JP7300444B2 - Solar cell and electronic device equipped with the solar cell - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池、および、その太陽電池を備えた電子機器に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a solar cell and an electronic device equipped with the solar cell.
太陽光が照射される屋外環境下で使用されるウェアラブル機器または腕時計等の電子機器に、太陽電池を搭載することが要望されている。特許文献1には、このような電子機器として、太陽電池を備えた腕時計が開示されている。
このような電子機器では、太陽電池よりも光入射面側に、電子機器を構成する歯車や電子部材、装飾部材などが配置されることがある。このような場合、太陽電池の上に影が生じ、太陽電池の性能が低下することがある。2. Description of the Related Art There is a demand for mounting a solar cell on electronic equipment such as wearable equipment and wristwatches used in an outdoor environment exposed to sunlight.
In such an electronic device, gears, electronic members, decorative members, and the like, which constitute the electronic device, may be arranged on the light incident surface side of the solar cell. In such a case, a shadow may be formed on the solar cell and the performance of the solar cell may be degraded.
この点に関し、特許文献1には、太陽電池における、文字盤に施された装飾部材と重なる部分(すなわち、太陽電池における影が生じる領域)において、透明電極を除去し、或いは太陽電池そのものを除去し(特許文献1に記載の用語を参照すれば、透明電極に設けられた開口部またはスリット、または、太陽電池セルに形成された貫通孔)、電気を流さないようにし、太陽電池の発電効率の低下を抑制することが記載されている。
In this regard,
ウェアラブル機器または腕時計等の電子機器は、蛍光灯等の比較的低照度な光源からの光が照射される屋内環境下でも使用される。屋内環境下では、散乱光または複数の光源からの光が様々な入射角度で電子機器に照射され、装飾部材等が太陽電池から乖離して配置される場合、太陽電池における、光入射面側に配置された部材と重なる部分にも光が照射されることが予想される。
しかしながら、特許文献1に記載の太陽電池のように、屋外環境下における太陽電池の性能低下を抑制するために、装飾部材と重なる部分において透明電極或いは太陽電池そのものを除去して電気を流さないようにすると、屋内環境下において装飾部材と重なる部分に照射される光を活用できず、屋内環境下における太陽電池の性能が低下することが予想される。Electronic devices such as wearable devices and wristwatches are used even in an indoor environment where light from a light source with relatively low illuminance such as a fluorescent lamp is illuminated. In an indoor environment, scattered light or light from multiple light sources irradiates an electronic device at various angles of incidence, and when decorative materials, etc., are placed away from the solar cell, the light incident side of the solar cell It is expected that the light will also be applied to a portion that overlaps with the arranged member.
However, like the solar cell described in
本発明は、屋外および屋内の両方の環境下において太陽電池の性能低下を抑制する太陽電池、および、その太陽電池を備えた電子機器を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a solar cell that suppresses performance deterioration of the solar cell both in outdoor and indoor environments, and an electronic device equipped with the solar cell.
本発明に係る太陽電池は、光電変換基板と、光電変換基板の両主面のそれぞれに、または、光電変換基板の片主面に、配置された第1導電型半導体層および第2導電型半導体層と、第1導電型半導体層に対応する第1電極層および第2導電型半導体層に対応する第2電極層とを備える太陽電池であって、太陽電池から乖離して配置される遮光部材と組み合わせて用いられる太陽電池において、光電変換基板の主面において、遮光部材に対応する特定領域と、特定領域以外の非特定領域とを有し、特定領域における電気抵抗のうちの直列抵抗成分は、非特定領域における電気抵抗のうちの直列抵抗成分に比べて、高抵抗である。 A solar cell according to the present invention comprises a photoelectric conversion substrate, and a first conductivity type semiconductor layer and a second conductivity type semiconductor disposed on each of both main surfaces of the photoelectric conversion substrate or on one main surface of the photoelectric conversion substrate. A solar cell comprising a layer, a first electrode layer corresponding to the first conductivity type semiconductor layer and a second electrode layer corresponding to the second conductivity type semiconductor layer, wherein the light shielding member is arranged apart from the solar cell In the solar cell used in combination with , the main surface of the photoelectric conversion substrate has a specific region corresponding to the light shielding member and a non-specific region other than the specific region, and the series resistance component of the electrical resistance in the specific region is , is higher than the series resistance component of the electrical resistance in the non-specific region.
本発明に係る電子機器は、上記した太陽電池と、太陽電池における光電変換基板の主面のうちの一方主面の側に、太陽電池から乖離して配置される1または複数の遮光部材とを備える。 An electronic device according to the present invention includes the above-described solar cell, and one or more light shielding members arranged apart from the solar cell on one of the main surfaces of the photoelectric conversion substrate in the solar cell. Prepare.
本発明によれば、屋外および屋内の両方の環境下において、太陽電池の性能低下が抑制される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the deterioration of the performance of a solar cell is suppressed in both outdoor and indoor environments.
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングおよび部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。 An example of an embodiment of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In each drawing, the same reference numerals are given to the same or corresponding parts. For the sake of convenience, hatching, member numbers, etc. may be omitted, but in such cases, other drawings shall be referred to.
図1は、本実施形態に係る太陽電池および電子機器の一部を裏面側からみた図であり、図2は、図1の太陽電池および電子機器の一部におけるII-II線断面図である。
図1および図2に示すように、本実施形態の電子機器は、太陽電池1と、1または複数の遮光部材70とを備える。遮光部材70は、太陽電池1の受光面側(すなわち、後述する半導体基板(光電変換基板)11の主面のうちの一方主面の側)に、太陽電池1から乖離して配置される。
ウェアラブル機器または腕時計等の電子機器では、デザイン性が高い製品が求められ、様々な形状の製品が設計されることが予想される。例えば、ウェアラブル機器または腕時計等の電子機器において、太陽電池1よりも光入射面側に、電子機器を動作させるための歯車または電子部材、或いは電子機器を構成する装飾部材等の遮光部材70が太陽電池1と乖離して配置されることがある。
太陽電池1と遮光部材70との間には、太陽電池1の受光面側に配置され、太陽電池1(すなわち、後述する半導体基板(光電変換基板)11)を封止する封止部材が配置されていてもよい。封止部材としては、EVA(Ethylene-Vinyl Acetate)フィルム、OCA(Optically Clear Adhesive)フィルム、またはガラスなどが挙げられる。
以下では、太陽電池1の受光面側または裏面側からの平面視において、遮光部材70と重なる太陽電池1の領域(換言すれば、遮光部材70に対応する太陽電池1の領域)を特定領域60とし、太陽電池1における特定領域60以外の領域を非特定領域とする。FIG. 1 is a view of the solar cell and part of the electronic device according to the present embodiment viewed from the back side, and FIG. 2 is a cross-sectional view of the solar cell and part of the electronic device in FIG. 1 taken along line II-II. .
As shown in FIGS. 1 and 2, the electronic device of this embodiment includes a
Wearable devices and electronic devices such as wristwatches are expected to have products with a high degree of design, and products with various shapes are expected to be designed. For example, in an electronic device such as a wearable device or a wristwatch, a
Between the
In the following, a region of
(太陽電池)
本実施形態では、太陽電池1として、裏面電極型(バックコンタクト型)(裏面接合型:バックジャンクション型ともいう。)の太陽電池を例示する。
半導体基板を用いた太陽電池として、受光面側および裏面側の両面に電極が形成された両面電極型の太陽電池と、裏面側のみに電極が形成された裏面電極型の太陽電池とがある。両面電極型の太陽電池では、受光面側に電極が形成されるため、この電極により太陽光が遮蔽されてしまう。一方、裏面電極型の太陽電池では、受光面側に電極が形成されないため、両面電極型の太陽電池と比較して太陽光の受光率が高い。(solar cell)
In this embodiment, as the
As solar cells using semiconductor substrates, there are double-sided electrode solar cells in which electrodes are formed on both the light-receiving side and the back side, and back electrode-type solar cells in which electrodes are formed only on the back side. In a double-sided electrode type solar cell, electrodes are formed on the light-receiving surface side, and sunlight is shielded by these electrodes. On the other hand, in the back electrode type solar cell, no electrode is formed on the light receiving surface side, so the solar cell has a higher light receiving rate than the double electrode type solar cell.
図1および図2に示すように、裏面電極型の太陽電池1は、2つの主面を備える半導体基板(光電変換基板)11を備え、半導体基板11の主面において第1導電型領域7と第2導電型領域8とを有する。
As shown in FIGS. 1 and 2, a back electrode type
太陽電池1は、半導体基板11の両主面のうちの一方主面である受光する側の主面の受光面側に順に積層されたパッシベーション層13と反射防止層15とを備える。また、太陽電池1は、半導体基板11の両主面のうちの受光面の反対側の他方主面(片主面)である裏面側の第1導電型領域7に順に積層されたパッシベーション層23と、第1導電型半導体層25と、第1電極層27とを備える。また、太陽電池1は、半導体基板11の裏面側の第2導電型領域8に順に積層されたパッシベーション層33と、第2導電型半導体層35と、第2電極層37とを備える。
The
<半導体基板>
半導体基板11としては、導電型単結晶シリコン基板、例えばn型単結晶シリコン基板またはp型単結晶シリコン基板が用いられる。これにより、高い光電変換効率が実現する。
半導体基板11は、n型単結晶シリコン基板であると好ましい。これにより、結晶シリコン基板内のキャリア寿命が長くなる。また、p型単結晶シリコン基板では、光照射によってp型ドーパントであるB(ホウ素)が影響して再結合中心となるLID(Light Induced Degradation)が起こる場合があるが、n型単結晶シリコン基板ではLIDがより抑制される。<Semiconductor substrate>
As the
半導体基板11は、両主面のうちの一方主面の側である裏面側に、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を有していてもよい。これにより、半導体基板11に吸収されず通過してしまった光の回収効率が高まる。
また、半導体基板11は、受光面側に、テクスチャ構造と呼ばれるピラミッド型の微細な凹凸構造を有していてもよい。これにより、受光面において入射光の反射が低減し、半導体基板11における光閉じ込め効果が向上する。The
Further, the
半導体基板11の厚さは、50μm以上200μm以下であると好ましく、60μm以上180μm以下であるとより好ましく、70μm以上180μm以下であると更に好ましい。このように、半導体基板11の厚さが薄いことにより、太陽電池1の開放電圧を向上させられ、また材料コストも低減する。
なお、半導体基板11として、導電型多結晶シリコン基板、例えばn型多結晶シリコン基板またはp型多結晶シリコン基板を用いてもよい。この場合、より安価に裏面電極型太陽電池が製造される。The thickness of the
As the
<反射防止層>
反射防止層15は、半導体基板11の受光面側にパッシベーション層13を介して形成されている。パッシベーション層13は、真性シリコン系層で形成される。パッシベーション層13は、半導体基板11の表面欠陥を終端し、キャリアの再結合を抑制する。
反射防止層15としては、屈折率1.5以上2.3以下程度の透光性膜が好適に用いられる。反射防止層15の材料としては、SiO、SiN、またはSiON等が好ましい。反射防止層15の形成方法は特に限定されないが、精密な膜厚制御が可能なCVD(Chemical Vapor Deposition)法を用いると好ましい。CVD法による製膜によれば、材料ガスまたは製膜条件のコントロールで膜質が制御される。<Antireflection layer>
The
As the
本実施形態では、受光面側に電極が形成されていないため(裏面電極型)、太陽光の受光率が高く、光電変換効率が向上する。 In this embodiment, since no electrode is formed on the light-receiving surface side (rear surface electrode type), the light receiving rate of sunlight is high, and the photoelectric conversion efficiency is improved.
