JP6495649B2 - 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その太陽電池素子を備えている太陽電池モジュールに関する。

現在、多く使用されている太陽電池素子としては、単結晶または多結晶のシリコンからなる半導体基板を用いた結晶系の太陽電池素子である。このような結晶系の太陽電池素子は、通常、半導体基板の表面には表面電極が設けられ、裏主面には裏面電極が設けられている。

太陽電池素子の裏面電極は、入射光によって発生したキャリアを集める集電電極と、他の太陽電池素子などへ電気的に接続するために用いるバスバー電極とを有する。そして、太陽電池素子の光電変換効率を向上させるために、集電電極の面積をできるだけ大きくすることがある。また、銀を用いる複数のバスバー電極の面積を小さくして、銀の使用量の低減を図ることがある。例えば、１本のバスバー電極は複数の電極領域からなる直線状電極として、互いに隣り合う電極領域同士の間に集電電極の一部を設けている（下記の特許文献１を参照）。さらに、太陽電池素子を他の太陽電池素子などに接続を行う接続導体を、バスバー電極に半田付けなどで接続する場合がある。

特開２００９−３０２４５８号公報

上述のように、１本のバスバー電極を複数の電極領域からなる直線状電極として、互いに隣り合う電極領域同士の間に集電電極の一部を設けた場合、接続導体をバスバー電極に半田付けするために、バスバー電極の厚さを集電電極より厚くする必要があった。

バスバー電極の厚さを集電電極よりも厚くすると、例えば、銀からなるバスバー電極とアルミニウムからなる集電電極との積重部において、銀とアルミニウムとの合金が形成される。このため、バスバー電極と集電電極との積重部の機械的強度が低下し、この部分を起点としてクラックなどが発生する場合がある。これを避けるためには、バスバー電極の厚さをより小さくして、合金層の厚さを薄くする。

しかしながら、バスバー電極の厚さが集電電極よりも薄くなることがある。この場合、バスバー電極の隣り合う電極領域同士の間に位置している集電電極の高さなどのために、接続導体とバスバー電極との接続がしにくく、バスバー電極と半導体基板との間の密着性が低くなることがある。

そこで、本発明の１つの目的は、光電変換効率を高めることができて、バスバー電極部における信頼性の高い太陽電池素子およびそれを備えている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、表主面および該表主面の反対側に位置する裏主面を有する半導体基板と、該半導体基板の前記裏主面に配置される裏面電極とを備えている太陽電池素子であって、前記裏面電極は、バスバー電極と、該バスバー電極の周囲に配置される集電電極とを含み、前記バスバー電極は、複数の電極領域が互いに隣り合う２つの前記電極領域同士の間を空けて直線状に並んで構成されており、前記集電電極は、前記
バスバー電極の互いに隣り合う２つの前記電極領域の間に位置している第１集電領域と、該第１集電領域につながっていて、前記バスバー電極の短手方向の少なくとも一端部の上に一部が位置している第２集電領域とを有しており、前記半導体基板の前記裏主面を基準とする平均高さが、前記バスバー電極よりも前記第１集電領域が高く、前記バスバー電極が直線状に並ぶ方向に垂直な方向に前記第１集電領域と前記第２集電領域とを通る断面を見た時に、前記半導体基板の前記裏主面を基準とする平均高さが、前記第１集電領域よりも前記第２集電領域が高い。

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備えている。

上記構成の太陽電池素子および太陽電池モジュールによれば、高い光電変換効率の太陽電池素子とすることができて、配線部材などの接続導体をバスバー電極に対して半田付け等の接続が良好に行なえ、特性および信頼性の高い太陽電池モジュールを提供できる。

図１は本発明の一形態に係る太陽電池素子の一例を示す図であり、図１（ａ）は太陽電池素子の表主面側から見た平面図であり、図１（ｂ）は太陽電池素子の裏主面側から見た平面図である。 図２は図１（ａ）においてＸ１−Ｘ１線で切断した断面構造を示す断面図である。 図３は図１（ｂ）のＡ部の拡大図である。 図４（ａ）はバスバー電極の第１領域およびその近傍の拡大平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＸ２−Ｘ２線で切断した断面構造を示す断面図である。 図５は接続導体を図４のバスバー電極に半田付けした様子を説明する図であって、図４（ａ）におけるＹ１−Ｙ１線で切断した断面構造の例を示す図であり、図５（ａ），（ｂ）はそれぞれバスバー電極の電極領域付近の断面図である。 図６（ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明の一形態に係る太陽電池素子の製造方法の一例を模式的に示す断面図である。 図７はスクリーン製版の角部の様子を示す平面図である。 図８は接続導体を半田付けした場合の様子を示す図であり、図４（ａ）のＹ１−Ｙ１線における断面図である。 図９は本発明の一形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す図であり、図９（ａ）は太陽電池モジュールの第１面側から見た平面図であり、図９（ｂ）は太陽電池モジュールの第２面側から見た平面図である。 図１０（ａ）は本発明の一形態に係る太陽電池素子に接続導体を接続した状態を示す平面図であり、図１０（ｂ）は２つの太陽電池素子の接続状態を示す断面図である。 図１１は本発明の一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の断面構造を示す断面図である。 図１２は第１集電領域とバスバー電極との平均厚さの差と、バスバー電極と接続導体との接続強度との関係を示すグラフである。

