JP5953165B2 - 補助バスバー電極を備える太陽電池素子および太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池素子およびこれを用いた太陽電池モジュールに関し、特に、通常のバスバー電極以外に補助的なバスバー電極を備える太陽電池素子と、当該太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールとに関する。

一般的な結晶シリコン太陽電池素子は、ｐｎ接合された半導体基板の表面（受光面）に、フィンガー電極およびバスバー電極といった集電電極が形成され、裏面に金属膜等からなる裏面電極が形成された構成となっている。

フィンガー電極は、受光面上に多数並列配置された細長い電極であって、半導体基板から発生した光電流を収集する。バスバー電極は、フィンガー電極に対して交差するように配置された帯状の電極であり、個々のフィンガー電極で収集された光電流をさらに集電して外部に出力する。

このような太陽電池素子は、単独で用いることもできるが、複数の太陽電池素子を並列に配置させ直列接続した太陽電池モジュールとして用いられることが多い。この場合、インターコネクタにより各太陽電池素子のバスバー電極同士が接続されており、これにより複数の太陽電池素子がモジュール化される。

フィンガー電極およびバスバー電極は、通常、銀粉末（銀粒子）を含有する導電性ペーストを用いて所定のパターンで半導体基板上にスクリーン印刷し、所定の条件で焼成等の処理を行うことによって形成される。したがって、フィンガー電極およびバスバー電極は、光を透過しない金属膜となっているので、これら集電電極は、太陽電池素子の受光面において光の入射を妨げることになる。それゆえ、集電電極の総面積が大きくなると太陽電池素子の発電効率が低下する。

具体的には、まず、フィンガー電極について見れば、フィンガー電極の線幅が狭く（細く）なるほど半導体基板に入射する光の量を増加させることができるが、その反面、細線化によりフィンガー電極の配線抵抗が増大してしまう。これに対して、フィンガー電極の配線抵抗を小さくするためにその線幅を広く（太く）すると、集電電極による遮光面積（シャドーロス）が大きくなるため、受光面において入射光を受光できる実体的な面積（受光面積）が減少してしまい、半導体基板に入射する光の量が少なくなるので発電効率が低下する。

そこで、太陽電池素子の発電効率を高くするためには、通常、フィンガー電極の線幅を狭くして受光面積の減少を回避するとともに、フィンガー電極の配線抵抗の増大を回避するためにフィンガー電極の高さ（厚み）を大きくすることにより、その断面積を大きくする（アスペクト比を増加させる）ことが行われている。フィンガー電極の断面積を大きくする方法としては、通常、複数回のスクリーン印刷を行う方法が知られている。なお、スクリーン印刷の回数が増加すると製造工程が煩雑化するため、太陽電池素子の生産においては大きな負荷となる。

また、配線抵抗の増大を回避しつつフィンガー電極を細線化することが可能であれば、受光面積が実質的に減少しないと見なせる範囲で、フィンガー電極の本数を増やすことも可能になる。これにより、受光面からの光電流の収集効率を上げることが可能となる。なお、フィンガー電極の本数は、太陽電池素子の本体である半導体基板の性能（特にシート抵抗）に応じて設定することができる。

ここで、フィンガー電極の線幅を細線化した場合、スクリーン印刷で形成された導電性ペーストのパターンにかすれが生じることがある。そこで、特許文献１には、バスバー電極の長手方向の少なくとも１個所に「括れ部」を設けるとともに、バスバー電極の寸法を所定の条件に設定する構成の太陽電池が開示されている。バスバー電極をこのように設計することで、バスバー電極の印刷方向側のフィンガー電極に発生するフィンガー電極のかすれを低減することができるとされている。なお、この文献に開示されるバスバー電極の最大幅は０．５〜２ｍｍであり、フィンガー電極の線幅は１００μｍ以下である。

また、バスバー電極について見れば、バスバー電極は、太陽電池素子の外部に集電した光電流を出力するための電極であるため、その線幅は、接続対象である外部電力線またはインターコネクタ等の幅に影響を受ける。通常、外部電力線またはインターコネクタはタブ化されており、その幅は抵抗損失等を考慮した上で最適化されているので、バスバー電極の幅も、このタブの幅に合わせて決定される。

また、バスバー電極の本数は、太陽電池素子の大きさ（半導体基板の面積）に影響を受ける。太陽電池素子が小さい場合には受光面積も小さいためバスバー電極は１本でよいが、太陽電池素子が大きくなるとフィンガー電極を長くする必要性が生じるため、これに伴ってフィンガー電極の配線抵抗が大きくなる。そこで、フィンガー電極をできるだけ短くするために、複数本のバスバー電極が設けられる。

一般的なバスバー電極の本数は２〜３本であることが知られており、例えば、特許文献２には、従来は２本であったバスバー電極を３本にした太陽電池モジュールが開示されている。なお、この文献に開示されるバスバー電極の線幅は０．５〜２ｍｍの範囲内であり、フィンガー電極の線幅は０．０５〜０．１ｍｍの範囲内である。

