JP2004087986A - Solar battery element and solar battery module - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子および太陽電池モジュールに関し、特に裏面電極を集電部と出力取出部とで構成した太陽電池素子およびその太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の太陽電池素子を図4に示す。例えばP型半導体基板1の表面近傍全面に一定の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈する拡散層2を設け、半導体基板1の表面に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜3を設け、表面に表面電極4を設けるとともに、裏面にはアルミニウムなどから成る集電部5と銀などから成る出力取出部6とで構成される裏面電極を設けている。
【0003】
このような太陽電池素子7は、図5に示すように、複数の素子同士をインナーリード8を用いて直列に接続して、電圧を昇圧させて使用するのが一般的である。この素子7間の接続にははんだが必要となるため、表面電極4および裏面電極の出力取出部6にはんだ濡れ性が良好な素材を用いて太陽電池素子7の電極にはんだコーティングを行っている。はんだコーティングの方法としては、はんだ槽に太陽電池素子7を浸漬させる方法が一般的である。
【0004】
複数の太陽電池素子7を接続するには、インナーリード8の一方端を表面電極4のバスバー部16(図8参照)上の略全長にわたって配設し、その全長もしくは複数個所をホットエアーや半田ごてなどを用いて熱溶着することによって表面電極4に接続するとともに、インナーリード8の他方端を、隣接する素子7の裏面の出力取出部6上に配設し、その全長もしくは複数個所を溶着することによって出力取出部6に接続する。
【0005】
その後、図6に示すように受光面側にガラスなどからなる透光性パネル9を配置し、裏面側の鋼板入りフィルムなどからなる裏面保護材10との間に、複数の太陽電池素子7を直列および並列に接続してEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)などの透明な充填材11で封入し、さらに図7に示すように、アルミ押出形材等からなるフレーム部材12を周縁部に取り付けている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の太陽電池モジュールでは、太陽電池素子7の電極4、6とインナーリード8とを熱溶着する際に、裏面電極の出力取出部6の余剰なはんだがインナーリード8の周縁部に流れ出したり凝集したりして、はんだ玉や突起部を形成する。表面側では、図8に示すように、通常バスバー部16と直交するように、複数本のフィンガー電極17が形成されているので、この問題は起こりにくい。しかし、裏面側は、図9に示す従来のパターンによると、余剰なはんだでも出力取出部6の外には流れ出ないので、インナーリード8の周縁部に凝集したりして、はんだ玉や突起部を形成するという問題が起こりやすい。
【0007】
はんだ玉や突起部がインナーリード8の周縁部などに形成された状態でガラスなどの透光性パネル9と、裏面側の鋼板入りフィルムなどからなる裏面保護材10との間に、複数の太陽電池素子7を直列および並列に接続してEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)などの透明な充填材11でラミネートすると、はんだ玉や突起部に局部的に力がかかり、太陽電池素子7が割れるという問題があった。この問題は、ガラスなどの硬質の透光性パネル9と裏面保護材10との間に太陽電池素子を封入したときに多く発生していた。
【0008】
この問題を防ぐ方法として、特願2002−187386では、図10に示すように、太陽電池素子7の裏面側に形成する出力取出部6に突出部を設けることが示されている。この方法によれば、出力取出部6上にインナーリード8を配置して半田ごてやホットエアーなどで熱溶着する際には、出力取出部6上の余剰なはんだは突出部13に流れる。それによりインナーリードの熱溶着の際に、インナーリードの周縁部に余剰なはんだが凝集して、はんだ玉や突起部が形成されることを極力抑えることができる。
【0009】
しかしこの方法によると、突出部13を設けたことで、膨張係数の異なるシリコンとアルミニウムと銀との重なり部分が大きくなることから、局部的な応力が発生し、太陽電池素子に反りが発生し、後工程での割れの原因となっていた。
【0010】
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、太陽電池素子の電極とインナーリードとを熱溶着する際に、裏面電極の出力取出部の余剰なはんだがインナーリードの周縁部に流れ出したり凝集したりして、はんだ玉や突起部が形成されるという問題を解消するとともに、太陽電池素子の割れ発生率も低減した太陽電池素子とそれを用いた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項1に係る太陽電池素子においては、半導体接合部を有する半導体基板の一主面側に表面電極を形成するとともに、他の主面側に第一の金属による集電部と、この第一の金属よりも半田濡れ性のよい第二の金属による出力取出部とから成る裏面電極とを形成した太陽電池素子において、前記出力取出部に突出部を設けるとともに、前記半導体基板の端部に位置する突出部の長さを中央部に位置する突出部の長さよりも短くしたことを特徴とする。
