JP2012248875A - 太陽電池セル - Google Patents
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Abstract
【課題】発電効率を向上させ、さらに部材コストを低減することが可能な太陽電池セルを提供する。
【解決手段】結晶シリコン基板と、該結晶シリコン基板の受光面に形成される外部電力取り出し用のセル電極と、該セル電極に接続される表面タブ線と、前記結晶シリコン基板の反受光面に形成される裏面電極と、該裏面電極に接続される裏面タブ線と、を有する太陽電池セルにおいて、前記裏面電極と裏面タブ線との接続が、樹脂系の導電ペースト又は導電フィルムによりなされており、前記裏面電極が前記結晶シリコン基板の反受光面に一様に形成されていることを特徴とする太陽電池セル。
【選択図】図１
Description
本発明は、太陽電池セルに関するものである。
従来のシリコン結晶系の太陽電池セルは、図３に概略図（断面図）を示すように、結晶シリコン基板としては、ｎ層１０２と、ｐ層１０３と、アルミ層１０５からのアルミ原子拡散によるＰ＋層１０４とからなり、結晶シリコン基板の受光面に、照射される光の反射を抑制させるために反射防止膜１０１を設け、さらに外部取り出し用の導線としての表面タブ線２０１と、外部への電力取り出しのためのセル電極１０６とがハンダ３１０で接続されて設けられ、結晶シリコン基板の反受光面に、アルミ層１０５と、裏面銀電極１０７と、裏面タブ線２０２とを設けた構成となる。
太陽電池セルの反受光面では、反受光面側で発生した電気が抵抗によるロスで低減してしまうことを抑制するために、アルミ層１０５が広範囲に設けられている。裏面タブ線２０２として通常用いられる銅とアルミ層１０５とは電気接続が困難であるため、アルミ層１０５で発電された電気を集電させるために裏面銀電極１０７が配置される。しかし、裏面銀電極は、密着性確保のため、アルミのない部分を設け、ここに裏面銀電極２０２を形成することとなる。この裏面銀電極１０７と裏面タブ線２０２の接続には、ハンダ３１０を用いている。
薄型化されたシリコンウェハを破損させないことを目的とし、タブ線の熱膨張率を小さくするため、コア導体に被覆導体を備えたタブ線が提案されている（例えば、特開２００４−２０４２５６号公報参照）。タブ線との接続部分には、銀メッキ部分が必要な構成となっている。
一方、高価な材料の使用を低減させ、製造プロセスを簡略化した、軽量太陽電池ユニット又は軽量太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特開２００５−１０１５１９号公報参照）。
一方、高価な材料の使用を低減させ、製造プロセスを簡略化した、軽量太陽電池ユニット又は軽量太陽電池モジュールが提案されている（例えば、特開２００５−１０１５１９号公報参照）。
特開２００４−２０４２５６号公報では、熱膨張を小さく、また耐食性に優れたタブ線として、裏面電極に銀を用いることが必須となっている。
特開２００５−１０１５１９号公報に記載の太陽電池セルの構成では、ハンダの代替として異方導電性を有するフィルム状接着剤を用いているが、裏面電極に銀を用いることが必須となっている。
上記した従来の太陽電池セルでは、図３に示すように、裏面銀電極１０７付近ではアルミ層がないためＰ＋層１０４が形成されておらず、発電素子として不利な形態となっていることから、発電効率においても不利である。
また、従来法では、裏面タブ線２０２と裏面銀電極１０７との接続にハンダ３１０を用いており、２６０℃程度の熱を要する。このとき、結晶シリコン基板とタブ線の材料である銅との熱膨張率の違いから、セルに反りを生じ、割れやすく、歩留まりを下げることになってしまう。
さらに、結晶シリコン基板の反受光面において高価な銀を電極材料として使用しなければならない。
本発明は、このような問題を軽減しようとするものであり、発電効率を向上させ、さらに部材コストを低減することが可能な太陽電池セルを提供することを目的とする。
