WO2013099039A1 - 太陽電池及びその製造方法 - Google Patents

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finger
electrode
electrodes
solar cell
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Inventor
悟司 東方田
平　茂治
Original Assignee
三洋電機株式会社
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/02—Details
    • H01L31/0224—Electrodes
    • H01L31/022408—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier
    • H01L31/022425—Electrodes for devices characterised by at least one potential jump barrier or surface barrier for solar cells
    • H01L31/022433—Particular geometry of the grid contacts
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/547—Monocrystalline silicon PV cells

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
  • Patent Document 1 discloses a solar cell including a bus bar electrode provided on a substrate and a comb electrode provided on the bus bar electrode.
  • the comb electrode has a first end and a second end. The first end is a portion of the comb-type electrode that is connected to the bus bar electrode. The second end is a portion of the comb-shaped electrode that is farthest from the bus bar electrode.
  • the comb electrode is configured so that the width is monotonously narrowed from the first end toward the second end.
  • the output of the solar cell can be reduced due to the narrow width of the second end of the comb-shaped electrode.
  • the solar cell according to the present invention includes a photoelectric conversion unit and a collector electrode provided on a main surface of the photoelectric conversion unit, and the collector electrode is connected to a plurality of bus bar electrodes and a part of the plurality of bus bar electrodes.
  • a finger electrode connected to a part of the plurality of bus bar electrodes and extending so as to become narrower as the distance from the part of the plurality of bus bar electrodes is increased.
  • a second finger portion that is connected to the tip of the first finger portion at a position away from the bus bar electrode and is wider than the tip of the first finger portion.
  • the method for manufacturing a solar cell prepares a photoelectric conversion unit, prints a conductive paste on the main surface of the photoelectric conversion unit to form a bus bar electrode, and continues the conductive paste in a direction away from the bus bar electrode.
  • the first finger portion that is connected to the bus bar electrode and becomes narrower as the distance from the bus bar electrode is formed, and the conductive paste is continued in a direction away from the front end of the bus bar electrode and the first finger portion.
  • Printing is performed to form a second finger portion that is connected to the tip of the first finger portion and wider than the first finger.
  • the output of the solar cell can be improved.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIGS. 1 and 2. It is a flowchart which shows the procedure of the manufacturing method of the solar cell which concerns on embodiment. It is a flowchart which shows the procedure of the formation method of a bus-bar electrode and a finger electrode in the manufacturing method of the solar cell which concerns on embodiment. It is a figure which shows the printing direction of an electrically conductive paste in the manufacturing method of the solar cell which concerns on embodiment.
  • FIG. 1 is a plan view of the light-receiving surface side of the solar cell 1.
  • FIG. 2 is a plan view of the back surface side of the solar cell 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIGS.
  • the “light-receiving surface” means a main surface on the side on which sunlight is mainly incident.
  • the “back surface” means a main surface opposite to the light receiving surface.
  • the solar cell 1 includes a photoelectric conversion unit 2, a collector electrode 4 provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2, and a collector electrode 6 provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2.
  • a part such as a layer, a film, or a region
  • this is not only when it is “above” another part, but when there is another part in the middle Including.
  • the photoelectric conversion unit 2 includes a transparent conductive film 11, a p-type amorphous silicon film 12, an i-type amorphous silicon film 13, an n-type single crystal silicon substrate 14, and an i-type amorphous material from the light receiving surface side.
  • the n-type single crystal silicon substrate 14 is a power generation layer that receives light and generates carriers.
  • the power generation layer is not limited to the n-type single crystal silicon substrate 14.
  • the power generation layer may be either n-type or p-type, and includes a crystalline semiconductor substrate, a polycrystalline silicon substrate, a gallium arsenide (GaAs) substrate, and an indium phosphide (InP) substrate.
  • the i-type amorphous silicon film 13 is formed on the light-receiving surface of the n-type single crystal silicon substrate 14.
  • the i-type amorphous silicon film 13 is an intrinsic amorphous silicon film.
  • the p-type amorphous silicon film 12 is formed on the i-type amorphous silicon film 13.
  • the p-type amorphous silicon film 12 is an amorphous silicon film doped with p-type impurities.
  • the transparent conductive film 11 is formed on the p-type amorphous silicon film 12.
  • the transparent conductive film 11 includes at least one of metal oxides such as indium oxide (In 2 O 3 ), zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO 2 ), and titanium oxide (TiO 2 ). .
  • the i-type amorphous silicon film 15 is formed on the back surface of the n-type single crystal silicon substrate 14.
  • the i-type amorphous silicon film 15 is an intrinsic amorphous silicon film.
  • the n-type amorphous silicon film 16 is formed on the i-type amorphous silicon film 15.
  • the n-type amorphous silicon film 16 is an amorphous silicon film doped with n-type impurities.
  • the transparent conductive film 17 is formed on the n-type amorphous silicon film 16.
  • the transparent conductive film 17 includes the same material as that of the transparent conductive film 11.
  • the collecting electrode 4 includes bus bar electrodes 19a and 19b and finger electrodes 20a to 20d.
  • the collecting electrode 6 includes bus bar electrodes 21a and 21b and finger electrodes 22a to 22d.
  • the collector electrodes 4 and 6 are conductive materials, for example, metals such as silver (Ag), copper (Cu), aluminum (Al), titanium (Ti), nickel (Ni) and chromium (Cr), and these It can comprise with the alloy containing 1 or more types of these metals.
  • the bus bar electrodes 19 a and 19 b are formed on the transparent conductive film 11.
  • the bus bar electrodes 19a and 19b are provided to take out the carriers generated in the photoelectric conversion unit 2.
  • the bus bar electrodes 19a and 19b are arranged in parallel at a predetermined interval so as to collect the carriers collected at the finger electrodes 20a to 20d as evenly as possible.
  • the bus bar electrode 19a is disposed at the center of the left half when the main surface of the photoelectric conversion unit 2 is divided into two, and the bus bar electrode 19b is disposed at the center of the right half.
