JP2014053330A - 太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供する。
【解決手段】ｐ側電極１１ｐは、複数のｐ側フィンガー電極部１２ｐと、複数のｐ側フィンガー電極部１２ｐを電気的に接続するｐ側バスバー部１３ｐとを有する。ｎ側電極１１ｎは、複数のくし歯状電極部１４を有する。複数のくし歯状電極部１４のそれぞれは、複数のｎ側フィンガー電極部１２ｎと、複数のｎ側フィンガー電極部１２ｎを電気的に接続するｎ側バスバー部１３ｎとを有する。複数のｐ側フィンガー電極部１２ｐは、第２の方向ｙにおいて隣り合うくし歯状電極部１４間に位置しているｐ側フィンガー電極部１２ｐ１を含む。ｐ側フィンガー電極部１２ｐ１の先端部は、隣り合うくし歯状電極部１４のｎ側バスバー部１３ｎ間に位置している。
【選択図】図１

Description

本発明は、裏面接合型の太陽電池に関する。

従来、太陽電池の裏面側にｐ型及びｎ型の半導体領域が配されている所謂裏面接合型の太陽電池が知られている。例えば、下記の特許文献１には、裏面接合型の太陽電池として、互いに間挿し合うくし歯状のｐ側電極とｎ側電極とが裏面の上に形成された太陽電池が記載されている。この裏面接合型の太陽電池では、受光面側に電極を設ける必要がない。このため、裏面接合型の太陽電池では、光の受光効率を高めることができる。従って、より高い光電変換効率を実現し得る。

特開２０１０−８０８８７号公報

しかしながら、近年、太陽電池に対する光電変換効率向上の要求がさらに高まってきている。

本発明は、斯かる点に鑑みて成されたものであり、その目的は、改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供することにある。

本発明に係る太陽電池は、太陽電池基板と、ｎ側電極と、ｐ側電極とを備えている。太陽電池基板は、一主面に、ｎ型表面とｐ型表面とを有する。ｎ側電極は、ｎ型表面の上に配されている。ｐ側電極は、ｐ型表面の上に配されている。ｐ側電極は、複数のｐ側フィンガー電極部と、ｐ側バスバー部とを有する。複数のｐ側フィンガー電極部のそれぞれは、第１の方向の一方側から他方側に向かって延びている。複数のｐ側フィンガー電極部は、第１の方向に垂直な第２の方向に沿って配列されている。ｐ側バスバー部は、複数のｐ側フィンガー電極部を電気的に接続している。ｎ側電極は、複数のくし歯状電極部を有する。複数のくし歯状電極部は、第２の方向に沿って配列されている。複数のくし歯状電極部のそれぞれは、複数のｎ側フィンガー電極部と、ｎ側バスバー部とを有する。複数のｎ側フィンガー電極部のそれぞれは、第２の方向において隣り合うｐ側フィンガー電極部間において第１の方向の他方側から一方側に向かって延びている。ｎ側バスバー部は、複数のｎ側フィンガー電極部を電気的に接続している。複数のｐ側フィンガー電極部は、第２の方向において隣り合うくし歯状電極部間に位置しているｐ側フィンガー電極部を含む。隣り合うくし歯状電極部間に位置しているｐ側フィンガー電極部の先端部は、隣り合うくし歯状電極部のｎ側バスバー部間に位置している。

本発明によれば、改善された光電変換効率を有する太陽電池を提供することができる。

第１の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。 第２の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。 第３の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。 第４の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。 第５の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。 第５の実施形態に係る太陽電池の一部分を拡大した略図的平面図である。 第１の実施形態に係る太陽電池の一部分を拡大した略図的平面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は、単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１は、本実施形態の太陽電池１の裏面の略図的平面図である。この図１及び下記の図２〜図７においては、電極の形状をわかりやすくするためにハッチングを附しているが、図１〜図７においてハッチングが附された領域は、断面ではない。

太陽電池１は、所謂裏面接合型の太陽電池である。太陽電池１は、太陽電池基板１０を有する。太陽電池基板１０は、受光することによって電子や正孔などのキャリアを生成させる部材である。太陽電池基板１０は、受光面と、裏面１０ａとを有する。裏面１０ａには、ｎ型表面１０ａｎと、ｐ型表面１０ａｐとが露出している。

