CN109643739A - 太阳能电池以及太阳能电池模块 - Google Patents

太阳能电池以及太阳能电池模块 Download PDF

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Abstract

太阳能电池(100)在具有第一主面以及第二主面的矩形的半导体基板的第二主面具有第一导电型区域以及第二导电型区域。在半导体基板的第一方向中央区域(YC)中，沿着第二方向交替地配置有沿第一方向延伸的带状的第一导电型区域(111)和沿第一方向延伸的带状的第二导电型区域(112)。在第一方向端部区域(YE1、YE2)中，沿着第一方向交替地配置有沿第二方向延伸的带状的第一导电型区域(116a、118a)和沿第二方向延伸的带状的第二导电型区域(117a)，沿着第一方向配置有至少2个第一导电型区域。

Description

太阳能电池以及太阳能电池模块
技术领域
本发明涉及太阳能电池以及太阳能电池模块。
背景技术
一般的太阳能电池是双面电极型，在受光面以及背面两方具备电极。另一方面，仅在背面具有电极的背结型太阳能电池没有因受光面的电极引起的遮光损失，而光利用效率优异，所以能够实现较高的转换效率。
在背结型太阳能电池中，在半导体基板的背面侧，设置有图案化为规定形状的p型区域以及n型区域，并在这些导电型区域上设置有电极。作为背结型太阳能电池中的导电型区域的图案形状，一般为沿一方向延伸的p型区域以及n型区域沿着与延伸方向正交的方向交替地配置的结构。
例如，在专利文献1中，公开了一种图案化为第一导电型区域和第二导电型区域相互啮合的梳齿状的背结太阳能电池(参照图7)。在第一导电型区域以及第二导电型区域，分别设置有第一导电型半导体层以及第二导电型半导体层。第一导电型半导体层和第二导电型半导体层具有相互不同的导电型，一方为p型，另一方为n型。在该方式下，沿y方向延伸的第一导电型区域711以及第二导电型区域712沿着x方向交替地配置。在第一导电型区域711上设置有沿y方向延伸的金属电极(指状电极)721，在第二导电型区域712上设置有沿y方向延伸的金属电极(指状电极)722。
在太阳能电池的背面的y方向的一端设置有沿x方向延伸的第一导电型区域756，以便将多个第一导电型区域711连接。沿x方向延伸的第一导电型区域756也被称为“汇流条区域”。在汇流条区域756上设置有金属电极(汇流条电极)726。汇流条电极726将分别设置于多个第一导电型区域711上的指状电极721连接。在太阳能电池的背面的另一端，设置有沿x方向延伸的第二导电型区域757，作为汇流条区域而将多个第二导电型区域712连接。在该汇流条区域上设置有汇流条电极727，该汇流条电极727将分别设置于多个第二导电型区域712上的指状电极722连接。
设置在汇流条区域756、757上的汇流条电极726、727将多个指状电极连接，收集通过指状电极回收的载流子，并且负责与其它太阳能电池的电连接的作用。在连接多个太阳能电池进行模块化时，通过在汇流条电极上连接互连器，来进行与相邻的太阳能电池的电连接。
背结太阳能电池通过在受光面不设置电极，来使半导体基板上的受光量最大化，提高转换效率。为了提高背结太阳能电池的转换效率，不仅在半导体基板的中央部，还有效地回收在半导体基板的端部(周边)生成的光载流子很重要。在专利文献1中，记载有通过利用非晶半导体层覆盖半导体基板的周边，来减少半导体基板的露出部分中的载流子复合，从而能够提高转换效率。
在专利文献2中，公开了沿y方向延伸的第一导电型区域811和第二导电型区域812沿着x方向交替地配置且不具有汇流条区域的背结太阳能电池(参照图8)。在该太阳能电池中，分别设置于多个第一导电型区域811上的指状电极821分离，分别设置于多个第二导电型区域812上的指状电极822分离。在专利文献2中，记载有针对多个指状电极821彼此的连接、多个指状电极822彼此的连接、以及相邻的太阳能电池间的电连接使用规定的布线板。
在专利文献3中，公开了作为背结型太阳能电池中的半导体层的图案形状，而具有被设置为包围半导体基板的外周部分的外周区域的方式(参照图9)。具体而言，设置有由沿x方向延伸的区域957a以及沿y方向延伸的区域957f构成的外周第二导电型区域957、以及由沿x方向延伸的区域956a以及沿y方向延伸的区域956f构成的外周第一导电型区域956。外周第二导电型区域957包围沿着x方向交替地配置的第一导电型区域951以及第二导电型区域952。外周第一导电型区域956包围外周第二导电型区域957。在专利文献3中，记载有通过在这些外周导电型区域不设置电极，从而能够提高在半导体基板的端部生成的光载流子的回收效率，能够提高转换效率。
专利文献1：WO2012/018119号小册子
专利文献2：日本特开2010－157553号公报
专利文献3：日本特开2013－219185号公报
在半导体基板的端部容易产生光生载流子的复合。通过利用非晶半导体层等覆盖包含基板的主面的周边以及基板的侧面的基板表面整体，能够减少复合，但即使在该情况下，在基板的端部也比中央部容易产生载流子复合。因此，为了提高背结型太阳能电池的转换效率，抑制基板的端部的载流子复合并有效地回收光生载流子很重要。
发明内容
鉴于这样的课题，本发明的目的在于提供一种由半导体基板的端部附近的载流子复合引起的回收损失较小且转换效率较高的背结太阳能电池。
像上述那样，在背结型太阳能电池中，在基板的背面的整体或者除去端部的大部分的区域，交替地配置有沿一个方向延伸的带状的第一导电型区域和第二导电型区域。本发明人们发现了在导电型区域具有这样的面内图案形状的背结型太阳能电池中，在基板的端部附近的载流子寿命具有各向异性。
即，发现了在导电型区域的延伸方向的端部，与其正交方向的端部相比，具有载流子寿命较短且容易发生载流子复合的趋势。本发明的太阳能电池通过在导电型区域的延伸方向的端部，导电型区域具有规定的图案形状，从而能够抑制半导体基板的端部中的载流子复合。
