JP5819862B2 - 特別な母線形状を有する太陽電池、前記太陽電池を含む太陽電池配列、および太陽電池を製造するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、特別な母線形状を有する太陽電池、前記太陽電池を含む太陽電池配列、および太陽電池を作製するための方法に関する。

太陽電池は、一般に、例えば単結晶または多結晶シリコンから板状半導体材料に形成された層構造で構成される。半導体材料は、この場合にｐ型導電性ベースを形成する。薄いｎ型導電層、いわゆるエミッタが、蛍光体の内拡散によって表面上に作製される。ベースとの接触は、通常、表面を完全に覆うように施されたアルミニウム層によってなされる。エミッタとの接触は、１つまたは複数のいわゆる母線によって上下に相互接続される細いフィンガを介してなされる。金属フィンガおよび母線が、接触がなされるセルのエリアに光を入れないのに対して、非常に小さな数および幅のフィンガが直列抵抗を増加させるので、フィンガおよび母線は、電気損失およびシェーディング損失が最小化されるように、構成されなければならない。

一般に、母線は、ストリップ形状で設計され、母線は、通例、１．５〜２ｍｍの範囲における均一な幅を有する。太陽電池は、一般に、自身の母線を、金属的な導電性ストリップ（接触ストリップ、はんだ付けストリップ、またはインターコネクタとも示される）と接続することによって、電気的に相互接続される。一般に、接触ストリップは、母線上にはんだ付けされる。実際には、太陽電池の母線より幅が広い接触ストリップが、最も使用される。その理由は、例えば、母線上における接触ストリップの位置決めの不正確さ、および接触ストリップ（いわゆるサーベル）の変形の事例である。これらの影響は、母線の幅が接触ストリップの幅と等しい場合に、追加のシェーディングおよびしたがってより高い追加電力損失につながる。

いくつかの変形形態が、太陽電池上の母線（母線電極としても示される）の形状、および接触ストリップによる母線の接続について既に知られている。

したがって、特開２００６−２７００４３号公報は、太陽電池素子上の母線電極における内部リード線の剥離を防止でき、一方で同時に出力電力の増加がある太陽電池モジュールを説明している。この目的のために、太陽電池モジュールは、自身の表面から電力を取り出すための母線電極を備えた太陽電池素子と、母線電極のほぼ全長にわたって母線電極に電気的に接続される内部リード線と、を有する。内部リード線は、その先端が最も細い部分として形作られるように構造化される。

特開２００８−２８２９９０号公報および国際公開第０８／１３９７８７Ａ１号パンフレットは、太陽電池を説明しているが、この太陽電池の場合に、母線電極、および母線電極から延びる複数のフィンガ電極が、半導体基板の第１の主面に取り付けられる。母線電極には、それをインターコネクタに接続するための第１の導電部と、第１の導電部に接続されるバイパス部であって、その一部がインターコネクタに接続されないバイパス部と、が含まれる。

独国特許出願公開第１０ ２００７ ０６２ ６８９ Ａ１号明細書は、太陽電池用の接触および集電電極の設計を説明しているが、これらの電極は、比較的小さな間隔の細い集電フィンガを太陽電池の前側に平行に配列し、かつ太陽電池から電流を取り出すために、例えば銅、アルミニウムなどの金属から作製された接触ストリップ上に保持のためにはんだ付けされた個別接続点で構成された行を形成する。この場合に、個別接続点の行は、集電フィンガに直角にほぼ直線に形成され、いくつかの平行フィンガは、接続点の領域において、両側でそれぞれ一緒にされ、かつ形成された接続部は、金属接触ストリップに接続することができる。

特開２００６−２６６２６２号公報（国際公開第０７／１２２８９７Ａ号パンフレット）は、インターコネクタを備えた太陽電池、太陽電池モジュール、および太陽電池モジュールの作製方法を説明している。母線電極およびコレクタ電極が、受光面上に設けられ、インターコネクタが、母線電極の上面に接続される。この太陽電池に関して、母線電極は、インターコネクタより幅広く、かつインターコネクタが接続されない、母線電極の上面の幅方向におけるエリアは、はんだ付けフラックスのない部分を有する。

