JP4688509B2 - 太陽電池素子及びこれを用いた太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、非受光面側の電極を集電部と出力取出部とで構成した太陽電池素子と、これを用いた太陽電池モジュールに関する。

一般的な太陽電池素子の構造を図５に示す。まず、厚み０．３〜０．５ｍｍ程度、大きさ１００〜１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン等からなるｐ型の半導体基板１を準備する。そして、半導体基板１の表面（受光面）側の表面近傍に一定の深さまで逆導電型のｎ型不純物を拡散させて、ｎ型を呈する逆導電型拡散領域２を設け、ｐ型の半導体基板１との間にｐｎ接合を形成する。このようなｎ型を呈する逆導電型拡散領域２は、例えば半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）中で加熱することによって、半導体基板１の表面全体にｎ型不純物であるリン原子を拡散させて、厚み０．２〜０．５μｍ程度の逆導電型拡散領域２として形成することができる。その後、側面部と底面部の逆導電型拡散領域の部分を除去する。

太陽電池素子の受光面側には、例えば、窒化シリコン膜からなる反射防止膜３が形成される。このような反射防止膜３は、例えばプラズマＣＶＤ法等で形成される。

これらの太陽電池素子の表面電極４、裏面電極５は、金属を主成分とする電極材料を塗布して焼成することによって得ることができ、例えば、以下に示す方法により形成する。

（１）裏面集電部６を形成するために、アルミニウム等を主成分とする電極材料を半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥する
（２）裏面出力取出部７を形成するために、（１）で電極材料を塗布しなかった部分に対して銀等を主成分とする電極材料を塗布して乾燥する（なお、（１）で形成した電極材料の一部（例えば周縁部）と重ね合わせておく
（３）表面電極４を形成するために、半導体基板１の表面に銀等を主成分とする電極材料を塗布して乾燥する
（４）表面と裏面に塗布された電極材料を同時に焼成し、表面電極４及び裏面電極５を得る
上述のような方法により、図６、７に示されるように銀を主成分とする半田濡れ性の良好な表面電極４及び裏面電極５（アルミニウムを主成分とする裏面集電部６と銀を主成分とする半田濡れ性の良好な裏面出力取出部７）が形成される。このとき、裏面の略全面に形成された裏面集電部６は、シリコンの半導体基板１に対してｐ型不純物元素として作用するアルミニウムを主成分としているので、裏面集電部６と接した部分には、高濃度の裏面電界領域９が形成される。この裏面電界領域９はＢＳＦ層（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）と呼ばれ、裏面での少数キャリア再結合を防止しキャリアの収集効率を向上させ、太陽電池特性を向上させる働きがある。また、表面電極４は、反射防止膜３の電極に相当する部分をエッチング除去して形成される場合と、もしくは反射防止膜３の上から、ファイアースルーという手法によって直接形成される場合とがある。

また、太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、一般的には複数の太陽電池素子を直並列に接続して実用的な電気出力が取り出せるように構成された太陽電池モジュール（不図示）が用いられている。この太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子の表面電極と裏面電極を銅箔等からなるタブによって直並列に接続し、透光性の表面部材と裏面部材との間に配置し、エチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）等を主成分とする充填材で封入した構成としたものが一般的である。
特開平１０−１４４９４３号公報

従来の太陽電池素子においては、高効率の太陽電池素子を作製するためには、電極部における抵抗損失を抑える必要がある。アルミニウム等を主成分とする電極を塗布して形成した裏面集電部６の一部と重ね合わせて銀等を主成分とする電極材料を塗布して裏面出力取出部７を形成し焼成されるが、銀とアルミニウムの接触抵抗を下げるために銀とアルミニウムとの接触面積を増やすことによって抵抗損失を抑えることができるが、裏面集電部６と裏面出力取出部７に用いられる金属の熱収縮率の違いから、焼成過程において裏面出力取出部を構成する金属の収縮によって裏面集電部上の裏面出力取出部が剥がれやすくなり、裏面電極５における抵抗損失が大きくなり電気特性が低下するという問題があった。

このような問題点に対して、銀からなる裏面出力取出部に複数の細線で構成された細線部分を取り付け、この細線部分を半導体基板裏面上に形成し、その上にアルミニウムからなる裏面集電部を重ねるという技術が特許文献１に開示されている。これは、主に上記複数の細線に対して熱的な応力を分散し、太陽電池素子を割れにくくする目的で用いられる技術である。この場合、複数の細線で構成された細線部分の上に裏面集電部を設けることで、裏面集電部を印刷塗布する際に、印刷面が複雑な凹凸を持つために、印刷性が悪く、場合によっては半導体基板が割れる可能性があった。また細線部の焼成が十分でない場合には、銀電極中にアルミニウムが入り込むため、線抵抗が高くなり十分な電気特性を得ることができないといった問題もあった。

