JP2012256734A - 選別方法、太陽電池モジュール製造方法、及び評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セルの選別の精度を向上できる選別方法、太陽電池モジュール製造方法、及び評価装置を得ること。
【解決手段】選別方法は、複数の細線電極と前記複数の細線電極に接続された複数の集電電極とが基板の受光面に配され、裏面電極と前記裏面電極を介して互いに離間する複数の裏面集電電極と前記複数の裏面集電電極及び前記裏面電極を接続する複数の合金電極とが前記基板の裏面に配された太陽電池セルを選別する選別方法であって、電流計及び電圧計を前記集電電極及び前記複数の裏面集電電極に接続して、前記太陽電池セルの電気特性を評価するセル評価工程と、電流計、電圧計、及び電源を前記複数の裏面集電電極のうちから選択された２つの裏面集電電極に接続して、前記複数の合金電極の電気特性を評価する合金電極評価工程と、前記セル評価工程での評価結果と前記合金電極評価工程における評価結果とに応じて、前記太陽電池セルを選別する選別工程とを備えている。
【選択図】図５

Description

本発明は、選別方法、太陽電池モジュール製造方法、及び評価装置に関する。

一般に製造されている太陽電池セルは、ｐｎ接合および反射防止膜が形成された半導体基板と、半導体基板の受光面に形成されたエミッタ電極と、半導体基板の裏面に形成されたベース電極とを有している。エミッタ電極には一般的に銀ペーストを、ベース電極には一般的に銀ペーストを印刷した後、アルミペーストを印刷し、焼成することで、半導体基板に焼き付けている。この焼成によりベース電極には、銀電極、アルミ電極、銀とアルミとの合金電極が形成される。

特許文献１には、太陽電池セルの受光面側をステージに接するように載せ、エミッタ電極及びベース電極にそれぞれエミッタ電極用プローブ及びベース電極用プローブを接触させた状態で人工太陽光をステージ側から照射して、太陽電池セルのＩ−Ｖ特性を評価することが記載されている。これにより、構造的に弱いラップ・アラウンド型の太陽電池セルであってもアセンブリを行わずに損傷を与えることなく容易に評価することができ、短絡電流で太陽電池セルを分類することが可能となったので、電気的に同一仕様のラップ・アラウンド型の太陽電池セルでモジュールを構成することが可能であるとされている。

特開平１０−１７８１９２号公報

一方、複数の太陽電池セルから太陽電池モジュールを製造する場合、太陽電池モジュールの出力のばらつきを低減する必要がある。すなわち、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを相互接続する必要がある。相互接続のために、隣り合う太陽電池セルのエミッタ電極とベース電極とをタブ線と呼ばれる金属製の導線で半田付けなどの手法によって接続する。太陽電池セルの受光面裏側にあるベース電極では、タブ線付けを実施した際、銀電極の部分のみで接合され、電気が取り出される。そのため、太陽電池セルの受光面裏側に形成される合金電極部分を電気が通ることとなる。この合金電極の組成や厚さは、印刷の条件や焼成の温度条件といった電極の製造ばらつきにより異なり、合金電極の電気抵抗値に違いが発生する。この合金電極の電気抵抗値の違いが、太陽電池モジュールの出力ばらつきの原因となっている。太陽電池モジュールの出力のばらつきを低減させるためには、合金電極の電気抵抗を評価して、太陽電池モジュールとなるべき太陽電池セルの特性の評価の精度を向上させる必要がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池セルの選別の精度を向上できる選別方法、太陽電池モジュール製造方法、及び評価装置を得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の１つの側面にかかる選別方法は、複数の細線電極と前記複数の細線電極に接続された複数の集電電極とが基板の受光面に配され、裏面電極と前記裏面電極を介して互いに離間する複数の裏面集電電極と前記複数の裏面集電電極及び前記裏面電極を接続する複数の合金電極とが前記基板の裏面に配された太陽電池セルを選別する選別方法であって、電流計及び電圧計を前記集電電極及び前記複数の裏面集電電極に接続して、前記太陽電池セルの電気特性を評価するセル評価工程と、電流計、電圧計、及び電源を前記複数の裏面集電電極のうちから選択された２つの裏面集電電極に接続して、前記複数の合金電極の電気特性を評価する合金電極評価工程と、前記セル評価工程での評価結果と前記合金電極評価工程における評価結果とに応じて、前記太陽電池セルを選別する選別工程とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、太陽電池セル全体の電気特性（例えば、発電特性等）の評価に加えて複数の合金電極の電気特性（例えば、合金抵抗）の評価も行うので、太陽電池セルの特性の評価の精度を向上できる。これにより、太陽電池セルの選別の精度を向上できる。

