JP2001345466A

JP2001345466A - 光起電力素子及び光起電力素子の製造方法

Info

Publication number: JP2001345466A
Application number: JP2000163909A
Authority: JP
Inventors: Koji Tsuzuki; 幸司都築; Yoshifumi Takeyama; 祥史竹山; Koichi Shimizu; 孝一清水; Tsutomu Murakami; 勉村上; Toshihito Yoshino; 豪人吉野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2000-06-01
Filing date: 2000-06-01
Publication date: 2001-12-14

Abstract

(57)【要約】【課題】発電ロスの少ない集電電極形態を提供し、さ
らには初期変換効率の高い光起電力素子を提供する。【解決手段】導電性被覆層１０５を有する金属ワイヤ
１０４からなる集電電極１０３と、集電電極１０３と接
続された金属バスバー１０６とを有する光起電力素子に
おいて、金属ワイヤ１０４と金属バスバー１０６の間を
接続する領域１０７で、金属ワイヤと金属バスバーが接
触接合していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光起電力素子に関
し、より詳細には、従来より高効率を得る為の集電電極
構造を有する光起電力素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】光起電力素子を応用した太陽電池は、火
力発電、水力発電などの既存の発電方法の問題を解決す
る代替エネルギー源として注目されている。

【０００３】太陽電池の種類としては、結晶系太陽電
池、アモルファス系太陽電池、化合物半導体太陽電池
等、多種にわたる太陽電池が研究開発されているが、中
でもアモルファスシリコン太陽電池は、変換効率こそ結
晶系の太陽電池に及ばないものの、大面積化が容易で、
かつ光吸収係数が大きく、また薄膜で動作するなどの、
結晶系太陽電池にはない優れた特徴をもっており、将来
を有望視されている太陽電池の１つである。

【０００４】アモルファスシリコン太陽電池の構成とし
ては、例えば、ステンレス等からなる導電性基板の表面
上に、裏面電極、半導体層、受光面電極を順次積層した
構造が公知である。この受光面電極は、例えば透明導電
性酸化物によって形成される。

【０００５】更に、前記受光面電極の表面上には、電流
を集めるための細い金属からなる集電電極が配設され
る。前記集電電極は、太陽電池の光入射面側に設けられ
るため、その面積はいわゆるシャドウロスとなり、太陽
電池の発電に寄与する有効面積が減少することとなる。
この理由から、前記集電電極は、比較的細い櫛状に形成
されることが多い。すなわち、前記集電電極は、通常細
くかつ長い形状となるため、電気抵抗が小さくなるよう
な材料選定、及び、断面形状の設計が要求される。

【０００６】また更に、前記集電電極の表面上には、前
記集電電極によって集められた電流を集めるために、バ
スバー電極と呼ばれる電極が形成される。バスバー電極
は、前記集電電極に比べてより太い金属で作製される。

【０００７】上記電極の例としては、特開平０８−２３
６７９６号公報に金属ワイヤを使用した集電電極が開示
されている。図７にその一例の概略図を示す。尚、
（ａ）は光起電力素子の正面図、（ｂ）はＡＡ’断面図
を示している。

【０００８】図７において、７０１は光起電力素子であ
り、例えばステンレス基板上に裏面電極層、半導体層、
透明電極層が順次形成されており、７０２は光起電力素
子エッジでのショートの影響を回避する為に透明電極層
を除去したラインである。７０３は集電電極であり、直
径５０〜３００μｍの金属ワイヤ７０４の周囲を導電性
ぺースト７０５等でコーティングしたものが、透明電極
層上に圧着されている。ここで導電性ぺーストとして
は、光起電力素子面のピンホール等に直接接触しても出
力低下につながるようなショートの無きこと、及び金属
マイグレーションしないことという制約から、比抵抗１
０^-1〜１０²Ωｃｍ程度のカーボンペーストや導電性酸
化物ぺーストなどが使用されている。７０６はさらなる
集電の為のバスバー電極と呼ばれるもので、集電電極７
０３で集められた電流を光起電力素子外に取り出す目的
で設置されており、材質としては例えば銅の箔材が使用
されている。尚、集電電極７０３とバスバー電極７０６
の接続は金属ワイヤ周囲の導電性ぺースト７０５を用い
て接着接続されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の構成で、太
陽電池の変換効率としては８〜１０％程度が実用化レベ
ルであるが、近年、太陽電池の変換効率の向上は非常に
目覚しいものがある。とりわけ効率を決定するパラメー
タの中でも、短絡電流（所謂Ｉｓｃ）が改善され、１０
％を超えるような半導体層（半導体膜）が開発されてい
る。具体的なＩｓｃの値としては、従来真性値で６〜１
０ｍＡ／ｃｍ²であったものが、最近では１０ｍＡ／ｃ
ｍ²を超える値となっている。

【００１０】しかしながら電流が向上した場合の大きな
問題点は、電流が通過する電極部分での発電ロスが電流
量の２乗に比例して増加してしまう点である。すなわ
ち、高効率の半導体層（半導体膜）ができたとしても、
発生した電流を取出す際に、抵抗の大きい部分での発電
ロスが大きくなってしまい、本来の半導体層の持つ実力
の変換効率が大幅にダウンしてしまう点である。従っ
て、太陽電池においては、その発生電流量に応じて、適
宜集電形態を考慮していく必要が生じる。

【００１１】従来、特開平０８−２３６７９６号で提案
した集電形態においては、とりわけバスバー電極とワイ
ヤー電極の接合部が、前述の理由によりカーボンペース
トのような比抵抗の比較的高い材料で形成されている
為、抵抗が高い部分であった。その為、電流量の向上に
伴い、接合部での抵抗ロスが大きくなり、所定の変換効
率が出ないという問題が生じていた。

【００１２】よって本発明の目的は、上記の問題点を解
決する為に、バスバー電極とワイヤ電極の接合部を改善
した形態を有する光起電力素子を提供し、変換効率の高
い光起電力素子を提供することにある。また、その製造
方法を提供することである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者は上記課題を解
決するために鋭意研究開発を重ねた結果、次のような光
起電力素子及びその製造方法が最適であることを見いだ
した。

