(57)【要約】【課題】薄型太陽電池セルの直列接続を簡便かつ高速に行えるようにすることで、一層低コストな太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供することおよび太陽電池モジュールの製作の際の配線接続の高速化を行い得る薄型太陽電池セルを提供すること。【解決手段】複数の半導体層が積層され、光電変換機能を有する半導体層部１１と、この半導体層部１１の受光面側に設けられる受光面電極部１２と、半導体層部１１の裏面側に設けられる裏面電極部１３とを備える。さらに、少なくとも受光面電極部１２が、モジュール化の際の導線２６による接続方向Ａと略直交する方向Ｂに並ぶ複数列のドット状分離電極１２ａまたは前記略直交する方向Ｂに延びる複数本の線状分離電極からなる。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体層が積層され、光電変換機能を有する半導体層部と、この半導体層部の受光面側に設けられる受光面電極部と、半導体層部の裏面側に設けられる裏面電極部とを備えた太陽電池セルであって、受光面電極部が、モジュール化の際の導線による接続方向と略直交する方向に並ぶドット状分離電極の複数列または前記略直交する方向に延びる複数本の線状分離電極からなることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
裏面電極部が、モジュール化の際の導線による接続方向と略直交する方向に並ぶドット状分離電極の複数列または前記略直交する方向に延びる複数本の線状分離電極からなる請求項１に記載の太陽電池セル。
【請求項３】
ドット状分離電極の各ドット間ピッチが０．５〜５ｍｍに設定され、かつドット状分離電極の各列間ピッチが０．５〜５ｍｍに設定された請求項１または２に記載の太陽電池セル。
【請求項４】
半導体層部の受光面側半導体層のシート抵抗値が５０〜１５０Ω／□に設定された請求項１〜３の何れか１つに記載の太陽電池セル。
【請求項５】
請求項１に記載の太陽電池セルの複数個を複数本の導線にて電気的に直列に接続してなり、その接続が、一の太陽電池セルの受光面電極部の複数列のドット状分離電極に一端側が跨って電気的に接続された導線の他端側、または一の太陽電池セルの受光面電極部の複数本の線状分離電極に一端側が跨って電気的に接続された導線の他端側と、隣接する他の太陽電池セルの裏面電極部との間でなされてなることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項６】
裏面電極部が、モジュール化の際の導線による接続方向と略直交する方向に並ぶドット状分離電極の複数列または前記略直交する方向に延びる複数本の線状分離電極からなる請求項５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
隣接する各導線のピッチが、０．５〜５ｍｍに設定された請求項５または６に記載の太陽電池セル。
【請求項８】
複数の太陽電池セルを電気的に直列に接続するセル接続工程を備え、このセル接続工程が、
導線を巻いたボビンが複数個並んだ第１ボビン列と、導線を巻いたボビンが複数個並んだ第２ボビン列とを略上下交互に交差状に移動させながら各導線を繰り出し、かつ第１ボビン列の各導線と第２ボビン列の各導線との間に複数の太陽電池セルを順次平織状に織り込むセル織り込み工程と、
各太陽電池セルの受光面電極部と裏面電極部に各導線を電気的に接続する導線接続工程と、
直列に隣接する各太陽電池セルのセル間において、第１ボビン列の各導線と第２ボビン列の各導線を隣接するセル間毎に交互に切断する導線切断工程とを備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池セル、それを用いた太陽電池モジュールおよびその製造方法に関し、特に太陽電池モジュールを構成するに好適な電極と配線方法、並びに構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
通常、単結晶シリコンや多結晶シリコン基板を用いてｐｎ接合を有する太陽電池セル１００は、図７に示すように、一般的に厚さ０．４ｍｍ程度のｐ型シリコン基板１０１に対し、受光面側に化学的に凹凸形状を加工した後、熱拡散法でｎ型層１０２を形成し、一方裏面側にはアルミニウム元素拡散などによりｐ＋高濃度層１０３を形成したものが公知である（例えば、特許文献１参照）。なお、ｎ型層１０２の表面には反射防止膜１０４の形成も行われる。受光面側の受光面電極１０５は、太陽電池用銀ペースト材料の印刷と焼成により行われる。この際、受光面電極１０５の形状としては、細線部分（以下、グリッド電極１０５ａと称す）と太線部分（以下、メイングリッド電極１０５ｂと称す）を組合せたパターンを用いて、受光面のシリコン表面をできるだけ広くする工夫がなされている。一方、裏面側電極１０６では、アルミニウムを主成分とするペースト材料を略全面にわたり印刷、焼成することで形成する。このようにして作製した複数個の太陽電池セル１００から太陽電池モジュールを製作する際は、図８の断面図に示すように、一の太陽電池セル１００の受光面側のメイングリッド電極と、隣接する他の太陽電池セルの裏面電極とを、銅リボンなどの配線材１０７をはんだで接続し、このようにセルを１０直列以上に結線した状態で、ガラス１０８の片面に透明樹脂１０９を介して接着すると共に、透明樹脂１１０を介して防湿フィルム１１１やモジュールの電極端子などが設けられる。
