JP5084874B2 - 配線シート付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線シート付き太陽電池セルの製造方法 - Google Patents
配線シート付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線シート付き太陽電池セルの製造方法 Download PDFInfo
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Description
本発明は、配線シート付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線シート付き太陽電池セルの製造方法に関する。
近年、エネルギ資源の枯渇の問題や大気中のＣＯ2の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギの開発が望まれており、特に太陽電池セルを用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
太陽電池セルは、従来から、たとえば単結晶または多結晶のシリコン基板の受光面にシリコン基板の導電型と反対の導電型となる不純物を拡散することによってｐｎ接合を形成し、シリコン基板の受光面と受光面の反対側の裏面にそれぞれ電極を形成して製造された両面電極型太陽電池セルが主流となっている。また、両面電極型太陽電池セルにおいては、シリコン基板の裏面にシリコン基板と同じ導電型の不純物を高濃度で拡散することによって、裏面電界効果による高出力化を図ることも一般的となっている。
また、シリコン基板の受光面に電極を形成せず、シリコン基板の裏面のみにｎ電極およびｐ電極を形成した裏面電極型太陽電池セル（たとえば特許文献１参照）についても研究開発が進められている。このような裏面電極型太陽電池セルにおいては、シリコン基板の受光面に入射光を遮る電極の形成が不要になることから、太陽電池セルの変換効率の向上が期待されている。また、太陽電池セルの電極を配線シートの配線に接続してなる配線シート付き太陽電池セルの技術開発も進められている。
太陽電池セルの電極や配線シートの配線には、通常、金属材料が使用されるが、金属材料は電界によってイオン化した金属材料が電界方向に沿って析出するというイオンマイグレーションの性質を有している。このイオンマイグレーションの発生のしやすさは、周囲の温度および湿度が同一の場合には、金属材料の種類と、電界の電界強度とに依存している。
また、ｐ電極とｎ電極との間の電極間ピッチと、変換効率との間には密接な関係があることもわかってきており、電極間ピッチが狭いほど変換効率が高くなる傾向にある。一方、電極間ピッチを狭くした場合には、電極間に発生する電界の電界強度が大きくなるため、イオンマイグレーションが促進されて、電極間が短絡し、変換効率が低下するおそれがある。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、金属材料のイオンマイグレーションに起因する特性の低下を安定して抑制することができる配線シート付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線シート付き太陽電池セルの製造方法を提供することにある。
本発明は、シリコン基板の一方の面に第１の電極と第１の電極とは極性が異なる第２の電極とが配置されている裏面電極型太陽電池セルと、第１の電極に電気的に接続される第１の配線と第２の電極に電気的に接続される第２の配線とが配置されている配線シートと、を有する配線シート付き太陽電池セルであって、第１の配線は第１の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成され、第２の配線は第２の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成され、第１の電極の表面は銀を含み、第１の配線は銅を含み、第２の電極の表面は銀を含み、第２の配線は銅を含んでおり、第１の配線の幅は、第１の電極の幅よりも広く、第２の配線の幅は、第２の電極の幅よりも広く、第１の電極の端部からの第１の配線の飛び出し量が１００μｍ以上であって、第２の電極の端部からの第２の配線の飛び出し量が１００μｍ以上であり、第１の電極の幅方向の中心と第２の電極の幅方向の中心との間の最短距離である電極間ピッチが０．５ｍｍ以上である配線シート付き太陽電池セルである。
また、本発明は、上記の配線シート付き太陽電池セルを製造する方法であって、第１の電極が少なくとも幅方向において第１の配線からはみ出さないように第１の電極と第１の配線とを電気的に接続する工程を含む、配線シート付き太陽電池セルの製造方法である。
本発明によれば、金属材料のイオンマイグレーションに起因する特性の低下を安定して抑制することができる配線シート付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線シート付き太陽電池セルの製造方法を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
＜実施の形態１＞
図１に、本発明の配線シート付き太陽電池セルの一例である実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルの模式的な断面図を示す。実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルは、太陽電池セル８と、配線シート１０とを備えており、配線シート１０上に太陽電池セル８が設置された構造を有している。