<第1導電型半導体層および第2導電型半導体層>
第1導電型半導体層25は、半導体基板11の裏面側の第1導電型領域7にパッシベーション層23を介して形成され、第2導電型半導体層35は、半導体基板11の裏面側の第2導電型領域8にパッシベーション層33を介して形成される。第1導電型半導体層25は、後述する第1電極層27の形状(図1参照)に対応した形状となり、第2導電型半導体層35は、後述する第2電極層37の形状(図1参照)に対応した形状となる。<First conductivity type semiconductor layer and second conductivity type semiconductor layer>
The first conductivity
第1導電型半導体層25は、第1導電型シリコン系層、例えばp型シリコン系層で形成される。第2導電型半導体層35は、第1導電型と異なる第2導電型のシリコン系層、例えばn型シリコン系層で形成される。なお、第1導電型半導体層25がn型シリコン系層であり、第2導電型半導体層35がp型シリコン系層であってもよい。
p型シリコン系層およびn型シリコン系層は、非晶質シリコン層、または、非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む微結晶シリコン層で形成される。p型シリコン系層のドーパント不純物としては、B(ホウ素)が好適に用いられ、n型シリコン系層のドーパント不純物としては、P(リン)が好適に用いられる。The first-conductivity-
The p-type silicon-based layer and the n-type silicon-based layer are formed of an amorphous silicon layer or a microcrystalline silicon layer containing amorphous silicon and crystalline silicon. B (boron) is preferably used as the dopant impurity for the p-type silicon-based layer, and P (phosphorus) is preferably used as the dopant impurity for the n-type silicon-based layer.
第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35の形成方法は特に限定されないが、CVD法を用いると好ましい。材料ガスとしては、例えばSiH4ガスが好適に用いられ、ドーパント添加ガスとしては、例えば、水素希釈されたB2H6またはPH3が好適に用いられる。また、光の透過性を向上させるために、例えば、酸素または炭素といった不純物を微量添加してもよい。その場合、例えば、CO2またはCH4といったガスをCVD製膜の際に導入する。
なお、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35の形成方法の他の一例としては、熱拡散ドーピング法、レーザードーピング法等が挙げられる。Although the method of forming the first conductivity
Other examples of the method for forming the first conductivity
裏面電極型の太陽電池では、受光面側で受光し、生成したキャリアを裏面側で回収するため、第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35とは同一面内に形成される。第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35とを同一面内において所定形状に形成(パターニング)する方法としては特に限定されず、マスクを利用したCVD法を採用してもよいし、または、レジスト、エッチング液、若しくはエッチングペースト等を利用したエッチング法を採用してもよい。
In the back electrode type solar cell, the first conductivity
第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35とは、接合されていないと好ましい。そのため、これらの層の間に絶縁層(不図示)が設けられてもよい。例えば、p型シリコン系薄膜とn型シリコン系薄膜との境界部分に絶縁層を設ける場合、酸化シリコン等の絶縁層をCVD法により製膜すれば、製膜工程を簡素化でき、プロセスコストの低減および歩留まりの向上を図れる。
Preferably, the
<パッシベーション層>
パッシベーション層23,33は、真性シリコン系層で形成される。パッシベーション層23,33は、半導体基板11の表面欠陥を終端し、キャリアの再結合を抑制する。これにより、キャリアのライフタイムが向上するために、太陽電池の出力が向上する。<Passivation layer>
The passivation layers 23 and 33 are formed of intrinsic silicon-based layers. The passivation layers 23 and 33 terminate surface defects of the
<第1電極層および第2電極層>
第1電極層27は、非特定領域における第1導電型半導体層25上に形成されており、第2電極層37は、非特定領域における第2導電型半導体層35上に形成されている。また、第1電極層27Hは、特定領域60における第1導電型半導体層25上に形成されており、第2電極層37Hは、特定領域60における第2導電型半導体層35上に形成されている。第1電極層27,27Hと第2電極層37,37Hとは、電気的に直接的には非接続な状態になっていれば、物理的に、接触していても離間していても構わない。なお、図1では、第1電極層27,27Hと第2電極層37,37Hとが、物理的に離間している例を示している。<First electrode layer and second electrode layer>
The
第1電極層27,27Hおよび第2電極層37,37Hは、透明導電性材料からなる透明電極層28,38,28H,38Hで形成されていてもよい。透明導電性材料としては、透明導電性金属酸化物、例えば、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタンおよびそれらの複合酸化物等が用いられる。これらの中でも、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物が好ましい。高い導電率と透明性との観点からは、インジウム酸化物が特に好ましい。更に、信頼性またはより高い導電率を確保するため、インジウム酸化物にドーパントを添加すると好ましい。ドーパントとしては、例えば、Sn、W、Zn、Ti、Ce、Zr、Mo、Al、Ga、Ge、As、Si、またはS等が挙げられる。
このような透明電極層28,38,28H,38Hの形成方法としては、スパッタリング法等の物理気相堆積法、または有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相堆積法(例えばCVD法)等が用いられる。The first electrode layers 27, 27H and the second electrode layers 37, 37H may be formed of transparent electrode layers 28, 38, 28H, 38H made of a transparent conductive material. As the transparent conductive material, transparent conductive metal oxides such as indium oxide, tin oxide, zinc oxide, titanium oxide and composite oxides thereof are used. Among these, an indium-based composite oxide containing indium oxide as a main component is preferable. Indium oxide is particularly preferred from the viewpoint of high electrical conductivity and transparency. Additionally, dopants are preferably added to the indium oxide to ensure reliability or higher conductivity. Dopants include Sn, W, Zn, Ti, Ce, Zr, Mo, Al, Ga, Ge, As, Si, or S, for example.
Methods for forming such transparent electrode layers 28, 38, 28H, 38H include a physical vapor deposition method such as a sputtering method, or a chemical vapor deposition method using a reaction between an organometallic compound and oxygen or water (for example, CVD method) and the like are used.
なお、第1電極層27,27Hおよび第2電極層37,37Hは、透明電極層28,38,28H,38Hに限定されず、透明電極層28,38,28H,38H上に積層された金属電極層29,39,29H,39Hを有していてもよい。すなわち、透明電極層28,38,28H,38Hと金属電極層29,39,29H,39Hとが積層した、積層型の第1電極層27,27Hおよび第2電極層37,37Hであってもよい。また、第1電極層および第2電極層のうち、一方が積層型の電極層であり、他方が単層型の透明電極層であってもよい。また、第1電極層27および第2電極層37は、金属電極層のみから形成されていても構わない。
金属電極層29,39,29H,39Hは、金属材料で形成される。金属材料としては、例えば、Cu、Ag、Alおよびこれらの合金が用いられる。
金属電極層29,39,29H,39Hの形成方法としては、例えばAgペーストを用いたスクリーン印刷等の印刷法、または例えばCuを用いた電解メッキ等のメッキ法等が用いられる。The first electrode layers 27, 27H and the second electrode layers 37, 37H are not limited to the transparent electrode layers 28, 38, 28H, 38H. It may have
The metal electrode layers 29, 39, 29H, 39H are made of metal material. For example, Cu, Ag, Al, and alloys thereof are used as the metal material.
As a method of forming the metal electrode layers 29, 39, 29H, 39H, for example, a printing method such as screen printing using Ag paste, or a plating method such as electrolytic plating using Cu, or the like is used.
