JP6677801B2 - 結晶シリコン系太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、結晶シリコン基板表面にヘテロ接合を有する結晶シリコン系太陽電池およびその製造方法に関する。また、本発明は、太陽電池モジュールに関する。
変換効率の最も高い結晶シリコン系太陽電池の１つとして、単結晶シリコン基板上に導電型シリコン系薄膜を備えるヘテロ接合太陽電池が実用化されている。ヘテロ接合太陽電池では、受光面および裏面に透明電極層が設けられ、その上に設けられた金属電極により、光キャリアが外部に取り出される。金属電極は、導電性ペースト等の印刷や、電解メッキ等により形成できる。
電解メッキは、金属電極を容易に厚く形成できるため、金属電極の低抵抗化による特性向上や生産性向上、低コスト化が期待できる。特許文献１には、受光面側に、電解メッキによりパターン状の金属電極を設けたヘテロ接合太陽電池が開示されている。特許文献２には、裏面側の全面に、電解メッキにより金属電極を設けたヘテロ接合太陽池が開示されている。
ＷＯ２０１５／０６４６３４号国際公開パンフレット ＷＯ２０１５／１６６７８０号国際公開パンフレット
特許文献２には、太陽電池の裏面の全面に金属電極を設けることにより、セルに入射した光のうち、シリコン基板に吸収されずに透過した光を裏面側の金属電極で反射させて再利用できることが記載されている。一方、複数の太陽電池（セル）を配線部材により電気的に接続した太陽電池モジュールにおいては、裏面からセルに入射する光の取り込みも、発電量の向上に寄与する。太陽電池モジュールでは、隣接して配置されるセル間の隙間（一般に２〜４ｍｍ程度）に入射した光を、セルの裏面側に設けられたバックシート等で反射させ、セルの受光面または裏面から入射させることにより、モジュールの発電量を向上できる。
本発明は、モジュール化した際に、セル間に入射する光の取り込み効率に優れる結晶シリコン系太陽電池の提供を目的とする。
本発明の太陽電池は、結晶シリコン基板の第一主面上に、第一真性シリコン系薄膜、第一導電型シリコン系薄膜、受光面透明電極層、および受光面金属電極を順に備え、結晶シリコン基板の第二主面上に、第二真性シリコン系薄膜、第二導電型シリコン系薄膜、裏面透明電極層、および裏面金属電極を備える結晶シリコン系太陽電池である。第一導電型シリコン系薄膜と第二導電型シリコン系薄膜は、異なる導電型を有し、一方がｐ型、他方がｎ型である。結晶シリコン基板の第一主面および第二主面にはテクスチャが設けられている。受光面金属電極および前記裏面金属電極は、いずれもパターン状に設けられている。
裏面透明電極層と裏面金属電極との間には、裏面金属シードが設けられていてもよい。受光面透明電極層と受光面金属電極との間には、受光面金属シードが設けられていてもよい。
裏面透明電極層は、第二主面の周縁には設けられていない。第二主面の周縁に裏面電極層が設けられないようにするためには、例えば、第二主面の周縁をマスクで被覆した状態で、裏面透明電極層を製膜すればよい。受光面透明電極層は、第一主面の全面に設けられ、かつ、側面および第二主面の周縁にも回り込んで形成されていることが好ましい。受光面透明電極層が第二主面の周縁に回り込んで形成されている場合、受光面透明電極の裏面側への回り込み部上に、端部平坦化金属層が設けられることが好ましい。
パターン状の受光面金属電極および裏面金属電極は、例えばレジストを用いて形成できる。レジストパターンの開口下に露出した導電層（透明電極層または金属シード層）を起点として電解メッキにより金属を析出させることにより、パターン状の金属電極層を形成できる。電解メッキにより、受光面透明電極と裏面電極とを同時に形成してもよい。
本発明の太陽電池は、裏面側の周縁に端部平坦化金属層を備える。端部平坦化金属層は、裏面透明電極と離間して設けられている。端部平坦化金属により、セル間の隙間に入射後、バックシート等で反射されて太陽電池の裏面に到達した光を、所定方向に反射させ効率よく太陽電池内に取り込むことができる。端部平坦化金属層は、例えば電解メッキにより形成される。受光面金属電極が電解メッキにより形成される場合、端部平坦化金属層は、受光面金属電極と同時に電解メッキにより形成され、両者は同一の材料からなることが好ましい。
さらに、本発明は、上記の結晶シリコン系太陽電池を備える太陽電池モジュールに関する。本発明の太陽電池モジュールは、受光面保護材と裏面保護材との間に、複数の太陽電池が電気的に接続された太陽電池ストリングを備える。裏面保護材は、光反射性を有するものが好ましく用いられる。
太陽電池の裏面側の周縁に端部平坦化金属層が設けられることにより、太陽電池間の隙間に照射された光の反射光が、裏面から効率良く太陽電池内に取り込まれる。そのため、モジュール発電量を向上できる。
