JPH11112008A

JPH11112008A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JPH11112008A
Application number: JP9271638A
Authority: JP
Inventors: Yuji Komatsu; 雄爾小松
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1997-10-03
Publication date: 1999-04-23

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールにおいて、モジュール化
工程を簡略化するインターコネクタ不要のｐｎ接合素子
によって構成された高効率の太陽電池モジュールを提供
する。【解決手段】少なくとも第１導電型の基板１、基板１
表面に形成された第２導電型半導体層２、半導体層２に
接続された受光面電極１１、基板１裏面に接続された裏
面電極１２及び基板１を被覆する絶縁膜８からなるｐｎ
接合素子が複数個接続されて構成される太陽電池モジュ
ールであって、ｐｎ接合素子は、基板１の任意の１側面
の少なくとも一部に、側方に突出する突起部４を有し、
前記側面とは異なる任意の１側面の少なくとも一部に、
突起部４が嵌合し得る凹部６を有し、受光面電極１１が
突起部４上に延設され、かつ、裏面電極１２が凹部６に
形成されてなり、隣接するｐｎ接合素子の突起部４と凹
部６とを嵌合させることにより、隣接するｐｎ接合素子
が電気的に接続される太陽電池モジュール。

Description

【発明の詳細な説明】

【発明の属する技術分野】本発明は太陽電池モジュール
に関する。さらに詳しくは、モジュール化の際の素子間
接続用のインターコネクタを不要とし、モジュールの充
填率を向上させた太陽電池モジュールに関する。

【０００１】

【従来の技術】太陽電池の製造方法におけるモジュール
化の際、インターコネクタの接続を不要としてモジュー
ルの製造工程を簡略化し、かつ、モジュールの充填率を
向上させた太陽電池モジュールが、特開平７−４５８５
０号公報に提案されている。

【０００２】この太陽電池モジュールによれば、図１０
に示したように、ｐｎ接合素子２５が縦横に複数個配列
されて構成されている。

【０００３】太陽電池モジュールを構成する各ｐｎ接合
素子２５は、図１１に示したように、基板１の任意の２
つの側面に、基板表面に連続する傾斜部２６と、基板裏
面に連続する傾斜部２７とをそれぞれ有しており、傾斜
部２６は、半導体層２と受光面電極１１とをこの順で有
し、傾斜部２７は裏面電界層１６と裏面電極１２とをこ
の順で有している。そして、互いに隣あうｐｎ接合素子
２５は、図１１に示したように、傾斜部２６の受光面電
極１１と傾斜部２７の裏面電極１２とで接続されてい
る。なお、ｐｎ接合素子２５は、傾斜部２６、２７が形
成されていない部分では絶縁処理が施されていないた
め、電気的に接続させる必要がない素子同士は、通常２
ｍｍ程度の間隔をあけて配置されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の太陽電池モジュ
ールにおいては、インターコネクタの接続が不要な点で
モジュールの充填率が大幅に向上しているが、個々のｐ
ｎ接合素子２５が、傾斜部２６、２７にｐｎ接合を有し
ているため、傾斜部におけるｐｎ接合に起因する太陽電
池特性の悪化が懸念され、さらなる太陽電池特性の安定
化及び向上が望まれている。

【０００５】また、最近の太陽電池の設計では、モジュ
ール効率を上げることがさらに要求されており、より小
さい面積で大きな出力を得ることが大きな課題となって
いる。このため、素子自体の効率を向上させるととも
に、下記式モジュールの充填率(%) ＝素子面積の合計／モジュール
全体の面積×100 で表されるジュールの充填率を上げることに努力が払わ
れている。ことに、上記式からも判るように接続の際の
素子間の間隔を減少させることは充填率を上げるうえで
有効な手段となるため、その開発がより一層期待されて
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、少なく
とも第１導電型の基板、該基板表面に形成された第２導
電型半導体層、該半導体層に接続された受光面電極、前
記基板を被覆する絶縁膜及び前記基板裏面に接続された
裏面電極からなるｐｎ接合素子が複数個接続されて構成
される太陽電池モジュールであって、前記ｐｎ接合素子
は、前記基板の任意の１側面の少なくとも一部に、側方
に突出する突起部を有し、前記側面とは異なる任意の１
側面の少なくとも一部に、前記突起部が嵌合し得る凹部
を有し、前記受光面電極が前記突起部上に延設され、か
つ、前記裏面電極が前記凹部に形成されてなり、隣接す
るｐｎ接合素子の前記突起部と前記凹部とを嵌合させる
ことにより、前記隣接するｐｎ接合素子が電気的に接続
される太陽電池モジュールが提供される。

