JP3154145U

JP3154145U - 電極構造

Info

Publication number: JP3154145U
Application number: JP2009005011U
Authority: JP
Inventors: 許國強; 戴▲ゆ▼▲えい▼; 陳永芳; 呉孟修
Original assignee: 新日光能源科技股▼分▲有限公司
Priority date: 2009-02-11
Filing date: 2009-07-17
Publication date: 2009-10-08
Anticipated expiration: 2019-07-17
Also published as: EP2219226A2; EP2219226A3; TWM361106U

Abstract

【課題】光に対する低遮蔽率の特性と低抵抗の特性を併せ持つことで、光電変換効率を高める太陽電池の電極構造を提供する。【解決手段】電極構造２は太陽電池Ａの基板２１に設けられ、電極構造２は複数のバスバー電極２２及び複数のくし型電極２３を備える。バスバー電極２２は、間隔をおいて基板２１上に設置される。くし型電極２３は、バスバー電極２２の両側に設けられ、くし型電極２３は、第一端２３１と第二端２３２を有する。第一端２３１の幅は第二端２３２の幅より広く、くし型電極２３の第一端２３１は、バスバー電極２２の中の１本に連結される。【選択図】図２

Description

本考案は、太陽電池の電極構造に関する。

シリコンは、各種半導体産業において、最も重要且つ広く使用されている電子材料である。現在、シリコンウェハーの生産は、すでに成熟した技術であり、さらに、シリコンのエネルギーギャップが太陽光を吸収するのに適していることにより、シリコン太陽電池は、現在最も広く使用される太陽電池である。一般に、単結晶シリコン、又は多結晶シリコン太陽電池の構造は、表面電極（Conducting grid）、反射防止膜（Anti-reflective layer）、Ｎ型とＰ型半導体層及び裏面電極（Back contact electrode）等のいくつかの層を有している。

Ｐ型とＮ型半導体層が互いに接触すると、Ｎ型半導体層内の電子は、Ｐ型半導体層内に流れ込んで、その中の正孔に嵌まり込む。Ｐ−Ｎ接触面付近では、電子−正孔の結合によりキャリアの空乏層が形成され、Ｐ型とＮ型半導体層がそれぞれ負、正の電荷を帯びることにより内蔵電場が形成される。太陽光によってこのＰ−Ｎ構造が照射されると、Ｐ型とＮ型半導体層が太陽光を吸収して電子−正孔対を発生させる。空乏層によって提供される内蔵電場が、半導体内に発生した電子を電池内で流動させ、電極によって電子が引き出されることで、太陽エネルギー電池が形成される。

表面電極の材料は、一般に、ニッケル、銀、アルミ、銅及びパラジウム等の金属が組み合わさったものである。さらに、充分な電子量を伝導させるために、前記電極と基板の間には充分な大きさの接触面積を必要とする。しかしながら、太陽の入射光において、表面電極による遮蔽率を低くするために、基板を覆う表面電極の面積は、できるだけ小さくしなければならない。このように、表面電極の構造の設計から言えば、表面電極は、低抵抗であると同時に光に対して低遮蔽率であるという特性を有する必要がある。このために、現在の表面電極は、主に、バスバー電極（bus bar）と、くし型電極（finger）の二つから成る構造になっている。バスバー電極の断面積は、くし型電極の断面積より大きい。つまり、バスバー電極は木の主幹のようなもので、くし型電極は木の枝が電池表面の各所に分散しているようなものである。これにより、電子は、くし型電極によってバスバー電極に集められ、バスバー電極によって外部負荷に送られる。言い換えれば、断面積が大きいバスバー電極は電子の流量を高め、断面積が小さいくし型電極は光の遮蔽率を下げるのである。

図１は、従来の太陽電池の電極構造1を示した図である。半導体基板１１には、２本のバスバー電極１２及び複数のくし型電極１３が設けられている。半導体内で発生する電子は、くし型電極１３によってバスバー電極１２に伝導され、さらに、バスバー電極１２が電子を引き出すことで、電気エネルギーを外部負荷に供給する。

単結晶シリコン太陽電池の光電変換効率の理論値は最高２７％に達する。しかし、研究開発段階では、約２４％で、製品の商品化になると約１２〜１４％に過ぎない。したがって、本考案は、光に対する低遮蔽率の特性と低抵抗の特性を併せ持つことで、光電変換効率を高めた電極構造を提供することを課題とする。

上記目的を達成するため、本考案の電極構造は、太陽電池の基板に設けられたバスバー電極及びくし型電極を備える。前記くし型電極は、前記バスバー電極の両側に設けられる。前記くし型電極は、第一端と第二端を有する。前記第一端の幅は前記第二端の幅より広い。さらに、前記第一端は、前記バスバー電極と連結する。

