宇宙用途向けの太陽電池、特に、多−接合太陽電池
【課題】特に、多−接合太陽電池である太陽電池（１４）に注目する。
【解決手段】太陽電池（１４）が、半導体本体（２７）の第１主表面（３１）と、第１主表面（３１）と対向する第２主表面（３２）とを備え、互いの上部上に積層されたｐｎ−接合（１，２，３）の全体の中で最上端のｐｎ−接合（１）が、第１主表面（３１）と隣接する。さらに、第１及び第２主表面（３１，３２）の形状及び結果として太陽電池の形状を画定する半導体本体（２７）の電池端部（３３）を備える。半導体本体（２７）の環境からの保護を提供するために封止材（１６）が、第１主表面（３１）上に設けられる。メサグルーブ（１９）が、第１主表面（３１）上に設けられ、少なくとも最上端のｐｎ−接合（１）を貫通する。メサグルーブ（１９）が、電池端部（３３）に隣接して位置し、半導体本体（２７）の周囲に形成され、内部電池領域及びメサウォール２０が設けられる。
【解決手段】太陽電池（１４）が、半導体本体（２７）の第１主表面（３１）と、第１主表面（３１）と対向する第２主表面（３２）とを備え、互いの上部上に積層されたｐｎ−接合（１，２，３）の全体の中で最上端のｐｎ−接合（１）が、第１主表面（３１）と隣接する。さらに、第１及び第２主表面（３１，３２）の形状及び結果として太陽電池の形状を画定する半導体本体（２７）の電池端部（３３）を備える。半導体本体（２７）の環境からの保護を提供するために封止材（１６）が、第１主表面（３１）上に設けられる。メサグルーブ（１９）が、第１主表面（３１）上に設けられ、少なくとも最上端のｐｎ−接合（１）を貫通する。メサグルーブ（１９）が、電池端部（３３）に隣接して位置し、半導体本体（２７）の周囲に形成され、内部電池領域及びメサウォール２０が設けられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に係り、特に、互いの上端上に積層されたある総数のｐｎ−接合を備えた多−接合太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、大面積のｐｎ−接合体である。いわゆる多−接合太陽電池の設計において、複数のｐｎ−接合が、互いの上端上に積層され、接合を構成する半導体材料のバンドギャップが、太陽電池の上部から下部に向かって減少する。典型的には、１つから３つのｐｎ−接合が、互いの上端上に積層される。
【０００３】
図１が、最新式の三接合（ｔｒｉｐｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＴＪ）太陽電池１４を貫通する断面図を示す。典型的には、１００から２００μｍの厚さを有するゲルマニウム（Ｇｅ）−ウェハー４が、電池の基板として機能する。拡散によりウェハー前面から数マイクロメートルに、ｐｎ−接合３が、形成される。ウェハーの上部上に、さらに２つのｐｎ−接合体１，２が、ＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料から成長される。この構造において、３つのｐｎ−接合が、電池表面（半導体本体の第１主表面３１）から約１０μｍの深さ以内に配置される。符号３２によって、半導体本体の第２主表面が示される。電池端部３３において、ｐｎ−接合が、環境に露出される（参照符号５が、製造プロセスの結果としてのトレンチの側壁を示すことを参照）。上記の寸法が、太陽電池の側面の延長部（典型的には、数センチメートルの範囲である）よりもおよそ４桁小さいが、参照符号５によって外形が描かれる領域内におけるこれらのオープン（ｏｐｅｎ）ｐｎ−接合が、重要である。
【０００４】
ｐｎ−接合を介して生じるいずれの損傷が、不利な電気的効果を結果として生じる。損傷が、電池端部を攻撃する環境の種による化学的なものであるか、機械的なものであるか、または、電池端部３３に沿った導電性経路の形成による若しくは接合内への外来原子の拡散による物理的なものであるかは、無関係である。ｐｎ−接合１，２，３を介して生じたこの損傷が、局部的な分路のように電気的に機能し、太陽電池１４の曲線因子に影響を及ぼす。曲線因子が、電池のいわゆるＩＶ−曲線がどのくらい長方形であるかの基準である。相対的に、電池表面上において、例えば、図１におけるｐｎ−接合１の最上端のｎドープ材料上において生じる同じ損傷プロセスの影響が、はるかに小さい。
【０００５】
さらに、太陽電池の上面を不動態化するための直接的な方法があり、例えば、適当な半導体材料または酸化物の成長によるものである。しかしながら、このような不動態層６は、電池端部３３には実現できない。金属から形成される接触グリッド７が、不動態層６上に位置し、時には、下部に付加的な半導体層を備える（キャップ層）。時には、接触グリッド７が、前面グリッドと称される。接触パッド８が、接触グリッド７の一部として形成される。さらに、反射防止コーティング９が、不動態層６と接触グリッド７との各々の上部上に設けられる。
【０００６】
太陽電池をウェハー４の不要な領域から分離するために、ウェハーが、機械的に切断される。上記の不利な効果を持つｐｎ−接合の端部における機械的な損傷を防ぐために、トレンチが、太陽電池の周囲における所定の深さにまでウェハー４内にエッチングされる。典型的には、このトレンチが、“メサグルーブ（ｍｅｓａ ｇｒｏｏｖｅ）と呼ばれる。図１の太陽電池の場合、これが、約１０μｍの深さを有する。ウェハー４の端部１０によって示される機械的な切断とともに、電池の端部において小さな段差部１１が形成される。トレンチの側壁５において終端するオープンｐｎ−接合が、切断の損傷を受けない。このプロセスが、ＩＩＩ−Ｖ族系太陽電池技術では最先端のものである。
【０００７】
上記のような個々の太陽電池が、太陽電池モジュールを形成するように直列及び並列に相互接続され、この太陽電池モジュールが、特定の用途に対して所望の電圧及び電流を提供する。個々に封止されたセルを備え、直列に相互接続された３つの太陽電池が、図２に示されている。断面図に図示された原理が、宇宙での利用に対する太陽アレイに一般的である。３つの太陽電池の構造が同一であるため、以下の説明では、中央に示された太陽電池１４についてのみ言及する。
【０００８】
環境からの保護として、太陽電池は、通常、透明な封止材内に密封され、共通の前面としてガラスシートと備える。特に、太陽電池が大きな温度変動に曝される一方、１２が、基板１３と、大きな熱膨張の不整合状態で結合されるならば、全太陽電池の共通的な封止が不可能な場合もある。宇宙用途での太陽アレイ上の太陽電池が、この状況の一例である。このため、各太陽電池１４に、透明な、非−導電性接着剤１６を用いて、それ独自のカバーガラス１５が備えられる。典型的には、カバーガラス１５が、１００μｍの厚さのセリウムドープマイクロシートから形成される一方、非−導電性接着剤１６が、約２０μｍの厚さを有する。宇宙用アレイに対し、典型的には、透明な封止材として、例えば、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＤＣ９３−５００、Ｗａｃｋｅｒ社のＲＴＶ−Ｓ６９０及びＮｕｓｉｌ社のＣＶ１６−２５００といったシリコーンが使用される。個々の電池１４が、例えば金属ストリップである電池相互接続体１７によって直列に接続される。電池相互接続体１７が、一つの太陽電池１４の各々の接触グリッド及び接触パッド８を、隣接する太陽電池の後面の金属化部１８と接続する。この構造において、電池端部３３でのメサグルーブの側壁５において終端するｐｎ−接合が、環境に露出されたままである。典型的には、非−導電性接着剤１６が、相互のセルギャップ内にさらに突き出すことを意図せず、電池相互接続体１７への、電池の疲労挙動への不利な影響を回避する。
【０００９】
しかしながら、特許文献１には、封止材自体によって電池端部を不動態化し、これを保護する可能性について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３２０９１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、太陽電池を提供することであり、特に、宇宙用途に対する、改善された端部保護を備えた多−接合太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的が、請求項１の特徴を備えた太陽電池によって達成される。本発明の好ましい実施形態が、従属形式の請求項において提示される。
