JP4185332B2

JP4185332B2 - 太陽電池セル及びそれを用いた太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP4185332B2
Application number: JP2002251784A
Authority: JP
Inventors: 徹布居
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2002-08-29
Filing date: 2002-08-29
Publication date: 2008-11-26
Anticipated expiration: 2022-08-29
Also published as: JP2004095674A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池セル及びそれを用いた太陽電池モジュールに関し、特に薄型化し得る電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、単結晶シリコンや多結晶シリコン基板を用いてｐｎ接合を有する太陽電池セル１００は、図９に示すように、ｐ型シリコン基板１０１に対し、受光面側に化学的に凹凸形状を加工した後、熱拡散法でｎ型層１０２を形成し、一方裏面側にはアルミニウム元素拡散などによりｐ＋高濃度層１０３を形成したものが公知である（例えば、特許文献１参照）。なお、ｎ型層１０２の表面には反射防止膜１０４の形成も行われる。受光面側の受光面電極１０５は、導電性ペーストの印刷方法により行われる。この際、受光面電極１０５の形状としては、細線部分（以下、グリッド電極１０５ａと称す）と太線部分（以下、メイングリッド電極１０５ｂと称す）を組合せたパターンを用いて、受光面のシリコン表面をできるだけ広くする工夫がされている。一方、裏面側電極１０６では、アルミニウムを主成分とする材料を略全面にわたり印刷、焼成することで形成する。このようにして作製した複数個の太陽電池セル１００から太陽電池モジュールを製作する際は、一の太陽電池セルの受光面側のメイングリッド電極と、隣接する他の太陽電池セルの裏面側電極とを、銅リボンなどの配線材をはんだで電気的に接続し、このようにセルを１０直列以上に結線した状態で、ガラス板片面側に透明樹脂を介して接着すると共に、防湿フィルムやモジュールの電極端子などが設けられる。
【０００３】
上記従来構造の太陽電池セル及びそれを用いた太陽電池モジュールは、近年の一層の低コスト製造指向から、シリコン基板自体の形状は例えば１５ｃｍ角と大きくなり、太陽光による発電時のセル当たりの電流も８Ａ（アンペア）程度の大電流を取出す状況にある。大電流を収集する幅２〜３ｍｍのメイングリッド上には、銅配線材を重ねることで電流損失を極力防ぐ工夫がされている。基板大面積化と同時に、シリコン材料削減の必要性から、シリコン基板の脆弱性にもかかわらず、基板厚さとしては０．３ｍｍ程度に薄型化されてきている。
【０００４】
また、シリコン基板を用いない集積タイプの太陽電池モジュールとして、メイングリッドに代えて、直列接続用部材を貼り付けるものがある（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−２２２９７３号公報
【特許文献２】
特開平１０−５１０１８号公報（第４頁、図１、図２）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前者（例えば、特許文献１）では、更なるコスト低減のために、セル厚さを更に薄くしようとすれば、モジュールを構成する工程を中心に、セル自体の破損率が急速に高まり、薄型基板導入による低コスト化には限界を来していた。
このセル割れの原因を調べた所、シリコン基板の受光面側の電極部分で、特に電流収集部分であるメイングリッド電極や外部への電流取出し個所に、熱膨張係数がシリコンと異なる金属を厚く形成する必要から生じており、更にはこの取出し部分にセル直列配線のための、銅リボン接続によってもシリコン基板への過大な機械応力を与えている。他方、裏面のほぼ全面に形成されている電極に関しては、粉末アルミニウムを主成分とするペースト材料が印刷、焼成されると、シリコンと合金化して電極層となっているが、シリコン全体に反りが生じる。これはシリコン基板に応力を生じさせていることの証左と言える。このような状態で、セルの直列結線やガラス板への貼付けなどのモジュール化の際に、更に機械応力が加わることからセル破損が生じている。
また、後者（例えば、特許文献２）では、高効率で薄型シリコン太陽電池のモジュール構成の適用には困難がある。
【０００７】