本発明の太陽電池素子および太陽電池モジュールの一実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面は模式的に示したものであるので、各図における構成要素のサイズおよび位置関係等は適宜変更できる。

＜太陽電池素子＞
太陽電池素子１は、半導体基板２を備えており、主として光を受ける一主面である表主面１ａと、表面１ａと対向する反対側の面である裏主面１ｂとを有している。また、半導体基板２は、太陽電池素子１の表主面１ａに相当する側に位置している表主面２ａと、太陽電池素子１の裏主面１ｂに相当する側に位置している裏主面２ｂとを有している。

図１（ａ）に示すように、太陽電池素子１の表主面１ａには、表面電極が配置されている。表面電極には出力電極３およびフィンガー電極４が含まれる。また、図１（ｂ）に示すように、太陽電池素子１の裏主面１ａには裏面電極が配置されている。裏面電極には集電電極５およびバスバー電極６が含まれる。

半導体基板２は、例えば、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板が用いられる。また、半導体基板２は、ボロンまたはガリウムなどのドーパント元素を含有させて、一導電型（例えば、ｐ型）にしている。半導体基板２の厚さは例えば１５０〜２５０μｍ程度であればよい。また、半導体基板２の平面形状は、特に限定されるものではないが、１辺が１００〜１８０ｍｍ程度の正方形状または矩形状であればよい。なお、以下では、半導体基板２としてｐ型の多結晶シリコン基板を用いる例で説明する。

図２に示すように、半導体基板２の表主面２ａ側（太陽電池素子１の表主面１ａ側）には逆導電型層８が設けられている。逆導電型層８は、半導体基板２を構成する一導電型領域７に対する逆の導電型（ｎ型）を有している。逆導電型層８は一導電型領域７とでｐｎ接合を形成する。ｎ型の逆導電型層８は、例えば、半導体基板２における表主面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。

反射防止層９は、逆導電型層８の上に設けられて、表主面１ａにおける光の反射率を低減する役割を有する。これにより、半導体基板２に吸収される光の量が増大し、光吸収によって生成する電子正孔対を増加させる。これにより、太陽電池素子１の光電変換効率の向上に寄与する。反射防止層９は、例えば、窒化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化シリコン膜、もしくは酸化アルミニウム膜、またはそれらの積層膜からなる。また、反射防止層９は半導体基板２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期待できる。

出力電極３は、太陽電池素子１の表面１ａ（半導体基板２の表面２ａ）側に設けられているので、フィンガー電極４によってキャリアが収集されて、さらに集電する役割を有する。出力電極３は図１（ａ）のＹ軸方向に沿って配置されている。出力電極３は、線幅が１〜３ｍｍ程度であり、太陽電池素子１の外周部の１辺に対して略平行に、一定間隔を持って２〜５本程度配置されている。

フィンガー電極４は、図１（ａ）のＸ軸方向に延びていて、出力電極３に対してほぼ直交するように出力電極３と接続されている。また、フィンガー電極４は、例えば１〜８ｍｍ程度の間隔を空けて複数本配置されている。なお、出力電極３およびフィンガー電極４は、例えば銀（または銅もしくは銀銅合金）を主成分としたペーストを、所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成される。この焼成後の出力電極３およびフィンガー電極４の平均厚さは、例えば１０〜３０μｍ程度である。

太陽電池素子１の裏主面１ｂ（半導体基板２の裏主面２ｂ）側に設けられるバスバー電極６は、図１（ｂ）に示すように、複数の島状の電極領域６ａが互いに隣接する２つの電極領域６ａ同士の間を空けて直線状に並んで配置されている。また、例えば、電極領域６ａの幅（バスバー電極６の短手方向（Ｘ軸方向）の長さ）は２〜７ｍｍ程度であり、長さ（バスバー電極６の長手方向（Ｙ軸方向）の長さ）は３〜１５ｍｍ程度である。また、電極領域６ａは５〜１０個程度を所定長さ（例えば５〜３０ｍｍ程度）の間隔をあけて、図
２のＹ軸方向に配置される。バスバー電極６は、太陽電池素子１の表面１ａに配置された出力電極３とほぼ対向する位置に、２〜５列程度配置される。バスバー電極６は、例えば銀（または銅もしくは銀銅合金）を主成分としたペーストを、所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成される。この焼成後のバスバー電極６の平均厚さは１〜８μｍ程度である。