【０００３】
配線技術の他の例としては、多数の金属ワイヤーをセル表面に導電性接着剤で貼りつけて、そのワイヤー端を隣接セルの裏面に延ばして接続することで直列配線することでも行われる（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２２２９７３号公報
【特許文献２】
特開平１０−５１０１８号公報（第４頁、図１、図２）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者（例えば、特許文献１）では、直列配線のためには幅２〜３ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ程度の銅配線材１０７を折り曲げ加工した後、セル間をはんだ接続するため、コスト低減のためセル厚さを更に薄くしようとすれば、セル自体の破損率が急速に高まるとともに配線接続の高速化には限界を来していた。
また、後者（例えば、特許文献２）の方法も、セル表面から隣接セル裏面への接続の手間は基本的に前者と同等以上であり、配線接続の高速化はやはり困難である。
【０００６】
本発明の主要な目的の一つは、薄型太陽電池セルの直列接続を簡便かつ高速に行えるようにすることで、一層低コストな太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供することにある。
本発明の主要なもう一つの目的は、太陽電池モジュールの製作の際の配線接続の高速化を行い得る薄型太陽電池セルを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
かくして本発明によれば、複数の半導体層が積層され、光電変換機能を有する半導体層部と、この半導体層部の受光面側に設けられる受光面電極部と、半導体層部の裏面側に設けられる裏面電極部とを備えた太陽電池セルであって、受光面電極部が、モジュール化の際の導線による接続方向と略直交する方向に並ぶドット状分離電極の複数列または前記略直交する方向に延びる複数本の線状分離電極からなる太陽電池セルが提供される。
【０００８】
つまり、本発明の太陽電池セルは、その受光面側の受光面電極部が、複数に分離され、それによって、半導体層部に対し受光面電極部による機械応力を分散でき、半導体層部が薄くなっても機械的に耐えられるようにするものであり、具体的に言えば、従来の太陽電池セル（図７参照）における受光面側の電極のメイングリッド電極（太線電極部分）が省略されてなる複数本の線状分離電極、またはこれら複数本の線状分離電極を分割縮小してなる複数列のドット状分離電極として形成されているわけである。これについて詳しくは後述する。
【０００９】
ここで、本発明において、複数の半導体層が積層され、光電変換機能を有する半導体層部は、主としてシリコン基板を使用して公知技術により形成することができるが、シリコン基板以外にも、シリコンゲルマニウム基板、ガリウム砒素基板等の化合物半導体基板などの公知材料を使用することもできる。例えば、基本的な構造としては、光入射側からｎ、ｐ、あるいは光入射側からｐ、ｎでも可能である。更には、光入射側をｎでなく高濃度化したｎ＋に、あるいは光入射側をｐでなく高濃度化したｐ＋とすることもできる。これらの受光面側の半導体層（以下、受光面側接合層と称することがある）は従来から用いられる熱拡散法、イオンインプランテーション法により形成できる。また、受光面側接合層の表面には反射防止膜を形成してもよい。一方、光入射と反対側の裏面には、ＢＳＦ層や、裏面反射層（ｂａｃｋ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）を形成したり、表面再結合を防止するための酸化膜形成、窒化膜形成を行ってもよい。なお、反射防止膜や裏面反射膜としては、各種酸化膜などを用いることができる。
【００１０】
本発明において、受光面電極部の各分離電極は、例えばＡｇ粉末を主成分とする導電性ペーストを印刷、焼成する印刷法や、Ａｇ及び／又はＡｌの蒸着法などにより形成することができる。
また、受光面電極部の各分離電極のパターン形状は、上述したように、▲１▼複数個のドット状分離電極が受光面に略規則的に分散配置されたパターン形状と、▲２▼一定幅の直線として相互に平行に所定ピッチで形成された複数本の線状分離電極からなるパターン形状を挙げることができる。従来ではセル受光面に高価な銀ペースト電極材料を用いてセル表面積の５％程度の面積でグリッド形状の電極（図７参照）を印刷していたが、本発明では受光面電極部をドット状または線状の分離電極とすることにより電極面積を低減でき、特にドット状の電極パターンではセル表面積の１％程度の面積にまで大幅に低減することができ、コストダウンを図り得る。またこれによって、電極が表面再結合速度を大きくして特性低下を招いていた要因が大幅に低減し、このことで光電変換効率を改善できる著しい効果を得ることができる。
【００１１】
本発明において、受光面電極部の各分離電極のパターン形状が上記▲１▼の場合、各分離電極の形状、大きさ寸法としては、モジュール化の際の導線による接続方向を短辺とする長方形状の場合には、０．０５〜２．０ｍｍ×０．５〜３．０ｍｍ（好ましくは０．２ｍｍ×１．０ｍｍ）の大きさ寸法を挙げることができる。また、円形、ひし形、楕円などとしてもよく、その寸法としては上記範囲が望ましい。
