JP4658380B2

JP4658380B2 - 太陽電池素子およびそれを用いた太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP4658380B2
Application number: JP2001161511A
Authority: JP
Inventors: 修一藤井; 宏明高橋
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2001-05-29
Filing date: 2001-05-29
Publication date: 2011-03-23
Anticipated expiration: 2021-05-29
Also published as: JP2002353478A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体基板の表裏面に出力取出用バスバー部が設けられた太陽電池素子とそれを用いた太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術と発明が解決しようとする課題】
太陽電池素子の一般的な構造を図４に示す。図４（ａ）は断面図、図４（ｂ）は裏側から見た図である。図４（ａ）（ｂ）において、１１は一導電型（例えばＰ型）を示す半導体基板、１１ａは半導体基板１１の表面部分にリン原子が高濃度に拡散され他の導電型を呈する領域、１２は一主面側の反射防止膜、１３は半導体接合部である。この反射防止膜１２は電極に相当する部分がエッチングされもしくはその上から電極が形成される。１４は裏面から出力を取り出すための銀電極、１５は裏面アルミニウム電極であり、これがシリコン基板１１に焼き付けられた際には裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐ裏面電界層としての効果があることも知られている。裏面では銀を主成分とする電極１４とアルミニウムを主成分とする電極１５が形成されるが、両者は電気的伝導を保つために、互いの一部分が重なり合うことが必要になる。１６は隣接する太陽電池同志を接続する配線部材がハンダ付けされる表面電極の出力取出用バスバー部であり、この出力取出用バスバー部１６と垂直に集電用フィンガー電極１７が多数設けられている。表面電極１６、１７及び裏面電極１４、１５の配置は、両者が半導体基板１１を挟んで重なる位置に配置するようにする。
【０００３】
このような太陽電池素子の出力取出用バスバー部１４、１６には出力取出用銅箔等（不図示）を半田付けするためにあらかじめ半田被覆されている。この半田被覆は、ディップ法、噴流式等が採用される。ところで銀を主成分とする裏面電極の出力取出用バスバー部１４とアルミニウムを主成分とする裏面電極の集電部１５は、両者が重なり合う部分では基板材料のシリコン、出力取出用バスバー部材料の銀、集電部用材料のアルミニウムという熱膨張率の異なるものが集まるために、焼成した後に応力の集中が起こり、太陽電池素子にクラックが発生したり、割れたりするという問題があった。銀から成る出力取出用バスバー部１４とアルミニウムから成る集電部１５とが重なり合う部分で割れなどが発生した場合には、この部分の出力は取り出すことができず、出力の損失を引き起こすという問題があった。
【０００４】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、裏面電極の出力取出用バスバー部と集電部の重なり部分で割れが発生しても出力損失を最小限に抑えることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の太陽電池素子は、表面と裏面とを有する半導体基板と、前記半導体基板の表面と裏面のそれぞれの複数個所に配置された出力取出用バスバー部と、を有し、前記表面に配置された出力取出用バスバー部は、前記裏面に配置された隣り合う出力取出用バスバー部の間に位置していることを特徴とする。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を添付図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の太陽電池素子の構造を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は太陽電池素子を裏面側から見た図である。図１（ａ）（ｂ）において、１は一導電型（例えばＰ型）を示す半導体基板、１ａは半導体基板１の表面部分にリン原子が高濃度に拡散され他の導電型を呈する領域、２は一主面側の反射防止膜、３は半導体接合部である。この反射防止膜２は電極に相当する部分がエッチングされもしくはその上から電極が形成される。４は裏面電極の出力取出用バスバー部であり、裏面から出力を取り出すための銀電極、５は裏面電極の集電部であって、裏面アルミニウム電極であり、一般にこれがシリコン１に焼き付けられた際には裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐ裏面電界層としての効果があることも知られている。裏面では銀を主成分とする電極４とアルミニウムを主成分とする電極５が形成されるが、両者は電気的伝導を保つために、互いの一部分が重なり合うことが必要になる。６は隣接する太陽電池同志を接続する配線部材がハンダ付けされる表面電極の出力取出用バスバー部、図示されていないが反射防止膜２の表面に沿ってバスバー部６と垂直にフィンガー電極７が設置されている。表面電極６、７及び裏面電極４、５の配置は、両者が半導体基板１を挟んで重なる位置に配置するようにする。
