JP5121365B2 - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものである。

従来の太陽電池素子を図１０（ａ）〜（ｃ）に示す。図１０（ａ）は、従来の太陽電池素子の背面図（裏面構造）、図１０（ｂ）は正面図（受光面側）、図１０（ｃ）は図１０（ａ）の矢印Ｘ方向における断面図である。

従来の太陽電池素子は、貫通孔１０３を有する一導電型の半導体基板１０１を備える。半導体基板１０１は、受光面と、貫通孔１０３内と、非受光面とに逆導電型の層１０２（第一逆導電型層１０２ａ、第二逆導電型層１０２ｂ、第三逆導電型層１０２ｃ）を有する。また、半導体基板１０１の受光面側、貫通孔１０３内、非受光面側は、第１の電極１０４を備え、半導体基板１０１の裏面側の第三逆導電型層１０２ｃが形成されていない領域は、第１の電極１０４と異なる極性を有する第２の電極１０５を備える。第１の電極１０４は、受光面側に形成された電極１０４ａと、貫通孔内に形成された貫通孔電極１０４ｂと、貫通孔電極１０４ｂと接続されており、非受光面面側に形成されたフィンガー電極１０４ｄと、非受光面側にフィンガー電極１０４ｄと接続された第一バスバー電極１０４ｃとからなる。

太陽電池モジュールは、図１１に示されるように、例えば、一方の太陽電池素子の第一バスバー電極１０４ｄと他方の第２の電極１０５のバスバー電極に、配線材１１１が接続されてなる。
特開昭６３−２１１７７３号公報 特表２００２−５００８２５号公報

しかしながら、上述した従来の太陽電池素子において得られたキャリアは、受光面側電極１０４ａ、貫通孔内電極１０４ｂ、フィンガー電極１０４ｄ、及び第一バスバー電極１０４ｃを通って、配線材１１１へ移動する。このため、太陽電池モジュールは太陽電池素子の内部抵抗によって光起電力の損失が生じやすかった。

また、太陽電池モジュールは一般的に野外に設置されるため、日々の温度サイクルによって太陽電池素子および配線材において熱による収縮、膨張が繰り返されるが、熱膨張係数の違いにより熱応力差がストレスとなって配線材が太陽電池素子から外れる可能性があり、特に太陽電池素子の端部のみに配線材が設けられることから、必要な出力を取り出すことができなくなる長期信頼性の問題もあった。

本発明は、上記問題点に基づいてなされたものであり、簡易な構成で且つ高効率な太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供することを目的とする。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽光を受光する第１の面と、前記第１の面の裏側に設けられた第２の面とを含み、前記第２の面に形成された第１の電極と、前記第１の電極と異なる極性を有し前記第２の面に形成された第２の電極と、を備えた第１の太陽電池素子と、太陽光を受光する第３の面と、前記第３の面の裏側に設けられた第４の面とを含み、前記第４の面に形成された第３の電極と、前記第３の電極と異なる極性を有し前記第４の面に形成された第４の電極と、を有する第２の太陽電池素子と、前記第１の太陽電池素子の前記第１の電極または前記第２の太陽電池素子の前記第４の電極から離れて設けられた複数の凸部を有しており、前記第１の太陽電池素子の前記第１の電極と前記第２の太陽電池素子の前記第４の電極とに固定された第1の配線材と、を備える太陽電池モジュールであって、前記第１の太陽電池素子と前記第２の太陽電池素子とが平面視で矩形状であり、前記第1の配線材は、前記第１の太陽電池素子または前記第２の太陽電池素子の１辺の長さよりも長く、前記第1の配線材の前記凸部の表面が窪んでいる。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子の第２の面に固定されており、凸部を有する配線材を備えることにより、内部抵抗の増大を抑えて長期信頼性を確保するとともに発電効率を向上させた太陽電池モジュールを得ることができる。

本発明の太陽電池モジュールの実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

＜太陽電池素子＞
図１は、本発明の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子の構成を示す断面図である。

太陽電池素子は、太陽光を受光する受光面１ａ（第１の面）と、その裏側に位置する非受光面１ｂ（第２の面）とを含み、受光面１ａと非受光面１ｂとを貫通する複数の貫通孔３を有する半導体基板１を備える。半導体基板１は一導電型を有する。このような半導体基板１の第１の面１ａおよび第２の面１ｂは、第一逆導電型層２ａ（逆導電型層２）、第三逆導電型層２ｃ（逆導電型層２）とを有する。また、半導体基板１の貫通孔３の内壁には、第二逆導電型層２ｂ（逆導電型層２）が設けられている。

一導電型を示す半導体基板１として、Ｐ型のシリコン基板を使用する場合、このような第二逆導電型層２ｂ（Ｎ型）は、例えばリンが貫通孔３の内壁に拡散され形成される。また、同様にリンなどを拡散させることによって、半導体基板１の第１、第２の面に、Ｎ型の第一逆導電型層２ａ、第三逆導電型層２ｃ（逆導電型層２）を形成することができる。

第１の電極４における第１バスバー電極（非受光面側電極）４ｃは、図１に示すように受光面側電極４ａと貫通孔３内の貫通孔電極４ｂを介して導通してなるものであり、半導体基板１の第２の面１ｂに貫通孔３の開口部の少なくとも一部を塞ぐように形成してなるものである。また、第１バスバー電極４ｃは、例えば、銀などを主成分とした電極材料を焼成することによって形成することができる。

