JP2013219251A - 光電変換装置およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換セル同士がタブにより電気的且つ機械的に接続された光電変換装置において、タブ接続に起因した光電変換セルの反り、割れや電極剥がれが抑制された、信頼性、光電変換効率、歩留まりに優れた光電変換装置およびその製造方法を得ること。
【解決手段】タブにより太陽電池セルＣ同士が電気的且つ機械的に接続された光電変換装置であって、前記タブは、２層以上のタブ（１０１、１０２）が積層された積層領域を有する積層タブ１０であり、前記光電変換セルＣの表面に形成された集電極に前記積層タブの前記積層領域が電気的且つ機械的に接続され、前記積層タブ１０と前記太陽電池セルＣとを接続する前記積層領域は、前記２層以上のタブ（１０１、１０２）同士が部分的に接合されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、光電変換装置およびその製造方法に関する。

近年、光電変換装置として、単結晶シリコンや多結晶シリコン等の結晶系半導体を用いた太陽電池の研究および実用化が盛んに行なわれている。結晶系シリコン太陽電池は、通常、複数枚の太陽電池セルが直列あるいは並列に電気的に接続された太陽電池モジュールとして使用される。

このとき、太陽電池セル同士は、各太陽電池セルの集電極におけるバスバー部に銅箔等の導電性部材（以降、タブと表記する）を半田付けすることによって接続される。ここで、集電極は太陽電池セルに入射する光を遮るため、その面積を極力小さくすることが好ましい。集電極の面積を小さくするためには集電極の幅を細くすることが有効である。この場合は、集電極の狭幅化に合わせてタブの幅も狭くするとともに、タブの電気抵抗が高くならないようにタブを厚くする必要がある。

しかしながら、タブを厚くすると、太陽電池セル上のバスバーへタブ接続するための熱処理において、タブと太陽電池セルとの線膨張係数の違いによる反り応力が発生し、太陽電池セルの反り、太陽電池セルの割れ、電極剥がれなどが発生する。特に、太陽電池セルの基板厚さが薄いほどこの問題が顕著となり、太陽電池セルの信頼性、光電変換効率、歩留まりが低下する、という問題があった。

そこで、太陽電池セルのバスバー部に接続するタブを厚くすることに起因して発生する太陽電池セルの反り、太陽電池セルの割れ、電極剥がれなどの問題に対処した太陽電池装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１で提案されている太陽電池装置は、複数の太陽電池セルを２層以上に積層されたタブで電気的且つ機械的に接続された太陽電池装置において、前記太陽電池セルの集電極と接する第１のタブを第１の接着剤で接合し、その上に重ねて第２のタブを第１の接着剤より接着加工温度の低い第２の接着剤で接合したものである。

このような特許文献１に開示された太陽電池装置によれば、第２の接着剤として第１の接着剤よりも接着加工温度が低いものを用いたことにより、第２のタブを接着するときの加熱温度を第１のタブを接着するときの加熱温度より低い温度にできる。このため、第１の接着剤が再び溶解することなく第２のタブの接着を完了できる。したがって、加熱−冷却による反り応力の発生は、第１のタブの接着時、第２のタブの接着時と、おおよそ分かれた作用とみることができ、積層した厚いタブを各接着時には薄いタブとして扱うことができるため、太陽電池セルの反りをより小さくして、太陽電池セルの割れを解消するものである。

特開２００５−２５２０６２号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術によれば、第２の接着剤には第１の接着剤よりも接着加工温度が低いものを用いることから、従来一般の接着剤と比較して第２の接着剤の接着加工温度を低くするか、第１の接着剤の接着加工温度を高くする必要がある。ここで、第２の接着剤の接着加工温度を従来の接着剤の接着加工温度よりも低くする場合には、接着部の機械的電気的な信頼性が低下する虞がある。また、第１の接着剤の接着加工温度を高くする場合には、太陽電池セル種にも因るがプロセス温度の上昇によって太陽電池セルの性能が低下する可能性がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、光電変換セル同士がタブにより電気的且つ機械的に接続された光電変換装置において、タブ接続に起因した光電変換セルの反り、割れや電極剥がれが抑制された、信頼性、光電変換効率、歩留まりに優れた光電変換装置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、本発明にかかる光電変換装置は、タブにより光電変換セル同士が電気的且つ機械的に接続された光電変換装置であって、前記タブは、２層以上のタブが積層された積層領域を有する積層タブであり、前記光電変換セルの表面に形成された集電極に前記積層タブの前記積層領域が電気的且つ機械的に接続され、前記積層タブと前記光電変換セルとを接続する前記積層領域は、前記２層以上のタブ同士が部分的に接合されていること、を特徴とする。

