JP6368714B2 - 線状リボン型コネクタストリップを使用した背面接触太陽電池モジュールの製造方法及び各太陽電池モジュール - Google Patents

線状リボン型コネクタストリップを使用した背面接触太陽電池モジュールの製造方法及び各太陽電池モジュール Download PDF

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Description

本発明は、背面接触太陽電池モジュール、特に、複数のメタルラップスルー（ＭＷＴ）太陽電池の製造方法及び、それに係る太陽電池モジュールに関する。
太陽電池は、光起電力効果を利用して太陽光を電気に変換するために使用される。一般的な目的は、低い生産コストの必要性とバランスのとれた高い変換効率を達成することである。
太陽電池では、エミッタ領域とベース領域は、半導体基板（半導体基材）中に含まれ、これらの反対にドープされた領域との間の接合部は、光生成された電荷結合を分離するのに役立つ。ここで、エミッタ領域は、ｎ型及びｐ型ドーピングのいずれかを含む一方、ベース領域は、その逆のドープ型を含む。
従来の太陽電池では、エミッタ領域は、通常、入射光に向けられた上面に配置され、ベース領域は、半導体基板の反対側の裏面に配置される。したがって、エミッタ領域に接触するエミッタコンタクトＲＡＫは、前面に配置され、ベース領域に接触するベースコンタクトは、半導体基板の裏面側に配置される。
両方のコンタクト型が半導体基板の裏面に配置される、新規なセル設計が開発されている。このような太陽電池は、一般的に、背面接触太陽電池と呼ばれている。
ここで、主に説明される背面接触太陽電池の１つのタイプは、エミッタ領域が半導体基板の表側に配置され、小さな金属フィンガが、エミッタコンタクトを形成するために、この表側に配置されるメタルラップスルー（ＭＷＴ）太陽電池設計である。しかしながら、従来の太陽電池とは対照的に、これらの小さな金属フィンガは、その小さなフィンガに垂直に配置され、一般的に、バスバーと呼ばれるより大きなフィンガにつながっていない。代わりに、これらの小さなフィンガは、半導体基板全体に生成されたスルーホールにつながっている。そのため、これらのスルーホールは、小さな前側のフィンガと半導体基板の背面に配置されたエミッタコンタクト領域をつなぐ金属で充填されている。したがって、ＭＷＴセルは、遮光バスバーが前側に必要とされないような、両方のコンタクト型を背面に有することができる。
背面側のエミッタコンタクトとベースコンタクトのそれぞれの上に、半田パッド配列が塗布されてもよい。これらの半田パッド配列は、例えば、銀のような、半田付け可能な材料で作られた１つ以上の半田パッドを備えることができる。このような半田パッド上において、連結構造体が、隣接する太陽電池を相互接続するために半田付けされ、それにより、最終的に太陽電池モジュールを形成するために使用することができる太陽電池の相互接続されたストリングを形成する。
いくつかの概念や相互配線スキームが、複数の背面接触太陽電池を電気的に相互接続するために開発されてきた。このようなアプローチやスキームにより満たされる一般的な要件は、塗布された連結構造体を経由してエミッタ領域とベース領域との間でショート（短絡）が生じないようにすることである。さらに、連結構造体は、相互配線の手順により太陽電池を損傷する大きなリスクなしに、半田パッド配列に塗布（適用）しやすいものでなければならない。また、ストリングに太陽電池を相互接続するために使用される処理工程や材料は、できるだけ簡単で安価であるべきである。
本発明の実施形態は、有利に上記の要件を満たすことができる。
本発明の第１の態様により、太陽電池モジュールを製造するための方法が提案される。この方法は、半導体基板の背面にエミッタコンタクト及びベースコンタクト、さらに、エミッタコンタクト及びベースコンタクト上に塗布される半田パッド配列を有する複数の背面接触太陽電池を設けることで始まる。各半田パッド配列は、直線状に配置された１つ以上の半田パッドを含む。半田パッド配列は、半導体基板の長手方向軸に対して非対称に半導体基板の背面に配置される。以下でさらに明らかになるように、このような半田パッド配列の非対称な配置は、本発明の概念にとって重要な発想として見ることができる。半導体基板の長手方向軸は、半導体基板の中心を通って延び、好ましくは、半田パッド配列の直線状の延長線と平行、または、少なくとも横断しない軸である。
このように特異的に設計された背面接触太陽電池を準備または設けた後、各太陽電池は、半導体基板の長手方向軸に垂直な線に沿って、第１及び第２セル部に分離される。
