(57)【要約】【解決手段】受光面及び非受光面を有する半導体基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する太陽電池セルであって、上記受光面及び非受光面上のバスバー電極が長手方向に互いに直交するように形成されてなる太陽電池セル。【効果】本発明による太陽電池セル及び太陽電池セルの配線方法を用いることで、太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率を改善することが可能で、モジュール変換効率を改善できる。【選択図】図２
2010192572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面及び非受光面を有する半導体基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する太陽電池セルであって、上記受光面及び非受光面上の電極が長手方向に互いに直交するように形成されてなることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
受光面及び非受光面を有する半導体基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する太陽電池セルであって、上記非受光面上の電極が、上記受光面上の電極と長手方向に互いに直交かつ平行になるよう形成されてなることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項３】
請求項１又は２記載の太陽電池セルを１枚以上具備することを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項４】
請求項１又は２記載の太陽電池セルがモジュール端部に配置されてなる請求項３記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
更に太陽電池セルを支持する外周フレームを具備し、この外周フレームとモジュール端部の太陽電池セルとの間隔が０．１〜３．０ｍｍである請求項３又は４記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスである太陽電池セル及び太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶系太陽電池セルを用いて作製される太陽電池モジュールは、一般的に１種類の電極構造を持つ太陽電池セルのみを使用して、電圧を高める目的でセル同士を直列繋ぎにして作製されている。このとき、受光面側に第１の極性の電極を有し、非受光面側に第２の極性の電極を有するセルを使用した場合、直列繋ぎにするには、受光面側の第１の極性の電極と、非受光面側の第２の極性の電極を、半田成分等を含む導線（タブ線と呼ばれる）等で接続しなければならない。このタブ線で接続する部分の電極は、比較的幅の太い電極（１〜３ｍｍ程度）で、一般にバスバー電極と呼ばれている。
【０００３】
上記一般的な太陽電池セルを図１に示す。ａは断面図であり、ｂは受光面側の平面図であり、ｃは非受光面側の平面図である。従来の太陽電池モジュールは、図１に示したような基板１の受光面側１ａのバスバー電極２と、非受光面側１ｂのバスバー電極３とが長手方向に同一方向をとる１種類の電極構造を持つ太陽電池セルを使用している。このため、図４に示したような複数列の太陽電池セル８を並べてタブ線４で接続した大きなサイズの太陽電池モジュールを作製しようとすると、モジュールの端に配置されるセルから、次の列のセルに直列に繋ぐために、タブ線４が３．０ｍｍ程度飛び出す形となって配線が必要となり、この飛び出した部分が太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率を低下させる原因となっている。
【０００４】
これに対し、例えば、特開２００５−１９１１８６号公報（特許文献１）には、バックコンタクト構造の太陽電池セルで、非受光面の電極構造が異なる２種類のセルを用意し、モジュール外周部にタブ線を飛び出させないように配線した太陽電池モジュールが提案されている。