本発明の主要な目的の一つは、半導体基板の薄型大面積化による割れを大幅に低減し、より一層低コスト化を図り得る太陽電池セル及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かくして本発明によれば、光電変換機能を有する半導体基板と、この半導体基板の受光面側に設けられる受光面電極部と、半導体基板の裏面側に設けられる裏面電極部とを備えた太陽電池セルであって、少なくとも受光面電極部が、線状又は分岐線状の複数の受光面分離電極からなり、前記複数の受光面分離電極は、それぞれ分離して配置されると共に、電流を外部に取り出すための電極としてそれぞれ機能する太陽電池セルが提供される。
つまり、本発明の太陽電池セルは、その受光面側の受光面電極部が、複数に分離され、それによって、半導体基板に対し受光面電極部による機械応力を分散でき、半導体基板が薄くなっても機械的に耐えられるようにするものであり、具体的に言えば、従来の太陽電池セル（図９参照）における受光面側の電極のメイングリッド電極（太線電極部分）が省略又は分離縮小された電極構造に形成されているわけである。
【０００９】
ここで、本発明において、複数の半導体層が積層されてなる光電変換機能を有する半導体基板は、主としてシリコン基板を使用して公知技術により形成することができるが、シリコン基板以外にも、シリコンゲルマニウム基板、ガリウム砒素基板等の化合物半導体基板などの公知材料を使用することもできる。例えば、基本的な構造としては、光入射側からｎ、ｐ、あるいは光入射側からｐ、ｎでも可能である。更には、光入射側をｎでなく高濃度化したｎ+に、あるいは光入射側をｐでなく高濃度化したｐ+とすることもできる。これらの受光面側の半導体層（以下、受光面側接合層と称することがある）は従来から用いられる熱拡散法、イオンインプランテーション法により形成できる。また、受光面側接合層の表面には反射防止膜を形成してもよい。一方、光入射と反対側の裏面には、ＢＳＦ層や、裏面反射層（back surface reflector）を形成したり、表面再結合を防止するための酸化膜形成、窒化膜形成を行ってもよい。なお、反射防止膜や裏面反射膜としては、各種酸化膜などを用いることができる。
【００１０】
本発明において、受光面電極部の各受光面分離電極は、例えばＡｇ粉末を主成分とする導電性ペーストを印刷、焼成する印刷法や、Ａｇ及び／又はＡｌの蒸着法などにより形成することができる。また、受光面分離電極は、一定幅の直線として相互に平行に所定ピッチで形成された電極パターン形状を代表的に挙げることができるが、隣接する複数本（例えば２本又は３本）の受光面分離電極の電流取出し側端部を繋げて複数本で１組とし、全体として複数組の分岐線状の受光面分離電極を配置した電極パターンとすることもできる。更に、受光面分離電極を曲線とすること、受光面分離電極相互を平行に配置しないこと、受光面分離電極の線幅に変化をつけること、受光面分離電極の厚みに変化をつけること、受光面分離電極を基板に埋め込むこと等も細部設計により可能である。
【００１１】
また、本発明において、裏面側の裏面電極部は、（１）全面電極からなるもの、あるいは（２）受光面電極部と同じく、線状又は分岐線状の複数の裏面分離電極からなるものとすることができる。上記（１）の場合、粉末アルミニウムを主成分とするペースト材料をシリコン基板の裏面全面に印刷、焼成することにより全面電極を形成することができる。上記（２）の場合は、受光面電極部と同じく印刷法、蒸着法により各裏面分離電極を形成することができる。なお、１枚の太陽電池セルにおいて、裏面電極部の電極パターンは、表面電極部の電極パターンと同じでもよく、あるいは異なるものであってもよい。
【００１２】
本発明によれば、受光面となる片方表面の電極（受光面電極部）を分離形成することによって、太陽電池セル同士を電気的に直列に接続して太陽電池モジュールを製作する過程において、一の太陽電池セルの受光面電極部の各受光面分離電極と、隣接する他の太陽電池セルの裏面電極部とを電気的に接続する際の受光面側の応力集中を回避することができ、太陽電池セルの割れを低減することができる。なお、裏面電極部が上記（１）の全面電極であると裏面電界（buck surface field）効果、つまり裏面電極部側の高濃度化した半導体層（例えばｐ+部分）によりセル内部に電解を作ることで発生キャリアの収集効果を改善して、高いセル光電変換効率も得られる。また、上記（２）のように、受光面電極部と同様に裏面電極部も複数の分岐線状の裏面分離電極から構成することによって、受光面側では応力集中回避など同様の効果を奏した上で、表裏電極に起因する半導体基板への機械応力を大幅に低減することができ、それによって１００μｍ以下の薄い半導体基板で大面積（例えば１５０×１５０ｍｍ）の太陽電池セルを製作することが可能となる。
【００１３】