また、各分離電極間のピッチとしては、上記接続方向の電極間ピッチ（各列間ピッチ）を０．５〜５ｍｍ、好ましくは２ｍｍとし、かつ上記接続方向と略直交する方向の電極間ピッチ（各ドット間ピッチ）を０．５〜５ｍｍ、好ましくは２ｍｍとする最適値を挙げることができる。各分離電極間のピッチを上記範囲に設定することにより、高い光電変換効率の太陽電池セルを得ることができる。なお、上記接続方向あるいは上記接続方向と略直交する方向のいずれであっても、各分離電極間のピッチが０．５ｍｍよりも小さいと電極間が狭くなり、太陽電池セルの受光面に対する電極占有率が増加して光電変換効率の大幅な改善とはなり難い。また、上記接続方向あるいは上記接続方向と略直交する方向のいずれであっても、各分離電極間のピッチが５ｍｍよりも大きいと受光面側半導体層部（ｎ＋層）の抵抗成分が増加して曲線因子ＦＦを低下させてしまう。これを補う方法としては、シート抵抗を極端に小さくしなければならないが、そのようにするには拡散時間などが長大化してコストアップとなる。
一方、受光面電極部の各分離電極のパターン形状が上記▲２▼の場合、線状の各分離電極の幅としては０．０５〜０．５ｍｍ、長さはセル幅と略等しくすることができる。そして、上記接続方向と略直交する方向の各分離電極間のピッチは０．５〜５ｍｍとすることができる。
なお、本発明の太陽電池セルの受光面電極部において、ドット状の分離電極パターンは、線状の分離電極パターンに比して、電極占有率が小さいためセル光電変換率が高くなるという利点の他は、モジュール化した際の導線へ集電される電流の分離電極（印刷電極）を流れる距離が短いため、電気抵抗をより小さく抑え、より高い集電効果によるより高い光電変換効率を得ることができる利点もある。
【００１２】
また、本発明において、裏面側の裏面電極部は、（１）全面電極からなるもの、（２）受光面電極部の上記▲１▼と同じく、モジュール化の際の導線による接続方向と略直交する方向に並ぶドット状分離電極の複数列からなるもの、あるいは（３）受光面電極部の上記▲２▼と同じく、モジュール化の際の導線による接続方向と略直交する方向に延びる複数本の線状分離電極からなるものとすることができる。
本発明において、裏面電極部の各分離電極のパターン形状が上記（１）の場合、粉末アルミニウムを主成分とするペースト材料をシリコン基板の裏面全面に印刷、焼成することにより全面電極を形成することができる。
また、上記（２）（３）の場合は、受光面電極部と同じく印刷法、蒸着法により各分離電極を形成することができる。なお、裏面電極における上記（２）では、ドット状分離電極の形状、大きさおよび電極間ピッチは、上記▲１▼の受光面電極部と同じくすることができる。また、裏面電極における上記（２）では、線状分離電極の幅、長さおよび電極間ピッチは、上記▲２▼の受光面電極部と同じくすることができる。
【００１３】
本発明によれば、受光面となる片方表面の電極（受光面電極部）を分離形成することによって、太陽電池セル同士を電気的に直列に接続して太陽電池モジュールを製作する過程において、一の太陽電池セルの受光面電極部の各分離電極と、隣接する他の太陽電池セルの裏面電極部とを電気的に接続する際の受光面側の応力集中を回避することができ、太陽電池セルの割れを低減することができる。また、受光面電極部と同様に、裏面電極部も複数列のドット状分離電極あるいは複数本の線状分離電極から構成すれば、モジュール化に際しての太陽電池セルの割れをより一層低減することができる。なお、裏面電極部が全面電極である場合には、裏面電界（ｂｕｃｋ　ｓｕｒｆａｃｅ　ｆｉｅｌｄ）効果、つまり裏面電極部側の高濃度化した半導体層（例えばｐ＋部分）によりセル内部に電界を作ることで発生キャリアの収集効果を改善して、高いセル光電変換効率が得られる利点がある。
【００１４】
また、本発明における太陽電池セルは、半導体層部の受光面側半導体層のシート抵抗値が５０〜１５０Ω／□に設定されたものとしてもよい。このように構成することによって、この太陽電池セルを用いてモジュール化することにより、高い光電変換効率の太陽電池モジュールを得ることができる。特に、上記シート抵抗値が６０〜１２０Ω／□とすれば、より高く安定した光電変換効率を得ることができて好ましい。なお、上記シート抵抗値が５０Ω／□よりも小さいものでは太陽電池セルの発生電流が元々小さく本発明の適用する利点はない。一方、シート抵抗値が１５０Ω／□よりも大きいものでは、受光面側半導体層が０．２μｍ程度と薄くなり過ぎ、印刷電極材料が侵入してｐｎ接合破壊を生じる。
【００１５】
本発明は、別の観点によれば、上述した構成の太陽電池セルの複数個を複数本の導線にて電気的に直列に接続してなり、その接続が、一の太陽電池セルの受光面電極部の複数列のドット状分離電極に一端側が跨って電気的に接続された導線の他端側、または一の太陽電池セルの受光面電極部の複数本の線状分離電極に一端側が跨って電気的に接続された導線の他端側と、隣接する他の太陽電池セルの裏面電極部との間でなされてなる太陽電池モジュールが提供される。
このモジュール化に際しては、セルの直列結線時やガラス板への貼付け時に加わる機械的応力を回避し、上述のようなセル割れを低減することができる。
【００１６】
また、本発明の太陽電池モジュールにおいては、隣接する各導線のピッチが、０．５〜５ｍｍ、好ましくは２ｍｍに設定されたものとすれば、上述したように高い光電変換効率の太陽電池モジュールを得ることができる。
【００１７】
