JP5241961B2 - 太陽電池素子およびその製造方法ならびに太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明は太陽電池素子およびその製造方法ならびに太陽電池素子の１以上を備えている太陽電池モジュールに関する。
シリコン等の半導体基板を用いた太陽電池素子において、半導体基板の受光面側に設けられる電極は、複数の幅の狭い線状の集電電極と、この集電電極の線幅よりも幅が広く、この集電電極と交差している出力取出電極とを有するものが一般的である。また、太陽電池素子への受光量を多くするために、受光面側に設けられる集電電極の線幅は狭く形成される（例えば、特開平６−５３５３１号公報を参照）。
しかしながら、集電電極の線幅を狭くすると電極自体の線抵抗が大きくなることから、太陽電池素子の発電効率が低くなるおそれがある。このため、特性を損なうことのない適度に線幅が狭い集電電極を備えた太陽電池素子と、生産性の高い太陽電池素子の製造方法とが望まれている。
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、集電電極の線抵抗を減らして、出力特性を向上させることが可能であり、しかも生産性に優れた太陽電池素子およびその製造方法ならびに太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の一形態に係る太陽電池素子は、半導体基板と、該半導体基板の一主面における第１方向に長い複数条の導体部を有する集電電極とを備えている太陽電池素子であって、前記複数条の導体部は、線状の第１導体領域と、該第１導体領域に電気的に接続されているとともに表面がめっきされた線状の第２導体領域とを有している。
上記の太陽電池素子において、前記複数条の導体部は、前記第１導体領域からなる導体部と、前記第２導体領域からなる導体部とを含んでおり、前記半導体基板の一主面上において、前記複数条の導体部の並びのうちで、前記第１導体領域は前記第１方向に直交する第２方向の一方側に位置しており、前記第２導体領域は前記第１導体領域よりも前記第２方向における他方側に位置している太陽電池素子（タイプＩ）としてもよい。
また、上記太陽電池素子において、前記複数条の導体部は、前記第１導体領域と前記第２導体領域とを有する導体部を含んでおり、該導体部において、前記第１導体領域は前記第１方向における一方側に位置しており、前記第２導体領域は前記第１導体領域よりも前記第１方向における他方側に位置している太陽電池素子（タイプII）としてもよい。
本発明の一形態に係る太陽電池素子の製造方法は、タイプＩの場合は２種類の製造方法（方法Ｉ，方法II）により作製できる。
方法Ｉは、半導体基板を準備する基板準備工程と、前記半導体基板の一主面において、第１方向に長い線状に、かつ該第１方向に直交する前記第２方向における一方側に位置するように、第１導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第１導体領域からなる導体部を形成する第１導体領域形成工程と、前記半導体基板の一主面において、前記第１方向に長い線状に、かつ前記第１導体領域が位置する部位よりも前記第２方向における他方側に位置するように、第２導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第２導体領域からなる導体部を形成する第２導体領域形成工程と、前記第１導体領域と前記第２導体領域とを電気的に接続する接続工程と、電解めっきのための電流を流す給電部を前記第１導体領域に接続し、電解めっき液に前記半導体基板の一部とともに前記第２導体領域を浸漬して、前記第２導体領域の表面をめっきするめっき工程とを有する。
方法IIは、方法Ｉと同様な前記基板準備工程と、前記第１導体領域形成工程と、前記第２導体領域形成工程とを有し、前記第１導体領域と前記第２導体領域とを接続する出力取出電極を形成する接続工程と、電解めっきのための電流を流す給電部を前記出力取出電極に接続し、電解めっき液に前記半導体基板の一部とともに前記第２導体領域を浸漬して、前記第２導体領域の表面をめっきするめっき工程とを有する。
タイプIIの場合の製造方法は、前記半導体基板を準備する基板準備工程と、前記半導体基板の一主面において、第１方向に長い線状に、かつ該第１方向における一方側に位置するように、第１導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第１導体領域を形成する第１導体領域形成工程と、前記半導体基板の一主面において、前記第１方向に長い線状に、かつ前記第１方向において前記第１導体領域が位置する部位よりも他方側に位置するとともに、前記第１導体領域に電気的に接続するように第２導電ペーストを塗布して焼成することによって、前記第１導体領域および線状の第２導体領域を有する導体部を形成する第２導体領域形成工程と、電解めっきのための電流を流す給電部を前記第１導体領域に接続し、電解めっき液に前記半導体基板の一部とともに前記第２導体領域を浸漬して、前記第２導体領域の表面をめっきするめっき工程とを有する。
さらに、本発明の一形態に係る太陽電池モジュールは、上記太陽電池素子を備えている。
上記の太陽電池素子およびその製造方法ならびに太陽電池モジュールによれば、電極の線抵抗を減らすことができるため、電極の幅を狭くすることが可能となり、太陽電池素子および太陽電池モジュールの出力特性を向上させることができて、生産性を向上させることができる。
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
＜＜太陽電池素子＞＞
＜太陽電池素子の基本的な構成＞
まず、本発明の一形態に係る太陽電池素子の基本構成について、図１〜３を参照しながら説明する。
＜太陽電池素子の基本的な構成＞
まず、本発明の一形態に係る太陽電池素子の基本構成について、図１〜３を参照しながら説明する。
