JP2016178280A - 太陽電池素子およびこれを用いた太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池素子にクラック等が生じても、出力が低下しにくい太陽電池素子および太陽電池モジュールを提供すること。【解決手段】表主面２ａおよび裏主面２ｂを有する半導体基板２と、表主面２ａおよび裏主面２ｂの少なくとも一方の側に設けられており、表面に配線導体が配置される一方向に長いバスバー電極と、該バスバー電極に接続されるフィンガー電極とを有する太陽電池素子１であって、フィンガー電極は、バスバー電極の長手方向の中央部に、バスバー電極に直交している複数の第１フィンガー電極と、バスバー電極の中央部から長手方向の一端部との間において、一端部が位置する方向に向かってバスバー電極から次第に離れるように斜めに延びている複数の第２フィンガー電極とを有する太陽電池素子１および太陽電池モジュール２１とする。【選択図】 図２

Description

本発明は、太陽電池素子およびこれを用いた太陽電池モジュールに関する。

半導体基板を用いた太陽電池素子は太陽光発電に利用される。この場合には、所定の電力を得るために、複数の太陽電池素子が電気的に接続された太陽電池モジュールが使用される。

太陽電池モジュールは、太陽電池素子同士が次のように接続されている。互いに隣接する２つの太陽電池素子において、一方の太陽電池素子の表主面側の電極と、他方の太陽電池素子の裏主面側の電極とに、帯状の銅等の金属からなる接続タブが半田付けされている。また、接続タブで接続された複数の太陽電池素子は、表主面側の保護部材となる透光性基板と裏主面側の保護部材との間に充填材で封止されている（例えば、下記の特許文献１を参照）。

特開２００６−２７８６９５号公報

このような太陽モジュールでは環境の温度変化への耐性が求められる。太陽電池モジュールが激しい温度変化が繰り返される環境下では、太陽電池素子を構成する半導体基板と接続タブとの熱膨張係数の違いによって、例えば、接続タブと太陽電池素子との半田溶着部に応力が発生する。そして、この応力が大きくなると、太陽電池素子にクラックが発生する場合がある。太陽電池素子にクラックが存在すると、電極で集めた光生成キャリアが接続タブに到達するまでの電極長が長くなりやすい。このため、電極の抵抗成分が大きくなって、太陽電池素子および太陽電池モジュールの出力が低下しやすい。

本発明の１つの目的は、太陽電池素子にクラック等が生じていても、出力が低下しにくい太陽電池素子および太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の一形態に係る太陽電池素子は、表主面および裏主面を有する半導体基板と、前記表主面および前記裏主面の少なくとも一方の側に設けられており、表面に配線導体が配置される一方向に長いバスバー電極と、該バスバー電極に接続されるフィンガー電極とを有する太陽電池素子であって、前記フィンガー電極は、前記バスバー電極の長手方向の中央部に、前記バスバー電極に直交している複数の第１フィンガー電極と、前記バスバー電極の前記中央部から前記長手方向の一端部との間において、前記一端部が位置する方向に向かって前記バスバー電極から次第に離れるように斜めに延びている複数の第２フィンガー電極とを有する。

また、本発明の一形態に係る太陽電池モジュールは、前記太陽電池素子を備えている。

このような太陽電池素子および太陽電池モジュールによれば、太陽電池素子にクラック等が生じていても出力が低下しにくい。

本発明の一実施形態に係る太陽電池素子を表主面側から見た平面模式図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池素子を裏主面側から見た平面模式図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の構造を模式的に示す図であり、図２におけるＫ−Ｋ線での断面模式図である。 （ａ）〜（ｅ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の作製工程を示す断面模式図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの第１面側を示す平面模式図であり、（ｂ）は第２面側の一実施形態を示す平面模式図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの構造を示す断面模式図である。 従来の太陽電池素子を裏主面側から見た平面模式図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の裏主面側の一部を拡大して示す平面模式図であり、（ｂ）は従来の太陽電池素子の裏主面側の一部を拡大して示す平面模式図である。 本発明の他の実施形態に係る太陽電池素子を裏主面側から見た平面模式図である。 本発明の他の実施形態に係る太陽電池素子を裏主面側から見た平面模式図である。 （ａ）は図２のＳ部の拡大図であり、（ｂ）は図９のＴ部の拡大図である。

以下に、本発明の実施形態に係る太陽電池素子および太陽電池モジュールについて図面を参照しながら説明する。また、太陽電池素子および太陽電池モジュールを構成する同一名称の部材については同一符号を付すものとする。

＜太陽電池素子＞
図１〜３に示すように、太陽電池素子１は半導体基板２からなり、半導体基板２は主として光が入射する一主面である表主面２ａと、この表主面２ａに対して裏側に位置する裏主面２ｂとを有する。また、半導体基板２の表主面２ａ上には表主面側電極が設けられている。また、半導体基板２の裏主面２ｂ上には裏主面側電極が設けられている。

半導体基板２は、第１導電型（例えばｐ型）を有する第１半導体部２ｐと、第１半導体部２ｐ上に設けられて、第１半導体部２ｐとは逆の導電型である第２導電型（例えばｎ型）を示す第２半導体部２ｎとを有する。半導体基板２には、例えばボロンまたはガリウムなどの所定のドーパント元素を有している、一導電型（例えばｐ型）の単結晶または多結晶のシリコン基板が用いられる。また、半導体基板２の厚みは、例えば１００〜２５０μｍ程度である。また、半導体基板２の形状は、特に限定されるものではないが、平面視で１辺の長さが１００〜２００ｍｍ程度の正方形状または長方形状などの四角形状であればよい。

第２半導体部２ｎは、半導体基板２の表主面２ａ側に設けられている。第1半導体部２
ｐがｐ型の導電型を有する場合には、第２半導体部２ｎはｎ型の導電型を有するように形成される。ｎ型の導電型を有する第２半導体部２ｎは、半導体基板２の表主面２ａ側にリン等のドーパント元素を拡散させることによって形成できる。

