(57)【要約】ガラス板１１と封止材１２との間に挟まれて、封止樹脂１６ａ、１６ｂで固定された太陽電池素子３０は、表面に集電極２が形成された半導体基板１と、集電極２と半導体基板１の表面とを覆うように接着された透明樹脂板５とを有し、透明樹脂板５は集電極２に対向する位置に凹部５ｈが形成されている。凹部５ｈが形成されているので、集電極２の破損を防ぐことができ、半導体基板にクラックが発生しにくい。複数の太陽電池素子３０は、相互に接続されて太陽電池モジュールを構成する。
2014034006.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力を有する接合部を備えた半導体基板と、
前記半導体基板の第１面に形成された集電極と、
前記集電極および前記第１面を覆うように配置された透明樹脂板と、
を備え、
前記透明樹脂板は前記集電極に対向する位置に前記集電極を覆う凹部が形成されており、
前記凹部内に前記集電極と接続されて導通する第１導電部材を備える
ことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記第１導電部材は前記透明樹脂板の前記凹部内にめっき形成された金属層であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記集電極は銀を含有しており、前記第１導電部材の前記集電極との接続面は銀または銅を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の太陽電池素子であって、
前記透明樹脂板は前記半導体基板の端部からはみ出した位置に第１接続領域を備え、
前記第１接続領域に前記第１導電部材が接続された導電性の第１接続部を備える
ことを特徴とする太陽電池素子。
【請求項５】
前記半導体基板の第１面の裏面となる第２面に形成された裏面電極と、
前記裏面電極および前記第２面を覆うように配置された裏面樹脂板と、
をさらに備え、
前記裏面樹脂板は前記裏面電極と接続されて導通する第２導電部材を備え、
前記裏面樹脂板は前記半導体基板の端部からはみ出した位置に第２接続領域を備え、
前記第２接続領域に前記第２導電部材が接続された導電性の第２接続部を備える
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池素子。
【請求項６】
前記裏面樹脂板は、内部に９００nm〜１２００nmの範囲の波長を有する光を散乱する微粒子散乱体を含有していることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池素子。
【請求項７】
前記裏面樹脂板は、内部に１２００nmより長波長の光を１２００nmより短波長の光に変換するアップコンバージョン作用を有する蛍光体を含有していることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池素子。
【請求項８】
前記裏面樹脂板の曲げ弾性率は、前記透明樹脂板の曲げ弾性率より大きいことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載の太陽電池素子。
【請求項９】
請求項５〜８のいずれか一項に記載の太陽電池素子を複数配列して、隣接する前記太陽電池素子間を直列に接続した太陽電池モジュールであって、
第１太陽電池素子の第２接続領域と第２太陽電池素子の第１接続領域とが重なって配置され、
第１太陽電池素子の第２接続部と第２太陽電池素子の第１接続部とが接続されている
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記第１太陽電池素子の前記第２接続部と前記第２太陽電池素子の前記第１接続部とが異方性導電フィルムによって接続されていることを特徴とする請求項９に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】
本発明は太陽電池素子および太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶系シリコンなどの半導体基板の表面に金属ペーストを印刷して細線状の集電極が形成された太陽電池素子がよく知られている。例えば、特許文献１には集電極の抵抗を低減するために、金属ペーストの印刷を複数回繰り返して厚い集電極を形成する方法が示されている。【０００３】
また、太陽電池モジュールとして、ガラス板と裏面封止材との間に太陽電池素子が透明な封止樹脂で封止された構造がよく知られている。典型的な封止方法は、ガラス板と裏面封止材である封止シートとの間に、相互に導線で電気接続した複数の太陽電池素子を挟み、ガラス板、封止シート間の隙間を加熱溶融したＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）等の封止樹脂で埋める方法である。封止処理時の太陽電池素子の損傷を避けるために、たとえば特許文献２には太陽電池素子間の隙間に厚い封止樹脂シート片を配置して封止する方法が示されている。封止処理時の圧力が厚い封止樹脂シート片にかかり、直接太陽電池素子にかからないため、太陽電池素子の損傷が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２４３２３０号公報
【特許文献２】国際公開第２００４／０３８８１１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のように集電極を厚く形成すると、半導体基板の表面から電極が突出するため集電極が何かの物体に衝突して破損する問題がある。また、衝突した際に集電極を介して半導体基板に局所的な力が加わって半導体基板がクラックを生じたり割れたりする問題があった。また、太陽電池モジュールの封止処理時においても、太陽電池素子の表面が硬いガラス板に接触し、電極が損傷したり、半導体基板にクラックが発生したりする問題があった。このような問題は特許文献２のような構成でも防ぐことが難しい。【０００６】
そこで、本発明は集電極の破損を防ぐことができ、半導体基板にクラックが発生しにくい太陽電池素子および太陽電池モジュールを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の太陽電池素子は、光起電力を有する接合部を備えた半導体基板と、半導体基板の第１面に形成された集電極と、集電極および前記第１面を覆うように配置された透明樹脂板とを備え、透明樹脂板は集電極に対向する位置に集電極を覆う凹部が形成されており、凹部内に集電極と接続されて導通する第１導電部材を備えることを特徴とする。【０００８】
本発明の太陽電池モジュールは、上記の太陽電池素子を複数配列して、隣接する太陽電池素子間を直列に接続した太陽電池モジュールであって、第１太陽電池素子の第２接続領域と第２太陽電池素子の第１接続領域とが重なって配置され、第１太陽電池素子の第２接続部と第２太陽電池素子の第１接続部とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の太陽電池素子は、表面に集電極が形成された半導体基板と、透明な接着剤により前記集電極と前記半導体基板の表面とを覆うように接着された透明樹脂板とを有し、該透明樹脂板は前記集電極に対向する位置に凹部が形成されているので、集電極の破損を防ぐことができる。また、接着された透明樹脂板が半導体基板を機械的に補強するので半導体基板にクラックが発生しにくい。【００１０】
本発明の太陽電池モジュールによれば、上記の太陽電池素子がガラス板と封止材との間で透明な封止樹脂により固定された太陽電池モジュールであって、前記透明樹脂板は前記半導体基板よりも前記ガラス板側に配置されているので、封止時に流動性が高い封止樹脂を用いても集電極が直接ガラス板に接することがなく、集電極の破損を防ぐことができ、半導体基板にクラックが発生しにくい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１の太陽電池モジュールの構造を示す上面図である。
