JP2006128290A

JP2006128290A - 太陽電池セル

Info

Publication number: JP2006128290A
Application number: JP2004312519A
Authority: JP
Inventors: Kazuyuki Yoneda; 和志米田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2004-10-27
Filing date: 2004-10-27
Publication date: 2006-05-18

Abstract

【課題】太陽電池セルの表面に形成されたバスバー電極の焼成に起因して生じる反りを、バスバー電極の形状を工夫することによって、抑制可能な太陽電池セルを提供する。
【解決手段】細長い形状のバスバー電極３が複数、太陽電池セル１の表面２に形成されている太陽電池セル１において、バスバー電極３の長さ方向が、太陽電池セル１の表面２上における少なくとも２つの異なる方向のいずれかの方向を向くように、バスバー電極３を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面にバスバー電極が形成されている太陽電池セルに関する。

太陽電池セルは、熱拡散等により燐系化合物等の不純物領域が形成されたシリコン等の半導体基板の表面に表面電極が形成され、裏面に裏面電極が形成された構造をしている。このような構造の太陽電池セルのコストダウンを図るには、半導体基板をできるだけ薄くすることが一つの要素である。しかし、半導体基板を薄くすると、太陽電池セルの製造工程でセル割れが生じ易くなることが知られている。そこで、太陽電池セルのセル割れを防止すべく、さまざまな工夫がなされている（例えば、特許文献１参照）。

図６は従来の太陽電池セル４１の例を示したもので、(ａ)は太陽電池セル４１の表面図、(ｂ)は太陽電池セル４１の裏面図、そして(ｃ)は(ａ)におけるＸ−Ｘ断面図である。従来の太陽電池セル４１は、正方形状の半導体基板４２の表面に、表面電極として、この太陽電池セル４１により発電される電流を集めるためのフィンガー電極４４と、インターコネクタ接続用のバスバー電極４３とが形成されており、裏面には、裏面電極として、裏面集電電極４６と裏面配線用電極４５とが形成されている。太陽電池モジュールは、通常、複数の太陽電池セル４１を、インターコネクタ等を用いて電気的に接続して構成されており、バスバー電極４３に接続されるインターコネクタは、隣接する太陽電池セル４１を電気的に接続するために用いられる。

又、従来の太陽電池セル４１では、図６に示すように、フィンガー電極４４及びバスバー電極４３は、正方形状の半導体基板４２の表面上において、複数のフィンガー電極４４の長さ方向が横方向向きとなるように、又、バスバー電極４３の長さ方向が縦方向向きとなるようにして、それぞれ各電極が形成されている。

又、太陽電池セル４１の半導体基板４２の表面に形成されるフィンガー電極４４及びバスバー電極４３は、通常、銀ペーストをスクリーン印刷によって半導体基板４２の表面に印刷して乾燥させた後、６００℃〜７００℃の温度で焼成して形成される。
特開２００３−６９０５５号公報

ところで、上記の太陽電池セル４１のフィンガー電極４４及びバスバー電極４３の焼成の際に、この焼成時の温度によって、太陽電池セル４１の半導体基板４２に反りが生じることがよく知られている。そして、この反りが、上述した太陽電池セル４１のセル割れに対する原因の一つになっている。特に、バスバー電極４３は、図６からも分かるように、フィンガー電極４４と比べて、その幅や長さが数倍大きく、その影響が大きいと考えられる。又、従来の太陽電池セル４１におけるバスバー電極４３は、正方形状の半導体基板４２の表面上において、バスバー電極４３の長さ方向が縦方向のみの向き、即ち、１方向向きに形成されており、このことが、影響しているのではないかと考えられる。

そこで、この発明は、このような状況の下でなされたものであって、太陽電池セルの表面に形成されたバスバー電極の焼成に起因して生じる反りを、バスバー電極の形状を工夫することによって、抑制可能な太陽電池セルを提供しようとするものである。

上述したように、従来の太陽電池セルにおけるバスバー電極は、半導体基板の表面上において、バスバー電極の長さ方向が１方向向きに形成されており、そのため、この１方向に対して反りが大きくなると考えられる。そこで、複数のバスバー電極の長さ方向が向く方向を、異なる方向とすることにより、バスバー電極に起因する反りを各方向に分散して、１方向に対する反りの増大を抑制し、太陽電池セル全体として反りを抑制したのが、本発明である。

