JP6224480B2 - 太陽電池素子およびその製造方法並びに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その製造方法並びに太陽電池モジュールに関する。

太陽光発電などに用いられる太陽電池素子には、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの半導体基板を用いた結晶系太陽電池素子がある。結晶系太陽電池素子では、主として光を受ける面である表面側とその裏面側との両方に電極を備えたものが多い（例えば、下記の特許文献１を参照）。

また、結晶系太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールでは、太陽電池素子の表面側の電極と、隣接する太陽電池素子の裏面側の電極との双方に対して、金属製の接続部材をハンダ付けなどをしている。これにより、複数の太陽電池素子同士を電気的に接続して、太陽電池モジュールから所定の電気的出力を得るようにしている（例えば、下記の特許文献２を参照）。

特開２００４−２００５１４号公報 特開２００６−３１０７４５号公報

しかしながら、太陽電池モジュールの製造工程において、接続部材を用いて太陽電池素子の表面側の電極と、隣接する太陽電池素子の裏面側の電極とを接続する場合、電極と接続部材との接続部分に応力が生じることがある。このとき、電極が半導体基板から剥離したり、接続部分の接着強度が低下することがあった。このような電極剥離または接着強度低下が発生すると、太陽電池モジュールの歩留りが低下して信頼性が損なわれる。また、電極剥離または接着強度低下は、集電電極およびバスバー電極の２種類の異なる材料同士が接触している裏面側で発生しやすい。

そこで、本発明の目的の一つは、裏面側での電極剥離または接着強度低下の発生を低減した太陽電池素子およびその製造方法を提供するとともに、これにより信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の一形態に係る太陽電池素子は、表面および裏面を有する半導体基板と、該半導体基板の前記裏面に配置されたバスバー電極と、該バスバー電極の外周部を囲むように前記半導体基板の前記裏面に配置された集電電極とを備えた太陽電池素子であって、前記バスバー電極の長手方向の一端部付近において、前記半導体基板の前記裏面の一部が露出した露出部を有し、該露出部に識別表示が設けられている。

また、本発明の一形態に係る太陽電池素子の製造方法は、表面および裏面を有する半導体基板と、該半導体基板の前記裏面に配置されたバスバー電極と、該バスバー電極の外周部を囲むように前記半導体基板の前記裏面に配置された集電電極とを備えた太陽電池素子の製造方法であって、前記半導体基板の前記裏面に、バスバー電極用の第１導電ペーストを配置する第１ペースト配置工程と、前記半導体基板の前記裏面に、前記第１導電ペーストの長手方向に沿った周縁部を覆い、前記第１導電ペーストの長手方向の一端部付近が前記半導体基板の前記裏面の一部が露出した露出部になるように、集電電極用の第２導電ペーストを配置する第２ペースト配置工程と、前記露出部に識別表示を設ける識別表示工程と、を有する。

さらに、本発明の一形態に係る太陽電池モジュールは、上記太陽電池素子を有する。

上記構成の太陽電池素子およびその製造方法並びに太陽電池モジュールによれば、太陽電池素子の裏面において、集電電極とバスバー電極の２種類の異なる材料からなる電極が配置されていても、バスバー電極の長手方向の一端部付近に集電電極の無い露出部を設けたことによって、バスバー電極の長手方向の端部において集電電極とバスバー電極とが接触する部分が無くなり、この接触部からの電極剥離および接触部の接着強度低下を低減できる。

図１は本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールを説明する図であり、図１（ａ）は太陽電池モジュールの第１面側の一例を示す平面図、図１（ｂ）は第２面側の一例を示す平面図である。 図２は本発明の第１実施形態に係る太陽電池素子を説明する図であり、図２（ａ）は太陽電池素子の表面を示す平面図、図２（ｂ）は太陽電池素子の裏面を示す平面図である。 図３（ａ）は図２（ｂ）のＡ部（バスバー端部）の拡大平面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＸ１−Ｘ１方向の切断線における断面構造を示す断面図である。 図４（ａ）は２つの太陽電池素子に接続部材を接続した様子を示す平面図、図４（ｂ）は図４（ａ）のＹ１−Ｙ１方向の切断線における断面図である。 図５は太陽電池素子に接続部材を取り付けた後のバスバー電極の長手方向端部の断面構造を示した図であり、図５（ａ）は露出部の無い場合の断面図、図５（ｂ）は露出部のある場合の断面図である。 図６は図２および図３の変形例である第２実施形態に係る太陽電池素子を説明する図であり、図６（ａ）は図２（ｂ）のＡ部（バスバー端部）に相当する部位の拡大平面図、図６（ｂ）は図６（ａ）のＸ２−Ｘ２方向の切断線における断面構造を示す断面図である。 図７は本発明の第２実施形態に係る太陽電池素子を説明する図であり、バスバー電極に接続部材を取り付けた後のバスバー電極の長手方向端部の断面構造を示す拡大図であり、図７（ａ）は比較のために露出部の無い場合を示した断面図、図７（ｂ）は露出部のある第２実施形態に係る太陽電池素子の断面図である。 図８は本発明の第３実施形態に係る太陽電池素子の露出部に、識別表示を設けた一例を示す拡大平面図である。 図９は本発明の第４実施形態に係る太陽電池素子の裏面を示す平面図である。 図１０は本発明の第４実施形態に係る太陽電池素子を説明する図であり、図９のＢ部（バスバー端部）の拡大平面図、図１０（ｂ）は図１０（ａ）のＸ３−Ｘ３方向の切断線における断面構造を示す断面図である。 図１１（ａ）〜（ｇ）のそれぞれは、本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の作製の手順を示す断面図である。 図１２は本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを構成する太陽電池パネルを示す分解断面図である。