<特定領域>
上述したように、本実施形態の太陽電池1は、ウェアラブル機器または腕時計等の電子機器において、太陽電池1よりも光入射面側に太陽電池1から乖離して配置される遮光部材70と組み合わせて用いられる。
太陽電池1は、半導体基板11の主面において、遮光部材70と重なる、すなわち遮光部材70に対応する1または複数の特定領域60と、特定領域60以外の非特定領域とを有する。図1に示す本実施形態の太陽電池1は、3つの特定領域60を有する。
特定領域60は、例えば、半導体基板11の主面の平面視で円形形状である。なお、特定領域60の形状はこれに限定されず、帯形形状または多角形形状(例えば三角形形状または四角形形状)、またはより複雑な形状であってもよい。
複数の特定領域60がある場合、複数の特定領域60の面積は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。また、特定領域60の面積は、遮光部材70の面積以下であってもよい。<Specific area>
As described above, the
The
When there are a plurality of
遮光部材70は太陽電池1の特定領域60と乖離するので、屋内環境下では、蛍光灯等の光源からの直接の光、または、電子機器の構成部材により反射または散乱された光が、遮光部材70と特定領域60との隙間において、斜めから特定領域60に照射される。
Since the
太陽光が照射される屋外環境下では、特定領域60は、主に遮光部材70による影が形成される領域であり、特定領域60以外の非特定領域は、太陽光が照射される領域である。そのため、屋外環境下では、特定領域60の照射光量と非特定領域の照射光量との差は非常に大きい。
一方、屋内環境下では、様々な方向から光が照射されるため、特定領域60と非特定領域とにおける照射光量の差は屋外環境下と比べると小さい。
このため、屋外環境下においては、特定領域60における影の影響による太陽電池の出力の低下を抑制しつつも、屋内環境下においては、特定領域60における太陽電池の出力をできるだけ取り出すことにより、太陽電池の発電量が向上する。In an outdoor environment where sunlight is irradiated, the
On the other hand, in an indoor environment, light is emitted from various directions, so the difference in the amount of illumination light between the
For this reason, in an outdoor environment, while suppressing a decrease in the output of the solar cell due to the influence of the shadow in the
屋外環境下において特定領域60における影の影響による太陽電池の出力の低下を抑制しつつ、屋内環境下において特定領域60における太陽電池の出力をできるだけ取り出すために、本実施形態では、特定領域60における電気抵抗のうちの直列抵抗成分は、特定領域60以外の非特定領域における電気抵抗のうちの直列抵抗成分に比べて、高抵抗である。
これにより、非特定領域の発電量が大きく、特定領域60の照射光量と非特定領域の照射光量との差が大きい屋外環境下においては、特定領域60における直列抵抗による電圧降下により、特定領域60の暗電流の影響が抑制され、非特定領域における出力低下が抑制される。すなわち、屋外環境下における太陽電池の出力が向上する。
一方、屋内環境下においては、太陽電池1における発電量は屋外環境下に比べ1/100倍以下であり、場所によっては、1/1000倍以下程度であることが多く、特定領域60における直列抵抗ロスの大きさは比較的小さくなり、屋内環境下における散乱光等による特定領域60における太陽電池の出力をある程度取り出すことができる。これにより、屋内環境下においては、非特定領域における発電に加え、特定領域60における発電も利用することができ、太陽電池の出力が向上する。In the present embodiment, in order to extract as much solar cell output as possible in the
As a result, in an outdoor environment in which the amount of power generated in the non-specific area is large and the difference between the amount of irradiation light in the
On the other hand, in an indoor environment, the amount of power generated by the
特定領域60における電気抵抗の直列抵抗成分を大きくする方法としては特に限定されないが、例えば、パッシベーション層23および第1導電型半導体層25、または、パッシベーション層33および第2導電型半導体層35の膜厚方向の電気抵抗を大きくしてもよい。または、半導体基板11とパッシベーション層23との界面、および半導体基板11とパッシベーション層33との界面の接触抵抗、パッシベーション層23と第1導電型半導体層25との界面、およびパッシベーション層33と第2導電型半導体層35との界面の接触抵抗、または、第1導電型半導体層25と第1電極層27Hとの界面、および第2導電型半導体層35と第2電極層37Hとの界面の接触抵抗を大きくしてもよい。
特に簡便な方法としては、特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hの電気抵抗を、非特定領域における第1電極層27および第2電極層37の電気抵抗に比べ大きくすると好ましい。以下、非特定領域における第1電極層27および第2電極層37について説明した後に、特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hの電気抵抗について説明する。Although the method for increasing the series resistance component of the electrical resistance in the
As a particularly simple method, it is preferable to increase the electrical resistance of the
<非特定領域における電極層>
非特定領域において、第1電極層27の幅は第1導電型半導体層25の幅より小さく、第2電極層37の幅は第2導電型半導体層35の幅よりも小さいと好ましい。なお、導電型層および電極層の幅とは、特に断りがない限り、各層の延在方向と直交する方向を表す(ただし、各層の厚み方向ではない)。<Electrode layer in non-specific region>
In the non-specific region, it is preferable that the width of the
第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35で回収された光キャリアを効率よく取り出すためには、第1電極層27および第2電極層37の幅は、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35に対してできる限り大きいと好ましい。そのため、第1電極層27の幅は、第1導電型半導体層25の幅の0.5倍よりも大きいと好ましく、0.7倍よりも大きいと更に好ましい。同様に、第2電極層37の幅は、第2導電型半導体層35の幅の0.5倍よりも大きいと好ましく、0.7倍よりも大きいと更に好ましい。
なお、第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35との境界部分に絶縁層やその他の層が設けられて、第1電極層27と第2電極層37とが離間している場合には、第1電極層27および第2電極層37の幅は、それぞれ、第1導電型半導体層25の幅および第2導電型半導体層35の幅より大きくてもよい。In order to efficiently take out the photocarriers recovered by the first conductivity
An insulating layer or other layers are provided at the boundary between the
一方、半導体基板11における光キャリアを第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35で効率よく回収するためには、第1電極層27(後述する第1枝電極層27fおよび第1幹電極層27b)および第2電極層37(後述する第2枝電極層37fおよび第2幹電極層37b)の幅はある程度小さいと好ましい。
第1枝電極層27fと第2枝電極層37fと、それら枝電極層毎に対応する第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35との幅は、ある程度小さければ特に限定されないが、それぞれ、50~3000μmの範囲であると好ましい。
一方で、電気輸送の観点から、電気抵抗ロスを抑制するためには、幹電極層はある程度の断面積を必要とし、幹電極層の幅および高さ(膜厚)で断面積を確保する必要がある。これにより、第1幹電極層27bと第2幹電極層37bと、それら幹電極層毎に対応する第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35との幅は、それぞれ、50~5000μmの範囲が好ましい。On the other hand, in order to efficiently collect photocarriers in the
The widths of the first
On the other hand, from the viewpoint of electrical transport, in order to suppress electrical resistance loss, the trunk electrode layer must have a certain cross-sectional area, and the width and height (film thickness) of the trunk electrode layer must ensure the cross-sectional area. There is As a result, the widths of the first
第1電極層27および第2電極層37の高さを高くすれば、面方向に流れる電流に対する断面積が増大するため、直列抵抗が低減する。しかし、電極層の高さを高くすると、半導体層と電極層との界面の応力が大きくなり、電極剥がれが生じる場合がある。更に、裏面電極型太陽電池では、電極が片面にしか設けられていないため、電極層の高さが大きくなると、基板表裏の応力が不均衡となり、太陽電池の反り等の変形が生じ易く、太陽電池が破損する場合がある。また、電極界面の応力に起因して太陽電池が変形すると、モジュール化の際に、位置ズレまたは短絡等の不具合が生じる場合がある。これより、第1電極層27および第2電極層37の高さは、100μm以下であると好ましく、60μm以下であるとより好ましく、30μm以下であると更に好ましい。
なお、電極の高さは、基板の主面から電極の頂点までの距離である。半導体層形成のためのエッチング等により、部分的に基板の厚みが小さくなっている領域が存在する場合は、基板の主面に平行な基準面を定め、当該基準面から電極の頂点までの距離を電極の高さと定義すればよい。If the heights of the
The height of the electrode is the distance from the main surface of the substrate to the top of the electrode. If there is a region where the thickness of the substrate is partially reduced due to etching or the like for forming the semiconductor layer, a reference plane parallel to the main surface of the substrate is determined, and the distance from the reference plane to the apex of the electrode is determined. can be defined as the height of the electrode.
<特定領域における電極層>
上述したように、特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hの電気抵抗は、非特定領域における第1電極層27および第2電極層37の電気抵抗に比べ大きいと好ましい。
特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hの電気抵抗を、非特定領域における第1電極層27および第2電極層37の電気抵抗に比べ大きくする方法としては、例えば、特定領域60における電極層27H,37Hの金属電極層29H,39Hの電気抵抗を、非特定領域における電極層27,37の金属電極層29,39の電気抵抗よりも大きくすることが考えられる。
例えば、図2に示すように、特定領域60における電極層27H,37Hの金属電極層29H,39Hの幅を、非特定領域における電極層27,37の金属電極層29,39の幅よりも細くしてもよい。換言すれば、特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hの幅を、非特定領域における第1電極層27および第2電極層37の幅よりも細くすることが考えられる。<Electrode layer in specific region>
As described above, the electrical resistance of the
As a method of increasing the electrical resistance of the
For example, as shown in FIG. 2, the width of the metal electrode layers 29H, 39H of the electrode layers 27H, 37H in the
特定領域60における電極層27H,37Hの金属電極層29H,39Hの電気抵抗を、非特定領域における電極層27,37の金属電極層29,39の電気抵抗よりも大きくする方法はこれに限定されず、特定領域60における金属電極層29H,39Hの断面積を、非特定領域における金属電極層29,39の断面積よりも小さくしてもよい。例えば、特定領域60における金属電極層29H,39Hの高さを、非特定領域における金属電極層29,39の高さよりも低くしてもよい。
或いは、特定領域60における金属電極層29H,39Hの材料を、非特定領域における金属電極層29,39の材料に比べ高抵抗な材料としてもよい。例えば、高抵抗な金属電極層の材料としてはアルミペーストまたは銅ペーストが挙げられ、低抵抗な金属電極層の材料としては銀ペーストが挙げられる。The method of making the electrical resistance of the metal electrode layers 29H, 39H of the electrode layers 27H, 37H in the
Alternatively, the material of the metal electrode layers 29H, 39H in the
また、特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hの電気抵抗を、非特定領域における第1電極層27および第2電極層37の電気抵抗に比べ大きくする方法としては、例えば、図3に示すように、特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hが、金属電極層29H,39Hを含まず、透明電極層28H,38Hのみで形成されることが考えられる。
更に、特定領域60における透明電極層28H,38Hの電気抵抗を、非特定領域における透明電極層28,38の電気抵抗に比べて大きくしてもよい。例えば、特定領域60における透明電極層28H,38Hの膜厚を、非特定領域における透明電極層28,38の膜厚よりも薄くしてもよいし、特定領域60における透明電極層28H,38Hの幅を、非特定領域における透明電極層28,38の幅よりも細くしてもよい。すなわち、特定領域60における透明電極層28H,38Hの断面積を、非特定領域における透明電極層28,38の断面積よりも小さくしてもよい。Further, as a method of increasing the electrical resistance of the
Furthermore, the electrical resistance of the
なお、特定領域60における第1導電型半導体層25の幅と第2導電型半導体層35の幅とは、非特定領域における第1導電型半導体層25の幅と第2導電型半導体層35の幅と同様に、ある程度小さければ特に限定されないが、それぞれ、50~3000μmの範囲であると好ましい。
The width of the first conductivity
以上説明したように、本実施形態の裏面電極型の太陽電池1によれば、電子機器における遮光部材70と重なる特定領域60における電気抵抗のうちの直列抵抗成分が、特定領域60以外の非特定領域の電気抵抗のうちの直列抵抗成分に比べて、高抵抗である。
そのため、非特定領域の発電量が大きく、特定領域60の照射光量と非特定領域の照射光量との差が大きい屋外環境下においては、特定領域60における直列抵抗による電圧降下により、特定領域60の暗電流の影響が抑制され、非特定領域における出力低下が抑制される。すなわち、屋外環境下における太陽電池の出力が向上する。
一方、屋内環境下においては、太陽電池1における発電量は屋外環境下に比べ1/100倍以下、更には、場所によっては1/1000倍以下程度であることが多く、特定領域60における直列抵抗ロスの大きさは比較的小さくなり、屋内環境下における散乱光等による特定領域60における太陽電池の出力をある程度取り出すことができる。これにより、屋内環境下においては、非特定領域における発電に加え、特定領域60における発電も利用することができ、太陽電池の出力が向上する。
これにより、屋外および屋内の両方の環境下において、電子機器における遮光部材70と重なる特定領域60に起因する太陽電池の性能低下が抑制される。As described above, according to the back electrode type
Therefore, in an outdoor environment in which the amount of power generated in the non-specific area is large and the difference between the amount of light emitted to the
On the other hand, in an indoor environment, the amount of power generated by the
As a result, deterioration in the performance of the solar cell due to the
<回路シミュレーション検証>
ここで、特定領域60における電気抵抗の直列抵抗成分を大きくすることによる太陽電池の出力向上について、等価回路を用いた回路シミュレーション(回路計算)を用いて検証する。
図4Aは、回路シミュレーション(回路計算)で用いた太陽電池の等価回路を示す図である。図4Aに示すように、太陽電池の等価回路の計算モデルとして、太陽電池の計算において一般的に使用されている2ダイオードモデルを使用した。
この等価回路では、2つの2ダイオードモデルを導入しており、一方の2ダイオードモデルPV(photo)は太陽電池1の非特定領域を表し、他方の2ダイオードモデルPV(dark)は特定領域60を表す。
これらの2ダイオードモデルPV(photo),PV(dark)の各パラメータは、実際に作製したヘテロ接合太陽電池の出力特性に対して、下記式を用いてフィッティングを行うことにより決定した。
右辺の第1項のJphは、図4Aの2ダイオードモデルにおけるI_pまたはI_d、すなわち光電流に対応する光電流密度を表す。右辺の第2項のJ01は、図4Aの2ダイオードモデルにおける一方のダイオードD1_pまたはD1_dの逆方向飽和電流密度を表す。右辺の第3項のJ02は、図4Aの2ダイオードモデルにおける他方のダイオードD2_pまたはD2_dの逆方向飽和電流密度を表す。右辺の第4項は、図4Aの2ダイオードモデルにおける直列抵抗Rs(すなわち、Rs_pまたはRs_d)および並列抵抗Rsh(すなわち、Rsh_pまたはRsh_d)による損失を表す。ここで、直列抵抗Rsおよび並列抵抗Rshは太陽電池当たりの値を用いているため、単位面積当たりに換算するため太陽電池の面積Sを掛けてある(S=239(cm2))。なお、qは電気素量、kBはボルツマン定数、Tは温度を表す。
上記式における各パラメータは以下の通りである。
PV(photo):
J01(D1_p)=7.9E-15(A/cm2)
J02(D2_p)=1.23E-8(A/cm2)
Rs_p=0.002(Ω)
Rsh_p=1E+6(Ω)
PV(dark):
J01(D1_d)=7.9E-15(A/cm2)
J02(D2_d)=1.23E-8(A/cm2)
Rsh_d=1E+6(Ω)<Circuit simulation verification>
Here, the output improvement of the solar cell by increasing the series resistance component of the electrical resistance in the
FIG. 4A is a diagram showing an equivalent circuit of a solar cell used in circuit simulation (circuit calculation). As shown in FIG. 4A, a two-diode model, which is commonly used in solar cell calculations, was used as a calculation model for an equivalent circuit of a solar cell.
