(57)【要約】      （修正有）【課題】太陽電池の大型化によるコスト低減を阻害する部品製造コスト上昇を回避する。具体的には、大型化された太陽電池と保護用ダイオードを接続する接続金具が長くなることを抑制した保護用組込太陽電池を提供する。【解決手段】通常、太陽電池１として使用されない円形半導体基板９の周縁部も太陽電池１に残し、接続点間距離の増加を無くして部品製造コストの上昇と接続の信頼性の低下を回避する。周縁部を残すことによる太陽電池の性能低下は周縁部のＰＮ接合層を分離する溝部１５を設けることで回避する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
保護用ダイオードを並列接続した太陽電池セルを、直列に複数接続して構成される保護用ダイオード組込太陽電池であって、
前記太陽電池セルは、前記太陽電池セルの基板上に積層した半導体層において結晶欠陥が他の領域より多い領域の半導体層と、前記他の領域の半導体層を分離する溝部を備えることを特徴とする保護用ダイオード組込太陽電池。
【請求項２】
保護用ダイオードを並列接続した太陽電池セルを、直列に複数接続して構成される保護用ダイオード組込太陽電池であって、
前記太陽電池セルは、当該太陽電池セルを切出した円形半導体基板の端部に相当する領域の半導体層と、当該端部を除いた前記円形半導体基板の内側部に相当する領域の半導体層とを分離する溝部を備えることを特徴とする保護用ダイオード組込太陽電池。
【請求項３】
前記端部は、前記円形半導体基板の端から２ｍｍ程度内側までの領域であることを特徴とする請求項２記載の保護用ダイオード組込太陽電池。
【請求項４】
前記太陽電池セルは、少なくとも一箇所について前記端部を含むように切出され、略左右上下対称の８角形の形状を備えることを特長とする請求項２、３いずれか記載の保護用ダイオード組込太陽電池。
【請求項５】
前記溝部は、前記太陽電池セルの上面を構成する一辺の辺上の所定位置から他の辺の辺上の所定位置に至るまで形成されることを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の保護用ダイオード組込太陽電池。
【請求項６】
請求項１乃至５いずれか記載の保護用ダイオード組込太陽電池であって、
前記保護用ダイオードの裏面電極と、当該保護用ダイオードを並列接続する太陽電池セルの裏面電極とは裏面接続金具により電気的に接続され、
前記保護用ダイオードの表面電極と、隣接する太陽電池セルの裏面電極とは表裏接続金具により電気的に接続され、
前記保護用ダイオードを並列接続した太陽電池セルの表面電極と、前記隣接する太陽電池セルの裏面電極とは前記表裏接続金具で電気的に接続されることを特徴とする保護用ダイオード組込太陽電池。
【請求項７】
請求項１乃至６いずれかの保護用ダイオード組込太陽電池を搭載した人工衛星。
【請求項８】
保護用ダイオード組込太陽電池の組立方法であって、
保護用ダイオードの裏面電極と、当該保護用ダイオードを並列接続する太陽電池セルであって、基板上に積層した半導体層において結晶欠陥が他の領域より多い領域の半導体層と前記他の領域の半導体層を分離する溝部を備えた太陽電池セルの裏面電極とを、裏面接続金具を用いて電気的に接続する工程と、
前記保護用ダイオードの表面電極と、隣接する太陽電池セルの裏面電極とを、表裏接続金具を用いて電気的に接続する工程と、
前記保護用ダイオードを並列接続する太陽電池セルの前記他の領域の半導体層上の表面電極と、前記隣接する太陽電池セルの裏面電極とを前記表裏接続金具を用いて電気的に接続する工程とを備えることを特徴とする保護用ダイオード組込太陽電池の組立方法。
【請求項９】
電気的に直列接続して太陽電池を構成する太陽電池セルであって、
前記太陽電池セルは、基板上に積層した半導体層において結晶欠陥が他の領域より多い領域の半導体層と前記他の領域の半導体層とを分離する溝部と、
前記他の領域の半導体層上に形成され、前記直列接続するための電極と、