米国特許出願公開第２００９／２７７４９１Ａ号明細書は、第１の主面を有する半導体基板を含む太陽電池を説明している。第１の主面上に設けられるのは、母線電極、および母線電極から延びる複数の線形フィンガ電極である。母線電極には、インターコネクタに接続されることになる第１の接続部と、インターコネクタに接続されない第２の非接続部と、が含まれる。第１の接続部および第１の非接続部は、交互に配列される。

以上を背景として、本発明の目的は、接触ストリップの位置決め誤差などの影響およびサーベルの影響が電力損失につながらない太陽電池を提供することである。

本発明によれば、この目的は、該当する独立特許請求項の特徴を有する太陽電池によって、該当する独立請求項のこの太陽電池を作製するための方法によって、および前記太陽電池を含む太陽電池配列によって達成される。本発明の太陽電池の好ましい実施形態が、該当する従属特許請求項に述べられている。本発明の方法の好ましい実施形態は、本発明の太陽電池の好ましい実施形態に対応し、逆の場合も同様であり、たとえそれが、本明細書において明示的に述べられていなくても対応する。

したがって、本発明の主題は、基板と、半導体層と、半導体層の第１の表面上の第１の母線と、半導体層の第２の表面上の第２の母線と、を含む太陽電池であって、ここで接続線に沿って、第１の母線が、接続線に垂直な最大幅ｂ_Ｉｍａｘを有する接触パッドであって、それらの間において、接触エリアで接触パッドと接触する集電エリアが接続線上にそれぞれ位置する接触パッドを有し、接触エリアが、２つの外側点Ｐ１およびＰ２であって、接続線に垂直なそれらの間隔が集電エリアの最大幅ｂ_Ｓｍａｘを画定する２つの外側点Ｐ１およびＰ２を接続線の両側に有し、ここでｂ_Ｉｍａｘ＜ｂ_Ｓｍａｘであり、１つの接触パッドから始まって隣接する接触パッドに至る集電エリアの幅ｂが、最初に、２つの内側点Ｐ３とＰ４との間で最小幅ｂ_Ｓｍｉｎまで減少し、次に再び隣接する接触パッドまで増加して最大幅ｂ_Ｓｍａｘ’に至る太陽電池である。

太陽電池の好ましい実施形態において、ｂ_Ｉｍａｘとｂ_Ｓｍａｘとの間の比率は１．１〜１５の範囲であり、特に好ましくは１．３〜１０の範囲である。

さらに、ｂ_Ｓｍａｘとｂ_Ｓｍｉｎとの間の比率が、１．０５〜２０の範囲である場合が好ましく、特に好ましくは１．１〜１５の範囲である。

太陽電池のさらなる好ましい実施形態において、ｂ_Ｉｍａｘと、２つの接触パッド間の間隔ｄとの間の比率は、２〜３０の範囲、特に５〜２０の範囲である。

接触パッドは、様々な幾何学的形状を有することができる。丸形および角ばった形状が可能である。好ましい丸形は、円および楕円である。好ましい角ばった形状は、四辺形または六角形である。本発明によれば、接触パッドが円として設計されるのが好ましい。

接触パッドは、少なくとも部分的に導電性材料を備えている。

接触パッドは、切り欠きを有し得るのが好ましい。これは、一般に、接触パッドの一部だけが導電性材料を有することを意味する。しかしながら、いくつかの接触パッドだけが切り欠きを有することもまた可能である。例として、切り欠きは、円形表面とすることができ、この円形表面のまわりに配置された環形に導電性材料が配置されるようにする。しかしながら、格子構造を含めて、切り欠き用の他の幾何学的形状が可能である。

