JP4974545B2 - 太陽電池ストリングの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は太陽電池ストリングの製造方法に関し、特に、太陽電池の薄型化工程におけるインターコネクタの変形および破断の発生を低減することができる太陽電池ストリングの製造方法に関する。
太陽電池の中で発電効率が高く宇宙用の太陽電池に適している太陽電池として、半導体基板上に化合物半導体層を積層してなる化合物半導体太陽電池がある。この化合物半導体太陽電池を宇宙用の太陽電池として用いる場合には、その質量を低減することが重要であることから、発電に寄与しない半導体基板の厚みを薄くする、または半導体基板を除去することによって、化合物半導体太陽電池を薄型化して、軽量化が図られている。
図１３に従来の化合物半導体太陽電池の模式的な断面図を示す。ここで、従来の化合物半導体太陽電池１００は、半導体基板１１０上に複数の化合物半導体層が積層された積層体１１１を有しており、この積層体１１１に形成された第１電極１０１と第２電極１０２にそれぞれインターコネクタ１０３、インターコネクタ１０４が接続されている。そして、積層体１１１上には透明接着剤１１３が塗布され、保護フィルム１１２が貼り合わされて積層体１１１を保護している。ここで、インターコネクタ１０３およびインターコネクタ１０４はそれぞれストレスリリース機能を持たせるために複雑な形状となっている。
特開平６−１９６７４４号公報
しかしながら、図１３に示す構成の従来の化合物半導体太陽電池においては、複雑な形状のインターコネクタ１０３およびインターコネクタ１０４をそれぞれ接続した状態で半導体基板１１０の薄型化または除去を行なわなくてはならないために、インターコネクタ１０３およびインターコネクタ１０４に力が加わり、インターコネクタ１０３およびインターコネクタ１０４が変形したり、破断したりするという問題があった。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、太陽電池の薄型化工程におけるインターコネクタの変形および破断の発生を低減することができる太陽電池ストリングの製造方法を提供することにある。
本発明は、光電変換層を有する積層体と、この積層体に形成された第１電極と、この積層体に形成された第２電極と、第１電極に接続された第１インターコネクタと、第２電極に接続された第２インターコネクタとを含む化合物半導体太陽電池が、複数接続された太陽電池ストリングを製造する方法であって、光電変換層を有する積層体を形成する工程と、積層体に第１電極を形成する工程と、積層体に第２電極を形成する工程と、第１電極に第１インターコネクタを接続する工程と、第２電極に第２インターコネクタを接続する工程と、第１インターコネクタおよび第２インターコネクタが接続された化合物半導体太陽電池を薄型化する工程と、薄型化する工程の後に、第１の化合物半導体太陽電池の第１電極に接続された第１インターコネクタと、第２の化合物半導体太陽電池の第２電極に接続された第２インターコネクタとを導電性の材質からなる中間部材により接続する工程と、を含む、を含む太陽電池ストリングの製造方法である。
ここで、本発明の太陽電池ストリングの製造方法においては、中間部材がストレスリリース機能を有し得る。なお、ストレスリリース機能とは、太陽電池ストリングにおいてインターコネクタにより接続されている互いに隣接する太陽電池間の距離が変化した場合において、太陽電池とインターコネクタとの接続部に加わる力を低減する機能のことをいう。
また、本発明の太陽電池ストリングの製造方法においては、第１インターコネクタと第２インターコネクタとはそれぞれ互いに向き合わない位置にずらして設置されていてもよい。
また、本発明の太陽電池ストリングの製造方法においては、第１の化合物半導体太陽電池において第１電極と第１インターコネクタとの接続部が複数存在してもよく、第２の化合物半導体太陽電池において第２電極と第２インターコネクタとの接続部が複数存在していてもよい。また、本発明の太陽電池ストリングの製造方法は、第２インターコネクタを接続する工程と中間部材により接続する工程との間に、第１インターコネクタおよび第２インターコネクタのそれぞれの一部が透明接着剤から露出した状態になるように積層体上に保護フィルムを透明接着剤にて接着する工程を含んでいてもよい。