本発明によれば、タブの機械的電気的な信頼性を損なうことなく、さらに光電変換セルの性能を低下させることもなく、タブ接続時にタブに発生する反り応力を緩和させることができ、光電変換セルの反りや割れ、電極剥がれが防止された、信頼性、光電変換効率および歩留まりに優れた光電変換装置が得られる、という効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態にかかる光電変換装置である太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの概略構成を示す平面図であり、受光面側から見た上面図である。 図３は、本発明の実施の形態における受光面側バス電極と積層タブとの接続状態を模式的に示す断面図である。 図４は、本発明の実施の形態における受光面側バス電極と積層タブとの接続状態を模式的に示す断面図である。 図５は、本発明の実施の形態にかかる積層タブにおいて２枚のタブの一部の領域同士が連続的に接合される場合の、一方のタブの接合面を示す要部平面図である。

以下に、本発明にかかる光電変換装置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。各図面間においても同様である。

実施の形態
図１は、本発明の実施の形態にかかる光電変換装置である太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。実施の形態にかかる太陽電池モジュールは、隣接する光電変換セルである太陽電池セルＣ同士が該太陽電池セルＣの面方向において所定の距離だけ離間して電気的に直列接続されている。太陽電池セルＣの面方向において各太陽電池セルＣの大きさは均一とされており、各太陽電池セルＣの面積は均等とされている。そして、隣接する太陽電池セルＣ同士は、銅箔等の導電性部材（タブ）が積層された積層導電性部材である積層タブ１０をそれぞれの電極に半田付けすることによって電気的且つ機械的に接続されている。

太陽電池セルＣは、ｎ型領域とｐ型領域とを有し、ｎ型領域とｐ型領域との界面部分で半導体接合部が形成されている。また、太陽電池セルＣは、ｐｎ接合特性を改善するために単結晶シリコン基板上に実質的に真性なｉ型非晶質シリコン層が形成されたヘテロ接合を有する。すなわち、太陽電池セルＣは、ｎ型単結晶シリコン基板１の一面側（受光面側）に、ｉ型非晶質シリコン層２とｐ型非晶質シリコン層３と受光面側ＩＴＯ層４と受光面側集電極５とがこの順で形成され、ｎ型単結晶シリコン基板１の他面側（受光面と反対側の裏面側）に、ｉ型非晶質シリコン層６とｎ型非晶質シリコン層７と裏面側ＩＴＯ層８と裏面側集電極９とがこの順で形成されている。

ｎ型単結晶シリコン基板１は、厚みは５０〜３００μｍ程度であり、１辺が１２５ｍｍのほぼ正方形形状である。ｉ型非晶質シリコン層２とｐ型非晶質シリコン層３と受光面側ＩＴＯ層４とは、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面側の全面に積層形成されている。同様に、ｉ型非晶質シリコン層６とｎ型非晶質シリコン層７と裏面側ＩＴＯ層８とは、ｎ型単結晶シリコン基板１の裏面側の全面に積層形成されている。

図２は、実施の形態にかかる太陽電池セルＣの概略構成を示す平面図であり、受光面側から見た上面図である。受光面側集電極５は、フィンガー部とバスバー部とを有し、バスバー部に積層タブ１０が接続される。すなわち、受光面側集電極５は、長尺細長の受光面側フィンガー電極５Ｆが受光面側ＩＴＯ層４の全域にわたって略平行に複数並べて設けられ、この受光面側フィンガー電極５Ｆと導通する受光面側バス電極５Ｂが該受光面側フィンガー電極５Ｆと略直交するように設けられており、それぞれ底面部において受光面側ＩＴＯ層４に電気的に接続している。そして、この受光面側バス電極５Ｂの上面に、積層タブ１０が接続される。このような受光面側集電極５は、例えば、銀粉末、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、および溶剤などからなるペーストをスクリーン印刷したのち、数百度以下の温度で硬化させることにより形成される。

受光面側フィンガー電極５Ｆは、例えば０．１ｍｍ程度の幅で５０本程度が一定の間隔で略平行に配置されて、太陽電池セルＣの内部で発電した電気を集電する。また、受光面側バス電極５Ｂは、例えば２ｍｍ程度の幅を有するとともに太陽電池セル１枚当たりに３本が略平行に配置され、受光面側フィンガー電極５Ｆで集電した電気を外部に取り出す。そして、受光面側フィンガー電極５Ｆと受光面側バス電極５Ｂとにより、櫛形を呈する第１電極である受光面側集電極５が構成される。ここで、受光面側集電極５は、太陽電池セルＣに入射する太陽光を遮ってしまうため、可能なかぎり面積を小さくすることが発電効率向上の観点で好ましく、細線化されている。

裏面側集電極９は、図示しないが、受光面側集電極５と同様にフィンガー部とバスバー部とを有し、バスバー部に積層タブ１０が接続される。すなわち、裏面側集電極９は、長尺細長の裏面側フィンガー電極９Ｆが裏面側ＩＴＯ層８の全域にわたって略平行に複数並べて設けられ、この裏面側フィンガー電極９Ｆと導通する裏面側バス電極９Ｂが該裏面側フィンガー電極９Ｆと略直交するように設けられており、それぞれ底面部において裏面側ＩＴＯ層８に電気的に接続している。そして、この裏面側バス電極９Ｂの上面に積層タブ１０が接続される。このような裏面側集電極９は、例えば、銀粉末、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、および溶剤などからなるペーストをスクリーン印刷したのち、数百度以下の温度で硬化させることにより形成される。

