TWI388065B - 太陽電池元件及太陽電池模組 - Google Patents

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Description

太陽電池元件及太陽電池模組
本發明係有關太陽電池元件及太陽電池模組，尤指關於使良率及可靠性提升的技術。
因為太陽電池可將乾淨且取之不盡的能源之太陽光直接轉換成電力，所以是一種受期待的新能源。
將此種太陽電池作為住宅或大樓等的電源使用時，因為每片太陽電池的輸出很小，頂多數W左右，因此，一般是使用將複數個太陽電池元件藉由稱為連接片(tab)的導電性連接構件加以電性串聯或並聯，以將輸出提高至數百瓦特的太陽電池模組。
一般來說，上述連接片是在預設於太陽電池元件之連接面的集電極，使用銲劑連接。當構成太陽電池元件之連接面的材料是由單晶矽或多晶矽等具有較高耐熱性的材料構成時，上述集電極是使用陶瓷製的導電性糊形成。又，當構成上述連接面的材料是由非晶質半導體材料等不太具有耐熱性的材料構成時，上述集電極是使用樹脂製的導電性糊形成。就該習知的樹脂製導電性糊而言，日本特開2005－217148號公報中，記載了含有環氧樹脂的樹脂製導電性糊。
由於太陽電池模組一般是設置於住宅的屋頂等戶外且長時間使用，所以容易受到溫度變化或濕度變化等周圍環境變化的影響。尤其，太陽電池模組係由配置於受光面側的玻璃、Si(矽)等半導體材料所構成的太陽電池元件、配置於背面側的耐候性樹脂薄膜、將太陽電池元件密封於內部的樹脂製密封劑、及用以將太陽電池元件彼此連接之金屬性連接片等熱膨脹係數不同的各種構件所構成，所以容易受到溫度變化的影響。因此，長時間持續使用時，在各個構件間的接觸界面會蓄積由於熱變化所產生之內部應力而引起的應力(stress)。所以，例如，會有在太陽電池元件的連接面與集電極的接觸界面、在集電極與銲劑之接觸界面等不同種材料間之接觸界面的密接性降低，且太陽電池元件與連接片間之接觸電阻的增加或者連接片之剝離等問題產生之虞。
因此，本發明的目的在於提供一種不易受到此種環境變化的影響，且可提升長時間可靠性的太陽電池元件及太陽電池模組。
本發明之第1特徵係具有：呈現光電轉換功能的光電轉換部；及在該光電轉換部的受光面側露出該受光面的一部分而設置的集電極之太陽電池元件，其要旨為：在上述集電極的受光面側，藉著接著劑連接配線連接片，而上述集電極包含：硬化性第1樹脂、導電性材、及在與上述第1樹脂之間形成海島構造的第2樹脂，且在上述集電極的內部設有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述接著劑側或上述光電轉換部側之任一者的表面區域的濃度比的內部區域。
根據本發明，集電極包括：硬化性第1樹脂、及在與該硬化性第1樹脂之間形成海島構造的第2樹脂，且在上述集電極內部具有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述接著劑側或上述光電轉換部側之任一者的表面區域的濃度比的區域。因此，可將上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比設成較大之區域的內部應力縮小，故可緩和在該區域因環境變化等的主要因素而施加在集電極的應力。所以，根據本發明，可提供一種即使因環境變化等的主要因素而施加有應力時，亦可抑制在集電極蓄積過剩的應力，因此，可抑制因在集電極蓄積過剩的應力而導致連接片剝落等不良情形的產生。
本發明的第1特徵中，上述第1樹脂為環氧樹脂，上述第2樹脂為矽酮(silicone)樹脂亦可。
第2樹脂在與第1樹脂之間形成海島構造係表示，在占大多數勢的第1樹脂中，不與第1樹脂混合，第2樹脂係以形成島部的形態分布。如上所示，根據由含有硬化性第1樹脂、在與該第1樹脂之間具有海島構造的第2樹脂、以及導電性材的樹脂製導電性糊所製造的本發明之集電極，可在第2樹脂相對於第1樹脂的濃度比較大的區域，形成較多的海島構造。結果，在該區域中，第1樹脂彼此的結合會被第2樹脂分斷，所以內部應力會變小，可緩和從外部施加的壓力。就此種第2樹脂而言，可使用對第1樹脂相溶性低的樹脂。
本發明的第1特徵中，在上述集電極的內部，亦可設有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述受光面側之表面區域的濃度比的內部區域。
根據本發明，相較於受光面側之表面區域，集電極係在內部具有第2樹脂相對於第1樹脂的濃度比係設成較大的內部區域。因此，在集電極之受光面側的表面區域將上述連接片透過接著劑接著時，不會損害集電極與接著劑的接著性，所以可良好地維持集電極與連接片的接著性。
