JP2005101426A - 太陽電池装置および太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 出力特性の低下を防止しつつ不良の発生を抑制し、長期の信頼性を確保することができる太陽電池装置およびそれを備えた太陽電池モジュールを提供することである。
【解決手段】 ストライプ状の複数のバスバー電極部３が互いに平行に形成され、バスバー電極部３と直交するようにストライプ状の複数のフィンガー電極部４が互いに平行に形成されている。バスバー電極部３およびフィンガー電極部４が集電極５を構成する。バスバー電極部３は、厚膜部３ａおよび薄膜部３ｂを有する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、集電極を備えた太陽電池装置およびそれを備えた太陽電池モジュールに関する。

一般に、太陽電池装置の光入射側の面（以下、受光面と称する）には集電極が設けられている。集電極は、光入射により生成された光キャリアを収集するための複数の細いフィンガー電極部と、収集された光キャリアを外部へ取り出すための比較的太いバスバー電極部とにより構成されている（例えば、特許文献１参照）。

このような集電極は、例えば、銀ペーストを受光面にスクリーン印刷することにより形成される。太陽電池装置の受光面とは反対側の面（以下、裏面と称する）にも、同様にして集電極が形成されている。

また、複数の太陽電池装置を接続することにより太陽電池モジュールが構成される（例えば、特許文献２参照）。太陽電池モジュールを作製する際には、隣接する太陽電池装置を直列に接続するために、各太陽電池装置の集電極のバスバー電極部にはんだコート銅箔等からなるタブが接合される。この場合、タブのはんだとバスバー電極部の銀ペーストとの接合部（界面部分）では、銀とはんだとが合金化している。それにより、良好な電気的接触を得ることができる。
特開平９−１１６１７５号公報 特開２００２−３５９３８８号公報

上記の従来の太陽電池装置において、集電極のバスバー電極部にタブを接続する際に、タブのはんだの量が多すぎると、余剰のはんだがバスバー電極部からはみ出し、受光面上に張り出す。それにより、太陽電池装置の有効面積が減少する。また、余剰のはんだによりはんだの突起が形成され、不良の原因となる。

逆に、タブのはんだの量が少なすぎると、タブとバスバー電極部とが十分に接合されず、接合部に抵抗成分が生じることになる。その結果、太陽電池モジュールの出力特性が低下する。

そこで、このような問題を解決するために、バスバー電極部を長手方向に分割する方法、銀ペーストを塗布しない部分を設ける方法等が検討されている。これらの方法は、タブの余剰のはんだをバスバー電極部間の領域に溜め込むものである。

しかしながら、上記の方法では、はんだとバスバー電極部との間の接触面積が減少するため、バスバー電極部へのタブの密着強度（タブ付き強度）の低下が生じる。タブ付き強度が低下した場合、タブをバスバー電極部に接合する工程以降のセッティング工程、ラミネート工程等のモジュール化工程において、タブがバスバー電極部から剥離し、工程不良の原因となる。

また、はんだと受光面とが直接接触することにより、はんだの成分が太陽電池装置の半導体層中へ拡散する。それにより、長期の信頼性が低下する。

本発明の目的は、出力特性の低下を防止しつつ不良の発生を抑制し、長期の信頼性を確保することができる太陽電池装置およびそれを備えた太陽電池モジュールを提供することである。

本発明に係る太陽電池装置は、光電変換層と、光電変換層の少なくとも一面に設けられた集電極とを備え、集電極は、第１の電極部を含み、第１の電極部は、所定の厚みを有する厚膜部と、厚膜部よりも小さい厚みを有する薄膜部とを有するものである。

本発明に係る太陽電池装置においては、第１の電極部に厚膜部および薄膜部が設けられているので、第１の電極部に接続片をはんだにより接合する場合に、余剰のはんだが薄膜部に溜め込まれ、はんだが第１の電極部からはみ出すことが防止される。それにより、はんだが光電変換層の一面に張り出すことによる有効面積の減少およびはんだの突起による不良の発生が防止される。また、十分な量のはんだを用いて接続片を第１の電極部に接合することができるので、第１の電極部からの接続片の剥離が防止され、接合部における抵抗成分の増大を抑制できる。

さらに、はんだが光電変換層の一面と直接接触することがないので、はんだの成分の半導体層中への拡散による信頼性の低下を防止できる。

これらの結果、出力特性の低下を防止しつつ不良の発生を抑制し、長期の信頼性を確保することができる。

集電極は、第１の電極部に交差するように設けられ、第１の電極部よりも小さい幅を有する複数の第２の電極部をさらに含み、第１の電極部の厚膜部は、第１の電極部と第２の電極部との交差部を含む領域に設けられてもよい。

