JP5496473B2 - 裏面電極型太陽電池、太陽電池ストリング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、太陽電池ストリングおよび太陽電池モジュールに関し、特に、逆バイアス電圧による故障の防止機能を容易に付加することができる裏面電極型太陽電池、その裏面電極型太陽電池を用いた太陽電池ストリングおよび太陽電池モジュールに関する。
光エネルギを電気エネルギに変換する太陽電池は、地球環境問題への関心の高まりから環境負荷の小さなクリーンなエネルギとして注目が高まっている。
太陽電池に用いられる材料としては、化合物半導体系や有機材料系も挙げられるが、現在はシリコン結晶系が主流となっている。
図１０に、従来のシリコン結晶系太陽電池の模式的な斜視図を示す。ここで、従来のシリコン結晶系太陽電池は、ｐ型シリコン基板１０１の受光面にｎ型不純物を拡散させることによりｎ+層１０２が形成され、ｎ+層１０２上にｎ電極１０４が形成された構造を有しており、ｐ型シリコン基板１０１の裏面にｐ+層１０３が形成され、ｐ+層１０３上にｐ電極１０５が形成された構造を有している。
このような構造を有する従来のシリコン結晶系太陽電池においては、ｎ電極１０４の直下のｐ型シリコン基板１０１には太陽光が入射せず、電流発生に寄与しないことから、変換効率のロスが生じてしまう。
そこで、たとえば特開２００２−１６４５５６号公報（特許文献１）には、太陽電池の半導体基板の受光面に電極を形成せず、半導体基板の裏面にｎ型不純物を拡散させることにより形成したｎ+層およびｐ型不純物を拡散させることにより形成したｐ+層をそれぞれ形成し、ｎ+層上にｎ電極を形成するとともにｐ+層上にｐ電極を形成した裏面電極型太陽電池が開示されている。
特開２００２−１６４５５６号公報
太陽電池は、通常、単体で使用されることは少なく、複数個の太陽電池を直列および／または並列に接続した太陽電池ストリングを封止材中に封止することによって所定の出力を得る太陽電池モジュールとして用いられる。この太陽電池モジュールの使用中に何らかの原因で一部の太陽電池に影が生じた場合には、他の太陽電池が発生する電圧が逆バイアスとして影になった太陽電池に印加される。
この逆バイアス電圧が、影を生じた太陽電池のブレークダウン電圧を超えると、太陽電池を短絡破壊に至らせることがあり、その結果、太陽電池モジュール全体の出力が低下する可能性がある。このような事情は、複数の裏面電極型太陽電池を用いて構成された太陽電池モジュールでも同様である。
従来、この逆バイアス電圧による故障を防止するために、個々の太陽電池毎や特定の太陽電池モジュール単位毎にバイパスダイオードを取り付けたり、あるいは太陽電池にバイパスダイオードを集積化するダイオードインテグレーテッド太陽電池が使用されている。
しかしながら、バイパスダイオードを外付けする方法は、その取り付け分だけ製造コストが増加するとともに、太陽電池モジュールにおける太陽電池の実装密度が低くなる等の問題があった。
また、ダイオードインテグレーテッド太陽電池においても、バイパスダイオードをシリコン基板に集積して作り込む必要があるため、製造工程が複雑になり、製造コストが高くなるという問題があった。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、逆バイアス電圧による故障の防止機能を容易に付加することができる裏面電極型太陽電池、その裏面電極型太陽電池を用いた太陽電池ストリング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、第１導電型の半導体基板の裏面に、半導体基板よりも高濃度の第１導電型不純物を含む第１導電型不純物含有層と、第２導電型不純物を含む第２導電型不純物含有層と、第１導電型不純物含有層上の第１導電型用電極と、第２導電型不純物含有層上の第２導電型用電極とを備え、第１導電型不純物含有層のうち第１導電型用電極が第１導電型不純物含有層に電気的に接続されている箇所と、第１導電型不純物含有層のうち第１導電型用電極が第１導電型不純物含有層に電気的に接続されていない箇所とが離れて形成されており、第１導電型不純物含有層のうち第１導電型用電極が第１導電型不純物含有層に電気的に接続されていない箇所は、第２導電型不純物含有層と接し、半導体基板の裏面の端部近傍領域内に形成されている裏面電極型太陽電池である。
また、本発明の裏面電極型太陽電池は、第１導電型不純物含有層のうち第１導電型用電極が第１導電型不純物含有層に電気的に接続されていない箇所を複数備えていることが好ましい。
また、本発明は、上記のいずれかの裏面電極型太陽電池の複数と、絶縁性基材と絶縁性基材の表面上に形成された配線とを有する配線基板とを含み、裏面電極型太陽電池の電極が配線基板の配線上に設置されるように裏面電極型太陽電池の複数を配線基板上に配列することによって裏面電極型太陽電池の複数が電気的に接続されてなる太陽電池ストリングである。
また、本発明は、上記の太陽電池ストリングと、その太陽電池ストリングを封止する封止材とを備えた太陽電池モジュールである。
ここで、本発明の太陽電池モジュールにおいて、封止材は、エチレンビニルアセテート樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂およびゴム系樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の透明樹脂を含むことが好ましい。
また、本発明の太陽電池モジュールにおいては、裏面電極型太陽電池の電極と配線基板の配線とが直接接触していることが好ましい。
