JP4925598B2

JP4925598B2 - 太陽電池素子及びこれを用いた太陽電池モジュール

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Inventors: 達也屋敷
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Filing date: 2005-03-29
Publication date: 2012-04-25
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Description

本発明は、太陽電池素子及びこれを用いた太陽電池モジュールに関するものであり、特に太陽電池素子の耐荷重性能を向上させ、荷重作用後の太陽電池素子の損傷を軽減するためのバスバー電極の位置に関するものである。

太陽電池素子は単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板を用いて作製することが多い。

太陽電池素子の一般的な構造を図２および図３に示す。図２（ａ）は、太陽電池素子の断面の構造を示す図であり、図２（ｂ）は太陽電池モジュールの断面の構造を示す図である。また、図３は、電極形状の一例を示す図であり、（ａ）は受光面側（表面）、（ｂ）は非受光面側（裏面）である。

このような太陽電池素子は次のようにして作製される。

まず、厚み０．２〜０．５ｍｍ程度、大きさ１００〜１５０ｍｍ角程度の単結晶シリコンや多結晶シリコン等からなるｐ型半導体基板を準備する。そして、半導体基板１の表面（受光面）側の表面近傍に一定の深さまで逆導電型のｎ型不純物を拡散させて、ｎ型を呈する逆導電型拡散領域２を設け、ｐ型の半導体基板１との間にｐｎ接合を形成する。

そして、太陽電池素子７の受光面側には、例えば窒化シリコン膜からなる反射防止膜３が形成される。

これらの太陽電池素子７の表面側電極４、裏面側電極５は、金属を主成分とする電極材料を塗布して焼成することによって得ることができ、例えば、以下に示す方法により形成する。

（１）裏面集電電極５ｂを形成するために、アルミニウム等を主成分とする電極材料を半導体基板１の裏面の一部を除いた大部分に塗布して乾燥する。

（２）裏面バスバー電極５ａを形成するために、（１）で電極材料を塗布しなかった部分に対して銀等を主成分とする電極材料を塗布して乾燥する。なお、（１）で形成した電極材料の一部（例えば周縁部）と重ね合わせておく。

（３）表面側電極４（バスバー電極４ａ、集電電極４ｂ）を形成するために、半導体基板１の表面に銀等を主成分とする電極材料を塗布して乾燥する。

（４）表面と裏面に塗布された電極材料を同時に焼成し、表面側電極４及び裏面側電極５を得る。

上述のような方法により、図２、３に示されるように銀を主成分とする半田濡れ性の良好な表面側電極４（表面から出力を取り出すための表面バスバー電極４ａと、これに直交するように設けられた集電用の表面集電電極４ｂ）及び裏面側電極５（銀を主成分とする半田濡れ性の良好な裏面バスバー電極５ａとアルミニウムを主成分とする裏面集電電極５ｂ）が形成される。このとき、裏面の略全面に形成された裏面集電電極５ｂは、シリコンの半導体基板１に対してｐ型不純物元素として作用するアルミニウムを主成分としているので、裏面バスバー電極５ｂと接した部分には、高濃度の裏面電界領域６が形成される。

このように作製された太陽電池素子７は、物理的負荷・衝撃に弱く、さらに長期間使用するものであるから、特に野外に太陽電池を取り付ける場合は雨・雪などからこれを保護する必要がある。また、太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子７を直並列に接続して実用的な電気出力を取り出せるようにする必要がある。図２（ｂ）に示すように、複数の太陽電池素子７は、インナーリード８によって電気的に接続され、受光面側の透光性部材９と裏面保護材１１の間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材１０で被覆・封入されて配置された太陽電池モジュールとして使用するのが一般的である。

太陽電池モジュール１４の出力は、裏面保護材１１を貫通する出力配線１２を経て端子ボックス１３に接続されている。

この複数の太陽電池素子７は、銅などからなる帯状の金属箔に半田を被覆したインナーリード８を太陽電池素子７のバスバー電極４ａ、５ａ上に半田などで溶着させることによって接続されるのが一般的である。（例えば、特許文献１参照）
図４はインナーリード８によって接続された太陽電池素子７を示した図である。図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａにおける断面図であり、図４（ｃ）は図４（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図である。図４において、７は太陽電池素子、４ａは表面側のバスバー電極、５ａは裏面側のバスバー電極、８はインナーリードを示す。