本发明的太阳能电池在具有第一主面以及第二主面的矩形的半导体基板的第二主面具备第一导电型区域以及第二导电型区域。在第二主面设置金属电极，在第一主面不设置金属电极。在第一导电型区域，包含第一导电型半导体层，在第二导电型区域包含第二导电型半导体层。第一导电型半导体层和第二导电型半导体层具有不同的导电型。
在半导体基板的第一方向的两端部存在第一方向端部区域，在2个第一方向端部区域之间存在第一方向中央区域。在第一方向中央区域中，沿着第二方向交替地配置有沿第一方向延伸的带状的第一导电型区域和沿第一方向延伸的带状的第二导电型区域。在第一方向端部区域中，沿着第一方向交替地配置有沿第二方向延伸的带状的第一导电型区域和沿第二方向延伸的带状的第二导电型区域。在第一方向端部区域中，沿着第一方向配置有至少2个第一导电型区域。
在背结太阳能电池的一个实施方式中，在第一导电型区域中，在半导体基板的第二主面上，依次设置有本征半导体层、第一导电型半导体层以及透明导电层，在第二导电型区域中，在半导体基板的第二主面上，依次设置有本征半导体层、第二导电型半导体层以及透明导电层。
在本发明的太阳能电池的一个实施方式中，在沿着第一方向的周边沿第二方向延伸的周边第一导电型区域连接有从第一方向中央区域跨越第一方向端部区域并沿第一方向延伸的第一导电型区域。与周边第一导电型区域的第一方向中央区域侧相邻配置的第二导电型区域被从第一方向中央区域跨越第一方向端部区域并沿第一方向延伸的第一导电型区域沿着第二方向分割为多个区域。
本发明还涉及经由布线部件电连接有多个上述的太阳能电池的太阳能电池模块。
本发明的太阳能电池在第一方向端部区域中交替地配置有沿第二方向延伸的带状的第一导电型区域和第二导电型区域。因此，在半导体基板的中央部生成的光载流子朝向第一方向的端部的移动被抑制，载流子复合量减少，从而能够使太阳能电池高效率化。
附图说明
图1是一个实施方式所涉及的背结型太阳能电池的俯视图。
图2是图1的A1－A2线处的剖视图。
图3是一个实施方式的背结型太阳能电池的俯视图。
图4是一个实施方式的背结型太阳能电池的俯视图。
图5是一个实施方式的背结型太阳能电池的俯视图。
图6是一个实施方式的背结型太阳能电池的俯视图。
图7是以往的背结太阳能电池的俯视图。
图8是以往的背结太阳能电池的俯视图。
图9是以往的背结太阳能电池的俯视图。
图10是以往的背结太阳能电池的开路状态下的光致发光(PL)图像。
图11是一个实施方式的太阳能电池的俯视图。
图12A是用于对在太阳能电池的中央部产生的载流子的朝向端部的移动进行说明的示意图。
图12B是用于对在太阳能电池的中央部产生的载流子的朝向端部的移动进行说明的示意图。
图13是一个实施方式的背结型太阳能电池的俯视图。
图14A是沿着图13的背结太阳能电池的第一布线部件的延伸方向的剖面的一个例子。
图14B是沿着图13的背结太阳能电池的第一布线部件的延伸方向的剖面的一个例子。
具体实施方式
[背结太阳能电池的结构]
本发明的太阳能电池在具有第一主面和第二主面的矩形的半导体基板的第二主面具有图案化为规定形状的第一导电型区域以及第二导电型区域。在太阳能电池发电时，半导体基板的第一主面为受光面，第二主面为背面。
在第一导电型区域设置有第一导电型半导体层，在第二导电型区域设置有第二导电型半导体层。第一导电型半导体层和第二导电型半导体层是具有不同的导电型的半导体层，一方是p型半导体层，另一方是n型半导体层。在本说明书中，将设置于半导体基板的第一方向(y方向)的端部的导电型区域所包含的半导体层的导电型设为第一导电型。即，设置于第一方向的端部的周边的导电型区域为第一导电型区域。有将该第一导电型区域称为周边第一导电型区域的情况。
图1是本发明的一个实施方式的背结型太阳能电池的第二主面(背面)侧的俯视图。图2是图1的A1－A2线处的剖视图。
如图1所示，太阳能电池100在半导体基板10的背面(图2中的上侧的面)具有第一导电型区域111、116a、116f、118a、118f以及第二导电型区域112、117a、117f。
在俯视时，半导体基板10为矩形。所谓的矩形无需是完全的正方形或者长方形，例如，半导体基板的形状也可以为半方形(矩形的角带圆弧的形状、存在切口部的形状)。
图2所示的实施方式是所谓的异质结硅太阳能电池，作为半导体基板10，使用结晶硅基板等。结晶硅基板可以为单晶硅以及多晶硅的任意一种。
硅基板的导电型可以为n型以及p型中的任意一种。根据硅基板内的载流子寿命的长度，优选使用n型单晶硅基板。硅基板的厚度例如为50～300μm左右。从光限制的观点来考虑，优选在硅基板的受光面(第一主面)设置有纹理(凹凸构造)。也可以在硅基板的背面(第二主面)也设置纹理。
如图2所示，在第一导电型区域111中，在半导体基板10的第二主面上设置有第一导电型半导体层11。在第二导电型区域112中，在半导体基板10的第二主面上设置有第二导电型半导体层12。第一导电型半导体层11以及第二导电型半导体层12为非晶硅、结晶硅等硅系薄膜。优选在硅基板10与导电型半导体层11、12之间设置有本征半导体层31、32。通过在硅基板的表面设置非晶硅薄膜等本征半导体层，从而终止硅基板的表面缺陷，提高载流子寿命。
对于硅系薄膜的制膜方法并不特别限定，但优选为等离子体CVD法。作为CVD的材料气体，优选为SiH4气体。作为导电型硅系薄膜的制膜所使用的掺杂剂添加气体，优选为用氢稀释后的B2H6、PH3。为了提高透光率，也可以微量地添加氧、碳等杂质。例如，通过在CVD制膜时导入CO2、CH4等气体，能够向硅系薄膜导入氧、碳。
在通过CVD法等干式工艺制作硅系薄膜的情况下，如图2所示，优选设置薄膜以便覆盖基板的端部以及侧面。另外，优选第一主面的钝化层70也设置为覆盖基板的端部以及侧面。通过像这样设置非晶硅等以便覆盖基板的端部以及侧面，能够抑制在基板端部处的载流子复合。
