WO2018084159A1 - 太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール - Google Patents

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訓太 吉河
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Definitions

  • the present invention relates to a solar cell and a manufacturing method thereof.
  • the present invention further relates to a solar cell module.
  • a solar cell using a crystalline silicon substrate power is generated by taking out photogenerated carriers (electrons and holes) in crystalline silicon to an external circuit.
  • the output per solar cell using a crystalline silicon substrate is about several watts at most. Therefore, a solar cell string in which a plurality of solar cells are electrically connected in series via a wiring member is formed, and the output is increased by adding the voltages of the respective solar cells.
  • Patent Document 1 discloses a solar cell module in which solar cells in which a silicon substrate is divided into two parts and the area is half that before division are connected by a wiring material. By halving the area of the solar cell, the current is halved, so loss due to the resistance of the wiring material can be reduced.
  • Patent Document 2 discloses a solar cell in which an insulating thin film is formed on a main surface of a silicon substrate and then the substrate is divided into two parts.
  • the side surface existing before the division is covered with an insulating thin film, and the side surface formed by the division is exposed to crystalline silicon is doing.
  • an object of the present invention is to provide a solar cell that maintains a high output even after the substrate is divided, and a solar cell module in which a plurality of the solar cells are electrically connected.
  • the solar cell of the present invention includes a rectangular crystalline silicon substrate.
  • the rectangular crystalline silicon substrate includes a rectangular first main surface, a rectangular second main surface located on the opposite side of the first main surface, a long side of the first main surface, and a long side of the second main surface.
  • the first side surface connecting the first side surface, the second side surface located on the opposite side of the first side surface and connecting the long side of the first main surface and the long side of the second main surface.
  • At least one of the first main surface and the second main surface is covered with a thin film. Examples of the thin film that covers the main surface of the silicon substrate include a silicon-based thin film and an insulating material thin film.
  • At least one of the thin film covering the first main surface and the thin film covering the second main surface is formed around the first side surface. Therefore, the first side surface is covered with a thin film. Neither the thin film that covers the first main surface nor the thin film that covers the second main surface wraps around the second side surface. Therefore, the second side surface is not covered with the thin film covering the main surface.
  • a silicon oxide film is provided on the entire surface of the second side surface in the thickness direction of the crystalline silicon substrate.
  • the silicon substrate After forming a thin film on the main surface of the square crystal silicon substrate, the silicon substrate is divided to obtain two rectangular crystal silicon substrates.
  • a thin film is formed on a crystalline silicon substrate, if the film is formed so as to go around the side surface in addition to the main surface of the square crystalline silicon substrate, the first rectangular crystal silicon substrate after division is The side is covered with a thin film.
  • the second side surface is a side surface generated by dividing the silicon substrate. Therefore, even when the side surface of the square silicon substrate is covered with the thin film, the second side surface of the rectangular silicon substrate is not covered with the thin film formed on the main surface of the silicon substrate.
  • the oxide film on the second side is formed by exposing the crystalline silicon exposed on the second side to an atmosphere (oxidative atmosphere) that is more oxidizing than air at room temperature. That is, the silicon oxide film on the second side surface is a non-natural oxide film and has a larger thickness than the natural oxide film of silicon.
  • the substrate After dividing the crystal silicon substrate along the dividing groove by irradiating the laser beam along the center line of the square crystalline silicon substrate to form the dividing groove, the substrate can be divided into two rectangular crystalline silicon substrates. .
  • a silicon oxide film is formed in the formation region of the dividing groove on the second side surface by the laser light irradiation.
  • Crystalline silicon is exposed on the cut surface formed by folding the silicon substrate.
  • an oxide film can be formed.
  • the heating temperature when heating in an oxidizing atmosphere is, for example, 100 to 200 ° C.
  • the oxide film formed on the surface of the dividing groove by laser light irradiation is smaller than the oxide film formed by heating at about 100 to 200 ° C. Therefore, the thickness of the oxide film provided on the second side surface of the silicon substrate close to the first main surface may be different from the thickness of the oxide film provided on the side close to the second main surface.
  • the present invention relates to a solar cell module including a solar cell string in which a plurality of the solar cells are connected by a wiring material.
  • the solar cell module includes a solar cell string, a sealing material that seals the solar cell string, a light receiving surface protective material provided on the light receiving surface side of the sealing material, and a back surface provided on the back side of the sealing material Protective material.
  • the wiring member is arranged so as to extend in parallel with the rectangular short side of the rectangular solar cell.
  • the solar cell string is connected via a wiring member so that a plurality of rectangular solar cells are aligned along the short side direction of the rectangle.
  • the solar cell of the present invention has a rectangular shape, and the area is half that of a solar cell including a general square silicon substrate. Since the current of the solar cell is small and the current flowing through the wiring material connecting the plurality of solar cells is also small, the electrical loss due to the resistance of the wiring material is small.
  • the oxide film provided on the side surface generated by dividing the silicon substrate has a passivation effect of the silicon substrate. Therefore, the conversion characteristics of the solar cell are improved as compared with the case where crystalline silicon is exposed on the side surface of the silicon substrate.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a plan view of a solar cell string in which a plurality of solar cells are electrically connected via a wiring member, and
  • FIG. 2B is a cross-sectional view thereof.
  • the solar cell of the present invention has a rectangular shape having two long sides and two short sides in plan view.
  • the solar cell 105 includes a crystalline silicon substrate 15 having a rectangular shape in plan view.
  • the crystalline silicon substrate may be a single crystal silicon substrate or a polycrystalline silicon substrate.
  • the silicon substrate 15 has a rectangular first main surface 81 and a rectangular second main surface 82.
  • the second main surface 82 is located on the opposite side of the first main surface 81, one is the light receiving surface of the solar cell, and the other is the back surface.
  • the 1st main surface 81 is demonstrated as a light-receiving surface.
  • the silicon substrate 15 has a first side surface 91, a second side surface 92, a third side surface 93 and a fourth side surface 94.
  • the first side surface 91 and the second side surface 92 are side surfaces that connect the long side of the first main surface 81 and the long side of the second main surface 82, and both are located on the opposite side.
  • the third side surface 93 and the fourth side surface 94 are side surfaces that connect the short side of the first main surface and the short side of the second main surface, and both are located on the opposite side.
  • FIG. 3A is a plan view of the undivided solar cell as viewed from the first main surface side.
  • a square solar cell does not need to be a perfect square.
  • a semi-square type as shown in FIG. 3A (a square having four rounded corners or a notch). But you can.
  • the rectangular solar cell 105 may have a rounded corner or a notch as shown in FIG. 2A.
  • the length of the long side of the rectangle is equal to the length of one side of the silicon substrate before division, and is about 100 to 200 mm.
  • the length of the short side of the rectangle is approximately 1 ⁇ 2 of the length of the long side, and is about 50 to 100 mm.
  • the first side surface 91 of the silicon substrate 15 is the same as the side surface 91 of the silicon substrate 10 in the solar cell 101 before division.
  • the second side surface 92 is a surface (divided surface) newly formed by dividing the square-shaped silicon substrate 10 into two.
  • At least one of the first main surface 81 and the second main surface 82 is covered with a thin film, and the thin film covering the main surface of the silicon substrate 15 wraps around the first side surface 91. Covering.
  • the thin film covering the main surface does not cover the second side surface 92, and the oxide film 50 is provided on the surface of the second side surface 92.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view of the solar cell before division shown in FIG. 3A.
  • the solar cell 101 is a heterojunction solar cell in which a silicon-based thin film such as amorphous silicon is provided on a crystalline silicon substrate 10 having a square shape when viewed from the front.
  • a silicon-based thin film such as amorphous silicon
  • the first intrinsic silicon-based thin film 21 the first conductive type silicon-based thin film 31 and the first transparent conductive layer 61 are provided.
  • a second intrinsic silicon thin film 22, a second conductivity type silicon thin film 32, and a second transparent conductive layer 62 are provided on 86.
  • a metal electrode 71 and a metal electrode 72 are provided on the first transparent conductive layer 61 and the second transparent conductive layer 62, respectively.
  • a single conductivity type single crystal silicon substrate is used as the crystalline silicon substrate 10.
  • One conductivity type means either n-type or p-type.
  • the silicon substrate 10 preferably has a concavo-convex structure on the surface from the viewpoint of improving light utilization efficiency by light confinement. For example, a pyramidal uneven structure is formed on the surface of the single crystal silicon substrate by anisotropic etching using alkali.
  • Intrinsic silicon thin films 21 and 22 and conductive silicon thin films 31 and 32 include amorphous silicon thin films, microcrystalline silicon thin films (for example, thin films containing amorphous silicon and crystalline silicon), and the like. Can be mentioned. Among these, an amorphous silicon thin film is preferable.
  • Intrinsic silicon thin films 21 and 22 are preferably intrinsic amorphous silicon thin films composed of silicon and hydrogen. By depositing amorphous silicon on a single crystal silicon substrate, surface passivation can be effectively performed while suppressing impurity diffusion into the silicon substrate.
  • the first conductivity type silicon-based thin film 31 and the second conductivity type silicon-based thin film 32 have different conductivity types. That is, one of the conductive silicon thin films 31 and 32 is a p-type silicon thin film and the other is an n-type silicon thin film.