裏面側フィンガー電極９Ｆは、例えば０．１ｍｍ程度の幅で１００本程度が一定の間隔で略平行に配置されて、太陽電池セルＣの内部で発電した電気を集電する。また、裏面側バス電極９Ｂは、例えば２ｍｍ程度の幅を有するとともに太陽電池セル１枚当たりに３本が略平行に配置され、裏面側フィンガー電極９Ｆで集電した電気を外部に取り出す。そして、裏面側フィンガー電極９Ｆと裏面側バス電極９Ｂとにより、櫛形を呈する第２電極である裏面側集電極９が構成される。ここで、裏面側集電極９では受光面積の減少を考慮しなくてもよいことから、裏面側集電極９の面積は受光面側集電極５の面積よりも広くすることができる。つまり、裏面側集電極９は、受光面側集電極５と比較して、例えばバスバー電極の幅を広くしたり、フィンガーの本数を増やしたりすることができる。

つぎに、上記のように構成された実施の形態にかかる太陽電池モジュールの製造方法について説明する。まず、公知の方法により複数の太陽電池セルＣを作製する。つぎに、隣接する太陽電池セルＣにおける一方の太陽電池セルＣの受光面側集電極５の受光面側バス電極５Ｂに積層タブ１０の一端側を接続し、他方の太陽電池セルＣの裏面側集電極９の裏面側バス電極９Ｂに該積層タブ１０の他端側を接続することにより、太陽電池セルＣ同士を直列に接続する。

受光面側バス電極５Ｂへの積層タブ１０の接続は、表面に半田が塗布された積層タブ１０を受光面側バス電極５Ｂの上面に接触させ、半田の溶融温度以上に加熱することにより、受光面側バス電極５Ｂへ積層タブ１０を半田付けすることによって行われる。裏面側バス電極９Ｂへの積層タブ１０の接続も、受光面側バス電極５Ｂの場合と同様に行われる。本実施の形態では、溶融温度が約２２０℃のＳｎ／Ａｇ／Ｃｕからなる半田が塗布された、銅箔からなる積層タブ１０を受光面側バス電極５Ｂの上面に接触させ、ホットエアーまたは赤外線ランプで２２０〜２８０℃程度に加熱することにより、受光面側バス電極５Ｂへ積層タブ１０を接続する。また、裏面側バス電極９Ｂへの積層タブ１０の接続も、受光面側バス電極５Ｂの場合と同様に行われる。

ここで、受光面側の集電極は太陽電池セルに入射する光を遮るため、その面積を極力小さくすることが好ましい。集電極の面積を小さくするためには集電極の幅を細くすることが有効である。この場合は、集電極の狭幅化に合わせてタブの幅も狭くするとともに、タブの電気抵抗が高くならないようにタブを厚くする必要がある。

しかしながら、タブを厚くすると、太陽電池セル上のバスバー電極にタブを接続するための熱処理において、銅箔からなるタブとシリコン単結晶との線膨張係数の違いに起因して引っ張り応力（反り応力）が発生することにより、太陽電池セルの反り、太陽電池セルの割れや電極剥がれなどが発生するという問題があった。

この反り応力は、シリコン基板が薄くなるほど、またタブが厚くなるほど大きくなる。そこでタブを薄くすると、タブの断面積が小さくなりタブの電気抵抗が高くなる、という問題があった。一方、タブの断面積を増やすためにタブの幅を大きくすると、太陽電池セルへの光入射量が低下する、という問題があった。

そこで、本実施の形態では、従来の一般的なタブよりも薄い複数のタブを積層して、タブ同士を電気的且つ機械的に部分的に接合した積層タブ１０を用いる。これにより、積層タブ１０における個々のタブ同士が電気的且つ機械的に接合されていない部分によって、受光面側バス電極５Ｂおよび裏面側バス電極９Ｂへのタブ接続時に積層タブ１０に発生する引っ張り応力（反り応力）を緩和することができるため、太陽電池セルの反り、太陽電池セルの割れや電極剥がれ発生を抑制、防止することができる。これにより、太陽電池セルＣの信頼性、光電変換効率、歩留まりの低下を抑制、防止することが可能となる。従来の一般的なタブの厚みは、たとえば０．１５ｍｍ程度である。