続いて、背面接触太陽電池の複数の第１及び第２セル部は、第２セル部が、第１セル部に対して１８０°方向に配置され、第１セル部のエミッタコンタクト及びベースコンタクトの半田パッド配列が、第２セル部のベースコンタクト及びエミッタコンタクトの半田パッド配列と、それぞれ一列に整列されるように、直線（ライン）に沿って交互に（互い違いに）配置される。言い換えれば、各太陽電池を２つに分離した後、全ての第２セル部が１８０°回転され、次いで、セル部が直線に沿って配置される。
半導体基板の背面の半田パッド配列の配置の非対称性により、第１セル部と回転された第２セル部は、第１セル部のエミッタコンタクト上に塗布された各半田パッド配列が、隣接する第２セル部分のベースコンタクト上に塗布された関連した半田パッド配列と直線状に揃うように配置される。同様に、第１セル部のベースコンタクトに塗布された各半田パッド配列は、反対側に隣接する第２セル部のエミッタコンタクトに塗布された関連した半田パッド配列と直線状に揃えられる。
最後に、複数の第１及び第２セル部は、電気的に直列に接続される。この目的のために、線状のリボン型コネクタストリップが、各第１セル部のエミッタコンタクトの直線状の半田パッド配列上、及び、各第１セル部の片側に隣接する第２セル部のベースコンタクトの揃えられた線状の半田パッド配列上に配置される。さらに、線状のリボン型コネクタストリップは、各第１セル部のベースコンタクトの直線状の半田パッド配列上、及び、各第１セル部の反対側に隣接する第２セル部のエミッタコンタクトの揃えられた線状の半田パッド上に配置される。
最後に、コネクタストリップは、下にある半田パッド配列に電気的に接続される。
本発明の第２の態様により、太陽電池モジュールが提案される。この太陽電池モジュールは上述した方法によって製造される。太陽電池モジュールは、長手方向軸に沿って配置された背面接触太陽電池の複数の第１及び第２セル部を備える。各第１及び第２セル部は、各エミッタコンタクト及びベースコンタクト上に半田パッド配列を有し、この半田パッド配列は、直線状に配置された１以上の半田パッドをそれぞれ有する。半田パッド配列は、半導体基板の長手方向軸に対して非対称に半導体基板の裏側に配置されている。背面接触太陽電池の複数の第１及び第２セル部は、第２セル部が、第１セル部に対して１８０°方向に配置され、第１セル部のエミッタコンタクト及びベースコンタクトの半田パッド配列が、第２セル部のベースコンタクト及びエミッタコンタクトの半田パッド配列とそれぞれ一列に整列されるように、直線に沿って、交互に（互い違いに）配置されている。背面接触太陽電池の複数の第１及び第２セル部は、各第１セル部のエミッタコンタクトの直線状の半田パッド配列上、及び、各第１セル部の片側に隣接する第２セル部のベースコンタクトの揃えられた直線状の半田パッド配列上に配置された各線状リボン型コネクタストリップによって、且つ、各第１セル部のベースコンタクトの直線状の半田パッド配列上、且つ、各第１セル部の反対側に隣接する第２セル部のエミッタコンタクトの直線状の半田パッド配列上に配置された各線状リボン型コネクタストリップによって直列に接続される。
さらに、以下で詳細を明らかにするように、本発明の上述の実施態様は、以下の概念や発想により解釈することができる。
太陽電池モジュールを製造するために背面接触太陽電池を相互接続する従来の方法およびスキームにおいては、短絡を回避し、簡単かつ安価な相互接続技術の要件が、様々な方法で実現されている。
例えば、複雑な金属連結構造体は、フレキシブルホイルのような追加的な基板（基材）上に金属ペーストを印刷することにより設けられ、続いて、適切な方法で、隣接する太陽電池のエミッタ及びベースコンタクトを相互接続する半導体基板上に、これらの追加的な基板を塗布することにより提供される。しかし、このような手法は、印刷された金属構造体を搬送するための追加的基板の提供を必要とし、さらに、そのような基板上に金属構造体を印刷するための多大な労力とコストが必要となる。
別の手法では、リボン型コネクタストリップが、隣接する太陽電池を相互接続するために使用される。しかしながら、このような手法では、単純な線状リボン型コネクタストリップでなく、複雑な形状を持つコネクタストリップが、使用されるか、または、追加的な絶縁層が、局所的な短絡を防止するために、コネクタストリップとその下に存在するエミッタ及びベースコネクタとの間にそれぞれ介在されなければならなかった。
また、特に大型の太陽電池の場合には、半導体基板上で半田パッド配列にリボン型コネクタストリップを半田付けすると、コネクタストリップの材料及び半導体基板の材料の異なる熱膨張係数に依存する半導体基板の大きな反りが結果として生じる。このような反りは、製造プロセスの収率低下をもたらす。