図１に、本発明の配線シート付き太陽電池セルの一例である実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルの模式的な断面図を示す。実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルは、太陽電池セル８と、配線シート１０とを備えており、配線シート１０上に太陽電池セル８が設置された構造を有している。
太陽電池セル８は、基板１と、基板１の裏面に交互に配列するようにして形成されたｎ型不純物拡散領域２およびｐ型不純物拡散領域３と、ｎ型不純物拡散領域２に接するようにして形成されたｎ型用銀電極６（厚さＴ１および幅Ｄ１）と、ｐ型不純物拡散領域３に接するようにして形成されたｐ型用銀電極７（厚さＴ１および幅Ｄ１）とを有している。
基板１の受光面にはテクスチャ構造などの凹凸構造が形成されており、その凹凸構造を覆うようにして反射防止膜５が形成されている。基板１の裏面には、たとえば、パッシベーション膜などが形成されていてもよい。
ｎ型不純物拡散領域２およびｐ型不純物拡散領域３はそれぞれ図１の紙面の表面側および／または裏面側に伸びる帯状に形成されており、ｎ型不純物拡散領域２とｐ型不純物拡散領域３とは基板１の裏面において交互に所定の間隔をあけて配置されている。
ｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７もそれぞれ図１の紙面の表面側および／または裏面側に伸びる帯状に形成されており、ｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７はそれぞれｎ型不純物拡散領域２およびｐ型不純物拡散領域３に沿って形成されている。
配線シート１０は、絶縁性基材１１と、絶縁性基材１１の表面上に形成されたｎ型用銅配線１２（厚さＴ２および幅Ｄ２）とｐ型用銅配線１３（厚さＴ２および幅Ｄ２）とを有している。
配線シート１０の絶縁性基材１１上のｎ型用銅配線１２は、太陽電池セル８の裏面のｎ型用銀電極６に対応して形成されており、ｎ型用銅配線１２はｎ型用銀電極６と互いに１本ずつ向かい合う形状に形成されている。
配線シート１０の絶縁性基材１１上のｐ型用銅配線１３は、太陽電池セル８の裏面のｐ型用銀電極７に対応して形成されており、ｐ型用銅配線１３はｐ型用銀電極７と互いに１本ずつ向かい合う形状に形成されている。
配線シート１０のｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３もそれぞれ図１の紙面の表面側および／または裏面側に伸びる帯状に形成されている。
太陽電池セル８のｎ型用銀電極６と配線シート１０のｎ型用銅配線１２とは電気的に接続されており、ｎ型用銀電極６とｎ型用銅配線１２とからなる接続部を形成している。
また、太陽電池セル８のｐ型用銀電極７と配線シート１０のｐ型用銅配線１３とも電気的に接続されており、ｐ型用銀電極７とｐ型用銅配線１３とからなる接続部を形成している。
太陽電池セル８と配線シート１０との間におけるｎ型用銀電極６とｎ型用銅配線１２との接続部およびｐ型用銀電極７とｐ型用銅配線１３との接続部以外の領域には絶縁性樹脂１６が配置されている。
ここで、実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルにおいては、配線シート１０のｎ型用銅配線１２の幅Ｄ２が太陽電池セル８のｎ型用銀電極６の幅Ｄ１よりも広くなっているとともに、配線シート１０のｐ型用銅配線１３の幅Ｄ２が太陽電池セル８のｐ型用銀電極７の幅Ｄ１よりも広くなっている。これにより、太陽電池セル８のそれぞれの銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）を、少なくともその幅方向において、配線シート１０のそれぞれの銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）からはみ出さないように設置することができるため、後述するように銀電極表面の電界強度を低減させることができる。
そして、太陽電池セル８のｎ型用銀電極６は、ｎ型用銀電極６の幅方向（図１の紙面の左右方向）の中心にありｎ型用銀電極６の長手方向に延びている中心線が、配線シート１０のｎ型用銅配線１２の幅方向（図１の紙面の左右方向）の中心にありｎ型用銅配線１２の長手方向に延びている中心線と重なるように設置されている。
また、太陽電池セル８のｐ型用銀電極７は、ｐ型用銀電極７の幅方向（図１の紙面の左右方向）の中心にありｐ型用銀電極７の長手方向に延びている中心線が、配線シート１０のｐ型用銅配線１３の幅方向（図１の紙面の左右方向）の中心にありｐ型用銅配線１３の長手方向に延びている中心線と重なるように設置されている。
このように電極の中心線と配線の中心線とがほとんど角度を為さないように、また、位置もほぼ一致するように電極と配線とを位置合わせすることによって、太陽電池セル８のそれぞれの銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）を、少なくともその幅方向において、配線シート１０のそれぞれの銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）からはみ出さないように設置することができる。
また、それぞれの銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）の幅Ｄ２は、それぞれの銅配線に設置されているそれぞれの銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）の幅Ｄ１よりも４０μｍ以上広いことが好ましい。これにより、太陽電池セル８の銀電極と、配線シート１０の銅配線との上記位置合わせ時の精度を考慮した場合でも、銀電極が銅配線からはみ出さないようにすることができる傾向にある。
