JP5172783B2 - 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 - Google Patents
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Description
本発明は、裏面電極型太陽電池セル、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、半導体装置の中でも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電極を形成した裏面電極型太陽電池セルを配線シート上に設置した配線シート付きの太陽電池セル（配線シート付き太陽電池セル）についても研究開発が進められている（たとえば特許文献１等参照）。
以下、図８（ａ）および図８（ｂ）の模式的断面図を参照して、従来の配線シート付き太陽電池セルの製造方法について説明する。
まず、図８（ａ）に示すように、配線シート１００上に裏面電極型太陽電池セル８０を設置する。
ここで、裏面電極型太陽電池セル８０のｎ型シリコン基板１０１の裏面のｐ+層１０２に接するｐ型用銀電極１０６の表面に形成された半田１１９が配線シート１００のガラエポ基板１１１上に形成されたｐ配線１１２の表面に形成された半田１１９上に設置されるとともに、裏面電極型太陽電池セル８０のｎ型シリコン基板１０１の裏面のｎ+層１０３に接するｎ型用銀電極１０７の表面に形成された半田１１９が配線シート１００のガラエポ基板１１１上に形成されたｎ配線１１３の表面に形成された半田１１９上に設置される。
そして、裏面電極型太陽電池セル８０側から熱風を吹きつけて双方の半田１１９を溶解させた後に冷却することによって、図８（ｂ）に示すように、裏面電極型太陽電池セル８０のｐ型用銀電極１０６と配線シート１００のｐ配線１１２とが半田１１９によって接続されるとともに、裏面電極型太陽電池セル８０のｎ型用銀電極１０７と配線シート１００のｎ配線１１３とが半田１１９によって接続されることによって、裏面電極型太陽電池セル８０と配線シート１００とが一体化されて配線シート付き太陽電池セルが作製される。
上記のようにして作製された配線シート付き太陽電池セルは、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などの透明樹脂中に封止されることにより太陽電池モジュールとされる。
しかしながら、半田１１９としてＳｎ−Ｂｉ系半田などの錫を含有する半田を用いた場合には、太陽電池モジュールの駆動時に発生する熱や太陽熱による太陽電池モジュールの温度上昇などによって、半田１１９から錫がｐ型用銀電極１０６およびｎ型用銀電極１０７に拡散して、たとえば図９に示すように、ｐ型用銀電極１０６の表面に銀と錫の合金層１２１が形成される。
そして、さらに錫の拡散が進行して、銀と錫の合金層１２１が、ｐ型用銀電極１０６がｎ型シリコン基板１０１の裏面のｐ+層１０２に接触する領域であるコンタクト領域に到達した場合には、ｐ型用銀電極１０６とｐ+層１０２との接触抵抗が増加して、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の特性が低下するという問題があった。
なお、図９においては、ｐ型用銀電極１０６の場合のみを示しているが、ｎ型用銀電極１０７でも同様の現象が生じることは言うまでもない。
上記のような錫の拡散に起因する銀と錫の合金層１２１は早期に拡大していくため、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが求められていた。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが可能な裏面電極型太陽電池セル、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を提供することにある。
本発明は、裏面電極型太陽電池セルと、配線シートと、を備え、裏面電極型太陽電池セルは、半導体基板と、半導体基板の一方の面側に設置された第１導電型用電極と第２導電型用電極とを含み、配線シートは、絶縁性基材と、絶縁性基材の一方の面側に設置された第１導電型用配線と第２導電型用配線とを含み、第１導電型用電極と第１導電型用配線とが錫含有半田層によって電気的に接続されているとともに、第２導電型用電極と第２導電型用配線とが錫含有半田層によって電気的に接続されており、第１導電型用電極が接触している半導体基板の領域である第１のコンタクト領域および第２導電型用電極が接触している半導体基板の領域である第２のコンタクト領域の少なくとも一方に対応する領域に錫含有半田層が設置されていない配線シート付き太陽電池セルである。ここで、本発明の配線シート付き太陽電池セルにおいては、第１導電型用電極および第２導電型用電極の少なくとも一方の幅方向の中心に対して、該電極に接触する錫含有半田層の幅方向の中心の位置がずれていることが好ましい。
ここで、本発明の配線シート付き太陽電池セルにおいては、第１のコンタクト領域と錫含有半田層との幅方向における最短距離が、第１のコンタクト領域と第１導電型用銀電極の頂点との高さ方向における最短距離の３倍以上であることが好ましい。
