JP2011003735A - 裏面電極型太陽電池セル、配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュール - Google Patents
裏面電極型太陽電池セル、配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュール Download PDFInfo
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Abstract
【課題】太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが可能な裏面電極型太陽電池セル、配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】半導体基板と、半導体基板の一方の面側に設置された第1導電型用電極と第2導電型用電極とを含み、第1導電型用電極が接触している半導体基板の領域である第1のコンタクト領域および第2導電型用電極が接触している半導体基板の領域である第2のコンタクト領域の少なくとも一方に対応する電極領域に錫拡散抑制層を備えた裏面電極型太陽電池セル、それを用いた配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールである。
【選択図】図1
【解決手段】半導体基板と、半導体基板の一方の面側に設置された第1導電型用電極と第2導電型用電極とを含み、第1導電型用電極が接触している半導体基板の領域である第1のコンタクト領域および第2導電型用電極が接触している半導体基板の領域である第2のコンタクト領域の少なくとも一方に対応する電極領域に錫拡散抑制層を備えた裏面電極型太陽電池セル、それを用いた配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールである。
【選択図】図1
Description
本発明は、裏面電極型太陽電池セル、配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールに関する。
近年、エネルギ資源の枯渇の問題や大気中のCO2の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギの開発が望まれており、半導体装置の中でも特に太陽電池セルを用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
太陽電池セルは、従来から、たとえば単結晶または多結晶のシリコン基板の受光面にシリコン基板の導電型と反対の導電型となる不純物を拡散することによってpn接合を形成し、シリコン基板の受光面と受光面の反対側の裏面にそれぞれ電極を形成して製造された両面電極型太陽電池セルが主流となっている。また、両面電極型太陽電池セルにおいては、シリコン基板の裏面にシリコン基板と同じ導電型の不純物を高濃度で拡散することによって、裏面電界効果による高出力化を図ることも一般的となっている。
また、シリコン基板の受光面に電極を形成せず、シリコン基板の裏面のみに電極を形成した裏面電極型太陽電池セルを配線シート上に設置した配線シート付きの太陽電池セル(配線シート付き太陽電池セル)についても研究開発が進められている(たとえば特許文献1等参照)。
以下、図8(a)および図8(b)の模式的断面図を参照して、従来の配線シート付き太陽電池セルの製造方法について説明する。
まず、図8(a)に示すように、配線シート100上に裏面電極型太陽電池セル80を設置する。
ここで、裏面電極型太陽電池セル80のn型シリコン基板101の裏面のp+層102に接するp型用銀電極106の表面に形成された半田119が配線シート100のガラエポ基板111上に形成されたp配線112の表面に形成された半田119上に設置されるとともに、裏面電極型太陽電池セル80のn型シリコン基板101の裏面のn+層103に接するn型用銀電極107の表面に形成された半田119が配線シート100のガラエポ基板111上に形成されたn配線113の表面に形成された半田119上に設置される。
そして、裏面電極型太陽電池セル80側から熱風を吹きつけて双方の半田119を溶解させた後に冷却することによって、図8(b)に示すように、裏面電極型太陽電池セル80のp型用銀電極106と配線シート100のp配線112とが半田119によって接続されるとともに、裏面電極型太陽電池セル80のn型用銀電極107と配線シート100のn配線113とが半田119によって接続されることによって、裏面電極型太陽電池セル80と配線シート100とが一体化されて配線シート付き太陽電池セルが作製される。
上記のようにして作製された配線シート付き太陽電池セルは、EVA(エチレンビニルアセテート)などの透明樹脂中に封止されることにより太陽電池モジュールとされる。