本発明において、受光面電極部の各受光面分離電極のピッチあるいは裏面電極部の各裏面分離電極のピッチは、０．５〜５ｍｍに設定されるのがよく、好ましくは上記ピッチが１〜３ｍｍである。このように構成すれば、１００μｍ以下の薄い大面積基板を用いながら、セル光電変換効率の高い高性能な太陽電池セルを製作することが技術的に容易となる。特に、ピッチを１〜３ｍｍとすると光電変換効率が著しく高い太陽電池セルを得ることができる。なお、各受光面分離電極および各裏面分離電極のピッチが０．５ｍｍ未満であると、電極面積が広くなって光入射面積が減少するため、光電変換効率が激減する。また、各受光面分離電極および各裏面分離電極のピッチが５ｍｍを超えると、受光面側接合層内を電流が移動して電極に到達する際、抵抗成分が大きくなり過ぎ、セル内部の抵抗発熱で消耗され、光電変換効率が急激に低下する。
【００１４】
本発明において、受光面電極部の各受光面分離電極が相互に平行に所定ピッチで形成され、かつ裏面電極部の各裏面分離電極が相互に平行に所定ピッチで形成された場合、各受光面分離電極のピッチと各裏面分離電極のピッチとの比率が、１：３〜３：１に設定されるのがよく、好ましくはその比率が略同一である。このように構成することによって、太陽電池モジュールの製作の際に、セル当たりの接続本数（接続用金属線の本数）を抑えながら、各セルにおける受光面電極部及び裏面電極部の各分離電極の負担電流調整が可能であり、高い光電変換効率を得ることができる。特に、上記比率を略同一（略１：１）とすることにより、高い光電変換効率に加え、モジュール内を直列接続構成する際に、隣り合うセル間の電気的接続を応力緩和可能な形状、曲率を持たせながら最短距離で、かつ各受光面分離電極と各裏面分離電極とをそれぞれ１対１で結線（配線）することができるので、結線作業が容易であり、かつ受光面結線故障率も著しく低下する。なお、受光面分離電極ピッチに対して裏面分離電極ピッチが３倍を超えると、受光面分離電極数の増加に伴う電気的接続個所の増加によって受光面結線故障率が急激に増加する。逆に裏面分離電極ピッチに対して受光面分離電極ピッチが３倍を超えると、満足のいく光電変換効率が得られない。
【００１５】
また、本発明における太陽電池セルは、半導体基板の受光面側のシート抵抗値が８０〜２５０Ω／□で、かつ受光面電極部の各分離電極のピッチが１〜２ｍｍに設定されたものとしてもよい。このように構成することによって、高い短絡電流密度を得ることができる。特に、上記シート抵抗値が１５０〜２００Ω／□で、かつ受光面電極部の各受光面分離電極のピッチが１〜１．５ｍｍに設定すれば、著しく高い短絡電流密度を得ることができて好ましい。なお、上記シート抵抗値が８０〜２５０Ω／□の範囲を逸脱しても、上記ピッチが１〜２ｍｍの範囲を逸脱しても、満足のいく高い短絡電流密度を得ることができない。
【００１６】
本発明は、別の観点によれば、上述した構成の太陽電池セルの複数個を電気的に直列に接続してなり、その接続が、一の太陽電池セルの受光面電極部の各受光面分離電極と、隣接する他の太陽電池セルの裏面電極部との間でなされてなる太陽電池モジュールが提供される。このモジュール化に際しては、セルの直列結線時やガラス板への貼付け時に加わる機械的応力を回避し、セル割れが低減される。
更に、受光面電極部と同様に、裏面電極部も線状又は分岐線状の複数の裏面分離電極から構成し、隣接する太陽電池セル同士の受光面電極部の各受光面分離電極と、裏面電極部の各裏面分離電極とを電気的に接続することで、セル割れがより一層低減し、１００μｍ以下の薄い半導体基板で大面積（例えば１５０×１５０ｍｍ）の太陽電池セルを低コストにて得ることができる。
【００１７】
また、本発明の太陽電池モジュールにおいては、受光面電極部側の電気的接続個所が、５〜１０００個所に設定されたものとするのがよく、好ましくは上記電気的接続個所が１０〜５０個所である。このように構成することによって、例えばセル１個につき１００個所の電気的接続個所を有する場合では、１個所当たりの取り出し電流値は（図９で説明した）従来の８Ａから８０ｍＡとなり、接続点の最大高さは従来の０．９ｍｍから０．１５ｍｍ以下まで削減でき、接続用の配線の最大幅は従来の２．５ｍｍから０．１ｍｍ以下まで削減できる。これによって、電流取り出し部分付近の半導体基板へ集中する応力を１／１０００以下程度にまで低減することが可能となり、モジュール化でのセル割れを確実に低減することができる。特に、上記電気的接続個所を１０〜５０個所とすることにより、セル割れを低減した上で、結線時間の短縮化を図ることができる。なお、上記接続個所が５個所未満であると、電極盛上がり厚さが大きくなって従来と同等の基板厚さにしかならず、接続個所が１０００個所を超えると、１個所当たりの結線速度が１００ｍｓ（ミリ秒）としてもセル１個当たりに１分以上の時間を要し、コスト面からはメリットはなくなる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳説する。なお、本発明は実施の形態に限定されるものではない。