本実施の形態では、幅２ｍｍ、厚さ０．０８ｍｍのタブ１０１およびタブ１０２を、予め電気的且つ機械的に接合した積層タブ１０を用いて、一方の太陽電池セルＣの受光面側バス電極５Ｂと他方の太陽電池セルＣの裏面側バス電極９Ｂとの接合を行う。図３は、本実施の形態における受光面側バス電極５Ｂと積層タブ１０との接続状態を模式的に示す断面図である。図３に示したように、積層タブ１０においてタブ１０１およびタブ１０２は全面が接合されているわけではなく、積層タブ１０の長手方向において１〜５０ｍｍ程度の間隔でタブ間接合部１０Ａで部分的に接合され、タブ間接合部１０Ａの積層タブ１０の長手方向における長さはおおよそ０．５〜５０ｍｍである。また、隣接するタブ間接合部１０Ａ間の領域は、タブ１０１とタブ１０２とが接合されないタブ間非接合部１０Ｂとされる。

隣接するタブ間接合部１０Ａ同士の間隔が１ｍｍよりも短い場合には、積層タブ１０にかかる反り応力を緩和できない。隣接するタブ間接合部１０Ａ同士の間隔が５０ｍｍよりも長い場合には、受光面側バス電極５Ｂまたは裏面側バス電極９Ｂとの接合が不完全になる場合がある。また、タブ間接合部１０Ａの長さが０．５ｍｍよりも短い場合にはタブ同士が剥がれやすくなり、タブ間接合部１０Ａの長さが５０ｍｍよりも長い場合には、積層タブ１０にかかる反り応力を十分に緩和することができない。

本実施の形態では、タブ間接合部１０Ａの間隔を５ｍｍ、タブ間接合部１０Ａの長さを２ｍｍとする。タブ１０１とタブ１０２との接合には、たとえばスポット溶接を用いることができるが、タブ１０１とタブ１０２との間で部分的に電気的かつ機械的に接合を形成できる手法であれば特に限定されない。例えば図４に示すようにタブ間接合部１０ＡをＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ等の半田で形成してもよく、また熱圧着により接着可能な導電性フィルム（導電性接着剤）等を用いてタブ間接合部１０Ａを形成してもよい。また、積層タブ１０が太陽電池セルＣの集電極と接着される際の接着加工温度以上の接着加工温度を有する導電性接着剤を用いてタブ間接合部１０Ａを形成してもよい。このように、溶接または導電性接着剤を用いることにより、積層タブ１０を構成する個々のタブ同士のタブ間接合部１０Ａにおいて機械的電気的に高い信頼性が得られる。

このような積層タブ１０を一方の太陽電池セルＣの受光面側バス電極５Ｂに接続するには、積層タブ１０の一方の面（タブ１０１側）の全面に上記のＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ半田を塗布し、該積層タブ１０の半田塗布面を太陽電池セルＣの受光面側バス電極５Ｂ上に密着させて赤外線ランプで加熱することにより、受光面側バス電極５Ｂと積層タブ１０との接合する。

このとき、受光面側バス電極５Ｂと実質的に接合しているタブは、２本の接合されたタブ１０１およびタブ１０２のうちの１本（タブ１０１）である。積層タブ１０の実質的な厚さを従来の１層からなるタブと同じにした場合でも、タブ１０１およびタブ１０２の個々のタブの厚さは従来のタブよりも薄くできるため、積層タブ１０に発生する反り応力を低減することができる。さらに、２枚のタブ（タブ１０１およびタブ１０２）は電気的に接合されているので、積層タブ１０の実質的な断面積は従来のタブと同等にすることができ、積層タブ１０の電気抵抗が高くなることもない。すなわち、本実施の形態にかかる太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを１層からなるタブを用いて接合する場合と比較して、２層のタブを部分的に電気的且つ機械的に接合した積層タブ１０を用いることにより該積層タブ１０を構成する個々のタブの厚さを半分以下程度に低減できることに特徴がある。

また、積層タブ１０を他方の太陽電池セルＣの裏面側バス電極９Ｂ上に接合する場合も、上述した受光面側バス電極５Ｂ上に積層タブ１０を接合する場合と同様にして接続が行われ、同様の効果が得られる。

上述した実施の形態では、本発明の実施の形態を１つの半導体光電変換層を有する太陽電池を例にとって説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限り任意の形態とすることができる。例えば、上述した実施の形態では、積層タブ１０を構成する個々のタブ同士の接合において、積層タブ１０の長手方向の全長において接合部１０Ａと非接合部１０Ｂとを交互に繰り返し形成したが、図５に示すように各タブの幅方向における一部の領域同士のみを連続的に接合してもよい。図５は、本実施の形態にかかる積層タブ１０において２枚のタブの一部の領域同士が連続的に接合される場合の、一方のタブの接合面を示す要部平面図である。この場合のタブの接合面には、図５に示すように、積層タブ１０の幅方向において、２枚のタブ同士が接合されるタブ間接合部１０Ｃと、２枚のタブ同士が接合されないタブ間非接合部１０Ｄとが構成される。そして、タブ間接合部１０Ｃは、積層タブ１０の長手方向の全長において形成される。

