JP2015230985A - 太陽電池セルおよびその製造方法、太陽電池パネル - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セルに割れが発生した場合においても太陽電池セルの出力の低下を抑制することができる太陽電池セルを得ること。
【解決手段】ｐ型単結晶シリコン基板１０１（シリコン基板１０１）と、不純物拡散層と、グリッド電極１０３を含みシリコン基板１０１の一面側において不純物拡散層と電気的に接続してシリコン基板１０１の面方向に沿って設けられた受光面側電極と、シリコン基板１０１の他面側においてシリコン基板１０１と電気的に接続して設けられた裏面側電極と、を備え、グリッド電極１０３は、シリコン基板１０１のいずれかの結晶面と一致する劈開面がシリコン基板１０１の一面を横切る方向に沿って複数本が配置され、シリコン基板１０１における一面側に、隣り合うグリッド電極１０３の間に対応する領域に劈開面に沿って設けられて不純物拡散層の表面からシリコン基板１０１の内部に達する溝部１２０を備える。
【選択図】図１０

Description

本発明は、太陽電池セルおよびその製造方法、太陽電池パネルに関するものである。

従来、設置後の太陽電池モジュールに想定以上の外力が加わって太陽電池セルに割れが生じたために太陽電池モジュールの出力が低下することがあった。そこで、太陽電池セルの割れの発生を抑えるために、例えば特許文献１に示すように、裏面リード接合電極である裏Ａｇ電極の形状を工夫するなどの対応が取られてきた。

特許第５１７９８６９号公報

しかしながら、上記のような対応を取った場合においても、想定以上の外力に対してはセル割れの発生を完全に防ぐことはできない場合があり、セル割れの発生した太陽電池モジュールにおいてはやはり出力が低下することが避けられない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池セルに割れが発生した場合においても太陽電池セルの出力の低下を抑制することができる太陽電池セルおよびその製造方法、太陽電池パネル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、本発明にかかる太陽電池セルは、第１導電型の単結晶半導体基板と、前記単結晶半導体基板の受光面側となる一面側に設けられた第２導電型の不純物拡散層と、グリッド電極を含み前記単結晶半導体基板の一面側において前記不純物拡散層と電気的に接続して前記単結晶半導体基板の面方向に沿って設けられた受光面側電極と、前記単結晶半導体基板の他面側において前記単結晶半導体基板と電気的に接続して設けられた裏面側電極と、を備え、前記グリッド電極は、前記単結晶半導体基板のいずれかの結晶面と一致する劈開面が前記単結晶半導体基板の一面を横切る方向に沿って複数本が配置され、前記単結晶半導体基板における前記一面側に、隣り合う前記グリッド電極の間に対応する領域に前記劈開面に沿って設けられて前記不純物拡散層の表面から前記単結晶半導体基板の内部に達する溝部を備えること、を特徴とする。

本発明によれば、太陽電池セルに割れが発生した場合においても太陽電池セルの出力の低下を抑制することができる、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太陽電池モジュールの斜視図である。 図２は、本発明の実施の形態にかかる複数の太陽電池セルがリード線により順次接続されてなる太陽電池セルアレイが太陽電池パネル内に封止されている状態を示す斜視図である。 図３は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池パネルを構成する各部材を積層する状態を示す太陽電池パネルの分解斜視図である。 図４は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池パネルにおいて隣接する２つの太陽電池セルの接続状態を示す要部断面図である。 図５は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルアレイにおいて複数の太陽電池セルが電気的に直列に接続された状態を受光面側である上方から見た斜視図である。 図６は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルアレイにおいて複数の太陽電池セルが電気的に直列に接続された状態を受光面側と反対側である下方から見た斜視図である。 図７は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの受光面バス電極に受光面側リード線を接合した状態を受光面側から見た上面図である。 図８は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルの裏面バス電極に裏面側リード線を接合した状態を受光面側と反対側である裏面側から見た裏面図である。 図９は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルにおけるグリッド電極の延在方向と垂直な（１１０）の面方位での拡大断面図である。 図１０は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルにおけるｐ型単結晶シリコン基板の割れやすい方向を示す太陽電池セルの上面図である。 図１１は、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルに想定以上の外力が作用した場合に割れが溝部に沿って進む方向を受光面側から見た太陽電池セルの上面図である。 図１２は、溝部を備えない比較例の太陽電池セルに想定以上の外力が作用した場合に割れが進む方向を受光面側から見た比較例の太陽電池セルの上面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池セルおよびその製造方法、太陽電池パネル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。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。

