JP2007207989A

JP2007207989A - 太陽電池セル

Info

Publication number: JP2007207989A
Application number: JP2006024786A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Ohira; 圭祐大平
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2006-02-01
Filing date: 2006-02-01
Publication date: 2007-08-16

Abstract

【課題】表面電極および裏面電極の形成に起因して生じる太陽電池セルの反りを防止でき、さらに複数の太陽電池セルをインターコネクタで接続する際に生じ得るセル割れを防止するうえでも有効な構造を有する太陽電池セルを提供すること。
【解決手段】太陽電池セルは、ＰＮ接合層を有する半導体基板と、半導体基板の受光面側の周縁領域に形成された表面電極と、半導体基板の裏面側の周縁領域に形成された裏面電極とを備え、表面電極と裏面電極は半導体基板を介して互いに対称となる位置に形成されてなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、太陽電池セルに関し、詳しくは製造工程で生じ得るセル割れを防止するうえで有効な太陽電池セルの構造に関する。

この発明に関連する従来技術としては、次の（１）〜（３）のような技術が知られている。
（１）太陽電池セルにアクリル樹脂板等の保護板を貼り付け、太陽電池モジュール組立工程中に生ずるセル割れを防止する（例えば、特許文献１参照）。
（２）太陽電池セルの裏面、表面または側面のいずれかの領域に補強材または緩衝材を付与し、太陽電池モジュールの組立工程中に生ずるセル割れを防止する（例えば、特許文献２参照）。
（３）太陽電池セルの裏面電極上に導電性の金属箔を貼り付け、該金属箔を補強材として作用させると共に、仮に太陽電池セルに割れが発生しても該金属箔により裏面電極の電流的機能を補う（例えば、特許文献３参照）。
特開昭６１−１０８１７８号公報特開２００３−６９０５５号公報特開２００４−１２７９８７号公報

近年、材料コスト削減の観点から薄い半導体基板を使用することにより、太陽電池セルの薄型化を図ることが進められている。
しかし、薄い半導体基板はその機械的強度が弱く、表面電極や裏面電極を形成した際に、表面電極および裏面電極と半導体基板との熱膨張係数の違いや、半導体基板に対する表面電極と裏面電極の形成面積の違いから反りが生じ易い。
また、反りの生じた太陽電池セルをインターコネクタで接続すると、太陽電池セルに無理な応力を加えることとなり、セル割れの起点となり易いセルエッジ部分や熱応力が加わるインターコネクタ接続部において割れが多発する。

この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、表面電極および裏面電極の形成に起因して生じる太陽電池セルの反りを防止でき、さらに複数の太陽電池セルをインターコネクタで接続する際に生じ得るセル割れを防止するうえでも有効な構造を有する太陽電池セルを提供するものである。

この発明は、ＰＮ接合層を有する半導体基板と、半導体基板の受光面側の周縁領域に形成された表面電極と、半導体基板の裏面側の周縁領域に形成された裏面電極とを備え、表面電極と裏面電極は半導体基板を介して互いに対称となる位置に形成されてなる太陽電池セルを提供するものである。

この発明によれば、表面電極と裏面電極が半導体基板の受光面側と裏面側の周縁領域にそれぞれ形成され、かつ、それらは半導体基板を介して互いに対称となる位置に形成されるので、表面電極および裏面電極の形成時に、表面電極および裏面電極から半導体基板に加えられる熱応力は半導体基板の表裏でほぼ均衡することとなり、表面電極および裏面電極の形成に起因して生じ得る太陽電池セルの反りが防止される。
また、表面電極と裏面電極が半導体基板の受光面側と裏面側の周縁領域に形成されるので、セル割れの起点となり易い太陽電池セルの周縁部が補強され、インターコネクタは太陽電池セルの周縁部を補強する表面電極と裏面電極に接続されることとなるので、複数の太陽電池セルをインターコネクタで接続する際に生じ得るセル割れも防止される。
さらに、セル割れの起点となり易い太陽電池セルの周縁部が、太陽電池セルを構成するうえで機能上の必須部材である表面電極および裏面電極によって補強されるため、別途、補強部材などを用いて補強する必要がなくなり、製造コストの削減を図ることもできる。

この発明による太陽電池セルは、ＰＮ接合層を有する半導体基板と、半導体基板の受光面側の周縁領域に形成された表面電極と、半導体基板の裏面側の周縁領域に形成された裏面電極とを備え、表面電極と裏面電極は半導体基板を介して互いに対称となる位置に形成されてなることを特徴とする。

この発明による太陽電池セルにおいて、半導体基板としては、例えば、ｐ型またはｎ型のシリコン基板に、ｎ型またはｐ型の不純物が拡散されてｐｎ接合層が形成されたものを用いることができる。この場合、シリコン基板の厚さは特に限定されるものではないが、材料コスト削減の観点からすれば、１００〜３００μｍ程度が好ましい。
表面電極および裏面電極は、インターコネクタが接続される接続電極として機能するものであり、その材料としては、例えば、銀、金、アルミニウム、ニッケルなどが挙げられ、形成方法としては、例えば、スクリーン印刷法、スパッタリング法、蒸着法、メッキ法などが挙げられる。
また、表面電極および裏面電極は、後の接続工程においてインターコネクタとの接続が行い易いように、ディップ法などによって予めはんだコーティングもしくはフラックス等が施されていることが好ましい。

