JPH01501511A - 改良された前面メタライゼーションを有するソーラーセル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 改良された前面メタライゼーションを有するソーラーセル本発明は一般にソーラ ーセルに関するものであり、特に改良された前表面メタライゼーションを有する ソーラーセルに関するものである。

２、関連技術の説明 通常のソーラーセルはＰ型導電層、Ｎ型導電層、これらの層の間のＮ−Ｐまたは Ｐ−Ｎ半導体接合部、受光前面および背面を有する半導体ボディから成る。前面 に隣接する層はエミッタと呼ばれ、背面に隣接する層はバッファと呼ばれる。

光エネルギがセルの受光前面上に当たるとき、電子および対応するホールがエミ ッタとバッファの両方に生成される。大抵、半導体接合部の存在のため、電子は セルの１表面へ向けられ、ホールは他方の表面へ向けられ、光電流を生じる。典 型的なＰ−Ｎ砒化ガリウム半導体接合ソーラーセルにおいて、ホールはセルの受 光前表面へ動き、電子は背面へ移動する。

電気接触は電荷キャリアを収集するため砒化ガリウム半導体ボディの背面および 前面へ付けられる。電子は背面電気コンタクトによって収集され、ホールは前面 電気接触によって収集される。この目的はそれらが再結合する前に可能な限り多 くの電子およびホールを収集し、可能な限り最も高い光電流密度を得ることであ る。

前面へ向けられたキャリアの一部はしかしながら前面接触下で再結合され、従っ て光電流密度を与えない。このことは前表面再結合速度として当業者に知られて いる。砒化ガリウムソーラーセルの前面電気接触は産業によって探求されている セル改良の１領域である。

発明の概要 それ故、本発明の目的は前面エミッタ再結合電流が最少であるソーラーセルを提 供することである。

本発明の更に別の目的は改良された開回路電圧および効率を有するソーラーセル を提供することである。

本発明のまた別の目的は高い生産量を伴って再生可能に製造されることのできる ソーラーセルを提供することである。

前記の目的に従って、本発明に従うソーラーセルはソーラーセルのベースおよび エミツタ層を各々形成する反対の導電型の少なくとも２つの隣接する不純物のド ープされた半導体層を有し、それらの間に半導体接合部が形成されている半導体 ボディを含む。このベースおよびエミツタ層は各々本質的に平行な後面および前 面を具備する。砒化アルミニウムガリウムの層はエミツタ層前面上に付着され、 露出された主面を具備する。砒化アルミニウムガリウム層はこれらの層を経てエ ミツタ層主面へ垂直に伸びる複数の横方向の溝を有する。

この溝は、電荷キャリア収集のためエミッタを電気的に接触する金属接触線を含 む。露出した前面の主面上に位置する複数の電流収集金属グリッド線はこれらの 接触線への電気接触を行なうように金属接触線を横切る。砒化アルミニウムガリ ウムの露出した主面上に位置する偏平金属ストリップもまた電流収集金属グリッ ド線を互いに電気的に結合し、他のソーラーセルへの溶接相互結合のための領域 を提供する。

本発明のその他および更に別の目的、利点、および特徴は、以下の、添付図面に 伴って得られる本発明の好ましい実施例の詳細な説明から明らかとなるだろう。

図面の簡単な説明 Ｍｌａ図は本発明の原理に従ったソーラーセルの一部の平面図である。

第１ｂ図は第１ａ図のラインｂ−ｂに沿って得られた断面図である。

第２図は第１ａ図に示されたソーラーセルの一部を断面図で示した部分的な斜視 図である。

第３図は本発明のもう１つの実施例に従ったソーラーセルの一部の平面図である 。

第４図は本発明に従ったソーラーセルの平面図である。

第５図（ａ）乃至第５図（ｇ）は本発明に従ったソーラーセルを製造する好まし い方法の各過程における断面図（（ｇ）はまた斜視図でもある）である。

好ましい実施例の説明 特に第１ａ図、第１ｂ図、および第２因を参照すると、ソーラーセル６が前面お よび後面の平行主面８および９を有する半導体ボディ７を有していることが示さ れている。半導体ボディは、ゲルマニウムまたはシリコンが代わりに用いられて も良いが、この実施例が砒化ガリウムの基板層１０を含む。

