JP5376590B2 - 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、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１０（ａ）および図１０（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１０（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１０（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１１の模式的拡大断面図に示すように、ｐ型用銀電極１０６およびｎ型用銀電極１０７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することによって、銀と錫の合金層１２１が、ｐ型用銀電極１０６とｎ型シリコン基板１０１の裏面のｐ+層１０２とが接触するコンタクト、またはｎ型用銀電極１０７とｎ型シリコン基板１０１の裏面のｎ+層１０３とが接触するコンタクトに到達した場合には、ｐ型用銀電極１０６とｐ+層１０２との接触抵抗またはｎ型用銀電極１０７とｎ+層１０３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。
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。
また、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むとともに、第１導電型用電極および第２導電型用電極の配線シート側全表面を被覆する導電性粒子分散層を備え、導電性粒子分散層は、絶縁性基材と、絶縁性基材中に分散される導電性粒子とを含んでおり、配線シートは、絶縁性シートと、絶縁性シート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導電型用電極表面を被覆する導電性粒子分散層と第１導電型用配線との間および第２導電型用電極表面を被覆する導電性粒子分散層と第２導電型用配線との間には、それぞれ、錫を含む導電性接合材が配置されており、第１導電型用電極と第１導電型用配線とが導電性粒子分散層および導電性接合材を介し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導電型用配線とが導電性粒子分散層および導電性接合材を介して電気的に接続されており、第１導電型用電極および第２導電型用電極は銀を含む配線シート付き太陽電池セルである。
さらに、本発明は、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って、配線シート付き太陽電池セルは、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むとともに、第１導電型用電極および第２導電型用電極の配線シート側全表面を被覆する導電性粒子分散層を備え、導電性粒子分散層は、絶縁性基材と、絶縁性基材中に分散される導電性粒子とを含んでおり、配線シートは、絶縁性シートと、絶縁性シート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導電型用電極表面を被覆する導電性粒子分散層と第１導電型用配線との間および第２導電型用電極表面を被覆する導電性粒子分散層と第２導電型用配線との間には、それぞれ、錫を含む導電性接合材が配置されており、配線シート付き太陽電池セルにおいては、第１導電型用電極と第１導電型用配線とが導電性粒子分散層および導電性接合材を介し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導電型用配線とが導電性粒子分散層および導電性接合材を介して電気的に接続されており、第１導電型用電極および第２導電型用電極は銀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裏面フィルム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を有している。
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の受光面と反対側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、第１導電型用銀電極６の表面の少なくとも一部および第２導電型用銀電極７の表面の少なくとも一部をそれぞれ被覆する導電性粒子分散層２１とを含んでいる。
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の先端は平坦状であってもよく、二こぶの山形状であってもよい。
また、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、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いる。そして、第１導電型用銀電極６は、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と接することによってコンタクト２ａを形成している。また、第２導電型用銀電極７は、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２導電型不純物拡散領域３と接することによってコンタクト３ａを形成している。
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の幅（図１の紙面の左右方向の最長の長さ）はそれぞれたとえば５０μｍ以上４００μｍ以下とすることができ、第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７の厚さ（図１の紙面の上下方向の最長の長さ）はそれぞれたとえば５μｍ以上２０μｍ以下とすることができる。
