JP2012142452A - 太陽電池及び太陽電池モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】改善された光電変換効率を有する太陽電池及び太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池１０は、光電変換部２０と、受光面電極２１ａと、裏面電極２１ｂとを備えている。受光面電極２１ａは、光電変換部２０の受光面２０ａの上に配されている。裏面電極２１ｂは、光電変換部２０の裏面２０ｂの上に配されている。裏面電極２１ｂは、金属膜２１ｂ１と、電気的接続用電極２１ｂ２とを含む。金属膜２１ｂ１は、裏面２０ｂの少なくとも一部を覆っている。電気的接続用電極２１ｂ２は、金属膜２１ｂ１の上に配されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。
近年、環境負荷の小さなエネルギー源として、太陽電池が大いに注目されるようになってきている。その一例として、例えば下記の特許文献１には、光電変換部と、光電変換部の受光面の上に配された受光面電極と、裏面の上に配された裏面電極とを備える太陽電池が記載されている。特許文献１に記載の太陽電池では、受光面電極及び裏面電極のそれぞれが、複数のフィンガー電極部と、複数のフィンガー電極部に電気的に接続されているバスバー部とを備えている。
特開２００９−２９０２３４号公報
近年、太陽電池の光電変換効率をさらに向上したいという要望が高まってきている。
本発明は、斯かる点に鑑みて成されたものであり、その目的は、改善された光電変換効率を有する太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することにある。
本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、受光面電極と、裏面電極とを備えている。受光面電極は、光電変換部の受光面の上に配されている。裏面電極は、光電変換部の裏面の上に配されている。裏面電極は、金属膜と、電気的接続用電極とを含む。金属膜は、裏面の少なくとも一部を覆っている。電気的接続用電極は、金属膜の上に配されている。
本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、複数の太陽電池を電気的に接続している配線材とを備えている。太陽電池は、光電変換部と、受光面電極と、裏面電極とを備えている。受光面電極は、光電変換部の受光面の上に配されている。裏面電極は、光電変換部の裏面の上に配されている。裏面電極は、金属膜と、電気的接続用電極とを含む。金属膜は、裏面の少なくとも一部を覆っている。電気的接続用電極は、金属膜の上に配されている。電気的接続用電極は、配線材と電気的に接続されている。
本発明によれば、改善された光電変換効率を有する太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することができる。
第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。 第１の実施形態における太陽電池の受光面の略図的平面図である。 第１の実施形態における太陽電池の裏面の略図的平面図である。 図３の線ＩＶ−ＩＶにおける略図的断面図である。 金属膜の一部分を拡大した略図的断面図である。 第２の実施形態における太陽電池の裏面の略図的平面図である。 第３の実施形態における太陽電池の裏面の略図的平面図である。 第４の実施形態における太陽電池の裏面の略図的平面図である。 第５の実施形態における太陽電池の裏面の略図的平面図である。 第６の実施形態における太陽電池の裏面の略図的平面図である。 第７の実施形態における太陽電池の裏面の略図的平面図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は、単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
（第１の実施形態）
（太陽電池モジュール１の概略構成）
図１に示すように、太陽電池モジュール１は、ｘ方向に沿って配列された複数の太陽電池１０を備えている。複数の太陽電池１０は、配線材１１によって電気的に接続されている。具体的には、ｘ方向に隣接する太陽電池１０間が配線材１１によって電気的に接続されることによって、複数の太陽電池１０が直列または並列に電気的に接続されている。
複数の太陽電池１０の裏面側には、第１の保護部材１４が配置されている。一方、複数の太陽電池１０の受光面側には、第２の保護部材１５が配置されている。太陽電池１０と第１の保護部材１４との間及び太陽電池１０と第２の保護部材１５との間には、封止材１３が設けられている。複数の太陽電池１０は、この封止材１３により封止されている。