【0012】
上記太陽電池素子では、前記出力取出部を帯状に形成し、かつ長手方向の少なくとも一方側に前記集電部に向かって突出する複数の突出部を設けることが望ましい。
【0013】
また、上記太陽電池素子では、前記出力取出部の突出部を前記集電部上もしくはその一部は前記集電部と重なることが望ましい。
【0014】
また、上記太陽電池素子では、前記出力取出部の突出部以外の領域は全面もしくは部分的に前記半導体基板と接していることが望ましい。
【0015】
また、上記太陽電池素子では、前記出力取出部を帯状に形成し、かつ長手方向において島状に分断して形成してもよい。
【0016】
また、上記太陽電池素子では、前記第一の金属はアルミニウムを主成分とすることが望ましい。
【0017】
また、上記太陽電池素子では、前記第二の金属は銀を主成分とすることが望ましい。
【0018】
請求項8に係る太陽電池モジュールでは、上記太陽電池素子の表面電極と隣接する太陽電池素子の裏面電極の出力取出部とをインナーリードで接続することを特徴とする。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
本発明に係る太陽電池素子の構造も基本的には従来の太陽電池素子と同様である。すなわち、図4に示すように例えばP型半導体基板1の表面近傍全面に一定の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈する拡散層2を設け、半導体基板1の表面に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜3を設け、表面に表面電極4を設けるとともに、裏面にはアルミニウムなどから成る集電部5と銀などから成る出力取出部6とで構成される裏面電極を設けている。
【0020】
このような太陽電池素子は、例えばP型半導体基板1をN型不純物雰囲気中で熱処理などして、表面領域の全面に一定の深さまでN型不純物を拡散させてN型を呈する拡散層2を形成し、CVD法などで反射防止膜3を形成して拡散層2を分離したのち、表面に銀ペーストを、裏面にはアルミニウムペーストおよび銀ペーストをスクリーン印刷して焼成することにより表面電極4並びに集電部5および電極取出部6から成る電極が形成される。
【0021】
図1に、請求項1に係る太陽電池素子の一例を示す。半導体基板1の裏面側の略全面に形成されたアルミニウムなどを主成分とする第一の金属による集電部5と、第一の金属よりも半田濡れ性のよい銀などを主成分とする第二の金属による出力取出部6から成る裏面電極を形成し、この出力取出部6に突出部13を形成している。このような突出部13を設けることにより、裏面電極の出力取出部6上にインナーリード8を配設し、半田ごてやホットエアーなどを用いて熱溶着する際に、出力取出部13上の余剰なはんだは突出部13に流れ、従来問題であったインナーリード8の周縁部に凝集したりして、はんだ玉や突起部を形成するという問題を解決できる。また太陽電池素子の端部に位置する突出部の長さを、中央部に位置する前記突出部の長さよりも短く形成している。これにより、熱膨張係数の違いにより発生する応力を、太陽電池素子7の中央部よりも端部で低減できる。これにより、太陽電池素子7の端面に割れの起点が発生することを防止でき、後工程での割れの発生を低減できる。
【0022】
なお、この突出部13は、出力取出部13が帯状に形成される場合は、その長手方向の両側に複数設けることが望ましいが、図2に示すように長手方向の一方側のみに設けてもよい。
【0023】
また、出力取出部6の突出部13を、集電部5の上もしくは一部が重なるように設けておくことにより、集電部5のアルミニウムと出力取出部6の銀が合金化され、突出部13のはんだ濡れ性が若干悪くなる。これにより、インナーリード8を熱溶着する前は、出力取出部6のうち突出部13のはんだ付着量は他よりも少なくなるように制御することができる。
【0024】
さらに出力取出部6の突出部13以外の領域は全面もしくは部分的に銀と半導体基板が接していれば、太陽電池素子7の裏面電極の密着強度も確保できる。
【0025】
図3に、本発明の他の実施形態を示す。この太陽電池素子では、出力取出部13を全体として帯状に形成し、かつ長手方向において島状に分断して形成し、さらにその両側に突出部13を形成したものである。このように出力取出部5を長手方向において島状に分断することにより、アルミニウムよりも高価な銀の使用量を削減することができる。また、はんだコーティングを行うときの突出部13へのはんだの流れ込み量をさらに減少させることができる。これにより後工程でインナーリード8を溶着する際に、突出部13にはんだが流れ込んでも、突出部13にはんだ玉や突起が形成されることを極力抑えることができる。
