JPWO2020184301A1 - 太陽電池デバイスおよび太陽電池モジュール、並びに太陽電池デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
シングリング方式を用いて裏面電極型の太陽電池セルの一部同士を重ね合わせて接続する場合に、生産性の低下を抑制できる太陽電池デバイスを提供する。太陽電池デバイス１は、隣り合う太陽電池セルのうちの一方の太陽電池セル２の一方端側の一部は、他方の太陽電池セル２の他方端側の一部の下に重なっており、太陽電池セル２は裏面電極型であり、一方の太陽電池セル２の一方端側の他方主面側の重ね合わせ領域Ｒｏには第１電極層２８が形成され、他方の太陽電池セル２の他方端側の他方主面側の重ね合わせ領域Ｒｏには第２電極層３８が形成されており、太陽電池セル２の一方端側の重ね合わせ領域Ｒｏには貫通孔４０が形成されており、貫通孔４０には導電性部材２８，６が充填されており、一方の太陽電池セル２の第１電極層２８は、貫通孔４０の導電性部材２８，６を介して、他方の太陽電池セル２の第２電極層３８と接続されている。
Description
本発明は、太陽電池デバイス、およびそれを備える太陽電池モジュール、並びに太陽電池デバイスの製造方法に関する。
昨今、両面電極型の太陽電池セルをモジュール化する場合、導電性の接続線を用いることなく、太陽電池セルの一部同士を重ね合わせることで、直接、電気的かつ物理的に接続を行う方式が存在する。このような接続方式はシングリング方式と称され、シングリング方式で電気的に接続された複数の太陽電池セルは太陽電池ストリング（太陽電池デバイス）と称される（例えば、特許文献１参照）。
太陽電池ストリング（太陽電池デバイス）では、太陽電池モジュールにおける限られた太陽電池セル実装面積に、より多くの太陽電池セルが実装可能になり、光電変換のための受光面積が増え、太陽電池モジュールの出力が向上する。また、太陽電池ストリング（太陽電池デバイス）では、太陽電池セル間に隙間が生じず、太陽電池モジュールの意匠性が向上する。
出力向上および意匠性向上の観点から、裏面電極型の太陽電池セルをモジュール化する場合にも、シングリング方式を用いて太陽電池セルの一部同士を重ね合わせて接続することが検討されている（例えば、特許文献２参照）。
裏面電極型の太陽電池セルをシングリング方式を用いて接続する場合、段差を有する裏面電極同士を接続するために導電性の接続線等を用いる必要があるため、両面電極型の太陽電池セルをシングリング方式を用いて接続する場合と比較して生産性が低下する。
本発明は、シングリング方式を用いて裏面電極型の太陽電池セルの一部同士を重ね合わせて接続する場合に、生産性の低下を抑制できる太陽電池デバイス、およびそれを備える太陽電池モジュール、並びに太陽電池デバイスの製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る太陽電池デバイスは、電気的に接続された複数の太陽電池セルを備える太陽電池デバイスであって、前記複数の太陽電池セルにおける隣り合う太陽電池セルのうちの一方の太陽電池セルの一方端側の一方主面側の一部は、前記隣り合う太陽電池セルのうちの他方の太陽電池セルの前記一方端側と反対の他方端側の前記一方主面側と反対の他方主面側の一部の下に重なっており、前記複数の太陽電池セルの各々は、半導体基板と、前記半導体基板の前記他方主面側の一部に形成された第１導電型半導体層および第１電極層と、前記半導体基板の前記他方主面側の他の一部に形成された第２導電型半導体層および第２電極層とを含む裏面電極型の太陽電池セルであり、前記隣り合う太陽電池セルの一部同士が重なり合う重ね合わせ領域であって、前記一方の太陽電池セルの前記一方端側の前記他方主面側における前記重ね合わせ領域には前記第１電極層が形成され、前記他方の太陽電池セルの前記他方端側の前記他方主面側における前記重ね合わせ領域には前記第２電極層が形成されており、前記太陽電池セルの前記一方端側における前記重ね合わせ領域には、貫通孔が形成されており、前記貫通孔には導電性部材が充填されており、前記一方の太陽電池セルの前記第１電極層は、前記貫通孔における前記導電性部材を介して、前記他方の太陽電池セルの前記第２電極層と接続されている。
本発明に係る太陽電池モジュールは、上記した太陽電池デバイスを備える。
本発明に係る太陽電池デバイスの製造方法は、上記した太陽電池デバイスの製造方法であって、前記複数の太陽電池セルの各々において、前記半導体基板の前記他方主面側の一部に前記第１導電型半導体層を形成し、前記半導体基板の前記他方主面側の他の一部に前記第２導電型半導体層を形成し、前記複数の太陽電池セルの各々において、前記太陽電池セルの前記一方端側における前記重ね合わせ領域に前記貫通孔を形成し、前記複数の太陽電池セルの各々において、前記半導体基板の前記他方主面側の一部に前記第１電極層を形成し、前記半導体基板の前記他方主面側の他の一部に前記第２電極層を形成することによって、前記一方の太陽電池セルの前記一方端側の前記他方主面側における前記重ね合わせ領域に前記第１電極層を形成し、前記他方の太陽電池セルの前記他方端側の前記他方主面側における前記重ね合わせ領域に前記第２電極層を形成し、前記隣り合う太陽電池セルのうちの前記一方の太陽電池セルの前記一方端側の前記一方主面側の一部が、前記隣り合う太陽電池セルのうちの前記他方の太陽電池セルの前記他方端側の前記他方主面側の一部の下に導電性接着部材を介して重なるように、前記複数の太陽電池セルを配置し、前記複数の太陽電池セルに圧力を加えて、前記第１電極層の材料および前記導電性接着部材の材料のうちの少なくともいずれか一方の導電性部材を前記貫通孔に充填することにより、前記一方の太陽電池セルの前記第１電極層を、前記貫通孔における前記導電性部材を介して、前記他方の太陽電池セルの前記第２電極層と接続する。