本發明的第1特徵中，復具有設置於上述光電轉換部之受光面上的透光性導電膜，且上述集電極係在上述透光性導電膜的受光面上露出該透光性導電膜的一部分而設置，且在上述集電極的內部亦可設有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述透光性導電膜側之表面區域的濃度比的內部區域。
根據本發明，相較於透光性導電膜側之表面區域，集電極係在內部具有第2樹脂相對於第1樹脂的濃度比係設為較大的內部區域。因此，不會損害集電極與透光性導電膜的接著性，所以可良好地維持集電極與透光性導電膜的接著性。
本發明的第1特徵中，在上述集電極之受光面側的表面區域亦可設置：上述第2樹脂相對於第1樹脂的濃度比係設成小於上述內部區域之上述濃度比的區域。
根據本發明，集電極具有第2樹脂相對於第1樹脂的濃度比係設成小於內部區域之濃度比的區域。因此，在集電極之受光側的表面區域將連接片透過銲劑接著時，不會損害集電極與銲劑的接著性，所以可良好地維持集電極與連接片的接著性。
本發明的第2特徵中，係在玻璃與樹脂薄膜之間，藉由密封材將利用配線連接片電性連接之複數個太陽電池元件予以密封所構成的太陽電池模組，其要旨為：上述太陽電池元件具有：呈現光電轉換功能的光電轉換部、及設置於該光電轉換部之受光面側的集電極，同時，上述集電極包括：硬化性第1樹脂、導電性材、及在與上述第1樹脂之間形成海島構造的第2樹脂，且在上述集電極的內部設有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述受光面側之表面區域的濃度比的內部區域，而上述配線連接片在上述集電極的上述表面區域係藉由銲劑接著。
本發明的第3特徵中，係在玻璃與樹脂薄膜之間，藉由密封材將利用配線連接片電性連接之複數個太陽電池元件予以密封所構成的太陽電池模組，其要旨為：上述太陽電池元件具有：呈現光電轉換功能的光電轉換部；設置於該光電轉換部之受光面上的透光性導電膜；及在該透光性導電膜的受光面上，露出該透光性導電膜之表面的一部分而設置的集電極，同時，上述集電極包括：硬化性第1樹脂、導電性材、及在與上述第1樹脂之間形成海島構造的第2樹脂，且在上述集電極的內部設有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述透光性側導電膜側之表面區域的濃度比之內部區域。
 《第1實施形態》
以下，參照圖式，說明本發明之第1實施形態。
(太陽電池元件1的構成)
第1圖係用以說明本實施形態之太陽電池元件1的構造圖。該圖(A)係剖面構造圖，該圖(B)係從光入射側觀看太陽電池元件1的平面圖。此外，該圖(A)係沿著該圖(B)之匯流排(bus bar)部6B之長度方向的剖面之構造圖。
第1圖所示的太陽電池元件1係在連接有連接片(tab)12的連接面，具有非晶質半導體層之太陽電池元件的一例。
在n型單晶矽基板2的一主面上，依序積層有實質上為本質(i型)非晶質矽層3、p型非晶質矽層4。又，在n型單晶矽基板2的其他主面上，依序積層有實質上為本質(i型)非晶質矽層7、n型非晶質矽層8。
並且，藉由此等n型非晶質矽層8、實質上為本質非晶質矽層7、n型單晶矽基板2、實質上為本質非晶質矽層3及p型非晶質矽層4，構成有光電轉換部100。
又，在p型非晶質矽層4上，依序積層有由ITO(Indium Tin Oxide：氧化銦錫)所構成的透光性導電膜5、及由樹脂製導電性糊所構成的集電極6。在n型非晶質矽層8上，依序積層有由ITO所構成的透光性導電膜9、及由樹脂製導電性糊所構成的集電極10。
並且，由光電轉換部100、透光性導電膜5、透光性導電膜9、集電極6、集電極10，構成本實施形態的太陽電池元件1。
在該太陽電池元件1中，入射光係通過集電極6及透光性導電膜5，從p型非晶質矽層4側朝n型單晶矽基板2方向入射。為了使入射光有效地入射至n型單晶矽基板2，配置於光入射側的集電極6係以使透光性導電膜5之表面的一部分露出的方式設置。具體而言，如第1圖(B)所示，集電極6係由：具有細長形狀之相互平行的複數個指部6A、6A…；及用以將各指部6A、6A…彼此電性連接的匯流排部6B、6B所構成。因此，入射光係從由此等各指部6A、6A…及由匯流排部6B、6B露出之透光性導電膜5的表面，入射至光電轉換部100內。
此外，為了使入射光的入射面積增大，各指部6A、6A…係儘量形成窄幅。另一方面，匯流排部6B、6B為了與連接片12接著，再者，為了將電阻儘量地減小，故至少形成與連接片12相同程度的寬度或更寬的寬度。