  • a plasma CVD method is preferable as a method for forming these silicon-based thin films. If a thin film is formed on one main surface of a silicon substrate by a dry process such as CVD, sputtering, vacuum deposition, or ion plating without using a mask, the side surface of the silicon substrate and the main surface on the opposite side are formed. The thin film wraps around and deposits. That is, as shown in FIG. 3B, the silicon-based thin films 21 and 31 formed on the first main surface 85 of the silicon substrate 10 wrap around the side surfaces 91 and 95, and the first main surface 85. It is also formed on the peripheral edge of the two main surfaces 86.
  • the silicon-based thin films 22 and 32 formed on the second main surface 86 of the silicon substrate 10 are formed on the side surfaces 91 and 95 and the peripheral portion of the first main surface 85 in addition to the second main surface 86. .
  • an intrinsic silicon-based thin film not only on the main surface of the silicon substrate but also on the side surfaces by wraparound, the passivation effect on the silicon substrate is enhanced.
  • the transparent conductive layers 61 and 62 provided on the silicon-based thin film are made of a conductive oxide such as ITO, and can be formed by MOCVD, sputtering, ion plating, or the like.
  • the transparent conductive layers 61 and 62 are formed on the peripheral portions of the main surfaces 85 and 86 of the silicon substrate as shown in FIG. 3B. Is not formed, and no wraparound to the side surface or the opposite surface occurs. If a transparent conductive layer is formed using a mask, a short circuit between the conductive layers on the front and back sides caused by the wraparound of the transparent conductive layer can be prevented. Even when the transparent conductive layer 61 is formed on the first main surface 85 and the transparent conductive layer 62 is formed on the second main surface 86, a mask is used to short-circuit the conductive layers on the front and back sides. Can be prevented.
  • Metal electrodes are provided on the transparent conductive layers 61 and 62.
  • the metal electrode provided on the first main surface which is the light receiving surface has a pattern shape.
  • patterned metal electrodes are provided on both sides.
  • 3A shows a grid-like metal electrode 71 including finger electrodes 711 extending in one direction (y direction) and bus bar electrodes 712 orthogonal to the finger electrodes.
  • Such a patterned metal electrode can be formed by, for example, an inkjet method, a screen printing method, a plating method, or the like.
  • the metal electrode 72 provided on the back surface side may have a pattern shape or may be provided on the entire surface of the transparent conductive layer.
  • a rectangular solar cell is manufactured by dividing after forming a metal electrode on a square silicon substrate.
  • the formation of the metal electrode may be performed after dividing the substrate. Considering the efficiency of pattern printing and the like, it is preferable to divide the substrate after forming the metal electrode.
  • the method for dividing the solar cell is not particularly limited.
  • a solar cell can be divided along the groove by forming a groove along the dividing line and folding the silicon substrate around the groove.
  • channel 19 is formed in the 1st main surface of a solar cell.
  • the method for forming the dividing groove is not particularly limited, but laser beam irradiation is preferable.
  • a laser for forming the division grooves a laser having a light wavelength that can be absorbed by the silicon substrate and sufficient output for forming the grooves can be applied.
  • the laser beam diameter for example, a laser beam having a diameter of 20 to 200 ⁇ m can be used. By irradiating the laser beam under such conditions, it is possible to form the dividing groove 19 having a width substantially the same as the light diameter of the laser beam.
  • the depth of the groove can be appropriately set to a depth at which cleaving along the groove can be easily performed, and is set, for example, in a range of about 10 to 50% of the thickness of the silicon substrate 10.
  • a silicon oxide film 51 is formed on the surface of the dividing groove 19 provided in the silicon substrate 10.
  • the division groove 19 is formed on the first main surface side of the silicon substrate 10.
  • the division groove may be formed on the second main surface side by performing laser light irradiation from the second main surface side. .
  • the solar cell 102 is divided into two, a solar cell 103 and a solar cell 104, as shown in FIG. 4B.
  • a crystalline silicon substrate is cut out to have a predetermined orientation plane, if a dividing groove 19 that is a starting point of cleaving is formed, it can be easily formed in a direction perpendicular to the substrate surface (in the thickness direction of the substrate). Can be cleaved.
  • the solar cell 103 after the division into two has a rectangular shape, and there are two side surfaces 91 and 92 along the long side of the rectangle, and two side surfaces 93 and 94 along the short side of the rectangle.
  • the first side surface 91 is a side surface existing before the division, and a silicon-based thin film formed on the first main surface and the second main surface covers the first side surface.
  • the third side surface 93 and the fourth side surface 94 are side surfaces in which the side surface of the solar cell before the division is divided into two along the center line CC, and the first main surface and the second main surface are the same as the first side surface. It is covered with a silicon-based thin film formed on the surface.
  • the second side surface 92 is a new surface formed by division, is not covered with a thin film, and crystal silicon is exposed.
  • an oxide film 51 is formed by heating during groove formation.
  • Crystalline silicon is exposed in the split section 922 formed by folding.
  • a natural oxide film with a thickness of about 1 nm may be formed on the surface of the fractured surface 922 of crystalline silicon (see FIG. 5).
  • the second side surface 92 of the silicon substrate 15 is provided with an oxide film 50 composed of the oxide film 51 generated when the dividing groove is formed by laser light and the oxide film 52 generated by the oxidation after cleaving. It has been. That is, the second side surface 92 of the solar cell 105 is provided with an oxide film (non-natural oxide film) 50 formed under conditions that are more oxidizable than air at normal temperature over the entire thickness direction.
  • the formation of the oxide film 52 on the fractured surface 922 of the silicon substrate is performed in an oxidizing atmosphere.
  • the oxidizing atmosphere means a condition that is more oxidizing than room temperature air, such as a highly oxidizing gas atmosphere, a heating atmosphere, and contact with an oxidizing solution.
  • a thermal oxide film is formed by heating in air.
  • a chemical oxide film is formed by exposure to an oxidizing atmosphere in which ozone, hydrogen peroxide, high-concentration oxygen, or the like is present.
  • the chemical oxide film may be formed by heating in an oxidizing gas atmosphere.
  • a non-natural oxide film can be formed on the cut surface of the silicon substrate by local heating by laser irradiation or the like, or blowing of an oxidizing gas by air blow.
  • the heating temperature is preferably 100 ° C. or higher. In order to suppress thermal deterioration of the silicon-based thin film and the transparent conductive layer, the heating temperature is preferably 200 ° C. or lower.
  • the local heating temperature is not particularly limited. The blowing of the oxidizing gas by air blow may also serve as an operation for removing debris generated when the silicon substrate is cleaved.
  • the oxide film 52 formed by heating or chemical oxidation is generally thicker than the natural oxide film.
  • the thickness of the oxide film formed in a heating atmosphere of 150 to 200 ° C. is 1.5 to 3 nm. (See FIG. 6).
  • the oxide film 51 formed by heat at the time of laser irradiation has a larger film thickness than the oxide film 52 formed by heating at 200 ° C. or lower.
  • FIG. 5 is a transmission electron microscope (TEM) image of a cross section of a silicon substrate on which a natural oxide film is formed
  • FIG. 6 is a TEM image of a silicon substrate heated at 150 ° C. for 1 hour in an atmosphere containing 100 ppm ozone. is there.
  • cutting was performed with a platinum layer and a resin laminated on the surface of the silicon substrate to protect the surface of the oxide film, thereby preparing a sample for TEM observation.
  • the white area between the silicon and the platinum layer is an oxide film.
  • the film thickness of the natural acid film in FIG. 5 is 1.23 nm
  • the film thickness of the oxide film formed by heating in an ozone-containing atmosphere is 2.18 nm, which is a film compared to natural oxidation. It can be seen that a thick oxide film is formed.
  • a thin oxide film may be formed on the surface of the metal electrode 71 in some cases.
  • an oxidizing gas such as ozone
  • an oxide film is easily formed on the surface of the metal electrode.
  • the oxide film is formed on the surface of the metal electrode, the metallic luster is reduced and the light reflection is reduced. Therefore, the metal electrode is difficult to be visually recognized from the outside, and improvement in design properties of the solar cell and the solar cell module can be expected. Since the thickness of the oxide film formed on the surface of the metal electrode is sufficiently small, there is almost no influence of the resistance due to the oxide film when connecting the wiring material (interconnector) on the electrode electrode.
  • the current density of the solar cells is substantially the same before and after the division. Since the area of the solar cell after division is half that before division, the amount of current per solar cell is about half that before division. The sum of the current amounts of the two solar cells is substantially the same as the current amount of the solar cells before the division.
  • the solar cell after division tends to have a lower fill factor than before division. For this reason, the total output of the rectangular solar cells 103 and 104 after the division tends to be smaller than the output of the square solar cell 101 before the division.
  • the solar cell module in which a plurality of solar cells of the present invention are connected is excellent in power generation characteristics.
  • the increase in the open circuit voltage and the fill factor due to the formation of the oxide film is related to the passivation effect on the silicon substrate.