半導体基板２の表主面２ａには、反射防止膜１３が配置されている。この反射防止膜１３は、表主面２ａにおける光の反射率を低減させて、半導体基板２に吸収される光の量を増大させる。反射防止膜１３は、光吸収によって生成するキャリアを増大させる役割を果たすことで、太陽電池素子１の光電変換効率の向上に寄与する。反射防止膜１３は、例えば、窒化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化シリコン膜、もしくは酸化アルミニウム膜、またはそれらの積層膜からなる。反射防止膜１３の厚みなどは、構成する材料によって適宜最適なものに設定すればよい。例えば、反射防止膜１３の屈折率は１．８〜２．３程度、反射防止膜１３の厚みは３０〜１２０ｎｍ程度であればよい。

表主面側電極は、図１に示すように、第２半導体部２ｎ上に設けられており、表バスバー電極３および細線状の表フィンガー電極４を有する。表フィンガー電極４の両端または一端部は、表バスバー電極３に接続されている。なお、太陽電池素子１の両側にある表フィンガー電極４の外側端部を接続する１本以上線状の表補助電極５を設けてもよい。

表バスバー電極３は、後のモジュール製造工程において表主面２ａ上に接続タブ１５が接続される。また、表バスバー電極３は、図１のＹ方向に延在するように、例えば２〜４本程度設けられていて、それぞれ１〜３ｍｍ程度の幅を有している。一方、表フィンガー電極４および表主面補助電極５は、半導体基板２から光生成キャリアを集めるものである。表フィンガー電極４は、その線幅が５０〜２００μｍ程度である。また、表フィンガー電極４は、隣り合う表フィンガー電極４と互いに１〜３ｍｍ程度の間隔を空けて、表バスバー電極３と電気的に接続するように設けられている。また、表補助電極５も表フィンガー電極４と同様に５０〜２００μｍ程度の線幅を有していればよい。

表バスバー電極３は電極用導電性ペーストを焼成することによって形成できる。電極用導電性ペーストは、銀などの導電性金属を主成分とし、ガラスフリットおよび有機ビヒクルなどからなる。また、電極用導電性ペーストは、スクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成される。表フィンガー電極４および表補助電極５の厚みは、いずれも１０〜２５μｍ程度である。

また、半導体基板２の裏主面２ｂには、パッシベーション膜であるパッシベーション層６が設けられている。このパッシベーション層６は、半導体基板２の裏主面２ｂ側において、少数キャリアの再結合を低減する。これにより、太陽電池素子１の光電変換効率が向上する。パッシベーション層６としては、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化チタンまたは酸化アルミニウムなどが使用できる。パッシベーション層６の厚みは、例えば、１０〜２００ｎｍ程度であり、ＡＬＤ（Atomic Layer Deposition：原子層蒸着）法、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）法、熱ＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタリング法などを用いて形成すればよい。また、パッシベーション層６は、半導体基板２の表主面２ａおよび側面部にも形成してもよい。

裏主面側電極は、図２に示すように、裏バスバー電極７および裏フィンガー電極８を有する。この裏主面側電極は、パッシベーション層６の開口部を介して半導体基板２に接触するように設けられる。隣接する裏フィンガー電極８の間にパッシベーション層６を設けることで、太陽電池素子１の光電変換効率を向上させ得る。裏フィンガー電極８の両端部または一端部は、裏バスバー電極７に接続されており、また太陽電池素子１の両側にある裏フィンガー電極８の外側端部を結ぶように裏補助電極９を設けてもよい。

裏バスバー電極７は、後のモジュール製造工程において、裏主面２ｂ上に接続タブ１５が接続される。裏バスバー電極７は、半導体基板２の裏主面２ｂ上に、図２のＹ方向に延在するように、例えば２〜４本程度設けられる。裏バスバー電極７は、帯状の電極形状であってもよいが、Ｙ方向に間隙１１を空けて複数設けられてもよい。この場合には、裏バ
スバー電極７は、接続タブ１５と半田付けされる複数の幅広部である第１バスバー電極７ａと、第１バスバー電極７ａを電気的に接続するための幅狭部である１本以上の第２バスバー電極７ｂとを有しているとよい。

以下に、第１バスバー電極７ａおよび第２バスバー電極７ｂについて具体的に説明する。第１バスバー電極７ａは、例えば、裏バスバー電極７の短手方向（Ｘ方向）の長さが３〜１０ｍｍ程度であり、裏バスバー電極７の長手方向（Ｙ方向）の長さが１〜８ｍｍ程度であればよい。また、第１バスバー電極７ａの厚みは２〜１２μｍ程度であればよい。また、第１バスバー電極７ａは、裏バスバー電極７の長手方向（Ｙ方向）に対して直交する、裏バスバー電極７の短手方向（Ｘ方向）の長さが第２バスバー電極７ｂの短手方向（Ｘ方向）よりも長い。

一方、第２バスバー電極７ｂは、長手方向（Ｙ方向）に沿って延びて配置されており、互いに隣り合う第１バスバー電極７ａ同士を電気的に接続している。このような第２バスバー電極７ｂは、例えば、線幅（Ｘ方向長さ）が０．５〜３ｍｍ程度であり、厚みが３０〜６０μｍ程度である。また、第２バスバー電極７ｂは第１バスバー電極７ａよりも細い線状部を有していればよい。特に、図示されているように、第２バスバー電極７ｂの線状部が複数本であると、集められた光生成キャリアを第１バスバー電極７ａに伝える経路が複数になる。このため、太陽電池素子１に生じたクラック、電極用導電性ペーストの印刷不良などによって、第２バスバー電極７ｂの一部が断線した部位があってもその影響を小さくできる。第２バスバー電極７ｂによって、裏バスバー電極７の長手方向において、互いに隣り合う第１バスバー電極７ａ同士が電気的に接続されている。これにより、裏フィンガー電極８によって集められた光生成キャリアは、裏バスバー電極７に伝導しやすくなる。また、このような第２バスバー電極７ｂを設けることによって、互いに隣り合う第１バスバー電極７ａ同士の間隙１１にパッシベーション層６を設けることができるため、太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。

