JP2004247596A - Solar battery element, manufacturing method thereof, and solar battery module using the element - 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素子の製造方法および太陽電池モジュールに関し、特に表面に電極を有する太陽電池素子および太陽電池素子の製造方法および太陽電池モジュールに関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
従来の太陽電池素子の断面図を図1に示す。図1において1は半導体基板、2は拡散層、3は反射防止膜、4はBSF層、5は表面電極、6は裏面電極、11は半田層を示す。
【0003】
例えばP型シリコン基板1の表面側には、Pを含むN型拡散層2と窒化シリコン膜などからなる反射防止膜3が形成される。また、シリコン基板1の裏面側には例えばアルミニウムなどを拡散して形成された高濃度P型のBSF層4を有する。さらに、シリコン基板1の表裏両面にはそれぞれ電極5、6が形成されている。さらに、この電極5、6の表面は、後工程で太陽電池素子同士を接続するためにインナーリードと接続しやすくするため、また太陽電池素子の長期信頼性を確保するために半田層11で被覆するのが一般的である(例えば、特許文献1参照)。
【0004】
しかし近年環境問題がとりざたされる中、一般的なSn−Pbの共晶半田に含まれるPbが問題となってきており、鉛フリー半田や鉛レス半田の開発が進められている。しかしその使用温度や長期信頼性の観点から、太陽電池素子に適した鉛フリー半田や鉛レス半田の選択は難しく、従来のSn−Pb共晶半田に勝る半田は開発されていない。
【0005】
また、反射防止膜3の部分は通常青色から黒色に近い色を呈するため、半田層11の部分とは色の違いがあり、外観上好ましいものではないという問題があった。
【0006】
本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、鉛を含有しない被覆材を使用して長期信頼性を確保できるとともに、外観上も好ましい太陽電池素子とその製造方法およびその太陽電池素子を使用した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−353477号公報
【0008】
【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、半導体基板の表面に電極を有する太陽電池素子において、前記電極の表面が切開部を有する被覆層で被覆されていることを特徴とする。
【0009】
上記太陽電池素子では、前記電極の表面が前記被覆層と直接接触していることが望ましい。
【0010】
また、上記太陽電池素子では、前記被覆層がガラス層であることが望ましい。
【0011】
また、前記電極は銀を主成分とすることが望ましい。
【0012】
また、前記ガラス層は着色されていることが望ましい。
【0013】
また、請求項6に係る太陽電池素子の製造方法では、半導体基板の表面に電極材料を塗布して焼き付けることによって電極を形成する太陽電池素子の製造方法において、前記電極の表面にガラスを主成分とするペーストを塗布して焼き付けることによって前記電極の表面にガラス層を形成することを特徴とする。
【0014】
上記太陽電池素子の製造方法では、前記ガラスペーストの軟化点は電極材料を焼き付ける温度以下であることが望ましい。
【0015】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記ガラスペーストは酸化ナトリウム、酸化ホウ素、酸化シリコンを含有していることが望ましい。
【0016】
また、上記太陽電池素子の製造方法では、前記ガラスペーストは顔料を含有していることが望ましい。
【0017】
さらに、請求項10に係る太陽電池モジュールでは、複数の前記太陽電池素子の電極を表面に半田層を有する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、前記電極の被覆層の切開部に前記インナーリードが接続されているとともに、前記半田層が銀を含有することを特徴とする。
【0018】
上記太陽電池モジュール、前記半田層が含有する銀は0.5〜5重量%であることが望ましい。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、図を用いて本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明に係る太陽電池素子の一実施形態を示す断面図であり、図2は本発明に係る太陽電池素子を表面側から見たときの平面図である。
【0020】
図1および図2において、1は半導体基板、2は拡散層、3は反射防止膜、4はBSF層、5は表面電極、6は裏面電極、7は被覆層、9は切開部を示す。
【0021】
半導体基板1は、単結晶または多結晶シリコンなどからなる。このシリコン基板1は、ボロン(B)などの一導電型半導体不純物を1×1016〜1×1018atoms/cm3程度含有し、比抵抗1.5Ω・cm程度の基板である。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能であり、製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを300〜500μm程度の厚みにスライスして、10cm×10cmもしくは15cm×15cm程度の大きさに切断して半導体基板1とする。
【0022】
半導体基板1の表面側には拡散層2が形成されている。この拡散層2は、半導体基板1を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン(POCl3)などの中で加熱することによって、半導体基板1の表面部分にリン原子を1×1016〜1×1018atoms/cm3程度拡散させて形成する。この拡散層2は、0.2〜0.5μm程度の深さに形成され、シート抵抗が40Ω/□以上になるように形成される。
【0023】
半導体基板1の表面側には反射防止膜3が形成されている。この反射防止膜3はたとえば窒化シリコン膜などからなり、シランとアンモニアとの混合ガスを用いたプラズマCVD法などで形成される。この反射防止膜3は半導体基板1の表面で光が反射するのを防止して、半導体基板1内に光を有効に取り込むために設ける。
【0024】
