(57)【要約】【課題】太陽電池の電極構造を変更して、くし型電極の抵抗値を低くすることで導電性を高めると同時に、電極構造を低い光遮蔽率に維持することにより、光電変換率を高める太陽電池の電極構造を提供する。【解決手段】本考案の電極構造２１は、太陽電池２の基板２０に設置され、複数のバスバー電極２１１及び複数のくし型電極２１２を備える。バスバー電極２１１は、間隔をおいて基板２０に設置される。くし型電極２１２は、バスバー電極２１１の両側に設置されて、バスバー電極２１１に電気的に相互接続される。このうち、バスバー電極２１１及びくし型電極２１２は、少なくとも二回のスクリーン印刷によって形成され、このうちの少なくとも一回のスクリーン印刷においてバスバー電極２１１が印刷されないことで、くし型電極２１２の厚さをバスバー電極２１１の厚さより大きくする。【選択図】図２
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池の基板に設置される電極構造であって、
間隔をおいて前記基板に設置される複数のバスバー電極と、
前記バスバー電極の両側に設置されて、前記バスバー電極に電気的に相互接続される複数のくし型電極と、を備えて、
前記バスバー電極及び前記くし型電極は、少なくとも二回のスクリーン印刷によって形成され、このうちの少なくとも一回のスクリーン印刷は前記バスバー電極が印刷されないことを特徴とする電極構造。
【請求項２】
前記くし型電極は、第一端と第二端とを有し、
前記くし型電極の前記第一端は、前記バスバー電極のうちの１本に接続され、さらに、前記第一端の幅は前記第二端の幅より大きいことを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
【請求項３】
前記バスバー電極の間に隣接して位置する前記くし型電極の前記第二端は、相互接続することを特徴とする請求項２に記載の電極構造。
【請求項４】
前記第一端の幅は６０μｍから１１０μｍであり、前記第二端の幅は４０μｍから１００μｍであり、前記第一端の幅と前記第二端の幅との差が５μｍから７０μｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の電極構造。
【請求項５】
前記くし型電極の各々は、前記第一端から前記第二端にかけて、なめらかに連続して収れんする構造であることを特徴とする請求項２に記載の電極構造。
【請求項６】
前記くし型電極の形状は、台形であることを特徴とする請求項５に記載の電極構造。
【請求項７】
前記くし型電極の幅は、いずれの前記バスバー電極の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
【請求項８】
前記バスバー電極は、実質上互いに平行に設置されることを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
【請求項９】
前記バスバー電極と前記くし型電極は、実質上互いに垂直に配置されることを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
【請求項１０】
少なくとも二回のスクリーン印刷によって形成される前記くし型電極のパターン、形状またはサイズ等は、同一または異なることを特徴とする請求項１に記載の電極構造。
【請求項１１】
太陽電池の基板に設置される電極構造であって、
間隔をおいて前記基板に設置される複数のバスバー電極と、
前記バスバー電極の両側に設置されて、前記バスバー電極に電気的に相互接続される複数のくし型電極と、を備えて、
このうち、前記くし型電極の厚さは前記バスバー電極の厚さより大きいことを特徴とする電極構造。
【請求項１２】
前記くし型電極は、第一端と第二端とを有し、
前記くし型電極の前記第一端は、前記バスバー電極のうちの１本に接続され、さらに、前記第一端の幅は前記第二端の幅より大きいことを特徴とする請求項１１に記載の電極構造。
【請求項１３】
前記バスバー電極の間に隣接して位置する前記くし型電極の前記第二端は、相互接続することを特徴とする請求項１２に記載の電極構造。
【請求項１４】
前記第一端の幅は６０μｍから１１０μｍであり、前記第二端の幅は４０μｍから１００μｍであり、前記第一端の幅と前記第二端の幅との差が５μｍから７０μｍの範囲であることを特徴とする請求項１２に記載の電極構造。
【請求項１５】
前記くし型電極の各々は、前記第一端から前記第二端にかけて、なめらかに連続して収れんする構造であることを特徴とする請求項１２に記載の電極構造。
【請求項１６】
前記くし型電極の形状は、台形であることを特徴とする請求項１５に記載の電極構造。
【請求項１７】
