JP4199495B2

JP4199495B2 - 太陽電池素子および太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP4199495B2
Application number: JP2002249676A
Authority: JP
Inventors: 祐子府川; 健司伏谷
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2002-08-28
Filing date: 2002-08-28
Publication date: 2008-12-17
Anticipated expiration: 2022-08-28
Also published as: JP2004087986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は太陽電池素子および太陽電池モジュールに関し、特に裏面電極を集電部と出力取出部とで構成した太陽電池素子およびその太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池素子を図４に示す。例えばＰ型半導体基板１の表面近傍全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層２を設け、半導体基板１の表面に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３を設け、表面に表面電極４を設けるとともに、裏面にはアルミニウムなどから成る集電部５と銀などから成る出力取出部６とで構成される裏面電極を設けている。
【０００３】
このような太陽電池素子７は、図５に示すように、複数の素子同士をインナーリード８を用いて直列に接続して、電圧を昇圧させて使用するのが一般的である。この素子７間の接続にははんだが必要となるため、表面電極４および裏面電極の出力取出部６にはんだ濡れ性が良好な素材を用いて太陽電池素子７の電極にはんだコーティングを行っている。はんだコーティングの方法としては、はんだ槽に太陽電池素子７を浸漬させる方法が一般的である。
【０００４】
複数の太陽電池素子７を接続するには、インナーリード８の一方端を表面電極４のバスバー部１６（図８参照）上の略全長にわたって配設し、その全長もしくは複数個所をホットエアーや半田ごてなどを用いて熱溶着することによって表面電極４に接続するとともに、インナーリード８の他方端を、隣接する素子７の裏面の出力取出部６上に配設し、その全長もしくは複数個所を溶着することによって出力取出部６に接続する。
【０００５】
その後、図６に示すように受光面側にガラスなどからなる透光性パネル９を配置し、裏面側の鋼板入りフィルムなどからなる裏面保護材１０との間に、複数の太陽電池素子７を直列および並列に接続してＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）などの透明な充填材１１で封入し、さらに図７に示すように、アルミ押出形材等からなるフレーム部材１２を周縁部に取り付けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来の太陽電池モジュールでは、太陽電池素子７の電極４、６とインナーリード８とを熱溶着する際に、裏面電極の出力取出部６の余剰なはんだがインナーリード８の周縁部に流れ出したり凝集したりして、はんだ玉や突起部を形成する。表面側では、図８に示すように、通常バスバー部１６と直交するように、複数本のフィンガー電極１７が形成されているので、この問題は起こりにくい。しかし、裏面側は、図９に示す従来のパターンによると、余剰なはんだでも出力取出部６の外には流れ出ないので、インナーリード８の周縁部に凝集したりして、はんだ玉や突起部を形成するという問題が起こりやすい。
【０００７】
はんだ玉や突起部がインナーリード８の周縁部などに形成された状態でガラスなどの透光性パネル９と、裏面側の鋼板入りフィルムなどからなる裏面保護材１０との間に、複数の太陽電池素子７を直列および並列に接続してＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）などの透明な充填材１１でラミネートすると、はんだ玉や突起部に局部的に力がかかり、太陽電池素子７が割れるという問題があった。この問題は、ガラスなどの硬質の透光性パネル９と裏面保護材１０との間に太陽電池素子を封入したときに多く発生していた。
【０００８】
この問題を防ぐ方法として、特願２００２−１８７３８６では、図１０に示すように、太陽電池素子７の裏面側に形成する出力取出部６に突出部を設けることが示されている。この方法によれば、出力取出部６上にインナーリード８を配置して半田ごてやホットエアーなどで熱溶着する際には、出力取出部６上の余剰なはんだは突出部１３に流れる。それによりインナーリードの熱溶着の際に、インナーリードの周縁部に余剰なはんだが凝集して、はんだ玉や突起部が形成されることを極力抑えることができる。
【０００９】
しかしこの方法によると、突出部１３を設けたことで、膨張係数の異なるシリコンとアルミニウムと銀との重なり部分が大きくなることから、局部的な応力が発生し、太陽電池素子に反りが発生し、後工程での割れの原因となっていた。
