JP2009253096A - 太陽電池セルの製造方法および太陽電池モジュールの製造方法ならびに太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】より簡便なプロセスで量産に適用可能な太陽電池セルの製造方法と、そのような太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールとその製造方法とを提供する。
【解決手段】スクリーン印刷によって、パッシベーション膜５上にＮ＋層４と電気的に接続されるＮ電極１０と、Ｐ＋層３に電気的に接続されるＰ電極コンタクト８が形成される。次に、スクリーン印刷によって、Ｎ電極１０の表面を覆うとともに、Ｐ電極コンタクト８の表面を露出するように、絶縁層１１が形成される。そして、スクリーン印刷によって、絶縁層１０上にＰ電極コンタクト８に電気的に接続されるＰ電極９が形成される。
【選択図】図８

Description

本発明は、太陽電池セルの製造方法および太陽電池モジュールの製造方法ならびに太陽電池モジュールに関し、特に、層状の電極を備えた太陽電池セルの製造方法と、そのような太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールとその製造方法とに関するものである。

近年、エネルギー資源の枯渇の問題、あるいは、ＣＯ₂に代表される大気中の温室効果ガスの増加に伴う地球環境問題等から、クリーンなエネルギー源の開発が望まれている。そのようなエネルギー源の一つとして、特に、太陽電池（セル、モジュール）を用いた太陽光発電が開発され、実用化されて、発展の道を歩んでいる。

太陽電池セルとしては、単結晶または多結晶の一導電型のシリコン基板を適用したものが従来から主流となっている。この種の太陽電池セルでは、一導電型のシリコン基板の受光面に逆導電型の不純物を拡散させてｐｎ接合が形成され、そのシリコン基板の受光面と裏面とにそれぞれ電極が形成されている。また、一導電型のシリコン基板の裏面に同じ導電型の不純物を高濃度に含む不純物層を形成することによって、裏面電界効果による高出力化を図った太陽電池セルも開発されている。

さらに、シリコン基板の受光面には電極を形成せずに、その裏面にｐｎ接合を形成した、いわゆる裏面接合型太陽電池（または、裏面電極型太陽電池）セルも開発されている（特許文献１，２参照）。この種の裏面接合型太陽電池セルにおいては、受光面に電極が形成されていないので、電極によるシャドーロスがなく、シリコン基板の受光面と裏面とにそれぞれ電極を有する太陽電池セルと比べて、より高い出力を得ることが期待される。
特表２００６−５２３０２５号公報 米国特許第４２３４３５２号明細書

しかしながら、従来の太陽電池セル（モジュール）では、次のような問題点があった。まず、裏面電極型の太陽電池セルでは、Ｐ＋層、Ｎ＋層、Ｐ型電極およびＮ型電極は、いずれも太陽電池セルの裏面に存在するため、太陽電池セルの構造が複雑になる。これに加えて、この種の太陽電池セルでは、太陽電池モジュールを製造する際に太陽電池セル同士を直列に接続するために、Ｐ型電極およびＮ型電極のバスバー電極を太陽電池セルの両端に設けざるをえない。

そのため、フィンガー電極を太陽電池セルのシリコン基板の幅とほぼ同等の長さにしなければならず、フィンガー電極１本あたりに流れる電流値が大きくなる。また、図１３に示すように、パッシベーション膜１０５によって被覆されたシリコン基板１０２の表面に露出するＰ型電極１０８とＮ型電極１０９とは、それぞれ櫛歯状とされて、互いに櫛歯がかみ合う態様で対向して設置されることになる。

そのため、Ｐ型電極とＮ型電極とが互いに接触しないようにフィンガー電極の線幅を設計しなければならないが、十分な線幅が得られなければ、直列抵抗成分によりＦ.Ｆ（Fill Factor）が低下し、太陽電池の出力を低減させてしまうことになる。なお、Ｆ．Ｆとは、太陽電池としての電流電圧特性曲線のよさを表すパラメータであり、最大出力を開放電圧と短絡電流の積で除した値として定義される。

特許文献２では、Ｐ型電極とＮ型電極を２層化して、その層間に酸化シリコン膜を絶縁層として介在させた構造が提案されている。この構造の効果として、太陽電池セルの裏面反射が挙げられているが、この構造に基づいて太陽電池セルの裏面のほぼ全面にＰ型電極とＮ型電極とを形成することで、Ｐ（Ｎ）型電極の電気抵抗を低減し、高いＦ．Ｆを得ることが期待できる。

ところが、この太陽電池セルでは、Ｐ型電極、Ｎ型電極および絶縁層は、フォトリソグラフィー工程や真空蒸着法等の真空プロセスを経て形成されるため、工程が複雑であり、また、製造コストを要するために、量産化には適さないという問題があった。また、太陽電池セルを直列に接続して太陽電池モジュールを製造する場合に、バスバーを使用して接続する場合には、Ｆ．Ｆが低下するという問題があった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、より簡便なプロセスで量産に適用可能な太陽電池セルの製造方法を提供することであり、他の目的は、そのような太陽電池セルを用いてＦ．Ｆが確保される太陽電池モジュールの製造方法を提供することであり、さらに他の目的は、そのような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セルの製造方法は以下の工程を備えている。シリコン基板の主表面上に、導電性材料を供給することによって第１電極を形成する。その第１電極の表面上に、所定の印刷法により絶縁性材料を塗布することによって絶縁層を形成する。その絶縁層の表面上に、導電性材料を供給することによって、第１電極と電気的に絶縁される態様で第２電極を形成する。第１電極を形成する工程および第２電極を形成する工程の少なくともいずれかの工程では、導電性材料は所定の印刷法によって塗布することにより供給される。

