(57)【要約】【課題】太陽電池素子の裏側電極や裏側電極とインナーリードの半田接合部の亀裂、剥がれによる出力低下を低減させた信頼性の高い太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】半導体基板１と、この半導体基板１の一主面側の略全面に設けられ、所定位置に複数の開口部を有する集電極６と、複数の開口部９を覆い隠すように、この集電極６に接続されたバスバー電極５ａとを備えた太陽電池素子１０と、バスバー電極を被覆する半田７と、半田７を介してバスバー電極５ａに接続されるとともに、複数の開口部９の位置を通るように設けられた細長形状のインナーリード８と、を具備して成り、インナーリード８の長手方向に対して略直交し、開口部９を通る平面でこの太陽電池素子１０を切断したときに、開口部９の半導体基板側の幅Ｌ１と、バスバー電極５ａの幅Ｌ２とが、１．７≦Ｌ２／Ｌ１≦３．１となるようにしている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板と、この半導体基板の一主面側の略全面に設けられ、所定位置に複数の開口部を有する集電極と、前記複数の開口部を覆い隠すように、この集電極に接続された出力取出用のバスバー電極と、を備えた太陽電池素子と、
前記バスバー電極を被覆する半田と、
前記複数の開口部の上部を通るように設けられ、かつ前記半田を介して前記バスバー電極に接続された細長形状のインナーリードと、を具備して成る太陽電池モジュールであって、
前記インナーリードの長手方向に対して略直交し、前記開口部を通る平面で切断した断面形状において、前記開口部の前記半導体基板側の幅Ｌ１と、前記バスバー電極の幅Ｌ２とが、１．７≦Ｌ２／Ｌ１≦３．１となるようにした太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記バスバー電極は、前記複数の開口部を覆い隠すとともに、これらの開口部に対応する位置に設けられた複数の個別電極と、これらの個別電極同士を前記開口部以外の位置で接続する共通電極と、を備えた請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記個別電極は、前記インナーリードの長手方向における幅が４ｍｍ以上２０ｍｍ未満である請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記個別電極は、前記インナーリードの長手方向における幅が４ｍｍ未満であり、このインナーリードが設けられる位置に、隣接する個別電極同士を相互に接続するバイパス電極が設けられた請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記個別電極の端縁部は、前記開口部の端縁部と重ね合わされるとともに、前記インナーリードと略直交する方向における両側の重なり部の合計が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項２乃至請求項４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記個別電極の端縁部は、前記開口部の端縁部と重ね合わされるとともに、前記インナーリードの長手方向における両側の重なり部の合計が０．２５ｍｍ以上２０ｍｍ以下である請求項２乃至請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記インナーリードの幅Ｌ３と、前記開口部の前記半導体基板側の幅Ｌ１とが、０．３≦Ｌ３／Ｌ１≦０．７である請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記半田は、前記インナーリードと前記バスバー電極とを接続する箇所の厚みが２５μｍ以上１００μｍ以下である請求項１乃至請求項７のいずれか一項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、シリコン等を用いて形成された太陽電池素子の複数個を互いに配線した太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子３０の一般的な構造を図７に示す。図７（ａ）は従来の太陽電池素子を示す断面構造図、図７（ｂ）は従来の太陽電池素子の表側を示す上視図、図７（ｃ）は裏側を示す下視図である。
【０００３】
