(57)【要約】【課題】エネルギー変換効率が高く、かつ歩留まりの高い太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】光電変換部を備えたｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側に配される第１電極が、第１主面１Ａの連続する２つのコーナー部に設けられたバス電極５Ｂと、バス電極５Ｂに接続されたグリッド電極１Ｇとを有する太陽電池セル１０と、この太陽電池セル１０の２つのコーナー部のバス電極５Ｂにそれぞれ接続された素子間接続体としてのタブ線とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部を備えた半導体基板と、
前記半導体基板の、相対向する第１および第２主面にそれぞれ形成された第１および第２電極とを有し、
受光面側に配される前記第１電極が、
前記第１主面の連続する２つのコーナー部に設けられたバス電極と、
前記バス電極に接続されたグリッド電極とを有する太陽電池と、
前記バス電極にそれぞれ接続された素子間接続体とを有する太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記グリッド電極は、前記２つのバス電極から放射状に延びる請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記バス電極は、前記第１主面の四隅に設けられており、
前記グリッド電極は、前記第１主面の中心に向かって放射状に延びる請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記バス電極は、前記第１主面の四隅から、前記第１主面の中心に向かうにつれて、徐々に細くなるように形成された４本の楔状体であり、
前記グリッド電極は、前記バス電極と交差するように同心状に延びる請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記太陽電池は、第１および第２の太陽電池セルを有し、
前記素子間接続体は、
前記第１の太陽電池セルの前記バス電極に一端を接続されるとともに、他端を前記第２の太陽電池セルの第２主面に設けられた前記第２電極に接続される、
請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記素子間接続体は、
一端に第１接続部を有するとともに他端に第２接続部を有する直線状の導体であり、
前記第１接続部で前記バス電極に接続されるとともに、
前記第２接続部で、前記太陽電池の第２主面に設けられた第２電極に接続される請求項５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記素子間接続体は、
前記第１の太陽電池セルの第２主面に絶縁部を介して接続された第１導体部と、
前記第２の太陽電池セルの第２主面に設けられた第２電極に接続される第２導体部とを備え、
前記第１および第２導体部は同一平面上に設けられ、互いに接続されており、
前記第１導体部は、前記第１導体部上に接続され前記第１主面上まで伸び、前記バス電極に接続されるコンタクトパレットを備える請求項５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記コンタクトパレットは、先端に前記バス電極上に延びる楔状の導体箔を備える請求項７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
光電変換部を備えた半導体基板と、
前記半導体基板の、相対向する第１および第２主面にそれぞれ形成された第１および第２電極とを有し、
受光面側に配される前記第１電極が、
前記第１主面の連続する２つのコーナー部に設けられたバス電極と、
前記バス電極に接続されたグリッド電極とを有する太陽電池。
【請求項１０】
前記グリッド電極は、前記２つのバス電極から放射状に延びる請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１１】
前記バス電極は、前記第１主面の四隅に設けられており、
前記グリッド電極は、前記第１主面の中心に向かって放射状に延びる、請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１２】
前記バス電極は、前記第１主面の四隅から、前記第１主面の中心に向かうにつれて、徐々に細くなるように形成された４本の楔状体であり、
前記グリッド電極は、前記バス電極と交差するように同心円状に延びる請求項９に記載の太陽電池。
【請求項１３】
受光面である第１主面に形成された第１電極と、前記第１主面に対向する第２主面に形成された第２電極を有する第１の太陽電池セルの前記第１電極と、
受光面である第１主面に形成された第１電極と、前記第１主面に対向する第２主面に形成された第２電極を有する第２の太陽電池セルの前記第２電極とを、
接続する素子間接続体であって、
前記第１の太陽電池セルの第２主面に絶縁部を介して接続された第１導体部と、
前記第２の太陽電池セルの第２主面に設けられた第２電極に接続される第２導体部とを備え、
前記第１および第２導体部は同一平面上に設けられ、互いに接続されており、
前記第１導体部は、前記第１導体部上に接続され前記第１主面上まで伸び、前記第１電極に接続されるコンタクトパレットを備え、
前記第１導体部が前記第１電極に対応して設けられた素子間接続体。
【請求項１４】
前記コンタクトパレットは、前記第１電極上に延びる楔状の導体箔を備える請求項１３に記載の素子間接続体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール、太陽電池およびこれに用いられる素子間接続体に関する。
