WO2007001004A1 - 太陽電池セル - Google Patents

Abstract

　この発明は、電極の抵抗を増大せずに、機械強度の大きい太陽電池セルを得ることを目的とする。 　この発明に係る太陽電池セル１０は、シリコン基板３と、シリコン基板３の裏面から集電する第一電極であるアルミ電極１と、アルミ電極１から出力を取り出す第二電極である銀電極２とを備え、アルミ１電極は、シリコン基板３の裏面上に形成され開口部１ａおよび開口部１ａからシリコン基板３面内における主応力の方向と平行な方向に窪む切欠部１ｂを有し、銀電極２は、アルミ電極１の少なくとも開口部１ａと切欠部１ｂとを覆うように形成されるものである。

Description

明 細 書

太陽電池セル

技術分野

[0001] 本発明は、太陽電池セルに関するものであり、特に、太陽電池セルの裏面に配置さ れた電極の構造に関するものである。

背景技術

[0002] 太陽電池セルにおいては、基板の裏面に銀ペーストとアルミペーストをスクリーン印 刷して焼成する。これにより、アルミペーストはシリコン基板と合金化して裏面に P+層 を形成する。アルミペーストで形成されたアルミ電極には直接はんだ付けできな 、か ら、銀ペーストが構成する銀電極部が出力取り出し用として基板の裏面に形成される

[0003] この太陽電池セル裏面では、高出力化のためにアルミ電極と出力取り出し用の銀 電極とが、部分的に重なり合うように形成されている。この重なり合った部分は、シリコ ン、銀、アルミニウムの 3種の金属が合金化しており、非常に脆弱になっている。その ため、はんだ被覆工程等で基板が急激に加熱、冷却され割れ易くなるとともに、はん だと基板、電極材料との熱膨張係数の差に起因する応力によっても基板が割れ易く なるため歩留が低下する。

[0004] 太陽電池セルのコストを低減するためには、原価比率の高い基板をより薄くする必 要があるが、このような薄型化を行うに際して、上述の 3種金属の合金層である脆弱 な部分でのセル割れが大きな障害となる。

[0005] そこで、従来の太陽電池セルにおいては、裏面の出力取り出し用の銀電極が有す る複数の細線がアルミ電極と重なり合うように構成して、はんだ被覆工程やインターコ ネクタ接続工程等でセルが急熱急冷される際の熱的な応力を上記複数の細線に分 散するようにしているものがある（例えば、特許文献 1参照)。また、基板の裏面に銀 電極用ペーストを印刷し、銀電極を形成した後、アルミ電極用ペーストを印刷し、焼 成して、アルミ電極を形成する。このとき、アルミ電極用ペーストを印刷する前に銀電 極を焼成することによって、銀とアルミとが反応しに《なり、脆弱な 3種金属の合金層 が形成されることを抑制しているものもある（例えば、特許文献 1参照)。さらに、電極 を形成する際の銀電極用ペーストおよびアルミ電極用ペーストの塗布量を減らし、 3 種金属の合金層の形成を抑制しているものもある。

[0006] また、銀電極にアルミ電極の上もしくは一部が重なるように突出部を形成するものも ある（例えば、特許文献 2および特許文献 3)。

[0007] 特許文献 1 :特開平 10— 144943号公報 (第 3頁、図 2)

特許文献 2 :特開 2004— 31740号公報 (第 4頁〜第 5頁、図 1)

特許文献 3 :特開 2004— 87986号公報 (第 4頁〜第 5頁、図 1)

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0008] 太陽電池セルのコストを低減するためには、原価比率の高!ヽ基板をより薄くする必 要があるが、薄型化を行う際、上述のような従来の太陽電池セルにおいても、割れが 発生し、歩留まりが低下するという問題がある。また、アルミ電極用ペーストを印刷す る前に銀電極を焼成したり、銀電極用ペーストおよびアルミ電極用ペーストの塗布量 を減らしたりすると、銀ペーストとアルミペーストとの反応量が少なくなるので、電極の 抵抗が増大し、出力が低下するという問題もある。

[0009] この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、電極の抵抗を 増大せずに、機械強度の大きい太陽電池セルを得ることを目的としている。

課題を解決するための手段

[0010] この発明に係る太陽電池セルは、基板と、基板の裏面から集電する第一電極と、第 一電極から出力を取り出す第二電極とを備え、第一電極は、基板の裏面上に形成さ れ開口部および開口部力 基板面内における主応力の方向と平行な方向に窪む切 欠部を有し、第二電極は、第一電極の少なくとも開口部と切欠部とを覆うように形成さ れるものである。

[0011] また、この発明に係る太陽電池セルは、基板と、基板の裏面から集電する第一電極 と、第一電極カゝら出力を取り出す第二電極とを備え、第一電極は、基板の裏面上に 形成され開口部および開口部力 基板面内における第二電極上に配設されるタブ 線の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部を有し、第二電極は、第一電極の少なくと も開口部と切欠部とを覆うように形成されるものである。

[0012] さらに、この発明に係る太陽電池セルは、基板と、基板の裏面から集電する第一電 極と、第一電極カゝら出力を取り出す第二電極とを備え、第二電極は、基板の裏面上 に形成され基部および基部から基板面内における主応力の方向と平行な方向に突 出する突出部を有し、第一電極は、第二電極の基部の中心部上に開口部を有し、第 二電極の少なくとも突出部を覆うように形成されるものである。

[0013] また、この発明に係る太陽電池セルは、基板と、基板の裏面から集電する第一電極 と、第一電極カゝら出力を取り出す第二電極とを備え、第二電極は、基板の裏面上に 形成され基部および基部カゝら基板面内における第二電極上に配設されるタブ線の 配設方向と垂直な方向に突出する突出部を有し、第一電極は、第二電極の基部の 中心部上に開口部を有し、第二電極の少なくとも突出部を覆うように形成されるもの である。

