JP2014027133A - 太陽電池セル、インターコネクタ付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】受光面積の減少を抑えつつ、受光面側の電極にインターコネクタを接続した場合でも、受光面にマイクロクラックが発生するのを抑制することができる太陽電池セル、インターコネクタ付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】受光面に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極の外縁が裏側電極の外縁を内包するように表側電極が配置されている太陽電池セル、インターコネクタ付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールである。
【選択図】図1
【解決手段】受光面に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極の外縁が裏側電極の外縁を内包するように表側電極が配置されている太陽電池セル、インターコネクタ付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールである。
【選択図】図1
Description
本発明は、太陽電池セル、インターコネクタ付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールに関する。
太陽電池セルの受光面に発生するマイクロクラック等の欠陥は、従来から問題とされており、特に、太陽電池セルの電極にインターコネクタを接続する際の機械的な応力や加熱による熱膨張によって太陽電池セルに発生するマイクロクラックについては、従来より様々な対策が講じられている。
たとえば、特許文献1には、裏面バスバー電極および/または受光面バスバー電極の長手方向の端部を、剛性の高い半田ではなく、充填材で覆うことによって、ストレスを緩和した太陽電池素子が開示されている。
また、特許文献2には、受光面接続用バスバー電極の幅をインターコネクタの幅よりも広くし、受光面接続用バスバー電極の上面の幅方向のインターコネクタが接続されていない領域に、半田が形成されていない箇所を設けることによって、電極の外縁にかかる応力を分散して、受光面にマイクロクラックが発生するのを抑制したインターコネクタ付き太陽電池が開示されている。
しかしながら、特許文献1においては、裏面バスバー電極および/または受光面バスバー電極の長手方向の端部を充填材で覆う領域を設ける必要がある。また、特許文献2においては、受光面接続用バスバー電極の外縁にインターコネクタおよび半田が形成されていない領域を設ける必要がある。
すなわち、特許文献1および特許文献2においては、電極の外縁は、インターコネクタとの接続に使用できないという制限があった。特に、受光面側の電極を幅広にした場合には、受光面積が減少してしまうため、受光面側の電極の幅はできるだけ狭くする必要がある。
しかしながら、特許文献1および特許文献2に記載の太陽電池のように、電極の外縁をインターコネクタとの接続に使用できない場合には、限られた電極領域を有効に利用することができず、インターコネクタと電極との接続部分の幅が十分に確保できないため、電気抵抗が増加して、太陽電池モジュールとしての発電効率が低下するという問題がある。
さらに、インターコネクタを電極に接続する際に、インターコネクタが電極の外縁に接続されないようにする必要があるため、製造工程も複雑になるといった問題もある。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、受光面積の減少を抑えつつ、受光面側の電極にインターコネクタを接続した場合でも、受光面にマイクロクラックが発生するのを抑制することができる太陽電池セル、インターコネクタ付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを提供することにある。
本発明は、受光面と受光面とは反対側の裏面とを有する光電変換基板と、受光面に設けられた表側電極と、裏面に設けられた裏側電極と、を備え、受光面に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極は、表側電極の外縁が裏側電極の外縁を内包するように配置されている太陽電池セルである。
ここで、本発明の太陽電池セルにおいては、表側電極の外縁が、裏側電極の外縁よりも0.2mm以上外側に位置していることが好ましい。
また、本発明の太陽電池セルにおいて、裏側電極は、互いに間隔をあけて配置された複数の島状の電極からなり、受光面に対して垂直な方向からの投影視において、裏側電極が配置されていない領域における表側電極の幅の少なくとも一部が、裏側電極が配置されている領域における表側電極の幅よりも狭くなっていることが好ましい。
また、本発明の太陽電池セルにおいて、表側電極および裏側電極は、それぞれ、金属を含み、表側電極は受光面上に所定の厚みを有して設けられており、裏側電極は裏面上に所定の厚みを有して設けられていることが好ましい。
また、本発明は、上記のいずれかの太陽電池セルと、インターコネクタとを備えるインターコネクタ付き太陽電池セルであって、表側電極と裏側電極のそれぞれにインターコネクタが接続されているインターコネクタ付き太陽電池セルである。
ここで、本発明のインターコネクタ付き太陽電池セルにおいて、インターコネクタと表側電極とは半田を介して電気的に接続されており、半田の少なくとも一部がインターコネクタからはみ出して表側電極上に露出していることが好ましい。