ここで、太陽電池セル８の銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）が幅方向において配線シート１０の銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）からはみ出さない場合には、太陽電池セル８の銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）の側面と、配線シート１０の銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）の側面とが揃っている場合（幅方向における銅配線からの銀電極の飛び出し量がゼロの場合）も含まれる。
すなわち、太陽電池セル８の銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）が配置された基板１の面に対して垂直方向に投影されたそれぞれの銀電極の像が、それぞれの銀電極に対向する配線シート１０の銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）のそれぞれの表面の領域内に位置している。
言い換えれば、実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルを配線シート１０側から基板１の面に対して垂直方向に見たときに太陽電池セル８の銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）が配線シート１０の銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）に隠れて視認することができないように銅配線上に銀電極が配置されている。
さらに、実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルにおいては、配線シート１０の銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）を構成する金属材料である銅は、太陽電池セル８の銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）を構成する金属材料である銀よりもイオンマイグレーションが起こり難い金属材料である。
以上の構成を有する実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルにおいては、太陽電池セル８の銀電極と配線シート１０の銅配線との隣り合う接続部間に発生する電界によってイオンマイグレーションした金属イオンから形成される針状物質の発生を安定して抑制することができる。そのため、実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルにおいては、イオンマイグレーションに起因して発生する針状物質による接続部間の短絡による配線シート付き太陽電池セルの特性の低下を安定して抑制することができる。これは、以下のシミュレーション結果により判明したものである。
図２に、シミュレーションに用いられた配線シート付き太陽電池セルの１周期に相当する部分における太陽電池セルの銀電極と配線シートの銅配線との接続部近傍の模式的な拡大断面図を示す。すなわち、シミュレーションに用いられた配線シート付き太陽電池セルにおいては図２に示す１周期に相当する部分が図２の左右方向に繰り返して出現することになる。
ここで、基板１としては厚さ２００μｍのｎ型シリコン基板（比誘電率：１２）を用いる設定とし、絶縁性基材１１としては厚さＴ３が１００μｍのＰＥＴ（ポリエステル）フィルム（比誘電率：３．２）を用いる設定とした。また、基板１と絶縁性基材１１との間の領域に設置された絶縁性樹脂１６としては、ＮＣＰ（Non Conductive Paste）である絶縁性接着材を用いる設定とした。
ｎ型不純物拡散領域２の厚さＴ４は０．５μｍに設定し、ｎ型不純物拡散領域２の幅Ｄ３は３００μｍに設定した。また、ｐ型不純物拡散領域３の厚さＴ５は０．８μｍに設定し、ｐ型不純物拡散領域３の幅Ｄ４は６００μｍに設定した。
ｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７の厚さＴ１はそれぞれ１０μｍに設定し、ｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７の幅Ｄ１はそれぞれ２００μｍに設定した。
ｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３の厚さＴ２はそれぞれ３５μｍに設定し、ｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３の幅Ｄ２はそれぞれ３５０μｍに設定した。
太陽電池セルと配線シートとの間に設置された絶縁性樹脂１６としてはエポキシ樹脂（比誘電率：４．４）を用いる設定とし、ｎ型シリコン基板の裏面のｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７の形成領域以外の領域には、ｎ型シリコン基板側から窒化シリコン膜（比誘電率：７）と酸化シリコン膜（比誘電率：３．９）との積層体からなるパッシベーション膜（図示せず）が形成されている設定とした。
さらに、電極間ピッチＰ（ｎ型用銀電極６の幅方向の中心とｐ型用銀電極７の幅方向の中心との間の最短距離）は０．５ｍｍに設定した。
そして、上記設定の配線シート付き太陽電池セルのｐ型用銀電極７、ｐ型用銅配線１３およびｐ型不純物拡散領域３にそれぞれ＋０．６Ｖの電圧が印加され、それ以外の部分（ｎ型用銀電極６、ｎ型不純物拡散領域２、およびｎ型不純物拡散領域２とｐ型不純物拡散領域３との間の基板１の裏面領域）に０Ｖの電圧が印加されたと仮定する。
