太阳能电池以及具备该太阳能电池的电子设备

文档序号:958718 发布日期:2020-10-30 浏览:1次 >En<

阅读说明:本技术 太阳能电池以及具备该太阳能电池的电子设备 (Solar cell and electronic device provided with same ) 是由 宇津恒 市川满 于 2019-03-18 设计创作,主要内容包括:本发明提供在室外和室内这两种环境下都抑制太阳能电池的性能降低的太阳能电池。太阳能电池(1)具备光电转换基板(11)、配置于光电转换基板(11)的两个主面的每一个或光电转换基板(11)的一个主面的第一导电型半导体层(25)及第二导电型半导体层(35)、以及、与第一导电型半导体层(25)对应的第一电极层(27)及与第二导电型半导体层(35)对应的第二电极层(37),在与偏离太阳能电池而配置的遮光部件(70)组合使用的太阳能电池中,在光电转换基板(11)的主面,具有与遮光部件(70)对应的特定区域(60)和特定区域(60)以外的非特定区域,特定区域(60)中的电阻中的串联电阻分量与非特定区域中的电阻中的串联电阻分量相比,为高电阻。(Provided is a solar cell wherein the performance degradation of the solar cell is suppressed both in outdoor and indoor environments. A solar cell (1) comprising a photoelectric conversion substrate (11), a first conductivity type semiconductor layer (25) and a second conductivity type semiconductor layer (35) disposed on each of two main surfaces of the photoelectric conversion substrate (11) or on one main surface of the photoelectric conversion substrate (11), and a first electrode layer (27) corresponding to the first conductivity type semiconductor layer (25) and a second electrode layer (37) corresponding to the second conductivity type semiconductor layer (35), wherein the solar cell used in combination with a light shielding member (70) disposed so as to be offset from the solar cell has a specific region (60) corresponding to the light shielding member (70) and a non-specific region other than the specific region (60) on the main surface of the photoelectric conversion substrate (11), and wherein the series resistance component in the resistance in the specific region (60) is compared with the series resistance component in the resistance in the non-specific region, is high resistance.)

太阳能电池以及具备该太阳能电池的电子设备

技术领域

本发明涉及太阳能电池以及具备该太阳能电池的电子设备。

背景技术

期望在太阳光照射的室外环境下使用的可穿戴的设备或手表等电子设备,搭载太阳能电池。在专利文献1中,作为这样的电子设备,公开了具备太阳能电池的手表。

在这样的电子设备中,存在构成电子设备的齿轮、电子部件、装饰部件等配置在比太阳能电池靠光入射面侧的情况。在这样的情况下,有时在太阳能电池上产生阴影,导致太阳能电池的性能降低。

关于这一点,在专利文献1中记载了如下技术,在太阳能电池中的与施加于表盘的装饰部件重叠的部分(即,太阳能电池中产生阴影的区域),除去透明电极、或者除去太阳能电池本身(如果参照专利文献1中记载的用语,是设置于透明电极的开口部或狭缝、或者形成于太阳能电池单元的贯通孔),使电不流过,从而抑制太阳能电池的发电效率的降低。

专利文献1:日本特开2015-55578号公报

可穿戴的设备或手表等电子设备即使在来自荧光灯等相对较低发光强度的光源的光照射的室内环境下也能够使用。可预料到,在室内环境下,在散射光或来自多个光源的光以各种入射角度照射到电子设备,装饰部件等偏离太阳能电池而配置的情况下,光也照射到太阳能电池中的与配置于光入射面侧的部件重叠的部分。

然而,可预料到,如专利文献1所记载的太阳能电池那样,若为了抑制室外环境下的太阳能电池的性能降低,在与装饰部件重叠的部分除去透明电极或太阳能电池本身而使电不流过,则在室内环境下无法有效地利用照射到与装饰部件重叠的部分的光,导致室内环境下的太阳能电池的性能降低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在室外和室内这两种环境下都抑制太阳能电池的性能降低的太阳能电池、以及具备该太阳能电池的电子设备。

本发明所涉及的太阳能电池具备光电转换基板、配置于光电转换基板的两个主面的每一个或光电转换基板的一个主面的第一导电型半导体层及第二导电型半导体层、以及、与第一导电型半导体层对应的第一电极层及与第二导电型半导体层对应的第二电极层,在与偏离太阳能电池而配置的遮光部件组合使用的太阳能电池中,在光电转换基板的主面,具有与遮光部件对应的特定区域和特定区域以外的非特定区域,特定区域中的电阻中的串联电阻分量与非特定区域中的电阻中的串联电阻分量相比,为高电阻。

本发明所涉及的电子设备具备上述的太阳能电池、和偏离太阳能电池而配置在太阳能电池中的光电转换基板的主面中的一方主面的一侧的一个或多个遮光部件。

根据本发明,在室外以及室内这两种环境下,都能够抑制太阳能电池的性能降低。

附图说明

图1是从背面侧观察本实施方式所涉及的太阳能电池以及电子设备的一部分的图。

图2是图1的太阳能电池以及电子设备的一部分中的II-II线剖视图。

图3是本实施方式的变形例所涉及的太阳能电池的局部剖视图。

图4A是表示在电路模拟中使用的太阳能电池的等效电路的图。

图4B是表示图4A所示的太阳能电池的等效电路的电流密度的一个例子的图。

图5A是表示假设室外环境下的电路模拟结果的IV特性的图。

图5B是表示假设室内环境下的电路模拟结果的IV特性的图。

图6A是表示假设室外环境下的电路模拟结果的、太阳能电池的输出与特定区域的串联电阻分量的关系的图。

图6B是表示假设室内环境下的电路模拟结果的、太阳能电池的输出与特定区域的串联电阻分量的关系的图。

图6C是表示将图6A所示的电路模拟结果和图6B所示的电路模拟结果重叠后的、太阳能电池的输出与特定区域的串联电阻分量的关系的图。

图7是表示太阳能电池的IV特性的一个例子的图。

图8是从背面侧观察现有的太阳能电池的图。

图9是从背面侧观察本实施方式的第一变形例所涉及的太阳能电池的图。

图10是从背面侧观察本实施方式的第二变形例所涉及的太阳能电池的图。

具体实施方式

以下,参照附图对本发明的实施方式的一个例子进行说明。此外,对于各附图中相同或相当的部分标注相同的附图标记。另外,为了方便起见,有时也省略阴影线和部件附图标记等,在这种情况下,参照其他附图。

图1是从背面侧观察本实施方式所涉及的太阳能电池以及电子设备的一部分的图,图2是图1的太阳能电池以及电子设备的一部分中的II-II线剖视图。

如图1和图2所示,本实施方式的电子设备具备太阳能电池1、和一个或多个遮光部件70。遮光部件70偏离太阳能电池1而配置于太阳能电池1的受光面侧(即,后述的半导体基板(光电转换基板)11的主面中的一方主面的一侧)。

可预料到,在可穿戴的设备或手表等电子设备中,要求设计性高的产品,并设计各种形状的产品。例如,在可穿戴的设备或手表等电子设备中,有时用于使电子设备动作的齿轮或电子部件、或者构成电子设备的装饰部件等遮光部件70偏离太阳能电池1而配置于比太阳能电池1靠光入射面侧。

也可以在太阳能电池1与遮光部件70之间配置密封部件,该密封部件配置于太阳能电池1的受光面侧,密封太阳能电池1(即,后述的半导体基板(光电转换基板)11)。作为密封部件,可列举EVA(Ethylene-Vinyl Acetate:乙烯-醋酸乙烯酯共聚物)膜、OCA(Optically Clear Adhesive:光透明粘接胶)膜或玻璃等。

