(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともｐ型半導体層、およびｎ型半導体層を備えた半導体素子と、該半導体素子の少なくとも一面側に沿って延びるバスバー電極と、該バスバー電極と交差する複数のフィンガー電極と、を少なくとも備えた太陽電池であって、
前記フィンガー電極は、透明導電体で形成された第一領域と、導電性金属で形成された第二領域とを有し、
前記第一領域と前記第二領域とが接する接続部分は、前記第一領域または前記第二領域のいずれか一方が他方に重なるように形成されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記接続部分では、前記第二領域の上に重ねて前記第一領域が形成されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記接続部分では、前記第一領域の上に重ねて前記第二領域が形成されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項４】
透明導電体から形成され、前記半導体素子の一面側全体を覆う被覆層が更に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３いずれか１項記載の太陽電池。
【請求項５】
前記被覆層は、前記接続部分において、前記第一領域、前記第二領域のうち、少なくとも一方を覆うように重ねて形成されていることを特徴とする請求項４記載の太陽電池。
【請求項６】
前記バスバー電極は導電性金属で形成され、前記バスバー電極と前記フィンガー電極とが交差している交差部分は、前記バスバー電極または前記フィンガー電極のいずれか一方が他方に重なるように形成されていることを特徴とする請求項１ないし５いずれか１項記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、詳しくは、太陽光の透過率を向上させて、光電変換効率を高めた太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光に含まれる光子というエネルギー粒子がｐｎ接合界面に当たると光起電力効果により、電子と正孔（hole）が発生し、電子はｎ層、正孔はｐ層に向かって移動する。この光起電力効果により発生した電子を上部電極と裏面電極により取り出して、光エネルギーを電気エネルギーに変換する素子が太陽電池である。
【０００３】
こうした太陽電池の一例として、結晶シリコン太陽電池は、ｐｎ接合された半導体素子の裏面側に金属膜などからなる裏面電極を形成すると共に、受光面側には、集電電極として、フィンガー電極、およびバスバー電極が形成される。フィンガー電極は、例えば、半導体基板の受光面側に沿って延びる数百〜数十μｍ幅の細長い電極であり、こうしたフィンガー電極が多数、配列されている。また、バスバー電極は、こうした多数のフィンガー電極と交差するように形成され、フィンガー電極で集められた電子を外部に取り出す電力線に接続される。
【０００４】
従来、こうしたフィンガー電極、およびバスバー電極は、導電性の高い金属材料、例えばＡｇを含むペーストを半導体素子の一面側に所定のパターンで形成して得られる金属膜によって構成されていた（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−２３７３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述したフィンガー電極は、光を透過させない金属膜で形成されているため、この部分に入射した太陽光（自然光）は半導体素子に達しないため発電に寄与せず、ロスになってしまう。一方でこうしたロスを低減するために、フィンガー電極の幅を細くするなどして開口率を上げようとすると、今度はフィンガー電極の抵抗が増加し、集電性が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、フィンガー電極による集電性を充分に確保しつつ、半導体素子まで達する太陽光を増加させ、高い発電効率を実現した太陽電池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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は、次のような太陽電池を提供した。