また、コンタクト２ａおよびコンタクト３ａの幅（図１の紙面の左右方向の長さ）はそれぞれたとえば５０μｍ以上１００μｍ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。
一方、配線シート１０は、絶縁性シート１１と、絶縁性シート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。
ここで、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本ずつ向かい合う位置に配置されており、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本ずつ向かい合う位置に配置されている。
また、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いる。
また、第１導電型用配線１２および第２導電型用配線１３の幅（図１の紙面の左右方向の長さ）はそれぞれたとえば３００μｍ以上６００μｍ以下とすることができ、第１導電型用配線１２および第２導電型用配線１３の厚さはそれぞれたとえば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（図１の紙面の左右方向の長さ）は、たとえば１５０μｍ以上３００μｍ以下とすることができる。
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とは導電性接合材２０および導電性粒子分散層２１を介し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とも導電性接合材２０および導電性粒子分散層２１を介して電気的かつ機械的に接続されている。
ここで、導電性接合材２０としては、錫などの金属を含有する導電性物質を用いることができ、たとえばＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ半田、Ｓｎ−Ａｇ−Ｃｕ半田、Ｓｎ−Ｚｎ半田、Ｓｎ−Ｉｎ半田またはＳｎ−Ｂｉ半田などの錫含有半田を用いることができる。
図２に、図１に示す太陽電池モジュールの裏面電極型太陽電池セル８と配線シート１０との接続部近傍の模式的な拡大断面図を示す。
図２に示すように、導電性粒子分散層２１は、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のそれぞれの外表面を被覆するようにして設けられている。そして、導電性粒子分散層２１の外表面には導電性接合材２０が接するようにして設けられている。
ここで、導電性粒子分散層２１は、絶縁性基材２２と、絶縁性基材２２中に分散される導電性粒子２３とを含む構成を有している。
絶縁性基材２２としては、たとえば、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂およびシリコーン系樹脂などの少なくとも１種の樹脂を用いることができる。なお、絶縁性基材２２に用いられる樹脂中にはたとえば硬化剤などの従来から公知の添加剤が含まれていてもよい。
導電性粒子２３としては、たとえば銀粒子、銅粒子およびニッケル粒子などの金属粒子を用いることができる。また、個々の導電性粒子２３は、複数種類の物質から構成されていてもよく、この場合には導電性粒子２３の表面の少なくとも一部に導電性物質が露出していればよい。
導電性粒子２３の形状は特に限定されないが、裏面電極型太陽電池セル８の電極（第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７）への錫などの金属の拡散を遅延させることと、裏面電極型太陽電池セル８の電極または導電性接合材２０との接続抵抗を低減するまたは濡れ性を向上させることとの両立のために、たとえばフレーク状、円盤状および球状などの異なる形状の導電性粒子２３を複数組み合わせて用いることが好ましい。
また、導電性粒子２３の大きさも特に限定されず、導電性粒子２３の粒径は、たとえば２μｍ以上３μｍ以下とすることができる。
また、導電性粒子分散層２１の厚さも特に限定されないが、導電性粒子分散層２１の厚さは２０μｍ以上３０μｍ以下とすることが好ましい。導電性粒子分散層２１の厚さが２０μｍ以上３０μｍ以下である場合には、裏面電極型太陽電池セル８の電極への錫などの金属の拡散を遅延させて所望の信頼性を確保するとともに導電性粒子分散層２１における導電性粒子２３の接触による導電性をより確実に担保することができる傾向にある。
なお、絶縁性基材２２と導電性粒子２３の材質や所望の信頼性を確保する環境や期間によっては導電性粒子分散層２１の厚さは２０μｍ未満とすることも可能であるが、この場合には、裏面電極型太陽電池セル８の電極の表面上に導電性粒子分散層２１を均一の厚みで設置する観点からは、導電性粒子分散層２１の厚さは１０μｍ以上とすることが好ましい。
また、導電性粒子分散層２１中における絶縁性基材２２と導電性粒子２３との体積比率（（導電性粒子分散層２１中の絶縁性基材２２の体積）／（導電性粒子分散層２１中の導電性粒子２３の体積））は特に限定されず、たとえば５０／５０程度とすることができる。
また、導電性粒子分散層２１中における絶縁性基材２２と導電性粒子２３との重量比率（（導電性粒子分散層２１中の絶縁性基材２２の重量）／（導電性粒子分散層２１中の導電性粒子２３の重量））も特に限定されず、たとえば１０／９０程度とすることができる。
