(57)【要約】【課題】太陽電池素子に接続されている裏面電極やリード線の接続信頼性を高くした太陽電池装置を提供する。【解決手段】半導体基板１３の一主面側に表面電極１８を形成し、他の主面側に、銀膜２１ａを備えた裏面出力取出部２１を具備する裏面電極２２を形成した複数の太陽電池素子１により構成され、この太陽電子素子１を電気的に接続するリード線３を設け、その終端部を、他の太陽電池素子１と接続するために配設した横配線５に接続した太陽電池装置において、裏面電極２２の銀膜２１ａ面に穴２３を形成し、この穴２３中に半田２１ｂを充填し、またリード線を主電送線と、その主電送線を狭持する金属箔により構成し、さらに、このリード線３を横配線５を係止して半田接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｎ型領域およびＰ型領域からなる半導体接合部を有する半導体基板の一主面側に帯状の表面出力取出部と表面集電部とからなる銀を含有する表面電極を形成し、他の主面側に、アルミニウムを含有する裏面集電部と、この裏面集電部の周辺の前記半導体基板上に形成された銀膜を備える裏面出力取出部とからなる裏面電極を形成した複数の太陽電池素子を設け、これら複数の太陽電池素子のうち一方の太陽電池素子の表面出力取出部と、この太陽電池素子に隣接する他方の太陽電池素子の裏面出力取出部とを、半田を介してリード線を接合して太陽電池素子群を形成するとともに、この太陽電池素子群の前記リード線の終端部を、他の太陽電池素子群と接続するために配設した横配線に接続した太陽電池装置において、前記裏面出力取出部に穴を形成し、この穴中に前記半田を充填したことを特徴とする太陽電池装置。
【請求項２】
穴の深さが裏面出力取出部の銀膜の厚みの０〜０．８倍の範囲である請求項1に記載の太陽電池装置。
【請求項３】
裏面出力取出部の穴の位置がリード線の幅内に形成されている請求項1または２に記載の太陽電池装置。
【請求項４】
リード線と銀膜との間の半田の厚みが２５μｍ〜１００μｍである請求項１乃至３のうちいずれか記載の太陽電池装置。
【請求項５】
Ｎ型領域およびＰ型領域からなる半導体接合部を有する半導体基板の一主面側に帯状の表面出力取出部と表面集電部とからなる銀を含有する表面電極を形成し、他の主面側に、アルミニウムを含有する裏面集電部と、この裏面集電部の周辺の前記半導体基板上に形成された銀膜を備える裏面出力取出部とからなる裏面電極を形成した複数の太陽電池素子を設け、これら複数の太陽電池素子のうち一方の太陽電池素子の表面出力取出部と、この太陽電池素子に隣接する他方の太陽電池素子の裏面出力取出部とを、半田を介してリード線を接合して太陽電池素子群を形成するとともに、この太陽電池素子群の前記リード線の終端部を、他の太陽電池素子群と接続するために配設した横配線に接続した太陽電池装置において、前記リード線が主電送線と、その主電送線を狭持する金属箔により構成されていることを特徴とする太陽電池装置。
【請求項６】
主電送線および金属箔の熱膨張係数差が１０×１０−６／℃以内である請求項５に記載の太陽電池装置。
【請求項７】
金属箔の厚みが主電送線の厚みの２〜３倍である請求項５または６に記載の太陽電池装置。
【請求項８】
金属箔の長さが主電送線の長さの０．５〜０．８倍である請求項５乃至７のうちいずれか記載の太陽電池装置。
【請求項９】
金属箔の幅が主電送線の幅の０．５〜１．２倍である請求項５乃至８のうちいずれか記載の太陽電池装置。
【請求項１０】
主電送線の体積抵抗率が１×１０−４Ωｃｍ以下、降伏応力が２５０ＭＰａ以上である請求項５乃至９のうちいずれか記載の太陽電池装置。
【請求項１１】
金属箔がインバであるである請求項５乃至１０のうちいずれか記載の太陽電池装置。
【請求項１２】
リード線が各太陽電池素子間で１８０°捻られている請求項１乃至１１のうちいずれか記載の太陽電池装置。
【請求項１３】
Ｎ型領域およびＰ型領域からなる半導体接合部を有する半導体基板の一主面側に帯状の表面出力取出部と表面集電部とからなる銀を含有する表面電極を形成し、他の主面側に、アルミニウムを含有する裏面集電部と、この裏面集電部の周辺の前記半導体基板上に形成された銀膜を備える裏面出力取出部とからなる裏面電極を形成した複数の太陽電池素子を設け、これら複数の太陽電池素子のうち一方の太陽電池素子の表面出力取出部と、この太陽電池素子に隣接する他方の太陽電池素子の裏面出力取出部とを、半田を介してリード線を接合して太陽電池素子群を形成するとともに、この太陽電池素子群の前記リード線の終端部を、他の太陽電池素子群と接続するために配設した横配線に接続した太陽電池装置において、前記リード線が前記横配線を係止して半田接合されていることを特徴とする太陽電池装置。