また、上記においては、２本以上のタブを接合させる際に用いる個々のタブ（タブ１０１およびタブ１０２）の幅、厚さはそれぞれ２ｍｍ、０．０８ｍｍとしたが、個々のタブの厚さや形状や材料等は太陽電池セルＣの種類や、太陽電池セルＣの接続数によって変更してもよく、積層タブ１０を流れる電流量に応じて変更してもよい。積層タブ１０を構成する個々のタブの厚さや形状や材料等を変更させる場合、たとえば、積層タブ１０が厚み方向の中心を基準に対称ではない場合は、互いにタブ接続される太陽電池セルＣの間でタブをねじって反転させることが好ましい。接続される太陽電池セルＣ同士の間で積層タブ１０を反転させることにより、該積層タブ１０により接続される２つの太陽電池セルＣにおいて、一方の太陽電池セルＣの受光面側バス電極５Ｂと他方の太陽電池セルＣの裏面側バス電極９Ｂとに対して積層タブ１０における同じ面が接続する。これにより、積層タブ１０を構成する個々のタブの厚さや形状や材料等を変更しても、積層タブ１０と受光面側バス電極５Ｂとの接合部と、積層タブ１０と裏面側バス電極９Ｂとの接合部と、を同じ構造にすることができ、一方の太陽電池セルＣと積層タブ１０との接続条件と、他方の太陽電池セルＣと積層タブ１０との接続条件を同じにすることができる。

すなわち、常に積層タブ１０の同一面が受光面側バス電極５Ｂおよび裏面側バス電極９Ｂと接合されることにより、積層タブ１０を構成する個々のタブの厚さ、形状、材料等が互いに異なる場合にも、積層タブ１０と太陽電池セルＣとの接合特性を一定に保つことができる。これにより、積層タブ１０を構成する個々のタブにおいて、積層タブ１０と太陽電池セルＣとの接続に起因した応力緩和用にはより薄いタブを、導電用には厚いタブを用いることもでき、積層数低減、プロセス簡便化、積層構造多様化などが可能となる。

また、上記の実施の形態においては、タブ同士の接合部１０Ａを積層タブ１０の長手方向に延在する線状形状としたが、任意または規則的に配置された島状形状としてもよい。また、積層タブ１０の長手方向に対して、タブ同士の接合部１０Ａは不均一な形状・間隔で形成されてもよい。

また、上記の実施の形態においては、２本のタブを部分的に接合して積層タブ１０を構成したが、３本以上のタブを部分的に接合して積層タブ１０を構成してもよい。また、幅の異なるタブ同士、厚さの異なるタブ同士、形状の異なるタブ同士、またはこれらの条件がそれぞれ任意に選択されたタブ同士を接合して積層タブを構成してもよい。

また、上記の実施の形態においては、積層タブ１０を構成するタブの材料として銅箔を用いたが、タブの材料は電気抵抗が低いものであればよく、ニッケル、アルミ、銀、錫、インジウム、鉄、金、あるいはこれらを混合したものであっても同様の効果が得られる。また、積層タブ１０は、異なる材料からなるタブ同士が接合されていてもよい。

また、上記の実施の形態においては、積層タブ１０を用いて一方の太陽電池セルＣの受光面側バス電極５Ｂと他方の太陽電池セルＣの裏面側バス電極９Ｂとの接合を行う場合について示したが、積層タブ１０は太陽電池セルＣの受光面側の集電極にのみに接続する形態としてもよい。太陽電池セルＣの裏面側の集電極の面積は光電変換効率に対して影響が小さいので、集電極に接続するタブおよびバスバー部の幅を広くすることもできる。例えば、太陽電池セルＣの受光面側の集電極には積層タブ１０を、太陽電池セルＣの裏面側の集電極には従来のタブをそれぞれ接合し、これらのタブ同士を電気的且つ機械的に接続すれば、上述した積層タブ１０による効果が得られるとともに、タブにかかるコストを低減することができる。また、太陽電池セルＣの受光面側の集電極に接合する部分のみに積層タブ１０の構成を適用したタブを構成することも可能である。

また、上記の実施の形態においては、太陽電池セルＣ同士を直列に接続する場合について示したが、積層タブ１０により太陽電池セルＣ同士を並列に接続してもよい。

また、上記の実施の形態においては、太陽電池セルＣの主たる発電層としてｎ型単結晶シリコン基板を用いる場合について示しているが、主たる発電層としての基板は単結晶シリコン基板に限定されず多結晶シリコン基板でもよく、またｎ型ではなくｐ型であってもよい。

また、上記の実施の形態においては、太陽電池セルとしてヘテロ接合型の太陽電池セルを例に説明したが、太陽電池セルには例えば結晶系等の公知の太陽電池セルを用いることができる。結晶系太陽電池セルとしては、例えば単結晶シリコン太陽電池セル、多結晶シリコン太陽電池セルなどが挙げられるが、これに限定されるものではない。

また、上記の実施の形態においては、結晶シリコンを有する光電変換装置を例に説明しているが、例えば、ｐ型またはｎ型の半導体膜上に透明導電膜や集電極が形成された薄膜太陽電池セル同士が電気的且つ機械的に接続された光電変換装置等にも適用できる。