裏バスバー電極７は、前述の表バスバー電極３と同様に、銀などの導電性金属を主成分とし、ガラスフリットおよび有機ビヒクルなどからなる電極用導電性ペーストを、スクリーン印刷法等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成できる。なお、裏バスバー電極７の第１バスバー電極７ａは、接続タブ１５に半田付けできるように銀を主成分とした電極用導電性ペーストを用いて形成され、第２バスバー電極７ｂは、アルミニウムを主成分とした電極用導電性ペーストを用いて形成されてもよい。

裏フィンガー電極８は、光生成キャリアを半導体基板２から集めて裏バスバー電極７に導くための電極である。裏フィンガー電極８は、半導体基板２の裏主面２ｂにおいて、裏バスバー電極７が配置されていない領域に設けられていて、裏バスバー電極７に電気的に接続されている。

裏フィンガー電極８は、裏バスバー電極７の長手方向の中央部に、裏バスバー電極７に対して略直交している複数の第１フィンガー電極８ａを有している。また、裏バスバー電極７の長手方向の中央部から長手方向の一端部との間において、この一端部が位置する方向に向かって、裏バスバー電極７にから次第に離れるように、斜めに延びている第２フィンガー電極８ｂを有している。つまり、第２フィンガー電極８ｂは第１フィンガー電極７ａとは異なる角度で斜めに延びていて、裏バスバー電極７に接触している。別の言い方をすれば、第２フィンガー電極８ｂは、第１フィンガー電極８ａよりも半導体基板２の縦方向（Ｙ方向）における端部に近い領域に形成されていて、裏バスバー電極７に近づくにつれて端部から中央部に向かう方向に形成されている。第１フィンガー電極８ａと第２フィンガー電極８ｂの一部とを、これらが交差するように配置すれば、半導体基板２に生成した光生成キャリアを効率よく集めることができるのでよい。

裏フィンガー電極８は、図９に示すように、裏バスバー電極７と平行に配置されて、第１フィンガー電極８ａおよび第２フィンガー電極８ｂの少なくとも一方に交差して電気的に接続する第３フィンガー電極８ｃを備えていてもよい。先に述べた第２バスバー電極７ｂに替えて、隣接する第１バスバー電極７ａを第３フィンガー電極８ｃで電気的に接続するようにしてもよい。

裏フィンガー電極８は、線幅が１００〜５００μｍ程度であり、その厚みが１５〜４０μｍ程度の帯状であればよい。また、この裏フィンガー電極８は互いに１〜６ｍｍ程度の間隔を空けて複数設けられている。

裏フィンガー電極８は、アルミニウム等の導電性金属を主成分とし、ガラスフリットおよび有機ビヒクルなどからなる電極用導電性ペーストを、スクリーン印刷等によって所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成できる。

また、裏フィンガー電極８が、アルミニウムを主成分としてとして含んでいれば、電極形成時に裏フィンガー電極８の形成部分の半導体基板２内部にアルミニウムが高濃度に拡散したＢＳＦ層１４を同時に形成できる。

また、裏バスバー電極７の厚みは、裏フィンガー電極８よりも厚くしてもよい。裏バスバー電極７は、裏フィンガー電極８で集められた光生成キャリアが集まるため、より低抵抗の特性が求められる。そのため、裏バスバー電極７は、線幅を大きくするだけでなく、より厚くすることで、他の電極よりも低抵抗になるようにしてもよい。このとき、裏バスバー電極７の厚みは、例えば３０〜６０μｍ程度である。裏バスバー電極７は、スクリーン印刷法によって裏フィンガー電極８と同時に形成する場合、裏バスバー電極７のみ膜厚を厚くするために、裏バスバー電極７部分のみ複数印刷してもよい。

＜太陽電池モジュール＞
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール２１は、図５〜６に示すように、主として光を受ける面である表主面２１ａと、表主面２１ａの裏側の面である裏主面２１ｂを有する。また、太陽電池モジュール２１では、太陽電池素子１の表バスバー電極３上および裏バスバー電極７上に接続タブ１５を半田接合することによって、複数の太陽電池素子１が電気的に接続されている。

接続タブ１５は、例えば、厚さが０．１〜０．３ｍｍ程度の銅などからなる帯状の金属箔で構成されている。そして、この金属箔には、表面に導電性接着剤である半田がコーティングされている。この半田は、メッキまたはディッピング等によって、例えば、１０〜５０μｍ程度の厚みになるように設けられる。接続タブ１５の幅は、表バスバー電極３の幅と同程度であることが好ましいが、表バスバー電極３の幅よりも小さくしてもよい。これにより、太陽電池素子１の受光を妨げにくくできる。一方で、接続タブ１５の幅を表バスバー電極３の幅よりも大きくすれば、接続タブ１５の電気抵抗を小さくできる上に、表バスバー電極３に対して若干位置ずれが生じても、接続タブ１５と表バスバー電極３との接続を維持できる。また、接続タブ１５は、表バスバー電極３および裏バスバー電極７の略全表面に接続してもよい。これにより、太陽電池素モジュール２１の電気抵抗を小さくできる。ここで、接続タブ１５で１５０ｍｍ角程度の２つの太陽電池素子１同士を接続する場合、接続タブ１５の幅は、１〜３ｍｍ程度、その長さは２６０〜３００ｍｍ程度であればよい。

