(57)【要約】【課題】鉛を含有しない被覆材を使用して長期信頼性を確保できるとともに、外観上も好ましいものとする。【解決手段】半導体基板１の表面に電極５、６を有する太陽電池素子であって、上記電極５、６の表面が切開部９を有する被覆層７で被覆され、この切開部９にに銀を含有する半田で被覆されたインナーリードを接続する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板の表面に電極を有する太陽電池素子において、前記電極の表面が切開部を有する被覆層で被覆されていることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記電極の表面は前記被覆層と直接接触していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記被覆層がガラス層であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記電極は銀を主成分とすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項５】
前記ガラス層は着色されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池素子。
【請求項６】
半導体基板の表面に電極材料を塗布して焼き付けることによって電極を形成する太陽電池素子の製造方法において、前記電極の表面にガラスを主成分とするペーストを塗布して焼き付けることによって前記電極の表面にガラス層を形成することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
【請求項７】
前記ガラスペーストの軟化点が前記電極材料を焼き付ける温度以下であることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項８】
前記ガラスペーストは酸化ナトリウム、酸化ホウ素、酸化シリコンのうちの少なくとも一種を含有していることを特徴とする請求項６または７に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項９】
前記ガラスペーストは顔料を含有していることを特徴とする請求項６または７に記載の太陽電池素子の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜５のいずれかに記載の複数の太陽電池素子の電極を表面に半田層を有するインナーリードで接続してなる太陽電池モジュールにおいて、前記電極の被覆層の切開部に前記インナーリードが接続されているとともに、前記半田層が前記電極の主成分と同じ材料を含有することを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記電極の主成分と同じ材料が銀であり、この銀が前記半田の全重量に対し、０．５〜５重量％含有されていることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法および太陽電池モジュールに関し、特に表面に電極を有する太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法および太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来の太陽電池素子の断面図を図１に示す。図１において１は半導体基板、２は拡散層、３は反射防止膜、４はＢＳＦ層、５は表面電極、６は裏面電極、１１は半田層を示す。
【０００３】
例えばＰ型シリコン基板１の表面側には、Ｐを含むＮ型拡散層２と窒化シリコン膜などからなる反射防止膜３が形成される。また、シリコン基板１の裏面側には例えばアルミニウムなどを拡散して形成された高濃度Ｐ型のＢＳＦ層４を有する。さらに、シリコン基板１の表裏両面にはそれぞれ電極５、６が形成されている。さらに、この電極５、６の表面は、後工程で太陽電池素子同士を接続するためにインナーリードと接続しやすくするため、また太陽電池素子の長期信頼性を確保するために半田層１１で被覆するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし近年環境問題がとりざたされる中、一般的なＳｎ−Ｐｂの共晶半田に含まれるＰｂが問題となってきており、鉛フリー半田や鉛レス半田の開発が進められている。しかしその使用温度や長期信頼性の観点から、太陽電池素子に適した鉛フリー半田や鉛レス半田の選択は難しく、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶半田に勝る半田は開発されていない。
【０００５】
また、反射防止膜３の部分は通常青色から黒色に近い色を呈するため、半田層１１の部分とは色の違いがあり、外観上好ましいものではないという問題があった。
【０００６】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、鉛を含有しない被覆材を使用して長期信頼性を確保できるとともに、外観上も好ましい太陽電池素子とその製造方法およびその太陽電池素子を使用した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−３５３４７７号公報
