(57)【要約】  高い形状精度の電極を備える太陽電池を提供する。  太陽電池１０は、光電変換部１０ａと、電極２１とを備える。光電変換部１０ａは、凹凸構造が設けられた主面１０ａ１を有する。電極２１は、主面１０ａ１の上に配されている。電極２１は、第１の導電材４１、第２の導電材４２及び樹脂４３を含む。第２の導電材４２は、第１の導電材４１よりもアスペクト比が大きな扁平状である。電極において、第２の導電材４２の体積含有量が、第１の導電材４１の体積含有量よりも多い。凹凸構造には、第１の導電材４１の平均粒子径よりも大きく、かつ、第２の導電材４２の平均長径よりも小さな凹凸構造が含まれる。
2013140597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
凹凸構造が設けられた主面を有する光電変換部と、
前記主面の上に配されており、第１の導電材、第２の導電材及び樹脂を含む電極と、
を備え、
前記第２の導電材は、前記第１の導電材よりも、平均厚みに対する長径の比（（長径）／（平均厚み））であるアスペクト比が大きな扁平状であり、
前記電極において、前記第２の導電材の体積含有量が、前記第１の導電材の体積含有量よりも多く、
前記凹凸構造には、前記第１の導電材の平均粒子径よりも大きく、かつ、前記第２の導電材の平均長径よりも小さな凹凸構造が含まれる、太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池であって、
前記電極において、前記第２の導電材の体積含有量が、前記第１の導電材の体積含有量の１．２倍以上である、太陽電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池であって、
前記凹凸構造には、前記第１の導電材の平均粒子径の３倍以上であり、かつ、前記第２の導電材の平均長径の２倍以下である凹凸構造が含まれる、太陽電池。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池であって、
前記第１の導電材のアスペクト比が、１〜３の範囲内にあり、
前記第２の導電材のアスペクト比が、５〜２０の範囲内にある、太陽電池。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池であって、
前記第１の導電材の主成分と、前記第２の導電材の主成分とが共通している、太陽電池。
【請求項６】
太陽電池と、
前記太陽電池の一方側に配された第１の保護部材と、
前記太陽電池の他方側に配された第２の保護部材と、
前記第１の保護部材と前記第２の保護部材との間に配されており、
前記太陽電池を封止している封止材と、
を備え、
前記太陽電池が、
凹凸構造が設けられた主面を有する光電変換部と、
前記主面の上に配されており、第１の導電材、第２の導電材及び樹脂を含む電極と、
を有し、
前記第２の導電材は、前記第１の導電材よりも、平均厚みに対する長径の比（（長径）／（平均厚み））であるアスペクト比が大きな扁平状であり、
前記電極において、前記第２の導電材の体積含有量が、前記第１の導電材の体積含有量よりも多く、
前記凹凸構造には、前記第１の導電材の平均粒子径よりも大きく、かつ、前記第２の導電材の平均長径よりも小さな凹凸構造が含まれる、太陽電池モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の太陽電池モジュールであって、
前記第１及び第２の保護部材の少なくとも一方が、樹脂シートにより構成されている、太陽電池モジュール。
【請求項８】
第１の導電材、第２の導電材及び樹脂を含み、前記第２の導電材が、前記第１の導電材よりも、平均厚みに対する長径の比（（長径）／（平均厚み））であるアスペクト比が大きな扁平状であり、前記第２の導電材の体積含有量が、前記第１の導電材の体積含有量よりも多いペーストを用意し、