また、隣り合う太陽電池素子１は、太陽電池素子１の表主面２ａの表バスバー電極３に接続した接続タブ１５の他端部を、隣接する太陽電池素子１の裏主面２ｂの裏バスバー電
極７に、半田付けされることによって接続される。このような接続を複数（例えば５〜１０個程度）の太陽電池素子１に対して繰り返すことによって、複数の太陽電池素子１が直線状に直列接続された太陽電池ストリングが得られる。

なお、半田としては、例えば、主として錫（Ｓｎ）および鉛（Ｐｂ）からなり、錫が６０〜６３質量％で、残部が実質的に鉛からなる共晶半田であってもよい。また、実質的に鉛を含まず、錫が９０〜９７質量％であり、残部が銀（Ａｇ）または銅（Ｃｕ）などを含む半田も使用可能である。また、実質的に鉛を含まず、錫が９０〜９７質量％であり、残部が亜鉛（Ｚｎ）、ビスマス（Ｂｉ）またはインジウム（Ｉｎ）などを含む半田なども使用可能である。また、導電性接着剤は、前述の半田に限られるものではなく、例えば、銀または銅などの導電性フィラーを混合したエポキシ樹脂などの導電性樹脂も利用できる。

太陽電池モジュール２１は、激しい環境に晒されて、太陽電池モジュール２１に想定外の風圧または積雪等の荷重が加わり、太陽電池モジュール２１に撓みなどの変形が生じて、太陽電池素子１にクラックが発生したり、接続タブの一部が電極から外れることがある。さらに、太陽電池モジュール２１を構成する各部材が膨張、収縮を繰り返すことによって、太陽電池素子１にクラックが発生したり、接続タブ１５と裏バスバー電極７との接続が外れやすくなる。また、同様の接続タブ１５の外れは、表バスバー電極３においても起こり得る。表保護部材３１と裏保護部材３４とが異なる材質（例えば、表保護部材３１としてガラスを用いて、裏保護部材３４としてＰＥＴなど）を用いた場合には、裏保護部材３４の方が表保護部材３１よりも熱膨張係数が大きく、熱変形しやすい。

これにより、裏バスバー電極７において、接続タブ１５の外れが生じやすい。さらに、バスバー電極の長手方向（Ｙ方向）の端部ほど、膨張、収縮の変位が大きくなり、クラックの発生も生じやすい。接続タブ１５の外れは、裏バスバー電極７の長手方向（Ｙ方向）の両端部から中央部に向かって進行しやすい。例えば、＋１００〜−６０℃程度の厳しい条件での温度サイクルテストを１０００サイクル以上行った場合には、裏バスバー電極７の長手方向（Ｙ方向）の両端部からそれぞれ約１／１０くらいの領域まで接続タブ１５の外れが起こる場合がある。また、太陽電池素子１の変位の大きい箇所でクラックが生じやすい。この場合に生じるクラックは、長さが例えば１０〜５０ｍｍ程度であり、目視またはＥＬ（Electro Luminescence）検査装置で確認できる。

したがって、接続タブ１５と裏バスバー電極７との電気的接触は中央部のみが残されやすい。これにより、半導体基板２のＹ方向の両端部で生成したキャリアが接続タブ１５によって取り出されるためには、信頼性試験投入前の初期状態と比べてより長い電極経路をたどる。

ここで、裏フィンガー電極８が、裏バスバー電極７に直交する形状（両電極のなす角が略９０°）で配置されている場合を考える。図７および図８（ｂ）に示すように、最寄りのバスバー電極７の端からＸ方向に距離Ｌｘだけ離れた位置の点Ａで生成したキャリアが、接続タブ１５における点ＡのＹ方向位置からＹ方向に距離Ｌｙだけ離れて、クラックＣ１がない、または接続タブ１５の外れのない部位である位置Ｂに到達するための最短経路の長さＬは、Ｌｘ＋Ｌｙである。なお、図８において、接続タブ１５は裏バスバー電極７の上に配置されるが、図示を省略している。例えば、Ｌｘ＝Ｌｙの場合を考えると、Ｌ＝２Ｌｘになる。

一方、図８（ａ）に示すように、裏フィンガー電極８が、裏バスバー電極７に接近するにつれて中央部に向かうような形状（両電極のなす角が９０°よりも小さい）で形成されていると、点Ａで生成したキャリアが接続タブ１５の位置Ｂに到達するための最短経路の長さＬは、Ｌｘ＋Ｌｙよりも短くて済む。例えばＬｘ＝Ｌｙの場合には、裏フィンガー電
極８と裏バスバー電極７のなす角が４５°であればＬ＝２^１／２Ｌｘ＜２Ｌｘとなる。つまり、クラックＣ１または接続タブ１５の外れが生じていても、半導体基板２の端部で生成したキャリアが接続タブ１５によって取り出されるための電極経路を短くすることができる。これにより、抵抗成分の増大を抑制して、信頼性に優れた太陽電池素子１および太陽電池モジュール２１を提供できる。裏バスバー電極７と第２フィンガー電極８ｂとのなす角度は、０°よりも大きく９０°よりも小さければよい。ただし、Ｙ方向（バスバー延伸方向）端部ほど前記角度が小さくなるようにすれば、さらに効果的である。

なお、クラックおよび接続タブ１５の外れが生じにくいＹ方向（バスバー延伸方向）の中央部では、裏フィンガー電極８で集められた光生成キャリアが接続タブ１５によって取り出される最短距離は、裏フィンガー電極８が、裏バスバー電極７に直交する形状である場合に最も小さくなる。したがって、裏フィンガー電極８を前述の構造とすることで、初期特性および信頼性に優れた太陽電池素子１および太陽電池モジュール２１を提供できる。

第１フィンガー電極８ａが形成された領域と、第２フィンガー電極８ｂが形成された領域とは、その一部、または全部の領域で互いに重なり合っていてもよい。これにより、第１フィンガー電極８ａと第２フィンガー電極８ｂとが電気的に接続されるので、初期特性および信頼性に優れた太陽電池素子１、およびこれを用いた太陽電池モジュール２１を提供できる。