配置於N型非晶質矽層8側的集電極10係配置於光入射面之相反側的面。因此，集電極10亦可形成於透光性導電膜9上的整面，或者與配置於光入射側的集電極6同樣地，亦可由複數個指部6A、6A…及匯流排部6B、6B所構成。
由銅等的金屬製薄板等具有可撓性的導電性構件所構成的連接片12，係使用銲劑(接著劑)與相鄰接之一邊的太陽電池元件1的集電極6的匯流排部6B、及另一邊之太陽電池元件1的集電極10接著。以此方式，相鄰接之太陽電池元件1係彼此電性連接。
如第2圖的剖面構造圖所示，藉由連接片12電性連接的複數個太陽電池元件1被夾持於由配置於光入射側之玻璃等所構成的光入射側支持構件14、及由耐候性薄膜所構成的背面構件15之間，且藉由密封於由樹脂材料所構成之密封劑13的內部，而構成太陽電池模組。
(集電極6的構成)
繼之，以下，詳細說明作為本發明之特徵部分之集電極6的構成。第3圖係用以說明配置於光入射側之集電極6的構造之放大剖面構造圖。
如該圖所示，本實施形態的集電極6係具有第1層601和第2層602的兩層構造，該第1層601係配置於與透光性導電膜5連接的一側，該第2層602係配置於與用以接著集電極6和連接片12之銲劑所構成的銲劑層200連接的一側。
第1層601及第2層602皆由：導電性材(導電性填充物)、熱硬化性樹脂(本發明的第1樹脂)、及在與該熱硬化性樹脂之間形成海島構造之第2樹脂所構成的樹脂型導電性糊所構成。第2樹脂相對於第1樹脂的濃度比係以配置於與上述銲劑層200相反側之透光性導電膜5側的第1層601，大於配置於與銲劑層200連接一側的第2層602的方式構成。
(作用．效果)
因此，根據本實施形態，由於在第1層601中海島構造的形成比第2層602還多，所以熱硬化性樹脂彼此的結合力比第2層602弱。結果，具有緩和因長時間使用太陽電池模組，而蓄積於透光性導電膜5和連接片12之間的內部應力所產生的應力之效果。
繼之，具體說明本發明的效果。
(實驗1)
以下，就調查本發明之第2樹脂對電極中的內部應力所帶來之效果的結果加以說明。
首先，在具有紋理(texture)面之n型單晶矽基板的表面，依序形成有厚度50的i型非晶質矽層、厚度50的p型非晶質矽層、及厚度1500的ITO膜。接著，在該ITO膜上，使用具有作為本發明之第1樹脂的雙酚A型環氧樹脂、及在與第1樹脂之間形成海島形狀之作為第2樹脂的矽酮樹脂之樹脂型導電性糊，而形成厚度10 μ m及50 μ m的電極。此外，導電性糊各含有50wt%之作為導電性填充物的1至5 μ m ψ的球狀銀粉，及5至20 μ m ψ的片狀銀粉。
接著，使導電性糊中之矽酮樹脂的濃度在0wt%至20wt%之間變化，並將形成有電極的樣品之電極中的內部應力以下述的方式進行調查。
就內部應力之正確的測定方法而言，已知有聲音彈性法等，但是，在此，為了檢測形成有凹凸之紋理面之矽基板表面上的內部應力，係使用圍棋盤格法(依據JIS K 5400)，藉由調查連接片的剝離狀況，來檢測電極中的內部應力。
圍棋盤格法是指，在實驗片切出預定間隔的圍棋盤格狀缺口，並以目視觀察該缺口的狀態，依據該狀態(缺損部的面積等)進行10階段的評估。本實驗中，係使用具有125×125mm之大小的基板，形成30×30mm之大小的電極，且在其中央附近以1mm間隔切出11條缺口，接著，以與上述缺口垂直相交的方式，以1mm間隔切出11條缺口，藉以在10×10mm的區域形成100個方格眼，並評估此等方格眼的剝離狀況。
根據上述圍棋盤格法，比較以厚度10 μ m形成電極之樣品、及以厚度50 μ m形成電極之樣品的缺損狀態。兩者的差異較大時，則判斷為內部應力較高。其理由係如下所述。
形成於ITO膜上之電極的剝離，被認為有因ITO膜與電極的密接性較低所引起的剝離、及因電極內部的內部應力較高所引起的剝離等兩種。因此，本實驗中，藉由比較厚度不同之兩種樣品的剝離狀態，來評估因電極內部的內部應力較大所引起的剝離。亦即，當ITO膜與電極之間的密接性低時，由於在厚度不同之兩種樣品的任一者，剝離均很大，所以在厚度不同的樣品間剝離狀況不會產生太大的差異。另一方面，當ITO膜與電極之間的密接性高時，剝離係因電極內部的內部應力而產生。在此，已知膜中的內部應力係隨著膜的厚度越大而變大。因此，膜中的內部應力較大的樣品，即使在厚度較小時難以剝離，但在厚度變大時就變得容易剝離，所以在厚度較小的樣品與厚度較大的樣品之間，剝離狀態的差異會變大。