前記第１の導電材の平均粒子径よりも大きく、かつ、前記第２の導電材の平均長径よりも小さな凹凸構造が設けられた主面を有する光電変換部の前記主面の上に、前記ペーストを塗布することにより、前記第１の導電材、前記第２の導電材及び前記樹脂を含む電極を形成する、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、太陽電池、太陽電池モジュール及び太陽電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、太陽電池の電極の形成に関し、光電変換部のテクスチャ構造を有する表面上に導電性ペーストを塗布することにより電極を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−７６３９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
太陽電池の電極の形状精度を改善したいという要望がある。【０００５】
本発明は、高い形状精度の電極を備える太陽電池を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、電極とを備える。光電変換部は、凹凸構造が設けられた主面を有する。電極は、前記主面の上に配されている。電極は、第１の導電材、第２の導電材及び樹脂を含む。第２の導電材は、第１の導電材よりも、平均厚みに対する長径の比（（長径）／（平均厚み））であるアスペクト比が大きな扁平状である。電極において、第２の導電材の体積含有量が、第１の導電材の体積含有量よりも多い。凹凸構造には、第１の導電材の平均粒子径よりも大きく、かつ、第２の導電材の平均長径よりも小さな凹凸構造が含まれる。【０００７】
本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽電池と、第１の保護部材と、第２の保護部材と、封止材とを備える。第１の保護部材は、太陽電池の一方側に配されている。第２の保護部材は、太陽電池の他方側に配されている。封止材は、第１の保護部材と第２の保護部材との間に配されている。封止材は、太陽電池を封止している。太陽電池は、光電変換部と、電極とを有する。光電変換部は、凹凸構造が設けられた主面を有する。電極は、主面の上に配されている。電極は、第１の導電材、第２の導電材及び樹脂を含む。第２の導電材は、第１の導電材よりも、平均厚みに対する長径の比（（長径）／（平均厚み））であるアスペクト比が大きな扁平状である。電極において、第２の導電材の体積含有量が、第１の導電材の体積含有量よりも多い。凹凸構造には、第１の導電材の平均粒子径よりも大きく、かつ、第２の導電材の平均長径よりも小さな凹凸構造が含まれる。【０００８】
本発明に係る太陽電池の製造方法では、第１の導電材、第２の導電材及び樹脂を含み、第２の導電材が、第１の導電材よりも、平均厚みに対する長径の比（（長径）／（平均厚み））であるアスペクト比が大きな扁平状であり、第２の導電材の体積含有量が、第１の導電材の体積含有量よりも多いペーストを用意する。第１の導電材の平均粒子径よりも大きく、かつ、第２の導電材の平均長径よりも小さな凹凸構造が設けられた主面を有する光電変換部の主面の上に、ペーストを塗布することにより、第１の導電材、第２の導電材及び樹脂を含む電極を形成する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高い形状精度の電極を備える太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態における太陽電池の略図的平面図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態における太陽電池の略図的裏面図である。
【図４】図４は、図２の線ＩＶ−ＩＶにおける模式的断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００１２】
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り、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。
【００１３】
図１に示されるように、太陽電池モジュール１は、配線材１１により電気的に接続された複数の太陽電池１０を有する。もっとも、太陽電池モジュールは、ひとつの太陽電池のみを有していてもよい。
【００１４】
