JP2006319376A - 太陽電池セルとその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セルに用いられる半導体基板を薄くしても太陽電池セルおよびモジュールの製造工程におけるセル割れを削減することによって製造コストを下げ得る太陽電池セルおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明による太陽電池セル（１）は、その裏面周辺の少なくとも一部に焼成銀から成る補強材（２ｆ）が付与されていることを特徴としている。
【選択図】図１６

Description

本発明は半導体基板に形成される太陽電池セルとその製造方法に関し、特に、薄くて割れ易い半導体基板に形成される太陽電池セルとその製造方法の改善に関するものである。

太陽電池セル用の半導体シリコン基板は、内周刃スライサ、外周刃スライサまたはワイヤーソーなどを用いて、単結晶または多結晶の半導体インゴットから３００〜３５０μｍ程度の厚さに切り出される。太陽電池セルの製造においては、光電変換を生じさせるｐｎ接合をシリコン基板内に形成し、その基板内への光の入射を増大させる反射防止膜や光電変換電流を効率良く取り出すための電極などが形成される。

図２５においては従来の太陽電池セルの一例が示されており、（ａ）はそのセルの受光面である表面、（ｂ）はセルの裏面、そして（ｃ）は（ａ）中の線２５Ｘ−２５Ｘに沿った断面を表している。このような従来の太陽電池セル１の作製に際しては、まずアルカリエッチングによって、シリコンウエハ１ａのスライス時に導入されたダメージ層を除去する。次に、シリコン基板１ａの表面にｎ型の不純物を塗布し、熱拡散によってｐｎ接合を受光面側近くに形成する。基板１ａの受光面側にはプラズマＣＶＤによって反射防止膜（図示せず）が形成され、裏面上にはアルミペーストをスクリーン法で印刷して焼成することによって裏面集電電極１ｃが形成される。また、銀ペーストをスクリーン法で印刷して焼成する方法によって、基板１ａの受光面側にくし状の集電電極１ｂを形成するとともに、裏面上に接続用電極１ｄが形成される。そして、はんだディップを行うことによって、焼成銀からなる電極１ｂ、１ｄの表面がはんだ層１ｅで被覆される。

さらに、導電性の金属帯からなるインターコネクタを太陽電池セル間に接続し、数十枚の太陽電池セルを含む太陽電池モジュールが製造される。太陽電池モジュールにおいては、アレイ状に配列された数十枚の太陽電池セルの表側にガラス板が透明樹脂で接合されていて、その裏側には絶縁フィルムや防湿フィルムなどが付与されており、太陽電池セル回路の両端から外部に電流を取り出すための端子が引出されている。

このような太陽電池モジュールのコスト低減を図るには、そのコストの大きい部分を占める半導体シリコン基板を薄くして、高価なシリコン材料の使用量を削減する必要がある。しかし、シリコン基板を薄くすれば、太陽電池セルおよびモジュールの製造工程中で太陽電池セルの割れが多くなって生産歩留が低下し、必ずしもコスト低減に繋がらない。また、太陽電池セルを薄くすれば、完成品の太陽電池モジュールの使用中に受ける温度サイクルなどによって太陽電池セルの割れが発生しやすくなり、そのモジュールの品質や信頼性の低下が懸念される。したがって、従来の量産太陽電池セルのシリコン基板は３００〜３５０μｍ程度の厚さが一般的である。

すなわち、シリコンインゴットから切り出されるシリコンウエハを薄くすれば、シリコン基板、太陽電池セル、さらには太陽電池モジュールの製造工程中で、そのシリコン基板のエッジ部において目に見えない小さな亀裂、傷、欠けなどが生じやすくなり、それらの欠陥を起点に大きなひびや割れに発展する確率が大きくなる。製造工程中のシリコン基板の割れは、基板材料の損失、割れた基板の取替え、割れた破片を製造装置から取り除くための追加的作業の必要性などを生じさせ、太陽電池セルやモジュールのコストを上昇させる原因となる。特に、太陽電池モジュールの製造中に太陽電池セル基板（ウエハ）が割れた場合、そのモジュール全体が不良品となり、損失が大きくなる。また、完成直後の太陽電池モジュールに異常がなくても、太陽電池セル基板が薄ければ、そのモジュール使用中の温度サイクルなどによってセルに割れが発生しやすくなる懸念がある。

以上のような従来技術における課題に鑑み、本発明は、太陽電池セルに用いられる半導体基板を薄くしても太陽電池セルおよびモジュールの製造工程におけるセル割れを低減することによって、信頼性を低下させることなく製造コストを下げ得る太陽電池セルおよびその製造方法を提供することを目的としている。そして、本発明によって提供される太陽電池セルを用いて製造される最終製品の太陽電池モジュールも、その品質や信頼性を低下させることなく製造コストが改善されることになる。