This equivalent circuit introduces two two-diode models, one two-diode model PV (photo) represents the non-specific region of the
Each parameter of these two-diode models PV(photo) and PV(dark) was determined by fitting the output characteristics of an actually manufactured heterojunction solar cell using the following equations.
Jph in the first term on the right side represents I_p or I_d in the two-diode model of FIG. 4A, that is, the photocurrent density corresponding to the photocurrent. J 01 in the second term on the right side represents the reverse saturation current density of one diode D1_p or D1_d in the two-diode model of FIG. 4A. J02 in the third term on the right side represents the reverse saturation current density of the other diode D2_p or D2_d in the two-diode model of FIG. 4A. The fourth term on the right side represents the loss due to series resistance Rs (ie, Rs_p or Rs_d) and parallel resistance Rsh (ie, Rsh_p or Rsh_d) in the two-diode model of FIG. 4A. Here, since values per solar cell are used for the series resistance Rs and the parallel resistance Rsh, they are multiplied by the solar cell area S (S=239 (cm 2 )) in order to convert to per unit area. Here, q is the elementary charge, kB is the Boltzmann constant, and T is the temperature.
Each parameter in the above formula is as follows.
PV (photo):
J 01 (D1_p) = 7.9E-15 (A/cm 2 )
J 02 (D2_p) = 1.23E-8 (A/cm 2 )
Rs_p = 0.002 (Ω)
Rsh_p = 1E + 6 (Ω)
PV (dark):
J 01 (D1_d)=7.9E−15 (A/cm 2 )
J 02 (D2_d) = 1.23E-8 (A/cm 2 )
Rsh_d = 1E + 6 (Ω)
屋外環境下の回路シミュレーションでは、非特定領域(光照射領域)のPV(photo)においてI_p=0.038(A/cm2)の光電流が生じると仮定し、特定領域(影領域)のPV(dark)においてI_d=0.00038(A/cm2)の光電流が生じると仮定した(非特定領域(光照射領域)のPV(photo)のI_pの1/100倍)。
一方、屋内環境下の回路シミュレーションでは、散乱光により特定領域60にもある程度の光が照射されるので、非特定領域(光照射領域)のPV(photo)および特定領域(影領域)60のPV(dark)においてI_p=I_d=0.00038(A/cm2)の光電流が生じると仮定した(屋外環境下の非特定領域(光照射領域)のPV(photo)のI_pの1/100倍)。
また、回路シミュレーションでは、特定領域60の直列抵抗成分Rs_dを0.002Ω~2000Ωの範囲で変化させた。また、回路シミュレーションでは、非特定領域(光照射領域)の面積S_pと特定領域(影領域)60の面積S_dとの比S_p:S_dが1:3、1:1、3:1の3パターンについて計算した。更に、太陽電池の面積が8cm2、239cm2の2パターンについて計算した。また、Rs_p、Rsh_p、Rsh_dはセル面積に関係なく固定した値を用いている。In the circuit simulation under an outdoor environment, it is assumed that a photocurrent of I_p=0.038 (A/cm 2 ) is generated in the PV (photo) of the non-specific area (light irradiation area), and the PV of the specific area (shadow area) It was assumed that a photocurrent of I_d=0.00038 (A/cm 2 ) was generated in (dark) (1/100 times I_p of PV (photo) in the non-specific region (light irradiation region)).
On the other hand, in a circuit simulation under an indoor environment, the
Also, in the circuit simulation, the series resistance component Rs_d of the
図5Aは、屋外環境下(I_p=0.038(A/cm2)、I_d=0.00038(A/cm2))を想定した回路シミュレーション結果のIV特性を示し、図5Bは、屋内環境下(I_p=I_d=0.00038(A/cm2))を想定した回路シミュレーション結果のIV特性を示す。図5Aおよび図5Bでは、太陽電池の面積が239cm2であり、非特定領域(光照射領域)の面積S_pと特定領域(影領域)60の面積S_dとの比S_p:S_dが1:3である。
図5Aによれば、特定領域60の直列抵抗成分Rs_dが大きくなるにつれて、開放電圧Vocが向上し、太陽電池の出力も向上する。このように、特定領域60の直列抵抗成分が大きくなると、特定領域60における暗電流の影響が抑制され、太陽電池の出力が向上する。
一方、図5Bによれば、特定領域60の直列抵抗成分Rs_dが小さくなるにつれて、太陽電池の出力が向上する。これは、直列抵抗成分Rs_dが大きい場合、特定領域60で生成された電気エネルギーが、直列抵抗成分Rs_dにより消費され、取り出され難くなるのに対して、直列抵抗成分Rs_dが小さい場合、特定領域60で生成された電気エネルギーが取り出されていることによるものと考えられる。
図5Aおよび図5Bによれば、特定領域60の直列抵抗成分Rs_dが例えば6.32E-1(Ω)程度であれば、屋外環境下においてある程度暗電流の影響を抑制でき(図5A)、かつ、屋内環境下においても十分な出力を取り出せる(図5B)。このように、適切なRs_dを選択すれば、屋外および屋内の両方の環境下において、高い出力が得られることがわかる。FIG. 5A shows IV characteristics of circuit simulation results assuming an outdoor environment (I_p=0.038 (A/cm 2 ), I_d=0.00038 (A/cm 2 )), and FIG. 5B shows an indoor environment. FIG. 10 shows IV characteristics of circuit simulation results assuming the lower (I_p=I_d=0.00038 (A/cm 2 )). 5A and 5B, the area of the solar cell is 239 cm 2 , and the ratio S_p:S_d between the area S_p of the non-specific region (light irradiation region) and the area S_d of the specific region (shadow region) 60 is 1:3. be.
According to FIG. 5A, as the series resistance component Rs_d of the
On the other hand, according to FIG. 5B, the output of the solar cell improves as the series resistance component Rs_d of the
5A and 5B, if the series resistance component Rs_d of the
次に、このような屋外環境下および屋内環境下における太陽電池の出力と特定領域60における直列抵抗成分との関係を一般化する。
図6Aは、屋外環境下(I_p=0.038(A/cm2)、I_d=0.00038(A/cm2))を想定した回路シミュレーション結果の、太陽電池の出力と特定領域60の直列抵抗成分との関係を示し、図6Bは、屋内環境下(I_p=I_d=0.00038(A/cm2))を想定した回路シミュレーション結果の、太陽電池の出力と特定領域60の直列抵抗成分との関係を示す。また、図6Cは、図6Aに示す回路シミュレーション結果と図6Bに示す回路シミュレーション結果とを重ねた、太陽電池の出力と特定領域60の直列抵抗成分との関係を示す。
図6A~図6Cにおいて、横軸は、特定領域60の直列抵抗成分Rs_dと特定領域60の面積S_dとの積Rs_d×S_dであり、縦軸は、各太陽電池におけるRs_d×S_d=0Ω・cm2の際の単位面積当たりの太陽電池の出力と、それぞれのRs_d×S_dの値における単位面積当たりの太陽電池の出力との差分ΔPowerである。ここで、単位面積当たりの太陽電池の出力の計算における面積は、非特定領域(光照射領域)の面積であり、屋外環境下ではS_pであり(図6A)、屋内環境下ではS_pとS_dの和である(図6B)。
図6A~図6Cでは、太陽電池の面積が8cm2,239cm2の2パターンについて、および、非特定領域(光照射領域)の面積S_pと特定領域(影領域)60の面積S_dとの比S_p:S_dが1:3、1:1、3:1の3パターンについて、回路シミュレーションの結果が示されている。Next, the relationship between the output of the solar cell and the series resistance component in the
FIG. 6A shows the series of the output of the solar cell and the
6A to 6C, the horizontal axis is the product Rs_d×S_d of the series resistance component Rs_d of the
6A to 6C, for two patterns with solar cell areas of 8 cm 2 and 239 cm 2 , and the ratio S_p between the area S_p of the non-specific region (light irradiation region) and the area S_d of the specific region (shadow region) 60 : The results of circuit simulation are shown for three patterns of 1:3, 1:1, and 3:1 of S_d.