また、第１フィンガー電極８ａが形成された領域と、第２フィンガー電極８ｂが形成された領域とは、それぞれの領域の面積比率に特に制限はない。ただし、接続タブ１５の外れが生じやすい領域では、第２フィンガー電極８ｂが形成されている方がよい。また、第１フィンガー電極８ａが形成された領域よりも、第２フィンガー電極８ｂが形成された領域が小さい方が好ましい。これにより、太陽電池モジュール２１の特に接続タブ１５の外れが生じやすい領域でも集電能力の高い太陽電池モジュール２１を提供できる。

また、本実施形態では、太陽電池素子１は、図７に示すように、第２バスバー電極７ｂがＹ方向に隣り合う第１バスバー電極７ａ同士を接続している。これにより、クラックまたは接続タブ１５の外れが生じても、裏フィンガー電極８で集めた電気を、裏バスバー電極７を経由して接続タブ１５に供給できる。

また、太陽電池素子１は、図９に示すように、裏フィンガー電極８がさらにＹ方向に延在する第３フィンガー電極８ｃを有していてもよい。第３フィンガー電極８ｃは、第１フィンガー電極８ａおよび第２フィンガー電極８ｂのうち少なくとも一方に、複数の交点を有するように交わっていてもよい。このような裏フィンガー電極８であれば、仮に第１バスバー電極７ａのいずれか１つにおいて、接続タブ１５との接続不良が生じたり、裏フィンガー電極８の一部に断線が生じた場合であっても、裏フィンガー電極８を経由して、他の第１バスバー電極７ａにキャリアを伝導できる。このため、太陽電池素子１または太陽電池モジュール２１の抵抗の増加を低減できる。

また、裏バスバー電極７が、接続タブ１５と半田付けされる複数の幅広部（半田付け部）である第１バスバー電極７ａと、第１バスバー電極７ａを電気的に接続するための幅狭部である第２バスバー電極７ｂとを有している場合には、第１バスバー電極７ａは裏バスバー電極７の長手方向の中央部で最も密度が高く配置されているとよい。

ここで、「長手方向の中央部」とは、上述の温湿度サイクルテストよりも過酷な環境下で、３０年間を超えるより長期間の使用を想定して、裏バスバー電極７の長手方向の全長を３等分した場合の中央部を指すものとするが、これに限定されない。太陽電池モジュー
ル２１の使用環境または使用期間によって、例えば裏バスバー電極７の長手方向の両端部からそれぞれ全長の５〜２０％程度を除いた部分としてもよい。

このような第１フィンガー電極８ａと第２フィンガー電極８ｂとによって、裏バスバー電極７の長手方向の中央部に集めた光生成キャリアを、より効率よく接続タブ１５に伝えることができる。また、前述のように、クラックおよび接続タブ外れが生じにくい中央部において、第１バスバー電極７ａと接続タブ１５との接触面積が最も広くなるようにしている。これにより、接続タブ外れの影響を低減したり、裏バスバー電極７の一部領域で接続タブ外れが生じた場合の太陽電池モジュール２１の特性低下の度合を小さくできる。

裏バスバー電極７の中央部に、裏面バスバー電極７の長手方向の他の部位に比べて、第１バスバー電極７ａを密度が高くなるように設けるためには、例えば、中央部における裏バスバー電極７の長手方向の長さに対する、第１バスバー電極７ａの合計長さの比が、中央部以外の各端部における裏バスバー電極７の長手方向の長さに対する、第１バスバー電極７ａの合計長さの比よりも大きくなるようにすればよい。つまり、例えば前述のように、裏バスバー電極７の長手方向の全長を３等分する（中央部とその両側に位置する部位（端部１，２）とに分ける）場合に、裏バスバー電極７の長手方向の全長において、第１バスバー電極７ａの合計長さが、端部１，２のそれぞれよりも中央部で最も大きくなるようにすればよい。さらに、図１０に示すように、裏バスバー電極７の長手方向の全長において第１バスバー電極７ａの合計数が、端部１，２のそれぞれよりも中央部で最も多くなるようにして、中央部に第１バスバー電極７ａが密に存在するようにしてもよい。これにより、接続タブ外れの影響を低減したり、クラックまたは接続タブ外れが生じた場合の太陽電池モジュール２１の特性低下を小さくすることができる。

また、隣接する太陽電池素子１を接続タブ１５で電気的に接続して太陽電池モジュール２１を構成する場合には、裏バスバー電極７の端部に配置する第１バスバー電極７ａが存在している密度（便宜上、裏面バスバー電極７の長手方向の全長当たりの長さ、数）は、接続タブ１５の端部側（タブ端側）よりも接続タブ１５が隣接する太陽電池素子１に接続する側（タブ接続側）で大きくなるようにするとよい。なぜなら、裏バスバー電極７を流れる電流は、タブ端側よりもタブ接続側の方が多くなるからである。このように、第１バスバー電極７ａが存在している密度は、中央部、タブ接続側端部、タブ端側の順で小さくなるようにするとよい（中央部が最も密度が高く、タブ端側が最も密度が低いとよい）。

上述のように、裏フィンガー電極８が第１フィンガー電極８ａおよび第２フィンガー電極８ｂを有する実施形態について説明したが、表フィンガー電極４が第１フィンガー電極および第２フィンガー電極を有する形態を採用してもよい。

なお、裏フィンガー電極８は、線幅が１００〜５００μｍ程度、厚みが１５〜４０μｍ程度であればよい。また、裏フィンガー電極８は、１〜６ｍｍ程度の間隔を空けて複数設けられている。

