JPWO2014083846A1 - 太陽電池 - Google Patents
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Abstract
太陽電池１０は、互いに間隔をあけて形成された複数のバスバー電極２０と、各バスバー電極２０の間に形成された複数のフィンガー電極２１と、を備え、フィンガー電極２１は、一方のバスバー電極２０Ｘのみに接続される複数のフィンガー部２１Ａと、他方のバスバー電極２０Ｙのみに接続される複数のフィンガー部２１Ｂと、を含み、隣り合う複数のフィンガー部２１Ａ同士、及び隣り合う複数のフィンガー部２１Ｂ同士がそれぞれ接続されている。
Description
本発明は、太陽電池に関する。
太陽電池は、光電変換部で生成されたキャリアを収集する電極を備える。電極は、例えば、導電性ペーストを光電変換部上にスクリーン印刷して形成することができる（例えば、特許文献１参照）。
ところで、電極の形成パターンは、光電変換効率等の太陽電池の性能に影響する。したがって、電極の形成パターンを改良して太陽電池の性能を向上させることは重要である。
本発明に係る太陽電池は、互いに間隔をあけて形成された複数のバスバー電極と、各バスバー電極の間に形成された複数のフィンガー電極と、を備え、フィンガー電極は、一方のバスバー電極のみに接続される複数の第１フィンガー部と、他方のバスバー電極のみに接続される複数の第２フィンガー部と、を含み、隣り合う第１フィンガー部同士、及び隣り合う第２フィンガー部同士がそれぞれ接続されている。
本発明に係る太陽電池によれば、太陽電池の性能を向上させることができる。
図面を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されない。また、実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
本明細書において「略＊＊」とは、「略同一」を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。
図１は、本発明の実施形態の一例である太陽電池１０を受光面側から見た平面図である。図２は、図１のバスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの間の拡大図である。図３は、図１のＡＡ線断面図であって、フィンガー電極２１，３１の長手方向に直交する面で太陽電池１０を厚み方向に切断した断面を示す図である。ここで、「受光面」とは太陽電池１０の面のうち太陽光が主に入射する面を意味し、「裏面」とは受光面と反対側の面を意味する。換言すると、電極の形成面積が大きな面が裏面となる。
太陽電池１０は、太陽光等の光を受光することでキャリアを生成する光電変換部１１と、光電変換部１１の受光面上に設けられた受光面電極であるバスバー電極２０及びフィンガー電極２１と、光電変換部１１の裏面上に設けられた裏面電極であるバスバー電極３０及びフィンガー電極３１とを備える。太陽電池１０の裏面では、受光面と比べて光電変換特性に対する遮光ロスの影響が少ないため、受光面電極よりも大面積に裏面電極を形成することが好適である。
光電変換部１１は、例えば、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、又はインジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料からなる基板１２を有する。光電変換部１１の具体例としては、基板１２にｎ型単結晶シリコン基板を適用し、基板１２上に非晶質半導体層１３，１４と、透明導電層１５，１６とを順に形成した構造が挙げられる（図３参照）。非晶質半導体層１３は、例えばｉ型非晶質シリコン層と、ｐ型非晶質シリコン層とが順に形成された層構造である。非晶質半導体層１４は、例えばｉ型非晶質シリコン層と、ｎ型非晶質シリコン層とが順に形成された層構造である。透明導電層１５，１６は、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物から構成されることが好ましい。
バスバー電極２０等の電極は、例えば、導電性ペーストのスクリーン印刷により形成できる。この方法により形成される電極は、銀（Ａｇ）粒子等の導電性フィラーとバインダ樹脂とで構成される。また、電解めっき法により電極を形成することもできる。この方法により形成される電極は、Ａｇや銅（Ｃｕ）などの金属で構成される。