本発明による太陽電池セルは、その裏面周辺の少なくとも一部に焼成銀から成る補強材が付与されていることを特徴としている。なお、太陽電池セルの表面における集電電極および裏面におけるの接続用電極も焼成銀で形成されていることが好ましい。

一般には太陽電池セルの裏面においてその周縁部を残して焼成Ａｌ集電電極が形成されており、焼成銀の補強材はその焼成Ａｌ集電電極の周縁部上に形成されていることが好ましい。焼成銀補強材は、シリコンからなるセル基板の裏面の周縁部上にも伸びて形成されていることがさらに好ましい。

焼成銀補強材は必ずしも太陽電池セルの全周に沿って設けられる必要はなく、インターコネクタで接続される方向と交差する２辺のみの近傍に沿って形成されていてもよい。

焼成銀補強材の幅は、４ｍｍ以内であることが好ましい。また、焼成銀補強材は太陽電池セルの周辺端縁から０．５ｍｍ以上離れて形成されていることが好ましい。

インターコネクタは、セルの裏面の接続用電極と焼成銀補強材との両方に接続されることが好ましい。焼成銀補強材は、インターコネクタが接続される領域においてその幅が拡大されていることが好ましい。

焼成銀補強材は太陽電池セルの裏面の全周に沿って連続しないように、少なくとも一つの中断部が設けられていることが好ましい。その場合、太陽電池セルの一側辺の両端部において焼成銀補強材の中断部が設けられていることが好ましい。焼成銀補強材の中断部は、セルの一側辺に対して斜めに形成されていることが好ましい。焼成銀補強材は、くし歯状のパターンを含んでいることも好ましい。

太陽電池セルを製造する際には、そのセルの裏面における焼成銀補強材と焼成銀の接続用電極とが同時に形成されることが好ましい。また、太陽電池セルを製造する際に、実質的に矩形のセルの表面の集電電極、その裏面の接続用電極、および焼成銀補強材をはんだ層で被覆するためのはんだディップのときに、その矩形のセルを概略その対角線に沿った方向に引き上げることが好ましい。

以上のような本発明によれば、太陽電池セル基板を補強することによって、外力負荷によるセル割れの発生を低下させることができる。これにより、太陽電池セルの生産工程におけるセル割れの発生率を低下させ、製造装置の稼動率の向上、セル割れ発生による装置の清掃作業の低減、さらには材料歩留まりの向上による太陽電池セルとモジュールのコスト低減が可能になる。また、完成された太陽電池モジュールの性能と信頼性を向上させることができる。

シリコンウエハまたは太陽電池セルにおける割れ発生のメカニズムは、以下のようであると考えられる。すなわち、シリコンウエハ、太陽電池セル、および太陽電池モジュールの製造工程においてシリコンウエハエッジ部に小さな亀裂、傷、欠けなどが発生し、製造工程中でのウエハまたはセルの各種処理過程において、それらの欠陥部分に過大な応力がかかって割れに発展する。特に、太陽電池モジュールの製造工程では、太陽電池セルと熱膨張係数が大きく異なる金属製のインターコネクタのはんだ付けにより、セルエッジ部は大きなストレス（特に面外せん断応力）を受ける。このとき、セルに微小な亀裂などがあれば、その局部に応力が集中して亀裂が進展し、ひいてはセル割れに至ることになる。

このような場合、セルエッジを補強材により強化することにより、これら局部への応力集中を緩和することができる。したがって、補強材としては、セルエッジの微小な亀裂などを固めてその亀裂に面外せん断応力がかかり難くする性質が要求され、接着強度が大きくて縦弾性係数の大きい強靭な材質が望まれる。また、このような補強材の付与は、コストの観点からも、できるだけ太陽電池セルの製造工程を増やすことなく行えることが望ましい。具体的な補強方法としては、たとえば下記の方法が考えられる。

１．太陽電池ウエハの光電変換に寄与しない裏面側に樹脂を用いて補強し、そのウエハの取り扱い時に負荷が加わっても補強材に荷重を受け持たせることによって、太陽電池ウエハが割れないようにする。

２．生産工程中の取り扱い時に負荷が太陽電池ウエハに直接加わらないようにそのウエハの側面部に緩衝材を設けることによって、太陽電池ウエハが割れないようにする。

３．太陽電池ウエハの周辺部に存在する傷やひびの隙間に密着強度の高い樹脂を注入することによって、これらの傷やひびが割れに進展しないようにする。

以下において、図面を参照しつつ、本発明に密接に関連する参考例とともに、本発明の実施の形態がより具体的に説明される。なお、本願の各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部分を表している。また、図面の明瞭化と簡略化のために、本願の各図において長さや厚さなどの寸法関係は適宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいない。