【背景技術】
【０００２】
光電変換装置は環境負荷や運転コストが小さいことから、次世代の発電方法として注目されている。従来、受光面を形成する第１の面に表面電極を有し裏面である第２の面に裏面電極を有する太陽電池が縦横に複数並設され、１つの太陽電池の受光面電極と隣接する他の太陽電池の裏面電極とを素子間接続体としての帯状のタブ線を用いて接続し、１つの太陽電池と隣接する他の太陽電池とを直列接続した太陽電池モジュールが開示されている。
【０００３】
帯状のタブ線は、一般に太陽電池の受光面と裏面とに接続方向に延びて配置されている。このタブ線には、一般的に銅箔などの導電性の高い金属の全面をはんだ被覆したものが用いられる。タブ線の接続においては、はんだが塗布された太陽電池上にタブ線を配置して加熱し、部分的もしくは全長にわたりタブ線と太陽電池とを圧着することにより接続する。
【０００４】
このようなタブ線において、受光面に設けられるタブ線は、太陽電池の受光面を覆ってしまうが、ある程度幅を狭くすることにより太陽電池に入射する入射光を増やすことができる。一方、このタブ線は、断面積が大きい程、抵抗ロスが小さくなり出力効率が改善する。そのため、タブ線の幅を小さくすることにより入射光を増やし、その一方で厚さを大きくすることにより、抵抗ロスの増大を抑制すればよい。しかしながら、タブ線の厚さを大きくすると、はんだ接続時に、タブ線と太陽電池との線膨張係数差によって発生する熱ストレスが大きくなりセル割れが発生する可能性がある。また、封止時のプレス工程でタブ線部分が起点となり割れが発生する可能性や、太陽電池の反り、セル割れ、或いは電極剥がれなどが発生する可能性もある。
【０００５】
また、一般的には、太陽光の入射によって太陽電池面内に発生した電子と正孔を効果的に集電するために、太陽電池の両端間に適度の間隔をあけて複数のタブ線が真っ直ぐに延びて、隣接する太陽電池の表裏にまたがって設けられていた。このため、受光面では、タブ線に邪魔されて、太陽光が太陽電池に到達できず、その占有面積に応じて、発電効率が低くなっていた。
【０００６】
これに対して、セルとセルの間でタブを立体的に折り曲げて接続することで、接続タブの遊びが増え、その結果モジュール温度の循環的変化による接続タブへのストレスが緩和され、熱ストレスに起因した接続タブの破断を防止する技術が開示されている (特許文献１)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】国際公開第２０１１/０７７５７５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような太陽電池モジュールにあっては、太陽電池セルを並べて電気的に配線する際に、タブ線によって電気的に接続されるセル同士では、タブ線を一方の太陽電池セルの受光面からもう一方の太陽電池セルの裏面に接続しなければならない。この際にタブの折り曲げによって生じる太陽電池セルへの応力ストレスを緩和するために、太陽電池モジュール内においては電気的に直列接続される太陽電池セルの間隔を数ｍｍ程度とる必要がある。しかしこの太陽電池セル間の空白領域においては、入射した光の多くの割合が反射して太陽電池モジュール外に出てしまうため、太陽電池モジュールのエネルギー変換効率を低下させる要因となるという問題があった。
【０００９】
さらに、タブ線を太陽電池セルの表面に設置しなければならないため、タブ線が太陽電池セルに入射する光を反射して太陽電池モジュールのエネルギー変換効率を低下させているという問題点もあった。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エネルギー変換効率が高く、かつ歩留まりの高い太陽電池モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、光電変換部を備えた半導体基板と、半導体基板の相対向する第１および第２主面にそれぞれ形成された第１および第２電極とを有し、受光面側に配される第１電極が、第１主面の連続する２つのコーナー部に設けられたバス電極と、バス電極に接続されたグリッド電極とを有する太陽電池と、バス電極にそれぞれ接続された素子間接続体とを有する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、太陽電池セル間のタブ線接続箇所を、太陽電池セルのコーナー部に設けることにより、シャドウロスを低減し、素子間接続体によるストレスを太陽電池セルに与えることなく、太陽電池モジュールのエネルギー変換効率を高めるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、実施の形態１による太陽電池モジュールに用いられる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図２】図２は、同太陽電池モジュールに用いられる素子間接続体を示す図である。
【図３】図３は、同太陽電池モジュールに用いられる太陽電池のストリングを模式的に示す図である。
【図４】図４は、図３のＢ−Ｂ断面図である。
【図５】図５は、同太陽電池のストリングを示す斜視図である。
【図６】図６は、実施の形態１による太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図７】図７は、実施の形態２による太陽電池モジュールに用いられる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図８】図８は、同太陽電池モジュールに用いられる素子間接続体を示す図である。
【図９】図９は、同太陽電池モジュールに用いられる太陽電池のストリングを模式的に示す図であり、（ａ）は上面図、（ｂ）は（ａ）のＣ１−Ｃ１断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ２−Ｃ２断面図である。