ただし、単にバスバー電極の本数を増やすだけではシャドーロスにより受光面積が減少してしまうので、本数の増加に合わせてバスバー電極の線幅を狭くする必要性が生じる。例えば、バスバー電極が２本の場合には、当該バスバー電極の線幅は１．７ｍｍ程度であるが、バスバー電極が３本に増加すれば、当該バスバー電極の線幅は１．５ｍｍ程度である。また、最近、バスバー電極を４本備える太陽電池素子も提案されているが、この場合、バスバー電極の線幅は１．０ｍｍ程度となっている。

特開２０１１−１８７８８２号公報 特開２００５−３５３８５１号公報

このように、太陽電池素子の性能の向上を図るためには、半導体基板の性能に合わせて、フィンガー電極の幅、フィンガー電極の本数、フィンガー電極の断面積（あるいはスクリーン印刷回数）、バスバー電極の本数等の要員を最適化することが重要となる。しかしながら、これら要員はそれぞれ連動しているため、その最適化は容易ではない。

例えば、フィンガー電極の配線抵抗の増大を回避するためにバスバー電極の本数を増やそうとすると、シャドーロスによる受光面積の減少を抑制するためにバスバー電極の細線化が必要となる。ところが、バスバー電極はタブに接続できる程度の幅が必要となるため過剰な細線化はできない。

前述した特許文献１および２では、バスバー電極の線幅は０．５〜２．０ｍｍの範囲内とされているが、受光面積の減少を抑制し、かつ、タブへの接続を可能とするためには、実際に使用可能なバスバー電極の細線化は、４本の場合の１．０ｍｍが限界であって、バスバー電極の線幅を１．０ｍｍ未満に細線化することは、技術常識的には困難とされている。

また、バスバー電極の本数増加および細線化を回避しつつフィンガー電極の配線抵抗の増加を回避するためには、フィンガー電極を細線化し、かつ、その断面積を大きくすることになる。しかしながら、断面積を大きくするためには、通常、スクリーン印刷の回数を増加させることになるので、太陽電池素子の製造工程の煩雑化を招くとともに、製造コストも上昇する。

本発明はこのような課題を解決するためになされたものであって、フィンガー電極の断面積の増大を抑制しつつ細線化を可能とし、かつ、バスバー電極の本数増加および細線化も抑制し、優れた変換効率を実現することが可能な太陽電池素子および太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明に係る太陽電池素子は、前記の課題を解決するために、半導体基板の受光面上に、当該半導体基板を横断するように並列に配置される、複数本の帯状のバスバー電極と、前記バスバー電極に交差した位置関係で並列に配置される、複数の線状のフィンガー電極と、を備える太陽電池素子であって、さらに、前記バスバー電極よりも線幅が狭い帯状であって、前記フィンガー電極から集電した光電流を前記バスバー電極に供給する、補助バスバー電極を備えている構成である。

前記構成によれば、バスバー電極に加えて補助バスバー電極を設けることにより、フィンガー電極から収集した光電流を、補助バスバー電極を介してバスバー電極に収集することができる。これにより、バスバー電極の本数を実質的に増やすことなくフィンガー電極を短くすることが可能となって、フィンガー電極の配線抵抗の増大を有効に抑制することができる。また、補助バスバー電極がバスバー電極よりも細線化されていることから、受光面積の実質的な減少を抑制することができる。

その結果、フィンガー電極の断面積をあまり大きくせずに細線化することができるとともに、バスバー電極の本数増加および細線化も抑制することができるため、優れた変換効率を実現する太陽電池素子を得ることができる。

また、フィンガー電極を細線化してもその断面積を相対的に小さくすることができれば、従来よりもスクリーン印刷の回数を減らすことが可能となるので、製造工程の簡素化を図ることもできる。

前記構成の太陽電池素子においては、前記補助バスバー電極には、前記バスバー電極に対して平行となる位置関係で、前記半導体基板を横断するように並列に配置され、かつ、前記フィンガー電極に接続されているアシストバスバー電極と、前記バスバー電極に対して交差する位置関係で、前記半導体基板を縦断するように並列に配置され、前記アシストバスバー電極および前記バスバー電極に接続されているバイパスバスバー電極と、が含まれる構成であってもよい。

また、前記構成の太陽電池素子においては、前記補助バスバー電極の線幅は、１．０ｍｍ未満である構成であってもよい。

また、前記構成の太陽電池素子においては、前記半導体基板が矩形であって、前記バスバー電極および前記アシストバスバー電極が、前記半導体基板の横方向の辺に平行となるように形成されている場合には、前記アシストバスバー電極は、複数の前記バスバー電極と、当該バスバー電極に平行な前記横方向の辺との間に、それぞれ同じ本数設けられている構成であってもよい。

また、前記構成の太陽電池素子においては、前記バイパスバスバー電極は、半導体基板を縦方向に二分割したときに、各分割区域にそれぞれ同じ本数となるように設けられている構成であってもよい。

さらに、本発明には、前記構成の太陽電池素子を備えている太陽電池モジュールも含まれる。

本発明では、以上の構成により、フィンガー電極の断面積の増大を抑制しつつ細線化を可能とし、かつ、バスバー電極の本数増加および細線化も抑制し、優れた変換効率を実現することが可能な太陽電池素子および太陽電池モジュールを提供することができる、という効果を奏する。

