JPWO2019008955A1 - 太陽電池および太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
また、裏面電極型の太陽電池では、裏面のみに電極層が形成されるため、半導体基板が反ってしまうことがある。半導体基板が過度に反ると、半導体基板の割れまたは電極層の剥離等が生じることがある。そのため、歩留りが低下してしまう。
図1は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの一例を示す側面図である。図1に示すように、太陽電池モジュール100は、二次元状に配列された複数の太陽電池セル1を備える。
以下、太陽電池セル(以下、太陽電池という。)1について詳細に説明する。
図2は、本実施形態に係る太陽電池を裏面側からみた図であり、図3は、図2の太陽電池におけるIII−III線断面図である。図2および図3に示す太陽電池1は、裏面電極型の太陽電池である。太陽電池1は、半導体基板11と、半導体基板11の受光面側に順に積層された接合層13および反射防止層15とを備える。また、太陽電池1は、半導体基板11の裏面側の一部に順に積層された接合層23、第1導電型半導体層25、透明電極層27および第1電極層200を備える。また、太陽電池1は、半導体基板11の裏面側の他の一部に順に積層された接合層33、第2導電型半導体層35、透明電極層37および第2電極層300を備える。
半導体基板11としては、導電型単結晶シリコン基板、例えばn型単結晶シリコン基板またはp型単結晶シリコン基板が用いられる。これにより、高い光電変換効率が実現する。
半導体基板11は、n型単結晶シリコン基板であると好ましい。これにより、結晶シリコン基板内のキャリア寿命が長くなる。これは、p型単結晶シリコン基板では、光照射によってp型ドーパントであるB(ホウ素)が影響して再結合中心となるLID(Light Induced Degradation)が起こる場合があるが、n型単結晶シリコン基板ではLIDをより抑制するためである。
反射防止層15は、半導体基板11の受光面側に接合層13を介して形成されている。接合層13は、真性シリコン系層で形成される。
反射防止層15としては、屈折率1.5以上2.3以下程度の透光性膜が好適に用いられる。反射防止層15の材料としては、SiO、SiN、またはSiON等が好ましい。反射防止層15の形成方法は特に限定されないが、精密な膜厚制御が可能なCVD法を用いると好ましい。CVD法による製膜によれば、材料ガスまたは製膜条件のコントロールで膜質制御が可能である。
第1導電型半導体層25は、半導体基板11の裏面側の一部に接合層23を介して形成されており、第2導電型半導体層35は、半導体基板11の裏面側の他の一部に接合層33を介して形成されている。第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35は、半導体基板11の裏面側において櫛型に形成され、第1導電型半導体層25の櫛歯部および第2導電型半導体層35の櫛歯部が交互に並ぶように形成される。
p型シリコン系層およびn型シリコン系層は、非晶質シリコン層、または、非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む微結晶シリコン層で形成される。p型シリコン系層のドーパント不純物としては、B(ホウ素)が好適に用いられ、n型シリコン系層のドーパント不純物としては、P(リン)が好適に用いられる。
接合層23,33は、真性シリコン系層で形成される。接合層23,33は、パッシベーション層として機能し、キャリアの再結合を抑制する。
透明電極層27は、第1導電型半導体層25上に形成されており、透明電極層37は、第2導電型半導体層35上に形成されている。透明電極層27,37は、透明導電性材料からなる透明導電層で形成される。
透明導電性材料としては、透明導電性金属酸化物、例えば、酸化インジウム、酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタンおよびそれらの複合酸化物等が用いられる。これらの中でも、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物が好ましい。高い導電率と透明性の観点からは、インジウム酸化物が特に好ましい。更に、信頼性またはより高い導電率を確保するため、インジウム酸化物にドーパントを添加すると好ましい。ドーパントとしては、例えば、Sn、W、Zn、Ti、Ce、Zr、Mo、Al、Ga、Ge、As、Si、またはS等が挙げられる。