  • the width of the bus bar electrodes 19a and 19b is 1 mm.
  • Finger electrodes 20a to 20d are provided to collect carriers generated in the photoelectric conversion unit 2.
  • the finger electrodes 20a to 20d are arranged so as to cross and electrically connect to the bus bar electrodes 19a and 19b.
  • the finger electrodes 20a to 20d are arranged in parallel at a predetermined interval so that current can be collected evenly from within the surface of the photoelectric conversion unit 2.
  • the n sets of finger electrodes 20a to 20d define the area of the main surface of the photoelectric conversion unit 2 as (n + 1) or the like. Arranged to divide.
  • the widths of the finger electrodes 20a to 20d are appropriately determined according to the magnitude of the current collected, the cross-sectional areas of the finger electrodes 20a to 20d, and the like.
  • the plurality of finger electrodes 20a are arranged in parallel with each other at an interval of 2 mm, for example.
  • the finger electrode 20 a includes a first finger part 203 and a second finger part 204.
  • the first finger part 203 includes a root part 201 connected to the bus bar electrode 19a.
  • the root part 201 is the widest part in the first finger part 203.
  • the first finger part 203 extends from the bus bar electrode 19a in the longitudinal direction of the finger electrode 20a.
  • the first finger portion 203 becomes narrower as the distance from the bus bar electrode 19a increases.
  • the first finger portion 203 includes a tip portion 202 at a position farthest from the bus bar electrode 19a.
  • the tip portion 202 is the narrowest portion of the first finger portion 203. Thereby, the light-shielding loss by the 1st finger part 203 can be suppressed.
  • the 2nd finger part 204 is connected with the front-end
  • the 2nd finger part 204 contains the part wider than the front-end
  • the 2nd finger part 204 is extended so that a width
  • the width of the second finger portion 204 is set so that W 1 ⁇ W 2 when the width of the tip portion 202 of the first finger portion 203 is W 1 and the width of the second finger portion 204 is W 2. ing. That is, the second finger portion 204 is set so that the entire width is wider than the width W 1 of the distal end portion 202 of the first finger portion 203 even if the width changes.
  • the finger parts 20b and 20c include a first finger part 203 including a root part 201 and a tip part 202 and a second finger part 204, similarly to the finger electrode 20a.
  • Finger part 20b, 20c contains the connection part 205 with which the 2nd finger part 204 of the finger part 20b and the 2nd finger part 204 of the finger part 20c were connected.
  • the length of the finger portion 20b extending from the connection portion 205 toward the bus bar electrode 19a is the same as the length of the finger portion 20c extending from the connection portion 205 toward the bus bar electrode 19b.
  • the finger portions 20a to 20d have the same length.
  • the finger electrode 20d includes a first finger portion 203 including a root portion 201 and a tip portion 202, and a second finger portion 204, as in the finger electrode 20a, and extends in a direction opposite to the finger electrode 20a.
  • the carriers generated in the photoelectric conversion unit 2 are collected on the finger electrodes 20a to 20d closest to the carriers present in the transparent conductive film 11 on the main surface of the photoelectric conversion unit 2.
  • the width of the finger electrode monotonously decreases as the comb-shaped electrode is separated from the bus bar electrode. Therefore, the width of the finger electrode is the narrowest at the position (second end) farthest from the bus bar electrode. Thereby, the moving distance of the carriers collected at the second end becomes long, and the output of the solar cell may be reduced.
  • the second finger portions 204 of the finger electrodes 20 a and 20 d are wider than the tip portion 202 of the first finger portion 203. For this reason, even if it is the position most distant from the bus-bar electrodes 19a and 19b, the movement distance of the carriers collected by the finger electrodes 20a and 20d can be shortened, and the output reduction of the solar cell 1 can be suppressed.
  • the finger electrodes 20b and 20c include a second finger portion 204.
  • the moving distance of a carrier can be shortened and the reduction
  • the second finger portion 204 of the finger electrodes 20a to 20d is farthest from the bus bar electrodes 19a and 19b, stress is easily generated according to the volume of the finger electrodes 20a to 20d.
  • the second finger portion 204 of the finger electrodes 20 a to 20 d has a larger contact area than the first finger portion 203. For this reason, peeling from the photoelectric conversion part 2 of the 2nd finger part 204 can be suppressed.
  • the finger electrodes 20a and 20d extend from the bus bar electrodes 19a and 19b to positions close to the edges of the main surface of the photoelectric conversion unit 2, respectively.
  • the 2nd finger part 204 in each of finger electrode 20a, 20b is formed in the position near the edge of the main surface of the photoelectric conversion part 2 rather than bus-bar electrode 19a, 19b.
  • the second finger portion 204 in each of the finger electrodes 20a and 20d is about 2 to 3% of the length along the extending direction of the finger electrodes 20a and 20d in the length of the photoelectric conversion portion 2.
  • the photoelectric conversion unit 2 is disposed on the inner side than the end side of the main surface.
  • the carrier travel distance is longest at a position near the edge of the main surface of the photoelectric conversion unit 2.
  • the moving distance of carriers in a portion near the edge of the main surface of the photoelectric conversion part 2 can be shortened, and the solar cell 1 regardless of the shape of the first finger part 203. Can be suppressed.
  • bus bar electrodes 19a and 19b and the finger electrodes 20a to 20d are provided on the back surface of the photoelectric conversion unit 2.
  • Finger electrodes 22a to 22d are provided to collect carriers generated in the photoelectric conversion unit 2.
  • the relationship between the finger electrodes 22a to 22d is preferably arranged in parallel with each other at an interval of 1 mm to 2 mm, for example.
  • the finger electrodes 22a to 22d have the same configuration as the finger electrodes 20a to 20d, the same effects are obtained.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the procedure of the method for manufacturing the solar cell 1.
  • the n-type single crystal silicon substrate 14 is carried into a vacuum chamber, and an i-type amorphous silicon film 13 is formed on the light-receiving surface of the n-type single crystal silicon substrate 14 using a CVD method.
