(57)【要約】【課題】  この発明は、ワイヤ痕が表面に形成されている基板においても、集電極に断線等が発生することなく形成できる太陽電池装置を提供することを課題とする。【解決手段】  この発明の太陽電池１０は、シリコン基板２０ｄを含み、基板１０ｄの表面にフィンガー電極３０とバスバー電極４０を有する集電極が設けられた太陽電池であって、フィンガー電極３０は、基板２０ｄに有するワイヤ痕１０ｂに平行に位置するように形成されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶系シリコン基板を含み、表面にフィンガー電極を有する集電極が設けられた太陽電池であって、
前記フィンガー電極は、基板表面のワイヤ痕に平行に位置するように形成されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記フィンガー電極は、基板表面のワイヤ痕を基準として、このワイヤ痕に平行に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池同士を電気的に接続する配線部材とを備える太陽電池モジュールであって、
前記複数の太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部上に形成され、基板のワイヤ痕に平行に位置するように形成された電極とを有し、
前記電極と重なるように前記配線部材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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池及びその太陽電池を用いた太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。
【０００３】
かかる太陽電池の普及に伴いシリコンウェハの需要は年々増加している。このようなシリコンウェハには、多結晶と単結晶があり、次のような方法で製造されている。
【０００４】
多結晶シリコンウェハは、四角形の多結晶インゴットを製造し、この多結晶シリコンインゴットからバンドソーなどを用いて多数の四角形の多結晶シリコンインゴットブロックを切り出す。そして、この多結晶シリコンインゴットブロックをスライス加工することにより、シリコンウェハを製造する。
【０００５】
また、単結晶シリコンウェハは、引き上げ法により得られた円筒形のシリコンインゴットを四角く切断し、切断面を含めた側面を研削して形を整え、四角形のシリコンインゴットブロックを用意する。この四角形のシリコンインゴットブロックをスライス加工することにより、シリコンウェハを製造している。
【０００６】
ところで、多結晶シリコンインゴットや単結晶シリコンインゴットのスライス加工として、ワイヤソーという装置を用いてシリコンインゴットをスライスする方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図７に、マルチワイヤソーを用いた従来のシリコンインゴットのスライス方法を模式的な斜視図として示す。
【０００８】
図７に示すように、シリコンインゴット１０５がインゴット保持部１０４に取り付けられる。そして、４本の軸１０２…には、ワイヤ１０１が隣接するワイヤ１０１との間隔が等間隔となるように、設置されており、ワイヤ１０１が所定の速度で走行している。この走行しているワイヤ１０１に砥粒が分散液に分散されたスラリーを供給しながら、シリコンインゴット１０５を図７に示される矢印方向に所定の移動速度で移動させることによって、ワイヤ１０１によりシリコンインゴット１０５がスライスされ、複数枚のウェハが同時に得られる。
【０００９】
スラリーを用いない方法としては、ワイヤ基材表面にダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜を被着した固定砥粒方式のものがある。
【００１０】
上記した多結晶シリコンウェハや単結晶シリコンウェハを用いた結晶系シリコン太陽電池の多くは、一導電型を有する単結晶或いは多結晶シリコン基板の表面、裏面のいずれか一方の面にｐ型領域が形成されており、他方の面にｎ型領域が形成されている。表裏面上には、それぞれの面で生成したキャリアを集電するためのフィンガー電極を含む集電極が形成されている。この集電極は、例えば、銀ペーストを用いてスクリーン印刷により形成される。
【００１１】
また、結晶系シリコン太陽電池の多くは、光を受光する受光面、又は受光面と裏面の両方に、光の反射による変換効率の低下を低減するための微少な凹凸を形成する表面加工が施されている。
【００１２】
図８は、基板表面に集電極を形成した太陽電池を示す平面図である。太陽電池は、基板２０ｄ上に集電極としてのフィンガー電極３０及びバスバー電極４０を備える。フィンガー電極３０は、太陽電池の光電変換部からキャリアを収集する電極である。フィンガー電極３０は、基板２０ｄの受光面略全域にわたって複数本、ライン上に形成される。このフィンガー電極３０は、例えば、樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成される。