このような透明電極層27,37の形成方法としては、スパッタリング法等の物理気相堆積法、または有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相堆積法等が用いられる。
第1電極層200は、透明電極層27上に形成され、第2電極層300は、透明電極層27上に形成される。
図2に示すように、第1電極層200は、いわゆる櫛型の電極であり、櫛歯に相当し、第1方向Xに延在する複数のフィンガー部200fと、櫛歯の支持部に相当し、第1方向Xに交差する第2方向Yに延在するバスバー部200bとを有する。また、第1電極層200は、パッド部200dを有する。同様に、第2電極層300は、いわゆる櫛型の電極であり、櫛歯に相当し、第1方向Xに延在する複数のフィンガー部300fと、櫛歯の支持部に相当し、第2方向Yに延在するバスバー部300bとを有する。また、第2電極層300は、パッド部300dを有する。
同様に、パッド部300dは、バスバー部300bの長手方向に沿って略等間隔に複数配列されている。パッド部300dは、フィンガー部300fにおけるバスバー部300bに最も近い近位端301fとバスバー部300bとの第1方向Xの間に位置する。パッド部300dの幅(第2方向Yの幅)は、フィンガー部300fの近位端301fの幅(線幅:第2方向Yの幅)よりも広い。パッド部300dと、異極側のフィンガー部200fにおけるバスバー部200bに最も遠い遠位端203fとは、第1方向Xに隣り合って配置されている。
タブ線の接続または電解メッキ法の給電には充分な大きさの電極が必要であるため、パッド部200d,300dの幅(第2方向Yの幅)は、フィンガー部200f,300fの幅(線幅:第2方向Yの幅)およびバスバー部200b,300bの幅(線幅:第1方向Xの幅)よりも広いと好ましい。パッド部200d,300dの形状は、各辺の長さが1mm以上10mm以下、好ましくは2mm以上6mm以下である長方形または正方形であると好ましい。
更に好ましくは、パッド部200d,300dの形状は、図2に示すように、台形状または三角形状である。ここで、例えばパッド部200dを形成することにより、異極側の第2導電型半導体層35の面積が減少する。この点に関し、パッド部200dの形状を台形状または三角形状とすることにより、長方形状または正方形状(破線B)と比較して、第2導電型半導体層35の面積減少が低減する。これにより、パッド部形成による光電変換効率の低下が抑制される。
図3に示すように、第1電極層200は、多層構造であり、下地導電層210と、下地導電層210を覆うメッキ層220と、下地導電層210とメッキ層220との間に積層された絶縁層250とを有する。同様に、第2電極層300は、多層構造であり、下地導電層310と、下地導電層310を覆うメッキ層320と、下地導電層310とメッキ層320との間に積層された絶縁層250とを有する。
図4は、図2に示す領域Aにおける下地導電層を示す図であり、図5は、図4の下地導電層におけるV−V線断面図である。図4および図5では、下地導電層210,310を模式的に示し、寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。図4および図5では、第1電極層200のバスバー部200bにおける下地導電層210を下地バスバー部210bとし、第1電極層200のフィンガー部200fにおける下地導電層210を下地フィンガー部210fとする。また、第2電極層300のバスバー部300bにおける下地導電層310を下地バスバー部310bとし、第2電極層300のフィンガー部300fにおける下地導電層310を下地フィンガー部310fとする。また、第1電極層200のパッド部200dにおける下地導電層210を下地パッド部210dとし、第2電極層300のパッド部300dにおける下地導電層310を下地パッド部310dとする。
これにより、下地フィンガー部210fの一方端部211fおよび他方端部213fの幅は、中央部212fの幅よりも狭い。また、下地フィンガー部210fの一方端部211fおよび他方端部213fの厚みは、中央部212fの厚みよりも薄い。すなわち、下地フィンガー部210fの一方端部211fおよび他方端部213fは、中央部212fよりも細い。
換言すれば、下地フィンガー部210fの一方端部211fの体積および他方端部213fの体積は、中央部212fの体積よりも小さい。
これにより、下地フィンガー部310fの一方端部311fおよび他方端部313fの幅は、中央部312fの幅よりも狭い。また、下地フィンガー部310fの一方端部311fおよび他方端部313fの厚みは、中央部312fの厚みよりも薄い。すなわち、下地フィンガー部310fの一方端部311fおよび他方端部313fは、中央部312fよりも細い。
