JP2008060205A

JP2008060205A - 太陽電池セル及びその製造方法

Info

Publication number: JP2008060205A
Application number: JP2006233289A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Jinno; 裕幸神納
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2006-08-30
Filing date: 2006-08-30
Publication date: 2008-03-13

Abstract

【課題】セル特性に優れ、かつ歩留り良く製造することができる太陽電池セル及びその製造方法を得る。
【解決手段】発電機能を有する半導体接合領域が一方主面側に形成された半導体基板を備える太陽電池セル１０であって、少なくとも１つの側面１１が、エネルギービーム加工により形成された分割溝の部分で割断して形成した側面であり、該側面が、エネルギービーム加工によるエネルギービーム加工領域８ａと、割断による割断領域９ａとから形成されており、エネルギービーム加工領域の深さｄが、太陽電池セル１０の厚みの３５〜６５％であることを特徴としている。
【選択図】図２

Description

本発明は、大面積の太陽電池セルを分割溝で割ることにより得られる太陽電池セル及び該太陽電池セルの製造方法に関するものである。

従来より、大面積の半導体基板からなる太陽電池セルを、小面積の太陽電池セルに分割し、複数の小面積の太陽電池セルをリード線等を用いて連結し、太陽電池モジュールが作製されている。

特許文献１及び特許文献２においては、太陽電池セルにレーザーまたはダイシングソーなどを用いて分割溝を形成し、この分割溝を利用して半導体基板を分割することにより太陽電池セルを製造する方法が開示されている。

しかしながら、分割溝の深さについて、セル特性などの観点からは充分に検討されていない。
特開２００５−２３６０１７号公報特開２００４−３１８３９号公報

本発明の目的は、セル特性に優れ、かつ歩留り良く製造することができる太陽電池セル及びその製造方法を提供することにある。

本発明は、発電機能を有する半導体接合領域が一方主面側に形成された半導体基板を備える太陽電池セルであって、少なくとも１つの側面が、エネルギービーム加工により形成された分割溝の部分で割断して形成した側面であり、該側面が、エネルギービーム加工によるエネルギービーム加工領域と、割断による割断領域とから形成されており、エネルギービーム加工領域の深さが、太陽電池セルの厚みの３５〜６５％であることを特徴としている。

本発明において、太陽電池セルの少なくとも１つの側面は、エネルギービーム加工により形成された分割溝の部分で割断して形成された側面であり、該側面が、エネルギービーム加工によるエネルギービーム加工領域と、割断による割断領域とから形成されており、エネルギービーム加工領域の深さが、太陽電池セルの厚みの３５〜６５％となるように形成されている。エネルギービーム加工領域の深さが、３５％未満であると、分割溝の部分で割断する際に、分割溝以外の部分で割れるなどの割断不良を生じる。また、エネルギービーム加工領域の深さが６５％を超えると、太陽電池セルのフィルファクター（ＦＦ）が低下する傾向にある。エネルギービーム加工領域の深さは、より好ましくは、太陽電池セルの厚みの３５〜５０％の範囲内である。

本発明において、エネルギービーム加工領域は、一方主面と対向する他方主面側から形成されていることが好ましい。すなわち、半導体基板の他方主面側からエネルギービームを照射し、エネルギービーム加工により分割溝が形成されていることが好ましい。他方主面側からエネルギービーム加工することにより、半導体接合領域へのエネルギービーム加工による影響を低減することができる。すなわち、エネルギービーム加工によるセル特性への悪影響を低減させることができる。

本発明の製造方法は、上記本発明の太陽電池セルを製造することができる方法であり、上記本発明の太陽電池セルより大きな面積を有する大面積セルから上記本発明の太陽電池セルを製造する方法である。具体的には、エネルギービーム加工により、大面積セルに上記分割溝をその深さが太陽電池セルの厚みの３５〜６５％、好ましくは３５〜５０％となるように形成する工程と、分割溝の部分で割ることにより大面積セルから上記本発明の太陽電池セルを製造する工程とを備えている。