以下,在从太阳能电池1的受光面侧或背面侧俯视时,将与遮光部件70重叠的太阳能电池1的区域(换言之,与遮光部件70对应的太阳能电池1的区域)作为特定区域60,将太阳能电池1中的特定区域60以外的区域作为非特定区域。

(太阳能电池)

在本实施方式中,作为太阳能电池1,例示背面电极型(背接触型)(背面接合型:也称为背结型)的太阳能电池。

作为使用半导体基板的太阳能电池,具有在受光面侧及背面侧的两面形成有电极的两面电极型的太阳能电池、和仅在背面侧形成有电极的背面电极型的太阳能电池。在两面电极型的太阳能电池中,由于在受光面侧形成有电极,因此太阳光被该电极遮蔽。另一方面,在背面电极型的太阳能电池中,由于在受光面侧未形成有电极,因此与两面电极型的太阳能电池相比,太阳光的受光率较高。

如图1和图2所示,背面电极型的太阳能电池1具备半导体基板(光电转换基板)11,该半导体基板11具备两个主面,在半导体基板11的主面具有第一导电型区域7和第二导电型区域8。

太阳能电池1具备在作为半导体基板11的两个主面中的一方主面的受光的一侧的主面的受光面侧依次层叠的钝化层13和防反射层15。另外,太阳能电池1具备在半导体基板11的两个主面中的受光面的相反侧的另一方主面(一个主面)即背面侧的第一导电型区域7依次层叠的钝化层23、第一导电型半导体层25以及第一电极层27。另外,太阳能电池1具备在半导体基板11的背面侧的第二导电型区域8依次层叠的钝化层33、第二导电型半导体层35以及第二电极层37。

<半导体基板>

作为半导体基板11,使用导电型单晶硅基板,例如n型单晶硅基板或p型单晶硅基板。由此,实现高的光电转换效率。

优选半导体基板11是n型单晶硅基板。由此,结晶硅基板内的载流子寿命变长。另外,在p型单晶硅基板中,由于光照射,作为p型掺杂剂的B(硼)受到影响,有时引起成为再结合中心的LID(Light Induced Degradation:光致降解),但在n型单晶硅基板中LID被进一步抑制。

半导体基板11也可以在作为两个主面中的一方主面的一侧的背面侧具有被称为纹理构造的棱锥型的微小的凹凸构造。由此,提高了未被半导体基板11吸收而通过的光的回收效率。

另外,半导体基板11也可以在受光面侧具有被称为纹理构造的棱锥型的微小的凹凸构造。由此,在受光面,入射光的反射减少,半导体基板11的光封闭效果提高。

半导体基板11的厚度优选为50μm以上200μm以下,更优选为60μm以上180μm以下,进一步优选为70μm以上180μm以下。这样,通过使半导体基板11的厚度较薄,从而提高太阳能电池1的开路电压,另外还减少材料成本。

此外,作为半导体基板11,也可以使用导电型多晶硅基板,例如n型多晶硅基板或p型多晶硅基板。该情况下,更廉价地制造背面电极型太阳能电池。

<防反射层>

防反射层15在半导体基板11的受光面侧隔着钝化层13而形成。钝化层13由本征硅系层形成。钝化层13终止半导体基板11的表面缺陷,抑制载流子的再结合。

作为防反射层15,优选使用折射率1.5以上2.3以下程度的透光性膜。作为防反射层15的材料,优选SiO、SiN、或者SiON等。防反射层15的形成方法没有特别限定,但优选使用能够进行精密的膜厚控制的CVD(Chemical Vapor Deposition:化学气相沉积)法。根据利用CVD法的成膜,通过调节材料气体或者成膜条件来控制膜质。

在本实施方式中,在受光面侧未形成有电极(背面电极型),因此太阳光的受光率较高,光电转换效率提高。

<第一导电型半导体层以及第二导电型半导体层>

第一导电型半导体层25在半导体基板11的背面侧的第一导电型区域7隔着钝化层23而形成,第二导电型半导体层35在半导体基板11的背面侧的第二导电型区域8隔着钝化层33而形成。第一导电型半导体层25成为与后述的第一电极层27的形状(参照图1)对应的形状,第二导电型半导体层35成为与后述的第二电极层37的形状(参照图1)对应的形状。

第一导电型半导体层25由第一导电型硅系层、例如p型硅系层形成。第二导电型半导体层35由与第一导电型不同的第二导电型的硅系层、例如n型硅系层形成。此外,也可以第一导电型半导体层25是n型硅系层,第二导电型半导体层35是p型硅系层。

p型硅系层和n型硅系层由非晶硅层、或者包含非晶硅与结晶硅的微结晶硅层形成。作为p型硅系层的掺杂剂杂质,适当地使用B(硼),作为n型硅系层的掺杂剂杂质,适当地使用P(磷)。

第一导电型半导体层25以及第二导电型半导体层35的形成方法没有特别限定,但优选使用CVD法。作为材料气体,例如优选使用SiH4气体,作为掺杂剂添加气体,例如优选使用氢稀释后的B2H6或PH3。另外,为了使光的透过性提高,例如也可以微量添加氧或碳之类的杂质。该情况下,例如在CVD成膜时导入CO2或CH4之类的气体。

此外,作为第一导电型半导体层25以及第二导电型半导体层35的形成方法的其他例子,可列举热扩散掺杂法、激光掺杂法等。

在背面电极型的太阳能电池中,在受光面侧受光,在背面侧回收生成的载流子,因此第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35形成在同一面内。作为将第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35在同一面内形成为规定形状(图案形成)的方法没有特别限定,可以采用利用了掩模的CVD法,或者,也可以采用利用了抗蚀剂、蚀刻液、或蚀刻膏等的蚀刻法。

第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35优选未被接合。因此,也可以在这些层之间设置有绝缘层(未图示)。例如,在p型硅系薄膜和n型硅系薄膜的边界部分设置绝缘层的情况下,如果通过CVD法形成氧化硅等的绝缘层,则能够简化成膜工序,实现工艺成本的减少以及成品率的提高。

<钝化层>

钝化层23、33由本征硅系层形成。钝化层23、33终止半导体基板11的表面缺陷,抑制载流子的再结合。由此,为了提高载流子的寿命,太阳能电池的输出提高。

<第一电极层以及第二电极层>

第一电极层27形成于非特定区域中的第一导电型半导体层25上,第二电极层37形成于非特定区域中的第二导电型半导体层35上。另外,第一电极层27H形成于特定区域60中的第一导电型半导体层25上,第二电极层37H形成于特定区域60中的第二导电型半导体层35上。第一电极层27、27H和第二电极层37、37H只要成为没有直接电连接的状态,物理上,可以接触,也可以分离。此外,在图1中,示出了第一电极层27、27H和第二电极层37、37H物理上分离的例子。

第一电极层27、27H以及第二电极层37、37H也可以通过由透明导电性材料构成的透明电极层28、38、28H、38H形成。作为透明导电性材料,能够使用透明导电性金属氧化物,例如氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化钛以及它们的复合氧化物等。在这些中,也优选以氧化铟为主成分的铟系复合氧化物。从高的导电率和透明性的观点出发,特别优选铟氧化物。并且,为了确保可靠性或更高的导电率,优选在铟氧化物中添加掺杂剂。作为掺杂剂,例如可列举Sn、W、Zn、Ti、Ce、Zr、Mo、Al、Ga、Ge、As、Si、或S等。