太陽電池素子１０は、光が入射する受光面（以下、第１面という）９ａと、この第１面９ａの裏面に相当する非受光面（以下、第２面という）９ｂとを有する半導体基板９を主に備えている。この半導体基板９は一導電型領域１と、半導体基板９の表層に設けられた逆導電型層２とで構成されている。半導体基板９の第１面９ａの上（本実施形態では、逆導電型層２の上）には、反射防止膜である反射防止層３を配置していてもよい。
そして、太陽電池素子１０は、半導体基板９の第１面９ａ上に設けられた第１電極４と、半導体基板１の第２面９ｂ上に設けられた第２電極５とを有する。ここで、第１電極４は図１に示すように、複数条に設けられた直線状の第１出力取出電極４ａと、この第１出力取出電極４ａよりも線幅の狭い、複数条に設けられた線状の第１集電電極４ｂとを有する。第１電極４は第１集電電極４ｂどうしを接続する線状の補助電極４ｃをさらに有していてもよい。この補助電極４ｃは例えば第１集電電極４ｂの両端に直線状に設けられる。
このように、太陽電池素子１０は、半導体基板９と、この半導体基板９の一主面である第１面９ａにおける第１方向（図１では左右方向）に長い複数条の導体部を有する第１集電電極４ｂとを備えており、複数条の導体部は、線状の第１導体領域と、この第１導体領域に電気的に接続されているとともに表面がめっきされた線状の第２導体領域とを有している。
上記太陽電池素子１０のうち、例えば図４に示す太陽電池素子１０（タイプＩ）では、半導体基板９の第１面９ａを平面視したときに、第１集電電極４ｂを構成する複数条の導体部は、第１導体領域からなる導体部と、第２導体領域からなる導体部とを含んでいる。そして、複数条の導体部の並びのうちで、第１導体領域は第１方向（図４では左右方向）に直交する第２方向（図４（ａ）では上下方向）の一方側に位置している。第２導体領域は第１導体領域よりも第２方向における他方側に位置している。すなわち、タイプＩの太陽電池素子１０は、第２方向における一方側の導体部に第１導体領域を構成する第１導体層１１ａを有しており、この第１導体層１１ａよりも、第２方向における他方側の導体部に第２導体領域を構成する第２導体層１１ｂとめっき層１２とを有している。第２導体層１１ｂはその表面にめっきを施すための下地となっている。
また、例えば図５に示す太陽電池素子１０（タイプII）では、第１集電電極４ｂは、第１導体領域と第２導体領域とを有する導体部を含んでいる。この導体部において、第１導体領域は第１方向における一方側に位置しており、第２導体領域は第１導体領域よりも第１方向における他方側に位置している。すなわち、半導体基板９の第１面９ａの第１方向（図５（ａ）では左右方向）における一方側の導体部に第１導体領域を構成する第１導体層１１ａを有しており、この第１導体層１１ａよりも第１方向における他方側の導体部に第２導体領域を構成する第２導体層１１ｂとめっき層１２とを有している。
以上のように、本実施形態の太陽電池素子１０は、半導体基板９の第１面９ａを平面視したときの第１方向に長い複数条の導体部を有する第１集電電極４ｂを備えており、この第１集電電極４ｂは、線状の第１導体層１１ａと、第１導体層１１ａよりも線幅が狭い線状の第２導体層１１ｂと、第２導体層１１ｂの上に設けられためっき層１２とを有している。
＜太陽電池素子の具体的な構成＞
次に、太陽電池素子１０の構成について具体的に説明する。準備する半導体基板９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または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。この半導体基板９の厚みは、例えば、２５０μｍ以下であるのが好ましく、１５０μｍ以下であるのがさらに好ましい。半導体基板９の平面形状は、特に限定されるものではないが、本実施形態のように四角形状であるとよい。なぜなら、製法上の観点、および多数の太陽電池素子を配列して太陽電池モジュールを構成する際の観点等から好適であるからである。
次に、太陽電池素子１０の構成について具体的に説明する。準備する半導体基板９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または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。この半導体基板９の厚みは、例えば、２５０μｍ以下であるのが好ましく、１５０μｍ以下であるのがさらに好ましい。半導体基板９の平面形状は、特に限定されるものではないが、本実施形態のように四角形状であるとよい。なぜなら、製法上の観点、および多数の太陽電池素子を配列して太陽電池モジュールを構成する際の観点等から好適であるからである。
以下に、準備する半導体基板９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について説明する。結晶シリコン基板からなる半導体基板９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。
逆導電型層２は、半導体基板９を主に構成する一導電型領域１と逆の導電型を呈する層であり、半導体基板９の第１面９ａの表層内に形成されている。準備する半導体基板９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、準備する半導体基板９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。また、ｐ型の導電型の領域とｎ型の導電型の領域との間には、ｐｎ接合部が形成されている。このような逆導電型層２は、準備する半導体基板９がｐ型の導電型を呈するシリコン基板であれば、例えば当該シリコン基板の第１面９ａにリン等の不純物を拡散させることによって形成できる。
反射防止層３は、所望の波長領域の光の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すので、太陽電池素子１０の光電流密度Ｊｓｃを向上させることができる。反射防止層３は、例えば窒化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化シリコン膜、酸化マグネシウム膜、酸化インジウムスズ膜、酸化スズ膜または酸化亜鉛膜などからなる。反射防止層３の厚みは、用いる材料によって適宜選択されて、適当な入射光に対して無反射条件を実現できる厚みであればよい。例えば、シリコンからなる半導体基板１においては、反射防止層３の屈折率は１．８〜２．３程度であって、その厚みは５００〜１２００Å程度であることが好ましい。また、反射防止層３が窒化シリコン膜を用いた場合は、パッシベーション効果も有するので好ましい。
