JP5219977B2 - Solar cell element and solar cell module - Google Patents
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Description
本発明は太陽電池素子および太陽電池モジュールに関するものである。 The present invention relates to a solar cell element and a solar cell module.
太陽電池素子の一種として、バックコンタクト型の太陽電池素子がある(例えば、特許文献1参照)。 One type of solar cell element is a back contact type solar cell element (see, for example, Patent Document 1).
従来のバックコンタクト型の太陽電池素子は、一導電型を呈する半導体基板と、半導体基板とは逆の導電型を呈する逆導電型の半導体層と、第1の電極と、第1の電極とは極性が異なる第2の電極とを備える。半導体基板は、受光面と裏面との間を貫通する複数の貫通孔を備える。逆導電型の半導体層は、半導体基板の受光面上に設けられた第1半導体層と、半導体基板の貫通孔の表面に設けられた第2半導体層と、半導体基板の裏面側に設けられた第3半導体層とからなる。第1の電極は、半導体基板の受光面側に形成された受光面電極部と、貫通孔内に形成された貫通孔電極部と、半導体基板の裏面において前記貫通孔電極部上に形成されたバスバー電極部とからなる。受光面電極部、貫通孔電極部及びバスバー電極部は、互いに電気的に接続されている。また、第2の電極は、半導体基板の裏面の第3半導体層が形成されていない部分に形成されてなる。 A conventional back-contact solar cell element includes a semiconductor substrate having one conductivity type, a semiconductor layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate, a first electrode, and a first electrode. And a second electrode having different polarities. The semiconductor substrate includes a plurality of through holes penetrating between the light receiving surface and the back surface. The reverse conductivity type semiconductor layer is provided on the light receiving surface of the semiconductor substrate, the second semiconductor layer provided on the surface of the through hole of the semiconductor substrate, and the back surface side of the semiconductor substrate. It consists of a third semiconductor layer. The first electrode is formed on the light-receiving surface electrode portion formed on the light-receiving surface side of the semiconductor substrate, the through-hole electrode portion formed in the through-hole, and the through-hole electrode portion on the back surface of the semiconductor substrate. It consists of a bus bar electrode part. The light-receiving surface electrode part, the through-hole electrode part, and the bus bar electrode part are electrically connected to each other. The second electrode is formed on a portion of the back surface of the semiconductor substrate where the third semiconductor layer is not formed.
しかしながら、上述の太陽電池素子および該太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールは、さらなる普及が期待されている中において、簡易な構成で太陽光の変換効率を向上させることが重要となっている。この変換効率の向上に関しては、光起電力の損失を低減させることが重要である。 However, while the above-described solar cell element and the solar cell module using the solar cell element are expected to further spread, it is important to improve the conversion efficiency of sunlight with a simple configuration. In order to improve the conversion efficiency, it is important to reduce the loss of photovoltaic power.
本発明は、上記問題点に基づいてなされたものであり、簡易な構成で高効率な太陽電池素子および太陽電池モジュールを提供することを目的とする。 This invention is made | formed based on the said problem, and it aims at providing a highly efficient solar cell element and solar cell module with a simple structure.
本発明の太陽電池素子は、光を受ける第1の面及び該第1の面の裏側の第2の面を有する、一導電型を呈する半導体基板を備える。また、本発明の太陽電池素子は、前記第1の面側から前記第2の面側に導出され、一方向に配列される複数の第1導通部と、該複数の第1導通部の配列方向に沿って前記第2の面上に設けられ、前記複数の第1導通部の一部を覆うように前記第1導通部と接続される複数の第2導通部と、前記配列方向に沿って前記第2導通部と接続される複数の第1出力取出部と、を有する第1の電極を備える。また、本発明の太陽電池素子は、前記半導体基板よりも高い濃度のドーパントを含有してなり、前記第2の面側の前記第1の電極の非形成領域に設けられる、前記一導電型を呈する半導体層を備える。また、本発明の太陽電池素子は、前記半導体層上に設けられる集電部を有する第2の電極を備える。そして、本発明の太陽電池素子は、前記第1出力取出部の前記配列方向における長さが、前記第2導通部の長さよりも短く、前記半導体層は、前記配列方向において、隣り合う前記第1出力取出部の間に設けられている。 The solar cell element of this invention is equipped with the semiconductor substrate which has the 1st surface which receives light, and the 2nd surface on the back side of this 1st surface which exhibits a 1 conductivity type. Further, the solar cell element of the present invention is derived from the first surface side to the second surface side and arranged in one direction, and an array of the plurality of first conduction portions. A plurality of second conductive parts provided on the second surface along the direction and connected to the first conductive parts so as to cover a part of the plurality of first conductive parts, and along the arrangement direction And a plurality of first output extraction parts connected to the second conduction part. In addition, the solar cell element of the present invention includes the one conductivity type, which includes a dopant having a concentration higher than that of the semiconductor substrate, and is provided in a non-formation region of the first electrode on the second surface side. A semiconductor layer is provided. Moreover, the solar cell element of this invention is equipped with the 2nd electrode which has a current collection part provided on the said semiconductor layer. In the solar cell element of the present invention, the length of the first output extraction portion in the arrangement direction is shorter than the length of the second conduction portion, and the semiconductor layers are adjacent to each other in the arrangement direction. It is provided between one output extraction part.
また、本発明の太陽電池モジュールは、互いに隣接するように配列された複数の上記した本発明の太陽電池素子と、隣り合う前記太陽電池素子間で、一方の前記太陽電池素子の前記第1の電極と他方の前記太陽電池素子の前記第2の電極とを接続する配線と、を備える。 Moreover, the solar cell module of the present invention includes a plurality of the above-described solar cell elements of the present invention arranged so as to be adjacent to each other, and the first of the solar cell elements between the adjacent solar cell elements. Wiring which connects an electrode and the second electrode of the other solar cell element.
