WO2011040489A1 - 太陽電池素子および太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】 半導体基板の内部領域（バルク領域）で発生した少数キャリヤの補足の効率を上げることにより、光電変換効率の向上した太陽電池素子を提供する。 【解決手段】 本実施形態の太陽電池素子は、受光面となる第１面、該第１面の裏側に位置する第２面および前記第１面と前記第２面とを接続する側面を具備し、一導電型を有する半導体基板と、前記第１面から前記側面および前記第２面の外周部に渡って設けられた第１ｐｎ接合領域と、前記第２面上に配置されるとともに、前記第１ｐｎ接合領域に隣接して配置された前記一導電型を有する第１電極と、前記第２面の外周と前記第１電極の端部との間に設けられた、前記第２面の前記第１ｐｎ接合領域を前記第２面の外周に沿って分離する第１溝部とを備えている。そして、前記第２面側から平面視したときに、前記第１電極の前記端部と前記第１溝部との最短距離Ｑは、前記側面の前記第１ｐｎ接合領域のｐｎ接合部と前記第１溝部との最短距離Ｐよりも小さい。
Description
本発明は、太陽光発電に使用される太陽電池素子に関する。
近年、エネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池素子を用いた太陽光発電が注目を集めている。
この太陽電池素子は、単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板などの半導体基板を用いて作製することが主流となっている。半導体基板を用いた太陽電池素子では、その内部のｐ型部分とｎ型部分とを絶縁するｐｎ分離を行う必要がある。
このｐｎ分離を行う方法として、レーザを使用する方法が提案されている（特許文献１～４参照）。
しかしながら、上記文献に開示されたようなレーザを用いたｐｎ分離では、半導体基板の内部で発生した少数キャリヤの補足が十分ではなく、太陽電池素子の光電変換効率を低下させる場合があった。
そのため、半導体基板の内部領域（バルク領域）で発生した少数キャリヤの補足の効率を上げることにより、光電変換効率の向上した太陽電池素子が要求されている。
本発明の一実施形態に係る太陽電池素子は、受光面となる第１面、該第１面の裏側に位置する第２面および前記第１面と前記第２面とを接続する側面を具備し、一導電型を有する半導体基板と、前記第１面から前記側面および前記第２面の外周部に渡って設けられた第１ｐｎ接合領域と、前記第２面上に配置されるとともに、前記第１ｐｎ接合領域に隣接して配置された前記一導電型を有する第１電極と、前記第２面の外周と前記第１電極の端部との間に設けられた、前記第２面の前記第１ｐｎ接合領域を前記第２面の外周に沿って分離する第１溝部とを備えている。そして、前記第２面側から平面視したときに、前記第１電極の前記端部と前記第１溝部との最短距離Ｑは、前記側面の前記第１ｐｎ接合領域のｐｎ接合部と前記第１溝部との最短距離Ｐよりも小さい。
本発明の一実施形態に係る太陽電池素子によれば、一導電型の半導体基板の中央領域（バルク領域）で発生した少数キャリヤの逆導電型の半導体層までの移動距離を小さくすることができ、少数キャリヤの再結合を低減することができる。そのため、少数キャリヤの補足の効率を上げることが可能になり、該太陽電池素子の光電変換効率を向上させることが可能となる。
＜太陽電池素子について＞
まず、本発明の実施形態に係る太陽電池素子を、図を用いて説明する。
まず、本発明の実施形態に係る太陽電池素子を、図を用いて説明する。
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の実施形態に係る太陽電池素子１は、半導体基板２、バスバー電極３、フィンガー電極４、集電極（第１電極）５および出力取出電極６を有している。
半導体基板２は、光が入射する側の第１面２ａと、第１面２ａと対向する第２面（裏面）２ｂと、第１面２ａと第２面（裏面）２ｂの間に位置して第１面２ａと第２面２ｂとを接続する側面２ｃと、を有する。第２面２ｂは、第１面２ａの裏側に位置する面であり、第１面２ａと略同一形状を有する。そして、半導体基板２は、一導電型（例えばｐ型）を呈する。
バスバー電極３およびフィンガー電極４は、半導体基板２の第１面２ａ上に設けられ、他導電型（例えばｎ型）を呈する半導体基板部分と電気的に接続されている。
集電極５および出力取出電極６は、裏面２ｂ上に設けられ、一導電型（例えばｐ型）を呈する半導体基板部分と接続されている。
以下、同様に一導電型半導体基板２をｐ型半導体基板２として説明する。
半導体基板２は、単結晶シリコン又は多結晶シリコンなどから成る。半導体基板２は、例えば１辺が１５０～１６０ｍｍ程度、厚みが１５０～２５０μｍ程度の矩形の平板である。この半導体基板２の内部には、ｐ型シリコンとｎ型シリコンとが接合した領域（第１ｐｎ接合領域）が形成されている。第１ｐｎ接合領域は、半導体基板２の外周表面に沿って設けられており、第１面２ａから側面２ｃおよび第２面２ｂの外周部に亘って設けられている。具体的には、第１ｐｎ接合領域は、第１面２ａの略全面、側面２ｃの略全面および第２面２ｂのうち集電極５が設けられていない外周部に設けられている。
図１（ａ）に示すように、第１面２ａ側の電極は、ｎ側の電極としてバスバー電極３とフィンガー電極４とを有する。バスバー電極３は、幅１ｍｍ～３ｍｍ程度の広い幅を有しており、第１面２ａ上に、互いに略平行に２～４本程度設けられている。そして、フィンガー電極４は、このバスバー電極３に対して略垂直に交わるように、第１面２ａ上に、２～５ｍｍ程度のピッチで多数本設けられている。フィンガー電極４の幅は、５０～２００μｍ程度である。このようなバスバー電極３、フィンガー電極４の厚みは、１０～２０μｍ程度である。なお、第１面２ａの全面には、光の吸収を向上させるための反射防止膜８を形成してもよい。
図１（ｂ）に示すように、第２面２ｂ側の電極は、ｐ型の電極として集電極５と出力取出電極６とを有する。集電極５は、半導体基板２の第２面２ｂのうち外周部を除く略全面に形成されている。出力取出電極６は、２ｍｍ～５ｍｍ程度の幅を有しており、上記バスバー電極３が延びる方向と同じ方向に延びて、２～４本程度、第２面２ｂ上に設けられる。そして、出力取出電極６の少なくとも一部は、集電極５と電気的に当接する。出力取出電極６の厚みは、１０μｍ～２０μｍ程度、集電極５の厚みは１５μｍ～５０μｍ程度である。
このようなフィンガー電極４、集電極５は、発生したキャリヤを集電する役割を有している。バスバー電極３、出力取出電極６は、フィンガー電極４、集電極５で集めたキャリヤ（電力）を集め、外部に出力する役割を有している。
なお、上述したように、第１ｐｎ接合領域は、第２面２ｂのうち集電極５が設けられていない外周部に設けられている。したがって、第２面２ｂにおいて、集電極５は、第１ｐｎ接合領域に隣接して設けられている。
本実施形態においては、半導体基板２の第２面２ｂの外周と集電極５の端部の間に、ｐｎ分離を行うための第１溝部７が形成されている。第１溝部７は、第１面２ｂの第１ｐｎ接合領域を第２面２ｂの外周に沿って分離している。
このような構成をなす太陽電池素子１においては、受光面側である第１面２ａ側から光が入射すると、半導体基板２で吸収・光電変換されて電子－正孔対（電子キャリヤおよび正孔キャリヤ）が生成される。この光励起起源の電子キャリヤおよび正孔キャリヤ（光生成キャリヤ）が上述の第１ｐｎ接合領域の働きにより、太陽電池素子の第１面２ａと第２面２ｂに設けられた上述の電極に集められ、両電極間に電位差を生ずる。
＜太陽電池素子の製造方法＞
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンのインゴットをスライスする等して得られる平板状の半導体基板２を準備する。この半導体基板２はｐ型の単結晶又は多結晶のシリコンから成るものを用いることができる。例えば、ボロン（Ｂ）などの不純物を微量添加することによりｐ型の導電型を呈する、比抵抗０．２～２．０Ω・ｃｍ程度の半導体基板２を用いることができる。
