(57)【要約】  【課題】  太陽電池素子の裏面に第一の金属で形成した集電電極の上に第二の金属で形成されたフィンガー電極が、電極表面をコーティングしたはんだの引っ張り応力により剥離する問題を防止する。  【解決手段】  半導体接合部を有する半導体基板の表面側に表面電極を形成し、裏面側に第一の金属による集電電極と、この第一の金属よりも半田濡れ性のよい第二の金属による出力取出電極とから成る裏面電極を形成した太陽電池素子において、前記出力取出電極は帯状のバスバー電極とこのバスバー電極から突出する複数のフィンガー電極とから成るとともに、このフィンガー電極の突出の先端部近傍に前記半導体基板と直接接触する領域を有することを特徴とする太陽電池素子。  【選択図】  図１
2005101273.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体接合部を有する半導体基板の表面側に表面電極を形成し、裏面側に第一の金属による集電電極と、この第一の金属よりも半田濡れ性のよい第二の金属による出力取出電極とから成る裏面電極を形成した太陽電池素子において、前記出力取出電極は帯状のバスバー電極とこのバスバー電極から突出する複数のフィンガー電極とから成るとともに、このフィンガー電極の突出の先端部近傍に前記半導体基板と直接接触する領域を有することを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
半導体接合部を有する半導体基板の表面側に表面電極を形成し、裏面側に第一の金属による集電電極と、この第一の金属よりも半田濡れ性のよい第二の金属による出力取出電極とから成る裏面電極を形成した太陽電池素子において、前記出力取出電極は帯状のバスバー電極とこのバスバー電極から突出する複数のフィンガー電極とから成るとともに、このフィンガー電極の外周部近傍に前記半導体基板と直接接触する領域を有することを特徴とする太陽電池素子。
【請求項３】
前記第一の金属がアルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記第二の金属が銀を主成分とすることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池素子および太陽電池モジュールに関し、特に裏面電極を第一の金属からなる集電電極部と第二の金属からなるバスバー電極部及びフィンガー電極部からなる出力取出電極とで構成した太陽電池素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
図４は従来の太陽電池素子の構造を示す模式図、図５は従来の太陽電池素子の表面電極を示す模式図、図６は従来の太陽電池素子の裏面電極を示す模式図、図７は従来の他の太陽電池素子の裏面電極の一例を示す模式図、図８は従来の他の太陽電池素子の裏面電極の一例を示す模式図、図９は従来の他の太陽電池素子の裏面電極の一例を示す模式図、図１０は太陽電池素子の接続状態を説明するための模式図である。
【０００３】
従来の太陽電池素子を図４を用いて説明する。図４中、１は半導体基板、２は表面側電極、３は裏面側電極、４は不純物拡散層、５は反射防止膜である。
【０００４】
例えばＰ型シリコンからなる半導体基板１の受光面側にＮ型の不純物拡散層４を設け、この不純物拡散層４の表面に反射防止膜５と表面側電極２を設け、裏面側に裏面側電極３を設けて構成されている。表面側電極２は、図５に示すように、銀とはんだなどから成るインナーリードを接続するためのバスバー電極６と、銀とはんだなどから成る集電用のフィンガー電極７とから構成される。
【０００５】
また、裏面側電極３は、図６に示すように、アルミニウムなどから成る集電電極８と銀とはんだなどから成るインナーリードを接続するためのバスバー電極９とから形成される（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
また、上記のようにバスバー電極のみで形成される場合以外に、図７に示すように表面側電極と同様にバスバー電極９に交わる形で集電電極８の上に重なるように銀とはんだなどから成るフィンガー電極１０を形成する場合もある（例えば特許文献２参照）。
【０００７】
さらに、裏面側バスバー電極９は、フィンガー電極１０を形成するかしないかに関わらず、図６または図７に示すように帯状に形成される場合と、図８または図９に示すように島状に単独もしくは複数個形成される場合がある。
【０００８】