一実施形態の結晶シリコン系太陽電池の模式的断面図である。 一実施形態の結晶シリコン系太陽電池の平面図である。 一実施形態にかかる太陽電池モジュールの平面図である。 図３のＡ−Ａ線における断面図である。 図３のＢ−Ｂ線における断面図である。 裏面保護材で反射されて太陽電池の裏面の周縁領域に到達した光の反射の様子を表す概念図である。 裏面保護材で反射されて太陽電池の裏面の周縁領域に到達した光の反射の様子を表す概念図である。 太陽電池の製造過程を表す模式的断面図である。 太陽電池の製造過程を表す模式的断面図である。 太陽電池の製造過程を表す模式的断面図である。 太陽電池の製造過程を表す模式的断面図である。 太陽電池の製造過程を表す模式的断面図である。 太陽電池の製造過程を表す模式的断面図である。 太陽電池の製造過程を表す模式的断面図である。 太陽電池の製造過程を表す模式的断面図である。 太陽電池の製造過程を表す模式的断面図である。 太陽電池の製造過程を表す模式的断面図である。 一実施形態の結晶シリコン系太陽電池の模式的断面図である。 一実施形態の結晶シリコン系太陽電池の模式的断面図である。 一実施形態の結晶シリコン系太陽電池の模式的断面図である。
図１は、本発明の一実施形態にかかる結晶シリコン系太陽電池１００の模式的断面図である。図２は、結晶シリコン系太陽電池１００の裏面側の平面図である。
結晶シリコン系太陽電池１００は、いわゆるヘテロ接合太陽電池であり、結晶シリコン基板１０の第一主面上に、第一真性シリコン系薄膜２１、第一導電型シリコン系薄膜３１、受光面透明電極層４１、および受光面金属電極７１を備え、結晶シリコン基板１０の第二主面上に、第二真性シリコン系薄膜２２、第二導電型シリコン系薄膜３２、裏面透明電極層４２、および裏面金属電極７２を備える。この結晶シリコン系太陽電池１００は、第一主面側（図１の上側）が受光面であり、第二主面側（図１の下側）が裏面である。
結晶シリコン基板１０は、ｎ型またはｐ型の導電型を有する。正孔と電子とを比較した場合、有効質量および散乱断面積の小さい電子の方が、一般的に移動度が大きいため、結晶シリコン基板１０としては、ｎ型単結晶シリコン基板が好ましく用いられる。
結晶シリコン基板１０は、第一主面および第二主面の表面にテクスチャ構造を有する。シリコン基板の表面にテクスチャが設けられることにより、表面での光反射が低減し、シリコン基板内に取り込まれる光量を増大できる。テクスチャの凹凸高さは、０．５〜１０μｍ程度が好ましい。
受光面の第一真性シリコン系薄膜２１、および裏面の第二真性シリコン系薄膜２２としては、シリコンと水素で構成されるｉ型水素化非晶質シリコンが好ましく用いられる。結晶シリコン基板１０の表面に、真性シリコン系薄膜が設けられることにより、結晶シリコン基板への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行うことができる。
第一真性シリコン系薄膜２１上には第一導電型シリコン系薄膜３１が設けられ、第二真性シリコン系薄膜２２上には第二導電型シリコン系薄膜３２が設けられる。第一導電型シリコン系薄膜３１と第二導電型シリコン系薄膜３２とは、異なる導電型を有し、一方がｐ型、他方がｎ型である。受光面側のへテロ接合が逆接合である場合に、光生成キャリアの回収効率が高められる。そのため、結晶シリコン基板１０がｎ型である場合、受光面側の第一導電型シリコン系薄膜３１がｐ型、裏面側の第二導電型シリコン系薄膜３２がｎ型であることが好ましい。
第一導電型シリコン系薄膜３１上には受光面透明電極層４１が設けられ、第二導電型シリコン系薄膜３２上には裏面透明電極層４２が設けられる。受光面透明電極層４１は、第一主面の全面に設けられていてもよく、第一主面の周縁に設けられていなくてもよい。図１に示すように、受光面透明電極層４１は、第一主面の全面に設けられ、かつ側面および第二主面の周縁にも回り込んで形成されていてもよい。
裏面透明電極層４２は、第二主面の周縁には設けられておらず、第二主面の周縁において、裏面透明電極層形成領域の外周には、裏面透明電極層非形成領域が存在する。そのため、受光面透明電極層４１が裏面の周縁に回り込んで形成されている場合でも、受光面透明電極層の回り込み部４１５との間には、電極が設けられていない領域（離間領域）５０が存在し（図６Ｅ参照）、受光面透明電極層４１と裏面透明電極層４２とは離間している。
受光面透明電極層４１上には、パターン状の受光面金属電極７１が設けられ、裏面透明電極層４２上にはパターン状の裏面金属電極７２が設けられる。受光面のみならず裏面の金属電極がパターン状に設けられていることにより、太陽電池の裏面側からも光を取り込むことができる。金属電極のパターン形状は特に限定されず、例えば、図２に示すように、一方向（ｘ方向）に延在するバスバー電極７２１、およびバスバー電極７２１に直交して延在するフィンガー電極７２２からなるグリッド状に金属電極が設けられる。
後に詳述するように、受光面金属電極７１および裏面金属電極７２は、電解メッキにより形成されるメッキ金属層であることが好ましい。受光面金属電極７１および裏面金属電極７２は、複数の金属層から構成されてもよい。例えば、銅層の上に、銀や錫等の耐久性の高い金属層が設けられることにより、金属電極の劣化を抑制し、太陽電池の耐久性を向上できる。
受光面透明電極層４１と受光面金属電極７１との間には、受光面金属シード６１が設けられていてもよい。裏面透明電極層４２と裏面金属電極７２との間には、裏面金属シード６２が設けられていてもよい。受光面金属シード６１および裏面金属シード６２は、それぞれ受光面金属電極７１および裏面金属電極７２と同様にパターニングされていることが好ましい。
