CN103270604B - 太阳能电池和太阳能电池模块 - Google Patents

太阳能电池和太阳能电池模块 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种太阳能电池和太阳能电池模块，其具有改善了的光电转换效率。太阳能电池（10）具备光电转换部（20）、受光面电极（21a）和背面电极（21b）。受光面电极（21a）配置于光电转换部（20）的受光面（20a）上。背面电极（21b）配置于光电转换部（20）的背面（20b）上。背面电极（21b）包括金属膜（21b1）和电连接用电极（21b2）。金属膜（21b1）覆盖背面（20b）的至少一部分。电连接用电极（21b2）配置于金属膜（21b1）上。

Description

太阳能电池和太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及太阳能电池和太阳能电池模块。
背景技术
近年来，作为环境负荷小的能源，太阳能电池受到较大关注。作为其一个例子，例如在下述的专利文献1中记载有具备光电转换部、配置于光电转换部的受光面上的受光面电极、和配置于背面上的背面电极的太阳能电池。在专利文献1记载的太阳能电池中，受光面电极和背面电极各自具备多个指状电极部和与多个指状电极部电连接的母线部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009－290234号公报
发明内容
发明要解决的课题
近年来，进一步提高太阳能电池的光电转换效率的要求提高。
本发明是鉴于上述的要求而完成的，其目的在于提供具有改善了光电转换效率的太阳能电池和太阳能电池模块。
用于解决课题的方案
本发明的一个方面的太阳能电池具备光电转换部、受光面电极和背面电极。受光面电极配置于光电转换部的受光面上。背面电极配置于光电转换部的背面上。背面电极包括金属膜和电连接用电极。金属膜覆盖背面的至少一部分。电连接用电极配置于金属膜上。
本发明的一个方面的太阳能电池模块具备多个太阳能电池和将多个太阳能电池电连接的配线件。太阳能电池具备光电转换部、受光面电极和背面电极。受光面电极配置于光电转换部的受光面上。背面电极配置于光电转换部的背面上。背面电极包括金属膜和电连接用电极。金属膜覆盖背面的至少一部分。电连接用电极配置于金属膜上。电连接用电极与配线件电连接。
发明效果
根据本发明，能够提供具有被改善了的光电转换效率的太阳能电池和太阳能电池模块。
附图说明
图1第一实施方式的太阳能电池模块的概略图的截面图。
图2是第一实施方式的太阳能电池的受光面的概略图的平面图。
图3是第一实施方式的太阳能电池的背面的概略图的平面图。
图4是在图3的线IV－IV的概略图的截面图。
图5是将金属膜的一部分放大的概略图的截面图。
图6是第二实施方式的太阳能电池的背面的概略图的平面图。
图7是第三实施方式的太阳能电池的背面的概略图的平面图。
图8是第四实施方式的太阳能电池的背面的概略图的平面图。
图9是第五实施方式的太阳能电池的背面的概略图的平面图。
图10是第六实施方式的太阳能电池的背面的概略图的平面图。
图11是第七实施方式的太阳能电池的背面的概略图的平面图。
具体实施方式
以下，对实施本发明的优选的方式的一个例子进行说明。其中，以下的实施方式仅仅为例示。本发明不限于以下的实施方式。
另外，在实施方式等中参照的各图中，实质上具有相同功能的部件标注相同的附图标记进行参照。另外，在实施方式等中参照的各附图是示意性地记载的图，在图中所描绘的物体的尺寸的比例等，有时与现实的物体的尺寸的比例等不同。在附图相互之间，有时物体的尺寸比例等也不同。具体的物体的尺寸比例等参照以下的说明进行判断。
（第一实施方式）
（太阳能电池模块1的概略构成）
如图1所示，太阳能电池模块1具有沿x方向排列配置的多个太阳能电池10。多个太阳能电池10通过配线件11而电连接。具体来讲，在x方向上相邻的太阳能电池10之间通过配线件11而电连接，由此将多个太阳能电池10串联或并联地电连接。
在多个太阳能电池10的背面侧配置有第一保护部件14。另一方面，在多个太阳能电池10的受光面侧配置有第二保护部件15。太阳能电池10和第一保护部件14之间以及太阳能电池10和第二保护部件15之间设置有密封材料13。多个太阳能电池10通过该密封材料13被密封。
此外，密封材料13以及第一和第二保护部件14、15的材料没有特别的限定。密封材料13例如能够含有乙烯-醋酸乙烯共聚物（EVA）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）等树脂形成。