优选第一导电型半导体层11和第二导电型半导体层12不接合。在图2所示的实施方式中，在第一导电型区域111与第二导电型区域112之间设置分离槽，并对各层进行图案化，以使得导电型区域分离。也可以如上述的专利文献1(WO2012/018119号)所示那样，在第一导电型区域与第二导电型区域的边界，设置有形成有第一导电型半导体层以及第二导电型半导体层双方的重叠区域。通过在重叠区域的第一导电型半导体层与第二导电型半导体层之间设置绝缘层，能够防止第一导电型半导体层与第二导电型半导体层的接合。
对于将第一导电型半导体层11和第二导电型半导体层12层图案化为规定形状的方法并不特别限定，可举出使用掩模形成硅系薄膜的方法、在用抗蚀剂等覆盖表面的状态下使用蚀刻液、蚀刻膏除去抗蚀剂开口下的半导体层等的方法等。
本发明的太阳能电池中的导电型半导体层并不限定于硅系薄膜。例如，导电型半导体层也可以为设置于硅基板的表面的掺杂层。通过利用热扩散、激光掺杂等，向硅基板的表面掺杂P、B等掺杂剂(导电型确定杂质)，能够形成掺杂层。
在异质结太阳能电池中，在导电型半导体层11、12与金属电极21、22之间设置有透明导电层41、42。作为透明导电层的材料，优选为氧化铟锡(ITO)、氧化锌等导电性氧化物。透明导电层能够通过溅射法、CVD法等来制膜。优选透明导电层也与导电型半导体层相同地被图案化。
设置在透明导电层41、42上的金属电极21、22能够通过印刷、电镀等公知的方法来形成。例如，优选使用通过Ag膏的丝网印刷形成的Ag电极、通过电解电镀形成的铜电镀电极等。
在图1所示的太阳能电池100中，在外周部的导电型区域中的沿y方向延伸的第一导电型区域118f中设置有透明导电层以及金属电极，在外周部的其它导电型区域不设置电极。金属电极的图案并不局限于图1所示的方式，也可以在沿y方向延伸的导电型区域117f以及116f也设置金属电极。另外，也可以在沿x方向延伸的导电型区域118a、117a以及116a也设置金属电极。设置于第一导电型区域118a的金属电极也可以与设置于第一导电型区域111的金属电极21连结。
在后述的图3、图4、图5以及图6所示的实施方式中，在基板的中央区域中，在沿着x方向交替地配置的第一导电型区域以及第二导电型区域上设置金属电极即可，在端部区域设置或不设置金属电极都可以。端部区域的金属电极的有无能够考虑载流子回收效率、导电型层的宽度、工艺余量等来设计。
在背结型太阳能电池中，作为受光面的第一主面不直接有助于发电以及电流的取出。因此，对于第一主面上的结构，只要不妨碍太阳光的受光，则并不特别限定。在图2所示的实施方式中，在硅基板10的第一主面(图的下侧)设置有钝化层70。
钝化层70既可以是单层，也可以是层叠多层而成。在作为半导体基板而使用结晶硅基板的情况下，为了提高钝化效果，优选与结晶硅基板的第一主面相接触地设置本征非晶硅薄膜。也可以在本征非晶硅薄膜上进一步设置导电型半导体薄膜。
优选设置在本征硅薄膜上的导电型半导体薄膜具有与半导体基板10相同的导电型。例如，在半导体基板10是n型结晶硅基板的情况下，优选第一主面的钝化层70为本征非晶硅薄膜与n型非晶硅薄膜的层叠结构。
也可以在钝化层70上设置兼具保护层的防反射层(未图示)。防反射层能够保护存在于其下方的钝化层，并且只要具有透光性，对其材料并不特别限制。对于防反射层而言，优选折射率1.5～2.3左右的透光性薄膜，作为其材料优选SiO、SiN、SiON等。对于防反射膜的形成方法并不特别限定，但因为能够进行精密的膜厚控制，而优选CVD法。
在半导体基板的背面，在第一方向(y方向)的两端部存在第一方向端部区域YE1以及YE2，并且在这些端部区域之间存在第一方向中央区域YC。在第一方向端部区域YE1以及YE2中，带状的导电型区域被设置为沿第二方向(x方向)延伸。在图1所示的实施方式中，从基板的端部起，沿着第一方向依次配置有第一导电型区域116a、第二导电型区域117a以及第一导电型区域118a。如上述那样，配置于第一方向的端部的周边导电型区域为第一导电型区域。
在第一方向中央区域YC中，带状的第一导电型区域以及第二导电型区域被设置为沿第一方向延伸。在图1所示的实施方式中，第一导电型区域111、116f、118f以及第二导电型区域112、117f被设置为沿第一方向(y方向)延伸。第一导电型区域和第二导电型区域沿着第二方向(x方向)交替地配置。具体而言，在x方向的两端部XE1以及XE2，从端部侧起，配置有周边纵向第一导电型区域116f以及外周纵向第二导电型区域117f，在其内侧的第二方向中央区域XC，在两端设置有内周纵向第一导电型区域118f，在其之间，沿着x方向交替地配置有第二导电型区域112和第一导电型区域111。
在本说明书中，将第一方向端部区域的同第一方向端部区域与第一方向中央区域YC的边界相接触地配置的带状的导电型区域(在图1中为第一导电型区域118a)沿第二方向延伸的范围定义为第二方向中央区域XC，并将其两端的区域定义为第二方向端部区域XE1、XE2。同与第一方向中央区域YC的边界相接触的导电型区域被沿着第二方向分割为多个区域的情况下，设被分割的部分也包含于第二方向中央区域XC(参照图4以及图5)。
设置于第二方向中央区域XC的导电型区域111、112的宽度例如被设定为200～2000μm左右。第一导电型区域111的宽度与第二导电型区域112的宽度也可以不同。例如，也可以在第一导电型区域的宽度的0.5～2倍左右的范围内调整第二导电型区域的宽度。
在第一方向端部区域YE1以及YE2中，从基板的端部起沿着第一方向(y方向)，依次配置有周边横向第一导电型区域116a、外周横向第二导电型区域117a以及内周横向第一导电型区域118a。内周横向第一导电型区域118a与内周纵向第一导电型区域118f连接，构成环状的内周第一导电型区域118。内周第一导电型区域118包围在第一方向中央区域YC中交替地配置的第一导电型区域111以及第二导电型区域112。
外周横向第二导电型区域117a与外周纵向第二导电型区域117f连接，构成环状的外周第二导电型区域117。外周第二导电型区域117包围内周第一导电型区域118。周边横向第一导电型区域116a与周边纵向第一导电型区域116f连接，构成环状的周边第一导电型区域116。周边第一导电型区域116包围外周第二导电型区域117。外周第二导电型区域117以及周边第一导电型区域116不与第一方向中央区域YC的第一导电型区域111以及第二导电型区域112接触。
