(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ型表面及びｎ型表面が露出している主面を有する太陽電池基板と、前記ｐ型表面の上に形成されており、第１の方向に沿って線状に延びる第１の線状部を含むｐ側電極と、前記ｎ型表面の上において、前記第１の方向に沿って線状に延びるように形成されており、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向において前記第１の線状部と隣接している第２の線状部を含むｎ側電極とを備え、前記第１及び第２の線状部の少なくとも一方の先端部の角部がＲ形状に形成されている太陽電池の製造方法であって、
前記第１の方向に沿って線状に延び、先端部の角部がＲ形状の前記ｐ型表面及び前記ｎ型表面を形成し、
前記ｐ型またはｎ型表面の上に設けられており先端部の角部がＲ形状であるシード層を形成し、
前記シード層の上にめっき膜を形成して前記ｐ側電極および前記ｎ側電極を形成する、太陽電池の製造方法。
【請求項２】
前記めっき膜を電解めっきにより形成する、請求項１に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項３】
前記第１及び第２の線状部の少なくとも一方の先端部が半円状に形成されている、請求項２に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項４】
前記ｐ側電極は、前記第１の線状部が接続されている第１のバスバーをさらに含み、
前記ｎ型電極は、前記第２の線状部が接続されている第２のバスバーをさらに含み、
前記第１及び第２の線状部の少なくとも一方と、前記第１または第２のバスバーとの接続部の角部がＲ形状に形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池の製造方法。
【請求項５】
前記第１及び第２のバスバーのそれぞれは、前記第２または第１の線状部と前記第１の方向において対向するように配置されており、
前記第１及び第２のバスバーのうちの少なくとも一方の、前記第２または第１の線状部の先端部と前記第１の方向において対向している部分は、当該先端部に対応した形状に形成されている、請求項４に記載の太陽電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面接合型の太陽電池及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する負荷が小さなエネルギー源として、太陽電池が大いに注目されている。このため、太陽電池に関する研究開発が活発に行われている。なかでも、太陽電池の変換効率を如何に高めるかが重要な課題となってきている。このため、向上した変換効率を有する太陽電池やその製造方法の研究開発が特に盛んに行われている。【０００３】
変換効率が高い太陽電池としては、例えば下記の特許文献１などにおいて、太陽電池の裏面側にｐ型領域及びｎ型領域が形成されている所謂裏面接合型の太陽電池が提案されている。この裏面接合型の太陽電池では、キャリアを収集するための電極を受光面に設ける必要が必ずしもない。このため、裏面接合型の太陽電池では、光の受光効率を向上することができる。従って、より向上した変換効率を実現し得る。【０００４】
なお、特許文献１に記載の太陽電池では、ｐ型領域及びｎ型領域のそれぞれの上に、くし歯状の電極が形成されている。その電極の形成方法としては、導電性ペーストを塗布することにより形成する方法や、スパッタリングにより形成する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２００２６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池の電極の形成方法としては、上記のような導電性ペーストを用いた方法や、スパッタリング法以外に、めっき法も候補として挙げることができる。しかしながら、めっき法により電極を形成した場合、太陽電池の変換効率を十分に向上することが困難であるという問題がある。【０００７】
本発明は、係る点に鑑みてなされたものであり、その目的は、裏面接合型の太陽電池において、変換効率を向上することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る太陽電池は、太陽電池基板と、ｐ側電極と、ｎ側電極とを備えている。太陽電池基板は、ｐ型表面及びｎ型表面が露出している主面を有する。ｐ側電極は、第１の線状部を含む。第１の線状部は、ｐ型表面の上に形成されている。第１の線状部は、第１の方向に沿って線状に延びている。ｎ側電極は、第２の線状部を含む。第２の線状部は、ｎ型表面の上において、第１の方向に沿って線状に延びるように形成されている。第２の線状部は、第１の方向に対して垂直な第２の方向において第１の線状部と隣接している。第１及び第２の線状部の少なくとも一方の先端部の角部がＲ形状に形成されている。【０００９】