前記くし型電極の幅は、いずれの前記バスバー電極の幅よりも小さいことを特徴とする請求項１１記載の電極構造。
【請求項１８】
前記バスバー電極は、実質上互いに平行に設置されることを特徴とする請求項１１記載の電極構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電極構造に関し、特に、太陽電池に応用される電極構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
シリコンウェファー（Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｗａｆｅｒ）の生産供給はすでに成熟した技術であり、各種半導体産業における電子材料に広く使用されている。さらに、シリコン原子のエネルギーギャップが太陽光を吸収しやすいことから、シリコン太陽電池は現在最も広く使用されている太陽電池である。一般に、単結晶シリコン、または、多結晶シリコン太陽電池の構造は、表面電極、反射防止層（Ａｎｔｉ−ｒｅｆｌｅｃｔｉｖｅ  ｌａｙｅｒ）、Ｎ型及びＰ型半導体層、並びに裏面電極（Ｂａｃｋ  ｃｏｎｔａｃｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）といった複数の層を備える。
【０００３】
Ｐ型及びＮ型の半導体が互いに接触すると、Ｎ型半導体層内の電子がＰ型半導体層内にどんどん流れ込んで、その中のホールにはまり込む。Ｐ−Ｎ接合面の近くでは、電子−ホールの結合によりキャリア空乏層が形成され、Ｐ型及びＮ型半導体層が、それぞれ負、正の電荷を帯びることにより内蔵電場が形成される。このＰ−Ｎ構造に太陽光が照射されると、Ｐ型とＮ型の半導体層は、太陽光を吸収して電子−ホールのペアを発生させる。空乏層の内蔵電場が、半導体内に発生した電子を流動させ、電極を介して電子が引き出されることで、太陽エネルギー電池が形成される。
【０００４】
表面電極の材料は一般に、ニッケル、銀、アルミ、銅及びパラジウム等の金属が組み合わされる。さらに、充分な電子量を伝導させるために、電極と基板との間には充分な大きさの伝導面積を必要とする。しかしながら、表面電極の太陽入射光に対する遮蔽率を低くするために、基板上を覆う表面電極の表面積は、できるだけ小さくする必要がある。このため、表面電極構造の設計において、低抵抗であると同時に光に対して低遮蔽率であるという特性を併せ持つ必要がある。
【０００５】
このため、現在、表面電極構造は、主にバスバー電極（ｂｕｓ  ｂａｒ）とくし型電極（ｆｉｎｇｅｒ）との二つから構成される。このうち、バスバー電極の断面積のサイズは、くし型電極の断面積のサイズより大きい。この構造を例えて言えば、バスバー電極は木の主幹のようなものであり、くし型電極は枝のようなもので電池表面の各所に分散している状態に似ている。電子は、くし型電極によってバスバー電極に集められ、外部の負荷に送られる。言い換えれば、断面積サイズの大きなバスバー電極は電子の流量を高めるのに役立ち、断面積サイズの小さなくし型電極は光遮蔽率を下げるのに役立つということである。
【０００６】
図１（ａ）は、従来の太陽電池１を示した図である。図１（ｂ）は、従来の太陽電池の電極構造を上から見た平面図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）を参照しながら説明するが、このうち、バスバー電極は簡略化したものを表示して説明する。基板１０は、Ｐ型半導体１０１及びＮ型半導体１０２から構成され、基板１０の受光面上に、同時にバスバー電極１１１及び複数のくし型電極１１２がスクリーン印刷（ｓｃｒｅｅｎ  ｐｒｉｎｔｉｎｇ）されて、バスバー電極１１１及びくし型電極１１２が共同で電極構造１１を構成する。電子は、くし型電極１１２によって、バスバー電極１１１に伝導されて、さらに、バスバー電極１１１によって電子が引き出される。基板１０の表面は、さらに反射層１２を備え、その材質は、チッ化ケイ素を含み、透明層を形成することで、入射光の反射を抑制して、光電変換率を高める。基板１０のバックライト面は、金属材質を含む裏面電極１３に覆われており、電極構造１１と共に導通を形成することで、電気エネルギーを負荷に送るか、または電気エネルギーを保存する。
【０００７】
しかしながら、従来の電極構造のスクリーン印刷による電極形成では、バスバー電極及びくし型電極が何回もスクリーン印刷されることにより、バスバー電極及びくし型電極が同一の厚みで同時に基板に印刷される。バスバー電極の幅が広いのに比べ、くし型電極は幅が狭いことにより、形成される抵抗値が高く、電流を伝導させることが難しい。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００８】