しかしながら、半田119としてSn−Bi系半田などの錫を含有する半田を用いた場合には、太陽電池モジュールの駆動時に発生する熱や太陽熱による太陽電池モジュールの温度上昇などによって、半田119から錫がp型用銀電極106およびn型用銀電極107に拡散して、たとえば図9に示すように、p型用銀電極106の表面に銀と錫の合金層121が形成される。
そして、さらに錫の拡散が進行して、銀と錫の合金層121が、p型用銀電極106がn型シリコン基板101の裏面のp+層102に接触する領域であるコンタクト領域に到達した場合には、p型用銀電極106とp+層102との接触抵抗が増加して、配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの特性が低下するという問題があった。
なお、図9においては、p型用銀電極106の場合のみを示しているが、n型用銀電極107でも同様の現象が生じることは言うまでもない。
上記のような錫の拡散に起因する銀と錫の合金層121は早期に拡大していくため、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが求められていた。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが可能な裏面電極型太陽電池セル、配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを提供することにある。
本発明は、半導体基板と、半導体基板の一方の面側に設置された第1導電型用電極と第2導電型用電極とを含み、第1導電型用電極が接触している半導体基板の領域である第1のコンタクト領域および第2導電型用電極が接触している半導体基板の領域である第2のコンタクト領域の少なくとも一方に対応する電極領域に錫拡散抑制層を備えた裏面電極型太陽電池セルである。
ここで、本発明の裏面電極型太陽電池セルにおいては、錫拡散抑制層が樹脂および金属の少なくとも一方を含むことが好ましい。
また、本発明の裏面電極型太陽電池セルにおいては、上記の金属が銅およびニッケルの少なくとも一方を含むことが好ましい。
また、本発明は、裏面電極型太陽電池セルと、配線シートと、を備え、裏面電極型太陽電池セルは、半導体基板と、半導体基板の一方の面側に設置された第1導電型用電極と第2導電型用電極とを含み、配線シートは、絶縁性基材と、絶縁性基材の一方の面側に設置された第1導電型用配線と第2導電型用配線とを含み、第1導電型用電極が接触している半導体基板の領域である第1のコンタクト領域および第2導電型用電極が接触している半導体基板の領域である第2のコンタクト領域の少なくとも一方に対応する電極領域に錫拡散抑制層を備えた配線シート付き太陽電池セルである。
ここで、本発明の配線シート付き太陽電池セルにおいては、錫拡散抑制層が樹脂および金属の少なくとも一方を含むことが好ましい。
また、本発明の配線シート付き太陽電池セルにおいては、上記の金属が銅およびニッケルの少なくとも一方を含むことが好ましい。
さらに、本発明は、上記のいずれかの配線シート付き太陽電池セルを含む太陽電池モジュールである。
本発明によれば、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが可能な裏面電極型太陽電池セル、配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
図1に、本発明の太陽電池モジュールの一例の模式的な断面図を示す。図1に示す構成の太陽電池モジュールは、裏面電極型太陽電池セル8が配線シート10上に設置された構成の配線シート付き太陽電池セルがガラス基板などの透明基板17とポリエステルフィルムなどのバックフィルム19との間のエチレンビニルアセテートなどの封止材18中に封止された構成となっている。
ここで、裏面電極型太陽電池セル8の半導体基板1の受光面にはテクスチャ構造などの凹凸構造が形成されており、その凹凸構造を覆うようにして反射防止膜5が形成されている。また、裏面電極型太陽電池セル8の半導体基板1の裏面にはパッシベーション膜4が形成されている。
また、裏面電極型太陽電池セル8は、半導体基板1と、半導体基板1の裏面に形成された第1導電型不純物拡散領域2および第2導電型不純物拡散領域3と、第1導電型不純物拡散領域2に接するようにして形成された第1導電型用銀電極6と、第2導電型不純物拡散領域3に接するようにして形成された第2導電型用銀電極7とを含んでいる。したがって、半導体基板1の裏面側には、第1導電型不純物拡散領域2に対応する第1導電型用銀電極6と、第2導電型不純物拡散領域3に対応する第2導電型用銀電極7とが形成されている。