太陽電池基板１０は、一の導電型を有する結晶性半導体からなる基板と、その半導体基板の裏面の上に配されたｐ型非晶質半導体層及びｎ型非晶質半導体層とを有するものであってもよい。その場合は、ｐ型表面１０ａｐは、ｐ型非晶質半導体層の表面により構成される。ｎ型表面１０ａｎは、ｎ型非晶質半導体層の表面により構成される。

なお、ｐ型非晶質半導体層は、例えば、水素を含むｐ型のアモルファスシリコンにより形成することができる。ｎ型非晶質半導体層は、例えば、水素を含むｎ型のアモルファスシリコンにより形成することができる。ｐ型非晶質半導体層及びｎ型非晶質半導体層のそれぞれと、結晶性半導体層との間に、発電に実質的に寄与しない程度の厚みのｉ型非晶質半導体層が配されていてもよい。ｉ型非晶質半導体層は、例えば、水素を含むｉ型のアモルファスシリコンにより形成することができる。

また、太陽電池基板１０は、一の導電型を有し、裏面側に、ｐ型ドーパントが拡散したｐ型ドーパント拡散領域及びｎ型ドーパントが拡散したｎ型ドーパント拡散領域が設けられている半導体基板により構成されていてもよい。この場合は、ｐ型表面１０ａｐは、ｐ型ドーパント拡散領域の表面により構成される。ｎ型表面１０ａｎは、ｎ型ドーパント拡散領域の表面により構成される。

半導体基板の厚みは、２ｍｍ以下であることが好ましい。半導体基板の厚みの下限は、０．０１ｍｍであることが好ましい。結晶性半導体基板の比抵抗は、０．１Ωｃｍ〜１００Ωｃｍであることが好ましい。

以下、本実施形態では、太陽電池基板１０が、ｎ型の半導体基板と、半導体基板の裏面の上に配されたｐ型非晶質半導体層及びｎ型非晶質半導体層とを有するものである例について説明する。従って、本実施形態では、正孔が少数キャリアとなる。

太陽電池基板１０の裏面１０ａの上には、ｐ側電極１１ｐとｎ側電極１１ｎとが配されている。ｐ側電極１１ｐは、ｐ型表面１０ａｐの上に配されている。ｎ側電極１１ｎは、ｎ型表面１０ａｎの上に配されている。

ｐ側電極１１ｐ及びｎ側電極１１ｎの材質は、導電材料である限りにおいて特に限定されない。ｐ側電極１１ｐ及びｎ側電極１１ｎのそれぞれは、例えば、銀、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、クロムなどの金属や、それらの金属のうちの一種以上を含む合金、ＴＣＯ（Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）などにより形成することができる。また、ｐ側電極１１ｐ及びｎ側電極１１ｎのそれぞれは、例えば、上記金属や合金、ＴＣＯからなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。ｐ側電極１１ｐ及びｎ側電極１１ｎのそれぞれは、例えば、スパッタ法、蒸着法、スクリーン印刷法或いはメッキ法等を用いて形成することができる。

本実施形態では、ｐ側電極１１ｐは、ひとつのくし歯状電極により構成されている。もっとも、本発明においては、ｐ側電極１１ｐは、複数のくし歯状電極により構成されていてもよい。ｐ側電極１１ｐは、ｐ側フィンガー電極部としての複数のフィンガー電極部１２ｐと、ｐ側バスバー部としてのバスバー部１３ｐとを有する。複数のフィンガー電極部１２ｐのそれぞれは、ｘ方向のｘ２側からｘ１側に向かって直線状に延びている。複数のフィンガー電極部１２ｐは、ｘ方向に対して垂直なｙ方向に沿って配列されている。

複数のフィンガー電極部１２ｐは、バスバー部１３ｐにより電気的に接続されている。本実施形態では、バスバー部１３ｐは、複数のフィンガー電極部１２ｐのｘ２側に配置されている。バスバー部１３ｐは、直線状に形成されている。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明において、ｐ側バスバー部の形状は、複数のｐ側フィンガー電極部を電気的に接続している限りにおいて特に限定されない。ｐ側バスバー部は、直線状でなくてもよい。例えば、ｐ側バスバー部は、電極パッドと、その電極パッドとｐ側フィンガー電極部とを接続している複数の接続部とを有するものであってもよい。