【０００７】
図１（ｂ）に示すように、出力取出用の裏面銀電極の配置パターンを半導体基板１の裏面側の中央に一本４ｂと半導体基板の対向する両端に一本ずつ４ａ、４ｃを配置する。アルミニウムの配置パターン５は裏面銀電極４ｂの両端と裏面銀電極４ａ、４ｃの内側だけで重なればよい。
【０００８】
この結果、セル割れが発生する可能性があるのは中央の銀電極４ｂの両端とセル両端に配置した銀電極４ａ、４ｃの内側であるが、同時に２箇所以上で割れが発生しなければ、何れの位置で割れが発生しても出力を取り出すことが可能となり、出力の損失を最低限に抑える効果がある。
【０００９】
つまり、図２に示すように、セルの割れが発生しやすい個所は図の▲１▼〜▲４▼線で示した箇所である。
【００１０】
リード線(出力取り出し用の銅箔)は表電極６(2本)と裏面電極４(3本)の合計5本であるが、セルの割れが同時に２箇所以上割れるというのは、▲１▼と▲２▼、▲３▼、▲４▼のいずれかが割れるとか、▲２▼と▲３▼、▲４▼のいずれかが割れるということである。▲１▼が割れたとき出力は中央の銀電極４ｂと他方端部の銀電極４ｃにより取り出すことができる。また、▲２▼が割れたときには裏面銀電極４ｂは裏面銀電極４ｃ側のセルと裏面銀電極４a側のセルの２つに分かれているが、一方は裏面銀電極４aのみでもう一方は裏面銀電極４ｂと裏面銀電極４ｃで出力を取り出すことができる。
【００１１】
▲３▼がわれたときは▲２▼が割れたときと同じである。▲４▼が割れたときには▲１▼が割れたときと同じである。
【００１２】
裏面の電極が２本の場合、例えば４ｃがないときは、▲３▼で割れが発生すると、▲３▼−▲４▼にかけての出力を取り出すことができなくなる。これは裏面電極が２本の場合には、電極の配置をどのようにしても必ず起こる。
【００１３】
なお、図１では裏面電極の各々の出力取出部を連続した一本のパターンで示したが、必ずしも連続でなくてもよく、直線状に並んだドットパターンなどでもよい。
【００１４】
次に、図３に基づいて、本発明の太陽電池素子の製造方法を説明する。
【００１５】
まず、半導体基板１を用意する（図３（ａ）参照）。この半導体基板１は、単結晶又は多結晶シリコンなどから成る。この半導体基板１は、ボロン（Ｂ）などの一導電型半導体不純物を１×１０¹⁶〜１０¹⁸ａｔｏｍｓ／ｃｍ³程度含有し、比抵抗１．５Ωｃｍ程度の基板である。単結晶シリコンの場合は引き上げ法などによって形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法などによって形成される。多結晶シリコンは、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりも有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１０ｃｍ×１０ｃｍまたは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断してシリコン基板１とする。次に、この基板１の切断面を清浄化するために表面をフッ酸やフッ硝酸などでごく微量エッチングする。
【００１６】
次に、半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）などの中で加熱することによって、半導体基板１の表面部分にリン原子を拡散させてシート抵抗が３０〜３００Ω／□の他の導電型を呈する領域１ａを形成し、半導体接合部３を形成する（図３（ｂ）参照）。
【００１７】
次に、半導体基板１の一主面側の他の導電型を呈する領域１ａのみを残して他の部分を除去した後に、純水で洗浄する（図３（ｃ）参照）。この半導体基板１の一主面側以外の他の導電型を呈する領域１ａの除去は、半導体基板１の一主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なう。
【００１８】
次に、半導体基板１の一主面側に反射防止膜２を形成する（図３（ｄ）参照）。この反射防止膜２は例えば窒化シリコン膜などから成り、例えばシラン（ＳｉＨ₄）とアンモニア（ＮＨ₃）との混合ガスをグロー放電分解でプラズマ化させて堆積させるプラズマＣＶＤ法などで形成される。この反射防止膜２は、半導体基板１との屈折率差などを考慮して、屈折率が１．８〜２．３程度になるように形成され、厚み５００〜１０００Å程度の厚みに形成される。この窒化シリコン膜は形成する際に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の電気特性を向上させる効果がある。
【００１９】
