JP2015162483A - 太陽電池セル、太陽電池サブセルおよび太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】ｐ型拡散領域とｎ型拡散領域とを隣接した拡散パターンの半導体基板を用いて作成した太陽電池セルを切断して製造する太陽電池サブセルに適用しようとした場合、切断線近傍に拡散領域が存在しない領域を残すのに生産工程が増えるため生産性が向上しなかった。【解決手段】第１導電型の半導体基板の２つの主面の一方の面に形成された、第１導電型の拡散領域と第２導電型の拡散領域とを含む太陽電池セルであって、第１導電型の拡散領域は、第１の拡散領域と第２の拡散領域からなり、第１の拡散領域は、所定の方向に沿って形成された複数の棒状の領域からなり、第２の拡散領域は、全ての前記第１の拡散領域と交わるとともに、第２導電型の拡散領域は、第１導電型の拡散領域を包囲してなる太陽電池セルを用いることにより、生産性が高く発電効率の良い太陽電池セル、太陽電池サブセルおよび太陽電池モジュールを得ることができる。【選択図】図1

Description

本発明は、受光面とは反対側である裏面に、ｎ電極およびｐ電極が設けられた裏面電極型の太陽電池セル、太陽電池サブセルおよび太陽電池モジュールに関する。

従来、受光面とは反対側である裏面に、ｎ電極およびｐ電極が設けられた裏面電極型太陽電池が知られている。この太陽電池を構成する太陽電池セルでは、受光面側に電極を設けず、裏面側にｎ電極およびｐ電極を設けている。このため、太陽電池セルの受光面積が小さくならないので、太陽電池セルの発電効率（＝発電量／面積）を向上させることが可能である。また、このような一枚の太陽電池セルを切断した太陽電池セル（以下太陽電池サブセルという）を用いた太陽電池モジュールが知られている（例えば特許文献１参照）。

図７は、特許文献１記載された従来の裏面電極型の太陽電池セルを示す平面図である。太陽電池セル６０は、正方形の四隅を切欠いた形状をしており、受光面と反対側の面に、細長い矩形のｎ電極７３およびｐ電極７４が所定のピッチでＢ方向に交互に並んでいる。太陽電池セル６０の中央の点をＯ３とすると、太陽電池セル６０の電極パターンは、点Ｏ３に対して点対称な配置となっている。また、点Ｏ３を通る２点鎖線で示されるＢ方向の直線Ｌ３に沿って電極が設けられていない領域がある。点Ｏ３を含む直線Ｌ３にそって切断することで、同じ形状の太陽電池サブセルを２枚得ることができる。

図８は、従来の配線基板に太陽電池サブセルを戴置した状態を示す平面図である。太陽電池サブセル６１は図８に示すように、例えば長方形状の２つのコーナー部を切り欠いた形状に形成されている。例えば、太陽電池サブセル２の長辺方向であるＢ方向の長さは約１５６ｍｍであり、短辺方向であるＡ方向の長さは約７８ｍｍである。この太陽電池サブセル６１が配線基板上に複数並べられ、封止樹脂で挟み込んで封止して太陽電池モジュールが形成されている。

図９は、従来例の太陽電池セルおよび太陽電池サブセルの構造を示す説明図である。図９に示すように、半導体基板７０と、半導体基板７０の受光面７０ａ上に設けられた反射防止膜７１と、半導体基板７０の裏面（受光面７０ａとは反対側の面）７０ｂ上に設けられたパッシベーション層７２、ｎ電極７３およびｐ電極７４とを含んでいる。

半導体基板７０は例えばｎ型の単結晶シリコン基板を用いて形成されている。また、半導体基板７０は、ｎ型導電領域７０ｃ、ｎ型拡散領域７０ｄおよびｐ型拡散領域７０ｅを含んでいる。ｎ型拡散領域７０ｄは、半導体基板７０の裏面７０ｂ側に設けられ、ｎ型導電領域７０ｃよりも高濃度のｎ型不純物を有する。ｐ型拡散領域７０ｅは、半導体基板７０の裏面７０ｂ側に設けられｐ型不純物を有する。