本発明は、さらに別の観点によれば、上述の複数の太陽電池セルを電気的に直列に接続するセル接続工程を備え、このセル接続工程が、
導線を巻いたボビンが複数個並んだ第１ボビン列と、導線を巻いたボビンが複数個並んだ第２ボビン列とを略上下交互に交差状に移動させながら各導線を繰り出し、かつ第１ボビン列の各導線と第２ボビン列の各導線との間に複数の太陽電池セルを順次平織状に織り込むセル織り込み工程と、
各太陽電池セルの受光面電極部と裏面電極部に各導線を電気的に接続する導線接続工程と、
直列に隣接する各太陽電池セルのセル間において、第１ボビン列の各導線と第２ボビン列の各導線を隣接するセル間毎に交互に切断する導線切断工程とを備えた太陽電池モジュールの製造方法が提供される。
【００１８】
つまり、本発明の太陽電池モジュールの製造方法では、第１ボビン列の各導線と第２ボビン列の各導線を縦糸とみなし、第１ボビン列の各導線と第２ボビン列の各導線の間に略直交方向に太陽電池セルをあたかも横糸のように順次織り込むことにより、複数の太陽電池が直列に結合される。次いで、各太陽電池セルの受光面および裏面に各導線を、例えば加熱溶着させて電気的に接続し、その後、直列に隣接する各太陽電池セルのセル間において、第１ボビン列の各導線と第２ボビン列の各導線をセル間毎に交互に切断することで複数の太陽電池を電気的に直列配線した状態とする。
このような太陽電池モジュールの製造方法によれば、複数の太陽電池を電気的に直列配線するのに要する時間を従来比の１／５程度にまで大幅に短縮することができ、太陽電池モジュールの生産効率が大幅に向上すると共に、製造装置にかかる生産能力当たりのコストについても従来比の１／２程度にまで低減でき、太陽電池モジュールの製造コストを大幅に削減することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳説する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００２０】
図１は本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの斜視図であって、直列配線した複数の太陽電池セルのうちの１個を切り取った状態を表し、図２は同実施の形態における太陽電池モジュールの断面図であり、図３は同実施の形態における太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの平面図であり、図４は同実施の形態における太陽電池モジュールの要部拡大断面図であって、隣接する太陽電池セル同士を銅線にて電気的に接続した状態を示している。なお、図１と図３において、矢印Ａはモジュール化の際の導線による接続方向を表し、矢印Ｂはモジュール化の際の導線による接続方向と略直交する方向を表している。
【００２１】
この実施の形態の太陽電池セル１０は、複数の半導体層が積層されてなる光電変換機能を有する半導体層部１１と、この半導体層部１１の受光面側に設けられる受光面電極部１２と、半導体層部１１の裏面側に設けられる裏面電極部１３と、半導体層部１１の受光面に形成された反射防止膜１４とを備えている。なお、図１において、２６は受光面電極部１２および裏面電極部１３に電気的に接続された導線としての金属細線である。
【００２２】
矩形板状の半導体層部１１は、ｐ型シリコン基板１１ａの受光面側にｎ＋拡散層１１ｂを有すると共に、ｐ型シリコン基板１１ａの裏面側にｐ＋層１１ｃを有している。
受光面電極部１２は、モジュール化の際の金属細線２６による接続方向Ａと略直交する方向Ｂに並ぶ複数列のドット状分離電極１２ａからなる。このドット状分離電極１２ａの形状、大きさ寸法としては、上記接続方向Ａを短辺とする長方形状であって、０．２ｍｍ×０．５ｍｍに形成されている。この分離電極１２ａは、上記接続方向Ａと略直交する方向Ｂに２ｍｍの電極間ピッチ（各ドット間ピッチ）Ｐ２で所定複数個が１列に並び、かつ上記接続方向Ａに２ｍｍの電極間ピッチ（各列間ピッチ）Ｐ１で所定複数列が配置されている。なお、図１では煩雑化を避けるため、分離電極１２ａは、各ドット間ピッチＰ２で３個が１列に並び、かつこの列が各列間ピッチＰ１で９列配置された場合を図示したが、実際は接続方向Ａと略直交する方向Ｂに数１０個の分離電極１２ａが１列に並び、この列が接続方向Ａに１０〜６０列配置される（図３参照）。
なお、Ａ方向のドット間のピッチは、一定ピッチである必要はなく、前記ピッチ範囲であれば概ねピッチに変化があってもよい。換言すれば、前記ピッチＰ２方向には一列に配列しなくてもよい。他に、分離電極の内金属配線２６に一部接続できない分離電極が存在してもその比率が１０％以内であれば実用の特性上問題ではない。
【００２３】
裏面電極部１３は、上記接続方向Ａと略直交する方向Ｂに延びる複数本（図１では１０本）に分離した線状の分離電極１３ａからなり、各分離電極１３ａは上記接続方向Ａのピッチ２ｍｍで相互に平行に配置されている。
【００２４】
図２と図３は、この太陽電池セル１０を８個用いて製作した太陽電池モジュールＭを示し、この場合、４個の太陽電池セル１０を直列結線したセル列１５を２組並列させている。各セル列１５、１５は一端側が導電部材８にて電気的に接続され、導電部材８とは反対側の他端側において、一方のセル列１５は負極端子６が、他方のセル列１５は正極端子７がそれぞれ電気的に接続されている。
【００２５】
