JP5274405B2 - 太陽電池セル - Google Patents

Description

本発明は、半導体基板の受光面に電力を収集する複数のグリッド電極と出力リード線が重ねて接合される受光面リード接合電極とが設けられ太陽電池セルに関するものである。

太陽電池セルの基板の受光面（おもて面）には、太陽電池セルが生成した電力を収集するために複数のグリッド電極が形成されている。また、この受光面には、電気出力を取り出す平角銅線でなる出力リード線を、重ねて接合（はんだ付け）するための受光面リード接合電極が、グリッド電極と直交して延びて形成されている。

一方、基板の裏面には、同じく出力リード線を接合（はんだ付け）する目的で、裏面リード接合電極が形成されている。そして、太陽電池モジュールとして構成される場合、併設された複数の太陽電池セルは、出力リード線により、受光面側の受光面リード接合電極と裏面側の裏面リード接合電極を順次電気的に接合されて直列に接続される（例えば、特許文献１参照）。

なお、このような構成の太陽電池セルにおいて、従来、出力リード線は受光面リード接合電極と同じ幅であった。具体的には、例えば幅が２ｍｍの出力リード線に対して幅が２ｍｍの受光面リード接合電極となっている。

特開２００５−３１７６７１号公報

このような構成の太陽電池セルにおいては、出力リード線を受光面リード接合電極に重ねて接合（はんだ付け）する際、出力リード線が受光面リード接合電極から幅方向にずれることがある。従来、出力リード線は受光面リード接合電極と同じ幅であったので、出力リード線が受光面リード接合電極から幅方向にずれると、受光面リード接合電極が出力リード線からはみ出した状態となる。このような状態では太陽電池セルの受光面積が減少して出力低下が発生する。また、はみ出した出力リード線下の電極端部には接合時における出力リード線の熱収縮によりクラックが発生することがある。この時集電効果のあるグリッド線が断線し出力が低下する。そのため、この出力低下に対して有効な改善が望まれていた。

一方、受光面リード接合電極と出力リード線との接合面積が所定以上に減少し、剥離強度を下まわると受光面リード接合電極から出力リード線が剥がれるといった課題があり、改善が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、出力リード線と受光面リード接合電極との接合面積を確保しつつ、出力リード線の受光面リード接合電極への接合の際、受光面リード接合電極に対して出力リード線の位置ずれがあっても受光面積を大幅に減らすことがない太陽電池セルを提供することを目的とする。

上述した課題を解決し目的を達成するために、この発明の太陽電池セルは、半導体基板の受光面に、平行に形成された複数のグリッド電極と、このグリッド電極にほぼ直交して延び出力リード線が重ねて接合される受光面リード接合電極とが設けられた太陽電池セルであり、受光面リード接合電極は、所定の接合面積以上の面積で出力リード線と重なるとともに、幅がほぼ全長にわたって出力リード線の幅よりも小さいことを特徴とする。また、受光面リード接合電極は、側辺部形状が出力リード線の側辺部に対して波打つ波形形状であることを特徴とする。