  • the solar cell 101 before the division all main surfaces and side surfaces are covered with the silicon-based thin film, whereas in the solar cells 103 and 104 after the division, the second side surfaces 92 and 92 ′ are covered with the thin film. The silicon is exposed. Therefore, in the solar cells 103 and 104 before forming the oxide film, the passivation effect of the silicon substrate is insufficient as compared with the solar cell 101 before division, the carrier lifetime is reduced, and the open circuit voltage and the fill factor are reduced. It is thought that there is.
  • the solar cell 105 since the passivation effect is recovered by covering the silicon exposed on the second side surface of the divided silicon substrate 15 with the oxide film 50, the solar cell 105 has an open circuit voltage and a curve equal to or higher than those before the division. It is thought to have a factor.
  • the thickness of the oxide film 52 formed on the fractured surface 922 of the silicon substrate is preferably 1.5 nm or more, more preferably 1,8 nm or more, and 2 nm or more. Is more preferable.
  • a solar cell string 210 is formed by electrically connecting a plurality of rectangular solar cells 103 provided with the oxide film 50 on the second side surface 92 via a wiring member (interconnector) 201.
  • FIG. 2A shows a solar cell string in which rectangular solar cells are arranged along the short side direction (x direction) and connected via the wiring member 201.
  • the grid-like metal electrode 71 of the solar cell 103 includes a finger electrode 711 extending in a rectangular long side direction (y direction) and a bus bar electrode 712 extending in a rectangular short side direction (x direction).
  • the wiring member 201 is provided on the bus bar electrode 712, and as shown in FIG. 3B, the wiring member 201 connected to the first main surface of the solar cell is connected to the second main surface of the adjacent solar cell.
  • a plurality of solar cells are electrically connected in series.
  • the wiring material 201 for example, a strip-shaped thin plate made of a metal such as copper is used.
  • the wiring material and the electrode of the solar cell can be connected via solder, a conductive adhesive, a conductive film, or the like.
  • the module voltage can be increased even when the solar cell module is installed in a small area.
  • the area of one solar cell is half, the current flowing through the wiring member is halved, the electrical loss due to the resistance of the wiring member is reduced, and the power generation efficiency of the module can be improved.
  • a solar cell string is formed after an oxide film is formed on the second side surface where the crystalline silicon is exposed by dividing the silicon substrate.
  • An oxide film may be formed on the second side surface of the silicon substrate after the divided rectangular solar cell is connected to the wiring member to produce a string.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the solar cell module.
  • a light receiving surface protective material 211 is provided on the light receiving surface side (upper side in FIG. 7) of the solar cell string 210 to which a plurality of solar cells are connected via the wiring member 201, and on the back side (lower side in FIG. 7). Is provided with a back surface protective material 212.
  • the solar cell string 210 is sealed by filling the sealing material 215 between the protective materials 211 and 212.
  • EVAT isocyanurate
  • PVB polyvinyl butyrate
  • silicon silicon
  • urethane acrylic
  • epoxy epoxy
  • the light-receiving surface protective material 211 is light transmissive, and glass or transparent plastic is used.
  • the back surface protective material 212 may be any of light transmitting property, light absorbing property, and light reflecting property.
  • As the light-reflecting back surface protective material a material exhibiting a metallic color or white color is preferable, and a white resin film, a laminate in which a metal foil such as aluminum is sandwiched between resin films, and the like are preferably used.
  • As the light-absorbing protective material for example, a material including a black resin layer is used.
  • the sealing material and the protective material are arranged and laminated on the light receiving surface side and the back surface side of the solar cell string 210, vacuum lamination is performed, and after the sealing material is closely attached to the solar cell string and the protective material, By thermocompression bonding, the sealing material flows also in the gaps between the solar cells and the end of the module, and modularization is performed.
  • a solar cell string is produced and sealed to produce a solar cell module.
  • An oxide film may be formed on the second side surface of the silicon substrate after the divided rectangular solar cell is connected to the wiring member to produce a string.
  • the side surface of the silicon substrate is covered with the sealing material, and the oxidizing gas cannot be accessed. Even if heating is performed after vacuum laminating for sealing, no oxidizing gas is present in the vicinity of the side surface of the silicon substrate, so that no oxide film is formed on the side surface of the silicon substrate. Therefore, it is necessary to form the oxide film on the side surface of the silicon substrate before sealing.
  • An example of a solar cell has been described.
  • the thin film covering the first side surface is not limited to the silicon-based thin film.
  • at least one of the transparent conductive layer 61 on the first main surface and the transparent conductive layer 62 on the second main surface may cover the first side surface of the silicon substrate.
  • the insulating material thin film 41 provided on the first main surface 81 and the insulating material thin film 42 provided on the second main surface cover the first side surface 91. Similar to the solar cell 105 shown in FIG. 1, a silicon oxide film 50 is provided on the second side surface of the solar cell 115.
  • a conductive seed 76 is provided on the transparent conductive layer 61.
  • the conductive seed is provided in the same pattern shape as the metal electrode.
  • the conductive seed serving as the base is also provided in the same grid shape.
  • the conductive seed can be formed by printing a metal paste, electroless plating, electrolytic plating, photoplating, or the like.
  • An insulating material thin film 41 is formed so as to cover the transparent conductive layer 61 and the conductive seed 76.
  • the insulating material may be an inorganic insulating material or an organic insulating material.
  • an inorganic insulating material is preferable.
  • Inorganic insulating materials include silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, sialon (SiAlON), yttrium oxide, magnesium oxide, barium titanate, samarium oxide, barium tantalate , tantalum oxide, magnesium fluoride, oxide Titanium, strontium titanate and the like are preferably used.
  • silicon-based insulating materials such as silicon oxide, silicon nitride, silicon oxynitride, aluminum oxide, and sialon, and aluminum-based insulating materials are preferable.
  • the insulating material thin film 41 on the first main surface 81 has an opening on the conductive seed 76, and the metal electrode 77 is electrically connected to the conductive seed 76 through this opening.
  • Examples of the method for forming the opening in the insulating material thin film 41 include a method using a mask when forming a thin film, a method of performing pattern etching using a resist, and the like. Further, as disclosed in WO2013 / 077038 and the like, after forming the conductive seed 76 using a metal paste, the insulating material thin film 41 is formed, and the insulating material thin film is opened by heat flow of the conductive seed. May be formed. If electrolytic plating is performed in a state where an opening is provided in the insulating material thin film on the conductive sheet, the metal is selectively deposited on the conductive seed 76, so that a patterned metal electrode 77 is formed.
  • an insulating material thin film 42 that wraps around the first side surface 91 is formed on the second main surface 82 side, and plating is performed on the conductive seed 78 through the opening of the insulating material thin film 42.
  • a metal electrode 79 may be formed.
  • the insulating material thin films 41 and 42 have a function as a pattern film when a metal electrode is formed by plating.
  • the insulating material thin films 41 and 42 also function as a barrier layer for protecting the transparent conductive layers 61 and 62 from the plating solution.
  • the insulating material thin film formed around the first main surface and the second main surface to the first side surface 91 serves as a passivation layer for the silicon substrate and as a barrier layer for protecting the side surface of the silicon substrate from the plating solution. Has an effect.
  • the insulating material thin films 41 and 42 are formed on both surfaces of the silicon substrate, and both the insulating material thin films wrap around the first side face 91.
  • the insulating material thin film is formed around the side surface and the surface opposite to the film forming surface. Therefore, even when an insulating material thin film is formed only on one of the main surfaces, the entire first side surface 91 is covered with the insulating material thin film.
  • an insulating material thin film is provided on the surface of the silicon substrate for various purposes.
  • an insulating material thin film is formed as a passivation film on the light receiving surface side.
  • a passivation effect on the side surface can be obtained.
  • an insulating material thin film is provided as a passivation film on the back surface of the silicon substrate in order to suppress recombination at the interface between the back surface of the silicon substrate and the metal electrode.
  • a passivation film 342 made of silicon nitride, aluminum oxide, or the like is provided on the back surface of a silicon substrate, and the aluminum film 372 is heated through an opening provided in the passivation film.
  • a back surface electric field (AlBSF) 375 in which aluminum and silicon are alloyed is provided.
  • a passivation film 341 is provided on the surface of the light receiving surface of the silicon substrate 315.
  • An Ag paste electrode is provided on the passivation film 341, penetrates the passivation film 341 by a fire-through method, and contacts the n-type dopant diffusion region 315n of the silicon substrate 315.
  • the passivation film 341 on the light receiving surface and the passivation film 342 on the back surface are formed around the first side surface 391.
  • the passivation films 341 and 342 do not cover the second side surface 392 that is a split section.
  • the oxide film 350 is provided on the silicon exposed surface of the second side surface 392 of the silicon substrate 315 after cleaving, so that the fill factor of the solar cell is reduced. It can be improved.
  • the substrate after removal of PSG was transferred to a CVD film forming apparatus, and a silicon nitride layer was formed to a thickness of 70 nm on the light receiving surface.
  • a silicon nitride layer was formed to a thickness of 70 nm on the light receiving surface.
  • an aluminum oxide layer having a thickness of 40 nm and a silicon nitride layer having a thickness of 130 nm were sequentially formed as a passivation film on the back surface of the silicon substrate.