ここで、裏面電極型太陽電池セル8の裏面側の第1導電型用銀電極6および第2導電型用銀電極7はそれぞれ半導体基板1とは反対側に突出する形状となっており、第1導電型用銀電極6の電極幅および第2導電型用銀電極7の電極幅はそれぞれ半導体基板1から離れるにしたがって連続的に減少し、第1導電型用銀電極6の外表面および第2導電型用銀電極7の外表面はそれぞれ円柱の側面のように湾曲した曲面となっている。また、第1導電型用銀電極6の形状および第2導電型用銀電極7の形状はそれぞれこの形状に限定されるものではなく、たとえば、第1導電型用銀電極6の先端および/または第2導電型用銀電極7の先端が平坦状であってもよく、二こぶの山形状であってもよい。
なお、この例においては、第1導電型不純物拡散領域2および第2導電型不純物拡散領域3はそれぞれ図1の紙面の表面側および/または裏面側に伸びる帯状に形成されており、第1導電型不純物拡散領域2と第2導電型不純物拡散領域3とは半導体基板1の裏面において交互に所定の間隔をあけて配置されている。
また、この例においては、第1導電型用銀電極6および第2導電型用銀電極7もそれぞれ図1の紙面の表面側および/または裏面側に伸びる帯状に形成されており、第1導電型用銀電極6および第2導電型用銀電極7はそれぞれパッシベーション膜4に設けられた開口部を通して、半導体基板1の裏面の第1導電型不純物拡散領域2および第2導電型不純物拡散領域3に沿って、第1導電型不純物拡散領域2および第2導電型不純物拡散領域3にそれぞれ接するようにして形成されている。
また、この例においては、裏面電極型太陽電池セル8の電極として、第1導電型用銀電極6および第2導電型用銀電極7を用いているが、銀電極に限定されるものではない。
一方、配線シート10は、絶縁性基材11と、絶縁性基材11の表面上に形成された第1導電型用配線12と第2導電型用配線13とを含んでいる。
また、配線シート10の絶縁性基材11上の第1導電型用配線12は、裏面電極型太陽電池セル8の裏面の第1導電型用銀電極6と互いに1本ずつ向かい合う形状に形成されている。
また、配線シート10の絶縁性基材11上の第2導電型用配線13は、裏面電極型太陽電池セル8の裏面の第2導電型用銀電極7と互いに1本ずつ向かい合う形状に形成されている。
なお、この例においては、配線シート10の第1導電型用配線12および第2導電型用配線13もそれぞれ図1の紙面の表面側および/または裏面側に伸びる帯状に形成されている。
そして、裏面電極型太陽電池セル8の第1導電型用銀電極6と配線シート10の第1導電型用配線12とは錫含有半田20によって電気的かつ機械的に接続されているとともに、裏面電極型太陽電池セル8の第2導電型用銀電極7と配線シート10の第2導電型用配線13とは錫含有半田20によって電気的かつ機械的に接続されている。
また、第1導電型用銀電極6が接触している半導体基板1の裏面の第1導電型不純物拡散領域2の領域である第1のコンタクト領域2aに対応する第1導電型用銀電極6の電極領域6aに錫拡散抑制層21が設置されている。また、第2導電型用銀電極7が接触している半導体基板1の裏面の第2導電型不純物拡散領域3の領域である第2のコンタクト領域3aに対応する第2導電型用銀電極7の電極領域7aにも錫拡散抑制層21が設置されている。
図2に、図1に示す裏面電極型太陽電池セル8の第1導電型用銀電極6近傍の模式的な拡大断面図を示す。
図2に示すように、第1導電型用銀電極6が接触する第1導電型不純物拡散領域2の領域である第1のコンタクト領域2aの下方の領域である第1導電型用銀電極6の表面領域が電極領域6aとなっており、電極領域6aを覆うようにして錫拡散抑制層21が設置されている。
ここで、第1導電型用銀電極6の幅はたとえば200μm以上400μm以下とすることができ、第1導電型用銀電極6の厚さはたとえば10μm以上20μm以下とすることができ、パッシベーション膜4の厚さはたとえば0.25μm以上0.75μm以下とすることができる。
また、第1のコンタクト領域2aの幅はたとえば50μm以上100μm以下とすることができ、第1導電型用配線12の幅はたとえば300μm以上600μm以下とすることができ、第1導電型用配線12の厚さはたとえば10μm以上50μm以下とすることができる。
また、第1導電型用配線12とそれに隣り合う第2導電型用配線13との間の距離はたとえば150μm以上300μm以下とすることができ、錫拡散抑制層21の幅Wはたとえば50μm以上200μm以下とすることができる。
なお、第2導電型用銀電極7の幅および厚さはたとえば第1導電型用銀電極6の幅および厚さとそれぞれ同程度にすることができ、第2のコンタクト領域3aの幅はたとえば第1のコンタクト領域2aの幅と同程度にすることができ、第2導電型用配線13の幅および厚さはたとえば第1導電型用配線12の幅および厚さとそれぞれ同程度にすることができる。
ここで、錫拡散抑制層21は、錫含有半田20からの錫の拡散を抑制することができる層であるため、第1のコンタクト領域2aに距離的に最も近い第1導電型用銀電極6の電極領域6aに錫拡散抑制層21を設けた場合には、錫拡散抑制層21を設けない従来の場合と比べて、錫含有半田20から拡散する錫と第1導電型用銀電極6の銀とによって形成される銀と錫の合金層が第1のコンタクト領域2aに到達するまでの時間を長くすることができる。