本発明の態様によれば、背面接触太陽電池は、大きなサイズで提供されてもよい。大きなサイズの太陽電池を用意することは、小さなサイズの太陽電池を用意するよりも効率的である。例えば、現時点において、ウエハベースの太陽電池は、通常、１５６×１５６ｍｍ２のサイズで用意される。このような大型サイズの背面接触太陽電池は、特定の半田パッド配列を備え、各半田パッド配列は、１つ以上の半田パッドを有し、直線形状を有する。半田パッド配列は、半導体基板の長手方向軸に対して非対称であるように、半導体基板の裏側に設けられている。
具体的には、半田パッド配列は、第１の太陽電池を第２の太陽電池に接して１８０°方向に配置するとき、第１の太陽電池の、すなわち、エミッタコンタクトまたはベースコンタクトに接触する、一方の直線状の半田パッド配列は、第２の太陽電池上の他方の関連する半田パッド配列に直線状に一列に整列されるようなスキームで提供される。このような半田パッド配列の特異的な設計により、各太陽電池は、それから、例えば、半導体基板の長手方向軸に垂直な線に沿って切断することによって、第１および第２セル部に分離することができ、続いて、これらの第１および第２セル部分は、各第２セル部を第１セル部に対して１８０°方向に配置して直線に沿って交互に配置される。最後に、第１及び第２セル部分は、第１セル部上の第１タイプの直線状の半田パッド配列上、及び、隣接する第２セル部上の反対の第２タイプの直線状の半田パッド配列上において、線状に塗布（適用）された従来の線状リボン型コネクタストリップを使用して、相互接続することができる。相互接続の前に大型の背面接触太陽電池を分離することにより、より短いリボン型コネクタストリップが、湾曲（反り）を低減するために使用されうる。
したがって、ここで提示する手法は、背面接触太陽電池を相互接続するために、線状のリボン型コネクタストリップの使用を可能にし、また、相互接続時に、半導体基板の過剰な反りを防止し、さらに、コネクタストリップとコンタクト間に介在する絶縁層の必要性をなくす。
本発明の実施の形態によれば、コネクタストリップと、エミッタ及びベースコンタクトとの間に絶縁層は全く介在されていない。本発明の相互接続の概念は、コネクタストリップと、その下面との間に絶縁層を必要とすることなしに、短絡を防止することができる。そのため、このような絶縁層を提供するための更なる労力やコストを避けることができる。
本発明の別の実施の形態によれば、背面接触太陽電池を分離する前に、エミッタコンタクトの半田パッド配列は、半導体基板の第１エッジの近くに配置される第１端から、半導体基板の中央領域を介して、半導体基板の第２エッジの近くに配列された第２端へ連続的に伸び、第１端と第２端は、それぞれ、第１及び第２エッジ間の距離の２〜４８％、好ましくは、４〜２０％離間している。同様に、完成した太陽電池モジュールにおいて、すなわち、背面接触太陽電池を第１及び第２セル部へ分離した後、エミッタコンタクトの半田パッド配列は、セル部の第１エッジに近いが、離間して配置される第１端から、セル部の反対側の第２エッジに配置される第２端まで伸び、第１端は、第１及び第２エッジ間の距離の４〜９６％、好ましくは、８〜４０％第１エッジから離間している。
言い換えれば、エミッタコンタクトに塗布される半田パッド配列の設計は、太陽電池を２つのセル部に分離する前に、半田パッド配列が、半導体基板の反対側のエッジに近いが離間して延びる、すなわち、半田パッド配列の端部と半導体基板の隣接するエッジとの間には、少なくとも小さなギャップ（隙間）が残るように選択される。このギャップは、エミッタ半田パッド配列の片側に配置されるベース領域から、エミッタ半田パッド配列の反対側に配置されるベース領域に電流を流す役割を果たす。ＭＷＴ太陽電池の背面上のエミッタ半田パッド配列の延長は、前側エミッタコンタクトと、前側エミッタコンタクトを裏側エミッタコンタクトに相互接続するスルーホール（貫通孔）の配置に強く依存する。極端な設計においては、エミッタ半田パッド配列が、基材の中央の近くの限定された領域だけに配置され、且つ、このような半田パッド配列と基材のエッジとの間のギャップが、基材全体の幅の４８％超であるように、スルーホールは太陽電池基板の中央の近くだけに配置される。
一般的に、エミッタ半田パッド配列が短ければ短いほど、且つ、従って、エッジまでのギャップが長ければ長いほど、エミッタ半田パッド配列の反対側のベース領域から、集積されたベース半田パッド配列へ流れるベースの電流に対する直列抵抗が小さくなる。しかしながら、短いエミッタ半田パッド配列は、太陽電池基板の前側でより長いエミッタコンタクトフィンガと組み合わせて成し得るしかなく、このような長いエミッタコンタクトフィンガは、直列抵抗の増加をもたらすので、トレードオフが、基板エッジと、太陽電池基板の幅の４〜２０％のギャップ幅の隙間を設けたエミッタ半田パッド配列で見られる。
しかしながら、エミッタ半田パッド配列は、半導体基板の中央領域を介して連続的に延び、半導体基板は、この中央領域を介して切断することにより、２つのセル部に分離することができるので、エミッタ半田パッド配列は、セル部の片側のエッジにギャップを残しつつ、セル部のもう片側のエッジまで直接到達する。セル部の半田パッド配列のこのような設計により、セル部は、短絡を防止するための絶縁層を必要とすることなく、互いに相互接続させることができる。