以下、本発明に係る太陽電池素子およびその製造方法並びに太陽電池モジュールの実施形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、図面は模式的に示されたものであり
、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は適宜変更し得る。

＜第１実施形態＞
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池素子２が配置された太陽電池パネル３と、この太陽電池パネル３の外周部に配置されたフレーム４とを有する。

図１（ａ）、（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１は、主として光を受ける面である第１面１ａおよびこの第１面１ａの裏面に相当する第２面１ｂを有する。そして、図１（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１は、太陽電池モジュール１の第２面１ｂ側に端子箱５を有している。また、端子箱５には、太陽電池モジュール１の発生した電力を外部回路に供給するための出力ケーブル６が配されている。

図２（ａ）、（ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１を構成する太陽電池素子２は、例えば、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンからなる半導体基板７を有する。太陽電池素子２は、主として光を受ける面である表面２ａおよび表面２ａの反対側の面である裏面２ｂを有する。このような半導体基板７は、例えば、外形寸法が１００〜１７０ｍｍ角程度、厚さが０．１５〜０．３ｍｍ程度の四角形状である。また、太陽電池素子２の内部には、ボロンなどのｐ型不純物を多く含んだｐ層と、リンなどのｎ型不純物を多く含むｎ層とが接しているｐｎ接合が形成されている。

図２（ａ）に示すように、太陽電池素子２の表面２ａには、細長い接続電極８および細長いフィンガー電極９が形成されている。フィンガー電極９は、光生成キャリアを収集する役割を有し、接続電極８とほぼ直交するように複数本形成されている。フィンガー電極９は、例えば、１本の幅が０．０５〜０．２ｍｍ程度であり、互いに隣り合うフィンガー電極９同士は１〜１０ｍｍ程度の間隔を空けて配置されている。接続電極８は、フィンガー電極９によって収集された光生成キャリアを集める役割を有する。この接続電極８は、幅が１〜３ｍｍ程度で、一定間隔を持って太陽電池素子２の辺に対して略平行に２〜５本程度形成される。接続電極８およびフィンガー電極９は、例えば、銀を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷した後に焼成して形成される。また、太陽電池素子２の表面２ａには、光の反射を低減するため、窒化シリコンなどからなる反射防止膜が設けられている。

図２（ｂ）に示すように、太陽電池素子２の裏面２ｂには、細長いバスバー電極１０および集電電極１１が形成されている。集電電極１１は、裏面２ｂの外周から０．５〜３ｍｍ程度内側の領域とバスバー電極１０の形成される部分とを除けば、裏面２ｂの略全面に形成されている。集電電極１１は、例えば、アルミニウムを主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷した後に焼成して形成される。バスバー電極１０は、１本の幅が１〜５ｍｍ程度であり、接続電極８と半導体基板７を介してほぼ対向する位置に２〜５本配置されている。バスバー電極１０は、例えば、銀を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷した後に焼成して形成される。焼成後のバスバー電極１０の膜厚は５〜１０μｍ程度であり、焼成後の集電電極１１の膜厚は１５〜３０μｍ程度である。

図３（ａ）は、図２（ｂ）のバスバー電極１０の長手方向における一端部付近のＡ部における拡大平面図であり、図３（ｂ）は拡大断面図であるが、バスバー電極１０の長手方向における他端部においても同様の構造でもよい。また他の領域に配置されているバスバー電極１０においても同様の構造でもよい。また、図３（ｂ）に示すように、バスバー電極１０の長手方向に沿った周縁部では、バスバー電極１０と集電電極１１との第１接触部分１３を有している。この第１接触部分１３では光生成キャリアの電導が行われる。

本実施形態においては、図３（ａ）に示すように、バスバー電極１０の長手方向（すなわち図３（ａ）のＹ軸方向）の一端部付近が集電電極１１の無い露出部１２になっていることを特徴とする。露出部１２は、バスバー電極１０および集電電極１１が形成されていない空所部になっており、下地である半導体基板７が露出していることとなる。露出部１２におけるバスバー電極１０の長手方向（Ｙ軸方向）の長さＳは、太陽電池素子２の大きさまたは太陽電池モジュール１の製造工程における接続部材の位置決め精度などを考慮して適宜決定すればよい。長さＳは、例えば１５０ｍｍ角程度太陽電池素子では、０．５〜１．５ｍｍ程度とする。

