(57)【要約】      （修正有）【課題】電極材料である銀使用量を低減して、コスト低減することが可能な太陽電池を提供する。【解決手段】第１導電型のシリコン基板と、シリコン基板の受光面に形成された第２導電型の拡散層と、拡散層に接して複数形成された収集電極６と、収集電極に接続されたインターコネクタ２１とを有し、収集電極は、離間して形成され、収集電極のピッチをＡ、インターコネクタ２１幅をＢ、面積Ｓ＝Ａ×Ｂ、インターコネクタ２１に接続する収集電極の面積をｚ、面積率Ｚ＝ｚ／Ｓとしたとき、Ｚ≧０．４である太陽電池である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型のシリコン基板と、
前記シリコン基板の受光面に形成された第２導電型の拡散層と、
前記拡散層に接して複数形成された収集電極と、
前記収集電極に接続されたインターコネクタとを有し、
前記収集電極は、離間して形成され、
前記収集電極のピッチをＡ、前記インターコネクタ幅をＢ、面積Ｓ＝Ａ×Ｂ、前記インターコネクタに接続する収集電極の面積をｚ、面積率Ｚ  ＝  ｚ  ／  Ｓ  としたとき、
Ｚ≧０．４
である太陽電池。
【請求項２】
前記面積率Ｚは、Ｚ≧０．５である請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記インターコネクタに接続する収集電極のうち、
前記ピッチに対する、前記ピッチ方向の前記収集電極の幅の比率が１００％以下である請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記収集電極は、銀を含む請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池。
【請求項５】
前記インターコネクタと前記収集電極は、導電性を有した接着層を介して接続されている請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池、特に、太陽電池の入射光側の面である受光面の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池は、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急速に高まっている。太陽電池としては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。
【０００３】
図６は、特許文献１に開示されている太陽電池素子を示す図である。図６（ａ）は、太陽電池素子の受光面と反対側の面である裏面を示す図であり、図６（ｂ）は、太陽電池素子の受光面を示す図である。図６（ａ）において、１０１はｐ型シリコン基板、１０４は裏面電極、１０４ａは裏面バスバー電極、１０４ｂは裏面集電用電極である。なお、裏面バスバー電極１０４ａは銀ペーストを焼成して形成した電極、裏面集電用電極１０４ｂはアルミニウムペーストを焼成して形成した電極である。また、図６（ｂ）において、１０１はｐ型シリコン基板、１０５は表面電極、１０５ａは表面バスバー電極、１０５ｂは表面フィンガー電極である。なお、表面電極１０５は、銀電極である。
【０００４】
図７は、特許文献１に開示されている太陽電池素子及び太陽電池モジュールを示す図である。図７（ａ）は、図６（ｂ）のＭ−Ｍ´線における断面図であり、図７（ｂ）は、太陽電池素子Ｘを組み合わせて構成した太陽電池モジュールＹであり、図７（ｃ）は、太陽電池モジュールＹの内部構造の部分拡大図である。
【０００５】
図７（ａ）において、１０１はｐ型シリコン基板、１０１ａはｎ型拡散層、１０２は反射防止膜、１０３は半導体接合部、１０４ａは裏面バスバー電極、１０４ｂは裏面集電用電極、１０５ａは表面バスバー電極である。
【０００６】
図７（ｂ）に示すように、複数の太陽電池素子Ｘは、インナーリード１０８によって電気的に接続され、透光性パネル１０９と裏面保護材１１１の間に充填材１１０で気密に封入されて、太陽電池モジュールＹを構成している。太陽電池モジュールＹの出力は、出力配線１１２を経て端子ボックス１１３に接続されている。
【０００７】
図７（ｃ）に示すように、太陽電池素子Ｘ１の表面バスバー電極１０５ａと、隣接する太陽電池素子Ｘ２の裏面バスバー電極１０４ａとをインナーリード１０８によって接続して、複数の太陽電池素子Ｘ同士が電気的に接続されている。インナーリード１０８は、その表面全体に半田を被覆した銅箔を所定の長さに切断したものである。
【０００８】
