JPWO2017051482A1 - 太陽電池の製造方法および太陽電池 - Google Patents

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Abstract

太陽電池用基板と、太陽電池用基板上に形成された、第1および第2の集電電極を有する。第1および第2の集電電極の内の少なくとも一方が、太陽電池用基板上に、全面に分布して形成されるグリッド電極4Gと、グリッド電極4Gに当接し、電流取出しを行うための受光面バス電極4Bとを備えた太陽電池の製造方法である。受光面バス電極4Bおよびグリッド電極4Gの形状パターンを複数の印刷範囲に分割し、分割された印刷範囲の分割電極形状パターンに対応する第1の開口部を有する第1の印刷版と、第2の開口部を有する第2の印刷版とを作製し、印刷版を用いたスクリーン印刷により、一部の領域で第1および第2の開口部が重なり領域RXを有し、受光面バス電極4B上のあらかじめ決められた領域は重なり領域RXをもたない、集電電極を形成する。

Description

本発明は、太陽電池の製造方法および太陽電池に係り、特に電極の形成に関する。
従来の典型的な太陽電池セルの基板構造は、シリコン基板上に導電型の異なる不純物拡散層を設け、pn接合を形成し、p型領域側およびn型領域側に電極を形成して得られる。例えば、厚さ0.20mm程度の単結晶又は多結晶シリコンからなるp型単結晶シリコン基板の主面側に、0.1μmから0.5μmの深さにリン等のn型不純物を拡散させたn型拡散層が設けられる。そして、その上層には受光面の反射率を低減させるためのSi34、SiO2等の誘電体膜からなる反射防止膜兼パッシベーション膜が形成され、電流を取り出すためのバス電極とグリッド電極とが形成される。一方、p型単結晶シリコン基板の反対側の面である裏面には、アルミニウム等のp型不純物を高濃度に拡散させたBSF(Back Surface Field)層が形成され、該裏面上にアルミニウム電極と裏面バス電極とが形成される。
この種の太陽電池を製造する際、グリッド電極あるいはバス電極の形成には、容易で低コストである等の理由のため、一般的には以下に示すような印刷および焼成法が用いられる。受光面電極材料には、高割合で銀粉末を配合した導電性ペーストが用いられスクリーン印刷法等のパターン形成方法を用いて導電性ペーストを塗布した後、焼成炉中で高温焼結して受光面電極が形成される。この電極の形成方法による場合、通常、銀粉末とガラスフリットと樹脂と有機溶剤を主成分とする導電性ペーストが用いられている。
バス電極は、完成した太陽電池セルの出力測定を行う際に測定用のプローブピンを接触させるために用いられる箇所であり、且つ、太陽電池セルに入射した光によって生成されたキャリアを外部へ取り出すためのリード線を接続する用途として利用される。このため、一般的にはグリッド電極と比べてセルへの付着強度が強いことが求められる一方で、抵抗率はグリッド電極と比べて尤度がある。
銀粉末は非常に高価な材料であるため、例えば特許文献1では、材料コストを削減するためバス電極およびグリッド電極を2つ以上の部分に分割してスクリーン印刷を2回以上行い、バス電極をグリッド電極より薄く形成し、導電性ペーストの使用量を抑制することがある。
また、特許文献2では、グリッド電極には、比較的銀粉末の含有率が高い電極ペースト材料を使用する場合あるいは、グリッド電極だけ2回以上重ね合わせてスクリーン印刷を行い形成することで更に低抵抗のグリッド電極を形成する場合を開示している。特許文献2では、バス電極にはグリッド電極に使用したものよりも銀粉末の含有率が低い電極ペーストもしくは、例えば銅など、銀以外の金属粉末を使用した電極ペーストを使用して1回だけのスクリーン印刷で形成している。
実用新案登録第3168227号公報 実用新案登録第3169353号公報
しかしながら、上記従来の技術によれば、電極パターンを分割して形成する際には、バス電極とグリッド電極を電気的に接続するためにオーバーラップさせる部分が必要となる。バス電極上にグリッド電極が重なるように電極が形成されているため、バス電極とグリッド電極が重なった箇所のみ電極が厚く形成され、バス電極に大きな凹凸が発生してしまう。そのような太陽電池セルを出力測定するためにプローブピンを太陽電池セルのバス電極上に降ろした際、バス電極上の凸部に片当たりする場合があり、プローブピンと電極との接触抵抗が変化するため測定が正しくできないことがある。
また、プローブピンが摺動する機構を備えている場合には、プローブピンに対して力が垂直に加わらないことがあるため摺動部の劣化が早まるという問題がある。
また、タブ線と呼ばれるリード線をバス電極にはんだ付けする際に局所的に存在する凸部に接着してしまうと接着強度が低下する。
これらの課題を回避するためにバス電極上に凹凸を無くすことを目的として、例えば1回目に印刷したバス電極をグリッド電極側に部分的に拡張した重なり領域を作製した後、その上にグリッド電極を接続することも考えられる。しかしながら、この場合、バス電極を拡張した重なり領域はスクリーン印刷機の位置精度を考慮した面積を確保する必要がある。そのような電極パターンを採用した場合はバス電極を拡張した面積だけ太陽電池セルに光が入射し発電する面積が減少してしまうため出力が低下するという問題が発生する。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、太陽電池のグリッド電極とバス電極とを複数回の印刷で形成するに際し、測定用プローブとのコンタクトが良好で、かつタブ線との接続性に優れた太陽電池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、本発明は、太陽電池用基板と、太陽電池用基板上に形成された第1および第2の集電電極とを有し、第1および第2の集電電極の内の少なくとも一方が、太陽電池用基板上に、全面に分布して形成されるグリッド電極と、グリッド電極に当接し、電流取出しを行うためのバス電極とを備える。バス電極およびグリッド電極の形状パターンは、バス電極が長手方向に分割され、分割されたバス電極が長手方向にのみ重なり領域をもつように複数回のスクリーン印刷工程を行うことで形成される。
本発明によれば、太陽電池のグリッド電極とバス電極とを複数回の印刷で形成するに際し、測定用プローブとのコンタクトが良好で、かつタブ線との接続性に優れた太陽電池を得ることができるという効果を奏する。
実施の形態1の太陽電池の受光面を模式的に示す上面図 実施の形態1の太陽電池の裏面を模式的に示す下面図 図1のA1−A1断面を示す図 図1のA2−A2断面を示す図 図1の要部拡大図 図5のB1−B1断面を示す図 第1層パターンを示す図 第2層パターンを示す図 第1層パターンを形成するための第1の印刷版を示す図 第2層パターンを形成するための第2の印刷版を示す図 実施の形態1の太陽電池の製造工程を示すフローチャート 実施の形態2の太陽電池の受光面を模式的に示す上面図 実施の形態2の太陽電池の要部拡大図 図13のB2−B2断面を示す図 実施の形態3の太陽電池の出力測定装置の説明図であり、太陽電池の受光面バス電極,裏面バス電極と出力測定用のプローブピンとの位置関係を示す図 プローブピンの説明図 プローブピンの先端を示す要部拡大図 (a)および(b)は、リード線の固着工程を示す説明図
以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池の製造方法および太陽電池を図面に基づいて詳細に説明する。なお、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く、その要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため各層あるいは各部材の縮尺が現実と異なる場合があり、各図面間においても同様である。また、断面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付さない場合がある。
実施の形態1.
