JP2005353836A - Solar cell element and solar cell module using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、受光面側に表側電極を有する太陽電池素子とこれを用いた太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a solar cell element having a front electrode on the light receiving surface side and a solar cell module using the solar cell element.
太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系等に分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。単結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質がよいために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造が高コストになるという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは18%程度の変換効率が達成されている。 A solar cell converts incident light energy into electrical energy. Major solar cells are classified into crystalline, amorphous, and compound types depending on the type of materials used. Of these, most of the crystalline silicon solar cells currently on the market are in the market. This crystalline silicon solar cell is further classified into a single crystal type and a polycrystalline type. Single-crystal silicon solar cells have the advantage that the substrate quality is good and the efficiency can be easily increased, but the substrate is expensive to manufacture. On the other hand, the polycrystalline silicon solar cell has the advantage that it can be manufactured at a low cost although it has the disadvantage that it is difficult to increase the efficiency because the quality of the substrate is inferior. In recent years, conversion efficiency of about 18% has been achieved at the research level due to the improvement of the quality of the polycrystalline silicon substrate and the advancement of cell technology.
一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通し、現在、太陽電池の主流製品となっている。 On the other hand, since polycrystalline silicon solar cells of mass production level are low cost, they have been distributed on the market and are now mainstream products of solar cells.
特許文献1に記載されているバルク型シリコン太陽電池110の一般的な構成を図4に示す。図4(a)は、断面構造を示す図である。図に示すように、p型シリコンの半導体基板からなるp型バルク領域105の光入射面側にP(リン)原子などが高濃度に拡散され、p型バルク領域との間にpn接合を形成した逆導電型領域104が形成され、さらに窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などからなる反射防止膜106が設けられている。また、光入射面の反対側には、アルミニウムなどのp型半導体不純物を多量に含んだp+領域であるp+型領域107が設けられている。
A general configuration of a bulk silicon
光入射面から光が入射すると、逆導電型領域104とp型バルク領域105とp+型領域107とからなる半導体領域103で光生成キャリアが発生するが、これらを電流として集めて出力端子にまで導くために、光入射面側には銀などの金属材料を主成分とする表側電極(バスバー電極101、フィンガー電極102(後述))が設けられ、反対側にはアルミニウムからなる裏面集電極108、銀を主成分とする裏面出力電極109が設けられている。
When light is incident from the light incident surface, photogenerated carriers are generated in the
図4(b)は光入射面(表面)側から表側電極を見た図である。同図において101はバスバー電極、102はフィンガー電極を示す。このように、表側電極は、一般的には線幅の狭いフィンガー電極102(枝電極)とそれらフィンガー電極102の少なくとも一端が接続される線幅が太いバスバー電極101(幹電極)とからなっている。
FIG. 4B is a view of the front electrode viewed from the light incident surface (front surface) side. In the figure,
この表側電極での電力ロスをできるだけ低減するために、表側電極には、通常、金属材料が使われ、とりわけ抵抗率の低い銀を主成分とすることが一般的であり、例えば、スクリーンプリント法などにより銀ペーストなどを塗布した後、焼成して形成される。 In order to reduce the power loss at the front electrode as much as possible, a metal material is usually used for the front electrode, and it is common that silver having a low resistivity is the main component, for example, a screen printing method. It is formed by applying a silver paste or the like and baking it.
近年環境問題が取りざたされる中で、太陽電池に対してより高い変換効率が求められるようになっている。そこで、光入射面に配置される表側電極(バスバー電極101、フィンガー電極102)に対して様々な工夫がなされている。例えば、細線化させて光学ロス(反射ロス)を減少させたり、フィンガー電極102に集められた電子をできる限り損失なくバスバー電極101に運ぶためにそれぞれの電極同士を直交させて設けたりすることが一般的に行われてきた。
太陽電池素子の変換効率には、次式のような関係がある。 The conversion efficiency of the solar cell element has the following relationship.
変換効率η ∝ 短絡電流密度Jsc × 開放電圧Voc × 曲線因子FF
したがって、変換効率ηを増大させて高効率化するためには、上式のファクターのうち、開放電圧Voc、短絡電流密度Jsc、曲線因子FFのいずれかが大きくなるようにすれば良い。
Conversion efficiency η 短 絡 Short circuit current density Jsc × open circuit voltage Voc × fill factor FF
Therefore, in order to increase the conversion efficiency η and increase the efficiency, it is only necessary to increase any one of the above-described factors among the open circuit voltage Voc, the short circuit current density Jsc, and the curve factor FF.
上述した表側電極を細線化させて光学的なロスを減少させる方法によれば、実質的に太陽電池素子に入射する光エネルギーを増大させ、短絡電流密度Jscを向上させることが可能となる。しかしながら、一方で線幅の減少に伴って電極抵抗が上昇するという問題がある。この電極抵抗は、太陽電池素子の直列抵抗成分となり、特に曲線因子FFを悪化させてしまい、変換効率を向上させることができなくなる。このように変換効率に関与したこれらのファクターの全てを一律に増大させることは難しいのが実情であった。 According to the above-described method for reducing the optical loss by thinning the front electrode, it is possible to substantially increase the light energy incident on the solar cell element and improve the short-circuit current density Jsc. However, on the other hand, there is a problem that the electrode resistance increases as the line width decreases. This electrode resistance becomes a series resistance component of the solar cell element, particularly worsens the fill factor FF, and the conversion efficiency cannot be improved. As described above, it is difficult to uniformly increase all of these factors related to the conversion efficiency.
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、表側電極による光学的なロスを減少させるとともに、短絡電流密度と曲線因子とを適正なバランスを保って向上させ、良好な変換効率を得ることができる太陽電池素子を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and while reducing optical loss due to the front-side electrode, improving the short-circuit current density and the fill factor while maintaining an appropriate balance, and achieving good conversion efficiency. It aims at providing the solar cell element which can be obtained.
上記目的を達成するために、発明者は、表側電極の直列抵抗成分による電気的なロスを低減することについて様々な角度から検討を行った。そしてこの表側電極の直列抵抗成分としては、表側電極自体の抵抗と、表側電極と半導体領域との間の接触抵抗とが関与しており、特に、後者の表側電極と半導体領域との間の接触抵抗が問題となることを知見した。そして、この知見に鑑み鋭意研究を行った結果、表側電極と半導体領域との間の接触抵抗を改善することができる本発明の構成に到達したのである。 In order to achieve the above object, the inventors have studied from various angles about reducing the electrical loss due to the series resistance component of the front electrode. As the series resistance component of the front electrode, the resistance of the front electrode itself and the contact resistance between the front electrode and the semiconductor region are involved, and in particular, the contact between the latter front electrode and the semiconductor region. We found that resistance is a problem. And as a result of intensive studies in view of this knowledge, the inventors have reached the configuration of the present invention that can improve the contact resistance between the front electrode and the semiconductor region.
すなわち、本発明の請求項1に係る太陽電池素子は、多結晶シリコンの半導体基板の受光面側に表側電極を有する太陽電池素子であって、前記表側電極を受光面側の鉛直方向から平面視したときの面積をSa(cm2)、前記太陽電池素子の受光面のうち、前記表側電極が設けられた領域の表面積をSb(cm2)としたときに、
1.10≦Sb/Sa≦2.10・・・(1)
の関係を満たす。
That is, the solar cell element according to
1.10 ≦ Sb / Sa ≦ 2.10 (1)
Satisfy the relationship.
(1)式は、表側電極の面積に対して、この表側電極が設けられた領域における太陽電池素子の受光面の表面積の比率が1.10より大きく2.10よりも小さくなる範囲とすることを示すものであり、これによって、表側電極と太陽電池素子との実質的な接触面積が増大し、直列抵抗成分による電気的なロスによる悪影響を軽減することができるから、曲線因子FFを悪化させることない。 Formula (1) is a range in which the ratio of the surface area of the light receiving surface of the solar cell element in the region where the front electrode is provided to the area of the front electrode is greater than 1.10 and less than 2.10. As a result, the substantial contact area between the front electrode and the solar cell element is increased, and the adverse effect due to the electrical loss due to the series resistance component can be reduced. Nothing.