太陽電池モジュール２１は、図５〜６に示すように、複数の太陽電池素子１、透光性基板３１、表充填材３２、裏充填材３３、裏保護部材３４、横方向配線３５および外部導出配線３６と、それらの外周部に配置されたフレーム２３とを有し、裏主面２１ｂ側に端子箱２４等をさらに有している。端子箱２４には、太陽電池モジュール２１によって発生した電力を外部回路に供給するための出力ケーブル２５が接続されている。

透光性基板３１としては、ガラスまたは樹脂などからなる基板が用いられる。ここでガラスとしては、例えば白板強化ガラスなどが用いられる。また、樹脂であれば、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂が用いられる。透光性基板３１は、白板強化ガラスであれば
、厚さ３〜５ｍｍ程度であればよい。

表充填材３２および裏充填材３３は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下、ＥＶＡと略す）、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等からなり、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。表充填材３２および裏充填材３３は、ラミネート装置によって減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化する。

裏保護部材３４は、外部からの水分の浸入を低減する役割を有する。裏保護部材３４は、例えば、アルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シート、アルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シート等が用いられる。裏保護部材３４は、白色または黒色等に着色されていてもよい。また、太陽電池モジュール２１の裏主面２１ｂ側からの光入射を発電に用いる場合には、ガラスまたはポリカーボネート樹脂等の透光性を有する部材を用いてもよい。

太陽電池モジュール２１において、太陽電池素子１が接続タブ１５で互いに電気的に接続されることによって、複数の太陽電池素子１が一列に並んだ太陽電池ストリングが構成されている。複数の太陽電池ストリングは、互いに隣り合う太陽電池ストリングが１〜１０ｍｍ程度の所定間隔を空けて配列されている。また、太陽電池ストリング同士を横方向配線３５で半田等を用いて接続する。また、太陽電池モジュール２１の両端に位置する各太陽電池ストリングの横方向配線３５を接続していない太陽電池素子１には、外部導出配線３６が接続される。

このような太陽電池モジュール２１では、前述した太陽電池素子１を使用することによって、設置後の長期間の屋外環境下においても光電変換効率の低下が低減される。これにより、初期特性および信頼性に優れた太陽電池モジュール２１を提供できる。

＜クラック発生の他の例＞
本実施形態に係る太陽電池素子１では、図２に示すように、裏フィンガー電極８が、裏バスバー電極７の長手方向の中央部に、裏バスバー電極７に対して略直交している複数の第１フィンガー電極８ａを有している。さらに、裏バスバー電極７の中央部から長手方向の一端部との間において、この一端部が位置する方向に向かって、裏バスバー電極７から次第に離れるように、斜めに延びている第２フィンガー電極８ｂを有している。このため、第１フィンガー電極８ａまたは第２フィンガー電極８ｂの一部がクラック発生により分断された場合でも、生成したキャリアは、より短い他の経路を通って裏バスバー電極７に到達できる。

例えば、図１１（ａ）に示すように、第１フィンガー電極８ａまたは第２フィンガー電極８ｂおよび裏バスバー電極７に交差するクラックＣ２が入った場合でも、点Ａで生成したキャリアは、矢印に示すような経路を通ることができる。そして、第２フィンガー電極８ｂが無い場合に比べて短いキャリアの移動距離にすることができて、出力が低下しにくい太陽電池素子１および太陽電池モジュール２１にできる。

さらに、図９に示すように、裏フィンガー電極８がさらにＹ方向に延在する第３裏フィンガー電極８ｃを有している場合で、図１１（ｂ）に示すように、第３裏フィンガー電極８ｃに対しても交差するクラックＣ３が入った場合でも、点Ａで生成したキャリアは、矢印に示すような経路を通ることができる。そして、第３フィンガー電極８ｃが無い場合に比べて短いキャリアの移動距離にすることができて、出力が低下しにくい太陽電池素子１および太陽電池モジュール２１にできる。

図１１（ａ）（ｂ）に示すように、第２バスバー電極７ｂを複数本具備しているため、クラックＣ２、Ｃ３の発生によって、第２バスバー電極７ｂの一部が分断されても、他の第２バスバー電極７ｂが設けられているので、第１バスバー電極７ａにキャリアを伝えることができて、出力が低下しにくい太陽電池素子１および太陽電池モジュール２１にすることができる。

＜太陽電池素子の製造方法＞
次に、太陽電池素子１の製造方法について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、一導電型層を構成する半導体基板２を準備する。半導体基板２としては、第１導電型を有するもので、例えばドーパントとしてボロンなどがドープされたｐ型のシリコン基板であればよい。シリコン基板は、単結晶シリコンインゴットまたは多結晶シリコンインゴットから作製される。単結晶シリコンインゴットは、例えばフローティングゾーン（ＦＺ）法またはチョクラルスキー（ＣＺ）法などによって形成される。多結晶シリコンインゴットは、例えば鋳造法によって形成される。これらのシリコンインゴットを所定の厚みにスライスして、シリコン基板を作製する。

シリコン基板の比抵抗は０．２〜２Ω・ｃｍ程度がよい。また、シリコン基板の大きさは、例えば一辺１００〜２００ｍｍ程度の正方形状または長方形状などの四角形状で、その厚みは１００μｍ〜２５０μｍ程度にすればよい。なお、以下では、半導体基板２としてｐ型の多結晶シリコン基板を用いた例によって説明する。

半導体基板２は、スライス面の機械的ダメージ層および汚染層を除去するために、表面をＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはフッ硝酸などの溶液でエッチングするほうがよい。そして、エッチング工程後に、ウエットエッチング法またはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などのドライエッチング法を用いて、半導体基板２の表主面２ａ側に微小な凹凸構造（テクスチャ）を形成するのが望ましい。テクスチャの形成によって、表主面２ａ側における光の反射率が低減するので、太陽電池素子１の光電変換効率が向上する。

