JP4902472B2

JP4902472B2 - 太陽電池及び太陽電池モジュール

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Publication number: JP4902472B2
Application number: JP2007241651A
Authority: JP
Inventors: 大輔井手
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2007-09-18
Filing date: 2007-09-18
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-09-18
Also published as: JP2009076512A

Description

本発明は、受光面の反対側に設けられた裏面にｐ側、ｎ側の両電極の取出構造を有する太陽電池、及びこの太陽電池を用いて製造される太陽電池モジュールに関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。

一般的に、太陽電池１枚当りの出力は数Ｗ程度である。従って、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、複数の太陽電池を接続することにより出力を高めた太陽電池モジュールが用いられる。配列方向に従って配列された太陽電池どうしは、配線材によって互いに電気的に接続される。

近年、太陽電池どうしの接続を容易にするために、ｐ側電極及びｎ側電極の両方を太陽電池の裏面側に設ける手法が提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。このような太陽電池は、半導体基板の主面に垂直な方向に延びる貫通孔（スルーホール）を有する。太陽電池の受光面側の電極で収集された光生成キャリアは、貫通孔に挿通された導電体により太陽電池の裏面側に導かれる。
特開昭６４−８２５７０号公報特開平４−２２３３７８号公報

また、通常の結晶系太陽電池に比べ高い光電変換効率を有する太陽電池として、ＨＩＴ（Heterojunction with Intrinsic Thin layer）構造の太陽電池が知られている。ＨＩＴ太陽電池では、ｎ型の結晶系シリコン基板の受光面上にｐ型の非晶質シリコン系薄膜を有するとともに、裏面上にｎ型の非晶質シリコン系薄膜を有する。ｎ型の結晶系シリコン基板とｐ型の非晶質シリコン系薄膜とによって構成されるｐｎ接合界面、及びｎ型の結晶系シリコン基板とｎ型の非晶質シリコン系薄膜とによって構成されるＢＳＦ接合界面には、実質的に真性の非晶質シリコン薄膜が介挿される。これにより、それぞれの接合界面における特性を向上させることができるため、高い光電変換効率が得られる。

このようなＨＩＴ太陽電池の構造を、上述の特許文献１、２に記載された太陽電池の構造に適用する場合、以下のような問題があった。

特許文献１、２に記載の太陽電池では、半導体基板に貫通孔を形成した後に、半導体基板の表面及び貫通孔の内壁面に熱拡散法を用いてｐｎ接合が形成される。そして、半導体基板の裏面上及び貫通孔の内壁面上の所定領域に絶縁膜を形成した後に、半導体基板の表面上及び貫通孔の内部に電極を形成する。

一方、ＨＩＴ太陽電池では、ｐ型の非晶質シリコン系薄膜上及びｎ型の非晶質シリコン系薄膜上に透明導電膜が形成される。従って、半導体基板に貫通孔を形成した後に、ｐ型の非晶質シリコン系薄膜と透明導電膜との積層膜、及びｎ型の非晶質シリコン系薄膜と透明導電膜との積層膜を形成すれば、それぞれの積層膜は貫通孔の内部にまで形成されてしまう。このため、それぞれの積層膜に含まれる透明導電膜を介して貫通孔の内部でリークや短絡が生じる。その結果、太陽電池の光電変換効率が低下してしまうという問題があった。

そこで、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、太陽電池の裏面上にｐ側、ｎ側の両電極の取出構造を有する太陽電池において、貫通孔内におけるリークや短絡の発生を抑制することにより向上した光電変換効率を得ることのできる太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明の一の特徴は、一の主面と、一の主面の反対に設けられた他の主面と、一の主面から他の主面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、一の主面上から貫通孔の内壁面上に跨って形成された第１導電型を有する第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成された第１の透明導電膜と、第１の透明導電膜上に形成された第１の集電電極と、他の主面上から貫通孔の内壁面上に跨って形成された第２導電型を有する第２の半導体層と、第２の半導体層上に形成された第２の透明導電膜と、第２の透明導電膜上に形成された第２の集電電極と、貫通孔に挿通され、第１の集電電極と電気的に接続された導電体と、他の主面上に形成され、導電体と電気的に接続された第１の配線用電極とを備え、第１の配線用電極は、第２の透明導電膜及び第２の集電電極と電気的に絶縁され、貫通孔は、一の主面に設けられた第１の開口と、他の主面に設けられた第２の開口とを有しており、一の主面と平行な投影面上において、第１の開口内には、第１の透明導電膜が形成され、第２の開口内には、第２の透明導電膜が形成され、第１の開口と第２の開口とは、互いに重ならず、第１の透明導電膜と第２の透明導電膜とは電気的に絶縁されていることを要旨とする。

