JPWO2011058653A1 - 太陽電池セル - Google Patents

Abstract

太陽電池セル（１０１）においては、銀電極（７）は、裏面タブ線（８）に沿って複数個が直線上に所定の間隔を空けてドット状に形成されている。銀電極（７）のピッチは、シリコン基板（１）の中央部で大きく、シリコン基板（１）の端部で小さい。応力の大きいシリコン基板（１）の端部に銀電極（７）を多く配置することにより、端部の剛性を向上させ反りを減少させセル割れを抑制する。

Description

本発明は、電極に接合して電気出力を取り出すリード線を備え、このリード線を接合した後のセル割れを低減することができる太陽電池セルに関するものである。

太陽電池セルには、電気出力を取り出す目的で平角銅線でなるリード線が接合される。このリード線は、接合直後の高温状態から常温に冷却されるさいに収縮する。このリード線の収縮は、基板に反りを発生させたり局所的な変形を発生させたりして、太陽電池セルの割れの原因となる。

太陽電池セルを構成する半導体基板の受光面（おもて面）には、リード線を接合する目的で、直線上に延びるリード接合電極が形成されている。一方、基板の裏面には、同じくリード線を接合する目的で、リード接合電極が所定の間隔を空けてドット状に（飛び石的に）形成されている。そして、基板の裏面のドット状のリード接合電極以外の部分は全面的にアルミニウム電極となっている。

リード接合電極は、リード線に沿うように半導体基板の端部から端部まで連続して設けられてもよい。しかしながら、アルミニウム電極とリード接合電極の境界部は、強度が低いので、リード接合電極のいずれかの位置に亀裂がおよぶとこの境界に沿って半導体基板の全長に渡り亀裂が波及してしまう。

これを回避するために、従来、上記のようにリード接合電極を所定の間隔を空けてドット状に（飛び石的に）形成している。これにより、境界部のいずれかに亀裂が生じても、隣接するリード接合電極に亀裂が波及することがない（例えば、特許文献１参照）。

国際公開第ＷＯ２００９／０１９９２８号明細書

一般に平角銅線でなるリード線が半導体基板にはんだ接合された場合、リード線と半導体基板の線膨張係数の違いから冷却時に応力が働く、具体的には、リード線(銅)の方が半導体基板より収縮率が大きいため、リード線が太陽電池セル表面に形成されたリード接合電極の間隔を縮めるように応力を作用させる。受光面には受光面リード線が接続され、裏面には裏面リード線が接続されて、両リード線とも基板表面を縮めるように応力を働かせるが、裏面リード線からの応力の方が半導体基板に大きく作用するので、半導体基板は裏面側が凹となるように反る。

収縮率の異なる薄板を貼り合わせたものは、片方の薄板が縮むと一方の側に反る。その反りは、中央部から端部に至るまで徐々に加算されて行き（例えば、熱を加えられたイカの小片のごとく）平板の端部で最も大きく湾曲する。このように反りが半導体基板の端部で最も大きくなることは、発明者等のシミュレーション及び実験でも明らかになっている。そして、この半導体基板端部の反りは、セル割れの原因となるので改善が望まれていた。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体基板の端部に発生する過大変形を減少させ割れの発生を削減することができる太陽電池セルを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の太陽電池セルは、太陽光を受光して電力を発生する半導体基板の受光面側に受光面リード接合電極を有し、半導体基板の裏面側に裏面リード接合電極を有し、受光面リード接合電極および裏面リード接合電極にそれぞれ受光面リード線及び裏面リード線を接続されて発生した電力を取り出される太陽電池セルにおいて、裏面リード線は半導体基板の裏面側に直線上に延び、裏面リード接合電極は、裏面リード線に沿って複数個が直線上に所定の間隔を空けてドット状に形成されており、裏面リード接合電極のピッチが半導体基板の中央部で大きく、半導体基板の端部で小さいことを特徴とする。

この発明の太陽電池セルによれば、半導体基板の端部で裏面リード接合電極の配置が密になり基板の剛性が大きくなるので、半導体基板の端部の反りが減少する。これにより、半導体基板の割れが抑制される。

