JP2014075532A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率を向上させた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明は、異なる導電型の第一および第二半導体領域１０４、１０５を主面に有する、複数の太陽電池セル１０１ａ〜１０１ｆと、第一半導体領域上に設けられた第一フィンガー電極１０９ａ〜１０９ｆと、隣り合う太陽電池セルの全部の組のうち、一部の組の隣り合う太陽電池セル１０１ｂ、１０１ｃの間に配置され、第一フィンガー電極と接続された第一バスバー配線１１１ｂと、を備え、第一バスバー配線は、隣り合う太陽電池セルの側面に配置されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュールとして、第一および第二フィンガー電極の両方が裏面側に設けられたバックコンタクト型の太陽電池モジュールが知られている（例えば特許文献１等を参照）。

図８は、特許文献１の太陽電池モジュールにおいて、単結晶シリコン層上に面積の広いバスバー配線を配置した構成の太陽電池の一例を示した模式図である。

特許文献１に記載の太陽電池モジュールでは、図８に示すように、結晶シリコン層５０１の上面に複数のｐ型領域５０２と複数のｎ型領域５０３とが形成されている。各ｐ型領域５０２上には第一フィンガー電極５０４ａが形成され、各ｎ型領域５０３上には第二フィンガー電極５０４ｂが形成されている。更に、複数の第一フィンガー電極５０４ａと接合される第一バスバー配線５０５ａがｐ型領域５０２上に形成されている。また、複数の第二フィンガー電極５０４ｂと接合される第二バスバー配線５０５ｂがｎ型領域５０３上に形成されている。

特開２０１０−２８３３３９号公報

昨今、太陽電池モジュールの変換効率を向上させたいといった要望がある。このためには、バスバー配線の抵抗を低下させることが有効である。

バスバー配線の抵抗を下げるためには、大面積化または厚膜化が考えられるが、これらには以下の問題がある。

まず、バスバー配線の大面積化における問題について説明する。

図８に示す構成において、光の入射により、結晶シリコン層５０１内の第二バスバー配線５０５ｂの直下の領域に、キャリアとしての電子５０６とホール５０７とによるホール電子対が発生する場合を考える。

発生したキャリアは、キャリア拡散長よりも長い距離を移動することができない。このため、第二バスバー配線５０５ｂの面積が大きいと、第二バスバー配線５０５ｂの直下の領域で発生したホール５０７は、発生位置からｐ型領域５０２までの距離がキャリア拡散長以上となる場合があり、第一フィンガー電極５０４ａまで移動できず、発電に寄与しないことになる。このため変換効率が低下してしまう。このため、バスバー配線を大面積化すると変換効率が向上しない問題が発生する。

次に、バスバー配線の厚膜化における問題について説明する。

スクリーン印刷でバスバー配線を形成する場合、ペースト材料を高アスペクト状態で維持することが困難であるため、１回の印刷で厚膜配線を得ることが困難であり、数回に分けて同じ部分に印刷しなければならない。この場合、位置合わせの誤差等により配線形状が悪くなり、短絡や断線の原因になる可能性があるため、モジュールとしての信頼性が低下する問題がある。

このように、バスバー配線の大面積化においては、変換効率が低下するという問題があり、バスバー配線の厚膜化においては、信頼性低下が問題となる。

本発明は、上記従来の課題を考慮して、信頼性が高く、変換効率の高い太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上述した課題を解決するために、第１の本発明の太陽電池モジュールは、異なる導電型の第一および第二半導体領域を主面に有する、複数の太陽電池セルと、前記第一半導体領域上に設けられた第一フィンガー電極と、隣り合う前記太陽電池セルの全部の組のうち、一部の組の隣り合う太陽電池セルの間に配置され、前記第一フィンガー電極と接続された第一バスバー配線と、を備え、前記第一バスバー配線は、前記隣り合う太陽電池セルの側面に配置されることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池セルの側面にバスバー配線を配置することで、高い信頼性を示しつつ優れた変換効率を実現できる。

