JP2007306041A - 太陽電池素子およびその製造方法、太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールに使用されている個々の太陽電池素子の情報を管理することによって、従来よりも厳密な管理を行うとともに、電気特性の低下が発生しない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を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の太陽電池素子は、太陽光を受光する第1の面と、第1の面の裏側に位置する第2の面とを有する半導体基板と、半導体基板の第2の面に形成されており、識別表示が刻印された集電電極と、集電電極と電気的に接続されており、半導体基板の第2の面に形成された出力取出電極と、を有する。
【選択図】 図３

Description

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する。

地球環境問題がとりざたされる中、クリーンエネルギーである太陽電池モジュールはその使用用途、および使用範囲が急速に拡大しつつある。さまざまな場所に取り付けられた太陽電池モジュールにはそれぞれに管理ナンバーを表示し、その管理ナンバーにより太陽電池モジュールの製造年月日、製造方法、出力、型式などの情報を管理するのが一般的である（例えば特許文献１参照）。

太陽電池モジュールを識別するための管理ナンバーなどは、受光面側や反受光面側あるいは太陽電池モジュールの側面にラベルを貼り付けたり、管理ナンバーを印字したラベルもしくはテープなどを太陽電池素子とともにＥＶＡやＰＶＢなどの充填材により太陽電池モジュール中に充填させたり、充填材自体に表示するなど多種多様な方法で形成されていた。しかしどのような方法によっても、太陽電池モジュール、もしくは複数の太陽電池モジュールの組み合わせである太陽電池アレイ単位でしか管理していなかった。

一方近年、太陽電池モジュールのリサイクルの研究が盛んに行われるようになった。これは長年にわたる過酷な使用環境などによって破損したり出力特性が低下してしまったりした太陽電池モジュールを回収し、再度太陽電池モジュールとして組み立てることによってリユースしようとする試みである。このリサイクルで太陽電池素子をリユースする場合、複数枚の太陽電池モジュールから太陽電池素子を取り出して再使用するということが行われる。このときに太陽電池モジュール単位での管理を行っていると、識別番号のわからなくなった太陽電池モジュールから取り出した太陽電池素子は製造年月日、国、製造元などの情報がわからないという問題が発生する。

また、使用されている太陽電池素子に起因する問題で出力特性が低下してしまった太陽電池モジュールにおいても、モジュール単位の管理では出力特性の低下の原因となった太陽電池素子の情報を得ることは困難である。

つまり従来は、太陽電池モジュール中の太陽光をエネルギーに変換する太陽電池素子自体の判別ができず、厳密な管理が行われていなかった。

これらの問題を解決する方法として、太陽電池素子の電極材料を利用してマーキングを形成する方法がある（例えば特許文献２参照）。また、太陽電池素子の集電用電極を特定の文字、記号または図形として形成する方法もある（例えば特許文献３参照）。これらの方法によれば、太陽電池素子の判別は可能になる。しかし、太陽電池素子の判別を行うための記号は全ての太陽電池素子、もしくは複数種の太陽電池素子毎に異なる必要があるため、太陽電池素子毎もしくは複数種の太陽電池素子毎に電極形状が異なってしまい、受光面積や集電効率に違いが発生してしまう。
特開平１１−２６１０９５号公報 実開平０５−９３０５４号公報 特開２００２−６４２１４号公報

本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールに使用されている個々の太陽電池素子の情報を管理することによって、従来よりも厳密な管理を行うとともに、電気特性の低下が発生しない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を提供することを目的とする。

本発明の太陽電池素子は、太陽光を受光する第1の面と、前記第1の面の裏側に位置する第2の面とを有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第2の面に形成されており、識別表示が刻印された集電電極と、前記集電電極と電気的に接続されており、前記半導体基板の前記第2の面に形成された出力取出電極と、を有することを特徴とする。

本発明の太陽電池素子は、太陽電池素子の反受光面側に識別表示を設けたことによって、太陽電池モジュールに使用されている個々の太陽電池素子の情報を管理することが可能となり、従来よりも厳密な管理を行うことができる。

以下、本発明を添付図面にもとづき詳細に説明する。図１は本発明の太陽電池素子の製造方法をバルク型シリコン太陽電池素子を例にとり断面図で示したものである。まず、半導体基板１を用意する。この半導体基板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１．５Ωｃｍ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、１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して半導体基板１とする。

次に、シリコン基板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、シリコン基板１の表面部分にリン原子を１×１０¹⁶〜１×１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度拡散させて他の導電型を呈する拡散層２を形成する（図１（ｂ）参照）。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。シリコン基板１の一主面側の拡散層２のみを残して他の部分の拡散層２をエッチングする（図１（ｃ））。