また、本発明の配線シート付き太陽電池セルにおいては、第２のコンタクト領域と錫含有半田層との幅方向における最短距離が、第２のコンタクト領域と第２導電型用銀電極の頂点との高さ方向における最短距離の３倍以上であることが好ましい。
ここで、本発明の配線シート付き太陽電池セルにおいては、第１導電型用電極の幅方向の中心に対して、該第１導電型用電極に接触する錫含有半田層の幅方向の中心の位置がずれているとともに、該第１導電型用電極に接触している半導体基板の領域である第１のコンタクト領域の幅方向の中心の位置が錫含有半田層とは逆側にずれていることが好ましい。
また、本発明の配線シート付き太陽電池セルにおいては、第２導電型用電極の幅方向の中心に対して、該第２導電型用電極に接触する錫含有半田層の幅方向の中心の位置がずれているとともに、該第２導電型用電極に接触している半導体基板の領域である第２のコンタクト領域の幅方向の中心の位置が錫含有半田層とは逆側にずれていることが好ましい。
ここで、本発明の配線シート付き太陽電池セルにおいて、錫含有半田層は少なくとも錫とビスマスとを含むことが好ましい。
さらに、本発明は、上記のいずれか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である。
本発明によれば、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが可能な裏面電極型太陽電池セル、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。
図１に、本発明の太陽電池モジュールの一例の模式的な断面図を示す。図１に示す構成の太陽電池モジュールは、裏面電極型太陽電池セル８が配線シート１０上に設置された構成の配線シート付き太陽電池セルがガラス基板などの透明基板１７とポリエステルフィルムなどのバックフィルム１９との間のエチレンビニルアセテートなどの封止材１８中に封止された構成となっている。
ここで、裏面電極型太陽電池セル８の半導体基板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。また、裏面電極型太陽電池セル８の半導体基板１の裏面にはパッシベーション膜４が形成されている。
また、裏面電極型太陽電池セル８は、半導体基板１と、半導体基板１の裏面に形成された第１導電型不純物拡散領域２および第２導電型不純物拡散領域３と、第１導電型不純物拡散領域２に接するようにして形成された第１導電型用銀電極６と、第２導電型不純物拡散領域３に接するようにして形成された第２導電型用銀電極７とを含んでいる。したがって、半導体基板１の裏面側には、第１導電型不純物拡散領域２に対応する第１導電型用銀電極６と、第２導電型不純物拡散領域３に対応する第２導電型用銀電極７とが形成されている。
ここで、裏面電極型太陽電池セル８の裏面側の第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７はそれぞれ半導体基板１とは反対側に突出する形状となっており、第１導電型用銀電極６の電極幅および第２導電型用銀電極７の電極幅はそれぞれ半導体基板１から離れるにしたがって連続的に減少し、第１導電型用銀電極６の外表面および第２導電型用銀電極７の外表面はそれぞれ円柱の側面のように湾曲した曲面となっている。また、第１導電型用銀電極６の形状および第２導電型用銀電極７の形状はそれぞれこの形状に限定されるものではなく、たとえば、第１導電型用銀電極６の先端および／または第２導電型用銀電極７の先端が平坦状であってもよく、二こぶの山形状であってもよい。
なお、この例においては、第１導電型不純物拡散領域２および第２導電型不純物拡散領域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、第１導電型不純物拡散領域２と第２導電型不純物拡散領域３とは半導体基板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。
また、この例においては、第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極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、第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７はそれぞれパッシベーション膜４に設けられた開口部を通して、半導体基板１の裏面の第１導電型不純物拡散領域２および第２導電型不純物拡散領域３に沿って、第１導電型不純物拡散領域２および第２導電型不純物拡散領域３にそれぞれ接するようにして形成されている。
また、この例においては、裏面電極型太陽電池セル８の電極として、第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７を用いているが、銀電極に限定されるものではない。