まず、図２（ａ）に示すように、シリコンのインゴットをスライスする等して得られる平板状の半導体基板２を準備する。この半導体基板２はｐ型の単結晶又は多結晶のシリコンから成るものを用いることができる。例えば、ボロン（Ｂ）などの不純物を微量添加することによりｐ型の導電型を呈する、比抵抗０．２～２．０Ω・ｃｍ程度の半導体基板２を用いることができる。
より具体的には、半導体基板２は、単結晶半導体基板を用いる場合は、例えばチョクラルスキー法などの引き上げ法などによって作製される。多結晶半導体基板を用いる場合は、鋳造法などによって作製されたシリコンインゴットを、ワイヤーソーなどを用いて３５０μｍ以下、より好ましくは１５０～２５０μｍ程度の厚みにスライスして作製される。
半導体基板２の形状は、円形や正方形、矩形であってもよく、その大きさは円形では直径１００～２００ｍｍ程度、正方形、矩形では一辺が１００～２００ｍｍ程度のものであってもよい。いずれの形状をなす半導体基板２も、上述のように第１面２ａ、第２面２ｂと側面２ｃとを有している。
このスライス直後の半導体基板２の表面には、スライスによるダメージ層が数ミクロンから数十ミクロン程度形成されており、このダメージ層の表面にはスライス時の微細な汚染物が付着している。そのため、ダメージ層の除去と汚染物の清浄のため、半導体基板２を水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）などのアルカリ性水溶液に浸漬した後、洗浄乾燥する。
その後、図２（ｂ）に示すように半導体基板２の表面全面にｎ層９を形成する。すなわち、半導体基板２の第１面２ａから側面２ｃ、第２面２ｂに亘ってｎ層９を形成する。ｎ型化ドーピング元素としてはＰ（リン）を用いることができる。シート抵抗が３０～１５０Ω／□程度のｎ型の層とすることができる。これによって上述のｐ型のバルク領域１０とｎ層９との間にｐｎ接合部１３が形成される。
このｎ層９の形成は、例えば半導体基板２を７００～９００℃程度に昇温して維持しながら、拡散源としてガス状態にしたＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）を導入した雰囲気中で２０～４０分程度処理する気相熱拡散法などがある。このような方法を用いることによって、ｎ層９が０．２～０．７μｍ程度の深さで形成される。
その後、図２（ｃ）に示すように、半導体基板２の第２面２ｂの外周部に形成されているｐｎ接合部１３に達する以上の深さの第１溝部７を、第２面２ｂ上に形成してｐｎ分離を行う。
この第１溝部７は、レーザやダイシング加工、ウオータージェット、または第２面２ｂのうち第１溝部７形成位置以外のところに耐酸レジストを塗布した後にフッ酸と硝酸の混合液によりエッチングするなどで形成可能である。第１溝部７の深さ等の制御のしやすさやコストの面から、レーザで行うことが好適である。
レーザで第１溝部７を形成する場合は、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザ（波長１０６４ｎｍ）やＳＨＧ（ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）－ＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ）、ＹＶＯ４（イットリウム・バナデイト）レーザ（波長１０６４ｎｍ）、エキシマレーザ（波長１９３～３５３ｎｍ）などが使用可能である。
ＹＡＧレーザを使用する場合、その条件は、ＴＥＭ波、出力５～３０Ｗ程度、パルス出力であって出力されたビームパルスの周波数１Ｈｚ～１ＭＨｚ、ビームパルス幅１００フェムト秒～１００マイクロ秒、ビームプロファイルはトップハット型とすることができる。
さらに、レーザを使用する場合の第１溝部７の形成方法としては、半導体基板２表面の所定箇所へのレーザの照射位置をガルバノミラーなどで走査させてレーザを照射する方法や、半導体基板２を載置した作業テーブルをシーケンサーなどで制御されたサーボーモーターにより一定速度で移動させながら、レーザをパルスで照射する方法などを用いることができる。
さらには、レーザの照射による第１溝部７の形成の際に、第１溝部７の内周面を不活性化するガスを第１溝部７の内面に吹き付けることができる。これによりレーザによる第１溝部７形成時の熱的ダメージ、機械的ダメージによる太陽電池素子１のリーク電流の発生を低減することができる。このような第１溝部７の内周面を不活性化するガスとしては、窒素ガスや酸素ガス、二酸化炭素ガス、水蒸気などを用いることができる。
なお、第１溝部７の内周面を不活性化するガスとして窒素ガスを用いた場合、レーザ照射による第１溝部７の形成時に発生する残渣の酸化を低減することができる。その結果、該残渣が第１溝部７の内部に残り、導電性を持ちリーク電流を発生させることを低減することができる。
また、第１溝部７の形成前または後に、図２（ｃ）に示すように第１面２ａに反射防止膜８を形成する。反射防止膜８の材料としては、窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ膜、Ｓｉ3Ｎ4ストイキオメトリを中心にして組成比（ｘ）には幅がある）、ＴｉＯ2膜、ＳｉＯ２膜、ＭｇＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ2膜、ＺｎＯ膜などを用いることができる。その厚さは、
材料によって適宜選択されて、適当な入射光に対して無反射条件を実現できる厚みとすることができる。例えば、シリコンから成る半導体基板２の場合、反射防止膜８の屈折率は１．８～２．３程度、厚み５００～１２００Å程度にすればよい。反射防止膜８は、プラズマＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などを用いて形成することができる。
材料によって適宜選択されて、適当な入射光に対して無反射条件を実現できる厚みとすることができる。例えば、シリコンから成る半導体基板２の場合、反射防止膜８の屈折率は１．８～２．３程度、厚み５００～１２００Å程度にすればよい。反射防止膜８は、プラズマＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などを用いて形成することができる。
次に、図２（ｄ）に示すように、半導体基板２の第２面２ｂに集電極５を形成する。集電極５は、アルミニウムを主成分とするペーストを第２面２ｂの外周部、例えば、第２面２ｂの外周から１～５ｍｍ程度の部分を除いて、第２面２ｂの略全面に塗布することで形成する。ペーストの塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができる。この集電極５の形成に用いるペーストは、アルミニウム粉末と有機ビヒクルなどからなるものを用いることができる。該ペーストこれを塗布した後、温度７００～８５０℃程度で熱処理（焼成）してアルミニウムを半導体基板２に焼き付ける。この塗布されたアルミニウムペーストを印刷、焼成することにより、ｐ型不純物であるアルミニウムを半導体基板２の塗布部分に高濃度に拡散させることができ、第２面２ｂにも形成されているｎ層９をｐ型高濃度ドープ層とすることができる。該集電極５は、図２（ｄ）に示すように、第２面２ｂのうち、外周部に設けられた第１溝部７よりも内側に形成される。
次に、図２（ｅ）に示すように、第１面２ａの電極、すなわちバスバー電極３およびフィンガー電極４（不図示）と、第２面２ｂの出力取出電極６とを形成する。
第２面２ｂの出力取出電極６は、銀を主成分とする導電ペーストを塗布することにより形成する。この銀を主成分とする導電ペーストは、例えば、銀のフィラー１００重量部に対して有機ビヒクルとガラスフリットを、それぞれ５～３０重量部、０．１～１５重量部配合、混練し、溶剤を用いて、５０～２００Ｐａ・Ｓの程度の粘度に調節したものを用いることができる。