ベース領域からベース半田パッド配列に向かう集電は、エミッタコンタクトの連続した半田パッド配列の片側に配置されたベースコンタクトの半田パッド配列から、エミッタコンタクトの連続した半田パッド配列とエッジとの間のギャップを介し、エミッタコンタクトの連続した半田パッド配列の反対側の領域まで延びる追加的な金属フィンガを設けることにより、さらに向上させることができる。
提案する製造方法及び太陽電池モジュールは、特に、１００×１００ｍｍ２、好ましくは、１５６×１５６ｍｍ２の矩形サイズを有する背面接触太陽電池（これは、分離した第１及び第２セル部が矩形であり、好ましくは、５０×５０ｍｍ２以上のサイズを有することを意味する）に適用されるときに有益である。具体的には、このような大型サイズの太陽電池に対し、太陽電池を第１及び第２セル部に分離し、特異的に、これら第１及び第２セル部を方向付け、揃える工程は、リボン型コネクタストリップを半田パッド配列に半田付けする際、半導体基板の過剰な反りが歩留りを大幅に下げる処理工程がないため有益である。
背面接触太陽電池を第１及び第２セル部に分離するために、線状溝が半導体基板内にレーザスクライブされ、続いて、半導体基板は、この溝に沿って、機械的に折られる。このような分離プロセスは、工業的な規模の生産に容易に実現することができる一方で、太陽電池を半分に分離する他の方法も用いることができる。
提案する製造方法に関して、または、提案する太陽電池モジュールに関して、本発明の実施の形態の可能な特徴及び利点が、ここに記載されていることに留意されたい。当業者は、種々の特徴を適宜組み合わせる、または、交換されることを認識し、製造方法の特徴は、さらに有益な実施の形態を与え、シナジー効果を実現可能にするために、太陽電池の関連する手法で実現することができ、またその逆も然りである。
以下、本発明の実施形態の特徴および利点は、添付の図面に関連して説明する。ただし、図面や説明はいずれも本発明を限定するものとして解釈されるべきではない。
図１および図２は、本発明の実施形態に係る製造方法及び太陽電池モジュールに使用される太陽電池の背面側の上面図を示す。 図３は、本発明の実施形態に係る製造される太陽電池モジュールに対し特異的に方向付けされたセル部の背面側の上面図を示す。 図４は、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの相互接続された太陽電池の背面側の上面図を示す。 図５及び図６は、本発明の他の実施形態に係る製造方法及び本発明の代替の実施形態に係る太陽電池モジュールに使用されるセル部の背面側の上面図である。これらの図は、概略的であり、ある縮尺に調整されたものではない。同一または類似の特徴は、これらの図全体を通して、同じ参照番号で明示される。
本発明の製造方法および太陽電池モジュールの実施形態は、金属ラップスルー（ＭＷＴ）太陽電池の例示的な実施形態に関して、以下に説明する。しかし、提案される方法および太陽電池モジュールは、例えば、エミッタラップスルー（ＥＷＴ）や櫛型バックコンタクト（ＩＢＣ）等の他の背面接触太陽電池にも適用することができる。
ＭＷＴ太陽電池を製造する、且つ、太陽電池モジュールを製造するために、複数のそのようなＭＷＴ太陽電池を相互接続するための様々な技術及び手法が開発されている。その概要は、例えば、フロリアン・クレメント：「Solarzelle‐Entwicklung und -Charakterisierung」（http://www.freidok.uni-freiburg.de/volltexte/6832/上で公開）において見つけられる。
最先端のＭＷＴ太陽電池技術の主要な課題の１つは、モジュール製造の煩雑さとコストである。しばしば、印刷された金属構造体の複雑なパターンをその上に担持する追加的な箔（金属の薄片）が、太陽電池モジュール内において、隣接する太陽電池を相互接続するために用いられる。従来のリボン型相互接続のためには、絶縁層が塗布（適用）される必要があったり、特定の非線状リボンが使用される必要があったり、エミッタ及びベースコンタクトを相互接続するためのリボン量が一様でない追加的な処理工程がある。追加の絶縁層を適用する、または、複雑な形状のリボン型インターコネクタ（連結管）を使用することは、処理の煩雑さやコストをもたらし、且つ、エミッタ及びベースコネクタを相互接続する不均一な数のリボンの提供は、太陽電池内に電流の流れの不均一な分布をもたらし、最終的に太陽電池効率の減少をもたらす。