本発明の太陽電池の好ましい実施形態において、点Ｐ１および点Ｐ３を通る第１の直線と、点Ｐ２および点Ｐ４を通る第２の直線との間の角度αは、３〜５０°の範囲であり、点Ｐ１およびＰ３ならびに点Ｐ２およびＰ４は、それぞれ、特に好ましくは５〜４５°の範囲で、特に非常に好ましくは８〜４０°の範囲で、接続線の同じ側に配置される。

第１のおよび第２の直線は、仮想直線とすることができる。なぜなら、どんな所望のジオメトリも、接触パッド間の集電エリアの輪郭用に可能であるからである。したがって、点Ｐ１とＰ３との間のエリアは、また点Ｐ２とＰ４との間のエリアとして、線形とすることも曲線状とすることもできる。点Ｐ１と点Ｐ３との間のエリア、ならびに点Ｐ２と点Ｐ４との間のエリアは、ほぼ線形であるのが好ましい。ほぼ線形とは、とりわけ、点Ｐ３および点Ｐ４における直線の勾配の大きさが、点Ｐ１またはＰ２におけるよりも多少小さいのが好ましく、その結果、Ｐ１から始まって、集電エリアの幅が、好ましくは、最初は、点Ｐ２の近くのエリアで曲線エリアが隣接する場所まで直線的に減少し、その後、集電エリアの幅が、もう一度、次の接触パッドまで直線的に増加することを意味する。

点Ｐ１における、接触パッドに対する第１の接線と、点Ｐ２における、接触パッドに対する第２の接線との間の角度βは、５０〜１５０°の範囲であり、特に好ましくは７０〜１３０°の範囲である。

本発明によれば、太陽電池の接触パッドおよび集電エリアには、導電性ペーストを含むのが好ましい。太陽電池は、スクリーン印刷により導電性ペーストを印刷することによって、すなわち金属化によって取得することができる。それに対する代替として、またはそれに加えて、異なる方法で、例えば電気めっきによって層を設けることも可能である。

本発明の太陽電池において、基板は、一般に、例えばガラスまたはポリカーボネート、好ましくはガラスから作製された透明ディスクである。

一般に、基板、半導体層、および母線とは別に、本発明の太陽電池にはまた、さらなる層、例えば単一層または多層フィルム、反射防止層（例えば、窒化ケイ素から作製された）、および／またはさらなる保護フィルム（例えば、エチレン酢酸ビニル重合体から作製された）が含まれる。

接続線に沿って１００〜２００ｍｍ×１００〜２００ｍｍのサイズが与えられたとすると、本発明による太陽電池は、一般に、８〜１５、好ましくは１０〜１３の接触パッドを有する。この場合の接触パッドは、好ましくは１〜２ｍｍの範囲の寸法を備えたサイズを有し、かつ例えば、１〜２ｍｍ、好ましくは１．３〜１．７ｍｍ、特に１．４〜１．６ｍｍの直径を備えた円形エリアである。

さらに、本発明の主題は、基板と、半導体層と、半導体層の第１の表面上の第１の母線と、半導体層の第２の表面上の第２の母線と、を含む太陽電池において、接続線に沿って、第１の母線が、接続線に垂直な最大幅ｂ_Ｉｍａｘを有する接触パッドであって、それらの間において、接触エリアで接触パッドと接触する集電エリアが接続線上にそれぞれ位置する接触パッドを有するように、第１の母線が、半導体層の第１の表面に施され、接触エリアが、２つの外側点Ｐ１およびＰ２であって、接続線に垂直なそれらの間隔が集電エリアの最大幅ｂ_Ｓｍａｘを画定する２つの外側点Ｐ１およびＰ２を接続線の両側に有して、ｂ_Ｉｍａｘ＜ｂ_Ｓｍａｘであり、１つの接触パッドから始まって隣接する接触パッドに至る集電エリアの幅ｂが、最初に、２つの内側点Ｐ３とＰ４との間で最小幅ｂ_Ｓｍｉｎまで減少し、次に再び隣接する接触パッドまで増加して最大幅ｂ_Ｓｍａｘ’に至るステップを含む、上記のような太陽電池を作製するための方法である。