一方、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第１導電型用配線１２と第２導電型用配線１３とを含んでいる。
また、配線シート１０の絶縁性基材１１上の第１導電型用配線１２は、裏面電極型太陽電池セル８の裏面の第１導電型用銀電極６と互いに１本ずつ向かい合う形状に形成されている。
また、配線シート１０の絶縁性基材１１上の第２導電型用配線１３は、裏面電極型太陽電池セル８の裏面の第２導電型用銀電極７と互いに１本ずつ向かい合う形状に形成されている。
なお、この例においては、配線シート１０の第１導電型用配線１２および第２導電型用配線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。
そして、裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用銀電極６と配線シート１０の第１導電型用配線１２とは錫含有半田層２０によって電気的かつ機械的に接続されているとともに、裏面電極型太陽電池セル８の第２導電型用銀電極７と配線シート１０の第２導電型用配線１３とも錫含有半田層２０によって電気的かつ機械的に接続されている。
図２（ａ）に、図１に示す裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用銀電極６近傍の模式的な拡大断面図を示す。図２（ｂ）に、図１に示す裏面電極型太陽電池セル８の第２導電型用銀電極７近傍の模式的な拡大断面図を示す。
ここで、図２（ａ）に示すように、裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用銀電極６の幅方向の中心に相当する頂点６ａに対して、第１導電型用銀電極６が接している半導体基板１の裏面の第１導電型不純物拡散領域２の領域である第１のコンタクト領域２ａの幅方向の中心２ｂの位置がずれている。
そして、図２（ａ）に示すように、第１導電型用銀電極６が接触する第１導電型不純物拡散領域２の領域である第１のコンタクト領域２ａに対応する領域（仮想垂直面３２ａと仮想垂直面３２ｂとの間の領域）には錫含有半田層２０が設置されておらず、第１のコンタクト領域２ａに対応する領域（仮想垂直面３２ａと仮想垂直面３２ｂとの間の領域）以外の領域に錫含有半田層２０が設置されている。
ここで、第１導電型用銀電極６の幅はたとえば２００μｍ以上４００μｍ以下とすることができ、第１導電型用銀電極６の厚さはたとえば１０μｍ以上２０μｍ以下とすることができ、パッシベーション膜４の厚さはたとえば０．２５μｍ以上０．７５μｍ以下とすることができる。
また、第１のコンタクト領域２ａの幅はたとえば５０μｍ以上１００μｍ以下とすることができ、第１導電型用配線１２の幅はたとえば３００μｍ以上６００μｍ以下とすることができ、第１導電型用配線１２の厚さはたとえば１０μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。
また、第１導電型用配線１２とそれに隣り合う第２導電型用配線１３との間の距離はたとえば１５０μｍ以上３００μｍ以下とすることができ、第１導電型用銀電極６の幅方向の中心に相当する頂点６ａに対する第１のコンタクト領域２ａの幅方向の中心２ｂの第１のコンタクト領域２ａの幅方向における位置ずれ距離はたとえば５０μｍ以上２００μｍ以下とすることができる。
また、図２（ｂ）に示すように、裏面電極型太陽電池セル８の第２導電型用銀電極７の幅方向の中心に相当する頂点７ａに対して、第２導電型用銀電極７が接している半導体基板１の裏面の第２導電型不純物拡散領域３の領域である第２のコンタクト領域３ａの幅方向の中心３ｂの位置がずれている。
そして、図２（ｂ）に示すように、第２導電型用銀電極７が接触する第２導電型不純物拡散領域３の領域である第２のコンタクト領域３ａに対応する領域（仮想垂直面３３ａと仮想垂直面３３ｂとの間の領域）には錫含有半田層２０が設置されておらず、第２のコンタクト領域３ａに対応する領域（仮想垂直面３３ａと仮想垂直面３３ｂとの間の領域）以外の領域に錫含有半田層２０が設置されている。
なお、第２導電型用銀電極７の幅および厚さはたとえば第１導電型用銀電極６の幅および厚さとそれぞれ同程度にすることができ、第２のコンタクト領域３ａの幅はたとえば第１のコンタクト領域２ａの幅と同程度にすることができ、第２導電型用配線１３の幅および厚さはたとえば第１導電型用配線１２の幅および厚さとそれぞれ同程度にすることができる。また、第２導電型用銀電極７の幅方向の中心に相当する頂点７ａに対する第２のコンタクト領域３ａの幅方向の中心３ｂの第２のコンタクト領域３ａの幅方向における位置ずれ距離は、たとえば、第１導電型用銀電極６の幅方向の中心に相当する頂点６ａに対する第１のコンタクト領域２ａの幅方向の中心２ｂの第１のコンタクト領域２ａの幅方向における位置ずれ距離と同程度にすることができる。
ここで、第１導電型用銀電極６の幅方向とは第１導電型用銀電極６の長手方向に直交する方向のことであり、第２導電型用銀電極７の幅方向とは第２導電型用銀電極７の長手方向に直交する方向のことである。
