JP6298152B2 - 太陽電池およびこれを用いた太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池モジュールを構成する太陽電池に関する。
太陽電池モジュールは、例えばシリコンの半導体基板を用いた複数の太陽電池素子を電気的に接続して構成されている。特開２００６−２７８６９５号公報には、複数の太陽電池素子をリード部材（接続タブ）で接続している。
太陽電池素子の接続においては、リード部材と太陽電池素子の電極とを半田で接続しているため、リード部材の幅方向の両端部に半田のフィレットが形成される場合がある。
太陽電池モジュールは、半導体基板とリード部材との熱膨張係数の違いによって、応力が発生しやすい。この応力は半田のフィレットに集中しやすい。それゆえ、大きなフィレットが形成された場合に、フィレット端部の直下に位置する電極部分にクラックが発生する場合があった。
特開２００６−２７８６９５号公報
信頼性の高い太陽電池および太陽電池モジュールを提供する。
本発明の一実施形態に係る太陽電池は、主面を有する半導体基板と、表面および側面を有し、前記半導体基板の主面上に、一方向に並んで配置された複数の第１電極と、前記第１電極間の間隙に位置する、前記半導体基板の主面上に配置されたパッシベーション層と、複数の前記第１電極の表面上に配置された導電性接着剤と、前記パッシベーション層を跨ぐように、隣り合う前記第１電極に前記導電性接着剤を介して接続されたリード部材と、前記間隙に位置して前記一方向に前記パッシベーション層と並んで前記半導体基板の主面上または前記パッシベーション層の表面上に配置されて、前記リード部材の一部に下から当接している、前記第１電極の高さよりも高い当接部材とを備え、前記導電性接着剤は半田からなり、前記当接部材は主成分としてアルミニウムを含有している。
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、上記太陽電池の複数を並べて電気的に接続した太陽電池パネルを備える。
本実施形態によれば、フィレットの生成を低減できるため、応力を低減できる。これにより、太陽電池および太陽電池モジュールの信頼性を高めることができる。
本発明の一実施形態に係る太陽電池が具備する太陽電池素子を受光面側から見た平面模式図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池が具備する太陽電池素子を裏面側から見た平面模式図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池が具備する太陽電池素子の構造を模式的に示す図であり、図２におけるＫ−Ｋ線における断面模式図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る太陽電池を示す平面模式図であり、（ｂ）は、２つの太陽電池同士の接続状態を示す断面模式図である。 第１電極の間の間隙にスペーサ部材が無い場合の太陽電池の状態を示すものであり、（ａ）は第１電極近傍部を拡大した平面模式図であり、（ｂ）は図５（ａ）のＹ１―Ｙ１線における断面模式図であり、（ｃ）は図５（ａ）のＸ１―Ｘ１線における断面模式図である。 第１電極の間の間隙にスペーサ部材がある場合の太陽電池の状態を示すものであり、（ａ）は第１電極とスペーサ部材の近傍部を拡大した平面模式図であり、（ｂ）は図６（ａ）のＹ２―Ｙ２線における断面模式図であり、（ｃ）は図６（ａ）のＸ２―Ｘ２線における断面模式図である。 本発明の他の太陽電池が具備する太陽電池素子の図６（ａ）のＸ２―Ｘ２線に対応する部位の断面模式図である。 図２のＡ部を拡大した平面模式図である。 図８のＺ―Ｚ線での断面模式図であり、（ａ）はスペーサ部材と第４電極とが交差しない形態を示し、（ｂ）はスペーサ部材の一部が第４電極上に位置している形態を示す。 本発明の他の実施形態に係る太陽電池の太陽電池素子を、裏面側からみた平面模式図である。 （ａ）〜（ｇ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池の作製工程を示す断面模式図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る太陽電池を備えた太陽電池モジュールの第１面側を示す平面模式図であり、（ｂ）は第２面側の一実施形態を示す平面模式図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールが具備する太陽電池パネルの構造を示す断面模式図である。
本発明の実施形態に係る太陽電池について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、太陽電池においてリード部材が設けられていないものを太陽電池素子とする。また、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池（複数の太陽電池素子）が電気的に接続されているものを指す。なお、太陽電池素子、太陽電池および太陽電池モジュールを構成する同一名称の部材については同一符号を付すものとする。
＜太陽電池素子および太陽電池＞
図１〜３に示すように、太陽電池素子１は半導体基板２を有する。半導体基板２は主として入射した光を受光する受光面２ａと、その受光面２ａの裏側に位置する裏面２ｂを有する。また、太陽電池素子１には、受光面２ａ上に受光面側電極が設けられている。また、太陽電池素子１には、裏面２ｂ上に裏面側電極が設けられている。