この場合、光入射により生成された光キャリアが複数の第２の電極部で収集され、収集されたキャリアが第１の電極部から外部へ取り出される。厚膜部が第１の電極部と第２の電極部との交差部を含む領域に設けられているので、第２の電極でのキャリアの収集により得られた電流が第１の電極部に導かれる際の抵抗が増大しない。それにより、太陽電池装置の出力特性の低下が防止される。

厚膜部の厚みに対する薄膜部の厚みの比は１／１０以上２／３以下であることが好ましい。この場合、余剰のはんだを十分に薄膜部に溜め込むことができるとともに薄膜部を確実に形成することができる。

本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池装置と、複数の太陽電池装置間を接続する導電性の接続片とを備え、複数の太陽電池装置の各々は、光電変換層と、光電変換層の少なくとも一面に設けられた集電極とその集電極と対応して設けられた他方の電極とを備え、集電極は、第１の電極部を含み、第１の電極部は、所定の厚みを有する厚膜部と、厚膜部よりも小さい厚みを有する薄膜部とを有し、複数の太陽電池装置のうち一の太陽電池装置の他方の電極と接続片の一端部とがはんだにより接合され、複数の太陽電池装置のうち他の太陽電池装置の他方の電極と接続片の他端部とがはんだにより接合されたものである。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、一の太陽電池装置の第１の電極部と接続片の一端部とがはんだにより接合され、他の太陽電池装置の他方の電極と接続片の他端部とがはんだにより接合されている。この場合、集電極の第１の電極部に厚膜部および薄膜部が設けられているので、余剰のはんだが薄膜部に溜め込まれ、はんだが第１の電極部からはみ出すことが防止される。それにより、はんだが光電変換層の一面上に張り出すことによる有効面積の減少およびはんだの突起による不良の発生が防止される。また、十分な量のはんだを用いて接続片を第１の電極部に接合することができるので、第１の電極部からの接続片の剥離が防止され、接合部における抵抗成分の増大を抑制できる。さらに、はんだが光電変換層の一面と直接接触することがないので、はんだの成分の半導体層中への拡散による信頼性の低下を防止できる。

これらの結果、出力特性の低下を防止しつつ不良の発生を抑制し、長期の信頼性を確保することができる。

本発明によれば、集電極の第１の電極部に厚膜部および薄膜部が設けられているので、第１の電極部に接続片をはんだにより接合する場合に、余剰のはんだが薄膜部に溜め込まれ、はんだが第１の電極部からはみ出すことが防止される。それにより、はんだが光電変換層の一面上に張り出すことによる有効面積の減少およびはんだの突起による不良の発生が防止される。また、十分な量のはんだを用いて接続片を第１の電極部に接合することができるので、第１の電極部からの接続片の剥離が防止され、接合部における抵抗成分の増大を抑制できる。

さらに、はんだが光電変換層の一面と直接接触することがないので、はんだの成分の半導体層中への拡散による信頼性の低下を防止できる。

これらの結果、出力特性の低下防止しつつ不良の発生を抑制し、長期の信頼性を確保することができる。

図１は本発明の一の実施の形態に係る太陽電池装置の平面図である。

図１に示すように、太陽電池装置１００は略正方形状を有するｎ型単結晶シリコンウエハ１を備える。ｎ型単結晶シリコンウエハ１の主面上に、後述する非晶質シリコン膜を介してＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）等の透明導電膜からなる受光面電極２が形成されている。受光面電極２上には、ストライプ状の複数のバスバー電極部３が互いに平行に形成され、バスバー電極部３と直交するようにストライプ状の複数のフィンガー電極部４が互いに平行に形成されている。バスバー電極部３およびフィンガー電極部４が集電極５を構成する。

集電極５は、例えばＡｇ（銀）等の導電性粒子を含む導電性ペーストにより形成される。本実施の形態では、集電極５は、Ａｇからなる金属ペーストにより形成される。集電極５は、スクリーン版を用いたスクリーン印刷により形成される。

図２は図１の太陽電池装置１００のバスバー電極部３の構成の一例を示す拡大平面図である。図３は図１の太陽電池装置１００のバスバー電極部３の構成の他
の例を示す拡大平面図である。