ｎ型拡散領域７０ｄおよびｐ型拡散領域７０ｅの各々は、太陽電池サブセル６１の例えば短手方向であるＡ方向に延びる帯状に形成されている。また、ｎ型拡散領域７０ｄおよびｐ型拡散領域７０ｅはＡ方向と直交するＢ方向に交互に配置されている。なお、図９では、ｎ型拡散領域７０ｄおよびｐ型拡散領域７０ｅを２つずつ示したが、ｎ型拡散領域７０ｄおよびｐ型拡散領域７０ｅは多数（例えば数十個以上）配置されていてもよい。

ｎ電極７３は、パッシベーション層７２の開口部７２ａを介して、ｎ型拡散領域７０ｄにオーミック接触している。同様に、ｐ電極７４は、パッシベーション層７２の開口部7２ａを介して、ｐ型拡散領域７０ｅにオーミック接触している。

また、ｎ電極７３およびｐ電極７４の各々は図９に示すように、例えばＡ方向に延びる帯状に形成されている。また、ｎ電極７３およびｐ電極７４は、Ｂ方向に交互に配置されている。

上述の従来の太陽電池サブセル、および太陽電池セルにおいては、ｎ型拡散領域は、ｎ電極に対応する部分に設けられ、また、ｐ型拡散領域は、ｐ電極に対応する部分に設けれ、ｎ型拡散領域、ｐ型拡散領域の間は、ドーパントを拡散しない領域になっている。また、直線Ｌ３近傍も同様に、ドーパントを拡散しない領域であり、不純物濃度は、使用したｎ型単結晶シリコン基板の濃度であり、比較的低濃度である。

このように切断した太陽電池サブセルは、狭い面積で多数のセルを直列接続して発電効率の良い電圧を得ることができることから、主として、屋根材一体型太陽電池モジュールに用いられている。

特開２０１２−１８２４０８号公報

特許文献１の太陽電池セルおよびサブセルは、裏面電極に接続するｐ型拡散領域と、ｎ型拡散領域が分離されて形成されていた。そのため、ｐ型拡散領域と、ｎ型拡散領域の間にはどちらのドーパントも拡散されてない領域があった。また、太陽電池サブセルを製造するための切断線近傍にｐｎ接合があると、切断面でｐｎ接合界面の構造が乱れて、リーク電流が増加して発電効率が落ちるため、切断線近傍領域にはドーパントは拡散されていなかった。

一方で、裏面電極型太陽電池セルにおいては、裏面の拡散領域において、基板の導電型とは反対の導電型の拡散領域が大きいほど発電効率が良いため、近年、ｐ型拡散領域とｎ型拡散領域とを隣接して設けることにより、ｐ型拡散領域とｎ型拡散領域のどちらのドーパントも拡散されてない領域をなくして、基板の導電型とは反対の導電型の拡散領域を大きくするようになってきている。

しかしながら、このようなｐ型拡散領域とｎ型拡散領域とが隣接した拡散パターンの半導体基板を、一枚の太陽電池セルを切断して製造する太陽電池サブセルに適用しようとした場合、従来例のように、切断線近傍に拡散領域が存在しない領域を残すためには、当該領域を覆うためのマスクパターンを準備する必要があり、生産工程が多くなるために生産性が向上しなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の目的は、太陽電池モジュールの生産性の向上および発電効率の向上を実現することが可能な裏面電極型太陽電池セル、裏面電極型太陽電池サブセルおよび太陽電池モジュールを提供することである。

本発明の太陽電池セルは、第１導電型の半導体基板の２つの主面の一方の面に形成された、第１導電型の拡散領域と第２導電型の拡散領域とを含む太陽電池セルであって、第１導電型の拡散領域は、第１の拡散領域と第２の拡散領域からなり、第１の拡散領域は、所定の方向に沿って形成された複数の棒状の領域からなり、第２の拡散領域は、全ての前記第１の拡散領域と交わるとともに、第２導電型の拡散領域は、第１導電型の拡散領域を包囲してなるものである。

