JP5627054B2 - 太陽電池セル、接合構造体、および太陽電池セルの製造方法 - Google Patents

太陽電池セル、接合構造体、および太陽電池セルの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、バックコンタクト型の太陽電池セル、太陽電池セルを用いた接合構造体および太陽電池セルの製造方法に関するものである。
太陽電池は発電効率の向上を目指し、古くから多くの研究が行われてきた。現在もコンマ数％の発電効率向上のために、さまざまな研究が行われているなかで、太陽電池の受光面積の拡大は発電効率の向上に非常に有効な手段である。
太陽電池の受光面積を拡大するために、太陽電池を構成する太陽電池セルにおいて、非受光面にＰ型拡散層とＮ型拡散層を形成し電極を設けることで、受光面に電極がないバックコンタクト型の太陽電池セルが開示されている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。
図８（ａ）〜（ｃ）は、一般的なバックコンタクト型の太陽電池セルを示す図である。
図８（ａ）は、バックコンタクト型の太陽電池セルの受光面を示す模式図である。バックコンタクト型の太陽電池セル６００は、シリコン基板６０２の表面に受光面６０１を設けている。
図８（ｂ）は、バックコンタクト型の太陽電池セルの非受光面を示す模式図である。バックコンタクト型の太陽電池セル６００の裏面である非受光面６０３には、フィンガー電極６０４ｎおよび６０４ｐとセル内部パッシベーション層６０５とセル外周パッシベーション層６０６が形成されている。
図８（ｃ）は、バックコンタクト型の太陽電池セルの、図８（ｂ）のＬ−Ｌ断面を示す図である。
バックコンタクト型の太陽電池セル６００は、シリコン基板６０２の非受光面６０３にＰ型拡散層６０７およびＮ型拡散層６０８が形成されている。Ｐ型拡散層６０７およびＮ型拡散層６０８は、キャリアの再結合損失を低減するために、一定の間隔で交互にシリコン基板６０２の非受光面６０３に形成されている。また、Ｐ型拡散層６０７とＮ型拡散層６０８の間には、絶縁を保つために、セル内部パッシベーション層６０５が形成されている。さらに、シリコン基板６０２の非受光面６０３側の外周の端部には、セル外周パッシベーション層６０６が形成されている。セル内部パッシベーション層６０５およびセル外周パッシベーション層６０６には、絶縁性の良いＳｉＯ２やＳｉＮが用いられている。
さらに、太陽光が受光面６０１から入射した際にＰ型拡散層６０７とＮ型拡散層６０８から電気を取り出すための、フィンガー電極６０４ｐおよび６０４ｎが各拡散層６０７および６０８上に形成されている。フィンガー電極６０４ｐおよび６０４ｎの材料としては、電気伝導性の良いＣｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ等が１種類もしくは２種類以上用いられる。
図９（ａ）は、図８（ｂ）に示すバックコンタクト型の太陽電池セル６００の非受光面６０３の全体の詳細を示す模式図である。
非受光面６０３には、外部回路もしくは、他のバックコンタクト型の太陽電池セルに接続するために、正極はんだ接続パッド７０１と負極はんだ接続パッド７０２が形成されている。
図９（ｂ）は、図９（ａ）にＡ領域として破線で囲んでいる、正極はんだ接続パッド７０１付近を示す図である。図９（ｂ）の下方には、上方の正極はんだ接続パッド７０１に対応する負極はんだ接続パッド７０２付近を記載している。
正極はんだ接続パッド７０１は、フィンガー電極６０４ｐが集まった領域のうちの、図９（ｂ）に示した破線領域ｙであり、図９（ａ）に示した負極はんだ接続パッド７０２に集結するフィンガー電極６０４ｎ１〜６０４ｎ９と、セル外周パッシベーション層６０６に囲まれた領域である。正極はんだ接続パッド７０１は、図９（ｂ）に示すようにフィンガー電極６０４ｐが集まった部分であり、フィンガー電極６０４ｐおよび６０４ｎと同じ材料であるＣｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ等が１種類もしくは２種類以上用いられ形成されている。
図１０は、２枚のバックコンタクト型の太陽電池セル６００を電気的に接続した接合構造体の接続部の図を示す。
２枚のバックコンタクト型の太陽電池セル６００は、正極はんだ接続パッド７０１と負極はんだ接続パッド７０２をインターコネクタ８０１により、はんだ８０２を用いて接続している。はんだ材料としては、ＳｎＡｇＣｕ系のはんだを用いている。