太陽電池モジュール１において、隣り合う２つの太陽電池素子２は、図４（ａ），（ｂ）に示すように、接続部材１４（１４ａ，１４ｂ）で電気的に接続される。この接続部材１４は、例えば、厚さが０．１〜０．３ｍｍ程度の銅またはアルミニウムなどの良導電性の金属箔からなる。この金属箔には、表面に半田がコーティングされている。この半田は、メッキまたはディピング等によって、例えば１０〜５０μｍ程度の厚みになるように設けられる。接続部材１４の幅は、接続電極８の幅と同等または接続電極８の幅よりも小さくすればよい。これにより、接続部材１４によって太陽電池素子２の受光を妨げにくくできる。接続部材１４を１５０ｍｍ角程度の太陽電池素子２に使用する場合、接続部材１４の幅は１〜３ｍｍ程度であり、その長さは２６０〜３００ｍｍ程度であればよい。

また、１つの太陽電池素子２に接続される２つの接続部材１４において、一方の接続部材１４ａは、太陽電池素子２の表面２ａの接続電極８に半田付けされている。また、他方の接続部材１４ｂは、太陽電池素子２の裏面２ｂのバスバー電極１０に半田付けされている。接続部材１４は、接続電極８およびバスバー電極１０の略全表面に接続することが、この部分の抵抗成分を小さくできるため好ましい。

また、図４（ｂ）に示すように、隣り合う２つの太陽電池素子２Ｌ、２Ｒは、太陽電池素子２Ｌの表面２ａに設けられた接続電極８に接続した接続部材１４ａの他端部を、太陽電池素子２Ｒの裏面２ｂのバスバー電極１０に半田付けされている。このような接続を複数の太陽電池素子２に対して繰り返す行うことによって、太陽電池モジュール１から所定の電気出力を得ることができる。

図５は、接続部材１４を取り付けた後のバスバー電極１０の長手方向の断面構造を模式的に示したものであり、図５（ａ）は露出部１２の無い場合を示し、図５（ｂ）は露出部１２のある場合を示す。接続部材１４の端部は、通常はバスバー電極１０が配置されている範囲内で接続されるように設計される。しかし、接続部材１４の位置決め精度、および接続前に振動などで接続部材１４が動いた場合などでは、図５（ａ）に示すように、露出部１２の無い状態では、接続部材１４が集電電極１１側にずれた状態でバスバー電極１０に接続されて、アルミニウムはハンダ付けされないことがある。これにより、接続部材１４は集電電極１１の上に載って突出部１５ができることがある。接続部材１４の端部において突出部１５ができると、その後の太陽電池モジュールの製造工程において、突出部１５が太陽電池モジュールの他の部材、搬送ベルトまたは治具などに引っ掛かりやすくなる。そして、この突出部１５からバスバー電極１０が剥離したり、この部分での接着強度が低下しやすくなる。

これに対し、図５（ｂ）に示す本実施形態では露出部１２を設けているので、接続部材１４が集電電極１１側にずれた状態でバスバー電極１０に接続された場合でも、接続部材１４は集電電極１１の上に載ることが無い。このため、接続部材１４の端部は太陽電池モジュール１の他の部材、搬送ベルトまたは治具などに引っ掛かりにくい。よって、接続部材１４の端部からバスバー電極１０が剥離したり、この部分での接着強度が低下しにくい。

さらに本実施形態においては、図３（ｂ）に示すように、バスバー電極１０の長手方向に沿った周縁部（両端部）が集電電極１１に覆われている構造である。このため、露出部１２の存在によって、バスバー電極１０がより剥離しにくく、この部分での接着強度低下を招来しにくい。

＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る太陽電池素子は、図６（ａ）（ｂ）に示すように、バスバー電極１０の長手方向（すなわち図６（ａ）のＹ軸方向）に沿った周縁部において、集電電極１１がバスバー電極１０に覆われている点が第１実施形態に係る太陽電池素子と相違する。

図７は太陽電池素子２の裏面側において、接続部材１４を取り付けた後のバスバー電極１０の長手方向の断面構造を示したものであり、図７（ａ）は露出部１２の無い場合を示し、図７（ｂ）は露出部１２のある場合を示す。

第２実施形態に係る太陽電池素子のバスバー電極において、露出部１２の無い場合は、図７（ａ）に示すように、接続部材１４が集電電極１１側にずれた状態でバスバー電極１０に接続されると、接続部材１４は集電電極１１上のバスバー電極１０の上に載り、突出部１５ができる。接続部材１４の突出部１５ができると、その後の太陽電池モジュール製造工程において、この部分が太陽電池モジュールの他の部材、搬送ベルト、治具などに引っ掛かりやすくなり、この部分からバスバー電極１０が剥離したり、この部分での接着強度が低下する。