【図２】実施の形態１の太陽電池モジュールの構造を示す断面図である。
【図３】実施の形態１の太陽電池素子を表側から見た斜視図である。
【図４】実施の形態１の太陽電池モジュールの部分断面図である。
【図５】本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明する部分断面図である。
【図６】本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明する部分断面図である。
【図７】本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明する部分断面図である。
【図８】本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明する部分断面図である。
【図９】本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明する部分断面図である。
【図１０】本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明する部分側面図である。
【図１１】本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明する部分側面図である。
【図１２】本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法を説明する部分側面図である。
【図１３】実施の形態２の太陽電池モジュールの部分断面図である。
【図１４】実施の形態３の太陽電池モジュールの部分断面図である。
【図１５】実施の形態４の太陽電池モジュールの部分断面図である。
【図１６】実施の形態５の太陽電池モジュールの部分断面図である。
【図１７】実施の形態５の太陽電池モジュールの光の入射経路の例を説明する断面図である。
【図１８】実施の形態５の太陽電池モジュールの光の入射経路の他の例を説明する断面図である。
【図１９】実施の形態６の太陽電池モジュールの部分断面図である。
【図２０】実施の形態６の太陽電池素子の半導体基板とその上の表側集電極を示した上面図である。
【図２１】実施の形態６の太陽電池素子の透明樹脂板を示した上面図である。
【図２２】実施の形態６の太陽電池素子の例を示した斜視図である。
【図２３】実施の形態６の太陽電池モジュールの太陽電池素子の接続構造の例を示した部分断面図である。
【図２４】実施の形態７の太陽電池モジュールの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明の太陽電池素子および太陽電池モジュールの実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図において構成要素に符号を付し、同じ符号を付した構成要素に関して説明は省略するものとする。
【００１３】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１の太陽電池モジュールの構造の例を示す上面図である。図１は太陽光の受光面側である表（おもて）側から見た図である。図２は本実施の形態１の太陽電池モジュールの構造を示す断面図であり、図１の点線Ａ−Ｂ間の断面である。この太陽電池モジュールはガラス板１１と封止材１２との間に太陽電池素子３０が封止樹脂１６により封止された太陽電池モジュール１００である。太陽電池素子３０は表側の表面と裏側の表面とに集電極を備え、配列されて隣り合う太陽電池素子３０の電極間はインターコネクタ２１で直列接続されている。なお、図１は１２個の太陽電池素子３０を直列接続した図であるが、個数および配置は任意に変更可能であり、並列接続を組み合わせてもよい。また、図には示さないが、太陽電池モジュール１００の裏面側に電力を取り出すためのリード線が直列接続した両端に接続される。
【００１４】
ガラス板１１は例えば、ソーダ石灰ガラスなどの材料を用いることができる。屋外で使用する太陽電池モジュールでは、ガラス板１１として熱強化または化学強化したものを用いるとよい。ガラス板１１のサイズは太陽電池素子３０の数により種々に変更可能であるが、典型的な厚みは０．５〜３ｍｍなどである。封止材１２は水分の侵入などにより太陽電池素子が劣化しないように透湿性の低いフィルム、または表側と同様なガラス板を用いる。太陽電池素子３０およびそれらの隙間を通過した光を太陽電池素子３０側に反射させるために、封止材１２として白色や金属色の光反射性の材料を用いてもよい。封止樹脂１６は透明なＥＶＡ、またはシリコーン樹脂などを用いることができる。インターコネクタ２１は、たとえば、はんだで被覆した銅線などを用いることができる。
【００１５】
図３は本実施の形態１の太陽電池素子３０を表側から見た斜視図である。この図は、太陽電池素子３０にインターコネクタ２１を接続した図を示している。太陽電池素子３０は表側集電極２が形成された半導体基板１と、表側集電極２および表側集電極２が形成されていない半導体基板１の表面を覆うように接着された透明樹脂板５とを有している。透明樹脂板５は透明な接着剤によって半導体基板１上に接着される。表側集電極２は連続した細線状であるが、図では表側集電極２は透明樹脂板５で覆われているため、点線で示している。太陽電池モジュールにおいて透明樹脂板５は半導体基板よりも前記ガラス板側に配置される。
【００１６】
透明樹脂板５は半導体基板１と同程度の面積を有して半導体基板１の概ね全面を覆う。
透明樹脂板５の外形状は概ね半導体基板１に沿う形状とされることが望ましい。透明樹脂板５は半導体基板１からはみ出してもよいが、太陽電池モジュール１００に用いたときに太陽電池素子３０の透明樹脂板５が隣接する太陽電池素子３０の半導体基板１に重ならないように、はみ出し量は小さな値とすることがのぞましい。また、図のように、インターコネクタ２１が接続される領域は透明樹脂板５が形成されないようにしてもよい。インターコネクタ２１が半導体基板１の表面を分断するように接続する場合には、透明樹脂板５を複数に分割してもよい。
【００１７】
透明樹脂板５には表側集電極２に対向する位置に凹部５ｈが形成されている。表側集電極２は受光面側である表面に形成されるため、半導体基板１に入射する光をできるだけ遮らないように細線のパターンに形成される。表側集電極２は金属ペーストのスクリーン印刷などで形成されて、半導体基板１の表面から突出する。凹部５ｈはその突出した表側集電極２を覆うような形状に形成される。つまり、透明樹脂板５には半導体基板１の表面に面する側に表側集電極２とほぼ同じ形状の溝が形成されて、表側集電極２が凹部５ｈ内に位置するように互いに組み合わされる関係にある。この透明樹脂板５の厚みはインターコネクタ２１よりも薄くてもよいが、同等以上とするとよい。また、透明樹脂板５の厚みを半導体基板１よりも厚くしてもよい。
【００１８】
半導体基板１は、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶シリコン、化合物半導体等からなる薄い半導体基板である。結晶シリコンの場合、典型的な基板サイズは１０〜１５ｃｍ角の略正方形、厚みは０．１〜０．３ｍｍなどである。
【００１９】
図４は本実施の形態１の太陽電池素子３０がガラス板１１と裏面側を封止材１２との間に挟まれた太陽電池モジュール１００の部分断面図であり、表側集電極２を横切る断面を示している。太陽電池素子３０は表側をガラス板１１、裏側を封止材１２により挟まれて、透明な封止樹脂１６ａ、１６ｂで覆われて固定されている。なお、封止樹脂１６ａと封止樹脂１６ｂとは封止樹脂１６（図２参照）の表側部分と裏側部分である。
【００２０】