したがって、本発明においては、銀と錫の合金層が第1のコンタクト領域2aに接触することによる接触抵抗の増加に至るまでの時間を従来よりも長くすることができることから、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが可能となる。
ここで、錫拡散抑制層21としては、錫の拡散を銀と比べて抑制することができるものであれば特に限定されず、たとえば、銅および/またはニッケルを含む金属層などの電気導電層やたとえばエポキシ樹脂などを含む樹脂層などの電気絶縁層を用いることができる。
なお、図2においては、第1導電型用銀電極6が接触する第1導電型不純物拡散領域2の領域である第1のコンタクト領域2aの下方の領域である第1導電型用銀電極6の電極領域6aに錫拡散抑制層21を設置した場合についてのみ説明したが、第2導電型用銀電極7が接触する第2導電型不純物拡散領域3の領域である第2のコンタクト領域3aの下方の領域である第2導電型用銀電極7の電極領域7aに錫拡散抑制層21を設置した場合も上記と同様の理由で、銀と錫の合金層が第2のコンタクト領域3aに接触することによる接触抵抗の増加に至るまでの時間を従来よりも長くすることができるため、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが可能となる。
また、たとえば図2に示すように、第1導電型用銀電極6の表面領域のうち第1導電型用配線12に最も近接する第1導電型用銀電極6の頂点6bを含むように錫拡散抑制層21を設置した場合には、銀と錫の合金層が第1のコンタクト領域2aに接触することによる接触抵抗の増加に至るまでの時間を従来よりも長くすることができることから、太陽電池モジュールの信頼性をさらに向上させることができる。また、第1導電型用銀電極6だけでなく、第2導電型用銀電極7についても、第2導電型用銀電極7の表面領域のうち第2導電型用配線13に最も近接する第2導電型用銀電極7の頂点を含むように錫拡散抑制層21を設置することによって、太陽電池モジュールの信頼性をさらに大きく向上させることができる。
また、第1のコンタクト領域2aの幅方向の端部を含む仮想垂直面32bと、仮想垂直面32bに幅方向において近い側の錫拡散抑制層21の端部を含む仮想垂直面32cとの間の最短距離(第1のコンタクト領域2aと錫拡散抑制層21との幅方向における最短距離)d1は、半導体基板1の裏面の第1のコンタクト領域2aを含む仮想水平面52aと第1導電型用銀電極6の頂点6bを含む仮想水平面52bとの間の高さ方向における最短距離(第1のコンタクト領域2aと第1導電型用銀電極6との高さ方向における最短距離)h1の3倍以上であることが好ましい。この場合には、銀と錫の合金層が第1のコンタクト領域2aに接触することによる接触抵抗の増加に至るまでの時間をさらに長くすることができることから、太陽電池モジュールの信頼性をさらに長く確保することができる傾向にある。また、第1導電型用銀電極6だけでなく、第2導電型用銀電極7についても、これと同様の関係とすることによって、太陽電池モジュールの信頼性をさらに長く確保することができる傾向が大きくなる。
また、第1導電型用銀電極6に対して錫含有半田20をずらして配置することによって第1導電型用銀電極6に対して第1導電型用配線12がずれた位置に配置されてもよい。また、第2導電型用銀電極7に対して錫含有半田20をずらして配置することによって第2導電型用銀電極7に対して第2導電型用配線13がずれた位置に配置されてもよい。
また、第1導電型用配線12とそれに隣接する第2導電型用配線13との間の距離が小さい場合には第1導電型用配線12に対して第1導電型用銀電極6が対向するように配置されることが好ましく、さらには第2導電型用配線13に対して第2導電型用銀電極7が対向するように配置されることがさらに好ましい。
また、第1導電型用配線12に対して第2導電型用銀電極7が対向する領域および/または第2導電型用配線13に対して第1導電型用銀電極6が対向する領域を小さくすることによって、第1導電型用銀電極6と第2導電型用銀電極7との間に生じる電位差による電極成分のイオンマイグレーションなどの影響を少なくすることができる。
以下、図3(a)〜図3(g)の模式的断面図を参照して、図1に示す裏面電極型太陽電池セル8の製造方法の一例について説明する。
まず、図3(a)に示すように、たとえばインゴットからスライスすることなどによって、半導体基板1の表面にスライスダメージ1aが形成された半導体基板1を用意する。ここで、半導体基板1としては、たとえば、n型またはp型のいずれかの導電型を有する多結晶シリコンまたは単結晶シリコンなどからなるシリコン基板を用いることができる。