しかし、バックコンタクト構造の太陽電池セルは、製造工程が比較的複雑なため、製造コストが掛かるなどの問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９１１８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率を向上させることができる太陽電池セル、及びこの太陽電池セルを用いることでモジュール変換効率を改善した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、受光面及び非受光面を有する半導体基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する太陽電池セルであって、上記受光面及び非受光面上の電極が長手方向に互いに直交するよう形成された太陽電池セル、或いは受光面及び非受光面を有する半導体基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する太陽電池セルであって、上記非受光面上の電極が、上記受光面上の電極と長手方向に直交かつ平行になるよう形成された太陽電池セルを、特に、複数列の太陽電池セルを並べて太陽電池モジュールを作製する際、太陽電池モジュールの端に配置されるセルとして用いることで、タブ線がセル外に余分に飛び出すのを防ぐことができるため、太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率向上によりモジュール変換効率が改善されることを見出し、本発明をなすに至った。
なお、受光面及び非受光面上の電極のうち、バスバー電極と交差する形で出力を集めるために太陽電池セル表面に形成される微細電極で、線幅５０〜２００μｍ程度のものをフィンガー電極といい、フィンガー電極で集電した出力を外部に取り出すための１〜３ｍｍ程度の太めの電極をバスバー電極という。
【０００８】
従って、本発明は、下記の太陽電池セル及び太陽電池モジュールを提供する。
請求項１：
受光面及び非受光面を有する半導体基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する太陽電池セルであって、上記受光面及び非受光面上の電極が長手方向に互いに直交するように形成されてなることを特徴とする太陽電池セル。
請求項２：
受光面及び非受光面を有する半導体基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する太陽電池セルであって、上記非受光面上の電極が、上記受光面上の電極と長手方向に互いに直交かつ平行になるよう形成されてなることを特徴とする太陽電池セル。
請求項３：
請求項１又は２記載の太陽電池セルを１枚以上具備することを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項４：
請求項１又は２記載の太陽電池セルがモジュール端部に配置されてなる請求項３記載の太陽電池モジュール。
請求項５：
更に太陽電池セルを支持する外周フレームを具備し、この外周フレームとモジュール端部の太陽電池セルとの間隔が０．１〜３．０ｍｍである請求項３又は４記載の太陽電池モジュール。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による太陽電池セル及び太陽電池セルの配線方法を用いることで、太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率を改善することが可能で、モジュール変換効率を改善できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】従来の太陽電池セルのバスバー電極構造を示す。ａは断面図であり、ｂは受光面側の平面図であり、ｃは非受光面側の平面図である。
【図２】本発明の太陽電池セルのバスバー電極構造の一例を示す。ａは断面図であり、ｂは受光面側の平面図であり、ｃは非受光面側の平面図である。
【図３】本発明の太陽電池セルのバスバー電極構造の他の例を示す。ａは断面図であり、ｂは受光面側の平面図であり、ｃは非受光面側の平面図である。
【図４】従来の太陽電池モジュールを示す受光面側の平面図である。
【図５】本発明の太陽電池モジュールの一例を示す受光面側の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図面において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。解り易くするため、太陽電池セルの間隔や、厚さを強調して図示した。また、簡単のためフィンガー電極は省略した。
【００１２】
本発明の太陽電池セルの第１の態様は、受光面及び非受光面を有する半導体基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する太陽電池セルであって、上記受光面及び非受光面の電極が長手方向に互いに直交するように形成されてなるものである。この第１の態様の太陽電池セルは、図２に示すように、基板１の受光面１ａ上に受光面側バスバー電極（第１の極性の電極）２が、非受光面１ｂ上にはバスバー電極２とは異なる極性の非受光面側バスバー電極（第２の極性の電極）３が形成されており、これら受光面側のバスバー電極２と非受光面側のバスバー電極３とが長手方向に互いに直交するように形成されている。