本発明によれば、太陽電池の薄型化工程におけるインターコネクタの変形および破断の発生を低減することができる太陽電池ストリングの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
図１に、本発明の太陽電池ストリングを構成する太陽電池の一例の模式的な断面図を示す。ここで、本発明の太陽電池ストリングを構成する太陽電池においては、金属膜２０上に、バッファ層としての厚さ０．０２μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層２１、厚さ０．０２μｍのｎ型ＧａＡｓ層２２、厚さ０．０２μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３、裏面電界層としての厚さ０．１μｍのｐ型ＩｎＧａＰ層２４、ベース層としての厚さ３μｍのｐ型ＧａＡｓ層２５、エミッタ層としての厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＡｓ層２６、窓層としての厚さ０．０３μｍのｎ型ＡｌＩｎＰ層２７、厚さ０．０２μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層２８、厚さ０．０２μｍのｐ型ＡｌＧａＡｓ層２９、裏面電界層としての厚さ０．０３μｍのｐ型ＡｌＩｎＰ層３０、ベース層としての厚さ０．５μｍのｐ型ＩｎＧａＰ層３１、エミッタ層としての厚さ０．０５μｍのｎ型ＩｎＧａＰ層３２、窓層としての厚さ０．０３μｍのｎ型ＡｌＩｎＰ層３３およびキャップ層としての厚さ０．５μｍのｎ型ＧａＡｓ層３４がこの順序で積層されて化合物半導体層の積層体１１を形成している。そして、ｎ型ＧａＡｓ層３４の表面上に第１電極１が形成されており、ｎ型ＧａＡｓ層２２の表面上には第２電極２が形成されている。また、第１電極１には第１インターコネクタ３が電気的に接続されており、第２電極２には第２インターコネクタ４が電気的に接続されている。そして、上記の積層体１１の表面上に透明接着剤１３を塗布し、保護フィルム１２がこれに貼り合わせられている。
ここで、ｎ型ＧａＡｓ層２２およびｎ型ＩｎＧａＰ層２８にはそれぞれｎ型ドーパントが他のｎ型の化合物半導体層よりも高濃度にドーピングされており、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３およびｐ型ＡｌＧａＡｓ層２９にはそれぞれｐ型ドーパントが他のｐ型の化合物半導体層よりも高濃度にドーピングされている。これにより、ｎ型ＧａＡｓ層２２とｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３とはトンネル接合となり、ｎ型ＩｎＧａＰ層２８とｐ型ＡｌＧａＡｓ層２９とはトンネル接合となっている。
また、互いに接触しているｐ型ＧａＡｓ層２５とｎ型ＧａＡｓ層２６の積層体は光電変換層として機能する。また、互いに接触しているｐ型ＩｎＧａＰ層３１とｎ型ＩｎＧａＰ層３２の積層体も光電変換層として機能する。
このような構成の太陽電池は、たとえば以下のようにして作製することができる。まず、図２の模式的断面図に示すように、Ｓｉをドーピングした直径５０ｍｍの円板状のｎ型ＧａＡｓ基板１８上に、ｎ型ＧａＡｓ層１９、ｎ型ＩｎＧａＰ層２１、ｎ型ＧａＡｓ層２２、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３、ｐ型ＩｎＧａＰ層２４、ｐ型ＧａＡｓ層２５、ｎ型ＧａＡｓ層２６およびｎ型ＡｌＩｎＰ層２７を順次エピタキシャル成長させる。
次に、ｎ型ＡｌＩｎＰ層２７上に、ｎ型ＩｎＧａＰ層２８、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２９、ｐ型ＡｌＩｎＰ層３０、ｐ型ＩｎＧａＰ層３１、ｎ型ＩｎＧａＰ層３２、ｎ型ＡｌＩｎＰ層３３およびｎ型ＧａＡｓ層３４を順次エピタキシャル成長させる。
