WO2011093380A1 - 太陽電池及びその太陽電池を用いた太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池及びその太陽電池を用いた太陽電池モジュール Download PDF

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朗通 前川
学 佐々木
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三洋電機株式会社
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a solar cell module using the solar cell.
  • Solar cells are expected as a new energy source because they can directly convert clean and infinitely supplied sunlight into electricity.
  • Such a silicon wafer includes a polycrystal and a single crystal, and is manufactured by the following method.
  • a polycrystalline silicon wafer is manufactured by manufacturing a rectangular polycrystalline ingot, and a large number of rectangular polycrystalline silicon ingot blocks are cut out from the polycrystalline silicon ingot using a band saw or the like. Then, a silicon wafer is manufactured by slicing the polycrystalline silicon ingot block.
  • a cylindrical silicon ingot obtained by the pulling method is cut into squares, and the shape including the cut surface is ground to prepare a rectangular silicon ingot block.
  • a silicon wafer is manufactured by slicing the rectangular silicon ingot block.
  • a method of slicing a silicon ingot using a device called a wire saw is used as a slicing process for a polycrystalline silicon ingot or a single crystal silicon ingot (see, for example, Patent Document 1).
  • FIG. 7 shows a schematic perspective view of a conventional silicon ingot slicing method using a multi-wire saw. A conventional silicon ingot slicing method will be described with reference to FIG.
  • the silicon ingot 105 is attached to the ingot holding part 104.
  • a plurality of wires 101 are installed on the four shafts 102 so that the intervals between the adjacent wires 101 are equal, and the wires 101 are traveling at a predetermined speed.
  • the silicon ingot 105 is moved at a predetermined moving speed in the direction of the arrow shown in FIG. 7 while supplying the slurry in which the abrasive grains are dispersed in the dispersion liquid to the traveling wire 101.
  • the silicon ingot 105 moves, the silicon ingot 105 is sliced by the wire 101, and a plurality of wafers are obtained simultaneously.
  • collector electrodes including finger electrodes for collecting carriers generated on the respective surfaces are formed. This collector electrode is formed by screen printing using a silver paste, for example.
  • FIG. 8 is a plan view showing a solar cell in which collector electrodes are formed on the substrate surface.
  • the solar cell includes a finger electrode 30 and a bus bar electrode 40 as collector electrodes on a substrate 20d.
  • the finger electrode 30 is an electrode that collects carriers from the photoelectric conversion unit of the solar cell.
  • a plurality of finger electrodes 30 are formed on the line over substantially the entire light receiving surface of the substrate 20d.
  • the finger electrode 30 is formed using, for example, a resin-type conductive paste using a resin material as a binder and conductive particles such as silver particles as a filler.
  • the bus bar electrode 40 is an electrode that collects carriers from a plurality of finger electrodes 30 and is formed so as to intersect the finger electrodes 30.
  • the bus bar electrode 40 is formed using, for example, a resin-type conductive paste using a resin material as a binder and using conductive particles such as silver particles as a filler in the same manner as the finger electrode 30.
  • the above-mentioned finger electrode is disconnected, and the output characteristics may be deteriorated. This problem became more prominent as the substrate thickness was reduced.
  • An object of the present invention is to provide a solar cell that suppresses the disconnection of finger electrodes and has good output characteristics.
  • Wire marks (slice marks) appear periodically on a silicon wafer sliced by a wire saw.
  • FIG. 9 is a sectional view schematically enlarging a portion where the finger electrode 30 is formed.
  • the wire trace 10b is formed on the surface of the substrate 20d when a wire saw method is used in which slicing speed is high and cost reduction can be expected.
  • the wire mark 10b is formed by locally entering a deep damage layer (dent) into the surrounding shallow damage layer (dent).
  • the unevenness 10c shape is formed on the surface including the damaged layer by anisotropic etching, the portion in which the deep damaged layer of the wire mark 10b is present has a concave shape.
  • the finger electrode 30 When the finger electrode 30 is formed in a direction perpendicular to the wire trace 10b, the finger electrode 30 is formed across the wire trace 10b in the deep damage layer as shown in FIG. .
  • the dent of the wire mark 10b may cause a problem such as the finger electrode 30 not being properly formed and the finger electrode 30 being disconnected.
  • the solar cell of the present invention is a solar cell including a crystalline silicon substrate and provided with an electrode having a finger electrode on the surface, and the finger electrode is positioned parallel to the wire trace on the substrate surface. Is formed.
  • the finger electrode may be formed in parallel to the wire trace on the basis of the wire trace on the substrate surface.
  • the present invention is a solar cell module including a plurality of solar cells and a wiring member that electrically connects the plurality of solar cells, the plurality of solar cells including a photoelectric conversion unit and the photoelectric module.
  • the wiring member is connected to the electrode so as to overlap with the electrode.
  • the finger electrode does not straddle the wire trace of the deep groove in the longitudinal direction, the disconnection of the finger electrode can be suppressed, and the output of the solar cell can be improved.