この発明の太陽電池セルによれば、受光面リード接合電極は、幅がほぼ全長にわたって出力リード線の幅よりも小さいので、出力リード線と受光面リード接合電極との接合面積を確保しつつ、出力リード線の受光面リード接合電極への接合の際、受光面リード接合電極に対して出力リード線の位置ずれがあっても受光面積を大幅に減らすことがないという効果を奏する。また、受光面リード接合電極は、側辺部形状が出力リード線の側辺部に対して波打つ波形形状であるので、許容ずれ幅を大きくすることができる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池セルの受光面リード接合電極に重ねて受光面リード線が接合された様子を示す平面図である。 図２は、裏面リード接合電極に重ねて裏面リード線が接合された様子を示す裏面図である。 図３は、複数の太陽電池セルの受光面リード接合電極と裏面リード接合電極とが出力リード線により接続された様子を示す斜視図である。 図４は、図１のＡ部分を拡大して示す拡大図である。 図５は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池セルの受光面リード接合電極に重ねて受光面リード線が接合された様子を示す平面図である。 図６は、図５のＢ部分を拡大して示す拡大図である。 図７は、本発明の実施の形態３に係る太陽電池セルの受光面リード接合電極に重ねて受光面リード線が接合された様子を示す図１のＡ部分に相当する部分の拡大図である。 図８は、本発明の実施の形態４に係る太陽電池セルの受光面リード接合電極に重ねて受光面リード線が接合された様子を示す図１のＡ部分に相当する部分の拡大図である。 図９は、本発明の実施の形態３に係る太陽電池セルの他の例を示す受光面リード接合電極に重ねて受光面リード線が接合された様子を示す図１のＡ部分に相当する部分の拡大図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池セルの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態においては、一例として、半導体基板をシリコン基板、受光面リード接合電極をバスバー電極、リード線をタブ線、裏面リード接合電極を銀電極として説明する。この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池セルの受光面リード接合電極に重ねて受光面リード線が接合された様子を示す平面図である。図２は、裏面リード接合電極に重ねて裏面リード線が接合された様子を示す裏面図である。図３は、複数の太陽電池セルの受光面リード接合電極と裏面リード接合電極とが出力リード線により接続された様子を示す斜視図である。図４は、図１のＡ部分を拡大して示す拡大図である。

本実施の形態の太陽電池セルにおいては、図１に示すように、シリコン基板（半導体基板）１の受光面側には、受光面積を極力確保しながらセル全面より集電する複数の細いグリッド電極２が、半導体基板１のほぼ全幅に渡ってほぼ平行に配設されている。そして、このグリッド電極２にほぼ直交して、２本のバスバー電極（受光面リード接合電極）３が半導体基板１のほぼ全長に渡って直線上に設けられている。そしてさらに、図４に示すように、このバスバー電極３の上面のほぼ全長に渡って、受光面タブ線（受光面リード線：出力リード線）５が重ねて接合（はんだ付け）されている（図１においては、バスバー電極３を破線にて示している）。受光面タブ線５は、シリコン基板１どうしを直列に接続するために、セル面よりも外側に突出する延長部５ａを有している。受光面タブ線５は、太陽電池用出力リード線として一般的に使用されるはんだめっきされた平角銅線である。

一方、図２に示すように、シリコン基板１の裏面側には、銀電極（裏面リード接合電極）７が２列にそれぞれ一定の間隔を空けながら複数個設けられている。銀電極７の上面には、列のほぼ全長に渡って、裏面タブ線（裏面リード線：出力リード線）８が接合されている（図２においては、銀電極７を破線にて示している）。裏面タブ線８もまた、太陽電池用リード線として一般的に使用されるはんだめっきされた平角銅線である。なお、本実施の形態においては、受光面タブ線５と裏面タブ線８は別部材となっているが、連続する１本のタブ線（出力リード線）としてもよい。

図３に示すように、併設された複数のシリコン基板１は、受光面側から隣接するシリコン基板１の裏面側に潜り込む受光面タブ線５の延長部５ａを、隣接するシリコン基板１の裏面タブ線８と順次電気的に接続されて直列に接続されている。

そして本実施の形態の太陽電池セル１０１においては、バスバー電極３は、側辺部形状が受光面タブ線５の側辺部形状に平行な直線状である。具体的には、２ｍｍ幅の受光面タブ線５に対して１．５ｍｍ幅のバスバー電極３となっている。

これにより、バスバー電極３は、幅が全長にわたって受光面タブ線５の幅よりも小さい。そのため、受光面タブ線５の接合の際に位置ずれがあってもその大きさが所定幅以内のものであれば、バスバー電極３が受光面タブ線５からはみ出ることがない。これにより、受光面タブ線５との所定の接合面積を保持しつつ、受光面タブ線５の接合の際に位置ずれがあっても受光面積を減らすことがない。

実施の形態２．
図５は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池セルの受光面リード接合電極に重ねて受光面リード線が接合された様子を示す平面図である。図６は、図５のＢ部分を拡大して示す拡大図である。