  • a p-type amorphous silicon film 12 is formed on the crystalline silicon film 13 (S2).
  • An i-type amorphous silicon film 15 is formed on the back surface of the n-type single crystal silicon substrate 14 using a CVD method, and an n-type amorphous silicon film 16 is further formed on the i-type amorphous silicon film 15.
  • Form (S4) is formed on the back surface of the n-type single crystal silicon substrate 14 using a CVD method, and an n-type amorphous silicon film 16 is further formed on the i-type amorphous silicon film 15.
  • the transparent conductive film 11 and the transparent conductive film 17 made of ITO are formed on the p-type amorphous silicon film 12 and the n-type amorphous silicon film 16, respectively (S6). Thereby, the photoelectric conversion part 2 is formed.
  • FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of a method of forming the bus bar electrodes 19a and 19b and the finger electrodes 20a to 20d.
  • the formation method of the collector electrode 6 is the same procedure as the collector electrode 4, detailed description is abbreviate
  • FIG. 6 shows a screen plate 20 having openings 190a and 190b and openings 200a to 200d corresponding to the shapes of the bus bar electrodes 19a and 19b and the finger electrodes 20a to 20d.
  • the openings 190a, 190b, 200a to 200d are filled with a conductive paste, which is a constituent material of the bus bar electrodes 19a and 19b and the finger electrodes 20a to 20d, with a squeegee, and the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 2 A conductive paste is printed on top.
  • a conductive paste is placed on the screen plate 20 on which the openings 190a, 190b, 200a to 200d are formed, and the squeegee is moved along the printing direction shown in FIG. 6, thereby conducting the openings 190a, 190b, 200a to 200d. Fill with sex paste.
  • the conductive paste is discharged from the openings 190a, 190b, 200a to 200d and printed on the light receiving surface.
  • the conductive paste corresponding to the finger electrode 20a is continuously printed (S81).
  • the finger electrode 20a is formed at a position closer to the edge of the main surface of the photoelectric conversion unit 2 than a part of the bus bar electrode 19a.
  • the opening width corresponding to the second finger portion 204 of the finger electrode 20 a is larger than the opening width corresponding to the tip portion 202 of the first finger portion 203. Therefore, it is possible to suppress printing rubbing when the second finger portion 204 of the finger electrode 20a is formed by screen printing.
  • the conductive paste corresponding to the finger electrodes 20 b and 20 c is printed on the main surface of the photoelectric conversion unit 2.
  • the finger electrode 20b is continuously printed from the bus bar electrode 19a toward the bus bar electrode 19b by moving the squeegee along the printing direction shown in FIG. 6 (S83).
  • the finger electrode 20c is continuously printed from the bus bar electrode 19a toward the bus bar electrode 19b by moving the squeegee along the printing direction shown in FIG. 6 (S84).
  • the second finger portion 204 in each of the finger electrodes 20b and 20c is disposed between the bus bar electrode 19a and the bus bar electrode 19b, and is printed so as to be symmetric with respect to the central axis of the bus bar electrode 19a and the bus bar electrode 19b. . Accordingly, the second finger portions 204 of the finger electrodes 20b and 20c are connected to each other on the central axis of the bus bar electrode 19a and the bus bar electrode 19b.
  • the finger electrodes 20b and 20c have a portion where the finger electrode 20b and the finger electrode 20c are connected to each other, the stress corresponding to the volume of the finger electrodes 20b and 20c is applied to the finger when the finger electrodes 20b and 20c are continuously printed. It occurs at the connection between the electrode 20b and the finger electrode 20c.
  • the opening width of the screen plate 20 increases as the electrode width becomes narrower. Since it becomes smaller, there is a risk that printing rubbing will occur at the second end.
  • stress corresponding to the volume of the finger electrodes 20b and 20c is likely to occur, and the width of the portion where such stress is large is narrowed. Then, printing rubbing may occur.
  • the opening width corresponding to the second finger part 204 of the finger electrodes 20b and 20c is the opening corresponding to the tip part 202 of the first finger part 203 of the finger electrodes 20b and 20c. Greater than width.
  • the 2nd finger part 204 of the finger electrodes 20b and 20c is formed by screen printing, the printing rubbing in the 2nd finger part 204 can be suppressed.
  • a stress corresponding to the volume of the finger electrodes 20b and 20c is likely to occur at the connection portion of the second finger portion 204 where the finger electrodes 20b and 20c are connected to each other.
  • the effect which suppresses is remarkably exhibited. That is, the finger electrodes 20b and 20c are configured such that a connection portion where stress is likely to occur and a portion where the width is narrowest are shifted. Therefore, printing rubbing at the connection portion is suppressed.
  • the conductive paste corresponding to the bus bar electrode 19b is continuously printed (S85).
  • the bus bar electrode 19a and the bus bar electrode 19b are formed to be arranged in parallel.
  • a conductive paste corresponding to the finger electrode 20d is printed on the main surface of the photoelectric conversion unit 2 (S86).
  • the finger electrode 20d is formed at a position closer to the end face of the main surface of the photoelectric conversion unit 2 than a part of the bus bar electrode 19a.
  • the opening width corresponding to the second finger portion 204 of the finger electrode 20d is larger than the opening width corresponding to the tip portion 202 of the first finger portion 203 of the finger electrodes 20b and 20c. Printing rubbing when the second finger portion 204 of the electrode 20d is formed by screen printing can be suppressed.
  • the shape of the second finger portion 204 of the present embodiment extends so as to gradually become wider than the tip of the first finger portion as it moves away from the tip of the first finger portion 203, printing by screen printing is performed. Rubbing can be suppressed.
  • the printed conductive paste is solidified by heating or the like to form the finger electrodes 20a to 20d on the light receiving surface.
  • the finger electrodes 22a to 22b are also formed by the same screen printing method as the finger electrodes 20a to 20d, and thus detailed description thereof is omitted.
  • one solar cell 10 can be obtained by obtaining the steps S2 to S8.
  • the printing direction of the conductive paste is indicated by an arrow, but it may be the opposite printing direction.