【図１０】図１０は、同太陽電池モジュールの平面図である。
【図１１】図１１は、同太陽電池モジュールで用いられる素子間接続体の変形例を示す図であり、（ａ）は直行部で用いられる素子間接続体、（ｂ）はコーナー部で用いられる素子間接続体である。
【図１２】図１２は、同太陽電池モジュールの変換効率と太陽電池セル間の空白領域の幅との関係を示す散布図である。
【図１３】図１３は、実施の形態３による太陽電池モジュールに用いられる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図１４】図１４は、同太陽電池モジュールに用いられる素子間接続体を示す図であり、（ａ）は本体部、（ｂ）は集電コンタクトを示す図である。
【図１５】図１５は、同太陽電池モジュールに用いられる素子間接続体の上面を示す図である。
【図１６】図１６は、同太陽電池モジュールの要部を示す図である。
【図１７】図１７は、太陽電池モジュールの変形例の要部を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層の厚みと幅との関係や各層の厚みの比率あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
【００１５】
実施の形態１．
図１は、本発明にかかる実施の形態１による太陽電池モジュールに用いられる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図２は、同太陽電池モジュールに用いられる素子間接続体を示す図、図３は、同太陽電池モジュールに用いられる太陽電池のストリングを模式的に示す図である。本実施の形態の太陽電池モジュールは、太陽電池セル１０を構成する半導体基板としてのｎ型単結晶シリコン基板１の第１主面である受光面１Ａ側のコーナー部分Ｃ01，Ｃ02の２箇所にバス電極５Ｂを設け、そこから放射状にグリッド電極５Ｇを形成したことを特徴とするものである。あとで詳細に説明するが、グリッド電極５Ｇは長くなるため、抵抗率の低い銅めっきなどによって形成されることが望ましい。
【００１６】
そしてこの素子間接続体としてのタブ線２０は、図２に斜視図を示すように、直線状の導体である。そして一端をバス電極５Ｂに接続されるとともに、他端を太陽電池の第２主面に設けられた第２電極である裏面電極６に接続される。接続はいずれもはんだ付けあるいは溶着である。このタブ線２０は極めて簡単な構成でありながら、太陽電池セル１０のコーナー部分Ｃ01，Ｃ02で生じる空白領域Ｖを接続領域としている。この空白領域Ｖは、四隅が切り落とされたウエハ形状によるものである。
【００１７】
この太陽電池セル１０である第１〜第３の太陽電池セル１０ａ〜１０ｃは図３に示すように、タブ線２０によって、シャドウロスを生じる遮光領域も少なく、高密度に接続されストリングＳを構成する。図３に示したストリングＳのＢ−Ｂ断面を図４に、斜視図を図５に示す。タブ線２０は太陽電池セル１０の裏面から伸びて、第１の太陽電池セル１０ａと第２の太陽電池セル１０ｂのコーナー部分Ｃ01，Ｃ02で生じる空白領域Ｖにおいて、タブ線２０とバス電極５Ｂとをはんだにより接着される。
【００１８】
そして、図６に断面図を示すように、図３〜５に示した複数個の太陽電池セル１０の接続体であるストリングＳの表面側と裏面側には、エチレンビニルアセテート樹脂シートなどのシート状の封止材５０が配置され、この封止材５０を介して、表面（受光面）側にはガラスなどの受光面側主面材４０が接着され、裏面側には、耐候性のポリエチレンテレフタラート樹脂シートなどの裏面側主面材３０が接着されている。
【００１９】
また、受光面側主面材４０と裏面側主面材３０で挟まれた構造を金属などによるフレームで支持がなされ、電流引き出し線が封止材５０と裏面側主面材３０の切れ目から接続箱を介して裏面に取り出された構造となり、受光素子モジュール１００を構成している。
【００２０】
この太陽電池セル１０では、第１導電型の半導体基板としてのｎ型単結晶シリコン基板１を用いる。特に単結晶シリコンウエハはチョクラルスキー法によって円柱状に引き上げられた単結晶シリコンのインゴットを、円柱の鉛直方向と垂直な向きで、四隅の円弧部分を残して正方形状に切り出す。このため結晶シリコン太陽電池セルに用いる単結晶シリコンウエハは一般的に図１（ａ）に示すような四隅が欠けた四角形の形状をしており、本実施の形態ではこの平面形状を利用する。このような四隅が切り落とされた形状が使用されることが多く、ほぼ矩形をなす。ただし、これ以外にも、三角形や六角形、八角形等の形状であってもよい。
【００２１】
タブ線２０を受光面１Ａ側から裏面１Ｂへ接続するために湾曲する箇所を太陽電池セル１０のコーナー部分Ｃ01，Ｃ02で生じる空白領域Ｖに配置している。これによって太陽電池セル１０同士の間隔を狭めても、湾曲部の間隔を十分にとることが可能であり、太陽電池モジュール封止時の応力ストレスは小さい。また、タブ線２０を太陽電池セル１０の受光面１Ａ側に配置しないため、タブ線を太陽電池セル受光面に設置する一般的な櫛状の電極構造と比較して高い短絡電流値を得ることができる。
【００２２】
このようにして太陽電池セルに、太陽電池モジュール封止時の応力ストレスを与えることなく、太陽電池セル間の空白領域Ｖの幅を短くすることが可能であり、簡便に太陽電池モジュールのエネルギー変換効率が高い太陽電池セルを製造することができる。
【００２３】
以下、実施の形態１の太陽電池モジュールを構成する太陽電池セルについて詳細に説明する。
【００２４】