本発明に係る太陽電池素子の概略構成を示す模式的な部分斜視図である。 （ａ）および（ｂ）は、本発明に係る太陽電池素子におけるバスバー電極および補助バスバー電極の配置の一例を示す模式的平面図であり、（ｃ）は、（ａ）または（ｂ）に示す太陽電池素子に対応する、従来の太陽電池素子におけるバスバー電極の配置を示す模式的平面図である。 （ａ）は、本発明に係る太陽電池素子におけるバスバー電極および補助バスバー電極の配置の他の例を示す模式的平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す太陽電池素子に対応する、従来の太陽電池素子におけるバスバー電極の配置を示す模式的平面図である。 本発明に係る太陽電池モジュールの概略構成を示す模式的斜視図である。

以下、本発明の好ましい実施の形態を、図面を参照しながら説明する。なお、以下では全ての図を通じて同一又は相当する要素には同一の参照符号を付して、その重複する説明を省略する。

［太陽電池素子の構成］
まず、本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の構成例について、図１を参照して具体的に説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る太陽電池素子１０（太陽電池セル）は、集電電極１１〜１４および半導体基板２０から構成されており、半導体基板２０は、反射防止層２１、Ｎ型拡散層２２、Ｐ型シリコン基板２３および裏面電極２４を備えている。

半導体基板２０のうちＮ型拡散層２２はＰ型シリコン基板２３の表面に形成されており、反射防止層２１および集電電極１１〜１４はこのＮ型拡散層２２の上に形成されている。また、裏面電極２４はＰ型シリコン基板２３の裏面に形成されている。このような構成の太陽電池素子１０は、シリコンからなるＰ型シリコン基板２３の受光面側（表面側）に、不純物のＮ型拡散層２２と、窒化シリコン、酸化シリコンまたは酸化チタン等からなる絶縁性の反射防止層２１とが順次形成されることによって製造される。

Ｐ型シリコン基板２３は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンにより構成される。Ｐ型シリコン基板２３は、例えば、引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを１００〜３００μｍ程度の厚みにスライスすることにより得られる。

Ｎ型拡散層２２は、Ｐ型シリコン基板２３の受光面（表面）に、リンなどの不純物を拡散させることにより形成される、Ｐ型シリコン基板２３の逆の導電型であるＮ型を呈する層である。このＮ型拡散層２２は、例えば、Ｐ型シリコン基板２３を炉中に配置して、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ₃ ）などの中で加熱することによって形成される。なお、シリコン基板２３の導電型がＮ型であれば拡散層２２はＰ型とすればよい。

反射防止層２１は、反射防止機能と併せて太陽電池素子１０の保護のためにＮ型拡散層２２の受光面側に形成される層である。反射防止層２１が窒化シリコン膜である場合には、例えば、シラン（ＳｉＨ₄ ）とアンモニア（ＮＨ₃ ）の混合ガスをグロー放電分解でプラズマ化して堆積させるプラズマＣＶＤ法等で形成される。例えば、反射防止層２１はＰ型シリコン基板２３との屈折率差などを考慮して、屈折率が１．８〜２．３程度になるようにされ、０．０５μｍないし１．０μｍ程度の厚みに形成される。

Ｐ型シリコン基板２３の表面には集電電極１１〜１４が形成され、裏面には裏面電極２４が形成される。なお、裏面には太陽電池素子１０の出力を向上させるために、必要に応じてＢＳＦ（Back Surface Field）層を形成してもよい。

本実施の形態では、集電電極１１〜１４は、後述するように、バスバー電極１１、フィンガー電極１２、および補助バスバー電極１３，１４から構成されている。また、裏面電極２４も、図示しないバスバー電極およびフィンガー電極として構成されていればよいし、公知の他の形状で構成されてもよい。

集電電極１１〜１４および裏面電極２４は、公知の導電性ペーストを用いてスクリーン印刷法により形成することができる。具体的には、集電電極１１〜１４を例に挙げれば、反射防止層２１の上面に、スクリーン印刷により導電性ペーストの所定パターンの塗膜を形成し、当該塗膜を所定範囲のピーク温度となるように数十秒〜数十分間焼成する。焼成時には、有機バインダの脱バインダが生じて導電性粒子が焼結されるとともに、導電性ペーストに含まれるガラスフリットの作用によってファイヤースルーが生じる。それゆえ、反射防止層２１を貫通してＮ型拡散層２２にオーミック接続する集電電極１１〜１４が形成される。

特に本実施の形態では、集電電極１１〜１４のパターンは、従来のバスバー電極およびフィンガー電極のみからなるパターンではなく、補助バスバー電極１３，１４を含むとともに、フィンガー電極１２も細線化した精細なパターンとなる。このような精細なパターンは、例えば、本願出願人による特許４７５４６５５号に開示される太陽電池素子の電極形成用導電性ペーストを好適に用いることができる。

［集電電極の構成］
次に、集電電極１１〜１４の構成例について、図１に加えて、図２（ａ），（ｂ）および図３（ａ）を参照して具体的に説明する。なお、図２（ａ），（ｂ）および図３（ａ）では、バスバー電極１１および補助バスバー電極１３，１４の配置（レイアウト）を説明する便宜上、フィンガー電極１２は図示せず、バスバー電極１１を黒い帯状に図示し、補助バスバー電極１３，１４を白抜きの帯状に図示している。