図１〜図４に示すように、モジュール化においては、４個の太陽電池セル１０を複数本の金属細線２６にて電気的に直列に接続する際、一の太陽電池セル１０の受光面電極部１２の複数列のドット状分離電極１２ａに一端側が跨って電気的に接続された金属細線２６の他端側を、隣接する他の太陽電池セル１０の裏面電極部１３の複数本の線状分離電極１３ａに跨がせるようにして電気的に接続している。このとき、受光面電極部１２および裏面電極部１３に電気的に接続された各金属細線２６のピッチは、受光面電極部１２のドット状の各分離電極１２ａ間のピッチＰ２と略等しく設定されている。また、この場合、相互に隣接する太陽電池セル１０、１０同士の電気的接続個所は、受光面電極部１２側または裏面電極部１３側に並ぶ金属細線２６の本数と等しくなる。このように４個ずつの太陽電池セル１０が直列配線されてなるセル列１５、１５は、強化ガラス２と防湿フィルム５との間にＥＶＡシート３、４を介して設置されることにより、太陽電池モジュールＭが製作される。
【００２６】
次に、上述の太陽電池セル１０を用いた太陽電池モジュールＭの製造方法、特に、複数の太陽電池セル１０を電気的に直列に配線接続するセル接続工程について説明する。なお、図５は本発明の太陽電池モジュールの製造方法を説明する模式図であって、セル接続工程におけるセル織り込み工程と導線接続工程を表し、図６は図５の模式図の続きであって、セル接続工程における導線切断工程を表している。
【００２７】
この太陽電池モジュールの製造におけるセル接続工程では、図５と図６に示すようなセル接続装置が用いられる。このセル接続装置は、同一軸心上に並列した複数個（少なくとも３個以上であり、この場合３０個）のボビン３０からなる第１ボビン列Ｌ１と、同一軸心上に並列した複数個（少なくとも３個以上であり、この場合３０個）のボビン３１からなる第２ボビン列Ｌ２と、これら各ボビン列Ｌ１、Ｌ２の各ボビン３０、３１を回転可能に保持すると共に、各ボビン列Ｌ１、Ｌ２を略上下交互（矢印Ｃ方向）に交差状に移動させる図示省略のボビン移動手段と備える。このボビン移動手段の初期状態においては、各ボビン列Ｌ１、Ｌ２が上昇位置と下降位置で停止して待機している。なお、各ボビン３０、３１には予め金属細線２６が巻設されている。また、各ボビン列Ｌ１、Ｌ２の各ボビン３０、３１よりも搬送方向下流側には、上下一対の搬送ローラ３２、３３と、加熱炉３４と、上下一対の搬送ローラ３５、３６と、矢印で示した導線切断手段３７、３７と、上下一対の搬送ローラ３８、３９とを順に備えている。なお、各対の搬送ローラは、同じ円周速度で回転する。また、導線切断手段３７としては、例えばレーザ切断装置が用いられる。
【００２８】
このようなセル接続装置を用いるセル接続工程では、図５に示すように、先ず、セル織り込み工程が行われる。このセル織り込み工程では、各ボビン列Ｌ１、Ｌ２の各ボビン３０、３１が所定回転速度で回転して同時に全ての金属細線２６が繰り出される。この際、上昇位置の第１ボビン列Ｌ１からは各金属細線２６が斜め下方へ繰り出され、下降位置の第２ボビン列Ｌ２からは各金属細線２６が斜め上方へ繰り出される。そして、上下位置の各ボビン列Ｌ１、Ｌ２から繰り出された各金属細線２６の間のセル供給位置Ｅに１枚の太陽電池セル１０が差し込まれる。
【００２９】
その後、ボビン移動手段によって各ボビン列Ｌ１、Ｌ２が略上下交互に交差状に移動し、第１ボビン列Ｌ１が下降位置に停止し、かつ第２ボビン列Ｌ２が上昇位置に停止して位置が入れ替わることにより、第１ボビン列Ｌ１の各金属細線２６と第２ボビン列Ｌ２の各金属細線２６との間に太陽電池セル１０が平織状に織り込まれる。つまり、複数本の金属細線２６が縦糸となり、太陽電池セル１０があたかも横糸のようにして織り込まれる。
【００３０】
そして、上下位置が入れ替わった各列Ｌ１、Ｌ２からの各金属細線２６の間のセル供給位置Ｅに、次の太陽電池セル１０が供給され、再び各ボビン列Ｌ１、Ｌ２が略上下交互に交差状に移動して上下位置が入れ替わることによりセル１０が織り込まれるというように、複数の太陽電池セル１０が複数本の金属細線２６によって順次織り込まれていく。このセル織り込み工程において、第１ボビン列Ｌ１の各ボビン３０と第２ボビン列Ｌ２の各ボビン３１とは同数であって対をなしており、各対のボビン３０、３１から繰り出された各金属細線２６、２６は擦り合わされるようにして交差し、かつセル受光面側の金属細線２６はドット状分離電極の略中央位置に乗せられる（図１参照）。すなわち、この各対の金属細線２６、２６が、ドット状分離電極のピッチＰ２と略等しいピッチで配線される。
【００３１】
金属細線２６によって織り込まれた太陽電池セル１０は、搬送ローラ３２、３３によって下流側へ搬送される。上記各ボビン列Ｌ１、Ｌ２のボビン３０、３１からの各金属細線２６の繰り出し速度は、搬送ローラ３２、３３の回転による円周速度と略同じであり、かつ対をなす各ローラ３２、３３は連動回転している。これにより、各金属細線２６にかかる張力が十分に小さく抑えられ、断線が生じないようにされている。なお、この搬送ローラ３２、３３の下流側に設置された搬送ローラ３５、３６および搬送ローラ３８、３９も各金属細線２６の繰り出し速度と略等しい円周速度で連動回転している。
【００３２】
搬送ローラ３２、３３を通過したセル列は、次のステップである導線接続工程にて各金属細線２６がセル受光面とセル裏面に電気的に接続される。すなわち、セル列は、加熱炉３４内を通過することにより、太陽電池セル１０の受光面電極部および裏面電極部の各分離電極と各金属細線２６とが加熱溶着して電気的に接続する。そして、加熱炉３４内を通過したセル列は、搬送ローラ３５、３６によって下流側へ搬送される。