太陽電池１０は、光電変換部１０ａを有する。光電変換部１０ａは、受光した際に電子や正孔などのキャリアを生成させる。光電変換部１０ａは、一主面１０ａ１において受光した際にのみキャリアを発生させるものであってもよい。光電変換部１０ａは、一主面１０ａ１において受光した際のみならず、他主面１０ａ２において受光した際にも発電するものであってもよい。光電変換部１０ａは、例えば、半導体材料からなる基板を有するものであってもよい。具体的には、光電変換部１０ａは、例えば、結晶シリコン板と、結晶シリコン板の上に配されたｐ型半導体層及びｎ型半導体層とを有していてもよい。光電変換部１０ａは、表面に露出したｐ型ドーパント拡散領域とｎ型ドーパント拡散領域とを有する結晶シリコン板により構成されていてもよい。
【００１５】
図４に示されるように、光電変換部１０ａの主面１０ａ１，１０ａ２の少なくとも一方には、テクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が設けられている。具体的には、主面１０ａ１，１０ａ２の両方にテクスチャ構造と呼ばれる凹凸構造が設けられている。ここで、「テクスチャ構造」とは、表面反射を抑制し、光電変換部の光吸収量を増大させるために形成されている凹凸構造のことをいう。テクスチャ構造の具体例としては、（１００）面を有する単結晶シリコン基板の表面に異方性エッチングを施すことによって得られるピラミッド状（四角錐状や、四角錐台状）の凹凸構造が挙げられる。
【００１６】
テクスチャ構造の大きさ（隣接する頂部間の距離）は、例えば、１μｍ〜２０μｍ程度であり、３μｍ〜１０μｍであることがより好ましい。もっとも、テクスチャ構造を構成している複数の凸部の大きさは必ずしも均一ではない。テクスチャ構造を構成している複数の凸部には、上記好ましい範囲に属さない大きさの凸部が含まれていてもよい。
【００１７】
光電変換部１０ａの上には、第１及び第２の電極２１，２２が配されている。具体的には、第１の電極２１は、主面１０ａ１の上に配されている。第２の電極２２は、主面１０ａ２の上に配されている。これら第１及び第２の電極２１，２２のうちの一方が、多数キャリアを収集する電極であり、他方が、少数キャリアを収集する電極である。
【００１８】
第１の電極２１は、複数のフィンガー部２１ａと、バスバー部２１ｂとを有する。複数のフィンガー部２１ａは、ｘ軸方向に沿って相互に間隔をおいて配されている。複数のフィンガー部２１ａは、バスバー部２１ｂに電気的に接続されている。第１の電極２１は、主としてこのバスバー部２１ｂにおいて配線材１１に電気的に接続されている。
【００１９】
第２の電極２２は、複数のフィンガー部２２ａと、バスバー部２２ｂとを有する。複数のフィンガー部２２ａは、ｘ軸方向に沿って相互に間隔をおいて配されている。複数のフィンガー部２２ａは、バスバー部２２ｂに電気的に接続されている。第２の電極２２は、主としてこのバスバー部２２ｂにおいて配線材１１に電気的に接続されている。
【００２０】
第１の電極２１と主面１０ａ１との間には、透明導電性酸化物層３１が配されている。透明導電性酸化物層３１は、主面１０ａ１の実質的に全体を覆うように配されている。第２の電極２２と主面１０ａ２との間には、透明導電性酸化物層３２が配されている。透明導電性酸化物層３２は、主面１０ａ２の実質的に全体を覆うように配されている。透明導電性酸化物層３１，３２は、それぞれ、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）等により構成することができる。
【００２１】
図４に示されるように、第１及び第２の電極２１，２２は、第１の導電材４１，第２の導電材４２及び樹脂４３を含む。第１の導電材４１は、複数の粒子の凝集体により構成されていてもよい。第１の導電材４１を構成する粒子が凝集体を構成していない場合は、第１の導電材４１は、ひとつの粒子により構成される。従って、この場合は、第１の導電材４１の粒子径は、一次粒子径となる。第１の導電材４１を構成する粒子が凝集体を構成している場合は、第１の導電材４１は、複数の粒子の凝集体により構成される。従って、この場合は、第１の導電材４１の粒子径は、二次粒子径となる。第１の導電材の粒子径は、レーザー回折・散乱法により測定することができる。
【００２２】
第２の導電材４２は、扁平状である。第２の導電材４２の平均厚みに対する長径の比（（長径）／（平均厚み））であるアスペクト比は、第１の導電材４１のアスペクト比よりも大きい。第２の導電材４２のアスペクト比は、第１の導電材４１のアスペクト比の３倍以上であることが好ましく、５倍以上であることがより好ましい。具体的には、第１の導電材４１のアスペクト比は、１〜３であることが好ましく、１〜２であることがより好ましい。