以下に、本発明の実施の形態1の太陽電池の製造方法および太陽電池について、図面に基づいて詳細に説明する。図1は、実施の形態1の太陽電池の受光面を模式的に示す上面図、図2は、実施の形態1の太陽電池の裏面を模式的に示す下面図、図3は、図1のA1−A1断面を示す図、図4は、図1のA2−A2断面を示す図である。図5は、図1の要部拡大図、図6は、図5のB1−B1断面を示す図である。図7は、第1層パターンを示す図、図8は、第2層パターンを示す図である。図9は、第1層パターンを形成するための第1の印刷版を示す図、図10は、第2層パターンを形成するための第2の印刷版を示す図である。図11は、実施の形態1の太陽電池の製造工程を示すフローチャートである。実施の形態1の太陽電池は、図1から図4に示すように、太陽電池用基板上に、受光面1Aの全面に分布して形成されるグリッド電極4Gと、グリッド電極4Gに当接し、電流取出しを行うための受光面バス電極4Bとを備えた受光面側の集電電極4を有する。なお、図1、図8、図10、図12および図18では、図の見易さのためにグリッド電極4Gの一部を省略している。
実施の形態1の太陽電池の製造方法は、集電電極4の形成に際し、受光面バス電極4Bの長手方向に沿って不連続部を含む第1の開口h1を備えた図9に示す第1の印刷版40を用いて、受光面バス電極4B形成領域の一部に、第1の導電性ペーストを印刷し、図7に示す第1導電体層4aを形成する工程と、第1の開口h1の一部に重なる第2の開口h2と、グリッド電極4Gに相当する第3の開口h3とを備えた図10に示す第2の印刷版41を用いて第2の導電性ペーストを印刷し、図8に示す、第2導電体層4bを形成する工程とを含む。実施の形態1の太陽電池において、図5および6に要部拡大図を示すように、受光面バス電極4Bは、長手方向に沿って一部に第1導電体層4a上に第2導電体層4bが重なる重なり領域RXを有する。実施の形態1では、重なり領域RXを除く第2導電体層上領域Rbをプローブ設置領域つまりプローブ押圧領域とする。グリッド電極4Gは、第2導電体層4bで形成されている。プローブ設置領域とタブ線接続時の押圧領域が一致するように設計するのが望ましい。
次に、実施の形態1の太陽電池の製造工程を説明する。まず、シリコン基板を用意する。このシリコン基板は、単結晶又は多結晶からなり、p型であればボロンなどの、n型であればリンなどの半導体不純物を含み、比抵抗は0.1Ω・cm以上6.0Ω・cm以下の形状のものが用いられることが多い。以下、p型単結晶シリコン基板1を用いた太陽電池の製造方法を例にとって説明する。なお、p型単結晶シリコン基板準備ステップS101で、太陽電池形成用の基板としてp型単結晶シリコン基板1を準備する。その大きさは100mmから160mm角、厚みは0.1mm以上0.3mm以下の板状のものがよく用いられる。
p型単結晶シリコン基板1は、一定の厚みに切り出す際に受けた機械的ダメージあるいは汚染層を除去するために水酸化ナトリウムあるいは水酸化カリウムのような高濃度のアルカリ、若しくはフッ化水素酸と硝酸の混合液などで2μm以上20μm以下程度エッチングして、乾燥することで、テクスチャー形成ステップS102を実施し、テクスチャーと呼ばれる凹凸構造を形成する。テクスチャーは、太陽電池の受光面において光の多重反射を生じさせ、光が閉じ込められて効率よく半導体内に導かれていき、戻りにくくなるので反射率が低減し、変換効率向上に寄与する。
その後、熱拡散ステップS103で、例えばPOCl3などのn型不純物含有ガスを含む800℃から1,000℃の高温ガス中にp型単結晶シリコン基板1を設置し、熱拡散を実施する。熱拡散ステップS103では、p型単結晶シリコン基板1の全面にリン等のn型不純物元素を拡散させる熱拡散法により、シート抵抗が30Ω/□以上150Ω/□以下程度のn型拡散層7を受光面1Aに形成する。p型単結晶シリコン基板1の両面および端面にもn型拡散層7が形成されることがあるが、この場合には不要な裏面と端面のn型拡散層7をフッ硝酸溶液中に浸漬することによって除去する。その後、熱拡散で形成されたリンガラスを1%以上15%以下のフッ化水素酸水溶液に数分浸漬して除去し、純水で洗浄する。
更に、反射防止膜形成ステップS104で、上記p型単結晶シリコン基板1の受光面1A側に反射防止膜6を形成する。この反射防止膜6は、反射防止膜兼パッシベーション膜として機能する。反射防止膜6は、例えばSiH4とNH4とN2の混合ガスをグロー放電分解でプラズマ化して堆積させるプラズマCVD法などでSi34を形成する。反射防止膜6は、約60nmから100nm程度の厚みをもち、屈折率1.9から2.3程度になるように形成される。反射防止膜6は、p型単結晶シリコン基板1の表面で光が反射するのを防止して、光を有効に取り込むために設けられる。また、Si34は、n型拡散層7に対してパッシベーション効果を有し、パッシベーション膜としても機能し、反射防止の機能と併せて太陽電池の電気特性を向上させる効果がある。
次に、裏面電極形成ステップS105で、まずp型単結晶シリコン基板1の裏面には例えばスクリーン印刷機で印刷版を使用して裏面バス電極10を形成する。例えば30wt%以上80wt%以下の銀粉末とガラスフリットと樹脂を含み有機溶剤で混合した導電性ペーストを用いて図2のように裏面バス電極10をスクリーン印刷し150℃以上220℃程度で乾燥させる。そして、その後に例えばアルミニウムとガラスフリットと樹脂などを含み有機溶剤で混合した導電性ペーストを用いて、裏面バス電極以外の領域にスクリーン印刷し、裏面アルミニウム電極9を形成する。そして再度150℃以上220℃程度で乾燥させる。なお、後述する後の焼成工程で裏面アルミニウム電極9からp型単結晶シリコン基板1にアルミニウムが拡散し、p型拡散層からなるBSF層8が形成される。