第１の面１ａに形成された受光面側電極４ａは、第１の面上の貫通孔３の開口部を中心として廻り込むように形成され、例えば、図２（ａ）に示すように、第１の面上に線状の集電電極を有することによって、発生したキャリアを第１の面側でも効率よく集電することができる。また、図２（ｂ）に示すように、受光面側電極４ａは複数の線状の集電電極により構成されているとともに、この線状の集電電極は、貫通孔電極４ｂの少なくとも１つと接続されていればよく、一つの貫通孔電極４ｂに、例えば複数の線状の集電電極が接続されても構わない。

第２の電極５は、第１の電極４とは極性の異なるものであり、例えば第１の電極４がｎ型領域に設けられた電極であるならば、第２の電極５はｐ型領域に設けられる電極であり、半導体基板１の第２の面１ｂに形成してなるものである。また、第２の電極５は、アルミニウムや銀を主成分とする電極材料を焼成して集電電極５ｂを形成し、該集電電極５ｂと電気的に接続され銀などを主成分とする電極材料を焼成して第２バスバー電極５ａを形成する。第２バスバー電極５ａを設けることによって、後述する配線材の位置決めをしやすくできる。また、集電電極５ｂを第２の電極が形成された領域以外の略全面に設けることにより、第２の電極５で集電されるキャリアの移動距離が短くなり、第２の電極５で集電できるキャリアの量を増加させることができるため、太陽電池素子の出力特性を向上させることができる。

なお、ここでいうバスバー電極は配線材が接続される電極を意味するものとする。

図１において、第２の電極５の集電電極５ｂは、後述する高濃度ドープ層６上に形成されている。これにより、半導体基板１中で生成されたキャリアが効率よく集電される。また、集電電極５ｂは、半導体基板１内で吸収されなかった光を再び半導体基板１内へ反射させて、光電流を増加させる役割をも有し得る。集電電極５ｂの電極材料として、特に、アルミニウムが用いられた場合、電極材料を焼成して集電電極５ｂを形成する際に、高濃度ドープ層６を同時に形成することができる。

高濃度ドープ層６は、半導体基板１の第２の面１ｂの貫通孔３近傍以外の略全面に、ボロンやアルミニウムを高濃度に拡散してなるものであり、半導体基板１の第１の面１ａと前述した第２の電極５との間に位置するように形成される。ここで、高濃度とは、半導体基板１における一導電型不純物の濃度よりも不純物濃度が大きいことを意味する。この高濃度ドープ層６は、半導体基板１の第２の面１ｂの全領域の７０％以上９０％以下に形成される。７０％以上とすることで、太陽電池素子の出力特性を効果的に向上させるＢＳＦ効果を有し、９０％以下とすることで、第１バスバー電極４ｃの面積を確保して抵抗損失を低減することが可能となる。特に、本発明に係る太陽電池素子によれば、第１バスバー電極４ｃの幅を必要以上に広げなくてもよいため、高濃度ドープ層６の上記形成領域範囲を充分に確保することが可能である。

また、第２の面１ｂに水素を含有するアモルファスシリコン膜や窒化シリコン膜等からなるパッシベーション膜を形成してもよく、パッシベーション膜の一部を開口することで、第１バスバー電極４ｃは貫通孔電極４ｂと接続し、第２の電極５は半導体基板１と接続することができる。

次に第２の面側に形成された電極の形状の一例について図３（ａ）を用いて説明する。また、図３（ｂ）は第１の面側に形成された電極の形状の一例である。

図３（ａ）に示すように、第１バスバー電極４ｃおよび第２バスバー電極５ａが半導体基板１の非受光面側に設置され、第１バスバー電極４ｃと第２バスバー電極５ａが直線上に並ぶように点状に形成されるとともに、第１バスバー電極４ｃと第２バスバー電極５ａとが交互に形成される電極形状である。そして、第２の面側から平面視したとき、第１バスバー電極４ｃおよび第２バスバー電極５ａの１つの点状電極はその電極上に２本の配線材１１が位置することが可能となる幅を有している。上記電極形状であれば、第１バスバー電極４ｃの点状電極間に第２バスバー電極５ａを設けるため、集電電極５ｂより集められた光起電力を効率よく第２バスバー電極５ａに伝えることができる。

＜太陽電池モジュール＞
図４（ａ）、（ｂ）に示されるように本発明の太陽電池モジュールは、太陽光を受光する第１の面（第３の面）と、第１の面の裏側に設けられた第２の面（第4の面）とを含み、第２の面に形成された第１の電極（第3の電極）と、第２の面に形成されており、第１の電極と極性が異なる第２の電極（第4の電極）とを有する複数の太陽電池素子（第１の太陽電池素子Ａ、第２の太陽電池素子Ｂ）を有する。これら複数の太陽電池素子間は、第２の面側において凹凸形状の配線材により接続されている。すなわち、配線材１１は、部分的に屈曲しており、第１の太陽電池素子Aの第１の電極と第２の太陽電池素子Bの第４の電極とに接続された複数の凹部と、第１の太陽電池素子Aの第１の電極または第２の太陽電池素子Bの第４の電極から離れて設けられた複数の凸部とを有する。このような構成により、内部抵抗の増大を抑えて長期信頼性を確保するとともに発電効率を向上させた太陽電池モジュールとすることができる。

図４において第１の太陽電池素子Ａと第２の太陽電池素子Ｂとは矩形状を有しており、隣り合う位置に配置されている。複数の太陽電池素子間を接続する配線材は、複数の太陽電池素子が隣り合う方向(配線材と太陽電池素子の接続方向)における太陽電池素子Ａ，Ｂの１辺の長さよりも長い。また、配線材１１は、その凹部が接続部１１ｃと対応し、その凸部が非接続部１１ｄと対応する。