【００３３】
その後、図６に示すように、セル列は、次のステップである導線切断工程にて各金属細線２６が所定位置にて切断される。この導線切断工程においては、切断しようとする金属細線２６に、光学系を通したレーザ光の焦点を合わせて照射することにより、各セル間における金属細線２６、２６の交差付近の第１ボビン列Ｌ１側の全ての金属細線２６または第２ボビン列Ｌ２側の全ての金属細線２６が切断される。つまり、直列に隣接する各太陽電池セル１０のセル間において、第１ボビン列Ｌ１の各金属細線２６と第２ボビン列Ｌ２の各金属細線２６をセル間毎に交互に切断することによって、セル表裏面の金属細線２６が各セル１０を電気的に接続した状態に変える。なお、この導線切断工程では、搬送による金属細線２６の振動がレーザの焦点深度よりも小さく設定される。
【００３４】
このようにして作製された連続直列接続セル列は、搬送ローラ３８、３９により下流側へ引き出され、その後、所定セル枚数（この場合４枚）毎に金属細線２６部分で切断される。そして、上述したように、このように４個ずつの太陽電池セル１０に対して通常のラミネート加工（ガラス板に透明樹脂を介して張付ける）等を行うことにより太陽電池モジュールが完成する。
【００３５】
このような太陽電池モジュールの製造方法によれば、複数の太陽電池を電気的に直列配線するのに要する時間を従来比の１／５程度にまで大幅に短縮することができ、太陽電池モジュールの生産効率が大幅に向上すると共に、製造装置にかかる生産能力当たりのコストについても従来比の１／２程度にまで低減でき、太陽電池モジュールの製造コストを大幅に削減することができる。
【００３６】
［実施例１］
太陽電池セル及びこの太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールを、下記の製造手順により製作した。なお、この実施例１の太陽電池セルは、実施の形態（図１）で説明した太陽電池セル１０において、裏面電極部１３を受光面電極部１２と同様のドット状分離電極とした。
【００３７】
先ず、外形１２５ｍｍ×８０ｍｍ、厚さ０．２２ｍｍで比抵抗２Ω・ｃｍのＰ型シリコン基板１１ａを、容積比１：３のフッ酸（５０％）・硝酸混合溶液中に１分間浸漬することで、スライス時の破砕表面層約２０μｍを除去した。次に、その片面にＢＳＧフィルムをスピンコートして後、９００℃の熱処理炉中３０分間でＰ＋層１１ｃ形成のボロン拡散を行った。Ｐ＋層１１ｃのシート抵抗値は３３Ω／□で深さは０．４μｍであった。この面に耐酸テープを貼り、上記フッ酸硝酸溶液中で他面の不要なＰ＋層を除去した。そして、このテープを有機溶剤で除去、清浄化した後、Ｐ＋層１１ｃ表面に半導体用ＳｉＯ２コート剤を塗布乾燥した。続いて、５００℃加熱で膜の緻密化処理後、ＰＯＣｌ３を含む雰囲気の８６０℃電気炉中で２５分間のりん拡散を行った。その後、ＨＦ系溶液中でＰＳＧ（りんガラス）層などを除去して、接合深さ約０．３４μｍ、表面濃度１０１９ｃｍ−２以上の受光面側ｎ＋拡散層１１ｂを得た。このｎ＋拡散層１１ｂのシート抵抗値は８５Ω／□であった。次に、このｎ＋拡散層１１ｂ表面にプラズマＣＶＤ装置を用いて窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ）を反射防止膜１４として厚み約８００Åを堆積形成した。なお、ガス種としてシラン及びアンモニアを用いた。次の電極形成では、最初に裏面にＡｇ粉末とＡｌ粉末を含むペーストを長方形状のドッド状パターン（０．５ｍｍ×１．５ｍｍ）でピッチＰ１は４ｍｍ、ピッチＰ２も４ｍｍとして印刷、乾燥した。近赤外線炉中で焼成することによって裏面電極部１３を形成した。次いで、受光面側電極形成として、ｎ＋層１１ｂ上のＳｉＮｘ反射防止膜１４の上から、同様の長方形状のドッド状パターンでスクリーン印刷した。この電極材料としては、太陽電池用のＡｇを主成分とするペースト材料を用いた。そして、近赤外線炉を利用しながら約６５０℃の温度で焼成することによって受光面電極部１２を形成して発明の太陽電池セルを完成した。なお、この実施例１では、表裏面での各電極部１２、１３において、セル接続方向Ａと略直交する方向Ｂに３０個×セル接続方向Ａに１９列の合計５７０個のドッド状分離電極を形成し、各電極部１２、１３の各分離電極は対向する位置関係となっている。
【００３８】
作製した太陽電池セルについて、測定照射強度１００ｍＷ／ｃｍ２の疑似太陽光下で、電流電圧特性を測定したところ、短絡電流密度は３１．７ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧は６０２ｍＶ、曲線因子は０．７２１、セル光電変換効率は１４．８％であった。この際、疑似太陽光源としてはキセノンランプとフィルターを用いた。また、照射強度の測定には校正されたサーモパイルを用いた。また、短絡電流密度の測定にはデジタル可変電圧電源を用いて、疑似太陽光下で、太陽電池を動作させて計測した。また、セル光電変換効率は、セル面積への入射エネルギーに対する変換された電気エネルギーの比率を算出することで得られた。また、セルの動作特性の測定には、分離電極を電気的に接続できる測定用プローブ（探針）を用いた。
【００３９】
次に、作製した太陽電池セルのモジュール化を下記のようにして行った。
