JP5944081B1

JP5944081B1 - 太陽電池セル、太陽電池モジュール、太陽電池セルの製造方法、太陽電池モジュールの製造方法

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Publication number: JP5944081B1
Application number: JP2016504829A
Authority: JP
Inventors: 晋輔瀧本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2015-10-13
Publication date: 2016-07-05
Anticipated expiration: 2035-10-13
Also published as: JPWO2016117180A1

Abstract

ｐｎ接合を有する単結晶シリコン基板の一面上に、第１方向に伸長して配置される細長形状のグリッド電極（１３ａ）と、第１方向と交差する第２方向に伸長してグリッド電極（１３ａ）よりも太幅のバス電極（１３ｂ）とからなる受光面側電極（１３）を備える。バス電極（１３ｂ）は、第２方向における側面から第１方向において内側に凹んだ切り欠き部（２２）を有する。グリッド電極（１３ａ）は、バス電極（１３ｂ）と重ならない状態でバス電極（１３ｂ）側の端部が切り欠き部（２２）内に収納されている。

Description

本発明は、スクリーン印刷によって電極が形成される太陽電池セル、太陽電池モジュール、太陽電池セルの製造方法、太陽電池モジュールの製造方法に関する。

太陽電池セルで発電された電力は、グリッド電極によって集電され、さらにグリッド電極と接続しているバス電極へ集約される。また、バス電極上にタブ線をはんだ付けすることで、太陽電池セル同士を直列に接続し、大きな電力を集電することができる。ここで、グリッド電極とバス電極とを一括印刷する場合は、グリッド電極とバス電極との電極材は同種の電極材となる。一方、グリッド電極とバス電極とを別々に印刷することで、グリッド電極とバス電極との電極材に異種の電極材を用いることができる。これにより、太陽電池セル内で発電された電力を効率的に集電するための電極材の選択肢が広がるとともに、電極材のコスト低減が可能となる。

しかしながら、グリッド電極とバス電極とを別々に印刷する場合は、太陽電池セルで発電された電力を集電するためには、グリッド電極とバス電極とを電気的に接続させるためにグリッド電極とバス電極とを重ねる必要がある。このため、グリッド電極とバス電極との重なり部の周辺のバス電極の表面には凹凸部が形成される。そして、複数枚の太陽電池セルを直列に接続するために各太陽電池セルにタブ線をはんだ付けする場合には、凹凸部の凸部のみにタブ線がはんだ接合される。このため、バス電極とタブ線との安定したはんだ付け面積を得ることができず、バス電極とタブ線との間の電気抵抗が増加して電力損失を発生させる、という問題があった。

特許文献１では、太陽電池の製造費用を低減し、また太陽電池の効率を改善するために、電極を積層構造として電極材を使い分けている。そして、第１集電部と第２集電部とを別々の印刷で形成する場合に、それぞれの集電部の側面同士を接続している。

特開２０１２−４５７１号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術によれば、印刷の位置精度、印刷の寸法精度、印刷マスクの寸法精度等の、第１集電部と第２集電部との形成位置の変動要因が存在する。このため、第１集電部と第２集電部との重なり部を設けなければ接続を形成することは困難である。そして、第１集電部と第２集電部との重なりが発生する場合には、電極表面に凹凸が発生し、太陽電池のモジュール化において、タブ線をはんだ接合する場合に、はんだ付け面積を安定して得ることができず、電力損失が発生する。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、集電時の電力損失を低減可能な太陽電池セルを得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、本発明は、ｐｎ接合を有する半導体基板の一面上に、前記半導体基板の面方向における第１方向に伸長して配置される細長形状のグリッド電極と、前記第１方向と交差する第２方向に伸長して前記グリッド電極よりも太幅のバス電極とからなる電極を備え、前記バス電極は、前記第２方向における側面から前記第１方向において内側に凹んだ切り欠き部を有し、前記グリッド電極は、前記バス電極と重ならない状態で前記バス電極側の端部が前記切り欠き部内に収納されており、前記グリッド電極における前記バス電極側の端部が、前記グリッド電極における前記切り欠き部内の他の部分よりも幅広であること、を特徴とする。

本発明によれば、集電時の電力損失を低減可能な太陽電池セルが得られる、という効果を奏する。

本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルを受光面側から見た斜視図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルのグリッド電極の形状を拡大して示す要部平面図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルのバス電極の形状を拡大して示す要部平面図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルにおける受光面側電極を拡大して示す要部平面図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルにおける受光面側電極の要部断面図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルにおける受光面側電極の要部断面図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルにおける受光面側電極を拡大して示す要部平面図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルにセル間接続用のタブ線がはんだ付けされた状態を受光面側から見た斜視図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルにおける受光面側電極にセル間接続用のタブ線がはんだ付けされた状態を拡大して示す要部平面図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルにセル間接続用のタブ線がはんだ付けされた状態を示す要部断面図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルにおける受光面側電極にセル間接続用のタブ線がはんだ付けされた状態を示す要部断面図本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルがセル間接続用のタブ線を介して電気的に直列に接続された状態を示す模式的斜視図本発明の実施の形態１にかかる受光面側電極の形状の変形例を示す要部平面図本発明の実施の形態１にかかる受光面側電極の形状の他の変形例を示す要部平面図本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルのグリッド電極の形状を拡大して示す要部平面図本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルのバス電極の形状を拡大して示す要部平面図本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルにおける受光面側電極を拡大して示す要部平面図本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルにおける受光面側電極の要部断面図本発明の実施の形態２においてグリッド電極とバス電極とが接触した場合の受光面側電極を拡大して示す要部平面図本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルにおける他の受光面側電極を拡大して示す要部平面図