すなわち、本発明の太陽電池は、少なくともｐ型半導体層、およびｎ型半導体層を備えた半導体素子と、該半導体素子の少なくとも一面側に沿って延びるバスバー電極と、該バスバー電極と交差する複数のフィンガー電極と、を少なくとも備えた太陽電池であって、
前記フィンガー電極は、透明導電体で形成された第一領域と、導電性金属で形成された第二領域とを有し、前記第一領域と前記第二領域とが接する接続部分は、前記第一領域または前記第二領域のいずれか一方が他方に重なるように形成されていることを特徴とする。
【０００９】
前記接続部分では、前記第二領域の上に重ねて前記第一領域が形成されていればよい。
また、前記接続部分では、前記第一領域の上に重ねて前記第二領域が形成されていればよい。
【００１０】
透明導電体から形成され、前記半導体素子の一面側全体を覆う被覆層が更に形成されていればよい。
また、前記被覆層は、前記接続部分において、前記第一領域、前記第二領域のうち、少なくとも一方を覆うように重ねて形成されていればよい。
【００１１】
前記バスバー電極と前記フィンガー電極とが交差している交差部分は、前記バスバー電極または前記フィンガー電極のいずれか一方が他方に重なるように形成されていればよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の太陽電池によれば、太陽光の入射の際に、櫛歯状に配列されたフィンガー電極どうしの間から太陽光が半導体素子に達するが、更に、このフィンガー電極のうち、透明導電材料によって形成された領域に入射した太陽光も、この領域を透過して半導体素子に達することができる。
【００１３】
そして、互いに異なる材料から形成されている第一領域と、第二領域との接続部分を、互いに重なるように形成することによって、互いに異なる部材で構成されたフィンガー電極の第一領域と第二領域との接合面積を増やし、接続部分の導電性を高めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の太陽電池の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の太陽電池における一面側を示す平面図である。
【図３】フィンガー電極の第一領域と第二領域との接続部分を示す拡大断面図である。
【図４】フィンガー電極の接続部分の他の実施形態を示す拡大断面図である。
【図５】フィンガー電極の接続部分の他の実施形態を示す拡大断面図である。
【図６】フィンガー電極の接続部分の他の実施形態を示す拡大断面図である。
【図７】フィンガー電極の接続部分の他の実施形態を示す拡大断面図である。
【図８】フィンガー電極とバスバー電極との交差部分を示す拡大断面図である。
【図９】本発明の太陽電池の他の実施形態を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、図面を参照して、本発明に係る太陽電池の一実施形態について説明する。なお、本実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１６】
図１は、本発明の太陽電池の一実施形態である単結晶シリコン太陽電池の厚み方向に沿った断面図である。
例えば、単結晶シリコン太陽電池（以下、単に太陽電池と称する）１０は、ｎ型半導体層を構成する基板（ｎ型半導体層）１１を備える。この基板（ｎ型半導体層）１１の一面（太陽光の入射面）１１ａ側には、ｐ型半導体層１３が順に重ねて積層されている。こうした基板（ｎ型半導体層）１１、およびｐ型半導体層１３で、半導体素子１８が構成される。
一方、基板１１の他面（裏面）１１ｂ側には、金属電極膜（裏面電極）１６が順に重ねて積層されている。
【００１７】
基板（ｎ型半導体層）１１は、例えば、シリコン単結晶ウェーハから構成されればよい。ｐ型半導体層１３は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）や、マイクロクリスタルシリコン（μｃ−Ｓｉ）の薄膜から構成されていればよい。また、ｐ型半導体となるようにドープされた層であってもよい。
金属電極膜１６は、例えば、Ａｇ（銀）膜から構成されればよい。
【００１８】