さらにまた、原則として、モジュール内において、太陽電池を相互接続するためにリボン型コネクタストリップを使用することは、このようなコネクタストリップを太陽電池の半田パッドに半田付けするための十分に確立された技術を使用したり、簡単なコネクタストリップを安価に入手したりすることができる等の多くの利点を含む一方、リボン型コネクタストラップを、現在の通常の標準サイズである１５６ｍｍ×１５６ｍｍのような大きなサイズの背面接触太陽電池に使用することは、リボンによって誘発される巨大な反りをもたらす。リボンの金属材料及び太陽電池の半導体材料は、熱膨張係数が大きく異なる。半田付けの処理中に到達する約２００℃の処理が、冷却時に熱誘引される応力をもたらす。このような機械的応力により、半導体基板は、著しく凹形状に曲げられる。誘引される反りは、とりわけ、リボン型コネクタストリップの長さ、それらの断面に、且つ、ストリップと太陽電池との接触面積に比例する。
誘引される反り（湾曲）は、太陽電池モジュール製造中の機械的な歩留りを主に左右する。例えば、１５６×１５６ｍｍ２の太陽電池の通常サイズにおいて、直径２ｍｍ×０．１ｍｍのリボン型コネクタストリップの使用は、４ｍｍ以上の大きな反りをもたらす。さらに大きな３．５ｍｍ×０．３ｍｍの断面積を有するコネクタストリップに関して、それらは、コネクタストリップの直列抵抗を減らすために有益に使用されるため、９ｍｍ以上のさらなる過度の湾曲が観察される。しかし、標準的な太陽電池モジュールの製造において、２〜３ｍｍの反りは、リボンを配列したり（一列に並べたり）、積層したりする間の破損による歩留りの低下を避けるために、大量生産においては、最大許容（の反り）とみなされる。
このように、本発明より前に、背面接触太陽電池を相互接続するリボン型コネクタストリップの使用は、大型サイズの太陽電池から太陽電池を製造する選択肢になかったと推測される。このことは、特に、ＭＷＴ太陽電池が、一般的に、リボン型コネクタストリップの横断面の減少が、かなり厳しい直列抵抗の問題をもたらすような、前側にバスバーを備える標準的な太陽電池に比べて、２〜３％高い電流を提供するような場合に当てはまる。
ここで提案された製造方法と太陽電池モジュールにより、上述した課題は、解決または少なくとも大幅に緩和することができる。提案された手法は、背面接触太陽電池を相互接続するための単純な（簡単な）線状リボン型コネクタを使用することができる。全ての太陽電池は、大きなサイズで提供することができ、それによって、確立された高スループットの産業用太陽電池プロセス（処理）を使用することを可能するとともに、半導体基板の裏側面上に半田パッド配列の特定の非対象パターンを設け、交互の順、且つ交互の向きで、セル部を配置する前に、各背面接触太陽電池を少なくとも２つのセル部に分離し、最後に、線状リボン型コネクタストリップを隣接するセル部の揃えられた半田パッド配列上に半田付けすることを提案する。これにより、セル部ごとのコネクタストリップの数と同様に、コネクタストリップの長さの両方が、それによって、コネクタストリップを半田パッド配列に半田付けした後の冷却時における半導体基板の反りを低減することができる。
さらに、セル部の大きさが、かなり小さいほど、好ましくは、非分離背面接触太陽電池の半分の大きさであるほど、各セル部により生成される電流は、全背面接触太陽電池における電流よりも小さくなる。これにより、コネクタのストリップ内の直列抵抗に起因する電力損失は、４分の１に低減することができる。
図１及び２は、本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの製造に使用することができる２バスバー及び３バスバー設計の背面接触太陽電池の背面上面図である。
ＭＷＴ背面接触太陽電池１の矩形の半導体基板３は、１５６ｍｍ×１５６ｍｍのサイズを有する。このようなＭＷＴ太陽電池１は、エミッタコンタクトを前面に含むだけでなく、エミッタコンタクトが、スルーホール５を通って半導体基板３の背面にも導かれる。これらスルーホール５に隣接する小領域には、半田パッド９が、半導体基板３の背面上に配置されている。前側のエミッタコンタクトとともに、スルーホールを通って基材３の裏側に導かれるエミッタコンタクト５に接触する半田パッド９も、例えば、スクリーン印刷技術を使用したり、また、例えば、銀含有スクリーン印刷用ペーストを使用したりして塗布することができる。
エミッタコンタクト５と接触する半田パッド９の領域から離れた半導体基板３の背面の残り（剰余）は、ベースコンタクト７及び／または裏面電界層（ＢＳＦ）で覆われる。ベースコンタクト７及び／または裏面電界層のいずれも、例えば、エミッタ半田パッド９の領域を除く半導体基板３の背面全体にアルミニウム含有ペーストをスクリーン印刷することによって塗布される。アルミニウム層は半田付けできないため（半田付けできるとは限らないため）、銀‐アルミニウム化合物のような半田付け可能な材料を含む半田パッド１１が、ベースコンタクト７上に局所的に配置される。