この結果として、本発明の太陽電池素子は、表側電極による光学的なロスを減少させるとともに、短絡電流密度と曲線因子とを適正なバランスを保って向上させるので、良好な変換効率を得ることができる。 As a result, the solar cell element of the present invention reduces the optical loss due to the front electrode and improves the short-circuit current density and the fill factor while maintaining an appropriate balance, so that a good conversion efficiency can be obtained. it can.
なお、表側電極の面積Saについては、太陽電池素子を受光面側の鉛直方向から撮影して、表面画像をデジタル化した後、周知の画像処理方法によって、例えば、表側電極とそれ以外の部分とが分離されるような閾値によって二値化することによって、表側電極の箇所とそれ以外の箇所とを分離することができ、面積を求めることができる。 As for the area Sa of the front side electrode, after photographing the solar cell element from the vertical direction on the light receiving surface side and digitizing the surface image, for example, by using a known image processing method, By binarizing with a threshold value such that the front electrode is separated, it is possible to separate the location of the front electrode and the other location, and to obtain the area.
さらに、表側電極が設けられた領域における太陽電池素子の受光面の表面積Sbについては、表側電極の材料種類に応じて選択した所定の酸(例えば、電極が銀を主成分とする場合には王水)によって、この表側電極を除去し、この電極が設けられていた部位について表面積の測定を行えばよい。表面積の測定は、接触式、非接触式のいずれの方法をも用いることができるが、正確性の点からAFM(原子間力顕微鏡)を用いることが望ましい。なお、AFMを用いる場合、観測可能な領域の大きさに限界があるので、表側電極が設けられていた所定箇所の中から、複数箇所を測定し、統計的に処理することによって、本発明の範囲内かどうかを定めることが可能である。 Furthermore, the surface area Sb of the light receiving surface of the solar cell element in the region where the front electrode is provided is a predetermined acid selected according to the material type of the front electrode (for example, if the electrode is mainly composed of silver, The surface electrode may be removed by removing the front electrode with water, and the surface area of the portion where the electrode was provided may be measured. The surface area can be measured by either contact or non-contact methods, but it is desirable to use an AFM (Atomic Force Microscope) from the viewpoint of accuracy. In addition, when using AFM, since the size of the observable region is limited, by measuring a plurality of locations from a predetermined location where the front electrode is provided and statistically processing, It is possible to determine whether it is within range.
そして、前記表側電極は、略直線状のバスバー電極と、このバスバー電極に少なくとも一端部が接続された複数のフィンガー電極と、を含むようにした。 The front electrode includes a substantially straight bus bar electrode and a plurality of finger electrodes having at least one end connected to the bus bar electrode.
本発明の太陽電池モジュールは、所定間隔で配列されるとともに互いに電気的に接続された、複数枚の板状の太陽電池素子を有する太陽電池モジュールであって、前記複数枚の太陽電池素子は、本発明の太陽電池素子を含むようにした。 The solar cell module of the present invention is a solar cell module having a plurality of plate-like solar cell elements arranged at predetermined intervals and electrically connected to each other, wherein the plurality of solar cell elements are: The solar cell element of the present invention was included.
上述のように、本発明の太陽電池素子は、多結晶シリコンの半導体基板の受光面側に表側電極を有する太陽電池素子であって、前記表側電極を受光面側の鉛直方向から平面視したときの面積をSa(cm2)、前記太陽電池素子の受光面のうち、前記表側電極が設けられた領域の表面積をSb(cm2)としたときに、
1.10≦Sb/Sa≦2.10・・・(1)
の関係を満たすようにしたので、表側電極による光学的なロスを減少させるとともに、短絡電流密度と曲線因子とを適正なバランスを保って向上させるので、本発明の太陽電池素子は良好な変換効率を得ることができる。
As described above, the solar cell element of the present invention is a solar cell element having a front-side electrode on the light-receiving surface side of a polycrystalline silicon semiconductor substrate, and when the front-side electrode is viewed in plan from the vertical direction on the light-receiving surface side the area Sa (cm 2), of the light receiving surface of the solar cell element, the surface area of the front electrode is provided area when the Sb (cm 2),
1.10 ≦ Sb / Sa ≦ 2.10 (1)
The solar cell element of the present invention has a good conversion efficiency because it reduces the optical loss due to the front electrode and improves the short-circuit current density and the fill factor while maintaining an appropriate balance. Can be obtained.
以下、本発明に係る太陽電池素子の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of a solar cell element according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
最初に本発明に係る太陽電池素子の構造について簡単に説明する。図2(a)は本発明に係る太陽電池素子の断面構造を示す図、図2(b)は本発明に係る太陽電池素子の受光面側(表面側)の電極形状の一例を示す図、図2(b)は非受光面側(裏面側)の電極形状の一例を示す図である。 First, the structure of the solar cell element according to the present invention will be briefly described. FIG. 2A is a diagram showing a cross-sectional structure of the solar cell element according to the present invention, FIG. FIG. 2B is a diagram showing an example of the electrode shape on the non-light-receiving surface side (back surface side).
図2(a)に示すように、p型シリコン多結晶の半導体基板からなるp型バルク領域5の光入射面側にP(リン)原子などが高濃度に拡散され、p型バルク領域との間にpn接合を形成した逆導電型領域4が形成され、さらに窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などからなる反射防止膜6が設けられている。また、光入射面の反対側には、アルミニウムなどのp型半導体不純物を多量に含んだp+領域であるp+型領域7が設けられて、本発明に係る太陽電池素子10が構成されている。そして、図2(b)、図2(c)に示すように太陽電池素子10の光入射面側には銀などの金属材料を主成分とする表側電極(バスバー電極1、フィンガー電極2)が設けられ、反対側にはアルミニウムからなる裏面集電極8、銀を主成分とする裏面出力電極9が設けられている。
As shown in FIG. 2A, P (phosphorus) atoms and the like are diffused at a high concentration on the light incident surface side of the p-
太陽電池素子10の光入射面側である反射防止膜6の側から入射から光が入射すると、逆導電型領域4とp型バルク領域5とp+型領域7とからなる半導体領域3で吸収・光電変換されて電子−正孔対(電子キャリアおよび正孔キャリア)が生成される。この光励起起源の電子キャリアおよび正孔キャリア(光生成キャリア)によって、太陽電池素子10の表側に設けられた略線状の表側電極と、裏側に設けられた裏側電極との間に光起電力を生じ、発生した光生成キャリアはこれらの電極で集められて、出力端子にまで導かれる。
When light is incident from the side of the
図2(b)は光入射面(表面)側から見た表側電極の一例を示す図である。同図において1はバスバー電極、2はフィンガー電極、6は反射防止膜を示す。表側電極は、一般的には線幅の狭いフィンガー電極2(枝電極)とそれらフィンガー電極2の少なくとも一端が接続される線幅が太く略直線状のバスバー電極1(幹電極)とからなっている。この表側電極での電力ロスをできるだけ低減するために、表側電極には、通常、金属材料が使われ、とりわけ抵抗率の低い銀を主成分とすることが一般的であり、例えば、スクリーンプリント法などにより銀ペーストなどを塗布した後、焼成して形成される。
FIG. 2B is a diagram illustrating an example of the front electrode viewed from the light incident surface (front surface) side. In the figure, 1 is a bus bar electrode, 2 is a finger electrode, and 6 is an antireflection film. The front side electrode is generally composed of a finger electrode 2 (branch electrode) having a narrow line width and a bus line electrode 1 (stem electrode) having a large line width to which at least one end of the
裏側電極は、図2(b)に示されるように、裏面集電極8と裏面出力電極9とからなる。裏面集電極8としては、半導体基板であるシリコンに対して、p型の半導体不純物元素として作用するアルミニウムを用いて形成することが望ましい。その理由として、シリコン基板の裏面側表層部にp+型領域7を形成し、このp+型領域7はBSF(Back Surface Field)領域とも呼ばれ、光生成電子キャリアが裏面集電極8に到達して再結合損失する割合を低減する役割を果たし、短絡電流値Jscが向上するからである。そしてまたこのp+型領域7では少数キャリア(電子)密度が低減されるので、このp+型領域7および裏面集電極8に接する領域でのダイオード電流量(暗電流量)を低減する働きをし、開放電圧Vocが向上するという効果も有する。裏面出力電極9としては、通常、表側電極と同じ抵抗率の低い銀を主成分とする金属材料が使われることが多く、例えば、スクリーンプリント法などにより銀ペーストなどを塗布した後、焼成して形成される。
As shown in FIG. 2B, the back side electrode includes a back
次に、本発明の太陽電池素子に係る表側電極の構成について、図1を用いて説明する。 Next, the structure of the front side electrode which concerns on the solar cell element of this invention is demonstrated using FIG.