２枚のバックコンタクト型の太陽電池セル６００の接続について説明すると、はじめに、太陽電池セル６００に形成された極性の異なるはんだ接続パッド７０１および７０２の双方にはんだ８０２が供給される。そして、それらのはんだ接続パッド７０１および７０２間を跨ぐようにインターコネクタ８０１が搭載された後に、はんだ８０２の融点以上に加熱される。この加熱により正極はんだ接続パッド７０１と負極はんだ接続パッド７０２がインターコネクタ８０１により、はんだ８０２を用いて接合され、目的の電圧、電流を取り出すことが可能となる。
図１１は、特許文献３に記載された、従来の２枚のバックコンタクト型の太陽電池セルを、はんだ材料によりインターコネクタを用いて接続した接合構造体の接続部を示した図である。
図１１に示す接合構造体は、２枚のバックコンタクト型の太陽電池セル６５０の対向する正極はんだ接続パッド７５１および負極はんだ接続パッド７５２にはんだ８５２が供給され、インターコネクタ８５３を搭載し、はんだ８５２を加熱溶融し、接合されたものである。
複数の正極はんだ接続パッド７５１および負極はんだ接続パッド７５２間を、１枚の平板状のインターコネクタ８５３で接続する構成としたことにより、２枚のバックコンタクト型の太陽電池セル６５０の接続作業を簡便にしている。
米国特許第５０５３０８３号明細書 米国特許第４９２７７７０号明細書 特開２００５−１９１４７９号公報
しかしながら、従来の太陽電池セルの構成では、はんだによって外部と接続するためのはんだ接続パッドの部分の面積を広く形成しなければならないため、発電効率が低下していた。
例えば、図１１に示した特許文献３に記載の接合構造体においても、正極はんだ接続パッド７５１および負極はんだ接続パッド７５２には、はんだ８５２と接合させるために、それらの形成材料としてはんだ８５２と濡れのよいＣｕ、Ｓｎ、Ａｇ、Ｎｉ等の金属材料を１種類もしくは２種類以上用いられる。そのため、はんだ８５２を加熱溶融させて接合する際に、はんだ８５２が正極はんだ接続パッド７５１上および負極はんだ接続パッド７５２上に濡れ拡がる。はんだ８５２が濡れ拡がることで、セル内部パッシベーション層６５５を越えて、フィンガー電極６５４ｎまたは６５４ｐに接すると正極と負極がショートする。そこで、はんだ８５２の濡れ拡がりによるショートを防止するために、はんだ８５２の濡れ拡がりを考慮し、正極はんだ接続パッド７５１および負極はんだ接続パッド７５２の面積を広く設計する必要があった。
正極はんだ接続パッド７５１および負極はんだ接続パッド７５２の面積を広くすることで、正極はんだ接続パッド７５１に接している部分のＰ型拡散層から、フィンガー電極６５４ｎに接続されているＮ型拡散層までのキャリアの移動距離が長くなり、また、負極はんだ接続パッド７５２に接している部分のＮ型拡散層から、フィンガー電極６５４ｐに接続されているＰ型拡散層までのキャリアの移動距離も長くなる。それに伴ってキャリアの再結合損失が増加するため、発電効率が低下していた。
本発明は、上記従来の課題を考慮して、発電効率を向上させた太陽電池セル、接合構造体および太陽電池セルの製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決するために、第１の本発明は、
シリコン基板と、
前記シリコン基板の第１の面に形成された、Ｐ型拡散層およびＮ型拡散層のそれぞれに接続した一対のフィンガー電極と、
前記一対のフィンガー電極間を絶縁する内部パッシベーション層と、
一方の前記フィンガー電極のフィンガー部が集結する集結部における、外部との接続のための接続エリアと、
前記接続エリア内において、前記接続エリアの前記一方のフィンガー電極の極性とは異なる他方の前記フィンガー電極のフィンガー部の先端に沿って形成され、前記外部との接続に使用するはんだの溶融時の濡れ拡がりを抑制するためのバリアー部とを備えた、太陽電池セルである。
また、第２の本発明は、
前記一対のフィンガー電極のそれぞれに、前記接続エリアがある、第１の本発明の太陽電池セルである。
また、第３の本発明は、
前記バリアー部は、円弧形状をしており、前記円弧形状の外側に、前記他方のフィンガー電極のフィンガー部の先端が配置されている、第１の本発明の太陽電池セルである。
また、第４の本発明は、
前記バリアー部は、Ｓｉ酸化物、Ｓｉ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＴｉ窒化物の少なくとも１種類の材料で形成されている、第１の本発明の太陽電池セルである。