本発明の一の特徴によれば、第１の開口と第２の開口とは、一の主面と平行な投影面上において、互いに重ならない位置にある。ここで、第１の透明導電膜及び第２の透明導電膜は、例えば、物理気相成長法により第１の半導体層上及び第２の半導体層上にそれぞれ形成される。第１の透明導電膜を一の主面側から形成すると、第１の透明導電膜は、第１の半導体層の表面上と、一の主面の法線方向からみえる貫通孔の内壁面上とに形成される。同様に、第２の透明導電膜を他の主面側から形成すると、第２の透明導電膜は、第２の半導体層の表面上と、他の主面の法線方向からみえる貫通孔の内壁面上とに形成される。

換言すれば、第１の開口と前記第２の開口とが互いに重ならないため、一の主面と平行な投影面上において、第１の開口内には第１の透明導電膜が形成され、第２の開口内には第２の透明導電膜が形成され、第１の透明導電膜と第２の透明導電膜とは電気的に絶縁されている。そのため、貫通孔の内壁面上には、第１の透明導電膜と第２の透明導電膜とが形成されない領域ができる。その結果、貫通孔及びその周辺部をマスクすることなく透明導電膜を形成できる。

また、上述した目的を達成するために、本発明の一の特徴は、受光面側保護材と、裏面側保護材と、受光面側保護材と裏面側保護材との間において配列方向に沿って配列された複数の太陽電池と、複数の太陽電池を互いに電気的に接続する配線材とを備える太陽電池モジュールであって、太陽電池は、一の主面と、一の主面の反対に設けられた他の主面と、一の主面から他の主面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、一の主面上から貫通孔の内壁面上に跨って形成された第１導電型を有する第１の半導体層と、第１の半導体層上に形成された第１の透明導電膜と、第１の透明導電膜上に形成された第１の集電電極と、他の主面上から貫通孔の内壁面上に跨って形成された第２導電型を有する第２の半導体層と、第２の半導体層上に形成された第２の透明導電膜と、第２の透明導電膜上に形成された第２の集電電極と、貫通孔に挿通され、第１の集電電極と電気的に接続された導電体と、他の主面上に形成され、導電体と電気的に接続された第１の配線用電極と有し、第１の配線用電極は、第２の透明導電膜及び第２の集電電極と電気的に絶縁され、貫通孔は、一の主面に設けられた第１の開口と、他の主面に設けられた第２の開口とを有しており、一の主面と平行な投影面上において、第１の開口内には、第１の透明導電膜が形成され、第２の開口内には、第２の透明導電膜が形成され、第１の開口と第２の開口とは、互いに重ならず、第１の透明導電膜と第２の透明導電膜とは電気的に絶縁されており、配線材は、第１の配線用電極と電気的に接続されていることを要旨とする。

また、本発明の一の特徴は、上述した本発明の一の特徴において、配線材は、配列方向に沿って配設され、第１の開口と第２の開口とは、一の主面と平行な投影面上において、配列方向に沿って並んで設けられることが好ましい。

かかる特徴によれば、太陽電池どうしを配線材により電気的に接続するときに、太陽電池の受光面側から配線材を配設する位置を確認することができる。従って、配線材の配設工程において、太陽電池の裏面側を確認するという煩雑な作業を行う必要がないため、工程の簡略化が図られる。

本発明によれば、太陽電池の裏面上にｐ側、ｎ側の両電極の取出構造を有する太陽電池において、貫通孔内におけるリークや短絡の発生を抑制することにより向上した光電変換効率を得ることのできる太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することができる。

次に、図面を用いて、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

（太陽電池モジュールの概略構成）
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１００の概略構成について、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００の構成を示す側面図である。図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００は、太陽電池ストリング１と、受光面側保護材２と、裏面側保護材３と、封止材４とを備える。太陽電池モジュール１００は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間に、太陽電池ストリング１を封止することにより構成されている。

太陽電池ストリング１は、所定の配列方向に従って配列された複数の太陽電池１０が配線材１１によって互いに接続されている。太陽電池１０は、太陽光が入射する受光面（図面中の上面）と、受光面の反対側に設けられた裏面（図面中の下面）とを有する。受光面と裏面とは、太陽電池１０の主面である。太陽電池１０の受光面上及び裏面上には集電電極が形成されている。太陽電池１０の構成については後述する。

配線材１１は、一の太陽電池１０の裏面上に形成された集電電極に接続された、後述するバスバー電極と、一の太陽電池に隣接する他の太陽電池１０の裏面上に形成された集電電極に接続された後述するバスバー電極とに接合されている。これにより、一の太陽電池１０と他の太陽電池１０とが、電気的に接続されている。配線材１１としては、薄板状或いは縒り線状に成形された銅等の導電材を用いることができる。なお、配線材１１には、薄板状の銅等の表面に軟導電体（共晶半田など）がメッキされていてもよい。

受光面側保護材２は、封止材４の受光面側に配置され、太陽電池モジュール１００の表面を保護している。受光面側保護材２としては、透光性及び遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等を用いることができる。

裏面側保護材３は、封止材４の裏面側に配置され、太陽電池モジュール１００の背面を保護している。裏面側保護材３としては、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂フィルム、Ａｌ箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造を有する積層フィルム等を用いることができる。