図6Aによれば、屋外環境下では、Rs_d×S_dが1Ω・cm2程度以下の小さな領域では、特定領域60下の直列抵抗成分は小さいため、暗電流による太陽電池出力の低下を抑制することはできていないが、1Ω・cm2程度を超えてくると徐々に出力の向上が見られ、1E+4Ω・cm2程度を超えると飽和する。特に非特定領域(光照射領域)の面積(S_p)と特定領域(影領域)60の面積(S_d)との比が1:3の場合に、特定領域60での暗電流による出力ロスが他の比1:1,3:1の場合と比べて大きいため、特定領域60における電気抵抗の直列抵抗成分に比例するRs_d×S_dが大きくなるほど、暗電流によるロスが抑制され、太陽電池の出力が向上する。
一方、図6Bによれば、屋内環境下では、Rs_d×S_dが10Ω・cm2程度以下では、特定領域60における太陽電池の出力を十分に取り出すことができるため、特定領域60における直列抵抗成分による出力低下は小さいが、Rs_d×S_dが10Ω・cm2程度を超えてくると、徐々に太陽電池の出力が低下する。これは、特定領域60における太陽電池の出力が、特定領域60における直列抵抗成分によって取出しができなくなるためである。According to FIG. 6A, in an outdoor environment, in a small region where Rs_d×S_d is about 1 Ω cm 2 or less, the series resistance component under the
On the other hand, according to FIG. 6B, in an indoor environment, when Rs_d×S_d is about 10 Ω cm 2 or less, the output of the solar cell in the
図6Cによれば、屋外環境下では十分な出力向上が見込め、かつ、屋内環境下では出力低下が抑制される、特定領域60の直列抵抗が存在する(破線部分)。太陽電池の使用環境により最適な直列抵抗は若干変化するが、特定領域60における直列抵抗成分Rs_dと特定領域60の面積S_dとの積Rs_d×S_dは、10Ω・cm2以上10000Ω・cm2未満であると好ましく、20Ω・cm2以上1000Ω・cm2未満であると更に好ましく、50Ω・cm2以上500Ω・cm2未満であると特に好ましい。
また、非特定領域における直列抵抗成分Rs_pと非特定領域の面積S_pとの積Rs_p×S_pは、0Ω・cm2よりも大きく10Ω・cm2未満であることが好ましいが、特に小さければ小さいほど好ましい。
なお、特定領域60の面積S_dは、半導体基板11の主面の面積、すなわち非特定領域の面積S_pと特定領域60の面積S_dとの和S_p+S_dの0.25倍(S_p:S_d=3:1に相当)以上0.95倍以下であると好ましく、0.25倍以上0.75倍(S_p:S_d=1:3に相当)以下であるとより好ましい。According to FIG. 6C, there is a series resistance in the specific region 60 (broken line portion) where a sufficient increase in output can be expected in an outdoor environment and a decrease in output is suppressed in an indoor environment. Although the optimum series resistance varies slightly depending on the usage environment of the solar cell, the product Rs_d×S_d of the series resistance component Rs_d in the
In addition, the product Rs_p×S_p of the series resistance component Rs_p in the non-specific region and the area S_p of the non-specific region is preferably greater than 0 Ω·cm 2 and less than 10 Ω·cm 2 , particularly preferably as small as possible. .
The area S_d of the
このような特定領域60における電気抵抗の直列抵抗成分を測定する方法としては、特に限定されないが、例えば、光ルミネセンス(Photoluminescence:PL)とエレクトロルミネセンス(Electroluminescence:EL)とを利用して直列抵抗を算出してもよく、BT Imaging Pty Ltd社のLIS-R2を使用することで、簡便に直列抵抗成分を見積もることができる。また、例えば、ある程度特定領域60の面積が大きく、直列抵抗成分も大きい場合は、AM1.5以上の照度の光等を用いて、十分な逆バイアス範囲まで含めたIV測定を行い、図7に示すような二段階になったIVカーブの傾きから直列抵抗成分を概算してもよい。図7では、このような二段階になったIVカーブのうち、一段目の電流の低い範囲のIVカーブの傾きが非特定領域の直列抵抗成分Rs_pに相当し、二段目の電流の高い範囲のIVカーブの傾きが特定領域60の直列抵抗成分Rs_dに相当するため、これらの傾きより直列抵抗成分を見積もってもよい。
The method for measuring the series resistance component of the electrical resistance in such a
ここで、図8は、従来の裏面電極型の太陽電池を裏面側からみた図である。図8に示す太陽電池1Xは、半導体基板11Xの裏面側に第1導電型半導体層25Xおよび第2導電型半導体層35Xを有する。第1導電型半導体層25Xは、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部と、櫛歯の支持部に相当するバスバー部とを有する。バスバー部は、半導体基板11Xの一方の辺部に沿ってX方向に延在し、フィンガー部は、バスバー部から、X方向に交差するY方向に延在する。同様に、第2導電型半導体層35Xは、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部と、櫛歯の支持部に相当するバスバー部とを有する。バスバー部は、半導体基板11Xの一方の辺部に対向する他方の辺部に沿ってX方向に延在し、フィンガー部は、バスバー部から、Y方向に延在する。第1導電型半導体層25Xのフィンガー部と第2導電型半導体層35Xのフィンガー部とは、X方向に交互に並んでいる。これにより、第1導電型半導体層25Xの形成領域と第2導電型半導体層35Xの形成領域とは互いに噛み合う。このような構造により、受光面側からの入射光により半導体基板11X内で誘起された光キャリアを、効率的にそれぞれの半導体層で回収できる。
Here, FIG. 8 is a view of a conventional back electrode type solar cell viewed from the back side. A
第1導電型半導体層25Xおよび第2導電型半導体層35X上には、回収された光キャリアを外部に取り出すための第1電極層27Xおよび第2電極層37Xが設けられている。第1電極層27Xは、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部27fXと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部27bXとを有する。バスバー部27bXは、半導体基板11Xの一方の辺部に沿ってX方向に延在し、フィンガー部27fXは、バスバー部27bXから、X方向に交差するY方向に延在する。同様に、第2電極層37Xは、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数のフィンガー部37fXと、櫛歯の支持部に相当するバスバー部37bXとを有する。バスバー部37bXは、半導体基板11Xの一方の辺部に対向する他方の辺部に沿ってX方向に延在し、フィンガー部37fXは、バスバー部37bXから、Y方向に延在する。フィンガー部27fXとフィンガー部37fXとは、X方向に交互に並んでいる。
A
このような従来の裏面電極型の太陽電池1Xでは、電子機器の遮光部材と重なる特定領域60Xの電気抵抗の直列抵抗成分を高抵抗にすると(斜線部分)、第1電極層27Xのフィンガー部27fXの先端側の一部または第2電極層37Xのフィンガー部37fXの先端側の一部が、高抵抗な特定領域60Xを介してバスバー部27bXまたはバスバー部37bXに接続されることとなる。そのため、第1電極層27Xおよび第2電極層37Xで回収されたキャリアの取り出し効率が低下し、太陽電池1Xの出力が低下する。
In such a conventional back electrode type
この点に関し、本実施形態では、非特定領域および特定領域60における第1電極層27,27Hおよび第2電極層37,37Hの形状を以下のようにする。なお、第1導電型半導体層25は、第1電極層27,27Hの形状に対応した形状となり、第2導電型半導体層35は、第2電極層37,27Hの形状に対応した形状となる。
Regarding this point, in the present embodiment, the shapes of the first electrode layers 27, 27H and the second electrode layers 37, 37H in the non-specific region and the
<区分け領域>
図1に示すように、太陽電池1は、半導体基板11の主面において、3つの特定領域60をそれぞれ囲うように、3つの領域に区分けした3つの区分け領域50を有する。
区分け領域50内の特定領域60を単数個とすることで、非特定領域における低抵抗な枝電極層を、特定領域60における高抵抗な枝電極層を介さずに幹電極層に接続できる。<Division area>
As shown in FIG. 1 ,
By providing a single
<非特定領域における第1電極層および第2電極層の形状>
非特定領域における第1電極層27および第2電極層37は、半導体基板11の主面において、非特定領域の全てに分布して形成されると好ましい。これにより、有効発電面積が拡大し、光電変換効率が向上する。
各区分け領域50において、第1電極層27は、複数の第1枝電極層27fと第1幹電極層27bとを含む。また、各区分け領域50において、第2電極層37は、複数の第2枝電極層37fと第2幹電極層37bとを含む。<Shape of first electrode layer and second electrode layer in non-specific region>
It is preferable that the
In each
<<第1枝電極層および第2枝電極層>>
第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fは、所謂フィンガー電極であり、帯のような形状(帯状)を有する。第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fの形状は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fの電極パターンは特に限定されないが、例えば、各区分け領域50において、特定領域60、第1幹電極層27bおよび第2幹電極層37bの形成領域を除いた領域において、特定領域60と同心円状のパターンであると好ましい。換言すれば、第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fは、中心が特定領域60の中心と重なり、特定領域60の相似形と重なるように形成されると好ましい。これにより、高抵抗な特定領域60に起因する非特定領域の低抵抗な枝電極層の断絶が防がれ、非特定領域における枝電極層が特定領域60における高抵抗な枝電極層を介さずに幹電極に接続され、高抵抗な枝電極による抵抗ロスが防がれる。これにより、屋外環境下における太陽電池1の出力を効率よく取り出すことができ、太陽電池1の出力が向上する。<<First Branched Electrode Layer and Second Branched Electrode Layer>>
The first
Although the electrode patterns of the first
第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fは、局所的な範囲を考えると、延在方向に交差する方向(例えば、各点における接線に垂直な方向)において交互に配置されることで局所的に平行に並んでいると好ましい。
Considering the local range, the first
第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fのいずれかの一部は、特定領域60の外縁を囲む。特定領域60の外縁を囲む枝電極層は第1枝電極層27fであってもよいし、第2枝電極層37fであってもよい。本実施形態の太陽電池1では、第2枝電極層37fの一部が、特定領域60の外縁を囲んでいる。
特定領域60の外縁を囲む枝電極の形状は、環状(閉環状)であってもよいし、開環状であってもよい。この環状または開環状の枝電極の形状は、曲線状であってもよいし、直線状であってもよい。A portion of either the first
The shape of the branch electrodes surrounding the outer edge of the
各区分け領域50において、第1枝電極層27fの一端は、第1幹電極層27bに接続されており、第1枝電極層27fの他端は、第2幹電極層37bと離間している。また、第2枝電極層37fの一端は、第2幹電極層37bに接続されており、第2枝電極層37fの他端は、第1幹電極層27bと離間している。
In each
<<第1幹電極層および第2幹電極層>>
第1幹電極層27bおよび第2幹電極層37bは、所謂バスバー電極であり、帯のような形状(帯状)を有する。第1幹電極層27bおよび第2幹電極層37bの形状は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
各区分け領域50において、第1幹電極層27bは、第1枠用幹電極層27bfと第1帯状幹電極層27bbとを含む。また、各区分け領域50において、第2幹電極層37bは、第2枠用幹電極層37bfと第2帯状幹電極層37bbとを含む。<<First Stem Electrode Layer and Second Stem Electrode Layer>>
The first
In each
<<<第1枠用幹電極層および第2枠用幹電極層、並びに枠電極層>>>