第一和第二保护部件14、15例如能够由玻璃、树脂等形成。另外，在太阳能电池10的背面侧配置的第一保护部件14可以由其间设置有铝箔等的金属箔的树脂膜构成。第二保护部件15配置于太阳能电池10的受光面侧，由玻璃或透光性树脂等的具有透光性的材料形成。
在具有第一保护部件14、密封材料13、多个太阳能电池10、密封材料13、第二保护部件15的叠层体的外周，根据需要安装有Al等的金属制的框体（未图示）。另外，在第一保护部件14的表面，根据需要设置有用于将太阳能电池10的输出取出至外部的端子盒。
（太阳能电池10的构造）
如图2～图4所示，太阳能电池10具有光电转换部20。光电转换部20是通过进行受光而使电子、空穴等的载流子产生的部件。光电转换部20例如可以具备：由具有一种导电型的结晶性半导体构成的基板；配置于该基板的一个主面上、具有另一种导电型的第一非晶质半导体层；和配置于基板的另一个主面上、由具有一种导电型的第二非晶质半导体层。在该情况下，在第一非晶质半导体层和第二非晶质半导体层的至少一方与结晶性半导体基板之间，可以设置有实质上对发电没有贡献的厚度的i型非晶质半导体层。另外，光电转换部20也可以为具有n型掺杂扩散区域和p型掺杂扩散区域露出于表面的半导体基板的部件。
在本实施方式中，光电转换部20的受光面20a和背面20b分别具有织构（texture、纹理）结构。在此，“织构结构”是指为了抑制表面反射、增大光电转换部的光吸收量而形成的凹凸构造。作为织构结构的具体例，列举有通过对具有（100）面的单结晶硅基板的表面实施各向异性蚀刻而获得的棱锥体状（四棱锥状、四棱锥台状）的凹凸构造。
在光电转换部20的受光面20a之上配置有受光面电极21a。受光面电极21a具有多个指状电极部21a1和多个母线部21a2。多个指状电极部21a1各自具有沿ｙ方向延伸的线状的形状。多个指状电极部21a1沿x方向隔开规定的间隔排列配置。多个母线部21a2分别沿x方向延伸。多个母线部21a2分别与多个指状电极部21a1电连接。
此外，在本发明中，受光面电极的构成无特别限定。受光面电极例如可以为仅由多个指状电极部构成，不具有母线部的所谓无母线的电极。另外，受光面电极21a也可以具有以与光电转换部20的受光面20a相接触的方式设置的透光性导电膜。透光性导电膜能够由ITO（Indium Tin Oxide）、ZnO等的透光性导电氧化物构成。
受光面电极21a主要在母线部21a2与配线件11电连接。母线部21a2和配线件11的连接能够通过焊锡、树脂粘接剂进行。
树脂粘接剂可以为具有导电性的材料，也可以为具有绝缘性的材料。在使用具有绝缘性的树脂粘接剂的情况下，需要以母线部21a2与配线件11接触的方式进行连接。具体来讲，可以通过母线部21a2凹入配线件11，由此可以使受光面电极21a与配线件11电连接，也可以通过配线件凹入母线部，由此使受光面电极21a和配线件11电连接。另外，在配线件和母线部的至少一方的表面设置凹凸，该凹凸可以被另一方堵上。
作为具有导电性的树脂粘接剂，能够适当地使用具有各向异性导电性的树脂粘接剂。
受光面电极21a的材质只要是导电材料就并无特别限定。受光面电极21a例如能够由银、铜、铝、钛、镍、铬等的金属、包含这些金属之中的一种以上的合金构成。另外，受光面电极21a例如可以由包含上述金属或合金的多个导电层的叠层体构成。
受光面电极21a的形成方法并无特别限定。受光面电极21a例如能够使用Ag膏等的导电性膏形成。另外，受光面电极21a例如能够使用溅射法、蒸镀法、丝网印刷法或镀层法等形成。
另一方面，在光电转换部20的背面20b上配置有背面电极21b。背面电极21b包含金属膜21b1、电连接用电极21b2和透光性导电膜21b3。
此外，在本发明中，“金属膜”包含合金膜。
金属膜21b1覆盖背面20b的至少一部分。具体来讲，在本实施方式中，金属膜21b1覆盖背面20b的除端缘部之外的实质上整体。
金属膜21b1具有在金属膜21b1的与背面20b相反侧的表面存在与织构结构对应的形状的凹凸的厚度。具体来讲，金属膜21b1的厚度例如优选0.1μm～5μm左右。
金属膜21b1的材质不特别限定，但是优选光反射率高、且具有高导电性的材质。因此，金属膜21b1能够由Ag、Al、Cu、Ni、Cr、Ti、Sn、Zn等的金属、含有这些金属的一种以上的合金形成。另外，金属膜21b1可以由包含上述金属或合金的多个膜的叠层体构成。