また、本発明の太陽電池セルの前記第２の拡散領域は、第１導電型の拡散領域の対称点または対称線を含むものである。

また、本発明の太陽電池サブセルは、太陽電池セルの第２の拡散領域を長手方向に２つに切断することにより形成してなるものである。

また、本発明の太陽電池モジュールは、上記の太陽電池サブセルと配線基板を有する太陽電池モジュールであって、太陽電池サブセルは、第１の拡散領域と電気的に接続する第１の電極と、第２の拡散領域と電気的に接続する第２の電極とを有し、配線基板は、第１の電極に電気的に接続する第１の配線と、第２の電極に電気的に接続する第２の配線とを有するものである。

また、本発明の太陽電池モジュールは、上記の太陽電池セルと配線基板を有する太陽電池モジュールであって、太陽電池セルは、第１の拡散領域と電気的に接続する第１の電極と、第２の拡散領域と電気的に接続する第２の電極とを有し、配線基板は、第１の電極に電気的に接続する第１の配線と、第２の電極に電気的に接続する第２の配線とを有するものである。

本発明によれば、生産性が高く発電効率の良い太陽電池セル、太陽電池サブセルおよび太陽電池モジュールを得ることができる。

本発明の太陽電池セルの製造工程を示す平面図である。 本発明の太陽電池サブセルの製造工程を示す平面図である。 本発明の太陽電池セルを搭載する配線基板および太陽電池モジュールを示す平面図である。 本発明の太陽電池サブセルを搭載する配線基板および太陽電池モジュールを示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態である太陽電池セルの製造工程を示す平面図である。 本発明の第３の実施の形態である太陽電池セル製造工程およびサブセルを示す平面図である。 従来の裏面電極型の太陽電池セルを示す平面図である。 従来の配線基板に太陽電池サブセルを戴置した状態を示す平面図である。 従来の太陽電池セルおよび太陽電池サブセルの構造示す説明図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る説明する。以下の説明では同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについて詳細な説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の太陽電池セルの製造工程を示す平面図である。図１（ａ）に示すように、第１の導電型であるｎ型のシリコン単結晶の半導体基板１０は、四隅が円弧状になった一辺１５０ｍｍの略正方形状である。半導体基板１０の２つの主面のうち一方の面に、ｐ型ドーパントとｎ型ドーパントをそれぞれ拡散法またはイオン注入法などにより拡散させて、ｎ型拡散領域１１とｐ型拡散領域１２とを形成する。ｎ型拡散領域１１は、Ａ方向に細長い矩形の棒状の拡散領域を所定のピッチＰ（１ｍｍ）で多数平行に並べられたｎ型拡散領域１１ａと、ｎ型拡散領域１１ａを横切るように、Ｂ方向に細長い矩形に形成された棒状のｎ型拡散領域１１ｂからなる。

ｎ型拡散領域１１ａの幅は０．３ｍｍであり、ｎ型拡散領域１１ｂの幅は０．３ｍｍ程度である。また、半導体基板１０の端面における電流リークを防ぐため、ｎ型拡散領域は半導体基板１０の端部までは形成されていない。

また、ｎ型拡散領域１１は、半導体基板の中央の点Ｏ１を含み、直線Ｌ１を含むように形成されている。また、ｎ型拡散領域１１は点Ｏ１に関して点対称な形状であるとともに、直線Ｌ１に関して線対称な形状である。すなわち、点Ｏ１はｎ型拡散領域１１の対称点であり、直線Ｌ１はｎ型拡散領域１１の対称線である。

第２の導電型であるｐ型拡散領域１２は、半導体基板１０のｎ型拡散領域１１が形成された面において、ｎ型拡散領域１１以外の領域の全面に形成されており、ｎ型拡散領域１１を包囲するように形成されている。このように、裏面電極型の太陽電池セルにおいては、半導体基板の導電型と反対の導電型の領域をできるだけ大きくすることで、発電効率が向上する。