  • the back surface passivation film was pulse-irradiated with a second harmonic (532 nm) of a YAG laser, and contact openings with a diameter of 100 ⁇ m were provided in a grid pattern with an interval of 1 mm.
  • Ag paste was screen-printed on a grid pattern composed of bus bar electrodes and finger electrodes, and pre-baked at 300 ° C. for about 40 seconds. Thereafter, an Al paste was printed on the entire surface of the silicon nitride layer on the back surface, and an Ag paste was screen printed at a position corresponding to the bus bar on the light receiving surface.
  • the light receiving surface was transferred to a baking furnace and fired at about 900 ° C., and the silicon nitride layer was penetrated through the light receiving surface Ag paste and contacted with the phosphorus diffusion region of the silicon substrate.
  • Al and the silicon substrate reacted through the contact opening of the passivation film on the back surface side, and an aluminum back surface field (AlBSF) was formed on the back surface of the silicon substrate.
  • AlBSF aluminum back surface field
  • the silicon substrate was broken along the dividing groove and divided into two rectangular solar cells. Neither the aluminum oxide layer nor the silicon nitride layer was formed on the split surface of the silicon substrate of the solar cell after division, and crystalline silicon was exposed.
  • Example: Oxidation of side surface of silicon substrate After measuring the conversion characteristics of each of the two rectangular solar cells obtained in Reference Example 2, heating was performed in a heating oven at 150 ° C. for 1 hour to form an oxide film on the exposed surface of crystalline silicon. Thereafter, the conversion characteristics of the two solar cells were measured.
  • Table 1 shows the conversion characteristics of the solar cells of Reference Examples 1 and 2, Examples and Comparative Examples.
  • the current Isc, the open circuit voltage Voc, the fill factor FF, and the maximum output Pmax in Table 1 are all expressed as relative values with the measured value of the square solar cell of Reference Example 1 being 1.
  • Examples and Comparative Examples the sum of the maximum output of one rectangular solar cell (single unit) and the maximum output of two solar cells is shown.

Abstract

太陽電池（１０５）は、長方形状の結晶シリコン基板（１５）を備える。結晶シリコン基板は、長方形状の第一主面（８１）、および長方形状の第二主面（８２）を有する。第一主面および第二主面の少なくとも一方は、薄膜により被覆されている。この薄膜は、第一主面の長辺と第二主面の長辺とを接続する側面の一方である第一側面（９１）に回り込んで形成されており、他方の側面である第二側面（９２）には回り込んでいない。第二側面の表面には、結晶シリコン基板の厚み方向の全体にシリコンの酸化膜（５０）が設けられている。

Description

太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール
　本発明は、太陽電池、およびその製造方法に関する。さらに本発明は太陽電池モジュールに関する。
　結晶シリコン基板を用いた太陽電池では、結晶シリコンでの光生成キャリア（電子および正孔）を外部回路に取り出すことにより、発電がおこなわれる。結晶シリコン基板を用いた太陽電池１個あたりの出力は高々数Ｗ程度である。そのため、配線材を介して複数の太陽電池を電気的に直列に接続した太陽電池ストリングを形成し、それぞれの太陽電池の電圧を加算することにより出力を高めている。
　複数の太陽電池を直列接続したストリングでは、配線材の抵抗に起因する電気的ロスが生じる。１つの太陽電池の面積が大きいほど電流量が大きくなるため、配線材の抵抗に起因する電気的ロスが増大する。特許文献１には、シリコン基板を２分割して面積を分割前の半分とした太陽電池を、配線材により接続した太陽電池モジュールが開示されている。太陽電池の面積を半分とすることにより、電流が半分となるため、配線材の抵抗に起因するロスを低減できる。
　特許文献２では、シリコン基板の主面に絶縁性薄膜を形成後に基板を２分割した太陽電池が開示されている。分割後の長方形状の太陽電池では、長方形の長辺に沿った２つの側面のうち、分割前から存在する側面は絶縁性薄膜で覆われており、分割により形成された側面は結晶シリコンが露出している。
特開２０１２－２５６７２８号公報 ＷＯ２０１２／０４３７７０号パンフレット
　本発明者らが、特許文献１や特許文献２に開示されているような基板を２分割した太陽電池の特性を測定したところ、分割前の太陽電池に比べて曲線因子が低下していた。この点に鑑み、本発明は、基板を分割後も高い出力を維持した太陽電池、および当該太陽電池の複数を電気的に接続した太陽電池モジュールの提供を目的とする。
　シリコン基板の分割時に形成されたシリコン基板の側面を酸化膜で覆うことにより、パッシベーション効果が得られ、分割前と同等または分割前よりも高い特性を有する太陽電池が得られる。
　本発明の太陽電池は、長方形状の結晶シリコン基板を備える。長方形状の結晶シリコン基板は、長方形状の第一主面、第一主面の反対側に位置する長方形状の第二主面、第一主面の長辺と第二主面の長辺とを接続する第一側面、第一側面の反対側に位置し第一主面の長辺と第二主面の長辺とを接続する第二側面を有する。第一主面および第二主面の少なくとも一方は、薄膜により被覆されている。シリコン基板の主面を被覆する薄膜としては、シリコン系薄膜や、絶縁性材料薄膜が挙げられる。
　第一主面を被覆する薄膜および第二主面を被覆する薄膜の少なくとも一方は、第一側面に回り込んで形成されている。そのため、第一側面は薄膜により覆われている。第一主面を被覆する薄膜および第二主面を被覆する薄膜は、いずれも第二側面には回り込んでいない。そのため、第二側面は主面を被覆する薄膜には覆われていない。第二側面の表面には、結晶シリコン基板の厚み方向の全体にシリコンの酸化膜が設けられている。
　正方形状の結晶シリコン基板の主面に薄膜を製膜後に、シリコン基板を分割することにより、２枚の長方形状の結晶シリコン基板が得られる。結晶シリコン基板上への薄膜の製膜時に、正方形状の結晶シリコン基板の主面に加えて側面にも回り込むように製膜を行えば、分割後の長方形状の結晶シリコン基板においても、第一側面が薄膜により覆われている。第二側面は、シリコン基板の分割により生じる側面である。そのため、正方形状のシリコン基板の側面が薄膜により覆われている場合でも、長方形状のシリコン基板の第二側面は、シリコン基板の主面に形成された薄膜には覆われていない。