  • FIG. 1 It is a top view which shows the solar cell concerning embodiment of this invention. It is sectional drawing which expanded the part which formed the finger electrode of the solar cell concerning embodiment of this invention typically. It is sectional drawing which shows the solar cell concerning embodiment of this invention. It is a top view which shows the state which has arrange
  • FIG. 1 is a plan view of the solar cell 10.
  • the solar cell 10 includes a photoelectric conversion unit 20, finger electrodes 30, and bus bar electrodes 40 on a substrate 20 d.
  • the photoelectric conversion unit 20 generates a carrier by receiving sunlight.
  • the carrier refers to holes and electrons generated when sunlight is absorbed by the photoelectric conversion unit 20.
  • the photoelectric conversion unit 20 has an n-type region and a p-type region inside, and a semiconductor junction is formed at the interface between the n-type region and the p-type region.
  • the photoelectric conversion unit 20 can be formed using a semiconductor substrate made of a crystalline semiconductor material such as single crystal silicon or polycrystalline silicon.
  • the photoelectric conversion unit 20 includes an intrinsic amorphous silicon layer interposed between single crystal silicon and amorphous silicon layers having opposite conductivity types, and reduces defects at the interface, thereby producing a heterojunction interface. A solar cell with improved characteristics is used.
  • the substrate 20d in this embodiment is formed by slicing a polycrystalline silicon ingot or a single crystal silicon ingot with a wire saw, and wire traces 10b such as deep grooves formed on the surface due to the slicing are formed on the substrate 20d. It remains on the front and back of the.
  • the wire trace 10b has a maximum groove width of about 5 ⁇ m, a maximum groove depth of about 10 ⁇ m, and a maximum length of about 3 cm. Further, the front and back surfaces of the substrate 20d are subjected to surface processing for forming minute irregularities 10c for reducing a decrease in conversion efficiency due to light reflection by anisotropic etching.
  • the finger electrode 30 is formed in parallel to the wire trace 10b such as a deep groove formed on the surface due to the slice. Therefore, in the production line, the setting direction of the substrate 10b is determined so that the finger electrode 30 is parallel to the wire mark 10b with reference to the wire mark (slice mark) 10b, and each manufacturing process is determined. .
  • the finger electrode 30 By forming the finger electrode 30 in parallel with the slice mark 10b, as shown in FIG. 2, even when the electrode 30 is formed using silver paste, the finger electrode 30 straddles the wire groove 10b in the deep groove in the longitudinal direction. None will happen. For this reason, disconnection of the finger electrode 30 can be suppressed.
  • the finger electrode 30 described above is an electrode that collects carriers from the photoelectric conversion unit 20. As shown in FIG. 1, the finger electrode 30 is formed in a line shape parallel to the wire mark 10b. A plurality of finger electrodes 30 are formed over substantially the entire light receiving surface of the photoelectric conversion unit 20 of the substrate 20d.
  • the finger electrode 30 is formed using, for example, a resin-type conductive paste using a resin material as a binder and conductive particles such as silver particles as a filler, but is not limited thereto.
  • the finger electrodes 30 are similarly formed on the light receiving surface and the back surface of the photoelectric conversion unit 20.
  • the finger electrode 30 has a thickness of about 50 ⁇ m and a line width of 100 ⁇ m to 120 ⁇ m.
  • the bus bar electrode 40 is an electrode that collects carriers from the plurality of finger electrodes 30. As shown in FIG. 1, the bus bar electrode 40 is formed so as to intersect the finger electrode 30.
  • the bus bar electrode 40 is formed using, for example, a resin-type conductive paste using a resin material as a binder and conductive particles such as silver particles as a filler, similar to the finger electrode 30, but is not limited thereto. As shown in FIG. 3, the bus bar electrode 40 is also formed on the back surface of the photoelectric conversion unit 20.
  • the number of bus bar electrodes 40 can be set to an appropriate number in consideration of the size of the photoelectric conversion unit 20 and the like.
  • the solar cell 10 according to this embodiment includes two bus bar electrodes 40, but may be three or more.
  • the bus bar electrode 40 has a thickness of 50 ⁇ m and a width of 1 mm.
  • the bus bar electrode 40 is formed in a direction orthogonal to the wire mark 10b. However, the bus bar electrode 40 has a larger line width than the finger electrode 30 and is less likely to break. In addition, since the wiring member 11 is connected to the bus bar electrode 40 as will be described later, even if the wiring member 11 is partially disconnected, electrical conduction can be secured by the wiring member 11.
  • bus-bar electrode 40 is formed in a linear shape, it can also be formed in a polygonal line shape.
  • the photoelectric conversion unit 20 has an intrinsic amorphous silicon layer interposed between a single crystal silicon and an amorphous silicon layer having mutually opposite conductivity types, and at the interface thereof. A case in which the defect is reduced and the heterojunction interface characteristics are improved will be described with reference to FIG.
  • the photoelectric conversion unit 20 includes a translucent conductive film 20a, a p-type amorphous silicon layer 20b, an intrinsic (i) -type amorphous silicon layer 20c, an n-type single crystal silicon substrate 20d, i.
  • a type amorphous silicon layer 20e, an n type amorphous silicon layer 20f, and a translucent conductive film 20g are provided.