【０００７】

【発明の実施の形態】本発明の太陽電池モジュールは、
主として、第１導電型の基板、この基板表面に形成され
た第２導電型半導体層、この半導体層に接続された受光
面電極、基板を被覆する絶縁膜及び基板裏面に接続され
た裏面電極からなるｐｎ接合素子を複数個接続して構成
されている。

【０００８】本発明における第１導電型の基板とは、例
えばシリコン、ゲルマニウム等の半導体、ＧａＰ、Ｇａ
Ａｓ等の化合物半導体基板等の公知のものを使用するこ
とができ、なかでもシリコン基板が好ましい。第１導電
型とは、リン等のＮ型又はホウ素等のＰ型のいずれかの
不純物を含有している基板を意味し、通常半導体装置や
太陽電池等に使用されている程度の不純物濃度を有す
る。基板の厚さは、通常シリコン太陽電池モジュールに
使用される程度の厚さであれば、特に限定されるもので
はないが、一般的に用いられるシリコン基板より５０〜
１００μｍ程度厚いものが望ましい。具体的には、２５
０〜５００μｍ程度が挙げられる。

【０００９】また、この基板は、任意の１側面の少なく
とも一部に、側方に突出する突起部を有している。この
突起部は、後述するように、隣接するｐｎ接合素子の凹
部と嵌合することによって、電気的な接続を確保するた
めに設けられるものであるため、その際の接触抵抗が十
分に小さくなるような形状及び大きさを必要とする。例
えば、用いる基板の大きさ等により適宜調節することが
できるが、突起部の幅は基板の幅の１０〜１００％程
度、奥行きが０．５〜１０ｍｍ程度、厚さが５０〜１０
０μｍ程度の直方体形状が挙げられる。この突起部は、
基板の一側面のいずれの位置に形成されていてもよい
が、好ましくは、裏面に面一で形成されているか、突起
部が形成されている基板側面に隣接する２つの側面のい
ずれかあるいは双方に面一で形成されているか、裏面及
び２つの側面の少なくとも一方に面一で形成されている
ことが好ましい。

【００１０】この突起部は、例えば、基板表面に、突起
部を形成しようとする領域にのみ開口部を有するレジス
トを形成し、このレジストをマスクとして用いる選択エ
ッチング等により形成することができる。

【００１１】さらに、この基板は、突起部が形成される
側面とは異なる任意の１側面の少なくとも一部に、突起
部が嵌合し得る凹部を有している。凹部が形成される側
面は、突起部を形成した面に対向する面の場合が多い
が、隣接する２つの側面のいずれかであってもよい。こ
の凹部は基板の裏面側より上述と同様のフォトリソグラ
フィ等及び選択エッチング等により形成することができ
る。凹部の形状及び大きさは、絶縁膜や電極等が形成さ
れて最終的に得られる上述の突起部が好適に嵌合するよ
うな形状及び大きさであることが好ましい。

【００１２】上記のように突起部と凹部が形成された基
板においては、後述する第２導電型半導体層と受光電極
との接続部分及び基板と裏面電極との接続部分以外の表
面が全面絶縁膜に被覆されている。この際の絶縁膜は、
隣接するｐｎ接合素子が接触した場合にも絶縁性を確保
するために設けられるものであり、その材料は、酸化シ
リコン膜、窒化シリコン膜、酸化チタン膜等の公知のも
のを使用することができる。この絶縁膜の膜厚は、特に
限定されるものではなく、例えば０．０３〜３μｍ程度
が挙げられる。なお、絶縁膜として酸化シリコン膜を使
用する場合には、熱酸化法、ＣＶＤ法等により形成する
ことができる。

【００１３】上記の基板の表面には、第２導電型半導体
層が形成されている。この第２導電型半導体層は、基板
の導電型と逆の導電型の不純物が含有された層である。
この第２導電型半導体層は、後述する受光電極と十分な
接続を得るために形成される層であり、その不純物濃度
は、例えば１０¹⁸〜１０²¹ｃｍ^-3程度、接合深さは０．
２〜０．４μｍ程度が好ましい。また、この第２導電型
半導体層は、後述する基板表面の絶縁膜が除去された部
分全体に形成されていることが好ましい。

【００１４】この第２導電型半導体層は、表面全面に絶
縁膜が被覆された基板のうち、一表面の絶縁膜を、好ま
しくは周辺部から２〜１０μｍ程度の幅のみを残して部
分的に除去し、残存する絶縁膜をマスクとして、あるい
は残存する絶縁膜上にレジストマスクを形成して、不純
物拡散又はイオン注入により形成することができる。