【0026】
また、これらの素子の裏面電極の出力取出部6上にインナーリード8を配設し、半田ごてやホットエアーなどを用いて熱溶着する際に、出力取出部13上の余剰なはんだは突出部13に流れ、従来問題であったインナーリード8の周縁部に凝集したりして、はんだ玉や突起部を形成するという問題を解決できるとともに、太陽電池素子7の端部の熱膨張係数の違いによる応力を中央部より低減できる。これにより、ラミネートするときにはんだ玉や突起部に局部的に力がかかったり、太陽電池の反りにより、太陽電池素子が割れるという問題を解消できる。
【0027】
また、図を用いて説明した裏面電極の出力取出部は直線状に構成されているが、曲線状に構成することも可能である。さらに、各図には出力取出部6を半導体基板1の略全長にわたって形成するように記載したが、出力取出部6はインナーリード8との溶着予定位置に限定して形成することも可能である。
【0028】
請求項8に係る発明では、上述のような太陽電池素子を用いて、その表面電極4と隣接する太陽電池素子の裏面電極の出力取出部6とをインナーリードで接続する。所望の出力が得られるように、多数の太陽電池素子を直並列に接続した状態でガラスなどの透光性パネルと裏面側の鋼板入りフィルムなどからなる裏面保護材との間に配設してEVA(エチレン−酢酸ビニル共重合体)などの透明な充填材11でラミネートする。この場合、電極部分のはんだ玉や突起部の発生は極力低減されており、太陽電池素子端部の応力集中も低減されていることから太陽電池素子が割れることは極力低減できる。
【0029】
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できる。例えば複数の突出部の形状や突出方向を異なるように形成してもよい。
【0030】
【発明の効果】
以上のように、請求項1に係る太陽電池素子によれば、半導体基板の裏面側に形成した裏面電極の出力取出部に突出部を設けるとともに、端部に位置する突出部の長さを、中央部に位置する突出部の長さよりも短く形成したことから、裏面電極の出力取出部上にインナーリードを配置して半田ごてやホットエアーなどで熱溶着する際には、出力取出部上の余剰なはんだは突出部に流れ、もって余剰なはんだがインナーリードの周縁部に凝集したりしてはんだ玉や突起部を形成することを極力低減でき、後工程での太陽電池素子の割れなどを防止できるとともに、熱膨張係数の違いによって発生する応力を太陽電池素子の中央部よりも端部で低減でき、太陽電池素子の端面に割れの起点が発生することを防止でき、後工程での割れの発生を低減できる。
【0031】
また、請求項8に係る太陽電池モジュールでは、半導体基板の裏面側に形成した裏面電極の出力取出部に突出部を設けた太陽電池素子を用いることから、インナーリードを熱溶着する際に、出力取出部上の余剰なはんだは突出部に流れ、もって余剰なはんだがインナーリードの周縁部に凝集したりしてはんだ玉や突起部を形成することを極力低減でき、ラミネートするときにはんだ玉や突起部に起因する太陽電池素子の割れを防止できるとともに、太陽電池素子の端面での割れの起点の発生を低減していることからも太陽電池素子の割れを防止でき、特にガラスなどの硬質の透光性パネルと裏面保護材との間に太陽電池素子を封入しても、セル割れの問題は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る太陽電池素子の裏面構造を示す図である。
【図2】本発明に係る太陽電池素子の他の裏面構造を示す図である。
【図3】本発明に係る太陽電池素子の他の裏面構造を示す図である。
【図4】従来の太陽電池素子を説明するための図である。
【図5】従来の太陽電池素子の接続状態を説明するための図である。
【図6】従来の太陽電池モジュールの構造を説明するための図である。
【図7】従来の太陽電池モジュールの構造を説明するための図である。
【図8】従来の太陽電池素子の表面電極部分を示す図である。
【図9】従来の太陽電池素子の裏面電極部分を示す図である。
【図10】従来の太陽電池素子の他の裏面電極部分を示す図である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、2・・・拡散層、3・・・反射防止膜、4・・・表面電極、5・・・集電部、6・・・出力取出部、7・・・太陽電池素子、8・・・インナーリード、9・・・透光性パネル、10・・・裏面保護部材、11・・・充填材、12・・・フレーム部材、13・・・突出部、14・・・穴、15・・・太陽電池モジュール、16・・・バスバー部、17・・・フィンガー電極[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar cell element and a solar cell module, and more particularly to a solar cell element having a back electrode formed of a current collector and an output extraction section, and a solar cell module using the solar cell element.