図１において、本発明に密接に関連する一参考例による太陽電池セルが概略的に示されている。図１の（ａ）は太陽電池セルの表面、（ｂ）はセルの側面、そして（ｃ）はセルの裏面を表している。すなわち、太陽電池セル１はシリコン基板１ａを含み、その表面には慣用的な電流収集用のくし型銀電極１ｂが形成されている。また、太陽電池セル１の裏面は、裏面アルミ電極１ｃによって覆われている。そして、太陽電池セル１の裏面における周辺部が樹脂２によって補強されている。

通常は太陽電池セルの厚さは３５０μｍ程度であるが、インゴットからのセル基板１ａの取れ数を増やしてコスト低減を図るために、さらに太陽電池セルの薄型化が望まれている。しかし、インゴットからのウエハの取れ数を増やすために太陽電池セルの薄型化が行われる場合、３５０μｍ程度の厚さのセル基板１ａでは製造工程中のセル割れがさほど問題とならなかったが、さらなる薄型化と共に急激に割れの発生率が高まる。そこで、本発明に密接に関連する本参考例では、特に薄型の太陽電池セルほど効果が大きくなると期待される。

また、太陽電池セルの主面の大きさは、通常は約１０ｃｍ角以上である。このセル主面寸法の大型化を図ることによっても、太陽電池セルの低コスト化を図ることができる。しかし、太陽電池セルの厚さが薄くなればなるほど、またその主面の面積が大きくなればなるほど、太陽電池セルが割れ易くなる。

図１では、太陽電池セル１の裏面からそのセルを樹脂２で補強しており、太陽電池モジュールの製造工程中にセルにかかる熱応力や機械的外力に対して、セル強度を増強させる効果を生じ得る。また、太陽電池セル１の裏面側では透光性を必要としないことから不透明な樹脂２で補強することも可能であり、作業性やコスト面から補強用樹脂の種類を選定することができる。太陽電池セル１に外力が加わった場合に補強材２の受け持つ荷重はそれが硬い材質であるほど大きくなるので、補強材２には硬い材質（高弾性率）のものが望まれる。また、硬い材質の補強材ほど、それを薄くしても補強の効果が得られ易い。なお、太陽電池セル１の裏面において、図１に示されているより広い範囲またはその裏面全体に補強材２が付与されてもよいことは言うまでもない。

図２においては、本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セル１の裏面が示されており、樹脂補強部分２ａがセル裏面の互いに対向する２辺近傍に限られている。太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの製造工程においてセルに外力がかかる部分は通常は対向２辺になるので、図１の場合のようにセル裏面の全周縁近傍を補強するまでに至らなくても、外力のかかり易い２辺近傍を補強することによって同様の効果が得られる。また、太陽電池モジュールの製造工程における太陽電池セルの位置決めや取り扱いなどにおいて、そのセルが治具と接する部分に補強材を付与する場合でも効果が期待できる。

図１と図２の場合において、樹脂補強材２，２ａの強度を増して高弾性率を得るために、その樹脂中にガラス繊維または炭素繊維などが混入されてもよい。補強材としては高弾性率の材料を選んだ方がセル割れ防止の高い効果が期待できるが、樹脂だけでは高弾性を得られ難い場合に強化繊維の添加による効果向上が特に期待され得る。また、耐熱性の向上に関しても、添加する強化繊維材料の種類によって期待することができる。

すなわち、ガラス繊維や炭素繊維はシリコンに比べても弾性率が高いので、太陽電池セルに外力が加わった場合にそれらの強化繊維が受け持つ応力が大きくなってセルに負荷がかかり難くなる効果を期待でき、セル補強の効果の向上がはかれる。また、耐熱性の高い繊維材料を補強材に混入させれば、太陽電池セルおよびモジュールの製造工程における高温環境においても、セル補強の効果を維持または向上させることができる。

図３の参考例においては、透明の補強材３が太陽電池セル１の表側の周縁近傍に付与されている。透明の樹脂やガラスなどの補強材の場合、太陽電池セル１の裏面側に限定されず、表面側における補強が可能となる。ただし、図３に示されているようなセル表面側の補強に加えて、図１や図２に示されているような裏面側の補強が併用されてもよいことは言うまでもない。

図４はさらに他の参考例を示し、（ａ）は太陽電池セルの表面、（ｂ）はセルの側面、そして（ｃ）はセルの裏面を表している。この参考例では、太陽電池セル１の側面部に緩衝材４がを設けられている。太陽電池セル１の側面部に緩衝材４を設けた場合、太陽電池モジュールの製造工程におけるセルの位置決めや搬送時に、外力がセルの一点に集中してシリコン基板１ａに損傷を与えることを防ぐことが可能となる。すなわち、緩衝材４として柔軟な材料を用いることによって、外力が太陽電池セル１の一点にかかっても緩衝材４がその外力を分散させるように作用し、太陽電池セル１が割れにくくなる効果が得られる。