使用上述圍棋盤格法，具體而言，藉由目視將剝離的狀況在0至10點的範圍附註點數，若膜厚在10 μ m與50 μ m之樣品間的點數差為0的話，則為「低」，為2的話，則為「中間」，為4以上的話，則為「高」。表1中，表示本實驗之矽酮樹脂的濃度(重量百分比。以下，wt%)為矽酮樹脂相對於環氧樹脂的濃度比。
如該表所示，將導電性糊中之矽酮樹脂的濃度變大，即可使電極中的內部應力減小。此乃如先前所述，由於環氧樹脂與矽酮樹脂的相溶性較低，所以將環氧樹脂與矽酮樹脂混合時，可在糊內部形成海島構造(矽酮樹脂為島部)。結果，可推測為因環氧樹脂的內部應力被矽酮樹脂分斷，樹脂整體的內部應力降低的緣故。
因此，並不限定於矽酮樹脂，只要是與環氧樹脂相溶性低的材料的話，即可在糊中形成海島構造，所以可將藉由該導電性糊製作之電極中的內部應力減小。
又，根據該表，矽酮樹脂的濃度為5wt%以上時可將內部應力減小，較理想是矽酮樹脂的濃度為20wt%以上。
(實驗2)
繼之，以下，說明本發明之第2樹脂對於與銲劑的接著性所帶來的效果。
本實驗中，亦使用含有作為第1樹脂的雙酚A型環氧樹脂、及作為第2樹脂的矽酮樹脂之樹脂型導電性糊，形成電極。此外，本實驗也是在導電性糊中各含有50wt%之作為導電性填充物之1至5μ m ψ的球狀銀粉，及5至20 μ m ψ的片狀銀粉。
接著，使導電性糊中之矽酮樹脂的濃度在0wt%至30wt%之間變化而形成電極以製作樣品，且在各個電極表面銲接由銅箔構成的連接片，然後，在剝離後用目視觀察連接片的銲接面，藉以進行銲劑之接著性的確認實驗。亦即，利用評估銲接時的熱使連接片之銲料與集電極中之銀糊形成合金化的面積比例，以評估銲劑之接著性程度。可以說該合金化的面積比例越高，銲劑的接著性就越高。
表2係表示本實驗之導電性糊中之矽酮樹脂的濃度與銲劑接著性(根據目視之合金化的面積比例)的關係。如該表所示，獲知導電性糊中之矽酮樹脂的濃度越少，越可提升銲劑接著性。此外，該表中，表示矽酮樹脂的濃度(wt%)為矽酮樹脂相對於環氧樹脂的濃度比。
根據該表，矽酮樹脂的濃度為10wt%以下時，銲劑接著性可成為50%以上，較理想是矽酮樹脂的濃度為5wt%以下時，可使銲劑接著性成為80%以上。
如以上的說明。使用含有硬化性第1樹脂、及在與第1樹脂之間形成海島形狀的第2樹脂、和導電性材的導電性糊，形成電極時，藉由增加導電性糊中之第2樹脂的濃度，即可減少電極中的內部應力，藉由減少導電性糊中之第2樹脂的濃度，即可使銲接連接片時與銲劑的接著性提升。
因此，集電極在內部具有將第2樹脂相對於第1樹脂的濃度設為大於受光面側之表面區域的濃度比的區域，藉此可在不會損害與銲劑之接著性的情況下，良好地維持集電極與連接片的接著性，同時可將電極的內部應力減小。
以下，具體地說明這點。
(實驗3)
本實驗中，在具有紋理表面的n型單晶矽基板上，形成厚度50的i型非晶質矽層、厚度50的p型非晶質矽層、及厚度1500的ITO膜，且在該ITO膜上，使用樹脂型導電性糊，形成厚度30 μ m的集電極，藉以製成樣品。此外，集電極係如第2圖所示，形成為具有複數個指部6A、6A、…及匯流排部6B、6B的形狀。
在此，就導電性糊而言，係使用作為第1樹脂的雙酚A型環氧樹脂、在與第1樹脂之間形成海島構造之作為第2樹脂的矽酮樹脂、及作為導電性填充物之各含有50wt%之1至5 μ m ψ的球狀銀粉、和5至20 μ m ψ的片狀銀粉之糊材料。
接著，使用將矽酮樹脂的濃度設為0wt%、5wt%、10wt%及20wt%的樹脂糊，且形成單層構造的集電極，藉以形成比較例1至4的樣品。
繼之，將集電極的構造做成第3圖所示的兩層構造，且由矽酮樹脂濃度為20wt%的樹脂糊形成ITO側的第1層(厚度15 μ m)，且由矽酮樹脂濃度分別為10wt%、5wt%的樹脂糊形成銲劑側的第2層(厚度15 μ m)，藉以形成實施例1、2的樣品。
就各個樣品，利用銲劑將銅箔所構成的連接片接著在集電極的匯流排部，且測定與集電極之銲劑的接著性及連接片強度。
此外，與銲劑的接著性係可利用與實驗2相同的方法來測定。又，連接片強度係以將透過銲劑接著在匯流排部的連接片相對於基板的表面向上折成直角，且將該折上的端部相對於基板的表面朝向垂直方向(即折上方向)拉引，於連接片剝離時所施加於連接片的強度來表示。具體而言，如第4圖所示，將測定對象的樣品16固定於撕離強度測定器20的樣品台上(未圖示)，同時，用夾鉗(clip)21將銲接著於樣品16之集電極(未圖示)上的連接片12夾住。然後，轉動撕離強度測定器20的搖把22，拉引夾鉗21直到連接片12從樣品剝離為止。接著，藉由測定顯示於撕離強度測定器20之量計(gage)23的撕離強度之最大值，來測定連接片強度。