【００１５】上記第２導電型半導体層上には、第２導電
型半導体層と直接接続される受光面電極が形成されてい
る。受光面電極の占める面積は、第２導電型半導体層が
形成されている面積に対して、１〜１０％程度の大きさ
で形成されていることが好ましい。また、その形状は、
幅１μｍ〜１ｍｍ程度の櫛の歯状の電極を０．５〜１０
ｍｍ程度の間隔で配置された形状であることが好まし
く、この場合、全てが上述した突起部の一部上に配置さ
れた電極と電気的に接続されていることが必要である。
受光面電極の厚さは、１〜１０μｍ程度が好ましい。ま
た、受光面電極の材料としては、Ｔｉ、Ｃｕ、Ａｌ、Ａ
ｇ、Ｐｔ等又はこれらの合金、あるいはＴｉ／Ｐｄ／Ａ
ｇやＴｉ／Ａｇ等のような積層構造を使用することがで
きる。これらの金属材料は、スパッタリング法、蒸着法
等の公知の方法で形成することができる。例えば、蒸着
法により形成する場合には、蒸着源に対して基板を傾け
ることによって、受光面（第２導電型半導体層）、基板
側面、突起部上部にほぼ同一の膜厚の金属を蒸着させる
ことができる。

【００１６】また、基板の裏面側には、基板と直接接続
された裏面電極が形成されている。この場合の基板と裏
面電極との接続は、裏面電極形成領域の基板表面全面が
露出した状態で行われてもよいし、裏面電極形成領域の
基板表面に部分的に複数の絶縁膜が形成された状態で、
この絶縁膜間の基板の露出部を介して行われてもよい
が、基板の裏面全面にわたって形成されていることが好
ましい。ただし、少なくとも、上記した基板裏面の凹部
の少なくとも一部にまで裏面電極が延設されていること
が必要である。裏面電極の厚さは、０．５〜２μｍ程度
が好ましい。また、受光面電極の材料としては受光面電
極と同様のものが挙げられ、受光面電極と同様に形成す
ることができる。

【００１７】なお、本発明における太陽電池モジュール
においては、得られたｐｎ接合素子に、さらに、ディッ
プ法により表面及び裏面の電極を半田で被覆することに
よって完成することができる。

【００１８】このようなｐｎ接合素子は、まず、突起部
上部を隣接するｐｎ接合素子の凹部の下部に嵌合、密着
して接触させ、縦横に所望の数配列し、次に、半田の融
点をやや上回る温度になるまで配列されたｐｎ接合素子
を加熱し、ｐｎ接合素子の突起部上部と凹部下部の半田
を溶解させて、溶かして隣接する素子同志を接続する。
さらに、接続された複数の配列素子を、ガラス／ＥＶＡ
（エチレン−酢酸ビニル共重合体）／素子／ＥＶＡ／白
色テドラフィルムの順に積層し、熱を加えて圧着し、出
力端子、アルミ等からなるフレームをつけることによっ
て太陽電池モジュールを形成することができる。

【００１９】なお、ｐｎ接合素子同志を、半田を溶解さ
せて接続する工程は、積層体に熱を加えて圧着する工程
と同時に行ってもよい。また、ガラス、ＥＶＡ、白色テ
ドラフィルムは、これらに限定されることはなく、アク
リル、ポリカーボネート等の樹脂をガラスの代わりに使
用してもよいし、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）、シ
リコン樹脂等をＥＶＡの代わりに使用してもよいし、フ
ッ化ビニルフィルム等を白色テドラフィルムの代わりに
使用してもよい。さらに、積層体は、必ずしもこれらの
膜等の全てを積層して形成されなくてもよい。

【００２０】以下に本発明の太陽電池モジュールについ
て、図面に基づいて説明する。

【００２１】実施例１本発明の太陽電池モジュールは、図８に示したようにｐ
ｎ接合素子１５が複数個縦横に配列されて構成されてお
り、個々のｐｎ接合素子１５は、図７に示したように、
突起部４及び凹部６を有するｐ型シリコン基板１の上面
に、ｎ型半導体層２が形成され、このｎ型半導体層２上
に、ｎ型半導体層２上から突起部４上面にわたって受光
面電極１１が形成されている。また、凹部６を含む基板
１の裏面側には裏面電極１２が形成されて構成されてい
る。このような構成を有するｐｎ接合素子１５は、隣接
するｐｎ接合素子１５の突起部４と凹部６とを嵌合させ
ることにより、隣接するｐｎ接合素子１５同志が電気的
に接続されている。

