(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の裏面から集電する第一電極と、
前記第一電極から出力を取り出す第二電極とを備え、
前記第一電極は、前記基板の裏面上に形成された開口部および前記開口部から外側に窪む切欠部を有し、
前記第一電極が有するすべての前記切欠部は、前記基板面内における主応力の方向と平行な方向に窪み、前記主応力の方向と平行な中心線を軸として略対称な形状を呈し、
前記第二電極は、前記第一電極の少なくとも前記開口部と前記切欠部とを覆うように形成されることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】
基板と、
前記基板の裏面から集電する第一電極と、
前記第一電極から出力を取り出す第二電極とを備え、
前記第一電極は、前記基板の裏面上に形成された開口部および前記開口部から外側に窪む切欠部を有し、
前記第一電極が有するすべての前記切欠部は、前記基板面内における前記第二電極上に配設されるタブ線の配設方向と垂直な方向に窪み、前記タブ線の配設方向と垂直な中心線を軸として略対称な形状を呈し、
前記第二電極は、前記第一電極の少なくとも前記開口部と前記切欠部とを覆うように形成されることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項３】
前記切欠部は、前記開口部の両側に形成され、
前記開口部の一方の側に形成された前記切欠部の中心線と、他方の側に形成された前記切欠部の中心線とが同一直線上にないことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池セル。
【請求項４】
隣り合った切欠部の中心線の間隔は、焼成の際に第一電極と第二電極とが反応する反応幅の２倍より長く、前記反応幅の６倍より短いことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池セル。
【請求項５】
切欠部の開口部からの長さは、焼成の際に第一電極と第二電極とが反応する反応幅よりも長く、前記反応幅の３倍より短いことを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池セル。
【請求項６】
基板と、
前記基板の裏面から集電する第一電極と、
前記第一電極から出力を取り出す第二電極とを備え、
前記第二電極は、前記基板の裏面上に形成された基部および前記基部から外側に突出する突出部を有し、
前記第一電極は、前記第二電極の基部の中心部上に開口部を有し、前記第二電極の少なくとも前記突出部を覆うように形成され、
前記第二電極が有するすべての前記突出部は、前記基板面内における主応力の方向と平行な方向に突出し、前記主応力の方向と平行な中心線を軸として略対称な形状を呈することを特徴とする太陽電池セル。
【請求項７】
基板と、
前記基板の裏面から集電する第一電極と、
前記第一電極から出力を取り出す第二電極とを備え、
前記第二電極は、前記基板の裏面上に形成された基部および前記基部から外側に突出する突出部を有し、
前記第二電極が有するすべての前記突出部は、前記基板面内における前記第二電極上に配設されるタブ線の配設方向と垂直な方向に突出し、前記タブ線の配設方向と垂直な中心線を軸として略対称な形状を呈し、
前記第一電極は、前記第二電極の基部の中心部上に開口部を有し、前記第二電極の少なくとも前記突出部を覆うように形成されることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項８】
前記突出部は、前記基部の両側に形成され、
前記基部の一方の側に形成された前記突出部の中心線と、他方の側に形成された前記突出部の中心線とが同一直線上にないことを特徴とする請求項６または７記載の太陽電池セル。
【請求項９】
隣り合った突出部の中心線の間隔は、焼成の際に第一電極と第二電極とが反応する反応幅の２倍より長く、前記反応幅の６倍より短いことを特徴とする請求項６または７記載の太陽電池セル。
【請求項１０】
突出部の基部からの長さは、焼成の際に第一電極と第二電極とが反応する反応幅より長く、前記反応幅の３倍より短いことを特徴とする請求項６または７記載の太陽電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池セルに関するものであり、特に、太陽電池セルの裏面に配置された電極の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池セルにおいては、基板の裏面に銀ペーストとアルミペーストをスクリーン印刷して焼成する。これにより、アルミペーストはシリコン基板と合金化して裏面にＰ＋層を形成する。アルミペーストで形成されたアルミ電極には直接はんだ付けできないから、銀ペーストが構成する銀電極部が出力取り出し用として基板の裏面に形成される。【０００３】
この太陽電池セル裏面では、高出力化のためにアルミ電極と出力取り出し用の銀電極とが、部分的に重なり合うように形成されている。この重なり合った部分は、シリコン、銀、アルミニウムの３種の金属が合金化しており、非常に脆弱になっている。そのため、はんだ被覆工程等で基板が急激に加熱、冷却され割れ易くなるとともに、はんだと基板、電極材料との熱膨張係数の差に起因する応力によっても基板が割れ易くなるため歩留が低下する。【０００４】