  • a p-type amorphous silicon layer 20b is formed via an i-type amorphous silicon layer 20c.
  • a translucent conductive film 20a is formed on the light receiving surface side of the p-type amorphous silicon layer 20b.
  • an n-type amorphous silicon layer 20f is formed on the back side of the n-type single crystal silicon substrate 20d via an i-type amorphous silicon layer 20e.
  • a translucent conductive film 20g is formed on the back side of the n-type amorphous silicon layer 20f.
  • the finger electrode 30 and the bus bar electrode 40 are formed on the light receiving surface side of the translucent conductive film 20a and the back surface side of the translucent conductive film 20g, respectively.
  • FIGS. 4 is a plan view showing a state in which the wiring member 11 is disposed on the bus bar electrode 40 of the solar cell 10 shown in FIGS. 1 to 3, and
  • FIG. 5 is an enlarged cross-sectional view of the bus bar electrode portion.
  • the wiring member 11 is disposed along the bus bar electrode 40. That is, the wiring member 11 is disposed on the bus bar electrode 40 of the solar cell 10. The width of the wiring member 11 is substantially equal to the width of the bus bar electrode 40. The wiring member 11 contacts the bus bar electrode 40.
  • bus bar electrode 40 and the wiring member 11 are arranged on the photoelectric conversion unit 20.
  • the wiring member 11 and the bus bar electrode 40 are electrically connected by solder.
  • the wiring member 11 includes a copper foil 11a having a thickness of 200 ⁇ m and a width of 1 mm as a low-resistance body, and a solder layer 11b made of tin or an alloy material containing tin provided around the copper foil 11a. Including.
  • the solder layer 11b is made of tin, SnAgCu, SnPb, SnCuNi or the like.
  • the SnAgCu solder layer 11b is provided around the copper foil 11a.
  • the wiring member 11 has the same external shape on the light receiving surface side and the back surface side.
  • the bus bar electrode 40 and the wiring member 11 are disposed on the photoelectric conversion unit 20. And hot air and infrared rays are radiated to the entire portion where the wiring member 11 and the bus bar electrode 40 overlap. The solder layer 11 coated on the surface of the wiring member 11 is melted, and the bus bar electrode 40 and the wiring member 11 are electrically connected.
  • FIG. 6 is an enlarged side sectional view of the solar cell module 1a according to this embodiment.
  • the solar cell module 1 a includes a solar cell string 1, a light receiving surface side protective material 2, a back surface side protective material 3, and a sealing material 4.
  • the solar cell module 1 a is configured by sealing the solar cell string 1 with a sealing material 4 between the light receiving surface side protective material 2 and the back surface side protective material 3.
  • the solar cell string 1 includes a plurality of solar cells 10 and a wiring member 11.
  • the solar cell string 1 is configured by connecting a plurality of solar cells 10 to each other by a wiring member 11.
  • the solar cell 10 has a light receiving surface on which sunlight is incident and a back surface provided on the opposite side of the light receiving surface. Electrodes are formed on the light receiving surface and the back surface of the solar cell 10.
  • the wiring member 11 is connected to an electrode formed on the light receiving surface of the solar cell 10 and an electrode formed on the back surface of another solar cell 10 adjacent to the solar cell. Thereby, the adjacent solar cells 10 and 10 are electrically connected.
  • the wiring member 11 includes a copper foil plate and solder plated on the surface of the copper foil plate.
  • the wiring member 11 has a copper foil plate thickness of about 200 ⁇ m, a width of about 1 mm, and a solder film thickness of about 40 ⁇ m.
  • the light-receiving surface side protective material 2 is disposed on the light-receiving surface side of the sealing material 4 and protects the surface of the solar cell module 100.
  • As the light-receiving surface side protective material 2 glass having translucency and water shielding properties, translucent plastic, or the like can be used.
  • the back surface side protective material 3 is arrange
  • a resin film such as PET (Polyethylene Terephthalate), a laminated film having a structure in which an Al (aluminum) foil is sandwiched between resin films, and the like can be used.
  • the sealing material 4 seals the solar cell string 1 between the light-receiving surface side protective material 2 and the back surface side protective material 3.
  • a translucent resin such as EVA (ethylene-vinyl acetate copolymer resin), EEA (ethylene-ethyl acrylate copolymer resin), PVB (polyvinyl butyral resin), silicon, urethane, acrylic, epoxy, etc. Can be used.
  • Al (aluminum) frame (not shown) can be attached to the outer periphery of the solar cell module 100 having the above-described configuration.
  • the finger electrode 30 is formed in parallel to the wire mark 10b.
  • the finger electrode 30 is orthogonal to the wire mark 10b. It is formed in the direction.
  • Other configurations are the same in both the example and the comparative example. It is a relative value when the maximum value (Pmax) of the output of the solar cell of the comparative example and the resistance ( ⁇ ) between the bus bars are 100%.
  • the resistance between the bus bars is 98% of the comparative example, and the resistance is low.
  • the solar cell output is 101%, which is 1% higher than the comparative example. This is considered to be because the disconnection of the finger electrode 30 was suppressed.