次に、図3(b)に示すように、半導体基板1の表面のスライスダメージ1aを除去する。ここで、スライスダメージ1aの除去は、たとえば半導体基板1が上記のシリコン基板からなる場合には、上記のスライス後のシリコン基板の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸または水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などでエッチングすることなどによって行なうことができる。
ここで、スライスダメージ1aの除去後の半導体基板1の大きさおよび形状も特に限定されないが、半導体基板1の厚さをたとえば100μm以上500μm以下とすることができ、特に200μm程度とすることが好ましい。
次に、図3(c)に示すように、半導体基板1の裏面に、第1導電型不純物拡散領域2および第2導電型不純物拡散領域3をそれぞれ形成する。ここで、第1導電型不純物拡散領域2は、たとえば、第1導電型不純物を含むガスを用いた気相拡散または第1導電型不純物を含むペーストを塗布した後に熱処理する塗布拡散などの方法により形成することができる。また、第2導電型不純物拡散領域3は、たとえば、第2導電型不純物を含むガスを用いた気相拡散または第2導電型不純物を含むペーストを塗布した後に熱処理する塗布拡散などの方法により形成することができる。
ここで、第1導電型不純物拡散領域2は、第1導電型不純物を含み、n型またはp型の導電型を示す領域であれば特に限定されない。なお、第1導電型不純物としては、第1導電型がn型である場合にはたとえばリンなどのn型不純物を用いることができ、第1導電型がp型である場合にはたとえばボロンまたはアルミニウムなどのp型不純物を用いることができる。
また、第2導電型不純物拡散領域3は、第2導電型不純物を含み、第1導電型不純物拡散領域2とは逆の導電型を示す領域であれば特に限定されない。なお、第2導電型不純物としては、第2導電型がn型である場合にはたとえばリンなどのn型不純物を用いることができ、第2導電型がp型である場合にはたとえばボロンまたはアルミニウムなどのp型不純物を用いることができる。
なお、第1導電型はn型またはp型のいずれの導電型であってもよく、第2導電型は第1導電型と反対の導電型であればよい。すなわち、第1導電型がn型のときは第2導電型がp型となり、第1導電型がp型のときは第2導電型がn型となる。
また、第1導電型不純物を含むガスとしては、第1導電型がn型である場合には、たとえばPOCl3のようなリンなどのn型不純物を含むガスを用いることができ、第1導電型がp型である場合には、たとえばBBr3のようなボロンなどのp型不純物を含むガスを用いることができる。
また、第2導電型不純物を含むガスとしては、第2導電型がn型である場合には、たとえばPOCl3のようなリンなどのn型不純物を含むガスを用いることができ、第2導電型がp型である場合には、たとえばBBr3のようなボロンなどのp型不純物を含むガスを用いることができる。
次に、図3(d)に示すように、半導体基板1の裏面にパッシベーション膜4を形成する。ここで、パッシベーション膜4は、たとえば、熱酸化法またはプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法などの方法により形成することができる。
ここで、パッシベーション膜4としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層体などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
また、パッシベーション膜4の厚みは、たとえば0.05μm以上1μm以下とすることができ、特に0.2μm程度とすることが好ましい。
次に、図3(e)に示すように、半導体基板1の受光面の全面にテクスチャ構造などの凹凸構造を形成した後に、その凹凸構造上に反射防止膜5を形成する。
ここで、テクスチャ構造は、たとえば、半導体基板1の受光面をエッチングすることにより形成することができる。たとえば、半導体基板1がシリコン基板である場合には、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加した液をたとえば70℃以上80℃以下に加熱したエッチング液を用いて半導体基板1の受光面をエッチングすることによって形成することができる。
また、反射防止膜5は、たとえばプラズマCVD法などにより形成することができる。なお、反射防止膜5としては、たとえば、窒化シリコン膜などを用いることができるが、これに限定されるものではない。
次に、図3(f)に示すように、半導体基板1の裏面のパッシベーション膜4の一部を除去することによってコンタクトホール4aおよびコンタクトホール4bを形成する。ここで、コンタクトホール4aは、第1導電型不純物拡散領域2の表面の少なくとも一部を露出させるようにして形成され、コンタクトホール4bは、第2導電型不純物拡散領域3の表面の少なくとも一部を露出させるようにして形成される。