また、図４において、太陽電池素子は、非受光面側に第１バスバー電極４ｃ（第１の電極、第３の電極）と極性の異なる第２バスバー電極５ａ（第２の電極、第４の電極）を有する。

配線材１１が太陽電池素子の端部のみでなく、特に、太陽電池素子の中央部から端部の長さよりも長い部分で接続し、さらに、凹凸形状を有することで日々の温度サイクルによって配線材１１が電極から外れにくい。配線材１１の非接続部（凸部）１１ｄでは撓ませた状態となるため、配線材１１が熱膨張・熱収縮の影響を凸部で吸収することができると考えられる。従来のように配線材１１が受光面１ａおよび非受光面１ｂにある場合には、両面の配線材１１が同様の伸び縮みを行うことから、熱膨張・熱収縮の影響が相殺されるが、片面のみに配線材１１が接続される場合には、熱膨張・熱収縮の影響が相殺されないことからその影響は大きくなる。

そして、本実施の形態においてはバスバー電極（第１バスバー電極、第２バスバー電極）を太陽電池素子の一端部側から反対側の他端部側にかけて設ける構造になっており、バスバー電極が太陽電池素子内を集電する際の抵抗ロスを抑えるとともに、例えば、一の太陽電池素子の第１バスバー電極４ｃから他の太陽電池素子の第２バスバー電極にかけて配線材１１を配置することによって、バスバー電極の厚みに加え、配線材１１の厚みも含まれるため、断面積が従来よりも増加し、電流がバスバー電極及び配線材１１に流れる際に、内部抵抗の増大を低減することができる。

また、貫通孔電極４ｂを通して受光面側で集電した電流を非受光面側の電極に伝える構造においては、太陽電池素子が貫通孔３の開口部の少なくとも一部を塞ぐように形成された第１バスバー電極４ｃと、配線材１１とが、開口部上で電気的に接続する、つまり、一の太陽電池素子の貫通孔３上に形成された第１バスバー電極４ｃから他の太陽電池素子の第２バスバー電極にかけて配線材１１を配置することによって、貫通孔３の開口部上では第１バスバー電極４ｃの厚みに加え、配線材１１の厚みも含まれるため、断面積が従来よりも増加し、電流が第１バスバー電極４ｃ及び配線材１１に流れる際に、内部抵抗の増大を低減することができる。このため、配線材１１に非接続部１１ｄとなる凸部を設けることで直列抵抗が大きくなり特性が若干低下する可能性があるが、本発明の実施形態にすることで、内部抵抗の増大を抑えて長期信頼性を確保することができる。

配線材１１としては、通常、厚さ０．１ｍｍ以上０．６ｍｍ以下、幅１．３ｍｍ以上２ｍｍ以下の直線形状の銅箔が用いられ、その全面を半田材料によって被覆したものを所定の長さに切断して、凹凸形状に加工したものが好適に用いることができる。太陽電池素子の電極上に半田付けして使用され、太陽電池素子同士を電気的に接続する接続部材とすることができる。特に、配線材１１の厚みを大きくする、例えば、０．４ｍｍ以上０．６ｍｍ以下とすることで、直列抵抗を減らすことができ、太陽電池モジュールとしての発電効率を高めることができる。そして、配線材１１の厚みを大きくすることで日々の温度サイクルの影響は大きくなるが、本発明の構造とすることによって効果的に抑制することができる。

また、配線材１１の長さは一の太陽電池素子の第１バスバー電極４ｃの端から、太陽電池素子間の間隔と、他の太陽電池素子の第２バスバー電極５ａの端までであり、１５０角の太陽電池素子であれば、配線材１１の長さは２５０ｍｍ以上３６０ｍｍ以下である。接続部１１ｃと非接続部１１ｄの長さは６ｍｍ以上２４ｍｍ以下であればよく、接続部１１ｃと非接続部１１ｄの長さは同じでも、異なっても構わない。また、接続部１１ｃと非接続部１１ｄとの高さの違いは、０．２ｍｍ以上１．０ｍｍ以下であればよい。

また、図５（ａ）に示されるように配線材１１の凸部からなる非接続部１１ｄは凸部分の角が略９０度であってもよいし、図５（ｂ）に示されるように９０度以上、例えば１２０度であっても構わない。また、図５（ｃ）に示されるようにＲ形状に形成されてもよく、図５（ｄ）に示されるように接続部１１ｃと非接続部１１ｄの接続部分もＲ形状に形成されてもよい。図５（ａ）〜図５（ｄ）において、非接続部１１ｄは平坦な部分を有している。また、図５（ｅ）において非接続部１１ｄ（凸部）の表面は窪んでいる。すなわち、図５（ｅ）に示す配線材１１は、非接続部１１ｄ内にＶ字又はＵ字の凹部１１ｅを有する。このような構成により、日々の温度サイクルにおける熱膨張・熱収縮の影響を非接触部の凹部１１ｅでさらに緩和することができる。このとき、非接触部の凹部１１ｅの高さは、配線材１１の接続部１１ｃの凹部よりも小さくすることによって、上記効果をより得ることができる。

図４（ａ）に示されるように、配線材１１は、第１バスバー電極４ｃに接続される第１の配線材１１ａと、該第１の配線材１１ａと平行に配され第２バスバー電極５ａに接続される第２の配線材１１ｂとを含む。これにより、複数の太陽電池素子どうしを直線状の配線材１１で電気的に接続することができるため、太陽電池素子と配線材１１との接続工程が複雑化しにくい太陽電池モジュールとすることができる。