封止材４は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間に太陽電池ストリング１を封止している。封止材４としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性の樹脂を用いることができる。

なお、以上のような構成を有する太陽電池モジュール１００の外周には、Ａｌフレーム（不図示）を取り付けることができる。

（太陽電池の構成）
次に、太陽電池１０の構成について、図２及び図３を参照しながら説明する。図２は、太陽電池１０を受光面側からみた平面図である。図３は、太陽電池１０を裏面からみた平面図である。

太陽電池１０は、図２に示すように、光電変換部２０、受光面側集電電極３０、裏面側集電電極３１、受光面用バスバー電極３４，３５、裏面用バスバー電極３６，３７を備えている。

光電変換部２０は、受光面（不図示）において太陽光を受けることにより光生成キャリアを生成する。光生成キャリアとは、太陽光が光電変換部２０に吸収されて生成される正孔と電子とをいう。光電変換部２０は、内部にｎ型領域とｐ型領域とを有し、ｎ型領域とｐ型領域との界面部分でｐｎ接合が形成されている。光電変換部２０は、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ等の結晶系半導体材料、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体材料等の半導体材料などにより構成される半導体基板を用いて形成することができる。

なお、光電変換部２０は、互いに異なる導電型を有する単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコン層を挟み込み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ結合界面の特性を改善した構造、いわゆるＨＩＴ（Heterojunction with Intrinsic Thin-layer）構造を有していてもよい。

受光面側集電電極３０は、光電変換部２０の受光面から光生成キャリアを集電する電極である。図２に示すように、受光面側集電電極３０は、配列方向に略直交する方向に沿ってライン状に形成されている。受光面側集電電極３０は、光電変換部２０の受光面略全域に亘って多数本形成されている。また、裏面側集電電極３１は、光電変換部２０の裏面から光生成キャリアを集電する電極である。図３に示すように、裏面側集電電極３１は、配列方向に略直交する方向に沿ってライン状に形成されている。裏面側集電電極３１は、光電変換部２０の裏面略全域にわたって多数本形成されている。図２，図３では、説明のために、３本の受光面側集電電極３０と裏面側集電電極３１が記載されているが、例えば、一辺が１００ｍｍ程度の略正方形の太陽電池１０であれば、受光面側集電電極３０が０．１ｍｍ程度の幅で６０本程度形成される。

受光面側集電電極３０及び裏面側集電電極３１は、樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成することができる。

太陽電池１０の裏面側は、受光面積の減少を考慮しなくてよいことから、受光面側集電電極３０よりも多くの裏面側集電電極３１を形成することができ、電気的な抵抗損失を低減することができる。光電変換部２０の裏面に形成される裏面側集電電極３１は、光電変換部２０の裏面全面を覆うように形成されていても良い。

太陽電池１０は、受光面側集電電極３０に電気的に接続される導電体３２を有する。導電体３２は、光電変換部２０の受光面から裏面まで貫通し、光電変換部２０の裏面上に導出されている。光電変換部２０の裏面は、受光面側と極性が異なる。そのため、導電体３２は、絶縁体によって光電変換部２０の裏面と絶縁されている。

光電変換部２０の裏面上には、受光面用バスバー電極３４，３５と、裏面用バスバー電極３６，３７とが形成されている。受光面用バスバー電極３４，３５は、導電体３２と電気的に接続されている。また、裏面用バスバー電極３６，３７は、裏面側集電電極３１と電気的に接続されている。図示しないが、受光面用バスバー電極３４，３５と、光電変換部２０の裏面とは、絶縁体により電気的に分離されている。

受光面用バスバー電極３４，３５は、多数本形成された受光面側集電電極３０から光生成キャリアを集電する電極である。図２に示すように、受光面用バスバー電極３４，３５は、配列方向に沿って延びる方向に形成されており、裏面にまで貫通した導電体３２と電気的に接続されている。

また、裏面用バスバー電極３６，３７は、多数本形成された裏面側集電電極３１から光生成キャリアを集電する電極である。図２に示すように、裏面用バスバー電極３６，３７は、裏面側集電電極３１と交差するように、配列方向に沿って延びる方向に形成されている。

受光面用バスバー電極３４，３５及び裏面用バスバー電極３６，３７は、樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成することができる。

ここで、受光面用バスバー電極３４，３５及び裏面用バスバー電極３６，３７、それぞれの本数は、光電変換部２０の大きさなどを考慮して、適宜設定することができる。本実施形態に係る太陽電池１０は、受光面用と裏面用のバスバー電極を２本ずつ、ともに裏面に備えている。

図１に示す配線材１１は、一の太陽電池１０の受光面用バスバー電極３４，３５と、隣接する他の太陽電池１０の裏面用バスバー電極３６，３７とを電気的に接続する。また、一の太陽電池１０の裏面用バスバー電極３６，３７と他の太陽電池の受光面用バスバー電極３４，３５とを電気的に接続する。