このような太陽電池素子は、図１０に示すように、複数の素子同士をインナーリード１１を用いて直列に接続して、電圧を昇圧させて使用するのが一般的である。この素子間の接続にははんだが必要となるため、表面バスバー電極６および裏面バスバー電極９にはんだ濡れ性が良好な素材を用いて太陽電池素子の電極にはんだコーティングを行っている。はんだコーティングの方法としては、はんだ槽に太陽電池素子を浸漬させる方法が一般的である。
【特許文献１】特開平１０−３３５２６７
【特許文献２】特開２００２−４３５９７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、はんだ融液の中に太陽電池素子を浸漬させる浸漬法で太陽電池素子の電極をはんだコーティングする場合、はんだ融液の液面に対してバスバー電極６、９を平行に、フィンガー電極７、１０を垂直に向けて浸漬させる方法が一般的である。これは、図５に示すような表面電極構造の場合、バスバー電極６のはんだコーティングの厚みを均一にすることができるとともに、バスバー電極６からフィンガー電極７に余剰なはんだが流れるため、バスバー電極６のはんだコーティングの厚みを薄くすることができるからである。
【００１０】
しかしこのような方向で太陽電池素子をはんだ融液に浸漬させると、図６および図８に示すようなフィンガー電極を設けずにバスバー電極単独で構成された裏面電極構造の場合は、電極部へのはんだコーティングの際にはんだ槽に浸漬させた太陽電池素子を引上げる際の表面張力により、電極部に過剰量のはんだがコーティングされ盛りあがりができるために、後の工程においてこのはんだの盛りが起点となって太陽電池素子の割れが発生することがあった。また、複数の素子をインナーリードにて接続する際において、太陽電池素子の電極６、９とインナーリード１１とを熱溶着する際に、裏面電極のバスバー電極９のはんだがインナーリード１１の外周部に流れ出したり凝集したりして、はんだ玉や突起部を形成して、太陽電池素子の割れや、太陽電池モジュールにしたときに表面に配置される透光性基板の割れ、また充填材として用いる樹脂の突き抜けによる絶縁不良の原因となってしまうことがあった。
【００１１】
また、上記問題点を解決するために図７または図９に示すように、アルミニウムなどから成る集電電極８の上にフィンガー電極１０を形成した場合は、はんだコーティング後のはんだの凝固冷却に伴う収縮などによって、フィンガー電極１０がその端部から剥離してしまう問題が発生することがある。この問題は集電電極とフィンガー電極に異種金属を用いることにより両金属界面の接合強度が不足してしまった場合や、集電電極にアルミニウムを用い、そのアルミニウムの層がポーラスな状態で形成されたときに発生しやすい。集電電極とフィンガー電極の接合強度が弱い場合、両電極間で剥離が発生することがあり、アルミニウムの層がポーラスな場合、シリコンから成る半導体基板１とアルミニウムの界面やアルミニウム層の中間面を破断面として、はんだによる引っ張り応力の集中するフィンガー電極の端部から部分的に剥離してしまうことがある。
【００１２】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池素子の裏面電極部をはんだコーティングする際の余剰なはんだ盛りや裏面電極部にインナーリードを熱溶着する際のインナーリード外周部のはんだ玉や突起部の発生を抑制するために形成されたフィンガー電極部がはんだコーティングによる引っ張り応力により、その端部から剥離を起こすという問題を解消した太陽電池素子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】
【００１３】
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、半導体接合部を有する半導体基板の表面側に表面電極を形成し、裏面側に第一の金属による集電電極と、この第一の金属よりも半田濡れ性のよい第二の金属による出力取出電極とから成る裏面電極を形成した太陽電池素子において、前記出力取出電極は帯状のバスバー電極とこのバスバー電極から突出する複数のフィンガー電極とから成るとともに、このフィンガー電極の突出の先端部近傍に前記半導体基板と直接接触する領域を有することを特徴とする。
【００１４】
また、半導体接合部を有する半導体基板の表面側に表面電極を形成し、裏面側に第一の金属による集電電極と、この第一の金属よりも半田濡れ性のよい第二の金属による出力取出電極とから成る裏面電極を形成した太陽電池素子において、前記出力取出電極は帯状のバスバー電極とこのバスバー電極から突出する複数のフィンガー電極とから成るとともに、このフィンガー電極の外周部近傍に前記半導体基板と直接接触する領域を有することを特徴とする。
【００１５】
また、上記太陽電池素子では、前記第一の金属がアルミニウムを主成分とすることが望ましい。
【００１６】