なお、コンタクトホール4aおよびコンタクトホール4bはそれぞれ、たとえば、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホール4aおよびコンタクトホール4bの形成箇所に対応する部分に開口を有するレジストパターンをパッシベーション膜4上に形成した後にレジストパターンの開口からパッシベーション膜4をエッチングなどにより除去する方法、またはコンタクトホール4aおよびコンタクトホール4bの形成箇所に対応するパッシベーション膜4の部分にエッチングペーストを塗布した後に加熱することによってパッシベーション膜4をエッチングして除去する方法などにより形成することができる。
次に、図3(g)に示すように、コンタクトホール4aを通して第1導電型不純物拡散領域2に接する第1導電型用銀電極6とコンタクトホール4bを通して第2導電型不純物拡散領域3に接する第2導電型用銀電極7とを形成した後に、第1導電型用銀電極6の電極領域6aおよび第2導電型用銀電極7の電極領域7aにそれぞれ錫拡散抑制層21を形成する。
なお、第1導電型用銀電極6および第2導電型用銀電極7はそれぞれ、たとえば、銀ペーストをコンタクトホール4aを通して第1導電型不純物拡散領域2に接するように塗布するとともにコンタクトホール4bを通して第2導電型不純物拡散領域3に接するように塗布した後に銀ペーストを焼成することによって形成することができる。
また、錫拡散抑制層21がたとえば銅および/またはニッケルを含む金属層などの電気導電層からなる場合には、錫拡散抑制層21は、たとえば、錫拡散抑制層21を構成する金属を含むペーストを電極領域6aおよび電極領域7aのそれぞれに塗布した後に焼成することにより形成することができる。
また、錫拡散抑制層21がたとえば上記の電気導電層からなる場合には、錫拡散抑制層21は、たとえば、錫拡散抑制層21を構成する金属を蒸着またはスパッタによって電極領域6aおよび電極領域7aのそれぞれに堆積することにより形成することもできる。
また、錫拡散抑制層21がたとえばエポキシ樹脂などを含む樹脂層などの電気絶縁層からなる場合には、錫拡散抑制層21は、たとえば、スクリーン印刷、ディスペンサ塗布またはインクジェット塗布などの方法によって所定の位置に塗布された樹脂を硬化することなどにより形成することができる。
図4に、上記のようにして作製した図1に示す裏面電極型太陽電池セル8の裏面の一例の模式的な平面図を示す。ここで、裏面電極型太陽電池セル8の裏面においては、第1導電型用銀電極6および第2導電型用銀電極7はそれぞれ帯状に形成されている。そして、帯状の複数の第1導電型用銀電極6はそれぞれ1つの帯状の第1導電型用集電電極60に接続されており、帯状の複数の第2導電型用銀電極7はそれぞれ1つの帯状の第2導電型用集電電極70に接続されている。なお、この例においては、第1導電型用集電電極60は、帯状の第1導電型用銀電極6の長手方向に垂直な方向に伸びるようにして形成されており、第2導電型用集電電極70は、帯状の第2導電型用銀電極7の長手方向に垂直な方向に伸びるようにして形成されている。
したがって、図4に示す構成の裏面電極型太陽電池セル8の裏面においては、1つの第1導電型用集電電極60と複数の第1導電型用銀電極6とによって1つの櫛形状電極が形成されており、1つの第2導電型用集電電極70と複数の第2導電型用銀電極7とによって1つの櫛形状電極が形成されている。そして、当該櫛形状電極の櫛歯に相当する第1導電型用銀電極6と第2導電型用銀電極7とはそれぞれ互いに向かい合って当該櫛歯を1本ずつ噛み合わせるようにして配置されている。そして、帯状の第1導電型用銀電極6が接する半導体基板1の裏面部分に1本の帯状の第1導電型不純物拡散領域2が配置されており、帯状の第2導電型用銀電極7が接する半導体基板1の裏面部分に1本の帯状の第2導電型不純物拡散領域3が配置されている。
以下、図5(a)〜図5(d)の模式的断面図を参照して、図1に示す配線シート10の製造方法の一例について説明する。
まず、図5(a)に示すように、絶縁性基材11の表面上に導電層41を形成する。ここで、絶縁性基材11としては、たとえば、ポリエステル、ポリエチレンナフタレートまたはポリイミドなどの樹脂からなる基板を用いることができるが、これに限定されるものではない。
また、絶縁性基材11の厚みは、たとえば10μm以上200μm以下とすることができ、特に25μm程度とすることが好ましい。
また、導電層41としては、たとえば、銅などの金属からなる層を用いることができるが、これに限定されるものではない。
