CN107771360A - 晶体硅太阳能电池模块及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

太阳能电池模块具有晶体硅太阳能电池(4)和与晶体硅太阳能电池电连接的互连器(3)。互连器的宽度为50μm以上且低于400μm，按照将多个指状电极横断而电连接的方式配置。晶体硅太阳能电池具有平行地排列而设置在光电转换部(50)上的多个指状电极(9)，按照覆盖光电转换部的主表面及指状电极的方式设置有绝缘层(8)。在指状电极与互连器交叉的部分中，介由设置于指状电极与互连器之间的绝缘层中的开口部将指状电极与互连器电连接。

Description

晶体硅太阳能电池模块及其制造方法
技术领域
本发明涉及晶体硅太阳能电池模块及其制造方法。
背景技术
一般，在太阳能电池的受光面上，设置有由从光电转换部回收电流的指状电极、从指状电极回收电流并流向接头线等互连器的汇流条电极形成的栅状的金属电极。在连接有多个太阳能电池的太阳能电池模块中，互连器承担邻接地配置的太阳能电池的电极间的电连接(互连)及向外部取出电流的作用。
在专利文献1中公开了下述太阳能电池：在光电转换部的表面形成由指状电极和汇流条电极形成的栅状的金属电极，并至少在光电转换部上的未设置有金属电极的区域中设置有氧化硅绝缘膜。在该太阳能电池的汇流条电极上，通过软钎焊作为互连器的接头线而进行互连。在专利文献1中记载了下述内容：通过在光电转换部的表面上设置绝缘层，从而发挥良好的碱阻挡性，可得到高可靠性。
作为关于晶体硅太阳能电池的课题，可列举出金属电极中使用的银糊剂等电极材料的成本高、及起因于受光面的由金属电极引起的遮蔽损失的光利用效率的降低。作为互连构件的接头线通常宽度为0.8～2mm左右，与接头线连接的汇流条电极也具有相同程度的宽度。若减小接头线及汇流条电极的宽度而减小电极面积，则能够降低电极材料成本及遮蔽损失。但是，若减小电极宽度，则线路电阻或接触电阻变大，转换特性降低。
作为能够降低金属电极的面积的互连方式，提出了Smartwire technology(SWT)方式。例如在专利文献2中公开了，按照与指状电极正交的方式以5～15mm间隔将引线状的互连器连接而成的太阳能电池模块。
SWT方式是下述方式：在太阳能电池的光电转换部上不设置汇流条而将作为互连器的金属引线通过热压接等热压接到指状电极上，从而进行互连。SWT中使用的引线的宽度(直径)为数百μm，比接头线等以往的互连器小。因此，即使是缩短互连器的配置间隔而增多设置在单电池上的互连器的根数的情况下，与利用接头线进行的互连相比也能够降低遮蔽损失。此外，通过缩短互连器的配置间隔，指状电极的有效长度(至最接近的互连器为止的距离)也变短，所以即使是减小指状电极的根数及电极宽度的情况下也难以产生起因于线路电阻的电流损耗。像这样，在SWT方式中，不仅不需要汇流条电极，而且也能够降低指状电极的面积，能够降低电极材料成本及遮蔽损失。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-100522号公报
专利文献2：日本特开2014-146697号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
将太阳能电池的指状电极通过引线状的互连器而连接的互连方式虽然可以期待电极材料成本的降低、由遮蔽损失的降低而带来的发电量的提高等，但也残留实用上的课题。作为其中一个，可列举出模块的长期可靠性。
鉴于上述情况，本发明的目的是提供由互连器引起的光学损耗少、并且可靠性优异的太阳能电池模块。
用于解决技术问题的手段
本发明人们研究的结果发现，通过按照覆盖光电转换部及金属电极的整面的方式设置绝缘层，在金属电极与互连器之间的绝缘层中局部地形成开口，介由该开口将金属电极与互连器连接，可得到可靠性优异的太阳能电池模块。
本发明的晶体硅太阳能电池模块具有晶体硅太阳能电池、和与晶体硅太阳能电池电连接的互连器。晶体硅太阳能电池具备平行地排列而设置在光电转换部的第一主表面上的多个指状电极，按照覆盖光电转换部的第一主表面及指状电极的方式设置有绝缘层。优选在光电转换部的第二主表面及设置于第二主表面上的指状电极上也设置有绝缘层。
互连器的宽度为50μm以上且低于400μm，按照将多个指状电极横断而电连接的方式配置。在指状电极与互连器交叉的部分中，在设置于指状电极与互连器之间的绝缘层中形成有开口部，介由该开口部，指状电极与互连器被电连接。指状电极与互连器优选介由填充在绝缘层的开口部中的金属材料而电连接。
例如在互连时，通过在绝缘层上接触互连器，能够在指状电极与互连器交叉的部分中选择性地形成开口部。此外，通过以在绝缘层上接触互连器的状态、将互连器加热，也可以在指状电极与互连器交叉的部分中选择性地形成开口部。
在本发明的太阳能电池模块的一个实施方式中，互连器具有芯材和低熔点材料层。优选：在互连器的与绝缘层相接的部分、即介由开口部与指状电极电连接的部分中，设置有低熔点材料层。通过将设置有低熔点材料层的互连器加热，使低熔点材料层的构成成分即金属材料熔融，从而构成低熔点金属材料层的金属材料、或构成低熔点金属材料的金属材料与构成指状电极的金属材料的合金被填充到绝缘层的开口部中。也可以通过电解镀覆进行金属材料向绝缘层的开口部中的填充。
发明效果
根据本发明，可得到发电特性及耐久性优异的太阳能电池模块。
附图说明
图1是表示太阳能电池模块的一个方式的示意性截面图。