  • FIG. 7 is a plan view of the light receiving surface side of a solar cell 1a which is a first modification of the solar cell 1.
  • the solar cell 1 a includes the second finger portion 204 having a substantially elliptical shape.
  • FIG. 8 is a plan view of the light receiving surface side of a solar cell 1 b which is a second modification of the solar cell 1.
  • the shape of second finger portion 204 includes a square shape.
  • the second finger portion 204 may have any other shape as long as the width is larger than the tip portion 202 of the first finger portion 203.
  • FIG. 9 is a plan view of the light receiving surface side of a solar cell 1 c which is a third modification of the solar cell 1.
  • the finger electrodes 20 a and 20 d include the second finger portion 204.
  • the finger electrodes 20 b and 20 c do not include the second finger portion 204.
  • the 2nd finger part 204 may be formed only in the part close
  • FIG. 10 is a plan view of the light receiving surface side of a solar cell 1 d which is a fourth modification of the solar cell 1.
  • the second finger portion 204 is formed only on each finger electrode 20a, 20d closest to the four corners of the main surface of the photoelectric conversion portion 2.
  • the second finger portion may be formed only on a part of the finger electrodes 20a to 20d and 22a to 22d.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view of a photoelectric conversion unit 2a which is a modification of the photoelectric conversion unit 2.
  • the photoelectric conversion unit 2a includes a p-type polycrystalline silicon substrate 241, an n-type diffusion layer 231 formed on the front side of the p-type polycrystalline silicon substrate, and an aluminum formed on the back surface of the p-type polycrystalline silicon substrate 241.
  • the photoelectric conversion unit 18 may have any other shape as long as it has a function of converting sunlight into electricity.
  • FIG. 12 is a plan view of a modified example of the collector electrode on the back surface side of the photoelectric conversion unit 2.
  • a metal film 251 covering substantially the entire surface of the transparent conductive film 17 may be formed instead of the finger electrodes 20a to 20d and 22a to 22d.

Abstract

本発明の太陽電池１０は、光電変換部２と、光電変換部２の主面上に設けられた集電極４，６と、を備え、集電極４，６は、バスバー電極１９ａ，１９ｂ，２１ａ，２１ｂと、バスバー電極１９ａ，１９ｂ，２１ａ，２１ｂの一部と接続されたフィンガー電極２０ａ～２０ｄ、２２ａ～２２ｄと、を含み、フィンガー電極は、バスバー電極の一部と接続され、バスバー電極の一部から離れるにしたがって幅が狭くなるように延びる第１フィンガー部２０３と、バスバー電極と離れた位置において第１フィンガー部の先端と接続され、第１フィンガー部２０３の先端よりも幅が広い第２フィンガー部２０４と、を含むことにより、フィンガー電極に集められるキャリアの移動距離が短くなり、太陽電池の出力の低減を抑制することができ、また第２フィンガー部の剥がれも抑制することができる。

Description

太陽電池及びその製造方法
　本発明は、太陽電池及びその製造方法に関する。