したがって、上述のような問題を有する従来の太陽電池素子を用いて構成された太陽電池モジュールも信頼性に欠け、電気的な性能も十分なものではなかった。

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、裏面電極における裏面集電部上の裏面出力取出部の剥離を防止するとともに、安定した電気特性を実現できる太陽電池素子を提供するとともに、この太陽電池素子を用いた高信頼性かつ高性能な太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、明細書のように太陽電池素子は、受光面と非受光面とを有する半導体基板と、前記受光面の側に設けられた表面電極と、前記非受光面の側に、所定の開口部を除いて略全面に設けられたアルミニウムを主成分とする裏面集電部と、少なくとも一部が前記開口部内に位置する銀を主成分とする裏面出力取出部と、少なくとも一部が前記裏面集電部上に重ねられて形成されるとともに、前記銀を主成分とし、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の線幅を有する細線部と、を備えた太陽電池素子であって、前記細線部は、前記裏面出力取出部に直接接続されている第一細線を含み、前記裏面出力取出部及び前記細線部と、前記裏面集電部との接触部の周囲長をＡ（ｍｍ）、前記裏面集電部の面積をＢ（ｍｍ ^２ ）としたとき、Ａ／Ｂ（ｍｍ ^−１ ）が０.０１以上１．６以下となるようにしたものである。

このように、裏面集電部上に細線部を設けることによって、裏面出力取出部と細線部とを構成する金属の収縮応力が分散される。ここで細線部の線幅を０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲とすることで、裏面集電部上でのパターン面積を最適な範囲とし、裏面集電部との間にかかる応力を低減することができるから、裏面出力取出部の剥離を起こりにくくすることができる。

さらに、裏面集電部によって集められた電流は、特に細線部の周縁部から効率的に取り出され、第一細線を経て裏面出力取出部へと流れるので、裏面電極全体の抵抗損失が抑えられ、電気特性の低下を防ぐことができる。

明細書のように太陽電池素子は、前記裏面出力取出部は、前記裏面集電部と０．５ｍｍ以下の幅で重ね合わされて成るようにした。裏面出力取出部と裏面集電部との重なり部分の幅をこの範囲とすることで、相互の導通を良好に確保しつつ、裏面出力取出部の剥離をより効果的に防ぐことができる。同時に、細線部によって収縮応力を分散できるので、裏面出力取出部の剥離防止効果が更に高まる。

明細書のように陽電池素子は、前記裏面出力取出部は、前記裏面集電部の前記開口部内に、前記裏面集電部と重ならないように設けられるともに、前記細線部を介して、前記裏面集電部と電気的に接続されるようにしたので、裏面出力取出部が半導体基板のみと接するようになり、電極強度を向上させ、裏面出力取出部の剥離を良好に減少させることができる。

明細書のように太陽電池素子は、前記第一細線は、複数箇所において前記裏面出力取出部と接続されるようにしたので、細線部から裏面出力取出部への抵抗損失を抑え、良好な
電気特性を得ることができる。さらに、複数箇所において、裏面出力取出部と細線部とを構成する金属の収縮応力を分散させることができ、これらが裏面集電部から剥離することを有効に抑止できる。

明細書のように太陽電池素子は、前記細線部は、前記細線部は、前記裏面出力取出部の複数箇所に接続された複数の前記第一細線と交点を有し、裏面から見て前記裏面出力取出部の長手方向に平行な第二細線を含むようにした。細線部を構成する金属の収縮応力が多方向に分散されるため、裏面集電部にかかる応力をさらに低減することができ、裏面集電部からの細線部の剥離防止に有効である。

明細書のように太陽電池素子は、前記裏面出力取出部と、前記第一細線と前記第二細線との交点との距離が０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下となるようにした。この範囲としたことから、これらの細線部を印刷によって形成する場合に、にじみやムラ等の問題を防止しつつ、良好に細線部を構成する金属の収縮応力を分散させることができる。

明細書のように太陽電池素子は、前記裏面出力取出部及び前記細線部と、前記裏面集電部との接触部の周囲長をＡ（ｍｍ）、前記裏面集電部の面積をＢ（ｍｍ^２）としたとき、Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）が０.０１以上１．６以下となるようにした。裏面集電部によって集められた電流は、銀から構成された、裏面出力取出部及び細線部の周縁部から効率的に取り出されるので、裏面出力取出部及び細線部と、裏面集電部との接触部の周囲長Ａが長ければ、抵抗損失を抑えて効率的に集電することができる。しかしながら、特に細線部の周縁部は収縮が大きいため、この周囲長Ａが大きくなりすぎると半導体基板の反りにつながる。ここで、前記接触部の周囲長Ａを裏面集電部の面積Ｂによって割った比率Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）を本発明の範囲とすることによって、反りの影響と抵抗損失の影響とを相互に抑制し、良好な結果を得ることができる。なお、この接触部の周囲長としては、非受光面側から平面視した形状の周囲長と見なせば良い。

明細書のように太陽電池素子は、前記裏面出力取出部は、その内側に外方に対して開口部が設けられるようにした。このように裏面出力取出部に開口部を設けた構成とすれば、この裏面出力取出部をスクリーン印刷によって形成した場合、この開口部に対応するスク
リーンのマスクによって、基板とスクリーンとの間隔が一定に保持した状態でスクリーン印刷されるため、裏面出力取出部を構成する電極材料を厚く印刷でき、電極強度を向上させることができる。

明細書のように太陽電池素子は、前記裏面出力取出部及び／又は前記細線部は、前記アルミニウムを含むようにした。各部位を構成する金属の熱収縮率の違いを緩和することができ、裏面集電部からの細線部の剥離を防止することができるからである。

明細書のように太陽電池モジュールは、本発明の太陽電池素子を含むようにしたので、これらの太陽電池素子同士をタブによって相互に接続した時に、素子の裏面出力取出部が剥離しにくく、高い信頼性を有するものとなる。同時に抵抗損失が少なく安定した高い電気特性を有する本発明の太陽電池素子を含んでいるため、高性能な太陽電池モジュールとなる。