以上のような構成を有する導電性粒子分散層２１を裏面電極型太陽電池セル８の電極の外表面に設けることによって、導電性粒子分散層２１の外表面に接する導電性接合材２０から導電性粒子分散層２１の内部に侵入してきた錫などの金属が裏面電極型太陽電池セル８の電極の内部に拡散するのを遅延させることができる。
たとえば、導電性粒子分散層２１中の導電性粒子２３は、他の導電性粒子２３、裏面電極型太陽電池セル８の電極および導電性接合材２０のそれぞれと点状に接触し得る。そして、導電性接合材２０から導電性粒子分散層２１の内部に侵入してきた錫などの金属が裏面電極型太陽電池セル８の電極に向かって拡散するためには、その点状の接触部を通過せざるを得ないため、その拡散速度が格段に遅くなる。また、仮に、導電性粒子分散層２１中の導電性粒子２３が導電性接合材２０中の金属と合金化した場合でも、それに隣接する導電性粒子２３との接触もたとえば点状となり得ることから、上記と同様の理由により、錫などの金属の拡散速度が格段に遅くなる。
したがって、図１に示す構成の太陽電池モジュールにおいては、たとえば従来のように銀と錫の合金層が裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型不純物拡散領域２と第１導電型用銀電極６とのコンタクト２ａ、および第２導電型不純物拡散領域３と第２導電型用銀電極７とのコンタクト３ａに到達することによる電極の接触抵抗の増加に起因する太陽電池モジュールの特性の低下の発生時期を遅らせることができる。そのため、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できる。
なお、裏面電極型太陽電池セル８の電極（第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７）と配線シート１０の配線（第１導電型用配線１２および第２導電型用配線１３）との電気的な接続は、第１導電型用銀電極６または第２導電型用銀電極７、導電性粒子分散層２１中の導電性粒子２３、および導電性接合材２０の接触によって担保される。
以下、図３（ａ）〜図３（ｇ）の模式的断面図を参照して、図１に示す太陽電池モジュールの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とを形成した後に、第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７のそれぞれの外表面に導電性粒子分散層２１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。
また、導電性粒子分散層２１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のそれぞれの外表面に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、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１本ずつ間隔をあけて配置されている。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に示す太陽電池モジュールの配線シート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、絶縁性シート１１の表面上に導電層４１を形成する。ここで、絶縁性シート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シート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、絶縁性シート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、絶縁性シート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の絶縁性シート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の絶縁性シート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上で隣り合って設置された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固体状の導電性接合材２０を含むペースト状の導電性接合材前駆体２０ａを塗布する。
ここで、導電性接合材前駆体２０ａとしては、たとえば、固体状の導電性接合材２０がフラックスとともに溶剤中に含まれているものなどが用いられる。
また、導電性接合材前駆体２０ａ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塗布することができる。
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が設置されるとともに、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。
その後、導電性接合材前駆体２０ａを加熱することによって導電性接合材前駆体２０ａ中の導電性接合材２０以外の溶剤などの成分を揮発させて除去するとともに固体状の導電性接合材２０を溶融させる。
そして、溶融した導電性接合材２０を冷却して固化することによって、図７（ｃ）に示すように、裏面電極型太陽電池セル８と配線シート１０とが導電性接合材２０によって接合された配線シート付き太陽電池セルが作製される。