続いて、受光面バス電極4Bとグリッド電極4Gを例えばスクリーン印刷機で第1および第2の印刷版40,41を使用して順次形成する。第1の印刷版40は、図9に示すように、長手方向に沿って不連続部を含む第1の開口h1を備えている。第2の印刷版41は、図10に示すように、第1の開口h1の一部に重なる第2の開口h2と、グリッド電極4Gに相当する第3の開口h3とを備えている。第1の印刷版40および第2の印刷版41上において、M1,M2は合わせマークであり、第1の印刷版40の合わせマークM1で形成されたパターンに第2印刷版41の合わせマークM2を合わせるように設置して印刷を行う。第1の開口h1と第2の開口h2とをあわせたもので、受光面バス電極4Bを形成できる。まず、第1導電膜形成ステップS106で、第1の印刷版40を用いて、受光面バス電極4Bの一部に、第1の導電性ペーストを印刷し、第1導電体層4aを形成する。図7は第1導電体層形成後の基板の状態を示す模式図である。
次いで、第2導電膜形成ステップS107で第2の印刷版41を用いて第2の導電性ペーストを印刷し、第2導電体層4bを形成する。図8は第2導電体層形成後の基板の状態を示す模式図であるが、図の見易さのために、第1導電体層4aは省略し、第2導電体層4bのパターンのみを示す。受光面バス電極4Bは、長手方向に沿って一部に第1導電体層4a上に第2導電体層4bが重なる重なり領域RXを有する。この際使用する導電性ペーストは、例えば70wt%以上95wt%以下の銀粉末とガラスフリットと樹脂を含み有機溶剤で混合したものを使用する。表面の反射防止膜6上に受光面バス電極4Bの一部とグリッド電極4Gの電極パターンで印刷され150℃以上220℃以下程度で乾燥される。
ここで使用する第1および第2の印刷版40,41は、例えばステンレススチールあるいはニッケル、ポリエステルなどのメッシュに乳剤をコーティングした構造であり、電極形状パターンに乳剤層を除去した開口部を有するスクリーン製版が用いられる。グリッド電極4Gの線幅は20μm以上150μm以下、厚みは5μm以上20μm、ピッチは1.0mm以上2.5mm以下、受光面バス電極4Bの線幅は、0.7mm以上2.0mm以下厚みは5μm以上20μm以下程度である。通常ならば、受光面バス電極4Bとグリッド電極4G全体のパターン開口部を有する印刷版を用いて一度で印刷されることが多い。
以上のように、受光面側の集電電極4を印刷した後、熱処理ステップS108を実施し、焼成炉において600℃以上850℃以下で3秒間以上60秒間以下の焼成を行い、受光面バス電極4Bおよびグリッド電極4Gと裏面バス電極10と裏面アルミニウム電極9とを同時に形成して太陽電池セルは完成となる。完成した太陽電池セルは、受光面バス電極4Bと裏面バス電極10に数カ所プローブピンを接触させながら擬似太陽光を照射し、出力測定ステップS109で出力の測定が行われる。
出力測定に際し、プローブピンを接触させる領域は、受光面バス電極4B上であって、第1導電体層4aのパターンのない第2導電体層上領域Rbつまり、第2導電体層4bのみの領域とし、常に平坦な形状を持つようにすることで、片あたりを生じたりすることなく、安定して確実な測定を実施することが可能となる。またプローブピンの摺動時にも、プローブピンは平坦部に接触することになり、プローブピンに対して垂直に力が加わらない状況となることは少なく、摺動部の劣化を防止することができる。
この後、リード線の接続ステップS110で、受光面バス電極4Bにタブ線と呼ばれるリード線をはんだ接続する。なお、図18(a)および(b)にリード線の固着工程を示す説明図を示す。図18(a)に示すように、リード線20を受光面バス電極4B上に位置決めし、はんだ接続を行う。図18(a)に矢印で押圧箇所を示すように、受光面バス電極4B上であって、第1導電体層4aのパターンのない第2導電体層上領域Rbつまり、第2導電体層4bのみの領域に、図示しない、はんだツールを当て、リード線と受光面バス電極とを接合する。図18(b)はリード線20を接合し太陽電池を直列接続した状態を示す。
このように、受光面バス電極4Bにタブ線と呼ばれるリード線20をはんだ接続することにより素子間接続が実現される。このとき、図6に示すように、はんだ接続時に機械的に押圧する領域については、受光面バス電極4B上であって、第1導電体層4aのパターンのない、第2導電体層上領域Rbつまり、第2導電体層4bのみの領域とする。従って、常に平坦で、高さの低い領域を押圧することで、片あたりを生じたりすることなく、確実に受光面バス電極4B上全体が押圧され、確実な接続を行うことが可能となる。つまり第1導電体層4aとの重なり領域をもたない第2導電体層4bである、第1導電体層4aのパターンのない、第2導電体層上領域Rbは、測定時のプローブピンとリード線接続時の押さえが当たる受光面バス電極4Bに相当する。リード線によって太陽電池を直列接続して太陽電池ストリングを形成し、さらに太陽電池ストリングを接続部材で接続し太陽電池アレイを形成する。
そして最後に、ラミネート処理ステップS111で、受光面側に透光性のガラス基板、裏面側に樹脂製のバックシートを配し、それぞれ封止樹脂を介してリード線の接続された太陽電池アレイを挟み、加熱することで、太陽電池アレイが封止され、太陽電池モジュールが得られる。そして、枠体を形成し、太陽電池パネルとなる。
実施の形態1の太陽電池は受光面もしくは裏面の少なくとも一面に設けられたグリッド電極とバス電極とを備え、形成されるグリッド電極とバス電極とを、スクリーン印刷を2回以上行うことで形成し、1回目の印刷部と2回目の印刷部でオーバーラップする箇所を有する。また、そのオーバーラップする箇所はバス電極上にのみあり、出力測定時に接触させるプローブピンの位置および、リード線をはんだ付けする際に機械的に押さえる位置とは異なるように配置される。
