(57)【要約】【課題】  裏面のみによる電気的接続が良好となる太陽電池および太陽電池モジュールを得る。【解決手段】  一導電型の半導体基板の受光面側に逆導電型の第１半導体層を有する太陽電池であって、半導体基板は略矩形であり、３辺において第１半導体層２は半導体基板１の受光面から側面１２を経て裏面の縁の一部領域まで延在し、一部領域に形成されて第１半導体層と接続する第１電極８を有し、かつ残る１辺の側面１１には第１半導体層が形成されない。また側面に金属電極が形成されていない。【選択図】  図１
2013062308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一導電型の半導体基板の受光面側に逆導電型の第１半導体層を有する太陽電池であって、
前記半導体基板は略矩形であり、３辺において前記第１半導体層は前記半導体基板の受光面から側面を経て裏面の縁の一部領域まで延在し、残る１辺の側面には前記第１半導体層が形成されず、
前記一部領域の前記第１半導体層の上に前記第１半導体層と接続された第１電極と、
前記一部領域を除く前記裏面の領域に形成された前記一導電型の第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に前記第２半導体層と接続された第２電極と、を有し、
前記半導体基板の側面に金属電極がないことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池であって、
前記裏面において前記第２半導体層は前記第１半導体層が形成されない前記１辺の際にまで形成されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項３】
請求項１または２に記載の太陽電池であって、
前記半導体基板の厚みは１５０μｍ以下であることを特徴とする太陽電池。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池であって、
前記第１半導体層は前記逆導電型の不純物濃度が異なる複数の領域を有し、前記半導体基板の側面における前記第１半導体層の前記不純物濃度が前記受光面の主な部分を占める前記第１半導体層の前記不純物の濃度よりも高いことを特徴とする太陽電池。
【請求項５】
一導電型の半導体基板の受光面側に逆導電型の第１半導体層を有する太陽電池の製造方法であって、
略矩形の一導電型の半導体基板の全辺において受光面から側面を経て裏面の縁の一部領域まで延在する逆導電型の第１半導体層を形成する第１工程と、
前記一部領域に前記第１半導体層と接続する第１電極を形成する第２工程と、
前記一部領域を除く前記裏面の領域に前記一導電型の第２半導体層を形成する第３工程と、
前記第２半導体層の上に前記第２半導体層と接続する第２電極を形成する第４工程と、
前記第１工程から前記４工程まで経た後に、前記半導体基板を切断して２つの太陽電池に分割する第５工程を有し、
前記第５工程において、切断後の太陽電池は略矩形とされ、該略矩形の３辺の側面には前記第１半導体層が残存し、切断面が前記第１半導体層の形成されていない１辺の側面となり、
前記半導体基板の側面に金属電極を形成する工程を含まないことを特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項６】
請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池が並設された太陽電池モジュールであって、
第１の太陽電池の前記第１半導体層が形成されない前記１辺の側面と第２の太陽電池の前記第１半導体層が形成された側面とが間隔をあけて相対するように太陽電池が並設され、
前記第２の太陽電池の前記第１半導体層が延在する３辺で前記第２の太陽電池の前記第１電極に接続された導電部材が、前記第１の太陽電池の前記第１半導体層が形成されない側面の裏面側を経て前記第１の太陽電池の前記第２電極と接続されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の太陽電池モジュールであって、
前記導電部材は金属箔からなり、前記第１の太陽電池の前記１辺の長さの半分以上の幅で前記導電部材が前記第１の太陽電池の第１電極と前記第２の太陽電池の第２電極とに接続されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項８】
請求項６に記載の太陽電池モジュールであって、
前記導電部材は複数の箇所で折り曲げた細長の金属箔からなることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項９】
請求項６から８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
前記導電部材は銅箔の両面にはんだ被覆したものであることを特徴とする太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏面のみで隣接する太陽電池どうしを電気的に接続することができる太陽電池と、その製造方法、およびその太陽電池を用いた太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、受光面を形成するおもて面に表面電極を有し裏面に裏面電極を有する太陽電池が縦横に複数並設され、１つの太陽電池とこれに隣接する他の太陽電池とを直列に接続するために、１つの太陽電池の表面電極と隣接する他の太陽電池の裏面電極とを接続する帯状のタブ線を有する太陽電池モジュールがある。