図1(a)は、図2(b)に示す表側電極のA部の部分拡大図であり、図1(b)は、図1(a)に示す表側電極をB−B方向の断面で切った部分拡大図である。 Fig.1 (a) is the elements on larger scale of A part of the front side electrode shown in FIG.2 (b), FIG.1 (b) shows the front side electrode shown in FIG.1 (a) in the cross section of a BB direction. FIG.
図1(a)に示すように、表側電極であるバスバー電極1とフィンガー電極2とを受光面側の鉛直方向から平面視したときの面積をSaで表す。なお、図1(a)は、図2(b)のA部の部分拡大図であり、図1(a)に現れていない図2(b)の他の箇所についても全く同様である。また、図1(a)において、太陽電池素子の受光面のうち表側電極で覆われて見えない箇所、すなわち表側電極(バスバー電極1、フィンガー電極2)が設けられた領域の直下の部分の表面積がSbである。このとき次の(1)式で表される関係が成り立つような構成となっている。
As shown in FIG. 1A, Sa represents an area when the
1.10≦Sb/Sa≦2.10・・・(1)
(1)式について説明する。上述したように、分母のSaは、表側電極の面積に該当し、分子のSbは、この表側電極が設けられた領域における太陽電池素子の受光面の表面積であるから、(1)式のSb/Saは、表側電極が太陽電池素子の受光面との接触する比率の目安となる。理解を助けるために、図1(b)に断面方向から見ることによって一つ次元を落として示す。Saは平面視した表側電極の面積であるから、図1(b)において、両矢印C1で表されるように一次元の直線状となり、Sbは、領域C2で囲われた二次元の凹凸形状として表される。実際は、これが図1(b)の奥行き方向にも広がっているので、Saは二次元の(仮想的な)平面、Sbは三次元の凹凸を有する面となる。
1.10 ≦ Sb / Sa ≦ 2.10 (1)
The expression (1) will be described. As described above, the denominator Sa corresponds to the area of the front electrode, and the numerator Sb is the surface area of the light receiving surface of the solar cell element in the region where the front electrode is provided. / Sa is a measure of the ratio at which the front electrode contacts the light receiving surface of the solar cell element. In order to help understanding, FIG. 1B shows one dimension dropped by looking from the cross-sectional direction. Since Sa is the area of the front electrode in plan view, in FIG. 1B, it is a one-dimensional straight line as represented by a double-headed arrow C1, and Sb is a two-dimensional uneven shape surrounded by the region C2. Represented as: Actually, since this also extends in the depth direction of FIG. 1B, Sa is a two-dimensional (virtual) plane, and Sb is a surface having three-dimensional unevenness.
ここで、この式の比率が1.10より大きく2.10よりも小さくなる範囲となるように、太陽電池素子の受光面の表面積を定めることによって、表側電極と太陽電池素子との実質的な接触面積を増大させることができる。なお、Sb/Saが1.10以下のときは、FFの向上のために接触面積を増加させれば受光面積が減少し短絡電流の低下を招き、短絡電流の向上のために電極面積を減少させればFFが低下するという太陽電池素子の変換効率向上の妨げになる問題があり、2.10以上のときはスクリーンプリント法でシリコン基板表面に電極材料を充填させることが困難になるという問題がある。 Here, the surface area of the light-receiving surface of the solar cell element is determined so that the ratio of the formula is larger than 1.10 and smaller than 2.10, thereby substantially reducing the front electrode and the solar cell element. The contact area can be increased. When Sb / Sa is 1.10 or less, if the contact area is increased to improve the FF, the light receiving area decreases and the short circuit current is reduced, and the electrode area is decreased to improve the short circuit current. If this is done, there is a problem that hinders the conversion efficiency improvement of the solar cell element that FF is lowered, and when it is 2.10 or more, it becomes difficult to fill the silicon substrate surface with the electrode material by the screen printing method. There is.
このように、本発明の太陽電池素子に係る表側電極の構成によれば、表側電極と太陽電池素子との実質的な接触面積が増大し適正値となるので、直列抵抗成分による電気的なロスによる悪影響を軽減することができる。その結果、曲線因子FFを悪化させることがない。 Thus, according to the configuration of the front side electrode according to the solar cell element of the present invention, the substantial contact area between the front side electrode and the solar cell element increases and becomes an appropriate value. Can reduce the adverse effects of As a result, the fill factor FF is not deteriorated.
この結果、本発明の太陽電池素子は、表側電極による光学的なロスを減少させるとともに、短絡電流密度と曲線因子とを適正なバランスを保って向上させるので、良好な変換効率を得ることができる。 As a result, the solar cell element of the present invention reduces the optical loss due to the front electrode and improves the short-circuit current density and the fill factor while maintaining an appropriate balance, so that a good conversion efficiency can be obtained. .
なお、(1)式におけるSb/Saの値を減少させるためには、電極下の半導体基板表面をフラットに近づけたり、電極と半導体基板の間に絶縁膜を介在させたりすれば良く、逆に増加させるためには、電極下の半導体基板表面を粗面状にしたり、窪みを形成したりすれば良い。特に本発明の適正な範囲とするためには、電極下の半導体基板表面を粗面状にすることが望ましい。また電極をスクリーンプリントによって形成する場合、凹凸の高さが2μm以下の細かい凹凸を均一に形成することが望ましい。このようにすることによって、スクリーンプリントでも電極材料を半導体基板の形状に沿って充填することが可能となり、直列抵抗をより有効に低減させることが可能となる。 In order to reduce the value of Sb / Sa in the equation (1), the surface of the semiconductor substrate under the electrode may be made flat or an insulating film may be interposed between the electrode and the semiconductor substrate. In order to increase the surface, the surface of the semiconductor substrate under the electrode may be roughened or a depression may be formed. In particular, in order to obtain an appropriate range of the present invention, it is desirable to make the surface of the semiconductor substrate under the electrodes rough. In addition, when the electrodes are formed by screen printing, it is desirable to uniformly form fine irregularities having an irregularity height of 2 μm or less. By doing so, it is possible to fill the electrode material along the shape of the semiconductor substrate even in screen printing, and it is possible to more effectively reduce the series resistance.
