JP2004119687A

JP2004119687A - 太陽電池素子および太陽電池モジュール

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Publication number: JP2004119687A
Application number: JP2002281001A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Takahashi; 高橋　宏明; Yuko Fukawa; 府川　祐子
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-09-26
Filing date: 2002-09-26
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-26
Also published as: JP4189190B2

Abstract

【課題】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、電極とインナーリードの熱収縮率の違いによる半導体基板と電極との剥離や電極とインナーリードとの剥離が発生することを防止する。
【解決手段】ＰＮ接合を有する半導体基板１の表裏面側に複数のフィンガー電極７、９を設けるとともに、このフィンガー電極７、９を接続する帯状のバスバー電極６、８を設け、上記裏面側のバスバー電極８をその長手方向の中心線が上記表面側のバスバー電極６の長手方向の中心線と重ならないように設け、インナーリード１２を上記表面側のバスバー電極６と裏面側のフィンガー電極９に接続する。
【選択図】　図１０

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、特に裏面側電極をフィンガー電極とバスバー電極とで構成した太陽電池素子と、その太陽電池素子の複数個をインナーリードで接続し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１１を用いて説明する。図１１中、１は半導体基板、２は表面側電極、３は裏面側電極、４は不純物拡散層、５は反射防止膜である。
【０００３】
例えばＰ型シリコンからなる半導体基板１の受光面側にＮ型の不純物拡散層４を設け、この不純物拡散層４の表面に反射防止膜５と表面側電極２を設け、裏面側に裏面側電極３を設けて構成されている。表面側電極２は、図１２に示すように、銀とはんだから成るインナーリードを接続するためのバスバー電極６と、銀と半田から成る集電用のフィンガー電極７とから構成される。また、裏面側電極３も、図１３に示すように、銀とはんだから成るインナーリードを接続するためのバスバー電極８と、銀と半田から成る集電用のフィンガー電極９とから構成される（例えば特許文献１参照）。
【０００４】
また、裏面側電極３は、図１４に示すように、銀とはんだなどから成るインナーリードを接続するための出力取り出し部１０と、アルミニウムなどから成る集電部１１とから構成されるものもある（例えば特許文献２参照）。
【０００５】
太陽電池素子１３の表面側電極２は、その電極面積が受光ロスとなることから、その面積は極力小さくする必要がある。しかし、表面側フィンガー電極７は断面積を大きくするか本数を増やすなどして十分にその導電抵抗を抑えた設計にしないと出力低下を招く。また、表面側バスバー電極６は表面側フィンガー電極７を長さ方向に等分した略中間点に設けられる。つまり、表面側バスバー電極６を１本設ける場合はフィンガー電極７の長さ方向の中間点に略垂直に、また２本設ける場合はフィンガー電極７の長さ方向の４分の１の位置に略垂直に２本設ける。これは表面側フィンガー電極７内での抵抗よる損失を極力低減するためである。
【０００６】
表面側電極２と裏面側電極３の表面は後工程での作業性また長期信頼性の確保の観点からはんだで被覆するのが一般的である。表面側電極２と裏面側電極３の表面にはんだを付着させるには溶融したはんだを入れた槽の中に太陽電池素子１３をフィンガー電極７、９が垂直な向きもしくは水平な向きに浸漬する浸漬法がコスト的に有利であり多用されている。
【０００７】
複数の太陽電池素子１３を接続する方法を図１５を用いて説明する。同図（ａ）は表面側、（ｂ）は裏面側の接続を説明するための図である。図１５中、１２はインナーリードを示す。インナーリード１２の一方端を表面側のバスバー電極６上の略全長にわたって配設し、その複数個所を熱溶着などで接合することによって表面側バスバー電極６に接続するとともに、インナーリード１２の他方端を隣接する太陽電池素子１３の裏面側バスバー電極８の略全長にわたって配設し、その複数箇所を同じく熱溶着などで接合することによって裏面側バスバー電極８に接続する。つまり、従来の太陽電池素子１３は表面側バスバー電極６と裏面側バスバー電極８とは、その長手方向の中心線が重なるように形成されていた。
【０００８】
このような複数の太陽電池素子１３を、図１６に示すように、直列および並列に接続してガラスなどからなる透光性パネル１４と鋼板入りフィルムなどからなる裏面保護材１５との間に、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）などの透明な充填材１６で封入し、図１７に示すように、さらにアルミ押出形材等からなるフレーム部材１７を周縁部に取り付けて太陽電池モジュールを形成していた。
【０００９】
【特許文献１】
特開２００２−４３５９７号公報
【特許文献２】
特開平１０−３３５２６７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来の太陽電池モジュールでは、表面側バスバー電極６とインナーリード１２を熱溶着する際、また裏面側バスバー電極８とインナーリード１２を熱溶着する際に、両者の熱収縮率の違いにより、半導体基板１と表面側電極２および裏面側電極３との間、ないしは表面側電極２および裏面側電極３とインナーリード１２との間で剥離が発生するという問題があった。
【００１１】
また、図１４に示すように、アルミニウム等からなる集電部１１と銀などからなる出力取り出し部１０で構成される裏面側電極構造の場合には、アルミニウムと銀とシリコンとの熱収縮率の違いによる応力が残留している場合があり、上記問題が特に発生しやすかった。
【００１２】
