JP4593980B2 - Photoelectric conversion device, solar cell element using the same, and solar cell module - Google Patents

Photoelectric conversion device, solar cell element using the same, and solar cell module Download PDF

Info

Publication number
JP4593980B2
JP4593980B2 JP2004173178A JP2004173178A JP4593980B2 JP 4593980 B2 JP4593980 B2 JP 4593980B2 JP 2004173178 A JP2004173178 A JP 2004173178A JP 2004173178 A JP2004173178 A JP 2004173178A JP 4593980 B2 JP4593980 B2 JP 4593980B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
electrode
solar cell
region
contact
outline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2004173178A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005317886A (en
Inventor
浩一郎 新楽
修一 藤井
洋介 猪股
智成 坂元
祐子 府川
健次 福井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kyocera Corp
Original Assignee
Kyocera Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kyocera Corp filed Critical Kyocera Corp
Priority to JP2004173178A priority Critical patent/JP4593980B2/en
Priority to PCT/JP2005/006548 priority patent/WO2005093855A1/en
Priority to US10/599,539 priority patent/US20070295381A1/en
Publication of JP2005317886A publication Critical patent/JP2005317886A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4593980B2 publication Critical patent/JP4593980B2/en
Priority to US13/273,056 priority patent/US8975506B2/en
Priority to US14/229,570 priority patent/US20140209152A1/en
Priority to US15/097,193 priority patent/US20160225920A1/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Description

本発明は、略線状の表集電極を有した光電変換装置とこの光電変換装置を用いた太陽電池素子、並びに太陽電池モジュールに関するものである。   The present invention relates to a photoelectric conversion device having a substantially linear surface collecting electrode, a solar cell element using the photoelectric conversion device, and a solar cell module.

現在、太陽電池の主流製品は結晶シリコン基板を用いたバルク型シリコン太陽電池である。特許文献1に記載されているバルク型シリコン太陽電池110の一般的な構成を図7に示す。図7(a)は、断面構造を示す図である。図に示すように、p型シリコンの半導体基板からなるp型バルク領域105の光入射面側にP(リン)原子などが高濃度に拡散され、p型バルク領域との間にpn接合を形成した逆導電型領域104が形成され、さらに窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などからなる反射防止膜106が設けられている。また、光入射面の反対側には、アルミニウムなどのp型半導体不純物を多量に含んだp領域であるp型領域107が設けられている。 At present, the mainstream solar cell is a bulk silicon solar cell using a crystalline silicon substrate. FIG. 7 shows a general configuration of the bulk type silicon solar cell 110 described in Patent Document 1. FIG. 7A shows a cross-sectional structure. As shown in the figure, P (phosphorus) atoms and the like are diffused at a high concentration on the light incident surface side of a p-type bulk region 105 made of a p-type silicon semiconductor substrate, thereby forming a pn junction with the p-type bulk region. The reverse conductivity type region 104 is formed, and an antireflection film 106 made of a silicon nitride film, a silicon oxide film or the like is further provided. Further, on the opposite side of the light incident surface, a p + type region 107 which is a p + region containing a large amount of p type semiconductor impurities such as aluminum is provided.

光入射面から光が入射すると、逆導電型領域104とp型バルク領域105とp型領域107とからなる半導体領域103で光生成キャリアが発生するが、これらを電流として集めて出力端子にまで導くために、光入射面側には銀などの金属材料を主成分とする表集電極(バスバー電極101、フィンガー電極102(後述))が設けられ、反対側にはアルミニウムからなる裏面集電極108、銀を主成分とする裏面出力電極109が設けられている。 When light is incident from the light incident surface, photogenerated carriers are generated in the semiconductor region 103 composed of the reverse conductivity type region 104, the p-type bulk region 105, and the p + -type region 107. Therefore, on the light incident surface side, a surface collecting electrode (a bus bar electrode 101, a finger electrode 102 (described later)) whose main component is a metal material such as silver is provided, and on the opposite side, a back surface collecting electrode made of aluminum. 108, a back surface output electrode 109 mainly composed of silver is provided.

図7(b)は光入射面(表面)側から表集電極を見た図である。同図において101はバスバー電極、102はフィンガー電極を示す。このように、表集電極は、一般的には線幅の狭いフィンガー電極102(枝電極)とそれらフィンガー電極102の少なくとも一端が接続される線幅が太いバスバー電極101(幹電極)とからなっている。   FIG. 7B is a view of the surface collection electrode viewed from the light incident surface (front surface) side. In the figure, reference numeral 101 denotes a bus bar electrode, and 102 denotes a finger electrode. As described above, the surface collection electrode generally includes a finger electrode 102 (branch electrode) having a narrow line width and a bus bar electrode 101 (trunk electrode) having a large line width to which at least one end of the finger electrode 102 is connected. ing.

この表集電極での電力ロスをできるだけ低減するために、表集電極には、通常、金属材料が使われ、とりわけ抵抗率の低い銀を主成分とすることが一般的であり、例えば、スクリーン印刷法などにより銀ペーストなどを塗布した後、焼成して形成される。   In order to reduce the power loss at the surface electrode as much as possible, a metal material is usually used for the surface electrode, and in particular, silver having a low resistivity is generally the main component. A silver paste or the like is applied by a printing method or the like and then baked.

また、表集電極は光入射面に配置されるため、必然的に表集電極の面積分の光学ロス(反射ロス)が生じる。そのため表集電極のフィンガー電極102やバスバー電極101は極力細線化する必要があるが、一方で該細線化は、フィンガー電極102やバスバー電極101の線抵抗を増大させるため、電力の抵抗ロスを増大させる方向にあるので、両者(光学ロス側面と抵抗ロス側面)のバランスを考慮して最適設計をする必要がある。また、フィンガー電極102に集められた電子をできる限り損失なくバスバー電極101に運ぶため(フィンガー電極長を最短にするため)、フィンガー電極102はバスバー電極101と直交して設けられることが一般的である。図7(b)のC部の拡大図を図7(c)に示す。図7(c)に示すように通常、フィンガー電極102はほぼ直線的に設けられる。これは、フィンガー電極長に起因した電気的ロス(抵抗ロス)を抑えるとともに、光学ロスを抑えるという目的にかなっている。
特開平8−274356号公報 特開平5−75152号公報 特開平9−102625号公報 特開平11−31265号公報
Further, since the surface collection electrode is disposed on the light incident surface, an optical loss (reflection loss) corresponding to the area of the surface collection electrode inevitably occurs. Therefore, it is necessary to make the finger electrode 102 and the bus bar electrode 101 of the surface collection electrode as thin as possible. On the other hand, since the thinning increases the line resistance of the finger electrode 102 and the bus bar electrode 101, the resistance loss of power increases. Therefore, it is necessary to make an optimum design in consideration of the balance between the two (optical loss side and resistance loss side). In order to carry the electrons collected on the finger electrode 102 to the bus bar electrode 101 as much as possible without loss (in order to minimize the finger electrode length), the finger electrode 102 is generally provided orthogonal to the bus bar electrode 101. is there. FIG. 7C shows an enlarged view of the portion C in FIG. 7B. As shown in FIG. 7C, the finger electrodes 102 are usually provided almost linearly. This serves the purpose of suppressing electrical loss (resistance loss) due to finger electrode length and suppressing optical loss.
JP-A-8-274356 JP-A-5-75152 JP-A-9-102625 Japanese Patent Laid-Open No. 11-31265

上述のように、表集電極は、光学的なロスとフィンガー電極長に起因した電気的ロスの狭間で最適にバランスするような設計が必要であるが、これらはトレードオフの関係にあるため自ずと限界がある。そこで発明者は、フィンガー電極長に起因した電気的ロス以外に存在する電気的ロスを低減することができないかと鋭意考察し、表集電極と半導体領域103との間の接触抵抗(コンタクト抵抗)の改善という課題に着目した。   As described above, the collector electrode needs to be designed to optimally balance between the optical loss caused by the optical loss and the electrical loss due to the finger electrode length, but these are naturally in a trade-off relationship. There is a limit. Therefore, the inventor has eagerly studied whether or not the electrical loss other than the electrical loss due to the finger electrode length can be reduced, and the contact resistance (contact resistance) between the surface electrode and the semiconductor region 103 is reduced. We focused on the issue of improvement.

表集電極/半導体領域103間のコンタクト抵抗は、太陽電池特性のうち、特に曲線因子(FF)に影響する直列抵抗成分のひとつで、コンタクト抵抗の増大はFF特性を低下させて変換効率を低下させる。ここで変換効率η∝短絡電流密度Jsc×開放電圧Voc×曲線因子FFである。なお、シャント抵抗Rshが充分に大きくない、すなわちリーク電流が充分小さくない場合は、その程度に比例して特に開放電圧Vocに影響を及ぼす。   The contact resistance between the collector electrode / semiconductor region 103 is one of the series resistance components that particularly affect the fill factor (FF) in the solar cell characteristics. Increasing the contact resistance decreases the FF characteristics and decreases the conversion efficiency. Let Here, conversion efficiency η∝short-circuit current density Jsc × open circuit voltage Voc × fill factor FF. When the shunt resistance Rsh is not sufficiently large, that is, when the leakage current is not sufficiently small, the open circuit voltage Voc is particularly affected in proportion to the degree.

そこで、現在市場に売り出されている結晶シリコン系モジュールに使われている多結晶シリコン基板を用いた変換効率15%程度の太陽電池素子について、表集電極/半導体領域103のコンタクト部を起源とするコンタクト抵抗が太陽電池の変換効率に及ぼす影響を計算したところ、これまでに蓄積されている様々な実験データから、変換効率に換算して約0.3%程度のロス量と見積もられた。したがって、このようなコンタクト抵抗を低減することができれば、さらに太陽電池の変換効率を向上させることが可能となる。   Therefore, a solar cell element having a conversion efficiency of about 15% using a polycrystalline silicon substrate used in a crystalline silicon module currently on the market originates from the contact portion of the surface electrode / semiconductor region 103. As a result of calculating the effect of contact resistance on the conversion efficiency of the solar cell, it was estimated from the various experimental data accumulated so far that the loss amount was about 0.3% in terms of conversion efficiency. Therefore, if such contact resistance can be reduced, the conversion efficiency of the solar cell can be further improved.

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、表集電極と半導体領域間のコンタクト抵抗を低減することによって、出力特性を向上させた光電変換装置を提供するとともに、これを用いた高い変換効率を有する太陽電池を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and provided a photoelectric conversion device with improved output characteristics by reducing the contact resistance between the collector electrode and the semiconductor region, and used the same. It aims at providing the solar cell which has high conversion efficiency.

上記目的を達成するために、本発明にかかる光電変換装置は、光入射面を有する半導体領域と、前記光入射面への光照射によって前記半導体領域で生じた光生成キャリアを電流として集める前記光入射面に配設された略線状の表集電極と、前記表集電極と前記半導体領域とが接触したコンタクト部と、を備え、前記表集電極は、フィンガー電極と、該フィンガー電極の少なくとも一端部が接続されるとともにこのフィンガー電極よりも線幅を太くした、出力取出用のバスバー電極と、を含み、前記フィンガー電極を流れる電流方向は、前記コンタクト部の外郭線の中心線と同方向であって、前記外郭線の接線方向と前記電流方向とが一致しない領域を一部に含み、
該領域における前記外郭線は凹凸状の屈曲を有し、該凹凸状の屈曲は、前記中心線を挟んで非対称である
In order to achieve the above object, a photoelectric conversion device according to the present invention includes a semiconductor region having a light incident surface, and the light that collects, as a current, photogenerated carriers generated in the semiconductor region by light irradiation on the light incident surface. A substantially linear surface collection electrode disposed on the incident surface; and a contact portion where the surface collection electrode and the semiconductor region are in contact with each other, the surface collection electrode comprising a finger electrode and at least one of the finger electrodes A bus bar electrode for output extraction having one end connected and a line width wider than the finger electrode, and the direction of current flowing through the finger electrode is the same as the center line of the outline of the contact portion The tangential direction of the contour line and the current direction does not coincide with a part of the region,
The contour in the region has a concave convex bending, concave convex bending is asymmetric across the center line.

本発明にかかる光電変換装置は、前記光電変換装置において、前記コンタクト部は、前記表集電極の前記フィンガー電極と前記半導体領域とが接触して構成され、このコンタクト部の外郭線によって囲まれた面積をS、前記コンタクト部の前記外郭線を前記フィンガー電極の電流方向に略垂直な複数の切断面で切断して形成されるそれぞれの切断面内における2つの交点間距離の平均値をd、および前記コンタクト部の前記外郭線の全長をLとしたときに、これらが次式の関係を有するフィンガー電極を少なくとも一つ有する。 The photoelectric conversion device according to this onset bright, in the photoelectric conversion device, wherein the contact portion, and said finger electrodes of the table collecting electrode and said semiconductor region is formed in contact, is surrounded by the outer line of the contact portion and the area of S 1, the average value of the distance between the two points of intersection of the respective of the contour of the contact portion is formed by cutting a plurality of cutting plane substantially perpendicular to the current direction of the finger electrode cutting plane When d 1 and the total length of the outline of the contact portion are L 1 , these have at least one finger electrode having a relationship of the following formula.

0.5L(S・d −1+d−1>1.2・・・(1)
本発明にかかる光電変換装置は、前記コンタクト部の外郭線の形状は、このコンタクト部を形成する表集電極の中心線であって、この表集電極の電流方向と同方向をなす中心線を挟んで非対称となるようにした部分を少なくとも一部に有する。
0.5L 1 (S 1 · d 1 −1 + d 1 ) −1 > 1.2 (1)
Central photoelectric conversion device according to the present onset Ming, the shape of the outline of the front SL contact portion, a center line of the table collecting electrodes forming the contact portion, forming the same direction as the current direction in this table collector electrode It has at least a portion that is asymmetric with respect to the line.

本発明にかかる光電変換装置は、前記コンタクト部は、前記表集電極の前記バスバー電極と前記半導体領域とが接触して構成され、このコンタクト部を光入射面の鉛直方向から平面視したときの、外郭線の全長の総和をL、面積をSとし、前記光入射面全体を光入射面の鉛直方向から平面視したときの面積をSとしたときに、これらが次式の関係を有する。 The photoelectric conversion device according to this onset Ming, before SL contact portion, and the bus bar electrode of the table collecting electrode and said semiconductor region is formed in contact, in a plan view the contact portion from the vertical direction of the light incident surface When the total length of the contour lines is L 2 , the area is S 2, and the area when the entire light incident surface is viewed in plan view from the vertical direction of the light incident surface is S 3 , these are Have the relationship.