  • a method for manufacturing the solar cell module 100 according to this embodiment will be described.
  • a 100 mm square n-type single crystal silicon substrate 20d is anisotropically etched with an alkaline aqueous solution to form fine irregularities on the light receiving surface of the n-type single crystal silicon substrate 20d. Further, the light receiving surface of the n-type single crystal silicon substrate 20d is washed to remove impurities.
  • the substrate 20d is set on the basis of the wire mark 10b, and the i-type amorphous silicon layer 20c is formed on the light-receiving surface side of the n-type single crystal silicon substrate 20d by using a CVD (chemical vapor deposition) method.
  • a p-type amorphous silicon layer 20b is sequentially stacked.
  • an i-type amorphous silicon layer 20e and an n-type amorphous silicon layer 20f are sequentially stacked on the back side of the n-type single crystal silicon substrate 20d.
  • a translucent conductive film 20a is formed on the light receiving surface side of the p-type amorphous silicon layer 20b by using a PVD (physical vapor deposition) method.
  • a translucent conductive film 20g is formed on the back side of the n-type amorphous silicon layer 20f.
  • the photoelectric conversion unit 20 is manufactured.
  • the substrate 20d is set on the basis of the wire trace 10b, and an epoxy thermosetting silver paste is applied using a printing method such as a screen printing method or an offset printing method, and the finger electrode 30 is parallel to the wire trace 10b. It arrange
  • the silver paste is heated under predetermined conditions to volatilize the solvent, and then further heated to perform the main drying. Thereafter, the protective layer 21 is provided so that the resin layer 41 remains on a part of the bus bar electrode 40. Thus, the solar cell 10 is produced.
  • the wiring member 11 is soldered on the bus bar electrode 40.
  • the wiring member 11 and the solar cell 10 are mechanically and electrically connected.
  • the wiring member 11 is disposed on the bus bar electrode 40 formed on each of the light receiving surface and the back surface of the photoelectric conversion unit 20.
  • the wiring member 11 is heated to a predetermined temperature, the solder is melted, and the wiring member 11 is soldered to the bus bar electrode 40.
  • adherend portions are formed between the bus bar electrode 40 and the wiring member 11 at regular intervals.
  • the solar cell string 1 is created.
  • an EVA (sealing material 4) sheet, a solar cell string 1, an EVA (sealing material 4) sheet, and a PET sheet (back surface side protection material 3) are sequentially formed on the glass substrate (light-receiving surface side protection material 2). Laminate to make a laminate.