図５はさらに他の参考例を示し、（ａ）は太陽電池セルの裏面、（ｂ）は（ａ）中の円領域５Ｂの拡大図を表している。この参考例においては、太陽電池セル１の周縁における傷またはひびの部分５に液状の補強材５ａが浸透させられてその後に硬化させられており、その傷またはひび５が接合されて補強されている。傷やひび５内に補強材５ａを浸透させて接合した場合、その補強の効果は接着強度によるものであって補強材５ａ自体の強度に影響されないので、補強材５ａの厚さ自体には大きな意味がなくて薄くても補強の効果が得られる。

また、この場合の補強材５ａは厚さを必要としないので、シリコンや太陽電池モジュールを構成している他の材料に対する補強材５ａ自体の熱膨張係数のミスマッチによる熱応力の発生を殆ど無視することができる。さらに、傷やひび５が小さくて目視で判別できない場合でも、液状補強材がその濡れ性と表面張力によって小さい隙間に入り易い特性を生かし、太陽電池セル全体を補強するのではなくてその弱い部分を重点的に補強することができる。したがって、この用途の補強においては、硬化前の粘度が小さくて流動的で小さい隙間に浸透し易い材質で、かつ密着強度の高い補強材料５ａによって高い効果を得る事ができる。

図６はさらに他の参考例を示し、（ａ）は太陽電池セルの表面、（ｂ）はセルの側面、そして（ｃ）はセルの裏面を表している。この参考例においては、太陽電池セル１の表裏両方の周縁部近傍に補強材２ｂが付与されており、高温や低温の温度環境においてもセルの反りが大きくなることがない。すなわち、図６の参考例では、太陽電池セルの裏面と表面のいずれか一方のみに補強材を付与した場合に比べれば、太陽電池セルと補強材との熱膨張係数の差によるセルの反りを小さくすることができる。

図７の参考例においては、図２の場合に類似して、太陽電池セル１の裏面における対向２辺の近傍に補強材２ｃが付与されている。しかし、この参考例においては、太陽電池セル１と補強材２ｃとの熱膨張特性の違いによる熱ストレスが小さくなるように、セル裏面上の補強材領域２ｃがパターニングされている。すなわち、セル１と補強材２ｃとの熱膨張特性の違いによる熱ストレスは補強材領域の長さが長いほど大きくなるので、その熱ストレスを低減しつつ補強効果を損なわないように補強材領域２ｃをパターニングすることができる。

図８はさらに他の参考例を示しており、（ａ）は太陽電池セルの表面、（ｂ）は側面、そして（ｃ）は裏面を表している。この参考例では、太陽電池セル１の裏面における対向２辺の近傍に、アルミ板またはセラミックス板など６が樹脂など２ｄによって接合されて補強されている。なお、このような補強板６は太陽電池セル１の対向２辺から少しはみ出して接合されてもよく、その場合には、太陽電池のセルやモジュールの製造工程中で治具とセル１が直接当らないようにして割れの発生を防ぐ効果を得ることができる。

すなわち、図８の参考例では、樹脂２ｄによる補強に加えてアルミ板またはセラミックス板など６による補強を追加することによって、太陽電池セル補強の効果を向上させる事ができる。また、セル基板１ａの対向２辺から補強板６のエッジ部を少しはみださせて接合することによって、太陽電池モジュールの製造工程におけるセル１の位置決めなどの際に治具がセル基板１ａに直接ではなくて補強板６に当ることになって、太陽電池セル１の割れを低減させることができる。さらに、導電性の樹脂２ｄと金属補強板６を用いた場合には、太陽電池セル１の裏面電極の電気抵抗を小さくする効果も得られ、太陽電池モジュールの電気出力の向上を図ることができる。

図９はさらに他の参考例を示しており、（ａ）は太陽電池セルの側面を表し、（ｂ）は裏面を表している。この参考例では、太陽電池セル１の裏面における対向２辺近傍が導電性樹脂２ｅとそれで接合された金属板７とによって補強されており、この金属板７ははんだ付可能な補強板である。そして、このように補強された太陽電池セル１の複数を含む太陽電池モジュールにおいて隣接するセル間は、インターコネクタ８によって電気的に接続されている。すなわち、一つの太陽電池セル１の金属補強板７にはんだ付けされたインターコネクタ８は、隣接する太陽電池セル１の表側のくし型電極に接続されている。