太陽電池セルのコストを低減するためには、原価比率の高い基板をより薄くする必要があるが、このような薄型化を行うに際して、上述の３種金属の合金層である脆弱な部分でのセル割れが大きな障害となる。【０００５】
そこで、従来の太陽電池セルにおいては、裏面の出力取り出し用の銀電極が有する複数の細線がアルミ電極と重なり合うように構成して、はんだ被覆工程やインターコネクタ接続工程等でセルが急熱急冷される際の熱的な応力を上記複数の細線に分散するようにしているものがある（例えば、特許文献１参照）。また、基板の裏面に銀電極用ペーストを印刷し、銀電極を形成した後、アルミ電極用ペーストを印刷し、焼成して、アルミ電極を形成する。このとき、アルミ電極用ペーストを印刷する前に銀電極を焼成することによって、銀とアルミとが反応しにくくなり、脆弱な３種金属の合金層が形成されることを抑制しているものもある（例えば、特許文献１参照）。さらに、電極を形成する際の銀電極用ペーストおよびアルミ電極用ペーストの塗布量を減らし、３種金属の合金層の形成を抑制しているものもある。【０００６】
また、銀電極にアルミ電極の上もしくは一部が重なるように突出部を形成するものもある（例えば、特許文献２および特許文献３）。【０００７】
【特許文献１】特開平１０−１４４９４３号公報（第３頁、図２）
【特許文献２】特開２００４−３１７４０号公報（第４頁〜第５頁、図１）
【特許文献３】特開２００４−８７９８６号公報（第４頁〜第５頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
太陽電池セルのコストを低減するためには、原価比率の高い基板をより薄くする必要があるが、薄型化を行う際、上述のような従来の太陽電池セルにおいても、割れが発生し、歩留まりが低下するという問題がある。また、アルミ電極用ペーストを印刷する前に銀電極を焼成したり、銀電極用ペーストおよびアルミ電極用ペーストの塗布量を減らしたりすると、銀ペーストとアルミペーストとの反応量が少なくなるので、電極の抵抗が増大し、出力が低下するという問題もある。【０００９】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、電極の抵抗を増大せずに、機械強度の大きい太陽電池セルを得ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る太陽電池セルは、基板と、基板の裏面から集電する第一電極と、第一電極から出力を取り出す第二電極とを備え、第一電極は、基板の裏面上に形成され開口部および開口部から基板面内における主応力の方向と平行な方向に窪む切欠部を有し、第二電極は、第一電極の少なくとも開口部と切欠部とを覆うように形成されるものである。【００１１】
また、この発明に係る太陽電池セルは、基板と、基板の裏面から集電する第一電極と、第一電極から出力を取り出す第二電極とを備え、第一電極は、基板の裏面上に形成され開口部および開口部から基板面内における第二電極上に配設されるタブ線の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部を有し、第二電極は、第一電極の少なくとも開口部と切欠部とを覆うように形成されるものである。【００１２】
さらに、この発明に係る太陽電池セルは、基板と、基板の裏面から集電する第一電極と、第一電極から出力を取り出す第二電極とを備え、第二電極は、基板の裏面上に形成され基部および基部から基板面内における主応力の方向と平行な方向に突出する突出部を有し、第一電極は、第二電極の基部の中心部上に開口部を有し、第二電極の少なくとも突出部を覆うように形成されるものである。【００１３】
また、この発明に係る太陽電池セルは、基板と、基板の裏面から集電する第一電極と、第一電極から出力を取り出す第二電極とを備え、第二電極は、基板の裏面上に形成され基部および基部から基板面内における第二電極上に配設されるタブ線の配設方向と垂直な方向に突出する突出部を有し、第一電極は、第二電極の基部の中心部上に開口部を有し、第二電極の少なくとも突出部を覆うように形成されるものである。
【発明の効果】
【００１４】
この発明は、電極の抵抗を増大することなく、太陽電池セルの機械強度を向上させ、歩留まりを向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の実施の形態１による太陽電池セルの裏面の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による太陽電池セルの裏面における電極の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１による太陽電池セルを形成する際に用いるアルミペースト印刷用マスクの上面図である。
【図４】この発明の実施の形態１における太陽電池セルの裏面におけるアルミペースト印刷時のアルミ電極の形状を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１における太陽電池セルを形成する際に用いる銀ペースト印刷用マスクの上面図である。
【図６】この発明の実施の形態１における太陽電池セルの裏面における銀電極の形状を示す図。
【図７】４点曲げ試験を行った太陽電池セルの電極形状を示す図である。
【図８】曲げ強度を測定するため４点曲げ試験装置の構成を示す図である。
【図９】タブ線の配設方向と垂直の方向に主応力が発生するように、４点曲げ試験を行った曲げ強度の測定結果である。