【００１３】
バスバー電極４０は、複数本のフィンガー電極３０からキャリアを集電する電極であり、フィンガー電極３０と交差するように形成される。バスバー電極４０は、例えば、樹脂材料をバインダーとし、フィンガー電極３０と同様に銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００７−１７３７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
従来、上記したフィンガー電極が断線し、出力特性が低下することがあった。この問題は、基板の厚みが薄くなるほど顕著になった。
【００１６】
この発明の目的は、フィンガー電極の断線を抑制し、良好な出力特性を有する太陽電池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】
【００１７】
本発明者がフィンガー電極の断線の原因を鋭意検討したところ、以下のことが判明した。ワイヤソーによりスライス加工したシリコンウェハには、ワイヤ痕（スライス痕）が周期的に現れる。
【００１８】
前述したように、基板表面には、スライスした際のワイヤ痕が周期的に残っている。図８において、一点鎖線でワイヤ痕１０ｂを例示している。図９は、フィンガー電極３０を形成した部分を模式的に拡大した断面図である。図９に示すように、このワイヤ痕１０ｂは、スライス加工速度が速く、低コスト化が期待できるワイヤソー方式を用いた場合、基板２０ｄの表面に形成される。ワイヤ痕１０ｂは、周囲の浅いダメージ層（凹み）に対して、局所的に深いダメージ層（凹み）が入り形成される。このダメージ層を含めて、異方性エッチングにより、表面に凹凸１０ｃ形状を形成しても、ワイヤ痕１０ｂの深いダメージ層はそのまま残ることになる。
【００１９】
このようなワイヤ痕１０ｂに対して、フィンガー電極３０を直交する方向に形成した場合、図９に示すように、深いダメージ層のワイヤ痕１０ｂを跨って、フィンガー電極３０が形成されることになる。
【００２０】
このため、ワイヤ痕１０ｂの凹みにより、フィンガー電極３０が上手く形成されずに、フィンガー電極３０が断線するなどの問題が生じる場合があった。
【００２１】
更に、現在基板の薄型化が検討されているが、薄型化された基板に従来と同等の大きさの凹凸（テクスチャ）を形成すると、基板が割れやすくなる。そこで、従来よりも小さなサイズの凹凸を形成することが試みられている。このために、凹凸形成のためのエッチング時に、エッチング量を減らして凹凸のサイズを小さくすることが行われている。
【００２２】
しかしながら、このようにエッチング量を減らすとワイヤ痕が消えずに残りやすくなり、フィンガー電極の断線が増えるものと考えられる。この発明は、上記知見に基づきなされたものである。
【００２３】
すなわち、この発明の太陽電池は、結晶系シリコン基板を含み、表面にフィンガー電極を有する集電極が設けられた太陽電池であって、前記フィンガー電極は、基板表面のワイヤ痕に平行に位置するように形成されていることを特徴とする。
【００２４】
また、前記フィンガー電極は、基板表面のワイヤ痕を基準として、このワイヤ痕に平行に形成すればよい。
【００２５】
また、この発明は、複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池同士を電気的に接続する配線部材とを備える太陽電池モジュールであって、前記複数の太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部上に形成され、基板のワイヤ痕に平行に位置するように形成された電極とを有し、前記電極と重なるように前記配線部材が接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
この発明は、深い溝のワイヤ痕をフィンガー電極が長手方向に跨ることがなくなり、フィンガー電極の断線を抑制することができ、太陽電池出力の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】この発明の実施形態にかかる太陽電池を示す平面図である。
【図２】この発明の実施形態にかかる太陽電池のフィンガー電極を形成した部分を模式的に拡大した断面図である。
【図３】この発明の実施形態にかかる太陽電池を示す断面図である。
【図４】図１に示した太陽電池のバスバー電極上に配線部材を配設した状態を示す平面図である。
【図５】図１に示した太陽電池のバスバー電極上に配線部材を配設した状態を示す断面図である。
【図６】この発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの側面拡大断面図である。
【図７】マルチワイヤソーを用いたシリコンインゴットのスライス方法を示す模式的斜視図である。
【図８】基板表面に集電極を形成した太陽電池を示す平面図である。