また、集電電極５は、太陽電池素子１の裏主面１ｂにおいてキャリアを収集してバスバー電極に伝えるものであり、半導体基板２の裏主面２ｂの外周部の０．５〜３ｍｍ幅の部分およびバスバー電極６の形成部分の一部を除いた裏主面２ｂの略全面に配置される。これにより、バスバー電極６の電極領域６ａの周囲には、集電電極５が配置されている構造となる。この集電電極５は、例えばアルミニウムペーストを所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。

図２に示すＢＳＦ（Back Surface Field）領域１０は、半導体基板２の裏主面２ｂ側に内部電界を形成し、裏主面２ｂ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役割を有している。ＢＳＦ領域１０は、半導体基板２の一導電型領域７と同一の導電型を有している。ＢＳＦ領域１０には、一導電型領域７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。ＢＳＦ領域１０は、半導体基板２がｐ型を有する場合は、例えば、裏主面２ｂ側にボロンまたはアルミニウムなどのドーパント元素を拡散させることによって、これらドーパント元素の濃度が１×１０^１８〜５×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度となるように形成されるとよい。

図３に示すように、集電電極５は第１集電電極５ａと第２集電電極５ｂとを含む。第１集電電極５ａは、バスバー電極６の互いに隣接する２つの電極領域６ａ同士の間、例えば電極領域６ａ１と電極領域６ａ２（または電極領域６ａ２と電極領域６ａ３など）の間に位置していて、平面視して露出して見えるバスバー電極６の線幅で広がっている（区画されている）。また、第２集電領域５ｂは第１集電領域５ａにつながっていて第１集電領域５ａの両端に位置している。第１集電領域５ａと第２集電領域５ｂとは別体（別部材）でも一体（同じ部材）でもよい。また、第２集電領域５ｂはバスバー電極６の短手方向の両端部の上に一部が位置している。さらに、半導体基板２の裏主面２ｂを基準とする平均高さが、バスバー電極６よりも第１集電領域５ａが高く、第１集電領域５ａよりも第２集電領域５ｂが高い。つまり、半導体基板２の上に配置されている第１集電領域５ａの平均厚さは、半導体基板２の上に配置されている第２集電領域５ｂの平均厚さよりも小さい。例えば、第１集電領域５ａの平均厚さは例えば９〜２２μｍ程度であり、第２集電領域５ｂの平均厚さは例えば３０〜５０μｍ程度である。また、上述したように、半導体基板２の上に配置されているバスバー電極６の平均厚さは１〜８μｍ程度である。

このような構造によれば、第２集電領域５ｂを、低抵抗で光電変換効率の向上に有効なＢＳＦを形成するのに十分な厚さで形成できる。また、第１集電電極５ａによって、バスバー電極６の互いに隣接する２つの電極領域６ａ同士の間のキャリアも集電することが可能となり、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。

また、後述する太陽電池モジュールなどの製造工程において、太陽電池素子１同士を電気的に接続するための接続導体を、バスバー電極６に半田付けにて接続する場合がある。この場合、第１集電領域５ａの平均厚さ（高さ）が第２集電領域５ｂの平均厚さ（高さ）よりも小さいので、接続導体２２とバスバー電極６との間の間隙が大きくなることがない。このため、接続導体を確実に半田付けができて、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。

さらに、図４（ａ）に示すように、バスバー電極６の電極領域６ａは接続部６ａａおよ
び積重部６ａｂを有している。ここで、バスバー電極６の互いに隣り合う２つの電極領域６ａの一方と集電電極５の第１集電領域５ａとの間が離れているとよい。また、バスバー電極６の互いに隣り合う２つの電極領域６ａａの一方と集電電極５の第１集電領域５ａとの間が空間１８であると望ましい。なお、接続部６ａａは接続導体２２を半田付けによって接続する部位である。

図４（ｂ）に示すように、本実施形態の積重部６ａｂはバスバー電極６の短手方向（図３のＸ軸方向）の両端部の上に集電電極５の第２集電領域５ｂの一部が配置される部位である。ただし、積重部６ａｂはバスバー電極６の短手方向の少なくとも一端部の上に集電電極５の第２集電領域５ｂの一部が配置されていればよい。集電電極５によって集電されたキャリアは、積重部６ａｂによって接続部６ａａに伝導される。

バスバー電極６の厚さを小さくしたことによって、積重部６ａｂにおける両電極を形成する部材の合金層の厚みが小さくすることができ、この部分でのクラックの発生を抑制することができる。また、第２集電領域５ｂを厚くすることによって、ＢＳＦ領域を良好に形成することができるので、太陽電池素子の光電変換効率などの特性向上が期待できる。