图2是表示太阳能电池的一个方式的示意性截面图。
图3A是表示绝缘层形成前的太阳能电池一个方式的示意性俯视图。
图3B是表示绝缘层形成前的太阳能电池一个方式的示意性俯视图。
图3C是表示绝缘层形成前的太阳能电池一个方式的示意性俯视图。
图4是连接互连器后的太阳能电池的示意性俯视图。
图5是连接互连器后的太阳能电池的示意性截面图。
图6A是表示带布线的基材的一个实施方式的示意性俯视图。
图6B是表示带布线的基材的一个实施方式的示意性截面图。
图7是表示配置互连器的样子的概念图。
具体实施方式
如图1中所示的那样，本发明的晶体硅太阳能电池模块具有晶体硅太阳能电池4、和与晶体硅太阳能电池电连接的互连器3、5。晶体硅太阳能电池4在光电转换部50的两面上分别具有指状电极9、17。
以下，以第一主表面作为受光面、以第二主表面作为背面进行说明，但也可以第一主表面为背面、第二主表面为受光面。图1的太阳能电池模块自受光面侧起具有受光面保护材料1、密封构件2、第一互连器3、晶体硅太阳能电池4、第二互连器5、密封构件6及背板7。
[晶体硅太阳能电池]
作为晶体硅太阳能电池4，使用利用晶体硅基板将太阳能电池间通过互连器连接的类型的电池。图2是表示连接互连器前的太阳能电池的一个方式的示意性截面图。
(光电转换部)
太阳能电池4的光电转换部50具备晶体硅基板13。晶体硅基板也可以是单晶硅基板及多晶体硅基板中的任一者。优选在晶体硅基板的受光面侧的表面上形成有高度为1～10μm左右的凹凸。通过在受光面上形成凹凸、受光面积增大、并且反射率降低，所以光封闭效率提高。在晶体硅基板的背面侧可以也设置有凹凸。
图2中所示的太阳能电池4为所谓的异质结太阳能电池，自受光面侧起依次具有受光面绝缘层8(第一绝缘层)、受光面指状电极9(第一指状电极)、受光面透明电极层10(第一透明电极层)、受光面导电型硅层11(第一导电型硅层)、受光面真性硅层12(第一真性硅层)、晶体硅基板13、背面真性硅层14(第二真性硅层)、背面导电型硅层15(第二导电型硅层)、背面透明电极层16(第二透明电极层)、背面指状电极17(第二指状电极)、及背面绝缘层18(第二绝缘层)。
在异质结太阳能电池中，作为晶体硅基板13，使用p型或n型的单晶硅基板。从载流子寿命长的方面出发，优选n型单晶硅基板。设置于硅基板13的受光面上的第一导电型硅层11和设置于背面上的第二导电型硅层15具有不同的导电型，一者为p型，另一者为n型。
(金属电极)
设置于受光面及背面上的金属电极如图3A中所示的那样，包含平行地排列的多个指状电极9、17。指状电极9、17可以通过包含金属粒子的导电性糊剂的印刷、镀覆法等而形成。作为导电性糊剂的金属粒子，可列举出Ag粒子、将Cu的表面用Ag覆盖而得到的粒子等。作为镀覆电极的金属，可列举出Cu、Ni、Ag、Sn等。
指状电极可以是单层，也可以是多层。例如也可以：在光电转换部的表面上(透明电极层10、16上)形成由Ag、Cu、Ni、NiCu等形成的金属薄膜或膜厚小的导电性糊剂层等作为籽晶(seed)层，在其上通过电解镀覆形成镀覆层。也可以通过镀覆形成籽晶电极层。
指状电极的宽度优选为15～80μm，更优选为25～50μm。若指状电极的宽度为该范围，则能够兼顾导电性的确保和遮蔽损失的降低。邻接的指状电极彼此的间隔d例如为0.3～2mm左右的范围，只要考虑遮蔽损失、线路电阻等的影响，按照发电量变得最大的方式设定即可。另外，所谓邻接的电极的间隔是电极的延伸方向的中心线(电极的宽度方向的中心)的距离。
受光面侧的指状电极9的间隔和背面侧的指状电极17的间隔可以相同，也可以不同。由于从背面侧入射的光量为受光面侧的10％以下，所以背面侧的指状电极由电极面积增大引起的遮蔽损失的影响比受光面小。因此，背面指状电极优选优先提高载流子回收效率来设计，优选比受光面指状电极更致密地形成。例如，也可以将受光面指状电极的间隔设定为背面指状电极的间隔的1.5～5倍左右。
指状电极的厚度优选为10～40μm，优选为15～30μm。若指状电极的厚度为该范围，则能够降低线路电阻，并且能够确保电极材料的使用效率及电极形状的简便性。此外，若相对于指状电极的宽度，厚度为20～50％左右，则能够减小起因于遮蔽损失和线路电阻的电损耗。
图4是连接互连器后的太阳能电池(太阳能电池串)的俯视图，在指状电极9上设置有互连器3。互连器的延伸方向(x方向)与指状电极的延伸方向(y方向)正交。在该互连方式中，将指状电极与互连器以许多的点的方式连接，所以不需要设置与指状电极正交的宽幅的汇流条电极。在图4中所示的方式中，具有与指状电极大致相同宽度的补偿电极91按照沿与指状电极9正交的方向延伸的方式设置。
在指状电极与引线状的互连器的连接中，与将汇流条与带状的接头线连接的情况相比连接部分中的接触面积小，所以有时产生电极与互连器的错误接触。为了降低起因于指状电极与互连器的错误接触的电损耗，优选如图3B及图3C中所示的那样，设置将指状电极彼此连接的补偿电极91，并将电极图案制成栅状。在设置有补偿电极的情况下，即使是在一部分的连接部位产生错误接触的情况下，由于能够从介由接近的补偿电极而电连接的指状电极将光生成载流子回收到互连器中，所以也能够抑制电损耗。
补偿电极91优选按照沿与指状电极正交的方向、即与互连器平行的方向延伸的方式设置。在互连后的太阳能电池模块中，补偿电极可以设置在互连器3的正下面，也可以与互连器分开设置。补偿电极从其作用上优选存在于靠近互连器3的位置。补偿电极不需要配置在全部的互连器3下，例如也可以在一部分的互连器下设置补偿电极。此外补偿电极的根数及配置间隔也可以与互连器的根数及配置间隔不同。补偿电极的宽度可以与指状电极的宽度相同也可以不同，但优选为15～120μm，更优选为50～100μm。