これに対し、図７（ｂ）に示すように、本実施形態のように露出部１２がある場合は、接続部材１４が集電電極１１側にずれた状態でバスバー電極１０に接続された場合でも、接続部材１４が集電電極１１の上に載ることが無く、接続部材１４の端部が太陽電池モジュールの他の部材、搬送ベルト、治具などに引っ掛かりにくいため、この部分でバスバー電極１０が剥離しにくく、接着強度が低下しにくい。

すなわち、第２実施形態の太陽電池素子では、バスバー電極１０の長手方向に沿った周縁部（両端部）において、集電電極１１がバスバー電極１０に覆われている。これにより、露出部１２の無い場合は、集電電極１１上のバスバー電極１０においても接続部材１４がハンダ付けされるため、接続部材１４の突出部１５の高さは、第１実施形態に係る太陽電池素子と比べて高くなることが無い。しかし、集電電極１１とバスバー電極１０との第２接触部分１６における接合強度が弱く、さらに接続部材１４を突出部１５から剥離しようとする力がかかった場合、接続部材１４と集電電極１１上のバスバー電極１０とが剥離する方向が同じであるため、第２接触部分１６からバスバー電極１０が剥離し易い。これに対し、本実施形態のように露出部１２がある場合は、集電電極１１とバスバー電極１０との第２接触部分１６が無く、また接続部材１４の端部が太陽電池モジュールの他の部材などに引っ掛かりにくくできる。

このように、バスバー電極１０の長手方向に沿った周縁部において、集電電極１１がバスバー電極１０に覆われている構造であっても、集電電極１１上のバスバー電極１０を起点としたバスバー電極１０の剥離がしにくく、接着強度が低下しにくい。

＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る太陽電池素子２は、図８に示すように、上述の露出部１２に識別表示１７が設けられている。識別表示１７は、文字、図形、記号もしくはこれらの結合またはこれらと色彩との結合で示されたものであり、付着させた膜または刻印等から
なる。このような識別表示１７を、例えば周囲が集電電極１１のみに囲まれた露出部に形成すれば、集電電極１１の面積が小さくなり、この太陽電池素子２の光電変換効率が低下する。しかし、本実施形態のように、集電電極１１およびバスバー電極１０の２種類以上の電極材料で囲まれた露出部１２に識別表示１７を配置することによって、集電電極１１の面積減少を少なくすることができ、露出部１２をより有効に利用できる。

識別表示１７は、各バスバー電極１０の長手方向の延長部の露出部１２の両端（例えば図２（ｂ）に示すようにバスバー電極１０が３本であれば、６箇所）に設けてもよいが、この態様に限定されない。例えば、接続部材１４をバスバー電極１０に接続した後には、一端部側の露出部１２は、接続部材１４に覆われて、直接確認することができなくなる。このため、バスバー電極１０の他端部のみに露出部１２を設けてもよいし、複数のバスバー電極１０の内のいずれかのバスバー電極１０にのみ露出部１２を設けてもよい。

また、識別表示１７は、例えば、太陽電池素子２の、型式、製造年月日、製造ロット番号、製造会社、製造工場等の情報の他、太陽電池素子２の製造に使用した半導体基板７、導電ペースト、スクリーン製版等の、製造ロット番号、シリアル番号などの情報、太陽電池素子２を用いて作製される太陽電池モジュールの、型式、製造年月日、製造ロット番号などの情報を示す。また、これらの情報の表示方法は、例えば、数字、アルファベットなどの文字、符号、バーコード、マトリックス型二次元コード、社章などの図形またはこれらの組み合わせなどとする。また、識別表示１７の形成方法としては、スクリーン製版を用いたスクリーン印刷法、インクジェット印刷法、シールの張り付け、またはレーザー照射などによる刻印等を用いる。特に、バスバー電極１０または集電電極１１が、スクリーン製版を用いたスクリーン印刷法によって作製されている場合は、このスクリーン製版の所定の位置に識別表示に該当する開口部分を設けておくことで、バスバー電極１０または集電電極１１形成時の導電ペーストの印刷と同時に識別表示１７を形成できるため、工程の簡略化を図ることができて望ましい。

さらに識別表示１７は、集電電極１１と同じ材料で形成されるようにしてもよい。すなわち、上述のように集電電極１１の形成に用いるアルミニウムを主成分とした導電ペーストの印刷と同時に識別表示１７も印刷して焼成する。これにより、識別表示１７を形成した場合、アルミニウムと半導体基板７のシリコンとが、その界面においてアルミニウムとシリコンとの合金層を形成するため、両者の接着強度が強固となり、識別表示１７の脱落が起こりにくくなる。