また、本発明のインターコネクタ付き太陽電池セルにおいて、インターコネクタは、断面が略矩形で帯状の金属からなることが好ましい。
さらに、本発明は、上記のインターコネクタ付き太陽電池セルが封止材によって封止されている太陽電池モジュールである。
本発明によれば、受光面積の減少を抑えつつ、受光面側の電極にインターコネクタを接続した場合でも、受光面にマイクロクラックが発生するのを抑制することができる太陽電池セル、インターコネクタ付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
図1に、本発明の太陽電池セルの一例である実施の形態の太陽電池セルの受光面の模式的な平面図を示し、図2に、図1に示す受光面とは反対側の裏面の一例の模式的な平面図を示す。
図1に示すように、光電変換基板1の受光面2には、インターコネクタと接続するための表側電極3が2本設けられており、表側電極3はそれぞれ一方向(図1では上下方向)に伸長している。なお、図1には図示していないが、表側電極3には、表側電極3の伸長方向と垂直な方向に伸長する帯状の複数の受光面集電用電極が接続されている。
図2に示すように、光電変換基板1の裏面4には、インターコネクタと接続するための島状の裏側電極5が互いに間隔をあけて6個配置されている。また、裏側電極5の外縁5aは、裏側電極5がそれぞれ矩形となるように構成されている。なお、裏側電極5以外の領域の少なくとも一部には裏面集電用電極が配置されていてもよい。
なお、図1には、裏側電極5の形成位置が破線で示されており、図2には、表側電極3の形成位置が破線で示されている。
そして、実施の形態の太陽電池セルにおいては、図1に示すように、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極3は、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包するように配置されている。
これは、本発明者が鋭意検討した結果、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極3が、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包するように配置されることによって、受光面積の減少を抑えつつ、表側電極3にインターコネクタを接続した場合でも、受光面2にマイクロクラックが発生するのを抑制することができることを見出したことによるものである。
すなわち、表側電極3は、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aから外側にはみ出るように形成されているため、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏側は、裏側電極5が形成されていない状態となっている。
そして、この形態においては、インターコネクタが表側電極3の外縁3aに配置された場合であっても、受光面2にマイクロクラックは発生しなかった。一方、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏側に、裏側電極5が形成されている場合に、インターコネクタが表側電極3の外縁3aに配置されると、表側電極3の外縁3a近傍の受光面2にマイクロクラックが発生することがあった。
これらの結果より、インターコネクタが表側電極3の外縁3aに配置された場合には、インターコネクタからの応力が表側電極3の外縁3aに直接かかるので、表側電極3の外縁3aに接している受光面2の部分にその応力が集中しやすくなるが、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏側に裏側電極5が形成されていない場合には、その部分には少なくとも裏側電極5の厚みの分の隙間があるので、光電変換基板1が撓むことでその応力を受け流すことができるため、受光面2にマイクロクラックが発生することを抑制できたと考えられる。
一方、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏側に裏側電極5が形成されている場合は、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏面の部分には、上記のような隙間がないため、光電変換基板1が撓みにくくなる。特に、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏面の部分に、裏側電極5を介してインターコネクタが配置されている場合には、光電変換基板1はほとんど撓むことができないので、受光面2にかかった応力を吸収できなくなっており、表側電極3の外縁3aに接している受光面2の部分に応力が集中することによって、マイクロクラックが発生してしまうことがあると考えられる。
したがって、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏側に裏側電極5を配置しないことによって、インターコネクタが表側電極3の外縁3aに配置された場合であっても、受光面2におけるマイクロクラックの発生を抑制できる。
光電変換基板1においては、受光面2に近い側に、発電部分となるpn接合などの接合面が形成されることが一般的であるため、受光面2から浅い位置にpn接合面が形成されている。このような受光面2にマイクロクラックが発生した場合には、受光面2におけるpn接合面が損傷して非発電領域となったり、光電変換基板1のpn接合間をリークする経路が形成されてしまったりする可能性がある。