なお、封止材１３並びに第１及び第２の保護部材１４，１５の材料は、特に限定されない。封止材１３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の樹脂により形成することができる。
第１及び第２の保護部材１４，１５は、例えば、ガラス、樹脂などにより形成することができる。また、太陽電池１０の裏面側に配置される第１の保護部材１４は、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成してもよい。第２の保護部材１５は、太陽電池１０の受光面側に配置されており、ガラスまたは透光性樹脂等の透光性を有する材料からなる。
第１の保護部材１４、封止材１３、複数の太陽電池１０、封止材１３、第２の保護部材１５を有する積層体の外周には、必要に応じて、Ａｌ等の金属製の枠体（図示しない）が取り付けられる。また、第１の保護部材１４の表面には、必要に応じて、太陽電池１０の出力を外部に取り出すための端子ボックスが設けられる。
（太陽電池１０の構造）
図２〜図４に示すように、太陽電池１０は、光電変換部２０を有する。光電変換部２０は、受光することによって電子や正孔などのキャリアを生成させる部材である。光電変換部２０は、例えば、一の導電型を有する結晶性半導体からなる基板と、その基板の一の主面上に配されており、他の導電型を有する第１の非晶質半導体層と、基板の他の主面上に配されており、一の導電型を有する第２の非晶質半導体層とを有するものであってもよい。その場合において、第１及び第２の非晶質半導体層の少なくとも一方と、結晶性半導体基板との間に、実質的に発電に寄与しない厚みのｉ型非晶質半導体層を設けてもよい。また、光電変換部２０は、ｎ型ドーパント拡散領域とｐ型ドーパント拡散領域とが表面に露出している半導体基板を有するものであってもよい。
本実施形態では、光電変換部２０の受光面２０ａ及び裏面２０ｂのそれぞれは、テクスチャ構造を有する。ここで、「テクスチャ構造」とは、表面反射を抑制し、光電変換部の光吸収量を増大させるために形成されている凹凸構造のことをいう。テクスチャ構造の具体例としては、（１００）面を有する単結晶シリコン基板の表面に異方性エッチングを施すことによって得られるピラミッド状（四角錐状や、四角錐台状）の凹凸構造が挙げられる。
光電変換部２０の受光面２０ａの上には、受光面電極２１ａが配されている。受光面電極２１ａは、複数のフィンガー電極部２１ａ１と、複数のバスバー部２１ａ２とを有する。複数のフィンガー電極部２１ａ１のそれぞれは、ｙ方向に沿って延びるライン状の形状を有する。複数のフィンガー電極部２１ａ１は、ｘ方向に沿って所定の間隔を隔てて配列されている。複数のバスバー部２１ａ２のそれぞれは、ｘ方向に沿って延びている。複数のバスバー部２１ａ２のそれぞれは、複数のフィンガー電極部２１ａ１に電気的に接続されている。
なお、本発明において、受光面電極の構成は特に限定されない。受光面電極は、例えば、複数のフィンガー電極部のみにより構成されており、バスバー部を有さない所謂バスバーレスの電極であってもよい。また、受光面電極２１ａは、光電変換部２０の受光面２０ａと接するように設けられた透光性導電膜を有するものであっても良い。透光性導電膜は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）やＺｎＯ等の透光性導電酸化物により構成することができる。
受光面電極２１ａは、主として、バスバー部２１ａ２において配線材１１と電気的に接続されている。バスバー部２１ａ２と配線材１１との接続は、半田や樹脂接着剤によって行うことができる。
樹脂接着剤は、導電性を有するものであってもよいし、絶縁性を有するものであってもよい。絶縁性を有する樹脂接着剤を用いる場合、バスバー部２１ａ２と配線材１１とが接触するように接続を行う必要がある。具体的には、バスバー部２１ａ２が配線材１１にめり込むことによって受光面電極２１ａと配線材１１とが電気的に接続されていてもよいし、配線材がバスバー部にめり込むことによって受光面電極２１ａと配線材１１とが電気的に接続されていてもよい。また、配線材及びバスバー部の少なくとも一方の表面に凹凸を設け、その凹凸が他方によりつぶされるようにしてもよい。
導電性を有する樹脂接着剤としては、異方導電性を有する樹脂接着剤を好適に用いることができる。
受光面電極２１ａの材質は、導電材料である限りにおいて特に限定されない。受光面電極２１ａは、例えば、銀、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、クロムなどの金属や、それらの金属のうちの一種以上を含む合金により構成することができる。また、受光面電極２１ａは、例えば、上記金属や合金からなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。