本発明によれば、シングリング方式を用いて裏面電極型の太陽電池セルの一部同士を重ね合わせて接続する場合に、生産性の低下を抑制できる。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。
（太陽電池モジュール）
図１は、本実施形態に係る太陽電池デバイスを備える太陽電池モジュールを裏面側からみた図であり、図２は、図１に示す太陽電池モジュールのII-II線断面図である。図１では、後述する受光側保護部材３、裏側保護部材４および封止材５が省略されている。図１および図２に示すように、太陽電池モジュール１００は、複数の長方形状の裏面電極型の太陽電池セル２をシングリング方式を用いて電気的に接続する太陽電池デバイス（太陽電池ストリングとも称される）１を含む。
図１は、本実施形態に係る太陽電池デバイスを備える太陽電池モジュールを裏面側からみた図であり、図２は、図１に示す太陽電池モジュールのII-II線断面図である。図１では、後述する受光側保護部材３、裏側保護部材４および封止材５が省略されている。図１および図２に示すように、太陽電池モジュール１００は、複数の長方形状の裏面電極型の太陽電池セル２をシングリング方式を用いて電気的に接続する太陽電池デバイス（太陽電池ストリングとも称される）１を含む。
太陽電池デバイス１は、受光側保護部材３と裏側保護部材４とによって挟み込まれている。受光側保護部材３と裏側保護部材４との間には、液体状または固体状の封止材５が充填されており、これにより、太陽電池デバイス１は封止される。
封止材５は、太陽電池デバイス１、すなわち太陽電池セル２を封止して保護するもので、太陽電池セル２の受光側の面と受光側保護部材３との間、および、太陽電池セル２の裏側の面と裏側保護部材４との間に介在する。
封止材５の形状としては、特に限定されるものではなく、例えばシート状が挙げられる。シート状であれば、面状の太陽電池セル２の表面および裏面を被覆しやすいためである。
封止材５の材料としては、特に限定されるものではないが、光を透過する特性（透光性）を有すると好ましい。また、封止材５の材料は、太陽電池セル２と受光側保護部材３と裏側保護部材４とを接着させる接着性を有すると好ましい。
このような材料としては、例えば、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／α−オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、または、シリコーン樹脂等の透光性樹脂が挙げられる。
封止材５の形状としては、特に限定されるものではなく、例えばシート状が挙げられる。シート状であれば、面状の太陽電池セル２の表面および裏面を被覆しやすいためである。
封止材５の材料としては、特に限定されるものではないが、光を透過する特性（透光性）を有すると好ましい。また、封止材５の材料は、太陽電池セル２と受光側保護部材３と裏側保護部材４とを接着させる接着性を有すると好ましい。
このような材料としては、例えば、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／α−オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、または、シリコーン樹脂等の透光性樹脂が挙げられる。
受光側保護部材３は、封止材５を介して、太陽電池デバイス１、すなわち太陽電池セル２の表面(受光面)を覆って、その太陽電池セル２を保護する。
受光側保護部材３の形状としては、特に限定されるものではないが、面状の受光面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。
受光側保護部材３の材料としては、特に限定されるものではないが、封止材５同様に、透光性を有しつつも紫外光に耐性の有る材料が好ましく、例えば、ガラス、または、アクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂が挙げられる。また、受光側保護部材３の表面は、凹凸状に加工されていても構わないし、反射防止コーティング層で被覆されていても構わない。これらのようになっていると、受光側保護部材３は、受けた光を反射させ難くして、より多くの光を太陽電池デバイス１に導けるためである。
受光側保護部材３の形状としては、特に限定されるものではないが、面状の受光面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。
受光側保護部材３の材料としては、特に限定されるものではないが、封止材５同様に、透光性を有しつつも紫外光に耐性の有る材料が好ましく、例えば、ガラス、または、アクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂が挙げられる。また、受光側保護部材３の表面は、凹凸状に加工されていても構わないし、反射防止コーティング層で被覆されていても構わない。これらのようになっていると、受光側保護部材３は、受けた光を反射させ難くして、より多くの光を太陽電池デバイス１に導けるためである。