半導体基板２は、第１導電型（例えばｐ型）の第１半導体部２ｐと、第２導電型（例えばｎ型）の第２半導体部２ｎとを有する。第２半導体部２ｎは第１半導体部２ｐ上に位置する。このような半導体基板２には、例えばボロンあるいはガリウムなどの所定のドーパント元素を含有するｐ型のシリコン基板が用いられる。シリコン基板は単結晶であっても多結晶であってもよい。また、半導体基板２の厚みは、例えば１００〜２５０μｍ程度であればよい。また、半導体基板の形状は、１辺の長さが１５０〜１８０ｍｍ程度の正方形状または長方形状などの四角形状であればよい。
第２半導体部２ｎは、半導体基板２の受光面２ａ側に設けられている。第１半導体部２ｐがｐ型の導電型を有する場合であれば、第２半導体部２ｎは、ｎ型の導電型を有する。ｎ型の導電型を有する第２半導体部２ｎは、例えばｐ型の半導体基板２の受光面２ａ側にリン等のドーパント元素を拡散させることによって形成できる。
半導体基板２の受光面２ａには反射防止膜１３が形成される。この反射防止膜１３は、受光面２ａにおける光の反射率を低減させて、半導体基板２に吸収される光の量を増大させる。これにより、太陽電池素子１の光電変換効率が向上する。反射防止膜１３は、例えば、窒化シリコン膜などの窒化膜、酸化チタン膜、酸化シリコン膜または酸化アルミニウム膜などの酸化膜で形成される。また、反射防止膜１３は、上記窒化膜および上記酸化膜を積層させて構成されていてもよい。反射防止膜１３の厚みなどは、構成する材料によって適宜最適なものに設定される。例えば、反射防止膜１３の屈折率は１．８〜２．３程度、厚みは３０〜１２０ｎｍ程度であればよい。
受光面側電極は、図１に示すように、第２半導体部２ｎ上に設けられている。受光面側電極は、バスバー電極３および集電電極４を有する。集電電極４の一端部または両端部は、バスバー電極３に接続されている。また、太陽電池素子１には、集電電極４の外側端部を接続する補助集電電極５を設けてもよい。
バスバー電極３は、後のモジュール製造工程において受光面２ａ上にリード部材１５が接続される。バスバー電極３は、例えば帯状に形成されている。バスバー電極３は、第１方向（図１のＹ方向）に例えば２〜４本程度設けられ、１〜３ｍｍ程度の幅を有する。集電電極４および補助集電電極５は、光発生キャリアを集電する。集電電極４は、幅が５０〜２００μｍ程度であり、互いに１〜３ｍｍ程度の間隔を空けて、バスバー電極３と略垂直に交わるように複数設けられている。また、補助集電電極５も５０〜２００μｍ程度の線幅を有していればよい。
バスバー電極３、集電電極４および補助集電電極５などの電極の厚みは、１０〜２５μｍ程度であればよい。これら電極は、銀および銅のうち少なくとも一方の金属を主成分とすればよい。これら電極は、上記金属、ガラスフリットおよび有機ビヒクルなどを含む導電ペーストをスクリーン印刷等で塗布した後に焼成して形成できる。
半導体基板２の裏面２ｂには、パッシベーション層６が設けられている。このパッシベーション層６は、半導体基板２の裏面２ｂ側において、少数キャリアの再結合を低減する。これにより、太陽電池素子１の光電変換効率が向上する。パッシベーション層６は、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、酸化チタンまたは酸化アルミニウムなどで形成できる。パッシベーション層６の厚みは、例えば、１０〜２００ｎｍ程度であればよい。また、パッシベーション層６は、例えばＡＬＤ（Atomic Layer Deposition）法、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）法、熱ＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタリング法などを用いて形成すればよい。また、パッシベーション層６は、半導体基板２の受光面２ａおよび側面に形成してもよい。
裏面側電極は、図２に示すように、半導体基板２の裏面２ｂ上に第１電極７、第２電極８、第３電極９および補助集電電極１０を有している。なお、この裏面側電極には、パッシベーション層６上に設けられるものがあってもよい。
第１電極７は、後のモジュール製造工程においてリード部材が接続される。また、第１電極７は、表面、側面および裏面を有している。リード部材は第１電極７の表面上に接続される。第１電極７は、第１方向（図２のＹ方向）に沿って裏面２ｂ（主面）上に配置される。このとき、第１電極７は、第１方向に間隙１１を空けて一直線上に５〜２０個程度設けられる。そして、列状に配置された第１電極７は、バスバー電極３の直下の位置に設けられている。第１電極７の大きさは、例えば幅方向（Ｘ方向）が３〜１０ｍｍ程度、縦方向（Ｙ方向）が１〜８ｍｍ程度、厚みは２〜１２μｍ程度であればよい。第１電極７は、受光面側電極と同様のスクリーン印刷法等で形成できる。
また、隣り合う第１電極７の間に位置する間隙１１に位置する半導体基板２の主面上には、パッシベーション層６が配置されている。これにより、太陽電池素子１の光電変換効率が向上する。
第２電極８は、第１方向（Ｙ方向）に沿って半導体基板２の主面上に配置されている。また、第２電極８は、隣り合う複数の第１電極７の側面同士を接続するように設けられている。第２電極８は、図２に示すように、Ｙ方向に沿って対を成すように２本設けられていてもよい。このとき、第２電極８は、半導体基板２の主面上の第１電極７の並びに沿った両側に配置されて、複数の第１電極７の側面にそれぞれ接続されている。第２電極８は、第３電極９によって集電された光発生キャリアの第１電極７への伝導を補助する。また、第２電極８を設けることによって、第１電極７を帯状のパターンではなく、間隙１１を空けたパターン形状にできる。このような形態であれば、間隙１１にパッシベーション層６を設けることができるため、太陽電池素子１の光電変換効率が向上する。第２電極８は、例えば線幅が０．５〜３ｍｍ程度、厚みが３０〜６０μｍ程度の線状であればよい。