また、本発明の太陽電池素子において、表側電極に含まれるバスバー電極1として、図では一つの太陽電池素子において2本備えた例によって説明しているが、3本以上としても良い。特に、受光面の光のエネルギーロスを防止するため、フィンガー電極2の線の幅を細くした場合、バスバー電極1が2本の場合は、フィンガー電極2における直列抵抗成分によって曲線因子FFが悪化する傾向があるが、バスバー電極1を3本とすれば、フィンガー電極2の長さを短くすることができ、フィンガー電極2の直列抵抗成分による曲線因子FFの悪化を抑制できる。上述の本発明に係る表側電極を平面視したときの面積Saとしては、太陽電池素子の受光面の面積に対して、4%乃至7%の範囲としたときに、最適に光のエネルギーロスを抑え、電極の抵抗成分を受けにくくなるので好ましい。
Further, in the solar cell element of the present invention, the
また、本発明の太陽電池素子において、JIS C 8913(1998)で規定される短絡電流Iscを基板面積で割った短絡電流密度Jscが35.5mA/cm2以上であるとともに、JIS C 8913(1998)で規定されるFFが0.75以上であることが望ましい。このように高い短絡電流密度およびFFを有する太陽電池素子には、電極の設計にあたり、なお一層のシビアなコントロールが必要になる。よって本発明に係る太陽電池素子の効果を充分に発揮することができるのである。 In the solar cell element of the present invention, the short-circuit current density Jsc obtained by dividing the short-circuit current Isc defined by JIS C 8913 (1998) by the substrate area is 35.5 mA / cm 2 or more, and JIS C 8913 (1998). It is desirable that the FF specified by) is 0.75 or more. In such a solar cell element having a high short-circuit current density and FF, further severe control is required in designing the electrode. Therefore, the effect of the solar cell element according to the present invention can be sufficiently exhibited.
また短絡電流Iscは8000mA以上となるようにすることが望ましい。この短絡電流Iscの値は、太陽電池素子の大きさによって調節することができ、本発明の太陽電池素子で短絡電流密度Jscが35.5mA/cm2の場合には、受光面面積が15cm×15cmの矩形のサイズ以上であることが必要となる。短絡電流Iscがこの範囲となるように太陽電池素子のサイズを設計することによって、製造コストの削減をできるという優れた効果がある。 The short-circuit current Isc is preferably 8000 mA or more. The value of the short-circuit current Isc can be adjusted according to the size of the solar cell element. When the short-circuit current density Jsc is 35.5 mA / cm 2 in the solar cell element of the present invention, the light receiving surface area is 15 cm × It is necessary to have a size of 15 cm or more. By designing the size of the solar cell element so that the short-circuit current Isc is within this range, there is an excellent effect that the manufacturing cost can be reduced.
次に、図3(a)に、本発明の太陽電池素子を含むように構成した本発明の太陽電池モジュールの一例を示す。同図に示すように、光入射面を太陽電池モジュール17の受光面側に向けて所定間隔で配列された複数枚の板状の太陽電池素子10は、金属を代表とする導電性の材質であるタブ11によって互いに電気的に接続され、太陽電池素子群を構成している。
Next, FIG. 3A shows an example of the solar cell module of the present invention configured to include the solar cell element of the present invention. As shown in the figure, the plurality of plate-like
なお、これらの太陽電池素子群の中に、本発明の太陽電池素子10が少なくとも1つ含まれていれば効果を奏するが、発明の効果を良好に奏するためには、太陽電池素子群を構成する太陽電池素子全てが本発明の太陽電池素子10であることがより望ましい。
In addition, in these solar cell element groups, it is effective if at least one
上述の太陽電池素子群は、透光性パネル12と裏面保護材14の間にエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)などを主成分とする充填材13で気密に封入されて、太陽電池モジュール17を構成している。太陽電池モジュール17の出力は、出力配線15を経て端子ボックス16に接続されている。そしてこの端子ボックス16からさらに外部の負荷(不図示)に接続されている。
The solar cell element group described above is hermetically sealed with a
図3(b)に、図3(a)の太陽電池モジュールの内部構造の部分拡大図を示す。同図に示すように、太陽電池素子10の出力取出電極であるバスバー電極1と、隣接する太陽電池素子10の裏側の裏面出力電極9とは、タブ11によって電気的に接続されている。
FIG. 3B shows a partially enlarged view of the internal structure of the solar cell module shown in FIG. As shown in the figure, the
タブ11は、裏側の裏面出力電極9とバスバー電極1の全長もしくは複数箇所をホットエアーなどの熱溶着により接続して、太陽電池素子10同士を接続配線するものである。タブ11を構成する材質としては、例えば、その表面全体に20〜70μm程度の半田を被覆した厚さ100〜500μm程度の銅箔を所定の幅および長さに加工したものを好適に用いることができる。なお、銅箔の表面に対する半田被覆は必須ではなく、設ける場合、銅箔の両面ないし片面のいずれでも構わない。
The
次いで、図2(a)に示した本発明に係る太陽電池素子を形成するプロセスを説明する。 Next, a process for forming the solar cell element according to the present invention shown in FIG.
まずp型シリコン基板を用意する。図2(a)中、少なくともp型バルク領域5は基板に含まれる。このときp型の半導体不純物元素としてはB(ボロン)を用いることが望ましく、濃度は1×1016〜1×1017/cm3程度とし、このとき基板の比抵抗値は0.2〜2Ω・cm程度となる。
First, a p-type silicon substrate is prepared. In FIG. 2A, at least the p-
基板厚は500μm以下にし、より好ましくは350μm以下にする。基板としては、キャスト法で鋳造された多結晶シリコンインゴットをスライスして基板にした多結晶シリコン基板や単結晶シリコン基板などを用いる。なおドーピングはドーピング元素単体を適量シリコンインゴット製造時に含ませてもよいし、既にドープ濃度の分かっているB含有シリコン塊を適量含ませてもよい。その後、基板のスライスにともなう基板表層部の機械的ダメージ層を除去するために、この基板の表面側および裏面側の表層部をNaOHやKOHあるいは、フッ酸やフッ硝酸などでそれぞれ10〜20μm程度エッチングし、その後、純水などで洗浄する。 The substrate thickness is 500 μm or less, more preferably 350 μm or less. As the substrate, a polycrystalline silicon substrate or a single crystal silicon substrate obtained by slicing a polycrystalline silicon ingot cast by a casting method is used. In addition, doping may include an appropriate amount of a doping element alone at the time of manufacturing a silicon ingot, or may include an appropriate amount of a B-containing silicon block whose doping concentration is already known. Thereafter, in order to remove the mechanical damage layer on the surface layer portion of the substrate accompanying the slicing of the substrate, the surface layer portions on the front surface side and the back surface side of this substrate are each about 10 to 20 μm with NaOH, KOH, hydrofluoric acid, hydrofluoric acid, or the like. Etching and then cleaning with pure water or the like.
次に光入射面となる基板表面側に光反射率低減機能を有する凹凸構造を形成する(不図示)。この凹凸構造の形成にあたっては、上述の基板表層部を除去する際に用いるNaOHなどのアルカリ液による異方性ウェットエッチング法を適用することができるが、シリコン基板がキャスト法などによる多結晶シリコン基板である場合は、基板面内での結晶面方位が結晶粒ごとにランダムにばらつくので、基板全域にわたって光反射率を効果的に低減せしめる良好な凹凸構造を一様に形成することは非常に困難である。したがって、シリコン基板が多結晶シリコン基板の場合は、RIE(Reactive Ion Etching)法などによるガスエッチングを行えば容易に良好な凹凸構造を基板全域にわたって形成することができるので望ましい(例えば、特許文献2を参照)。 Next, a concavo-convex structure having a light reflectivity reduction function is formed on the surface side of the substrate serving as a light incident surface (not shown). In forming the concavo-convex structure, an anisotropic wet etching method using an alkaline solution such as NaOH used for removing the substrate surface layer portion described above can be applied, but the silicon substrate is a polycrystalline silicon substrate formed by a cast method or the like. In this case, since the crystal plane orientation in the substrate plane varies randomly for each crystal grain, it is very difficult to uniformly form a good concavo-convex structure that effectively reduces the light reflectivity over the entire substrate. It is. Therefore, when the silicon substrate is a polycrystalline silicon substrate, it is desirable that a good concavo-convex structure can be easily formed over the entire substrate by performing gas etching by RIE (Reactive Ion Etching) method or the like (for example, Patent Document 2). See).