基板層ｌＯは例えばＮ十導電型に不純物ドープされる。バッファ層１２は基板１ ０上に存在し、典型的に例えば、Ｎ型に不純物ドープされた砒化ガリウムである 。もし基板層ＩＯがシリコン半導体材料からできているなら、シリコン半導体材 料を砒化ガリウム半導体材料へ格子整合するためゲルマニウムの層が基板ｌＯと 砒化ガリウムバッファ層１２との間に配置される。砒化ガリウム半導体材料のエ ミツタ層１４はバッファ層１２上に存在し、Ｐ型である。Ｎ−Ｐ接合部１３がエ ミツタ層１４とバッファ層１２との間に存在する。エミツタ層１４と同じ導電型 、即ちＰ型である砒化アルミニウムガリウムウィンド層２０はエミツタ層１４上 に存在する。

Ｎ−Ｐ半導体ボディが第１ｂ図に示されているけれども、Ｐ−Ｎ半導体ボディも また、基板１０がＰ＋導電性であり、バッファ層１２がＰ導電性であり、エミツ タ層１４がＮ導電性であり、そしてウィンド層２０がＮ導電性であるように用い られても良い。

２つの反射防止被覆２１および２２は砒化アルミニウムガリウムウィンド層２０ の前面の主面８上に設けられている。頂部の反射防止被覆２２は露出した主面２ ３を有し、それは酸化アルミニウムでも良く、下方の反射防止被覆２１は例えば 二酸化チタニウムであっても良い。２つの層が典型的に用いられるけれども、も っと多くの或いは少ない層が用いられてもよい。もし単一層が用いられるなら、 それは例えば、−酸化シリコンまたは酸化タンタルであって良い。

背面接触部３０は半導体ボディ７の背面９上に位置する。背面接触部はソーラー セルの゛全背面を被覆するか、あるいはグリッド状にされる。

複数の本質的に平行な金属接触線４０はセルの露出面２３の領域を横切る。金属 接触線４０は典型的に長方形断面を有し、エミツタ層１４の前面１５へ接触する ため、２つの反射防止被覆２１および２２と、砒化アルミニウムガリウム層２０ を経て伸びている。金属接触線４０は例えば、約５乃至１０ミクロンの幅であっ て良い。狭い接触線は、高い再結合速度領域へ露出されたエミッタ材料の量を減 少することによって接触下のエミッタ再結合電流を低くするようにエミツタ層へ の接触領域を少なくする。その代わりに、第１図の接触線４０の代わりに第３図 に示されるように、行および列に配列された複数の金属長方形接触セグメント４ １が与えられても良く、それは更にエミッタに対する接触領域を減少する。隣接 する金属接触線４０またはセグメント４１は約８００ミクロン離されている。

頂部反射防止被覆２２の露出した表面２３上にある電流収集金属グリッド線５０ は一般に金属接触線４０に対して直角方向にセル６の領域を縦方向に横切る。金 属グリッド線５０は金属接触線４０と交差しそれらと電気接触を行なう。グリッ ド線５０の幅は例えば約２５乃至６０ミクロンであって良いが、３０乃至４０ミ クロンがよい結果をもたらす。隣接するグリッド線は例えば、１乃至２ミリメー タ（第３図については２分の１乃至１ミリメータ）の距離だけ離されている。隣 接グリッド線５０の間の最適の距離はしかしながら金属接触線４０に選択された 幅、グリッド線５０の幅および高さによって変化する。

偏平金属ストリップＢＯはセルを横に横切り、セル６の端部付近で頂部反射防止 被覆２２の露出表面２３上に位置する。ストリップ６０は本質的に金属接触線４ ０に平行であり、実際に電流収集金属グリッド線５０に垂直であり、グリッド線 ５０と交差し電気接触している。偏平金属ストリップ６０は方形の表面領域を有 しても良く、あるいは第４図に示されるように、その代わりにストリップ６１の 長さに沿って１以上の拡大された金属領域６２を有する非常に狭い金属ストリッ プ６１の形であっても良い。拡大された領域６２はその他のセルから電気相互結 合へ溶接するため十分な表面領域を有する。

