JP2013055294A - 太陽電池モジュールおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の出力電圧を小面積で実現可能であり簡便な方法で製造可能な太陽電池モジュールを得ること。
【解決手段】互いに逆導電型の半導体からなる導電層（ｐ型非晶質シリコン層３、ｎ型非晶質シリコン層７）がｎ型単結晶シリコン基板１（基板１）の両面に形成され、導電層上にそれぞれ電極層（上面側透明電極層４、上面側細線集電極５、下面側透明電極層８、下面側細線集電極９）が形成された太陽電池モジュールであって、基板１の厚み方向に貫通して並列する複数の接続溝１１および接続溝１１に沿って延在して基板１の両面側の電極層からそれぞれ基板１に達する複数の分離溝（導電性層分離溝１３、導電性層分離溝１４）によって複数の太陽電池セル１０に分離され、隣接する太陽電池セル１０のうち一方の太陽電池セル１０の一面側の導電層と他方の太陽電池セル１０の他面側の導電層とが接続溝１１を介して電気的に直列接続されている。
【選択図】図１−２

Description

本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。

結晶系半導体基板を用いた一般的な太陽電池セルの１枚当たりの出力電圧は普通６００〜７００ｍＶと小さい。このため、例えば特許文献１に示されるように、太陽電池を家屋やビル等の電源として用いる場合には、通常は複数の太陽電池セルを電気的に直列接続して、出力電圧を数十Ｖにまで高めた太陽電池モジュールを構成して使用するのが一般的である。

また、例えば特許文献２では、隣接する個別半導体基板を備える太陽電池セルを、平面状に配置して直列に電気接続した太陽電池が提案されている。この太陽電池において、隣接する個別半導体基板は、隣接する側面において、基板の延在方向に積層された絶縁接着層／導電材料層／絶縁接着層よりなる連結層にて連結される。個別半導体基板は、光起電力機能を備えると共に、個別半導体基板の表面、裏面上に電極を有し、個別半導体基板の表面の電極と、隣接する個別半導体基板の裏面の電極とを、個別半導体基板間の連結層における導電材料層を介して電気接続している。

特開２００６−２７８９０４号公報 特開２００２−２９９６６７号公報

しかしながら、特許文献１に示されるような従来の太陽電池モジュールにおいては、パワーコンディショナで規格化された入力電圧に対応した十分な出力電圧を得るために、多数の太陽電池セルを配置して太陽電池モジュールを構成する必要がある。このような一般的な太陽電池モジュールでは、隣接する太陽電池セル同士が互いに間隙をもって配置され、互いの表面電極と裏面電極とがストリップ状の導電線（導電部材）、いわゆるタブ線により接続される。このため、太陽電池モジュールにおいては太陽電池セル自体の面積の他に太陽電池セル同士間の間隙分の面積が必要となり、太陽電池モジュールの１枚あたりのサイズが大きくなる、という問題があった。

また、特許文献２に示される太陽電池は、複数の連結半導体基板が集積化されて構成されている。しかし、連結半導体基板を加工するためには、柱体の半導体材料から切り出した複数のブロック体を接着剤等により連結した後にスライスするという特殊な製造工程が必要であり、工程が複雑になる、という問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、所望の出力電圧を小面積で実現可能であり簡便な方法で製造可能な太陽電池モジュールおよびその製造方法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、本発明にかかる太陽電池モジュールは、互いに逆導電型の半導体からなる導電層が結晶系半導体基板の両面に形成され、前記導電層上にそれぞれ電極層が形成された太陽電池モジュールであって、前記結晶系半導体基板の厚み方向に貫通して並列する複数の接続溝、および前記接続溝に沿って延在して前記結晶系半導体基板の両面側の前記電極層からそれぞれ前記結晶系半導体基板に達する複数の分離溝によって複数の太陽電池セルに分離され、隣接する前記太陽電池セルのうち一方の太陽電池セルの一面側の前記導電層と他方の太陽電池セルの他面側の前記導電層とが前記接続溝を介して電気的に直列接続されていること、を特徴とする。

本発明によれば、所望の出力電圧を小面積で実現可能な太陽電池モジュールを簡便な方法で得られるという効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。 図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの概略構成を示す図であり、図１−１中の線分Ａ−Ａにおける断面図である。 図２−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図２−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図２−３は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す上面図である。 図２−４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図２−５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図２−６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図２−７は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す上面図である。 図２−８は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す上面図である。 図２−９は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図２−１０は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す上面図である。 図３−１は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。 図３−２は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの概略構成を示す図であり、図３−１中の線分Ｂ−Ｂにおける断面図である。 図４−１は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図４−２は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図４−３は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す上面図である。 図４−４は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図４−５は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図４−６は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図４−７は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す上面図である。 図４−８は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す上面図である。 図４−９は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す要部断面図である。 図４−１０は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す上面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールおよびその製造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、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。すなわち、各層を理解しやすくするために、実際の膜厚に沿った比率では記載せずに、薄膜層部分等を拡大して表示している。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態１．
図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。図１−２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの概略構成を示す図であり、図１−１中の線分Ａ−Ａにおける断面図である。