また、第５の本発明は、
第２の本発明の太陽電池セルを、複数備え、
前記太陽電池セルは、互いに異なる極性の前記接続エリアが対向するように配置されており、
隣接する前記太陽電池セルは、対向するそれぞれの前記バリアー部の間に存在する前記接続エリアの部分同士が、前記はんだで接続されるインターコネクタを介して連結されている、接合構造体である。
また、第６の本発明は、
シリコン基板の第１の面に、Ｐ型拡散層およびＮ型拡散層のそれぞれに接続した一対のフィンガー電極が形成された太陽電池セルの製造方法であって、
前記シリコン基板の第１の面に、前記Ｐ型拡散層およびＮ型拡散層を交互に配列してそれぞれ櫛型に形成する拡散層形成ステップと、
前記拡散層形成ステップの後、前記シリコン基板の第１の面に、前記一対のフィンガー電極間を絶縁するための内部パッシベーション層と共に、少なくとも一方の前記フィンガー電極のフィンガー部が集結する集結部における外部との接続のための接続エリアに、前記接続エリアの前記フィンガー電極の極性とは異なる他方の前記フィンガー電極のフィンガー部の先端に沿った、前記外部との接続に使用するはんだの溶融時の濡れ拡がりを抑制するためのバリアー部を形成する、パッシベーション層形成ステップと、
前記パッシベーション層形成ステップの後、前記シリコン基板の第１の面の、前記内部パッシベーション層および前記バリアー部が形成されていない部分に金属を付着させて、前記一対のフィンガー電極を形成する電極形成ステップとを備えた、太陽電池セルの製造方法である。
本発明により、はんだ接続パッドの面積を縮小して発電効率を向上させた太陽電池セル、接合構造体および太陽電池セルの製造方法を提供できる。
（ａ）本発明の実施の形態における、太陽電池セルの受光面を示す模式上面図、（ｂ）本発明の実施の形態における、太陽電池セルの非受光面を示す模式底面図 本発明の実施の形態における、太陽電池セルの正極はんだ接続パッド付近および負極はんだ接続パッド付近を示す図 （ａ）〜（ｄ）本発明の実施の形態における、バリアー部を形成する工程図 本発明の実施の形態の太陽電池セルのはんだ接続パッドの面積と、従来のバックコンタクト型の太陽電池セルのはんだ接続パッドの面積を比較した図 （ａ）本発明の実施の形態における、太陽電池セルの正極はんだ接続パッドにインターコネクタを接続したときの正極はんだ接続パッド付近を示す図、（ｂ）従来の太陽電池セルの正極はんだ接続パッドにインターコネクタを接続したときの正極はんだ接続パッド付近を示す図 本発明の実施の形態における、バリアー部の形状が異なる他の構成の太陽電池セルの正極はんだ接続パッド付近を示す図 本発明の実施の形態における、バリアー部の形状が異なる他の構成の太陽電池セルの正極はんだ接続パッド付近を示す図 本発明の実施の形態における、バリアー部の形状が異なる他の構成の太陽電池セルの正極はんだ接続パッド付近を示す図 本発明の実施の形態における、はんだ接続パッドを形成した後にバリアー部を形成した場合の太陽電池セルの断面図 （ａ）従来のバックコンタクト型の太陽電池セルの受光面を示す上面図、（ｂ）従来のバックコンタクト型の太陽電池セルの非受光面を示す底面図、（ｃ）従来のバックコンタクト型の太陽電池セルの断面図 従来のバックコンタクト型の太陽電池セルの非受光面の詳細を示す模式図 従来のバックコンタクト型の太陽電池セルの正極はんだ接続パッド付近および負極はんだ接続パッド付近を示す模式図 従来の２枚のバックコンタクト型の太陽電池セルを電気的に接続した接合構造体の接続部を示した図 従来の２枚のバックコンタクト型の太陽電池セルを、はんだ材料により１枚の板状のインターコネクタで接合した接合構造体の接続部を示した図
以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態）
図１（ａ）および（ｂ）は、本発明の実施の形態における、バリアー部を有した太陽電池セルを模式的に示した上面図および底面図である。
図１（ａ）は、本実施の形態のバックコンタクト型の太陽電池セルの受光面１１１を示す上面図である。
本実施の形態の太陽電池セル１００は、シリコン基板１１２で構成されており、シリコン基板１１２は、厚み０．２ｍｍ、形状が８角形となっており、隣り合う辺が１１０．０ｍｍ、３０．０ｍｍで向かい合う辺が平行になっている。シリコン基板１１２は、シリコンインゴットのサイズに由来するものであり、シリコン基板１１２の厚みや大きさは、上記サイズに限定するものではない。