発明の効果

[0014] この発明は、電極の抵抗を増大することなぐ太陽電池セルの機械強度を向上させ 、歩留まりを向上することができる。

図面の簡単な説明

[0015] [図 1]この発明の実施の形態 1による太陽電池セルの裏面の構成を示す図である。

[図 2]この発明の実施の形態 1による太陽電池セルの裏面における電極の構成を示 す図である。

[図 3]この発明の実施の形態 1による太陽電池セルを形成する際に用いるアルミべ一 スト印刷用マスクの上面図である。

[図 4]この発明の実施の形態 1における太陽電池セルの裏面におけるアルミペースト 印刷時のアルミ電極の形状を示す図である。

[図 5]この発明の実施の形態 1における太陽電池セルを形成する際に用いる銀べ一 スト印刷用マスクの上面図である。

[図 6]この発明の実施の形態 1における太陽電池セルの裏面における銀電極の形状 を示す図。

[図 7]4点曲げ試験を行った太陽電池セルの電極形状を示す図である。 [図 8]曲げ強度を測定するため 4点曲げ試験装置の構成を示す図である。

[図 9]タブ線の配設方向と垂直の方向に主応力が発生するように、 4点曲げ試験を行 つた曲げ強度の測定結果である。

[図 10]パターン 2の太陽電池セルの破断形状を示す図である。

[図 11]アルミ電極の開口部の同一側面に形成される切欠部の本数および中心線の 間隔 P1の異なるアルミ電極を有する太陽電池セルの曲げ強度を測定した結果であ る

[図 12]曲面形状を有する太陽電池パネルの構造を示す斜視図である。

[図 13]曲面形状を有する太陽電池パネルの銀電極の構造を示す図である。

[図 14]この発明の実施の形態 2に示す太陽電池セルの裏面における電極の構成を 示す図である。

[図 15]この発明の実施の形態 2における太陽電池セルを形成する際に用いる銀ぺー スト印刷用マスクの上面図である。

[図 16]この発明の実施の形態 2における太陽電池セルの裏面における銀ペースト印 刷時の銀電極の形状を示す図である。

[図 17]この発明の実施の形態 2における太陽電池セルを形成する際に用いるアルミ ペースト印刷用マスクの上面図である。

[図 18]この発明の実施の形態 2における太陽電池セルの裏面におけるアルミ電極の 形状を示す図である。

[図 19]この発明の実施の形態 2における太陽電池セルの裏面におけるアルミ電極の 形状を示す図である。

符号の説明

1 アルミ電極、 la 開口部、 lb 切欠部、 2 銀電極、 2a 基部、 3 シリコン基板、 4 電極、 5 タブ線、 6 境界部、 7 アルミペースト用印刷マスク、 8 銀ペースト用印 居 IJマスク、 10 太陽電池セノレ、 11 ァノレミ電極、 11a 開口部、 12 ァノレミ電極、 12a 開口部、 12b 切欠部、 12c 切欠部、 13 アルミ電極、 13a 開口部、 13b 切欠 部、 14 支持治具、 15 押さえ治具、 16 破断面、 17 アルミ電極、 17a 開口部、 1 7b 切欠部、 20 太陽電池セル、 21 アルミ電極、 21a 開口部、 22 銀電極、 22a 基部、 22b 突出部、 24 電極、 101 アルミ電極、 102 銀電極。

発明を実施するための最良の形態

[0017] 実施の形態 1.

図 1は、この発明の実施の形態 1による太陽電池セルの裏面の構成を示す図である 。また、図 2は、この発明の実施の形態 1による太陽電池セルの裏面における電極の 構成を示す図である。図 2 (a)は、太陽電池セルの裏面における電極の拡大図であり 、図 2 (b)は、図 2 (a)の太陽電池セルの裏面における電極の A— A断面図である。

[0018] また、図 3は、この発明の実施の形態 1による太陽電池セルの裏面におけるアルミ 電極を形成する際に用いるアルミペースト印刷用マスクの上面図であり、図 4は、この 発明の実施の形態 1における太陽電池セルの裏面におけるアルミペースト印刷時の アルミ電極の形状を示す図である。さらに、図 5は、この発明の実施の形態 1による太 陽電池セルの裏面における銀電極を形成する際に用!、る銀ペースト印刷用マスクの 上面図であり、図 6は、この発明の実施の形態 1における太陽電池セルの裏面にお ける銀電極の形状を示す図である。図において、同一の符号を付したものは、同一ま たはこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することである 。さらに、明細書全文に表れている構成要素の形容は、あくまで例示であってこれら の記載に限定されるものではな 、。

[0019] 図 1および図 2に示すように、この発明の実施の形態 1に示す太陽電池セル 10は、 その裏面において、シリコン基板 3の上にシリコン基板 3の裏面から集電するためのァ ルミ電極 1 (第一電極)およびアルミ電極 1から出力を取り出すために銀電極 2 (第二 電極）が配置されており、アルミ電極 1と銀電極 2とは電極 4を構成している。アルミ電 極 1および銀電極 2の上面には、銀電極 2から出力を取り出すための銅製のタブ線 5 が配設されている。