本発明に係る太陽電池の製造方法は、ｐ型表面及びｎ型表面が露出している主面を有する太陽電池基板と、ｐ型表面の上に形成されており、第１の方向に沿って線状に延びる第１の線状部を含むｐ側電極と、ｎ型表面の上において、第１の方向に沿って線状に延びるように形成されており、第１の方向に対して垂直な第２の方向において第１の線状部と隣接している第２の線状部を含むｎ側電極とを備え、第１及び第２の線状部の少なくとも一方の先端部の角部がＲ形状に形成されている太陽電池の製造方法に関する。本発明に係る太陽電池の製造方法では、第１及び第２の線状部のうちの、先端部の角部がＲ形状に形成されている線状部を、ｐ型またはｎ型表面の上に設けられており、先端部の角部がＲ形状であるシード層の上にめっき膜を形成することにより得る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、裏面接合型の太陽電池において、変換効率の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。
【図２】図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩにおける略図的断面図である。
【図３】図３は、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩにおける略図的断面図である。
【図４】図４は、図１のＩＶ部分を拡大した略図的平面図である。
【図５】図５は、図１のＶ部分を拡大した略図的平面図である。
【図６】図６は、比較例に係る太陽電池の略図的平面図である。図６に示す比較例おいて、第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照している。
【図７】図７は、図６の線ＶＩＩ−ＶＩＩ部分を拡大した略図的平面図である。
【図８】図８は、第２の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
【図９】図９は、第３の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を実施した好ましい形態について、図１に示す太陽電池１を例に挙げて説明する。但し、太陽電池１は、単なる例示である。本発明は、太陽電池１に何ら限定されない。
【００１３】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものである。図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００１４】
図１〜図３に示すように、太陽電池１は、太陽電池基板１０を備えている。太陽電池基板１０は、第１の主面としての裏面１０ａと、第２の主面としての受光面１０ｂとを有する。裏面１０ａには、ｐ型領域１０ａ１の表面と、ｎ型領域１０ａ２の表面とを有する。
【００１５】
詳細には、本実施形態では、太陽電池基板１０は、半導体基板１５と、ｎ型半導体層１４ｎと、ｐ型半導体層１４ｐとを備えている。
【００１６】
半導体基板１５は、受光面側の主面において、光を受光することによってキャリアを生成する。ここで、キャリアとは、光が半導体基板１５に吸収されることにより生成される正孔及び電子のことである。半導体基板１５は、ｎ型またはｐ型の導電型を有する結晶性半導体基板により構成されている。結晶性半導体基板の具体例としては、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などの結晶シリコン基板が挙げられる。以下、本実施形態では、半導体基板１５がｎ型の単結晶シリコン基板により構成されている例について説明する。
【００１７】
ｎ型半導体層１４ｎとｐ型半導体層１４ｐとは、半導体基板１５の裏面側の主面の上に形成されている。このｎ型半導体層１４ｎによってｎ型領域１０ａ２が形成されており、ｐ型半導体層１４ｐによってｐ型領域１０ａ１が形成されている。
【００１８】
ｎ型半導体層１４ｎとｐ型半導体層１４ｐとのそれぞれは、くし歯状に形成されている。ｎ型半導体層１４ｎとｐ型半導体層１４ｐとは互いに間挿し合うように形成されている。このため、ｐ型領域１０ａ１とｎ型領域１０ａ２とは、互いに間挿し合うくし歯状に形成されている。
【００１９】