太陽電池素子７の表面側のバスバー電極４ａに溶着されたインナーリード８の一端は、隣接する太陽電池素子７の裏面側のバスバー電極５ａに半田接合し、これを繰り返すことによって複数の太陽電池素子７がインナーリード８により接続される。これを透光性部材９、充填材１０、裏面保護材１１で封入することで太陽電池モジュール１４が形成される。透光性部材９および充填材１０、裏面保護材１１は、風雨、湿気等から太陽電池素子７を保護すると同時に、雹や積雪または太陽電池上に人が載ることによって太陽電池素子７が損傷しないための緩衝材の役割を果たす。
特開２００４−２００５１５号公報

しかしながら、積雪や人などの荷重が太陽電池モジュール上に作用したときの半導体基板１に着目すると、バスバー電極４ａ、５ａ上に充填材１０よりも剛性が大きいインナーリード８が溶着されていることで、インナーリード８が荷重に対して支点として作用するため、荷重による応力はインナーリード８が溶着されているバスバー電極４ａ、５ａの近傍で大きくなる。また、荷重作用後のクラックが太陽電池素子７を構成する半導体基板1において特に最端部側のインナーリード８近傍に多く発生していた。

この問題に鑑み、発明者が鋭意検討を行ったところ、次のような事実が判明した。

バスバー電極４ａ、５ａが太陽電池素子７（半導体基板１）の一辺に対して略垂直に３本設けられた場合を例に上げて説明する。図７（ａ）において、半導体基板１の端部から端部側に設けられたバスバー電極４ａ、５ａの距離をＡとし、隣接するバスバー電極４ａ−４ａ、５ａ−５ａの間隔の距離をＣとしたとき、半導体基板１表面から出力される電流を、集電電極４ｂ、５ｂによってバスバー電極４ａ、５ａに効率よく拾うためには、通常、用いられる太陽電池素子７のバスバー電極４ａ、５ａは隣接するバスバー電極４ａ、５ａ同士の間隔が略同一としており、Ｃ＝２Ａを満たす位置に設けられるのが一般的である。

上記位置にバスバー電極４ａ、５ａを設けることによって、各バスバー電極４ａ、５ａが集電する範囲が均等かつ最小となるため、集電電極４ｂ、５ｂによる抵抗損失を最小に抑え、各バスバー電極４ａ、５ａから取り出される出力が全て等しくなるため、発電効率は最大となる。

次に、図７（ｂ）は半導体基板１を一本の梁、インナーリード８を支点として等分布荷重を作用させた時に梁（半導体基板１）に発生する曲げモーメントを示した図である。このとき、梁には曲げモーメントだけでなく、せん断力も発生するが、梁に発生する応力は一般的に曲げモーメントによる曲げ応力が支配的なため、せん断力およびせん断応力の説明については省略する。

図７（ｂ）において、曲げモーメントおよび曲げ応力は最端部側の支点近傍で最大となる。このことは、半導体基板1において荷重作用後のクラックが特に最端部側のインナーリード４近傍に多く発生することからも明らかである。

バスバー電極４ａ、５ａが半導体基板１の一辺に対して略垂直にｎ本（ｎは２以上）設けられた場合においても、発電効率が最大となるようにバスバー電極４ａ、５ａが配置されている。

つまり、図８に示すように、たとえば半導体基板１の一方主面に５本（ｎ＝５）のバスバー電極４ａ、５ａを形成する場合、半導体基板１の一辺を均等に１０個（２ｎ個）に分割する９本（２ｎ−１）本の分割線１５のうち半導体基板１の一方の最端部側に位置する分割線を一番目の分割線とすると、その奇数番目にあたる分割線の位置にバスバー電極４ａ、５ａの中心線がくるように設けられることとなる。このような配置をとると、３本のバスバー電極４ａ、５ａからなる太陽電池素子２と同様に、曲げモーメントおよび曲げ応力は最端部側の支点（インナーリード８）近傍で最大となる。

この問題を解決するためには、透光性部材９や充填材１０を厚くすることで半導体基板１に発生する応力を分散、軽減することができ、半導体基板１の損傷、特にクラックの発生を抑えることができる。

しかし、透光性部材９や充填材１０を厚くすると、材料の増大により太陽電池モジュールのコストが上がる。また、太陽電池モジュールの重量も大きくなり、太陽電池設置時に作業者が太陽電池を持ちにくくなるなど施工性の低下を招く。さらに、設置される屋根面への負荷が大きくなり、地震時に屋根が倒壊しやすくなるなどの危険もある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、従来よりも太陽電池素子にクラックが発生しにくく、耐荷重性能に優れた太陽電池素子を提案するものである。