従来では、銅帯からなるインターコネクタ８の接続部において、その銅帯８とはんだ９とシリコン基板１ａとのそれぞれの間の熱膨張係数差による熱応力、および太陽電池モジュールの構成材料と太陽電池セルとの熱膨張係数差によって、その接続部にかかる熱応力が太陽電池セルの割れを生じることがあった。しかし、本参考例ではそのインターコネクタ接続部に導電性の補強材２ｅ，７が用いられているので、そのようなセル割れを防ぐことができる。

図１０の参考例においては、太陽電池セル１の裏面の周縁近傍が銀電極１０によって補強されている。インターコネクタは、その銀電極領域１０中の接続領域１０ａにはんだ付けされて接続される。銀電極領域１０は電気抵抗が小さくかつその表面をはんだメッキし得るので、裏面電極の抵抗を低減する効果を生じ、太陽電池モジュールの電気特性の向上も同時に期待することができる。

図１１の参考例においては、図１０の参考例に加えて、太陽電池セルの裏面の周縁部が金属補強板１１によってさらに補強されている。すなわち、この金属補強板１１は、はんだによって銀電極領域１０に接続されている。このような補強板は、太陽電池セル１の裏面全体に設けられてもよいことは言うまでもない。図１１の参考例では金属補強板１１にインターコネクタがはんだ付けされるので、はんだ付けの熱ストレスやモジュール構成部からインターコネクタを介する荷重が太陽電池セル基板ヘかからないので、セルの損傷を小さくすることができてその信頼性を向上させることができる。

図１２の参考例では、図６の場合において、補強材２ｂとしてガラス材料が用いられている。この図１２では、ｐ型シリコン基板１ａにおいてｎ⁺領域１ｎがｐ⁺領域１ｐが形成され、ｐ⁺領域１ｐ上には焼成アルミ裏面電極１ｃが形成されている。すなわち、シリコン基板１ａにｐｎ接合や裏面電極１ｃを形成する前の工程でガラス補強材２ｂを付与することによって、ウエハ周端縁部におけるｐｎ接合の分離が容易になり、太陽電池セル１の電気出力の向上を図ることができる。また、太陽電池セル１の製造工程の初期にこのような補強材２ｂを導入することによって、そのセル製造工程途中におけるセル割れの発生を低減することが可能となる。

また、太陽電池セル１における裏面電極１ｃの焼成時の熱処理とガラス補強材２ｂの焼成の熱処理とを同じ工程で実施することによって、セルの製造工程を大幅に増やすことなく、本発明に密接に関連するセル補強効果が得られる。焼成ガラス補強材２ｂの原料として用い得る粉末ガラスの一例として、日本電気硝子製のＧＰ−５２１０やＧＰ−１４１０などがある。

図１３はさらに他の参考例を示し、（ａ）は太陽電池セルの側面を表し、（ｂ）はセルの裏面を表している。この参考例では、セル裏面のアルミ焼成電極１ｃのほぼ全域を覆う補強板として、アルミ板１２が導電性接着剤１３を用いて接合されている。このアルミ補強板１２上に銀ペーストを印刷して焼成することによって銀電極１０ｂを形成し、この銀電極１０ｂにはんだコーティング９ａが付与される。そして、インターコネクタがはんだ接続される銀電極部１０ｂにおいて、アルミ焼成電極１ｃとアルミ補強板１２を流れる電流を収集することができる。

図１４はさらに他の参考例を示し、（ａ）は太陽電池セルの側面を表し、（ｂ）はセルの裏面を表している。この参考例においては、アルミ焼成電極１ｃの周辺部に銀ペーストの印刷と焼成によって銀電極１０を形成し、ディップ法により銀電極１０にはんだコーティング９ａが付与される。補強板１３として鋼板が銀電極１０にはんだ付けされ、その補強板１３にインターコネクタ８が導電性樹脂を用いて接続されている。本参考例では、セル周辺部の銀電極１０でセルを補強するとともに、その銀電極１０のはんだコーティング９ａを用いて補強鋼板１３をセルにはんだ付けすることによっても補強されている。また、補強鋼板１３を電極として作用させることもできるので、セルの直列抵抗を低減することができ、その出力向上を図ることもできる。

図１５はさらに他の参考例を示し、（ａ）は太陽電池セルの側面を表し、（ｂ）はセルの裏面を表している。この参考例では、太陽電池セル基板の裏面にアルミペースト１ｃを印刷し、その乾燥前にアルミの補強板１４をそのアルミペースト１ｃに貼り合わせ、その後にアルミペースト１ｃを乾燥して焼成することによってアルミ補強板１４とセル基板１ａとが接合させられる。さらに導電性樹脂２ｅを用いてインターコネクタ８がアルミ補強板１４に取りつけられている。図１５においては、アルミ板１４としてメッシュ状のものが用いられている。この場合、アルミペースト１ｃの乾燥と焼成の際に、ペースト中の溶剤成分の蒸発と樹脂成分の燃焼を充分に行うことによって、セル基板１ａとアルミ補強板１４との接合性を大きく改善することができる。