【図９】フィンガー電極を形成した部分を模式的に拡大した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
【００２９】
この発明の実施形態にかかる太陽電池１０の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、太陽電池１０の平面図である。太陽電池１０は、図１に示すように、基板２０ｄに、光電変換部２０、フィンガー電極３０及びバスバー電極４０を備える。
【００３０】
光電変換部２０は、太陽光を受けることによりキャリアを生成する。ここで、キャリアとは、太陽光が光電変換部２０に吸収されて生成される正孔と電子とをいう。光電変換部２０は、内部にｎ型領域とｐ型領域とを有しており、ｎ型領域とｐ型領域との界面で半導体接合が形成される。光電変換部２０は、単結晶シリコン、多結晶シリコン等の結晶系半導体材料により構成される半導体基板を用いて形成することができる。光電変換部２０は、一例として互いに逆導電型を有する単結晶シリコンと非晶質シリコン層との間に真性な非晶質シリコン層を介挿し、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した太陽電池が用いられる。
【００３１】
この実施形態における基板２０ｄは、多結晶シリコンインゴット又は単結晶シリコンインゴットをワイヤソーによるスライス加工で形成されたものであり、スライスに起因して表面に形成された深い溝などのワイヤ痕１０ｂが基板２０ｄの表裏面に残っている。
【００３２】
このワイヤ痕１０ｂは、図２に示すように、溝幅が最大５μｍ程度、溝の深さが最大１０μｍ、長さが最大３ｃｍ程度である。また、基板２０ｄの表裏面には、異方性エッチングにより、光の反射による変換効率の低下を低減するための微少な凹凸１０ｃを形成する表面加工が施されている。
【００３３】
この実施形態では、図１に示すように、スライスに起因して表面に形成された深い溝などのワイヤ痕１０ｂに平行にフィンガー電極３０を形成している。このため、生産ラインにおいては、ワイヤ痕（スライス痕）１０ｂを基準として、フィンガー電極３０がワイヤ痕１０ｂと平行になるように、基板１０ｂのセッティング方向を決定し、各製造の工程を決めている。
【００３４】
スライス痕１０ｂと平行にフィンガー電極３０を形成することで、図２に示すように、銀ペーストを用いて電極３０を形成したときも、深い溝のワイヤ痕１０ｂをフィンガー電極３０が長手方向に跨ることがなくなる。このため、フィンガー電極３０の断線を抑制することができる。
【００３５】
上記したフィンガー電極３０は、光電変換部２０からキャリアを収集する電極である。図１に示すように、フィンガー電極３０は、ワイヤ痕１０ｂに平行にライン状に形成される。フィンガー電極３０は、基板２０ｄの光電変換部２０の受光面略全域にわたって複数本形成される。フィンガー電極３０は、例えば、樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成されるが、これに限るものではない。なお、図３に示すように、フィンガー電極３０は、光電変換部２０の受光面上及び裏面上において同様に形成される。フィンガー電極３０の厚さは５０μｍ程度、線幅は１００μｍ〜１２０μｍである。
【００３６】
バスバー電極４０は、複数本のフィンガー電極３０からキャリアを集電する電極である。図１に示すように、バスバー電極４０は、フィンガー電極３０と交差するように形成される。バスバー電極４０は、例えば、樹脂材料をバインダーとし、フィンガー電極３０と同様に銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成されるが、これに限るものではない。なお、図３に示すように、バスバー電極４０は、光電変換部２０の裏面上にも形成される。
【００３７】
ここで、バスバー電極４０の本数は、光電変換部２０の大きさなどを考慮して、適当な本数に設定することができる。この実施形態に係る太陽電池１０は、２本のバスバー電極４０を備えるが、３本以上であっても良い。この実施形態では、バスバー電極４０は、厚さ５０μｍ、幅１ｍｍである。
【００３８】
なお、バスバー電極４０は、ワイヤ痕１０ｂと直交する方向に形成されるが、バスバー電極４０は、フィンガー電極３０に比べて線幅が太く、断線の虞は小さい。また、このバスバー電極４０上に後述するように、配線部材１１が接続されるので、万が一、部分的に断線していても、配線部材１１により導通は確保できる。
【００３９】
次に、太陽電池１０の構成の一例として、光電変換部２０が所謂「ＨＩＴ（登録商標）」構造を有する場合について、図３を参照しながら説明する。
【００４０】
図３に示すように、光電変換部２０は、透光性導電膜２０ａ、ｐ型非晶質シリコン層２０ｂ、真性（ｉ）型非晶質シリコン層２０ｃ、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄ、ｉ型非晶質シリコン層２０ｅ、ｎ型非晶質シリコン層２０ｆ及び透光性導電膜２０ｇを備える。