さらに、本発明の主題は、上記の太陽電池の少なくとも２つが、接触ストリップにより、第１の太陽電池上の第１の母線を、隣接する太陽電池上の第２の母線に接続することによって導電的に相互接続される太陽電池配列である。

本発明の好ましい実施形態において、接触パッドの最大幅ｂ_Ｉｍａｘと接触ストリップの幅ｂ_ＫＢとの間の比率は、０．５〜２．０の範囲であり、より好ましくは０．６〜１．５の範囲である。

太陽電池配列は、特に、ストリング形状における太陽電池の線形配置、または太陽モジュールを目的とした二次元配列とすることができる。

はんだ付け法は、一般に、接触ストリップの助けを借りて、第１の太陽電池上の第１の母線を、隣接する太陽電池上の第２の母線に接続するために適用される。本発明に従って使用できるはんだ付け法には、特に、赤外線はんだ付け、熱空はんだ付け、炎はんだ付け、誘導はんだ付け、スタンプはんだ付け（熱いはんだ付け用先端、熱いはんだ付け用スターラップなどとの接触はんだ付け）またはレーザはんだ付けが含まれる。

本発明は、ストリングまたはモジュールなどの太陽電池配列を形成するために、太陽電池をより効率的な方法で相互接続できるという利点を有する。シェーディング損失、および一般に電力不整合は、このようにして最小化することができる。

本発明のさらなる詳細は、本発明の太陽電池、本発明の太陽電池配列、および本発明の方法のための非限定的で例示的な実施形態の下記の説明から明らかになる。この場合に図１〜３が参照される。

２つの接触パッドが接続線に沿った集電エリアによって相互接続された、本発明の太陽電池における母線の断面平面図を示す。 ３つの太陽電池が電気的に直列に相互接続された本発明の太陽電池配列の側面図を示す。 接触パッドが、接続線に沿った集電エリアによってそれぞれ相互接続された３つの母線を有する本発明の太陽電池の平面図を示す。

図１は、２つの接触パッド９、９’が、接続線８に沿った集電エリア１０によって相互接続される本発明の太陽電池の第１の母線４における断面平面図を示す。

第１の母線４は、接続線８に垂直な最大幅ｂ_Ｉｍａｘを備えた接触パッド９、９’を、特に接続線８に沿って有する。接続線８上の接触パッド９、９’間に位置するのは、それぞれ、接触エリア１１において接触パッド９、９’と接触する集電エリア１０であるが、接触エリア１１は、２つの外側点Ｐ１およびＰ２を接続線８の両側に有し、接続線８に垂直なＰ１とＰ２との間隔が、集電エリア（１０）の最大幅ｂ_Ｓｍａｘを画定し、ここでｂ_Ｉｍａｘ＜ｂ_Ｓｍａｘである。１つの接触パッド９から始まって、隣接する接触パッド９’に至る集電エリア１０の幅ｂは、最初に、２つの内側点Ｐ３とＰ４との間の最小幅ｂ_Ｓｍｉｎまで縮小し、次に、隣接する接触パッド９’まで再び増加して最大幅ｂ_Ｓｍａｘ’に至る。

図１に示す実施形態の場合に、ｂ_Ｉｍａｘとｂ_Ｓｍａｘとの間の比率は、１．３〜１０の範囲であり、ｂ_Ｓｍａｘとｂ_Ｓｍｉｎとの間の比率は、１．１〜１５の範囲であり、ｂ_Ｉｍａｘと、２つの接触パッド９、９’間の距離ｄとの間の比率は、５〜２０の範囲である。

図１において、左側の接触パッド９は、円として、特に中身の詰まった円として構成されており、一方で、右側の接触パッド９’は、切り欠き１２を備えた円である。すなわち環形として設計されている。