前述したように、本実施の形態では、集電電極として、バスバー電極１１、フィンガー電極１２および補助バスバー電極１３，１４が、半導体基板２０の受光面上に形成されている。

バスバー電極１１は、図２（ａ）または図３（ａ）に示すように、半導体基板２０を横断するように並列に配置される帯状の電極であって、１つの太陽電池素子１０に複数本も受けられている。例えば、図２（ａ）に示す太陽電池素子１０Ａまたは図２（ｂ）に示す太陽電池素子１０Ｂには、バスバー電極１１が２本設けられており、図３（ｂ）に示す太陽電池素子１０Ｃには、バスバー電極１１が３本設けられている。また、フィンガー電極１２は、図１に示すように、バスバー電極１１に直交した位置関係で並列に配置される複数の線状の電極である。

フィンガー電極１２は、受光面からの入射光によって半導体基板２０（厳密にはＰ型シリコン基板２３）に発生した光電流を収集する電極であり、受光面全体に亘って並列配置している。バスバー電極１１は、フィンガー電極１２に接続されており、個々のフィンガー電極１２で収集された光電流をさらに集電して外部に出力する。

なお、本実施の形態では、バスバー電極１１が配線されている方向を「横方向」とし、フィンガー電極１２が配線されている方向を「縦方向」とする。また、バスバー電極１１とフィンガー電極１２とは、図１に示すように直交していることが好ましいが、種々の条件によっては、直交せずに鋭角を形成するように交差してもよい。

バスバー電極１１の線幅Ｗ１１は特に限定されないが、外部電力線またはインターコネクタ等のタブに好適に接続できる程度の幅を確保し、かつ、受光面における受光面積の減少を回避する観点から、Ｗ１１＝１．０〜２．０ｍｍの範囲内であればよい。

また、フィンガー電極１２の線幅Ｗ１２も特に限定されないが、配線抵抗の増大を回避し、かつ、受光面積の減少を回避する観点から、Ｗ１２≦０．１ｍｍ（１００μｍ）であればよい。なお、線幅Ｗ１２の下限値は、スクリーン印刷等の手法によって形成可能な最小値に設定することができるので、特に限定されない。

さらに本実施の形態では、図１に示すように、バスバー電極１１およびフィンガー電極１２に加えて補助バスバー電極１３，１４が受光面に形成されている。このうち一方の補助バスバー電極１３は、バスバー電極１１に対して平行に設けられており、他方の補助バスバー電極１４は、フィンガー電極１２に対して平行（すなわちバスバー電極１１に対して直交するように）に設けられている。

ここで、バスバー電極１１と補助バスバー電極１３，１４とを明確に区別する便宜上、バスバー電極１１を「メインバスバー電極１１」と称する。また、補助バスバー電極１３，１４についても、説明の便宜上、前者を「アシストバスバー電極１３」と称し、後者を「バイパスバスバー電極１４」と称する。さらに、以下の説明では、メインバスバー電極１１と補助バスバー電極１３，１４とをまとめて、広義の「バスバー電極」と称する場合がある。

補助バスバー電極１３，１４は、いずれもメインバスバー電極１１と同様に、フィンガー電極１２で収集された光電流をさらに集電する電極であるが、メインバスバー電極１１とは異なりタブには接続されない。代わりに、メインバスバー電極１１よりも線幅が狭く（細く）形成され、フィンガー電極１２から集電した光電流をメインバスバー電極１１に供給するように構成されている。

図１に示すように、補助バスバー電極１３，１４のうちアシストバスバー電極１３は、メインバスバー電極１１に対して平行となる位置関係で、半導体基板２０を横断するように並列に配置され、かつ、フィンガー電極１２に接続されている。一方、バイパスバスバー電極１４は、メインバスバー電極１１に対して交差する位置関係で、半導体基板２０を縦断するように並列に配置され、アシストバスバー電極１３およびメインバスバー電極１１に接続されている。それゆえ、複数のフィンガー電極１２からの光電流は、一旦アシストバスバー電極１３に収集され、さらにバイパスバスバー電極１４を介してメインバスバー電極１１に供給される。

このようにアシストバスバー電極１３は、メインバスバー電極１１と同様にフィンガー電極１２からの光電流を収集するため、メインバスバー電極１１による光電流の収集をアシストするように機能する。また、バイパスバスバー電極１４は、フィンガー電極１２には接続されていないが、メインバスバー電極１１とアシストバスバー電極１３とをつなぐように配線され、アシストバスバー電極１３から収集された光電流をメインバスバー電極１１に供給するので、メインバスバー電極１１−アシストバスバー電極１３間のバイパス配線のように機能する。

補助バスバー電極１３，１４の線幅Ｗ１３，Ｗ１４は、メインバスバー電極１１の線幅Ｗ１１よりも細ければ特に限定されない。すなわち、太陽電池素子１０の受光面積と、補助バスバー電極１３，１４の本数と（必要に応じて他の条件と）に応じて、受光面積の減少を回避（または抑制）し得る程度の線幅に設定することができる。具体的な線幅Ｗ１３，Ｗ１４としては、その上限が１．０ｍｍ未満であればよい。これは、補助バスバー電極１３，１４はタブに接続する必要がないためであるので、必要に応じて１．０ｍｍ以上であってもよい。