図１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池セルの裏面側から見た図である。 図２は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池セルの受光面側から見た図である。 図３は、複数の太陽電池セルが受光面リード線及び裏面リード線により順次接続された様子を示す斜視図である。 図４は、受光面リード線及び裏面リード線により順次接続された太陽電池セルでなる太陽電池アレイが太陽電池モジュール内に封止されている様子を示す斜視図である。 図５は、図４の太陽電池モジュール分解斜視図である。 図６は、比較のために示す従来の太陽電池セルの裏面側から見た図である。 図７は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池セルの裏面側から見た図である。 図８は、本発明の実施の形態３に係る太陽電池セルの裏面側から見た図である。 図９は、本発明の実施の形態４に係る太陽電池セルの裏面側から見た図である。 図１０は、本発明の実施の形態４の銀電極のピッチの変化を示すグラフの図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池セルの実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施の形態においては、一例として、半導体基板をシリコン基板、受光面リード接合電極をバスバー電極、リード線をタブ線、裏面リード接合電極を銀電極として説明する。この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池セルの裏面側から見た図である。図２は、本発明の実施の形態１に係る太陽電池セルの受光面側から見た図である。図３は、複数の太陽電池セルが受光面リード線及び裏面リード線により順次接続された様子を示す斜視図である。図４は、受光面リード線及び裏面リード線により順次接続された太陽電池セルでなる太陽電池アレイが太陽電池モジュール内に封止されている様子を示す斜視図である。図５は、図４の太陽電池モジュール分解斜視図である。なお、図３乃至５においては、裏面リード接合電極と裏面リード線との関係が良く示されるように、シリコン基板の裏面を上した斜視図としている。

本実施の形態の太陽電池セルにおいては、１辺の長さが１４０ｍｍから１６０ｍｍの矩形平板状のシリコン基板（半導体基板）１を有している。シリコン基板１の裏面側には、ドット状の銀電極（裏面リード接合電極）７が２列にそれぞれ所定の間隔を空けながら複数個設けられている。図１に示すように、２列にならぶ銀電極７は、後述するバスバー電極３に対向する直線上に一定の間隔を置いて飛び石状に設けられている。この銀電極７の上面には、列のほぼ全長に渡って、裏面タブ線（裏面リード線）８が接合されている。裏面タブ線８の幅は、銀電極７の幅よりも小さい。なお、本実施の形態の特長は、この飛び石状に設けられた銀電極７のピッチにあり、詳細は後述する。裏面タブ線８は、太陽電池用リード線として一般的に使用されるハンダめっきが施された平角銅線である。

図２に示すように、シリコン基板１の受光面側には、受光面積を極力確保しながらセル全面より集電する複数の細いグリッド電極２が、シリコン基板１のほぼ全幅に渡ってほぼ平行に配設されている。そして、このグリッド電極２にほぼ直交して、２本のバスバー電極（受光面リード接合電極）３がシリコン基板１のほぼ全長に渡って直線上に設けられている。さらに、バスバー電極３の上面のほぼ全長に渡って、受光面タブ線（受光面リード線）５が接合されている。受光面側タブ線５の幅は、バスバー電極３と同じか或いは若干小さい。この受光面タブ線５は、シリコン基板１どうしを直列に接続するために、セル面よりも外側に突出する延長部５ａを有している。受光面タブ線５は、太陽電池用リード線として一般的に使用されるハンダめっきされた平角銅線である。なお、本実施の形態においては、受光面タブ線５と裏面タブ線８はシリコン基板１の裏面側にて接続される別部材となっているが、連続する１本のタブ線（リード線）となっていてもよい。

図３に示すように、併設された複数のシリコン基板１は、受光面側から隣接するシリコン基板１の裏面側に潜り込む受光面タブ線５の延長部５ａを、シリコン基板１の裏面側にて隣接するシリコン基板１の裏面タブ線８と順次電気的に接続されて直列に接続されている。このようにして所定数のシリコン基板１が接続されて太陽電池アレイ１７が作製される（図５）。

図４及び図５に示されるように、太陽電池モジュール５０の要部を構成する積層体は、受光面側から、ガラス等の透明材でなる透光性基板１１と、透明樹脂でなる受光面側封止材（第１の樹脂層）１２と、碁盤目状に並べられた複数のシリコン基板１及びこれら複数のシリコン基板１を直列に接続するリード線５，８が配線された太陽電池アレイ１７と、透明樹脂でなる裏面側封止材（第２の樹脂層）１５と、耐候性に優れたバックシート１６とが、この順にて積層されて構成されている。なお、受光面側封止材１２と裏面側封止材１５は、熱処理により一体となり、太陽電池アレイ１７を樹脂封止して樹脂封止層を形成する。このような構成の積層体の外周縁部が全周にわたって図示しないフレーム枠で覆われて太陽電池モジュール５０が作製される。

図１にもどり、上記のようにシリコン基板１の裏面には、裏面タブ線８に沿って８個の銀電極７が直線上に所定の間隔を空けてドット状に形成されている。端部に設けられた銀電極７は、中心位置がシリコン基板１の端から４ｍｍ以上離れるように形成されている。そして、本実施の形態の特長として、銀電極７のピッチがシリコン基板１の中央部で大きく、シリコン基板１の端部で小さくなっている。すなわち、シリコン基板１の図１で破線にて囲まれた部分で銀電極７の配置が密になっている。シリコン基板１は、銀電極７の存在する部分の方が、銀電極７の存在しない部分よりも剛性が高い。そのため、同じ応力に対してシリコン基板１の反りが小さくなる。