在互连器的正下面设置补偿电极时，若电极与互连器完全重叠，则有时应力集中。如图3C中所示的那样，通过稍微具有角度以锯齿状形成补偿电极，能够使应力分散。
补偿电极与指状电极同样可以通过导电性糊剂的印刷、镀覆法等而形成。在通过印刷或镀覆而形成补偿电极时，优选同时形成指状电极和补偿电极。例如通过使用具有与指状电极和补偿电极的图案形状对应的开口图案的丝网版进行印刷，能够同时形成指状电极和补偿电极。在镀覆法中，例如通过在抗蚀剂中设置与指状电极和补偿电极的图案形状对应的开口而进行镀覆，能够同时形成指状电极和补偿电极。
(绝缘层)
在光电转换部上的至少一个面上设置绝缘层8。优选在光电转换部的第一主表面及第二主表面上分别设置第一绝缘层8及第二绝缘层18。在与互连器的连接前，绝缘层8、18按照除了覆盖光电转换部50的表面(透明电极层10、16上)以外还覆盖指状电极9、17的方式设置。在光电转换部的表面上设置有与指状电极正交的补偿电极时，绝缘层也按照覆盖补偿电极的方式设置。即，绝缘层8、18优选按照覆盖与互连器的连接前的太阳能电池的两主表面的整面的方式设置。另外，也可以存在在绝缘层的成膜时不可避免地产生的针孔、伴随热膨胀的微细的龟裂、在制膜时与保持基板的夹具的接触部等局部地未形成绝缘层的区域。通过除了光电转换部表面的透明电极层以外金属电极也被绝缘层覆盖，能够抑制碱或湿分等向光电转换部中的侵入，提高太阳能电池的可靠性。
绝缘层8、18只要具有相对于碱或湿分的阻挡性即可，作为其材料，例如可列举出氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、氧化钼等陶瓷材料、丙烯酸系树脂、氟系树脂等树脂材料、或它们的层叠体等。其中，从成本、透光率的观点出发，优选使用氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝、丙烯酸系树脂、或它们的层叠体。在光电转换部的两面上设置绝缘层时，表背的绝缘层的材料可以相同也可以不同。从生产率的观点出发，表背的绝缘层的材料优选为相同。
为了具有相对于碱或湿分等的阻挡性，绝缘层8、18的膜厚优选为10nm以上。如后面详述的那样，在将指状电极与互连器连接时，在指状电极上的绝缘层中设置有开口部，介由该开口部进行电连接。为了使开口部的形成变得容易，绝缘层8、18的膜厚优选为1000nm以下。从兼顾阻挡性和开口部形成的容易性的观点出发，绝缘层8、18的膜厚更优选为20nm～500nm，进一步优选为30～300nm。
绝缘层8、18的形成方法只要能够覆盖光电转换部及指状电极上的整面，则没有特别限定，只要根据材料而选择CVD或PVD等干式工艺及各种湿式工艺即可。从容易形成具有上述膜厚的均匀的薄膜的方面出发，优选通过干式工艺而形成绝缘层。像异质结太阳能电池那样在光电转换部中包含硅薄膜或透明电极层时，为了抑制这些薄膜的劣化，优选在200℃以下实施制膜。
[太阳能电池模块]
图5是将指状电极9、17与互连器3、5连接后的太阳能电池(太阳能电池串)的示意截面图。在指状电极9、17上的与互连器3、5交叉的部分中，在绝缘层8、18中形成有开口部。在绝缘层的开口部中，填充有金属材料31、32，指状电极9、17与互连器3、5介由绝缘层的开口部而电连接。
(互连器)
如图4中所示的那样，互连器按照与指状电极正交、且将多个指状电极横断而电连接的方式配置。作为互连器，优选使用细的金属线，也可以使用使多个金属线结合而成的部件。
互连器3、5在光电转换部50的主表面的面内方向的宽度W(从受光面或背面正视太阳能电池模块时的宽度)为50μm以上且低于400μm。若宽度低于400μm，则能够降低遮蔽损失，并且在互连时绝缘层中的开口的形成变得容易。此外，若互连器的宽度为50μm以上，则能够抑制起因于断线或线路电阻的电损耗。互连器的宽度W优选为100～350μm，更优选为120～300μm。在太阳能电池模块中，邻接的互连器的配置间隔优选为3～25mm左右，更优选为4～20mm。
互连器的截面形状没有特别限定，例如为三角形、四边形、五边形等的多边形、圆形等。从互连器的制作容易的方面出发，优选使用截面圆形状的互连器。此外，截面圆形状的互连器由于在截面形状上没有各向异性(特定的方向)，所以具有在与指状电极的连接时不需要进行互连器的方向的确认、调整，连接容易的优点。另一方面，如后述的那样，通过使用在截面形状上具有各向异性的互连器，能够提高太阳能电池模块的光利用效率。
为了降低起因于电阻的电流损耗，互连器的材料优选为低电阻率。其中，从低成本的方面出发，特别优选以铜作为主要成分的金属材料。也可以使用将由铜等金属形成的芯材的表面用低熔点金属材料或Ag、Au、Al等高反射率金属材料覆盖而得到的材料。
互连器的表面覆盖层可以设置于芯材的整体上，也可以部分地设置。例如也可以以与指状电极的配置间隔相匹配的周期，位置选择性地设置低熔点金属材料层。此外，在互连器的截面形状为非圆形、进行后述的方位取向控制时，也可以在与指状电极相接的面上，选择性地设置低熔点金属材料层。像这样，通过在互连器与指状电极的连接部位中、位置选择性地设置低熔点金属材料层，从而材料成本的降低、错误互连的降低成为可能。作为低熔点金属材料，可列举出In、Ga、Sn、Ga、Bi等金属及包含它们的合金(例如软钎料合金)等。低熔点金属材料的熔点优选为230℃以下，更优选为200℃以下，进一步优选为180℃以下。