在本实施方式中，具体来讲，金属膜21b1由配置于背面20b上的第一Ag膜22、配置于第一Ag膜22上的Al膜23和配置于Al膜23上的第二Ag膜24的叠层体构成。如本实施方式所述，通过在中央设置Al膜，由此能降低金属膜21b1的形成成本。另外，在两侧设置Ag膜，能够增大金属膜21b1的反射率，并抑制金属膜21b1的表面的改性。此外，也可以在第一Ag膜22和第二Ag膜24之间设置Cu膜，以替代Al膜23。
第一Ag膜22的厚度优选为0.1μm～1μm左右。Al膜23的厚度优选为0.1μm～1μm左右。第二Ag膜24的厚度优选为0.1μm～1μm左右，但不限定于此。
金属膜21b1的形成方法并没有特别限定。金属膜21b1例如能够使用Ag膏等的导电性膏形成。另外，金属膜21b1例如能够使用溅射法、蒸镀法、丝网印刷法、胶印印刷（offset printing、柯式印刷）法、喷墨法、或镀层法等形成。
在金属膜21b1和背面20b之间配置有透光性导电膜21b3。利用该透光性导电膜21b3，能够提高对金属膜21b1的背面20b的紧贴性。透光性导电膜21b3例如能够利用ITO（Indium Tin Oxide：铟锡氧化物）、氧化锌等的透光性导电氧化物形成。此外，透光性导电膜21b3的厚度优选为0.5μm～3μm左右。
在金属膜21b1上配置有电连接用电极21b2。背面电极21b主要在该电连接用电极21b2中与配线件11电连接。电连接用电极21b2与配线件11的连接能够使用焊锡、树脂粘接剂进行。
在使用导电性或绝缘性的树脂粘接剂进行连接的情况下，优选通过电连接用电极21b2凹入配线件11，而使背面电极21b与配线件11电连接。另外，也可以使配线件凹入电连接用电极。另外，在配线件和电连接用电极的至少一方的表面设置凹凸，该凹凸被另一方堵上。通这样，能够使电连接用电极21b2与配线件11之间的接合面积增加，能够降低电阻损失。
另外，优选在电连接用电极21b2与金属膜21b1的界面和电连接用电极21b2的周边部的至少一方设置有树脂层。通过该树脂层，能够保护电连接用电极21b2与透光性导电膜21b3的界面。其结果是，能够提高可靠性。
此外，构成树脂层的材料并没有特别限定，但在使用树脂型的导电性膏形成电连接用电极21b2或金属膜21b1的情况下，优选含有在该导电性膏中所含的树脂。这样一来，能够保护电连接用电极21b2与金属膜21b1的界面不受外部的影响，能够提高可靠性。电连接用电极21b2的形状并没有特别限定。在本实施方式中，电连接用电极21b2为沿x方向延伸的线状。电连接用电极21b2从背面20b的在x方向上的一方侧端部至另一方侧端部配置。电连接用电极21b2的宽度并没有特别限定，但例如优选为0.05μm～2mm左右，更加优选为0.05μm～1mm左右。
在此，在本实施方式中，对电连接用电极21b2沿y方向排列配置两根的例子进行了说明。但是，本发明不限于该构成。电连接用电极21b2可以仅设置一根，也可以沿y方向设置三根以上。
优选电连接用电极21b2比金属膜21b1厚。具体来讲，优选电连接用电极21b2的厚度在5μm～20μm的范围内。
电连接用电极21b2的材质只要是导电材料就并无特别限定。电连接用电极21b2例如能够由Cu、Ag、Sn等的金属、或包含这些金属的至少一种的合金构成。另外，电连接用电极21b2可以由包含上述金属或合金的多个膜的叠层体构成。
电连接用电极21b2的形成方法并不特别限定。电连接用电极21b2例如能够使用Ag膏等的导电性膏形成。另外，电连接用电极21b2例如能够使用溅射法、蒸镀法、丝网印刷法、滴涂（dispense）法、胶印印刷法、喷墨法等形成。
如以上说明的方式，在本实施方式中，配置有金属膜21b1。并且，利用该金属膜21b1覆盖背面20b的至少一部分。因此，透过了光电转换部20的光被金属膜21b1反射至受光面20a侧。由此，能够实现光的有效利用。
另外，金属膜21b1具有在金属膜21b1的与背面20b相反侧的表面存在与织构结构对应的形状的凹凸的厚度。由此，能够增长由金属膜21b1反射的光的在光电转换部20中的光路长度。从而，能够获得进一步改善了的光电转换效率。另外，能够降低热膨胀系数的不同导致产生的从金属膜21b1向光电转换部20的应力。其结果是，能够使光电转换部20所使用的半导体的基板的厚度为180μm以下的薄的厚度。
优选透光性导电膜21b3的膜厚为50nm～200nm左右。在该情况下，能够提高在背面的反射效率。
从获得进一步改善了的光电转换效率的观点出发，优选金属膜21b1的厚度为0.1μm以上。从获得更高的可靠性的观点出发，优选金属膜21b1的厚度为5μm以下。