【００２３】
第２の導電材４２の体積含有量は、第１の導電材４１の体積含有量よりも多い。第２の導電材４２の体積含有量は、第１の導電材４１の体積含有量の１．２倍以上であることが好ましく、１．３倍以上であることがより好ましい。具体的には、第１及び第２の電極２１，２２のそれぞれにおける第１の導電材４１の体積含有量は、２５体積％〜４５体積％であることが好ましく、３０体積％〜４０体積％であることがより好ましい。第１及び第２の電極２１，２２のそれぞれにおける第２の導電材４２の体積含有量は、５５体積％〜７５体積％であることが好ましく、６０体積％〜７０体積％であることがより好ましい。
【００２４】
第１の導電材４１の平均粒子径は、０．５μｍ〜３μｍであることが好ましく、０．５μｍ〜２μｍであることがより好ましい。第２の導電材４２の平均長径は、３μｍ〜１０μｍであることが好ましく、５μｍ〜８μｍであることがより好ましい。第２の導電材４２の平均平均厚みは、０．１μｍ〜１．５μｍであることが好ましく、０．３μｍ〜１μｍであることがより好ましい。第２の導電材４２の平均長径及び平均平均厚みは、それぞれ、ＳＥＭ観察することにより測定することができる。
【００２５】
第１の導電材４１と第２の導電材４２とは、それぞれ適宜の導電材料により構成することができる。第１の導電材４１と第２の導電材４２とは、それぞれ、例えば、Ａｇ、Ｃｕ，Ａｕ，Ｐｔ、Ａｌ、Ｎｉ及びＳｎからなる群から選ばれた少なくとも一種の金属により構成することができる。第１の導電材４１の主成分と、第２の導電材４２の主成分とは、共通であることが好ましい。例えば、第１の導電材４１と第２の導電材４２とが、共に、Ａｇをひとつの主成分としていたり、Ａｕをひとつの主成分としていたりすることが好ましい。
【００２６】
図１に示されるように、太陽電池１０の一方側には、第１の保護部材１４が配されている。太陽電池１０の他方側には、第２の保護部材１５が配されている。第１の保護部材１４と第２の保護部材１５との間には、封止材１３が配されている。この封止材１３によって太陽電池１０が封止されている。第１及び第２の保護部材１４，１５の少なくとも一方は、樹脂シートにより構成されている。具体的には、第１及び第２の保護部材１４，１５の少なくとも一方は、金属層や無機酸化物層などのバリア層を含まない樹脂シートからなる。より具体的には、太陽電池１０の受光面側に位置する第１の保護部材１４は、ガラス板、セラミック板または樹脂板により構成されている。太陽電池１０の裏面側に位置する第２の保護部材１５は、金属層や無機酸化物層などのバリア層を含まない樹脂シートからなる。封止材１３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体などの架橋性樹脂や、ポリオレフィンなどの非架橋性樹脂により構成することができる。
【００２７】
第１及び第２の電極２１，２２は、それぞれ、例えば以下の要領で形成することができる。すなわち、第１の導電材４１と第２の導電材４２と、樹脂４３とを含む導電性ペーストを用意する。この導電性ペーストにおいて、第２の導電材４２の体積含有量は、第１の導電材４１の体積含有量よりも多い。次に、光電変換部１０ａの上に、導電性ペーストを塗布し、樹脂４３を硬化させることにより第１及び第２の電極２１，２２を形成することができる。
【００２８】
例えば、導電性ペーストに含まれる導電材の粒子径が凹凸構造のピッチよりも小さな場合には、塗布された導電性ペーストの樹脂と共に、導電材が凹凸構造の谷部を伝って広がっていきやすい。このため、導電性ペーストを高い形状精度で塗布することが困難である。よって、高い形状精度を有する電極を形成することが困難である。
【００２９】
ここで、第２の導電材４２は、扁平状である。凹凸構造には、第２の導電材４２の長径よりも小さな（狭ピッチな）凹凸構造が含まれている。このため、第２の導電材４２は、凹凸構造の谷部を伝って広がりにくい。この広がりにくい第２の導電材４２が第１の導電材よりも高い体積含有量で含まれている。従って、高い形状精度を有する電極２１，２２を得ることができる。
【００３０】