第３電極９は、間隙１１以外の半導体基板２の主面上に配置されている。また、第３電極９は、第２電極８に接続されるとともに、Ｙ方向に交差する方向に第２電極８から外側に引き出されている。例えば、第３電極９は、図２に示すように、Ｘ方向に沿って設けられている。第３電極９は、光発生キャリアを集電するものである。第３電極９は、線幅が１００〜５００μｍ程度であり、その厚み１５〜４０μｍ程度の帯状の形状であればよい。また、この第３電極９は、互いに１〜６ｍｍ程度の間隔を空けて複数設けられている。第３電極９の一端部または両端部は、第２電極８に交わるように接続されている。
補助集電電極１０は、図２に示すように、太陽電池素子１の両端部側に位置する第３電極９の端部同士を電気的に接続する。そのため、補助集電電極１０は、Ｙ方向に沿って設けられている。この補助集電電極１０は、例えば、線幅が１００〜３００μｍ程度、厚みが１５〜４０μｍ程度であればよい。第３電極９および補助集電電極１０は、アルミニウムを主成分として含有している。第３電極９および補助集電電極１０は、例えば、アルミニウム、ガラスフリットおよび有機ビヒクルなどを含む導電ペーストをスクリーン印刷等で塗布した後に焼成することで形成できる。
第２電極８、第３電極９および補助集電電極１０は、同じ材質で形成してもよい。これにより、これらの電極を同じ工程で形成できるため、工程の簡略化を図ることができる。また、第２電極８、第３電極９および補助集電電極１０がアルミニウムを主成分として含むことによって、これらの電極の形成部分に対応する半導体基板２の内部にアルミニウムが高濃度に拡散したＢＳＦ（Back Surface Field）層１４が同時に形成される。
また、第２電極８の厚みは、第３電極９および補助集電電極１０の厚みよりも大きくしてもよい。第２電極８は、第３電極９で集電された光発生キャリアが集まるため、より低抵抗の特性が求められる。そのため、第２電極８は、線幅だけでなく厚さもより大きくすることで他の電極よりも低抵抗になるようにしてもよい。このとき、第２電極８の厚みは、例えば３０〜６０μｍ程度である。第２電極８は、スクリーン印刷法によって第３電極９および補助集電電極１０と同時に形成する場合には、第２電極８の厚みのみ大きくするために、第２電極８部分を複数回印刷してもよい。
本実施形態では、間隙１１に位置する半導体基板２の主面上に、スペーサ部材１２（当接部材）を配置している。具体的に、スペーサ部材１２は、間隙に位置して一方向（本実施形態ではＹ方向）にパッシベーション層６と並んで半導体基板２の主面（裏面２ｂ）に配置されている。さらに、半導体基板２の裏面２ｂと直交する第２方向（図３のＺ方向）における断面において、スペーサ部材１２の高さは、第２方向における第１電極７の高さよりも大きい。なお、スペーサ部材１２の機能については後述する。
複数の第１電極７の表面上には導電性接着剤が配置されている。このような導電性接着剤としては、例えば、半田、導電性樹脂等が挙げられる。
隣り合う太陽電池素子１同士は、複数の第１電極７の上面（表面）に導電性接着剤を介して接続されたリード部材１５によって電気的に接続されている。これにより、図４（ａ）に示すような太陽電池１が構成される。この太陽電池１６では、太陽電池素子１の受光面２ａのバスバー電極３にリード部材１５ａが接着（以下、半田付けとする）され、裏面２ｂの第１電極７にリード部材１５ｂが半田付けされる。このとき、リード部材１５は、パッシベーション層６を跨ぐように配置されている。
リード部材１５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から成る帯状の金属箔で構成されている。この金属箔には、表面に導電性接着剤に相当する半田がコーティングされている。この半田は、例えば１０〜５０μｍ程度の厚みになるように設けられる。リード部材１５の幅は、バスバー電極３の幅と同等またはバスバー電極３の幅よりも小さくしてもよい。これにより、リード部材１５によって太陽電池素子１の受光を妨げにくくできる。一方で、リード部材１５の幅をバスバー電極３の幅よりも大きくすれば、リード部材１５の電気抵抗を小さくすることができる。また、リード部材１５の幅をバスバー電極３の幅よりも大きくすれば、バスバー電極３に対して若干位置ずれが生じてもリード部材１５とバスバー電極３との接続を維持することができる。また、リード部材１５は、バスバー電極３および第１電極７の略全表面に接続してもよい。これにより、太陽電池素子１の電気抵抗を小さくできる。ここで、リード部材１５で１５０ｍｍ角程度の２つの太陽電池素子１同士を接続する場合は、リード部材１５の幅は１〜３ｍｍ程度、その長さは２６０〜３００ｍｍ程度であればよい。
また、図４（ｂ）に示すように、隣り合う太陽電池素子１（太陽電池素子１Ｓ、１Ｔ）は、太陽電池素子１Ｓの受光面２ａのバスバー電極３に接続したリード部材１５の他端部を太陽電池素子１Ｔの裏面２ｂの第１電極７に半田付けすることによって接続される。このような接続を複数（例えば５〜１０個程度）の太陽電池素子１に対して繰り返すことによって、複数の太陽電池素子１（複数の太陽電池１６）が直線状に直列接続されてなる太陽電池ストリングが形成される。
また、半田には、例えば主として錫（Ｓｎ）と鉛（Ｐｂ）から成るもので、例えば錫が６０〜６３質量％で残部が実質的に鉛から成る共晶半田を用いる。また、半田には、実質的に鉛を含まず、錫が９０〜９７質量％を含み、残部に銀（Ａｇ）や銅（Ｃｕ）などを含んだものを用いてもよい。また、半田には、錫に亜鉛（Ｚｎ）やビスマス（Ｂｉ）またはインジウム（Ｉｎ）を含むものを用いてもよい。また、導電性接着剤には、例えば、銀や銅などの導電性フィラーを混合したエポキシ樹脂を利用してもよい。このように、導電性接着剤には、導電性が付与された樹脂を用いてもよい。