図１は、実施の形態にかかる選別方法における評価対象を示す図である。 図２は、実施の形態にかかる評価装置の構成を示す図である。 図３は、実施の形態にかかる選別方法を示す図である。 図４は、実施の形態にかかる選別方法を示す図である。 図５は、実施の形態にかかる選別方法を示す図である。 図６は、実施の形態にかかる選別方法を示す図である。

以下に、本発明にかかる選別方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態．
実施の形態にかかる選別方法について説明を行う。

本選別方法では、太陽電池セルの選別項目として、太陽電池セルにおける基板の裏面に形成される合金電極の電気抵抗評価結果を用いる。

まず、評価対象である太陽電池セル１０の構成について図１を用いて説明する。

太陽電池セル１０の基板１１は、例えば太陽光を受光すべき受光面１１ａと、受光面１１ａの反対側の裏面１１ｂとを有する。基板１１は、例えば、シリコン等の半導体で形成されている。太陽電池セル１０の基板１１内における受光面１１ａ近傍は、例えば、ｎ型半導体で形成されている。太陽電池セル１０の基板１１内における裏面１１ｂ近傍は、例えば、ｐ型半導体で形成されている。

基板１１の受光面１１ａには、例えば図１（ａ）に示すように、複数の細線電極１２及び複数の集電電極１３−１、１３−２が配されている。複数の細線電極１２は、擬似太陽光１の太陽電池セル１０内への受光をなるべく妨げないように、所定の間隔で互いに（例えば、平行に）並んで配置されている。各細線電極１２は、太陽電池セル１０内で発電された電力を収集し集電電極１３−１、１３−２へ伝達するように、集電電極１３−１、１３−２と（例えば、直角に）交差して延びている。各細線電極１２は、例えば銀等の金属で形成されている。複数の集電電極１３−１、１３−２は、互いに（例えば、平行に）並んで配置されている。各集電電極１３−１、１３−２は、細線電極１２と（例えば、直角に）交差して延びている。各集電電極１３−１、１３−２は、例えば銀等の金属で形成されている。

基板１１の裏面１１ｂには、例えば図１（ｂ）に示すように、裏面電極１４、複数の裏面集電電極１５−１、１５−２、及び複数の合金電極１６−１、１６−２が配されている。裏面電極１４は、基板１１の裏面１１ｂのほぼ全体を覆っている。裏面電極１４は、例えばアルミニウム等の金属で形成されている。複数の裏面集電電極１５−１、１５−２は、裏面１１ｂ上における集電電極１３−１、１３−２と対応した位置に配されている。また、各裏面集電電極１５−１、１５−２は、例えば、集電電極１３−１、１３−２と同様なストライプ形状を有している。複数の裏面集電電極１５−１、１５−２は、裏面電極１４を介して互いに離間している。各裏面集電電極１５−１、１５−２は、例えば銀等の金属で形成されている。複数の合金電極１６−１、１６−２は、複数の裏面集電電極１５−１、１５−２と裏面電極１４とを電気的に接続している。各合金電極１６−１、１６−２は、例えば、銀・アルミニウム合金などの合金で形成されている。

なお、各裏面集電電極１５−１ｉ−１〜１５−１ｉ−ｋ、１５−２ｉ−１〜１５−２ｉ−ｋは、例えば図１（ｃ）に示すように、集電電極１３−１、１３−２が複数に分割されたことに相当する矩形状を有していてもよい。このとき、複数の合金電極１６−１ｉ−１〜１６−１ｉ−ｋ、１６−２ｉ−１〜１６−２ｉ−ｋは、中空の矩形状になる。