塗布法としては、スクリーン印刷法などを用いることができ、塗布後所定の温度で溶剤を蒸散させて乾燥させてもよい。その後、焼成炉内にて最高温度が５００～６５０℃で数十秒～数十分程度焼成することにより出力取出電極６を形成する。
次に半導体基板２の第１面２ａの電極（バスバー電極３とフィンガー電極４）を形成する。このバスバー電極３とフィンガー電極４の形成においても、上述のように銀を主成分とする導電ペーストをスクリーン印刷法などを用いて塗布、乾燥、焼成することにより形成することができる。このような工程を経て、太陽電池素子１を製造することができる。
次に、本実施形態における第１溝部７の構成について、図３および図４を用いて、説明する。
図３（ａ）（ｂ）に示すように、本実施形態に係る太陽電池素子１において、第１溝部７は、集電極５と離間して設けられている。そして、集電極５の端部１１と第１溝部７との最短距離Ｑは、側面２ｃのｐｎ接合部１３と第１溝部７との最短距離Ｐより小さい。
より具体的には、図３（ｂ）に示すように、最短距離Ｑは、集電極５の端部１１と第１溝部７の幅方向の中心線１２との最短距離である。そして、最短距離Ｐは、側面２ｃのｐｎ接合部１３と第１溝部７の幅方向の中心線１２との最短距離である。
なお、ここでいう第１溝部７の幅方向とは、図３（ａ）（ｂ）に示すように、第２面２ｂ側からみたときの、側面２ｃに直交する方向である。また、第１溝部７の幅方向の中心線１２は、第１溝部７の開口部における幅方向の中心線である。
図４は、集電極５の端部１１と第１溝部７の幅方向の中心線１２との最短距離Ｑが、側面２ｃのｐｎ接合部１３と第１溝部７の幅方向の中心線１２との最短距離Ｐより小さい場合の、半導体基板２の内部のｐ型のバルク領域（中央領域）１０で発生した少数キャリヤＥの動きを模式的に示すものである。
本実施形態においては、上述したように、最短距離Ｑ＜最短距離Ｐである。このような構成により、図４に示すように、少数キャリヤＥのｎ層９までの移動距離を小さくすることができる。その結果、少数キャリヤの補足の効率を上げることが可能になり、太陽電池素子１の光電変換効率を向上させることができる。
なお、側面２ｃからのｐｎ接合部１３の位置の決定は、二次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）法を用いたｎ型及びｐ型不純物の深さ方向の濃度分布により決定する方法や、スフェリカルドリラーを用いて側面２ｃをボールを用いてドリルした後、光を照射しながら０．１％程度の硝酸（ＨＮＯ３）を含むフッ酸（ＨＦ）液（ステイン液）を垂らし、ｐ型部分にステイン膜を形成する方法などで決定することができる。
次に、第２および第３の実施形態に係る太陽電池素子２０、３０について、図５（ａ）（ｂ）を用いて、説明する。図５（ａ）（ｂ）は、太陽電池素子２０、３０を示す一部断面図であって、太陽電池素子１の第１溝部７近傍の断面図である図３（ｂ）に対応する。太陽電池素子２０、３０は、各々、太陽電池素子１と第１溝部７の形状において異なる。ここで、太陽電池素子１と同様の構成については、説明を省略する。
太陽電池素子２０の第１溝部７は、図５（ａ）に示すように、第２面２ｂに垂直な横断面形状において、底部から内側面にかけて曲線部７ａを有する。
レーザを照射して第１溝部７を形成する際、第１溝部７の周辺部は高温になる。そのため、第１溝部７の内周面近傍には、シリコンが溶融してその後固化した高濃度不純物領域が発生しやすい。この溶融して固化した高濃度不純物領域は、溶融の際にｎ層９やｐ型バルク領域１０の不純物に加えて第１溝部７の形成時の不純物も含まれる。そのため、該高濃度不純物領域は、導電率の高いものとなっており、太陽電池素子のリーク電流を増加させる可能性がある。
そこで、第２の実施形態においては、上述したように、第１溝部７は、第２面２ｂに垂直な横断面形状において、底部から内側面にかけて曲線部７ａを有している。これにより、第１溝部７の内周面において、この溶融して固化した高濃度不純物領域の一端部から他端部までの距離を長くすることができる。その結果、太陽電池素子２０のリーク電流の増加を低減することができる。このような形状を有する第１溝部７は、高出力のＹＡＧレーザを使用することによって形成可能であり、その場合、例えば、出力を１０Ｗ以上とすればよい。
さらに、第３の実施形態の太陽電池素子３０においては、図５（ｂ）に示すように、第１溝部７は、第２面２ｂに垂直な横断面形状において、底部から内側面にかける曲線部が楕円形状７ｂである。これにより、上述した溶融して固化した高濃度不純物領域の一端部から他端部への距離をより長くすることができるとともに、第１溝部７の端部における欠けを低減することができる。その結果、リーク電流の増加を低減する効果が高まるとともに、太陽電池素子３０の欠けを低減する効果も得られる。このような形状を有する第１溝部７も、高出力のＹＡＧレーザを使用することにより形成可能であり、その場合、例えば、出力を１２Ｗ以上とすればよい。
次に、本発明の第４乃至第６の実施形態に係る太陽電池素子４０、５０、６０について説明する。図６（ａ）（ｂ）は、太陽電池素子４０、５０の断面図であり、図６（ｃ）は太陽電池素子６０の第１溝部７近傍を示す一部断面図である。太陽電池素子４０、５０、６０は、反射防止膜８の構成において、太陽電池素子１と異なる。
図６（ａ）に示すように、太陽電池素子４０においては、反射防止膜８が半導体基板２の第１面２ａのみでなく側面２ｃにも設けられている。本実施形態は、側面２ｃに反射防止膜８ａを設けたことにより、側面２ｃの結晶粒界やダメージ層に対するパッシベーション効果が得られる。そのため、捕捉した少数キャリヤが側面２ｃに設けられたｎ層９で再結合することによって消滅することを低減することができる。その結果、上述の効果を高めることができる。
このように側面２ｃに反射防止膜８ａを設けることは、例えば、回り込みの効果が大きいプラズマＣＶＤにより反射防止膜８、８ａの成膜を行うことで可能である。
さらに、太陽電池素子５０においては、反射防止膜８は、図６（ｂ）に示すように、半導体基板２の第１面２ａ、側面２ｃに加え、第２面２ｂの外周部２ｂ１にも設けられている。すなわち、太陽電池素子４０と比べて、第２面２ｂのうち、第２面２ｂの端部から第１溝部７までの外周部２ｂ１領域にも反射防止膜８ｂが設けられている。これにより、この部分にもパッシベーション効果が得られ、捕捉した少数キャリヤの外周部２ｂ１領域に設けられたｎ層９での再結合による消滅を低減することができる。
このような外周部２ｂ１領域に反射防止膜８ｂを設けることは、例えば、平行平板型のプラズマＣＶＤにおいて、発生したプラズマが半導体基板２の第２面２ｂ側に回り込むようにして反射防止膜８の成膜を行うことで可能である。発生したプラズマが半導体基板２の第２面２ｂ側に回り込むようにするには、例えばプラズマＣＶＤ装置の半導体基板２を載置するためのサセプターのうち該半導体基板２を置く位置の外周部に凹部を形成することにより可能である。
更に、太陽電池素子６０においては、図６（ｃ）に示すように、第一面２ａと側面２ｃと第２面２ｂの外周部２ｂ１に加え、第１溝部７の内周面にも反射防止膜８ｃが形成されている。第１溝部７の内周面に反射防止膜８ｃを設けることにより、この部分にパッシベーション効果が得られ、この部分のリーク電流の増加を低減することが可能となる。
このような第１溝部７の内周面に反射防止膜８ｃを設けることは、例えば、平行平板型のプラズマＣＶＤにおいて、発生したプラズマが半導体基板２の第２面２ｂ側の第１溝部７までに回り込むようにして反射防止膜８の成膜を行うことで可能である。発生したプラズマが半導体基板２の第２面２ｂ側の第１溝部７までに回り込むようにするには、半導体基板を載置するためのサセプターのうち該半導体基板２を置く位置の外周部に、第１溝部７に達する位置まで凹部を形成することにより可能である。
なお、上述の反射防止膜８、８ａ、８ｂ、８ｃは、パッシベーション効果の大きい窒化シリコンからなる膜を用いることができる。そして、反射防止膜８ａ、８ｂ、８ｃはパッシベーション効果が得られれば、各々、第１面２ａに形成される反射防止膜８と膜質、膜厚が異なるものであってもよい。