【００１９】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る太陽電池セルの斜視図であり、図２は同実施の形態における太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの概略構成図であり、図３は同実施の形態における太陽電池モジュールの要部拡大断面図であり、図４は同実施の形態における太陽電池モジュールの要部拡大断面図であって、隣接する太陽電池セル同士を銅線にて電気的に接続した状態を示している。
【００２０】
この実施の形態１の太陽電池セル１０は、光電変換機能を有する半導体基板１１と、この半導体基板１１の受光面側に設けられる受光面電極部１２と、半導体基板１１の裏面側に設けられる裏面電極部１３と、半導体基板１１の受光面に形成された反射防止膜１４とを備えている。
【００２１】
矩形板状の半導体基板１１は、ｐ型シリコン基板１１ａの受光面側にｎ+拡散層１１ｂを有すると共に、ｐ型シリコン基板１１ａの裏面側にｐ+層１１ｃを有している。
受光面電極部１２は、複数本（この場合１０本）に分離した線状の受光面分離電極１２ａからなり、各受光面分離電極１２ａは相互に平行に等ピッチＰ_12aで配置されている。
裏面電極部１３は、受光面電極部１２と同様に、複数本（この場合１０本）に分離した線状の裏面分離電極１３ａからなり、各裏面分離電極１３ａは相互に平行に等ピッチＰ_13aで配置されている。
この実施の形態１では、受光面電極部１２の各受光面分離電極１２ａ及び裏面電極部１３の各裏面分離電極１３ａが、同一方向にかつ同一ピッチＰ_12a＝Ｐ_13a（例えば２ｍｍ）で形成された場合を例示している。
【００２２】
図２はこの太陽電池セル１０を８個用いて製作した太陽電池モジュールＭを示し、この場合、４個の太陽電池セル１０を直列結線したセル列１５を２組並列させている。各セル列１５、１５は一端側が導電部材８にて電気的に接続され、導電部材８とは反対側の他端側において、一方のセル列１５は負極端子６が、他方のセル列１５は正極端子７がそれぞれ電気的に接続されている。
【００２３】
図３と図４に示すように、モジュール化に際しては、一の太陽電池セル１０の受光面電極部１２の各受光面分離電極１２ａの端部と、隣接する他の太陽電池セル１０の裏面電極部１３の各裏面分離電極１３ａの端部に、銅線１がはんだ付けされ、各セル１０が電気的に直列に接続されている。つまり、受光面分離電極１２ａと裏面分離電極１３ａとが１対１で相互に接続している。したがって、この実施の形態１では、受光面電極部１２側の電気的接続個所Ｓは１０個所であり、裏面電極部１３側の電気的接続個所Ｓも同じく１０個所である。このセル列１５、１５が、強化ガラス２と防湿フィルム５との間にＥＶＡシート３、４を介して設置されることにより、太陽電池モジュールＭが製作される。なお、太陽電池セル及び太陽電池モジュールの製造工程については後述の実施例で詳述する。
【００２４】
本発明の実施の形態１によれば、受光面電極部及び裏面電極部を複数に分離し、それによって、半導体基板に対し受光面電極部による機械応力を分散できる電極構造としているので、半導体基板が薄くなってもモジュール化でのセル割れが大幅に低減し、１００μｍ以下の薄い半導体基板で大面積（例えば１５０×１５０ｍｍ）の太陽電池セルを得ることができる。また、受光面電極部の各受光面分離電極のピッチと裏面電極部の各裏面分離電極のピッチとの比率を１：１とすることにより、高い光電変換効率が得られると共に、モジュール内を直列接続構成する際に、隣り合うセル間の電気的接続を応力緩和可能な形状、曲率を持たせながら最短距離で、かつ各受光面分離電極と各裏面分離電極とをそれぞれ１対１で結線することができ、結線作業が容易であり、かつ受光面結線故障率も著しく低下する。
【００２５】
［実施の形態２］
図５に示すように、本発明の実施の形態２は、太陽電池セル２０の受光面電極部２２の各受光面分離電極２２ａのピッチＰ_22aと、裏面電極部２３の各裏面分離電極２３ａのピッチＰ_23aとの比率を、３：１に変更したものである。この場合、受光面分離電極２２ａの本数は５本で、裏面分離電極２３ａの本数は１５本である。その他の構成は実施の形態１と同様である。そして、モジュール化の際には、一の太陽電池セル２０の受光面分離電極２２ａ１本に、隣接する他の太陽電池セル２０の３本の裏面分離電極２３ａを、３本の銅線１にて結線している。したがって、この場合、受光面電極部２２側の電気的接続個所Ｓは５個所であり、裏面電極部２３側の電気的接続個所Ｓは１５個所である。なお、図５において、右側の太陽電池セル２０の受光面電極部は図示省略している。
【００２６】