図１（ｂ）は、本実施の形態の太陽電池セル１００の非受光面１１３を示す底面図である。
非受光面１１３には、正極はんだ接続パッド１０２と負極はんだ接続パッド１０３が３箇所ずつ、太陽電池セル１００の長辺の対辺の内側に対向するように形成されている。また、正極はんだ接続パッド１０２に集まるフィンガー電極１１４ｐと負極はんだ接続パッドに集まるフィンガー電極１１４ｎが櫛歯状に形成されており（櫛歯状の図は、図８（ｂ）参照）、フィンガー電極１１４ｐおよび１１４ｎの間には、絶縁層としてのセル内部パッシベーション層１１５が形成されている。また、それぞれのはんだ接続パッド１０２および１０３には、バリアー部１０１が形成されている。
なお、非受光面１１３が、本発明のシリコン基板の第１の面の一例にあたる。また、フィンガー電極１１４ｐおよび１１４ｎが、本発明の一対のフィンガー電極の一例にあたる。また、正極はんだ接続パッド１０２および負極はんだ接続パッド１０３が、いずれも、本発明の外部との接続のための接続エリアの一例にあたる。また、フィンガー電極１１４ｐが集結している部分、すなわち図１（ｂ）の太陽電池セル１００において上辺に沿ったフィンガー電極１１４ｐの部分が、本発明の集結部の一例にあたり、フィンガー電極１１４ｎが集結してセル内部パッシベーション層１１５で区切られていない部分、すなわち図１（ｂ）の太陽電池セル１００において下辺に沿ったフィンガー電極１１４ｎの部分も、本発明の集結部の一例にあたる。また、セル内部パッシベーション層１１５が、本発明の内部パッシベーション層の一例にあたる。
図２は、図１（ｂ）にＢ領域として破線で囲んでいる、本実施の形態の正極はんだ接続パッド１０２付近の拡大図である。図１（ｂ）の下方には、上方の正極はんだ接続パッド１０２に対応する負極はんだ接続パッド１０３付近を記載している。
正極はんだ接続パッド１０２に形成されているバリアー部１０１は、フィンガー電極１１４ｎを形成している１１４ｎ２、１１４ｎ３、１１４ｎ４、１１４ｎ５、１１４ｎ６、１１４ｎ７、１１４ｎ８の各フィンガー電極の先端部分に沿って、セル外周パッシベーション層１１６に向かって開口している円弧形状に形成されている。この図２では、フィンガー電極１１４ｎ３〜１１４ｎ７の先端部分を揃えて描いているが、フィンガー電極１１４ｎ３、１１４ｎ４、１１４ｎ６、１１４ｎ７の先端部分をバリアー部１０１に近づくように形成しても良い。
セル内部パッシベーション層１１５は、Ｐ型拡散層１１７上に形成したフィンガー電極１１４ｐとＮ型拡散層１１８上に形成したフィンガー電極１１４ｎとの絶縁を保つために設けるので、絶縁物質であるＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴｉＯ、ＴｉＯ２等の酸化物および窒化物で形成される。これらの酸化物および窒化物は、はんだとの濡れ性が悪い。セル内部パッシベーション層１１５を形成する際に、セル内部パッシベーション層１１５と共に、セル内部パッシベーション層１１５を形成する材料で、正極はんだ接続パッド１０２内のバリアー部１０１を形成することで、バリアー部１０１によって正極はんだ接続パッド１０２内のはんだが濡れ拡がることを抑制できる。すなわち、バリアー部１０１は、絶縁物質であるＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＴｉＯ、ＴｉＯ２等の酸化物および窒化物のうち少なくとも１種類の材料を用いて形成されている。
次に、本実施の形態におけるバリアー部１０１の形成方法について説明する。
図３（ａ）〜（ｄ）は、バリアー部１０１を形成する工程図である。図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれの工程を示しており、図１（ｂ）のＭ−Ｍ断面の断面図を示している。
図３（ａ）は、シリコン基板１１２にＰ型拡散層１１７およびＮ型拡散層１１８を形成した図である。
シリコン基板１１２の非受光面１１３上にマスクを施し、Ｐ型拡散層１１７が形成され、次にマスクパターンを変更し、Ｎ型拡散層１１８が形成される。
図３（ｂ）は、パッシベーション層を形成する工程の図である。
パッシベーション層１０４は、シリコン基板１１２と、シリコン基板１１２に形成したＰ型拡散層１１７およびＮ型拡散層１１８とを覆うように、非受光面１１３の全面に形成される。