【００１４】すなわち本発明の光起電力素子は、導電性
被覆層を有する金属ワイヤからなる集電電極と、前記集
電電極と接続された金属バスバーとを有する光起電力素
子において、前記金属ワイヤと前記金属バスバーの間を
接続する領域で、前記金属ワイヤと前記金属バスバーが
接触接合していることを特徴とする。かかる構成によれ
ば、金属ワイヤ／金属バスバー間の抵抗値を従来よりも
低くすることができ、発電ロスが低減し、変換効率を従
来の電極構成よりも大幅に向上することができる。

【００１５】また、前記金属ワイヤ及び前記金属バスバ
ーの表面が、銀であることを特徴とする。かかる構成に
よれば、金属ワイヤと金属バスバーの接触界面が必ず銀
同士となることによって接触接合が安定的に保たれ、信
頼性の高い接合とすることが可能となる。

【００１６】また、前記導電性被覆層の比抵抗が０．１
Ωｃｍ以上１００Ωｃｍ以下であることを特徴とする。
かかる構成によれば、従来と同様に、セル内でのショー
ト発生に対する防止機能を有し、かつ、透明電極層／金
属ワイヤ間の電気抵抗ロスを無視しうる範囲とすること
ができる。

【００１７】さらに、前記導電性被覆層を構成する導電
フィラーが、カーボンもしくはグラファイトであること
を特徴とする。かかる構成によれば、従来と同様、光起
電力素子面でのマイグレーションの問題を抑制すること
ができ、薄膜タイプの光起電力素子にも使用することが
可能となる。

【００１８】本発明の光起電力素子の製造方法は、導電
性被覆層を有する金属ワイヤからなる集電電極と、前記
集電電極と接続された金属バスバーとを有する光起電力
素子の製造方法において、前記集電電極の前記導電性被
覆層の少なくとも一部を除去することによって前記金属
ワイヤを露出する工程と、前記金属ワイヤの露出部と対
向する位置に前記金属バスバーを配置する工程と、前記
金属バスバー部を熱、若しくは圧力、若しくは熱及び圧
力によって接触接合を形成する工程と、を有することを
特徴とする。かかる構成によれば、確実に接触接合が形
成され、金属ワイヤ／金属バスバー間の抵抗値を従来よ
りも低くすることができ、発電ロスが低減し、変換効率
を従来の電極構成よりも大幅に向上することができる。

【００１９】また、前記導電性被覆層の除去が前記金属
バスバーの幅以上にわたって除去されることを特徴とす
る。かかる構成によれば、接触接合が容易に形成可能で
ある。

【００２０】また、前記導電性被覆層の除去がエネルギ
ービームを照射することにより除去されることを特徴と
する。かかる構成によれば、簡易な方法で導電性被覆層
の除去ができ、量産向きの製造方法となる。

【００２１】さらに、前記導電性被覆層を構成する導電
フィラーが、カーボンもしくはグラファイトであること
を特徴とする。かかる構成によれば、光ビーム照射時の
吸収効率が高まる為、導電性被覆層を除去しやすくな
り、金属ワイヤを確実に、かつ効率よく露出することが
できる。

【００２２】

【発明の実施の形態】次に本発明の実施態様例を詳細に
説明する。

【００２３】まず、本発明の光起電力素子を図１を用い
て詳述する。

【００２４】図１は、本発明の集電電極とバスバー電極
の関係を示す一例の概略図であり、図１中（ａ）は光起
電力素子の正面図、（ｂ）はＡＡ’断面図を示してい
る。図中１０１は光起電力素子、１０２は透明電極層の
エッチングラインを表す。また、１０３は集電電極であ
り、本発明においては金属ワイヤ１０４の周囲を導電性
被覆層１０５でコーティングされたものが用いられてい
る。また、１０６は金属バスバーを表しており、金属ワ
イヤ１０４とは領域（１０７部）において直接接触して
おり、電気的に接続されている。この接触接合１０７の
存在により、金属ワイヤ１０４と金属バスバー１０６間
の抵抗を小さくすることができる。また、１０８はエッ
チングライン１０２の外の領域で金属ワイヤ１０４と光
起電力素子１０１とを絶縁する為の絶縁部材を表してい
る。

【００２５】以下に、各部材毎に説明を加える。

【００２６】（集電電極）本発明に係る集電電極として
は、例えば、図２及び図３に示したものが挙げられる。
図２の集電電極は、金属ワイヤ２０１が１種類の導電性
被覆層２０２でコーティングされた場合である。図３の
集電電極は、金属ワイヤ３０１が２種類の導電性被覆
層、すなわち、第１被覆層３０２と第２被覆層３０３で
コーティングされた場合である。

【００２７】金属ワイヤ２０１及び３０１は、線材とし
て工業的に安定に供給されているものが好ましい。ま
た、金属ワイヤ２０１及び３０１の材質としては、比抵
抗が１０^-4Ωｃｍ以下の金属を用いることが望ましい。
例えば、銅、銀、金、白金、アルミニウム、モリブデ
ン、タングステン等の材料が、電気抵抗が低いため好適
に用いられる。中でも銅、銀、金が電気抵抗が低く望ま
しい。また、前記金属ワイヤはこれらの合金であっても
良い。

【００２８】更に、所望に応じて前記金属ワイヤの表面
に腐食防止、酸化防止、導電性樹脂との接着性向上、電
気的導通の改良などの目的から、薄い金属層を形成して
も良い。金属ワイヤの表面に設ける金属層としては、例
えば、銀、パラジューム、銀とパラジュームの合金、金
などの腐食されにくい貴金属や、ニッケル、スズなどの
耐食性の良い金属が挙げられる。中でも本発明において
は銀が表面に形成されているワイヤが好適である。ワイ
ヤの表面に銀があることで、後述する金属バスバー側の
銀との接触により、酸化等の悪影響を長期にわたり回避
することができ、接触部の抵抗を長期間安定に保持する
ことができる。金属ワイヤの表面に設ける金属層の形成
方法としては、例えば、メッキ法、クラッド法が好適に
用いられる。