図２および図３に示すように、バスバー電極部３は、厚膜部３ａおよび薄膜部３ｂを有する。

図２の例では、バスバー電極部３の両側部の一定幅の領域およびバスバー電極部３とフィンガー電極部４との交差部の一定幅の領域に厚膜部３ａが設けられ、両側部および交差部を除く領域に薄膜部３ｂが設けられている。

図３の例では、バスバー電極部３とフィンガー電極部４との交差部の一定幅の領域に厚膜部３ａが設けられ、交差部を除く領域に薄膜部３ｂが設けられている。

バスバー電極部３の幅Ｗは例えば約１．５ｍｍであり、長さは例えば約１００ｍｍである。また、フィンガー電極部４の幅Ｗ０は例えば約８０μｍであり、長さは例えば約１００ｍｍである。さらに、フィンガー電極部４間の間隔Ｐは例えば約２ｍｍである。

図４は図１の太陽電池装置１００の模式的断面図である。図４に示すように、ｎ型単結晶シリコンウエハ１の主面上にｉ型非晶質シリコン膜１１およびｐ型非晶質シリコン膜１２が順に形成されている。ｎ型単結晶シリコンウエハ１、ｉ型非晶質シリコン膜１１およびｐ型非晶質シリコン膜１２が光電変換層を形成し、ｎ型単結晶シリコンウエハ１が主たる発電層となる。

ｐ型非晶質シリコン膜１２上に、受光面電極２が形成されている。図１に示したように、受光面電極２上には複数のバスバー電極部３および複数のフィンガー電極部４からなる集電極５が形成されている。

また、ｎ型単結晶シリコンウエハ１の裏面には、ｉ型非晶質シリコン膜１３およびｎ型非晶質シリコン膜１４が順に形成されている。ｎ型非晶質シリコン膜１４上にＩＴＯ等の透明導電膜からなる受光面電極１５が形成され、受光面電極１５上に複数のバスバー電極部および複数のフィンガー電極部からなる集電極５が形成されている。裏面側の集電極５は、図１に示した主面側の集電極５と同様に、複数のバスパー電極部３および複数のフィンガー電極部４からなる。

本実施の形態の太陽電池装置は、ｐｎ接合特性を改善するためにｎ型単結晶シリコンウエハ１とｐ型非晶質シリコン膜１２との間にｉ型非晶質シリコン膜１１を設けたＨＩＴ型構造を有するとともに、裏面でのキャリアの再結合を防止するためにｎ型単結晶シリコンウエハ１の裏面にｉ型非晶質シリコン膜１３およびｎ型非晶質シリコン膜１４を設けたＢＳＦ（Back Surface Field）構造を有する。

本実施の形態の太陽電池装置においては、ｎ型単結晶シリコンウエハ１の主面側の受光面電極２および裏面側の受光面電極１５がそれぞれ受光面となる。ｎ型単結晶シリコンウエハ１において発生したキャリアは、光電流として主面側および裏面側の受光面電極２，１５に拡散し、集電極５で収集される。

なお、裏面側の電極としては、集電極５の代わりに受光面電極１５上の全面に形成された電極を用いてもよい。

図５は図１〜図４の太陽電池装置１００を用いた太陽電池モジュールにおける太陽電池装置１００同士の接続の構成を示す模式的断面図である。

図５に示すように、複数の太陽電池装置１００が隣接するように配置される。各太陽電池装置１００の主面側のバスバー電極部３にはんだコート銅箔等からなる導電性のタブ６の一端部がはんだにより接合される。タブ６の他端部は、他の太陽電池装置１００の裏面側のバスバー電極部３にはんだにより接合される。このようにして、複数の太陽電池装置１００が直列に接続される。

本実施の形態では、バスバー電極部３が第１の電極部に相当し、フィンガー電極部４が第２の電極部に相当する。また、ダブが接続片に相当する。

本実施の形態に係る太陽電池装置１００では、図２および図３に示すように、集電極５のバスバー電極部３に厚膜部３ａおよび薄膜部３ｂが設けられているので、タブ６に十分な量のはんだを塗布した場合でも、余剰のはんだが薄膜部３ｂに溜め込まれ、はんだがバスバー電極部３からはみ出すことが防止される。それにより、はんだが受光面電極２，１５上に張り出すことによる有効面積の減少およびはんだの突起による不良の発生が防止される。また、十分な量のはんだを用いてタブ６をバスバー電極部３に接合することができるので、バスバー電極部３からのタブ６の剥離が防止され、接合部における抵抗成分の増大を抑制できる。