また、銀電極７のピッチは、シリコン基板１の中央部のピッチをＡ、シリコン基板１の端部のピッチをＢ、シリコン基板１の中央部と端部の間の中間部のピッチをＣとしたとき、Ａ＝Ｃ＞Ｂであり、さらにＡ：Ｂ＝２：１である。

図６は、比較のために示す従来の太陽電池セルの裏面側から見た図である。図６に示されるように、従来の太陽電池セルの銀電極５７のピッチは等間隔であった。そのため、シリコン基板１と裏面タブ線８の線膨張係数の違いにより、シリコン基板１が反り、その反りはシリコン基板１のセル割れの原因にもなっていた。

本実施の形態の太陽電池セルは、太陽光を受光して電力を発生するシリコン基板１の受光面側にバスバー電極３を有し、シリコン基板１の裏面側に銀電極７を有し、バスバー電極３および銀電極７にそれぞれ受光面タブ線５及び裏面タブ線８を接続されて発生した電力を取り出される太陽電池セルにおいて、裏面タブ線８はシリコン基板１の裏面側に直線上に延び、銀電極７は、裏面タブ線８に沿って複数個が直線上に所定の間隔を空けてドット状に形成されており、銀電極７のピッチがシリコン基板１の中央部で大きく、シリコン基板１の端部で小さい。そのため、シリコン基板１の端部で銀電極７の配置が密になり、基板の剛性が大きくなるので、シリコン基板１の端部の反りを減少させる。これにより、シリコン基板１のセル割れが抑制される。

また、銀電極７のピッチは、シリコン基板１の中央部のピッチをＡ、シリコン基板１の端部のピッチをＢ、シリコン基板１の中央部と端部の間の中間部のピッチをＣとしたとき、Ａ＝Ｃ＞Ｂであり、さらにＡ：Ｂ＝２：１である。そのため、銀電極７の配置の検討する場合に容易に行え、また作製する際にも容易である。

なお、本実施の形態の銀電極７のピッチは、シリコン基板１の中央部のピッチをＡ、シリコン基板１の端部のピッチをＢ、シリコン基板１の中央部と端部の間の中間部のピッチをＣとしたとき、Ａ＝Ｃ＞Ｂであるが、Ａ≧Ｃ＞Ｂであっても同様の効果を得ることができる。

［実施例］
発明者等は、シミュレーション及び実験で本実施の形態の効果を確認した。厚さが１６０μｍ〜２００μｍのシリコン基板を用いて、図６に示すような従来の銀電極の配置としたものと、本実施の形態の銀電極の配置としたものとでシリコン基板の端部で発生する反りの大きさを観察した。

以下のように、従来の反りの大きさを１００％としたとき、厚さが１８０μｍと２００μｍのものはほぼ同じで９６％と９５％と、反りを抑制する効果はさほど大きくはなかった。一方、厚さが１６０μｍのものは反りの大きさが８６％と大きく減少した。
変形量（従来の変形量を１００％とする）
厚さ１６０μｍ：８６％
厚さ１８０μｍ：９６％
厚さ２００μｍ：９５％

この結果より、本実施の形態は、２００μｍ以下の厚さのシリコン基板で反りを抑制する効果があることが明らかになり、特に厚さが１６０μｍ以下のものでより有効であることが明かになった。

なお、本実施の形態においては、８個の銀電極７が直線上に所定の間隔を空けてドット状に形成されているが、８個に限らず、４個以上の銀電極７がドット状に形成されているものであれば、本実施の形態の構成を適用することができる。

また、本実施の形態においては、受光面タブ線５及び裏面タブ線８が２本であるが、受光面タブ線５及び裏面タブ線８が３本以上の場合にも本実施の形態の構成を適用することができる。

実施の形態２．
図７は、本発明の実施の形態２に係る太陽電池セルの裏面側から見た図である。本実施の形態においては、１列に対して７個の銀電極２７が設けられている。銀電極２７は、実施の形態１のものと同じように、裏面タブ線８に沿って複数個が直線上に所定の間隔を空けてドット状に形成されており、銀電極２７のピッチがシリコン基板１の中央部で大きく、シリコン基板１の端部で小さい。そのため、シリコン基板１の端部で銀電極２７の配置が密になり、基板の剛性が大きくなるので、シリコン基板１の端部の反りを減少させる。これにより、シリコン基板１のセル割れが抑制される。なお、図６の従来の太陽電池セルの銀電極５７と比較して明らかなように、銀電極の数は増加していない。そのため、従来と較べてコストが向上することがない。