以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セル、太陽電池モジュール、太陽電池セルの製造方法、太陽電池モジュールの製造方法を図面に基づいて詳細に説明する。なお、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にかかる太陽電池セル１１を受光面側から見た斜視図である。実施の形態１にかかる太陽電池セル１１は、第１導電型の半導体基板であるｐ型単結晶シリコン基板１２ｂの表層に第２導電型であるｎ型の不純物が拡散されたｎ型不純物拡散層１２ａが形成されてｐｎ接合を有する単結晶シリコン基板１２と、単結晶シリコン基板１２の受光面側の表面に形成された櫛形形状の受光面側電極１３と、単結晶シリコン基板１２の受光面と対向する裏面に形成された櫛形形状の図示しない裏面側電極とを備える。

なお、ｐ型単結晶シリコン基板１２ｂの表面、すなわちｎ型不純物拡散層１２ａの表面には、太陽電池セル１１がより多くの太陽光を吸収できるように、たとえばシリコンの（１１１）面に囲まれた四角錐状の凸部を有する凹凸からなる図示しないテクスチャ構造が形成されている。また、単結晶シリコン基板１２の受光面側の表面において、受光面側電極１３が形成されていない領域に反射防止膜を備えてもよい。また、半導体基板はｐ型単結晶シリコン基板に限定されず、ｐ型多結晶シリコン基板、ｎ型単結晶シリコン基板、ｎ型多結晶シリコン基板等の、太陽電池に使用可能な基板を用いることができる。半導体基板にｎ型の基板を用いる場合には、太陽電池セル１１における各部材の導電型を反対にすればよい。

受光面側電極１３としては、細長形状を有するグリッド電極１３ａおよびグリッド電極１３ａよりも太幅に設けられた２本のバス電極１３ｂを含む。グリッド電極１３ａは、ｐｎ接合を有する単結晶シリコン基板１２の受光面上に、単結晶シリコン基板１２の面方向における第１方向に伸長して配置されている。バス電極１３ｂは、第１方向と交差する第２方向に伸長して配置されている。本実施の形態においては、グリッド電極１３ａの伸長方向とバス電極１３ｂの伸長方向とは、単結晶シリコン基板１２の面方向において直交している。すなわち、第１方向と第２方向とは、単結晶シリコン基板１２の面方向において直交している。なお、グリッド電極１３ａの伸長方向とバス電極１３ｂの伸長方向とは、単結晶シリコン基板１２の面方向において直角以外の角度で交差してもよい。すなわち、第１方向と第２方向とは、単結晶シリコン基板１２の面方向において直角以外の角度で交差してもよい。裏面側電極は、受光面側電極１３と同様に、図示しない細長形状を有するグリッド電極およびグリッド電極よりも太幅に設けられた２本のバス電極を含む。裏面側電極のバス電極の長手方向は、受光面側電極１３のバス電極１３ｂの長手方向と同じ方向とされている。

つぎに、太陽電池セル１１における受光面側電極１３について説明する。図２は、本実施の形態１にかかる太陽電池セル１１のグリッド電極１３ａの形状を拡大して示す要部平面図である。図３は、本実施の形態１にかかる太陽電池セル１１のバス電極１３ｂの形状を拡大して示す要部平面図である。図４は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１１における受光面側電極１３を拡大して示す要部平面図である。図５は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１１における受光面側電極の要部断面図であり、図４における線分Ｖ−Ｖにおける要部断面図である。図６は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１１における受光面側電極１３の要部断面図であり、図４における線分ＶＩ−ＶＩにおける要部断面図である。

グリッド電極１３ａは、図２に示すように、長手方向において分割して配置される。すなわち、長手方向において隣り合うグリッド電極１３ａ同士は、一直線上に配置されている。そして、長手方向において隣り合うグリッド電極１３ａ同士は、それぞれの端部であるグリッド電極端部２１が対向している。また、グリッド電極１３ａは、単結晶シリコン基板１２の面方向においてグリッド電極１３ａの長手方向に交差する方向、正確にはグリッド電極１３ａの長手方向と直交する方向に既定の間隔で並列して、細長形状に配置される。既定の間隔は、グリッド電極１３ａの幅方向における、隣り合うグリッド電極１３ａの中心位置間の長さである。

バス電極１３ｂは、図３に示すように、長手方向における側面２３に切り欠き部２２を設けている。切り欠き部２２は、バス電極１３ｂの側面２３からバス電極１３ｂの短手方向、すなわち幅方向において内側に細長形状に凹んで、バス電極１３ｂの厚み方向に貫通する。切り欠き部２２の伸長方向は、単結晶シリコン基板１２の面方向においてグリッド電極１３ａの伸長方向と同じ方向である。切り欠き部２２は、単結晶シリコン基板１２の面方向において、グリッド電極端部２１の形状に対応して、且つグリッド電極端部２１の外形寸法よりも大きな寸法を有して凹んだコ字形状を有する。

切り欠き部２２は、ｎ型不純物拡散層１２ａ上においてグリッド電極１３ａのグリッド電極端部２１を収納するために、バス電極１３ｂの長手方向において既定の間隔で並列して配置される。既定の間隔は、バス電極１３ｂの長手方向における、隣り合う切り欠き部２２の中心位置間の長さである。バス電極１３ｂが並列する既定の間隔は、グリッド電極１３ａが並列する既定の間隔と同じである。そして、グリッド電極端部２１がバス電極１３ｂの切り欠き部２２内に収納された状態で、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとがｎ型不純物拡散層１２ａ上に配置されることにより、受光面側電極１３が形成されている。