図中、２１は一導電型を示す半導体基板であるシリコン基板（例えばボロン原子がドープされてＰ型を呈する）、２２はシリコン基板２１の受光面（表面）部分にリン原子が高濃度に拡散されＮ型の導電型を呈する拡散領域、２３は、例えばプラズマＣＶＤ法によって設けられた窒化シリコンの反射防止膜、２４は表側電極、２５、２６は裏側電極であり、それぞれ裏面から出力を取り出すためのバスバー電極２５と光キャリアを集電するための集電極２６とを含んでなる。表側電極２４は、図７（ｂ）に示すように、表側のバスバー電極２４ａと、このバスバー電極２４ａと略直交するフィンガー電極２４ｂとを含んで構成され、主成分として銀を含む金属ペーストを印刷・焼成して得られる。
【０００４】
裏側電極のうち、集電極２６は、主成分としてアルミニウムを含む金属ペーストを印刷・焼成して得られ、一般にこれがシリコンに焼き付けられた際には裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐ裏面電界領域としての効果があることも知られている。また、裏側電極のうち、バスバー電極２５は裏面から出力を取り出す機能を有し、表側電極２４と同様に、主成分として銀を含む金属ペーストを印刷・焼成して得られる。なお、バスバー電極２５と集電極２６とは相互に電気的伝導を保つために、互いの一部分を重ねて形成されることが多い。
【０００５】
なお、このようにして形成された太陽電池素子３０は、通常、太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、一般的に複数の太陽電池素子を直並列に接続した太陽電池モジュールとして用いられる。そして、さらにこの太陽電池モジュールを複数枚組み合わせることによって、実用的な電気出力が取り出せるように構成される。
【０００６】
図８（ａ）に一般的な太陽電池モジュールの構造を示す。複数の太陽電池素子３０は、インナーリード２８によって電気的に接続され、透光性パネル３１と裏面保護材３３の間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材３２で気密に封入されて、太陽電池モジュール３６を構成している。太陽電池モジュール３６の出力は、出力配線３４を経て端子ボックス３５に接続されている。
【０００７】
インナーリード２８は、例えば、銅箔を主体としその表面に半田がコートされた導電性の材質からなる。これを所定の長さに切断し、太陽電池素子の出力取出電極である表側電極のバスバー電極２４ａと、隣接する太陽電池素子の裏側のバスバー電極２５に半田付けして用いる。
【０００８】
このとき、あらかじめ太陽電池素子３０を半田槽などに浸漬して引き上げるディップ引き上げ法や半田の噴流中に浸漬する噴流法などによって、半田との濡れ性の良好な銀を主成分とする表側電極２４と、裏側電極のバスバー電極２５に半田の被覆を形成しておくことによって、インナーリード２８との半田付けが容易になるため、従来から広く行われている。
【特許文献１】特開平１０−３３５２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上述のような構造を有する太陽電池素子の裏面側において、アルミニウムを主成分とする集電極２６と銀を主成分とするバスバー電極２５との間に合金が形成されて、半田が付着しづらかったり、厚くなりすぎて割れたりする場合があった。
【００１０】
これに対して、特許文献１には、アルミニウムの集電極２６に開口部を設けて形成し、その後、銀のバスバー電極２５を一部が重なるように形成することによってこの問題の解決を図った例が記載されている。しかしながら、このような太陽電池素子を用いて形成した太陽電池モジュールにおいて、裏側電極のバスバー電極２５の亀裂や剥がれ、また、接合した半田２７の剥がれ、亀裂が発生し出力低下する問題があった。
【００１１】
本発明はこのような従来の問題に鑑みてなされたものであり、裏側電極の亀裂、剥がれ、裏側電極とインナーリードの半田接合部の剥がれ、亀裂発生による出力低下を低減させた信頼性の高い太陽電池モジュール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】
【００１２】
上記目的を達成するために、発明者は、鋭意検討を行ったところ、次のような事実を知見した。図８に従来の太陽電池モジュールの裏側電極部の断面の部分拡大図を示す。なお、この断面は、インナーリード２８に対して略直交する平面で切断した位置である。
【００１３】
特許文献１に記載された構造によれば、アルミニウムの集電極２６に設けられた開口部２９の上にバスバー電極２５がその端縁部を重ね合わせて形成されている。このバスバー電極２５上にインナーリード２８を半田２７によって半田付けして接合した場合、バスバー電極２５と集電極２６の境界部に半田メニスカスの端部２７ａが形成される。発明者が行ったシミュレーションによれば、温度サイクルの熱ストレスによって、この半田メニスカスの端部２７ａに高い応力が発生することがわかった。その結果、バスバー電極２５や半田２７の接合部の亀裂・剥がれが発生し出力低下するものと推測される。