前記くし型電極は、前記第一端から前記第二端に収斂される形状を有することが望ましい。

太陽電池の電気的特性が、表面電極の光の遮蔽率及び抵抗値に大きく関係するので、従来の技術においては、くし型電極の幅を縮小することで、光の遮蔽率を低くした。しかしながら、くし型電極の幅が一定の幅まで縮小されたとき、電子が小さい伝導路を流れることで抵抗値が高くなる現象が発生し、電子が伝導する過程で電気エネルギーの消耗（例えば、電気抵抗値が高すぎることで電気エネルギーが熱エネルギーに変換されて、外界に散逸する）が生じる。逆に、電子が伝導される過程において、抵抗値が高いことによる電気エネルギーの消耗が発生するのを回避するため、くし型電極の幅を広くする必要がある。しかしながら、このようなくし型電極構造は、光の遮蔽率を高くする。これに鑑みて、本考案の電極構造は、くし型電極の第一端の幅が第二端の幅より広く設計されている。このように、くし型電極の形状を変更し、くし型電極の第一端の幅を第二端より広くすることにより、効果的に電子流動時に受ける抵抗を低くすることができる。従来の技術と比較したとき、本考案は、くし型電極の構造変更によって低遮蔽率及び低抵抗値の特性を同時に兼ね備え、効果的に太陽電池全体の光電変換効率を高めることができる。

本考案は、くし型電極の構造変更によって、低遮蔽率及び低抵抗値の特性を同時に兼ね備え、効果的に太陽電池全体の光電変換効率を高めることができる。

従来の電極構造を示す図。本考案の電極構造を示す図。本考案の電極構造の変形例を示す図。

以下、図を参照しながら、本考案の好適な実施形態における電極構造について説明する。

図２は、本考案の電極構造２を示す。この電極構造２は、太陽電池Ａの基板２１上に設けられる。電極構造２は、複数のバスバー電極２２及び複数のくし型電極２３を備える。

太陽電池Ａの基板２１は、半導体基板又は光電変換基板である。半導体基板は、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板、又はガリウム砒素基板等である。基板２１が、例えば半導体基板である時、Ｎ型半導体層（図示せず）及びＰ型半導体層（図示せず）を有する。

バスバー電極２２は、間隔をおいて互いに平行に基板２１上に設けられる。バスバー電極２２は、いずれも外部負荷（図示せず）に連結される。本実施形態において、電極構造２は、２本のバスバー電極２２を有する場合を例とするが、バスバー電極２２の本数を増減させることが可能である。

くし型電極２３は、基板２１のＮ型半導体層の表面に設けられる。くし型電極２３は、第一端２３１と第二端２３２を有する。このうち、第一端２３１の幅ｄ１は、第二端２３２の幅ｄ２より広い。そして、くし型電極２３は、その第一端２３１によって２本のバスバー電極２２のうちの１本に連結される。くし型電極２３とバスバー電極２２は、垂直に基板２１上に配置される。また、本実施形態において、くし型電極２３の形状は台形を例としているが、この形状に制限されるものではない。

次に、電子流動の観点から説明する。基板２１が太陽光線を受けると、基板２１に入射された光線は、光電変換反応により、基板２１内で変換されて大量の電子を放出する。これらの電子が基板２１の表面に達すると、基板２１表面に分布するくし型電極２３によって電子が集められる。くし型電極２３中の第一端２３１の幅ｄ１が第二端２３２の幅ｄ２より広く、くし型電極２３は、第一端２３１から第二端２３２にかけて、なめらかに連続して収斂される構造である。このため、くし型電極２３に進入した電子は、抵抗が小さい状態で、第二端２３２から第一端２３１に流れる。続いて、くし型電極２３とバスバー電極２２がくし型電極２３の第一端２３１を介して連結しているので、くし型電極２３に進入した電子は、第二端２３２から第一端２３１に流れた後、第一端２３１によってバスバー電極２２に集められる。続いて、バスバー電極２２が外部負荷に連結されているので、光電変換反応によって発生した電子が外部負荷に送られる。

くし型電極２３が、基板２１の表面に設けられるが、光の遮蔽率を低くするために、くし型電極２３の幅は広くない方がよい。さらに、電極構造２は、設計上、バスバー電極２２の幅が、明らかにくし型電極２３の幅より広い。例えば、ここで開示されるバスバー電極２２の幅ｄ３は２ｍｍであり、それに対応するくし型電極２３の第一端２３１の幅ｄ１は６０μｍから１１０μｍであり、第二端２３２の幅ｄ２は４０μｍから１００μｍである。このため、バスバー電極２２の抵抗値は、明らかにくし型電極２３の抵抗値より小さい。また、電子は、くし型電極２３の第二端２３２から第一端２３１の方向に流れ、第一端２３１からバスバー電極２２に進入する。