なお、本文中において平行とは、数学的な定義のように厳密に解すべきものではないことは言うまでもない。

また、図４（ｂ）、（ｃ）に示されるように配線材１１が第１の電極４（第一バスバー電極４ｃ）と第２の電極５（第２のバスバー電極５ａ）の上に設けられる場合、例えば、接続部１１ｃを第１の電極４に設け、非接続部１１ｄを第２の電極５上に設けることで、リークの問題を抑制することができ、また、配線材１１の接続部１１ｃと電極との位置合わせを目視で容易に行うことができる。このとき、点状電極の長さを接続部１１ｃの長さよりも大きくすることで、リークの問題をより抑制することができる。さらには、非接続部１１ｄに絶縁層を設ける、例えば、耐熱性の高いＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)に代表されるようなフッ素樹脂やポリイミド樹脂等の絶縁テープを配線材１１に貼り付けたり、配線材１１との接続を避けたい部分に半田レジストや、ガラスペーストなどをスクリーン印刷により塗布・焼成して形成する方法がある。このとき、接続部１１ｃの一部に絶縁層を設けても構わない。

また、図４（ｃ）に示されるように一の太陽電池素子において、第１の配線材１１ａと第２の配線材１１ｂとは、第１の配線材１１ａの接続部１１ｃが、第２の配線材１１ｂと隣り合うように配置されており、太陽電池素子の第２の面の電極は、接続部１１ｃが隣り合わないような形状を有する。このように、隣接する配線材１１の接続部１１ｃが隣り合わないようにすることで、日々の温度サイクルにおける熱ストレスを一箇所に集中させずに、分散させることができる。

図６（ａ）、（ｂ）に示すように、太陽電池モジュールは、透光性部材１２の上に、透明の表側充填材１４と、配線材１１によって接続された複数の太陽電池素子１０と、透明または着色された裏側充填材１５と、裏面保護材１３と、を順次積層して、ラミネータ装置の中で脱気・加熱して押圧することによって一体化させる。透光性部材１２は、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる透明な基板が用いられる。ガラス板については、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが使用され、集光性を高める為、表または裏面にエンボス加工を行ったものもある。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。表側充填材１４と裏側充填材１５は上述のようにエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）のほかポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とするものが多く用いられる。裏面保護材１３は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂やＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）のシートなどが用いられる。

図４に示されるように本発明の太陽電池モジュールにおいては、配線材１１は太陽電池素子１０の非受光面側に設けられた電極と接続して設ければよく、配線材１１を折り曲げて受光面側にもってくる必要もなく、配線材１１の電極からの剥離を抑制することができる。また、直線形状の配線材１１を用いて接続することができるため、受光面側から太陽電池モジュールを見た際に、光沢を有する配線材１１の占める領域が少ないことから美観を損ないにくく、また、白色等の反射率の高い裏面保護材１３を用いれば、太陽電池素子の間に照射した光が、裏面保護材１３で乱反射して太陽電池素子に照射されることにより受光量を増大することができる。また、太陽電池素子とほぼ同色の裏面保護材１３を用い、受光面側から見える配線材１１等の上に太陽電池素子とほぼ同色の部材を設けることで、全体が暗色となり、さらに美観を向上させることができる。

そして、上述した太陽電池モジュール２０の外周には、アルミニウムなどの枠１８をはめ込むことができる。さらに、直列接続された複数の太陽電池素子１０のうち、端部に位置する太陽電池素子の一端は、出力取出配線１６によって出力取出部である端子ボックス１７に接続される。

なお、本発明の太陽電池モジュールに使用される太陽電池素子の非受光面側の電極形状は図３に示される電極形状以外でもよく、例えば、図７や図８に示される電極形状の太陽電池素子でもよく、図７や図８に示される太陽電池素子においては、隣接する太陽電池素子を１８０度回転させることにより、直線形状の配線材１１を接続することが可能となる。

また、太陽電池モジュールは透光性部材がガラス１２で、裏面保護材１３が樹脂からなる場合、非受光面側からの透湿の影響が大きいが、貫通孔３を有する太陽電池素子１０の場合、太陽電池素子を貫通孔３の開口部の少なくとも一部を塞ぐように配線材１１の接続部１１ｃが設けられる。太陽電池素子の非受光面側から受光面側への透湿を抑止し、受光面側電極４ａの劣化を抑えることができ、太陽電池モジュールとしての信頼性向上に寄与することができる。また、貫通孔３すべてを配線材１１の接続部１１ｃで塞ぐように接続することでさらに上記効果が得られるため、第１バスバー電極４ｃを点状に設け、その位置に貫通孔３と接続部１１ｃが設けられるように設計すればよい。

≪太陽電池モジュールの製造方法≫
次に、太陽電池モジュールの製造方法について説明する。

＜半導体基板の準備工程＞
まず、一導電型を示す半導体基板１として、１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３〜１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度ドープされたＰ型のシリコン基板を準備する。

シリコン基板１は、シリコンインゴットから切り出された単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板からなる１５ｃｍｍ〜２０ｃｍ角のシリコン基板を用いればよく、シリコン基板１の厚みは、３００μｍ以下にすることが好ましく、より好ましくは２００μｍ以下、さらに好ましくは１５０μｍ以下にすればよい。