またＷ１３，Ｗ１４の下限についても、補助バスバー電極１３，１４として機能できるのであれば特に限定されないが、一般的には、フィンガー電極１２よりも太い方が好ましい。アシストバスバー電極１３もバイパスバスバー電極１４も、複数のフィンガー電極１２から収集した光電流を良好に通電させてメインバスバー電極１１に供給する必要があるので、少なくともフィンガー電極１２によりも線幅が大きいことが好ましい。

ここで、メインバスバー電極１１の線幅Ｗ１１を基準とした場合、補助バスバー電極１３，１４の線幅Ｗ１３，Ｗ１４の線幅は、例えば、線幅Ｗ１１の１／１２〜１／４の範囲内に設定することができる。具体的な一例としては、線幅Ｗ１１＝１．５ｍｍであれば、線幅Ｗ１３またはＷ１４は、０．１２５ｍｍ以上０．３７５ｍｍ以下であればよい。また、線幅Ｗ１１＝１．０ｍｍであれば、線幅Ｗ１３またはＷ１４は、０．０８３ｍｍ以上０．２５ｍｍ以下であればよい。

また、アシストバスバー電極１３とバイパスバスバー電極１４とは同じ線幅であってもよいし、異なる線幅であってもよい。基本的には同じ線幅であればよいが、例えば、１本のバイパスバスバー電極１４で多数のアシストバスバー電極１３から光電流を収集する場合には、線幅Ｗ１４を線幅Ｗ１３よりも太くしてもよい。

したがって、メインバスバー電極１１の線幅Ｗ１１、フィンガー電極１２の線幅Ｗ１２、アシストバスバー電極１３の線幅Ｗ１３、およびバイパスバスバー電極１４の線幅Ｗ１４の大小関係をまとめると、基本的には、Ｗ１１＞Ｗ１４＝Ｗ１３＞Ｗ１２またはＷ１１＞Ｗ１４≒Ｗ１３＞Ｗ１２であればよい。

このように、太陽電池素子１０においては、メインバスバー電極１１に加えてアシストバスバー電極１３およびバイパスバスバー電極１４という補助バスバー電極を備えている。これにより、フィンガー電極１２から収集した光電流を、アシストバスバー電極１３およびバイパスバスバー電極１４を介してメインバスバー電極１１に収集することができる。

これにより、半導体基板２０の受光面に、メインバスバー電極１１だけでなくアシストバスバー電極１３を配置することになるので、これら「バスバー電極」の間隔、すなわち、フィンガー電極１２の長さを短くすることが可能となる。これにより、メインバスバー電極１１の本数を実質的に増やすことなくフィンガー電極１２の配線抵抗の増大を抑制することができる。また、アシストバスバー電極１３もバイパスバスバー電極１４もメインバスバー電極１１よりも細線化されていることから、受光面積の実質的な減少を抑制することができる。

これにより、フィンガー電極１２の断面積をあまり大きくせずに細線化することができるとともに、メインバスバー電極１１の本数増加および細線化も抑制することができる。また、フィンガー電極１２を細線化してもその断面積を相対的に小さくすることができるということは、従来よりもスクリーン印刷の回数を減らすことが可能となる。それゆえ、太陽電池素子１０の製造工程の簡素化を図ることもできる。

［補助バスバー電極の配置例］
次に、補助バスバー電極１３，１４の半導体基板２０上の配置例（形成例）について、図２（ａ）〜（ｃ）および図３（ａ），（ｂ）を参照して具体的に説明する。なお、図２（ｃ）および図３（ｂ）についても、図２（ａ），（ｂ）および図３（ｂ）と同様に、バスバー電極１１を黒い帯状に図示し、フィンガー電極１２については図示していない。

例えば、図２（ｃ）に示すように、従来の太陽電池素子１００Ａが、補助バスバー電極１３，１４を備えておらず３本のメインバスバー電極１１を備えており、メインバスバー電極１１の線幅Ｗ１１が１．５ｍｍであるとする。これに対して本実施の形態では、図２（ａ）に示す太陽電池素子１０Ａのように、３本のアシストバスバー電極１３と２本のバイパスバスバー電極１４とを備え、メインバスバー電極１１を２本とする配置例を採用することができ、あるいは、図２（ｂ）に示す太陽電池素子１０Ｂのように、６本のアシストバスバー電極１３と４本のバイパスバスバー電極１４とを備え、メインバスバー電極１１を２本とする配置例を採用することができる。

図２（ａ）に示す太陽電池素子１０Ａでは、矩形の半導体基板２０の上半分側に、当該半導体基板２０を横断するように１本のメインバスバー電極１１が設けられ、下半分側にもう１本のメインバスバー電極１１が同様に設けられている。そして、２本のメインバスバー電極１１の間に、これら電極に平行となるように１本のアシストバスバー電極１３が設けられており、上側のメインバスバー電極１１と半導体基板２０の上辺との間に１本のアシストバスバー電極１３が設けられおり、下側のメインバスバー電極１１と半導体基板２０の下辺との間に１本のアシストバスバー電極１３が設けられている。また、半導体基板２０の右半分側に、当該半導体基板２０を縦断するように１本のバイパスバスバー電極１４が設けられおり、左半分側にもう１本のバイパスバスバー電極１４が設けられている。