【請求項１４】
横配線に貫通孔が形成され、この貫通孔に半田が充填され、リード線と接合されている請求項１３に記載の太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池装置に関し、特に、複数の太陽電池素子がリード線によって接続された太陽電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の太陽電池装置を図７に示す。図７ａは従来の太陽電池装置を示す断面図、図７ｂは従来の太陽電池素子の表面電極側を示す図、図７ｃは裏面電極側を示す図である。太陽電池装置は複数の太陽電池素子１０１がリード線１０３により電気的に接続され太陽電池素子群と、前記リード線１０３の終端部に設けられた横配線１０５により構成されている。また、太陽電池素子１０１はＮ型領域１０７およびＰ型領域１０９からなる半導体接合部１１１を有する半導体基板１１３からなり、その一主面側に帯状の表面出力取出部１１５と表面集電部１１７とから成る表面電極１１８が形成されている。
【０００３】
一方、他の主面側には、アルミニウム膜からなる裏面集電部１１９と、この裏面集電部１１９間の前記半導体基板１１３上に銀膜１２１ａからなる裏面出力取出部１２１とからなる裏面電極１２２が形成されている。リード線１０３はこの銀膜１２１ａ上において半田１２１ｂを介して接合された銅箔１２１ｃから成る。
【０００４】
そして、これら太陽電池素子１０１、リード線１０３および横配線１０５は不図示のガラス基板上に載値され、これもエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などの透光性樹脂（不図示）により固着されている（例えば、特許文献１）。
【特許文献１】特開平１１−２１４７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記太陽電池装置では、それを構成する裏面電極１２２やリード線１０３が半田１２１ｂにより接合されているものの、この装置は、通常大気環境下厳しい温度条件に晒されることことから、例えば、裏面電極１２２は銀膜１２１ａと半導体基板１１３との接合部が剥離したり、また、リード線１０３はＥＶＡ樹脂や接合部材である半田１２１ｂとの熱膨張係数の違いにより断線するなど接続信頼性が低いという問題があった。
【０００６】
従って、本発明は、太陽電池素子に接続されている裏面電極やリード線の接続信頼性を高くした太陽電池装置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】
【０００７】
本発明の太陽電池装置は、Ｎ型領域およびＰ型領域からなる半導体接合部を有する半導体基板の一主面側に帯状の表面出力取出部と表面集電部とからなる銀を含有する表面電極を形成し、他の主面側に、アルミニウムを含有する裏面集電部と、この裏面集電部の周辺の前記半導体基板上に形成された銀膜を備える裏面出力取出部とからなる裏面電極を形成した複数の太陽電池素子を設け、これら複数の太陽電池素子のうち一方の太陽電池素子の表面出力取出部と、この太陽電池素子に隣接する他方の太陽電池素子の裏面出力取出部とを、半田を介してリード線を接合して太陽電池素子群を形成するとともに、この太陽電池素子群の前記リード線の終端部を、他の太陽電池素子群と接続するために配設した横配線に接続した太陽電池装置において、前記銀を含有する裏面出力取出部に穴を形成し、この穴中に前記半田を充填したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
即ち本発明によれば、裏面集電部間の半導体基板上に形成された銀膜面に穴を形成し、この穴中に半田を充填させることにより銀膜と半田との接着性を高めることができ、これにより裏面出力取出部との接続信頼性を向上できる。
【０００９】
そして上記太陽電池装置では、上記接続信頼性をさらに高めるという点で、穴の深さが銀膜の厚みの０〜０．８倍の範囲であること、銀膜面の穴の位置がリード線の幅内に形成されていること、リード線と銀膜との間の半田の厚みが２５μｍ〜１００μｍであることがより望ましい。
【００１０】