換言すれば、下地フィンガー部310fの一方端部311fの体積および他方端部313fの体積は、中央部312fの体積よりも小さい。
また、下地フィンガー部210fの中央部212fの厚み、および、下地フィンガー部310fの中央部312fの厚みは、10μm以上50μm以下であると好ましい。下地フィンガー部210fの一方端部211fおよび他方端部213fの厚み、および、下地フィンガー部310fの一方端部311fおよび他方端部313fの厚みは、3μm以上30μm以下であると好ましい。
また、下地フィンガー部210fと下地フィンガー部310fとの中心間隔は、100μm以上1000μm以下であると好ましい。
同様に、下地パッド部310dは、下地バスバー部310bの長手方向に沿って略等間隔に複数配列されている。下地パッド部310dは、下地フィンガー部310fにおける下地バスバー部310bに最も近い近位端301fと下地バスバー部310bとの第1方向Xの間に位置する。下地パッド部310dの幅(第2方向Yの幅)は、下地フィンガー部310fの近位端301fの幅(線幅:第2方向Yの幅)よりも広い。下地パッド部310dと、異極側の下地フィンガー部210fにおける下地バスバー部210bに最も遠い遠位端203fとは、第1方向Xに隣り合って配置されている。
このように、粒径0.5μm以上20μm以下の銀粉に加えて、銀粉の粒径よりも小さい粒径200nm以下の銀粒子を含む導電性ペーストを適用することで、フィラーの充填性の向上によって下地導電層210,310が低抵抗化する。これにより、下地フィンガー部210fの一方端部211fおよび他方端部213f、および、下地フィンガー部310fの一方端部311fおよび他方端部313fの幅を細くし、厚みを薄くしても、これらの一方端部211f,311fおよび他方端部213f,313fの抵抗上昇が抑制される。
図3を参照し、メッキ層220は、下地導電層210を覆うように形成されており、メッキ層320は、下地導電層310を覆うように形成されている。メッキ層220,320は、電解メッキ法、特に銅を用いた電解メッキ法で形成される。具体的には、図6に示すように、第1電極層200の下地導電層210および第2電極層300の下地導電層310に電界を印加して、下地導電層210,310上に、選択的にメッキ層220,320を形成する。
この際、図7に示すように、下地導電層210の下地パッド部210dおよび下地導電層310の下地パッド部310dを用いて、下地導電層210および下地導電層310に電界を印加する。
このように、下地導電層210,310を形成する銀ペーストにメッキ層220,320を積層することによって第1電極層200および第2電極層300が形成されると、比較的に高価な銀を含む銀ペーストの使用量が低減する。
絶縁層250は、第1電極層200のメッキ層220および第2電極層300のメッキ層320を除く太陽電池1の裏面側全体を覆うように形成されている。また、絶縁層250は、第1電極層200における下地導電層210とメッキ層220との間、および、第2電極層300における下地導電層310とメッキ層320との間に形成されている。
本実施形態では、絶縁層250の一部に少なくとも1個以上の開孔251が形成され、その開孔251にメッキ層220またはメッキ層320の材料が充填されている。これにより、下地導電層210とメッキ層220とが物理的および電気的に接続されており、下地導電層310とメッキ層320とが物理的および電気的に接続されている。
一実施形態の開孔形成方法として、下地導電層210,310中の導電性材料を加熱(アニール)して熱流動させることによって、その上に形成された絶縁層250に開孔251を形成する方法が挙げられる。
この点に関し、本実施形態の太陽電池1では、第1電極層200における下地導電層210の下地フィンガー部210fの一方端部211fおよび他方端部213fの幅は、中央部212fの幅よりも狭い。また、第2電極層300における下地導電層310の下地フィンガー部310fの一方端部311fおよび他方端部313fの幅は、中央部312fの幅よりも狭い。これにより、第1電極層200のフィンガー部200fおよび第2電極層300のフィンガー部300fにおけるメッキ層220,320の両端部が太く形成されても、下地導電層210およびメッキ層220から構成される第1電極層200のフィンガー部200fの両端部、および、下地導電層310およびメッキ層320から構成される第2電極層300のフィンガー部300fの両端部が太く形成され難い。そのため、櫛歯状に交互に並んだ第1電極層200と第2電極層300との短絡が抑制され、歩留りの低下が抑制される。