【００１４】
発明者は以上の結論から着想を得て、実験を繰り返し行い、以下に示す本発明の構成に到達した。即ち、本発明の太陽電池モジュールは、半導体基板と、この半導体基板の一主面側の略全面に設けられ、所定位置に複数の開口部を有する集電極と、前記複数の開口部を覆い隠すように、この集電極に接続された出力取出用のバスバー電極と、を備えた太陽電池素子と、前記バスバー電極を被覆する半田と、前記複数の開口部の上部を通るように設けられ、かつ前記半田を介して前記バスバー電極に接続された細長形状のインナーリードと、を具備して成る太陽電池モジュールであって、前記インナーリードの長手方向に対して略直交し、前記開口部を通る平面で切断した断面形状において、前記開口部の前記半導体基板側の幅Ｌ１と、前記バスバー電極の幅Ｌ２とが、１．７≦Ｌ２／Ｌ１≦３．１となるようにした。
【００１５】
また、前記バスバー電極は、前記複数の開口部を覆い隠すとともに、これらの開口部に対応する位置に設けられた複数の個別電極と、これらの個別電極同士を前記開口部以外の位置で接続する共通電極と、を備えるようにした。
【００１６】
さらに、前記個別電極は、前記インナーリードの長手方向における幅が４ｍｍ以上２０ｍｍ未満となるようにした。
【００１７】
そして、前記個別電極は、前記インナーリードの長手方向における幅が４ｍｍ未満であり、このインナーリードが設けられる位置に、隣接する個別電極同士を相互に接続するバイパス電極が設けられるようにした。
【００１８】
また、前記個別電極の端縁部は、前記開口部の端縁部と重ね合わされるとともに、前記インナーリードと略直交する方向における両側の重なり部の合計が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下となるようにした。
【００１９】
さらに、前記個別電極の端縁部は、前記開口部の端縁部と重ね合わされるとともに、前記インナーリードの長手方向における両側の重なり部の合計が０．２５ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるようにした。
【００２０】
そして、前記インナーリードの幅Ｌ３と、前記開口部の前記半導体基板側の幅Ｌ１とが、０．３≦Ｌ３／Ｌ１≦０．７となるようにした。
【００２１】
また、前記半田は、前記インナーリードと前記バスバー電極とを接続する箇所の厚みが２５μｍ以上１００μｍ以下となるようにした。
【発明の効果】
【００２２】
以上のように、本発明の太陽電池モジュールによれば、半導体基板と、この半導体基板の一主面側の略全面に設けられ、所定位置に複数の開口部を有する集電極と、前記複数の開口部を覆い隠すように、この集電極に接続された出力取出用のバスバー電極と、を備えた太陽電池素子と、前記バスバー電極を被覆する半田と、前記複数の開口部の上部を通るように設けられ、かつ前記半田を介して前記バスバー電極に接続された細長形状のインナーリードと、を具備して成る太陽電池モジュールであって、前記インナーリードの長手方向に対して略直交し、前記開口部を通る平面で切断した断面形状において、前記開口部の前記半導体基板側の幅Ｌ１と、前記バスバー電極の幅Ｌ２とが、１．７≦Ｌ２／Ｌ１≦３．１となるようにした。
【００２３】
このような構成とすることによって、バスバー電極の周辺部と集電極上との重なり部が長くなり、バスバー電極に半田が濡れ広がりやすくなる。半田が濡れ広がることによって、バスバー電極にインナーリードを半田接合したときの半田メニスカス部の端部の角度をより小さくすることが可能となる。その結果、半田によってバスバー電極と集電極との重なり部分にかかっていた応力集中を緩和させることができるから、裏側電極や半田接合部の亀裂・剥がれによる出力低下を低減させ、高い信頼性の太陽電池モジュールとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。
【００２５】
図５（ａ）に本発明の太陽電池モジュールに係る太陽電池素子の断面構造図、図５（ｂ）は本発明に係る太陽電池素子の表側電極の一例を示す上視図である。
【００２６】
また、図１は、本発明の太陽電池モジュールにおける特徴部分である、裏側電極の構成を示すものであり、図１（ａ）は本発明に係る太陽電池素子の裏側電極の一例を示す下視図、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＸ−Ｘ線矢視方向における裏側電極の断面の部分拡大図を示す。なお、図１は説明のためインナーリードを接続した態様で記載している。