このとき、配線シートの銅配線（ｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３）に対する太陽電池セルの銀電極（ｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７）の相対的な位置が変化することによって、隣り合う接続部間の電界の電界強度分布がどのように変化するかについてのシミュレーションを行なった。その結果を図３（ａ）および図３（ｂ）に示す。図３（ａ）および図３（ｂ）においては電界の強度を濃淡で段階的に表現しており、濃淡が薄い（白い）ほど電界強度が大きいことを示している。
図３（ａ）は、太陽電池セルの銀電極の幅方向の中心と配線シートの銅配線の幅方向の中心とが一致している状態（すなわち、配線シートの銅配線が太陽電池セルの銀電極よりも幅方向に７５μｍ飛び出している状態（銀電極の飛び出し量が−７５μｍである状態））の電界強度分布を示している。
図３（ｂ）は、太陽電池セルの銀電極の幅方向の中心が配線シートの銅配線の幅方向の中心に対して図面の右側に１６０μｍずれている状態（すなわち、図面の左側のｎ型用銅配線１２からｎ型用銀電極６が８５μｍだけ飛び出している状態（銀電極の飛び出し量が＋８５μｍである状態））の電界強度分布を示している。
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、銀電極の飛び出し量を増加させた場合には、銀電極の電界強度の最大位置５１は銀電極の幅方向の端部である点は変わらないが、銅配線の電界強度の最大位置５２は左側の銅配線の幅方向の端部から右側の銅配線の幅方向の端部に変わる。
図４に、配線シートの銅配線の位置を固定し、太陽電池セルの銀電極同士の間の間隔を一定に保ちながら、銅配線に対する銀電極の幅方向の相対的な位置をずらすために銀電極の飛び出し量を様々に変化させて上記のシミュレーションを行なったときの銀電極の飛び出し量（μｍ）と電界強度（Ｖ／ｍｍ）との関係を示す。図４の横軸は銀電極の飛び出し量（μｍ）を示し、図４の縦軸は電界強度（Ｖ／ｍｍ）を示している。なお、図４の縦軸の電界強度（Ｖ／ｍｍ）は、図４の横軸のそれぞれの銀電極の飛び出し量（μｍ）の状態での銀電極および銅配線における最大電界強度を示している。また、図４には、電極間ピッチＰをそれぞれ０．５ｍｍおよび０．７５ｍｍとし、銅配線の幅を５５０μｍとし、銀電極の幅を２３０μｍとしたときの銀電極の飛び出し量（μｍ）と電界強度（Ｖ／ｍｍ）との関係も示されている。
図４に示す結果から明らかなように、電極間ピッチＰが０．５ｍｍ、０．７５ｍｍのいずれの場合にも銀電極の飛び出し量（μｍ）が０よりも大きくなったとき（正の値となったとき）の銀電極および銅配線における最大電界強度が急激に大きくなる。
図５に、様々な種類の金属材料のイオンマイグレーション感受性を示す。図５の縦軸に様々な種類の金属材料を示し、図５の横軸（対数軸）が縦軸のそれぞれの金属材料のイオンマイグレーション感受性を示している。図５に示すように、銀のイオンマイグレーション感受性は、銅のイオンマイグレーション感受性の約３００倍となっている。なお、図５は、（社）腐食防食協会編「腐食センターニュース Ｎｏ．０１７」（１９９８年９月１日）の第３頁の記載に基づくものである。また、図５の横軸は対数軸である。
前述のとおり、金属のイオンマイグレーションのしやすさは、金属材料ごとのイオンマイグレーション感受性の値と金属表面にかかっている電界強度との積によって決まる。実施の形態１における配線シート付き太陽電池セルにおいては、図５に示す銀のイオンマイグレーション感受性と図４に示す銀電極の電界強度（Ｖ／ｍｍ）との積は、図５に示す銅のイオンマイグレーション感受性と図４に示す銅配線の電界強度（Ｖ／ｍｍ）との積よりも遥かに大きくなる。そのため、実施の形態１における配線シート付き太陽電池セルにおいては、銀電極を構成する金属材料である銀のイオンが、銅配線を構成する金属材料である銅のイオンよりもイオンマイグレーションしやすいと考えられる。
以上の検討から、実施の形態１における配線シート付き太陽電池セルにおいては、銀電極の電界強度を低く抑えることが、金属材料のイオンマイグレーションに起因する特性の低下を安定して抑制するのに有効である。
したがって、実施の形態１における配線シート付き太陽電池セルのように、ｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７のそれぞれの幅方向の端が、ｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３のそれぞれの幅方向の端からはみ出ないようにする（幅方向における銀電極の飛び出し量（μｍ）を０以下とする）ことによってｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７の表面にかかる電界強度の急激な増加を抑制することができ、イオンマイグレーションに起因する特性の低下を安定して抑制することができる。
すなわち、太陽電池セル８のｎ型用銀電極６とｐ型用銀電極７との間にかかる電界の方向に垂直な面に交差するように、銀電極のそれぞれに対応する銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）のそれぞれを位置させることにより、ｎ型用銀電極６とｐ型用銀電極７とのそれぞれの表面に発生する電界の強度を低下させることが可能となり、金属材料のイオンマイグレーションに起因する特性の低下を安定して抑制することができる。
図４に示す結果によれば、電極間ピッチＰが０．７５ｍｍの場合には、銀電極の飛び出し量（μｍ）を−１００μｍ以下（銀電極からの銅配線の飛び出し量（μｍ）が１００μｍ以上）とすれば、銀電極の最大電界強度を実質的な最低レベル（図４に示す結果では０．１（Ｖ／ｍｍ）以下）とすることができ、また、銀電極の飛び出し量（μｍ）に対する銀電極の最大電界強度の変動を抑えることができる。