この凹凸構造は、上述の(1)式に密接に関係する。Sb/Saの値を小さくするためには、凹凸の深さを小さくし、凹凸の横方向の大きさを大きくする方向、すなわち凹凸のアスペクト比(縦/横)を小さくすれば良い。また、Sb/Saの値を大きくするためには、凹凸の深さを大きくし、凹凸の横方向の大きさを小さくする方向、すなわち凹凸のアスペクト比(縦/横)を大きくすれば良い。凹凸のアスペクト比を大きくするにはエッチング中の反応圧力を下げればよく、小さくするためには反応圧力を上げればよい。 This uneven structure is closely related to the above-described equation (1). In order to reduce the value of Sb / Sa, it is only necessary to reduce the depth of the unevenness and reduce the direction of increasing the lateral size of the unevenness, that is, the aspect ratio (vertical / horizontal) of the unevenness. Further, in order to increase the value of Sb / Sa, it is only necessary to increase the depth of the unevenness and increase the direction of decreasing the lateral size of the unevenness, that is, increase the aspect ratio (vertical / horizontal) of the unevenness. In order to increase the aspect ratio of the unevenness, the reaction pressure during etching may be decreased, and in order to decrease it, the reaction pressure may be increased.
なお、ウェットエッチング法の場合、上述したように基板面内での結晶面方位が結晶粒ごとにランダムにばらつくため、凹凸構造を一様に形成することが難しく、RIE法などのガスエッチング法に比べてSb/Saを再現性良く自在に調整することが難しいという問題がある。 In the case of the wet etching method, as described above, the crystal plane orientation in the substrate surface varies randomly for each crystal grain, so that it is difficult to form a concavo-convex structure uniformly, and the gas etching method such as the RIE method is used. In comparison, it is difficult to freely adjust Sb / Sa with good reproducibility.
次にn型の逆導電型領域4を形成する。n型化ドーピング元素としてはP(リン)を用いることが望ましく、ドーピング濃度は1×1018〜5×1021/cm3程度とし、シート抵抗が30〜300Ω/□程度のn+型とする。これによって上述のp型バルク領域5との間にpn接合が形成される。なお、シート抵抗の好ましい領域は60〜300Ω/□であり、この範囲よりも小さいときは、短絡電流を向上させることができないという問題があり、この範囲を超えると拡散層が浅くなりすぎるため、受光面電極形成時に拡散層が破壊されたり、逆に充分な密着強度を得ることができないという問題がある。
Next, an n-type reverse
製法としてはPOCl3(オキシ塩化リン)を拡散源とした熱拡散法を用いて温度700〜1000℃程度で、p型シリコン基板の表層部にドーピング元素を拡散させることによって形成する。このとき拡散層厚は0.2〜0.5μm程度とするが、これは拡散温度と拡散時間を調節することで、所望の厚さとすることができる。 As a manufacturing method, it is formed by diffusing a doping element in a surface layer portion of a p-type silicon substrate at a temperature of about 700 to 1000 ° C. using a thermal diffusion method using POCl 3 (phosphorus oxychloride) as a diffusion source. At this time, the thickness of the diffusion layer is about 0.2 to 0.5 μm, and this can be set to a desired thickness by adjusting the diffusion temperature and the diffusion time.
通常の拡散法では、目的とする面とは反対側の面にも拡散領域が形成されるが、その部分は後からエッチングして除去すればよい。このとき、この基板の表面側以外の逆導電型領域4の除去は、シリコン基板の表面側にレジスト膜を塗布し、フッ酸と硝酸の混合液を用いてエッチング除去した後、レジスト膜を除去することにより行う。また、後述するように、裏面のp+型領域7(BSF領域)をアルミニウムペーストによって形成する場合は、p型ドープ剤であるアルミニウムを充分な濃度で充分な深さまで拡散させることができるので、既に拡散してあった浅い領域のn型拡散層の影響は無視できるようにすることができ、この裏面側に形成されたn型拡散層を特に除去する必要はない。
In a normal diffusion method, a diffusion region is also formed on the surface opposite to the target surface, but this portion may be removed later by etching. At this time, the reverse
なお、逆導電型領域4の形成方法は熱拡散法に限定されるものではなく、例えば薄膜技術および条件を用いて水素化アモルファスシリコン膜や微結晶シリコン層を含む結晶質シリコン膜などを基板温度400℃程度以下で形成してもよい。ただし薄膜技術を用いて形成する場合は、以下に述べる各プロセスの温度を考慮して後段プロセス程低いプロセス温度となるようにその形成順序を決めることが必要である。
Note that the method of forming the reverse
ここで水素化アモルファスシリコン膜を用いて逆導電型領域4を形成する場合はその厚さは50nm以下、好ましくは20nm以下とし、結晶質シリコン膜を用いて形成する場合はその厚さは500nm以下、好ましくは200nm以下とする。
Here, when the reverse
なお、逆導電型領域4を上記薄膜技術で形成するときは、p型バルク領域5と逆導電型領域4との間にi型シリコン領域(不図示)を厚さ20nm以下で形成すると特性向上に有効である。
When the reverse
次に反射防止膜6を形成する。反射防止膜6の材料としては、Si3N4膜、TiO2膜、SiO2膜、MgO膜、ITO膜、SnO2膜、ZnO膜などを用いることができる。厚さは材料によって適宜選択され入射光に対する無反射条件を実現する(材料の屈折率をnとし、無反射にしたいスペクトル領域の波長をλとすれば、(λ/n)/4=dが反射防止膜の最適膜厚となる)。例えば、一般的に用いられるSi3N4膜(n=約2)の場合は、無反射目的波長を600nmとすれば、膜厚を75nm程度とすればよい。
Next, an
製法としては、PECVD法、蒸着法、スパッタ法などを用い、温度400〜500℃程度で形成する。なお反射防止膜6は後述する表側電極1、2を形成するために所定のパターンでパターニングしておく。パターニング法としてはレジストなどマスクに用いたエッチング法(ウェットあるいはドライ)や、反射防止膜6形成時にマスクをあらかじめ形成しておき、反射防止膜6形成後にこれを除去する方法を用いることができる。また別の方法として、反射防止膜6の上に直接電極材料を塗布し焼き付けることによって表側電極1、2と逆導電型領域4を接触させるいわゆるファイヤースルー法も一般的であり、この場合は前記パターニングの必要はない。このSi3N4膜には、形成の際には表面パッシベーション効果、その後の熱処理の際にはバルクパッシベーション効果があり、反射防止の機能と併せて、太陽電池素子の電気特性を向上させる効果がある。
As a manufacturing method, a PECVD method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like is used, and the film is formed at a temperature of about 400 to 500 ° C. The
次に、基板の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塗布して焼成することにより(以後、印刷焼成法と呼ぶ)、表側電極および裏側電極を形成する。 Next, a front side electrode and a back side electrode are formed by applying a silver paste on the surface of the substrate and applying an aluminum paste and a silver paste on the back side and baking (hereinafter referred to as a printing baking method).