本発明によれば、逆バイアス電圧による故障の防止機能を容易に付加することができる裏面電極型太陽電池、その裏面電極型太陽電池を用いた太陽電池ストリング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。
（実施の形態１）
図１（ａ）に本発明の裏面電極型太陽電池の一例の裏面の模式的な平面図を示し、図１（ｂ）に図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った模式的な断面を示す。
図１（ａ）に本発明の裏面電極型太陽電池の一例の裏面の模式的な平面図を示し、図１（ｂ）に図１（ａ）のＩｂ−Ｉｂに沿った模式的な断面を示す。
ここで、本発明の裏面電極型太陽電池は、第１導電型の半導体基板１の裏面に半導体基板１よりも高濃度の第１導電型不純物を含む櫛形状の第１導電型の第１の電極形成領域３を有しており、第１の電極形成領域３上には第１導電型用電極５が形成されている。
また、半導体基板１の裏面には、第１の電極形成領域３に向かい合うようにして第２導電型不純物を含む櫛形状の第２導電型の第２の電極形成領域２が形成されており、第２の電極形成領域２上には第２導電型用電極４が形成されている。なお、第１の電極形成領域３と第２の電極形成領域２とは、それぞれ櫛歯に相当する箇所が互いに向かい合うようにして設置されており、櫛歯に相当する箇所を交互に１本ずつ噛み合わせるようにして配置されている。
また、本発明の裏面電極型太陽電池の裏面には、裏面の櫛形状の第２の電極形成領域２の櫛歯に相当する箇所の先端部分に、半導体基板１よりも高濃度の第１導電型不純物を含む第１導電型の島状の電極非形成領域６が形成されている。ここで、電極非形成領域６は、図１（ｂ）に示すように、第２の電極形成領域２と接するようにして形成されている。また、電極非形成領域６の表面上には電極が形成されないことが好ましい。また、本発明の裏面電極型太陽電池の裏面には、電極非形成領域６が複数形成されている。
このような構成とすることによって、本発明の裏面電極型太陽電池においては、第１導電型不純物を含む電極非形成領域６と第２導電型不純物を含む第２の電極形成領域２との接合によって構成されるｐｎ接合によって、第１導電型用電極５と第２導電型用電極４との間に逆バイアス電圧が印加された場合でも、ツェナー効果および／またはアバランシェ効果によって上記のｐｎ接合で優先してブレークダウンが発生するため、裏面電極型太陽電池全体の短絡破壊を抑止することができる。
したがって、本発明の裏面電極型太陽電池においては、第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６と第２導電型不純物を含む第２導電型の第２の電極形成領域２との接合によって構成されるｐｎ接合を半導体基板１の裏面に形成することによって、逆バイアス電圧による裏面電極型太陽電池の故障の防止機能を容易に付加することができる。
なお、上記の効果を得るためには、第１導電型不純物を含む電極非形成領域６における第１導電型不純物の不純物濃度は１×１０18／ｃｍ3以上とすることが好ましい。
また、本発明においては、第２の電極形成領域２、第１の電極形成領域３、第２導電型用電極４、第１導電型用電極５および電極非形成領域６のそれぞれの形状は、本明細書に記載の形状に限定されないことは言うまでもない。
以上のような構成の裏面電極型太陽電池は、たとえば以下のようにして製造することができる。なお、以下においては、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として説明するが、本発明においては、ｐ型とｎ型とを入れ替えて、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としてもよい。
まず、たとえばｐ型シリコン基板などからなる第１導電型の半導体基板１を用意する。ここで、半導体基板１の厚さはたとえば５０μｍ以上４００μｍ以下とすることができる。なお、半導体基板１の構成はこれに限定されないことは言うまでもない。
次に、たとえば熱酸化法などにより、上記で用意した半導体基板１の受光面および裏面のそれぞれの全面にたとえば厚さ３００ｎｍ程度のＳｉＯ2膜などからなる第１拡散マスクを形成する。
次に、フォトリソグラフィプロセスを用いて、半導体基板１の裏面の第１の電極形成領域３と電極非形成領域６の形成領域に対応する箇所以外の箇所の第１拡散マスクの表面にフォトレジストを形成し、その後、たとえばエッチングなどによって、フォトレジストで覆われていない第１拡散マスクの部分を除去して、半導体基板１の裏面の一部を露出させる。
次に、たとえばＢＢｒ3を拡散源として第１導電型不純物であるボロンの気相拡散処理をたとえば９７０℃で５０分程度行なうことによって、半導体基板１の露出した裏面の領域にボロンを拡散させて、第１導電型不純物を含む第１導電型の第１の電極形成領域３および第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６をそれぞれ形成する。
次に、半導体基板１の裏面にたとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、たとえば厚さ４００ｎｍ程度のＳｉＯ2膜などからなる第２拡散マスクを形成する。この第２拡散マスクは上記で形成された第１の電極形成領域３および電極非形成領域６の保護と、後述する第２の電極形成領域２の形成時における第２導電型不純物の拡散に対する拡散マスクとして機能する。