【００１０】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、太陽電池素子の電極とインナーリードとを熱溶着する際に、裏面電極の出力取出部の余剰なはんだがインナーリードの周縁部に流れ出したり凝集したりして、はんだ玉や突起部が形成されるという問題を解消するとともに、太陽電池素子の割れ発生率も低減した太陽電池素子とそれを用いた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る太陽電池素子においては、半導体接合部を有する半導体基板の非受光面側に、第一の金属による集電部と、前記第一の金属よりも半田濡れ性のよい第二の金属による帯状の出力取出部と、を備えた太陽電池素子であって、前記出力取出部は、該出力取出部を平面視して、その少なくとも一方の長辺に沿って、余剰なはんだを受容すべく、前記一方の長辺から側方に向かって突出する突出部が複数形成され、該突出部の少なくとも一部は前記集電部上に位置するとともに、前記半導体基板の端部にある突出部の方が前記半導体基板の中央部にある突出部よりも短いことを特徴とする。
【００１４】
また、上記太陽電池素子では、前記出力取出部の突出部以外の領域は全面もしくは部分的に前記半導体基板と接していることが望ましい。
【００１５】
また、上記太陽電池素子では、前記出力取出部を帯状に形成し、かつ長手方向において島状に分断して形成してもよい。
【００１６】
また、上記太陽電池素子では、前記第一の金属はアルミニウムを主成分とすることが望ましい。
【００１７】
また、上記太陽電池素子では、前記第二の金属は銀を主成分とすることが望ましい。
また、上記太陽電池素子では、前記出力取出部上にインナーリードを配設してなることが望ましい。
【００１８】
請求項７に係る太陽電池モジュールでは、上記太陽電池素子の裏面電極と、前記太陽電池素子と隣接し、表面電極を有する他の太陽電池素子の出力取出部とをインナーリードで接続してなる太陽電池モジュール。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
本発明に係る太陽電池素子の構造も基本的には従来の太陽電池素子と同様である。すなわち、図４に示すように例えばＰ型半導体基板１の表面近傍全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層２を設け、半導体基板１の表面に窒化シリコン膜などから成る反射防止膜３を設け、表面に表面電極４を設けるとともに、裏面にはアルミニウムなどから成る集電部５と銀などから成る出力取出部６とで構成される裏面電極を設けている。
【００２０】
このような太陽電池素子は、例えばＰ型半導体基板１をＮ型不純物雰囲気中で熱処理などして、表面領域の全面に一定の深さまでＮ型不純物を拡散させてＮ型を呈する拡散層２を形成し、ＣＶＤ法などで反射防止膜３を形成して拡散層２を分離したのち、表面に銀ペーストを、裏面にはアルミニウムペーストおよび銀ペーストをスクリーン印刷して焼成することにより表面電極４並びに集電部５および電極取出部６から成る電極が形成される。
【００２１】
図１に、請求項１に係る太陽電池素子の一例を示す。半導体基板１の裏面側の略全面に形成されたアルミニウムなどを主成分とする第一の金属による集電部５と、第一の金属よりも半田濡れ性のよい銀などを主成分とする第二の金属による出力取出部６から成る裏面電極を形成し、この出力取出部６に突出部１３を形成している。このような突出部１３を設けることにより、裏面電極の出力取出部６上にインナーリード８を配設し、半田ごてやホットエアーなどを用いて熱溶着する際に、出力取出部１３上の余剰なはんだは突出部１３に流れ、従来問題であったインナーリード８の周縁部に凝集したりして、はんだ玉や突起部を形成するという問題を解決できる。また太陽電池素子の端部に位置する突出部の長さを、中央部に位置する前記突出部の長さよりも短く形成している。これにより、熱膨張係数の違いにより発生する応力を、太陽電池素子７の中央部よりも端部で低減できる。これにより、太陽電池素子７の端面に割れの起点が発生することを防止でき、後工程での割れの発生を低減できる。
【００２２】
なお、この突出部１３は、出力取出部１３が帯状に形成される場合は、その長手方向の両側に複数設けることが望ましいが、図２に示すように長手方向の一方側のみに設けてもよい。
【００２３】
また、出力取出部６の突出部１３を、集電部５の上もしくは一部が重なるように設けておくことにより、集電部５のアルミニウムと出力取出部６の銀が合金化され、突出部１３のはんだ濡れ性が若干悪くなる。これにより、インナーリード８を熱溶着する前は、出力取出部６のうち突出部１３のはんだ付着量は他よりも少なくなるように制御することができる。
【００２４】
さらに出力取出部６の突出部１３以外の領域は全面もしくは部分的に銀と半導体基板が接していれば、太陽電池素子７の裏面電極の密着強度も確保できる。
【００２５】
図３に、本発明の他の実施形態を示す。この太陽電池素子では、出力取出部１３を全体として帯状に形成し、かつ長手方向において島状に分断して形成し、さらにその両側に突出部１３を形成したものである。このように出力取出部５を長手方向において島状に分断することにより、アルミニウムよりも高価な銀の使用量を削減することができる。また、はんだコーティングを行うときの突出部１３へのはんだの流れ込み量をさらに減少させることができる。これにより後工程でインナーリード８を溶着する際に、突出部１３にはんだが流れ込んでも、突出部１３にはんだ玉や突起が形成されることを極力抑えることができる。
【００２６】
また、これらの素子の裏面電極の出力取出部６上にインナーリード８を配設し、半田ごてやホットエアーなどを用いて熱溶着する際に、出力取出部１３上の余剰なはんだは突出部１３に流れ、従来問題であったインナーリード８の周縁部に凝集したりして、はんだ玉や突起部を形成するという問題を解決できるとともに、太陽電池素子７の端部の熱膨張係数の違いによる応力を中央部より低減できる。これにより、ラミネートするときにはんだ玉や突起部に局部的に力がかかったり、太陽電池の反りにより、太陽電池素子が割れるという問題を解消できる。
【００２７】
また、図を用いて説明した裏面電極の出力取出部は直線状に構成されているが、曲線状に構成することも可能である。さらに、各図には出力取出部６を半導体基板１の略全長にわたって形成するように記載したが、出力取出部６はインナーリード８との溶着予定位置に限定して形成することも可能である。