ｎ型半導体層１４ｎは、半導体基板１５の裏面側の主面上に形成されているｎ型非晶質半導体層により構成されている。一方、ｐ型半導体層１４ｐは、半導体基板１５の裏面側の主面上に形成されているｐ型非晶質半導体層により構成されている。尚、半導体基板１５とｎ型非晶質半導体層１４ｎとの間、及び半導体基板１５とｐ型非晶質半導体層１４ｐとの間のそれぞれに、ｉ型非晶質半導体層を介在させてもよい。この場合、ｉ型非晶質半導体層は、例えば、発電に実質的に寄与しない程度の厚みの、水素を含むｉ型のアモルファスシリコン層により構成することができる。
【００２０】
ｐ型非晶質半導体層は、ｐ型のドーパントが添加されており、ｐ型の導電型を有する半導体層である。具体的には、本実施形態では、ｐ型非晶質半導体層は、水素を含むｐ型のアモルファスシリコンからなる。一方、ｎ型非晶質半導体層は、ｎ型のドーパントが添加されており、ｎ型の導電型を有する半導体層である。具体的には、本実施形態では、ｎ型非晶質半導体層は、水素を含むｎ型のアモルファスシリコンからなる。なお、ｐ型及びｎ型の非晶質半導体層の厚みは、特に限定されないが、例えば、２０Å〜５００Å程度とすることができる。
【００２１】
太陽電池基板１０の裏面１０ａの上には、電子を収集するｎ側電極１１と、正孔を収集するｐ側電極１２とが形成されている。ｎ側電極１１は、ｎ型半導体層１４ｎの表面上に形成されている。すなわち、ｎ側電極１１は、ｎ型領域１０ａ２のｎ型表面の上に形成されている。ｎ側電極１１は、線状部としての複数のフィンガー１１ａと、バスバー１１ｂとを有する。複数のフィンガー１１ａのそれぞれは、第１の方向ｙに沿って線状に延びている。複数のフィンガー１１ａは、第１の方向ｙに対して垂直な第２の方向ｘに沿って、所定の間隔を隔てて互いに平行に配列されている。バスバー１１ｂは、複数のフィンガー１１ａの一端部側（ｙ１側）に配置されている。バスバー１１ｂは、方向ｘに沿って線状に延びるように形成されている。このバスバー１１ｂに、複数のフィンガー１１ａのそれぞれのｙ１側端部が接続されている。
【００２２】
ｐ側電極１２は、ｐ型半導体層１４ｐの上に形成されている。すなわち、ｐ側電極１２は、ｐ型領域１０ａ１のｐ型表面の上に形成されている。ｐ側電極１２は、線状部としての複数のフィンガー１２ａと、バスバー１２ｂとを有する。複数のフィンガー１２ａのそれぞれは、方向ｙに沿って線状に延びている。これらの複数のフィンガー１２ａと、上記複数のフィンガー１１ａとは、方向ｘに沿って所定の間隔を隔てて交互に配列されている。すなわち、フィンガー１２ａは、フィンガー１１ａと方向ｘにおいて隣接している。バスバー１２ｂは、複数のフィンガー１２ａの他端部側（ｙ２側）に配置されている。バスバー１２ｂは、方向ｘに沿って線状に延びるように形成されている。このバスバー１２ｂに、複数のフィンガー１２ａのそれぞれのｙ２側端部が接続されている。また、バスバー１２ｂは、複数のフィンガー１１ａの先端部１１ａ１と方向ｙにおいて対向している。一方、上記バスバー１１ｂは、複数のフィンガー１２ａの先端部１２ａ１と方向ｙにおいて対向している。
【００２３】
本実施形態では、フィンガー１１ａ、１２ａの少なくとも一方の先端部１１ａ１，１２ａ１の角部が面取りされた形状、より好ましくはＲ（ｒｏｕｎｄ）形状に形成されている。具体的には、フィンガー１１ａ、１２ａの両方の先端部１１ａ１，１２ａ１の角部が面取りされた形状、より好ましくはＲ形状に形成されている。具体的には、図４及び図５に示すように、フィンガー１１ａ、１２ａの両方の先端部１１ａ１，１２ａ１の角部の曲率半径ｒ１，ｒ２は、フィンガー１１ａ、１２ａの幅Ｗ１，Ｗ２の１／２とされている。従って、フィンガー１１ａ、１２ａの両方の先端部１１ａ１，１２ａ１は、半円状に形成されている。
【００２４】
また、バスバー１１ｂ、１２ｂと、フィンガー１１ａ、１２ａとの接続部に形成されている角部も面取り形状、すなわち辺が直交しない形状、より好ましくはＲ形状に形成されている。具体的には、バスバー１１ｂ、１２ｂのフィンガー１１ａ、１２ａの先端部１１ａ１，１２ａ１との対向部１１ｂ１，１２ｂ１は、先端部１１ａ１，１２ａ１に沿った形状、すなわち、半円状に形成されている。
【００２５】
さらに、図１に示すバスバー１１ｂ、１２ｂの他の角部１１ｂ２，１２ｂ２，１１ｂ３，１２ｂ３もＲ形状に形成されている。すなわち、本実施形態では、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２の角部全てがＲ形状に形成されている。
【００２６】
次に、太陽電池１の製造方法について説明する。
【００２７】