受光面電極２１ａの形成方法は、特に限定されない。受光面電極２１ａは、例えば、Ａｇペースト等の導電性ペーストを用いて形成することができる。また、受光面電極２１ａは、例えば、スパッタ法、蒸着法、スクリーン印刷法或いはメッキ法等を用いて形成することができる。
一方、光電変換部２０の裏面２０ｂの上には、裏面電極２１ｂが配されている。裏面電極２１ｂは、金属膜２１ｂ１と、電気的接続用電極２１ｂ２と、透光性導電膜２１ｂ３とを含む。
なお、本発明において、「金属膜」には、合金膜が含まれるものとする。
金属膜２１ｂ１は、裏面２０ｂの少なくとも一部を覆っている。具体的には、本実施形態では、金属膜２１ｂ１は、裏面２０ｂの端縁部を除く実質的に全体を覆っている。
金属膜２１ｂ１は、金属膜２１ｂ１の裏面２０ｂとは反対側の表面にテクスチャ構造に対応した形状の凹凸が存するような厚みを有する。具体的には、金属膜２１ｂ１の厚みは、例えば、０．１μｍ〜５μｍ程度であることが好ましい。
金属膜２１ｂ１の材質は、特に限定されないが、光反射率が高く、かつ、高い導電性を有するものであることが好ましい。このため、金属膜２１ｂ１は、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｓｎ、Ｚｎなどの金属や、それらの金属の一種以上を含む合金により形成することができる。また、金属膜２１ｂ１は、上記金属や合金からなる複数の膜の積層体により構成されていてもよい。
本実施形態では、具体的には、金属膜２１ｂ１は、裏面２０ｂの上に配された第１のＡｇ膜２２と、第１のＡｇ膜２２の上に配されたＡｌ膜２３と、Ａｌ膜２３の上に配された第２のＡｇ膜２４との積層体により構成されている。本実施形態のように中央にＡｌ膜を設けることにより、金属膜２１ｂ１の形成コストを低減することができる。また、両側にＡｇ膜を設けることにより、金属膜２１ｂ１の反射率を増大させると共に、金属膜２１ｂ１の表面の変性を抑制することができる。なお、Ａｌ膜２３に代えて、第１のＡｇ膜２２と第２のＡｇ膜２４との間にＣｕ膜を設けてもよい。
第１のＡｇ膜２２の厚みは、０．１μｍ〜１μｍ程度であることが好ましい。Ａｌ膜２３の厚みは、０．１μｍ〜１μｍ程度であることが好ましい。第２のＡｇ膜２４の厚みは、０．１μｍ〜１μｍ程度であることが好ましいが、これに限定されるものではない。
金属膜２１ｂ１の形成方法は特に限定されない。金属膜２１ｂ１は、例えば、Ａｇペースト等の導電性ペーストを用いて形成することができる。また、金属膜２１ｂ１は、例えば、スパッタ法、蒸着法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット法、或いはメッキ法等を用いて形成することができる。
金属膜２１ｂ１と裏面２０ｂとの間には、透光性導電膜２１ｂ３が配されている。この透光性導電膜２１ｂ３により、金属膜２１ｂ１の裏面２０ｂに対する密着性が高められている。透光性導電膜２１ｂ３は、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）や酸化亜鉛等の透光性導電酸化物により形成することができる。なお、透光性導電膜２１ｂ３の厚みは、０．５μｍ〜３μｍ程度であることが好ましい。
金属膜２１ｂ１の上には、電気的接続用電極２１ｂ２が配されている。裏面電極２１ｂは、主として、この電気的接続用電極２１ｂ２において配線材１１と電気的に接続されている。電気的接続用電極２１ｂ２と配線材１１との接続は、半田や樹脂接着剤を用いて行うことができる。
導電性或いは絶縁性の樹脂接着剤を用いて接続を行う場合、電気的接続用電極２１ｂ２が配線材１１にめり込むことにより、裏面電極２１ｂと配線材１１とが電気的に接続されることが好ましい。また、配線材が電気的接続用電極にめり込むようにしてもよい。また、配線材及び電気的接続用電極の少なくとも一方の表面に凹凸を設け、その凹凸が他方によりつぶされるようにしてもよい。このようにすることで、電気的接続用電極２１ｂ２と配線材１１との間の接着面積を増加させることができるので、抵抗損失を低減することができる。
また、電気的接続用電極２１ｂ２と金属膜２１ｂ１との界面および電気的接続用電極２１ｂ２の周辺部との少なくとも一方に樹脂層を設けることが好ましい。この樹脂層によって電気的接続用電極２１ｂ２と透光性導電膜２１ｂ３との界面が保護される。その結果、信頼性を向上させることができる。