なお、上記においては、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、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固体状の導電性接合材２０を含むペースト状の導電性接合材前駆体２０ａを塗布したが、裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用銀電極６と第２導電型用銀電極７のそれぞれの外表面に形成された導電性粒子分散層２１の表面上に導電性接合材前駆体２０ａを塗布してもよい。この場合にも、導電性接合材前駆体２０ａ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塗布することができる。
また、導電性接合材前駆体２０ａの塗布後にはリフロー処理を施してもよい。リフロー処理によって導電性接合材前駆体２０ａを固化させることができるため、裏面電極型太陽電池セル８が配線シート１０上に設置される際に、導電性接合材前駆体２０ａが流動することにより、配線シート１０の第１導電型用配線１２と第２導電型用配線１３との間、および／または裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用電極６と第２導電型用電極７との間における短絡の発生を抑制することができる。
なお、導電性接合材前駆体２０ａを用いることなく、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、および／または裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用電極６および第２導電型用電極７のそれぞれの外表面に形成された導電性粒子分散層２１の表面上に固体状の導電性接合材２０を直接形成する場合には、たとえば、めっき、溶着、ディップまたはスパッタなどの方法を用いて導電性接合材２０を形成することができる。
以上のようにして作製された配線シート付き太陽電池セルにおいては、溶融後に固化した導電性接合材２０によって、裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用電極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、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裏面フィルム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、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を用いた場合について説明したが、これらの電極に銀電極を用いることに限定されるものではない。
また、導電性粒子分散層２１は、裏面電極型太陽電池セル８の第１導電型用銀電極６の外表面の少なくとも一部および／または第２導電型用銀電極７の外表面の少なくとも一部を被覆していればよい。
また、上記においては、第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７のそれぞれの外表面に導電性粒子分散層２１を形成した場合について説明したが、本発明においては、第１導電型用銀電極６および第２導電型用銀電極７の少なくとも１つの外表面に導電性粒子分散層２１が形成されていればよい。
まず、１辺がそれぞれ１２６ｍｍの擬似正方形状の受光面および裏面を有し、厚さが２００μｍのｎ型シリコン基板を用意した。そして、ｎ型シリコン基板の裏面にリンを選択的に拡散して帯状のｎ+層を形成するとともに、ｎ型シリコン基板の裏面にボロンを選択的に拡散して帯状のｐ+層を形成した。ここで、帯状のｎ+層と帯状のｐ+層とはそれぞれ所定の間隔をあけてｎ型シリコン基板の裏面に交互に配列するように形成された。
次に、ｎ型シリコン基板の裏面のｎ+層上およびｐ+層上にそれぞれ銀ペーストをスクリーン印刷した後に空気中において３００〜９００℃の温度で焼成することによって、帯状に伸長して外表面が円柱の側面のように湾曲した曲面を有する厚さ１０μｍの焼成銀電極（ｎ電極）をｎ+層上に形成するとともに、帯状に伸長して外表面が円柱の側面のように湾曲した曲面を有する厚さ１０μｍの焼成銀電極（ｐ電極）をｐ+層上に形成した。
次に、上記のようにして作製したｎ電極およびｐ電極のそれぞれの外表面上に、多数の銀粒子がエポキシ樹脂中に含有された樹脂Ａｇペーストを厚さ２０μｍに塗布した後に加熱することによって硬化させ、樹脂Ａｇ層を形成した。
次に、ｎ電極およびｐ電極のそれぞれの外表面上の樹脂Ａｇ層の外表面上にＳｎ−Ｂｉ−Ａｇ半田（Ｓｎの重量：Ｂｉの重量：Ａｇの重量＝４２：５７：１）とフラックスと溶剤とを含む半田ペーストを塗布した。
次に、上記の半田ペーストの塗布後のｎ型シリコン基板を静止型リフロー炉において加熱することによって実施例の裏面電極型太陽電池セルを作製した。
その後、実施例の裏面電極型太陽電池セルを複数の小片に切断した後に、これらの小片をオーブンにおいて配線シートとの接合時に行なわれる加熱に相当する加熱を行なうことによって、複数のサンプルを作製した。
そして、これらのサンプルのそれぞれについて、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscopy）／ＥＤＸ（Energy Dispersive x-ray Spectroscopy）装置を用いて、樹脂Ａｇ層中における銀と錫との合金層（ＡｇＳｎ層）の厚みを測定した（この厚みをＸ０とする）。
その後、上記のサンプルを３つずつそれぞれＡ〜Ｄの４組に分けて、Ａ〜Ｄの組をそれぞれ７０℃、８５℃、１００℃および１２０℃の温度雰囲気下に設置した。そして、サンプルの設置開始から、４８時間後、１２０時間後、２５０時間後および５００時間後にそれぞれＳＥＭ／ＥＤＸ装置を用いて樹脂Ａｇ層中におけるＡｇＳｎ層の厚みを測定し（この厚みをＸ１とする）、樹脂Ａｇ層中におけるＳｎの拡散距離（Ｘ１−Ｘ０）を算出した。その結果を図８に示す。図８の縦軸はＳｎの拡散距離（Ｘ１−Ｘ０）（μｍ）を示し、図８の横軸は上記の各温度雰囲気下におけるサンプルの設置時間の１／２乗（ｈｏｕｒ）を示している。なお、ＡｇＳｎ層の厚みは、各条件ごとに１サンプル当たり４点ずつ測定し、その平均値をそれぞれ上記のＸ０およびＸ１の値としている。