たとえば、反射防止膜８ｃの厚みWｃは、反射防止膜８ａの厚みWａおよび反射防止膜８ｂの厚みWｂよりも小さくてもよい。また、反射防止膜８ｂの厚みWｂは、反射防止膜８ａの厚みWａよりも小さくてもよい。
また、第１溝部７の形成は、上述のようにｎ層９の形成直後に限定されるものではなく、ｎ層９の形成後であれば、例えばバスバー電極３とフィンガー電極４の形成後に行うことも可能である。
さらに、本発明の第７の実施形態に係る太陽電池素子７０について、図７（ａ）、（ｂ）を用いて、説明する。
図７（ａ）、（ｂ）に示すように、集電極５は、第１溝部７の配置方向に沿った端面を有しており、該端面は、第１溝部７の内周面と同一面上に位置している。すなわち、第１溝部７は、集電極５に沿って、且つ、集電極５に接するように配置されている。
本実施形態においては、上述した最短距離Ｑが実質的にゼロとなる。これにより、本実施形態においても、上述した最短距離Ｑ＜最短距離Ｐを満たす。したがって、本実施形態においても、少数キャリヤＥの移動距離を小さくでき、少数キャリヤＥの再結合を低減することができる。その結果、光電変換効率を向上させる効果が高まる。
次に、本発明の第８の実施形態に係る太陽電池素子８０について、図８（ａ）、（ｂ）を用いて、説明する。
図８（ａ）に示すように、太陽電池素子８０において、第１溝部７は、第１隆起部７１と第２隆起部７２とを有している。第１隆起部７１は、第１溝部７の内周面と第１溝部７よりも外側の第２面２ｂ１との交差部に位置する。一方、第２隆起部７２は、第１溝部７の内周面と第１溝部７よりも内側の第２面２ｂ２との交差部に位置する。
本実施形態においては、このような隆起部を有することにより、図８（ｂ）に示すように、太陽電池モジュールを形成する際に、接続導体２３ｂがこのような隆起部と当接する。そのため、接続導体２３ｂがｎ層と接触することを低減することができ、該太陽電池素子８０を用いた太陽電池モジュールの信頼性が高まる。
また、図８（ａ）に示すように、第１隆起部７１の高さは、第２隆起部７２の高さ以下としてもよい。これにより、接続導体２３ｂから受ける圧力を、第１隆起部７１及び第２隆起部７２に分散してかかるようにすることができるため、隆起部の欠損を低減することができる。
ここで、第１隆起部７１および第２隆起部７２の高さは、例えば、第２面２ｂに垂直な方向におけるそれぞれの隆起部の寸法の最大値である。
第１隆起部７１および第２隆起部７２の高さは、第１溝部７の深さよりも小さくすることができる。第１隆起部７１および第２隆起部７２の高さは、第１溝部７の深さやｎ層の厚みなどに応じて、適宜選択でき、例えば、３ｎｍから１２ｎｍ程度であってもよい。
さらに、図８（ａ）に示すように、太陽電池素子８０において、第１隆起部７１上および第２隆起部７２上に酸化膜１４が設けられていてもよい。これにより、酸化膜１４が絶縁膜として機能するため、接続導体２３ｂがｎ層と接触することを低減する効果がさらに高まる。
酸化膜１４の厚みは、レーザにより第１溝部７を形成することで、太陽電池素子９０の半導体基板２の他の部位に形成される自然酸化膜より厚くすることが可能となり、例えば、３ｎｍから８ｎｍ程度であってもよい。
なお、本実施形態においては、第１溝部７が第１隆起部７１及び第２隆起部７２の両方を有するが、第１溝部７は、第１隆起部７１および第２隆起部７２のいずれか一方のみを有してもよい。
次に、本発明の第９の実施形態に係る太陽電池素子９０について、図９（ａ）、（ｂ）を用いて、説明する。
図９（ａ）に示すように、太陽電池素子９０において、第２面２ｂの外周と第１溝部７との間には、酸化膜１５が形成されている。これにより、本実施形態においては、パッシベーション効果が得られるため、太陽電池素子９０の変換効率の向上が図れる。
本実施形態の酸化膜１５は、例えば、第１溝部７を形成する方法において、高出力のＹＡＧレーザを用い、ＹＡＧレーザの出力を５Ｗ以上にすることにより、第１溝部７近傍の半導体基板２が高温となり、好適に形成することができる。この場合、酸化膜１５の厚みは、太陽電池素子９０の半導体基板２の他の部位に形成される自然酸化膜より厚いものであり、例えば、３ｎｍから８ｎｍ程度とすることができる。
なお、本実施形態においては、酸化膜１５は、第２面２ｂのうち第２面２ｂの端部から第１溝部７までの外周領域の全体に渡って設けられている。他の形態として、酸化膜１５は、前記外周領域の一部に設けられていてもよい。
＜太陽電池モジュールについて＞
次に、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール２１について、図１０乃至図１２を用いて、説明する。
次に、本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール２１について、図１０乃至図１２を用いて、説明する。
図１０（ａ）は、太陽電池モジュール２１の受光面側の平面図であり、図１０（ｂ）は、太陽電池パネル２２の積層状態を説明する、太陽電池パネル２２の概略断面図である。
図１０（ａ）、（ｂ）において、２３は接続導体、２４はモジュール枠、２５は透光性基板、２６は受光面側充填材、２７は裏面側充填材、２８は裏面シート、３２は太陽電池素子からの出力導線、３１は端子ボックスを示す。
図１０（ａ）に示すように、太陽電池モジュール２１は、太陽電池パネル２２と、太陽電池パネル２２の外周部に付けられるモジュール枠２４と、太陽電池パネル２２の裏面側に配置される端子ボックス３１（不図示）と、を有している。
そして、図１０（ｂ）に示すように、太陽電池パネル２２は、複数の太陽電池素子５０と、受光面側充填材２６と、裏面側充填材２７と、透光性基板２５と、裏面シート２８と、を有している。
本実施形態の太陽電池パネル２２においては、複数の太陽電池素子５０が直列に接続されている。そして、接続された複数の太陽電池素子５０は、受光面側充填材２６と裏面側充填材２７とにより封止されている。そして、該充填材により封止された複数の太陽電池素子５０は、透光性基板２５と裏面シート２８の間に挟持されている。
またさらに、太陽電池パネル２２に用いられる複数の太陽電池素子は、上述した実施形態に係る太陽電池素子５０である。すなわち、太陽電池パネル２２の太陽電池素子５０は、図６（ｂ）に示したように、半導体基板２の第１面と側面と第２面の外周部に設けられた反射防止膜８、８ａ、８ｂを有している。
したがって、太陽電池パネル２２は、太陽電池素子５０を用いることにより、接続導体２３と太陽電池素子５０との間に短絡を抑制するための絶縁体等を別途配置する必要が無い。そのため、太陽電池モジュール２２の部品点数を削減できると共にその作製工程を簡略化することができる。その結果、安価で高出力の太陽電池モジュール２２の供給が可能となる。
以下、この点について、詳細に説明する。
まず、太陽電池パネル２２の各部材について説明する。
透光性基板２５としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いられる。ガラス板ついては、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられる。例えば、厚さ３ｍｍ～５ｍｍ程度の白板強化ガラスを使用することができる。他方、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂からなる基板を用いた場合には、厚みが５ｍｍ程度の基板を使用することができる。
受光面側充填材２６及び裏面側充填材２７は、エチレン－酢酸ビニル共重合体（以下、ＥＶＡと略す）やポリビニルブチラール（以下、ＰＶＢと略す）から成り、Ｔダイと押し出し機により厚さ０．４～１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化される。
また、裏面側充填材２７に用いるＥＶＡやＰＶＢは透明でも構わない。また、該ＥＶＡやＰＶＢは、太陽電池モジュールの設置される周囲の設置環境に合わせ、酸化チタンや顔料等を含有させ白色や黒色等に着色したものを用いてもよい。