次に、図４（ｂ）に示すように、半導体基板２の第１半導体部２ｐの表主面２ａ側にｎ型の第２半導体部２ｎを形成する。第２半導体部２ｎは、ｎ型不純物（例えばリン）を表主面２ａ側の表層内に拡散させることによって形成される。拡散の方法としては、例えばペースト状態にした五酸化二リン（Ｐ_２Ｏ_５）を半導体基板２の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を拡散源とした気相熱拡散法、または、リンイオンを直接拡散させるイオン打ち込み法などが挙げられる。第２半導体部２ｎは、例えば０．１〜１μｍ程度の厚みで、４０〜１５０Ω／□程度のシート抵抗に形成される。また、第２半導体部２ｎ形成時に、裏主面２ｂ側にも逆導電型層が形成された場合には、裏主面２ｂ側のみをエッチングによって除去して、ｐ型の導電型領域を露出させる。例えば、フッ硝酸溶液に半導体基板２における裏主面２ｂ側のみを浸して裏主面２ｂ側の第２半導体部２ｎを除去する。また、予め裏主面２ｂ側に酸化シリコンなどからなる拡散防止用マスクを形成しておき、気相熱拡散法等によって第２半導体部２ｎを形成して、続いて拡散マスクを除去するプロセスによっても、同様の構造を形成することが可能である。

次に、図４（ｃ）に示すように、半導体基板２の表主面２ａ側および裏主面２ｂ側の両面側略全面に、パッシベーション層６を形成する。パッシベーション層６は、例えばＡＬＤ法を用いて形成できる。以下、ＡＬＤ法によって、酸化アルミニウムからなるパッシベーション層６を形成する方法について説明する。

まず、成膜室内に前述の半導体基板２を載置して、基板温度を１００〜３００℃に加熱
する。次に、トリメチルアルミニウム等のアルミニウム原料を、アルゴンガス、窒素ガス等のキャリアガスとともに０．５秒間、半導体基板２上に供給して、半導体基板２の全周囲にアルミ原料を吸着させる（工程１）。

次に、窒素ガスによって成膜室内を１秒間パージすることによって、空間中のアルミ原料を除去するとともに、半導体基板２に吸着したアルミ原料のうち、原子層レベルで吸着した成分以外を除去する（工程２）。

次に、水またはオゾンガス等の酸化剤を、成膜室内に４秒間供給して、アルミ原料であるトリメチルアルミニウムのアルキル基であるＣＨ_３を除去するとともに、アルミニウムの未結合手を酸化させ、半導体基板２に酸化アルミニウムの原子層を形成する（工程３）。

次に、窒素ガスによって成膜室内を１．５秒間パージすることによって、空間中の酸化剤を除去するとともに、原子層レベルの酸化アルミニウム以外、例えば、反応に寄与しなかった酸化剤等を除去する（工程４）。

そして、前述の工程１から工程４を繰り返すことによって、所定厚みを有する、酸化アルミニウムからなるパッシベーション層６を形成できる。また、工程３で用いる酸化剤に水素を含有させることによって、酸化アルミニウム層に水素が含有されやすくなり、水素パッシベーション効果を増大させることもできる。

前述したパッシベーション層６の形成において、ＡＬＤ法を使用することによって、半導体基板２表面の微小な凹凸に応じて酸化アルミニウム層が形成される。これにより、表面パッシベーション効果を高めることができる。

次に、図４（ｄ）に示すように、半導体基板２の表主面２ａ側のパッシベーション層６上に反射防止膜１３を形成する。反射防止膜１３は、窒化シリコン、酸化チタン、酸化シリコン、または酸化アルミニウムなどからなる膜を、ＰＥＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタリング法などを用いて形成される。例えば、窒化シリコン膜からなる反射防止膜１３をＰＥＣＶＤ法で形成する場合であれば、反応室内を５００℃程度として、シラン（ＳｉＨ_４）とアンモニア（ＮＨ_３）との混合ガスを窒素（Ｎ_２）で希釈して、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させることで反射防止膜１３が形成される。

次に、図４（ｅ）に示すように、表主面側電極および裏主面側電極を形成するための導電性ペーストを、半導体基板２の上に所望の形状に塗布し、焼成して電極形成を行う。

表主面電極は、銀などの導電性金属を含有する導電成分と、ガラスフリットと、有機ビヒクルとを含有する導電性ペーストを用いて作製される。この導電性ペーストは、銀などの導電性金属を主成分として、有機ビヒクルは、例えばバインダとして使用される樹脂成分を有機溶媒に溶解して得られる。バインダとしては、エチルセルロース等のセルロース系樹脂のほか、アクリル樹脂またはアルキッド樹脂等が使用できる。有機溶媒としては、例えばターピネオールまたはジエチレングリコールモノブチルエーテル等が使用できる。有機ビヒクルの含有質量は、銀などの導電成分の合計質量（１００質量部）に対して、およそ６〜２０質量部であればよい。また、ガラスフリットの成分は、ガラス材料として例えば、ＳｉＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＰｂＯ系、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＰｂＯ系などの鉛系ガラスを用いることができるほか、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３系、またはＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｎＯ系などの非鉛系ガラスも用いることができる。ガラスフリットの含有質量は、銀などの導電成分の合計質量（１００質量部）に対して、２〜１３質量部であればよい。この導電性ペースト２０ａを、スクリーン印刷法などを用いて半導体基板２の表主
面２ａの反射防止膜１３上に塗布し、その後、乾燥させる。

次に、パッシベーション層６上に、裏主面２ｂ側電極である裏バスバー電極７、および裏フィンガー電極８を形成するための導電性ペーストを塗布する。塗布の順序としては、まず、裏バスバー電極７を形成するための導電性ペーストの塗布を行う。使用する導電性ペーストは、前述の表主面２ａ側電極の形成時に用いたものと同様のものが使用可能であり、スクリーン印刷法を用いて塗布し、その後、乾燥させる。