本発明の太陽電池素子および太陽電池モジュールは、半導体層の形成領域を大きくできるため、BSF効果が高まり太陽電池素子および太陽電池モジュールの出力特性の向上に寄与することができる。 Since the solar cell element and the solar cell module of the present invention can increase the formation region of the semiconductor layer, the BSF effect is enhanced, and the output characteristics of the solar cell element and the solar cell module can be improved.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
≪太陽電池素子の構造≫
本発明の実施の形態に係る太陽電池素子10は、一導電型を呈する半導体基板1と、半導体基板1と異なる導電型を有する逆導電型層2と、貫通孔3と、第1の電極4と、第2の電極5と、を備える。
≪Structure of solar cell element≫
A
太陽電池素子10は、図1〜図4に示すように、第1の面1F(図3においては上面側)と第1の面1Fの裏側の第2の面1S(図3においては下面側)とを含む半導体基板1を有する。太陽電池素子10においては、第1の面1Fが受光面となる(説明の便宜上、第1の面1Fを半導体基板1の受光面、第2の面1Sを半導体基板1の裏面などと称することもある)。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
半導体基板1としては、所定のドーパント元素(導電型制御用の不純物)を有して一導電型(例えば、p型)を呈する単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板等の結晶シリコン基板が用いられる。半導体基板1の厚みは、例えば、250μm以下であるのがより好ましく、150μm以下であるのがさらに好ましい。半導体基板1の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態のように、四角形状であれば製法上の観点から好適である。
As the
本実施の形態においては、半導体基板1として、p型の導電型を呈する結晶シリコン基板を用いる例で説明する。結晶シリコン基板からなる半導体基板1がp型を呈するようにする場合、ドーパント元素としては、例えば、ボロンあるいはガリウムを用いるのが好適である。
In this embodiment, an example in which a crystalline silicon substrate exhibiting p-type conductivity is used as the
半導体基板1の第1の面1Fの側には、図3に示すように、第1の面1Fにおける入射光の反射を低減させて太陽光を半導体基板1内へより多く吸収させるべく、多数の微細な突起1bからなるテクスチャ構造(凹凸構造)1aが形成されている。なお、テクスチャ構造1aは、本実施の形態において必須の構成ではなく、必要に応じて形成すればよい。
On the first surface 1F side of the
また、半導体基板1には、図3に示すように、第1の面1Fと第2の面1Sの間に複数の貫通孔3が形成されている。貫通孔3は、後述するように、その表面に第2逆導電型層2bが形成されている。また、貫通孔3の内部には、第1の電極4の第1導通部4bが形成されている。貫通孔3は、直径が50μm以上300μm以下の範囲で、一定のピッチで形成されるのが好ましい。なお、貫通孔3は、第1の面1Fおよび第2の面1Sに開口する直径が異なっていてもよく、例えば、図3に示すように、第1の面1F側から第2の面1S側に向かって直径が小さくなるような形状であってもよい。
In addition, as shown in FIG. 3, the
逆導電型層2は、半導体基板1とは逆の導電型を呈する層である。逆導電型層2は、半導体基板1の第1の面1F側に形成された第1逆導電型層2aと、貫通孔3の表面に形成された第2逆導電型層2bと、半導体基板1の第2の面1S側に形成された第3逆導電型層2cと、を含んでなる。半導体基板1としてp型の導電型を呈するシリコン基板を使用する場合であれば、逆導電型層2は、n型の導電型を呈するように形成される。一方で、半導体基板1としてn型の導電型を呈するシリコン基板を使用する場合であれば、逆導電型層2は、p型の導電型を呈するように形成される。
The reverse
第1逆導電型層2aは、60〜300Ω/□程度のシート抵抗を有するn+型として形成されるのが好適である。この範囲とすることで、第1の面1Fでの表面再結合の増大および表面抵抗の増大を抑えることができる。第1逆導電型層2aは、半導体基板1の第1の面1Fに、0.2μm〜0.5μm程度の深さに形成されることが好ましい。第3逆導電型層2cは、半導体基板1の第2の面1Sのうち、第1の電極4の形成領域およびその周辺部に形成される。この逆導電型層2を有することにより、太陽電池素子10においては、逆導電型層2と半導体基板1のバルク領域(逆導電型層2の非形成領域)との間に、pn接合が形成される。
The first reverse conductivity type layer 2a is preferably formed as an n + type having a sheet resistance of about 60 to 300Ω / □. By setting it as this range, increase in surface recombination and increase in surface resistance on the first surface 1F can be suppressed. The first reverse conductivity type layer 2a is preferably formed on the first surface 1F of the
太陽電池素子10は、半導体基板1の第2の面1Sに半導体層6を有する。半導体層6は、半導体基板1の第2の面1Sの近傍でキャリア再結合が生じることによる発電効率の低下を抑制するために、太陽電池素子10の内部に内部電界を形成することを目的として(いわゆるBSF効果を得ることを目的として)設けられる層である。半導体層6は、半導体基板1の第2の面1Sの側において、第3逆導電型層2cおよび第1の電極4が設けられていない領域(非形成領域)の略全面に形成される。より詳細には、半導体層6は、第2の面1Sの側において、第3逆導電型層2cおよび第1の電極4と接しないように形成されてなる。また、第3逆導電型層2cと半導体層6との間および半導体基板1の第2の面1Sの周縁部にはpn分離領域が設けられており、このようなpn分離領域には半導体基板1のバルク領域が存在する。
The
半導体層6は、半導体基板1と同一の導電型を呈しているが、半導体基板1が含有するドーパントの濃度よりも高い濃度を有している。ここで、「高濃度」とは、半導体基板1において一導電型を呈するためにドープされてなるドーパント元素の濃度よりも高い濃度でドーパント元素が存在することを意味する。半導体層6は、半導体基板1がp型を呈するのであれば、例えば、第2の面1Sにボロンやアルミニウムなどのドーパント元素を拡散させることによって、これらドーパント元素の濃度が1×1018〜5×1021atoms/cm3程度となるように形成されるのが好適である。これにより、半導体層6は、半導体基板1が呈するp型の導電型よりも高濃度のドーパントを含有してなるp+型の導電型を呈するものとなっており、後述する第1集電部5bとの間にオーミックコンタクトが実現されてなる。