本発明の実施の形態２によれば、受光面分離電極ピッチＰ_22aと裏面分離電極ピッチＰ_23aとの比率を３：１とすることにより、受光面電極部２２の１本の受光面分離電極２２ａから裏面電極部２３の３本の裏面分離電極２３ａに結線することができ、このようにセル当たりの受光面電極部２２側の電気的接続個所を抑えながら、各セルにおいて、表面電極部２２と裏面電極部２３での各分離電極２２ａ、２３ａの負担電流調整を行うことができ、それによって最大限の光電変換効率を得ることができる。
【００２７】
［実施の形態３］
図６に示すように、本発明の実施の形態３は、太陽電池セル３０の受光面電極部３２は、線状の受光面分離電極３２ａが所定ピッチで平行に１８本設けられたものであって、線状の受光面分離電極３２ａが３本１組となって１つの分岐線状の受光面分離電極が形成されている。つまり、この太陽電池セル３０は、モジュール化における電気的接続個所を隣接する３本の受光面分離電極３２ａで共通化するものであり、そのために外側２本の受光面分離電極３２ａの電流取出し側の端部が湾曲して真ん中の受光面分離電極３２ａの端部に一体的に繋がっている。この場合、３本１組の受光面分離電極３２ａが６組設けられているので、受光面電極部３２における電気的接続個所は６個所となる。なお、図示省略するが、裏面電極部は受光面電極部と同じ電極パターンでも、異なる電極パターンでもよく、あるいは全面電極でもよい。
【００２８】
本発明の実施の形態３によれば、受光面電極部３２の隣接する複数本の受光面分離電極３２ａの電流取出し側端部を予め一体的に接続した電極パターンとすることで、セル当たりの受光面電極部３２側の電気的接続個所を少なく抑えることができ、実施の形態１に比して結線本数を低減することができる。
【００２９】
［実施の形態４］
図７に示すように、本発明の実施の形態４は、太陽電池セル４０の受光面電極部４２の受光面分離電極４２ａが所定ピッチで平行に２０本設けられたものであって、受光面分離電極４２ａが４本１組となって１つの分岐線状の受光面分離電極が形成されている。つまり、モジュール化における電気的接続個所が、隣接する４本の受光面分離電極４２ａで共通化されており、そのために隣接する一対の受光面分離電極４２ａの端部が相互に湾曲して繋がり、さらに２本１組となった二対の受光面分離電極４２ａが湾曲した電極接続部４２ｂによって繋がっている。この場合、４本１組の受光面分離電極４２ａが５組設けられているので、受光面電極部４２における電気的接続個所は５個所となる。なお、図示省略するが、裏面電極部は受光面電極部と同じ電極パターンでも、異なる電極パターンでもよく、あるいは全面電極でもよい。
この実施の形態４によれば、上記実施の形態３と同様の効果を奏する。
【００３０】
［他の実施の形態］
上記実施の形態では、太陽電池セルの受光面電極部と裏面電極部の各分離電極が、一定幅の直線状でかつ平行に形成された電極パターンであったが、これら以外にも、図８（ａ）に示すように分離電極５２ａを波線状とした電極パターンや、同図（ｂ）のように分離電極６２ａを平行に配置しない電極パターンとしてもよい。また、同図（ｃ）に示すように、曲げピッチの異なる略Ｕ字状の分離電極７２ａを組み合わせた電極パターンとしたり、同図（ｄ）（ｅ）のように分離電極８２ａ、９２ａを平行な線、その平行な線に直角な線、斜めの線を組み合わせた電極パターンとしてもよい。この図８（ａ）〜（ｅ）では受光面電極部のみを示したが、裏面電極部も受光面電極部と同じ電極パターンでも、異なる電極パターンでもよく、あるいは全面電極でもよい。なお、図８（ｃ）（ｄ）（ｅ）の電極パターンでは、右側の端部が受光面電極部の電気的接続個所となる。また、図示省略するが、分離電極の線幅に変化をつけたり、厚みに変化をつけたり、線の途中に突起を設けたり、あるいは、分離電極を基板に埋め込むようにしてもよい。
本発明によれば、図８（ａ）〜（ｅ）に示した実施の形態のように、各分離電極の形状、線幅、厚さ、配置、電極パターン形状等において設計自由度が広いという利点がある。
【００３１】
［実施例１］
図１〜図４で説明した上記実施の形態１のセル構造の太陽電池セル１０及びこの太陽電池セル１０を用いた太陽電池モジュールＭを、下記の製造手順により製作した。
【００３２】
先ず、外形１８×８ｃｍ、厚さ０．２４ｍｍ、比抵抗２Ω／□のｐ型シリコン基板１１ａを、容積比１：３のフッ酸（５０％）・硝酸混合溶液中で、スライス時の破砕表面層除去を１分間行う。次に、その片面にＢＳＧフィルムをスピンコートして後、９００℃の熱処理炉中３０分間でＰ＋層１１ｃ形成のボロン拡散を行う。Ｐ＋層１１ｃのシート抵抗値は３７Ω／□で接合深さは０．４μｍであった。この面に耐酸テープを貼り、上記フッ酸硝酸溶液中で他面のＰ＋層を除去する。テープを有機溶剤で除去、清浄化した後、Ｐ＋層１１ｃ表面に半導体用ＳｉＯ₂コート剤を塗布乾燥する。５００℃の加熱で緻密化処理後、ＰＯＣｌ₃を含む雰囲気の８６０℃の電気炉中で２５分間のりん拡散を行う。ＨＦ系溶液中でＰＳＧ（りんガラス）層などを除去して、接合深さ約０．