このように構成した太陽電池１０は、太陽光に含まれる光子というエネルギー粒子が半導体素子１８に入射し、基板（ｎ型半導体層）１１とｐ型半導体層１３とのｐｎ接合界面に達すると、光起電力効果によって電子と正孔（ｈｏｌｅ）が発生し、電子は基板（ｎ型半導体層）１１、正孔はｐ型半導体層１３に向かって移動する。この光起電力効果により発生した電子によって電位差が生じる。これにより、光エネルギーを電気エネルギーに変換（光電変換）することができる。
【００１９】
半導体素子１８のｐ型半導体層１３側には、入射面側の電極となる集電電極（上部電極）２１が形成されている。
図２は、図１の太陽電池における一面側（太陽光の入射面側）を示す平面図である。
集電電極（上部電極）２０は、バスバー電極２１と、このバスバー電極２１と交差する複数のフィンガー電極２２とを備えている。
バスバー電極２１は、例えばＡｇなど良導体である金属層からなり、後述するフィンガー電極２２に流れ込んだ電子を集めて外部に出力する。バスバー電極２１は、例えば、幅０．０５〜２ｍｍ、厚み０．５〜４０μｍ程度の細長く形成されたＡｇ膜であればよい。
【００２０】
フィンガー電極２２は、バスバー電極２１と、例えば直角に交差する方向に延びる細長い電極であり、バスバー電極２１の延長方向に沿って両側に複数形成されている。このフィンガー電極２２は、例えば、幅０．０５〜０．１ｍｍ、厚み０．５〜４０μｍ程度に形成されている。
【００２１】
フィンガー電極２２は、少なくとも透明導電体で形成された第一領域２２ａと、導電性金属で形成された第二領域２２ｂとの、互いに異なる材料で形成された２つの領域をもつ。
第一領域２２ａは、透明導電体、例えばＩＴＯ（酸化インジウム−スズ）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）、ＴＯ（酸化スズ）などから構成されれば良い。この本実施形態では、例えばＩＴＯが用いられる。一方、第二領域２２ｂは、導電性金属、例えば、Ａｇ（銀）、Ａｌ（アルミニウム）Ａｕ（金）Ｃｕ（銅）などから構成されれば良い。この本実施形態では、例えばＡｇが用いられる。
【００２２】
フィンガー電極２２は、例えばバスバー電極２１に電気的に接続される部分から所定の長さ、例えば１０〜５０ｍｍの長さでＡｇからなる第二領域２２ｂが形成され、この第二領域２２ｂの端部から更に太陽電池１０の周縁部に向けて、例えば２〜１０ｍｍの長さでＩＴＯからなる第一領域２２ａが延びている。
【００２３】
図３は、第一領域と第二領域２２ｂとの接続部分を示す拡大断面図である。
フィンガー電極２２の第一領域２２ａと、第二領域２２ｂとの接続部分Ｐ（図２参照）は、図３に示すように、導電性金属からなる第二領域２２ｂの上に、透明導電体からなる第一領域２２ａが所定の長さで重なるように形成されている。第一領域２２ａと第二領域２２ｂとが重ねられる長さは、例えば、２ｍｍ以下であればよい。
【００２４】
このように、透明導電体からなる第一領域２２ａと、導電性金属からなる第二領域２２ｂとの接続部分Ｐを、互いに重なるように形成することによって、互いに異なる部材で構成されたフィンガー電極２２の第一領域２２ａと第二領域２２ｂとの接合面積を増やし、接続部分Ｐの導電性を高めることが可能になる。
【００２５】
特に、図３に示すように導電性金属からなる第二領域２２ｂを下にして、その上に透明導電体からなる第一領域２２ａを重ねることによって、接続部分Ｐの接触抵抗を低減し、接続部分Ｐを低抵抗に保ち、半導体素子１８で生成した電力の円滑な集電を行うことができる。
【００２６】
図４は、フィンガー電極の第一領域と、第二領域との接続部分の別な実施形態を示す拡大断面図である。
この実施形態では、フィンガー電極３２の第一領域３２ａと、第二領域３２ｂとの接続部分Ｐは、透明導電体からなる第一領域３２ａの上に、導電性金属からなる第二領域３２ｂが所定の長さで重なるように形成されている。
【００２７】
このように、透明導電体からなる第一領域３２ａを下にして、その上に導電性金属からなる第二領域３２ｂを重ねることによっても、接続部分Ｐの導電性を高め、接続部分Ｐを低抵抗に保つことができる。
【００２８】
図５は、フィンガー電極の第一領域と、第二領域との接続部分の更に別な実施形態を示す拡大断面図である。