図８は、図７（ｃ）のＮ−Ｎ´線における断面図である。裏面バスバー電極１０４ａ及び／又は表面バスバー電極１０５ａの長手方向の端部、即ちインナーリード１０８との接続方向に沿ったエッジ部が充填材１１０と接する構造になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００５−３１７９０４号公報（平成１７年１１月１０日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
太陽電池モジュールの電気特性は、短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、及び曲線因子（ＦＦ）と称される電気抵抗成分で決まる。このうち、短絡電流密度と開放電圧は、個々の太陽電池特性によるところが大きいが、曲線因子における曲線因子損失は、銀電極である表面バスバー電極または裏面バスバー電極と、インナーリード（本願の「インターコネクタ」に対応。以下同様。）とを接続する半田の溶着面積と相関があり、半田の溶着面積が大きいほど曲線因子損失は減少する傾向にある。さらに、表面バスバー電極または裏面バスバー電極と、インターコネクタとの接続強度（本願の「接着強度」に対応。）も同様に上記の半田の溶着面積と相関があり、半田の溶着面積が一定水準に達するまでは、半田の溶着面積が大きいほど、表面バスバー電極または裏面バスバー電極と、インターコネクタとの接続強度は大きくなる。
【００１１】
一方、太陽電池素子のコスト低減のために、電極材料の銀使用量の低減を考えると、銀使用量が多い表面バスバー電極及び／または裏面バスバー電極の面積の低減が考えられるが、表面バスバー電極及び／または裏面バスバー電極の面積を低減すると、インターコネクタとの接続面積、すなわち半田の溶着面積が低減し、曲線因子損失が増加、接続強度も小さくなってしまう。
【００１２】
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、インターコネクタと接続する、太陽電池素子の受光面の電極面積を低減しても、曲線因子損失の低減を抑制し、電極とインターコネクタとの接着強度の低減を抑制することが可能な太陽電池素子の電極構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の太陽電池は、第１導電型のシリコン基板と、シリコン基板の受光面に形成された第２導電型の拡散層と、拡散層に接して複数形成された収集電極と、収集電極に接続されたインターコネクタとを有し、収集電極は、離間して形成され、収集電極のピッチをＡ、インターコネクタ幅をＢ、面積Ｓ＝Ａ×Ｂ、インターコネクタに接続する収集電極の面積をｚ、面積率Ｚ＝ｚ／Ｓとしたとき、Ｚ≧０．４である。
【００１４】
ここで、本発明の太陽電池は、面積率Ｚは、Ｚ≧０．５であってもよい。
【００１５】
また、本発明の太陽電池は、インターコネクタに接続する収集電極のうち、ピッチに対する、ピッチ方向の前記収集電極の幅の比率が１００％以下であってもよい。
【００１６】
また、本発明の太陽電池は、収集電極は、銀を含んでもよい。
【００１７】
また、本発明の太陽電池は、インターコネクタと前記収集電極は、導電性を有した接着層を介して接続されていてもよい。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、インターコネクタと接続する、太陽電池の受光面の電極面積を低減しても、曲線因子損失の増加を抑制し、電極とインターコネクタとの接着強度の低減を抑制することができるので、電極材料である銀使用量を低減して、コスト低減することが可能な太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の太陽電池素子の一例の模式的な図である。
【図２】図１のＬ−Ｌ′線における断面を示す模式的な図である。
【図３】本発明の太陽電池の一例の模式的な図である。
【図４】本発明の太陽電池素子の製造方法の一例を示す模式的な図である。
【図５】本発明の複数並んだ受光面電極、および接続電極を拡大した模式的な図である。
【図６】従来技術の太陽電池素子の一例の模式的な図である。
【図７】従来技術の太陽電池素子及び太陽電池モジュールの一例の模式的な図である。
【図８】図７（ｃ）のＮ−Ｎ´線における断面を示す模式的な図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、本発明の太陽電池素子の一例を表す模式的な図である。図１（ａ）は、太陽電池素子の入射光側の面である受光面の図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の点線の楕円で囲んだ箇所を拡大した図である。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、太陽電池素子３２の受光面には、反射防止膜３、収集電極６が形成されている。収集電極６は、キャリアを収集する電極であり、離間して複数形成されている。また、各々の収集電極６には、インターコネクタを接続するため、一部電極幅が広くなっている。この一部電極幅が広い箇所をパッド部とする。図１（ｂ）に示すように、パッド部の、収集電極６の長さ方向と垂直方向の幅をｘ、パッド部の、収集電極６の長さ方向の幅をｙとする。