また、上記太陽電池素子では、前記第二の金属が銀を主成分とすることが望ましい。
【発明の効果】
【００１７】
以上のように、本発明に係る太陽電池素子によれば、半導体接合部を有する半導体基板の表面側に表面電極を形成し、裏面側に第一の金属による集電電極と、この第一の金属よりも半田濡れ性のよい第二の金属による出力取出電極とから成る裏面電極を形成した太陽電池素子において、前記出力取出電極は帯状のバスバー電極とこのバスバー電極から突出する複数のフィンガー電極とから成るとともに、このフィンガー電極の突出の先端部近傍に前記半導体基板と直接接触する領域を有することで、電極についてより強い接着強度を確保できるため、フィンガー電極の剥離を防止できる。
【００１８】
また、本発明に係る他の太陽電池素子によれば、半導体接合部を有する半導体基板の表面側に表面電極を形成し、裏面側に第一の金属による集電電極と、この第一の金属よりも半田濡れ性のよい第二の金属による出力取出電極とから成る裏面電極を形成した太陽電池素子において、前記出力取出電極は帯状のバスバー電極とこのバスバー電極から突出する複数のフィンガー電極とから成るとともに、このフィンガー電極の外周部近傍に前記半導体基板と直接接触する領域を有することで、太陽電池素子の電気特性を更に高く維持しながら、電極の強い接着強度を確保し、フィンガー電極の剥離を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００２０】
本発明に係る太陽電池素子の構造も基本的には従来の太陽電池素子と同様である。すなわち、例えば図４に示すように、Ｐ型シリコンからなる半導体基板１の受光面側にＮ型の不純物拡散層４を設け、この不純物拡散層４の表面に反射防止膜５と表面側電極２を設け、裏面側に裏面側電極３を設けて構成されている。表面側電極２は、図５に示すように、銀とはんだなどから成るインナーリードを接続するためのバスバー電極６と、銀とはんだなどから成る集電用のフィンガー電極７とから構成される。
【００２１】
また、裏面側電極３は、図７に示すように表側電極と同様にバスバー電極９に交わる形で集電電極８の上に重なるように銀とはんだなどから成るフィンガー電極１０を形成する。
【００２２】
また、裏面側バスバー電極９は、図７に示すように帯状に形成される場合と、図９に示すように島状に単独もしくは複数個形成される場合がある。
【００２３】
このような太陽電池素子は、例えばＰ型半導体基板１をＮ型不純物雰囲気中で熱処理などして、表面領域の全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層４を形成し、ＣＶＤ法などで反射防止膜５を形成して拡散層４を分離したのち、表面に銀ペーストを、裏面にはアルミニウムペーストおよび銀ペーストをスクリーン印刷して焼成することにより表面側電極２と裏面側電極３が形成される。
【００２４】
図１は本発明に係る太陽電池素子の裏面電極構造を示す。半導体基板１の裏面側の略全面に形成されたアルミニウムなどを主成分とする第一の金属による集電電極８と、第一の金属よりも半田濡れ性のよい銀などを主成分とする第二の金属によるバスバー電極９から成る裏面電極を形成し、このバスバー電極９に交わる形でフィンガー電極１０を形成している。フィンガー電極１０の突出部の先端近傍付近と重なる部分の集電電極８は予め形成されておらず、フィンガー電極１０の突出部の先端近傍付近のみを部分的に半導体基板に接するように形成している。フィンガー剥離の問題は、その要因であるはんだの熱収縮による引っ張り応力が集中する突出部の先端付近を起点として発生することがほとんどであることから、フィンガー電極の略全面を半導体基板に接しなくとも、剥離の起点となるフィンガー電極の突出部の先端近傍のみを半導体基板に接するように形成すれば充分にその効果を発揮できる。このようにフィンガー電極１０の端部と半導体基板１を略全面で直接接するように形成することで、より強い接着強度を確保できるため、フィンガー剥離の問題を解決することできる。
【００２５】
また、フィンガー電極と半導体基板が直接接触する領域を、フィンガー電極の突出部の先端近傍のみにすることで、出力取出電極と集電電極の十分な接触面積を確保することができるため、両電極間の抵抗損失が発生することはなく、従来の太陽電池素子の出力特性を維持することができる。
【００２６】
ただし、フィンガー電極と半導体基板が直接接触する領域は、フィンガー電極の外周よりも内側に形成するものとし、最外周部分は集電電極と接していたほうが良い。このようにすることにより集電電極で集電された電子が、その移動距離を変えることなく出力取出電極に運ばれることになる。
【００２７】