在本发明的太阳能电池中，第一方向中央区域中的导电型区域的延伸方向(第一方向)与第一方向端部区域中的导电型区域的延伸方向(第二方向)非平行。优选第一方向与第二方向正交。在图1所示的实施方式中，在第一方向端部区域YE1以及YE2中分别设置有沿x方向延伸的2个第一导电型区域118a以及116a，在其之间设置有第二导电型区域117a。通过在第一方向端部区域中，交替地配置第一导电型区域以及第二导电型区域，从而基板端部处的载流子复合量减少，能够提高背结太阳能电池的输出。
以下，基于图8所示的以往的背结太阳能电池和图1所示的背结太阳能电池的导电型区域的图案形状的不同，对基板端部处的载流子复合的减少的推断原理进行说明。在图8的背结太阳能电池中，沿y方向延伸的第一导电型区域811以及第二导电型区域812沿着x方向交替地配置。
图10是具有与图8相同的导电型区域的图案形状的背结太阳能电池的开路状态下的光致发光(PL)图像。在基板的中央部，PL计数较大，载流子寿命较长，相对于此，在基板的端部，载流子寿命较短，PL计数较小。
将图10的PL图像中的x方向以及y方向的从基板端部起约5mm的范围内的PL计数的配置文件与端部中的导电型区域的图案一起示于图11。在x方向以及y方向的任意一个方向上，基板的端部处的PL计数(＝背景)为5000左右，PL计数随着向基板内部移动而增加。在x方向和y方向上，PL计数的上升存在差异，对于直至达到20000计数为止的距离而言，y方向上的距离端部的距离y1约为x方向上的距离端部的距离x1的2倍。即，可知在y方向的端部，与x方向的端部相比，PL计数较小，载流子寿命较短。这意味着在y方向的端部附近，与x方向的端部附近相比，载流子复合量较多。
作为y方向的端部附近的载流子复合量较多的原因，可举出与载流子朝向x方向的端部移动的情况相比，载流子朝向y方向的端部移动时的电位壁垒较小。即，在基板的中央部生成的载流子容易在基板的面内方向移动并到达y方向的端部，所以认为在y方向的端部附近载流子复合量增大。
如图12A中示意性所示，在沿y方向延伸的第一导电型区域811与第二导电型区域812沿着x方向交替地配置的情况下，在x方向上，在第一导电型区域与第二导电型区域的边界存在电位梯度。该电位梯度成为壁垒，抑制朝向x方向的载流子的移动。因此，在基板的中央部的位置A生成的载流子沿x方向移动并到达端部区域856f的概率较低。若参照图11，则在从x方向的端部起第2个第一导电型区域与第2个第二导电型区域的边界附近，PL计数到达20000。
另一方面，由于在导电型区域812的延伸方向亦即y方向上不存在导电型区域的边界，所以载流子沿y方向移动时的电位壁垒比x方向小。因此，认为在y方向，到达端部区域856a的载流子量增多，基板端部附近的载流子复合量较大。
特别是，对于在硅基板的表面设置有非晶硅层等钝化层的异质结太阳能电池而言，载流子寿命较长，载流子在基板内能够移动的距离较长。因此，具有从中央部向y方向的端部移动的载流子量较多，由移动到端部的载流子的复合引起的载流子回收损失的影响变得显著的趋势。
与此相对，在图12B所示的实施方式中，在第一方向端部区域YE1中，从第一方向中央区域YC侧起，设置有内周横向第一导电型区域118a、外周横向第二导电型区域117a以及周边横向第一导电型区域116a。因此，如图12B中示意性所示，第一导电型区域118a与第二导电型区域117a的边界处的电位壁垒以及第二导电型区域117a与第一导电型区域116a的边界处的电位壁垒成为阻碍在基板的中央部的位置A生成的载流子向y方向的端部(周边横向第一导电型区域118a)移动的重要因素。
即，在本发明的太阳能电池中，在第一方向端部区域，交替地配置有沿第二方向(x方向)延伸的第一导电型区域和第二导电型区域，所以通过这些导电型区域的边界处的电位壁垒，限制朝向第一方向(y方向)的端部的载流子的移动。在图1所示的实施方式中，在第一方向端部区域YE1以及YE2中分别存在2个第一导电型区域116a、118a，并在其之间存在第二导电型区域117a。在第一方向中央区域YC生成的载流子为了达到第一方向的端部，需要越过从第一导电型区域118a向第二导电型区域117a移动时的电位壁垒、和从第二导电型区域117a向第一导电型区域116a移动时的电位壁垒双方。因此，抑制朝向基板的第一方向端部的载流子的移动，伴随于此，第一方向端部的载流子复合量减少，太阳能电池的输出提高。
第一方向端部区域中的第一导电型区域与第二导电型区域的图案形状并不局限于图1所示的实施方式，沿着第一方向交替地配置第一导电型区域和第二导电型区域即可。例如，也可以设置2个以上沿第二方向延伸的第二导电型区域，也可以设置3个以上第一导电型区域。在第一方向端部区域中设置于最内侧(靠近第一方向中央区域YC的一侧)的导电型区域可以是第一导电型区域以及第二导电型区域中的任意一个。
设置于第一方向端部区域的第一导电型区域与第二导电型区域的交替配置数量越多，用于载流子从基板中央部向第一方向的端部移动的壁垒越大。因此，具有在中央部生成的光载流子向基板端部移动并复合的概率较低，载流子回收效率提高的趋势。
另一方面，若设置于第一方向端部区域的第一导电型区域与第二导电型区域的交替配置数量越多，则第一方向端部区域的宽度越大。伴随于此，存在在基板端部生成的光载流子移动到设置于中央部的电极的移动距离变长，从而在第一方向端部区域生成的载流子的回收效率降低的情况。因此，在各个第一方向端部区域YE1、YE2中，沿着第一方向设置的第一导电型区域的数量优选为10以下，更为优选为6以下，进一步优选为5以下。第一方向端部区域YE1、YE2的宽度分别优选为距离基板的第一方向的端部3mm以下，更为优选为1.5mm以下。