図１に示す実施形態において、点Ｐ１および点Ｐ３を通る第１の直線１６と、点Ｐ２および点Ｐ４を通る第２の直線１７との間の角度αは、８〜４０°の範囲であり、点Ｐ１およびＰ３ならびに点Ｐ２およびＰ４は、それぞれ、接続線８の同じ側に配置される。

ここで、第１の直線１６および第２の直線１７は、外側点Ｐ１およびＰ２から始まる集電エリア１０の幅における線形的な減少を示す。点Ｐ３およびＰ４のエリアにおいて、直線は、集電エリア１０が、ここで、直線の線形プロファイルに基づいて予想されるであろうよりも広くなるように、平坦化する。

図１の母線の場合に、点Ｐ１における、接触パッド９対する第１の接線１３と、点Ｐ２における、接触パッド９に対する第２の接線１４との間の角度βは、７０〜１３０°の範囲である。

図１の実施形態において、接触パッド９および９’ならびに集電エリア１０には、スクリーン印刷により導電性ペーストを印刷することによって施された導電性ペーストが含まれる。

図２は、３つの太陽電池１、１’および１’’が、電気的に直列に相互接続された太陽電池配列の側面図を示す。各太陽電池１、１’、および１’’には、基板２（ここではガラスプレート）、半導体層３、半導体層３の第１の表面５上の第１の母線４、および半導体層３の第２の表面７上の第２の母線６が含まれる。接触ストリップ１５は、２つの隣接する太陽電池をそれぞれ接続する。図２において、この目的のために、接触ストリップ１５は、太陽電池１の第２の母線６を太陽電池１’の第１の母線４に接続する。さらに、接触ストリップ１５は、太陽電池１’の第２の母線６を太陽電池１’’の第１の母線４に接続する。太陽電池の直列接続は、このように達成される。

図３は、３つの第１の母線４を有する本発明の太陽電池１の平面図を示すが、この場合に、１２の接触パッド９、９’等が、それぞれ、接続線８に沿った集電エリア１０によって接続される。３つの第１の母線４を介して太陽電池１を隣接する太陽電池（ここでは図示せず）に接続する接触ストリップ１５が示されている。

Claims (13)