【０００３】
帯状のタブ線は、一般に太陽電池のおもて面と裏面とに接続方向に延びて配置されている。このタブ線は銅箔などの導電性の高い金属の全面をはんだ被覆したものが用いられる。タブ線の接続においては、はんだが塗布された太陽電池上にタブ線を配置して加熱し、部分的もしくは全長にわたりタブ線と太陽電池とを圧着することにより接続する。
【０００４】
このようなタブ線において、おもて面に設けられるタブ線は、太陽電池パネルの受光面を覆ってしまうが、ある程度幅を狭くすることにより入射光を増やすことができる。一方、このタブ線は、断面積が大きい程、抵抗ロスが小さくなり出力効率が改善する。そのため、タブ線の幅を小さくすることにより入射光を増やし、厚さを大きくすることにより、抵抗ロスの増大を抑制すればよい。しかしながら、タブ線の厚さを大きくすると、はんだ接続時に、タブ線と太陽電池との線膨張係数差によって発生する熱ストレスが大きくなりセル割れが発生する可能性がある。また、封止時のプレス工程でタブ線部分が起点となり割れが発生する可能性や、太陽電池の反り、セル割れ、或いは電極剥がれなどが発生する可能性もある。
【０００５】
また、タブ線は一般的には、２本設けられ、太陽光の入射によって太陽電池面内に発生した電子と正孔を効果的に集電するために、下駄の歯のように両端と中央の間付近に太陽電池の表裏にまたがって真っ直ぐな２本のタブ線を設けられていた。このため、おもて面では、タブ線に邪魔されて、太陽光が太陽電池に到達できず、その占有面積に応じて、発電効率が低くなっていた。
【０００６】
太陽光をタブ線に邪魔されないためには、受光側電極を裏面に移動させることが有効であり、特許文献１の図１、図２および図６には、端面電極によって裏面に受光側電極を移動させた太陽電池とその製造方法および太陽電池モジュールが開示されている。特許文献１の図１および図６の構成によれば、裏面のみで、隣接する太陽電池の電気的な接続を行うことが可能になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平６−１３６３４号公報（図１、図２および図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の基板の端面を銀ペースト中に浸漬して付着させるという方法では、付着量がばらつき、しかも焼成時等に銀ペーストが剥がれてしまうという問題があった。また、銀ペーストの塗布、焼成に時間がかかり生産性が悪かった。そこで本発明は、これらの課題を解決することを目的とし、基板の側面に銀ペーストを用いることなく隣接する太陽電池どうしの裏面のみによる電気的接続が良好となる太陽電池とその製造方法および太陽電池モジュールを実現することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の太陽電池は、一導電型の半導体基板の受光面側に逆導電型の第１半導体層を有する太陽電池であって、
前記半導体基板は略矩形であり、３辺において前記第１半導体層は前記半導体基板の受光面から側面を経て裏面の縁の一部領域まで延在し、残る１辺の側面には前記第１半導体層が形成されず、
前記一部領域の前記第１半導体層の上に前記第１半導体層と接続された第１電極と、
前記一部領域を除く前記裏面の領域に形成された前記一導電型の第２半導体層と、
前記第２半導体層の上に前記第２半導体層と接続された第２電極と、を有し、
前記半導体基板の側面に金属電極がないことを特徴とする。
【００１０】
また本発明の太陽電池の製造方法は、一導電型の半導体基板の受光面側に逆導電型の第１半導体層を有する太陽電池の製造方法であって、
略矩形の一導電型の半導体基板の全辺において受光面から側面を経て裏面の縁の一部領域まで延在する逆導電型の第１半導体層を形成する第１工程と、
前記一部領域に前記第１半導体層と接続する第１電極を形成する第２工程と、
前記一部領域を除く前記裏面の領域に前記一導電型の第２半導体層を形成する第３工程と、
前記第２半導体層の上に前記第２半導体層と接続する第２電極を形成する第４工程と、
前記第１工程から前記４工程まで経た後に、前記半導体基板を切断して２つの太陽電池に分割する第５工程を有し、
前記第５工程において、切断後の太陽電池は略矩形とされ、該略矩形の３辺の側面には前記第１半導体層が残存し、切断面が前記第１半導体層の形成されていない１辺の側面となり、
前記半導体基板の側面に金属電極を形成する工程を含まないことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の太陽電池モジュールは、上記の本発明の太陽電池が並設された太陽電池モジュールであって、
第１の太陽電池の前記第１半導体層が形成されない前記１辺の側面と第２の太陽電池の前記第１半導体層が形成された側面とが間隔をあけて相対するように太陽電池が並設され、