本発明者等は上記課題を解決すべく鋭意検討をした結果、裏面電極と裏面タブ線との接続に、樹脂系の導電性ペースト又は導電性フィルムを用いることにより、Ｐ+層のない部分をなくし、またハンダによるセルの反り、割れをなくし、上記問題を解決できることを見出した。
即ち、本発明は以下の通りである。
本発明の太陽電池は、結晶シリコン基板と、該結晶シリコン基板の受光面に形成される外部電力取り出し用のセル電極と、該セル電極に接続される表面タブ線と、前記結晶シリコン基板の反受光面に形成される裏面電極と、該裏面電極に接続される裏面タブ線と、を有する太陽電池セルにおいて、前記裏面電極と裏面タブ線との接続が、樹脂系の導電ペースト又は導電フィルムによりなされており、前記裏面電極が前記結晶シリコン基板の反受光面に一様に形成されていることを特徴とする。
本発明の太陽電池は、前記表面タブ線と前記セル電極との接続も、樹脂系の導電ペースト又は導電フィルムによりなされていることが好ましい。
素子構造として無駄をなくすことにより、発電効率を向上させ、さらに部材コストの低減することが可能な太陽電池セルを提供することが可能となる。
本発明の太陽電池セルは、結晶シリコン基板を用いた太陽電池である。
本発明の太陽電池セルは、図１に示すように、結晶シリコン基板としてのｎ層１０２と、ｐ層１０３と、ｐ+層１０４と、を備え、結晶シリコン基板の受光面（表面）に形成される反射防止膜１０１と、結晶シリコン基板の反受光面（裏面）に形成される、裏面電極としてのアルミ層１０５と、を備え、裏面電極としてのアルミ層１０５と裏面タブ線２０２との接続に、樹脂系の導電性ペースト又は導電性フィルム３０１を用いることを特徴としている。すなわち、本発明においては、樹脂系の導電性ペースト又は導電性フィルム３０１を用いて、裏面タブ線２０２をアルミ層１０５へ直接接続することを可能にすることにより、反受光面に銀電極を有する必要がなくなり、アルミ層を一面に設置できることで、Ｐ+層も一面に形成され、セルの内部構造までも変更しうる。また、本発明の太陽電池セルは、高価な銀電極を反受光面に設ける必要がなくなるためコストを低減することができる。
さらに、裏面タブ線２０２と裏面電極としてのアルミ層１０５との接続に、ハンダではなく樹脂系の導電性ペースト又は導電性フィルム３０１を用いることにより、接続に要する温度を１５０〜１８０℃に下げられ、上で述べた、セルの反り、割れを低減でき、高歩留まり化が可能になる。
受光面（表面）は、外部への電力取り出しのためのセル電極１０６と表面タブ線２０１との接続に、ハンダ３１０を用いてもよいが、図２に示すように、外部電力取り出し用のセル電極１０６と表面タブ線２０１との接続を、ハンダの代わりに樹脂系の導電性ペースト又は導電性フィルム３０１を用いることも好ましい。
本発明の結晶シリコンを用いる太陽電池セルは、ｐ層１０３の反受光面にアルミペーストを用いたアルミ層が形成される。アルミ層は裏面電極であり、本発明においては、裏面銀電極を設ける必要がないことから、取り出し電極のためのパターニングをする必要がなく、ｐ層１０３の反受光面に一様に製膜でき、ベタ膜とすることが可能である。それにより、アルミペーストを焼成することでアルミペースト中のアルミが結晶シリコン基板の反受光面側のシリコンへ拡散して、発電能力を改善するＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層としてのＰ＋層１０４をｐ層１０３の反受光面全体に一様に形成することができる。
タブ線をアルミ層１０５の面全体に設置することも、抵抗値が下げられることから好ましい。
なお、本発明の太陽電池セルは、太陽電池モジュール及びその製造方法などに適用が可能である。
本発明の太陽電池セルに用いる樹脂系の導電性ペーストとしては、金属粒子、薄片状金属、金属めっきプラスチック粒子、低融点ハンダ粒子等の導電物質を熱硬化性エポキシ樹脂組成物、熱硬化性アクリル樹脂組成物等の樹脂１００に対し、１〜１０００の体積比割合で混合したものが挙げられる。
