂ７を参照）。ｐアップダイオードを使用する際には、コンタクト１３および１５が交換される。ダイオード１０２は、同様に、接着剤４ｂ３ｂによってカバーガラス４ｂ２ｂと接着することが可能である。あるいは、セル３０ａのカバーガラス４ｂ２ａは、ダイオード１０２に直に貼り付けられまた上記の方法で電気的に接続できるほどの大きさにデザインされている。
【００７７】
接着剤４ｂ６を用いてストリングを基部４ｂ５に形成するというパネル製造の更なるプロセスは、保護ダイオード１０２を組込むことによって影響を受けないことは明らかである。
【００７８】
原理的に図５と同一のデザインのｐアップセルに関しては、例えば、対応の逆のドーピング特性を有するダイオード１０２が同じ方法によって使用可能である。
【００７９】
ダイオード１０１（図１）であれば、より容易に組み込むことができる。何故ならば、図６から明らかなように、配列したストリングへ挿入する前に、ダイオード１０１をバインダに取り付ける必要がないからである。
【００８０】
図６には、セル３０ａからセル３０ｂへ接続およびセル３０ａ、３０ｂと保護ダイオード１０１との接続の様子の横断面が概略的に示されている。ここでも、説明のために、電流線図４ｂ７が示されている。本発明から逸脱することなく、図１に示すダイオード１０１の代わりに、図３に示すダイオード２０を組み込むことができる。同様のことが、他の実施の形態にも当てはまる。
【００８１】
ソーラセル３０ａ、３０ｂは、図５との関連で記載されたソーラセルである。このため、図５に関する説明を参照されたい。これらのソーラセルは、ｎアップ型のソーラセル３０ａ、３０ｂであるが、本発明を限定することはない。パネル用のストリングの標準的な製造工程では、まず、バインダ４ｂ１が、ソーラセル３０ａ、３０ｂの光入射面で、表面コンタクト３４に取り付けられ、次に、カバーガラス４ｂ２ａが接着剤４ｂ３を用いて設けられる。ストリングに接続するための、ＣＩＣと呼ばれる対応のソーラセル３０ａ、３０ｂが裏返される。その結果、裏面が上を向き、次に、例えば溶着またははんだ付けによって、バインダ４ｂ１を、各々の隣接セル、すなわち実施の形態ではセル３０ｂに電気的に接続する。
【００８２】
同時に、上記したように、保護ダイオード１０１が挿入される。この保護ダイオードは、ｎアップセルに照応してｎアップダイオードであって、逆並列に接続される。この場合、保護ダイオード１０１は、セル３０ａのクロップト・コーナーの位置に取り付けられる。場合によっては、各々のクロップト・コーナーにも、対応の保護ダイオード１０１を挿入することができ、この保護ダイオードのデザインは鏡面対称的である。この場合、取り付けは、図５の実施形態よりも簡単である。何故ならば、ダイオード１０１を、並設されているセル３０ａ、３０ｂのアセンブリに入れた後に、ｎ型にドープされた層１２に沿って広がる金属層と第１金属性コンタクト１３との間のバインダ４０ａおよび４０ｂがソーラセル３０ａの裏面に、そしてｐ型基板１１上に直に広がっている導電性の第２コンタクト１４がソーラセル３０ｂの裏面に、セル相互間で接続されることが必要だからである。ここでも、適切に、ダイオード１０１が、接着剤４ｂ３ｂによってカバーガラス４ｂ２ｂと接着されていてもよいし、あるいは、セル４ｂ２ａのカバーガラスが、ダイオード１０１に直に貼り付けられ且つ電気的に接続されるように、十分に大きくデザインされる。
【００８３】
ストリングを他の接着剤４ｂ６によってベース４ｂ５に取り付けことなどのパネル製造の他の方法ステップは、ダイオード１０１を組込むことによって影響されることはない。
【００８４】
非常に重要な方法ステップを有する上記の前記プロセスを、再度、図１５において完全に原理的な形で示す。
【００８５】
図６のデザインと原理的に同じデザインのｐアップセルについては、図１の対応するダイオードが相当する。ただし、基板がｎ型であり、ドープされた表面層がｐ型であるという変更がなされている。
【００８６】
また、保護ダイオード１０１が、第１コンタクト１３が第２ソーラセル３０ｂの裏面コンタクトに接続され、第２コンタクト１４が第１ソーラセル３０ａの裏面に接続されるように、第１ソーラセル３０ａと第２ソーラセル３０ｂとの間に接続することもできる。このような接続の場合、ｐｎ接合が対応して再ドープされていなければならない。
【００８７】
図７には、保護ダイオード１０１を有する複数のセル３０ａ、３０ｂのストリングの２つの部分図が、裏面から見た状態で、切り取られた形で示されている。これらのセルは接続されてストリングを形成する。ここでは、セルのストリングは、保護ダイオード１０１とソーラセル３０ａおよび／またはソーラセル３０ｂとの間の接続が互いに異なる点で、異なっている。
【００８８】