上述のようにソーラーセル６はソーラーセルに対する接触抵抗およびソーラーセ ルに対する前面電気接触の接着力が個別的に最良にされ、前面メタライゼーショ ンの接触領域が最少にされる。良好な電気接触がエミツタ層１４へ与えられ、そ れによって電気抵抗を低くし、効率を増加するような金属合金が金属接触線４０ のため選択される。電流収集金属グリッド線５０と、セルの露出面２３への適切 な接着力を与える偏平金属ストリップ６０のため異なる金属合金が選択され、そ れによって偏平金属ストリップ６０およびグリッド線５０の機械的一体性を最大 にすることもできる。従って、金属接触線４０は非常に狭い、即ち典型的な従来 技術のセルのための５０乃至６０ミクロンと比較して５乃至１０ミクロンである 。結果的に、セルのエミツタ層１４への金属接触線４０の接触領域はエミッタ前 面で再結合電流を非常に低くするように減少され、それによって電圧および効率 を増加する。更に、本発明を実施するソーラーセルは比較的低い費用で製造され 、高い生産性で処理される。

半導体ボディ７の製造はここで参照される文献（Ｇ、Ｓ。

Ｋ　ａＩＩｌａｔｈによる宇宙空間応用のための有利なソーラーセル、Ｐ　ｒｏ ｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ’　２１ｓｔ　Ｉ　Ｅ　ＣＥ　Ｃ１４２５−１４２６， １９８６年８月）のような過去いくつかの発表において明らかにされた。

しかしながら第５図（ａ）に簡単に示されるように、Ｎ型砒化ガリウム層１２、 即ちベースは多数の既知の技術の１つを用いてＮ十砒化ガリウム基板１０の上面 に生長され、その技術の１つは液相エピタキシである。Ｎ型ベース層１２は典型 的に立方センチメータ当り約２　Ｘ　Ｉ　Ｑ　１７の不純物の濃度と約１０ミク ロンの厚さを有しており、一方Ｎ十基板層１０は典型的に立方センチメータ当り 約２Ｘ１０１８不純物の濃度と２５０ミクロンの厚さを有する。

第５図（ｂ）に示された次の処理過程において、砒化アルミニウムガリウム層２ ０は、例えば液相エピタキシ、金属組織化学蒸気付着、分子ビームエピタキシに よってＮ層１２の上面に生成される。砒化アルミニウムガリウムは例えば立方セ ンナメートル当り２　ＸＩ　Ｑ　１８の典型的濃度のベリリウムであるＰ型ドー パントによってドープされる。砒化アルミニウムガリウム層２０の付着において この層からベリリウム原子は、砒化アルミニウムガリリウム層２０に隣接する薄 いエミツタ層１４をＰ型にドープするようにＮ型層１２へ拡散する。砒化アルミ ニウムガリウム層２０は典型的に約２Ｘ１０１８不純物分子を含み、約０．０３ ．乃至０．４ミクロンの厚さで生成される。

半導体ボディ７が製造された後、典型的に酸化アルミニウムおよび酸化チタニウ ムの２つの反射防止波ｆｆ１２１および２２は各々、第５図（Ｃ）において示さ れるように当分野において既知の技術によって、砒化アルミニウムガリウム層２ ０上に付着される。しかしながら、反射防止被覆の付加的またはより少ない層が 用いられても良い。これについてはＦ　、Ｂ　ｕｎｓｈａｈ等のフィルムおよび 被覆のための付着技術（Ｎｏｙｅｓ　Ｐｕｂｌ　。

１９８２）が参照される。

その後、第５図（ｄ）に示されるように、背面メタライゼーション３０が設けら れる。例えば金、ゲルマニウム、およびニッケルのような金属合金は電子ビーム 蒸着その他の方法で背面９上に付着され、それ以後半導体ボディ７への良好な抵 抗接触を形成するため焼成される。背面金属化はセルの特性に影響を及ぼすこと なく反射防止被覆の付着より先に行われてもよい。

