JPH0539640Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本考案は太陽電池素子に関し、特に、人工衛星
用電源等の宇宙環境下で用いて有効な太陽電池素
子の構造に関する。

〈考案の概要〉 本考案は、太陽電池素子を構成する半導体基板
の表面及び裏面に異方性エツチングによる微小五
面体からなる凹凸面を形成することによつて、低
温で動作し、裏面からの光も出力として取り出せ
る高効率の太陽電池素子が得られるものである。

〈従来の技術〉 シリコン単結晶基板を用いた太陽電池素子の表
面反射損失を抑えるために、高橋清他「太陽光発
電」（昭和55.2.20）森北出版、p.153に示されるよ
うに、シリコン単結晶基板の受光面に異方性エツ
チングにより無数のピラミツド状の微小五面体よ
り成る凹凸を形成し、入射光と表面のピラミツド
面の光学的多重反射屈折によつて光の吸収率を改
善するという従来技術があつた。

第３図はこの種の従来例の太陽電池素子の構造
を示す。

１はシリコン基板、２は基板表面、３は基板裏
面、４はPN接合面、５は表電極、６は裏電極、
７は反射防止膜、８は接着剤、９はカバーグラス
である。

〈考案が解決しようとする問題点〉 従来は、その断面図を第３図に示すように、太
陽電池素子の裏面は平滑面であつた。この場合、
入射光１０のシリコン基板１の表面及び内部での
反射・屈折の様子は、フレネルの公式から求ま
り、第４図のようになる。ここでは、シリコン基
板１の屈折率を3.8、接着剤８の屈折率を1.43と
している。実際は、反射防止膜７がシリコン基板
１上に存在するが、内部入射光１１，１２のシリ
コン基板内部での角度は不変である。ここで１次
入射光１１及び２次入射光１２のシリコン基板裏
面３での反射を考えると、裏電極６が存在する場
合はもとより、基板裏面３が大気に接している場
合でも全反射となる。シリコンの禁制帯幅よりも
エネルギーの小さい約1.2μm以上の波長の光は、
シリコン内部で吸収された場合、熱となるが、従
来例は上述の如く、光の吸収率が大きくなり、素
子温度上昇による発電効率の低下を招きやすいと
いう問題点がある。

〈問題点を解決するための手段〉 本考案は上記の問題点に鑑みなされたもので、
一導電型の半導体基板の一方の主面にこの基板と
は反対導電型の不純物を拡散して形成されたPN
接合と、前記半導体基板の表面及び裏面それぞれ
に形成された表電極及び裏電極と、を有する太陽
電池素子において、前記半導体基板の表面及び裏
面に異方性エツチングによる無数の微少五面体よ
りなる凹凸を形成するとともに、前記表電極及び
裏電極を、それぞれ共に光が透過するよう前記半
導体基板にくし形または格子形に形成してなるこ
とを特徴とする。

〈作用〉 上記の如く構成されたことにより、表面の無数
微小五面体での多重反射屈折によりシリコン基板
内部に入射される光のうち、光電変換に寄与する
ことなく基板裏面に到達した光は、その基板裏面
に対する入射角が小さいことから全反射すること
なく、且つ裏面電極に遮られずに基板外部へ透過
するため、基板内部での熱の発生は抑えられ、素
子温度は従来よりも低くなる。また素子裏面側か
らの光も光電流に変換されるので、例えば低周回
軌道上の人工衛星の電源として用いれば、太陽か
らの直接入射光に加え、地球表面からの反射光も
有効に利用でき、その発電効率は極めて高いもの
となる。

したがつて、従来よりも低い温度で動作し、裏
面からの光も出力として取り出せる高効率の太陽
電池素子が得られる。

〈実施例〉 以下、図面を参照して本考案の実施例を説明す
る。

第１図は本考案に係る太陽電池素子の一実施例
の構造を示す。なお、同図において、第３図と同
一構成部分については同符号を付して示してい
る。

この実施例の太陽電池素子は、シリコン基板１
の表面２と裏面３に同様の微小五面体よりなる凹
凸が形成され、表電極５と裏電極６はいづれも、
くし形・格子形など受光面積を減少しない形状を
有している。