実施の形態１にかかる太陽電池モジュールは、１枚の結晶系半導体基板であるｎ型単結晶シリコン基板１に複数の短冊状（矩形形状）の太陽電池セル１０が形成され、隣接する太陽電池セル１０同士が電気的に直列接続されて集積化されている。ｎ型単結晶シリコン基板１の面方向において、各太陽電池セル１０の大きさは均一とされており、各太陽電池セル１０の面積は均等とされている。太陽電池セル１０は、光電変換部２０と、光電変換部２０の一面側（上面側）に形成された上面側透明電極層４と、上面側透明電極層４上に形成された上面側細線集電極５と、光電変換部２０の他面側（下面側）に形成された下面側透明電極層８と、下面側透明電極層８上に形成された下面側細線集電極９とを有する。上面側細線集電極５は、光電変換部２０で生成された光生成キャリアを、上面側透明電極層４を介して収集する。下面側細線集電極９は、光電変換部２０で生成された光生成キャリアを、下面側透明電極層８を介して収集する。

隣接する太陽電池セル１０間には、上面側から下面側に、すなわち上面側透明電極層４から下面側透明電極層８まで貫通する接続溝１１が等間隔で形成され、この接続溝１１により各太陽電池セル１０が分割されている。また、接続溝１１内には導電材料として銀（Ａｇ）を含む電極材料が充填されることにより、隣接する太陽電池セル１０のうちの一方の太陽電池セル１０の上面側細線集電極５と他方の太陽電池セル１０の下面側細線集電極９とを電気的に接続するセル接続部１２が形成されている。すなわち、隣接する太陽電池セル１０同士は、一方の太陽電池セル１０の上面側細線集電極５と他方の太陽電池セル１０の下面側細線集電極９とが、このセル接続部１２により接続溝１１を介して接続されることにより、電気的に直列接続されている。セル接続部１２の幅は、例えば５０μｍ〜５００μｍ程度とすることができる。

また、太陽電池モジュールの一面側（上面側）には、上面側細線集電極５または上面側透明電極層４の表面からｎ型単結晶シリコン基板１の内部まで達して太陽電池モジュールの上面側における導電性を有する層を太陽電池セル１０毎に電気的に分離する導電性層分離溝１３が接続溝１１の延在方向に沿って形成されている。太陽電池モジュールの他面側（下面側）には、下面側細線集電極９または下面側透明電極層８の表面からｎ型単結晶シリコン基板１の内部まで達して太陽電池モジュールの下面側における導電性を有する層を太陽電池セル１０毎に電気的に分離する導電性層分離溝１４が接続溝１１の延在方向に沿って形成されている。

光電変換部２０は、光の入射によって、光生成キャリアを発生する。光生成キャリアとは、光の入射によって光電変換部２０内で生成される電子と正孔とをいう。光電変換部２０は、板状の結晶系半導体基板を用いて構成される。典型的な結晶系半導体基板は、例えば単結晶シリコン基板である。本実施の形態にかかる光電変換部２０は、結晶系半導体基板として例えば約２００μｍの厚みを有するｎ型単結晶シリコン基板１を用いて構成されている。ｎ型単結晶シリコン基板１の表面には、図示しない数μｍから数十μｍの高さを有する光閉じ込めを目的としたピラミッド状の凹凸構造が形成されている。

光電変換部２０では、結晶系半導体基板の両面に互いに逆の導電型（ｐ型とｎ型）の半導体からなる導電層が形成されて、生成した電子と正孔とが各導電層に集められる。導電層は不純物を結晶系半導体基板に熱拡散で形成することや、結晶系半導体基板上に各導電型の不純物をドーピングした薄膜半導体層を成膜技術で形成することにより形成できる。

本実施の形態にかかる光電変換部２０では、ｎ型単結晶シリコン基板１の一面（上面）上に真性のｉ型非晶質シリコン層２が形成されている。そして、ｉ型非晶質シリコン層２上には、ｐ型の半導体からなる導電層として薄膜からなるｐ型非晶質シリコン層３が形成されている。また、光電変換部２０において、ｎ型単結晶シリコン基板１の他面（下面）上に、真性のｉ型非晶質シリコン層６が形成されている。そして、ｉ型非晶質シリコン層６上には、ｎ型の半導体からなる導電層として薄膜からなるｎ型非晶質シリコン層７が形成されている。このｎ型非晶質シリコン層７を形成することにより、キャリアの再結合による損失を小さくした、いわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）構造が形成されている。