さらに識別表示１７は、バスバー電極１０と同じ材料で形成されるようにしてもよい。すなわち、上述のようにバスバー電極１０の形成に用いる銀を主成分とした導電ペーストの印刷と同時に識別表示１７も印刷し、焼成することで、識別表示１７の周辺に位置している集電電極１１と識別表示１７の色調とを異なるものにできる。このため、目視または自動での識別表示１７の読み取りにおいて、読み取りミスを少なくすることができる。

この識別表示１７は、図８に示すように、デジタル形状の数字にすることが望ましい。例えば、スクリーン製版にデジタル形状の数字の識別表示に該当する開口部分を設けておくと、このデジタル形状の一部をテープなどでふさぐことによって、簡単に任意の数字等を表示できて、種々のスクリーン製版を用意する必要が無い。

＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る太陽電池素子２は、図９および図１０（ａ），（ｂ）に示すように、バスバー電極１０の長手方向に沿った周縁部（両端部）に集電電極１１と接しない非接触部である間隙部３５を有している。バスバー電極１０は複数の第１バスバー部である島状部１０ａが直線状に配置されており、互いに隣り合う島状部１０ａ同士が、集電電極１１に接しない１以上の第２バスバー部である、例えば細長の連結部１０ｂで電気
的に接続されている。また、連結部１０ｂの長手方向に沿った両端部と集電電極１１との間が空所になっていて、半導体基板７の表面が露出した間隙部３５が設けられている。なお、バスバー電極１０は連結部１０ｂの無い島状部１０ａのみからなる不連続部分を有する態様であってもよい。

バスバー電極１０の各島状部１０ａの縦方向（図９のＹ軸方向）の長さは、太陽電池素子２の大きさおよびバスバー電極１０全体の長さなどを考慮して最適に決定すればよいが、例えば１〜８ｍｍ程度とする。また、互いに隣り合う島状部１０ａ同士の間隔は全てほぼ均等でもよいし不均等であってもよい。島状部１０ａは、上述したように、例えば銀を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷した後に焼成して形成する。

図２（ｂ）に示すように、均一幅のバスバー電極１０が連続した直線状である場合は、集電電極１１との光生成キャリアの電導が行われる第１接触部分１３は、上述したようにバスバー電極１０の長手方向に沿った両端部の全てに形成される。この場合、第１接触部分１３には、バスバー電極１０の主成分である銀と集電電極１１の主成分であるアルミニウムとが、電極形成時の焼成によって合金層を形成する。このような合金層が形成されると、その形成時に発生する応力などによって、機械的強度が弱くなりうる。

これに対し本実施形態では、集電電極１１と島状部１０ａとの電導は、バスバー電極１０の幅方向（図９のＸ軸方向）に設けられる集電電極１１と島状部１０ａとの接触部分でのみ行われる。また、間隙部３５には集電電極１１と島状部１０ａとの接触部分は無く、合金層が形成されていない。このため、本実施形態では、合金層の面積をできるだけ小さくすることができるとともに、合金層がある部位を複数に分散できる。このため、合金層の半導体基板７からの剥離を低減できる。さらに、仮にこのような剥離が発生した場合でも、バスバー電極１０の全体に波及することを抑制できて、より信頼性の高い太陽電池素子２を提供できる。

図９に示すように、バスバー電極１０の複数の島状部１０ａにおいて、隣接する島状部１０ａ同士を繋ぐように連結部１０ｂを設ける場合には、連結部１０ｂの幅は、例えば０．１〜０．６ｍｍ程度とする。また、連結部１０ｂは、例えば島状部１０ａの作製の際に、同時に、銀を主成分とする導電性ペーストをスクリーン印刷した後に焼成して形成するとよい。

連結部１０ｂを設けることによって、複数の島状部１０ａが互いに電気的に接続されることになる。これにより、バスバー電極１０の島状部１０ａに接続部材１４を半田付けにて接続した場合に、例えば島状部１０ａの幾つかが半田付けが不十分であっても、これらの電流を他の部分に伝えることができる。これにより、太陽電池モジュールの出力低下を低減できる。

また本実施形態では、複数本のバスバー電極１０の長手方向の一端部付近で、半導体基板７の裏面の一部が露出した露出部１２ａに識別表示１７を設ける。このような表示用露出部１２ａと識別表示１７を設けない非表示用露出部１２ｂとの２種類の露出部１２を設けてもよい。表示用露出部１２ａのあるバスバー電極１０と、非表示用露出部１２ｂのあるバスバー電極１０との配置を適宜変えることによって、製造工場および製造ライン等の識別を簡便に表示することができる。