さらに、はんだが受光面電極２，１５と直接接触することがないので、はんだ成分の拡散による信頼性の低下を抑制できる。

これらの結果、出力特性の低下を防止しつつ不良の発生を抑制し、長期の信頼性を確保することができる。

特に、図２および図３の例のように、厚膜部３ａがバスバー電極部３とフィンガー電極部４との交差部に設けられることが好ましい。厚膜部３ａをフィンガー電極部４との交差部に設けるのは、この部分でフィンガー電極部４からの電流を収集することになるからである。その場合、フィンガー電極部４での集電により得られた電流がバスバー電極部３に導かれる際の抵抗が増大しない。それにより、太陽電池装置１００の出力特性の低下が防止される。

複数の太陽電池装置１００を用いた太陽電池モジュールでは、バスバー電極部３にタブ６をはんだにより接合することにより、薄膜部３ｂにはんだが溜め込まれる。したがって、薄膜部３ｂでの抵抗による損失が解消される。

さらに、本実施の形態に係る太陽電池装置１００においては、バスバー電極部３の部分に薄膜部３ｂを設けることにより、金属ペーストの使用量を削減することができる。

なお、バスバー電極部３には、スクリーン版のメッシュ跡による凹凸が形成されている。しかし、この凹凸の高さは３μｍ以下であるため、スクリーン印刷の際に余剰なはんだの溜り込み部（逃がし部）としては機能せず、余剰なはんだがバスバー電極部３から受光面電極２，１５上にはみ出す。

本実施の形態に係る太陽電池装置１００では、バスバー電極部３に意図的に厚膜部３ａおよび薄膜部３ｂを形成することにより、薄膜部３ｂが余剰なはんだの溜まり込み部として機能する。この場合、余剰なはんだを十分に薄膜部３ｂに溜め込むためには、厚膜部３ａの平均厚みに対する薄膜部３ｂの平均厚みの比は、後述するように、１／１０以上２／３以下の範囲内であることが好ましい。

なお、上記実施の形態では、集電極５がＡｇからなる金属ペーストにより形成されているが、これに限定されず、他の金属材料等の導電性材料を含む種々の導電性ペーストを用いることができる。さらに、導電性ペーストとして、５００℃程度で焼成するタイプの導電性ペーストを用いてもよい。

また、バスバー電極部３にタブ６を接合するために用いるはんだの材料も特に限定されない。

さらに、バスバー電極部３の薄膜部３ａおよび厚膜部３ｂの形状は、上記実施の形態に限定されず、バスバー電極部３とフィンガー電極部４との交差部に厚膜部３ａが設けられていれば、同等の効果が得られる。

なお、バスバー電極部３の外周部にのみ薄膜部３ｂを設けた場合には、薄膜部３ｂの面積がバスバー電極部３の全体の面積に占める割合が１％程度であっても効果が得られる。

さらに、本実施の形態に係る太陽電池装置１００では、半導体ウエハとしてｎ型単結晶シリコンウエハ１を用いているが、これに限定されず、炭化シリコン等の他の半導体ウエハを用いてもよい。

本発明の太陽電池装置は、本実施の形態のＨＩＴ構造の太陽電池装置の構成および材料に限定されず、種々の太陽電池装置に適用することができる。例えば、ｎ型単結晶シリコンウエハ１の裏面のｉ型非晶質シリコン膜１３およびｎ型晶質シリコン膜１４を設けなくてもよい。また、通常の結晶系太陽電池装置、非晶質半導体系または化合物半導体系太陽電池装置のように、表面に金属ペースト等の導電性ペーストを材料とする集電極を形成し、その一部にタブをはんだにより接合する構造を用する種々の太陽電池装置にも適用することができる。

実施例１〜３では、１０４ｍｍ角のｎ型単結晶シリコンウエハ１を用いて図１〜図４に示したＨＩＴ構造を有する太陽電池装置を作製した。集電極５の形成の際には、スクリーン版を用いて受光面電極２，１５上にＡｇからなる金属ペーストのスクリーン印刷を行った。