>5S 1/2・・・(2)
0.015<S/S<0.050・・・(3)
本発明にかかる太陽電池素子は、前記本発明の光電変換装置を用いている。
L 2 > 5S 3 1/2 (2)
0.015 <S 2 / S 3 <0.050 (3)
Solar cell element according to the present onset Ming uses a photoelectric conversion device of the prior SL present invention.

本発明にかかる太陽電池モジュールは、所定間隔で配列されるとともに互いに電気的に接続された、複数枚の板状の太陽電池素子を有する太陽電池モジュールであって、前記複数枚の太陽電池素子は、前記本発明の太陽電池素子を含む。 Solar cell module according to the present onset Ming, which are electrically connected to each other while being arranged at predetermined intervals, a solar cell module having a plurality of plate-like solar cell element, said plurality of solar cell elements includes a solar cell element of the previous SL present invention.

なお、本発明において、電極と半導体領域とが接触したコンタクト部は、必ずしも電極と半導体領域とが全面で接触していることを指すものではなく、半導体領域に電極が設けられ、電極と半導体領域間において相互に導通が取れていればよい。   In the present invention, the contact portion where the electrode and the semiconductor region are in contact does not necessarily indicate that the electrode and the semiconductor region are in contact with each other. The electrode is provided in the semiconductor region, and the electrode and the semiconductor region are provided. What is necessary is just to be mutually connected between.

また、これらの各請求項は互いに組み合わせても本発明の作用効果を奏する。   Moreover, even if these claims are combined with each other, the effects of the present invention can be obtained.

本発明によれば、光入射面を有する半導体領域と、前記光入射面への光照射によって前記半導体領域で生じた光生成キャリアを電流として集める前記光入射面に配設された略線状の表集電極と、前記表集電極と前記半導体領域とが接触したコンタクト部と、を備え、前記表集電極は、フィンガー電極と、該フィンガー電極の少なくとも一端部が接続されるとともにこのフィンガー電極よりも線幅を太くした、出力取出用のバスバー電極と、を含み、前記フィンガー電極を流れる電流方向は、前記コンタクト部の外郭線の中心線と同方向であって、前記外郭線の接線方向と前記電流方向とが一致しない領域を一部に含み、該領域における前記外郭線は凹凸状の屈曲を有し、該凹凸状の屈曲は、前記中心線を挟んで非対称である。これによって、表集電極のエッジ部分(該電極が半導体領域となすコンタクト領域の外郭線)が、直線形状のときに比べて長さが増大する。したがって、Rc=Rcs/(Wc×Dc)におけるWcが実質的に増大し、その結果としてコンタクト面積が増大してコンタクト抵抗を低減せしめることができる。 According to the present invention, a semiconductor region having a light incident surface and a substantially linear shape disposed on the light incident surface that collects, as a current, photogenerated carriers generated in the semiconductor region by light irradiation on the light incident surface. A surface electrode, and a contact portion where the surface electrode and the semiconductor region are in contact with each other. The surface electrode is connected to a finger electrode and at least one end of the finger electrode and from the finger electrode. And a bus bar electrode for output extraction, the current direction flowing through the finger electrode is the same direction as the center line of the outline of the contact portion, and the tangential direction of the outline wherein the portion of the region where said current direction do not match, the contour in the region has a concave convex bending, concave convex bending is asymmetric across the center line. As a result , the length of the edge portion of the collector electrode (the contour line of the contact region that the electrode serves as the semiconductor region) is increased as compared with the case of the linear shape. Therefore, Wc in Rc = Rcs / (Wc × Dc) is substantially increased, and as a result, the contact area is increased and the contact resistance can be reduced.

このように本発明の光電変換装置によれば、表集電極と半導体の実質的なコンタクト面積が増えるので両者接触部のコンタクト抵抗を有効に低減することができ、この光電変換装置を用いた太陽電池は高効率なものとなる。   As described above, according to the photoelectric conversion device of the present invention, since the substantial contact area between the collector electrode and the semiconductor is increased, the contact resistance between the contact portions can be effectively reduced, and the solar cell using this photoelectric conversion device can be reduced. The battery becomes highly efficient.

以下、本発明にかかる光電変換装置の一例である太陽電池素子の実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。   Hereinafter, embodiments of a solar cell element which is an example of a photoelectric conversion device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図1(a)は本発明にかかる太陽電池素子の光入射面側(受光面側、表面側)の電極形状の一例を示す図であり、図1(b)は図1(a)のA部において図2(a)のB−B方向の断面で切ったときの部分拡大図である。また、図2(a)は本発明にかかる太陽電池素子の断面構造を示す図であり、図2(b)は非光入射面側(非受光面側、裏面側)の電極形状の一例を示す図である。   Fig.1 (a) is a figure which shows an example of the electrode shape by the side of the light-incidence surface (light-receiving surface side, surface side) of the solar cell element concerning this invention, FIG.1 (b) is A of FIG.1 (a). FIG. 3 is a partially enlarged view of the section taken along the BB cross section of FIG. 2A is a diagram showing a cross-sectional structure of the solar cell element according to the present invention, and FIG. 2B is an example of the electrode shape on the non-light incident surface side (non-light-receiving surface side, back surface side). FIG.

構造について簡単に説明する。図2(a)に示すように、p型シリコンの半導体基板からなるp型バルク領域5の光入射面側にP(リン)原子などが高濃度に拡散され、p型バルク領域との間にpn接合を形成した逆導電型領域4が形成され、さらに窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などからなる反射防止膜6が設けられている。また、光入射面の反対側には、アルミニウムなどのp型半導体不純物を多量に含んだp領域であるp型領域7が設けられて、本発明にかかる太陽電池素子10が構成されている。そして、図1(a)、図2(b)に示すように太陽電池素子10の光入射面側には銀などの金属材料を主成分とする表集電極(バスバー電極1、フィンガー電極2)が設けられ、反対側にはアルミニウムからなる裏面集電極8、銀を主成分とする裏面出力電極9が設けられている。 The structure will be briefly described. As shown in FIG. 2A, P (phosphorus) atoms and the like are diffused at a high concentration on the light incident surface side of the p-type bulk region 5 made of a p-type silicon semiconductor substrate, and between the p-type bulk region. A reverse conductivity type region 4 having a pn junction is formed, and an antireflection film 6 made of a silicon nitride film or a silicon oxide film is further provided. In addition, a p + type region 7 that is a p + region containing a large amount of a p type semiconductor impurity such as aluminum is provided on the opposite side of the light incident surface, and the solar cell element 10 according to the present invention is configured. Yes. As shown in FIGS. 1 (a) and 2 (b), on the light incident surface side of the solar cell element 10, surface electrodes (bus bar electrode 1, finger electrode 2) mainly composed of a metal material such as silver are provided. On the opposite side, a back collector electrode 8 made of aluminum and a back output electrode 9 mainly composed of silver are provided.

太陽電池素子10の光入射面側である反射防止膜6の側から入射から光が入射すると、逆導電型領域4とp型バルク領域5とp型領域7とからなる半導体領域3で吸収・光電変換されて電子−正孔対(電子キャリアおよび正孔キャリア)が生成される。この光励起起源の電子キャリアおよび正孔キャリア(光生成キャリア)によって、太陽電池素子10の表側に設けられた略線状の表集電極と、裏側に設けられた裏側電極との間に光起電力を生じ、発生した光生成キャリアはこれらの電極で集められて、出力端子にまで導かれる。 When light is incident from the side of the antireflection film 6 that is the light incident surface side of the solar cell element 10, it is absorbed by the semiconductor region 3 including the reverse conductivity type region 4, the p-type bulk region 5, and the p + -type region 7. -Photoelectric conversion generates electron-hole pairs (electron carriers and hole carriers). Photoelectromotive force is generated between the substantially linear surface collection electrode provided on the front side of the solar cell element 10 and the back side electrode provided on the back side by the electron carrier and hole carrier (photogenerated carrier) originating from the photoexcitation. The generated photogenerated carriers are collected by these electrodes and guided to the output terminal.

図1(a)は光入射面(表面)側から見た表集電極の一例を示す図である。同図において1はバスバー電極、2はフィンガー電極を示す。表集電極は、一般的には線幅の狭いフィンガー電極2(枝電極)とそれらフィンガー電極2の少なくとも一端が接続される線幅が太いバスバー電極1(幹電極)とからなっている。この表集電極での電力ロスをできるだけ低減するために、表集電極には、通常、金属材料が使われ、とりわけ抵抗率の低い銀を主成分とすることが一般的であり、例えば、スクリーン印刷法などにより銀ペーストなどを塗布した後、焼成して形成される。   FIG. 1A is a diagram showing an example of a surface collecting electrode viewed from the light incident surface (front surface) side. In the figure, 1 is a bus bar electrode and 2 is a finger electrode. The surface collecting electrode generally includes a finger electrode 2 (branch electrode) having a narrow line width and a bus bar electrode 1 (stem electrode) having a large line width to which at least one end of the finger electrode 2 is connected. In order to reduce the power loss at the surface electrode as much as possible, a metal material is usually used for the surface electrode, and in particular, silver having a low resistivity is generally the main component. A silver paste or the like is applied by a printing method or the like and then baked.

裏側電極は、図2(b)に示されるように、裏面集電極8と裏面出力電極9とからなる。裏面集電極8は、通常、半導体基板であるシリコンに対して、p型化ドーピング元素として作用するアルミニウムを用いて形成され、シリコン基板の裏面側表層部にp型領域7を形成する。このp型領域7はBSF(Back Surface Field)領域とも呼ばれ、光生成電子キャリアが裏面集電極8に到達して再結合損失する割合を低減する役割を果たし、光電流密度Jscが向上する。またこのp型領域7では少数キャリア(電子)密度が低減されるので、このp型領域7および裏面集電極8に接する領域でのダイオード電流量(暗電流量)を低減する働きをし、開放電圧Vocが向上する。 As shown in FIG. 2B, the back side electrode includes a back surface collecting electrode 8 and a back surface output electrode 9. The back surface collecting electrode 8 is usually formed using aluminum acting as a p-type doping element with respect to silicon as a semiconductor substrate, and the p + type region 7 is formed on the back surface side surface portion of the silicon substrate. This p + -type region 7 is also called a BSF (Back Surface Field) region and serves to reduce the rate at which photogenerated electron carriers reach the back collector 8 and recombine loss, thereby improving the photocurrent density Jsc. . Since minority carriers (electrons) Density This p + -type region 7 is reduced, and serves to reduce the diode current amount in the area in contact with the p + -type region 7 and the rear surface collector electrode 8 (dark current quantity) The open circuit voltage Voc is improved.

ここで、図1(b)に示すように、本発明にかかる表集電極において、太陽電池素子10の表集電極(図1(b)に示した例ではフィンガー電極2)と半導体領域3とが接触したコンタクト部2aを有し、表集電極を流れる電流方向Iと略垂直な面Jが、この表集電極と逆導電型領域4とのコンタクト部2aの外郭線2bと交わる交点を電流方向Iに対して連続的に移動したときの軌跡線(本図面の例においては外郭線2bと一致)の少なくとも一部に凹凸状の屈曲が設けられている。このようにコンタクト部2aの外郭線2bに凹凸状の屈曲を設けたことによって、表集電極と半導体領域3との間の接触抵抗(コンタクト抵抗)を低減させることができる。   Here, as shown in FIG. 1 (b), in the surface collecting electrode according to the present invention, the surface collecting electrode (finger electrode 2 in the example shown in FIG. 1 (b)) of the solar cell element 10 and the semiconductor region 3. Has a contact portion 2a, and a plane J that is substantially perpendicular to the current direction I flowing through the collector electrode intersects with the contour line 2b of the contact portion 2a between the collector electrode and the reverse conductivity type region 4 at the current. Concave and convex bends are provided on at least a part of a locus line when moving continuously in the direction I (in the example of this drawing, coincides with the contour line 2b). Thus, by providing the contour line 2b of the contact portion 2a with a concavo-convex bend, the contact resistance (contact resistance) between the collector electrode and the semiconductor region 3 can be reduced.

以下、その理由について考察する。図6にフィンガー電極2(特にそのエッジ部分)における電流経路を模式的に示したものを示す。図6において2はフィンガー電極、3は半導体領域、4は逆導電型領域、5はp型バルク領域、6は反射防止膜、7はp型領域である。 The reason will be discussed below. FIG. 6 schematically shows a current path in the finger electrode 2 (especially its edge portion). In FIG. 6, 2 is a finger electrode, 3 is a semiconductor region, 4 is a reverse conductivity type region, 5 is a p-type bulk region, 6 is an antireflection film, and 7 is a p + -type region.

図6において、主にp型バルク領域5で生成した電子および正孔キャリアがpn接合によって分離されて電子キャリアが逆導電型領域4に掃き集められ(正孔キャリアはp領域側に掃き集められ:不図示)、この掃き集められた電子キャリアが逆導電型領域4を横方向(基板面に水平な方向)に流れて、電子電流としてフィンガー電極2に流れ込む様子を矢印で示している。ここで図中にも示したように、電子電流はフィンガー電極2のエッジ付近に集中して流れる傾向にある。この集中の程度は逆導電型領域4のシート抵抗と表集電極/逆導電型領域4のコンタクト抵抗の大小関係によって決まる。すなわち逆導電型領域4からフィンガー電極2に電子が流れ込む位置(電子が両者の界面を横切る位置)が異なる任意の電流経路を考えた場合に、この電流経路の全抵抗に占めるシート抵抗起源の抵抗に比べて、コンタクト抵抗起源の抵抗が充分に小さければ(通常は大なり小なりこの条件が実現している)、電流は最も抵抗ロスが少ない経路を選んで流れるので、電子電流は図6に示したようにフィンガー電極2のエッジ部分に集中して流れる。一方、もし経路全抵抗に占めるコンタクト抵抗起源の抵抗が非常に大きければ(まれにコンタクト特性が悪い不良セルなどの場合)、電子電流がエッジ部分に集中する程度は弱まり、より広い接触範囲に渡って流れるようになる(不図示)。 In FIG. 6, the electrons and hole carriers generated mainly in the p-type bulk region 5 are separated by the pn junction, and the electron carriers are swept into the reverse conductivity type region 4 (the hole carriers are swept up to the p + region side. The arrows indicate that the swept-up electron carriers flow in the reverse conductivity type region 4 in the lateral direction (direction horizontal to the substrate surface) and flow into the finger electrode 2 as an electron current. Here, as also shown in the figure, the electron current tends to flow near the edge of the finger electrode 2. The degree of concentration is determined by the magnitude relationship between the sheet resistance of the reverse conductivity type region 4 and the contact resistance of the collector electrode / reverse conductivity type region 4. That is, when considering an arbitrary current path where the position where electrons flow from the reverse conductivity type region 4 to the finger electrode 2 (position where the electrons cross the interface between the two) is considered, the resistance due to the sheet resistance occupying the total resistance of the current path In contrast, if the resistance originating from the contact resistance is sufficiently small (usually greater or lesser, this condition is realized), the current flows through the path with the least resistance loss. As shown, it flows concentrated on the edge portion of the finger electrode 2. On the other hand, if the resistance due to contact resistance occupies the total resistance of the path is very large (in rare cases, such as a defective cell with poor contact characteristics), the degree of concentration of the electron current at the edge portion becomes weaker, and it extends over a wider contact range. (Not shown).

