JP4296083B2

JP4296083B2 - 太陽電池セルおよびその太陽電池セルを用いた接触抵抗とシート抵抗の測定方法

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Publication number: JP4296083B2
Application number: JP2003413232A
Authority: JP
Inventors: 和志米田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2003-12-11
Filing date: 2003-12-11
Publication date: 2009-07-15
Anticipated expiration: 2023-12-11
Also published as: JP2005175206A

Description

この発明は、太陽電池セルおよびその太陽電池セルを用いた接触抵抗とシート抵抗の測定方法に関し、詳しくは、完成した状態にある太陽電池セルにて受光面電極の接触抵抗と光電変換層のシート抵抗を測定可能とするための太陽電池セルの構造に関する。

この発明に関連する従来技術としては、太陽電池セルの裏面電極を複数の分割電極で形成し、はんだディップ法によって各分割電極の表面にはんだ層を形成することにより、各分割電極の先端に層厚の厚いはんだ溜まり部を形成した太陽電池セルが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このような太陽電池セルによれば、モジュール化工程においてリード線を裏面電極に接続する際に、リード線が複数のはんだ溜まり部によって接続されるため、リード線が十分な強度で裏面電極に接続される。
特開２０００−３３２２６９号公報

従来の太陽電池セルは、完成した状態において受光面電極の接触抵抗や光電変換層のシート抵抗を測定するのが困難なため、それら抵抗値とセル特性との相関データを得るのが難しい。
このため、完成した状態で、受光面電極の接触抵抗と光電変換層のシート抵抗をそれぞれ測定できる太陽電池セルが求められている。

この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、完成した状態で受光面電極の接触抵抗と光電変換層のシート抵抗の測定が可能な太陽電池セルと、それを用いた接触抵抗とシート抵抗の測定方法を提供するものである。

この発明は、光電変換層と、光電変換層の表面に形成された受光面電極と、光電変換層の裏面に形成された裏面電極を備え、受光面電極は互いに異なる間隔で断線した少なくとも２つの断線箇所が形成されていることを特徴とする太陽電池セルを提供するものである。

この発明によれば、受光面電極は、互いに異なる間隔で断線した少なくとも２つの断線箇所が形成されるので、断線間隔が異なる２つの断線箇所で電気抵抗値をそれぞれ測定でき、測定された電気抵抗値の差から受光面電極の接触抵抗と光電変換層のシート抵抗をそれぞれ求めることができる。
求められた接触抵抗とシート抵抗は、これら抵抗値とセル特性との相関データを得るのに利用され、製造工程の良否の判別や太陽電池の開発に活かされる。

この発明による太陽電池セルは、光電変換層と、光電変換層の表面に形成された受光面電極と、光電変換層の裏面に形成された裏面電極を備え、受光面電極は互いに異なる間隔で断線した少なくとも２つの断線箇所が形成されていることを特徴とする。

この発明による太陽電池セルにおいて、光電変換層としては、例えば、厚さが２００〜４００μｍ程度のｐ型またはｎ型シリコン基板に、ｎ型またはｐ型の不純物が拡散されてｐｎ接合層が形成されたものを用いることができる。

受光面電極および裏面電極としては、例えば、光電変換層の表面および裏面に金属粉末を含む金属ペーストをスクリーン印刷法などの方法によりそれぞれ印刷し、焼成して形成されたものを用いることができる。

この発明による太陽電池セルにおいて、受光面電極は並行する２本の細長い接続用電極と、これら接続用電極に直交する複数の細長いグリッド電極とからなっていてもよい。
また、上記構成において、断線箇所は２本の接続用電極に１箇所ずつ形成されてもよい。
また、上記構成において、各断線箇所は各接続用電極の長手方向のほぼ中央に形成されてもよい。
また、上記構成において、各断線箇所は各接続用電極を斜めに横切るように形成されてもよい。