分割された受光面バス電極4B同士が重なり合う重なり領域RXは、受光面バス電極4Bの長手方向にのみ設けることで、使用する印刷機の位置合わせ精度に依存することなく、高精度のパターン形成が可能となる。また、受光面バス電極4Bとグリッド電極4Gが重なり合う重なり領域RXは、グリッド電極4Gが受光面バス電極4Bを通過するように連続的に印刷しても、受光面バス電極4Bの上、または下に一部を重ねた状態で途中が途切れていても構わない。
また、前記実施の形態では仮に、第1導電体層と第2導電体層としたが、第1導電体層と第2導電体層に分割された印刷パターンはどちらの印刷を先に行っても構わない。
実施の形態1によれば、プローブピンをあてるために、第2導電体層4bのパターンのみからなる平坦な領域を設計時に確保しているため、分割して受光面バス電極とグリッド電極を形成した太陽電池セルの出力測定の際に使用するプローブピンの劣化を促進することなく、また、リード線すなわちタブ線の付着強度を確保した受光面バス電極を形成することができる。
また、複数に分けた電極パターンの重なり合う領域を、リード線が接続される予定の箇所となるバス電極部にのみ設け、グリッド電極上では重ならない構造をとるため、受光面側にこの構造を採用した場合は受光面積の減少も抑制できる。
実施の形態1によれば、太陽電池の受光面バス電極とグリッド電極とを異なる電極材料で複数回の印刷で形成するに際し、測定用プローブとのコンタクトが良好で、かつタブ線との接続性に優れた太陽電池を得ることができるという効果を奏する。
従来の製造方法では、受光面電極の形成に際しては、銀粉末の含有量の高いペーストで全体の電極パターンを形成するため、製造コストの高騰を招いていた。
受光面バス電極はグリッド電極よりも一般的に線幅が太く、また太陽電池モジュールとして市場で使用される際には収集されたキャリアを外部へ取り出すためのリード線が接続されるため、グリッド電極に比べて抵抗率が高くても太陽電池モジュールとしての変換効率には大きく影響しない。そこで、従来の太陽電池では、受光面バス電極とグリッド電極を2つ以上の部分に分けて、1回目に印刷された受光面バス電極には例えば30wt%以上70wt%以下の比較的少ない銀粉末を含んだ導電性ペーストあるいは、銀粉末の代わりに例えば銅のような銀よりも安価な金属粉末を使用した導電性ペーストを用いてスクリーン印刷を行い、150℃以上220℃以下程度で乾燥させた後に、2回目の印刷で例えば70wt%以上95wt%の比較的高い銀粉末を含む導電性ペーストを用いてスクリーン印刷を行いグリッド電極のみを形成し太陽電池セルを作製することで製造コストを抑える方法がとられる。
しかしながら、例えばグリッド電極形成後にグリッド電極上に重なるように受光面バス電極を形成するあるいは受光面バス電極上にグリッド電極が重なるようにするなどの従来例の方法では、受光面バス電極上の凹凸による後工程での弊害だけでなく、受光面に張り出した重なり部による受光面積減少のような欠点が発生する。
実施の形態1によれば、上述した従来の太陽電池の課題を解決することができ、測定用プローブとのコンタクトが良好で、かつタブ線との接続性に優れた太陽電池を得ることができる。
実施の形態1では、第1層目に第1導電体層4aで不連続部を含む受光面バス電極4Bの一部を形成し、次いで第2導電体層4bでグリッド電極4Gと受光面バス電極4Bの一部を形成した。グリッド電極4Gを上層側に形成しているため、受光面バス電極4Bがグリッド電極4G上をまたぐことなく形成できるため、交差部分でのバス電極がにじみにより幅広となるのを防ぐことができる。従って光電変換面積の低減を抑制することができる。
実施の形態1の太陽電池の製造方法は、受光面の電極形成に適用できるが、両面受光太陽電池セルあるいはバックコンタクト太陽電池セルのように裏面にバス電極とグリッド電極が配置されるような太陽電池セルの場合には裏面にも適用することができる。
以上説明したように実施の形態1の太陽電池では、分割する電極パターンの1つ目は、太陽電池セルの出力測定工程で出力を測定する際にバス電極上に接触させるプローブピンが当たる位置と、リード線接続工程でリード線をはんだ接続等の加圧を伴う接続で接続するために機械的に押さえる箇所である。両工程での太陽電池セルに対する位置合わせ精度を十分に考慮した部分と、且つ、分割した2つ目の電極パターンとオーバーラップさせる部分すなわち重なり領域を受光面バス電極の長手方向に印刷工程でのパターン印刷位置精度を考慮した形状とする。そして受光面バス電極形状にグリッド電極を加えた印刷パターンになるよう設計する。つまり分割した2つ目の電極パターンは、途切れた受光面バス電極を長手方向に繋ぐ部分と1つ目のパターンの受光面バス電極上でオーバーラップさせる部分を合わせた形状とする。オーバーラップ部分は、1つ目のパターンと同様に印刷位置精度を考慮して受光面バス電極の長手方向にのみ設ける。これらの分割された電極形状パターンごとに分割電極形状パターンの開口部を有するスクリーン印刷用の印刷版を作製し、複数回のスクリーン印刷を行うことにより図1に示した受光面電極を形成する。
なお、実施の形態1では、重なり領域RXを除く第2導電体層上領域Rbをプローブ設置領域およびタブ線接続時の押圧領域としたが、重なり領域RXを除く受光面バス電極上である、第1導電体層上領域Raが十分に広い場合には、プローブ設置領域およびタブ線接続時の押圧領域としてもよい。