以上のように本発明の太陽電池素子は、受光面と非受光面とを有する半導体基板と、前記受光面の側に設けられた表面電極と、前記非受光面の側に、所定の開口部を除いて略全面に設けられたアルミニウムを主成分とする裏面集電部と、少なくとも一部が前記開口部内を通るように形成された銀を主成分とする裏面出力取出部と、少なくとも一部が前記裏面集電部上に重ねられて形成されるともに、前記銀を主成分とし、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の線幅を有する細線から構成された細線部と、を備えた太陽電池素子であって、前記細線部は、前記裏面出力取出部に直接接続されている第一細線を含み、前記裏面出力取出部及び前記細線部と、前記裏面集電部との接触部の周囲長をＡ（ｍｍ）、前記裏面集電部の面積をＢ（ｍｍ ^２ ）としたとき、Ａ／Ｂ（ｍｍ ^−１ ）が０.０１以上１．６以下となるようにした。

このように、裏面集電部によって集められた電流を、抵抗損失を抑えて、細線部から裏面出力取出部に取り出すことができるため、裏面電極全体の抵抗損失が抑えられ、電気特性の低下を防ぐことができる。また、裏面出力取出部、細線部を構成する金属の収縮応力が分散され、また電極の線幅を上記範囲とすることで、裏面集電部上でのパターン面積を小さくし、裏面集電部にかかる応力を低減することができる。

このような本発明の太陽電池素子を含んで構成された本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子の裏面出力取出部が剥離しにくく、これらの太陽電池素子を相互にタブによって接続した時に高い信頼性を有するものとなり、同時に、高性能な太陽電池モジュールとなる。

以下、本発明に係る太陽電池素子の実施の形態について添付図面に基づき詳細に説明する。

図５は本発明の太陽電池素子の断面構造を示す概略図であり、図６は図５に示した太陽電池素子の表面電極を示す上視図、図１（ａ）、（ｂ）は本発明に係る裏面電極の例を示す下視図を示したものである。

なお、図中、１は半導体基板、２は逆導電型拡散領域、３は反射防止膜、４は表面電極、５は裏面電極、６は裏面電極５の一部である裏面集電部、７は裏面電極５の一部である裏面出力取出部、８は細線部、９は裏面電界領域、を示す。

先に、図５に示す太陽電池素子の一般的な作用について簡単に説明する。

太陽電池素子の受光面側である反射防止膜３の側から光が入射すると、主にｐ型半導体である半導体基板１のバルク領域で吸収・光電変換されて電子−正孔対（電子キャリア及び正孔キャリア）が生成される。この光励起起源の電子キャリア及び正孔キャリア（光生成キャリア）によって、太陽電池素子の表側に設けられた表面電極４と、裏側に設けられた裏面電極５との間に光起電力を生ずる。なお、反射防止膜３は反射防止膜となる膜の屈折率と膜厚とによって所望の光波長領域で反射率を低減させて、光生成キャリア量を増大させる役割を果たし、太陽電池素子の光電流密度Ｊｓｃを向上させる。

また通常、半導体基板であるシリコンに対してｐ型不純物元素として作用するアルミニウムをシリコン基板の非受光面側である裏面に拡散させ、シリコン基板の裏面側表層部にｐ^＋領域となった裏面電界領域９が形成されている。裏面電界領域９は、ＢＳＦ（Back Surface Field）領域とも呼ばれ、半導体基板１の裏面近くで光生成キャリアによる再結合による効率の低下を防ぐ。そのため半導体基板１の裏面近くで発生した光生成キャリアが、この電界によって加速される結果、電力が有効に取り出されることとなり、特に長波長の光感度が増加する。この結果、光電流密度Ｊｓｃが向上し、またこの裏面電界領域９では少数キャリア（電子）密度が低減されるので、裏面電極５に接する領域でのダイオード電流量（暗電流量）を低減する働きをすることで、開放電圧Ｖｏｃが向上する。

次に上述の構造を有する太陽電池素子の製造工程について説明する。半導体基板１は、単結晶又は多結晶シリコン等からなる。この半導体基板１として半導体シリコンを用いる場合、ボロン（Ｂ）等のｐ型の導電型を呈する半導体不純物を１×１０^１６〜１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度含有し、比抵抗０．２〜２．０Ω・ｃｍ程度の基板が好適に用いられる。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法等によって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法等によって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能であり製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利であるので、ここでは多結晶シリコンを用いた例によって説明する。

多結晶シリコンのインゴットは、例えば、鋳造法によって形成され、１０ｃｍ×１０ｃｍ又は１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断され、５００μｍ以下、より好ましくは３５０μｍ以下の厚みにスライスして、半導体基板１とする。なお、基板の切断面の機械的ダメージ層や汚染層を清浄化するために表面をＮａＯＨやＫＯＨあるいは、フッ酸やフッ硝酸等でごく微量エッチングすることが望ましい。

その後、ドライエッチング方法やウェットエッチング方法を用いて、シリコン基板の表面に微小な突起を形成するのが望ましい。

次に、半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）等の不純物元素を含むガス中で熱処理することによって、半導体基板１の外表面部分にリン原子を拡散させてシート抵抗が３０〜３００Ω／□程度、厚みが０．２〜０．５μｍ程度のｎ型の導電型を呈する逆導電型拡散領域２を形成する。