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽電池素子は、半導体基板の表面に電極を有する太陽電池素子において、前記電極の表面が切開部を有する被覆層で被覆されていることを特徴とする。
【０００９】
上記太陽電池素子では、前記電極の表面が前記被覆層と直接接触していることが望ましい。
【００１０】
また、上記太陽電池素子では、前記被覆層がガラス層であることが望ましい。
【００１１】
また、前記電極は銀を主成分とすることが望ましい。
【００１２】
また、前記ガラス層は着色されていることが望ましい。
【００１３】
また、請求項６に係る太陽電池素子の製造方法では、半導体基板の表面に電極材料を塗布して焼き付けることによって電極を形成する太陽電池素子の製造方法において、前記電極の表面にガラスを主成分とするペーストを塗布して焼き付けることによって前記電極の表面にガラス層を形成することを特徴とする。
【００１４】
上記太陽電池素子の製造方法では、前記ガラスペーストの軟化点は電極材料を焼き付ける温度以下であることが望ましい。
【００１５】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記ガラスペーストは酸化ナトリウム、酸化ホウ素、酸化シリコンを含有していることが望ましい。
【００１６】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記ガラスペーストは顔料を含有していることが望ましい。
【００１７】
さらに、請求項１０に係る太陽電池モジュールでは、複数の前記太陽電池素子の電極を表面に半田層を有するインナーリードで接続してなる太陽電池モジュールにおいて、前記電極の被覆層の切開部に前記インナーリードが接続されているとともに、前記半田層が銀を含有することを特徴とする。
【００１８】
上記太陽電池モジュール、前記半田層が含有する銀は０．５〜５重量％であることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は本発明に係る太陽電池素子の一実施形態を示す断面図であり、図２は本発明に係る太陽電池素子を表面側から見たときの平面図である。
【００２０】
図１および図２において、１は半導体基板、２は拡散層、３は反射防止膜、４はＢＳＦ層、５は表面電極、６は裏面電極、７は被覆層、９は切開部を示す。
【００２１】
半導体基板１は、単結晶または多結晶シリコンなどからなる。このシリコン基板１は、ボロン（Ｂ）などの一導電型半導体不純物を１×１０１６〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度含有し、比抵抗１．５Ω・ｃｍ程度の基板である。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能であり、製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００〜５００μｍ程度の厚みにスライスして、１０ｃｍ×１０ｃｍもしくは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１とする。
【００２２】
半導体基板１の表面側には拡散層２が形成されている。この拡散層２は、半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）などの中で加熱することによって、半導体基板１の表面部分にリン原子を１×１０１６〜１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度拡散させて形成する。この拡散層２は、０．２〜０．５μｍ程度の深さに形成され、シート抵抗が４０Ω／□以上になるように形成される。
【００２３】
半導体基板１の表面側には反射防止膜３が形成されている。この反射防止膜３はたとえば窒化シリコン膜などからなり、シランとアンモニアとの混合ガスを用いたプラズマＣＶＤ法などで形成される。この反射防止膜３は半導体基板１の表面で光が反射するのを防止して、半導体基板１内に光を有効に取り込むために設ける。
【００２４】
半導体基板１の表面側に表面電極５が形成されるとともに、裏面側には裏面電極６が形成される。この表面電極５と裏面電極６は、半導体基板１の裏面側に電極材料を塗布するとともに、反射防止膜３の表面電極５に相当する部分をエッチングした上で電極材料を塗布して焼成して形成する。もしくは裏面側に電極材料を塗布するとともに、反射防止膜３上に直接電極材料を塗布して焼成して形成する。これにより表面電極５と裏面電極６が形成される。電極材料としては銀粉末と有機ビヒクルにガラスフリットを銀１００重量部に対して０．１〜５重量部添加してぺースト状にした電極ペーストなどが用いられ、電極ペーストをスクリーン印刷法で印刷して６５０〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられる。