　第二側面の酸化膜は、第二側面に露出した結晶シリコンを常温の空気よりも酸化性の強い雰囲気（酸化性雰囲気）に暴露することにより形成される。すなわち、第二側面のシリコン酸化膜は非自然酸化膜であり、シリコンの自然酸化膜に比べて大きな厚みを有する。
　正方形状の結晶シリコン基板の中央線に沿ってレーザ光を照射して分割溝を形成後、分割溝に沿って結晶シリコン基板を折り割ることにより、２枚の長方形状の結晶シリコン基板に分割できる。レーザ光の照射により、第二側面の分割溝の形成領域に、シリコンの酸化膜が形成される場合がある。シリコン基板の折り割りにより形成された割断面には、結晶シリコンが露出している。この結晶シリコンの露出面を酸化性雰囲気に暴露することにより、酸化膜を形成できる。酸化性雰囲気下での加熱を行う場合の加熱温度、例えば１００～２００℃である。
　レーザ光照射により分割溝の表面に形成される酸化膜は、１００～２００℃程度の加熱により形成される酸化膜よりも膜厚が小さい。そのため、シリコン基板の第二側面の第一主面に近い側に設けられた酸化膜と、第二主面に近い側に設けられた酸化膜の厚みが異なる場合がある。
　さらに、本発明は、上記の太陽電池の複数が配線材により接続された太陽電池ストリングを備える太陽電池モジュールに関する。太陽電池モジュールは、太陽電池ストリングと、太陽電池ストリングを封止する封止材と、封止材の受光面側に設けられた受光面保護材と、封止材の裏面側に設けられた裏面保護材とを有する。
　一実施形態において、配線材は、長方形状の太陽電池の長方形の短辺と平行に延在するように配置されている。この実施形態において、太陽電池ストリングは、長方形状の太陽電池の複数が、長方形の短辺方向に沿って並ぶように、配線材を介して接続されている。
　本発明の太陽電池は、長方形状であり、一般的な正方形状のシリコン基板を備える太陽電池に比べて面積が半分である。太陽電池の電流が小さく、複数の太陽電池間を接続する配線材に流れる電流も小さいため、配線材の抵抗に起因する電気的ロスが少ない。シリコン基板の分割により生じた側面に設けられた酸化膜が、シリコン基板のパッシベーション効果を有する。そのため、シリコン基板の側面に結晶シリコンが露出している場合に比べて、太陽電池の変換特性が向上する。
一実施形態の太陽電池の断面図である。 太陽電池ストリングの平面図である。 太陽電池ストリングの断面図である。 分割前の太陽電池の平面図である。 分割前の太陽電池の断面図である。 シリコン基板に分割溝が形成された太陽電池の模式的断面図である。 分割溝に沿って２分割された太陽電池の模式的断面図である。 表面に自然酸化膜が形成された結晶シリコン基板の断面ＴＥＭ像である。 オゾン含有雰囲気下での酸化により表面に酸化膜が形成された結晶シリコン基板の断面ＴＥＭ像である。 太陽電池モジュールの断面図である。 一実施形態の太陽電池の断面図である。 一実施形態の太陽電池の断面図である。
［太陽電池の構成］
　図１は、本発明の一実施形態の太陽電池の模式的断面図である。図２Ａは、複数の太陽電池を、配線材を介して電気的に接続した太陽電池ストリングの平面図であり、図２Ｂはその断面図である。
　図２Ａに示すように、本発明の太陽電池は、平面視において２つの長辺と２つの短辺を有する長方形状である。太陽電池１０５は、平面視長方形状の結晶シリコン基板１５を備える。結晶シリコン基板は単結晶シリコン基板でも多結晶シリコン基板でもよい。シリコン基板１５は、長方形状の第一主面８１と長方形状の第二主面８２とを有する。第二主面８２は第一主面８１の反対側に位置し、一方が太陽電池の受光面であり、他方が裏面である。以下では第一主面８１を受光面として説明する。
　シリコン基板１５は、第一側面９１、第二側面９２、第三側面９３および第四側面９４を有する。第一側面９１および第二側面９２は、第一主面８１の長辺と第二主面８２の長辺とを接続する側面であり、両者は反対側に位置する。第三側面９３および第四側面９４は、第一主面の短辺と第二主面の短辺とを接続する側面であり、両者は反対側に位置する。
　長方形状の太陽電池は、正方形状のシリコン基板を用いて作製された太陽電池を中央で２分割することにより得られる。図３Ａは，分割前の太陽電池を第一主面側からみた平面図である。正方形状の太陽電池は、完全な正方形である必要はなく、例えば、図３Ａに示すようなセミスクエア型（正方形の４つの角が丸みを帯びているものや、切欠き部が存在するもの）でもよい。同様に、長方形状の太陽電池１０５は、図２Ａに示すように角が丸みを帯びているものや切欠き部が存在するものでもよい。長方形の長辺の長さは分割前のシリコン基板の１辺の長さに等しく、１００～２００ｍｍ程度である。長方形の短辺の長さは、長辺の長さの略１／２であり、５０～１００ｍｍ程度である。
　長方形状の太陽電池１０５において、シリコン基板１５の第一側面９１は、分割前の太陽電池１０１におけるシリコン基板１０の側面９１と同一である。第二側面９２は、正方形状のシリコン基板１０を２分割することにより新たに形成される面（分割面）である。
　本発明の太陽電池では、第一主面８１および第二主面８２の少なくともいずれか一方が薄膜で被覆されており、シリコン基板１５の主面を被覆する薄膜が回り込んで第一側面９１を覆っている。主面を被覆する薄膜は、第二側面９２を被覆しておらず、第二側面９２の表面には酸化膜５０が設けられている。
　以下では、図３Ａおよび図３Ｂに示す分割前の太陽電池を参照して、シリコン基板の主面および側面に設けられる薄膜および電極の構成について説明する。
　図３Ｂは、図３Ａに示す分割前の太陽電池の断面図である。太陽電池１０１は、正面視正方形状の結晶シリコン基板１０上に、非晶質シリコン等のシリコン系薄膜が設けられたヘテロ接合太陽電池である。結晶シリコン基板１０の第一主面８５上には、第一真性シリコン系薄膜２１、第一導電型シリコン系薄膜３１および第一透明導電層６１が設けられ、結晶シリコン基板１０の第二主面８６上には、第二真性シリコン系薄膜２２、第二導電型シリコン系薄膜３２および第二透明導電層６２が設けられている。第一透明導電層６１上、および第二透明導電層６２上には、それぞれ、金属電極７１および金属電極７２が設けられている。
　ヘテロ接合太陽電池では、結晶シリコン基板１０として一導電型単結晶シリコン基板が用いられる。「一導電型」とは、ｎ型またはｐ型のどちらか一方であることを意味する。シリコン基板１０は、光閉じ込めによる光利用効率向上の観点から、表面に凹凸構造を有することが好ましい。例えば、アルカリを用いた異方性エッチングにより、単結晶シリコン基板の表面にピラミッド形状の凹凸構造が形成される。
　真性シリコン系薄膜２１，２２および導電型シリコン系薄膜３１，３２としては、非晶質シリコン系薄膜、および微結晶シリコン系薄膜（例えば、非晶質シリコンと結晶質シリコンとを含む薄膜）等が挙げられる。中でも非晶質シリコン系薄膜が好ましい。真性シリコン系薄膜２１，２２としては、シリコンと水素で構成される真性非晶質シリコン薄膜が好ましい。単結晶シリコン基板上に非晶質シリコンを製膜することにより、シリコン基板への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを有効に行うことができる。第一導電型シリコン系薄膜３１と第二導電型シリコン系薄膜３２は、異なる導電型を有する。すなわち、導電型シリコン系薄膜３１，３２は、一方がｐ型、他方がｎ型のシリコン系薄膜である。
　これらのシリコン系薄膜の製膜方法としては、プラズマＣＶＤ法が好ましい。マスクを使用せずに、ＣＶＤ法、スパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法等のドライプロセスによりシリコン基板の一方の主面に薄膜を形成すると、シリコン基板の側面および反対側の主面にも薄膜が回り込んで着膜する。すなわち、図３Ｂに示すように、シリコン基板１０の第一主面８５に製膜されたシリコン系薄膜２１，３１は、第一主面８５に加えて、回り込みにより、側面９１，９５、および第二主面８６の周縁部にも形成される。シリコン基板１０の第二主面８６に製膜されたシリコン系薄膜２２，３２は、第二主面８６に加えて、側面９１，９５、および第一主面８５の周縁部にも形成される。シリコン基板の主面だけでなく、回り込みによって側面にも真性シリコン系薄膜が設けられることにより、シリコン基板に対するパッシベーション効果が高められる。
　シリコン系薄膜上に設けられる透明導電層６１，６２は、ＩＴＯ等の導電性酸化物からなり、ＭＯＣＶＤ法、スパッタ法、イオンプレーティング法等により形成できる。シリコン基板の主面８５，８６の周縁部をマスクで被覆した状態で製膜を行うと、図３Ｂに示すように、シリコン基板の主面８５，８６の周縁部には透明導電層６１，６２が形成されず、側面や反対面への回り込みも生じない。マスクを用いて透明導電層を製膜すれば、透明導電層の回り込みに起因する表裏の導電層の短絡を防止できる。第一主面８５上への透明導電層６１の製膜、および第二主面８６上への透明導電層６２の製膜のいずれか一方においてマスクを用いた場合も、表裏の導電層の短絡を防止できる。
　透明導電層６１，６２上には金属電極が設けられる。受光面である第一主面に設けられる金属電極は、パターン状である。図３Ｂに示す形態では、両面にパターン状の金属電極が設けられている。図３Ａでは、一方向（ｙ方向）に延在するフィンガー電極７１１、およびフィンガー電極に直交するバスバー電極７１２からなるグリッド状の金属電極７１が図示されている。このようなパターン状の金属電極は、例えば、インクジェット法、スクリーン印刷法、めっき法等により形成できる。裏面側に設けられる金属電極７２は、パターン状でもよく、透明導電層上の全面に設けられていてもよい。