なお、シリコン基板１の切り出し（スライス）に伴う基板表層部の機械的ダメージ層や汚染層を除去するために、この基板の受光面側及び非受光面側の表層部をＮａＯＨやＫＯＨ、あるいはフッ酸と硝酸の混合液などでそれぞれ１０〜２０μｍ程度エッチングし、その後、純水などで洗浄する。

＜貫通孔の形成工程＞
次に、半導体基板１の第１の面１ａと第２の面１ｂとの間に貫通孔３を形成する。

貫通孔３は、機械的ドリル、ウォータージェット或いはレーザー装置等を用いて、半導体基板１の第２の面側（非受光面側）から第１の面側（受光面側）に向けて形成される。貫通孔３は一定のピッチで複数形成され、貫通孔３の直径は５０μｍ以上３００μｍ以下であればよく、受光面側と非受光面側の開口部の直径が異なってもよい。

＜凹凸構造の形成工程＞
次に、半導体基板１の受光面側に、光反射率の低減を効果的に行うための微細な突起（凸部）をもつ凹凸構造１ｃを形成する。

凹凸構造１ｃの形成方法としては、ＮａＯＨやＫＯＨなどによるアルカリ液によるウェットエッチング法や、Ｓｉをエッチングする性質を有するエッチングガスを用いるドライエッチング法を用いることができる。なお、後者は基本的に処理した面（受光面側）にだけ高さが２μｍ以下、好ましくは１μｍ以下の微細な凹凸構造１ｃが形成することができる。

＜逆導電型層の形成工程＞
次に、半導体基板１の第１の面１ａ（受光面）に第一逆導電型層２ａを形成し、貫通孔３の内壁に逆導電型を成す第二逆導電型層２ｂを形成し、第２の面１ｂ（非受光面）に第一逆導電型層２ｃする。

逆導電型を形成するためのＮ型化ドーピング元素としてはＰ（リン）を用い、シート抵抗が６０〜３００Ω／□程度のＮ^＋型とする。これによって上述のＰ型バルク領域との間にＰＮ接合部が形成される。

逆導電型層２（第一逆導電型層２ａ、第二逆導電型層２ｂ、第三逆導電型層２ｃ）は、ペースト状態にしたＰ_２Ｏ_５を半導体基板表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたＰＯＣｌ_３（オキシ塩化リン）を拡散源とした気相熱拡散法、及び、Ｐ^＋イオンを直接拡散させるイオン打ち込み法などによって形成されるが、気相拡散法を用いれば半導体基板１の両面および貫通孔３内壁に、同時に逆導電型層２を形成することができる。この第一逆導電型層２ａは、半導体基板１表面から０．２μｍ〜０．５μｍ程度の深さに形成される。

なお、逆導電型層２の形成方法は上記方法に限定されるものではなく、例えば薄膜技術及び条件を用いて、水素化アモルファスシリコン膜や、微結晶シリコン膜を含む結晶質シリコン膜などを形成してもよい。ここで水素化アモルファスシリコン膜を用いて逆導電型層２を形成する場合は、その厚さは５０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下とし、結晶質シリコン膜を用いて形成する場合はその厚さは５００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下とする。さらに、半導体基板１と逆導電型層２との間に、ｉ型シリコン領域を厚さ２０ｎｍ以下で形成してもよい。

＜反射防止膜の形成工程＞
次に、第一逆導電型層２ａの上に、反射防止膜７を形成することが好ましい。

反射防止膜７の材料としては、ＳｉＮｘ膜（Ｓｉ₃Ｎ₄ストイキオメトリを中心にして組成比（ｘ）には幅がある）、ＴｉＯ_２膜、ＳｉＯ_２膜、ＭｇＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ_２膜やＺｎＯ膜などを用いることができる。その屈折率及び厚みは、材料によって適宜選択されて適当な入射光に対して無反射条件を実現できるようにすればよく、例えば半導体基板１がシリコン基板である場合、屈折率は１．８〜２．３程度、厚み５００〜１２００Å程度にすればよい。

反射防止膜７の形成方法としては、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法やスパッタ法などを用いることができる。

＜第２の面への高濃度ドープ層の形成工程＞
次に、半導体基板１の第２の面１ｂ（非受光面）には、一導電型半導体不純物が高濃度に拡散された高濃度ドープ層６を形成することが好ましい。

この高濃度ドープ層６とは、半導体基板１よりも一導電型不純物の割合が多い層を意味し、半導体基板１の非受光面近くでのキャリア再結合による効率低下を防ぐために内部電界を形成するものである。

不純物元素としてはＢ（ボロン）やＡｌ（アルミニウム）を用いることができ、不純物元素濃度を１×１０^１８〜５×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度の高濃度として、Ｐ^＋型とすることによって後述する集電電極５ｂとの間にオーミックコンタクトを得ることができる。

高濃度ドープ層６は、ＢＢｒ_３（三臭化ボロン）を拡散源とした熱拡散法を用いて温度８００〜１１００℃程度で形成することができる。

また、不純物元素としてアルミニウムを用いる場合は、アルミニウム粉末と有機ビヒクル等からなるアルミニウムペーストを印刷法で塗布した後、温度７００〜８５０℃程度で熱処理（焼成）してアルミニウムを半導体基板１に向けて拡散したりする方法を用いることができる。この場合、アルミニウムペースト印刷面だけに所望の拡散領域を形成することができ、且つ、焼成されたアルミニウムは、除去せずにそのまま集電電極５ｂとして利用することもできる。