半導体基板1の表面側に表面電極5が形成されるとともに、裏面側には裏面電極6が形成される。この表面電極5と裏面電極6は、半導体基板1の裏面側に電極材料を塗布するとともに、反射防止膜3の表面電極5に相当する部分をエッチングした上で電極材料を塗布して焼成して形成する。もしくは裏面側に電極材料を塗布するとともに、反射防止膜3上に直接電極材料を塗布して焼成して形成する。これにより表面電極5と裏面電極6が形成される。電極材料としては銀粉末と有機ビヒクルにガラスフリットを銀100重量部に対して0.1〜5重量部添加してぺースト状にした電極ペーストなどが用いられ、電極ペーストをスクリーン印刷法で印刷して650〜800℃で1〜30分程度焼成することにより焼き付けられる。
【0025】
本発明においては、表面電極5と裏面電極6の表面に切開部9を有する被覆層7を形成する。このようにすることにより、切開部9を除き電極5、6の表面は外気に触れることがなくなるので、半田層で被覆しなくても、酸化や吸湿を防ぐことが可能となり、長期信頼性を確保することができる。
【0026】
この切開部9は、インナーリードの配置予定位置の全面に形成し、その全てをインナーリードと接続してもよいが、例えば表面電極5と裏面電極6の表面に所定間隔を隔てて飛び飛びに形成してもよい。これは太陽電池素子とインナーリードの熱膨張率の違いにより、溶着時に両者が引っ張り合い太陽電池素子に割れが生じたり、太陽電池素子とインナーリードが剥がれたりすることを防止するためである。
【0027】
このとき電極5、6の表面は被覆層7と直接接触していたほうがよい。このようにすることにより、電極5、6と被覆層7の間に存在するものの影響を考慮する必要がなくなるため、より有効に電極5、6の表面の酸化や吸湿を防止することが可能となり、有効に長期信頼性を確保することができる。
【0028】
また、被覆層7はガラス層であったほうがよい。このようにすることにより、厚みを薄くしても強固な被覆層7となりより有効に電極5、6の表面の酸化や吸湿を防止することが可能となり、有効に長期信頼性を確保することができるとともに、太陽電池素子8の表面の凹凸を小さくすることができることから、後工程で太陽電池素子8の全面に外力がかかったとしても太陽電池素子8が割れることを抑制することができる。また、ガラス層は透光性を有するため、特に表面側で表面電極5以外の受光面部分にはみ出して形成されたとしても、受光面積の減少による特性の低下を抑制することができる。
【0029】
このガラス層は電極5、6の表面に、ガラス粉末を主成分とし、有機溶剤とバインダーなどからなるガラスペーストを塗布して焼き付けることによって形成する。
【0030】
このときのガラスペーストの軟化点は電極材料を焼き付ける温度以下であったほうがよい。このようにすることによりガラスペーストを焼き付ける際に先に焼き付けた電極に影響を与えたり、電極が再度反応をおこしたりするという問題の発生を防止することができ、太陽電池素子の出力特性に悪影響を及ぼすということがない。
【0031】
さらに、ガラスペーストは酸化ナトリウム、酸化ホウ素、酸化シリコンを含有していたほうがよい。このように材料に鉛を使用しないことによって、従来のSn−Pb共晶半田で得ていたのと同様の長期信頼性の効果を、鉛を使用せずに得ることができ、環境に悪影響を及ぼすことがなくなる。例えばいわゆるホウ珪酸ガラスなどを好適に用いることができる。
【0032】
また、被覆層7であるガラス層を着色することにより、反射防止膜3の色調と揃えることが可能になるため、従来問題であった反射防止膜3と半田層11の色調の違いによる外観の不調和の問題を解消することが可能になる。ガラス層を着色するにはガラスペーストに顔料を含有させればよい。このような顔料としては例えばCo酸化物等がある。
【0033】
また、被覆層7としてはガラス以外ににも樹脂等も用いることができる。
【0034】
図3は本発明に係る太陽電池モジュールの構造を説明するための図である。図において、1は太陽電池素子、10はインナーリードを示し、太陽電池素子1の中の5は表面電極、6は裏面電極、7は被覆層、9は切開部を示す。
【0035】
本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、被覆層7の切開部9で電極5、6の表面に、表面に半田層を有するインナーリード10を接続する。このようにすることによって、従来の太陽電池素子の電極表面に被覆されていた半田層11が果たしていたインナーリード11との接続の役目を被覆層7が担う必要がなくなるため、被覆層7にはインナーリード11との接着を考慮した制限を加える必要がなくなる。
【0036】
このとき、電極5、6の主成分となる材料が、インナーリード11の表面にある半田層に含有されていた方がよい。このようにすることにより、電極5、6とインナーリードを容易に接着することが可能になる。接着させるには例えば半田ごてやホットエアーを用いて加熱し、押さえることによって熱溶着させればよい。電極5、6に用いるこのような材料としては、電気抵抗の低い金や白金などを使用することが可能であるが、価格の観点から銀を使用したほうがよい。つまり、電極5、6は銀を主成分とする材料で形成し、インナーリード11の表面にある半田層にも同じ銀を含有させればよい。
【0037】
このときこのインナーリード11の表面にある半田層に含有させる銀は0.5〜5重量%であったほうがよい。0.5重量%以下であれば電極5、6との接着強度を充分に得ることができなかったり、接着に必要な温度が高くなったり、時間が長くなったりするという問題が発生する。また、5重量%以上であれば、インナーリード11の表面の半田層がもろくなるという問題が発生する。
【0038】
このように銀を含有する半田としては従来のSn−Pb共晶半田に銀を添加するという方法以外にSn−Ag系、Sn−Cu系、Sn−Zn系、Sn−Sb系、Sn−In系、Sn−Bi系などの鉛を含有しないいわゆる鉛フリー半田を使用することが可能であり、特に長期信頼性確保のためSn−Ag系やSn−Cu系またはその混合系を使用することが望ましい。
【0039】
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。たとえば太陽電池素子の構造はこれに制限されるものではなく、電極が片面にしかない太陽電池素子に使用することも可能であるし、結晶系シリコン太陽電池素子に限定されるものでもない。