(指状电极上的互连器的配置)
如上述那样，按照与指状电极正交的方式，在绝缘层上以规定的间隔配置多个互连器。为了适当地配置多个互连器，需要调整位置或间隔。若使用图6中所示那样的在绝缘树脂膜等支撑基材20上预先配置并附设有互连器3的带布线的基材29，则能够简化对位等作业，提高模块的生产率。
图6A是表示在支撑基材上附设有多个互连器3的带布线的基材的一个实施方式的示意性俯视图，图6B为其截面图。通过将该带布线的基材29配置在设置有绝缘层的太阳能电池上，能够以1次的对位实现多个互连器的对位。
在图6A中所示的方式中，在第一支撑基材20的第一主表面上贴合有互连器3，在第二支撑基材25的第二主表面上贴合有互连器3。例如通过将第一支撑基材配置在1个太阳能电池的受光面侧，并将第二支撑基材配置在邻接的太阳能电池的背面侧，使各个支撑基材上的互连器附设面与光电转换部表面的绝缘层相向，能够在2个太阳能电池的表背的指状电极上适合地配置多个互连器。
支撑基材的厚度或材质等没有特别限定。在太阳能电池的表面上配置互连器后，在密封之前将支撑基材除去时，支撑基材可以为透明，也可以为不透明。在通过照相机等光学检测手段进行配置的确认、调整时，优选使用透明的支撑基材。在互连器被附设于支撑基材上的状态下进行模块的密封时，使用透明的支撑基材。
作为透明的支撑基材的材料，优选PET、有机硅、丙烯酸、环氧、氟系树脂等透明且具有耐热性、UV耐受性的树脂。如图6B中所示的那样，也可以在支撑基材的表面上设置粘接层21。粘接层21只要能够在表面上粘接固定互连器，则其材料、厚度没有特别限定。粘接层的厚度例如为2～10μm左右，粘接层的材料优选为透明树脂。此外，支撑基材自身也可以具有粘接性。
在支撑基材的表面上设置有粘接层21时，由于互连时的加热，支撑用透明树脂粘接层发生软化，从与互连器的接触点被横向挤出。所挤出的透明树脂粘接剂由于与设置于光电转换部的表面的绝缘层粘接，所以能够将互连器更牢固地固定。
如上述那样，互连器优选截面形状不具有各向异性。具体而言，互连器的截面中的横向(太阳能电池的面方向)与纵向(厚度方向)的长宽比优选为低于1.5。在互连器的截面的长宽比大时，由于长边方向与太阳能电池的面方向平行的状态在力学上稳定，所以存在互连器的宽度W变大，因反射引起的光学损耗增大的倾向。
另一方面，在设置控制互连器的截面长宽比的取向的机构(以下也称为截面方位取向控制)时，互连器的截面的长宽比也可以较大。这种情况下，互连器的截面优选按照与基板的面内方向上的长度相比基板的法线方向上的长度变大的方式，换而言之，按照在基板13的主表面的法线方向上具有高的长宽比的方式配置互连器。
图7是表示将具有各种截面形状的互连器通过截面方位取向控制配置在太阳能电池的指状电极9上的样子的概念图。图7中，示出了通过在设置有粘接层21的支撑基材20上贴合互连器来进行截面方位取向控制的例子。另外，图7中，绝缘层的图示省略。
截面圆形状的互连器3的长宽比为1，不论有无截面方位取向控制，均总是在同一方向上配置在指状电极上。截面正方形状的互连器301及截面正多边形状的互连器302的长宽比也为1，不论有无截面方位取向控制，均在同一方向上配置在指状电极上。从力学稳定性出发，互连器301、302大多按照任一边变得与基板面平行的方式配置。
另一方面，如截面长方形状的互连器311、截面椭圆形状的互连器312那样长宽比大的互连器在不进行截面方位取向控制的情况下，由于力学稳定性，存在按照长边(长轴)变得与基板面平行的方式配置的倾向。这种情况下，由于基板面上的宽度变大，所以互连器中的由光反射引起的光学损耗大，太阳能电池模块的光利用效率降低。与此相对，若如图7中所示的那样，进行截面方位取向控制，按照长边(长轴)变得与基板面的法线方向平行的方式配置，则基板面上的宽度变小。这种情况下，由于与长宽比小且具有同一宽度的互连器相比截面积大，所以存在互连器的线路电阻变小，模块特性提高的倾向。即，通过使用截面的长宽比大(例如为1.5以上)的互连器、进行截面方位取向控制，能够提高模块特性。
如互连器313那样具有倾斜面时，通过按照倾斜角θ变大的方式进行截面方位取向控制，由于被互连器反射的光在保护材料1与空气的界面中被反射时变成全反射，所以能够防止入射光向模块外的放出，提高模块光利用效率。例如在保护材料1为玻璃(折射率：1.5)时，若θ为41°以上，则被互连器313反射的光在保护材料1与空气的界面中被全反射。
也可以通过使用支撑基材的方法以外，进行互连器的截面方位取向控制。例如通过在密封构件2、6中埋入互连器中并固定，可以在不使用支撑基材的情况下实施互连器的取向控制。此外，通过在将互连器的不与指状电极接触的部分利用支撑用夹具把持等方法而进行了方位取向控制的状态下实施互连，也可以进行互连器的取向控制。
(开口部的形成)
通过按照与指状电极正交的方式配置互连器，在互连器3、5与指状电极9、17之间的绝缘层8、18中局部地形成开口部，从而进行两者的电连接。电连接通过利用密封构件的压力等使互连器与指状电极物理接触的方法、在互连器与指状电极之间的开口部中填充金属材料31、32的方法等来进行。
绝缘层中的开口部的形成通过能够在指状电极与互连器的连接部位中局部地形成开口部的方法来进行。例如，通过在指状电极上配置有互连器的状态下施加压力，从而在指状电极上的绝缘层中局部地形成开口部。此外，通过软钎焊或热压接等局部加热，指状电极发生热膨胀，在指状电极上的绝缘层中形成龟裂状的开口部。