そして太陽電池素子の受光面側である、半導体基板１の表面側の逆導電型拡散領域２を残して他の部分を除去した後、純水で洗浄する。この除去方法としては、例えば、半導体基板１の表面側にフッ酸に耐性を有するレジスト膜を塗布し、フッ酸と硝酸の混合液を用いてこのシリコン基板１の表面側以外の逆導電型拡散領域をエッチング除去した後、レジスト膜を除去すれば良い。

次に、半導体基板１の受光面側に反射防止膜３を形成する。この反射防止膜３は例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等から成り、例えば窒化シリコン膜はシラン（ＳｉＨ_４）とアンモニア（ＮＨ_３）との混合ガスをグロー放電分解でプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法等で形成される。この反射防止膜３は、半導体基板１との屈折率差等を考慮して、屈折率が１．８〜２．３程度になるように形成され、厚み５００〜１０００Å程度の厚みに形成される。このように窒化シリコン膜を、水素プラズマの存在下で成膜して形成した場合、パッシベーション効果も同時に有するので、反射防止の機能と併せて、太陽電池の電気特性を向上させる効果がある。

次に表面電極４と、裏面集電部６と裏面出力取出部７と細線部８から構成される裏面電極５を以下のようにして形成する。

裏面電極５を構成する裏面集電部６は、例えばアルミニウム粉末等からなる金属を主成分とし、有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部添加してペースト状にしたアルミニウムを主成分とする電極材料を用いる。具体的な形状としては、例えば、図１に示すように、後述する裏面出力取出部７を形成する部位を除いた開口部を設けて裏面のほぼ全面とする。塗布方法と
しては、スクリーン印刷法等の周知の方法を用いることができ、塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。

裏面電極５を構成する裏面出力取出部７と細線部８及び表面電極４は、アルミニウムより半田濡れ性の良い金属材料、例えば銀粉末等を主成分とし、有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にした銀を主成分とする電極材料を用いる。

なお、表面電極４については、図６に示すように、一般的な太陽電池素子として格子状に形成すれば良い。また、裏面出力取出部７と細線部８については、本発明に係る特徴的な構成を有しており、詳細については後述する。

これらの電極は、いずれも銀を主成分としているので、同時に形成することができる。なお、塗布方法としては、スクリーン印刷法等の周知の方法を用いることができ、塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。

上述のようにして塗布・乾燥した表面電極４、裏面電極５を、６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成する焼成工程を経ることによって、基板に対して電極を焼き付けて形成することができる。また、裏面集電部６を形成すると同時に、半導体基板１中にアルミニウムが拡散して、裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐ裏面電界領域９が形成される。なお、あらかじめ反射防止膜３の表面電極４に相当する部分をエッチングし、その箇所に銀を主成分とする電極材料（銀ペースト等）を塗布し焼成して逆導電型拡散領域２と導通を取るようにしても良いし、反射防止膜３の上に直接、銀を主成分とする電極材料（銀ペースト等）を塗布して焼成し、いわゆるファイアースルー法によって反射防止膜３を貫通させて逆導電型拡散領域２と導通を取るようにしても良い。

以上のようにして、太陽電池素子を作製することができる。

次に本発明に係る裏面出力取出部７と細線部８の構造について、図を参照しながら説明する。

本発明に係る裏面出力取出部７と細線部８の具体的な形状としては、例えば、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、裏面出力取出部７は、少なくとも一部が上述のアルミニウムを主成分とした裏面集電部６を塗布しなかった開口部内を通るように設けられる。なお、裏面出力取出部７の周縁部と裏面集電部６とを重ね合わせて形成しても良いが、後述するように、この重ね合わせる幅を０．５ｍｍ以下とすれば、相互の導通を良好に確保しつつ、裏面出力取出部７の剥離をより効果的に防ぐことができるから望ましい。

細線部８は、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の線幅を有する細線から構成され、少なくとも一部が裏面集電部６上に重ねられて形成されている。この細線部８は、裏面出力取出部７に直接接続される部分を含んでおり、本発明では、この直接接続される部分を第一細線８ａと定義する。なお、図１では、第一細線８ａが裏面出力取出部７と略直交する方向に複数本、略等間隔で設けられた例によって説明しているが、これに限るものではなく、後述するように様々な態様で存在し得る。

図２に本発明の効果を説明するため、本発明に係る裏面電極において、電流が流れる様子を模式的に表した断面模式図を示す。図２に示すように裏面集電部６によって集められた電流は、裏面出力取出部７（裏面集電部６と重ね合わされている場合）の周縁部や細線部８を構成する細線の周縁部から取り出されると考えられる。そのため、特に細線部を構成する細線の線幅を細くしても、細線部８を構成する金属と裏面集電部６を構成する金属との接触抵抗は大きくなることがないため、本発明の太陽電池素子は、このように裏面集電部６に重ねて設けた、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の線幅を有する細線から構成される細線部８によって、効率的に電流を集めることができるので、、裏面電極５全体の抵抗損失をさらに抑え、電気特性の低下を防ぐことができる。