したがって、本考案は、太陽電池の電極構造を変更して、くし型電極の抵抗値を低くすることで導電性を高めると同時に電極構造を低い光遮蔽率に維持することにより、光電変換率を高める太陽電池の電極構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本考案は、低抵抗と光に対する低遮蔽率の維持という両特性を併せ持つことで、光電変換率を高める太陽電池の電極構造を提供することを目的とする。
【００１０】
さらに、本考案は、数回行なわれるスクリーン印刷のうちの一回が、バスバー電極を印刷する必要なく、製造コストの削減が図れる太陽電池の電極構造を提供することを目的とする。
【００１１】
上記目的を達成するため、本考案の電極構造は、太陽電池の基板に設置されて、複数のバスバー電極及び複数のくし型電極を備える。前記バスバー電極は間隔をおいて基板に設置され、前記くし型電極は、前記バスバー電極の両側に配置されて、前記バスバー電極と電気的に相互接続される。このうち、前記バスバー電極及び前記くし型電極は、電極形成において少なくとも二回のスクリーン印刷によって形成され、このうちの少なくとも一回のスクリーン印刷において、前記バスバー電極を印刷する必要がない。
【００１２】
さらに、上記目的を達成するため、本考案の電極構造は、太陽電池の基板に設置されて、複数のバスバー電極及び複数のくし型電極を備える。前記バスバー電極は間隔をおいて基板に設置される。前記くし型電極は、前記バスバー電極の両側に配置されて、前記バスバー電極と電気的に相互接続される。このうち、前記くし型電極の厚さは前記バスバー電極の厚さより大きい。
【００１３】
本考案の好適な実施形態において、前記くし型電極の前記バスバー電極に接触する一端（例えば第一端）のサイズは、前記くし型電極の前記バスバー電極から遠い他端（例えば第二端）のサイズより大きい。くし型電極の各々は、第一端から第二端にかけてなめらかに連続して収れんされる構造である。その形状は、例えば台形であるが、これに制限されるものではない。
【００１４】
本考案の好適な実施形態において、少なくとも二回のスクリーン印刷によって形成される前記くし型電極のパターン、形状またはサイズ等の配置は、同一または異なる。
【００１５】
太陽電池の電気的特性は、光の利用率及び電子の伝達阻止力と大きな関係がある。従来の技術において、スクリーン印刷による電極形成では、表面電極が太陽電池の基板上に印刷される。その表面電極は、複数のバスバー電極と複数のくし型電極とを備える。それらの材質は、通常銀ペーストまたはＡｇ／Ａｌペースト等から構成され、さらに、高温焼結によって形成されて、光電変換後の電流を収集するのに用いられる。スクリーン印刷において、塗布される表面電極の高さは一回のみのスクリーン印刷では好ましくない。塗布される表面電極が高温焼結を経ないで硬化して固まり、その高さが高すぎたり、表面積が大きくなり過ぎたりすることで、下層の液体状の銀ペーストまたはＡｇ／Ａｌペーストが上層の重力を支えることができなくなり、上層の液体状物質が両側に拡散して凝固させることができない。さらには、くし型電極を台形の網状に形成することで基板との接触面積を少なくして、光遮蔽率を低くするという設計どおりに完成させることができないという事態も発生する。したがって、表面電極のスクリーン印刷では、通常何回も印刷塗布を行い、高温で焼結させることで、理想の厚みを達成する。しかしながら、複数回のスクリーン印刷において、通常同時にバスバー電極とくし型電極とを塗布する場合、一回のスクリーン印刷においてのみパターンを変更する場合、例えば、くし型電極のみを印刷してバスバー電極を省略するか、または、複数回のスクリーン印刷において何らかの新しいスクリーン印刷のパターンを挿入する場合、新たにスクリーン印刷のパターンを設計して、新しい製造過程を企画しなければならないという問題が発生する。
【００１６】
このように、本考案の太陽電池の電極構造は、バスバー電極及びくし型電極が、少なくとも二回のスクリーン印刷によって形成され、このうちの少なくとも一回のスクリーン印刷においてバスバー電極が印刷されないことで、くし型電極が対応するバスバー電極の厚みをコントロールし、くし型電極の厚みをバスバー電極の厚さより大きくして、くし型電極の抵抗値を低くすることにより、導電性を高める。また、このうちの一回のスクリーン印刷においてバスバー電極を印刷する必要がないため、製造コストの削減が可能である。従来の技術と比較した場合、本考案は、スクリーン印刷による電極形成を改善することにより、光に対する低遮蔽率と低抵抗値の維持という両特性を併せ持つことで、効果的に太陽電池全体の光電変換率を高める。