另外，从使电连接用电极21b2与配线件11的连接更可靠的观点出发，优选电连接用电极21b2比金属膜21b1厚。具体来讲，优选电连接用电极21b2的厚度为5μm以上。但是，当电连接用电极21b2的厚度过厚时，因电连接用电极21b2的应力而容易从金属膜剥离。因而，优选电连接用电极21b2的厚度在20μm以下。
在本实施方式中，电连接用电极21b2从背面20b的在x方向的一方侧端部至另一方侧端部配置。因此，即使在因温度变化等而导致在配线件11和电连接用电极21b2之间产生有应力的情况下，能够减小单位面积的应力。因而，能够更加有效地抑制配线件11的剥离。
在本实施方式中背面20b具有织构结构。因此，在背面20b中，光发生散射，光容易被关入在光电转换部20内，因此能够获得进一步改善了的光电转换效率。
并且，金属膜21b1具有在金属膜21b1的与背面20b相反侧的表面存在与织构结构对应的形状的凹凸的厚度。因此，能够提高金属膜21b1和电连接用电极21b2的紧贴强度。
并且，在金属膜21b1与电连接用电极21b2之间、电连接用电极21b2周边设置树脂层，由此能够保护金属膜21b1与电连接用电极21b2的界面不受来自外部的影响，能够提高可靠性。
以下，对实施本发明的优选方式的其它的例子进行说明。在以下的说明中，将与上述第一实施方式具有实质上相同的功能的部件用相同的附图标记标注，由此省略说明。
在上述第一实施方式中，使电连接用电极21b2为线状电极，但是在本发明中，电连接用电极的形状不限定于此。
例如，如图6、图7所示，将电连接用电极21b2沿x方向排列配置，可以由分别沿y方向延伸的多个线状电极构成。在该情况下，如图6所示，多个线状电极可以以整体位于配线件11的下方的方式设置，如图7所示，也可以以端部位于配线件11的外侧的方式设置。
另外，如图8所示，电连接用电极21b2沿x方向排列配置，由各自具备沿y方向延伸的第一线状电极部、和与第一线状电极部交叉且沿x方向延伸的多个第二线状电极部的多个电极构成。
如图9所示，电连接用电极21b2可以由沿x方向排列配置的V字状的多个电极构成。
如图10所示，电连接用电极21b2可以由矩阵状排列配置的多个线状电极构成。
如图11所示，电连接用电极21b2可以由锯齿状的电极构成。
附图标记说明
1...太阳能电池模块
10...太阳能电池
11...配线件
13...密封材料
14...第一保护部件
15...第二保护部件
20...光电转换部
20a...受光面
21b...背面
21a...受光面电极
21a1...指状电极部
21a2...母线部
21b...背面电极
21b1...金属膜
21b2...电连接用电极
21b3...透光性导电膜
22...第一Ag膜
23...Al膜
24...第二Ag膜

Claims (7)

1.一种具备多个太阳能电池和将所述多个太阳能电池电连接的配线件的太阳能电池模块，其特征在于：
所述太阳能电池包括：
包括受光面和具有织构结构的背面的光电转换部；
配置于所述光电转换部的所述受光面上的受光面电极；和
配置于所述光电转换部的所述背面上的背面电极，
所述背面电极包括：金属膜，其覆盖所述光电转换部的所述具有织构结构的背面的至少一部分，具有在所述金属膜的与所述背面相反侧的表面存在与所述织构结构对应的形状的凹凸的厚度；和配置于所述金属膜的表面上，比所述金属膜厚且与所述配线件电连接的电连接用电极。
2.如权利要求1所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述金属膜的厚度在0.1μm～5μm的范围内。
3.如权利要求1或2所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述电连接用电极的厚度在5μm～20μm的范围内。
4.如权利要求1或2所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述电连接用电极从所述背面的在一个方向上的一侧端部至另一侧端部配置。
5.如权利要求1或2所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述金属膜包括：配置于所述背面上的第一Ag膜；配置于所述第一Ag膜上的Al膜或Cu膜；和配置于所述Al膜或Cu膜之上的第二Ag膜。
6.如权利要求1或2所述的太阳能电池模块，其特征在于：
所述背面电极还包括配置于所述金属膜与所述背面之间的透光性导电膜。
7.如权利要求1或2所述的太阳能电池模块，其特征在于：
具有在所述电连接用电极与所述金属膜的界面和所述电连接用电极的周边部的至少一方配置的树脂层。
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