裏側保護部材４は、封止材５を介して、太陽電池デバイス１、すなわち太陽電池セル２の裏面を覆って、その太陽電池セル２を保護する。
裏側保護部材４の形状としては、特に限定されるものではないが、受光側保護部材３同様に、面状の裏面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。
裏側保護部材４の材料としては、特に限定されるものではないが、水等の浸入を防止する（遮水性の高い）材料が好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、オレフィン系樹脂、含フッ素樹脂、若しくは含シリコーン樹脂等の樹脂フィルム、またはガラス、ポリカーボネート、アクリル等の透光性を有する板状の樹脂部材と、アルミニウム箔等の金属箔との積層体が挙げられる。
裏側保護部材４の形状としては、特に限定されるものではないが、受光側保護部材３同様に、面状の裏面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。
裏側保護部材４の材料としては、特に限定されるものではないが、水等の浸入を防止する（遮水性の高い）材料が好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、オレフィン系樹脂、含フッ素樹脂、若しくは含シリコーン樹脂等の樹脂フィルム、またはガラス、ポリカーボネート、アクリル等の透光性を有する板状の樹脂部材と、アルミニウム箔等の金属箔との積層体が挙げられる。
（太陽電池デバイス）
太陽電池デバイス１では、太陽電池セル２の端部の一部が重なり合うことにより、太陽電池セル２が直列に接続される。具体的には、隣り合う太陽電池セル２，２のうちの一方の太陽電池セル２のＸ方向における一方端側（例えば図２において左端側）の一方主面側（例えば受光面側）の一部は、他方の太陽電池セル２のＸ方向における他方端側（上述の一方端側と反対の他方端側、例えば図２において右端側）の他方主面側（上述の一方主面側と反対の他方主面側、例えば裏面側）の一部の下に重なる。
太陽電池デバイス１では、太陽電池セル２の端部の一部が重なり合うことにより、太陽電池セル２が直列に接続される。具体的には、隣り合う太陽電池セル２，２のうちの一方の太陽電池セル２のＸ方向における一方端側（例えば図２において左端側）の一方主面側（例えば受光面側）の一部は、他方の太陽電池セル２のＸ方向における他方端側（上述の一方端側と反対の他方端側、例えば図２において右端側）の他方主面側（上述の一方主面側と反対の他方主面側、例えば裏面側）の一部の下に重なる。
このように、瓦を屋根に葺いたように、複数の太陽電池セル２が一様にある方向にそろって傾く堆積構造となることから、このようにして太陽電池セル２を電気的に接続する方式を、シングリング方式と称する。また、ひも状につながった複数の太陽電池セル２を、太陽電池ストリング（太陽電池デバイス）と称する。
以下では、隣り合う太陽電池セル２，２が重なり合う領域を、重ね合わせ領域Ｒｏという。
以下では、隣り合う太陽電池セル２，２が重なり合う領域を、重ね合わせ領域Ｒｏという。
隣り合う太陽電池セル２，２は、重ね合わせ領域Ｒｏにおいて、導電性接着部材６を介して接着される。導電性接着部材６の材料としては、金属粒子、低融点金属粒子または金属微粒子を内包した熱硬化性樹脂フィルムで形成された導電性フィルム、金属粒子、低融点金属微粒子若しくは金属微粒子とバインダーとで形成された導電性接着剤、または、はんだ粒子を含有するはんだペースト等が用いられる。
太陽電池デバイス１の詳細は後述する。以下、太陽電池デバイス１における太陽電池セル２について説明する。
（太陽電池セル）
図３は、図１および図２に示す太陽電池デバイス１における太陽電池セル２を裏面側からみた図である。図３に示す太陽電池セル２は、長方形状の裏面電極型の太陽電池セルである。太陽電池セル２は、一方主面側(例えば受光面側)と、その反対の他方主面側(例えば裏面側)の２つの主面を有する半導体基板１１を備え、半導体基板１１の他方主面において第１領域７と第２領域８とを有する。
図３は、図１および図２に示す太陽電池デバイス１における太陽電池セル２を裏面側からみた図である。図３に示す太陽電池セル２は、長方形状の裏面電極型の太陽電池セルである。太陽電池セル２は、一方主面側(例えば受光面側)と、その反対の他方主面側(例えば裏面側)の２つの主面を有する半導体基板１１を備え、半導体基板１１の他方主面において第１領域７と第２領域８とを有する。
第１領域７は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数の歯部７ｆと、櫛歯の支持部に相当する櫛背部７ｂとを有する。櫛背部７ｂは、半導体基板１１の一方端側の辺部に沿ってＹ方向（第２方向）に延在し、歯部７ｆは、櫛背部７ｂから、Ｙ方向に交差するＸ方向（第１方向）に延在する。