空間１８は、電極領域６ａと第１集電領域５ａとの間に設けられる。本実施形態の空間１８では、電極材料が配置されず、半導体基板２の裏主面２ｂが露出している。空間１８を設けない場合、図５（ａ）に示すように、電極領域６ａの接続部６ａａの端部が集電電極５の第１集電領域５ａの端部と当接するようになる。このため、接続導体２２を接続部６ａａに半田付けする場合に、半田１１の広がりが不十分になることがありうる。この場合、接続導体２２の長手方向における接続部６ａａの端部近傍部位に半田付けがされていない半田非配置部１２ができる。このように、半田非配置部１２ができると、半田付けされている部分と半田付けされていない半田非配置部１２との界面に、半田付け時に溶融した半田の固化に伴い応力が集中しやすい。このため、完成した太陽電池モジュールの例えば１０年以上の屋外での使用では、半田付けした部位にクラックが発生して、太陽電池モジュールの出力が低下する場合がありうる。

一方、バスバー電極６において空間１８を設けた場合は、図５（ｂ）に示すように、空間１８は電極領域６ａの接続部６ａａの端部と集電電極５の第１集電領域５ａの端部との間に存在している。このため、接続導体２２を接続部６ａａに半田付けする場合に、接続導体２２の長手方向において接続部６ａａに半田非配置部１２が無く、接続部６ａａの上面部では半田１１がほぼ均一な厚みに形成される。これにより、半田１１の固化に伴う応力集中が無く、完成した太陽電池モジュールの信頼性をより向上させることができる。なお、この空間１８の寸法は、半田付けの状態を観察しながら最適に決定すればよいが、例えば０．３〜１．２ｍｍ程度である。

以上により、本実施形態によれば、高い光電変換効率の太陽電池素子とすることができて、配線部材などの接続導体をバスバー電極に対して半田付け等の接続が良好に行え、特性および信頼性の高い太陽電池モジュールの作製が可能となる。

＜太陽電池素子の製造方法＞
次に、太陽電池素子１の製造方法の一例について説明する。

まず、図６（ａ）に示すように半導体基板２を準備する。半導体基板２としては、比抵抗は例えば０．２〜３．０Ω・ｃｍ程度の一導電型を有する多結晶シリコン基板である。なお、半導体基板２として単結晶シリコン基板を用いる場合は、単結晶シリコンは例えば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される。半導体基板２として多結晶シリコン基板を用いる場合は、多結晶シリコンは例えば
鋳造法などによって作製される。なお、以下の説明では、ｐ型の多結晶シリコン基板を半導体基板２として用いた例によって説明する。

半導体基板２の製法について説明する。まず、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程度の厚みにスライスして、ｐ型の半導体基板２を作製する。その後、半導体基板２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もしくはＫＯＨなどのアルカリ水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微量エッチングする。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の表面２ａに微小な凹凸構造（テクスチャ）を形成してもよい。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、太陽電池素子１の変換効率が向上する。

次に、図６（ｂ）に示すように、半導体基板２における表面２ａ側の表層内にｎ型の逆導電型層８を形成する。このような逆導電型層８は、ペースト状態にしたＰ_２Ｏ_５を含む材料を半導体基板２の表面２ａ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される。逆導電型層８は平均厚さが０．１〜２μｍ程度であり、シート抵抗が４０〜１５０Ω／□程度を示すように形成される。

気相熱拡散法などで逆導電型層８を形成する際に、半導体基板２の裏主面２ｂ側にも逆導電型層が形成された場合には、フッ酸および硝酸の混合液に裏主面２ｂ側のみを浸す。これにより、半導体基板２の裏主面２ｂ側の逆導電型層をエッチングし除去して、ｐ型の一導電型領域７を露出させる。以上により、半導体基板２の内部に、ｐ型の一導電型領域７とｎ型の逆導電型層８とによるｐｎ接合を形成することができる。

次に、図６（ｃ）に示すように、半導体基板２の表面２ａ側の表面に反射防止層９を形成する。反射防止層９は、上述の窒化シリコンなどからなる膜を、ＰＥＣＶＤ（Plasma enhanced Chemical Vapor Deposition）法、熱ＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタリング法
などを用いて形成される。例えば、まずＰＥＣＶＤ法を用いて、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）で希釈する。そして、これらのガスをグロー放電分解でプラズマ化させて、半導体基板２の上に窒化シリコン膜の反射防止層９を形成する。反射防止層９の平均厚さは、構成する材料によって適宜選択されて、適当な入射光に対して低反射条件を実現できるように設定される。例えば窒化シリコン膜の反射防止層９の屈折率は１．８〜２．３程度、平均厚さは５００〜１２００Å程度であればよい。