（光電変換部の構成）
次に、太陽電池１０の光電変換部２０の構成について説明する。図４（ａ）は、図２のＡ−Ａ断面の要部を拡大して示す図である。図４（ｂ）は、ｎ型単結晶シリコン基板２１に設けられるスルーホール２６における断面図である。

光電変換部２０は、半導体基板としてのｎ型単結晶シリコン基板２１と、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面上に形成される第１の半導体層であるｐ型アモルファスシリコン層２２と、裏面上に形成される第２の半導体層であるｎ型アモルファスシリコン層２３とを有する。ｎ型単結晶シリコン基板２１は、受光面から裏面まで貫通する貫通孔（以下、スルーホールという）２６を有するまた、ｎ型単結晶シリコン基板２１は、受光面及び裏面の表面に、微細凹凸（テクスチャ２１ａ，２１ｂ）が形成される。

ｐ型アモルファスシリコン層２２の受光面側には、第１の透明導電膜（以下、ＴＣＯ（Transparent Conducting Oxide）薄膜という）２４が形成される。また、ｎ型アモルファスシリコン層２３の裏面側には、第２のＴＣＯ薄膜２５が形成される。

ｎ型単結晶シリコン基板２１と、ｐ型アモルファスシリコン層２２と、ｎ型アモルファスシリコン層２３と、ｐ型アモルファスシリコン層２２の受光面側に形成された第１のＴＣＯ薄膜２４と、ｎ型アモルファスシリコン層２３の裏面側に形成された第２のＴＣＯ薄膜２５とが光電変換部２０を形成している。

なお、ｎ型単結晶シリコン基板２１とｐ型アモルファスシリコン層２２との間、及びｎ型単結晶シリコン基板２１とｎ型アモルファスシリコン層２３との間に、薄膜のｉ型非晶質シリコン層を介挿した構成としてもよい。

スルーホール２６は、受光面上の開口である第１の開口２６ａと裏面上の開口である第１の開口２６ｂとを有する。図５は、光電変換部２０の受光面と平行な投影面上におけるスルーホール２６の第１の開口２６ａの位置と、第１の開口２６ｂの位置とを示している。図５に示す実線の円は、スルーホール２６の受光面側にある開口（第１の開口２６ａ）を示す。点線の円は、スルーホール２６の裏面側にある開口（第２の開口２６ｂ）を示す。

すなわち、スルーホール２６は、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面側にある第１の開口２６ａと、裏面側にある第２の開口２６ｂとが投影面において重ならないように、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面の法線Ｌに対して斜め方向に形成される。

図４（ｂ）に示すα１は、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面の法線方向からみえているスルーホール２６の内壁面を表している。同様に、α２は、裏面の法線方向からみえているスルーホールの内壁面を表している。ここで、スルーホール２６の第１の開口２６ａと第２の開口２６ｂは、受光面に平行な投影面上において重なっておらず、更に所定間隔ｄを有しているとよい。この間隔ｄに応じて、第１のＴＣＯ薄膜２４及び第２のＴＣＯ薄膜２５がともに形成されない非形成領域（後述する）ができる。

ｐ型アモルファスシリコン層２２は、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面にＣＶＤ法により形成される。

また、ｐ型アモルファスシリコン層２２の受光面側には、第１のＴＣＯ薄膜２４が形成される。第１のＴＣＯ薄膜２４は、スパッタ法或いは蒸着法等のＰＶＤ法により形成される。第１のＴＣＯ薄膜２４としては、Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｗ等の酸化物であり、導電性を有するものを用いることができる。

第１のＴＣＯ薄膜２４は、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面、及びこの受光面の法線方向からみえるスルーホール２６の内壁面（図４（ｂ）に示す内壁面α１）に形成される。

ｎ型アモルファスシリコン層２３は、ｎ型単結晶シリコン基板２１の裏面にＣＶＤにより形成される。

また、ｎ型アモルファスシリコン層２３の裏面側には、第２のＴＣＯ薄膜２５が形成される。第２のＴＣＯ薄膜２５は、スパッタ法或いは蒸着法等のＰＶＤ法により形成される。第２のＴＣＯ薄膜２５としては、Ｉｎ，Ｚｎ，Ｓｎ，Ｔｉ，Ｗ等の酸化物であり、導電性を有するものを用いることができる。なお、第１のＴＣＯ薄膜２４と第２のＴＣＯ薄膜２５は、同一材料であってもよい。

第２のＴＣＯ薄膜２５は、ｎ型単結晶シリコン基板２１の裏面、及びこの裏面の法線方向からみえるスルーホール２６の内壁面（図４（ｂ）に示す内壁面α２）に形成される。スルーホール２６の内壁面ｄ１，ｄ２は、ＴＣＯ薄膜が形成されない非形成領域である。

ｐ型アモルファスシリコン層２２とｎ型単結晶シリコン基板２１との間には、ｐｎ接合が形成されている。また、ｎ型単結晶シリコン基板２１とｎ型アモルファスシリコン層２３との界面部分には、ＢＳＦ接合が形成されている。