次に、フォトリソグラフィプロセスを用いて、半導体基板１の裏面の第２の電極形成領域２の形成領域に対応する箇所以外の箇所の第２拡散マスクの表面にフォトレジストを形成し、その後、たとえばエッチングなどによって、フォトレジストで覆われていない第２拡散マスクの部分を除去して、半導体基板１の裏面の一部を露出させる。
次に、半導体基板１の露出した裏面に、たとえばＰＯＣｌ3を拡散源として第２導電型不純物であるリンの気相拡散処理をたとえば７７０℃で３０分程度行なうことによって、第２導電型不純物を含む第２導電型の第２の電極形成領域２を形成する。
次に、半導体基板１の裏面の第２拡散マスクを除去した後に、半導体基板１の裏面に形成された第１の電極形成領域３上にｐ電極としての第１導電型用電極５を形成し、第２の電極形成領域２上にｎ電極としての第２導電型用電極４を形成する。ここで、第１導電型用電極５および第２導電型用電極４はそれぞれ、たとえばフォトリソグラフィプロセスおよび真空蒸着法などを用いて形成することができる。
また、半導体基板１の受光面には、たとえば水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を用いたアルカリエッチングプロセスなどを用いてテクスチャ構造を形成し、その後、反射防止膜を形成することが好ましい。
以上のようにして、図１（ａ）および図１（ｂ）に示す構成を有する本発明の裏面電極型太陽電池を作製することができる。
なお、島状の電極非形成領域６の個数および大きさは適宜設定することが可能であるが、たとえば半導体基板１の裏面の大きさがたとえば２ｃｍ×２ｃｍの正方形状である場合には、島状の電極非形成領域６の数は、たとえば数十個から１００個程度とすることができ、電極非形成領域６大きさおよび形状は、たとえば０．０１〜０．１ｍｍ径の円形または角形とすることができる。
また、電極非形成領域６は、半導体基板１の裏面の端部近傍領域内に形成されていてもよい。なお、本発明において、半導体基板１の裏面の端部近傍領域とは、半導体基板１の裏面の外周から半導体基板１の裏面の内側に１０ｍｍだけ進向した領域のことを意味する。
また、上記においては、第１導電型不純物としてボロンを用い、第２導電型不純物としてリンを用いたが、第１導電型不純物および第２導電型不純物はそれぞれこれらに限定されないことは言うまでもない。
（実施の形態２）
図２（ａ）に本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の裏面の模式的な平面図を示し、図２（ｂ）に図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂに沿った模式的な断面を示す。
図２（ａ）に本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の裏面の模式的な平面図を示し、図２（ｂ）に図２（ａ）のＩＩｂ−ＩＩｂに沿った模式的な断面を示す。
本実施の形態の裏面電極型太陽電池においては、電極非形成領域６が櫛形状の第２の電極形成領域２の櫛歯に相当する部分の先端だけでなく、櫛歯に相当する部分の内部にも形成されており、第２の電極形成領域２上に形成された第２導電型用電極４が複数に分断されるようにして形成されている点に特徴がある。
このような構成の裏面電極型太陽電池においても第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６と第２導電型不純物を含む第２導電型の第２の電極形成領域２との接合によって構成されるｐｎ接合によって、第１導電型用電極５と第２導電型用電極４との間に逆バイアスが印加された場合でも、ツェナー効果および／またはアバランシェ効果によって、上記のｐｎ接合で優先してブレークダウンが発生するため、裏面電極型太陽電池全体の短絡破壊を抑止することができる。
したがって、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す構成を有する本実施の形態の本発明の裏面電極型太陽電池においても、第１導電型の電極非形成領域６と第２導電型の第２の電極形成領域２との接合によって構成されるｐｎ接合を半導体基板１の裏面に形成することによって、逆バイアス電圧による裏面電極型太陽電池の故障の防止機能を容易に付加することができる。
また、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す構成を有する本実施の形態の裏面電極型太陽電池においては、第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６と第２導電型不純物を含む第２導電型の第２の電極形成領域２との接合によって構成されるｐｎ接合を半導体基板１の裏面に均一に分布させることができるため、本実施の形態の裏面電極型太陽電池に逆バイアス電圧が印加された場合でも局所的な温度の上昇を抑えることができる傾向にある。上記以外の説明は実施の形態１と同様である。
（実施の形態３）
図３に、本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の裏面の模式的な平面図を示す。本実施の形態の裏面電極型太陽電池においては、第２導電型の半導体基板７を用いており、その第２導電型の半導体基板７の裏面の端部近傍領域内に第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６が島状に複数形成されている点に特徴がある。なお、電極非形成領域６の表面上には電極が形成されないことが好ましい。また、第２導電型の半導体基板７の裏面には、第１導電型不純物を含む櫛形状の第１導電型の第１の電極形成領域３と、半導体基板７よりも高濃度の第２導電型不純物を含む櫛形状の第２導電型の第２の電極形成領域２とが形成されており、第１の電極形成領域３上には第１導電型用電極５が形成され、第２の電極形成領域２上には第２導電型用電極４が形成されている。