バスバー電極２０は、太陽電池１０がモジュール化されるときに配線材が接続される電極であって、フィンガー電極２１からキャリアを収集する。バスバー電極２０は、互いに間隔をあけて複数形成されている。図１に示す例では、三本の直線状のバスバー電極２０が互いに略平行に略等間隔で形成されている。以下、各バスバー電極２０を区別して説明する場合、図１の紙面左側から順にバスバー電極２０Ｘ，２０Ｙ，２０Ｚと称する。
バスバー電極２０の幅は、フィンガー電極２１の幅よりも太く、例えば０．５ｍｍ〜１．５ｍｍ程度とすることができる。一方、バスバー電極２０の幅をより細くして、電極材料を削減することもできる。例えば、バスバー電極２０の幅をフィンガー電極２１の幅と同程度とする、或いはフィンガー電極２１の幅より細くすることも可能である。なお、フィンガー電極２１の幅は、例えば３０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。
フィンガー電極２１は、光電変換部１１で生成されキャリアを収集するために、受光面上の広範囲に形成される細線状の電極である。フィンガー電極２１は、各バスバー電極２０の間に複数形成されている。図１に示す例では、多数のフィンガー電極２１がバスバー電極２０に対して略垂直となるように形成されている。そして、各フィンガー電極２１は、各バスバー電極２０のいずれかに接続されている。
フィンガー電極２１は、各バスバー電極２０の間だけでなく、バスバー電極２０Ｘ，２０Ｚから受光面の端縁側にも延びることが好適である。以下では、バスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの間に形成されるフィンガー電極２１をフィンガー部２１Ａ，２１Ｂ、バスバー電極２０Ｙ，２０Ｚの間に形成されるフィンガー電極２１をフィンガー部２１Ｃ，２１Ｄ、バスバー電極２０Ｘ，２０Ｚから受光面の端縁側にそれぞれ延びるフィンガー電極２１をフィンガー部２１Ｅ，２１Ｆとする。
図１に示す例では、各バスバー電極２０の間に形成される各フィンガー部は、平面視において互いに同じ形成パターンを有する。フィンガー部２１Ｅ，２１Ｆも、平面視において互いに同じ形成パターンを有する。即ち、フィンガー電極２１は、中央のバスバー電極２０Ｙに対して左右対称に形成されている。ここで、「平面視」とは、光電変換部１１の延在する平面に対し垂直方向から観た際の平面形状を意味する。以下では、特に断らない限り、フィンガー部の形状・形成パターンとは受光面もしくは裏面の平面視における形状・形成パターンを意味するものとする。
フィンガー部２１Ａ，２１Ｂを例に挙げて、フィンガー部の形成パターンを説明する。フィンガー部２１Ａは、バスバー電極２０Ｘのみに接続され、フィンガー部２１Ｂは、バスバー電極２０Ｙのみに接続されている。そして、フィンガー部２１Ａ，２１Ｂは、例えば、互いに同一直線上に形成される。即ち、フィンガー部２１Ａ，２１Ｂは、バスバー電極２０Ｘ，２０Ｙをつなぐ直線状のフィンガー部が長手方向の中間部で分断されたものといえる。なお、複数のフィンガー部２１Ａ，２１Ｂは、いずれも略同じ長さを有し、互いに略平行に略等間隔で形成されることが好適である。
同一直線上に形成されたフィンガー部２１Ａ，２１Ｂの間隔Ｄは、例えば、フィンガー部２１Ａ同士の間隔Ｄ21A及び各フィンガー部２１Ｂ同士の間隔Ｄ21Bよりも小さくされる。これにより、フィンガー部２１Ａ，２１Ｂの間に集電が困難となる領域をなくすことができる。一方、集電性に問題のない範囲で、間隔Ｄを間隔Ｄ21A及び間隔Ｄ21Bよりも大きく設定してもよい。これにより、電極材料を削減できると共に、発電効率の高い受光面の中央部において受光効率が向上する。
各フィンガー部２１Ａは、隣り合うフィンガー部２１Ａの少なくとも一つと接続される。図１に示す例では、二本一組として接続されている。つまり、フィンガー部２１Ａの一つは、両隣りのフィンガー部２１Ａのうち一方に接続される。これにより、一のフィンガー部２１Ａの一部が切断されたとしても、接続された他のフィンガー部２１Ａを介してキャリアをバスバー電極２０Ｘで収集することができる。
各フィンガー部２１Ａは、接続フィンガー部２２Ａで接続されている。接続フィンガー部２２Ａは、例えば、各フィンガー部２１Ａに対して略垂直に形成され、隣り合うフィンガー部２１Ａの長手方向先端部（以下、単に先端部という場合がある）同士を接続する。接続フィンガー部２２Ａの幅・厚みは、上記キャリアの輸送性に問題のない範囲で、フィンガー部２１Ａの幅・厚みよりも小さくすることができる。これにより、電極材料を削減することができる。