ここで、エピタキシャル成長の際の条件としては、温度はたとえば約７００℃とされる。また、ＧａＡｓ層を成長させるための原料としては、たとえば、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）とＡｓＨ3（アルシン）を用いることができる。また、ＩｎＧａＰ層を成長させるための原料としては、たとえば、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＧおよびＰＨ3（ホスフィン）を用いることができる。ＡｌＩｎＰ層を成長させるための原料としては、たとえば、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）、ＴＭＩおよびＰＨ3を用いることができる。
また、ｎ型ＧａＡｓ層、ｎ型ＩｎＧａＰ層およびｎ型ＡｌＩｎＰ層を形成するための不純物原料としては、たとえば、ＳｉＨ4（モノシラン）を用いることができる。また、ｐ型ＧａＡｓ層、ｐ型ＩｎＧａＰ層およびｐ型ＡｌＩｎＰ層を形成するための不純物原料としては、たとえばＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）を用いることができる。
さらに、ＡｌＧａＡｓ層を成長させるための原料としては、たとえば、ＴＭＡ、ＴＭＧおよびＡｓＨ3を用いることができ、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層を形成するための不純物原料としてはたとえばＣＢｒ4（四臭化炭素）を用いることができる。
続いて、ｎ型ＧａＡｓ層３４の表面の全面にレジストを塗布し、たとえばフォトリソグラフィ法により一部のレジストを残し、レジストが残されていない部分のｎ型ＧａＡｓ層３４を図３の模式的断面図に示すように、たとえばアンモニア系およびＨＣｌ系のエッチング液によって、ｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３の表面が露出するまで所定のパターン状に除去する。そして、図４の模式的断面図に示すように、たとえばＨＣｌ系のエッチング液によって、露出しているｐ型ＡｌＧａＡｓ層２３を除去する。これにより、ｎ型ＧａＡｓ層２２の表面を露出させる。
続いて、たとえばフォトリソグラフィ法によってレジストパターンし、そのレジストパターンの上方から、たとえば、Ａｕ−Ｇｅ膜、Ｎｉ膜、Ａｕ膜およびＡｇ膜を順次蒸着して金属膜を形成する。
次いで、たとえばリフトオフ法によりレジストパターン上に形成された金属膜をレジストパターンごと除去し、その後、熱処理を行なう。これにより、図５の模式的断面図に示す第１電極１および第２電極２を同時に形成することができる。そして、５０ｍｍ径のｎ型ＧａＡｓ基板１８をたとえば幅が２０ｍｍで長さが２０ｍｍの正方形の板状に切断して複数に分割することによって、図５に示す構成のウエハが作製される。
続いて、図６の模式的断面図に示すように、上記のようにして作製されたウエハの第１電極１に短い帯状の第１インターコネクタ３を溶接などにより電気的に接続し、第２電極２に短い帯状の第２インターコネクタ４を溶接などにより電気的に接続する。
そして、図７の模式的断面図に示すように、たとえばシリコーンからなる透明接着剤１３を塗布し、たとえばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルムまたはＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）フィルムからなる保護フィルム１２をこれに貼り合わせ、所定の温度にて透明接着剤を硬化させることによって保護フィルム１２を接着する。
その後、保護フィルム１２の表面をたとえばレジストでカバーし、ｎ型ＧａＡｓ基板１８とｎ型ＧａＡｓ層１９をたとえばアンモニア系のエッチング液で除去する。そして、露出したｎ型ＩｎＧａＰ層２１の表面上に、たとえば、Ａｕ膜およびＡｇ膜を順次蒸着した後に熱処理することによって、露出したｎ型ＩｎＧａＰ層２１の表面の全面に金属膜２０を形成する。これにより、図１に示す構成の太陽電池を作製することができる。
図８に、図１に示す太陽電池の模式的な上面図を示す。このような構成の太陽電池を複数用意し、互いに隣接する２つの太陽電池において、たとえば、図９の模式的上面図に示すように、第１の太陽電池１０ａの第１電極に接続された第１インターコネクタ３と第２の太陽電池１０ｂの第２電極に接続された第２インターコネクタ４とがストレスリリース機能を有する中間部材５０により電気的に接続されることによって、本発明の太陽電池ストリングを作製することができる。そして、この太陽電池ストリングを従来から公知の透明樹脂などに封止することにより本発明の太陽電池モジュールを作製することができる。