図３に、本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の裏面の模式的な平面図を示す。本実施の形態の裏面電極型太陽電池においては、第２導電型の半導体基板７を用いており、その第２導電型の半導体基板７の裏面の端部近傍領域内に第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６が島状に複数形成されている点に特徴がある。なお、電極非形成領域６の表面上には電極が形成されないことが好ましい。また、第２導電型の半導体基板７の裏面には、第１導電型不純物を含む櫛形状の第１導電型の第１の電極形成領域３と、半導体基板７よりも高濃度の第２導電型不純物を含む櫛形状の第２導電型の第２の電極形成領域２とが形成されており、第１の電極形成領域３上には第１導電型用電極５が形成され、第２の電極形成領域２上には第２導電型用電極４が形成されている。
なお、本発明において、半導体基板の裏面の端部近傍領域とは、半導体基板の裏面の外周から半導体基板の裏面の内側に１０ｍｍだけ進向した領域のことを意味する。
このような構成とすることによって、第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６と、電極非形成領域６に接する第２導電型の半導体基板７の内部領域との接合によってｐｎ接合が構成されるため、第１導電型用電極５と第２導電型用電極４との間に逆バイアス電圧が印加された場合でも、このｐｎ接合で優先してブレークダウンが発生するため、裏面電極型太陽電池全体の短絡破壊を抑止することができる。
したがって、本実施の形態の裏面電極型太陽電池においても、第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６と第２導電型の半導体基板７の内部領域との接合によって構成されるｐｎ接合を半導体基板７の裏面に形成することによって、逆バイアス電圧による裏面電極型太陽電池の故障の防止機能を容易に付加することができる。
また、本発明においては、第２の電極形成領域２、第１の電極形成領域３、第２導電型用電極４、第１導電型用電極５および電極非形成領域６のそれぞれの形状は、本明細書に記載の形状に限定されないことは言うまでもない。
以上のような構成の裏面電極型太陽電池は、たとえば以下のようにして製造することができる。なお、以下においては、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として説明するが、本発明においては、ｐ型とｎ型とを入れ替えて、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としてもよい。
まず、たとえばｎ型シリコン基板などからなる第２導電型の半導体基板７を用意する。なお、半導体基板７の構成はこれに限定されないことは言うまでもない。
次に、たとえば熱酸化法などにより、上記で用意した半導体基板７の受光面および裏面のそれぞれの全面にたとえば厚さ３００ｎｍ程度のＳｉＯ2膜などからなる第１拡散マスクを形成する。
次に、フォトリソグラフィプロセスを用いて、半導体基板７の裏面の第１の電極形成領域３と電極非形成領域６の形成領域に対応する箇所以外の箇所の第１拡散マスクの表面にフォトレジストを形成し、その後、たとえばエッチングなどによって、フォトレジストで覆われていない第１拡散マスクの部分を除去して、半導体基板７の裏面の一部を露出させる。
次に、たとえばＢＢｒ3を拡散源として第１導電型不純物であるボロンの気相拡散処理をたとえば９７０℃で５０分程度行なうことによって、半導体基板７の露出した裏面の領域にボロンを拡散させて、第１導電型不純物を含む第１導電型の第１の電極形成領域３および第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６をそれぞれ形成する。
次に、半導体基板７の裏面にたとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、たとえば厚さ４００ｎｍ程度のＳｉＯ2膜などからなる第２拡散マスクを形成する。この第２拡散マスクは上記で形成された第１の電極形成領域３および電極非形成領域６の保護と、後述する第２の電極形成領域２の形成時における第２導電型不純物の拡散に対する拡散マスクとして機能する。
次に、フォトリソグラフィプロセスを用いて、半導体基板７の裏面の第２の電極形成領域２の形成領域に対応する箇所以外の箇所の第２拡散マスクの表面にフォトレジストを形成し、その後、たとえばエッチングなどによって、フォトレジストで覆われていない第２拡散マスクの部分を除去して、半導体基板７の裏面の一部を露出させる。
次に、半導体基板７の露出した裏面に、たとえばＰＯＣｌ3を拡散源として第２導電型不純物であるリンの気相拡散処理をたとえば７７０℃で３０分程度行なうことによって、第２導電型不純物を含む第２導電型の第２の電極形成領域２を形成する。
次に、半導体基板７の裏面の第２拡散マスクを除去した後に、半導体基板７の裏面に形成された第１の電極形成領域３上にｐ電極としての第１導電型用電極５を形成し、第２の電極形成領域２上にｎ電極としての第２導電型用電極４を形成する。ここで、第１導電型用電極５および第２導電型用電極４はそれぞれ、たとえばフォトリソグラフィプロセスおよび真空蒸着法などを用いて形成することができる。