３μｍ、表面濃度１０¹⁹ｃｍ^-2以上の受光面側ｎ＋拡散層１１ｂを得た。このｎ＋拡散層１１ｂのシート抵抗値は１２０Ω／□であった。次に、このｎ＋拡散層１１ｂ表面にプラズマＣＶＤ装置を用いてＳｉ₃Ｎ₄を反射防止膜１４として形成した。厚みは約８００Åである。なおガス種としてシラン及びアンモニアを用いた。次の電極形成では、最初に裏面にＡｇ粉末とＡｌ粉末を含むペーストを印刷、乾燥した。近赤外線炉中で焼成することによって裏面電極１３ａを形成した。次いで、受光面側電極形成として、ｎ+拡散層１１ｂ上のＳｉ₃Ｎ₄反射防止膜１４の上から、電極ピッチ１．５ｍｍのパターンでスクリーン印刷した。受光面側の電極材料としては、太陽電池用のＡｇを主成分とするペースト材料を用いた。近赤外線炉を利用しながら約６５０℃の温度で焼成することによって受光面電極部１２の各分離電極１２ａを形成して発明の太陽電池セル１０を完成した。なお、この実施例１では、受光面電極部１２の分離電極１２ａの本数及び裏面電極部１３の分離電極１３ａの本数は、それぞれ５２本とした。
【００３３】
照射強度１００ｍＷ／ｃｍ²の疑似太陽光下で、製作した太陽電池セル１０の電流電圧特性を測定したところ、短絡電流密度は３４．７ｍＡ／ｃｍ²、開放電圧は０．６Ｖ、曲線因子は０．７２、セル光電変換効率は１５．０％であった。この際、疑似太陽光源としてはキセノンランプとフィルターを用いた。また、照射強度の測定には校正されたサーモパイルを用いた。また、短絡電流密度の測定にはデジタル可変電圧電源を用いて、疑似太陽光下で、太陽電池を動作させて計測した。また、セル光電変換効率は、セル面積に対する入射エネルギーに対する変換エネルギーの比率を算出することで得られた。
【００３４】
次に、図２に示すように、このように作製した太陽電池セル１０を８枚を並べた状態で、図４に示すように、受光面の受光面分離電極１２ａの各端部に対し、それぞれ直径８０μｍ長さ１０ｍｍの銅線１をはんだ付けした。更に、銅線１の他の端部を隣の太陽電池セル１０裏面の裏面分離電極１３ａにそれぞれはんだ付けした。隣り合うセル間では、銅線１の結線は５２個所で行った。次に、ラミネーター装置内で、強化ガラス２、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）シート３、複数枚の太陽電池セル１０が直列結線されたセル列１５、ＥＶＡシート４、防湿フィルム５の順に載置した後、空気を排気、加熱、封着の手順で、太陽電池モジュールＭを完成した。この太陽電池モジュールＭには負極端子６、正極端子７が取付けられている。なお、２列に並んだセル列１５、１５は導電部材８を介して電気的に直列接続されている。
【００３５】
また、下記のような比較例１、２、３を製作した。
［比較例１］
比較例１は、基板厚さを０．２４ｍｍから０．３５ｍｍに変更してセル化を行った。その他条件は全て実施例１と同一とした。比較例１は、セル光電変換効率として１５．２％を得た。その後、この太陽電池セルにてモジュール化を行った。
［比較例２］
比較例２は、従来セル構造（図９参照）を基板厚さ０．２４ｍｍの１２×１２ｃｍ角多結晶シリコン基板に適用してセル及びモジュールを試作した。従来構造とは、受光面電極が、図９に示すような、グリッド電極とメイングリッド電極から構成され、裏面電極はアルミニウムペーストを裏面側に印刷焼成したものである。その他の条件は実施例１と同じである。比較例２は、セル光電変換効率が１３．８％であった。その後、この太陽電池セルにてモジュール化を行った。
［比較例３］
比較例３は、基板厚さを０．２４ｍｍから０．３５ｍｍに変更してセル化を行った。その他条件は全て比較例２と同一とした。比較例３は、セル光電変換効率として１４．１％を得た。その後、この太陽電池セルにてモジュール化を行った。
なお、比較例１〜３は、実施例１の場合と同一条件でセル光電変換効率の測定が行われた。
【００３６】
上記実施例１、比較例１、比較例２、比較例３の良品率及びモジュールの良品率を求め、それらの状況を表１にまとめた。
【００３７】
【表１】

【００３８】
表１において、セル化後の良品率とは、同一条件で１００セルを作製した時の歩留まりである。セル化後の良品率については、実施例１及び比較例１〜３での特段の有為差はない。これら良品セルを用いて、実施例１及び比較例１〜３についてそれぞれ１０台の太陽電池モジュールを作製した後、各モジュール全体に照射強度１００ｍＷ／ｃｍ²で疑似太陽光を照射した状態で負極端子、正極端子（図２参照）を用いてモジュールの発電効率を測定した。表１において、モジュールの良品率とは、モジュールに封入したセルの特性に対応したモジュール特性が得られた率である。
【００３９】