エミッタコンタクト５に接触する単一の半田パッド９だけでなく、ベースコンタクト７に接触する複数の半田パッド１１は、直線状の構造を有する半田パッド配列１３、１５を形成する。また、図に示されるように、直線状の半田パッド配列１３、１５は、半導体基板３の中央を走る長手方向軸１７に平行に伸ばすことができる。
半田パッド配列１３、１５は、長手方向軸１７に対して非対称に配置される。言い換えれば、半田パッド配列１３、１５の１つを長手方向軸１７でミラーリングする場合、鏡映された位置で半田パッド配列１３、１５は存在せず、逆に、この位置において、他の型の半田パッド配列１５、１３が存在する。
図１または２に示される複数の背面接触太陽電池１から太陽電池モジュールを製造する場合、太陽電池全体１をその元の大きなサイズで製造し、所定の位置で半田パッド９、１１を設けた後、各太陽電池１は、半導体基板３の長手方向軸１７に垂直な線２３に沿って２つのセル部１９、２１に分離される。分離線２３は、２つのセル部１９，２１が元の太陽電池１の半分であり、且つ、同じ大きさを有するように、半導体基板３の中心に位置することが好ましい。
太陽電池１は、まず、例えば、レーザを使って、分離線２３に沿って線状溝を生成することによって分離される。このように分離する溝は、半導体基板３の厚さを貫通しないが、例えば、１０〜１００μｍの深さを有する。その後、溝は、破断予定線として機能し、太陽電池１は、この溝に沿って折られる。
レーザスクライブした溝を使い、続いて、機械的に、この溝に沿って折る、このような分離プロセスは、工業規模の製造手段に組み込まれた場合に利益を提供する一方、鋸引きやエッチング等の太陽電池を分離する他の技術が適用される。
太陽電池１を第１及び第２セル部１９、２１に分離した後、これらの第１及び第２セル部は、図３及び４に模式的に示されるように、線に沿って交互に配置される。ここで、各セル部１９は、第１方向に配置され、第１セル部１９の反対側に配置される第２セル部２１は、反対方向に配置される、すなわち、１８０°回転される。
このように、第１及び第２セル部１９、２１の配置及び方向を交互にするとともに、エミッタコンタクト５及びベースコンタクト７に配置された半田パッド配列１３、１５の特定の非対称な設計により、それぞれ、セル部１９、２１が、第１セル部１９上のエミッタコンタクトの半田パッド配列１３が、図３に示されるように、隣接する第２セル部２１上のベースコンタクトの半田パッド配列１５に直線状に揃えられるように配置され、その逆も同様である。
そこで、図４に示されるように、線状のリボン型コネクタストリップ２５は、第１及び第２セル部１９、２１に隣接する揃えられた半田パッド配列１３、１５の上に配置され、そこで、例えば、半田付け処理により電気的に接続される。
コネクタストリップ２５は、前側にエミッタコンタクト及び裏側にベースコンタクトを有する太陽電池を相互接続するために、従来使われているような単純な線状リボンであっても良い。このリボンは、銀のような半田付け可能な材料により密封された高い導電性のある銅芯を有する。
図５及び図６は、セル部１７、１９の裏側のベース内の電流のフロー密度を視覚化したものである。
図１及び２に示されるように、エミッタコンタクトの半田パッド配列１３は、半導体基板３の第１エッジ２７の近くに配置された第１端から半導体基板３の第２エッジ３１に連続的に延びている。しかしながら、半田パッド配列１３は、第１及び第２エッジ２７、３１に直接到達しておらず、半田パッド配列１３の第１及び第２端は、これらエッジ２７、３１から、一定距離、離間させられ、それにより、半田パッド配列１３の末端とそれに関連するエッジ２７、３１との間にギャップを形成している。しかしながら、半田パッド配列１３は、分離線２３を横切るように、第１端から連続的に中央領域を介して第２端に延びている。
従って、図５及び６に示されるように、エミッタコンタクトの半田パッド１３は、ギャップ３３により、上の第１エッジ２３から離間したその片方の端部を有しているが、セル部１７、１９の下の対向エッジ２９に、直接、すなわち、ギャップなしに到達している。
エミッタ半田パッド配列１３のこのような設計は、２つの効果を有する。第１に、図４に示されるエミッタ半田パッド配列１３上に配置されるコネクタストリップ２５は、ベースまたは各セル部のベースコンタクトに電気的に接触しうる危険性を有していない。したがって、短絡の危険性がない。第２に、ベース半田パッド１１のないエミッタ半田パッド配列１３に隣接する領域内で発生した電流は、図５の矢印３７で示すように、ギャップ３３を通り、ベース半田パッド配列１５に向かって流れる。したがって、エミッタ半田パッド配列１３の両側にベース半田パッド配列１５を設ける必要がない。