即ち、本発明の太陽電池セルは、細長い形状のバスバー電極が複数、表面に形成されている太陽電池セルにおいて、バスバー電極の長さ方向が、太陽電池セルの表面上における少なくとも２つの異なる方向のいずれかの方向を向くように、上記のバスバー電極が形成されていることを特徴としている。

上記の太陽電池セルにおいて、バスバー電極の長さ方向が、太陽電池セルの表面上で略直行する２方向のいずれかの方向に向くようにしてもよい。又、この場合に、バスバー電極の形状が直線状となるようにしてもよい。

又、複数のバスバー電極の長さ方向が、太陽電池セルの表面上における少なくとも２つの異なる方向のいずれかの方向を向くように、バスバー電極を形成する上述した太陽電池セルの一つの形態として、次のようにしてもよい。即ち、半導体基板の表面が相互に異なる向きの縦辺と横辺とを有しており、バスバー電極が、縦辺及び横辺に沿って、表面の全周に渡って形成されるような形態とするのである。

この場合に、太陽電池セルの表面の縦辺と横辺とは、相互に略直交する向きの直線状となるようにしてもよい。

このようにして、太陽電池セルの表面の周りにバスバー電極を配置することにより、複数のバスバー電極の長さ方向が、異なる方向に向くので、バスバー電極に起因する反りが各方向に分散されて、１方向に対する反りの増大を抑制し、太陽電池セル全体として、反りを抑制することができる。又、太陽電池セルの表面の中央部分にバスバー電極が存在せず、太陽電池セルの表面の大部分を太陽光線の受光面として使用することができるので、太陽電池セルの表面の中央部分にバスバー電極を配置する従来の太陽電池セルに比べて、効率のよい太陽電池セルを形成することができる。

又、上記の場合に、太陽電池セルの裏面に対しても、表面と同様にするようにしてもよい。即ち、太陽電池セルの裏面が相互に略直交する向きの縦辺と横辺とを有しており、バスバー電極が、縦辺及び横辺に沿って、裏面の全周に渡って形成されるようにしてもよい。

このようにすることにより、太陽電池セルの表面と裏面とにそれぞれ形成されているバスバー電極に起因する反りを相殺することができ、太陽電池セル全体として反りを抑制することができる。

本発明の太陽電池セルによれば、複数のバスバー電極の長さ方向が、太陽電池セルの表面上における少なくとも２つの異なる方向を向くように、バスバー電極が形成されているので、バスバー電極に起因する反りを各方向に分散することができ、１方向に対する反りが増大するのを抑制することができることから、太陽電池セル全体として反りを抑制することができる。

又、本発明の太陽電池セルによれば、複数のバスバー電極の長さ方向が、太陽電池セルの表面上における少なくとも２つの異なる方向を向くように、バスバー電極を形成する太陽電池セルの一つの形態として、太陽電池セルの表面の縦辺と横辺が相互に異なる向きとなるようにすると共に、バスバー電極が、縦辺及び横辺に沿って、太陽電池セルの表面の全周に渡って形成されるような形態とすることができる。このように、太陽電池セルの表面の周りにバスバー電極を配置することによって、複数のバスバー電極の長さ方向が、太陽電池セルの表面上における異なる方向に向くので、バスバー電極に起因する反りが各方向に分散され、１方向に対する反りの増大を抑制して、太陽電池セル全体として、反りを抑制することができる。又、太陽電池セルの表面の中央部分にバスバー電極が存在せず、太陽電池セルの表面の大部分を太陽光線の受光面として使用することができるので、太陽電池セルの表面の中央部分にバスバー電極が配置された従来の太陽電池セルに比べて、効率のよい太陽電池セルを形成することができる。

この場合に、太陽電池セルの裏面に対しても、表面と同様になるようにしてもよい。即ち、太陽電池セルの裏面の縦辺と横辺が、相互に異なる向きとなるようにすると共に、バスバー電極が、縦辺及び横辺に沿って、裏面の全周に渡って形成されるようにしてもよい。このようにすることにより、表面と裏面とにそれぞれ形成されているバスバー電極に起因する反りを、相互に相殺することができ、太陽電池セル全体として反りを抑制することができる。