図３（ｃ）は、コンタクトホールを形成する工程の図である。
図３（ｂ）に示した工程で形成したパッシベーション層１０４を一部除去することにより、Ｐ型拡散層１１７とＮ型拡散層１１８に電気的な接続箇所の形成を目的とする、パッシベーション層１０４のコンタクトホール２０１が形成される。パッシベーション層１０４のコンタクトホール２０１の形成方法としては、非受光面１１３側のパッシベーション層１０４にマスクを施し、ドライ方式もしくはウェット方式でエッチングが行われる。これにより、Ｐ型拡散層１１７とＮ型拡散層１１８が露出したコンタクトホール２０１を形成することができる。また、図３（ｂ）に示すパッシベーション層１０４のエッチングを行わない箇所は、セル外周パッシベーション層１１６とセル内部パッシベーション層１１５とバリアー部１０１として残存する。
図３（ｄ）は、フィンガー電極１１４ｐおよび１１４ｎと、はんだ接続パッド１０２および１０３を、Ｐ型拡散層１１７およびＮ型拡散層１１８に接続させた図である。
シリコン基板１１２の非受光面１１３に形成したＰ型拡散層１１７とＮ型拡散層１１８が露出したコンタクトホール２０１に、電解Ｃｕめっきを行い、正極はんだ接続パッド１０２とフィンガー電極１１４ｐおよび１１４ｎと負極はんだ接続パッド１０３が形成される。電解Ｃｕめっきでは、絶縁層であるセル外周パッシベーション層１１６とセル内部パッシベーション層１１５とバリアー部１０１の上にはめっきが形成されないため、パッシベーション層１０４で形成されたこれらの部分は露出する。
この工程によって、正極はんだ接続パッド１０２の、セル外周パッシベーション層１１６に対向するフィンガー電極１１４ｎ側、および、負極はんだ接続パッド１０３の、セル外周パッシベーション層１１６に対向するフィンガー電極１１４ｐ側に、バリアー部１０１が形成できる。
なお、図３（ａ）に示す工程が、本発明の拡散層形成ステップの一例にあたる。また、図３（ｂ）および（ｃ）に示す工程が、本発明のパッシベーション層形成ステップの一例にあたる。また、図３（ｄ）に示す工程が、本発明の電極形成ステップの一例にあたる。
図４は、本実施の形態の太陽電池セルのはんだ接続パッドの面積と、従来のバックコンタクト型の太陽電池セルにおけるはんだ接続パッドの面積を比較した図であり、正極はんだ接続パッドの部分を示している。
本実施の形態の太陽電池セル１００におけるフィンガー電極１１４ｎを覆う箇所のセル内部パッシベーション層１１５において、図８〜図１０に示した従来の太陽電池セル６００と比較して、増加した部分を実線で示している。また、本実施の形態のバックコンタクト型の太陽電池セル１００のセル内部パッシベーション層１１５において、従来の太陽電池セル６００と同じ箇所は点線で示している。
本実施の形態の太陽電池セル１００の、バリアー部１０１を有する正極はんだ接続パッド１０２の領域ｚ（図４の一点鎖線で囲んだ領域）は、３．５ｍｍ×３．５ｍｍであり、従来の正極はんだ接続パッド７０１の領域ｙ（図４の破線で囲んだ領域）は、１０．０ｍｍ×１０．０ｍｍであるため、明らかに本実施の形態のバリアー部１０１を有する正極はんだ接続パッド１０２の領域ｚの面積が減少している。
このように、フィンガー電極１１４ｎの先端に沿ってセル外周パッシベーション層１１６側に開口した円弧状のバリアー部１０１を形成し、バリアー部１０１の大きさを、Ｌ１：３．２ｍｍ、Ｌ２：２．５ｍｍ、Ｌ３：０．５ｍｍとする本実施の形態の太陽電池セル１００の面積は、２２３２６．９ｍｍ２であり、それぞれ３箇所に設けた正極はんだ接続パッド１０２と負極はんだ接続パッド１０３の６箇所の合計の面積は、７３．５ｍｍ２であり、フィンガー電極１１４ｐおよび１１４ｎの合計の面積は、１７７８８．０ｍｍ２である。一方、バリアー部１０１を形成しない従来の太陽電池セル６００で、太陽電池セルの面積が本実施の形態の太陽電池セル１００の面積と同様の場合、それぞれ３箇所に設けた正極はんだ接続パッド７０１と負極はんだ接続パッド７０２の６箇所の合計の面積は６００ｍｍ２であり、フィンガー電極６０４ｐおよび６０４ｎの合計の面積は１７２６１．５ｍｍ２である。