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、太陽電池素子の表裏面側の電極をインナーリードで熱溶着する際に、表裏面側の電極とインナーリードとの熱収縮率の違いによる半導体基板と電極との剥離や電極とインナーリードとの剥離が発生することを解消した太陽電池素子および太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１３】
【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は、ＰＮ接合を有する半導体基板の表裏面側に複数の線状のフィンガー電極を設けるとともに、この複数のフィンガー電極を接続する帯状のバスバー電極とを設けた太陽電池素子において、前記裏面側のバスバー電極をその長手方向の中心線が前記表面側のバスバー電極の長手方向の中心線と重ならないように設けたことを特徴とする。
【００１４】
上記太陽電池素子では、前記裏面側のフィンガー電極が長手方向で分割されており、この分割されたフィンガー電極の同じ端部側に前記バスバー電極を設けてもよい。
【００１５】
また、上記太陽電池素子では、前記フィンガー電極の他の端部側が先細状に形成されていてもよい。
【００１６】
また、上記太陽電池素子では、前記フィンガー電極が矢印状に形成されていてもよい。
【００１７】
また、上記太陽電池素子では、前記裏面側のバスバー電極が破線状に形成されていてもよい。
【００１８】
また、上記太陽電池素子では、前記裏面側の複数のフィンガー電極に部分的に広幅な領域を前記表面側バスバー電極の長手方向の中心線と重なる線上に設けることが望ましい。
【００１９】
また、上記太陽電池素子では、前記裏面側の複数のフィンガー電極における前記表面側のバスバー電極の長手方向の中心線と重なる線上にある部分は前記半導体基板上に直接形成されていることが望ましい。
【００２０】
また、上記太陽電池素子では、前記裏面側の複数のフィンガー電極を前記裏面側のバスバー電極よりも広幅に形成することが望ましい。
【００２１】
また、請求項９に係る太陽電池モジュールでは、上記した複数の太陽電池素子の表面側電極と裏面側電極とをインナーリードで接続してなる太陽電池モジュールにおいて、前記インナーリードを前記表面側のバスバー電極と裏面側のフィンガー電極に接続したことを特徴とする。
【００２２】
上記太陽電池モジュールでは、前記インナーリードが前記裏面側のフィンガー電極と略垂直となるように接続することが望ましい。
【００２３】
【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、例えばＰ型シリコンからなる半導体基板１の受光面側には、Ｎ型の不純物拡散層４が形成されており、この不純物拡散層４の表面には反射防止膜５と表面側電極２が設けられている。また、半導体基板１の裏面側には裏面側電極３が設けられている。この表面側電極２は、図１２に示すように、銀とはんだから成るインナーリードを接続するための表面側バスバー電極６と、銀と半田から成る集電用の表面側フィンガー電極７とから構成される。また、図１３に示すように、裏面側も銀とはんだから成るインナーリードを接続するための裏面側バスバー電極８と、銀とはんだから成る集電用の裏面側フィンガー電極９とから構成される。
【００２４】
また、図１４に示すように、裏面側電極３は銀とはんだから成るインナーリードを接続するための出力取り出し部１０と、アルミニウムから成る集電部１１とで構成してもよい。
【００２５】
このような太陽電池素子１３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型を呈する不純物拡散層４を形成し、ＣＶＤ法などで反射防止膜５を形成して表裏面に銀ペーストをスクリーン印刷して焼成することで表面側電極２と裏面側電極３とが形成される。
【００２６】
図１に、請求項１に係る太陽電池素子１３の裏面側電極の構造を示す。略平行に複数本形成された裏面側フィンガー電極９をこの裏面側フィンガー電極９と略垂直に形成した裏面側バスバー電極８で接続している。この裏面側のバスバー電極８は表面側のバスバー電極６の長手方向の中心線１８と重ならない位置に設けている。すなわち、図１においては、表面側のバスバー電極６の長手方向の中心線１８よりも外側に裏面側のバスバー電極８の長手方向の中心線１９が位置するように裏面側のバスバー電極８を設けている。
【００２７】
このように、裏面側のバスバー電極８を表面側のバスバー電極６の長手方向の中心線１８と重ならない位置に設けると、後述するように、複数の太陽電池素子１３を接続するインナーリードは、表面側のバスバー電極６の長手方向の中心線１８の位置と対応するフィンガー９部分に点状に接続できるようになり、電極とインナーリードとの熱収縮率の違いによる半導体基板と電極との剥離や電極とインナーリードとの剥離を防止できる。
【００２８】
バスバー電極８とフィンガー電極９とは略垂直に交差するように形成されている。このようにすることによって、バスバー電極８のはんだを均一にフィンガー電極９に流すことができる。
【００２９】
高い電圧値を得るために太陽電池素子を分割してモジュール化する場合、裏面側の分割予定位置およびその近傍にフィンガー電極９が形成されないようにすることが望ましい。すなわち、フィンガー電極９とインナーリード１２を熱溶着等で接続してもはんだが表面に回りこむことはなく、また表面のはんだが回りこんだとしても太陽電池素子１３の端面からフィンガー電極９が離れているため、短絡するという問題を回避できるからである。
【００３０】
図２は裏面側電極の他の構造を示す図である。図２に示す太陽電池素子では、フィンガー電極９を長手方向で分割し、バスバー電極８を同じ端部側に形成している。このように、バスバー電極８を分割したフィンガー電極９の同じ端部側に形成すれば、太陽電池素子１３をはんだ融液に浸漬してバスバー電極８とフィンガー電極９の表面にはんだ層を形成する際に、均一に形成できる。つまり、引き上げ方向の下側になったバスバー電極８にはんだが多く付着するという問題は発生しない。
【００３１】
また、図３に示すように、フィンガー電極９を先細状にしたり、図４に示すように、矢印状とすることでさらに有効にはんだを流すことができる。
【００３２】
なお、太陽電池素子１３をフィンガー電極９と平行にはんだ槽に浸漬する場合は、図５に示すように、バスバー電極８を中央よりに形成したり、図６に示すように、バスバー電極８を外周よりに形成してもよい。また、インナーリード１２が接続される位置の外であれば、分割したフィンガー電極９の中間点にバスバー電極８が位置するように形成してもよい。