つまり、受光面2にマイクロクラックが発生することは、太陽電池セルの性能低下に直結する問題である。その一方で、表側電極3の外縁3aにインターコネクタが配置されないように、表側電極3の外縁3aに冗長領域を設けたり、インターコネクタと接続しない領域を設けたりすることは、受光面積を減少させることを意味するため、太陽電池セルの発電効率を低下させることにつながる。
さらに、製造工程でインターコネクタと表側電極3との位置関係を厳密に管理する必要があるため、製造コストも上昇してしまう。これらの問題に対して、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏側に裏側電極5を配置しないことによって、インターコネクタが表側電極3の外縁3aに配置された場合であっても、受光面2におけるマイクロクラックの発生を抑制できる。これにより、受光面積の減少を抑えつつ、受光面2にマイクロクラックが発生するのを抑えることができるため、インターコネクタと表側電極3との配置を制限しなくてもよくなり、上記の問題を解決できる。
ここで、実施の形態の太陽電池セルにおいて、表側電極3の外縁3aは、たとえば図9の模式的断面図に示すように、裏側電極5の外縁5aよりも外側に位置していることが好ましい。表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを覆う距離X1は0.2mm以上であることが好ましいため、表側電極3の外縁3aは、裏側電極5の外縁5aよりも0.2mm以上外側に位置していることが好ましい。この場合には、受光面2におけるマイクロクラックの発生をより抑制することができる。特に、光電変換基板1の厚さが200μm以下であるときに、表側電極3の外縁3aを裏側電極5の外縁5aよりも0.2mm以上外側に位置させることによって、受光面2におけるマイクロクラックの発生を十分に抑制することができる。
一方、表側電極3の外縁3aと裏側電極5の外縁5aとの間の距離を0.2mm以上とした場合には、受光面2にマイクロクラックが発生するのをより抑制することができるが、表側電極3の幅の増加によって受光面積が減少して太陽電池セルの発電効率が低下するおそれがあることから、X1は0.2mm以上0.5mm以下とすることが好ましい。
なお、表側電極3と裏側電極5との相対的な位置関係が上記の関係を満たして配置できるようにするために、たとえば、裏側電極5の設置領域における表側電極3の幅(表側電極3の伸長方向に対して垂直な方向の長さ(図1に示す例ではY1))を、裏側電極5の幅(表側電極3の幅方向の長さ)に対して、0.8mm以上大きくすることが好ましい。
表側電極3と裏側電極5とを別工程で形成する場合でも、表側電極3と裏側電極5との製造上の位置ズレ量は0.2mm以内に収められることはさほど困難ではないので、この場合には、表側電極3の幅を、(裏側電極5の幅+0.8mm)としておけば、表側電極3の幅方向の中心が裏側電極5の幅方向の中心に対して0.2mmズレた場合であっても、表側電極3の外縁3aと裏側電極5の外縁5aとの間の距離である0.2mmを確保できる。
表側電極3および裏側電極5は、それぞれ、金属を含み、表側電極3は受光面2上に所定の厚さを有するように設けられることが好ましく、裏側電極5は裏面4上に所定の厚さを有するように設けられることが好ましい。たとえば、表側電極3および裏側電極5をそれぞれ銀、銅、ニッケルまたはアルミニウムなどの高導電性の金属材料から10μm以上の厚さで形成することにより、電気抵抗を低減し、かつ、機械的に強固な電極とすることができる。
そして、裏側電極5を所定の厚さを有するように設けることで、裏側電極5の外縁5aに重なるようにインターコネクタが配置された場合であっても、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏面の部分に、少なくとも所定の厚み分の隙間を設けることができ、その隙間によって光電変換基板1の撓みを許容することができるため、光電変換基板1の受光面2にかかった応力を吸収できる。
また、たとえば図1および図2に示すように、裏側電極5は、互いに間隔をあけて配置された複数の島状の電極からなるものとすることが好ましい。これによって、裏側電極5に用いられる銀や銅などの高価な金属の使用量をさらに低減することができる。そして、裏側電極5を互いに間隔をあけて配置された複数の島状の電極とすることによって、図1に示されるように、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、裏側電極5が配置されていない領域における表側電極3の幅Y2の少なくとも一部を、裏側電極5が配置されている領域における表側電極3の幅Y1よりも狭くすることができるため、受光面積を増大させることができるとともに、表側電極3の使用材料の量を低減することができる。
図3(a)〜図3(h)に、実施の形態の太陽電池セルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図を示す。まず、図3(a)に示すように、たとえばワイヤーソーなどを用いて多結晶のp型シリコンインゴットをたとえば160μm程度の厚さに切り出すことによってp型シリコン基板11を形成する。ここで、p型シリコン基板11の表面にはワイヤーソーなどによってダメージ層12が形成される。なお、p型シリコン基板11としては単結晶シリコンを用いることもできる。