単結晶シリコン基板１２の面内において、切り欠き部２２内においてグリッド電極端部２１の側面とバス電極１３ｂの側面との間には、図４〜図６に示すようにクリアランス２４が設けられている。すなわち、単結晶シリコン基板１２の面内において、グリッド電極１３ａのグリッド電極端部２１は切り欠き部２２内においてバス電極１３ｂと離間して配置されている。クリアランス２４が設けられることにより、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとは直接接触することが無い。このため、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとは重なることがなく、バス電極１３ｂの表面において、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの重なりによる凹凸部の発生が防止されている。これにより、タブ線とバス電極１３ｂとをはんだ付けする場合に、バス電極１３ｂとタブ線との接合面積を広く確保することが可能となり、バス電極１３ｂとタブ線とのはんだ付け性が安定する。

また、グリッド電極１３ａが長手方向において連続しておらず、バス電極１３ｂの位置で分断された形状となっていることにより、分断されている領域分のグリッド電極１３ａの電極材の使用量が抑制されている。

詳細な説明は省略するが、裏面側電極も、受光面側電極１３と同じ構造を有する。なお、裏面側電極は、単結晶シリコン基板１２の裏面におけるバス電極１３ｂに対応する位置に、バス電極１３ｂの長手方向に伸長する集電電極を有している構成であれば、受光面側電極１３と同じ櫛形形状の構造を有していなくてもよい。

つぎに、太陽電池セル１１を製造するための工程を説明する。なお、ここで説明する工程は、シリコン基板を用いた一般的な太陽電池セルの製造工程と同様であるため、特に図示しない。

まず、ｐ型単結晶シリコン基板１２ｂがシリコンインゴットからスライス加工により切り出される。シリコンインゴットからスライス加工により切り出されたｐ型単結晶シリコン基板１２ｂの表面には、スライス加工時にワイヤーが削れて生じる切り粉、研磨剤などからなる汚染物質である有機不純物と金属不純物とが付着している。このため、シリコンインゴットから切り出されたｐ型単結晶シリコン基板１２ｂに対して水洗処理等の洗浄処理が施される。

また、スライスされた基板の表層には、ダメージ層と呼ばれるスライスによる加工ひずみが深さ５μｍ程度まで生じている。このダメージ層が太陽電池セルに残っていると、該ダメージ層で電子の再結合を促進し、太陽電池セルの特性の悪化を招く。このため、ダメージ層が除去される。

また、アルカリ性水溶液に添加剤としてＩＰＡ等の有機物を加えた高温のウエットエッチング液を用いた異方性エッチングをｐ型単結晶シリコン基板１２ｂの表面に施して、たとえばシリコンの（１１１）面に囲まれた四角錐状の凸部を有する凹凸からなるテクスチャ構造をｐ型単結晶シリコン基板１２ｂの表面に形成する。

つぎに、表面にテクスチャ構造が形成されたｐ型単結晶シリコン基板１２ｂを熱拡散炉へ投入し、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）蒸気の存在下で加熱してｐ型単結晶シリコン基板１２ｂの表面にリンガラスを形成することによりｐ型単結晶シリコン基板１２ｂ中にリンを拡散させる。これにより、ｐ型単結晶シリコン基板１２ｂの表層にｎ型不純物拡散層１２ａが形成され、ｐｎ接合を有する単結晶シリコン基板１２が形成される。

つぎに、フッ酸溶液中で単結晶シリコン基板１２の表面のリンガラス層を除去した後、電極を形成する。まず、単結晶シリコン基板１２の受光面に受光面側電極１３を印刷する。すなわち、アルミニウムの混入したアルミニウムペーストを、グリッド電極１３ａの形状に単結晶シリコン基板１２の受光面にスクリーン印刷する。また、銀の混入した銀ペーストを、バス電極１３ｂの形状に単結晶シリコン基板１２の受光面にスクリーン印刷する。ここで、一般的にバス電極の電極材には銀ペーストが用いられるが、本実施の形態１にかかるバス電極１３ｂの電極材は銀ペーストに限定されない。バス電極１３ｂの電極材は、たとえば金ペースト、銅ペースト、銀アルミニウムペーストなどの他の金属ペーストを、導電率および価格の面から、目的に合わせて選択することができる。

つぎに、単結晶シリコン基板１２の裏面に裏面側電極を印刷する。すなわち、アルミニウムとガラスフリットとを含むアルミニウムペーストを、グリッド電極１３ａと同じグリッド電極の形状に単結晶シリコン基板１２の裏面にスクリーン印刷する。また、銀とガラスフリットとを含む銀ペーストを、バス電極１３ｂと同じバス電極の形状に単結晶シリコン基板１２の裏面にスクリーン印刷する。その後、印刷されたペーストに焼成処理を実施して受光面側電極１３と裏面側電極とが形成される。以上のようにして、太陽電池セル１１が作製される。

つぎに、太陽電池セル１１の受光面側電極１３の製造方法について説明する。まず、単結晶シリコン基板１２の受光面上に、グリッド電極１３ａとして、アルミニウムとガラスフリットとを含む電極形成用のアルミニウムペーストをスクリーン印刷により印刷し、乾燥させる。アルミニウムペーストは、図２に示すように細長形状に並列して、単結晶シリコン基板１２の受光面上の既定の位置に、スクリーン印刷により印刷される。