また、第１のコンタクト領域２ａの幅方向とは第１のコンタクト領域２ａの長手方向に直交する方向のことであり、第２のコンタクト領域３ａの幅方向とは第２のコンタクト領域３ａの長手方向に直交する方向のことである。
なお、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す例においては、第１導電型用銀電極６の幅方向、第２導電型用銀電極７の幅方向、第１のコンタクト領域２ａの幅方向および第２のコンタクト領域３ａの幅方向はいずれも図２（ａ）および図２（ｂ）のそれぞれの紙面の左右方向に一致する。
以上のように、銀電極（第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７）の幅方向の中心に対してコンタクト領域（第１のコンタクト領域２ａおよび第２のコンタクト領域３ａ）の幅方向の中心の位置がずれている裏面電極型太陽電池セル８を用いて、コンタクト領域（第１のコンタクト領域２ａおよび第２のコンタクト領域３ａ）に対応する領域以外の領域に錫含有半田層２０を設置した構造とすることによって、たとえば図８および図９に示される従来の構造と比べて、銀と錫の合金層が第１のコンタクト領域２ａおよび第２のコンタクト領域３ａに接触することによる接触抵抗の増加に至るまでの時間を長くすることができることから、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが可能となる。
また、図２（ａ）に示すように、第１のコンタクト領域２ａの幅方向の錫含有半田層２０に最も近い端部を含む仮想垂直面３２ｂと錫含有半田層２０の幅方向の第１のコンタクト領域２ａに最も近い端部を含む仮想垂直面３２ｃとの間の最短距離（第１のコンタクト領域２ａと錫含有半田層２０との幅方向における最短距離）ｄ１は、半導体基板１の裏面の第１のコンタクト領域２ａを含む仮想水平面５２ａと第１導電型用銀電極６の頂点６ａを含む仮想水平面５２ｂとの間の高さ方向における最短距離（第１のコンタクト領域２ａと第１導電型用銀電極６の頂点６ａとの高さ方向における最短距離）ｈ１の３倍以上であることが好ましい。この場合には、銀と錫の合金層が第１のコンタクト領域２ａに接触することによる接触抵抗の増加に至るまでの時間をさらに長くすることができることから、太陽電池モジュールの信頼性をさらに長く確保することができる傾向にある。なお、ｄ１は、たとえば５０μｍ以上２００μｍ以下の長さとすることができる。
また、図２（ｂ）に示すように、第２のコンタクト領域３ａの幅方向の錫含有半田層２０に最も近い端部を含む仮想垂直面３３ｂと錫含有半田層２０の幅方向の第２のコンタクト領域３ａに最も近い端部を含む仮想垂直面３３ｃとの間の最短距離（第２のコンタクト領域３ａと錫含有半田層２０との幅方向における最短距離）ｄ２は、半導体基板１の裏面の第２のコンタクト領域３ａを含む仮想水平面５３ａと第２導電型用銀電極７の頂点７ａを含む仮想水平面５３ｂとの間の高さ方向における最短距離（第２のコンタクト領域３ａと第２導電型用銀電極７の頂点７ａとの高さ方向における最短距離）ｈ２の３倍以上であることが好ましい。この場合には、銀と錫の合金層が第２のコンタクト領域３ａに接触することによる接触抵抗の増加に至るまでの時間をさらに長くすることができることから、太陽電池モジュールの信頼性をさらに長く確保することができる傾向にある。なお、ｄ２は、たとえば５０μｍ以上２００μｍ以下の長さとすることができる。
なお、錫含有半田層２０は、錫を含有する半田からなる層であれば特に限定されず、錫含有半田層２０としては、たとえば、少なくとも錫とビスマスとを含むＳｎ−Ｂｉ系半田からなる層などを用いることができる。
また、たとえば図２（ａ）に示すように、第１導電型用銀電極６の表面領域のうち第１導電型用配線１２に最も近接する第１導電型用銀電極６の頂点６ａと錫含有半田層２０とが接触していない場合には、銀と錫の合金層が第１のコンタクト領域２ａに接触することによる接触抵抗の増加に至るまでの時間を従来よりも長くすることができることから、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することができる。
また、たとえば図２（ｂ）に示すように、第１導電型用銀電極６だけでなく、第２導電型用銀電極７についても、第２導電型用銀電極７の表面領域のうち第２導電型用配線１３に最も近接する第２導電型用銀電極７の頂点７ａと錫含有半田層２０とを接触させないことによって、太陽電池モジュールの信頼性をさらに大きく向上させることができる。
また、たとえば図２（ａ）に示すように、第１導電型用銀電極６に対して錫含有半田２０をずらして配置することによって第１導電型用銀電極６に対して第１導電型用配線１２がずれた位置に配置されてもよい。なお、図２（ａ）に示す例では、第１のコンタクト領域２ａの幅方向の中心２ｂの位置が錫含有半田層２０の設置側とは逆側にずれている。
また、たとえば図２（ｂ）に示すように、第２導電型用銀電極７に対して錫含有半田２０をずらして配置することによって第２導電型用銀電極７に対して第２導電型用配線１３がずれた位置に配置されてもよい。なお、図２（ｂ）に示す例では、第２のコンタクト領域３ａの幅方向の中心３ｂの位置が錫含有半田層２０の設置側とは逆側にずれている。