矩形の半導体基板の受光面側及び非受光面側のそれぞれに同数設けられたバスバー電極と、該バスバー電極に電気的に接続された出力を集めるための集電電極とを備えた太陽電池素子であって、前記半導体基板の受光面側のバスバー電極と前記非受光面側のバスバー電極とは平面透視で互いに重なり合い、前記半導体基板の受光面側及び非受光面側のそれぞれにおいて、前記バスバー電極が前記半導体基板の一辺に対して略垂直にｎ本設けられ（ｎは２以上）、ｎ本のバスバー電極のうち半導体基板の最端部側に設けられるバスバー電極の中心線が、半導体基板の一辺を均等に２ｎ個に分割する分割線（２ｎ−１）本のうち半導体基板の最端部側に位置する分割線よりも端部側にずらすようにして前記最端部側のバスバー電極を設け、前記最端部側のバスバー電極と半導体基板の端部との距離をＡ、
最端部側に設けられるバスバー電極間の距離をｎ−１で割った距離をＢとしたとき、Ａ／Ｂが０．３３以上０．５未満であることを特徴とする。

また、前記隣接するバスバー電極間で構成される間隔が、複数有する太陽電池素子であって、前記間隔が略同一となるようにバスバー電極を設けたことを特徴とする。

また、前記最端部側のバスバー電極と半導体基板の端部との距離をＡ、最端部側に設けられるバスバー電極間の距離をｎ−１で割った距離をＢとしたとき、Ａ／Ｂが０．３３以上０．５未満であることを特徴とする。

本発明の太陽電池素子によれば、矩形の半導体基板１の受光面側及び／又は非受光面側に設けられた、出力を外部へ取り出すためのバスバー電極と、該バスバー電極に電気的に接続された、出力を集めるための集電電極と、を備えた太陽電池素子であって、前記バスバー電極が前記半導体基板の一辺に対して略垂直にｎ本設けられ（ｎは２以上）、ｎ本のバスバー電極のうち半導体基板１の最端部側に設けられるバスバー電極の中心線を、半導体基板１の一辺を均等に２ｎ個に分割する分割線（２ｎ−１）本のうち半導体基板１の最端部側に位置する分割線よりも端部側にずらすようにして前記最端部側のバスバー電極を設けることで、基板端部のインナーリード近傍に発生する曲げ応力を小さくすることができる。

また、前記ｎ本のバスバー電極において、隣接するバスバー電極同士の間隔が略同一となるようにバスバー電極を設け、かつ前記ｎ本のバスバー電極が、前記半導体基板の一辺の中央を通る中央線に対して対称な位置に設けることで、各インナーリード近傍に発生する曲げ応力を均等化することができるだけでなく、太陽電池素子および太陽電池モジュールの外観を損なうこともない。

このように本発明によれば、材料の増大によるコストアップ、太陽電池重量の増加を招くことなく、従来よりもクラックが発生しにくく、耐荷重性能に優れた太陽電池素子を作製することができるようになる。従って、従来と同コストで耐荷重性に優れた太陽電池モジュールが実現する。また、本発明は将来的に半導体基板が大きくなり、バスバー電極の本数が多くなった場合にも有効である。

以下、本発明に係る太陽電池素子および太陽電池モジュールを添付図面に基づき詳細に説明する。尚、従来と同一部分は同一符号を付す。

図２（ａ）は太陽電池素子の断面構造を示す概略図であり、図２（ｂ）は太陽電池モジュールの断面構造を示す概略図である。図３（ａ）は太陽電池素子の表面側の電極を示す平面図、図３（ｂ）は本発明に係る裏面側の電極の例を示す平明図である。

なお、図中、１は半導体基板、２は逆導電型拡散領域、３は反射防止膜、４は表面側電極、４ａは表面側のバスバー電極、４ｂは表面側の集電電極、５は裏面側電極、５ａは裏面側のバスバー電極、５ｂは裏面側の集電電極、６は裏面電界領域、７は太陽電池素子、８はインナーリード、９は透光性部材、１０は充填材、１１は裏面保護材、１２は配線材、１３は端子ボックス、１４は太陽電池モジュールを示す。