このようなレイアウトの太陽電池素子１０Ａにおいては、メインバスバー電極１１の線幅Ｗ１１は、従来と同じく１．５ｍｍであるが、アシストバスバー電極１３の線幅Ｗ１３およびバイパスバスバー電極１４の線幅Ｗ１４は、いずれも０．３ｍｍ（線幅Ｗ１１の１／５）である。つまり、このレイアウトでは、従来の太陽電池素子１００Ａのメインバスバー電極１１の１本分を、横３本および縦２本（計５本）の補助バスバー電極１３，１４に分割していることになる。

それゆえ、太陽電池素子１０Ａは、見かけ上では５本の「バスバー電極」を備えていることになるが、合計５本の補助バスバー電極１３，１４によるシャドーロスは、０．３ｍｍ×５本＝１．５ｍｍ×１本となる。そのため、太陽電池素子１０Ａ全体としてのシャドーロスは、従来の太陽電池素子１００Ａと同様に３本のメインバスバー電極１１を備えているレイアウトと同じ面積となる。したがって、受光面積の減少を有効に回避することができる。

また、図２（ｂ）に示す太陽電池素子１０Ｂでは、前述した太陽電池素子１０Ａと同様に２本のメインバスバー電極１１が設けられているが、２本のメインバスバー電極１１の間に、これら電極に平行となるように２本のアシストバスバー電極１３が設けられており、上側のメインバスバー電極１１と半導体基板２０の上辺との間に２本のアシストバスバー電極１３が設けられおり、下側のメインバスバー電極１１と半導体基板２０の下辺との間に２本のアシストバスバー電極１３が設けられている。また、半導体基板２０の右半分側に、当該半導体基板２０を縦断するように２本のバイパスバスバー電極１４が設けられおり、左半分側にも２本のバイパスバスバー電極１４が設けられている。

このようなレイアウトの太陽電池素子１０Ｂにおいては、メインバスバー電極１１の線幅Ｗ１１は、従来と同じく１．５ｍｍであるが、アシストバスバー電極１３の線幅Ｗ１３およびバイパスバスバー電極１４の線幅Ｗ１４は、いずれも０．１５ｍｍ（線幅Ｗ１１の１／１０）である。つまり、このレイアウトでは、従来の太陽電池素子１００Ａのメインバスバー電極１１の１本分を、横６本および縦４本（計１０本）の補助バスバー電極１３，１４に分割していることになる。

それゆえ、太陽電池素子１０Ｂは、見かけ上では８本の「バスバー電極」を備えていることになるが、合計１０本の補助バスバー電極１３，１４によるシャドーロスは、０．１５ｍｍ×１０本＝１．５ｍｍ×１本となる。そのため、太陽電池素子１０Ｂ全体としてのシャドーロスは、従来の太陽電池素子１００Ａと同様に３本のメインバスバー電極１１を備えているレイアウトと同じ面積となる。したがって、このようなレイアウトであっても、受光面積の減少を有効に回避することができる。

他の例として、図３（ｂ）に示すように、従来の太陽電池素子１００Ｂが、補助バスバー電極１３，１４を備えておらず４本のメインバスバー電極１１を備えており、メインバスバー電極１１の線幅Ｗ１１が１．０ｍｍであるとする。これに対して本実施の形態では、図３（ａ）に示す太陽電池素子１０Ｃのように、４本のアシストバスバー電極１３と２本のバイパスバスバー電極１４とを備え、メインバスバー電極１１を３本とする配置例を採用することができる。

具体的には、太陽電池素子１０Ｃでは、矩形の半導体基板２０の上半分側に、当該半導体基板２０を横断するように１本のメインバスバー電極１１が設けられ、中央付近においても半導体基板２０を横断するように１本のメインバスバー電極１１が設けられ、下半分側にも、もう１本のメインバスバー電極１１が同様に設けられている。

そして、３本のメインバスバー電極１１のそれぞれの間に、これら電極に平行となるようにアシストバスバー電極１３が１本ずつ設けられており、上側のメインバスバー電極１１と半導体基板２０の上辺との間に１本のアシストバスバー電極１３が設けられおり、下側のメインバスバー電極１１と半導体基板２０の下辺との間に１本のアシストバスバー電極１３が設けられている。また、半導体基板２０の右半分側に、当該半導体基板２０を縦断するように１本のバイパスバスバー電極１４が設けられおり、左半分側にもう１本のバイパスバスバー電極１４が設けられている。

このようなレイアウトの太陽電池素子１０Ｃにおいては、メインバスバー電極１１の線幅Ｗ１１は、従来と同じく１．０ｍｍであるが、アシストバスバー電極１３の線幅Ｗ１３は０．２ｍｍ（線幅Ｗ１１の１／５）であり、バイパスバスバー電極１４の線幅Ｗ１４は０．１ｍｍ（線幅Ｗ１１の１／１０）である。つまり、このレイアウトでは、従来の太陽電池素子１００Ｂのメインバスバー電極１１の１本分を、横４本および縦２本（合計６本）の補助バスバー電極１３，１４に分割していることになる。