実施の形態
図１は、本実施の形態にかかる太陽電池モジュール１の斜視図である。図１では、太陽電池モジュール１が、太陽電池モジュール１を構成する部材である太陽電池パネル１０と該太陽電池パネル１０の外縁部を全周にわたって囲む枠部材２０とに分解された状態を示している。図２は、本実施の形態にかかる複数の太陽電池セル１００がリード線１１により順次接続されてなる太陽電池セルアレイ３０が太陽電池パネル１０内に封止されている状態を示す斜視図である。図３は、本実施の形態にかかる太陽電池パネル１０を構成する各部材を積層する状態を示す太陽電池パネル１０の分解斜視図である。図４は、本実施の形態にかかる太陽電池パネル１０において隣接する２つの太陽電池セル１００の接続状態を示す要部断面図である。図５は、本実施の形態にかかる太陽電池セルアレイ３０において複数の太陽電池セル１００が電気的に直列に接続された状態を受光面側である上方から見た斜視図である。図６は、本実施の形態にかかる太陽電池セルアレイ３０において複数の太陽電池セル１００が電気的に直列に接続された状態を受光面側と反対側である下方から見た斜視図である。図７は、本実施の形態にかかる太陽電池セル１００の受光面バス電極１０４に受光面側リード線１１３を接合した状態を受光面側から見た上面図である。図８は、本実施の形態にかかる太陽電池セル１００の裏面バス電極１０５に裏面側リード線１１４を接合した状態を受光面側と反対側である裏面側から見た裏面図である。

太陽電池モジュール１は、図１に示すように平板状の太陽電池パネル１０と、該太陽電池パネル１０の外縁部を全周にわたって囲む枠部材２０とを有している。太陽電池パネル１０は、図２〜図４に示すように同一平面上において直交する縦方向および横方向に複数配列された太陽電池セル１００が樹脂封止され、その受光面側が透光性を有するガラスなどの表面カバー材１１１で覆われ、非受光面側である裏面側が裏面カバー材１１２で覆われて構成されている。

枠部材２０は、アルミニウムなどの押出成型にて作製され、図１に示すように長手方向に垂直な断面がコの字形を成すコ字状部で太陽電池パネル１０の外縁部を全周にわたって覆う。枠部材２０は、ブチル系の封止材またはシリコン系の接着剤などを介して太陽電池パネル１０に固定され、太陽電池パネル１０を補強するとともに、太陽電池パネル１０を住宅もしくはビルなどの建物、地面または構造物に設けられた架台に取り付けるための役割を有する。

太陽電池パネル１０は、図３および図４に示すように、受光面側から、ガラス基板などの透光性を有する表面カバー材１１１と、複数の太陽電池セル１００およびこれら太陽電池セル１００を電気的に直列に接続する受光面側リード線１１３および裏面側リード線１１４がＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）等の樹脂１１５である樹脂１１５ａおよび樹脂１１５ｂで封止されたセル配置層１１６と、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）またはＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）等からなる耐候性に優れた裏面カバー材１１２とが、積層された構成となっている。

複数の太陽電池セル１００は、図４〜図６に示すように、受光面側リード線１１３および裏面側リード線１１４により、第１の方向である図中Ｘ方向に直列に接続されている。ただし、太陽電池パネル１０の端部においては、Ｙ方向に接続されている箇所もある。なお、受光面側リード線１１３および裏面側リード線１１４として、一般的にタブ線と呼ばれる、半田が供給された、すなわち半田が被覆あるいは塗布された帯状の銅箔を用いている。太陽電池パネル１０の内部には、図４に示すように太陽電池セル１００が受光面側リード線１１３および裏面側リード線１１４により順次接続されてなる太陽電池セルアレイ３０が樹脂１１５により封止されている。

すなわち、図４〜図６に示すように、太陽電池セル１００の直列接続は、第１の方向に配列された複数の太陽電池セル１００において、第１の太陽電池セル１００である第１の太陽電池セル１００Ａの受光面バス電極１０４と、これに隣接する第２の太陽電池セル１００である第２の太陽電池セル１００Ｂの裏面バス電極１０５とを帯状のリードである受光面側リード線１１３と裏面側リード線１１４とにより電気的に接続することによりなされる。