また、上記方法に限定されず、例えば薄膜技術を用いて水素化アモルファスシリコン膜や微結晶Ｓｉ相を含む結晶質シリコン膜などを形成しても良い。特にｐｎ接合部を、薄膜技術を用いて形成した場合は、高濃度ドープ層６の形成も薄膜技術を用いて行う。このとき膜厚は１０〜２００ｎｍ程度とする。このとき、半導体基板１と高濃度ドープ層６との間にｉ型シリコン領域を厚さ２０ｎｍ以下で形成すると特性向上に有効である。

＜電極の形成方法＞
次に、半導体基板１に、受光面側電極４ａと貫通孔電極４ｂを形成する。

これらの電極は、半導体基板１の第１の面１ａ（受光面）に塗布法を用いて導電性ペーストを塗布すればよく、例えば銀等からなる導電性ペーストを、最高温度５００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより形成される。なお、塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させたほうが好ましい。また、受光面側電極４ａと貫通孔電極４ｂとを別々に塗布・焼成して形成しても構わない。

なお、後述のように第１バスバー電極４ｃを形成する際、導電性ペーストを貫通孔３に充填して貫通孔電極４ｂを形成することができるため、受光面側電極４ａを形成する際に貫通孔３内に十分な導電性ペーストが充填できなくても構わない。

次に、半導体基板１の第２の面１ｂ上に、集電電極５ｂを形成する。

上述の塗布法を用いて、半導体基板１の非受光面に導電性ペーストを塗布すればよく、例えばアルミニウム等からなる導電性ペーストを、例えば、図３（ａ）等の本発明の非受光面電極となるような所定の電極形状に塗布し、最高温度５００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより集電電極５ｂを形成する。

次に、半導体基板１の第２の面１ｂに、第１バスバー電極４ｃ（第１の電極）と第２バスバー電極５ａ（第２の電極）とを形成する。

上述の塗布法を用いて、半導体基板１の非受光面に導電性ペーストを塗布すれば良く、例えば銀等からなる導電性ペーストを、例えば、図３（ａ）等の本発明の非受光面電極となるような所定の電極形状に塗布し、最高温度５００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより第１バスバー電極４ｃと第２バスバー電極５ａとを形成する。

なお、第１バスバー電極４ｃとバスバー電極５ａとを別々に形成したり、別の導電性ペーストを用いて形成しても構わない。

以上のようにして、本発明に係る太陽電池素子が完成する。

なお、必要に応じて、半田ディップ処理によって第１バスバー電極４ｃ，第２の電極５に半田領域を形成してもよい。

また、非受光面側にパッシベーション層を形成しても構わない。

具体的には、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２膜）、チタン酸化膜（ＴｉＯ_２）やシリコン窒化膜（ＳｉＮｘ）などを、スパッタ法、蒸着法或いはＣＶＤ法などを用いて、厚さ１０ｎｍ〜５０μｍ程度で形成する。また、酸素雰囲気または大気雰囲気の熱酸化炉内で半導体基板１に熱処理を施したり、酸化膜材料をスピンコート法、スプレー法やスクリーン印刷法等の塗布法を用いて塗布・焼成することによって、酸化膜（絶縁材料層）を形成しても構わない。

次に、上述したような太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールを形成する製造工程について説明する。

＜配線材接続工程＞
隣接する太陽電池素子１０の第１バスバー電極４ｃと第２バスバー電極５ａとを交互に配線材１１によって接続する。配線材１１の形成方法としては、所望の組成を有する半田の浴に直線上の銅箔を一定速度で浸漬させ取り出すことにより銅箔の全面に半田が被覆され、その後、半田被覆された銅箔を凹凸形状を有する対となった工具の間にはさみ、工具に強い力を加えることで塑性加工するプレス加工によって、図５に示されるような配線材１１に接続部１１ｃと非接続部１１ｄとからなる凹凸形状が形成される。また、配線材１１の一部に絶縁テープを貼りつけて絶縁層を形成してもよく、絶縁層の形成は凹凸形状形成の前後どちらであっても構わない。

配線材１１の接続方法としては、例えば、第１の配線材１１の接続部１１ｃを、第１の太陽電池素子の第１バスバー電極４ｃと隣接する第２の太陽電池素子の第２バスバー電極５ａにバスバー電極の本数分、例えば３本設置し、第２の配線材１１の接続部１１ｃを、一の太陽電池素子の第２バスバー電極５ａと隣接する第３の太陽電池素子の第１バスバー電極４ｃにバスバー電極の本数分、例えば３本設置する。つまり１つの太陽電池素子上には計６本の配線材１１が設置される。次に、配線材１１の接続部１１ｃを半田の融点、例えば２３０℃程度に加熱することによって半田が溶け、再度冷えて固まることにより配線材１１とバスバー電極とが溶着される。溶着方法としては、例えば、押しつけピンを接続部１１ｃに押し付け、４００℃から５００℃程度の熱風を１、２秒程度、接続部１１ｃに吹き付けるホットエアー方式によって接続が可能である。そして、上記方法により、５〜１０枚程度の複数の太陽電池素子１１を一列に並べて接続した太陽電池ストリングスを形成した後、必要に応じて複数の太陽電池ストリングス同士を配線材によって接続する。なお、このときの配線材は凹凸形状を有していなくても構わない。

非受光面側のみに配線材１１を設ける場合においては、両面に配線材１１を設ける場合と異なり、半導体基板１と配線材１１の熱膨張係数の違いから、接続工程において太陽電池素子が大きく反ってしまう問題がある。受光面側に設けていた配線材１１も非受光面側に設けるため、非受光面側に設置される配線材１１の本数が増えた分、反りの影響も大きく、また、半導体基板１の厚みが２００μｍ以下と薄型化の影響からより反りが大きくなる問題がある。