銅線に厚さ１０μｍのディップ法のはんだメッキを予め行い、合計の直径８０μｍの金属細線２６を、第１ボビン列Ｌ１に３０本、第２ボビン列Ｌ２に３０本の合計６０本を装填した。一方、セル供給位置Ｅには、セル長手方向が金属細線供給方向と略直交するように、上記作製したセル１０を一枚ずつ供給しながら各ボビン列Ｌ１、Ｌ２を同時に、かつ異なる方向に上下させながらセル１０を金属細線２６間に織り込んだ。この際、各ボビン列Ｌ１、Ｌ２の対をなす金属細線２６、２６を、表裏面側の各ドット状分離電極におけるセル接続方向Ａと略直交する方向Ｂの中央位置に＋−１００μｍ程度の位置精度で配置した。また、セル１０とセル１０の間隔は２ｍｍとなるように設定した。
【００４０】
続いて、金属細線２６がセル受光面とセル裏面に形成した各分離電極と接触したセル列を、２５０℃に設定された長さ１ｍの可視光ランプ炉（加熱炉３４）内に通過させた。この際、各分離電極と金属細線２６は、数秒間、はんだ融点２０６℃以上の２３０℃となり、セル表裏面のそれぞれの分離電極と金属細線２６とを電気的に接続した。
【００４１】
次いで、上下２個所のレーザ光照射部を、セル間毎に交互に金属細線２６と略直交する方向に２５ｃｍ／ｓで移動させながらＹＡＧレーザ光（波長１．０６μｍ、強度０．２Ｊ／ｃｍ２、照射面積０．０４ｃｍ２、繰返し周波数　６０Ｈｚ）を照射して、第１ボビン列Ｌ１の各金属細線２６および第２ボビン列Ｌ２の各金属細線２６を切断した。この際、レーザ光照射部の移動時には、セル列は一時停止させた。なお、直列接続されたセル列が各対の搬送ローラにより順次引出される速度（タクト）は、２秒／セルであった。
【００４２】
次に、このセル列をセル４枚ごとに切断した。切断方法は別のレーザ光源で同様に行った。その後、公知のラミネーター装置（図示しない）内で、図２に示すように、強化ガラス２、ＥＶＡ（エチレンービニルアセテート）シート３、直列結線されたセル列１５、ＥＶＡシート４、防湿フィルム５の順に載置した後、空気排気、加熱、封着の手順で、太陽電池モジュールＭを完成した。なお、図３に示すように、ラミネート化に際して、太陽電池モジュール３９には負極端子６、正極端子７が取付けられている。全てのセル１０は、金属細線２６で直列配線された上で、上記２つのモジュール端子６、７に電気的に接続された。完成モジュールＭは上記疑似太陽光下で動作させて、電流電圧特性を測定したところ、短絡電流密度は３８．１ｍＡ／ｃｍ２、開放電圧は４．８１Ｖ、曲線因子は０．７１９、モジュール光電変換効率は１３．２％であった。
【００４３】
［比較例１］
実施例１と同外形寸法、同品質のシリコン基板を用い、実施例１との違いは、シリコン基板厚さを実施例１の０．２２ｍｍよりも厚い０．４０ｍｍとしたこと、及び図７で説明したグリッド電極とメイングリッド電極を有する従来の電極構造とし、その他条件は全て実施例１と同一としてセル化を行い、比較例１とした。このように作製した比較例１のセルの動作特性を測定した結果、セル光電変換効率としては１３．６％を得た。その後、従来の、幅２ｍｍ、厚さ０．２ｍｍの銅リボン箔を接続導体とする従来配線方法を用いてモジュール化を行い、モジュールとしての動作特性を測定したところ、モジュール光電変換効率は１１．９％であった。
【００４４】
上記実施例１および比較例１の測定結果を表１にまとめた。
【００４５】
【表１】
2004140024.tif 000003
【００４６】
表１から、実施例１のセル短絡電流密度の向上は、受光面におけるセル電極面積が減少したこと、および電極部分の再結合速度の低減効果によると推測される。つまり、電極面積低減比率（実施例１は電極占有率２．５％、比較例１のそれは４．３％）以上に電流向上があることから再結合低減寄与効果があったと推測された。実施例１のモジュール曲線因子は、金属配線での直列抵抗が小さくなる特徴から比較例１に比べてＦＦ低下がほとんどない。比較例１のモジュール変換効率１１．９％に対して実施例１では１３．２％の高い変換効率が得られた。
さらに、実施例１ではシリコン基板を厚さ０．２２ｍｍの薄型のものを用いたにもかかわらず、本発明の配線方法を適用したことにより、モジュール化後のセル破損率は、従来と同レベルの０．００１％以下を保持できた。また、配線速度は比較例１（従来）のセル当たり７秒に対し、実施例１では２秒／セル程度が可能であった。
【００４７】
［実施例２］
実施例２では、図１で説明した本発明の太陽電池セルを作製する際、分離電極間のピッチを変化させた。分離電極１個の寸法としては、幅０．３ｍｍ、長さ２ｍｍとして、セル接続方向Ａでの電極間ピッチＰ１の異なる複数種類のセルを作製した。電極間ピッチＰ１としては、０．４ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍ、５．０ｍｍ、６．０ｍｍの８種類とした。なお、各種の太陽電池セルのシート抵抗は６０Ω／□に統一した。そして、電極間ピッチＰ１が同一のセル８枚で図３に示すような太陽電池モジュールを、実施例１と同様の条件で作製した。
これら８種類の太陽電池モジュールの疑似太陽光下での動作特性の内、曲線因子、変換効率を測定し、その結果を表２に示した。
【００４８】
【表２】
2004140024.tif 000004
【００４９】
この結果から、セルの分離電極間のピッチとしては、２．０ｍｍの場合にモジュール光電変換効率として最高値１１．５％を示したが、分離電極間のピッチの範囲としては０．５〜５ｍｍで実用的な太陽電池モジュールが得られた。なお、このピッチ範囲外の太陽電池モジュールでは実用性に欠けるモジュール光電変換効率９．８％以下しか得られなかった。