次に、シリコン基板１の一主面（第1の面）側に反射防止膜３を形成する。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、シリコン基板１の表面で光が反射するのを防止して、シリコン基板１内に光を有効に取り込むために設ける。（図１（ｄ）参照）。

そして、この反射防止膜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ペーストを塗布して焼成することにより表面電極５を形成する（図１（ｅ）参照）。この表面電極５は、反射防止膜３上に直接電極ペーストを塗布して焼成することにより、ペースト下の反射防止膜３を溶融させ、シリコン基板１と直接接触させるいわゆるファイヤースルー法により形成してもよい。また、裏面（第2の面）にも電極ペーストを塗布して焼成することにより出力取出電極６を形成する。この電極ペースト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重量部添加してペースト状にしたものをスクリーン印刷法で印刷して６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられる。

また、裏面にはアルミニウム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重量部添加してペースト状にしたものをスクリーン印刷法で印刷して焼き付けることにより集電電極７が形成される。この集電電極の形成と同時にシリコン基板１の裏面側にアルミニウムが拡散され、ＢＳＦ層４が形成される。ここで使用するガラスフリットは、ＰｂＯ、Ｂ₂Ｏ₃、ＳｉＯ₂のうち少なくとも一種を含む軟化点が５００℃以下のものなどから成る。その後、長期信頼性の確保および後工程で太陽電池素子同士をインナーリードで接続するために、電極表面に半田層８を形成する（図１（ｆ）参照）。

本発明による太陽電池素子では受光面側もしくは反受光面側に識別表示を設ける。この識別表示は個々の太陽電池素子を識別するために設けるものであり、製造番号や製造年月日、出力特性といった太陽電池素子を特定するための数字、記号、文字などが示される。

図２は受光面側に識別表示を設けた太陽電池素子の例を示す図である。図２において９は太陽電池素子、５は表面電極、１０は識別表示を示す。識別表示１０を設ける位置としては表面電極５の上は避けたほうがよい。これは図１（ｆ）に示すように長期信頼性の確保および後工程で太陽電池素子同士をインナーリードで接続するために、電極表面５上には半田層８を設けるため、見えなくなってしまうからである。半田層８の上に設けるのも好ましくない。これはインナーリードと接続する際に半田層８が溶けて見えなくなるからである。

反射防止膜３がプラズマＣＶＤ法によって成膜された窒化シリコン膜の場合を例に取り、反射防止膜３の上に識別表示１０を設ける方法を説明する。図１（ｄ）に示した反射防止膜３の成膜前に、例えば転写のたびにナンバーが自動的におくられるナンバリングマシンを用いてたとえばリンペーストを受光面側に転写する。ナンバリングマシンを用いることにより、太陽電池素子には連続して異なった番号が転写されていくことになる。その後その上から窒化シリコンによる反射防止膜３をプラズマＣＶＤにより成膜すれば、識別表示１０の部分のみが異なった色となって表示される。これは下に塗布されたリンペーストと窒化シリコン膜の反応物が形成されるためである。ここでリンペーストはこれに限定されるものではない。後から成膜される窒化シリコン膜の膜厚や屈折率等の性質を変化させるものであればよい。ただし、後工程で熱処理を加える必要がある場合、シリコン基板内に拡散して接合を破壊したりして太陽電池素子の出力特性に悪影響を与える材料は避けるべきである。このような観点から、拡散層２の形成に使用しているリンを用いたペーストを使用するのが最適である。

反射防止膜３の上に識別表示１０を行う別の方法としては、図１（ｄ）で反射防止膜３を形成した後に、反射防止膜３の上に例えばナンバリングマシンを用いて例えばリンペーストのように窒化シリコン膜の性質を変化させる材料を塗布することも有効である。このようにすることにより、後工程で窒化シリコン膜とリンの反応物が形成され、識別表示１０部分のみ他と色を変えて表示することができる。ここでもリンペーストはこれに限定されるものではなく窒化シリコン膜の性質を変える作用のある材料であればよい。

また、別の方法として、図１（ｅ）に示すように表面電極５を形成する際に、表面電極を形成するのと同じ電極材料で反射防止膜３の上に識別表示１０を設けることも可能である。このようにすることにより、識別表示１０はその色と高さおよび材質が反射防止膜３と異なり、識別できるようになる。このとき識別表示１０と表面電極５とは分離して形成することが望ましい。これは、識別表示１０を見やすくするためと、表面電極５の電極面積を一定に保つためである。このようにすることにより、識別表示１０の字数もしくは記号の長さ、あるいは形状に左右されず、表面電極５は一定の集電効率を保つことができる。