本実施の形態においてリード線１１は、受光面側リード線１１３と裏面側リード線１１４とに分割して設けられている。両リード線のうち、受光面側リード線１１３は、受光面バス電極１０４の上に延び、当該受光面バス電極１０４に半田接合されて当該受光面バス電極１０４に機械的および電気的に接続されている。なお、図４、図５および図７に示すように、受光面側リード線１１３には、太陽電池セル１００より長さを長くされた延長部１１３ａが設けられており、受光面バス電極１０４上に半田接合された際、一端側に突出する。

裏面側リード線１１４は、裏面バス電極１０５上に延び、当該裏面バス電極１０５に半田接合されて当該裏面バス電極１０５に機械的および電気的に接続されている。そして、第１の太陽電池セル１００である第１の太陽電池セル１００Ａと第２の太陽電池セル１００である第２の太陽電池セル１００Ｂとを電気的に直列接続するために、第１の太陽電池セル１００である第１の太陽電池セル１００Ａの受光面側リード線１１３と第２の太陽電池セル１００である第２の太陽電池セル１００Ｂの裏面側リード線１１４とが半田接合されている。すなわち、第１の太陽電池セル１００である第１の太陽電池セル１００Ａの受光面側リード線１１３の延長部１１３ａが、隣接する第２の太陽電池セル１００である第２の太陽電池セル１００Ｂの裏面側にもぐり込み、裏面バス電極１０５上に半田接合されている裏面側リード線１１４に半田接合される。ここでは、隣接する２つの第１の太陽電池セル１００Ａと第２の太陽電池セル１００Ｂの接続のみ説明しているが、実際には、同様の接続が繰り返されて複数の太陽電池セル１００が直列に接続されている。なお、本実施の形態においては、リード線は、上記のように受光面側リード線１１３と裏面側リード線１１４とに分割して設けられているが、連続する１本のリード線とされてもよい。

太陽電池セル１００は、およそ１５０μｍ〜３００μｍほどの厚みのｐ型シリコンをたとえばｐ型不純物拡散層としての基板として以下のように構成される。シリコン基板としては、高光電変換効率を実現できる単結晶シリコン基板を用いるのが主流である。太陽電池セル１００においてｐ型の不純物拡散層であるｐ型層となるｐ型単結晶シリコン基板１０１の一面側には、リン拡散によって図示しないｎ型の不純物拡散層であるｎ型拡散層が形成され、さらに入射光の反射を防止して光電変換効率を向上させるためのシリコン窒化膜よりなる図示しない反射防止膜が表面処理により設けられて、太陽電池セル１００の受光面とされている。また、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の裏面側には、高濃度不純物を含んだ図示しないｐ＋層が形成され、さらに入射光の反射および電力の取り出しを目的として裏面のほぼ全面にわたってアルミニウムによる裏面集電電極１０２が設けられている。

また、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の受光面には、入射光から変換された電気エネルギーを取り出す受光面側電極として、銀で形成された細線電極であるグリッド電極１０３と、同じく銀で形成された受光面リード接続電極である所定幅の受光面バス電極１０４とが形成され、それぞれ底面部において上記ｎ型拡散層と電気的に接続している。受光面バス電極１０４は、太陽電池セル１００の接続方向である第１の方向、すなわちＸ方向に沿って２本が平行に形成されている。グリッド電極１０３は、受光面バス電極１０４と４５度の角度で交差する方向に多数本が細形に形成されている。グリッド電極１０３は、受光面にて発電した電力を無駄なく取り出すために、できるだけ細く、また表面である受光面の全体にわたるように形成されている。太陽光が当たることによって、図７に示される受光面側がマイナス（−）電極、図８に示される裏面側がプラス（＋）電極となる。

受光面バス電極１０４は、図４に示すように受光面側リード線１１３が接続されて、グリッド電極１０３によって集められた電気エネルギーをさらに外部に取り出すために設けられている。なお、図４、図５、図７等において、受光面バス電極１０４は、受光面側リード線１１３より細く記載されているが、これは、受光面バス電極１０４と受光面側リード線１１３とが重なる様子をわかりやすく表現するためであり、実際には受光面バス電極１０４と受光面側リード線１１３とは同じ幅であるか、あるいは図７に示すように受光面バス電極１０４のほうが受光面側リード線１１３より若干幅が広い。