【００２８】
請求項７に係る発明では、上述のような太陽電池素子を用いて、その表面電極４と隣接する太陽電池素子の裏面電極の出力取出部６とをインナーリードで接続する。所望の出力が得られるように、多数の太陽電池素子を直並列に接続した状態でガラスなどの透光性パネルと裏面側の鋼板入りフィルムなどからなる裏面保護材との間に配設してＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）などの透明な充填材１１でラミネートする。この場合、電極部分のはんだ玉や突起部の発生は極力低減されており、太陽電池素子端部の応力集中も低減されていることから太陽電池素子が割れることは極力低減できる。
【００２９】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正および変更を加えることができる。例えば複数の突出部の形状や突出方向を異なるように形成してもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、請求項１に係る太陽電池素子によれば、半導体基板の裏面側に形成した裏面電極の出力取出部に突出部を設けるとともに、端部に位置する突出部の長さを、中央部に位置する突出部の長さよりも短く形成したことから、裏面電極の出力取出部上にインナーリードを配置して半田ごてやホットエアーなどで熱溶着する際には、出力取出部上の余剰なはんだは突出部に流れ、もって余剰なはんだがインナーリードの周縁部に凝集したりしてはんだ玉や突起部を形成することを極力低減でき、後工程での太陽電池素子の割れなどを防止できるとともに、熱膨張係数の違いによって発生する応力を太陽電池素子の中央部よりも端部で低減でき、太陽電池素子の端面に割れの起点が発生することを防止でき、後工程での割れの発生を低減できる。
【００３１】
また、請求項７に係る太陽電池モジュールでは、半導体基板の裏面側に形成した裏面電極の出力取出部に突出部を設けた太陽電池素子を用いることから、インナーリードを熱溶着する際に、出力取出部上の余剰なはんだは突出部に流れ、もって余剰なはんだがインナーリードの周縁部に凝集したりしてはんだ玉や突起部を形成することを極力低減でき、ラミネートするときにはんだ玉や突起部に起因する太陽電池素子の割れを防止できるとともに、太陽電池素子の端面での割れの起点の発生を低減していることからも太陽電池素子の割れを防止でき、特にガラスなどの硬質の透光性パネルと裏面保護材との間に太陽電池素子を封入しても、セル割れの問題は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子の裏面構造を示す図である。
【図２】本発明に係る太陽電池素子の他の裏面構造を示す図である。
【図３】本発明に係る太陽電池素子の他の裏面構造を示す図である。
【図４】従来の太陽電池素子を説明するための図である。
【図５】従来の太陽電池素子の接続状態を説明するための図である。
【図６】従来の太陽電池モジュールの構造を説明するための図である。
【図７】従来の太陽電池モジュールの構造を説明するための図である。
【図８】従来の太陽電池素子の表面電極部分を示す図である。
【図９】従来の太陽電池素子の裏面電極部分を示す図である。
【図１０】従来の太陽電池素子の他の裏面電極部分を示す図である。
【符号の説明】
１・・・半導体基板、２・・・拡散層、３・・・反射防止膜、４・・・表面電極、５・・・集電部、６・・・出力取出部、７・・・太陽電池素子、８・・・インナーリード、９・・・透光性パネル、１０・・・裏面保護部材、１１・・・充填材、１２・・・フレーム部材、１３・・・突出部、１４・・・穴、１５・・・太陽電池モジュール、１６・・・バスバー部、１７・・・フィンガー電極

Claims

半導体接合部を有する半導体基板の非受光面側に、第一の金属による集電部と、前記第一の金属よりも半田濡れ性のよい第二の金属による帯状の出力取出部と、を備えた太陽電池素子であって、
前記出力取出部は、該出力取出部を平面視して、その少なくとも一方の長辺に沿って、余剰なはんだを受容すべく、前記一方の長辺から側方に向かって突出する突出部が複数形成され、該突出部の少なくとも一部は前記集電部上に位置するとともに、前記半導体基板の端部にある突出部の方が前記半導体基板の中央部にある突出部よりも短いことを特徴とする太陽電池素子。
前記出力取出部の突出部以外の領域は、少なくとも一部が前記半導体基板と接していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
前記出力取出部は、その長手方向において島状に分断して形成したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池素子。
前記第一の金属がアルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求項１又は請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子。
前記第二の金属が銀を主成分とすることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の太陽電池素子。
前記出力取出部上にインナーリードを配設してなることを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の太陽電池素子。
請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の太陽電池素子の裏面電極と、前記太陽電池素子と隣接し、表面電極を有する他の太陽電池素子の出力取出部とをインナーリードで接続してなる太陽電池モジュール。