また、第１導電型用配線１２とそれに隣接する第２導電型用配線１３との間の距離が小さい場合には第１導電型用配線１２に対して第１導電型用銀電極６が対向するように配置されることが好ましく、さらには第２導電型用配線１３に対して第２導電型用銀電極７が対向するように配置されることがさらに好ましい。
また、第１導電型用配線１２に対して第２導電型用銀電極７が対向する領域および／または第２導電型用配線１３に対して第１導電型用銀電極６が対向する領域を小さくすることによって、第１導電型用銀電極６と第２導電型用銀電極７との間に生じる電位差による電極成分のイオンマイグレーションなどの影響を少なくすることができる。
以下、図３（ａ）〜図３（ｇ）の模式的断面図を参照して、図１に示す裏面電極型太陽電池セル８の製造方法の一例について説明する。
まず、図３（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、半導体基板１の表面にスライスダメージ１ａが形成された半導体基板１を用意する。ここで、半導体基板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３（ｂ）に示すように、半導体基板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、たとえば半導体基板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。
ここで、スライスダメージ１ａの除去後の半導体基板１の大きさおよび形状も特に限定されないが、半導体基板１の厚さをたとえば１００μｍ以上５００μｍ以下とすることができ、特に２００μｍ程度とすることが好ましい。
次に、図３（ｃ）に示すように、半導体基板１の裏面に、第１導電型不純物拡散領域２および第２導電型不純物拡散領域３をそれぞれ形成する。ここで、第１導電型不純物拡散領域２は、たとえば、第１導電型不純物を含むガスを用いた気相拡散または第１導電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、第２導電型不純物拡散領域３は、たとえば、第２導電型不純物を含むガスを用いた気相拡散または第２導電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。
ここで、第１導電型不純物拡散領域２は、第１導電型不純物を含み、ｎ型またはｐ型の導電型を示す領域であれば特に限定されない。なお、第１導電型不純物としては、第１導電型がｎ型である場合にはたとえばリンなどのｎ型不純物を用いることができ、第１導電型がｐ型である場合にはたとえばボロンまたはアルミニウムなどのｐ型不純物を用いることができる。
また、第２導電型不純物拡散領域３は、第２導電型不純物を含み、第１導電型不純物拡散領域２とは逆の導電型を示す領域であれば特に限定されない。なお、第２導電型不純物としては、第２導電型がｎ型である場合にはたとえばリンなどのｎ型不純物を用いることができ、第２導電型がｐ型である場合にはたとえばボロンまたはアルミニウムなどのｐ型不純物を用いることができる。
なお、第１導電型はｎ型またはｐ型のいずれの導電型であってもよく、第２導電型は第１導電型と反対の導電型であればよい。すなわち、第１導電型がｎ型のときは第２導電型がｐ型となり、第１導電型がｐ型のときは第２導電型がｎ型となる。
また、第１導電型不純物を含むガスとしては、第１導電型がｎ型である場合には、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、第１導電型がｐ型である場合には、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。
また、第２導電型不純物を含むガスとしては、第２導電型がｎ型である場合には、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、第２導電型がｐ型である場合には、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。
次に、図３（ｄ）に示すように、半導体基板１の裏面にパッシベーション膜４を形成する。ここで、パッシベーション膜４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形成することができる。
ここで、パッシベーション膜４としては、たとえば、酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、または酸化シリコン膜と窒化シリコン膜との積層体などを用いることができるが、これらに限定されるものではない。
また、パッシベーション膜４の厚みは、たとえば０．０５μｍ以上１μｍ以下とすることができ、特に０．２μｍ程度とすることが好ましい。