図１に示す例では、接続フィンガー部２２Ａと、接続フィンガー部２２Ａを介して接続された二本のフィンガー部２１Ａとが、バスバー電極２０Ｘの一部とともに途切れない略矩形状となるようフィンガー電極が形成されているといえる。なお、形成パターンによっては、フィンガー部と接続フィンガー部とが継ぎ目なく形成されることにより境界が明確でない場合や、フィンガー部同士が直接接続される場合がある。隣り合うフィンガー部同士が接続されることが重要であり、接続フィンガー部の範囲は明確でなくてもよい。
各フィンガー部２１Ｂについても同様に、接続フィンガー部２２Ｂにより二本一組として接続される。接続フィンガー部２２Ａ，２２Ｂは、互いに略平行に対向して形成されている。即ち、バスバー電極２０Ｘ，２０Ｙ間に配置される接続フィンガー部２２Ａ，２２Ｂ、またバスバー電極２０Ｙ，２０Ｚ間に配置されるその他の接続フィンガー部２２Ｃ〜２２Ｄは、バスバー電極２０に対して垂直な方向に並んで形成されている。接続フィンガー部２２Ｅ，２２Ｆについては、接続フィンガー部２２Ｅ，２２Ｆの先端部が対向する光電変換部１１の端辺に、より具体的には非晶質半導体層１３の端辺に平行するように形成されている。
裏面電極であるバスバー電極３０、フィンガー電極３１についても、上述した受光面電極と同様の構造、形成パターンを採用できる。但し、フィンガー電極３１の形成面積は、フィンガー電極２１の形成面積よりも大きいことが好適である。なお、裏面電極では、バスバー電極３０、フィンガー電極３１の代わりに、Ａｇ等の金属薄膜層を適用することもできる。
上記構成を備えた太陽電池１０は、例えば、集電性を損なうことなく電極材料を削減することができる。また、太陽電池１０は、集電性を損なうことなく発電効率の高い受光面の中央部における受光効率を向上させることも可能である。つまり、太陽電池１０によれば、電極の形成パターンを改良して光電変換効率等の性能を向上させることができる。
図４〜図６（図１に対応する図）及び図７〜図１７（バスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの間の領域を拡大して示す図）を参照しながら本発明の実施形態の他の例について説明する。以下では、上記実施形態と同様の構成要素には同じ符号を付して重複する説明を省略し、上記実施形態との相違点につき詳細に説明する。また、バスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの間に形成されるフィンガー部について主に説明する。
図４に例示する形態では、バスバー電極が長手方向中間部で分断されて、同一直線上に複数のバスバー電極４０Ｘ1，４０Ｘ2が形成されている点で上記実施形態と異なる。他のバスバー電極も同様に、バスバー電極４０Ｙ1，４０Ｙ2、バスバー電極４０Ｚ1，４０Ｚ2を有する。図３に示す例では、発電効率の高い受光面の中央部において電極（各バスバー電極及びフィンガー電極５０）が形成されない領域が設けられる。
図５に例示する形態では、バスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの長手方向と直交する方向において、フィンガー部２１Ａ同士を接続する接続フィンガー部６０Ａとフィンガー部２１Ｂ同士を接続する接続フィンガー部６０Ｂとが互いに対向しない。バスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの長手方向に沿って交互に接続フィンガー部６０Ａ，６０Ｂが配置され、千鳥状に形成されている点で上記実施形態と異なる。なお、複数のフィンガー部２１Ａ〜２１Ｆのうち列の端に位置するフィンガー部については隣と接続されておらず単独で形成されている。
図５に例示する形態では、直線状のフィンガー部が分断された領域の変換効率が向上する。具体的には、フィンガー部が分断された領域で生成したキャリアは、最も近いフィンガー部によって収集される。このとき、図１に例示する形態では、最も近いフィンガー部が、フィンガー部（２１Ａ、２１Ｂ）と接続フィンガー部（２２Ａ，２２Ｂ）の接続した角の部分となる確率が高くなる。電流密度の観点から、最も近いフィンガー部が線状の部分である場合に比べ、角の部分である場合の方が変換効率が低下する。したがって、図５に例示する形態では、フィンガー部が分断された全ての領域において、接続フィンガー部６０Ａ，６０Ｂの少なくとも一方が設けられる構成となり、変換効率が向上する。
図６に例示する形態では、フィンガー部５１Ａ同士が直接接続されている点で上記実施形態と異なる。また、各フィンガー部５１Ａは、バスバー電極２０Ｘに垂直な方向に対して斜めに形成されている。具体的には、隣り合うフィンガー部５１Ａ同士で傾斜角度が異なっており、各フィンガー部５１Ａは、二本一組で先端部同士が交わるように接続部分が尖った略Ｖ字状となるように形成されている。