また、この発明による太陽電池セルにおいて、受光面電極は焼成銀からなっていてもよい。

また、この発明は別の観点からみると、上述のこの発明による太陽電池セルを用い、各断線箇所において互いに間隔を空けて対向する受光面電極の端部にそれぞれ抵抗計の端子を当てて前記端部間の電気抵抗値を測定し、２つの断線箇所で測定された電気抵抗値の差から受光面電極の接触抵抗と光電変換層のシート抵抗をそれぞれ求めることを特徴とする接触抵抗とシート抵抗の測定方法を提供するものでもある。

また、この発明は更に別の観点からみると、上述のこの発明による接触抵抗とシート抵抗の測定方法によって受光面電極の接触抵抗と光電変換層のシート抵抗をそれぞれ求め、求められた接触抵抗とシート抵抗に基づいて太陽電池セルの製造工程の良否を判別することを特徴とする太陽電池セルの製造方法を提供するものでもある。

また、この発明は更に別の観点からみると、互いに隣接するように並べられた複数の太陽電池セルと、隣接する一対の太陽電池セルの一方の受光面電極と他方の裏面電極を電気的に接続するインターコネクタと、電気的に接続された太陽電池セルを封止する封止材とを備え、各太陽電池セルは上述のこの発明による太陽電池セルからなり、インターコネクタは各太陽電池セルの受光面電極に形成された断線箇所を電気的に接続するように接続される太陽電池モジュールを提供するものでもある。

以下にこの発明の実施例について図面に基づいて詳細に説明する。

この発明の実施例１について図１〜９に基づいて説明する。図１はこの発明の実施例１による太陽電池セルの平面図、図２は図１に示される太陽電池セルの側面図、図３および図４は、太陽電池セルの製造工程を示す工程図、図５は受光面電極をスクリーン印刷法によって形成する際に用いられる受光面電極形成用スクリーンの平面図、図６および図７は電気抵抗の測定方法を説明する説明図、図８はシート抵抗とＦＦおよびＰｍとの関係を示すグラフ図、図９は図１および図２に示される太陽電池セルを用いて製造された太陽電池モジュールの概略的な構成を示す説明図である。

太陽電池セル
図１および図２に示されるように、実施例１による太陽電池セル２０は、光電変換層１７と、光電変換層１７の表面に形成された受光面電極１４と、光電変換層１７の裏面に形成された裏面集電極１３を備え、受光面電極１４は互いに異なる間隔で断線した少なくとも２つの断線箇所２５，２６が形成されている。
光電変換層１７は、ｐ型シリコンからなるウエハ１０の表面にｎ型拡散層１１が形成されたものである。
受光面電極１４は並行する２本の細長い接続用電極２２，２３と、これら接続用電極２２，２３に直交する複数の細長いグリッド電極２４とから構成されている。

２本の接続用電極２２，２３はそれぞれ１箇所ずつ断線箇所２５，２６を有し、また、断線箇所２５，２６は接続用電極２２，２３の長手方向のほぼ中央に接続用電極２２，２３をそれぞれ斜めに横切るように形成されている。
光電変換層１７の表面には反射防止膜１２が形成され、裏面集電極１３の一部には裏面配線用電極１５が形成され、受光面電極１４と裏面配線用電極１５の表面ははんだ層１６で被覆されている。

太陽電池セルの製造
まず、図３（ａ）に示されるように、ワイヤーソーにより１２５ｍｍ角、厚さ３００μｍにスライスされたｐ型シリコンウエハ１０にアルカリエッチングを施し、スライス時におけるダメージ層を除去する。
次に、図３（ｂ）に示されるように、受光面となるウエハ１０の表面にリン（Ｐ）系の化合物を含有したｎ型の不純物を塗布し、８００〜９００℃の熱拡散により面抵抗値が約５０Ωのｎ型拡散層１１を形成する。