【0040】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、請求項1に係る太陽電池素子では、表面電極と裏面電極の表面に切開部を有する被覆層を形成する。このようにすることにより、切開部を除き電極の表面は外気に触れることがなくなるので、半田を使用せずに酸化や吸湿を防ぐことが可能となり、長期信頼性を確保することができる。
【0041】
このとき電極の表面は被覆層と直接接触していたほうがよい。このようにすることにより、電極と被覆層の間に存在するものの影響を考慮する必要がなくなるため、より有効に電極の表面の酸化や吸湿を防止することが可能となり、有効に長期信頼性を確保することができる。
【0042】
また、被覆層はガラス層であったほうがよい。このようにすることにより、厚みを薄くしても強固な被覆層となりより有効に電極の表面の酸化や吸湿を防止することが可能となり、有効に長期信頼性を確保することができるとともに、太陽電池素子の表面の凹凸を小さくすることができることから、後工程で太陽電池素子の全面に外力がかかったとしても太陽電池素子が割れることを抑制することができる。また、ガラス層は透光性を有するため、特に表面側で表面電極以外の受光面部分にはみ出して形成されたとしても、受光面積の減少による特性の低下を抑制することができる。
【0043】
また、請求項6に係る太陽電池素子の製造方法では、ガラス層は電極の表面に、ガラス粉末を主成分とし、有機溶剤とバインダーなどからなるガラスペーストを塗布し焼き付けることによって形成する。
【0044】
このときこのガラスペーストの軟化点は電極材料を焼き付ける温度以下であったほうがよい。このようにすることによりガラスペーストを焼き付ける際に先に焼き付けた電極に影響を与えたり、電極が再度反応を起こしたりするという問題の発生を防止することができ、太陽電池素子の出力特性に悪影響を及ぼすということがない。
【0045】
さらに、ガラスペーストは酸化ナトリウム、酸化ホウ素、酸化シリコンを含有していたほうがよい。このように材料に鉛を使用しないことによって、従来のSn−Pb共晶半田で得ていたのと同様の長期信頼性の効果を、鉛を使用せずに得ることができ、環境に悪影響を及ぼすことがなくなる。
【0046】
また、被覆層であるガラス層を着色することにより、反射防止膜の色調と揃えることが可能になるため、従来問題であった反射防止膜と半田層の色調の違いによる外観の不調和の問題を解消することが可能になる。ガラス層を着色するにはガラスペーストに顔料を含有させればよい。
【0047】
また、請求項10に係る太陽電池モジュールでは、被覆層の切開部で電極の表面と表面に半田層を有するインナーリードを接続する。このようにすることによって、従来の太陽電池素子の電極表面に被覆されていた半田層が果たしていたインナーリードとの接続の役目を被覆層が担う必要がなくなるため、被覆層にはインナーリードとの接着を考慮した制限を加える必要がなくなる。
【0048】
このとき、電極の主成分となる材料銀が、インナーリードの表面にある半田層に含有されていた方がよい。このようにすることにより、電極とインナーリードを容易に接着することが可能になる。
【0049】
このときこのインナーリードの表面にある半田層に含有させる銀は0.5〜5重量%にすると、電極との接着強度を充分に得ることができ、接着に必要な温度も高くなったり、時間が長くなったりすることもなく、さらにインナーリードの表面の半田層がもろくなることもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る太陽電池素子の一実施形態を示す断面図である。
【図2】本発明に係る太陽電池素子の一実施形態を示す平面図である。
【図3】本発明に係る太陽電池モジュールの一実施形態を説明するための図である。
【図4】従来の太陽電池素子の構造を説明するための断面図である。
【符号の説明】
1・・・半導体基板、2・・・拡散層、3・・・反射防止膜、4・・・BSF層、5・・・表面電極、6・・・裏面電極、7・・・被覆層、8・・・太陽電池素子、9・・・切開部、10・・・インナーリード、11・・・半田層[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a solar cell element, a method for manufacturing a solar cell element, and a solar cell module, and more particularly to a solar cell element having an electrode on a surface, a method for manufacturing a solar cell element, and a solar cell module.
[0002]
2. Description of the Related Art
FIG. 1 shows a cross-sectional view of a conventional solar cell element. In FIG. 1, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a diffusion layer, 3 is an antireflection film, 4 is a BSF layer, 5 is a front electrode, 6 is a back electrode, and 11 is a solder layer.
[0003]
For example, on the front side of the P-
[0004]
However, Pb contained in general Sn-Pb eutectic solder has become a problem in recent years while environmental problems have been taken up, and lead-free solder and lead-less solder are being developed. However, it is difficult to select a lead-free solder or a lead-less solder suitable for a solar cell element from the viewpoint of its use temperature and long-term reliability, and no solder has been developed that is superior to the conventional Sn-Pb eutectic solder.