【００２７】
まず、図５を用いて、本発明に係る太陽電池素子の基本構造を説明する。基本的には、図７で説明した従来の太陽電池素子の構造と同じである。
【００２８】
図中、１は、例えばｐ型シリコンの半導体基板、２はシリコン基板１の表面側にリン原子等が高濃度に拡散され、シリコン基板１との間にｐｎ接合を形成した逆導電型の拡散領域、３は窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる反射防止膜である。さらに、シリコン基板１の表面側には表側電極４を設けるとともに、裏面側にはアルミニウム等のｐ型半導体不純物を多量に含んだｐ＋領域である裏面電界領域と、アルミニウムからなる集電極６、銀を主成分とするバスバー電極５とを設けている。
【００２９】
シリコン基板１は単結晶もしくは多結晶であり、一主面である受光面（表面）と、他の一主面である非受光面（裏面）とを備えている。この基板はｐ型、ｎ型いずれでもよい。単結晶シリコンの場合は引き上げ法等によって形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法等によって形成される。多結晶シリコンは、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して、３００μｍ程度の厚みにスライスして、シリコン基板となる。なお、以下の説明は、入手が容易であり太陽電池としての製造方法も確立しているホウ素をドープしたｐ型の多結晶のシリコン基板１を用いた例によって行う。
【００３０】
シリコン基板１の表面側には、シリコン基板１の導電型と逆の導電型を有する半導体不純物、例えばリン等が高濃度に拡散された逆導電型の拡散領域２が形成され、シリコン基板１との間にｐｎ接合を形成している。また、シリコン基板１の表面側には反射防止膜３、表側電極４が設けられている。
【００３１】
表側電極４は、図５（ｂ）に示されるように、格子状に形成されるのが一般的であり、例えば、図に示すようにバスバー電極４ａと、このバスバー電極４ａと略直交するフィンガー電極４ｂとを含んで構成されている。このような表側電極４は、スクリーン印刷法等により銀ペースト等を塗布した後、焼成して形成される。また、表側電極４は反射防止膜３の電極に相当する部分をエッチング除去して、この部分に表側電極４を形成する場合と、もしくは反射防止膜３の上から直接、表側電極４を焼き付けて形成する場合とがある。
【００３２】
シリコン基板１の裏面側には、ｐ型を呈するシリコン基板１の不純物（ホウ素）と同じ導電型を有する半導体不純物、例えばアルミニウムが高濃度に拡散された裏面電界領域と主にアルミニウムを主成分とする集電極６と、銀を主成分とするバスバー電極５が設けられている。なお、本発明に係る太陽電池素子は、これらの裏側電極の構成に特徴を有しているが、詳細については後述する。
【００３３】
このような裏側電極のうち、集電極６は、スクリーン印刷法等によりアルミニウム粉末を含んだ金属ペーストをシリコン基板１の裏側の略全面に後述する所定の開口部を除いて塗布形成した後、７００〜８００℃で焼成することにより、シリコンのシリコン基板１のシリコンにアルミニウムが拡散して、ｐ型半導体不純物を多量に含んだｐ＋領域である裏面電界領域と同時に、シリコンと未反応のアルミニウム等を主体とする集電極６が形成される。裏面電界領域は、これは光の照射により基板内部で発生したキャリアの収集効率を向上させるための電界を形成するものであり、発生したキャリアが裏面で再結合することを防ぎ、太陽電池素子の変換効率を向上させたり、長波長側の感度を向上させたりする効果を有する。
【００３４】
次に、集電極６を形成するアルミニウムより半田濡れ性のよい、例えば銀粉末を含んだ金属ペーストを印刷、焼成してバスバー電極５を形成し、後述するインナーリード８との接続に用いる。
【００３５】
このようにして作製された太陽電池素子１０において、銀を主成分とする表側電極４、裏側電極のバスバー電極５の表面には、銀の酸化を防止して接続性をよくするために、半田が被覆される。半田を被覆するためには、例えば、太陽電池素子１０を半田槽などに浸漬して引き上げるディップ引き上げ法や半田の噴流中に浸漬する噴流法などによって形成することができる。なお、太陽電池素子１０は、半田ディップする前に酸洗浄を行い洗浄してからフラックスに浸漬し、その後ディップ引き上げ法により、半田槽の半田液に浸漬を行った後、引き上げる。半田としては、一般的に最もよく使われる鉛を含有するＳｎ−Ｐｂ系の他、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ｂｉ−Ａｇ系などのいわゆる鉛フリー半田を用いることができる。