前記基板裏面に形成され、前記直列接続するための電極と、
を備えることを特徴とする太陽電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、人工衛星搭載用の保護用ダイオード組込太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
１枚の太陽電池セルが発生する電圧は、太陽電池セルの種類により異なるが、高々０．５Ｖから３Ｖの範囲である。そのため、使用する所定の電圧を得るために複数の太陽電池セルを直列に接続した回路を構成したものを電源とすることが一般的であって、一般的な太陽電池セル回路では、隣り合って配置された太陽電池セルの表側電極と裏側電極に接続部品を接合して複数の太陽電池セルを直列に接続している。
このように直列に接続された太陽電池列の一部に、人工衛星に搭載されたアンテナ等の影が落ちた場合、影になった太陽電池に残りの影になっていない太陽電池の発生する電流が逆方向に流れ、発熱により太陽電池が破損する現象（ホットスポット）が起こることが知られている。ホットスポットから太陽電池を保護する手法としては太陽電池に並列に保護用ダイオードを敷設する方法が一般的である。
【０００３】
従来、例えば特許文献１に記載されるように、太陽電池セルへの保護用ダイオードの組込みに伴う製作費用の増加及び信頼性の低下を低減し、かつ、太陽電池セルの表側電極の面積を減らして太陽電池セルの発電量を増加するよう、保護用ダイオードを付設した接続方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４０３９９４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、後述のように、太陽電池を大型化するために、円形結晶性半導体基板から切出す太陽電池を１枚として上下左右に対称の八角形にした場合、保護用ダイオードと隣接する太陽電池の間の距離が大きくなり、保護用ダイオードと太陽電池を接続する接続部品が長くなる。接続部品は金属箔材から作られることが多いため、接続部品が長くなると、材料取り効率が低下して接続部品の製造コストが上昇するという課題あった。
また、低価格化のために線膨張係数の大きな金属を材料とした場合には、温度が変化した際に太陽電池及び保護用ダイオードへの接合点に発生する熱加重が増大し、接合の信頼性が低下するという課題があった。
【０００６】
この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、保護用ダイオードと隣接する太陽電池セルの間を接続する接続部品のコストを低減する保護用ダイオード組込太陽電池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】
【０００７】
この発明に係る保護用ダイオード組込太陽電池は、保護用ダイオードを並列接続した太陽電池セルを直列に複数接続して構成される保護用ダイオード組込太陽電池であって、前記太陽電池セルは、前記太陽電池セルの基板上に積層した半導体層において結晶欠陥が他の領域より多い領域の半導体層と、前記他の領域の半導体層を分離する溝部を備える。
【発明の効果】
【０００８】
この発明に係る保護用ダイオード組込太陽電池によれば、１枚の円形結晶性半導体基板から１枚を切出した大型電池に、接続金具の製造コスト上昇及び接続の信頼性の低下を招くことなく、保護用ダイオードを組込んだ保護用ダイオード組込太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の実施の形態１において、太陽電池セルを円形結晶性半導体基板９から切出す場合の太陽電池セル１の形状を示す平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における保護用ダイオード組込太陽電池の構造の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態１における保護用ダイオード組込太陽電池の構造の一例を示す側面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における保護用ダイオード組込太陽電池の構造の一例を示す断面図である。