次に、図６（ｄ）に示すように、半導体基板２の表面２ａに、出力電極３およびフィンガー電極４となる表面側導電ペースト１３を配置する。表面側導電ペースト１３として、例えば銀（または銅もしくは銀銅合金）を主成分とする導電ペーストを用いる。この場合、導電ペースト中に銀を７０〜８５質量％程度含有させるとともに、ガラスフリットおよび有機ビヒクル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添加して得られる。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ほか、アクリル樹脂またはアルキッド樹脂等が使用される。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、ペースト中に５〜２０質量％程度含有していればよい。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。また、他のガラス材料としては、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。ガラスフリットは、ペースト中に２〜１５質量％程度含有させればよい。表面側導電ペースト１３を配置する方法としては、スクリーン製版を用いたスクリーン印刷法を用いることができる。そして配置後、所定の温度で乾燥し、溶剤を蒸発させる。

次に、図６（ｅ）に示すように、半導体基板２の裏主面２ｂに、バスバー電極６用の裏面側第１導電ペースト１４を配置する。裏面側第１導電ペースト１４は、上述の表面側導電ペースト１３と同様の導電ペーストが使用可能である。裏面側第１導電ペースト１４を配置後、所定の温度で乾燥させて溶剤を蒸散させる。

次いで、図６（ｆ）に示すように、裏面集電電極５用の裏面側第２導電ペースト１５を配置する。裏面側第２導電ペースト１５としては、例えばアルミニウムを主成分とする金属粉末、ガラスフリットおよび有機ビヒクル等を含有するアルミニウムペーストが用いられる。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。

上述したように、本実施形態の太陽電池素子の製造方法では、第１集電領域５ａの平均厚さは第２集電領域５ｂの平均厚さよりも小さく形成する。このため、第１集電領域５ａを形成する領域に配置される単位面積当たりの裏面側第２導電ペースト１５を、第２集電領域５ｂを形成する領域に配置される単位面積当たりの裏面側第２導電ペースト１５よりも小さくする。例えば、まず第１集電領域５ａを形成する領域と第２集電領域５ｂを形成する領域とに、スクリーン印刷法によって裏面側第２導電ペースト１５の1回目の印刷を
行う。その後、第２集電領域５ｂにのみに裏面側第２導電ペースト１５を印刷することで可能である。

また別の方法としては、例えば図７に示すように、スクリーン印刷法で使用するスクリーン製版ＳＣを用いる方法がある。スクリーン枠１６には後述するメッシュおよび乳剤からなるスクリーン部１７が張られている。このスクリーン部１７は、第２集電領域５ｂとなる部位に裏面側第２導電ペースト１５を塗布するための第１領域１７ａと、バスバー電極６の電極領域６ａに対応する第２領域１７ｂと、第１集電領域５ａに対応する第３領域１７ｃとを有する。

第１領域１７ａは、導電ペーストが通過できるように乳剤が無く、ポリエステル系樹脂やステンレスなどの金属で作製されたメッシュのみがある部分である。また、第２領域１７ｂでは、裏面側第２導電ペースト１５が塗布されないように乳剤が配置される。さらに第３領域１７ｃでは、乳剤が配置される領域１７ｃ１と乳剤が配置されない領域１７ｃ２とが設けられている。乳剤が配置される領域１７ｃ１と乳剤が配置されない領域１７ｃ２とは、交互に複数配置されている。

スクリーン製版ＳＣを上記のような構成にすることによって、裏面側第２導電ペースト１５を印刷したときに、第３領域１７ｃに対応する部位には、導電ペーストが塗布される部分と塗布されない部分とが交互に形成されることとなる。このような状態で導電ペーストを乾燥後、焼成すると、焼成時に裏主面側第２導電ペースト１５の少なくとも一部が溶融する。このため、塗布された導電ペーストの一部が、塗布されない部分へと流動して、第１集電領域５ａの平均厚さを第２集電領域５ｂの平均厚さよりも小さく形成することができる。これにより、裏主面側第２導電ペースト１５の印刷を１回で行うことができるため、太陽電池素子の工程を簡略化できて、より望ましい。なお、乳剤が配置される領域１７ｃ１の寸法は、第１集電領域５ａの膜厚の状態を観察しながら、最適に決定すればよいが、例えば各々０．０３〜０．１２ｍｍ程度である。