ＢＳＦ（Back Surface Field）領域６は半導体基板９の第２面９ｂの近くでキャリアの再結合による効率の低下を低減させる役割を有しており、半導体基板９の第２面９ｂ側に内部電界を形成するものである。ＢＳＦ領域６は一導電型領域１と同一の導電型を呈しているが、一導電型領域１が含有するドーパントの濃度よりも高い濃度でドーパント元素が存在する。ＢＳＦ領域６は、一導電型領域１がｐ型を呈するのであれば、例えば、半導体基板９の第２面９ｂ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。このようにして、ＢＳＦ領域６は半導体基板９の第２面９ｂ側の表層部に形成される。
図１に示すように、第１電極４は第１出力取出電極４ａと複数の線状の第１集電電極４ｂとを有する。第１出力取出電極４ａの少なくとも一部は、第１集電電極４ｂと交差している。この第１出力取出電極４ａは、例えば、１．３〜２．５ｍｍ程度の幅を有しており、２本以上設けられることが好ましい。第１集電電極４ｂは線状であり、その幅が４０〜１５０μｍ程度であるため、第１出力取出電極４ａよりも線幅が狭い。また、第１集電電極４ｂは、互いに１〜３ｍｍ程度の間隔空けて複数設けられている。また、このような第１電極４の厚みは１０〜４０μｍ程度である。
図４または図５に示すように、第１電極４は半導体基板９の一方の端部側に設けられた第１導体層１１ａと、半導体基板９の他方の端部側に設けられた第１導体層１１ａよりも線幅が狭い第２導体層１１ｂを有しており、さらに、第２導体層１１ｂの上にめっき層１２を有する。導体層１１は金属ペーストを塗布・焼成することで形成されるため、空孔率が５％よりも大きくなる。めっき層１２は空孔率が５％以下となるように形成されている。導体層１１の厚みは１〜１０μｍ程度であり、めっき層１２の厚みは５〜３０μｍ程度である。
次に、電極構造について具体的に説明する。
まず、タイプＩの電極構造の一例について説明する。図４に示すように、半導体基板９の一方の端部（図４（ａ）に図示されている半導体基板９の上端）側から５〜１０ｍｍ程度までの範囲（図４（ａ）に示す破線で囲まれた２つの範囲である第１範囲Ａおよび第２範囲Ｂのうち、狭い方の第１範囲Ａ）内に位置する第１出力取出電極４ａと第１集電電極４ｂはめっき層１２を有していない。一方、図４（ａ）に示す広い方の第２範囲Ｂ内に位置する第１出力取出電極４ａと第１集電電極４ｂとはめっき層１２を有している。
ここでは、第１範囲Ａ内に位置する第１集電電極４ｂの導体層を第１導体層１１ａとし、第２範囲Ｂ内に位置する第１集電電極４ｂの導体層１１を第２導体層１１ｂとし、第１出力取出電極４ａの導体層１１を第３導体層１１ｃとする。そして、少なくとも第１導体層１１ａは第２導体層１１ｂよりも線幅が広く形成されている。つまり、第１出力取出電極４ａの長手方向に対して交差する半導体基板１の一方の端部側に第１導体層１１ａが設けられている。第２範囲Ｂに位置する第１集電電極４ｂはめっき層１２を有することから、電極の線抵抗を減らすことができる。このため、第２導体層１１ｂの幅を狭くすることができて、第１範囲Ａに位置する第１集電電極４ｂは第１導体層１１ａの線幅を広くすることによって、電極の線抵抗が大きくなるのを低減することができる。
なお、第１範囲Ａ内に位置する第１出力取出電極４ａの第３導体層１１ｃは、第２範囲Ｂ内に位置する第３導体層１１ｃよりも線幅が広く形成されてもよいが、第１出力取出電極４ａは第１集電電極４ｂに比べ十分に線幅が広いことから、第１範囲Ａと第２範囲Ｂとで第３導体層１１ｃの線幅を変えなくてもよい。
次に、タイプIIの電極構造の一例について説明する。
図５に示すように、半導体基板９の一方の端部（図５（ａ）に図示されている半導体基板９の左端）側から５〜１０ｍｍ程度までの範囲（図５（ａ）に示す破線で囲まれた２つの範囲である第３範囲Ｃおよび第４範囲Ｄのうち、狭い方の第３範囲Ｃ内に位置する第１集電電極４ｂはめっき層１２を有していない。一方、図５（ａ）に示す広い方の第４範囲Ｄ内に位置する第１出力取出電極４ａと第１集電電極４ｂとはめっき層１２を有している。
ここでは第３範囲Ｃに位置する第１集電電極４ｂの導体層を第１導体層１１ａとし、第４範囲Ｄに位置する第１集電電極４ｂの導体層１１を第２導体層１１ｂとし、第１出力取出電極４ａの導体層１１を第３導体層１１ｃとする。そして、第１導体層１１ａは第２導体層１１ｂよりも線幅が広く形成されている。つまり、第１集電電極４ｂの長手方向に対して交差する半導体基板９の一方の端部側に第１導体層１１ａが設けられている。第４範囲Ｄに位置する第１集電電極４ｂはめっき層１２を有することから、電極の線抵抗を減らすことができるため、第２導体層１１ｂの幅を狭くすることができて、第３範囲Ｃに位置する第１集電電極４ｂは第１導体層１１ａの線幅を広くすることによって、電極の線抵抗が大きくなるのを低減することができる。
第１導体層１１ａの幅は、第２導体層１１ｂの周囲を覆うめっき層１２を含めた幅程度であればよく、第２導体層１１ｂの幅よりも５〜３０μｍ程度大きい。
図２に示すように、第２電極５は第２出力取出電極５ａと第２集電電極５ｂとを有する。本実施形態の第２出力取出電極５ａの厚みは１０〜３０μｍ程度、幅は１．３〜７ｍｍ程度である。第２出力取出電極５ａは、上述の第１電極４と同等の材質および製法で形成することができる。また、第２集電電極５ｂは、厚みが１５〜５０μｍ程度であり、半導体基板９の第２面９ｂの第２出力取出電極５ａの一部を除いた略全面に形成される。この第２集電電極５ｂは、例えばアルミニウムペーストを所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。
＜太陽電池素子の基本的な製造方法＞