ここで、本発明においては、図1(b)に示すように、上述した軌跡線(外郭線2b)の少なくとも一部に凹凸状の屈曲が設けられている。このような構成としたので、図6に示したように、フィンガー電極のエッジ部分のフィンガー電極線方向への長さ、すなわち電極エッジ部分の電子電流が集中して流れる領域(面積)を実質的に拡張(増大)することができ、その結果、表集電極と半導体領域3との間の接触抵抗(コンタクト抵抗)を低減させることができるものと思われる。   Here, in this invention, as shown in FIG.1 (b), the uneven | corrugated-shaped bending is provided in at least one part of the locus line (outline 2b) mentioned above. With this configuration, as shown in FIG. 6, the length in the finger electrode line direction of the edge portion of the finger electrode, that is, the region (area) where the electron current of the electrode edge portion concentrates substantially flows. It is considered that the contact resistance (contact resistance) between the collector electrode and the semiconductor region 3 can be reduced as a result.

なお、本件が関わる通常のコンタクト特性が実現している場合について言えば、コンタクト抵抗Rc[Ω]は面コンタクト抵抗Rcs[Ω・cm]とコンタクト面積Sc[cm]とによって、次のように書ける。
Rc=Rcs/Sc
ここでコンタクト面積Scをコンタクト幅Wc(図6において紙面に垂直な方向)とコンタクト奥行きDc(図6においてコンタクトエッジからフィンガー電極2の内部に向かう紙面に平行な方向)によってSc=Wc×Dcと書き表せば、前式は次のように表現される。ここでDcは図6中のコンタクト有効幅に対応している。
Rc=Rcs/(Wc×Dc)
すなわちWcを増大させればRcを低減させることができ、本発明によればこのWcを有効に増大させることが可能になる。
As for the case where the normal contact characteristics related to the present case are realized, the contact resistance Rc [Ω] depends on the surface contact resistance Rcs [Ω · cm 2 ] and the contact area Sc [cm 2 ] as follows. You can write
Rc = Rcs / Sc
Here, the contact area Sc is Sc = Wc × Dc by the contact width Wc (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 6) and the contact depth Dc (direction parallel to the paper surface from the contact edge toward the inside of the finger electrode 2 in FIG. 6). If written, the previous equation is expressed as follows. Here, Dc corresponds to the effective contact width in FIG.
Rc = Rcs / (Wc × Dc)
That is, if Wc is increased, Rc can be reduced, and according to the present invention, this Wc can be effectively increased.

なお、一般にDcの値を知ることは非常に困難であるが、この場合はRcの代わりにRc×Dcを用いて[Ω・cm]の単位で議論するのが好都合である。このようにすれば、測定可能なRcsとWcだけでRcに比例した量の大小を議論できるからである(Rcsは四探針測定法により容易に測定することができる)。これによれば上述の軌跡線(外郭線2b)に凹凸状の屈曲を設けない従来の構造では、Rc×Dcの物理量において2〜4Ω・cm程度と見積もられる。これは、現在市場に売り出されている結晶シリコン系モジュールに使われている多結晶シリコン基板を用いた変換効率15%程度の太陽電池素子について、変換効率に換算して約0.2〜0.3%程度のロス量と見積もられる。それに対して本発明にかかる上述の軌跡線(外郭線2b)に凹凸状の屈曲を設けた構成では、コンタクト部の抵抗は、このRc×Dcの物理量において、50%前後程度低減させることは比較的容易であり、これは変換効率に換算して、従来の構造よりも約0.1〜0.15%程度の改善となる。   In general, it is very difficult to know the value of Dc. In this case, it is convenient to discuss in units of [Ω · cm] using Rc × Dc instead of Rc. This is because it is possible to discuss the magnitude of the amount proportional to Rc with only measurable Rcs and Wc (Rcs can be easily measured by the four-probe measurement method). According to this, in the conventional structure in which the above-mentioned locus line (outline 2b) is not provided with uneven bending, it is estimated that the physical quantity of Rc × Dc is about 2 to 4 Ω · cm. This is about 0.2 to 0.00 in terms of conversion efficiency for a solar cell element having a conversion efficiency of about 15% using a polycrystalline silicon substrate used in a crystalline silicon module currently on the market. The loss amount is estimated to be about 3%. On the other hand, in the configuration in which the above-mentioned locus line (outline 2b) according to the present invention is provided with an uneven bend, the resistance of the contact portion is reduced by about 50% in the physical quantity of Rc × Dc. This is an improvement of about 0.1 to 0.15% over the conventional structure in terms of conversion efficiency.

次いで、図2(a)に示した本発明にかかる太陽電池素子を形成するプロセスを説明する。   Next, a process for forming the solar cell element according to the present invention shown in FIG.

まずp型シリコン基板を用意する。図2(a)中、少なくともp型バルク領域5は基板に含まれる。このときp型化ドーピング元素としてはB(ボロン)を用いることが望ましく、濃度は1×1016〜1×1017/cm程度とし、このとき基板の比抵抗値は0.2〜2Ω・cm程度となる。 First, a p-type silicon substrate is prepared. In FIG. 2A, at least the p-type bulk region 5 is included in the substrate. At this time, it is desirable to use B (boron) as the p-type doping element, the concentration is about 1 × 10 16 to 1 × 10 17 / cm 3, and the specific resistance value of the substrate is 0.2 to 2Ω · It becomes about cm.

基板厚は500μm以下にし、より好ましくは350μm以下にする。基板としては、キャスト法で鋳造された多結晶シリコンインゴットをスライスして基板にした多結晶シリコン基板や単結晶シリコン基板などを用いる。なおドーピングはドーピング元素単体を適量シリコンインゴット製造時に含ませてもよいし、既にドープ濃度の分かっているB含有シリコン塊を適量含ませてもよい。その後、基板のスライスにともなう基板表層部の機械的ダメージ層を除去するために、この基板の表面側および裏面側の表層部をNaOHやKOHあるいは、フッ酸やフッ硝酸などでそれぞれ10〜20μm程度エッチングし、その後、純水などで洗浄する。   The substrate thickness is 500 μm or less, more preferably 350 μm or less. As the substrate, a polycrystalline silicon substrate or a single crystal silicon substrate obtained by slicing a polycrystalline silicon ingot cast by a casting method is used. In addition, doping may include an appropriate amount of a doping element alone at the time of manufacturing a silicon ingot, or may include an appropriate amount of a B-containing silicon block whose doping concentration is already known. Thereafter, in order to remove the mechanical damage layer on the surface layer portion of the substrate accompanying the slicing of the substrate, the surface layer portions on the front surface side and the back surface side of this substrate are each about 10 to 20 μm with NaOH, KOH, hydrofluoric acid, or hydrofluoric acid. Etching and then cleaning with pure water or the like.

次に光入射面となる基板表面側に光反射率低減機能を有する凹凸構造を形成する(不図示)。この凹凸構造の形成にあたっては、上述の基板表層部を除去する際に用いるNaOHなどのアルカリ液による異方性ウェットエッチング法を適用することができるが、シリコン基板がキャスト法などによる多結晶シリコン基板である場合は、基板面内での結晶面方位が結晶粒ごとにランダムにばらつくので、基板全域にわたって光反射率を効果的に低減せしめる良好な凹凸構造を一様に形成することは非常に困難である。この場合は、例えばRIE(Reactive Ion Etching)法などによるガスエッチングを行えば比較的容易に良好な凹凸構造を基板全域にわたって形成することができる(例えば、特許文献2、特許文献3、特許文献4などを参照)。   Next, a concavo-convex structure having a light reflectivity reduction function is formed on the surface side of the substrate serving as a light incident surface (not shown). In forming the concavo-convex structure, an anisotropic wet etching method using an alkaline solution such as NaOH used for removing the substrate surface layer portion described above can be applied, but the silicon substrate is a polycrystalline silicon substrate formed by a cast method or the like. In this case, since the crystal plane orientation in the substrate plane varies randomly for each crystal grain, it is very difficult to uniformly form a good concavo-convex structure that can effectively reduce the light reflectance over the entire substrate. It is. In this case, for example, by performing gas etching by the RIE (Reactive Ion Etching) method or the like, a good concavo-convex structure can be formed over the entire substrate relatively easily (for example, Patent Document 2, Patent Document 3, and Patent Document 4). Etc.)

次にn型の逆導電型領域4を形成する。n型化ドーピング元素としてはP(リン)を用いることが望ましく、ドーピング濃度は1×1018〜5×1021/cm程度とし、シート抵抗が30〜300Ω/□程度のn型とする。これによって上述のp型バルク領域5との間にpn接合が形成される。 Next, an n-type reverse conductivity type region 4 is formed. As the n-type doping element, P (phosphorus) is preferably used, the doping concentration is about 1 × 10 18 to 5 × 10 21 / cm 3 , and the sheet resistance is an n + type having a sheet resistance of about 30 to 300 Ω / □. . As a result, a pn junction is formed between the p-type bulk region 5 described above.

製法としてはPOCl(オキシ塩化リン)を拡散源とした熱拡散法を用いて温度700〜1000℃程度で、p型シリコン基板の表層部にドーピング元素を拡散させることによって形成する。このとき拡散層厚は0.2〜0.5μm程度とするが、これは拡散温度と拡散時間を調節することで、所望の厚さとすることができる。 As a manufacturing method, it is formed by diffusing a doping element in a surface layer portion of a p-type silicon substrate at a temperature of about 700 to 1000 ° C. using a thermal diffusion method using POCl 3 (phosphorus oxychloride) as a diffusion source. At this time, the thickness of the diffusion layer is about 0.2 to 0.5 μm, and this can be set to a desired thickness by adjusting the diffusion temperature and the diffusion time.

通常の拡散法では、目的とする面とは反対側の面にも拡散領域が形成されるが、その部分は後からエッチングして除去すればよい。このとき、この基板の表面側以外の逆導電型領域4の除去は、シリコン基板の表面側にレジスト膜を塗布し、フッ酸と硝酸の混合液を用いてエッチング除去した後、レジスト膜を除去することにより行う。また、後述するように、裏面のp型領域7(BSF領域)をアルミニウムペーストによって形成する場合は、p型ドープ剤であるアルミニウムを充分な濃度で充分な深さまで拡散させることができるので、既に拡散してあった浅い領域のn型拡散層の影響は無視できるようにすることができ、この裏面側に形成されたn型拡散層を特に除去する必要はない。 In a normal diffusion method, a diffusion region is also formed on the surface opposite to the target surface, but this portion may be removed later by etching. At this time, the reverse conductivity type region 4 other than the surface side of the substrate is removed by applying a resist film on the surface side of the silicon substrate, removing the resist film by etching using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. To do. Further, as will be described later, when the p + type region 7 (BSF region) on the back surface is formed with an aluminum paste, aluminum as a p-type dopant can be diffused to a sufficient depth at a sufficient concentration. The influence of the n-type diffusion layer in the shallow region that has already been diffused can be ignored, and it is not necessary to remove the n-type diffusion layer formed on the back side.

なお、逆導電型領域4の形成方法は熱拡散法に限定されるものではなく、例えば薄膜技術および条件を用いて水素化アモルファスシリコン膜や微結晶シリコン層を含む結晶質シリコン膜などを基板温度400℃程度以下で形成してもよい。ただし薄膜技術を用いて形成する場合は、以下に述べる各プロセスの温度を考慮して後段プロセス程低いプロセス温度となるようにその形成順序を決めることが必要である。   Note that the method of forming the reverse conductivity type region 4 is not limited to the thermal diffusion method. For example, using a thin film technology and conditions, a crystalline silicon film including a hydrogenated amorphous silicon film or a microcrystalline silicon layer is used as a substrate temperature. You may form at about 400 degrees C or less. However, when forming using thin film technology, it is necessary to consider the temperature of each process described below and to determine the order of formation so that the process temperature is as low as the subsequent process.

ここで水素化アモルファスシリコン膜を用いて逆導電型領域4を形成する場合はその厚さは50nm以下、好ましくは20nm以下とし、結晶質シリコン膜を用いて形成する場合はその厚さは500nm以下、好ましくは200nm以下とする。   Here, when the reverse conductivity type region 4 is formed using a hydrogenated amorphous silicon film, the thickness is 50 nm or less, preferably 20 nm or less, and when it is formed using a crystalline silicon film, the thickness is 500 nm or less. The thickness is preferably 200 nm or less.

なお、逆導電型領域4を上記薄膜技術で形成するときは、p型バルク領域5と逆導電型領域4との間にi型シリコン領域(不図示)を厚さ20nm以下で形成すると特性向上に有効である。   When the reverse conductivity type region 4 is formed by the above thin film technology, if an i type silicon region (not shown) is formed with a thickness of 20 nm or less between the p type bulk region 5 and the reverse conductivity type region 4, the characteristics are improved. It is effective for.

次に反射防止膜6を形成する。反射防止膜6の材料としては、Si膜、TiO膜、SiO膜、MgO膜、ITO膜、SnO膜、ZnO膜などを用いることができる。厚さは材料によって適宜選択され入射光に対する無反射条件を実現する(材料の屈折率をnとし、無反射にしたいスペクトル領域の波長をλとすれば、(λ/n)/4=dが反射防止膜の最適膜厚となる)。例えば、一般的に用いられるSi膜(n=約2)の場合は、無反射目的波長を600nmとすれば、膜厚を75nm程度とすればよい。 Next, an antireflection film 6 is formed. As the material of the antireflection film 6, a Si 3 N 4 film, a TiO 2 film, a SiO 2 film, a MgO film, an ITO film, a SnO 2 film, a ZnO film, or the like can be used. The thickness is appropriately selected depending on the material, and realizes the non-reflection condition for incident light (if the refractive index of the material is n and the wavelength of the spectral region to be non-reflection is λ, (λ / n) / 4 = d is (This is the optimum film thickness for the antireflection film). For example, in the case of a commonly used Si 3 N 4 film (n = about 2), if the non-reflection target wavelength is 600 nm, the film thickness may be about 75 nm.