次に、裏フィンガー電極８を形成するための導電性ペーストを塗布する。裏フィンガー電極８を形成するための導電性ペーストとしては、アルミニウムを主成分とする金属粉末と、ガラスフリットと有機ビヒクルとを含有するアルミニウムペーストを用いて作製される。このアルミニウム粉末は、平均粒径が３〜２０μｍ程度のものであり、有機ビヒクルは、前述のようにバインダが有機溶媒に溶解したものである。ガラスフリットは、例えば、ＳｉＯ_２−Ｐｂ系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３−ＰｂＯ系、Ｂｉ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系のガラスフリットが使用可能である。アルミニウムペーストの組成は、アルミニウムペーストの総質量の６０〜８５質量％がアルミニウム粉末、５〜２５質量％が有機ビヒクル、０．１〜１０質量％がガラスフリットである。さらに、焼成後の半導体基板２に生じる反りを低減したり、抵抗が高くならないようにするために、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）または酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）などを添加してもよい。

次いで、前述の導電性ペーストを塗布した半導体基板２をピーク温度６００〜８００℃で数十秒〜数十分程度焼成することによって電極を形成し、図１〜３に示すような太陽電池素子１を作製する。

なお、太陽電池素子１および太陽電池モジュール２１の構造および製造方法は、前述の内容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種々の変更、改良は可能である。例えばパッシベーション層６は、半導体基板２の表主面２ａ側にも設けてもよいし、反射防止膜１３の形成前にエッチング等の方法で除去してもよい。また、半導体基板２として、ｎ型半導体領域を主体とする基板を用いて、その基板の一主面にｐ型半導体領域を形成した太陽電池素子１を使用してもよい。表主面側電極、裏主面側電極を形成するための導電性ペーストの塗布順は前述の順番に限定されない。全ての導電性ペーストを塗布してから、これらの同時に焼成してもよいし、各導電性ペーストを塗布、焼成してから他の電極用の導電性ペーストを塗布、焼成してもよい。

＜太陽電池モジュールの製造方法＞
太陽電池モジュール２１は、以下のように作製される。まず、太陽電池素子１の裏バスバー電極７上に、半田がコーティングされた接続タブ１５を配置する。そして、接続タブ１５上から半田鏝または熱風等によって加熱し、裏バスバー電極７および接続タブ１５を接合する。次に、太陽電池素子１を反転させ、表バスバー電極３上に接続タブ１５を配置して、同様に半田付けする。これにより、太陽電池ストリングを作製できる。

そして、図６に示すように、透光性基板３１、表主面側充填材３２、太陽電池ストリングを構成する太陽電池素子１、裏主面側充填材３３および裏主面保護部材３４等を順次積層して積層体を作製する。次いで、この積層体をラミネート装置にセットし、減圧下にて加圧しながら、１００〜２００℃で例えば１５分〜１時間程度加熱することによって、積層体をラミネートして太陽電池モジュール２１を作製できる。

次に、太陽電池モジュール２１の外周部にフレーム２３を設け、太陽電池モジュール２１の裏主面２１ｂ側に端子箱２４を取り付けることで、太陽電池モジュール２１が完成する。

１：太陽電池素子
２：半導体基板
２ａ：表主面
２ｂ：裏主面
２ｐ：第１半導体部
２ｎ：第２半導体部
３：表バスバー電極
４：表フィンガー電極
５：表補助電極
６：パッシベーション層
７：裏バスバー電極
７ａ：第１バスバー電極
７ｂ：第２バスバー電極
８：裏フィンガー電極
８ａ：第１フィンガー電極
８ｂ：第２フィンガー電極
８ｃ：第３フィンガー電極
９：裏補助電極
１１：間隙
１３：反射防止膜
１４：ＢＳＦ層
１５：接続タブ
２１：太陽電池モジュール
２１ａ：表主面
２１ｂ：裏主面
２３：フレーム
２４：端子箱
２５：出力ケーブル
３１：表保護部材（透光性基板）
３２：表充填材
３３：裏充填材
３４：裏保護部材
３５：横方向配線
３６：外部導出配線

Claims (9)

1. 表主面および裏主面を有する半導体基板と、
   前記表主面および前記裏主面の少なくとも一方の側に設けられており、表面に配線導体が配置される一方向に長いバスバー電極と、
   該バスバー電極に接続されるフィンガー電極とを有する太陽電池素子であって、
   前記フィンガー電極は、前記バスバー電極の長手方向の中央部に、前記バスバー電極に直交している複数の第１フィンガー電極と、前記バスバー電極の前記中央部から前記長手方向の一端部との間において、前記一端部が位置する方向に向かって前記バスバー電極から次第に離れるように斜めに延びている複数の第２フィンガー電極とを有する、太陽電池素子。
2. 前記バスバー電極および前記フィンガー電極は、前記半導体基板の裏主面側に配置されている、請求項１に記載の太陽電池素子。
3. 前記第１フィンガー電極と前記第２フィンガー電極とが交差している、請求項１または２に記載の太陽電池素子。
4. 前記フィンガー電極は、前記バスバー電極に平行な第３フィンガー電極をさらに有する、請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池素子。
5. 前記バスバー電極は、複数の幅広部と、該幅広部よりも前記長手方向に対して直交する短手方向の長さが短く、互いに隣合う前記幅広部同士を接続する幅狭部とを有しており、前記幅広部と前記幅狭部とが前記長手方向に沿って配置されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池素子。
6. 前記バスバー電極の前記幅狭部は複数本の線状部を有している、請求項５に記載の太陽電池素子。
7. 前記バスバー電極の前記幅広部は、前記バスバー電極の前記長手方向の長さに対する前記幅広部の合計長さの比が前記中央部で最も大きい、請求項５または６に記載の太陽電池素子。
8. 前記バスバー電極の前記幅広部は、前記バスバー電極の前記長手方向における前記幅広部の合計数が前記中央部で最も多い、請求項７に記載の太陽電池素子。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の太陽電池素子を備えている、太陽電池モジュール。