【００１３】
太陽電池、特に、多−接合太陽電池が、半導体本体の第１主表面と、第１主表面と対向する第２主表面とを備え、互いの上部上に積層されたｐｎ−接合の全体の中で最上端のｐｎ−接合が、第１主表面と隣接する。太陽電池が、１つのみのｐｎ−接合または複数のｐｎ−接合を備えてよい。典型的には、太陽電池が、１つから３つのｐｎ−接合を備える。特に、本発明による太陽電池が、宇宙用途での三重接合太陽電池である。
【００１４】
さらに、太陽電池が、第１及び第２主表面を画定し、その結果、太陽電池を画定する半導体本体の電池端部を備える。半導体本体の電池端部が、段差状または平面であってよい。
【００１５】
さらに、太陽電池が、半導体本体の環境からの保護を提供するための、第１主表面上に設けられた封止材を備える。封止材が、透明な、非−導電性の接着材であってよい。
【００１６】
さらに、メサグルーブが、第１主表面上に設けられ、少なくとも最上端のｐｎ−接合を貫通し、メサグルーブが、電池端部に隣接して位置し、半導体本体の周囲に形成され、内部電池領域及びメサウォール（ｍｅｓａ ｗａｌｌ）が設けられる。メサウォールが、メサグルーブと、電池端部との間に形成される。メサグルーブが、封止材で充填される。
【００１７】
メサウォールが、内部電池領域を環境から保護し、及び端部を保護するように機能する。メサグルーブが、電池端部に隣接して位置し、半導体本体の周囲に形成されるため、アクティブ電池端部が、もはや環境に露出されず、機械的、化学的または物理的攻撃から保護される。
【００１８】
従って、本発明によるメサグルーブが、内部メサグルーブと呼ばれ、この内部メサグルーブが、半導体本体を、内部電池領域と、電池端部と隣接するメサウォールとに分離し、その壁が、内部電池領域と反対側上にある。主に、ウェハーが、単一の太陽電池に機械的に切断される前に、ウェハー内にエッチングされた外側のトレンチのため、メサウォールのこの領域が、段差状でありうる電池端部の一部である。しかしながら、いまだなお環境に露出されているメサウォールのこの領域が、太陽電池のアクティブな部分ではない。太陽電池の製造が、製造ステップを変更する必要なく、周知の技術を用いて実施されうる。
【００１９】
好ましい実施形態によると、内部電池領域が、完全に、すなわち、連続的に、（内部）メサグルーブによって囲まれる。
【００２０】
さらに好ましい実施形態において、ｐｎ−接合の全体の中の全てのｐｎ−接合が、（内部）メサグルーブによって貫通され、メサウォールが、内部電池領域から電気的に分離される。これが、アクティブな、内部電池領域が、電池端部から、メサグルーブと封止材とによって電気的に分離されるという利点を有する。
【００２１】
さらに好ましい実施形態によると、メサウォールが、内部電池領域に機械的に結合されたメサグルーブの各々の深さである。この実施形態では、メサグルーブの最大深さが、規定される。第２主表面と隣接する太陽電池のウェハーのバルクが、電気的にアクティブではないため、３つのｐｎ−接合を有する三重接合太陽電池において、１０から２０μｍの深さが、十分である。メサウォールの幅が、アクティブな電池領域における損失と製造可能性とのトレードオフによって決定される。メサウォールが、自立するための十分な強度を有さなければならないと理解される。
【００２２】
さらに好ましい実施形態によると、メサグルーブの幅が、封止材の材料の粘度に応じて選択される。封止材が、完全にメサグルーブを充填することが意図されるある設計において、メサグルーブの最小の幅が、封止材の粘度によって決まる。代替の設計において、それが硬化される前に、封止材が、トレンチを充填しないほど小さなグルーブの最大の幅が選択される。両方の代替の設計のバリエーションが、（内部）メサグルーブと隣接するｐｎ−接合の、環境の攻撃からの完全な封止を提供する。
【００２３】
さらなる実施形態によると、太陽電池が、傾いた条件下で操作される場合、側面からのＵＶ（紫外線）放射線をブロックするように、メサウォールの幅の寸法が調節される。
【００２４】
さらに好ましい実施形態によると、封止材の材料が、非−導電性である。
【００２５】
さらに好ましい実施形態によると、接触グリッドが、内部電池領域内のみにおける、半導体本体の第１主表面上に設けられる。接触グリッドが、メサウォールの上部上には設けられない点に注目する。
【００２６】
さらに、非−導電性反射防止コーティングが、メサウォールの上部上及び接触グリッドを覆う内部電池領域上に設けられてよい。
【００２７】
さらに好ましい実施形態によると、カバーガラスが、第１主表面上のメサグルーブ及び太陽電池を密封するための封止材上に位置する。複数の太陽電池が基板に結合される前に、カバーガラスが、封止材上に配置されうることは当業者には明らかである。
【００２８】
好ましくは、グルーブ内における封止材の光分解を防ぐために、カバーガラスが、ＵＶブロックフィルターを備える。
【００２９】
さらなる実施形態によると、環境に露出された電池端部が、電池全体の周囲において、非−ＵＶ透明材料でコーティングされる。
【００３０】
さらなる実施形態によると、分流器経路を提供するための導電性または帯電防止材料が、太陽電池の後面と太陽電池の前面との間に伸びる電池端部上に設けられ、後面が、第２主表面によって提供され、前面が、カバーガラスによって提供され、これによって、少なくとも、封止材及びメサウォールと接触する。導電性または帯電防止材料が、コーティング、ペイントまたはフィルムであってよい。導電性または帯電防止材料の目的は、カバーガラス上における電荷の蓄積を低減または防止し、この結果、静電放電（ＥＳＤ）を防ぐことである。導電性または帯電防止材料が、電池端部でのある位置のみに設けられてよい。例えば、アレイまたは太陽モジュール上の隣接する太陽電池との距離が最も大きいため、切り取られた角部が理想的な位置である。
【００３１】
本発明が、図面を参照することによりさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】既に説明された最先端の三重接合太陽電池を貫通する断面図を示す。
【図２】従来技術において周知である既に説明された太陽電池の直列相互接続の概略側面図を示す。
【図３】本発明による三重接合太陽電池を貫通する断面図を示す。
【図４】本発明による太陽電池の上面図を示す。
【図５】本発明による太陽電池内に設けられたメサウォールの最小の幅を計算するための方式を示す。
【図６】ＥＳＤ保護が設けられた本発明による太陽電池の断面図を示す。
【図７】ＥＳＤ保護手段に対する好ましい位置を図示する本発明による太陽電池の上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図３は、本発明よる三重接合太陽電池の断面図を示す。この実施例に示されるｐｎ−接合の総数及びＧｅウェハーのいずれも、本発明の原理に関係がないことに注目する。三重接合太陽電池が、実施例の手段によって選択されているだけである。さらに、図面に示された垂直方向の寸法が、正確な縮尺ではないことに注目しなければならない。さらに、水平方向の寸法が、正確な縮尺ではなく、及び／または完全には示されていない。この電池構造が、説明のみを目的として提供される。本発明は、この特定の電池の型または形状に制限されるものではない。
【００３４】
本発明による太陽電池の設計により、アクティブ電池端部を環境から保護することが可能となる。この電池の設計が、図１を参照して説明された構造をベースとしている。典型的には、１００から２００μｍの厚さであるゲルマニウム−ウェハー４が、電池の基板として機能する。ウェハー前面から数マイクロメートルにおいて、ｐｎ−接合３が、拡散によって形成される。ウェハー４の上部上において、さらに２つのｐｎ−接合１及び２が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から成長される。最上端のｐｎ−接合１が、第１主表面３１に隣接し、一方、ｐｎ−接合と対向するウェハー４の後面が、第２主表面３２に隣接する。この実施例において、３つのｐｎ−接合１，２，３が、第１主表面３１から約１０μｍの深さ以内に位置する。互いの上部上に積層されたｐｎ−接合を含むウェハー４が、半導体本体２７と呼ばれる。半導体本体２７が、第１及び第２主表面３１，３２並びに結果として太陽電池１４の外形を画定する電池端部３３を備える。