次に、スペーサ部材１２の機能について説明する。スペーサ部材１２を設けない場合には、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、リード部材１５と第１電極７との間の導電性接着剤層（以下、半田層の例で説明する）が薄くなりやすい。このとき、リード部材１５の幅方向には、リード部材１５と第１電極７との間からはみ出してきた半田が大きなフィレット１７を形成しやすくなる。このようなフィレット１７が形成された太陽電池１６を用いた太陽電池モジュールに対して＋１００〜−６０℃程度の温度サイクルテストを１０００サイクル以上行なった場合には、フィレット１７の端部の直下の第１電極７の部分にクラックが発生しやすくなる。
このクラックの発生は、次のような要因によるものと推測される。フィレット１７の端部１７ａは、半田が存在する部分と半田が存在しない部分との境界部であるため、温度サイクルテストによる各部材の膨張、収縮によって生じる応力の影響を受けやすい。これにより、フィレット１７の端部１７ａの直下に位置する第１電極７の部位に応力が集中してクラックが発生すると推測される。
これに対し、本実施形態のように、間隙１１にスペーサ部材１２を設けた場合には、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、リード部材１５は隣り合う第１電極７の間に位置するスペーサ部材１２に支持される。これは、スペーサ部材１２がリード部材１５の一部に下から当接している当接部材としての役割を担うからである。また、Ｚ方向において、スペーサ部材１２の高さが第１電極７よりも大きいため、第１電極７の上面とリード部材１５との間におけるスペースを大きくできる。これにより、リード部材１５と第１電極７との間の半田層１８の厚みが大きくなる。その結果、リード部材１５の幅方向では、リード部材１５と第１電極７との間から第１電極７の側面にはみ出す半田の量が少なくなる。それゆえ、フィレット１７の形成を低減できる。これにより、上述した応力の集中を低減できる。
このような太陽電池１６では、フィレット１７に起因する第１電極７におけるクラックの発生を低減できる。よって、信頼性の高い太陽電池とすることができる。なお、導電性接着剤の厚みが大きい場合では、Ｚ方向におけるスペーサ部材１２の高さは、Ｚ方向における第１電極７の高さと、第１電極７上に配置されたＺ方向における導電性接着剤の高さの合計値となる。しかし、導電性接着剤の高さ（厚み）は、第１電極７の高さよりも非常に低いため、スペーサ部材１２の高さを第１電極７の高さよりも高くしておけばよい。
また、導電性接着剤に半田を用いる場合には、スペーサ部材１２はアルミニウムを主成分として含有しているとよい。半田はアルミニウムに接着しにくいため、リード部材１５は半田でスペーサ部材１２に接着されにくい。そのため、スペーサ部材１２とリード部材１５との間におけるフィレット１７の形成を低減できる。なお、スペーサ部材１２をアルミニウムを主成分とする材料で形成する場合には、第２電極８などと同じ工程においてスクリーン印刷等の方法で形成すればよい。
スペーサ部材１２は、各間隙１１に１つ設けた形態に限定されるものではなく、隣り合う第１電極７のそれぞれのより近い位置に２つ設けるような形態であってもよい。これにより、第１電極７の上面とリード部材１５との間のスペースをより確保しやすくなる。
なお、スペーサ部材１２は、図７に示すように、間隙１１に位置するパッシベーション層６上に配置されていてもよい。これにより、半導体基板２のパッシベーション層６を設ける領域を増やすことができるため、パッシベーション効果を高めることができる。その結果、太陽電池素子１の光電変換効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、図２に示すように、間隙１１において隣り合う第１電極７が接続された第４電極１９を設けてもよい。つまり、第４電極１９は、間隙１１において隣り合う第１電極７を結ぶようにパッシベーション層６およびスペーサ部材１２の非形成領域に配置されている。第４電極１９は、リード部材１５に接触するように設けられる。これにより、同じ列に位置する複数の第１電極７のうち、１つの第１電極７とリード部材１５とで接続不良が生じていても、第４電極１９を経由して接続不良が生じていない他の第１電極７にキャリアを伝導することができる。その結果、太陽電池１６の電気抵抗の増加を低減できる。第４電極１９のＸ方向における線幅は、０．１〜１ｍｍ程度、厚みは２〜１２μｍ程度であればよい。また、第４電極１９は、第１電極７と同等の材質および製法で形成すればよい。なお、第４電極１９は、第１電極７のＸ方向における両端部側に２本設けてもよいし、端部側と中央部分とに３本設けてもよい。第４電極１９の本数については、特に限定されないが、パッシベーション層６の領域を確保するためには、１〜３本であればよい。なお、スペーサ部材１２が樹脂等の絶縁性部材で構成されている場合には、スペーサ部材１２と第４電極１９との交点では、第４電極１９がスペーサ部材１２の上に配置される。このとき、第４電極１９がリード部材１５に接触するように配置されることによって、第４電極１９で集めたキャリアを直にリード部材１５に接続することができる。
本実施形態では、図８に示すように、複数の第１電極７は、第１側面７ａおよび第１側面７ａに対向する第２側面７ｂを有している。また、第２電極８は、隣り合う第１電極７の第１側面７ａ同士を接続する第１部分８ａと、隣り合う第１電極７の第２側面７ｂ同士を接続する第２部分８ｂとを有している。
第２電極８の第１部分８ａは、Ｙ方向に隣り合う第１電極７の第１側面７ａ同士を電気的に接続している。このとき、第１部分８ａは、第１電極７の第１側面７ａの近傍に位置する第１電極７のＸ方向における端部を部分的に覆うように設けられてもよい。これにより、第１電極７と第２電極８との接触抵抗を低減できるとともに、強固に接続することができる。