各フィンガー部５１Ｂも同様に略Ｖ字状となるように形成されている。そして、バスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの長手方向と直交する方向において、フィンガー部５１Ａは、フィンガー部５１Ｂの先端部を超えてバスバー電極２０Ｙ側に延びるとともに、フィンガー部５１Ｂは、フィンガー部５１Ａの先端部を超えてバスバー電極２０Ｘ側に延びている。各フィンガー部５１Ａ，５１Ｂは、互いに重ならないようにバスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの長手方向に沿って交互に形成されている。
図７，８に例示する形態は、接続部分の形状が図１，４に示す形態と異なる。図７に示す接続フィンガー部６１Ａ，６１Ｂは、対向する接続フィンガー部側に凸となるように湾曲して形成されている。図８に示す接続フィンガー部６２Ａ，６２Ｂは、フィンガー部２１Ａ，２１Ｂの各先端部から、バスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの長手方向と直交する方向においてバスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの間のちょうど中央を示す中央線α側にそれぞれ延びている。接続フィンガー部６２Ａ，６２Ｂは、略Ｖ字状に形成されており、各々の先端部が中央線αと接するように、且つ互いに重ならないようにバスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの長手方向に沿って交互に形成されている。
図９に例示する形態では、隣り合うフィンガー部の長さが異なり、短いフィンガー部５２Ａ1，５２Ｂ1と、長いフィンガー部５２Ａ2，５２Ｂ2とがそれぞれ交互に形成されている。そして、フィンガー部５２Ａ2，５２Ｂ2は中央線αまで延び、フィンガー部５２Ａ1，５２Ｂ2が同一直線上に、フィンガー部５２Ａ2，５２Ｂ1が同一直線上にそれぞれ形成される。接続フィンガー部６３Ａ，６３Ｂは、フィンガー部５２Ａ2，５２Ｂ2と中央線αとの各交点から、それぞれフィンガー部５２Ａ1，５２Ｂ1の先端部に向かって互いに略平行に形成される。
図１０に例示する形態は、三本以上のフィンガー部２１Ａ、例えば全てのフィンガー部２１Ａが接続フィンガー部６４Ａにより接続されている点で上記実施形態と異なる。また、接続フィンガー部６４Ａは、各フィンガー部２１Ａの長手方向中間部を通って、各フィンガー部２１Ａに対して略垂直に形成されている。換言すると、図１０に示すフィンガー電極は、複数の方向に分岐する分岐点を長手方向中間部に有する。接続フィンガー部６４Ａの長さは、例えば、バスバー電極２０Ｘの長さと同程度とすることができる。同様に、接続フィンガー部６４Ｂも三本以上のフィンガー部２１Ｂを接続する。なお、図１０に示す接続フィンガー部６４Ａは、バスバー電極２０Ｘに対して略垂直に形成されているが、略垂直である必要はなく、フィンガー部６４Ａとバスバー電極２０Ｘの延在する方向が交差していればよい。
図１１に例示する形態は、三本以上のフィンガー部５３Ａが各々の長手方向中間部を通る接続フィンガー部６４Ａにより接続されている点で図１０に示す形態と共通する。一方、各フィンガー部５３Ａが長手方向中間部で屈曲して山型に形成されている点で図１０に示す形態と異なる。例えば、フィンガー部５３Ｂを含む他のフィンガー部も同じ方向に凸となる山型に形成される。図１１に示す電極パターンは、接続フィンガー部６４Ａを背骨とする魚の骨のような形状を有する。
図１２に例示する形態では、フィンガー部５４Ａの幅が先端部及び中央部に比べてバスバー電極２０Ｘに接続される根元部が太くなっている点で図１に示す形態と異なる。フィンガー部５４Ａは、先端部から根元部に近づくほど幅が次第に太くなった略三角形状に形成されている。各フィンガー部５４Ａは、接続フィンガー部２２Ａにより二本一組で各々の先端部同士が接続されている。なお、フィンガー部５４Ｂも、フィンガー部５４Ａと同様の形状を有する。
図１３に例示する形態では、フィンガー部５５Ａが略三角形状に形成されている点で図１２に示す形態と共通する。一方、フィンガー部５５Ａの幅が根元部から先端部に近づくほど次第に太くなる点で図１２に示す形態と異なる。また、接続フィンガー部６５Ａは、フィンガー部５５Ａの幅が細くなった根元部の近傍に形成されている。なお、フィンガー部５５Ｂ、接続フィンガー部６５Ｂも、それぞれフィンガー部５５Ａ、接続フィンガー部６５Ａと同様の形状を有する。