一方、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の裏面には、該裏面のほぼ全面を覆うようにしてアルミニウムからなる裏面集電電極１０２が設けられている。また、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の裏面のグリッド電極１０３と対応した位置、すなわちｐ型単結晶シリコン基板１０１の面方向においてグリッド電極１０３と重なる位置には、銀からなる裏面リード接続電極である裏面バス電極１０５が太陽電池セル１００の接続方向である第１の方向に延びて形成されている。裏面集電電極１０２と裏面バス電極１０５とにより裏面側電極が構成される。裏面バス電極１０５は、図４、図６および図８に示すように裏面側リード線１１４が接続されて、裏面集電電極１０２によって集められた電気エネルギーをさらに外部に取り出すために設けられている。なお、図６および図８等において、裏面バス電極１０５は、裏面側リード線１１４より太く記載されているが、実際には裏面バス電極１０５と裏面側リード線１１４とは同じ幅でもよい。

ｐ型単結晶シリコン基板１０１の裏面は、全面にわたって銀電極により覆ってもよいが、コストが増加する。このため、上記のように特に裏面側リード線１１４を接続する箇所のみに銀製の裏面バス電極１０５が設けられている。なお、裏面バス電極１０５は、本実施の形態で示すように直線状なもののほかに、離散的にドット状、すなわち飛び石状に設けられる場合もある。

このように構成された太陽電池セル１００では、太陽光が太陽電池セル１００の受光面側、すなわち反射防止膜が形成された側から照射されて、内部のｐｎ接合面であるｐ型層とｎ型拡散層との接合面に到達すると、このｐｎ接合面において合体していた電荷であるホールと電子が分離する。分離した電子はｎ型拡散層に向かって移動する。ｎ型拡散層に達した電子は、グリッド電極１０３により集電される。一方、分離したホールはｐ＋層に向かって移動する。ｐ型単結晶シリコン基板１０１のｐ＋層に達したホールは裏面集電電極１０２により集電される。これにより、ｎ型拡散層とｐ＋層との間に、ｐ＋層の電位が高くなるようにして電位差が発生する。この結果、ｎ型拡散層に接続した受光面側電極がマイナス極、ｐ＋層に接続した裏面側電極がプラス極となって、図示しない外部回路を接続すれば電流が流れ、太陽電池としての動作を示す。太陽電池セル１枚の出力電圧は小さいが、太陽電池モジュール１においてはこの太陽電池セル１００を複数枚直列に或いは並列に電気的に接続することにより使用しやすい電圧まで大きくできる。

つぎに、本実施の形態にかかる太陽電池セル１００の特徴について詳細に説明する。太陽電池セル１００の主となる構成材料であるシリコン基板は、脆性材料であり、割れやすい。特に、単結晶シリコン基板の場合は、割れやすい面である劈開面の面方位が決まっており、面方位が｛１１１｝面に沿った方向に割れやすい。この劈開面は、単結晶シリコンのいずれかの結晶面と一致する。太陽電池セル１００に用いるｐ型単結晶シリコン基板１０１の形状は、図７に示すように、円柱状に鋳造したｐ型単結晶シリコンインゴットから基板面、すなわちスライス面を｛００１｝面として円盤状にスライスし、基板面における外周部の４方向を切り落とした、正方形状である。ここで、円盤状から切り落とされた略正方形状における４辺の側面の面方位が｛１００｝面となるように切り落として正方形状の基板を切り出すのが一般的である。

本実施の形態にかかる太陽電池セル１００では、基板面の正方形状における４辺の側面の面方位を｛１００｝面として切り出されたｐ型単結晶シリコン基板１０１が用いられる。そして、受光面バス電極１０４および裏面バス電極１０５は、該４辺のうち対向する一対の辺に対して平行に配置される。また、グリッド電極１０３は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１のいずれかの結晶面と一致する劈開面が該ｐ型単結晶シリコン基板１０１の一面を横切る方向に沿って複数本が配置される。この場合、複数本のグリッド電極１０３は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の基板面方向、すなわち面方向において、上記４辺のうち対向する一対の辺に対して４５度の角度をなして平行に配置される。すなわち、複数本のグリッド電極１０３は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の基板面方向において受光面バス電極１０４と４５度の角度で交わる。なお、グリッド電極１０３は、結果的にｐ型単結晶シリコン基板１０１の正方形状における４辺のうち対向する二対の辺に対して４５度の角度をなしている。