第２電極８の第２部分８ｂは、Ｙ方向に隣り合っている第１電極７の第２側面７ｂ同士を電気的に接続している。このとき、第２部分８ｂは、第１電極７の第２側面７ｂの近傍に位置する第１電極７のＸ方向における端部を部分的に覆うように設けられてもよい。これにより、第１電極７と第２電極８との接触抵抗を低減できる。また、本実施形態では、第１電極７と第２電極８とを強固に接続できる。
また、スペーサ部材１２は、導電性を有している場合に、第２電極８ａと第２電極８ｂとを接続するように設けてもよい。これにより、スペーサ部材１２で第２電極８ａと第２電極８ｂとを電気的に接続することができる。換言すれば、スペーサ部材１２は、間隙１１において２つの第２電極８を接続している。このような形態であれば、仮に第１電極７の第１側面７ａ側または第２側面７ｂ側のどちらかでクラックが発生した場合でも、スペーサ部材１２を電気的な迂回路として利用できる。その結果、抵抗の増加を低減できる。この場合には、スペーサ部材１２は、例えば上述の第２電極８、第３電極９または補助集電電極１０と同じ材質で形成すればよい。具体的には、スペーサ部材１２は、第２電極８および第３電極９と同じ導電性材料で形成されていればよい。この場合には、補助集電電極１０もスペーサ部材１２と同じ材質で形成されていてもよい。これにより、工程の簡略化を図ることができる。スペーサ部材１２は、幅が０．２〜２ｍｍ程度、厚さが３０〜６０μｍ程度であればよい。
一方、スペーサ部材１２は、絶縁性部材で形成されていてもよい。具体的には、例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂、シリコン樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂などの絶縁性の樹脂が挙げられる。例えば、エポキシ樹脂を用いる場合であれば、熱硬化性のエポキシ樹脂でスクリーン印刷などを用いて形成することができる。スペーサ部材１２を樹脂で構成すれば、より低温でスペーサ部材１２を形成することができるため、スペーサ部材１２の直下に位置するパッシベーション層６の熱による破壊を低減できる。これにより、太陽電池素子１の光電変換効率を向上させることができる。
次に、スペーサ部材１２と第４電極１９との位置関係について説明する。第４電極１９は、図９（ａ）に示すように、間隙１１において隣り合う第１電極７を結ぶようなパッシベーション層６およびスペーサ部材１２の非形成領域に配置されていてもよい。このような場合には、図９（ａ）に示すように、第４電極１９との交点に対応する部位を部分的に切断してもよい。つまり、スペーサ部材１２と第４電極１９とが接触しないようにしてもよい。これにより、第４電極１９の厚み（Ｚ方向における高さ）がスペーサ部材１２に影響を与えないため、第１電極７とリード部材１５との間の高さを確保しやすい。
一方で、第４電極１９は、図９（ｂ）に示すように、間隙１１において隣り合う第１電極７を結ぶようなパッシベーション層６の非形成領域に配置されていてもよい。スペーサ部材１２は、図９（ｂ）に示すように、第４電極１９の上に配置されていてもよい。これにより、本実施形態では、半導体基板２の間隙１１に対応する平面状の裏面２ｂ上に第４電極１９を配置することができるため、第４電極を細く形成しても、断線が生じにくい。
また、太陽電池１６は、図１０に示すように、太陽電池素子１の第３電極９が格子状のパターンを有していてもよい。第３電極９は、第３方向（図７のＸ方向）に沿う第３電極９ａと第１方向（Ｙ方向）に沿う第３電極９ｂとを有している。第３電極９ａおよび第３電極９ｂは、複数の交点で接続されている。このような第３電極９であれば、仮に第１電極７のいずれか１つにおいてリード部材１５との接続不良が生じた場合であっても、第３電極９ａおよび第３電極９ｂを経由して他の第１電極７にキャリアを伝導することができる。これにより、抵抗の増加を低減できる。なお、第３電極９ａおよび第３電極９ｂは、線幅が１００〜５００μｍ程度、厚みが１５〜４０μｍ程度であればよい。また、第３電極９ａおよび第３電極９ｂは、１〜６ｍｍ程度の間隔を空けて複数設けられている。
＜太陽電池の製造方法＞
次に、太陽電池１６の製造方法について説明する。
まず、図１１（ａ）に示すように、一導電型層を構成する半導体基板２を準備する。半導体基板２としては、第１導電型を有するものであればよい。具体的には、例えばボロンなどのドーパントを含有するｐ型のシリコン基板であればよい。このシリコン基板は、単結晶または多結晶のシリコンで形成されている。シリコン基板の比抵抗は０．２〜２Ω・ｃｍ程度がよい。シリコン基板の大きさは、例えば一辺が１４０〜１８０ｍｍ程度の正方形または矩形で、その厚みは１００μｍ〜２５０μｍ程度にすればよい。半導体基板２が単結晶の場合は、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）法などによって形成される。半導体基板２が多結晶の場合は、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し、このインゴットを所定の厚みにスライスして、半導体基板２を作製する。なお、以下では、ｐ型の多結晶のシリコン基板を用いた例によって説明する。