実施例１と比較例１は、本発明のセル構造を用いた。また、比較例２と比較例３は従来セル構造を用いた。基板厚さについては、実施例１と比較例２では薄い基板、比較例１と比較例３では厚い基板でセル化されている。セル化後の良品率については、概ね９０％以上が得られたものの、直列結線して、モジュール化された時の良品率は２０〜１００％と明確な差のあることが明らかになった。つまり、従来セル構造で薄型基板を用いて従来法結線（セル当たり２個所の幅２ｍｍの銅結線）の時には、モジュール化により殆どのセルが破損したと言える（比較例２）。しかし実施例１（本発明）のセル構造を薄型基板にしても、モジュール歩留まりは９０％と高く、比較例３の従来セル、モジュールにほぼ近い値となった。
【００４０】
次に、実施の形態１のセル構造の太陽電池セルであって、その受光面電極部における電気的接続個所の数が異なるものを製作し、各太陽電池セルについての電極盛上がり厚さを測定し、その結果を表２に示した。なお、この電極盛上がり厚さとは、図４に示すように、シリコン基板（半導体基板１１）の表面から分離電極の接続上部までの厚さＴである。
【００４１】
【表２】

【００４２】
表２より、接続個所が５個所以上であれば電極盛上がり厚さが４９０μｍ以下に減少していることが分かる。なお、接続個所が４個所では電極盛上がり厚さが従来と同じ程度で、基板厚さは低減できず従来と同等の基板厚さにしかならず、他方、接続個所が１０００個所を越えると盛上がり厚さを減少できるが、結線に要する時間が膨大になることから製造効率が低下しメリットがない。
【００４３】
次に、実施の形態１のセル構造の太陽電池セル、すなわち受光面電極部の各受光面分離電極のピッチと裏面電極部の各裏面分離電極のピッチとが１：１であり、かつその受光面側接合層（ｎ+層）のシート抵抗率が１００Ω／□であって、上記ピッチが異なる複数の太陽電池セルを製作し、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ²で疑似太陽光を照射した状態で各太陽電池セルについてセル光電変換効率を測定し、その結果を表３に示した。なお、シート抵抗値の測定は、一般の半導体分野で用いられる４探針測定器を用いて行った。
【００４４】
【表３】

【００４５】
表３より、受光面電極部の各受光面分離電極のピッチが２ｍｍのときでセル光電変換効率が２０％と最も高く、次いでピッチ１ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍ、０．５ｍｍ、５ｍｍの順で光電変換効率が１８〜１４％と高い値を示すことが分かる。なお、ピッチが０．５ｍｍ未満では、受光面電極部の総面積が大きくなり過ぎてその分光入射面積が減少し、セル光電変換効率が激減し、ピッチが５ｍｍを越えると、受光面側接合層内を電流が移動して電極に到達する際、抵抗成分が大きくなり過ぎ、セル内部の抵抗発熱で消耗され、光電変換効率が激減する。
【００４６】
次に、実施の形態１の電極パターンの太陽電池セルであって、受光面電極部の各受光面分離電極のピッチに対する裏面電極部の各裏面分離電極のピッチの比率が異なる複数の太陽電池セルを製作し、各太陽電池セルについて受光面結線故障率を測定すると共に、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ²で疑似太陽光を照射した状態でセル光電変換効率を測定し、その結果を表４に示した。
【００４７】
【表４】

【００４８】
表４より、上記比率が１：１の場合に受光面結線故障率が０．２％と最も低く、かつセル光電変換効率も１５％と高く、比率１：１を中心に比率１：３〜３：１の範囲では受光面結線故障率が０．２〜１．４％と低く、かつセル光電変換効率が１５〜１３％と高いことが分かる。なお、比率１：３〜３：１の範囲外において、受光面分離電極ピッチに対する裏面分離電極ピッチが大きいと、受光面電極部の受光面分離電極数の増加に伴う電気的接続個所の増加により受光面結線故障率が激増し、受光面分離電極ピッチに対する裏面分離電極ピッチが小さいと、セル光電変換効率が低下して満足のいく数値が得られない。
【００４９】
次に、実施の形態１の電極パターンの太陽電池セルであって、受光面接合層のシート抵抗値が異なり、かつ受光面電極部の各受光面分離電極のピッチが異なる複数の太陽電池セルを製作し、照射強度１００ｍＷ／ｃｍ²で疑似太陽光を照射した状態で各太陽電池セルについて短絡電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）を測定し、その結果を表５に示した。
【００５０】
【表５】

【００５１】