なお、本実施形態の電極構造は、異物等の付着による短絡を防止する効果もある。
この点に関し、本実施形態の太陽電池1では、第1電極層200における下地導電層210の下地フィンガー部210fの一方端部211fおよび他方端部213fの厚みは、中央部212fの厚みよりも薄い。また、第2電極層300における下地導電層310の下地フィンガー部310fの一方端部311fおよび他方端部313fの厚みは、中央部312fの厚みよりも薄い。これにより、半導体基板11の反りが抑制され、歩留りの低下が抑制される。
なお、下地導電層の厚みの低減、細線化によりコスト低減効果も期待出来る。
図8は、本実施形態の変形例に係る太陽電池における下地導電層を示す図であり、図9は、図8の下地導電層におけるIX−IX線断面図である。図8および図9では、下地導電層210,310を模式的に示しており、寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。
図8に示すように、本実施形態の太陽電池1において、第1電極層200における下地導電層210の下地フィンガー部210fは、その長手方向(第1方向X)に7等分してなる一方端部211fおよび他方端部213f、並びに一方端部211fと他方端部213fとの間の複数の中間部212fを有する。下地フィンガー部210fの中間部212fは、その長手方向に交差する方向(第2方向Y)に離間した2つの部分を含む。これにより、下地フィンガー部210fの一方端部211fおよび他方端部213fの幅(第2方向Yの幅)は、中間部212fの幅(第2方向Yの幅)よりも狭い。
また、図9に示すように、下地フィンガー部210fは、中央から一方端部211fおよび他方端部213fに向けて次第に厚みが薄くなるように形成されている。これにより、下地フィンガー部210fの一方端部211fおよび他方端部213fの厚みは、中間部212fの厚みよりも薄い。
すなわち、下地フィンガー部210fの一方端部211fおよび他方端部213fは、中間部212fよりも細い。
換言すれば、下地フィンガー部210fの一方端部211fの体積および他方端部213fの体積は、中央部212fの体積よりも小さい。
また、下地フィンガー部310fは、中央から一方端部311fおよび他方端部313fに向けて次第に厚みが薄くなるように形成されている。これにより、下地フィンガー部310fの一方端部311fおよび他方端部313fの厚みは、中間部312fの厚みよりも薄い。
すなわち、下地フィンガー部310fの一方端部311fおよび他方端部313fは、中間部212fよりも細い。
換言すれば、下地フィンガー部310fの一方端部311fの体積および他方端部313fの体積は、中央部312fの体積よりも小さい。
また、第1電極層200および第2電極層300の下地フィンガー部210f,310fの中間部212f,312fの幅を広くすることができるので、第1電極層200および第2電極層300と下層との密着性が向上する(接触抵抗良化による性能向上、密着性向上による歩留まり向上)。
本実施形態において、下地フィンガー部210f,310fの長手方向に交差する方向(第2方向Y)に配列された複数の下地フィンガー部210f,310fのうち、この方向(第2方向Y)における半導体基板11の一方の辺部および他方の辺部の下地フィンガー部210f,310fの幅は、前記の一方の辺部と他方の辺部との間の中間部の下地フィンガー部210f,310fの幅よりも狭く形成されてもよい。また、半導体基板11の前記の一方の辺部および他方の辺部の下地フィンガー部210f,310fの厚みは、これらの中間部の下地フィンガー部210f,310fの厚みよりも薄く形成されてもよい。すなわち、半導体基板11の前記の一方の辺部および他方の辺部の下地フィンガー部210f,310fは、これらの中間部の下地フィンガー部210f,310fよりも細く形成されてもよい。
本実施形態では、図3に示すように、開孔251を有する絶縁層250を備え、電解メッキ法を用いて、開孔251、すなわち下地導電層210,310にメッキ層220,320を選択的に形成した第1電極層200および第2電極層300を例示した。しかし、太陽電池1は、絶縁層250を備えなくてもよい。例えば、公知のレジスト技術(マスク技術)を用いて、光電変換部を保護しつつ、下地導電層210,310にメッキ層220,320を選択的に形成することにより、第1電極層200および第2電極層300が形成されてもよい。
2 配線部材
3 受光面保護部材
4 裏面保護部材
5 封止材