【００２９】前記金属ワイヤの断面形状は、円形であっ
ても矩形であっても良く、所望に応じて適宜選択され
る。前記金属ワイヤの直径は、電気抵抗ロスとシャドウ
ロスの和が最小となる様に設計して選択される値であ
る。具体的には、例えばＪＩＳ−Ｃ−３２０２に示され
るエナメル線用の直径２５μｍから１ｍｍまでの銅線が
好適に用いられる。より好ましくは、その直径を２５μ
ｍから２００μｍとすることで光電変換効率の良い光起
電力素子が得られる。２５μｍより細い場合は、ワイヤ
が切れ易く製造が困難となり、また、電気ロスも大きく
なる。また、２００μｍ以上の場合は、シャドウロスが
大きくなったり、又は、光起電力素子表面の凹凸が大き
くなって表面被覆層に使用するＥＶＡ（エチレンビニル
アセテート）などの充填材を厚くしなければならなくな
る。

【００３０】前記金属ワイヤは、公知の伸線機によって
所望の直径に成型して作られる。伸線機を通過した金属
ワイヤは硬質であるが、伸び易さや曲げ易さなどは、所
望の特性に応じて公知の方法でアニールし、軟質にして
用いても良い。

【００３１】一方、図２で示す導電性被覆層２０２は単
層構成の被覆層であり、熱硬化性導電性接着剤あるいは
熱可塑性導電性接着剤により形成される。これらは、熱
圧着工程により集電電極本体と光起電力素子基板とを機
械的、電気的に接続する機能を持つ。

【００３２】また、図３で示す導電性被覆層は、２層構
成の被覆層であり、第１被覆層３０２と第２被覆層３０
３から成る。第１被覆層３０２は熱硬化性導電性接着材
により形成され、電極金属の保護、機械的、電気的な接
続を行う。また、電極金属によるマイグレーションを防
止し、さらに集電電極から光起電力素子の欠陥部分に流
れ込む電流を抑制する機能を持つ。第２被覆層３０３も
また熱硬化性導電性接着材により形成され、熱圧着工程
により集電電極本体と光起電力素子基板とを機械的、電
気的に接続する機能を持つ。第２被覆層３０３を構成す
る導電性接着剤は被覆後に未硬化の状態としておき、接
着工程を経た後硬化処理をする方が望ましい。

【００３３】導電性被覆層２０２，３０２，３０３は、
導電性接着剤から成り、導電性粒子と高分子樹脂とを分
散して得られる。これらの導電性接着材の比抵抗として
は、光起電力素子によって発生する電流を集電するのに
無視しうる抵抗であり、かつ、シャントが生じない様に
適度な抵抗値とすることが必要であり、具体的には０．
１Ωｃｍ以上１００Ωｃｍ以下程度が好ましい。０．１
Ωｃｍより小さい場合はシャント防止機能が少なくな
り、１００Ωｃｍより大きい場合は電気抵抗ロスが大き
くなるためである。

【００３４】導電性粒子は、導電性を付与するための顔
料であり、その材料としては、例えば、カーボンブラッ
ク、グラファイトなどやＩｎ₂Ｏ₃，ＴｉＯ₂，ＳｎＯ₂，
ＩＴＯ，ＺｎＯ及び前記材料に適当なドーパントを添加
した酸化物半導体材料等が好適に用いられる。これらの
材料はマイグレーション性が少ない為、例えば薄膜系の
半導体層を有する太陽電池においても使用可能である。
特に、カーボンブラック及びグラファイトを導電性粒子
として使用した場合には、接着剤自体が黒色化する為、
後述する製造工程での光ビームの吸収がよくなり、金属
ワイヤの露出が容易となる為、好適である。

【００３５】前記導電性粒子の粒径は、形成する前記被
覆層の厚みよりも小さくする必要があるが、小さすぎる
と粒子同士の接触点での抵抗が大きくなるため所望の比
抵抗が得られなくなる。この様な事情から前記導電性粒
子の平均粒径としては０．０２μｍ以上１５μｍ以下が
好ましい。また、異なる２種類以上の導電性粒子を混合
して、比抵抗や導電性樹脂内での分散度を調節しても良
い。

【００３６】前記導電性粒子と前記高分子樹脂とは、所
望の比抵抗を得るため好適な比率で混合されるが、導電
性粒子を増加すると比抵抗は低くなるが樹脂の比率が少
なくなるため塗膜としての安定性は悪くなる。また、高
分子樹脂を増加すると導電性粒子同士の接触が不良とな
り高抵抗化する。従って、良好な比率は、用いる高分子
樹脂と導電性粒子及び所望の物性値によって適宜選択さ
れるものである。具体的には、導電性粒子が５体積％か
ら９５体積％程度とすることで良好な比抵抗が得られ
る。

【００３７】高分子樹脂としては、金属ワイヤに塗膜を
形成し易く、作業性に優れ、柔軟性があり、耐候性が優
れた樹脂が好ましい。このような特性をもつ高分子樹脂
としては、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂がある。

【００３８】熱硬化性樹脂としては、例えば、ウレタ
ン、エポキシ、フェノール、ポリビニルホルマール、ア
ルキド樹脂あるいはこれらを変性した樹脂等が好適な材
料として挙げられる。とりわけ、ウレタン樹脂、エポキ
シ樹脂、フェノール樹脂はエナメル線用絶縁被覆材料と
して用いられており柔軟性や生産性の面で優れた材料で
ある。しかも、耐湿性、接着性の面でも光起電力素子の
集電電極用材料として好適に用いられる。

【００３９】熱可塑性樹脂としては、例えば、ブチラー
ル、フェノキシ、ポリアミド、ポリアミドイミド、メラ
ミン、アクリル、スチレン、ポリエステル、フッ素など
が好適な樹脂として挙げられる。とりわけ、ブチラール
樹脂、フェノキシ樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアミドイ
ミド樹脂が、柔軟性、耐湿性、接着性の面で優れた材料
であり、光起電力素子の集電電極用材料として好適に用
いられる。

【００４０】尚、導電性接着剤中には、金属との密着性
を向上させる等の目的で、例えばカップリング剤のよう
な添加剤が混入してあっても何ら構わない。

【００４１】導電性被覆層の厚みとしては、適宜選択し
て構わないが、５μｍ以上３０μｍ以下の範囲が好まし
い。５μｍより薄い厚みの場合は、均一にコーティング
することが難しくピンホールが発生し易くなると同時
に、接着層としての機能が不足することがある。また、
３０μｍ以上の厚みではシャドーロスが極端に大きくな
ってくる為、５〜３０μｍ程度が好適である。