【００２５】
本発明においては、表面電極５と裏面電極６の表面に切開部９を有する被覆層７を形成する。このようにすることにより、切開部９を除き電極５、６の表面は外気に触れることがなくなるので、半田層で被覆しなくても、酸化や吸湿を防ぐことが可能となり、長期信頼性を確保することができる。
【００２６】
この切開部９は、インナーリードの配置予定位置の全面に形成し、その全てをインナーリードと接続してもよいが、例えば表面電極５と裏面電極６の表面に所定間隔を隔てて飛び飛びに形成してもよい。これは太陽電池素子とインナーリードの熱膨張率の違いにより、溶着時に両者が引っ張り合い太陽電池素子に割れが生じたり、太陽電池素子とインナーリードが剥がれたりすることを防止するためである。
【００２７】
このとき電極５、６の表面は被覆層７と直接接触していたほうがよい。このようにすることにより、電極５、６と被覆層７の間に存在するものの影響を考慮する必要がなくなるため、より有効に電極５、６の表面の酸化や吸湿を防止することが可能となり、有効に長期信頼性を確保することができる。
【００２８】
また、被覆層７はガラス層であったほうがよい。このようにすることにより、厚みを薄くしても強固な被覆層７となりより有効に電極５、６の表面の酸化や吸湿を防止することが可能となり、有効に長期信頼性を確保することができるとともに、太陽電池素子８の表面の凹凸を小さくすることができることから、後工程で太陽電池素子８の全面に外力がかかったとしても太陽電池素子８が割れることを抑制することができる。また、ガラス層は透光性を有するため、特に表面側で表面電極５以外の受光面部分にはみ出して形成されたとしても、受光面積の減少による特性の低下を抑制することができる。
【００２９】
このガラス層は電極５、６の表面に、ガラス粉末を主成分とし、有機溶剤とバインダーなどからなるガラスペーストを塗布して焼き付けることによって形成する。
【００３０】
このときのガラスペーストの軟化点は電極材料を焼き付ける温度以下であったほうがよい。このようにすることによりガラスペーストを焼き付ける際に先に焼き付けた電極に影響を与えたり、電極が再度反応をおこしたりするという問題の発生を防止することができ、太陽電池素子の出力特性に悪影響を及ぼすということがない。
【００３１】
さらに、ガラスペーストは酸化ナトリウム、酸化ホウ素、酸化シリコンを含有していたほうがよい。このように材料に鉛を使用しないことによって、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶半田で得ていたのと同様の長期信頼性の効果を、鉛を使用せずに得ることができ、環境に悪影響を及ぼすことがなくなる。例えばいわゆるホウ珪酸ガラスなどを好適に用いることができる。
【００３２】
また、被覆層７であるガラス層を着色することにより、反射防止膜３の色調と揃えることが可能になるため、従来問題であった反射防止膜３と半田層１１の色調の違いによる外観の不調和の問題を解消することが可能になる。ガラス層を着色するにはガラスペーストに顔料を含有させればよい。このような顔料としては例えばＣｏ酸化物等がある。
【００３３】
また、被覆層７としてはガラス以外ににも樹脂等も用いることができる。
【００３４】
図３は本発明に係る太陽電池モジュールの構造を説明するための図である。図において、１は太陽電池素子、１０はインナーリードを示し、太陽電池素子１の中の５は表面電極、６は裏面電極、７は被覆層、９は切開部を示す。
【００３５】
本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、被覆層７の切開部９で電極５、６の表面に、表面に半田層を有するインナーリード１０を接続する。このようにすることによって、従来の太陽電池素子の電極表面に被覆されていた半田層１１が果たしていたインナーリード１１との接続の役目を被覆層７が担う必要がなくなるため、被覆層７にはインナーリード１１との接着を考慮した制限を加える必要がなくなる。
【００３６】
このとき、電極５、６の主成分となる材料が、インナーリード１１の表面にある半田層に含有されていた方がよい。このようにすることにより、電極５、６とインナーリードを容易に接着することが可能になる。接着させるには例えば半田ごてやホットエアーを用いて加熱し、押さえることによって熱溶着させればよい。電極５、６に用いるこのような材料としては、電気抵抗の低い金や白金などを使用することが可能であるが、価格の観点から銀を使用したほうがよい。つまり、電極５、６は銀を主成分とする材料で形成し、インナーリード１１の表面にある半田層にも同じ銀を含有させればよい。
【００３７】
このときこのインナーリード１１の表面にある半田層に含有させる銀は０．５〜５重量％であったほうがよい。０．５重量％以下であれば電極５、６との接着強度を充分に得ることができなかったり、接着に必要な温度が高くなったり、時間が長くなったりするという問題が発生する。また、５重量％以上であれば、インナーリード１１の表面の半田層がもろくなるという問題が発生する。
【００３８】