以下、本発明の実施の形態における太陽電池セルについて図面を参照しながら詳しく説明する。

＜実施の形態１＞
図１は、本発明の実施の形態１における太陽電池セル１の平面図である。本発明の実施の形態１における太陽電池セル１は、従来の太陽電池セルと同様、一片が１５５．５ｍｍの正方形状をした厚さが２００μｍのシリコン製の半導体基板２の表面に、バスバー電極３とフィンガー電極４とが形成されており、半導体基板２の裏面に、裏面配線用電極と裏面集電電極とが形成されている。

この太陽電池セル１が従来の太陽電池セルと異なるのは、半導体基板２上におけるバスバー電極３の配置の形態である。太陽電池セル１のバスバー電極３は、図１に示すように、直線状で細長い棒状の４本のバスバー電極３で構成されている。この内、２本は、その長さ方向を横方向に向けて、半導体基板２の上下辺と平行に配置されており、他の２本は、その長さ方向を縦方向に向けて、半導体基板２の左右辺と平行に配置されている。これらの各２本のバスバー電極３は、相互に直交して配置されており、その幅は、２．０ｍｍである。又、フィンガー電極４の幅は１５０μｍで、このフィンガー電極４は直線状をしている。

上記の太陽電池セル１は、次のようにして製作される。まず、ワイヤーソー等を用いて、単結晶または多結晶のｐ型シリコン半導体インゴットから２００μmの厚さのウエハを切り出すと共に、スライス時におけるダメージ層をアルカリエッチング等によって除去する。次に、このシリコンウエハの表面に燐系化合物を含有したｎ型の不純物を塗布し、８００〜９００℃の熱拡散により面抵抗値が約５０Ωのｎ型拡散層を形成することによりｐｎ接合をウエハの表面近くに形成する。このようにして半導体基板２が形成される。この半導体基板２の受光面である表面に、反射防止膜（ＡＲＣ）としてプラズマＣＶＤ法により７０〜１００μｍのＳｉＮ膜を形成する。次に、半導体基板２の裏面に、スクリーン印刷によりアルミペーストを印刷し、１５０℃程度で乾燥した後、７００〜８００℃程度で焼成することにより、半導体基板２へ不純物となるアルミを拡散させ、Ｐ＋層からなるＢＳＦ層及び裏面集電電極を形成する。尚、この裏面集電電極の一部には裏面配線用電極形成用の開口部を設ける。

次に、半導体基板２の表面に、スクリーン印刷によって銀ペーストを印刷することにより、バスバー電極３及びフィンガー電極４を形成する。バスバー電極３及びフィンガー電極４をスクリーン印刷する際には、図２に示すような、印刷パターンが中央に配置されたスクリーン５を用いる。このスクリーン５は、３２０×３２０ｍｍの枠とＳＵＳ２５０メッシュの紗とで構成されており、上記のスクリーン印刷は、通常、印厚０．２ＭＰａ、スキージ速度２００ｍｍ／ｓｅｃ、クリアランス２ｍｍの条件で行なう。この結果、半導体基板２の表面に、バスバー電極３及びフィンガー電極４が印刷される。この印刷に用いられる銀ペーストには、通常、粘度３５０Ｐａ・ｓ（１０ｒｐｍにおける粘度）のものを用いる。

次に、半導体基板２の表面と同様にして、半導体基板２の裏面に、スクリーン印刷により銀ペーストを印刷して、裏面配線用電極を形成する。この裏面配線用電極は、裏面集電電極の上記の開口部に重なるように形成される。

上記のようにして、半導体基板２の表面のバスバー電極３とフィンガー電極４、及び、裏面の裏面配線用電極の印刷が終了すると、次に、これらの印刷された電極を、１５０℃程度で乾燥した後、６００〜７００℃程度で焼成し、バスバー電極３とフィンガー電極４については、反射防止膜をファイヤースルーして、焼成銀として形成すると共に、裏面配線用電極も焼成銀として形成する。その結果、焼成銀化した上記の各電極と半導体基板２のシリコンとのオーミックコンタクトが得られる。

実際の太陽電池セルは、上記のようにして形成された半導体基板２の表面のバスバー電極３とフィンガー電極４、及び、半導体基板２の裏面の裏面配線用電極の上にハンダディップによってハンダ層を形成して完成する。

上記の太陽電池セル１では、上述したように、複数のバスバー電極３の長さ方向が、相互に直交する縦方向と横方向とに向いており、相異なる方向に向いているので、太陽電池セル１の製作工程における上記の６００〜７００℃程度で焼成する焼成工程において、バスバー電極３に起因する反りを各方向に分散させて１方向に対する反りが増大するのを抑制することができ、太陽電池セル１全体として反りを抑制することができる。