つぎに、単結晶シリコン基板１２の受光面上に、バス電極１３ｂとして、銀とガラスフリットとを含む電極形成用の銀ペーストをスクリーン印刷により印刷し、乾燥させる。銀ペーストは、図３に示すように、バス電極１３ｂにおける長手方向における側面２３に切り欠き部２２を設けて、グリッド電極１３ａのグリッド電極端部２１が切り欠き部２２内に収納される配置で、単結晶シリコン基板１２の受光面上の既定の位置に、スクリーン印刷により印刷される。なお、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの電極形成用のペーストの印刷順序を逆にしてもよい。

このとき、単結晶シリコン基板１２の面内において、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの間にクリアランス２４を設けて銀ペーストが印刷されることにより、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとは直接接触すること無く印刷される。このため、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとは重なることがなく、バス電極１３ｂの表面における、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの重なりによる凹凸部の発生が防止される。したがって、後述するように、タブ線とバス電極１３ｂとをはんだ付けする場合に、バス電極１３ｂとタブ線との接合面積を広く確保することが可能となり、バス電極１３ｂとタブ線とのはんだ付け性が安定する。なお、図３および図４においては、切り欠き部２２の内部の角部は直角とされているが、クリアランス２４を確保できれば、切り欠き部２２の内部の角部は多少の丸みを有していても問題ない。

グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとは、電極形成用のペースト材料をスクリーン印刷により印刷して形成されたペースト電極である。グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの形成においては、単結晶シリコン基板１２の受光面上にペースト材料を印刷する際の印刷位置精度と、その他の印刷条件によって発生する印刷幅精度とが存在する。このため、クリアランス２４の大きさ、すなわち、単結晶シリコン基板１２の面内におけるグリッド電極端部２１とバス電極１３ｂとの間の距離は、バス電極１３ｂの長手方向において、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとのそれぞれについての、既定の印刷位置からの印刷位置のずれの許容値と、既定の印刷幅からの印刷幅のずれの許容値との合計値と同じ値とすることが好ましい。印刷位置のずれの許容値は、バス電極１３ｂの長手方向において、本来の印刷位置からのずれが許容される長さである。印刷幅のずれの許容値は、本来の印刷幅からのずれが許容される長さである。

ここで、クリアランス２４の大きさを、印刷位置のずれの許容値と印刷幅のずれの許容値との合計値と同じ値とすることにより、バス電極１３ｂの長手方向において印刷位置のずれの許容値内でグリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとのそれぞれの印刷位置が最大にずれ、さらに印刷幅のずれの許容値内でグリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとのそれぞれの印刷幅が最大となった場合でも、図７に示すように、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとは、バス電極１３ｂの長手方向において側面同士が接触する当接面２５が発生することがあっても、重なることはない。図７は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１１における受光面側電極１３を拡大して示す要部平面図である。

このため、バス電極１３ｂ上に、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの重なりによる凹凸が発生することがない。したがって、後述するように、タブ線３１をバス電極１３ｂ上にはんだ付けする場合に、バス電極１３ｂとタブ線３１とは良好な接合面積を得ることが可能となる。なお、クリアランス２４の大きさは、前記の合計値よりも多少長くすることも可能である。この場合も、上記と同様にグリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとが重なることはない。

同様に、バス電極１３ｂの幅方向におけるクリアランス２４の大きさ、すなわち、バス電極１３ｂの幅方向における切り欠き部２２におけるグリッド電極端部２１とバス電極１３ｂとの間の距離も、バス電極１３ｂの幅方向において、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとのそれぞれについての、印刷位置のずれの許容値と印刷長さのずれの許容値との合計値と同じ値とすることが好ましい。印刷長さのずれの許容値は、バス電極１３ｂの幅方向において、本来の印刷長さからのずれが許容される長さである。

この場合も、クリアランス２４の大きさを、印刷位置のずれの許容値と印刷長さのずれの許容値との合計値と同じの値とすることにより、バス電極１３ｂの幅方向において、印刷位置のずれの許容値内でグリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとのそれぞれの印刷位置が最大にずれ、さらに印刷長さのずれの許容値内でグリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとのそれぞれの印刷長さが最大となった場合でも、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとは、バス電極１３ｂの幅方向において側面同士が接触することがあっても、重なることはない。

グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの厚みを同じ厚みとすることによって、後述するタブ線をバス電極１３ｂ上にはんだ付けする場合に、バス電極１３ｂとタブ線との間で良好な接合面積を確保することができる。また、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの厚みの差は、最大でも受光面側電極１３に接続されるタブ線のはんだめっき厚さと同じとする。後述するように、一般的にタブ線は、表面にはんだがめっきされた銅線である。そして、タブ線を加熱することによって、めっきされたはんだが溶融し、グリッド電極１３ａおよびバス電極１３ｂと、銅線と、がはんだ接合される。グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの厚みの差を、受光面側電極１３に接続されるタブ線のはんだめっき厚さ以下とすることで、後述するタブ線をバス電極１３ｂ上にはんだ付けする場合に、バス電極１３ｂとタブ線との間で良好な接合面積を確保することができる。すなわち、バス電極１３ｂとグリッド電極１３ａとの厚さの差を抑制することで、切り欠き部２２内でのグリッド電極１３ａの凹凸を低減でき、またバス電極１３ｂとグリッド電極１３ａとを確実にタブ線と接続できる。これにより、タブ線を接合する際に適正なタブ線のはんだ接合面積を確保でき、集電時の電力損失を抑制できる。