[0005]
In addition, since the portion of the
[0006]
The present invention has been made in view of such a problem, and a long-term reliability can be ensured by using a coating material containing no lead, and a solar cell element which is also preferable in appearance, a method for manufacturing the same, and the solar cell element An object of the present invention is to provide a solar cell module using the same.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-353377
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the solar cell element according to
[0009]
In the above solar cell element, it is desirable that the surface of the electrode is in direct contact with the coating layer.
[0010]
Further, in the above solar cell element, it is preferable that the coating layer is a glass layer.
[0011]
Further, it is desirable that the electrode contains silver as a main component.
[0012]
Further, the glass layer is desirably colored.
[0013]
Further, in the method for manufacturing a solar cell element according to
[0014]
In the method for manufacturing a solar cell element, the softening point of the glass paste is desirably equal to or lower than the temperature at which the electrode material is baked.
[0015]
In the method for manufacturing a solar cell element, it is preferable that the glass paste contains sodium oxide, boron oxide, and silicon oxide.
[0016]
In the method for manufacturing a solar cell element, the glass paste preferably contains a pigment.
[0017]
Further, in the solar cell module according to
[0018]
Silver contained in the solar cell module and the solder layer is desirably 0.5 to 5% by weight.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a solar cell element according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view when the solar cell element according to the present invention is viewed from the front side.
[0020]
1 and 2, 1 is a semiconductor substrate, 2 is a diffusion layer, 3 is an antireflection film, 4 is a BSF layer, 5 is a front electrode, 6 is a back electrode, 7 is a coating layer, and 9 is a cutout.
[0021]
[0022]
A
[0023]
An
[0024]
A
[0025]
In the present invention, the
[0026]
The
[0027]
At this time, the surfaces of the
[0028]
Further, it is better that the
[0029]
This glass layer is formed by applying and baking a glass paste containing glass powder as a main component, an organic solvent and a binder, etc. on the surfaces of the
[0030]
The softening point of the glass paste at this time is preferably lower than the temperature at which the electrode material is baked. By doing so, it is possible to prevent the problem that the previously baked electrode is affected when the glass paste is baked, or that the electrode reacts again, which adversely affects the output characteristics of the solar cell element. Is not affected.