このような太陽電池セル１０として、ｐｎ接合を有する結晶シリコンを用いた結晶シリコン系受光素子や、ガリウムヒ素などの化合物半導体を用いた化合物系受光素子などを用いることもできる。また、ｐｎ接合は不純物拡散によって形成されていてもよいし、非晶質シリコンまたは微結晶シリコンなどの薄膜によって形成されるヘテロ接合型の素子であってもよい。
【００２５】
図１（ａ）に示すように、太陽電池セル１０の受光面１Ａ側の領域には、２つのコーナー部分Ｃ01，Ｃ02に設けられた集電部としてのバス電極５Ｂと、このバス電極５Ｂから放射状に延びるグリッド電極５Ｇが形成されている。また裏面１Ｂ側には、他方の電極として２本の裏面電極６とが形成されている。これらバス電極５Ｂと、グリッド電極５Ｇとは、光電変換部の透光性導電膜４と接触する部分としては、太陽電池セル１０を透過した光を反射する目的のためにニッケル、錫、銅、銀、金やその混合体および合金などの広い波長範囲において光反射率が高い材料を主に含んだ金属材料を用い、反射金属層とすることが望ましい。この反射金属層の上に２層目として金属材料や反射金属層との反応を抑制するバリア層などを積層していくことによりグリッド電極５Ｇ，バス電極５Ｂにおける電気伝導を向上させることができる。このための材料としては、ニッケル、アルミニウム、錫、銅、銀やその混合体および合金などを用いることができる。これ以外にも、例えばヘテロ接合によって半導体接合が形成された受光素子の場合は、インジウム酸化物などによって形成される透光性電極とアルミニウム、銀、金などを積層したものを用いても良い。
【００２６】
グリッド電極５Ｇ、バス電極５Ｂの最外層としては、モジュール化する際に素子間接続体と接続するために適した材料を用いることが望ましい。例えば、はんだを用いて素子と素子間接続体を接続する場合は、銅、錫、銀などを用いることが望ましい。
【００２７】
本実施の形態１のグリッド電極５Ｇ、バス電極５Ｂは、光キャリア生成により生じる電荷を半導体基板から取り出すとともに集電する電極であり、適当な間隔をおいて配設される。グリッド電極５Ｇのパターンは、ドーピングによって形成される接合かヘテロ接合や基板抵抗などによって異なるが、たとえば０．０５〜０．５ｍｍ程度の幅で所定の方向に延在する直線形状部が、０．２〜２．５ｍｍの周期で電極の延在方向とは直交する方向に配置されるのが望ましい。これに対し、裏面電極６は幅広とするあるいは全面に形成するのが望ましい。
【００２８】
また、バス電極５Ｂは、タブ線２０に接続されるため、接続に十分な幅、たとえば１〜２ｍｍ程度の幅を有する。この幅は、基板の少数キャリアの拡散長よりも小さい値であることが好ましい。
【００２９】
裏面電極６は、Ａｇ、アルミニウム、銅を、主に含んだ金属材料およびその積層体からなることが望ましい。
【００３０】
本実施の形態の太陽電池セル１０は、電流取り出し効率を上げるためには少数キャリアの拡散長をグリッド電極５Ｇ間の距離よりも長くする必要があり、このため素子表面は不活性化（パッシベーション）されていることが好ましい。このような素子構造の例として、単結晶シリコン基板上に形成された非晶質シリコン膜や微結晶シリコンによって作成されるヘテロ接合型太陽電池が望ましい。半導体基板としては、ｎ型単結晶シリコン基板１が用いられ、この両面に５ｎｍ程度の厚みの真性非晶質シリコン層２ｉ，３ｉが成膜され、それに積層して、それぞれｐ型非晶質シリコン層２ｐおよびｎ型非晶質シリコン層３ｎが形成される。
【００３１】
更に、受光面１Ａ側および裏面１Ｂ側の最外層にはインジウム酸化物などの透光性導電膜４が形成されている。そして受光面１Ａ側ではこの透光性導電膜４上に、グリッド電極５Ｇおよびバス電極５Ｂが形成される。そして裏面１Ｂ側ではこの透光性導電膜４上に、裏面電極６が形成される。受光面１Ａ側には、反射防止膜としてスパッタやＣＶＤ法などで成膜される非晶質シリコン窒化膜もしくは二酸化チタンなどの高屈折率膜が積層して形成されていてもよい。
【００３２】
本実施の形態の太陽電池モジュールによれば、タブ線の折り曲げによる空白領域Ｖを太陽電池セル間に設ける必要がなくなるため、太陽電池モジュールのエネルギー変換効率が向上する。
【００３３】
また、この構成によれば、一般的な櫛型電極構造に用いられるタブ線の設置と同様の工程で太陽電池セルのストリングを形成し、かつセル間隔を狭めることができるため、製造プロセスが容易になる。
【００３４】
またグリッド電極は、太陽電池セル中の基板横方向のキャリア伝導による抵抗損失を抑えるために、集電部から離れた部分で分岐することで、グリッド電極同士の間隔が広がり過ぎないように配置されるのが望ましい。
【００３５】
以上のように、本実施の形態によれば、太陽電池セル間のタブ線接続箇所を、太陽電池セルのコーナー部にある空白領域に設けることにより、素子間接続体によるストレスを太陽電池セルに与えることなく、太陽電池セル間の空白領域の面積を小さくして光反射損失を抑え、太陽電池モジュールのエネルギー変換効率を高めるという効果を奏する。
【００３６】
実施の形態２．
実施の形態２では、受光面１Ａの四隅にバス電極１５Ｂを設け、集電部を４か所にした例について説明する。図７は、本発明にかかる実施の形態２による太陽電池モジュールに用いられる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図８は、同太陽電池モジュールに用いられる素子間接続体としてのタブ線を示す図、図９は、同太陽電池モジュールに用いられる太陽電池のストリングを模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ１−Ｃ１断面図、（ｃ）は（ａ）のＣ２−Ｃ２断面図である。本実施の形態の太陽電池モジュールは、受光面１Ａの四隅にバス電極１５Ｂが設けられ、このバス電極１５Ｂに接続されたグリッド電極１５Ｇは、受光面１Ａの中心に向かって放射状に延びる。
【００３７】