第2導電体層の電極パターンで形成する電極は、第1導電体層からなる電極パターンを印刷する際に用いられる導電性ペーストよりも銀粉末の含有量が多いため、一般的には第1導電体層からなる電極パターンよりも厚みが厚く形成される。そのため、電極を形成するための複数回のスクリーン印刷は先に銀粉末の含有量が比較的少ない第1導電体層からなる電極パターンとした。まず、第1導電体層からなる電極パターンが印刷され、次に第2導電体層からなる電極パターンを1回もしくは複数回印刷して重ねる順序を取ったほうが目的に近い電極形状を得やすいためにその順序にすることが多いが、第2導電体層からなる電極パターンを先に印刷しても構わない。
つまり、実施の形態1では、バス電極およびグリッド電極の分割形状パターンは、バス電極にリード線を接続する工程にてバス電極とリード線を機械的に押さえる部分とグリッド電極とが含まれた第2の分割形状パターンと、残りのバス電極が含まれた第1の分割形状パターンとを有する。
また、バス電極にリード線を接続する工程にてバス電極とリード線とを機械的に押さえる部分と、太陽電池セルの出力測定においてプローブピンが接触する部分とが一致する場合は、いずれも、リード線とを機械的に押さえる部分とグリッド電極とが含まれた第2の印刷版によって得られる第2の分割形状パターンと、残りのバス電極が含まれた第1の印刷版によって得られる第1の分割形状パターンとで構成すればよい。仮に、バス電極にリード線を接続する工程にてバス電極とリード線とを機械的に押さえる部分と、太陽電池セルの出力測定においてプローブピンが接触する部分とが一致しない場合は、太陽電池セルの出力測定においてプローブピンが接触する部分とリード線とを機械的に押さえる部分とを共に含むようにバス電極とグリッド電極が含まれた第2の印刷版によって得られる分割形状パターンを調整すればよい。
実施の形態2.
以下に、本発明の実施の形態2の太陽電池および太陽電池の製造方法について、図面に基づいて詳細に説明する。図12は、実施の形態2の太陽電池の受光面を模式的に示す上面図、図13は、実施の形態2の太陽電池の要部拡大図、図14は、図13のB2−B2断面図である。実施の形態1の太陽電池においては、グリッド電極4Gは、第2導電体層4bで形成し、受光面バス電極4Bは、第1導電体層4aと第2導電体層4bとで構成したが、実施の形態2では、形成順序を逆にした。実施の形態2の太陽電池においては、グリッド電極4Gは、第2導電体層4bで形成し、受光面バス電極4Bは、第1導電体層4aと第2導電体層4bとで構成した。実施の形態2においては、実施の形態1と同様、長手方向に沿って一部に第2導電体層4b上に第1導電体層4aが重なる重なり領域RXを有するが、第2導電体層4b上に第1導電体層4aが重なる点が異なる。集電電極4の形成に際し、まず図10に示した第2の開口h2と、グリッド電極4Gに相当する第3の開口h3とを備えた第2の印刷板41を用いて第2の導電性ペーストを印刷し、第2導電体層4bを形成する。次いで、第2の開口h2の一部に重なる、図9に示した第1の開口h1を有する第1の印刷版40を用いて第1導電体層4aを印刷する。第1の開口h1の一部に重なる第2の開口h2と、グリッド電極4Gに相当する第3の開口h3とを備えた第2の印刷版41を用いて第2の導電性ペーストを印刷し、第2導電体層4bを形成する工程に続いて、受光面バス電極4Bの長手方向に沿って不連続部を含む第1の開口h1を備えた第1の印刷版40を用いて、バス電極の一部に、第1の導電性ペーストを印刷し、第1導電体層4aを形成する工程とを含む。実施の形態2の太陽電池において、受光面バス電極4Bは、長手方向に沿って一部に第2導電体層4b上に第1導電体層4aが重なる重なり領域RXを有する。実施の形態2では、重なり領域RXを除く第2導電体層上領域Rbをプローブ設置領域およびタブ線接続時の押圧領域とする。第2導電体層上領域Rbは、上層に第1導電体層4aのない領域である。
実施の形態2の構成によっても、分割した電極パターンの第1層目が、太陽電池セルの出力測定工程で出力を測定する際にバス電極上に接触させるプローブピンが当たる位置と且つリード線接続工程でリード線をはんだ接続等の加圧を伴う接続法で接続するために機械的に押さえる箇所であり、信頼性の高い実装が可能となる。つまり、測定用プローブとのコンタクトが良好で、かつタブ線との接続性に優れた太陽電池を得ることができる。
実施の形態2では、第1層目に第2導電体層4bでグリッド電極4Gと受光面バス電極4Bの一部を形成し、次いで第1導電体層4aで不連続部を含むバス電極を形成した。グリッド電極4Gを下層側に形成しているため、平滑な太陽電池基板表面にグリッド電極4Gを形成することになり、高精度の微細パターンからなるグリッド電極4Gを形成することができる。
つまり、実施の形態2では、バス電極およびグリッド電極の分割形状パターンは、バス電極にリード線を接続する工程にてバス電極とリード線を機械的に押さえる部分を含むバス電極とグリッド電極が含まれた第3の分割形状パターンと、前記バス電極の一部が含まれた第4の分割形状パターンとを有する。
また、バス電極にリード線を接続する工程にてバス電極とリード線とを機械的に押さえる部分と、太陽電池セルの出力測定においてプローブピンが接触する部分とが一致する場合は、いずれも、リード線とを機械的に押さえる部分とグリッド電極とが含まれた第3の分割形状パターンと、残りのバス電極が含まれた第4の分割形状パターンとで構成すればよい。仮に、バス電極にリード線を接続する工程にてバス電極とリード線とを機械的に押さえる部分と、太陽電池セルの出力測定においてプローブピンが接触する部分とが一致しない場合は、太陽電池セルの出力測定においてプローブピンが接触する部分とリード線とを機械的に押さえる部分とを共に含むようにバス電極とグリッド電極が含まれた分割形状パターンを調整すればよい。
なお、本実施の形態においても、第1導電体層および第2導電体層は、異なる導電ペーストで形成するのに限定されることなく、同一の導電ペーストで形成しても良い。また、各層を複数の印刷工程で形成しても良いことは言うまでもない。
実施の形態3.