本実施の形態の太陽電池セル１００と従来の太陽電池セル６００のフィンガー電極の面積を比較すると、本実施の形態の太陽電池セル１００では、フィンガー電極の面積を３％拡大することが可能である。正極はんだ接続パッド７０１の面積の削減による正極はんだ接続パッド７０１に接するＰ型拡散層６０７の面積削減を行い、その削減した面積の箇所に、Ｎ型拡散層１１８およびそのＮ型拡散層１１８に接続したフィンガー電極１１４ｎを形成し、また、負極はんだ接続パッド７０２の面積の削減による負極はんだ接続パッド７０２に接するＮ型拡散層６０８の面積削減を行い、その削減した面積の箇所に、Ｐ型拡散層１１７およびそのＰ型拡散層１１７に接続したフィンガー電極１１４ｐを形成することで、キャリアの移動距離が短縮でき、キャリアの再結合損失が低減可能である。
図５（ａ）は、本実施の形態における、太陽電池セルの正極はんだ接続パッド１０２にインターコネクタを接続した接合構造体の、正極はんだ接続パッド１０２付近を示す図である。
本実施の形態で用いるインターコネクタ１２１は、図１０に示す従来の太陽電池セル６００を接合する際に用いたインターコネクタ８０１と同じものである。
本実施の形態の太陽電池セル１００とインターコネクタ１２１とをはんだ１２２を用いて接続する際に、図５（ａ）に示すｚ領域である正極はんだ接続パッド１０２内にフィンガー電極１１４ｎの先端に沿って、セル外周パッシベーション層１１６側に開口した円弧状の、セル内部パッシベーション層１１５と同じ材料で形成されたバリアー部１０１を設けたことによって、はんだ溶融時の濡れ拡がりを抑制できる。はんだ溶融時の濡れ拡がりを抑制できることにより、従来の正極はんだ接続パッド７０１と接していたＰ型拡散層６０７の面積を削減でき、その削減した面積の箇所に、本実施の形態のＮ型拡散層１１８およびそのＮ型拡散層１１８に接続したフィンガー電極１１４ｎを形成し、また、従来の負極はんだ接続パッド７０２と接していたＮ型拡散層６０８の面積も削減でき、その削減した面積の箇所に、本実施の形態のＰ型拡散層１１７およびそのＰ型拡散層１１７に接続したフィンガー電極１１４ｐを形成することで、バックコンタクト型の太陽電池セルの発電効率を向上することが出来る。
図５（ｂ）は、従来の太陽電池セル６００の正極はんだ接続パッド７０１にインターコネクタを接続した接合構造体の、正極はんだ接続パッド７０１付近を示す図である。
太陽電池セル６００とインターコネクタ８０１とをはんだ８０２を用いて接続する際に、図５（ｂ）に示すｙ領域である正極はんだ接続パッド７０１に、はんだ８０２が濡れ拡がる。正極はんだ接続パッド７０１は、はんだ８０２との濡れ性がＣｕにより形成されるため、接続時にはんだ８０２を加熱溶融させるとはんだ８０２が濡れ拡がる。
この結果より、本実施の形態のバリアー部１０１を有する太陽電池セル１００は、明らかにはんだの濡れ広がりを抑制でき、フィンガー電極のショートを防止することが可能である。
表１は、本実施の形態の構成の太陽電池セル１００を用いて、はんだ量の違いとバリアー部１０１の幅（図４のＬ３参照）の効果を検証した結果を示している。
はんだ１２２を溶融させてバックコンタクト型の太陽電池セル１００のはんだ接続パッド１０２および１０３とインターコネクタ１２１を接続する際に、バリアー部１０１の幅の違いによるフィンガー電極１１４ｐと１１４ｎ間のショートの有無を確認した。ショート無しの場合を○、ショート有りの場合を×と示している。
Figure 0005627054
バリアー部１０１の露出している幅が０．１ｍｍの場合、はんだ量が１ｍｇでもバリアー部１０１を越えてはんだが濡れ拡がり、はんだの濡れ拡がりを抑制することが出来なかった。一方、バリアー部１０１の幅が０．２ｍｍでは、はんだが１ｍｇの場合は濡れ拡がりを抑制できるが、はんだが５ｍｇになると濡れ拡がりは抑制できなかった。しかし、バリアー部１０１の幅が０．５ｍｍ以上の場合は、はんだ量２０ｍｇとなっても、はんだの濡れ拡がりを抑制することが可能であった。
これらの結果より、本実施の形態のバリアー部１０１を有する太陽電池セル１００を、はんだを用いてインターコネクタで接合した接合構造体は、従来の太陽電池セル６００を、はんだを用いてインターコネクタで接合した接合構造体と比較して、バリアー部１０１によってはんだの濡れ拡がりを抑制でき、はんだ接続によるフィンガー電極のショートを防止することが可能である。
なお、上記した実施の形態では、バリアー部１０１の形状を、セル外周パッシベーション層１１６側に開口した円弧状とする例で説明したが、セル外周パッシベーション層１１６側に開口した凹形状であれば、その他の形状であっても同様の効果が得られる。
図６（ａ）および（ｂ）に、バリアー部を他の形状とした、本実施の形態の他の構成の太陽電池セルの正極はんだ接続パッド付近の図を示す。なお、図２と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