まず、太陽電池基板１０を用意する。太陽電池基板１０の作製方法は、特に限定されず、例えば、公知の方法により形成することができる。具体的には、例えば、半導体基板１５の上に、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などによりｎ型半導体層１４ｎ及びｐ型半導体層１４ｐを形成することにより太陽電池基板１０を作製することができる。なお、ｎ型半導体層１４ｎ及びｐ型半導体層１４ｐのパターンは特に限定されないが、ｎ型半導体層１４ｎ及びｐ型半導体層１４ｐのそれぞれは、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２のパターンにあわせて先端部の角部がＲ形状に形成されたパターンを有することが好ましい。このようにすることで、ｎ型半導体層１４ｎ及びｐ型半導体層１４ｐからｎ側電極１１またはｐ側電極１２にキャリアを効率的に収集することができる。
【００２８】
次に、図２及び図３に示すように、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２を形成する。まず、ｎ型半導体層１４ｎ及びｐ型半導体層１４ｐの上に、上述のような形状のｎ側電極１１及びｐ側電極１２と同じ平面形状を有するシード層１７を形成する。すなわち、先端部の角部を含む全ての角部がＲ形状に形成されているシード層１７を形成する。
【００２９】
シード層１７は、シード層１７の上にめっき成長可能なものである限りにおいて特に限定されない。シード層１７は、表層が、ＣｕやＳｎなどからなるものであることが好ましい。具体的には、シード層１７は、例えば、インジウム酸化物などの導電性酸化物により形成されているＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｏｘｉｄｅ）層と、ＣｕやＳｎなどの金属や、これらの金属の一種以上を含む合金からなる金属層との積層体により形成されていることが好ましい。シード層１７の形成方法は、特に限定されない。シード層１７は、例えば、ＣＶＤ法やスパッタリング法或いは蒸着法等により形成することができる。また、シード層１７の厚みは、特に限定されない。シード層１７の厚みは、例えば、１００ｎｍ〜５００ｎｍ程度とすることができる。
【００３０】
次に、シード層１７の上に、例えば電解めっき法などにより、ＣｕやＳｎなどからなるめっき膜１８を形成する。これにより、シード層１７とめっき膜１８との積層体からなるｎ側電極１１及びｐ側電極１２を形成することができる。
【００３１】
ところで、めっき法により形成されるめっき膜の厚みは、めっき膜形成時に印加される電界強度と相関する。めっき膜が形成される部分に印加される電界強度が高いほど、厚いめっき膜１８が形成される。このため、例えば、めっき膜を形成しようとする部分に、印加される電界強度が高い部分と低い部分とが存在すると、めっき膜内に厚みむらが生じることとなる。具体的には、印加される電界強度が高い部分に形成されるめっき膜の厚みは、印加される電界強度が低い部分に形成されるめっき膜の厚みよりも厚くなる。
【００３２】
ここで、例えば、図６に示す比較例に係る太陽電池１００のように、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２の角部がＲ形状に形成されておらず、尖鋭である場合は、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２の角部に電気力線が集中し、高い電界強度の電界が印加されることとなる。このため、図７に示すように、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２の周縁部の厚みｔ４の、中央部の厚みｔ３に対する比（ｔ４／ｔ３）が非常に大きくなる。よって、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２の周縁部が尖鋭に突起することとなり、周縁部の強度が低くなる。従って、フィンガー１１ａの先端部１１ａ１と、フィンガー１２ａの先端部１２ａ１との少なくとも一方が変形し、フィンガー１１ａとフィンガー１２ａとが接触して短絡してしまう場合がある。フィンガー１１ａとフィンガー１２ａとが短絡してしまうと、太陽電池１００の変換効率が低下してしまう。
【００３３】
なお、このフィンガー１１ａとフィンガー１２ａとの短絡を抑制するためには、ｎ側電極１１とｐ側電極１２との間の距離を長くすればよい。しかしながら、この場合は、少数キャリアである正孔がｐ側電極１２に至るまでに再結合し、消失しやすい。従って、太陽電池の変換効率が低下する結果となる。
【００３４】