この方法によれば、第１電極を形成する工程および第２電極を形成する工程の少なくともいずれかの工程において、導電性材料を所定の印刷法によって塗布することにより供給し、そして、絶縁層を、所定の印刷法により絶縁性材料を塗布することによって形成することで、フォトリソグラフィや真空プロセスを使用する場合と比べて、電極と絶縁層の形成が大幅に簡便になる。これにより、量産への適用が容易になるとともに、生産コストの低減も図ることができる。

具体的に、絶縁層を形成する工程における所定の印刷法は、スクリーン印刷、オフセット印刷およびインクジェット印刷のいずれかであることが好ましい。

その絶縁層の絶縁性を確保するために、絶縁層を形成する工程は、絶縁性材料を塗布した後、塗布された絶縁性材料を加熱する加熱工程を含むか、紫外線を照射することにより硬化させる工程を含むことが好ましい。

また、その加熱工程における加熱温度は１５０℃以上６００℃以下であることが好ましい。

これは、加熱温度が１５０℃よりも低ければ、塗布された絶縁性材料に含まれる溶剤を除去することができず、一方、加熱温度が６００℃を超えると、絶縁層にひび割れが生じ絶縁性が確保されなくなるからである。

その絶縁性材料として、具体的には、アクリル、エポキシ、ポリイミド、ポリイミド前駆体およびポリアミドイミドの少なくともいずれかを含むことが好ましい。

また、第１電極および第２電極のいずれかを形成する工程における所定の印刷法は、スクリーン印刷、オフセット印刷およびインクジェット印刷のいずれかであることが好ましい。

そのいずれかの工程では、導電性材料として銀ペーストを塗布し、塗布された銀ペーストを加熱する工程を含むことが好ましい。

また、第１電極を形成する工程は、供給された前記導電性材料を加熱する第１加熱工程を含み、第２電極を形成する工程は、第１加熱工程により加熱された第１電極とともに、供給された導電性材料を加熱する第２加熱工程を含み、その第２加熱工程における加熱温度は１５０℃以上６００℃以下であることが好ましい。

これは、加熱温度が１５０℃よりも低ければ、供給された導電性材料に含まれる溶剤を除去することができず、一方、加熱温度が６００℃を超えると、絶縁層にひび割れが生じ第１電極と第２電極との電気的絶縁性が確保されなくなるからである。

本発明に係る他の太陽電池セルの製造方法は、以下の工程を備えている。シリコン基板の主表面上に、所定の印刷法により導電性材料を塗布して加熱することにより、シリコン基板の所定の領域と電気的に接続される第１電極を形成する。その第１電極の表面上に、所定の印刷法により絶縁性材料を塗布して加熱することによって絶縁層を形成する。その絶縁層の表面上に、所定の印刷法により導電性材料を塗布して加熱することにより、第１電極と電気的に絶縁され、シリコン基板の他の所定の領域と電気的に接続される第２電極を形成する。

この方法によれば、第１電極および第２電極を、導電性材料を所定の印刷法により塗布して加熱することにより形成し、そして、絶縁層を、所定の印刷法により絶縁性材料を塗布することによって形成することで、フォトリソグラフィや真空プロセスを使用する場合と比べて、第１電極、第２電極および絶縁層の形成が大幅に簡便になる。これにより、量産への適用が容易になるとともに、生産コストの低減も図ることができる。

また、その第１電極を形成する工程では、他の所定の領域と電気的に接続される第２電極コンタクト部が同時に形成され、第２電極を形成する工程では、第２電極は第２電極コンタクト部と電気的に接続されるように形成されるようにしてもよい。

第２電極を形成する際の加熱温度の低温化を図るには、第２電極を形成する工程では、導電性材料として銀ペーストを塗布し、銀ペーストは、銀以外は有機成分だけを含有する銀ペーストとすることが好ましい。

本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、上述した太陽電池セルの製造方法によって製造される太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールの製造方法である。シリコン基板として矩形状のシリコン基板を使用する。複数の太陽電池セルのそれぞれの絶縁層を形成する工程では、第１電極の領域のうち、矩形状のシリコン基板の所定の第１辺に沿った領域の部分の表面を露出するように第１電極の表面上に絶縁層を形成する。それぞれ所定数の太陽電池セルを直列に接続して、第１太陽電池ストリングおよび第２太陽電池ストリングを形成する。第１太陽電池ストリングと第２太陽電池ストリングとを直列に接続する。第１太陽電池ストリングおよび第２太陽電池ストリングを形成するストリング形成工程では、第１太陽電池ストリングにおいて端に位置する第１太陽電池セルの第１辺と、第２太陽電池ストリングにおいて端に位置する第２太陽電池セルにおける第１辺と対向する第２辺以外の第３辺または第４辺とが向かい合うように、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとを配置する。第１太陽電池ストリングと第２太陽電池ストリングとを直列に接続するストリング接続工程では、第１太陽電池セルの第１辺に位置する第１電極の領域の部分と、第２太陽電池セルの第３辺または第４辺に位置する第２電極の部分とを、所定の導電性部材によって電気的に接続する。