【００３６】
なお、通常、一枚の太陽電池素子では発生する電気出力が小さいため、複数枚の太陽電池素子を直並列に接続して太陽電池モジュールを構成し、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。これは、太陽電池の負荷の使用目的に応じて組み合わされ、破損から保護するために太陽電池素子を樹脂、ガラス等で封止してモジュール化されたものである。
【００３７】
本発明の太陽電池モジュールの一例について、図６を用いて説明する。この図は従来の一般的な太陽電池モジュールの説明において使用した図８（ａ）とほとんど同じであるが、本発明は、太陽電池素子の裏側電極の構造とインナーリードとの接合構造の部分に特徴があるため、太陽電池モジュールの構造としては特に変化はない。
【００３８】
図６に示すように、複数の太陽電池素子１０が所定間隔で配列されている。そして、一つの太陽電池素子１０の表側電極と隣接する太陽電池素子１０の裏側電極とが、例えば銅箔等からなるインナーリード８によって半田接続され、直並列に電気的に接続されている。インナーリード８は、通常、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面を半田被覆したものを、所定の長さに切断し、ホットエアーなどによって半田を溶融させて電極と接続する。
【００３９】
このようにして接続された太陽電池素子群は、ガラス等からなる透光性パネル１１と、裏面保護材１３との間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）等を主成分とする充填材１２で気密に封入されて、太陽電池モジュール１６を構成している。太陽電池モジュール１６の出力は、出力配線１４を経て端子ボックス１５に接続されている。そしてこの端子ボックス１５からさらに外部の負荷（不図示）に接続されている。
【００４０】
なお、太陽電池モジュール１６のパネル部の各辺部に対してモジュール枠（不図示）を設けても良い。このようなモジュール枠は、例えば、アルミニウムの押し出し成形で造られ、その表面にはアルマイト処理などを施しても良い。そしてこのモジュール枠を太陽電池のパネル部の外周各辺に嵌め込み、各コーナー部をビスなどにより固定する。このようなモジュール枠を設けることによって、機械的強度や耐候性能を付与し、さらに、太陽電池モジュールを設置する場合などに取り扱いやすくすることができる。
【００４１】
本発明の太陽電池モジュールと本発明に係る太陽電池素子は、以上のような基本構造を有しているが、以下、本発明に係る太陽電池モジュールの裏側電極とインナーリードの構成について、図１〜図４を用いてさらに詳しく説明する。
【００４２】
図２（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る太陽電池素子の裏側電極の形成工程を示す模式図であり、図３は図２（ｂ）のＡ部の部分拡大図である。なお、図４も図３と同様の位置における部分拡大図であるが、裏側電極の形状が異なった例を示す。
【００４３】
本発明に係る太陽電池素子は、図２（ａ）に示すように、まず所定位置に複数の開口部９を有する集電極６をシリコン基板１の裏側（一主面側）の略全面に設ける。集電極６の材質としては、上述したようにアルミニウム粉末を主成分として含む金属ペーストをスクリーン印刷などによって塗布し、所定温度で焼成を行えばよい。
【００４４】
次に、図２（ｂ）に示すように、集電極６に接続させて出力取出用のバスバー電極５を設ける。このバスバー電極５によって、集電極６に設けた複数の開口部９は覆い隠される。なお、この図に示した例では、一つのバスバー電極５で一列に並んだ複数の開口部９を覆い隠しているが、通常は、太陽電池素子１０の裏側の集電極６に複数列に並ぶように設けられた複数の開口部９を複数本のバスバー電極５で覆い隠すようにしている。バスバー電極５の材質としては、上述したように銀粉末を主成分として含む金属ペーストをスクリーン印刷などによって塗布し、所定温度で焼成を行えばよい。
【００４５】
この後、図２（ｃ）に示すように太陽電池素子１０を半田槽にディップするなどして、半田と濡れ性の良い銀を主成分とするバスバー電極５に半田７を被覆する。なお、バスバー電極５の形状として、図２に示すように、複数の開口部９を覆い隠すとともに、これらの開口部９に対応する位置に設けられた複数の個別電極５ａと、これらの個別電極５ａ同士を開口部９以外の位置で接続する共通電極５ｂと、を含むように形成しておけば、半田被覆する部分が細分化され、バスバー電極５に対する半田７の被覆の盛り上がりがより一層均一化されるので、望ましい。