本発明の実施の形態１における（ａ）太陽電池モジュールの配線を配置している面を示す模式平面図、（ｂ）同太陽電池モジュールの線分Ａ−Ａ’における模式断面図、（ｃ）同太陽電池モジュールの線分Ｂ−Ｂ’における模式断面図 本発明の実施の形態１における、太陽電池セルとバスバー配線の配置構成を説明するための、太陽電池セル部分の模式図 本発明の実施の形態２における（ａ）太陽電池モジュールの配線を配置している面を示す模式平面図、（ｂ）同太陽電池モジュールの線分Ｃ−Ｃ’における模式断面図、（ｃ）同太陽電池モジュールの線分Ｄ−Ｄ’における模式断面図 本発明の実施の形態３における（ａ）太陽電池モジュールの配線を配置している面を示す模式平面図、（ｂ）同太陽電池モジュールの線分Ｅ−Ｅ’における模式断面図、（ｃ）同太陽電池モジュールの線分Ｆ−Ｆ’における模式断面図 本発明の実施の形態４における（ａ）太陽電池モジュールの配線を配置している面を示す模式平面図、（ｂ）同太陽電池モジュールの線分Ｇ−Ｇ’における模式断面図、（ｃ）同太陽電池モジュールの線分Ｈ−Ｈ’における模式断面図 （ａ）フィンガー電極に対する半導体層中のキャリアの移動を説明するための、太陽電池モジュールの一部拡大側面図、（ｂ）フィンガー電極に対する半導体層中のキャリアの移動を説明するための、太陽電池モジュールの一部拡大平面図 参考例の太陽電池セルをフィンガー電極で繋いだ場合の接続部分の側面図 従来の太陽電池セルにおいて、単結晶シリコン層上に面積の広いバスバー配線を配置した太陽電池モジュールの構成を示す模式図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態１による、太陽電池モジュールの模式図である。太陽電池モジュールの一部を抜き出した状態を示している。図１（ａ）は配線を配置している面を示す平面図を、図１（ｂ）は図１（ａ）中の線分Ａ−Ａ’における断面図を、図１（ｃ）は図１（ａ）中の線分Ｂ−Ｂ’における断面図をそれぞれ示している。

なお、図１（ｂ）および図１（ｃ）の模式図では、構造を分かり易くするために、平面方向に対して厚さ方向の比率を大きく記載している。

本実施の形態１の太陽電池モジュールは、厚さ約３ｍｍの例えばソーダ石灰ガラス板で構成される透光性を有するベース基板１００に、太陽電池セル１０１ａ〜１０１ｆが２行３列で配置されている。これらの太陽電池セル１０１ａ〜１０１ｆは、ベース基板１００側から順に、厚さ約１０ｎｍのシリコン窒化膜で構成される絶縁膜１０２、厚さ約５０μｍのシリコン単結晶層である半導体層１０３、および厚さ約１０ｎｍのシリコン窒化膜で構成されるパッシベーション膜１０６が積層されたものである。

半導体層１０３には、パッシベーション膜１０６との界面に、第一不純物半導体層１０４および第二不純物半導体層１０５が配置されている。第一不純物半導体層１０４と第二不純物半導体層１０５は互いに異なる導電型である。第一不純物半導体層１０４と第二不純物半導体層１０５は、それぞれ複数の領域に分かれている。各領域はほぼ長方形の表面形状で、長辺が半導体層１０３の一辺と平行で、その長辺の長さが半導体層１０３のその一辺と同じ長さであり、短辺の長さが例えば０．１ｍｍ以上１０ｍｍ以下である。第一不純物半導体層１０４と第二不純物半導体層１０５の各領域は、交互に配置されている。すなわち、太陽電池セル１０１ａ〜１０１ｆの主面に、第一不純物半導体層１０４と第二不純物半導体層１０５とが形成されている。

なお、第一不純物半導体層１０４および第二不純物半導体層１０５が、それぞれ本発明の第一半導体領域および第二半導体領域の一例にあたる。なお、第一不純物半導体層１０４および第二不純物半導体層１０５と、本発明の構成との対応関係は、逆であってもよい。

パッシベーション膜１０６は、第一不純物半導体層１０４の各領域の上で第一不純物半導体層１０４のみを露出する開口部１０７と、第二不純物半導体層１０５の各領域の上で第二不純物半導体層１０５のみを露出する開口部１０８とを有する。

パッシベーション膜１０６は、半導体層１０３および絶縁膜１０２の側面にも配置されており、ベース基板１００上の領域で、後述するバスバー配線１１１ａまたは１１１ｂを配置する太陽電池セル同士の隙間１００ａおよび１００ｂにも配置されている。隙間１００ａおよび１００ｂの幅は約２００μｍである。このようにパッシベーション膜１０６を配置することで、半導体層１０３の表面および側面でのキャリア再結合が抑制される。

隣り合う太陽電池セル１０１ａと１０１ｂとの間、および太陽電池セル１０１ｄと１０１ｅとの間の隙間１００ａにバスバー配線１１１ａを設け、太陽電池セル１０１ｂと１０１ｃとの間、および太陽電池セル１０１ｅと１０１ｆとの間の隙間１００ｂにバスバー配線１１１ｂを設けている。これら以外の太陽電池セル間、すなわち、太陽電池セル１０１ａと１０１ｄとの間、太陽電池セル１０１ｂと１０１ｅとの間、および太陽電池セル１０１ｃと１０１ｆとの間は、パッシベーション膜１０６または絶縁膜１０２を介して接するように配置されており、太陽電池モジュールにおける、発電に寄与する有効面積の割合を出来るだけ多くしている。