次に、上述した太陽電池素子１０の基本的な製造方法について説明する。以下に電極構造のタイプ別に説明する。タイプＩの太陽電池素子の場合は図４を参照しながら説明する。また、タイプIIの太陽電池素子の場合は図５を参照しながら説明する。
次に、上述した太陽電池素子１０の基本的な製造方法について説明する。以下に電極構造のタイプ別に説明する。タイプＩの太陽電池素子の場合は図４を参照しながら説明する。また、タイプIIの太陽電池素子の場合は図５を参照しながら説明する。
まず、タイプＩの太陽電池素子の製造方法について説明する。タイプＩの太陽電池素子の場合は、半導体基板９を準備する基板準備工程と、第１導体領域形成工程と、第２導体領域形成工程と、第１導体領域と第２導体領域とを電気的に接続する接続工程と、めっき工程とを有する。
ここで、接続工程は、第１導体領域と第２導体領域とを接続する出力取出電極を形成する工程としてもよい。
第１導体領域形成工程は、半導体基板９の一主面における第１方向に長い線状に、かつ第１方向に直交する第２方向における一方側に位置するように、第１導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第１導体領域を構成する導体部である第１導体層１１ａを形成する工程である。
第２導体領域形成工程は、半導体基板９の一主面における第１方向に長い線状に、かつ第１導体領域が位置する部位よりも第２方向における他方側に位置するように、第２導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第２導体領域からなる導体部である第２導体層１１ｂを形成する工程である。ここで、第１導体領域形成工程で用いる第１導電ペーストと第２導体領域形成工程で用いる第２導電ペーストとは同一材料でもよい。
接続工程において出力取出電極を形成する場合は、第１導体層１１ａと第２導体層１１ｂとを接続する第３導体層１１ｃを形成して、この第３導体層１１ｃを出力取出電極の構成要素とする。
めっき工程は、電解めっきのための電流を流す給電部を第１導体領域の第１導体層１１ａに接続し、給電部が浸漬しないように、電解めっき液に半導体基板９の一部とともに第２導体領域の第２導体層１１ｂを浸漬して、第２導体層１１ｂの上にめっき層１２を形成する（方法Ｉ）。
接続工程において、第１導体領域と第２導体領域とを接続する出力取出電極を形成する場合は、めっき工程において給電部を線幅の広い第３導体層１１ｃ（出力取出電極）に接続してもよい（方法II）。このようにすれば、給電部と第３導体層１１ｃとの電気的接続が確実に行なわれて、第２導体層１１ｂの表面にめっきがなされるので好適である。
ここで、第１導体領域形成工程と第２導体領域工程と接続工程とを一つの工程で行なうと、太陽電池素子１０を迅速かつ容易に製造することができるので好適である。
また、タイプIIの太陽電池素子の場合、半導体基板９を準備する基板準備工程と、第１導体領域形成工程と、第２導体領域形成工程と、めっき工程とを有する。
第１導体領域形成工程は、半導体基板９の一主面において、第１方向に長い線状に、かつ第１方向における一方側に位置するように、第１導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第１導体領域である第１導体層１１ａを形成する。
第２導体領域形成工程は、半導体基板９の一主面において、第１方向に長い線状に、かつ第１方向において第１導体領域の第１導体層１１ａが位置する部位よりも他方側に位置するとともに、第１導体層１１ａに電気的に接続するように第２導電ペーストを塗布して焼成することによって、第１導体領域の第１導体層１１ａおよび線状の第２導体領域の第２導体層１１ｂを有する導体部を形成する。
めっき工程は、電解めっきのための電流を流す給電部を第１導体領域の第１導体層１１ａに接続し、電解めっき液に半導体基板９の一部とともに第２導体領域の第２導体層１１ｂを浸漬して、第２導体層１１ｂの表面をめっきする。
ここで、第１導体領域形成工程と第２導体領域工程とを一つの工程で行なうと、太陽電池素子１０を迅速かつ容易に製造することができるので好適である。
＜太陽電池素子の具体的な製造方法＞
次に、太陽電池素子１０の具体的な製造方法について、タイプＩを例にとり説明する。なお、タイプIIにおいてもタイプＩと同様な材料・条件により、上記の基本的な製造方法に基づいて製造できる。
次に、太陽電池素子１０の具体的な製造方法について、タイプＩを例にとり説明する。なお、タイプIIにおいてもタイプＩと同様な材料・条件により、上記の基本的な製造方法に基づいて製造できる。
はじめに、半導体基板９を準備する基板準備工程について説明する。半導体基板９が単結晶シリコン基板の場合は、例えば引き上げ法などによって製造したものを準備する。また、半導体基板９が多結晶シリコン基板の場合は、例えば鋳造法などによって製造したものを準備する。なお、以下では、準備する半導体基板９としてｐ型の多結晶シリコンを用いた例によって説明する。
まず、例えば鋳造法により多結晶シリコンのインゴットを作製する。次いで、そのインゴットを、例えば、２５０μｍ以下の厚みにスライスする。その後、スライスした半導体基板の切断面の機械的ダメージ層および汚染層を清浄化するために、表面をＮａＯＨもしくはＫＯＨ、または、フッ酸もしくはフッ硝酸などの溶液を用いてごく微量エッチングするのが望ましい。なお、このエッチング工程後に、ウエットエッチング方法またはドライエッチング方法を用いて、図３に示すように、半導体基板９の表面に微小な凹凸構造９ｃを形成するのがさらに望ましい。
次に、半導体基板９の第１面９ａの表層内にｎ型の逆導電型層２を形成する。このような逆導電型層２は、ペースト状態にしたＰ２Ｏ５を半導体基板９の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源とした気相熱拡散法、またはリンイオンを直接拡散させるイオン打ち込み法などによって形成される。この逆導電型層２は０．２〜２μｍ程度の深さに、また６０〜１５０Ω／□程度のシート抵抗に形成される。なお、逆導電型層２の形成方法は上記方法に限定されるものではなく、例えば薄膜形成技術を用いて、水素化アモルファスシリコン膜、または、微結晶シリコン膜を含む結晶質シリコン膜などを形成してもよい。さらに、半導体基板１と逆導電型層２との間にｉ型シリコン領域を形成してもよい。