同様に、第２領域８は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数の歯部８ｆと、櫛歯の支持部に相当する櫛背部８ｂとを有する。櫛背部８ｂは、半導体基板１１の一方端側の辺部に対向する他方端側の辺部に沿ってＹ方向に延在し、歯部８ｆは、櫛背部８ｂからＸ方向に延在する。
歯部７ｆと歯部８ｆとは、Ｙ方向に交互に設けられている。
なお、第１領域７および第２領域８は、ストライプ状に形成されてもよい。
同様に、第２領域８は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数の歯部８ｆと、櫛歯の支持部に相当する櫛背部８ｂとを有する。櫛背部８ｂは、半導体基板１１の一方端側の辺部に対向する他方端側の辺部に沿ってＹ方向に延在し、歯部８ｆは、櫛背部８ｂからＸ方向に延在する。
歯部７ｆと歯部８ｆとは、Ｙ方向に交互に設けられている。
なお、第１領域７および第２領域８は、ストライプ状に形成されてもよい。
図４Ａは、図３に示す太陽電池セル２のIVA-IVA線断面図であり、図４Ｂは、図３に示す太陽電池セル２のIVB-IVB線断面図である。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、太陽電池セル２は、半導体基板１１の主面のうちの受光する側の主面（一方主面）である受光面側に順に積層された真性半導体層１３および反射防止層（絶縁層）１５を備える。また、太陽電池セル２は、半導体基板１１の主面のうちの受光面の反対側の主面（他方主面）である裏面側の一部（主に、第１領域７）に順に積層された真性半導体層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２８を備える。また、太陽電池セル２は、半導体基板１１の裏面側の他の一部（主に、第２領域８）に順に積層された真性半導体層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３８を備える。
半導体基板１１は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成される。半導体基板１１は、例えば結晶シリコン材料にｎ型ドーパントがドープされたｎ型の半導体基板である。ｎ型ドーパントとしては、例えばリン（Ｐ）が挙げられる。
半導体基板１１は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア（電子および正孔）を生成する光電変換基板として機能する。
半導体基板１１の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力（照度によらず安定した出力）が得られる。
半導体基板１１は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア（電子および正孔）を生成する光電変換基板として機能する。
半導体基板１１の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力（照度によらず安定した出力）が得られる。
真性半導体層１３は、半導体基板１１の受光面側に形成されている。真性半導体層２３は、半導体基板１１の裏面側の第１領域７に形成されている。真性半導体層３３は、半導体基板１１の裏面側の第２領域８に形成されている。
真性半導体層１３，２３，３３は、例えば真性（ｉ型）アモルファスシリコン材料で形成される。
真性半導体層１３，２３，３３は、パッシベーション層として機能し、半導体基板１１で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。
真性半導体層１３，２３，３３は、例えば真性（ｉ型）アモルファスシリコン材料で形成される。
真性半導体層１３，２３，３３は、パッシベーション層として機能し、半導体基板１１で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。
半導体基板１１の受光面側の真性半導体層１３上には、反射防止層１５が形成されてもよい。反射防止層１５は、例えばＳｉＯ、ＳｉＮ、またはＳｉＯＮ等の絶縁性を有する材料で形成される。
第１導電型半導体層２５は、真性半導体層２３上に、すなわち半導体基板１１の裏面側の第１領域７に形成されている。すなわち、第１導電型半導体層２５は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数の歯部２５ｆと、櫛歯の支持部に相当し、複数の歯部２５ｆの一端が接続された櫛背部２５ｂとを有する。櫛背部２５ｂは、半導体基板１１の一方端側の辺部に沿ってＹ方向に延在し、歯部２５ｆは、櫛背部２５ｂからＸ方向に延在する。
第２導電型半導体層３５は、真性半導体層３３上に、すなわち半導体基板１１の裏面側の第２領域８に形成されている。すなわち、第２導電型半導体層３５は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数の歯部３５ｆと、櫛歯の支持部に相当し、複数の歯部３５ｆの一端が接続された櫛背部３５ｂとを有する。櫛背部３５ｂは、半導体基板１１の他方の辺部に沿ってＹ方向に延在し、歯部３５ｆは、櫛背部３５ｂからＸ方向に延在する。