次に、図3(b)に示すように、たとえばフッ酸と水と硝酸とからなる酸溶液を用いたエッチングによって、ダメージ層12を除去するとともに、p型シリコン基板11の両方の主面に大きな段差を有する凹凸(図示せず)を形成する。なお、p型シリコン基板11としては単結晶シリコンを用いた場合には、KOH(水酸化カリウム)またはNaOHにイソプロピルアルコールを添加したアルカリ溶液を用いた異方性エッチングを行なって凹凸を形成することもできる。
次いで、図3(c)に示すように、pn接合分離を目的として、p型シリコン基板11の裏面となる方の主面の周縁部にたとえばシリコンおよびチタンを含む溶液からなるマスク材13をスピンコータにより塗布する。
そして、図3(d)に示すように、p型シリコン基板11の受光面となる方の主面に、拡散源としてたとえばP2O5(五酸化二リン)を含むドーパント液14をスピンコータにより塗布する。
続いて、このp型シリコン基板11を拡散炉で800〜900℃程度に加熱することによって、p型シリコン基板11の受光面となる方の主面にn型ドーパントが拡散して、図3(e)に示すように、p型シリコン基板11の受光面となる方の主面に不純物拡散層であるn型不純物拡散層15を形成する。このとき、p型シリコン基板11の裏面となる方の主面のマスク材13が塗布された領域にはマスク材13が加熱されて生じたTiO2(酸化チタン)とSiO2(酸化シリコン)とが混在したマスク膜13aが形成されるとともに、ドーパント液14が加熱されて生じたPSG(リンシリケートガラス)層16が形成される。
そして、p型シリコン基板3をフッ酸に浸漬させることで、上記のマスク膜13aとPSG層16とを除去することによって、図3(f)に示すp型シリコン基板11を得る。
次いで、図3(g)に示すように、太陽光の反射防止およびパッシベーションを目的として、プラズマCVD法により、p型シリコン基板11の受光面となる方の主面上に、たとえば厚さ70nm〜100nmの窒化シリコンからなる反射防止膜17を形成する。
次に、p型シリコン基板11の裏面となる方の主面に、裏側電極5用の銀ペーストをスクリーン印刷し、表側電極3と受光面集電用電極の形成のために銀ペーストをスクリーン印刷し、これを150〜200℃程度で乾燥させた後に700〜750℃程度で焼成する。
これにより、図3(h)に示すように、p型シリコン基板11の受光面となる方の主面上にn型不純物拡散層15とオーミック接触をとる表側電極3および受光面集電用電極(図示せず)がファイヤースルーにより形成され、p型シリコン基板3の裏面となる方の主面にはp型不純物拡散層18とオーミック接触をとる裏側電極5が形成される。また、p型シリコン基板11とn型不純物拡散層15とp型不純物拡散層18とからなる光電変換機能を有する光電変換基板1が形成される。
上記のようにして製造された実施の形態の太陽電池セルにおいては、表側電極3および裏側電極5は、それぞれ、金属として銀を含み、表側電極3は、受光面2上に所定の厚みを有して設けられており、裏側電極5は、裏面4上に所定の厚みを有して設けられている。
図4(a)および図4(b)に、本発明のインターコネクタ付き太陽電池セルの一例である実施の形態のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面の模式的な平面図を示し、図5(a)および図5(b)に、図4(a)および図4(b)に示す受光面とは反対側の裏面の模式的な平面図を示す。
実施の形態のインターコネクタ付き太陽電池セルは、上記の実施の形態の太陽電池セルの表側電極3にインターコネクタ21を電気的に接続し、裏側電極5にインターコネクタ21を電気的に接続することによって作製することができる。このように、実施の形態の太陽電池セルの表側電極3および裏側電極5にそれぞれインターコネクタ21を接続してインターコネクタ付き太陽電池セルとすることによって、太陽電池セルが発電した電力を外部に取り出すことが容易となる。
なお、図4(a)および図5(a)が、それぞれ、インターコネクタ21が、表側電極3および裏側電極5の表面の幅方向の中心に接続された形態を示している。また、図4(b)および図5(b)が、それぞれ、インターコネクタ21が、表側電極3および裏側電極5の表面の幅方向の中心からズレた状態で接続された形態を示している。
図6に、図4(a)および図5(a)に示される実施の形態のインターコネクタ付き太陽電池セルの模式的な断面図を示す。図6に示すように、インターコネクタ21と、表側電極3および裏側電極5とは、それぞれ、半田31を用いて電気的に接続されることが好ましい。これにより、インターコネクタ21と、表側電極3および裏側電極5とを電気的に接続するとともに、機械的にも強固に固定することが可能となる。
半田31を用いて、インターコネクタ21と表側電極3および裏側電極5とをそれぞれ電気的に接続する場合には、半田31を加熱する必要があり、半田31の加熱、および表側電極3と光電変換基板1との熱膨張率の差によって発生する歪み応力もまた、受光面にマイクロクラックが発生する原因となり得る。
このような場合であっても、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏側に裏側電極5が形成されていないことで、表側電極3の外縁3aと受光面との界面にかかる歪み応力を裏面に分散させることができる。これにより、表側電極3の外縁3aと受光面との界面に歪み応力が集中するのを抑制することができるため、受光面積の減少を抑えつつ、受光面におけるマイクロクラックの発生を効果的に抑制することができる。
なお、半田31の少なくとも一部がインターコネクタ21からはみ出して表側電極3の表面上に露出していることが好ましい。この場合には、表側電極3の表面上に半田31のフィレット31aが形成されたことを確認できるため、表側電極3とインターコネクタ21との半田31による接続をより確実とすることができる。