つぎに、複数の太陽電池セル１１をセル間接続用のタブ線によりはんだ付けして構成される太陽電池モジュールについて説明する。太陽電池セル１１を複数形成し、隣接する太陽電池セル１１同士を電気的に直列に接続することにより、電力の取り出し効率に優れた太陽電池モジュールが実現できる。この場合は、まず、表面がはんだで被覆されたタブ線３１の一端側を、複数の太陽電池セル１１のうちの第１太陽電池セルにおけるグリッド電極１３ａのグリッド電極端部２１が収納された切り欠き部２２上を含むバス電極１３ｂ上に配置する。つぎに、タブ線３１の他端側を、第２太陽電池セルの裏面側電極におけるグリッド電極１３ａのグリッド電極端部２１が収納された切り欠き部２２上を含むバス電極１３ｂ上に配置する。そして、タブ線３１を加熱することにより、第１太陽電池セルおよび第２太陽電池セルにおいて、切り欠き部２２に収納されたグリッド電極１３ａのグリッド電極端部２１およびバス電極１３ｂと、タブ線３１と、をはんだによって接合する工程とを行って、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとを電気的に接続する。なお、理解の容易のため、ここでは裏面側電極の構成部についても受光面側電極１３の構成部と同じ符号を記載して説明している。また、本明細書における太陽電池モジュールは、太陽電池セル１１の電極上にタブ線がはんだによって接合されただけの形態のものを含む。

図８は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１１にセル間接続用のタブ線３１がはんだ付けされた状態を受光面側から見た斜視図である。図９は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１１における受光面側電極１３にセル間接続用のタブ線３１がはんだ付けされた状態を拡大して示す要部平面図である。図１０は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１１にセル間接続用のタブ線３１がはんだ付けされた状態を示す要部断面図であり、図９における線分Ｘ−Ｘにおける要部断面図である。図１１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１１における受光面側電極１３にセル間接続用のタブ線３１がはんだ付けされた状態を示す要部断面図であり、図９における線分ＸＩ−ＸＩにおける要部断面図である。図１２は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セル１１ａ，１１ｂ，１１ｃがセル間接続用のタブ線３１を介して電気的に直列に接続された状態を示す模式的斜視図である。

タブ線３１は、図１０に示すようにタブ線３１の表面に、はんだ３２がめっきにより被覆されている。タブ線３１に用いる金属線には、導電性および価格の安さの面から銅が好ましい。そして、タブ線３１をバス電極１３ｂ上に配置した状態でタブ線３１を加熱することによって、めっきされているはんだ３２が溶融し、切り欠き部２２内に配置されたグリッド電極１３ａのグリッド電極端部２１およびバス電極１３ｂと、タブ線３１と、がはんだ３２によりはんだ接合される。

ここで、タブ線３１は、バス電極１３ｂの幅内において、タブ線３１の配置精度の許容範囲内においてバス電極１３ｂ上に配置されることで、図１０に示すようにタブ線３１の表面にめっきされたはんだ３２を介してグリッド電極１３ａおよびバス電極１３ｂと電気的に接続される。配置精度の許容範囲は、バス電極１３ｂの幅内において、本来の印刷位置からのずれが許容される長さである。

グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとは、クリアランス２４を設けることによって重なることがないため、電気的に接続していない。しかし、バス電極１３ｂに切り欠き部２２を設け、この切り欠き部２２内にグリッド電極１３ａのグリッド電極端部２１が入り込んだ状態にグリッド電極１３ａを形成している。そして、バス電極１３ｂの切り欠き部２２上にもタブ線３１が配置されるため、タブ線３１を加熱することによってバス電極１３ｂがタブ線３１にはんだ接合されると同時に、切り欠き部２２内のグリッド電極端部２１がタブ線３１にはんだ接合され、タブ線３１を介してバス電極１３ｂとグリッド電極１３ａとが電気的に接続される。これにより、太陽電池セル１１で発電した電力をバス電極１３ｂおよびグリッド電極端部２１からタブ線３１に集電できる。

ここで、図４に示した、切り欠き部２２に配置されたグリッド電極１３ａのグリッド電極端部２１と、バス電極１３ｂとの、バス電極１３ｂの幅方向における重なり幅２６は、バス電極１３ｂの幅方向において、上述した単結晶シリコン基板１２の受光面上にペースト材料を印刷する際のグリッド電極１３ａおよびバス電極１３ｂのそれぞれの印刷位置のずれの許容値と印刷長さのずれの許容値との合計値に加えて、タブ線３１のバス電極１３ｂ上への配置位置のずれの許容値を加えた値よりも大きな値とする。これにより、バス電極１３ｂの幅方向において、必ずグリッド電極端部２１がバス電極１３ｂの切り欠き部２２の中に配置されるとともに、グリッド電極端部２１とタブ線３１とのはんだ接合を得ることができる。配置位置のずれの許容値は、バス電極１３ｂ上におけるバス電極１３ｂの幅方向における本来のタブ線３１の配置位置からのずれの長さである。

すなわち、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとのそれぞれの印刷位置のずれの許容値内と印刷長さのずれの許容値内において、最大ずれが発生した場合でも、グリッド電極端部２１がバス電極１３ｂの切り欠き部２２内に収まるため、グリッド電極１３ａとタブ線３１とのはんだ接合が可能となり、集電時の電力ロスを抑制できる。また、グリッド電極１３ａの電極材とバス電極１３ｂの電極材とに異種材料を選択可能となる。このため、安価な電極材を選択した場合には、太陽電池セル１１を安価に作製することができる。さらに、グリッド電極１３ａの電極材とバス電極１３ｂの電極材とに同種の電極材を選択した場合でも、電極材の使用量が低減でき、太陽電池セル１１の価格を安価にすることができる。