図２に示すように、第二主面の周縁には端部平坦化金属層７５が設けられている。端部平坦化金属層７５は裏面透明電極層４２と離間しており、両者の間には、第二導電型シリコン系薄膜３２が露出した離間領域５１が存在する。裏面の周縁に端部平坦化金属層７５が設けられることにより、複数の太陽電池１００を接続してモジュール化した際に、隣接して配置された太陽電池間の隙間に入射した光を、太陽電池の裏面側から効率的に取り込むことができる。
図３は、複数の太陽電池１００を、配線部材１５５を介して接続した太陽電池モジュール２００の平面図である。図４Ａは、図３のＡ−Ａ線の位置における断面図であり、図４Ｂは図３のＢ−Ｂ線の位置における断面図である。
太陽電池モジュール２００では、隣接する太陽電池の表裏のバスバー電極７１１，７２１が配線部材１５５を介して接続され、太陽電池ストリングを形成している。太陽電池ストリングの受光面側（図４Ａおよび図４Ｂの上側）には、受光面保護材１５１が設けられ、裏面側（図４Ａおよび図４Ｂの下側）には裏面保護材１５２が設けられている。保護材１５１，１５２の間に封止材１５７が充填されることにより、太陽電池ストリングが封止されている。
図４Ｂでは、太陽電池モジュール２００において、太陽電池１００に太陽光が入射する様子が概念的に示されている。太陽電池に照射された光ＬＡは、受光面から太陽電池に入射して、シリコン基板１０で吸収されて光キャリアを生成し、発電に寄与する。隣接する太陽電池間の隙間に照射された光は、太陽電池１００の裏面に設けられた裏面保護材１５２に到達する。隙間に照射された光を、裏面保護材１５２により受光面側に反射させ、太陽電池に入射させることにより、光利用効率が高められ、モジュール発電量を向上できる。
太陽電池間の隙間に照射され、裏面保護材１５２で反射された光の一部（特に、入射角度θ１が小さい光ＬＢ１）は、再度太陽電池間の隙間を透過して受光面側に到達し、受光面保護材１５１の空気界面で再反射され、受光面側からセルに入射する。セル間の隙間に照射され裏面保護材１５２で反射された光の一部（特に、入射角度θ２が大きい光ＬＢ２）は、太陽電池の裏面に到達する。裏面保護材１５２から太陽電池の裏面側に到達する反射光の大半は、太陽電池の周縁領域に到達する。
図５Ａおよび図５Ｂは、裏面保護材１５２で反射されて太陽電池の裏面の周縁領域に到達した光の反射の様子を表す概念図である。図５Ａでは、太陽電池の裏面の周縁に、平坦化金属層７５が設けられている。図５Ｂでは、太陽電池の裏面の周縁に、膜厚が小さく、テクスチャの凹凸形状を緩和する作用（平坦化作用）を有していない金属層２７５（例えば、透明電極層の回り込み部４１５上にスパッタにより形成された金属層）が設けられている。
図５Ｂの金属層２７５は平坦化作用を有していないため、太陽電池の裏面の周縁はシリコン基板１０のテクスチャの凹凸形状を継承した表面凹凸形状を有している。裏面保護材１５２で反射されて太陽電池の裏面の周縁領域に到達した光は、表面凹凸を有する金属層２７５により、様々な方向に反射される。金属層２７５で反射された光は、裏面保護材１５２等で反射を繰り返し、一部の光は太陽電池の裏面や受光面から太陽電池内に入射する。しかし、反射回数の増大に伴って、封止材１５７等による光吸収量が増大するため、太陽電池に入射する光量が減少する。
一方、図５Ａでは、太陽電池の裏面の周縁に平坦化金属層７５が設けられており、シリコン基板１０のテクスチャの凹凸形状が緩和され平坦化された表面形状を有している。裏面保護材１５２で反射されて太陽電池の裏面の周縁領域に到達した光は、平坦化金属層７５により反射される。表面が平坦化されているため、太陽電池間の隙間（図の右側）から平坦化金属層７５に到達した光は、太陽電池の中央側（図の左側）に向けて反射されやすい。太陽電池の中央側に反射された光は、裏面保護材１５２と平坦化金属層７５との間で反射を繰り返し、裏面から太陽電池に入射する。図５Ｂのように不定方向に反射される場合と比べると、図５Ａのように太陽電池の中央側に反射される光は、少ない反射回数で裏面側から太陽電池に入射するため、太陽電池に取り込まれる反射光量が増大する。したがって、裏面の周縁に平坦化金属層７５が設けられることにより、モジュールの光取り込み量を増大し、モジュール発電量を向上できる。
シリコン基板１０の裏面に設けられたテクスチャの凹凸を平坦化するためには、平坦化金属層７５は厚みが大きいことが好ましい。平坦化金属層７５の厚みは、１μｍ以上が好ましく、３μｍ以上がより好ましく、５μｍ以上がより好ましい。また、シリコン基板１０の裏面のテクスチャの凹凸高低差よりも、平坦化金属層７５の厚みが大きいことが好ましい。平坦化金属層７５の凹凸高低差は、シリコン基板１０の凹凸高低差の０．５倍以下が好ましく、０．３倍以下がより好ましく、０．１倍以下がさらに好ましい。平坦化金属層７５の凹凸高低差が小さく表面が平坦化されているほど、裏面から太陽電池への反射光の取り込み量が増大する傾向がある。平坦化金属層７５の凹凸高低差は、１μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以下がより好ましく、０．３μｍ以下がさらに好ましく、０．１μｍ以下が特に好ましい。凹凸高低差は、算術平均粗さＲａの２倍で定義される。
厚みの大きい平坦化金属層７５の形成には、メッキ法が適している。特に、生産性の観点からは、受光面金属電極７１や裏面金属電極７２を電解メッキにより形成し、これらの金属電極の形成と同時に、電解メッキにより平坦化金属層７５を形成することが好ましい。