【図１０】パターン２の太陽電池セルの破断形状を示す図である。
【図１１】アルミ電極の開口部の同一側面に形成される切欠部の本数および中心線の間隔Ｐ１の異なるアルミ電極を有する太陽電池セルの曲げ強度を測定した結果である
【図１２】曲面形状を有する太陽電池パネルの構造を示す斜視図である。
【図１３】曲面形状を有する太陽電池パネルの銀電極の構造を示す図である。
【図１４】この発明の実施の形態２に示す太陽電池セルの裏面における電極の構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態２における太陽電池セルを形成する際に用いる銀ペースト印刷用マスクの上面図である。
【図１６】この発明の実施の形態２における太陽電池セルの裏面における銀ペースト印刷時の銀電極の形状を示す図である。
【図１７】この発明の実施の形態２における太陽電池セルを形成する際に用いるアルミペースト印刷用マスクの上面図である。
【図１８】この発明の実施の形態２における太陽電池セルの裏面におけるアルミ電極の形状を示す図である。
【図１９】この発明の実施の形態２における太陽電池セルの裏面におけるアルミ電極の形状を示す図である。
【符号の説明】
【００１６】
１  アルミ電極、１ａ  開口部、１ｂ  切欠部、２  銀電極、２ａ  基部、３  シリコン基板、４  電極、５  タブ線、６  境界部、７  アルミペースト用印刷マスク、８  銀ペースト用印刷マスク、１０  太陽電池セル、１１  アルミ電極、１１ａ  開口部、１２  アルミ電極、１２ａ  開口部、１２ｂ  切欠部、１２ｃ  切欠部、１３  アルミ電極、１３ａ  開口部、１３ｂ  切欠部、１４  支持治具、１５  押さえ治具、１６  破断面、１７  アルミ電極、１７ａ  開口部、１７ｂ  切欠部、２０  太陽電池セル、２１  アルミ電極、２１ａ  開口部、２２  銀電極、２２ａ  基部、２２ｂ  突出部、２４  電極、１０１  アルミ電極、１０２  銀電極。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１による太陽電池セルの裏面の構成を示す図である。また、図２は、この発明の実施の形態１による太陽電池セルの裏面における電極の構成を示す図である。図２（ａ）は、太陽電池セルの裏面における電極の拡大図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）の太陽電池セルの裏面における電極のＡ−Ａ断面図である。【００１８】
また、図３は、この発明の実施の形態１による太陽電池セルの裏面におけるアルミ電極を形成する際に用いるアルミペースト印刷用マスクの上面図であり、図４は、この発明の実施の形態１における太陽電池セルの裏面におけるアルミペースト印刷時のアルミ電極の形状を示す図である。さらに、図５は、この発明の実施の形態１による太陽電池セルの裏面における銀電極を形成する際に用いる銀ペースト印刷用マスクの上面図であり、図６は、この発明の実施の形態１における太陽電池セルの裏面における銀電極の形状を示す図である。図において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。【００１９】
図１および図２に示すように、この発明の実施の形態１に示す太陽電池セル１０は、その裏面において、シリコン基板３の上にシリコン基板３の裏面から集電するためのアルミ電極１（第一電極）およびアルミ電極１から出力を取り出すために銀電極２（第二電極）が配置されており、アルミ電極１と銀電極２とは電極４を構成している。アルミ電極１および銀電極２の上面には、銀電極２から出力を取り出すための銅製のタブ線５が配設されている。【００２０】
図２に示すように、アルミ電極１は、銀電極２の中心部に略四角形の開口部１ａと、開口部１ａの対向する１対の各辺に形成され、開口部１ａの各辺からシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部１ｂとを有している。この切欠部１ｂは、中心線Ｃを軸として略対称な形状であり、開口部１ａの一方の辺に形成された切欠部１ｂの中心線Ｃは、対向する他方の辺に形成された切欠部１ｂの中心線Ｃと同一直線上にある。銀電極２は、略四角形の基部２ａで構成され、アルミ電極１の開口部１ａと切欠部１ｂと開口部１ａおよび切欠部１ｂの周辺部とを覆うように形成され、アルミ電極１と導通を取るために銀電極２の周辺部でアルミ電極１と重なるよう配置されている。ここで、図２に示すように、開口部１ａの同一の辺に形成され隣り合った切欠部１ｂの中心線Ｃの間隔をＰ１とし、切欠部１ｂにおけるタブ線５の配設方向と垂直な方向の開口部１ａからの長さをＬ１とする。【００２１】
この実施の形態１における太陽電池セル１０の裏面での電極４の製造方法について説明する。【００２２】
この実施の形態１においては、まず、シリコン基板３の裏面上に図３に示すアルミペースト印刷用マスク７を用いてアルミペーストを印刷し、図４に示すアルミ電極１０１を形成する。次に、アルミ電極１０１を形成したシリコン基板３の裏面上に図５に示す銀ペースト印刷用マスク８を用いて銀ペーストを印刷し、略四角形の基部２ａを有する銀電極２を形成した後、焼成し、太陽電池セル１０の裏面に電極４が形成される。図６に示すように、銀電極２の形成後、焼成したとき、アルミペーストは、アルミペースト印刷用マスク７で規定された形状１０１から矢印の方向に広がる。このとき、図６に示す境界部６付近にシリコン、銀、アルミニウムの合金である脆弱な３種化合物が形成される。また、境界部６の内側は、シリコン基板３上に直接、銀電極２が接合した状態となる。ここで、図６に示す、焼成時にアルミペーストがアルミペースト用印刷マスク７で規定された形状から広がり銀ペーストと反応した幅を反応幅ＷＲと呼ぶ。一般的には、アルミペーストと銀ペーストとを同時に焼成した場合の反応幅ＷＲは、０．３〜１．０ｍｍである。なお、アルミペーストは、アルミペースト印刷用のマスク７の形状から反応幅ＷＲ分だけ広がるので、図２および図６に示す形状のアルミ電極１が形成される。【００２３】