また、図８に示すように、第１集電領域５ａの平均厚さは、バスバー電極６の電極領域
６ａの平均厚さよりも大きい。さらに、第１集電領域５ａの平均厚さとバスバー電極６の電極領域６ａの平均厚さとの差ｔは、太陽電池モジュールの作製時に使用する接続導体２２の表面をコートしている半田の平均膜厚の１．７倍以下であることが望ましい。発明者らが繰り返し行ったテストでは、例えば接続導体２２をコートしている半田の平均膜厚が１５μｍであれば、第１集電領域５ａの平均厚さとバスバー電極６の電極領域６ａの平均厚さとの差ｔは、２５μｍ以下であることが望ましいことがわかった。接続導体２２の半田付け時には表面をコートしている半田が溶融し、ある程度は流動する。接続導体２２をコートしている半田の平均厚さの１．７倍以下であれば、バスバー電極６の電極領域６ａの上面と接続導体２２の下面との差が小さい。このため、接続導体２２の表面をコートしている半田の流動のみで間隙を満たすことができて、半田付け強度が十分となる。また、第１集電領域５ａの平均厚さをバスバー電極６の電極領域６ａの平均厚さよりも大きくすることによって、第１集電領域５ａを低抵抗にすることができて、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、表面側導電ペースト１３、裏主面側第１導電ペースト１４および裏主面側第２導電ペースト１５を配置した半導体基板２を焼成炉に投入し、これらペーストを同時に６００〜８５０℃程度の温度で数分間、焼成する。これにより、焼成中に溶融したガラスフリットが半導体基板２の最表面と反応した後に固着して、各電極と半導体基板２との電気的コンタクトを形成するとともに、機械的な接着強度を高めることができる。このとき、表面側導電ペースト１３は、反射防止層９をファイアースルーして、半導体基板２と直に接する出力電極３およびフィンガー電極４が形成される。また、この焼成によって、裏主面側第１導電ペースト１４はバスバー電極６となり、裏主面側第２導電ペースト１５は集電電極５となる。このとき、集電電極５の形成と同時に、アルミニウムが半導体基板２に拡散することによって、ＢＳＦ領域１０が形成される。以上の工程によって、図２に示した太陽電池素子１が完成する。

なお、本実施形態に係る太陽電池素子１の製造方法は、上記のものに限定されるものではない。例えば、焼成工程は、表面側導電ペースト１３、裏主面側第１導電ペースト１４および裏主面側第２導電ペースト１５をそれぞれ配置した後に順次行なってもよい。ただし、表面側導電ペースト１３および裏主面側第１導電ペースト１４を同時に行ない、裏主面側第２導電ペースト１５配置後にさらに焼成してもよい。また、他の方法としては、表面側導電ペースト１３を焼成した後、裏主面側第１導電ペースト１４、裏主面側第２導電ペースト１５を同時に焼成してもよい。

＜太陽電池モジュール＞
図９（ａ），（ｂ）に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール２１は、複数の太陽電池素子１を有する太陽電池パネル２３と、太陽電池パネル２３の外周部に配置されたフレーム２４を有する。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（図９（ａ）を参照）、および、第１面２１ａの裏主面に相当する第２面２１ｂを有する（図９（ｂ）を参照）。そして、太陽電池モジュール２１は、図９（ｂ）に示すように、第２面２１ｂに端子箱２５を有している。また、端子箱２５には、太陽電池モジュール２１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２６が配線されている。

太陽電池モジュール２１を構成する太陽電池素子１は、上述の実施形態のものであればよい。また、隣り合う太陽電池素子１同士は、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、接続導体２２で電気的に接続される。この接続導体２２は、例えば、厚さが０．１〜０．３ｍｍ程度の銅またはアルミニウムの金属箔であればよい。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、５〜３０μｍ程度の平均厚さになるように設けられる。この接続導体２２の幅は、太陽電池素子の出力電極３の幅と同等もしくは出力電極３の幅よりも小さくすればよい。これにより、接続導体２２によって太陽電池素子１の受光を妨げにくくできる。また接続導体２２は、出力電極３およびバスバー電極６の電極領域６ａ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の抵抗成分を小さくできる。ここで、接続導体２２を１５０ｍｍ角程度の半導体基板２を使用する場合、接続導体２２の幅は１〜３ｍｍ程度、その長さは２６０〜３００ｍｍ程度であればよい。

図１０（ａ）に示すように、１つの太陽電池素子１に接続される接続導体２２において、一方の接続導体２２ａは、太陽電池素子１の表面１ａの出力電極３に半田付けされており、また他方の接続導体２２ｂは、太陽電池素子１の裏主面のバスバー電極６に半田付けされている。

また、図１０（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の表面１ａの出力電極３に接続した接続導体２２の他端部を太陽電池素子１Ｔの裏主面１ｂのバスバー電極６に半田付けされ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に繰り返すことによって、複数の太陽電池素子１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。

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、太陽電池ストリングの各端部の太陽電池素子１同士を横方向配線３５にて半田付けなどで接続する。また、両端側の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を接続する。

次に、透光性基板３１、表面側充填材３２、裏面側充填材３３および裏面材３４を準備する。透光性基板３１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が用いられる。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３１は厚さ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、それぞれエチレン−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）から成り、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が用いられる。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させる。

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。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側からの光に入射を光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を用いてもよい。

次いで、図１１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、上記のように接続した太陽電池素子１、裏面側充填材３３および裏面材３４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する。そして、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２３を作製できる。