作为这样的透明电极层28、38、28H、38H的形成方法,能够使用溅射法等物理气相沉积法、或者利用了有机金属化合物与氧或水的反应的化学气相沉积法(例如CVD法)等。

此外,第一电极层27、27H以及第二电极层37、37H不限定于透明电极层28、38、28H、38H,也可以具有层叠在透明电极层28、38、28H、38H上的金属电极层29、39、29H、39H。即,也可以是透明电极层28、38、28H、38H和金属电极层29、39、29H、39H层叠的、层叠型的第一电极层27、27H以及第二电极层37、37H。另外,在第一电极层以及第二电极层中,也可以是一个是层叠型的电极层,另一个是单层型的透明电极层。另外,第一电极层27以及第二电极层37也可以仅由金属电极层形成。

金属电极层29、39、29H、39H由金属材料形成。作为金属材料,例如能够使用Cu、Ag、Al以及它们的合金。

作为金属电极层29、39、29H、39H的形成方法,能够使用例如使用了Ag膏的丝网印刷等印刷法,或者例如使用了Cu的电镀等镀覆法等。

<特定区域>

如上所述,本实施方式的太阳能电池1在可穿戴的设备或手表等电子设备中,与在比太阳能电池1靠光入射面侧偏离太阳能电池1而配置的遮光部件70组合使用。

太阳能电池1在半导体基板11的主面,具有与遮光部件70重叠的即与遮光部件70对应的一个或多个特定区域60、和特定区域60以外的非特定区域。图1所示的本实施方式的太阳能电池1具有三个特定区域60。

特定区域60例如在半导体基板11的主面的俯视时是圆形形状。此外,特定区域60的形状并不局限于此,也可以是带状形状或多边形形状(例如三角形形状或四边形形状)、或者更复杂的形状。

在具有多个特定区域60的情况下,多个特定区域60的面积可以相同,也可以不同。另外,特定区域60的面积也可以为遮光部件70的面积以下。

遮光部件70与太阳能电池1的特定区域60偏离,因此在室内环境下,来自荧光灯等光源的直接的光、或者由电子设备的构成部件反射或散射的光,在遮光部件70与特定区域60的间隙,倾斜地照射到特定区域60。

在太阳光照射的室外环境下,特定区域60是主要由于遮光部件70而形成阴影的区域,特定区域60以外的非特定区域是被太阳光照射到的区域。因此,在室外环境下,特定区域60的照射光量与非特定区域的照射光量的差非常大。

另一方面,在室内环境下,由于从各种方向照射光,因此特定区域60和非特定区域中的照射光量的差与室外环境下相比,较小。

因此,在室外环境下,抑制受到特定区域60中的阴影的影响而引起的太阳能电池的输出的降低,并且在室内环境下,尽可能地取出特定区域60中的太阳能电池的输出,由此太阳能电池的发电量提高。

为了在室外环境下抑制受到特定区域60中的阴影的影响而引起的太阳能电池的输出的降低,并且在室内环境下尽可能地取出特定区域60中的太阳能电池的输出,在本实施方式中,特定区域60中的电阻中的串联电阻分量与特定区域60以外的非特定区域中的电阻中的串联电阻分量相比,为高电阻。

由此,在非特定区域的发电量大,特定区域60的照射光量与非特定区域的照射光量的差大的室外环境下,通过由特定区域60中的串联电阻引起的电压下降,抑制特定区域60的暗电流的影响,抑制非特定区域中的输出降低。即,室外环境下的太阳能电池的输出提高。

另一方面,在室内环境下,太阳能电池1中的发电量与室外环境下相比为1/100倍以下,根据场所,大多为1/1000倍以下左右,特定区域60中的串联电阻损失的大小变得相对较小,能够在某种程度取出由室内环境下的散射光等引起的特定区域60中的太阳能电池的输出。由此,在室内环境下,不仅能够利用非特定区域中的发电,而且能够利用特定区域60中的发电,太阳能电池的输出提高。

作为增加特定区域60中的电阻的串联电阻分量的方法,没有特别限定,例如,可以增加钝化层23及第一导电型半导体层25、或者钝化层33及第二导电型半导体层35的膜厚方向的电阻。或者,也可以增加半导体基板11与钝化层23的界面以及半导体基板11与钝化层33的界面的接触电阻、钝化层23与第一导电型半导体层25的界面以及钝化层33与第二导电型半导体层35的界面的接触电阻、或者第一导电型半导体层25与第一电极层27H的界面以及第二导电型半导体层35与第二电极层37H的界面的接触电阻。

作为特别简便的方法,优选使特定区域60中的第一电极层27H及第二电极层37H的电阻,比非特定区域中的第一电极层27及第二电极层37的电阻大。以下,在对非特定区域中第一电极层27及第二电极层37进行了说明之后,对特定区域60中的第一电极层27H及第二电极层37H的电阻进行说明。

<非特定区域中的电极层>

在非特定区域中,优选第一电极层27的宽度比第一导电型半导体层25的宽度小,第二电极层37的宽度比第二导电型半导体层35的宽度小。此外,导电型层以及电极层的宽度只要没有特别说明,就表示与各层的延伸方向正交的方向(但是,不是各层的厚度方向)。

为了高效地取出在第一导电型半导体层25及第二导电型半导体层35回收的光载流子,优选第一电极层27及第二电极层37的宽度相对于第一导电型半导体层25及第二导电型半导体层35尽可能较大一些。因此,优选第一电极层27的宽度比第一导电型半导体层25的宽度的0.5倍大,更优选比0.7倍大。同样地,优选第二电极层37的宽度比第二导电型半导体层35的宽度的0.5倍大,更优选比0.7倍大。

此外,在第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35的边界部分设置有绝缘层、其他层,第一电极层27和第二电极层37分离的情况下,也可以第一电极层27及第二电极层37的宽度分别比第一导电型半导体层25的宽度及第二导电型半导体层35的宽度大。

另一方面,为了在第一导电型半导体层25及第二导电型半导体层35中高效地回收半导体基板11中的光载流子,优选第一电极层27(后述的第一分支电极层27f及第一主干电极层27b)和第二电极层37(后述的第二分支电极层37f及第二主干电极层37b)的宽度小到某种程度。

第一分支电极层27f和第二分支电极层37f以及与这些分支电极层的每一个对应的第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35的宽度只要小到某种程度就没有特别限定,但优选分别在50~3000μm的范围内。

另一方面,从电气输送的观点出发,为了抑制电阻损失,主干电极层需要一定程度的截面积,需要以主干电极层的宽度及高度(膜厚)确保截面积。由此,优选第一主干电极层27b和第二主干电极层37b以及与这些主干电极层的每一个对应的第一导电型半导体层25和第二导电型半导体层35的宽度分别在50~5000μm的范围内。

如果提高第一电极层27及第二电极层37的高度,则相对于在表面方向流动的电流的截面积增大,因此串联电阻减少。但是,若提高电极层的高度,则半导体层与电极层的界面的应力变大,有时产生电极剥离。并且,在背面电极型太阳能电池中,由于仅在一面设置电极,因此若电极层的高度变大,则基板表背的应力变得不均衡,容易产生太阳能电池的翘曲等变形,存在太阳能电池破损的情况。另外,若太阳能电池由于电极界面的应力而变形,则在模块化时,有时会产生位置偏移或短路等不良情况。由此,优选第一电极层27及第二电极层37的高度为100μm以下,更优选为60μm以下,进一步优选为30μm以下。