次に、図１（ｂ）に示すように、半導体基板１０のｎ型拡散領域１１およびｐ型拡散領域１２が形成された面上にＳｉＯ_２などでパッシベーション膜１３を形成する。パッシベーション膜１３のｎ型拡散領域１１ａに対応する位置にコンタクトホール１３ａが設けられている。また、ｐ型拡散領域１２に対応する位置にコンタクトホール１３ｂが設けられている。

次に、図１（ｃ）に示すように、コンタクトホール１３ａ上にｎ電極１４を形成し、また、コンタクトホール１３ｂ上にｐ電極１５を形成することにより、太陽電池セル１を形成する。ｎ電極１４、ｐ電極１５は、スクリーン印刷された銀ペーストを焼成して形成され、ｎ電極１４は、ｎ型拡散領域１１と、ｐ電極１５は、ｐ型拡散領域１２とそれぞれ電気的に接続している。棒状のｎ電極１４は、棒状のｎ型拡散領域１１に沿って形成されている。また、棒状のｐ電極１５は、ｎ電極１４と平行にｐ型拡散領域１２上に形成されている。

ｎ電極１４およびｐ電極１５は、太陽電池セル１の中心点Ｏ１、および、直線Ｌ１上にかからないように形成されているため、太陽電池セル１を形成後に太陽電池サブセルを形成することができる。

図１（ｄ）は、半導体基板１０に拡散したｎ型拡散領域１１の別のパターンを示す図である。図１（ａ）に示したｎ型拡散パターンに加え、ｎ型拡散領域１１ａの端部を連結するようにｎ型拡散領域１１ｃ、１１ｄを設けてなるものであり、図１（ｂ）、図１（ｃ）に示した工程を経て、太陽電池セルを形成することができる。このように、ウエハの辺部において、ｎ型拡散領域１１ａの端部を連結するようなｎ型拡散パターンを用いることで、ウエハの各辺近傍のキャリアの回収効率が高まり、発電効率の向上に寄与することができる。

図２は、本発明の太陽電池サブセルの製造工程を示す平面図である。図２（ａ）に示す太陽電池セル１を直線Ｌ１に沿って切断することで、図２（ｂ）に示す太陽電池サブセル２を２枚形成することができる。ｎ型拡散領域１１ｂの幅は、切断するときの切りしろより大きければ良く、例えば０．３ｍｍである。切断部分は、両端を除いてｎ型拡散領域１１ｂであり、ｐ型拡散領域１２と隣り合っている部分が２箇所しかない。仮に、ｎ型拡散領域１１ｂが無いとすれば、多数あるｐ型拡散領域を切断することになり、リーク電流が増大し発電効率が低下してしまうが、本実施形態のようにｎ型拡散領域を切断することでリーク電流をおさえることができ、発電効率を高めることができる。

図３は、本発明の太陽電池セルを搭載する配線基板および太陽電池モジュールを示す平面図である。図３（ａ）に示すように、配線基板２０は、ＰＥＴ樹脂のシート２１上に銅の配線パターン２２を配置してなるものであり、載置される太陽電池セル１の電極パターンにあわせて、櫛歯状の配線パターン２２ａ、２２ｂが形成されている。

図３（ｂ）は前述の配線基板２０に太陽電池セルを載置した太陽電池モジュールを示す図である。太陽電池セル１のｎ電極１４が配線パターン２２ａと当接し、また、ｐ電極１５が配線パターン２２ｂと当接するよう太陽電池セル１を配設し、ＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）シートなどの透明な封止樹脂２３で封止して、太陽電池モジュール３が形成される。

図４は、本発明の太陽電池サブセルを搭載する配線基板および太陽電池モジュールを示す平面図である。図４（ａ）に示すように、配線基板２５は、ＰＥＴ樹脂のシート２６上に銅の配線パターン２７を配置してなるものであり、載置される太陽電池サブセル２の電極パターンにあわせて、櫛歯状の配線パターン２７ａ、２７ｂが形成されている。