次に、太陽電池の出力測定装置について説明する。図15は、実施の形態3の太陽電池の出力測定装置の説明図であり、太陽電池の受光面バス電極4B,裏面バス電極10と出力測定用のプローブピンPA,PBの位置関係を示す図、図16はプローブピンPAの説明図、図17はプローブピンPAの先端を示す要部拡大図である。実施の形態1で形成した太陽電池の出力測定を行う場合、図15に示すように、受光面バス電極4Bと裏面バス電極10との間に出力測定用のプローブピンPA,PBを押し当て、プローブピンPA,PB間の出力を測定する。ここでは、簡略化のために受光面バス電極4B、裏面バス電極10の測定部である第2導電体層上領域Rbである、第2導電体層1層で構成された領域は、長手方向に8個に分割されて配置されている。即ち、受光面バス電極4Bは、セル端部から順に並んだ8個のパッド電極を有する。この内、両端にある第1のパッド電極と第8のパッド電極の2個を除いた第2から第7のパッド電極の6か所にプローブピンPA,PBを当てて出力が測定される。このうち、第2、第4、第5、第7のパッド電極にプローブピンの電流端子PIA,PIBが押し当てられる。また、第3、第6のパッド電極にプローブピンの電圧端子PVA,PVBが押し当てられる。プローブピンの電圧端子PVA,PVBは、電圧計90に接続され、プローブピンの電流端子PIA,PIBは、電流計91に接続されている。
このように各パッド電極に電流端子PIA,PIBと電圧端子PVA,PVBを押し当てた状態で、電流端子PIA,PIBに流す電流値を変化させながら、電圧端子PVA,PVBの電圧を測定することで、太陽電池セルの電流電圧特性(IV特性)が測定される。
プローブピンの断面図を図16に、プローブピンの先端と受光面バス電極4Bの押圧領域との様部拡大図を図17に示すように、プローブピンPA,PBはホルダソケット80とホルダソケット80内を上下動可能に弾性的に装着されたピン81とピン81の先端部に設けられた円盤状の接触部82とを有する。下側が太陽電池の電極に接触する面である。円盤状の接触部82のパッド電極との接触面82S側には凹凸が設けられている。例えば受光面バス電極4Bの焼成後の形状は完全に平らではなく、凹凸を有しているが、プローブピンPA,PBの先端をこのように凹凸を有する円盤状の接触部82で構成することにより、プローブピンPA,PBと受光面バス電極4Bおよび裏面バス電極10との接触抵抗を低減することができる。図16はプローブピンの断面図であり、測定時はピン81を太陽電池の受光面バス電極4Bおよび裏面バス電極10に接触させて押圧し、摺動部を介してピン81とホルダソケット80を導通させている。
ここで、第1導電体層4aと導電体層4bとの重なり領域RX部分には合金部ができて、焼成後に第1導電体層4aよりも大きな凹凸ができる。従って、太陽電池のIV測定の際に、プローブピンが合金部つまり重なり領域RXに接触すると、凹凸が大きいため、プローブピンの先端が片当たりし摺動部の摩耗が早くなる。本実施の形態では、プローブピンPAを受光面バス電極4Bの第2導電体層1層で構成された第2導電体層上領域Rbに当てるように設計配置している。また、実施の形態3では、裏面側バス電極10についても、受光面側と同様のパターンで一部に図示しない裏面グリッド電極および裏面バス電極の一部が第1裏面導電体層で構成され、裏面バス電極が一部重なり領域を形成するように第2裏面導電体層からなる裏面バス電極が形成されている。そしてプローブピンPBを裏面バス電極10の第1導電体層1層で構成された第1裏面導電体層上領域RBaではなく第2導電体層1層で構成された第2裏面導電体層上領域RBbに当てるように設計配置している。従って、プローブピンPA,PBの摩耗を抑制でき、プローブピンPA,PBと太陽電池の受光面バス電極4Bおよび裏面バス電極10との接触抵抗の増加を抑制することができ、測定精度を安定させることができる。
実施の形態3では、出力測定のためのプローブピンの押圧箇所について説明したが、リード線をバス電極に装着する際の接合ツール先端の押圧箇所についても、受光面バス電極4Bの第2導電体層1層で構成された第2導電体層上領域Rbとなるように設計配置している。図17に示したのと同様、第2導電体層1層で形成された第2導電体層上領域Rbを押圧箇所とすることで、リード線と受光面バス電極あるいは裏面バス電極との接合が確実となる。
なお、p型単結晶シリコン基板1の大きさが100mmから160mm角である場合、図15に示すように、電圧端子Pをバス電極の長手方向の2か所に設け、それぞれの電圧端子Pの長手方向の前後に電流端子Pを2個設けることにより、太陽電池セルの電流電圧特性(IV特性)を精度よく測定することが可能になる。即ち、電圧端子2個と電流端子4個の合計6個を設けることにより、精度の高い電流電圧特性測定(IV測定)が可能になる。これらの電圧端子PV、電流端子Pと接触させるために、電圧端子PV、電流端子Pが接触する押圧箇所に相当する第2導電体層上領域Rは6か所に分割して設ければよい。即ち、第2導電体層上領域Rを6か所に分割して設けることにより、電流電圧特性(IV特性)が精度よく測定可能な太陽電池セルを得ることができる。
また、電圧端子PV、電流端子Pが接触する押圧箇所に相当する第2導電体層上領域Rよりもさらに外側に押圧箇所に相当する第2導電体層上領域Rを設けてリード線を接続することにより、太陽電池で発電した電流を効率的に集めて、変換効率を向上させることができる。このためには、押圧箇所に相当する第2導電体層上領域Rは8か所に分割して設ければよい。即ち、第2導電体層上領域Rを8か所に分割して設けることにより、電流電圧特性(IV特性)が精度よく測定可能とするとともに、電流を効率的に集めて、変換効率を向上させることができる太陽電池セルを得ることができる。