  • the laminated body is temporarily pressure-bonded by thermocompression bonding in a vacuum atmosphere, and then the EVA is completely cured by heating under a predetermined condition.
  • the solar cell module 1a is manufactured.
  • a terminal box, an Al frame, or the like can be attached to the solar cell module 100.

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Abstract

　この発明は、ワイヤ痕が表面に形成されている基板においても、集電極に断線等が発生することなく形成できる太陽電池装置を提供することを課題とする。　この発明の太陽電池１０は、結晶系シリコン基板２０ｄを含み、結晶系シリコン基板２０ｄの表面にフィンガー電極３０とバスバー電極４０を有する集電極が設けられた太陽電池であって、フィンガー電極３０は、結晶系シリコン基板２０ｄに有するワイヤ痕１０ｂに平行に位置するように形成されている。

Description

太陽電池及びその太陽電池を用いた太陽電池モジュール
　この発明は、太陽電池及びその太陽電池を用いた太陽電池モジュールに関するものである。
　太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光を直接電気に変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。
　かかる太陽電池の普及に伴いシリコンウェハの需要は年々増加している。このようなシリコンウェハには、多結晶と単結晶があり、次のような方法で製造されている。
　多結晶シリコンウェハは、四角形の多結晶インゴットを製造し、この多結晶シリコンインゴットからバンドソーなどを用いて多数の四角形の多結晶シリコンインゴットブロックを切り出す。そして、この多結晶シリコンインゴットブロックをスライス加工することにより、シリコンウェハを製造する。
　また、単結晶シリコンウェハは、引き上げ法により得られた円筒形のシリコンインゴットを四角く切断し、切断面を含めた側面を研削して形を整え、四角形のシリコンインゴットブロックを用意する。この四角形のシリコンインゴットブロックをスライス加工することにより、シリコンウェハを製造している。
　ところで、多結晶シリコンインゴットや単結晶シリコンインゴットのスライス加工として、ワイヤソーという装置を用いてシリコンインゴットをスライスする方法が用いられている（例えば、特許文献１参照）。
　図７に、マルチワイヤソーを用いた従来のシリコンインゴットのスライス方法を模式的な斜視図として示す。図７を参照して、従来のシリコンインゴットのスライス方法について説明する。
　図７に示すように、シリコンインゴット１０５がインゴット保持部１０４に取り付けられる。そして、４本の軸１０２…には、隣接するワイヤ１０１との間隔が等間隔となるように、複数のワイヤ１０１が設置されており、ワイヤ１０１が所定の速度で走行している。この走行しているワイヤ１０１に砥粒が分散液に分散されたスラリーを供給しながら、シリコンインゴット１０５を図７に示される矢印方向に所定の移動速度で移動させる。シリコンインゴット１０５の移動に伴い、ワイヤ１０１によりシリコンインゴット１０５がスライスされ、複数枚のウェハが同時に得られる。
　スラリーを用いない方法としては、ワイヤ基材表面にダイヤモンド薄膜又はダイヤモンド状薄膜を被着した固定砥粒方式のものがある。
　上記した多結晶シリコンウェハや単結晶シリコンウェハを用いた結晶系シリコン太陽電池の多くは、一導電型を有する単結晶或いは多結晶シリコン基板の表面、裏面のいずれか一方の面にｐ型領域が形成されており、他方の面にｎ型領域が形成されている。表裏面上には、それぞれの面で生成したキャリアを集電するためのフィンガー電極を含む集電極が形成されている。この集電極は、例えば、銀ペーストを用いてスクリーン印刷により形成される。
　また、結晶系シリコン太陽電池の多くは、光を受光する受光面、又は受光面と裏面の両方に、光の反射による変換効率の低下を低減するための微少な凹凸を形成する表面加工が施されている。
　図８は、基板表面に集電極を形成した太陽電池を示す平面図である。太陽電池は、基板２０ｄ上に集電極としてのフィンガー電極３０及びバスバー電極４０を備える。フィンガー電極３０は、太陽電池の光電変換部からキャリアを収集する電極である。フィンガー電極３０は、基板２０ｄの受光面略全域にわたって複数本、ライン上に形成される。このフィンガー電極３０は、例えば、樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成される。
　バスバー電極４０は、複数本のフィンガー電極３０からキャリアを集電する電極であり、フィンガー電極３０と交差するように形成される。バスバー電極４０は、例えば、樹脂材料をバインダーとし、フィンガー電極３０と同様に銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成される。
特開２００７－１７３７２１号公報
　従来、上記したフィンガー電極が断線し、出力特性が低下することがあった。この問題は、基板の厚みが薄くなるほど顕著になった。
　この発明の目的は、フィンガー電極の断線を抑制し、良好な出力特性を有する太陽電池を提供することを目的とする。
　本発明者がフィンガー電極の断線の原因を鋭意検討したところ、以下のことが判明した。ワイヤソーによりスライス加工したシリコンウェハには、ワイヤ痕（スライス痕）が周期的に現れる。
　前述したように、基板表面には、スライスした際のワイヤ痕が周期的に残っている。図８において、一点鎖線でワイヤ痕１０ｂを例示している。図９は、フィンガー電極３０を形成した部分を模式的に拡大した断面図である。図９に示すように、このワイヤ痕１０ｂは、スライス加工速度が速く、低コスト化が期待できるワイヤソー方式を用いた場合、基板２０ｄの表面に形成される。ワイヤ痕１０ｂは、周囲の浅いダメージ層（凹み）に対して、局所的に深いダメージ層（凹み）が入り形成される。このダメージ層を含めて、異方性エッチングにより、表面に凹凸１０ｃ形状を形成した場合に、ワイヤ痕１０ｂの深いダメージ層が存在した部分は凹む形状が残ることになる。