図６（ａ）に示すバリアー部１０５および図６（ｂ）に示すバリアー部１０６のように、接続されるインターコネクタ１２１を取り囲み、インターコネクタ１２１との間に隙間を有するような形状であれば、バリアー部１０１と同様の効果が得られる。
また、バリアー部の形状は、図２のバリアー部１０１や図６（ａ）のバリアー部１０５のように連続した一つの形状としてもよいし、図６（ｂ）のバリアー部１０６のように、複数の形状を組み合わせて構成されていてもよい。図６（ｂ）に示すバリアー部１０６は、３つの部分に分けられており、中央部分１０６ａと、その左右に配置されている部分１０６ｂを有している。この中央部分１０６ａが内側に、左右の部分１０６ｂが外側に配置されている。
図６（ｂ）のバリアー部１０６のように複数の形状を組み合わせて構成した場合には、正極はんだ接続パッド１０２におけるバリアー部１０６の内側と外側との間で接続が途絶える部分を、バリアー部１０１やバリアー部１０５よりも少なくでき、正極はんだ接続パッド１０２とそれ以外のフィンガー電極１１４ｐの部分との間の接続抵抗の点で有利となる。
また、図６（ｂ）に示す構成の場合、バリアー部１０６の内側と外側で正極はんだ接続パッド１０２がつながっている部分があるが、バリアー部１０６のようにバリアー部１０６の内側から外側に至る経路（図６（ｂ）の矢印Ｒ参照）を長くすることにより、はんだの外側への濡れ広がりを抑制できる。
なお、図６（ｂ）では、中央部分が左右部分の外側に配置されているバリアー部１０６が用いられているが、図６（ｃ）に示すように、中央部分１０７ａが左右の部分１０７ｂの内側に配置されているバリアー部１０７が用いられても良い。
また、バリアー部１０６、１０７が４つ以上の部分に分かれて構成され、内側と外側に交互に配置されていても良い。
また、上記した本実施の形態では、図３を用いて説明したように、正極はんだ接続パッド１０２および負極はんだ接続パッド１０３を形成する前に、セル内部パッシベーション層１１５およびセル外周パッシベーション層１１６を形成する際に、同時にバリアー部１０１を形成する例で説明したが、正極はんだ接続パッド１０２および負極はんだ接続パッド１０３を形成した後に、バリアー部を形成するようにしてもよい。
図７に、はんだ接続パッドを形成した後にバリアー部を形成した場合の、太陽電池セルの断面図を示す。図７に示した断面は、図１（ｂ）のＭ−Ｍ断面に対応する部分の断面を示している。なお、図３（ｄ）と同じ構成部分には、同じ符号を用いている。
図３（ｄ）で説明した、フィンガー電極１３４ｎ、正極はんだ接続パッド１３２および負極はんだ接続パッド１３３を形成する工程の後に、バリアー部を形成するので、図７に示すように、バリアー部１３１が、正極はんだ接続パッド１３２および負極はんだ接続パッド１３３の上に形成される。
バリアー部１３１は、例えば、セル内部パッシベーション層１１５およびセル外周パッシベーション層１１６と同じ材料で形成してもよいし、表面がこれらの材料で形成されているテープを正極はんだ接続パッド１３２および負極はんだ接続パッド１３３に貼り付けるようにしてもよい。
図７に示す構成の場合、正極はんだ接続パッド１３２および負極はんだ接続パッド１３３において、バリアー部１３１の内側と外側の部分で途切れる部分が無いので、はんだ接続パッドとフィンガー電極間（例えば、フィンガー電極１３４ｎとそれ以外の負極はんだ接続パッド１３３の部分との間）の接続抵抗の点で有利である。また、形成するバリアー部１３１の高さを変えることができ、バリアー部１３１を高くすることもできる。バリアー部１３１を高くすることで、バリアー部１３１の幅（図４のＬ３）を細くすることも可能である。
また、はんだ接続パットにバリアー部を設ける位置については、接合強度とインターコネクタの大きさにより、適宜調整することも可能である。
以上に説明したように、本実施の形態の太陽電池セルは、はんだ接続パッドにバリアー部を設けたことにより、はんだ接続パッドにおけるはんだの濡れ拡がりを抑制でき、はんだによるフィンガー電極のショートが防止できる。そして、正極および負極はんだ接続パッドとそれらのはんだ接続パッドに接しているＰ型およびＮ型拡散層の面積を削減でき、その面積を削減した箇所にＰ型拡散層およびそのＰ型拡散層に接続したフィンガー電極と、Ｎ型拡散層およびそのＮ型拡散層に接続したフィンガー電極を形成できるので、バックコンタクト型の太陽電池セルの発電効率を向上させることが出来る。