この方法によれば、直列に接続される第１太陽電池ストリングと第２太陽電池ストリングにおいて、第１太陽電池セルの第１辺に位置する第１電極の領域の部分と、第２太陽電池セルの第３辺または第４辺に位置する第２電極の部分とを所定の導電性部材によって電気的に接続することで、その導電性部材として、第１太陽電池ストリングまたは第２太陽電池ストリング内の太陽電池セル同士を電気的に接続する導電性部材と同じ導電性部材を使用することができる。その結果、バスバーを使用することによるＦ．Ｆの低下を防ぐことができる。

本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電セルを直列に接続させた太陽電池ストリングを複数有する太陽電池モジュールであって、複数の太陽電池セルのそれぞれは、第１電極と絶縁層と第２電極とを備えている。第１電極は、矩形状のシリコン基板の主表面上に形成されている。絶縁層は、第１電極の領域のうち、矩形状のシリコン基板の所定の第１辺に沿った領域の部分の表面を露出するように第１電極の表面上に形成されている。第２電極は、絶縁層の表面上に、第１電極と電気的に絶縁される態様で形成されている。複数の太陽電池ストリングのうち、互いに隣接する第１太陽電池ストリングと第２太陽電池ストリングでは、第１太陽電池ストリングにおいて端に位置する第１太陽電池セルの第１辺と、第２太陽電池ストリングにおいて端に位置する第２太陽電池セルにおける第１辺と対向する第２辺以外の第３辺または第４辺とが向かい合うように、第１太陽電池セルと前記第２太陽電池セルとが配置され、第１太陽電池セルの第１辺に位置する第１電極の領域の部分と、第２太陽電池セルの第３辺または前記第４辺に位置する第２電極の部分とが、所定の導電性部材によって電気的に接続されている。

この構成によれば、第１太陽電池ストリングと第２太陽電池ストリングにおいて、第１太陽電池セルの第１辺に位置する第１電極の領域の部分と、第２太陽電池セルの第３辺または第４辺に位置する第２電極の部分とを所定の導電性部材によって電気的に接続することで、その導電性部材として、第１太陽電池ストリングまたは第２太陽電池ストリング内の太陽電池セル同士を電気的に接続する導電性部材と同じ導電性部材を使用することができる。その結果、バスバーを使用することによるＦ．Ｆの低下を防ぐことができる。

実施の形態１
ここでは、太陽電池セルの製造方法について説明する。まず、図１および図２に示すように、シリコン基板２の裏面（受光面とは反対側の正面）に、Ｐ＋層３およびＮ＋層４が、たとえばライン状に交互に形成される。次に、その裏面を覆うようにパッシベーション膜５が形成される。そのパッシベーション膜５に、Ｐ＋層３とＮ＋層４の表面をそれぞれ露出するコンタクトホール６が形成される。コンタクトホール６は、たとえば、パッシベーション膜５をエッチング可能なペーストを所望の形状に印刷し加熱することで、ドット状あるいはライン状のものとして形成することができる。一方、シリコン基板２の受光面には、反射防止膜７が形成される。

次に、図３および図４に示すように、パッシベーション膜５上にＮ＋層４と電気的に接続されるＮ電極（１層目の電極）１０が形成されるとともに、Ｐ＋層３に電気的に接続されるＰ電極コンタクト８が形成される。Ｐ電極コンタクト８は、パッシベーション膜５に設けたコンタクトホール６から突出するように形成される。Ｎ電極１０は、そのＰ電極コンタクト８と電気的に短絡しないように、コンタクトホール６の領域を避けるようにして形成される。なお、ここでは、Ｎ電極１０だけを形成してもよいが、後述するように、Ｐ電極コンタクト８を同時に形成することが好ましい。

Ｎ電極１０およびＰ電極コンタクト８は、金属を主成分とするペーストを用いて形成される。シリコン基板２との高いコンタクト性を得るとともに電極自体の抵抗率を低く抑えるためには、ペーストとしては銀を主成分とするペーストを用いることが好ましく、また、ガラスフリットを含有していることが好ましい。この電極となるペーストは、スクリーン印刷によって塗布される。電極となるペーストの塗布の仕方としては、スクリーン印刷の他に、オフセット印刷やインクジェット印刷などがある。