次に、出力取出用バスバー部４を形成するための銀電極材料を塗布して乾燥した後（図３（ｅ）参照）、裏面アルミニウム電極５を上記裏面銀電極材料の一部を覆わないように塗布して乾燥させる（図３（ｆ）参照）。なお、この裏面電極の銀材料とアルミニウム材料を塗布する順番はこの逆でもよい。次に、表面電極材料６および７を塗布して乾燥する（図３（ｇ）参照）。
【００２０】
この電極材料５はアルミニウム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ものを、電極材料４、６は、銀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ものをスクリーン印刷法で印刷する。これら電極材料４、５、６は乾燥後に同時に６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられる。
【００２１】
上述のような太陽電池を複数用意し、特定の太陽電池の表面電極と隣接する太陽電池の裏面電極を順次接続して、表面側にガラスなどの透光部材を配設するとともに、裏面側にポリエチレンのシートやアルミ箔などを配設して全体をエチレンビニルアセテートなどの透光性樹脂で接着して太陽電池モジュールを形成する。裏面電極の裏面アルミニウム５と銀４の重なり部分で割れが発生しても出力損失を最小限に抑える太陽電池を用いて、太陽電池モジュールを作成する。
【００２２】
【実施例】
次に本発明の実施例を示す。半導体基板として１５ｃｍ角で厚さ０．３ｍｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍのＰ型シリコン基板を準備した。そして熱拡散法でオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃）を拡散源として、深さ０．５μｍのＮ型拡散層を形成した。
【００２３】
次に表面にプラズマＣＶＤ法で窒化シリコンの反射防止膜を８００Åの厚さで形成し、不要部のＮ型拡散層を除去した。
【００２４】
裏面電極として出力取り出し用の銀を従来のパターン（２本）と本発明に係るパターン（３本）で塗布し、その後それぞれのパターンに応じたアルミニウムのパターンを印刷して表面にも銀ペーストをスクリーン印刷して７５０度１５分で焼き付けた後、上記集電極表面を半田被覆して太陽電池を製造した。セル割れが発生した場合（１個所）の出力損失の比較を行った。その結果を表１に示した。
【００２５】
【表１】

【００２６】
表１に示した通り、セル割れが発生した際の出力損失は、従来パターンでは７３．８％であったが、本発明によれば９４．５％に抑えることができた。
【００２７】
以上のように、本発明の太陽電池素子によれば、セル割れが発生する可能性があるのは中央の銀電極の両端とセル両端に配置した銀電極の内側であるが、同時に２箇所以上での割れが発生しなければ、何れの位置で割れが発生しても出力を取り出すことが可能となり、出力の損失を最低限に抑える効果がある。
【００２８】
また、本発明の太陽電池モジュールによれば、出力損失を極力低減した太陽電池モジュールとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池素子を示す図である。
【図２】本発明に係る太陽電池素子のセル割れと出力損失との関係を示す図である。
【図３】本発明に係る太陽電池素子の製造方法を示す図である。
【図４】従来の太陽電池素子を示す断面図である。
【符号の説明】
１：半導体基板、１ａ：他の導電型を呈する領域、２：反射防止膜、３：半導体接合部、４：裏面電極の出力取出用バスバー部、５：裏面電極の集電部、６：表面電極の出力取出用バスバー部、７：表面電極の集電用フィンガー部

Claims

表面と裏面とを有する半導体基板と、
前記半導体基板の表面と裏面のそれぞれの複数個所に配置された出力取出用バスバー部と、を有し、
前記表面に配置された出力取出用バスバー部は、前記裏面に配置された隣り合う出力取出用バスバー部の間に位置していることを特徴とする太陽電池素子。
前記半導体基板の表面と裏面のそれぞれの複数個所に配置された前記出力取出用バスバー部は帯状であり、前記裏面に配置された前記出力取出用バスバー部は３本であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
前記裏面には集電部が形成されており、前記集電部は前記裏面に配置された前記出力取出用バスバー部に重なっていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池素子。
前記集電部はアルミニウムからなり、前記裏面に配置された前記出力取出用バスバー部は銀からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池素子。
請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池素子の複数を接続線で接続して、前記太陽電池素子の表面側に透光性部材を、前記太陽電池素子の裏面側に裏面部材をそれぞれ配設して一体化したことを特徴とする太陽電池モジュール。