【００４１】
ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの受光面側には、ｉ型非晶質シリコン層２０ｃを介して、ｐ型非晶質シリコン層２０ｂが形成される。ｐ型非晶質シリコン層２０ｂの受光面側には、透光性導電膜２０ａが形成される。一方、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの裏面側には、ｉ型非晶質シリコン層２０ｅを介して、ｎ型非晶質シリコン層２０ｆが形成される。ｎ型非晶質シリコン層２０ｆの裏面側には、透光性導電膜２０ｇが形成される。
【００４２】
フィンガー電極３０及びバスバー電極４０は、透光性導電膜２０ａの受光面側及び透光性導電膜２０ｇの裏面側それぞれに形成される。
【００４３】
次に、太陽電池ストリング１並び太陽電池モジュール１ａの構成について、図４ないし図６を参照しながら説明する。図４は、図１ないし図３に示した太陽電池１０のバスバー電極４０上に配線部材１１を配設した状態を示す平面図、図５は、バスバー電極部分における拡大断面図である。
【００４４】
図４、図５に示すように、配線部材１１は、バスバー電極４０に沿って配置される。即ち、配線部材１１は、太陽電池１０のバスバー電極４０上に配設される。配線部材１１の幅は、バスバー電極４０の幅と略同等である。配線部材１１は、バスバー電極４０に接触する。
【００４５】
このように、バスバー電極４０と配線部材１１とは、光電変換部２０上に配置される。そして、配線部材１１とバスバー電極４０とは、半田により電気的に接続されている。
【００４６】
図５に示すように、配線部材１１は、低抵抗体としての厚さ２００μｍ、幅１ｍｍの銅箔１１ａ、この銅箔１１ａの周囲に設けられる錫若しくは錫を含む合金材料からなる半田層１１ｂを含む。
【００４７】
半田層１１ｂは、錫、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＰｂ、ＳｎＣｕＮｉ等が用いられ、この実施形態では、ＳｎＡｇＣｕ半田層１１ｂが銅箔１１ａの周囲に設けられる。図５に示すように、配線部材１１は、受光面側及び裏面側において同様の外形を有する。
【００４８】
バスバー電極４０と配線部材１１とは、光電変換部２０上に配置される。そして、配線部材１１とバスバー電極４０が重なった部分の全体に熱風や赤外線が放射される。配線部材１１の表面にコーティングされた半田層１１を溶融させて、バスバー電極４０と配線部材１１とを電気的に接続する。
【００４９】
この発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１ａの概略構成について、図６を参照しながら説明する。図６は、この実施形態に係る太陽電池モジュール１ａの側面拡大断面図である。
【００５０】
太陽電池モジュール１ａは、太陽電池ストリング１、受光面側保護材２、裏面側保護材３及び封止材４を備える。太陽電池モジュール１ａは、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間に、封止材４によって太陽電池ストリング１を封止することにより構成される。
【００５１】
太陽電池ストリング１は、複数の太陽電池１０と配線部材１１を備える。太陽電池ストリング１は、複数の太陽電池１０を配線部材１１によって互いに接続することにより構成される。
【００５２】
太陽電池１０は、太陽光が入射する受光面と、受光面の反対側に設けられた裏面とを有する。太陽電池１０の受光面上及び裏面上には電極が形成される。
【００５３】
配線部材１１は、太陽電池１０の受光面上に形成された電極と、この太陽電池に隣接する他の太陽電池１０の裏面上に形成された電極とに接続される。これにより、隣接する太陽電池１０、１０間は電気的に接続される。配線部材１１は、銅箔板と、この銅箔板の表面にメッキされた半田とを含む。この配線部材１１は、銅箔板の厚さは約２００μｍ、幅約１ｍｍ、半田の膜厚は約４０μｍである。
【００５４】
受光面側保護材２は、封止材４の受光面側に配置されており、太陽電池モジュール１００の表面を保護する。受光面側保護材２としては、透光性及び遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等を用いることができる。
【００５５】
裏面側保護材３は、封止材４の裏面側に配置されており、太陽電池モジュール１００の背面を保護する。裏面側保護材３としては、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂フィルム、Ａｌ箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造を有する積層フィルムなどを用いることができる。
【００５６】
封止材４は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間で太陽電池ストリング１を封止する。封止材４としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性の樹脂を用いることができる。