また、樹脂系の導電性フィルムとしては、金属粒子、薄片状金属、金属めっきプラスチック粒子、低融点ハンダ粒子、カーボン粒子等の導電物質を熱硬化性エポキシ樹脂組成物、熱硬化性アクリル樹脂組成物等の樹脂１００に対し、１〜１０００の体積比割合で混合したものをフィルム状に加工したものが挙げられる。
金属粒子としては、ニッケル、銀、金等の金属の粒子が挙げられる。薄片状金属としては、ニッケル、銀、金等の金属の薄片が挙げられる。金属めっきプラスチック粒子の金属めっきとしては、ニッケル、銀、金等のめっきが挙げられ、プラスチックとしては、ポリスチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン、ポリアクリル等が挙げられる。
低融点ハンダ粒子とは、融点が１５０℃以下のＳｎＡｇＣｕ等が挙げられる。
この中で好ましい導電物質としては、金属粒子としてのニッケル粒子等である。
上記樹脂系の導電性ペースト又は導電性フィルムを、裏面電極と裏面タブ線との接続に用いることにより、より好ましくは、さらにセル電極と表面タブ線との接続に用いることにより、接続に要する温度を１５０〜１８０℃に下げることが可能となり、製造工程中の太陽電池セルの反り、割れを低減できる。
本発明の太陽電池セルに用いられる樹脂系の導電性ペースト、樹脂系の導電性フィルムとして入手可能なものとして、日立化成工業株式会社製のダイボンドペースト「エピナール」シリーズ、ダイボンドフィルム「ハイアタッチ」シリーズ、導電性フィルム「ＣＦ」シリーズ等が挙げられる。
本発明の太陽電池セルは、裏面電極としてのアルミ層と裏面タブ線との接続に、上記樹脂系の導電性ペースト又は導電性フィルムを用いることで、集電のための裏面銀電極を設ける必要がなく、アルミ層、Ｐ＋層が結晶シリコン基板の反受光面一面に設置できる。より好ましい構成は、セル電極と表面タブ線との接続にも上記樹脂系の導電性ペースト又は導電性フィルムを用いる構成である。
それ以外の構成は、通常のシリコン結晶系の太陽電池セルと同様の構成とすることができる。
本発明の太陽電池セルは、例えば、下記のように製造できる。
鋳造インゴットからスライスした厚さ１００〜３５０μｍ厚のｐ型シリコン基板を用いて、シリコン表面のダメージ層を、数〜２０質量％の水酸化ナトリウム、炭酸水素ナトリウム等で１０〜２０μｍ厚除去した後、同様のアルカリ低濃度液にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を０．１〜２０質量％となるように添加した溶液で異方性エッチングを行い、テクスチャー構造を形成する。続いて、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、窒素、酸素の混合ガス雰囲気において８００〜９００℃で数十分の処理を行って、受光面に一様に膜厚０．０１〜０．４μｍのｎ型層を形成する。
さらに、反射防止膜として、シリコン窒化膜又は酸化チタン膜等をｎ型層の受光面に一様な厚さ（膜厚５０〜２００ｎｍ）で形成する。シリコン窒化膜を形成する場合は、プラズマＣＶＤ、スパッタリング、真空蒸着等で成膜形成し、また酸化チタン膜を形成する場合は、プラズマＣＶＤ、スパッタリング、真空蒸着等で成膜形成する。
次に、受光面（表面）にセル電極を形成するため、セル電極用の銀ペーストを結晶シリコン基板の受光面にスクリーン印刷法で付着乾燥させる。この場合、セル電極用ペーストが反射防止膜上に形成されており、電力取り出し用の比較的太い電極線（「バスバー」という）と、表面全体に伸びた細い電極線（「フィンガー」という）が、印刷法により形成される。
次いで、結晶シリコン基板の反受光面（裏面）においても受光面側と同様に、裏面電極用アルミペーストを印刷乾燥させ、アルミペーストを、反受光面に一様に製膜する（膜厚１０〜２００μｍ）。
ここで用いられる銀ペースト、アルミペーストは、電極形成に用いられる通常のもの（例えば、特開２００８−１５０５９７号公報、特開２００８−１２０９９０号公報、特開２００８−１９５９０４号公報、特開２００８−１８６５９０号公報、特開２００７−１７９６８２号公報、特開２００８−８５４６９号公報等に例示されるペースト）が使用できる。