このように、本発明においては、太陽電池の薄型化工程において変形や破断しにくいたとえば短い帯状などの単純な形状のインターコネクタのみを接続した状態で太陽電池を薄型化し、薄型化した太陽電池の上記のインターコネクタ同士を中間部材で接続して太陽電池ストリングおよび太陽電池モジュールを作製することができる。したがって、本発明においては、従来と比べて、太陽電池の薄型化工程におけるインターコネクタの変形および破断の発生を低減することができる。
ここで、本発明に用いられる中間部材５０はストレスリリース機能を有することが好ましい。中間部材５０がストレスリリース機能を有する場合には、太陽電池モジュールの作製時ならびに太陽電池ストリングおよび太陽電池モジュールの使用時において、太陽電池同士の接続が外れるのを抑制することができる傾向にある。
また、図１０の模式的上面図に示すように、第１インターコネクタ３と第２インターコネクタ４とをそれぞれ互いに向き合わない位置にずらして設置することにより太陽電池同士の間隔を狭めて取り付けることができるようになる。すなわち、この場合には、第１の太陽電池１０ａの第１インターコネクタ３および第２の太陽電池１０ｂの第２インターコネクタ４がそれぞれ太陽電池の外側に突出している場合でも、第１インターコネクタ３と第２インターコネクタ４とが接触しないために第１の太陽電池１０ａと第２の太陽電池１０ｂとの間隔を狭めて太陽電池ストリングおよび太陽電池モジュールを作製することができる。したがって、この場合には、太陽電池ストリングおよび太陽電池モジュールのそれぞれについて太陽光の受光面積を増大することができることから、発電量が増大する傾向にある。
また、図１１の模式的上面図に示すように、中間部材５０の形状を変更することにより太陽電池同士の間隔を狭めて取り付けることができるようになる。したがって、この場合にも、太陽電池ストリングおよび太陽電池モジュールのそれぞれについて太陽光の受光面積を増大することができることから、発電量が増大する傾向にある。なお、図１１に示す中間部材５０は、第１の太陽電池１０ａの第１インターコネクタ３の裏側（紙面の裏面側）および第２の太陽電池１０ｂの第２インターコネクタ４の表側（紙面の表面側）にそれぞれ接続されている。
また、図１２の模式的上面図に示すように、本発明の太陽電池ストリングにおいては、第１の太陽電池１０ａにおいて第１電極１と第１インターコネクタ３との接続部が複数存在し、第２の太陽電池１０ｂにおいて第２電極２と第２インターコネクタ４との接続部が複数存在していてもよい。このような構成とすることによって、第１電極１と第１インターコネクタ３との接続部に加わる力および第２電極２と第２インターコネクタ４との接続部に加わる力をそれぞれ分散して、インターコネクタの変形および破断の発生を低減するすることができる傾向にある。
なお、本発明においては、積層体を構成する半導体層の積層数ならびに上記の積層体を構成する半導体層の材質および厚みは上記のものに限定されないことは言うまでもない。
また、本発明においては、第１電極および第２電極の材質も上記のものに限定されず、第１電極および第２電極の材質としては金属などの不透明導電材料の他、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＳｎＯ2（酸化スズ）またはＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電材料などを用いることもできる。なお、第１電極の極性と第２電極の極性とは互いに異なっており、それぞれ正または負のいずれかとなっている。
また、上記においては、半導体基板の一例であるｎ型ＧａＡｓ基板が除去された太陽電池を用いたものについて説明したが、本発明においては半導体基板は除去されていても、除去されていなくてもよい。
また、本発明において、第１インターコネクタの材質、第２インターコネクタの材質および中間部材の材質はぞれぞれ導電性の材質であれば特に限定されない。また、第１インターコネクタの形状、第２インターコネクタの形状および中間部材の形状もそれぞれ特に限定されないが、第１インターコネクタの形状および第２インターコネクタの形状はそれぞれ太陽電池の薄型化工程において変形や破断しにくい短い帯状などの形状であることが好ましく、中間部材の形状は上述したようにストレスリリース機能を有する形状であることが好ましい。