この実施形態では、半導体素子１８の一面側（例えば、ｐ型半導体層側）を覆う被覆層４４が更に形成されている。こうした被覆層４４は、例えば、ＩＴＯ（酸化インジウム−スズ）膜、ＺｎＯ（酸化亜鉛）膜、ＴＯ（酸化スズ）膜などから構成されれば良い。また、こうした被覆層４４には、光エネルギーの変換効率を向上させるために、入射した太陽光の光路を伸ばすプリズム効果と光の閉じ込め効果を目的としたテクスチャを形成するのも好ましい。
【００２９】
そして、こうした被覆層４４の上にフィンガー電極４２が形成される。フィンガー電極４２の透明導電体からなる第一領域４２ａと、導電性金属からなる第二領域４２ｂとの接続部分Ｐは、第二領域４２ｂの上に第一領域４２ａが所定の長さで重なるように形成されている。
【００３０】
このように、透明導電体からなる第一領域４２ａと、導電性金属からなる第二領域４２ｂとの接続部分Ｐを、互いに重なるように形成することによって、互いに異なる部材で構成されたフィンガー電極４２の第一領域４２ａと第二領域４２ｂとの接合面積を増やし、接続部分Ｐの導電性を高め、半導体素子１８で生成した電力の円滑な集電を行うことができる。
【００３１】
図６は、フィンガー電極の第一領域と、第二領域との接続部分の更に別な実施形態を示す拡大断面図である。
この実施形態では、半導体素子１８の一面側（例えば、ｐ型半導体層側）を覆う被覆層５４が更に形成されている。フィンガー電極５２の透明導電体からなる第一領域５２ａと、導電性金属からなる第二領域５２ｂとの接続部分Ｐは、第二領域５２ｂの上に第一領域５２ａが所定の長さで重なるように形成されている。そして、この接続部分Ｐにおいては、第二領域５２ｂと第一領域５２ａとの間に、被覆層５４が延在するように形成される。即ち、接続部分Ｐにおいては、被覆層５４は第二領域５２ｂを覆うように形成され、かつ、第一領域５２ａの下に形成されている。
【００３２】
このように、接続部分Ｐにおいて第二領域５２ｂを覆うように被覆層５４を形成することで、導電性金属からなる第二領域５２ｂを物理的な応力から保護することができ、かつ、フィンガー電極５２の第一領域５２ａと第二領域５２ｂとの接合面積を増やし、接続部分Ｐの導電性を高め、半導体素子１８で生成した電力の円滑な集電を行うことができる。
【００３３】
図７は、フィンガー電極の第一領域と、第二領域との接続部分の更に別な実施形態を示す拡大断面図である。
この実施形態では、半導体素子１８の一面側（例えば、ｐ型半導体層側）を覆う被覆層６４が更に形成されている。フィンガー電極６２の透明導電体からなる第一領域６２ａと、導電性金属からなる第二領域６２ｂとの接続部分Ｐは、第二領域６２ｂの上に第一領域６２ａが所定の長さで重なるように形成されている。そして、少なくとも接続部分Ｐにおいては、第一領域６２ａと第二領域６２ｂの両方を覆うように被覆層６４が形成されている。
【００３４】
このように、第一領域６２ａと第二領域６２ｂの両方を覆うように被覆層６４を形成することで、フィンガー電極６２全体を物理的な応力から保護することができ、かつ、接続部分Ｐにおけるフィンガー電極６２の第一領域６２ａと第二領域６２ｂとの接合面積を増やして導電性を高め、半導体素子１８で生成した電力の円滑な集電を行うことができる。
【００３５】
図８は、フィンガー電極とバスバー電極との交差部分を示す拡大断面図である。
フィンガー電極７２とバスバー電極７１との交差部分Ｓでは、例えば、導電性金属からなるバスバー電極７１の上に重ねて、透明導電体からなるフィンガー電極７２を形成すればよい。これによって、フィンガー電極７２とバスバー電極７１との接触面積を大幅に増加させ、フィンガー電極７２で集電された電荷をバスバー電極７１に円滑に流すことができる。
【００３６】
なお、こうしたフィンガー電極とバスバー電極との交差部分Ｓでは、図８に示した実施形態とは逆に、例えば、透明導電体からなるフィンガー電極の上に重ねて、導電性金属からなるバスバー電極を形成する構成であってもよく、限定されるものではない。
【００３７】
図９は、本発明の太陽電池における一面側（太陽光の入射面側）を示す平面図である。
この実施形態では、大面積の太陽電池８０における集電電極（上部電極）８１の形成例を示す。太陽電池８０は、半導体素子１８の一面側（太陽光の入射面側）に、集電電極（上部電極）８１が形成されている。この集電電極８１は、複数のバスバー電極８２と、このバスバー電極８２と交差する複数のフィンガー電極８３とを備えている。
【００３８】