なお、セル基板１ａと補強板１４とは溶接により接合されてもよい。すなわち、セル基板１ａの裏面にアルミペーストの印刷と焼成により裏面電極１ｃを形成する代わりに、アルミの薄板（２００μｍ厚程度）１４をセル基板１ａの裏面のシリコン面と接触させ、ＹＡＧレーザーの照射によってそのシリコン面とアルミ補強板１４とを直接接合してもよい。

また、補強材が非導電体である太陽電池セルは、太陽電池モジュール中で隣接する太陽電池セルとの電気的接触を考えた場合に好ましい。特に太陽電池セル間を電気的に接触させないために通常は０．５〜２ｍｍ程度の隙間が得られるように設計されるが、セルの位置制御が困難である場合に、非導電体の補強材や緩衝材を太陽電池セルの側面部に付与すれば、セル同士を互いに突き当てて位置決めする事が可能となり、太陽電池モジュールの製造も容易となる。

図１６は本発明による一実施形態を示し、（ａ）は太陽電池セルの裏面を表し、（ｂ）は（ａ）中の線１６Ｘ−１６Ｘに沿った断面を表している。これ以後の実施形態では、基板として、１２５ｍｍ角で厚さ３００μｍのシリコンウエハが用いられた。図１６の太陽電池セル１の裏面周辺には焼成銀のパターン２ｆが形成されており、これが補強材の役割を果たしている。また、焼成銀の補強材２ｆははんだディップによって表面が被覆されるので、そのはんだ層１ｅによって補強材２ｆがさらに強化されることになる。

補強材２ｆはセル裏面の接続用電極１ｄと同様に焼成銀で形成されるので、スクリーン法で銀ペーストを同時に印刷して焼成することが可能であり、工程を増やすことなくセル補強の効果を得ることができる。具体的には、補強材パターン２ｆおよび裏面接続用電極１ｄは、銀ペーストとＳＵＳ１６５メッシュのスクリーンを用いて約３０μｍ程度の厚さに印刷された。この銀ペースト印刷を約１５０℃で乾燥した後に約６００℃で焼成することによって、焼成銀パターンが形成された。その後、はんだディップを行うことによって、焼成銀表面がはんだ層で被覆された。

図１６（ｂ）に示されているように、補強材パターン２ｆは、焼成アルミで形成された裏面集電電極１ｃの周縁部に重なるように印刷された。このようにすれば、補強材パターン２ｆが焼成銀であるので、補強の効果に加えてシリコン基板１ａの裏面に平行な方向の電気抵抗を低減する効果をも生じ、複数のセルを直列に接続する場合に、従来に比べて太陽電池の出力特性（特にＦＦ：フィルファクタ）を向上させることができる。

図１７の実施形態は図１６のものに類似しているが、図１７においては補強材パターン２ｆが裏面集電電極１ｃの周縁部上のみならずシリコン基板１ａの周縁部上にも重ねて形成されていることにおいて異なっている。補強材パターンの焼成銀２ｆとシリコンウエハ１ａの接合部３ａは接合強度が高いので、さらに強い補強効果が得られる。

図１７において、補強材パターン２ｆとＡｌ集電電極１ｃの重なり幅３ｂが広すぎれば、はんだディップ後に焼成銀２ｆと焼成アルミ１ｃとの界面で剥離が生じる。幅３ｂを８ｍｍにした場合、太陽電池セル１０枚中で７枚において焼成銀と焼成アルミの界面での剥離が確認され、幅３ｂが５ｍｍの場合にセル１０枚中で２枚に剥離が確認され、幅３ｂが４ｍの場合に全セルにおいて剥離なしとなることが確認された。すなわち、安定した補強効果を得るためには、幅３ｂを４ｍｍ以下にするのが望ましく、本実施形態では１．５ｍｍにされた。この場合、１００枚試作した太陽電池セルの内で、剥離を生じたセルは０であった。

また、図１７において、シリコンウエハ１ａの周縁と補強材パターン２ｆの周縁との距離３ｃが狭すぎれば、太陽電池セル１の周縁部における漏れ電流が増加しやすくなる。従来の太陽電地セルの漏れ電流Ｉｄは約０．１Ａであるが、距離３ｃを０．２ｍｍにした場合にＩｄは約０．３Ａに増加した。また、距離２ｃを０．５ｍｍにした場合にＩｄは従来と同様の約０．１Ａになった。すなわち、セル特性を低下させずに補強の効果を得るためには、距離３ｃを０．５ｍｍ以上にすることが望ましく、本実施形態では１．０ｍｍにされた。