上記のように構成された太陽電池セル１０は、図２に示すように、銀電極２に銅製のタブ線５をはんだ付けし、多数のセルを連結した後、腐食防止のためにＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）等の樹脂材料で封止され、強化ガラスに貼り付けられて太陽電池パネルとなる。その際、強化ガラスに貼り付けるための保持力および封止材が熱硬化によって収縮する力などによって、太陽電池セル１０には、タブ線５を基点に曲げ応力がかかることになり、シリコン基板３の面内においてタブ線５の配設方向と垂直な方向に主応力が生じる。図２に示す白抜きの矢印は、太陽電池セル１０にタブ線５を基点とした曲げ応力が作用する際の主応力の方向である。この発明の実施の形態１に示す太陽電池セル１０においては、アルミ電極１は、開口部１ａからシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に、すなわち主応力の方向と平行な方向に窪む切欠部１ｂを有しているので、タブ線５を基点とする曲げ応力に対する強度が向上する。【００２４】
この発明の実施の形態１に示す太陽電池セル１０の強度の向上効果を検証するため、図２に示すアルミ電極１とは、異なる形状のアルミ電極を作製し、曲げ強度を比較した。【００２５】
図７は、比較のために作製した電極の形状を示す図である。図７（ａ）に示すパターン１のアルミ電極１１は、略四角形の開口部１１ａを有している。しかしながら、パターン１のアルミ電極１１は、切欠部１１ｂを有していない。また、図７（ｂ）に示すパターン２のアルミ電極１２は、略四角形の開口部１２ａ、この開口部１２ａの対向する２対の各辺に形成され、開口部１２ａの各辺からタブ線５の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部１２ｂおよびタブ線５の配設方向と平行な方向に窪む切欠部１２ｃを有する。さらに、図７（ｃ）に示すパターン３のアルミ電極１３は、略四角形の開口部１３ａおよびこの開口部１３ａの対向する１対の各辺に形成され、開口部１３ａの各辺からタブ線５の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部１３ｂを有する。ここで、図７（ｃ）に示すパターン３のアルミ電極１３は、開口部１３ａの一方の辺に形成された切欠部１３ｂの中心線Ｃは、他方の辺に形成された切欠部１３ｂの中心線Ｃと同一直線上にない。【００２６】
図８は、曲げ強度を測定するため４点曲げ試験装置の構成を示す図である。【００２７】
図８に示す４点曲げ試験装置においては、支持治具１４の上に太陽電池セル１０を設置し、押さえ治具１５を点線の矢印の方向に動かすことによって、白抜きの矢印の方向に主応力が発生する。この４点曲げ試験装置を用いて、シリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に主応力が発生するように、図７（ａ）〜（ｃ）に示すパターン１〜３の電極および図２に示すパターン４の電極のそれぞれを備えた太陽電池セル１０を設置し、４点曲げ試験を行った。【００２８】
図９は、シリコン基板の面内におけるタブ線の配設方向と垂直な方向に主応力が発生するように、４点曲げ試験を行った曲げ強度の測定結果である。図９の縦軸は、パターン１の切欠部１ｂのないアルミ電極１１を備えた太陽電池セル（図７（ａ））の曲げ強度を基準にした曲げ強度の比を示している。【００２９】
図９に示すように、この発明の実施の形態１に示すパターン４の電極４を備えた太陽電池セル１０（図２）は、パターン１の電極を備えた太陽電池セル（図７（ａ））に比べて、３０％曲げ強度が高かった。また、パターン２の電極を備えた太陽電池セル（図７（ｂ））は、パターン１の電極を備えた太陽電池セル（図７（ａ））に比べて、３２％曲げ強度が低かった。さらに、パターン３の電極を備えた太陽電池セル（図７（ｃ））は、パターン１の電極を備えた太陽電池セル（図７（ａ））に比べて、３８％曲げ強度が高かった。したがって、４つの電極形状の中で、この発明の実施の形態１に示すパターン４の電極を備えた太陽電池セル（図２）およびパターン３の電極を備えた太陽電池セル（図７（ｃ））の曲げ強度が高かった。【００３０】
図１０は、図７（ｂ）に示すパターン２の電極を備えた太陽電池セルの破断形状を示す図である。【００３１】
図１０に示すように、パターン２のシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部１２ｂおよびシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と平行な方向に窪む切欠部１２ｃを有するアルミ電極１２を備えた太陽電池セルにおいては、開口部１２ａの対向する各辺に形成された切欠部１２ｃを繋ぐ破断面１６が多数見つけられた。【００３２】