第１導電型半導体層２５は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。第１導電型半導体層２５は、例えばアモルファスシリコン材料にｐ型ドーパントがドープされたｐ型半導体層である。ｐ型ドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられる。
第２導電型半導体層３５は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。第２導電型半導体層３５は、例えばアモルファスシリコン材料にｎ型ドーパント（例えば、上述したリン（Ｐ））がドープされたｎ型の半導体層である。
第２導電型半導体層３５は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。第２導電型半導体層３５は、例えばアモルファスシリコン材料にｎ型ドーパント（例えば、上述したリン（Ｐ））がドープされたｎ型の半導体層である。
なお、第１導電型半導体層２５がｎ型半導体層であり、第２導電型半導体層３５がｐ型半導体層であってもよい。
また、半導体基板１１は、結晶シリコン材料にｐ型ドーパント（例えば、上述したホウ素（Ｂ））がドープされたｐ型半導体基板であってもよい。
また、半導体基板１１は、結晶シリコン材料にｐ型ドーパント（例えば、上述したホウ素（Ｂ））がドープされたｐ型半導体基板であってもよい。
透明電極層２７は、第１導電型半導体層２５上に、すなわち半導体基板１１の裏面側の第１領域７に形成されている。透明電極層３７は、第２導電型半導体層３５上に、すなわち半導体基板１１の裏面側の第２領域８に形成されている。透明電極層２７，３７は、透明な導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムおよび酸化スズの複合酸化物）等が挙げられる。
第１電極層２８は、透明電極層２７上に、すなわち半導体基板１１の裏面側の第１領域７に形成される。すなわち、第１電極層２８は、図３（および図１）に示すように、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー電極部２８ｆと、櫛歯の支持部に相当し、複数のフィンガー電極部２８ｆの一端が接続されたバスバー電極部２８ｂとを有する。バスバー電極部２８ｂは、第１導電型半導体層２５の櫛背部２５ｂに対応し、半導体基板１１のＸ方向の一方端側の辺部に沿ってＹ方向に延在する。フィンガー電極部２８ｆは、第１導電型半導体層２５の歯部２５ｆに対応し、バスバー電極部２８ｂからＸ方向に延在する。
第２電極層３８は、透明電極層３７上に、すなわち半導体基板１１の裏面側の第２領域８に形成される。すなわち、第２電極層３８は、図３（および図１）に示すように、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー電極部３８ｆと、櫛歯の支持部に相当し、複数のフィンガー電極部３８ｆの一端が接続されたバスバー電極部３８ｂとを有する。バスバー電極部３８ｂは、第２導電型半導体層３５の櫛背部３５ｂに対応し、半導体基板１１のＸ方向の他方端側の辺部に沿ってＹ方向に延在する。フィンガー電極部３８ｆは、第２導電型半導体層３５の歯部３５ｆに対応し、バスバー電極部３８ｂからＸ方向に延在する。
第１電極層２８および第２電極層３８は、金属材料で形成される。金属材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌおよびこれらの合金が用いられる。第１電極層２８および第２電極層３８は、例えば、銀等の金属粉末を含有する導電性ペースト材料で形成される。
以下、太陽電池デバイス１および太陽電池セル２の詳細について説明する。
以下、太陽電池デバイス１および太陽電池セル２の詳細について説明する。
（太陽電池デバイスおよび太陽電池セルの詳細）
図５Ａは、図２に示す太陽電池デバイス１の重ね合わせ領域Ｒｏ付近の拡大断面図であって、図３に示すIVA-IVA線に相当する断面図である。図５Ｂは、図２に示す太陽電池デバイス１の重ね合わせ領域Ｒｏ付近の拡大断面図であって、図３に示すIVB-IVB線に相当する断面図である。
図５Ａは、図２に示す太陽電池デバイス１の重ね合わせ領域Ｒｏ付近の拡大断面図であって、図３に示すIVA-IVA線に相当する断面図である。図５Ｂは、図２に示す太陽電池デバイス１の重ね合わせ領域Ｒｏ付近の拡大断面図であって、図３に示すIVB-IVB線に相当する断面図である。
太陽電池セル２のＸ方向の一方端側（例えば、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂにおいて左端側）の裏面側における重ね合わせ領域Ｒｏには、第１導電型半導体層２５の櫛背部２５ｂおよび第１電極層２８のバスバー電極部２８ｂの一部または全部が配置される。
太陽電池セル２のＸ方向の他方端側（例えば、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂにおいて右端側）の裏面側における重ね合わせ領域Ｒｏには、第２導電型半導体層３５の櫛背部３５ｂおよび第２電極層３８のバスバー電極部３８ｂの一部または全部が配置される。
太陽電池セル２のＸ方向の他方端側（例えば、図３、図４Ａ、図４Ｂ、図５Ａおよび図５Ｂにおいて右端側）の裏面側における重ね合わせ領域Ｒｏには、第２導電型半導体層３５の櫛背部３５ｂおよび第２電極層３８のバスバー電極部３８ｂの一部または全部が配置される。