したがって、電極間ピッチＰが０．７５ｍｍの場合には、ｎ型用銀電極６に接続されている配線シート１０のｎ型用銅配線１２が、当該ｎ型用銀電極６よりも、ｎ型用銀電極６に向かい合って配置されているｐ型用銀電極７の方向に１００μｍ以上飛び出しているとともに、ｐ型用銀電極７に接続されている配線シート１０のｐ型用銅配線１３が、ｐ型用銀電極７よりも、ｐ型用銀電極７に向かい合って配置されているｎ型用銀電極６の方向に１００μｍ以上飛び出している形態にすることがより好ましい。この場合には、銀電極の飛び出し量（μｍ）に対する銀電極にかかる電界強度の増加がほとんどないため、銀電極のイオンマイグレーションによる特性の低下をさらに安定して制御することができる。
また、図４に示す結果によれば、電極間ピッチＰが０．５ｍｍの場合にも、銀電極の飛び出し量（μｍ）を−７０μｍ以下（銀電極からの銅配線の飛び出し量（μｍ）が７０μｍ以上）とした場合には、電極間ピッチＰが０．７５ｍｍのときと同様に、銀電極の最大電界強度を実質的な最低レベル（図４に示す結果では０．１（Ｖ／ｍｍ）以下）とすることができ、また、銀電極の飛び出し量（μｍ）に対する銀電極の最大電界強度の変動を抑えることができると考えられる。
したがって、電極間ピッチＰが０．５ｍｍの場合には、ｎ型用銀電極６に接続されている配線シート１０のｎ型用銅配線１２が、当該ｎ型用銀電極６よりも、ｎ型用銀電極６に向かい合って配置されているｐ型用銀電極７の方向に７０μｍ以上飛び出しているとともに、ｐ型用銀電極７に接続されている配線シート１０のｐ型用銅配線１３が、ｐ型用銀電極７よりも、ｐ型用銀電極７に向かい合って配置されているｎ型用銀電極６の方向に７０μｍ以上飛び出している形態にすることがより好ましい。この場合にも、銀電極の飛び出し量（μｍ）に対する銀電極にかかる電界強度の増加がほとんどないため、銀電極のイオンマイグレーションによる特性の低下をさらに安定して制御することができる。
上記においては、太陽電池セル８の電極が銀電極からなり、配線シート１０の配線が銅配線からなる場合について説明したが、太陽電池セル８の電極が銀電極に限定されないことは言うまでもなく、配線シート１０の配線が銅配線に限定されないことは言うまでもない。ただし、銀はイオンマイグレーションしやすい金属材料であることから、太陽電池セル８の電極が銀を含む銀電極であり、かつ配線シート１０の配線が銀と比べてイオンマイグレーション感受性が１桁以上小さい金属を含む配線である場合に、本発明は特に有効であると考えられる。
また、上記において、ｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７の幅Ｄ１は、たとえば１００μｍ以上３００μｍ以下とすることができ、厚さＴ１は、たとえば５μｍ以上１５μｍ以下とすることができる。なお、幅Ｄ１はそれぞれ必ずしも同一の値である必要はなく、厚さＴ１もそれぞれ必ずしも同一の値である必要はない。
また、上記において、ｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３の幅Ｄ２は、たとえば３００μｍ以上６００μｍ以下とすることができ、厚さＴ２は、たとえば１０μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。なお、幅Ｄ２はそれぞれ必ずしも同一の値である必要はなく、厚さＴ２もそれぞれ必ずしも同一の値である必要はない。
以下、実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルの製造方法の一例について説明する。なお、以下においては、太陽電池セル８、配線シート１０および配線シート付き太陽電池セルの順にそれぞれの製造方法の一例について説明するが、太陽電池セル８の製造順序と配線シート１０の製造順序とは入れ替わっていてもよく、同時であってもよい。
以下、図６（ａ）〜図６（ｅ）の模式的断面図を参照して、太陽電池セル８の製造方法の一例について説明する。
まず、図６（ａ）に示すように、たとえばインゴットからスライスすることなどによって、基板１の表面にスライスダメージ１ａが形成された基板１を用意する。
ここで、基板１としては、たとえば、ｎ型またはｐ型のいずれかの導電型を有する多結晶シリコンまたは単結晶シリコンなどからなるシリコン基板を用いることができる。
次に、図６（ｂ）に示すように、基板１の表面のスライスダメージ１ａを除去する。
ここで、スライスダメージ１ａの除去は、たとえば基板１が上記のシリコン基板からなる場合には、上記のスライス後のシリコン基板の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸または水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などでエッチングすることなどによって行なうことができる。スライスダメージ１ａの除去後の基板１の大きさおよび形状も特に限定されないが、たとえば厚さが１００μｍ以上５００μｍ以下の基板１を用いることができる。
ここで、スライスダメージ１ａの除去は、たとえば基板１が上記のシリコン基板からなる場合には、上記のスライス後のシリコン基板の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸または水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などでエッチングすることなどによって行なうことができる。スライスダメージ１ａの除去後の基板１の大きさおよび形状も特に限定されないが、たとえば厚さが１００μｍ以上５００μｍ以下の基板１を用いることができる。
次に、図６（ｃ）に示すように、基板１の裏面に、ｎ型不純物拡散領域２およびｐ型不純物拡散領域３をそれぞれ形成する。