それゆえ、太陽電池素子１０Ｃは、見かけ上では７本の「バスバー電極」を備えていることになるが、合計６本の補助バスバー電極１３，１４によるシャドーロスは、０．２ｍｍ×４本＋０．１ｍｍ×２本＝１．０ｍｍ×１本となる。そのため、太陽電池素子１０Ｃ全体としてのシャドーロスは、従来の太陽電池素子１００Ｂと同様に４本のメインバスバー電極１１を備えているレイアウトと同じ面積となる。したがって、このようなレイアウトであっても、受光面積の減少を有効に回避することができる。

なお、補助バスバー電極１３，１４の線幅Ｗ１３，Ｗ１４は、１本のメインバスバー電極１１の線幅Ｗ１１と完全に一致するように設定される必要はなく、光電流の収集効率に大きな影響を及ぼさなければ少し増減してもよい。

例えば、太陽電池素子１０Ａにおいて、バイパスバスバー電極１４の線幅Ｗ１４を０．３ｍｍではなく０．２５ｍｍに設定してもよい。この場合、合計５本の補助バスバー電極１３，１４によるシャドーロスは、０．３ｍｍ×３本＋０．２５ｍｍ×２本＝１．４ｍｍ≒１．５ｍｍ×０．９３本となるが、このように、従来の太陽電池素子１００Ａと比較して「バスバー電極」が約０．０７本分減少したレイアウトであっても実施可能である。

あるいは、太陽電池素子１０Ｃにおいて、バイパスバスバー電極１４の線幅Ｗ１４を０．１ｍｍではなく０．２ｍｍに設定してもよい。この場合、合計６本の補助バスバー電極１３，１４によるシャドーロスは、０．２ｍｍ×６本＝１．２ｍｍ＝１．０ｍｍ×１．２本となるが、このように、従来の太陽電池素子１００Ｂと比較して、「バスバー電極」が１／５本分増えたレイアウトであっても、受光面積の減少を有効に抑制することができるので、実現可能である。

このように、補助バスバー電極１３，１４は、半導体基板２０の受光面上でどのように配置されてもよいが、アシストバスバー電極１３は、複数のメインバスバー電極１１と、当該メインバスバー電極１１に平行な半導体基板２０の横方向の辺との間に、それぞれ同じ本数設けられていることが好ましい。また、バイパスバスバー電極１４は、半導体基板２０を縦方向に左右二分割したときに、左右の各分割区域それぞれに同じ本数となるように設けられていることが好ましい。これにより、半導体基板２０の受光面上において、メインバスバー電極１１の本数を実質的に１本減少させた上で、「バスバー電極」を網羅的に配置することが可能となる。

［補助バスバー電極の変形例］
なお、複数のメインバスバー電極１１同士の間隔、複数のアシストバスバー電極１３同士の間隔、隣接するメインバスバー電極１１とアシストバスバー電極１３との間隔は、いずれも等間隔に設定されてもよいし、異なる間隔に設定されてもよい。同様に、半導体基板２０の上下の各横辺と、当該横辺に隣接するアシストバスバー電極１３との間隔は、隣接するアシストバスバー電極１３同士の間隔あるいは隣接する隣接するメインバスバー電極１１とアシストバスバー電極１３との間隔と等間隔に設定されてもよいし、異なる間隔に設定されてもよい。

これらメインバスバー電極１１、アシストバスバー電極１３および半導体基板２０の横辺の間隔は、実質的にフィンガー電極１２の長さを規定することになる。それゆえ、太陽電池素子１０に求められる諸性質、太陽電池素子１０の使用条件、あるいは太陽電池素子１０の製造条件等に応じて、前記間隔はいずれも等間隔に設定することもできるし、異なる間隔として、フィンガー電極１２の長さを、受光面の部分によって変更することもできる。また、これら間隔の具体的な値は特に限定されず、メインバスバー電極１１およびアシストバスバー電極１３の線幅、受光面の広さ、受光面積の大きさ（言い換えればシャドーロスの大きさ）等の諸条件に応じて適宜設定することができる。

また、バイパスバスバー電極１４同士の間隔、あるいは、半導体基板２０の左右の各縦辺と、当該縦辺に隣接するバイパスバスバー電極１４との間隔も、等間隔に設定されてもよいし、異なる間隔に設定されてもよい。これら間隔の具体的な値も特に限定されず、前述したような諸条件に応じて適宜設定することができる。

また、アシストバスバー電極１３およびバイパスバスバー電極１４の本数は特に限定されないが、図２（ａ），（ｂ）および図３（ａ）に示すように、アシストバスバー電極１３の本数は、バイパスバスバー電極１４の本数よりも多くなっていることが好ましい。前述したように、アシストバスバー電極１３は、メインバスバー電極１１に対して平行に設けられ、これら「バスバー電極」の間隔は、実質的にフィンガー電極１２の長さを規定することになる。それゆえ、アシストバスバー電極１３を多く設けることにより、フィンガー電極１２を短くして配線抵抗を低くすることができる。一方、バイパスバスバー電極１４は、アシストバスバー電極１３に収集された光電流をメインバスバー電極１１に供給するために設けられるので、その本数はアシストバスバー電極１３よりも少なくてよい。