半導体基板１の表側または裏側に半導体基板１と逆導電型の不純物を含む半導体層が形成されている。また、その逆の面には半導体基板１と同じ導電型の不純物を含む半導体層が形成されている。それらの半導体層の上にそれぞれ電極が形成されて電流が取り出される。表側集電極２はそのような電極として太陽電池素子３０の主な受光面である表側の表面に形成された細線状の電極である。表側集電極２は半導体基板面内で発生した電流を収集してインターコネクタ２１へ導く電極である。表側集電極２は、図のように直線状に伸びた細線が間隔をあけて平行に並んだグリッド状のパターンとすると良いが、網の目状または樹枝状としてもよい。表側集電極２は、その形状からグリッド電極、フィンガー電極とも呼ばれることがある。
【００２１】
太陽電池素子３０の半導体基板１は図のように表側に反射防止用の微細な凹凸が形成されている。図では半導体基板１の裏側を平坦としたが、裏側に微細な凹凸を形成してもよく、また両側を平坦としてもよい。
【００２２】
表側集電極２は半導体基板１の表側の表面に銀または銅などの金属微粒子と樹脂を混合した金属ペーストを印刷して、加熱して焼き付けることで形成される。このようにして形成された表側集電極２は半導体基板１の主面よりも突出する。表側集電極２の幅が広くなると受光面積が縮小し、厚みが薄いと断面積が小さくなり電気抵抗増加により損失が増加する。このため、表側集電極２は幅が狭く、厚みを厚くすることによって高さが高くなった断面形状のものが望ましい。典型的な表側集電極２は幅０．０４〜０．１ｍｍで高さが０．０２〜０．０５ｍｍなどであり、隣り合う表側集電極２間の間隔は１〜４ｍｍである。表側集電極２と半導体基板１との間に透明導電膜を形成してもよい。
【００２３】
半導体基板１の裏側には裏側集電極３が形成されている。裏側集電極３は表側集電極２とは正負が逆の電極である。表側集電極２と同様に金属ペーストの印刷等で形成することができ、蒸着法、スパッタ法などの成膜技術、めっき法などで形成することもできる。図では裏側集電極３の形状として裏面全面に形成されたものを示したが、受光面側と同様に細線からなるパターン形状としてもよい。
【００２４】
透明樹脂板５は表側集電極２が形成されていない領域の半導体基板１の表面と表側集電極２とを覆うように透明な接着剤９によって接着されている。透明樹脂板５には表側集電極２に対向する位置に凹部５ｈが形成されているが、凹部５ｈの間の全部または大半が平坦な面である。半導体基板１の表側表面の微細な凹凸の高さは数μｍ程度であり、表側集電極２の高さから見れば十分に小さい。このため、半導体基板１の表側表面は概ね平坦な面である。また、凹部５ｈ間の透明樹脂板５の表面は平坦である。従って、透明樹脂板５と半導体基板１とはこれらの比較的平坦な面どうしで薄い接着剤９の層により接着されている。接着剤９の厚みは表側集電極２の高さよりも薄い。半導体基板１の表面に微細な凹凸がある場合は、その凹凸を平坦に埋める程度の厚みとすればよい。このような構成としたため、透明樹脂板５と半導体基板１とが平坦な面どうしで薄い接着剤９により強固に接着される。
【００２５】
また、透明樹脂板５の凹部５ｈの開口部の幅は表側集電極２の幅よりも広くされている。またその凹部５ｈの深さも表側集電極２に高さと同等以上とすると良い。このようにすると、表側集電極２と凹部５ｈとの間に隙間ができ、この隙間に接着剤９が入りこむ構造となる。なお、図では表側集電極２と凹部５ｈとが接触しない場合を示したが、部分的に接触していてもよい。
【００２６】
透明樹脂板５の材料は主な受光面である表側に設置されるため、透明度が高い材料が望ましい。また、封止樹脂１６に比べて耐熱温度が高い材料が望ましい。なお、この耐熱温度は形状を保持できる温度であり、たとえば、荷重たわみ温度、ビカット軟化温度、ガラス転位温度などを耐熱温度と考えることができる。たとえば典型的な封止樹脂１６としてＥＶＡを考えると、その荷重たわみ温度（０．４５ＭＰａ）は３０℃程度であるので、荷重たわみ温度が約７０℃のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、約１１０℃のＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、１２０〜１５０℃のＣＯＰ（シクロオレフィンポリマー）などを透明樹脂板５の材料として用いることができる。このように荷重たわみ温度が封止樹脂１６の荷重たわみ温度よりも４０℃以上高い材料であることが望ましい。
【００２７】
また、透明樹脂板５の材料は封止樹脂１６および接着剤９と光学屈折率差が小さい材料が望ましい。たとえば、封止樹脂１６、接着剤９、透明樹脂板５の光学屈折率（ｎＤ）のうち、最大値と最小値との差が、それらの平均値の１０％以下とするとよく、５％以下とするとさらによい。封止樹脂１６または接着剤９と透明樹脂板５との間の光学屈折率を小さくすることで、それらの界面での反射を小さく抑えることができる。たとえば、封止樹脂１６または接着剤９として用いることのできる典型的な材料であるＥＶＡでは屈折率（ｎＤ）が約１．４９、ＰＶＣ（ポリビニルブチラール）では約１．５２、シリコーン樹脂では約１．５１である。透明樹脂板５として用いるのに適した典型的な材料であるＰＥＴ、ＰＥＮで約１．５８〜１．６０であり、ＣＯＰでは約１．５３などである。これらの材料を組み合わせることにより、界面の反射を低く抑えることができる。特に、上記の封止樹脂１６、接着剤９の材料を用いる場合は、透明樹脂板５としてＣＯＰを用いると界面の反射を最も小さくすることができるので望ましい。
【００２８】
透明樹脂板５の凹部５ｈはこれらの材料をシート状に加工する際に形成してもよいし、シート状にした後に溝加工によって形成してもよい。溝加工としては超音波加工、レーザー加工などを用いることができる。図では凹部５ｈをＵ字型の断面の溝形状としたが、Ｖ字型としてもよい。
【００２９】
接着剤９の材料は、透明であり、かつ、封止樹脂１６を硬化する処理温度でも透明樹脂板５と半導体基板１との接着を保持できる材料である。このような材料として、たとえば、シリコーン樹脂、封止樹脂１６の硬化より前にあらかじめ硬化処理されたＥＶＡ、などを用いることができる。特に熱硬化型のシリコーン樹脂は封止樹脂１６を硬化する際の加熱でも変形が少ないので良い。
【００３０】
次に本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法について、単結晶シリコン基板を用いた場合を例に説明する。図５〜図９は太陽電池素子３０の製造方法を説明する部分断面図であり、図１０〜１２は太陽電池素子３０を用いた太陽電池モジュールの製造方法を説明する部分側面図である。
【００３１】
まず、図５のように半導体基板１として単結晶シリコン基板を用意する。単結晶シリコン基板の表側の表面１ａにアルカリ性のエッチング液により微細な凹凸形状（テクスチャ）を形成する。表側の表面１ａにのみ凹凸を形成して裏側の表面１ｂを平坦に保つには、表側の表面１ａのみにエッチング液を接触させる処理、または裏側に保護膜を形成した状態で半導体基板１をエッチングする処理を行う。
【００３２】
次に、図６のように表側の表面１ａの上に単結晶シリコン基板と逆導電型の半導体層３１を形成する。これによって半導体接合ができる。裏側の表面１ｂには単結晶シリコン基板と同導電型の半導体層３２を形成する。半導体層３１、３２を非晶質半導体としてもよい。非晶質半導体の半導体層３１、３２はシリコン形成用の原料ガスであるＳｉＨ４ガスに、Ｂ２Ｈ５、ＰＨ３などの不純物を添加するＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて形成することができる。その場合、これらの半導体層３１、３２の厚みは数〜２０ｎｍ程度とするとよい。また、不純物を添加した半導体層３１および半導体層３２の下に数ｎｍ程度の厚みで不純物の添加がほとんどない真性の半導体層を形成すると、高効率の太陽電池が得られる。なお、上記は半導体接合を単結晶半導体と非晶質半導体とからなるヘテロ接合型とした場合であるが、半導体基板１中に不純物を熱拡散してホモ接合型としてもよい。また、裏側の半導体層３２を単結晶シリコン基板と逆導電型として、表側の半導体層３１を単結晶シリコン基板と同導電型としてもよい。