その後、塗布されたペーストが加熱される。このとき、ペーストを十分に加熱することが重要である。これは、電極となるペーストに含まれる有機成分を十分に気化させておかないと、その後に形成される絶縁層に膨れやホールができてしまい、絶縁層を介在させて位置する２つの電極が導通してしまうおそれがあるためである。そのため、加熱処理は低くても温度１５０℃以上のものとで行うことが好ましく、温度４００℃以上の高温のもとで焼成することによって、電極となるペーストとシリコン基板２とのコンタクトを得ることがより好ましい。

次に、図５および図６に示すように、スクリーン印刷によって、Ｎ電極１０の表面を覆うとともに、Ｐ電極コンタクト８の表面を露出するように、絶縁層１１が形成される。絶縁層１１は、電気絶縁性を示す物質を主成分とし、溶媒および増粘剤などにより印刷可能な粘度に調整したペーストを塗布することによって形成される。

ここで、ペーストの主成分とされる電気絶縁性を有する物質としては、シリカ、アルミナなどの無機系材料や、アクリル、エポキシ、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリアミドイミドなどの樹脂系材料が挙げられるが、絶縁層を薄く平坦に形成するためには無機系材料材料だけでは１０００℃前後の高温にする必要があり、一方、樹脂系材料では、４００℃以下の加熱処理または紫外線（ＵＶ）照射などによって、フィルム状となり、ピンホールができにくいため、樹脂系材料を主成分とすることがより好ましい。また、耐熱性を上げるために、樹脂系材料に無機系材料を添加することも可能である。つまり、絶縁性ペーストとして、アクリル、エポキシ、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリアミドイミドなどの樹脂系材料のうち少なくとも１種類を含んでいることが好ましい。

樹脂系材料においても、ポリイミド、ポリイミド前駆体、ポリアミドイミドなどは、樹脂材料としては比較的耐熱性が高いため、２００℃以上の処理が必要な場合に有効である。また、アクリルやエポキシはポリイミド系にくらべ耐熱性は高くないが、熱硬化型の他、ＵＶ硬化型などもあり種類が豊富なため、絶縁層を形成後に２００℃以上の処理が必要でない場合に有効である。ポリイミド系ペーストとしては、たとえば、日立化成工業株式会社製のＨＬ−Ｐシリーズなどがあり、アクリル、エポキシ系ペーストとしては、たとえば太陽インキ製造株式会社製のＵＶＲ−１５０シリーズなどがある。

ここでは、後述するＰ電極を形成する際に温度約４００℃以上のもとで加熱するため、ポリイミド系のペーストを使用することとした。ポリイミド系のペーストを用いた場合、印刷された絶縁層１１を温度２００℃以上のもとで加熱することで、絶縁層１１に含まれる溶剤成分が気化し、絶縁層１１が平坦なフィルム状に形成される。ペーストとしてポリイミド前駆体を用いた場合は、この加熱によってイミド化される。絶縁層となるペーストの塗布の仕方としては、スクリーン印刷の他に、オフセット印刷やインクジェット印刷などがある。

次に、図７および図８に示すように、スクリーン印刷によって、絶縁層１１上にＰ電極コンタクト８に電気的に接続されるＰ電極９が形成される。Ｐ電極９は、Ｎ電極１０と同様に、金属を主成分とするペーストを用いて形成される。その後、所定の加熱処理を施すことにより塗布されたペーストが焼成されて、Ｐ電極９とＮ電極１０とを備えた太陽電池セルが完成する。なお、電極の形成方法としては、スクリーン印刷の他に、オフセット印刷やインクジェット印刷などがある。

ここで、Ｐ電極９に施される加熱処理は、Ｎ電極１０とＰ電極９との間に絶縁層１１を介在させた状態で行われることになる。そこで、絶縁層１１の耐熱性を確認した。まず、ポリイミドとポリアミドイミド単体が熱分解を開始する温度は、製品により多少異なるが、概ね４００〜５００℃程度で、ポリイミドが熱分解する温度の方が若干高い。

そこで、加熱するとポリイミドに変化する、上述した日立化成工業株式会社製のＨＬ−Ｐ５００を用いて、シリコン基板に直接この絶縁性のペーストを印刷し、温度２００℃のもとで約１５分間加熱処理を施した後に電極焼成条件によってさらに加熱をし、その加熱後の絶縁性を評価した。その評価フローとその内容を図９に示す。

試料１について、まず、温度２００℃のもとで約１５分間の加熱処理を施した後に、加熱条件１（ピーク温度４５０℃、温度４００℃以上の状態が約３０秒）のもとで加熱処理を施した。この加熱処理後の絶縁層の様子を観察すると、その表面は滑らかで、ポリイミド特有の褐色を呈していることがわかった。

一方、試料２について、まず、温度２００℃のもとで約１５分間の加熱処理を施した後に、加熱条件２（ピーク温度６００℃、温度５００℃以上の状態が約３５秒）のもとで加熱処理を施した。この加熱処理後の絶縁層を観察すると、その表面は少しざらつき、黒くなっていることがわかった。この時点では、試料１および試料２とも、１０Ｖ／μｍの電圧を印加しても絶縁性に問題がないことが確認された。このことから、試料２において黒くなっているのは、絶縁層の表面においてだけ熱分解が起こったものと考えられる。