また本発明の太陽電池装置は、Ｎ型領域およびＰ型領域からなる半導体接合部を有する半導体基板の一主面側に帯状の表面出力取出部と表面集電部とからなる銀を含有する表面電極を形成し、他の主面側に、アルミニウムを含有する裏面集電部と、この裏面集電部の周辺の前記半導体基板上に形成された銀膜を備える裏面出力取出部とからなる裏面電極を形成した複数の太陽電池素子を設け、これら複数の太陽電池素子のうち一方の太陽電池素子の表面出力取出部と、この太陽電池素子に隣接する他方の太陽電池素子の裏面出力取出部とを、半田を介してリード線を接合して太陽電池素子群を形成するとともに、この太陽電池素子群の前記リード線の終端部を、他の太陽電池素子群と接続するために配設した横配線に接続した太陽電池装置において、前記リード線が主電送線と、その主電送線を狭持する金属箔により構成されていることを特徴とする。
【００１１】
即ち本発明によれば、上記裏面集電部に加えて、リード線を主電送線と、その主電送線を狭持する金属箔により構成することにより、リード線自体の高強度化を図ることができ、これによりＥＶＡ樹脂や接合部材である半田との熱膨張係数の違いによる断線を防止でき接続信頼性を高めることができる。
【００１２】
そして上記太陽電池装置では、リード線の信頼性を向上するという点で、主電送線および金属箔の熱膨張係数差が１０×１０−６／℃以内であること、金属箔の厚みが主電送線の厚みの２〜３倍であること、金属箔の長さが主電送線の長さの０．５〜０．８倍であること、金属箔の幅が主電送線の幅の０．５〜１．２倍であること、主電送線の体積抵抗率が１×１０−４Ωｃｍ以下、降伏応力が２５０ＭＰａ以上であること、金属箔がインバであるであること、リード線が各太陽電池素子間で１８０°捻られていることがより望ましい。
【００１３】
さらに本発明の太陽電池装置は、Ｎ型領域およびＰ型領域からなる半導体接合部を有する半導体基板の一主面側に帯状の表面出力取出部と表面集電部とからなる銀を含有する表面電極を形成し、他の主面側に、アルミニウムを含有する裏面集電部と、この裏面集電部の周辺の前記半導体基板上に形成された銀膜を備える裏面出力取出部とからなる裏面電極を形成した複数の太陽電池素子を設け、これら複数の太陽電池素子のうち一方の太陽電池素子の表面出力取出部と、この太陽電池素子に隣接する他方の太陽電池素子の裏面出力取出部とを、半田を介してリード線を接合して太陽電池素子群を形成するとともに、この太陽電池素子群の前記リード線の終端部を、他の太陽電池素子群と接続するために配設した横配線に接続した太陽電池装置において、前記リード線が前記横配線を係止して半田接合されていることを特徴とする。即ち本発明によればリード線と横配線との接続では、リード線を半田などの接合部材を用いて単に横配線に接着するだけでなくこのようにリード線を横配線に巻き付けることによりこの間の接続を強化できる。さらに本発明では、この横配線に貫通孔が形成され、この貫通孔に半田を充填していることがより望ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１５】
図１は本発明の太陽電池装置の構造を示す断面図である。図２は太陽電池素子の表面電極側を示す平面図である。図３は裏面電極側を示す図である。
【００１６】
本発明の太陽電池装置は複数の太陽電池素子１がリード線３により電気的に接続された太陽電池素子と、リード線３の終端部に設けられた横配線５により構成されている。
【００１７】
太陽電池素子１はＮ型領域７およびＰ型領域９からなる半導体接合部１１を有する半導体基板１３からなり、その一主面側に帯状の表面出力取出部１５と表面集電部１７とから成る表面電極１８が形成されている。
【００１８】
一方、他の主面側には、アルミニウム膜からなる裏面集電部１９と、この裏面集電部１９間の前記半導体基板１３上に銀膜２１ａからなる裏面出力取出部２１とからなる裏面電極２２が形成されている。通常リード線３は銅箔２１ｃからなり半田２１ｂを介して接合されている。
【００１９】
そして、これら太陽電池素子１、リード線３および横配線５は不図示のガラス基板上に載値されエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）などの透光性樹脂（不図示）により固着されている。
【００２０】