【００４２】（金属バスバー）本発明に係る金属バスバ
ー１０６は、集電電極１０３を流れる電流を更に一端に
集める為の集電部である。このような観点から、金属バ
スバーに使用する材料としては、比抵抗が低く、かつ工
業的に安定して供給されている材料が望ましい。

【００４３】このような材料としては、加工性が良く、
安価な銅が好適に用いられる。また、銅を用いる場合に
は、腐蝕防止、酸化防止等の目的で、表面に薄い金属層
を設けてもよい。この表面金属層としては、例えば、
銀、パラジウム、パラジウムと銀の合金、または金など
の腐蝕されにくい貴金属や、ニッケル、半田、錫などの
耐食性の良い金属が好適に用いられる。本発明における
金属バスバーとしては、前述の金属ワイヤーと同様の理
由により、表面に銀が設けられていることが好適であ
る。金属層の形成方法としては、例えば作成が比較的容
易な蒸着法、メッキ法、クラッド法が好適に用いられ
る。

【００４４】金属バスバーの厚みは、５０μｍ以上２０
０μｍ以下が好ましい。５０μｍ以上とすることで、光
起電力素子の発生電流密度に充分対応できるだけの断面
積を確保できるとともに、実質上機械的結合部材として
使用することができる。一方、金属バスバーは厚くする
ほど抵抗ロスを小さくすることができるが、２００μｍ
以下とすることで表面被覆材によるなだらかな被覆が可
能となる。

【００４５】金属バスバーは、光起電力素子の形態によ
っては何枚設けてもよく、特に１枚と限定されるもので
はない。また、ここで用いる金属バスバーは、設ける対
象となる光起電力素子の大きさとほぼ同程度の長さを有
するものが好ましい。形状に関しても特に制限はなく、
箔状、円柱状等を用いることができる。

【００４６】（接触接合）図５に接触接合を詳細に説明
する概略断面図を示す。

【００４７】接触接合部５０６は、金属ワイヤ５０３と
金属バスバー５０５とが直接接触し、金属ワイヤから金
属バスバーに流れ込む電流の経路として機能する電気的
接合部である。従って、非常に低抵抗で形成されている
必要がある。抵抗値としては例えば図中に示すＡ点（ワ
イヤ中心部）とＢ点（Ａ点直上のバスバー中心部）の間
の抵抗で１ｍΩ以下であることが好ましい。１ｍΩ以下
とすることで、電力ロスを無視することが可能なレベル
の接触が形成可能である。

【００４８】また、図５の（ａ）と（ｂ）には、導電性
被覆層５０４の除去幅の違いによる接触接合部の違いを
示している。

【００４９】図５（ａ）には、導電性被覆層の除去幅が
金属バスバー５０５の幅以上の場合を示しており、図５
（ｂ）には、導電性被覆層の除去幅が金属バスバー５０
５の幅よりも狭い場合を示している。

【００５０】両者を比較して明らかなように、図５
（ａ）の場合には、金属ワイヤー５０３と金属バスバー
５０５が接触を妨害するものが無い為、接触面積を広く
とれると同時に、金属バスバーに内部応力が残留しない
状態とすることができる。一方、図５（ｂ）の場合に
は、導電性被覆層の一部が界面に介在する為、金属バス
バー５０５が少しカールした状態でないと接触すること
ができない。その為、接触面積が少し小さくなり、金属
バスバーには内部応力が残留する。

【００５１】接触接合としては、どちらの場合でも構わ
ないが、接触面積と応力の点からは図５（ａ）が好まし
い。

【００５２】また、これらの接触接合を長期にわたって
安定的に保持する為に、接合部周囲に例えば樹脂などの
保持部材を設けることが好ましい。

【００５３】（光起電力素子）本発明は、集電電極とバ
スバー部の接合形態に関する発明であることから、本発
明における光起電力素子には特に何ら限定はなく、単結
晶、薄膜単結晶、多結晶、薄膜多結晶、アモルファスシ
リコン太陽電池に適用できる以外に、シリコン以外の半
導体を用いた太陽電池、ショットキー型の太陽電池にも
適用可能である。

【００５４】また、電流の観点からは、どのような電流
密度を有する太陽電池においてもその効果は少なからず
現れるが、とりわけ真性のＩｓｃが１０ｍＡ／ｃｍ²以
上の太陽電池に関して効果が大きい。

【００５５】ここでは代表例として、金属ワイヤが集電
電極としてよく使用されるアモルファスシリコン系太陽
電池について詳述する。その断面図を図４に示す。

【００５６】図４は、基板と反対側の表面から光入射さ
せるタイプのアモルファスシリコン系太陽電池の模式的
断面図である。図において、４０１は基板、４０２は下
部電極、４０３，４１３，４２３はｎ型半導体層、４０
４，４１４，４２４はｉ型半導体層、４０５，４１５，
４２５はｐ型半導体層、４０６は透明導電膜からなる上
部電極、４０７は集電電極が用いられるグリッド電極を
表す。

【００５７】基板４０１はアモルファスシリコンのよう
な薄膜の太陽電池の場合に、半導体層を機械的に支持す
る部材であり、かつ電極としても使われる。従って、基
板４０１は、半導体層を成膜する時の加熱温度に耐える
耐熱性が要求されるが導電性のものでも電気絶縁性のも
のでもよい。

【００５８】導電性の材料としては、例えばＦｅ，Ｎ
ｉ，Ｃｒ，Ａｌ，Ｍｏ，Ａｕ，Ｎｂ，Ｔａ，Ｖ，Ｔｉ，
Ｐｔ，Ｐｂ等の金属またはこれらの合金、例えば真ちゅ
う、ステンレス鋼等の薄板及びその複合体やカーボンシ
ート、亜鉛メッキ鋼板が挙げらる。また、電気絶縁性材
料としては、ポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボ
ネート、セルロースアセテート、ポリプロピレン、ポリ
塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリスチレン、ポリ
アミド、ポリイミド、エポキシ等の耐熱性合成樹脂のフ
ィルムまたはシートまたはこれらとガラスファイバー、
カーボンファイバー、ほう素ファイバー、金属繊維等と
の複合体、及びこれらの金属の薄板、樹脂シート等の表
面に異種材質の金属薄膜及び／またはＳｉＯ₂，Ｓｉ₃Ｎ
_4,Ａｌ₂Ｏ₃，ＡｌＮ等の絶縁性薄膜をスパッタ法、蒸着
法、鍍金法等により表面コーティング処理を行ったもの
および、ガラス、セラミックス等が挙げられる。