【００１３】
また、本発明の太陽電池セルの第２の態様は、受光面及び非受光面を有する半導体基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する太陽電池セルであって、上記非受光面上の電極が、上記受光面上の電極と長手方向に直交かつ平行になるよう形成されてなるものである。この第２の態様の太陽電池セルは、図３に示すように、基板１の受光面１ａ上に受光面側バスバー電極（第１の極性の電極）２が、非受光面１ｂ上にはバスバー電極２とは異なる極性の非受光面側バスバー電極（第２の極性の電極）３が形成されており、この非受光面側のバスバー電極３が受光面上のバスバー電極と長手方向に互いに直交かつ平行に形成されている。
【００１４】
このような本発明の太陽電池セルは、図１に示す公知の太陽電池セルにおいて、受光面側と非受光面側のバスバー電極が長手方向に互いに直交するように形成する、或いは非受光面側のバスバー電極が受光面側のバスバー電極と長手方向に互いに直交かつ平行するよう形成する以外、半導体基板の導電型、不純物拡散層、反射防止膜等は公知の態様とすることができ、特開２００１−７７３８６号公報等に記載の公知の方法で製造することができる。
【００１５】
本発明の太陽電池セルを構成する半導体基板としては、例えば、Ｐ型又はＮ型単結晶シリコン基板、Ｐ型又はＮ型多結晶シリコン基板、非シリコン系の化合物半導体基板等を用いることができる。単結晶シリコン基板を用いる場合、高純度シリコンに、ホウ素、ガリウム等のＩＩＩ族元素をドープし、比抵抗０．１〜５Ω・ｃｍとしたアズカット単結晶｛１００｝Ｐ型シリコン基板等を用いることができる。また、リン、アンチモン、ヒ素等のＶ族元素をドープした同様のＮ型シリコン基板でもよい。
【００１６】
この場合、本発明で用いる単結晶シリコン基板の純度としては、鉄、アルミニウム、チタン等の金属不純物濃度が少ない方が、高ライフタイム基板を用いることで高効率の太陽電池セルを作製できるという点から好ましい。この単結晶シリコン基板は、ＣＺ法、ＦＺ法等いずれの方法によって作製されたものでもよく、この場合、あらかじめ金属グレードシリコンをシーメンス法等の公知の方法により精製したものを上記方法に用いることもできる。
【００１７】
半導体基板の厚みは基板のコストと歩留り及び変換効率の兼ね合いの点から１００〜３００μｍが好ましく、より好ましくは１５０〜２５０μｍである。また、半導体基板の比抵抗が上記範囲より小さいと太陽電池セルの変換効率の分布が小さくなるが、インゴットの引き上げにおいて制限されるため、結晶コストが高くなる場合があり、大きいと太陽電池セルの変換効率の分布が大きくなるが、結晶コストは低くなる場合がある。
【００１８】
また、上記基板表面は、テクスチャと呼ばれる微小な凹凸が形成されていることが好ましい。テクスチャは、太陽電池の表面反射率を低下させるための有効な方法である。このテクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液中に浸漬することで容易に作製される。
【００１９】
不純物拡散層としては、不純物源として、リン、ヒ素、アンチモン等のＶ族元素や、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等のＩＩＩ族元素を用いることができる。具体的には、例えばリンの拡散にはオキシ塩化リン等を用いた気相拡散法により不純物拡散層を形成することができる。この場合、オキシ塩化リン等の雰囲気下で、８５０〜９００℃で２０〜４０分間熱処理することが好ましい。また、不純物拡散層の厚さは０．１〜３．０μｍが好ましく、より好ましくは０．５〜２．０μｍである。厚すぎると発生した電子と正孔が再結合するサイトが増え、変換効率が低下する場合があり、薄すぎると発生した電子と正孔が再結合するサイトは減少するが、集電電極まで基板内を流れる電流の横流れ抵抗が増大し、変換効率が低下する場合がある。例えば、ホウ素の拡散には、市販されているホウ素入り塗布剤を塗布し、乾燥させた後、９００〜１０５０℃で２０〜６０分間熱処理することにより形成できる。
【００２０】
一般的なシリコン太陽電池は、ＰＮ接合を受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために基板同士を２枚重ね合わせた状態で拡散したり、拡散前に裏面にＳｉＯ2膜やＳｉＮx膜などを拡散マスクとして形成して、裏面にＰＮ接合ができないような工夫を施すことが好ましい。気相拡散法以外にも、スクリーン印刷法、スピン塗布法等により不純物拡散層を形成することができる。