半導体基板１３は、厚み０．２〜０．４ｍｍの単結晶シリコンや多結晶シリコンなどからなる。Ｎ型領域７の表面部分に形成された表面電極１８において表面出力取出部１５は半導体基板１３の略全長にわたって二本平行に形成されており、表面集電部１７は表面出力取出部１５に交差して多数本が半導体基板の略全長にわたって形成されている。またこの表面電極１８は、例えば銀粉末、ガラスフリット、結合剤および溶剤などからなるペーストをスクリーン印刷して７００〜８００℃程度の温度で焼き付けし、全体を半田で被覆することにより形成される。この表面電極１８面には銅箔が貼り付けられている。
【００２１】
裏面電極２２もまた、上記したようにリード線３を接続するための、アルミニウム膜からなる裏面集電部１９と、この裏面集電部１９の前記半導体基板１３上に銀膜２１ａにより形成された裏面出力取出部２１とから成るものであるが、この場合も半田２１ｂを介してリード線３となる銅箔２１ｃが接合されている。本発明では銀膜２１ａ面に穴２３が形成され、この穴２３中に前記半田２１ｂが充填されていることが重要である。
【００２２】
また本発明では、上記銀膜２１ａと半田２１ｂとの接着性を高めるという理由から穴２３の深さが銀膜２１ａの厚みの０〜０．８倍の範囲であり、また銀膜２１ａ面の穴２３の位置が銅箔２１ｃの幅ｗ内に形成され、さらにはリード線３と銀膜２１ａとの間の半田２１ｂの厚みｔが２５μｍ〜１００μｍであることがより望ましい。なお、この裏面電極２２もまた上記表面電極１８と同じ製法により形成される。
【００２３】
図４は本発明の複数の太陽電池素子１を接続するリード線３を示す断面図である。また本発明では、リード線３が主電送線３ａと、その主電送線３ａを狭持する金属箔３ｂにより構成されていることが重要であり、特に、その高強度化を図るという点で、主電送線３ａおよび金属箔３ｂの熱膨張係数差が１０×１０−６／℃以内であること、また金属箔３ｂの厚みが主電送線３ａの厚みの２〜３倍であること、またその金属箔３ｂの長さが主電送線３ａの長さの０．５〜０．８倍であること、さらには金属箔３ｂの幅が主電送線３ａの幅の０．５〜１．２倍であること、主電送線３ａの体積抵抗率が１×１０−４Ωｃｍ以下、降伏応力が２５０ＭＰａ以上であること、金属箔３ｂがインバであること、さらにリード線３が各太陽電池素子１間で１８０°捻られていることがより望ましい（図５）。代表例としては銅箔の両面にインバなどの金属箔３ｂを貼り付けて圧延成形したクラッド材が好適である。また、このようなリード線３に用いる少なくとも主電送線３ａの表面には半田の膜が形成されていることが電気的機械的接続を行う上で好ましい。
【００２４】
なおリード線３は表面電極１８や裏面電極２２の表面に貼り付けられる銅箔と同じ物でも良く、この銅箔はクラッド材であることが引張強度を高くするという点で望ましく、さらには、クラッド材の熱膨張係数が４〜１４×１０−６／℃であるために半導体基板１３の熱膨張係数に近づけることができ、これによりリード線３と太陽電池素子１との信頼性を確保できる。
【００２５】
また、このリード線３の表面電極１８あるいは裏面電極２２との接続部には貫通孔２７が形成されこの貫通孔２７内に半田が充填されていることが望ましい。なお、この貫通孔２７は真円以外の楕円や矩形でもよいが、応力集中を起こし難いという点で真円がより好ましい。
【００２６】
また、このリード線３の表面あるいは裏面電極との間でオーミック接続を行うという理由からその表面にはＡｕ、Ｎｉ、錫によるメッキ膜を形成しておくことが望ましい。
【００２７】
図６はリード線が横配線に係止して接続されている構造を示す断面図である。さらに本発明では、リード線３が横配線５を係止して半田接合されていることが重要であり、また横配線５と半田との接合性を高め、しいてはリード線３との接続信頼性を向上させるという点で、この横配線５に貫通孔３１が形成され、この貫通孔３１に半田を充填することがより望ましい。なお、横配線５は銅箔に半田を被覆したものにより形成されることが望ましく、また、リード線３が横配線５に対して係止する方向は上側からでも下側からでもよい。
【実施例】
【００２８】
半導体基板として１５ｃｍ角で厚さ０．３ｍｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍのＰ型シリコンなどから成る半導体基板を準備した。そして熱拡散法でオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源として、深さ０．５μｍのＮ型拡散層を形成した。
【００２９】