表3係表示對於比較例1至4的樣品及實施例1、2的樣品所測定之與銲劑的接著性及連接片強度。此外，該表中，表示矽酮樹脂的濃度(wt%)係為矽酮樹脂相對於環氧樹脂的濃度比。
如該表所示，在以單層構造形成有集電極之比較例1至4的樣品中，越是將樹脂糊中之矽酮樹脂濃度加大而形成的集電極，與銲劑的接著性越降低，但連接片強度越增大。此如實驗1的說明，可視為樹脂糊中的矽酮樹脂濃度越增加，集電極中的內部應力越小，故連接片強度會變大。
繼之，將集電極作成兩層構造，且使ITO側之第1層的矽濃度大於銲劑層側之第2層而形成的實施例1、2的樣品中，與將銲劑層側的第2層藉由相同矽酮樹脂濃度的樹脂糊形成之比較例2及3的樣品相比較，得知可在不會使銲劑接著性降低的情況下，提升連接片強度。
根據該表，第2層的矽酮樹脂濃度為10wt%以下時，可使銲劑接著性成為50%以上、連接片強度成為150g以上，較理想是，矽酮樹脂的濃度為5wt%以下，可使銲劑接著性成為80%以上、連接片強度成為180g以上。
此外，本發明之太陽電池元件的集電極並不限定於上述兩層構造，亦可為具有三層以上的層構造。以下，說明該例子。
(實驗4)
繼之，將具有第5圖所示之三層構造之集電極的實施例3之樣品以以下述方式形成。
首先，與實驗3同樣，在n型單晶矽基板的表面，形成i型非晶質矽層、p型非晶質矽層及ITO膜。
接著，使用與實驗3所使用者相同的樹脂糊，形成三層構造的集電極。此時，與ITO膜鄰接的第1層603(厚度10 μ m)，係由矽酮樹脂濃度為5wt%的樹脂糊所形成。接著，在第1層603上，使用矽酮樹脂濃度為20wt%的樹脂糊，形成厚度10 μ m的第2層604。最後，在第2層604上，使用矽酮樹脂濃度為5wt%的樹脂糊，形成厚度10 μ m的第3層605。在以此方式形成之實施例3之樣品的集電極上，利用銲劑接著由銅箔所構成的連接片，並測定銲劑接著性及連接片強度。結果，實施例3之樣品的接著性為80%，連接片強度為200g，可獲得最優良的連接片強度。此被認為隨著第1層603的矽調配率減低，可使糊與ITO的接著力提昇，所以搭配上述實驗2所述的結果，與實驗例2相比較，連接片強度可進一步提升。
如上所述，即便在具有三層以上之層構造的集電極中，本發明也有效。
《第2實施形態》
以下，參照圖式，說明本發明之第2實施形態。
(太陽電池元件1的構成)
本實施形態之太陽電池元件1及太陽電極模組的構造，係與第1圖及第2圖所示之上述第1實施形態之太陽電池元件1及太陽電池模組的構造相同，所以省略說明。
(集電極6的構成)
以下，詳細說明作為本發明之特徵部分之集電極6的構成。第6圖係用以說明配置於光入射側之集電極6的構造之放大剖面構造圖。
如該圖所示，本實施形態的集電極6係具有第1層606和第2層607的兩層構造，該第1層606係配置於與透光性導電膜5鄰接的一側，該第2層607係配置於與用以接著集電極6和連接片12之銲劑所構成的銲劑層200的一側。
第1層606及第2層607係皆由：導電性材(導電性填充物)、熱硬化性樹脂(本發明的第1樹脂)、及在與該熱硬化性樹脂之間形成海島構造之第2樹脂所構成的樹脂型導電性糊所構成。第2樹脂相對於第1樹脂的濃度比，係在內部具有比透光性導電膜5側之第1層606的濃度比更大的區域(第2層607)。
(作用．效果)
因此，根據本實施形態，由於第2層607中海島構造比第1層606形成還多，所以熱硬化性樹脂彼此的結合力比第1層606弱。結果，可利用第2層607緩和因長時間使用太陽電池模組，而蓄積於透光性導電膜5和連接片12之間的內部應力所產生的應力。
繼之，具體說明本發明的效果。
(實驗5)
以下，就調查本發明之第2樹脂對電極與透明導電膜的接著性及電極中的內部應力所帶來之效果的結果加以說明。
首先，在具有紋理(texture)面之n型單晶矽基板的表面，依序形成有厚度50的i型非晶質矽層、厚度50的p型非晶質矽層、及厚度1500的ITO膜。接著，在該ITO膜上，使用具有作為本發明之第1樹脂的雙酚A型環氧樹脂、及在與第1樹脂之間形成海島構造之作為第2樹脂的矽酮樹脂之樹脂型導電性糊，形成厚度10 μ m及50 μ m的電極。此外，導電性糊含有各50wt%之作為導電性填充物的1至5 μ m ψ的球狀銀粉、和5至20 μ m ψ的片狀銀粉。
接著，使導電性糊中之矽酮樹脂的濃度在0wt%至20wt%之間變化，並以如下的方式調查形成有電極的樣品之電極中的內部應力。
就內部應力之正確的測定方法而言，已知有聲音彈性法等，但是，在此，為了檢測形成有凹凸之紋理面之矽基板表面上的內部應力，係使用圍棋盤格法(依據JIS K 5400)，藉由調查連接片的剝離狀況，來檢測電極中的內部應力。