以上のように、バス電極およびグリッド電極の分割形状パターンを、押圧箇所に相当する、バス電極とグリッド電極とが含まれた第1の分割形状パターンと、残りのバス電極が含まれた第2の分割形状パターンとで構成することで、電流電圧特性(IV特性)が精度よく測定可能とするとともに、電流を効率的に集めて、変換効率を向上させることができる太陽電池セルを得ることができる。なお第1の分割形状パターンの数は、6から8とするのが望ましい。
なお、前記実施の形態1から3では、一方の層でバス電極とグリッド電極、もう1方の層で不連続部を含むバス電極を形成したが、これらに限定されることなく、グリッド電極の形状パターンは、必ずしも1方の層で形成される必要はなく、複数の層にわたって形成されていてもよい。バス電極が長手方向に分割され、分割されたバス電極が長手方向にのみ重なり領域をもつように複数回のスクリーン印刷工程を行うようにすればよい。かかる構成により、太陽電池のグリッド電極とバス電極とを複数回の印刷で形成するに際し、測定用プローブとのコンタクトが良好で、かつタブ線との接続性に優れた太陽電池を得ることができる。
なお、前記実施の形態1から3では、第1および第2導電性層は、異なる組成を持つ導電性ペーストを用いて形成したが、同一の導電性ペーストを用いて形成する場合にも適用可能である。
以上の実施の形態に示した構成は、本発明の内容の一例を示すものであり、別の公知の技術と組み合わせることも可能であるし、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、構成の一部を省略、変更することも可能である。
1 p型単結晶シリコン基板、4a 第1導電体層、4b 第2導電体層、4G グリッド電極、4B 受光面バス電極、Ra 第1導電体層上領域、Rb 第2導電体層上領域、RBa 第1裏面導電体層上領域、RBb 第2裏面導電体層上領域、6 反射防止膜、7 n型拡散層、8 BSF層、9 裏面アルミニウム電極、10 裏面バス電極、RX 重なり領域、20 リード線、40 第1の印刷版、41 第2の印刷版、80 ホルダソケット、81 ピン、82 円盤状の接触部、90 電圧計、91 電流計、PA,PB プローブピン、PIA,PIB プローブピンの電流端子、PVA,PVB プローブピンの電圧端子、82h1 第1の開口、h2 第2の開口、h3 第3の開口。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、太陽電池用基板と、太陽電池用基板上に形成された第1および第2の集電電極とを有し、第1および第2の集電電極の内の少なくとも一方が、太陽電池用基板上に、全面に分布して形成されるグリッド電極と、グリッド電極に当接し、電流取出しを行うためのバス電極とを備える。バス電極およびグリッド電極の形状パターンは、バス電極が長手方向にのみ複数に分割され、複数に分割されたバス電極同士が長手方向にのみ重なり領域をもつように複数回のスクリーン印刷工程を行うことで形成される。
実施の形態1の太陽電池の製造方法は、集電電極4の形成に際し、受光面バス電極4Bの長手方向に沿って不連続部を含む第1の開口h1を備えた図9に示す第1の印刷版40を用いて、受光面バス電極4B形成領域の一部に、第1の導電性ペーストを印刷し、図7に示す第1導電体層4aを形成する工程と、第1の開口h1の一部に重なる第2の開口h2と、グリッド電極4Gに相当する第3の開口h3とを備えた図10に示す第2の印刷版41を用いて第2の導電性ペーストを印刷し、図8に示す、第2導電体層4bを形成する工程とを含む。実施の形態1の太陽電池において、図5および6に要部拡大図を示すように、受光面バス電極4Bは、長手方向にのみ複数に分割され長手方向に沿って一部に第1導電体層4a上に第2導電体層4bが重なる重なり領域RXを有する。実施の形態1では、重なり領域RXを除く第2導電体層上領域Rbをプローブ設置領域つまりプローブ押圧領域とする。グリッド電極4Gは、第2導電体層4bで形成されている。プローブ設置領域とタブ線接続時の押圧領域が一致するように設計するのが望ましい。
次に、裏面電極形成ステップS105で、まずp型単結晶シリコン基板1の裏面には例えばスクリーン印刷機で印刷版を使用して裏面バス電極10を形成する。例えば30wt%以上80wt%以下の銀粉末とガラスフリットと樹脂を含み有機溶剤で混合した導電性ペーストを用いて図2のように裏面バス電極10をスクリーン印刷し150℃以上220℃以下程度で乾燥させる。そして、その後に例えばアルミニウムとガラスフリットと樹脂などを含み有機溶剤で混合した導電性ペーストを用いて、裏面バス電極以外の領域にスクリーン印刷し、裏面アルミニウム電極9を形成する。そして再度150℃以上220℃以下程度で乾燥させる。なお、後述する後の焼成工程で裏面アルミニウム電極9からp型単結晶シリコン基板1にアルミニウムが拡散し、p型拡散層からなるBSF層8が形成される。
この後、リード線の接続ステップS110で、受光面バス電極4Bにタブ線と呼ばれるリード線をはんだ接続する。なお、図18(a)および(b)にリード線の固着工程を示す説明図を示す。図18(a)に示すように、リード線20を受光面バス電極4B上に位置決めし、はんだ接続を行う。図18(a)に矢印で押圧箇所を示すように、受光面バス電極4B上であって、第1導電体層4aのパターンのない第2導電体層上領域Rbつまり、第2導電体層4bのみの領域に、図示しない、はんだツールを当て、リード線20と受光面バス電極4Bとを接合する。図18(b)はリード線20を接合し太陽電池を直列接続した状態を示す。