そして、太陽電池セル１００では、ｎ型拡散層を含むｐ型単結晶シリコン基板１０１の受光面側の表層の、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の基板面方向において隣接するグリッド電極１０３間に対応する領域に、該グリッド電極１０３の延在方向と平行に断続的に延在する溝部１２０が設けられている。すなわち、溝部１２０は、グリッド電極１０３と同様に、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の基板面方向において該４辺のうち対向する一対の辺に対して４５度の角度をなして平行に配置される。なお、この場合、溝部１２０は、結果的にｐ型単結晶シリコン基板１０１の正方形状における４辺のうち対向する二対の辺に対して４５度の角度をなしている。

上記４辺の側面の面方位である｛１００｝の面方位に対して、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の基板面方向において４５度の角度でグリッド電極１０３を配置すると、グリッド電極１０３はｐ型単結晶シリコン基板１０１の｛１１０｝面に沿った方向に配置されることになる。したがって、溝部１２０もｐ型単結晶シリコン基板１０１の｛１１０｝面に沿った方向に配置される。ｐ型単結晶シリコン基板１０１の｛１１０｝面は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の基板面に対して垂直な方向である。

図９は、太陽電池セル１００におけるグリッド電極１０３の延在方向と垂直な（１１０）の面方位での拡大断面図である。図１０は、本実施の形態にかかる太陽電池セル１００におけるｐ型単結晶シリコン基板１０１の割れやすい方向を示す太陽電池セル１００の上面図である。図９では、図１０におけるＡ−Ａ線に沿った方向の断面を示しており、奥行き方向がグリッド電極１０３の延在方向である。また、図１０では、グリッド電極１０３を分かり易く太く示している。太陽電池セル１００では、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の受光面側の表層における、隣り合うグリッド電極１０３間に対応する領域に、グリッド電極１０３の延在方向に沿って延在する溝部１２０が、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面から内部に向かって設けられている。溝部１２０は、シリコン基板の厚みの５０％〜７０％程度の深さで設けられている。

単結晶シリコン基板は、結晶面である｛１１１｝面で割れやすい。すなわち、｛１１１｝面が劈開面となる。このため、ｐ型単結晶シリコン基板１０１は、該ｐ型単結晶シリコン基板１０１の基板表面では、[１１０]の方向に割れやすい。ここで、図１０のようにグリッド電極１０３をｐ型単結晶シリコン基板１０１の受光面側において（１−１０）面に沿った方向に延びるように配置した場合、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の割れやすい方向は（１１０）面に沿った方向または（１−１０）面に沿った方向となる。すなわち、ｐ型単結晶シリコン基板１０１は、グリッド電極１０３の延在方向と垂直な（１１０）面の方向に沿った方向か、グリッド電極１０３の延在方向と平行な（１−１０）面の方向に沿った方向に割れやすい。なお、（１１０）は図１０に示すＸＹ平面で傾き（＋１）の方向、（１−１０）はＸＹ平面で傾き（−１）の方向である。ここで、ミラー指数の表示については、ミラー指数が負のときは通常数字の上に−(バー)をつけて表すが、本明細書では数字の前にマイナス（−）をつけて表すこととする。なお、図面においては、ミラー指数が負のときは通常数字の上に−(バー)をつけて表す表示としている。図１０は、本実施の形態にかかる太陽電池セル１００におけるｐ型単結晶シリコン基板１０１の割れやすい方向を示す太陽電池セル１００の上面図である。

本実施の形態にかかる太陽電池セル１００では、図１０に示すようにｎ型拡散層を含むｐ型単結晶シリコン基板１０１の受光面側の表層における、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の面方向において隣り合うグリッド電極１０３間に対応する領域に、グリッド電極１０３の延在方向と平行に溝部１２０を有する。このような溝部１２０を有するｐ型単結晶シリコン基板１０１では、基板の表層に溝部１２０が形成され、かつ該溝部１２０の方向はｐ型単結晶シリコン基板１０１自体が割れやすい方向と一致している。このため、太陽電池セル１００に外力が加わった場合は、該太陽電池セル１００は、溝部１２０に沿って、すなわち隣り合うグリッド電極１０３間の領域で該グリッド電極１０３の延在方向に沿って割れることになる。したがって、太陽電池セル１００が割れてもグリッド電極１０３が断線することがなく、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の割れが太陽電池セル１００における発電によって発生した光電流の集電を妨げることがなく、太陽電池セル１００の出力が低下することがない。