太陽電池セル２の一方端側における重ね合わせ領域Ｒｏには、Ｙ方向に配列された複数の貫通孔４０が形成されている。貫通孔４０には、導電性部材が充填されている。具体的には、貫通孔４０には、第１電極層２８の材料（例えば、上述した導電性ペースト）が充填されていてもよいし、導電性接着部材６の材料（例えば、上述した導電性接着剤）が充填されていてもよいし、第１電極層２８の材料および導電性接着部材６の材料の両方が充填されていてもよい。これにより、一方の太陽電池セル２の第１電極層２８は、貫通孔４０における導電性部材を介して、他方の太陽電池セル２の第２電極層３８と接続される。
なお、貫通孔４０に充填する材料として安価な材料を選択することにより、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の低価格化が可能となる。
なお、貫通孔４０に充填する材料として安価な材料を選択することにより、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の低価格化が可能となる。
貫通孔４０の内面には、反射防止層（絶縁層）１５の材料を含む絶縁膜１６が形成されていてもよい。これにより、貫通孔４０の内面におけるリーク電流が低減される。
（太陽電池デバイスの製造方法）
次に、本実施形態に係る太陽電池デバイスの製造方法について説明する。まず、図３，図４Ａおよび図４Ｂに示すように、複数の太陽電池セル２を作製する。
次に、本実施形態に係る太陽電池デバイスの製造方法について説明する。まず、図３，図４Ａおよび図４Ｂに示すように、複数の太陽電池セル２を作製する。
半導体基板１１の裏面側の一部（主に、第１領域７）に、真性半導体層２３、第１導電型半導体層２５および透明電極層２７を形成し、半導体基板１１の裏面側の他の一部（主に、第２領域８）に、真性半導体層３３、第２導電型半導体層３５および透明電極層３７を形成する。また、半導体基板１１の受光面側に、真性半導体層１３を形成する。
各層の形成方法としては、ＣＶＤ法（化学気相堆積法）またはＰＶＤ法（物理気相成長法）等が用いられる。
各層の形成方法としては、ＣＶＤ法（化学気相堆積法）またはＰＶＤ法（物理気相成長法）等が用いられる。
次に、太陽電池セル２の一方端側における重ね合わせ領域Ｒｏに、例えばレーザを用いて、Ｙ方向に配列された複数の貫通孔４０を形成する。
次に、太陽電池セル２の受光面側に反射防止層（絶縁層）１５を形成する。これにより、貫通孔４０の内面に、反射防止層１５の材料を含む絶縁膜１６を形成する。
反射防止層１５および絶縁膜１６の形成方法としては、ＣＶＤ法（化学気相堆積法）またはＰＶＤ法（物理気相成長法）等が用いられる。
なお、反射防止層１５を形成した後に、貫通孔４０を形成してもよい。この場合、貫通孔４０の内面に絶縁膜１６が形成されない。
反射防止層１５および絶縁膜１６の形成方法としては、ＣＶＤ法（化学気相堆積法）またはＰＶＤ法（物理気相成長法）等が用いられる。
なお、反射防止層１５を形成した後に、貫通孔４０を形成してもよい。この場合、貫通孔４０の内面に絶縁膜１６が形成されない。
次に、半導体基板１１の裏面側の一部（主に、第１領域７）に第１電極層２８を形成し、半導体基板１１の裏面側の他の一部（主に、第２領域８）に第２電極層３８を形成する。これにより、太陽電池セル２の一方端側の裏面側における重ね合わせ領域Ｒｏに第１電極層２８を形成し、太陽電池セル２の他方端側の裏面側における重ね合わせ領域Ｒｏに第２電極層３８を形成する。
第１電極層２８および第２電極層３８の形成方法としては、例えば導電性ペーストを用いたパターン印刷法、ディスペンサー法または塗布法が用いられる。
第１電極層２８および第２電極層３８の形成方法としては、例えば導電性ペーストを用いたパターン印刷法、ディスペンサー法または塗布法が用いられる。
次に、図１，図２，図５Ａおよび図５Ｂに示すように、複数の太陽電池セル２をシングリング接続して太陽電池デバイス１を作製する。隣り合う太陽電池セル２，２のうちの一方の太陽電池セル２の一方端側の受光面側の一部が、他方の太陽電池セル２の他方端側の裏面側の一部の下に導電性接着部材６を介して重なるように、複数の太陽電池セル２を例えばコンベア上に配置する。
導電性接着部材６の形成方法としては、例えば導電性接着剤を用いたパターン印刷法、ディスペンサー法または塗布法が用いられる。
導電性接着部材６の形成方法としては、例えば導電性接着剤を用いたパターン印刷法、ディスペンサー法または塗布法が用いられる。
次に、複数の太陽電池セル２に圧力を加える。例えば、太陽電池セル２の裏面側をコンベアから吸着することによって、太陽電池セル２に圧力を加える。これにより、第１電極層２８の材料（例えば、上述した導電性ペースト）および導電性接着部材６の材料（例えば、上述した導電性接着剤）のうちの少なくともいずれか一方の導電性部材を貫通孔４０に充填する。これにより、一方の太陽電池セル２の第１電極層２８を、貫通孔４０における導電性部材２８，６を介して、他方の太陽電池セル２の第２電極層３８と接続する。
その後、太陽電池セル２の裏面側もしくは受光面側から例えばＩＲランプで加熱することによって、焼成する。これにより、図１，図２，図５Ａおよび図５Ｂに示すように、複数の太陽電池セル２がシングリング接続された太陽電池デバイス１が得られる。