不純物ドープシリコン層であるｐ型非晶質シリコン層３およびｎ型非晶質シリコン層７を薄膜で形成することにより、不純物ドープシリコン層の不純物濃度分布を自由に設定でき、また、不純物ドープシリコン層が薄いため膜中でのキャリアの再結合や光吸収を抑制することができ、大きい短絡電流密度が得られる。

また、ｎ型単結晶シリコン基板１と不純物ドープシリコン層（ｐ型非晶質シリコン層３およびｎ型非晶質シリコン層７）との間に挿入した真性半導体層（ｉ型非晶質シリコン層２およびｉ型非晶質シリコン層６）はヘテロ接合間の不純物拡散を抑制し、急峻な不純物プロファイルをもつ接合を形成することができるため、良好な接合界面形成により高い開放電圧を得ることができる。

さらに、真性半導体薄膜（ｉ型非晶質シリコン層２およびｉ型非晶質シリコン層６）および薄膜不純物ドープシリコン層（ｐ型非晶質シリコン層３およびｎ型非晶質シリコン層７）は２００℃程度の低温で形成できるため、結晶シリコン基板の厚みが薄い場合においても、熱により結晶シリコン基板に生じるストレスや、結晶シリコン基板の反りを低減することができる。また、熱により劣化しやすい結晶シリコン基板に対しても基板品質の低下を抑制できることが期待できる。

また、ｎ型単結晶シリコン基板１の表裏面のほぼ全ての領域が真性半導体層（ｉ型非晶質シリコン層２およびｉ型非晶質シリコン層６）および不純物ドープシリコン層（ｐ型非晶質シリコン層３およびｎ型非晶質シリコン層７）によりパッシベーションされ、開放電圧や短絡電流密度などの太陽電池特性を向上させることができる。

つぎに、以上のように構成された実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法について図２−１〜図２−１０を用いて説明する。図２−１〜図２−１０は、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す図である。なお、図２−１、図２−２、図２−４〜図２−６、図２−９は要部断面図、図２−３、図２−７、図２−８、図２−１０は上面図である。

まず、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造に用いる太陽電池基板を形成する。すなわち、略正方形状のｎ型単結晶シリコン基板１の一面（上面）上に真性のｉ型非晶質シリコン層２を形成し、ｎ型単結晶シリコン基板１の他面（下面）上に真性のｉ型非晶質シリコン層６を形成する。ｉ型非晶質シリコン層２およびｉ型非晶質シリコン層６は、例えばＣＶＤ法等の公知の方法により形成される。

つぎに、ｉ型非晶質シリコン層２上にｐ型非晶質シリコン層３を形成し、ｉ型非晶質シリコン層６上にｎ型非晶質シリコン層７を形成する。ｐ型非晶質シリコン層３およびｎ型非晶質シリコン層７は、例えばＣＶＤ法等の公知の方法により形成される。

つぎに、ｐ型非晶質シリコン層３上に、上面側透明電極層４として例えば透明導電膜である酸化インジウム錫（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）薄膜を形成する。上面側透明電極層４に用いる材料はＩＴＯに限らず、例えば酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、またはアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等をドーピングした酸化亜鉛（ＺｎＯ）や、その他の透明電極材料を用いることができる。また、その形成方法には例えばスパッタリング法を用いることができるが、これに限らず、ＣＶＤ法などの蒸着法、イオンプレーティング法などを用いることも可能である。

つぎに、ｎ型非晶質シリコン層７上に、下面側透明電極層８として例えば透明導電膜であるＩＴＯ薄膜を形成する。下面側透明電極層８に用いる材料はＩＴＯに限らず、例えば、アルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等をドーピングした酸化亜鉛（ＺｎＯ）や、その他の透明電極材料を用いることができる。また、その形成方法には例えばスパッタリング法を用いることができるが、これに限らず、ＣＶＤ法などの蒸着法、イオンプレーティング法などを用いることも可能である。

以上の工程を実施することにより、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールの製造に用いられる、光電変換部２０、上面側透明電極層４および下面側透明電極層８が形成された略正方形状の太陽電池基板が得られる（図２−１）。なお、このような構成を有する太陽電池基板は、市販のものを用いることが可能である。

つぎに、このような太陽電池基板に対してレーザー照射を行い、例えば太陽電池基板の四辺のうちの対向する一対の辺の方向に沿って延在するとともに太陽電池基板の上面から下面に貫通する複数の接続溝１１を形成する（図２−２、図２−３）。このとき、接続溝１１はその延在方向における太陽電池基板の端部までは加工しない。すなわち、接続溝１１は、太陽電池基板の面内における内部のみに形成される。したがって、太陽電池基板は、接続溝１１の形成により分離することは無く、つぎに続く工程における搬送時の基板の取り回しによる基板破損の可能性を低減でき、製造工程における歩留まりを損なわない。ここでは、例えば図２−３におけるＸ方向に沿って延在する接続溝１１を形成する。