The
半導体層6は、半導体基板1の第2の面1Sを平面視した場合に、第2の面1Sの全領域の70%以上に形成されることが好ましい。70%以上とした場合には、太陽電池素子10の出力特性を向上させるBSF効果がより多く得られる。
The
太陽電池素子10は、半導体基板1の第1の面1F側に反射防止膜7を有する。反射防止膜7は、半導体基板1の表面(第1の面1F)において入射光の反射を低減する役割を有するものであり、第1逆導電型層2a上に形成されている。反射防止膜7は、窒化珪素膜あるいは酸化物材料膜などによって形成されるのが好適である。反射防止膜7の厚みは、構成材料によって好適な値は異なるが、入射光に対して無反射条件が実現される値に設定される。例えば、半導体基板1としてシリコン基板を用いる場合であれば、屈折率が1.8〜2.3程度の材料によって500〜1200Å程度の厚みに反射防止膜7を形成すればよい。なお、反射防止膜7を備えることは、本実施の形態において必須の構成ではなく、必要に応じて形成すればよい。
The
第1の電極4は、図3(a)に示すように、半導体基板1の第1の面1Fの上に形成された主電極部4aと、主電極部4aと電気的に接続する貫通孔3内に設けられた第1導通部4bと、第2の面1Sの上に形成され、第1導通部4bと接続する第2導通部4cおよび第2導通部4cと電気的に接続される第1出力取出部4dと、を有している。主電極部4aは、第1の面1F側で生成したキャリアを集電する機能を有する。第1導通部4bおよび第2導通部4cは、主電極部4aで集電したキャリアを第2の面1S側に設けた第1出力取出部4dに導く機能を有する。第1出力取出部4dは、隣接する太陽電池素子同士を電気的に接続する配線と接続される配線接続部としての機能を有する。
As shown in FIG. 3A, the
一方、第2の電極5は、第1の電極4と異なる極性を有しており、第1の電極4と絶縁されるように配設されている。このような第2の電極5は、図2および図4に示すように、第2出力取出部5aと、第1集電部5bと、第1集電部5b上に、例えば、細線で格子状に設けられる第2集電部5cと、第2導通部4dを挟んで両側に位置する第2集電部5cと第2出力取出部5aとを電気的に接続する接続部5dと、を有する。すなわち、本実施の形態では、半導体層2上に第1集電部5bが設けられている。なお、第2集電部5cを備えることは、本実施の形態において必須の構成ではなく、必要に応じて形成すればよい。よって、接続部5dは、第2集電部5cを形成しない場合、第2導通部4dを挟んで両側に位置する第1集電部5b同士または第1集電部5bと第2出力取出部とを電気的に接続すればよい。
On the other hand, the
第1集電部5bは、半導体基板1の第2の面1Sの側に設けられた半導体層6の上に形成されてなり、第2の面1S側で生成したキャリアを集電する。第2出力取出部5aは、隣接する太陽電池素子同士を電気的に接続する配線と接続される配線接続部としての役割を有する。また、第2出力取出部5aは、その少なくとも一部が第1集電部5bと重なるように構成されることが好ましい。また、太陽電池素子10では、接続部5dを備えることにより、第2出力取出部5aに隣接した第2導通部4cを挟んで反対側にある第2の電極5(第1集電部5b、第2集電部5c)によって集められたキャリアを、効率よく第1集電部5bや第2集電部5cを通して、または直接、第2出力取出部5aに伝えることができる。
The first current collector 5b is formed on the
第1集電部5bは、例えば、アルミニウムで形成されており、第2出力取出部5a、第2集電部5cおよび接続部5dは、例えば、銀で形成されている。なお、接続部5dは、例えば、アルミニウムで形成したもの、もしくは、アルミニウムの上に銀を形成したものであってもよい。
The first current collector 5b is made of, for example, aluminum, and the second
上述のような構成を有することで、本実施の形態に係る太陽電池素子10が実現されてなる。
By having the above-described configuration, the
次に、本実施の形態の第1および第2の電極の構造について詳述する。 Next, the structure of the 1st and 2nd electrode of this Embodiment is explained in full detail.
第1の電極4は、図1に示すように、半導体基板1に形成されている複数の貫通孔3に対応して、複数の第1導通部4bを有している。この第1導通部4bは、図3に示すように、半導体基板1の第1の面1F側から第2の面1S側に導出されるように設けられている。なお、図1において、黒丸状に図示している第1導通部4bの形成位置が貫通孔3の形成位置に対応する。本実施の形態においては、複数の第1導通部4bが所定の一方向に配列されている。この太陽電池素子10では、図1に示すように、半導体基板1の第1の面1Fの基準辺BSに対して平行な方向に、複数の第1導通部4bが複数の列(図1では3列)を成すように配列されている。なお、基準辺BSとは、複数の太陽電池素子10を配列させて太陽電池モジュール20を形成する場合に配列方向に平行とされる辺である。以下では、基準辺BSに沿う方向(基準辺BSに平行な方向)を配列方向と称することもある。太陽電池素子10において、第1導通部4bは、上記配列方向に沿って直線状に設けられており、おおむね均等な間隔で設けられている。なお、本明細書中において平行とは、数学的な定義のように厳密に解すべきものではないことは言うまでもない。
As shown in FIG. 1, the
第1の電極4の主電極部4aは、半導体基板1の第1の面1Fの上において、互いに異なる列に属する第1導通部4bを接続するような複数の線状のパターン(複数の線状導体)を成している。例えば、図1に示した太陽電池素子10では、主電極部4aは3列に配列された第1導通部4bの列の配列方向に対して、垂直な方向に位置する3つの第1導通部4bを接続するような線状導体を有している。すなわち、本実施の形態では、線状導体の本数と、一方向に配列された1つの列に属する第1導通部4bの個数とが同じである。このような形態によれば、より少ない本数の線状導体で収集したキャリアを一つの第1導通部4bに集中させることなく第1導通部4bに導くことができるため、受光面積を確保しつつ、主電極部4aの過度な抵抗損失の増大を低減できる。よって、太陽電池素子の出力特性が低下しにくい。
The main electrode portion 4a of the
また、主電極部4aは、50〜100μm程度の線幅を有するように形成されるのが好適である。また、上述のような複数の線状導体は、互いに略等間隔になるように形成されるのが美観向上の観点からも好ましい。なお、各線状導体の間隔は、例えば、1〜3mm程度であればよい。 The main electrode portion 4a is preferably formed to have a line width of about 50 to 100 μm. In addition, it is preferable from the viewpoint of improving the aesthetic appearance that the plurality of linear conductors as described above are formed so as to be substantially equidistant from each other. In addition, the space | interval of each linear conductor should just be about 1-3 mm, for example.