半導体基板２は、スライス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、またはフッ硝酸などの溶液でごく微量エッチングする方がよい。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ＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などのドライエッチング法を用いて、半導体基板２の受光面２ａ側に微小な凹凸構造（テクスチャ）を形成するとよい。これにより、受光面２ａ側における光の反射率を低減することできる。その結果、太陽電池素子１の光電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２の第１半導体部２ｐの受光面２ａ側にｎ型の第２半導体部２ｎを形成する。第２半導体部２ｎは、ｎ型不純物（例えばリン）を受光面２ａ側の表層内に拡散させることによって形成される。拡散の方法としては、例えばペースト状態にした五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）を半導体基板２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（ＰＯＣｌ３）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が挙げられる。この第２半導体部２ｎは、例えば０．１〜１μｍ程度の厚みで、４０〜１５０Ω／□程度のシート抵抗に形成される。また、第２半導体部２ｎ形成時に、裏面２ｂ側にも逆導電型層が形成された場合には、裏面２ｂ側のみをエッチングによって除去して、ｐ型の導電型領域を露出させる。このエッチング工程は、例えば、フッ硝酸溶液に半導体基板２における裏面２ｂ側のみを浸せばよい。これにより、裏面２ｂ側の第２半導体部２ｎを除去する。また、予め裏面２ｂ側に酸化シリコンなどから成る拡散防止用マスクを用いて気相熱拡散法等によって第２半導体部２ｎを形成してもよい。
次に、図１１（ｃ）に示すように、半導体基板２の受光面２ａ側および裏面２ｂ側の両面側の略全面に、パッシベーション層６を形成する。パッシベーション層６は、例えばＡＬＤ法を用いることによって、半導体基板２の全表面に同時に形成することができる。次に、ＡＬＤ法によって、酸化アルミニウムから成るパッシベーション層６を形成する方法について説明する。
まず、成膜室内に半導体基板２を載置して、基板温度を１００〜３００℃に加熱する。次に、トリメチルアルミニウム等のアルミ原料を、アルゴンガス、窒素ガス等のキャリアガスとともに０．１〜１秒間、半導体基板２上に供給して、半導体基板２の表面全体にアルミニウム原料を吸着させる（ＰＳ工程１）。
次に、窒素ガスによって成膜室内を０．５〜３秒間パージすることによって、空間中のアルミ原料を除去するとともに、半導体基板２に吸着したアルミ原料のうち、原子層レベルで吸着した成分以外を除去する（ＰＳ工程２）。
次に、水またはオゾンガス等の酸化剤を成膜室内に１〜８秒間供給して、アルミ原料であるトリメチルアルミニウムのアルキル基であるＣＨ３を除去するとともに、アルミニウムの未結合手を酸化させる。これにより、半導体基板２に酸化アルミニウムの原子層を形成する（ＰＳ工程３）。
次に、窒素ガスによって成膜室内を０．５〜５秒間、パージすることによって、空間中の酸化剤を除去する（ＰＳ工程４）。このとき、原子層レベルの酸化アルミニウム以外、例えば、反応に寄与しなかった酸化剤等も除去される。
そして、上記のＰＳ工程１からＰＳ工程４を繰り返すことによって、所定厚みを有するパッシベーション層６を形成することができる。また、ＰＳ工程３で用いる酸化剤に水素を含有させることによって、酸化アルミニウム層内に水素が含有されやすくなる。これにより、水素パッシベーション効果を増大させることができる。
また、ＡＬＤ法を使用すれば、半導体基板２表面の微小な凹凸に応じて酸化アルミニウム層が形成される。これにより、表面パッシベーション効果を高めることができる。
次に、図１１（ｄ）に示すように、半導体基板２の受光面２ａ側のパッシベーション層６上に反射防止膜１３を形成する。反射防止膜１３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法、熱ＣＶＤ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１３をＰＥＣＶＤ法で形成する場合であれば、反応室内を４５０〜５５０℃程度としてシラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを窒素（Ｎ２）で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させることで反射防止膜１３が形成される。
次に、図１１（ｅ）に示すように、受光面側電極（バスバー電極３、集電電極４、補助集電電極５）形成のための導電ペーストの塗布２０ａを行なう。受光面側電極は、銀および銅のうち少なくとも一方を含有する導電成分と、ガラスフリットと、有機ビヒクルとを含有する導電ペースト２０ａを用いて作製される。この導電ペースト２０ａは、銀および銅のうち少なくとも一方を主成分として含有している。有機ビヒクルは、例えばバインダ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。バインダには、エチルセルロース等のセルロース系樹脂のほか、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、銀などの導電成分の合計質量（１００質量部）に対して、およそ６質量部以上２０質量部以下であればよい。また、ガラスフリットの成分は、ガラス材料として例えばＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３−ＰｂＯ系、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系などの鉛系ガラスを用いることができるほか、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系、またはＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−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、銀などの導電成分の合計質量（１００質量部）に対して、２〜１３質量部であればよい。この導電ペースト２０ａを、スクリーン印刷法などを用いて半導体基板２の受光面２ａの反射防止膜１３上に塗布する。