先に、図２（ａ）に示す太陽電池素子の一般的な作用について簡単に説明する。

太陽電池素子７の表面側である反射防止膜３の側から光が入射すると、主にｐ型半導体である半導体基板１のバルク領域で吸収・光電変換されて電子−正孔対（電子キャリア及び正孔キャリア）が生成される。この光励起起源の電子キャリア及び正孔キャリア（光生成キャリア）によって、太陽電池素子７の表側に設けられた表面側電極４と、裏側に設けられた裏面側電極５との間に光起電力を生ずる。なお、反射防止膜３は、膜の屈折率と膜厚とによって所望の光波長領域で反射率を低減させて、光生成キャリア量を増大させる役割を果たし、太陽電池素子７の光電流密度Ｊｓｃを向上させる。

また、通常、太陽電池素子７を構成する半導体基板（たとえばシリコン基板）１に対してｐ型不純物元素として作用するアルミニウムをシリコン基板の非受光面側である裏面に拡散させ、シリコン基板の裏面側表層部にｐ^＋領域となった裏面電界領域６が形成されている。裏面電界領域６は、ＢＳＦ（Back Surface Field）領域とも呼ばれ、半導体基板１の裏面近くで光生成キャリアによる再結合による効率の低下を防ぐ。そのため半導体基板１の裏面近くで発生した光生成キャリアが、この電界によって加速される結果、電力が有効に取り出されることとなり、特に長波長の光感度が増加する。この結果、光電流密度Ｊｓｃが向上し、またこの裏面電界領域６では少数キャリア（電子）密度が低減されるので、裏面側電極５に接する領域でのダイオード電流量（暗電流量）を低減する働きをすることで、開放電圧Ｖｏｃが向上する。

次に上述の構造を有する太陽電池素子の製造工程について説明する。半導体基板１は、単結晶又は多結晶シリコン等からなる。この半導体基板１として半導体シリコンを用いる場合、ボロン（Ｂ）等のｐ型の導電型を呈する半導体不純物を含有した基板が好適に用いられる。単結晶シリコン基板の場合は引き上げ法等によって形成され、多結晶シリコン基板の場合は鋳造法等によって形成される。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能であり製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利であるので、ここでは多結晶シリコンを用いた例によって説明する。

多結晶シリコンのインゴットは、例えば、鋳造法によって形成され、１０ｃｍ×１０ｃｍ又は１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断され、所定厚み、例えば３５０μｍ以下の厚みにスライスして、半導体基板１とする。

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（ＰＯＣｌ_３）等の不純物元素を含むガス中で熱処理することによって、半導体基板１の外表面部分にリン原子を拡散させてｎ型の導電型を呈する逆導電型拡散領域２を形成する。

そして太陽電池素子７の受光面側である、半導体基板１の受光面側の逆導電型拡散領域２を残して他の部分を除去した後、純水で洗浄する。この除去方法としては、例えば、半導体基板１の表面側にフッ酸に耐性を有するレジスト膜を塗布し、フッ酸と硝酸の混合液を用いてこのシリコン基板１の受光面側以外の逆導電型拡散領域をエッチング除去した後、レジスト膜を除去すれば良い。

次に、半導体基板１の受光面側に反射防止膜３を形成する。この反射防止膜３は例えば窒化シリコン膜、酸化シリコン膜等から成り、例えば窒化シリコン膜はシラン（ＳｉＨ_４）とアンモニア（ＮＨ_３）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法等で形成される。この反射防止膜３は、半導体基板１との屈折率差等を考慮して、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。このように窒化シリコン膜を、水素プラズマの存在下で成膜して形成した場合、パッシベーション効果も同時に有するので、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。

次に表面側電極４と、裏面側電極５を形成する。裏面側電極５を構成する裏面側の集電電極５ｂは、例えばアルミニウム粉末等からなる金属を主成分とし、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重量部添加してペースト状にした第一金属を主成分とする電極材料を用いる。具体的な形状としては、例えば、図３（ｂ）に示すように、裏面側のバスバー電極５ａを形成する部位を除いた開口部を設けて裏面のほぼ全面とする。塗布方法としては、スクリーン印刷法等の周知の方法を用いることができ、塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。

裏面側電極５を構成する裏面側のバスバー電極５ａ及び表面側電極４を構成する表面側のバスバー電極４ａおよび集電電極４ｂは、第一金属より半田濡れ性の良い金属材料、例えば銀粉末等を主成分とし、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第二金属を主成分とする電極材料を用いる。

なお、表面側電極４については、図３（ａ）に示すように、一般的な太陽電池素子として表面から出力を取り出すためのバスバー電極４ａと、これに直交するように設けられた集電用の集電電極４ｂによって格子状に形成すれば良い。