【００３５】
製造の間に、ウェハー４の不要な領域が、機械的な切断により除去される。電池端部３３の領域内におけるｐｎ−接合の端部での機械的損傷を防ぐために、機械的な切断の前に、典型的には、“メサグルーブ”と称されるトレンチが、後の半導体本体２７の周囲における所定の深さまで、ウェハー内にエッチングされる。三重接合太陽電池の場合、トレンチの深さが、約１０μｍである。これらの製造ステップにより、電池端部３３が、ウェハー４の端部１０、小さな段差部１１、及びトレンチまたはメサグルーブの外側壁５から構成される。
【００３６】
外側壁５、すなわち、ｐｎ−接合１，２，３の端部が、環境に露出される。ｐｎ−接合１，２，３の端部にわたって生じるいずれの損傷が、不利な電気的効果を生じる。それに関して、これは、その損傷が、機械的なものであるか、電池端部を攻撃する環境中の主による化学的なものであるか、または、電池端部３３及び外側壁５の各々に沿った導電性の経路の形成による若しくは接合内への外来原子の拡散による物理的なものであるか、どうかに関係ない。ｐｎ−接合１，２，３にわたって形成された損傷が、局部的な短絡のように電気的に作用し、太陽電池の曲線因子に影響を及ぼす。
【００３７】
半導体本体２７のｐｎ−接合１，２，３の端部を保護するために、第１主表面上に設けられ、少なくとも最上端のｐｎ−接合を貫通するメサグルーブ１９が、形成される。メサグルーブ１９が、電池端部３３に隣接して位置し、内部電池領域２８及びメサウォール２０を提供する半導体本体２７の周囲に形成される。従って、メサウォール２０が、メサグルーブ１９と電池端部３３との間に形成される。半導体本体２７内におけるその位置によると、メサグルーブ１９が、“内部”メサグルーブである。
【００３８】
メサグルーブ１９が、メサウォール２０の幅ｘによって定義される距離だけ当初の電池端部から離れている。内部メサグルーブ１９が、例えば、上記のような当初の電池端部３３の領域内にトレンチを画定するために使用されたものと同じ化学的エッチングプロセスによって形成されてよい。この内部メサグルーブを形成するための他のプロセスも可能である。
【００３９】
内部メサグルーブ１９の深さｄが、少なくとも互いの上部上に積層された最上端のｐｎ−接合１を分離するような深さである。好ましくは、これが、積層されたｐｎ−接合の全てを分離する。半導体本体の機械的完全性が影響を受けないという要件によって、最大深さｄが与えられる。これは、内部メサグルーブ１９によって形成されるメサウォール２０が、内部電池領域２８に未だ機械的に結合されていることを意味する。
【００４０】
図３に示されたゲルマニウム−ベースの三重接合太陽電池において、ゲルマニウム−ウェハー４のバルク２６が、電気的に活性ではないため、１０から２０μｍの深さｄが、十分なものである。メサグルーブ１９の幅ｙが、内部メサグルーブ１９を形成するために使用される技術によってだけでなく、接触グリッド７及び反射防止コーティング９が、半導体本体２７の第１主表面３１上に形成された後に第１主表面３１上に設けられる封止材１６の粘度によっても決定される。接触グリッド（７／８）及び／または反射防止コーティング（９）を形成する前または後に、メサグルーブが、形成されることが可能である。
【００４１】
一つの可能な設計においては、封止材１６が、メサグルーブ１９を完全に充填することが意図される。これは、封止材１６の粘度に応じた最小幅ｙを必要とする。代替の設計においては、それが硬化される前に、封止材がトレンチを充填しないほど小さいメサグルーブ１９の最大幅ｙが、選択される。しかしながら、後者の設計が、閉じ込められた環境による真空の用途にはあまり適さない。両方の設計が、環境による攻撃からの、内部メサグルーブ１９に隣接するオープンｐｎ−接合１，２，３の完全な封止を提供する。メサグルーブ１９内のアクティブ電池端部２２の端部保護が、封止材１６とともに外側のメサウォール２０によって提供される。
【００４２】
以下において説明されるフォト−変性プロセス（ｐｈｏｔｏ−ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｐｒｏｃｅｓｓ）のようなさらなる効果が影響を及ぼさず、電池端部３３からのメサグルーブ１９の距離ｘが、アクティブな電池領域内における損失と製造可能性との間のトレードオフによって決定される。メサウォールの幅ｘが、自立するための十分な強度を有さなければならない。
【００４３】
メサウォール２０が、内部電池領域に対して環境から保護するように機能することを確保するために、これが、内部電池領域２８から電気的に分離される。メサウォール２０の上部上ではなく、内部電池領域２８内のみにおいて、接触グリッド７の全体が、半導体本体２７の第１主表面３１上に設けられることを、これが要求する。この特徴が、図４における太陽電池１４の上面図に図示される。この図面から分かるように、メサウォール２０とメサグルーブ１９とが、内部電池領域２８を囲む。メサウォール２０が、メサグルーブ１９を介して内部電池領域２８から分離される。内部電池領域２８の上部上に、接触グリッド７が設けられる。接触グリッド７が、接触パッド８を介して、３つの電池相互接続体１７（例えば、金属ストリップ）と電気的に接触される。接触パッド８及び電池相互接続体１７の総数が、図４に示された実施形態と異なることが可能であることが当業者に理解される。
【００４４】
電池相互接続体１７が、メサウォールと接触することが、非−導電性封止材１６または、上記のように、メサウォール２０の上部上及び内部電池領域２８内の接触グリッド７の上部上にある非−導電性反射防止コーティング９によって防止される。これによって、電池相互接続体を介したメサウォール２０の電気的な再接続が防止されることが可能である。反射防止コーティング９が、酸化アルミニウムのような材料から形成されてよい。内部メサグルーブ１９を特徴付ける電池設計を用いて、封止材１６とともに、メサウォール２０が、機械的、化学的または物理的な攻撃から、内部のまたはアクティブ電池端部２２を保護するために使用される。
【００４５】
いくつかの太陽モジュール用途において特に関心がもたれている一つの事項は、（短波長）ＵＶ光を必要とするアクティブ電池端部での光−開始プロセスである。内惑星に対する宇宙空間でのミッションが、これの例である。それらの高い−温度において、２００℃を超える高負荷のミッション温度が、１０倍以上の増加した太陽の強度と組み合わされる。これらの高い温度において、同時にＵＶ光が存在する場合、アクティブ電池端部でのオープンｐｎ−接合を攻撃することが可能な電池を囲む全てのポリマー材料からの十分なガス放出が存在する。提案される電池設計が、この特定の状況においても、端部保護を提供する。
【００４６】
透明な封止材が、それ自体が劣化を誘発するＵＶ光から免れないという事実によって、太陽電池１４及びメサグルーブ１９を密封するための封止材１６上に位置するカバーガラス１５に、ＵＶ阻止フィルターが備えられてよい。これは、メサウォール２０が、内部電池端部２２をいまだなお保護することを確保する。
【００４７】
いくつかの使用状況により、複数の直列及び／または並列に接続された太陽電池１４から構成された太陽アレイを、垂直な照射から離れ、ある最大入射角αに傾けることが必要となる。このような状況において、図５における本発明による太陽電池の断面図に図示されたように、ＵＶ光が、側面から入射することが可能である。本発明による電池設計においてアクティブまたは内部電池端部２２の保護を提供するために、メサウォール２０の幅ｘが、角度αに至るまでの遮蔽を提供するために十分に大きいものでなければならない。電池端部３３の段差部１１の幅ｅ、封止材１６の厚さｈにおいて、その関係ｔａｎα＝（ｅ＋ｘ）／ｈが維持され、それから、メサウォール２０の最小厚さが、所定の角度αに対して計算されることが可能である。傾いた操作に対する代替の解決策において、外の電池端部３３（電池壁）が、電池全体の周囲において非−ＵＶ透明材料でコーティングされる。
【００４８】