以上説明したように、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、隣り合う太陽電池セル２，２のうちの一方の太陽電池セル２のＸ方向の一方端側（例えば、図２、図５Ａおよび図５Ｂにおいて左端側）の受光面側の一部が、他方の太陽電池セル２のＸ方向の他方端側（例えば、図２、図５Ａおよび図５Ｂにおいて右端側）の裏面側の一部の下に重なるように、シングリング方式を用いて複数の太陽電池セル２が電気的に接続される。これにより、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００における限られた太陽電池セル実装面積に、より多くの太陽電池セル２が実装可能になり、光電変換のための受光面積が増え、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の出力が向上する。また、太陽電池セル２間に隙間が生じることがなく、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の意匠性が向上する。
また、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、裏面電極型の太陽電池セルを用いるので、電極や配線が視認されず、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の意匠性が更に向上する。
また、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、太陽電池セル２の一方端側における重ね合わせ領域Ｒｏには貫通孔４０が形成されており、貫通孔４０には第１電極層２８の材料および導電性接着部材６の材料のうちの少なくともいずれか一方（導電性部材）が充填されており、一方の太陽電池セル２の第１電極層２８は、貫通孔４０における導電性部材２８，６を介して、他方の太陽電池セル２の第２電極層３８と接続されている。これにより、導電性の接続線等を用いる必要がなく、両面電極型の太陽電池セルをシングリング接続する場合に対する生産性の低下を抑制できる。
更に、両面電極型の太陽電池セルをシングリング接続するための製造装置を用いることができ、裏面電極型の太陽電池セルをシングリング接続するための特別な設備投資が必要なく、設備コストを大幅に抑制できる。
更に、両面電極型の太陽電池セルをシングリング接続するための製造装置を用いることができ、裏面電極型の太陽電池セルをシングリング接続するための特別な設備投資が必要なく、設備コストを大幅に抑制できる。
ここで、上述した特許文献２の図３Ｂには、略Ｕ字状に折り曲げられた接続線材を用いて、裏面電極型の太陽電池セル同士を接続する技術が開示されている。この技術では、接続線材が熱応力等によって外れる恐れがあり、信頼性、安定性の問題が懸念される。また、新たな設備開発が必要となり、大幅なコスト増加が懸念される。
これに対して、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、導電性の接続線等を用いないので、信頼性、安定性に優れる。また、両面電極型の太陽電池セルをシングリング接続するための製造装置を用いることができるため、設備コストを大幅に抑制できる。
これに対して、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、導電性の接続線等を用いないので、信頼性、安定性に優れる。また、両面電極型の太陽電池セルをシングリング接続するための製造装置を用いることができるため、設備コストを大幅に抑制できる。
また、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、貫通孔４０は重ね合わせ領域Ｒｏに形成されるので、視認されず、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の意匠性を損なうことがない。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、太陽電池モジュール１００は、単数の太陽電池デバイス１を備える形態を例示したが、太陽電池モジュール１００は、例えばＹ方向に配列された複数の太陽電池デバイス１を備えてもよい。
また、上述した実施形態では、図４Ａおよび図４Ｂに示すようにヘテロ接合型の太陽電池セル２を含む太陽電池デバイス１を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、ホモ接合型の太陽電池セル等の種々の太陽電池セルを含む太陽電池デバイスにも適用可能である。
また、上述した実施形態では、結晶シリコン材料を用いた太陽電池セル２を例示したが、これに限定されない。例えば、太陽電池セルの材料としては、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の種々の材料が用いられてもよい。
１ 太陽電池デバイス（太陽電池ストリング）
２ 太陽電池セル
３ 受光側保護部材
４ 裏側保護部材
５ 封止材
６ 導電性接着部材
７ 第１領域
７ｆ，８ｆ 歯部
７ｂ，８ｂ 櫛背部
８ 第２領域
１１ 半導体基板１１
１３，２３，３３ 真性半導体層
１５ 反射防止層（絶縁層）
１６ 絶縁膜