最後に、図９に示すように、太陽電池パネル２３の外周部にフレーム２４や第２面２１ｂ側に端子箱２５を必要に応じて取り付けることで、太陽電池モジュール２１が完成する。このように、上述の太陽電池素子１を備えることによって、特性および信頼性に優れた太陽電池モジュール２１を提供できる。

太陽電池素子は、次のようにして作製した。まず、図６（ａ）に示すように半導体基板２を準備した。半導体基板２は、鋳造法によって作製され、ボロンがドープされたｐ型の多結晶シリコン基板を用意した。また、半導体基板２は、比抵抗値が約１Ω・ｃｍ、一辺約１５６ｍｍの正方形状の平面形状を有し、厚みが２００μｍ程度のものを用いた。また、半導体基板２は、ＮａＯＨ水溶液を用いて表面からの深さ１０μｍ程度をエッチングした後に、ＲＩＥ法を用いて表主面２ａ側に微細なテクスチャを形成した。

その後、図６（ｂ）に示すように、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を拡散源とした気相熱拡散法によって、半導体基板２の表面全面にｎ型領域を形成した。このｎ型領域は５０〜１００Ω／□程度のシート抵抗になるように形成した。その後、半導体基板２の裏主面２ｂ側のみをフッ硝酸溶液に浸して、裏主面２ｂ側のｎ型領域を除去した。これにより、半導体基板２の表主面２ａ側に、図２に示すようなｎ型の逆導電型層８を形成した。

次に、図６（ｃ）に示すように、半導体基板２の表主面２ａ上に、ＰＥＣＶＤ装置を用いて、窒化シリコンからなる反射防止膜６を形成した。反射防止膜６は、屈折率が２．１〜２．２程度であり、厚みが８０〜１００ｎｍ程度となるように成膜した。

次に、図６（ｄ）に示すように、半導体基板２の表主面２ａに、出力電極３およびフィンガー電極４となる表面側導電ペースト１３を塗布した。表面側導電ペースト１３は、銀を８０質量％程度、ＳｉＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＰｂＯ系のガラスフリットを１４質量％程度、有機ビヒクルを６質量％程度含有させたものを用いた。有機ビヒクルは、バインダーとしてエチルセルロースを用い、有機溶媒としてはジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテートを用いた。スクリーン印刷法を用いて、表面側導電ペースト１３を図１（ａ）に示すようなパターンに塗布した。印刷直後のペースト厚は約１９μｍであった。そして、この塗布後、表面側導電ペースト１３を１５０℃程度の温度で３分程度乾燥し溶剤を蒸発させた。

次に、図６（ｅ）に示すように、半導体基板２の裏主面２ｂに、バスバー電極６用の裏面側第１導電ペースト１４を配置する。裏面側第１導電ペースト１４は、上述の表面側導電ペースト１３と同一材料を用いた。スクリーン印刷法を用いて、裏面側第１導電ペースト１４を図１（ｂ）に示すようなパターンに塗布した。そして、この塗布後、１５０℃程度の温度で３分程度乾燥し溶剤を蒸発させた。また、バスバー電極６の厚さが大きなものを作製する場合は、乾燥を行ったものに、再度、裏面側第１導電ペースト１４を図１（ｂ）に示すようなパターンに塗布して、重ね塗りを行った。表１の条件７の場合、バスバー電極６は合計３回の塗布を行った。また、条件８のバスバー電極６は合計４回の塗布を行ったものである。

次いで、図６（ｆ）に示すように、裏面集電電極５用の裏面側第２導電ペースト１５を塗布した。裏面側第２導電ペースト１５としては、アルミニウムを主成分とし、上述のようなガラスフリットおよび有機ビヒクル等を含有するアルミニウムペースト用いて、スクリーン印刷法を用いて塗布した。

太陽電池素子１を作製する際に、スクリーン印刷法で使用するスクリーン製版ＳＣは、
図７に示すスクリーン部１７を有するものを用いた。

さらに、これらの表面側導電ペースト１３、裏面側第１導電ペースト１４および裏面側第２導電ペースト１５を配置した半導体基板２を焼成炉に投入し、各ペーストを同時にピーク温度７５０℃程度の温度で焼成した。

以上により、表１に示すように、バスバー電極６の平均厚さＡ１（μｍ）、第１集電領域５ａの平均厚さＡ２（μｍ）、第２集電領域５ｂの平均厚さ４８μｍのサンプルを作製した。なお、バスバー電極６の平均厚さＡ１（μｍ）、第１集電領域５ａの平均厚さＡ２（μｍ）、第２集電領域５ｂの平均厚さは任意の５箇所を測定して、これらの平均を算出した値である。

次に、完成した太陽電池素子１の裏主面２ｂのバスバー電極６に接続導体２２を半田付けにて接続した。使用した接続導体２２は、幅が１．３ｍｍ、厚さが０．２ｍｍ、長さが２８０ｍｍ程度の銅箔から成り、表面全面に厚さが１５μｍの半田がディッピングによってコートされているものを用いた。