本実施の形態のバスバー電極（受光面リード接合電極）１３においては、受光面タブ線５との間で所定の接合面積が得られる程度にバスバー電極１３の面積が削減されている。つまり、本実施の形態のバスバー電極１３は、面積に関しては、実施の形態１のバスバー電極３と概略等しい。そして、本実施の形態のバスバー電極１３は、側辺部形状が所定周期で波打つ波形形状である。具体的には、側辺部形状が三角形の凹凸を繰り返すノコギリ歯形状である。片側の側辺部のノコギリ歯形状の頂部（最も外側に突出した点）から他側の側辺部のノコギリ歯形状の頂部までの距離が、受光面タブ線５の幅に一致している。

側辺部形状が所定周期で波打つ波形形状であるので、受光面タブ線５の許容ずれ幅を大きくすることができる。これは次の理由による。例えば、実施の形態１のバスバー電極３の場合、受光面タブ線５が所定量ずれるまでは、バスバー電極３の突出量はゼロである。しかしながら、バスバー電極３の側辺部が受光面タブ線５の側辺部を超えた後には、突出量が急激に増え間もなく許容面積に達する。一方、本実施の形態のバスバー電極１３の場合、正規の位置にてノコギリ歯形状の頂部が受光面タブ線５の側辺に一致しているので、受光面タブ線５が少しでもずれると、すぐに突出が発生する。しかしながら、その後の突出量の増え方は遅く、許容面積に達する位置は、実施の形態１のものよりも大きくずれた位置とすることができる。すなわち、側辺部形状を波形形状とすることで、ずれ量の増加に対する受光面面積の減少量及び接合面積の減少量を小さくすることができ、大きくずれた位置まで許容するようにできる。

本実施の形態のバスバー電極１３においては、側辺部の三角形の凹凸のピッチが両側辺部で一致している。そのため、バスバー電極１３は、長さ方向に所定の周期で幅を増減させる形状となっている。さらに、本実施の形態のバスバー電極１３においては、側辺部の凹凸が三角形で且つ凹凸のピッチが両側辺部で一致しているので、バスバー電極１３の長さ方向に面積の大きい部分と面積の小さい部分とが交互に形成される形状となっている。つまり、まとまった広い面積で接合する部分が長さ方向に断続的に形成されている。発明者等の実験によれば、所定の面積が一様に続くよりも、断続的ではあってもまとまった広い面積で接合する部分が存在したほうが大きな接合力が得られることが解っている。そのため、本実施の形態のバスバー電極１３においては、面積に比して大きな接合強度を得ることができる。

なお、バスバー電極１３の側辺部形状は、受光面側タブ線５の側辺部形状に対して所定周期で波打つ波形形状であれば、受光面タブ線５の許容ずれ幅を大きくすることができ、三角形の凹凸を繰り返すノコギリ歯形状に限らず、例えば半円の凹凸形状やサインカーブなどであっても概略同様の効果を得ることができる。

実施の形態３．
図７は、本発明の実施の形態３に係る太陽電池セルの受光面リード接合電極に重ねて受光面リード線が接合された様子を示す図１のＡ部分に相当する部分の拡大図である。本実施の形態のバスバー電極（受光面リード接合電極）２３においても、受光面タブ線５との間で所定の接合面積が得られる程度にバスバー電極２３の面積が削減されている。つまり、本実施の形態のバスバー電極２３は、面積に関しては、実施の形態１のバスバー電極３と概略等しい。そして、本実施の形態のバスバー電極２３は、側辺部形状が所定周期で波打つ波形形状である。

具体的には、側辺部形状が矩形の凹凸を繰り返すラック歯形状である。矩形の凹凸は、角部を滑らかに丸められている。片側の側辺部のラック歯形状の頂部から他側の側辺部のラック歯形状の頂部までの距離が、受光面タブ線５の幅に一致している。