図７（ａ）は太陽電池セル１０の受光面１Ａ上に集電電極１５のパターンを形成した際の平面図、図７（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。集電電極１５は、太陽電池セル１０の四隅に設けられたバス電極１５Ｂとこのバス電極１５Ｂから放射状に伸長するグリッド電極１５Ｇとで、構成される。また受光面１Ａである第１主面に対向する裏面１Ｂすなわち第２主面には裏面電極６が設けられている。そして素子間接続体としてのタブ線２０は、バス電極１５Ｂに接続される第１導体部と、隣接する太陽電池セル１０の裏面電極６に接続される第２導体部とを有し、２つの太陽電池セル１０を接続する。
【００３８】
そしてこの素子間接続体としてのタブ線２０は、図８に上面図を示すように、同一平面上に設けられた互いに対称な１対の線状体で構成される。各線状体２１は、第１導体部として、裏面電極６に接続される縦タブ線２１ａと、この縦タブ線２１ａに直交する横タブ線２１ｂと、コーナー部２１ｃと、さらにその横タブ線２１ｂのもう一方の端から直交する方向に延びる縦タブ線２１ｄとを有する第２導体部とを有する。また縦タブ線２１ｄの両端のコーナー部２１ｃには三角形状、または台形形状で、厚みが０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度の太陽電池セル１０と同程度の厚みをもった集電部としてのコンタクトパレット２２を有する。タブ線２０とコンタクトパレット２２とコーナー部２１ではんだ接続される。このコンタクトパレット２２にバス電極１５Ｂが接続される。はんだ付け箇所においては電流が集中し、抵抗損失が生じるため、それを低減させるために複数箇所ではんだ付けされていてもよい。太陽電池セル１０の受光面１Ａ側の電流を太陽電池セル１０の四隅の部分から集電するため、グリッド電極１５Ｇは四隅から放射状に伸びている。以上のようにここでは縦タブ線２１ａが、第１導体部に相当し、横タブ線２１ｂ、コーナー部２１ｃ、縦タブ線２１ｄなどが第２導体部に相当する。素子間接続体としてのタブ線２０は、第１導体部で裏面電極６に接続され、第２導体部で隣接セルの受光面側に設けられたバス電極１５Ｂに接続され、素子間を直列接続する。
【００３９】
本実施の形態のタブ線２０の製造に際しては、それぞれの長さに切った金属線を熱圧着、またははんだ付けすることによって接着する。材料は銅、銀、アルミなどの導電性の高い金属を用いる。または縦タブ線２１ａ、横タブ線２１ｂ、縦タブ線２１ｄを１本の金属線を折り曲げることによってタブ線２０を作製してもよい。また１枚の金属板からせん断加工、またはレーザー加工によって切り出すことで厚みの一定なタブ線２０を作製し、太陽電池セルを封止する際の応力ストレスを緩和できる。
【００４０】
集電部を構成するコンタクトパレット２２はこの単結晶シリコンウエハの四隅の部分と干渉しない形状で作製する。コンタクトパレット２２の材料は金属線と同様に銀、銅、アルミなどの金属を用いる。光反射による太陽電池セルの電流利得を高めるためにはんだで全面めっきされていてもよい。そしてこのコンタクトパレット２２は銅箔などの導電性の帯状体で形成された導電薄片２４を介してバス電極１５Ｂに接続されている。
【００４１】
太陽電池セル１０は、タブ線２０との間に絶縁層２３を挟んでおり、太陽電池セル１０のｐ側とｎ側が電気的に短絡することを防いでいる。絶縁層２３はポリイミド樹脂などの絶縁性の樹脂をタブ線２０上にコーティングすることや、また絶縁シートを太陽電池セル１０とタブ線２０の間に挟むことにより作製される。図９（ｂ）では右側の太陽電池セル１０は裏面電極６をタブ線２０の縦タブ線２１ａとはんだ付けすることによって接着されている。そして左側の太陽電池セル１０は、絶縁層２３を介して、横タブ線２１ｂに固定されている。そしてこの２つの太陽電池セル１０間でコンタクトパレット２２が太陽電池セルの表面まで伸び、導電薄片２４によって左側の太陽電池セル１０のバス電極１５Ｂに接続される。このようにしてタブ線２０の４か所で導電薄片２４によってバス電極１５Ｂに接続され、２つの太陽電池セル１０間の接続がなされている。
【００４２】
またコンタクトパレット２２上には太陽電池セル１０の受光面１Ａ上から伸びる受光面集電電極としてのグリッド電極１５Ｇに接続されたバス電極１５Ｂがはんだ付け、または熱圧着などの電気的導通がとれる方法によって接着される。
【００４３】
太陽電池セル１０の受光面１Ａ側の集電電極１５は、太陽電池セル１０の中心部から四隅への長い間隔にわたって集電する必要があるため、受光面１Ａの集電電極１５には抵抗率の低い材料を用いることが望ましい。なお、グリッド電極の抵抗率は２．０×１０-6Ωｃｍ以下とするのが望ましい。
【００４４】
サイズ１５６ｍｍ×１５６ｍｍのＳｉ基板上において、比抵抗１．６×１０−５ΩｃｍのＡｇペーストを用いたグリッド電極を形成した場合、グリッド電極の断面が幅８０μｍ×高さ４０μｍの矩形状であると、線抵抗は０．２５Ω／ｃｍである。このとき、太陽電池セル１０の電極構造における曲線因子は、バスバーが２本の櫛状電極構造（グリッド間隔２ｍｍ）と比較して４/１００低下した。これは太陽電池出力の５％の低下に相当する。
【００４５】
一方、めっき法を用いた銅（１．６８×１０−６Ωｃｍ）電極を用いた場合の曲線因子の低下分は、バスバーが２本の櫛状電極構造と比較して３／１０００であった。
【００４６】
これにより、集電距離が長い場合にも抵抗損失を抑制することができる。特に抵抗率が低くかつ安価な銅によるめっき法を用いて集電電極１５を形成することで、タブ線２０へ接続されるグリッド電極１５Ｇの長さが長い場合でも、抵抗によるエネルギー損失を低く抑えることができる。
【００４７】
