JPH0324768A - バイパスダイオード付太陽電池 - Google Patents

バイパスダイオード付太陽電池

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JPH0324768A
JPH0324768A JP1160543A JP16054389A JPH0324768A JP H0324768 A JPH0324768 A JP H0324768A JP 1160543 A JP1160543 A JP 1160543A JP 16054389 A JP16054389 A JP 16054389A JP H0324768 A JPH0324768 A JP H0324768A
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JP
Japan
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junction
type diffusion
bypass
diffusion layer
cell
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JP1160543A
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English (en)
Inventor
Hisanobu Matsutani
松谷 壽信
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Original Assignee
Sharp Corp
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Publication date
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L27/14Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation
    • H01L27/142Energy conversion devices
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

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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】 (産業上の利用分野) 本発明は、太陽電池セルに逆バイアス電圧が印加された
とき、太陽電池セルの破壊を防止する手段に関するもの
である。
(従来の技術) 一般に太陽光を利用した発電装置は、第6図に示される
ように、個々の太陽電池セル10.11,12.18等
を並列に接続してサブモジューノレ30を構成し、これ
と直列に、太陽電池セル10−1.11−1.12−1
.18−1等からなるサブモジュール81、太陽電池セ
ル10−2. 11−2. 12−2. 18 −2等
からなるサブモジュール82等を接続して、太陽電池ア
レイ(以下アレイという)を構戊し、これに負荷Lを接
続するようになっている。このアレイに光が入射してい
るとき、アレイの周辺の構造物の影がアレイを構或する
太陽電池セル(以下セルという)群の一部に投影され、
セルが遮光されると、遮光されたセルが逆方向にバイア
スされ、この逆バイアスが大きい場合は、逆バイアスさ
れたセルが破壊され、プレイの発電性能が低下する。
この逆バイアスを防止するため、サブモジュールあるい
はセルの起電力の方向と逆方向にダイオードを接続し、
セルの逆バイアスをバイパスする手段が用いられている
。第7図<a>はセル10,11,12.18等よりな
るサブモジュールに対してパイバスダイオードDを1個
逆方向に並列に接続した一例であり、第7図(b)は、
各セル10,11,12,18のそれぞれに、パイバス
ダイオードDI,D2,DB,D4を逆方向に並列に接
続した一例である。
これらは何れもセル及びダイオードが個別部品として供
給されており、個々のセルあるいはサブモジュールにダ
イオードを接続していた。
他の技術としては、セルの受光面の反対側に、セルの基
板を共有する形でダイオードを形威し、パイバスダイオ
ードとして機能させるものがある。
第8図はその一例の略断面図である。P型のシリコン基
板20の一方の面にN型の拡散層21を形威しその一部
に電極24が設けられている。拡散層21の側から受光
し、PN接合により発電される。他方の面にメサを形威
しその表面にN型拡散層22を形威しその表面に電極2
8を設ける。図示されていないがP型シリコン基板20
0表面の一部に隣接する他のセルに接続するための電極
が設けられている。この等価回路は第9図に示される。
セルSCのプラス側はパイバスダイオードBDのマイナ
ス側に接続され、セルSCのマイナス側とパイバスダイ
オードBDのプラス側とは開放されでいる。このような
三端子のセルは@10図(a),(b)のように接続さ
れる。第lO図(.)はセル3個を直列に接続した場合
の斜ネ見図である。第1の太陽電池lのマイナス側と、
第2の太陽電池2のプラス側とはリード線25により接
続され、第2の太陽電池2のマイナス側と第8の太陽電
池8のプラス側も同様にリード線25により接続されて
いる。
両端のリードIlj27,2Bは負荷に接続される。
第1の太1m!池1の表面のプラス側と、第2の太陽電
池20表面のN型拡散層22とは、リード線26により