つぎに、上面側透明電極層４上の所定の領域に上面側細線集電極５を形成する（図２−４）。上面側細線集電極５は、例えば、幅約１００μｍ、ピッチ約２ｍｍ、厚み６０μｍとして、５０本程度を太陽電池基板の面内において接続溝１１と直行する方向に形成する。このような上面側細線集電極５は、例えば銀ペーストをスクリーン印刷し、百数十度程度の温度で焼成することで形成される。

また、上面側細線集電極５の形成時に、接続溝１１にも同時に銀ペーストをスクリーン印刷、または、別途にディスペンサ等によって塗布し、上面側細線集電極５と同時に百数十度の温度で焼成する。これにより、接続溝１１内にセル接続部１２が形成される（図２−４）。

つぎに、下面側透明電極層８上の所定の領域に下面側細線集電極９を形成する（図２−５）。下面側細線集電極９は、例えば、幅約１００μｍ、ピッチ約２ｍｍ、厚み６０μｍとして、５０本程度を太陽電池基板の面内において接続溝１１と直行する方向に形成する。このような下面側細線集電極９は、例えば銀ペーストをスクリーン印刷し、百数十度程度の温度で焼成することで形成される。ここで、接続溝１１内のセル接続部１２と接続するように下面側細線集電極９を形成することで、下面側細線集電極９をセル接続部１２と機械的および電気的に接続する。

ここでは、上面側細線集電極５の形成時に、接続溝１１内にセル接続部１２の全体を形成する場合について説明したが、セル接続部１２は、上面側細線集電極５の形成時および下面側細線集電極９の形成時に分割して形成してもよい。この場合は、上面側細線集電極５の形成時に接続溝１１内の所定の深さまでのセル接続部１２を形成する。そして、下面側細線集電極９の形成時に接続溝１１にも同時に銀ペーストをスクリーン印刷、または、別途にディスペンサ等によって塗布し、上記と同じく百数十度の温度で焼成する。銀ペーストは、既に接続溝１１内に形成されたセル接続部１２に接続するように塗布する。これにより、接続溝１１内の全体にセル接続部１２が形成される。

なお、上面側細線集電極５と下面側細線集電極９との電気的な接続の点では、上述したように上面側細線集電極５の形成工程においてセル接続部１２を形成してもよく、また分割して形成してもよい。ただし、太陽電池セルの上下両面において構造を同じくすることで、ｎ型単結晶シリコン基板１に作用する、膜形成や電極形成時に伴う応力によるストレスを緩和する効果がある。このため、上面側細線集電極５と下面側細線集電極９との形成時に分割して略半分ずつ形成することが好ましい。また、セル接続部１２の形成には、電極材料である銀ペーストの代わりに透明導電性材料を用いてもよい。また、セル接続部１２の製造工程を、上面側細線集電極５および下面側細線集電極９の製造工程と分けることも可能である。

つぎに、上面側細線集電極５または上面側透明電極層４の表面からｎ型単結晶シリコン基板１の内部まで達して太陽電池モジュールの上面側における導電性を有する層（上面側細線集電極５、上面側透明電極層４、ｐ型非晶質シリコン層３、ｉ型非晶質シリコン層２）を太陽電池セル１０毎に電気的に分離する複数の導電性層分離溝１３を形成する（図２−６、図２−７）。導電性層分離溝１３は、ｎ型単結晶シリコン基板１の面方向において、各接続溝１１に対して所定の一方向に位置するように、接続溝１１の延在方向に沿って各接続溝１１に近接して形成される。また、導電性層分離溝１３は、接続溝１１の延在方向における両端部の位置が少なくとも接続溝１１の両端部と同じまたはそれよりもｎ型単結晶シリコン基板１の端部側とされる。このような導電性層分離溝１３は、接続溝１１に沿って例えばレーザスクライブ法や機械加工などにより形成できる。

また、下面側細線集電極９または下面側透明電極層８の表面からｎ型単結晶シリコン基板１の内部まで達して太陽電池モジュールの下面側における導電性を有する層（下面側細線集電極９、下面側透明電極層８、ｎ型非晶質シリコン層７、ｉ型非晶質シリコン層６）を太陽電池セル１０毎に電気的に分離する導電性層分離溝１４を形成する（図２−６）。導電性層分離溝１４は、ｎ型単結晶シリコン基板１の面方向において、各接続溝１１に対して導電性層分離溝１３と反対側に位置するように、接続溝１１の延在方向に沿って接続溝１１に近接して形成される。また、導電性層分離溝１４は、接続溝１１の延在方向における両端部の位置が少なくとも接続溝１１の両端部と同じまたはそれよりもｎ型単結晶シリコン基板１の端部側とされる。このような導電性層分離溝１４は、接続溝１１に沿って例えばレーザスクライブ法や機械加工などにより形成できる。