裏面シート２８は水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ－ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。
出力導線３２は、幅５～１０ｍｍ程度、厚み０．２～１．０ｍｍ程度のリボン状の銅箔をハンダコートしたものが用いられる。
接続導体２３は、太陽電池素子５０のバスバー電極３や出力取出電極６にハンダ付けすることにより太陽電池素子５０同士を直列接続するためのものである。例えば、幅１～３ｍｍ程度、厚み０．１～０．８ｍｍ程度のリボン状の銅箔をハンダコートしたものが用いられる。
接続導体２３は、太陽電池素子５０のバスバー電極３や出力取出電極６にハンダ付けすることにより太陽電池素子５０同士を直列接続するためのものである。例えば、幅１～３ｍｍ程度、厚み０．１～０．８ｍｍ程度のリボン状の銅箔をハンダコートしたものが用いられる。
＜太陽電池モジュールの製造方法＞
次に、太陽電池モジュール２１の作製方法について述べる。
次に、太陽電池モジュール２１の作製方法について述べる。
まず太陽電池パネル２２を作製する。具体的には、透光性基板２５上に受光面側充填材２６を置き、さらにその上に接続導体２３や出力導線３２を接続した太陽電池素子５０を置く。さらにその上に裏面側充填材２７、裏面シート２８を順次積層する。そして、その後、出力導線３２を裏面側の各部材に向けられたスリットからピンセットなどを使用して裏面シート２５の外部に導出しておく。このような状態にした積層体を、ラミネーターにセットし、減圧下にて加圧しながら１００～２００℃で例えば１５分～１時間加熱する。これにより、前記積層体が一体化してなる太陽電池パネル２２を得ることが出来る。
次に、端子ボックス３１を取り付ける。具体的には、出力導線３２の導出された裏面シート２８上に、端子ボックス３１をシリコン系などの接着材等を用いて取り付ける。そして、プラス側、マイナス側の出力導線３２を端子ボックス３１のターミナル（不図示）にハンダ付けなどで固定する。その後端子ボックス３１に蓋を取り付ける。
最後に、モジュール枠２４を取り付けて、太陽電池モジュール２１を完成させる。具体的には、太陽電池パネル２２の外周部にアルミニウムなどで作製されたモジュール枠２４を取り付ける。モジュール枠２４は、例えば、その角部をビスなどで固定することにより、取り付けることができる。このようにして、太陽電池モジュール２１が完成する。
最後に、モジュール枠２４を取り付けて、太陽電池モジュール２１を完成させる。具体的には、太陽電池パネル２２の外周部にアルミニウムなどで作製されたモジュール枠２４を取り付ける。モジュール枠２４は、例えば、その角部をビスなどで固定することにより、取り付けることができる。このようにして、太陽電池モジュール２１が完成する。
図１１は、得られた太陽電池モジュール２１における、２つの太陽電池素子５０ａ、５０ｂを接続導体２３により接続した状態を示す平面図である。
図１１に示すように、接続導体２３ａは、太陽電池素子５０ａの第１面２ａにあるバスバー電極３にハンダ付けにより接続される。そして、該接続導体２３ａは、隣接して配置された太陽電池素子５０ｂの第２面２ｂの出力取出電極６にハンダ付けされる。これにより、隣接する２つの太陽電池素子５０ａ、５０ｂは、接続導体２３ａによって直列に接続される。
また、接続導体２３ｂは、太陽電池素子５０ｂのバスバー電極３にハンダ付けにより接続される。そして、該接続導体２３ｂは、さらにその次の太陽電池素子５０（不図示）の出力取出電極６にハンダ付けされる。このようにして複数の太陽電池素子５０が互いに直列接続される。
図１２は、図１１のX-X線に沿う太陽電池モジュール２１の一部断面図である。図１２を用いて、太陽電池モジュール２１における太陽電池素子５０ａの出力取出電極６に、接続導体２３ｃがハンダ付けされた状態を説明する。
図１２に示すように、太陽電池素子５０ａの第２面２ｂの出力取出電極６にハンダ付けされた接続導体２３ｃは、隣接する太陽電池素子５０の第１面２ａのバスバー電極３に向かって、斜め上方に伸びている。さらに、太陽電池パネル作製時に、上述のようにラミネートにより加圧されるため、接続導体２３ｃは、太陽電池素子５０の角部付近の接触部Ｇにおいて太陽電池素子５０と接触する。すなわち、接続導体２３ｃは、第１溝部７よりも外周に位置する第２面と側面との交差部またはその近傍に当接している。
このような構成において、上述したように、本実施形態に係る太陽電池モジュール２１の太陽電池素子５０は、その側面と第２面の外周部に位置する反射防止膜８ａ、８ｂを有している。そのため、接続導体２３ｃは、接触部Ｇにおいて、反射防止膜８ａ、８ｂを介して太陽電池素子５０と当接する。そして、反射防止膜８、８ａ、８ｂは、例えば、窒化シリコン膜のように絶縁膜または高抵抗の膜が用いられる。
このように、本実施形態においては、接続導体２３ｃが、このような反射防止膜８、８ａ、８ｂを介して、接触部Ｇにおいて、太陽電池素子５０と当接する。そのため、接続導体２３ｃの固定が安定するとともに、接続導体２３ｃを太陽電池素子５０の前記交差部から大きな角度で斜め上方に曲げることが可能となる。そのため、接続導体２３ｃを、太陽電池素子５０の側面の近傍に、安定して固定することができる。これにより、太陽電池素子５０間で接続導体２３ｃのある部分に入射した光をより効率的に太陽電池素子５０の側面に反射させることができ光電流を増加させることができる。そのため、太陽電池素子５０のプラス側出力とマイナス側出力が接続導体２３ｃにより接触部Ｇにおいて短絡することを抑制することができる。その結果、低コストで、信頼性が高く高出力の太陽電池モジュール２１を提供することが可能となる。
また、上述したように、接続導体２３ｃを太陽電池素子５０の側面の近傍に安定して固定することができるため、太陽電池モジュール２１における太陽電池素子５０の配置効率を高めることができる。このことからも、太陽電池モジュール２１の出力の向上を図ることができる。
なお、本実施形態のように、太陽電池モジュール２１において、接続導体２３が太陽電池素子と当接する接触部Ｇを有する場合は、図７に示す太陽電池素子７０を用いてもよい。太陽電池素子７０を用いた場合、接触部Ｇと第１溝部７までの距離を大きく確保することができる。これにより、太陽電池モジュール２１の製造工程におけるラミネート工程において、接触部Ｇに応力がかかった場合でも、第１溝部７の近傍にクラックが生じることを低減することができる。その結果、信頼性の高い太陽電池モジュール２１を提供することができる。
次に、本発明の第１０の実施形態に係る太陽電池素子Ｘついて、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の一実施形態に係る太陽電池素子Ｘは、図１３に示すように、いわゆるバックコンタクト型の太陽電池素子である。すなわち、太陽電池素子Ｘは、半導体基板１９と、半導体層２９と、表面電極３９と、貫通電極４９と、半導体基板１９の裏面（第２面）に形成された第２電極５９と、第１電極６９と、第３電極（接続電極）７９と、を備えている。
半導体基板１９は、主として太陽光を受光する第１面１９ａと、該第１面１９ａの裏面に相当する第２面１９ｂと、を有する。半導体基板１９は、一導電型を有しており、例えば、ｐ型を呈している。このような半導体基板１９としては、例えば、単結晶または多結晶のシリコン基板が挙げられる。
半導体層２９は、半導体基板１９と逆の導電型を呈しており、図１４に示すように、半導体基板１９の第１面１９ａ、半導体基板１９の貫通孔の表面及び半導体基板１９の第２面１９ｂの一部に形成されている。この半導体層２９は、半導体基板１９との界面において、ｐｎ接合を形成している。そのため、半導体層２９は、半導体基板１９がｐ型であれば、ｎ型を呈しており、半導体基板１９がｎ型であれば、ｐ型を呈している。また、半導体層２９は、半導体基板１９がｐ型であれば、例えば、リンなどのｎ型不純物を気相拡散法やスクリーン印刷法等で半導体基板１の所望の位置に拡散することで形成できる。
