(57)【要約】【課題】銀ペースト等の高価な材料の使用を制限して、比較的製造コストが安く、しかも発電効率の向上も期待できる光発電装置を提供する。【解決手段】表面に透明導電膜１６を備える太陽電池セル１１と、透明導電膜１６に接して設けられ集電電極となるフィンガー電極１９と、フィンガー電極１９に直交して配置されインターコネクターとなる複数本の金属線２２とを有する光発電装置１０において、隣り合う金属線２２に接続される一部又は全部のフィンガー電極１９がギャップＧを有して配置され、しかも、フィンガー電極１９の高さが０．２〜１０μｍの範囲にある。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に透明導電膜を備える太陽電池セルと、前記透明導電膜に接して設けられ集電電極となるフィンガー電極と、前記フィンガー電極に直交して配置されインターコネクターとなる複数本の金属線とを有する光発電装置において、
隣り合う前記金属線に接続される一部又は全部の前記フィンガー電極がギャップＧを有して配置され、しかも、前記フィンガー電極の高さが０．２〜１０μｍの範囲にあることを特徴とする光発電装置。
【請求項２】
請求項１記載の光発電装置において、前記金属線のピッチＰが５〜１５ｍｍの範囲にあることを特徴とする光発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２記載の光発電装置において、隣り合う前記金属線に接続される前記フィンガー電極のギャップＧと、前記金属線に沿って配置される前記フィンガー電極の隙間Ｓは以下の式を満足することを特徴とする光発電装置。
Ｓ≧Ｇ
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光発電装置において、隣り合う前記金属線に接続される前記フィンガー電極のギャップＧと、前記金属線のピッチＰは以下の式を満足することを特徴とする光発電装置。
Ｇ≧０．０５Ｐ
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の光発電装置において、前記太陽電池セルは、中央に配置されるｎ型単結晶シリコン基板と、該ｎ型単結晶シリコン基板の一側に真性非晶質シリコン系薄膜層を介して接合されるｐ型非晶質シリコン系薄膜層と、前記ｎ型単結晶シリコン基板の他側に接合されるｎ型非晶質シリコン系薄膜層と、少なくとも光入射側の最表面側に形成される前記透明導電膜とを有することを特徴とする光発電装置。
【請求項６】
請求項５記載の光発電装置において、前記ｎ型単結晶シリコン基板と前記ｎ型非晶質シリコン系薄膜層の間には、別の真性非晶質シリコン系薄膜層が設けられていることを特徴とする光発電装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載の光発電装置において、前記太陽電池セルの一側で光入射側に配置されている前記金属線は、隣り合う前記太陽電池セルの他側に電気的に直列に接続されることを特徴とする光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、結晶シリコン基板を用いた光発電装置（太陽電池）であって、金属電極に使用されるペースト使用量が削減され、直列抵抗の小さな配線方法でストリングされる安価な光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池の需要が増加し、例えば特許文献１に記載のように、比較的効率の良いシリコンヘテロ接合型太陽電池が普及している。この太陽電池は、ｎ型の単結晶シリコン基板の一側に、真性の非晶質系半導体膜と、ｎ型の非晶質系半導体膜と、透光性の第１の電極層とを順に備えると共に、ｎ型の単結晶シリコン基板の他側に、真性の非晶質系半導体膜と、ｐ型の非晶質系半導体膜と、透光性の第２の電極層とを順に備える太陽電池セルを形成している。そして、太陽電池セルの一側及び他側の透明導電膜からなる第１、第２の電極層の上には、発生した電力を集電するそれぞれ多数本のフィンガー電極と、このフィンガー電極に直交して配置される複数本のインターコネクターを設けている。
【０００３】
また、特許文献２には、太陽電池セルを形成する透明電極の表面に、Ａｇの微粉末と熱硬化性エポキシ樹脂とが混合された３０μｍ厚の銀ペーストを介して、４０μｍの直径を有する銅線が２ｍｍのピッチで設けられた光発電装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２３７４５２号公報
【特許文献２】特開２００５−０８５９２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１記載の図１記載の太陽電池において、銀ペースト等を印刷処理して形成されるフィンガー電極は、太陽電池セルの左右に渡って連続的に形成され、かつ前後に渡って多数配置され、フィンガー電極に接続されるバスバー電極の本数は比較的少なく（例えば、２本）している。そして、フィンガー電極を多数設けると遮光率が大きくなるので、フィンガー電極の高さを確保して（通常３０〜４０μｍ）、通電抵抗を下げている。