【００５９】下部電極４０２は、半導体層４０３，４０
４，４０５，４１３，４１４，４１５，４２３，４２
４，４２５で発生した電力を取り出すための一方の電極
であり、半導体層４０３に対してはオーミックコンタク
トとなる仕事関数を持つことが要求される。材料として
は、例えば、Ａｌ，Ａｇ，Ｐｔ，Ａｕ，Ｎｉ，Ｔｉ，Ｍ
ｏ，Ｗ，Ｆｅ，Ｖ，Ｃｒ，Ｃｕ，ニクロム，ＳｎＯ₂，
Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＩＴＯ等のいわゆる金属体または合
金及び透明導電性酸化物（ＴＣＯ）等が用いられる。下
部電極の表面は平滑であることが好ましいが、光の乱反
射を起こさせる場合にはテクスチャー化しても良い。ま
た、基板４０１が導電性である場合、下部電極４０２を
設けなくても良い。下部電極４０２は、例えば、メッ
キ、蒸着、スパッタ等の公知の方法で形成することがで
きる。

【００６０】アモルファスシリコン半導体層は、ｎ層４
０３，ｉ層４０４，ｐ層４０５を一組としたシングル構
成（図４（ａ）参照）だけでなく、ｐｉｎ接合またはｐ
ｎ接合を２組又は３組重ねたダブル構成（図４（ｂ）参
照）やトリプル構成（図４（ｃ）参照）も好適に用いら
れる。特に、ｉ層である４０４，４１４，４２４を構成
する半導体材料としては、ａ−Ｓｉの他に、ａ−ＳｉＧ
ｅ，ａ−ＳｉＣ等のいわゆるＩＶ族及びＩＶ族合金系ア
モルファス半導体が挙げられる。アモルファスシリコン
半導体層の成膜方法としては、例えば、蒸着法、スパッ
タ法、高周波プラズマＣＶＤ法、マイクロプラズマＣＶ
Ｄ法、ＥＣＲ法、熱ＣＶＤ法、ＬＰＣＶＤ法等公知の方
法を所望に応じて用いる。成膜装置としては、バッチ式
の装置や連続成膜装置等が所望に応じて使用できる。

【００６１】透明導電膜４０６は、アモルファスシリコ
ンのようにシート抵抗が高い場合必要であり、かつ、光
入射側に位置するために透明であることが必要である。
透明導電膜４０６の材料としては、例えば、ＳｎＯ₂，
Ｉｎ₂Ｏ₃，ＺｎＯ，ＣｄＯ，ＣｄＳｎＯ₄，ＩＴＯ等の
金属酸化物が挙げられる。

【００６２】（製造方法）次に光起電力素子の一例の製
造方法を図６（ａ）〜（ｅ）を用いて説明する。図６
（ａ）〜（ｅ）は光起電力素子を光入射側から見た場合
の正面図である。

【００６３】（ａ）上述の光起電力素子６０１を任意の
大きさで準備する。

【００６４】（ｂ）最表面に位置する透明導電膜を除去
したライン（所謂エッチングライン）６０２を形成す
る。これは、光起電力素子の周辺に存在する短絡箇所
が、素子効率に影響を及ぼさないようにする場合にする
処理であって、短絡箇所が無い場合や短絡の程度が無視
できるような場合には特に設ける必要はない。また、光
起電力素子６０１の端部に、例えば両面粘着テープのよ
うな絶縁部材６０３を配置する。絶縁部材６０３は、後
に集電電極や金属バスバーが、光起電力素子６０１の短
絡部と接触してショートすることを防止する目的で配置
されるものであり、ショートの危険性がない場合につい
ては、エッチングライン同様設ける必要はない。

【００６５】（ｃ）次に、導電性被覆層を有する金属ワ
イヤからなる集電電極６０４を適当なピッチ間隔で透明
導電層上に載置する。この時点では、光起電力素子の端
部の絶縁部材６０４上のみで集電電極６０４は固定され
ている。

【００６６】（ｄ）後工程で金属バスバーを載置する位
置の導電性被覆層を除去し、金属ワイヤを露出（６０５
部）させる。除去の方法としては、例えば機械的に導電
性被覆層を削り取ってもよく、あるいは化学的な処理に
より除去してもよく、特に限定は無い。しかしながら、
生産歩留りが良く、タクトが得られる方法として、除去
部にエネルギービームを照射する方法が好ましい。すな
わち、エネルギービームを被覆層に照射することによ
り、被覆層を高温にし、加熱気化することにより除去す
る方法である。ここで、エネルギービームとは、電子
線、イオン線、レーザー等であるが、装置が簡易になる
点からレーザーが好適である。レーザーを使用する場合
においては、導電性被覆層を構成する導電フィラーがカ
ーボンもしくはグラファイトであると、レーザーの吸収
が良好で、容易かつ確実に除去が可能となる。中でも導
電フィラーがカーボンもしくはグラファイトで、レーザ
ーがＹＡＧレーザーが好適である。上記除去工程は、図
６に示すように光起電力素子上で行うことができるが、
先に別の場所で除去を行ったワイヤを光起電力素子上に
貼り付けることも可能である。

【００６７】（ｅ）金属ワイヤが露出した部分６０５
に、金属バスバー６０６を配置し、所望の温度もしくは
圧力もしくは温度及び圧力を印加する。この場合におい
ては、図５で詳述したように接触面積を稼ぐ意味と、金
属バスバー６０６と絶縁部材６０３の接着力を向上する
意味で圧力をかけたほうがよい。