　上記の様に、正方形状の太陽電池１０１では、シリコン基板１０の全ての側面がシリコン系薄膜により覆われている。この正方形状の太陽電池１０１を、中央線Ｃ‐Ｃに沿って２分割することにより、長方形状の太陽電池が得られる。本実施形態では、正方形状のシリコン基板上に金属電極を形成後に分割を行い、長方形状の太陽電池を作製している。金属電極の形成は、基板の分割後に実施してもよい。パターン印刷の効率等を勘案すると、金属電極を形成後に基板を分割することが好ましい。
　太陽電池（シリコン基板）の分割方法は特に限定されない。例えば、分割線に沿って溝を形成し、この溝を中心にして、シリコン基板を折り割ることにより、溝に沿って太陽電池を分割できる。
　図４Ａおよび図４Ｂは、分割溝１９を中心としてシリコン基板を折り割って割断する方法の一例を模式的に表す図である。まず、図４Ａに示すように、太陽電池の第一主面に分割溝１９が形成される。分割溝の形成方法は特に限定されないが、レーザ光照射が好ましい。分割溝を形成するためのレーザとしては、シリコン基板が吸収可能な光の波長で、溝の形成に十分な出力を有するものが適用可能である。例えば、ＹＡＧレーザやＡｒレーザの第三高調波等の波長４００ｎｍ以下のＵＶレーザが好ましく、レーザパワーは１～２０Ｗ程度が好ましい。レーザ光の光径としては、例えば、２０～２００μｍのものを用いることができる。このような条件のレーザ光を照射することにより、レーザ光の光径と略同じ幅を有する分割溝１９を形成できる。
　溝の深さは、溝に沿った割断を行いやすい深さを適宜設定することができ、例えば、シリコン基板１０の厚みの１０～５０％程度の範囲に設定される。空気等の酸素含有雰囲気下でレーザ光照射により分割溝１９を形成すると、シリコン基板１０に設けられた分割溝１９の表面には、シリコンの酸化膜５１が形成される。図４Ａでは、シリコン基板１０の第一主面側に分割溝１９が形成されているが、第二主面側からレーザ光照射を行い、第二主面側に分割溝を形成してもよい。
　分割溝１９を中心としてシリコン基板１０を折り割ることにより、太陽電池１０２は、図４Ｂに示すように、太陽電池１０３と太陽電池１０４とに２分割される。一般に、結晶シリコン基板は所定の配向面を有するように切り出されているため、割断の起点となる分割溝１９が形成されていれば、基板面と直交する方向（基板の厚み方向）に容易に割断できる。
　２分割後の太陽電池１０３は長方形状であり、長方形の長辺に沿った２つの側面９１，９２、および長方形の短辺に沿った２つの側面９３，９４が存在する。第一側面９１は分割前から存在する側面であり、第一主面および第二主面に製膜されたシリコン系薄膜が第一側面を覆っている。第三側面９３および第四側面９４は、分割前の太陽電池の側面が中央線Ｃ‐Ｃに沿って２分割された側面であり、第一側面と同様に、第一主面および第二主面に製膜されたシリコン系薄膜により覆われている。
　第二側面９２は分割により形成された新たな面であり、薄膜に覆われておらず、結晶シリコンが露出している。レーザ光照射による分割溝の形成領域では、溝形成時の加熱により酸化膜５１が形成されている。折り割りにより形成された割断面９２２では結晶シリコンが露出している。結晶シリコンの割断面９２２の表面には、厚み１ｎｍ程度の自然酸化膜が形成される場合がある（図５参照）。
　割断面９２２に露出しているシリコンを常温の空気よりも酸化性の強い雰囲気に暴露することにより割断面が酸化され、図１に示すように、割断面に酸化膜５２が形成される。そのため、太陽電池１０５において、シリコン基板１５の第二側面９２には、レーザ光による分割溝形成時に生成した酸化膜５１と、割断後の酸化により生成した酸化膜５２とからなる酸化膜５０が設けられている。すなわち、太陽電池１０５の第二側面９２は、厚み方向の全体に、常温の空気よりも酸化性の強い条件で形成された酸化膜（非自然酸化膜）５０が設けられている。
　シリコン基板の割断面９２２への酸化膜５２の形成は、酸化性雰囲気下で行われる。酸化性雰囲気とは、酸化性の強いガス雰囲気、加熱雰囲気、酸化性の溶液との接触等の常温の空気よりも酸化性の強い条件を意味する。例えば、空気中で加熱を行うことにより熱酸化膜が形成される。また、オゾン、過酸化水素、高濃度の酸素等が存在する酸化性雰囲気への暴露により、化学酸化膜が形成される。酸化性ガス雰囲気下で加熱を行って化学酸化膜を形成してもよい。その他、レーザ照射等による局所加熱、エアーブローによる酸化性ガスの吹きつけ等により、シリコン基板の割断面に非自然酸化膜を形成できる。空気中または酸化性ガス雰囲気下での加熱が行われる場合、加熱温度は１００℃以上が好ましい。シリコン系薄膜や透明導電層の熱劣化を抑制するために、加熱温度は２００℃以下が好ましい。レーザ照射等により側面を局所的に加熱する場合、加熱により温度が上昇する領域が限定されているため、薄膜への熱の影響は小さい。そのため、局所加熱の温度は特に限定されない。エアーブローによる酸化性ガスの吹きつけは、シリコン基板を割断する際に生じた破片を除去するための作業を兼ねてもよい。
　加熱や化学酸化により形成される酸化膜５２は、一般に自然酸化膜よりも膜厚が大きく、例えば、１５０～２００℃の加熱雰囲気下で形成された酸化膜の膜厚は、１．５～３ｎｍ程度である（図６参照）。レーザ照射時の熱により形成された酸化膜５１は、２００℃以下の加熱により形成された酸化膜５２に比べて大きな膜厚を有する。
　図５は自然酸化膜が形成されたシリコン基板の断面の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）像であり、図６は、１００ｐｐｍのオゾン含有雰囲気で１５０℃１時間の加熱を行ったシリコン基板のＴＥＭ像である。切断時の界面の破壊を防止するために、シリコン基板の表面にプラチナ層および樹脂を積層して酸化膜の表面を保護した状態で切断を行い、ＴＥＭ観察用の試料を作製した。ＴＥＭ像において、シリコンとプラチナ層の間の白色の領域が酸化膜である。図５の自然酸膜の膜厚は１．２３ｎｍであったのに対して、オゾン含有雰囲気下での加熱により形成された酸化膜の膜厚は２．１８ｎｍであり、自然酸化に比べて膜厚の大きい酸化膜が形成されていることが分かる。
　分割後の太陽電池を酸化性雰囲気に暴露してシリコンの酸化膜を形成すると、金属電極７１の表面にも薄い酸化膜が形成される場合がある。特に、オゾン等の酸化性ガス存在下で加熱を行った場合に、金属電極の表面に酸化膜が形成されやすい。金属電極の表面に酸化膜が形成されると、金属光沢が低減し光反射が小さくなるため、金属電極が外部から視認され難く、太陽電池および太陽電池モジュールの意匠性の向上が期待できる。金属電極の表面に形成される酸化膜の膜厚は十分に小さいため、電極電極上に配線材（インターコネクタ）を接続する際の、酸化膜による抵抗の影響はほとんど生じない。
　正方形状の太陽電池１０１を、長方形の太陽電池１０３，１０４に２分割した場合、太陽電池の電流密度は分割前後で略同等である。分割後の太陽電池は、分割前に比べて面積が半分であるため、太陽電池１枚あたりの電流量は分割前の約半分である。２枚の太陽電池の電流量の合計は、分割前の太陽電池の電流量と略同じである。分割後の太陽電池は、分割前に比べて曲線因子が低下する傾向がある。そのため、分割後の長方形状の太陽電池１０３，１０４の出力の合計は、分割前の正方形状の太陽電池１０１の出力に比べて小さくなる傾向がある。
　太陽電池を分割後に、シリコン基板１５の第二側面９２のシリコン露出面に酸化膜を設けることにより、太陽電池の開放電圧および曲線因子が向上する傾向があり、分割前と同等以上の出力が得られる。そのため、本発明の太陽電池を複数接続した太陽電池モジュールは発電特性に優れる。
　酸化膜の形成による開放電圧および曲線因子の増加は、シリコン基板に対するパッシベーション効果に関連していると推定される。分割前の太陽電池１０１では、全ての主面および側面がシリコン系薄膜で被覆されているのに対して、分割後の太陽電池１０３，１０４では、第二側面９２，９２’が薄膜に被覆されずにシリコンが露出している。そのため、酸化膜形成前の太陽電池１０３，１０４では、分割前の太陽電池１０１に比べてシリコン基板のパッシベーション効果が不十分であり、キャリアライフタイムが減少し、開放電圧および曲線因子が低下していると考えられる。これに対して、分割後のシリコン基板１５の第二側面に露出したシリコンが酸化膜５０で覆われることによりパッシベーション効果が回復するため、太陽電池１０５は、分割前と同等以上の開放電圧および曲線因子を有すると考えられる。太陽電池の開放電圧および曲線因子を向上するためには、シリコン基板の割断面９２２に形成される酸化膜５２の膜厚は、１．５ｎｍ以上が好ましく、１，８ｎｍ以上がより好ましく、２ｎｍ以上がさらに好ましい。
　第二側面９２に酸化膜５０が設けられた長方形状の太陽電池１０３の複数を、配線材（インターコネクタ）２０１を介して電気的に接続することにより、太陽電池ストリング２１０が形成される。図２Ａでは、長方形状の太陽電池が、短辺方向（ｘ方向）に沿って並ぶように配置され、配線材２０１を介して接続された太陽電池ストリングが図示されている。
　太陽電池１０３のグリッド状金属電極７１は、長方形の長辺方向（ｙ方向）に延在するフィンガー電極７１１と、長方形の短辺方向（ｘ方向）に延在するバスバー電極７１２とからなる。配線材２０１はバスバー電極７１２上に設けられ、図３Ｂに示すように、太陽電池の第一主面に接続された配線材２０１が、隣接する太陽電池の第二主面に接続されることにより、複数の太陽電池が電気的に直列に接続されている。配線材２０１としては、例えば、銅等の金属からなる帯状の薄板が用いられる。配線材と太陽電池の電極とは、半田、導電性接着剤、導電性フィルム等を介して接続できる。