以下では、図６Ａ〜Ｊを参照して、ｎ型単結晶シリコン基板１０の受光面側に第一導電型シリコン系薄膜としてｐ型シリコン系薄膜３１を備え、裏面側の第二導電型シリコン系薄膜としてｎ型シリコン系薄膜３２を備えるヘテロ接合太陽電池１００の製造工程の一例を説明する。
まず、第一主面（受光面）および第二主面（裏面）の両面にテクスチャが形成されたｎ型単結晶シリコン基板を準備する（図６Ａ）。テクスチャの形成方法は特に限定されない。例えば、単結晶シリコン基板では、アルカリを用いた異方性エッチング処理により、ピラミッド状のテクスチャを形成できる。
ｎ型単結晶シリコン基板１０の第二主面に、第二真性シリコン系薄膜２２およびｎ型シリコン系薄膜３２が形成され（図６Ｂ）、ｎ型単結晶シリコン基板１０の第一主面に、第一真性シリコン系薄膜２１およびｐ型シリコン系薄膜３１が形成される（図６Ｃ）。
前述のように、真性シリコン系薄膜２１，２２の材料としては、シリコンと水素で構成されるｉ型水素化非晶質シリコンが好ましい。真性シリコン系薄膜２１，２２の膜厚は、３〜１６ｎｍが好ましく、４〜１４ｎｍがより好ましく、５〜１２ｎｍがさらに好ましい。なお、本明細書における「膜厚」とは、製膜面上の厚みを指し、テクスチャ斜面の法線方向を厚み方向とする。
導電型シリコン系薄膜３１，３２としては、非晶質シリコン系薄膜、微結晶シリコン系薄膜（非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む薄膜）等が用いられる。シリコン系薄膜としては、シリコン以外に、シリコンオキサイド、シリコンカーバイド、シリコンナイトライド等のシリコン系合金を用いることもできる。これらの中でも、導電型シリコン系薄膜は、非晶質シリコン薄膜であることが好ましい。導電型シリコン系薄膜３１，３２の膜厚は、３〜３０ｎｍが好ましい。
シリコン系薄膜２１，２２，３１，３２は、プラズマＣＶＤ法により製膜されることが好ましい。これらのシリコン系薄膜の製膜順序は特に限定されないが、生産性向上の観点から、第一真性シリコン系薄膜２１とｐ型シリコン系薄膜３１は、同一の製膜装置を用いて、連続して製膜が行われることが好ましい。同様に、第二真性シリコン系薄膜２２とｎ型シリコン系薄膜３２は、連続して製膜が行われることが好ましい。図６Ｂおよび図６Ｃでは、第二主面側のシリコン系薄膜２２，３２の製膜が先に行われる形態が示されているが、第一主面上への第一真性シリコン系薄膜２１およびｐ型シリコン系薄膜３１の製膜と、第二主面上への第二真性シリコン系薄膜２２およびｎ型シリコン系薄膜３２の製膜の順序は、どちらが先でもよい。
シリコン系薄膜の形成時には、第一主面および第二主面の周縁をマスクで被覆した状態で製膜を行ってもよく、マスクを用いずに製膜を行ってもよい。シリコン系薄膜２１，２２，３１，３２のうちの一部の薄膜の製膜時にはマスクを用い、他の薄膜はマスクを用いずに製膜を行ってもよい。
マスクを使用せずに、ＣＶＤ法等のドライプロセスによりシリコン系薄膜が製膜されると、シリコン基板１０の第二主面上に製膜されたシリコン系薄膜２２，３２は、製膜時の回り込みによって、シリコン基板１０の側面および第一主面の周縁にも形成される。シリコン基板１０の第一主面上に製膜されたシリコン系薄膜２１，３１は、製膜時の回り込みによって、シリコン基板１０の側面および第二主面の周縁にも形成される。
第一真性シリコン系薄膜２１および第二真性シリコン系薄膜２２が側面および製膜面の反対側の面に回り込んで形成されることにより、結晶シリコン基板１０の第一主面の全面、第二主面の全面および側面の全ての領域に、第一真性シリコン系薄膜２１および第二真性シリコン系薄膜２２のうちの少なくともいずれか一方が設けられる。両主面および側面の全領域に真性シリコン系薄膜が設けられることにより、シリコン基板の表面パッシベーション効果が高められる。
マスクを使用せずにｐ型シリコン系薄膜３１およびｎ型シリコン系薄膜３２を製膜すると、ｐ型シリコン系薄膜３１は第一主面の全面および側面に設けられ、ｎ型シリコン系薄膜３２は第二主面の全面および側面に設けられる。これらの導電型シリコン系薄膜は、製膜面の反対側の面にも回り込んで形成される。このように、シリコン基板表面の全面に導電型シリコン系薄膜が設けられることにより、シリコン基板内で生成した光キャリアを回収できる領域、すなわち太陽電池の有効発電領域が拡大する。
ｐ型シリコン系薄膜３１上に、受光面透明電極層４１が形成され（図６Ｄ）、ｎ型シリコン系薄膜３２上に、裏面透明電極層４２が形成される（図６Ｅ）。受光面透明電極層４１上には受光面金属シード層６１０が形成されることが好ましく、裏面透明電極層４２上には裏面金属シード層６２０が形成されることが好ましい。
透明電極層４１，４２の材料は導電性酸化物が好ましく、例えば、酸化亜鉛、酸化インジウム、および酸化錫等が、単独でまたは複合酸化物として用いられる。中でも、導電性、光学特性、および長期信頼性の観点から、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）等のインジウム系酸化物が好ましい。透明電極層は、単層でもよく、複数の層からなる積層構造でもよい。透明性、導電性、および光反射低減の観点から、受光面透明電極層４１および裏面透明電極層４２の膜厚は、１０〜２００ｎｍ程度が好ましい。