[0020] 図 2に示すように、アルミ電極 1は、銀電極 2の中心部に略四角形の開口部 laと、 開口部 laの対向する 1対の各辺に形成され、開口部 laの各辺からシリコン基板 3の 面内におけるタブ線 5の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部 lbとを有している。こ の切欠部 lbは、中心線 Cを軸として略対称な形状であり、開口部 laの一方の辺に形 成された切欠部 lbの中心線 Cは、対向する他方の辺に形成された切欠部 lbの中心 線 Cと同一直線上にある。銀電極 2は、略四角形の基部 2aで構成され、アルミ電極 1 の開口部 laと切欠部 lbと開口部 laおよび切欠部 lbの周辺部とを覆うように形成さ れ、アルミ電極 1と導通を取るために銀電極 2の周辺部でアルミ電極 1と重なるよう配 置されている。ここで、図 2に示すように、開口部 laの同一の辺に形成され隣り合った 切欠部 lbの中心線 Cの間隔を P1とし、切欠部 lbにおけるタブ線 5の配設方向と垂 直な方向の開口部 laからの長さを L1とする。

[0021] この実施の形態 1における太陽電池セル 10の裏面での電極 4の製造方法について 説明する。

[0022] この実施の形態 1においては、まず、シリコン基板 3の裏面上に図 3に示すアルミべ 一スト印刷用マスク 7を用 、てアルミペーストを印刷し、図 4に示すアルミ電極 101を 形成する。次に、アルミ電極 101を形成したシリコン基板 3の裏面上に図 5に示す銀 ペースト印刷用マスク 8を用いて銀ペーストを印刷し、略四角形の基部 2aを有する銀 電極 2を形成した後、焼成し、太陽電池セル 10の裏面に電極 4が形成される。図 6〖こ 示すように、銀電極 2の形成後、焼成したとき、アルミペーストは、アルミペースト印刷 用マスク 7で規定された形状 101から矢印の方向に広がる。このとき、図 6に示す境 界部 6付近にシリコン、銀、アルミニウムの合金である脆弱な 3種ィ匕合物が形成される 。また、境界部 6の内側は、シリコン基板 3上に直接、銀電極 2が接合した状態となる 。ここで、図 6に示す、焼成時にアルミペーストがアルミペースト用印刷マスク 7で規定 された形状力 広がり銀ペーストと反応した幅を反応幅 WRと呼ぶ。一般的には、ァ ルミペーストと銀ペーストとを同時に焼成した場合の反応幅 WRは、 0. 3〜1. Omm である。なお、アルミペーストは、アルミペースト印刷用のマスク 7の形状力 反応幅 W R分だけ広がるので、図 2および図 6に示す形状のアルミ電極 1が形成される。

[0023] 上記のように構成された太陽電池セル 10は、図 2に示すように、銀電極 2に銅製の タブ線 5をはんだ付けし、多数のセルを連結した後、腐食防止のために EVA (ェチレ ン酢酸ビニル共重合体)等の榭脂材料で封止され、強化ガラスに貼り付けられて太 陽電池パネルとなる。その際、強化ガラスに貼り付けるための保持力および封止材が 熱硬化によって収縮する力などによって、太陽電池セル 10には、タブ線 5を基点に 曲げ応力が力かることになり、シリコン基板 3の面内においてタブ線 5の配設方向と垂 直な方向に主応力が生じる。図 2に示す白抜きの矢印は、太陽電池セル 10にタブ線 5を基点とした曲げ応力が作用する際の主応力の方向である。この発明の実施の形 態 1に示す太陽電池セル 10においては、アルミ電極 1は、開口部 laからシリコン基板 3の面内におけるタブ線 5の配設方向と垂直な方向に、すなわち主応力の方向と平 行な方向に窪む切欠部 lbを有して 、るので、タブ線 5を基点とする曲げ応力に対す る強度が向上する。

[0024] この発明の実施の形態 1に示す太陽電池セル 10の強度の向上効果を検証するた め、図 2に示すアルミ電極 1とは、異なる形状のアルミ電極を作製し、曲げ強度を比較 した。

[0025] 図 7は、比較のために作製した電極の形状を示す図である。図 7 (a)に示すパター ン 1のアルミ電極 11は、略四角形の開口部 11aを有している。しかしながら、パターン 1のアルミ電極 11は、切欠部 l ibを有していない。また、図 7 (b)に示すパターン 2の アルミ電極 12は、略四角形の開口部 12a、この開口部 12aの対向する 2対の各辺に 形成され、開口部 12aの各辺力もタブ線 5の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部 12 bおよびタブ線 5の配設方向と平行な方向に窪む切欠部 12cを有する。さらに、図 7 ( c)に示すパターン 3のアルミ電極 13は、略四角形の開口部 13aおよびこの開口部 1 3aの対向する 1対の各辺に形成され、開口部 13aの各辺からタブ線 5の配設方向と 垂直な方向に窪む切欠部 13bを有する。ここで、図 7 (c)に示すパターン 3のアルミ電 極 13は、開口部 13aの一方の辺に形成された切欠部 13bの中心線 Cは、他方の辺 に形成された切欠部 13bの中心線 Cと同一直線上にな 、。

[0026] 図 8は、曲げ強度を測定するため 4点曲げ試験装置の構成を示す図である。

[0027] 図 8に示す 4点曲げ試験装置においては、支持治具 14の上に太陽電池セル 10を 設置し、押さえ治具 15を点線の矢印の方向に動かすことによって、白抜きの矢印の 方向に主応力が発生する。この 4点曲げ試験装置を用いて、シリコン基板 3の面内に おけるタブ線 5の配設方向と垂直な方向に主応力が発生するように、図 7 (a)〜（c)に 示すパターン 1〜3の電極および図 2に示すパターン 4の電極のそれぞれを備えた太 陽電池セル 10を設置し、 4点曲げ試験を行った。