また、主電極部4aは、貫通孔3を覆う形で貫通孔3の直径より大きい円状のパターンを有するようにしてもよい。このような形態によれば、主電極部4aの形成位置が少しずれても第1導通部4bと接続することが可能となる。なお、主電極部4aのパターンは図1に示したものに限られず、種々のパターンを形成可能である。
Further, the main electrode portion 4 a may have a circular pattern that covers the through
上述のような主電極部4aを有する太陽電池素子10においては、受光面である第1の面1Fの面全体に比して第1の電極4を構成する主電極部4aの占める割合が非常に小さいものとなっているため、高い受光効率が実現されるとともに、主電極部4aが一様に形成されてなるので、第1の面1Fにおいて発生したキャリアを効率よく集電することができる。
In the
第1の電極4は、図3(b)、図4に示すように、半導体基板1の第2の面1S上において、複数の第1導通部4b(貫通孔3)の直下の位置に、第2導通部4cを有している。この第2導通部4cは、第1導通部4bの配列方向(基準辺BSに沿う方向)に長手方向を有する長尺状を成している。すなわち、第2導通部4cは、第1導通部4bの配列方向に沿って設けられている。また、本実施の形態では、1つの第2導通部4cで複数の第1導通部4bと接続されるように構成された第2導通部4cが複数配列されている。なお、第2導通部4cは、第1導通部4bと電気的に接続されていればよいため、第1導通部4bの一部を覆うように接触させて形成すればよい。
As shown in FIGS. 3B and 4, the
さらに、第1の電極4は、第2の面1S上において、各第2導通部4cに隣接するとともに、各第2導通部4cと接続する複数の第1出力取出部4dを有している。第2導通部4cと第1出力取出部4dは、配列されている第1導通部4bの列数に対応して、複数列(図2においては3列)形成される。この第1出力取出部4dは、第1導通部4bの配列方向に沿って第2導通部4cと接続されるように配列されている。また、第1出力取出部4dは、第1導通部4bの配列方向に沿った長手方向を有するような長尺状を成している。
Furthermore, the
第2の電極5の第1集電部5bは、第2の面1S上において、第2導通部4c、第1出力取出部4d、第2導通部4cおよび第1出力取出部4dの周辺部分、第2の電極5の第2出力取出部5aの一部を除く第2の面1Sの略全面に設けられている。ここで、「略全面」とは、半導体基板1の第2の面1Sを平面視した場合に、第1集電部5bが第2の面1Sの全領域の70%以上に形成されることをいう。第1集電部5bを第1の電極4が形成された領域以外の略全面に設けることは、第1集電部5bで集電されるキャリアの移動距離を短くできるため、ひいては第2出力取出部5aから取り出されるキャリアの量を増加させることになるので、太陽電池素子10の出力特性の向上に寄与するものである。
The first current collecting part 5b of the
第2の電極の第2出力取出部5aは、隣接する太陽電池素子同士を電気的に接続する配線と接続される配線接続部としての役割を有する。また、第2出力取出部5aは、その少なくとも一部が第1集電部5bと重なるように構成すればよく、このような構成であれば、第1集電部5bで集電されたキャリアを外部に出力できる。そのため、第2出力取出部5aは、図3(a)に示すように、第1集電部5bが形成されていない領域に配置してもよい。複数の(図2においては第1出力取出部4dに対応して3列の)第2出力取出部5aは、複数の第1出力取出部4dのそれぞれに並行する態様にて、第1出力取出部4dと同様の長尺状を成している。また、図2においては、第2出力取出部5aは基準辺BSに沿う方向に複数個形成されているが、帯状に1本で形成されてもよい。
The 2nd
そして、本実施の形態では、図4に示すように、第1導通部4bの配列方向において、第1出力取出部4dの長さが、第2導通部4cの長さよりも短い。そのため、本実施の形態では、この配列方向に隣り合う第1出力取出部4dの間にまで半導体層6を設けることができ、半導体層6の形成領域を拡げることができる。その結果、本実施の形態では、半導体基板1と半導体層6との界面で生じるBSF効果を高めることができるため、太陽電池素子10の出力特性の向上に寄与することができる。さらに、本実施の形態では、前記配列方向における各第1出力取出部4dの間の半導体層6上に第1集電部5bを形成できることから、線幅の細い接続部5dだけが存在する領域を短くすることができるため、第2の電極5の抵抗損失が低減され、太陽電池素子10の出力特性の向上に寄与することができる。なお、第2導通部4cの長手方向の長さは、複数の第1導通部4bを覆うことが可能であればよく(図4では、1つの第2導通部4cは6つの第1導通部4bと接続されている)、特に限定されるものではないが、例えば、8〜15mmで設定される。また、第2導通部4cの幅は、第1導通部4bを覆うことのできる長さがあればよく、例えば、0.1〜1mmで設定される。第1出力取出部4dの長手方向の長さは、隣り合う太陽電池素子同士を接続する配線が接続できる大きさであり、かつ第1導通部4bよりも短ければよく、例えば、4〜10mmで設定される。また、第1出力取出部4dの幅は、後述する配線の幅と同じまたはそれよりも大きければよく、例えば、1.5〜4mmで設定される。
And in this Embodiment, as shown in FIG. 4, the length of the 1st
≪太陽電池モジュール≫
本実施の形態に係る太陽電池素子10は、単独で使用することが可能であるが、同じ構造を有する複数の太陽電池素子10が互いに隣接するように配置し、さらに互いを直列に接続してモジュールを構成する場合に、好適な構造を有している。そこで、複数の太陽電池素子10を用いて形成される太陽電池モジュールについて次に説明する。
≪Solar cell module≫
太陽電池モジュール20は、図5(a)に示すように、ガラス等からなる透光性部材11と、透明のエチレンビニルアセテート共重合体(EVA)等からなる表側充填材12と、複数の太陽電池素子10と、EVA等からなる裏側充填材13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)等で挟みこんだ裏面保護材14と、を主として備える。複数の太陽電池素子10は、図5(b)に示すように、隣り合う太陽電池素子10同士が接続部材としての機能を有する配線15によって互いに直列接続されてなる。
As shown in FIG. 5A, the
太陽電池モジュール20は、図6に示すように、隣り合う太陽電池素子10の一方の第1出力取出部4dと他方の太陽電池素子10の第2出力取出部5aとが1つずつ、長尺状の(直線状の)配線15によって接続されてなる。なお、図6に示した形態では、3ヶ所において接続がなされている。なお、便宜上、以下においては、図6において、配線15によって接続されてなる2つの太陽電池素子10のうち、第1出力取出部4dに配線15が接続される太陽電池素子10を第1の太陽電池素子10αと称し、第2出力取出部5aに配線が接続される太陽電池素子10を第2の太陽電池素子10βと称することとする。
As shown in FIG. 6, the
より詳細に言えば、太陽電池モジュール20においては、第1の太陽電池素子10αと第2の太陽電池素子10βが、それぞれの基準辺BSが平行かつ同一直線上にない位置にくるように、かつ、互いに回転対称(より具体的には点対称)の関係となるように配置される。このようにすることで、同じ直線上に位置する全ての第1出力取出部4dと全ての第2出力取出部5aとが、一の配線15によって接続されることになる。この場合、一の配線15で接続される関係にある複数の第1出力取出部4dと複数の第2出力取出部5aとの相対的な配置関係は等価である(複数の第1出力取出部4dと複数の第2出力取出部5aとの組が全て並進対称の関係にある)ので、それぞれの第1出力取出部4dと第2出力取出部5aの組の接続に用いる配線15に、同一形状のものを用いることができる。
More specifically, in the