引き続いて、試料１については条件１と同じ条件で加熱処理を施し、試料２については条件２と同じ条件で加熱処理を施した。加熱処理後の絶縁層の表面を観察すると、試料２では、絶縁層にひび割れが生じ、また、部分的に絶縁層が薄くなって、下地のシリコン基板が露出しているのが認められた。この試料２では、絶縁性がなくなって導通してしまうことが確認された。一方、試料１では、１０Ｖ／μｍの電圧を印加しても絶縁性に問題はなかった。

この評価結果から、絶縁層１１の加熱条件としては、温度５００℃以上のもとで時間３５秒間が上限であることがわかった。そして、この評価結果を踏まえて、Ｐ電極９を、条件１に近い加熱条件のもとで焼成可能な銀ペーストを用いて形成した。この銀ペーストは、銀粉以外は樹脂成分しか含まないため、条件１よりも低温で加熱しても電気抵抗率は十分に低い値を示すが、シリコン基板とのコンタクト抵抗が高くなってしまう。また、この銀ペーストは２００℃以下の加熱でも低い電気抵抗が得られるため、アクリルやエポキシ系の絶縁ペーストも使用可能であるが、２００℃以下の加熱の場合、加熱時間が非常に長くなるため、条件１に近い加熱条件で焼成を行った。

そのため、実際の製造においては、Ｐ電極コンタクト８とＰ電極９とを別々の工程において形成し、Ｎ電極１０とＰ電極コンタクト８とは、条件２に近い加熱条件のもとで形成し、Ｐ電極９を条件１に近い加熱条件のもとで形成した。

なお、条件２の加熱でも１回であれば、絶縁性に問題がなかったため、シリコンとのコンタクトが良好に得られるペーストを用いて、Ｎ電極１０を印刷して乾燥し、次に、絶縁層を印刷して乾燥し、そして、Ｐ電極９を印刷して乾燥した後に、一括して条件２にて焼成するような手法を採用することで、工程のさらなる簡略化も可能である。

上述した製造方法では、スクリーン印刷によってＮ電極１０、Ｐ電極９および絶縁層１１を形成することによって、フォトリソグラフィー工程や真空プロセスを経て形成する場合と比べて、より簡便に形成することができ、製造コストの削減も図ることができる。

なお、上述した製造方法では、太陽電池セルの裏面側にＰ＋層、Ｎ＋層を有する裏面接合型の太陽電池セルを例に挙げて説明した。上述した製造方法は、太陽電池セルの一表面にＰ電極とＮ電極とを備えた態様の太陽電池セルについて適用することができる。

また、電極の形成方法および絶縁層の形成方法としてスクリーン印刷を例に挙げて説明した。スクリーン印刷では、高粘度のペーストを使用して、１００μｍ程度の線幅にて印刷が可能であり、１００μｍ程度の線幅に対して印刷高さは数十μｍ程度となる。また、スクリーン印刷の装置は比較的簡便で処理速度が高い。

スクリーン印刷の他に、すでに述べたように、オフセット印刷やインクジェット印刷を適用することができる。オフセット印刷では、低粘度のペーストを使用して、数十μｍ程度の線幅にて印刷が可能であり、印刷高さは数μｍ程度となる。インクジェット印刷では、低粘度のペーストを使用して、１０〜数十μｍ程度の線幅にて印刷が可能であり、印刷高さは数μｍ程度となる。

このように、スクリーン印刷に比べて、オフセット印刷やインクジェット印刷では、高精細な印刷が可能であるが厚塗りに不向きである。スクリーン印刷では、線幅（約１００μｍ）がやや太くなるものの、厚塗りが可能であるため量産で多用されている。

上述した太陽電池セルでは、Ｎ電極１０およびＰ電極９を、太陽電池セル１のほぼ全面に形成することで、電極の断面積が従来よりも大きくなるため、電極の厚みを従来ほど厚くする必要はなく、スクリーン印刷に比べて厚く印刷ができないオフセット印刷やインクジェット印刷の適用も可能である。また、パッシベーション膜５にコンタクトホール６を形成する工程や、絶縁層１１の形成工程にも、ペーストの粘度を調整することによって、オフセット印刷やインクジェット印刷を適用することができる。

さらに、スクリーン印刷等の印刷の他に、印刷法と比べて工程は多少複雑になるが、たとえば、メッキ法によって各電極を形成してもよい。メッキ法では、電極の表面がペーストを印刷することによって形成された電極の表面に比べて平坦になる。また、電極を形成するための加熱条件の温度が、ペーストを焼成する際の加熱条件の温度よりも低い温度でよいなどの長所がある。

実施の形態２
ここでは、前述した実施の形態において作製された太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを製造する方法について説明する。図７に示すように、製造された太陽電池セル１は矩形状であり、４辺のうち、一辺に沿ってＮ電極１０が露出し、それ以外の領域ではＰ電極９が露出している。図１０に示すように、一の太陽電池セル１のＮ電極１０と他の太陽電池セルのＰ電極９とを、たとえば銅箔などを用いた導電性材料で電気的に接続する態様で、複数の太陽電池セル１を直列に接続することで太陽電池ストリング２１が形成される。