次に、図5(b)に示すように、絶縁性基材11の表面の導電層41上にレジスト42を形成する。ここで、レジスト42は、第1導電型用配線12および第2導電型用配線13などの配線シート10の配線を残す箇所以外の箇所に開口部を有する形状に形成する。レジスト42としてはたとえば従来から公知のものを用いることができ、たとえば、スクリーン印刷、ディスペンサ塗布またはインクジェット塗布などの方法によって所定の位置に塗布された樹脂を硬化したものなどを用いることができる。
次に、図5(c)に示すように、レジスト42から露出している箇所の導電層41を矢印43の方向に除去することによって導電層41のパターンニングを行ない、導電層41の残部から第1導電型用配線12および第2導電型用配線13などの配線シート10の配線を形成する。
ここで、導電層41の除去は、たとえば、酸やアルカリの溶液を用いたウエットエッチングなどによって行なうことができる。
次に、図5(d)に示すように、第1導電型用配線12の表面および第2導電型用配線13の表面からレジスト42をすべて除去することによって、配線シート10が作製される。
図6に、上記のようにして作製した配線シート10の表面の一例の模式的な平面図を示す。ここで、配線シート10の絶縁性基板11の表面上において、第1導電型用配線12および第2導電型用配線13はそれぞれ帯状に形成されている。また、配線シート10の絶縁性基材11の表面上には帯状の接続用配線14が形成されており、接続用配線14によって第1導電型用配線12と第2導電型用配線13とが電気的に接続されている。なお、接続用配線14は、たとえば、第1導電型用配線12および第2導電型用配線13と同様に、導電層41の残部から形成することができる。
このような構成とすることによって、配線シート10の終端にそれぞれ位置している櫛形状の第1導電型用配線12aおよび櫛形状の第2導電型用配線13a以外の隣り合う第1導電型用配線12と第2導電型用配線13とは、接続用配線14によって電気的に接続されていることから、配線シート10上で隣り合うようにして設置される裏面電極型太陽電池セル8同士は互いに電気的に接続されることになる。したがって、配線シート10上に設置されたすべての裏面電極型太陽電池セル8は電気的に直列に接続されることになる。
以下、図7(a)〜図7(c)の模式的断面図を参照して、図1に示す太陽電池モジュールに用いられる配線シート付き太陽電池セルの製造方法の一例について説明する。
まず、図7(a)に示すように、上記のようにして作製した配線シート10の第1導電型用配線12および第2導電型用配線13のそれぞれの表面上に錫含有半田20を塗布する。
ここで、錫含有半田20としては、錫を含むものであれば特に限定されないが、たとえば、錫とビスマスとを含むSn−Bi系半田などを用いることができる。
また、錫含有半田20は、たとえば、スクリーン印刷、ディスペンサ塗布またはインクジェット塗布などの方法によって塗布することができる。
次に、図7(b)に示すように、配線シート10上に裏面電極型太陽電池セル8を設置する。
ここで、裏面電極型太陽電池セル8は、たとえば図7(c)に示すように、配線シート10の第1導電型用配線12上に裏面電極型太陽電池セル8の第1導電型用銀電極6が設置されるとともに、配線シート10の第2導電型用配線13上に裏面電極型太陽電池セル8の第2導電型用銀電極7が設置されるようにして、配線シート10上に設置される。
その後、錫含有半田20を冷却して固化することにより、図7(c)に示す構造の配線シート付き太陽電池セルが接続される。
導電性物質20の溶融物の固化物を介して、裏面電極型太陽電池セル8の第1導電型用電極6と配線シート10の第1導電型用配線12とを電気的に接続するとともに、裏面電極型太陽電池セル8の第2導電型用電極7と配線シート10の第2導電型用配線13とを電気的に接続する。また、上記のように絶縁性樹脂16を硬化させることによって、裏面電極型太陽電池セル8と配線シート10とを機械的に接続する。
そして、上記のようにして作製された配線シート付き太陽電池セルは、たとえば図1に示すように、エチレンビニルアセテートなどの封止材18を備えたガラス基板などの透明基板17と、封止材18を備えたポリエステルフィルムなどのバックフィルム19との間に挟み込まれ、配線シート付き太陽電池セルを構成する裏面電極型太陽電池セル8を封止材18中に封止することによって図1に示す太陽電池モジュールが作製されることになる。
なお、本発明における裏面電極型太陽電池セルの概念には、上述した半導体基板の一方の表面側(裏面側)のみに第1導電型用銀電極および第2導電型用銀電極の双方が形成された構成のものだけでなく、MWT(Metal Wrap Through)セル(半導体基板に設けられた貫通孔に電極の一部を配置した構成の太陽電池セル)などのいわゆるバックコンタクト型太陽電池セル(太陽電池セルの受光面側と反対側の裏面側から電流を取り出す構造の太陽電池セル)のすべてが含まれる。