さらに、従来の太陽電池素子では、裏面集電部６と裏面出力取出部７、細線部８に用いられる金属の熱収縮率の違いから、焼成過程における裏面出力取出部７、細線部８を構成する金属の収縮によって裏面集電部６に応力がかかっていた。しかし、本発明に係る太陽電池素子は、裏面集電部６上に上述のような細線部８を設けることによって、裏面出力取出部７、細線部８を構成する金属の収縮応力が分散される。ここで細線部の線幅を０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の範囲とすることで、裏面集電部６上でのパターン面積を小さくし、裏面集電部６との間にかかる応力を低減することができる。これにより、裏面集電部６からの細線部８の剥離を防止することができ、裏面出力取出部７の剥離を起こりにくくすることができる。

なお、細線部８を構成する細線の線幅が０．０５ｍｍより細い場合には、裏面集電部６から裏面出力取出部７までの抵抗損失が大きくなり、電気特性が低下することがあるため細線の本数を増やす必要があり、さらにこれらの細線部を印刷によって形成する場合に、にじみやムラ等の印刷性に問題を生じる可能性がある。また、０．５ｍｍ以上の場合には、細線部８を構成する金属ペーストの収縮によって裏面集電部６にかかる応力を低減することができず、細線部８が剥がれ裏面電極５における抵抗損失が大きくなり電気特性が低下したり、剥離部分を起点にクラックが発生したりすることがある。

以上が、本発明に係る裏面出力取出部７と細線部８の基本構成である。次に、これらの好ましい実施形態について述べる。

図１（ａ）に示されるように、裏面集電部６と裏面出力取出部７とを重ねて設ける場合は、その重なり部分の幅を０．５ｍｍ以下としたほうが好ましい。重なり部分の幅をこの範囲とすることで、相互の導通を良好に確保しつつ、裏面出力取出部７の剥離をより効果的に防ぐことができる。同時に、本発明に係る細線部８を設けることによって、裏面出力取出部７、細線部８を構成する金属の収縮応力を分散できるので、裏面出力取出部７の剥離防止効果を更に高めることができる。

また、図１（ｂ）に示されるように、裏面集電部６上には細線部８のみが形成されるようにしても良い。裏面集電部６の開口部内に裏面出力取出部７を設け、裏面出力取出部の一部が裏面集電部６と重ならないように形成されている。言い換えれば、裏面出力取出部７は、裏面集電部６の開口部６ａ内に、裏面集電部６と重ならないように設けられるともに、細線部８を介して、裏面集電部６と電気的に接続された構成となっている。このような構成にすることで、裏面出力取出部７の裏面集電部６からの剥離を効果的に減少させ、さらには裏面出力取出部７が半導体基板１のみと接するようになるため電極強度を向上させることができる。

また、図１（ａ）、図１（ｂ）に示されるように、第一細線８ａは、裏面出力取出部７と複数箇所において接続されるようにすると良い。このような構成にすることで、細線部８から裏面出力取出部７への抵抗損失を抑え、良好な電気特性を得ることができる。さらに、複数箇所において、裏面出力取出部７と細線部８とを構成する金属の収縮応力を分散させることができ、これらが裏面集電部６から剥離することを有効に抑止できる。なお、第一細線８ａは、裏面出力取出部７に対して、０．０５ｍｍから５ｍｍごとの間隔で接続するように設ければ、最適に応力を分散できることから望ましい。この範囲より小さいと、これらの細線部８を印刷によって形成する場合に、線間ににじみやムラ等が起こることがあり、この範囲よりも大きいと収縮応力を分散させる効果が少なくなるからである。

上述した、第一細線８ａが複数設けられて裏面出力取出部７と複数箇所で接続される構成とした場合における、さらに好ましい例について、図３を用いて説明する。図３（ａ）は本発明に係る細線部の実施形態の一例を模式的に示す図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ部の部分拡大図である。この図３に示されるように、裏面出力取出部７と複数箇所で接続された複数の第一細線８ａに対しては、互いに交点を有するように第二細線８ｂを具備することがより望ましい。細線部８を構成する金属の収縮応力が多方向に分散されるため、裏面集電部６にかかる応力をさらに低減することができ、裏面集電部６からの細線部８の剥離を防止することにより一層効果がある。なお、図３（ｂ）に示される、裏面出力取出部７と、第一細線８ａと第二細線８ｂとの交点との距離Ｄについては、０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下となるようにすることが望ましい。交点間の距離Ｄが短ければ短いほど細線部８を構成する金属の収縮応力が分散されるが、交点間の距離Ｄが０．０５ｍｍより短い場合には、これらの細線部を印刷によって形成する場合に、にじみやムラ等の印刷性に問題を生じる可能性がある。交点間の距離Ｄが０．５ｍｍよりも大きい時には、収縮応力を分散させる効果が少なくなる。

また、図３（ｂ）に示すように、裏面出力取出部７及び細線部８と、裏面集電部６との接触部（図３（ｂ）の斜線部）の周囲長をＡ（ｍｍ）、裏面集電部６（開口部６ａを含まず）の全面積をＢ（ｍｍ^２）としたとき、Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）が０.０１以上１．６以下となるようにする。Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）が０．０１より小さい場合には、裏面集電部６から裏面出力取出部７までの抵抗損失が大きくなり、電気特性が低下することがある。また、１．６より大きい場合には、金属の熱収縮率の違いによって、半導体基板１の反り量が大きくなり、焼付け後のカセット収納や次工程での製造プロセスにおいて、自動機のハンドリングミス等が生じ易く、太陽電池素子の割れや欠けを発生させ、製造歩留まりの低下を招く可能性がある。

この接触部の周囲長Ａを裏面集電部６の面積Ｂによって割った比率Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）の有する物理的な意味については、次のように推測する。