また、太陽電池セルの受光面は、ベース基板１００の、絶縁膜１０２および半導体層１０３が配置されていない側である。

半導体層１０３として、不純物濃度が例えば、１×１０^１６ｃｍ^−３以下のｉ型、または不純物濃度が例えば１×１０^１７ｃｍ^−３以下のｐ型あるいはｎ型を用いる。絶縁膜１０２は、ベース基板１００への反射防止効果の機能、およびベース基板１００へ半導体層１０３を直接接させた場合に生じる界面リーク電流を抑制する界面のパッシベーション効果の機能も併せ持つ。

ここで、第一不純物半導体層１０４および第二不純物半導体層１０５の導電型および不純物濃度として、例えば、第一不純物半導体層１０４にはｎ型および１×１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３のものを、第二不純物半導体層１０５にはｐ型および１×１０^１８〜１０^２０ｃｍ^−３のものなどを用いる。また、第一不純物半導体層１０４に用いるドーパントとして、リン、砒素、アンチモンなどを、第二不純物半導体層１０５に用いるドーパントとして、ボロン、アルミニウム、インジウムなどを選択することが可能である。

更に、ｐ型の導電型の領域とｎ型の導電型の領域で半導体層１０３の一辺とは異なる幅の辺を異なる幅にしてもよい。本実施の形態１では、図１（ｂ）に示すように、この辺の幅を、第二不純物半導体層１０５の方が第一不純物半導体層１０４よりも広くなるように形成している。これにより、電子、正孔の移動度の違いから生じる再結合による変換効率の低下を低減することができる。

銀ペーストを焼成することで形成された厚さ約１０μｍのフィンガー電極１０９ａ〜１０９ｆおよび１１０ａ〜１１０ｆが、開口部１０７および１０８をそれぞれ通じて第一不純物半導体層１０４および第二不純物半導体層１０５とそれぞれ導通している。

更に、隙間１００ａおよび１００ｂ上には、それぞれ銀ペーストを焼成することで形成されたバスバー配線１１１ａおよび１１１ｂが配置されており、バスバー配線１１１ａとフィンガー電極１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｄおよび１１０ｅが導通し、バスバー配線１１１ｂとフィンガー電極１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｅおよび１０９ｆが導通している。このような構造を持つ太陽電池モジュールでは、発電層である半導体層１０３で発生したキャリアが集電電極であるフィンガー電極１０９ａ〜１０９ｆおよび１１０ａ〜１１０ｆを介し、送電配線であるバスバー配線１１１ａおよび１１１ｂに収集され、外部へ電力を供給することが可能となる。ここでは、図示しない部材によりバスバー配線１１１ａとバスバー配線１１１ｂとが電気回路を構成している。

なお、フィンガー電極１０９ａ〜１０９ｆおよびフィンガー電極１１０ａ〜１１０ｆが、それぞれ、本発明の第一フィンガー電極および第二フィンガー電極の一例にあたる。また、バスバー配線１１１ｂおよびバスバー配線１１１ａが、それぞれ、本発明の第一バスバー配線および第二バスバー配線の一例にあたる。なお、これらの各部と本発明の構成との対応関係は、それぞれ逆であってもよい。

また、太陽電池セル１０１ｂと１０１ｃ、太陽電池セル１０１ｅと１０１ｆのそれぞれの組み合わせが、それぞれ、本発明の、太陽電池セルの間に第一バスバー配線が配置される、隣り合う太陽電池セルの一部の組の一例にあたる。また、太陽電池セル１０１ａと１０１ｂ、太陽電池セル１０１ｄと１０１ｅのそれぞれの組み合わせが、それぞれ、本発明の、太陽電池セルの間に第二バスバー配線が配置される、隣り合う太陽電池セルの他の一部の組の一例にあたる。なお、これらの各部と本発明の構成との対応関係は、それぞれ逆であってもよい。

バスバー配線１１１ａおよび１１１ｂを、それぞれ隙間１００ａおよび１００ｂに配置することで、図１（ａ）に示すように、バスバー配線１１１ａおよび１１１ｂは、それらの伸びる方向が、フィンガー電極１０９ａ〜１０９ｆおよび１１０ａ〜１１０ｆの伸びる方向と直交する向きに配置される。そして、図１（ｃ）に示すように、フィンガー電極１０９ａ〜１０９ｆおよび１１０ａ〜１１０ｆの長手方向に沿った断面において、バスバー配線１１１ａおよび１１１ｂは、底辺約２００μｍ、高さ約６０μｍの比較的高アスペクトな形状が得られている。

図２に、本実施の形態１のバスバー配線１１１ａおよび１１１ｂの配置構成を説明するための、太陽電池セル１０１ｂの模式図を示す。図２では、パッシベーション膜１０６の図示を省略し、フィンガー電極１０９ｂおよび１１０ｂを一点鎖線で示している。