受光面バス電極はグリッド電極よりも一般的に線幅が太く、また太陽電池モジュールとして市場で使用される際には収集されたキャリアを外部へ取り出すためのリード線が接続されるため、グリッド電極に比べて抵抗率が高くても太陽電池モジュールとしての変換効率には大きく影響しない。そこで、従来の太陽電池では、受光面バス電極とグリッド電極を2つ以上の部分に分けて、1回目に印刷された受光面バス電極には例えば30wt%以上70wt%以下の比較的少ない銀粉末を含んだ導電性ペーストあるいは、銀粉末の代わりに例えば銅のような銀よりも安価な金属粉末を使用した導電性ペーストを用いてスクリーン印刷を行い、150℃以上220℃以下程度で乾燥させた後に、2回目の印刷で例えば70wt%以上95wt%以下の比較的高い銀粉末を含む導電性ペーストを用いてスクリーン印刷を行いグリッド電極のみを形成し太陽電池セルを作製することで製造コストを抑える方法がとられる。

Claims (13)

  1. 太陽電池用基板と、
    前記太陽電池用基板上に形成された第1および第2の集電電極とを有し、
    前記第1および第2の集電電極の内の少なくとも一方が、前記太陽電池用基板上に、全面に分布して形成されるグリッド電極と、前記グリッド電極に当接し、電流取出しを行うためのバス電極とを備えた太陽電池の製造方法であって、
    前記バス電極および前記グリッド電極の形状パターンは、前記バス電極が長手方向に分割され、
    分割された前記バス電極が長手方向にのみ重なり領域をもつように複数回のスクリーン印刷工程を行うことで形成されることを特徴とする太陽電池の製造方法。
  2. 前記スクリーン印刷工程は、
    長手方向に沿って不連続部を含む第1の開口を備えた第1の印刷版を用いて、バス電極となる領域の一部に、第1の導電性ペーストを印刷し、第1導電体層を形成する工程と、
    前記第1の開口の一部に重なる第2の開口と、前記グリッド電極に相当する第3の開口とを備えた第2の印刷版を用いて第2の導電性ペーストを印刷し、第2導電体層を形成する工程とを含み、
    前記バス電極は、長手方向に沿って一部で前記第1導電体層と前記第2導電体層とが重なる重なり領域を有することを特徴とする請求項1に記載の太陽電池の製造方法。
  3. 前記第1の導電性ペーストと前記第2の導電性ペーストとは異なる組成を持つことを特徴とする請求項2に記載の太陽電池の製造方法。
  4. 前記第2導電体層を形成する工程は、前記第1導電体層を形成する工程後に行われることを特徴とする請求項2または3に記載の太陽電池の製造方法。
  5. 前記第1導電体層を形成する工程は、前記第2導電体層を形成する工程後に行われることを特徴とする請求項2または3に記載の太陽電池の製造方法。
  6. 前記バス電極および前記グリッド電極の分割形状パターンは、前記バス電極にリード線を接続する工程にて前記バス電極と前記リード線とを機械的に押さえる部分と、前記グリッド電極とが含まれた前記第2の印刷版によって得られる第2の分割形状パターンと、残りの前記バス電極が含まれた前記第1の印刷版によって得られる第1の分割形状パターンとを有することを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
  7. 前記バス電極および前記グリッド電極の分割形状パターンは、前記バス電極にリード線を接続する工程にて前記バス電極と前記リード線とを機械的に押さえる部分と、前記太陽電池セルの出力測定においてプローブピンが接触する部分とを共に含む前記バス電極と前記グリッド電極が含まれた前記第2の印刷版によって得られる第3の分割形状パターンと、前記バス電極の一部が含まれた前記第1の印刷版によって得られる第4の分割形状パターンとを有することを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
  8. 前記第1導電体層は、前記第2導電体層よりも銀の含有率が低いことを特徴とする請求項3から7のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
  9. 太陽電池用基板と、
    前記太陽電池用基板上に形成された、第1および第2の集電電極とを有する太陽電池であって、
    前記第1および第2の集電電極の内の少なくとも一方が、全面に分布して形成されたグリッド電極と、前記グリッド電極に当接し、電流取出しを行うためのバス電極とを備えた集電電極とを有し、
    前記バス電極が、長手方向に沿って不連続部を含む、第1導電体層と、前記第1導電体層と重なり部を有して前記不連続部を覆う第2導電体層とを有し、
    前記グリッド電極が、前記第1導電体層または第2導電体層で構成されたことを特徴とする太陽電池。
  10. 前記第1導電体層と前記第2導電体層とは異なる組成を持つことを特徴とする請求項9に記載の太陽電池。
  11. 前記グリッド電極は前記第2導電体層で構成され、
    前記バス電極は、長手方向に沿って一部に前記第1導電体層上に前記第2導電体層が重なる重なり領域を有することを特徴とする請求項9または10に記載の太陽電池。
  12. 前記グリッド電極は前記第2導電体層で構成され、
    前記バス電極は、長手方向に沿って一部に前記第2導電体層上に前記第1導電体層が重なる重なり領域を有することを特徴とする請求項9または10に記載の太陽電池。
  13. 前記バス電極および前記グリッド電極の分割形状パターンは、6から8か所に分割された前記バス電極と前記グリッド電極とが含まれた第1の分割形状パターンと、残りのバス電極が含まれた第2の分割形状パターンとを有することを特徴とする請求項9から12のいずれか1項に記載の太陽電池。
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