なお、塗布方法としては、スクリーン印刷法等の周知の方法を用いることができ、塗布後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。

上述のようにして塗布・乾燥した表面側電極４、裏面側電極５を、最高温度を６００〜８００℃として１〜３０分程度焼成する焼成工程を経ることによって、半導体基板１に対して電極を焼き付けて形成することができる。また、裏面側の集電電極５ｂを形成すると同時に、半導体基板１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裏面電界領域６が形成される。なお、あらかじめ反射防止膜３の表面側電極４に相当する部分をエッチングし、その箇所に第二金属を主成分とする電極材料（銀ペースト等）を塗布し焼成して逆導電型拡散領域２と導通を取るようにしても良いし、反射防止膜３の上に直接、第二金属を主成分とする電極材料（銀ペースト等）を塗布して焼成し、いわゆるファイアースルー法によって反射防止膜３を貫通させて逆導電型拡散領域２と導通を取るようにしても良い。

以上のようにして、太陽電池素子７を作製することができる。

そして、太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子７を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。

図２（ｂ）に示すように、複数の太陽電池素子７は、インナーリード８によって電気的に接続され、例えば、ガラスなどからなる透光性部材９とポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や金属箔をポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）で挟みこんだ裏面保護材１１の間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材１０で気密に封入されて、太陽電池モジュール１４を構成している。その後、必要に応じてアルミニウムなどのフレーム（不図示）を周囲にはめ込む。太陽電池モジュール１４の出力は、出力配線１２を経て端子ボックス１３に接続されている。

太陽電池素子７の表面側のバスバー電極４ａに溶着されたインナーリード８の一端は、隣接する太陽電池素子７の裏面バスバー電極５ａに半田接合し、これを繰り返すことによって太陽電池素子群となる。インナーリード８は表面側のバスバー電極４ａと裏面側のバスバー電極５ａの部分的、全長もしくは複数箇所をホットエアーなどの熱溶着により接続されている。すなわち、インナーリード８は、例えば、その表面全体に２０〜５０μｍ程度の半田を被覆した厚さ１００〜４００μｍ程度の銅箔を所定の長さに切断したものを用いる。

図１（ａ）は本発明に基づいてバスバー電極が設けられている一例を示す図である。また、図１（ｂ）は図１（ａ）の太陽電池素子に等分布荷重が作用したときの曲げモーメントを示す図である。

図１において、バスバー電極４ａ、５ａが太陽電池素子７を構成する半導体基板１の一辺に対して略垂直に３本設けられ、半導体基板１の端部から端部側に設けられたバスバー電極４ａ、５ａの距離をＡとし、隣接するバスバー電極４ａ、５ａの間隔の距離をＣとしたとき、端部側に設けられたバスバー電極４ａ、５ａはＣ＞２Ａを満たす位置に設けられている。つまり、発明者が鋭意検討を行ったところ、本発明においてはバスバー電極４ａ、５ａが半導体基板１の一辺に対して略垂直にｎ（ｎは２以上）本設けられた場合、ｎ本のバスバー電極４ａ、５ａのうち半導体基板１の最端部側に設けられるバスバー電極４ａ、５ａの中心線が、半導体基板１の一辺を均等に２ｎ個に分割する分割線（２ｎ−１）本のうち半導体基板１の最端部側に位置する分割線よりも端部側にずらすようにして最端部側のバスバー電極４ａ、５ａを設けている。このようにすることによって、本発明の曲げモーメントの最大値をＭａ、従来技術における曲げモーメントの最大値をＭｂとすると、図１（ｂ）に示すように、従来では最端部側のインナーリード８近傍で最大となっていた曲げモーメントを小さくすることができ、曲げ応力も小さくなる。さらに、各インナーリード８の近傍に発生する曲げモーメントの較差を小さくすることができ、半導体基板１に発生する最大曲げモーメントおよび最大曲げ応力が小さくなることが確認された。

よって、太陽電池素子７を構成する半導体基板１にクラックが発生しにくく、耐荷重性能に優れた太陽電池素子７とすることができ、太陽電池モジュール１４においては透光性部材９や充填材１０を厚くする必要が無く、材料の増大により太陽電池モジュール１４のコストが上がるという問題を防ぐことができる。