この場合には、インターコネクタ21からはみ出た半田31が表側電極3の外縁3aに到達することもあり、インターコネクタ21が表側電極3の外縁3aに配置されたときと同様の状態となるが、表側電極3の外縁3aの、光電変換基板1を挟んだ裏側に裏側電極5が形成されていないことで、受光面積の減少を抑えつつ、受光面におけるマイクロクラックの発生を効果的に抑制することができる。
また、インターコネクタ21としては、たとえば、断面が略矩形で帯状の金属からなる金属導体を用いることができる。
インターコネクタ21は、たとえば、断面が略矩形で帯状の金属からなる金属導体の周囲を半田31で被覆したものを用意し、半田31または表側電極3若しくは裏側電極5の表面にフラックスを塗布し、インターコネクタ21でp型シリコン基板11を挟み込んで、リフロー炉にて200〜250℃の熱処理を行なう。これにより、インターコネクタ21を表側電極3および裏側電極5のそれぞれの表面に半田31により半田付けすることができる。
図7に、実施の形態のインターコネクタ付き太陽電池セルの複数が電気的に接続されてなる太陽電池ストリングの一例である実施の形態の太陽電池ストリングの受光面の模式的な平面図を示す。
実施の形態の太陽電池ストリングは、隣り合う実施の形態のインターコネクタ付き太陽電池セル同士が、受光面側または裏面側のインターコネクタ21の一方を共有することによって、順次電気的に接続されていき、接続方向の端部に配置されたインターコネクタ付き太陽電池セルのインターコネクタ21同士がバスバー41で接続されることによって構成されている。
図8に、本発明の太陽電池モジュールの一例である実施の形態の太陽電池モジュールの模式的な断面図を示す。図8に示す実施の形態の太陽電池モジュールは、図7に示す実施の形態の太陽電池ストリングが、ガラス板51と保護フィルム53との間のEVA(エチレンビニルアセテート)などの封止材52で封止することによって構成されている。
実施の形態の太陽電池モジュールにおいては、上述したように、実施の形態の太陽電池モジュールを構成する実施の形態の太陽電池セルおよびインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面積の減少を抑えつつ、受光面におけるマイクロクラックの発生を抑制することができる。
なお、上記において、裏側電極5は、互いに間隔を空けて配置された複数の島状の電極とした場合について説明したが、裏側電極5は一続きの形状としてもよく、また、他のあらゆる形状とするものも含まれ、いずれの場合であっても、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極3は、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包するように配置されていればよい。
また、表側電極3および裏側電極5の材料としては銀を用いた場合について説明したが表側電極3および裏側電極5の材料はこれらに限定されるものではない。
また、表側電極3および裏側電極5の本数はそれぞれ2本のパターンを形成した場合について説明したが、表側電極3および裏側電極5の本数はこれに限定されるものではない。
また、上記においては、光電変換基板1の主材料として、p型シリコン基板11を用いた場合について説明したが、光電変換基板1の主材料としてp型シリコン基板11を用いることに限定されず、太陽電池に用いることができる他の半導体基板を用いてもよいことは言うまでもない。
また、上記において、半田31としては、たとえば従来から公知の半田を用いることができる。また、上記において、インターコネクタ21に用いられる金属導体としては、たとえば銅箔などの従来から公知のものなどを用いることができる。
なお、図8においては、説明の便宜のため、表側電極3および裏側電極5の記載は省略されている。
また、上記においては、実施の形態の太陽電池モジュールの受光面側の受光面保護部材としてガラス板51を用いた場合について説明したが、ガラス板51以外にも太陽光を透過する透明な材質の受光面保護部材を用いてもよい。
また、上記においては、実施の形態の太陽電池モジュールの封止材52としてEVAを用いた場合について説明したが、EVA以外にも太陽光を透過する透明な材質の従来から公知の封止材を用いてもよい。
また、上記においては、実施の形態の太陽電池モジュールの裏面保護部材として保護フィルム53を用いた場合について説明したが、保護フィルム53以外の裏面保護部材を用いてもよい。
<実施例>
まず、多結晶のp型シリコンインゴットをワイヤーソーを用いて、幅155mm、長さ155mmおよび厚さ160μmの平板状に切り出した。次に、この平板状のp型シリコン基板の表面をフッ酸と水と硝酸とからなる酸溶液を用いてエッチングして、微細な凹凸を形成した。
まず、多結晶のp型シリコンインゴットをワイヤーソーを用いて、幅155mm、長さ155mmおよび厚さ160μmの平板状に切り出した。次に、この平板状のp型シリコン基板の表面をフッ酸と水と硝酸とからなる酸溶液を用いてエッチングして、微細な凹凸を形成した。
次いで、p型シリコン基板の裏面となる方の主面の周縁部にシリコンおよびチタンを含む溶液からなるマスク材をスピンコータにより塗布した。そして、p型シリコン基板の受光面となる方の主面の全面に、拡散源としてP2O5を含むドーパント液をスピンコータにより塗布した。続いて、このp型シリコン基板を拡散炉で850℃に加熱することによって、p型シリコン基板の受光面となる方の主面の全面にリンが拡散して、p型シリコン基板の受光面となる方の主面の全面に表面抵抗率が約50Ωの不純物拡散層であるn型不純物拡散層を形成した。