此外,电极的高度是从基板的主面到电极的顶点的距离。在由于用于形成半导体层的蚀刻等而存在基板的厚度局部变小的区域的情况下,确定与基板的主面平行的基准面,将从该基准面到电极的顶点的距离定义为电极的高度即可。

<特定区域中的电极层>

如上所述,优选特定区域60中的第一电极层27H及第二电极层37H的电阻比非特定区域中的第一电极层27及第二电极层37的电阻大。

作为使特定区域60中的第一电极层27H及第二电极层37H的电阻比非特定区域中的第一电极层27及第二电极层37的电阻大的方法,例如可以考虑使特定区域60中的电极层27H、37H的金属电极层29H、39H的电阻比非特定区域中的电极层27、37的金属电极层29、39的电阻大。

例如,如图2所示,也可以使特定区域60中的电极层27H、37H的金属电极层29H、39H的宽度比非特定区域中的电极层27、37的金属电极层29、39的宽度窄。换言之,可以考虑使特定区域60中的第一电极层27H及第二电极层37H的宽度比非特定区域中的第一电极层27及第二电极层37的宽度窄。

使特定区域60中的电极层27H、37H的金属电极层29H、39H的电阻比非特定区域中的电极层27、37的金属电极层29、39的电阻大的方法并不限定于此,也可以使特定区域60中的金属电极层29H、39H的截面积比非特定区域中的金属电极层29、39的截面积小。例如,也可以使特定区域60中的金属电极层29H、39H的高度比非特定区域中的金属电极层29、39的高度低。

或者,也可以将特定区域60中的金属电极层29H、39H的材料设为与非特定区域中的金属电极层29、39的材料相比高电阻的材料。例如,作为高电阻的金属电极层的材料,可列举铝膏或铜膏,作为低电阻的金属电极层的材料,可列举银膏。

另外,作为使特定区域60中的第一电极层27H及第二电极层37H的电阻比非特定区域中的第一电极层27及第二电极层37的电阻大的方法,例如,如图3所示,可以考虑特定区域60中的第一电极层27H及第二电极层37H不包括金属电极层29H、39H,仅由透明电极层28H、38H形成。

并且,也可以使特定区域60中的透明电极层28H、38H的电阻比非特定区域中的透明电极层28、38的电阻大。例如,可以使特定区域60中的透明电极层28H、38H的膜厚比非特定区域中的透明电极层28、38的膜厚薄,也可以使特定区域60中的透明电极层28H、38H的宽度比非特定区域中的透明电极层28、38的宽度窄。即,也可以使特定区域60中的透明电极层28H、38H的截面积比非特定区域中的透明电极层28、38的截面积小。

此外,特定区域60中的第一导电型半导体层25的宽度和第二导电型半导体层35的宽度与非特定区域中的第一导电型半导体层25的宽度和第二导电型半导体层35的宽度同样,只要小到某种程度就没有特别限定,但分别优选在50~3000μm的范围内。

如以上说明的那样,根据本实施方式的背面电极型的太阳能电池1,与电子设备中的遮光部件70重叠的特定区域60中的电阻中的串联电阻分量与特定区域60以外的非特定区域的电阻中的串联电阻分量相比,为高电阻。

因此,在非特定区域的发电量较大,特定区域60的照射光量与非特定区域的照射光量的差异大的室外环境下,通过由特定区域60中的串联电阻引起的电压下降,抑制特定区域60的暗电流的影响,抑制非特定区域中的输出降低。即,室外环境下的太阳能电池的输出提高。

另一方面,在室内环境下,太阳能电池1中的发电量与室外环境下相比为1/100倍以下,并且,根据场所,大多为1/1000倍以下左右,特定区域60中的串联电阻损失的大小变得相对较小,能够在某种程度取出由在室内环境下的散射光等引起的特定区域60中的太阳能电池的输出。由此,在室内环境下,不仅能够利用非特定区域中的发电,而且能够利用特定区域60中的发电,太阳能电池的输出提高。

由此,在室外以及室内这两种环境下,都能够抑制由与电子设备中的遮光部件70重叠的特定区域60引起的太阳能电池的性能降低。

<电路模拟验证>

这里,对于通过增加特定区域60中的电阻的串联电阻分量而太阳能电池的输出提高,使用电路模拟(电路计算)进行验证,该电路模拟使用了等效电路。

图4A是表示在电路模拟(电路计算)中使用的太阳能电池的等效电路的图。如图4A所示,作为太阳能电池的等效电路的计算模块,使用了通常在太阳能电池的计算中使用的二极管模块。

在该等效电路中,导入两个二极管模块,一个二极管模块PV(明)表示太阳能电池1的非特定区域,另一个二极管模块PV(暗)表示特定区域60。

这两个二极管模块PV(明)、PV(暗)的各参数通过使用下述式对实际制作的异质结太阳能电池的输出特性进行拟合而决定。

[数式1]

Figure BDA0002686682340000121

在上述式中,左边的J(V)是图4A的二极管模块中的PV(明)或PV(暗)的电流密度,表示相对于外加电压V的电流密度。图4B表示图4A的二极管模块中的PV(明)或PV(暗)的电流密度的一个例子。如图4B所示,电流密度J(V)根据外加电压V而变化,例如外加电压V1下的电流密度为J(V1)。

右边的第一项Jph表示图4A的二极管模块中的I_p或I_d,即与光电流对应的光电流密度。右边的第二项J01表示图4A的二极管模块中的一个二极管D1_p或D1_d的反向饱和电流密度。右边的第三项J02表示图4A的二极管模块中的另一个二极管D2_p或D2_d的反向饱和电流密度。右边的第四项表示由图4A的二极管模块中的串联电阻Rs(即,Rs_p或Rs_d)以及并列电阻Rsh(即,Rsh_p或Rsh_d)引起的损失。这里,串联电阻Rs以及并列电阻Rsh使用每个太阳能电池的值,因此乘以太阳能电池的面积S(S=239(cm2))以换算成每单位面积。此外,q表示电量,kB表示玻尔兹曼常数,T表示温度。

上述式中的各参数如下。

PV(明):

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(暗):

J01(D1_d)=7.9E-15(A/cm2)

J02(D2_d)=1.23E-8(A/cm2)

Rsh_d=1E+6(Ω)

在室外环境下的电路模拟中,假设在非特定区域(光照射区域)的PV(明)中产生I_p=0.038(A/cm2)的光电流,假设在特定区域(阴影区域)的PV(暗)中产生I_d=0.00038(A/cm2)的光电流(非特定区域(光照射区域)的PV(明)的I_p的1/100倍)。

另一方面,在室内环境下的电路模拟中,散射光对特定区域60也照射某种程度的光,由此假设在非特定区域(光照射区域)的PV(明)以及特定区域(阴影区域)60的PV(暗)中产生I_p=I_d=0.00038(A/cm2)的光电流(室外环境下的非特定区域(光照射区域)的PV(明)的I_p的1/100倍)。

另外,在电路模拟中,使特定区域60的串联电阻分量Rs_d在0.002Ω~2000Ω的范围内变化。另外,在电路模拟中,对于非特定区域(光照射区域)的面积S_p与特定区域(阴影区域)60的面积S_d的比S_p:S_d为1:3、1:1、3:1三个模式进行了计算。并且,对于太阳能电池的面积为8cm2、239cm2两个模式进行了计算。另外,Rs_p、Rsh_p、Rsh_d使用与单元面积无关的固定的值。