ここで、第２面１９ｂに設けられたｐｎ接合領域のうち、図１３（ｂ）に示すように、第２面１９ｂの外周部に渡って設けられた領域が第１ｐｎ接合領域である。そして、第２面１９ｂに設けられたｐｎ接合領域のうち、図１４（ｂ）に示すように、第１ｐｎ接合領域よりも内側に設けられた領域が第２ｐｎ接合領域である。図１４（ｂ）に示すように、第２電極５９は、第２ｐｎ接合領域上の一部に配置されている。
表面電極３９は、半導体基板１９の第１面１９ａに位置する半導体層２９上に形成されており、半導体基板１９内で生成されるキャリヤ（例えば、電子）を収集する役割を有している。表面電極３９の形状は、特に限定されるものではないが、受光面の発電領域を増やす観点から、図１３（ａ）に示すように、複数の細線形状であることが好ましい。このような表面電極３９は、例えば、銀や銅の導電性を有する金属で構成されており、該金属を含む導電性ペーストをスクリーン印刷法等で塗布した後、焼成することによって形成することができる。
貫通電極４９は、表面電極３９で収集したキャリヤを半導体基板１９の第２面１９ｂに形成された第２電極５９に導く役割を有している。すなわち、貫通電極４９は、半導体基板１９の第１面１９ａから第２面１９ｂにかけて半導体基板１９を貫通するように形成されており、表面電極３９及び第２電極５９と電気的に接続されている。また、貫通電極４９は、図１３（ａ）に示すように、１本の表面電極３９に対して複数設けることにより、１つの貫通電極４９における光電流の密度を小さくすることができ、太陽電池素子の抵抗成分を下げることができる。このような貫通電極４９は、予め、レーザ等で半導体基板１９を穿孔することによって得られた貫通孔に銀や銅等を含んでなる導電性ペーストを充填し、焼成することにより形成される。
第２電極５９は、半導体基板１９の第２面１９ｂに位置する半導体層２９上に形成されており、第２面１９ｂ側のｐｎ接合部で生成されるキャリヤを収集するとともに、貫通電極４９を通じて得られるキャリヤを収集する役割を有している。すなわち、第２電極５９は、表面電極３９及び貫通電極４９と同じ極性を有しているため、半導体基板１９がｐ型であり、半導体層２９がｎ型であれば、負極となっている。第２電極５９の形状は、貫通電極４９と電気的に接続され、後述する第１及び第３電極と絶縁されていればよく、例えば、図１３（ｂ）に示すように、各貫通電極４９の直下で互いに離間した矩形状にすればよい。また、図１３（ｂ）に示した形態において、第３電極７９を形成しない場合は、各貫通電極４９と接続可能な長尺状を成す第１電極としてもよい。なお、第２電極５９の材質及び形成方法は、表面電極３９と同じものを利用できる。
第１電極６９は、半導体基板１９の第２面１９ｂ上において、半導体層２９が形成されていない領域（非形成部）に配置されている。第１電極６９は、第２電極５９と異なる極性を有している。それゆえ、例えば、太陽電池素子Ｘをｐ型の半導体基板１９とｎ型の半導体層２９とで形成すれば、第２電極５９は負極となり、第１電極６９は正極となる。よって、第１電極６９は、第２電極５９と電気的に絶縁されるように配置されている。
この第１電極６９は、集電部６９ａ及び出力取出部６９ｂを有している。
集電部６９ａは、半導体基板１９との界面で形成される高濃度ドープ層６９’を介して接合しており、半導体基板１９内で生成されるキャリヤ（例えば、正孔）を収集する役割を有している。これにより、半導体基板１内で生成されたキャリヤは、効率よく集電される。ここで、高濃度とは、半導体基板１９における一導電型不純物の濃度よりも不純物濃度が大きいことを意味する。このような集電部６９ａは、アルミニウム等を主成分とする導電性ペーストを半導体基板１９の所望の位置にスクリーン印刷等で塗布した後、焼成することによって形成することができる。このとき、半導体基板１をシリコン基板とし、集電部６９ａをアルミニウムを主成分とする金属とすれば、アルミニウムを主成分とする導電性ペーストを焼成することにより、同時に高濃度ドープ層６’が形成される。
出力取出部６９ｂは、集電部６９ａで収集したキャリヤを外部に出力する役割を有している。出力取出部６９ｂの位置は、集電部６ａと電気的に接続されていれば特に限定されるものでなく、例えば、図１３（ａ）に示すように、集電部６９ａ上に形成してもよい。このような出力取出部６９ｂの材質及び形成方法は、表面電極３９と同じものを利用できる。
本実施形態おいて、集電部６９ａは、半導体基板１９の第２面１９ｂを平面視して、第２電極５９を挟んで対を成す対電極を有している。そして、この一対の集電部６９ａは、第３電極７９を介して電気的に接続されている。第３電極７９は、第１電極６９（集電部６９ａ）と同じ極性を有しており、異なる極性を有する第２電極５９とは電気的に絶縁されるように配置されている。この第３電極７９は、対を成している集電部６９ｂを電気的に接続することにより、キャリヤの収集を補助している。
さらに、太陽電池素子Ｘでは、図１３及び図１４に示すように、ｐｎ分離を実現すべく、半導体層２９の一部が除去された溝部８９が形成されている。具体的には、半導体基板１の第２面１９ｂにおいて、第２電極５９を取り囲むように第２溝部８９ａが形成されている。さらに、半導体基板１９の外周に沿って、外周部から一定距離だけ離間した位置に第１溝部８９ｂが形成されている。
溝部８９は、図１４に示すように、半導体層２の厚みよりも深い位置まで形成すれば、より確実にｐｎ分離を行うことができる。この溝部８９は、レーザ等で形成することができる。
次に、第２溝部８９ａについて図１５を用いて詳述する。
本実施形態において、第２溝部８９ａは、図１５（ａ）及び（ｂ）に示すように、半導体基板１の第２面１ｂから平面視したときに、第２電極５９と第２溝部８９ａとの間の最短距離Ｓよりも第１電極６９と第２溝部８９ａとの最短距離Ｔの方が小さくなる位置に形成されている。図１５（ａ）では、第２電極５９と第１電極６９との中間距離に位置する部位を結ぶ一点鎖線Ｌで示しており、第２溝部８９ａは、同図中、一点鎖線Ｌよりも第１電極６９側に形成されている。また、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）のＢ部における部分拡大図を用いて、上記した最短距離Ｓ及びＴを模式的に表している。ここで、最短距離とは、第２溝部８９ａの仮想中心線Ｍ（同図中、点線で表記）から第１または第２電極の端部までの距離のうち、もっとも短い距離を指す。
次に、第２溝部８９ａの形成位置による作用について詳述する。
図１６は、太陽電池素子Ｘが太陽光を受光した際、半導体基板１内で発生する少数キャリヤＥの動きを模式的に示すものである。本実施形態のように、第２溝部８９ａが、第２電極５９と第２溝部８９ａとの間の最短距離Ｓよりも第１電極６９と第２溝部８９ａとの最短距離Ｔの方が小さくなる位置に形成されている場合、図１６に示すように、少数キャリヤＥの第２電極５９が接合されている半導体層２までの移動距離が短くなる。そのため、少数キャリヤＥの再結合によって消滅する割合が低くなり、効率よくキャリヤを取り出して太陽電池素子の光電変換効率を向上させることができる。
また、図１５（ｃ）は、図１５（ａ）のＣ部における部分拡大図である。図１５（ｃ）に示すように、本実施形態のように、一対の第１電極６９と電気的に接続された第３電極７９を有する場合は、半導体基板１９の第２面１９ｂから平面視したときに、第２溝部８９ａを第２電極５９と第２溝部８９ａの間の最短距離Ｓよりも第３電極７９と第２溝部８９ａとの最短距離Ｕの方が小さくなる位置に形成すればよい。このような形態によれば、上述したように、第３電極７９は第１電極６９と同じ極性を有しているため、第１電極６９と同様に、少数キャリヤＥの移動距離を小さくし、光電変換効率を高めることができる。