また、受光面側電極１３にタブ線３１がはんだ付けされた場合、タブ線３１を加熱して受光面側電極１３に接続するはんだ加熱時にタブ線３１のはんだ３２が溶融し、クリアランス２４に流れ込む。したがって、タブ線３１は、グリッド電極１３ａおよびバス電極１３ｂの上面のみと接合されるのではなく、図１０および図１１に示すようにクリアランス２４内におけるグリッド電極１３ａのグリッド電極端部２１の側面およびバス電極１３ｂの側面ともはんだ３２を介して電気的に接続されるため、タブ線３１と受光面側電極１３との接合面積を広く確保できる。これにより、受光面側電極１３とタブ線３１との間の電気抵抗を低減でき、太陽電池セル１１からの電力の取り出し効率を向上できる。したがって、本実施の形態１にかかる太陽電池モジュールでは、太陽電池セル１１で発電した電力を無駄なく、効率的に集電することが可能となる。

また、タブ線３１にめっきされたはんだ３２の量が少なく、溶融したはんだ３２がクリアランス２４に流れ込まない場合でも、グリッド電極１３ａとタブ線３１、およびバス電極１３ｂとタブ線３１とがはんだ接合されることで、太陽電池セル１１で発電した電力を集電できる。さらに事前にソルダーペースト等の導電材料をバス電極１３ｂ上に塗布しておくことで、クリアランス２４をはんだまたはソルダーペーストで満たすことも可能である。

図１３は、本実施の形態１にかかる受光面側電極１３の形状の変形例を示す要部平面図である。図１３に示すように、バス電極１３ｂにおける切り欠き部２２の形状は、バス電極１３ｂの幅方向においてバス電極１３ｂを貫通した形状とされてもよい。すなわち、バス電極１３ｂは、バス電極１３ｂの長手方向において分割されてもよい。この場合も、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの間にクリアランス２４が設けられ、グリッド電極端部２１が切り欠き部２２内に収納される配置とされる。このような受光面側電極１３を形成した場合でも、図４に示す受光面側電極１３の場合と同様の効果が得られる。また、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとがともに分割された形状となっていることで、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとバス電極１３ｂとの電極材の使用量を抑制することが可能である。

図１４は、本実施の形態１にかかる受光面側電極１３の形状の他の変形例を示す要部平面図である。図１４に示す受光面側電極１３では、バス電極１３ｂの形状は図１３と同じである。一方、グリッド電極１３ａは、グリッド電極１３ａの伸長方向において途切れることなく連続して形成されている。このため、切り欠き部２２内におけるグリッド電極１３ａの伸長方向においては、グリッド電極端部２１の収納長さについて、印刷位置のずれの許容値と印刷長さのずれの許容値とタブ線３１の配置位置のずれの許容値とを考慮した寸法とする必要がない。

なお、上記においては、受光面側電極１３を例に説明したが、グリッド電極とバス電極とが交差して櫛形形状に配置される裏面側電極においても、上記と同様の効果が得られる。

一方、本実施の形態１にかかる受光面側電極１３の形状を有していない受光面側電極の場合、すなわち、グリッド電極とバス電極との間にクリアランスがない受光面側電極の場合は、グリッド電極とバス電極との印刷を分けて別々の印刷で形成する場合に、グリッド電極をシリコン基板の受光面側の全面に形成した後、さらにバス電極を印刷し形成する。この場合、グリッド電極とバス電極は重なるため、グリッド電極とバス電極とが重なった部分に凹凸部が発生する。このため、バス電極上にタブ線をはんだ付けした場合に、凹凸部の凸部のみがタブ線にはんだ接合され、バス電極とタブ線との接合面積が小さくなることにより、バス電極とタブ線との間の電気抵抗が大きくなり、電力損失につながる。

また、グリッド電極とバス電極を分けて印刷し、且つグリッド電極とバス電極との重なり領域を小さくするために、グリッド電極の長手方向における端面とバス電極の側面とを接続する場合でも、バス電極の両側面部においてバス電極がグリッド電極の端部周辺上に重なって凹凸が発生する。このため、上記と同様に、凹凸部の凸部のみがタブ線にはんだ接合されてバス電極とタブ線との接合面積が小さくなることにより、バス電極とタブ線との間の電気抵抗が大きくなり、電力損失につながる。

上述したように、本発明の実施の形態１においては、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの間にクリアランス２４を設けることで、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとを分けて印刷してもグリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとが重なることがない。このため、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとのスクリーン印刷を分けて行う場合でもバス電極１３ｂの表面を平坦化でき、バス電極１３ｂ上に電極同士の重なった凹凸部が発生することなく、バス電極１３ｂとタブ線３１とのはんだ接合面積を安定して広く確保でき、且つグリッド電極１３ａとタブ線３１ともはんだ接合される。これにより、太陽電池セル１１で発電された電力を低損失で集電できる。

また、本発明の実施の形態１においては、バス電極１３ｂに切り欠き部２２を設けてグリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの間にクリアランス２４を設けているため、電極材の使用量を低減でき、製造コストを低減して太陽電池セル１１を安価に実現できる。また、受光面側電極１３とタブ線３１との接合において、さらにソルダーペースト等の導電材料を用いた場合でも、バス電極１３ｂの電極材は銀等の高価な材料であるのに対して、はんだ材料は非常に安価なため、一般的な太陽電池セルの電極よりも安価に電極を形成できる。

したがって、本発明の実施の形態１によれば、発電された電力を低損失で集電可能な太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを安価に実現できる。