スルーホール２６の内壁面には、絶縁体２７が形成されている。絶縁体２７は、スルーホール２６の内壁面から第２のＴＣＯ薄膜２５の表面にまで跨って形成される。また、受光面用バスバー電極３４，３５と光電変換部２０の裏面側の表面との間にも形成される。

また、内壁面に絶縁体２７が形成されたスルーホール２６には、導電体３２が挿通される。導電体３２は、光電変換部２０の受光面に設けられた受光面側集電電極３０と電気的に接続されている。受光面側集電電極３０により収集された光生成キャリアは、導電体３２によって光電変換部２０の裏面側に導かれる。受光面側集電電極３０と導電体３２は、同一材料であって、スクリーン印刷等により形成されてもよい。

（太陽電池の製造方法）
本発明の一実施形態として示す太陽電池１０の製造方法について、図６乃至図１１を用いて説明する。

１．スルーホールの形成
図６は、スルーホールを形成する工程を説明する図である。最初に、ｎ型単結晶シリコンのインゴットをスライスしてウエハ（ｎ型単結晶シリコン基板２１に相当する）を作製する。スライス後のｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面と裏面とを貫通するスルーホール２６を形成する。スルーホール２６は、受光面と平行な投影面において、第１の開口２６ａと第２の開口２６ｂとが重ならないように受光面の法線Ｌに対して傾斜させて形成する。

スルーホールの形成には、フッ硝酸、アルカリ溶液を用いたウェットエッチング法、Ｃｌ_２，ＣＦ_４，ＢＣｌ_３等のガスを用いたドライエッチング法、レーザアブレーション加工を適用することができる。

レーザアブレーション加工は、シリコン基板上へのレジストパターン形成が不要であるため、好適に用いることができる。レーザアブレーション加工には、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（基本波、２倍波、３倍波）、及びＸｅＣｌエキシマレーザ、ＫｒＦエキシマレーザ、ＡｒＦエキシマレーザ等のレーザを用いることができる。

ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面の法線Ｌに対して傾斜したスルーホール２６を形成する方法としては、入射するレーザに対して基板を傾斜させてもよいし、水平に載置した基板に対して所定の入射角度でレーザを照射してもよい。一例として、ガルバノミラーを用いてレーザ光の入射角度を変更することができる。基板を水平のままで、レーザ光の入射角度を変更することにより、従来の製造装置の基板ステージ、穴開けの際の位置情報等を流用することができる。

２．テクスチャ処理・洗浄処理
図７は、半導体基板のテクスチャ化及び洗浄を説明する図である。スルーホールの形成後、スライス時及びスルーホール形成時の熱ダメージを取り除くとともに基板表面の不要な金属、有機物を取り除くために、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面及び裏面を酸又はアルカリ溶液で洗浄する。続いて、アルカリ水溶液により異方性エッチング加工することにより、ｎ型単結晶シリコン基板２１の表面に微細凹凸（テクスチャ２１ａ，２１ｂ）が形成される。なお、ｎ型単結晶シリコン基板２１は、多結晶シリコンを主体として形成されてもよい。

３．ｐ層及びｎ層の形成
図８は、ｐ層及びｎ層を形成する工程を説明する図である。ｎ型単結晶シリコン基板２１の裏面に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、テクスチャ２１ａの上にｉ型アモルファスシリコン層、ｎ型アモルファスシリコン層２３をＣＶＤ法で製膜する。続いて、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面にｉ型アモルファスシリコン層、ｐ型アモルファスシリコン層２２をＣＶＤ法で製膜する。

ｐ型アモルファスシリコン層２２、ｎ型アモルファスシリコン層２３、ｉ型アモルファスシリコン層を形成する際には、ｎ型単結晶シリコン基板２１の第１の開口２６ａ，第２の開口２６ｂ及びその周辺部をマスクしてもよいが、ｐ型アモルファスシリコン層２２は、導電率が低いこと、また、ｎ型単結晶シリコン基板２１とｐ型アモルファスシリコン層２２の間、また、ｎ型単結晶シリコン基板２１とｎ型アモルファスシリコン層２３との間には、ｉ型アモルファスシリコン層が存在することなどの理由から、太陽電池特性を著しく低下させるほどのリーク電流は発生しないので、マスクを用いなくてもよい。

４．透明導電膜の形成
図９に、第１のＴＣＯ薄膜２４と第２のＴＣＯ薄膜２５とを形成する処理を示す。ＴＣＯ薄膜の製膜方法としては、蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法等のＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）を用いる。ＰＶＤ法は、反応種が対象物に対して直線的に飛来するため、遮蔽されている部分には殆ど製膜されない。

したがって、ｐ型アモルファスシリコン層２２の受光面側に第１のＴＣＯ薄膜２４を形成する際、受光面に対して略垂直方向から入射する第１のＴＣＯ薄膜２５の反応種は、ｐ型アモルファスシリコン層２２の受光面側表面と、受光面の法線Ｌ方向からみえるスルーホール２６の内壁面α１の上に製膜される。