【００３３】
次に、図７のように表側の半導体層３１の上に反射防止膜３３を形成する。反射防止膜９は、接着剤９の光学屈折率と半導体基板１の光学屈折率との間の光学屈折率を有する材料を用いると良い。たとえば、太陽光スペクトルのピーク波長に近い５００ｎｍにおいて、樹脂からなる接着剤９の光学屈折率が約１．５、半導体層７の光学屈折率が約４である場合、光学屈折率が１．８〜２．５の透明な金属酸化膜、窒化膜を用いるとよい。ヘテロ接合型の場合、半導体層３１の厚みが非常に薄く、面内の電気伝導性が低いために、反射防止膜３３を、Ｉｎ２Ｏ３、ＳｎＯ２、ＺｎＯなどの透明導電材料で形成すると集電抵抗が低下するので良い。熱拡散により比較的厚い半導体層３１を形成した場合はシリコン窒化膜、酸化アルミニウム膜などを用いてもよい。これらの膜はＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などで形成することができる。反射防止膜９の膜厚は干渉効果により太陽光スペクトルのピーク波長で反射率が低下する膜厚とすることがのぞましい。
【００３４】
次に、図８のように表側の反射防止膜３３の表面に表側集電極２を、また、裏側に裏側集電極３を形成する。これらの電極の製造方法は、量産性、製造コストの点で金属ペーストをスクリーン印刷する方法がよい。表側集電極２の幅を狭くしながらその高さを高くする方法として、同じパターンで繰り返して重ねるようにスクリーン印刷する方法を用いてもよい。半導体層３１または半導体層３２が非晶質シリコンのヘテロ接合型では、高温熱処理で半導体層３１または半導体層３２が結晶化するため、スクリーン印刷後の焼成温度は２００℃以下とすることが望ましい。反射防止膜３３が絶縁性などの場合は表側集電極２と半導体層３１との電気的接触が実現するように表側集電極２の下の反射防止膜３３に貫通孔を開けるようにすると良い。熱拡散により半導体層３１を形成したホモ接合型の場合は、金属ペーストを高温焼成することによってその下部の反射防止膜３３に貫通孔を開ける方法を用いてもよい。なお、図では裏側の半導体層３２の上に直接に裏側集電極３を形成しているが、半導体層３２と裏側集電極３との間に透明導電膜を形成してもよい。
【００３５】
次に、図９のように半導体基板１の表側に透明樹脂板５を接着する。表側集電極２のパターン形状に合わせて凹部５ｈが形成された透明樹脂板５を準備する。半導体基板１の表側表面または透明樹脂板５の凹部５ｈが形成された面に液状の接着剤９を塗布した後、表側集電極２と凹部５ｈとを位置合わせして貼りあわせ、加熱などにより接着剤９を硬化する。なお、図は半導体基板１と透明樹脂板５との間に接着剤９が完全に充填された構造であり、信頼性の点で最も好ましいが、接着剤９が部分的に半導体基板１の上と透明樹脂板５とを接着した構造であってもよい。部分的な接着によって半導体基板１と透明樹脂板５との間に残る隙間は後の工程で封止樹脂１６によって埋められる。また、半導体基板１の上にはインターコネクタ２１が接続される電極パターンが存在するが、透明樹脂板５はインターコネクタ２１が接続される領域を除いて接着される。以上の手順で太陽電池素子３０が完成する。
【００３６】
次に、複数の太陽電池素子３０を用いて太陽電池モジュールを製造する。図１０のように太陽電池素子３０どうしをインターコネクタ２１で接続する。インターコネクタ２１の接続には、低融点の半田などを用いる。なお、図はインターコネクタ２１の厚みと透明樹脂板５の厚みが概ね同一の場合に側面から見た図を示している。
【００３７】
次に、図１１のように、ガラス板１１、封止樹脂シート２０、インターコネクタ２１で相互に接続した太陽電池素子３０、封止樹脂シート２０、封止材１２を順に積み重ねて、真空中で加熱とともに押圧する封止処理を行う。封止樹脂シート２０は封止樹脂１６をシート状にしたものである。封止樹脂シート２０は溶融して表側のガラス板１１と裏側の封止材１２の間の隙間を埋めて、太陽電池素子３０を固定する。このようにして図１２のような太陽電池モジュールが完成する。
【００３８】
本実施の形態１の太陽電池モジュールは、表側から透明なガラス板１１に入った光は、透明な封止樹脂１６ａ、透明な透明樹脂板５、透明な接着剤９を通過して半導体基板１に入り、発生したキャリアは内部の半導体接合により分離されて、表側集電極２、裏側集電極３から取り出される。
【００３９】
上記のように、本実施の形態１の太陽電池素子３０は少なくとも一方の表面に細線状の表側集電極２を有し、表側集電極２の形状に合わせた凹部５ｈが形成された透明樹脂板５が半導体基板１の表面に接着されている。透明樹脂板５は、その凹部５ｈが表側集電極２を覆うとともに、凹部５ｈ間の表側集電極２の平坦な領域が表側集電極２間の半導体基板１の比較的平坦な表面上に接着されている。このため、本実施の形態１のように表側集電極２が半導体基板１の表面から突出た構造であっても、表側集電極２が何かに物体が衝突して破損することを抑制することができる。透明樹脂板５の表面に何かの物体が衝突した際に、衝突で発生した力は透明樹脂板５、接着剤９を経て平坦な部分に分散され、表側集電極２にほとんど及ばない。また、太陽電池素子３０どうしを積み重ねて運搬しても表側集電極２が破損しにくいので、運搬が容易になる。また、透明樹脂板５が接着されているため半導体基板１が補強され、外部から衝撃を受けても半導体基板１にクラックが発生しにくい。特に透明樹脂板５の厚みを半導体基板１と同等以上とすることにより、強度が優れる。
【００４０】
また、半導体基板１と透明樹脂板５とは熱膨張率が異なるため、温度変化で表側集電極２が透明樹脂板５から応力を受ける可能性がある。本実施の形態１では凹部５ｈの開口部の幅を表側集電極２の幅よりも広くしたため、表側集電極２と透明樹脂板５との間に隙間があり、表側集電極２が透明樹脂板５から応力を受けにくい。従って、温度変化によって表側集電極２が破損する可能性も低い。特に、表側集電極２と透明樹脂板５との間に隙間を埋める樹脂をＥＶＡやシリコーン樹脂などの柔軟な接着剤９とするとよい。また、凹部５ｈの開口部の幅を表側集電極２の幅よりも広くしたため、集電極を凹部内に入れるための位置合わせ精度を緩くできる。
【００４１】
また、太陽電池素子がガラス板に貼り付けて封止される太陽電池モジュールでは、上記のような封止処理工程において、封止樹脂１６は軟化し、半導体基板１はインターコネクタ２１との熱膨張率の違いなどにより反るため、半導体基板１の表面が硬いガラス板１１に当たって、表側集電極２が破損する問題があった。特に、非晶質半導体を用いたヘテロ接合型の太陽電池素子３０では金属ペーストの焼き付け温度を低く抑えねばならず、表側集電極２の下地との接着力が十分でなく破損しやすかった。しかし、本実施の形態１では、表側集電極２の上に透明樹脂板５が貼り付けられているため、半導体基板１が反ったとしてもガラス板１１に表側集電極２が当たらない。また、透明樹脂板５の表側集電極２に対応する部分に凹部５ｈが形成され、透明樹脂板５と半導体基板１とは表側集電極２間の概ね平坦な部分どうして接着されているので、ガラス板１１に当たった力は透明樹脂板５、接着剤９を経て平坦な部分に分散され、表側集電極２にほとんど及ばない。そのため、封止時に流動性が高い封止樹脂を用いても表側集電極２の破損を防ぐことができる。また、封止時に限らず、ＥＶＡのように常温でも柔らかい樹脂を封止樹脂１６として用いた場合にも、使用中に表側集電極２はガラス板１１に当たって破損することを防止することができる。
【００４２】
また、半導体基板１の上にインターコネクタ２１が固定されると、インターコネクタ２１が半導体基板１の上に突出するため、これがガラス板１１に当たって半導体基板１に局所的な力が加わり、半導体基板１が破損する問題があった。本実施の形態１では、インターコネクタ２１の設置個所を避けて透明樹脂板５を接着したことにより、インターコネクタ２１の突出する高さが透明樹脂板５の厚みの分だけ小さくなる。インターコネクタ２１の突出する高さが小さくなるため、インターコネクタ２１がガラス板１１に接触した場合も局所的な応力がかかりにくく、半導体基板１が破損する可能性が大幅に減少する。特に透明樹脂板５の厚みがインターコネクタ２１と同等以上とするとインターコネクタ２１がガラス板１１に接触しないのでさらによい。