太陽電池素子１のバスバー電極６にフラックスを塗布後、接続導体２２を載置した。そして、太陽電池素子１の両端部に位置している接続導体２２をピンで押さえながら、接続導体２２上に熱風を吹き付けた。さらに、接続導体２２の表面の半田を溶融させて、バスバー電極６に接続導体２２を半田付けにて接続した。

まず、バスバー電極６と第２集電領域５ｂとの積重部の剥がれの有無を、ポリエステルからなるテープを張り付けた後、これを剥がすことによるテープ試験によって調べた。その結果を表１に示す。なお、表１では、上記テープ試験の結果、積重部の剥がれが全く観察されなかったものを「○」で示し、少しでも積重部の剥がれが生じたものを「×」で示した。この結果から、条件７，８では剥がれが生じることがわかり、条件１〜６では剥がれが全く生じないことがわかった。

次に、条件１〜８について、太陽電池素子の冷却後、バスバー電極６と接続導体２２との接続強度を測定した。その結果を図１２に示す。図１２に示すように、第１集電領域５
ａの平均厚さとバスバー電極６の電極領域６ａの平均厚さとの差ｔが２５μｍ以下であれば、バスバー電極６と接続導体２２の接続強度は強固であることがわかり、差ｔが２５μｍを超えると急激に低下することがわかった。これは、差ｔが２５μｍ以下であれば、バスバー電極６と接続導体２２との間を十分半田で埋めることができて、半田付け面積が大きく減少することがないと思われる。一方、差ｔが２５μｍを超えた場合には、バスバー電極６と接続導体２２との間を半田で埋めることができなくなるため、半田付け面積が低下し、接続強度が低下したためと思われる。

以上によって、バスバー電極６よりも第１集電領域５ａが高く、第１集電領域５ａよりも第２集電領域５ｂが高いとよいことがわかった。また、第１集電領域５ａの平均厚さとバスバー電極６の電極領域６ａの平均厚さとの差ｔが、接続導体２２の表面をコートしている半田の平均膜厚の１．７倍（＝２５/１５）以下とすると望ましいことがわかった。

１ ：太陽電池素子
１ａ：表主面
１ｂ：裏主面
２ ：半導体基板
２ａ：表主面
２ｂ：裏主面
３ ：出力電極
４ ：フィンガー電極
５ ：集電電極
５ａ：第１集電領域
５ｂ：第２集電領域
６ ：バスバー電極
６ａ ：電極領域
６ａａ：接続部
６ａｂ：積重部
７ ：一導電型領域
８ ：逆導電型層
９ ：反射防止層
１０ ：ＢＳＦ領域
１１ ：半田
１２ ：半田非配置領域
１３ ：表面側導電ペースト
１４ ：裏面側第１導電ペースト
１５ ：裏面側第２導電ペースト
１６ ：スクリーン枠
１７ ：スクリーン部分
１８ ：空間
２１ ：太陽電池モジュール
２１ａ：第１面
２１ｂ：第２面
２２ ：接続導体
２３ ：太陽電池パネル
２４ ：フレーム
２５ ：端子箱
２６ ：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
ＳＣ ：スクリーン製版
ｔ ：第１集電領域の厚さとバスバー電極の電極領域の厚さとの差

Claims (4)

1. 表主面および該表主面の反対側に位置する裏主面を有する半導体基板と、該半導体基板の前記裏主面に配置される裏面電極とを備えている太陽電池素子であって、
   前記裏面電極は、バスバー電極と、該バスバー電極の周囲に配置される集電電極とを含み、前記バスバー電極は、複数の電極領域が互いに隣り合う２つの前記電極領域同士の間を空けて直線状に並んで構成されており、
   前記集電電極は、前記バスバー電極の互いに隣り合う２つの前記電極領域の間に位置している第１集電領域と、該第１集電領域につながっていて、前記バスバー電極の短手方向の少なくとも一端部の上に一部が位置している第２集電領域とを有しており、
   前記半導体基板の前記裏主面を基準とする平均高さが、前記バスバー電極よりも前記第１集電領域が高く、
   前記バスバー電極が直線状に並ぶ方向に垂直な方向に前記第１集電領域と前記第２集電領域とを通る断面を見た時に、前記半導体基板の前記裏主面を基準とする平均高さが、前記第１集電領域よりも前記第２集電領域が高い、太陽電池素子。
2. 前記バスバー電極の互いに隣り合う２つの前記電極領域の一方と前記集電電極の前記第１集電領域との間が離れている請求項１に記載の太陽電池素子。
3. 前記バスバー電極の互いに隣り合う２つの前記電極領域の一方と前記集電電極の前記第１集電領域との間が空間である請求項１または２に記載の太陽電池素子。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の太陽電池素子を備えている太陽電池モジュール。

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