製法としては、PECVD法、蒸着法、スパッタ法などを用い、温度400〜500℃程度で形成する。なお反射防止膜6は後述する表集電極1、2を形成するために所定のパターンでパターニングしておく。パターニング法としてはレジストなどマスクに用いたエッチング法(ウェットあるいはドライ)や、反射防止膜6形成時にマスクをあらかじめ形成しておき、反射防止膜6形成後にこれを除去する方法を用いることができる。また別の方法として、反射防止膜6の上に直接電極材料を塗布し焼き付けることによって表集電極1、2と逆導電型領域4を接触させるいわゆるファイヤースルー法も一般的であり、この場合は前記パターニングの必要はない。このSi膜には、形成の際には表面パッシベーション効果、その後の熱処理の際にはバルクパッシベーション効果があり、反射防止の機能と併せて、太陽電池素子の電気特性を向上させる効果がある。 As a manufacturing method, a PECVD method, a vapor deposition method, a sputtering method, or the like is used, and the film is formed at a temperature of about 400 to 500 ° C. The antireflection film 6 is patterned in a predetermined pattern in order to form the collector electrodes 1 and 2 described later. As a patterning method, an etching method (wet or dry) used for a mask such as a resist, or a method in which a mask is formed in advance when the antireflection film 6 is formed and the antireflection film 6 is formed and then removed can be used. As another method, a so-called fire-through method in which the electrode electrodes 1 and 2 and the reverse conductivity type region 4 are brought into contact with each other by applying and baking an electrode material directly on the antireflection film 6 is also common. There is no need for the patterning. This Si 3 N 4 film has a surface passivation effect during formation and a bulk passivation effect during subsequent heat treatment, and has the effect of improving the electrical characteristics of the solar cell element together with the antireflection function. is there.

次に、基板の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塗布して焼成することにより(以後、印刷焼成法と呼ぶ)、表集電極および裏側電極を形成する。   Next, a front surface electrode and a back side electrode are formed by applying a silver paste on the surface of the substrate and applying an aluminum paste and a silver paste on the back surface and baking (hereinafter referred to as a printing baking method).

まず、裏面集電極8として、アルミニウム粉末と有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム100重量部に対してそれぞれ10〜30重量部、0.1〜5重量部を添加してペースト状にしたアルミニウムペーストを、例えばスクリーン印刷法で印刷し、乾燥後に同時に600〜850℃で1〜30分程度焼成することにより焼き付けられる。このときにシリコン基板中にアルミニウムが拡散して、裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐp型領域7(BSF領域)が同時に形成される。このときp型領域のアルミニウムドープ濃度は、1×1018〜5×1021/cm程度とする。なお、p型化ドーピング元素としてはB(ボロン)を用いることもできる。 First, as the back collector 8, an aluminum paste in which aluminum powder, an organic vehicle, and a glass frit are added in a paste form by adding 10 to 30 parts by weight and 0.1 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight of aluminum, For example, it is baked by printing by a screen printing method and baking at 600-850 degreeC for about 1 to 30 minutes simultaneously after drying. At this time, p + -type region 7 (BSF region) is formed at the same time, which prevents aluminum from diffusing into the silicon substrate and recombining carriers generated on the back surface. At this time, the aluminum dope concentration in the p + type region is set to about 1 × 10 18 to 5 × 10 21 / cm 3 . Note that B (boron) can also be used as the p-type doping element.

なお、印刷焼成法を用いてこのp型領域7を形成する場合は、既に述べたように基板表面側の逆導電型領域4形成時に同時に基板裏面側にも形成されているn型の領域を除去する必要もなくすことができる。 When the p + type region 7 is formed by using the printing and baking method, as described above, the n type region formed on the back side of the substrate simultaneously with the formation of the reverse conductivity type region 4 on the front side of the substrate. Can be eliminated.

また、このペースト中の金属成分のうちp型領域7の形成に使われずこのp型領域7の上に残存したものはそのまま裏側電極の一部として使うこともでき、この場合は残存成分を塩酸などで特に除去する必要はない。なお、本明細書では、このp型領域7の上に残存したアルミニウムを主成分とする裏面集電極8が存在するものとして扱うが、除去した場合は代替電極材料を形成すればよい。この代替電極材料としては、後述する裏面集電極8となる銀ペーストを使うことが、裏面に到達した長波長光の反射率を高めるために望ましい。 Moreover, among the metal components in the paste not used in formation of the p + -type region 7 that remains on the p + -type region 7 can also be directly used as a part of the rear-side electrode, in this case the residual component Need not be removed with hydrochloric acid. In this specification, it is assumed that the back collector electrode 8 mainly composed of aluminum remaining on the p + type region 7 is present. However, when the back collector electrode 8 is removed, an alternative electrode material may be formed. As this alternative electrode material, it is desirable to use a silver paste that will be the back collector electrode 8 described later in order to increase the reflectance of long-wavelength light reaching the back surface.

なお、このp型領域7(裏面側)は、印刷焼成法に代えて、ガス拡散法で形成することも可能である。この場合は、BBrを拡散源として温度800〜1100℃程度で形成する。このとき、既に形成してある逆導電型領域4(表面側)には酸化膜などの拡散バリアをあらかじめ形成しておく。また、このプロセスによって反射防止膜6にダメージが生じる場合は、このプロセスを反射防止膜形成プロセスの前に行うことができる。またドーピング元素濃度は1×1018〜5×1021/cm程度とする。これによってp型バルク領域5とこのp型領域7との間にLow−High接合を形成することができる。 The p + -type region 7 (back surface side) can be formed by a gas diffusion method instead of the printing and baking method. In this case, it is formed at a temperature of about 800 to 1100 ° C. using BBr 3 as a diffusion source. At this time, a diffusion barrier such as an oxide film is formed in advance in the reverse conductivity type region 4 (surface side) already formed. In addition, when the antireflection film 6 is damaged by this process, this process can be performed before the antireflection film forming process. The doping element concentration is about 1 × 10 18 to 5 × 10 21 / cm 3 . As a result, a Low-High junction can be formed between the p-type bulk region 5 and the p + -type region 7.

なおまた、p型領域7の形成方法は、印刷焼成法やガス拡散法に限定されるものではなく、例えば薄膜技術を用いて水素化アモルファスシリコン膜や微結晶シリコン相を含む結晶質シリコン膜などを基板温度400℃程度以下で形成してもよい。このとき膜厚は10〜200nm程度とする。このとき、p型領域7とp型バルク領域5との間にi型シリコン領域(不図示)を厚さ20nm以下で形成すると特性向上に有効である。ただし薄膜技術を用いて形成する場合は、以下に述べる各プロセスの温度を考慮して後段プロセス程低いプロセス温度となるようにその形成順序を決めることが必要である。 Further, the method for forming the p + -type region 7 is not limited to the printing and baking method or the gas diffusion method. For example, a hydrogenated amorphous silicon film or a crystalline silicon film containing a microcrystalline silicon phase is used by using a thin film technique. Or the like may be formed at a substrate temperature of about 400 ° C. or lower. At this time, the film thickness is about 10 to 200 nm. At this time, if an i-type silicon region (not shown) having a thickness of 20 nm or less is formed between the p + -type region 7 and the p-type bulk region 5, it is effective for improving the characteristics. However, when forming using thin film technology, it is necessary to consider the temperature of each process described below and to determine the order of formation so that the process temperature is as low as the subsequent process.

次に本発明の表集電極1、2および裏面出力電極9を形成する。これらは、銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットを銀100重量部に対してそれぞれ10〜30重量部、0.1〜5重量部を添加してペースト状にした銀ペーストを、例えばスクリーン印刷法で印刷、乾燥後に同時に600〜800℃で1〜30分程度焼成することにより印刷面に焼き付けられる。   Next, the surface collection electrodes 1 and 2 and the back surface output electrode 9 of the present invention are formed. These are obtained by adding silver powder, organic vehicle and glass frit to a paste form by adding 10 to 30 parts by weight and 0.1 to 5 parts by weight, respectively, with respect to 100 parts by weight of silver. After printing and drying, the printed surface is baked at 600 to 800 ° C. for about 1 to 30 minutes.

これらの電極材料としては、銀、Cu、アルミニウムといった低抵抗金属を少なくとも1種含む材料を用いることが望ましいが、抵抗率の関係から銀が最も好ましい。製法としてはこれら金属を含んだペーストを用いた印刷焼成法以外にも、スパッタ法、蒸着法などの真空製膜法を用いることができる。特にペーストを用いた印刷焼成法では、いわゆるファイヤースルー法によって、反射防止膜6をパターニングすることなしに、表集電極1、2となる金属含ペーストを反射防止膜6上に直接印刷し焼成処理をすることによって表集電極1、2と逆導電型領域4との間に電気的コンタクトをとることができ、製造コスト低減に非常に有効である。なお、表集電極1、2の形成は、裏面側のp型領域7の形成に先立って行われてもよい。 As these electrode materials, it is desirable to use a material containing at least one low-resistance metal such as silver, Cu, or aluminum, but silver is most preferable in terms of resistivity. As a manufacturing method, vacuum film forming methods such as a sputtering method and a vapor deposition method can be used in addition to a printing and baking method using a paste containing these metals. In particular, in the printing and baking method using a paste, the metal-containing paste to be the collector electrodes 1 and 2 is directly printed on the antireflection film 6 by the so-called fire-through method without patterning the antireflection film 6 and is fired. By doing so, electrical contact can be made between the collector electrodes 1 and 2 and the reverse conductivity type region 4, which is very effective in reducing the manufacturing cost. The formation of the collector electrodes 1 and 2 may be performed prior to the formation of the p + -type region 7 on the back surface side.

さらに電極と半導体領域との接着強度を特に高めるため、ペーストを用いた印刷焼成法ではTiOなどの酸化物成分をペースト中にわずかに含ませ、また真空製膜法では電極と半導体領域との界面にTiを主成分とした金属層を挿入するとよい。なお、裏側電極の場合は、Ti主成分金属層の厚さは5nm以下として金属層が挿入されることによる反射率低減を抑制することが望ましい。裏面集電極8は基板裏面全面に形成することが裏面に到達した長波長光の反射率を高めるために望ましい。 Furthermore, in order to particularly increase the bonding strength between the electrode and the semiconductor region, the paste and the printing and baking method include a slight amount of an oxide component such as TiO 2 in the paste, and in the vacuum film forming method, the electrode and the semiconductor region are separated from each other. A metal layer mainly composed of Ti may be inserted at the interface. In the case of the back side electrode, it is desirable that the Ti main component metal layer has a thickness of 5 nm or less and suppresses a reduction in reflectance due to the insertion of the metal layer. The back surface collecting electrode 8 is preferably formed on the entire back surface of the substrate in order to increase the reflectance of long-wavelength light reaching the back surface.

なお、裏面集電極8と裏面出力電極9とは重なり合って厚くなると割れが生じやすいので、出力取出用の裏面出力電極9を形成した後、裏面集電極8は、裏面出力電極9をできるだけ覆わないように導通が取れる程度の状態で形成するのが望ましい。なお、この裏面出力電極9と裏面集電極8を形成する順番はこの逆でもよい。また、裏側電極においては上記構造をとらず、表集電極と同様の銀を主成分とするバスバー部とフィンガー部で構成された構造としてもよい。   In addition, since the back surface collecting electrode 8 and the back surface output electrode 9 are overlapped and thickened, the back surface collecting electrode 8 does not cover the back surface output electrode 9 as much as possible after the back surface output electrode 9 for output extraction is formed. Thus, it is desirable to form in such a state that conduction can be obtained. Note that the order of forming the back output electrode 9 and the back collector 8 may be reversed. In addition, the back side electrode may not have the above-described structure, and may have a structure composed of a bus bar portion and a finger portion mainly composed of silver, similar to the surface collection electrode.

本発明にかかる光電変換装置においては、表集電極のパターンは、既に図1(b)で示したように、逆導電型領域4と集電電極のコンタクト部2aの外郭線2bが、電流方向Iと略垂直な面Jに対して交わる点がI方向に向かって形成する連続した軌跡線の少なくとも一部に凹凸状の屈曲が設けられている。具体的には、例えばペーストを用いた印刷焼成法を用いる場合には、図1(b)に示したような、コンタクト部2aの外郭線2bがジグザグ形状になるような所定の開口パターンを有するスクリーンを用いてスクリーン印刷を行い、上述したように焼き付ければよい。このようにすれば、既に述べたように集電電極のコンタクト部2aの外郭線2bの長さが長くなり、逆導電型領域4との実質的なコンタクト領域が増大するのでコンタクト抵抗を有効に低減することができる。   In the photoelectric conversion device according to the present invention, as shown in FIG. 1B, the outer electrode 2b of the reverse conductivity type region 4 and the contact portion 2a of the current collector electrode is arranged in the current direction. Concave and convex bends are provided on at least a part of a continuous locus line formed in the direction I by a point that intersects a plane J substantially perpendicular to I. Specifically, for example, when a printing baking method using paste is used, a predetermined opening pattern is formed so that the outline 2b of the contact portion 2a has a zigzag shape as shown in FIG. Screen printing may be performed using a screen and baked as described above. In this way, as already described, the length of the outline 2b of the contact portion 2a of the current collecting electrode is increased, and the substantial contact area with the reverse conductivity type area 4 is increased. Can be reduced.

最後に、必要に応じて半田ディップ処理によって表集電極および裏側電極上に半田領域を形成する(不図示)。なお、半田材料を用いない半田レス電極とする場合は半田ディップ処理を省略する。   Finally, a solder region is formed on the front electrode and the back electrode by a solder dipping process as necessary (not shown). In addition, when it is set as the solderless electrode which does not use a solder material, a solder dipping process is abbreviate | omitted.

以上によって本発明の太陽電池素子が実現される。   Thus, the solar cell element of the present invention is realized.

なお、このようにして形成された太陽電池素子は、通常、太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、一般的に複数の太陽電池素子を直並列に接続した太陽電池モジュールとして用いられる。そして、さらにこの太陽電池モジュールを複数枚組み合わせることによって、実用的な電気出力が取り出せるように構成される。   In addition, since the solar cell element formed in this way usually has a small electrical output generated by one solar cell element, it is generally used as a solar cell module in which a plurality of solar cell elements are connected in series and parallel. . Further, by combining a plurality of the solar cell modules, a practical electrical output can be taken out.

ここで本発明にかかる太陽電池モジュールの構造とこれを形成するプロセスについて、図8を用いて説明する。   Here, the structure of the solar cell module according to the present invention and the process for forming the solar cell module will be described with reference to FIG.