【００４３】
実施の形態２．
図１３は本実施の形態２の太陽電池モジュールの部分断面図である。本実施の形態２の太陽電池モジュール２００は半導体基板１の受光面側の構成は実施の形態１と同じだが、裏側も実施の形態１の表側と同様な構造を有している。つまり、集電極が半導体基板１の両面に形成され、透明樹脂板５が半導体基板１の両面に接着されている。半導体基板１の表側には透明樹脂板５ａが接着剤９ａにより接着され、半導体基板１の裏側にも透明樹脂板５ｂが接着剤９ｂにより接着されている。半導体基板１の裏側の裏側集電極３は細線パターンからなる形状であり、裏側の透明樹脂板５ｂにも裏側集電極３に対応する凹部５ｊが形成されている。
【００４４】
半導体基板１と透明樹脂板５ａ、５ｂとは熱膨張率が異なるため、表側と裏側との一方にのみ接着されていると、温度変化により発生する応力により全体が反る可能性がある。
しかし、本実施の形態２では表側と裏側とにそれぞれ透明樹脂板５ａ、５ｂが接着されているため、表側と裏側とで同様な応力が発生するため反りにくい。このため、温度変化による変形および破損を低減できる。また、裏面側の封止材１２として、ガラスを使用してもよい。その場合、モジュール全体で受光面側と裏面側とがほぼ同じ材料からなる構成となり、さらに変形および破損を低減できる。また、裏面側の裏側集電極３が封止材１２に当たって破損することが裏面側の透明樹脂板５によって防止できることは実施の形態１の受光面側と同様である。
【００４５】
なお、図では裏側集電極３を受光面側の表側集電極２と同様なパターンとしたが、幅、パターン、形成位置などが異なるようにしてもよい。裏面側から入射する光を利用する場合は封止材１２、裏面側の透明樹脂板５および接着剤９を受光面側と同様な透明な材料を用いると良い。裏面側から入射する光を利用しない場合は、裏面側の透明樹脂板５および接着剤９は受光面側と異なる材料を用いてもよい。
【００４６】
実施の形態３．
図１４は本実施の形態３の太陽電池モジュールの部分断面図である。本実施の形態３の太陽電池モジュール３００は実施の形態１と類似するが、透明樹脂板５にスリット５ｓが形成されている点が異なる。スリット５ｓは表側集電極２の間に設けるとよいが、表側集電極２と交差する方向に設けられていてもよい。スリット５ｓは、たとえば、幅５０μｍで面内方向の長さ数〜１０ｍｍ程度のものが、断続的に形成されていると良い。断続的に形成されているため、透明樹脂板５はスリット５ｓによって完全に分断されておらず、半導体基板１の上に貼り付けやすい。スリット５ｓはレーザー加工、機械加工などで形成することができる。
【００４７】
このスリット５ｓには封止樹脂１６ａが充填される。半導体基板１と透明樹脂板５とは熱膨張率が異なるため、温度変化により貼りあわせた全体が反る可能性があるが、本実施の形態３ではスリット５ｓの部分が変形容易であり、その幅が伸縮することで発生する応力を緩和できる。このため、温度変化による変形および破損を低減できる。なお、上記では応力緩和の構造として厚み方向に貫通するスリット５ｓを設けたが、非貫通の溝、多数の貫通孔などを設けても類似の効果が得られる。
【００４８】
実施の形態４．
図１５は本実施の形態４の太陽電池モジュールの部分断面図である。本実施の形態４の太陽電池モジュール４００は実施の形態１と類似するが、透明樹脂板５の形状が異なる。
本実施の形態４の透明樹脂板５は折り曲げにより凹部５ｈが形成されている。折り曲げの谷部が凹部５ｈとなり、ガラス板１１側に折り曲げの山部ができる。また、表側集電極２間には折り曲げされていない平坦な部分がある。折り曲げ形状はプレス加工によって形成したり、透明樹脂板５の成型時に形成したりすることができる。
【００４９】
このような形状としたため、透明樹脂板５の凹部５ｈの作製が容易であり、実施の形態１と同様に表側集電極２を保護する効果がある。ガラス板１１側に透明樹脂板５の折り曲げの山部が突出しているため、この山部がガラス板１１に当たりやすいが、山部が当たっても折り曲げが広がる方向、すなわち凹部５ｈの開口部が広がる方向に変形するため、ガラス板１１に当たることで発生した力は半導体基板１の平坦部分に分散し、表側集電極２には及びにくい。このため、十分に表側集電極２を保護する効果が得られる。
また、折り曲げ部分にはバネと同様に変形が容易であり、また変形しても復元しようとするので、実施の形態３のスリット５ｓを設けた場合と同様に温度変化で発生する応力を緩和することができる。上記では、透明樹脂板５の凹部５ｈをＶ字型の折り目状に形成したが、曲面からなる波形の形状としても同様な効果を得ることができる。
【００５０】
実施の形態５．
図１６は本実施の形態５の太陽電池モジュールの部分断面図である。本実施の形態５の太陽電池モジュール５００は実施の形態１と類似するが、透明樹脂板５のガラス板１１に面する側にも溝５ｖを有する点で異なる。溝５ｖは表側集電極２の直上となる位置にある。溝５ｖ内には透明樹脂板５および封止樹脂１６ａに比べて光学屈折率の異なる透明材料１３が設置されている。
【００５１】
溝５ｖは凹部５ｈと同様にレーザー加工で透明樹脂板５を削る方法などで作製することができる。透明材料１３が挿入を挿入した後の工程は実施の形態１と同様である。
【００５２】
透明材料１３の光学屈折率を透明樹脂板５および封止樹脂１６ａに比べて０．１以上低くすると良い。そのような透明材料１３として、微細な気泡を含む樹脂、フッ素樹脂、ナノサイズの酸化ケイ素微粒子を含む材料などがある。これらの屈折率は１．２〜１．３程度であり、透明樹脂板５および封止樹脂１６ａに比べて屈折率は０．２〜０．３以上低い。また、窒素ガスなどの気体が封入された中空繊維を溝に挿入して、封入された気体を透明材料１３としてもよい。その場合、透明材料１３の屈折率さらに低く約１．０となる。
【００５３】
図１７は本実施の形態５の太陽電池モジュールの光の入射経路の例を説明する断面図である。なお、以下ではＶ字の角度を６０度として透明材料１３が正三角柱の形状となったものとして説明する。図ではガラス板１１、封止樹脂１６ａ、接着剤９を省略した。ガラス板１１に垂直に入射した光Ｌは溝５ｖの無い部分では封止樹脂１６ａ、透明樹脂板５、接着剤９を順に経て半導体基板１に入射する。封止樹脂１６ａ、透明樹脂板５、接着剤９には大きな屈折率差がないため、界面でほとんど反射は生じない。一方、図のように溝５ｖでは光Ｌは透明材料１３に入射する。透明材料１３と封止樹脂１６ａとの界面に屈折率差があるため、光Ｌの一部は反射されて入射側に戻る。透明材料１３内に入った光は溝５ｖの底部が傾斜しているため、透明樹脂板５との界面で屈折する。この界面に対して光Ｌの入射角は約６０度である。透明材料１３の屈折率が１．０と低い場合、入射角６０度で侵入した光は透明材料１３と透明樹脂板５との境界において屈折角約３５度で屈折し、透明樹脂板５の側へ抜け出て、その後、表側集電極２を経ることなく、半導体基板１に入射する。溝５ｖの形状、透明材料１３の屈折率によって、屈折角は種々に変化するが、透明樹脂板５の厚みによって透明材料１３と表側集電極２との間に表側集電極２の幅同等以上など十分な距離があるため、ガラス板１１に垂直に入射した光は表側集電極２に入射することなく、半導体基板１に入射することができる。透明材料１３がなければ表側集電極２に入射し反射された光が本実施の形態５の太陽電池モジュール５００では半導体基板１に入射するため、発電電流が増加し、発電効率が向上する。なお、ガラス板１１に対して傾斜して入射する光では表側集電極２に入射することがあるため、なるべく表側集電極２に入射しないように太陽電池モジュール５００を太陽の動きに合わせて傾ける追尾装置上に積載してもよい。
【００５４】