図２に示したように裏面集電部６によって集められた電流は、銀から構成された裏面出力取出部７及び細線部８の周縁部から効率的に取り出される。したがって、裏面出力取出部７及び細線部８と、裏面集電部６との接触部の周囲長Ａが長ければ、抵抗損失を抑えて効率的に集電することができる。

しかしながら、裏面集電部６上に形成された、裏面出力取出部７及び細線部８は、その周縁部が収縮し収縮応力が蓄積しやすいため、この周縁部領域が大きくなると半導体基板１の反りにつながり、無制限にこの周囲長Ａを長くすることは好ましくない。

そこで、発明者等は検討の結果、この周縁部領域が基板の反りや抵抗損失に影響する度合いを表す指数として、接触部の周囲長Ａを主成分であるアルミニウムが半導体基板１上に二次元的に広がって存在している度合いを示す裏面集電部６の面積Ｂによって割った比率Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）が適切であることを見出した。この比率Ａ／Ｂを上述した範囲とすることによって、半導体基板１の反りを抑えるのと同時に抵抗損失の影響を抑制し、良好な結果を得ることができる。

なお、上述した接触部の周囲長Ａを裏面集電部６の面積Ｂによって割った比率Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）を本発明に規定される範囲としたとき、裏面集電部６上の細線部面積Ｃ（ｍｍ^２）を裏面集電部面積をＢ（ｍｍ^２）で割った面積比Ｃ／Ｂは、０．０２３以上とすることが望ましい。この範囲にすることによって、裏面集電部６によって集められた電流を、抵抗損失を抑えて、細線部８から裏面出力取出部７により確実に取り出すことができる。そのため、裏面電極５全体の抵抗損失が抑えられ、電気特性の低下を防ぐことができる。しかしながら、面積比Ｃ／Ｂが０．０２３より小さい場合には、裏面集電部６から裏面出力取出部７までの抵抗損失が大きくなり、電気特性を低下させる可能性がある。なお、この面積比Ｃ／Ｂの上限値については、前記比率Ａ／Ｂの値と、細線部８を構成する細線の線幅（０．０５〜０．５ｍｍ）の二つの関係から定まる。

本発明に係るその他の実施形態について、本発明に係る細線部８の実施形態のその他の例を模式的に示す図４（ａ）〜図４（ｄ）を用いて説明する。

図４（ａ）では、裏面出力取出部７の内側に外方に対して開口部７ａが設けている。このように裏面出力取出部７に開口部７ａを設けた構成とすれば、この裏面出力取出部７をスクリーン印刷によって形成した場合、この開口部７ａに対応するスクリーンのマスク部が間隔保持部材として作用するので、基板とスクリーンとの間隔が一定に保持された状態でスクリーン印刷される。したがって、加圧された印刷スキージによって裏面出力取出部７を構成する電極材料が除去されることを防止できる。その結果、裏面出力取出部７の中央部に対して凹部が発生することを防ぎ、電極材料を厚く印刷できるから電極強度を向上させることができる。

また、第一細線８ａが複数設けられて裏面出力取出部７と複数箇所で接続される構成とする場合、図４（ｂ）に示されるようにメッシュ状に形成することによって、金属の収縮応力が分散するポイントがより多数となるため望ましい。

さらに、裏面出力取出部７に接続された第一細線８ａ同士が相互に交わるようにしても良く、例えば、図４（ｃ）に示されるような三角の形状とすることもできる。また、図４（ｄ）に示されるように第一細線８ａが曲線状に湾曲して、その両端が裏面出力取出部７に接続されるようにしても良い。又は、第一細線８ａと交点を有する複数の細線によって、蜂の巣状（不図示）となるようにしても構わない。

さらに、裏面出力取出部７及び／又は細線部８はアルミニウムを含むようにすることが望ましい。具体的には、裏面出力取出部７及び／又は細線部８を形成する際に、塗布される銀を主成分とする電極材料にアルミニウムを含有させれば良い。各部位を構成する裏面集電部６と裏面出力取出部７、細線部８に用いられる金属の熱収縮率の違いを緩和することができ、裏面集電部６からの細線部８の剥離を防止することができる。

なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ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内において種々変更を加え得ることはもちろんである。

例えば、上記に示した方法では表面電極４と裏面電極５（裏面集電部６と裏面出力取出部７、細線部８）を同時に焼成する、１回焼成によって電極を形成したが、複数の焼成工程によって電極を形成しても構わない。例えば２回焼成により、１回目の焼成工程で裏面電極５（裏面集電部６と裏面出力取出部７、細線部８）を形成し、２回目の焼成工程で表面電極４を形成しても良いし、１回目の焼成工程で裏面集電部６を形成し、２回目の焼成工程で裏面出力取出部７、細線部８と表面電極４を形成してもよく、それ以外の焼成の順番、組み合わせであっても構わない。また、電極材料を塗布した後の乾燥は、次の電極材料を塗布するときに印刷機の作業テーブルやスクリーンに前の電極材料が付着するといった問題がなければ省略しても構わない。

また、上述の説明では、裏面出力取出部７及び細線部８と、裏面集電部６との接触部の周囲長Ａを求める時に、図３（ｂ）に示した、裏面出力取出部７の周縁部が、裏面集電部６に対して重ね合わせられている例によって説明したが、これ以外に、例えば図１（ｂ）に示されているように、裏面集電部６上に銀を主成分とする電極として細線部８の一部のみが形成されている場合にも同様に接触部の周囲長Ａを求めることができる。ただし、この場合、裏面出力取出部７と裏面集電部６とが接触していないので、本発明に係る接触部は、細線部８の一部のみということになることに注意する必要がある。