また、第２のＴＣＯ薄膜２５を形成する場合も同様に、裏面に対して略垂直方向から入射する第２のＴＣＯ薄膜２５の反応種は、ｎ型アモルファスシリコン層２３の裏面側表面と、裏面の法線方向からみえるスルーホール２６の内壁面α２とに製膜される。したがって、スルーホール２６内部には、第１のＴＣＯ薄膜２４と第２のＴＣＯ薄膜２５とが製膜されない、ＴＣＯ薄膜の非形成領域（図４（ｂ），図９に示すｄ１，ｄ２）ができる。

５．絶縁体の形成
図１０は、絶縁体を形成する工程を説明する図である。スルーホール２６の内壁面から第２のＴＣＯ薄膜２５の表面まで跨って、絶縁体２７が形成される。絶縁体２７は、第１の開口２６ａ，第２の開口２６ｂ及びその周辺部をマスクＭで覆い、ＣＶＤ法により形成することができる。また、絶縁体２７は、同様の手法を用いて、受光面用バスバー電極３４，３５が形成される予定の位置にも形成される。

これらの製膜方法を適用する場合には、絶縁体２７として、ｉ型アモルファスシリコン、ＳｉＯ、ＳｉＮなどを使用できる。このほか、ＡｌＯ_ｘ、ＴｉＯ_ｘ、ＭｇＦ_ｘなど絶縁性を示す材料であれば使用することができる。なかでも、ｉ型アモルファスシリコン、ＳｉＯ、ＳｉＮ_ｘは、単結晶シリコン基板１１に対するパッシベート性能が高い。特に、ｉ型アモルファスシリコン層は、良好なパッシベート性を有する。ｉ型アモルファスシリコン層は、絶縁体としてだけでなくパッシベーション層として機能することができる。

また、絶縁体２７の製膜方法としては、上述した方法のほかに、コーティング法、ディップ法を使用することができる。コーティング法を適用する場合には、塗布材として、ポリイミド、ポリシラザン等の絶縁性を示す材料であれば使用することができる。また、これらの材料を複数種類組合せて、複数層積層したものでもよい。また、コーティング法の場合、形成時又はキュア時に、基板を２００℃以下に保持することができる材料であることが好ましい。形成時又はキュア時における、本実施形態として示す太陽電池の電池特性低下が小さくてすむからである。

６．導電体の形成
図１１は、導電体を形成する工程を説明する図である。ｐ型アモルファスシリコン層２２の受光面側に形成された第１のＴＣＯ薄膜２４上に受光面側集電電極３０をスクリーン印刷により形成する。また、ｎ型アモルファスシリコン層２３の裏面側に形成された第２のＴＣＯ薄膜２５上にスクリーン印刷により裏面側集電電極３１を形成する。

受光面側集電電極３０を形成する工程で、同時に、導電体２８を形成してもよい。また、光電変換部２０に導電体２８を挿通し、その後、受光面側又は裏面側の集電電極を形成する、という複数段階の処理を行ってもよい。

ｎ型アモルファスシリコン層２３の裏面側表面に形成された絶縁体２７の上に、受光面用バスバー電極３４，３５を形成する。また、ｎ型アモルファスシリコン層２３の裏面側表面に裏面用バスバー電極３６，３７を形成する。裏面用バスバー電極３６，３７は、裏面側集電電極３１とともに、スクリーン印刷により形成してもよい。

（作用・効果）
以上説明したように、太陽電池１０の光電変換部２０は、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面側の第１の開口２６ａと裏面側の第２の開口２６ｂとが受光面と平行な投影面上において互いに重ならないスルーホール２６を有する。スルーホール２６は、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面の法線Ｌ方向に対して、斜め方向に形成されており、第１の開口２６ａと第２の開口２６ｂとが受光面と平行な投影面上において互いに重なっていない。したがって、例えば、ＰＶＤ法により第１のＴＣＯ薄膜２４を形成する際、第１のＴＣＯ薄膜２４の反応種は、ｐ型アモルファスシリコン層２２の受光面と、受光面の法線方向からみえているスルーホール２６の内壁面（図４（ｂ）に示す内壁面α１）の上に製膜される。また、ｎ型アモルファスシリコン層２３の裏面側表面に第２のＴＣＯ薄膜２５を形成する場合も同様に、裏面に対して略垂直方向から入射する第２のＴＣＯ薄膜２５の反応種は、裏面の法線方向からみて、ｎ型アモルファスシリコン層２３の裏面側表面と、スルーホール２６の内壁面（図４（ｂ）に示す内壁面α２）の上に製膜される。

換言すれば、第１の開口２６ａと第２の開口２６ｂとが互いに重ならないため、一の主面と平行な投影面上において、第１の開口２６ａ内には第１のＴＣＯ薄膜２４が形成され、第２の開口２６ｂ内には第２のＴＣＯ薄膜２５が形成されており、第１のＴＣＯ薄膜２４と第２のＴＣＯ薄膜２５とは電気的に絶縁されている。そのため、スルーホール２６の内壁面上には、第１のＴＣＯ薄膜２４と第２のＴＣＯ薄膜２５とが形成されない領域ができる。このように、第１のＴＣＯ薄膜２４と第２のＴＣＯ薄膜２５とが接触しないので、両薄膜２４、２５間のリークや短絡を抑制できる。