前記第２の太陽電池の前記第１半導体層が延在する３辺で前記第２の太陽電池の前記第１電極に接続された導電部材が、前記第１の太陽電池の前記第１半導体層が形成されない側面の裏面側を経て前記第１の太陽電池の前記第２電極と接続されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の太陽電池は、半導体基板の側面に金属電極が形成されていないため、側面の金属電極の剥がれなどの問題が生じることがない。また、半導体基板は略矩形であり、３辺において第１半導体層は半導体基板の受光面から側面を経て裏面の縁の一部領域まで延在し、一部領域に形成されて第１半導体層と接続する第１電極を有し、かつ残る１辺の側面には第１半導体層が形成されないので、金属電極の剥がれ等の問題が生じることがなく、側面に金属電極が形成されていなくても、隣接する太陽電池どうしの裏面のみによる電気的接続が良好となる。
【００１３】
また本発明の太陽電池の製造方法は、前記第１工程から前記４工程まで経た後に、前記半導体基板を切断して２つの太陽電池に分割する第５工程を有し、前記第５工程において、切断後の太陽電池は略矩形とされ、該略矩形の３辺の側面には前記第１半導体層が残存し、切断面が切断後の太陽電池の前記第１半導体層が形成されていない１辺の側面となり、前記半導体基板の側面に金属電極を形成する工程を含まないため、側面の金属電極の剥がれ等の問題が生じることがなく、かつ隣接する太陽電池どうしの裏面のみによる電気的接続が良好となる太陽電池の製造が容易となる。
【００１４】
また、本発明の太陽電池モジュールは、本発明の太陽電池が並設された太陽電池モジュールであって、第１の太陽電池の前記第１半導体層が形成されない前記１辺の側面と第２の太陽電池の前記第１半導体層が形成された側面とが間隔をあけて相対するように太陽電池が並設され、前記第２の太陽電池の前記第１半導体層が延在する３辺で前記第２の太陽電池の前記第１電極に接続された導電部材が、前記第１の太陽電池の前記第１半導体層が形成されない側面の裏面側を経て前記第１の太陽電池の前記第２電極と接続されているため、側面の金属電極の剥がれの問題が生じることがなく、かつ隣接する太陽電池どうしの裏面のみによる電気的接続が良好となり、かつ、長期耐久性が向上した太陽電池モジュールが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態１の太陽電池の構成を説明する断面図である。
【図２】本実施の形態１の太陽電池を受光面側から見た平面図である。
【図３】本実施の形態１の太陽電池を裏面側から見た平面図である。
【図４】本実施の形態１の太陽電池の製造方法を示すフロー図である。
【図５】本実施の形態１の太陽電池の製造方法を説明する断面模式図である。
【図６】本実施の形態１の太陽電池の製造方法を説明する受光面側から見た平面図である。
【図７】本実施の形態１の太陽電池の製造方法を説明する裏面側から見た平面図である。
【図８】本実施の形態１の太陽電池モジュールの太陽電池間の接続構造を受光面側から見た平面図である。
【図９】本実施の形態１の太陽電池モジュールの太陽電池間の接続構造を裏面側から見た平面図である。
【図１０】本実施の形態１の太陽電池モジュールの太陽電池間の接続構造を説明する断面図である。
【図１１】本実施の形態１の太陽電池モジュールの太陽電池間の接続工程を説明する斜視図である。
【図１２】本実施の形態１の太陽電池モジュールの部品の製造工程を説明する平面図である。
【図１３】本実施の形態２に係わる太陽電池モジュールの構成の一部を示す平面図である。
【図１４】本実施の形態２の太陽電池モジュールの導電部材３２の構成を示す平面図である。
【図１５】本実施の形態２に係わる太陽電池モジュールの構成の一部を示す断面図である。
【図１６】本実施の形態３の太陽電池の構成を説明する断面図である。
【図１７】本実施の形態３の太陽電池の製造方法を示すフロー図である。
【図１８】本実施の形態３の太陽電池の製造方法を説明する断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる太陽電池および太陽電池モジュール、それらの製造方法の実施の形態を図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。さらに、実施の形態において同じ構成要素は同じ符号を付し、ある実施の形態において説明した構成要素については、別の実施の形態においてその詳細な説明を略すものとする。
【００１７】
実施の形態１．
図１は本実施の形態１の太陽電池の構成を説明する断面図である。図２は本実施の形態１の太陽電池を受光面側から見た平面図、図２は本実施の形態１の太陽電池を裏面側から見た平面図である。図１の断面図は図２または図３の点線ＡＢ間の断面に相当する。図１の断面図において上側が主に光が入射する受光面側であり、下側が裏面側である。
【００１８】
本実施の形態１の太陽電池は、一導電型の半導体基板１の受光面側に半導体基板１と逆導電型の第１半導体層２を有する太陽電池である。典型的にはｐ型またはｎ型のＳｉ単結晶またはＳｉ多結晶基板の受光面に基板とは逆導電型となるｎ型またはｐ型の第１半導体層であり、ｐｎ接合を有するため光が照射すると光起電力を生じる。第１半導体層２は逆導電型の不純物が添加された半導体材料からなる層であり、たとえば、Ｐ（リン）やＢ（ホウ素）が熱拡散や成膜技術によってＳｉ材料に添加された層である。
【００１９】
半導体基板１は主面である受光面および裏面の形状が略矩形で、厚みが０．１〜０．２ｍｍなどの薄板である。略矩形とは、互いに垂直となる２組の平行な辺を有した形状であり、図では長方形の例を示したが、正方形としてもよく、角の一部が切り落とされた形状であってもよい。特に単結晶を用いた太陽電池では、円柱の単結晶インゴットから矩形の基板を形成する際に、切り落とされて無駄となる部分を減らすために、角の一部が切り落とされた形状の基板が使用されることが多く、このような形状も略矩形に含む。