封止材で充填された付加的なメサグルーブ１９を備えた太陽電池１４が、例えば、宇宙の太陽アレイ上で生じる静電放電（ＥＳＤ）に対する増加した耐性を提供する。メサウォール２０が、内部電池領域２８の電位から、ＥＳＤ状況に対して、電池の極僅かな操作電圧によって、最大で、未だ分離される。起こり得る任意の静電放電が、封止材１６で充填されたメサグルーブ１９内ではない外側の電池端部で生じる。特に、電池端部での導電性経路の形成によるこのような第１のアークの不利な効果が、提案される電池設計によって軽減される。メサウォール２０が、電池から電気的に分離されるため、導電性経路が、もはや、電気的電池性能を低下させない。
【００４９】
これが、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）のような導電性コーティングを備える場合、または、そのバルクの抵抗性が、十分に低い場合、静電放電を完全に防ぐための一つの周知の可能性が、カバーガラス１５を電気的に接地することである。これが、電池端部３３の周囲の任意の位置に、導電性または帯電防止コーティングまたはペイントまたはフィルム等２５を設けるために十分であるため、提案される電池設計が、これらの接地操作を極めて単純化し、ｉ）オープンｐｎ−接合と接触しないことを考慮する必要がなく、ｉｉ）メサウォール２０と封止材１６とにより、アクティブ電池端部２２が、完全に保護されるため、電池材料との、化学的または物理的適合性を考慮する必要がない。この用途に対して、メサグルーブ１９の深さｄが、全てのｐｎ−接合１，２，３が、電池端部３３から分離されることを確保するために十分でなければならない。
【００５０】
カバーガラス１５の接地が、図６における本発明による太陽電池の断面図に図示されている。全ての電池端部上に、導電性または帯電防止経路２５を提供する材料が自由に設けられ、カバーガラス１５を、太陽電池のバルク２６、すなわち、三重接合電池設計の場合におけるゲルマニウム−ウェハーに、及び／または半導体本体の第２主表面３２上の後面金属化部１８に接続する。最先端の設計におけるものとは異なり、アクティブ電池端部２２に隣接するオープンｐｎ−接合と接触しないようにすることに注意を払う必要はない。
【００５１】
接地操作が、外側の電池の周囲の全てではなく、電池端部３３でのある位置においてのみ実施される必要がある。そのことについては、ＥＳＤを目的とした接地操作にのみ着目する場合、メサグルーブ１９も、電池周囲において、幅広く拡張される必要はない。現在の三重接合宇宙用太陽電池が、それらがその上に成長される円形形状のゲルマニウム−ウェハーの最適化から生じる２つの切り取られた角部２９，３０を特徴づける。これらの切り取られた角部２９，３０が、図７に図示されるように設けられた導電性または帯電防止材料２５を設けるための位置として選択されてよい。周囲の他の位置においては、隣接する太陽電池間において短絡が生じないように考慮されなければならない。
【符号の説明】
【００５２】
１ ｐｎ接合
２ ｐｎ接合
３ ｐｎ接合
４ ウェハー
５ トレンチの側壁
６ 不動態層
７ 接触グリッド
８ 接触パッド
９ 反射防止コーティング
１０ ウェハーの端部
１１ 電池端部の段差部
１２ 結合部
１３ 基板
１４ 太陽電池
１５ カバーガラス
１６ 封止材
１７ 電池相互接続体
１８ 後面金属化部
１９ メサグルーブ
２０ メサウォール
２２ メサグルーブ１９内の内部／アクティブ電池端部
２５ 帯電防止材料／経路
２６ ウェハーのバルク
２７ 半導体本体
２８ 内部電池領域
２９ 切り取られた角部
３０ 切り取られた角部
３１ 第１主表面
３２ 第２主表面
３３ 電池端部
ｄ メサグルーブ１９の深さ
ｅ 段差部１１の幅
ｈ 封止材１６の厚さ
ｘ メサウォール２０の幅
ｙ メサグルーブ１９の幅
α 入射角
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に係り、特に、互いの上端上に積層されたある総数のｐｎ−接合を備えた多−接合太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、大面積のｐｎ−接合体である。いわゆる多−接合太陽電池の設計において、複数のｐｎ−接合が、互いの上端上に積層され、接合を構成する半導体材料のバンドギャップが、太陽電池の上部から下部に向かって減少する。典型的には、１つから３つのｐｎ−接合が、互いの上端上に積層される。
【０００３】
図１が、最新式の三接合（ｔｒｉｐｌｅ ｊｕｎｃｔｉｏｎ：ＴＪ）太陽電池１４を貫通する断面図を示す。典型的には、１００から２００μｍの厚さを有するゲルマニウム（Ｇｅ）−ウェハー４が、電池の基板として機能する。拡散によりウェハー前面から数マイクロメートルに、ｐｎ−接合３が、形成される。ウェハーの上部上に、さらに２つのｐｎ−接合体１，２が、ＩＩＩ〜Ｖ族半導体材料から成長される。この構造において、３つのｐｎ−接合が、電池表面（半導体本体の第１主表面３１）から約１０μｍの深さ以内に配置される。符号３２によって、半導体本体の第２主表面が示される。電池端部３３において、ｐｎ−接合が、環境に露出される（参照符号５が、製造プロセスの結果としてのトレンチの側壁を示すことを参照）。上記の寸法が、太陽電池の側面の延長部（典型的には、数センチメートルの範囲である）よりもおよそ４桁小さいが、参照符号５によって外形が描かれる領域内におけるこれらのオープン（ｏｐｅｎ）ｐｎ−接合が、重要である。
【０００４】
ｐｎ−接合を介して生じるいずれの損傷が、不利な電気的効果を結果として生じる。損傷が、電池端部を攻撃する環境の種による化学的なものであるか、機械的なものであるか、または、電池端部３３に沿った導電性経路の形成による若しくは接合内への外来原子の拡散による物理的なものであるかは、無関係である。ｐｎ−接合１，２，３を介して生じたこの損傷が、局部的な分路のように電気的に機能し、太陽電池１４の曲線因子に影響を及ぼす。曲線因子が、電池のいわゆるＩＶ−曲線がどのくらい長方形であるかの基準である。相対的に、電池表面上において、例えば、図１におけるｐｎ−接合１の最上端のｎドープ材料上において生じる同じ損傷プロセスの影響が、はるかに小さい。
【０００５】
さらに、太陽電池の上面を不動態化するための直接的な方法があり、例えば、適当な半導体材料または酸化物の成長によるものである。しかしながら、このような不動態層６は、電池端部３３には実現できない。金属から形成される接触グリッド７が、不動態層６上に位置し、時には、下部に付加的な半導体層を備える（キャップ層）。時には、接触グリッド７が、前面グリッドと称される。接触パッド８が、接触グリッド７の一部として形成される。さらに、反射防止コーティング９が、不動態層６と接触グリッド７との各々の上部上に設けられる。
【０００６】
太陽電池をウェハー４の不要な領域から分離するために、ウェハーが、機械的に切断される。上記の不利な効果を持つｐｎ−接合の端部における機械的な損傷を防ぐために、トレンチが、太陽電池の周囲における所定の深さにまでウェハー４内にエッチングされる。典型的には、このトレンチが、“メサグルーブ（ｍｅｓａ ｇｒｏｏｖｅ）と呼ばれる。図１の太陽電池の場合、これが、約１０μｍの深さを有する。ウェハー４の端部１０によって示される機械的な切断とともに、電池の端部において小さな段差部１１が形成される。トレンチの側壁５において終端するオープンｐｎ−接合が、切断の損傷を受けない。このプロセスが、ＩＩＩ−Ｖ族系太陽電池技術では最先端のものである。
【０００７】
上記のような個々の太陽電池が、太陽電池モジュールを形成するように直列及び並列に相互接続され、この太陽電池モジュールが、特定の用途に対して所望の電圧及び電流を提供する。個々に封止されたセルを備え、直列に相互接続された３つの太陽電池が、図２に示されている。断面図に図示された原理が、宇宙での利用に対する太陽アレイに一般的である。３つの太陽電池の構造が同一であるため、以下の説明では、中央に示された太陽電池１４についてのみ言及する。
【０００８】