本実施形態では、ｎ側電極１１ｎは、複数の電極部に分離されている。具体的には、ｎ側電極１１ｎは、複数のくし歯状電極部１４を有する。ｎ側電極１１ｎに含まれるくし歯状電極部１４の数は、２〜５０であることが好ましく、３〜５であることがより好ましい。

複数のくし歯状電極部１４は、ｙ方向に沿って配列されている。複数のくし歯状電極部１４のそれぞれと、ｐ側電極１１ｐとは、互いに間挿し合っている。

複数のくし歯状電極部１４のそれぞれは、ｎ側フィンガー電極部としての複数のフィンガー電極部１２ｎと、バスバー部１３ｎとを有する。複数のフィンガー電極部１２ｎは、ｙ方向に沿って配列されている。複数のフィンガー電極部１２ｎのそれぞれは、ｙ方向において隣り合うフィンガー電極部１２ｐ間において、ｘ方向のｘ１側からｘ２側に向かって直線状に延びている。

複数のフィンガー電極部１２ｎは、バスバー部１３ｎによって電気的に接続されている。本実施形態では、バスバー部１３ｎは、複数のフィンガー電極部１２ｎのｘ１側に配置されている。バスバー部１３ｎは、直線状に形成されている。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明において、ｎ側バスバー部の形状は、複数のｎ側フィンガー電極部を電気的に接続している限りにおいて特に限定されない。ｎ側バスバー部は、直線状でなくてもよい。例えば、ｎ側バスバー部は、電極パッドと、その電極パッドとｎ側フィンガー電極部とを接続している複数の接続部とを有するものであってもよい。

ｙ方向において隣り合うくし歯状電極部１４のバスバー部１３ｎ間の最短距離は、０．２ｍｍ〜１０ｍｍであることが好ましく、０．２ｍｍ〜４ｍｍであることがより好ましい。

ｙ方向において隣り合うくし歯状電極部１４の間には、フィンガー電極部１２ｐが配されている。すなわち、複数のフィンガー電極部１２ｐは、ｙ方向において隣り合うくし歯状電極部１４の間に位置するフィンガー電極部１２ｐ１を含む。このフィンガー電極部１２ｐ１は、他のフィンガー電極部１２ｐよりも長い。フィンガー電極部１２ｐ１の先端部は、ｙ方向において隣り合うくし歯状電極部１４のバスバー部１３ｎ間に位置している。換言すれば、フィンガー電極部１２ｐ１の先端は、ｘ方向において、バスバー部１３ｎの位置にまで至っている。フィンガー電極部１２ｐ１の先端部は、ｙ方向において、バスバー部１３ｎの少なくとも一部と対向している。

なお、本実施形態では、フィンガー電極部１２ｐ１のｘ１側先端と、バスバー部１３ｎのｘ１側の端辺とは面一となっている。但し、本発明は、この構成に限定されない。フィンガー電極部１２ｐ１のｘ１側先端は、バスバー部１３ｎのｘ１側先端よりもｘ２側に位置していてもよいし、バスバー部１３ｎのｘ１側先端よりもｘ１側に位置していてもよい。すなわち、フィンガー電極部１２ｐ１は、バスバー部１３ｎの少なくとも一部とｙ方向において対向していればよい。

複数のフィンガー電極部１２ｐ及び複数のフィンガー電極部１２ｎのうち、ｙ方向における最も外側に位置するフィンガー電極部は、フィンガー電極部１２ｐである。すなわち、複数のフィンガー電極部１２ｐは、複数のフィンガー電極部１２ｐ及び複数のフィンガー電極部１２ｎのうちｙ方向における最も外側に位置するフィンガー電極部１２ｐ２を含む。このフィンガー電極部１２ｐ２は、ｙ方向においてバスバー部１３ｎの少なくとも一部と対向している。すなわち、フィンガー電極部１２ｐ２の先端は、ｘ方向において、バスバー部１３ｎの位置にまで至っている。

なお、本実施形態では、フィンガー電極部１２ｐ２のｘ１側先端と、バスバー部１３ｎのｘ１側の端辺とは面一となっている。但し、本発明は、この構成に限定されない。フィンガー電極部１２ｐ２のｘ１側先端は、バスバー部１３ｎのｘ１側先端よりもｘ２側に位置していてもよいし、バスバー部１３ｎのｘ１側先端よりもｘ１側に位置していてもよい。