接続され、第2の太陽電池20表面のプラス側と、第8
の太陽電池80表面のN型拡散層22とも、同様にリー
ド線26により接続されている。この等価回路は第10
図(b)に示されるようになる。第2の太陽電池2の表
面に形成されたN型拡散層22とP型のシリコン基板2
0とよりなるパイバスダイオードAは、第1の太陽電池
1のバイパスとなり、第8の太陽電池8の表面に形成さ
れたパイバスダイオードBは、第2の太陽電池2のバイ
パスとなる。従って、直列に接続された最終の第8の太
陽電池3には、これに逆方向に個別のダイオードCを並
列に接続しなければならない。
(発明が解決しようとする課題) 第7図(a)(b)に示されるように、個別のダイオー
ドを接続する方法は、セルとダイオードを接続する配線
が必要であり、配線のための工数も必要でコストが上昇
する。″!た、個別のダイオードや配線用のワイヤーが
セル表面より突出することがある。このような突出物は
、宇宙用の太陽電池アレイのように折りたたむ必要のあ
る場合には、都合が悪い。
また、第8図及び第10図(a)(b)K示されるよう
な、三端子接続となるパイバスダイオード付太陽電池は
、接続が複雑となり、直列接続の最終端となるセルには
、個別ダイオードを使用しなければならない。第7図(
a)(b)の場合と同様に、突出物により不都合も生ず
る。
(課題を解決するための手段) 本発明においては、前述の欠点を除去するため、シリコ
ンのような半導体基板に充電変換用のPN接合とバイパ
ス用のPN接合とを一体に形成し、充電変換用のPN接
合に逆バイアスが印加されたときバイパス用のPN接合
が順方向になるように接続し、かつバイパス用PN接合
は遮光されるようにした。
(作 用) 本発明によれば、個々のセル毎にパイバスダイオードが
設けられているので、逆バイアスがかけられたときは個
々のセル毎にバイパスされる。それぞれのセルは端子が
2個あればよいから、突出物がなくなる。
(実施例) 第1図(a)は本発明の一実施例の略断面図であり、第
1図(b)はその平面図である。第1図(a)に示され
るように、P型シリコン基板61の一方の面にN+型拡
散層62を形或する。これらが光電変換用のPN接合を
構或する。P型シリコン基板6lの一部に、一方の面か
ら他方の面に至るN型拡散領域6Bを形或し、その一方
の面にP型拡散層64が形成され、この両者でバイパス
用のPN接合が構成される。N十型拡散層620表面は
、反射防止膜66によって被覆されている。N十型拡散
層62の一部とP型拡散層64とは表面電極67により
接続されている。P型シリコン基板6lの他方の面は、
N型拡散領域63を含む全面に裏面′rt極68が設け
られている。65は酸化膜であって、セルの表面を保護
している。第1図(b)はその平面図であって、N型拡
散領域6B及びP型拡散層64は、P型シリコン基板6
1の一部に形或され、表面電極67ぱ櫛型にされており
、N十型拡散層62及びP型拡散NJ6 4i接続して
いる。従って、このP型シリコン基板61には、光電変
換用のPN接合と、バイパス用のPN接合とが、逆方向
に並列に一体に形或され、外部との接続は表面t極67
と裏面電極68との二個の電極を介して行われ、二端子
構造となる。なおバイパス用のPN接合は表面電極67
によって遮光されている。
この等価回路は第2図に示される。正常な動作状態では
、P型シリコン基板61とN十型拡散層62との間のP
N接合は順方向バイアスとなり、P型シリコン基板6l
をプラス、N十型拡散層62をマイナスとする起電力を
発生する。従って、N+型拡散層62と接続されている
P型拡散層64はマイナス、裏面電極68によりP型シ
リコン基板61に接続されるN型拡散領域68はプラス
となる。なか、シリコン基板61とN型拡散領域68と
の間にできる寄生PN接合DSCは裏面電極68により
短絡されてかり、このときバイパス用のPN接合は表面
電極67によって遮光されているから、パイバスダイオ
ードBDは、光起電力を発生せず、良好な逆方向を保持
しており、光電変換用のPN接合の起電力には影響を与
えない。すなわち、免2図のパイバスダイオードBDに
は、セルSCにより逆バイアスとなり、セルSCから光
起電力を取り出すことができる。このセルSCが第6図
の7レイとして組み立てられて使用される時、一部のセ
ルSCが何等かの原因で発電を停止した場合は、発電を
停止していないセルSCや負荷のノくツテリー等より発
電を停止したセルSCには逆ノ{イアスが印加される。
その結果、パイバスダイオードBDには、順方向のバイ
アスが印加されるから、セルSCにはパイバスダイオー
ドBDo順方向以上の電圧が印加されない。
このようなパイバスダイオード付太陽電池セルは、以下
のようにして製造される。第8図(a)〜(k)はその
一例であって、一枚のシリコン基板に多数のセルを形成
し、ダイシングにより個々のセルを取り出すものである
1ず、第3図(a)に示されるようにP型シリコン基板
61の両面に酸化膜65.65を形或し、次に第8図(
b)に示されるように、パイバスダイオード形成予定領
域に釦いて、ホトエッチングにより、穴71.71・・
・を設ける。次に第8図(C)に示されるように、穴7
1,71・・・の部分に、片側から又は両面からN型不
純物を拡散し、P型シリコン基板61をjj通するN型
拡散領域63を形或する。
その後穴71 .71は再び酸化膜65によって覆われ
る。
次に第3図(d)に示されるように、N型拡散領域68
の表面の酸化膜65の一方の面に、ホトエッチングによ
り穴72.72を形或する。P型シリコン基板61の他
方の面は、全面にわたり酸化膜66によって覆われてい