第1枠用幹電極層27bfと第2枠用幹電極層37bfとは枠電極層40を構成する。枠電極層40は、各区分け領域50を囲むように、換言すれば区分け領域50の外縁に重畳するように、形成されている。枠電極層40の形状は、第1枠用幹電極層27bfと第2枠用幹電極層37bfとの間が離間した開環状であってもよいし、第1枠用幹電極層27bfまたは第2枠用幹電極層37bfのいずれかで環状(閉環状)を形成していても構わない。この環状または開環状の枠電極層40の形状は、曲線状であってもよいし、直線状であってもよい。<<<First Frame Stem Electrode Layer, Second Frame Stem Electrode Layer, and Frame Electrode Layer>>>
The first frame main electrode layer 27bf and the second frame main electrode layer 37bf constitute a frame electrode layer 40 . The frame electrode layer 40 is formed so as to surround each partitioned
枠電極層40は、第1電極層27の第1枠用幹電極層27bfと第2電極層37の第2枠用幹電極層37bfとの両方を有していることが好ましい。例えば、図1では、枠電極層40は、半導体基板11の周縁に形成された第2枠用幹電極層37bfと、隣り合う区分け領域との境界に形成された第1枠用幹電極層27bfとを有する。これにより、第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fが幹電極に電気的に接続されず孤立し難くなり、区分け領域50の全域における太陽電池1の出力が回収される。すなわち太陽電池1の出力が向上する。
The frame electrode layer 40 preferably has both the first frame main electrode layer 27bf of the
また、隣り合う区分け領域の境界において枠電極層40の一部が形成されることにより、それぞれの区分け領域において異なる枝電極層のパターンが配置されていても、境界においてそれぞれの枝電極層のパターンをつなぐ必要が無い。したがって、隣り合う区分け領域の境界上に枠電極層40の一部が配置されることにより、任意のパターンの枝電極層が枠電極層40に接続される。そのため、任意性の高い枝電極層によって収集したキャリアが、境界上の枠電極層40により収集され、太陽電池1の出力が効率よく回収される。
In addition, since a part of the frame electrode layer 40 is formed at the boundary between adjacent segmented regions, even if different branch electrode layer patterns are arranged in the respective segmented regions, the pattern of each branch electrode layer at the boundary can be reduced. do not need to be connected. Therefore, by arranging a part of the frame electrode layer 40 on the boundary between the adjacent segmented regions, the branch electrode layer of any pattern is connected to the frame electrode layer 40 . Therefore, the carriers collected by the highly arbitrary branch electrode layers are collected by the frame electrode layer 40 on the boundary, and the output of the
ここで、幹電極層よりも幅が細く電気抵抗の高い枝電極層の長さを長くすると、抵抗ロスが増大する。この点に関し、本実施形態では、隣り合う区分け領域50の間に幹電極層を配置してこの幹電極層に枝電極層を接続することにより、幹電極層が無い場合に比べ枝電極層の長さを短くすることができ、電気抵抗ロスが低減される。すなわち太陽電池1の出力が向上する。
Here, if the length of the branch electrode layer, which is narrower than the trunk electrode layer and has a higher electric resistance, is increased, the resistance loss increases. In this regard, in the present embodiment, by arranging the trunk electrode layer between the adjacent
また、半導体基板11の周縁においても枠電極層40が形成されることにより、ある程度任意性の高い半導体基板11の形状においても、区分け領域50内の枝電極層で収集されたキャリアを、半導体基板11の周縁の枠電極層で回収することができ、太陽電池1の出力が効率よく回収される。すなわち太陽電池1の出力が向上する。
In addition, since the frame electrode layer 40 is also formed at the periphery of the
以上により、特定領域60または枝電極層の形状の任意性が高まり、ウェアラブル用途(腕時計またはスマートウォッチ、センサー)の電子機器に搭載する上で、太陽電池の形状デザインの任意性を高まり、かつ、太陽電池1の出力が効率よく向上する。
As described above, the arbitrariness of the shape of the
<<<第1帯状幹電極および第2帯状幹電極>>>
第1帯状幹電極層27bbは、枠電極層40の第1枠用幹電極層27bfから、特定領域60に向けて延びる帯状である。また、第2帯状幹電極層37bbは、枠電極層40の第2枠用幹電極層37bfから、特定領域60に向けて延びる帯状である。第1帯状幹電極層27bbおよび第2帯状幹電極層37bbは、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。<<<first strip-shaped stem electrode and second strip-shaped stem electrode>>>
The first strip-shaped stem electrode layer 27bb has a strip shape extending from the first frame stem electrode layer 27bf of the frame electrode layer 40 toward the
枠電極層40の第1枠用幹電極層27bfおよび第1帯状幹電極層27bbには、複数の第1枝電極層27fが接続され、枠電極層40の第2枠用幹電極層37bfおよび第2帯状幹電極層37bbには、複数の第2枝電極層37fが接続される。これにより、高抵抗な特定領域60に起因する非特定領域の低抵抗な枝電極層の断絶が防がれ、非特定領域における枝電極層が特定領域60における高抵抗な枝電極層を介さずに幹電極に接続され、高抵抗な枝電極による抵抗ロスが防がれる。その結果、複数の第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fで回収されたキャリアが、第1幹電極層27b(枠電極層40、第1帯状幹電極層27bb)を介して回収される、すなわち太陽電池1の出力が向上する。
A plurality of first
本実施形態の裏面電極型太陽電池では、特にウェアラブル用途(腕時計またはスマートウォッチ、センサー)などの低照度環境下で主に使用される電子機器に使用されることが好ましい。この場合、通常照射される光が弱く、太陽電池パネルほど電気抵抗ロスが大きくない。そのため、第1幹電極層27bおよび第2幹電極層37bの一部に、陽極および陰極の取出電極(不図示)をそれぞれ形成することにより、回収されたキャリアが容易に取り出せる。取出電極の形成方法としては、例えばAgペーストを用いたスクリーン印刷等の印刷法、または例えばCuを用いた電解メッキ等のメッキ法等が用いられる。或いは、取出電極はハンダなどによって形成されてもよい。
The back electrode type solar cell of the present embodiment is preferably used in electronic devices that are mainly used in low-illumination environments, such as wearable applications (wristwatches, smartwatches, sensors). In this case, the light emitted is usually weak, and the electrical resistance loss is not as large as that of the solar cell panel. Therefore, by forming anode and cathode extraction electrodes (not shown) on parts of the first
<特定領域における第1電極層および第2電極層の形状>
特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hは、半導体基板11の主面において、特定領域60の全てに分布して形成されると好ましい。
第1電極層27Hは、複数の第1枝電極層27Hfと第1幹電極層27Hbとを含む。また、第2電極層37Hは、複数の第2枝電極層37Hfと第2幹電極層37Hbとを含む。<Shape of first electrode layer and second electrode layer in specific region>
The
The
<<第1枝電極層および第2枝電極層>>
第1枝電極層27Hfおよび第2枝電極層37Hfは、上述した非特定領域における第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fと同様に、所謂フィンガー電極であり、帯のような形状(帯状)を有する。第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fの形状は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
第1枝電極層27Hfおよび第2枝電極層37Hfの電極パターンは特に限定されないが、例えば、上述した非特定領域における第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fと同様に、特定領域60と同心円状のパターンであると好ましい。換言すれば、第1枝電極層27Hfおよび第2枝電極層37Hfは、中心が特定領域60の中心と重なり、特定領域60の相似形と重なるように形成されると好ましい。
第1枝電極層27Hfおよび第2枝電極層37Hfは、局所的な範囲を考えると、延在方向に交差する方向(例えば、各点における接線に垂直な方向)において交互に配置されることで局所的に平行に並んでいると好ましい。
第1枝電極層27Hfの一端は、第1幹電極層27Hbに接続されており、第1枝電極層27Hfの他端は、第2幹電極層37Hbと離間している。また、第2枝電極層37Hfの一端は、第2幹電極層37Hbに接続されており、第2枝電極層37Hfの他端は、第1幹電極層27Hbと離間している。<<First Branched Electrode Layer and Second Branched Electrode Layer>>
The first branched electrode layer 27Hf and the second branched electrode layer 37Hf are so-called finger electrodes, similar to the first
The electrode patterns of the first branched electrode layer 27Hf and the second branched electrode layer 37Hf are not particularly limited. It is preferable that the pattern is concentric with the . In other words, the first branched electrode layer 27Hf and the second branched electrode layer 37Hf are preferably formed so that their centers overlap the center of the
Considering the local range, the first branched electrode layers 27Hf and the second branched electrode layers 37Hf are arranged alternately in a direction intersecting the extending direction (for example, a direction perpendicular to the tangent line at each point). Local parallel alignment is preferred.
One end of the first branch electrode layer 27Hf is connected to the first trunk electrode layer 27Hb, and the other end of the first branch electrode layer 27Hf is separated from the second trunk electrode layer 37Hb. One end of the second branch electrode layer 37Hf is connected to the second trunk electrode layer 37Hb, and the other end of the second branch electrode layer 37Hf is separated from the first trunk electrode layer 27Hb.