＜太陽電池素子の製造方法＞
次に、太陽電池素子２の製造方法について説明する。

まず、図１１（ａ）に示すように半導体基板７を準備する。半導体基板７としては、微
量のボロンまたはガリウムなどのドーパント元素を有して、一導電型（例えば、ｐ型）の単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いる。半導体基板７が単結晶シリコン基板の場合は、例えばＦＺ（フローティングゾーン）法またはＣＺ（チョクラルスキー）法などによって作製する。半導体基板７が多結晶シリコン基板の場合は、例えば鋳造法などによって作製する。半導体基板７の比抵抗は０．２〜２．０Ω・ｃｍ程度であり、その厚みは、例えば０．１５〜０．３ｍｍ程度でよく、より好ましくは０．２ｍｍ以下である。また、半導体基板７の平面形状は、特に限定されるものではないが、四角形状であれば製法上および多数の太陽電池素子を配列して太陽電池モジュールを構成する際等の観点から好適である。以下では、ｐ型の多結晶シリコン基板を半導体基板７として用いた例を説明する。

最初に、例えば鋳造法によって多結晶シリコンのインゴットを作製する。次いで、そのインゴットを例えば１５０〜２５０μｍの厚みにスライスして、ｐ型の半導体基板７を作製する。その後、半導体基板７の切断面の機械的ダメージ層および汚染層を除去するために、表面をＮａＯＨ、ＫＯＨなどのアルカリ溶液、またはフッ酸および硝酸の混合液などの溶液を用いてごく微量エッチングするのが望ましい。なお、このエッチング工程後に、ウエットエッチング法またはドライエッチング法を用いて、半導体基板７の表面に微小な凹凸構造（テクスチャ）を形成するのが望ましい。テクスチャ形成によって、表面２ａにおける光の反射率が低減することで、太陽電池の変換効率が向上する。

次に、図１１（ｂ）に示すように、半導体基板７における表面２ａ側の表層内にｎ型の逆導電型層２０を形成する。このような逆導電型層２０は、ペースト状態にしたＰ_２Ｏ_５を半導体基板７の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を拡散源とした気相熱拡散法、または、リンイオンを直接拡散させるイオン打ち込み法などによって形成する。この逆導電型層２０は０．１〜１μｍ程度の厚みで、４０〜１５０Ω／□程度のシート抵抗に形成する。

気相熱拡散法などによる逆導電型層２０の形成時に、裏面２ｂ側にも逆導電型層が形成されてもよい。この場合には、フッ酸および硝酸の混合液に半導体基板７における裏面２ｂ側のみを浸して、裏面２ｂ側の逆導電型層２０をエッチングして除去して、ｐ型の導電型領域２１を露出させる。以上により、半導体基板７の内部に、ｐ型の導電型領域２１とｎ型の逆導電型層２０によって、ｐｎ接合を形成することができる。

次に、図１１（ｃ）に示すように、表面２ａ側の表面に反射防止膜２２を形成する。反射防止膜２２は、窒化シリコン、酸化チタン、酸化シリコンまたは酸化アルミニウムなどからなる膜を、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）法、熱ＣＶ
Ｄ法、蒸着法またはスパッタリング法などを用いて形成する。例えば、窒化シリコン膜からなる反射防止膜２２をＰＥＣＶＤ法で形成する場合であれば、反応室内を５００℃程度としてシラン（ＳｉＨ_４）とアンモニア（ＮＨ_３）との混合ガスを窒素（Ｎ_２）で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて、窒化シリコン膜を堆積させる。これにより、膜厚厚み５００〜１２００Å程度、屈折率１．８〜２．３程度の反射防止膜２２が形成される。また、反射防止膜２２は半導体基板７の界面および粒界での少数キャリアの再結合による変換効率の低下を低減する、パッシベーション膜としての効果も有することができる。

次に、図１１（ｄ）に示すように、半導体基板７の表面２ａに、接続電極８およびフィンガー電極９となる表面側導電ペースト２３を配置する。表面側導電ペースト２３は、銀を主成分として導電ペースト１００質量％に対して７０〜８５質量％程度含有し、さらにガラスフリットおよび有機ビヒクルなどを混練したものを用いる。有機ビヒクルは、例えばバインダーとして使用される樹脂成分を有機溶媒に溶解して得られる。バインダーとしては、エチルセルロース等のセルロース系樹脂の他、アクリル樹脂またはアルキッド樹脂
等が使用され、有機溶媒としては、例えばジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、ターピネオールまたはジエチレングリコールモノブチルエーテル等が使用される。有機ビヒクルの含有質量は、導電ペースト１００質量％に対して５〜２０質量％程度含有することが好ましい。また、ガラスフリットの成分は、ガラス材料として例えばＳｉＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＰｂＯ系、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＰｂＯ系などの鉛系ガラスを用いることができるほか、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３系、またはＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｎＯ系などの非鉛系ガラスも用いることができる。ガラスフリットの含有質量は、導電ペースト１００質量％に対しておよそ２〜１５質量％程度であることが好ましい。表面側導電ペースト２３を配置する方法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。そして配置後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。