【００２０】
略矩形の半導体基板１の２組の平行な辺のうち、３辺の側面である、第２側面１２、第３側面１３、第４側面１４において第１半導体層２は半導体基板１の受光面からこれらの側面を経て裏面の縁の一部領域まで延在する。この縁の一部領域の第１半導体層２の上には第１半導体層２と接続された第１電極８が形成されている。この第１電極８はＡｇ（銀）を主に含んだ金属材料からなることが望ましい。一方、残る１辺の側面である第１側面１１の側面には第１半導体層２がない。また、半導体基板１の側面には金属電極がない。
【００２１】
裏面の縁の一部領域を除いた領域には半導体基板１と同じ一導電型の第２半導体層３が形成されている。第２半導体層３は裏面の主な面積を占めて、３辺の第２側面１２、第３側面１３、第４辺１４を除いて、第１側面１１の際にまで形成されるようにしてもよい。第２半導体層３は半導体基板１に比べて一導電型の不純物濃度が高く、抵抗率が低い。第２半導体層３も第１半導体層２と同様に半導体に一導電型の不純物を熱拡散や成膜技術で添加して形成された層である。この第２半導体層３の上には第２半導体層３と接続された第２電極６が形成されている。
【００２２】
裏面側の第１電極８と第２電極６との間には、たとえば幅０．５ｍｍ程度のギャップ１６があり、第１電極８と第２電極６とが短絡することを防止している。また、このギャップ１６の中に第１半導体層２と第２半導体層３とを分離するためにこれらの層を除去して半導体基板１まで達する分離溝１７がある。
【００２３】
受光面側の第１半導体層２の上には、入射する光量を高めるため、反射防止膜１８があり、また、第１半導体層２に接続された細線電極４およびバス電極５がある。ここでは、電気抵抗を下げるためにバス電極５の幅を細線電極４よりも太くしたが、電極による影面積を低減するためにバス電極５の幅を細線電極４と同じか細くしてもよく、また、受光面側のバス電極５をなくしてもよい。半導体基板１がＳｉ材料である場合、反射防止膜１８は窒化シリコンや酸化シリコンと窒化シリコンとの二層膜などで形成するとよい。細線電極４は第１半導体層２の電流を集電する電極であり、受光面を遮る部分が少なくなるように、適当な間隔をあけて配設される。細線電極４は、たとえば、１．５〜２．５ｍｍの周期で幅０．０５〜０．１ｍｍ程度の細い幅で細長に形成されたパターンを有する。バス電極５は第２半導体層３が側面に形成された３辺の第２側面１２、第３側面１３、第４側面１４に沿って、これらの辺の近傍に形成される。バス電極５は細線電極４より幅が太い１〜数ｍｍ程度の幅のパターンを有する。細線電極４はバス電極５に接続されている。これらの細線電極４やバス電極５はＡｇ（銀）を主に含んだ金属材料からなることが望ましい。細線電極４のかわりに受光面に透明導電膜を形成したり、透明導電膜と細線電極４とをくみあわせたりしてもよい。
【００２４】
裏面の第１電極８および第２電極６にはそれぞれ裏面側に導電部材が接続されて、外部に電力が取り出される。第２電極６がＡｌ（アルミニウム）を主成分とする材料からなる場合、導電部材と第２電極６との電気的接続を容易とするため、Ａｇを主に含んだ金属材料からなる接続電極７を第２電極６の一部に形成してもよい。図３のように、縁に第１半導体層２のない第１側面１１の近傍には第１側面１１に沿って長い形状の長尺接続電極９を２か所設けた。第１側面１１に沿った長さＬＥの２か所の合計は第１側面１１の長さＬ１の半分以上とした。また、図のように平行な第１側面１１と第２側面１２との間隔Ｌ２を、平行な第３側面１３と第４側面１４との間隔Ｌ１より短くしてもよい。
【００２５】
半導体基板１の厚みは、たとえば２００μｍ以下であり、１５０μｍ以下であると望ましい。また、第１側面１１と第２側面１２との間隔Ｌ２は、たとえば５０〜１００ｍｍであり、第３側面１３と第４側面１４との間隔Ｌ１は１００〜２００ｍｍなどである。
【００２６】
以上のように本実施の形態１は基板と同じ一導電型の第２半導体層３に接続された第２電極６と、受光面を覆って形成された逆導電型の第１半導体層２に接続された第１電極８とが基板の裏面にあるため、裏面のみを用いて発生した電力を取り出したり、複数の太陽電池を接続したりすることが容易となる。１辺の側面に第１半導体層２がないため、この１辺の裏面側を横切って導電部材が第２電極６の電流を取り出すことが容易となる。
【００２７】
従来文献のように基板の受光面から側面を経て裏面まで金属電極を形成すると半導体基板１が薄板であるため側面が非常に狭く、金属電極の曲率が大きくなり、また、厚み制御が困難であるため電極に割れ等が生じやすく、金属電極が剥離しやすいなど信頼性上の問題が生じるが、本実施の形態１では金属電極がないためそのような問題が発生しない。また、第１半導体層２と第１電極８との接続は基板の側面の第１半導体層２を経るが、基板の３辺の側面の第１半導体層２を経るようにしたことにより、導体としての第１半導体層２の幅が大きくなり、接続抵抗を小さくすることができる。この接続抵抗を小さくするには、基板側面における導体としての第１半導体層２の長さを短くすればよい。そのため半導体基板１の厚みを２００μｍ以下にすると好ましく、１５０μｍや１００μｍ以下にするとより好ましい。また、受光面のバス電極５と裏面側の第１電極２とは、基板の３辺に沿って形成されるが、基板の縁のできるだけ際にまで近づけて形成されていることが望ましい。さらに、この接続抵抗を小さくするために、第１半導体層２の不純物濃度を高めて抵抗を下げることも効果的である。たとえば、Ｓｉ単結晶基板に不純物を熱拡散して第１半導体層２を形成する場合、第１半導体層２のシート抵抗として１０Ω／□以下とすると接続抵抗を小さくできる。ただし、受光面の抵抗が低い場合、不純物起因の再結合が増大し、発電特性が低下するため、受光面の大部分のシート抵抗は７０Ω／□以上とし、シリコン基板側端面付近のみを低抵抗とすることがより好ましい。