透光性パネル12としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などが用いられる。ガラスとしては白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ3mm〜5mm程度の白板強化ガラスが多く使用される。ポリカーボネート樹脂の場合、厚みが5mm程度のものが多く使用される。   As the translucent panel 12, glass, polycarbonate resin, or the like is used. As the glass, white plate glass, tempered glass, double tempered glass, heat ray reflective glass and the like are used, but generally white plate tempered glass having a thickness of about 3 mm to 5 mm is often used. In the case of a polycarbonate resin, a resin having a thickness of about 5 mm is often used.

充填材13としては、透光性、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、酢酸ビニル含有量20〜40%のエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)のほか、ポリビニルブチラール(PVB)などを主成分とする、厚さ0.4〜1mm程度のシート状形態のものが用いられる。充填材13は、太陽電池モジュール17の作製に当たっては、太陽電池素子の表側と裏側の双方に配されることが多く、これらは減圧下でのラミネート工程において、熱架橋融着して他の部材と一体化する。   As the filler 13, a material having translucency, heat resistance, and electrical insulation is preferably used. In addition to an ethylene vinyl acetate copolymer (EVA) having a vinyl acetate content of 20 to 40%, polyvinyl butyral (PVB ) Etc. as a main component, and a sheet-like form having a thickness of about 0.4 to 1 mm is used. In the production of the solar cell module 17, the filler 13 is often arranged on both the front side and the back side of the solar cell element, and these are thermally cross-linked and fused to other members in the laminating step under reduced pressure. And integrate.

裏面保護材14は、水分を透過しないように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や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)シートなどが用いられる。   The back surface protective material 14 is made of a weather-resistant fluorine-based resin sheet sandwiching an aluminum foil so as not to transmit moisture, a polyethylene terephthalate (PET) sheet deposited with alumina or silica, or the like.

タブ11は、例えば、銅箔を主体としその表面に半田がコートされた導電性の材質からなる。これを所定の長さに切断し、太陽電池素子10の出力取出電極であるバスバー電極1および裏側の裏面出力電極9に半田付けして用いる。   The tab 11 is made of, for example, a conductive material whose main component is copper foil and whose surface is coated with solder. This is cut into a predetermined length and used by soldering to the bus bar electrode 1 which is an output extraction electrode of the solar cell element 10 and the back output electrode 9 on the back side.

実際にタブ11を配線するには、まず、タブ11の一端を太陽電池素子10のバスバー電極1にホットエアーやホットプレートなどにより半田付けで接着する。続いて、このタブ11の他端をモジュールにしたときに隣接する太陽電池素子10の裏側の裏面出力電極9に同様にして半田付け接着する。なお、並列接続の場合は隣接する太陽電池素子10のバスバー電極1同士を接着すればよい。これを繰り返して複数の太陽電池素子10を接続した太陽電池素子群を作製する。   To actually wire the tab 11, first, one end of the tab 11 is bonded to the bus bar electrode 1 of the solar cell element 10 by soldering with hot air or a hot plate. Subsequently, when the other end of the tab 11 is made into a module, it is soldered and bonded in the same manner to the back surface output electrode 9 on the back side of the adjacent solar cell element 10. In the case of parallel connection, the bus bar electrodes 1 of adjacent solar cell elements 10 may be bonded together. This is repeated to produce a solar cell element group in which a plurality of solar cell elements 10 are connected.

なお、太陽電池素子群の中に、本発明の太陽電池素子10が少なくとも1つ含まれていれば効果を奏するが、発明の効果を良好に奏するためには、太陽電池素子群を構成する太陽電池素子全てが本発明の太陽電池素子10であることがより望ましい。   In addition, although it will be effective if at least one solar cell element 10 of the present invention is included in the solar cell element group, in order to achieve the effect of the invention satisfactorily, the sun constituting the solar cell element group It is more desirable that all the battery elements are the solar battery element 10 of the present invention.

出力配線15は、タブ11によって接続された太陽電池素子10の群からの電気出力を端子ボックス16のターミナルに伝えるもので、通常厚さ0.1mm〜0.5mm程度、幅6mm程度の銅箔の表面全体に20〜70μm程度の半田を被覆したものを、所定の長さに切断し、太陽電池素子10の電極に半田付けされている。   The output wiring 15 transmits electrical output from the group of solar cell elements 10 connected by the tab 11 to the terminal of the terminal box 16, and is usually a copper foil having a thickness of about 0.1 mm to 0.5 mm and a width of about 6 mm. The whole surface of which is coated with a solder of about 20 to 70 μm is cut into a predetermined length and soldered to the electrodes of the solar cell element 10.

ここで、上述のような透光性パネル12、表側の充填材13、複数の太陽電池素子10にタブ11や出力配線15が接続された太陽電池素子群、裏側の充填材13、裏面保護材14の積層体を接着一体化する。すなわち、各部材の積層体をラミネータと呼ばれる減圧状態で加熱しながら加圧する装置にセットした後、太陽電池モジュール17の内部の空気を除去するために50〜150Pa程度に減圧し、100〜200℃の温度で15分〜1時間加熱しながら加圧する。これによって、表側と裏側にそれぞれ配された充填材13が軟化し架橋融着するため、各部材を接着し一体化し、太陽電池モジュール17のパネル部を作製することができる。   Here, the translucent panel 12, the front-side filler 13, the solar cell element group in which the tab 11 and the output wiring 15 are connected to the plurality of solar cell elements 10, the back-side filler 13, and the back surface protective material. 14 laminates are bonded and integrated. That is, after setting the laminated body of each member in a device called a laminator that pressurizes while heating in a reduced pressure state, the pressure is reduced to about 50 to 150 Pa in order to remove the air inside the solar cell module 17, and 100 to 200 ° C. The pressure is applied while heating at a temperature of 15 minutes to 1 hour. As a result, the fillers 13 respectively arranged on the front side and the back side are softened and crosslinked and fused, so that the members can be bonded and integrated to produce the panel portion of the solar cell module 17.

さらに、上述の方法によって作製された太陽電池モジュール17のパネル部の裏面に端子ボックス16を接着剤により取り付ける。端子ボックス16は、太陽電池素子10からの出力配線15と外部回路に接続するためのケーブル(不図示)の接続を行うものであり、変性PPE樹脂などで紫外線などに対する耐光性を考慮して通常黒色に造られる。また端子ボックス16の概略の大きさは、出力約160W程度の一般的な太陽電池モジュールでは100×60×20mm程度のものが多い。   Furthermore, the terminal box 16 is attached to the back surface of the panel portion of the solar cell module 17 manufactured by the above-described method using an adhesive. The terminal box 16 is used to connect the output wiring 15 from the solar cell element 10 and a cable (not shown) for connecting to an external circuit, and is usually modified with a modified PPE resin in consideration of light resistance against ultraviolet rays and the like. Made in black. Further, the general size of the terminal box 16 is generally about 100 × 60 × 20 mm in a general solar cell module having an output of about 160 W.

また、通常、太陽電池モジュール17のパネル部の各辺部に対してモジュール枠(不図示)が設けられることが多い。モジュール枠は、アルミニウムの押し出し成形で造られることが多く、その表面にはアルマイト処理などが施される。そしてこのモジュール枠を太陽電池のパネル部の外周各辺に嵌め込み、各コーナー部をビスなどにより固定する。このようなモジュール枠を設けることによって、機械的強度や耐候性能を付与し、さらに、太陽電池モジュールを設置する場合などに取り扱いやすくすることができる。   Usually, a module frame (not shown) is often provided for each side of the panel portion of the solar cell module 17. The module frame is often made by extrusion molding of aluminum, and the surface thereof is subjected to anodizing. And this module frame is inserted in each outer periphery side of the panel part of a solar cell, and each corner part is fixed with a bis | screw etc. By providing such a module frame, mechanical strength and weather resistance can be imparted, and the module can be easily handled when a solar cell module is installed.

以上によって、本発明の太陽電池モジュールが実現される。   The solar cell module of this invention is implement | achieved by the above.

次に本発明にかかる電極の他の実施形態について説明する。   Next, another embodiment of the electrode according to the present invention will be described.

図1(b)に示した例では、表集電極と半導体領域3とが接触したコンタクト部2aの外郭線2bに設けた凹凸状の屈曲として、三角形を連続的につけた三角波状のジグザグとなった形状としたが、例えば、図3(a)に示すように、外郭線2bが三角形を断続的につけた形状や、図3(b)に示すように、曲線によって形成されていてもよい。このように多角形、矩形、曲線、あるいはこれらの組合せによって外郭線2bを形成することが可能である。   In the example shown in FIG. 1B, a triangular wave-like zigzag in which triangles are continuously formed is provided as an uneven bend provided in the outline 2b of the contact portion 2a where the collector electrode and the semiconductor region 3 are in contact with each other. However, for example, as shown in FIG. 3 (a), the outline 2b may be formed by intermittently attaching a triangle, or by a curved line as shown in FIG. 3 (b). Thus, the outline 2b can be formed by a polygon, a rectangle, a curve, or a combination thereof.

また、コンタクト部2aの外郭線の形状は、コンタクト部2aを形成する表集電極の中心線であって、この表集電極の電流方向Iと同方向をなす中心線を挟んで非対称となるようにしたほうがよい。わかりやすくするため、図4は表集電極のうちフィンガー電極2と半導体領域3とのコンタクト部2aの形状とその外郭線2bで示す。図4(a)に示す例は、この外郭線2bと、電流が流れる方向と同方向の中心線Kを挟んで対向する外郭線2bとのジグザグ形状は、位相がずれた状態であり、互いに非対称の位置関係となっている。このようにすれば、フィンガー電極2の幅が特に狭くなる部分をなくすことができるのでフィンガー電極2の線抵抗を高めることもなく非常に有効である。図にはフィンガー電極2の中心線を挟んで対称位置にあるエッジ形状の位相差が半周期とした場合について示したが、位相差は半周期に限る必要はなく、フィンガー電極2の括れ部分を少なくすることができれば、その程度に応じて特性向上が期待できる。この場合にもジグザグ形状ばかりでなく、図4(b)、図4(c)に示すように多角形、矩形、曲線、あるいはこれらの組合せによって、その外郭線が、電流が流れる方向を挟んで非対称となるように形成することが可能である。   Further, the shape of the outline of the contact portion 2a is the center line of the collector electrode that forms the contact portion 2a, and is asymmetric with respect to the center line that forms the same direction as the current direction I of the collector electrode. It is better to make it. For the sake of clarity, FIG. 4 shows the shape of the contact portion 2a between the finger electrode 2 and the semiconductor region 3 and the outline 2b of the collector electrode. In the example shown in FIG. 4A, the zigzag shape of the outline 2b and the outline 2b facing each other across the center line K in the same direction as the direction of current flow is in a phase-shifted state. Asymmetric positional relationship. In this way, a portion where the width of the finger electrode 2 is particularly narrow can be eliminated, so that it is very effective without increasing the line resistance of the finger electrode 2. Although the figure shows the case where the phase difference of the edge shape at the symmetrical position across the center line of the finger electrode 2 is a half cycle, the phase difference need not be limited to a half cycle, and the constricted portion of the finger electrode 2 is If it can be reduced, improvement in characteristics can be expected depending on the degree. Also in this case, not only the zigzag shape but also the polygon, rectangle, curve, or a combination thereof as shown in FIG. 4B and FIG. It can be formed to be asymmetric.

また、図5に示すように、フィンガー電極2と半導体領域3が接触して構成されるコンタクト部2aの外郭線2bによって囲まれた面積をS、外郭線2bを電流が流れる方向Iに略垂直な複数の面で切断したとき、これらそれぞれの切断面中の2つの切断交点間の距離の平均値をd、および外郭線2bの周囲の長さをLとしたときに、これらが、次式の関係を有していることが望ましい。 Further, as shown in FIG. 5, the area surrounded by the outline 2b of the contact portion 2a configured by the finger electrode 2 and the semiconductor region 3 being in contact is approximately S 1 , and the outline 2b is approximately in the direction I of current flow. When cutting at a plurality of perpendicular surfaces, when the average value of the distance between two cutting intersections in each of the cutting surfaces is d 1 and the length of the circumference of the outline 2b is L 1 , these are It is desirable that the following relationship be satisfied.

0.5L(S・d −1+d−1>1.2・・・(1)
(1)式の意味について説明する。フィンガー電極2と半導体領域3が接触して構成されるコンタクト部2aの外郭線2bによって囲まれた面積Sは、別の表現をすれば、コンタクト部2aの外郭線を鉛直方向から平面視したときの面積と言い換えることもできる。したがって、フィンガー電極2の形状を矩形状と仮定した場合に、2(S・d −1+d)はこの矩形の外周の周囲の長さと等しくなる。したがって、Lをこれで割った0.5L(S・d −1+d−1は、本発明にかかるコンタクト部2aの外郭線2b(凹凸状の屈曲部を有している)の周囲の長さと、凹凸状の屈曲のない場合(矩形状の場合)の周囲の長さとの比であるから、これはすなわち凹凸状の屈曲によって長くなっている比率を意味する。このように特に表集電極の中でも集電の役割を主として果たすフィンガー電極2と半導体領域3とのコンタクト部2aにおいて、その外郭線2bの周囲の長さLが、同面積の矩形とした場合の外郭線の周囲の長さに対して1.2倍以上にすることにより、コンタクト部2aの有効面積を明らかに増加させて、コンタクト抵抗の低減を図ることができるため、光電変換素子の出力特性を向上させることができる。
0.5L 1 (S 1 · d 1 −1 + d 1 ) −1 > 1.2 (1)
The meaning of equation (1) will be described. In other words, the area S 1 surrounded by the outline 2b of the contact portion 2a formed by the contact between the finger electrode 2 and the semiconductor region 3 is a plan view of the outline of the contact portion 2a from the vertical direction. It can be rephrased as the area of time. Therefore, assuming that the shape of the finger electrode 2 is a rectangular shape, 2 (S 1 · d 1 −1 + d 1 ) is equal to the perimeter of the outer periphery of the rectangle. Accordingly, 0.5L 1 (S 1 · d 1 -1 + d 1 ) -1 obtained by dividing L 1 by this has an outer contour line 2b (concave-convex bent portion) of the contact portion 2a according to the present invention. ) And the peripheral length when there is no uneven bending (in the case of a rectangular shape), this means that the ratio is longer due to the uneven bending. In the contact portion 2a of the finger electrodes 2 and the semiconductor region 3 mainly play a role of current collector Among thus particularly Table collector electrode, if the surrounding contour 2b length L 1 has a rectangular having the same area Since the effective area of the contact portion 2a can be clearly increased and the contact resistance can be reduced by making the length of the outer circumference of the contact line 1.2 times or more, the output of the photoelectric conversion element Characteristics can be improved.