次の過程において、金属接触線４０はソーラーセル半導体ボディ上に形成される 。層２２の露出面２３はフォトレジストのパターン化された層（図示されていな い）を設けられ、露出部分は２つの反射防止被覆２１と２２および砒化アルミニ ウムガリウムウィンド層２０を経てエミツタ層１４の前面１５へ垂直にエツチン グされ、それは第５図（ｅ）に示されるように細い溝４２を形成する。その後例 えば金と亜鉛のような合金がフォトレジスト上および細い溝４２内ヘスバッタさ れ、それから銀は電子真空付着を用いてその上に蒸着される。その代わりに、金 属接触線４０がイオンめっき、抵抗源からの蒸着、または電子メッキを用いて露 出面２３上に付着されても良い。残りのフオトレジストはその後有機溶媒を用い てフォトレジスト上の金属と共にリフトオフされ第５図（ｆ）に示されるように 、細い金属接触線４０を残す。

金属接触線４０が付着された後、金属グリッド線５０および偏平金属ストリップ ６０が第５図（ｇ）によって示されるようにセル上へ形成される。機械的ホイル マスク処理を用いて、グリッド線および偏平ストリップのための開口を具備する ホイルマスクが頂部の反射防止被覆２２の露出面２３上に置かれ、金属が表面上 に蒸着される。金属はその後頂部の反射防止被覆露出面２８への適切な接着力を 与えるため焼結される。チタニウム、金、亜鉛、および銀のような金属合金が例 えば用いられ、それは適切な接着力を与える。

ここに説明されたソーラーセル構造の実施例がＰ−Ｎ半導体ボディ７を用いてい るけれども、本発明の原理はまたＮ−Ｐ型セルへ適合することも可能である。

従って、本発明は特定の実施例を参照して示され説明されたけれども、それにも かかわらず添付された請求の範囲に記載された本発明の技術的範囲を逸脱するこ となく当業者にとって明らかな様々な変化および修正が可能である。

Ｆ　ｉ　ｇ、ｉｏ。

Ｆｉｇ、１ｂ。

Ｆ　ｉ　ｑ、　３゜ 国際調査報告 ＋ｍｅｍ、＊ｍ　Ａ＃Ｎｃａｊｍ　Ｎ。　ＰＣＴ／ＩＪＳ　８７１０２４２６　 −２−国際調査報告

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）第１の導電型の第１の層と、前記第１の層に隣接して配置された前記第１ の導電型と反対の第２の導電型の第２の層とを有する半導体材料のボディであっ て、前記第１および第２の層が各々本質的に平行な前面と背面を有し、それらの 間の半導体接合部が前記前面および背面に対して本質的に平行であるような半導 体材料のボディと、前記前面上に付着され、露出された前面およびその中で前記 第２の層へ垂直に伸びている複数の溝とを有する砒化アルミニウムガリウムの層 と、 前記第２の層に対する電気接触をなす前記溝中の複数の金属接触線と、 前記金属接触線と交差し電気的に前記金属接触線と接触する前記砒化アルミニウ ムガリウム露出前面上の複数の金属グリッド線と、 他のソーラーセルとの相互結合に対する十分な表面領域を有し前記砒化アルミニ ウムガリウム層の露出した前面に付着されて前記複数の金属グリッド線を互いに 結合する偏平金属ストリップとを具備するソーラーセル。
2. （２）前記半導体ボディが砒化ガリウムからできており、前記第１の層がＰ型で あり、前記第２の層がＮ型であり、前記砒化アルミニウムガリウム層がＮ型であ る請求項１記載のソーラーセル。
3. （３）第１の層がＰ＋型であり、第２の層がＰ型であり、第３の層および前記砒 化アルミニウムガリウム層がＮ型である請求項１記載のソーラーセル。
4. （４）前記金属接触線が本質的に互いに平行である請求項１記載のソーラーセル 。
5. （５）前記金属グリッド線が本質的に互いに平行であり、前記金属接触線に垂直 である請求項４記載のソーラーセル。
6. （６）前記金属接触線が行および列に配列された複数の金属の長方形の接触セグ メントへ分割されている請求項１記載のソーラーセル。