【００２８】
また、裏面において第１側面１１の近傍においては、第２半導体層３がその際にまで形成されているので、この部分は光発電に効率よく寄与することができ、変換効率向上に効果がある。
【００２９】
次に、熱拡散によってｐｎ接合を形成するＳｉ太陽電池の製造方法を例にして、本実施の形態１の太陽電池の製造方法を説明する。図４は本実施の形態１の太陽電池の製造方法を示すフロー図である。図５は太陽電池の製造方法を説明する部分断面図であり、図４の各工程を模式的に示したものである。
【００３０】
まず、厚さ１５０μｍのｐ型Ｓｉ単結晶からなる半導体基板１を用意する。半導体基板１の表面に機械加工などによるダメージが残留する場合には、フッ酸と硝酸の混合溶液や水酸化カリウムの水溶液を使用して表面のダメージ層を除去する（ダメージエッチング工程Ｓ１）。次いでＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）を拡散源とした熱拡散法を用いて温度７００〜１０００℃程度で、半導体基板１の表面部にドーピング元素を拡散させることによって第１半導体層２を形成する（リン拡散工程Ｓ２）。これにより、略矩形の一導電型の半導体基板１の全辺において受光面から側面を経て裏面の縁の一部領域まで延在する逆導電型の第１半導体層２が形成される。この時、ウェハの４辺の端面周辺部のみをリン酸に浸漬するなどしたのちに急激に５００℃程度まで加熱して乾燥させておいてから上記拡散工程を実施するなどして、拡散条件を調整して基板の４辺の側面には特に高濃度にドーピングして電気抵抗を下げておくことが望ましい。次に、基板をフッ化水素酸水溶液中に浸漬することにより、上記拡散工程で形成されたリンガラスを除去する。この後、化学蒸気堆積（ＣＶＤ）法を用いて表面にシリコン窒化膜を設けて、パッシベーションを行うとともに、受光面の反射防止膜１８を形成する（窒化膜形成工程Ｓ３）。
【００３１】
次に、裏面に銀ペーストを、第１電極２、接続電極７、長尺接続電極９の形状にスクリーン印刷する（裏面銀電極形成工程Ｓ４）。また、裏面の主な領域にアルミペーストを占める第２電極３の形状にスクリーン印刷する（裏面アルミ電極形成工程Ｓ５）。第２電極３は接続電極７、長尺接続電極９と接して、電気的に接続される。一方、アルミペーストは第１電極２に接続しないようにギャップ１６を開けて印刷される。
【００３２】
次に、受光面に銀ペーストを細線電極４、バス電極５の形状にスクリーン印刷する（表面銀電極形成工程Ｓ６）。これらの電極を高温で焼成することで、銀ペーストやアルミペーストに含まれていた添加物を消失させて強固な電極を形成する（焼成工程Ｓ７）。このとき、受光面では、細線電極４、バス電極５は反射防止膜１８を侵食して貫通し、その下の第１半導体層２と接続する。また、裏面では、アルミペーストのアルミ成分がＳｉに熱拡散することにより第２半導体層３ができる。なお、図では接続電極７、長尺接続電極９に接する部分にも第２半導体層３ができるように示したが、これらの部分には必ずしも第２半導体層３ができなくてもよい。第２半導体層３はｐ型の不純物が高濃度に添加されたいわゆるｐ＋層となり、発生した電子が第２電極６で再結合することを防止して、高効率の太陽電池セルを形成することができる。
【００３３】
以上によって、裏面の縁の一部領域に第１半導体層２と接続する第１電極８が形成され、その一部領域を除く裏面の領域に一導電型の第２半導体層３が形成され、その第２半導体層３の上に第２半導体層３と接続する第２電極６が形成される。
【００３４】
次に、裏面のギャップ１６の第１半導体層２や第２半導体層３を除去してｐｎ分離を行う（裏面ｐｎ分離工程Ｓ８）。本実施の形態１ではｐｎ分離として、レーザーを照射して第１半導体層２を除去して幅１０μｍ、深さ２０μｍ程度の分離溝１７を形成した。ｐｎ分離は、リン拡散で形成されたｎ層である第１半導体層２とアルミで形成されたｐ層である第２半導体層３とが繋がっていると、それらに接続された第１電極２と第２電極６との間が電気的に低抵抗となってしまい、外部回路に電流が取り出されずの上記ｐ層とｎ層との間を直接的に電流が流れて損失を生じるので、この損失を防ぐために行われる。なお、分離溝１７は、一回のみでなく、複数回のレーザー照射によって形成されていても良く、複数本の溝によって成されていても良い。また、ｐｎ分離溝１６は電極３になるべく近い方が好ましいが、ｐｎ分離溝１６形成時にレーザー等を用いた場合で、電極3と重なると、電極３の金属をレーザーで加熱して拡散して、第１電極２と第２電極６との間が電気的に低抵抗となってしまい、外部回路に電流が取り出されずの上記ｐ層とｎ層との間を直接的に電流が流れて損失を生じるため、注意が必要である。
【００３５】