る。
次に第8図(e)に示されるように、穴72 . 72
からP型不純物を拡散することにより、P型拡散層64
.64が形威され、その後穴72.72は再び酸化膜6
5によって覆われる。
次に第8図(f)に示されるように、光電変換の予定領
域の酸化膜65の一方の面に、ホトエッチングにより穴
78を形或する。
次に第8図(g)に示されるように、穴73からN型不
純物を拡散してN+型拡散層62を形成する。
その表面は酸化して酸化膜65によって覆われる。
次に第8図<b>に示されるように、N+型拡散層62
及びP型拡散層64の表面の酸化膜65に、ホトエッチ
ングにより、それぞれ穴74 .75を形成する。そし
て、裏面の酸化膜65も除去する。
次に第8図(1)に示されるように、後の工程の電極形
或時に必要な部分等をマスキングして反射防止膜66,
66を形或する。
次に第8図(j)に示されるように、N+型拡散層62
の一部とP型拡散層64とを接続する表面電極67と、
N型拡散領域68の他方の面を含むP型シリコン基板6
1の他方の面を覆う裏面電極68とを真空蒸着により形
成する。
次に第8図(k)に示されるように、表面電極67の右
側の一点鎖線76に沿って切断すると、第1図(a) 
, (b)に示されるようなパイバスダイオード付太陽
電池が得られる。
第1図(a) , (b)に示される実施例では、光電
変換部のN+型拡散層62がプレーナ拡散となっている
が、このN+型拡散層はメサ型の領域とすることもでき
る。
第4図は他の実施例の略断面図である。第1図(a)(
b)における実施例と異なる所はN型拡散領域68−1
であって、本実施例においては、P型シリコン基板6l
の受光面側の表面の一部に形或さ′れ、このN型拡散領
域6B−1とP型シリコン基板6lとは、他の電極とは
別に設けた接合短絡部80Kよって接続されている。第
1図(a)(b)の実施例においてはN型拡散領域68
がP型シリコン基板61の一方の面から他方の面へ貫通
し、N型拡散領域68とP型シリコン基板61とは裏面
電極68によって短絡されるようになっていた。この実
施例の場合は、表面から光が入射し、パイバスダイオー
ド部分において光電変換が行われるおそれがあるので、
ダイオード特性を良好に保つため、使用に際しては遮光
の必要がある。
第5図(a)は更に他の実施例の略断面図であって、い
わゆるラップアラウンドセルに実施したものである。P
型シリコン基板101の一方の面にはN+型拡散層10
2が形成されその端面を覆うように酸化膜105が形成
されている。この下面の酸化膜105の内面にN型拡散
領域10Bを形成しその一部にP型拡散層104を形或
する。N+型拡散層102の表面の大部分は反射防止膜
106で覆われ、表面の一部に設けた表面電極107は
下面に延長され、その一部は酸化膜105を貫通してP
型拡散層104と接続される。P型シリコン基板101
の一部とN型拡散領域10Bとは、酸化膜105を貫通
する接合短絡部109によって接続される。P型シリコ
ン基板101の他の部分は裏面電極108によって覆わ
れている。このような構造によって、アセンブリーコス
トが低減される。第5図(b)はその平面図である。
(発明の効果) 以上に詳述したように、本発明によればセルに逆バイア
スが印加されたときにバイパスを構或するダイオードを
シリコン基板中に一体に内蔵して>リ、二端子で他のセ
ルと結合できるから、モジュールの組立が簡単になる。
1た、パイバスダイオードを表面電極の背面に形或する
ことができるから、受光面の面積に影響することがない
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明の一実施例の略断面図、同図(b
)はその平面図、第2図はその等価回路図、第8図(a
)〜(k)はその製造工程を示す略断面図、第4図は他
の実施例の略断面図、第5図(a)はその他の実施例の
略断面図、同図(b)はその平面図、第6図は一般の太
陽光発電装置のブロック図、第7図(a),(b)はそ
れぞれパイバスダイオードの取付の例を示すブロック図
、第8図は従来のパイバスダイオード付太陽電池の一例
の略断面図、第9図はその等価回路、第10図(a)は
第8図の太陽電池の接続を示す斜視図、同図(b)はそ
の等価回路である。 6l・・・P型シリコン基板、62・・・N十型拡散層
、63・・・N型拡散領域、64・・・P型拡散層、6
5・・・酸化膜、66・・・反射防止膜、67・・・表
面WL極、68・・・裏面電極、80・・・接合短絡部
、101・・・P型シリコン基板、102・・・N十型
拡散層、108・・・N型拡散領域、104・・・P型
拡散層、105・・・酸化膜、106・・・反射防止膜
、107・・・表面i!!極、108・・・裏面電極、
109・・・接合短絡部蘂3 図 某2 図 憂4−図 菓 3 図 墨 6 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、半導体基板に、光電変換用のPN接合とバイパス用
    のPN接合とを一体に形成し、光電変換用のPN接合に
    逆バイアスが印加されたとき、バイパス用のPN接合が
    順方向になるように接続し、かつバイパス用のPN接合
    は遮光されていることを特徴とするパイバスダイオード
    付太陽電池
JP1160543A 1989-06-22 1989-06-22 バイパスダイオード付太陽電池 Pending JPH0324768A (ja)

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