次に、図３（ｃ）に示されるように、ウエハ１０の受光面に反射防止膜１２（ＡＲＣ）として膜厚７０〜１００μｍのＳｉＮ膜をプラズマＣＶＤ法で形成する。
次に、図３（ｄ）に示されるように、ウエハ１０の裏面にアルミペーストをスクリーン印刷法により印刷し、１５０℃程度で乾燥させた後、７００〜８００℃程度で焼成し、不純物となるアルミを拡散させてＰ⁺層からなるＢＳＦ層（図示せず）を形成すると共に裏面集電極１３を形成する。
なお、この裏面集電極１３の形成の際、後の工程で裏面配線用電極１５（図１１参照）を形成するための開口部１３ａを形成しておく。

次に、図３（ｅ）に示されるように、ウエハ１０の表面上に、銀ペースト（粘度３５０Ｐａ・ｓ（１０ｒｐｍにおける粘度））をスクリーン印刷法で印刷し、受光面電極１４を形成する。
この際、図５に示すような、印刷すべき受光面電極に対応した形状のメッシュパターンを有する受光面電極形成用スクリーン３０を用いる。
図５に示される受光面電極形成用スクリーン３０は、３２０ｍｍ×３２０ｍｍの寸法を有する枠材３１と、ＳＵＳ２５０からなるメッシュ３２と、メッシュ３２と一体化された乳剤３３とから主に構成され、メッシュパターン３４に対応する部分のみ乳剤３３が欠損している。

次に、図４（ｆ）に示されるように、裏面集電極１３の開口部１３ａに銀ペーストをスクリーン印刷法で印刷し、１５０℃程度で乾燥させた後、７００〜８００℃程度で焼成して裏面配線用電極１５を形成する。なお、この焼成の際にウエハ１０の受光面に印刷された受光面電極１４が反射防止膜１２をファイヤースルーし、受光面電極１４とウエハ１０とのオーミックコンタクトが得られる。
その後、図４（ｇ）に示されるように、はんだディップを行うことにより受光面電極１４および裏面配線用電極１５の表面がはんだ層１６で被覆され、図１および図２に示される太陽電池セル２０が完成する。

接触抵抗とシート抵抗の測定
図１に示される完成した太陽電池セル２０を用い、断線箇所２５において互いに間隔を空けて対向する接続用電極の端部２２ａ，２２ｂにそれぞれ抵抗計の端子（図示せず）を当てて端部２２ａ，２２ｂ間の電気抵抗値を測定する。
同様に、断線箇所２６においても、互いに間隔を空けて対向する接続用電極の端部２３ａ，２３ｂにそれぞれ抵抗計の端子を当てて端部２３ａ，２３ｂ間の電気抵抗値を測定する。
この際、断線箇所２５において測定された抵抗値は、図６に示すように接触抵抗Ｒｃとシート抵抗ｋαを含んだものになる。なお、「ｋ」は定数であり、「α」は接続用電極２２の端部２２ａ，２２ｂ間の距離である。
一方、断線箇所２６において測定された抵抗値は、図７に示すように接触抵抗Ｒｃとシート抵抗ｋβを含んだものになる。なお、「β」は接続用電極２３の端部２３ａ，２３ｂ間の距離である。

ここで、接続用電極２２の端部２２ａ，２２ｂ間の抵抗値を「Ｒ１」、接続用電極２３の端部２３ａ，２３ｂ間の抵抗値を「Ｒ２」とすると、接触抵抗Ｒｃとシート抵抗ｋα，ｋβは次の式で求めることができる。

Ｒ１＝２Ｒｃ＋ｋα
Ｒ２＝２Ｒｃ＋ｋβ
β＞α
Ｒ２−Ｒ１＝ｋ（β−α）
ｋ＝（Ｒ２−Ｒ１）／（β−α）

Ｒ１−ｋα＝２Ｒｃ
Ｒｃ＝２Ｒｃ／２

太陽電池セル製造工程の良否の判断
一般に、製品としての太陽電池セルの良否の判断は、出力（Ｐｍ）で判定することができる。出力（Ｐｍ）は以下の式で求めることができる。