なお、上記太陽電池セルの製造方法には、半導体基板１の受光面にテクスチャー形成等のプロセスが含まれていないが、より高効率を実現するために、含まれていてよく、本発明の効果になんら影響を与えるものではない。
【００３６】
最後に、このように形成した半導体基板１を切断する（切断工程Ｓ９）。切断前の略矩形の半導体基板１の中心を通り、かつ、その１辺に平行な切断線５０に沿って切断することにより、略矩形の２枚の太陽電池に分割される。図６および図７は切断前の略矩形の太陽電池とその切断線５０の位置を受光面および裏面側から示した平面図である。受光面および裏面側の各電極は切断線５０に対して対称な形状となっているので、切断後に同一形状の２つの太陽電池となる。切断は、たとえば、切断線５０に沿って、受光面または裏面にレーザーで溝を形成した後、折り曲げて割断する方法で行うことができる。切断後の太陽電池の略矩形の３辺の側面には第１半導体層２が残存し、切断面が第１半導体層２の形成されていない１辺の側面となる。このように切断によって第１半導体層２のある３辺と、第１半導体層２のない１辺が形成されるので、製造が簡単である。また、側面に金属電極を形成する工程を含まないので、生産性に優れ、金属電極の剥離の問題も生じない。
【００３７】
次に、上記の太陽電池を複数接続した本実施の形態１の太陽電池モジュールについて説明する。図８および図９は本実施の形態１の太陽電池モジュールの太陽電池間の接続構造を受光面側および裏面側から見た平面図である。なお、図では簡略化のため、太陽電池を１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄの４個と実際の個数よりも少なくしている。また、屋外で使用される太陽電池モジュールは透明なガラス板の上に図のように接続した複数の太陽電池を受面側がガラス板側となるように配設した後、裏面側に封止フィルムで覆って封止するが、詳細な説明は省略する。また、図１０はその太陽電池モジュールの太陽電池間の接続構造を説明する断面図であり、図８および図９点線ＣＤに沿って切断した部分の断面図である。
【００３８】
太陽電池モジュールにおいて太陽電池どうしは、隣接する第１の太陽電池１０ａの第１半導体層２が形成されない第１側面１１と第２の太陽電池１０ｂの第１半導体層２が形成された第２側面１２とが間隔をあけて相対するように並設される。第２の太陽電池１０ｂの第１半導体層２が裏面側まで延在する３辺において第１電極２に接続された導電部材３１が、第１の太陽電池１０ａの第１半導体層２が形成されない第１側面１１の裏面側を経て第１の太陽電池１０ａの第２電極６と電気的に接続される。
【００３９】
導電部材３１は、たとえば、厚さ０．１〜０．５ｍｍの銅箔の両面に銀・すずのめっきを施した金属箔である。隣接する太陽電池間を接続するために、導電部材３１として略９０度の２か所の屈曲部があるＺ字型の形状のものを２本使用した。導電部材３１は略９０度で屈曲するので、導電部材３１の１本は隣接する一方の太陽電池の３辺のうち２辺に沿って第１電極８に接続され、その１辺の途中で他方の太陽電池側に向けて屈曲されて、他方の太陽電池の接続電極７、長尺接続電極９に接続される。各電極と導電部材３１との接続は、はんだや金属ペーストなどを使用することができる。
【００４０】
図１１は本実施の形態１の太陽電池モジュールの導電部材３１を金属箔のプレス抜き加工で形成する場合に配置の例を示す平面図である。隣接する２つの太陽電池間を接続する１組の導電部材３１は対称な形状であるが、図のようにプレス抜き加工で形成した一方をを裏がえすのみで１対の導電部材となるので、効率よく生産することができる。
【００４１】
直列接続した両端の太陽電池には電池間を接続する導電部材３１とは異なる形状の導電部材４１、４２が接続される。一方の端の第１の太陽電池１０ａの第１電極８に接続された導電部材４２は図示しないリード線が接続されて、このリード線は太陽電池モジュールの外部に電力が取り出される。同様に他方の端の第４の太陽電池１０ｄの第２電極６に接続された導電部材４１も図示しないリード線が接続されて、太陽電池モジュールの外部に取り出される。
【００４２】
図１２は本実施の形態１の太陽電池モジュールの太陽電池間の接続工程を説明する斜視図である。第１の太陽電池１０ａおよび第２の太陽電池１０ｂを所定の間隔をあけて受光面を下に向けて並べた後、はんだを付着させた２本１組の導電部材３１を裏面側の各電極位置（点線Ｅ）に載置して接続を行う。このとき、第２の太陽電池１０ｂにおいて、導電部材３１は太陽電池の内側には第１電極８と第２電極６とが短絡しないようにギャップ１６を超えないように載置するが、太陽電池の外側には図８、９に示すように第１電極８に接続した部分から側面の外側にはみ出すようにしてもよい。導電部材３１の幅を第１電極８よりも広くして導電部材３１が外側にはみ出すようにすると、導電部材３１の幅が広がり接続損失が低下し、発電出力が向上するという利点がある。
【００４３】
上記のように本実施の形態１の太陽電池モジュールは、太陽電池の受光面側の第２半導体層２が３辺を用いて裏面側の第１電極８まで接続されて、その３辺において導電部材３１が第１電極８に接続されて隣接する太陽電池間が接続されるので、側面に金属電極がなくても太陽電池間の接続損失を低く抑えることができる。一方、第１の太陽電池１０ａの第１半導体層２のない第１側面１１の裏面側を経て導電部材３１が接続されるので、第１の太陽電池１０ａの受光面側の第１半導体層２と短絡する問題が生じにくい。このため、隣接する太陽電池どうしの裏面のみによる電気的接続が良好である。また、側面に金属電極がないので、剥がれた金属電極によって短絡が生じたり、電極抵抗が増大したりするなどの問題が生じない。