以上の結果から、アルミ電極がシリコン基板３の面内における主応力の方向と平行な方向に切欠部を有すると、曲げ強度が向上し、アルミ電極がシリコン基板３の面内における主応力の方向と垂直な方向に切欠部を有すると、曲げ強度が低下することがわかる。このため、図７（ｂ）に示すパターン２のように、アルミ電極１２がシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部１２ｂおよびシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と平行な方向に窪む切欠部１２ｃの両方を有すると、シリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向の主応力に対して、強度が低下することが明らかとなった。【００３３】
この実施の形態１の図２に示す太陽電池セル１０では、アルミ電極１が開口部１ａおよび開口部１ａからシリコン基板３の面内における主応力の方向と平行な方向に窪む切欠部１ｂを有し、銀電極２がアルミ電極１の開口部１ａと切欠部１ｂと開口部１ａおよび切欠部１ｂの周辺部とを覆うように形成される。そのため、脆弱な３種化合物が形成される境界部６は、比較的短い直線で構成される形状となる。脆弱な３種化合物はシリコン基板のクラックと同様に破壊の起点となりうるが、切欠部１ｂによって短い直線で構成される形状になるため、長い直線的な３種化合物による大きなクラックに相当する部分が無くなり、境界部６からの破壊が発生しにくい構造となる。したがって、アルミ電極１と銀電極２の反応を抑制することなく電極４を作製でき、電極４の抵抗を増大することなく、曲げ強度を向上することができ、歩留まりを向上することができる。特に、タブ線５を基点とする曲げ負荷が作用する場合には、アルミ電極１が開口部１ａおよび開口部１ａからシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部１ｂを有するので、電極４の抵抗を増大することなく、太陽電池セル１０の曲げ強度を向上することができ、歩留まりを向上することができる。また、この発明の実施の形態１による太陽電池セル１０においては、焼成工程は、銀電極２形成後の１度だけでよいので、アルミ電極１形成後と銀電極２形成後との２度行う場合よりも、製造工程を削減することができ、製造コストを低減することができる。【００３４】
さらに、図９に示すように、図２に示すパターン４の電極４を備えた太陽電池セル１０よりも、図７（ｃ）に示すパターン３の電極を備えた太陽電池セルの方が、さらに曲げ強度が向上した。したがって、パターン３の電極を備えた太陽電池セル（図７（ｃ））においては、切欠部１ｂが開口部１ａの両側に形成され、一方の側に形成された切欠部１ｂの中心線Ｃが他方の側に形成された切欠部１ｂの中心線Ｃと同一直線上にはないので、開口部１ａの両側に形成された各切欠部１ｂを繋ぐ破断が起こりにくく、曲げ強度を向上することができ、歩留まりを向上することができる。【００３５】
ここで、図２に示す開口部１ａの一方の側に形成される切欠部１ｂの本数および隣り合った切欠部１ｂの中心線Ｃの間隔Ｐ１について検討するために、切欠部１ｂの本数および中心線の間隔Ｐ１の異なるアルミ電極１を有する太陽電池セル１０を作製し、４点曲げ試験を行った。なお、４点曲げ試験には、図８に示す４点曲げ試験装置を用い、タブ線５の配設方向と垂直な方向に主応力が発生するように、太陽電池セル１０を設置した。【００３６】
図１１は、開口部の一方の側に形成される切欠部の本数および隣り合った切欠部の中心線Ｃの間隔Ｐ１が異なるアルミ電極を有する太陽電池セルの曲げ強度を示す図である。図１１の縦軸は、開口部１ａの同一の辺に形成された切欠部１ｂが２本であって、隣り合った切欠部１ｂの中心線Ｃの間隔Ｐ１が図６における反応幅ＷＲと等しいアルミ電極１を備えた太陽電池セル１０の曲げ強度を基準にした曲げ強度の比を示している。【００３７】
図１１において、開口部１ａの一方の側に形成され隣り合った切欠部１ｂの中心線Ｃの間隔Ｐ１が反応幅ＷＲの２倍よりも長い場合の方が、中心線Ｃの間隔Ｐ１が反応幅ＷＲと同じ場合よりも太陽電池セル１０の曲げ強度は向上した。しかしながら、中心線Ｃの間隔Ｐ１が反応幅ＷＲの６倍の場合における曲げ強度は、中心線Ｃの間隔Ｐ１が反応幅ＷＲの２倍の場合における曲げ強度と同程度であった。【００３８】
隣り合った切欠部１ｂの中心線Ｃの間隔Ｐ１を反応幅ＷＲの２倍以下とした場合には、隣り合った切欠部１ｂ同士が重なってしまうので、応力を分散する役割を果たさなくなり、曲げ強度が低下する。これを防ぐためには、反応温度条件を変更するなどして反応を抑制する必要があるが、その場合には、電極の抵抗が増大する。一方、中心線Ｃの間隔Ｐ１を反応幅ＷＲの６倍以上とした場合には、隣り合った切欠部１ｂ同士が離れ過ぎてしまい、３種化合物の直線部が長く生成されるので、曲げ強度が低下する。したがって、隣り合った切欠部１ｂの中心線Ｃの間隔Ｐ１を反応幅ＷＲの２倍より長く、かつ反応幅ＷＲの６倍よりも短くすることによって、電極の抵抗を増大することなく、太陽電池セル１０の曲げ強度を向上することができる。【００３９】
また、図１１に示すように、アルミ電極１において開口部１ａの一方の側に形成される切欠部１ｂの本数が２本の太陽電池セル１０よりも、３本の太陽電池セルの方が曲げ強度は向上した。したがって、アルミ電極１において開口部１ａの一方の側に形成される切欠部１ｂの本数は、隣り合った切欠部１ｂの中心線Ｃの間隔Ｐ１を反応幅ＷＲの２倍より長く出来るのであれば、多いほどよい。【００４０】