【００４６】
次に、図２（ｄ）に示すように、細長形状のインナーリード８をバスバー電極５に半田７を介して接続する。このときインナーリード８は、複数の開口部９の上部を通るように設ける。
【００４７】
本発明の太陽電池モジュールは、図１（ａ）に示すように、このような上述した太陽電池素子１０にインナーリード８が接続された構造を含んでいるが、特に図１（ｂ）に示すように、インナーリード８の長手方向に対して略直交し、開口部９を通る平面、即ち、図１（ａ）のＸ−Ｘ線を通る平面でこの太陽電池素子１０を切断した断面形状において、開口部９の半導体基板側の幅Ｌ１と、バスバー電極５（個別電極５ａ）の幅Ｌ２とが、１．７≦Ｌ２／Ｌ１≦３．１となるようにしている。
【００４８】
このような構成とすることによって、バスバー電極５の周辺部と集電極６上との重なり部が長くなり、バスバー電極５に半田７が濡れ広がりやすくなる。半田７が濡れ広がることによって、バスバー電極５にインナーリード８を半田接合したときの半田メニスカス部の端部７ａの角度をより小さくすることが可能となる。その結果、半田７によってバスバー電極５と集電極６との重なり部分にかかっていた応力集中を緩和させることができるから、裏側電極や半田接合部の亀裂・剥がれによる出力低下を低減させ、高い信頼性の太陽電池モジュールとすることができる。
【００４９】
なお、Ｌ２／Ｌ１が１．７よりも小さいときは、半田７によってバスバー電極５と集電極６との重なり部分に応力が集中し、裏側電極や半田接合部の亀裂・剥がれによる出力低下が大きくなるという問題があり、逆に３．１よりも大きいときは、バスバー電極５に濡れ広がる半田７の量が多くなるため、基板反りが大きくなったり、基板が割れ易くなったりするという問題がある。
【００５０】
なお、従来の太陽電池素子では、図８（ｂ）に示すように、この開口部の半導体基板側の幅Ｌ１と、バスバー電極の幅Ｌ２との比Ｌ２／Ｌ１が１を少し超える程度であり、本発明の構成とはなっていなかった。このような従来の構成では、半田によってバスバー電極と集電極との重なり部分にかかる応力集中を十分に緩和することができないので、裏側電極や半田接合部の亀裂・剥がれによる出力低下を防止することが難しい。
【００５１】
また、既に述べたが、図１（ａ）、図２等に示すように、バスバー電極５は、複数の開口部９を覆い隠すとともに、これらの開口部９に対応する位置に設けられた複数の個別電極５ａと、これらの個別電極５ａ同士を開口部９以外の位置で接続する共通電極５ｂとを備えるようにすることが望ましい。バスバー電極５上で半田被覆する部分が細分化され、半田７の被覆の盛り上がりがより一層均一化されるため、半田メニスカス部の端部７ａの角度のバラツキを押さえることができるからである。
【００５２】
なお、個別電極５ａを設ける場合、図３に示すように、インナーリード８の長手方向における幅（図のａの長さ）が４ｍｍ以上２０ｍｍ未満となるようにすることが望ましい。その理由としては、２０ｍｍを超えると、一つのパターンに対する半田量が多すぎて溜まりをつくる可能性があり、４ｍｍ未満になると、インナーリード８を半田接合する部分が、集電極６にかかる場合があるからである。
【００５３】
これに対して、図４に示すように、個別電極５ａの、インナーリード８の長手方向における幅（図のａの長さ）を４ｍｍ未満とする場合には、このインナーリード８が設けられる位置に、隣接する個別電極５ａ同士を相互に接続するバイパス電極５ｃを設けるようにすることが望ましい。これによって、インナーリード８を半田接合する部分が、バイパス電極によって増え、インナーリードの長手方向の集電極６と個別電極５ａの端部にかかる応力集中を緩和でき、半田接合する部分が集電極６にかかったとしてもインナーリード８とバスバー電極５が半田メニスカスの端部の角度が大きくなりにくく、接合信頼性の低下を抑えることができる。
【００５４】
さらに、個別電極５ａは、図３、図４に示すように、各々の個別電極５ａの端縁部が、開口部９の端縁部と重ね合わされるように形成し、インナーリード８と略直交する方向における両側の重なり部の合計（図のｂとｃの長さの合計）が５ｍｍ以上１５ｍｍ以下となるようにすることが望ましい。この範囲よりも小さいとバスバー電極５の周辺部と集電極６上との重なり部が短くなり、バスバー電極５に半田７が濡れ広がりにくくなる。半田７の濡れ広がりが抑えられることによって、バスバー電極５にインナーリード８を半田接合したときの半田メニスカス部の端部の角度が大きくなる問題があり、この範囲よりも大きいとバスバー電極５に濡れ広がる半田７の量が多くなるため、反りや基板が割れ易くなる問題があるからである。
【００５５】