尚、樹脂層を構成する材料は特に限定されるものではないが、電気的接続用電極２１ｂ２或いは金属膜２１ｂ１を樹脂型の導電性ペーストを用いて形成する場合、その導電性ペースト中に含まれる樹脂を含むことが好ましい。このようにすることで、電気的接続用電極２１ｂ２と金属膜２１ｂ１との界面を外部から保護することができ、信頼性を高めることができる。電気的接続用電極２１ｂ２の形状は、特に限定されない。本実施形態では、電気的接続用電極２１ｂ２は、ｘ方向に沿って延びる線状である。電気的接続用電極２１ｂ２は、裏面２０ｂのｘ方向における一方側端部から他方側端部にまで至っている。電気的接続用電極２１ｂ２の幅は、特に限定されないが、例えば、０．０５μｍ〜２ｍｍ程度であることが好ましく、０．０５μｍ〜１ｍｍ程度であることがより好ましい。
なお、本実施形態では、電気的接続用電極２１ｂ２がｙ方向に沿って２本配列されている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。電気的接続用電極２１ｂ２は、１本のみ設けられていてもよし、ｙ方向に沿って３本以上設けられていてもよい。
電気的接続用電極２１ｂ２は、金属膜２１ｂ１よりも厚いことが好ましい。具体的には、電気的接続用電極２１ｂ２の厚みは、５μｍ〜２０μｍの範囲内にあることが好ましい。
電気的接続用電極２１ｂ２の材質は、導電材料である限りにおいて特に限定されない。電気的接続用電極２１ｂ２は、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ｓｎ等の金属や、それらの金属の少なくとも一種を含む合金により形成することができる。また、電気的接続用電極２１ｂ２は、上記金属や合金からなる複数の膜の積層体により構成されていてもよい。
電気的接続用電極２１ｂ２の形成方法は特に限定されない。電気的接続用電極２１ｂ２は、例えば、Ａｇペースト等の導電性ペーストを用いて形成することができる。また、電気的接続用電極２１ｂ２は、例えば、スパッタ法、蒸着法、スクリーン印刷法、ディスペンス法、オフセット印刷法、インクジェット法等を用いて形成することができる。
以上説明したように、本実施形態では、金属膜２１ｂ１が配されている。そして、その金属膜２１ｂ１により裏面２０ｂの少なくとも一部が覆われている。このため、光電変換部２０を透過した光が金属膜２１ｂ１によって受光面２０ａ側に反射される。よって、光の有効利用を図ることができる。
また、金属膜２１ｂ１は、金属膜２１ｂ１の裏面２０ｂとは反対側の表面にテクスチャ構造に対応した形状の凹凸が存するような厚みを有する。よって、金属膜２１ｂ１で反射された光の光電変換部２０における光路長を長くすることができる。従って、より改善された光電変換効率を得ることができる。また、熱膨張係数の違いに起因して生じる金属膜２１ｂ１から光電変換部２０へのストレスを低減することができる。その結果、光電変換部２０に用いる半導体の基板の厚みを１８０μｍ以下の薄い厚みにすることができる。
透光性導電膜２１ｂ３の膜厚は５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度であることが好ましい。この場合、裏面での反射効率を高めることができる。
より改善された光電変換効率を得る観点からは、金属膜２１ｂ１の厚みは、０．１μｍ以上であることが好ましい。より高い信頼性を得る観点からは、金属膜２１ｂ１の厚みは、５μｍ以下であることが好ましい。
また電気的接続用電極２１ｂ２と配線材１１との接続をより確実なものにする観点からは、電気的接続用電極２１ｂ２は、金属膜２１ｂ１よりも厚いことが好ましい。具体的には、電気的接続用電極２１ｂ２の厚みは、５μｍ以上であることが好ましい。但し、電気的接続用電極２１ｂ２の厚みが厚すぎると、電気的接続用電極２１ｂ２の応力により金属膜から剥離しやすくなる。従って、電気的接続用電極２１ｂ２の厚みは、２０μｍ以下であることが好ましい。
本実施形態では、電気的接続用電極２１ｂ２は、裏面２０ｂのｘ方向における一方側端部から他方側端部にまで至っている。このため、温度変化などに起因して配線材１１と電気的接続用電極２１ｂ２との間に応力が生じた場合であっても、単位面積あたりの応力を小さくすることができる。従って、配線材１１の剥離をより効果的に抑制することができる。
本実施形態では、裏面２０ｂがテクスチャ構造を有する。このため、裏面２０ｂにおいて光が散乱し、光電変換部２０内に光が閉じ込められやすくなるため、より改善された光電変換効率を得ることができる。
さらに、金属膜２１ｂ１が、金属膜２１ｂ１の裏面２０ｂとは反対側の表面にテクスチャ構造に対応した形状の凹凸が存するような厚みを有する。このため、金属膜２１ｂ１と電気的接続用電極２１ｂ２との密着強度を高めることができる。
さらに、金属膜２１ｂ１と電気的接続用電極２１ｂ２との間、電気的接続用電極２１ｂ２周辺に樹脂層を設けることによって、金属膜２１ｂ１と電気的接続用電極２１ｂ２との界面を外部から保護することができ、信頼性を高めることができる。