つぎに、上記のように形成された基板の端部の不要部を切り離す。すなわち、各太陽電池セル１０を均一な大きさの短冊状（矩形形状）に分割する仮想線１５（図２−８）の位置で、例えばレーザー加工、または機械加工による処理を施して基板の端部を切断する。これにより、各太陽電池セル１０における外部に露出した端面部分での不要なｐｎ接合が分離される（図２−９、図２−１０）。これにより、太陽電池セル１０の端面部分でのｐｎ接合に起因したリークパスの発生を抑制することができる。

以上の工程を実施することにより、１枚のｎ型単結晶シリコン基板１より、複数の太陽電池セル１０が電気的に直列接続されて集積された実施の形態１にかかる太陽電池モジュールが得られる。

上述したように、実施の形態１によれば、接続溝１１、導電性層分離溝１３および導電性層分離溝１４により太陽電池セル１０同士を分離するため、太陽電池セル１０同士がセル接続部１２の幅のみ間隙をおいて配置される。このため、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールは、隣接する太陽電池セル同士がストリップ状の導電線（タブ線）により接続される場合のように隣接する太陽電池セル１０同士の間隔が広くなることがなく、太陽電池モジュールは集積効率に優れる。隣接する太陽電池セル１０同士の間隔は、タブ線により接続する場合には例えば２ｍｍ〜４ｍｍ程度の間隔が必要であるが、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールでは例えば５０μｍ〜５００μｍ程度である。

すなわち、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールは、隣接する太陽電池セル１０間領域に起因したモジュール面積の増大が防止されるため、太陽電池モジュールの単位面積当たりで従来よりも高い出力電圧を得ることが可能となり、所望の出力電圧を従来よりも少ない面積で実現可能である。これにより、所望の出力電圧は損なわずにモジュールの小面積化が可能である。したがって、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールにおいては、単位基板（単位半導体ウェハ）当たりの出力電圧が高い太陽電池モジュールが得られる。

また、太陽電池セルを直列接続した太陽電池モジュールの場合には、太陽電池モジュール全体で発生する電流は、各太陽電池セルで発生する電流のうち最も低い電流に律速される。しかしながら、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セル１０のサイズを規格化して均一にし、各太陽電池セル１０で発生する電流の大きさを精度良く均一化することができる。したがって、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セル１０における発電ロスの発生を防止することができる。

また、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セル１０のサイズを小さく規格化し、各太陽電池セル１０で発生する電流の大きさを任意の大きさに小さく設定可能である。これにより、小電流および高出力電圧を有する太陽電池モジュールを構成することができ、各太陽電池セル１０で発生する電流によるジュール損失が低減された光電変換効率の高い太陽電池モジュールを実現できる。

また、実施の形態１にかかる太陽電池モジュールは、製造方法の点では、市販の一般的な太陽電池基板（ウェハ）から製造できるため専用に太陽電池基板の製造工程を必要とせず、従来製造ラインを活用しやすいなど、製造の面で有利である。また、隣接する太陽電池セル１０のうち一方の上面側細線集電極５と他方の太陽電池セル１０の下面側細線集電極９とが、接続溝１１を介して電気的に接続されるため、製造工程が簡便である。

したがって、実施の形態１によれば、集積効率に優れ所望の出力電圧を小面積で実現可能な太陽電池モジュールが簡便な方法で得られる。

実施の形態２．
図３−１は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの概略構成を示す平面図である。図３−２は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの概略構成を示す図であり、図３−１中の線分Ｂ−Ｂにおける断面図である。なお、実施の形態１かかる太陽電池モジュールにおける部材と同じ部材には同じ符号を付すことで詳細な説明は省略する。

実施の形態２にかかる太陽電池モジュールは、１枚の結晶系半導体基板であるｎ型単結晶シリコン基板１に複数の短冊状（矩形形状）の太陽電池セル３０が形成され、これらが電気的に直列接続されて集積化されている。太陽電池セル３０は、光電変換部２０と、光電変換部２０の一面側（上面側）に形成された上面側透明電極層４と、光電変換部２０の他面側（下面側）に形成された下面側透明電極層８とを有する。この太陽電池セル３０は、実施の形態１かかる太陽電池セル１０において上面側細線集電極５および下面側細線集電極９を備えないこと以外は、基本的に太陽電池セル１０と同じ構成を有する。

光電変換部２０は、板状の結晶系半導体基板を用いて構成される。典型的な結晶系半導体基板は、例えば単結晶シリコン基板である。本実施の形態にかかる光電変換部２０は、結晶系半導体基板として例えば約２００μｍの厚みを有するｎ型単結晶シリコン基板１を用いて構成されている。ｎ型単結晶シリコン基板１の一面（上面）上には真性のｉ型非晶質シリコン層２が形成されている。そして、ｉ型非晶質シリコン層２上には、ｐ型の半導体からなる導電層として薄膜からなるｐ型非晶質シリコン層３が形成されている。また、光電変換部２０において、ｎ型単結晶シリコン基板１の他面（下面）上には、真性のｉ型非晶質シリコン層６が形成されている。そして、ｉ型非晶質シリコン層６上には、ｎ型の半導体からなる導電層として薄膜からなるｎ型非晶質シリコン層７が形成されている。