ここで、ｎ型不純物拡散領域２は、たとえば、ｎ型不純物を含むガスを用いた気相拡散またはｎ型不純物を含むペーストを塗布した後に熱処理する塗布拡散などの方法により形成することができる。また、ｐ型不純物拡散領域３は、たとえば、ｐ型不純物を含むガスを用いた気相拡散またはｐ型不純物を含むペーストを塗布した後に熱処理する塗布拡散などの方法により形成することができる。
ｎ型不純物を含むガスとしては、たとえばＰＯＣｌ3のようなリンなどのｎ型不純物を含むガスを用いることができ、ｐ型不純物を含むガスとしては、たとえばＢＢｒ3のようなボロンなどのｐ型不純物を含むガスを用いることができる。
ｎ型不純物拡散領域２は、ｎ型不純物を含み、ｎ型の導電型を示す領域であれば特に限定されない。ｎ型不純物としては、たとえばリンなどを用いることができる。
ｐ型不純物拡散領域３は、ｐ型不純物を含み、ｐ型の導電型を示す領域であれば特に限定されない。ｐ型不純物としては、たとえばボロンおよび／またはアルミニウムなどを用いることができる。
ｎ型不純物拡散領域２およびｐ型不純物拡散領域３をそれぞれ形成した後の基板１の裏面にパッシベーション膜を形成してもよい。パッシベーション膜は、たとえば、熱酸化法またはプラズマＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法などの方法により、たとえば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層体を形成することによって作製することができる。パッシベーション膜の厚みは、たとえば０．０５μｍ以上１μｍ以下とすることができる。
次に、図６（ｄ）に示すように、基板１の受光面の全面にテクスチャ構造などの凹凸構造を形成した後に、その凹凸構造上に反射防止膜５を形成する。
ここで、テクスチャ構造は、たとえば、基板１の受光面をエッチングすることにより形成することができる。たとえば、基板１がシリコン基板である場合には、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加した液をたとえば７０℃以上８０℃以下に加熱したエッチング液を用いて基板１の受光面をエッチングすることによって形成することができる。
反射防止膜５は、たとえばプラズマＣＶＤ法などにより形成することができる。反射防止膜５としては、たとえば、窒化シリコン膜などを用いることができるが、これに限定されるものではない。
基板１の裏面にパッシベーション膜を形成した場合には、基板１の裏面のパッシベーション膜の一部を除去することによってｎ型不純物拡散領域２の表面の少なくとも一部およびｐ型不純物拡散領域３の表面の少なくとも一部をそれぞれ露出させるコンタクトホールを形成してもよい。
コンタクトホールは、たとえば、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホールの形成箇所に対応する部分に開口を有するレジストパターンをパッシベーション膜上に形成した後にレジストパターンの開口からパッシベーション膜をエッチングなどにより除去する方法、またはコンタクトホールの形成箇所に対応するパッシベーション膜の部分にエッチングペーストを塗布した後に加熱することによってパッシベーション膜をエッチングして除去する方法などにより形成することができる。
次に、図６（ｅ）に示すように、基板１の裏面のｎ型不純物拡散領域２に接するｎ型用銀電極６を形成するとともに、ｐ型不純物拡散領域３に接するｐ型用銀電極７を形成する。
ｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７はそれぞれ、たとえば、銀ペーストをｎ型不純物拡散領域２およびｐ型不純物拡散領域３のそれぞれに接するように塗布した後に銀ペーストを焼成することによって形成することができる。これにより、ｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７はそれぞれ、少なくともその表面に銀を含む電極となる。
以下、図７（ａ）〜図７（ｄ）の模式的断面図を参照して、配線シート１０の製造方法の一例について説明する。
まず、図７（ａ）に示すように、絶縁性基材１１の表面上に銅からなる導電層４１を形成する。
ここで、絶縁性基材１１としては、たとえば、ポリエステル、ポリエチレンナフタレートまたはポリイミドなどの樹脂からなる基板を用いることができるが、これに限定されるものではない。絶縁性基材１１の厚さは、たとえば１０μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。
次に、図７（ｂ）に示すように、絶縁性基材１１の表面の導電層４１上にレジスト４２を形成する。
ここで、レジスト４２は、ｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３などの配線シート１０の銅配線を残す箇所以外の箇所に開口部を有する形状に形成される。レジスト４２としてはたとえば従来から公知のものを用いることができ、たとえば、スクリーン印刷、ディスペンサ塗布またはインクジェット塗布などの方法によって所定の位置に塗布された樹脂を硬化したものなどを用いることができる。
次に、図７（ｃ）に示すように、レジスト４２から露出している箇所の導電層４１を矢印４３の方向に除去することによって導電層４１のパターンニングを行ない、導電層４１の残部からｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３などの配線シート１０の銅配線を形成する。
ここで、導電層４１の除去は、たとえば、酸やアルカリの溶液を用いたウエットエッチングなどによって行なうことができる。