通过在绝缘层的制膜时使用掩模等限定制膜区域而在绝缘层中设置开口部时，变得需要掩模的对位。此外，由于为了设置对位的余量，需要增大利用掩模的覆盖区域，所以在比互连区域大的区域中形成开口部。因此，产生光电转换部或电极的露出部分，存在太阳能电池模块的可靠性降低的倾向。
另一方面，本发明中，按照覆盖光电转换部及电极上的整面的方式形成绝缘层8、18后，互连器3、5与指状电极9、17接触，在接合的部位(互连部位)中局部地形成开口部。在该方法中，由于能够自动地使开口部的形成集中在需要开口部的互连部位，所以从生产率的观点出发优选。此外，在互连部位中局部地形成开口部，通过与互连器的连接而闭塞开口部。因此，光电转换部或电极的整面变成被绝缘层或互连器覆盖的状态，难以产生露出部分，能够提高太阳能电池模块的可靠性。
作为互连器一般使用的接头线的宽度为0.8～2mm左右，太阳能电池的电极(汇流条电极)与接头线的接触截面积大。因此，难以对互连部位局部地赋予压力而在绝缘层中形成开口部。与此相对，在使用宽度低于400μm的互连器的情况下，由于容易对指状电极上的与绝缘层的接触部位局部地施加力，所以能够容易地形成开口部。
(互连器的连接)
为了提高连接的可靠性，优选在形成于绝缘层8、18中的开口部中填充金属材料31、32，将互连器3、5与指状电极9、17电连接。作为在开口部中填充金属材料的方法，可列举出导电性糊剂的涂布、利用熔融软钎料的连接、利用In等低熔点金属的熔融粘合、利用镀覆的金属的析出等。使互连器与互连部位接触而在绝缘层中形成开口部后，维持互连器的接触状态，通过金属的加热熔融或镀覆而将开口部用金属材料填充，这从生产率的观点出发优选。
例如通过使设置于互连器的表面的覆盖金属层加热熔融，能够将开口部用金属材料填充。这种情况下，构成互连器的覆盖金属层的金属材料、或构成覆盖金属层的金属材料与构成指状电极的金属材料的合金材料被填充于绝缘层的开口部中。例如在使用经软钎料覆盖的互连器时，通过将互连部位局部地加热，软钎料发生熔化，熔融软钎料被填充于开口部中，由此能够将指状电极与互连器熔融粘合。此外，在使用经In等金属材料覆盖的互连器时，只要通过利用热压接使覆盖金属材料熔融，将指状电极与互连器进行熔融粘合即可。在这些方法中，伴随由加热引起的指状电极的热膨胀的绝缘层中的龟裂状的开口部的形成和熔融金属材料向其中的填充也可以大致同时进行。在使互连器的覆盖金属层熔融时，若构成指状电极的金属材料发生熔融，则有时形成互连器的覆盖金属材料与构成指状电极的金属材料的合金。特别是由于软钎料材料与铜的相容性高，所以在铜电极上软钎焊互连器的情况下，容易在绝缘层的开口部中形成合金。
通过在使互连器与互连部位接触的状态下，对指状电极通电而进行电解镀覆，从而在设置于指状电极上的绝缘层的开口部附近局部地析出镀覆金属。利用该镀覆金属，能够使开口部下的指状电极与设置于其上的互连器导通而电连接。另外，伴随着导电性糊剂的烧成时等的金属材料的体积变化，有时在指状电极上的绝缘层中产生微细的开口(龟裂)(例如参照WO2013/077038号)。在通过电解镀覆而实施互连时，有时介由绝缘层8、18的微细的开口，在互连区域以外的指状电极上析出镀覆金属，但该程度的微细的龟裂及析出金属不会对模块的转换特性或可靠性造成大的影响。
(密封)
通过将介由互连器而连接有多个太阳能电池的太阳能电池串用密封构件密封，可得到太阳能电池模块。例如通过在太阳能电池串的受光面侧及背面侧各自上配置并层叠有密封构件2、6及保护材料1、7的状态下进行加热压接，从而密封构件也流动至邻接的太阳能电池间或模块的端部而进行模块化。
作为密封构件2、6，优选使用乙烯/醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、乙烯/醋酸乙烯酯/异氰脲酸三烯丙酯(EVAT)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、硅、氨基甲酸酯、丙烯酸、环氧等透光性的树脂。
密封构件优选也被填充于由邻接的2根指状电极9、将它们连接的互连器3和设置于光电转换部的表面的绝缘层8所围成的空间内。由此与周围的折射率差消失，光也扩散至该区域中，所以光封闭效果提高。此外，由于通过密封构件2，形成绝缘层8与互连器3的密合状态，所以互连器3更牢固地与太阳能电池4连接，模块的可靠性提高。
受光面保护材料1为透光性，作为其材料，可例示出玻璃基板(青板玻璃基板、白板玻璃基板)、聚氟乙烯膜(例如Tedlar film(注册商标))等氟树脂膜或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜等有机膜。从机械强度、光线透射率、耐湿可靠性及成本等方面出发，特别优选白板玻璃基板。
背面侧保护材料7可以是透光性、光吸收性及光反射性中的任一者。作为透光性的保护材料，优选使用上述的材料作为受光面保护材料的材料。作为光反射性的背面保护材料，优选呈现金属色或白色等的材料，优选使用白色树脂膜、在树脂膜间夹持有铝等金属箔的层叠体等。作为光吸收性的保护材料，例如使用包含黑色树脂层的材料。
实施例
以下，通过实施例对本发明进行具体说明，但本发明并不限定于以下的实施例。
[异质结太阳能电池的光电转换部的制作]