スクリーン版は、バスバー電極部３に対応する開口部（以下、バスバー開口部と呼ぶ）およびフィンガー電極部４に対応する開口部（以下、フィンガー開口部と呼ぶ）を有する。

バスバー開口部の幅を１．５ｍｍ、フィンガー開口部の幅を８０μｍとして設計したスクリーン版を採用した。

このスクリーン版を用いて主面側の受光面電極２上にスクリーン印刷を行なった結果、バスバー電極部３の幅は１．５６ｍｍとなり、フィンガー電極部４の幅は１４０μｍ程度となり、設計値と実際の仕上がり値との差異は６０μｍとなった。この設計値と実際の仕上がり値との差異は、金属ペーストのにじみによるものである。このにじみは、スクリーン版のバスバー開口部およびフィンガー開口部の両側に左右対称に３０μｍずつ広がっている。実施例１〜３では、この金属ペーストのにじみを積極的に用いてバスバー電極部３に薄膜部３ｂを形成した。

（実施例１）
図６は実施例１の太陽電池装置における集電極５をスクリーン印刷する際に用いたスクリーン版の模式的拡大平面図である。

図６のスクリーン版は、バスバー開口部３０およびフィンガー開口部４０を有する。バスバー開口部３０には、長手方向に沿って複数の非開口部３１が設けられている。非開口部３１は、金属ペーストが通過しない領域である。

各非開口部３１は、３０μｍ×１．５ｍｍの矩形形状を有する。複数の非開口部３１は、バスバー開口部３０の長手方向に２ｍｍピッチで、かつ長手方向と垂直な幅方向に１５０μｍピッチで７列に並ぶように設けられている。幅方向における非開口部３１間の間隔は１２０μｍである。バスバー開口部３０とフィンガー開口部４０との交差部の領域には非開口部３１は設けられていない。

図７（ａ）は図６のスクリーン版を用いて形成された集電極５の拡大平面図、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。

図６のスクリーン版を用いてスクリーン印刷を行なった場合、非開口部３１の周囲から金属ペーストがにじむことにより、バスバー電極部３の全面が金属ペーストで覆われた。

この場合に、図７（ａ）に示すように、バスバー電極部３の厚膜部３ａおよび薄膜部３ｂは、スクリーン版のバスバー開口部３０および非開口部３１にそれぞれ対応するように形成されることがわかった。

また、図７（ｂ）に示すように、厚膜部３ａの平均厚みｄ１は約１５μｍとなり、薄膜部３ｂの平均厚みｄ２は約９μｍとなった。この場合、厚膜部３ａの平均厚みｄ１に対する薄膜部３ｂの平均厚みｄ２の比は、０．６となり、１／１０以上２／３以下の範囲内となった。なお、バスバー電極部３の幅Ｗは１．５６ｍｍとなった。

（実施例２）
図８は実施例２の太陽電池装置における集電極５をスクリーン印刷する際に用いたスクリーン版の模式的拡大平面図である。

図８のスクリーン版は、バスバー開口部３０およびフィンガー開口部４０を有する。バスバー開口部３０には、幅方向に沿ってバスバー開口部３０を横切るように複数の非開口部３２が設けられている。非開口部３２は、金属ペーストが通過しない領域である。

各非開口部３２は、５０μｍ×１．５ｍｍの矩形形状を有する。複数の非開口部３２は、バスバー開口部３０の長手方向に１５０μｍピッチで設けられている。バスバー開口部３０とフィンガー開口部４０との交差部の領域には非開口部３２は設けられていない。

図９（ａ）は図８のスクリーン版を用いて形成された集電極５の拡大平面図、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。

図８のスクリーン版を用いてスクリーン印刷を行なった場合、非開口部３２の周囲から金属ペーストがにじむことにより、バスバー電極部３の全面が金属ペーストで覆われた。

この場合に、図９（ａ）に示すように、バスバー電極部３の厚膜部３ａおよび薄膜部３ｂは、スクリーン版のバスバー開口部３０および非開口部３２にそれぞれ対応するように形成されることがわかった。

また、図９（ｂ）に示すように、厚膜部３ａの平均厚みｄ３は約１５μｍとなり、薄膜部３ｂの平均厚みｄ４は約２μｍとなった。この場合、厚膜部３ａの平均厚みｄ３に対する薄膜部３ｂの平均厚みｄ４の比は、０．１３となり、１／１０以上２／３以下の範囲内となった。

（実施例３）
図１０は実施例３の太陽電池装置における集電極５をスクリーン印刷する際に用いたスクリーン版の模式的拡大平面図である。

図１０のスクリーン版は、バスバー開口部３０およびフィンガー開口部４０を有する。バスバー開口部３０には、複数の円形の非開口部３３設けられている。非開口部３３は、金属ペーストが通過しない領域である。