また、半導体基板７の受光面には、たとえば水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を用いたアルカリエッチングプロセスなどを用いてテクスチャ構造を形成し、その後、反射防止膜を形成することが好ましい。
以上のようにして、図３に示す構成を有する本発明の裏面電極型太陽電池を作製することができる。
なお、島状の電極非形成領域６の個数および大きさは適宜設定することが可能であるが、たとえば半導体基板７の裏面の大きさがたとえば２ｃｍ×２ｃｍの正方形状である場合には、島状の電極非形成領域６の数は、たとえば数十個から１００個程度とすることができ、電極非形成領域６大きさおよび形状は、たとえば０．０１〜０．１ｍｍ径の円形または角形とすることができる。
また、上記においては、第１導電型不純物としてボロンを用い、第２導電型不純物としてリンを用いたが、第１導電型不純物および第２導電型不純物はそれぞれこれらに限定されないことは言うまでもない。
（実施の形態４）
図４に、本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の裏面の模式的な平面図を示す。本実施の形態の裏面電極型太陽電池においては、電極非形成領域６の形状が島状ではなく、帯状となっている点に特徴がある。
図４に、本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の裏面の模式的な平面図を示す。本実施の形態の裏面電極型太陽電池においては、電極非形成領域６の形状が島状ではなく、帯状となっている点に特徴がある。
このような構成の裏面電極型太陽電池においても、第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６と、電極非形成領域６に接する第２導電型の半導体基板７の内部領域との接合によってｐｎ接合が構成されるため、このｐｎ接合によって第１導電型用電極５と第２導電型用電極４との間に逆バイアス電圧が印加された場合でも、ツェナー効果および／またはアバランシェ効果によって上記のｐｎ接合で優先してブレークダウンが発生するため、裏面電極型太陽電池全体の短絡破壊を防止することができる。
したがって、図４に示す構成を有する本実施の形態の裏面電極型太陽電池においても、第１導電型不純物を含む第１導電型の電極非形成領域６と第２導電型の半導体基板７の内部領域との接合によって構成されたｐｎ接合を半導体基板７の裏面に形成することによって、逆バイアス電圧による裏面電極型太陽電池の故障の防止機能を容易に付加することができる。上記以外の説明は実施の形態３と同様である。
（実施の形態５）
図１１（ａ）に本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の裏面の模式的な平面図を示し、図１１（ｂ）に図１１（ａ）のＸＩｂ−ＸＩｂに沿った模式的な断面を示す。
図１１（ａ）に本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の裏面の模式的な平面図を示し、図１１（ｂ）に図１１（ａ）のＸＩｂ−ＸＩｂに沿った模式的な断面を示す。
本実施の形態の裏面電極型太陽電池においては、第１導電型の半導体基板１を用いており、半導体基板１の裏面の櫛形状の第１導電型の第１の電極形成領域３の櫛歯に相当する箇所の先端部分に、半導体基板１よりも高濃度の第２導電型不純物を含む第２導電型の電極非形成領域１６が島状に形成されている点に特徴がある。なお、電極非形成領域１６の表面上には電極が形成されないことが好ましい。また、第１導電型の半導体基板１の裏面には、第１導電型不純物を含む櫛形状の第１導電型の第１の電極形成領域３と、半導体基板１よりも高濃度の第２導電型不純物を含む櫛形状の第２導電型の第２の電極形成領域２とが形成されており、第１の電極形成領域３上には第１導電型用電極５が形成され、第２の電極形成領域２上には第２導電型用電極４が形成されている。
このような構成の裏面電極型太陽電池においても第２導電型不純物を含む第２導電型の電極非形成領域１６と第１導電型不純物を含む第１導電型の第１の電極形成領域３との接合によって構成されるｐｎ接合によって、第１導電型用電極５と第２導電型用電極４との間に逆バイアスが印加された場合でも、ツェナー効果および／またはアバランシェ効果によって、上記のｐｎ接合で優先してブレークダウンが発生するため、裏面電極型太陽電池全体の短絡破壊を抑止することができる。
したがって、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す構成を有する本実施の形態の本発明の裏面電極型太陽電池においても、第２導電型の電極非形成領域１６と第１導電型の第１の電極形成領域３との接合によって構成されるｐｎ接合を半導体基板１の裏面に形成することによって、逆バイアス電圧による裏面電極型太陽電池の故障の防止機能を容易に付加することができる。
また、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す構成を有する本実施の形態の裏面電極型太陽電池においては、第２導電型不純物を含む第２導電型の電極非形成領域１６と第１導電型不純物を含む第１導電型の第１の電極形成領域３との接合によって構成されるｐｎ接合を半導体基板１の裏面に均一に分布させることができるため、本実施の形態の裏面電極型太陽電池に逆バイアス電圧が印加された場合でも局所的な温度の上昇を抑えることができる傾向にある。