【図５】従来の、１枚の円形結晶性半導体基板９から２枚の保護用ダイオード組込太陽電池セルを切出す場合の太陽電池セル１の形状を示す平面図である。
【図６】従来の、１枚の円形結晶性半導体基板９から２枚の保護用ダイオード組込太陽電池セルを切出した場合の、従来の保護用ダイオード組込太陽電池の構造を示す平面図である。
【図７】従来の保護用ダイオード組込太陽電池の構造の一例を示す断面図である。
【図８】従来の保護用ダイオード組込太陽電池１枚を１枚の円形結晶性半導体基板９から切出す場合の太陽電池セル１の形状を示す平面図である。
【図９】従来の１枚の円形結晶性半導体基板９から１枚切出した従来の保護用ダイオード組込太陽電池の構造を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
まず、従来の人工衛星搭載用の保護用ダイオード組込太陽電池について説明した後に、本発明に係る保護用ダイオード組込太陽電池の詳細について説明する。
図５は、保護用ダイオード組込みを考慮した太陽電池セルの円形結晶性半導体基板からの切出しを示す図である。
１枚の円形結晶性半導体基板９から２枚の保護用ダイオード組込太陽電池セルを切出す場合の例であり、切出した太陽電池セル１（上半分）、太陽電池セル１１（下半分）の形状を示した平面図である（太陽電池セル１（上半分）、太陽電池セル１（下半分）を以下では太陽電池セル１（上）、１（下）とする。太陽電池セル１（上）と太陽電池セル１（下）は円形結晶性半導体基板９からの切出し箇所が対称部分であり、同じ特性を有するものとする）。
太陽電池セル１（上）、太陽電池セル１（下）は、円形結晶性半導体基板を有効利用するために、２つのコーナークロップを有する６角形とする。
【００１１】
図６は、太陽電池セル１（上）、太陽電池セル１（下）を直列に接続した回路構成を示した図である。円形結晶性半導体基板から切出した太陽電池セル１（上）、太陽電池セル１（下）が有するコーナークロップに三角形平板型保護用ダイオード２を付設し、裏面接続金具３、表裏接続金具８で電気的に接続される。
図６において、表裏接続金具８ａは、保護用ダイオード２ａの表面（紙面上面側）と太陽電池セル１（下）の裏面（紙面裏面側）を電気的に接続し、また、太陽電池セル１（上）の表面と太陽電池セル１（下）の裏面（紙面裏面側）を電気的に接続する。
ここで、保護用ダイオード２ａの表面と太陽電池セル１（下）の裏面を電気的に接続する箇所の表裏接続金具８ａの長さをｄ２とする。保護用ダイオード２ａの端と太陽電池セル１（下）の端が近接しているため、表裏接続金具８ａの長さｄ２も、比較的短く済む。
【００１２】
図７は、図６の回路構成を基板厚方向（図６のＡ方向）から見た断面図である。
図７において、表裏接続金具８ａは太陽電池セル１（上）の表側電極４ａ、４ｂ、４ｃや、保護用ダイオード２ａの表側電極６ａや、太陽電池セル１（下）の裏面電極５ｂのそれぞれに、パラレルギャップ溶接等の方法にて接合されている。
これにより、太陽電池セル１（上）と太陽電池セル１（下）は直列に接続され、かつ、太陽電池セル１と保護用ダイオード２は電気的に並列に接続される。
同様に、続く太陽電池セル１の間についても電気的接続が繰り返される。このように接続することで太陽電池セル１同士を直列に接続すると同時に太陽電池セル１に逆方向電圧が加わっても太陽電池セル１が破損するのを防ぐことができる。
【００１３】
次に、図８は、部品点数の削減によるコスト低減を目的に太陽電池セルを大型化するために、１枚の円形結晶性半導体基板９から切出す太陽電池セルを１枚とし、上下左右に対称の八角形にしたときの太陽電池セル１の形状を示す平面図である。