各非開口部３３の直径は５０μｍである。複数の非開口部３３は、バスバー開口部３０の長手方向に１５０μｍピッチで、かつ長手方向と垂直な幅方向に１５０μｍピッチで７列に並ぶように設けられている。バスバー開口部３０とフィンガー開口部４０との交差部の領域には非開口部３３は設けられていない。

図１１（ａ）は図１０のスクリーン版を用いて形成された集電極５の拡大平面図、図１１（ｂ）は図１１（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

図１０のスクリーン版を用いてスクリーン印刷を行なった場合、非開口部３３の周囲から金属ペーストがにじむことにより、バスバー電極部３の全面が金属ペーストで覆われた。

この場合に、図１１（ａ）に示すように、バスバー電極部３の厚膜部３ａおよび薄膜部３ｂは、スクリーン版のバスバー開口部３０および非開口部３３にそれぞれ対応するように形成されることがわかった。

また、図１１（ｂ）に示すように、厚膜部３ａの平均厚みｄ５は約１５μｍとなり、薄膜部３ｂの平均厚みｄ６は約５μｍとなった。この場合、厚膜部３ａの平均厚みｄ５に対する薄膜部３ｂの平均厚みｄ６の比は、０．３３となり、１／１０以上２／３以下の範囲内となった。

（比較例１）
比較例１では、バスバー開口部に非開口部が設けられていないスクリーン版を用いてバスバー電極部３およびフィンガー電極部４を形成した点を除いて、実施例１と同様の方法で太陽電池装置を作製した。

（比較例２）
比較例２では、バスバー開口部がフィンガー電極部３との交差部を含む領域に島状に設けられたスクリーン版を用いてバスバー電極部３およびフィンガー電極部４を形成した点を除いて、実施例１と同様の方法で太陽電池装置を作製した。

（評価）
実施例１〜３および比較例１，２の太陽電池装置を用いて太陽電池モジュールを作製し、高温保存試験での出力保持率を評価した。高温保存試験は、１００℃および２０００時間で行った。高温保存前の太陽電池装置の出力に対する高温保持後の太陽電池装置の出力の比を出力保持率とした。

ＪＩＳ（日本工業規格）では、高温保存試験として８５℃および１０００時間が規定されているが、ここでは、より厳しい条件で高温保存試験を行い、バスバー電極部３の構成が信頼性に及ぼす効果を拡大して評価した。

また、実施例１〜３および比較例１，２の太陽電池装置について、タブの密着強度を評価した。この場合、タブをバスバー電極部３にはんだ付けし、その引き剥がし強度を測定し、そしの測定値をタブの密着強度とした。

さらに、実施例１〜３および比較例１，２の太陽電池装置について、タブ付け不良確率を評価した。ここでは、タブをバスバー電極部３にはんだ付けする際に、溶融はんだの突起または受光面電極２上へのはみ出し部が形成された太陽電池装置を不良と判断した。

高温保存試験での出力保持率、タブの密着強度およびタブ付け不良確率の測定結果を表１に示す。

高温保持試験での出力保持率については、実施例１〜３および比較例１で９８％となり、比較例２の９５％に比べて大幅に高くなった。これにより、実施例１〜３における長期の信頼性の向上が確認された。

また、タブの密着強度については、実施例１〜３および比較例１で１８０ｇとなり、比較例２の１２０ｇに比べて大幅に高くなった。これにより、実施例１〜３におけるタブの密着強度の向上が確認された。

さらに、タブ付け不良確率については、実施例１，３および比較例２で０．１％となり、実施例２で０．２％となり、比較例１の３％に比べて著しく低くなった。これにより、実施例１〜３におけるタブ付け不良確率の向上が確認された。

これらの結果から、バスバー電極部３が厚膜部３ａおよび薄膜部３ｂを有することにより、長期の信頼性の向上、タブの密着強度の向上およびタブ付け不良確率の低減が図れることがわかった。

（実施例４）
実施例４では、実施例２と同様の方法で太陽電池装置を作製し、出力特性を測定した。

（比較例３）
比較例３では、バスバー電極部３が薄膜部３ｂのみを有する太陽電池装置を作製し、出力特性を測定した。

図１２は比較例３の太陽電池装置における集電極５をスクリーン印刷する際に用いたスクリーン版の模式的拡大平面図である。

図１２のスクリーン版は、バスバー開口部３０およびフィンガー開口部４０を有する。バスバー開口部３０には、複数の円形の非開口部３４設けられている。非開口部３４は、金属ペーストが通過しない領域である。