【００５７】
なお、以上のような構成を有する太陽電池モジュール１００の外周には、Ａｌ（アルミニウム）フレーム（図示しない）を取り付けることができる。
【００５８】
次に、この発明による太陽電池と比較のための太陽電池を用意し、出力特性を測定した結果を示す。実施例は、図１に示すように、ワイヤ痕１０ｂに対してフィンガー電極３０を平行に形成したもの、比較例は、図８に示すように、ワイヤ痕１０ｂに対してフィンガー電極３０を直交する方向に形成したものである。その他の構成は実施例と比較例とも同じである。比較例の太陽電池の出力の最大値（Ｐｍａｘ）並びにバスバー間抵抗（Ω）を１００％とした場合の相対値である。
【００５９】
この発明の実施例では、バスバー間抵抗が比較例に対して９８％となり、抵抗が低くなっている。そして、太陽電池出力は、１０１％と比較例より１％出力が向上している。これは、フィンガー電極３０の断線が抑制されたことによると考えられる。
【００６０】
次に、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法について説明する。
【００６１】
まず、１００ｍｍ角のｎ型単結晶シリコン基板２０ｄをアルカリ水溶液で異方性エッチング加工することにより、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの受光面に微細な凹凸を形成する。又、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの受光面を洗浄して、不純物を除去する。
【００６２】
次に、ワイヤ痕１０ｂを基準として、基板２０ｄをセットし、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの受光面側に、ＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて、ｉ型非晶質シリコン層２０ｃ、ｐ型非晶質シリコン層２０ｂを順次積層する。同様に、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの裏面側に、ｉ型非晶質シリコン層２０ｅ、ｎ型非晶質シリコン層２０ｆを順次積層する。
【００６３】
次に、ＰＶＤ（物理蒸着）法を用いて、ｐ型非晶質シリコン層２０ｂの受光面側に透光性導電膜２０ａを形成する。同様に、ｎ型非晶質シリコン層２０ｆの裏面側に透光性導電膜２０ｇを形成する。以上により、光電変換部２０が作製される。
【００６４】
次に、ワイヤ痕１０ｂを基準として、基板２０ｄをセットし、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の印刷法を用いて、エポキシ系熱硬化型の銀ペーストを、ワイヤ痕１０ｂにフィンガー電極３０が平行に位置するように、光電変換部２０の受光面上及び裏面上に所定のパターンで配置する。
【００６５】
銀ペーストを所定条件で加熱して溶剤を揮発させた後、さらに加熱することにより本乾燥する。その後、バスバー電極４０上の一部に樹脂層４１が残るようにして、保護層２１を設ける。以上により、太陽電池１０が作製される。
【００６６】
次に、バスバー電極４０上に、配線部材１１を半田付けする。これにより、配線部材１１と太陽電池１０とを機械的かつ電気的に接続する。具体的には、まず、光電変換部２０の受光面及び裏面それぞれに形成されたバスバー電極４０上に配線部材１１を配置する。次に、所定の温度に配線部材１１を加熱し、半田を溶融してバスバー電極４０に配線部材１１を半田付けする。この半田付けにより、バスバー電極４０と配線部材１１との間に一定間隔で被接着部分が形成されることになる。以上により、太陽電池ストリング１が作成される。
【００６７】
次に、ガラス基板（受光面側保護材２）上に、ＥＶＡ（封止材４）シート、太陽電池ストリング１、ＥＶＡ（封止材４）シート及びＰＥＴシート（裏面側保護材３）を順次積層して積層体とする。
【００６８】
次に、上記積層体を、真空雰囲気において加熱圧着することにより仮圧着した後、所定条件で加熱することによりＥＶＡを完全に硬化させる。以上により、太陽電池モジュール１ａが製造される。
【００６９】
なお、太陽電池モジュール１００には、端子ボックスやＡｌフレーム等を取り付けることができる。
【００７０】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７１】
１  太陽電池ストリング、２  受光面側保護材、３  裏面側保護材、４  封止材、１０  太陽電池、１０ｂ  ワイヤ痕、１１  配線部材、２０ｄ  基板、３０  フィンガー電極、４０  バスバー電極、４１  樹脂層。
【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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