【００１４】
ここで、太陽電池用として、円形結晶性半導体基板９上に生成される半導体層は必ずしも円形結晶性半導体基板全域に亘っては一様でなく、特に、基板の端部は結晶欠陥等が多い。このため、通常、基板の端面から２ｍｍ程度内側の有効エリア１０の外側は太陽電池としては使用せず、有効エリア１０から太陽電池セル１が切出される。
【００１５】
このように、基板の有効エリア１０から１枚を切出した太陽電池セル１を用いて保護用ダイオード組込太陽電池を製造した場合、コーナークロップのために、図９に示すように、保護用ダイオード２と隣の太陽電池セル１の間の距離が図６のときより大きくなる。保護用ダイオード２の表面と太陽電池セル１の裏面を接続する部分の表裏接続金具８の長さが長くなる。
具体的には、図９において保護用ダイオード２ａの表面と太陽電池セル１ｂの裏面を接続する部分の表裏接続金具８ａの長さ（＝ｄ１）が、これに相当する箇所で、図６で示した表裏接続金具の長さ（＝ｄ２）よりも長くなる。
【００１６】
接続金具は金属箔材から作られることが多いため、接続部品（例えば表裏接続金具）が長くなると、材料取り効率が低下して接続部品の製造コストが上昇するという課題あった。
また、低価格化のために線膨張係数の大きな金属を材料とした場合には、温度が変化した際に太陽電池及び保護用ダイオードへの接合点に発生する熱加重が増大し、接合の信頼性が低下するという課題があった。
【００１７】
実施の形態１．
以下、図１〜図４を用いてこの発明に係る実施の形態１について説明する。
宇宙用の太陽電池のうち、III−Ｖ属化合物半導体太陽電池は図４に示すように、Ｇｅ等の結晶性半導体基板１４の上にＩｎＧａＰ系などの接合層を薄膜形成することで製作される。
なお、本実施の形態では、基板１４上には第１のＰＮ接合１１、第２のＰＮ接合１２及び第３のＰＮ接合１３が形成され、太陽光の受光面側に設けられた表側電極６と裏面に設けられた裏面電極を介して電力が取出される３接合太陽電池の場合を説明するが、ＰＮ接合の数はこれには限られない。
【００１８】
ここで、先述のように、生成される半導体層は必ずしも円形結晶性半導体基板９全域に亘っては一様でなく、特に、円形結晶性半導体基板９の端部は欠陥が多いため、通常は、円形結晶性半導体基板９の端面から２ｍｍ程度内側の有効エリア１０の外側は太陽電池としては使用せず、有効エリア１０から太陽電池が切出される。このため、図８に示した従来例では隣接する太陽電池に組込まれた保護用ダイオードに近接した位置に太陽電池の裏面電極が無いために表裏接続金具８を長くせざるを得ないという課題があった。
【００１９】
そこで、本実施の形態に係る保護用ダイオード組込太陽電池においては、図１、２に示すように、隣接する太陽電池セル１に組込まれた保護用ダイオード２と、表裏接続金具８で電気的に接続する接続箇所２０（図１の点線で囲まれた箇所）については、有効エリア１０の外側も含む形で、円形結晶性半導体基板９から太陽電池セル１を切出すようにする。なお、円形結晶性半導体基板９の直径サイズは例えば７５ｍｍ、１００ｍｍ、１２５ｍｍ、１５０ｍｍ等である。
【００２０】
図２は、本発明の実施の形態１における保護用ダイオード組込太陽電池の構造の一例を示す平面図である。
図２に示すように、有効エリア１０の外側も含む形で太陽電池セルを切出すようにしたことで、太陽電池１ａに組込まれた保護用ダイオード２ａに対して、従来（図９）より近接した位置に、太陽電池セル１ｂを配することができる。
【００２１】
このように有効エリア１０の外側を含む形で切出した部分を保護用ダイオード２に近接した位置に配することで、保護用ダイオード２ａの表面電極と太陽電池セル１ｂの裏面電極を接続する箇所の表裏接続金具８の長さ（＝ｄ）を、図９で示した従来の表裏接続金具８の長さ（＝ｄ１）よりも短くすることができる。
【００２２】
ここで、有効エリア１０の外側も含む形で太陽電池セル１を切出すようにしたことにより、有効エリア外の欠陥の多いＰＮ接合の影響によって太陽電池全体の性能低下が生じることが考えられる。その対策について以下、説明する。