また、溝部１２０を、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の厚みの５０％〜７０％の深さで設けることにより、太陽電池セル１００に外力が作用した場合にｐ型単結晶シリコン基板１０１が溝部１２０に沿ってきれいに割れる。これにより、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の割断部での該ｐ型単結晶シリコン基板１０１の欠けの発生を抑制することができるので、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の発電面積が減少することがなく、太陽電池セル１００の出力が低下することがない。

溝部１２０の深さが、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の厚みの５０％未満の場合には、太陽電池セル１００に外力が作用した場合にｐ型単結晶シリコン基板１０１が溝部１２０に沿って割れ難くなる。溝部１２０の深さが、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の厚みの７０％よりも大の場合には、太陽電池セル１００に外力が作用した場合にｐ型単結晶シリコン基板１０１が溝部１２０に沿って割れ難くなる。太陽電池セル１００の機械的強度が弱くなるおそれがある。溝部１２０はｐ型単結晶シリコン基板１０１の厚みの５０％〜７０％の深さで設けられるため、ｎ型の不純物拡散層であるｎ型拡散層を貫通してｐ型単結晶シリコン基板１０１の内部に達して設けられる。また、溝部１２０は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の機械的強度を保持できるように、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の面方向において、グリッド電極１０３の延在方向と平行に断続的に設けられる。

一般に太陽電池セルは、太陽電池パネル１０の設置後に想定以上の外力が作用した場合にはセルに割れが生じることがある。しかし、本実施の形態にかかる太陽電池セル１００では、太陽電池セル１００に想定以上の外力が作用して該太陽電池セル１００に割れが発生した場合、グリッド電極１０３の延在方向と平行な（１−１０）面の方向に沿って形成された溝部１２０に沿ってセルが割れる。

図１１は、本実施の形態にかかる太陽電池セル１００に想定以上の外力が作用した場合に割れが溝部１２０に沿って進む方向を受光面側から見た太陽電池セル１００の上面図である。図１２は、溝部１２０を備えない比較例の太陽電池セル２００に想定以上の外力が作用した場合に割れが進む方向を受光面側から見た比較例の太陽電池セル２００の上面図である。図１１および図１２では、ラインＢは、割れが進む可能性がある方向を示す。溝部１２０を備えない比較例の太陽電池セル２００は、太陽電池セル１００の場合と同じ条件のｐ型単結晶シリコン基板１０１が用いられ、受光面バス電極２０４が太陽電池セル１００と同じ方向に設けられている。一方、グリッド電極２０３は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の面方向において受光面バス電極２０４と直交する方向に設けられている。比較例の太陽電池セル２００は、これ以外は太陽電池セル１００と同じ構成を有する。

図１２に示すように、溝部１２０が形成されてない比較例の太陽電池セル２００においては、セルの割れはグリッド電極２０３を断線する方向に進む可能性がある。一方、本実施の形態にかかる太陽電池セル１００のように溝部１２０が形成されている場合は、セルの割れは溝部１２０に沿って進むため、グリッド電極１０３が断線することがない。そして、溝部１２０に沿ってセルの割れが進んで面方向において受光面領域の分離した太陽電池セル１００からの集電は、グリッド電極１０３が断線することがないため、セルの割れの影響なく行われる。

つぎに、太陽電池モジュール１を製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、溝部１２０を形成すること以外は、シリコン基板を用いた一般的な太陽電池モジュールの製造工程と同様であるため、特に図示しない。

まず、ｐ型単結晶シリコン基板１０１を熱酸化炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）蒸気の存在下で加熱してｐ型単結晶シリコン基板１０１の表面にリンガラスを形成することでｐ型単結晶シリコン基板１０１中にリンを拡散させ、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の表層にｎ型拡散層を形成する。

つぎに、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の受光面側となる一面側において、基板面方向において隣接するグリッド電極１０３が形成される間の領域に、該グリッド電極１０３の延在方向と平行に断続的に延在する溝部１２０を形成する。溝部１２０は、後の工程で形成されるグリッド電極１０３と同様に、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の基板面方向においてｐ型単結晶シリコン基板１０１の正方形状の４辺のうち対向する一対の辺に対して４５度の角度をなして平行に、断続的に形成される。溝部１２０は、たとえばｐ型単結晶シリコン基板１０１の受光面側となる一面側の表面にレーザ加工を施すことにより形成できる。溝部１２０は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の厚みの５０％〜７０％の深さで形成される。