バスバー配線１１１ａは、隣り合う太陽電池セル１０１ａ、１０１ｂ間の、それぞれの太陽電池セル１０１ａ、１０１ｂの側面に接触するように形成されるため、これらの側面で、バスバー配線１１１ａの形状が規定される。このため、バスバー配線１１１ａの形成時に、太陽電池セル１０１ｂの側面の作用により位置ずれ等が発生し難くなる。それゆえ、本実施の形態１のように、バスバー配線１１１ａを厚膜化しても、位置ずれの影響を小さくでき、信頼性の高い太陽電池モジュールを実現できる。

また、バスバー配線１１１ａを、隙間１００ａに充填することで、バスバー配線１１１ａの位置ずれの発生を更に抑制でき、より信頼性の高い太陽電池モジュールを提供できる。この場合、バスバー配線１１１ａは、隣り合う太陽電池セルである太陽電池セル１０１ａ（図１（ｃ））と太陽電池セル１０１ｂとの間の側面に接するように配置される。なお、バスバー配線１１１ａは、パッシベーション膜１０６を介して太陽電池セル１０１ａまたは太陽電池セル１０１ｂと接触することが望ましい。バスバー配線１１１ａでキャリアの再結合が生じるのを防止するためである。

バスバー配線１１１ｂについても、バスバー配線１１１ａと同様である。

ここで、バスバー配線１１１ａ及びバスバー配線１１１ｂの更なる詳細について図２を用いて説明する。なお、以下の説明においてバスバー配線１１１ａ及びバスバー配線１１１ｂを単に、バスバー配線と記載する場合がある。

図２に示すように、太陽電池セル１０１ｂの半導体層１０３上には、半導体層１０３の一辺に平行な細長い領域の第一不純物半導体層１０４および第二不純物半導体層１０５が交互に配置されている。そして、半導体層１０３の両側の側面部分に、それぞれバスバー配線１１１ａとバスバー配線１１１ｂが配置され、バスバー配線１１１ａには各フィンガー電極１１０ｂが接続され、バスバー配線１１１ｂには各フィンガー電極１０９ｂが接続されている。

このように、太陽電池セル１０１ｂの半導体層１０３の側方にバスバー配線１１１ａとバスバー配線１１１ｂを配置することにより、平面視における発電領域の面積比を大きくでき、変換効率を向上させている。

ここで、バスバー配線１１１ａ、１１１ｂの高さについて説明する。

太陽電池モジュールの使用時には、熱膨張係数の違いなどによりバスバー配線が剥がれ、高抵抗化や断線を引き起こすことが懸念されるが、バスバー配線を隙間の側壁にできるだけ接した状態にしておくことで、バスバー配線が太陽電池セル１０１ｂから剥がれることを抑制できる。したがって、バスバー配線の上面の位置を、バスバー配線が配置される隙間の側壁の上端である太陽電池セル１０１ｂの主面の位置（第一不純物半導体層１０４および第二不純物半導体層１０５の上面の位置）以上となるように高くすることで、バスバー配線が剥がれるのを抑制する効果を十分に発揮させることができる。太陽電池セル１０１ｂの主面とは、第一不純物半導体層１０４と第二不純物半導体層１０５の配置された面である。また、バスバー配線の上面とは、ベース基板１００（図１（ｃ））とは反対側に位置する面である。

バスバー配線の上面の位置は、フィンガー電極が配置されている部分のパッシベーション膜１０６（図１（ｃ））の上面の位置よりも高い位置であれば、さらに好ましい。バスバー配線の上面の位置が、このパッシベーション膜１０６の上面の位置よりも低いと、バスバー配線のパッシベーション膜１０６の側壁との接点に応力が集中し、この部分を起点として剥離が生じ易くなるからである。

また、バスバー配線の上面の位置が高いほど、バスバー配線の抵抗を低くできるが、フィンガー電極１０９ｂ及びフィンガー電極１１０ｂの上面以下の位置にバスバー配線の上面の位置を配置するのが望ましい。

バスバー配線の上面の位置をフィンガー電極１０９ｂ及びフィンガー電極１１０ｂの上面の位置よりも高くすると、太陽電池モジュールの使用時に、フィンガー配線の上面よりも突出しているバスバー配線の部分に応力が集中し、封止樹脂を劣化させる問題が生じる。その結果、太陽電池モジュールの信頼性が低下するおそれがあるためである。

したがって、バスバー配線の上面の高さを、半導体層１０３の上面の位置よりも高く、かつ、フィンガー電極の上面以下の高さに設計することにより、バスバー配線の低抵抗化を実現すると共に、太陽電池モジュールとしての信頼性を向上させることができる。

なお、封止樹脂とは、フィンガー電極１０９ａ〜１０９ｆ、１１０ａ〜１１０ｆおよびバスバー配線１１１ａおよび１１１ｂ全体を封止する樹脂のことである。太陽電池モジュールは、通常屋外で使用されるので、風雨等による電極等の劣化を防止するために、封止樹脂が設けられる。