图5A表示假设室外环境下(I_p=0.038(A/cm2),I_d=0.00038(A/cm2))的电路模拟结果的IV特性,图5B表示假设室内环境下(I_p=I_d=0.00038(A/cm2))的电路模拟结果的IV特性。在图5A和图5B中,太阳能电池的面积为239cm2,非特定区域(光照射区域)的面积S_p与特定区域(阴影区域)60的面积S_d的比S_p:S_d为1:3。

根据图5A,随着特定区域60的串联电阻分量Rs_d变大,开路电压Voc提高,太阳能电池的输出也提高。这样,若特定区域60的串联电阻分量变大,则特定区域60中的暗电流的影响被抑制,太阳能电池的输出提高。

另一方面,根据图5B,随着特定区域60的串联电阻分量Rs_d变小,太阳能电池的输出提高。认为这是因为,在串联电阻分量Rs_d大的情况下,在特定区域60生成的电能被串联电阻分量Rs_d消耗,难以被取出,与此相对,在串联电阻分量Rs_d小的情况下,在特定区域60生成的电能被取出。

根据图5A和图5B,如果特定区域60的串联电阻分量Rs_d例如为6.32E-1(Ω)左右,则在室外环境下能够抑制某种程度暗电流的影响(图5A),并且在室内环境下也能够取出充分的输出(图5B)。这样,可知如果选择适当的Rs_d,则在室外以及室内这两种环境下都能够获得高输出。

接下来,使这样的室外环境下以及室内环境下的太阳能电池的输出与特定区域60中的串联电阻分量的关系一般化。

图6A表示假设室外环境下(I_p=0.038(A/cm2),I_d=0.00038(A/cm2))的电路模拟结果的、太阳能电池的输出与特定区域60的串联电阻分量的关系,图6B表示假设室内环境下(I_p=I_d=0.00038(A/cm2))的电路模拟结果的、太阳能电池的输出与特定区域60的串联电阻分量的关系。另外,图6C表示将图6A所示的电路模拟结果和图6B所示的电路模拟结果重叠后的、太阳能电池的输出与特定区域60的串联电阻分量的关系。

在图6A~图6C中,横轴是特定区域60的串联电阻分量Rs_d和特定区域60的面积S_d的积Rs_d×S_d,纵轴是各太阳能电池中的Rs_d×S_d=0Ω·cm2时的每单位面积的太阳能电池的输出与各Rs_d×S_d的值的每单位面积的太阳能电池的输出的差量ΔPower。这里,每单位面积的太阳能电池的输出的计算中的面积是非特定区域(光照射区域)的面积,在室外环境下为S_p(图6A),在室内环境下为S_p和S_d的和(图6B)。

在图6A~图6C中,对于太阳能电池的面积为8cm2、239cm2两个模式,以及、对于非特定区域(光照射区域)的面积S_p与特定区域(阴影区域)60的面积S_d的比S_p:S_d为1:3、1:1、3:1三个模式,示出了电路模拟的结果。

根据图6A,在室外环境下,在Rs_d×S_d为1Ω·cm2程度以下的小区域中,特定区域60下的串联电阻分量小,因此无法抑制由暗电流引起的太阳能电池输出的降低,但可以看到若超过1Ω·cm2左右,则输出逐渐提高,若超过1E+4Ω·cm2左右则饱和。特别是非特定区域(光照射区域)的面积(S_p)与特定区域(阴影区域)60的面积(S_d)的比为1:3的情况下,由特定区域60中的暗电流引起的输出损失与其他的比为1:1、3:1的情况相比,较大,因此与特定区域60中的电阻的串联电阻分量成比例的Rs_d×S_d越大,由暗电流引起的损失越被抑制,太阳能电池的输出越提高。

另一方面,根据图6B,在室内环境下,在Rs_d×S_d为10Ω·cm2程度以下时,能够充分地取出特定区域60中的太阳能电池的输出,因此由特定区域60中的串联电阻分量引起的输出降低小,但若Rs_d×S_d超过10Ω·cm2左右,则太阳能电池的输出逐渐降低。这是因为,特定区域60中的太阳能电池的输出由于特定区域60中的串联电阻分量而无法被取出。

根据图6C,存在特定区域60的串联电阻(虚线部分),使得在室外环境下预计充分的输出提高,并且在室内环境下抑制输出降低。最佳的串联电阻根据太阳能电池的使用环境而稍微变化,但特定区域60中的串联电阻分量Rs_d和特定区域60的面积S_d的积Rs_d×S_d优选为10Ω·cm2以上且小于10000Ω·cm2,更优选为20Ω·cm2以上且小于1000Ω·cm2,特别优选为50Ω·cm2以上且小于500Ω·cm2

另外,非特定区域中的串联电阻分量Rs_p和非特定区域的面积S_p的积Rs_p×S_p优选大于0Ω·cm2且小于10Ω·cm2,特别是越小越优选。

此外,特定区域60的面积S_d优选为半导体基板11的主面的面积即非特定区域的面积S_p和特定区域60的面积S_d的和S_p+S_d的0.25倍(相当于S_p:S_d=3:1)以上0.95倍以下,更优选为0.25倍以上0.75倍(相当于S_p:S_d=1:3)以下。

作为测定这样的特定区域60中的电阻的串联电阻分量的方法,没有特别限定,例如可以利用光致发光(Photoluminescence:PL)和电致发光(Electroluminescence:EL)计算串联电阻,也能够通过使用BT Imaging Pty Ltd公司的LIS-R2,简便地估算串联电阻分量。另外,例如,在特定区域60的面积大到某种程度,串联电阻分量也大的情况下,也可以使用AM1.5以上的发光强度的光等,进行包括充分的反向偏置范围的IV测定,根据图7所示的成为两个阶段的IV曲线的倾斜度概算出串联电阻分量。在图7中,成为这样的两个阶段的IV曲线中的、第一段的电流低的范围的IV曲线的倾斜度相当于非特定区域的串联电阻分量Rs_p,第二段的电流高的范围的IV曲线的倾斜度相当于特定区域60的串联电阻分量Rs_d,因此也可以根据这些倾斜度来估算串联电阻分量。

这里,图8是从背面侧观察现有的背面电极型的太阳能电池的图。图8所示的太阳能电池1X在半导体基板11X的背面侧具有第一导电型半导体层25X和第二导电型半导体层35X。第一导电型半导体层25X是所谓的梳状形状,具有相当于梳齿的多个指部和相当于梳齿的支承部的母线部。母线部沿着半导体基板11X的一个边部在X方向上延伸,指部从母线部在与X方向交叉的Y方向上延伸。同样地,第二导电型半导体层35X是所谓的梳状形状,具有相当于梳齿的多个指部和相当于梳齿的支承部的母线部。母线部沿着与半导体基板11X的一个边部对置的另一个边部在X方向上延伸,指部从母线部在Y方向上延伸。第一导电型半导体层25X的指部和第二导电型半导体层35X的指部在X方向上交替排列。由此,第一导电型半导体层25X的形成区域和第二导电型半导体层35X的形成区域相互啮合。根据这样的构造,能够在各个半导体层中有效地回收由来自受光面侧的入射光在半导体基板11X内感应出的光载流子。