[0028] 図 9は、シリコン基板の面内におけるタブ線の配設方向と垂直な方向に主応力が発 生するように、 4点曲げ試験を行った曲げ強度の測定結果である。図 9の縦軸は、パ ターン 1の切欠部 lbのないアルミ電極 11を備えた太陽電池セル（図 7 (a) )の曲げ強 度を基準にした曲げ強度の比を示している。

[0029] 図 9に示すように、この発明の実施の形態 1に示すパターン 4の電極 4を備えた太陽 電池セル 10 (図 2)は、パターン 1の電極を備えた太陽電池セル（図 7 (a) )に比べて、 30%曲げ強度が高力つた。また、パターン 2の電極を備えた太陽電池セル（図 7 (b) ) は、パターン 1の電極を備えた太陽電池セル（図 7 (a) )に比べて、 32%曲げ強度が 低かった。さらに、パターン 3の電極を備えた太陽電池セル（図 7 (c) )は、パターン 1 の電極を備えた太陽電池セル（図 7 (a) )に比べて、 38%曲げ強度が高力つた。した がって、 4つの電極形状の中で、この発明の実施の形態 1に示すパターン 4の電極を 備えた太陽電池セル（図 2)およびパターン 3の電極を備えた太陽電池セル（図 7 (c) )の曲げ強度が高力つた。

[0030] 図 10は、図 7 (b)に示すパターン 2の電極を備えた太陽電池セルの破断形状を示 す図である。

[0031] 図 10に示すように、パターン 2のシリコン基板 3の面内におけるタブ線 5の配設方向 と垂直な方向に窪む切欠部 12bおよびシリコン基板 3の面内におけるタブ線 5の配設 方向と平行な方向に窪む切欠部 12cを有するアルミ電極 12を備えた太陽電池セル においては、開口部 12aの対向する各辺に形成された切欠部 12cを繋ぐ破断面 16 が多数見つけられた。

[0032] 以上の結果から、アルミ電極がシリコン基板 3の面内における主応力の方向と平行 な方向に切欠部を有すると、曲げ強度が向上し、アルミ電極がシリコン基板 3の面内 における主応力の方向と垂直な方向に切欠部を有すると、曲げ強度が低下すること がわかる。このため、図 7 (b)に示すパターン 2のように、アルミ電極 12がシリコン基板 3の面内におけるタブ線 5の配設方向と垂直な方向に窪む切欠部 12bおよびシリコン 基板 3の面内におけるタブ線 5の配設方向と平行な方向に窪む切欠部 12cの両方を 有すると、シリコン基板 3の面内におけるタブ線 5の配設方向と垂直な方向の主応力 に対して、強度が低下することが明らかとなった。

[0033] この実施の形態 1の図 2に示す太陽電池セル 10では、アルミ電極 1が開口部 laお よび開口部 laからシリコン基板 3の面内における主応力の方向と平行な方向に窪む 切欠部 lbを有し、銀電極 2がアルミ電極 1の開口部 laと切欠部 lbと開口部 laおよび 切欠部 lbの周辺部とを覆うように形成される。そのため、脆弱な 3種化合物が形成さ れる境界部 6は、比較的短い直線で構成される形状となる。脆弱な 3種ィ匕合物はシリ コン基板のクラックと同様に破壊の起点となりうる力 切欠部 lbによって短い直線で 構成される形状になるため、長い直線的な 3種ィ匕合物による大きなクラックに相当す る部分が無くなり、境界部 6からの破壊が発生しにくい構造となる。したがって、アルミ 電極 1と銀電極 2の反応を抑制することなく電極 4を作製でき、電極 4の抵抗を増大す ることなく、曲げ強度を向上することができ、歩留まりを向上することができる。特に、 タブ線 5を基点とする曲げ負荷が作用する場合には、アルミ電極 1が開口部 laおよ び開口部 laからシリコン基板 3の面内におけるタブ線 5の配設方向と垂直な方向に 窪む切欠部 lbを有するので、電極 4の抵抗を増大することなぐ太陽電池セル 10の 曲げ強度を向上することができ、歩留まりを向上することができる。また、この発明の 実施の形態 1による太陽電池セル 10においては、焼成工程は、銀電極 2形成後の 1 度だけでよいので、アルミ電極 1形成後と銀電極 2形成後との 2度行う場合よりも、製 造工程を削減することができ、製造コストを低減することができる。

[0034] さらに、図 9に示すように、図 2に示すパターン 4の電極 4を備えた太陽電池セル 10 よりも、図 7 (c)に示すパターン 3の電極を備えた太陽電池セルの方力 さらに曲げ強 度が向上した。したがって、パターン 3の電極を備えた太陽電池セル（図 7 (c) )にお いては、切欠部 lbが開口部 laの両側に形成され、一方の側に形成された切欠部 lb の中心線 Cが他方の側に形成された切欠部 lbの中心線 Cと同一直線上にはないの で、開口部 laの両側に形成された各切欠部 lbを繋ぐ破断が起こりにくぐ曲げ強度 を向上することができ、歩留まりを向上することができる。

[0035] ここで、図 2に示す開口部 laの一方の側に形成される切欠部 lbの本数および隣り 合った切欠部 lbの中心線 Cの間隔 P1について検討するために、切欠部 lbの本数 および中心線の間隔 P 1の異なるアルミ電極 1を有する太陽電池セル 10を作製し、 4 点曲げ試験を行った。なお、 4点曲げ試験には、図 8に示す 4点曲げ試験装置を用 い、タブ線 5の配設方向と垂直な方向に主応力が発生するように、太陽電池セル 10 を設置した。