　特許文献１には、基板上に設けられたバスバー電極と、バスバー電極に設けられたくし型電極と、を備える太陽電池が開示されている。くし型電極は、第一端と第二端を有している。第一端は、くし型電極のうちバスバー電極と連結している部分である。第二端は、くし型電極のうち、バスバー電極から最も離れた部分である。くし型電極は、第一端から第二端に向けて単調に幅が狭くなるように構成されている。
実用新案登録第３１５４１４５号
　特許文献１に記載された太陽電池では、くし型電極の第二端の狭い幅に起因して、太陽電池の出力が低下しうる。
　本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、光電変換部の主面上に設けられた集電極と、を備え、集電極は、複数のバスバー電極と、複数のバスバー電極の一部と接続されたフィンガー電極と、を含み、フィンガー電極は、複数のバスバー電極の一部と接続され、複数のバスバー電極の一部から離れるにしたがって幅が狭くなるように延びる第１フィンガー部と、複数のバスバー電極と離れた位置において第１フィンガー部の先端と接続され、第１フィンガー部の先端よりも幅が広い第２フィンガー部と、を含む。
　本発明に係る太陽電池の製造方法は、光電変換部を用意し、光電変換部の主面上に導電性ペーストを印刷してバスバー電極を形成し、バスバー電極から離れる方向に導電性ペーストを継続して印刷し、バスバー電極と接続されるとともにバスバー電極から離れるにしたがって幅が狭くなる第１フィンガー部を形成し、バスバー電極及び第１フィンガー部の先端から離れる方向に導電性ペーストを継続して印刷し、第１フィンガー部の先端と接続されるとともに第１フィンガーよりも幅の広い第２フィンガー部を形成する。
　本発明によれば、太陽電池の出力を向上させることができる。
実施形態に係る太陽電池の受光面側の平面図である。 実施形態に係る太陽電池の裏面側の平面図である。 図１及び図２におけるＡ－Ａ線断面図である。 実施形態に係る太陽電池の製造方法の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る太陽電池の製造方法において、バスバー電極及びフィンガー電極の形成方法の手順を示すフローチャートである。 実施形態に係る太陽電池の製造方法において、導電性ペーストの印刷方向を示す図である。 実施形態に係る太陽電池の第１変形例の受光面側の平面図である。 実施形態に係る太陽電池の第２変形例の受光面側の平面図である。 実施形態に係る太陽電池の第３変形例の受光面側の平面図である。 実施形態に係る太陽電池の第４変形例の受光面側の平面図である。 実施形態に係る太陽電池の光電変換部の変形例の断面図である。 実施形態に係る太陽電池の裏面側にある集電極の変形例の平面図である。
　以下に図面を用いて、実施の形態を詳細に説明する。同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
　図１は、太陽電池１の受光面側の平面図である。図２は、太陽電池１の裏面側の平面図である。図３は、図１及び図２におけるＡ－Ａ線断面図である。「受光面」とは、太陽光の光が主に入射される側の主面を意味する。「裏面」とは、受光面と反対側の主面を意味する。
　太陽電池１は、光電変換部２と、光電変換部２の受光面上に設けられた集電極４と、光電変換部２の裏面上に設けられた集電極６とを備える。ここで、層、膜、領域などの部分が他の部分の「上に」という言う時、これは他の部分の「真上に」ある場合だけではなく、その中間に他の部分がある場合も含む。
　光電変換部２は、受光面側から、透明導電膜１１と、ｐ型非晶質シリコン膜１２と、ｉ型非晶質シリコン膜１３と、ｎ型単結晶シリコン基板１４と、ｉ型非晶質シリコン膜１５と、ｎ型非晶質シリコン膜１６と、透明導電膜１７とを備える。
　ｎ型単結晶シリコン基板１４は、光を受けてキャリアを生成する発電層である。発電層は、ｎ型単結晶シリコン基板１４に限定されない。例えば、発電層は、ｎ型又はｐ型のいずれの導電型でもよく、結晶系半導体基板、多結晶シリコン基板、砒化ガリウム（ＧａＡｓ）基板、インジウム燐（ＩｎＰ）基板を含む。
　ｉ型非晶質シリコン膜１３は、ｎ型単結晶シリコン基板１４の受光面上に形成される。ｉ型非晶質シリコン膜１３は、真性なアモルファスシリコン膜である。
　ｐ型非晶質シリコン膜１２は、ｉ型非晶質シリコン膜１３上に形成される。ｐ型非晶質シリコン膜１２は、ｐ型不純物がドープされたアモルファスシリコン膜である。
　透明導電膜１１は、ｐ型非晶質シリコン膜１２上に形成される。透明導電膜１１は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ2）、及び酸化チタン（ＴｉＯ2）等の金属酸化物のうちの少なくとも１つを含む。
　ｉ型非晶質シリコン膜１５は、ｎ型単結晶シリコン基板１４の裏面上に形成される。ｉ型非晶質シリコン膜１５は、真性なアモルファスシリコン膜である。
　ｎ型非晶質シリコン膜１６は、ｉ型非晶質シリコン膜１５上に形成される。ｎ型非晶質シリコン膜１６は、ｎ型不純物がドープされたアモルファスシリコン膜である。
　透明導電膜１７は、ｎ型非晶質シリコン膜１６上に形成される。透明導電膜１７は、透明導電膜１１と同様の材料を含む。
　集電極４は、バスバー電極１９ａ，１９ｂと、フィンガー電極２０ａ～２０ｄとを含む。集電極６は、バスバー電極２１ａ，２１ｂと、フィンガー電極２２ａ～２２ｄとを含む。集電極４，６は、導電材料であって、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）及びクロム（Ｃｒ）等の金属や、これらの金属のうちの一種類以上を含む合金によって構成することができる。
　バスバー電極１９ａ，１９ｂは、透明導電膜１１上に形成される。バスバー電極１９ａ，１９ｂは、光電変換部２において生成されたキャリアを取り出すために設けられる。フィンガー電極２０ａ～２０ｄにおいて集電されたキャリアをできるだけ均等に集電するように、バスバー電極１９ａ，１９ｂは、所定の間隔をあけて平行に配置される。例えば、バスバー電極１９ａは光電変換部２の主面を二分した場合の左半分の中心に配置され、バスバー電極１９ｂは、右半分の中心に配置される。バスバー電極１９ａ，１９ｂの幅は、１ｍｍとされる。