一般に銀ペーストは、銅線等の緻密質金属とは異なるので、体積抵抗率が大きいという特性を持ち、特許文献１記載の太陽電池においては、効率の良い太陽電池を得るためには、多量の銀ペースト（導電性ペーストの一例）を必要とするので、製造コストが上昇するという問題があった。
【０００６】
更に、特許文献２記載の太陽電池においても、インターコネクターとなる銅線の間隔（Ｐ２）が２ｍｍと短く、太陽電池セルの上に多数の銅線を有し、更に銀ペーストも用いて集電しているので、遮光率が高く、発電効率が下がるという問題があった。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、銀ペースト等の高価な材料の使用を制限して、比較的製造コストが安く、しかも発電効率の向上も期待できる光発電装置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】
前記目的に沿う第１の発明に係る光発電装置は、表面に透明導電膜を備える太陽電池セルと、前記透明導電膜に接して設けられ集電電極となるフィンガー電極と、前記フィンガー電極に直交して配置されインターコネクターとなる複数本の金属線とを有する光発電装置において、
隣り合う前記金属線に接続される一部又は全部の前記フィンガー電極がギャップＧを有して配置され、しかも、前記フィンガー電極の高さが０．２〜１０μｍの範囲にある。
【０００９】
第２の発明に係る光発電装置は、第１の発明に係る光発電装置において、前記金属線のピッチＰが５〜１５ｍｍの範囲にある。
【００１０】
第３の発明に係る光発電装置は、第１、第２の発明に係る光発電装置において、隣り合う前記金属線に接続される前記フィンガー電極のギャップＧと、前記金属線に沿って配置される前記フィンガー電極の隙間Ｓは以下の式を満足する。
Ｓ≧Ｇ
【００１１】
第４の発明に係る光発電装置は、第１〜第３の発明に係る光発電装置において、隣り合う前記金属線に接続される前記フィンガー電極のギャップＧと、前記金属線のピッチＰは以下の式を満足する。
Ｇ≧０．０５Ｐ
【００１２】
第５の発明に係る光発電装置は、第１〜第４の発明に係る光発電装置において、前記太陽電池セルは、中央に配置されるｎ型単結晶シリコン基板と、該ｎ型単結晶シリコン基板の一側に真性非晶質シリコン系薄膜層を介して接合されるｐ型非晶質シリコン系薄膜層と、前記ｎ型単結晶シリコン基板の他側に接合されるｎ型非晶質シリコン系薄膜層と、少なくとも光入射側の最表面側に形成される前記透明導電膜とを有する。
【００１３】
第６の発明に係る光発電装置は、第５の発明に係る光発電装置において、前記ｎ型単結晶シリコン基板と前記ｎ型非晶質シリコン系薄膜層の間には、別の真性非晶質シリコン系薄膜層が設けられている。
【００１４】
そして、第７の発明に係る光発電装置は、第１〜第６の発明に係る光発電装置において、前記太陽電池セルの一側で光入射側に配置されている前記金属線は、隣り合う前記太陽電池セルの他側に電気的に直列に接続される。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る光発電装置は、以下の効果を有する。
（１）隣り合う金属線に接続される一部又は全部のフィンガー電極がギャップＧを有して配置され、しかも、フィンガー電極の高さが０．２〜１０μｍの範囲にあるので、フィンガー電極の素材に使用する高価な金属ペースト（例えば、銀ペースト）の使用量を大幅に減らすことができる。
ここで、フィンガー電極の高さを０．２〜１０μｍとしても、金属線のピッチＰを５〜１５ｍｍとして、多数本の金属線を設けると、総合的な電気抵抗が減ってＦＦ（曲線因子、fill  factor)を好ましい値に維持できる。
これは、金属線の本数が増えることによって、電流源から金属線までの実効的な電流の移動距離が短くなるので、電気抵抗が少なくなるためである。
【００１６】
（２）金属線を増す、即ち、金属線のピッチＰを更に５ｍｍ未満に狭めると、結局は受光面積が減少し、光発電装置の出力は低下する。
【００１７】
（３）フィンガー電極の電気抵抗は、フィンガー電極の断面積に反比例するが、フィンガー電極の実質長さを短くしているので、電気抵抗を少なくする、即ち、ＦＦの増加又は非減少を期待できる。
（４）即ち、本発明においては、フィンガー電極を分断するので、受光面積に対するフィンガー電極の面積の割合が従来技術より少なく、更にフィンガー電極の高さを低くするので、よりペースト使用量の少ない光発電装置となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る直列接続した光発電装置の平面図である。