隣接する太陽電池セル３０間には、上面側から下面側に、すなわちｐ型非晶質シリコン層３からｎ型非晶質シリコン層７まで貫通する接続溝１１が等間隔で形成され、この接続溝１１により各太陽電池セル３０が分割されている。また、接続溝１１内には導電材料として銀（Ａｇ）を含む電極材料が充填されることにより、隣接する太陽電池セル３０のうちの一方の太陽電池セル３０の上面側透明電極層４と他方の太陽電池セル１０の下面側透明電極層８とを電気的に接続するセル接続部１２が形成されている。すなわち、隣接する太陽電池セル１０同士は、一方の太陽電池セル３０の上面側透明電極層４と他方の太陽電池セル３０の下面側透明電極層８とが、このセル接続部１２により接続溝１１を介して接続されることにより、電気的に直列接続されている。セル接続部１２の幅は、例えば５０μｍ〜５００μｍ程度とすることができる。

また、太陽電池モジュールの一面側（上面側）には、上面側透明電極層４の表面からｎ型単結晶シリコン基板１の内部まで達して太陽電池モジュールの上面側における導電性を有する層を太陽電池セル３０毎に電気的に分離する導電性層分離溝１３が接続溝１１の延在方向に沿って形成されている。太陽電池モジュールの他面側（下面側）には、下面側透明電極層８の表面からｎ型単結晶シリコン基板１の内部まで達して太陽電池モジュールの下面側における導電性を有する層を太陽電池セル３０毎に電気的に分離する導電性層分離溝１４が接続溝１１の延在方向に沿って形成されている。

つぎに、以上のように構成された実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法について図４−１〜図４−１０を用いて説明する。図４−１〜図４−１０は、実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造方法を示す図である。なお、図４−１、図４−２、図４−４〜図４−６、図４−９は要部断面図、図４−３、図４−７、図４−８、図４−１０は上面図である。

まず、実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造に用いる太陽電池基板を形成する。すなわち、略長方形状のｎ型単結晶シリコン基板１の一面（上面）上に真性のｉ型非晶質シリコン層２を形成し、ｎ型単結晶シリコン基板１の他面（下面）上に真性のｉ型非晶質シリコン層６を形成する。ｉ型非晶質シリコン層２およびｉ型非晶質シリコン層６は、例えばＣＶＤ法等の公知の方法により形成される。

つぎに、ｉ型非晶質シリコン層２上にｐ型非晶質シリコン層３を形成し、ｉ型非晶質シリコン層６上にｎ型非晶質シリコン層７を形成する。ｐ型非晶質シリコン層３およびｎ型非晶質シリコン層７は、例えばＣＶＤ法等の公知の方法により形成される。

以上の工程を実施することにより、実施の形態２にかかる太陽電池モジュールの製造に用いられる、光電変換部２０が形成された略正方形状の太陽電池基板が得られる（図４−１）。なお、このような構成を有する太陽電池基板は、市販のものを用いることが可能である。

つぎに、このような太陽電池基板に対してレーザー照射を行い、太陽電池基板の四辺のうちの対向する一対の辺の方向に沿って延在するとともに太陽電池基板の上面から下面に貫通する複数の接続溝１１を形成する（図４−２、図４−３）。このとき、接続溝１１はその延在方向における太陽電池基板の端部までは加工しない。すなわち、接続溝１１は、太陽電池基板の面内における内部のみに形成される。したがって、太陽電池基板は、接続溝１１の形成により分離することは無く、つぎに続く工程における搬送時の基板の取り回しによる基板破損の可能性を低減でき、製造工程における歩留まりを損なわない。ここでは、図４−３におけるＸ方向に沿って延在する接続溝１１を形成する。

つぎに、接続溝１１が形成された太陽電池基板のｐ型非晶質シリコン層３上に、上面側透明電極層４として例えば透明導電膜であるＩＴＯ薄膜を形成する（図４−４）。上面側透明電極層４に用いる材料はＩＴＯに限らず、例えば酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）、またはアルミニウム（Ａｌ）やガリウム（Ｇａ）等をドーピングした酸化亜鉛（ＺｎＯ）や、その他の透明電極材料を用いることができる。また、その形成方法には例えばスパッタリング法を用いることができるが、これに限らず、ＣＶＤ法などの蒸着法、イオンプレーティング法などを用いることも可能である。また、上面側透明電極層４の形成時に、接続溝１１にもＩＴＯを充填する。これにより、接続溝１１内に透明導電膜であるＩＴＯからなるセル接続部１２を形成する（図４−４）。