　フィンガー電極２０ａ～２０ｄは、光電変換部２において生成されたキャリアを収集するために設けられる。フィンガー電極２０ａ～２０ｄは、バスバー電極１９ａ，１９ｂと交差して電気的に接続されるように配置される。フィンガー電極２０ａ～２０ｄは、光電変換部２の面内からまんべんなく集電が行われるように、フィンガー電極２０ａ～２０ｄは、それぞれ所定の間隔をあけて平行に配置される。例えば、バスバー電極１９ａ，１９ｂの短手方向に沿って並んだフィンガー電極２０ａ～２０ｄを１組とすると、ｎ組のフィンガー電極２０ａ～２０ｄが光電変換部２の主面の領域を（ｎ＋１）等分するように配置される。フィンガー電極２０ａ～２０ｄの幅は、集電される電流の大きさ、フィンガー電極２０ａ～２０ｄの断面積等に応じて適宜決定される。
　複数のフィンガー電極２０ａは、例えば２ｍｍの間隔で互いに並列に配列される。フィンガー電極２０ａは、第１フィンガー部２０３と第２フィンガー部２０４とを含む。
　第１フィンガー部２０３は、バスバー電極１９ａに接続された根元部２０１を含んでいる。根元部２０１は、第１フィンガー部２０３の中で最も幅が広い部分である。
　第１フィンガー部２０３は、バスバー電極１９ａからフィンガー電極２０ａの長手方向に延びている。第１フィンガー部２０３は、バスバー電極１９ａから離れるにしたがって幅が細くなる。第１フィンガー部２０３は、バスバー電極１９ａから最も離れた位置に先端部２０２を含む。先端部２０２は、第１フィンガー部２０３の中で最も幅が狭い部分である。これにより、第１フィンガー部２０３による遮光ロスを抑制できる。
　第２フィンガー部２０４は、バスバー電極１９ａと離れた位置において第１フィンガー部２０３の先端部２０２と接続される。第２フィンガー部２０４は、第１フィンガー部２０３の先端部２０２よりも幅の広い部分を含んでおり、フィンガー電極２０ａの長手方向に延びている。第２フィンガー部２０４は、先端部２０２から離れるにしたがって幅が太くなるように延びている。第１フィンガー部２０３の先端部２０２の幅をＷ1とし第２フィンガー部２０４の幅をＷ2とした場合に、Ｗ1＜Ｗ2となるように、第２フィンガー部２０４の幅が設定されている。つまり、第２フィンガー部２０４は、幅が変化するような形状であっても、全ての幅が第１フィンガー部２０３の先端部２０２の幅Ｗ1よりも広くなるように設定されている。
　フィンガー部２０ｂ，２０ｃは、フィンガー電極２０ａと同様に根元部２０１及び先端部２０２を含んだ第１フィンガー部２０３と、第２フィンガー部２０４を含んでいる。フィンガー部２０ｂ，２０ｃは、フィンガー部２０ｂの第２フィンガー部２０４とフィンガー部２０ｃの第２フィンガー部２０４とが接続された接続部２０５を含んでいる。接続部２０５からバスバー電極１９ａに向かって伸びるフィンガー部２０ｂの長さと、接続部２０５からバスバー電極１９ｂに向かって伸びるフィンガー部２０ｃの長さとは、同じである。
　本実施例において、フィンガー部２０ａ～２０ｄの長さは、同じである。
　フィンガー電極２０ｄは、フィンガー電極２０ａと同様に根元部２０１及び先端部２０２を含んだ第１フィンガー部２０３と、第２フィンガー部２０４を含み、フィンガー電極２０ａと反対方向に延びている。
　光電変換部２で生成されたキャリアは、光電変換部２の主面上において透明導電膜１１内に存在するキャリアから一番近いフィンガー電極２０ａ～２０ｄに収集される。
　ここで、上記特許文献１では、くし型電極は、バスバー電極から離れるにしたがって、フィンガー電極の幅が単調に狭くなる。したがって、バスバー電極から最も離れた位置（第二端）において、フィンガー電極の幅が最も狭くなる。これにより、第二端に集められるキャリアの移動距離が長くなり、太陽電池の出力が低減する恐れがある。
　一方、フィンガー電極２０ａ，２０ｄの第２フィンガー部２０４は、第１フィンガー部２０３の先端部２０２よりも幅が広くなる。このため、バスバー電極１９ａ，１９ｂから最も離れた位置であっても、フィンガー電極２０ａ，２０ｄに集められるキャリアの移動距離を短くでき、太陽電池１の出力の低減を抑制できる。
　フィンガー電極２０ａ，２０ｄと同様に、フィンガー電極２０ｂ，２０ｃは、第２フィンガー部２０４を含んでいる。これにより、フィンガー電極２０ｂ，２０ｃの第２フィンガー部２０４において、キャリアの移動距離を短くでき、太陽電池１の出力の低減を更に抑制できる。
　フィンガー電極２０ａ～２０ｄの第２フィンガー部２０４はバスバー電極１９ａ，１９ｂから最も離れているため、フィンガー電極２０ａ～２０ｄの体積に応じた応力が生じ易い。しかし、フィンガー電極２０ａ～２０ｄの第２フィンガー部２０４は第１フィンガー部２０３に比べて接触面積が大きい。このため、第２フィンガー部２０４の光電変換部２からの剥がれを抑制できる。
　フィンガー電極２０ａ，２０ｄは、それぞれバスバー電極１９ａ，１９ｂから光電変換部２の主面の端辺に近い位置まで延びている。このため、フィンガー電極２０ａ、２０ｂのそれぞれにおける第２フィンガー部２０４は、バスバー電極１９ａ、１９ｂよりも光電変換部２の主面の端辺に近い位置に形成される。例えば、光電変換部２の長さのうちのフィンガー電極２０ａ，２０ｄの延伸方向に沿った長さの２～３％程度の長さだけ、フィンガー電極２０ａ、２０ｄのそれぞれにおける第２フィンガー部２０４は、光電変換部２の主面の端辺よりも内側に配置される。
　光電変換部２の主面の端辺に近い位置では、キャリアの移動距離が最も長くなる。しかし、第２フィンガー部２０４を含むことによって、光電変換部２の主面の端辺に近い部分におけるキャリアの移動距離を短くすることができ、第１フィンガー部２０３の形状に係らず太陽電池１の出力低下を抑制させることができる。
　バスバー電極１９ａ，１９ｂ及びフィンガー電極２０ａ～２０ｄと同様に、光電変換部２の裏面上にバスバー電極２１ａ，２１ｂ及びフィンガー電極２２ａ～２２ｄが設けられる。
　フィンガー電極２２ａ～２２ｄは、光電変換部２において生成されたキャリアを収集するために設けられる。フィンガー電極２２ａ～２２ｄの関係は、例えば、１ｍｍ～２ｍｍの間隔で互いに並列に配列されるのが好適である。
　フィンガー電極２２ａ～２２ｄは、フィンガー電極２０ａ～２０ｄと同様の構成のため、同様の効果を奏する。
　太陽電池１の製造方法について、図４を用いて説明する。図４は、太陽電池１の製造方法の手順を示すフローチャートである。