本発明によれば、分割溝の深さを太陽電池セルの厚みの３５〜６５％としているので、上記本発明の太陽電池セルと同様に、分割溝で太陽電池セルを割断する際の割断不良を低減することができ、かつ分割後の太陽電池セルのセル特性を向上させることができる。

本発明におけるエネルギービーム加工としては、例えば、レーザー加工、電子ビーム加工、イオンビーム加工などがあげられる。本発明において、エネルギービーム加工としては、レーザー加工が好ましく用いられる。

本発明においてレーザー加工に用いるレーザーとしては、例えば、ＹＡＧレーザーを用いることができる。出力は、例えば、１０〜２５Ｗ程度の範囲内が好ましく、太陽電池セルの表面上におけるビーム径が３０〜５０μｍ程度となるようにレーザーを照射することが好ましい。レーザーを照射する際の走査速度は、１４０〜３００ｍｍ／秒程度であることが好ましい。

本発明において、分割溝の深さは、上述のように、太陽電池セルの厚みの３５〜６５％であることが好ましい。また、分割溝の幅は、１０〜５０μｍ程度であることが好ましい。必要に応じてレーザーの走査回数を複数回にして分割溝を形成してもよい。

本発明においては、ＹＡＧレーザー以外のレーザーを用いてもよく、例えば、ＣＯ_２、ＫｒＦ、ＡｒＦ、ＸｅＣｌ等の気体レーザーや、ＹＶＯ４等の固体レーザーなどのレーザーを用いてもよい。

本発明の太陽電池セルは、発電機能を有する半導体接合領域が一方主面側に形成された半導体基板を備える太陽電池セルである。半導体基板としては、例えば、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶系シリコンを用いることができる。また、例えば、ｎ型単結晶シリコン基板を用い、一方主面上に、ｉ型非晶質シリコン層及びｐ型非晶質シリコン層を積層して形成することにより、半導体接合領域を形成することができる。また、ｐ型単結晶シリコン基板を用いる場合には、一方主面上にｉ型非晶質シリコン層及びｎ型非晶質シリコン層を積層して形成し、半導体接合領域を形成してもよい。

また、ｎ型もしくはｐ型の結晶系半導体基板の表面に、ｐ型もしくはｎ型のドーパントをドープすることにより半導体接合領域を形成してもよい。

本発明によれば、大面積セルから分割して太陽電池セルを複数製造することができる。このようにして製造した複数の太陽電池セルをリード線等により接続し、太陽電池モジュールを作製することができる。また、大面積セルの端部の不要部分を取り除き、太陽電池セルを製造する場合にも本発明を適用することができる。

本発明によれば、セル特性に優れ、かつ歩留り良く製造することができる太陽電池セルとすることができる。

以下、本発明を具体的な実施例により説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

図１は、本発明に従う一実施例の太陽電池セルを作製するにあたり、大面積の太陽電池セルにレーザー光を照射して、分割溝を形成したときの状態を示す断面図である。図１に示す太陽電池セル１０において、主たる受光面は、下方面である。図１に示す太陽電池セル１０において、ｎ型単結晶シリコン基板１の下方面である一方主面の上に、ｉ型非晶質シリコン層２（厚み約５ｎｍ〜約２０ｎｍ）が形成されており、ｉ型非晶質シリコン層２の上にｐ型非晶質シリコン層３（厚み約５ｎｍ〜約２０ｎｍ）が形成されている。これによって、ｐｉｎ接合である半導体接合領域が形成されている。ｐ型非晶質シリコン層３の上には、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）などからなる透明導電膜４（厚み約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍ）が形成されている。

ｎ型単結晶シリコン基板１の反対側の他方主面上には、ｉ型非晶質シリコン層５（厚み約５ｎｍ〜約２０ｎｍ）、及びｎ型非晶質シリコン層６（厚み約５ｎｍ〜約２０ｎｍ）が順次積層して形成されている。ｎ型非晶質シリコン層６の上には、透明導電膜７（厚み約３０ｎｍ〜約１５０ｎｍ）が形成されている。