以上のような構成の裏面電極型太陽電池は、たとえば以下のようにして製造することができる。なお、以下においては、第１導電型をｐ型とし、第２導電型をｎ型として説明するが、本発明においては、ｐ型とｎ型とを入れ替えて、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型としてもよい。
まず、たとえばｐ型シリコン基板などからなる第１導電型の半導体基板１を用意する。ここで、半導体基板１の厚さはたとえば５０μｍ以上４００μｍ以下とすることができる。なお、半導体基板１の構成はこれに限定されないことは言うまでもない。
次に、たとえば熱酸化法などにより、上記で用意した半導体基板１の受光面および裏面のそれぞれの全面にたとえば厚さ３００ｎｍ程度のＳｉＯ2膜などからなる第１拡散マスクを形成する。
次に、フォトリソグラフィプロセスを用いて、半導体基板１の裏面の第１の電極形成領域３に対応する箇所以外の箇所の第１拡散マスクの表面にフォトレジストを形成し、その後、たとえばエッチングなどによって、フォトレジストで覆われていない第１拡散マスクの部分を除去して、半導体基板１の裏面の一部を露出させる。
次に、たとえばＢＢｒ3を拡散源として第１導電型不純物であるボロンの気相拡散処理をたとえば９７０℃で５０分程度行なうことによって、半導体基板１の露出した裏面の領域にボロンを拡散させて、第１導電型不純物を含む第１導電型の第１の電極形成領域３を形成する。
次に、半導体基板１の裏面にたとえばＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により、たとえば厚さ４００ｎｍ程度のＳｉＯ2膜などからなる第２拡散マスクを形成する。この第２拡散マスクは上記で形成された第１の電極形成領域３の保護と、後述する第２の電極形成領域２と電極非形成領域１６の形成時における第２導電型不純物の拡散に対する拡散マスクとして機能する。
次に、フォトリソグラフィプロセスを用いて、半導体基板１の裏面の第２の電極形成領域２の形成領域と電極非形成領域１６の形成領域に対応する箇所以外の箇所の第２拡散マスクの表面にフォトレジストを形成し、その後、たとえばエッチングなどによって、フォトレジストで覆われていない第２拡散マスクの部分を除去して、半導体基板１の裏面の一部を露出させる。
次に、半導体基板１の露出した裏面に、たとえばＰＯＣｌ3を拡散源として第２導電型不純物であるリンの気相拡散処理をたとえば７７０℃で３０分程度行なうことによって、第２導電型不純物を含む第２導電型の第２の電極形成領域２と第２導電型の電極非形成領域１６を形成する。
次に、半導体基板１の裏面の第２拡散マスクを除去した後に、半導体基板１の裏面に形成された第１の電極形成領域３上にｐ電極としての第１導電型用電極５を形成し、第２の電極形成領域２上にｎ電極としての第２導電型用電極４を形成する。ここで、第１導電型用電極５および第２導電型用電極４はそれぞれ、たとえばフォトリソグラフィプロセスおよび真空蒸着法などを用いて形成することができる。
また、半導体基板１の受光面には、たとえば水酸化カリウム水溶液などのアルカリ水溶液を用いたアルカリエッチングプロセスなどを用いてテクスチャ構造を形成し、その後、反射防止膜を形成することが好ましい。
以上のようにして、図１１（ａ）および図１１（ｂ）に示す構成を有する本発明の裏面電極型太陽電池を作製することができる。
なお、島状の電極非形成領域１６の個数および大きさは適宜設定することが可能であるが、たとえば半導体基板１の裏面の大きさがたとえば２ｃｍ×２ｃｍの正方形状である場合には、島状の電極非形成領域１６の数は、たとえば数十個から１００個程度とすることができ、電極非形成領域１６大きさおよび形状は、たとえば０．０１〜０．１ｍｍ径の円形または角形とすることができる。
また、電極非形成領域１６は、半導体基板１の裏面の端部近傍領域内に形成されていてもよい。なお、本発明において、半導体基板１の裏面の端部近傍領域とは、半導体基板１の裏面の外周から半導体基板１の裏面の内側に１０ｍｍだけ進向した領域のことを意味する。
また、上記においては、第１導電型不純物としてボロンを用い、第２導電型不純物としてリンを用いたが、第１導電型不純物および第２導電型不純物はそれぞれこれらに限定されないことは言うまでもない。
（実施の形態６）
図１２（ａ）に本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の裏面の模式的な平面図を示し、図１２（ｂ）に図１２（ａ）のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂに沿った模式的な断面を示す。
図１２（ａ）に本発明の裏面電極型太陽電池の他の一例の裏面の模式的な平面図を示し、図１２（ｂ）に図１２（ａ）のＸＩＩｂ−ＸＩＩｂに沿った模式的な断面を示す。
本実施の形態の裏面電極型太陽電池においては、第２導電型の電極非形成領域６が櫛形状の第１導電型の第１の電極形成領域３の櫛歯に相当する部分の先端だけでなく、櫛歯に相当する部分の内部にも形成されており、第１の電極形成領域３上に形成された第１導電型用電極５が複数に分断されるようにして形成されている点に特徴がある。