[0036] 図 11は、開口部の一方の側に形成される切欠部の本数および隣り合った切欠部 の中心線じの間隔 P 1が異なるアルミ電極を有する太陽電池セルの曲げ強度を示す 図である。図 11の縦軸は、開口部 laの同一の辺に形成された切欠部 lbが 2本であ つて、隣り合った切欠部 lbの中心線 Cの間隔 P1が図 6における反応幅 WRと等しい アルミ電極 1を備えた太陽電池セル 10の曲げ強度を基準にした曲げ強度の比を示し ている。

[0037] 図 11において、開口部 laの一方の側に形成され隣り合った切欠部 lbの中心線 C の間隔 P 1が反応幅 の 2倍よりも長 、場合の方が、中心線じの間隔 P 1が反応幅 WRと同じ場合よりも太陽電池セル 10の曲げ強度は向上した。しかしながら、中心線 Cの間隔 P 1が反応幅 WRの 6倍の場合における曲げ強度は、中心線じの間隔 P 1が 反応幅 WRの 2倍の場合における曲げ強度と同程度であった。

[0038] 隣り合った切欠部 lbの中心線 Cの間隔 P1を反応幅 WRの 2倍以下とした場合には 、隣り合った切欠部 lb同士が重なってしまうので、応力を分散する役割を果たさなく なり、曲げ強度が低下する。これを防ぐためには、反応温度条件を変更するなどして 反応を抑制する必要があるが、その場合には、電極の抵抗が増大する。一方、中心 線 Cの間隔 P1を反応幅 WRの 6倍以上とした場合には、隣り合った切欠部 lb同士が 離れ過ぎてしまい、 3種ィ匕合物の直線部が長く生成されるので、曲げ強度が低下す る。したがって、隣り合った切欠部 lbの中心線 Cの間隔 P1を反応幅 WRの 2倍より長 ぐかつ反応幅 WRの 6倍よりも短くすることによって、電極の抵抗を増大することなく 、太陽電池セル 10の曲げ強度を向上することができる。

[0039] また、図 11に示すように、アルミ電極 1において開口部 laの一方の側に形成される 切欠部 lbの本数が 2本の太陽電池セル 10よりも、 3本の太陽電池セルの方が曲げ 強度は向上した。したがって、アルミ電極 1において開口部 laの一方の側に形成さ れる切欠部 lbの本数は、隣り合った切欠部 lbの中心線 Cの間隔 P1を反応幅 WRの 2倍より長く出来るのであれば、多いほどよい。

[0040] また、図 2に示すアルミ電極 1の切欠部 lbの開口部 laからの長さ L1は、反応幅 W Rよりも長ぐかつ反応幅 WRの 3倍より短くすることが望ましい。これは、アルミ電極 1 の開口部 laにおいて、タブ線 5の配設方向と平行な側面の長さが長い場合には、脆 弱な 3種ィ匕合物が形成される境界部 6の直線部分の長さが長くなるので、境界部 6か ら破断が起こりやすくなり、強度が低下するためである。したがって、切欠部 lbは、 90 度の円弧が組み合わさった形状とすることが最も望ましぐ切欠部 lbの開口部 laから の長さ L1は、隣り合った切欠部 lbの中心線 Cの間隔 P1の 1Z2の長さになることが 最も望ましい。このため、切欠部 lbの開口部 laからの長さ L1を反応幅 WRよりも長く 、かつ反応幅 WRの 3倍より短くすることによって、太陽電池セル 10の曲げ強度の低 下を防止することができる。

[0041] この実施の形態 1に示す太陽電池セル 10においては、アルミ電極 1は、シリコン基 板 3の裏面上に形成され、開口部 laからシリコン基板 3の面内におけるタブ線 5の配 設方向と垂直な方向に窪む切欠部 lbを有する。しかしながら、太陽電池セル 10に作 用する主応力は、タブ線 5を基点とする曲げに限定されるものではない。太陽電池パ ネルの形状または使用方法によって、太陽電池セル 10の破損の主要因となる主応 力方向は異なる。したがって、太陽電池セル 10の破損の主要因となる主応力方向を 求め、シリコン基板 3の面内における開口部 laからこの主応力の方向と平行な方向 に窪む切欠部 lbを有するアルミ電極 1を設けることによって、太陽電池セル 10の曲 げ強度を向上させることができる。なお、太陽電池セル 10の破損の主要因となる主 応力方向は、汎用的な有限要素法解析ソフトを使用することによって、求めることが 可能である。また、この実施の形態 1においては、曲げ変形を想定しており主応力の 方向は一定となるため、切欠部は電極の両側にある力 例えば太陽電池セルを接続 するための銅板を電極にはんだ付けする時に発生する熱応力は銅板の形状によつ て変化し、電極の一つの側面に集中して主応力が発生したり、電極を中心として 4方 の側面全てに対して発生したりする場合もある。この熱応力の主応力方向も、汎用的 な有限要素法ソフトを使用することによって求めることが可能であり、問題となる熱応 力が発生する側面に主応力の方向と平行な方向に窪む切欠部を有するアルミ電極 を設けることによって、太陽電池セル 10の曲げ強度を向上させることができる。

[0042] 図 12は、曲面形状を有する太陽電池パネルの構造を示す斜視図である。また、図 13は、図 12に示す曲面形状を有する太陽電池パネルの電極の形状を示す図である [0043] 図 12に示すような曲面形状を有する太陽電池パネルは、多様な場所に設置するこ とができるとともに、デザイン性も向上し、太陽電池パネルの利用価値を向上すること が可能である。しかしながら、曲面形状を有する太陽電池パネルを製造する場合に は、太陽電池セル 10を曲げて実装する必要があり、太陽電池セル 10が破損する割 合は高くなる。また、破損せずに実装することができた場合にも、残留応力が発生す るので、太陽電池パネルに負荷が加えられた際、小さな負荷でも太陽電池セル 10の 破損が発生する。さらに、太陽電池セル 10の板厚が同じである場合には、曲げ強度 が高いほど曲げ曲率を向上させることができ、デザイン性が向上する。したがって、曲 面形状を有する太陽電池パネルを製作する上で、太陽電池セル 10の強度を向上さ せることは重要である。