また、第１の開口２６ａ，第２の開口２６ｂ及びその周辺部がマスクで覆われていなくても、スルーホール２６内部に、第１のＴＣＯ薄膜２４と第２のＴＣＯ薄膜２５とが製膜されないＴＣＯ薄膜の非形成領域（図４に示すｄ１，ｄ２）を形成することができる。これにより、第１の開口２６ａ，第２の開口２６ｂ及びその周辺部をマスクしなくても、スルーホール２６内部で第１のＴＣＯ薄膜２４と第２のＴＣＯ薄膜２５とが電気的に導通することを防止できる。

また、太陽電池１０は、第１のＴＣＯ薄膜２４，第２のＴＣＯ薄膜２５の製膜時にマスクを用いないので、従来、マスクによって形成されていた不要な無効領域を無くすことができる。これにより、太陽電池１０の受光面積を増加させることができる。また、太陽電池モジュール１００の発電効率を向上させることができる。

（隣接する太陽電池の接続）
図１２は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールにおいて互いに連結される太陽電池１０を説明する図である。図１２は、所定の配列方向に配列されて連結される一の太陽電池１０と一の太陽電池１０に隣接する太陽電池１０とを受光面方向からみた平面図である。隣接する太陽電池１０同士は、受光面と平行な平面において、互いに反転された関係になっている。これは、隣接する太陽電池の裏面側に形成された、極性の異なるバスバー電極を直線的に接続するための最適な配置である。

図１２において、太陽電池１０は、図示しない受光面用バスバー電極３４，３５と、裏面用バスバー電極３６，３７とが、裏面側において、配線材４３，４４で接続されることにより電気的に接続されている。また、太陽電池１０は、図示しない受光面用バスバー電極３４，３５と、裏面用バスバー電極３６，３７とが、裏面側において、配線材４１，４２で接続されることにより、図示しない隣接した太陽電池１０と電気的に接続されている。

図４及び図５を用いて説明したように、光電変換部２０のｎ型単結晶シリコン基板２１は、受光面側の第１の開口２６ａと裏面側の第２の開口２６ｂとが受光面と平行な投影面上において互いに重ならないスルーホール２６を有する。すなわち、スルーホール２６は、ｎ型単結晶シリコン基板２１の受光面の法線Ｌ方向に対して斜めに形成されている。

第１の開口２６ａと第２の開口２６ｂとが受光面と平行な投影面上において互いに重ならない位置関係になっていればよく、スルーホール２６の法線Ｌに対する傾斜方向は、特に限定されないが、受光面と平行な投影面上において、第１の開口２６ａと第２の開口２６ｂとが配線材の延びる向きに沿って並んでることが好ましい。

本実施形態に係る太陽電池１０は、光電変換部２０と、受光面側集電電極３０と、裏面側集電電極３１とを含む。図１２に示す黒塗りの円は、光電変換部２０の受光面に導出されている導電体３２を示す。また、図１２における点線の円は、光電変換部２０の裏面に導出されている導電体３２を示す。

第１の開口２６ａと第２の開口２６ｂとが配線材の延びる向きに沿って並んでいる。従って、太陽電池１０同士を配線材４１〜４４で接続するとき、太陽電池１０の受光面側から配線材４１〜４４を配設する位置を確認することができる。従って、配線材４１〜４４の配設工程において、太陽電池１０の裏面側を確認するという煩雑な作業を行う必要がないため、工程の簡略化が図られる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述した本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、この開示の一部をなす論述及び図面は、本発明を限定するものではない。

例えば、上述した実施形態では、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面にｐ型アモルファスシリコン層を備え、基板の裏面にｎ型アモルファスシリコン層を備えた太陽電池について説明したが、これに限らず、ｐ型単結晶シリコン基板の受光面にｎ型アモルファスシリコン層を備え、基板の裏面にｐ型アモルファスシリコン層を備えた太陽電池であってもよい。また、アモルファスシリコン層は、少なくともシリコン基板と逆導電型を有するアモルファスシリコン層が形成されていればよい。このようにすることで、少なくともｐｎ接合が構成されるので、太陽電池として機能する。

また、シリコン基板と逆導電型を有するアモルファスシリコン層は、シリコン基板の裏面に形成されていてもよい。例えば、基板としてｎ型単結晶シリコン基板を用いた場合、受光面にはｎ型単結晶シリコン基板或いはｎ型アモルファスシリコン層が露出しており、裏面にｐ型アモルファスシリコン層が形成された太陽電池にも本発明は適用することができる。

また、受光面側集電電極３０（又は裏面側集電電極３１）は、１つの導電体３２に対して複数本が集約されるパターンであってもよい。

また、本実施形態では、受光面用バスバー電極３４，３５、裏面用バスバー電極３６，３７を介して配線材１１を電気的に接続する構成としているが、バスバー電極を用いずに、配線材を樹脂接着剤により太陽電池１０上に接続してもよい。