複数のバスバー電極８２は、例えば２本のバスバー電極８２が互いに平行に形成されている。このバスバー電極８２は、例えばＡｇなど良導体である金属層から形成され、長さ方向において、それぞれ一方の端部の幅が漸減するように形成されている。
【００３９】
フィンガー電極８３は、２本のバスバー電極８２に対して、それぞれ直角に交差する方向に延びる細長い電極であり、バスバー電極８２の延長方向に沿って両側に複数形成されている。フィンガー電極８３は、少なくとも透明導電体で形成された第一領域８２ａと、導電性金属で形成された第二領域８２ｂとからなる第一のフィンガー電極８３ａと、全域に渡って透明導電体で形成された第一領域８２ａからなる第二のフィンガー電極８３ｂとからなる。そして、こうした第一のフィンガー電極８３ａと第二のフィンガー電極８３ｂとが、例えば第一のフィンガー電極８３ａが１本に対して第二のフィンガー電極８３ｂが３本の割合でバスバー電極８２の延長方向に沿って、形成されている。
【００４０】
こうしたフィンガー電極８３のうち、第一のフィンガー電極８３ａのいくつかは、導電性金属で形成された第二領域８２ｂで、隣り合う２本のバスバー電極８２どうしを相互に接続（導通）させるように形成されている。
【００４１】
更に、集電電極（上部電極）８１を構成する配線（フィンガー電極連結配線）８５が形成されている。この配線（フィンガー電極連結配線）８５は、複数配列されたフィンガー電極８３と交差して、互いにフィンガー電極８３どうしを導通させるように、バスバー電極８２と略平行に形成されている。配線８５は、全体が透明導電体、例えばＩＴＯから構成されていれば良く、複数本、例えば本実施形態では６本形成されていればよい。
【００４２】
こうした実施形態の太陽電池８０においても、例えば、第一のフィンガー電極８３ａを構成する第一領域８２ａと第二領域８２ｂとの接続部分を、図３、図４に示した実施形態と同様に、第一領域８２ａと第二領域８２ｂとが互いに重なるように形成することによって、互いに異なる部材で構成された第一のフィンガー電極８３ａの第一領域８２ａと第二領域８２ｂとの接合面積を増やし、接続部分の導電性を高めることが可能になる。
【００４３】
また、フィンガー電極８３とバスバー電極８２、あるいはフィンガー電極８３と配線８５との交差部分においても、図８に示した実施形態と同様に、バスバー電極７１や、配線８５の上に重ねてフィンガー電極８２を形成することが好ましい。これによって、フィンガー電極８２とバスバー電極８１、配線８５との接触面積を大幅に増加させ、交差部分での抵抗を低く保つことができる。
【実施例】
【００４４】
本出願人は、本願発明の一実施形態に係る効果を検証した。
受光面が正方形の太陽電池のセル２種、１２５ｍｍ角、５０ｍｍ角において、それぞれ
・フィンガー電極全体を金属膜で形成したもの（比較例（従来例））
・全てのフィンガー電極の先端領域だけをＩＴＯで形成したもの（実施例１）
・フィンガー電極の先端領域をＩＴＯで形成した第一のフィンガー電極と、フィンガー電極全体をＩＴＯで形成した第二のフィンガー電極とを交互に配置し、更に、これらフィンガー電極と交差するように、ＩＴＯで形成した配線を設けたもの（実施例２）
をそれぞれ形成し、比較例を１００％とした時の実施例１と実施例２における発電効率を求めた。
こうした検証結果を表１に示す。
【００４５】
【表１】
0005535891.tif 000002
【００４６】
表１に示す結果によれば、本発明の実施例１と実施例２において、フィンガー電極の一部ないし全部をＩＴＯなど光透過性の導電材料で形成することによって、半導体素子まで到達する太陽光の光量が増加し、発電効率が向上することが確認された。
【符号の説明】
【００４７】
１０…太陽電池、１１…基板、１３…ｐ型半導体層、２０…集電電極（上部電極）、２１…バスバー電極、２２…フィンガー電極、２２ａ…第一領域、２２ｂ…第一領域、Ｐ…接続部分、Ｓ…交差部分。
【図１】
0005535891.tif 000003
【図２】
0005535891.tif 000004
【図３】
0005535891.tif 000005
【図４】
0005535891.tif 000006
【図５】
0005535891.tif 000007
【図６】
0005535891.tif 000008
【図７】
0005535891.tif 000009
【図８】
0005535891.tif 000010
【図９】
0005535891.tif 000011