在第一导电型半导体层25X及第二导电型半导体层35X上设置有用于将回收的光载流子取出到外部的第一电极层27X及第二电极层37X。第一电极层27X是所谓梳状形状,具有相当于梳齿的多个指部27fX和相当于梳齿的支承部的母线部27bX。母线部27bX沿着半导体基板11X的一个边部在X方向上延伸,指部27fX从母线部27bX在与X方向交叉的Y方向上延伸。同样地,第二电极层37X是所谓的梳状的形状,具有相当于梳齿的多个指部37fX和相当于梳齿的支承部的母线部37bX。母线部37bX沿着与半导体基板11X的一个边部对置的另一个边部在X方向上延伸,指部37fX从母线部37bX在Y方向上延伸。指部27fX和指部37fX在X方向上交替排列。

在这样的现有的背面电极型的太阳能电池1X中,若使与电子设备的遮光部件重叠的特定区域60X的电阻的串联电阻分量为高电阻(斜线部分),则第一电极层27X的指部27fX的前端侧的一部分或第二电极层37X的指部37fX的前端侧的一部分经由高电阻的特定区域60X与母线部27bX或母线部37bX连接。因此,在第一电极层27X及第二电极层37X回收的载流子的取出效率降低,太阳能电池1X的输出降低。

关于该点,在本实施方式中,使非特定区域及特定区域60中的第一电极层27、27H及第二电极层37、37H的形状如以下那样形成。此外,第一导电型半导体层25成为与第一电极层27、27H的形状对应的形状,第二导电型半导体层35成为与第二电极层37、27H的形状对应的形状。

<划分区域>

如图1所示,太阳能电池1在半导体基板11的主面,具有划分为三个区域的三个划分区域50,以便分别包围三个特定区域60。

将划分区域50内的特定区域60设为单数个,从而能够将非特定区域中的低电阻的分支电极层不经由特定区域60中的高电阻的分支电极层就与主干电极层连接。

<非特定区域中的第一电极层以及第二电极层的形状>

优选非特定区域中的第一电极层27以及第二电极层37在半导体基板11的主面,分布形成在整个非特定区域。由此,有效发电面积放大,光电转换效率提高。

在各划分区域50中,第一电极层27包括多个第一分支电极层27f和第一主干电极层27b。另外,在各划分区域50中,第二电极层37包括多个第二分支电极层37f和第二主干电极层37b。

<<第一分支电极层以及第二分支电极层>>

第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f是所谓指状电极,具有像带子那样的形状(带状)。第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f的形状可以是直线状,也可以是曲线状。

第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f的电极图案没有特别限定,例如在各划分区域50中,在除去特定区域60、第一主干电极层27b以及第二主干电极层37b的形成区域的区域中,优选为与特定区域60同心圆状的图案。换言之,第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f优选形成为中心与特定区域60的中心重叠,并与特定区域60的相似形重叠。由此,防止由高电阻的特定区域60引起的非特定区域的低电阻的分支电极层的断开,防止非特定区域中的分支电极层不经由特定区域60中的高电阻的分支电极层就与主干电极连接,而由高电阻的分支电极引起的电阻损失。由此,能够高效地取出室外环境下的太阳能电池1的输出,太阳能电池1的输出提高。

若考虑局部的范围,则优选第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f在与延伸方向交叉的方向(例如,与各点的切线垂直的方向)上交替配置从而局部地平行排列。

第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f的任一部分包围特定区域60的外缘。包围特定区域60的外缘的分支电极层可以是第一分支电极层27f,也可以是第二分支电极层37f。在本实施方式的太阳能电池1中,第二分支电极层37f的一部分包围特定区域60的外缘。

包围特定区域60的外缘的分支电极的形状可以是环状(闭环状),也可以是开环状。该环状或开环状的分支电极的形状可以是曲线状,也可以是直线状。

在各划分区域50中,第一分支电极层27f的一端与第一主干电极层27b连接,第一分支电极层27f的另一端与第二主干电极层37b分离。另外,第二分支电极层37f的一端与第二主干电极层37b连接,第二分支电极层37f的另一端与第一主干电极层27b分离。

<<第一主干电极层以及第二主干电极层>>

第一主干电极层27b以及第二主干电极层37b是所谓母线电极,具有像带子那样的形状(带状)。第一主干电极层27b以及第二主干电极层37b的形状可以是直线状,也可以是曲线状。

在各划分区域50中,第一主干电极层27b包括第一框用主干电极层27bf和第一带状主干电极层27bb。另外,在各划分区域50中,第二主干电极层37b包括第二框用主干电极层37bf和第二带状主干电极层37bb。

<<<第一框用主干电极层和第二框用主干电极层、以及框电极层>>>

第一框用主干电极层27bf和第二框用主干电极层37bf构成框电极层40。框电极层40形成为包围各划分区域50,换言之与划分区域50的外缘重叠。框电极层40的形状可以是第一框用主干电极层27bf与第二框用主干电极层37bf之间分离的开环状,也可以由第一框用主干电极层27bf或第二框用主干电极层37bf的任一个形成环状(闭环状)。该环状或开环状的框电极层40的形状可以是曲线状,也可以是直线状。

优选框电极层40具有第一电极层27的第一框用主干电极层27bf和第二电极层37的第二框用主干电极层37bf的双方。例如,在图1中,框电极层40具有形成于半导体基板11的周缘的第二框用主干电极层37bf和形成于与相邻的划分区域的边界的第一框用主干电极层27bf。由此,第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f难以不与主干电极电连接而孤立,回收划分区域50的整个区域中的太阳能电池1的输出。即太阳能电池1的输出提高。

另外,在相邻的划分区域的边界形成有框电极层40的一部分,从而即使在各个划分区域中配置不同的分支电极层的图案,也不需要在边界连接各个分支电极层的图案。因此,在相邻的划分区域的边界上配置有框电极层40的一部分,从而任意图案的分支电极层与框电极层40连接。因此,由任意性高的分支电极层收集的载流子被边界上的框电极层40收集,高效地回收太阳能电池1的输出。

这里,若使宽度比主干电极层细,电阻高的分支电极层的长度变长,则电阻损失增大。关于该点,在本实施方式中,在相邻的划分区域50之间配置主干电极层,在该主干电极层连接分支电极层,从而与没有主干电极层的情况相比能够使分支电极层的长度变短,减少电阻损失。即太阳能电池1的输出提高。

另外,在半导体基板11的周缘也形成有框电极层40,从而在某种程度任意性高的半导体基板11的形状中,也能够在半导体基板11的周缘的框电极层回收在划分区域50内的分支电极层收集的载流子,高效地回收太阳能电池1的输出。即太阳能电池1的输出提高。

根据以上,特定区域60或分支电极层的形状的任意性提高,在搭载于可穿戴用途(手表或智能怀表、传感器)的电子设备的基础上,提高太阳能电池的形状设计的任意性,并且太阳能电池1的输出高效地提高。

<<<第一带状主干电极以及第二带状主干电极>>>

第一带状主干电极层27bb是从框电极层40的第一框用主干电极层27bf朝向特定区域60延伸的带状。另外,第二带状主干电极层37bb是从框电极层40的第二框用主干电极层37bf朝向特定区域60延伸的带状。第一带状主干电极层27bb以及第二带状主干电极层37bb可以是直线状,也可以是曲线状。

在框电极层40的第一框用主干电极层27bf以及第一带状主干电极层27bb连接有多个第一分支电极层27f,在框电极层40的第二框用主干电极层37bf以及第二带状主干电极层37bb连接有多个第二分支电极层37f。由此,防止由高电阻的特定区域60引起的非特定区域的低电阻的分支电极层的断开,防止非特定区域中的分支电极层不经由特定区域60中的高电阻的分支电极层就与主干电极连接,而由高电阻的分支电极引起的电阻损失。其结果,在多个第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f回收的载流子经由第一主干电极层27b(框电极层40、第一带状主干电极层27bb)被回收,即太阳能电池1的输出提高。