以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
上記第１の実施形態では、電気的接続用電極２１ｂ２を線状電極としたが、本発明において、電気的接続用電極の形状はこれに限定されない。
例えば、図６や図７に示すように、電気的接続用電極２１ｂ２を、ｘ方向に沿って配列されており、各々ｙ方向に沿って延びる複数の線状電極により構成してもよい。その場合において、複数の線状電極は、図６に示すように、全体が配線材１１の下方に位置するように設けられていてもよいし、図７に示すように、端部が配線材１１の外側に位置するように設けられていてもよい。
また、図８に示すように、電気的接続用電極２１ｂ２は、ｘ方向に沿って配列されており、各々、ｙ方向に沿って延びる第１の線状電極部と、第１の線状電極部と交差しており、ｘ方向に沿って延びる複数の第２の線状電極部とを備える複数の電極により構成されていてもよい。
図９に示すように、電気的接続用電極２１ｂ２は、ｘ方向に沿って配列されたＶ字状の複数の電極により構成されていてもよい。
図１０に示すように、電気的接続用電極２１ｂ２は、マトリクス状に配列された複数の線状電極により構成されていてもよい。
図１１に示すように、電気的接続用電極２１ｂ２は、ジグザグ状の電極により構成されていてもよい。
１…太陽電池モジュール
１０…太陽電池
１１…配線材
１３…封止材
１４…第１の保護部材
１５…第２の保護部材
２０…光電変換部
２０ａ…受光面
２０ｂ…裏面
２１ａ…受光面電極
２１ａ１…フィンガー電極部
２１ａ２…バスバー部
２１ｂ…裏面電極
２１ｂ１…金属膜
２１ｂ２…電気的接続用電極
２１ｂ３…透光性導電膜
２２…第１のＡｇ膜
２３…Ａｌ膜
２４…第２のＡｇ膜

Claims (11)

  1. 光電変換部と、
    前記光電変換部の受光面の上に配された受光面電極と、
    前記光電変換部の裏面の上に配された裏面電極と、
    を備え、
    前記裏面電極は、前記裏面の少なくとも一部を覆う金属膜と、前記金属膜の上に配された電気的接続用電極とを含む、太陽電池。
  2. 前記裏面は、テクスチャ構造を有する、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記金属膜は、前記金属膜の前記裏面とは反対側の表面に前記テクスチャ構造に対応した形状の凹凸が存するような厚みを有する、請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記金属膜の厚みは、０．１μｍ〜５μｍの範囲内にある、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
  5. 前記電気的接続用電極は、前記金属膜よりも厚い、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池。
  6. 前記電気的接続用電極の厚みは、５μｍ〜２０μｍの範囲内にある、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池。
  7. 前記電気的接続用電極は、前記裏面の一の方向における一方側端部から他方側端部にまで至る、請求項１〜６のいずれか一項に記載の太陽電池。
  8. 前記金属膜は、前記裏面の上に配された第１のＡｇ膜と、前記第１のＡｇ膜の上に配されたＡｌ膜またはＣｕ膜と、前記Ａｌ膜またはＣｕ膜の上に配された第２のＡｇ膜とを含む、請求項１〜７のいずれか一項に記載の太陽電池。
  9. 前記裏面電極は、前記金属膜と前記裏面との間に配された透光性導電膜をさらに含む、請求項１〜８のいずれか一項に記載の太陽電池。
  10. 前記電気的接続用電極と前記金属膜との界面および前記電気的接続用電極の周辺部との少なくとも一方に配された樹脂層を有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の太陽電池。
  11. 複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池を電気的に接続している配線材とを備える太陽電池モジュールであって、
    前記太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部の受光面の上に配された受光面電極と、前記光電変換部の裏面の上に配された裏面電極とを有し、
    前記裏面電極は、前記裏面の少なくとも一部を覆う金属膜と、前記金属膜の上に配されており、前記配線材と電気的に接続されている電気的接続用電極とを含む、太陽電池モジュール。
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