実施の形態３．
図８は、本発明の実施の形態３に係る太陽電池セルの裏面側から見た図である。本実施の形態においては、シリコン基板１の端部に小ピッチの銀電極３７が２ピッチ分連続して設けられている。このような構成とすることにより、シリコン基板１の端部で銀電極３７のさらに配置が密になり、基板の剛性がさらに大きくなるので、シリコン基板１の端部の反りがさらに減少する。

実施の形態４．
図９は、本発明の実施の形態４に係る太陽電池セルの裏面側から見た図である。図１０は、本実施の形態の銀電極のピッチの変化を示すグラフの図である。図１０において、縦軸はピッチの大きさ、横軸は裏面タブ線に沿う中心から端部に至る距離を示している。図９及び図１０に示すように、本実施の形態の銀電極４７のピッチは、シリコン基板１の中央部で最大であり、端部に向かって徐々に小さくなり、シリコン基板１の端部で最小となっている。

シリコン基板１と裏面タブ線８の線膨張係数の違いにより発生するシリコン基板１の反りは、中央部で最も小さく端部で最も大きい、そのため、銀電極４７の配置を上記のようにして、シリコン基板１の中央部の剛性を相対的に小さく、一方、シリコン基板１の端部の剛性を相対的に大きくすることで、シリコン基板１に発生する反りを効果的に抑制することができる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池セルは、受光面に受光面リード接合電極を有し、裏面に裏面リード接合電極を有する太陽電池セルに適用されて好適なものであり、特に裏面リード接合電極が所定の間隔を空けてドット状に形成された太陽電池セルに適用されて最適なものである。

１ シリコン基板（半導体基板）
２ グリッド電極
３ バスバー電極（受光面リード接合電極）
５ 受光面タブ線（受光面リード線）
５ａ 延長部
７，２７，３７，４７ 銀電極（裏面リード接合電極）
８ 裏面タブ線（裏面リード線）
１１ 透光性基板
１２ 受光面側封止材
１３ 太陽電池セル
１５ 裏面側封止材
１６ バックシート
５０ 太陽電池モジュール

国際公開第２００９／０１９９２９号明細書

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の太陽電池セルは、太陽光を受光して電力を発生する半導体基板の受光面側に受光面リード接合電極を有し、前記半導体基板の裏面側に裏面リード接合電極と前記裏面リード接合電極以外の領域にアルミニウム電極とを有し、前記受光面リード接合電極および前記裏面リード接合電極にそれぞれ受光面リード線および裏面リード線を接続されて発生した電力を取り出される太陽電池セルにおいて、前記裏面リード線は前記半導体基板の裏面側に直線上に延び、前記裏面リード接合電極は、前記裏面リード線に沿って複数個が直線上に所定の間隔を空けてドット状に形成されており、前記裏面リード接合電極のピッチが前記半導体基板の中央部で大きく、前記半導体基板の端部で小さく、かつ前記中央部から前記端部までの間に配置される前記裏面リード接合電極のうち任意の隣接する３つの第１〜第３裏面リード接合電極において、前記端部側の前記第３裏面リード接合電極と前記第２裏面リード接合電極の間のピッチが、前記中央部側の前記第１裏面リード接合電極と前記第２裏面リード接合電極の間のピッチ以下となるように配置されることを特徴とする。

Claims (6)

1. 太陽光を受光して電力を発生する半導体基板の受光面側に受光面リード接合電極を有し、前記半導体基板の裏面側に裏面リード接合電極を有し、前記受光面リード接合電極および前記裏面リード接合電極にそれぞれ受光面リード線及び裏面リード線を接続されて発生した電力を取り出される太陽電池セルにおいて、
   前記裏面リード線は前記半導体基板の裏面側に直線上に延び、
   前記裏面リード接合電極は、前記裏面リード線に沿って複数個が直線上に所定の間隔を空けてドット状に形成されており、前記裏面リード接合電極のピッチが前記半導体基板の中央部で大きく、前記半導体基板の端部で小さい
   ことを特徴とする太陽電池セル。
2. 前記裏面リード接合電極のピッチは、前記半導体基板の中央部のピッチをＡ、前記半導体基板の端部のピッチをＢ、前記半導体基板の中央部と端部の間の中間部のピッチをＣとしたとき、Ａ≧Ｃ＞Ｂである
   ことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 前記裏面リード接合電極のピッチは、Ａ＝Ｃで、且つＡ：Ｂ＝２：１である
   ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池セル。
4. 前記裏面リード接合電極においては、前記半導体基板の端部に小ピッチの前記裏面リード接合電極が複数ピッチ分連続して設けられている
   ことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池セル。
5. 前記裏面リード接合電極のピッチは、前記半導体基板の中央部で最大であり、端部に向かって徐々に小さくなり、前記半導体基板の端部で最小となる
   ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池セル。
6. 前記半導体基板の厚さが２００μｍ以下である
   ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池セル。

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