[0044] 図 12に示すような太陽電池パネルにおいては、白抜きの矢印の方向に主応力が 発生する。このため、図 13に示すように、アルミ電極 17は、開口部 17aおよび開口部 17aからシリコン基板 3の面内における主応力方向と平行な方向、すなわちタブ線 5 の配設方向と平行な方向に窪む切欠部 17bを有することによって、太陽電池セル 10 の曲げ強度を向上させることができる。

[0045] なお、この実施の形態 1の図 2に示す太陽電池セル 10では、銀電極 2は、アルミ電 極 1の開口部 laと切欠部 lbと開口部 laおよび切欠部 lbの周辺部とを覆うように構成 した。し力しながら、銀電極 2は、アルミ電極 1の少なくとも開口部 laおよび切欠部 lb を覆うとともに、開口部 laの周辺部および切欠部 lbの周辺部の少なくとも一部を覆う ように形成されていればよぐ銀電極 2とアルミ電極 1との重なる面積が大きくなるほど 、抵抗は小さくなる。また、アルミ電極 1の開口部 laの形状および銀電極 2の基部 2a の形状は、略四角形に限定されるものではなぐ略円形、略楕円形等であってもよい

[0046] また、この実施の形態 1においては、シリコン基板 3の裏面から集電するための第一 電極は、アルミニウムを主成分とするアルミ電極 1とし、第一電極から出力を取り出す ための第二電極は、銀を主成分とする銀電極 2とした。し力しながら、第一電極は、電 気を取り出すシリコン層に結合し電気伝導率の高 、金属であればよぐアルミニウム を主成分とする金属に限定されるものではない。また、第二電極は、第一電極を構成 する金属と反応し第一電極より電気を取り出すことができ、はんだ接合可能な金属で あればよぐ銀を主成分とする金属に限定するものではな 、。

[0047] 実施の形態 2.

図 14は、この発明の実施の形態 2による太陽電池セルの裏面における電極の構成 を示す図である。図 14 (a)は、太陽電池セルの裏面における電極の拡大図であり、 図 14 (b)は、図 14 (a)の太陽電池セルの裏面における電極の B— B断面図である。

[0048] また、図 15は、この発明の実施の形態 2による太陽電池セルの裏面における銀電 極を形成する際に用いる銀ペースト印刷用マスクの上面図であり、図 16は、この発明 の実施の形態 2による太陽電池セルの裏面における銀ペースト印刷時の銀電極の形 状を示す図である。さらに、図 17は、この発明の実施の形態 2による太陽電池セルの 裏面におけるアルミ電極を形成する際に用いるアルミペースト印刷用マスクの上面図 であり、図 18は、この発明の実施の形態 2による太陽電池セルの裏面におけるアルミ 電極の形状を示す図である。

[0049] 図 14において、銀電極 22 (第二電極）は、タブ線 5を接続するための略四角形の 基部 22aと、基部 22aの対向する一対の各辺に形成され、基部 22aの各辺からシリコ ン基板 3の面内におけるタブ線 5の配設方向と垂直な方向に突出する突出部 22bと を有している。突出部 22bは、中心線 Cを軸として略対称な形状である。また、基部 2 2aの一方の辺に形成された突出部 22bの中心線 Cは、対向する他方の辺に形成さ れた突出部 22bと同一直線上にあり、銀電極 2は、タブ線 5を中心軸として略対称な 形状である。ここで、図 14に示すように、基部 22aの同一の辺に形成され隣り合った 突出部 22bの中心線 Cの間隔を P22とし、突出部 22bにおけるタブ線 5の配設方向と 垂直な方向の開口部 21aからの長さを L22とする。

[0050] 図 14において、アルミ電極 21 (第一電極）は、銀電極 22とタブ線 5とが接触するよう に、銀電極 22の中心部に相当する位置に略四角形の開口部 21aを有している。また 、アルミ電極 21は、銀電極 22と導通を取るために、銀電極 22の基部 22aの周辺部 および突出部 22bを覆うように構成されている。その他の機能および構成は、実施の 形態 1に示す太陽電池セル 10と同様である。 [0051] この発明の実施の形態 2における太陽電池セル 20の裏面での電極 24の製造方法 について説明する。

[0052] この発明の実施の形態 2においては、まず、シリコン基板 3の裏面上に図 15に示す 銀ペースト印刷用マスク 28を用いて銀ペーストを印刷し、図 16に示す銀電極 102を 形成する。次に、銀電極 102を形成したシリコン基板 3の裏面上に図 17に示すアルミ ペースト印刷用マスク 27を用いてアルミペーストを印刷し、図 18に示す略四角形の 開口部 21aを有するアルミ電極 21を形成した後、焼成し、太陽電池セル 20の裏面に 電極 24が形成される。アルミ電極 21の形成後、焼成したとき、銀ペーストは、銀ぺー スト印刷用マスク 28で規定された形状 102から矢印の方向に広がる。このとき、図 18 に示す境界部 6付近にシリコン、銀、アルミニウムの合金である脆弱な 3種ィ匕合物が 形成される。境界部 6の内側は、シリコン基板 3上に直接、銀電極 2が接合した状態と なる。ここで、図 18に示す、焼成時に銀電極が銀ペースト用印刷マスク 28で規定さ れた形状 102から広がりアルミ電極 21と反応した幅を反応幅 WRと呼ぶ。一般的に は、アルミペーストと銀ペーストを同時に焼成した場合の反応幅 WRは、実施の形態 1の場合と同様に 0. 3〜1. Ommである。なお、銀ペーストは、銀ペースト印刷用マス ク 28の形状力も反応幅 WR分だけ広がるので、図 14および図 18に示す形状の銀電 極 22が形成される。