次に、図７（ｄ）に示すように、ｎ型用銅配線１２の表面およびｐ型用銅配線１３の表面からレジスト４２をすべて除去する。これにより、ｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３が絶縁性基材１１上に形成された配線シート１０が作製される。絶縁性基材１１上に形成される配線としては、ｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３以外にも、たとえば、複数のｎ型用銅配線１２同士を電気的に接続する配線、複数のｐ型用銅配線１３同士を電気的に接続する配線、および複数の太陽電池セル８を電気的に接続するための配線などが形成されてもよい。
以下、図８（ａ）〜図８（ｃ）の模式的断面図を参照して、実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルの製造方法の一例について説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、上記のようにして作製した配線シート１０の絶縁性基材１１の表面上に絶縁性樹脂１６を塗布する。
ここで、絶縁性樹脂１６としては、たとえば、樹脂成分として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂とアクリル樹脂との混合樹脂のいずれかを含む電気的に絶縁性の熱硬化性および／または光硬化性の樹脂組成物などを用いることができる。また、絶縁性樹脂１６は、樹脂成分以外の成分として、たとえば硬化剤などの従来から公知の添加剤を１種類以上含んでいてもよい。
次に、図８（ｂ）に示すように、配線シート１０上に太陽電池セル８を設置する。
ここで、太陽電池セル８は、ｎ型用銀電極６の幅方向の端がｎ型用銅配線１２の幅方向の端からはみ出さないようにｎ型用銀電極６がｎ型用銅配線１２上に設置されるとともに、ｐ型用銀電極７の幅方向の端がｐ型用銅配線１３の幅方向の端からはみ出さないようにｐ型用銀電極７がｐ型用銅配線１３上に設置されるようにして、配線シート１０上に設置される。
ここで、太陽電池セル８は、ｎ型用銀電極６の幅方向の端がｎ型用銅配線１２の幅方向の端からはみ出さないようにｎ型用銀電極６がｎ型用銅配線１２上に設置されるとともに、ｐ型用銀電極７の幅方向の端がｐ型用銅配線１３の幅方向の端からはみ出さないようにｐ型用銀電極７がｐ型用銅配線１３上に設置されるようにして、配線シート１０上に設置される。
次に、図８（ｃ）に示すように、絶縁性樹脂１６を加熱および／または光照射して固化することによって、実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルが作製される。
なお、太陽電池セル８の銀電極と配線シート１０の銅配線とを接触させた状態で太陽電池セル８と配線シート１０との間に設置された絶縁性樹脂１６を硬化させることによって、実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルを作製することができる。
実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルにおいては、配線シート１０上に複数の太陽電池セル８を設置することによって、これらの太陽電池セル８を電気的に直列に接続した構成とすることもできる。
また、たとえば図９の模式的断面図に示すように、実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルのｎ型用銀電極６およびｐ型用銀電極７の断面形状を楕円形状としてもよい。なお、図９においては、説明の便宜のため、基板１、ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７、絶縁性基材１１、ｎ型用銅配線１２およびｐ型用銅配線１３以外の部材については図示していない。
その後、たとえば図１０の模式的断面図に示すように、透明基板１７と裏面保護材１９との間の封止材１８中に上記のようにして作製した実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルを封止する。これにより、実施の形態１の配線シート付き太陽電池セルを含む太陽電池モジュールを作製することができる。
ここで、透明基板１７としては、たとえばガラス基板などの太陽電池モジュールに入射する光を透過させることが可能な基板を用いることができる。封止材１８としては、たとえばエチレンビニルアセテートなどの太陽電池モジュールに入射する光を透過させることが可能な樹脂などを用いることができる。裏面保護材１９としては、たとえばポリエステルフィルムなどの配線シート付き太陽電池セルの保護が可能な部材などを用いることができる。
上記においては、太陽電池セルとして、基板の一方の表面側（裏面側）のみにｎ型用銀電極およびｐ型用銀電極の双方が形成された構成の裏面電極型太陽電池セルを用いた場合について説明したが、本発明における太陽電池セルの概念には、上述した裏面電極型太陽電池セルだけでなく、ＭＷＴ（Metal Wrap Through）セル（基板に設けられた貫通孔に電極の一部を配置した構成の太陽電池セル）などのいわゆるバックコンタクト型太陽電池セル（太陽電池セルの受光面側と反対側の裏面側から電流を取り出す構造の太陽電池セル）、上述した基板の裏面とは反対側の表面および／または基板の側面にｎ型用銀電極および／またはｐ型用銀電極が形成された太陽電池セルも含まれる。
本発明における配線シート付き太陽電池セルの概念には、複数の太陽電池セル８が配線シート１０上に設置されて太陽電池セル８間が電気的に接続されている構成のみならず、１つの太陽電池セルが配線シート上に設置されている構成も含まれる。
＜実施の形態２＞
図１１に、本発明の配線シート付き太陽電池セルの他の一例である実施の形態２の配線シート付き太陽電池セルの模式的な断面図を示す。
図１１に、本発明の配線シート付き太陽電池セルの他の一例である実施の形態２の配線シート付き太陽電池セルの模式的な断面図を示す。