　長方形状の太陽電池１枚の面積は、分割前の太陽電池の面積の半分であるため、面積の小さい場所に太陽電池モジュールを設置する場合でも、モジュール電圧を高めることができる。また、１枚の太陽電池の面積が半分であるため、配線部材に流れる電流が半分となり、配線部材の抵抗に起因する電気的ロスを低減し、モジュールの発電効率を向上できる。
　図３Ａに示すように、太陽電池の接続方向が長方形の短辺方向と平行である場合は、分割前の正方形状の太陽電池を用いて太陽電池ストリングを形成する場合と対比すると、配線部材の本数が同等であり、電流量が半分である。そのため、配線部材１本あたりの電流量が小さく、抵抗に起因する電気的ロスが低減する。また、側面９２に酸化膜５０が形成されているため、配線材２０１がシリコン基板に接触した場合でも、リークが生じ難い。
　本実施形態では、シリコン基板の分割により結晶シリコンが露出した第二側面に酸化膜を形成した後、太陽電池ストリングを作製している。分割後の長方形状の太陽電池を配線材と接続してストリングを作製後に、シリコン基板の第二側面への酸化膜の形成を行ってもよい。
　図７は、太陽電池モジュールの断面図である。複数の太陽電池が配線材２０１を介して接続された太陽電池ストリング２１０の受光面側（図７の上側）には、受光面保護材２１１が設けられ、裏面側（図７の下側）には裏面保護材２１２が設けられている。モジュール２００では、保護材２１１，２１２の間に封止材２１５が充填されることにより、太陽電池ストリング２１０が封止されている。
　封止材２１５としては、オレフィン系エラストマーを主成分とするポリエチレン系樹脂組成物、ポリプロピレン、エチレン／α‐オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透明樹脂を用いることが好ましい。受光面側と裏面側の封止材の材料は、同一でも異なっていてもよい。
　受光面保護材２１１は光透過性であり、ガラスや透明プラスチック等が用いられる。裏面保護材２１２は、光透過性、光吸収性および光反射性のいずれでもよい。光反射性の裏面保護材としては、金属色または白色等を呈するものが好ましく、白色樹脂フィルムや、樹脂フィルム間にアルミニウム等の金属箔を挟持した積層体等が好ましく用いられる。光吸収性の保護材としては、例えば、黒色樹脂層を含むものが用いられる。
　太陽電池ストリング２１０の受光面側および裏面側のそれぞれに封止材および保護材を配置して積層した状態で、真空ラミネートを行い、太陽電池ストリングおよび保護材に封止材を密着させた後、加熱圧着することにより太陽電池間の隙間やモジュールの端部にも封止材が流動してモジュール化が行われる。
　本実施形態では、シリコン基板の分割によりシリコンが露出した第二側面に酸化膜を形成後に、太陽電池ストリングを作製し、封止を行うことにより太陽電池モジュールを作製している。分割後の長方形状の太陽電池を配線材と接続してストリングを作製後に、シリコン基板の第二側面への酸化膜の形成を行ってもよい。ただし、モジュール化のために封止を実施すると、シリコン基板の側面が封止材により覆われ、酸化性ガスがアクセスできない。また、封止のために真空ラミネートを実施後に加熱を行っても、シリコン基板の側面の近傍には酸化性ガスが存在しないため、シリコン基板の側面には酸化膜が形成されない。そのため、シリコン基板の側面への酸化膜の形成は封止前に実施する必要がある。
　以上、図１を参照して、長方形の長辺に沿った第一側面９１が、第一主面８５および第二主面８６から回り込んで着膜したシリコン系薄膜により覆われているヘテロ接合太陽電池の例について説明した。なお、第一側面を覆う薄膜はシリコン系薄膜に限定されない。例えば、第一主面の透明導電層６１および第二主面の透明導電層６２の少なくともいずれか一方が、シリコン基板の第一側面を覆っていてもよい。
　図８に示す太陽電池１１５は、第一主面８１に設けられた絶縁性材料薄膜４１、および第二主面に設けられた絶縁性材料薄膜４２が、第一側面９１を覆っている。図１に示す太陽電池１０５と同様、太陽電池１１５の第二側面には、シリコンの酸化膜５０が設けられている。
　この実施形態では、透明導電層６１上に導電性シード７６が設けられている。導電性シードは金属電極と同様のパターン形状に設けられている。例えば、図３Ａに示すようなフィンガー電極とバスバー電極からなるグリッド状の金属電極が設けられる場合、その下地となる導電性シードも同様のグリッド状に設けられる。導電性シードは、金属ペーストの印刷や、無電解めっき、電解めっき、光めっき等により形成できる。
　透明導電層６１および導電性シード７６を覆うように、絶縁性材料薄膜４１が形成される。絶縁性材料は、無機絶縁性材料でも有機絶縁性材料でもよい。第一側面に回り込んで形成された絶縁性材料薄膜によりシリコン基板のパッシベーション効果を持たせるためには無機絶縁性材料が好ましい。無機絶縁性材料としては、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、サイアロン（ＳｉＡｌＯＮ）、酸化イットリウム、酸化マグネシウム、チタン酸バリウム、酸化サマリウム、タンタル酸バリウム、酸化タンタル、フッ化マグネシウム、酸化チタン、チタン酸ストロンチウム等が好ましく用いられる。中でも、シリコン基板へのパッシベーション効果を高めるためには、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化窒化シリコン、酸化アルミニウム、サイアロン等のシリコン系絶縁材料およびアルミニウム系絶縁材料が好ましい。
　第一主面８１上の絶縁性材料薄膜４１は、導電性シード７６上に開口を有し、この開口を介して、金属電極７７が導電性シード７６と導通している。絶縁性材料薄膜４１に開口を形成する方法としては、薄膜の製膜時にマスクを用いる方法、レジスト等を用いてパターンエッチングを行う方法等が挙げられる。また、ＷＯ２０１３／０７７０３８等に開示されているように、金属ペーストを用いて導電性シード７６を形成後に絶縁性材料薄膜４１を製膜し、導電性シードの熱流動により、絶縁性材料薄膜に開口を形成してもよい。導電性シート上の絶縁性材料薄膜に開口が設けられた状態で電解めっきを実施すれば、導電性シード７６上に選択的に金属が析出するため、パターン状の金属電極７７が形成される。
　第二主面８２側にも、第一主面８１と同様に、第一側面９１に回り込む絶縁性材料薄膜４２が形成され、絶縁性材料薄膜４２の開口を介して導電性シード７８上にめっき金属電極７９が形成されてもよい。
　本実施形態では、絶縁性材料薄膜４１，４２が、めっきにより金属電極を形成する際のパターン膜としての機能を有する。絶縁性材料薄膜４１，４２は、めっき液から透明導電層６１，６２を保護するためのバリア層としても機能も有する。さらに、第一主面および第二主面から第一側面９１に回り込んで形成された絶縁性材料薄膜が、シリコン基板のパッシベーション作用、およびシリコン基板の側面をめっき液から保護するバリア層としての作用を有する。
　図８に示す形態では、シリコン基板の両面に絶縁性材料薄膜４１，４２が形成され、両方の絶縁性材料薄膜が第一側面９１に回り込んでいる。ドライプロセスにより絶縁性材料薄膜を製膜すれば、側面および製膜面の反対側の面にも絶縁性材料薄膜が回り込んで形成される。そのため、いずれか一方の主面にのみ絶縁性材料薄膜を製膜する場合でも、第一側面９１の全体が絶縁性材料薄膜により被覆される。
　上記の実施形態以外にも、シリコン基板の表面には種々の目的で絶縁性材料薄膜が設けられる。例えば、裏面側にのみ電極が設けられたバックコンタクト型の太陽電池では、受光面側にパッシベーション膜として絶縁性材料薄膜が形成される。この絶縁性材料薄膜が、シリコン基板の側面に回り込んで形成されることにより、側面に対するパッシベーション効果が得られる。ＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）太陽電池では、シリコン基板の裏面と金属電極との界面での再結合を抑制するために、シリコン基板の裏面に、パッシベーション膜として絶縁性材料薄膜が設けられる。
　例えば、図９に模式的に示すＰＥＲＣ太陽電池では、シリコン基板の裏面に窒化シリコンや酸化アルミニウム等からなるパッシベーション膜３４２が設けられ、パッシベーション膜に設けられた開口を介して、アルミニウム膜３７２の加熱によりアルミニウムとシリコンとが合金化した裏面電界（ＡｌＢＳＦ）３７５が設けられている。シリコン基板３１５の受光面の表面には、パッシベーション膜３４１が設けられている。パッシベーション膜３４１上にはＡｇペースト電極が設けられ、ファイアースルー法によりパッシベーション膜３４１を貫通して、シリコン基板３１５のｎ型ドーパント拡散領域３１５ｎにコンタクトしている。
　この太陽電池３０５では、受光面のパッシベーション膜３４１および裏面のパッシベーション膜３４２が第一側面３９１に回り込んで製膜されている。パッシベーション膜３４１，３４２は、割断面である第二側面３９２を被覆していない。このように、シリコン基板の表面に絶縁性薄膜が設けられた太陽電池において、割断後のシリコン基板３１５の第二側面３９２のシリコン露出面に酸化膜３５０を設けることにより、太陽電池の曲線因子を向上できる。
　以下に、ＰＥＲＣ太陽電池の製造例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に限定されるものではない。
［参考例１：正方形状の太陽電池の作製］