　このようなワイヤ痕１０ｂに対して、フィンガー電極３０を直交する方向に形成した場合、図９に示すように、深いダメージ層のワイヤ痕１０ｂを跨って、フィンガー電極３０が形成されることになる。
　このため、ワイヤ痕１０ｂの凹みにより、フィンガー電極３０が上手く形成されずに、フィンガー電極３０が断線するなどの問題が生じる場合があった。
　更に、現在基板の薄型化が検討されているが、薄型化された基板に従来と同等の大きさの凹凸（テクスチャ）を形成すると、基板が割れやすくなる。そこで、従来よりも小さなサイズの凹凸を形成することが試みられている。このために、凹凸形成のためのエッチング時に、エッチング量を減らして凹凸のサイズを小さくすることが行われている。
　しかしながら、このようにエッチング量を減らすとワイヤ痕が消えずに残りやすくなり、フィンガー電極の断線が増えるものと考えられる。この発明は、上記知見に基づきなされたものである。
　すなわち、この発明の太陽電池は、結晶系シリコン基板を含み、表面にフィンガー電極を有する電極が設けられた太陽電池であって、前記フィンガー電極は、基板表面のワイヤ痕に平行に位置するように形成されている。
　また、前記フィンガー電極は、基板表面のワイヤ痕を基準として、このワイヤ痕に平行に形成すればよい。
　また、この発明は、複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池同士を電気的に接続する配線部材とを備える太陽電池モジュールであって、前記複数の太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部上に形成され、基板のワイヤ痕に平行に位置するように形成された電極とを有し、前記電極と重なるように前記配線部材が接続されている。
　この発明は、深い溝のワイヤ痕をフィンガー電極が長手方向に跨ることがなくなり、フィンガー電極の断線を抑制することができ、太陽電池出力の向上を図ることができる。
この発明の実施形態にかかる太陽電池を示す平面図である。 この発明の実施形態にかかる太陽電池のフィンガー電極を形成した部分を模式的に拡大した断面図である。 この発明の実施形態にかかる太陽電池を示す断面図である。 図１に示した太陽電池のバスバー電極上に配線部材を配設した状態を示す平面図である。 図１に示した太陽電池のバスバー電極上に配線部材を配設した状態を示す断面図である。 この発明の実施形態に係る太陽電池モジュールの側面拡大断面図である。 マルチワイヤソーを用いたシリコンインゴットのスライス方法を示す模式的斜視図である。 基板表面に集電極を形成した太陽電池を示す平面図である。 フィンガー電極を形成した部分を模式的に拡大した断面図である。
　この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付し、説明の重複を避けるためにその説明は繰返さない。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
　この発明の実施形態にかかる太陽電池１０の構成について、図１を参照しながら説明する。図１は、太陽電池１０の平面図である。太陽電池１０は、図１に示すように、基板２０ｄに、光電変換部２０、フィンガー電極３０及びバスバー電極４０を備える。
　光電変換部２０は、太陽光を受けることによりキャリアを生成する。ここで、キャリアとは、太陽光が光電変換部２０に吸収されて生成される正孔と電子とをいう。光電変換部２０は、内部にｎ型領域とｐ型領域とを有しており、ｎ型領域とｐ型領域との界面で半導体接合が形成される。光電変換部２０は、単結晶シリコン、多結晶シリコン等の結晶系半導体材料により構成される半導体基板を用いて形成することができる。光電変換部２０は、一例として互いに逆導電型を有する単結晶シリコンと非晶質シリコン層との間に真性な非晶質シリコン層を介挿し、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した太陽電池が用いられる。
　この実施形態における基板２０ｄは、多結晶シリコンインゴット又は単結晶シリコンインゴットをワイヤソーによるスライス加工で形成されたものであり、スライスに起因して表面に形成された深い溝などのワイヤ痕１０ｂが基板２０ｄの表裏面に残っている。
　このワイヤ痕１０ｂは、図２に示すように、溝幅が最大５μｍ程度、溝の深さが最大１０μｍ、長さが最大３ｃｍ程度である。また、基板２０ｄの表裏面には、異方性エッチングにより、光の反射による変換効率の低下を低減するための微少な凹凸１０ｃを形成する表面加工が施されている。
　この実施形態では、図１に示すように、スライスに起因して表面に形成された深い溝などのワイヤ痕１０ｂに平行にフィンガー電極３０を形成している。このため、生産ラインにおいては、ワイヤ痕（スライス痕）１０ｂを基準として、フィンガー電極３０がワイヤ痕１０ｂと平行になるように、基板１０ｂのセッティング方向を決定し、各製造の工程を決めている。
　スライス痕１０ｂと平行にフィンガー電極３０を形成することで、図２に示すように、銀ペーストを用いて電極３０を形成したときも、深い溝のワイヤ痕１０ｂをフィンガー電極３０が長手方向に跨ることがなくなる。このため、フィンガー電極３０の断線を抑制することができる。
　上記したフィンガー電極３０は、光電変換部２０からキャリアを収集する電極である。図１に示すように、フィンガー電極３０は、ワイヤ痕１０ｂに平行にライン状に形成される。フィンガー電極３０は、基板２０ｄの光電変換部２０の受光面略全域にわたって複数本形成される。フィンガー電極３０は、例えば、樹脂材料をバインダーとし、銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成されるが、これに限るものではない。なお、図３に示すように、フィンガー電極３０は、光電変換部２０の受光面上及び裏面上において同様に形成される。フィンガー電極３０の厚さは５０μｍ程度、線幅は１００μｍ～１２０μｍである。