　ｎ型単結晶シリコン基板１４を真空チャンバ内に搬入し、ＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１４の受光面上にｉ型非晶質シリコン膜１３を形成し、さらに、ｉ型非晶質シリコン膜１３上にｐ型非晶質シリコン膜１２を形成する（Ｓ２）。
　ＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板１４の裏面上にｉ型非晶質シリコン膜１５を形成し、さらに、ｉ型非晶質シリコン膜１５上にｎ型非晶質シリコン膜１６を形成する（Ｓ４）。
　スパッタリング法を用いて、ｐ型非晶質シリコン膜１２およびｎ型非晶質シリコン膜１６上に、それぞれＩＴＯからなる透明導電膜１１及び透明導電膜１７を形成する（Ｓ６）。これにより、光電変換部２が形成される。
　スクリーン印刷法を用いて、透明導電膜１１，１７上に、それぞれ集電極４，６を形成する（Ｓ８）。
　図５は、バスバー電極１９ａ，１９ｂ及びフィンガー電極２０ａ～２０ｄの形成方法の手順を示すフローチャートである。なお、集電極６の形成方法は、集電極４と同様の手順であるため詳細な説明は省略する。
　図６は、バスバー電極１９ａ，１９ｂ及びフィンガー電極２０ａ～２０ｄの形状に対応する開口部１９０ａ，１９０ｂ及び開口部２００ａ～２００ｄを有するスクリーン版２０である。このスクリーン版２０を用いて、開口部１９０ａ，１９０ｂ，２００ａ～２００ｄにバスバー電極１９ａ，１９ｂ及びフィンガー電極２０ａ～２０ｄの構成材である導電性ペーストをスキージによって充填し、光電変換部２の受光面上に導電性ペーストを印刷する。
　開口部１９０ａ，１９０ｂ，２００ａ～２００ｄが形成されたスクリーン版２０上に導電性ペーストを載せ、図６に示される印刷方向に沿ってスキージを動かすことにより開口部１９０ａ，１９０ｂ，２００ａ～２００ｄに導電性ペーストを充填する。スクリーン版２０のうちスキージが通り過ぎた部分が受光面から離れるときに、開口部１９０ａ，１９０ｂ，２００ａ～２００ｄから導電性ペーストが吐出して受光面上に印刷される。
　図６に示される印刷方向に沿ってスキージを動かすと、最初にフィンガー電極２０ａに対応する導電性ペーストが継続して印刷される（Ｓ８１）。これにより、フィンガー電極２０ａは、バスバー電極１９ａの一部よりも光電変換部２の主面の端辺に近い位置に形成される。スクリーン版２０の開口部２００ａにおいて、フィンガー電極２０ａの第２フィンガー部２０４に対応する開口幅は、第１フィンガー部２０３の先端部２０２に対応する開口幅より大きい。そのため、フィンガー電極２０ａの第２フィンガー部２０４をスクリーン印刷により形成する際の印刷擦れを抑制することができる。
　図６に示される印刷方向に沿ってスキージを動かすと、バスバー電極２１ａに対応する導電性ペーストが継続して印刷される（Ｓ８２）。
　フィンガー電極２０ｂ，２０ｃに対応する導電性ペーストが光電変換部２の主面に印刷される。フィンガー電極２０ｂは、図６に示される印刷方向に沿ってスキージを動かすことにより、バスバー電極１９ａからバスバー電極１９ｂに向かって継続して印刷される（Ｓ８３）。
　フィンガー電極２０ｃは、図６に示される印刷方向に沿ってスキージを動かすことにより、バスバー電極１９ａからバスバー電極１９ｂに向かって継続して印刷される（Ｓ８４）。フィンガー電極２０ｂ、２０ｃのそれぞれにおける第２フィンガー部２０４は、バスバー電極１９ａとバスバー電極１９ｂとの間に配置され、バスバー電極１９ａとバスバー電極１９ｂとの中軸に対して対称となるように印刷される。したがって、バスバー電極１９ａとバスバー電極１９ｂとの中軸において、フィンガー電極２０ｂ、２０ｃのそれぞれにおける第２フィンガー部２０４が互いに接続されている。
　フィンガー電極２０ｂ，２０ｃでは、フィンガー電極２０ｂとフィンガー電極２０ｃとが互いに接続された部分があるため、フィンガー電極２０ｂ，２０ｃを継続して印刷する時にフィンガー電極２０ｂ，２０ｃの体積に応じた応力がフィンガー電極２０ｂとフィンガー電極２０ｃとの接続部分に生じる。
　特許文献１のように第一端から第二端に向けて単調に幅が狭くなるように構成されたくし型電極をスクリーン印刷により形成する場合、電極幅が狭くなるにつれてスクリーン版２０の開口幅が小さくなるため、第二端では印刷擦れが生じる恐れがある。特に、フィンガー電極２０ｂ、２０ｃが互いに接続されている第２フィンガー部２０４の接続部分においては、フィンガー電極２０ｂ、２０ｃの体積に応じた応力が生じ易く、そのような応力の大きい部分の幅を狭くすると印刷擦れが生じる恐れがある。
　しかし、スクリーン版２０の開口部２００ｂ，２００ｃにおいて、フィンガー電極２０ｂ，２０ｃの第２フィンガー部２０４に対応する開口幅は、フィンガー電極２０ｂ，２０ｃの第１フィンガー部２０３の先端部２０２に対応する開口幅よりも大きい。このため、フィンガー電極２０ｂ，２０ｃの第２フィンガー部２０４をスクリーン印刷により形成する際に第２フィンガー部２０４における印刷擦れを抑制することができる。特に、フィンガー電極２０ｂ、２０ｃが互いに接続されている第２フィンガー部２０４の接続部分にはフィンガー電極２０ｂ、２０ｃの体積に応じた応力が生じ易いが、その部分の幅を大きくしたことによって印刷擦れを抑制する効果を顕著に発揮する。すなわち、フィンガー電極２０ｂ、２０ｃは、応力が生じやすい接続部分と、最も幅が狭くなる部分とがずれるように構成されている。したがって、接続部分における印刷擦れが抑制される。
　次に、図６に示される印刷方向に沿ってスキージを動かすと、バスバー電極１９ｂに対応する導電性ペーストが継続して印刷される（Ｓ８５）。これにより、バスバー電極１９ａとバスバー電極１９ｂとが並列に並ぶように形成される。
　続いて、フィンガー電極２０ｄに対応する導電性ペーストが光電変換部２の主面に印刷される（Ｓ８６）。これにより、フィンガー電極２０ｄは、バスバー電極１９ａの一部よりも光電変換部２の主面の端面に近い位置に形成される。スクリーン版２０の開口部２００ｄにおいて、フィンガー電極２０ｄの第２フィンガー部２０４に対応する開口幅は、フィンガー電極２０ｂ，２０ｃの第１フィンガー部２０３の先端部２０２に対応する開口幅より大きいため、フィンガー電極２０ｄの第２フィンガー部２０４をスクリーン印刷により形成する際の印刷擦れを抑制することができる。