配線15としては、例えば、厚さ0.1〜0.4mm程度、幅2mm程度で、その全面が半田材料によって被覆された帯状の銅箔をその長手方向について所定の長さに切断したものを用いることができる。半田材料により被覆された配線15の場合、ホットエアーや半田鏝等を用いて、あるいはリフロー炉などを用いて、太陽電池素子10の第1出力取出部4dと第2出力取出部5aとに半田付けされる。
As the
また、図7に示すように、第1出力取出部4dの配列上の第1出力取出部4d以外の領域に酸化膜、樹脂、絶縁テープ等の絶縁層8を設けることが好ましく、後述する配線15が第2の電極5等と接触して短絡することを防止することができる。このとき、pn分離領域も絶縁層で覆われることが好ましい。なお、絶縁層は配線15に設ける形であってもよい。
In addition, as shown in FIG. 7, it is preferable to provide an
また、配線15が複数の第1出力取出部4dと複数の第2出力取出部5aとの接続領域以外となる非接続領域において半導体基板1から離間するように凹凸形状を有してもよく、第1出力取出部4d間にある第2の電極5と配線15が接触しないため短絡を抑制することができる。
Further, the
なお、裏面保護材14として白色等の反射率の高い材質のものを用いれば、太陽電池素子10の間に照射された光が裏面保護材14で乱反射して太陽電池素子10に照射されるので、太陽電池素子10における受光量がより増大することになる。
If a material having a high reflectance such as white is used as the back
≪太陽電池素子の製造方法≫
次に、太陽電池素子の製造方法について説明する。
≪Method for manufacturing solar cell element≫
Next, the manufacturing method of a solar cell element is demonstrated.
<半導体基板の準備工程>
まずp型の導電型を呈する半導体基板1を準備する。
<Preparation process of semiconductor substrate>
First, a
半導体基板1として単結晶シリコン基板を用いる場合であれば、FZやCZ法など公知の製法で作製された単結晶シリコンインゴットを所定の厚みに切り出すことで半導体基板1を得ることができる。また、多結晶シリコン基板を半導体基板1として用いる場合であれば、キャスト法や鋳型内凝固法などの公知の製法で作製された多結晶シリコンインゴットを所定の厚みに切り出すことで半導体基板1を得ることができる。
In the case of using a single crystal silicon substrate as the
以下においては、ドーパント元素としてB(ボロン)あるいはGa(ガリウム)を1×1015〜1×1017atoms/cm3程度ドープして成ることでp型の導電型を呈する結晶シリコン基板を半導体基板1として用いる場合を例にとって説明する。 In the following, a crystalline silicon substrate that exhibits p-type conductivity by doping B (boron) or Ga (gallium) as a dopant element to about 1 × 10 15 to 1 × 10 17 atoms / cm 3 is used as a semiconductor substrate. The case of using as 1 will be described as an example.
なお、切り出し(スライス)に伴う半導体基板1の表層部の機械的ダメージ層や汚染層を除去するために、切り出した半導体基板1の表面側および裏面側の表層部をNaOHやKOH、あるいはフッ酸と硝酸の混合液などでそれぞれ10〜20μm程度エッチングし、その後、純水などで洗浄することで、有機成分や金属成分を除去しておくようにする。
In addition, in order to remove the mechanical damage layer and the contamination layer of the surface layer portion of the
<貫通孔の形成工程>
次に、半導体基板1の第1の面1Fと第2の面1Sとの間に貫通孔3を形成する。
<Through-hole formation process>
Next, the through
貫通孔3は、機械的ドリル、ウォータージェットあるいはレーザー加工装置等を用いて形成する。なお、貫通孔3の形成は、受光面となる第1の面1Fの損傷を避けるべく、半導体基板1の第2の面1Sの側から第1の面1Fの側に向けて加工を行うようにする。ただし、加工による半導体基板1への損傷が少なければ、第1の面1Fの側から第2の面1Sの側に向けて加工を行うようにしてもよい。
The through
<テクスチャ構造の形成工程>
次に、貫通孔3が形成された半導体基板1の受光面側に、光反射率の低減を効果的に行うための微細な突起(凸部)1bをもつテクスチャ構造1aを形成する。
<Texture structure forming process>
Next, a texture structure 1 a having fine protrusions (convex portions) 1 b for effectively reducing the light reflectance is formed on the light receiving surface side of the
テクスチャ構造1aの形成方法としては、NaOHやKOHなどのアルカリ水溶液によるウェットエッチング法や、半導体基板1の材料であるシリコンをエッチングする性質を有するエッチングガスを用いるドライエッチング法を用いることができる。
As a method for forming the texture structure 1a, a wet etching method using an alkaline aqueous solution such as NaOH or KOH, or a dry etching method using an etching gas having a property of etching silicon which is a material of the
<逆導電型層の形成工程>
次に、逆導電型層2を形成する。すなわち、半導体基板1の第1の面1Fに第1逆導電型層2aを形成し、貫通孔3の表面に第2逆導電型層2bを形成し、第2の面1Sに第3逆導電型層2cを形成する。
<Reverse conductivity type layer formation process>
Next, the reverse
p型の導電型を呈する結晶シリコン基板を半導体基板1として用いる場合、逆導電型層2を形成するためのn型化ドーピング元素としては、P(リン)を用いることが好ましい。
When a crystalline silicon substrate exhibiting p-type conductivity is used as the
逆導電型層2は、半導体基板1におけるその形成対象箇所にペースト状態にしたP2O5を塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたPOCl3(オキシ塩化リン)を拡散源として形成対象箇所に拡散させる気相熱拡散法、および形成予定箇所に対して直接に拡散させるイオン打ち込み法などによって形成する。気相拡散法を用いれば半導体基板1の両主面における形成対象箇所と貫通孔3の表面とを同時に逆導電型層2を形成できるので好ましい。
The reverse