また、太陽電池モジュール１４の重量が大きくなったり、太陽電池モジュールの設置時に作業者が太陽電池モジュール１４を持ちにくくなるなど施工性の低下を招くこともない。

さらに、設置される屋根面への負荷が大きくならず、地震時に屋根が倒壊しやすくなるなどの危険も増大せず、風圧、積雪等の影響を考慮すれば、本発明の太陽電池素子７のように耐荷重性を上げることで、長期的に発電能力が保証される。特に、バスバー電極４ａ、５ａが３本以上の場合においては、各インナーリード８の近傍に発生する曲げモーメントの較差を小さくすることがより重要となり、本発明の太陽電池素子７におけるバスバー電極４ａ、５ａの配置、すなわち半導体基板１の受光面側のバスバー電極と非受光面側のバスバー電極とを平面透視で互いに重なり合うようにし、半導体基板１の受光面側及び非受光面側のそれぞれにおいて、バスバー電極が半導体基板１の一辺に対して略垂直にｎ本設けられ（ｎは２以上）、ｎ本のバスバー電極のうち半導体基板１の最端部側に設けられるバスバー電極の中心線が、半導体基板１の一辺を均等に２ｎ個に分割する分割線（２ｎ−１）本のうち半導体基板１の最端部側に位置する分割線よりも端部側にずらすようにして前記最端部側のバスバー電極を設けるようにすることでよりよい効果が得られることとなる。

さらに、鋭意検討を行なった結果、ｎ本のバスバー電極４ａ、５ａにおいて、隣接するバスバー電極４ａ−４ａ、５ａ−５ａ同士の間隔が略同一となるようにバスバー電極４ａ、５ａを設けたほうが好ましい。図５に示すように、隣接するバスバー電極４ａ−４ａ、５ａ−５ａ同士の間隔Ｃ_１、Ｃ_２、Ｃ_３がＣ_１＝Ｃ_２＝Ｃ_３となるようにすることによって、半導体基板１に発生する最大曲げモーメントおよび最大曲げ応力をより小さくすることができることを知見した。このように、隣接するバスバー電極４ａ−４ａ、５ａ−５ａ同士の間隔を略同一とすることによって、半導体基板１にかかる応力を均等に分散することができ、さらに半導体基板１表面から出力される電流を集電電極４ｂ、５ｂによってバスバー電極４ａ、５ａに効率よく集電することができる。

また、最端部側に設けられた両端のバスバー電極４ａ、５ａは半導体基板１の端部からの距離Ａ_１、Ａ_２が同じでなくも構わないが、半導体基板１にかかる応力をより均等に分散させるためにＡ_１＝Ａ_２となるようバスバー電極を設けたほうが好ましく、さらに、ｎ本のバスバー電極４ａ、５ａは半導体基板１の一辺の中央を通る中央線１６に対して、対称な位置に設けることが望ましい。つまり、図５に示されるように、中央線１６を境に左右２本ずつのバスバー電極４ａ、５ａが存在し、中央線１６からバスバー電極４ａ、５ａまでの距離が左右において同じである。このような配置にすることによって、各インナーリード８近傍に発生する曲げ応力を均等化することができるだけでなく、太陽電池素子７および太陽電池モジュール１４の外観を損なうこともない。

また、最端部側のバスバー電極４ａ、５ａと半導体基板１の端部との距離Ａと、最端部側に設けられるバスバー電極４ａ、５ａ間の距離をｎ−１で割った距離Ｂとの関係は、Ａ／Ｂが０．３３以上０．５未満、好ましくはｎ＝２のとき０．３３以上０．４５以下、ｎ≧３のとき０．３６以上０．４６以下であることが望ましい。各インナーリード８近傍に発生する曲げモーメントおよび曲げ応力が従来よりも軽減され、また均等に分散されることなり、半導体基板１に発生する最大曲げ応力を小さくすることができるので、太陽電池素子を構成する半導体基板１にクラックが発生しにくく、耐荷重性能に優れた太陽電池モジュール１４となる。

しかしながら、Ａ／Ｂが０．３よりも小さい場合、０．５以上の場合には、各インナーリード８近傍に発生する曲げモーメントおよび曲げ応力が分散されず、最大曲げ応力が大きくなり、太陽電池モジュール１４に荷重を作用させるとバスバー電極近傍でクラックが発生する可能性があるため好ましくない。