次に、反射防止層３を形成する。反射防止層３は、例えば、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）法、蒸着法またはスパッタ法などを用いて形成される。例えば、窒化シリコン膜からなる反射防止層３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（ＳｉＨ４）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層３が形成される。
次に、半導体基板９の第２面９ｂ側に、一導電型の半導体不純物が高濃度に拡散されたＢＳＦ領域６を形成する。この製法としては、例えば、三臭化ボロン（ＢＢｒ３）を拡散源とした熱拡散法を用いて温度８００〜１１００℃程度で形成する方法、アルミニウム（Ａｌ）粉末および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塗布した後、温度６００〜８５０℃程度で熱処理（焼成）してアルミニウムを半導体基板１に拡散する方法を用いることができる。また、アルミニウムペーストを印刷して焼成する方法を用いるならば、印刷面のみに所望の拡散領域を形成することができる上に、逆導電型層２の形成時に同時に第２面９ｂ側にも形成されているｎ型の逆導電型層２を除去する必要もなく、第１面９ａ側または第２面９ｂ側の周辺部のみにレーザー等を用いてｐｎ接合領域の分離を行えばよい。なお、ＢＳＦ領域６の形成方法は上記方法に限定されるものではなく、例えば薄膜形成技術を用いて、水素化アモルファスシリコン膜、または、微結晶シリコン膜を含む結晶質シリコン膜などを形成してもよい。さらに、一導電型領域１とＢＳＦ領域６との間にｉ型シリコン領域を形成してもよい。
次に、第１電極４（第１出力取出電極４ａ、第１集電電極４ｂ）と第２電極５（第２出力取出電極５ａ、第２集電電極５ｂ）とを以下のようにして形成する。
第１電極４は、例えば銀（Ａｇ）等からなる金属粉末と、有機ビヒクルとガラスフリットとを含有する電極ペースト（銀ペースト）を用いて作製される。この銀ペーストを、半導体基板９の第１面９ａに塗布して、その後、最高温度６００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することによって、ファイヤースルー法によって反射防止層３を突き破り半導体基板９上に第１電極４の導体層１１が形成される。電極ペーストの塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。この塗布後、所定の温度に加熱して溶剤を蒸散させて乾燥させることが好ましい。導体層１１は半導体基板１の一方の端部側に設けられた第１導体層１１ａと、半導体基板１の他方の端部側に設けられた第１導体層１１ａよりも線幅が狭い第２導体層１１ｂとからなる。電極ペーストが通過するスクリーンの開口部の幅を調整することによって、所望の導体層１１の形状を得ることができて、第１導体層１１ａと第２導体層１１ｂとを１つの工程で形成することができる。
次に、図６に示すように、電解めっき液２２が貯留されているめっき槽２１内に半導体基板９を浸漬させて、第２導体層１１ｂにめっき層１２が形成される。めっき槽２１内には電解めっき液２２に対して、金属部材からなる陽極２３が設けられる。一方、めっき対象物である第２導体層１１ｂを設けた半導体基板９が陰極２４となる。第２導体層１１ｂが陰極２４となるために、第１導体層１１ａに導電性のクリップ等からなる給電部２５が取り付けられる。そして、半導体基板９において第２導体層１１ｂが形成されている部分のみが電解めっき液２２に浸漬される。そして、電源２６から陽極２３と陰極２４との間に電圧を印加して電流を流すことによって、第２導体層１１ｂの上にめっき層１２が形成される。また、第１導体層１１ａの少なくとも一部および給電部２５は電解めっき液２２に浸漬しないため、めっき層１２が形成されない。
従来の製造方法においては、給電部２５も電解めっき液２２に浸漬するので、給電部２５にもめっき層が形成される。このため、給電部２５に形成されためっき層は次の半導体基板を処理する前に、例えば、エッチング液に浸漬して除去する必要があるため生産性が低下する。一方、本実施形態による製造方法では、上述したように給電部２５にはめっき層が形成されないので、めっき層の除去工程が不要となり、生産性を大幅に向上させることができる。また、電解めっき液２２に浸漬しなかった第１導体層１１ａは第２導体層１１ｂよりも線幅が広いことから、電極の線抵抗が大きくなるのを低減することができる。よって、本実施形態の製造方法によれば、太陽電池素子１０の出力特性を維持しつつ、その生産性を向上させることができる。
めっき層１２としては、銅、銀または錫等が用いられる。このとき、電解めっき液２２はめっき層を構成する金属を含んだめっき液が用いられ、陽極２３の金属部材もめっき層を構成する金属の板が用いられる。また、陽極２３は不溶性の金属部材でもよく、酸化イリジウム被覆チタンまたは白金被覆チタン等が用いられる。例えば、めっき層１２が銅の場合には、電解めっき液２２として硫酸銅めっき液、ピロリン酸銅めっき液またはシアン化銅めっき液等が用いられて、陽極２３の金属部材として含リン銅から成る銅板が用いられる。
第１出力取出電極４ａの長手方向に沿って、半導体基板９をめっき槽２１に浸漬させる場合には、第１出力取出電極４ａの長手方向に対して交差する半導体基板１の一方の端部側に第１導体層１１ａが設けられる。そして、一方の端部側に位置する第１導体層１１ａ（第１集電電極４ｂ）または第３導体層１１ｃ（第１出力取出電極４ａ）に給電部２５が取り付けられ、電解めっき液２２に浸漬していた第２導体層１１ｂおよび第３導体層１１ｃの一部にめっき層１２が形成されることにより、第１出力取出電極４ａおよび第１集電電極４ｂが形成される。