ところで、下記の特許文献１に記載のように、ｎ側電極及びｐ側電極のそれぞれをひとつのくし歯状電極により構成した場合は、光電変換効率を十分に改善することは困難である。これは、太陽電池基板のｎ側電極のバスバー部の下に位置する部分で生じた少数キャリアである正孔がｐ側電極に収集されるまでに移動しなければならない距離が長いために再結合により消失しやすいことによるものと考えられる。

これに対して本実施形態では、ｎ側電極１１ｎが複数のくし歯状電極部１４に分割されている。そして、ｐ側のフィンガー電極部１２ｐ１がバスバー部１３ｎの間に位置している。このため、ｎ側のバスバー部１３ｎの面積が小さい。また、太陽電池基板１０のバスバー部１３ｎの下に位置する部分で生じた少数キャリアである正孔がｐ側電極１１ｐにより収集されるまでに移動しなければならない距離が短い。よって、本実施形態では、正孔の再結合による消失を効果的に抑制することができる。従って、光電変換効率を改善することができる。

また、本実施形態では、フィンガー電極部１２ｐ２も、フィンガー電極部１２ｐ１と同様に、バスバー部１３ｎとｙ方向において対向するように設けられている。従って、正孔の再結合による消失がより効果的に抑制されている。従って、さらに改善された光電変換効率を実現することができる。

光電変換効率をより大きく改善する観点からは、バスバー部１３ｎの面積を小さくすることが好ましい。よって、バスバー部１３ｎ間の最短距離を長くすることが好ましい。具体的には、バスバー部１３ｎ間の最短距離は、０．２ｍｍ以上であることが好ましい。しかしながら、バスバー部１３ｎ間の最短距離を長くしすぎると、抵抗成分の増加等により光電変換効率がかえって低下してしまう場合がある。このため、バスバー部１３ｎ間の最短距離は、１０ｍｍ以下であることが好ましく、４ｍｍ以下であることが好ましい。

以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
図２は、第２の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。

本実施形態の太陽電池２は、バスバー部１３ｎの形状と、フィンガー電極部１２ｐ１の形状とにおいて上記第１の実施形態の太陽電池１と異なる。太陽電池２では、バスバー部１３ｎは、ｘ方向のｘ２側からｘ１側に向かって幅狭となっている。具体的には、バスバー部１３ｎは、ｘ２側に上底が向く台形状である。フィンガー電極部１２ｐ１の先端部は、ｘ方向のｘ２側からｘ１側に向かって幅広となっている。具体的には、フィンガー電極部１２ｐ１の先端部は、ｘ１側に下底が向く台形状である。

このため、太陽電池２では、上記第１の実施形態の太陽電池１よりも、バスバー部１３ｎの面積が小さくされている。また、フィンガー電極部１２ｐ１がｘ１側に向かって幅広となっているため、太陽電池基板１０のバスバー部１３ｎの下に位置する部分で生じた正孔がｐ側電極１１ｐにより収集されるまでに移動しなければならない距離がより短くなっている。よって、正孔の再結合による消失をより効果的に抑制することができる。従って、さらに改善された光電変換効率を得ることができる。

なお、バスバー部１３ｎの底角（及びフィンガー電極部１２ｐ１の先端部の底角は）、０°〜９０°（１８０°〜９０°）であることが好ましく、３０°〜６０°（１５０°〜１２０°）であることがより好ましい。

（第３の実施形態）
図３は、第３の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。図３に示すように、本実施形態に係る太陽電池３は、ｙ方向において隣り合うくし歯状電極部１４間に複数のフィンガー電極部１２ｐ１が配置されている点で、上記第１の実施形態の太陽電池１と異なる。この場合であっても、上記第１の実施形態と同様に、改善された光電変換効率を実現することができる。

（第４の実施形態）
図４は、第４の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。図４に示すように、本実施形態に係る太陽電池４は、上記第２の実施形態と同様に、バスバー部１３ｎ及びフィンガー電極部１２ｐ１の先端部のそれぞれが台形状に形成されている点で上記第３の実施形態の太陽電池３と異なる。このため、本実施形態の太陽電池４では、太陽電池３よりもさらに高い光電変換効率を有する。