図１は、分割前の大面積の太陽電池セルを示しており、分割溝８が、他方主面側から形成されている。分割溝８の深さｄは、太陽電池セル１０の厚みＴの３５〜６５％となるように形成されている。

図１に示す分割溝８が形成された太陽電池セル１０は、分割溝８の部分で折り曲げて割ることにより割断領域９に沿って割断される。

また、折り曲げて割る以外に、分割溝８の他方主面側の割断領域９に沿って棒のようなもので押し上げて分割したり、分割溝８の他方主面側から左右に応力をかけて分割したり、分割溝８の他方主面側の割断領域９に沿って熱源を走査させることで部分的に熱膨張を生じさせて亀裂を成長させて分割する方法などが挙げられる。

図２は、割断後の太陽電池セル１０の側面１１を示す側面図である。なお、図１とは上下方向が逆になっている。太陽電池セル１０の側面１１は、図１に示す分割溝８によって形成されたエネルギービーム加工領域であるレーザー加工領域８ａと、上記割断によって形成された割断領域９ａとから形成されている。レーザー加工領域８ａの深さｄは、分割溝８の深さｄと同じ深さとなる。レーザー光の照射により形成されているので、レーザー加工領域８ａの表面にはレーザー加工による微細な凹凸が形成されており、顕微鏡等による観察で確認することができる。割断領域９ａの表面は、折り曲げて割ることにより形成した割断面であるので、比較的フラットな表面である。

〔分割溝の深さと割断加工性及びセル特性の関係〕
分割溝の深さを変化させ、分割溝による割断の加工性と、割断加工の前後における太陽電池セルのセル特性の関係を検討した。

セルの厚みが平均１１５μｍ、平均１５５μｍ、及び平均２００μｍの３種類のグループの太陽電池セルについて、レーザー加工による分割溝の深さを変化させた。なお、分割する前の太陽電池セルのサイズは１２５×１２５ｍｍであり、分割後の太陽電池セルのサイズは４０×１２３ｍｍである。

レーザー加工において照射するレーザーの照射条件は以下の通りである。

レーザーの種類：ＹＡＧレーザー
モード：マルチモード
波長：第２高調波（５３２ｎｍ）
発振方法：Ｑスイッチ
周波数：２５ｋＨｚ
加工点：２１Ｗ
レーザーの走査速度：２００ｍｍ／秒

＜分割溝の深さと割断加工性との関係＞
図５は、太陽電池セルの厚みに対する分割溝の深さ（加工深さ率）と、割断加工性との関係を示す図である。横軸は、太陽電池セルの厚みを示しており、図５に示すように、平均１１５μｍ、平均１５５μｍ、及び平均２００μｍの３種類のセル厚みを有する太陽電池セルを用いている。割断加工の加工性は、以下に示す●、▲、×で評価した。

●：割断可能
▲：割断不良（端面に非直線部分がある）
×：割断不良（セルに割れが発生する）
図５に示すように、加工深さ率が３５％未満になると、割断加工の際に、分割溝以外の部分で割断され、不良品が発生しやすくなることがわかる。

＜分割溝の深さとセル特性の関係＞
図６は、太陽電池セルの厚みに対する分割溝の深さ（加工深さ率）と、分割前後における太陽電池特性としてのフィルファクター（ＦＦ）の変化率との関係を示す図である。ＦＦ変化率は、（分割後の太陽電池セルのＦＦ）／（分割前の太陽電池のＦＦ）×１００である。

図６に示すように、加工深さ率が６５％以下であると、ＦＦが分割前と同等もしくはそれ以上の値になり、太陽電池セルの分割後も高いセル特性が得られることがわかる。

なお、表１は、図６に示す加工深さ率とＦＦ変化率の関係を具体的な数値として示したものである。

以上の結果から明らかなように、本発明に従い、分割溝の深さを太陽電池セルの厚みの３５〜６５％、さらに好ましくは３５〜５０％の範囲内とすることにより、分割後の太陽電池セルのセル特性を向上させることができ、また歩留り良く太陽電池セルを分割して製造できることがわかる。