図４（ｂ）は前述の配線基板２５に太陽電池サブセルを載置した太陽電池モジュールを示す図である。太陽電池サブセル２のｎ電極１４が配線パターン２７ａと当接し、また、ｐ電極１５が配線パターン２７ｂと当接するよう太陽電池サブセル２を配設し、ＥＶＡシートなどの透明な封止樹脂２８で封止して、太陽電池モジュール４が形成される。

配線基板を用いて配線することにより、太陽電池セルの電極パターンを櫛歯状などの複雑な形状にすることなく、単純な棒状の電極パターンにすることできるので、太陽電池セルの生産性が向上する。

また、太陽電池セル１とそれを２つに分けて作成した太陽電池サブセル２は、配線基板の配線パターンを変えることにより、それぞれ、太陽電池モジュールを形成することができる。すなわち、配線基板を用いて太陽電池モジュールを形成することにより、太陽電池セルと太陽電池サブセルとのドーパントの拡散パターンや電極パターンの共通化を図ることができ、生産性が向上する。

なお、実施の形態１および後述する実施の形態２、３では、理解を容易にするために、棒状のｎ型拡散領域の数やｎ電極１、ｐ電極および配線の数を少なくして図示している。

（実施の形態２）
図５は、本発明の第２の実施の形態である太陽電池セルの製造工程を示す平面図である。実施の形態１とは、ｎ電極の形状が異なる。

図５（ａ）において、ｎ型の半導体基板１０上の２つの主面の一方の面に、ｎ型拡散領域１１とｐ型拡散領域１２が設けられている。拡散領域の形状は実施の形態１と同様である。拡散領域１１および１２上にパッシベーション膜３３が設けられている。パッシベーション膜３３は、コンタクトホール３３ａ、３３ｂを有している。コンタクトホール３３ａは、ｎ型拡散領域１１ａに沿って設けられている。実施の形態１では、コンタクトホールはｎ型拡散領域１１ｂ上にはないが、第２の実施の形態においては、ｎ型拡散領域１１ｂを横切るようにコンタクトホール３３ａが設けられている。ｐ型拡散領域１２上に設けられたコンタクトホール３３ｂは、実施の形態１と同形状である。

図５（ｂ）において、コンタクトホール３３ａ上にｎ電極３４を形成し、また、コンタクトホール３３ｂ上にｐ電極３５を形成することにより、太陽電池セル５を形成する。ｎ電極３４、ｐ電極３５は、スクリーン印刷された銀ペーストを焼成して形成され、ｎ電極３４は、ｎ型拡散領域１１と、ｐ電極３５は、ｐ型拡散領域１２とそれぞれ電気的に接続している。

太陽電池セル拡散領域パターンは、太陽電池セルと太陽電池サブセルとで同じものを用い、その上に設けられたパッシベーション膜のコンタクトホールおよび電極は太陽電池セルと太陽電池サブセルとでそれぞれ専用の形状を用いることもできる。この場合においても、拡散パターンを形成した半導体基板を共用できるので、生産性が向上する。

（実施の形態３）
図６は、本発明の第３の実施の形態である太陽電池セルの製造工程および太陽電池サブセルを示す平面図である。実施の形態１とは、ドーパントの拡散領域および電極の形状が異なる。 図６（ａ）において、ｎ型のシリコン単結晶の半導体基板１０の２つの主面のうち一方の面に、ｐ型ドーパントとｎドーパントをそれぞれ拡散法またはイオン注入法などにより注入して、ｎ型拡散領域４１とｐ型拡散領域４２とを形成する。ｎ型拡散領域４１は、Ａ方向に細長い矩形の棒状の拡散領域を所定のピッチＰ（例えば１ｍｍ）で多数平行にならべられたｎ型拡散領域４１ａと、ｎ型拡散領域４１ａすべてと交わるように、半導体基板１０の対角線上に形成された棒状のｎ型拡散領域４１ｂからなる。半導体基板１０の端面における電流リークを防ぐため、ｎ型拡散領域４１は半導体基板１０の端部までは形成されていない。ｐ型拡散領域４２は、半導体基板１０のｎ型拡散領域４１が形成された面において、ｎ型拡散領域４１以外の領域すべてに形成されており、ｎ型拡散領域４１を包囲するように形成されている。ｎ型拡散領域は、半導体基板の中心点Ｏ２に関して点対称である。すなわち、点Ｏ２はｎ型拡散領域４１の対称点である。