[0053] この実施の形態 2に示す太陽電池セル 20についても、実施の形態 1に示す 4点曲 げ試験を行ったところ、実施の形態 1に示す太陽電池セル 10と同様の結果が得られ た。

[0054] この実施の形態 2に示す太陽電池セル 20は、銀電極 22が基部 22aおよび基部 22 aからシリコン基板 3の面内におけるタブ線 5の配設方向と垂直な方向に、すなわち主 応力の方向と平行な方向に突出する突出部 22bを有し、アルミ電極 21が銀電極 22 の中心部上に開口部 21aを有し、銀電極 22の基部 22aの周辺部および突出部 22b を覆うように形成される。そのため、脆弱な 3種化合物が形成される境界部 6は、比較 的短い直線で構成される形状となる。脆弱な 3種ィ匕合物はシリコン基板のクラックと同 様に破壊の起点となりうる力 突出部 22bによって短い直線で構成される形状になる ため、長い直線的な 3種ィ匕合物による大きなクラックに相当する部分が無くなり、境界 部 6からの破壊が発生しにくい構造となる。したがって、アルミ電極 21と銀電極 22と の反応を抑制することなく電極 24を作製でき、電極 24の抵抗を増大することなぐ曲 げ強度を向上することができ、歩留まりを向上することができる。特に、タブ線 5を基点 とする曲げ負荷が作用する場合には、基部 22aの対向する 1対の各辺力もシリコン基 板 3の面内におけるタブ線 5の配設方向と垂直な方向に突出する突出部 22bを有す るので、太陽電池セル 20の曲げ強度を向上することができ、歩留まりを向上すること ができる。また、この発明の実施の形態 2に示す太陽電池セル 20においては、焼成 工程は、アルミ電極 21形成後の 1度だけでよいので、銀電極 22形成後およびアルミ 電極 21形成後の 2度行う場合よりも、製造工程を削減することができ、製造コストを低 減することができる。

[0055] 図 19は、図 14に示す太陽電池セルと異なる形状の銀電極を備えた太陽電池セル の裏面における電極の構成を示す図である。

[0056] 図 19に示す太陽電池セル 20は、銀電極 22が、タブ線 5を接続するための基部 22 aと、この基部 22a両側に形成され、基部 22aからシリコン基板 3の面内におけるタブ 線 5の配設方向と垂直な方向に突出する突出部 22bとを有している点では、図 14に 示す太陽電池セル 20の銀電極 22と同様である。しかしながら、基部 22aの一方の側 に形成された突出部 22bの中心線 Cは、対向する他方の側に形成された突出部 22b の中心線 Cと同一直線上にはない点で、図 14に示す太陽電池セル 20と異なってい る。図 19に示す太陽電池セル 20においては、基部 22aの一方の側に形成された突 出部 22bの中心線 Cは、対向する他方の側に形成された中心線 Cと同一直線上には ないので、基部 22aの両側に形成された突出部 22bを繋ぐ破断が起こりにくぐ太陽 電池セル 20の曲げ強度をさらに向上することができる。

[0057] また、図 17に示す基部 22aの一方の側に形成され隣り合った突出部 22bの中心線 Cの間隔 P22は、反応幅 WRの 2倍より長ぐかつ反応幅 WRの 6倍よりも短くすること が望ましい。中心線 Cの間隔 P22を反応幅 WRの 2倍以下とした場合には、隣り合つ た突出部 22b同士が重なってしまうので、応力を分散する役割を果たさなくなり、曲 げ強度が低下する。一方、中心線 Cの間隔 P1を反応幅 WRの 6倍以上とした場合に は、同じ側に形成され隣り合った突出部 22b同士が離れ過ぎてしまい、 3種化合物の 直線部が長く生成されるので、曲げ強度が低下する。したがって、隣り合った突出部

22bの中心線 Cの間隔 P22を反応幅 WRの 2倍より長ぐかつ反応幅 WRの 6倍より短 くすることによって、電極 24の抵抗を増大することなぐ太陽電池セル 20の曲げ強度 を向上することができる。なお、基部 22aの一方の側に形成される切欠部 lbの本数 は、実施の形態 1と同様に、多いほどよい。

[0058] さらに、図 17に示す突出部 22bの基部 22aからの長さ L22は、反応幅 WRより長ぐ かつ反応幅 WRの 3倍より短いことが望ましい。これは、銀電極 22の基部 22aにおい て、タブ線 5の配設方向と平行な側面の長さが長い場合には、脆弱な 3種ィ匕合物が 形成される境界部 6の直線部分の長さが長くなるので、境界部 6から破断が起こりや すくなり、強度が低下するためである。したがって、突出部 22bは、 90度の円弧が組 み合わさった形状とすることが望ましぐ突出部 22bの長さ L22は、突出部 22bの中 心線 Cの間隔 P22の 1Z2の長さになることが最も望ましい。このため、突出部 22bの 長さ L22を反応幅 WRよりも長ぐかつ反応幅 WRの 3倍よりも短くすることによって、 太陽電池セル 20の曲げ強度の低下を防止することができる。