第１集電電極４ｂの長手方向に沿って半導体基板１をめっき槽２１に浸漬させる場合には、第１集電電極４ｂの長手方向に対して交差する半導体基板１の一方の端部側に第１導体層１１ａが設けられる。そして、一方の端部側に位置する第１導体層１１ａに給電部２５が取り付けられて、電解めっき液２２に浸漬していた第２導体層１１ｂと第３導体層１１ｃにめっき層１２が形成されることによって、第１出力取出電極４ａおよび第１集電電極４ｂが形成される。
次に、第２電極５について説明する。まず、第２集電電極５ｂは、例えばアルミニウム粉末と、有機ビヒクルとを含有するアルミニウムペーストを用いて作製される。このペーストを、第２出力取出電極５ａを形成する部位の一部を除いて、第２面のほぼ全面に塗布する。塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。このようにペーストを塗布した後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる方が、作業時にペーストがその他の部分に付着しにくいという観点から好ましい。
次に、第２出力取出電極５ａは、例えば銀粉末などからなる金属粉末と、有機ビヒクルとガラスフリットを含有する銀ペーストを用いて作製される。この銀ペーストを予め決められた形状に塗布する。なお、銀ペーストは、アルミニウムペーストの一部と接する位置に塗布されることで、第２出力取出電極５ａと第２集電電極５ｂとの一部が重なる。塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。この塗布後、所定の温度に加熱して溶剤を蒸散させて乾燥させることが好ましい。
そして、半導体基板９を焼成炉内にて最高温度が６００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することによって、第２電極５が半導体基板９の第２面９ｂ側に形成される。
なお、第２電極５は印刷・焼成法による電極形成を用いたが、蒸着もしくはスパッタ等の薄膜形成、またはめっき法を用いて形成することも可能である。
以上のようにして、出力特性の優れた太陽電池素子１０を迅速かつ容易に作製することができる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように、本発明の範囲内で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９の第２面９ｂ側にパッシベーション膜を設けてもよい。このパッシベーション膜は、半導体基板９の裏面である第２面９ｂにおいて、キャリアの再結合を低減する役割を有するものである。パッシベーション膜としては、窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）、アモルファスＳｉ窒化膜（a−ＳｉＮｘ）などのＳｉ系窒化膜、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）または酸化チタン（ＴｉＯ２）などが使用できる。パッシベーション膜８の厚みは、１００〜２０００Å程度に、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタ法などを用いて形成すればよい。そのため、半導体基板９の第２面９ｂ側の構造はＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）構造またはＰＥＲＬ（Passivated Emitter Rear Locally-diffused）構造に用いられる第２面９ｂ側の構造を用いることができる。
また、第２電極５においても第１電極４と同様に、第２出力取出電極と、第２出力取出電極と交差する複数の線状の第２集電電極とを有する形状であってもよく、導体層とこの表面を被覆するめっき層とを有するものであってもよい。
また、半導体基板９をめっき槽２１に浸漬させる位置の制御、または電解めっき液２２の液面高さの制御等によって、第２導体層１１ｂに隣接する第１導体層１１ａの一部にめっき層が形成されても構わない。
また、第１導体層１１ａの線幅は、第２導体層１１ｂ側から半導体基板９の一方の端部に向けて広くなるようにしてもよい。線幅は段階的または連続的に広くすればよい。例えば、第２導体層１１ｂ側から第１範囲Ａまたは第３範囲Ｃにおける電極部分において、その半分程度まで段階的にまたは連続的に広くして、第１範囲Ａまたは第３範囲Ｃにおける電極部分において、その半分程度から半導体基板９の一方の端部までは一定の太さでもよい。
上記の場合、第２導体層１１ｂに隣接する第１導電体層１１ａの一部にめっき層が形成されても、電極の幅が広くなりすぎずに、受光面積の減少を低減することができる。
また、第１集電電極４ｂの長手方向に対して交差する両端部に、第１集電電極４ｂと交差する線状の補助電極４ｃを形成することによって、給電部２５から供給された電流を第１電極４に均一に流すことができて、均一な厚みのめっき層１２を形成することができる。また、補助電極４ｃは導体層１１とめっき層１２とを有してもよい。これにより、第１集電電極４ｂの一部で線切れが生じても、抵抗の上昇を低減して、他の第１集電電極４ｂを通して第１出力取出電極に電流を流すことができるので好適である。
また、第２電極５が形成された後にめっき層１２を形成してもよい。このとき、給電部２５から第２電極５に電流を流す必要がない場合には、接触部分に絶縁層を設けるようにすればよい。これにより、不要な部分にめっき層１２が形成されないため好適である。
また、第１集電電極４ｂ（第２導体層１１ｂ）と第１出力取出電極４ａ（第３導体層１１ｃ）との交点、または、第１集電電極４ｂと補助電極４ｃとの交点において、第１集電電極４ｂ（第２導体層１１ｂ）の幅は、第１出力取出電極４ａ（第３導体層１１ｃ）または補助電極４ｃに向かって広くしてもよい。めっき層１２が形成される第２導体層１１ｂの線幅は非常に狭いため、第２導体層１１ｂの長手方向に対して垂直に延びる第１出力取出電極４ａ（第３導体層１１ｃ）または補助電極４ｃとの交点において線切れが生じる可能性があるため、交点部分の第２導体層１１ｂの線幅を広くすることによって、線切れの発生を低減することができる。
＜＜太陽電池モジュール＞＞