図１０に示される太陽電池ストリング２１では、３つの太陽電池セル１を一方向に直列に接続させたものを１つの太陽電池ストリングとして、その太陽電池ストリングを一方向と直交する方向に４つ配列させており、１つの太陽電池ストリングの太陽電池セルのＰ電極９と、これと隣接する他の太陽電池ストリングの太陽電池セルのＮ電極１０とは、バスバー２３によって電気的に接続されている。

図１０に示される太陽電池ストリングにおける太陽電池セル１（比較例）のうち、図１１に示すように、太陽電池セル１ａ，１ｂ，１ｃを９０°回転させて、Ｎ電極１０を隣接する太陽電池セル１のＰ電極９に沿って位置するように配置させることが好ましい。これにより、１つの太陽電池ストリングの太陽電池セルのＰ電極９と、これと隣接する他の太陽電池ストリングの太陽電池セルのＮ電極１０とを、導電性材料２２によって電気的に接続することができて、バスバーを取り付ける必要がなくなる。

バスバーを適用する場合には、太陽電池モジュールの設計上バスバーの幅を十分に取ることが難しく、そのため、バスバーにおける抵抗ロスによってＦ．Ｆが低下することがある。したがって、バスバーを適用しないことで、太陽電池モジュールを形成した場合のＦ．Ｆの低下が最小限に抑えられて、結果として高い出力を得ることができる。また、この太陽電池セル１では、受光面側に電極が形成されていないことで、太陽電池セル１の向きを変えても外観上の問題もない。

次に、以上のようにして形成された太陽電池ストリング２１は、熱可塑性の透光性封止剤（ＥＶＡ：Ethylene Vinyl Acetate）３２の間に挟み込まれる。そして、太陽電池ストリング２１の受光面側にガラスなどの透光性基板３４が配設され、裏面に耐候性フィルム３３が配設される（図１２参照）。次に、加熱処理を施すことで、図１２に示すように、太陽電池ストリング２１が透光性封止剤３２に封止される。その後、所定の端子ボックス３５を接続し、枠３６を取り付けることで太陽電池モジュール３１が完成する。なお、端子ボックス３５には、外部接続のためと、過剰な逆方向電圧がかかることを防止するためのバイパスダイオードが組み込まれている。

ここでは、実施例としての太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの製造方法について説明する。

まず、太陽電池セルとして、シリコン基板の裏面にＰ＋層３およびＮ＋層４を形成して、その裏面をパッシベーション膜５で覆い、受光面に反射防止膜７を形成した太陽電池セルを用意した。シリコン基板２を、１辺の長さが１２５ｍｍの擬似四角形状（略矩形状）とした。Ｐ＋層３およびＮ＋層４をシリコン基板２の裏面にライン状に交互に形成し、パッシベーション膜５として熱酸化による酸化シリコン膜を形成した。また、反射防止膜７としてプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜を形成した。

次に、Ｐ＋層３およびＮ＋層４のそれぞれの直上に位置するパッシベーション膜５の部分に、直径０．１ｍｍのコンタクトホール６を０．３ｍｍピッチで形成した。コンタクトホール６は、リン酸を主成分とするペーストをスクリーン印刷し、加熱することで形成した（図１および図２参照）。

次に、Ｎ電極１０とＰ電極コンタクト８を形成した。Ｐ電極コンタクト８はコンタクトホール６内に、Ｎ電極１０はＰ電極コンタクト８と約０．１ｍｍの間隔を有する形状に、それぞれ銀ペーストをスクリーン印刷にてパターン印刷し、これを焼成することによって形成した。銀ペーストとして、銀を主成分とし、数％のガラスフリットと、粘度を調整するための有機溶剤と増粘剤からなるものを使用した。ガラスフリットは、シリコン基板２と良好なコンタクト性を得るために機能する。銀ペーストを焼成する加熱条件を、ピーク温度を６００℃とし、５００℃以上で時間３５秒となる条件とした。この焼成により、銀ペースト中の有機成分は完全に分解された（図３および図４参照）。

次に、スクリーン印刷によって、ポリイミド前駆体を主成分とするペーストを、Ｎ電極１０の一部とＰ電極コンタクト８のみが露出するようにＮ電極１０の表面に塗布した。その後、温度２５０℃のもとで約１５分間加熱し、絶縁層１１を形成した（図５および図６参照）。

次に、露出しているＮ電極１０の部分と接触しないように、スクリーン印刷によって、銀を主成分とするペーストを印刷し、これを焼成することによってＰ電極８を形成した（図７および図８参照）。ここで、焼成の条件を、絶縁層１１を破壊させないように、ピーク温度を４５０℃とし、４００℃以上で時間３０秒となる条件とした。また、図４に示す工程における焼成よりも低い温度のもとで焼成するため、Ｎ電極１０およびＰ電極コンタクト８を形成する銀ペーストとは異なり、ガラスフリットを含まず、銀以外は有機成分だけを含有する銀ペーストを使用した。このような銀ペーストを使用することで、低温の焼成でも低い電気抵抗率が可能となる（図８および図９参照）。