透明電極層４１，４２の製膜方法としては、ＣＶＤ法、スパッタ法、蒸着法等のドライプロセスが好ましく、中でも、スパッタ法等の物理気相堆積法や、有機金属化合物と酸素または水との反応を利用したＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）法等が好ましい。透明電極層４１，４２上に金属シード層６１０，６２０が設けられる場合、両者を連続して製膜可能であることから、スパッタ法が特に好ましい。
前述のように、裏面透明電極層４２は、第二主面の周縁には形成されない。例えば、図４Ｅに示すように第二主面の周縁をマスク９で被覆した状態で、裏面透明電極層４２を製膜することにより、第二主面の周縁に、裏面透明電極層非形成領域が設けられる。
図６Ｄに示すように、受光面透明電極層４１は、第一主面の周縁および側面に形成され、さらに裏面に回り込んで回り込み部４１５が設けられていてもよい。受光面透明電極層の形成時にもマスクを用い、第一主面の周縁をマスクで被覆した状態で製膜を行ってもよい。マスクの位置合わせ回数を低減して生産効率を高める観点から、図６Ｄおよび図６Ｅに示すように、受光面透明電極層４１はマスクを用いずに製膜が行われ、裏面透明電極層４２はマスクを用いて製膜が行われることが好ましい。
第二主面の周縁に、裏面透明電極層非形成領域が設けられているため、受光面透明電極層が裏面に回り込んで製膜され回り込み部４１５が形成されている場合でも、第二主面の周縁には、透明電極層４１，４２のいずれも形成されていない離間領域５０が設けられる。このように、裏面透明電極層４２が受光面透明電極層４１と離間しており、両者が導通していないことにより、シリコン基板１０の表裏でのリーク電流が低減し、太陽電池の変換効率が高められる。また、受光面透明電極層４１上および裏面透明電極層４２上に、電解メッキにより金属電極７１，７２を形成する場合に、電流リークに起因する不所望の金属の析出を抑制できる。受光面透明電極層と裏面透明電極層とが電気的に切り離されているため、受光面透明電極層４１上への受光面金属電極７１の形成と、裏面透明電極層４２上への裏面金属電極７２の形成とを、電解メッキにより同時に行う場合でも、両者の厚みを独立に制御できる。
受光面金属シード層６１０および裏面金属シード層６２０は、電解メッキにより受光面金属電極７１および裏面金属電極７２を形成する際の導電性下地層として作用し、メッキ効率の向上に寄与する。また、透明電極層４１，４２の表面に金属シード層６１０，６２０が設けられることにより、メッキ液による透明電極層の侵食を防止できる。
金属シード層６１０，６２０を構成する金属材料としては、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、金、亜鉛、鉛、パラジウム、およびこれらの合金等が用いられる。金属シード層６１０，６２０の膜厚は特に限定されない。電解メッキ後のエッチング除去の容易性を考慮すると、金属シード層６１０，６２０の膜厚は、２００ｎｍ以下が好ましく、１００ｎｍ以下がより好ましく、６０ｎｍ以下がさらに好ましい。一方、金属シード層自体に高い導電性を持たせ、かつピンホール等による透明電極層４１，４２の露出を防止する観点から、金属シード層６１０，６２０の膜厚は、５ｎｍ以上が好ましく、１０ｎｍ以上がより好ましく、２０ｎｍ以上がさらに好ましい。
金属シード層６１０，６２０の形成方法は特に限定されないが、透明電極層４１，４２の表面全体を効率的に被覆するためには、スパッタ法、蒸着法等のドライプロセスや、無電解メッキが好ましい。透明電極層４１，４２と金属シード層６１０，６２０とを連続製膜可能であることから、スパッタ法が特に好ましい。
透明電極層４１，４２および金属シード層６１０，６２０の製膜順序は特に限定されないが、生産性向上の観点から、受光面透明電極層４１と受光面金属シード層６１０は、同一の製膜装置を用いて、連続して製膜が行われることが好ましい。そのため、マスクを用いずに受光面透明電極層４１を製膜する場合、受光面金属シード層６１０もマスクを用いずに製膜が行われ、裏面に回り込み部６５が形成されることが好ましい。裏面透明電極層４２と裏面金属シード層６２０は、連続して製膜が行われることが好ましい。マスクを用いて裏面金属シード層６２０を形成する場合は、裏面透明電極層４２の製膜時に用いたマスクをそのまま用いてもよい。同一のマスクを用いて裏面透明電極層と裏面金属シード層６２０とを連続製膜することにより、マスクの位置合わせ回数を低減し、生産性を向上できる。図６Ｄおよび図６Ｅでは、第一主面側の受光面透明電極層４１および受光面金属シード層６１０の製膜が先に行われる形態が示されているが、第二主面上への裏面透明電極層４２および裏面金属シード層６２０製膜が、第一主面上への第一主面側の受光面透明電極層４１および受光面金属シード層６１０の製膜よりも先に行われてもよい。
受光面透明電極層４１上にはパターン状の受光面金属電極７１が形成され、裏面透明電極層４２上にはパターン状の裏面金属電極７２が形成される。透明電極層４１，４２上に金属シード層６１０，６２０が設けられている場合は、金属シード層上に金属電極が形成される。図６Ｆ〜Ｈに示すように、レジストを用いることにより、パターン状の金属電極をメッキ法により形成できる。