また、一般に第一の金属としてアルミニウムのような周期表第三属元素を含む金属材料を使用する場合は、集電電極としての役割以外に、電極を焼成して形成する際にその第三属元素の半導体基板内への拡散が起こりＰ＋層からなるＢＳＦ層が同時に形成されることで、太陽電池素子の電流−電圧特性が改善される効果がある。したがって、図１のように第一の金属である集電電極をできるだけ残したまま形成するほうが、図１のようにフィンガー電極の略全面を半導体基板と接するように形成するよりも、太陽電池素子の電気特性を高く維持することができる。
【００２８】
図２は本発明に係る裏面のフィンガー電極の外周部近傍に半導体基板と直接接触する領域を形成した太陽電池素子の裏面拡大図である。この太陽電池素子では、フィンガー電極１０と半導体基板１の接触個所は、フィンガー電極１０の外周部形状に沿った部分のみとし、それ以外のフィンガー中央部は集電電極を残したまま形成している。この形状でもフィンガー剥離抑制には充分な効果を発揮し、なおかつ、集電電極を最大限に残すことで、太陽電池素子の電気特性も更に高く維持することができる。
【００２９】
このときもフィンガー電極と半導体基板が直接接触する領域は、フィンガー電極の外周よりも内側に形成するものとし、最外周部は集電電極と接していたほうがよい。このようにすることにより集電電極で集電された電子が、その移動距離を変えることなく出力取出電極に運ばれることになる。
【００３０】
さらに、図３に本発明に係る他の実施形態を示す。この太陽電池素子では、フィンガー電極１０と半導体基板１の接触個所は、フィンガー電極１０の突出部の先端の外周部形状に沿った部分のみとし、それ以外のフィンガー中央部は集電電極を残したまま形成している。この形状でもフィンガー剥離抑制には充分な効果を発揮し、なおかつ、集電電極を最大限に残すことで、太陽電池素子の電気特性も更に高く維持することができる。
【００３１】
尚、これまでに述べたフィンガー電極の形状は、図７および図９に示すようなバスバー電極に直交するように形成されたものだけでなく、バスバー電極に鋭角あるいは鈍角に交わっているものでも同様である。また、そのフィンガー電極の形状も矩形だけでなく、三角形や丸みを帯びたもの、途中で形状の変化があるものなどについても同様の考えで形成すれば良い。さらに、フィンガー電極がバスバー電極に対してその両側に均等に形成されず、その形状や長さ等が不均等に形成される場合や、バスバー電極に対して片側のみに形成される場合も同様に本発明に係る実施形態を応用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明に係る太陽電池素子を示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は裏面図、（ｃ）は裏面のフィンガ電極の端部を半導体基板に直接形成した拡大図をそれぞれ示す。
【図２】本発明に係る裏面のフィンガ電極の外周部を半導体基板に直接形成した太陽電池素子の裏面拡大図である。
【図３】本発明に係る裏面のフィンガ電極の端部の外周部を半導体基板に直接形成した太陽電池素子の裏面拡大図である。
【図４】従来の太陽電池素子の構造を示す図である。
【図５】従来の太陽電池素子の表面電極を示す図である。
【図６】従来の太陽電池素子の裏面電極を示す図である。
【図７】従来の他の太陽電池素子の裏面電極の一例を示す図である。
【図８】従来の他の太陽電池素子の裏面電極の一例を示す図である。
【図９】従来の他の太陽電池素子の裏面電極の一例を示す図である。
【図１０】太陽電池素子の接続状態を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３３】
１・・・半導体基板
２・・・表面側電極
３・・・裏面側電極
４・・・不純物拡散層
５・・・反射防止膜
６・・・表面側バスバー電極
７・・・表面側フィンガー電極
８・・・裏面側集電電極
９・・・裏面側バスバー電極、
１０・・・裏面側フィンガー電極
１１・・・インナーリード
１２・・・フィンガー電極と半導体基板が直接接触する個所
【図１】
2005101273.tif 000003
【図２】
2005101273.tif 000004
【図３】
2005101273.tif 000005
【図４】
2005101273.tif 000006
【図５】
2005101273.tif 000007
【図６】
2005101273.tif 000008
【図７】
2005101273.tif 000009
【図８】
2005101273.tif 000010
【図９】
2005101273.tif 000011
【図１０】
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