また、さらなる鋭意検討を行った結果、図６に示されるように、最端部側のバスバー電極４ａ、５ａと半導体基板１の端部との距離Ａと、最端部側に設けられるバスバー電極４ａ、５ａ間の距離をｎ−１で割った距離Ｂとの比率が、ｎ＝２のとき、Ａ／Ｂが約０．３５、ｎ＝３以上のとき、Ａ／Ｂが約０．４１となるときに、太陽電池素子７に等分布荷重が作用したときに発生する最大曲げモーメントおよび最大曲げ応力が最小となる、すなわち各インナーリード８の近傍に発生する曲げモーメントが均等になることが分かった。また、各々の図において、ｎ本のバスバー電極４ａ、５ａは隣接するバスバー電極４ａ−４ａ、５ａ−５ａ同士の間隔が略同一、かつ半導体基板１の一辺の中央を通る中央線１６に対して、対称な位置に設けられている。また、バスバー電極４ａ、５ａの数を増やすことで、支点が多くなり応力が分散するため、これにより太陽電池素子７に発生するクラックも減少させることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で上記実施形態に多くの修正および変更を加えることができる。例えば、半導体基板１は単結晶や多結晶シリコンなどの結晶系太陽電池に限定されるものではなく、薄膜系太陽電池素子などでも太陽電池素子７を太陽電池素子７の電極部表面の一部とインナーリード８表面の一部を溶融することによって接続する太陽電池モジュールであれば適用される。また、半導体基板１とインナーリード８が接続可能であれば、インナーリード８の表面に半田を被覆しなくてもよい。

また、上記に示した方法では表面側電極４と裏面側電極５を同時に焼成する、１回焼成によって電極を形成したが、複数の焼成工程によって電極を形成しても構わない。例えば２回焼成により、１回目の焼成工程で裏面側電極５（裏面側の集電電極５ｂと裏面側のバスバー電極５ａ）を形成し、２回目の焼成工程で表面側電極４を形成しても良いし、１回目の焼成工程で裏面側の集電電極５ｂを形成し、２回目の焼成工程で裏面側のバスバー電極５ａと表面側電極４（バスバー電極４ａ、集電電極４ｂ）を形成してもよく、それ以外の焼成の順番、組み合わせであっても構わない。また、電極材料を塗布した後の乾燥は、次の電極材料を塗布するときに印刷機の作業テーブルやスクリーンに前の電極材料が付着するといった問題がなければ省略しても構わない。

また、裏面側電極５は表面側電極４と同様に格子状に形成しても構わない。

図２（ａ）に示すように、厚さが３００μｍで、外形が１５ｃｍ×１５ｃｍのｐ型の多結晶シリコンからなる半導体基板１表面のダメージ層をＮａＯＨでエッチングして洗浄した。次に、この半導体基板１を拡散炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）の中で加熱することによって、半導体基板１の表面にリン原子を拡散させて、ｎ型の逆導電型拡散領域２を形成した。その上にプラズマＣＶＤ法によって反射防止膜３となる厚み８５０Åの窒化シリコン膜を形成した。

この半導体基板１の裏面側に集電電極５ｂを形成するために、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２０重量部、３重量部を添加してペースト状にした電極材料をスクリーン印刷法によって、図３（ｂ）に示されるようにほぼ裏面全面に塗布して乾燥させた。

そして、裏面側にバスバー電極５ａを、表面側に電極４（バスバー電極４ａ、集電電極４ｂ）を形成するために、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２０重量部、３重量部を添加してペースト状にした電極材料をスクリーン印刷法によって、図３（ａ）、（ｂ）に示される形状に塗布して乾燥させた。その後、焼成炉に最高温度を８００℃として１５分間焼き付けて、同時に表面側電極４と裏面側電極５を形成した。

次に、約３０μｍの厚みを有する半田層を設けた厚さ２００μｍの銅箔製のインナーリード８を、それぞれのバスバー電極４ａ、５ａの全長にわたってホットエアーの熱溶着により貼り付けて、上述の太陽電池素子７同士を接続した。

その後、上述のようにして太陽電池素子７同士を接続したものを図２（ｂ）に示すように、透光性パネル９と裏面保護材１１との間に充填材１０として、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート共重合体）を用いて封入して図２に示した断面構造を有する太陽電池モジュール１４を形成した。

そして、最端部側のバスバー電極４ａ、５ａと半導体基板１の端部との距離Ａと、最端部側に設けられるバスバー電極４ａ、５ａ間の距離をｎ−１で割った距離Ｂとの比率Ａ／Ｂを０．３から０．５に変化させた太陽電池素子７を用いて太陽電池モジュール１４を作製した。このようにして各条件を変更した試料Ｎｏ．１〜７について、太陽電池モジュールに３０００Ｎ／ｍ^２の圧力をかける静荷重試験において封入した太陽電池素子７のマイクロクラック発生率を調べた。マイクロクラック発生率は、倍率４０倍の双眼顕微鏡を用いて調べ、静荷重試験１０回行った際に用いた太陽電池モジュール１４中の太陽電池素子７の全枚数に対するマイクロクラックが発生した太陽電池素子７の枚数を割合で示したものである。