　アルカリを用いた異方性エッチングにより受光面に高さ約２μｍピラミド状のテクスチャが形成された６インチｐ型単結晶シリコン基板に、リン拡散を行い、基板の両面にリンを拡散させた。基板の裏面をＨＦ／ＨＮＯ３水溶液の液面に接触させ、基板の裏面を約５μｍエッチングして、リン拡散時に基板の裏面に生成したリンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）およびリン拡散領域を除去して、リンやガラス等の不純物の無い平滑な表面を得た。その後、約３％のＨＦ水溶液に基板を浸漬して、受光面のＰＳＧを除去した。
　ＰＳＧを除去後の基板をＣＶＤ製膜装置に移送し、受光面に窒化シリコン層を７０ｎｍの膜厚で製膜した。次に、シリコン基板の裏面に、パッシベーション膜として膜厚４０ｎｍの酸化アルミニウム層および膜厚１３０ｎｍの窒化シリコン層を順に製膜した。裏面パッシベーション膜に、ＹＡＧレーザの第二高調波（５３２ｎｍ）をパルス照射し、直径１００μｍのコンタクト開口を１ｍｍ間隔の格子状に設けた。
　受光面側の窒化シリコン層上に、バスバー電極とフィンガー電極からなるグリッドパターンに、Ａｇペーストをスクリーン印刷し、３００℃で約４０秒間の仮焼成を行った。その後、裏面の窒化シリコン層上の全面にＡｌペーストを印刷し、受光面のバスバーに対応する位置にＡｇペーストをスクリーン印刷した。受光面を上にして焼成炉へ搬送し、約９００℃程度で焼成して、受光面Ａｇペーストに窒化シリコン層を貫通させ、シリコン基板のリン拡散領域にコンタクトさせた。同時に、裏面側のパッシベーション膜のコンタクト開口を通じてＡｌとシリコン基板が反応し、シリコン基板の裏面にアルミニウムバックサーフェスフィールド（ＡｌＢＳＦ）が形成された。
［参考例２：シリコン基板の割断による長方形状の太陽電池の作製］
　上記の参考例１で得られた太陽電池の変換特性を測定後、受光面側からＹＡＧレーザの第三高調波（波長３５５ｎｍ）を照射して、フィンガー電極と平行な方向の面内の中心線に沿って分割溝を形成した。分割溝の深さは、シリコン基板の厚みの３分の１程度であった。
　分割溝に沿ってシリコン基板を折り割って、２枚の長方形状の太陽電池に分割した。分割後の太陽電池のシリコン基板の割断面には、酸化アルミニウム層および窒化シリコン層のいずれも形成されておらず、結晶シリコンが露出していた。
［実施例：シリコン基板の側面の酸化］
　参考例２で得られた２枚の長方形状の太陽電池のそれぞれの変換特性を測定後、１５０℃の加熱オーブン内で１時間の加熱を行い、結晶シリコンの露出面に酸化膜を形成した。その後、２枚の太陽電池のそれぞれの変換特性を測定した。
［比較例：シリコン基板の側面の真空加熱］
　実施例における空気雰囲気下での加熱に代えて、１５０℃の加熱を真空オーブン内で実施し、２枚の太陽電池のそれぞれの変換特性を測定した。
　参考例１，２、実施例および比較例の太陽電池の変換特性を表１に示す。表１の電流Ｉｓｃ、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子ＦＦおよび最大出力Ｐｍａｘは、いずれも参考例１の正方形状の太陽電池の測定値を１とした相対値で示している。参考例２、実施例および比較例では、長方形の太陽電池１枚（単体）の最大出力と、２枚の太陽電池の最大出力の合計を示している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　参考例１の正方形の太陽電池と参考例２の長方形の太陽電池とを対比すると、Ｖｏｃは略同等であり、参考例１のＩｓｃと参考例２の２枚のＩｓｃの合計も略同等であるが、参考例２では参考例１に比べてＦＦが低下しており、これに伴って２枚のＰｍａｘの合計も低下していた。これに対して、空気雰囲気下で加熱を行った実施例では、参考例２に比べてＦＦおよびＶｏｃが向上しており、２枚のＰｍａｘの合計は参考例１を上回っていた。一方、真空下で加熱を行った比較例では明確な特性の向上はみられなかった。
　比較例では加熱による特性の向上がみられなかったのに対して、実施例ではＶｏｃおよびＦＦが向上したのは、空気雰囲気下での加熱によりシリコン基板の割断面に形成された酸化膜の影響であると考えられる。これらの結果から、正方形の太陽電池を割断した後に、加熱により割断面に酸化膜を形成することにより、変換特性に優れ、かつ複数の太陽電池を接続してモジュール化した際の電気的ロスの少ない太陽電池が得られることが分かる。
　　１０，１５　　結晶シリコン基板
　　８１，８２，８５，８６　　主面
　　９１，９２，９５　　　　　側面
　　２１，２２，３１,３２　　シリコン系薄膜
　　６１，６２　　透明導電層
　　４１，４２　　絶縁性材料薄膜
　　７１，７２　　金属電極
　　７１１　　　　フィンガー電極
　　７１２　　　　バスバー電極
　　５０，５１，５２　　　　酸化膜
　　１０５，１１５　　　　　太陽電池
　　２００　　　　太陽電池モジュール
　　２０１　　　　配線材
　　２１０　　　　太陽電池ストリング
　　２１１，２１２　　　　保護材
　　２１５　　封止材

Claims (13)

  1. 　長方形状の結晶シリコン基板を備える太陽電池であって、
    　前記結晶シリコン基板は、長方形状の第一主面、前記第一主面の反対側に位置する長方形状の第二主面、前記第一主面の長辺と前記第二主面の長辺とを接続する第一側面、前記第一側面の反対側に位置し前記第一主面の長辺と前記第二主面の長辺とを接続する第二側面を有し、
    　第一主面および第二主面の少なくとも一方は、薄膜により被覆されており、
    　第一主面を被覆する薄膜および第二主面を被覆する薄膜の少なくとも一方が前記第一側面に回り込んで形成されることにより、前記第一側面は薄膜により覆われており、
    　第一主面を被覆する薄膜および第二主面を被覆する薄膜は、いずれも前記第二側面を覆っておらず、
    　前記第二側面の表面には、前記結晶シリコン基板の厚み方向の全体にシリコンの非自然酸化膜が設けられている、太陽電池。
  2. 　前記第二側面の第一主面に近い側に設けられた非自然酸化膜と、第二主面に近い側に設けられた非自然酸化膜の厚みが異なる、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 　前記第一側面を覆う薄膜がシリコン系薄膜である、請求項１または２に記載の太陽電池。
  4. 　前記結晶シリコン基板の前記第一側面に接してシリコン系薄膜が設けられており、
    　前記シリコン系薄膜が真性非晶質シリコン薄膜である、請求項３に記載の太陽電池。
  5. 　前記第一側面を覆う薄膜が絶縁性材料薄膜である、請求項１または２に記載の太陽電池。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池を製造する方法であって、
    　正方形状の結晶シリコン基板の第一主面および第二主面の少なくとも一方に薄膜を製膜する工程；および
    　前記薄膜が設けられた正方形状の結晶シリコン基板を、２枚の長方形状の結晶シリコン基板に分割する工程、を有し、
    　分割後の結晶シリコン基板は、長方形状の第一主面、前記第一主面の反対側に位置する長方形状の第二主面、前記第一主面の長辺と前記第二主面の長辺とを接続する第一側面、前記第一側面の反対側に位置し前記第一主面の長辺と前記第二主面の長辺とを接続する第二側面を有し、
    　前記薄膜の製膜時に、前記薄膜が、正方形状の結晶シリコン基板の主面に加えて、結晶シリコン基板の側面にも回り込んで製膜され、これにより分割後の結晶シリコン基板の前記第一側面は前記薄膜により覆われており、前記第二側面は薄膜により覆われておらず、
    　前記第二側面に露出した結晶シリコンを、酸化性雰囲気下に暴露することにより、前記第二側面に酸化膜が設けられる、太陽電池の製造方法。
  7. 　前記第二側面に露出した結晶シリコンを、酸化性雰囲気下で加熱することにより、前記第二側面に酸化膜が設けられる、請求項６に記載の太陽電池の製造方法。
  8. 　前記酸化性雰囲気下での加熱温度が、１００～２００℃である、請求項７に記載の太陽電池の製造方法。
  9. 　正方形状の結晶シリコン基板を、２枚の長方形状の結晶シリコン基板に分割する工程は、
    　前記正方形状の結晶シリコン基板の中央線に沿ってレーザ光を照射することにより分割溝を形成する工程；および
    　前記分割溝に沿って結晶シリコン基板を折り割る工程、
    　を有する、請求項６～８のいずれか1項に記載の太陽電池の製造方法。
  10. 　前記レーザ光の照射により、前記第二側面の前記分割溝の形成領域にシリコンの酸化膜が形成される、請求項９に記載の太陽電池の製造方法。
  11. 　前記折り割りにより形成された割断面に露出した結晶シリコンの露出面を酸化性雰囲気下に暴露することにより、酸化膜が設けられる、請求項７～１０のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法。
  12. 　請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池の複数が配線材により接続された太陽電池ストリングと、
    　前記太陽電池ストリングを封止する封止材と、
    　前記封止材の受光面側に設けられた受光面保護材、および前記封止材の裏面側に設けられた裏面保護材と、
    　を有する、太陽電池モジュール。
  13. 　前記配線材は、長方形状の前記太陽電池の長方形の短辺と平行に延在するように配置されており、
    　前記太陽電池ストリングは、長方形状の前記太陽電池の複数が、長方形の短辺方向に沿って並ぶように、前記配線材を介して接続されている、請求項１２に記載の太陽電池モジュール。

     
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