つぎに、接続溝１１が形成された太陽電池基板のｎ型非晶質シリコン層７上に、下面側透明電極層８として、上面側と同様に例えば透明導電膜であるＩＴＯ薄膜を形成する（図４−５）。ここで、接続溝１１内のセル接続部１２と接続するように下面側透明電極層８を形成することで、下面側透明電極層８をセル接続部１２と機械的および電気的に接続する。

ここでは、上面側透明電極層４の形成時に、接続溝１１内にセル接続部１２の全体を形成する場合について説明したが、セル接続部１２は、上面側透明電極層４の形成時および下面側透明電極層８の形成時に分割して形成してもよい。この場合は、上面側透明電極層４の形成時に接続溝１１内の所定の深さまでのセル接続部１２を形成する。そして、下面側透明電極層８の形成時に、既に接続溝１１内に形成されたセル接続部１２に下面側透明電極層８が接続するように接続溝１１内にもＩＴＯ材料を充填する。これにより、接続溝１１内の全体にセル接続部１２が形成される。

なお、上面側透明電極層４と下面側透明電極層８との電気的な接続の点では、上述したように上面側透明電極層４の形成工程においてセル接続部１２を形成してもよく、また分割して形成してもよい。ただし、太陽電池セルの上下両面において構造を同じくすることで、ｎ型単結晶シリコン基板１に作用する、膜形成や電極形成時に伴う応力によるストレスを緩和する効果がある。このため、上面側透明電極層４と下面側透明電極層８との形成時に分割して半分ずつ形成することが好ましい。また、セル接続部１２の製造工程を、上面側透明電極層４および下面側透明電極層８の製造工程と分けることも可能である。

つぎに、上面側透明電極層４の表面からｎ型単結晶シリコン基板１の内部まで達して太陽電池モジュールの上面側における導電性を有する層（上面側透明電極層４、ｐ型非晶質シリコン層３、ｉ型非晶質シリコン層２）を太陽電池セル３０毎に電気的に分離する複数の導電性層分離溝１３を形成する（図４−６、図４−７）。導電性層分離溝１３は、ｎ型単結晶シリコン基板１の面方向において、各接続溝１１に対して所定の片側に位置するように、接続溝１１の延在方向に沿って各接続溝１１に近接して形成される。また、導電性層分離溝１３は、接続溝１１の延在方向における両端部の位置が少なくとも接続溝１１の両端部と同じまたはそれよりもｎ型単結晶シリコン基板１の端部側とされる。このような導電性層分離溝１３は、接続溝１１に沿って例えばレーザスクライブ法や機械加工などにより形成できる。

また、下面側透明電極層８の表面からｎ型単結晶シリコン基板１の内部まで達して太陽電池モジュールの下面側における導電性を有する層（下面側透明電極層８、ｎ型非晶質シリコン層７、ｉ型非晶質シリコン層６）を太陽電池セル３０毎に電気的に分離する導電性層分離溝１４を形成する（図４−６）。導電性層分離溝１４は、ｎ型単結晶シリコン基板１の面方向において、各接続溝１１に対して導電性層分離溝１３と反対側に位置するように、接続溝１１の延在方向に沿って接続溝１１に近接して形成される。また、導電性層分離溝１４は、接続溝１１の延在方向における両端部の位置が少なくとも接続溝１１の両端部と同じまたはそれよりもｎ型単結晶シリコン基板１の端部側とされる。このような導電性層分離溝１４は、接続溝１１に沿って例えばレーザスクライブ法や機械加工などにより形成できる。

つぎに、上記のように形成された基板の端部の不要部を切り離す。すなわち、各太陽電池セルを均一な大きさの短冊状（矩形形状）に分割する仮想線１５（図４−８）の位置で、例えばレーザー加工、または機械加工による処理を施して基板の端部を切断する。これにより、各太陽電池セル３０における外部に露出した端面部分での不要なｐｎ接合が分離される（図４−９、図４−１０）。以上の工程を実施することにより、１枚のｎ型単結晶シリコン基板１より、複数の太陽電池セル３０が電気的に直列接続されて集積された実施の形態２にかかる太陽電池モジュールが得られる。

上述したように、実施の形態２によれば、実施の形態１の場合と同様に単位基板（単位半導体ウェハ）当たりの出力電圧が高い太陽電池モジュールが得られる。

また、実施の形態２によれば、実施の形態１の場合と同様に太陽電池セル３０のサイズを規格化して均一にし、各太陽電池セル３０で発生する電流の大きさを精度良く均一化することができる。したがって、実施の形態２にかかる太陽電池モジュールにおいては、実施の形態１の場合と同様に太陽電池セル３０における発電ロスの発生を防止することができる。