[0002]
[Prior art]
FIG. 4 shows a conventional solar cell element. For example, an N-type impurity is diffused to a certain depth over the entire surface near the surface of the P-
[0003]
As shown in FIG. 5, such a
[0004]
In order to connect the plurality of
[0005]
Thereafter, as shown in FIG. 6, a light-transmitting
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in this conventional solar cell module, when the
[0007]
A plurality of solar cells are provided between a
[0008]
As a method for preventing this problem, Japanese Patent Application No. 2002-187386 discloses that, as shown in FIG. 10, a projecting portion is provided on an
[0009]
However, according to this method, since the overlapping portion of silicon, aluminum, and silver having different expansion coefficients becomes large due to the provision of the protruding
[0010]
The present invention has been made in view of such a problem of the related art, and when soldering an electrode of a solar cell element and an inner lead, excess solder in an output extraction portion of the back electrode is removed by the inner lead. In addition to eliminating the problem that solder balls and protrusions are formed by flowing out or agglomerating on the peripheral edge of the solar cell, a solar cell element and a solar cell module using the same that also reduce the rate of occurrence of cracks in the solar cell element The purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the solar cell element according to
[0012]
In the above-mentioned solar cell element, it is preferable that the output take-out portion is formed in a belt shape, and a plurality of protrusions protruding toward the current collector are provided on at least one side in the longitudinal direction.
[0013]
Further, in the above-mentioned solar cell element, it is preferable that the projecting portion of the output take-out portion is on the current collecting portion or a part thereof overlaps with the current collecting portion.
[0014]
Further, in the above-mentioned solar cell element, it is desirable that a region other than the protruding portion of the output extraction portion is entirely or partially in contact with the semiconductor substrate.
[0015]
Further, in the above-mentioned solar cell element, the output extraction portion may be formed in a band shape and divided into island shapes in the longitudinal direction.
[0016]
Further, in the above solar cell element, it is preferable that the first metal contains aluminum as a main component.
[0017]
In the above-described solar cell element, it is preferable that the second metal contains silver as a main component.
[0018]
The solar cell module according to
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
The structure of the solar cell element according to the present invention is basically the same as the conventional solar cell element. That is, as shown in FIG. 4, for example, an N-type impurity is diffused to a certain depth over the entire surface near the surface of the P-
[0020]
In such a solar cell element, for example, a P-
[0021]
FIG. 1 shows an example of the solar cell element according to
[0022]
In the case where the output take-out
[0023]
In addition, by providing the projecting
[0024]
Furthermore, if the silver and the semiconductor substrate are entirely or partially in contact with the semiconductor substrate in a region other than the protruding
[0025]
FIG. 3 shows another embodiment of the present invention. In this solar cell element, the
[0026]
In addition, when the inner leads 8 are provided on the
[0027]
Further, although the output extraction portion of the back electrode described with reference to the drawings is configured in a linear shape, it may be configured in a curved shape. Further, in each of the drawings, the
[0028]
In the invention according to
[0029]
The present invention is not limited to the above embodiment, and many modifications and changes can be made within the scope of the present invention. For example, the shapes and the protruding directions of the plurality of protrusions may be different.
[0030]
【The invention's effect】
As described above, according to the solar cell element of the first aspect, the output portion of the back electrode formed on the back side of the semiconductor substrate is provided with the protrusion, and the length of the protrusion located at the end is Since the inner lead is formed shorter than the length of the protruding part located in the center part, when the inner lead is placed on the output extraction part of the back electrode and heat welded with a soldering iron or hot air, Excess solder flows to the protruding part, and it is possible to minimize the formation of solder balls and protrusions due to the excess solder aggregating on the periphery of the inner lead and cracking of the solar cell element in the subsequent process And the stress generated due to the difference in thermal expansion coefficient can be reduced at the end of the solar cell element at the end rather than at the center, and it is possible to prevent the occurrence of a crack starting point on the end face of the solar cell element, and Reduces the occurrence of cracks Kill.
[0031]
Further, in the solar cell module according to the eighth aspect, since the solar cell element having the protruding portion provided at the output extraction portion of the back electrode formed on the back surface side of the semiconductor substrate is used, when the inner lead is thermally welded, the output is reduced. Excess solder on the take-out part flows to the protruding part, which can minimize the formation of solder balls and protrusions due to the excess solder agglomerating on the periphery of the inner lead. It is possible to prevent the solar cell element from being cracked due to the protrusions, and also to prevent the solar cell element from being cracked because the occurrence of the crack starting point at the end face of the solar cell element is reduced. Even if the solar cell element is sealed between the translucent panel and the back surface protective material, the problem of cell breakage does not occur.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a back surface structure of a solar cell element according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another back surface structure of the solar cell element according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing another back surface structure of the solar cell element according to the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a conventional solar cell element.
FIG. 5 is a diagram for explaining a connection state of a conventional solar cell element.
FIG. 6 is a view for explaining the structure of a conventional solar cell module.
FIG. 7 is a view for explaining the structure of a conventional solar cell module.
FIG. 8 is a diagram showing a surface electrode portion of a conventional solar cell element.
FIG. 9 is a diagram showing a back electrode portion of a conventional solar cell element.
FIG. 10 is a diagram showing another back electrode portion of a conventional solar cell element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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