【００４４】
また、長尺接続電極９近傍の第１側面１１に沿った長さＬＥの２か所の合計は第１側面１１の長さＬ１の半分以上であり、導電部材３１はこの第２の太陽電池１０ｂの第２電極６に接続された長尺接続電極９と相対する第１の太陽電池１０ａの第１電極８とをＬ１の半分以上の幅で接続している。このように１辺の長さの半分以上の幅広の導体で接続されているので、接続損失が極めて小さくなる。受光面上にバス電極が形成されないため、バス電極による電極影による受光面積の低下が生じない。このため、バスの幅を広くすることができ、抵抗損失を低減することが出来る。
【００４５】
実施の形態２．
図１３は、本発明の実施の形態２に係わる太陽電池モジュールの構成の一部を示す平面図である。図１４は本発明の実施の形態２に係わる太陽電池モジュールの構成の一部を示す断面図であり、図１３の点線ＦＧ部の断面図に相当する。図１３は受光面側から見た平面図であるが、第１の太陽電池１０ａについては受光面側の電極を省略して裏面側の電極を透過的に示した。
【００４６】
本実施の形態２の太陽電池モジュールは実施の形態１と類似するが導電部材が異なる。また、実施の形態１にはあった長尺接続電極９が実施の形態２では無い。実施の形態２の導電部材３２は、金属箔を型抜きしたのもではなく、１本の帯状の金属箔を用いて行われる。導電部材３２は２箇所において同じ回転方向に略９０度折り曲げて構成されている。この導電部材３２によって、第２の太陽電池１０ｂの第１電極８と、隣接する第１の太陽電池１０ａの第２電極６とが接続される。
【００４７】
図１５は、本実施の形態２の太陽電池モジュールの導電部材３２の構成を示す平面図である。導電部材３２は表裏ともに銀・すずのはんだめっきが施されているが、図では裏側にハッチングをつけておもて側と区別してわかりやすくして示している。２箇所の第１折り曲げ部３８、第２折り曲げ部３９では折り曲げる回転方向が同じになっている。２箇所を略９０度で折り曲げるだけなので、簡単な機械加工により、連続的に導電部材３２を製造することが可能であり生産性がよい。
【００４８】
導電部材３２は２か所の第１および第２折り曲げ部３８、３９により、第１電極接続部３３、中間部３５、第２電極接続部３７に分かれる。第１電極接続部３３は第２の太陽電池１０ｂの第３側面１３または第４側面１４に沿った部分の第１電極８に接続され、第２電極接続部３７は第２１の太陽電池１０ａの接続電極７を介して第２電極６に接続されている。第１電極接続部３３に対して、約９０度曲げられた中間部３５は、第２の太陽電池１０ｂの第２側面１２に沿った第１電極８にの一部に接続される。第２電極接続部３７の中心線６２は第１電極接続部３３の中心線６１よりも太陽電池１０の中心側にあり、また、３辺を利用して接続が行われるので、実施の形態１と同様に、接続損失を低減することができる。
【００４９】
導電部材３２の第１電極８や接続電極７への接続は、太陽電池１０を３００℃近くに加熱して、導電部材３２の銅箔の両面にめっきされた銀すずめっきを溶融させることで、銀すずを溶融して容易に接合できるが、スポット的に加熱して接合してもよい。
【００５０】
また、本実施の形態２では、第１および第２折り曲げ部３８、３９のすぐ近く、第１電極接続部３３と中間部３５との間、中間部３５と第２電極接続部３７との間に屈曲部３４、３６を設けた。このような屈曲部３４、３６を設けたことにより、導電部材３２のおもて側と裏側とを同じ平面に保つことが容易になり、３辺において、第１電極８との接合を容易にすることができる。また、屈曲部３４、３６は、余ったはんだを吸収するバッファとしての役割も果たすので、溶融したはんだが他の部分に付着する恐れを軽減する効果がある。
【００５１】
なお、上記実施の形態では、導電部材３２のおもて面において、第１電極８よりも両端側に、太陽電池１０よりもはみ出させた場合を示したが、太陽電池セル１０の端部にそろえてもよく、第１電極８の内側に接続してもよい。
【００５２】
導電部材３２を太陽電池１０の端部にそろえて、第１電極８の内側で接続することで、横に隣接する太陽電池セル間を縮めることができ、コンパクトな太陽電池モジュールを構成することが可能になる。
【００５３】
実施の形態３．
図１６は本実施の形態３の太陽電池の構成を説明する断面図である。本実施の形態３の太陽電池は実施の形態１と同様であるが、受光面側の細線電極４の下の第１半導体層の不純物濃度が細線電極４の主要な受光面における第１半導体層の不純物濃度より高い高濃度第１半導体層２０となっている。つまり、本実施の形態３の太陽電池は電極下の不純物濃度を高めて低抵抗とすることで、電極との接触抵抗を低下させて性能を向上することができる、いわゆる選択エミッタ構造の太陽電池である。そして、半導体基板１の３辺に沿ったバス電極５の下、およびそこから側面を経て裏面の第１電極８の下まで、細線電極４の下と同じ高い不純物濃度が添加された高濃度第１半導体層２０となっている。
【００５４】