なお、この凹凸状の屈曲によって長くすべき比率の上限としては、3〜5とすることが望ましく、より望ましくは3である。すなわち、外郭線2bが2次元構造をなす場合は、比率が値よりも大きくなると、表集電極の面積の増大を招かないためには必然的に、この凹凸状の凸部の線幅が細くなりすぎ線切れなどの問題を招来する。また、外郭線2bを表集電極下の半導体領域表面の凹凸構造を反映させて3次元構造で形成する場合は、比率が値よりも大きくなると、該半導体表面の凹凸構造のアスペクト比(凹凸高さ/凹凸ピッチ)が大きくなりすぎることに対応するため該凹凸構造の凸部でリークが発生しやすくなる。上記に示した範囲においては、これらのバランスが取れており発明の効果を良好に奏する。   In addition, as an upper limit of the ratio which should be lengthened by this uneven | corrugated-shaped bending, it is desirable to set it as 3-5, More desirably, it is 3. That is, in the case where the outline 2b has a two-dimensional structure, if the ratio is larger than the value, the line width of the concavo-convex convex portion is inevitably narrow so as not to increase the area of the surface collection electrode. Incurs problems such as over-cut lines. Further, when the outline 2b is formed in a three-dimensional structure reflecting the uneven structure on the surface of the semiconductor region under the collector electrode, when the ratio becomes larger than the value, the aspect ratio of the uneven structure on the semiconductor surface (the uneven height) In order to cope with an excessively large (concave / concave pitch), leakage tends to occur at the convex portion of the concave-convex structure. In the range shown above, these balances are taken and the effect of the invention is excellent.

なお、フィンガー電極2の幅を測定する場合は、その長さ方向にm等分(m≧6)して、これらの平均値を求めればよい。例えば、図5の場合、d1〜d5の5箇所で切断して6等分したものであり、これらの5箇所の平均値をdとすればよい。 In addition, when measuring the width | variety of the finger electrode 2, what is necessary is just to obtain | require these average values by equally dividing m in the length direction (m> = 6). For example, in the case of FIG. 5, which was cut into 6 equal portions at 5 points of d 1 1 to d 1 5, it may be the average of these five points and d 1.

なお、上述の説明では、表集電極として半導体領域3と接触してコンタクト部2aを構成するフィンガー電極2と、このフィンガー電極2の少なくとも一端部が接続されるとともにこのフィンガー電極2よりも線幅を太くした、出力取出用のバスバー電極1と、を含んだ例によって説明した。このような構成とすることによって、光電変換装置の光入射面積を最大限に増加させ、抵抗を最大限に減らすことができるので望ましい。   In the above description, the finger electrode 2 constituting the contact portion 2a in contact with the semiconductor region 3 as the collector electrode is connected to at least one end of the finger electrode 2 and has a line width larger than that of the finger electrode 2. In the example described above, the bus bar electrode 1 for output extraction is made thicker. Such a configuration is desirable because the light incident area of the photoelectric conversion device can be maximized and the resistance can be reduced to the maximum.

また、このように表集電極として半導体領域と接触してコンタクト部を構成するのは、フィンガー電極に限るものではなく、バスバー電極に対しても同様に、半導体領域と接触して本発明に係るコンタクト部を構成するようにすれば、さらに優れた効果を奏するので望ましい。   In addition, it is not limited to the finger electrode to form the contact portion in contact with the semiconductor region as the collector electrode in this manner, and the bus bar electrode is also in contact with the semiconductor region in accordance with the present invention. If the contact portion is configured, it is desirable because a further excellent effect is obtained.

以下、本発明にかかるバスバー電極1の好ましい態様について、図9を用いて説明する。   Hereinafter, the preferable aspect of the bus-bar electrode 1 concerning this invention is demonstrated using FIG.

図9(a)は本発明の太陽電池素子の光入射面側から表集電極を見た図であり、図1(a)と比べて、バスバー電極が1本多い状態である。図9(b)は図9(a)のD部の部分拡大図である。 FIG. 9A is a view of the surface collecting electrode viewed from the light incident surface side of the solar cell element of the present invention, and shows a state in which one bus bar electrode is more than that in FIG. FIG. 9B is a partially enlarged view of a portion D in FIG.

図9の場合では、表集電極からフィンガー電極2を除いた部分、すなわちバスバー電極1は3本であり、図9(b)に示すように、これらのバスバー電極1と半導体領域3(図2(a)の断面構造図に示した)とが接触して構成されるコンタクト部1aについて、外郭線を平面視したときの全長の総和をL、コンタクト部1aの外郭線を光入射面の鉛直方向から平面視したときの面積をS、光入射面全体を光入射面の鉛直方向から平面視したときの面積をSとしたときに以下の式が成り立つように構成すると望ましい。 In the case of FIG. 9, there are three portions excluding the finger electrodes 2 from the collector electrodes, that is, the bus bar electrodes 1, and as shown in FIG. 9B, these bus bar electrodes 1 and the semiconductor regions 3 (FIG. 2). (A) (shown in the cross-sectional structure diagram) is in contact with the contact portion 1a, the total length of the contact line 1a when viewed in plan is L 2 , and the outline of the contact portion 1a is the light incident surface It is desirable that the following expression is established when the area when viewed in plan from the vertical direction is S 2 and the area when the entire light incident surface is viewed in plan from the vertical direction of the light incident surface is S 3 .

>5S 1/2・・・(2)
0.015<S/S<0.050・・・(3)
まず、(2)式について説明する。これは、図9(b)に示すように、コンタクト部1aを平面視したときの、外郭線1bの全長の総和Lが、この太陽電池素子の光入射面全体を平面視したときの面積Sの平方根(1/2乗)の5倍よりも大きいことを表す。図に示した例はバスバー電極1の一部分を拡大して示したものであり、実際の外郭線の全長は、バスバー電極1の全長に渡るものであり、さらに、この外郭線の長さの総和Lは、バスバー電極の本数の分だけ足し合わせる必要がある。
L 2 > 5S 3 1/2 (2)
0.015 <S 2 / S 3 <0.050 (3)
First, equation (2) will be described. Area when this, as shown in FIG. 9 (b), in a plan view the contact portion 1a, the sum L 2 of the overall length of the outline 1b is a plan view of the entire light incident surface of the solar cell element It represents greater than 5 times the square root of S 3 (1/2 power). The example shown in the figure is an enlarged view of a portion of the bus bar electrode 1, and the actual total length of the outer line extends over the entire length of the bus bar electrode 1, and further, the total sum of the lengths of the outer line is shown. L 2 needs to summing by the amount of the number of the bus bar electrode.

本発明において、このコンタクト部1aを平面視したとき外郭線1bの長さが大きいことは、このバスバー電極1のエッジ部分の電子電流が集中して流れる領域(面積)を実質的に拡張(増大)することに相当する。これは、既に図6の説明において述べた推測のとおりである。この結果、バスバー電極1と半導体領域3との間の接触抵抗(コンタクト抵抗)を低減させることができ、太陽電池素子の変換効率を上げることができる。   In the present invention, when the contact portion 1a is viewed in plan, the length of the outline 1b is substantially expanded (increase) the region (area) in which the electron current flows at the edge portion of the bus bar electrode 1 in a concentrated manner. ). This is the assumption already described in the description of FIG. As a result, the contact resistance (contact resistance) between the bus bar electrode 1 and the semiconductor region 3 can be reduced, and the conversion efficiency of the solar cell element can be increased.

この外郭線の全長の総和Lとしては、この太陽電池素子の光入射面全体の面積Sの平方根(1/2乗)の5倍よりも大きいことが望ましいが、これは、図9(a)に示したように略正方形の太陽電池素子で、一辺の長さよりわずかに小さいバスバー電極1が設けられている場合には、バスバー電極1を3本以上とすれば達成できるが、単に増やしただけでは、光入射面を遮ってしまい、逆に光の入射量を減少させることになる。したがって、(3)式に示すように、コンタクト部1aの外郭線を鉛直方向から平面視したときの面積Sが、光入射面を平面視したときの面積Sにの対して、比率が0.050(5%)よりも小さくなるにする。なお、それぞれ「平面視」という限定を付けているのは、表面の凹凸やうねりを除去するためである。 The total L 2 of the overall length of the outline, it is preferable greater than 5 times of the solar cell element of the light incident surface entire square root of the area S 3 (1/2 power), which is 9 ( As shown in a), in the case of a substantially square solar cell element provided with a bus bar electrode 1 slightly smaller than the length of one side, this can be achieved by using three or more bus bar electrodes 1, but simply increasing the number. Simply blocking the light incident surface will reduce the amount of incident light. Therefore, (3) As shown in equation, the area S 2 in a plan view the outline of the contact portions 1a from the vertical direction, for the area S 3 Nino when the light incident surface in plan view, the ratio is It becomes smaller than 0.050 (5%). The reason why each of them is limited to “plan view” is to remove surface irregularities and undulations.

コンタクト部1aの外郭線を平面視したときの面積Sは、バスバー電極1の面積に対応する。この面積を光入射面の全面積に対して、所定範囲よりも小さく抑えることによって、変換効率を下げることを抑制できるということを意味するものである。なお、この比率は0.015(1.5%)以下にしてしまうと、バスバー電極1の幅が狭くなるなどの理由から導電抵抗が上がってしまい望ましくない。 Area S 2 in a plan view the outline of the contact portion 1a corresponds to the area of the bus bar electrode 1. This means that the conversion efficiency can be suppressed from being reduced by keeping this area smaller than the predetermined range with respect to the total area of the light incident surface. If the ratio is 0.015 (1.5%) or less, the conductive resistance increases because the width of the bus bar electrode 1 becomes narrow, which is not desirable.

なお、上式による作用効果は、太陽電池素子の形状が不規則な場合にも良好に発揮される。図10に示す例は、不規則な形状の太陽電池素子の一例を示すものである。図10(a)は横長の太陽電池素子10aの長手方向にフィンガー電極2を設け、短手方向にバスバー電極1を設けた例であり、図10(b)は縦長の太陽電池素子10bの長手方向にバスバー電極1を設け、短手方向にフィンガー電極2を設けた例である。   In addition, the effect by the above formula is exhibited well even when the shape of the solar cell element is irregular. The example shown in FIG. 10 shows an example of an irregularly shaped solar cell element. FIG. 10A is an example in which the finger electrodes 2 are provided in the longitudinal direction of the horizontally long solar cell element 10a and the bus bar electrode 1 is provided in the short direction, and FIG. 10B is the longitudinal direction of the vertically long solar cell element 10b. This is an example in which the bus bar electrode 1 is provided in the direction and the finger electrode 2 is provided in the short direction.

例えば、図10(a)の場合には、バスバー電極1の1本当たりの長さは短くなるが、(2)式によって、バスバー電極1の本数を増加させるような構成とする。このような横長の太陽電池素子10aの場合、フィンガー電極2の長さが大きくなり、抵抗が高くなって、素子特性に悪影響を及ぼすが、このように(2)式に示すようにバスバー電極1の本数を増加させることによって、フィンガー電極2からバスバー電極1までの距離を短くすることができ、高抵抗化による悪影響を回避できる。   For example, in the case of FIG. 10A, the length per bus bar electrode 1 is shortened, but the number of bus bar electrodes 1 is increased according to the equation (2). In the case of such a horizontally long solar cell element 10a, the length of the finger electrode 2 is increased, the resistance is increased, and the element characteristics are adversely affected. Thus, as shown in the equation (2), the bus bar electrode 1 By increasing the number, the distance from the finger electrode 2 to the bus bar electrode 1 can be shortened, and adverse effects due to the increase in resistance can be avoided.

また、図10(b)の場合には、バスバー電極1の1本当たりの長さが長くなるので、(2)式にしたがえば、バスバー電極1の本数は減少する構成となる可能性がある。このような縦長の太陽電池素子10aの場合、フィンガー電極2の長さも短くなるから、バスバー電極1の本数が少なくても、フィンガー電極2の抵抗による悪影響が少ない。   In the case of FIG. 10B, since the length per bus bar electrode 1 is increased, the number of bus bar electrodes 1 may be reduced according to the equation (2). is there. In the case of such a vertically long solar cell element 10a, since the length of the finger electrode 2 is shortened, even if the number of the bus bar electrodes 1 is small, the adverse effect due to the resistance of the finger electrode 2 is small.

このように、本発明にかかるバスバー電極は、(2)式と(3)式による構成とすることによって、その長さと面積を最適なものとすることができるので、本発明の光電変換装置(太陽電池素子)は良好な変換効率を得ることができる。   Thus, the bus bar electrode according to the present invention can be optimized in length and area by adopting the configuration according to the formulas (2) and (3), and thus the photoelectric conversion device ( The solar cell element) can obtain good conversion efficiency.

なお、半導体領域3に対してRIE法などのガスエッチングなどによって微細な凹凸を多数設けるようにすれば、コンタクト部1aを平面視して得られる外郭線よりも、真の外郭線は実質的に長くなるため、さらに高い効果を得ることができる。   If a large number of fine irregularities are provided in the semiconductor region 3 by gas etching such as RIE, the true outline is substantially more than the outline obtained by viewing the contact portion 1a in plan view. Since it becomes long, a higher effect can be obtained.

なお、本発明の実施形態は上述の例にのみ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内において種々変更を加え得ることはもちろんである。   It should be noted that the embodiment of the present invention is not limited to the above-described example, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

例えば、上述では、出力取出用のバスバー電極1に対して、フィンガー電極2の一端部が略直交して接続された例によって説明したが、直交していなくても構わないし、さらにフィンガー電極の両端部がバスバー電極1に接続され、閉じた形状となっていても構わない。そして、フィンガー電極2にかかるコンタクト部2aの外郭線2bとして、そのエッジ形状が互いに相似となった例によって説明したが、これらの形状は相似形状でなくてもよい。   For example, in the above description, the example in which one end portion of the finger electrode 2 is connected substantially orthogonally to the bus bar electrode 1 for taking out the output has been described. The portion may be connected to the bus bar electrode 1 and have a closed shape. In addition, although the edge lines 2b of the contact portions 2a applied to the finger electrodes 2 have been described as examples having similar edge shapes, these shapes may not be similar.