これらの結果を表１に示す。

表１に示されるように、Ａ／Ｂが０．３または０．５である試料Ｎｏ．１、９においては、マイクロクラックの発生率が１０％を越え、不満足な結果となった。

しかしながら、Ａ／Ｂが０．３３以上０．５未満の範囲に当たる試料Ｎｏ．２〜８においては、マイクロクラックの発生率が７％以下の値となり、発明の効果が確認された。

さらに、Ａ／Ｂが０．３６以上０．４６以下の範囲に当たる試料Ｎｏ．３〜７においては、マイクロクラックの発生率が５％以下の値となり、満足のいく結果となった。

（ａ）は本発明に係る太陽電池素子の一実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の太陽電池素子に等分布荷重が作用したときの曲げモーメントを示す図である。（ａ）は一般的な太陽電池素子を示す断面図であり、（ｂ）は一般的な太陽電池モジュールを示す断面図である。一般的な太陽電池素子の電極形状の一例を示す図であり、（ａ）は受光面側（表面）、（ｂ）は非受光面側（裏面）である。（ａ）はインナーリードによって接続された太陽電池素子を示した図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａにおける断面図であり、（ｃ）は（ａ）のＢ−Ｂにおける断面図である。（ａ）は本発明に係る太陽電池素子の他の実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の太陽電池素子に等分布荷重が作用したときの曲げモーメントを示す図である。本発明に係るバスバー電極がｎ本の太陽電池素子に等分布荷重が作用したときの曲げモーメントを示す図であり、（ａ）ｎ＝２、（ｂ）ｎ＝３、（ｃ）ｎ＝４、（ｄ）ｎ＝５のときの曲げモーメントを示す図である。（ａ）は従来における太陽電池素子の一実施形態を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の太陽電池素子に等分布荷重が作用したときの曲げモーメントを示す図である。従来における太陽電池素子のバスバー電極の配置を示す図である。

符号の説明

１：半導体基板
２：逆導電型拡散領域
３：反射防止膜
４：表面側電極
４ａ：表面側のバスバー電極
４ｂ：表面側の集電電極
５：裏面側電極
５ａ：裏面側バスバー電極
５ｂ：裏面側の集電電極
６：裏面電界領域
７：太陽電池素子
８：インナーリード
９：透光性パネル
１０：充填材
１１：裏面保護材
１２：出力配線
１３：端子ボックス
１４：太陽電池モジュール
１５：分割線
１６：中央線
Ａ：最端部側のバスバー電極と半導体基板の端部との距離、
Ｂ：最端部側に設けられるバスバー電極間の距離をｎ−１で割った距離
Ｃ：隣接するバスバー電極の間隔の距離
Ｍａ：本発明の３本バスバー電極の太陽電池素子に等分布荷重が作用したときの曲げモーメントの最大値
Ｍｂ：従来の３本バスバー電極の太陽電池素子に等分布荷重が作用したときの曲げモーメントの最大値

Claims

矩形の半導体基板の受光面側及び非受光面側のそれぞれに同数設けられたバスバー電極と、該バスバー電極に電気的に接続された出力を集めるための集電電極とを備えた太陽電池素子であって、
前記半導体基板の受光面側のバスバー電極と前記非受光面側のバスバー電極とは平面透視で互いに重なり合い、前記半導体基板の受光面側及び非受光面側のそれぞれにおいて、前記バスバー電極が前記半導体基板の一辺に対して略垂直にｎ本設けられ（ｎは２以上）、ｎ本のバスバー電極のうち半導体基板の最端部側に設けられるバスバー電極の中心線が、半導体基板の一辺を均等に２ｎ個に分割する分割線（２ｎ−１）本のうち半導体基板の最端部側に位置する分割線よりも端部側にずらすようにして前記最端部側のバスバー電極を設け、
前記最端部側のバスバー電極と半導体基板の端部との距離をＡ、最端部側に設けられるバスバー電極間の距離をｎ−１で割った距離をＢとしたとき、Ａ／Ｂが０．３３以上０．５未満である、太陽電池素子。
前記バスバー電極は３本以上設けられており、前記隣接するバスバー電極間における間隔が略同一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。
請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子を含む太陽電池モジュール。