この発明による太陽電池セルにおいて、半導体基板は方形の形状を有し、表面電極と裏面電極は半導体基板の受光面側の周縁領域と裏面側の周縁領域に沿ってそれぞれ枠状に形成されていることが好ましい。
このような構成によれば、表面電極と裏面電極が受光面側の周縁領域と裏面側の周縁領域に沿ってそれぞれ枠状に形成されるので、半導体基板の周縁がその全周にわたって補強され、表面電極および裏面電極の形成に起因して生じる太陽電池セルの反りがより一層効果的に防止されると共に、セル割れもより一層効果的に防止される。

この発明による太陽電池セルにおいて、表面電極と裏面電極は、受光面側および裏面側の周縁領域内に形成された集電電極にそれぞれ接続されていてもよい。
このような構成によれば、集電電極が半導体基板の受光面側と裏面側の周縁領域内にそれぞれ形成されるので、光エネルギーによりＰＮ接合層で発生した電子を効率よく取り出すことができ、太陽電池セルの性能が良好なものとなる。

受光面側および裏面側に集電電極がそれぞれ形成される上記形態において、受光面側に形成された集電電極は受光面側の周縁領域内で受光面上を部分的に覆うグリッド電極からなり、裏面側に形成された集電電極は裏面側の周縁領域内で裏面側を覆う裏面集電極からなっていてもよい。
また、受光面側および裏面側に集電電極がそれぞれ形成される上記形態において、表面電極、受光面側の集電電極および裏面電極は銀からなり、裏面側の集電電極はアルミニウムからなっていてもよい。

以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。

実施例
図１〜８に基づいて、この発明の実施例による太陽電池セルについて説明する。
図１は、実施例による太陽電池セルを受光面側からみた斜視図、図２は、実施例による太陽電池セルを裏面側からみた斜視図、図３は実施例による太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。

図１および図２に示されるように、実施例による太陽電池セル２０は、ＰＮ接合層を有する半導体基板２と、半導体基板２の受光面側の周縁領域に形成された表面電極１０と、半導体基板２の裏面側の周縁領域に形成された裏面電極９とを備え、表面電極１０と裏面電極９は半導体基板２を介して互いに対称となる位置に形成されている。

図１に示されるように、表面電極１０は、半導体基板２の周縁領域に沿って枠状に形成され、受光面側の周縁領域内に形成された集電電極としてのグリッド電極１２と接続されている。
また、図２に示されるように、裏面電極９も表面電極１０と同様に半導体基板２の周縁領域に沿って枠状に形成され、裏面側の周縁領域内に形成された集電電極としての裏面集電極８と接続されている。

図１および図２に示される表面電極１０と裏面電極９は、半導体基板２を介して対称となる位置、すなわち半導体基板２の表裏で互いに対向するように同一面積、同一位置で形成されている。
これにより、表面電極１０および裏面電極９の形成時に半導体基板２に加わる熱応力は半導体基板２の表裏で均衡し、太陽電池セル２０の反りが防止されることとなる。
また、表面電極１０と裏面電極９がそれぞれ枠状に形成されるので、半導体基板２の周縁はその全周にわたって補強されることとなり、表面電極１０および裏面電極９の形成に起因して生じる太陽電池セル２０の反りがより確実に防止される共にセル割れもより確実に防止される。
図示しないが、複数の太陽電池セル２０を接続する際に用いられるインターコネクタは、半導体基板２の周縁を補強している表面電極１０および裏面電極９に接続されることとなるので、インターコネクタ接続時に生じ得るセル割れも防止される。

このような太陽電池セル２０の製造方法について、図３に基づいて説明する。
まず、図３（ａ）に示されるように、多結晶のｐ型シリコンインゴットからワイヤーソー等を用いて２００μｍ程度の厚さに切り出し、半導体基板２とする。
次に、切り出された半導体基板２をＮａＯＨやＫＯＨ等のアルカリにイソプロピルアルコールを含めた水溶液中に浸漬させてアルカリエッチングを行い、図３（ｂ）に示されるように、前工程で形成されたダメージ層１（図３（ａ）参照）を除去する。
なお、この工程において、ダメージ層１が除去されるのと同時に半導体基板２の表面に高さ数μｍの微小ピラミッド状の凹凸が形成される。

次に、図３（ｃ）に示されるように、接合分離を目的として、半導体基板２の裏面側の周辺部にケイ素およびチタンを含む溶液からなるマスク液３をスピンコータ等を用いて塗布する。これは容易にＰＮ接合分離を行う方法であり、大量生産に向いている手法である。
次に、図３（ｄ）に示されるように、半導体基板２の受光面側の全面に拡散源としてＰ₂Ｏ₅を含むドーパント液４をスピンコータにより塗布する。