设置于第一方向端部区域的第一导电型区域以及第二导电型区域无需与设置于第一方向中央区域的导电型区域连接。例如，在图3所示的实施方式中，在各个第一方向端部区域YE1、YE2中，交替地设置有2个第一导电型区域316a、318a和2个第二导电型区域317a、319a。第一导电型区域316a、318a与沿第一方向延伸的外周纵向第一导电型区域316f连接。第二导电型区域319a与内周纵向第二导电型区域319f以及设置于第二方向中央区域XC的多个第二导电型区域312连接。
另一方面，第二导电型区域317a不与沿第一方向延伸的第二导电型区域连接。即使在设置于第一方向端部区域的导电型区域不与沿第一方向延伸的导电型区域连接的情况下，在与相邻的第一导电型区域316a、318a的边界处也存在电位壁垒。即，不管沿第二方向延伸的导电型区域是否与沿第一方向延伸的导电型区域连接，都能够通过电位壁垒抑制向第一方向的端部的载流子的移动，所以能够有助于基板端部处的载流子复合的减少。
设置于第一方向端部区域的第一导电型区域以及第二导电型区域无需遍及第二方向的整体而成为连续一列。例如，在图4所示的实施方式中，第一导电型区域433、434从第一方向中央区域YC跨越第一方向端部区域YE1、YE2沿第一方向延伸，并与第一方向端部区域YE1的周边横向第一导电型区域416a连接。因此，设置于第一导电型区域416a的内侧的第二导电型区域被分割为沿第二方向延伸的区域417a、区域417b以及区域417c这3个区域。设置于其内侧的第一导电型区域也被分割为区域418a、区域418b以及区域418c这3个区域。
像这样，在设置于第一方向端部区域的导电型区域在第二方向上被分割为多个区域的情况下，能够提高在第一方向端部区域生成的光载流子的回收效率。即，由于周边横向第一导电型区域416a与第一导电型区域433、434连接，所以能够通过设置在第一导电型区域433、434上的金属电极443、444来回收在基板的端部生成的光载流子。通过周边横向第一导电型区域416a与沿第一方向延伸的多个第一导电型区域连接，在第一方向端部区域生成的光载流子通过金属电极回收为止的第二方向的移动距离变小。因此，在载流子在基板端部复合之前被设置在第一导电型区域上的金属电极443、444回收的比例增大，从而能够减少由在基板端部的载流子复合引起的损失。
设置于第二方向中央区域XC的带状的第一导电型区域中的、从第一方向中央区域YC跨越第一方向端部区域YE1、YE2沿第一方向延伸并与周边第一导电型区域116a连接的带状的第一导电型区域的根数越多，朝向第二方向的载流子移动距离越小。在图4中，在第二方向中央区域XC内，沿第一方向延伸的带状的第一导电型区域共计存在14根，其中12根第一导电型区域与设置于内侧的第一导电型区域418a、418b、418c连接，2根第一导电型区域433、434与周边横向第一导电型区域416a连接。
通过2根第一导电型区域433、434与周边横向第一导电型区域416a连接，第一方向端部区域沿着第二方向被分割为3个区域。因此，与沿第一方向延伸的第一导电型区域未与周边横向第一导电型区域连接的情况(例如参照图1)相比，朝向第二方向的载流子移动距离约为1/3。即，沿第一方向延伸的第一导电型区域中的与周边横向第一导电型区域416a连接的第一导电型区域的根数越多，在第一方向端部区域YE1、YE2生成的光载流子通过金属电极回收为止的移动距离越小。伴随于此，能够抑制在第一方向端部区域生成的光载流子的复合。
另一方面，在与周边横向第一导电型区域416a连接的第一导电型区域433、434中，由于载流子从第一方向中央区域移动到第一方向的端部时的电位壁垒较小，所以在第一方向中央区域YC生成的光载流子容易移动到周边横向第一导电型区域416a。即，通过第一导电型区域433、434与周边横向第一导电型区域416a连接，从而能够提高在第一方向端部区域生成的光载流子的回收效率，而相反地，在这些导电型区域中，存在由在第一方向中央区域生成的光载流子朝向基板端部的移动引起的载流子复合损失增大的趋势。
若与周边横向第一导电型区域416a连接的第一导电型区域的比率过度大，则存在在中央部生成的光载流子在基板端部的复合量的增加的影响超过由在基板端部生成的光载流子朝向第二方向的移动距离减少所带来的载流子回收效率提高的效果的情况。为了根据这些影响的平衡，使载流子回收效率最佳化，优选设置于第二方向中央区域且沿第一方向延伸的带状的第一导电型区域中的、与周边横向第一导电型区域416a连接的第一导电型区域的比率为30％以下，更为优选为0.5～20％，进一步优选为1～10％。为了抑制在第一方向中央区域生成的光载流子朝向基板端部的移动，优选设置于第二方向中央区域XC且沿第一方向延伸的带状的第一导电型区域中的、与第一方向端部区域内的设置于比周边横向第一导电型区域416a靠内侧的第一导电型区域418a、418b、418c连接的第一导电型区域的比率为50％以上，更为优选为70％以上，进一步优选为80％以上，特别优选为90％以上。
在周边横向第一导电型区域416a与沿第一方向延伸的带状的第一导电型区域433、434连接的情况下，设置于比周边横向第一导电型区域靠内侧(接近第一方向中央区域YC的一侧)的第二导电型区域以及第一导电型区域沿着第二方向被分割为多个区域。在这些导电型区域中，也存在由于所生成的光载流子朝向第二方向的移动距离变小，从而载流子回收效率提高的趋势。
也可以在设置于第一方向端部区域YE1、YE2并沿第二方向延伸的带状的导电型区域中的、与第一方向中央区域YC接触的导电型区域418a、418b、418c设置沿第二方向延伸的金属电极428a、428b、428c。若这些金属电极与设置在沿第一方向延伸的导电型区域411上的金属电极421连接，则通过金属电极回收的载流子的比例增加。因此，具有向第一方向的端部移动的载流子的数量相对地减少，第一方向的端部的载流子复合量减少的趋势。
也可以也在设置于比导电型区域418a、418b、418b靠外侧(基板的端部侧)的导电型区域417a、417b、417c上，设置沿第二方向延伸的金属电极427a、427b、427c。优选金属电极427a、427b、427c分别与设置于沿第一方向延伸的导电型区域436、437的金属电极447、448连接。