[0031]
Further, the glass paste preferably contains sodium oxide, boron oxide, and silicon oxide. By not using lead as the material in this way, the same long-term reliability effect as obtained with the conventional Sn-Pb eutectic solder can be obtained without using lead, which has an adverse effect on the environment. No longer has any effect. For example, so-called borosilicate glass or the like can be suitably used.
[0032]
Further, by coloring the glass layer which is the
[0033]
In addition, a resin or the like can be used as the
[0034]
FIG. 3 is a diagram for explaining the structure of the solar cell module according to the present invention. In the figure, 1 is a solar cell element, 10 is an inner lead, 5 in the
[0035]
In the solar cell module according to the present invention, the
[0036]
At this time, it is preferable that the material that is the main component of the
[0037]
At this time, the amount of silver contained in the solder layer on the surface of the inner lead 11 is preferably 0.5 to 5% by weight. If the content is 0.5% by weight or less, problems such as insufficient adhesion strength with the
[0038]
As the solder containing silver as described above, in addition to the conventional method of adding silver to Sn-Pb eutectic solder, Sn-Ag, Sn-Cu, Sn-Zn, Sn-Sb, and Sn-In are used. It is possible to use a so-called lead-free solder that does not contain lead, such as a Sn-Bi-based or Sn-Bi-based system. desirable.
[0039]
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 structure of the solar cell element is not limited to this, and the solar cell element can be used for a solar cell element having electrodes on only one side, and is not limited to a crystalline silicon solar cell element.
[0040]
【The invention's effect】
As described above in detail, in the solar cell element according to
[0041]
At this time, the surface of the electrode is preferably in direct contact with the coating layer. By doing so, it is not necessary to consider the influence of what exists between the electrode and the coating layer, so that oxidation and moisture absorption on the surface of the electrode can be more effectively prevented, and long-term reliability can be effectively improved. Can be secured.
[0042]
Further, the coating layer is preferably a glass layer. By doing so, a strong coating layer can be obtained even if the thickness is reduced, and oxidation and moisture absorption on the surface of the electrode can be more effectively prevented. Since the unevenness on the surface of the battery element can be reduced, the solar cell element can be prevented from cracking even when external force is applied to the entire surface of the solar cell element in a later step. Further, since the glass layer has a light-transmitting property, even if the glass layer is formed so as to protrude to the light receiving surface portion other than the surface electrode on the front surface side, it is possible to suppress a decrease in characteristics due to a decrease in the light receiving area.
[0043]
In the method for manufacturing a solar cell element according to
[0044]
At this time, the softening point of the glass paste is preferably lower than the temperature at which the electrode material is baked. By doing so, it is possible to prevent the problem that the previously baked electrode is affected when the glass paste is baked or that the electrode reacts again, which adversely affects the output characteristics of the solar cell element. Is not affected.
[0045]
Further, the glass paste preferably contains sodium oxide, boron oxide, and silicon oxide. By not using lead as the material in this way, the same long-term reliability effect as obtained with the conventional Sn-Pb eutectic solder can be obtained without using lead, which has an adverse effect on the environment. No longer has any effect.
[0046]
In addition, by coloring the glass layer, which is the coating layer, it is possible to match the color tone of the anti-reflection film with the color tone of the anti-reflection film and the solder layer, which was a conventional problem, because of the difference in color tone of the solder layer. Can be eliminated. In order to color the glass layer, a pigment may be contained in the glass paste.
[0047]
In the solar cell module according to the tenth aspect, the surface of the electrode and the inner lead having a solder layer on the surface are connected at the cutout portion of the coating layer. By doing so, it is not necessary for the coating layer to play the role of connection with the inner lead, which was performed by the solder layer that was coated on the electrode surface of the conventional solar cell element. There is no need to add restrictions in consideration of adhesion.
[0048]
At this time, it is better that the silver material, which is the main component of the electrode, be contained in the solder layer on the surface of the inner lead. This makes it possible to easily bond the electrode and the inner lead.
[0049]
At this time, if the amount of silver contained in the solder layer on the surface of the inner lead is 0.5 to 5% by weight, sufficient bonding strength with the electrode can be obtained, and the temperature required for bonding increases, And the solder layer on the surface of the inner lead does not become brittle.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing one embodiment of a solar cell element according to the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing one embodiment of a solar cell element according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram illustrating an embodiment of a solar cell module according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a structure of a conventional solar cell element.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
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