さらに、インナーリード８の長手方向における両側の重なり部の合計（図のｄとｅの長さの合計）が０．２５ｍｍ以上２０ｍｍ以下となるようにすることが望ましい。この範囲よりも小さいと端縁部の接合が弱くなりバスバー電極５と集電極６の端部が剥がれ易くなる問題があり、この範囲よりも大きいと半田量が多すぎて、反りや基板割れ、インナーリードを接続した場合の半田メニスカス端部の応力集中の問題があるからである。
【００５６】
インナーリード８の幅Ｌ３は、開口部の半導体基板側の幅Ｌ１の０．３倍〜０．７倍の範囲となるようにすることが望ましい。この範囲よりも小さいと、インナーリードの抵抗が高くなり、特性の低下につながる他、接合面積が小さくなり、温度履歴によっては、接合信頼性が低下する可能性がある。また、この範囲を超えると、半田接合面にかかる応力が大きくなり接合信頼性の低下やセル割れによる歩留まり低下につながる可能性がある。
【００５７】
また、インナーリード８とバスバー電極５とを接続する箇所の半田７の厚みは、２５μｍ以上１００μｍ以下となるようにすることが望ましい。この範囲よりも小さいと、温度履歴によるインナーリードの変形による発生する応力を緩和できなくなり接合信頼性の低下に繋がる問題があり、この範囲を超えると温度履歴によって、バスバー電極にかかる応力が大きくなり接合信頼性の低下やセル割れによる歩留まり低下に繋がる問題がある。
【００５８】
共通電極５ｂの幅は、２ｍｍ〜５ｍｍの範囲となるようにすることが望ましい。この範囲よりも小さいと、半田７の被覆の盛り上がりが均一化されにくくなり、半田メニスカス部の端部７ａの角度のバラツキが大きくなる場合がある。この範囲を超えると、バスバー電極５全体に濡れ広がる半田７の量が多くなるため、基板が反ったり、基板が割れ易くなったりする問題があり、コストの面からも問題がある。
【００５９】
以上のようにして、本発明の太陽電池モジュールを実現することができる。
【００６０】
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。
【００６１】
例えば、上述の実施形態においては、半導体基板としてシリコン基板を用いた例によって説明したが、これに限るものではなく、電極の材料についても上述の例に限るものではない。さらに、半田の材質についても、上述の例に限定されるものではない。
【実施例】
【００６２】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００６３】
上述の実施形態の図５の構造を有する太陽電池素子、図６の構造を有する太陽電池モジュールを以下のようにして形成した。
【００６４】
まず、半導体基板として、１５ｃｍ角で厚さ０．３ｍｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍのＰ型のシリコン基板１を準備した。そして熱拡散法でオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源として、深さ０．５μｍのＮ型の拡散領域２を形成し、ｐｎ接合とした。次に、表面以外の拡散領域２を除去し、表面にプラズマＣＶＤ法で窒化シリコンから成る反射防止膜３を８００Åの厚さで形成した。
【００６５】
さらに図１に示すパターンで、裏側（非受光面側）にアルミニウムペーストをスクリーン印刷して８００℃で焼成し、集電極６を形成した。その後、図１（図３）に示すパターンで裏側（非受光面側）のバスバー電極５となる部分に銀ペーストをスクリーン印刷した。さらに表側（受光面側）にも図５（ｂ）に示すパターンで銀ペーストをスクリーン印刷した。そして、７５０℃で焼成することで、銀を主成分とする表側電極４と裏側のパスバー電極５を形成した。その後、さらに２００℃のＳｎ−Ｐｂ系の半田浴槽に基板を浸漬して引き上げることで、銀を主成分とする電極の表面を半田被覆した。
【００６６】
上述のようにして形成された太陽電池素子１０を図６に示すように平面状の所定位置に配設し、インナーリード８を表側電極４、裏側電極５の所定位置に半田付けした。そして、表面側から、ガラスの透光部材１１、全体をエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）の透光性樹脂の充填材１２の順に配設するとともに、裏面側から、ポリエチレンのシートとアルミ箔とが重ね合わされた裏面部材１３、ＥＶＡの充填材１２の順に配設して、全体を加圧しながら加熱硬化させて太陽電池モジュール１６を形成した。
【００６７】