２５ 第１導電型半導体層
２５ｆ，３５ｆ 歯部
２５ｂ，３５ｂ 櫛背部
２７，３７ 透明電極層
２８ 第１電極層
２８ｆ，３８ｆ フィンガー電極部
２８ｂ，３８ｂ バスバー電極部
３５ 第２導電型半導体層
３８ 第２電極層
４０ 貫通孔
１００ 太陽電池モジュール
２ 太陽電池セル
３ 受光側保護部材
４ 裏側保護部材
５ 封止材
６ 導電性接着部材
７ 第１領域
７ｆ，８ｆ 歯部
７ｂ，８ｂ 櫛背部
８ 第２領域
１１ 半導体基板１１
１３，２３，３３ 真性半導体層
１５ 反射防止層（絶縁層）
１６ 絶縁膜
２５ 第１導電型半導体層
２５ｆ，３５ｆ 歯部
２５ｂ，３５ｂ 櫛背部
２７，３７ 透明電極層
２８ 第１電極層
２８ｆ，３８ｆ フィンガー電極部
２８ｂ，３８ｂ バスバー電極部
３５ 第２導電型半導体層
３８ 第２電極層
４０ 貫通孔
１００ 太陽電池モジュール
Claims (8)
- 電気的に接続された複数の太陽電池セルを備える太陽電池デバイスであって、
前記複数の太陽電池セルにおける隣り合う太陽電池セルのうちの一方の太陽電池セルの一方端側の一方主面側の一部は、前記隣り合う太陽電池セルのうちの他方の太陽電池セルの前記一方端側と反対の他方端側の前記一方主面側と反対の他方主面側の一部の下に重なっており、
前記複数の太陽電池セルの各々は、半導体基板と、前記半導体基板の前記他方主面側の一部に形成された第１導電型半導体層および第１電極層と、前記半導体基板の前記他方主面側の他の一部に形成された第２導電型半導体層および第２電極層とを含む裏面電極型の太陽電池セルであり、
前記隣り合う太陽電池セルの一部同士が重なり合う重ね合わせ領域であって、前記一方の太陽電池セルの前記一方端側の前記他方主面側における前記重ね合わせ領域には前記第１電極層が形成され、前記他方の太陽電池セルの前記他方端側の前記他方主面側における前記重ね合わせ領域には前記第２電極層が形成されており、
前記太陽電池セルの前記一方端側における前記重ね合わせ領域には、貫通孔が形成されており、
前記貫通孔には導電性部材が充填されており、
前記一方の太陽電池セルの前記第１電極層は、前記貫通孔における前記導電性部材を介して、前記他方の太陽電池セルの前記第２電極層と接続されている、
太陽電池デバイス。 - 前記隣り合う太陽電池セルは、前記重ね合わせ領域において、導電性接着部材を介して接着されており、
前記貫通孔における前記導電性部材は、前記第１電極層の材料および前記導電性接着部材の材料のうちの少なくともいずれか一方を含む、
請求項１に記載の太陽電池デバイス。 - 前記複数の太陽電池セルの各々は、前記半導体基板の前記一方主面側に形成された絶縁層を含み、
前記貫通孔の内面には、前記絶縁層の材料を含む絶縁膜が形成されている、
請求項１または２に記載の太陽電池デバイス。 - 請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池デバイスを含む太陽電池モジュール。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池デバイスの製造方法であって、
前記複数の太陽電池セルの各々において、前記半導体基板の前記他方主面側の一部に前記第１導電型半導体層を形成し、前記半導体基板の前記他方主面側の他の一部に前記第２導電型半導体層を形成し、
前記複数の太陽電池セルの各々において、前記太陽電池セルの前記一方端側における前記重ね合わせ領域に前記貫通孔を形成し、
前記複数の太陽電池セルの各々において、前記半導体基板の前記他方主面側の一部に前記第１電極層を形成し、前記半導体基板の前記他方主面側の他の一部に前記第２電極層を形成することによって、前記一方の太陽電池セルの前記一方端側の前記他方主面側における前記重ね合わせ領域に前記第１電極層を形成し、前記他方の太陽電池セルの前記他方端側の前記他方主面側における前記重ね合わせ領域に前記第２電極層を形成し、
前記隣り合う太陽電池セルのうちの前記一方の太陽電池セルの前記一方端側の前記一方主面側の一部が、前記隣り合う太陽電池セルのうちの前記他方の太陽電池セルの前記他方端側の前記他方主面側の一部の下に導電性接着部材を介して重なるように、前記複数の太陽電池セルを配置し、
前記複数の太陽電池セルに圧力を加えて、前記第１電極層の材料および前記導電性接着部材の材料のうちの少なくともいずれか一方の導電性部材を前記貫通孔に充填することにより、前記一方の太陽電池セルの前記第１電極層を、前記貫通孔における前記導電性部材を介して、前記他方の太陽電池セルの前記第２電極層と接続する、
太陽電池デバイスの製造方法。 - 前記貫通孔を形成した後であって、前記第１電極層および前記第２電極層を形成する前に、前記半導体基板の前記一方主面側に絶縁層を形成することにより、前記貫通孔の内面に、前記絶縁層の材料を含む絶縁膜を形成する、請求項５に記載の太陽電池デバイスの製造方法。
- 前記貫通孔を形成する際、レーザを用いて前記貫通孔を形成する、請求項５または６に記載の太陽電池デバイスの製造方法。
- 前記貫通孔に前記導電性部材を充填する際、前記複数の太陽電池セルを吸着することにより、前記複数の太陽電池セルに圧力を加える、請求項５〜７のいずれか１項に記載の太陽電池デバイスの製造方法。
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