そして、p型シリコン基板をフッ酸に浸漬させることで、上記のマスク膜と、ドーパント液が加熱されて生じたPSG層とを除去した。次いで、太陽光の反射防止およびパッシベーションを目的として、プラズマCVD法により、p型シリコン基板の受光面となる方の主面上にたとえば厚さ80nmの窒化シリコンからなる反射防止膜を形成した。
また、p型シリコン基板の裏面となる方の主面にB2O3を含むドーパント液をスピンコータにより全面に塗布した後に拡散炉で加熱することで、p型シリコン基板の裏面となる方の主面の全面にボロンが拡散してp型不純物拡散層を形成した。そして、表側電極、受光面集電用電極、および裏側電極用の銀ペーストをスクリーン印刷し、これを175℃で乾燥させた後に725℃で焼成した。
これにより、p型シリコン基板の受光面となる方の主面上にn型不純物拡散層とオーミック接触をとる図1に示す形状の表側電極3および受光面集電用電極をファイヤースルーにより形成し、p型シリコン基板の裏面となる方の主面にp型不純物拡散層を形成するとともに、p型不純物拡散層とオーミック接触をとる図2に示す形状の裏側電極5を形成した。また、p型シリコン基板とn型不純物拡散層とp型不純物拡散層とから光電変換機能を有する光電変換基板1が形成された。
上記のようにして製造された実施例の太陽電池セルにおいては、表側電極3および裏側電極5は、それぞれ、金属として銀を含み、表側電極3は、光電変換基板1の受光面2上に約10μmの厚みを有して設けられ、裏側電極5は、光電変換基板1の裏面4上に約10μmの厚みを有して設けられた。
実施例の太陽電池セルは、図1に示すように、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包するように配置されている箇所を有していた。
また、実施例の太陽電池セルにおいては、図2に示すように、裏側電極5は、互いに間隔をあけて配置された幅3mmの複数の島状の電極からなり、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、裏側電極5が配置されていない領域における表側電極3の幅Y2が2mmで、裏側電極5が配置されている領域における表側電極3の幅Y1は3.8mmとした。
その後、Sn−Ag−Cuからなる半田で被覆された幅2mmで厚さ0.2mmの断面が略矩形で帯状の銅箔から構成されるインターコネクタをフラックスが塗布された表側電極3の上面および裏側電極5の上面にそれぞれ設置し、これらのインターコネクタでp型シリコン基板を挟み込んでリフロー炉にて240℃の熱処理を行なった。これにより、表側電極3の上面および裏側電極5の上面にそれぞれインターコネクタを電気的に接続した。これにより、実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルの複数を作製した。
図4(a)および図4(b)に、実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面の模式的な平面図を示し、図5(a)および図5(b)に、図4(a)および図4(b)に示す受光面とは反対側の裏面の模式的な平面図を示す。
このような実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルは、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極3とインターコネクタ21との接続箇所が、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包する箇所を含んでいた。
<比較例>
図11(a)および図11(b)に、比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面の模式的な平面図を示し、図12(a)および図12(b)に、図11(a)および図11(b)に示す受光面とは反対側の裏面の模式的な平面図を示す。
図11(a)および図11(b)に、比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面の模式的な平面図を示し、図12(a)および図12(b)に、図11(a)および図11(b)に示す受光面とは反対側の裏面の模式的な平面図を示す。
なお、図11(a)および図12(a)が、それぞれ、インターコネクタ21が、表側電極3および裏側電極5の表面の幅方向の中心に接続された形態を示している。また、図11(b)および図12(b)が、それぞれ、インターコネクタ21が、表側電極3および裏側電極5の表面の幅方向の中心からズレた状態で接続された形態を示している。
比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルは、表側電極3の幅を2.5mm、裏側電極5の幅を3mmとし、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極3が、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包するように配置されていないこと以外は、実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルと同様の構成として、その複数が作製された。
<評価>
図13(a)に、図4(a)および図5(a)のXIIIa−XIIIaに沿った模式的な断面図を示す。図13(b)に、図4(b)および図5(b)のXIIIb−XIIIbに沿った模式的な断面図を示す。