図８から、本発明に係る保護ダイオードの好ましい実施の形態および利用方法が見て取れる。保護ダイオードは、ソーラセルに対し逆並列に接続されているのみならず、同時に、互いに隣接するセル相互間の接続を担うものの一部として用いられる。パネルをより容易に製造する方法が、図８乃至図１０および図１６から明らかとなる。同様に、互いに接続されるソーラセル５０ａ、５０ｂは、ｎアップセルのタイプであるが、このことによって一般化されるという制限を課すものではない。この場合、２つの保護ダイオード１０１および／または２０は、鏡面対称的なデザインになることが適切であり、図９および図１０から直接分かるように、連なったソーラセル５０ａ、５０ｂを接続するために用いることが有用である。この場合、各々の保護ダイオード１０１は、接着剤５ａ１によって共通のカバーガラス５ａ２を設ける前に、ソーラセル５０ａの面取りされた角に、バインダ５ａ３によって電気的に接続される。また、セル５０ａの表面がダイオード１０１の下面に接続されており、すなわち、図１、図３の第３のコンタクト１５および／または２５が、接続されてストリング状に形成されるソーラセル５０ａ、５０ｂの表面に沿って広がっている。この目的を達成するために、セル５０ａのデザインにおいて、接触面５ａが面取りされた角（クロップト・コーナー）の縁において形成されている。これらの接触面は集電ジョー５ａ７に接続されている。次に、保護ダイオード１０１および／または２０を有するソーラセル５０ａは、保護ダイオード１０１および／または２０の基板１１に直接接する第２金属性コンタクト１４および／または２４とセル５０ｂの裏面との間にバインダ４０ａを取り付けることによって、またｐ型にドープされた層１２に設けられた第１導電型のコンタクト１３および／または２３とソーラセル５０ａの裏面との間にバインダ４０ｂを取り付けることによって、接続され、またストリングに組み込まれている。さらにパネル上へ取り付けることに関しては、上記の説明と同じである。
【００８９】
図８には、重要なダイオードおよび抵抗を有する電流線図５ａ４が示されている。
【００９０】
図１６の操作シーケンスから分かるように、共通のカバーガラス５ａ２の取り付け前でも、バインダ４０ｂを、セル５０ａの裏面とダイオード１０１のコンタクト１３との間に取り付けることができる。
【００９１】
図１６から、保護ダイオード１０１つまり保護ダイオード２０をソーラセル５０ａ、５０ｂに接続するとともにソーラセル５０ａに逆並列に接続するための操作シーケンスを、完全に原理的な形で見て取ることができる。例えば、まず、保護ダイオード１０１が、ソーラセル５０ａ、５０ｂの「空いている」角に設けられ、第１ソーラセル５０ａと第２ソーラセル５０ｂとの各々の表面コンタクトが、保護ダイオード１０１の通常は裏面コンタクトと呼ばれる第３コンタクトに接続される。ここでは、第１および第３ソーラセル５０ａ、５０ｂのそれぞれに対して、別個の保護ダイオード１０１が設けられている。この目的を達成するために、第１バインダ５ａ３が用いられる。この時点で、すでに、バインダ４０ｂが取り付けられていてもよい。次に、保護ダイオードが接続された各ソーラセルに、カバーガラス５ａ２が貼り付けられ、こうして製造されたユニットが裏返される。次に、前もって行われていない場合、複数の保護ダイオード１０１の第１および第２コンタクト１３、１４が、第１および第２ソーラセルに接続、例えば溶着される。この結果、ソーラセルを同時に組込みつつ、ソーラセルを直列に接続してストリングを形成する。こうして製造されたストリングを裏返した後に、ストリングは、通常の方法でパネル上に貼り付けられる。
【００９２】
この例についての、例示的な方法によって保護ダイオードを使用することによってセル５０ａと５０ｂの間で生じる追加の電圧低下の評価が図３から分かる。この場合、電流が接点Ｋ２からＫ４へ流れる。電流は、直列の抵抗Ｒ２＋Ｒ３を通って流れる（抵抗Ｒ２＋Ｒ３は並列に位置しており、全抵抗を大して減少させない）。したがって、Ｉ＝１Ａの電流が流れる場合の電圧低下は、せいぜい、
ΔＶ＝（Ｒ２＋Ｒ３）・Ｉ＝（６．６Ｅ-４＋１．５Ｅ-４）・１Ａ＝８．１Ｅ-４Ｖ＝０．８１ｍＶであり、実際には、より小さい。
【００９３】
ソーラセルが大型化する傾向にあるため、主軸が約８ｃｍ・８ｃｍの複数のソーラセルを導入することがますます確実になる。この場合、４”（４インチ）ウェハにつき、１つのセルが製造される。したがって、用意したコストの減少が特に重要であると同時に、容易に組み込める独立した保護ダイオードを使用することが重要である。
【００９４】
図１１は、このようなソーラセル６０の、計４つのクロップト・コーナー６２を有する場合の考えられるデザインを示す。上記の説明では、このようなソーラセル６０を、隣接セルを有する、このようなデザインの１つまたは２つの保護ダイオードに接続することができる。
【００９５】