1. 基板（２）と、半導体層（３）と、前記半導体層（３）の第１の表面（５）上の第１の母線（４）と、前記半導体層（３）の第２の表面（７）上の第２の母線（６）と、を含む太陽電池（１）において、
   接続線（８）に沿って、前記第１の母線（４）が、前記接続線（８）に垂直な最大幅ｂ_Ｉｍａｘを有する接触パッド（９、９’）であって、それらの間において、接触エリア（１１）で前記接触パッド（９、９’）と接触する集電エリア（１０）が前記接続線（８）上にそれぞれ位置する接触パッド（９、９’）を有し、
   前記接触エリア（１１）が、前記接続線（８）の両側に、２つの外側点Ｐ１およびＰ２であって、前記接続線（８）に垂直なこれらの外側点の間隔が、前記集電エリア（１０）の最大幅ｂ_Ｓｍａｘを画定する２つの外側点Ｐ１およびＰ２を有し、
   ｂ_Ｉｍａｘ＞ｂ_Ｓｍａｘであり、
   １つの接触パッド（９）から始まって隣接する接触パッド（９’）に至る前記集電エリア（１０）の幅ｂが、最初に、２つの内側点Ｐ３とＰ４との間で最小幅ｂ_Ｓｍｉｎまで減少し、次に再び前記隣接する接触パッド（９’）まで増加して最大幅ｂ_Ｓｍａｘ’に至ること、
   前記接触パッド（９、９’）が丸形状を有していること、並びに
   前記集電エリア（１０）が、前記点Ｐ１とＰ３との間で、直線又は曲線状であることを特徴とする、太陽電池（１）。
2. ｂ_Ｉｍａｘとｂ_Ｓｍａｘとの間の比率が、１．１〜１５の範囲であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池（１）。
3. ｂ_Ｓｍａｘとｂ_Ｓｍｉｎとの間の比率が、１．０５〜２０の範囲であることを特徴とする、請求項１または２に記載の太陽電池（１）。
4. ｂ_Ｉｍａｘと、２つの接触パッド（９、９’）間の間隔ｄとの間の比率が、２〜３０の範囲であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池（１）。
5. 前記接触パッド（９、９’）が、円として設計されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池（１）。
6. 前記接触パッド（９、９’）が、切り欠き（１２）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池（１）。
7. 前記点Ｐ１および前記点Ｐ３を通る第１の直線（１６）と、前記点Ｐ２および前記点Ｐ４を通る第２の直線（１７）との間の角度αが、３〜５０°の範囲であり、前記点Ｐ１およびＰ３ならびに前記点Ｐ２およびＰ４が、それぞれ、前記接続線（８）の同じ側に配置されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池（１）。
8. 前記点Ｐ１における、前記接触パッド（９）に対する第１の接線（１３）と、前記点Ｐ２における、前記接触パッド（９）に対する第２の接線（１４）との間の角度βが、５０〜１５０°の範囲であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の太陽電池（１）。
9. 前記接触パッド（９、９’）および前記集電エリア（１０）が、導電性ペーストを含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれかに記載の太陽電池（１）。
10. スクリーン印刷により前記導電性ペーストを印刷することによって、前記太陽電池（１）を取得できることを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池（１）。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の太陽電池（１）を製造するための方法であって、
    基板（２）と、半導体層（３）と、前記半導体層（３）の第１の表面（５）上の第１の母線（４）と、前記半導体層（３）の第２の表面（７）上の第２の母線（６）と、を含む太陽電池上で、
    接続線（８）に沿って、前記第１の母線（４）が、前記接続線（８）に垂直な最大幅ｂ_Ｉｍａｘを有する接触パッド（９、９’）であって、それらの間において、接触エリア（１１）で前記接触パッド（９、９’）と接触する集電エリア（１０）が前記接続線（８）上にそれぞれ位置する接触パッド（９、９’）を有するように、前記第１の母線（４）が、前記半導体層（３）の前記第１の表面（５）に施され、
    前記接触エリア（１１）が、前記接続線（８）の両側に、２つの外側点Ｐ１およびＰ２であって、前記接続線（８）に垂直なこれらの外側点の間隔が、前記集電エリア（１０）の最大幅ｂ_Ｓｍａｘを画定する２つの外側点Ｐ１およびＰ２を有し、
    ｂ_Ｉｍａｘ＞ｂ_Ｓｍａｘであり、
    １つの接触パッド（９）から始まって隣接する接触パッド（９’）に至る前記集電エリア（１０）の幅ｂが、最初に、２つの内側点Ｐ３とＰ４との間で最小幅ｂ_Ｓｍｉｎまで減少し、次に再び前記隣接する接触パッド（９’）まで増加して最大幅ｂ_Ｓｍａｘ’に至り、
    前記接触パッド（９、９’）が丸形状を有しており、並びに
    前記集電エリア（１０）が、前記点Ｐ１とＰ３との間で、直線又は曲線状である、ステップを含む方法。
12. 接触ストリップ（１５）により第１の太陽電池（１）上の第１の母線（４）を、隣接する太陽電池（１’）上の第２の母線（６）に接続することによって、少なくとも２つの太陽電池（１、１’）が導電的に相互接続される太陽電池配列において、請求項１〜１０のいずれかに記載の太陽電池が、第１の太陽電池（１）として用いられることを特徴とする太陽電池配列。
13. 前記接触パッド（９、９’）の最大幅ｂ_Ｉｍａｘと前記接触ストリップ（１５）の幅ｂ_ＫＢとの間の比率が、０．５〜２．０の範囲であることを特徴とする、請求項１２に記載の太陽電池配列。
    

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