圍棋盤格法是指，在實驗片切出預定間隔的圍棋盤格狀缺口，用目視觀察該缺口的狀態，並依據該狀態(缺損部的面積等)進行10階段的評估。
本實驗中，使用具有125×125mm之大小的基板，形成30×30mm之大小的電極，且在該中央附近以1mm間隔切出11條缺口，接著，以與上述缺口垂直相交的方式，以1mm間隔切出11條缺口，藉以在10×10mm的區域形成100個方格眼，並評估此等方格眼的剝離狀況。
(與透明導電膜的接著性)
首先，就以10 μ m的厚度形成有電極的樣品，使用上述圍棋盤格法，評估透明導電膜(ITO膜)與電極的接著性。具體而言，用目視調查各樣品之剝離的個數，且在0至10點的範圍附註點數，加以評估。將該結果顯示於表4。此外，10點表示為「高」、8點為「稍高」、6點為「中間」、4點為「稍低」、0至2點為「低」。又，該表中亦顯示矽酮樹脂的濃度為矽酮樹脂相對於環氧樹脂的濃度比。
如該表所示，獲知導電性糊中之矽酮樹脂的濃度越減少，與ITO的接著性越可提升。較理想是矽酮樹脂的濃度為5wt%以下時，可使與ITO的接著性提升。
(內部應力)
檢測本發明之第2樹脂對電極中的內部應力所帶來的效果時，可獲得與上述實驗1同樣的結果。關於實驗結果，可參照表1。
如以上的說明，使用第1樹脂、在與該第1樹脂之間形成海島構造的第2樹脂、及含有導電性材的導電性糊形成電極時，藉由增加導電性糊中之第2樹脂的濃度，可減少電極中的內部應力。又，藉由減少導電性糊中之第2樹脂的濃度，可提升與ITO的接著性。
因此，如本發明所示，集電極在內部具有將第2樹脂相對於第1樹脂的濃度比，設為大於透明導電膜之表面區域的濃度比的內部區域，藉此可減小電極的內部應力，同時可使與ITO的接著性提升。
以下，具體地說明這點。
(實驗6)
本實驗中，在具有紋理表面的n型單晶矽基板上，形成厚度50的i型非晶質矽層、厚度50的p型非晶質矽層、及厚度1500的ITO膜，且在該ITO膜上，使用樹脂型導電性糊，形成厚度30 μ m的集電極，藉以製成樣品。此外，集電極係如第2圖所示，形成為具有複數個指部6A、6A、…和匯流排部6B、6B的形狀。
在此，就導電性糊而言，係使用作為第1樹脂的雙酚A型環氧樹脂、在與第1樹脂之間形成海島構造之作為第2樹脂的矽酮樹脂、及作為導電性填充物之各含有50wt% 1至5 μ m ψ的球狀銀粉、和5至20 μ m ψ的片狀銀粉之糊材料。
接著，使用將矽酮樹脂的濃度設為0wt%、5wt%及10wt%的樹脂糊，且形成單層構造的集電極，藉此形成比較例1至3的樣品。此等比較例1至3係與上述實驗3中所製造的比較例1至3為同樣者。
繼之，將集電極的構造形成第6圖所示的兩層構造，由矽酮樹脂濃度為5wt%的樹脂糊形成ITO側的第1層(厚度15 μ m)，由矽酮樹脂濃度為10wt%及20wt%的樹脂糊形成銲劑側的第2層，以製作實施例4、5的樣品。又，由矽酮樹脂濃度為0wt%的樹脂糊形成ITO側的第1層(厚度15 μ m)，由矽酮樹脂濃度為10wt%的樹脂糊形成銲劑層側的第2層，以製作實施例6的樣品。
就各個樣品，使用上述圍棋盤格法，調查電極的剝離狀況，並簡易地評估其與ITO的接著性。
就各個樣品，在集電極的匯流排部利用銲劑接著由銅箔所構成的連接片，且測定連接片強度。
此外，連接片強度係與上述實驗3同樣，利用第4圖所示的撕離強度測定器20來測定。
表5係表示測定比較例1至3的樣品、及實施例4至6的樣品與ITO的接著性及連接片強度。此外，該表中亦顯示矽酮樹脂的濃度(wt%)為矽酮樹脂相對於環氧樹脂的濃度比。
如該表所示，以單層構造形成有集電極之比較例1至3的樣品中，越是將樹脂糊中之矽酮樹脂濃度加大而形成的集電極，與ITO的接著性越降低，但連接片強度越增大。此係如實驗5的說明所示，可推測為樹脂糊中的矽酮樹脂濃度越高，與ITO的接著性越低，但，由於集電極中的內部應力變小，使得內部應力變小所導致之應力緩和的效果較大，所以連接片強度會變大。
繼之，將集電極形成兩層構造，且由矽酮樹脂濃度為5wt%的導電性糊形成ITO膜側的第1層，由矽酮樹脂濃度分別為10wt%、20wt%的導電性糊形成銲劑層側的第2層之實施例4、5的樣品，與由矽酮樹脂濃度為5wt%的導電性糊形成第1層及第2層兩者之比較例2的樣品相比較時，獲知實施例4、5的樣品可在不會降低與ITO之接著性的情況下，提升連接片強度提升。