この反り抑制効果を確認するため、一辺が１５５．５ｍｍの正方形状をした厚さが２００μｍのシリコン半導体基板を２枚用いて、図３(ａ)に示すような太陽電池セル改良タイプ１１と、図３(ｂ)に示すような太陽電池セル従来タイプ２１とを製作し、比較実験を行なった。図３(ａ)に示す太陽電池セル改良タイプ１１は、図１に示す太陽電池セル１と同様に、半導体基板１２の表面に、直線状で細長い棒状の２本のバスバー電極１３の長さ方向を、半導体基板１２の上下辺と平行に横向きに配置すると共に、同じく直線状で細長い棒状の他の２本のバスバー電極１３の長さ方向を、半導体基板１２の左右辺と平行に縦向きに配置したもので、横向きに配置したバスバー電極１３と縦向きに配置したバスバー電極１３とは直行している。又、図３(ｂ)に示す太陽電池セル従来タイプ２１は、図６に示す太陽電池セル４１と同様に、半導体基板２２の表面に、直線状で細長い棒状の２本のバスバー電極２３の長さ方向を、半導体基板２２の左右辺と平行に縦向きに配置したものである。但し、反りの程度をよく分かるようにするため、図３(ａ)に示す太陽電池セル改良タイプ１１も、図３(ｂ)に示す太陽電池セル従来タイプ２１も、半導体基板の裏面に裏面配線用電極及び裏面集電電極を形成するのを省略している。図３(ａ)及び図３(ｂ)において、Ｄは反りを測定するに際して、各太陽電池セルを垂直に立てるために支持した部分であり、Ａ、Ｂ及びＣは、各太陽電池セルのＤにおける太陽電池セルの表面を、上方に延長した垂直面からの反り量を測定したポイントを示している。表１は、この比較実験の結果を示したものである。

表１から分かるように、太陽電池セル改良タイプ１１は、太陽電池セル従来タイプ２１と比べて、反り量が少なく、反りが抑制されていることが分かる。

尚、上記の太陽電池セル１では、裏面上にｐ型の半導体不純物を多量に含む層（ｐ＋層）が形成されている。このようにｐ＋層を設けたＢＳＦ（ＢａｃｋＳｕｒｆａｃｅＦｉｅｌｄ：裏面電界）構造では、裏面近傍にｐｐ＋層の障壁が形成され、ｐ型の基板内で生成された少数キャリアの内、裏面に向かうキャリアがこの障壁で反射される。その結果、ｐ型の基板内で生成された少数キャリアが裏面集電電極部分で再結合しなくなり、このため、ｐｎ接合部に到達するキャリアが増加して、光電流を増加させると共に、ｐｐ＋層間のエネルギー差が、太陽電池セル１の開放電圧の増大をもたらすので、高性能な太陽電池セル１を形成することができる。

＜実施の形態２＞
図４は、実施の形態２における太陽電池セル３１の平面図である。実施の形態２における太陽電池セル３１は、上記の実施の形態１において、太陽電池セル１の半導体基板２の表面に形成されるバスバー電極３の位置を変更したものである。これは、複数のバスバー電極の長さ方向が、半導体基板の表面上において相互に直交する方向に向くように、バスバー電極を形成する上述した実施の形態１における太陽電池セル１の一つの変形例と考えることができる。

即ち、実施の形態２における太陽電池セル３１は、相互に直交する方向に向いている上下辺と左右辺とを有する半導体基板３２において、バスバー電極３３を、この半導体基板の上下辺及び左右辺に沿って、表面の全周に渡って形成したものである。この太陽電池セル３１に用いられているシリコン半導体基板３２は、実施の形態１と同じく、一片が１５５．５ｍｍの正方形状で厚さが２００μｍである。又、フィンガー電極３４は、半導体基板３２の表面に、半導体基板３２の上下辺と平行に形成されている。又、この太陽電池セル３１のバスバー電極３３及びフィンガー電極３４の形成方法は、実施の形態１における太陽電池セル１と全く同じである。