【００２３】
図３は、図２の回路構成を基板厚方向（図２のＡ方向）から見た断面図である。
図３において、後述する溝部１５が太陽電池セル１ｂに形成されており、表裏接続金具８ａは太陽電池セル１ａの表側電極４ａ、４ｂ、４ｃや、保護用ダイオード２ａの表側電極６ａや、太陽電池セル１ｂの裏面電極５ｂのそれぞれに、パラレルギャップ溶接等の方法にて接合されている。なお、接続金具を用いた太陽電池の回路構成については、先の特許文献１にも記載がある。
【００２４】
ここで溝部１５は、有効エリア１０の外側も含むように切出した太陽電池セル１において、有効エリア１０の内側と外側を分離する箇所に設けられる。溝部１５は８角形に切出された太陽電池セル１の１つの辺の端部から他の辺の端部に至るまで形成される。より詳しくは、有効エリア１０内側の半導体層が、有効エリア１０外側の半導体層と電気的に分離される位置に溝部１５が設けられ、この溝部１５は、太陽電池セル１の１つの辺の端部から他の辺の端部に至るまで形成される。
【００２５】
溝部１５について図４を用いて説明すると、本実施の形態では、全てのＰＮ接合（第１のＰＮ接合１１、第２のＰＮ接合１２及び第３のＰＮ接合１３）を貫通する溝部１５を設けて、有効エリア１０外側の有効エリア外の半導体層を太陽電池１から電気的に分離する。溝部１５は、太陽電池セル１の１辺から他の１辺に達するように形成される（図２参照）。
【００２６】
このように、有効エリア１０の外側を含む形で切出した太陽電池セル１の部分においては、溝部１５を設け、溝部１５によって、有効エリア１０内の半導体層と有効エリア外の半導体層を電気的に分離することで、有効エリア外に積層された半導体層の影響による太陽電池全体の性能低下を抑制することができる。
【００２７】
なお、上記の溝部１５は溝部の位置に対応したフォトレジストを用いて化学的にＰＮ接合層をエッチングするフォトリソグラフィー工程等により形成される。フォトリソグラフィー工程は宇宙用太陽電池１を円形結晶性半導体基板からダイシングによって切出す前に、太陽電池１の外形に沿ってＰＮ接合を全て除去するために通常行われる工程であって、溝部１５の追加は太陽電池の製造工程の追加を伴うものではない。
また、溝部１５は、図２のように太陽電池セル１の１辺から他の１辺に達するように形成されることが望ましいが、端面まで達せず太陽電池セル１の内側に溝部１５が形成されるものであってもよい。
【００２８】
上記のように構成された保護用ダイオード組込太陽電池においては、１枚の円形結晶性半導体基板から１枚を切出した大型電池セル１は表裏接続金具８により直列に接続され、同時に保護用ダイオード２は表裏接続金具８により太陽電池セル１に並列に接続される。
円形結晶性半導体基板の有効エリアの外側を含む形で太陽電池セルを切出すことで、保護用ダイオードと隣接する太陽電池セルの間隔が大きくなることを防止できる。
これにより、接続金具の製造コスト上昇及び接続の信頼性の低下を招くことなく、保護用ダイオードを組込んだ保護用ダイオード組込太陽電池を提供することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１ 太陽電池、２ 保護用ダイオード、３ 裏面接続金具、４ 太陽電池の表側電極、５ 太陽電池の裏側電極、６ 保護用ダイオードの表側電極、７ 保護用ダイオードの裏側電極、８ 表裏接続金具、９ 円盤型結晶性半導体基板、１０ 有効エリア外形、１１ 第１のＰＮ接合、１２ 第２のＰＮ接合、１３ 第３のＰＮ接合、１４ 結晶性半導体基板、１５ 溝部、１６ 端部段差、２０ 保護用ダイオードと接続する接続箇所（切出し位置変更箇所）。
【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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