あるいは、各裏面集電電極１５−１ｊ−１〜１５−１ｊ−ｐ、１５−２ｊ−１〜１５−２ｊ−ｐは、例えば図１（ｄ）に示すように、集電電極１３−１、１３−２が複数に分割されたことに相当する正方形状を有していてもよい。このとき、複数の合金電極１６−１ｊ−１〜１６−１ｊ−ｐ、１６−２ｊ−１〜１６−２ｊ−ｐは、中空の正方形状になる。

ここで、各合金電極１６−１、１６−２の抵抗の出来は、焼成条件によって異なる。この違いにより、複数の太陽電池セル１０から製造される太陽電池モジュールの出力に差が出てくる。すなわち、合金電極１６−１、１６−２による複数の裏面集電電極１５−１、１５−２と裏面電極１４との接合がうまく形成されていないと電気抵抗値が高くなるため、結果として発電した電力をロスしてしまう。すなわち、太陽電池セル１０における複数の合金電極１６−１、１６−２の抵抗の評価ができていないと、得られる太陽電池セル１０の特性の評価の精度が低下しやすい。このため、太陽電池セル１０の電気特性に基づいてそれぞれ選別された複数の太陽電池セル１０で製造された太陽電池モジュールの出力にばらつきが生じる傾向にある。

そこで、本実施の形態では、太陽電池セル１０の特性の評価として、太陽電池セル１０全体の電気特性（例えば、発電特性等）の評価に加えて、複数の合金電極１６−１、１６−２の電気特性（例えば、合金抵抗）の評価も実施し、発電特性等の評価結果と合金抵抗の評価結果とからセル選別を実施する。合金抵抗の評価は、太陽電池セル１０の発電特性等の評価後に実施する。合金抵抗の評価方法は、例えば、２つの裏面集電電極に４端子測定用同軸（又は２軸）接触ピンを接触させ、各裏面集電電極間の抵抗測定を実施し、縦軸に抵抗、横軸に接触ピン間の集電電極個数（接触場所の電極数も含む）の切片を求めることで評価する。

具体的には、図２に示すような評価装置２０を用いる。以下では、太陽電池セル１０が８つの裏面集電電極１５−１ｉ−１〜１５−１ｉ−４、１５−２ｉ−１〜１５−２ｉ−４を有する場合（図１（ｃ）でｋ＝４である場合）における４つの裏面集電電極１５−１ｉ−１〜１５−１ｉ−４について例示的に説明するが、他の４つの裏面集電電極１５−２ｉ−１〜１５−２ｉ−４についても同様である。

評価装置２０は、電流計２１、２３、電圧計２２、２４、電源２５、複数のプローブピン２６−１〜２６−８、及び切り替え回路２７を備える。

電流計２１及び電圧計２２は、それぞれ、太陽電池セル１０の発電特性等の評価に用いられる。

電流計２３、電圧計２４、及び電源２５は、それぞれ、太陽電池セル１０における複数の合金電極１６−１ｉ−１〜１６−１ｉ−４の評価に用いられる。

複数のプローブピン２６−１〜２６−８のうち、４つのプローブピン２６−１〜２６−４は、４つの裏面集電電極１５−１ｉ−１〜１５−１ｉ−４に接触させる。４つのプローブピン２６−１〜２６−４は、例えば、４端子測定用同軸（又は２軸）接触プローブピンとする。また、４つのプローブピン２６−５〜２６−８は、集電電極１３−１における４つの裏面集電電極１５−１ｉ−１〜１５−１ｉ−４に対応した部分に接触させる。

切り替え回路２７は、発電特性等を評価するための第１の期間において、太陽電池セル１０の電気特性を評価するように、電流計２１及び電圧計２２を集電電極１３−１及び４つの裏面集電電極１５−１ｉ−１〜１５−１ｉ−４に接続する。その後、切り替え回路２７は、合金抵抗を評価するための第２の期間において、複数の合金電極１６−１ｉ−１〜１６−１ｉ−４の電気抵抗を評価するように、電流計２３、電圧計２４、及び電源２５を４つの裏面集電電極１５−１ｉ−１〜１５−１ｉ−４のうちから選択された２つの裏面集電電極に接続する。切り替え回路２７は、複数の切り替えスイッチＳＷ１１〜ＳＷ４６を有している。