さらに別の方法として、半田レジストを用いて識別表示１０を記載することも有効な手段である。これにより、識別表示１０は周囲の反射防止膜３との高さがかわり識別できる。この半田レジストは透光性のものであれば更によい。このようにすることにより、太陽電池素子の受光面積を減らすことなく受光面側に識別表示１０を表示させることができる。

以上受光面側に識別表示１０を設ける方法を説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。バルク型シリコン太陽電池の場合、反射防止膜として他に酸化シリコン膜や酸化チタン膜、酸化マグネシウム膜などを用いる場合があるが、これらの反射防止膜を使用した場合でもその膜と反応物を形成する材料で識別表示１０を設ければよい。また、反射防止膜３を形成しない場合でも、表面電極５と分離して識別表示１０を設ければよい。

図３は反受光面側に識別表示を設けた太陽電池素子の例を示す図である。図３において９は太陽電池素子、６は出力取出電極、７は集電電極、１０は識別表示を示す。識別表示１０を行う位置としては出力取出電極６の上は避けたほうがよい。これは図１（ｆ）に示すように長期信頼性の確保および後工程で太陽電池素子同士をインナーリードで接続するために、電極表面５上には半田層８を設けるため、見えなくなってしまうからである。半田層８の上に設けるのも好ましくない。これはインナーリードと接続する際に半田層８が溶けて見えなくなってしまうからである。

出力取出電極６が銀を主成分とし、集電電極７がアルミニウムを主成分とするペーストを用いてそれらを焼成することにより形成される場合を例にとり、反受光面側に識別表示１０を記載する方法を説明する。図１（ｄ）に示すように太陽電池素子の裏面に集電電極７を形成する際に、識別表示１０を除きアルミニウムを主成分とする電極材料を塗布することによって識別表示１０を表示する。このようにすることによって、識別表示１０はその周囲の集電電極７とは色、高さおよび材質が異なり識別できるようになる。

また、別の方法としては集電電極７の部分にアルミニウムペーストを塗布した後、例えば銀ペーストを用いて識別表示１０を設けることも可能である。その後焼成を行えば識別表示１０は周囲の集電電極７と色および材質が異なり識別できるようになる。

さらに、集電電極７の部分にアルミニウムペーストを塗布して焼成を行った後に識別表示１０を刻印することにより設けることもできる。高温で刻印する方法としてはレーザーや焼きごてを用いる方法などがある。この方法によれば、図１（ｆ）に示すように太陽電池素子が完成し、出力測定を行った後で表示を行うことができるので、出力特性もしくは出力特性による分類を記載することも可能になる。このようにすることにより識別表示１０は周囲の集電電極７とは異なった色となり識別できるようになる。

以上、反受光面側に識別表示１０を表示させる方法を説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。識別表示１０を行う位置は出力取出電極６の上以外は特に問わない。ここまでの説明のように集電電極７の上に形成しても構わないし、それ以外の部分に形成しても構わない。また、太陽電池素子の裏面電極の別の構造として、アルミニウムによる集電電極７を持たない構造もある。その場合でも、半田層がその上に形成される部分以外に識別表示１０を形成すればよい。

図４は太陽電池素子の側面に識別表示を設けた例を示す図である。図４において９は太陽電池素子、１０は識別表示を示す。

識別表示を行う位置は特に問わない。しかし、例えば比較的厚みの厚いバルク型のシリコン太陽電池素子でもそれに使用するシリコン基板は通常３００μｍ程度であり、数字や文字を側面に記載するのは難しい。そこで図４に示すようにバーコードなどで形成することが望ましい。バーコードのようにラインで記載する方法としては、ダイシング、レーザー、ブラスト、水圧などの方法があるが、いずれにしても太陽電池素子の側面に垂直に照射するのではなく、太陽電池素子の受光面側から反受光面側、もしくは反受光面側から受光面側に向かい例えば照射された光に太陽電池素子を側面から押し当てるようにした方がよい。これは識別表示１０を形成する際に太陽電池素子の他の部分に傷をつけることを防ぐためである。これにより、周囲と色もしくは高さが異なり識別表示が識別できるようになる。

以上、太陽電池素子の側面に識別表示１０を表示させる方法を説明してきたが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば上述のように物理的に傷をつけることにより識別表示を記しても構わないし、エッチングなどにより化学的に傷をつけることにより識別表示を記しても構わない。また、レジストやペーストを側面に塗布して焼き付けることによって識別表示１０を設けることも可能である。