上記のように、本実施の形態１に係る太陽電池モジュールの構成により、集電した電流の流れる方向と垂直な断面積が広いバスバー配線を容易に得ることができる。このため、電気抵抗によるロスが抑制され、変換効率の向上した太陽電池モジュールを提供することが可能となる。また、バスバー配線の形状が太陽電池セルの側面で規制されるため、剥離が生じにくく、信頼性の高い太陽電池モジュールが実現可能である。

なお、ベース基板１００の材料としてソーダ石灰ガラスの他に、石英、セラミック、サファイア、アルミノシリケートガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、バリウムホウケイ酸ガラスなどを用いてもよい。ベース基板１００には、半導体層１０３が吸収できる光の波長帯域で透明であり、大面積化が可能な安価な材料を用いることが好ましい。

また、本実施の形態１では、フィンガー電極１０９ａ〜１０９ｆ、１１０ａ〜１１０ｆおよびバスバー配線１１１ａ、１１１ｂの材料として、銀ペースト以外を採用しても良い。第一不純物半導体層１０４および第二不純物半導体層１０５とオーミック接合となり、かつ半導体のドーパント量の変化、キャリア再結合中心の形成、フィンガー電極中のボイドの形成などの不具合を生じない導電性の物質であれば特に限定されない。更に、２種類以上の金属の積層膜や酸化すずなどの金属酸化膜と金属の積層膜などを電極に用いることも可能である。

また、フィンガー電極１０９ａ〜１０９ｆ、１１０ａ〜１１０ｆおよびバスバー配線１１１ａ、１１１ｂの作製方法として、金属ペーストを用いたスクリーン印刷法、リソグラフィー、めっき法、エッチングおよびリフトオフ法を用いた作製方法が採用可能である。特に、金属ペーストを用いた印刷方法は、太陽電池セルの間に金属ペーストを塗布するだけで、所望の形状のバスバー配線が自動的に形成されるため、形状を高精度に規定したバスバー電極を容易に形成することができる。

また、本実施の形態１では、絶縁膜１０２として厚さ約１０ｎｍのシリコン窒化膜を用いた例を示しているが、本発明はこれに限定されない。絶縁性を持ち、反射防止効果、パッシベーション効果が得られる膜厚および材料であれば良い。例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、シリコン酸化炭化膜、シリコン炭化窒化膜または酸化アルミ膜を用い、その膜の屈折率から導き出される反射防止機能が得られる膜厚のものを絶縁膜１０２として配置してもよい。

また、本実施の形態１では、パッシベーション膜１０６として厚さ約１０ｎｍのシリコン窒化膜を用いた例を示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。絶縁性を有し、パッシベーション効果が得られる膜厚および材料であれば、パッシベーション膜１０６は特に限定されない。例えば、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、シリコン酸化炭化膜、シリコン炭化窒化膜、酸化アルミ膜、ｉ型アモルファスシリコン膜、ｉ型アモルファスシリコンゲルマニウム膜またはｉ型アモルファスゲルマニウム膜を、パッシベーション膜１０６として配置してもよい。

また、半導体層１０３の厚さは例えば１０〜１００μｍが好適であり、その材料も多結晶シリコン、シリコンゲルマニウム結晶、ゲルマニウム結晶、シリコンカーバイト結晶などの材料を選ぶことが可能である。

（実施の形態２）
図３（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態２による、太陽電池モジュールの模式図で、太陽電池モジュールの一部を抜き出した状態を示している。図３（ａ）は配線を配置している面を示す平面図を、図３（ｂ）は図３（ａ）中の線分Ｃ−Ｃ’における断面図を、図３（ｃ）は図３（ａ）中の線分Ｄ−Ｄ’における断面図をそれぞれ示している。実施の形態１を示した図１（ａ）〜（ｃ）と同じ構成部分には同じ符号を用いている。

実施の形態１との相違点およびその効果について以下に説明する。

図３（ｃ）に示すように、本実施の形態２では、半導体層１０３の側壁に配置される部分において、パッシベーション膜２０６を、ベース基板１００に近くなるほど厚くなる形状に形成している。したがって、隙間１００ａおよび１００ｂ上のパッシベーション膜２０６で囲まれた溝部分は、ベース基板１００に近くなるほど幅が狭くなるテーパー形状（先細り形状）となる。

したがって、この溝部分に形成されるバスバー配線２１１ａおよび２１１ｂは、同様のテーパー形状を持つように形成される。

なお、図３（ｃ）に示すテーパー形状を持つように形成されたバスバー配線２１１ｂまたは２１１ａが、本発明の、基板の方向へ先細り形状をなしている第一バスバー配線の一例にあたる。

バスバー配線２１１ａおよび２１１ｂを、このような形状としたことにより、バスバー配線２１１ａおよび２１１ｂで反射した光は、ベース基板１００で再度反射し、半導体層１０３へ入射する。このため、発電層である半導体層１０３へ入射する光が増加し、変換効率増加につながる。