　バスバー電極４０は、複数本のフィンガー電極３０からキャリアを集電する電極である。図１に示すように、バスバー電極４０は、フィンガー電極３０と交差するように形成される。バスバー電極４０は、例えば、樹脂材料をバインダーとし、フィンガー電極３０と同様に銀粒子等の導電性粒子をフィラーとした樹脂型導電性ペーストを用いて形成されるが、これに限るものではない。なお、図３に示すように、バスバー電極４０は、光電変換部２０の裏面上にも形成される。
　ここで、バスバー電極４０の本数は、光電変換部２０の大きさなどを考慮して、適当な本数に設定することができる。この実施形態に係る太陽電池１０は、２本のバスバー電極４０を備えるが、３本以上であっても良い。この実施形態では、バスバー電極４０は、厚さ５０μｍ、幅１ｍｍである。
　なお、バスバー電極４０は、ワイヤ痕１０ｂと直交する方向に形成されるが、バスバー電極４０は、フィンガー電極３０に比べて線幅が太く、断線の虞は小さい。また、このバスバー電極４０上に後述するように、配線部材１１が接続されるので、万が一、部分的に断線していても、配線部材１１により導通は確保できる。
　なお、上記したバスバー電極４０は、直線状に形成されているが、折れ線状に形成することもできる。
　次に、太陽電池１０の構成の一例として、光電変換部２０が互いに逆導電型を有する単結晶シリコンと非晶質シリコン層との間に真性な非晶質シリコン層を介挿し、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した構造を有する場合について、図３を参照しながら説明する。
　図３に示すように、光電変換部２０は、透光性導電膜２０ａ、ｐ型非晶質シリコン層２０ｂ、真性（ｉ）型非晶質シリコン層２０ｃ、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄ、ｉ型非晶質シリコン層２０ｅ、ｎ型非晶質シリコン層２０ｆ及び透光性導電膜２０ｇを備える。
　ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの受光面側には、ｉ型非晶質シリコン層２０ｃを介して、ｐ型非晶質シリコン層２０ｂが形成される。ｐ型非晶質シリコン層２０ｂの受光面側には、透光性導電膜２０ａが形成される。一方、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの裏面側には、ｉ型非晶質シリコン層２０ｅを介して、ｎ型非晶質シリコン層２０ｆが形成される。ｎ型非晶質シリコン層２０ｆの裏面側には、透光性導電膜２０ｇが形成される。
　フィンガー電極３０及びバスバー電極４０は、透光性導電膜２０ａの受光面側及び透光性導電膜２０ｇの裏面側それぞれに形成される。
　次に、太陽電池ストリング１並び太陽電池モジュール１ａの構成について、図４ないし図６を参照しながら説明する。図４は、図１ないし図３に示した太陽電池１０のバスバー電極４０上に配線部材１１を配設した状態を示す平面図、図５は、バスバー電極部分における拡大断面図である。
　図４、図５に示すように、配線部材１１は、バスバー電極４０に沿って配置される。即ち、配線部材１１は、太陽電池１０のバスバー電極４０上に配設される。配線部材１１の幅は、バスバー電極４０の幅と略同等である。配線部材１１は、バスバー電極４０に接触する。
　このように、バスバー電極４０と配線部材１１とは、光電変換部２０上に配置される。そして、配線部材１１とバスバー電極４０とは、半田により電気的に接続されている。
　図５に示すように、配線部材１１は、低抵抗体としての厚さ２００μｍ、幅１ｍｍの銅箔１１ａ、この銅箔１１ａの周囲に設けられる錫若しくは錫を含む合金材料からなる半田層１１ｂを含む。
　半田層１１ｂは、錫、ＳｎＡｇＣｕ、ＳｎＰｂ、ＳｎＣｕＮｉ等が用いられ、この実施形態では、ＳｎＡｇＣｕ半田層１１ｂが銅箔１１ａの周囲に設けられる。図５に示すように、配線部材１１は、受光面側及び裏面側において同様の外形を有する。
　バスバー電極４０と配線部材１１とは、光電変換部２０上に配置される。そして、配線部材１１とバスバー電極４０が重なった部分の全体に熱風や赤外線が放射される。配線部材１１の表面にコーティングされた半田層１１を溶融させて、バスバー電極４０と配線部材１１とを電気的に接続する。
　この発明の実施形態に係る太陽電池モジュール１ａの概略構成について、図６を参照しながら説明する。図６は、この実施形態に係る太陽電池モジュール１ａの側面拡大断面図である。
　太陽電池モジュール１ａは、太陽電池ストリング１、受光面側保護材２、裏面側保護材３及び封止材４を備える。太陽電池モジュール１ａは、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間に、封止材４によって太陽電池ストリング１を封止することにより構成される。
　太陽電池ストリング１は、複数の太陽電池１０と配線部材１１を備える。太陽電池ストリング１は、複数の太陽電池１０を配線部材１１によって互いに接続することにより構成される。
　太陽電池１０は、太陽光が入射する受光面と、受光面の反対側に設けられた裏面とを有する。太陽電池１０の受光面上及び裏面上には電極が形成される。
　配線部材１１は、太陽電池１０の受光面上に形成された電極と、この太陽電池に隣接する他の太陽電池１０の裏面上に形成された電極とに接続される。これにより、隣接する太陽電池１０、１０間は電気的に接続される。配線部材１１は、銅箔板と、この銅箔板の表面にメッキされた半田とを含む。この配線部材１１は、銅箔板の厚さは約２００μｍ、幅約１ｍｍ、半田の膜厚は約４０μｍである。
　受光面側保護材２は、封止材４の受光面側に配置されており、太陽電池モジュール１００の表面を保護する。受光面側保護材２としては、透光性及び遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等を用いることができる。
　裏面側保護材３は、封止材４の裏面側に配置されており、太陽電池モジュール１００の背面を保護する。裏面側保護材３としては、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂フィルム、Ａｌ(アルミニウム)箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造を有する積層フィルムなどを用いることができる。