【００６８】また、上記加熱の工程と同時に、光起電力
素子全面を加圧することが望ましい。加圧をすることに
よって、透明導電層上での金属ワイヤの接着力が向上し
信頼性がアップすると同時に、金属バスバーの部分にお
いては導電材が押されることによって金属ワイヤとの距
離が縮まる為、抵抗値をより低くすることができる。圧
力としては、光起電力素子を破壊しない程度の圧力以下
でなければいけないが、具体的には例えば、１．１×１
０⁵Ｐａ〜２．０×１０⁵Ｐａが好適である。

【００６９】

【実施例】以下、本発明について実施例に基づき詳細に
説明するが、本発明はこれらの実施例により限定される
ものではない。

【００７０】（集電電極の作成）以下に、実施例及び比
較例で使用した集電電極について説明する。まず、集電
電極として、図３で示すように金属ワイヤの周囲に導電
性被覆層が２層コートされたものを作成した。

【００７１】金属ワイヤ３０１として、直径１００μｍ
の銀クラッド銅ワイヤ（直径９８μｍの周囲に銀を２μ
ｍの厚みでクラッドしたもの）を準備した。

【００７２】次に、第１被覆層３０２として、カーボン
入りウレタン系樹脂ぺースト（自社製、硬化時比抵抗
０．５Ωｃｍ）をワイヤの周囲に５μｍ±１μｍの厚み
で塗付した。第１被覆層については、塗付後にＩＲオー
ブンにて標準硬化条件である２８０℃１分の履歴を通す
ことによって、完全な硬化膜を作成した。

【００７３】次に、同じカーボン入りウレタン系樹脂ぺ
ーストを使用して、第２被覆層３０３を形成した。第２
被覆層は、２０μｍ±１μｍの厚みで塗付を行い、１２
０℃１分の条件で乾燥した。この条件は、ぺースト中に
存在する硬化剤の解離温度以下であって、第２被覆層は
単に溶剤が揮発してタックが無くなった状態にある。こ
のようにして、直径約１５０μｍの集電電極を作成し
た。

【００７４】（実施例１）本実施例では、図４（ｃ）に
示す層構成でｐｉｎ接合型トリプル構成のアモルファス
太陽電池Ａを作成した。

【００７５】まず、十分に脱脂、洗浄したＳＵＳ４３０
ＢＡ基板４０１を不図示のＤＣスパッタ装置に入れＡｇ
を４５０ｎｍ堆積し、その後ＺｎＯを１０００ｎｍを堆
積して下部電極４０２を形成した。基板を取り出し、不
図示のマイクロ波プラズマＣＶＤ成膜装置に入れ、ｎ層
４０３にシリコン層、ｉ層４０４にシリコンゲルマニウ
ム層、ｐ層４０５にシリコン層の順でボトム層を形成し
た。次に、同様にしてｎ層４１３にシリコン層、ｉ層４
１４にシリコンゲルマニウム層、ｐ層４１５にシリコン
層の順でミドル層を順次形成し、更に、ｎ層４２３，ｉ
層４２４，ｐ層４２５の順で全てシリコン層のトップ層
を形成し、半導体層を堆積した。その後、不図示のスパ
ッタ装置に入れ反射防止効果を兼ねた機能を有する透明
導電膜４０６としてＩＴＯを７０ｎｍ成膜した。

【００７６】次に、太陽電池基板４０１を大きさは３０
×３０ｃｍでセルの有効面積が９００ｃｍ²となるよう
に塩化第２鉄を主成分とするエッチングペーストと市販
の印刷機を用い不要部分の透明導電膜を除去した。

【００７７】次に、有効面積外であって、対向する２辺
の位置に、図６（ｂ）で示すような絶縁部材６０３を設
けた。絶縁部材６０３としては、厚み１００μｍのポリ
イミド基材両面粘着テープを貼付することによって形成
した。

【００７８】次に、前述の集電電極ワイヤーを３０ｃｍ
程度の長さに切断し、図６（ｃ）のように載置した。集
電電極ワイヤーは、５ｍｍの間隔で載置し、その両端部
分は粘着テープの粘着力により固定した。その後、図６
（ｄ）に示すように絶縁テープ上に存在するワイヤーの
直上からレーザー光を照射し、２ｍｍ幅だけワイヤの被
覆層を除去し、銀クラッド銅ワイヤーを露出させた。こ
の時、レーザーとしてはＱスイッチＹＡＧレーザーを使
用した。

【００７９】さらに、ワイヤーが露出した部分６０５の
上から両面粘着テープと平行に金属バスバーを図６
（ｅ）のように載置した。金属バスバーとしては、厚み
が１００μｍで幅が５．５ｍｍの銀メッキ銅を用いた。
この状態で、全体を不図示の加熱圧着装置にて加熱圧着
することによって、有効面積内においては集電電極ワイ
ヤーをＩＴＯ上に接着固定し、かっ、金属バスバー部で
はバスバーとワイヤー露出部とを接触接合することがで
きた。加熱圧着条件は、２００℃、４５秒、圧力は約
２．０×１０⁵Ｐａで行った。

【００８０】次に、これらの作成した試料を使用して後
述する評価試験を行う為に、樹脂被覆（ラミネーショ
ン）した。以下にその手順を示す。

【００８１】光起電力素子、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体）シート（厚さ４６０μｍ）、片面をプラ
ズマ放電処理した無延伸のＥＴＦＥ（ポリエチレンテト
ラフルオロエチレン）フィルム（厚さ５０μｍ）、ポリ
エチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（厚さ５０
μｍ）、有機不織布、ガルバリウム鋼板（厚さ０．４ｍ
ｍ）をＥＴＦＥ／ＥＶＡ／有機不織布／光起電力素子／
ＥＶＡ／ＰＥＴ／ＥＶＡ／鋼板という順に重ねて太陽電
池モジュール積層体とした。次に、ＥＴＦＥの外側に、
離型用テフロン（登録商標）フィルム（厚さ５０μｍ）
を介してステンレスメッシュ（４０×４０メッシュ、線
径０．１５ｍｍ）を配し、積層体を真空ラミネート装置
を用いて加圧脱気しながら１５０℃で３０分加熱圧着す
ることにより太陽電池が完成した。