上記では透明材料１３の光学屈折率を透明樹脂板５および封止樹脂１６ａに比べて低くしたが、０．１以上高くしてもよい。そのような透明材料１３として、酸化チタン、酸化ジルコニウムなど高屈折率の無機材料のサブミクロンの微粒子を質量割合として５０〜７０％、透明な樹脂中に分散したものを用いることができる。このような材料を溝５ｖ内に塗布、焼き付けすることで屈折率が１．８以上の透明材料１３を得ることができる。
【００５５】
図１８は本実施の形態５の太陽電池モジュールの光の入射経路の他の例を説明する断面図である。ガラス板１１に垂直に入射した光Ｌは溝５ｖの無い部分では封止樹脂１６ａ、透明樹脂板５、接着剤９を順に経て半導体基板１に入射する。封止樹脂１６ａ、透明樹脂板５、接着剤９には大きな屈折率差がないため、界面でほとんど反射は生じない。一方、図のように溝５ｖでは光Ｌは透明材料１３に入射する。透明材料１３と封止樹脂１６ａとの界面に屈折率差があるため、光Ｌの一部は反射されて入射側に戻る。透明材料１３の光学屈折率が１．８以上と高い場合、入射角６０度で侵入した光は溝５ｖの一方の斜面である、透明材料１３と透明樹脂板５との境界において全反射し、他方の斜面におおよそ垂直に入射する。そして他方の斜面である、透明材料１３と透明樹脂板５との境界を通過した光Ｌは透明樹脂板５内を直進して表側集電極２に入ることなく半導体基板１に入射する。
従って、上記の透明材料１３の光学屈折率が透明樹脂板５および封止樹脂１６ａに比べて低い場合と同様に高い場合でも発電効率が向上する。
【００５６】
溝５ｖは底部がガラス板１１の面および半導体基板１の主面に対して傾斜しており、その内部に設置された透明材料１３の光学屈折率が透明樹脂板５および封止樹脂１６ａと異なるので、透明材料１３に入射した光Ｌはその光路が直進しない。このように光路を変更させる構造が表側集電極２の直上にあるので、光Ｌが表側集電極２に入射せず、半導体基板１に入射して発電効率が向上する。
【００５７】
上記では溝５ｖの形状をＶ字型の溝形状として、透明材料１３を三角柱の形状、特にほぼ正三角柱の形状としたので、製造が簡単で、かつ斜面の傾きを大きくできるので光の経路変更の効果が大きい。溝５ｖの形状として、Ｖ字型の溝形状のかわりに、Ｕ字型、Ｗ字型などの溝としても類似の効果が得られる。底部を曲面として集光や拡散光のレンズとなるようにしてもよい。溝５ｖの幅は表側集電極２の幅と同程度とすることが好ましいが、表側集電極２の幅の２〜３倍と広くしても、溝５ｖ間に十分な広さで平坦な面があればよい。
【００５８】
実施の形態６．
図１９は本実施の形態６の太陽電池モジュールの部分断面図である。本実施の形態６の太陽電池モジュール６００は実施の形態２と類似するが、太陽電池素子３０の透明樹脂板５ａ、５ｂの凹部５ｈ、５ｊ内に導電材料６１ａ、６１ｂが設置されている点が異なる。
表側集電極２および裏側集電極３は細線パターンの形状であり、それぞれに対応する凹部５ｈ、５ｊは細線パターンに沿った溝として形成されている。導電材料６１ａ、６１ｂは凹部５ｈ、５ｊの底部に形成され、凹部５ｈ、５ｊを完全に埋めていない。このため、導電材料６１ａ、６１ｂが形成された凹部５ｈ、５ｊは透明樹脂板５ａ、５ｂの主面に対してへこんだ部分であり、半導体基板１の主面から突出した表側集電極２および裏側集電極３が挿入される部分である。また、導電材料６１ａ、６１ｂはそれぞれに対応する凹部５ｈ、５ｊ内で表側集電極２および裏側集電極３と接触している。細線パターンの長手方向全長にわたって各電極と各導電材料とが接触することが最も望ましいが、部分的であってもよい。導電材料６１ａ、６１ｂは金属ペーストの塗布、金属めっきなどの方法で形成される。導電材料６１ａ、６１ｂの材料として、銀、銅、ニッケル、クロム、またはこれらの合金など、金属材料とするとよい。表側集電極２、裏側集電極３と導電材料６１ａ、６１ｂとの電気的接続に、例えば、ナノサイズの金属粒子を含む導電性材料を用いてもよい。
【００５９】
図２０は本実施の形態６の太陽電池素子３０の半導体基板１とその上の表側集電極２を示した上面図である。太陽電池素子は矩形の半導体基板１と、その半導体基板１の上に直線状の細線が平行に一定間隔で並んだ細線パターンの形状を有する表側集電極２とを備える。表側集電極２の伸びる方向は半導体基板１の矩形の短辺方向と平行である。図では半導体基板１の端部まで表側集電極２が形成されていないが、端部まで形成されていてもよい。なお、図は上面のみ示したが、反対側の面の裏側集電極３の形状も表側集電極２と同様である。
【００６０】
図２１は本実施の形態６の太陽電池素子３０の透明樹脂板５ａを示した上面図である。透明樹脂板５ａは半導体基板１よりサイズが少し大きい矩形であり、表側集電極２のパターンにあわせた凹部５ｈが形成されている。凹部５ｈ内の底部には導電材料６１ａが形成されている。本実施の形態は、半導体基板１の表面に図３に示すようなインターコネクタが存在せず、グリッド形状の集電極２が形成されているのみである。インターコネクタが存在しないため、インターコネクタによって遮光されることがないため、利用可能な光量が増大して発電に寄与することが出来る。その反面、グリッド状の集電極２は一方の端から他方の端まで電流を流す必要があることから、集電極２における電圧降下が大きくなるおそれがある。例えば、図３と比較した通電時の電気抵抗はおよそ４倍になっており、電力に関して導通損失の増大を防ぐために、集電極２の配線抵抗をより低くする必要がある。そこで、本実施の形態では、凹部５ｈ、５ｊにおける、集電極２と透明樹脂板５ａ、５ｂの間に、導電材料６１ａ、６１ｂを挿入して、集電極２周囲の導電性を高めている。
以下、導電材料６１ａ、６１ｂを用いる構造について述べる。例えば、集電極２の幅は７５um程度、高さは３５um程度とする。２本のインターコネクタが存在するときと同等の抵抗を維持するためには、集電極２と凹部５ｈを埋めて形成される導電部の断面積を４倍程度にする必要がある。これを満たすために、例えば、導電材料６１ａ、６１ｂとして、集電極２と同じ抵抗率を有している場合は集電極２と同じ幅で凹部５ｈ、５ｊ内に鉛直方向に１０５um程度の厚みを有する金属層を形成すればよい。この場合の幅は、凹部５ｈ、５ｊに沿った実効的な値である。すなわち、断面積が集電極２の３倍であればよい。このとき、あらかじめ凹部は基板と垂直な方向に集電極２と導電材料６１ａ、６１ｂが収まる深さに設定される。
導電材料６１ａ、６１ｂが形成された凹部５ｈ、５ｊと集電極２との接合は、実施の形態１と同様に半導体基板１の表側表面または透明樹脂板５に液状の接着剤９を塗布した後、集電極２と凹部５ｈ、５ｊとを位置合わせして貼りあわせ、接着剤９とともに加熱などによって硬化させることにより形成する。その後、モジュール化に伴い１５０℃程度の熱工程を伴う太陽電池素子の真空封止加熱の際に、実質的に再度熱圧着させることで導電材料６１ａ、６１ｂと集電極２との接合を図ることが可能になる。真空封止時の加熱温度は高温による太陽電池特性の低下を起こさないために１５０℃程度とすることが望ましい。したがって集電極２と上の凹部５ｈ、５ｊを埋める導電材料６１ａ、６１ｂは１５０℃〜１８０℃程度の温度で融解、ないし硬化するペーストを使用することが望ましい。
【００６１】
なお、凹部５ｈ内の底部の導電材料６１ａ、６１ｂは、めっき法により形成してもよい。通常スクリーン印刷などで形成される金属に比べて、めっき法により構成された金属は抵抗率が低い。具体的にはめっき法で構成された金属はバルクの金属と同等の抵抗率を示し、たとえば２０℃における抵抗率は、銀は１．６μΩｃｍ、銅は１．７μΩｃｍ程度が期待できる。一方、スクリーン印刷により形成された銀では抵抗率は７μΩｃｍ程度となるので、導電材料６１ａ、６１ｂをめっきにより形成する場合は、厚みを２５μｍ程度に抑えることができる。めっき層と集電極２の間は、薄い導電性接着剤やはんだ等で接続すればよい。透明樹脂板５は絶縁体であるので、無電解めっき法を用いることでめっき層を形成できる。なお、導電材料６１ａ、６１ｂとして金属ストリップを挿入するなど、他の方法で導電性を高めてもよい。
【００６２】