11 半導体基板
13,23,33 接合層
15 反射防止層
25 第1導電型半導体層
27,37 透明電極層
35 第2導電型半導体層
100 太陽電池モジュール
200 第1電極層
200b,300b バスバー部
200d,300d パッド部
200f,300f フィンガー部
210,310 下地導電層
220,320 メッキ層
210b,310b 下地バスバー部
210d,310d 下地パッド部
210f,310f 下地フィンガー部
211f,311f 一方端部
212f,312f 中間部、中央部
213f,313f 他方端部
250 絶縁層
251 開孔
300 第2電極層
Claims (16)
- 半導体基板と、前記半導体基板の裏面側の一部に順に積層された第1導電型半導体層および第1電極層と、前記半導体基板の裏面側の他の一部に順に積層された第2導電型半導体層および第2電極層とを備える裏面電極型の太陽電池であって、
前記第1電極層および前記第2電極層の各々は、下地導電層と、前記下地導電層を覆うメッキ層とを有し、
前記下地導電層は、下地バスバー部と、前記下地バスバー部と交差して前記下地バスバー部の長手方向に沿って配列された複数の下地フィンガー部とを含み、
前記複数の下地フィンガー部の各々において、下地フィンガー部の長手方向における一方端部および他方端部は、前記一方端部と前記他方端部との間の中間部よりも細い、
太陽電池。 - 前記複数の下地フィンガー部の各々は、下地フィンガー部の長手方向に少なくとも3個以上に等分してなる前記一方端部、前記他方端部、および、少なくとも1つの前記中間部を含み、
前記一方端部の体積および前記他方端部の体積は、前記中間部のうちの少なくとも1つの体積よりも小さい、
請求項1に記載の太陽電池。 - 前記複数の下地フィンガー部の各々において、幅および厚みの少なくとも一方が、前記中間部から前記一方端部および前記他方端部に向けて次第に減少する、請求項1または2に記載の太陽電池。
- 前記複数の下地フィンガー部の各々において、前記中間部は、下地フィンガー部の長手方向に交差する方向に離間した少なくとも2つの部分を含む、請求項1または2に記載の太陽電池。
- 前記複数の下地フィンガー部の各々において、前記一方端部側の一方端は、前記下地バスバー部に最も近い近位端であり、前記他方端部側の他方端は、前記下地バスバー部に最も遠い遠位端であり、
前記下地導電層は、前記下地フィンガー部の前記近位端と前記下地バスバー部との間に位置し、前記近位端の幅よりも広い幅を有する少なくとも1つの下地パッド部を含む、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池。 - 前記第1電極層における前記下地パッド部と、前記第2電極層における前記下地フィンガー部の前記遠位端とは、隣り合って配置されており、
前記第2電極層における前記下地パッド部と、前記第1電極層における前記下地フィンガー部の前記遠位端とは、隣り合って配置されている、
請求項5に記載の太陽電池。 - 前記下地導電層は、前記下地バスバー部の長手方向に配列された複数の前記下地パッド部を含む、請求項5または6に記載の太陽電池。
- 複数の前記下地パッド部は、等間隔に配列されている、請求項7に記載の太陽電池。
- 前記下地導電層は、粒径0.5μm以上20μm以下の金属粉と、粒径200nm以下の金属粒子とを含む、請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池。
- 前記金属粉(PO)と前記金属粒子(PA)との比率PO/PAは、2/8≦PO/PA≦8/2である、請求項9に記載の太陽電池。
- 前記金属粉および前記金属粒子の材料は銀である、請求項9または10に記載の太陽電池。
- 前記下地導電層は、表層を貴金属でメッキされた粒径0.5μm以上10μm以下の銅粉を更に含む、請求項11に記載の太陽電池。
- 前記金属粒子の材料は銀であり、
前記金属粉は、表層を貴金属でメッキされた粒径0.5μm以上10μm以下の銅粉である、
請求項9または10に記載の太陽電池。 - 前記貴金属が、銀、白金、金、およびパラジウムのうちの少なくとも1つを含む、請求項12または13に記載の太陽電池。
- 前記下地導電層と前記メッキ層との間には絶縁層が介在され、
前記絶縁層は、前記下地導電層と前記メッキ層とを物理的および電気的に接続させる開孔を含む、
請求項1〜14のいずれか1項に記載の太陽電池。 - 請求項1〜15のいずれか1項に記載の太陽電池を備える、太陽電池モジュール。
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