次に、以上のようにして製造された太陽電池セルを用いて太陽電池モジュールを作製した。まず、銅箔をはんだで被覆した導電性材料２２を用いて、３つの太陽電池セル１を直列に接続した。このとき導電性材料２２は、太陽電池セル１間の直列抵抗を小さくするために、シリコン基板２の幅とほぼ同じ長さ（１２０ｍｍ）とした。

こうして、３つの太陽電池セル１を直列に接続したものを１つの太陽電池ストリングとして、この太陽電池ストリングを４つ作製した。特に、４つのうち３つの太陽電池ストリングでは、端に位置する１つの太陽電池セル１のＮ電極１０の位置を、他の２つの太陽電池セル１のＮ電極１０の位置に対して９０°回転させた位置となるように直列に接続することで、他の太陽電池ストリングの太陽電池セル１とは、太陽電池ストリング内の太陽電池セル１の接続に用いる導電性材料２２と同じ導電性材料２２によって、接続することができる（図１１参照）。

したがって、太陽電池ストリング間の接続にバスバー２３を適用する太陽電池ストリングの場合（図１０参照）と比較して、バスバーを使用することによるＦ．Ｆの低下を防止することができた。こうして、１２の太陽電池セル１を直列に接続した太陽電池ストリング２１を作製した（図１１参照）。

次に、４つの太陽電池ストリングを直列に接続した一連の太陽電池ストリング２１の両端に、外部接続用の外部端子２４を接続した。その太陽電池ストリング２１を透光性封止剤（ＥＶＡフィルム）３２に挟み込んだ。次に、受光面側に透光性基板（ガラス板）３４を配置し、裏面側に耐候性フィルム３３を配置し、加熱することで太陽電池ストリング２１を封止した（図１２参照）。そして、外部接続のための端子ボックス３５を接続し、枠３６を取り付けることで、太陽電池モジュールを完成させた（図１２参照）。

上述した方法によれば、Ｎ電極１０とＰ電極９とをそれぞれ層状とし、そのＮ電極１０とＰ電極９との間に絶縁層１１を介在させて、Ｎ電極１０とＰ電極９とをシリコン基板２の裏面のほぼ全面に形成することで、非常に高いＦ．Ｆを有する太陽電池セル１を製造することができる。

しかも、そのような層状のＮ電極１０、Ｐ電極９および絶縁層１１をスクリーン印刷によって形成することで、フォトリソグラフィや真空プロセスを使用した形成方法と比べて、非常に簡単に形成することができるとともに、生産コストも大幅に抑えることができる。

そして、このようにして作製された太陽電池セル１を用いて製造された太陽電池モジュール３１では、バスバーを用いることなく太陽電池セル１（あるいは太陽電池ストリング）間の配線が可能となり、太陽電池モジュール３１のＦ．Ｆも向上させることができる。

今回開示された実施の形態および実施例は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態１に係る太陽電池セルの製造方法の一工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図１に示す工程における部分断面図である。 同実施の形態において、図１に示す工程の後に行なわれる工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図３に示す工程における部分断面図である。 同実施の形態において、図３に示す工程の後に行なわれる工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図５に示す工程における部分断面図である。 同実施の形態において、図５に示す工程の後に行なわれる工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図７に示す工程における部分断面図である。 同実施の形態において、絶縁層の加熱評価を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セル同士の接続の一態様を示す平面図である。 同実施の形態において、太陽電池モジュールにおける太陽電池セル同士の好ましい接続態様を示す平面図である。 同実施の形態において、太陽電池モジュールを示す断面図である。 従来の太陽電池セルの一例を示す斜視図である。

符号の説明

１ 太陽電池セル、２ シリコン基板、３ Ｐ＋層、４ Ｎ＋層、５ パッシベーション膜、６ コンタクトホール、７ 反射防止膜、８ Ｐ電極コンタクト、９ Ｐ電極、１０ Ｎ電極、１１ 絶縁層、２１ 太陽電池ストリング、２２ 導電性部材、２３ バスバー、２４ 外部端子、３１ 太陽電池モジュール、３２ 透光性封止剤、３３ 耐候性フィルム、３４ 透光性基板、３５ 端子ボックス、３６ 枠。

Claims (13)