例えば、導電性ペーストの粘度を高めることによっても、導電性ペーストの濡れ拡がりを抑制することができる。しかしながら、導電性ペーストの粘度が高いと、導電性ペーストの塗布が困難となる。従って、導電性ペーストの粘度が高いと、得られる電極の形状精度が低くなる場合がある。第２の導電材４２が扁平状であり、凹凸構造に、第２の導電材４２の長径よりも小さな（狭ピッチな）凹凸構造が含まれる場合は、導電性ペーストの粘度が低くても、導電性ペーストがぬれ広がりにくい。よって、高い形状精度を有する電極２１，２２を得ることができる。
【００３１】
例えば、電極に、大きなアスペクト比を有する第２の導電材のみが含まれている場合は、第２の導電材が凹凸構造に入りにくいため、電極と光電変換部または透明導電性酸化物層との界面における電気抵抗が高くなる場合がある。太陽電池モジュール１では、電極２１，２２には、第２の導電材４２と共に、第１の導電材４１が含まれている。凹凸構造には、第１の導電材４１の平均粒子径よりも大きな凹凸構造が含まれる。このため、電極２１，２２と透明導電性酸化物層３１，３２との界面における電気抵抗が低い。よって、改善された光電変換効率を実現することができる。
【００３２】
光電変換効率をさらに改善すると共に、より高い形状精度を有する電極２１，２２を得る観点からは、光電変換部１０ａの主面１０ａ１，１０ａ２の少なくとも一方に設けられた凹凸構造の半数以上、より好ましくは実質的にすべてが、第１の導電材４１の平均粒子径よりも大きく、かつ、第２の導電材４２の平均長径よりも小さいことが好ましい。凹凸構造には、第１の導電材４１の平均粒子径の３倍以上であり、かつ、第２の導電材４２の平均長径の２倍以下である凹凸構造が含まれることが好ましい。凹凸構造には、第１の導電材４１の平均粒子径の５倍以上であり、かつ、第２の導電材４２の平均長径の１．５倍以下である凹凸構造が含まれることがより好ましい。凹凸構造の半数以上、より好ましくは実質的にすべてが、第１の導電材４１の平均粒子径の３倍以上であり、かつ、第２の導電材４２の平均長径の２倍以下であることが好ましく、第１の導電材４１の平均粒子径の５倍以上であり、かつ、第２の導電材４２の平均長径の１．５倍以下であることがより好ましい。
【００３３】
ところで、例えば、第１及び第２の保護部材１４，１５の少なくとも一方が樹脂シートにより構成されており、バリア層を含まない場合、樹脂シートを経由して封止材１３中に水分が浸入しやすい。封止材１３中に浸入した水分が電極２１，２２に達すると、電極２１，２２中の樹脂４３が劣化する。その結果、電極２１，２２と透明導電性酸化物層３１，３２との界面における電気抵抗が高くなり、光電変換効率が劣化しやすい。太陽電池モジュール１では、電極２１，２２が扁平状の第２の導電材４２を含んでいるため、電極２１，２２中における、単位長さ当たりに存在する導電材４１，４２の数が少ない。このため、電極２１，２２中における、単位長さ当たりに存在する導電材間の隙間の数も少ない。よって、導電材間の隙間に位置する樹脂４３の電気抵抗が上昇したとしても、電極２１，２２の接触抵抗などの電気抵抗が上昇しにくい。従って、太陽電池モジュール１の出力特性が低下しにくい。すなわち、アスペクト比が相対的に高い扁平状の第２の導電材４２を体積割合で第１の導電材４１よりも多くすることにより、太陽電池モジュール１の耐湿性を改善することができる。
【００３４】
（変形例）
電極は、光電変換部の直上に配されていてもよい。すなわち、電極と光電変換部との間に透明導電性酸化物層が配されていなくてもよい。電極は、面状に設けられていてもよい。太陽電池は、裏面接合型の太陽電池であってもよい。
【符号の説明】
【００３５】
１…太陽電池モジュール
１０…太陽電池
１０ａ…光電変換部
１０ａ１，１０ａ２…主面
１１…配線材
１３…封止材
１４…第１の保護部材
１５…第２の保護部材
２１…第１の電極
２２…第２の電極
３１，３２…透明導電性酸化物層
４１…第１の導電材
４２…第２の導電材
４３…樹脂
【図１】
2013140597.tif 000003
【図２】
2013140597.tif 000004
【図３】
2013140597.tif 000005
【図４】
2013140597.tif 000006
【国際調査報告】
2013140597.tif 000007
2013140597.tif 000008
2013140597.tif 000009
2013140597.tif 000010