上記の如く構成された太陽電池素子は、次のよ
うに作製される。

シリコン基板１は〈100〉面に沿つてスライス
されたものを用いる。またシリコン基板１はＰ
型、Ｎ型のいずれを用いてもよいが、耐放射性を
考慮すればＰ型基板が望ましい。基板表面２及び
基板裏面３の凹凸は異方性エツチング、例えば、
極度に減速されたアルカリエツチングにより形成
する。ピラミツドの大きさは、エツチング条件に
より異なる数μmの程度である。PN接合面４は基
板表面２から0.1〜0.3μm程度の深さに形成され
る。この他に、基板裏面３から数μmの深さに裏
面電界（Back Surface Field）と呼ばれるＰ−
P⁺接合またはＮ−N⁺接合が存在してもよい。表
電極５及び裏電極６は、シリコン基板１の受光面
積をできるだけ大きくし、かつ電荷を効率良く収
集するために、くし形・格子形あるいはその類似
形状とする。ただし表電極５と裏電極６が同一形
状である必要はない。また、シリコン基板１の表
面及び裏面には反射防止膜７が形成される。反射
防止膜７は素子への入射光の反射による損失を低
減し、また素子内部から外へ透過していく光の透
過率を高めるために設けられる。反射防止膜とし
ては、屈折率がシリコン基板と接着剤の中間の値
をもつ物質の単層膜、あるいは互いに異なる屈折
率の多層膜であつてもよい。カバーグラス９は放
射線による素子の損傷を防ぐためのものである。

次に、上記の如く構成された太陽電池素子につ
いて、動作、作用を説明する。

入射光の反射・屈折の様子は第２図のようにな
る。

基板表面２から基板内部への入射光１０の反
射・屈折の様子は従来の第４図に示すものと変わ
らない。１次入射光１１及び２次入射光１２が基
板裏面３に到達すると、基板裏面３と基板表面２
に同様の凹凸が形成されていることにより、入射
光１１，１２の基板裏面３への入射角が小さいた
め、第４図に示す全反射とはならず、一部透過、
一部反射となる。また裏電極６が基板裏面３全面
に形成されていると上記作用が期待できないた
め、裏電極６が表電極５と同様のくし形・格子形
など受光面積を減少しない形状を有することが不
可欠である。

更に、上記構造により、従来例では得がたい次
の作用が生じる。すなわち、裏電極６が表電極５
と同様の形状を有するため、素子裏側から基板裏
面３へ入射する光は、表側からの入射光１０と全
く同じように基板内部へ入射される。したがつて
本考案による太陽電池素子は、素子表面からの入
射光のみならず、裏面からの入射光によつても光
起電力効果を生じる。

なお、Ｐ型シリコン基板を用い、BSF構造を
有する素子を試作した結果、裏側からの入射光に
対しても、表側からの入射光の場合の約７割に相
当する光電流が得られた。また太陽光吸収率は従
来よりも低くなることが確認できた。

〈考案の効果〉 以上述べてきたように本考案によれば、表面の
無数微小五面体での多重反射屈折により基板内部
に入射された光のうち、光電変換に寄与すること
なく基板裏面に到達した光は基板外部へと透過す
るため、基板内部での熱の発生は抑えられ、太陽
電池素子の温度は従来より低くできる。また素子
裏面側からの光も光電流に変換されるので、特
に、低周回軌導上の人工衛星の電源として用いれ
ば、太陽からの直接入射光に加え、地球表面から
の反射光も有効に利用でき、その発電効率は極め
て高いものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る太陽電池素子の一実施例
の断面図、第２図は同実施例における入射光の反
射・屈折の様子を示す図、第３図は従来例の太陽
電池素子の断面図、第４図は従来例における入射
光の反射・屈折の様子を示す図である。 １……シリコン基板、２……基板表面、３……
基板裏面、４……PN接合面、５……表電極、６
……裏電極、７……反射防止膜、８……接着剤、
９……カバーグラス。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 一導電型の半導体基板の一方の主面にこの基板
   とは反対導電型の不純物を拡散して形成された
   PN接合と、前記半導体基板の表面及び裏面それ
   ぞれに形成された表電極及び裏電極と、を有する
   太陽電池素子において、 前記半導体基板の表面及び裏面に異方性エツチ
   ングによる無数の微少五面体よりなる凹凸を形成
   するとともに、 前記表電極及び裏電極を、それぞれ共に光が透
   過するよう前記半導体基板にくし形または格子形
   に形成してなることを特徴とする太陽電池素子。