Ｐｍ＝Ｉｓｃ×Ｖｏｃ×ＦＦ

ここで、Ｉｓｃは短絡時電流、Ｖｏｃは開放時電圧、ＦＦはフィルタファクタである。

また、図８にシート抵抗値とＦＦおよびＰｍとの関係を示す。なお、図８は第１試料（Ｔ１）のシート抵抗値、ＦＦ、およびＰｍをそれぞれ１とし、第２試料（Ｔ２）、第３試料（Ｔ３）のシート抵抗値、ＦＦ、およびＰｍをそれぞれ相対比較したものである。
図８から明らかなように、シート抵抗が大きくなるほどＦＦが小さくなり、Ｐｍも小さくなるので良品率が下がる。
また、グラフには表わさないが、接触抵抗も大きくなるほどＦＦが小さくなるという傾向がある。
これらのことから、上述の測定方法によって完成した太陽電池セル２０の接触抵抗とシート抵抗を測定することにより、太陽電池セル製造工程が良好であったか否かを判別することができる。

太陽電池モジュール
図９に図１および図２に示される太陽電池セル２０を用いて製造された太陽電池モジュールを示す。
図９に示される太陽電池モジュール６０は、互いに隣接するように並べられた複数の太陽電池セル２０と、隣接する一対の太陽電池セル２０の一方の受光面電極１４と他方の裏面配線用電極１５を電気的に接続するインターコネクタ６１と、電気的に接続された太陽電池セル２０を封止する封止材６２とを備え、インターコネクタ６１は、各太陽電池セル２０の受光面電極１４に形成された断線箇所２５を電気的に接続するように接続されている。
なお、図に表れないが、断線箇所２６についても同様にインターコネクタ６１によって電気的に接続される。

封止材６２の表面側には受光面ガラス６３が貼り付けられ、裏面側には裏面封止シート６４が貼り付けられ、封止材６２の外縁はアルミニウム製の枠材６５で囲われている。
なお、両端に位置する太陽電池セル２０の受光面電極１４と裏面配線用電極１５には電力取り出し用の外部端子６６がそれぞれ接続される。
つまり、太陽電池セル２０は、受光面電極１４の断線箇所２５，２６をインターコネクタ６１で電気的に接続することにより、断線箇所が形成されない一般の太陽電池セルと同様に実用に供される。

この発明の実施例２による太陽電池セルについて図１０および図１１に基づいて説明する。
実施例２では、太陽電池セルの製造工程において、実施例１で用いた図５に示される受光面電極形成用スクリーン３０の代わりに図１０に示される受光面電極形成用スクリーン５０を用いる。
このため、図１１に示されるように、完成した太陽電池セル４０の受光面電極４１は４箇所に断線箇所４５，４６，４７，４８が形成される。
断線箇所４５，４６は接続用電極４２に形成され、断線箇所４７，４８は接続用電極４３に形成される。
接続用電極４２に形成された断線箇所４５，４６と、接続用電極４３に形成された断線箇所４７，４８は互いに同じ断線間隔を有する。

電気抵抗値の測定では、図１１に示すように、断線箇所４５において互いに対向する接続用電極の端部４２ａ，４２ｂ、断線箇所４６において互いに対向する接続用電極の端部４２ｃ，４２ｄ、断線箇所４７において互いに対向する接続用電極の端部４３ａ，４３ｂ、および断線箇所４８において互いに対向する接続用電極の端部４３ｃ，４３ｄにそれぞれ抵抗計の端子を当てて電気抵抗値を測定する。

つまり、実施例２では測定箇所が４箇所に増えているため、より正確な接触抵抗とシート抵抗の算出が可能になる。
例えば、断線箇所４５と断線箇所４６の抵抗値の差から求められた接触抵抗と、断線箇所４７と断線箇所４８の抵抗値の差から求められた接触抵抗との平均値を求めることにより、より正確な接触抵抗の算出が可能になる。
同様に、断線箇所４５と断線箇所４６の抵抗値の差から求められたシート抵抗と、断線箇所４７と断線箇所４８の抵抗値の差から求められたシート抵抗との平均値を求めることにより、より正確なシート抵抗の算出が可能になる。