なお、形成対象箇所以外にも拡散領域が形成されるような条件下では、その部分にあらかじめ拡散防止層を形成したうえで逆導電型層2を形成するようにすることにより、部分的に拡散を防止することができる。また、拡散防止層を形成せず、形成対象箇所以外に形成された拡散領域を後からエッチングして除去してもよい。なお、逆導電型層2の形成後、後述するように半導体層6をアルミニウムペーストによって形成する場合は、p型ドーパント元素であるアルミニウムを充分な濃度で充分な深さまで拡散させることができるので、既に形成されていた浅い拡散領域の存在は無視することができる。すなわち、半導体層6の形成予定箇所に存在する逆導電型層2は特に除去する必要がない。また、第1の電極4が形成される領域の周囲や半導体基板1の第2の面1Sの周縁部について、レーザー照射等の公知の方法でpn分離を行ってもよい。
Note that, under conditions where a diffusion region is formed in addition to the formation target portion, a diffusion prevention layer is formed in advance on the portion, and then the reverse
<反射防止膜の形成工程>
次に、第1逆導電型層2aの上に、反射防止膜7を形成する。
<Antireflection film formation process>
Next, the
反射防止膜7の形成方法としては、PECVD法、蒸着法やスパッタ法などを用いることができる。例えば、SiNx膜からなる反射防止膜7をPECVD法で形成する場合であれば、反応室内を500℃程度としてシラン(Si3H4)とアンモニア(NH3)との混合ガスを窒素(N2)で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させることで反射防止膜7が形成される。また、第2逆導電型層2bの上にも反射防止膜7を形成してもよい。
As a method for forming the
<半導体層の形成工程>
次に、半導体基板1の第2の面1Sに、半導体層6を形成する。
<Semiconductor layer formation process>
Next, the
ボロンをドーパント元素とする場合、BBr3(三臭化ボロン)を拡散源とする熱拡散法により、800〜1100℃程度の温度で形成することができる。この場合、半導体層6の形成に先立ち、半導体層6の形成予定箇所以外の領域の上に、例えば、既に形成されている逆導電型層2などの上に、酸化膜などからなる拡散防止層を形成し、半導体層6の形成後にこれを除去するようにするのが望ましい。
When boron is used as a dopant element, it can be formed at a temperature of about 800 to 1100 ° C. by a thermal diffusion method using BBr 3 (boron tribromide) as a diffusion source. In this case, prior to the formation of the
また、ドーパント元素としてアルミニウムを用いる場合は、アルミニウム粉末と有機ビヒクル等からなるアルミニウムペーストを印刷法で半導体基板1の第2の面1Sに塗布した後、700〜850℃程度の温度で熱処理(焼成)してアルミニウムを半導体基板1に向けて拡散させることによって、半導体層6を形成することができる。この場合、アルミニウムペーストの印刷面である第2の面1Sだけに所望の拡散領域である半導体層6を形成することができる。しかも、焼成後に第2の面1Sの上に形成されたアルミニウムからなる層を、除去せずにそのまま第1集電部5bとして利用することもできる。
When aluminum is used as the dopant element, an aluminum paste made of aluminum powder and an organic vehicle or the like is applied to the second surface 1S of the
<電極の形成方法>
次に、第1の電極4を構成する主電極部4aと第1導通部4bとを形成する。
<Method for forming electrode>
Next, the main electrode portion 4a and the first conduction portion 4b constituting the
主電極部4aと第1導通部4bとは、例えば、塗布法を用いて形成される。具体的には、半導体基板1の第1の面1Fに、例えば銀等からなる金属粉末100重量部に対して有機ビヒクルを10〜30重量部、ガラスフリットを0.1〜10重量部を添加してなる導電性ペーストを、図1に示す主電極部4aの形成パターンにて塗布することで塗布膜を形成した後、該塗布膜を最高温度500〜850℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより、主電極部4aと第1導通部4bとを形成することができる。なお、この場合、導電性ペーストを塗布する際に貫通孔3にも該導電性ペーストが充填されることで、第1導通部4bも形成できる。ただし、後述のように第2導通部4cを形成する際にも、第2の面1Sの側から導電性ペーストが塗布され、その際に貫通孔3にも導電性ペーストが再度充填された後に焼成がなされるので、第1の面1Fに導電性ペーストを塗布する際に貫通孔3に十分に導電性ペーストが充填されなくてもかまわない。
The main electrode portion 4a and the first conductive portion 4b are formed using, for example, a coating method. Specifically, 10 to 30 parts by weight of an organic vehicle and 0.1 to 10 parts by weight of glass frit are added to the first surface 1F of the
なお、導電性ペーストを塗布した後、焼成に先だって、所定の温度で塗布膜中の溶剤を蒸散させて該塗布膜を乾燥させるのが好ましい。また、あらかじめ貫通孔3にのみ導電性ペーストを充填・乾燥し、その後、上述の場合と同様に図1に示す主電極部4aのパターンにて導電性ペーストを塗布したうえで焼成するなど、主電極部4aと第1導通部4bとを別々に塗布・焼成して形成するようにしてもよい。
In addition, after apply | coating an electrically conductive paste, it is preferable to evaporate the solvent in a coating film at predetermined temperature and to dry this coating film before baking. In addition, the conductive paste is filled and dried only in the through
なお、上述したように、主電極部4aの形成に先立って、反射防止膜7を形成する場合は、パターニングされた領域に主電極部4aを形成するか、あるいは、ファイヤースルー法によって主電極部4aを形成することになる。一方で、主電極部4aを形成した後に、反射防止膜7を形成してもかまわない。この場合、反射防止膜7をパターニングする必要もなく、またファイヤースルー法を用いる必要もないため、主電極部4aの形成条件が緩やかなものとなる。このような工程であれば、例えば、800℃程度の高温で焼成を行わずとも、主電極部4aを形成することができる。
As described above, when the
続いて、半導体基板1の第2の面1S上に、第1集電部5bを形成する。
Subsequently, the first current collector 5 b is formed on the
第1集電部5bについても、塗布法を用いて形成することができる。具体的には、半導体基板1の第2の面1Sに、例えばアルミニウムまたは銀等からなる金属粉末100重量部に対して有機ビヒクルを10〜30重量部、ガラスフリットを0.1〜5重量部を添加してなる導電性ペーストを、図2に示す集電部5bの形成パターンにて塗布することで塗布膜を形成した後、該塗布膜を最高温度500〜850℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより、第1集電部5bを形成することができる。なお、前述したように、アルミニウムペーストを用いる場合は、半導体層6と第1集電部5bとを同時に形成することができる。