次に、図３（ｅ）に示すように、半導体基板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、半導体基板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、半導体基板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半導体基板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。
また、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。なお、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。
次に、図３（ｆ）に示すように、半導体基板１の裏面のパッシベーション膜４の一部を除去することによってコンタクトホール４ａおよびコンタクトホール４ｂを形成する。ここで、コンタクトホール４ａは、第１導電型不純物拡散領域２の表面の少なくとも一部を露出させるようにして形成され、コンタクトホール４ｂは、第２導電型不純物拡散領域３の表面の少なくとも一部を露出させるようにして形成される。
なお、コンタクトホール４ａおよびコンタクトホール４ｂはそれぞれ、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４ａおよびコンタクトホール４ｂ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４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４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４ａおよびコンタクトホール４ｂの形成箇所に対応するパッシベーション膜４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４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３（ｇ）に示すように、コンタクトホール４ａを通して第１導電型不純物拡散領域２に接する第１導電型用銀電極６とコンタクトホール４ｂを通して第２導電型不純物拡散領域３に接する第２導電型用銀電極７とを形成する。
なお、第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７はそれぞれ、たとえば、銀ペーストをコンタクトホール４ａを通して第１導電型不純物拡散領域２に接するように塗布するとともにコンタクトホール４ｂを通して第２導電型不純物拡散領域３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。
図４に、上記のようにして作製した図１に示す裏面電極型太陽電池セル８の裏面の一例の模式的な平面図を示す。ここで、裏面電極型太陽電池セル８の裏面においては、第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７はそれぞれ帯状に形成されている。そして、帯状の複数の第１導電型用銀電極６はそれぞれ１つの帯状の第１導電型用集電電極６０に接続されており、帯状の複数の第２導電型用銀電極７はそれぞれ１つの帯状の第２導電型用集電電極７０に接続されている。なお、この例においては、第１導電型用集電電極６０は、帯状の第１導電型用銀電極６の長手方向に垂直な方向に伸びるようにして形成されており、第２導電型用集電電極７０は、帯状の第２導電型用銀電極７の長手方向に垂直な方向に伸びるようにして形成されている。
したがって、図４に示す構成の裏面電極型太陽電池セル８の裏面においては、１つの第１導電型用集電電極６０と複数の第１導電型用銀電極６とによって１つの櫛形状電極が形成されており、１つの第２導電型用集電電極７０と複数の第２導電型用銀電極７とによって１つの櫛形状電極が形成されている。そして、当該櫛形状電極の櫛歯に相当する第１導電型用銀電極６と第２導電型用銀電極７とはそれぞれ互いに向かい合って当該櫛歯を１本ずつ噛み合わせるようにして配置されている。そして、帯状の第１導電型用銀電極６が接する半導体基板１の裏面部分に１本の帯状の第１導電型不純物拡散領域２が配置されており、帯状の第２導電型用銀電極７が接する半導体基板１の裏面部分に１本の帯状の第２導電型不純物拡散領域３が配置されている。
以下、図５（ａ）〜図５（ｄ）の模式的断面図を参照して、図１に示す配線シート１０の製造方法の一例について説明する。
まず、図５（ａ）に示すように、絶縁性基材１１の表面上に導電層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。
また、絶縁性基材１１の厚みは、たとえば１０μｍ以上２００μｍ以下とすることができ、特に２５μｍ程度とすることが好ましい。
また、導電層４１としては、たとえば、銅などの金属からなる層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。