次に図６（ｂ）において、半導体基板１０のｎ型拡散領域４１およびｐ型拡散領域４２が形成された面上にＳｉＯ_２などでパッシベーション膜４３を形成する。パッシベーション膜４３のｎ型拡散領域４１ａに対応する位置にコンタクトホール４３ａが設けられている。また、ｐ型拡散領域４２に対応する位置にコンタクトホール４３ｂが設けられている。

次に図６（ｃ）において、コンタクトホール４３ａ上にｎ電極４４を形成し、また、コンタクトホール４３ｂ上にｐ電極４５を形成することにより、太陽電池セル５を形成する。ｎ電極４４、ｐ電極４５は、スクリーン印刷された銀ペーストを焼成して形成され、ｎ電極４４はｎ型拡散領域４１と、ｐ電極４５はｐ型拡散領域４２とそれぞれ電気的に接続している。

続いて、太陽電池セル５をｎ型拡散領域４１ｂに沿って切断することにより、図６（ｄ）に示すように、太陽電池サブセル６を得ることができる。半導体基板１０の中心点Ｏ２に関し、ｎ型拡散領域４１およびｐ型拡散領域４２が点対称に形成されているので、直線Ｌ２で切断することにより、一枚の太陽電池セルから同じ形状の太陽電池サブセルを２枚得ることができる。

上述の各実施の形態において、第１の導電型をｎ型とし、第２の導電型をｐ型として説明したが、第１の導電型をｐ型とし、第２の導電型をｎ型として実施することも可能である。

今回開示された実施の形態は、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はの変更が含まれることが意図される。

１…太陽電池セル
２…太陽電池サブセル
３…太陽電池モジュール
４…太陽電池モジュール
５…太陽電池セル
６…太陽電池サブセル
１０…半導体基板
１１、１１ａ、１１ｂ…ｎ型拡散領域
１２…ｐ型拡散領域
２０…配線基板
３１、３１ａ、３１ｂ…ｎ型拡散領域
３２…ｐ型拡散領域
４１、４１ａ、４１ｂ…ｎ型拡散領域
４２…ｐ型拡散領域

Claims (5)

1. 第１導電型の半導体基板の２つの主面の一方の面に形成された、第１導電型の拡散領域と第２導電型の拡散領域とを含む太陽電池セルであって、
   前記第１導電型の拡散領域は、第１の拡散領域と第２の拡散領域からなり、
   前記第１の拡散領域は、所定の方向に沿って形成された複数の棒状の領域からなり、
   前記第２の拡散領域は、全ての前記第１の拡散領域と交わるとともに、
   前記第２導電型の拡散領域は、前記第１導電型の拡散領域を包囲してなる太陽電池セル。
2. 前記第２の拡散領域は、前記第１導電型の拡散領域の対称点または、対称線を含む請求項１記載の太陽電池セル。
3. 請求項１または請求項２のいずれか１項に記載の太陽電池セルの前記第２の拡散領域を長手方向に２つに切断することにより形成した太陽電池サブセル。
4. 請求項３に記載の太陽電池サブセルと配線基板を有する太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池サブセルは、前記第１の拡散領域と電気的に接続する第１の電極と、前記第２の拡散領域と電気的に接続する第２の電極とを有し、
   前記配線基板は、前記第１の電極に電気的に接続する第１の配線と、前記第２の電極に電気的に接続する第２の配線とを有する太陽電池モジュール。
5. 請求項１または２に記載の太陽電池セルと配線基板を有する太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池セルは、前記第１の拡散領域と電気的に接続する第１の電極と、前記第２の拡散領域と電気的に接続する第２の電極とを有し、
   前記配線基板は、前記第１の電極に電気的に接続する第１の配線と、前記第２の電極に電気的に接続する第２の配線とを有する太陽電池モジュール。