図13(a)に、図4(a)および図5(a)のXIIIa−XIIIaに沿った模式的な断面図を示す。図13(b)に、図4(b)および図5(b)のXIIIb−XIIIbに沿った模式的な断面図を示す。
実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルにおいては、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを覆う距離X1は、0.4mmであり、0.2mm以上0.5mm以下となっている。
図14(a)に、図11(a)および図12(a)のXIVa−XIVaに沿った模式的な断面図を示す。図14(b)に、図11(b)および図12(b)のXIVb−XIVbに沿った模式的な断面図を示す。
比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルにおいては、表側電極3の外縁3aは、裏側電極5の外縁5aを覆っていない。
なお、図13(a)および図13(b)ならびに図14(a)および図14(b)には裏側電極5に接続されるインターコネクタ21については図示されていない。
(理想的な位置関係)
図13(a)に、実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面側のインターコネクタ21と、表側電極3と、裏側電極5との理想的な相対的な位置関係を示す。また、図14(a)に、比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面側のインターコネクタ21と、表側電極3と、裏側電極5との理想的な相対的な位置関係を示す。
図13(a)に、実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面側のインターコネクタ21と、表側電極3と、裏側電極5との理想的な相対的な位置関係を示す。また、図14(a)に、比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面側のインターコネクタ21と、表側電極3と、裏側電極5との理想的な相対的な位置関係を示す。
図13(a)および図14(a)に示すように、インターコネクタ21が表側電極3の外縁3aに重なっていない場合には、実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルおよび比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルのいずれの受光面にもマイクロクラックは発生しなかった。
(インターコネクタ21が表側電極3の外縁3aに重なった場合)
図13(b)に、実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面側のインターコネクタ21が表側電極3の外縁3aに重なった場合のインターコネクタ21と、表側電極3と、裏側電極5との相対的な位置関係を示す。また、図14(b)に、比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面側のインターコネクタ21が表側電極3の外縁3aに重なった場合のインターコネクタ21と、表側電極3と、裏側電極5との相対的な位置関係を示す。
図13(b)に、実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面側のインターコネクタ21が表側電極3の外縁3aに重なった場合のインターコネクタ21と、表側電極3と、裏側電極5との相対的な位置関係を示す。また、図14(b)に、比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面側のインターコネクタ21が表側電極3の外縁3aに重なった場合のインターコネクタ21と、表側電極3と、裏側電極5との相対的な位置関係を示す。
図13(b)および図14(b)に示すように、インターコネクタ21が表側電極3の外縁3aに重なっている場合には、実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面にはマイクロクラックが発生しなかったが、比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面にはマイクロクラック130が発生した。
図10に、図4(a)および図5(a)のX−Xに沿った模式的な断面図を示す。図4(a)および図5(a)に示すように、Y1>Y2とした場合には、表側電極3の伸長方向と交差する方向(図10においては、図10の紙面表裏方向)にも表側電極3の外縁3aができることがあるが、この方向に対しても、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包するように配置されていることによって、インターコネクタ21が表側電極3の外縁3aに重なって配置された場合でも、実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルの受光面にはマイクロクラックが発生しなかった。
なお、図10には裏側電極5に接続されるインターコネクタ21については図示されていない。
<まとめ>