次に、図５（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、第１導電型用配線１２および第２導電型用配線１３などの配線シート１０の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する。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５（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の残部から第１導電型用配線１２および第２導電型用配線１３などの配線シート１０の配線を形成する。
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５（ｄ）に示すように、第１導電型用配線１２の表面および第２導電型用配線１３の表面からレジスト４２をすべて除去することによって、配線シート１０が作製される。
図６に、上記のようにして作製した配線シート１０の表面の一例の模式的な平面図を示す。ここで、配線シート１０の絶縁性基板１１の表面上において、第１導電型用配線１２および第２導電型用配線１３はそれぞれ帯状に形成されている。また、配線シート１０の絶縁性基材１１の表面上には帯状の接続用配線１４が形成されており、接続用配線１４によって第１導電型用配線１２と第２導電型用配線１３とが電気的に接続されている。なお、接続用配線１４は、たとえば、第１導電型用配線１２および第２導電型用配線１３と同様に、導電層４１の残部から形成することができる。
このような構成とすることによって、配線シート１０の終端にそれぞれ位置している櫛形状の第１導電型用配線１２ａおよび櫛形状の第２導電型用配線１３ａ以外の隣り合う第１導電型用配線１２と第２導電型用配線１３とは、接続用配線１４によって電気的に接続されていることから、配線シート１０上で隣り合うようにして設置される裏面電極型太陽電池セル８同士は互いに電気的に接続されることになる。したがって、配線シート１０上に設置されたすべての裏面電極型太陽電池セル８は電気的に直列に接続されることになる。
以下、図７（ａ）〜図７（ｃ）の模式的断面図を参照して、図１に示す太陽電池モジュールに用いられる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７（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の第１導電型用配線１２および第２導電型用配線１３のそれぞれの表面上に錫含有半田層２０を形成する。
ここで、錫含有半田層２０は、第１導電型用配線１２および第２導電型用配線１３のそれぞれの表面の一方の端部側のみに錫含有半田を選択的に塗布することにより形成することができる。また、錫含有半田層２０を形成するための錫含有半田は、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選択的に塗布することができる。
また、錫含有半田層２０は、第１導電型用配線１２および第２導電型用配線１３のそれぞれの錫含有半田層２０が設置されない表面領域にソルダーレジストを設置した後に錫含有半田を塗布することなどによっても形成することができる。
次に、図７（ｂ）に示すように、配線シート１０上に裏面電極型太陽電池セル８を設置する。
ここで、裏面電極型太陽電池セル８は、たとえば図７（ｃ）に示すように、配線シート１０の第１導電型用配線１２上に裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用銀電極６が設置され、配線シート１０の第２導電型用配線１３上に裏面電極型太陽電池セル８の第２導電型用銀電極７が設置されるようにして、配線シート１０上に設置される。
このとき、裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７のそれぞれの配線シート１０側への圧力により錫含有半田層２０が配線シート１０の第１導電型用配線１２の表面上および第２導電型用配線１３の表面上でそれぞれ広がる。
その後、錫含有半田層２０を冷却して固化することにより、裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用銀電極６と配線シート１０の第１導電型用配線１２とが電気的かつ機械的に接続されるとともに、裏面電極型太陽電池セル８の第２導電型用銀電極７と配線シート１０の第２導電型用配線１３とが電気的かつ機械的に接続されて、図７（ｃ）に示す構造の配線シート付き太陽電池セルが作製される。
そして、上記のようにして作製された配線シート付き太陽電池セルは、たとえば図１に示すように、エチレンビニルアセテートなどの封止材１８を備えたガラス基板などの透明基板１７と、封止材１８を備えたポリエステルフィルムなどのバックフィルム１９との間に挟み込まれ、配線シート付き太陽電池セルを構成する裏面電極型太陽電池セル８を封止材１８中に封止することによって図１に示す太陽電池モジュールが作製されることになる。
なお、本発明における裏面電極型太陽電池セルの概念には、上述した半導体基板の一方の表面側（裏面側）のみに第１導電型用銀電極および第２導電型用銀電極の双方が形成された構成のものだけでなく、ＭＷＴ（Metal Wrap Through）セル（半導体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）のすべてが含まれる。