【考案の効果】
【００１７】
本考案の太陽電池の電極構造は、バスバー電極及びくし型電極が、少なくとも二回のスクリーン印刷によって形成され、このうちの少なくとも一回のスクリーン印刷においてバスバー電極が印刷されないことで、くし型電極が対応するバスバー電極の厚みをコントロールし、くし型電極の厚さをバスバー電極の厚さより大きくして、くし型電極の抵抗値を低くすることにより、導電性を高める。また、このうちの一回のスクリーン印刷においてバスバー電極を印刷する必要がないため、製造コストの削減が可能である。従来の技術と比較した場合、本考案は、スクリーン印刷による電極形成を改善することにより、光に対する低遮蔽率と低抵抗値の維持という両特性を併せ持つことで、効果的に太陽電池全体の光電変換率を高める。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は従来の太陽電池を示した図、（ｂ）は従来の太陽電池の電極構造を上から見た平面図。
【図２】（ａ）及び（ｂ）は、本考案の太陽電池の電極構造を示した図。
【図３ａ】（ａ）は本考案の太陽電池における電極構造の異なる形状を上から見た平面図。
【図３ｂ】（ｂ）は本考案のくし型電極の異なる変化形状を示した図。
【図４】本考案の太陽電池の電極構造の異なる変化形状を示した図。
【考案を実施するための形態】
【００１９】
以下、図を参照しながら、本考案の好適な実施形態における太陽電池の電極構造について説明する。図２（ａ）及び図２（ｂ）に示したのは、本考案の太陽電池の電極構造である。このうち、１個のバスバー電極を代表として表示し、略図にて基板を表すことで説明を簡潔化した。太陽電池は、半導体太陽電池（ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）または、薄膜太陽電池（ｔｈｉｎ−ｆｉｌｍ  ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）である。電極構造２１は、太陽電池２の基板２０に設置される。電極構造２１は、複数のバスバー電極２１１及び複数のくし型電極２１２を備える。バスバー電極２１１は、間隔をおいて基板２０に設置される。くし型電極２１２は、バスバー電極２１１の両側に配置されて、バスバー電極２１１と電気的に相互接続される。バスバー電極２１１とくし型電極２１２とは、基板２０の照光表面上に設置される。バスバー電極２１２は実質上互いに平行に設置され、くし型電極２１２の幅はいずれのバスバー電極２１１の幅よりも狭い。これは、すなわちバスバー電極２１１の幅は、くし型電極２１２の幅より大きいということである。このため、バスバー電極２１１の抵抗値は明らかにくし型電極２１２の抵抗値より小さい。
【００２０】
バスバー電極２１１及びくし型電極２１２は、少なくとも二回のスクリーン印刷によって形成される。この二回のスクリーン印刷のうちの少なくとも一回のスクリーン印刷におてバスバー電極２１１が印刷されずに、くし型電極２１２に対応するバスバー電極２１１の厚みをコントロールして、くし型電極２１２の厚さをバスバー電極２１１の厚さより大きくすることで、くし型電極２１２の抵抗値を下げる。
【００２１】
基板２０は、半導体基板である。半導体基板は単結晶シリコン基板、他結晶シリコン基板またはガリウムヒ素基板等であり、光電変換反応に類似した機能を有する半導体材質である。このうち、基板２０は、少なくとも１個のＰ型半導体層及び少なくとも一個のＮ型半導体層を備える。基板２０の表面はさらに、反射防止層を備えて入射光の反射を抑制する。基板２０の背光面には裏面電極が塗布されて、太陽電池とそれにカップリング接続される負荷を導通させるのに用いられる。この部分の半導体太陽電池に関する構造は従来技術と同様であるため、ここでは再述しない。また、基板２０は、ガラス基板も可能で、ガラス基板上に、順に少なくとも一個のＰ型半導体層、少なくとも一個のＮ型半導体層及び反射防止層を備える。この部分の薄膜太陽電池に関する構造は従来技術と同様であるため、ここでは再述しない。
【００２２】
電流を効果的に導くために、バスバー電極２１１及びくし型電極２１２の材質は金属を含む。一般的な電極構造２１の材質は、銀、スズ等の金属及び少なくともその化合物のうちの一つ、または、その他の導電可能な材質から選択されるが、これに制限されるものではない。また、バスバー電極２１１及びくし型電極２１２の外型構造、数量、材質の選定は、基板２０の大きさ及びニーズに応じてなされるが、本考案ではこれに対して特に制限しない。
【００２３】