次に、図１１（ｆ）に示すように、パッシベーション層６上に裏面側電極である第１電極７、第２電極８、第３電極９および補助集電電極１０用の導電ペーストを塗布する。同時にスペーサ部材１２用の導電ペーストも塗布する。塗布の順序としては、まず、第１電極７を形成するための導電ペースト２０ｂの塗布を行う。使用する導電ペーストは、上述の受光面２ａ側電極の形成時に用いたものと同様のものが使用可能であり、スクリーン印刷法を用いて塗布する。
次に、第２電極８、第３電極９、補助集電電極１０およびスペーサ部材１２を形成するための導電ペースト２０ｃを塗布する。これらの電極またはスペーサ部材１２を形成するための導電ペーストとしては、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ペーストを用いて作製される。この金属粉末は、平均粒径が３〜２０μｍ程度のものであればよい。有機ビヒクルは、バインダが有機溶媒に溶解したものである。ガラスフリットとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｐｂ系、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３−ＰｂＯ系、Ｂｉ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系の材料を用いる。アルミニウムペーストの組成は、例えばアルミニウムペーストの総質量の６０質量％以上８５質量％以下がアルミニウム粉末で、５質量％以上２５質量％以下が有機ビヒクルで、０．１質量％以上１０質量％以下のガラスフリットであればよい。さらに焼成後の半導体基板２に生じる反りの低減や抵抗率低減のために、酸化亜鉛（ＺｎＯ）や酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）などを添加してもよい。
次いで、導電ペーストを塗布した半導体基板２をピーク温度６００〜８００℃で数十秒〜数十分程度焼成することによって電極およびスペーサ部材１２を形成し、図１乃至図３に示すような太陽電池素子１を作製する。このとき、裏面側電極およびスペーサ部材１２は、パッシベーション層６を貫通して半導体基板２の裏面２ｂ上に形成される。なお、パッシベーション層６を貫通しないように裏面側電極およびスペーサ部材１２を形成してもよい。この場合には、導電ペーストの組成を変更して焼成温度を低くすればよい。
次に、図１１（ｇ）に示すように、太陽電池素子１のバスバー電極３上および第１電極７上にリード部材１５を接合する。このとき、第１電極７上に導電性接着剤である半田がコーティングされたリード部材１５を配置して、リード部材１５上から半田ごてを当てることによって接合すればよい。また、半田ごてに代えて熱風の吹き付け等によって半田を溶融させて第１電極７およびバスバー電極３にリード部材１５を接合してもよい。また、レーザーの照射で第１電極７およびリード部材１５を半田付けしてもよい。次に、太陽電池素子１を反転させ、バスバー電極３上にリード部材１５を配置して、同様に半田付けする。これにより、太陽電池１６を作製できる。
なお、太陽電池素子および太陽電池の構造や製造方法は、上述の内容に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良は可能である。例えばパッシベーション層６は、半導体基板２の裏面２ｂのみに設けるようにしてもよい。
＜太陽電池モジュール＞
本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール２１は、図１２（ａ）に示すように、太陽電池モジュール２１は、主として光を受ける面である第１面２１ａを有し、図１２（ｂ）に示すように、第１面２１ａの裏面に相当する第２面２１ｂを有する。また太陽電池モジュール２１は、図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の太陽電池１６を有する太陽電池パネル２２と、この太陽電池パネル２２の外周部に配置されたフレーム２３とを有して、第２面２１ｂ側に端子箱２４等をさらに有している。端子箱２４には、太陽電池モジュール２１により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２５が接続されている。
太陽電池パネル２２は、複数の太陽電池１６、透光性基板３１、表面側充填材３２、裏面側充填材３３、裏面材３４、横方向配線３５および外部導出配線３６を有する。
透光性基板３１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。ここでガラスとしては、例えば白板強化ガラス、倍強度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３１は、白板強化ガラスであれば、厚さ３〜５ｍｍ程度であればよい。