なお、パッシベーション膜２０６を成膜する際、ＳＯＧなどの塗布系の絶縁膜を材料として用いることで、上記のテーパー形状のパッシベーション膜２０６を容易に形成できる。また、リソグラフィーおよびエッチングを用いても、同様の形状のパッシベーション膜２０６を得ることが可能である。

（実施の形態３）
図４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態３による、太陽電池モジュールの模式図で、太陽電池モジュールの一部を抜き出した状態を示している。図４（ａ）は配線を配置している面を示す平面図を、図４（ｂ）は図４（ａ）中の線分Ｅ−Ｅ’における断面図を、図４（ｃ）は図４（ａ）中の線分Ｆ−Ｆ’における断面図をそれぞれ示している。実施の形態１を示した図１（ａ）〜（ｃ）と同じ構成部分には同じ符号を用いている。

実施の形態１との相違点およびその効果について以下に説明する。

図４（ｃ）に示すように、本実施の形態３のパッシベーション膜３０６は、バスバー配線３１１ａおよび３１１ｂとベース基板１００との間に配置される部分の膜厚が厚くなるように形成されている。

この厚く形成された部分の厚みは、ベース基板１００から入射してバスバー配線３１１ａおよび３１１ｂに到達した光の光量が、ベース基板１００への入射時の５０％以下となるように設定する。

この構成により、入射面側から見て金属配線のような光を反射する部分が目立ちにくくなり、モジュールの見栄えがよくなる効果を得られる。

（実施の形態４）
図５（ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施の形態４による、太陽電池モジュールの模式図であり、太陽電池モジュールの一部を抜き出した状態を示している。図５（ａ）は配線を配置している面を示す平面図を、図５（ｂ）は図５（ａ）中の線分Ｇ−Ｇ’における断面図を、図５（ｃ）は図５（ａ）中の線分Ｈ−Ｈ’における断面図をそれぞれ示している。実施の形態１を示した図１（ａ）〜（ｃ）と同じ構成部分には同じ符号を用いている。

実施の形態１との相違点およびその効果について以下に説明する。

図５（ａ）の太陽電池モジュールは、ベース基板１００に、太陽電池セル４０１ａ〜４０１ｈが２行４列で配置されている。

太陽電池セル４０１ｂと４０１ｃとの間、および太陽電池セル４０１ｆと４０１ｇとの間には、それぞれ約４００μｍの幅の隙間４００ａを設けて配置されている。これら以外の太陽電池セル同士は、ほぼ接触するように配置されている。

銀ペーストを焼成することで形成された厚さ約１０μｍのフィンガー電極４０９ａ、４０９ｃ、４０９ｅ、４０９ｇ、４１０ａ、４１０ｃ、４１０ｅおよび４１０ｇが、パッシベーション膜４０６上に形成されており、隣り合う一組の太陽電池セルを繋ぐように配置されている。

つまり、フィンガー電極４０９ａは、その下に存在する２つの太陽電池セル４０１ａおよび４０１ｂのそれぞれの第一不純物半導体層１０４と導通している。同様に、フィンガー電極４０９ｃ、４０９ｅおよび４０９ｇも、それぞれの下に存在する２つの太陽電池セルのそれぞれの第一不純物半導体層１０４と導通している。また、フィンガー電極４１０ａは、その下に存在する２つの太陽電池セル４０１ａおよび４０１ｂのそれぞれの第二不純物半導体層１０５と導通している。同様に、フィンガー電極４１０ｃ、４１０ｅおよび４１０ｇも、それぞれの下に存在する２つの太陽電池セルのそれぞれの第二不純物半導体層１０５と導通している。

なお、２つの太陽電池セルを繋ぐフィンガー電極４０９ａ、４０９ｃ、４０９ｅ、４０９ｇが、それぞれ、本発明の、一方の太陽電池セルの第一フィンガー電極と他方の太陽電池セルの第一フィンガー電極とが一本の連続したフィンガー電極を形成している構成の一例にあたる。また、２つの太陽電池セルを繋ぐフィンガー電極４１０ａ、４１０ｃ、４１０ｅおよび４１０ｇも、それぞれ、本発明の、一方の太陽電池セルの第一フィンガー電極と他方の太陽電池セルの第一フィンガー電極とが一本の連続したフィンガー電極を形成している構成の一例にあたる。

また、太陽電池セル４０１ａと４０１ｂ、太陽電池セル４０１ｃと４０１ｄ、太陽電池セル４０１ｅと４０１ｆ、太陽電池セル４０１ｇと４０１ｈのそれぞれの組み合わせが、それぞれ、本発明の、第一バスバー配線が配置されていない組のうちの一部の組の一例にあたる。

ここで、本実施の形態４による効果を説明する。図６（ａ）および図６（ｂ）に、フィンガー電極に対する半導体層中のキャリアの移動を説明するための図を示す。図６（ａ）は、図１（ｃ）に示した実施の形態１の太陽電池モジュールの側面図の一部拡大図を示し、図６（ｂ）は、その部分をベース基板１００と反対側から見た平面模式図を示している。