【００２２】
図２は、図１（ａ）で示したＬ−Ｌ′の断面を示す模式的な図である。第１導電型であるｐ型のシリコン基板１の入射光側の面である受光面（以下「ｐ型シリコン基板の受光面」という。）に第２導電型であるｎ型拡散層２が形成され、ｐ型シリコン基板１の表面はテクスチャ構造である凹凸構造となっている。その上には窒化シリコン膜からなる反射防止膜３が形成され、反射防止膜３を貫通して収集電極６がｎ型拡散層２と接している。また、ｐ型シリコン基板１の受光面の反対の面である裏面（以下「ｐ型シリコン基板の裏面」という。）には、ｐ＋拡散層８が形成され、ｐ＋拡散層８上にはアルミニウム電極５が形成されている。４は裏面銀電極である。なお、図２では、受光面表面の凹凸構造を省略している。
【００２３】
図３は、本発明の太陽電池の一例を表す模式的な図である。太陽電池３１には、太陽電池素子３２の受光面に形成された収集電極６のパッド部に、インターコネクタ２１が接続されている。なお、図３では、収集電極６のパッド部の幅ｙは、インターコネクタ２１の幅よりも小さい。ここで、収集電極６のパッド部の幅ｙは、必ずしもインターコネクタ２１の幅以下でなくてよい。
【００２４】
図４は、本発明の太陽電池の製造方法の一例である。
【００２５】
まず、図４（ａ）に示すように、ｐ型シリコン基板１を用意しエッチング処理によりｐ型シリコン基板１の表面に凹凸構造を形成する。なお、図４では、ｐ型シリコン基板１の表面の凹凸構造を省略している。次に、図４（ｂ）に示すように、ｎ型不純物を有した拡散材料を用い熱処理してｎ型拡散層２を形成する。
【００２６】
次に、図４（ｃ）に示すように、ｎ型拡散層２の受光面にプラズマＣＶＤ法により、ガス種としてシランおよびアンモニアを用いて、膜厚約７０ｎｍの窒化シリコン膜を反射防止膜３として形成する。
【００２７】
次に、図４（ｄ）に示すように、スクリーン印刷法を用いて、銀粉末、ガラスフリット、樹脂、有機溶媒等からなる銀ペースト４ａをパターニングし、その後、乾燥する。
【００２８】
次に、図４（ｅ）に示すように、スクリーン印刷法を用いて、アルミニウム粉末、ガラスフリット、樹脂、有機溶媒等からなるアルミニウムペースト５ａをパターニングし、その後、乾燥する。
【００２９】
次に、図４（ｆ）に示すように、スクリーン印刷法を用いて、銀粉末、ガラスフリット、樹脂、有機溶媒等からなる銀ペースト６ａをパターニングし、その後、乾燥する。
【００３０】
次に、図４（ｇ）に示すように、ｐ型シリコン基板１を７００℃以上で焼成して、ｐ型シリコン基板１の受光面には、ｎ型拡散層２上に収集電極６を形成する。焼成の際に、銀ペースト６ａはファイヤースルーにより反射防止膜３を貫通して収集電極６を形成しｎ型半導体層２と接続する。また、上記焼成によって、ｐ型シリコン基板１の裏面に、アルミニウム電極５、裏面銀電極４、ｐ＋拡散層８を形成する。
【００３１】
次に、図４（ｈ）に示すように、収集電極６にインターコネクタ２１を熱処理により接続する。接続にはインターコネクタ２１にコーティングされた導電性を有した接着層である半田を用いる。このようにして、太陽電池３１を作製する。
【００３２】
次に、インターコネクタに接続する収集電極６の大きさを検討する。
【００３３】
図５は、複数並んだ収集電極６を拡大しインターコネクタ２１との関係を示した図である。インターコネクタ２１の下の収集電極６は、わかりやすくするために点線で示している。収集電極ピッチをＡ、インターコネクタ２１の幅をＢ、パッド部以外の部分の収集電極の電極幅をＣとする。収集電極６ピッチＡに対するパッド部の幅ｘの比率を比率Ｘ、インターコネクタ２１幅Ｂに対するパッド部の幅ｙの比率を比率Ｙと定義する。
【００３４】
比率Ｘ  ＝  ｘ  ／  Ａ  ・・・（１）
比率Ｙ  ＝  ｙ  ／  Ｂ  ・・・（２）
また、インターコネクタ２１に接する収集電極６は、インターコネクタ２１にコーティングされた半田によって、インターコネクタ２１と接続している。よって、面積率Ｚを、インターコネクタの接続可能面積Ｓ（Ｓ＝Ａ×Ｂ）に対する、インターコネクタ２１に接する収集電極６の面積ｚと定義する。なお、図５より、パッド部の幅ｙがインターコネクタ２１幅Ｂよりも小さい場合、収集電極６のパッド部は、インターコネクタ２１と接続する箇所の一部であることがわかる。
【００３５】
インターコネクタ２１に接続する収集電極６の適切な大きさを検討するため、パッド部の幅ｘ、ｙを変化させて、以下の検討を実施した。
【００３６】