そこでホットエアーとは別の接続方法として、図９に示されるように配線材１１の接続部１１ｃと第１バスバー電極４ｃ、第２バスバー電極を固定する固定治具３２によって、接続部１１ｃがバスバー電極に押し付けられ、固定治具３２によって固定された配線材１１と複数の太陽電池素子１０を、遠赤外線のヒーター３１を有する加熱炉３０内に搬送し、加熱することによって配線材１１とバスバー電極を接続する方法がある。このような、加熱炉はヒーター３１をいくつかのブロックに分割することによって温度制御を行い、加熱炉内を貫通させた搬送用ベルト３３上に載せた太陽電池素子１０の搬送速度を同時に制御することによって、加熱炉３０の投入口から取出し口までの温度プロファイルを制御することが可能である。ヒーター３１は中赤外線若しくは近赤外線を放射するヒーターでもよく、例えば、ランプヒーターを用いることができる。なお、このような温度プロファイルは太陽電池素子１０に熱電対を取り付けて測定することができる。よって、溶着に必要な最低温度を見積もることが可能である。さらには加熱炉内の温度プロファイルは室温から温度を上昇させ、半田の溶融温度よりも高い温度、例えば２５０℃まで加熱する。そして、半田の溶融温度よりも高い温度で数〜数十秒間保持した後、温度を下げて室温まで冷却する。半田が溶融し凝固した後の冷却工程において、ゆっくりと温度を下げる、例えば、搬送スピードとして、３ｍ／ｍｉｎ以上好ましくは４ｍ／ｍｉｎ以上とし、加熱炉内のヒーター温度と連動させ、半田の溶融温度から１００℃の領域の維持時間が２０秒以上好ましくは、３０秒以上のような温度プロファイルとすることでクリープ変形によるストレスを低減でき、太陽電池素子の反りを抑える効果が期待できる。

また、太陽電池素子１０の非受光面側を上向きにして配線材１１を配置する場合、太陽電池素子の両面に配線材１１を配置して接続する必要がないことから、カメラなどを使った位置合わせが非常に容易となる。また、配線材１１の溶着時に太陽電池素子より下側に配線材１１がないことから、溶融した半田が垂れるのを防止する効果も見られる。ゆえに、加熱炉を用いて容易に配線材１１を太陽電池素子に接続することが可能となる。

また、太陽電池素子１０の一端から他端の方向に順次加熱されることにより、熱膨張・熱収縮が配線材１１全体で同時に起こらないため、太陽電池素子にかかる熱ストレスを緩和することができる。

また、太陽電池ストリングスを形成する場合においても上記方法を用いることにより、複数の太陽電池素子を一列に並べて、それぞれに配線材１１を設置し、順に加熱炉内に搬送することによって、配線材１１が太陽電池素子１０に接続され、容易に太陽電池ストリングスを形成することができる。

なお、固定治具は４００℃程度に耐える材質であれば問題ないため、ＳＵＳ等でも良いが、配線材１１を押し付ける部分には、例えば、セラミック等の半田濡れ性の悪い材質を用いることで半田の貼り付きを防止することができる。

また、加熱炉のヒーターと太陽電池素子との間に、例えば、一部が開口したアルミ等の板からなる熱遮蔽板を設置することにより、太陽電池素子全体の温度バラツキを抑えることができ、配線材１１の接続不良を低減できる。

また、凹凸形状に加工することによって配線材１１の耐力が高くなるため、凹凸形状に加工する前の配線材１１の耐力値が４０ＭＰａ以上１２０ＭＰａ以下とすることにより、太陽電池素子にかかるストレスを緩和することができる。

＜ラミネート工程＞
次に、透光性部材１２の上に、表側充填材１４を配置し、その上に配線材１１によって接続された複数の太陽電池素子１０と、裏側充填材１５と、裏面保護材１３とを順次積層する。そして、ラミネーターと呼ばれる装置で５０Ｐａ〜１５０Ｐａ程度の減圧下で、１００℃〜２００℃程度の温度で１５分〜６０分間加熱しながら加圧することによりラミネートし積層物を一体化する。

本発明に係る太陽電池モジュールの方法では、凹凸形状による接続部１１ｃと未接続部１１ｄを繰り返し有する配線材１１を非受光面側に接続することとなる。そのため、ラミネート工程の真空加圧時に充填剤が軟化する際に急激な押さえ力が太陽電池素子に伝わるが、配線材の非接続部１１ｄのたるみがその力を緩和するため、太陽電池素子のクラック発生を抑制できる。この効果により太陽電池素子の破壊や太陽電池モジュールの出力低下を防ぐことが可能となる。

また、配線材１１の非接続部１１ｄと太陽電池素子１０との間に、ＥＶＡ等の充填材（不図示）を設けておいても構わない。このとき、非接続部１１ｄの下にある充填材の一部が他の配線材の接続部１１ｃの上にあっても構わない。さらに、充填材の厚みは非接続部の高さよりも小さくすることにより、ラミネート時の太陽電池素子に伝わる力を緩和する効果を高めることができる。

そして、積層物の外周に、アルミニウムなどの枠１８をビス止めし、直列接続された複数の太陽電池素子１０のうち、端部に位置する太陽電池素子１０の一端は、出力取出配線１６によって出力取出部である端子ボックス１７に接続される。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることが出来る。