図１８においてはさらに他の実施形態による太陽電池セル１の裏面が示されており、焼成銀補強部分２ｆがセル裏面の互いに対向する２辺近傍に限られている。太陽電池モジュールの製造工程では、太陽電池セルと熱膨張係数が大きく異なる金属製のインターコネクタのはんだ付けに起因してセルエッジ部は大きなストレスを受けるので、セル割れは主にインターコネクタの接続方向に沿って発生しやすい。したがって、図１８に示されているように、セル割れが発生しやすい２辺のみに補強材２ｆを付与しても、十分な補強効果が得られる。この場合は、高価な銀ペーストの使用量が低減し、低コストで補強を付与することができる。

図１９（ａ）の実施形態は図１６（ａ）のものに類似しているが、図１９（ａ）においては太陽電池セルにインターコネクタが付与されている。この場合、インターコネクタ８は、裏面接続用電極１ｄに接続されるのみならず、補強材パターン２ｆの接続個所４にも電気的に接続される。焼成銀の補強材パターン２ｆは集電電極としても作用し得るので、インターコネクタ８をその焼成銀パターン２ｆにも接続することによって、セルの出力特性（ＦＦ）向上が可能となる。

本実施形態では、補強材パターン２ｆとインターコネクタ８をはんだ付けすることによって電気的に接続し、５４枚のセルが直列接続されたモジュールを作製した。本実施形態と従来の太陽電池セルを用いてモジュールを作製した場合とにおけるセルの割れ率とモジュールの出力特性の比較が、次の表１に示されている。なお、表１において、Ｉｓｃはモジュールの短絡電流を表し、Ｖｏｃは開放端電圧を表し、そしてＰｍは最大出力を表している。

図１９（ｂ）の実施形態は図１９（ａ）のものに類似しているが、図１９（ｂ）においてはインターコネクタ８を補強材パターン２ｆに接続する個所４の幅が拡大されている。インターコネクタ８を補強材パターン２ｆにはんだ付けする場合には、接続個所４に応力が集中するので、そこが起点となってセル割れが発生する場合もある。したがって、図１９（ｂ）に示されているように接続個所４を幅広にして応力を分散させることによって、セル割れを防ぎつつインターコネクタ８を接続してモジュール状態での出力特性（ＦＦ）を向上きせることができる。

図２０は図１６（ａ）の太陽電池セルに対して行うはんだディップの工程の一例を示している。この太陽電池セルのはんだディップ工程では、一旦はんだ槽１５ａ内の溶融はんだ１５ｂ中にセル１を浸漬した後に、矢印１６で示された垂直方向にそのセルを引き上げる。焼成銀の補強材パターン２ｆが付与されたセルでは、このはんだディップの際に、引き上げ方向に対して下辺近傍の補強材２上にはんだ溜まり１７が発生しやすい。はんだ溜まり１７が発生すれば、それを起点としてセル割れが発生しやすくなる。はんだ溜まり１７は、引き上げ方向の上辺部から下辺部へ溶融はんだが多量に流れ込むことによって発生する。

図２１は、さらに他の実施形態による太陽電池セルの裏面を表している。図２１（ａ）においては、補強材パターン２ｆに一つの中断部１８ａが設けられており、補強材パターン２ｆの下辺へのはんだの流れ込みをこの中断部１８ａによって抑制することができる。その結果、はんだ溜まりの発生を少なくすることが可能となる。

図２１（ｂ）においては、補強材パターン２ｆの下辺の両端部に２つの中断部１８ｂが設けられている。このようにすれば、補強材パターン２ｆの底辺へのはんだの流れがより少なくなるので、はんだ溜まりがさらに発生しにくくなる。

図２１（ｃ）においては、補強材パターン２ｆの下辺の両端部に２つの中断部１８ｃが、矩形のセル１の対角方向に沿って斜めに形成されている。これによって、はんだ溜まりをさらに効果的に抑制することができる。図２２の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）においては、補強材パターン２ｆの中断部の他の変形例が示されている。

図２３は、さらに他の実施形態による太陽電池セルの裏面を表している。図２３においては、補強材パターン２ｆに中断部が設けられる代わりに、そのはんだ溜まりのできやすい辺にくし歯状のパターンを含めることによって、はんだ溜まりの発生が防止される。この場合、焼成銀の補強材パターン２ｆに中断部を設ける必要がないので、補強効果と抵抗低減効果を減ずることがない。