さらに表集電極が略直線状となった例によって説明したが、略曲線状であってもよい。そして半導体基板が平坦な場合(外郭線2bが2次元構造である場合)を例にとって説明したが、これに限るものではなく、例えば、半導体基板表面が、凹凸状(例えばアルカリエッチングによって形成されるピラミッド構造やRIE処理によって形成される微細凹凸形状など)や、曲面状(例えば球形状)であっても(すなわち外郭線2bが3次元構造を有する場合であっても)、本発明の原理・構成によれば、全く同様の効果を奏することは言うまでもない。これらの場合、電流が流れる方向やコンタクト部2a自体も電極形状にしたがって略曲線状あるいは曲面状となるが、この電流が流れる方向に対して略垂直方向を求めるには、電流が流れる方向を示す曲線において、求めたい部分における法線に対して垂直な方向とすればよい。   Further, although the example in which the surface collection electrode is substantially linear has been described, it may be substantially curved. The case where the semiconductor substrate is flat (in the case where the outline 2b has a two-dimensional structure) has been described as an example. However, the present invention is not limited to this. For example, the surface of the semiconductor substrate is formed in an uneven shape (for example, by alkali etching). Even if it is a pyramidal structure or a fine uneven shape formed by RIE processing) or a curved surface shape (for example, a spherical shape) (that is, even when the outline 2b has a three-dimensional structure) Needless to say, according to the configuration, the same effect can be obtained. In these cases, the direction in which the current flows and the contact portion 2a itself are substantially curved or curved according to the electrode shape. To obtain a direction substantially perpendicular to the direction in which the current flows, the direction in which the current flows is indicated. The curve may be in a direction perpendicular to the normal line at the desired portion.

また上述の説明では、p型シリコン基板を用いた太陽電池について説明したが、n型シリコン基板を用いた場合にも、説明中の極性を逆にすれば同様のプロセスによって本発明の効果を得ることができる。   In the above description, the solar cell using the p-type silicon substrate has been described. However, when the n-type silicon substrate is used, the effect of the present invention can be obtained by the same process if the polarity in the description is reversed. be able to.

そして上述の説明では、シングル接合の場合について説明したが、半導体多層膜からなる薄膜接合層をバルク基板使用接合素子に積層して形成した多接合型であっても、本発明を適用することができる。   In the above description, the case of single junction has been described. However, the present invention can be applied even to a multi-junction type in which a thin film junction layer made of a semiconductor multilayer film is stacked on a bulk substrate-use junction element. it can.

さらに上述の説明では、キャスティング法を用いた多結晶シリコン基板を例にとったが、基板はキャスティング法によるものに限る必要はなく、また多結晶シリコンに限る必要はない。また、半導体基板に限定されることもなく、半導体薄膜であってもよい。またシリコン材料に限定されることもなく、半導体一般に適用できる。すなわち、化合物系や有機物系の太陽電池にも適用できる。   Furthermore, in the above description, a polycrystalline silicon substrate using the casting method is taken as an example, but the substrate is not limited to the one based on the casting method, and need not be limited to polycrystalline silicon. Moreover, it is not limited to a semiconductor substrate, A semiconductor thin film may be sufficient. Further, the present invention is not limited to silicon materials and can be applied to general semiconductors. That is, the present invention can also be applied to compound-based and organic-based solar cells.

また、上述の説明では、バルク型シリコン太陽電池を例にとったが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の原理・目的を逸脱しない限り任意の形態とすることができる。すなわち、光入射面を有する半導体領域を備えた光電変換装置であって、前記光入射面への光照射によって前記半導体領域で生じた光生成キャリアを電流として集める、この光入射面に配設された略線状の表集電極と、前記表集電極と前記半導体領域とが接触したコンタクト部であって、このコンタクト部の外郭線は、前記電流が流れる方向と略垂直方向に対して交わる部分の少なくとも一部に凹凸状の屈曲が設けられたコンタクト部と、を備えていれば、太陽電池以外の光センサなどの光電変換装置一般に適用できる。   In the above description, bulk silicon solar cells have been taken as examples. However, the present invention is not limited to these, and can be in any form without departing from the principles and objects of the invention. That is, a photoelectric conversion device including a semiconductor region having a light incident surface, which is disposed on the light incident surface that collects photogenerated carriers generated in the semiconductor region by light irradiation on the light incident surface as current. A substantially linear surface collection electrode, and a contact portion where the surface collection electrode and the semiconductor region are in contact with each other, and a contour line of the contact portion intersects the direction in which the current flows and a substantially vertical direction If it is provided with the contact part by which uneven | corrugated-shaped bending was provided in at least one part, it can apply to photoelectric conversion apparatuses generally, such as optical sensors other than a solar cell.

さらに、上述の説明では、本発明の光電変換装置にかかる軌跡線(上述した例においては外郭線と一致)の少なくとも一部に凹凸状の屈曲が設けられている例によって説明したが、この軌跡線の領域の少なくとも一部に、その接線方向と電流方向とが一致しない領域を含むように構成すれば、本発明の効果を奏する。接線方向と電流方向とが一致しない領域とは、例えば、凹凸状の屈曲形状の例では、凹部から凸部あるいは凸部から凹部への移行部などが含まれる。   Further, in the above description, the locus line (corresponding to the contour line in the above-described example) according to the photoelectric conversion device of the present invention is described as an example in which an uneven bend is provided. If at least a part of the line area includes a region where the tangential direction does not coincide with the current direction, the effect of the present invention is achieved. The region where the tangential direction and the current direction do not match includes, for example, a concave-convex bent portion or a transition portion from the convex portion to the concave portion in the example of the concave-convex shape.

以下、上述の実施形態に沿って作製した光電変換装置であるバルク型結晶シリコン太陽電池について、表集電極のフィンガー形状と特性との関係を調べた実験結果について説明する。ただし、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   Hereinafter, the experimental result which investigated the relationship between the finger shape of a surface collection electrode and the characteristic is demonstrated about the bulk type crystalline silicon solar cell which is a photoelectric conversion apparatus produced along the above-mentioned embodiment. However, the present invention is not limited to these examples.

基板としては、キャスト法で製造された150mm×155mmサイズの平板状のp型多結晶シリコン基板を用い、図2(a)に示した構成で太陽電池素子を形成した。   As a substrate, a flat p-type polycrystalline silicon substrate having a size of 150 mm × 155 mm manufactured by a casting method was used, and a solar cell element was formed with the configuration shown in FIG.

本発明の光電変換装置にかかる表集電極は、銀を主成分としたペーストを用いて印刷焼成した。表集電極の全体パターンは、図1において、基板の向きを縦方向150mm・横方向155mmとしたときに、基板縦中心線に対して線対称に配置されたバスバー電極1の長さを147.5mm、バスバー電極1の幅を2mm、二つのバスバー電極1の中心線間距離を77.5mm、バスバー電極1に対して垂直(基板横方向)に配置され基板縦中心線に対して線対称に配置されたフィンガー電極2の基板一端から他端までの長さ(途中で横切るバスバー電極1の幅を含むとしたとき)を152.8mm、フィンガー電極2の平均の幅を165μm、隣接するフィンガー電極2の中心線間の平均距離を2.38mmとした。なお、フィンガー電極2の平均の幅は、上述したようにバスバー電極1に接続した一端から他端までの長さを10等分して、各々の位置(9ポイント)における幅を求め、平均値を求めた。   The surface collection electrode concerning the photoelectric conversion apparatus of this invention was printed and baked using the paste which has silver as a main component. 1, the length of the bus bar electrode 1 arranged symmetrically with respect to the vertical center line of the substrate when the orientation of the substrate is 150 mm in the vertical direction and 155 mm in the horizontal direction in FIG. 5 mm, the width of the bus bar electrode 1 is 2 mm, the distance between the center lines of the two bus bar electrodes 1 is 77.5 mm, and is arranged perpendicular to the bus bar electrode 1 (in the horizontal direction of the substrate) and symmetrical with respect to the vertical center line of the substrate. The length from one end of the finger electrode 2 to the other end of the finger electrode 2 (including the width of the bus bar electrode 1 that crosses halfway) is 152.8 mm, the average width of the finger electrodes 2 is 165 μm, and adjacent finger electrodes The average distance between the two centerlines was 2.38 mm. In addition, the average width of the finger electrode 2 is obtained by dividing the length from one end to the other end connected to the bus bar electrode 1 into 10 equal parts as described above, and obtaining the width at each position (9 points). Asked.

この全体パターンを共通条件として、図1(b)および図3、図4に示すフィンガー電極形状の効果を確認する実験を行った。   Using this entire pattern as a common condition, an experiment was conducted to confirm the effect of the finger electrode shape shown in FIG. 1 (b), FIG. 3, and FIG.

まず、図1(b)に示すような本発明の光電変換装置にかかる軌跡線、すなわちフィンガー電極2と半導体領域3のコンタクト部2aの外郭線2bに対して、凹凸状の屈曲を設けた場合について実験を行った。実験結果を表1に示す。ここで凹凸状の屈曲は、いずれの形状条件であっても表集電極の光入射面に占める面積割合がほぼ同一になるようにしてある。また、表1には、フィンガー電極2のコンタクト部2aの外郭線2bが凹凸状の屈曲ではない場合(すなわち略直線状の場合)の外周長さを1に規格化したときの凹凸状の屈曲の度合いに対応した外周長さの比率を示している。これはすなわち本発明の請求項3で説明した、
0.5L(S・d −1+d−1
の式で表される値に該当する。ここで凹凸状の屈曲の1周期距離はおよそ10〜20μm程度とした。

Figure 0004593980
First, when a concavo-convex bend is provided on the locus line of the photoelectric conversion device of the present invention as shown in FIG. 1B, that is, the outline 2 b of the finger electrode 2 and the contact portion 2 a of the semiconductor region 3. The experiment was conducted. The experimental results are shown in Table 1. Here, the uneven bending is such that the area ratio in the light incident surface of the collector electrode is substantially the same regardless of the shape conditions. Also, Table 1 shows uneven bending when the outer peripheral length 2b of the contact portion 2a of the finger electrode 2 is not an uneven bending (that is, when the outer peripheral length is normalized to 1). The ratio of the outer peripheral length corresponding to the degree of is shown. That is, as explained in claim 3 of the present invention,
0.5L 1 (S 1 · d 1 −1 + d 1 ) −1
Corresponds to the value represented by the formula. Here, the one-cycle distance of the concavo-convex bend is set to about 10 to 20 μm.
Figure 0004593980

表1より、本発明によって特性向上がなされていることが明らかである。すなわちフィンガー電極2のコンタクト部2aの外郭線2bに凹凸状の屈曲を設けたことにより、実質的なコンタクト面積が増大した結果、コンタクト抵抗成分が低減されて特性が向上したと考えられる。   From Table 1, it is clear that the characteristics are improved by the present invention. That is, it is considered that the contact resistance component is reduced and the characteristics are improved as a result of the substantial contact area being increased by providing an uneven bend in the outline 2b of the contact portion 2a of the finger electrode 2.

次に、図4に示すフィンガー形状の効果を把握するための実験を行った。表2には、上述の表1の規格化外周長さが1.4の場合について、図4に示すようにフィンガー電極2の電流が流れる方向と同方向の中心線を挟んで対称位置にある凹凸状の屈曲のエッジ形状の位相を半周期ずらして、非対称としたときの実験結果を示す。

Figure 0004593980
Next, an experiment for grasping the effect of the finger shape shown in FIG. 4 was performed. In Table 2, when the normalized outer peripheral length of the above-mentioned Table 1 is 1.4, as shown in FIG. 4, the finger electrode 2 is in a symmetrical position with the center line in the same direction as the current flowing direction. The experimental results when the phase of the edge shape of the concavo-convex bending is made asymmetric by shifting by half a cycle are shown.
Figure 0004593980

表2より、凹凸状の屈曲の位相差を半周期ずらしたことによる特性向上効果が明らかである。すなわち、凹凸状の屈曲の位相差を半周期ずらして、非対称としたことによりフィンガー電極2の括れた部分が解消されてフィンガー電極2の線抵抗が有効に低減され、特性向上が図れたものと考えられる。   From Table 2, it is clear that the characteristic improvement effect is obtained by shifting the phase difference of the concave and convex shapes by a half cycle. That is, the phase difference of the concave and convex bends is shifted by a half cycle to make it asymmetric, so that the constricted portion of the finger electrode 2 is eliminated, the line resistance of the finger electrode 2 is effectively reduced, and the characteristics are improved. Conceivable.

次に、図9に示すバスバー電極の形状の効果を把握するための実験を行った。   Next, an experiment was conducted to grasp the effect of the shape of the bus bar electrode shown in FIG.

基板としては、キャスト法で製造された150mm×150mmサイズの平板状のp型多結晶シリコン基板を用い、図2(a)に示した構成で太陽電池素子を形成した。   As a substrate, a flat p-type polycrystalline silicon substrate having a size of 150 mm × 150 mm manufactured by a casting method was used, and a solar cell element was formed with the configuration shown in FIG.

本発明にかかる表集電極は、銀を主成分としたペーストを用いて印刷焼成した。表集電極の基本パターンとしては、バスバー電極の本数は三本とし、以下に示す寸法とした。   The collector electrode according to the present invention was printed and fired using a paste mainly composed of silver. As a basic pattern of the surface electrode, the number of bus bar electrodes was three, and the dimensions shown below were used.

基板縦中心線に1本、それに対して線対称に2本の計3本配置されたバスバー電極1の長さを148.8mm、バスバー電極1の幅を1.3mm、二つのバスバー電極1の中心線間距離を50mm、バスバー電極1に対して垂直(基板横方向)に配置され基板縦中心線に対して線対称に配置されたフィンガー電極2の基板一端から他端までの長さ(途中で横切るバスバー電極1の幅を含むとしたとき)を149mm、フィンガー電極2の幅を80μm、隣接するフィンガー電極2の中心線間の平均距離を2.4mmとした。   The length of the bus bar electrode 1 is 148.8 mm, the width of the bus bar electrode 1 is 1.3 mm, and the width of the two bus bar electrodes 1 is one in the longitudinal center line of the substrate and two in line symmetry. The distance from one end of the substrate to the other end of the finger electrode 2 which is 50 mm in the distance between the center lines and is arranged perpendicularly to the bus bar electrode 1 (in the horizontal direction of the substrate) and symmetrical with respect to the vertical center line of the substrate. 149 mm, the width of the finger electrode 2 is 80 μm, and the average distance between the center lines of the adjacent finger electrodes 2 is 2.4 mm.