【００２２】次に、上記の太陽電池モジュールの製造方
法について、図１（ａ）〜（ｇ）の側断面図に基づいて
説明する。まず、図１（ａ）に示すように、大きさ１
０．０×１０．２ｃｍ、厚さ４００μｍのｐ型シリコン
基板１の表面における長さ１０．０ｃｍの任意の一辺を
含む１０．０×１０．０ｃｍの部分をフォトレジストで
覆い、表面側から反応性イオンエッチングによってレジ
ストで被覆されていない部分を３００μｍエッチング
し、突起部４を形成した。さらに、フォトレジストを除
去したのち、突起部４の両端から３ｍｍの部分をそれぞ
れダイヤモンドカッターで切り落とした。このときの基
板１の平面図を図２に示す。

【００２３】次いで、図１（ｂ）に示すように、基板１
の裏面における突起部４を形成した辺以外の任意の一辺
を含み、隣接する２辺からそれぞれ３ｍｍずつ離した、
９４ｍｍ×２ｍｍの部分以外の部分をフォトレジストで
覆い、裏面側から反応性イオンエッチングによってレジ
ストで被覆されていない部分を１００μｍエッチング
し、凹部６を形成した後、フォトレジストを除去した。
このときの基板１の裏面図を図３に示す。なお、凹部６
を形成する辺は、必ずしも突起部４の対向する辺である
必要はなく、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示したよう
に、突起部４に隣接する辺であってもよい。

【００２４】続いて、図１（ｃ）に示すように、基板１
の表面全面を酸化して、厚さ０．５μｍの酸化膜８を形
成した。

【００２５】さらに、図１（ｄ）に示すように、基板１
表面の各辺から３ｍｍ幅の部分をフォトレジストで覆
い、フォトレジストで被覆されていない部分の酸化膜を
フッ化水素酸で除去した。

【００２６】フォトレジストを除去した後、図１（ｅ）
に示すように、基板１の表面の酸化膜８を除去した部分
にリンを拡散させて、厚さ０．３μｍのｎ型半導体層２
を形成した。

【００２７】次に、図１（ｆ）に示すように、基板１の
裏面および凹部６の酸化膜８を、各辺から３ｍｍ幅の部
分をフォトレジストで覆い、フォトレジストで被覆され
ていない部分の酸化膜８をフッ化水素酸で除去し、裏面
電極接触部３を形成した。

【００２８】さらに、図１（ｇ）に示すように、ｎ型半
導体層２から突起部４上の酸化膜８上にかけて、厚さ５
μｍの受光面電極１１を金属蒸着法によって形成した。
また、突起部４の裏面から凹部６の裏面電極接触部３か
けて、厚さ１μｍの裏電極１２を金属蒸着法によって形
成した。なお、金属蒸着を行う際は、基板１を蒸着源に
対して４５°傾けることによって、各面での厚さが一定
になるようにした。受光面電極１１にはＴｉ／Ｐｄ／Ａ
ｇの組み合わせからなる金属層を形成し、裏電極１２に
はＡｌ／Ｔｉ／Ｐｄ／Ａｇの組み合わせからなる金属層
を形成した。このときの基板１の裏面図を図５に示す。
なお、凹部６を形成する辺が突起部４に隣接する辺であ
る場合については図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す。最
後に、ディップ法により電極を半田で被覆してｐｎ接合
素子を完成させた。

【００２９】このようにして形成したｐｎ接合素子を光
電極変換動作させたときの開放電圧と変換効率とを表１
に示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】この表からも明らかなように、従来に比べ
て太陽電池特性が約６％改善された。

【００３２】次に、上記のようにして形成された素子を
太陽電池モジュールとするために、図７に示すように、
互いに隣り合う素子の突起部４と凹部６を噛み合わせ、
突起部４の上部と凹部６の下部を接触させて隣接する素
子を密着させた。

【００３３】さらに、図５の素子を７枚用いて直列配列
したものを４組作製し、できあがった４組の列を横に密
着して並べ、それぞれの組の両端に、図５及び図６
（ａ）及び（ｂ）の素子を適宜用いて３６枚の素子を４
×９列で直列に配列した。

【００３４】続いて、厚さ５ｍｍのガラス／厚さ２ｍｍ
のＥＶＡ／配列素子／厚さ２ｍｍのＥＶＡ／厚さ６０μ
ｍの白色テドラフィルムの順で重ね、全体を２００℃ま
で熱し、隣接する突起部と凹部の溶接及びＥＶＡの圧着
を行った。