次に、表面にプラズマＣＶＤ法で窒化シリコンから成る反射防止膜を８００Åの厚さで形成し、不要部のＮ型拡散層は除去した。
【００３０】
最後に、裏面にアルミニウムペーストをスクリーン印刷し、表面にも銀ペーストをスクリーン印刷して７５０℃で焼成することで表面電極を形成した後、裏面のアルミニウム電極のない部分に銀ペーストを２回スクリーン印刷し、銀膜に所定の穴となる空洞部を設け８００℃で焼成することで裏面電極を形成した。２００℃の半田浴槽に上記基板を浸漬して引き上げることで、上記電極表面を半田被覆（厚み７５μｍ）して太陽電池を製造した。銀膜の厚みは２０μｍとし、空洞部の深さは表１に示す割合とした。
【００３１】
上述のような太陽電池素子に幅５ｍｍ、厚み０．１６ｍｍの主電送線からなるリード線を表面電極、裏面電極に半田付けし、リード線の終端部に横配線を形成し、次に表面側のガラスなどの透光部材を配設するとともに、裏面側にポリエチレンのシートやアルミ箔などを配設して全体をエチレンビニルアセテートなどの透光性樹脂で接着して太陽電池装置を形成した。
【００３２】
評価サンプルは、裏面電極の銀電極の厚みに対する空洞（穴）の深さをかえて、銅箔の巾に対して穴の位置を変えた試料を作製した。この場合のリード線は表裏面電極との接合部には穴なしとし、太陽電池素子の電極面に平行に接着した。
【００３３】
次に、試料Ｎｏ．１０〜１８は試料Ｎｏ．３に対して本発明のリード線の接続構造を備えたものを作製した。この場合リード線を横配線の表面に単に接着させて作製した。この場合金属箔の長さは主電送線の長さに対して０．７倍の長さとした。さらに試料Ｎｏ．１９〜２６は試料Ｎｏ．１０、１１、１４および１５のそれぞれのリード線を横配線に係止したものを作製した。この場合リード線を構成する金属箔の幅は主電送線と同じ幅とし、金属箔を主電送線の両面に同じ厚みで接着した。
【００３４】
評価は、−４０℃〜９０℃、１ｈｒ／サイクルの温度サイクル試験を行って（曲線因子）ＦＦの出力低下率−５％の時間を寿命として比較した。その結果を表１に示す。なお、ＦＦ＝（Ｐｍ（最大出力））／（Ｉｓｃ（短絡電圧）×Ｖｏｃ（開放電圧））で表される。
【表１】
2005243790.tif 000003
【００３５】
【表２】
2005243790.tif 000004
【００３６】
【表３】
2005243790.tif 000005
【００３７】
表１、２および３に示すとおり、裏面電極の銀膜に穴を形成し、その穴に半田を充填した構造の本発明の試料では、いずれも寿命評価の温度サイクル数が１５５０回以上であった。また、リード線の３層構造とした試料では２０００回以上に向上し、さらにはリード線を横配線に係止させたものはさらに温度サイクル数が２５００回以上に増した。これに対して、裏面電極の銀膜に穴を形成しなかった試料では、温度サイクル数が１４００回であった。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の太陽電池装置の構造を示す模式図である。
【図２】太陽電池素子の表面電極側を示す図である。
【図３】太陽電池素子の裏面電極側を示す図である。
【図４】本発明の複数の太陽電池素子を接続するリード線を示す断面図である。
【図５】リード線が捩れた構造を示す断面図である。
【図６】リード線が横配線に係止して接続されている構造を示す断面図である。
【図７】従来の太陽電池装置を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１      太陽電池素子
３      リード線
５      横配線
７      Ｎ型領域
９      Ｐ型領域
１１    半導体接合部
１３    半導体基板
１５    表面出力取出部
１７    表面集電部
１８    表面電極
１９    裏面集電部
２１    裏面出力取出部
２１ａ  銀膜
２１ｂ  半田
２１ｃ  銅箔
２２    裏面電極
２３    穴
【図１】
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【図２】
2005243790.tif 000007
【図３】
2005243790.tif 000008
【図４】
2005243790.tif 000009
【図５】
2005243790.tif 000010
【図６】
2005243790.tif 000011
【図７】
2005243790.tif 000012