レジストを用いた金属電極の形成においては、まず受光面および裏面にレジスト層９１０，９２０が形成される（図６Ｆ）。スクリーン印刷等の印刷法により、受光面および裏面のそれぞれに、レジスト層９１０，９２０が形成されることが好ましい。シリコン基板よりも小面積でレジスト層の印刷を実施することにより、レジスト材料の利用効率が高められる。
裏面側のレジスト層９２０は、裏面透明電極層４２上（および裏面金属シード層６２０上）の全面を覆うように設けられることが好ましい。裏面透明電極層４２上の全面を覆い、かつ裏面の周縁には設けられないように、レジスト層９２０を印刷することにより、裏面透明電極層４２と離間した端部平坦化金属層７５をメッキ法により形成できる。
受光面側のレジスト層９１０および裏面側のレジスト層９２０のそれぞれに対して、露光および現像を行うことにより、開口９６，９７が設けられたレジストパターン９１，９２が形成される（図６Ｇ）。
受光面および裏面のそれぞれに、レジストパターン９１，９２を形成後に、開口９６，９７の下に露出した導電層（透明電極層４１，４２または金属シード層６１０，６２０）を起点として、電解メッキにより、金属電極７１，７２が形成される（図６Ｈ）。金属電極７１，７２の材料は、電解メッキで形成できる金属であれば特に限定されず、例えば、銅、ニッケル、錫、アルミニウム、クロム、銀、金、亜鉛、鉛、パラジウム、およびこれらの合金等が形成される。これらの中でも、電解メッキによる析出速度が大きく、導電率が高く、かつ材料が安価であることから、メッキ金属電極を構成する金属は、銅、または銅を主成分とする合金であることが好ましい。
金属電極７１，７２の形成は、メッキ液中に陽極を浸漬し、透明電極層４１，４２（あるいはその表面に形成された金属シード層６１０，６２０）をメッキ液と接触させた状態で、陽極と透明電極層との間に電圧を印加することにより行われる。銅を主成分とするメッキ金属電極は、例えば酸性銅メッキにより形成される。酸性銅メッキに用いられるメッキ液は、硫酸銅、硫酸、水等を含む公知の組成のものが使用可能である。このメッキ液に、０．１〜１０Ａ／ｄｍ２程度の電流を流すことにより、レジスト開口下の導電層上に銅を析出させることができる。メッキ時間は、電極の面積、電流密度、陰極電流効率、設定膜厚等に応じて適宜設定される。
受光面金属電極７１と裏面金属電極７２は、どちらが先に形成されてもよい。生産性の観点からは、電解メッキにより両者を同時に形成することが好ましい。例えば、受光面透明電極層４１（または受光面金属シード層６１０）および裏面透明電極層４２（または裏面金属シード層６２０）のそれぞれに給電を行うことにより、受光面と裏面に同時にメッキ金属電極７１，７２を形成できる。
前述のように、受光面側の導電層４１，６１０と裏面側の導電層４２，６２０とが電気的に切り離されているため、受光面と裏面の電解メッキによる金属の析出速度を、それぞれ独立に制御できる。そのため、受光面金属電極７１と裏面金属電極７２とが、電解メッキにより同時に形成される場合でも、両者の厚みを独立に制御できる。例えば、裏面側のメッキ金属電極７２の厚みを受光面側のメッキ金属電極７１の厚みよりも小さくできる。電解メッキにより形成される金属電極の厚みが小さい場合は、レジストの厚みも小さくできる。そのため、表裏の電極パターン形状の相違や、フィンガー電極の本数等に応じて、金属電極の厚みを調整することにより、光取り込み効率やキャリア取出し効率に優れる太陽電池を形成できることに加えて、レジスト等の材料コストの低減も可能となる。
メッキ金属電極７１，７２は、複数の層の積層構成としてもよい。例えば、銅等の導電率の高い材料からなる第一メッキ層を形成後、第一メッキ層よりも化学的安定性に優れる金属層を形成することにより、低抵抗で化学的安定性に優れた金属電極を形成できる。
受光面透明電極層４１（および受光面金属シード層）が、側面および裏面の周縁に回り込んで製膜され、回り込み部４１５（および６５）が形成されている場合、電解メッキによる金属電極７１，７２の形成時に、この回り込み部もメッキ液に曝される。そのため、図６Ｈに示すように、回り込み部４１５上にメッキ金属層７５が析出する。裏面側のレジストパターン９２は、裏面透明電極層４２の外周にも設けられているため、回り込み部４１５上に析出したメッキ金属層７５と、裏面透明電極層４２（および裏面金属シード層６２０）とは離間している。
このように、電解メッキにより裏面の端部に析出したメッキ金属層が、シリコン基板１０の裏面に設けられたテクスチャの凹凸を平坦化する端部平坦化金属層７５となり、太陽電池の裏面からの光取り込み量の増大に寄与する。第一透明電極層の回り込み部４１５上に平坦化金属層７５が設けられる場合、端部平坦化金属層７５は、受光面金属電極７１と同時に電解メッキにより形成される。そのため、端部平坦化金属層７５は、受光面金属電極７１と同一の材料からなる。
金属電極７１，７２、および端部平坦化金属層７５を形成後、レジストパターン９１，９２が剥離除去される（図６Ｉ）。透明電極層４１、４２上に金属シード層６１０，６２０が設けられている場合は、レジストパターンの剥離除去後に、金属電極７１，７２のパターン間に露出した金属シード層がエッチング除去される（図６Ｊ）。これにより、透明電極層４１，４２と金属電極７１，７２との間に、金属シード６１，６２が設けられたパターン電極が得られる。