此外，即使在被沿着x方向分割为多个区域的第一导电型区域418a、418b、418c以及第二导电型区域417a、417b、418c不设置金属电极的情况下，由于在这些导电型区域生成的光载流子朝向x方向的移动距离较小，所以能够通过沿y方向延伸的金属电极有效地进行回收。
也可以也在周边横向第一导电型区域416a以及周边纵向第一导电型区域416f设置金属电极。设置于周边横向第一导电型区域416a的金属电极也可以与沿y方向延伸的金属电极443、444连结。
在图4中，示出在第一方向端部区域YE1以及YE2，分别沿着第一方向存在2个第一导电型区域，在其之间存在第二导电型区域的实施方式，但也可以如图5所示，沿着第一方向设置2个第二导电型区域。另外，也可以在第一方向端部区域，沿着第一方向设置3个以上的第一导电型区域以及第二导电型区域。
如图5所示，在与第一方向中央区域YC相接触的导电型区域519a、519b、519b是第二导电型区域的情况下，也优选在这些区域设置金属电极529a、529b、529c。也可以也在设置于比这些第二导电型区域靠外侧(基板的端部侧)的第一导电型区域以及第二导电型区域设置金属电极。
在图1、图3～图5中，示出2个第一方向端部区域YE1以及YE2中的导电型区域的图案沿着第一方向对称的例子，但2个第一方向端部区域中的导电型区域的图案也可以不对称。例如，也可以设置于2个第一方向端部区域的导电型区域的数量、图案形状不同。
在图6所示的实施方式中，在一个第一方向端部区域YE1中，从第一方向的端部朝向内侧依次配置有第一导电型区域616a、第二导电型区域617a、第一导电型区域618a以及第二导电型区域619a，在另一个第一方向端部区域YE2中，从第一方向的端部朝向内侧依次配置有第一导电型区域616b、第二导电型区域617b以及第一导电型区域618b。在该实施方式中，在一个第一方向端部区域YE1中设置有2个第二导电型区域617a以及619a，相对于此，在另一个第一方向端部区域YE2中，设置有一个第二导电型区域617b，上下非对称。
在第一方向端部区域YE1的第二导电型区域619a上，设置有沿第二方向延伸的金属电极629，该金属电极与设置在沿第一方向延伸的第二导电型区域612上的金属电极622连接。在第一方向端部区域YE2的第一导电型区域618b上，设置有沿第二方向延伸的金属电极628，该金属电极与设置在沿第一方向延伸的第一导电型区域611上的金属电极621连接。像这样，也可以具有第一导电型区域和第二导电型区域配置成相互啮合的梳齿状，且在其外侧(第一方向的端部侧)，第一导电型区域和第二导电型区域交替地配置的结构。
[模块化]
通过经由布线部件将多个背结电池电连接，来进行模块化。
在图6所示的太阳能电池600中，第一导电型区域和第二导电型区域配置成相互啮合的梳齿状。沿第一方向延伸的多个第一指状电极621与沿第二方向延伸的第一汇流条电极628连接，沿第一方向延伸的多个第二指状电极622与沿第二方向延伸的第二汇流条电极629连接。像这样，在将设置在第一导电型区域上的金属电极全部连结，并且将设置在第二导电型区域上的金属电极全部连结的情况下，通过将第一导电型区域上的金属电极以及第二导电型区域上的金属电极分别与布线部件(互连器)连接，能够经由布线部件取出通过全部的金属电极回收的载流子。
例如，通过将设置于第一方向端部区域YE2的第一汇流条电极628经由互连器与设置在与一方(图的下侧)相邻的太阳能电池的第二导电型区域上的汇流条电极连接，并将设置于第一方向端部区域YE1的第二汇流条电极629经由互连器与设置在与另一方(图的上侧)相邻的太阳能电池的第一导电型区域上的汇流条电极连接，能够将相邻的太阳能电池彼此串联电连接。
在如图1所示的太阳能电池100那样，沿着x方向交替地设置沿第一方向延伸的第一指状电极21和第二指状电极22，且各个指状电极分离的情况下，需要通过互连器进行指状电极间的电连接、和相邻的太阳能电池间的电连接。在这样的方式下，作为互连器，能够使用在薄膜、玻璃等基体材料上具备图案化的金属电极的布线板。
布线板的金属电极除了具有与太阳能电池的指状电极21、22大致相同形状的指状电极部分以外，还具有将指状电极部分连接的汇流条电极部分。通过在布线板上配置太阳能电池，并连接太阳能电池的指状电极和布线板的指状电极，从而能够经由布线板的汇流条部分，回收全部的指状电极的载流子。另外，经由布线板的汇流条部分，也能够实现相邻的太阳能电池间的电连接。图3所示的太阳能电池300也能够使用布线板来实现指状电极间的电连接和相邻的太阳能电池间的电连接。
在如图4所示的太阳能电池400那样，第二导电型区域上的指状电极422被设置在第一导电型区域上的金属电极围起而以岛状存在的情况下，由仅在基体材料的一个主面上形成有金属电极图案的布线板进行的电极间的电连接很难实现。若使用在基体材料的两面设置金属电极图案，并经由设置于基体材料的导通孔使正反的金属电极图案导通的布线板，则能够进行图4、图5所示的太阳能电池的模块化。
通过在太阳能电池的指状电极设置非连接电极部和布线连接用电极部，并对布线连接用电极部连接互连器，从而能够更加简便地实施电极间的电连接。图13是具有与图4的太阳能电池400相同的导电型区域的图案形状的太阳能电池401的俯视图。
在太阳能电池401中，设置在第一导电型区域上并沿第一方向(y方向)延伸的金属电极427f、422以及443(以下，有将它们集中称为第一指状电极的情况)分别具有非连接电极部460和布线连接用电极部461。设置在第二导电型区域上并沿第一方向延伸的金属电极428f、445以及448(以下，有将它们集中称为第二指状电极的情况)分别具有非连接电极部470和布线连接用电极部471。
在进行太阳能电池的模块化时，带状的第一布线部件51配置成在多个第一指状电极的布线连接用电极部461上、以及多个第二指状电极的非连接电极部470上通过。第一布线部件51与第一指状电极的布线连接用电极部461接触而电连接，不与第二指状电极的非连接电极部470电连接。即，第一布线部件将太阳能电池401的多个第一指状电极电连接，且不与第二指状电极电连接。