図１２に示すソーラセル７０では、集電ジョー７３が、導電性を有しながら、クロップト・コーナー７６の縁または角の領域に据えられた４つのコンタクト面７の全てに接続されている。このようなソーラセル７０の特殊なデザインによって、４つのダイオード１０ａ１、１０ａ２、１０ｂ１、１０ｂ２がセル７０を保護し、前のセル７０ａ―続いてセル７０ｂ―が、図８のみとの関連における説明に従って裏面に沿って接続される。ここで、セルは本発明に係る保護ダイオードと内部で接続され、本発明に係る保護ダイオード同士が外部で接続される。図１３は、セル７０を有するパネルの横断面を完全に原理的な形で示している。これらのセルは、それぞれ、４つのクロップト・コーナーを有する。セル同士は接続され、この接続は、いわゆる外部のバインダ７１１を介して、ＳＣＡ７５（ＳＣＡ＝solar cell assembly＝ソーラセル７０および相互接続されたダイオード１０ａ１、１０ａ２、１０ｂ１、１０ｂ２は、表面で（光入射面で）、接着剤７８によって、共通のカバーガラス７７に取り付けられている）の裏面で、保護ダイオード１０ａ１、１０ａ２、１０ｂ１、１０ｂ２によってなされる。これらの保護ダイオードは、いわゆる内部の（ＳＣＡ内の）バインダ７６によってセルと接続されている。
【００９６】
ダイオード１０ｂ１および１０ｂ２としては、図２に対応するダイオードならびに図１および図３に対応しかつ逆の導電型の保護ダイオードを用いることができる。なぜなら図１に対応するダイオードの第２コンタクト１４がバインダを取り付けるために必要ではなくなって第１コンタクト１３の面が表面全体を占めることによってダイオードの電気抵抗を減ずることができるからである。
【００９７】
外部での接続方法の変形例の概略は、図１４から見て取ることができる。ダイオード１０ａ１の側、およびこれらのダイオードに隣接して延びかつ逆の導電型の図１および図２のタイプのダイオードには短絡の恐れがないので、外側のバインダの各々の半体を、カバーガラス７７の面を介して、ＣＩＣの表面へ導くことができる。これにより、例えば溶着またははんだ付け（矢印を参照）によって電気的接続を実施できる。このような技術の利点は、パネルの最終的な完成直前までＳＣＡを測定することができ、故障の場合に、ＳＣＡの修理、例えば交換を比較的容易に実行できる点にある。このようなバインダによって、静電気の放電を防止するカバーガラス７７の表面をセルと接続することができるようになる。
【００９８】
特に、図７、図９、図１０および図１２からは、保護ダイオード２０、１０１が、平面図で、三角形の形状、好ましくは直角および特に同じ長さの辺を有する三角形を有することが明らかである。他の形状とすることも可能である。このような形状と係わりなく、保護ダイオードによって、ソーラセル相互間でクロップト・コーナーによって作られる空間が埋められる。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】保護ダイオードの第１実施形態を示す。
【図２】他の保護ダイオードを示す。
【図３】回路図を伴った保護ダイオードの図１に代えた実施形態を示す。
【図４】半導体ウェハから製造され且つ角を面取りされた２つのソーラセルの原理図を示す。
【図５】ソーラセルのストリングを横断面の一部を示す。
【図６】保護ダイオードによって接続されているソーラセルを有するパネルの横断面を示す。
【図７】異なった形状を有する保護ダイオードを有するストリングの一部の背面図を示す。
【図８】保護ダイオードによって接続されているソーラセルを有するパネルの他の実施形態の一部を示す。
【図９】保護ダイオードによって接続されているストリングの、光入射面の一部を示す。
【図１０】図９を裏面から見た図を示す。
【図１１】角を面取りされたソーラセルの原理図を示す。
【図１２】面取りされた角と、これらの角に設けられた保護ダイオードとを有するソーラセルを示す。
【図１３】それぞれ２つの保護ダイオードによって接続されたソーラセルを有するパネルの横断面を示す。
【図１４】図１３に示した保護ダイオードによるソーラセルの接続の実施形態を示す。
【図１５】複数のソーラセルを接続するための第１工程の原理図を示す。
【図１６】複数のソーラセルを接続するための第２工程の原理図を示す。
【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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【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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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月1日(2006.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
EP-A-0 984 496(US-B-6,353,176)に記載のソーラセル・アセンブリは角を除去されたソーラセルを具備し、これらの角には、保護ダイオードを設けることができる。これらの保護ダイオード自体は、もともと矩形のソーラセルから切り離された部分である。ダイオードのｐｎ接合は、表面と裏面の間に位置している。
WO-A-03/012880は、図５の実施形態でショットキー・ダイオードとして形成されている一体型の保護ダイオードを有するソーラセルを提案している。
【国際調査報告】
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