なお、本実施形態においては、第２溝部８９ａを、上述した第１及び第２電極との最短距離の関係を維持し、かつ第１電極６９から離間した位置に形成している。このように配置された第２溝部８９ａを、シリコン基板からなる半導体基板１９にレーザ照射して形成する場合、レーザ照射に伴って発生するシリコン酸化物などの粉塵が第１電極６９上に堆積するのを低減できる。その結果、本実施形態では、後工程で第１電極６９に半田で接続導体等を容易に接着することができる。
次に、本発明の第１１の実施形態に係る太陽電池素子Ｙについて説明する。
本実施形態では、図１７に示すように、第１電極６９（集電部６９ａ）が第２溝部８９ａの配置方向（形成方向）に沿った端面を有しており、この端面が第２溝部８９ａの内面と同一平面上に位置している点で図１４に示した実施形態と相違する。すなわち、本実施形態では、第２溝部８９ａが第１電極６９に沿って、かつ第１電極６９と接するように形成されている。それゆえ、本実施形態における第２溝部８９ａと第１電極６９との距離はゼロとなる。このような形態によれば、上述した実施形態に比べて、少数キャリヤＥの移動距離をさらに小さくすることができるため、光電変換効率をより高めることができる。
次に、第１０の実施形態に係る太陽電池素子Ｘの製造方法について説明する。
＜半導体基板の準備工程＞
まず、一導電型を示す半導体基板１９として、例えばボロンなどがドープされたｐ型のシリコン基板を準備する。このシリコン基板は、シリコンインゴットから切り出された単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板からなるシリコン基板を用いればよく、シリコン基板の大きさは例えば一辺１４０～１８０ｍｍ程度の正方形又は矩形で、その厚みは１５０μｍ～３００μｍ程度にすればよい。
まず、一導電型を示す半導体基板１９として、例えばボロンなどがドープされたｐ型のシリコン基板を準備する。このシリコン基板は、シリコンインゴットから切り出された単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板からなるシリコン基板を用いればよく、シリコン基板の大きさは例えば一辺１４０～１８０ｍｍ程度の正方形又は矩形で、その厚みは１５０μｍ～３００μｍ程度にすればよい。
＜貫通孔の形成工程＞
次に、半導体基板１９の第１面１９ａと第２面１９ｂとの間に貫通孔を形成する。この貫通孔は、機械的ドリル、ウォータージェット或いはレーザ装置等を用いて、例えば半導体基板１９の第２面１９ｂ側から第１面１９ａ側に向けて形成される。特に貫通孔形成時又は形成後のマイクロクラックの発生防止のために、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザやＹＶＯ４（イットリウム・バナデイト）レーザなどが好適に用いられる。
次に、半導体基板１９の第１面１９ａと第２面１９ｂとの間に貫通孔を形成する。この貫通孔は、機械的ドリル、ウォータージェット或いはレーザ装置等を用いて、例えば半導体基板１９の第２面１９ｂ側から第１面１９ａ側に向けて形成される。特に貫通孔形成時又は形成後のマイクロクラックの発生防止のために、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザやＹＶＯ４（イットリウム・バナデイト）レーザなどが好適に用いられる。
貫通孔は略一定のピッチで複数形成され、その直径は５０μｍ以上３００μｍ以下であればよく、第１面１９ａと第２面１９ｂの開口部の直径が異なってもよい。
＜凹凸構造の形成工程＞
次に、半導体基板１９の第１面１９ａに光反射率の低減を効果的に行うための微細な突起（凸部）をもつ凹凸構造を形成する。凹凸構造の形成方法としては、アルカリ液によるウェットエッチング法や、エッチングガスによるドライエッチング法を用いることができる。
次に、半導体基板１９の第１面１９ａに光反射率の低減を効果的に行うための微細な突起（凸部）をもつ凹凸構造を形成する。凹凸構造の形成方法としては、アルカリ液によるウェットエッチング法や、エッチングガスによるドライエッチング法を用いることができる。
＜半導体層の形成工程＞
次に、半導体基板１９の第１面１９ａ、貫通孔の内面及び第２面１９ｂに半導体層２９を形成する。半導体基板１９と逆の導電型を呈するｎ型化ドーピング元素としてはｐ（リン）を用い、シート抵抗が６０～３００Ω／□程度のｎ＋型とする。これによって上述の半導体基板１９のｐ型領域との間にｐｎ接合部が形成される。また、半導体基板１９へのドーピング元素の拡散に気相拡散法を用いることにより、半導体基板１９の第１面、第２面及び貫通孔の内面に、同時に半導体層２９を形成することができる。
次に、半導体基板１９の第１面１９ａ、貫通孔の内面及び第２面１９ｂに半導体層２９を形成する。半導体基板１９と逆の導電型を呈するｎ型化ドーピング元素としてはｐ（リン）を用い、シート抵抗が６０～３００Ω／□程度のｎ＋型とする。これによって上述の半導体基板１９のｐ型領域との間にｐｎ接合部が形成される。また、半導体基板１９へのドーピング元素の拡散に気相拡散法を用いることにより、半導体基板１９の第１面、第２面及び貫通孔の内面に、同時に半導体層２９を形成することができる。
＜ｐｎ分離１工程＞
上述の気相拡散法を用いて半導体層２９を形成した場合、半導体基板１９の第１面及び第２面のみならず、半導体基板１９の側面にも半導体層２９が形成されるため、半導体基板１９の第１面１９ａと第２面１９ｂの半導体層２９の一部を分離（ｐｎ分離）する。このｐｎ分離は、第２面１９ｂの周辺部のみに酸化珪素やアルミナなどの粉末を高圧で吹きつけ第２面１９ｂの周辺部の半導体層２９を削るブラスト加工法やレーザ加工法を用いて、第２面１９ｂの周辺端部に第１溝部８９ｂを形成する。
上述の気相拡散法を用いて半導体層２９を形成した場合、半導体基板１９の第１面及び第２面のみならず、半導体基板１９の側面にも半導体層２９が形成されるため、半導体基板１９の第１面１９ａと第２面１９ｂの半導体層２９の一部を分離（ｐｎ分離）する。このｐｎ分離は、第２面１９ｂの周辺部のみに酸化珪素やアルミナなどの粉末を高圧で吹きつけ第２面１９ｂの周辺部の半導体層２９を削るブラスト加工法やレーザ加工法を用いて、第２面１９ｂの周辺端部に第１溝部８９ｂを形成する。
＜表面電極と貫通電極の形成工程＞
次に、半導体基板１９に、表面電極３９と貫通電極４９を形成する。これらの電極は、半導体基板１９の第１面１９ａにスクリーン印刷法などの塗布法を用いて銀や銅等からなる導電性ペーストを塗布する。このとき、半導体基板１９の貫通孔内に導電性ペーストが充填されるようにする。その後、導電性ペーストを最高温度５００～８５０℃で数十秒～数十分程度焼成することにより表面電極３９及び貫通電極４９が形成される。
次に、半導体基板１９に、表面電極３９と貫通電極４９を形成する。これらの電極は、半導体基板１９の第１面１９ａにスクリーン印刷法などの塗布法を用いて銀や銅等からなる導電性ペーストを塗布する。このとき、半導体基板１９の貫通孔内に導電性ペーストが充填されるようにする。その後、導電性ペーストを最高温度５００～８５０℃で数十秒～数十分程度焼成することにより表面電極３９及び貫通電極４９が形成される。
＜第１乃至第３電極の形成工程＞
次に、半導体基板１９の第２面１９ｂ上に、第１乃至第３電極を形成する。まず、第１電極６９のうち集電部６９ａを形成する半導体基板１９の第２面１９ｂ上にスクリーン印刷法を用いて、アルミニウム等からなる導電性ペーストを所定の形状になるように塗布し、最高温度５００～８５０℃で数十秒～数十分程度焼成することにより集電部６９ａを形成する。この集電部６９ａの形成と同時に、高濃度ドープ層６’が形成される。
次に、半導体基板１９の第２面１９ｂ上に、第１乃至第３電極を形成する。まず、第１電極６９のうち集電部６９ａを形成する半導体基板１９の第２面１９ｂ上にスクリーン印刷法を用いて、アルミニウム等からなる導電性ペーストを所定の形状になるように塗布し、最高温度５００～８５０℃で数十秒～数十分程度焼成することにより集電部６９ａを形成する。この集電部６９ａの形成と同時に、高濃度ドープ層６’が形成される。