表面側充填材３２および裏面側充填材３３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）などを含んでいる。ＥＶＡおよびＰＶＢは、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシートに成形されたものが用いられる。このようなシートを用いてラミネート装置によって減圧下にて加熱加圧を行なうことによって、融着によって他の部材と接着させることができる。
裏面材３４は、外部からの水分の浸入を低減する役割を有する。この裏面材３４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）シート等が用いられる。裏面材３４は、太陽電池モジュール２１の第２面２１ｂ側からの光入射を発電に用いる場合は、ガラスまたはポリカーボネート樹脂等を用いてもよい。
また、太陽電池パネル２２は、太陽電池１６を複数並べて電気的に接続することによって得られる太陽電池ストリングを有している。この太陽電池ストリングは、１〜１０ｍｍ程度の所定間隔を空けて略平行に複数配列されている。また、太陽電池ストリングの各端部に位置する太陽電池１６同士を横方向配線３５で半田等を用いて接続する。また、太陽電池パネル２２の両端に位置する各太陽電池ストリングの横方向配線３５を接続していない太陽電池素子１には、外部導出配線３６が接続される。
太陽電池パネル２２は、以下のように作製される。まず、図１３に示すように、透光性基板３１上に表面側充填材３２を配置した後、太陽電池ストリングを構成した太陽電池１６、裏面側充填材３３および裏面材３４等を順次積層して積層体を作製する。次いで、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２２を作製できる。
次に、太陽電池パネル２２の外周部にフレーム２３を設ける。次いで、第２面２１ｂ側に端子箱２４を取り付けることで、図１２に示す太陽電池モジュール２１が完成する。
このような太陽電池モジュール２１は、上述した太陽電池１６を使用することによって、設置後の長期間の屋外環境下においても光電変換効率の低下を低減できる。これにより、信頼性の高い太陽電池モジュール２１とすることができる。
１：太陽電池素子
２：半導体基板
２ａ：受光面
２ｂ：裏面
２ｐ：第１半導体部
２ｎ：第２半導体部
３：バスバー電極
４：集電電極
５：補助集電電極
６：パッシベーション層
７：第１電極
７ａ：第１側面
７ｂ：第２側面
８：第２電極
８ａ：第１部分
８ｂ：第２部分
９：第３電極
１０：補助集電電極
１１：間隙
１２：スペーサ部材（当接部材）
１３：反射防止膜
１４：ＢＳＦ層
１５、１５ａ、１５ｂ：リード部材
１６：太陽電池
１７：フィレット
１８：半田層
１９：第４電極
２０ａ〜２０ｃ：導電ペースト
２１：太陽電池モジュール
２１ａ：第１面
２１ｂ：第２面
２２：太陽電池パネル
２３：フレーム
２４：端子箱
２５：出力ケーブル
３１：透光性基板
３２：表面側充填材
３３：裏面側充填材
３４：裏面材
３５:横方向配線
３６：外部導出配線

Claims (9)

  1. 主面を有する半導体基板と、
    表面および側面を有し、前記半導体基板の主面上に、一方向に並んで配置された複数の第１電極と、
    前記第１電極間の間隙に位置する、前記半導体基板の主面上に配置されたパッシベーション層と、
    複数の前記第１電極の表面上に配置された導電性接着剤と、
    前記パッシベーション層を跨ぐように、隣り合う前記第１電極に前記導電性接着剤を介して接続されたリード部材と、
    前記間隙に位置して前記一方向に前記パッシベーション層と並んで前記半導体基板の主面上または前記パッシベーション層の表面上に配置されて、前記リード部材の一部に下から当接している、前記第１電極の高さよりも高い当接部材とを備え、
    前記導電性接着剤は半田からなり、前記当接部材は主成分としてアルミニウムを含有している、太陽電池。
  2. 前記半導体基板の主面上の前記第１電極の並びに沿った両側に配置されて、複数の前記第１電極の側面にそれぞれ接続された２つの第２電極をさらに備え、
    前記当接部材は、導電性を有しており、前記間隙において２つの前記第２電極を接続している、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 前記半導体基板の主面上に配置され、前記第２電極に接続されて外側に引き出された第３電極をさらに備える、請求項２に記載の太陽電池。
  4. 前記第３電極は、前記半導体基板の主面上において格子状のパターンを構成している、請求項３に記載の太陽電池。
  5. 前記第２電極、前記第３電極および前記当接部材は、同じ導電性材料からなる、請求項３または請求項４に記載の太陽電池。
  6. 前記間隙において隣り合う前記第１電極を結ぶように前記パッシベーション層および前記当接部材の非形成領域を有しており、該非形成領域に、隣り合う前記複数の第１電極同士に接続された第４電極をさらに備える、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の太陽電池。
  7. 前記間隙において隣り合う前記第１電極を結ぶように前記パッシベーション層の非形成領域を有しており、該非形成領域に、隣り合う前記第１電極同士および前記当接部材に接続された第４電極をさらに備える、請求項２乃至請求項５のいずれかに記載の太陽電池。
  8. 前記当接部材の一部は、前記第４電極上に位置している、請求項７に記載の太陽電池。
  9. 請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の太陽電池の複数を並べて電気的に接続した太陽電池パネルを備えた太陽電池モジュール。
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