光の入射により、半導体層１０３中に発生したキャリア１２０は、フィンガー電極１０９ａに収集されるが、図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、フィンガー電極１０９ａの端の部分に、キャリア１２０の集中が起こる。キャリア１２０が集中すると、その部分で再結合の発生確率が上昇する。このため、キャリア１２０の集中は、太陽電池モジュールの変換効率を低下させる要因となる。

本実施の形態４では、複数の太陽電池セルを繋ぐようにフィンガー電極を配置することで、各太陽電池セルにおいて、フィンガー電極の端の部分が少なくなり、キャリア集中の発生を抑制することができる。このため、太陽電池モジュールの変換効率を向上できる。

ここで、図７に、参考例として、太陽電池セルをフィンガー電極で繋いだ場合の、接続部分の模式側面図を示す。

図７の参考例のように、複数の太陽電池セルをフィンガー電極で繋ごうとすると、半導体層６０３の側壁およびベース基板６００に接するようにフィンガー電極６０４を配置することになる。

この構成では、キャリアが流れる経路が長くなり、また、半導体層６０３の上面から側面に向かう部分でフィンガー電極６０４の膜厚が薄くなることから抵抗が高くなってしまう。

更に、半導体層６０３の側壁に絶縁膜６０２が無く、発電層６１０がむき出しになっているため、ここにフィンガー電極６０４の金属が触れることになる。この界面は再結合中心が発生しやすく、発電層６１０で発生したキャリアが消滅してしまうため、変換効率が低下してしまう。

一方、図５（ｃ）の本実施の形態４の太陽電池モジュールでは、フィンガー電極で繋ごうとする半導体層１０３同士の間隔が無い、若しくは狭いため、フィンガー電極はそれらの半導体層１０３同士の間においても半導体層１０３の上面に配置されたフィンガー電極とほぼ同じ高さで配置されるので、抵抗の増加がない。また、仮に半導体層１０３同士の間にフィンガー電極の一部が垂れ下がったとしても、半導体層１０３の側面はパッシベーション膜４０６で覆われているため、再結合中心が生じる心配がない。

また、隙間４００ａには銀ペーストを焼成することで形成されたバスバー配線４１１ａが充填されており、フィンガー電極４１０ａ、４１０ｃ、４１０ｅおよび４１０ｇが導通している。このような構造を持つ太陽電池モジュールでは、半導体層１０３で発生したキャリアが、集電電極であるフィンガー電極４１０ａ、４１０ｃ、４１０ｅおよび４１０ｇを介して、送電配線であるバスバー配線４１１ａに収集され、高効率に外部へ電力を供給することが可能となる。

また、本実施の形態４の構成とすることにより、従来バスバー配線として薄いものを多数配置していた領域を、少ない本数の分厚いものに置き換えることができる。これにより、加工のばらつきにより高抵抗な部分や断線する部分ができやすかった薄いバスバー配線を使うことがなくなり、従来よりも信頼性が向上する。

なお、本実施の形態４ではフィンガー電極が繋ぐ太陽電池セルの数が２である例を示しているが、本発明はこれに限定されない。フィンガー電極によって繋ぐ太陽電池セルの数は、その太陽電池モジュールから取り出す所望の電流および電圧、フィンガー電極およびバスバー配線の抵抗値および流れる電流を考慮して決めることができる。

フィンガー電極が繋ぐ太陽電池のセルが通常の２倍になれば、１本のバスバー配線に流れる電流も２倍になるため、そのバスバー配線の幅を２倍に増やすことで対応できる。こうした場合、バスバー配線が太くなるため加工のばらつきが減り、より信頼性の高い太陽電池モジュールが得られる。また、一例として、フィンガー電極の高さが１０μｍ、幅が１０００μｍ、銀ペーストの抵抗率を１．６×１０^−７〔Ω・ｍ〕とすると、このフィンガー電極の１ｃｍあたりの抵抗値は０．１６Ωとなる。

このフィンガー電極に割り当てた発電層の幅が１１００μｍ、発電層の単位面積当たりの取り出せる電流密度が４０ｍＡ／ｃｍ^２とすると、この発電層１ｃｍあたりが発生する電流は４．４ｍＡとなる。許容できる発熱量が１秒当たり１Ｗとすると、Ｗ＝Ｒ×Ｉ^２よりＩは２．５Ａ以下となる。この場合、５６．８ｃｍ以下の長さの発電層を１つのフィンガー電極で繋げることになる。

なお、各実施の形態では、バスバー配線が半導体層１０３の側方に配置され、半導体層１０３の上方部分には配置されない構成で説明したが、バスバー配線の一部が半導体層１０３の側方に配置されていれば、バスバー配線の上部が半導体層１０３の上方部分（主面）まで周り込んでいるような構成であってもよい。但し、半導体層１０３の上方に配置されるバスバー配線の部分によって発電に寄与しない領域が生じるため、半導体層１０３の側方にのみバスバー配線を配置する方が、より変換効率を向上させることが可能である点で好適である。