また、図２に示すアルミ電極１の切欠部１ｂの開口部１ａからの長さＬ１は、反応幅ＷＲよりも長く、かつ反応幅ＷＲの３倍より短くすることが望ましい。これは、アルミ電極１の開口部１ａにおいて、タブ線５の配設方向と平行な側面の長さが長い場合には、脆弱な３種化合物が形成される境界部６の直線部分の長さが長くなるので、境界部６から破断が起こりやすくなり、強度が低下するためである。したがって、切欠部１ｂは、９０度の円弧が組み合わさった形状とすることが最も望ましく、切欠部１ｂの開口部１ａからの長さＬ１は、隣り合った切欠部１ｂの中心線Ｃの間隔Ｐ１の１／２の長さになることが最も望ましい。このため、切欠部１ｂの開口部１ａからの長さＬ１を反応幅ＷＲよりも長く、かつ反応幅ＷＲの３倍より短くすることによって、太陽電池セル１０の曲げ強度の低下を防止することができる。【００４１】
この実施の形態１に示す太陽電池セル１０においては、アルミ電極１は、シリコン基板３の裏面上に形成され、開口部１ａからシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部１ｂを有する。しかしながら、太陽電池セル１０に作用する主応力は、タブ線５を基点とする曲げに限定されるものではない。太陽電池パネルの形状または使用方法によって、太陽電池セル１０の破損の主要因となる主応力方向は異なる。したがって、太陽電池セル１０の破損の主要因となる主応力方向を求め、シリコン基板３の面内における開口部１ａからこの主応力の方向と平行な方向に窪む切欠部１ｂを有するアルミ電極１を設けることによって、太陽電池セル１０の曲げ強度を向上させることができる。なお、太陽電池セル１０の破損の主要因となる主応力方向は、汎用的な有限要素法解析ソフトを使用することによって、求めることが可能である。また、この実施の形態１においては、曲げ変形を想定しており主応力の方向は一定となるため、切欠部は電極の両側にあるが、例えば太陽電池セルを接続するための銅板を電極にはんだ付けする時に発生する熱応力は銅板の形状によって変化し、電極の一つの側面に集中して主応力が発生したり、電極を中心として４方の側面全てに対して発生したりする場合もある。この熱応力の主応力方向も、汎用的な有限要素法ソフトを使用することによって求めることが可能であり、問題となる熱応力が発生する側面に主応力の方向と平行な方向に窪む切欠部を有するアルミ電極を設けることによって、太陽電池セル１０の曲げ強度を向上させることができる。【００４２】
図１２は、曲面形状を有する太陽電池パネルの構造を示す斜視図である。また、図１３は、図１２に示す曲面形状を有する太陽電池パネルの電極の形状を示す図である。【００４３】
図１２に示すような曲面形状を有する太陽電池パネルは、多様な場所に設置することができるとともに、デザイン性も向上し、太陽電池パネルの利用価値を向上することが可能である。しかしながら、曲面形状を有する太陽電池パネルを製造する場合には、太陽電池セル１０を曲げて実装する必要があり、太陽電池セル１０が破損する割合は高くなる。また、破損せずに実装することができた場合にも、残留応力が発生するので、太陽電池パネルに負荷が加えられた際、小さな負荷でも太陽電池セル１０の破損が発生する。さらに、太陽電池セル１０の板厚が同じである場合には、曲げ強度が高いほど曲げ曲率を向上させることができ、デザイン性が向上する。したがって、曲面形状を有する太陽電池パネルを製作する上で、太陽電池セル１０の強度を向上させることは重要である。【００４４】
図１２に示すような太陽電池パネルにおいては、白抜きの矢印の方向に主応力が発生する。このため、図１３に示すように、アルミ電極１７は、開口部１７ａおよび開口部１７ａからシリコン基板３の面内における主応力方向と平行な方向、すなわちタブ線５の配設方向と平行な方向に窪む切欠部１７ｂを有することによって、太陽電池セル１０の曲げ強度を向上させることができる。【００４５】
なお、この実施の形態１の図２に示す太陽電池セル１０では、銀電極２は、アルミ電極１の開口部１ａと切欠部１ｂと開口部１ａおよび切欠部１ｂの周辺部とを覆うように構成した。しかしながら、銀電極２は、アルミ電極１の少なくとも開口部１ａおよび切欠部１ｂを覆うとともに、開口部１ａの周辺部および切欠部１ｂの周辺部の少なくとも一部を覆うように形成されていればよく、銀電極２とアルミ電極１との重なる面積が大きくなるほど、抵抗は小さくなる。また、アルミ電極１の開口部１ａの形状および銀電極２の基部２ａの形状は、略四角形に限定されるものではなく、略円形、略楕円形等であってもよい。【００４６】
また、この実施の形態１においては、シリコン基板３の裏面から集電するための第一電極は、アルミニウムを主成分とするアルミ電極１とし、第一電極から出力を取り出すための第二電極は、銀を主成分とする銀電極２とした。しかしながら、第一電極は、電気を取り出すシリコン層に結合し電気伝導率の高い金属であればよく、アルミニウムを主成分とする金属に限定されるものではない。また、第二電極は、第一電極を構成する金属と反応し第一電極より電気を取り出すことができ、はんだ接合可能な金属であればよく、銀を主成分とする金属に限定するものではない。【００４７】
実施の形態２．