在本实施方式的背面电极型太阳能电池中,优选用于特别是可穿戴用途(手表或智能怀表、传感器)等在低发光强度环境下主要使用的电子设备。该情况下,通常被照射的光较弱,电阻损失不像太阳能电池面板那么大。因此,在第一主干电极层27b及第二主干电极层37b的一部分分别形成阳极及阴极的取出电极(未图示),从而容易地取出所回收的载流子。作为取出电极的形成方法,能够使用例如使用了Ag膏的丝网印刷等印刷法、或者例如使用了Cu的电镀等镀覆法等。或者,取出电极也可以通过锡焊等而形成。

<特定区域中的第一电极层以及第二电极层的形状>

优选特定区域60中的第一电极层27H以及第二电极层37H在半导体基板11的主面,分布形成在整个特定区域60。

第一电极层27H包括多个第一分支电极层27Hf和第一主干电极层27Hb。另外,第二电极层37H包括多个第二分支电极层37Hf和第二主干电极层37Hb。

<<第一分支电极层以及第二分支电极层>>

第一分支电极层27Hf以及第二分支电极层37Hf与上述的非特定区域中的第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f同样,是所谓指状电极,具有像带子那样的形状(带状)。第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f的形状可以是直线状,也可以是曲线状。

第一分支电极层27Hf以及第二分支电极层37Hf的电极图案没有特别限定,例如与上述的非特定区域中的第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f相同,优选为与特定区域60同心圆状的图案。换言之,第一分支电极层27Hf以及第二分支电极层37Hf优选形成为中心与特定区域60的中心重叠,并与特定区域60的相似形重叠。

若考虑局部的范围,则优选通过第一分支电极层27Hf以及第二分支电极层37Hf在与延伸方向交叉的方向(例如,与各点的切线垂直的方向)上交替配置从而局部地平行排列。

第一分支电极层27Hf的一端与第一主干电极层27Hb连接,第一分支电极层27Hf的另一端与第二主干电极层37Hb分离。另外,第二分支电极层37Hf的一端与第二主干电极层37Hb连接,第二分支电极层37Hf的另一端与第一主干电极层27Hb分离。

<<第一主干电极层以及第二主干电极层>>

第一主干电极层27Hb以及第二主干电极层37Hb与上述的非特定区域中的第一主干电极层27b(特别是第一带状主干电极层27bb)以及第二主干电极层37b(特别是第二带状主干电极层37bb)同样,是所谓母线电极,具有像带子那样的形状(带状)。第一主干电极层27Hb以及第二主干电极层37Hb的形状可以是直线状,也可以是曲线状。

第一主干电极层27Hb是从第一带状主干电极层27bb(或者,包围特定区域60的第一分支电极层27f)朝向特定区域60的中心延伸的带状。另外,第二主干电极层37Hb是从第二带状主干电极层37bb(或者,包围特定区域60的第二分支电极层37f)朝向特定区域60的中心延伸的带状。

此外,非特定区域中的第一电极层27及第二电极层37的形状、和特定区域60中的第一电极层27H及第二电极层37H的形状并不限定于此。以下,例示非特定区域中的第一电极层27及第二电极层37、和特定区域60中的第一电极层27H及第二电极层37H的另外两个形状。

(第一变形例)

图9是从背面侧观察本实施方式的第一变形例所涉及的太阳能电池的图。图9所示的太阳能电池1与本实施方式的不同点在于,在图1所示的太阳能电池1中,非特定区域中的第一电极层27及第二电极层37的形状、和特定区域60中的第一电极层27H及第二电极层37H的形状不同。

<非特定区域中的第一电极层以及第二电极层的形状>

优选非特定区域中的第一电极层27以及第二电极层37在半导体基板11的主面,分布形成在除特定区域60以外的全部区域。由此,有效发电面积放大,光电转换效率提高。

第一电极层27包括多个第一分支电极层27f和三个第一主干电极层27b。另外,第二电极层37包括多个第二分支电极层37f和三个第二主干电极层37b。

<<第一分支电极层以及第二分支电极层>>

第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f是所谓指状电极,具有像带子那样的形状(带状)。第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f的形状可以是直线状,也可以是曲线状。

第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f的电极图案没有特别限定,例如在除去特定区域60、第一主干电极层27b以及第二主干电极层37b的形成区域的区域中,优选为与半导体基板11同心圆状的图案。换言之,第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f优选形成为中心与半导体基板11的中心重叠,并与半导体基板11的相似形重叠。由此,第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f遍及半导体基板11内的非特定区域整体无间隙地分布,并且在半导体基板11的周缘不易断开。

并且,分支电极层成为这样的形状,从而即使在由于分支电极层的形成而在半导体基板11产生翘曲的情况下,该翘曲也在整个基板上相对均匀地产生,不易局部地产生较大的翘曲。由此,抑制太阳能电池的破损等的产生。

若考虑局部的范围,则优选通过第一分支电极层27f以及第二分支电极层37f在与延伸方向交叉的方向(例如,与各点的切线垂直的方向)上交替配置从而局部地平行排列。

在相邻的第一主干电极层27b和第二主干电极层37b之间,第一分支电极层27f的一端与第一主干电极层27b连接,第一分支电极层27f的另一端与第二主干电极层37b分离。另外,第二分支电极层37f的一端与第二主干电极层37b连接,第二分支电极层37f的另一端与第一主干电极层27b分离。

<<第一主干电极层以及第二主干电极层>>

第一主干电极层27b以及第二主干电极层37b是所谓母线电极,是像带子那样的形状(带状)、或者将带状卷绕或连结的复杂的形状。第一主干电极层27b以及第二主干电极层37b的形状可以是直线状,也可以是曲线状。第一主干电极层27b包括第一包围状主干电极层27be和第一带状主干电极层27bb。另外,第二主干电极层37b包括第二包围状主干电极层37be和第二带状主干电极层37bb。

<<<第一包围状主干电极层以及第二包围状主干电极层>>>

第一包围状主干电极层27be以及第二包围状主干电极层37be形成为包围特定区域60的外缘。第一包围状主干电极层27be包围特定区域60的外缘的一半(一部分),第二包围状主干电极层37be包围特定区域60的外缘的剩余的一半(一部分以外的其他部分)。换言之,一个特定区域60的外缘被第一包围状主干电极层27be和第二包围状主干电极层37be双方包围。

第一包围状主干电极层27be以及第二包围状主干电极层37be的相连的形状只要在电方面成为没有直接连接的状态,也可以是两个包围状主干电极层27be、37be在物理上接触的环状(闭环状)。另外,另外,也可以通过两个包围状主干电极层27be、37be在物理上不接触而成为开环状。第一包围状主干电极层27be以及第二包围状主干电极层37be的形状可以是曲线状,也可以是直线状,第一包围状主干电极层27be以及第二包围状主干电极层37be的形状可以是圆形形状,也可以是多边形形状。

<<<第一带状主干电极层以及第二带状主干电极层>>>

第一带状主干电极层27bb是从第一包围状主干电极层27be相对于半导体基板11的中心呈放射状延伸的带状。另外,第二带状主干电极层37bb是从第二包围状主干电极层37be相对于半导体基板11的中心呈放射状延伸的带状。第一带状主干电极层27bb和第二带状主干电极层37bb相邻延伸。第一带状主干电极层27bb的形状可以是直线状,也可以是曲线状。