このように銀を含有する半田としては従来のＳｎ−Ｐｂ共晶半田に銀を添加するという方法以外にＳｎ−Ａｇ系、Ｓｎ−Ｃｕ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ｓｎ−Ｓｂ系、Ｓｎ−Ｉｎ系、Ｓｎ−Ｂｉ系などの鉛を含有しないいわゆる鉛フリー半田を使用することが可能であり、特に長期信頼性確保のためＳｎ−Ａｇ系やＳｎ−Ｃｕ系またはその混合系を使用することが望ましい。
【００３９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。たとえば太陽電池素子の構造はこれに制限されるものではなく、電極が片面にしかない太陽電池素子に使用することも可能であるし、結晶系シリコン太陽電池素子に限定されるものでもない。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項１に係る太陽電池素子では、表面電極と裏面電極の表面に切開部を有する被覆層を形成する。このようにすることにより、切開部を除き電極の表面は外気に触れることがなくなるので、半田を使用せずに酸化や吸湿を防ぐことが可能となり、長期信頼性を確保することができる。
【００４１】
このとき電極の表面は被覆層と直接接触していたほうがよい。このようにすることにより、電極と被覆層の間に存在するものの影響を考慮する必要がなくなるため、より有効に電極の表面の酸化や吸湿を防止することが可能となり、有効に長期信頼性を確保することができる。
【００４２】
また、被覆層はガラス層であったほうがよい。このようにすることにより、厚みを薄くしても強固な被覆層となりより有効に電極の表面の酸化や吸湿を防止することが可能となり、有効に長期信頼性を確保することができるとともに、太陽電池素子の表面の凹凸を小さくすることができることから、後工程で太陽電池素子の全面に外力がかかったとしても太陽電池素子が割れることを抑制することができる。また、ガラス層は透光性を有するため、特に表面側で表面電極以外の受光面部分にはみ出して形成されたとしても、受光面積の減少による特性の低下を抑制することができる。
【００４３】
また、請求項６に係る太陽電池素子の製造方法では、ガラス層は電極の表面に、ガラス粉末を主成分とし、有機溶剤とバインダーなどからなるガラスペーストを塗布し焼き付けることによって形成する。
【００４４】
このときこのガラスペーストの軟化点は電極材料を焼き付ける温度以下であったほうがよい。このようにすることによりガラスペーストを焼き付ける際に先に焼き付けた電極に影響を与えたり、電極が再度反応を起こしたりするという問題の発生を防止することができ、太陽電池素子の出力特性に悪影響を及ぼすということがない。
【００４５】
さらに、ガラスペーストは酸化ナトリウム、酸化ホウ素、酸化シリコンを含有していたほうがよい。このように材料に鉛を使用しないことによって、従来のＳｎ−Ｐｂ共晶半田で得ていたのと同様の長期信頼性の効果を、鉛を使用せずに得ることができ、環境に悪影響を及ぼすことがなくなる。
【００４６】
また、被覆層であるガラス層を着色することにより、反射防止膜の色調と揃えることが可能になるため、従来問題であった反射防止膜と半田層の色調の違いによる外観の不調和の問題を解消することが可能になる。ガラス層を着色するにはガラスペーストに顔料を含有させればよい。
【００４７】
また、請求項１０に係る太陽電池モジュールでは、被覆層の切開部で電極の表面と表面に半田層を有するインナーリードを接続する。このようにすることによって、従来の太陽電池素子の電極表面に被覆されていた半田層が果たしていたインナーリードとの接続の役目を被覆層が担う必要がなくなるため、被覆層にはインナーリードとの接着を考慮した制限を加える必要がなくなる。
【００４８】
このとき、電極の主成分となる材料銀が、インナーリードの表面にある半田層に含有されていた方がよい。このようにすることにより、電極とインナーリードを容易に接着することが可能になる。
【００４９】
このときこのインナーリードの表面にある半田層に含有させる銀は０．５〜５重量％にすると、電極との接着強度を充分に得ることができ、接着に必要な温度も高くなったり、時間が長くなったりすることもなく、さらにインナーリードの表面の半田層がもろくなることもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の一実施形態を示す断面図である。
【図２】本発明に係る太陽電池素子の一実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を説明するための図である。
【図４】従来の太陽電池素子の構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２・・・拡散層、３・・・反射防止膜、４・・・ＢＳＦ層、５・・・表面電極、６・・・裏面電極、７・・・被覆層、８・・・太陽電池素子、９・・・切開部、１０・・・インナーリード、１１・・・半田層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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