【００２１】
反射防止膜は、プラズマＣＶＤ装置等を用いて形成されるＳｉＮx膜、熱酸化膜によるＳｉＯ2膜と上記ＳｉＮx膜の多層膜等が好ましく、膜厚は７０〜１００ｎｍが好ましい。
【００２２】
このようにして得られた半導体基板に、スクリーン印刷法等を用いて電極を形成するが、本発明の第１の態様の太陽電池セルの場合、受光面の電極（バスバー電極）と非受光面の電極（バスバー電極）とが長手方向に互いに直交するように形成する。このためには、例えば、受光面又は非受光面の電極を形成した後、非受光面又は受光面の電極形成時に太陽電池セル基板を９０°回転させるか、若しくはスクリーン版を９０°回転させるだけで良い。
【００２３】
また、本発明の第２の態様の太陽電池セルの場合、例えば、非受光面側のみ電極（バスバー電極）が図３に示したような十文字に直交する構造となるように形成するだけで良い。スクリーン印刷法を用いて電極形成を行う場合は、非受光面側の電極形成時に図３に示したような電極（バスバー電極）が十文字に直交するパターンを持つスクリーン版を使用すれば良い。
【００２４】
この場合、バスバー電極の太さは通常１〜３ｍｍが好ましく、片面に１〜４本、特に２〜３本形成することが好ましい。また、例えば、受光面に複数本形成する場合、これらの電極が互いに平行になるよう形成することが好ましい。
【００２５】
スクリーン印刷法では、アルミニウム粉末、銀粉末等の導電性粒子、ガラスフリット、有機物バインダ等を混合した導電性ペーストをスクリーン印刷する。印刷後、５〜３０分間、７００〜８００℃で焼成して、電極が形成される。電極形成は、印刷法により行うことが好ましいが、蒸着法、スパッタリング法等で作製することも可能である。また、受光面及び非受光面の電極の焼成は、一度に行うことも可能である。
【００２６】
次に、本発明の太陽電池モジュールについて説明する。本発明の太陽電池モジュールは、上述した本発明の太陽電池セルを少なくとも１枚用いるもので、複数の太陽電池セルを接続して、この接続した太陽電池セルを、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）等の透明樹脂で封止して太陽電池モジュールとすることができる。更に、封止樹脂と共に一般的なモジュールに用いられる基板や、一般的なモジュールに用いられるフィルムを用いた保護構造としてもよく、スーパーストレート構造、サブストレート構造、ガラスパッケージ構造等のいずれの構造としてもよい。また、モジュール周辺を保護するフレームを取り付けてもよい。このような太陽電池モジュールは、例えば、特開平９−５１１１７号公報記載の方法など公知の方法により製造することができる。
【００２７】
この場合、本発明の太陽電池モジュールは、本発明の太陽電池セルを１枚以上具備することが好ましい。また、本発明の太陽電池セルを含む複数枚の太陽電池セルを２列以上に配列し、これらを直列及び／又は並列にタブ線で接続することが好ましく、複数枚の太陽電池セルを用いる場合、本発明の太陽電池セルを少なくともモジュール端部（最外列）に配置することが好ましい。
【００２８】
本発明の太陽電池モジュールの好適な態様について図面を参照して更に詳しく説明する。図４に一般的な太陽電池モジュール全体の配線例（受光面側）を、図５に本発明の太陽電池モジュール全体の配線例（受光面側）を示す。ここでは太陽電池セルを４枚×４枚の複数列で並べ、外周フレームに設置した例を示した。図４，５において、４はタブ線、５は第１の極性の電極の終端、６は第２の極性の電極の終端、７は外周フレーム、８は従来の太陽電池セル、９は本発明の太陽電池セルを示す。
【００２９】
図４の一般的な太陽電池モジュール全体の配線例では、図１に示したような一般的な１種類の電極構造の太陽電池セルのみを使用しているため、モジュールの端に配置されるセルからタブ線が飛び出しており、これらを次の列に直列につなぐ配線が存在し、この飛び出した部分の分、太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率が低下している。一方、図５の本発明の太陽電池モジュール全体の配線例では、図２又は図３に示したような本発明の太陽電池セルを少なくともモジュールの端の列（図５中、最左列及び最右列）にそれぞれ配置することで、タブ線がセル外に余分に飛び出さないようにすることができ、太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率が改善されている。
【００３０】