図１０は、図７（ａ）および（ｂ）に示した太陽電池セル１０を電気的に直列接続した際の太陽電池モジュール１００の全体を示す平面図である。図１０では、封止材５０、受光面側主面材４０、裏面側主面材３０については省略している。太陽電池セルをストリング状に繋げたものが縦三列で構成されているが、それぞれストリングＳとストリングＳが接続する折り返し部分に位置する２つの太陽電池セル１０Ｓ１，１０Ｓ２では、図８に示したタブ線２０を、９０度回転した状態で、接続され、縦タブ線２１ａがストリングＳの配列方向に向くように配置されている。タブ線２０同士が干渉する場所では絶縁層を介在させるようにしてもよい。このようにして、横方向のセルへの電気的な接続をしている。２０Ｒはこの太陽電池モジュール１００の電流取り出し部である。
【００４８】
このように接続した太陽電池セル１０のストリングＳをバックシート上に置き、その上にＥＶＡ（Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｖｉｎｙｌ  Ａｃｅｔａｔｅ）樹脂などの封止材を挟んでカバーガラスを重ねてラミネートし、図６に示したような、太陽電池モジュールを作製する。
【００４９】
なお、この素子間接続体としてのタブ線２０は、図１１（ａ）および（ｂ）に変形例を示すように、図８に示したタブ線を、縦タブ線２１ａ同士を中間接続部２１ｅで接続し、対称な１対の線状体を一体化してもよい。この場合、通常列の太陽電池セル１０ｎ１に接続されるタブ線２０を中間接続部２１ｅ、先端接続部２１ｆで接続し、対称な１対の線状体を一体化し、図１１（ａ）に示すような形状とする。そしてその右側、折り返し部の太陽電池セル１０Ｓ１に接続されるタブ線２０を、図１１（ｂ）に示すように、縦タブ線２１ａに平行な縦タブ線２１ｄを除去することで開口箇所Ｏを形成し、図１１（ａ）に示した隣接する通常列の太陽電池セル１０ｎ１に接続されたタブ線２０と干渉しないように形成される。このようなタブ線を用いることで、極めて容易に太陽電池モジュールを形成することが可能となる。また、第１および第２導体部は同一平面上で連続形成されており、タブ線を曲げることなく形成できるため、加工が容易でかつ形状の安定性を維持することができる。また、タブ線の加工をはじめ太陽電池モジュールの実装の作業性も良好である。このようにしてタブ線によるストレスを太陽電池セルに与えることなく、太陽電池セル間の空白領域の面積を小さくして光反射損失を抑え、太陽電池モジュールのエネルギー変換効率を高めることができる。
【００５０】
図１２に示す太陽電池モジュールの変換効率とセル間隔との関係を測定した結果は本実施の形態にもあてはまる。この図からわかるようにセル間隔Ｗを０．１ｍｍ程度ときわめて小さくすることができる本実施の形態の太陽電池モジュールでは、変換効率が２０％も向上する。
【００５１】
このような構成によれば、太陽電池セル１０の受光面１Ａからの電流は、太陽電池セル１０の四隅に設けられたバス電極１５Ｂの部分で集電されて、隣接する太陽電池セル１０の裏面１Ｂ側の縦タブ２１ａを介して裏面電極６に接続されるため、太陽電池セルと太陽電池セルとの間に空白領域を設ける必要がなくなり、セルの間の空間を狭くすることができる。したがって、太陽電池モジュールの空白領域Ｖにおける、セル外への光反射損失を低減させることができ、太陽電池モジュールのエネルギー変換効率を増大することができる。
【００５２】
また、一般的な櫛状の電極パターンと比較して、太陽電池セル上でタブ線をはんだ付けする領域が少ないため、はんだ付けによる太陽電池セルの反りや、物理的ダメージが少なく、歩留まりの高い太陽電池モジュールを製造することができる。
【００５３】
実施の形態３．
実施の形態３では、受光面１Ａの四隅から中心に向かって楔状のバス電極２５Ｂを設け、集電部を４か所にした例を示すものである。図１３は、本発明にかかる実施の形態３による太陽電池モジュールに用いられる太陽電池を模式的に示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１４（ａ）および（ｂ）は、同太陽電池モジュールに用いられる素子間接続体としてのタブ線を示す分解図、図１５は、同素子間接続体の上面図、図１６は、同太陽電池モジュールの要部上面図である。本実施の形態の太陽電池モジュール１００は、受光面１Ａの四隅から楔状にバス電極２５Ｂが設けられ、このバス電極２５Ｂ上に重なるように、タブ線２０から楔状の導体箔としての集電コンタクト２６が伸長して接続されている。そして太陽電池セル１０の四隅のコーナー部分から、それぞれ太陽電池セル１０の長辺に対して斜め４５度の角度で中心に向かって集電コンタクト２６が伸びている。それぞれの集電コンタクト２６下のバス電極２５Ｂからグリッド電極２５Ｇが斜め４５度に伸びて配置される。この集電コンタクト２６は実施の形態１における導電薄片２４に相当するものとも考えられる。
【００５４】
図１３（ａ）は太陽電池セル１０の受光面上に集電電極２５のパターンを形成した際の平面図、図１３（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。集電電極２５は、太陽電池セル１０の四隅から中心に向かうように設けられた楔状のバス電極２５Ｂとこのバス電極２５Ｂに交差し、同心状に伸長するグリッド電極２５Ｇとで、構成される。ここではバス電極２５Ｂにはグリッド電極２５Ｇが複数の接続部で接続される。
【００５５】