まず、裏面集電極8として、アルミニウム粉末と有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム100重量部に対してそれぞれ10〜30重量部、0.1〜5重量部を添加してペースト状にしたアルミニウムペーストを、例えばスクリーンプリント法で印刷し、乾燥後に同時に600〜850℃で1〜30分程度焼成することにより焼き付けられる。このときにシリコン基板中にアルミニウムが拡散して、裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐp+型領域7(BSF領域)が同時に形成される。このときp+型領域のアルミニウムドープ濃度は、1×1018〜5×1021/cm3程度とする。なお、p型の半導体不純物元素としてはB(ボロン)を用いることもできる。
First, as the
なお、印刷焼成法を用いてこのp+型領域7を形成する場合は、既に述べたように基板表面側の逆導電型領域4形成時に同時に基板裏面側にも形成されているn型の領域を除去する必要もなくすことができる。
When the p + type region 7 is formed by using the printing and baking method, as described above, the n type region formed on the back side of the substrate simultaneously with the formation of the reverse
また、このペースト中の金属成分のうちp+型領域7の形成に使われずこのp+型領域7の上に残存したものはそのまま裏側電極の一部として使うこともでき、この場合は残存成分を塩酸などで特に除去する必要はない。なお、本明細書では、このp+型領域7の上に残存したアルミニウムを主成分とする裏面集電極8が存在するものとして扱うが、除去した場合は代替電極材料を形成すればよい。この代替電極材料としては、後述する裏面集電極8となる銀ペーストを使うことが、裏面に到達した長波長光の反射率を高めるために望ましい。
Moreover, among the metal components in the paste not used in formation of the p + -
なお、このp+型領域7(裏面側)は、印刷焼成法に代えて、ガス拡散法で形成することも可能である。この場合は、BBr3を拡散源として温度800〜1100℃程度で形成する。このとき、既に形成してある逆導電型領域4(表面側)には酸化膜などの拡散バリアをあらかじめ形成しておく。また、このプロセスによって反射防止膜6にダメージが生じる場合は、このプロセスを反射防止膜形成プロセスの前に行うことができる。またドーピング元素濃度は1×1018〜5×1021/cm3程度とする。これによってp型バルク領域5とこのp+型領域7との間にLow−High接合を形成することができる。
The p + type region 7 (back surface side) can be formed by a gas diffusion method instead of the printing and baking method. In this case, it is formed at a temperature of about 800 to 1100 ° C. using BBr 3 as a diffusion source. At this time, a diffusion barrier such as an oxide film is formed in advance in the reverse conductivity type region 4 (surface side) already formed. Further, when the
なおまた、p+型領域7の形成方法は、印刷焼成法やガス拡散法に限定されるものではなく、例えば薄膜技術を用いて水素化アモルファスシリコン膜や微結晶シリコン相を含む結晶質シリコン膜などを基板温度400℃程度以下で形成してもよい。このとき膜厚は10〜200nm程度とする。このとき、p+型領域7とp型バルク領域5との間にi型シリコン領域(不図示)を厚さ20nm以下で形成すると特性向上に有効である。ただし薄膜技術を用いて形成する場合は、以下に述べる各プロセスの温度を考慮して後段プロセス程低いプロセス温度となるようにその形成順序を決めることが必要である。
Further, the method for forming the p + -
次に本発明の表側電極1、2および裏面出力電極9を形成する。これらは、銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットを銀100重量部に対してそれぞれ10〜30重量部、0.1〜5重量部を添加してペースト状にした銀ペーストを、例えばスクリーンプリント法で印刷、乾燥後に同時に600〜800℃で1〜30分程度焼成することにより印刷面に焼き付けられる。
Next, the
これらの電極材料としては、銀、Cu、アルミニウムといった低抵抗金属を少なくとも1種含む材料を用いることが望ましいが、抵抗率の関係から銀が最も好ましい。製法としてはこれら金属を含んだペーストを用いた印刷焼成法以外にも、スパッタ法、蒸着法などの真空製膜法を用いることができる。特にペーストを用いた印刷焼成法では、いわゆるファイヤースルー法によって、反射防止膜6をパターニングすることなしに、表側電極1、2となる金属含ペーストを反射防止膜6上に直接印刷し焼成処理をすることによって表側電極1、2と逆導電型領域4との間に電気的接触をとることができ、製造コスト低減に非常に有効である。なお、表側電極1、2の形成は、裏面側のp+型領域7の形成に先立って行われてもよい。
As these electrode materials, it is desirable to use a material containing at least one low-resistance metal such as silver, Cu, or aluminum, but silver is most preferable in terms of resistivity. As a manufacturing method, vacuum film forming methods such as a sputtering method and a vapor deposition method can be used in addition to a printing and baking method using a paste containing these metals. In particular, in the printing and baking method using a paste, the metal-containing paste to be the front-
さらに電極と半導体領域との接着強度を特に高めるため、ペーストを用いた印刷焼成法ではTiO2などの酸化物成分をペースト中にわずかに含ませ、また真空製膜法では電極と半導体領域との界面にTiを主成分とした金属層を挿入するとよい。なお、裏側電極の場合は、Ti主成分金属層の厚さは5nm以下として金属層が挿入されることによる反射率低減を抑制することが望ましい。裏面集電極8は基板裏面全面に形成することが裏面に到達した長波長光の反射率を高めるために望ましい。
Furthermore, in order to particularly increase the bonding strength between the electrode and the semiconductor region, the paste and the printing and baking method include a slight amount of an oxide component such as TiO 2 in the paste, and in the vacuum film forming method, the electrode and the semiconductor region are separated from each other. A metal layer mainly composed of Ti may be inserted at the interface. In the case of the back side electrode, it is desirable that the Ti main component metal layer has a thickness of 5 nm or less and suppresses a reduction in reflectance due to the insertion of the metal layer. The back
なお、裏面集電極8と裏面出力電極9とは重なり合って厚くなると割れが生じやすいので、出力取出用の裏面出力電極9を形成した後、裏面集電極8は、裏面出力電極9をできるだけ覆わないように導通が取れる程度の状態で形成するのが望ましい。なお、この裏面出力電極9と裏面集電極8を形成する順番はこの逆でもよい。また、裏側電極においては上記構造をとらず、表側電極と同様の銀を主成分とするバスバー部とフィンガー部で構成された構造としてもよい。
In addition, since the back
最後に、必要に応じて半田ディップ処理によって表側電極および裏側電極上に半田領域を形成する(不図示)。なお、半田材料を用いない半田レス電極とする場合は半田ディップ処理を省略する。 Finally, a solder region is formed on the front side electrode and the back side electrode by a solder dipping process as necessary (not shown). In addition, when it is set as the solderless electrode which does not use a solder material, a solder dipping process is abbreviate | omitted.
以上によって本発明の太陽電池素子が実現される。 The solar cell element of this invention is implement | achieved by the above.
次に本発明に係る太陽電池モジュールを形成するプロセスについて、図3を用いて説明する。 Next, the process for forming the solar cell module according to the present invention will be described with reference to FIG.
透光性パネル12としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などが用いられる。ガラスとしては白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ3mm〜5mm程度の白板強化ガラスが多く使用される。ポリカーボネート樹脂の場合、厚みが5mm程度のものが多く使用される。
As the
充填材13としては、透光性、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、酢酸ビニル含有量20〜40%のエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)のほか、ポリビニルブチラール(PVB)などを主成分とする、厚さ0.4〜1mm程度のシート状形態のものが用いられる。充填材13は、太陽電池モジュール17の作製に当たっては、太陽電池素子の表側と裏側の双方に配されることが多く、これらは減圧下でのラミネート工程において、熱架橋融着して他の部材と一体化する。
As the
裏面保護材14は、水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト(PET)シートなどが用いられる。
The back surface
タブ11は、既に述べたとおり、例えば、銅箔を主体としその表面に半田がコートされた導電性の材質からなる。これを所定の長さに切断し、太陽電池素子10の出力取出電極であるバスバー電極1および裏側の裏面出力電極9に半田付けして用いる。
As already described, the
実際にタブ11を配線するには、まず、タブ11の一端を太陽電池素子10のバスバー電極1にホットエアーやホットプレートなどにより半田付けで接着する。続いて、このタブ11の他端をモジュールにしたときに隣接する太陽電池素子10の裏側の裏面出力電極9に同様にして半田付け接着する。なお、並列接続の場合は隣接する太陽電池素子10のバスバー電極1同士を接着すればよい。これを繰り返して複数の太陽電池素子10を接続した太陽電池素子群を作製する。
To actually wire the
なお、太陽電池素子群の中に、本発明の太陽電池素子10が少なくとも1つ含まれていれば効果を奏するが、発明の効果を良好に奏するためには、太陽電池素子群を構成する太陽電池素子全てが本発明の太陽電池素子10であることがより望ましい。
In addition, although it will be effective if at least one
出力配線15は、タブ11によって接続された太陽電池素子10の群からの電気出力を端子ボックス16のターミナルに伝えるもので、通常厚さ0.1mm〜0.5mm程度、幅6mm程度の銅箔の表面全体に20〜70μm程度の半田を被覆したものを、所定の長さに切断し、太陽電池素子10の電極に半田付けされている。
The
ここで、上述のような透光性パネル12、表側の充填材13、複数の太陽電池素子10にタブ11や出力配線15が接続された太陽電池素子群、裏側の充填材13、裏面保護材14の積層体を接着一体化する。すなわち、各部材の積層体をラミネータと呼ばれる減圧状態で加熱しながら加圧する装置にセットした後、太陽電池モジュール17の内部の空気を除去するために50〜150Pa程度に減圧し、100〜200℃の温度で15分〜1時間加熱しながら加圧する。これによって、表側と裏側にそれぞれ配された充填材13が軟化し架橋融着するため、各部材を接着し一体化し、太陽電池モジュール17のパネル部を作製することができる。
Here, the
さらに、上述の方法によって作製された太陽電池モジュール17のパネル部の裏面に端子ボックス16を接着剤により取り付ける。端子ボックス16は、太陽電池素子10からの出力配線15と外部回路に接続するためのケーブル(不図示)の接続を行うものであり、変性PPE樹脂などで紫外線などに対する耐光性を考慮して通常黒色に造られる。また端子ボックス16の概略の大きさは、出力約160W程度の一般的な太陽電池モジュールでは100×60×20mm程度のものが多い。
Furthermore, the
また、通常、太陽電池モジュール17のパネル部の各辺部に対してモジュール枠(不図示)が設けられることが多い。モジュール枠は、アルミニウムの押し出し成形で造られることが多く、その表面にはアルマイト処理などが施される。そしてこのモジュール枠を太陽電池のパネル部の外周各辺に嵌め込み、各コーナー部をビスなどにより固定する。このようなモジュール枠を設けることによって、機械的強度や耐候性能を付与し、さらに、太陽電池モジュールを設置する場合などに取り扱いやすくすることができる。
Usually, a module frame (not shown) is often provided for each side of the panel portion of the
以上によって、本発明の太陽電池モジュールが実現される。 The solar cell module of this invention is implement | achieved by the above.
なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。 It should be noted that the embodiment of the present invention is not limited to the above-described example, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
上述の説明では、表側電極と裏側電極の2つを備えた太陽電池素子について説明を行ったがこれに限るものではなく、受光面側(表側)に全ての電極が設けられたタイプの太陽電池素子であっても構わない。 In the above description, the solar cell element provided with two of the front side electrode and the back side electrode has been described. However, the present invention is not limited to this, and a solar cell of a type in which all electrodes are provided on the light receiving surface side (front side). It may be an element.
また、表側電極として、略直線状のバスバー電極とこれに一端が接続された複数のフィンガー電極を備えた例によって説明したが、これに限るものではない。 Moreover, although demonstrated as the front side electrode by the example provided with the substantially linear bus-bar electrode and the several finger electrode by which one end was connected to this, it is not restricted to this.
また、上述の説明では、p型の多結晶シリコンの基板を用いた太陽電池素子について説明したが、n型の多結晶シリコン基板を用いた場合にも、説明中の極性を逆にすれば同様のプロセスによって本発明の効果を得ることができる。 Further, in the above description, the solar cell element using the p-type polycrystalline silicon substrate has been described. However, even when the n-type polycrystalline silicon substrate is used, the same applies if the polarity in the description is reversed. The effect of the present invention can be obtained by this process.
そして上述の説明では、シングル接合の場合について説明したが、半導体多層膜からなる薄膜接合層をバルク基板使用接合素子に積層して形成した多接合型であっても、本発明を適用することができる。 In the above description, the case of single junction has been described. However, the present invention can be applied even to a multi-junction type in which a thin film junction layer made of a semiconductor multilayer film is stacked on a bulk substrate-use junction element. it can.
さらに上述の説明では、キャスティング法を用いた多結晶シリコン基板を例にとったが、基板はキャスティング法によるものに限る必要はない。 Furthermore, in the above description, the polycrystalline silicon substrate using the casting method is taken as an example, but the substrate need not be limited to the one using the casting method.
また、1.10≦Sb/Sa≦2.10の式を満たすために、反応性イオンエッチングによって多結晶シリコン基板表面を粗面状にする方法を例にとり説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばレーザーやダイシングなどによって、電極形成予定領域にあらかじめ溝を形成し、その溝に電極材料を埋め込むようにして形成することも可能である。またこの溝の形状や数も限定されるものではなく、線状、点状またはこれらの組み合わせなどの構造にすることが可能である。 Further, in order to satisfy the formula of 1.10 ≦ Sb / Sa ≦ 2.10, the method of making the surface of the polycrystalline silicon substrate rough by reactive ion etching has been described as an example, but the present invention is limited to this. However, it is also possible to form a groove in advance in an electrode formation scheduled region by, for example, laser or dicing, and embed an electrode material in the groove. Further, the shape and number of the grooves are not limited, and a structure such as a line shape, a dot shape, or a combination thereof can be used.
さらに電極形成位置にあらかじめ凸部を形成することによって、本発明に係る構成である1.10≦Sb/Sa≦2.10の式を満たすようにしても良い。この凸部は電極形成予定位置のみを残し、他の領域をエッチングすることによって形成することができる。この場合も凸部の形状や数は限定されるものではなく、線状、点状またはこれらの組み合わせなどの構造にすることが可能である。またこの方法は電極下の拡散層の表面濃度を高く、深くし、他の領域の拡散層の表面濃度を下げ、浅くするいわゆる選択エミッターに適用することが可能である。 Further, by forming a convex portion in advance at the electrode formation position, the formula of 1.10 ≦ Sb / Sa ≦ 2.10, which is the configuration according to the present invention, may be satisfied. This convex part can be formed by leaving only the electrode formation planned position and etching other regions. Also in this case, the shape and number of the convex portions are not limited, and a structure such as a linear shape, a dot shape, or a combination thereof can be used. Further, this method can be applied to a so-called selective emitter in which the surface concentration of the diffusion layer under the electrode is made high and deep, and the surface concentration of the diffusion layer in other regions is lowered and made shallow.
さらに上述のように電極下に溝や凸部を形成した上で、反応性イオンエッチングを行うことで1.10≦Sb/Sa≦2.10の式を満たすことも可能であることは言うまでもない。 Furthermore, it goes without saying that the expression of 1.10 ≦ Sb / Sa ≦ 2.10 can also be satisfied by performing reactive ion etching after forming grooves and protrusions under the electrodes as described above. .
以下、上述の実施形態に沿って作製した太陽電池素子の実験結果について説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, the experimental result of the solar cell element produced along the above-mentioned embodiment is demonstrated. However, the present invention is not limited to these examples.
基板としては、キャスト法で製造された150mm×150mmサイズの平板状のp型多結晶シリコン基板を用い、図2(a)に示した構成で太陽電池素子を形成した。 As a substrate, a flat p-type polycrystalline silicon substrate having a size of 150 mm × 150 mm manufactured by a casting method was used, and a solar cell element was formed with the configuration shown in FIG.