上述したくし型電極２３の第一端２３１と第二端２３２の幅の差は、電子がくし型電極２３内で受ける抵抗を低くするために、５μｍから７０μｍの範囲でなければならない。この構造設計により、電子の流動速度は速くなる。他の実施形態において、電極構造は、必要に応じてバスバー電極の本数を変更することが可能である。例えば、電極構造は、１本のバスバー電極、又は、３本のバスバー電極、又は、さらに多くのバスバー電極を備えることが可能である。同じ大きさの基板では、バスバー電極の本数が２本より多い場合、その幅はおそらく２ｍｍより狭い（例えば、可能な幅は１．５ｍｍ、又はさらに狭い）。当然、バスバー電極の数量が２本より少ない場合、その幅はおそらく２ｍｍより広い（例えば、可能な幅は２．５ｍｍ、又はさらに広い）。このように、電極構造におけるバスバー電極の本数及び幅は、ニーズに応じて必要な本数及び幅にすることができる。

次に、くし型電極２３の変形例について、図３を参照して説明する。くし型電極２３の外辺は、内向湾曲線、外向湾曲線、直線又は斜線であり、くし型電極２３は、このうちのいずれか２本の線が組み合わさった形状である。例えば、２本の内向湾曲線、２本の外向湾曲線、１本の直線と１本の斜線、１本の直線と１本の内向湾曲線、又は、１本の直線と１本の外向湾曲線の組み合わせである。

本考案では、同時に、太陽電池も提供する。太陽電池は、基板とその表面に設けられた電極構造を備える。電極構造は、複数のバスバー電極及び複数のくし型電極を備える。バスバー電極は、間隔をおいて基板上に設けられる。くし型電極はバスバー電極の両側に設けられる。くし型電極は、第一端と第二端を有する。第一端の幅は第二端の幅より広い。さらに、くし型電極の第一端は、バスバー電極のうちの１本と連結される。この太陽電池における基板、バスバー電極及びくし型電極は、すでに上述の実施形態において開示されているため、ここでは詳述しない。

太陽電池の電気的特性が、表面電極の光の遮蔽率及び抵抗値に大きく関係するので、従来の技術においては、くし型電極の幅を縮小することで、光の遮蔽率を低くした。しかしながら、くし型電極の幅が一定の幅まで縮小されたとき、電子が小さい伝導路を流れることで抵抗値が高くなる現象が発生し、電子が伝導する過程で電気エネルギーの消耗（例えば、電気抵抗値が高すぎることで電気エネルギーが熱エネルギーに変換されて、外界に散逸する）が生じる。逆に、電子が伝導される過程において、抵抗値が高いことによる電気エネルギーの消耗が発生するのを回避するため、くし型電極の幅を広くする必要がある。しかしながら、このようなくし型電極構造は、光の遮蔽率を高くする。これに鑑みて、本考案の太陽電池は、くし型電極の第一端の幅が第二端の幅より広く設計されている。このように、くし型電極の形状を変更し、くし型電極の第一端の幅を第二端より広くすることにより、効果的に電子流動時に受ける抵抗を低くすることができる。従来の技術と比較したとき、本考案は、くし型電極の構造変更によって低遮蔽率及び低抵抗値の特性を同時に兼ね備え、効果的に太陽電池全体の光電変換効率を高めることができる。

以上、本考案の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、本考案に含まれる。

１電極構造
１１基板
１２バスバー電極
１３くし型電極
２電極構造
２１基板
２２バスバー電極
２３くし型電極
２３１第一端
２３２第二端
Ａ太陽電池

Claims

太陽電池の基板に設けられた電極構造であって、
前記基板上に設けられたバスバー電極と、
前記バスバー電極の両側に設けられたくし型電極と、を備え、
前記くし型電極は、第一端と第二端を有し、
前記第一端の幅は前記第二端の幅より広く、
前記第一端は前記バスバー電極と連結していることを特徴とする電極構造。
前記各くし型電極は、前記第一端から前記第二端に収斂される形状を有することを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
前記くし型電極は、台形の形状を有することを特徴とする請求項２に記載の電極構造。
前記第一端の幅は６０μｍから１１０μｍであり、前記第二端の幅は４０μｍから１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
前記第一端の幅と前記第二端の幅の差は、５μｍから７０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載の電極構造。