【図２】同光発電装置の側面図である。
【図３】同光発電装置の部分拡大図である。
【図４】金属線の本数をパラメータとしたときのフィンガー電極の高さとＦＦ（％）の関係を示すグラフである。
【図５】フィンガー電極のギャップＧとフィンガー電極の隙間Ｓの割合Ｇ／Ｓ値とＦＦ（％）との関係を示すグラフである。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る光発電装置において、フィンガー電極と金属線を接合する方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
まず、図１〜図３を参照して、本発明の一実施の形態に係る光発電装置１０について説明する。図３に示すように、光発電装置１０は、ヘテロジャンクション太陽光発電素子が太陽電池セル１１として用いられている。
【００２０】
この太陽電池セル１１は、中央に配置されるｎ型単結晶シリコン基板１２と、ｎ型単結晶シリコン基板１２の一側に真性非晶質シリコン系薄膜層１３を介して接合されるｐ型非晶質シリコン系薄膜層１４と、ｎ型単結晶シリコン基板１２の他側に接合されるｎ型非晶質シリコン系薄膜層１５と、ｐ型非晶質シリコン系薄膜層１４の外側及びｎ型非晶質シリコン系薄膜層１５の外側にそれぞれ形成されている透明導電膜１６、１７を有している。
【００２１】
透明導電膜１６（１７も同じ）には、ワイドギャップ半導体の一例であるＩＴＯ（酸化インジウム・錫）、ＩＷＯ（酸化インジウム・タングステン）、ＺｎＯ（Zinc  Oxide）等が使用される。この実施の形態では、透明導電膜を太陽電池セル１１の一側のみでなく他側にも使用しているが、太陽電池セル１１の他側が非受光面である場合、他側の透明導電膜は導体層であればよく、透明性は必須の要件ではない。
【００２２】
また、この実施の形態に係る太陽電池セル１１において、ｎ型単結晶シリコン基板１２とｎ型非晶質シリコン系薄膜層１５との間に、真性非晶質シリコン系薄膜層１８を配置することもでき、これによって、更に発電効率が向上する。この太陽電池セル１１の製造方法においては、周知であるので、詳しい説明を省略する。
【００２３】
太陽電池セル１１の一側及び他側には、太陽電池セル１１から発生した電力を集電するフィンガー電極（集電電極の一例である）１９、２０が透明導電膜１６、１７に接して設けられている。太陽電池セル１１の他側は非受光面となっているので、フィンガー電極２０は透光性を考慮する必要がなく、比較的安価の導電性ペースト（例えば、ニッケル粉、銅粉、アルミ粉、カーボン粉が導電材となる）を使用することもできる。但し、フィンガー電極２０の抵抗は小さい方が電力効率上好ましいので、より幅広で厚みがある導体とする。従って、フィンガー電極２０の厚み（ｈ２）は２０〜５０μｍで、幅も同一程度とするのが好ましい。なお、裏面の導電性ペーストの直下にアルミ層を形成する、又は導電性ペースト無しで、直接アルミ層又はアルミ箔を形成することもできる。
【００２４】
太陽電池セル１１の表側のフィンガー電極１９は、太陽電池セル１１の表側が受光面となっているので、非透過性を有するフィンガー電極１９は遮光率が低い程好ましい。従って、通電面積（断面積）を減らして良導体とするため、フィンガー電極１９の材料として導電性ペーストの一例である銀ペーストを使用するので、フィンガー電極１９の幅、厚み（高さ）、長さはできる限り小さくするのが好ましい。
【００２５】
そして、フィンガー電極１９の幅、長さ、高さを小さくすると、電気抵抗が増すので、フィンガー電極１９に直交して配置され、バスバー電極（即ち、インターコネクター）となる金属線２２の本数を増やして、フィンガー電極１９の実質長さが短くなるようにしている。
図４には、一辺が１５６ｍｍの太陽電池セル１１を用い、表面のフィンガー電極１９の電極高さｈ１を変えて、金属線２２の本数ｎを３本、１０本、２０本とした場合の、電極高さとＦＦ（曲線因子）％との関係を測定したものである。なお、１０本及び２０本の金属線２２を用いた場合、高さ（ｈ１）は２μｍを超えると、ＦＦ（％）の値は変わらず良好であり、更に、フィンガー電極１９の高さ（ｈ１）が、２μｍ以下で０．２μｍ以上である場合は、ＦＦ（％）は多少下がるが実用上問題ない。
【００２６】
一方、フィンガー電極１９の高さ（ｈ１）が１０μｍを超えると、使用材料の量が増えて材料費が高騰するので、結局は、フィンガー電極１９の高さ（ｈ１）は０．２〜１０μｍ（より好ましくは、２〜５μｍ）程度にするのがよい。
【００２７】
また、一つの太陽電池セル１１に対して従来例（特開２００６−２３７４５２号公報、図１、図２参照）のように、２〜３本の金属線ｂ（バスバー電極）の場合は、一本のフィンガー電極ｆの隣り合う金属線ｂまでの距離が長くなって、電気抵抗が増加するという問題がある。そして、隣り合う金属線ｂに接続されるフィンガー電極ｆの中間位置は電位差も少なくなるので、集電効率が悪い。