表５より、上記シート抵抗値が２００Ω／□で、かつ受光面分離電極ピッチが１ｍｍの場合に短絡電流密度が３７ｍＡ／ｃｍ²と最も高く、シート抵抗値が８０〜２５０Ω／□で、かつ受光面分離電極ピッチが１〜２ｍｍの範囲では短絡電流密度が３７〜３２ｍＡ／ｃｍ²と高いことが分かる。なお、シート抵抗値が８０〜２５０Ω／□の範囲を逸脱しても、受光面分離電極ピッチが１〜２ｍｍの範囲を逸脱しても、短絡電流密度が低下して満足のいく数値を得ることができない。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によれば、受光面となる片方表面の電極（受光面電極部）を分離形成することによって、太陽電池セル同士を電気的に直列に接続して太陽電池モジュールを製作する過程において、一の太陽電池セルの受光面電極部の各受光面分離電極と、隣接する他の太陽電池セルの裏面電極部（全面電極）とを電気的に接続する際の受光面側の応力集中を回避することができ、太陽電池セルの割れを低減することができると共に、裏面電極部の全面電極による裏面電界（buck surface field）効果も得ることができ、高いセル光電変換効率が得られる。
さらに、受光面電極部と同様に、裏面電極部も複数本の裏面分離電極から構成することによって、受光面側では応力集中回避など同様の効果を奏した上で、表裏電極に起因する半導体基板への機械応力を大幅に低減することができ、それによって１００μｍ以下の薄い半導体基板で大面積の太陽電池セルを製作することが可能となる。
したがって、本発明によれば、半導体基板の薄型大面積化による割れを大幅に低減し、より一層低コスト化を図り得る太陽電池セル及びそれを用いた太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る太陽電池セルの斜視図である。
【図２】同実施の形態における太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールの概略構成図である。
【図３】同実施の形態における太陽電池モジュールの要部拡大断面図である。
【図４】同実施の形態における太陽電池モジュールの要部拡大断面図であって、隣接する太陽電池セル同士を銅線にて電気的に接続した状態を示す。
【図５】本発明の実施の形態２に係る太陽電池セルの電極パターン及びセル同士の結線状態を示す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態３に係る太陽電池セルの平面図である。
【図７】本発明の実施の形態４に係る太陽電池セルの平面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態に係る太陽電池セルの平面図である。
【図９】従来の太陽電池セルの斜視図である。
【符号の説明】
１１半導体基板
１２、２２、３２、４２受光面電極部
１３、２３裏面電極部
１０、２０、３０、４０太陽電池セル
１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ受光面分離電極
１３ａ、２３ａ裏面分離電極
Ｐ_12a、Ｐ_22a 所定ピッチ
Ｐ_13a、Ｐ_23a 所定ピッチ
１１ｂ受光面側半導体層
Ｓ電気的接続個所

Claims

光電変換機能を有する半導体基板と、この半導体基板の受光面側に設けられる受光面電極部と、半導体基板の裏面側に設けられる裏面電極部とを備えた太陽電池セルであって、少なくとも受光面電極部が、線状又は分岐線状の複数の受光面分離電極からなり、
前記複数の受光面分離電極は、それぞれ分離して配置されると共に、電流を外部に取り出すための電極としてそれぞれ機能することを特徴とする太陽電池セル。
裏面電極部が、線状又は分岐線状の複数の裏面分離電極からなり、
前記複数の裏面分離電極は、それぞれ分離して配置されると共に、電流を外部に取り出すための電極としてそれぞれ機能する請求項１に記載の太陽電池セル。
各受光面分離電極が、相互に平行に所定ピッチで配置された請求項１又は２に記載の太陽電池セル。
各裏面分離電極が、相互に平行に所定ピッチで配置された請求項２又は３に記載の太陽電池セル。
各受光面分離電極および各裏面分離電極のピッチが、０．５〜５ｍｍに設定された請求項３又は４に記載の太陽電池セル。
各受光面分離電極のピッチと各裏面分離電極のピッチとの比率が、１：３〜３：１に設定された請求項４又は５に記載の太陽電池セル。
各受光面分離電極のピッチと各裏面分離電極のピッチとの比率が略同一である請求項６に記載の太陽電池セル。
半導体基板の受光面側のシート抵抗値が８０〜２５０Ω／□で、かつ各受光面分離電極のピッチが１〜２ｍｍに設定された請求項３〜７の何れか一つに記載の太陽電池セル。
請求項１に記載の太陽電池セルの複数個を電気的に直列に接続してなり、その接続が、一の太陽電池セルの受光面電極部の各受光面分離電極と、隣接する他の太陽電池セルの裏面電極部との間でなされてなることを特徴とする太陽電池モジュール。
裏面電極部が、受光面電極部の各受光面分離電極と電気的に接続する、線状又は分岐線状の複数の裏面分離電極からなる請求項９に記載の太陽電池モジュール。
受光面電極部側の電気的接続個所が、５〜１０００個所に設定された請求項９又は１０に記載の太陽電池モジュール。