The first current collector 5b can also be formed using a coating method. Specifically, 10 to 30 parts by weight of an organic vehicle and 0.1 to 5 parts by weight of a glass frit are formed on the second surface 1S of the
さらに、半導体基板1の第2の面1Sに、第2導通部4c、第1出力取出部4d、第2出力取出部5a、第2集電部5cおよび接続部5dを形成する。
Further, the second conduction portion 4c, the first
第2導通部4c、第1出力取出部4d、第2出力取出部5a、第2集電部5cおよび接続部5dは、例えば、塗布法を用いて同時に形成することができる。具体的には、半導体基板1の第2の面1Sに、例えば銀等からなる金属粉末100重量部に対して有機ビヒクルを10〜30重量部、ガラスフリットを0.1〜10重量部を添加してなる導電性ペーストを、図2、図4に示すような電極パターンにて塗布することで塗布膜を形成した後、該塗布膜を最高温度500〜850℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより形成できる。なお、それぞれの構成部を別々に形成したり、相異なる組成の導電性ペーストを用いて形成してもよい。また、アルミニウムペーストを用いて半導体層6と第1集電部5bとを同時に形成した場合、第2出力取出部5aは第3逆導電型層2c上に形成されるが特に問題ない。
The 2nd conduction | electrical_connection part 4c, the 1st
本実施の形態に係る太陽電池素子10は、以上のような手順で作製することができる。
The
なお、必要に応じて、半田ディップ処理によって第1出力取出部4dと第2出力取出部5aの上に、半田領域(図示せず)を形成してもよい。
If necessary, a solder region (not shown) may be formed on the first
また、絶縁層8は、例えば、CVD等の薄膜形成技術を用いて形成する態様であってもよいし、樹脂ペーストなどからなる絶縁性ペーストを塗布し、焼成することによって形成する態様であってもよいし、市販の絶縁テープを貼り付けることで形成する態様であってもよい。なお、絶縁性ペーストを焼成する際には、電極形成のときに、同時に焼成して形成することも可能である。
The insulating
≪太陽電池モジュールの製造方法≫
次に、上述のように形成される太陽電池素子10を用いて太陽電池モジュール20を製造する方法について説明する。
≪Solar cell module manufacturing method≫
Next, a method for manufacturing the
まず、あらかじめ、厚さ0.1〜0.4mm程度、幅2mm程度の銅箔の全面を半田材料によって被覆したものを長手方向について所定の長さに切断することによって、配線15を作製しておく。
First, a
そして、図6に示すように、複数の太陽電池素子10をそれぞれ第2の面1Sを上にして所定の距離で離間させて載置し、第1の太陽電池素子10αの第1出力取出部4dと第2の太陽電池素子10βの第2出力取出部5aとの間に、上方から配線15を接触させる。この状態で、ホットエアーや半田鏝を用いて、あるいはリフロー炉を用いて、配線15の表面の半田を溶融させることで、配線15と第1出力取出部4dおよび第2出力取出部5aとを接続させる。係る方法によれば、高い生産性で、太陽電池素子10同士を接続することができる。
Then, as shown in FIG. 6, the plurality of
その後、透光性部材11の上に、表側充填材12と、配線15によって互いに接続された複数の太陽電池素子10と、裏側充填材14と、裏面保護材15とを順次に積層することで得られるモジュール基体を、ラミネータの中で脱気、加熱して押圧することによって一体化させることによって、太陽電池モジュール20が得られる。
Then, on the translucent member 11, by laminating | stacking sequentially the
そして、図5(b)に示すように、上述した太陽電池モジュール20の外周には、必要に応じてアルミニウムなどの枠16がはめ込まれる。また、図5(a)に示すように、直列接続された複数の太陽電池素子10のうち、最初の太陽電池素子10と最後の太陽電池素子10の電極の一端を、出力取出部である端子ボックス17に、出力取出配線18によって接続する。
And as shown in FIG.5 (b), the
上述した手順によって、本実施の形態に係る太陽電池モジュール20を得ることができる。
The
<変形例>
図1に示すように半導体基板1の第1の面1Fの基準辺BSに対して平行に貫通孔3(第1導通部4b)の配列がn列(nは2以上の整数)設けられるとき、基準辺BSに対して垂直な半導体基板1の一辺を均等に2n個に分割する分割線DSの(2n−1)本のうち奇数本の位置に貫通孔3(第1導通部4b)の列を設けることにより、主電極部4aの抵抗損失がより効率よく低減できるとともに美観を向上させることができる。これは、第2導通部4cを設けることによって、上記形状であっても隣接する太陽電池素子を互いに回転対称の関係となるように配置して配線15を接続することが可能となる。なお、貫通孔3の配列3が分割線から2mm以内であれば、分割線に位置するとみてよい。
<Modification>
As shown in FIG. 1, when n rows (n is an integer of 2 or more) of arrays of through holes 3 (first conductive portions 4 b) are provided in parallel to the reference side BS of the first surface 1 F of the
また、図4に示すように半導体基板1の周縁部に位置する第2出力取出部5aの半導体基板1の周縁部側においては、第1集電部5bと接続せずに半導体基板1と接続させることが好ましく、太陽電池モジュールを屋外に設置したときにおける日々の温度サイクルによる配線15の伸縮の影響を受け、第2出力取出部5aの剥がれる可能性を低減することができる。
Further, as shown in FIG. 4, the second
また、図4に示すように半導体基板1の第2の面1Sにおいて位置合わせ用アライメントマーク9aを設け、別の部位に位置合わせ用アライメントマーク9aの形状の異なる方向識別用アライメントマーク9bを設けることが好ましい。方向識別用アライメントマーク9bにより太陽電池素子10の向きを判別し易くなり、位置合わせ用アライメントマーク9aによって配線15を接続する際の位置合わせを容易に行えるだけでなく、位置合わせ用アライメントマーク9aの近傍に方向識別アライメントマーク9bを設け、位置合わせ用カメラに識別装置を設けることよって配線15を接続する太陽電池素子10が回転対称の関係となるように確実に配置したり、確認したりすることができるため生産性を向上させることができる。また、位置合わせ用アライメントマーク9aが方向識別用アライメントマーク9を兼ねてもよく、両端に設けたアライメントマーク9の形状を異なるようにすればよい。アライメントマーク9は半導体基板1の第2の面1Sに電極を形成する際に同時に形成することが好ましい。
Also, as shown in FIG. 4, the alignment mark 9a for alignment is provided on the second surface 1S of the
また、第1出力取出部4dと第2出力取出部5aの基準辺BSに沿う方向の長さは異なっていても同じであってもよい。