また、実施の形態２によれば、実施の形態１の場合と同様に太陽電池セル３０のサイズを小さく規格化し、各太陽電池セル３０で発生する電流の大きさを任意の大きさに小さく設定可能である。これにより、小電流および高出力電圧を有する太陽電池モジュールを構成することができ、各太陽電池セル３０で発生する電流によるジュール損失が低減された光電変換効率の高い太陽電池モジュールを実現できる。

また、実施の形態２によれば、実施の形態１の場合と同様に市販の一般的な太陽電池基板（ウェハ）から製造できるため専用に太陽電池基板の製造工程を必要とせず、従来製造ラインを活用しやすいなど、製造の面で有利である。

さらに、実施の形態２によれば、太陽電池セル３０において実施の形態１にかかる太陽電池セル１０における上面側細線集電極５および下面側細線集電極９に相当する表面電極が設けられていない。このため、これらの表面電極に起因したシャドウロスの発生が無く、より高光電変換効率を有する太陽電池モジュールが得られる。

したがって、実施の形態２によれば、集積効率に優れ所望の出力電圧を小面積で実現可能な太陽電池モジュールが簡便な方法で得られる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池モジュールは、所望の出力電圧を小面積で実現可能な太陽電池モジュールの製造に有用である。

１ ｎ型単結晶シリコン基板
２ ｉ型非晶質シリコン層
３ ｐ型非晶質シリコン層
４ 上面側透明電極層
５ 上面側細線集電極
６ ｉ型非晶質シリコン層
７ ｎ型非晶質シリコン層
８ 下面側透明電極層
９ 下面側細線集電極
１０ 太陽電池セル
１１ 接続溝
１２ セル接続部
１３ 導電性層分離溝
１４ 導電性層分離溝
１５ 仮想線
２０ 光電変換部
３０ 太陽電池セル

Claims (10)

1. 互いに逆導電型の半導体からなる導電層が結晶系半導体基板の両面に形成され、前記導電層上にそれぞれ電極層が形成された太陽電池モジュールであって、
   前記結晶系半導体基板の厚み方向に貫通して並列する複数の接続溝、および前記接続溝に沿って延在して前記結晶系半導体基板の両面側の前記電極層からそれぞれ前記結晶系半導体基板に達する複数の分離溝によって複数の太陽電池セルに分離され、
   隣接する前記太陽電池セルのうち一方の太陽電池セルの一面側の前記導電層と他方の太陽電池セルの他面側の前記導電層とが前記接続溝を介して電気的に直列接続されていること、
   を特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記複数の太陽電池セルの大きさが均等であること、
   を特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記接続溝に前記電極層の材料が充填されることにより、前記結晶系半導体基板の両面側の前記電極層に電気的に接続する接続部が構成されていること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記接続溝に透明導電性材料が充填されることにより、前記結晶系半導体基板の両面側の前記電極層に電気的に接続する接続部が構成されていること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記分離溝は、それぞれの前記太陽電池セルの一面側と他面側とにそれぞれ１つずつ設けられ、前記太陽電池セルの配列方向において一面側と他面側とに交互に、前記接続溝に近接して形成されること、
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
6. 前記電極層として、透明電極層と前記透明電極層上に形成された複数の細線状の電極層とを前記導電層上に有すること、
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
7. 前記電極層として、透明電極層のみを前記導電層上に有すること、
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池モジュール。
8. 結晶系半導体基板の両面に互いに逆導電型の半導体からなる導電層を形成する導電層形成工程と、
   前記結晶系半導体基板の端部領域を残してその間の領域に前記結晶系半導体基板と前記導電層とを厚み方向に貫通して並列する複数の接続溝を形成する接続溝形成工程と、
   前記導電層上に電極層を形成する電極層形成工程と、
   前記結晶系半導体基板の両面に形成された前記導電層を、前記複数の接続溝を介して電気的に接続する接続工程と、
   前記結晶系半導体基板の両面に形成された前記導電層と前記電極層とに、前記結晶系半導体基板に達するとともに前記接続溝に沿って延びる分離溝を形成して前記結晶系半導体基板の両面の導電層を太陽電池セル毎に電気的に分離する分離溝形成工程と、
   前記接続溝の延在方向において前記接続溝と前記分離溝との両端が露出するように前記導電層および前記電極層が形成された前記結晶系半導体基板の端部を切り離して複数の太陽電池セルを分離する切断工程と、
   を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
9. 前記複数の太陽電池セルの面積を均一にすること、
   を特徴とする請求項８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
10. 前記接続溝形成工程では、複数の接続溝を等間隔で形成し、
    前記切断工程では、前記結晶系半導体基板の面方向において前記接続溝と直交する方向における前記複数の太陽電池セルの長さを等しくするとともに前記複数の太陽電池セルの形状が略矩形形状となるように前記結晶系半導体基板の端部を切り離すこと、
    を特徴とする請求項９に記載の太陽電池モジュールの製造方法。

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