1. シリコン基板の主表面上に、導電性材料を供給することによって第１電極を形成する工程と、
   前記第１電極の表面上に、所定の印刷法により絶縁性材料を塗布することによって絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層の表面上に、導電性材料を供給することによって、前記第１電極と電気的に絶縁される態様で第２電極を形成する工程と
   を備え、
   前記第１電極を形成する工程および前記第２電極を形成する工程の少なくともいずれかの工程では、前記導電性材料は所定の印刷法によって塗布することにより供給される、太陽電池セルの製造方法。
2. 前記絶縁層を形成する工程における前記所定の印刷法は、スクリーン印刷、オフセット印刷およびインクジェット印刷のいずれかである、請求項１記載の太陽電池セルの製造方法。
3. 前記絶縁層を形成する工程は、前記絶縁性材料を塗布した後、塗布された前記絶縁性材料を加熱する加熱工程または紫外線を照射する工程を含む、請求項１または２に記載の太陽電池セルの製造方法。
4. 前記加熱工程における加熱温度は１５０℃以上６００℃以下である、請求項３記載の太陽電池セルの製造方法。
5. 前記絶縁層を形成する工程では、前記絶縁性材料として、アクリル、エポキシ、ポリイミド、ポリイミド前駆体およびポリアミドイミドの少なくともいずれかを含む、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
6. 前記いずれかの工程における前記所定の印刷法は、スクリーン印刷、オフセット印刷およびインクジェット印刷のいずれかである、請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法。
7. 前記いずれかの工程では、前記導電性材料として銀ペーストを塗布し、塗布された前記銀ペーストを加熱する工程を含む、請求項６記載の太陽電池セルの製造方法。
8. 前記第１電極を形成する工程は、供給された前記導電性材料を加熱する第１加熱工程を含み、
   前記第２電極を形成する工程は、前記第１加熱工程により加熱された前記第１電極とともに、供給された前記導電性材料を加熱する第２加熱工程を含み、
   前記第２加熱工程における温度は１５０℃以上６００℃以下である、請求項７記載の太陽電池セルの製造方法。
9. シリコン基板の主表面上に、所定の印刷法により導電性材料を塗布して加熱することにより、前記シリコン基板の所定の領域と電気的に接続される第１電極を形成する工程と、
   前記第１電極の表面上に、所定の印刷法により絶縁性材料を塗布して加熱することによって絶縁層を形成する工程と、
   前記絶縁層の表面上に、所定の印刷法により導電性材料を塗布して加熱することにより、前記第１電極と電気的に絶縁され、前記シリコン基板の他の所定の領域と電気的に接続される第２電極を形成する工程と
   を備えた、太陽電池セルの製造方法。
10. 前記第１電極を形成する工程では、前記他の所定の領域と電気的に接続される第２電極コンタクト部が同時に形成され、
    前記第２電極を形成する工程では、前記第２電極は前記第２電極コンタクト部と電気的に接続されるように形成される、請求項９記載の太陽電池セルの製造方法。
11. 前記第２電極を形成する工程では、前記導電性材料として銀ペーストを塗布し、
    前記銀ペーストは、銀以外は有機成分だけを含有する銀ペーストとする、請求項９または１０に記載の太陽電池セルの製造方法。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載の太陽電池セルの製造方法によって製造される太陽電池セルを直列に接続した太陽電池モジュールの製造方法であって、
    前記シリコン基板として矩形状のシリコン基板を使用し、
    複数の前記太陽電池セルのそれぞれの前記絶縁層を形成する工程では、前記第１電極の領域のうち、矩形状の前記シリコン基板の所定の第１辺に沿った領域の部分の表面を露出するように前記第１電極の表面上に前記絶縁層を形成し、
    それぞれ所定数の前記太陽電池セルを直列に接続して、第１太陽電池ストリングおよび第２太陽電池ストリングを形成するストリング形成工程と、
    前記第１太陽電池ストリングと前記第２太陽電池ストリングとを直列に接続するストリング接続工程と
    を含み、
    前記ストリング形成工程では、前記第１太陽電池ストリングにおいて端に位置する第１太陽電池セルの前記第１辺と、前記第２太陽電池ストリングにおいて端に位置する第２太陽電池セルにおける前記第１辺と対向する第２辺以外の第３辺または第４辺とが向かい合うように、前記第１太陽電池セルと前記第２太陽電池セルとを配置し、
    前記ストリング接続工程では、前記第１太陽電池セルの前記第１辺に位置する前記第１電極の領域の部分と、前記第２太陽電池セルの前記第３辺または前記第４辺に位置する前記第２電極の部分とを、所定の導電性部材によって電気的に接続する、太陽電池モジュールの製造方法。
13. 複数の太陽電セルを直列に接続させた太陽電池ストリングを複数有する太陽電池モジュールであって、
    複数の太陽電池セルのそれぞれは、
    矩形状のシリコン基板の主表面上に形成された第１電極と、
    前記第１電極の領域のうち、前記矩形状のシリコン基板の所定の第１辺に沿った領域の部分の表面を露出するように前記第１電極の表面上に形成された絶縁層と、
    前記絶縁層の表面上に、前記第１電極と電気的に絶縁される態様で形成された第２電極と
    を備え、
    複数の太陽電池ストリングのうち、互いに隣接する第１太陽電池ストリングと第２太陽電池ストリングでは、
    前記第１太陽電池ストリングにおいて端に位置する第１太陽電池セルの前記第１辺と、前記第２太陽電池ストリングにおいて端に位置する第２太陽電池セルにおける前記第１辺と対向する第２辺以外の第３辺または第４辺とが向かい合うように、前記第１太陽電池セルと前記第２太陽電池セルとが配置され、
    前記第１太陽電池セルの前記第１辺に位置する前記第１電極の領域の部分と、前記第２太陽電池セルの前記第３辺または前記第４辺に位置する前記第２電極の部分とが、所定の導電性部材によって電気的に接続された、太陽電池モジュール。

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