つぎに、フッ酸溶液中でシリコン基板のリンガラス層を除去した後、反射防止膜としてプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜（ＳｉＮ膜）をｎ型拡散層上に受光面側の電極の形成領域を除いて形成する。反射防止膜の膜厚および屈折率は、光反射を最も抑制する値に設定する。なお、屈折率の異なる２層以上の膜を積層してもよい。また、反射防止膜は、スパッタリング法など、異なる成膜方法により形成してもよい。

つぎに、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の受光面に銀の混入したペーストをグリッド電極１０３および受光面バス電極１０４の形状にスクリーン印刷にて印刷する。ここで、受光面バス電極１０４は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の正方形状の４辺のうち対向する一対の辺と平行な方向に印刷する。また、グリッド電極１０３は、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の基板面方向においてｐ型単結晶シリコン基板１０１の正方形状の４辺のうち対向する一対の辺に対して４５度の角度をなし、かつ溝部１２０の延在方向と平行に、２本のグリッド電極１０３の間の領域に溝部１２０が位置するように印刷される。

また、ｐ型単結晶シリコン基板１０１の裏面にアルミニウムの混入したペーストをほぼ全面にスクリーン印刷にて印刷した後、該アルミニウムの混入したペースト上に、銀の混入したペーストを裏面バス電極１０５の形状にスクリーン印刷にて印刷する。そして、焼成処理を実施してグリッド電極１０３、受光面バス電極１０４、裏面集電電極１０２、裏面バス電極１０５を形成する。以上のようにして、太陽電池セル１００が作製される。

つぎに、受光面側リード線１１３を受光面バス電極１０４上に重ね合わせ、また裏面側リード線１１４を裏面バス電極１０５上に重ね合わせてそれぞれ配置し、続いて、受光面側リード線１１３および裏面側リード線１１４を加熱しながら部分的もしくは全長にわたり太陽電池セル１００側に押圧する。受光面側リード線１１３および裏面側リード線１１４は、半田被覆されているので、加熱によりこの半田が溶ける。この状態で受光面側リード線１１３および裏面側リード線１１４を押圧することにより、受光面側リード線１１３と受光面バス電極１０４、また裏面側リード線１１４と裏面バス電極１０５とが、それぞれ半田接合される。

つぎに、第１の太陽電池セル１００である第１の太陽電池セル１００Ａと第２の太陽電池セル１００である第２の太陽電池セル１００Ｂとを並べて、第１の太陽電池セル１００である第１の太陽電池セル１００Ａの受光面側リード線１１３の延長部１１３ａを第２の太陽電池セル１００である第２の太陽電池セル１００Ｂの裏面側にもぐりこませて裏面側リード線１１４の端部と重ね、加熱しながら押圧して半田接合する。なお、受光面側リード線１１３および裏面側リード線１１４と太陽電池セル１００との接続と、受光面側リード線１１３と裏面側リード線１１４との接続とは同じ工程にて同時に行なってもよい。

このようにして複数枚の太陽電池セル１００が電気的に直列に接続された太陽電池セルアレイ３０が、図３および図４に示すように表面カバー材１１１と裏面カバー材１１２との間において樹脂１１５である樹脂１１５ａおよび樹脂１１５ｂで封止されて太陽電池パネル１０が構成される。そして、この太陽電池パネル１０の外周部に図１に示す枠部材２０が取り付けられて太陽電池モジュール１が構成される。このような太陽電池モジュール１の出力電圧は、太陽電池セル１００の電圧が複数枚分直列接続された値となる。なお、太陽電池モジュール１にさらに図示しない＋極および−極の出力用ケーブルが図示しない端子ボックスを介して接続されて最終製品とされる。

上述したように、本実施の形態においては、太陽電池セル１００に作用した外力により該太陽電池セル１００に割れが発生するとき、セルの割れが溝部１２０の延在方向に進展する。これにより、グリッド電極１０３が断線する方向への太陽電池セル１００の割れが抑制され、セルの割れによるグリッド電極１０３の断線に起因した太陽電池セル１００の出力低下を極力抑えることができる。

したがって、本実施の形態によれば、太陽電池セル１００に外力による割れが発生した場合においても、該太陽電池セル１００の出力の低下を抑制することができる、という効果を奏する。