上記の実施の形態１で述べたように、側面の第１半導体層の抵抗を下げることは接続抵抗を小さくするのに有効であるが、受光面の第１半導体層に高濃度の不純物を添加すると半導体中の欠陥が増加してキャリアの再結合が生じやすくなり、太陽電池の変換特性がかえって低下する場合がある。そこで、実質的な受光面となる大部分の第１半導体層は不純物濃度の低い低濃度第１半導体層１９として、側面付近を高濃度第１半導体層２０とした。たとえば、シート抵抗で高濃度第１半導体層２０は２０Ω以下、低濃度第１半導体層１９は６０〜１２０Ωなどとするとよい。
【００５５】
受光面の大部分にくらべて第１半導体層の不純物濃度を高くする方法として、局所的に不純物拡散剤を塗布して熱拡散させる方法、レーザー照射などで局所的に加熱して不純物拡散を行う方法、不純物拡散後に局所的にマスクで覆って不純物拡散層をエッチングする方法などがある。以下ではマスクを用いたエッチング方法を説明する。
【００５６】
図１７は本実施の形態３の太陽電池の製造方法を示すフロー図である。また、図１８は本実施の形態３の太陽電池の製造方法を説明する断面模式図である。なお、図１８は図１７に対応する一部の工程を省略している。半導体基板１を用意してダメージエッチングする工程Ｓ１は実施の形態１と同様である。その後、実施の形態１でのリン拡散工程Ｓ２が本実施の形態３では第１リン拡散工程Ｓ２１、マスク形成工程Ｓ２２、エッチングおよびマスク除去工程Ｓ２３、第２リン拡散工程Ｓ２４に分かれている。第１リン拡散工程Ｓ２１では実施の形態１のリン拡散工程Ｓ２と同様にリンを拡散して第１拡散層２２を半導体基板１の全面に形成する。第１拡散層２２のシート抵抗はたとえば２０〜３０Ωなどとする。次に熱酸化やＣＶＤ法により半導体基板１の表面にＳｉＯ２などのマスク膜３０を形成する。さらに、この膜の上に細線電極４やバス電極５のパターンの樹脂膜を印刷などで形成してマスク膜３０をエッチングする。このとき、基板の側面から裏面にかけてマスク膜が残存するようにする。次にエッチングおよびマスク除去工程Ｓ２３で、たとえば、水酸化カリウム等のアルカリ水溶液でマスク膜３０の開口部の第１拡散層２２をエッチング除去して、その後に、マスク膜３０をフッ酸などで除去する。水酸化カリウム等のアルカリ水溶液によるシリコンの異方性エッチングでマスク膜の開口部に反射防止のテクスチャー構造ができる。マスクに覆われた基板の表面には第１拡散層２２が残る。次に、第２リン拡散工程Ｓ２４で第１リン拡散工程Ｓ２１と同様にリンを拡散する。この拡散前に第１拡散層２２が残留していた箇所は、拡散が２回繰り返されることにより高濃度第１半導体層２０となる。一方、受光面の大部分に第２リン拡散層ができ、この部分は拡散が１回のみとなるので低濃度第１半導体層１９となる。このようにして第１半導体層に不純物濃度が異なる複数の領域ができる。低濃度第１半導体層（第２リン拡散層）１９のシート抵抗は、たとえば６０〜１２０Ω／□などとする。２回拡散された高濃度第１半導体層２０のシート抵抗は２０Ω／□以下などとなる。この後の、窒化膜形成工程Ｓ３、裏面銀電極形成工程Ｓ４、裏面アルミ電極形成工程Ｓ５、表面銀電極形成工程Ｓ６、焼成工程Ｓ７、裏面ｐｎ分離工程Ｓ８、切断工程Ｓ９は実施の形態１と同様である。
【００５７】
本実施の形態３は細線電極４の下の不純物濃度を高めた選択エミッタ構造としたので、受光面の集電特性も優れた太陽電池となる。しかし、必ずしも選択エミッタ構造とする必要はなく、側面周辺のみ不純物濃度を高めてもよい。第１半導体層が半導体基板１の側面および裏面周辺の第１電極８の形成領域における不純物濃度が受光面の主な部分を占める第１半導体層の不純物濃度よりも高くなるようにすれば、集電抵抗を著しく下げることが可能になるとともに、受光面の主な部分における発電特性を良好なものとすることができる。また、本実施の形態３の太陽電池を実施の形態１や２の太陽電池モジュールとすることで、受光面側バス電極の影による発電損失を低減できると共に、太陽電池間の接続損失を低く抑えることができる。また、長期耐久性が向上する。
【００５８】
なお、以上の太陽電池は片面から光を入射する太陽電池について述べたが、本発明の接続構造は裏面側に光を入射する太陽電池についても適用することができる。また、上記実施の形態では、主にｐ型シリコン基板を用いた場合を示したが、ｎ型シリコン基板や他の半導体基板を用いても同様の効果が得られることは自明である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は太陽電池および太陽電池モジュールの性能向上に有効である。
【符号の説明】
【００６０】
１  半導体基板、２  第１半導体層、３  第２半導体層、４  細線電極、５  バス電極、６  第２電極、７  接続電極、８  第１電極、９  長尺接続電極、１０  太陽電池、１１  第１側面、１２  第２側面、１３  第３側面、１４  第４側面、１６  ギャップ、１７  分離溝、１８  反射防止膜、１９  低濃度第１半導体層（第２拡散層）、２０  高濃度第１半導体層、２２  第１拡散層、３１  接続部材、３２  接続部材、３３  第１電極接続部、３４  屈曲部、３５  中間部、３６  屈曲部、３７  第２電極接続部、３８  第１折り曲げ部、３９  第２折り曲げ部、４１  終端導電部材、４２  端導電部材、５０  切断線、６１  中心線、６２  中心線。
【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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