実施の形態２．
本実施の形態２では、実施の形態１にかかる受光面側電極１３の変形例について説明する。以下に示す図においては、実施の形態１と同様の部材については同じ符号を付している。図１５は、本実施の形態２にかかる太陽電池セルのグリッド電極１３ａの形状を拡大して示す要部平面図である。図１６は、本実施の形態２にかかる太陽電池セルのバス電極１３ｂの形状を拡大して示す要部平面図である。図１７は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルにおける受光面側電極１３を拡大して示す要部平面図である。図１８は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルにおける受光面側電極１３の要部断面図であり、図１７における線分ＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩにおける要部断面図である。

グリッド電極１３ａで集電した電力を低損失で集電するためには、グリッド電極１３ａよりも断面積の大きなバス電極１３ｂ、さらにバス電極１３ｂよりも大きな断面積のタブ線３１へ、集電する必要がある。そこで、本実施の形態２にかかるグリッド電極１３ａは、図１５に示すように、長手方向において分割して形成され、分割されたそれぞれの端部であるグリッド電極端部４１が対向している。そして、グリッド電極端部４１は、グリッド電極１３ａの長手方向に直交する方向、すなわちバス電極１３ｂの長手方向を長手方向とする矩形形状とされ、グリッド電極１３ａは単結晶シリコン基板１２の面方向においてＴ形状を有する。すなわち、バス電極１３ｂの長手方向におけるグリッド電極端部４１の幅であるグリッド電極端部幅４３は、グリッド電極１３ａにおける他の部分のグリッド電極幅４２よりも幅広とされている。

また、図１６に示すように、本実施の形態２にかかるバス電極１３ｂは、側面２３に切り欠き部４４が設けられる。切り欠き部４４は、バス電極１３ｂの側面２３からバス電極１３ｂの短手方向、すなわち幅方向において内側に細長形状に凹んで、バス電極１３ｂの厚み方向に貫通する。切り欠き部４４の伸長方向は、単結晶シリコン基板１２の面方向においてグリッド電極１３ａの伸長方向と同じである。

また、切り欠き部４４は、単結晶シリコン基板１２の面方向において、グリッド電極端部４１の形状に対応して、且つグリッド電極端部４１の外形寸法よりも大きな寸法を有したＴ形状を有する。すなわち、切り欠き部４４は、幅方向における内側の部分に、バス電極１３ｂの長手方向に伸長する矩形形状の幅広切り欠き部４５を有する。幅広切り欠き部４５は、バス電極１３ｂの長手方向における幅である幅広切り欠き部幅４６が、切り欠き部４４における他の部分の幅である切り欠き部幅４７よりも幅広であり、且つグリッド電極端部幅４３よりも幅広とされる。そして、グリッド電極端部４１が幅広切り欠き部４５内に収納される状態で、グリッド電極１３ａが切り欠き部４４内に配置されることにより、受光面側電極１３が形成されている。

また、単結晶シリコン基板１２の面内において、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの間には、図１７に示すようにクリアランス２４が設けられている。クリアランス２４が設けられることにより、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとは直接接触することが無い。このため、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとは重なることがなく、バス電極１３ｂの表面に、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの重なりによる凹凸の発生が防止されている。

また、バス電極１３ｂが、幅広切り欠き部４５を有する切り欠き部４４を有することにより、バス電極１３ｂの電極材の使用量が抑制されている。

グリッド電極端部幅４３をグリッド電極幅４２よりも大きな値とすることで、上述した印刷位置のずれの許容値と印刷幅のずれの許容値とクリアランス２４の寸法との関係によっては、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとにおける対向する側面同士が接触しやすくなる。

図１９は、バス電極１３ｂの幅方向においてグリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとが接触した場合の受光面側電極１３を拡大して示す要部平面図である。たとえば図１９に示すように、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとが、バス電極１３ｂの幅方向において、印刷位置のずれの許容値内と印刷幅のずれの許容値内でずれて印刷形成された場合に、グリッド電極端部４１の右側の側面と、幅広切り欠き部４５の右側の側面とが接触することになる。

そして、バス電極１３ｂの幅方向およびバス電極１３ｂの長手方向の両方向において同様の現象が起き得る。このため、全てのグリッド電極端部４１において、バス電極１３ｂの幅広切り欠き部４５と接触する可能性が高まる。なお、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとが接触しない場合でも、グリッド電極１３ａおよびバス電極１３ｂはタブ線３１とはんだ接合されるため、電力損失が発生することはない。

図２０は、本発明の実施の形態２にかかる太陽電池セルにおける他の受光面側電極１３を拡大して示す要部平面図である。図２０に示すように、グリッド電極端部４１および幅広切り欠き部４５の形状を円形状とすることでも、グリッド電極端部４１が矩形の場合と同様に、上述した効果が得られる。

本発明の実施の形態２によれば、上述した実施の形態１における効果に加え、グリッド電極端部４１の形状を矩形もしくは円形とし、バス電極１３ｂの幅広切り欠き部４５をグリッド電極端部４１の形状に対応して且つグリッド電極端部４１の外形寸法よりも大きな寸法を有する形状とすることで、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの接触の可能性を高めることが可能となる。これにより、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの接触面積を増加させて、グリッド電極１３ａとバス電極１３ｂとの間の電力の取り出し効率に優れた太陽電池および太陽電池モジュールを実現できる。