図３は、加工深さ率を４８％とした場合の分割後の割断側面を示しており、図４は、加工深さ率を７８％とした場合の分割後の割断側面を示している。図３及び図４から明らかなように、レーザー加工により形成されたレーザー加工領域は表面に微細な凹凸が形成されており、顕微鏡による観察で識別することができる。また、割断により形成された割断領域は、その表面が比較的フラットであることがわかる。

図７〜図１０は、太陽電池セルの分割パターンを示す平面図である。図７〜図１０において、（ａ）は分割前の太陽電池セルを示しており、（ｂ）は分割後の太陽電池セルを示している。

図７〜図１０の（ａ）において、太陽電池セル２０の上には、集電極２１が形成されている。この大面積の太陽電池セル２０は、図７〜図１０の（ａ）に点線で示す割断線２２に沿って割断され、（ｂ）に示す太陽電池セル２３が作製される。

上記実施例では、大面積の太陽電池セルを分割して、複数の太陽電池セルを製造する例を示したが、本発明はこのようなものに限定されるものではなく、例えば、太陽電池セルの端部の不要部分を取り除くことを目的とする場合にも応用することができるものである。

本発明に従う一実施例における太陽電池セルを示す断面図。本発明に従う一実施例の分割後の太陽電池セルの側面を示す側面図。本発明に従う実施例における太陽電池セルの側面を示す顕微鏡写真。比較の太陽電池セルの側面を示す顕微鏡写真。加工深さ率と割断の加工性との関係を示す図。加工深さ率と分割前後におけるＦＦ変化率との関係を示す図。（ａ）は分割前の大面積の太陽電池セルを示し、（ｂ）は分割後の太陽電池セルを示す平面図。（ａ）は分割前の大面積の太陽電池セルを示し、（ｂ）は分割後の太陽電池セルを示す平面図。（ａ）は分割前の大面積の太陽電池セルを示し、（ｂ）は分割後の太陽電池セルを示す平面図。（ａ）は分割前の大面積の太陽電池セルを示し、（ｂ）は分割後の太陽電池セルを示す平面図。

符号の説明

１…半導体基板（ｎ型単結晶シリコン基板）
２…ｉ型非晶質シリコン層
３…ｐ型非晶質シリコン層
４…透明導電膜
５…ｉ型非晶質シリコン層
６…ｎ型非晶質シリコン層
７…透明導電膜
８…分割溝
８ａ…レーザー加工領域
９…割断領域
９ａ…割断領域
１０…太陽電池セル
１１…側面
２０…大面積の太陽電池セル
２１…集電極
２２…割断線
２３…分割後の太陽電池セル

Claims

発電機能を有する半導体接合領域が一方主面側に形成された半導体基板を備える太陽電池セルであって、
少なくとも１つの側面が、エネルギービーム加工により形成された分割溝の部分で割断して形成した側面であり、該側面が、前記エネルギービーム加工によるエネルギービーム加工領域と、前記割断による割断領域とから形成されており、前記エネルギービーム加工領域の深さが、太陽電池セルの厚みの３５〜６５％であることを特徴とする太陽電池セル。
前記エネルギービーム加工領域の深さが、太陽電池セルの厚みの３５〜５０％であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
前記エネルギービーム加工領域が、前記一方主面と対向する他方主面側から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。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池セルを該セルより大きな面積を有する大面積セルから製造する方法であって、
エネルギービーム加工により、前記大面積セルに前記分割溝をその深さが太陽電池セルの厚みの３５〜６５％となるように形成する工程と、
前記分割溝の部分で割ることにより、前記大面積セルから前記太陽電池セルを製造する工程とを備えることを特徴とする太陽電池セルの製造方法。