又，比較由矽酮樹脂濃度為0wt%的導電性糊形成ITO膜側的第1層，且由矽酮樹脂濃度為10wt%的導電性糊形成銲劑層側的第2層之實施例6的樣品、與由矽酮樹脂濃度為0wt%的導電性糊形成第1層及第2層之比較例1的樣品時，得知實施例6的樣品可在不會降低與ITO膜的接著性的情況下，提升連接片強度。
根據該表，第1層的矽酮樹脂濃度為5wt%以下時，可使連接片強度成為120g以上。
由以上的結果得知，可提供一種使用含有第1樹脂、在與該第1樹脂之間形成海島構造的第2樹脂、及導電性材的導電性糊形成集電極，同時，集電極係在內部具有將第2樹脂相對於第1樹脂的濃度比，設為大於透明導電膜側之表面區域的濃度比的內部區域而構成，藉以在連接片接著時可提升連接片強度的太陽電池元件，又，可提供一種連接片強度得以提升的太陽電池模組。因此，根據本發明，可提供一種不易受到環境變化的影響，且可靠性得以提升的太陽電池元件與太陽電池模組。
此外，本發明之太陽電池元件的集電極並不限定於上述兩層構造，亦可為具有三層以上的層構造。以下，說明該例子。
(實驗7)
其次，將具有上述第5圖所示之三層構造的集電極之實施例7的樣品以以下述方式形成。
首先，與實驗6同樣，在n型單晶矽基板的表面，形成i型非晶質矽層、p型非晶質矽層及ITO膜。
繼之，使用與實驗6中所使用者相同的樹脂糊，形成三層構造的集電極。此時，與ITO膜鄰接的第1層603(厚度10 μ m)係由矽酮樹脂濃度為5wt%的樹脂糊形成。接著，在第1層603上，使用矽酮樹脂濃度為20wt%的樹脂糊，形成厚度10 μ m的第2層604。最後，在第2層604上，使用矽酮樹脂濃度為5wt%的樹脂糊，形成厚度10 μ m的第3層605。然後，用銲劑將銅箔所構成的連接片接著在以此方式形成之實施例7之樣品的集電極上，並測定與ITO的接著性及連接片強度。結果，實施例7之樣品的連接片強度為200g，可獲得最優良的連接片強度。此乃隨著第3層605的矽調配率降低，可提昇糊與銲劑的接著力，所以再結合上述實驗6所述的效果，與實施例6相比較，連接片強度得以進一步提升。
如上所述，即使在具有三層以上之層構造的集電極，本發明亦有效。
《其他的實施形態》
上述第1實施形態中，在p型非晶質矽層4上，依序積層由ITO所構成的透光性導電膜5及集電極6，然而，亦可不積層透光性導電膜5，而是在p型非晶質矽層4上直接積層集電極6。此時，因為在第1層601中海島構造比第2層602形成更多，所以可緩和蓄積於p型非晶質矽層4和連接片12之間的內部應力所產生的應力。此外，即使在此情況，也不會損害集電極與銲劑的接著性。
又，上述第2實施形態中，係使用銲劑接著連接片12與集電極6，但是，也可不使用銲劑，而使用含有導電性粒子的樹脂接著劑。此時，由於第2層604中海島構造比第1層603形成更多，所以可緩和蓄積於透光性導電膜5與連接片12之間的內部應力所產生的壓力。更且，此時，也不會損害集電極與透光性導電膜的接著性。
再者，以上的實施形態中，係使用雙酚A型的環氧樹脂作為具有硬化性的樹脂。然而，具有硬化性的樹脂並不限定於此，可使用以二苯基乙烯(stilbene)系、聯二苯(biphenyl)系等的兩官能化合物為原料的環氧樹脂、以多酚系、酚醛清漆系等的多官能苯酚化合物為原料的環氧樹脂、或以環戊二烯系/苯酚系重加成物為原料的環氧樹脂。又，除了環氧樹脂以外，亦可使用苯酚樹脂、丙烯基樹脂、或此等的混合樹脂。
就在與硬化性第1樹脂之間具有海島構造的第2樹脂而言，並不限定於上述實施形態中說明的矽酮樹脂，亦可依據硬化性第1樹脂的種類，適當地選擇。
就將連接片接著於集電極上的銲劑而言，係以使用無鉛(Pb)銲劑為佳。使用無鉛(Pb)銲劑時，其融點雖比習知的銲劑高，然而，根據本發明，因可提供一種具有內部應力較小的集電極之太陽電池元件，所以可降低銲接時所產生的熱影響。因此，本發明在使用無鉛(Pn)銲劑時，有用性特別高。
又，上述實施形態中，係使用銀作為樹脂糊中的導電性材。然而，導電性材並不限定於銀，亦可使用銅、鎳、鋁等金屬或銀塗佈金屬、碳等具有導電性之材料。
就透明導電膜而言，上述實施形態中係使用ITO膜，但是，亦可使用由其他材料所構成的透明導電膜，例如ZnO、IZO膜。
上述實施形態中，說明在呈現光電轉換功能的光電轉換部，具有由n型單晶矽基板與p型非晶質半導體所構成的pn接合之太陽電池元件，然而，太陽電池元件並不限定於此，在由多晶矽等多晶半導體、非晶質矽等非晶質半導體或化合物半導體等材料所構成的pn或pin接合的太陽電池元件、或色素增感型、有機型太陽電池中，也同樣可適用。
本發明的實施形態係如上所述，在申請專利範圍所示之技術思想的範圍內，可適當地進行各種變更。
〔產業上利用之可能性〕