側辺部形状が所定周期で波打つ波形形状であるので、実施の形態２のバスバー電極１３と同じ理由から、バスバー電極２３の許容ずれ量を大きくすることができる。

本実施の形態のバスバー電極２３においては、側辺部の矩形の凹凸のピッチが両側辺部で周期の半分だけずれて一致している。さらに、本実施の形態のバスバー電極２３においては、側辺部の凹凸が矩形で且つ凹凸のピッチが両側辺部で周期の半分だけずれて一致しているので、受光面タブ線５の幅内で蛇行しつつバスバー電極２３の長さ方向に面積の大きい部分と面積の小さい部分とが交互に形成される形状となっている。つまり、まとまった広い面積で接合する部分が長さ方向に断続的に形成されている。そのため、本実施の形態のバスバー電極２３においてもまた、実施の形態２のものと同様に面積に比して大きな接合強度を得ることができる。なお、図９に示すように、グリッド線２を波形形状のバスバー電極２３の波形状頂部のみに接合することで、許容ずれ量であれば受光面タブ線５の下にバスバー電極２３とグリッド線２の接続部が存在しない為、クラックによる出力低下を防ぐことが出来る。

なお、バスバー電極２３の側辺部形状は、受光面側タブ線５の側辺部形状に対して所定周期で波打つ波形形状であれば、受光面タブ線５の許容ずれ量を大きくすることができ、矩形の凹凸を繰り返すラック歯形状に限らず、例えば半円の凹凸形状やサインカーブなどであっても概略同様の効果を得ることができる。

実施の形態４．
図８は、本発明の実施の形態４に係る太陽電池セルの受光面リード接合電極に重ねて受光面リード線が接合された様子を示す図１のＡ部分に相当する部分の拡大図である。本実施の形態のバスバー電極（受光面リード接合電極）３３においては、上記実施の形態１乃至３のものと異なり、バスバー電極３３の面積は、受光面側タブ線５とほぼ等しい。そして、側辺部形状が受光面側タブ線５の側辺部に対して出入するように所定周期で波打つ波形形状である。具体的には、側辺部形状がほぼ受光面側タブ線５の側辺部を中心に振幅するサインカーブ形状である。そして、側辺部の湾曲形状の凹凸のピッチが両側辺部で一致している。そのため、バスバー電極３３は、長さ方向に所定の周期で幅を増減させる形状となっている。

本実施の形態のバスバー電極３３においては、位置ずれが発生した場合、従来と同じように太陽電池セルの受光面積を減少させてしまう。しかしながら、本実施の形態のバスバー電極３３においては、位置ずれが発生した場合であっても、接合面積を大きく減少させることがない。そのため、常に十分な接合強度を確実に確保することができる。

なお、バスバー電極３３の側辺部形状は、受光面側タブ線５の側辺部形状に対して出入するように波打つ波形形状であれば、接合面積を大きく減少させることがないという効果が得られ、サインカーブに限らず、例えば三角形の凹凸を繰り返す形状や矩形の凹凸を繰り返す形状などであっても概略同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池セルは、受光面に出力リード線が接合する受光面リード接合電極が設けられた太陽電池セルに適用されて好適なものである。

１ シリコン基板（半導体基板）
２ グリッド電極
３，１３，２３，３３ バスバー電極（受光面リード接合電極）
５ 受光面タブ線（出力リード線）
５ａ 延長部
７ 銀電極（裏面リード接合電極）
８ 裏面タブ線（出力リード線）

Claims (5)

1. 半導体基板の受光面に、平行に形成された複数のグリッド電極と、該グリッド電極にほぼ直交して延び出力リード線が重ねて接合される受光面リード接合電極とが設けられた太陽電池セルにおいて、
   前記受光面リード接合電極は、所定の接合面積以上の面積で前記出力リード線と重なるとともに、幅がほぼ全長にわたって前記出力リード線の幅よりも小さく、側辺部形状が前記出力リード線の側辺部に対して波打つ波形形状であり、前記出力リード線と重なる領域では、前記受光面リード接合電極のすべての側辺部が、平面視において前記出力リード線の側面と平行ではない
   ことを特徴とする太陽電池セル。
2. 前記受光面リード接合電極は、長さ方向に所定の周期で幅を増減させる形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 前記受光面リード接合電極は、長さ方向に所定の周期で蛇行する形状である
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
4. 前記受光面リード接合電極は、側辺部形状が三角形の凹凸を繰り返す形状である
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池セル。
5. 前記受光面リード接合電極は、側辺部形状が滑らかな凹凸を繰り返すサインカーブである
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池セル。

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