また、上記の実施の形態においては、理解の容易のため２つの太陽電池セルＣ同士を電気的且つ機械的に接続する場合について示したが、実際にはより多数の太陽電池セルＣ同士が接続されて使用される。

上述したように、本実施の形態においては、２つの太陽電池セルＣ同士が、２層のタブが積層されて部分的に接続された積層タブ１０により電気的且つ機械的に接続されることにより、太陽電池セルＣの集電極と積層タブ１０との間の反り応力を低減することができる。これにより、シャドーロスや電気抵抗損失の低減のためにタブの細線化や厚膜化が図られた場合等においても、タブの断面積を所望の値以上に保持したまま、タブ接続時に発生する反り応力を緩和させることができ、太陽電池セルＣの反りや割れ、電極剥がれを防止することができる。

したがって、本実施の形態によれば、タブ同士の機械的電気的な信頼性を損なうことなく、さらに太陽電池セルの性能を低下させることもなく、タブ接続時にタブに発生する反り応力を緩和させることができ、タブによるシャドーロスや電気抵抗損失を抑制つつ、太陽電池セルの反りや割れ、電極剥がれが防止された、信頼性、光電変換効率および歩留まりに優れた太陽電池モジュールが実現できる。

なお、積層タブ１０は、２層以上のタブが積層された積層領域を少なくとも一部に有し、この積層領域が太陽電池セルＣの集電極に接続して太陽電池セルＣ同士を電気的且つ機械的に接続すればよい。この場合、少なくとも積層領域において２層以上のタブ同士が
積層タブ１０の長手方向において部分的に接合されていればよい。

以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明するが、本発明はその趣旨を越えない限り以下の実施例に限定されるものではない。

実施例１．
実施例１では、２枚のタブをスポット溶接した積層タブを用いた太陽電池モジュールを作製した。まず、結晶系半導体基板として、約１Ω・ｃｍの抵抗率と約１００μｍの厚みとを有するとともに、基板表面に（１００）面を有するｎ型単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）基板１を用意した。ｎ型ｃ−Ｓｉ基板１を洗浄した後、アルカリ溶液を用いたエッチングにより、ｎ型ｃ−Ｓｉ基板１の表面に数μｍから数十μｍの高さを有する光閉じ込めのためのピラミッド状凹凸を形成した。

次に、このｎ型ｃ−Ｓｉ基板１を真空チャンバへ導入し、２００℃での加熱を実施して、基板表面に付着した水分を極力除去した。その後、真空チャンバ内に水素（Ｈ_２）ガスを導入し、プラズマ放電を行ってｎ型ｃ−Ｓｉ基板１の基板表面のクリーニングを実施した。

次に、基板温度を約１５０℃とし、シラン（ＳｉＨ_４）ガスおよび水素（Ｈ_２）ガスを真空チャンバ内に導入して、ＲＦプラズマＣＶＤ法により、約５ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層２をｎ型ｃ−Ｓｉ基板１の一面側に形成した。続いて、シラン（ＳｉＨ_４）ガス、水素（Ｈ_２）ガス、およびドーピングガスとしてジボラン（Ｂ_２Ｈ_６）ガスを真空チャンバ内に導入して、ＲＦプラズマＣＶＤ法により、約５ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層３をｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層２上に形成した。

次に、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層３上に、スパッタリング法によりＳｎＯ_２を添加したＩｎ_２Ｏ_３層を形成して、約１００ｎｍの厚みを有する受光面側ＩＴＯ層４を形成した。

次に、基板温度を約１５０℃とし、シラン（ＳｉＨ_４）ガスおよび水素（Ｈ_２）ガスを真空チャンバ内に導入して、ＲＦプラズマＣＶＤ法により、約５ｎｍの厚みを有する実質的に真性のｉ型非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層６をｎ型ｃ−Ｓｉ基板１の他面側に形成した。続いて、シラン（ＳｉＨ_４）ガス、水素（Ｈ_２）ガス、およびドーピングガスとしてホスフィン（ＰＨ_３）ガスを真空チャンバ内に導入して、ＲＦプラズマＣＶＤ法により、約２０ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）層７をｉ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層６上に形成した。

次に、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ層７上に、スパッタリング法によりＳｎＯ_２を添加したＩｎ_２Ｏ_３層を形成して、約１００ｎｍの厚みを有する裏面側ＩＴＯ層８を形成した。

続いて、受光面側ＩＴＯ層４の上面の所定領域にスクリーン印刷法により銀ペーストから成る櫛型の受光面側集電極５を形成し、裏面側ＩＴＯ層８の上面の所定領域にスクリーン印刷法により銀ペーストから成る櫛型の裏面側集電極９を形成した。

次に、真空チャンバへアルゴン（Ａｒ）ガスを導入し、約２００℃の基板温度において、約２時間の加熱処理をｎ型ｃ−Ｓｉ基板１に実施した。以上の工程を実施することにより、複数の太陽電池セルＣを作製した。