次いでセル電極、裏面電極を焼成し、太陽電池セルとして完成させる。６００〜９００℃の温度範囲で数分間焼成すると、反受光面側ではアルミペースト中のアルミが結晶シリコン基板の反受光面側のシリコンへ拡散して、発電能力を改善するＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層としてのｐ＋層が形成される。本発明の太陽電池セルでは、裏面銀電極を設ける必要がないため、ＢＳＦ層を最大限に設けることが可能になる。
ついでモジュール工程となるが、反受光面の一様な裏面電極（アルミ層）とタブ線の接続に、樹脂系の導電性ペースト又は樹脂系の導電性フィルムを用いる。接続方法として、あらかじめ半硬化状態の樹脂系の導電性ペースト又は導電性フィルムをタブ線に仮付けしておき、セル電極と表面タブ線、裏面電極と裏面タブ線を表裏両面同時に熱圧着する。このときの温度は、１５０〜１８０℃である。
受光面のセル電極（銀電極）は、タブ線との接続にハンダを用いても良いが、裏面電極とタブ線との接続と同様に樹脂系の導電性ペースト又は導電性フィルムを用いることも好ましい。
本発明の太陽電池セルで用いられるタブ線は、防食処理を施した銅リボン等を用いることができる。
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はこれに限定されない。
（実施例１）
以下に本発明の太陽電池セルの製造工程を示す。
以下に本発明の太陽電池セルの製造工程を示す。
鋳造インゴットからスライスした厚さ３５０μｍ厚のｐ型シリコン基板を用いてシリコン表面のダメージ層を、５質量％の水酸化ナトリウムや炭酸水素ナトリウムで１０μｍ厚除去した後、同様のアルカリ低濃度液にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を５質量％となるように添加した溶液で異方性エッチングを行い、テクスチャー構造を形成した。
続いて、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、窒素、酸素の混合ガス雰囲気において８００℃、３０分間の処理を行って受光面に一様に膜厚約０．２μｍのｎ型層を形成した。
さらに、プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜の反射防止膜をｎ型層の受光面に一様な厚さ（膜厚０．１２μｍ）で形成した。次に、セル電極用銀ペーストをスクリーン印刷法で付着乾燥させた。この場合、セル電極用ペーストが反射防止膜上に形成されており、電力取り出し用の比較的太い電極線（バスバーという）と、受光面全体に伸びた細い電極線（フィンガーという）を、印刷法により形成した。次いで、反受光面側においても受光面側と同様に、裏面電極用アルミペーストを印刷乾燥させ、アルミペーストを、反受光面に一様に製膜した（膜厚５０μｍ）。
次いで、電極を焼成し太陽電池セルとして完成させる。８００℃で１０分間焼成し、反受光面側ではアルミペースト中のアルミが、結晶シリコン基板の反受光面側のシリコンへ拡散して、発電能力を改善するＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層としてのｐ＋層を形成した。
ついで受光面のセル電極（銀電極）と表面タブ線、反受光面の一様な裏面電極としてのアルミ層と裏面タブ線の接続に、あらかじめ半硬化状態の樹脂系の導電性フィルム（日立化成工業会社製、製品名：ＣＦ−１０５）をタブ線に仮付けしておき、セル電極と表面タブ線、裏面電極と裏面タブ線を表裏両面同時に、１８０℃で２０秒分間熱圧着し、図２に示すような太陽電池セルを得た。
（比較例１）
鋳造インゴットからスライスした厚さ３５０μｍ厚のｐ型シリコン基板を用いてシリコン表面のダメージ層を、５質量％の水酸化ナトリウムや炭酸水素ナトリウムで１０μｍ厚除去した後、同様のアルカリ低濃度液にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を５質量％となるように添加した溶液で異方性エッチングを行い、テクスチャー構造を形成した。