本発明の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子の一例を示す断面図である。 本発明の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子の一例を示す正面図である。 本発明の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子の一例を示す図であり、（ａ）は非受光面側から平面視した図、（ｂ）は受光面側から平面視した図である。 図３に示される太陽電池素子を用いて形成した本発明の太陽電池モジュールを示す図であり、（ａ）は非受光面側から平面視した図、（ｂ）は断面図であり、（ｃ）は配線材の接続部分を拡大した斜視図である。 （ａ）〜（ｅ）は本発明の太陽電池モジュールにおける、配線材の形状を示す拡大図である。 （ａ）は本発明の太陽電池モジュールを示す断面図であり、（ｂ）は受光面側から平面視した図である。 本発明の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子の他の例を示す図であり、（ａ）は非受光面側から平面視した図、（ｂ）は受光面側から平面視した図である。 本発明の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子の他の例を示す図であり、（ａ）は非受光面側から平面視した図、（ｂ）は受光面側から平面視した図である。 本発明の太陽電池モジュールの製造方法に用いられる加熱炉の概略図である。 （ａ）は、従来の太陽電池素子の背面図（裏面構造）、（ｂ）は正面図（受光面側）、（ｃ）は（ａ）の矢印Ｘ方向における断面図である。 図１０に示される太陽電池素子を配線材で接続した太陽電池モジュールを示す図である。

符号の説明

１ ：半導体基板
１ｃ ：凹凸構造
２ ：逆導電型層（拡散層）
２ａ ：第一逆導電型層
２ｂ ：第二逆導電型層
２ｃ ：第三逆導電型層
３ ：貫通孔
４ ：第１の電極
４ａ ：受光面側電極
４ｂ ：貫通孔電極
４ｃ ：第１バスバー電極
５ ：第２の電極
５ａ ：第２バスバー電極
５ｂ ：集電電極
６ ：高濃度ドープ層
７ ：反射防止膜
１０ ：太陽電池素子
１１ ：配線材
１１ａ：第１の配線材
１１ｂ：第２の配線材
１１ｃ：接続部
１１ｄ：非接続部
１１ｅ：非接続部の凹部
１２ ：透光性部材
１３ ：裏面保護材
１４ ：表側充填材
１５ ：裏側充填材
１６ ：出力取出配線
１７ ：端子ボックス
１８ ：枠
２０ ：太陽電池モジュール
３０ ：加熱炉
３１ ：ヒーター
３２ ：固定治具
３３ ：搬送用ベルト

Claims (11)

1. 太陽光を受光する第１の面と、前記第１の面の裏側に設けられた第２の面とを含み、前記第２の面に形成された第１の電極と、前記第１の電極と異なる極性を有し前記第２の面に形成された第２の電極と、を備えた第１の太陽電池素子と、
   太陽光を受光する第３の面と、前記第３の面の裏側に設けられた第４の面とを含み、前記第４の面に形成された第３の電極と、前記第３の電極と異なる極性を有し前記第４の面に形成された第４の電極と、を有する第２の太陽電池素子と、
   前記第１の太陽電池素子の前記第１の電極または前記第２の太陽電池素子の前記第４の電極から離れて設けられた複数の凸部を有しており、前記第１の太陽電池素子の前記第１の電極と前記第２の太陽電池素子の前記第４の電極とに固定された第１の配線材と、を備える太陽電池モジュールであって、
   前記第１の太陽電池素子と前記第２の太陽電池素子とが平面視で矩形状であり、
   前記第１の配線材は、前記第１の太陽電池素子または前記第２の太陽電池素子の１辺の長さよりも長く、
   前記第１の配線材の前記凸部の表面が窪んでいる太陽電池モジュール。
2. 前記第１の太陽電池素子の前記第２の電極または前記第２の太陽電池素子の前記第３の電極から離れて設けられた複数の凸部を有しており、前記第１の太陽電池素子の前記第２の電極と前記第２の太陽電池素子の前記第３の電極とに固定された第２の配線材を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第1の配線材と前記第２の配線材とは、平面視で直線状であることを特徴とする請
   求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記第１の配線材と前記第１の電極との接続部と、前記第２の配線材と前記第２の電極との非接続部とが、隣り合う位置に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記第１の配線材に絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 前記第１の配線材と、前記第１の電極または前記第２の電極との間に絶縁層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
7. 前記第１の太陽電池素子が、前記第１の面と前記第２の面との間に設けられた貫通孔と、前記貫通孔内に設けられた貫通孔電極と、前記第１の面に設けられた受光面側電極と、前記受光面側電極に前記貫通孔電極を介して電気的に接続されており、前記貫通孔の前記第２の面側の開口の少なくとも一部を塞ぐ前記第１の電極の第１バスバー電極と、を有し、前記第1の配線材は、前記第１バスバー電極と、前記貫通孔の前記第２の面側の前記開口上で接続されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
8. 請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池モジュールを製造するための製造方法であって、前記第１の配線材および前記第１の電極と、前記第１の配線材および前記第４の電極とを固定して加熱し、前記第１の配線材および前記第１の電極と、前記第１の配線材および前記第４の電極とを接続することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
9. 前記第1の配線材の非接続部と前記第１の電極との間、または前記第１の配線材の非接
   続部と前記第４の電極との間に、充填材を有することを特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
10. 前記第1の配線材および前記第１の電極と、前記第1の配線材および前記第４の電極とは、セラミックスからなる固定治具により固定されることを特徴とする請求項８または請求項９に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
11. 前記配線材および前記第１の電極と、前記配線材および前記第４の電極とは、ヒーターを有する加熱炉内で加熱され接続されることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。

Images