各非開口部３４の直径は５０μｍである。複数の非開口部３４は、バスバー開口部３０の長手方向に１５０μｍピッチで、かつ長手方向と垂直な幅方向に１５０μｍピッチで９列に並ぶように設けられている。複数の非開口部３４は、バスバー電極部３の全体にわたって設けられている。

図１３（ａ）は図１２のスクリーン版を用いて形成された集電極５の拡大平面図、図１３（ｂ）は図１３（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

図１２のスクリーン版を用いてスクリーン印刷を行なった場合、非開口部３４の周囲から金属ペーストがにじむことにより、バスバー電極部３の全面が金属ペーストで覆われた。

この場合に、図１３（ａ）に示すように、バスバー電極部３の全体に薄膜部３ｂが形成されることがわかった。また、図１３（ｂ）に示すように、薄膜部３ｂの平均厚みｄ６は約６μｍとなった。

（評価２）
実施例４および比較例３の太陽電池装置について、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子Ｆ．Ｆ．、短絡電流Ｉｓｃおよび最大出力Ｐｍａｘを測定した。実施例４および比較例３の太陽電池装置の出力特性の測定結果を表２に示す。

表２に示すように、実施例４の太陽電池装置では、曲線因子Ｆ．Ｆ．および最大出力Ｐｍａｘが比較例３の太陽電池装置に比べて高くなっている。

比較例３の太陽電池装置では、バスバー電極部３とフィンガー電極部４との交差部にも薄膜部３ｂが設けられることにより、フィンガー電極部４での集電により得られる電流がバスバー電極部３に導かれる際に、薄膜部３ｂでの抵抗による損失が生じる。それにより、比較例３の太陽電池装置では、実施例４の太陽電池装置に比べて、出力特性が低下するものと考えられる。

これに対して、実施例３の太陽電池装置では、バスバー電極部３とフィンガー電極部４との交差部に厚膜部３ａが設けられているので、交差部の抵抗が増加しない。それにより、実施例４の太陽電池装置では、出力特性の低下が生じないものと考えられる。

これらの結果、バスバー電極部３とフィンガー電極部４との交差部には、厚膜部３ａが設けられることが好ましいことがわかる。

（薄膜部の最適値に関して）
薄膜部３ｂの平均厚みは、スクリーン版のバスバー開口部３０と非開口部の設計により決まる。上記のように、薄膜部３ｂは、スクリーン印刷時の金属ペーストのにじみにより形成される。その場合、薄膜部３ｂの平均厚みは、バスバー開口部３０から離れるにつれて小さくなる。したがって、非開口部に対応するバスバー電極部３の部分を金属ペーストのにじみにより覆うようにスクリーン版を設計するためには、非開口部のサイズが重要な因子となる。非開口部が矩形の場合には、短辺の長さが重要な因子となり、非開口部が円形の場合には、直径が重要な因子となる。

例えば、矩形の非開口部の短辺が短い場合には、薄膜部３ｂの平均厚みが大きくなる。また、円形の非開口部の直径が短い場合には、薄膜部３ｂの平均厚みが大きくなる。

ただし、スクリーン版に非開口部を設け、スクリーン印刷を安定して実行するためには、矩形の非開口部の短辺の長さまたは円形の非開口部の直径は３０μｍ以上であることが望ましい。矩形の非開口部の短辺の長さまたは円形の非開口部の直径が３０μｍ以下である場合、スクリーン版のメッシュと非開口部を形成するための樹脂との間の密着強度が低下し、非開口部が破損しやすくなり、実用的ではなくなる。

したがって、上記の実施例１において測定された結果を考慮すると、薄膜部３ｂの平均厚みが厚膜部３ａの平均厚みの２／３以下となるように非開口部のサイズを設定することが望ましい。

例えば、矩形の非開口部の短辺の長さを大きめに設定すると、上記のように、薄膜部３ｂの厚みが小さくなる。実際に、非開口部の短辺の長さを８０μｍとした場合には、薄膜部３ｂの平均厚みは、厚膜部３ａの平均厚みの１／１０程度になっていた。

金属ペーストのにじみの量は、その粘度にも依存し、粘度が小さくなるにつれてにじみの量も増加する。しかしながら、フィンガー電極部４は、太陽電池装置の有効面積を考慮すると、細く形成することが望ましい。したがって、金属ペーストのにじみ量は、片側５０μｍ以下となることが望ましい。その場合、バスバー開口部３０の非開口部の短辺の幅は、１００μｍ以下であることが必要である。