本実施形態の太陽電池素子１０を１以上備えている太陽電池モジュールについて説明する。以下、上記太陽電池素子の複数を電気的に接続してなる太陽電池モジュールを例にとり説明する。
本実施形態の太陽電池素子１０を１以上備えている太陽電池モジュールについて説明する。以下、上記太陽電池素子の複数を電気的に接続してなる太陽電池モジュールを例にとり説明する。
単独の太陽電池素子の電気出力が小さい場合、複数の太陽電池素子１０を直列および並列に接続することで太陽電池モジュールが構成される。この太陽電池モジュールを複数個組み合わせることによって、実用的な電気出力の取り出しが可能となる。
図７（ａ）に示すように、太陽電池モジュール３０は、例えば、ガラスなどの透明部材３２と、透明のＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）などからなる表側充填材３４と、配線部材２１によって隣接する太陽電池素子の第１電極４と第２電極５とを交互に接続して成る複数の太陽電池素子３０と、ＥＶＡなどからなる裏側充填材３５と、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）または金属箔をＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）で挟みこんだ裏面保護材３３とを主として備える。隣接する太陽電池素子１０同士は、例えば、厚さ０．１〜０．２ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面を半田材料によって被覆された配線部材３１が用いられる。
また、直列接続された複数の太陽電池素子１０のうち、直列接続の最初に位置している太陽電池素子１０と最後に位置している太陽電池素子１０の電極の一端は、出力取出部である端子ボックス３７に、出力取出配線３６によって接続される。また、図７（ａ）では図示を省略しているが、図７（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール３０は、アルミニウムなどからなる枠３８を備えていてもよい。
本実施形態の太陽電池モジュール３０によれば、従来よりも出力変換効率が良好な特性の優れた太陽電池モジュールとすることができる。
以下に、より具体的な実施例について説明する。まず、半導体基板１として、厚さが約２００μｍ、外形１５６ｍｍ×１５６ｍｍ、比抵抗１．５Ω・ｃｍの多結晶シリコン基板を多数用意した。これらの多結晶シリコン基板は、予めｐ型の導電型を呈するようにボロンをドープしたものを用いた。
用意したそれぞれの多結晶シリコン基板の第１面１０ａ側に、ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法を用いて、図３に示すような凹凸構造９ｃを形成した。次に、リン原子を拡散させて、シート抵抗が９０Ω／□程度となるｎ型の逆導電型層２を形成した。次に、第１面９ａ側にはプラズマＣＶＤ法により窒化シリコン膜からなる反射防止層３を形成した。さらに、第２面側９ｂの略全面にアルミニウムペーストを塗布して、その後、これを焼成してＢＳＦ領域６および第２集電電極５ｂを形成した。
次に、第１面１０ａに銀ペーストを塗布して、その後、これを焼成して導体層（第１導電層１１ａ、第２導電層１１ｂおよび第３導電層１１ｃ）を形成した。第２導体層１１ｂおよび第３導電層１１ｃが形成されている領域（ただし、タイプＩにおいては第３導電層１１ｃは一部）を電解めっき液２２に浸漬して、第２導体層１１ｂおよび第３導体層１１ｃ（タイプＩにおいては一部）に銅からなるめっき層１２を形成して第１電極４を形成した。
また、第２面１０ｂに銀ペーストを塗布して、その後、これを焼成して第２出力取出電極４ａを形成した。
最後にシリコン基板の第２面９ｂ側の周辺部においてレーザーによるｐｎ分離を行い、太陽電池素子１０を形成した。
タイプＩからなる太陽電池素子の電極構造は、図４に示す電極構造とした。また、タイプIIからなる太陽電池素子の電極構造は、図５に示す電極構造とした。そして、タイプＩおよびタイプIIの太陽電池素子のそれぞれにおいて、第１導体層１１ａを一方の端部から５ｍｍの範囲に形成して、その線幅を９０μｍとし、厚みを４μｍとした。第２導体層１１ｂは、他方の端部の広い範囲に形成して、その線幅を４０μｍとし、厚みを２μｍとした。第３導体層１１ｃは、その線幅を１．５ｍｍとし、厚みを２μｍとした。めっき層１２の厚みは１０μｍであった。また、タイプＩからなる太陽電池素子においては給電部２５を第３導体層１１ｃに設けて、タイプIIからなる太陽電池素子においては給電部２５を第３第１導体層１１ｂに設けて、給電部２５をめっき液２２に浸漬させずにめっき層１２を形成した。
また、比較例として、銀ペーストを塗布して、その後、これを焼成して、第１集電電極の幅が９０μｍ、厚みが１５μｍ、第１出力取出電極の線幅が１．５ｍｍ、厚みが１５μｍの第１電極４からなる太陽電池素子を形成した。
次に、タイプＩ、IIおよび比較例のそれぞれについて、太陽電池素子の出力特性（電圧、電流密度、曲線因子および変換効率）を測定して評価した。その結果を表１に示す。なお、これらの特性の測定はＪＩＳ Ｃ ８９１３に基づいて、ＡＭ（Air Mass）１．５および１００ｍＷ／ｃｍ２の照射の条件下にて測定した。
表１に示すように、タイプＩおよびIIの太陽電池素子は、いずれも比較例に比べて電流密度、曲線因子および変換効率が高いことを確認した。また、給電部２５にはめっき層１２が形成されないので、めっき層１２の除去工程が不要となり、生産性を大幅に向上させることができた。
１ ：半導体基板（シリコン基板）
２ ：逆導電型層
３ ：反射防止層
４ ：第１電極
４ａ ：第１出力取出電極
４ｂ ：第１集電電極
４ｃ ：補助電極
５ ：第２電極
５ａ ：第２出力取出電極
５ｂ ：第２集電電極
６ ：ＢＳＦ領域
１０ ：太陽電池素子
１１ ：導体層
１１ａ：第１導体層
１１ｂ：第２導体層
１１ｃ：第３導体層
１２ ：めっき層
２１ ：めっき槽
２２ ：電解めっき液
２３ ：陽極
２４ ：陰極
２５ ：給電部
２６ ：電源
３０ ：太陽電池モジュール