このように太陽電池素子９毎に識別表示１０を設け、その太陽電池素子９の製造過程、原材料、出力特性などの個別データを管理しておくことにより、従来の太陽電池モジュール毎の管理よりも厳密な管理が可能になるとともに、リサイクル、リユース時の手間を大幅に減らすことが可能となる。

図５は太陽電池モジュールの受光面側に識別表示を設けた例を示す図である。図５において９は太陽電池素子、５は表面電極、１０は識別表示、１１はインナーリードを示す。

図に示すように、本発明によれば太陽電池モジュールに使用する太陽電池素子９それぞれに識別表示１０が記される。識別表示の表示位置は特に問わない。図に示すようにインナーリード１１の接続後に受光面側から見える位置に記せば太陽電池モジュールを分解することなく外から太陽電池素子９を識別することができる。しかしインナーリード１１を接続した際にインナーリード１１の影になる位置に設ければ受光面積の減少につながることはない。

図６は太陽電池モジュールの反受光面側に識別表示を設けた例を示す図である。図６において９は太陽電池素子、６は出力取出電極、７は集電電極、１０は識別表示、１１はインナーリードを示す。図に示すように、本発明によれば太陽電池モジュールに使用する太陽電池素子９それぞれに識別表示１０が設けられる。識別表示１０の位置は特に問わない。

反受光面側は受光面側と異なり受光面積の低減問題が発生しないため識別表示１０を設けるのに適している。また、通常太陽電池モジュールは透光性基板と裏面保護シートの間に太陽電池素子が挟まれた構造となっている場合が多い。一般的には透光性基板よりも裏面保護シートのほうが薄く、柔らかい材質である場合が多いので、透光性基板に比べ裏面保護シートの方が剥がしやすいことが多い。そのため簡易に太陽電池素子９の識別が可能になる。さらに最近は裏面にも透光性基板を使用した太陽電池モジュールも多く生産されている。その場合には反受光面側であっても太陽電池モジュールを分解することなく太陽電池素子９の識別が可能となる。

本発明に係る太陽電池素子の製造方法を示す図である。 本発明に係る太陽電池素子のうち受光面側に識別表示を設けた例を示す図である。 本発明に係る太陽電池素子のうち反受光面側に識別表示を設けた例を示す図である。 本発明に係る太陽電池素子のうち側面に識別表示を設けた例を示す図である。 本発明に係る太陽電池素子のモジュールのうち太陽電池素子の受光面側に識別表示を設けた例を示す図である。 本発明に係る太陽電池素子のモジュールのうち太陽電池素子の反受光面側に識別表示を設けた例を示す図である。

符号の説明

１：半導体基板
３；反射防止膜
５は表面電極
６：裏面電極
８：半田層
９：太陽電池素子
１０：識別表示
１１：インナーリード

Claims (7)

1. 太陽光を受光する第1の面と、前記第1の面の裏側に位置する第2の面とを有する半導体基板と、
   前記半導体基板の前記第2の面に形成されており、識別表示を有する集電電極と、
   前記集電電極と電気的に接続されており、前記半導体基板の前記第2の面に形成された出力取出電極と、
   を有することを特徴とする太陽電池素子。
2. 前記集電電極がアルミニウムからなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
3. 太陽光を受光する第1の面と、前記第1の面の裏側に位置する第2の面とを有する半導体基板と、前記半導体基板の前記第2の面に形成されており、識別表示を有する集電電極と、
   前記集電電極と電気的に接続されており、前記半導体基板の前記第2の面に形成された出力取出電極と、を有する複数の太陽電池素子と、
   前記出力取出電極に接続されており、前記複数の太陽電池素子間を電気的に接続するインナーリードと、
   を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
4. 前記複数の太陽電池素子の前記第２の面側に設けられた透光性基板を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
5. 太陽光を受光する第1の面と、前記第1の面の裏側に位置する第2の面とを有する半導体基板を準備する工程と、
   前記半導体基板の前記第2の面にペーストを塗布する工程と、
   前記半導体基板に塗布された前記ペーストを焼成する工程と、
   焼成された前記ペーストに、レーザーにより識別表示を刻印する工程と、を有することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
6. 太陽光を受光する第1の面と、前記第1の面の裏側に位置する第2の面とを有する半導体基板を準備する工程と、
   前記半導体基板の前記第2の面にペーストを塗布する工程と、
   前記半導体基板に塗布された前記ペーストを焼成する工程と、
   焼成された前記ペーストを有する前記半導体基板の出力を測定する工程と、
   測定された前記出力情報を有する識別表示を前記電極に形成する工程と、を有することを特徴とする太陽電池素子の製造方法。
7. 前記ペーストはアルミニウムからなることを特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池素子の製造方法。

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