このように本発明の太陽電池セルは、バックコンタクト型の太陽電池セルの発電効率を向上させることが可能であり、太陽電池のモジュールに適用できる。
本発明に係る太陽電池セル、接合構造体および太陽電池セルの製造方法は、はんだ接続パッドの面積を縮小して発電効率を向上させる効果を有し、バックコンタクト型の太陽電池セル、太陽電池セルを用いた接合構造体および太陽電池セルの製造方法等として有用である。
１００ 太陽電池セル
１０１ バリアー部
１０２ 正極はんだ接続パッド
１０３ 負極はんだ接続パッド
１０４ パッシベーション層
１０５ バリアー部
１０６ バリアー部
１１１ 受光面
１１２ シリコン基板
１１３ 非受光面
１１４ｎ、１１４ｐ、１１４ｎ２〜１１４ｎ８ フィンガー電極
１１５ セル内部パッシベーション層
１１６ セル外周パッシベーション層
１１７ Ｐ型拡散層
１１８ Ｎ型拡散層
１２１ インターコネクタ
１２２ はんだ
１３１ バリアー部
１３２ 正極はんだ接続パッド
１３３ 負極はんだ接続パッド
１３４ｎ フィンガー電極
２０１ コンタクトホール
６００、６５０ 太陽電池セル
６０１ 受光面
６０２ シリコン基板
６０３ 非受光面
６０４ｎ、６０４ｐ、６０４ｎ１〜６０４ｎ９、６５４ｎ、６５４ｐ フィンガー電極
６０５、６５５ セル内部パッシベーション層
６０６ セル外周パッシベーション層
６０７ Ｐ型拡散層
６０８ Ｎ型拡散層
７０１、７５１ 正極はんだ接続パッド
７０２、７５２ 負極はんだ接続パッド
８０１ インターコネクタ
８０２、８５２ はんだ
８０３、８５３ インターコネクタ

Claims (6)

  1. シリコン基板と、
    前記シリコン基板の第１の面に形成された、Ｐ型拡散層およびＮ型拡散層のそれぞれに接続した一対のフィンガー電極と、
    前記一対のフィンガー電極間を絶縁する内部パッシベーション層と、
    一方の前記フィンガー電極のフィンガー部が集結する集結部における、外部との接続のための接続エリアと、
    前記接続エリア内において、前記接続エリアの前記一方のフィンガー電極の極性とは異なる他方の前記フィンガー電極のフィンガー部の先端に沿って形成され、前記外部との接続に使用するはんだの溶融時の濡れ拡がりを抑制するためのバリアー部とを備えた、太陽電池セル。
  2. 前記一対のフィンガー電極のそれぞれに、前記接続エリアがある、請求項１に記載の太陽電池セル。
  3. 前記バリアー部は、円弧形状をしており、前記円弧形状の外側に、前記他方のフィンガー電極のフィンガー部の先端が配置されている、請求項１に記載の太陽電池セル。
  4. 前記バリアー部は、Ｓｉ酸化物、Ｓｉ窒化物、Ｔｉ酸化物およびＴｉ窒化物の少なくとも１種類の材料で形成されている、請求項１に記載の太陽電池セル。
  5. 請求項２に記載の太陽電池セルを、複数備え、
    前記太陽電池セルは、互いに異なる極性の前記接続エリアが対向するように配置されており、
    隣接する前記太陽電池セルは、対向するそれぞれの前記バリアー部の間に存在する前記接続エリアの部分同士が、前記はんだで接続されるインターコネクタを介して連結されている、接合構造体。
  6. シリコン基板の第１の面に、Ｐ型拡散層およびＮ型拡散層のそれぞれに接続した一対のフィンガー電極が形成された太陽電池セルの製造方法であって、
    前記シリコン基板の第１の面に、前記Ｐ型拡散層およびＮ型拡散層を交互に配列してそれぞれ櫛型に形成する拡散層形成ステップと、
    前記拡散層形成ステップの後、前記シリコン基板の第１の面に、前記一対のフィンガー電極間を絶縁するための内部パッシベーション層と共に、少なくとも一方の前記フィンガー電極のフィンガー部が集結する集結部における外部との接続のための接続エリアに、前記接続エリアの前記フィンガー電極の極性とは異なる他方の前記フィンガー電極のフィンガー部の先端に沿った、前記外部との接続に使用するはんだの溶融時の濡れ拡がりを抑制するためのバリアー部を形成する、パッシベーション層形成ステップと、
    前記パッシベーション層形成ステップの後、前記シリコン基板の第１の面の、前記内部パッシベーション層および前記バリアー部が形成されていない部分に金属を付着させて、前記一対のフィンガー電極を形成する電極形成ステップとを備えた、太陽電池セルの製造方法。
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