在第一包围状主干电极层27be以及第一带状主干电极层27bb连接有多个第一分支电极层27f,在第二包围状主干电极层37be以及第二带状主干电极层37bb连接有多个第二分支电极层37f。由此,防止由高电阻的特定区域60引起的非特定区域的低电阻的分支电极层的断开,防止非特定区域中的分支电极层不经由特定区域60中的高电阻的分支电极层就与主干电极层连接,而由高电阻的分支电极引起的电阻损失。即太阳能电池1的输出提高。

<特定区域中的第一电极层以及第二电极层的形状>

优选特定区域60中的第一电极层27H以及第二电极层37H在半导体基板11的主面,分布形成在整个特定区域60。

第一电极层27H包括第一分支电极层27Hf,第二电极层37H包括第二分支电极层37Hf。第一分支电极层27Hf以及第二分支电极层37Hf是所谓指状电极,具有像带子那样的形状(带状)。第一分支电极层27Hf以及第二分支电极层37Hf的形状可以是直线状,也可以是曲线状。

优选通过第一分支电极层27Hf以及第二分支电极层37Hf在与延伸方向交叉的方向上交替配置从而平行排列。

第一分支电极层27Hf的一端与第一包围状主干电极层27be连接,第一分支电极层27Hf的另一端与第二包围状主干电极层37be分离。另外,第二分支电极层37Hf的一端与第二包围状主干电极层37be连接,第二分支电极层37Hf的另一端与第一包围状主干电极层27be分离。

(第二变形例)

图10是从背面侧观察本实施方式的第二变形例所涉及的太阳能电池的图。图10所示的太阳能电池1与第一变形例的不同点在于,在图9所示的太阳能电池1中,非特定区域中的第一电极层27(特别是第一主干电极层27b)及第二电极层37(特别是第二主干电极层37b)的形状、和特定区域60中的电极层27H、37H的形状不同。

<非特定区域中的第一电极层以及第二电极层的形状>

非特定区域中的第二主干电极层37b的第二包围状主干电极层37be包围特定区域60的外缘的全部。

在该情况下,第一主干电极层27b也可以配置于相邻的第二主干电极层37b之间,仅由与上述的第一带状主干电极层27bb相同的带状主干电极层构成。第一主干电极层27b是沿着从半导体基板11的中心朝向外缘的放射方向,换言之,沿着从第一分支电极层27f的同心圆中心的放射方向延伸的带状。由此,第一主干电极层27b以与同心圆状的第一分支电极层27f交叉的方式延伸。第一主干电极层27b的形状可以是直线状,也可以是曲线状。

在第一主干电极层27b连接有多个第一分支电极层27f,在第二包围状主干电极层37be及第二带状主干电极层37bb连接有多个第二分支电极层37f。由此,防止由高电阻的特定区域60引起的非特定区域的低电阻的分支电极层的断开,防止非特定区域中的分支电极层不经由特定区域60中的高电阻的分支电极层就与主干电极层连接,而由高电阻的分支电极引起的电阻损失。即太阳能电池1的输出提高。

<特定区域中的第一电极层以及第二电极层的形状>

在半导体基板11为第一导电型的情况下,特定区域60的整个面被第二导电型半导体层35覆盖。并且,在第二导电型半导体层35上,在对应的整个面、或者作为梳状电极形成有第二电极层37H,在特定区域60未形成有第一导电型半导体层25以及第一电极层27H。

由此,根据半导体基板11的导电型,少数载流子在特定区域60被回收,多数载流子在非特定区域被回收。这样,在非特定区域回收在特定区域60生成的多数载流子,从而根据其距离串联电阻变大。

例如,在使用n型半导体基板的情况下,优选特定区域60被p型半导体层覆盖,在特定区域60生成的空穴经由特定区域60中的p型半导体层被输送到特定区域60中的电极层,在特定区域60生成的电子经由非特定区域中的n型半导体层被输送到非特定区域中的电极层。由此,在特定区域60生成的载流子的取出中的串联电阻分量变高,太阳能电池的输出提高。

(电子设备)

本实施方式的太阳能电池1在实用化时,优选被模块化。太阳能电池的模块化通过适当的方法进行。例如,在阳极和阴极双方的主干电极层27b、37b、或者分别设置的取出电极(未图示)连接配线或接触销等,从而能够进行电取出。另外,背面电极型太阳能电池通过由密封剂和玻璃板密封而被模块化。这样被模块化的太阳能电池能够搭载于可穿戴用途(手表或智能怀表、传感器)的电子设备。

以上,对本发明的实施方式进行了说明,但本发明并不限定于上述的本实施方式,能够进行各种变形。例如,在上述的实施方式中,例示了异质结型的太阳能电池,但本发明的特征并不局限于异质结型的太阳能电池,能够应用于同质结型的太阳能电池等各种太阳能电池。

另外,在上述的实施方式中,例示了背面电极型的太阳能电池,但本发明的特征并不局限于背面电极型的太阳能电池,能够应用于两面电极型的太阳能电池等各种太阳能电池。

在两面电极型的太阳能电池中,在作为半导体基板的两个主面中的一方主面的受光的一侧的主面的受光面侧的大致整个面依次层叠有钝化层、第一导电型半导体层、第一电极层,在半导体基板的两个主面中的受光面的相反侧的另一方主面即背面侧的大致整个面依次层叠有钝化层、第二导电型半导体层、第二电极层。在该情况下,也可以使与遮光部件对应的特定区域中的电阻中的串联电阻分量与非特定区域中的电阻中的串联电阻分量相比,为高电阻。

另外,在上述的实施方式中,例示了背面电极型的太阳能电池1,该背面电极型的太阳能电池1具备在半导体基板11的背面侧的第一导电型区域7依次层叠的钝化层23、第一导电型半导体层25以及第一电极层27、和在半导体基板11的背面侧的除第一导电型区域7之外的第二导电型区域8依次层叠的钝化层33、第二导电型半导体层35以及第二电极层37。但是,本发明并不局限于这样的太阳能电池1,也可以是第一导电型半导体层的至少一部分和第二导电型半导体层的至少一部分重叠的背面电极型的太阳能电池。在该情况下,与第一导电型半导体层对应的第一电极层由上述的第一分支极层及第一主干电极层(框电极层和/或第一带状主干电极层、或者第一包围状主干电极层和/或第一带状主干电极层)形成,与第二导电型半导体层对应的第二电极层由上述的第二分支极层及第二主干电极层(框电极层和/或第二带状主干电极层、或者第二包围状主干电极层和/或第二带状主干电极层)形成即可。

附图标记说明

1、1X…太阳能电池;7…第一导电型区域;8…第二导电型区域;11…半导体基板(光电转换基板);13、23、33…钝化层;15…防反射层;25、25X…第一导电型半导体层;27、27H、27X…第一电极层;27b、27Hb…第一主干电极层(母线电极、母线部);27bb…第一带状主干电极层;27be…第一包围状主干电极层;27bf…第一框用主干电极层;27f、27Hf…第一分支电极层(指状电极、指部);28、28H…透明电极层;29、29H…金属电极层;35、35X…第二导电型半导体层;37、37H、37X…第二电极层;37b、37Hb…第二主干电极层(母线电极、母线部);37bb…第二带状主干电极层;37be…第二包围状主干电极层;37bf…第二框用主干电极层;37f、37Hf…第二分支电极层(指状电极、指部);38、38H…透明电极层;39、39H…金属电极层;40…框电极层;50…划分区域;60…特定区域;70…遮光部件。

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