また、本実施の形態においては、補助バスバー電極は、横方向に配置されるアシストバスバー電極１３と縦方向に配置されるバイパスバスバー電極１４とから構成されるが、本発明はこれに限定されず、メインバスバー電極１１よりも線幅が狭い帯状であって、フィンガー電極１２から集電した光電流をメインバスバー電極１１に供給することができる電極であれば、想定し得る他のどのような構成であってもよい。

例えば、アシストバスバー電極１３またはバイパスバスバー電極１４が「横方向補助バスバー電極」または「縦方向補助バスバー電極」でなはく、斜め方向に配置される斜め方向補助バスバー電極であってもよいし、アシストバスバー電極１３またはバイパスバスバー電極１４が、半導体基板２０の受光面を横断または縦断せず、受光面の途中まで達する長さであってもよい。

［太陽電池モジュールの構成例］
前記構成の太陽電池素子１０は、そのままパッケージ化して太陽電池として用いることもできるが、複数の太陽電池素子１０を所定のパターンで配列させて一体的にパッケージ化することにより太陽電池モジュールとして用いることもできる。

太陽電池モジュールの具体的な構成は特に限定されず、例えば、図４に模式的に示すように、枠体３２上に複数の太陽電池素子１０を配列し、各太陽電池素子１０をインターコネクタ３１で接続し、さらに図示しない封止材等で両面を封止し、各種端子およびフレーム等の附属部品を取り付けることにより構成される。このような太陽電池モジュール３０は、複数の太陽電池素子１０から光電流をまとめて出力できるので、高出力かつ高電圧の太陽電池として用いることができる。

特に本発明においては、個々の太陽電池素子１０が、補助バスバー電極１３，１４を備えており、シャドーロスによる受光面積の減少を回避または抑制しつつ、フィンガー電極１２の配線抵抗の増大を有効に抑制することができるものとなっている。それゆえ、太陽電池モジュール３０全体として、従来よりも一層高い出力と高電圧を実現することが可能となる。

なお、本発明は前記実施の形態の記載に限定されるものではなく、特許請求の範囲に示した範囲内で種々の変更が可能であり、異なる実施の形態や複数の変形例にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、太陽電池素子およびこれを用いた太陽電池モジュール等といった太陽電池の分野に広く好適に用いることができる。

１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ 太陽電池素子
１１ バスバー電極、メインバスバー電極
１２ フィンガー電極
１３ 補助バスバー電極、アシストバスバー電極
１４ 補助バスバー電極、バイパスバスバー電極
２０ 半導体基板
２１ 反射防止層
２２ Ｎ型拡散層
２３ Ｐ型シリコン基板
２４ 裏面電極
３０ 太陽電池モジュール
３１ インターコネクタ
３２ 枠体
１００Ａ，１００Ｂ 従来の太陽電池素子

Claims (6)

1. 受光面に反射防止層を備える半導体基板の受光面上に、当該半導体基板を横断するように並列に配置され、光を透過しない金属膜で構成され、モジュール化に際してインターコネクタに接続される、複数本の帯状のバスバー電極と、
   前記バスバー電極に交差した位置関係で、前記受光面全体に亘って並列に配置され、光を透過しない金属膜で構成され、前記バスバー電極よりも本数が多い、複数の線状のフィンガー電極と、
   を備え、
   前記バスバー電極は、前記フィンガー電極で収集された光電流をさらに集電して外部に出力する太陽電池素子であって、
   さらに、前記受光面上に配置され、光を透過しない金属膜で構成され、前記フィンガー電極よりも線幅が広く前記バスバー電極よりも線幅が狭い帯状であって、前記フィンガー電極から集電した光電流を前記バスバー電極に供給する、補助バスバー電極を備えていることを特徴とする、
   太陽電池素子。
2. 前記補助バスバー電極には、前記バスバー電極に対して平行となる位置関係で、前記半導体基板を横断するように並列に配置され、かつ、前記フィンガー電極に接続されているアシストバスバー電極と、
   前記バスバー電極に対して交差する位置関係で、前記半導体基板を縦断するように並列に配置され、前記アシストバスバー電極および前記バスバー電極に接続されているバイパスバスバー電極と、が含まれることを特徴とする、
   請求項１に記載の太陽電池素子。
3. 前記補助バスバー電極の線幅は、１．０ｍｍ未満であることを特徴とする、
   請求項１に記載の太陽電池素子。
4. 前記半導体基板が矩形であり、
   前記バスバー電極および前記アシストバスバー電極が、前記半導体基板の横方向の辺に平行となるように形成されており、
   前記アシストバスバー電極は、複数の前記バスバー電極と、当該バスバー電極に平行な前記横方向の辺との間に、それぞれ同じ本数設けられていることを特徴とする、
   請求項２に記載の太陽電池素子。
5. 前記バイパスバスバー電極は、半導体基板を縦方向に二分割したときに、各分割区域にそれぞれ同じ本数となるように設けられていることを特徴とする、
   請求項２に記載の太陽電池素子。
6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池素子を備えていることを特徴とする、太陽電池モジュール。

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