さらに、太陽電池のベース内の集電性を高めるために、ベースコンタクトの半田パッド配列１５から領域３５に延びる追加的な金属フィンガ３９が設けられる。さらに、これらの金属フィンガ３９は、連続的なエミッタ半田パッド配列１３の右側に配置されたベース半田パッド配列から、ギャップ３３を介して、連続的なエミッタ半田パッド配列１３の反対の左側の領域３５に延び、それによって、矢印４１に示されるように、電流路を短縮する。金属フィンガ３９は、ベースコンタクト、または、半導体基板３の背面に提供された裏面電界よりもかなり高い導電性を有する。
要するに、提案される製造方法及び太陽電池モジュールは、従来の線状リボン型コネクタストリップを使用した安価で単純な相互接続を可能にすると同時に、半導体基板３の反りを最小限に抑え、且つ、直列抵抗の損失も最小限に抑えることができる。本発明の実施の形態の鍵となる特徴は、大型サイズの背面接触太陽電池１を、例えば、半分に切断することにより、セル部１７、１９に分離し、半田パッド配列に対し特定の非対称設計を備え、それにより、第１及び第２セル部１７、１９が、交互に配置され、また、線状リボン型コネクタストリップ２５が関連する半田パッド配列１３、１５上で半田付けされるように互いに揃えられる。
なお、本発明の実施の形態は、実質的な特徴及び処理工程に関してのみ記載されていることに留意されたい。当業者は、製造方法において、さらなる処理工程を追加することもできるし、上記処理工程は、太陽電池を製造するための同等の処理工程に置き換えることもできる。同様にして、当業者は、提案された太陽電池モジュールが、ここに記載された特徴に追加して、または、同等代替として、更なる特徴やコンポーネントを含み得ることを認識することができる。
最後に、「含む」という用語は他の要素又は工程を排除するものではなく、また、「a」または「an」は複数を排除するものではないことに留意すべきである。また、異なる実施例に関連して説明した要素を組み合わせてもよい。また、請求項における参照符号は、請求項の範囲を限定するものとして解釈されるべきではないことに留意すべきである。
１ 背面接触太陽電池
３ 半導体基板
５ エミッタコンタクト
７ ベースコンタクト
９ エミッタ半田パッド
１１ ベース半田パッド
１３ エミッタ半田パッド配列
１５ ベース半田パッド配列
１７ 長手方向軸
１９ 第１セル部
２１ 第２セル部
２３ 分離線
２５ 線状リボン型コネクタストリップ
２７ 第１エッジ
２９ セル部の第２エッジ
３１ 太陽電池の第２エッジ
３３ ギャップ
３５ ベース半田パッド配列欠損領域
３７ 電流の流れを示す矢印
３９ 金属フィンガ
４１ 電流の流れを示す矢印

Claims (9)

  1. 太陽電池モジュールの製造方法であって、
    半導体基板の背面にエミッタコンタクト及びベースコンタクト、並びに、エミッタコンタクト上に塗布される半田パッド配列及びベースコンタクト上に塗布される半田パッド配列を有する背面接触太陽電池を提供し、
    前記半導体基板の長手方向軸に対し垂直な直線に沿って各前記背面接触太陽電池を第１セル部及び第２セル部に分離し、
    前記第２セル部が前記第１セル部に対して１８０°方向に配置されるように、且つ、前記第１セル部のエミッタコンタクトの半田パッド配列及びベースコンタクトの半田パッド配列が前記第２セル部のエミッタコンタクトの半田パッド配列及びベースコンタクトの半田パッド配列とそれぞれ一列に整列されるように、直線に沿って、複数の第１セル部及び第２セル部を交互に配置し、
    各第１セル部のエミッタコンタクトの直線状の半田パッド配列上、及び、各第１セル部の片側に隣接する第２セル部のベースコンタクトの揃えられた直線状の半田パッド配列上に線状リボン型コネクタストリップを配置し、
    各第１セル部のベースコンタクトの直線状の半田パッド配列上、及び、各第１セル部の反対側に隣接する第２セル部のエミッタコンタクトの揃えられた直線状の半田パッド配列上に線状リボン型コネクタストリップを配置し、且つ、
    前記線状リボン型コネクタストリップを下にある前記エミッタコンタクトの半田パッド配列及び前記ベースコンタクトの半田パッド配列に電気的に接続することにより、
    前記背面接触太陽電池の複数の第１セル部及び第２セル部を直列に電気的に接続する方法であって、
    各エミッタコンタクトの半田パッド配列及びベースコンタクトの半田パッド配列は、直線状に配置された１以上の半田パッドを備え、
    各エミッタコンタクトの半田パッド配列及びベースコンタクトの半田パッド配列は、前記半導体基板の背面に、前記半導体基板の長手方向軸に対して非対称に配置され、
    前記背面接触太陽電池を分離する前、前記エミッタコンタクトの前記半田パッドは、前記半導体基板の第１エッジの近くに配置された第１端から前記半導体基板の中央領域を介して前記半導体基板の第２エッジの近くに配置された第２端にわたって連続的に延び、前記第１端は、前記第１エッジから第１エッジ及び第２エッジの間の距離の２〜４８％離間し、前記第２端は、前記第２エッジから第１エッジ及び第２エッジの間の距離の２〜４８％離間し、