以上のように、本発明にかかる太陽電池セルは、受光面側において平行に配置された複数のグリッド電極を有する太陽電池セルにおける、外力による割れに起因した出力の低下を抑制する場合に有用である。

１ 太陽電池モジュール、１０ 太陽電池パネル、１１ リード線、２０ 枠部材、３０ 太陽電池セルアレイ、１００ 太陽電池セル、１０１ ｐ型単結晶シリコン基板、１０２ 裏面集電電極、１０３ グリッド電極、１０４ 受光面バス電極、１０５ 裏面バス電極、１１１ 表面カバー材、１１２ 裏面カバー材、１１３ 受光面側リード線、１１３ａ 延長部、１１４ 裏面側リード線、１１５，１１５ａ，１１５ｂ 樹脂、１１６ セル配置層、１２０ 溝部、２００ 比較例の太陽電池セル、２０３ グリッド電極、２０４ 受光面バス電極。

Claims (7)

1. 第１導電型の単結晶半導体基板と、
   前記単結晶半導体基板の受光面側となる一面側に設けられた第２導電型の不純物拡散層と、
   グリッド電極を含み前記単結晶半導体基板の一面側において前記不純物拡散層と電気的に接続して前記単結晶半導体基板の面方向に沿って設けられた受光面側電極と、
   前記単結晶半導体基板の他面側において前記単結晶半導体基板と電気的に接続して設けられた裏面側電極と、
   を備え、
   前記グリッド電極は、前記単結晶半導体基板のいずれかの結晶面と一致する劈開面が前記単結晶半導体基板の一面を横切る方向に沿って複数本が配置され、
   前記単結晶半導体基板における前記一面側に、隣り合う前記グリッド電極の間に対応する領域に前記劈開面に沿って設けられて前記不純物拡散層の表面から前記単結晶半導体基板の内部に達する溝部を備えること、
   を特徴とする太陽電池セル。
2. 前記溝部は、前記単結晶半導体基板の厚みの５０％以上７０％以下の深さで設けられること、
   を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 前記単結晶半導体基板は、４つの側面が｛１００｝面とされ、面方向において四角形状の外形を有する前記単結晶シリコン基板であり、
   前記受光面側電極であって、前記グリッド電極に導通して前記グリッド電極よりも幅広のバス電極が、前記四角形状における対向する一対の辺に平行に前記単結晶半導体基板の面方向に沿って配置され、
   前記グリッド電極は、前記単結晶半導体基板の面方向において前記バス電極と４５度の角度で交わること、
   を特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池セル。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池セルの２つ以上が電気的に直列または並列に接続されること、
   を特徴とする太陽電池パネル。
5. 単結晶半導体基板の一面側に第２導電型の不純物元素を拡散して不純物拡散層を形成する第１工程と、
   前記単結晶半導体基板のいずれかの結晶面と一致する劈開面が前記単結晶半導体基板の一面を横切る方向に沿う複数本のグリッド電極を含み前記単結晶半導体基板の一面側において前記不純物拡散層と電気的に接続する受光面側電極を、前記単結晶半導体基板の面方向に沿って前記単結晶半導体基板の一面側に形成する第２工程と、
   前記単結晶半導体基板における前記一面側に、隣り合う前記グリッド電極の間に対応する領域に前記劈開面に沿って前記不純物拡散層の表面から前記単結晶半導体基板の内部に達する溝部を形成する第３工程と、
   前記単結晶半導体基板の他面側において前記単結晶半導体基板と電気的に接続する裏面側電極を形成する第４工程と、
   を含むことを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
6. 前記溝部は、前記単結晶半導体基板の厚みの５０％以上７０％以下の深さで形成されること、
   を特徴とする請求項５に記載の太陽電池セルの製造方法。
7. 前記単結晶半導体基板は、４つの側面が｛１００｝面とされ、面方向において四角形状の外形を有する前記単結晶シリコン基板であり、
   前記受光面側電極であって、前記グリッド電極に導通して前記グリッド電極よりも幅広のバス電極を、前記四角形状における対向する一対の辺に平行に前記単結晶半導体基板の面方向に沿って形成し、
   前記グリッド電極を、前記単結晶半導体基板の面方向において前記バス電極と４５度の角度で交わる状態に形成すること、
   を特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池セルの製造方法。

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