次に、上記のマスク液３およびドーパント液４が塗布された半導体基板２に拡散炉で８００〜９００℃程度の熱処理を行い、図３（ｅ）に示さされるように、半導体基板２の受光面側にｎ＋層５を形成することより半導体基板２にＰＮ接合層を形成する。
この際、半導体基板２の裏面側のマスク液３を塗布した領域には、ＴｉＯ₂とＳｉＯ₂が混在した膜が形成される。そのため、半導体基板２の裏面にはｎ＋層５は形成されず、半導体基板２の表面との接合分離を行うことができる。

次に、図３（ｆ）に示されるように、得られた半導体基板２をフッ酸に浸漬することにより、裏面側のマスク液３による保護膜と拡散の際に受光面側のｎ＋層５の表面に形成されたＰＳＧ（リンシリケートガラス）層を剥離する。
次に、図３（ｇ）に示されるように、水素パッシベーション効果および反射防止効果を得るため、得られた半導体基板２の受光面側にプラズマＣＶＤ法等によりＳｉＮｘ膜等からなる反射防止膜（ＡＲＣ）６を形成する。

次に、スクリーン印刷法により半導体基板２の裏面および受光面に電極を形成する。
まず、図３（ｈ）に示されるように、半導体基板２の裏面の周縁領域を除く領域にアルミニウムペーストを塗布し、焼成することによりｐ＋層としてのＢＳＦ層７と裏面集電極８を形成する。

次に、図３（ｉ）に示されるように、半導体基板２の裏面側の周縁領域に先に形成された裏面集電極８を囲むように銀ペーストを枠状に塗布し、さらに、半導体基板２の受光面側の周縁領域に銀ペーストを枠状に塗布すると共に、受光面側の周縁領域内に銀ペーストをグリッド状に塗布し、これらを焼成することにより裏面電極９、表面電極１０およびグリッド電極１２（図１参照）を形成する。
最後に、はんだディップを行い、図３（ｊ）に示されるように、裏面電極９および表面電極１０上にはんだ１１をコーティングすることにより、太陽電池セル２０（図１および図２参照）が完成する。

ここで、受光面側に形成されるグリッド電極１２の変形例を図４〜６に示す。
図４〜６に示されるように、グリッド電極１２は表面電極１０に接続される限りにおいて、様々なパターンを採用することが可能である。このような様々なパターンは、銀ペーストを塗布する際に用いられるスクリーンを変更することにより形成できる。
また、裏面電極９も裏面集電極８に接続される限りにおいて、様々な変更が可能である。裏面電極９と裏面集電極８の変形例を図７および図８に示す。
図７に示される例では、裏面集電極８の周縁領域上に裏面電極９が枠状に形成され、図８に示される例では、半導体基板２の裏面側の周縁領域に沿って裏面電極９が枠状に形成され、裏面電極９の内周側が裏面集電極８の周縁に重なっている。

この発明の実施例による太陽電池セルを受光面側からみた斜視図である。この発明の実施例による太陽電池セルを裏面側からみた斜視図である。この発明の実施例による太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。この発明の実施例において、受光面側に形成されるグリッド電極の変形例を示す説明図である。この発明の実施例において、受光面側に形成されるグリッド電極の変形例を示す説明図である。この発明の実施例において、受光面側に形成されるグリッド電極の変形例を示す説明図である。この発明の実施例において、裏面側に形成される裏面電極の変形例を示す説明図である。この発明の実施例において、裏面側に形成される裏面電極の変形例を示す説明図である。

符号の説明

１・・・ダメージ層
２・・・半導体基板
３・・・マスク液
４・・・ドーパント液
５・・・ｎ＋層
６・・・反射防止膜
７・・・ＢＳＦ層
８・・・裏面集電極
９・・・裏面電極
１０・・・表面電極
１１・・・はんだ
２０・・・太陽電池セル

Claims

ＰＮ接合層を有する半導体基板と、半導体基板の受光面側の周縁領域に形成された表面電極と、半導体基板の裏面側の周縁領域に形成された裏面電極とを備え、表面電極と裏面電極は半導体基板を介して互いに対称となる位置に形成されてなる太陽電池セル。
半導体基板は方形の形状を有し、表面電極と裏面電極は半導体基板の受光面側の周縁領域と裏面側の周縁領域に沿ってそれぞれ枠状に形成されてなる請求項１に記載の太陽電池セル。
表面電極と裏面電極は、受光面側および裏面側の周縁領域内に形成された集電電極にそれぞれ接続されてなる請求項１又は２に記載の太陽電池セル。
受光面側に形成された集電電極は受光面側の周縁領域内を部分的に覆うグリッド電極からなり、裏面側に形成された集電電極は裏面側の周縁領域内を覆う裏面集電極からなる請求項３に記載の太陽電池セル。
表面電極、受光面側の集電電極および裏面電極が銀からなり、裏面側の集電電極がアルミニウムからなる請求項３又は４に記載の太陽電池セル。