バスバー電極２１１及びくし型電極２１２は、例えば、スクリーン印刷により形成され、基板２０の照光表面に設置されて電極構造２１を構成する。スクリーン印刷による電極形成は、少なくとも２個のステップを備える。まず、同時にバスバー電極２１１及びくし型電極２１２を基板２０上に印刷する。さらに、すでに印刷されたバスバー電極２１１及びくし型電極２１２を凝固させる。続いて、くし型電極２１２ａのみを基板２０上に印刷することで、二回目に印刷されたくし型電極２１２ａがくし型電極２１２の上に位置し、くし型電極の厚みが増すことにより、くし型電極（２１２＋２１２ａ）の厚さがバスバー電極２１１の厚さより大きくなる。そして、二回目に印刷されたくし型電極２１２ａを凝固させる。注意すべきは、くし型電極２１２ａの幅は、くし型電極２１２の幅（図２（ｂ）に示したとおり）に等しいか、またあるいは、くし型電極２１２ａの幅は、くし型電極２１２の幅（図４に示したとおり）より狭くすることも可能であるという点である。このうち、二回のスクリーン印刷によって形成されたくし型電極のパターン、形状またはサイズ等の配置は、同一または異なる。
【００２４】
図３（ａ）は、本考案の太陽電池における電極構造の異なる形状を上から見た平面図である。このうち、バスバー電極２１１は実質上は互いに平行に設置される。
【００２５】
ここで、くし型電極２１２の形状は台形を呈する。くし型電極２１２は、第一端２１２ｂと第二端２１２ｃとを有する。くし型電極２１２の第一端２１２ｂは、バスバー電極２１１のうちの１本に接続される。さらに、第一端２１２ｂの幅は、第二端２１２ｃの幅より大きい。くし型電極２１２は、第一端２１２ｂから第二端２１２ｃにかけてなめらかに連続して収れんされる構造である。バスバー電極２１１間のくし型電極２１２の第二端２１２ｃは相互接続される。バスバー電極２１１とくし型電極２１２とは、実質上互いに垂直に配置される。図中には、例として、くし型電極２１２のみを示しているが、これによって本考案を制限するものではない。例えば、ここで開示されるバスバー電極２１２の幅は２ｍｍで、それに対応するくし型電極２１２の第一端２１２ｂの幅は６０μｍから１１０μｍであり、第二端２１２ｃの幅は４０μｍから１００μｍである。第一端２１２ｂの幅と第二端２１２ｃの幅との差は５μｍから７０μｍの範囲である。このようにして、くし型電極２１２の抵抗値を下げる。
【００２６】
図３（ｂ）は、本考案の太陽電池の電極構造におけるくし型電極の異なる変化形状を示した図である。この図は、異なるくし型電極の変化に対して図示したものであり、これにより本考案を制限するものではない。図に示したように、くし型電極は、内向湾曲線、外向湾曲線、直線又は斜線であり、このうち、いずれかの２本が組み合わさった形状である。例えば、くし型電極は、２本の内向湾曲線、２本の外向湾曲線、１本の直線と１本の斜線、１本の直線と１本の内向湾曲線、または１本の直線と１本の外向湾曲線とから構成されるか、付着箇所が大きく張り出した直線からなるが、その理由はくし型電極が台形状に設置されるからである。くし型電極の設計において、第一端（バスバー電極に接続される位置）の幅が第二端（バスバー電極から遠い位置）の幅より大きいことが原則である。この原則に適合したくし型電極の設計は、いずれも本考案の保護範囲である。
【００２７】
このように、本考案の太陽電池の電極構造において、バスバー電極及びくし型電極が、少なくとも二回のスクリーン印刷によって形成され、このうちの少なくとも一回のスクリーン印刷において、バスバー電極が印刷されないことで、くし型電極の厚さがバスバー電極の厚さより大きくなる。本考案では、スクリーン印刷による電極形成を改善することによって、幅の狭いくし型電極の厚さを、対応する幅の広いバスバー電極の厚さより大きくして、くし型電極の抵抗を下げ、光に対する遮蔽率を確保すると同時に、バスバー電極に対して不必要な二回目のスクリーン印刷を行なわないことで、製造コストを削減し、光に対する低遮蔽率と低抵抗値という両特性を併せ持つことにより、効果的に太陽電池全体の光電変換率を高めることができる。
【００２８】
以上、本考案の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲の設計変更などがあっても、本考案に含まれる。
【符号の説明】
【００２９】
２  太陽電池
２０  基板
２１  電極構造
２１１  バスバー電極
２１２，２１２ａ  くし型電極
２１２ｂ  第一端
２１２ｃ  第二端
【図１】
0003168227.tif 000003
【図２】
0003168227.tif 000004
【図３ａ】
0003168227.tif 000005
【図３ｂ】
0003168227.tif 000006
【図４】
0003168227.tif 000007