そしてこの素子間接続体としてのタブ線２０は、互いに対称な１対の線状体で構成される線状体２１からなる本体部と、この線状体２１に接続される集電コンタクト２６とで構成される。図１４（ａ）に本体部の断面図、図１４（ｂ）に集電コンタクト２６を示すとともに、図１５に全体図を示す。本体部を構成する各線状体２１は実施の形態２の線状体２１と同様であり、縦タブ線２１ａとこの縦タブ線２１ａに直交する横タブ線２１ｂと、コーナー部２１ｃと、さらにその横タブ線２１ｂのもう一方の端から直交する方向に延びる縦タブ線２１ｄとを有する。また縦タブ線２１ｄの両端のコーナー部２１ｃには三角形状、または台形形状で、厚みが０．１ｍｍから０．２ｍｍ程度の太陽電池セルと同程度の厚みをもった集電部としてのコンタクトパレット２２（図９（ｃ）と同様であるが図示せず）を有する。タブ線２０とコンタクト用パレットとははんだ付けで接続され、このコンタクトパレット２２に集電コンタクト２６がはんだ付けされる一方、楔状のバス電極２５Ｂ上を覆うようにはんだ付けがなされる。図１６はこのようにして集電コンタクト２６の接続された太陽電池モジュールの要部を示す図である。
【００５６】
はんだ付け箇所においては電流が集中し、抵抗損失が生じるが、バス電極２５Ｂが集電コンタクト２６で裏打ちされた形状となっているため、集電抵抗が大幅に低減される。太陽電池セル１０の受光面１Ａ側の電流を太陽電池セルの四隅の部分から中心部に向かって伸びる集電コンタクト２６によって集電するため、グリッド電極２５Ｇからの電流は効率よく集電される。
【００５７】
他部については実施の形態２と同様に形成されるためここでは説明を省略する。
【００５８】
太陽電池セル１０の受光面１Ａ側の集電電極２５は、太陽電池セル１０の中心部から四隅への長い間隔にわたって集電する必要があるが、本実施の形態では集電コンタクト２６が太陽電池セル１０の中心に向かって楔状に形成されているため、受光面集電電極による集電抵抗はグリッド電極２５Ｇ分だけであり、抵抗によるエネルギー損失を低く抑えることができる。
【００５９】
以上説明してきたように、本実施の形態によれば、太陽電池セル１０上に集電コンタクト２６を有していることから、実施の形態１，実施の形態２に示した例と比較して、グリッド電極２５Ｇから集電部であるタブ線（集電コンタクト２６）までの長さが短くなる。したがって、グリッド電極３５Ｇについては銅めっき以外にも、Ａｇペーストを用いたスクリーン印刷法などを用いることができ、製造プロセスの簡略化をはかることができる。
【００６０】
図１２に示す太陽電池モジュールの変換効率とセル間隔との関係を測定した結果は本実施の形態にもあてはまる。この図からわかるようにセル間隔Ｗを０．１ｍｍ程度ときわめて小さくすることができる本実施の形態の太陽電池モジュールでは、変換効率が２０％も向上する。
【００６１】
これにより、太陽電池セル間の間隔が短く、エネルギー変換効率の高い太陽電池モジュールを製造することができる。
【００６２】
さらにまた、図１７に変形例を示すように、グリッド電極３５Ｇは、バス電極３５Ｂとの接続部をバス電極３５Ｂ上でずらし、交互となるように形成しても良い。他は前記実施の形態３の太陽電池セルと同様である。同一部位には同一符号を付した。
【００６３】
これにより、グリッド電極３５Ｇからバス電極３５Ｂを介して集電コンタクト２６に流れ込む位置が集中されず分散することで、電流集中を防ぐことができる。
【００６４】
＜実施例＞
以下、上記実施の形態に基づいて製造された太陽電池セルの光電変換特性の測定結果を実施例として説明する。まず、実施例に用いた太陽電池セルについて説明する。図１（ｂ）は、実施例に用いた光電変換セルすなわち太陽電池セル１０の構造を示す断面図である。ｎ型単結晶シリコン基板１の寸法は縦１２５ｍｍ、横１２５ｍｍ、高さ１５０μｍとした。また四隅のコーナー部分の辺の長さは１．５ｍｍであった。また本実施例にはｐｎ接合とパッシベーション層が非晶質シリコンによって構成されるヘテロ接合型単結晶シリコン太陽電池セルを用いたが、不純物の熱拡散によってｐｎ接合を形成する拡散型単結晶シリコン太陽電池セルを用いてもよい。
【００６５】
ｎ型単結晶シリコン基板１の一方の面には、ｉ型非晶質シリコン層２ｉ、ｐ型非晶質シリコン層２ｐをこの順番で化学気相成長（ＣＶＤ）法を用いて形成した。ｎ型単結晶シリコン基板１の他方の面には、ｉ型非晶質シリコン層３ｉ、ｎ型非晶質シリコン層３ｎをこの順番で化学気相成長法を用いて形成した。
【００６６】
そしてｐ型非晶質シリコン層２ｐ、ｎ型非晶質シリコン層３ｎの上にそれぞれ、透光性導電膜４をスパッタ法あるいは蒸着法などで形成した。透光性導電膜４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望ましい。透光性導電膜材料としては酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3：Ｉｎｄｉｕｍ  Ｏｘｉｄｅ）を用いた。
【００６７】
このようにしてｐ型非晶質シリコン層２ｐ、ｎ型非晶質シリコン層３ｎの上に透光性導電膜４を形成した後、その上に集電電極５を形成した。
【００６８】
受光面側の集電電極５のめっきによる形成方法を以下に示す。太陽電池セル１０の受光面側にめっきシード層を形成する。シード層上にレジスト膜を回転塗布し、露光現像処理を行い、レジスト開口パターンを得る。ここでは粘度の高い厚膜レジストを塗布して、基板回転数を調節することで厚み４０μｍ、幅３０μｍの断面形状を持つ開口パターンを形成した。
【００６９】
続いてめっきシード層露出部を希硫酸で洗浄した後に、基板と銅板を硫酸銅溶液に浸漬し、銅板をアノード、基板側をカソードとして電圧を印加し、電解めっき法によりレジスト開口部分に銅めっき層を析出させグリッド電極５Ｇおよびバス電極５Ｂを析出させる。次いでレジストを有機アルカリ系の剥離液を用いて剥離する。最後にめっきシード層のエッチングを行う。シード層の選択エッチング液には、シード層が銀であれば、例えばリン酸と硝酸と酢酸の混合液を用い、銅シードであれば、硝酸と過酸化水素水の混合液を用いる。
【００７０】
裏面電極６はＡｇペーストを用いたスクリーン印刷法を用いて形成してもよいし、受光面１Ａ側と同様の電解めっき法によって同時に形成してもよい。