それに対して、本実施形態では、フィンガー１１ａ、１２ａの先端部１１ａ１，１２ａ１がＲ形状に形成されている。このため、先端部１１ａ１，１２ａ１の周縁部への電気力線の集中を抑制することができる。その結果、図３に示すように、先端部１１ａ１，１２ａ１の中央部と周縁部とにおける厚みむらを小さくすることができる。具体的には、先端部１１ａ１，１２ａ１の中央部の厚みｔ１に対する周縁部の厚みｔ２の比（ｔ２／ｔ１）を小さくすることができる。また、本実施形態では、フィンガー１１ａ、１２ａとバスバー１１ｂ、１２ｂとの接続部の角部もＲ形状に形成されている。よって、フィンガー１１ａ、１２ａとバスバー１１ｂ、１２ｂとの接続部の角部の周縁部における厚みも小さくすることができる。特に本実施形態では、先端部１１ａ１，１２ａ１及びバスバー１１ｂ、１２ｂの先端部１１ａ１，１２ａ１との対向部１１ｂ１，１２ｂ１が半円状に形成されている。このため、先端部１１ａ１，１２ａ１及び対向部１１ｂ１，１２ｂ１の周縁部の厚みをより小さくすることができる。従って、ｎ側電極１１とｐ側電極１２の周縁部の変形により、ｎ側電極１１とｐ側電極１２とが短絡し、太陽電池１の変換効率が低下しにくい。よって、フィンガー１１ａとフィンガー１２ａとの間の間隔も小さくすることができる。従って、少数キャリアである正孔の再結合による消失も抑制でき、より高い変換効率を実現することができる。
【００３５】
また、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２の周縁部の厚みを小さくできるため、周縁部の色調が中央部の色調と異なってしまう外観不良の発生も抑制することができる。
【００３６】
さらに、ｎ側電極１１及びｐ側電極１２における電気抵抗値のばらつきを小さくすることができる。従って、発電時におけるｎ側電極１１及びｐ側電極１２の特定箇所への電界集中を抑制することができる。
【００３７】
なお、上記効果は、先端部１１ａ１，１２ａ１や対向部１１ｂ１，１２ｂ１の角部が、Ｒ形状に形成されている場合であれば得られる効果である。但し、上記効果がより好適に奏されるようにする観点からは、先端部１１ａ１，１２ａ１や対向部１１ｂ１，１２ｂ１の角部の曲率半径は、フィンガー１１ａ、１２ａの幅の１倍〜１／２倍の範囲内であることが好ましく、３／４倍〜１／２倍の範囲内であることがより好ましい。また、先端部１１ａ１，１２ａ１や対向部１１ｂ１，１２ｂ１の角部の曲率半径は、中央部におけるめっき膜１８の厚みに対する周縁部におけるめっき膜の厚みの比が、１．２以下となるように設定することが好ましく、１以下となるように設定することがより好ましい。
【００３８】
以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の機能で参照し、説明を省略する。
【００３９】
（第２の実施形態）
図８は、第２の実施形態に係る太陽電池の略図的断面図である。
【００４０】
上記第１の実施形態では、半導体基板１５と、ｎ型半導体層１４ｎと、ｐ型半導体層１４ｐとにより太陽電池基板１０が構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図８に示すように、一の主面にｎ型のドーパントが熱拡散したｎ＋型の熱拡散領域１５ｎと、ｐ型のドーパントが熱拡散したｐ型の熱拡散領域１５ｐとが形成されたｎ型結晶性半導体基板１５により太陽電池基板１０が構成されていてもよい。
【００４１】
（第３の実施形態）
図９は、第３の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。
【００４２】
上記第１の実施形態では、ｎ側電極１１とｐ側電極１２とのそれぞれが、複数のフィンガー１１ａ、１２ａと、バスバー１１ｂ、１２ｂとにより構成されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図９に示すように、ｎ側電極１１とｐ側電極１２とのそれぞれは、バスバーを有さず、複数のフィンガー１１ａ、１２ａにより構成されていてもよい。
【００４３】
（その他の変形例）
上記第１の実施形態では、ｎ側電極１１とｐ側電極１２とのそれぞれの全ての角部がＲ形状に形成されている場合について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、フィンガー１１ａ、１２ａの先端部１１ａ１，１２ａ１の角部のみが面取りされた形状に形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１…太陽電池
１０…太陽電池基板
１０ａ…裏面
１０ａ１…ｐ型領域
１０ａ２…ｎ型領域
１０ｂ…受光面
１１…ｎ側電極
１２…ｐ側電極
１１ａ、１２ａ…フィンガー
１１ｂ、１２ｂ…バスバー
１４ｎ…ｎ型半導体層
１４ｐ…ｐ型半導体層
１５…半導体基板
１７…シード層
１８…めっき膜
【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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