また、各実施の形態では、電子およびホールのキャリアをそれぞれ収集するバスバー配線（例えば、バスバー配線１１０ｂおよび１１０ａ）を、いずれも隣り合う太陽電池セル間の隙間に配置することとしたが、一方のキャリアを収集するバスバー配線のみを太陽電池セル間の隙間に配置することとし、他方のキャリアを収集するバスバー配線を、図８の従来例に示すように太陽電池セルの上面に配置するようにしてもよい。この場合でも、従来の構成の太陽電池モジュールよりも変換効率が向上する。

なお、前記様々な実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。

以上に説明したように、本発明の太陽電池モジュールは、従来例に比べ、信頼性、及び、変換効率を向上させることができる。

本発明に係る太陽電池モジュールは、太陽光発電などのエネルギー分野で利用される太陽電池モジュール等として有用である。

１００ ベース基板
１００ａ、１００ｂ 隙間
１０１ａ〜１０１ｆ 太陽電池セル
１０２ 絶縁膜
１０３ 半導体層
１０４ 第一不純物半導体層
１０５ 第二不純物半導体層
１０６ パッシベーション膜
１０７ 第一不純物半導体層上のパッシベーション膜開口部
１０８ 第二不純物半導体層上のパッシベーション膜開口部
１０９ａ〜１０９ｆ 第一不純物半導体層と導通するフィンガー電極
１１０ａ〜１１０ｆ 第二不純物半導体層と導通するフィンガー電極
１１１ａ 第二不純物半導体層と導通するバスバー配線
１１１ｂ 第一不純物半導体層と導通するバスバー配線
１２０ キャリア
２０６ パッシベーション膜
２１１ａ 第二不純物半導体層と導通するバスバー配線
２１１ｂ 第一不純物半導体層と導通するバスバー配線
３０６ パッシベーション膜
３１１ａ 第二不純物半導体層と導通するバスバー配線
３１１ｂ 第一不純物半導体層と導通するバスバー配線
４００ａ ベース基板上の半導体層の間の隙間
４０１ａ〜４０１ｈ 太陽電池セル
４０６ パッシベーション膜
４０９ａ〜４０９ｈ 第一不純物半導体層と導通するフィンガー電極
４１０ａ〜４１０ｈ 第二不純物半導体層と導通するフィンガー電極
４１１ａ 第二不純物半導体層と導通するバスバー配線

Claims (10)

1. 異なる導電型の第一および第二半導体領域を主面に有する、複数の太陽電池セルと、
   前記第一半導体領域に設けられた第一フィンガー電極と、
   隣り合う前記太陽電池セルの全部の組のうち、一部の組の隣り合う太陽電池セルの間に配置され、前記第一フィンガー電極と接続された第一バスバー配線と、を備え、
   前記第一バスバー配線は、前記隣り合う太陽電池セルの側面に配置されることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記第一バスバー配線は、パッシベーション膜を介して、前記隣り合う太陽電池セルの側面に接する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記複数の太陽電池セルは、基板上に、前記主面と反対側の面が前記基板側に位置するように配置され、
   前記第一バスバー配線の前記基板とは反対側に位置する上端の高さは、前記第一および第二半導体領域の上面の位置以上、かつ、前記第一フィンガー電極の前記基板とは反対側に位置する上面の位置以下の高さである、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記複数の太陽電池セルは、基板上に、前記主面と反対側の面が前記基板側に位置するように配置され、
   前記第一バスバー配線は、前記基板の方向へ先細り形状をなしている、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
5. 隣り合う前記太陽電池セルの全部の組のうち、前記第一バスバー配線が配置されていない組のうち、一部の組の隣り合う太陽電池セルの、一方の太陽電池セルの第一フィンガー電極と、他方の太陽電池セルの第一フィンガー電極とは、一本の連続したフィンガー電極を形成している、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 前記連続したフィンガー電極が形成されている前記一部の組の太陽電池セルの間隔は、前記第一バスバー配線の幅よりも狭く設計されている、請求項５に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記連続したフィンガー電極が形成されている前記一部の組の太陽電池セル同士は、接触して配置されている、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記基板と前記第一バスバー配線との間にパッシベーション膜が配置されている、請求項３または４に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記第二半導体領域に設けられた第二フィンガー電極と、
   隣り合う前記太陽電池セルの全部の組のうち、他の一部の組の隣り合う太陽電池セルの間に配置され、前記第二フィンガー電極と接続された第二バスバー配線とを備えた、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記第一フィンガー電極および前記第二フィンガー電極が伸びる方向と、前記第一バスバー配線および前記第二バスバー配線が伸びる方向は、直交している、請求項９に記載の太陽電池モジュール。

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