<<第1幹電極層および第2幹電極層>>
第1幹電極層27Hbおよび第2幹電極層37Hbは、上述した非特定領域における第1幹電極層27b(特に、第1帯状幹電極層27bb)および第2幹電極層37b(特に、第2帯状幹電極層37bb)と同様に、所謂バスバー電極であり、帯のような形状(帯状)を有する。第1幹電極層27Hbおよび第2幹電極層37Hbの形状は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
第1幹電極層27Hbは、第1帯状幹電極層27bb(または、特定領域60を囲う第1枝電極層27f)から、特定領域60の中心に向けて延びる帯状である。また、第2幹電極層37Hbは、第2帯状幹電極層37bb(または、特定領域60を囲う第2枝電極層37f)から、特定領域60の中心に向けて延びる帯状である。<<First Stem Electrode Layer and Second Stem Electrode Layer>>
The first trunk electrode layer 27Hb and the second trunk electrode layer 37Hb are the first
The first trunk electrode layer 27Hb has a strip shape extending toward the center of the
なお、非特定領域における第1電極層27および第2電極層37の形状、および、特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hの形状は、これに限定されない。以下では、非特定領域における第1電極層27および第2電極層37、および、特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hの他の2つの形状を例示する。
The shapes of the
(第1変形例)
図9は、本実施形態の第1変形例に係る太陽電池を裏面側からみた図である。図9に示す太陽電池1は、図1に示す太陽電池1において、非特定領域における第1電極層27および第2電極層37の形状、および、特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hの形状が異なる点で本実施形態と異なる。(First modification)
FIG. 9 is a diagram of a solar cell according to a first modified example of the present embodiment, viewed from the back side.
<非特定領域における第1電極層および第2電極層の形状>
非特定領域における第1電極層27および第2電極層37は、半導体基板11の主面において、特定領域60を除く全ての領域に分布して形成されると好ましい。これにより、有効発電面積が拡大し、光電変換効率が向上する。
第1電極層27は、複数の第1枝電極層27fと3つの第1幹電極層27bとを含む。また、第2電極層37は、複数の第2枝電極層37fと3つの第2幹電極層37bとを含む。<Shape of first electrode layer and second electrode layer in non-specific region>
It is preferable that the
The
<<第1枝電極層および第2枝電極層>>
第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fは、所謂フィンガー電極であり、帯のような形状(帯状)を有する。第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fの形状は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fの電極パターンは特に限定されないが、例えば、特定領域60、第1幹電極層27bおよび第2幹電極層37bの形成領域を除いた領域において、半導体基板11と同心円状のパターンであると好ましい。換言すれば、第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fは、中心が半導体基板11の中心と重なり、半導体基板11の相似形と重なるように形成されると好ましい。これにより、第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fは、半導体基板11内の非特定領域全体に渡って隙間なく分布し、かつ半導体基板11の周縁において分断し難くなる。
更には、枝電極層がこのような形状になることにより、枝電極層の形成により半導体基板11に反りが発生した場合においても、その反りは基板全体に比較的均一に発生し、局所的に大きな反りが発生し難くなる。これにより、太陽電池の破損等の発生が抑制される。<<First Branched Electrode Layer and Second Branched Electrode Layer>>
The first
The electrode patterns of the first
Furthermore, since the branched electrode layers have such a shape, even if the
第1枝電極層27fおよび第2枝電極層37fは、局所的な範囲を考えると、延在方向に交差する方向(例えば、各点における接線に垂直な方向)において交互に配置されることで局所的に平行に並んでいると好ましい。
Considering the local range, the first
隣接する第1幹電極層27bと第2幹電極層37bとの間において、第1枝電極層27fの一端は、第1幹電極層27bに接続されており、第1枝電極層27fの他端は、第2幹電極層37bと離間している。また、第2枝電極層37fの一端は、第2幹電極層37bに接続されており、第2枝電極層37fの他端は、第1幹電極層27bと離間している。
Between the adjacent first
<<第1幹電極層および第2幹電極層>>
第1幹電極層27bおよび第2幹電極層37bは、所謂バスバー電極であり、帯のような形状(帯状)、または、帯状を巻いたり連結させたりした複雑な形状である。第1幹電極層27bおよび第2幹電極層37bの形状は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。第1幹電極層27bは、第1囲み状幹電極層27beと第1帯状幹電極層27bbとを含む。また、第2幹電極層37bは、第2囲み状幹電極層37beと第2帯状幹電極層37bbとを含む。<<First Stem Electrode Layer and Second Stem Electrode Layer>>
The first
<<<第1囲み状幹電極層および第2囲み状幹電極層>>>
第1囲み状幹電極層27beおよび第2囲み状幹電極層37beは、特定領域60の外縁を囲むように形成される。第1囲み状幹電極層27beは、特定領域60の外縁の半分(一部)を囲み、第2囲み状幹電極層37beは、特定領域60の外縁の残りの半分(一部以外の他部)を囲む。換言すれば、一つの特定領域60の外縁が、第1囲み状幹電極層27beと第2囲み状幹電極層37beとの両方で囲まれる。
第1囲み状幹電極層27beおよび第2囲み状幹電極層37beの連なった形状は、電気的な面で直接的に非接続な状態になっていれば、両囲み状幹電極層27be、37beが物理的に接触した環状(閉環状)であってもよい。また、また、両囲み状幹電極層27be、37beが物理的に非接触になっていることで、開環状になっていてもよい。第1囲み状幹電極層27beおよび第2囲み状幹電極層37beの形状は、曲線状であってもよいし、直線状であってもよく、第1囲み状幹電極層27beおよび第2囲み状幹電極層37beの形状は、円形形状であってもよいし、多角形形状であってもよい。<<<First Surrounding Stem Electrode Layer and Second Surrounding Stem Electrode Layer>>>
The first surrounding stem electrode layer 27be and the second surrounding stem electrode layer 37be are formed to surround the outer edge of the
If the first enclosing stem electrode layer 27be and the second enclosing stem electrode layer 37be are connected to each other, the enclosing stem electrode layers 27be and 37be can may be in physical contact (closed ring). Also, the two encircling stem electrode layers 27be and 37be may be physically out of contact with each other to form an open ring. The shape of the first surrounding stem electrode layer 27be and the second surrounding stem electrode layer 37be may be curved or straight. The shape of the stem electrode layer 37be may be circular or polygonal.
<<<第1帯状幹電極層および第2帯状幹電極層>>>
第1帯状幹電極層27bbは、第1囲み状幹電極層27beから、半導体基板11の中心に対して放射状に延びる帯状である。また、第2帯状幹電極層37bbは、第2囲み状幹電極層37beから、半導体基板11の中心に対して放射状に延びる帯状である。第1帯状幹電極層27bbと第2帯状幹電極層37bbとは隣り合って延びている。第1帯状幹電極層27bbの形状は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
第1囲み状幹電極層27beおよび第1帯状幹電極層27bbには、複数の第1枝電極層27fが接続され、第2囲み状幹電極層37beおよび第2帯状幹電極層37bbには、複数の第2枝電極層37fが接続される。これにより、高抵抗な特定領域60による非特定領域の低抵抗な枝電極層の断絶が防がれ、非特定領域における枝電極層が特定領域60における高抵抗な枝電極層を介さずに幹電極層に接続され、高抵抗な枝電極による抵抗ロスが防がれる。すなわち太陽電池1の出力が向上する。<<<first strip-shaped stem electrode layer and second strip-shaped stem electrode layer>>>
The first strip-shaped stem electrode layer 27bb has a strip shape radially extending from the first surrounding stem electrode layer 27be toward the center of the
A plurality of first
<特定領域における第1電極層および第2電極層の形状>
特定領域60における第1電極層27Hおよび第2電極層37Hは、半導体基板11の主面において、特定領域60の全てに分布して形成されると好ましい。
第1電極層27Hは第1枝電極層27Hfを含み、第2電極層37Hは第2枝電極層37Hfを含む。第1枝電極層27Hfおよび第2枝電極層37Hfは、所謂フィンガー電極であり、帯のような形状(帯状)を有する。第1枝電極層27Hfおよび第2枝電極層37Hfの形状は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
第1枝電極層27Hfおよび第2枝電極層37Hfは、延在方向に交差する方向において交互に配置されることで平行に並んでいると好ましい。
第1枝電極層27Hfの一端は、第1囲み状幹電極層27beに接続されており、第1枝電極層27Hfの他端は、第2囲み状幹電極層37beと離間している。また、第2枝電極層37Hfの一端は、第2囲み状幹電極層37beに接続されており、第2枝電極層37Hfの他端は、第1囲み状幹電極層27beと離間している。<Shape of first electrode layer and second electrode layer in specific region>
The
The
The first branched electrode layers 27Hf and the second branched electrode layers 37Hf are preferably arranged in parallel by being alternately arranged in a direction intersecting the extending direction.
One end of the first branch electrode layer 27Hf is connected to the first surrounding stem electrode layer 27be, and the other end of the first branch electrode layer 27Hf is separated from the second surrounding stem electrode layer 37be. One end of the second branch electrode layer 37Hf is connected to the second surrounding stem electrode layer 37be, and the other end of the second branch electrode layer 37Hf is separated from the first surrounding stem electrode layer 27be. .
(第2変形例)
図10は、本実施形態の第2変形例に係る太陽電池を裏面側からみた図である。図10に示す太陽電池1は、図9に示す太陽電池1において、非特定領域における第1電極層27(特に、第1幹電極層27b)および第2電極層37(特に、第2幹電極層37b)の形状、および、特定領域60における電極層27H,37Hの形状が異なる点で第1変形例と異なる。(Second modification)
FIG. 10 is a view of a solar cell according to a second modified example of this embodiment, viewed from the back side.