このような構成の裏面電極型太陽電池においても第２導電型不純物を含む第２導電型の電極非形成領域１６と第１導電型不純物を含む第１導電型の第１の電極形成領域３との接合によって構成されるｐｎ接合によって、第１導電型用電極５と第２導電型用電極４との間に逆バイアスが印加された場合でも、ツェナー効果および／またはアバランシェ効果によって、上記のｐｎ接合で優先してブレークダウンが発生するため、裏面電極型太陽電池全体の短絡破壊を抑止することができる。
したがって、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す構成を有する本実施の形態の本発明の裏面電極型太陽電池においても、第２導電型の電極非形成領域１６と第１導電型の第１の電極形成領域３との接合によって構成されるｐｎ接合を半導体基板１の裏面に形成することによって、逆バイアス電圧による裏面電極型太陽電池の故障の防止機能を容易に付加することができる。
また、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示す構成を有する本実施の形態の裏面電極型太陽電池においては、第２導電型不純物を含む第２導電型の電極非形成領域１６と第１導電型不純物を含む第１導電型の第１の電極形成領域３との接合によって構成されるｐｎ接合を半導体基板１の裏面に均一に分布させることができるため、本実施の形態の裏面電極型太陽電池に逆バイアス電圧が印加された場合でも局所的な温度の上昇を抑えることができる傾向にある。上記以外の説明は実施の形態５と同様である。
（実施の形態７）
以下、図５〜図９を参照して、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す構成を有する本発明の裏面電極型太陽電池の複数を電気的に接続して形成した本発明の太陽電池ストリングの一例およびその太陽電池ストリングを封止材で封止することにより形成した本発明の太陽電池モジュールの一例について説明する。
以下、図５〜図９を参照して、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す構成を有する本発明の裏面電極型太陽電池の複数を電気的に接続して形成した本発明の太陽電池ストリングの一例およびその太陽電池ストリングを封止材で封止することにより形成した本発明の太陽電池モジュールの一例について説明する。
まず、図５の模式的平面図に示すように、図２（ａ）および図２（ｂ）に示す構成を有する本発明の裏面電極型太陽電池を３枚用意する。
次に、図６の模式的平面図に示すように、絶縁性基材８の表面上に導電性物質からなる配線９が形成された配線基板１０を用意する。
ここで、配線基板１０の絶縁性基材８の表面上に形成された配線９の形状は、図２（ａ）に示す第１導電型用電極５および第２導電型用電極４の形状に対応した形状となっている。
また、配線９は、導電性物質からなるものであれば特に限定なく用いることができ、たとえば、銀、銅またはアルミニウムなどの金属を用いることができる。
また、絶縁性基材８としては、絶縁性物質からなるものでであれば特に限定なく用いることができ、たとえば、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ポリイミドまたはエチレンビニルアセテートなどの絶縁性基材を用いることができる。
次に、図７に示すように、図５に示した３枚の裏面電極型太陽電池の半導体基板１の裏面側を配線基板１０側に向けるようにして半導体基板１を配線基板１０の配線９上に設置することによって、本発明の太陽電池ストリングが作製される。ここで、裏面電極型太陽電池の電極（第１導電型用電極５および第２導電型用電極４）が配線基板１０の配線９上に設置されるように３枚の裏面電極型太陽電池が配線基板１０上に配列されて設置される。
図８に、図７のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った模式的な断面を示す。ここで、図８に示すように、本発明の太陽電池ストリングにおいては、隣り合う裏面電極型太陽電池の一方の裏面電極型太陽電池の第１導電型用電極５と他方の裏面電極型太陽電池の第２導電型用電極６とが配線９により電気的に接続されている。
なお、本発明の太陽電池ストリングにおいては、太陽電池ストリングを構成する図２（ａ）および図２（ｂ）に示す構成を有する本発明の裏面電極型太陽電池の第２導電型用電極４は複数に分断されているが、分断された第２導電型用電極４は、配線基板１０の配線９によって電気的に接続されているため、特に問題とはならないと考えられる。
以上のような構成の本発明の太陽電池ストリングにおいては、従来のように第１導電型の電極非形成領域６と第２導電型用電極４との間に絶縁膜を設けるなどの手間を省くことができるため、容易にバイパスダイオード機能（本発明の太陽電池ストリングを構成する裏面電極型太陽電池の逆バイアス電圧による故障の防止機能）を形成することができる。
図９に、本発明の太陽電池モジュールの一例の模式的な分解断面図を示す。ここで、本発明の太陽電池モジュールは、図８に示す構成を有する本発明の太陽電池ストリングの受光面側に封止材１１および透明基板１３を配置し、裏面側に封止材１１および裏面フィルム１２を配置した構成となっている。
ここで、封止材１１としては、たとえば太陽光に対して透明な樹脂などを特に限定なく用いることができ、なかでも、エチレンビニルアセテート樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂およびゴム系樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の透明樹脂を用いることが好ましい。
また、透明基板１３としては、たとえば太陽光に対して透明な基板を特に限定なく用いることができ、たとえばガラス基板などを用いることができる。