次に、第２電極５９、第１電極６９の出力取出部６９ｂ及び第３電極７９を形成する。まず、これらの電極を形成する位置に、スクリーン印刷法などの塗布法を用いて銀や銅等からなる導電性ペーストを塗布する。その後、最高温度５００～８５０℃で数十秒～数十分程度焼成することにより各種電極を形成することができる。
＜ｐｎ分離２工程＞
次に、第２電極５９の周囲の部分でｐｎ分離を行う。第２電極５９と第１電極６９（集電部６９ａ）との間と、第２電極５９と第３電極７９との間における半導体基板１９の半導体層２９が形成された部分にＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）やＳＨＧ（ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）―ＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ）などを用いてレーザ光を照射し、矩形状に第２溝部８９ａを形成する。このとき、第２溝部８９ａと第１乃至第３電極との位置関係は、上述したような最短距離の関係を満たすようにする。
次に、第２電極５９の周囲の部分でｐｎ分離を行う。第２電極５９と第１電極６９（集電部６９ａ）との間と、第２電極５９と第３電極７９との間における半導体基板１９の半導体層２９が形成された部分にＹＡＧレーザ（波長１０６４ｎｍ）やＳＨＧ（ｓｅｃｏｎｄ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）―ＹＡＧレーザ（波長５３２ｎｍ）などを用いてレーザ光を照射し、矩形状に第２溝部８９ａを形成する。このとき、第２溝部８９ａと第１乃至第３電極との位置関係は、上述したような最短距離の関係を満たすようにする。
このとき、第２溝部８９ａの幅は、２０μｍ以上、５０μｍ以下程度であれば、太陽電子素子のリーク電流を小さくできる。また、レーザで第２溝部８９ａを形成する場合、例えば半導体基板１９表面の所定箇所へのレーザの照射位置をガルバノミラーなどで移動させたり、半導体基板１９を載置した作業テーブルをシーケンサーなどで制御されたサーボーモーターにより一定速度で移動させながら、レーザをパルスで照射する。本方法では、１回（１パルス）のレーザ照射で形成される加工円に対し次のパルスのレーザ照射で形成される加工円とのオーバーラップ率は２０％以上、６０％以下程度であれば、太陽電子素子のリーク電流をより低減することができる。
以上、本発明に係るいくつかの実施形態について例示したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない限り任意のものとすることができることは言うまでもない。
１；太陽電池素子
２；半導体基板
２ａ；第１面
２ｂ；第２面
２ｂ１；第２面の外周部
２ｃ；側面
３；バスバー電極
４；フィンガー電極
５；集電極（第１電極）
６；出力取出電極
７；第１溝部
８：第１の面の反射防止膜
８ａ；側面に設けられた反射防止膜
８ｂ；第２面の外周部に設けられた反射防止膜
８ｃ；第１溝部の内周面に設けられた反射防止膜
９；ｎ層
１０；バルク領域
１１；集電極（第１電極）の端部
１２；第１溝部の幅方向の中心線
１３；側面のｐｎ接合部
２０、３０、４０、５０、６０、７０；太陽電池素子
２１；太陽電池モジュール
２２；太陽電池パネル
２３；接続導体
２４；モジュール枠
２５；透光性基板
２６；受光面側充填材
２７；裏面側充填材
２８；裏面シート
３１；端子ボックス
３２；出力導線
Ｅ；バルク領域で発生した少数キャリヤ
Ｑ；集電極の端部と第１溝部の幅方向の中心線との最短距離
Ｐ；側面のｐｎ接合部と第１溝部の幅方向の中心線との最短距離
Ｇ；接触部
２；半導体基板
２ａ；第１面
２ｂ；第２面
２ｂ１；第２面の外周部
２ｃ；側面
３；バスバー電極
４；フィンガー電極
５；集電極（第１電極）
６；出力取出電極
７；第１溝部
８：第１の面の反射防止膜
８ａ；側面に設けられた反射防止膜
８ｂ；第２面の外周部に設けられた反射防止膜
８ｃ；第１溝部の内周面に設けられた反射防止膜
９；ｎ層
１０；バルク領域
１１；集電極（第１電極）の端部
１２；第１溝部の幅方向の中心線
１３；側面のｐｎ接合部
２０、３０、４０、５０、６０、７０；太陽電池素子
２１；太陽電池モジュール
２２；太陽電池パネル
２３；接続導体
２４；モジュール枠
２５；透光性基板
２６；受光面側充填材
２７；裏面側充填材
２８；裏面シート
３１；端子ボックス
３２；出力導線
Ｅ；バルク領域で発生した少数キャリヤ
Ｑ；集電極の端部と第１溝部の幅方向の中心線との最短距離
Ｐ；側面のｐｎ接合部と第１溝部の幅方向の中心線との最短距離
Ｇ；接触部
Claims (15)
- 受光面となる第１面、該第１面の裏側に位置する第２面および前記第１面と前記第２面とを接続する側面を具備し、一導電型を有する半導体基板と、
前記第１面から前記側面および前記第２面の外周部に渡って設けられた第１ｐｎ接合領域と、
前記第２面上に配置されるとともに、前記第１ｐｎ接合領域に隣接して配置された前記一導電型を有する第１電極と、
前記第２面の外周と前記第１電極の端部との間に設けられた、前記第２面の前記第１ｐｎ接合領域を前記第２面の外周に沿って分離する第１溝部とを備えており、
前記第２面側から平面視したときに、前記第１電極の前記端部と前記第１溝部との最短距離Ｑは、前記側面の前記第１ｐｎ接合領域のｐｎ接合部と前記第１溝部との最短距離Ｐよりも小さい、太陽電池素子。 - 前記第１溝部は、前記第１溝部の内周面と前記第１溝部よりも外側の前記第２面との交差部に位置する第１隆起部および前記第１溝部の内周面と前記第１溝部よりも内側の前記第２面との交差部に位置する第２隆起部の少なくとも一方を有している、請求項１に記載の太陽電池素子。
- 前記第１溝部は、前記第１隆起部および前記第２隆起部を有しており、前記第１隆起部の高さは、前記第２隆起部の高さ以下である、請求項２に記載の太陽電池素子。
- 前記第１隆起部上および前記第２隆起部上の少なくとも一方には、酸化膜が形成されている、請求項２に記載の太陽電池素子。
- 前記第２面の外周と前記第１溝部との間には、酸化膜が形成されている、請求項１に記載の太陽電池素子。
- 前記第１面および前記側面に設けられた反射防止膜をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池素子。
- 前記反射防止膜は、前記第２面のうち前記側面から前記第１溝部までの外周領域にも設けられている、請求項６に記載の太陽電池素子。
- 前記反射防止膜は、前記第１溝部の内周面にも設けられている、請求項７に記載の太陽電池素子。
- 前記第２面のうち前記第１ｐｎ接合領域よりも内側に設けられた第２ｐｎ接合領域と、
該第２接合領域上の一部に配置された第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極との間に位置する前記第２ｐｎ接合領域を、前記第２電極を取り囲むように分離する第２溝部と、をさらに備えており、
前記第２面側から平面視したとき、前記第１電極と前記第２溝部との最短距離Ｔは、前記第２電極と前記第２溝部との最短距離Ｓよりも小さい、請求項１に記載の太陽電池素子。 - 前記第１電極は、前記第２電極を挟むように配置された対電極と、該対電極を電気的に接続する接続電極と、をさらに備えており、
前記第２面から平面視したときに、前記接続電極と前記第２溝部との最短距離Ｕは、前記第２電極と前記第２溝部との最短距離Ｓよりも小さい、請求項９に記載の太陽電池素子。 - 前記第１電極は、前記第２溝部と離間するように配置されている、請求項９に記載の太陽電池素子。
- 前記第１溝部は、前記第２面に垂直な横断面形状において、底部から内側面にかけて曲線部を有する、請求項１に記載の太陽電池素子。
- 請求項１に記載の複数の太陽電池素子を備えた、太陽電池モジュール。
- 請求項２に記載の複数の太陽電池素子を備えた、太陽電池モジュール。
- 請求項５に記載の複数の太陽電池素子を備えた、太陽電池モジュール。
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