本発明の実施形態として示す太陽電池モジュールの構成を説明する断面図である。本発明の実施形態として示す太陽電池を受光面側からみた平面図である。本発明の実施形態として示す太陽電池を裏面側からみた平面図である。（ａ）は、図２に示すＡ−Ａ’断面を示す断面図であり、（ｂ）は、ｎ型単結晶シリコン基板のスルーホールにおける断面図である。は、ｎ型単結晶シリコン基板を受光面からみた平面図であり、ｎ型単結晶シリコン基板に斜めスルーホールを形成する工程を説明する図である。ｎ型単結晶シリコン基板のテクスチャ処理及び洗浄処理を説明する図である。ｐ型アモルファスシリコン層及びｎ型アモルファスシリコン層を形成する工程を説明する図である。ｐ型アモルファスシリコン層の受光面側に第１のＴＣＯ薄膜を形成する処理と、ｎ型アモルファスシリコン層の裏面側に第２のＴＣＯ薄膜を形成する処理とを説明する図である。絶縁体を形成する工程を説明する図である。導電体を形成する工程を説明する図である。本実施形態に係る太陽電池モジュールを構成する太陽電池の配列を説明する図である。

符号の説明

１…太陽電池モジュール、２０…光電変換部、２１…ｎ型単結晶シリコン基板、２２…ｐ型アモルファスシリコン層、２３…ｎ型アモルファスシリコン層、２４…第１のＴＣＯ薄膜、２５…第２のＴＣＯ薄膜、２６…スルーホール、２６ａ…第１の開口、２６ｂ…第２の開口、２７…絶縁体、２８…導電体

Claims

一の主面と、前記一の主面の反対に設けられた他の主面と、前記一の主面から前記他の主面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、
前記一の主面上から前記貫通孔の内壁面上に跨って形成された第１導電型を有する第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成された第１の透明導電膜と、
前記第１の透明導電膜上に形成された第１の集電電極と、
前記他の主面上から前記貫通孔の内壁面上に跨って形成された第２導電型を有する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成された第２の透明導電膜と、
前記第２の透明導電膜上に形成された第２の集電電極と、
前記貫通孔に挿通され、前記第１の集電電極と電気的に接続された導電体と、
前記他の主面上に形成され、前記導電体と電気的に接続された第１の配線用電極と
を備え、
前記第１の配線用電極は、前記第２の透明導電膜及び前記第２の集電電極と電気的に絶縁され、
前記貫通孔は、前記一の主面に設けられた第１の開口と、前記他の主面に設けられた第２の開口とを有しており、
前記一の主面と平行な投影面上において、
前記第１の開口内には、前記第１の透明導電膜が形成され、
前記第２の開口内には、前記第２の透明導電膜が形成され、
前記第１の開口と前記第２の開口とは、互いに重なっておらず、
前記第１の透明導電膜と前記第２の透明導電膜とは電気的に絶縁されている
ことを特徴とする太陽電池。
受光面側保護材と、裏面側保護材と、前記受光面側保護材と前記裏面側保護材との間において配列方向に沿って配列された複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池を互いに電気的に接続する配線材とを備える太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池は、
一の主面と、前記一の主面の反対に設けられた他の主面と、前記一の主面から前記他の主面まで貫通する貫通孔とを有する半導体基板と、
前記一の主面上から前記貫通孔の内壁面上に跨って形成された第１導電型を有する第１の半導体層と、
前記第１の半導体層上に形成された第１の透明導電膜と、
前記第１の透明導電膜上に形成された第１の集電電極と、
前記他の主面上から前記貫通孔の内壁面上に跨って形成された第２導電型を有する第２の半導体層と、
前記第２の半導体層上に形成された第２の透明導電膜と、
前記第２の透明導電膜上に形成された第２の集電電極と、
前記貫通孔に挿通され、前記第１の集電電極と電気的に接続された導電体と、
前記他の主面上に形成され、前記導電体と電気的に接続された第１の配線用電極と有し、
前記第１の配線用電極は、前記第２の透明導電膜及び前記第２の集電電極と電気的に絶縁され、
前記貫通孔は、前記一の主面に設けられた第１の開口と、前記他の主面に設けられた第２の開口とを有しており、
前記一の主面と平行な投影面上において、
前記第１の開口内には、前記第１の透明導電膜が形成され、
前記第２の開口内には、前記第２の透明導電膜が形成され、
前記第１の開口と前記第２の開口とは、互いに重ならず、
前記第１の透明導電膜と前記第２の透明導電膜とは電気的に絶縁されており、
前記配線材は、前記第１の配線用電極と電気的に接続される
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記配線材は、前記配列方向に沿って配設され、
前記第１の開口と前記第２の開口とは、前記一の主面と平行な投影面上において、前記配列方向に沿って並んで設けられる
ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。