図１４は、この発明の実施の形態２による太陽電池セルの裏面における電極の構成を示す図である。図１４（ａ）は、太陽電池セルの裏面における電極の拡大図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）の太陽電池セルの裏面における電極のＢ−Ｂ断面図である。【００４８】
また、図１５は、この発明の実施の形態２による太陽電池セルの裏面における銀電極を形成する際に用いる銀ペースト印刷用マスクの上面図であり、図１６は、この発明の実施の形態２による太陽電池セルの裏面における銀ペースト印刷時の銀電極の形状を示す図である。さらに、図１７は、この発明の実施の形態２による太陽電池セルの裏面におけるアルミ電極を形成する際に用いるアルミペースト印刷用マスクの上面図であり、図１８は、この発明の実施の形態２による太陽電池セルの裏面におけるアルミ電極の形状を示す図である。【００４９】
図１４において、銀電極２２（第二電極）は、タブ線５を接続するための略四角形の基部２２ａと、基部２２ａの対向する一対の各辺に形成され、基部２２ａの各辺からシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に突出する突出部２２ｂとを有している。突出部２２ｂは、中心線Ｃを軸として略対称な形状である。また、基部２２ａの一方の辺に形成された突出部２２ｂの中心線Ｃは、対向する他方の辺に形成された突出部２２ｂと同一直線上にあり、銀電極２は、タブ線５を中心軸として略対称な形状である。ここで、図１４に示すように、基部２２ａの同一の辺に形成され隣り合った突出部２２ｂの中心線Ｃの間隔をＰ２２とし、突出部２２ｂにおけるタブ線５の配設方向と垂直な方向の開口部２１ａからの長さをＬ２２とする。【００５０】
図１４において、アルミ電極２１（第一電極）は、銀電極２２とタブ線５とが接触するように、銀電極２２の中心部に相当する位置に略四角形の開口部２１ａを有している。また、アルミ電極２１は、銀電極２２と導通を取るために、銀電極２２の基部２２ａの周辺部および突出部２２ｂを覆うように構成されている。その他の機能および構成は、実施の形態１に示す太陽電池セル１０と同様である。【００５１】
この発明の実施の形態２における太陽電池セル２０の裏面での電極２４の製造方法について説明する。【００５２】
この発明の実施の形態２においては、まず、シリコン基板３の裏面上に図１５に示す銀ペースト印刷用マスク２８を用いて銀ペーストを印刷し、図１６に示す銀電極１０２を形成する。次に、銀電極１０２を形成したシリコン基板３の裏面上に図１７に示すアルミペースト印刷用マスク２７を用いてアルミペーストを印刷し、図１８に示す略四角形の開口部２１ａを有するアルミ電極２１を形成した後、焼成し、太陽電池セル２０の裏面に電極２４が形成される。アルミ電極２１の形成後、焼成したとき、銀ペーストは、銀ペースト印刷用マスク２８で規定された形状１０２から矢印の方向に広がる。このとき、図１８に示す境界部６付近にシリコン、銀、アルミニウムの合金である脆弱な３種化合物が形成される。境界部６の内側は、シリコン基板３上に直接、銀電極２が接合した状態となる。ここで、図１８に示す、焼成時に銀電極が銀ペースト用印刷マスク２８で規定された形状１０２から広がりアルミ電極２１と反応した幅を反応幅ＷＲと呼ぶ。一般的には、アルミペーストと銀ペーストを同時に焼成した場合の反応幅ＷＲは、実施の形態１の場合と同様に０．３〜１．０ｍｍである。なお、銀ペーストは、銀ペースト印刷用マスク２８の形状から反応幅ＷＲ分だけ広がるので、図１４および図１８に示す形状の銀電極２２が形成される。【００５３】
この実施の形態２に示す太陽電池セル２０についても、実施の形態１に示す４点曲げ試験を行ったところ、実施の形態１に示す太陽電池セル１０と同様の結果が得られた。【００５４】
この実施の形態２に示す太陽電池セル２０は、銀電極２２が基部２２ａおよび基部２２ａからシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に、すなわち主応力の方向と平行な方向に突出する突出部２２ｂを有し、アルミ電極２１が銀電極２２の中心部上に開口部２１ａを有し、銀電極２２の基部２２ａの周辺部および突出部２２ｂを覆うように形成される。そのため、脆弱な３種化合物が形成される境界部６は、比較的短い直線で構成される形状となる。脆弱な３種化合物はシリコン基板のクラックと同様に破壊の起点となりうるが、突出部２２ｂによって短い直線で構成される形状になるため、長い直線的な３種化合物による大きなクラックに相当する部分が無くなり、境界部６からの破壊が発生しにくい構造となる。したがって、アルミ電極２１と銀電極２２との反応を抑制することなく電極２４を作製でき、電極２４の抵抗を増大することなく、曲げ強度を向上することができ、歩留まりを向上することができる。特に、タブ線５を基点とする曲げ負荷が作用する場合には、基部２２ａの対向する１対の各辺からシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に突出する突出部２２ｂを有するので、太陽電池セル２０の曲げ強度を向上することができ、歩留まりを向上することができる。また、この発明の実施の形態２に示す太陽電池セル２０においては、焼成工程は、アルミ電極２１形成後の１度だけでよいので、銀電極２２形成後およびアルミ電極２１形成後の２度行う場合よりも、製造工程を削減することができ、製造コストを低減することができる。【００５５】
図１９は、図１４に示す太陽電池セルと異なる形状の銀電極を備えた太陽電池セルの裏面における電極の構成を示す図である。【００５６】