如以上之說明，根據本發明，可提供一種不易受到環境變化的影響，可提升長時間可靠性的太陽電池元件及太陽電池模組。
1．．．太陽電池元件
2．．．n型單晶矽基板
3、7．．．本質(i型)非晶質矽層
4．．．p型非晶質矽層
5、9．．．透光性導電膜
6、10．．．集電極
6A．．．指部
6B．．．匯流排部
8．．．n型非晶質矽層
12．．．連接片
13‧‧‧密封劑
14‧‧‧支持構件
15‧‧‧背面構件
16‧‧‧樣品
20‧‧‧撕離強度測定器
21‧‧‧夾鉗
22‧‧‧搖把
23‧‧‧量計
100‧‧‧光電轉換部
200‧‧‧銲劑層
601、603、606‧‧‧第1層
602、604、607‧‧‧第2層
605‧‧‧第3層
第1圖(A)及(B)係用以說明本發明之太陽電池元件的構造圖。
第2圖係表示使用第1圖所示之太陽電池元件之太陽電池模組的構成之剖面圖。
第3圖係本發明之第1實施形態之太陽電池元件的集電極之剖面圖。
第4圖係說明進行連接片強度之測定的裝置之模式圖。
第5圖係具有本發明之第1實施形態之太陽電池元件之三層構造的集電極之剖面圖。
第6圖係本發明之第2實施形態之太陽電池元件的集電極之剖面圖。
1．．．太陽電池元件
2．．．n型單晶矽基數
3、7．．．本質(i型)非晶質矽層
4．．．p型非晶質矽層
5、9．．．透光性導電膜
6、10．．．集電極
8．．．n型非晶質矽層
12．．．連接片或原譯之「組合片」
100．．．光電轉換部

Claims (7)

  1. 一種太陽電池元件，其特徵為具有：呈現光電轉換功能的光電轉換部；及在該光電轉換部的受光面側露出該受光面的一部分而設置的集電極，在上述集電極的受光面側，藉由接著劑連接配線連接片，上述集電極係包含：硬化性第1樹脂、導電性材、及在與上述第1樹脂之間形成海島構造的第2樹脂，在上述集電極的內部設有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述接著劑側或上述光電轉換部側之任一者的表面區域的濃度比的內部區域。
  2. 如申請專利範圍第1項之太陽電池元件，其中，上述第1樹脂係環氧樹脂，上述第2樹脂係矽酮樹脂。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之太陽電池元件，其中，在上述集電極的內部設有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述受光面側之表面區域的濃度比的內部區域。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之太陽電池元件，其中，復具備設置於上述光電轉換部之受光面上的透光性導電膜，且上述集電極係在上述透光性導電膜的受光面上露出該透光性導電膜的一部分而設置，在上述集電極的內部設有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述透光性導電膜側之表面區域的濃度比的內部區域。
  5. 如申請專利範圍第4項之太陽電池元件，其中，在上述集電極之受光面側的表面區域設有：上述第2樹脂相對於第1樹脂的濃度比係設成小於上述內部區域之上述濃度比的區域。
  6. 一種太陽電池模組，係在玻璃與樹脂薄膜之間，藉由密封材將利用配線連接片電性連接的複數個太陽電池元件予以密封所構成，其特徵為：上述太陽電池元件具有：呈現光電轉換功能的光電轉換部、及設置於該光電轉換部之受光面側的集電極，同時，上述集電極包括：硬化性第1樹脂、導電性材、及在與上述第1樹脂之間形成海島構造的第2樹脂，且，在上述集電極的內部設有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述受光面側之表面區域的濃度比的內部區域，上述配線連接片在上述集電極的上述表面區域係藉由銲劑接著。
  7. 一種太陽電池模組，係在玻璃與樹脂薄膜之間，藉由密封材將利用配線連接片電性連接的複數個太陽電池元件予以密封所構成，其特徵為：上述太陽電池元件具有：呈現光電轉換功能的光電轉換部；設置於該光電轉換部之受光面上的透光性導電膜；及在該透光性導電膜的受光面上露出該透光性導電膜之表面的一部分而設置的集電極，同時，上述集電極包括：硬化性第1樹脂、導電性材、及在與上述第1樹脂之間形成海島構造的第2樹脂，且在上述集電極的內部設有：上述第2樹脂相對於上述第1樹脂的濃度比係設成大於上述透光性側導電膜側之表面區域的濃度比之內部區域。
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