この実施の形態２における太陽電池セル３１は、上述したように、バスバー電極３３が、上下辺及び左右辺に沿って、半導体基板３２の表面の全周に渡って形成されており、この半導体基板３２の上下辺の向き及び左右辺の向きは、相互に直交する方向である。従って、バスバー電極３３に起因する反りが各方向に分散され、１方向に対する反りの増大を抑制して、太陽電池セル３１全体として反りを抑制することができる。又、半導体基板３２の中央部分にバスバー電極３３が存在せず、半導体基板３２の表面の大部分を太陽光線の受光面として使用することができるので、半導体基板の中央部分にバスバー電極を配置する従来の太陽電池セルに比べて、効率のよい太陽電池セル３１を形成することができる。

図５は、実施の形態２における太陽電池セル３１を用いて構成した太陽電池モジュールを示したものであり、図５(ａ)は、この太陽電池モジュールの平面図、又、図５(ｂ)はこの太陽電池モジュールの側面図である。この太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セル３１を並べて、隣接する太陽電池セル３１の表面のバスバー電極３３と裏面の裏面配線用電極とを、インターコネクタ３５で接続したものである。尚、この場合、太陽電池セル３１の裏面の裏面配線用電極は、太陽電池セル３１における半導体基板３２の裏面の上下辺及び左右辺に沿って全周に渡って形成されている。そのため、インターコネクタ３５は、隣接する太陽電池セル３１の半導体基板３２同士が対面する端辺にそれぞれ形成されているバスバー電極３３と裏面配線用電極とを用いて接続することができるので、インターコネクタ３５の幅を太陽電池セル３１の一辺の長さと同じとすることができ、インターコネクタ３５の抵抗値を小さくすることができる。従って、太陽電池セル３１が発生する起電力の無駄な電圧降下を抑えることができる。

実施の形態２の太陽電池セル３１において、太陽電池セル３１の半導体基板３２の表面と同様に、バスバー電極３３を、半導体基板３２の裏面の上下辺及び左右辺に沿って、裏面の全周に渡って形成することができる。このようにすることにより、表面と裏面とにそれぞれ形成されるバスバー電極３３による反りを相互に相殺することができ、太陽電池セル３１全体として反りを抑制することができる。但し、この場合は、この太陽電池セル３１を用いて形成される上記の太陽電池モジュールにおいて、隣接する太陽電池セル３１のバスバー電極３３と裏面配線用電極とをインターコネクタ３５で接続する際に、半導体基板３２の裏面に形成されているバスバー電極３３とインターコネクタ３５とが接触しないように絶縁する必要がある。

実施の形態１における太陽電池セルの平面図である。実施の形態１における太陽電池セルの形成に用いられるスクリーンの平面図である。実施の形態１における比較実験に用いられる、(ａ)は太陽電池セル改良タイプの平面図、(ｂ)は太陽電池セル従来タイプの平面図である。実施の形態２における太陽電池セルの平面図である。実施の形態２における太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの、(ａ)は平面図、(ｂ)は側面図である。従来の太陽電池セルの、(ａ)は表面図、(ｂ)は裏面図、そして、(ｃ)は(ａ)におけるＸ−Ｘ断面図である。

符号の説明

１太陽電池セル
２半導体基板
３バスバー電極
４フィンガー電極
５スクリーン
１１太陽電池セル
１２半導体基板
１３バスバー電極
２１太陽電池セル
２２半導体基板
２３バスバー電極
３１太陽電池セル
３２半導体基板
３３バスバー電極
３４フィンガー電極
４１太陽電池セル
４２半導体基板
４３バスバー電極
４４フィンガー電極
４５裏面配線用電極
４６裏面集電電極

Claims

細長い形状のバスバー電極が複数、表面に形成されている太陽電池セルにおいて、
前記バスバー電極の長さ方向が、前記表面上における少なくとも２つの異なる方向のいずれかの方向を向くように、形成されていることを特徴とする太陽電池セル。
前記バスバー電極の長さ方向が、前記表面上で略直行する２方向のいずれかの方向を向いている請求項１記載の太陽電池セル。
前記バスバー電極の形状が直線状である請求項２記載の太陽電池セル。
前記表面が相互に異なる向きの縦辺と横辺とを有しており、
前記バスバー電極が、前記縦辺及び前記横辺に沿って、前記表面の全周に渡って形成されている請求項１記載の太陽電池セル。
前記表面の縦辺と横辺とは、相互に略直交する向きの直線状である請求項４記載の太陽電池セル。
裏面が相互に略直交する向きの縦辺と横辺とを有しており、
前記バスバー電極が、前記縦辺及び前記横辺に沿って、前記裏面の全周に渡って形成されている請求項５記載の太陽電池セル。