即ち、太陽電池セルをタブ線で接続する際に、横配線のみで接続されるセルには、図１に示すような従来の太陽電池セルを用いても、図３に示すような本発明の太陽電池セルを用いてもよく、接続終端のセル及びモジュール端部（最外列）に配置される横配線と縦配線が必要なセルには、図２又は図３に示すような本発明の太陽電池セルを用いることが好ましい。
【００３１】
この場合、隣接する太陽電池セル同士の間隔は３．０〜５．０ｍｍが好ましい。間隔が短すぎるとタブ線による曲げ応力でセルのエッジが破損する場合があり、長すぎると太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率が低下し、モジュール変換効率が低下する場合がある。また、外周フレームとモジュール端部の太陽電池セルとの間隔は０．１〜３．０ｍｍ、特に０．１〜１．０ｍｍが好ましい。この間隔が狭すぎると太陽電池セルとフレームが重なると、シャドーロスとなってモジュール変換効率が低下する場合があり、広すぎると太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率が低下し、モジュール変換効率が低下する場合がある。
【００３２】
タブ線の接続方法は、直列繋ぎの場合、太陽電池セルの受光面側の電極（バスバー電極）と、隣接する太陽電池セルの非受光面側の電極（バスバー電極）とを常法に従いタブ線により半田等で接続すればよい。
【実施例】
【００３３】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。下記実施例において、太陽電池セル及び太陽電池モジュールの特性は、ソーラーシミュレーター（光強度：１ｋＷ／ｍ2、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）を用いて、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率を測定した。
【００３４】
［実施例１］
実施例として、図５記載の構造の太陽電池モジュールを、下記の通り作製した。
ここでは図１記載の電極構造と、図２記載の電極構造を持つ２種類のセル（Ｐ型シリコン単結晶基板）をそれぞれ８枚ずつ用意した。用意した太陽電池セルのサイズは何れも１００ｍｍ角サイズであり、電極構造によるセル特性の差が無いものを用意した。
太陽電池セルの平均特性は、短絡電流密度３５．２ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧０．６３５Ｖ、フィルファクタ７８．３％、変換効率１７．５％であった。
【００３５】
上記２種類の太陽電池セルを用い、４×４の１６枚を用いて図５に示す構造の太陽電池モジュールを作製した。このとき、太陽電池セル同士の隙間は４．０ｍｍとし、モジュール外周のセルとフレームの隙間は１．０ｍｍとし、フレームの幅は５．０ｍｍのものを使用した。なお、正極の終端及び負極の終端は、図５のようにフレーム側のセル外に出さず、隣の列のセルとの隙間に２．０ｍｍ出し、そこから直接バックシートを貫通させてモジュール裏へと配線した。
【００３６】
作製したモジュールは、フレームを含めて縦４２４．０ｍｍ×横４２４．０ｍｍのサイズであった。モジュール面積に対するセル面積は８９．０％であった。
実施例で作製した太陽電池モジュールの特性は、短絡電流３．５２Ａ、開放電圧１０．１６Ｖ、フィルファクタ７７．８％、変換効率１５．５％であった。
【００３７】
［比較例１］
比較例として、図４記載の一般的な構造の太陽電池モジュールを、下記の通り作製した。
用意した太陽電池セルは、図１記載の電極構造を持つもので、特性は上記実施例と同じものを４×４の１６枚を用いた。このとき、モジュール外周に配置される太陽電池セルからのタブ線の飛び出し幅は３．０ｍｍとした。その他のモジュール外周のセルとフレームの隙間、フレームの幅、太陽電池セル同士の隙間は、上記実施例と同じとした。
【００３８】
作製したモジュールは、フレームを含め、縦４３０ｍｍ×横４３０ｍｍのサイズであった。モジュール面積に対するセル面積は８６．５％であった。
比較例で作製した太陽電池モジュールの特性は、短絡電流３．５２Ａ、開放電圧１０．１７Ｖ、フィルファクタ７７．５％、変換効率１５．０％であった。
【符号の説明】
【００３９】
１  基板
１ａ  受光面
１ｂ  非受光面
２  受光面側バスバー電極
３  非受光面側バスバー電極
４  タブ線
５  第１の極性の電極の終端
６  第２の極性の電極の終端
７  外周フレーム
８  従来の電極構造を有する太陽電池セル
９  本発明の電極構造を有する太陽電池セル
【図１】
2010192572.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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