また、本発明における配線シート付き太陽電池セルの概念には、複数の裏面電極型太陽電池セルが配線シート上に設置されている構成のみならず、1つの裏面電極型太陽電池セルが配線シート上に設置されている構成も含まれる。
また、上記においては、第1導電型用銀電極6の電極領域6aおよび第2導電型用銀電極7の電極領域7aのそれぞれに錫拡散抑制層21を形成したが、本発明においては、第1導電型用銀電極6の電極領域6aおよび第2導電型用銀電極7の電極領域7aの少なくとも一方に錫拡散抑制層21が形成されていればよい。
また、上記においては、第1導電型用銀電極6の電極領域6aのすべての領域に錫拡散抑制層21が形成されているが、本発明においては、電極領域6aの少なくとも一部の領域に錫拡散抑制層21が形成されていればよい。
また、上記においては、第2導電型用銀電極7の電極領域7aのすべての領域に錫拡散抑制層21が形成されているが、本発明においては、電極領域7aの少なくとも一部の領域に錫拡散抑制層21が形成されていればよい。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて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内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、裏面電極型太陽電池セル、配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールに利用することができる。
1 半導体基板、1a スライスダメージ、2 第1導電型不純物拡散領域、2a 第1のコンタクト領域、3 第2導電型不純物拡散領域、3a 第2のコンタクト領域、4 パッシベーション膜、4a コンタクトホール、4b コンタクトホール、5 反射防止膜、6 第1導電型用銀電極、6a 電極領域、6b 頂点、7 第2導電型用銀電極、7a 電極領域、8,80 裏面電極型太陽電池セル、10,100 配線シート、11 絶縁性基材、12,12a 第1導電型用配線、13,13a 第2導電型用配線、17 透明基板、18 封止材、19 バックフィルム、20 錫含有半田、21 錫拡散抑制層、41 導電層、42 レジスト、43 矢印、60 第1導電型用集電電極、70 第2導電型用集電電極、101 n型シリコン基板、102 p+層、103 n+層、106 p型用銀電極、107 n型用銀電極、111 ガラエポ基板、112 p配線、113 n配線、119 半田、121 合金層。
Claims (7)
- 半導体基板と、
前記半導体基板の一方の面側に設置された第1導電型用電極と第2導電型用電極とを含み、
前記第1導電型用電極が接触している前記半導体基板の領域である第1のコンタクト領域および前記第2導電型用電極が接触している前記半導体基板の領域である第2のコンタクト領域の少なくとも一方に対応する電極領域に錫拡散抑制層を備えた、裏面電極型太陽電池セル。 - 前記錫拡散抑制層が、樹脂および金属の少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項1に記載の裏面電極型太陽電池セル。
- 前記金属が、銅およびニッケルの少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項2に記載の裏面電極型太陽電池セル。
- 裏面電極型太陽電池セルと、
配線シートと、を備え、
前記裏面電極型太陽電池セルは、半導体基板と、前記半導体基板の一方の面側に設置された第1導電型用電極と第2導電型用電極とを含み、
前記配線シートは、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方の面側に設置された第1導電型用配線と第2導電型用配線とを含み、
前記第1導電型用電極が接触している前記半導体基板の領域である第1のコンタクト領域および前記第2導電型用電極が接触している前記半導体基板の領域である第2のコンタクト領域の少なくとも一方に対応する電極領域に錫拡散抑制層を備えた、配線シート付き太陽電池セル。 - 前記錫拡散抑制層が、樹脂および金属の少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項4に記載の配線シート付き太陽電池セル。
- 前記金属が、銅およびニッケルの少なくとも一方を含むことを特徴とする、請求項5に記載の配線シート付き太陽電池セル。
- 請求項4から6のいずれかに記載の配線シート付き太陽電池セルを含む、太陽電池モジュール。
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- 2009-06-18 JP JP2009145616A patent/JP2011003735A/ja not_active Withdrawn
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