また、スクリーン印刷の回数が増えるにつれて金属ペースト中の溶剤の揮発によりスクリーン版上の金属ペーストの粘度が上昇する。その場合、非開口部の短辺の幅にある程度のマージンを設けておかなければ、金属ペーストのにじみが減少し、バスバー開口部３０の非開口部に対応するバスバー電極部３の領域（非印刷領域）に、金属ペーストで覆われない領域が生じることになる。

これらのことを考慮すると、薄膜部３ｂの平均厚みが厚膜部３ａの平均厚みの１／１０以上になるように非開口部を設計することが望ましい。

以上の結果、厚膜部３ａの平均厚みに対する薄膜部３ｂの平均厚みの比は、１／１０以上２／３以下の範囲内であることが好ましい。

本発明に係る太陽電池装置および太陽電池モジュールは、種々の電源等に利用することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る太陽電池装置の平面図である。 図１の太陽電池装置のバスバー電極部の構成の一例を示す拡大平面図である。 図１の太陽電池装置のバスバー電極部の構成の他の例を示す拡大平面図である。 図１の太陽電池装置の模式的断面図である。 図１〜図４の太陽電池装置を用いた太陽電池モジュールにおける太陽電池装置同士の接続の構成を示す模式的断面図である。 実施例１の太陽電池装置における集電極をスクリーン印刷する際に用いたスクリーン版の模式的拡大平面図である。 （ａ）は図６のスクリーン版を用いて形成された集電極の拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 実施例２の太陽電池装置における集電極をスクリーン印刷する際に用いたスクリーン版の模式的拡大平面図である。 （ａ）は図８のスクリーン版を用いて形成された集電極の拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。 実施例３の太陽電池装置における集電極をスクリーン印刷する際に用いたスクリーン版の模式的拡大平面図である。 （ａ）は図１０のスクリーン版を用いて形成された集電極の拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。 比較例３の太陽電池装置における集電極をスクリーン印刷する際に用いたスクリーン版の模式的拡大平面図である。 （ａ）は図１２のスクリーン版を用いて形成された集電極の拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線断面図である。

符号の説明

１ ｎ型単結晶シリコンウエハ
２ 受光面電極
３ バスバー電極部
３ａ 厚膜部
３ｂ 薄膜部
４ フィンガー電極部
５ 集電極
６ タブ
１１ ｉ型非晶質シリコン膜
１２ ｐ型非晶質シリコン膜
１３ ｉ型非晶質シリコン膜
１４ ｎ型非晶質シリコン膜
１５ 受光面電極
３０ バスバー開口部
３１，３２，３３，３４ 非開口部
４０ フィンガー開口部
１００ 太陽電池装置
Ｗ，Ｗ０ 幅
ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４，ｄ５，ｄ６，ｄ７ 厚み

Claims (4)

1. 光電変換層と、
   前記光電変換層の少なくとも一面に設けられた集電極とを備え、
   前記集電極は、第１の電極部を含み、
   前記第１の電極部は、所定の厚みを有する厚膜部と、前記厚膜部よりも小さい厚みを有する薄膜部とを有することを特徴とする太陽電池装置。
2. 前記集電極は、前記第１の電極部に交差するように設けられ、前記第１の電極部よりも小さい幅を有する複数の第２の電極部をさらに含み、
   前記第１の電極部の前記厚膜部は、前記第１の電極部と前記第２の電極部との交差部を含む領域に設けられたことを特徴とする請求項１記載の太陽電池装置。
3. 前記厚膜部の厚みに対する前記薄膜部の厚みの比は１／１０以上２／３以下であることを特徴とする太陽電池装置。
4. 複数の太陽電池装置と、
   前記複数の太陽電池装置間を接続する導電性の接続片とを備え、
   前記複数の太陽電池装置の各々は、
   光電変換層と、
   前記光電変換層の少なくとも一面に設けられた集電極とその集電極と対応して設けられた他方の電極とを備え、
   前記集電極は、第１の電極部を含み、
   前記第１の電極部は、所定の厚みを有する厚膜部と、前記厚膜部よりも小さい厚みを有する薄膜部とを有し、
   前記複数の太陽電池装置のうち一の太陽電池装置の前記第１の電極部と前記接続片の一端部とがはんだにより接合され、前記複数の太陽電池装置のうち他の太陽電池装置の前記他方の電極と前記接続片の他端部とがはんだにより接合されたことを特徴とする太陽電池モジュール。
   

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