将入射面的面取向为(100)、厚度为200μm的6英寸n型单晶硅基板在丙酮中洗涤后，在2重量％的HF水溶液中浸渍5分钟而除去表面的氧化硅层，利用超纯水进行2次冲洗。将该基板在保持在75℃的5/15重量％的KOH/异丙醇水溶液中浸渍15分钟。之后，在2重量％的HF水溶液中浸渍5分钟，利用超纯水进行2次冲洗，在常温下使其干燥。通过原子力显微镜(AFM)进行单晶硅基板的表面观察，结果在两面形成了四角锥状的纹理结构，其算术平均粗糙度为2100nm。
将纹理形成后的单晶硅基板的表面在70℃的5％HCl水溶液中浸渍5分钟，将残留在表面的碱成分中和。之后，使用15ppm的臭氧水进行10分钟表面洗涤，在5％HF水溶液中浸渍2分钟而除去臭氧氧化膜。
将该基板导入CVD装置中，在基板的一个面上制膜4nm的i型非晶质硅层作为受光面真性硅层，在其上制膜5nm的p型非晶质硅层作为受光面导电型硅层。i型非晶质硅层的制膜条件设定为：基板温度为180℃、压力为130Pa、SiH4/H2流量比为2/10、输入功率密度为0.03W/cm2。p型非晶质硅层的制膜条件设定为：基板温度为190℃、压力为130Pa、SiH4/H2/B2H6流量比为1/10/3、输入功率密度为0.04W/cm2。另外，作为上述的B2H6气体，使用利用H2将B2H6浓度稀释成5000ppm的气体。
接着，在基板的另一个面上制膜5nm的i型非晶质硅层作为背面真性硅层，在其上制膜10nm的n型非晶质硅层作为背面导电型硅层。n型非晶质硅层的制膜条件设定为：基板温度为180℃、压力为60Pa、SiH4/PH3流量比为1/2、输入功率密度为0.02W/cm2。另外，作为上述的PH3气体，使用利用H2将PH3浓度稀释至5000ppm的气体。
将基板移送至溅射室，在p型非晶质硅层上制膜120nm的ITO层作为受光面透明电极层。接着向n型非晶质硅层上制膜100nm的ITO层作为背面透明电极层。在ITO层的成膜中，使用在In2O3中添加有10％的SnO2的溅射靶。
在以下的实施例及比较例中，在通过上述得到的光电转换部(太阳能电池半成品)的透明电极层上形成电极而制作太阳能电池，介由互连器将多个太阳能电池连接，由此进行模块化。
[实施例1]
(栅电极的形成)
在受光面的透明电极层上，将银糊剂进行丝网印刷，形成由指状电极和与指状电极正交的补偿电极(将指状电极间横断的电极)形成的受光面栅电极。邻接的指状电极的间隔为2mm，补偿电极的间隔设定为30mm。补偿电极的宽度与指状电极的宽度大致相同，未设置宽幅的汇流条电极。
在背面透明电极层上，与受光面侧同样地形成由指状电极和补偿电极形成的栅电极。背面栅电极的补偿电极的根数与受光面栅电极相同，指状电极的根数设定为受光面侧的约2倍。
(绝缘层的形成)
将形成金属电极后的太阳能电池导入CVD装置中，通过等离子体CVD法，在受光面及背面各自上制膜100nm的氧化硅层作为绝缘层。
(互连)
使用将直径为170μm的铜线的表面以膜厚为5μm的铟层涂布而得到的直径约为180μm的金属线作为互连器。将互连器按照与太阳能电池的指状电极正交的方式以6mm间隔配置，将邻接的2个太阳能电池的受光面指状电极与背面指状电极通过互连器而连接，形成9片太阳能电池被串联连接的太阳能电池串。
通过将互连器重叠而配置在指状电极上的部位在180℃下进行2分钟热压接，将互连器的表面的铟与Ag指状电极进行熔融粘合，从而进行指状电极与互连器的连接。两面的透明电极层及栅电极被绝缘层覆盖，在互连器与指状电极的熔融粘合部位中，绝缘层贯通而形成有开口部。该开口部是通过指状电极与互连器的接触而指状电极发生变形，由伴随于此在绝缘层中产生的龟裂而引起的。
(密封)
将6根太阳能电池串(计54片太阳能电池)串联连接而制作串集合体。准备作为受光面保护材料的厚度为4mm的白板玻璃、作为受光面密封构件及背面密封构件的厚度分别为400μm的EVA片材、作为背板的PET膜，在2张EVA片材之间夹持串集合体，在150℃下实施20分钟层压，得到太阳能电池模块。
[实施例2]
在互连中，通过电解镀覆而进行指状电极与互连器(表面未被覆盖的直径为170μm的铜线)的连接，除此以外与实施例1同样地操作而制作太阳能电池模块。
通过使指状电极与互连器接触，在绝缘层中形成开口部。通过在使两者接触的状态下进行电解铜镀覆，在互连器与露出到开口部下的指状电极之间析出镀覆铜。互连器的表面与指状电极的接触点被1～3μm的镀覆铜覆盖，形成良好的连接。
[实施例3]
除了通过铜镀覆而形成受光面栅电极及背面栅电极以外，与实施例1同样地操作而制作太阳能电池模块。
在受光面透明电极层上及背面透明电极层上，分别通过溅射法形成100nm的Ni层及150nm的Cu籽晶层。在表背的Cu籽晶层上，涂布抗蚀剂，进行曝光及显影，形成与栅电极图案对应的抗蚀剂开口。在露出到抗蚀剂开口下的Cu籽晶层上通过电解铜镀覆形成镀覆铜电极后，除去抗蚀剂，通过蚀刻除去残留在镀覆铜电极间的Ni层/Cu籽晶层。之后，按照覆盖光电转换部上及镀覆铜电极上的方式，利用等离子体CVD法制膜100nm的氧化硅层。
[实施例4]
在绝缘层的形成中，在仅受光面上制膜100nm的氧化硅层作为绝缘层，在背面上未形成绝缘层，除此以外与实施例1同样地操作而制作太阳能电池模块。
[实施例5]
在绝缘层的形成中，在仅背面上制膜100nm的氧化硅层作为绝缘层，在受光面上未形成绝缘层，除此以外与实施例1同样地操作而制作太阳能电池模块。
[实施例6]
与实施例3同样地通过铜镀覆形成受光面栅电极及背面栅电极后，在互连中，将被软钎料(膜厚为30～80μm)覆盖的直径为170μm的铜线软钎焊在指状电极上。在软钎焊中，通过在使指状电极与互连器接触的状态下，将接合点局部地加热而使软钎料熔化，将互连器熔融粘合在指状电极上。