図６Ａ〜Ｊでは、裏面側の導電層（透明電極層４２および金属シード層６２０）の製膜時にのみマスク９を用い、マスクを用いずにシリコン系薄膜２１，３１，２２，３２および受光面側の導電層４２，６２０を製膜する例を示したが、シリコン系薄膜および受光面側の導電層も基板の周縁をマスクで被覆した状態で製膜を行ってもよい。
例えば、第二主面の周縁をマスクで被覆した状態で第二真性シリコン系薄膜３１およびｎ型シリコン系薄膜３２を製膜すると、図７に示すように、第二主面の周縁に、シリコン系薄膜および電極のいずれも設けられていない離間領域５２が形成される。このように、表裏のシリコン系薄膜が離間されていれば、ｐ型シリコン系薄膜とｎ型シリコン系薄膜との間のリークを抑制できる。第二主面の周縁のｎ型シリコン系薄膜３２が設けられていない領域では、キャリア（電子）を回収できないため、この部分は発電ロスの原因となり得る。ただし、第二主面の周縁領域の端部平坦化金属層７５に覆われている領域では裏面からの光が太陽電池に入射しないため、離間領域５２およびその外周領域（端部平坦化金属層７５が設けられている領域）における光キャリアの生成量は少ない。そのため、周縁領域にｎ型シリコン系薄膜が設けられていないことに起因するロスはわずかである。一方、端部平坦化金属層７５の光反射作用により、ｎ型シリコン系薄膜３２が設けられている領域に裏面から入射する光の量が増大するため、トータルの発電量は向上する。
前述のように、受光面側の透明電極層および金属シード層の製膜時に、第一主面の周縁をマスクで被覆した状態で製膜を行ってもよい。この場合、受光面透明電極層４１および金属シード層６１０の裏面側への回り込み部は形成されない。受光面側の導電層の裏面側への回り込み部が形成されない場合でも、ｎ型シリコン基板１０上に、ｐ型シリコン系薄膜３１を介さずにｎ型シリコン系薄膜３２が設けられた領域では、電解メッキ時のリーク電流により金属が析出する。すなわち、ｎ型シリコン基板１０の表面にｎ型シリコン系薄膜３２のみが設けられｐ型シリコン系薄膜が設けられていない領域（ｎ／ｎ接合部分）、およびｐ型シリコン系薄膜３１よりもｎ型シリコン系薄膜３２の方がｎ型シリコン基板に近い側に位置している領域（ｎ／ｎ／ｐ接合部分）には、金属電極７１，７２を形成するための電解メッキ時のリークに起因して、金属が析出する。
ｐ型シリコン系薄膜３１よりも先にｎ型シリコン系薄膜３２が製膜される場合は、側面および主面の周縁では、ｎ型シリコン系薄膜３２がｐ型シリコン系薄膜３１よりもｎ型シリコン基板１０に近い側に位置しているため、図８に示すように、側面および主面の周縁の全体（レジストが設けられている領域を除く）に金属層が析出する。そのため、マスクを用いずに受光面側の導電層を製膜した場合と同様に、裏面端部平坦化金属層７５が形成される。
ｎ型シリコン系薄膜３２よりも先にｐ型シリコン系薄膜３１が製膜される場合は、側面および主面の周縁では、ｐ型シリコン系薄膜３１がｎ型シリコン系薄膜３２よりもｎ型シリコン基板１０に近い側に位置している。そのため、図９に示すように、第一主面および第二主面の周縁のｐ型シリコン系薄膜３１とｎ型シリコン系薄膜とが重複していない領域に、メッキ金属層７７，７５が析出する。この形態において、裏面側に析出したメッキ金属層７５も、裏面端部平坦化金属層として作用し得る。
なお、太陽電池の裏面の端部に到達した反射光を、太陽電池の裏面側から効率よく取り込むためには、周縁領域のできる限り広い範囲に裏面端部平坦化金属層７５が設けられていることが好ましい。そのため、マスクを用いて受光面側の導電層（受光面透明電極層４１および受光面金属シード層６１０）を製膜する場合は、ｐ型シリコン系薄膜３１よりも先にｎ型シリコン系薄膜３２の製膜を行うことが好ましい。
本発明の太陽電池は、実用に供する際には、モジュール化される。太陽電池モジュールの構成は、図３、図４Ａおよび図４Ｂを参照して先に説明した通りである。
配線部材１５５は、太陽電池のメッキ金属電極上に接続される。図３に示すように、金属電極がフィンガー電極とバスバー電極を有するグリッド状のパターンを有する場合は、バスバー電極上に配線部材が接続される。配線部材と電極とは、はんだや導電性接着剤等を用いて電気的に接続される。
複数の太陽電池１００が封止材１５７を介して接続された太陽電池ストリングが、受光面保護材１５１および裏面保護材１５２に挟持され、太陽電池モジュールが形成される。例えば、太陽電池１００の受光面側および裏面側のそれぞれに、封止材１５７を介して保護材１５１，１５２を配置して積層体とした後、積層体を所定条件で加熱することにより、封止材１５７を硬化させ、封止が行われる。封止材１５７としては、ＥＶＡ，ＥＥＡ，ＰＶＢ，シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性の樹脂を用いることができる。
受光面側保護材１５１としては、透光性および遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等が用いられる。隣接する太陽電池の間に照射された光を有効に利用するために、裏面保護材１５２は光反射性を有することが好ましい。光反射性の裏面保護材１５２としては、白色ＰＥＴフィルムや、アルミニウム等の金属箔を樹脂フィルムで挟持した積層フィルム等が用いられる。