　本実施形態の第２フィンガー部２０４の形状は、第１フィンガー部２０３の先端から離れるにしたがって、第１フィンガー部の先端よりも徐々に幅が太くなるように延びているため、スクリーン印刷による印刷擦れを抑制できる。
　印刷された導電性ペーストを加熱等により固化させて受光面上にフィンガー電極２０ａ～２０ｄを形成する。なお、フィンガー電極２２ａ～２２ｂについても、フィンガー電極２０ａ～２０ｄと同様のスクリーン印刷法により形成されるため詳細な説明は省略する。このように、Ｓ２～Ｓ８の工程を得て、１つの太陽電池１０ができる。なお、図６において、導電性ペーストの印刷方向を矢印で示しているが、反対方向の印刷方向であってもよい。
　図７は、太陽電池１の第１変形例である太陽電池１ａの受光面側の平面図である。太陽電池１と異なり、太陽電池１ａは、第２フィンガー部２０４が略楕円形状を含んでいる。
　図８は、太陽電池１の第２変形例である太陽電池１ｂの受光面側の平面図である。太陽電池１と異なり、太陽電池１ｃは、第２フィンガー部２０４の形状が四角形の形状を含んでいる。
　これらのように、第２フィンガー部２０４は、第１フィンガー部２０３の先端部２０２よりも幅が大きければ、他のいかなる形状であってもよい。
　図９は、太陽電池１の第３変形例である太陽電池１ｃの受光面側の平面図である。太陽電池１と異なり、太陽電池１ｃは、フィンガー電極２０ａ、２０ｄのみが第２フィンガー部２０４を含んでいる。一方、フィンガー電極２０ｂ，２０ｃは、第２フィンガー部２０４を含まない。第２フィンガー部２０４は、それぞれのバスバー電極１９ａ、１９ｂから光電変換部２の主面の端辺に近い部分にのみ形成されてもよい。
　図１０は、太陽電池１の第４変形例である太陽電池１ｄの受光面側の平面図である。太陽電池１ｄでは、第２フィンガー部２０４は、光電変換部２の主面の四隅に最も近い各々のフィンガー電極２０ａ，２０ｄにのみ形成されている。第２フィンガー部は、フィンガー電極２０ａ～２０ｄ，２２ａ～２２ｄの一部にのみ形成されてもよい。
　図１１は、光電変換部２の変形例である光電変換部２ａの断面図である。光電変換部２ａは、ｐ型多結晶シリコン基板２４１と、ｐ型多結晶シリコン基板の表面側に形成されたｎ型拡散層２３１と、ｐ型多結晶シリコン基板２４１の裏面上に形成されたアルミニウム金属膜２５１とを備える。このように、光電変換部１８は、太陽光を電気に変換する機能を有すれば、他のいかなる形状であってもよい。
　図１２は、光電変換部２の裏面側の集電極の変形例の平面図である。光電変換部２の裏面側においては、フィンガー電極２０ａ～２０ｄ，２２ａ～２２ｄの代わりに、透明導電膜１７の形成領域の略全面を覆う金属膜２５１が形成されてもよい。
　１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，１０ｄ　太陽電池、１１　透明導電膜、１２　ｐ型非晶質シリコン膜、１３　ｉ型非晶質シリコン膜、１４　ｎ型単結晶シリコン基板、１５　ｉ型非晶質シリコン膜、１６　ｎ型非晶質シリコン膜、１７　透明導電膜、１８　光電変換部、１９　バスバー電極、１９ａ，１９ｂ，２１　バスバー部、２０　フィンガー電極、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄ，２２　フィンガー電極２０１　根元部、２０２　先端部、２０３　第１フィンガー部、２０４　第２フィンガー部。

Claims (6)

  1. 　光電変換部と、
    　前記光電変換部の主面上に設けられた集電極と、を備え、
    　前記集電極は、
    　複数のバスバー電極と、
    　前記複数のバスバー電極の一部と接続されたフィンガー電極と、を含み、
    　前記フィンガー電極は、
    　前記複数のバスバー電極の一部と接続され、前記複数のバスバー電極の一部から離れるにしたがって幅が狭くなるように延びる第１フィンガー部と、
    　前記複数のバスバー電極と離れた位置において前記第１フィンガー部の先端と接続され、前記第１フィンガー部の先端よりも幅が広い第２フィンガー部と、
    　を含む、太陽電池。
  2. 　請求項１に記載の太陽電池において、
    　前記第２フィンガー部は、
    　前記複数のバスバー電極の一部よりも前記光電変換部の主面の端辺に近い位置に配置される、太陽電池。
  3. 　請求項１に記載の太陽電池において、
    　前記複数のバスバー電極は、
    　第１バスバー電極と、
    　前記第１バスバー電極と異なる位置において、前記第１バスバー電極と並列に並ぶように配置された第２バスバー電極と、を含み、
    　前記第２フィンガー部は、前記第１バスバー電極と前記第２バスバー電極との間に配置される、太陽電池。
  4. 　光電変換部を用意し、
    　前記光電変換部の主面上に導電性ペーストを印刷してバスバー電極を形成し、
    　前記バスバー電極から離れる方向に導電性ペーストを継続して印刷し、前記バスバー電極と接続されるとともに前記バスバー電極から離れるにしたがって幅が狭くなる第１フィンガー部を形成し、
    　前記バスバー電極及び前記第１フィンガー部の先端から離れる方向に導電性ペーストを継続して印刷し、前記第１フィンガー部の先端と接続されるとともに前記第１フィンガーよりも幅の広い第２フィンガー部を形成する、太陽電池の製造方法。
  5. 　請求項４に記載の太陽電池の製造方法において、
    　前記バスバー電極の一部よりも前記光電変換部の主面の端辺に近い位置に前記導電性ペーストを継続して印刷して前記第２フィンガー部を形成する、太陽電池の製造方法。
  6. 　請求項４に記載の太陽電池の製造方法において、
    　第１バスバー電極と第２バスバー電極とを含む、複数の前記バスバー電極を形成し、
    　前記第１バスバー電極と異なる位置において、前記第１バスバー電極と並列に並ぶように第２バスバー電極を形成し、
    　前記第１バスバー電極と前記第２バスバー電極との間に前記導電性ペーストを継続して印刷して前記第２フィンガー部を形成する、太陽電池の製造方法。
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