この発明の実施例１による太陽電池セルの平面図である。図１に示される太陽電池セルの平面図である。図１および図２に示される太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。図１および図２に示される太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。図４（ｅ）の製造工程で用いられる受光面電極形成用スクリーンの平面図である。接触抵抗とシート抵抗の測定方法を説明する説明図である。接触抵抗とシート抵抗の測定方法を説明する説明図である。シート抵抗とＦＦおよびＰｍとの関係を示すグラフ図である。図１および図２に示される太陽電池セルを用いて製造された太陽電池モジュールの概略的な構成を示す説明図である。この発明の実施例２による太陽電池セルの製造工程で用いられる受光面電極形成用スクリーンの平面図である。この発明の実施例２による太陽電池セルの平面図である。

符号の説明

１０・・・ウエハ
１１・・・ｎ型拡散層
１２・・・反射防止膜
１３・・・裏面集電極
１３ａ・・・開口部
１４・・・受光面電極
１５・・・裏面配線用電極
１６・・・はんだ層
１７・・・光電変換層
２０・・・太陽電池セル
２２，２３，４２，４３・・・接続用電極
２２ａ，２２ｂ，２３ａ，２３ｂ，４２ａ，４２ｂ，４２ｃ，４２ｄ，４３ａ，４３ｂ，４３ｃ，４３ｄ・・・端部
２４・・・グリッド電極
２５，２６，４５，４６，４７，４８・・・断線箇所
３０，５０・・・受光面電極形成用スクリーン
３１・・・枠材
３２・・・メッシュ
３３・・・乳剤
３４・・・メッシュパターン
６０・・・太陽電池モジュール
６１・・・インターコネクタ
６２・・・封止材
６３・・・受光面ガラス
６４・・・裏面封止シート
６５・・・枠材
６６・・・外部端子

Claims

光電変換層と、光電変換層の表面に形成された受光面電極と、光電変換層の裏面に形成された裏面電極を備え、受光面電極は互いに異なる間隔で断線した少なくとも２つの断線箇所が形成されていることを特徴とする太陽電池セル。
受光面電極は並行する２本の細長い接続用電極と、これら接続用電極に直交する複数の細長いグリッド電極とからなる請求項１に記載の太陽電池セル。
断線箇所は２本の接続用電極に１箇所ずつ形成される請求項２に記載の太陽電池セル。
各断線箇所は各接続用電極の長手方向のほぼ中央に形成される請求項３に記載の太陽電池セルの接触抵抗とシート抵抗の測定方法。
各断線箇所は各接続用電極を斜めに横切るように形成される請求項３又は４に記載に太陽電池セル。
受光面電極は焼成銀からなる請求項１〜５のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池セルを用い、各断線箇所において互いに間隔を空けて対向する受光面電極の端部にそれぞれ抵抗計の端子を当てて前記端部間の電気抵抗値を測定し、２つの断線箇所で測定された電気抵抗値の差から受光面電極の接触抵抗と光電変換層のシート抵抗をそれぞれ求めることを特徴とする接触抵抗とシート抵抗の測定方法。
請求項７に記載の接触抵抗とシート抵抗の測定方法によって受光面電極の接触抵抗と光電変換層のシート抵抗をそれぞれ求め、求められた接触抵抗とシート抵抗に基づいて太陽電池セル製造工程の良否を判別することを特徴とする太陽電池セルの製造方法。
互いに隣接するように並べられた複数の太陽電池セルと、隣接する一対の太陽電池セルの一方の受光面電極と他方の裏面電極を電気的に接続するインターコネクタと、電気的に接続された太陽電池セルを封止する封止材とを備え、各太陽電池セルは請求項１〜６のいずれか１つに記載の太陽電池セルからなり、インターコネクタは各太陽電池セルの受光面電極に形成された断線箇所を電気的に接続するように接続される太陽電池モジュール。