    前記背面接触太陽電池を分離した後、エミッタコンタクトの前記半田パッドは、第１セル部及び第２セル部の第３エッジの近位で、かつ、一定距離離間した第３端から前記第１セル部及び第２セル部の前記第３エッジの反対側に位置する第４エッジ上に配置された第４端へ連続的に延び、前記第３端は、前記第３エッジから、前記第３エッジ及び第４エッジの間の距離の４〜９６％離間している太陽電池モジュールの製造方法。
  2. 絶縁層が、各前記線状リボン型コネクタストリップと、前記エミッタコンタクト及びベースコンタクトとの間に介在されていない請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  3. 前記背面接触太陽電池は、前記半導体基板内に線状溝をレーザスクライブし、次いで、前記線状溝に沿って、前記背面接触太陽電池を機械的に折ることにより、第１セル部及び第２セル部に分離される請求項１または２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  4. 各背面接触太陽電池は、１００×１００ｍｍ２以上のサイズを有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  5. 前記線状リボン型コネクタストリップは、下にあるエミッタコンタクトの前記半田パッド配列およびベースコンタクトの半田パッド配列に半田付けされる請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  6. 長手方向軸に沿って配置された背面接触太陽電池の複数の第１セル部及び第２セル部を備える太陽電池モジュールであって、
    各前記第１セル部及び第２セル部は、各エミッタコンタクトの上に半田パッド配列及び各ベースコンタクトの上に半田パッド配列を有し、エミッタコンタクトの半田パッド配列及びベースコンタクトの半田パッド配列はそれぞれ、直線状に配置された１以上の半田パッドを有し、且つ、前記エミッタコンタクトの半田パッド配列及び前記ベースコンタクトの半田パッド配列は、半導体基板の背面上に前記半導体基板の長手方向軸に対し非対称に配置され、
    エミッタコンタクトの前記半田パッドは、第１セル部及び第２セル部の第１エッジの近位で、かつ、一定距離離間した第１端から前記第１セル部及び第２セル部の前記第１エッジの反対側に位置する第２エッジ上に配置された第２端へ連続的に延び、前記第１端は、前記第１エッジから、前記第１エッジ及び第２エッジの間の距離の４〜９６％離間しており、
    前記背面接触太陽電池の複数の第１セル部及び第２セル部は、前記第２セル部が前記第１セル部に対して１８０°方向に配置されるように、且つ、前記第１セル部のエミッタコンタクトの半田パッド配列及びベースコンタクトの半田パッド配列が、前記第２セル部のベースコンタクトの半田パッド配列及びエミッタコンタクトの半田パッド配列とそれぞれ一列に整列されるように、直線に沿って、交互に配置され、
    前記背面接触太陽電池の複数の第１セル部及び第２セル部は、各第１セル部のエミッタコンタクトの直線状の半田パッド配列上、及び、各第１セル部の片側に隣接する第２セル部のベースコンタクトの揃えられた直線状の半田パッド配列上に配置された線状リボン型コネクタストリップ、及び、各第１セル部のベースコンタクトの直線状の半田パッド配列上、及び、各前記第１セル部の反対側に隣接する第２セル部のエミッタコンタクトの揃えられた直線状の半田パッド配列上に配置された線状リボン型コネクタストリップにより直列に接続され、
    絶縁層が、各前記線状リボン型コネクタストリップと、エミッタコンタクト及びベースコンタクトとの間に介在されていない太陽電池モジュール。
  7. 前記背面接触太陽電池は、メタルラップスルー太陽電池である請求項６に記載の太陽電池モジュール。
  8. 各前記第１セル部及び第２セル部は、矩形であり、５０×１００ｍｍ２以上のサイズを有する請求項６または７に記載の太陽電池モジュール。
  9. 金属フィンガは、エミッタコンタクトの前記連続した半田パッド配列の片側に配置されたベースコンタクトの半田パッド配列から、エミッタコンタクトの前記連続した半田パッド配列と前記第１エッジとの間のギャップを介し、前記エミッタコンタクトの前記連続した半田パッド配列の反対側の領域にわたって延びる請求項６〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
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