带状的第二布线部件52配置成在多个第一指状电极的非连接电极部460上、以及多个第二指状电极的布线连接用电极部471上通过。第二布线部件52与第二指状电极的布线连接用电极部471接触而电连接，且不与第一指状电极的非连接电极部460电连接。即，第二布线部件将太阳能电池401的多个第二指状电极电连接，并不与第二指状电极电连接。
像这样，指状电极的布线连接用电极部461、471是与布线部件电连接的区域，非连接电极部460、470是妨碍与布线部件51、52的电连接的区域。
例如，如图14A的剖视图所示，通过相对增大布线连接用电极部的电极高度，并相对减小非连接电部的电极高度，从而妨碍非连接电极部与布线部件的电连接，并在布线连接用电极部上选择性地连接布线部件。
优选布线连接用电极部的电极高度均匀，但存在产生工艺上的偏差的情况。即使在电极高度不均匀的情况下，连结相邻的2个第一指状电极(与1个第二指状电极相邻的2个第一指状电极)的布线连接用电极部的顶点的虚拟线不与配置在第一指状电极之间的第二指状电极相交即可。即，在用直线连结相邻的第一指状电极的顶点彼此时，连结的直线的高度高于存在于其之间的第二指状电极的高度即可。连结2个第一指状电极的顶点的虚拟线与配置在其之间的第二指状电极的顶点之间的高度方向上的距离优选为1μm以上，更为优选为5μm以上。
同样地，为了不使第二布线部件52与第一指状电极接触，连结相邻的2个第二指状电极的布线连接用电极部的顶点的虚拟线不与配置在第二指状电极之间的第一指状电极相交即可。连结2个第二指状电极的顶点的虚拟线与配置在其之间的第一指状电极的顶点之间的高度方向上的距离优选为1μm以上，更为优选为5μm以上。
优选布线连接用电极部461、471的电极高度比非连接电极部460、460的电极高度大1μm以上。优选布线连接用电极部与非连接电极部的电极高度之差为1～150μm，更为优选为5～80μm。此外，电极高度为基板面与电极的顶点之间的距离。在通过用于半导体层形成的蚀刻等，而存在基板的厚度局部地减小的区域的情况下，确定与基板面平行的基准面，并将从该基准面到电极的顶点的距离定义为电极高度即可。
对于形成电极高度比周围大的布线连接用电极部的方法，并不特别限定。例如，能够通过在形成高度一样的电极465、470之后，在电极465上进行印刷、电镀，来形成电极高度较大的布线连接用电极部461。布线连接用电极部的高嵩部分466的材料可以与电极的其它区域的材料相同，也可以不同。
也能够通过在电极上设置阶梯差以外的方法，来妨碍指状电极上的非连接电极部与布线部件的电连接。例如，能够如图14B的剖视图所示，通过利用绝缘层90覆盖非连接电极部470上，来阻碍非连接区域与布线部件的电连接，并使未被绝缘层覆盖的布线连接用电极部461与布线部件51选择性地电连接。
作为选择性地利用绝缘层90覆盖非连接电极部460、470上的方法，可举出在非连接电极部涂覆绝缘膏并干燥的方法、在整个面上形成绝缘层之后通过蚀刻等除去布线连接用电极部461、471上的绝缘层来使电极露出的方法、使用掩模等制作绝缘层以使布线连接用电极部461、471不被绝缘层覆盖的方法等。
优选在多个第一指状电极的每一个中，布线连接用电极部461设置于相同的y坐标区域，并且优选在多个第二指状电极的每一个中，布线连接用电极部471设置于相同的y坐标区域。若布线连接用电极部排列成直线状，则通过对第一指状电极的布线连接用电极部461连接第一布线部件51，能够将多个第一指状电极电连接，通过对第二指状电极的布线连接用电极部471连接第二布线部件52，能够将多个第二指状电极电连接。
通过将第一布线部件51与在太阳能电池401的第二方向上相邻配置的太阳能电池的第二指状电极连接，并将第二布线部件52与在太阳能电池401的第二方向上相邻配置的太阳能电池的第一指状电极连接，能够将相邻的太阳能电池串联连接。通过将第一布线部件51与在太阳能电池401的第二方向上相邻配置的太阳能电池的第一指状电极连接，并将第二布线部件52与在太阳能电池401的第二方向上相邻配置的太阳能电池的第二指状电极连接，能够将相邻的太阳能电池并联连接。布线部件51、52只要能够与指状电极的布线连接用电极部电连接，不一定必须是带状，也可以是剖面圆形的线等。
在沿第一方向(y方向)延伸的第一指状电极与第二指状电极在与第一方向正交的第二方向(x方向)上交替地配置的情况下，优选布线部件的延伸方向与第二方向平行。具体而言，优选布线部件51、52的延伸方向与第二方向所成的角度为5°以下，更优选为3°以下，进一步优选为1°以下。布线部件的延伸方向与第二方向所成的角度理想地为0°。另一方面，使布线部件的配置角度高精度且一直为恒定并不容易。
在连接指状电极的布线连接用电极部和布线部件的情况下，与使用布线板连接指状电极的情况相比，具有太阳能电池的电极与布线部件的对位很容易，布线部件的配置角度的允许范围也较大的优点。例如，在指状电极的布线连接用电极部461连接布线部件51的情况下，若使第一指状电极的延伸方向(y方向)上的布线连接用电极部461的长度大于布线部件的宽度，则能够增大布线部件的配置角度的偏差的允许范围。因此，能够使太阳能电池的电极与布线部件的连接工序简单化，并且能够提高太阳能电池模块的成品率。
若在指状电极设置非连接电极部和布线连接用电极部，并通过布线部件连接多个指状电极的布线连接用电极部，则通过半导体层回收的载流子到达布线部件为止的在指状电极中移动的距离(载流子回收距离)缩短。例如，在指状电极的延伸方向(y方向)的中心附近存在布线连接用电极部的情况下，载流子回收距离成为指状电极长度的大约一半。
如图13所示，在沿着一个指状电极的延伸方向设置有多个布线连接用电极部的情况下，指状电极的载流子回收距离进一步变小。因此，由电极的电阻引起的电损失减少，模块特性(特别是曲线因素)提高。