一方、幅が２ｍｍ、厚みが０．０８ｍｍの銅箔を２枚接触させ、スポット溶接によって電気的且つ機械的に接合させて積層タブ１０を作製した。このとき、積層タブ１０の長さ方向において、２ｍｍの接合部１０Ａと５ｍｍの非接合部１０Ｂとを交互に形成した。その後、積層タブ１０の片側全面にはＳｎ／Ａｇ／Ｃｕからなる半田を塗布した。

次に、接続する太陽電池セルＣのうちの一方の太陽電池セルＣの受光面側の受光面側バス電極５Ｂ上に、該受光面側バス電極５Ｂに半田塗布面が接するように積層タブ１０を接触させ、赤外線ランプにより２５０℃程度に加熱して、太陽電池セルＣの受光面側バス電極５Ｂに積層タブ１０を接続した。

続いて、接続する太陽電池セルＣのうちの他方の太陽電池セルＣの裏面側バス電極９Ｂ上に、該裏面側バス電極９Ｂに半田塗布面が接するように積層タブ１０を接触させ、赤外線ランプにより２５０℃程度に加熱して、太陽電池セルＣの裏面側バス電極９Ｂに積層タブ１０を接続した。以上の工程を実施して複数の太陽電池セルＣ同士を電気的且つ機械的に接続することにより、実施例１にかかる太陽電池モジュールを作製した。

実施例２．
実施例２では、２枚のタブを半田接合した積層タブを用いた太陽電池モジュールを作製した。実施例２にかかる太陽電池モジュールは、実施例１にかかる太陽電池モジュールと比較して、２枚のタブをあらかじめ接合して積層タブ１０を作製する際に半田接合を用いるという点のみが異なり、これ以外は全て実施例１と同一の条件を用いて太陽電池モジュールを作製した。

実施例２では、幅が２ｍｍ、厚みが０．０８ｍｍの２枚の銅箔のうち、一方の銅箔の片面に幅２ｍｍのＳｎ／Ａｇ／Ｃｕ半田を５ｍｍ間隔で配置した後、半田を挟み込むように２枚の銅箔を接触させた状態で赤外線ランプ加熱を実施して、２枚の銅箔が接合した積層タブ１０を作製した。そして、この積層タブ１０を用いて複数の太陽電池セルＣ同士を電気的且つ機械的に接続することにより、実施例２にかかる太陽電池モジュールを作製した。

比較例
比較例では、２枚以上のタブを接合していないタブを用いた太陽電池モジュールを作製した。比較例にかかる太陽電池モジュールは、実施例１および実施例２にかかる太陽電池モジュールと比較して、２枚以上のタブをを接合させたタブを使用しないという点のみが異なり、これ以外は全て実施例１および実施例２と同一の条件を用いて太陽電池モジュールを作製した。

比較例では、タブとして、幅が２ｍｍ、厚みが０．１５ｍｍの銅箔を使用した。そして、このタブを用いて複数の太陽電池セルＣ同士を電気的且つ機械的に接続することにより、比較例にかかる太陽電池モジュールを作製した。

次に、作製した実施例１、実施例２、比較例にかかる太陽電池モジュールのうち受光面側バス電極５Ｂおよび裏面側バス電極９Ｂにタブが接続された太陽電池セルＣのセル特性を評価した。

実施例１にかかる太陽電池モジュールのうち受光面側バス電極５Ｂおよび裏面側バス電極９Ｂに積層タブ１０が接続された太陽電池セルＣのセル特性を評価した結果、光電変換効率（η）は２１．５％、短絡電流密度（Ｊｓｃ）は３８．３ｍＡ／ｃｍ^２、開放端電圧（Ｖｏｃ）は０．７１Ｖ、フィルファクター（ＦＦ）は０．７９であった。太陽電池セルＣの外観を確認したところ、セルの割れや反り、電極剥がれは認められなかった。

実施例２にかかる太陽電池モジュールのうち受光面側バス電極５Ｂおよび裏面側バス電極９Ｂに積層タブ１０が接続された太陽電池セルＣのセル特性を評価した結果、光電変換効率（η）は２０．８％、短絡電流密度（Ｊｓｃ）は３７．９ｍＡ／ｃｍ^２、開放端電圧（Ｖｏｃ）は０．７１２Ｖ、フィルファクター（ＦＦ）は０．７７であった。太陽電池セルＣの外観を確認したところ、セルの割れや反り、電極剥がれは認められなかった。

比較例にかかる太陽電池モジュールのうち受光面側バス電極５Ｂおよび裏面側バス電極９Ｂにタブが接続された太陽電池セルＣのセル特性を評価した結果、光電変換効率（η）は１８．９％、短絡電流密度（Ｊｓｃ）は３７．５ｍＡ／ｃｍ^２、開放端電圧（Ｖｏｃ）は０．６８Ｖ、フィルファクター（ＦＦ）は０．７４であった。太陽電池セルの外観を確認したところ、受光面側集電極の周辺部において電極剥がれが認められた。