次に、太陽電池セル１０の選別方法について図３〜図６を用いて説明する。

切り替え回路２７は、発電特性等を評価するための第１の期間において、切り替えスイッチＳＷ１１〜ＳＷ３２をオフしているとともに切り替えスイッチＳＷ４１〜ＳＷ４６をオンしている。これにより、図３に示すように、電流計２１及び電圧計２２を集電電極１３−１及び４つの裏面集電電極１５−１ｉ−１〜１５−１ｉ−４に接続した状態に維持する。そして、太陽電池セル１０の基板１１の受光面１１ａに擬似太陽光等を照射して、電流計２１及び電圧計２２により、例えば太陽電池セル１０の発電特性（発電電圧−電流特性）を評価する。

次に、切り替え回路２７は、合金抵抗を評価するための第２の期間において、図４に示すように、切り替えスイッチＳＷ４１〜ＳＷ４６をオフしているとともに、切り替えスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２の組と切り替えスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２の組と切り替えスイッチＳＷ３１、ＳＷ３２の組とのいずれかを選択的にオンした状態に維持する。

例えば、切り替えスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２をオンしており、切り替えスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２、ＳＷ３１、ＳＷ３２をオフしている状態では、図５（ａ）に示すように、２つの裏面集電電極１５−１ｉ−１、１５−１ｉ−２の間にプローブピン２６−１、２６−２（図２参照）を介して電流計２３、電圧計２４、及び電源２５が接続されている。そして、電流計２３、電圧計２４により、２つの裏面集電電極１５−１ｉ−１、１５−１ｉ−２の間の電気抵抗Ｒ２を評価する。その評価結果は、例えば、図６に示すように、裏面集電電極個数２個における電気抵抗Ｒ２を示す点Ｐ２として、裏面集電電極個数−電気抵抗値のグラフ上にプロットされる。

例えば、切り替えスイッチＳＷ２１、ＳＷ２２をオンしており、切り替えスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ３１、ＳＷ３２をオフしている状態では、図５（ｂ）に示すように、２つの裏面集電電極１５−１ｉ−１、１５−１ｉ−３の間にプローブピン２６−１、２６−３（図２参照）を介して電流計２３、電圧計２４、及び電源２５が接続されている。そして、電流計２３、電圧計２４により、２つの裏面集電電極１５−１ｉ−１、１５−１ｉ−３の間の電気抵抗Ｒ３を評価する。その評価結果は、例えば、図６に示すように、裏面集電電極個数３個における電気抵抗Ｒ３を示す点Ｐ３として、裏面集電電極個数−電気抵抗値のグラフ上にプロットされる。

例えば、切り替えスイッチＳＷ３１、ＳＷ３２をオンしており、切り替えスイッチＳＷ１１、ＳＷ１２、ＳＷ２１、ＳＷ２２をオフしている状態では、図５（ｃ）に示すように、２つの裏面集電電極１５−１ｉ−１、１５−１ｉ−４の間にプローブピン２６−１、２６−４（図２参照）を介して電流計２３、電圧計２４、及び電源２５が接続されている。そして、電流計２３、電圧計２４により、２つの裏面集電電極１５−１ｉ−１、１５−１ｉ−４の間の電気抵抗Ｒ４を評価する。その評価結果は、例えば、図６に示すように、裏面集電電極個数４個における電気抵抗Ｒ４を示す点Ｐ４として、裏面集電電極個数−電気抵抗値のグラフ上にプロットされる。

そして、裏面集電電極個数−電気抵抗値のグラフにおける各点Ｐ２〜Ｐ４に対して最小二乗法等により近似直線（又は近似曲線）を引き、その近似直線（又は近似曲線）のｙ切片の値としての電気抵抗Ｒ０を求め、電気抵抗Ｒ０を合金電極１６−１ｉ−１〜１６−１ｉ−４の抵抗値（すなわち、合金抵抗の値）であると推定する。

なお、裏面集電電極間の測定は、２点から実施可能であるが、測定精度を上げるためには、３点以上実施するほうがよい（近似式を求め、傾き導出するため）。

以上のように、実施の形態では、太陽電池セルの特性の評価として、太陽電池セル全体の電気特性（例えば、発電特性等）の評価に加えて、太陽電池セルにおける合金電極の電気特性（例えば、合金抵抗）の評価を行うので、太陽電池セルの特性の評価の精度を向上できる。これにより、太陽電池セルの選別の精度を向上できる。