なお、評価試料は、表１に示すように、バスバー電極５、開口部９、インナーリード８、半田７について、それぞれの寸法を変更したものを作製し、評価としては、−４０℃〜９０℃・１ｈｒ／サイクルの温度サイクル試験を行ってＦＦの出力低下率−５％の時間を寿命として比較した。作製した試料の各条件及びその結果を表１に示す。各試料の条件値は、小数点１桁以下を四捨五入したものを記載している。各試料の内訳は次の通りである。
【００６８】
試料Ｎｏ．１は、比較のため、特許文献１に示されている従来試料を作製して本発明の基準に従って測定した結果である。試料Ｎｏ．２〜７はバスバー電極５の開口部９上の幅Ｌ２と開口部９の基板側の幅Ｌ１の比Ｌ２／Ｌ１を変えたものである。試料Ｎｏ．８〜１３は、個別電極５ａの幅ａとバイパス電極５ｃの有無の状態を変えたものである。試料Ｎｏ．１４〜１７は、個別電極５ａのインナーリード長手直交方向の重なり（ｂ＋ｃ）を変えたものである。試料Ｎｏ．１８〜２１は、個別電極５ａのインナーリード長手方向の重なり（ｄ＋ｅ）を変えたものである。試料Ｎｏ．２２〜２５は、インナーリード８の開口部９上における幅Ｌ３と開口部９の基板側の幅Ｌ１の比Ｌ３／Ｌ１を変えたものである。試料Ｎｏ．２６〜３０は、半田７の厚みを変えたものである。
【表１】
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【００６９】
表１に示すとおり、従来試料である試料Ｎｏ．１は１４００サイクルで寿命に達した。これは、温度サイクル時にバスバー電極部に応力が集中し、バスバー電極と半導体基板の剥離や半導体基板へのクラックの進展によりＦＦ特性が劣化したものと思われる。
【００７０】
また、本発明の範囲外の試料である試料Ｎｏ．３についても、寿命は１５００サイクル以下であり、応力集中の緩和の効果は十分ではなかった。なお、本発明の範囲外の試料である試料Ｎｏ．７については、基板反りが大きく、ハンドリングの際に基板が割れ易いという問題があった。バスバー電極５に濡れ広がる半田７の量が多いためと思われる。
【００７１】
これに対して、１．７≦Ｌ２／Ｌ１≦３．１の範囲である本発明の範囲内の試料では、いずれも１６００サイクルから１９００サイクルと寿命が長くなることが確認でき、基板反りによる基板の割れなども発生しなかった。これは、本発明に係る構成とすることにより、バスバー電極５と集電極６との重なり部分にかかっていた応力集中を緩和させることができるため、裏側電極５や半田接合部の亀裂・剥がれによる出力低下を低減させ、信頼性が向上したためと思われる。なお、インナーリード８の開口部９上における幅Ｌ３と開口部９の基板側の幅Ｌ１の比Ｌ３／Ｌ１が０．３よりも小さい試料Ｎｏ．２２については、寿命は１９００サイクルと良好であったが、インナーリード８の幅が細いため、許容範囲ではあるが太陽電池モジュールとしたときに若干抵抗が高くなる傾向があった。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】（ａ）は、本発明の太陽電池モジュールに係る太陽電池素子の裏側電極の一例を示す下視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ線矢視方向における裏側電極の断面の部分拡大図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は、本発明に係る太陽電池素子の裏側電極の形成工程を示す模式図である。
【図３】図２（ｂ）のＡ部の部分拡大図である。
【図４】図３と別の例を示す部分拡大図である。
【図５】（ａ）は、本発明の太陽電池モジュールに係る太陽電池素子の断面構造図であり、（ｂ）は、本発明に係る太陽電池素子の表側電極の一例を示す上視図である。
【図６】本発明の太陽電池モジュールの断面構造を示す図である。
【図７】（ａ）は、一般的な太陽電池素子の断面構造図であり、（ｂ）は、表側電極の一例を示す上視図であり、（ｃ）は裏側電極の一例を示す下視図である。
【図８】（ａ）は、一般的な太陽電池モジュールの断面構造図であり、（ｂ）は、裏側電極の断面の部分拡大図である。
【符号の説明】
【００７３】
１：シリコン基板（半導体基板の一例）
２：拡散領域
３：反射防止膜
４：表側電極
４ａ：バスバー電極
４ｂ：フィンガー電極
５：バスバー電極
５ａ：個別電極
５ｂ：共通電極
５ｃ：バイパス電極
６：集電極
７：半田
７ａ：半田メニスカス部の端部
８：インナーリード
９：開口部
１０：太陽電池素子
１１：透光性パネル
１２：充填材
１３：裏面保護材
１４：出力配線
１５：端子ボックス
１６：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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