【００５０】
［実施例３］
実施例３においては、各金属細線間のピッチの有効な範囲を明らかにするために、図１で示した長方形の分離電極の形状に代えて、円形の電極形状とした。円形の分離電極の形成に際しては、スクリーンパターンを全て直径０．３ｍｍの円形としてＡｇ電極材料を印刷した。そして金属細線の配線方向（図１矢印Ａ方向）の分離電極間のピッチＰ１としては０．５ｍｍとした。また、配線方向に垂直な方向（図１矢印Ｂ方向）の分離電極間のピッチＰ２としては、モジュール化の際の各金属細線間のピッチである０．３ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、２．０ｍｍ、３．０ｍｍ、４．０ｍｍ、５．０ｍｍ、６．０ｍｍの８種類とした。このように、円形のドット状分離電極とした電極間ピッチの異なる８種類の太陽電池セルを上記実施例１と同様の手順で作製した。なお、太陽電池セルのシート抵抗は６０Ω／□に統一した。そして、完成した太陽電池セルを種類毎に実施例１と同様の方法で配線して太陽電池モジュールを作製した。なお、ここで記載のない条件等はすべて実施例１に記載の通りとした。
【００５１】
【表３】
2004140024.tif 000005
【００５２】
この結果から、金属細線間のピッチとしては、３．０ｍｍの場合にモジュール光電変換効率として最高値１２．１％を示したが、金属細線間のピッチ範囲としては０．５〜５ｍｍで実用的な太陽電池モジュールが得られた。なお、このピッチ範囲外の太陽電池モジュールでは実用性に欠けるモジュール光電変換効率９．９％以下しか得られなかった。
【００５３】
［実施例４］
実施例４では、図１で説明した太陽電池セルにおいて、分離電極が０．２５ｍｍ×２ｍｍの長方形で、分離電極の金属細線に垂直な方向（図１矢印Ｂ方向）のピッチＰ２が２ｍｍ、各金属細線間のピッチも２ｍｍとして、ｎ＋層１１ｂのシート抵抗を４０〜１７０Ω／□の範囲で変化させてセルを作製し、続いてモジュール化、その変換効率特性を調べ、その結果を表４に示した。なお、これ以外の条件は実施例１と同様にした。
【００５４】
【表４】
2004140024.tif 000006
【００５５】
この結果から、シート抵抗としては９０Ω／□の場合にモジュール光電変換効率として最高値１１．９％を示したが、シート抵抗範囲としては５０〜１５０Ω／□で実用的な太陽電池モジュールが得られた。なお、このシート抵抗範囲外の太陽電池モジュールでは実用性に欠けるモジュール光電変換効率９．１％以下しか得られなかった。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の導線にセルを一旦平織りにしてセル間を接続した後に、一部不要な金属配線を切断加工してセル間を電気的に直列配線することにより、セル厚さが薄くても、モジュール光電変換効率が高く、モジュール化による配線でのセル自体の破損率が低減し、かつ配線接続の高速化も同時に可能となることで一層低コストな太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、上記効果を奏することができる太陽電池セルを併せて提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽電池セルの斜視図であって、直列配線した複数の太陽電池セルのうちの１個を切り取った状態を表す。
【図２】同実施の形態における太陽電池モジュールの断面図である。
【図３】同実施の形態における太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの平面図である。
【図４】同実施の形態における太陽電池モジュールの要部拡大断面図であって、隣接する太陽電池セル同士を銅線にて電気的に接続した状態を示している。
【図５】本発明の太陽電池モジュールの製造方法を説明する模式図であって、セル接続工程におけるセル織り込み工程と導線接続工程を表す。
【図６】図５の模式図の続きであって、セル接続工程における導線切断工程を表している。
【図７】従来の太陽電池セルを示す斜視図である。
【図８】従来の太陽電池セルを用いて製作した太陽電池モジュールを示す断面図である。
【符号の説明】
１０　太陽電池セル
１１　半導体層部
１２　受光面電極部
１３　裏面電極部
２６　導線
Ａ　接続方向
Ｂ　接続方向と略直交する方向
Ｌ１　第１ボビン列
Ｌ２　第２ボビン列
Ｐ１　電極間ピッチ
Ｐ２　電極間ピッチ
【図１】
2004140024.tif 000007
【図２】
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【図３】
2004140024.tif 000009
【図４】
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【図５】
2004140024.tif 000011
【図６】
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【図７】
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【図８】
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