環境からの保護として、太陽電池は、通常、透明な封止材内に密封され、共通の前面としてガラスシートと備える。特に、太陽電池が大きな温度変動に曝される一方、１２が、基板１３と、大きな熱膨張の不整合状態で結合されるならば、全太陽電池の共通的な封止が不可能な場合もある。宇宙用途での太陽アレイ上の太陽電池が、この状況の一例である。このため、各太陽電池１４に、透明な、非−導電性接着剤１６を用いて、それ独自のカバーガラス１５が備えられる。典型的には、カバーガラス１５が、１００μｍの厚さのセリウムドープマイクロシートから形成される一方、非−導電性接着剤１６が、約２０μｍの厚さを有する。宇宙用アレイに対し、典型的には、透明な封止材として、例えば、Ｄｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ社のＤＣ９３−５００、Ｗａｃｋｅｒ社のＲＴＶ−Ｓ６９０及びＮｕｓｉｌ社のＣＶ１６−２５００といったシリコーンが使用される。個々の電池１４が、例えば金属ストリップである電池相互接続体１７によって直列に接続される。電池相互接続体１７が、一つの太陽電池１４の各々の接触グリッド及び接触パッド８を、隣接する太陽電池の後面の金属化部１８と接続する。この構造において、電池端部３３でのメサグルーブの側壁５において終端するｐｎ−接合が、環境に露出されたままである。典型的には、非−導電性接着剤１６が、相互のセルギャップ内にさらに突き出すことを意図せず、電池相互接続体１７への、電池の疲労挙動への不利な影響を回避する。
【０００９】
しかしながら、特許文献１には、封止材自体によって電池端部を不動態化し、これを保護する可能性について記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３２０９１７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
従って、本発明の目的は、太陽電池を提供することであり、特に、宇宙用途に対する、改善された端部保護を備えた多−接合太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この目的が、請求項１の特徴を備えた太陽電池によって達成される。本発明の好ましい実施形態が、従属形式の請求項において提示される。
【００１３】
太陽電池、特に、多−接合太陽電池が、半導体本体の第１主表面と、第１主表面と対向する第２主表面とを備え、互いの上部上に積層されたｐｎ−接合の全体の中で最上端のｐｎ−接合が、第１主表面と隣接する。太陽電池が、１つのみのｐｎ−接合または複数のｐｎ−接合を備えてよい。典型的には、太陽電池が、１つから３つのｐｎ−接合を備える。特に、本発明による太陽電池が、宇宙用途での三重接合太陽電池である。
【００１４】
さらに、太陽電池が、第１及び第２主表面を画定し、その結果、太陽電池を画定する半導体本体の電池端部を備える。半導体本体の電池端部が、段差状または平面であってよい。
【００１５】
さらに、太陽電池が、半導体本体の環境からの保護を提供するための、第１主表面上に設けられた封止材を備える。封止材が、透明な、非−導電性の接着材であってよい。
【００１６】
さらに、メサグルーブが、第１主表面上に設けられ、少なくとも最上端のｐｎ−接合を貫通し、メサグルーブが、電池端部に隣接して位置し、半導体本体の周囲に形成され、内部電池領域及びメサウォール（ｍｅｓａ ｗａｌｌ）が設けられる。メサウォールが、メサグルーブと、電池端部との間に形成される。メサグルーブが、封止材で充填される。
【００１７】
メサウォールが、内部電池領域を環境から保護し、及び端部を保護するように機能する。メサグルーブが、電池端部に隣接して位置し、半導体本体の周囲に形成されるため、アクティブ電池端部が、もはや環境に露出されず、機械的、化学的または物理的攻撃から保護される。
【００１８】
従って、本発明によるメサグルーブが、内部メサグルーブと呼ばれ、この内部メサグルーブが、半導体本体を、内部電池領域と、電池端部と隣接するメサウォールとに分離し、その壁が、内部電池領域と反対側上にある。主に、ウェハーが、単一の太陽電池に機械的に切断される前に、ウェハー内にエッチングされた外側のトレンチのため、メサウォールのこの領域が、段差状でありうる電池端部の一部である。しかしながら、いまだなお環境に露出されているメサウォールのこの領域が、太陽電池のアクティブな部分ではない。太陽電池の製造が、製造ステップを変更する必要なく、周知の技術を用いて実施されうる。
【００１９】
好ましい実施形態によると、内部電池領域が、完全に、すなわち、連続的に、（内部）メサグルーブによって囲まれる。
【００２０】
さらに好ましい実施形態において、ｐｎ−接合の全体の中の全てのｐｎ−接合が、（内部）メサグルーブによって貫通され、メサウォールが、内部電池領域から電気的に分離される。これが、アクティブな、内部電池領域が、電池端部から、メサグルーブと封止材とによって電気的に分離されるという利点を有する。
【００２１】
さらに好ましい実施形態によると、メサウォールが、内部電池領域に機械的に結合されたメサグルーブの各々の深さである。この実施形態では、メサグルーブの最大深さが、規定される。第２主表面と隣接する太陽電池のウェハーのバルクが、電気的にアクティブではないため、３つのｐｎ−接合を有する三重接合太陽電池において、１０から２０μｍの深さが、十分である。メサウォールの幅が、アクティブな電池領域における損失と製造可能性とのトレードオフによって決定される。メサウォールが、自立するための十分な強度を有さなければならないと理解される。
【００２２】
さらに好ましい実施形態によると、メサグルーブの幅が、封止材の材料の粘度に応じて選択される。封止材が、完全にメサグルーブを充填することが意図されるある設計において、メサグルーブの最小の幅が、封止材の粘度によって決まる。代替の設計において、それが硬化される前に、封止材が、トレンチを充填しないほど小さなグルーブの最大の幅が選択される。両方の代替の設計のバリエーションが、（内部）メサグルーブと隣接するｐｎ−接合の、環境の攻撃からの完全な封止を提供する。
【００２３】
さらなる実施形態によると、太陽電池が、傾いた条件下で操作される場合、側面からのＵＶ（紫外線）放射線をブロックするように、メサウォールの幅の寸法が調節される。
【００２４】
さらに好ましい実施形態によると、封止材の材料が、非−導電性である。
【００２５】
さらに好ましい実施形態によると、接触グリッドが、内部電池領域内のみにおける、半導体本体の第１主表面上に設けられる。接触グリッドが、メサウォールの上部上には設けられない点に注目する。
【００２６】
さらに、非−導電性反射防止コーティングが、メサウォールの上部上及び接触グリッドを覆う内部電池領域上に設けられてよい。
【００２７】
さらに好ましい実施形態によると、カバーガラスが、第１主表面上のメサグルーブ及び太陽電池を密封するための封止材上に位置する。複数の太陽電池が基板に結合される前に、カバーガラスが、封止材上に配置されうることは当業者には明らかである。
【００２８】
好ましくは、グルーブ内における封止材の光分解を防ぐために、カバーガラスが、ＵＶブロックフィルターを備える。
【００２９】
さらなる実施形態によると、環境に露出された電池端部が、電池全体の周囲において、非−ＵＶ透明材料でコーティングされる。
【００３０】
さらなる実施形態によると、分流器経路を提供するための導電性または帯電防止材料が、太陽電池の後面と太陽電池の前面との間に伸びる電池端部上に設けられ、後面が、第２主表面によって提供され、前面が、カバーガラスによって提供され、これによって、少なくとも、封止材及びメサウォールと接触する。導電性または帯電防止材料が、コーティング、ペイントまたはフィルムであってよい。導電性または帯電防止材料の目的は、カバーガラス上における電荷の蓄積を低減または防止し、この結果、静電放電（ＥＳＤ）を防ぐことである。導電性または帯電防止材料が、電池端部でのある位置のみに設けられてよい。例えば、アレイまたは太陽モジュール上の隣接する太陽電池との距離が最も大きいため、切り取られた角部が理想的な位置である。
【００３１】
本発明が、図面を参照することによりさらに詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】既に説明された最先端の三重接合太陽電池を貫通する断面図を示す。
【図２】従来技術において周知である既に説明された太陽電池の直列相互接続の概略側面図を示す。