またコンタクト部1aを鉛直方向から平面視したときの外郭線1bの長さと、面積Sについては、太陽電池素子を鉛直方向から撮影して、表面画像をデジタル化した後、電極とそれ以外の部分とが分離されるような閾値によって二値化することによって、電極の箇所とそれ以外の箇所とを分離し、面積Sと外郭線1bの長さを求めた。 Also the length of the outline 1b in a plan view of the contact portion 1a from the vertical direction, for the area S 2, by photographing the solar cell element from the vertical direction, after the surface image was digitized electrode and the other by portion and is binarized by the threshold, as separated, it separates the location and the other locations of the electrodes to determine the length of the area S 2 and the outer line 1b.

なお、上述の面積Sと外郭線1bの長さを求めるに当たっては、各測定値はいずれも棄却検定として有意水準0.05でt検定を行い、妥当性を確認済である。 Incidentally, when the seek length of the aforementioned area S 2 and the outer line 1b, the measurements are both performed t-test with significance level 0.05 as rejection test is confirmed the validity.

この太陽電池素子について各種特性を測定した結果を表3に示す。なお、太陽電池の特性として、JIS C 8913(1998)で規定される短絡電流値(Isc)と曲線因子(FF)については、この規格に基づいて測定を行った。   Table 3 shows the results obtained by measuring various characteristics of this solar cell element. In addition, about the short circuit current value (Isc) and fill factor (FF) prescribed | regulated by JISC8913 (1998) as a characteristic of a solar cell, it measured based on this specification.

なお、図10(a)、(b)に示す横長、縦長の形状を有する多結晶シリコン基板(面積は上記の150mm角と同じとして)についても、同様の実験を行った。なお、バスバー電極1については、横長形状の場合は三本、四本の2種類とし、縦長形状の場合は、二本、三本の二種類とした。

Figure 0004593980
A similar experiment was performed on a polycrystalline silicon substrate (the area is the same as the above-mentioned 150 mm square) shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). In addition, about the bus-bar electrode 1, it was two types, three and four, in the case of a horizontally long shape, and two types, two and three, in the case of a vertically long shape.
Figure 0004593980

表3より、本発明の(2)式、(3)式の条件を満たす、試料No.2〜6、試料No.9,10は特性向上効果が明らかであった。   From Table 3, sample No. which satisfies the conditions of the formulas (2) and (3) of the present invention. 2-6, Sample No. Nos. 9 and 10 clearly showed the effect of improving the characteristics.

(a)は、本発明にかかる光電変換装置の一例である太陽電池素子の光入射面側(表面側)の電極形状の一例を示す図であり、(b)は(a)のA部において図2(a)のB−B方向の断面で切ったときの部分拡大図である。(A) is a figure which shows an example of the electrode shape by the side of the light-incidence surface (surface side) of the solar cell element which is an example of the photoelectric conversion apparatus concerning this invention, (b) is in A part of (a). It is the elements on larger scale when cut in the cross section of the BB direction of Fig.2 (a). (a)は本発明にかかる光電変換装置の一例である太陽電池素子の断面構造を示す図であり、(b)は非光入射面側(裏面側)の電極形状の一例を示す図である。(A) is a figure which shows the cross-section of the solar cell element which is an example of the photoelectric conversion apparatus concerning this invention, (b) is a figure which shows an example of the electrode shape of the non-light-incident surface side (back surface side). . (a)、(b)は、本発明にかかるコンタクト部の実施形態の例を示す図であり、図1(a)のA部において図2(a)のB−B方向の断面で切ったときの部分拡大図である。(A), (b) is a figure which shows the example of embodiment of the contact part concerning this invention, and cut | disconnected by the BB direction cross section of Fig.2 (a) in the A section of Fig.1 (a). FIG. (a)、(b)、(c)は、本発明にかかるコンタクト部の実施形態の例を示す図であり、図1(a)のA部において図2(a)のB−B方向の断面で切ったときの部分拡大図である。(A), (b), (c) is a figure which shows the example of embodiment of the contact part concerning this invention, and is a BB direction of FIG. 2 (a) in the A section of FIG. 1 (a). It is the elements on larger scale when cut in a cross section. 本発明にかかるフィンガー電極の寸法構成において好ましい態様を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a preferable aspect in the dimension structure of the finger electrode concerning this invention. 一般的なフィンガー電極(特にそのエッジ部分)における電流経路を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the electric current path | route in a common finger electrode (especially the edge part). バルク型シリコン太陽電池の一般的な構成を示し、(a)は断面構造図であり、(b)は光入射面(表面)側からの表集電極の上視図であり、(c)は(b)のC部の部分拡大図である。The general structure of a bulk type silicon solar cell is shown, (a) is a cross-sectional structure diagram, (b) is a top view of the collector electrode from the light incident surface (surface) side, and (c) is It is the elements on larger scale of the C section of (b). 本発明の太陽電池モジュールの断面構造を示す図である。It is a figure which shows the cross-section of the solar cell module of this invention. (a)、(b)は、本発明にかかるバスバー電極の寸法構成において好ましい態様を説明するための図であり、(b)は(a)のD部の部分拡大図である。(A), (b) is a figure for demonstrating a preferable aspect in the dimension structure of the bus-bar electrode concerning this invention, (b) is the elements on larger scale of the D section of (a). (a)、(b)は、不規則な形状の太陽電池素子における、本発明にかかるバスバー電極を示す図である。(A), (b) is a figure which shows the bus-bar electrode concerning this invention in the solar cell element of an irregular shape.

符号の説明Explanation of symbols

1:表集電極であるバスバー電極
1a:コンタクト部
1b:外郭線
2:表集電極であるフィンガー電極
2a:コンタクト部
2b:外郭線
3:半導体領域
4:逆導電型領域
5:p型バルク領域
6:反射防止膜
7:p型領域
8:裏面集電極
9:裏面出力電極
10:太陽電池素子
1: Bus bar electrode as a collection electrode 1a: Contact portion 1b: Outline line 2: Finger electrode as a collection electrode 2a: Contact portion 2b: Outline line 3: Semiconductor region 4: Reverse conductivity type region 5: p-type bulk region 6: Antireflection film 7: p + type region 8: Back collector electrode 9: Back output electrode 10: Solar cell element

Claims (4)

光入射面を有する半導体領域と、
前記光入射面への光照射によって前記半導体領域で生じた光生成キャリアを電流として集める前記光入射面に配設された略線状の表集電極と、
前記表集電極と前記半導体領域とが接触したコンタクト部と、を備え、
前記表集電極は、フィンガー電極と、該フィンガー電極の少なくとも一端部が接続されるとともにこのフィンガー電極よりも線幅を太くした、出力取出用のバスバー電極と、を含み、
前記フィンガー電極を流れる電流方向は、前記コンタクト部の外郭線の中心線と同方向であって、
前記外郭線の接線方向と前記電流方向とが一致しない領域を一部に含み、
該領域における前記外郭線は凹凸状の屈曲を有し、該凹凸状の屈曲は、前記中心線を挟んで非対称である光電変換装置。
A semiconductor region having a light incident surface;
A substantially linear surface collection electrode disposed on the light incident surface for collecting, as an electric current, photogenerated carriers generated in the semiconductor region by light irradiation on the light incident surface;
A contact portion where the surface collection electrode and the semiconductor region are in contact,
The surface electrode includes a finger electrode and a bus bar electrode for output extraction, to which at least one end of the finger electrode is connected and the line width is wider than the finger electrode,
The direction of the current flowing through the finger electrode is the same direction as the center line of the outline of the contact part,
Including a region where the tangential direction of the outline and the current direction do not match,
Wherein in the region contour has a concave convex bending, concave convex bending, a photoelectric conversion device which is asymmetric across the center line.
前記コンタクト部は、前記表集電極の前記フィンガー電極と前記半導体領域とが接触して構成され、
このコンタクト部の外郭線によって囲まれた面積をS、前記コンタクト部の前記外郭線を前記フィンガー電極を流れる電流方向に略垂直な複数の切断面で切断して形成されるそれぞれの切断面内における2つの交点間距離の平均値をd、および前記コンタクト部の前記外郭線の全長をLとしたときに、これらが次式の関係を有するフィンガー電極を少なくとも一つ有する請求項1に記載の光電変換装置。
・ 5L(S・d −1+d−1>1.2・・・(1)
The contact portion is configured such that the finger electrode of the collector electrode and the semiconductor region are in contact with each other,
The area surrounded by the outline of the contact portion is S 1 , and the outline of the contact portion is cut by a plurality of cut planes substantially perpendicular to the direction of current flowing through the finger electrodes. 2 having at least one finger electrode having a relationship of the following formula, where d 1 is an average value of distances between two intersections in L, and L 1 is an overall length of the outline of the contact portion: The photoelectric conversion device described.
5L 1 (S 1 · d 1 −1 + d 1 ) −1 > 1.2 (1)
請求項1または請求項2に記載の光電変換装置を用いた太陽電池素子。 The solar cell element using the photoelectric conversion apparatus of Claim 1 or Claim 2 . 所定間隔で配列されるとともに互いに電気的に接続された、複数枚の板状の太陽電池素子を有する太陽電池モジュールであって、前記複数枚の太陽電池素子は、請求項3に記載の太陽電池素子を含む太陽電池モジュール。 4. A solar cell module having a plurality of plate-like solar cell elements arranged at predetermined intervals and electrically connected to each other, wherein the plurality of solar cell elements are solar cells according to claim 3. A solar cell module including an element.
JP2004173178A 2004-03-29 2004-06-10 Photoelectric conversion device, solar cell element using the same, and solar cell module Active JP4593980B2 (en)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004173178A JP4593980B2 (en) 2004-03-29 2004-06-10 Photoelectric conversion device, solar cell element using the same, and solar cell module
PCT/JP2005/006548 WO2005093855A1 (en) 2004-03-29 2005-03-29 Solar cell module and photovoltaic power generator using this
US10/599,539 US20070295381A1 (en) 2004-03-29 2005-03-29 Solar Cell Module and Photovoltaic Power Generator Using This
US13/273,056 US8975506B2 (en) 2004-03-29 2011-10-13 Solar cell module and photovoltaic power generator using the same
US14/229,570 US20140209152A1 (en) 2004-03-29 2014-03-28 Solar Cell Module and Photovoltaic Power Generator Using This
US15/097,193 US20160225920A1 (en) 2004-03-29 2016-04-12 Solar cell module and photovoltaic power generator using this

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004096809 2004-03-29
JP2004173178A JP4593980B2 (en) 2004-03-29 2004-06-10 Photoelectric conversion device, solar cell element using the same, and solar cell module

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005317886A JP2005317886A (en) 2005-11-10
JP4593980B2 true JP4593980B2 (en) 2010-12-08

Family

ID=35444962

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004173178A Active JP4593980B2 (en) 2004-03-29 2004-06-10 Photoelectric conversion device, solar cell element using the same, and solar cell module

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4593980B2 (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4818095B2 (en) * 2006-12-22 2011-11-16 三洋電機株式会社 Solar cell
JP5228329B2 (en) 2007-02-07 2013-07-03 日本電気株式会社 Thin acoustic component mounting structure, portable acoustic device, mobile phone, thin acoustic component mounting method
KR100977330B1 (en) * 2007-03-29 2010-08-20 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드 Method for producing an anti-reflection or passivation layer for solar cells
US8404970B2 (en) * 2009-05-01 2013-03-26 Silicor Materials Inc. Bifacial solar cells with back surface doping
JP5408022B2 (en) * 2010-04-21 2014-02-05 信越化学工業株式会社 Solar cell and manufacturing method thereof
JP6050661B2 (en) 2012-11-21 2016-12-21 長州産業株式会社 Photovoltaic generator manufacturing method
JP5485434B1 (en) * 2013-02-28 2014-05-07 海彬 郭 Solar cells
EP3118901B1 (en) 2015-07-15 2019-10-16 LG Electronics Inc. Solar cell and solar cell module
JP6395941B2 (en) * 2015-08-07 2018-09-26 三菱電機株式会社 Solar cell and method for manufacturing solar cell

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000188414A (en) * 1998-12-24 2000-07-04 Sanyo Electric Co Ltd Solar battery element and its manufacture
JP2002530894A (en) * 1998-11-23 2002-09-17 スティックティング・エネルギーオンデルズーク・セントルム・ネーデルランド Method for producing metallization patterns on photovoltaic cells
JP2004119687A (en) * 2002-09-26 2004-04-15 Kyocera Corp Solar battery element and module thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0543489Y2 (en) * 1987-07-28 1993-11-02
JP2792640B2 (en) * 1992-10-30 1998-09-03 京セラ株式会社 Solar cell element
JPH09293889A (en) * 1996-04-25 1997-11-11 Kyocera Corp Solar battery element

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002530894A (en) * 1998-11-23 2002-09-17 スティックティング・エネルギーオンデルズーク・セントルム・ネーデルランド Method for producing metallization patterns on photovoltaic cells
JP2000188414A (en) * 1998-12-24 2000-07-04 Sanyo Electric Co Ltd Solar battery element and its manufacture
JP2004119687A (en) * 2002-09-26 2004-04-15 Kyocera Corp Solar battery element and module thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005317886A (en) 2005-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8975506B2 (en) Solar cell module and photovoltaic power generator using the same
CN204928739U (en) Two -sided solar panel and two -sided solar cell
JP5328363B2 (en) Method for manufacturing solar cell element and solar cell element
JP5934328B2 (en) Solar cell
CN107710419B (en) Solar cell and solar cell module
JP4578123B2 (en) Solar cell module
KR101579320B1 (en) Solar cell
US10522705B2 (en) Solar cell and solar cell module
JP6495649B2 (en) Solar cell element and solar cell module
KR101733055B1 (en) Solar cell module
KR101729745B1 (en) Solar cell and manufacturing method thereof
WO2015118935A1 (en) Photoelectric conversion element and solar cell module provided with same
JP4593980B2 (en) Photoelectric conversion device, solar cell element using the same, and solar cell module
JP2016122749A (en) Solar battery element and solar battery module
JP5554409B2 (en) Photoelectric conversion device
US20190131475A1 (en) Photovoltaic cell, photovoltaic cell array, solar cell, and method for preparing photovoltaic cell
ES2911897T3 (en) Solar cell element and solar cell module
EP2820683A1 (en) Bifacial crystalline silicon solar panel with reflector
JP4953562B2 (en) Solar cell module
JP2013030665A (en) Photoelectric conversion device module, manufacturing method of the same, and photoelectric conversion device
JP2005353836A (en) Solar cell element and solar cell module using the same
JP5501549B2 (en) Photoelectric conversion element and photoelectric conversion module composed thereof
CN210272382U (en) Battery piece and battery pack
TWI492400B (en) Solar cell, method for manufacturing the same and solar cell module
CN102544124A (en) Solar cell and manufacturing method for same

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070516

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20091208

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100208

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20100518

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20100713

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20100819

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20100916

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130924

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4593980

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150