　封止材４は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間で太陽電池ストリング１を封止する。封止材４としては、ＥＶＡ（エチレン－酢酸ビニル共重合樹脂）、ＥＥＡ（エチレンーエチルアクリレート共重合樹脂）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール樹脂）、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性の樹脂を用いることができる。
　なお、以上のような構成を有する太陽電池モジュール１００の外周には、Ａｌ（アルミニウム）フレーム（図示しない）を取り付けることができる。
　次に、この発明による太陽電池と比較のための太陽電池を用意し、出力特性を測定した結果を示す。実施例は、図１に示すように、ワイヤ痕１０ｂに対してフィンガー電極３０を平行に形成したもの、比較例は、図８に示すように、ワイヤ痕１０ｂに対してフィンガー電極３０を直交する方向に形成したものである。その他の構成は実施例と比較例とも同じである。比較例の太陽電池の出力の最大値（Ｐｍａｘ）並びにバスバー間抵抗（Ω）を１００％とした場合の相対値である。
　この発明の実施例では、バスバー間抵抗が比較例に対して９８％となり、抵抗が低くなっている。そして、太陽電池出力は、１０１％と比較例より１％出力が向上している。これは、フィンガー電極３０の断線が抑制されたことによると考えられる。
　次に、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００の製造方法について説明する。
　まず、１００ｍｍ角のｎ型単結晶シリコン基板２０ｄをアルカリ水溶液で異方性エッチング加工することにより、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの受光面に微細な凹凸を形成する。又、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの受光面を洗浄して、不純物を除去する。
　次に、ワイヤ痕１０ｂを基準として、基板２０ｄをセットし、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの受光面側に、ＣＶＤ（化学気相成長）法を用いて、ｉ型非晶質シリコン層２０ｃ、ｐ型非晶質シリコン層２０ｂを順次積層する。同様に、ｎ型単結晶シリコン基板２０ｄの裏面側に、ｉ型非晶質シリコン層２０ｅ、ｎ型非晶質シリコン層２０ｆを順次積層する。
　次に、ＰＶＤ（物理蒸着）法を用いて、ｐ型非晶質シリコン層２０ｂの受光面側に透光性導電膜２０ａを形成する。同様に、ｎ型非晶質シリコン層２０ｆの裏面側に透光性導電膜２０ｇを形成する。以上により、光電変換部２０が作製される。
　次に、ワイヤ痕１０ｂを基準として、基板２０ｄをセットし、スクリーン印刷法、オフセット印刷法等の印刷法を用いて、エポキシ系熱硬化型の銀ペーストを、ワイヤ痕１０ｂにフィンガー電極３０が平行に位置するように、光電変換部２０の受光面上及び裏面上に所定のパターンで配置する。
　銀ペーストを所定条件で加熱して溶剤を揮発させた後、さらに加熱することにより本乾燥する。その後、バスバー電極４０上の一部に樹脂層４１が残るようにして、保護層２１を設ける。以上により、太陽電池１０が作製される。
　次に、バスバー電極４０上に、配線部材１１を半田付けする。これにより、配線部材１１と太陽電池１０とを機械的かつ電気的に接続する。具体的には、まず、光電変換部２０の受光面及び裏面それぞれに形成されたバスバー電極４０上に配線部材１１を配置する。次に、所定の温度に配線部材１１を加熱し、半田を溶融してバスバー電極４０に配線部材１１を半田付けする。この半田付けにより、バスバー電極４０と配線部材１１との間に一定間隔で被接着部分が形成されることになる。以上により、太陽電池ストリング１が作成される。
　次に、ガラス基板（受光面側保護材２）上に、ＥＶＡ（封止材４）シート、太陽電池ストリング１、ＥＶＡ（封止材４）シート及びＰＥＴシート（裏面側保護材３）を順次積層して積層体とする。
　次に、上記積層体を、真空雰囲気において加熱圧着することにより仮圧着した後、所定条件で加熱することによりＥＶＡを完全に硬化させる。以上により、太陽電池モジュール１ａが製造される。
　なお、太陽電池モジュール１００には、端子ボックスやＡｌフレーム等を取り付けることができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　太陽電池ストリング
　２　受光面側保護材
　３　裏面側保護材
　４　封止材
　１０　太陽電池
　１０ｂ　ワイヤ痕
　１１　配線部材
　２０ｄ　基板
　３０　フィンガー電極
　４０　バスバー電極
　４１　樹脂層

Claims (6)

  1. 　結晶系シリコン基板を含み、表面にフィンガー電極を有する電極が設けられた太陽電池であって、
    　前記フィンガー電極は、基板表面のワイヤ痕に平行に位置するように形成されている、太陽電池。
  2. 　前記フィンガー電極は、基板表面のワイヤ痕を基準として、このワイヤ痕に平行に形成されている、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 　前記フィンガー電極と交差するバスバー電極が設けられている、請求項２に記載の太陽電池。
  4. 　前記バスバー電極は、前記ワイヤ痕と直交する方向に形成される、請求項３に記載の太陽電池。
  5. 　複数の太陽電池と、前記複数の太陽電池同士を電気的に接続する配線部材とを備える太陽電池モジュールであって、
    　前記複数の太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部上に形成され、基板のワイヤ痕に平行に位置するように形成された電極とを有し、
    　前記電極と重なるように前記配線部材が接続されている、太陽電池モジュール。
  6. 　前記電極は、前記ワイヤ痕と平行に位置するように形成されたフィンガー電極とこのフィンガー電極と交差するバスバー電極を有し、前記バスバー電極と前記配線部材が接続される、請求項５に記載の太陽電池モジュール。
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