そして、図８の結果に基づいて、樹脂Ａｇ層中におけるＡｇＳｎ層の初期の厚み２μｍを含めた２０μｍの厚みの樹脂Ａｇ層中のＡｇがＡｇＳｎ層に変化するまでの時間（寿命）を以下の式（１）を用いて上記の各設置温度について算出した結果を図９に示す。
Ｌ＝Ａ・ｅｘｐ［Ｅａ／ｋＴ］ …（１）
なお、上記の式（１）において、Ｌは寿命を示し、Ａは定数を示し、Ｅａは活性化エネルギ（ｅＶ）を示し、ｋはボルツマン定数（ｅＶ／Ｋ）を示し、Ｔは上記のサンプルが設置された雰囲気の温度の絶対温度（Ｋ）を示している。
Ｌ＝Ａ・ｅｘｐ［Ｅａ／ｋＴ］ …（１）
なお、上記の式（１）において、Ｌは寿命を示し、Ａは定数を示し、Ｅａは活性化エネルギ（ｅＶ）を示し、ｋはボルツマン定数（ｅＶ／Ｋ）を示し、Ｔは上記のサンプルが設置された雰囲気の温度の絶対温度（Ｋ）を示している。
また、図９の縦軸は上記の寿命Ｌの自然対数を寿命ｌｎＬ（ｈｏｕｒ）として示しており、横軸は１０００／Ｔ（Ｋ）を示している。
その後、図９に示す結果に基づいて、下記の表１に示す各設置温度における単位時間当たりのＡｇＳｎ層の進行距離を算出し、その算出した値から、実施例の裏面電極型太陽電池セルを表１に示す設置温度で表１に示す設置時間だけ設置したときの寿命（２０μｍの厚みの樹脂Ａｇ層中のＡｇがＡｇＳｎ層に変化するまでの時間）を算出した。なお、下記の表１に示す各設置温度は、最高気温が約３７℃程度の夏場における太陽電池セルの温度変化の実測値に基づき設定したものである。
その結果、実施例の裏面電極型太陽電池セルは、最高気温が約３７℃程度の夏場という過酷な条件において、上記の寿命は２０年以上であることが確認された。
したがって、実施例の裏面電極型太陽電池セルを実際の環境下に設置した場合には、上記の寿命はさらに長くなると考えられる。
今回開示された実施の形態および実施例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 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，３ａ コンタクト、３ 第２導電型不純物拡散領域、４ パッシベーション膜、４ａ，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、７ 第２導電型用銀電極、８，８０ 裏面電極型太陽電池セル、１０，１００ 配線シート、１１ 絶縁性シート、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 裏面フィルム、２０ 導電性接合材、２０ａ 導電性接合材前駆体、２１ 導電性粒子分散層、２２ 導電性粒子、２３ 絶縁性基材、４１ 導電層、４２ レジスト、４３ 矢印、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 (2)
- 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むとともに、前記第１導電型用電極および前記第２導電型用電極の前記配線シート側全表面を被覆する導電性粒子分散層を備え、前記導電性粒子分散層は、絶縁性基材と、前記絶縁性基材中に分散される導電性粒子とを含んでおり、
前記配線シートは、絶縁性シートと、前記絶縁性シート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導電型用電極表面を被覆する前記導電性粒子分散層と前記第１導電型用配線との間および前記第２導電型用電極表面を被覆する前記導電性粒子分散層と前記第２導電型用配線との間には、それぞれ、錫を含む導電性接合材が配置されており、
前記第１導電型用電極と前記第１導電型用配線とが前記導電性粒子分散層および前記導電性接合材を介し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導電型用配線とが前記導電性粒子分散層および前記導電性接合材を介して電気的に接続されており、前記第１導電型用電極および前記第２導電型用電極は銀を含む、配線シート付き太陽電池セル。 - 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って、
前記配線シート付き太陽電池セルは、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むとともに、前記第１導電型用電極および前記第２導電型用電極の前記配線シート側全表面を被覆する導電性粒子分散層を備え、前記導電性粒子分散層は、絶縁性基材と、前記絶縁性基材中に分散される導電性粒子とを含んでおり、
前記配線シートは、絶縁性シートと、前記絶縁性シート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導電型用電極表面を被覆する前記導電性粒子分散層と前記第１導電型用配線との間および前記第２導電型用電極表面を被覆する前記導電性粒子分散層と前記第２導電型用配線との間には、それぞれ、錫を含む導電性接合材が配置されており、
前記配線シート付き太陽電池セルにおいては、前記第１導電型用電極と前記第１導電型用配線とが前記導電性粒子分散層および前記導電性接合材を介し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導電型用配線とが前記導電性粒子分散層および前記導電性接合材を介して電気的に接続されており、前記第１導電型用電極および前記第２導電型用電極は銀を含む、太陽電池モジュール。
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