Further, the lengths of the first
また、本発明の実施の形態では、図8に示すように、接続部5dを直接、第2出力取出部5aに接続する形態でもよい。また、本発明の実施の形態では、図8に示すように、第1導通部4bの配列方向(基準辺BSに沿う方向)における各第1出力取出部4dの間の第1集電部5bの上に第2集電部5cを形成してもよい。このような形態であれば、キャリアの集電を効率良く行うことができる。
Further, in the embodiment of the present invention, as shown in FIG. 8, the connection portion 5d may be directly connected to the second
なお、太陽電池素子10においては、上述の配列状態をみたすとともに配線15による接続態様が実現可能である限りにおいて、第1出力取出部4dと第2出力取出部5aとをそれぞれ上述したものと異なる形状(例えば、台形状、円形状、楕円形状、半円形状、扇型形状、あるいはそれらの複合形状など)に形成する態様であってもよい。
In the
1 :半導体基板
2 :逆導電型層
2a:第1逆導電型層
2b:第2逆導電型層
2c:第3逆導電型層
3 :貫通孔
4 :第1の電極
4a:主電極部
4b:第1導通部
4c:第2導通部
4d:第1出力取出部
5 :第2の電極
5a:第2出力取出部
5b:第1集電部
5c:第2集電部
5d:接続部
6 :半導体層
10 :太陽電池素子
11 :透光性基板
12 :表側充填材
13 :裏側充填材
14 :裏面保護材
15 :配線
16 :枠
17 :端子ボックス
18 :出力取出配線
20 :太陽電池モジュール
1: Semiconductor substrate 2: Reverse conductivity type layer 2a: 1st reverse conductivity type layer 2b: 2nd reverse conductivity type layer 2c: 3rd reverse conductivity type layer 3: Through-hole 4: 1st electrode 4a: Main electrode part 4b : 1st conduction | electrical_connection part 4c: 2nd conduction |
Claims (7)
前記第1の面側から前記第2の面側に導出され、一方向に配列される複数の第1導通部と、該複数の第1導通部の配列方向に沿って前記第2の面上に設けられ、前記複数の第1導通部の一部を覆うように前記第1導通部と接続される複数の第2導通部と、前記配列方向に沿って前記第2導通部と接続される複数の第1出力取出部と、を有する第1の電極と、
前記半導体基板よりも高い濃度のドーパントを含有してなり、前記第2の面側の前記第1の電極の非形成領域に設けられる、前記一導電型を呈する半導体層と、
前記半導体層上に設けられる集電部を有する第2の電極と、を備え、
前記第1出力取出部の前記配列方向における長さは、前記第2導通部の長さよりも短く、
前記半導体層は、前記配列方向において、隣り合う前記第1出力取出部の間に設けられていることを特徴とする太陽電池素子。 A semiconductor substrate of one conductivity type, having a first surface for receiving light and a second surface on the back side of the first surface;
A plurality of first conductive portions led out from the first surface side to the second surface side and arranged in one direction; and on the second surface along an arrangement direction of the plurality of first conductive portions A plurality of second conduction parts connected to the first conduction part so as to cover a part of the plurality of first conduction parts, and connected to the second conduction part along the arrangement direction. A first electrode having a plurality of first output extraction parts;
A semiconductor layer exhibiting the one conductivity type, comprising a dopant having a higher concentration than the semiconductor substrate, and provided in a non-formation region of the first electrode on the second surface side;
A second electrode having a current collector provided on the semiconductor layer,
The length in the arrangement direction of the first output extraction portion is shorter than the length of the second conduction portion,
The solar cell element, wherein the semiconductor layer is provided between the first output extraction portions adjacent to each other in the arrangement direction.
前記線状導体の本数と前記一方向に配列される前記第1導通部の個数とが同じであることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれかに記載の太陽電池素子。 The first electrode includes a plurality of linear conductors provided on the first surface at substantially equal intervals,
4. The solar cell element according to claim 1, wherein the number of the linear conductors is the same as the number of the first conductive portions arranged in the one direction. 5.
隣り合う前記太陽電池素子間で、一方の前記太陽電池素子の前記第1の電極と他方の前記太陽電池素子の前記第2の電極とを接続する配線と、を備えた太陽電池モジュール。
A plurality of solar cell elements according to any one of claims 1 to 6 arranged so as to be adjacent to each other,
A solar cell module comprising: a wiring for connecting the first electrode of one solar cell element and the second electrode of the other solar cell element between adjacent solar cell elements.
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