次に、本発明に係る太陽電池モジュールについて説明する。図８は本発明の太陽電池モジュール１８の製造プロセスを示すための模式的な断面構造図である。図に示すように、ガラスなどからなる透明部材１２、透明のエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などからなる表側充填材１３、銅箔等からなるタブ１１によって隣接した太陽電池素子１０の表面電極と裏面電極とを交互に接続された複数の太陽電池素子１０、白色のＥＶＡなどからなる裏側充填材１４、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や金属箔をポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）で挟みこんだ裏面保護材１５を順次積層して、ラミネータの中で脱気、加熱して押圧することによって、ＥＶＡが硬化重合し、各部材が一体化されて太陽電池モジュールを形成することができる。その後必要に応じてアルミニウムなどのフレーム（不図示）を周囲にはめ込む。さらに直列接続された複数の素子の最初の素子と最後の素子の電極の一端は出力取出部である端子ボックス１７に、出力取出配線１６によって接続される。

この太陽電池モジュール１８を構成する太陽電池素子１０として、上述した本発明の太陽電池素子を含むようにすることによって、これらの太陽電池素子１０同士をタブ１１によって相互に接続した時に、素子の裏面出力取出部７が剥離しにくく、高い信頼性を有するものとなる。同時に抵抗損失が少なく安定した高い電気特性を有する本発明の太陽電池素子を含んでいるため、本発明の太陽電池モジュール１８は、高性能なものとなる。

なお、本発明の太陽電池モジュール１８は、最低一つが本発明の太陽電池素子１０を含んでいれば良い。全ての太陽電池素子が本発明に係る太陽電池素子であれば、最も良好に発明の効果を奏することができるので好ましい。

以上のようにして、本発明の太陽電池素子及びこれを用いた太陽電池モジュールを実現することができる。

図５に示されるように、厚さが２５０μｍで、外形が１５ｃｍ×１５ｃｍで、抵抗１．５Ω・ｃｍの多結晶シリコンのｐ型の半導体基板１表面のダメージ層をＮａＯＨでエッチングして洗浄した。次に、半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）の中で加熱することによって、半導体基板１の表面にリン原子を１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３の濃度となるように拡散させて、ｎ型の逆導電型拡散領域２を形成した。その上にプラズマＣＶＤ法によって反射防止膜３となる厚み８５０Åの窒化シリコン膜を形成した。

この半導体基板１の裏面側に裏面集電部６を形成するために、アルミニウム粉末と有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム１００重量部に対してそれぞれ２０重量部、３重量部を添加してペースト状にした電極材料をスクリーン印刷法によって、図１（ｂ）に示されるようにほぼ裏面全面に塗布して乾燥させた。

そして、裏面側に裏面出力取出部７、細線部８を、表面側に表面電極４を形成するために、銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量部に対してそれぞれ２０重量部、３重量部を添加してペースト状にした電極材料をスクリーン印刷法によって、図４（ｂ）、図６に示される形状に塗布して乾燥させた。

その後、焼成炉に８００℃で１５分間焼き付けて、同時に表面電極４と裏面電極５を形成した。このとき、第一細線８ａとして裏面出力取出部７に２ｍｍごとの間隔で設けた。

そして、細線部の細線の幅を０．０３ｍｍ〜０．６ｍｍとして、本発明の範囲内、範囲外の試料をそれぞれ作製した。

さらに、裏面集電部６と細線部８の接触部の周囲長をＡ（ｍｍ）とし、裏面集電部面積をＢ（ｍｍ^２）としたとき、Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）が０．００３〜１．８に変化させた試料についても作製した。

このようにして各条件を変更しながら、試料Ｎｏ．１〜２５を作製した。さらに、上述に示した方法と同様にして、細線部８を設けない従来例の試料（試料Ｎｏ．２６）についても作製した。得られた試料は、太陽電池素子の電気特性、細線部の剥離率、反り量を調査した。

なお、電気特性は太陽電池素子の受光面側に２５℃、ＡＭ１．５相当の光を当てて、電流−電圧測定したものである。また、細線部の剥離率はＪＩＳ Ｃ８９１７に基づき温度サイクル試験を行った太陽電池素子において、細線部８の裏面集電部６から剥離する割合であり、細線部８の裏面集電部６から剥離する割合とは、裏面出力取出部７と接する細線全本数に対する剥離した細線の本数によって示される。さらに、反り量は半導体基板１の厚さ方向における最底部と最上部との間の寸法である。

表１により、細線部を設けた試料Ｎｏ．１〜Ｎｏ．２５はいずれも、細線部を設けない従来例の試料Ｎｏ．２６に比べて、出力特性のＦＦ値、出力が高くなり、発明の効果が確認された。

細線部を設けた試料であっても、本発明の範囲外である、細線部の細線の線幅が０．６ｍｍである試料Ｎｏ．２１〜２５においては、細線部の剥離率が９３％以上と高い値であり、剥離率において不満足な結果となった。また、本発明の範囲外である、細線部の細線の線幅が０．０５ｍｍより小さい０．０３ｍｍである試料Ｎｏ．１〜５においては、出力特性のＦＦ値、出力が高いものでも０．６５６、２．９８１Ｗと低い値であり、出力特性において従来例よりは良好であるが、全体として不満足な結果となった。