また、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、複数の裏面電極型太陽電池セルが配線シート上に設置されている構成のみならず、１つの裏面電極型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。
また、上記においては、第１導電型用銀電極６と第１導電型用配線１２との間および第２導電型用銀電極７と第２導電型用配線１３との間のそれぞれに錫含有半田層２０を形成したが、本発明においては、第１導電型用銀電極６と第１導電型用配線１２との間および第２導電型用銀電極７と第２導電型用配線１３との間の少なくとも一方の間に錫含有半田層２０が形成されていればよい。
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、太陽電池モジュールの信頼性をより長く確保することが可能な裏面電極型太陽電池セル、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 半導体基板、１ａ スライスダメージ、２ 第１導電型不純物拡散領域、２ａ 第１のコンタクト領域、２ｂ 中心、３ 第２導電型不純物拡散領域、３ａ 第２のコンタクト領域、３ｂ 中心、４ パッシベーション膜、４ａ コンタクトホール、４ｂ コンタクトホール、５ 反射防止膜、６ 第１導電型用銀電極、６ａ 頂点、７ 第２導電型用銀電極、７ａ 頂点、８，８０ 裏面電極型太陽電池セル、１０，１００ 配線シート、１１ 絶縁性基材、１２，１２ａ 第１導電型用配線、１３，１３ａ 第２導電型用配線、１７ 透明基板、１８ 封止材、１９ バックフィルム、２０ 錫含有半田層、３２ａ，３２ｂ，３２ｃ，３３ａ，３３ｂ，３３ｃ 仮想垂直面、４１ 導電層、４２ レジスト、４３ 矢印、５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５３ｂ 仮想水平面、６０ 第１導電型用集電電極、７０ 第２導電型用集電電極、１０１ ｎ型シリコン基板、１０２ ｐ+層、１０３ ｎ+層、１０６ ｐ型用銀電極、１０７ ｎ型用銀電極、１１１ ガラエポ基板、１１２ ｐ配線、１１３ ｎ配線、１１９ 半田、１２１ 合金層。
Claims (8)
- 裏面電極型太陽電池セルと、
配線シートと、を備え、
前記裏面電極型太陽電池セルは、半導体基板と、前記半導体基板の一方の面側に設置された第１導電型用電極と第２導電型用電極とを含み、
前記配線シートは、絶縁性基材と、前記絶縁性基材の一方の面側に設置された第１導電型用配線と第２導電型用配線とを含み、
前記第１導電型用電極と前記第１導電型用配線とが錫含有半田層によって電気的に接続されているとともに、前記第２導電型用電極と前記第２導電型用配線とが錫含有半田層によって電気的に接続されており、
前記第１導電型用電極が接触している前記半導体基板の領域である第１のコンタクト領域および前記第２導電型用電極が接触している前記半導体基板の領域である第２のコンタクト領域の少なくとも一方に対応する領域に前記錫含有半田層が設置されていない、配線シート付き太陽電池セル。 - 前記第１導電型用電極および前記第２導電型用電極の少なくとも一方の幅方向の中心に対して、該電極に接触する前記錫含有半田層の幅方向の中心の位置がずれている、請求項１に記載の配線シート付き太陽電池セル。
- 前記第１のコンタクト領域と前記錫含有半田層との幅方向における最短距離が、前記第１のコンタクト領域と前記第１導電型用銀電極の頂点との高さ方向における最短距離の３倍以上である、請求項１または２に記載の配線シート付き太陽電池セル。
- 前記第２のコンタクト領域と前記錫含有半田層との幅方向における最短距離が、前記第２のコンタクト領域と前記第２導電型用銀電極の頂点との高さ方向における最短距離の３倍以上である、請求項３に記載の配線シート付き太陽電池セル。
- 前記第１導電型用電極の幅方向の中心に対して、該第１導電型用電極に接触する錫含有半田層の幅方向の中心の位置がずれているとともに、該第１導電型用電極に接触している前記半導体基板の領域である第１のコンタクト領域の幅方向の中心の位置が前記錫含有半田層の幅方向の中心の位置とは逆側にずれている、請求項１から４のいずれかに記載の配線シート付き太陽電池セル。
- 前記第２導電型用電極の幅方向の中心に対して、該第２導電型用電極に接触する錫含有半田層の幅方向の中心の位置がずれているとともに、該第２導電型用電極に接触している前記半導体基板の領域である第２のコンタクト領域の幅方向の中心の位置が前記錫含有半田層の幅方向の中心の位置とは逆側にずれている、請求項５に記載の配線シート付き太陽電池セル。
- 前記錫含有半田層が少なくとも錫とビスマスとを含む、請求項１から６のいずれかに記載の配線シート付き太陽電池セル。
- 請求項１から７のいずれか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。
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