今回開示された実施の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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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およ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。
本発明によれば、太陽電池の薄型化工程におけるインターコネクタの変形および破断の発生を低減することができる太陽電池ストリングの製造方法を提供することができる。
１ 第１電極、２ 第２電極、３ 第１インターコネクタ、４ 第２インターコネクタ、１０ 太陽電池、１０ａ 第１の太陽電池、１０ｂ 第２の太陽電池、１１ 積層体、１２ 保護フィルム、１３ 透明接着剤、１８ ｎ型ＧａＡｓ基板、１９ ｎ型ＧａＡｓ層、２０ 金属膜、２１ ｎ型ＩｎＧａＰ層、２２ ｎ型ＧａＡｓ層、２３ ｐ型ＡｌＧａＡｓ層、２４ ｐ型ＩｎＧａＰ層、２５ ｐ型ＧａＡｓ層、２６ ｎ型ＧａＡｓ層、２７ ｎ型ＡｌＩｎＰ層、２８ ｎ型ＩｎＧａＰ層、２９ ｐ型ＡｌＧａＡｓ層、３０ ｐ型ＡｌＩｎＰ層、３１ ｐ型ＩｎＧａＰ層、３２ ｎ型ＩｎＧａＰ層、３３ ｎ型ＡｌＩｎＰ層、３４ ｎ型ＧａＡｓ層、５０ 中間部材、１００ 化合物半導体太陽電池、１０１ 第１電極、１０２ 第２電極、１０３，１０４ インターコネクタ、１１０ 半導体基板、１１１ 積層体、１１２ 保護フィルム、１１３ 透明接着剤。
Claims (5)
- 光電変換層を有する積層体と、前記積層体に形成された第１電極と、前記積層体に形成された第２電極と、前記第１電極に接続された第１インターコネクタと、前記第２電極に接続された第２インターコネクタとを含む化合物半導体太陽電池が、複数接続された太陽電池ストリングを製造する方法であって、
前記光電変換層を有する前記積層体を形成する工程と、
前記積層体に前記第１電極を形成する工程と、
前記積層体に前記第２電極を形成する工程と、
前記第１電極に前記第１インターコネクタを接続する工程と、
前記第２電極に前記第２インターコネクタを接続する工程と、
前記第１インターコネクタおよび前記第２インターコネクタが接続された前記化合物半導体太陽電池を薄型化する工程と、
前記薄型化する工程の後に、第１の化合物半導体太陽電池の前記第１電極に接続された前記第１インターコネクタと、第２の化合物半導体太陽電池の前記第２電極に接続された前記第２インターコネクタとを導電性の材質からなる中間部材により接続する工程と、を含む、太陽電池ストリングの製造方法。 - 前記中間部材がストレスリリース機能を有することを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池ストリングの製造方法。
- 前記第１インターコネクタと前記第２インターコネクタとはそれぞれ互いに向き合わない位置にずらして設置されていることを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽電池ストリングの製造方法。
- 前記第１の化合物半導体太陽電池において前記第１電極と前記第１インターコネクタとの接続部が複数存在し、前記第２の化合物半導体太陽電池において前記第２電極と前記第２インターコネクタとの接続部が複数存在することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池ストリングの製造方法。
- 前記第２インターコネクタを接続する工程と前記中間部材により接続する工程との間に、前記第１インターコネクタおよび前記第２インターコネクタのそれぞれの一部が透明接着剤から露出した状態になるように前記積層体上に保護フィルムを前記透明接着剤にて接着する工程を含むことを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池ストリングの製造方法。
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