【００３３】
フィンガー電極９のインナーリード１２と接続される部分は半導体基板１上に直接形成されていることが望ましい。すなわち、図１４に示すようなアルミニウムなどからなる集電部１１と、銀などからなる出力取り出し部１０とによって構成される裏面側電極に応用した場合でも、フィンガー電極９のインナーリード１２と接続される部分は半導体基板１上に直接形成する。つまり、裏面側の複数のフィンガー電極９における表面側のバスバー電極６の長手方向の中心線１８と重なる線１９上にある部分は半導体基板１上に直接形成する。このようにすることによってフィンガー電極９の密着強度を向上させ、剥離を防止することができる。
【００３４】
また、図７に示すように、フィンガー電極９のインナーリード１２と接続される部分を他の部分よりも広幅にすることも電極強度を向上させるのに有効な手段である。すなわち、裏面側の複数のフィンガー電極９に部分的に広幅な領域を表面側バスバー電極６の長手方向の中心線１８と重なる線１９上に設ける。このとき幅広部分の形状は特に問わない。図７のように四角形で形成してもよいし、円形や三角形、菱形のような多角形に形成することも可能である。
【００３５】
さらに、図８に示すように、バスバー電極８よりもフィンガー電極９を広幅に形成することも電極強度を向上させるのに有効な手段である。
【００３６】
バスバー電極８は略全長にわたって実線状に形成されることが望ましい。フィンガー電極９の全てをインナーリード１２と接続しなくても出力を取り出すことができるからである。しかし、図９に示すように、バスバー電極８を破線状に形成してもよい。ただし、このときは破線状の各バスバー電極８に接続された少なくとも１本のフィンガー電極９にインナーリード１２を接続する必要がある。このようにバスバー電極８を破線状にすることによって、バスバー電極８に使用する電極材料の使用量を減らすことができる。
【００３７】
次に、図１０を用いて本発明に係る太陽電池モジュールの構造を説明する。同図（ａ）は太陽電池モジュールを表側から見た配線状態を示す図であり、（ｂ）は裏側から見た配線状態を示す図である。表側は従来と同じであり、受光面積と抵抗損失を勘案して最適化された電極構造のバスバー電極６の略全長上にインナーリード１２の一方端を配置して全長もしくは部分的に熱溶着などで接続する。また、インナーリード１２の他方端は隣接する太陽電池素子１３の裏面側に配設する。裏面側ではインナーリード１２の他方端はバスバー電極８ではなくフィンガー電極９上に配置して接続している。これによりインナーリード１２を接続する際の太陽電池素子１３の電極の熱収縮の影響が太陽電池素子１３の全長にわたって及ぼされることがなくなり、インナーリード１２と電極を熱溶着する際に半導体基板１と電極８、９との剥離や電極８、９とインナーリード１２との剥離を防止できる。
【００３８】
また、インナーリード１２はフィンガー電極９と略垂直に接続することが望ましい。これは１本のフィンガー電極９とインナーリード１２との接続面積を小さくするためで、半導体基板１とフィンガー電極９との剥離やフィンガー電極９とインナーリード１２との剥離を発生させないようにするためである。
【００３９】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係る太陽電池素子によれば、裏面側のバスバー電極をその長手方向の中心線が表面側のバスバー電極の長手方向の中心線と重ならないように設けたことから、複数の太陽電池素子を接続するインナーリードは、表面側のバスバー電極の長手方向の中心線の位置と対応するフィンガー部分に点状に接続できるようになり、電極とインナーリードとの熱収縮率の違いによる半導体基板と電極との剥離や電極とインナーリードとの剥離を防止できる。
【００４０】
また、本発明に係る太陽電池モジュールによれば、複数の太陽電池素子の表面側のバスバー電極と裏面側のフィンガー電極とをインナーリードで接続したことにより、インナーリードを接続する際の太陽電池素子の電極の熱収縮の影響が太陽電池素子の全長にわたって及ぼされることがなくなり、インナーリードと電極を熱溶着する際に、半導体基板と電極との剥離や電極とインナーリードとの剥離を防止できる。
【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フィンガー電極を先細状にした構造を示す図である。
【図４】本発明に係る太陽電池素子のフィンガー電極を矢印状にした構造を示す図である。
【図５】本発明に係る太陽電池素子のバスバー電極を基板を中央側に設けた構造を示す図である。
【図６】本発明に係る太陽電池素子のバスバー電極を基板の両側に設けた構造を示す図である。
【図７】本発明に係る太陽電池素子のフィンガー電極に広幅部を設けた構造を示す図である。
【図８】本発明に係る太陽電池素子のフィンガー電極をバスバー電極よりも広幅にした構造を示す図である。
【図９】本発明に係る太陽電池素子のバスバー電極を破線状にした構造を示す図である。
【図１０】本発明に係る太陽電池素子の接続状態を説明するための図であり、（ａ）は表面側の配線状態を示す図、（ｂ）は裏面側の配線状態を示す図である。
【図１１】従来の太陽電池素子を説明するための図である。
【図１２】従来の太陽電池素子の表面側電極部分を示す図である。
【図１３】従来の太陽電池素子の裏面側電極部分を示す図である。
【図１４】従来の他の太陽電池素子の裏面側電極部分を示す図である。
【図１５】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り、（ａ）は表面側の配線状態を示す図、（ｂ）は裏面側の配線状態を示す図である。
【図１６】従来の太陽電池モジュールの構造を説明するための断面図である。
【図１７】従来の太陽電池モジュールの構造を説明するための平面図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２・・・表面側電極、３・・・裏面側電極、４・・・不純物拡散層、５・・・反射防止膜、６・・・表面側バスバー電極、７・・・表面側フィンガー電極、８・・・裏面側バスバー電極、９・・・裏面側フィンガー電極、１０・・・出力取り出し部、１１・・・集電部、１２・・・インナーリード、１３・・・太陽電池素子、１４・・・透光性パネル、１５・・・裏面保護材、１６・・・充填材、１７・・・フレーム部材、１８・・・接続されるインナーリードの中心線