以上の実施例１、実施例２、および比較例のセル特性評価および外観確認の結果より、複数のタブが積層されて部分的に接合された積層タブ１０を用いて太陽電池セル間を電気的及び機械的に接続することにより、タブの断面積を所望の値以上に保持したまま、タブ接続時に発生する反り応力を緩和させることができる。これにより、太陽電池セルの反りや割れ、電極剥がれを防止することができ、高光電変換効率を有する太陽電池モジュールを作製できることが確認された。

以上のように、本発明にかかる光電変換装置は、光電変換セル同士がタブにより電気的且つ機械的に接続された光電変換装置の信頼性、光電変換効率、歩留まりの向上に有用である。

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 受光面側ＩＴＯ層
５ 受光面側集電極
５Ｂ 受光面側バス電極
５Ｆ 受光面側フィンガー電極
６ ｉ型非晶質シリコン層
７ ｎ型非晶質シリコン層
８ 裏面側ＩＴＯ層
９ 裏面側集電極
９Ｂ 裏面側バス電極
９Ｆ 裏面側フィンガー電極
１０ 積層タブ
１０Ａ タブ間接合部
１０Ｂ タブ間非接合部
１０Ｃ タブ間接合部
１０Ｄ タブ間非接合部
Ｃ 太陽電池セル

Claims (10)

1. タブにより光電変換セル同士が電気的且つ機械的に接続された光電変換装置であって、
   前記タブは、２層以上のタブが積層された積層領域を有する積層タブであり、
   前記光電変換セルの表面に形成された集電極に前記積層タブの前記積層領域が電気的且つ機械的に接続され、
   前記積層タブと前記光電変換セルとを接続する前記積層領域は、前記２層以上のタブ同士が部分的に接合されていること、
   を特徴とする光電変換装置。
2. 前記積層タブの前記積層領域が、前記光電変換セルの受光面側の表面に形成された前記集電極に接続されていること、
   を特徴とする請求項１に記載の光電変換装置。
3. 前記積層タブにおける一端側の前記積層領域が、一方の前記光電変換セルの受光面側の表面に形成された前記集電極に接続され、
   前記積層タブにおける他端側の前記積層領域が、他方の前記光電変換セルの裏面側の表面に形成された前記集電極に接続されていること、
   を特徴とする請求項２に記載の光電変換装置。
4. 前記積層タブは、前記一方の光電変換セルと前記他方の光電変換セルとの間でねじれて反転され、前記一方の光電変換セルの受光面側の表面に形成された前記集電極と前記他方の光電変換セルの裏面側の表面に形成された前記集電極とに前記積層タブにおける同一面が接続されていること、
   を特徴とする請求項３に記載の光電変換装置。
5. 前記積層タブは、前記積層されたタブ同士が、溶接、導電性フィルム、または前記積層タブと前記集電極とを接合する接着材の接着加工温度以上の接着加工温度を有する導電性接着剤のいずれか１つにより接合されていること、
   を特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の光電変換装置。
6. タブにより光電変換セル同士が電気的且つ機械的に接続された光電変換装置の製造方法であって、
   ２層以上のタブ同士を積層して前記タブ同士を部分的に接合することにより、タブ同士が部分的に接合された積層領域を有する積層タブを形成する工程と、
   一方の前記光電変換セルの表面に形成された集電極に前記積層タブの一端側の前記積層領域を電気的且つ機械的に接続する工程と、
   他方の前記光電変換セルの表面に形成された集電極に前記積層タブの他端側の前記積層領域を電気的且つ機械的に接続する工程と、
   を含むことを特徴とする光電変換装置の製造方法。
7. 前記積層タブの前記積層領域を、前記光電変換セルの受光面側の表面に形成された前記集電極に接続すること、
   を特徴とする請求項６に記載の光電変換装置の製造方法。
8. 前記積層タブにおける一端側の前記積層領域を、一方の前記光電変換セルの受光面側の表面に形成された前記集電極に接続し、
   前記積層タブにおける他端側の前記積層領域を、他方の前記光電変換セルの裏面側の表面に形成された前記集電極に接続すること、
   を特徴とする請求項７に記載の光電変換装置の製造方法。
9. 前記積層タブを、前記一方の光電変換セルと前記他方の光電変換セルとの間でねじって反転させ、前記一方の光電変換セルの受光面側の表面に形成された前記集電極と前記他方の光電変換セルの裏面側の表面に形成された前記集電極とに前記積層タブにおける同一面を接続すること、
   を特徴とする請求項８に記載の光電変換装置の製造方法。
10. 前記積層されたタブ同士が、溶接、導電性フィルム、または前記積層タブと前記集電極とを接合する接着材の接着加工温度以上の接着加工温度を有する導電性接着剤のいずれか１つにより接合されること、
    を特徴とする請求項６〜９のいずれか１つに記載の光電変換装置の製造方法。

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