図１４に例示する形態では、接続フィンガー部２２Ａからフィンガー部２１Ａと略平行にバスバー電極２０Ｙ側に延びた延伸フィンガー部７０Ａが形成されている点で図１に示す形態と異なる。延伸フィンガー部７０Ａは、接続フィンガー部２２Ｂから延びた延伸フィンガー部７０Ｂと略同一直線上に形成されているが、延伸フィンガー部７０Ａ，７０Ｂは、互いに略平行に且つフィンガー部２１Ａ，２１Ｂに対して斜めに形成されていてもよい。延伸フィンガー部７０Ａ，７０Ｂを設けることにより、フィンガー部２１Ａ，２１Ｂの間の領域における集電性を高めることができる。
図１５に例示する形態では、接続フィンガー部６０Ａからフィンガー部２１Ａと略平行にバスバー電極２０Ｙ側に延びた延伸フィンガー部７１Ａが形成されている点で図５に示す形態と異なる。延伸フィンガー部７１Ａは、中央線αを超えてバスバー電極２０Ｙ側に延びており、接続フィンガー部６０Ｂから延びた延伸フィンガー部７１Ｂも同様に中央線αを超えてバスバー電極２０Ｘ側に延びている。
図１６に例示する形態は、フィンガー部５６Ａが根元部の近傍において分岐した形状を有する。具体的には、バスバー電極２０Ｘに延びるフィンガー部５６Ａの根元部の近傍において屈曲する。その屈曲部を分岐点として、隣のフィンガー部５６Ａに延びる接続フィンガー部６６Ａが形成されている。接続フィンガー部６６Ａは、例えば、全ての屈曲部から分岐しており、全てのフィンガー部５６Ａ同士が接続される。
図１７に例示する形態は、隣り合うフィンガー部２１Ａの先端部を六角形状の一辺で接続するように六角形状が連続するように接続フィンガー部６７Ａの列が形成されている。また、接続フィンガー部６７Ａの列は、六角形状の対向する頂点において、六角形状の頂点が重なるようにして連続する六角形状が形成されている。フィンガー部２１Ｂの先端部にも六角形状に形成された接続フィンガー部６７Ｂの列が形成されており、これら２つの列はバスバー電極２０Ｘ，２０Ｙの長手方向に沿って略平行に形成されている。
図４〜図１７に例示した形態の他にも様々な形態が考えられる。例えば、図１７に示す六角形状の列を複数形成して接続部分をハニカム構造としてもよい。
１０ 太陽電池、１１ 光電変換部、１２ 基板、１３，１４ 非晶質半導体層、１５，１６ 透明導電層、２０，３０ バスバー電極、２１，３１ フィンガー電極、２１Ａ〜２１Ｆ フィンガー部、２２Ａ〜２２Ｆ 接続フィンガー部。
図４に例示する形態では、バスバー電極が長手方向中間部で分断されて、同一直線上に複数のバスバー電極４０Ｘ1，４０Ｘ2が形成されている点で上記実施形態と異なる。他のバスバー電極も同様に、バスバー電極４０Ｙ1，４０Ｙ2、バスバー電極４０Ｚ1，４０Ｚ2を有する。図４に示す例では、発電効率の高い受光面の中央部において電極（各バスバー電極及びフィンガー電極５０）が形成されない領域が設けられる。
Claims (6)
- 互いに間隔をあけて形成された複数のバスバー電極と、
前記各バスバー電極の間に形成された複数のフィンガー電極と、
を備え、
前記フィンガー電極は、一方の前記バスバー電極のみに接続される複数の第１フィンガー部と、他方の前記バスバー電極のみに接続される複数の第２フィンガー部と、を含み、
隣り合う前記第１フィンガー部同士、及び隣り合う前記第２フィンガー部同士がそれぞれ接続されている太陽電池。 - 請求項１に記載の太陽電池であって、
前記第１フィンガー部と前記第２フィンガー部との間隔は、隣り合う前記第１フィンガー部同士の間隔及び隣り合う前記第２フィンガー部同士の間隔よりも小さい太陽電池。 - 請求項１又は２に記載の太陽電池であって、
前記各フィンガー電極の少なくとも一部は、二本一組として互いに接続されている太陽電池。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池であって、
前記各フィンガー電極の少なくとも一部は、長手方向中央部に比べて長手方向先端部又は長手方向根元部が太くなった太陽電池。 - 請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池であって、
前記フィンガー電極は、複数の方向に分岐する分岐点を有する太陽電池。 - 請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池であって、
前記フィンガー電極は、
隣り合う前記第１フィンガー部同士の接続部分から前記他方のバスバー電極側に延びた第１延伸フィンガー部と、
隣り合う前記第２フィンガー部同士の接続部分から前記一方のバスバー電極側に延びた第２延伸フィンガー部と、
を含む太陽電池。
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