【００８２】表面被覆材表面にはメッシュにより最大３
０μｍの高低差の凹凸が形成された。

【００８３】出力端子はあらかじめ光起電力素子裏面に
まわしておき、ラミネート後、ガルバリウム鋼板に予め
開けておいた端子取り出し口から出力が取り出せるよう
にした。以上の工程によって、本実施例では太陽電池Ａ
を５個完成した。

【００８４】完成した太陽電池Ａを、ＡＭ１．５グロー
バルの太陽光スペクトルで１００ｍＷ／ｃｍ²の光量の
擬似太陽光源（以下シミュレータと呼ぶ）用いて太陽電
池特性を測定し、実効変換効率を求めたところ平均１
３．０％と良好な特性でありばらつきも少なかった。

【００８５】（実施例２）実施例２においては、太陽電
池Ｂを５個作成した。

【００８６】太陽電池Ｂにおいては、金属ワイヤの被覆
層の除去幅を６ｍｍにして金属バスバーの幅よりも大き
く作成した以外は実施例１と全く同様にして作成した。

【００８７】完成した太陽電池Ｂを、シミュレータを用
いて太陽電池特性を測定し、実効変換効率を求めたとこ
ろ平均１３．０％と良好な特性でありばらつきも少なか
った。

【００８８】本実施例では、金属ワイヤの被覆層の除去
幅を金属バスバー幅以上にした場合においても、良好な
特性が得られており、金属ワイヤの被覆層の除去幅に特
性の依存性が無いことが明らかとなった。

【００８９】（実施例３）実施例３においては、太陽電
池Ｃを５個作成した。

【００９０】太陽電池Ｃにおいては、金属バスバーとし
て幅５．５ｍｍ、厚み１００μｍの軟質銅箔を使用して
作成した以外は実施例１と全く同様にして作成した。

【００９１】完成した太陽電池Ｃを、シミュレータを用
いて太陽電池特性を測定し、実効変換効率を求めたとこ
ろ平均１３．０％と良好な特性でありばらつきも少なか
った。

【００９２】本実施例では、金属バスバーとして、金属
の中では酸化しやすい銅を採用して作成したが、変換効
率は実施例１と同様のものが得られた。

【００９３】（比較例１）比較例１では、図４（ｃ）に
示す層構成でｐｉｎ接合型トリプル構成のアモルファス
太陽電池Ａ’を作成した。比較例１では、レーザーで被
覆層を除去する工程がなかった点だけが実施例１とは異
なっており、金属ワイヤーと金属バスバーの接続は金属
ワイヤ周囲の導電性被覆層により行っている。以下に手
順を説明する。

【００９４】まず、十分に脱脂、洗浄したＳＵＳ４３０
ＢＡ基板４０１を不図示のＤＣスパッタ装置に入れＡｇ
を４５０ｎｍ堆積し、その後ＺｎＯを１０００ｎｍを堆
積して下部電極４０２を形成した。基板を取り出し、不
図示のマイクロ波プラズマＣＶＤ成膜装置に入れ、ｎ層
４０３にシリコン層、ｉ層４０４にシリコンゲルマニウ
ム層、ｐ層４０５にシリコン層の順でボトム層を形成し
た。次に、同様にしてｎ層４１３にシリコン層、ｉ層４
１４にジリコンゲルマニウム層、ｐ層４１５にシリコン
層の順でミドル層を順次形成し、更に、ｎ層４２３，ｉ
層４２４，ｐ層４２５の順で全てシリコン層のトップ層
を形成し、半導体層を堆積した。その後、不図示のスパ
ッタ装置に入れ反射防止効果を兼ねた機能を有する透明
導電膜４０６としてＩＴＯを７０ｎｍ成膜した。次に、
太陽電池基板４０１を大きさは３０×３０ｃｍでセルの
有効面積が９００ｃｍ²となるように塩化第２鉄を主成
分とするエッチングペーストと市販の印刷機を用い不要
部分の透明導電膜を除去した。

【００９５】次に、有効面積外であって、対向する２辺
の位置に、図６（ｂ）で示すような絶縁部材６０３を設
けた。絶縁部材６０３としては、厚み１００μｍのポリ
イミド基材両面粘着テープを貼付することによって形成
した。

【００９６】次に、前述の集電電極ワイヤーを３０ｃｍ
程度の長さに切断し、図６（ｃ）のように載置した。集
電電極ワイヤーは、５ｍｍの間隔で載置し、その両端部
分は粘着テープの粘着力により固定した。

【００９７】さらに、両面粘着テープと平行に金属バス
バーを図６（ｅ）のように載置した。金属バスバとして
は、厚みが１００μｍで幅が５．５ｍｍの銀メッキ銅を
用いた。この状態で、全体を不図示の加熱圧着装置にて
加熱圧着することによって、有効面積内においては集電
電極ワイヤーをＩＴＯ上に接着固定し、かつ、金属バス
バー部ではバスバーとワイヤーがワイヤ周囲の被覆層に
より接着固定された。加熱圧着条件は、２００℃、４５
秒、圧力は約２．０×１０⁵Ｐａで行った。

【００９８】次に、これらの作成した試料を使用して後
述する評価試験を行う為に、樹脂被覆（ラミネーショ
ン）した。以下にその手順を示す。

【００９９】光起電力素子、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビ
ニル共重合体）シート（厚さ４６０μｍ）、片面をプラ
ズマ放電処理した無延伸のＥＴＦＥ（ポリエチレンテト
ラフルオロエチレン）フィルム（厚さ５０μｍ）、ポリ
エチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム（厚さ５０
μｍ）、有機不織布、ガルバリウム鋼板（厚さ０．４ｍ
ｍ）をＥＴＦＥ／ＥＶＡ／有機不織布／光起電力素子／
ＥＶＡ／ＰＥＴ／ＥＶＡ／鋼板という順に重ねて太陽電
池モジュール積層体とした。次に、ＥＴＦＥの外側に、
離型用テフロンフィルム（厚さ５０μｍ）を介してステ
ンレスメッシュ（４０×４０メッシュ、線径０．１５ｍ
ｍ）を配し、積層体を真空ラミネート装置を用いて加圧
脱気しながら１５０℃で３０分加熱圧着することにより
太陽電池が完成した。