鋳造インゴットからスライスした厚さ３５０μｍ厚のｐ型シリコン基板を用いてシリコン表面のダメージ層を、５質量％の水酸化ナトリウムや炭酸水素ナトリウムで１０μｍ厚除去した後、同様のアルカリ低濃度液にＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を５質量％となるように添加した溶液で異方性エッチングを行い、テクスチャー構造を形成した。
続いて、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）、窒素、酸素の混合ガス雰囲気において８００℃、３０分間の処理を行って受光面に一様に膜厚約０．２μｍのｎ型層を形成した。
さらに、プラズマＣＶＤ法によりシリコン窒化膜の反射防止膜をｎ型層の反受光面に一様な厚さ（膜厚０．１２μｍ）で形成した。次に、表面セル電極用銀ペーストをスクリーン印刷法で付着乾燥させた。この場合、表面セル電極用ペーストが反射防止膜上に形成されており、電力取り出し用の比較的太い電極線（「バスバー」という）と、受光面全体に伸びた細い電極線（「フィンガー」という）が、印刷法により形成された。
次いで、反受光面側においても受光面側と同様に、裏面電極用アルミペーストを印刷乾燥させ、膜厚５０μｍで製膜した。ここで、裏面タブ線と裏面電極としてのアルミ層の電気接続が困難であるため、アルミのない部分を設け、ここに銀ペーストを用いて銀電極を形成した。
次いで、電極を焼成し太陽電池セルとして完成させる。８００℃、５分間焼成すると、反受光面側ではアルミペースト中のアルミが、結晶シリコン基板の反受光面側のシリコンへ拡散して、発電能力を改善するＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層としてのｐ＋層を形成した。このため、アルミのない部分では、この構造が得られなくなり、その分の効率低下が起こった。
ついでモジュール工程となるが、ハンダ被覆された平らな銅線、すなわち表面タブ線を、セル電極上に載せ、ランプヒータ、熱風を用いてセル電極と表面タブ線を接続した。このときの温度は、２６０℃程度である。また、ハンダでは、裏面タブ線とアルミとの接続が困難であるために、反受光面に銀電極が必要となる。表面セル電極と表面タブ線との接続と同様に、裏面銀電極に、ハンダ被覆された平らな銅線（裏面タブ線）を載せ、ランプヒータ、熱風を用いてセル電極と表面タブ線を接続した。
比較例１の結晶シリコン系の太陽電池セルでは、反受光面の銀電極付近では、Ｐ＋層が形成されておらず、発電素子として不利な形態となっている。また、電極とタブ線の接続に２６０℃程度の熱を要すため、シリコンとタブ線の材料である銅の熱膨張率の違いから、太陽電池セルに反りを生じ、割れやすく、歩留まりを下げることになってしまう。
それに対し、実施例１に示す本発明の太陽電池セルは、このような問題を軽減しようとするものであり、発電素子構造として無駄をなくさせることにより、発電効率を向上させ、さらに部材コストの低減を目的とする。さらに太陽電池セルの反り、割れを低減でき、高歩留まり化が可能になる。
素子構造として無駄をなくすことにより、発電効率を向上させ、さらに部材コストの低減することが可能な太陽電池セルを提供することが可能となる。
Claims (2)
- 結晶シリコン基板と、該結晶シリコン基板の受光面に形成される外部電力取り出し用のセル電極と、該セル電極に接続される表面タブ線と、前記結晶シリコン基板の反受光面に形成される裏面電極と、該裏面電極に接続される裏面タブ線と、を有する太陽電池セルにおいて、前記裏面電極と裏面タブ線との接続が、樹脂系の導電ペースト又は導電フィルムによりなされており、前記裏面電極が前記結晶シリコン基板の反受光面に一様に形成されていることを特徴とする太陽電池セル。
- 前記表面タブ線と前記セル電極との接続が、樹脂系の導電ペースト又は導電フィルムによりなされている請求項１記載の太陽電池セル。
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