<非特定領域における第1電極層および第2電極層の形状>
非特定領域における第2幹電極層37bの第2囲み状幹電極層37beは、特定領域60の外縁の全部を囲む。
この場合、第1幹電極層27bは、隣り合う第2幹電極層37bの間に配置され、上述した第1帯状幹電極層27bbと同様な帯状幹電極層のみで構成されてもよい。第1幹電極層27bは、半導体基板11の中心から外縁に向かう放射方向に沿って、換言すれば、第1枝電極層27fの同心円中心からの放射方向に沿って、延びる帯状である。これにより、第1幹電極層27bは、同心円状の第1枝電極層27fと交差するように延びる。第1幹電極層27bの形状は、直線状であってもよいし、曲線状であってもよい。
第1幹電極層27bには、複数の第1枝電極層27fが接続され、第2囲み状幹電極層37beおよび第2帯状幹電極層37bbには、複数の第2枝電極層37fが接続される。これにより、高抵抗な特定領域60による非特定領域の低抵抗な枝電極層の断絶が防がれ、非特定領域における枝電極層が特定領域60における高抵抗な枝電極層を介さずに幹電極層に接続され、高抵抗な枝電極による抵抗ロスが防がれる。すなわち太陽電池1の出力が向上する。<Shape of first electrode layer and second electrode layer in non-specific region>
The second surrounding stem electrode layer 37be of the second
In this case, the first
A plurality of first
<特定領域における第1電極層および第2電極層の形状>
半導体基板11が第1導電型である場合、特定領域60は第2導電型半導体層35により全面が覆われている。更に、第2導電型半導体層35上には、第2電極層37Hが対応する全面に、或いは櫛電極として形成されており、特定領域60には、第1導電型半導体層25および第1電極層27Hが形成されていない。
これにより、半導体基板11の導電型に応じて、少数キャリアが特定領域60で回収されることになり、多数キャリアは非特定領域で回収されることになる。このように、特定領域60で生成された多数キャリアを非特定領域で回収することにより、その距離に応じて直列抵抗が大きくなる。
例えば、n型の半導体基板を使用する場合は、特定領域60はp型の半導体層で覆われていることが好ましく、特定領域60で生成されたホールは特定領域60におけるp型半導体層を介して特定領域60における電極層へと輸送され、特定領域60で生成された電子は非特定領域におけるn型半導体層を介して非特定領域における電極層へと輸送される。これにより、特定領域60で生成されたキャリアの取出しにおける直列抵抗成分が高くなり、太陽電池の出力が向上する。<Shape of first electrode layer and second electrode layer in specific region>
When the
As a result, minority carriers are recovered in the
For example, when using an n-type semiconductor substrate, the
(電子機器)
本実施形態の太陽電池1は、実用化に際して、モジュール化されることが好ましい。太陽電池のモジュール化は、適宜の方法により行われる。例えば、陽極と陰極との両方の幹電極層27b,37b、または、それぞれに設けた取出電極(不図示)に配線またはコンタクトピンなどが接続されることで、電気取出しが行える。また、裏面電極型太陽電池は、封止剤およびガラス板により封止されることによりモジュール化される。このようにしてモジュール化された太陽電池は、ウェアラブル用途(腕時計またはスマートウォッチ、センサー)の電子機器に搭載されることができる。(Electronics)
It is preferable that the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記した本実施形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、ヘテロ接合型の太陽電池を例示したが、本発明の特徴は、ヘテロ接合型の太陽電池に限らず、ホモ接合型の太陽電池等の種々の太陽電池に適用可能である。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible. For example, in the above-described embodiments, heterojunction solar cells were exemplified, but the features of the present invention are not limited to heterojunction solar cells, and can be applied to various solar cells such as homojunction solar cells. is.
また、上述した実施形態では、裏面電極型の太陽電池を例示したが、本発明の特徴は、裏面電極型の太陽電池に限らず、両面電極型の太陽電池等の種々の太陽電池に適用可能である。
両面電極型の太陽電池では、半導体基板の両主面のうちの一方主面である受光する側の主面の受光面側の略全面に、パッシベーション層、第1導電型半導体層、第1電極層が順に積層され、半導体基板の両主面のうちの受光面の反対側の他方主面である裏面側の略全面に、パッシベーション層、第2導電型半導体層、第2電極層が順に積層される。この場合でも、遮光部材に対応する特定領域における電気抵抗のうちの直列抵抗成分を、非特定領域における電気抵抗のうちの直列抵抗成分に比べて、高抵抗としてもよい。In addition, in the above-described embodiments, the back electrode type solar cell was exemplified, but the features of the present invention are not limited to the back electrode type solar cell, and can be applied to various solar cells such as double-sided electrode type solar cells. is.
In a double-sided electrode type solar cell, a passivation layer, a first conductivity type semiconductor layer, and a first electrode are provided on substantially the entire light-receiving surface side of the light-receiving main surface, which is one of the main surfaces of the semiconductor substrate. Layers are laminated in order, and a passivation layer, a second conductivity type semiconductor layer, and a second electrode layer are laminated in order on substantially the entire rear surface side, which is the other main surface opposite to the light-receiving surface, of the two main surfaces of the semiconductor substrate. be done. Even in this case, the series resistance component of the electrical resistance in the specific region corresponding to the light shielding member may be made higher than the series resistance component of the electrical resistance in the non-specific region.
また、上述した実施形態では、半導体基板11の裏面側の第1導電型領域7に順に積層されたパッシベーション層23、第1導電型半導体層25および第1電極層27と、半導体基板11の裏面側の第1導電型領域7を除く第2導電型領域8に順に積層されたパッシベーション層33、第2導電型半導体層35および第2電極層37とを備える裏面電極型の太陽電池1を例示した。しかし、本発明は、このような太陽電池1に限らず、第1導電型半導体層の少なくとも一部と第2導電型半導体層の少なくとも一部とが重なっている裏面電極型の太陽電池であっても構わない。この場合、第1導電型半導体層に対応する第1電極層が上述した第1枝極層および第1幹電極層(枠電極層および/または第1帯状幹電極層、或いは第1囲み状幹電極層および/または第1帯状幹電極層)で形成され、第2導電型半導体層に対応する第2電極層が上述した第2枝極層および第2幹電極層(枠電極層および/または第2帯状幹電極層、或いは第2囲み状幹電極層および/または第2帯状幹電極層)で形成されればよい。
Further, in the above-described embodiment, the
1,1X 太陽電池
7 第1導電型領域
8 第2導電型領域
11 半導体基板(光電変換基板)
13,23,33 パッシベーション層
15 反射防止層
25,25X 第1導電型半導体層
27,27H,27X 第1電極層
27b,27Hb 第1幹電極層(バスバー電極、バスバー部)
27bb 第1帯状幹電極層
27be 第1囲み状幹電極層
27bf 第1枠用幹電極層
27f,27Hf 第1枝電極層(フィンガー電極、フィンガー部)
28,28H 透明電極層
29,29H 金属電極層
35,35X 第2導電型半導体層
37,37H,37X 第2電極層
37b,37Hb 第2幹電極層(バスバー電極、バスバー部)
37bb 第2帯状幹電極層
37be 第2囲み状幹電極層
37bf 第2枠用幹電極層
37f,37Hf 第2枝電極層(フィンガー電極、フィンガー部)
38,38H 透明電極層
39,39H 金属電極層
40 枠電極層
50 区分け領域
60 特定領域
70 遮光部材1, 1X
13, 23, 33
27bb First strip-shaped stem electrode layer 27be First surrounding stem electrode layer 27bf First frame
28, 28H
37bb Second strip-shaped stem electrode layer 37be Second surrounding stem electrode layer 37bf Second frame
38, 38H
Claims (12)
前記光電変換基板の主面において、前記遮光部材に対応する特定領域と、前記特定領域以外の非特定領域とを有し、
前記特定領域における電気抵抗のうちの直列抵抗成分は、前記非特定領域における電気抵抗のうちの直列抵抗成分に比べて、高抵抗であり、
前記特定領域における直列抵抗成分Rs_dと前記特定領域の面積S_dとの積Rs_d×S_dは、10Ω・cm 2 以上10000Ω・cm 2 未満である、
太陽電池。 a photoelectric conversion substrate; a semiconductor layer of a first conductivity type and a semiconductor layer of a second conductivity type; A solar cell comprising a first electrode layer corresponding to a conductivity type semiconductor layer and a second electrode layer corresponding to the second conductivity type semiconductor layer, in combination with a light shielding member arranged apart from the solar cell In the solar cell used,
The main surface of the photoelectric conversion substrate has a specific region corresponding to the light shielding member and a non-specific region other than the specific region,
A series resistance component of the electrical resistance in the specific region is higher than a series resistance component of the electrical resistance in the non-specific region,
The product Rs_d×S_d of the series resistance component Rs_d in the specific region and the area S_d of the specific region is 10 Ω·cm 2 or more and less than 10000 Ω·cm 2 .
solar cell.
前記特定領域における前記第1電極層または前記第2電極層は、透明電極層を含み、金属電極層を含まない、
請求項1~3のいずれか1項に記載の太陽電池。 the first electrode layer or the second electrode layer in the non-specific region includes a transparent electrode layer and a metal electrode layer;
the first electrode layer or the second electrode layer in the specific region includes a transparent electrode layer and does not include a metal electrode layer;
The solar cell according to any one of claims 1-3 .
前記特定領域の全面は、前記第2導電型半導体層で覆われている、
請求項6に記載の太陽電池。 The photoelectric conversion substrate is of a first conductivity type,
The entire surface of the specific region is covered with the second conductivity type semiconductor layer,
The solar cell according to claim 6 .
前記複数の区分け領域の各々において、
前記第1電極層および前記第2電極層の各々は、帯状の複数の枝電極層と、前記複数の枝電極層の一端が接続された幹電極層とを有し、
前記第1電極層または前記第2電極層の複数の枝電極層の一部は、前記特定領域の外縁の少なくとも一部を囲み、
前記第1電極層および前記第2電極層の幹電極層は、前記区分け領域を囲む枠電極層を有する、
請求項6に記載の太陽電池。 Having a plurality of partitioned regions obtained by partitioning the main surface of the photoelectric conversion substrate into a plurality of regions so as to surround the plurality of specific regions,
In each of the plurality of segmented regions,
Each of the first electrode layer and the second electrode layer has a plurality of strip-shaped branch electrode layers and a trunk electrode layer to which one end of the plurality of branch electrode layers is connected,
a portion of the plurality of branch electrode layers of the first electrode layer or the second electrode layer surrounds at least a portion of an outer edge of the specific region;
the stem electrode layers of the first electrode layer and the second electrode layer have a frame electrode layer surrounding the segmented regions;
The solar cell according to claim 6 .
前記第1電極層および前記第2電極層の少なくとも一方の幹電極層は、前記特定領域の外縁を囲む囲み状幹電極層と、前記囲み状幹電極層から延びる帯状幹電極層とを有する、
請求項6に記載の太陽電池。 Each of the first electrode layer and the second electrode layer has a plurality of strip-shaped branch electrode layers and a trunk electrode layer to which one end of the plurality of branch electrode layers is connected,
At least one stem electrode layer of the first electrode layer and the second electrode layer has a surrounding stem electrode layer surrounding the outer edge of the specific region, and a strip-shaped stem electrode layer extending from the surrounding stem electrode layer,
The solar cell according to claim 6 .
前記太陽電池における光電変換基板の主面のうちの一方主面の側に、前記太陽電池から乖離して配置される1または複数の遮光部材と、
を備える、電子機器。 A solar cell according to any one of claims 1 to 9 ,
one or more light shielding members arranged away from the solar cell on one main surface side of the main surfaces of the photoelectric conversion substrate in the solar cell;
An electronic device.
12. The electronic device according to claim 10 , wherein said light shielding member is a member for operating said electronic device.
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