また、透明樹脂板５ａの矩形の長辺に沿った一方の端に導電材料からなる接続領域６２ａが形成されている。接続領域６２ａの導電材料は凹部５ｈ内の導電材料６１ａと同材料でもよいし、異なる材料としてもよい。接続領域６２ａは複数の異なる凹部５ｈ内の導電材料６１ａと接して、導電材料６１ａどうしを電気的に接続する。接続領域６２ａの導電材料は、複数の凹部５ｈ内と複数の凹部５ｈ間の透明樹脂板５ａの平坦な表面とに連続して形成されている。接続領域６２ａは透明樹脂板５ａと半導体基板１とを貼りあわせた際に、半導体基板１の端よりはみ出す位置に形成されている。図の場合、透明樹脂板５ａの矩形の短辺の長さが半導体基板１の短辺の長さより長く、透明樹脂板５ａを半導体基板１の表側に貼りあわせた際に透明樹脂板５ａの長辺に沿った部分がはみ出す。そのはみ出す部分に接続領域６２ａが形成されている。なお、上記は表側に貼りあわせる透明樹脂板５ａについて説明したが、裏側の裏側集電極３の形状、裏側に貼りあわせる透明樹脂板５ｂも同様の形状である。
【００６３】
図２２は本実施の形態６の太陽電池素子を示した斜視図である。図２０の半導体基板１、図２１の透明樹脂板５ａ、および裏側の透明樹脂板５ｂを貼りあわせた構造を示している。半導体基板１の表側に接着された透明樹脂板５ａと裏側に接着された透明樹脂板５ｂとは、それぞれの半導体基板１の主面に垂直な方向から見て１８０度反転している。すなわち、表側の接続領域６２ａと裏側の接続領域６２ｂとは半導体基板１の反対側の端からはみ出している。
【００６４】
図２３は本実施の形態６の太陽電池モジュール６００の太陽電池素子の接続構造の例を示した部分断面図である。隣接する太陽電池素子３０はそれぞれの半導体基板１の端からはみ出した接続領域６２ａと接続領域６２ｂとが対向するように設置される。接続領域６２ａと接続領域６２ｂとの間が電気的に接続されることによって、太陽電池素子３０どうしが直列接続される。接続領域６２ａと接続領域６２ｂとは直接接触するように透明樹脂板５ａ、５ｂを変形させてもよく、また、図のように導電性の接続材料６６を介して電気的に接続するようにしてもよい。接続材料６６は、たとえば、金属ペーストからなる材料、はんだで被覆した平角銅線などを用いることができる。接続材料６６の厚みは半導体基板１の厚みと同等以上とすると接続材料６６と接続領域６２ａ、６２ｂとの接触が良好となるのでよい。
また、接続材料６６に異方性導電フィルムを使用してもよい。前記導電性の接続材料６６に一般的な導電体を用いる場合、前記樹脂板５ａ、５ｂを貼り合わせる際に位置ずれが生じると、図２３の左右方向に隣接する太陽電池素子３０やグリッドの集電極２と物理的に接触して短絡してしまうことがある。導電性の接続材料６６に異方性導電フィルムを使用することにより、上下の樹脂板を貼り合わせる際に位置ずれが生じたり、上下の貼り合わせの際の押し付け力により接続材料６６が変形したりすることにより、接続材料６６が半導体基板１やグリッド集電極２と接触しても短絡が生じない。また、異方性導電フィルムを接続する際の加熱および加圧工程では、接続領域を選択的に加熱、加圧すればよい。上下の樹脂板は熱伝導率が低いため、異方性導電フィルムの接続工程で半導体基板１が損傷するおそれも小さい。この方法によって、太陽電池モジュール６００間の接続工程において生産性を高めることが可能になる。
【００６５】
本実施の形態６の太陽電池素子は、上記のように、表側集電極２、裏側集電極３に対向する凹部５ｈ、５ｊ内に表側集電極２、裏側集電極３と接触する導電材料６１ａ、６１ｂを有するので、表側集電極２、裏側集電極３の断面積が増大するのと同様な効果があり、集電に伴う抵抗損失が低下するので、変換効率が向上する。上記は表側、裏側の両方に形成したが表側だけとしてもよい。また、透明樹脂板５ａ、５ｂは半導体基板１の端部からはみ出し、かつ、はみ出した領域に凹部５ｈ、５ｊ内の導電材料６１ａ、６１ｂと接続する導電性の接続領域６２ａ、６２ｂを有する。そして接続領域６２ａ、６２ｂを介して隣接する太陽電池素子どうしが電気的に接続される。つまり、導電材料６１ａ、６１ｂを有する透明樹脂板５ａ、５ｂがインターコネクタの機能を有している。このため、太陽電池素子間の電気接続が容易となる。特に、本実施の形態６では、半導体基板１の形状を矩形状にして、表側集電極２、裏側集電極３が伸びる方向を矩形の短辺に平行な方向としたので、表側集電極２、裏側集電極３の抵抗が低くなり、他に銅線などのインターコネクタを用いなくても良好な接続が可能となる。
【００６６】
変形例１
裏面側の透明樹脂板５ｂに替えて、曲げ弾性率の低い樹脂シート５ｃを用いる点が異なる（形状は図１９の透明樹脂板５ｂと同じ）。太陽電池素子３０に十分な光閉じ込め効果がある場合には、太陽電池素子３０の裏面側に出射する光量が小さいために、図１９のような構造では、裏面側の透明樹脂板５ｂへの光再入射の効果がほとんど得られない。したがって、この場合には、裏面に透明度の低い軟質の樹脂シート５ｃを用いることができる。透明樹脂板５ｂを用いた場合と比較して硬度が低いために、外部からの衝撃が加わった場合に、半導体基板１にかかる応力が低減されて半導体基板１の割れが起こりにくくなる。樹脂シート５ｃには、封止工程における加熱での劣化が起こりにくいものが適しており、たとえば耐熱性に優れるフッ素ゴムを使用すると良い。実施の形態１で述べたように、透明樹脂板５ｂに用いられるＰＥＴやＰＥＮの曲げ弾性率は２４００MPa程度以上であるのに対して、フッ素ゴム製の樹脂シートを使用した場合、曲げ弾性率はおおむね５〜２０MPaであるから、外部からの衝撃が加わった場合に、半導体基板１に加わる応力が１００分の１程度に低減されることになる。
変形例２
図２３に示された接続構造において、隣接する太陽電池素子間の隙間を封止樹脂で埋めて、ガラス板１１を省いて受光面側の透明樹脂板５ａが露出した形で太陽電池モジュール６００を構成しても良い。ガラス板１１がないので、ガラス板を透過する際の損失をなくすことができる。この場合は、封止材１２をガラス板で構成して、モジュール全体の強度を確保してもよい。透明樹脂板５ａの露出面の耐候性を高めるために、露出面に無機コーティングを施すことで、信頼性を高めることができる。
【００６７】
実施の形態７．
図２４は本実施の形態７の太陽電池モジュール７００の部分断面図である。本実施の形態７の太陽電池モジュール７００は、半導体基板１の受光面側の構成は実施の形態６と同様であるが、裏面側の樹脂板５ｂ中に散乱体６３を包含している点に特徴がある。受光面側の透明樹脂板５ａは内側の太陽電池基板に可能な限り多くの太陽光を導入する必要があるので、なるべく光の吸収の少ない材料にする必要がある。一方で、太陽電池基板材料としてシリコンを用いた場合、半導体基板１の受光面に入射した太陽光のうち太陽電池基板を透過して裏面側に到達する波長成分は、おおよそ９００ｎｍより長波長の近赤外線である。したがって、透明樹脂板５ｂは近赤外領域で透明であればよい。
散乱体６３はシリコンの分光感度が大きい波長範囲９００ｎｍ〜１２００ｎｍを効率良く散乱するものであり、例えば球状の酸化チタン微粒子や、銀微粒子が好適である。酸化チタン微粒子は、例えば平均粒子径が４００ｎｍ〜７００ｎｍのものを用いれば良い。銀微粒子には扁平な形状のものを用いても良い。銀微粒子の直径の平均値は１００ｎｍ〜３００ｎｍの範囲が望ましい。
これらの散乱体を透明樹脂板５ｂ中に導入することにより、半導体基板１の裏面側に出射する光が散乱されて、その一部が、半導体基板１の裏面から再入射する。図２４に記載された矢印は、透過光が散乱されて再入射する例を示している。したがって、裏面側に受光面と同様に透明樹脂板を配置した場合と比較して、発電電流が増加する効果が得られる。
なお、散乱体６３の分布に傾斜をつけて、半導体基板１側に高濃度に分布させることで、散乱の割合を高めることができる。
また、透明樹脂板５ｂの凹部５ｊ間にある平坦面上に上記の散乱体６３を含む層を設けて、半導体基板１を透過した近赤外線を散乱させることもできる。一方、透明樹脂板５中に散乱体６３を分散させる方法は、透明樹脂板５ｂの取扱が容易であり、太陽電池モジュール７００の生産効率が高い利点がある。