[实施例7]
与实施例3同样地通过铜镀覆形成受光面栅电极及背面栅电极后，与实施例2同样地通过电解镀覆实施指状电极与互连器的连接。
[实施例8]
与实施例1同样地使用银糊剂形成栅电极，形成绝缘层后，将太阳能电池在湿度为60％、气温为27℃的环境下保管10天。之后，与实施例1同样地进行互连及密封，得到太阳能电池模块。
[比较例1]
除了在光电转换部的受光面及背面中的任一者上均没有进行绝缘层的形成这点以外，与实施例1同样地制作太阳能电池模块。
[比较例2]
与实施例1同样地使用银糊剂在受光面及背面上形成栅电极。指状电极的间隔与实施例1相同，作为在与指状电极正交的方向上将指状电极间横断的电极，按照邻接的电极的间隔(中心线间距离)成为39mm的方式设置4根宽度为1.5mm的汇流条电极来代替补偿电极。在电极形成后，未形成绝缘层地实施互连。
作为互连器，使用宽度为1.5mm、厚度为250μm的带状的接头线(将铜箔的表面以5～7μm的软钎料覆盖而得到的物质)，按照在汇流条上重叠的方式配置接头线，实施软钎焊。
[比较例3]
与比较例2同样地使用银糊剂在受光面及背面上形成由指状电极及汇流条电极形成的栅电极。之后，在将作为互连区域的汇流条电极上用掩模覆盖的状态下，仅在透明电极层上及指状电极上制膜100nm的氧化硅层作为绝缘层，在互连区域中未形成绝缘层。形成绝缘层后，与比较例2同样地在汇流条上软钎焊接头线而实施互连。
[比较例4]
在绝缘层的形成中，不使用掩模，在透明电极层上及栅电极上的整面上制膜绝缘层，除了这点以外与比较例3同样地在汇流条上软钎焊接头线而实施互连。
[比较例5]
在绝缘层的形成中，在将指状电极上及补偿电极上用掩模覆盖的状态下进行绝缘层的制膜，仅在透明电极层上制膜100nm的氧化硅层，除了这点以外与实施例1同样地制作太阳能电池模块。
[比较例6]
在绝缘层的形成中，在将指状电极上的互连区域用掩模覆盖的状态下进行绝缘层的制膜，在互连区域以外(透明电极层上、补偿电极上、及指状电极与金属线的非连接部分)制膜100nm的氧化硅层，除了这点以外与实施例1同样地制作太阳能电池模块。
[比较例7]
在光电转换部的受光面及背面中的任一者上均未形成绝缘层，与实施例6同样地尝试在铜镀覆栅电极上连接互连。然而，无法适合地进行铜镀覆栅电极上的互连器(软钎料覆盖铜线)的软钎焊，互连器的密合性不足，所以无法进行适合的互连。
[比较例8]
在绝缘层的形成中，在将指状电极上的互连区域用掩模覆盖的状态下进行制膜，在互连区域以外制膜100nm的氧化硅层。除此以外与实施例6同样地尝试在铜镀覆栅电极上连接互连。无法进行适合的互连。
[比较例9]
在光电转换部的受光面及背面中的任一者上均未进行绝缘层的形成，除了这点以外与实施例1同样地制作太阳能电池模块。
[比较例10]
与实施例1同样地使用银糊剂形成栅电极后，将未设置绝缘层的太阳能电池在湿度为60％、气温为27℃的环境下保管10天。之后，未形成绝缘层，与实施例1同样地进行互连及密封，得到太阳能电池模块。
[评价]
测定实施例及比较例(除比较例7、8以外)的太阳能电池模块的输出特性后，在温度为85℃、湿度为85％的恒温槽中保管2000小时。测定从恒温槽取出的耐热耐湿可靠性试验后的太阳能电池模块的输出特性，将可靠性试验前后的输出功率的比作为保持率。将实施例及比较例的太阳能电池模块中的栅电极的构成(材料及与指状电极正交的横断电极的种类)、绝缘层的形态(形成面、以及形成面中的栅电极上及互连(IC)区域上的绝缘层的有无)、互连器的材料及互连方法、以及输出特性示于表1中。
就模块的初期输出功率而言，使用铜细线作为互连器的实施例1～7、及比较例1、5～8与使用了接头线的比较例2～4相比变高。这起因于由因电极引起的遮蔽损失降低带来的电流的增加及由互连器的电阻降低带来的曲线因子的改善。其中，通过铜镀覆而形成栅电极的实施例3、6、7显示特别高的输出功率。这是由于，与包含树脂材料的金属糊剂电极相比，镀覆电极的电阻率低，因此由串联电阻引起的损耗降低。
若将使用了将表面以In合金涂布而成的铜线作为互连器的实施例1、4、5与比较例1、5、6进行比较，则初期输出功率基本没有见到差异，且关于可靠性试验后的保持率，在两面的整面上形成有绝缘层的实施例1特别高，在受光面及背面中的任一者上形成有绝缘层的实施例4、5显示其次高的值。在受光面及背面中的任一者上均未设置绝缘层的比较例1中，保持率大幅降低。在比较例5、6中，尽管在两面上设置有绝缘层，但显示比仅在单面上设置有绝缘层的实施例4、5低的保持率。由这些结果可知，在互连区域中，光电转换部表面的透明电极与栅电极的边界部分被绝缘层覆盖的结构对于模块可靠性的提高是有用的。
此外，若将在铜镀覆电极上连接有软钎料涂布金属线作为互连器的实施例6与比较例7、8进行比较，则实施例6的初期输出功率及可靠性试验后的保持率也优异，与此相对，在互连区域中未设置绝缘层的比较例7、8中，产生铜与软钎料的连接不良。观察比较例7、8的互连区域的截面，结果镀覆电极的铜与软钎料一起熔融，被向互连器侧吸取，形成空隙。这起因于，由于铜与软钎料的合金化速度大，所以产生所谓的软钎料浸析。
另一方面，在实施例6中，由于除了互连区域的微细的开口部以外，镀覆电极的表面也被绝缘层覆盖，所以铜向软钎料侧的流动得到抑制。因此认为，通过流动软钎料与铜的合金形成部位被限定于绝缘层的开口部附近，过度的合金化得到抑制，从而能够利用软钎料进行良好的连接。