以上の結果から、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極3は、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包するように配置された実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルは、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極3が、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包するように配置されていない比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルと比較して、受光面におけるマイクロクラックの発生を抑制でき、また、受光面積の減少も抑えることができる。
以上の結果から、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極3は、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包するように配置された実施例のインターコネクタ付き太陽電池セルは、受光面2に対して垂直な方向からの投影視において、表側電極3が、表側電極3の外縁3aが裏側電極5の外縁5aを内包するように配置されていない比較例のインターコネクタ付き太陽電池セルと比較して、受光面におけるマイクロクラックの発生を抑制でき、また、受光面積の減少も抑えることができる。
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、上述の実施の形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、太陽電池セル、インターコネクタ付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールに好適に利用することができる。
1 光電変換基板、2 受光面、3 表側電極、3a 外縁、4 裏面、5 裏側電極、5a 外縁、11 p型シリコン基板、12 ダメージ層、13 マスク材、13a マスク膜、14 ドーパント液、15 n型不純物拡散層、16 PSG層、17 反射防止膜、18 p型不純物拡散層、21 インターコネクタ、31 半田、31a フィレット、41 バスバー、51 ガラス板、52 封止材、53 保護フィルム。
Claims (8)
- 受光面と前記受光面とは反対側の裏面とを有する光電変換基板と、
前記受光面に設けられた表側電極と、
前記裏面に設けられた裏側電極と、を備え、
前記受光面に対して垂直な方向からの投影視において、前記表側電極は、前記表側電極の外縁が前記裏側電極の外縁を内包するように配置されている、太陽電池セル。 - 前記表側電極の外縁は、前記裏側電極の前記外縁よりも0.2mm以上外側に位置している、請求項1に記載の太陽電池セル。
- 前記裏側電極は、互いに間隔をあけて配置された複数の島状の電極からなり、
前記受光面に対して垂直な方向からの投影視において、前記裏側電極が配置されていない領域における前記表側電極の幅の少なくとも一部が、前記裏側電極が配置されている領域における前記表側電極の幅よりも狭くなっている、請求項1または2に記載の太陽電池セル。 - 前記表側電極および前記裏側電極は、それぞれ、金属を含み、
前記表側電極は、前記受光面上に所定の厚みを有して設けられており、
前記裏側電極は、前記裏面上に所定の厚みを有して設けられている、請求項1から3のいずれか1項に記載の太陽電池セル。 - 請求項1から4のいずれか1項に記載の太陽電池セルと、インターコネクタとを備えるインターコネクタ付き太陽電池セルであって、
前記表側電極と前記裏側電極とのそれぞれに前記インターコネクタが接続されている、インターコネクタ付き太陽電池セル。 - 前記インターコネクタと前記表側電極とは、半田を介して電気的に接続されており、
前記半田の少なくとも一部が、前記インターコネクタからはみ出して前記表側電極上に露出している、請求項5に記載のインターコネクタ付き太陽電池セル。 - 前記インターコネクタは、断面が略矩形で帯状の金属からなる、請求項5または6に記載のインターコネクタ付き太陽電池セル。
- 請求項5から7のいずれか1項に記載のインターコネクタ付き太陽電池セルが、封止材によって封止されている、太陽電池モジュール。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012166821A JP2014027133A (ja) | 2012-07-27 | 2012-07-27 | 太陽電池セル、インターコネクタ付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュール |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017158691A1 (ja) * | 2016-03-14 | 2017-09-21 | 三菱電機株式会社 | 太陽電池の製造方法 |
US11757058B2 (en) | 2016-11-17 | 2023-09-12 | Shangrao Jinko Solar Technology Development Co Ltd | Solar cell panel |
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2012
- 2012-07-27 JP JP2012166821A patent/JP2014027133A/ja active Pending
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