ａ）インターコネクタ２１接続前後の曲線因子ＦＦを測定して曲線因子損失を求める
ｂ）インターコネクタ２１を引っ張ることで、収集電極６との接着強度Ｆをみる
具体的には、厚み約１８０μｍ、幅、長さ共に１５６．５ｍｍのｐ型シリコン基板１を使用して、太陽電池素子３２を作製し、銅板に半田をコーティングした総厚０．２ｍｍ、幅２．０ｍｍのインターコネクタ２１を収集電極６に接続した。図５における、収集電極ピッチＡは、２．１ｍｍ、インターコネクタ幅Ｂは、２．０ｍｍ、電極幅Ｃは、０．１ｍｍである。なお、ｂ）についての検討は、インターコネクタ２１を収集電極６に接続した後、インターコネクタの、太陽電池素子３２と接続している箇所と、それ以外の箇所との間の角度を４５°にして引張試験機を用いて接着強度Ｆをみた。
【００３７】
収集電極６のパッド部のｘ、ｙを、それぞれ次のようにした。ｘ値は、ｘ値のうち電極幅Ｃ以外を、０ｍｍ、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍと変化させた。それぞれに対する比率Ｘは、５％、２９％、５２％、７６％、１００％になる。比率Ｘが１００％の場合、接続箇所はｘ方向に全て繋がっていることになる。また、ｙ値は、０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．５ｍｍ、２．０ｍｍと変化させた。それぞれに対する比率Ｙは、２５％、５０％、７５％、１００％になる。なお、比率Ｘが５％の場合は、パッド部が無い収集電極である。
【００３８】
表１に結果を示す。実施例、比較例のすべての場合において、それぞれ５サンプルに対して、曲線因子ＦＦの測定、および接着強度Ｆをみるための引張試験を行った。曲線因子損失の欄は、５サンプルの曲線因子ＦＦの測定値から平均値を求め、比率Ｘが１００％、かつ比率Ｙが１００％の場合を、曲線因子損失１００％とした場合に、１００％以上１１０％未満を○、１１０％以上１３０％未満を△、１３０％以上を×とした。また、接着強度Ｆの欄は、５サンプルの引張試験で示された引張強度の平均値を求め、引張強度が２００ｇｆ以上を○、引張強度が２００ｇｆ未満を×とした。
【００３９】
【表１】
2013065588.tif 000003
【００４０】
表１の結果から、面積比率Ｚが４０％以上である場合に、曲線因子損失：△、接着強度Ｆ：○である結果が得られ、接着強度Ｆで良好な結果が得られた。また、面積比率Ｚが５０％以上である場合に、曲線因子損失：○、接着強度Ｆ：○である結果が得られ、曲線因子損失、及び接着強度Ｆで良好な結果が得られた。
【００４１】
ここで、比率Ｘが１００％で、収集電極６のパッド部はｘ方向に全て繋がっていることから、比率Ｘが１００％よりも大きな値は存在しない。これから、比率Ｘは１００％以下である必要がある。
【００４２】
また、比率Ｙが１００％で、収集電極６のパッド部ｙの幅はインターコネクタ２１の幅と同じになる。そして、比率Ｙが１００％よりも大きな場合は、曲線因子損失、接着強度Ｆ共、比率Ｙが１００％の場合と同じ値になる。ただ、比率Ｙが１００％よりも大きな値の場合、すなわち、パッド部の幅ｙがインターコネクタ２１幅Ｂよりも大きな値の場合、太陽電池３１の受光面積は減少する。これから、比率Ｙは１００％以下であることが好ましい。
【００４３】
よって、面積比率Ｚを４０％以上にするように収集電極を形成すると、曲線因子損失の増加を抑制し、収集電極とインターコネクタとの接着強度Ｆの低減を抑制しながら、電極材料である銀使用量を低減して、コスト低減することが可能な太陽電池を提供することができる。また、面積比率Ｚを５０％以上にするように収集電極を形成すると、さらに曲線因子損失の増加を抑制することができる。
【００４４】
また、本実施例ではｐ型シリコン基板について記載したが、ｎ型シリコン基板でも同様の結果が得られた。
【００４５】
さらに、本実施例では導電性を有した接着層として半田を使用したが、導電性フィルム等を使用することも可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  ｐ型シリコン基板、２  ｎ型拡散層、３  反射防止膜、４  裏面銀電極、５  アルミニウム電極、６  収集電極、８  ｐ＋拡散層、２１  インターコネクタ、３１  太陽電池、３２  太陽電池素子。
【図１】
2013065588.tif 000004
【図２】
2013065588.tif 000005
【図３】
2013065588.tif 000006
【図４】
2013065588.tif 000007
【図５】
2013065588.tif 000008
【図６】
2013065588.tif 000009
【図７】
2013065588.tif 000010
【図８】
2013065588.tif 000011