図１９に示す太陽電池セル２０は、銀電極２２が、タブ線５を接続するための基部２２ａと、この基部２２ａ両側に形成され、基部２２ａからシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に突出する突出部２２ｂとを有している点では、図１４に示す太陽電池セル２０の銀電極２２と同様である。しかしながら、基部２２ａの一方の側に形成された突出部２２ｂの中心線Ｃは、対向する他方の側に形成された突出部２２ｂの中心線Ｃと同一直線上にはない点で、図１４に示す太陽電池セル２０と異なっている。図１９に示す太陽電池セル２０においては、基部２２ａの一方の側に形成された突出部２２ｂの中心線Ｃは、対向する他方の側に形成された中心線Ｃと同一直線上にはないので、基部２２ａの両側に形成された突出部２２ｂを繋ぐ破断が起こりにくく、太陽電池セル２０の曲げ強度をさらに向上することができる。【００５７】
また、図１７に示す基部２２ａの一方の側に形成され隣り合った突出部２２ｂの中心線Ｃの間隔Ｐ２２は、反応幅ＷＲの２倍より長く、かつ反応幅ＷＲの６倍よりも短くすることが望ましい。中心線Ｃの間隔Ｐ２２を反応幅ＷＲの２倍以下とした場合には、隣り合った突出部２２ｂ同士が重なってしまうので、応力を分散する役割を果たさなくなり、曲げ強度が低下する。一方、中心線Ｃの間隔Ｐ１を反応幅ＷＲの６倍以上とした場合には、同じ側に形成され隣り合った突出部２２ｂ同士が離れ過ぎてしまい、３種化合物の直線部が長く生成されるので、曲げ強度が低下する。したがって、隣り合った突出部２２ｂの中心線Ｃの間隔Ｐ２２を反応幅ＷＲの２倍より長く、かつ反応幅ＷＲの６倍より短くすることによって、電極２４の抵抗を増大することなく、太陽電池セル２０の曲げ強度を向上することができる。なお、基部２２ａの一方の側に形成される切欠部１ｂの本数は、実施の形態１と同様に、多いほどよい。【００５８】
さらに、図１７に示す突出部２２ｂの基部２２ａからの長さＬ２２は、反応幅ＷＲより長く、かつ反応幅ＷＲの３倍より短いことが望ましい。これは、銀電極２２の基部２２ａにおいて、タブ線５の配設方向と平行な側面の長さが長い場合には、脆弱な３種化合物が形成される境界部６の直線部分の長さが長くなるので、境界部６から破断が起こりやすくなり、強度が低下するためである。したがって、突出部２２ｂは、９０度の円弧が組み合わさった形状とすることが望ましく、突出部２２ｂの長さＬ２２は、突出部２２ｂの中心線Ｃの間隔Ｐ２２の１／２の長さになることが最も望ましい。このため、突出部２２ｂの長さＬ２２を反応幅ＷＲよりも長く、かつ反応幅ＷＲの３倍よりも短くすることによって、太陽電池セル２０の曲げ強度の低下を防止することができる。【００５９】
この実施の形態２に示す太陽電池セル２０の銀電極２２は、基部２２ａからシリコン基板３の面内におけるタブ線５の配設方向と垂直な方向に突出する突出部２２ｂを有する。しかしながら、太陽電池セル２０に作用する主応力は、タブ線５を基点とする曲げに限定されるものではない。太陽電池パネルの形状または使用方法によって、太陽電池セル２０の破損の主要因となる主応力方向は異なる。したがって、太陽電池セル２０の破損の主要因となる主応力方向を求め、シリコン基板３の面内における基部２２ａからこの主応力の方向と平行な方向に突出する突出部２２ｂを有する銀電極２２を設けることによって、太陽電池セル２０の強度を向上させることができる。なお、太陽電池セル２０の破損の主要因となる主応力方向は、汎用的な有限要素法解析ソフトを使用することによって、求めることが可能である。また、この実施の形態２においては、曲げ変形を想定しており主応力の方向は一定となるため、突出部は電極の両側にあるが、例えば太陽電池セルを接続するための銅板を電極にはんだ付けする時に発生する熱応力は銅板の形状によって変化し、電極の一つの側面に集中して主応力が発生したり、電極を中心として４方の側面全てに対して発生したりする場合もある。この熱応力の主応力方向も、汎用的な有限要素法ソフトを使用することによって求めることが可能であり、問題となる熱応力が発生する側面に主応力の方向と平行な方向に突出する突出部を有するアルミ電極を設けることによって、太陽電池セル１０の曲げ強度を向上させることができる。【００６０】
なお、実施の形態１に示す太陽電池セル１０とこの実施の形態２に示す太陽電池セル２０を比較した場合には、脆弱な３種化合部が形成される境界部６を同じ大きさとすると、実施の形態１に示す太陽電池セル１０の方が実施の形態２に示す太陽電池セル２０よりも、銀電極のはんだ付けできる面積を大きく確保することができる。【００６１】
なお、この実施の形態２の図１４に示す太陽電池セル２０では、アルミ電極２１は、銀電極２２の基部２２ａの周辺部および突出部２２ｂを覆うよう構成されている。しかしながら、アルミ電極２１は、銀電極２１の少なくとも突出部２２ｂを覆うとともに、基部２２ａの周辺部の少なくとも一部を覆うように形成されていればよく、銀電極２２とアルミ電極２１との重なる面積が大きくなるほど、抵抗は小さくなる。また、アルミ電極２１の開口部２１ａの形状および銀電極２２の基部２２ａの形状は、略四角形に限定されるものではなく、略円形、略楕円形等であってもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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