在一个指状电极设置有多个布线连接用电极部的情况下，除了由指状电极的载流子回收距离的缩短引起的电损失的减少以外，还具有能够减少由布线部件与布线连接用电极部的误接触引起的损失的优点。在一个指状电极上仅存在一处与布线部件的连接位置的情况下，无法将通过发生了与布线部件的误接触的指状电极回收的载流子取出到太阳能电池的外部，所以成为完全的损失。
另一方面，在一个指状电极设置多个布线连接用电极部，并将各个布线连接用电极部与布线部件连接的情况下，即使在1处的布线连接用电极部中发生与布线部件的误接触，只要其它布线连接用电极部与布线部件连接，就能够将载流子从该连接部分取出到外部。在该情况下，载流子回收距离由于与布线部件的误接触而变长，但能够避免产生完全的载流子回收损失。因此，能够避免由误接触引起的大幅度的电损失。
除了图4、图5所示的太阳能电池以外，也能够应用在指状电极设置非连接电极部和布线连接用电极部，并在布线连接用电极部连接互连器的方法。在对图1所示的太阳能电池100、图3所示的太阳能电池300以及图6所示的太阳能电池600应用该方法的情况下，与使用布线板实施互连的情况相比，能够发挥对位的简单化、载流子回收距离的缩短化以及由误接触引起的损失的减少等效果，所以能够高成品率地生产高效率的太阳能电池模块。
附图标记说明：100、300、400、401、500、600…太阳能电池；10…半导体基板；11、12…导电型半导体层；31、32…本征半导体层；41、42…透明导电层；21、22…金属电极(指状电极)；70…钝化层；111、116a、116f、118a、118f…第一导电型区域；112、117a、117f…第二导电型区域；460、470…非连接电极部；461、471…布线连接用电极部；51、52…布线部件。

Claims (12)

1.一种太阳能电池，是在具有第一主面以及第二主面的矩形的半导体基板的第二主面设置有第一导电型区域以及第二导电型区域的太阳能电池，其中，
在第二主面设置金属电极，在第一主面不设置金属电极，
在所述第一导电型区域包含第一导电型半导体层，在所述第二导电型区域包含第二导电型半导体层，所述第二导电型半导体层具有与所述第一导电型半导体层不同的导电型，
在所述半导体基板的第一方向的两端部存在第一方向端部区域，在2个第一方向端部区域之间存在第一方向中央区域，
在所述第一方向中央区域中，沿着第二方向交替地配置有沿第一方向延伸的带状的第一导电型区域和沿第一方向延伸的带状的第二导电型区域，
在各个所述第一方向端部区域中，
沿着第一方向交替地配置有沿第二方向延伸的带状的第一导电型区域和沿第二方向延伸的带状的第二导电型区域，并且
沿着第一方向配置有至少2个第一导电型区域。
2.根据权利要求1所述的太阳能电池，其中，
在所述第一方向中央区域中，
在第一导电型区域中，在半导体基板的第二主面上，依次设置有本征半导体层、第一导电型半导体层以及透明导电层，
在所述第二导电型区域中，在半导体基板的第二主面上，依次设置有本征半导体层、第二导电型半导体层以及透明导电层。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能电池，其中，
在所述第一方向端部区域中，
在沿着第一方向的周边沿第二方向延伸的周边第一导电型区域连接有从第一方向中央区域跨越第一方向端部区域并沿第一方向延伸的第一导电型区域，
与所述周边第一导电型区域的第一方向中央区域侧相邻配置的第二导电型区域被从第一方向中央区域跨越第一方向端部区域并沿第一方向延伸的第一导电型区域沿着第二方向分割为多个区域。
4.根据权利要求3所述的太阳能电池，其中，
在将所述半导体基板的整个区域中的、在第一方向端部区域中与第一方向中央区域相接触地配置的导电型区域沿第二方向延伸的范围定义为第二方向中央区域的情况下，
设置于第二方向中央区域的带状的第一导电型区域中的、从第一方向中央区域跨越第一方向端部区域而沿第一方向延伸并且与所述周边第一导电型区域连接的第一导电型区域的比率为30％以下。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的太阳能电池，其中，
在第一方向端部区域的同第一方向端部区域与第一方向中央区域的边界相接触地配置的导电型区域，设置有沿第二方向延伸的金属电极。
6.根据权利要求5所述的太阳能电池，其中，
沿所述第二方向延伸的金属电极与在被配置于第一方向中央区域的导电型区域设置并沿第一方向延伸的金属电极连接。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的太阳能电池，其中，
在被配置于第一方向中央区域的导电型区域设置的金属电极具有非连接电极部和布线连接用电极部，
所述非连接电极部是在其上配置有布线部件时，妨碍与该布线部件的电连接的区域。
8.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中，
与所述非连接电极部相比，所述布线连接用电极部的电极高度较大。
9.根据权利要求7所述的太阳能电池，其中，
在所述非连接电极部，金属电极被绝缘层覆盖，在所述布线连接用电极部，金属电极不被绝缘层覆盖而露出。
10.根据权利要求7～9中任一项所述的太阳能电池，其中，
在被配置于第一方向中央区域的第一导电型区域设置的金属电极具有非连接电极部和布线连接用电极部，
在被配置于第一方向中央区域的第二导电型区域设置的金属电极具有非连接电极部和布线连接用电极部，
多个第一导电型区域上的金属电极的布线连接用电极部沿着第二方向并列地存在，
多个第二导电型区域上的金属电极的布线连接用电极部沿着第二方向并列地存在。
11.一种太阳能电池模块，其中，经由布线部件电连接有权利要求1～10中任一项所述的多个太阳能电池。
12.一种太阳能电池模块，是权利要求7～10中任一项所述的太阳能电池和布线部件电连接而成的太阳能电池模块，其中，
设置于第一导电型区域的金属电极的布线连接用电极部与第一布线部件电连接，设置于第二导电型区域的金属电极的布线连接用电极部与第二布线部件电连接。
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