【００３５】さらに、出力端子、アルミフレームを接着
し、図８に示すようなモジュールを得た。

【００３６】このように形成したモジュールの充填率
を、図１２に示した従来のモジュールの充填率と比較
し、その結果を表２に示す。

【００３７】

【表２】

【００３８】表２から明らかなように、本発明のモジュ
ールにおいては、素子間の隙間をほぼなくすことがで
き、フレーム部以外のほぼ全域を太陽電池素子で埋める
ことができ、従来に比べて充填率が改善され、モジュー
ル効率が相対値で約３％向上していることがわかった。

【００３９】実施例２実施例１におけるｐｎ接合素子の製造工程において、図
１（ｆ）のように、裏面電極接続部３を裏面のほぼ全面
に形成せずに、図９（ａ）に示すように、大きさ２００
μｍ角の領域を２ｍｍの間隔をあけて酸化膜８を除去し
て、裏面電極接触部３を形成し、図９（ｂ）に断面を示
すような素子を得た。

【００４０】このようにして形成したｐｎ接合素子を光
電変換動作させたときの、開放電圧と変換効率を表３に
示した。

【００４１】

【表３】

【００４２】この表からも明らかなように、従来に比べ
て太陽電池特性が約１２％、実施例１に比べて６％改善
された。

【００４３】

【発明の効果】本発明によれば、ｐｎ接合素子側面の一
部に突起部及び凹部を形成し、隣接するｐｎ接合素子の
これらを嵌合することにより、隣接するｐｎ接合素子の
受光面電極と裏面電極とを電気的に接続させることがで
きるため、傾斜部に形成されたｐｎ接合を形成すること
なく、隣接する素子の電気的接続部の間隙を最小限にと
どめることができ、モジュールの充填率を格段に向上さ
せることができる。また、圧着時の素子の欠け等の損傷
を防止することができ、大幅なコストダウンを図ること
ができる。さらに、本発明のｐｎ接合素子は、傾斜部自
体を有さないため、ｐｎ接合に起因する太陽電池特性の
悪化を避けることができる。

【００４４】このように、従来の太陽電池モジュールと
比較して、占有面積、太陽電池特性、生産コストのいず
れにおいても大幅な改善が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池モジュールの製造工程を説明
するための概略断面工程図である。

【図２】本発明の太陽電池モジュールにおける基板に突
起部を形成した際の基板の平面図である。

【図３】本発明の太陽電池モジュールにおける基板に突
起部及び凹部を形成した際の基板の裏面図である。

【図４】本発明の太陽電池モジュールにおける基板に突
起部及び凹部を形成した際の別の基板の裏面図である。

【図５】本発明の太陽電池モジュールにおけるｐｎ接合
素子の平面図である。

【図６】本発明の太陽電池モジュールにおける別のｐｎ
接合素子の平面図である。

【図７】本発明の太陽電池モジュールにおけるｐｎ接合
素子を２個接続した際の概略断面図である。

【図８】本発明の太陽電池モジュールの平面図である。

【図９】本発明の太陽電池モジュールの別のｐｎ接合素
子を製造するための概略断面工程図である。

【図１０】従来の太陽電池モジュールの製造工程を説明
するための概略断面工程図である。

【図１１】従来の太陽電池モジュールにおけるｐｎ接合
素子を２個接続した際の概略断面図である。

【図１２】従来の太陽電池モジュールの平面図である。

【符号の説明】

１ｐ型シリコン基板（第１導電型基板）２ｎ型シリコン層（第２導電型半導体層）３裏面電極接触部４突起部６凹部８酸化膜（絶縁膜）１１受光面電極１２裏面電極１５ｐｎ接合素子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも第１導電型の基板、該基板表
面に形成された第２導電型半導体層、該半導体層に接続
された受光面電極、前記基板裏面に接続された裏面電極
及び前記基板を被覆する絶縁膜からなるｐｎ接合素子が
複数個接続されて構成される太陽電池モジュールであっ
て、前記ｐｎ接合素子は、前記基板の任意の１側面の少なく
とも一部に、側方に突出する突起部を有し、前記側面と
は異なる任意の１側面の少なくとも一部に、前記突起部
が嵌合し得る凹部を有し、前記受光面電極が前記突起部
上に延設され、かつ、前記裏面電極が前記凹部に形成さ
れてなり、隣接するｐｎ接合素子の前記突起部と前記凹部とを嵌合
させることにより、前記隣接するｐｎ接合素子が電気的
に接続されることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】ｐｎ接合素子が、突起部と凹部とが形成
されていない２側面を絶縁膜で被覆されてなる請求項１
記載の太陽電池モジュール。【００００】