図２４は図１６（ａ）の太陽電池セルに対して行うはんだディップの工程の他の例を示している。図２４においては、矩形のセル１をその対角方向に傾けて引き上げることによって、どのような補強材パターン上においても、溶融はんだをそのセルの角に集めることができる。セルの角では集まったはんだが溜まりにくいので、補強材パターン２ｆ上のはんだ溜まりを抑制することが可能となる。

以上のように、本発明によれば、太陽電池セル基板を補強することによって、外力負荷によるセル割れの発生を低下させることができる。これにより、太陽電池セルの生産工程におけるセル割れの発生率を低下させ、製造装置の稼動率の向上、セル割れ発生による装置の清掃作業の低減、さらには材料歩留まりの向上による太陽電池セルとモジュールのコスト低減が可能になる。また、完成された太陽電池モジュールの性能と信頼性を向上させることができる。

本発明に密接に関連する一参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明に密接に関連する他の参考例による太陽電池セルを示す図である。 本発明の一実施形態による太陽電池セルを示す図である。 本発明の他の実施形態による太陽電池セルを示す図である。 本発明の他の実施形態による太陽電池セルを示す図である。 本発明の他の実施形態による太陽電池セルを示す図である。 太陽電池セルをはんだ浴中にディップする工程の一例を示す図である。 本発明の他の実施形態による太陽電池セルを示す図である。 本発明の他の実施形態による太陽電池セルを示す図である。 本発明の他の実施形態による太陽電池セルを示す図である。 太陽電池セルをはんだ浴中にディップする工程の他の例を示す図である。 従来の太陽電池セルを示す図である。

符号の説明

１ 太陽電池セル、１ａ セル基板、１ｂ くし型銀電極、１ｃ 焼成アルミ裏面電極、１ｄ 接続用裏面電極、１ｅ はんだ層、１ｎ ｎ⁺層、１ｐ ｐ⁺層、２，２ａ 補強材、２ｂ 透明の補強材、２ｃ 緩衝材、２ｅ 導電性樹脂、２ｆ 焼成銀、３ａ 焼成銀補強材とシリコン基板との接合部、３ｂ 焼成銀補強際と焼成アルミ電極との接合部、１ｃ シリコン基板の周縁と補強材パターンの周縁との距離、４ 焼成銀補強材パターン上のインターコネクタ接続個所、５ ひび、６ アルミ板やセラミックス板などの補強板、８ インターコネクタ、９，９ａ はんだ、１０，１０ａ 銀電極部、１１ 金属補強板、１２ アルミ補強板、１３ 補強鋼板、１４ アルミ補強板、１５ａ はんだ槽、１５ｂ 溶融はんだ、１６ セルの引き上げ方向、１７ はんだ溜まり、１８ 補強材パターンの中断部。

Claims (15)

1. 太陽電池セルであって、その裏面周辺の少なくとも一部に焼成銀から成る補強材が付与されていることを特徴とする太陽電池セル。
2. 太陽電池セルの表面における集電電極および裏面における接続用電極も焼成銀で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 太陽電池セルの裏面においてその周縁部を残して集電電極が形成されており、その集電電極の周縁部上に前記焼成銀の補強材が形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セル。
4. 前記補強材は前記セルの裏面の周縁部上にも伸びて形成されていることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池セル。
5. 前記補強材は前記セルがインターコネクタで接続される方向と交差する２辺近傍に沿って形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セル。
6. 前記補強材の幅が４ｍｍ以内であることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池セル。
7. 前記補強材は前記セルの周辺端縁から０．５ｍｍ以上離れて形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の太陽電池セル。
8. インターコネクタが前記裏面の接続用電極と前記補強材との両方に接続されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池セル。
9. 前記補強材は前記インターコネクタが接続される領域においてその幅が拡大されていることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池セル。
10. 前記補強材は前記セルの裏面の全周に沿って連続してはおらず、少なくとも一つの中断部が設けられていることを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の太陽電池セル。
11. 前記セルの一側辺の両端部において前記補強材の前記中断部が設けられていることを特徴とする請求項１０に記載の太陽電池セル。
12. 前記補強材の前記中断部は前記セルの一側辺に対して斜めに形成されていることを特徴とする請求項１０または１１に記載の太陽電池セル。
13. 前記補強材がくし歯状のパターンを含んでいることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の太陽電池セル。
14. 請求項２に記載の太陽電池セルを製造する方法であって、前記補強材と前記裏面の接続用電極とが同時に形成されることを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
15. 請求項２に記載の太陽電池セルを製造する方法であって、実質的に矩形の前記セルの表面の前記集電電極、その裏面の前記接続用電極、および前記補強材をはんだ層で被覆するためのはんだディップの際に、前記矩形のセルを概略その対角線に沿った方向に引き上げることを特徴とする太陽電池セルの製造方法。

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