次に、図１１（ｅ）に示すように、第１ペースト配置工程として、半導体基板７の裏面２ｂに、バスバー電極１０用の第１導電ペースト２４を配置する。第１導電ペースト２４は、上述の表面側導電ペースト２３と同様の導電ペーストが使用可能である。第１導電ペースト２４を配置後、所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させる。

その後、図１１（ｆ）に示すように、第２ペースト配置工程として、第１導電ペースト２４の長手方向の一端部付近が、上述の露出部１２になるように、集電電極１１用の第２導電ペースト２５を配置する。第２導電ペーストとしては、例えばアルミニウムを主成分とする金属粉末と、ガラスフリットと有機ビヒクルとを含有するアルミニウムペーストを用いて作製される。塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。このようにペーストを塗布した後、所定の温度で溶剤を蒸散させ、乾燥させる。

その後、図１１（ｇ）に示すように、表面側導電ペースト２３、第１導電ペースト２４、第２導電ペースト２５を配置した半導体基板７を焼成炉に投入し、これらを同時に６００〜８５０℃程度の温度で数分間、焼成する。これにより表面側導電ペースト２３は、反射防止膜２２をファイアースルーによって、半導体基板７と直接接する接続電極８およびフィンガー電極９に形成される。また第１導電ペースト２４からは、この焼成によってバスバー電極１０が形成され、また第２導電ペースト２５からは集電電極１１が形成される。さらに集電電極１１の形成と同時にアルミニウムが半導体基板７に拡散することによって、ＢＳＦ（Back-Surface-Field）領域２６が形成される。このＢＳＦ領域２６には、導電型領域２１にドープされているドーパント元素の濃度よりも高い濃度でドーパント元素が存在するもので、ＢＳＦ領域２６によって半導体基板７の裏面２ｂ側に内部電界を形成し、裏面２ｂの近傍での少数キャリアの再結合による変換効率の低下を低減させる。

このように、第１ペースト配置工程と第２ペースト配置工程をもうけることによって、露出部１２を確実に形成することができる。

その後、識別表示工程として、露出部１２にインクジェットプリンターなどを用いて、識別表示を印刷してもよい。また識別表示が、上述の第１ペースト配置工程または第２ペースト配置工程の少なくともどちらか一方と同時に、第１導電ペースト２４または第２導電ペースト２５と同一材料で、スクリーン印刷によって形成されることが、工程の簡略化が図れるので望ましい。

なお本発明に係る太陽電池素子の製造方法は、上記のものに限定されるのもではなく、例えば、焼成は表面側導電ペースト２３、第１導電ペースト２４および第２導電ペースト２５を配置した毎に行ってもよい。または、表面側導電ペースト２３と第１導電ペースト２４とを同時に焼成して行い、第２導電ペースト２５を配置後にさらに焼成してもよい。また、表面側導電ペースト２３をまず焼成し、その後第１導電ペースト２４および第２導電ペースト２５を同時に焼成してもよい。バスバー電極１０は、上述の帯状に限定される
ものではなく、破線状の不連続の島状部が直線状に並んだものでもよい。

＜太陽電池モジュール＞
上述の各実施形態係る太陽電池素子２を複数電気的に接続することによって、太陽電池モジュール１を作製する。図１２に示す太陽電池モジュール１を構成する太陽電池パネル３の作製から説明する。

まず、複数の太陽電池素子２を準備する。次に、太陽電池素子２同士を接続部材１４で図４（ｂ）に示すように接続する。これを複数（例えば５〜１０個程度）の太陽電池素子に繰り返すことによって、複数の太陽電池素子が直線状に接続された、太陽電池ストリングが作製できる。次に、この太陽電池ストリングを複数（例えば２〜１０本程度）用意して、１〜１０ｍｍ程度の所定間隔をあけて略平行に整列させる。そして、図１２に示すように、太陽電池ストリングの各端部の太陽電池素子２同士を横方向配線３２にてハンダ付けなどで接続する。また、図１２に示すように、両端側の太陽電池ストリングの横方向配線３２を接続していない太陽電池素子２には、外部導出配線３１を接続する。

次に、図１２に示す透光性基板２７、表面側充填材２８及び裏面側充填材２９、裏面シート３０をそれぞれ準備する。透光性基板２７としては、ガラスまたはポリカーボネート樹脂などからなる基板を用いる。ここで、ガラスとしては、例えば、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラスまたは熱線反射ガラスなどが用いられる。また、樹脂であれば、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂が用いられる。透光性基板２７は、厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度であればよい。

表面側充填材２８および裏面側充填材２９は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下ＥＶＡと略す）またはポリビニルブチラール（ＰＶＢ）からなり、Ｔダイと押し出し機とによって、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものを用いる。これらはラミネート装置によって、減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化する。なお、裏面側充填材２９に用いるＥＶＡまたはＰＶＢは透明であってもよい。また、裏面側充填材２９に用いるＥＶＡまたはＰＶＢは、太陽電池モジュール１が設置される周囲の設置環境に合わせて、酸化チタンまたは顔料等を含有させ白色等に着色させてもよい。