したがって、そのようにそれぞれ選別された、すなわち合金電極の電気抵抗（すなわち、合金抵抗）が同程度であるような複数の太陽電池セルから太陽電池モジュールを製造することができるので、太陽電池モジュールの出力のばらつきを低減できる。言い換えると、合金電極の電気抵抗評価結果をセル選別の項目に含めることで、太陽電池モジュールの出力を安定化させることができる。

また、実施の形態では、太陽電池セルにおける合金電極の電気抵抗の評価を行うので、合金電極の不具合を解析することができ、太陽電池セルの製造条件の異常を早期に発見することが可能になる。

以上のように、本発明にかかる選別方法、太陽電池モジュール製造方法、及び評価装置は、太陽電池セルの選別に有用である。

１０ 太陽電池セル
１１ 基板
１２ 細線電極
１３−１、１３−２ 集電電極
１４ 裏面電極
１５−１、１５−２ 裏面集電電極
１５−１ｉ−１〜１５−１ｉ−ｋ、１５−２ｉ−１〜１５−２ｉ−ｋ 裏面集電電極
１５−１ｊ−１〜１５−１ｊ−ｐ、１５−２ｊ−１〜１５−２ｊ−ｐ 裏面集電電極
１６−１、１６−２ 合金電極
１６−１ｉ−１〜１６−１ｉ−ｋ、１６−２ｉ−１〜１６−２ｉ−ｋ 合金電極
１６−１ｊ−１〜１６−１ｊ−ｐ、１６−２ｊ−１〜１６−２ｊ−ｐ 合金電極
２０ 評価装置
２１ 電流計
２２ 電圧計
２３ 電流計
２４ 電圧計
２５ 電源
２６−１〜２６−８ プローブピン
２７ 切り替え回路

Claims (5)

1. 複数の細線電極と前記複数の細線電極に接続された複数の集電電極とが基板の受光面に配され、裏面電極と前記裏面電極を介して互いに離間する複数の裏面集電電極と前記複数の裏面集電電極及び前記裏面電極を接続する複数の合金電極とが前記基板の裏面に配された太陽電池セルを選別する選別方法であって、
   電流計及び電圧計を前記集電電極及び前記複数の裏面集電電極に接続して、前記太陽電池セルの電気特性を評価するセル評価工程と、
   電流計、電圧計、及び電源を前記複数の裏面集電電極のうちから選択された２つの裏面集電電極に接続して、前記複数の合金電極の電気特性を評価する合金電極評価工程と、
   前記セル評価工程での評価結果と前記合金電極評価工程における評価結果とに応じて、前記太陽電池セルを選別する選別工程と、
   を備えたことを特徴とする選別方法。
2. 前記合金電極評価工程は、
   電気経路における裏面集電電極の数を変えるように前記２つの裏面集電電極を選択しながら、前記２つの裏面集電電極の間の電気抵抗を測定する測定工程と、
   前記測定工程での測定結果に基づいて、前記複数の合金電極の電気抵抗を推定する推定工程と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載の選別方法。
3. 請求項１又は２に記載の選別方法によりそれぞれ選別された複数の太陽電池セルから太陽電池モジュールを製造することを特徴とする太陽電池モジュール製造方法。
4. 複数の細線電極と前記複数の細線電極に接続された複数の集電電極とが基板の受光面に配され、裏面電極と前記裏面電極を介して互いに離間する複数の裏面集電電極と前記複数の裏面集電電極及び前記裏面電極を接続する複数の合金電極とが前記基板の裏面に配された太陽電池セルの電気特性を評価する評価装置であって、
   第１の期間において、前記太陽電池セルの発電特性を評価するように、電流計及び電圧計を前記集電電極及び前記複数の裏面集電電極に接続し、第２の期間において、前記複数の合金電極の電気特性を評価するように、電流計、電圧計、及び電源を前記複数の裏面集電電極のうちから選択された２つの裏面集電電極に接続する切り替え回路と、
   を備えたこと特徴とする評価装置。
5. 前記切り替え回路は、前記第２の期間において、電気経路における裏面集電電極の数を変えるように前記２つの裏面集電電極を選択する
   ことを特徴とする請求項４に記載の評価装置。

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