Claims

ＰＮ接合を有する半導体基板の表裏面側に複数の線状のフィンガー電極を設けるとともに、この複数のフィンガー電極を接続する帯状のバスバー電極を設けた太陽電池素子において、前記裏面側のバスバー電極をその長手方向の中心線が前記表面側のバスバー電極の長手方向の中心線と重ならないように設けたことを特徴とする太陽電池素子。
前記裏面側のフィンガー電極が長手方向で分割されており、この分割されたフィンガー電極の同じ端部側に前記バスバー電極を設けたことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
前記フィンガー電極の他の端部側が先細状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子。
前記フィンガー電極が矢印状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の太陽電池素子。
前記裏面側のバスバー電極が破線状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の太陽電池素子。
前記裏面側の複数のフィンガー電極に部分的に広幅な領域を前記表面側のバスバー電極の長手方向の中心線と重なる線上に設けたことを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の太陽電池素子。
前記裏面側の複数のフィンガー電極における前記表面側のバスバー電極の長手方向の中心線と重なる線上にある部分は前記半導体基板上に直接形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽電池素子。
前記裏面側の複数のフィンガー電極を前記裏面側のバスバー電極よりも広幅に形成したことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の太陽電池素子。
請求項１ないし８のいずれかに記載の複数の太陽電池素子の表面側電極と裏面側電極とをインナーリードで接続してなる太陽電池モジュールにおいて、前記インナーリードを前記表面側のバスバー電極と裏面側のフィンガー電極に接続したことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記インナーリードが前記裏面側のフィンガー電極と略垂直となるように接続したことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池モジュール。