【図３】本発明による三重接合太陽電池を貫通する断面図を示す。
【図４】本発明による太陽電池の上面図を示す。
【図５】本発明による太陽電池内に設けられたメサウォールの最小の幅を計算するための方式を示す。
【図６】ＥＳＤ保護が設けられた本発明による太陽電池の断面図を示す。
【図７】ＥＳＤ保護手段に対する好ましい位置を図示する本発明による太陽電池の上面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
図３は、本発明よる三重接合太陽電池の断面図を示す。この実施例に示されるｐｎ−接合の総数及びＧｅウェハーのいずれも、本発明の原理に関係がないことに注目する。三重接合太陽電池が、実施例の手段によって選択されているだけである。さらに、図面に示された垂直方向の寸法が、正確な縮尺ではないことに注目しなければならない。さらに、水平方向の寸法が、正確な縮尺ではなく、及び／または完全には示されていない。この電池構造が、説明のみを目的として提供される。本発明は、この特定の電池の型または形状に制限されるものではない。
【００３４】
本発明による太陽電池の設計により、アクティブ電池端部を環境から保護することが可能となる。この電池の設計が、図１を参照して説明された構造をベースとしている。典型的には、１００から２００μｍの厚さであるゲルマニウム−ウェハー４が、電池の基板として機能する。ウェハー前面から数マイクロメートルにおいて、ｐｎ−接合３が、拡散によって形成される。ウェハー４の上部上において、さらに２つのｐｎ−接合１及び２が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料から成長される。最上端のｐｎ−接合１が、第１主表面３１に隣接し、一方、ｐｎ−接合と対向するウェハー４の後面が、第２主表面３２に隣接する。この実施例において、３つのｐｎ−接合１，２，３が、第１主表面３１から約１０μｍの深さ以内に位置する。互いの上部上に積層されたｐｎ−接合を含むウェハー４が、半導体本体２７と呼ばれる。半導体本体２７が、第１及び第２主表面３１，３２並びに結果として太陽電池１４の外形を画定する電池端部３３を備える。
【００３５】
製造の間に、ウェハー４の不要な領域が、機械的な切断により除去される。電池端部３３の領域内におけるｐｎ−接合の端部での機械的損傷を防ぐために、機械的な切断の前に、典型的には、“メサグルーブ”と称されるトレンチが、後の半導体本体２７の周囲における所定の深さまで、ウェハー内にエッチングされる。三重接合太陽電池の場合、トレンチの深さが、約１０μｍである。これらの製造ステップにより、電池端部３３が、ウェハー４の端部１０、小さな段差部１１、及びトレンチまたはメサグルーブの外側壁５から構成される。
【００３６】
外側壁５、すなわち、ｐｎ−接合１，２，３の端部が、環境に露出される。ｐｎ−接合１，２，３の端部にわたって生じるいずれの損傷が、不利な電気的効果を生じる。それに関して、これは、その損傷が、機械的なものであるか、電池端部を攻撃する環境中の主による化学的なものであるか、または、電池端部３３及び外側壁５の各々に沿った導電性の経路の形成による若しくは接合内への外来原子の拡散による物理的なものであるか、どうかに関係ない。ｐｎ−接合１，２，３にわたって形成された損傷が、局部的な短絡のように電気的に作用し、太陽電池の曲線因子に影響を及ぼす。
【００３７】
半導体本体２７のｐｎ−接合１，２，３の端部を保護するために、第１主表面上に設けられ、少なくとも最上端のｐｎ−接合を貫通するメサグルーブ１９が、形成される。メサグルーブ１９が、電池端部３３に隣接して位置し、内部電池領域２８及びメサウォール２０を提供する半導体本体２７の周囲に形成される。従って、メサウォール２０が、メサグルーブ１９と電池端部３３との間に形成される。半導体本体２７内におけるその位置によると、メサグルーブ１９が、“内部”メサグルーブである。
【００３８】
メサグルーブ１９が、メサウォール２０の幅ｘによって定義される距離だけ当初の電池端部から離れている。内部メサグルーブ１９が、例えば、上記のような当初の電池端部３３の領域内にトレンチを画定するために使用されたものと同じ化学的エッチングプロセスによって形成されてよい。この内部メサグルーブを形成するための他のプロセスも可能である。
【００３９】
内部メサグルーブ１９の深さｄが、少なくとも互いの上部上に積層された最上端のｐｎ−接合１を分離するような深さである。好ましくは、これが、積層されたｐｎ−接合の全てを分離する。半導体本体の機械的完全性が影響を受けないという要件によって、最大深さｄが与えられる。これは、内部メサグルーブ１９によって形成されるメサウォール２０が、内部電池領域２８に未だ機械的に結合されていることを意味する。
【００４０】
図３に示されたゲルマニウム−ベースの三重接合太陽電池において、ゲルマニウム−ウェハー４のバルク２６が、電気的に活性ではないため、１０から２０μｍの深さｄが、十分なものである。メサグルーブ１９の幅ｙが、内部メサグルーブ１９を形成するために使用される技術によってだけでなく、接触グリッド７及び反射防止コーティング９が、半導体本体２７の第１主表面３１上に形成された後に第１主表面３１上に設けられる封止材１６の粘度によっても決定される。接触グリッド（７／８）及び／または反射防止コーティング（９）を形成する前または後に、メサグルーブが、形成されることが可能である。
【００４１】
一つの可能な設計においては、封止材１６が、メサグルーブ１９を完全に充填することが意図される。これは、封止材１６の粘度に応じた最小幅ｙを必要とする。代替の設計においては、それが硬化される前に、封止材がトレンチを充填しないほど小さいメサグルーブ１９の最大幅ｙが、選択される。しかしながら、後者の設計が、閉じ込められた環境による真空の用途にはあまり適さない。両方の設計が、環境による攻撃からの、内部メサグルーブ１９に隣接するオープンｐｎ−接合１，２，３の完全な封止を提供する。メサグルーブ１９内のアクティブ電池端部２２の端部保護が、封止材１６とともに外側のメサウォール２０によって提供される。
【００４２】
以下において説明されるフォト−変性プロセス（ｐｈｏｔｏ−ｄｅｇｅｎｅｒａｔｉｖｅ ｐｒｏｃｅｓｓ）のようなさらなる効果が影響を及ぼさず、電池端部３３からのメサグルーブ１９の距離ｘが、アクティブな電池領域内における損失と製造可能性との間のトレードオフによって決定される。メサウォールの幅ｘが、自立するための十分な強度を有さなければならない。
【００４３】
メサウォール２０が、内部電池領域に対して環境から保護するように機能することを確保するために、これが、内部電池領域２８から電気的に分離される。メサウォール２０の上部上ではなく、内部電池領域２８内のみにおいて、接触グリッド７の全体が、半導体本体２７の第１主表面３１上に設けられることを、これが要求する。この特徴が、図４における太陽電池１４の上面図に図示される。この図面から分かるように、メサウォール２０とメサグルーブ１９とが、内部電池領域２８を囲む。メサウォール２０が、メサグルーブ１９を介して内部電池領域２８から分離される。内部電池領域２８の上部上に、接触グリッド７が設けられる。接触グリッド７が、接触パッド８を介して、３つの電池相互接続体１７（例えば、金属ストリップ）と電気的に接触される。接触パッド８及び電池相互接続体１７の総数が、図４に示された実施形態と異なることが可能であることが当業者に理解される。
【００４４】
電池相互接続体１７が、メサウォールと接触することが、非−導電性封止材１６または、上記のように、メサウォール２０の上部上及び内部電池領域２８内の接触グリッド７の上部上にある非−導電性反射防止コーティング９によって防止される。これによって、電池相互接続体を介したメサウォール２０の電気的な再接続が防止されることが可能である。反射防止コーティング９が、酸化アルミニウムのような材料から形成されてよい。内部メサグルーブ１９を特徴付ける電池設計を用いて、封止材１６とともに、メサウォール２０が、機械的、化学的または物理的な攻撃から、内部のまたはアクティブ電池端部２２を保護するために使用される。
【００４５】