在制作太阳能电池后且互连之前设置10天的保管期间的实施例8中，与未设置保管期间的实施例1同样地显示高的初期输出功率及保持率。另一方面，在未设置绝缘层的比较例10中，与未设置保管期间的比较例1相比，初期输出功率及保持率均降低。由这些结果可知，通过利用绝缘层将光电转换部及金属电极的表面覆盖，模块化后的可靠性提高，而且能够抑制制作太阳能电池后且模块化前的期间的品质的降低。
符号的说明
1、9 保护材料
2、6 密封构件
3、5 互连器
4 晶体硅太阳能电池
50 光电转换部
13 晶体硅基板
11、15 导电型硅层
12、14 真性硅层
10、16 背面透明电极层
8、18 绝缘层
9、17 指状电极
91 补偿电极

Claims (14)

1.一种晶体硅太阳能电池模块，其是具有晶体硅太阳能电池、和与所述晶体硅太阳能电池电连接的互连器的太阳能电池模块，其中，
所述晶体硅太阳能电池具有平行地排列而设置在光电转换部的第一主表面上的多个第一指状电极，
按照覆盖所述光电转换部的第一主表面及所述第一指状电极的方式设置有第一绝缘层，
所述互连器在所述光电转换部的第一主表面的面内方向上的宽度为50μm以上且低于400μm，按照将所述多个第一指状电极横断而电连接的方式配置，
在所述第一指状电极与所述互连器交叉的部分中，
在设置于所述第一指状电极与所述互连器之间的所述第一绝缘层中形成有开口部，
所述第一指状电极与所述互连器介由所述第一绝缘层的开口部而电连接。
2.根据权利要求1所述的晶体硅太阳能电池模块，其中，通过在所述开口部中填充金属材料，从而所述第一指状电极与所述互连器被电连接。
3.根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池模块，其中，所述互连器在与所述第一绝缘层相接的部分中具有低熔点金属材料层，
构成所述低熔点金属材料层的金属材料、或构成所述低熔点金属材料的金属材料与构成所述第一指状电极的金属材料的合金被填充于所述开口部中。
4.根据权利要求2所述的晶体硅太阳能电池模块，其中，在所述开口部中填充有镀覆金属。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的晶体硅太阳能电池模块，其中，所述第一指状电极在所述绝缘层的正下面具有镀覆铜。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的晶体硅太阳能电池模块，其中，关于互连器的截面，与在光电转换部的第一主表面的面内方向上的长度相比，在第一主表面的法线方向上的长度更大。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的晶体硅太阳能电池模块，其中，所述光电转换部在单晶硅基板的第一主表面上依次具备第一真性硅层、第一导电型硅层及第一透明电极层，
在所述第一透明电极层上设置有所述第一指状电极及所述第一绝缘层。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的晶体硅太阳能电池模块，其中，
所述晶体硅太阳能电池具有平行地排列而设置在光电转换部的第二主表面上的多个第二指状电极，
按照覆盖所述光电转换部的第二主表面及所述第二指状电极的方式设置有第二绝缘层，
按照将所述多个第二指状电极横断而电连接的方式配置有互连器，
在所述第二指状电极与所述互连器交叉的部分中，
在设置于所述第二指状电极与所述互连器之间的所述第二绝缘层中形成有开口部，
所述第二指状电极与所述互连器介由所述第二绝缘层的开口部而电连接。
9.一种晶体硅太阳能电池模块的制造方法，其是制造权利要求1～8中任一项所述的晶体硅太阳能电池模块的方法，其中，
通过使所述互连器与设置于所述第一指状电极上的第一绝缘层接触，
在所述第一指状电极与所述互连器交叉的部分中选择性地形成所述开口部。
10.一种晶体硅太阳能电池模块的制造方法，其是制造权利要求1～8中任一项所述的晶体硅太阳能电池模块的方法，其中，
通过在使所述互连器与设置于所述第一指状电极上的第一绝缘层接触的状态下将所述互连器加热，
在所述第一指状电极与所述互连器交叉的部分中选择性地形成所述开口部。
11.根据权利要求9或10所述的晶体硅太阳能电池模块的制造方法，其中，
所述互连器在与所述第一指状电极交叉的部分中具有低熔点金属材料层，
通过将所述低熔点金属材料层加热而使其熔融，在所述绝缘层的开口部中填充金属材料，将所述互连器与所述第一指状电极电连接。
12.根据权利要求9或10所述的晶体硅太阳能电池模块的制造方法，其中，通过在使所述互连器与设置于所述第一指状电极上的第一绝缘层接触的状态下，对所述第一指状电极通电而进行电解镀覆，从而使镀覆金属在所述开口部中析出，将所述互连器与所述第一指状电极电连接。
13.根据权利要求9～12中任一项所述的晶体硅太阳能电池模块的制造方法，其中，
准备在支撑基材上附设有多个互连器的带布线的基材，
通过使所述带布线的基材的互连器附设面与所述太阳能电池的所述第一绝缘层接触，在所述第一绝缘层上配置互连器。
14.根据权利要求9～13中任一项所述的晶体硅太阳能电池模块的制造方法，其中，在将所述互连器按照与光电转换部的第一主表面的面内方向上的长度相比、第一主表面的法线方向上的长度变大的方式配置在所述第一绝缘层上的状态下，进行所述第一指状电极与所述互连器的连接。
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