２ ：逆導電型層
３ ：反射防止層
４ ：第１電極
４ａ ：第１出力取出電極
４ｂ ：第１集電電極
４ｃ ：補助電極
５ ：第２電極
５ａ ：第２出力取出電極
５ｂ ：第２集電電極
６ ：ＢＳＦ領域
１０ ：太陽電池素子
１１ ：導体層
１１ａ：第１導体層
１１ｂ：第２導体層
１１ｃ：第３導体層
１２ ：めっき層
２１ ：めっき槽
２２ ：電解めっき液
２３ ：陽極
２４ ：陰極
２５ ：給電部
２６ ：電源
３０ ：太陽電池モジュール
Claims (12)
- 半導体基板と、
該半導体基板の一主面における第１方向に長い複数条の導体部を有する集電電極とを備えている太陽電池素子であって、
前記複数条の導体部は、線状の第１導体領域と、該第１導体領域に電気的に接続されているとともに表面がめっきされた線状の第２導体領域とを有している太陽電池素子。 - 前記複数条の導体部は、前記第１導体領域からなる導体部と、前記第２導体領域からなる導体部とを含んでおり、
前記半導体基板の一主面上において、前記複数条の導体部の並びのうちで、前記第１導体領域は前記第１方向に直交する第２方向の一方側に位置しており、前記第２導体領域は前記第１導体領域よりも前記第２方向における他方側に位置している請求項１に記載の太陽電池素子。 - 前記複数条の導体部は、前記第１導体領域と前記第２導体領域とを有する導体部を含んでおり、
該導体部において、前記第１導体領域は前記第１方向における一方側に位置しており、前記第２導体領域は前記第１導体領域よりも前記第１方向における他方側に位置している請求項１に記載の太陽電池素子。 - 前記第２導体領域のめっきが施される下地は前記第１導体領域よりも線幅が狭い請求項１から３のいずれかに記載の太陽電池素子。
- 前記集電電極に交差するとともに電気的に接続されている出力取出電極をさらに備えている請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池素子。
- 請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法であって、
半導体基板を準備する基板準備工程と、
前記半導体基板の一主面において、第１方向に長い線状に、かつ該第１方向に直交する前記第２方向における一方側に位置するように、第１導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第１導体領域からなる導体部を形成する第１導体領域形成工程と、
前記半導体基板の一主面において、前記第１方向に長い線状に、かつ前記第１導体領域が位置する部位よりも前記第２方向における他方側に位置するように、第２導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第２導体領域からなる導体部を形成する第２導体領域形成工程と、
前記第１導体領域と前記第２導体領域とを電気的に接続する接続工程と、
電解めっきのための電流を流す給電部を前記第１導体領域に接続し、電解めっき液に前記半導体基板の一部とともに前記第２導体領域を浸漬して、前記第２導体領域の表面をめっきするめっき工程とを有する太陽電池素子の製造方法。 - 請求項２に記載の太陽電池素子の製造方法であって、
半導体基板を準備する基板準備工程と、
前記半導体基板の一主面において、第１方向に長い線状に、かつ該第１方向に直交する前記第２方向における一方側に位置するように、第１導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第１導体領域からなる導体部を形成する第１導体領域形成工程と、
前記半導体基板の一主面において、前記第１方向に長い線状に、かつ前記第１導体領域が位置する部位よりも前記第２方向における他方側に位置するように、第２導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第２導体領域からなる導体部を形成する第２導体領域形成工程と、
前記第１導体領域と前記第２導体領域とを接続する出力取出電極を形成する接続工程と、
電解めっきのための電流を流す給電部を前記出力取出電極に接続し、電解めっき液に前記半導体基板の一部とともに前記第２導体領域を浸漬して、前記第２導体領域の表面をめっきするめっき工程とを有する太陽電池素子の製造方法。 - 前記第１導体領域形成工程と前記第２導体領域形成工程と前記接続工程とを１つの工程で行なう請求項６または７に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 請求項３に記載の太陽電池素子の製造方法であって、
前記半導体基板を準備する基板準備工程と、
前記半導体基板の一主面において、第１方向に長い線状に、かつ該第１方向における一方側に位置するように、第１導電ペーストを塗布して焼成することによって、線状の第１導体領域を形成する第１導体領域形成工程と、
前記半導体基板の一主面において、前記第１方向に長い線状に、かつ前記第１方向において前記第１導体領域が位置する部位よりも他方側に位置するとともに、前記第１導体領域に電気的に接続するように第２導電ペーストを塗布して焼成することによって、前記第１導体領域および線状の第２導体領域を有する導体部を形成する第２導体領域形成工程と、
電解めっきのための電流を流す給電部を前記第１導体領域に接続し、電解めっき液に前記半導体基板の一部とともに前記第２導体領域を浸漬して、前記第２導体領域の表面をめっきするめっき工程とを有する太陽電池素子の製造方法。 - 前記第１導体領域形成工程と前記第２導体領域形成工程とを１つの工程で行なうことを特徴とする請求項９に記載の太陽電池素子の製造方法。
- 前記第２導体領域形成工程において、前記第１導体領域よりも線幅が狭い前記第２導体領域のめっきが施される下地を形成する請求項６から１０のいずれかに記載の太陽電池素子の製造方法。
- 請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池素子を備えている太陽電池モジュール。
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