実施の形態２の配線シート付き太陽電池セルは、太陽電池セル８のｎ型用銀電極６と配線シート１０のｎ型用銅配線１２との電気的な接続、および太陽電池セル８のｐ型用銀電極７と配線シート１０のｐ型用銅配線１３との電気的な接続が、それぞれ、導電性接着剤６６を介して行なわれていることを特徴の１つとしている。
この場合には、太陽電池セル８の銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）と、配線シート１０の銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）との接続部における電気的な抵抗を低減して、当該接続部における電圧降下を低減することができるため、配線シート付き太陽電池セルの出力電力を向上することができる。また、この場合には、太陽電池セル８の銀電極と配線シート１０の銅配線とを導電性接着剤６６で固定することができるため、上記の絶縁性樹脂１６の使用量を低減することができる。
また、導電性接着剤６６は、太陽電池セル８の銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い金属材料から構成されていることが好ましい。これにより、導電性接着剤６６が太陽電池セル８の銀電極の表面に接する部分では導電性接着剤６６が銀電極と同電位となるために銀電極の表面には電界が発生せず、銀電極を構成する金属材料のイオンマイグレーションをより抑制することができる傾向にある。
そして、配線シート１０の銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）は、導電性接着剤６６を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い金属材料から構成されていることが好ましい。これにより、太陽電池セル８の銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）のイオンマイグレーションを導電性接着剤６６によって抑制しながら、実施の形態１と同様に導電性接着剤６６のイオンマイグレーションを配線シート１０の銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）によって抑制することが可能となる。
太陽電池セル８の銀電極（ｎ型用銀電極６、ｐ型用銀電極７）が配線シート１０の銅配線（ｎ型用銅配線１２、ｐ型用銅配線１３）と接している場合には、銅配線と接している銀電極の表面以外の表面が、銀電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い金属材料から構成されている導電性接着剤６６によって覆われていることがより好ましい。これにより、銀電極の表面を、銀電極と同電位であり、銀電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こりにくい金属材料から構成されている導電性接着剤６６により覆うことができるため、銀電極の表面に電界が発生するのを防ぐことができ、銀電極を構成する金属材料のイオンマイグレーションをさらに抑制することができる傾向が大きくなる。
以上により、実施の形態２の配線シート付き太陽電池セルにおいては、イオンマイグレーションに起因する特性の低下をより安定して抑制することができる。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、配線シート付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールに利用することができる。
１ 基板、１ａ スライスダメージ、２ ｎ型不純物拡散領域、３ ｐ型不純物拡散領域、５ 反射防止膜、６ ｎ型用銀電極、７ ｐ型用銀電極、８ 太陽電池セル、１０ 配線シート、１１ 絶縁性基材、１２ ｎ型用銅配線、１３ ｐ型用銅配線、１６ 絶縁性樹脂、１７ 透明基板、１８ 封止材、１９ 裏面保護材、４１ 導電層、４２ レジスト、４３ 矢印、５１ 銀電極の電界強度の最大位置、５２ 銅配線の電界強度の最大位置、６６ 導電性接着剤。
Claims (3)
- シリコン基板の一方の面に第１の電極と前記第１の電極とは極性が異なる第２の電極とが配置されている裏面電極型太陽電池セルと、
前記第１の電極に電気的に接続される第１の配線と前記第２の電極に電気的に接続される第２の配線とが配置されている配線シートと、を有する配線シート付き太陽電池セルであって、
前記第１の配線は前記第１の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成され、
前記第２の配線は前記第２の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成され、
前記第１の電極の表面は銀を含み、前記第１の配線は銅を含み、
前記第２の電極の表面は銀を含み、前記第２の配線は銅を含んでおり、
前記第１の配線の幅は、前記第１の電極の幅よりも広く、
前記第２の配線の幅は、前記第２の電極の幅よりも広く、
前記第１の電極の端部からの前記第１の配線の飛び出し量が１００μｍ以上であり、
前記第２の電極の端部からの前記第２の配線の飛び出し量が１００μｍ以上であり、
前記第１の電極の幅方向の中心と前記第２の電極の幅方向の中心との間の最短距離である電極間ピッチが０．５ｍｍ以上である、配線シート付き太陽電池セル。 - 請求項１に記載の配線シート付き太陽電池セルを含む、太陽電池モジュール。
- 請求項１に記載の配線シート付き太陽電池セルを製造する方法であって、
前記第１の電極が少なくとも幅方向において前記第１の配線からはみ出さないように前記第１の電極と前記第１の配線とを電気的に接続する工程を含む、配線シート付き太陽電池セルの製造方法。
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