裏面シート３０は、外部からの水分の浸入を低減する役割を有する。この裏面シート３０は、例えば、アルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シート、アルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シート等を用いる。

次いで、図１２に示すように、透光性基板２７上に表面側充填材２８を配置した後、上記のように接続した太陽電池素子２、裏面側充填材２９、裏面シート３０を順次積層して積層体を作製する。

さらに、この積層体をラミネート装置にセットし、減圧下にて加圧しながら１００〜２００℃で、例えば１５分〜１時間程度加熱することによって、太陽電池パネル３を作製できる。

以上のようにして作製した太陽電池パネル３の外周部に、必要に応じて、図１に示すように、フレーム４および第２面１ｂ側に端子箱５を取り付けることで、太陽電池モジュール１が完成する。

このような太陽電池モジュール１において、上述の各実施形態係る太陽電池素子２を使用することによって、太陽電池モジュール１の製造工程での太陽電池素子２裏面２ｂ側で
の接続部材１４によるバスバー電極１０の剥離、および接着強度の低下の発生を低減できるため、信頼性の高い太陽電池モジュールを提供することができる。

１：太陽電池モジュール
１ａ：第１面
１ｂ：第２面
２、２Ｌ、２Ｒ：太陽電池素子
２ａ：表面
２ｂ：裏面
３：太陽電池パネル
４：フレーム
５：端子箱
６：出力ケーブル
７：半導体基板
８：接続電極
９：フィンガー電極
１０：バスバー電極
１０ａ：島状部（第１バスバー部）
１０ｂ：連結部（第２バスバー部）
１１：集電電極
１２：露出部
１２ａ：表示用露出部
１２ｂ：非表示用露出部
１３：第１接触部分
１４、１４ａ、１４ｂ：接続部材
１５：突出部
１６：第２接触部分
１７：識別表示
２０：ｎ型の逆導電型層
２１：ｐ型の導電型領域
２２：反射防止膜２２
２３：表面側導電ペースト
２４：第１導電ペースト
２５：第２導電ペースト
２６：ＢＳＦ領域
２７：透光性基板
２８：表面側充填材
２９：裏面側充填材
３０：裏面シート
３２：横方向配線
３５：間隙部（非接触部）

Claims (11)

1. 表面および裏面を有する半導体基板と、
   該半導体基板の前記裏面に配置されたバスバー電極と、
   該バスバー電極の外周部を囲むように前記半導体基板の前記裏面に配置された集電電極とを備えた太陽電池素子であって、
   前記バスバー電極の長手方向の一端部付近において、前記半導体基板の前記裏面の一部が露出した露出部を有し、該露出部に識別表示が設けられている、太陽電池素子。
2. 前記識別表示は前記集電電極と同一材料からなる請求項１に記載の太陽電池素子。
3. 前記識別表示は前記バスバー電極と同一材料からなる請求項１に記載の太陽電池素子。
4. 前記バスバー電極の長手方向に沿った周縁部が前記集電電極に覆われている請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池素子。
5. 前記バスバー電極の長手方向に沿った周縁部において、前記集電電極が前記バスバー電極に覆われている請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池素子。
6. 前記バスバー電極は、直線状に配置されている複数の第１バスバー部を有している請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池素子。
7. 前記バスバー電極は、前記集電電極に接しない１以上の第２バスバー部をさらに有し、互いに隣り合う前記第１バスバー同士が前記第２バスバー部で電気的に接続されている請求項６に記載の太陽電池素子。
8. 表面および裏面を有する半導体基板と、
   該半導体基板の前記裏面に配置されたバスバー電極と、
   該バスバー電極の外周部を囲むように前記半導体基板の前記裏面に配置された集電電極とを備えた太陽電池素子の製造方法であって、
   前記半導体基板の前記裏面に、バスバー電極用の第１導電ペーストを配置する第１ペースト配置工程と、
   前記半導体基板の前記裏面に、前記第１導電ペーストの長手方向に沿った周縁部を覆い、前記第１導電ペーストの長手方向の一端部付近が前記半導体基板の前記裏面の一部が露出した露出部になるように、集電電極用の第２導電ペーストを配置する第２ペースト配置工程と、
   前記露出部に識別表示を設ける識別表示工程と、を有する太陽電池素子の製造方法。
9. 前記第１ペースト配置工程、前記第２ペースト配置工程および前記識別表示工程は、スクリーン印刷法を用いて行う請求項８に記載の太陽電池素子の製造方法。
10. 前記識別表示工程は、前記第１ペースト配置工程および前記第２ペースト配置工程のうち少なくとも一方と同時に行う請求項９に記載の太陽電池素子の製造方法。
11. 請求項１乃至７のいずれかに記載の太陽電池素子を有する太陽電池モジュール。