[0059] この実施の形態 2に示す太陽電池セル 20の銀電極 22は、基部 22aからシリコン基 板 3の面内におけるタブ線 5の配設方向と垂直な方向に突出する突出部 22bを有す る。し力しながら、太陽電池セル 20に作用する主応力は、タブ線 5を基点とする曲げ に限定されるものではない。太陽電池パネルの形状または使用方法によって、太陽 電池セル 20の破損の主要因となる主応力方向は異なる。したがって、太陽電池セル 20の破損の主要因となる主応力方向を求め、シリコン基板 3の面内における基部 22 aからこの主応力の方向と平行な方向に突出する突出部 22bを有する銀電極 22を設 けることによって、太陽電池セル 20の強度を向上させることができる。なお、太陽電 池セル 20の破損の主要因となる主応力方向は、汎用的な有限要素法解析ソフトを 使用することによって、求めることが可能である。また、この実施の形態 2においては、 曲げ変形を想定しており主応力の方向は一定となるため、突出部は電極の両側にあ るが、例えば太陽電池セルを接続するための銅板を電極にはんだ付けする時に発 生する熱応力は銅板の形状によって変化し、電極の一つの側面に集中して主応力 が発生したり、電極を中心として 4方の側面全てに対して発生したりする場合もある。 この熱応力の主応力方向も、汎用的な有限要素法ソフトを使用することによって求め ることが可能であり、問題となる熱応力が発生する側面に主応力の方向と平行な方 向に突出する突出部を有するアルミ電極を設けることによって、太陽電池セル 10の 曲げ強度を向上させることができる。

[0060] なお、実施の形態 1に示す太陽電池セル 10とこの実施の形態 2に示す太陽電池セ ル 20を比較した場合には、脆弱な 3種ィ匕合部が形成される境界部 6を同じ大きさとす ると、実施の形態 1に示す太陽電池セル 10の方が実施の形態 2に示す太陽電池セ ル 20よりも、銀電極のはんだ付けできる面積を大きく確保することができる。

[0061] なお、この実施の形態 2の図 14に示す太陽電池セル 20では、アルミ電極 21は、銀 電極 22の基部 22aの周辺部および突出部 22bを覆うよう構成されている。しかしなが ら、アルミ電極 21は、銀電極 21の少なくとも突出部 22bを覆うとともに、基部 22aの周 辺部の少なくとも一部を覆うように形成されていればよぐ銀電極 22とアルミ電極 21と の重なる面積が大きくなるほど、抵抗は小さくなる。また、アルミ電極 21の開口部 21a の形状および銀電極 22の基部 22aの形状は、略四角形に限定されるものではなぐ 略円形、略楕円形等であってもよい。

Claims

請求の範囲

[1] 基板と、

前記基板の裏面から集電する第一電極と、

前記第一電極力も出力を取り出す第二電極とを備え、

前記第一電極は、前記基板の裏面上に形成され開口部および前記開口部から前記 基板面内における主応力の方向と平行な方向に窪む切欠部を有し、

前記第二電極は、前記第一電極の少なくとも前記開口部と前記切欠部とを覆うように 形成されることを特徴とする太陽電池セル。

[2] 基板と、

前記基板の裏面から集電する第一電極と、

前記第一電極力も出力を取り出す第二電極とを備え、

前記第一電極は、前記基板の裏面上に形成され開口部および前記開口部から前記 基板面内における前記第二電極上に配設されるタブ線の配設方向と垂直な方向に 窪む切欠部を有し、

前記第二電極は、前記第一電極の少なくとも前記開口部と前記切欠部とを覆うように 形成されることを特徴とする太陽電池セル。

[3] 切欠部は、開口部の両側に形成され、

前記開口部の一方の側に形成された切欠部の中心線は、他方の側に形成された切 欠部の中心線と同一直線上にないことを特徴とする請求項 1または 2記載の太陽電 池セル。

[4] 隣り合った切欠部の中心線の間隔は、焼成の際に第一電極と第二電極とが反応す る反応幅の 2倍より長ぐ前記反応幅の 6倍より短いことを特徴とする請求項 1または 2 記載の太陽電池セル。

[5] 切欠部の開口部からの長さは、焼成の際に第一電極と第二電極とが反応する反応 幅よりも長ぐ前記反応幅の 3倍より短いことを特徴とする請求項 1または 2記載の太 陽電池セル。

[6] 基板と、

前記基板の裏面から集電する第一電極と、 前記第一電極力も出力を取り出す第二電極とを備え、

前記第二電極は、前記基板の裏面上に形成され基部および前記基部から前記基板 面内における主応力の方向と平行な方向に突出する突出部を有し、

前記第一電極は、前記第二電極の基部の中心部上に開口部を有し、前記第二電極 の少なくとも前記突出部を覆うように形成されることを特徴とする太陽電池セル。

[7] 基板と、

前記基板の裏面から集電する第一電極と、

前記第一電極力も出力を取り出す第二電極とを備え、

前記第二電極は、前記基板の裏面上に形成され基部および前記基部から前記基板 面内における前記第二電極上に配設されるタブ線の配設方向と垂直な方向に突出 する突出部を有し、

前記第一電極は、前記第二電極の基部の中心部上に開口部を有し、前記第二電極 の少なくとも前記突出部を覆うように形成されることを特徴とする太陽電池セル。

[8] 突出部は、基部の両側に形成され、

前記基部の一方の側に形成された突出部の中心線は、他方の側に形成された突出 部の中心線と同一直線上にないことを特徴とする請求項 6または 7記載の太陽電池 セル。

[9] 隣り合った突出部の中心線の間隔は、焼成の際に第一電極と第二電極とが反応す る反応幅の 2倍より長ぐ前記反応幅の 6倍より短いことを特徴とする請求項 6または 7 記載の太陽電池セル。

[10] 突出部の基部力 の長さは、焼成の際に第一電極と第二電極とが反応する反応幅よ り長ぐ前記反応幅の 3倍より短いことを特徴とする請求項 6または 7記載の太陽電池 セル。