以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。

１１，１１ａ，１１ｂ，１１ｃ太陽電池セル、１２単結晶シリコン基板、１２ａｎ型不純物拡散層、１２ｂｐ型単結晶シリコン基板、１３受光面側電極、１３ａグリッド電極、１３ｂバス電極、２１グリッド電極端部、２２，４４切り欠き部、２３側面、２４クリアランス、２５当接面、２６重なり幅、３１タブ線、４１グリッド電極端部、４２グリッド電極幅、４３グリッド電極端部幅、４５幅広切り欠き部、４６幅広切り欠き部幅、４７切り欠き部幅。

Claims

ｐｎ接合を有する半導体基板の一面上に、前記半導体基板の面方向における第１方向に伸長して配置される細長形状のグリッド電極と、前記第１方向と交差する第２方向に伸長して前記グリッド電極よりも太幅のバス電極とからなる電極を備え、
前記バス電極は、前記第２方向における側面から前記第１方向において内側に凹んだ切り欠き部を有し、
前記グリッド電極は、前記バス電極と重ならない状態で前記バス電極側の端部が前記切り欠き部内に収納されており、
前記グリッド電極における前記バス電極側の端部が、前記グリッド電極における前記切り欠き部内の他の部分よりも幅広であること、
を特徴とする太陽電池セル。
前記グリッド電極は、前記切り欠き部内において、側面の一部が前記バス電極の側面と接触しているとともに前記バス電極の他の側面との間にクリアランスを有して、前記バス電極と重ならない状態で前記バス電極側の端部が前記切り欠き部内に収納されていること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
前記グリッド電極は、前記切り欠き部内において、前記バス電極の全ての側面との間にクリアランスを有して、前記バス電極と重ならない状態で前記バス電極側の端部が前記切り欠き部内に収納されていること、
を特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
請求項１から３のいずれか１つに記載の太陽電池セルの前記バス電極に、表面がはんだで被覆されたタブ線が電気的に接続された太陽電池モジュールであって、
前記タブ線は、前記第２方向に沿って前記グリッド電極の端部が収納された前記切り欠き部上を含む前記バス電極上に配置された状態で、前記バス電極および前記切り欠き部内に収納された前記グリッド電極の端部と前記はんだにより接続されていること、
を特徴とする太陽電池モジュール。
前記グリッド電極と前記バス電極とは、厚さが同じ厚さである、または厚さの差が前記タブ線の表面を被覆している前記はんだの厚さ以下の厚さであること、
を特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
前記切り欠き部における前記バス電極の側面と前記切り欠き部内に収納された前記グリッド電極の端部の側面とがはんだにより接合されていること、
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。
前記切り欠き部における前記バス電極の側面と前記切り欠き部内に収納された前記グリッド電極の端部の側面との間が、前記はんだで満たされていること、
を特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
半導体基板にｐｎ接合を形成する第１工程と、
前記ｐｎ接合を有する半導体基板の一面上に、前記半導体基板の面方向における第１方向に伸長して配置される細長形状のグリッド電極と、前記第１方向と交差する第２方向に伸長して前記グリッド電極よりも太幅のバス電極とからなる電極を形成する第２工程と、
を含み、
前記第２工程は、
前記第２方向における側面から前記第１方向において内側に凹んだ切り欠き部を有する前記バス電極を、形成する第３工程と、
前記切り欠き部内において、前記バス電極と重ならない状態で前記バス電極側の端部が前記切り欠き部内に収納される前記グリッド電極を、前記第３工程と異なる工程で形成する第４工程と、
を含み、
前記グリッド電極における前記バス電極側の端部が、前記グリッド電極における前記切り欠き部内の他の部分よりも幅広であること、
を特徴とする太陽電池セルの製造方法。
前記第４工程では、前記切り欠き部内において、前記グリッド電極の側面の一部が前記バス電極の側面と接触するとともに前記バス電極の他の側面との間にクリアランスを有して、前記バス電極と重ならない状態で前記バス電極側の端部が前記切り欠き部内に収納される前記グリッド電極を形成すること、
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池セルの製造方法。
前記第４工程では、前記切り欠き部内において、前記グリッド電極と前記バス電極の全ての側面との間にクリアランスを有して、前記バス電極と重ならない状態で前記バス電極側の端部が前記切り欠き部内に収納される前記グリッド電極を形成すること、
を特徴とする請求項８に記載の太陽電池セルの製造方法。
前記クリアランスの幅を、前記グリッド電極および前記バス電極のそれぞれの印刷位置のずれの許容値と印刷幅のずれの許容値との和よりも大きな値とすること、
を特徴とする請求項９または１０に記載の太陽電池セルの製造方法。
請求項８から１０のいずれか１つに記載の太陽電池セルの製造方法により太陽電池セルを形成する工程と、
表面がはんだで被覆されたタブ線を、前記グリッド電極の端部が収納された前記切り欠き部上を含む前記バス電極上に前記第２方向に沿って配置する第５工程と、
前記タブ線を加熱することにより、前記切り欠き部に収納された前記グリッド電極の端部および前記バス電極と、前記タブ線と、を前記はんだによって接合する第６工程と、
を含むことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
前記グリッド電極と前記バス電極とにおいて、厚さを同じ厚さにする、または厚さの差を前記タブ線の表面を被覆する前記はんだの厚さ以下の厚さにすること、
を特徴とする請求項１２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記第６工程では、前記切り欠き部における前記バス電極の側面と前記切り欠き部内に収納された前記グリッド電極の端部の側面とを前記はんだにより接合すること、
を特徴とする請求項１２または１３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
前記第６工程では、前記切り欠き部における前記バス電極の側面と前記切り欠き部内に収納された前記グリッド電極の端部の側面との間を前記はんだで満たすこと、
を特徴とする請求項１４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。