【００２８】
そこで、この実施の形態においては、隣り合う金属線ｂに接続されるフィンガー電極ｆの中間部を除去してギャップＧを設け、フィンガー電極１９が、連続しないで切れ目を有して配置されるようにした。ここで、金属線２２に沿って配置される隣り合うフィンガー電極１９の隙間Ｓと、隣り合う金属線２２にそれぞれ接合されるフィンガー電極１９のギャップＧ（即ち、導電性ペーストがない部分）の比Ｇ／ＳとＦＦ％との関係を調べると、図５に示す通りとなる。図５から明らかなように、隣り合うフィンガー電極１９の切断部分の長さ、即ちギャップＧが、フィンガー電極１９間の隙間Ｓを超えると、ＦＦ％が下がる。勿論、Ｇ＝０とすると、ＦＦ％が最良ではあるが、中間位置に集電には大きく貢献していない無駄な銀ペーストを用いたフィンガー電極１９を有することになり、材料費の高騰を招く。
【００２９】
従って、図５からＳ≧Ｇであることが必要とはなるが、フィンガー電極１９の幅が一定である場合、Ｓが小さいと遮光効率が下がり、発電量が低下する。太陽電池セル１１上にフィンガー電極１９及び金属線２２を有しない場合の受光量を１００％として、フィンガー電極１９及び金属線２２を設けた場合の透光率を９０％以上とするのが好ましい。
【００３０】
隣り合う金属線２２のピッチＰはこの実施の形態では５〜１５ｍｍ程度であり、隣り合うフィンガー電極１９のギャップＧは、０．０５×Ｐ以上、Ｐ以下（より好ましくは、０．２×Ｐ以上、０．５×Ｐ以下）とするのがよい。隣り合う金属線２２に接続されるフィンガー電極１９の隙間（ギャップＧと同じ）が広すぎると集電効率が下がり、狭すぎると銀ペーストの使用量が増加し、遮光率も増加する。
【００３１】
例えば、金属線２２の直径を４０μｍとし、ピッチ５ｍｍで設けた場合、４０／５０００の遮光率となり、更にフィンガー電極１９を２ｍｍピッチでその幅を６０μｍとした場合の遮光率は６０／２０００となり、合計すると約３８／１０００となり、透光率は計算上約９６．２％程度となる。従って、通常の太陽電池セル１１と大差がなくなり、銀ペーストの使用量は減り、安価な光発電装置１０を提供できる。
【００３２】
フィンガー電極１９、２０に金属線２２を接合する場合は、例えば、図６の（Ａ）に示すように、金属線２２の周囲に低融点半田２５をコーティングしておき、金属線２２をフィンガー電極１９、２０の上に張設後、例えば、１８０℃程度に加熱し、低融点半田２５を溶融させて、金属線２２とフィンガー電極１９、２０を接合する。
また、図６（Ｂ）に示すように、金属線２２を導電性接着材２６でコーティングしておき、溶融固化させて、金属線２２とフィンガー電極１９、２０とを接合する。
【００３３】
各太陽電池セル１１の他側（裏側）には前述のように、厚めの導電性ペーストを用いたフィンガー電極２０が形成され、隣り合う太陽電池セル１１とは、複数本の金属線２２（直径が約４０μｍの銅線からなる）によって連結され、太陽電池セル１１の一側（表側）に配置されている金属線２２が、隣り合う太陽電池セル１１の他側に電気的に直列に接続されることにより、並んだ太陽電池セル１１が直列に接続される構造となっている。
【００３４】
本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。
例えば、前記実施の形態においては、全てのフィンガー電極の途中、即ち直角に接続された隣り合う金属線の中間位置全てにギャップＧ（非導通部）を入れたが、隣り合う金属線に接続されるフィンガー電極の中間に規則的に（例えば、１つおき）にギャップＧを設けることもできる。
【００３５】
また、前記実施の形態においては、太陽電池セルの裏側に透明導電膜を設け、太陽電池セルの表側と同様のフィンガー電極及び金属線を用いることも可能で、これによって両面受光型の光発電装置とすることができる。
また、太陽電池セルの裏側に、透明導電膜を介して又は直接、アルミニウム等の金属膜を形成して、隣り合う光発電装置の金属線を用いて直列に繋ぐこともできる。
【符号の説明】
【００３６】
１０：光発電装置、１１：太陽電池セル、１２：ｎ型単結晶シリコン基板、１３：真性非晶質シリコン系薄膜層、１４：ｐ型非晶質シリコン系薄膜層、１５：ｎ型非晶質シリコン系薄膜層、１６、１７：透明導電膜、１８：真性非晶質シリコン系薄膜層、１９、２０：フィンガー電極、２２：金属線、２５：低融点半田、２６：導電性接着材
【図１】
2014146697.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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【図６】
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