裏面保護材１５２は、隣接する太陽電池間の隙間に対応する部分に、金属層等の光反射性の高い部材が設けられていてもよい。太陽電池間の隙間に対応する部分に設けられる光反射性部材が表面凹凸を有している場合、裏面保護材により反射される光の角度を所定方向に調整できる。そのため、太陽電池間の隙間に照射された光の利用効率をさらに向上できる。
１ 結晶シリコン基板
２１，２２ 真性シリコン系薄膜
３１，３２ 導電型シリコン系薄膜
４１，４２ 透明電極層
７１，７２ 金属電極
６１，６２ 金属シード
７５ 裏面端部平坦化金属層
５１ 離間領域
１００ 太陽電池
１５１，１５２ 保護材
１５５ 配線部材
１５７ 封止材
２００ 太陽電池モジュール

Claims (15)

  1. 第一主面、第二主面および側面を有する結晶シリコン基板と；前記結晶シリコン基板の第一主面上に順に設けられた、第一真性シリコン系薄膜、第一導電型シリコン系薄膜、受光面透明電極層、および受光面金属電極と；前記結晶シリコン基板の第二主面上に順に設けられた、第二真性シリコン系薄膜、前記第一導電型シリコン系薄膜とは異なる導電型を有する第二導電型シリコン系薄膜、裏面透明電極層、および裏面金属電極と、
    を備える結晶シリコン系太陽電池であって、
    前記結晶シリコン基板は、第一主面および第二主面にテクスチャを有し、
    前記受光面金属電極および前記裏面金属電極は、いずれもパターン状に設けられており、
    前記裏面透明電極層は、第二主面の周縁には設けられておらず、
    第二主面の周縁には、端部平坦化金属層が、前記裏面透明電極層と離間して設けられている、結晶シリコン系太陽電池。
  2. 前記裏面透明電極層と前記裏面金属電極との間に、裏面金属シードが設けられている、請求項１に記載の結晶シリコン系太陽電池。
  3. 前記端部平坦化金属層が、前記受光面金属電極と同一の材料からなる、請求項１または２に記載の結晶シリコン系太陽電池。
  4. 前記受光面透明電極層と前記受光面金属電極との間に、受光面金属シードが設けられている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の結晶シリコン系太陽電池。
  5. 前記受光面透明電極層が第一主面の全面に設けられ、かつ、側面および第二主面の周縁にも回り込んで形成されており、
    第二主面の周縁に回り込んで形成された受光面透明電極層と、前記裏面透明電極層とが離間している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の結晶シリコン系太陽電池。
  6. 第二主面の周縁に回り込んで形成された前記受光面透明電極層上に、前記端部平坦化金属層が設けられている、請求項５に記載の結晶シリコン系太陽電池。
  7. 前記結晶シリコン基板の第一主面の全面、第二主面の全面および側面の全ての領域に、前記第一真性シリコン系薄膜および前記第二真性シリコン系薄膜のうちの少なくともいずれか一方が設けられている、請求項１〜６のいずれか１項に記載の結晶シリコン系太陽電池。
  8. 前記第一導電型シリコン系薄膜は、第一主面の全面および側面に設けられており、前記第二導電型シリコン系薄膜は、第二主面の全面および側面に設けられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載の結晶シリコン系太陽電池。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の結晶シリコン系太陽電池の製造方法であって、
    前記受光面金属電極および前記裏面金属電極が、電解メッキにより形成される、結晶シリコン系太陽電池の製造方法。
  10. 前記受光面金属電極および前記裏面金属電極は、レジストパターンの開口下に露出した導電層を起点として電解メッキにより形成される、請求項９に記載の結晶シリコン系太陽電池の製造方法。
  11. 印刷法により、裏面側の導電層上へのレジスト層が形成される、請求項１０に記載の結晶シリコン系太陽電池の製造方法。
  12. 前記裏面側のレジスト層が、裏面透明電極層上の全面を覆い、かつ裏面の周縁には形成されないように印刷が行われる、請求項１１に記載の結晶シリコン系太陽電池の製造方法。
  13. 第二主面の周縁をマスクで被覆した状態で、裏面透明電極層の製膜が行われる、請求項９〜１２のいずれか１項に記載の結晶シリコン系太陽電池の製造方法。
  14. 前記端部平坦化金属層が、前記受光面金属電極と同時に電解メッキにより形成される、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の結晶シリコン系太陽電池の製造方法。
  15. 受光面保護材と裏面保護材との間に、請求項１〜８のいずれか１項に記載の結晶シリコン系太陽電池の複数が電気的に接続された太陽電池ストリングが配置され、
    前記裏面保護材が光反射性を有する、太陽電池モジュール。
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