【００６８】
変形例．
裏面側の樹脂板に含まれる散乱体６３として、アップコンバージョンを起こすような蛍光体を使用することもできる。太陽光に含まれる１２００nmより長波長の赤外光は、シリコン太陽電池においてはシリコンの分光感度が低いために、太陽電池基板に入射しても発電にほとんど寄与しない。蛍光体での波長変換により、半導体基板１の裏面側から再入射する光を前記太陽電池素子において発電に寄与する３００〜１２００nmの波長の光に変換させることで、散乱体による裏面からの再入射光による発電電流の増加を期待できる。
【００６９】
上記の各実施の形態で述べた部分的な構造は、技術的な矛盾が生じない範囲内で組み合わせてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の太陽電池素子および太陽電池モジュールは、信頼性、製造時の歩留まり向上に有用である。
【符号の説明】
【００７１】
１  半導体基板、１ａ  表側の表面、２ｂ  裏側の表面、２  表側集電極、３  裏側集電極、５，５ａ，５ｂ  透明樹脂板、  ５ｃ  樹脂シート、５ｈ，５ｊ  透明樹脂板の凹部、５ｐ  透明樹脂板の凸部、５ｓ  スリット、５ｖ  Ｖ溝、９，９ａ，９ｂ  接着剤、１１  ガラス板、１２  封止材、１３  透明材料、１６，１６ａ，１６ｂ  封止樹脂、２１  インターコネクタ、３０  太陽電池素子、３１  逆導電型の半導体層、３２  同導電型の半導体層、３３  反射防止膜、６１，６１ａ，６１ｂ  導電材料、６２，６２ａ，６２ｂ  接続領域、６３  散乱体、６６  接続材料、１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００  太陽電池モジュール。
【図１】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年2月6日(2015.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力を有する接合部を備えた半導体基板と、
前記半導体基板の第１面に形成された集電極と、
前記半導体基板の第１面の裏面となる第２面に形成された裏面電極と、
前記集電極に対向する位置に前記集電極を覆う凹部が形成され、当該凹部内に前記集電極と接続されて導通する第１導電部材を有し、前記集電極および前記第１面を覆うように配置され、かつ前記半導体基板の端部からはみ出した位置に第１接続領域を備えた透明樹脂板と、
前記裏面電極に対向する位置に前記裏面電極を覆う凹部が形成され、当該凹部内に前記裏面電極と接続されて導通する第２導電部材を有し、前記裏面電極および前記第２面を覆うように配置され、かつ前記半導体基板の端部からはみ出した位置に第２接続領域を備えた裏面樹脂板と、
を有する太陽電池素子を直列に接続して配列させた太陽電池モジュールであって、
隣接する前記太陽電池素子の前記第１接続領域と前記第２接続領域とを重ねて配置して導電性の接続部を介し接続され、隣接する前記太陽電池素子間で一方の太陽電池素子の前記集電極と他方の太陽電池素子の前記裏面電極とが導通していることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
接続部は異方性導電フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールは、光起電力を有する接合部を備えた半導体基板と、半導体基板の第１面に形成された集電極と、半導体基板の第１面の裏面となる第２面に形成された裏面電極と、集電極に対向する位置に集電極を覆う凹部が形成され、凹部内に集電極と接続されて導通する第１導電部材を有し、集電極および第１面を覆うように配置され、かつ半導体基板の端部からはみ出した位置に第１接続領域を備えた透明樹脂板と、裏面電極に対向する位置に裏面電極を覆う凹部が形成され、凹部内に裏面電極と接続されて導通する第２導電部材を有し、裏面電極および第２面を覆うように配置され、かつ半導体基板の端部からはみ出した位置に第２接続領域を備えた裏面樹脂板と、を有する太陽電池素子を直列に接続して配列させた太陽電池モジュールであって、隣接する太陽電池素子の第１接続領域と第２接続領域とを重ねて配置して導電性の接続部を介し接続され、隣接する太陽電池素子間で一方の太陽電池素子の集電極と他方の太陽電池素子の裏面電極とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本発明の太陽電池モジュールに係わる太陽電池素子は、表面に集電極が形成された半導体基板と、透明な接着剤により前記集電極と前記半導体基板の表面とを覆うように接着された透明樹脂板とを有し、該透明樹脂板は前記集電極に対向する位置に凹部が形成されているので、集電極の破損を防ぐことができる。また、接着された透明樹脂板が半導体基板を機械的に補強するので半導体基板にクラックが発生しにくい。
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月8日(2016.4.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力を有する接合部を備えた半導体基板と、
前記半導体基板の第１面に形成され、互いに平行に一定間隔で並んだ複数の集電極と、
前記半導体基板の第１面の裏面となる第２面に形成された裏面電極と、
それぞれの前記集電極に対向する位置に前記集電極を覆う凹部が形成され、当該凹部内に前記集電極と接続されて導通する第１導電部材を有し、前記集電極および前記第１面を覆うように配置され、かつ前記半導体基板の端部からはみ出した位置に第１接続領域を備えた透明樹脂板と、
前記裏面電極に対向する位置に前記裏面電極を覆う凹部が形成され、当該凹部内に前記裏面電極と接続されて導通する第２導電部材を有し、前記裏面電極および前記第２面を覆うように配置され、かつ前記半導体基板の端部からはみ出した位置に第２接続領域を備えた裏面樹脂板と、
を有する太陽電池素子を直列に接続して配列させた太陽電池モジュールであって、
隣接する前記太陽電池素子の前記第１接続領域と前記第２接続領域とを重ねて配置して導電性の接続部を介し接続され、隣接する前記太陽電池素子間で一方の太陽電池素子の前記集電極と他方の太陽電池素子の前記裏面電極とが導通していることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
接続部は異方性導電フィルムであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールは、光起電力を有する接合部を備えた半導体基板と、半導体基板の第１面に形成され、互いに平行に一定間隔で並んだ複数の集電極と、半導体基板の第１面の裏面となる第２面に形成された裏面電極と、それぞれの集電極に対向する位置に集電極を覆う凹部が形成され、凹部内に集電極と接続されて導通する第１導電部材を有し、集電極および第１面を覆うように配置され、かつ半導体基板の端部からはみ出した位置に第１接続領域を備えた透明樹脂板と、裏面電極に対向する位置に裏面電極を覆う凹部が形成され、凹部内に裏面電極と接続されて導通する第２導電部材を有し、裏面電極および第２面を覆うように配置され、かつ半導体基板の端部からはみ出した位置に第２接続領域を備えた裏面樹脂板と、を有する太陽電池素子を直列に接続して配列させた太陽電池モジュールであって、隣接する太陽電池素子の第１接続領域と第２接続領域とを重ねて配置して導電性の接続部を介し接続され、隣接する太陽電池素子間で一方の太陽電池素子の集電極と他方の太陽電池素子の裏面電極とが電気的に接続されていることを特徴とする。
【国際調査報告】
2014034006.tif 000027
2014034006.tif 000028
2014034006.tif 000029
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