また、裏面フィルム１２としては、たとえば従来から用いられている耐候性フィルム等のシートを特に限定なく用いることができ、なかでも絶縁性フィルムの間に金属フィルムを挟み込んだ構成のものを用いることが好ましい。
なお、絶縁性フィルムとしては、たとえば従来から公知のものを用いることができ、たとえばポリエチレンテレフタレートフィルムなどを用いることができる。また、金属フィルムとしては、従来から公知のものを用いることができるが、たとえば封止材中への水蒸気や酸素の透過を十分に抑制して長期的な信頼性を確保する観点からはたとえばアルミニウムなどの金属フィルムを用いることが好ましい。
図９に示す構成を有する本発明の太陽電池モジュールは、たとえば以下のようにして作製することができる。まず、図８に示す構成を有する本発明の太陽電池ストリングを封止材１１の間に設置するとともに、その封止材１１を透明基板１３と裏面フィルム１２との間に設置して、封止材１１のセッティングを行なう。
そして、上記のセッティング後の封止材１１をその上下方向に加圧しながら加熱して封止材１１を硬化させる。これにより、図９に示す構成を有する本発明の太陽電池モジュールが作製される。
また、本発明の太陽電池モジュールにおいて、裏面電極型太陽電池の電極（第１導電型用電極５および第２導電型用電極４）と配線基板１０の配線９については、半田などの接続用導電性物質で予め固定していなくても封止材１１の封止後の圧力によってこれらを直接接触させながら固定することができるため、半田などの接続用導電性物質を用いる必要がない。
したがって、本発明においては、裏面電極型太陽電池の電極（第１導電型用電極５および第２導電型用電極４）と配線基板１０の配線９とを直接接触させて封止材１１中に太陽電池ストリングを封止して太陽電池モジュールを作製することが好ましい。
また、本発明の太陽電池モジュールの外周にはたとえばアルミニウムなどからなる枠体が嵌め込まれていてもよい。また、本発明の太陽電池モジュールには発生した電流を外部に取り出すための端子ボックスが取り付けられていてもよい。
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。
本発明によれば、逆バイアス電圧による故障の防止機能を容易に付加することができる裏面電極型太陽電池、その裏面電極型太陽電池を用いた太陽電池ストリングおよび太陽電池モジュールを提供することができる。
１，７ 半導体基板、２ 第２の電極形成領域、３ 第１の電極形成領域、４ 第２導電型用電極、５ 第１導電型用電極、６，１６ 電極非形成領域、８ 絶縁性基材、９ 配線、１０ 配線基板、１１ 封止材、１２ 裏面フィルム、１３ 透明基板。
Claims (6)
- 第１導電型の半導体基板（１）の裏面に、前記半導体基板（１）よりも高濃度の第１導電型不純物を含む第１導電型不純物含有層（３，６）と、第２導電型不純物を含む第２導電型不純物含有層（２）と、前記第１導電型不純物含有層（３）上の第１導電型用電極（５）と、前記第２導電型不純物含有層（２）上の第２導電型用電極（４）とを備え、
前記第１導電型不純物含有層（３，６）のうち前記第１導電型用電極（５）が前記第１導電型不純物含有層（３，６）に電気的に接続されている箇所（３）と、前記第１導電型不純物含有層（３，６）のうち前記第１導電型用電極（５）が前記第１導電型不純物含有層（３，６）に電気的に接続されていない箇所（６）とが離れて形成されており、
前記第１導電型不純物含有層（３，６）のうち前記第１導電型用電極（５）が前記第１導電型不純物含有層（３，６）に電気的に接続されていない前記箇所（６）は、前記第２導電型不純物含有層（２）と接し、前記半導体基板（１）の前記裏面の端部近傍領域内に形成されている、裏面電極型太陽電池。 - 前記第１導電型不純物含有層（３，６）のうち前記第１導電型用電極（５）が前記第１導電型不純物含有層（３，６）に電気的に接続されていない箇所（６）を複数備えていることを特徴とする、請求項１に記載の裏面電極型太陽電池。
- 請求項１または２に記載の裏面電極型太陽電池の複数と、
絶縁性基材（８）と前記絶縁性基材（８）の表面上に形成された配線（９）とを有する配線基板（１０）とを含み、
前記裏面電極型太陽電池の電極（４，５）が前記配線基板（１０）の配線（９）上に設置されるように前記裏面電極型太陽電池の複数を前記配線基板（１０）上に配列することによって前記裏面電極型太陽電池の複数が電気的に接続されている、太陽電池ストリング。 - 請求項３に記載の太陽電池ストリングと、前記太陽電池ストリングを封止する封止材（１１）とを備えた、太陽電池モジュール。
- 前記封止材（１１）は、エチレンビニルアセテート樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、オレフィン系樹脂、ポリエステル樹脂、シリコーン樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリカーボネート樹脂およびゴム系樹脂からなる群から選択された少なくとも１種の透明樹脂を含むことを特徴とする、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
- 前記裏面電極型太陽電池の電極（４，５）と前記配線基板（１０）の配線（９）とが直接接触していることを特徴とする、請求項４または５に記載の太陽電池モジュール。
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