いくつかの太陽モジュール用途において特に関心がもたれている一つの事項は、（短波長）ＵＶ光を必要とするアクティブ電池端部での光−開始プロセスである。内惑星に対する宇宙空間でのミッションが、これの例である。それらの高い−温度において、２００℃を超える高負荷のミッション温度が、１０倍以上の増加した太陽の強度と組み合わされる。これらの高い温度において、同時にＵＶ光が存在する場合、アクティブ電池端部でのオープンｐｎ−接合を攻撃することが可能な電池を囲む全てのポリマー材料からの十分なガス放出が存在する。提案される電池設計が、この特定の状況においても、端部保護を提供する。
【００４６】
透明な封止材が、それ自体が劣化を誘発するＵＶ光から免れないという事実によって、太陽電池１４及びメサグルーブ１９を密封するための封止材１６上に位置するカバーガラス１５に、ＵＶ阻止フィルターが備えられてよい。これは、メサウォール２０が、内部電池端部２２をいまだなお保護することを確保する。
【００４７】
いくつかの使用状況により、複数の直列及び／または並列に接続された太陽電池１４から構成された太陽アレイを、垂直な照射から離れ、ある最大入射角αに傾けることが必要となる。このような状況において、図５における本発明による太陽電池の断面図に図示されたように、ＵＶ光が、側面から入射することが可能である。本発明による電池設計においてアクティブまたは内部電池端部２２の保護を提供するために、メサウォール２０の幅ｘが、角度αに至るまでの遮蔽を提供するために十分に大きいものでなければならない。電池端部３３の段差部１１の幅ｅ、封止材１６の厚さｈにおいて、その関係ｔａｎα＝（ｅ＋ｘ）／ｈが維持され、それから、メサウォール２０の最小厚さが、所定の角度αに対して計算されることが可能である。傾いた操作に対する代替の解決策において、外の電池端部３３（電池壁）が、電池全体の周囲において非−ＵＶ透明材料でコーティングされる。
【００４８】
封止材で充填された付加的なメサグルーブ１９を備えた太陽電池１４が、例えば、宇宙の太陽アレイ上で生じる静電放電（ＥＳＤ）に対する増加した耐性を提供する。メサウォール２０が、内部電池領域２８の電位から、ＥＳＤ状況に対して、電池の極僅かな操作電圧によって、最大で、未だ分離される。起こり得る任意の静電放電が、封止材１６で充填されたメサグルーブ１９内ではない外側の電池端部で生じる。特に、電池端部での導電性経路の形成によるこのような第１のアークの不利な効果が、提案される電池設計によって軽減される。メサウォール２０が、電池から電気的に分離されるため、導電性経路が、もはや、電気的電池性能を低下させない。
【００４９】
これが、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）のような導電性コーティングを備える場合、または、そのバルクの抵抗性が、十分に低い場合、静電放電を完全に防ぐための一つの周知の可能性が、カバーガラス１５を電気的に接地することである。これが、電池端部３３の周囲の任意の位置に、導電性または帯電防止コーティングまたはペイントまたはフィルム等２５を設けるために十分であるため、提案される電池設計が、これらの接地操作を極めて単純化し、ｉ）オープンｐｎ−接合と接触しないことを考慮する必要がなく、ｉｉ）メサウォール２０と封止材１６とにより、アクティブ電池端部２２が、完全に保護されるため、電池材料との、化学的または物理的適合性を考慮する必要がない。この用途に対して、メサグルーブ１９の深さｄが、全てのｐｎ−接合１，２，３が、電池端部３３から分離されることを確保するために十分でなければならない。
【００５０】
カバーガラス１５の接地が、図６における本発明による太陽電池の断面図に図示されている。全ての電池端部上に、導電性または帯電防止経路２５を提供する材料が自由に設けられ、カバーガラス１５を、太陽電池のバルク２６、すなわち、三重接合電池設計の場合におけるゲルマニウム−ウェハーに、及び／または半導体本体の第２主表面３２上の後面金属化部１８に接続する。最先端の設計におけるものとは異なり、アクティブ電池端部２２に隣接するオープンｐｎ−接合と接触しないようにすることに注意を払う必要はない。
【００５１】
接地操作が、外側の電池の周囲の全てではなく、電池端部３３でのある位置においてのみ実施される必要がある。そのことについては、ＥＳＤを目的とした接地操作にのみ着目する場合、メサグルーブ１９も、電池周囲において、幅広く拡張される必要はない。現在の三重接合宇宙用太陽電池が、それらがその上に成長される円形形状のゲルマニウム−ウェハーの最適化から生じる２つの切り取られた角部２９，３０を特徴づける。これらの切り取られた角部２９，３０が、図７に図示されるように設けられた導電性または帯電防止材料２５を設けるための位置として選択されてよい。周囲の他の位置においては、隣接する太陽電池間において短絡が生じないように考慮されなければならない。
【符号の説明】
【００５２】
１ ｐｎ接合
２ ｐｎ接合
３ ｐｎ接合
４ ウェハー
５ トレンチの側壁
６ 不動態層
７ 接触グリッド
８ 接触パッド
９ 反射防止コーティング
１０ ウェハーの端部
１１ 電池端部の段差部
１２ 結合部
１３ 基板
１４ 太陽電池
１５ カバーガラス
１６ 封止材
１７ 電池相互接続体
１８ 後面金属化部
１９ メサグルーブ
２０ メサウォール
２２ メサグルーブ１９内の内部／アクティブ電池端部
２５ 帯電防止材料／経路
２６ ウェハーのバルク
２７ 半導体本体
２８ 内部電池領域
２９ 切り取られた角部
３０ 切り取られた角部
３１ 第１主表面
３２ 第２主表面
３３ 電池端部
ｄ メサグルーブ１９の深さ
ｅ 段差部１１の幅
ｈ 封止材１６の厚さ
ｘ メサウォール２０の幅
ｙ メサグルーブ１９の幅
α 入射角
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池（１４）であって、
前記太陽電池（１４）が、
半導体本体（２７）の第１主表面（３１）と、前記第１主表面（３１）と対向する第２主表面（３２）であって、互いの上部上に積層されたｐｎ−接合（１，２，３）の全体の中で最上端のｐｎ−接合（１）が、前記第１主表面（３１）と隣接する、第１主表面（３１）と第２主表面（３２）と、
前記第１及び第２主表面（３１，３２）の形状及び前記太陽電池の形状を画定する前記半導体本体（２７）の電池端部（３３）と、
前記半導体本体（２７）の環境からの保護を提供するための、前記第１主表面（３１）上に設けられた封止材（１６）と、
前記第１主表面（３１）上に設けられ、少なくとも前記最上端のｐｎ−接合（１）を貫通するメサグルーブ（１９）と、
を備え、
前記メサグルーブ（１９）が、前記電池端部（３３）に隣接して位置し、前記半導体本体（２７）の周囲に形成され、内部電池領域及びメサウォール２０が設けられ、前記メサウォール（２０）が、前記メサグルーブ（１９）と前記電池端部（３３）との間に形成されており、
前記メサグルーブ（１９）が、前記封止材（１６）で充填されていることを特徴とする特に多−接合太陽電池である太陽電池（１４）。
【請求項２】
前記内部電池領域が、前記メサグルーブ（１９）によって、完全に囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記ｐｎ−接合の全体の中の全てのｐｎ−接合（１，２，３）が、前記メサグルーブ（１９）によって貫通され、前記メサウォール（２０）が、前記内部電池領域から電気的に分離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。
【請求項４】