（第５の実施形態）
図５は、第５の実施形態に係る太陽電池の略図的平面図である。図６は、第５の実施形態に係る太陽電池の一部分を拡大した略図的平面図である。図５に示すように、本実施形態の太陽電池５は、ｐ側電極１１ｐが、電極部１５ｐを有する点で、第１の実施形態の太陽電池１と異なる。

電極部１５ｐは、フィンガー電極部１２ｐ１に電気的に接続されている。具体的には、本実施形態では、電極部１５ｐは、複数のフィンガー電極部１２ｐ１の先端部を接続している。電極部１５ｐは、バスバー部１３ｎのｘ１側において、ｙ方向に沿って延びるように設けられている。

例えば、第１の実施形態の太陽電池１では、図７に示すように、太陽電池基板１０のうち、バスバー部１３ｎのｘ１側部分の下に位置する部分で生じた正孔１６は、フィンガー電極部１２ｐにより収集されるまでに長い距離を移動しなければならない。従って、正孔１６は、再結合により消失しやすい。

それに対して、本実施形態では、上述のような電極部１５ｐが設けられている。このため、図６に示すように、太陽電池基板１０のうち、バスバー部１３ｎのｘ１側部分の下に位置する部分で生じた正孔１６がｐ側電極１１ｐの電極部１５ｐにより収集されるまでに移動しなければならない距離が短い。よって、正孔１６は、再結合により消失し難い。従って、より改善された光電変換効率を実現することができる。

１〜５…太陽電池
１０…太陽電池基板
１０ａ…裏面
１０ａｎ…ｎ型表面
１０ａｐ…ｐ型表面
１１ｎ…ｎ側電極
１１ｐ…ｐ側電極
１２ｎ…フィンガー電極部
１２ｐ…フィンガー電極部
１３ｎ…バスバー部
１３ｐ…バスバー部
１４…くし歯状電極部
１５ｐ…電極部
１６…正孔

Claims (6)

1. 一主面にｎ型表面とｐ型表面とを有する太陽電池基板と、
   前記ｎ型表面の上に配されたｎ側電極と、
   前記ｐ型表面の上に配されたｐ側電極と、
   を備え、
   前記ｐ側電極は、第１の方向の一方側から他方側に向かって延び、前記第１の方向に垂直な第２の方向に沿って配列された複数のｐ側フィンガー電極部と、前記複数のｐ側フィンガー電極部を電気的に接続しているｐ側バスバー部とを有し、
   前記ｎ側電極は、前記第２の方向に沿って配列されており、前記第２の方向において隣り合う前記ｐ側フィンガー電極部間において前記第１の方向の他方側から一方側に向かって延びる複数のｎ側フィンガー電極部と、前記複数のｎ側フィンガー電極部を電気的に接続しているｎ側バスバー部とを有する複数のくし歯状電極部を有し、
   前記複数のｐ側フィンガー電極部は、前記第２の方向において隣り合う前記くし歯状電極部間に位置しているｐ側フィンガー電極部を含み、
   前記隣り合うくし歯状電極部間に位置しているｐ側フィンガー電極部の先端部は、前記隣り合うくし歯状電極部のｎ側バスバー部間に位置している、太陽電池。
2. 前記ｎ側バスバー部は、前記第１の方向の他方側に向かって幅狭となっており、
   前記隣り合うくし歯状電極部間に位置しているｐ側フィンガー電極部の先端部は、前記第１の方向の他方側に向かって幅広となっている、請求項１に記載の太陽電池。
3. 前記第２の方向において隣り合う前記くし歯状電極部間に複数のｐ側フィンガー電極部が配されている、請求項１または２に記載の太陽電池。
4. 前記ｐ側電極は、前記ｐ側フィンガー電極部に電気的に接続されており、前記ｎ側バスバー部よりも前記第１の方向の他方側において前記第２の方向に沿って延びる電極部をさらに有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池。
5. 前記隣り合うくし歯状電極部のｎ側バスバー部間の最短距離が１０ｍｍ以下である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池。
6. 前記複数のｐ側フィンガー電極部及び前記複数のｎ側フィンガー電極部のうち、前記第２の方向における最も外側に位置するフィンガー電極部が前記ｐ側フィンガー電極部であり、当該ｐ側フィンガー電極部の先端部は、前記第２の方向において前記ｎ側バスバー部と対向している、請求項１〜５のいずれか一項に記載の太陽電池。

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