これに対して、細線部の線幅が本発明の範囲内（０．０５〜０．５ｍｍ）である試料Ｎｏ．１〜２０においては、細線部の剥離率については高いものでも１６％であり、剥離率において良好な結果となった。また、出力特性のＦＦ値、出力については、低いものでも０．７０３、３．２１９Ｗであり、良好な結果となった。

次に、本発明の範囲内（細線部の細線の線幅が０．０５〜０．５ｍｍ）の試料Ｎｏ．６〜Ｎｏ．２０について、Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）の値の範囲について検証した結果を述べる。

Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）が０．００３である試料Ｎｏ．６、１１、１６においては、出力特性のＦＦ値、出力が高いものでも０．７２３、３．３３４Ｗと若干低い値であり、やや不満足な結果となった。また、Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１）が１．６よりも大きい１．８である試料１０、１５、２０においては、反り量が２．５ｍｍ以上とやや高い値であり、若干不満足な結果となった。

これに対して、Ａ／Ｂ（ｍｍ^−１ ）が０．０１〜１．６である試料Ｎｏ．７〜９、１２〜１４、１７〜１９において、細線部の剥離率、出力特性、反り量において良好な結果が得られた。

以上の結果から、本発明の効果を確認することができた。

（ａ）、（ｂ）は本発明に係る太陽電池素子の電極パターンを裏面側から見た下視図である。 本発明に係る太陽電池素子の裏面電極において、電流が流れる様子を模式的に表した断面模式図である。 （ａ）は本発明に係る太陽電池素子の裏面電極の裏面出力取出部、細線部を示す拡大図であり、（ｂ）は（ａ）のＸ部の部分拡大図である。 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は本発明に係る太陽電池素子の裏面電極の裏面出力取出部、細線部の実施形態の例を示す拡大図である。 一般的な太陽電池素子の断面の構造を示す図である。 一般的な太陽電池素子の電極パターンを表面側から見た上視図である。 従来の太陽電池素子の電極パターンを裏面側から見た下視図である。 本発明の太陽電池モジュールの製造プロセスを示すための模式的な断面構造図である。

符号の説明

１：半導体基板（シリコン基板）
２：逆導電型拡散領域
３：反射防止膜
４：表面電極
５：裏面電極
６：裏面集電部
６ａ：開口部
７：裏面出力取出部
７ａ：開口部
８：細線部
８ａ：第一細線
８ｂ：第二細線
９：裏面電界領域
１０：太陽電池素子
１１：タブ
１２：透明部材
１３：表側充填材
１４：裏側充填材
１５：裏面保護材
１６：出力取出配線
１７：端子ボックス
１８：太陽電池モジュール
Ａ：裏面集電部上と、裏面出力取出部及び細線部との接触部の周囲長（ｍｍ）
Ｂ：裏面集電部の面積（ｍｍ^２）
Ｃ：裏面集電部上の細線部面積（ｍｍ^２）
Ｄ：裏面出力取出部と、第一細線と第二細線の交点との間の距離（ｍｍ）

Claims (9)

1. 受光面と非受光面とを有する半導体基板と、
   前記受光面の側に設けられた表面電極と、
   前記非受光面の側に、所定の開口部を除いて略全面に設けられたアルミニウムを主成分とする裏面集電部と、
   少なくとも一部が前記開口部内に位置する銀を主成分とする裏面出力取出部と、
   少なくとも一部が前記裏面集電部上に重ねられて形成されるとともに、前記銀を主成分とし、０．０５ｍｍ以上０．５ｍｍ以下の線幅を有する細線部と、
   を備えた太陽電池素子であって、
   前記細線部は、前記裏面出力取出部に直接接続されている第一細線を含み、
   前記裏面出力取出部及び前記細線部と、前記裏面集電部との接触部の周囲長をＡ（ｍｍ）、前記裏面集電部の面積をＢ（ｍｍ ^２ ）としたとき、Ａ／Ｂ（ｍｍ ^−１ ）が０.０１以上１．６以下となるようにした太陽電池素子。
2. 前記裏面出力取出部は、前記裏面集電部と０．５ｍｍ以下の幅で重ね合わされて成る請求項１に記載の太陽電池素子。
3. 前記裏面出力取出部は、前記裏面集電部の前記開口部内に、前記裏面集電部と重ならないように設けられるともに、前記細線部を介して、前記裏面集電部と電気的に接続されるようにした請求項１に記載の太陽電池素子。
4. 前記第一細線は、複数箇所において前記裏面出力取出部と接続される請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池素子。
5. 前記細線部は、前記裏面出力取出部の複数箇所に接続された複数の前記第一細線と交点を有し、裏面から見て前記裏面出力取出部の長手方向に平行な第二細線を含む請求項４に記載の太陽電池素子。
6. 前記裏面出力取出部と、前記第一細線と前記第二細線との交点との距離が０．０５ｍｍ以上５ｍｍ以下となるようにした請求項５に記載の太陽電池素子。
7. 前記裏面出力取出部は、その内側に外方に対して開口部が設けられた請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載の太陽電池素子。
8. 前記裏面出力取出部及び／又は前記細線部は、前記アルミニウムを含む請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載の太陽電池素子。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の太陽電池素子を含む太陽電池モジュール。

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