【０１００】表面被覆材表面にはメッシュにより最大３
０μｍの高低差の凹凸が形成された。

【０１０１】出力端子はあらかじめ光起電力素子裏面に
まわしておき、ラミネート後、ガルバリウム鋼板に予め
開けておいた端子取り出し口から出力が取り出せるよう
にした。

【０１０２】以上の工程によって、本比較例では太陽電
池Ａ’を５個完成した。

【０１０３】完成した太陽電池Ａ’を、シミュレータを
用いて太陽電池特性を測定し、実効変換効率を求めたと
ころ平均１２．４％でありばらつきも少なかった。

【０１０４】上記の結果より、本比較例の太陽電池Ａ’
は実施例１〜３で作成した太陽電池Ａ〜Ｃよりも変換効
率が０．６％も低く、接触接合を形成することによっ
て、効率が大幅に上昇していることが実験的にも明らか
となった。

【０１０５】（比較実験１）上記作成した太陽電池モジ
ュールＡ〜Ｃ、及びＡ’に対して、実際の屋外での環境
状況を想定し、以下の比較実験を行った。試験は、屋
外での水分の侵入を想定した場合、試験は屋外での風
による撓みの影響を想定した試験である。作成した太陽
電池５個のうち、３個を試験、２個を試験に使用し
た。高温高湿（ＨＨ）試験ＩＥＥＥ規格ｄｒａｆｔ９
に準拠した高温高湿試験（８５℃８５％）を１０００時
間行った。試験後に、再び変換効率の測定を行った。
動荷重試験ＩＥＥＥ規格ｄｒａｆｔ９に準拠した動荷重
試験を１００００サイクル行った。試験後に、再び変換
効率の測定を行った。

【０１０６】試験結果を表１に示す。

【０１０７】

【表１】

【０１０８】高温高湿（ＨＨ）試験に関しては、太陽電
池Ａ，Ｂ，Ａ’については変換効率のダウンがなく異常
無しであったが、太陽電池Ｃでは１２．８％となり、
Ａ’よりもまだ高い値を示して効果はあるものの、０．
２％のダウンが見られた。これは金属バスバーとして銅
箔を使用した為に接触部界面が酸化したことによると推
測される。また、銀を使用したＡ，Ｂに関しては変換効
率のダウンがなく、銀を使用することで耐湿性の向上す
ることが明らかとなった。

【０１０９】次に、動荷重試験に関しては、全ての太陽
電池において変換効率のダウンがなく異常無しであっ
た。

【０１１０】以上の結果から、本発明の構成は、従来よ
り初期効率が高く、信頼性に関しても特に問題が見当た
らなかった。

【０１１１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によって集
電形態が改善され、従来課題であったバスバーとワイヤ
ー部の抵抗ロスを非常に低減することが可能となった。
また、それによって初期変換効率の非常に高い光起電力
素子を得ることができた。さらには、これらの光起電力
素子の製造方法において、生産性、コスト、容易性に優
れた製造方法を提供できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様例の光起電力素子の概略図で
ある。

【図２】本発明の集電電極の模式的概略図である。

【図３】本発明の集電電極の模式的概略図である。

【図４】本発明に係るアモルファスシリコン系太陽電池
の構成を模式的に示す断面図である。

【図５】接触接合部の様子を示す概略図である。

【図６】本発明の光起電力素子の製造方法を説明する概
略図である。

【図７】従来の光起電力素子の概略図である。

【符号の説明】

１０１，５０１，６０１，７０１光起電力素子１０２，６０２，７０２エッチングライン１０３，４０７，５０２，６０４，７０３集電電極１０４，２０１，３０１，５０３，７０４金属ワイヤー１０５，２０２，５０４，７０５導電性被覆層１０６，５０５，６０６，７０６金属バスバー１０７，５０６接触接合部１０８，５０７，６０３，７０７絶縁部材３０２第１被覆層３０３第２被覆層４０１基板４０２下部電極４０３，４１３，４２３ｎ型半導体層４０４，４１４，４２４ｉ型半導体層４０５，４１５，４２５ｐ型半導体層４０６上部電極６０５被覆層除去部

フロントページの続き (72)発明者清水孝一東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者村上勉東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者吉野豪人東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 AA05 CA17 DA04 DA17 EA20 FA06 FA10 FA14 FA17 FA18 JA05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】導電性被覆層を有する金属ワイヤからな
る集電電極と、前記集電電極と接続された金属バスバー
とを有する光起電力素子において、前記金属ワイヤと前記金属バスバーの間を接続する領域
で、前記金属ワイヤと前記金属バスバーが接触接合して
いることを特徴とする光起電力素子。
【請求項２】前記金属ワイヤ及び前記金属バスバーの
表面が、銀であることを特徴とする請求項１に記載の光
起電力素子。
【請求項３】前記導電性被覆層の比抵抗が０．１Ωｃ
ｍ以上１００Ωｃｍ以下であることを特徴とする請求項
１又は２に記載の光起電力素子。
【請求項４】前記導電性被覆層を構成する導電フィラ
ーが、カーボンもしくはグラファイトであることを特徴
とする請求項１乃至３のいずれかに記載の光起電力素
子。
【請求項５】導電性被覆層を有する金属ワイヤからな
る集電電極と、前記集電電極と接続された金属バスバー
とを有する光起電力素子の製造方法において、前記集電
電極の前記導電性被覆層の少なくとも一部を除去するこ
とによって前記金属ワイヤを露出する工程と、前記金属
ワイヤの露出部と対向する位置に前記金属バスバーを配
置する工程と、前記金属バスバー部を熱、若しくは圧
力、若しくは熱及び圧力によって接触接合を形成する工
程と、を有することを特徴とする光起電力素子の製造方
法。
【請求項６】前記導電性被覆層の除去が前記金属バス
バーの幅以上にわたって除去されることを特徴とする請
求項５に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項７】前記導電性被覆層の除去がエネルギービ
ームを照射することにより除去されることを特徴とする
請求項５又は６に記載の光起電力素子の製造方法。
【請求項８】前記導電性被覆層を構成する導電フィラ
ーが、カーボンもしくはグラファイトであることを特徴
とする請求項５乃至７のいずれかに記載の光起電力素子
の製造方法。