本発明の太陽電池素子に係る表側電極は、銀を主成分としたペーストを用いて印刷焼成した。表側電極の全体パターンは、基板縦中心線に対して線対称に2本配置されたバスバー電極1の長さを148.8mm、バスバー電極1の幅を2mm、二つのバスバー電極1の中心線間距離を75mm、バスバー電極1に対して垂直(基板横方向)に配置され基板縦中心線に対して線対称に配置されたフィンガー電極2の基板一端から他端までの長さ(途中で横切るバスバー電極1の幅を含むとしたとき)を149mm、フィンガー電極2の幅を160μm、隣接するフィンガー電極2の中心線間の平均距離を2.4mmとした。この太陽電池素子について各種特性を測定した結果を表1に示す。
The front electrode according to the solar cell element of the present invention was printed and fired using a paste mainly composed of silver. The overall pattern of the front electrode is such that the length of the
また基板縦中心線に1本、それに対して線対称に2本の計3本配置されたバスバー電極1の長さを148.8mm、バスバー電極1の幅を1.3mm、二つのバスバー電極1の中心線間距離を50mm、バスバー電極1に対して垂直(基板横方向)に配置され基板縦中心線に対して線対称に配置されたフィンガー電極2の基板一端から他端までの長さ(途中で横切るバスバー電極1の幅を含むとしたとき)を149mm、フィンガー電極2の幅を80μm、隣接するフィンガー電極2の中心線間の平均距離を2.4mmとした。なお、フィンガー電極2の平均の幅は、バスバー電極1に接続した一端から他端までの長さを10等分して、各々の分割位置(9ポイント)における幅を求め、単純平均によって値を求めた。この太陽電池素子について各種特性を測定した結果を表2に示す。
In addition, the
Sbの値は反応性イオンエッチングにより電極形成位置の下部にあたる部分を粗面状にすることによって変化させた。このときにCl2を0.1slm、O2を0.6slm、SF6を0.4slm流し、RFパワーは5kwとした。またSbの値を変化させるため、反応圧力を適宜変化させた。 The value of Sb was changed by making the portion corresponding to the lower part of the electrode formation position rough by reactive ion etching. At this time, Cl 2 was supplied at 0.1 slm, O 2 at 0.6 slm, SF 6 at 0.4 slm, and the RF power was 5 kW. Moreover, in order to change the value of Sb, the reaction pressure was appropriately changed.
またSbの値は太陽電池素子の出力特性測定後、王水に浸漬させることによって、表側電極を除去し、この電極が設けられていた部位について表面積の測定を行った。表面積の測定には、AFM(原子間力顕微鏡、Digital Instruments社製・Nanoscope III a)を使用し、先端径5nmのカンチレバーを用いて、1μm角を0.2Hzで512×1024ポイントの測定を行った。また測定位置はフィンガー電極2の幅測定と同じ9ポイントで行い、単純平均によって値を求めた。
Moreover, the value of Sb measured the surface area about the site | part in which this surface electrode was removed by immersing in aqua regia after measuring the output characteristic of a solar cell element. The surface area was measured using an AFM (Atomic Force Microscope, Digital Instruments, Nanoscope III a), and using a cantilever with a tip diameter of 5 nm, a 1 μm square was measured at 512 × 1024 points at 0.2 Hz. It was. Moreover, the measurement position was performed at the same 9 points as the width measurement of the
Sb/Saの値については、小数点以下3桁目で四捨五入し、本発明の範囲となるかどうかの比較を行った。 About the value of Sb / Sa, it rounded off to the 3rd decimal place and compared whether it became the range of this invention.
なお、上述のフィンガー電極の幅、表側電極の表面積を求めるに当たっては、各測定値はいずれも棄却検定として有意水準0.05でt検定を行い、妥当性を確認済である。 In determining the width of the finger electrode and the surface area of the front electrode, each measured value has been validated by performing a t-test with a significance level of 0.05 as a rejection test.
また、太陽電池の特性として、JIS C 8913(1998)で規定される短絡電流値(Isc)と曲線因子(FF)については、この規格に基づいて測定を行った。 As the characteristics of the solar cell, the short-circuit current value (Isc) and the fill factor (FF) defined in JIS C 8913 (1998) were measured based on this standard.
さらに、参考比較として、従来条件により作製した太陽電池素子について、測定を行った結果を試料No.12として記載しておく。この方法は、反応性イオンエッチングを用いているが、Sb/Sa値が本発明の範囲となるような条件を見出す以前の条件によって形成したものである。
表1からわかるように、1.10≦Sb/Sa≦2.10の範囲、すなわち試料No.3〜10は短絡電流35.3mA/cm2以上であるとともに、FFも0.747を越える高い値を示している。これに対し、Sb/Saが1.10よりも小さい範囲である試料No.1、2では短絡電流は同等の値を示すものの、FFが0.731以下と低下した。またSb/Saが2.10を越える試料No.11の場合もFFが0.732と低下した。これにより、1.10≦Sb/Sa≦2.10では変換効率が16%を越える高い値の太陽電池素子を得ることができた。 As can be seen from Table 1, the range of 1.10 ≦ Sb / Sa ≦ 2.10. 3 to 10 is a short-circuit current of 35.3 mA / cm 2 or more, and FF also shows a high value exceeding 0.747. On the other hand, sample No. Sb / Sa is in a range smaller than 1.10. In 1 and 2, although the short circuit current showed the same value, FF fell to 0.731 or less. Sample No. Sb / Sa exceeded 2.10. In the case of 11, FF also decreased to 0.732. Thereby, when 1.10 ≦ Sb / Sa ≦ 2.10, it was possible to obtain a solar cell element having a high conversion efficiency exceeding 16%.
また、表2に示す1.3mm幅のバスバーを3本設けた太陽電池素子においても、1.10≦Sa/Sb≦2.10の範囲、すなわち試料No.3〜10は、短絡電流密度が36.6mA/cm2を越える高い値を示すとともに、FFもすべて0.75を越える高い値となった。これにより1.10≦Sb/Sa≦2.10の範囲では変換効率が17%を越える高い値の太陽電池素子を得ることができた。 Also in the solar cell element provided with three 1.3 mm-wide bus bars shown in Table 2, the range of 1.10 ≦ Sa / Sb ≦ 2.10, that is, sample No. 3-10 showed the high value whose short circuit current density exceeded 36.6 mA / cm < 2 >, and all the FF became the high value exceeding 0.75. Thereby, in the range of 1.10 ≦ Sb / Sa ≦ 2.10, a solar cell element having a high conversion efficiency exceeding 17% could be obtained.
なお、表1、表2のいずれの場合も、従来条件により作製した試料No.12の太陽電池素子は、本発明の太陽電池素子と比べてFFが低くなる傾向が見られた。 In both cases of Tables 1 and 2, Sample Nos. Produced under conventional conditions were used. As for the solar cell element of 12, the tendency for FF to become low compared with the solar cell element of this invention was seen.
以上のようにして作製した本発明の太陽電池素子を用いて、図3に示す太陽電池モジュールを作製したところ、良好な結果が得られた。 When the solar cell module shown in FIG. 3 was produced using the solar cell element of the present invention produced as described above, good results were obtained.
1・・・バスバー電極
2・・・フィンガー電極
3・・・半導体領域
4・・・逆導電型領域
5・・・p型バルク領域
6・・・反射防止膜
7・・・p+型領域
8・・・裏面集電極
9・・・裏面出力電極
10・・・太陽電池素子
11・・・タブ
12・・・透光性パネル
13・・・充填材
14・・・裏面保護材
15・・・出力配線
16・・・端子ボックス
17・・・太陽電池モジュール
101・・・バスバー電極
102・・・フィンガー電極
103・・・半導体領域
104・・・逆導電型領域
105・・・p型バルク領域
106・・・反射防止膜
107・・・p+型領域
108・・・裏面集電極
109・・・裏面出力電極
110・・・バルク型シリコン太陽電池
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記表側電極を受光面側の鉛直方向から平面視したときの面積をSa(cm2)、前記太陽電池素子の受光面のうち、前記表側電極が設けられた領域の表面積をSb(cm2)としたときに、
1.10≦Sb/Sa≦2.10
の関係を満たす太陽電池素子。 A solar cell element having a front side electrode on a light receiving surface side of a semiconductor substrate of polycrystalline silicon,
The area when the front side electrode is viewed in plan from the vertical direction on the light receiving surface side is Sa (cm 2 ), and the surface area of the region of the light receiving surface of the solar cell element where the front side electrode is provided is Sb (cm 2 ). And when
1.10 ≦ Sb / Sa ≦ 2.10
A solar cell element that satisfies the above relationship.
前記複数枚の太陽電池素子は、請求項1又は請求項2に記載の太陽電池素子を含む太陽電池モジュール。
A solar cell module having a plurality of plate-like solar cell elements arranged at predetermined intervals and electrically connected to each other,
The plurality of solar cell elements are solar cell modules including the solar cell element according to claim 1.
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