【００７１】
以上の工程を実施することにより、本実施例で用いる太陽電池セル１０を得た。図１２は実施の形態１に基づいて作製された太陽電池モジュールのエネルギー変換効率の測定結果を実施例１として示す図である。実施例１では、実施の形態１に基づいて太陽電池モジュール１を作成した。Ｗ＝０．１ｍｍ、０．３ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、４ｍｍの５種類のモジュールを作成した。タブ線２０の幅は４ｍｍで厚みが０．０５ｍｍの銅製のものを用いた。縦タブ線２１ａ，２１ｄ部分の長さはそれぞれセルの間隔Ｗに合わせて１２５．１ｍｍ、１２５．３ｍｍ、１２６．０ｍｍ、１２７．０ｍｍ、１２９．０ｍｍとした。縦タブ線２１ｄの幅と厚みは縦タブ線２１ａ部分と同様で、長さは５種類とも１２５ｍｍで固定した。このタブ線２０は厚み０．０５ｍｍの銅シートから切り出して作製した。コンタクトパレット２２は同じく銅製の直角二等辺三角形状で、等しい長さの２辺が７ｍｍ、厚みが０．１ｍｍのものをタブ線２０のコーナー部分２１ｃに複数箇所のスポット溶接で接着した。コンタクトパレット２２と太陽電池セル１０のバス電極５Ｂとの接続は同じく銅製の導電薄片２４で行い、セル部分ははんだ付けで接着し、集電部分はポイント溶接で接着した。このとき、モジュール内の太陽電池セル１０間の空白領域Ｖの幅Ｗが異なる５種類の太陽電池モジュール１００を作製し、エネルギー変換効率を測定した。
【００７２】
図１２に示すように、空白領域の幅Ｗを小さくするに従い、太陽電池モジュール１００における短絡電流密度が増加し、太陽電池モジュール１００のエネルギー変換効率が単調に増加した。セル間隔Ｗを４ｍｍから０．１ｍｍまで狭めることにより、太陽電池モジュール１００のエネルギー変換は１７．６％から１９．９％へ２．３％分増加した。これは、空白領域の面積を低減することで、空白領域Ｖにおけるセル外への光反射損失が低下するためである。
【００７３】
また実施例２として、実施の形態１に基づいて作製した太陽電池モジュール１００で受光面側グリッド電極をＡｇペーストによるスクリーン印刷法を用いて形成した。ここでの空白領域Ｖの幅Ｗは０．１ｍｍとした。実施例２にかかる太陽電池モジュールのエネルギー変換効率を測定したところ１８．５％となり、実施例１において空白領域Ｖの幅Ｗを０．１ｍｍとした際と比較して１．４％分の効率低下となった。これはＡｇペーストによるスクリーン印刷法を用いた受光面１Ａ側の集電電極形成では、Ａｇペーストの抵抗率がバルクの銅に比べて８倍程度高いため、電気抵抗によるエネルギー損失が大きいためである。このため、本実施の形態に係る太陽電池モジュール１００はめっき法を用いることにより、受光面電極に抵抗率の低い材料を用いることが望ましい。
【００７４】
本発明を用いることで、原理的には空白領域の幅Ｗを０．０１ｍｍ程度まで小さくすることが可能であるが、隣接する太陽電池セル同士が接触すると、太陽電池セルのｐ層とｎ層が電気的に短絡して発電出力の著しい低下が生じる。このため空白領域Ｖの幅Ｗは、モジュールが変形した際などに隣接する太陽電池セル同士が接触することを防止するために、セル間に最低でも０．１ｍｍ程度の間隔を設けるようにするのが望ましい。
【００７５】
以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、太陽電池モジュールのエネルギー変換効率の向上に有用である。
【００７６】
なお、引き上げ後のインゴットをスライスして形成したウエハが、ダイシングにより複数に分断されることなく、１枚ものとして使用されることが多く、ほぼ矩形をなす。ただし、これ以外にも、三角形や六角形、八角形等の形状であってもよい。実施の形態１〜３ではシリコンインゴットをスライスして形成したシリコンウエハを用いて形成され、四隅が切り落とされた形状の太陽電池セルについて説明したが、四隅が切り落とされていない矩形形状の太陽電池セルにおいても、適用可能である。本実施の形態の太陽電池モジュールにおける集電電極の構成および素子間接続体の構成については、シャドウロスが小さく光電変換効率が高いため、この場合は素子間接続体の構成を工夫することで、太陽電池セルのセル間隔の低減も可能となる。
【００７７】
また、前記実施の形態１〜３では、複数の太陽電池セルを素子間接続体としてのタブ線２０で接続した太陽電池モジュール１００について説明したが、複数の太陽電池セルを接続する場合に限定されることなく、１つの太陽電池セルを、モジュール化する際に、電流取り出し部として、タブ線を用いることも可能である。
【００７８】
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７９】
１  ｎ型単結晶シリコン基板、１Ａ  受光面、１Ｂ  裏面、２ｉ，３ｉ  ｉ型非晶質シリコン層、２ｐ  ｐ型非晶質シリコン層、３ｎ  ｎ型非晶質シリコン層、４  透光性導電膜、５，１５，２５  集電電極、５Ｂ，１５Ｂ，２５Ｂ  バス電極、５Ｇ，１５Ｇ，２５Ｇ  グリッド電極、６  裏面電極、１０  太陽電池セル、１０Ｓ１，１０Ｓ２  折り返し部の太陽電池セル、１０ｎ１  通常列の太陽電池セル、２０  タブ線、２０Ｒ  電流取り出し部、２１  線状体、２１ａ，２１ｄ  縦タブ線、２１ｂ  横タブ線、２１ｃ  コーナー部、２１ｅ  中間接続部、２１ｆ  先端接続部、２２  コンタクトパレット、２３  絶縁層、２４  導電薄片、２６  集電コンタクト、Ｏ  開口箇所、Ｖ  空白領域。
【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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