前記メサウォール（２０）が、前記内部電池領域に機械的に結合された前記メサグルーブ（１９）の各々の深さであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記メサグルーブ（１９）の幅が、前記封止材の材料の粘度に応じて選択されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記太陽電池が、傾いた条件下で操作される場合に、前記メサウォール（２０）の幅の寸法が、側面からのＵＶ放射線をブロックするように調節されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記封止材の材料が、非−導電性であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記内部電池領域（２８）内のみにおける前記半導体本体（２７）の前記第１主表面（３１）上に、接触グリッド（７）が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記メサウォール（２０）の上部上に及び前記接触グリッド（７）を覆う前記内部電池領域上に、非−導電性反射防止コーティング（９）が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第１主表面（３１）上の前記メサグルーブ（１９）及び前記太陽電池を密封するための前記封止材（１６）上に、カバーガラス（１５）が位置することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記カバーガラス（１５）が、前記グルーブ内における前記封止材の光分解を防ぐためのＵＶブロックフィルターを備えることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記メサウォール（２０）の幅が、ＵＶ放射線の入射角をベースとして調節されていることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記電池の全体の周囲において、前記電池端部（３３）が、非ＵＶ透明材料でコーティングされていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項１４】
分流器経路を提供するための導電性または帯電防止材料（２５）が、前記太陽電池の後面と前記太陽電池の前面との間に伸びる前記電池端部（３３）上に設けられ、前記後面が、前記第２主表面（３２）によって提供され、前記前面が、前記カバーガラス（１５）によって提供され、これによって、少なくとも、封止材（２４）及び前記メサウォール（２０）と接触することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記導電性または帯電防止材料（２５）が、前記電池端部（３３）における一つの位置のみに設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池。
【請求項１】
太陽電池（１４）であって、
前記太陽電池（１４）が、
半導体本体（２７）の第１主表面（３１）と、前記第１主表面（３１）と対向する第２主表面（３２）であって、互いの上部上に積層されたｐｎ−接合（１，２，３）の全体の中で最上端のｐｎ−接合（１）が、前記第１主表面（３１）と隣接する、第１主表面（３１）と第２主表面（３２）と、
前記第１及び第２主表面（３１，３２）の形状及び前記太陽電池の形状を画定する前記半導体本体（２７）の電池端部（３３）と、
前記半導体本体（２７）の環境からの保護を提供するための、前記第１主表面（３１）上に設けられた封止材（１６）と、
前記第１主表面（３１）上に設けられ、少なくとも前記最上端のｐｎ−接合（１）を貫通するメサグルーブ（１９）と、
を備え、
前記メサグルーブ（１９）が、前記電池端部（３３）に隣接して位置し、前記半導体本体（２７）の周囲に形成され、内部電池領域及びメサウォール２０が設けられ、前記メサウォール（２０）が、前記メサグルーブ（１９）と前記電池端部（３３）との間に形成されており、
前記メサグルーブ（１９）が、前記封止材（１６）で充填されていることを特徴とする特に多−接合太陽電池である太陽電池（１４）。
【請求項２】
前記内部電池領域が、前記メサグルーブ（１９）によって、完全に囲まれていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記ｐｎ−接合の全体の中の全てのｐｎ−接合（１，２，３）が、前記メサグルーブ（１９）によって貫通され、前記メサウォール（２０）が、前記内部電池領域から電気的に分離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。
【請求項４】
前記メサウォール（２０）が、前記内部電池領域に機械的に結合された前記メサグルーブ（１９）の各々の深さであることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記メサグルーブ（１９）の幅が、前記封止材の材料の粘度に応じて選択されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記太陽電池が、傾いた条件下で操作される場合に、前記メサウォール（２０）の幅の寸法が、側面からのＵＶ放射線をブロックするように調節されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記封止材の材料が、非−導電性であることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記内部電池領域（２８）内のみにおける前記半導体本体（２７）の前記第１主表面（３１）上に、接触グリッド（７）が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項９】
前記メサウォール（２０）の上部上に及び前記接触グリッド（７）を覆う前記内部電池領域上に、非−導電性反射防止コーティング（９）が設けられていることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
【請求項１０】
前記第１主表面（３１）上の前記メサグルーブ（１９）及び前記太陽電池を密封するための前記封止材（１６）上に、カバーガラス（１５）が位置することを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記カバーガラス（１５）が、前記グルーブ内における前記封止材の光分解を防ぐためのＵＶブロックフィルターを備えることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記メサウォール（２０）の幅が、ＵＶ放射線の入射角をベースとして調節されていることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池。
【請求項１３】
前記電池の全体の周囲において、前記電池端部（３３）が、非ＵＶ透明材料でコーティングされていることを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項１４】
分流器経路を提供するための導電性または帯電防止材料（２５）が、前記太陽電池の後面と前記太陽電池の前面との間に伸びる前記電池端部（３３）上に設けられ、前記後面が、前記第２主表面（３２）によって提供され、前記前面が、前記カバーガラス（１５）によって提供され、これによって、少なくとも、封止材（２４）及び前記メサウォール（２０）と接触することを特徴とする請求項１から１３のいずれか一項に記載の太陽電池。
【請求項１５】
前記導電性または帯電防止材料（２５）が、前記電池端部（３３）における一つの位置のみに設けられていることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−２１１１９９（Ｐ２０１１−２１１１９９Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【外国語出願】
【出願番号】特願２０１１−６９７１３（Ｐ２０１１−６９７１３）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（５００４６６７１７）アストリウム・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング (34)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−６９７１３（Ｐ２０１１−６９７１３）
【出願日】平成２３年３月２８日（２０１１．３．２８）
【出願人】（５００４６６７１７）アストリウム・ゲゼルシャフト・ミット・ベシュレンクテル・ハフツング (34)
【Ｆターム（参考）】
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