JP2013183093A - 太陽電池セルおよび太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】セル裏面での安定したタブ付けが可能な太陽電池セルを得ること。
【解決手段】太陽電池セルは、シリコン基板と、シリコン基板の第１面側に第１の方向に沿って並べて形成されるとともに、第１の方向に沿って延びるインターコネクタと電気的に接続される複数の第１電極３と、シリコン基板の第１面側側に裏面電界層を形成するために形成された第２電極２と、第１電極と第２電極との境界のうち、平面視においてインターコネクタと重なる領域をよけて形成された合金層１７と、を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、太陽電池セルおよび太陽電池モジュールに関する。

一般に、太陽電池セルは、Ｐ型シリコン基板において、光の集光率を高めるためにセル表面にテクスチャエッチングにより凹凸形状を形成し、その上に反射防止膜であるシリコン窒化膜が成膜されている。さらにシリコン窒化膜の上に光−電子変換された電子を集める表バス電極と複数のグリッド電極が形成されている。

一方、Ｐ型シリコン基板の裏面には、ＡＬ電極および裏面Ａｇ電極が形成されている。ＡＬ電極は、開放電圧（Ｖｏｃ）を向上かつ短絡電流（Ｉｓｃ）を向上させるための裏面電界（ＢＳＦ：Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層を形成するために設けられる電極であり、Ｐ型シリコン基板の裏面の略全域を覆うように形成される。

また、裏面Ａｇ電極は、外部電極とコンタクトを取るために設けられる電極である。裏面Ａｇ電極は、銀の使用量を抑えて製造コストを抑制するために、スポットで設けられる場合が多い。そして、裏面Ａｇ電極とＡＬ電極との境界には、２電極間の電位障壁を下げるために、裏面Ａｇ電極の材料である銀とＡＬ電極の材料であるアルミニウムとの合金層が設けられるのが一般的である（例えば、特許文献１，２を参照）。

このような太陽電池セルは、表バス電極と裏面Ａｇ電極のそれぞれにインターコネクタを接続することで、光−電子変換により発生した電力を外部に取り出す。また、複数の太陽電池セルが併設されてインターコネクタで直列に接続されたストリングスが構成される。そして、このストリングスが並列に接続されることで、より大きな電力を取り出すことのできる太陽電池モジュールが構成される。なお、以下の説明において、表バス電極や裏面Ａｇ電極にインターコネクタを接続することをタブ付けともいう。

特開２００８−１８７２１０号公報 特許第３４３００６８号

上述したＡＬ電極や裏面Ａｇ電極は、金属粒子を有する導電性塗料を塗布することで形成され、合金層は、両電極を形成するための導電性塗料を重ねて塗布することで形成される。そのため、ＡＬ電極や裏面Ａｇ電極部分よりも合金層部分のほうが、高さが高くなってしまう。

そのため、裏面Ａｇ電極とインターコネクタとの間に隙間ができやすく、接触不良になりやすいという問題があった。また、インターコネクタが裏Ａｇ電極からずれやすいという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、セル裏面での安定したタブ付けが可能な太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、シリコン基板と、シリコン基板の第１面側に第１の方向に沿って並べて形成されるとともに、第１の方向に沿って延びるインターコネクタと電気的に接続される複数の第１電極と、シリコン基板の第１面側に裏面電界層を形成するために形成された第２電極と、第１電極と第２電極との境界のうち、平面視においてインターコネクタと重なる領域をよけて形成された合金層と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、セル裏面での安定したタブ付けを可能としつつ、銀の使用量を抑えて製造コストの抑制を図ることができるという効果を奏する。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの概略構成を示す斜視図であって裏面側から見た図である。 図２は、図１に示す太陽電池セルをインターコネクタで連結させたストリングスの概略構成を示す斜視図である。 図３は、インターコネクタを太陽電池セルに接着する工程を説明する図である。 図４は、太陽電池アレイの概略構成を示す斜視図である。 図５は、太陽電池モジュールの斜視図である。 図６は、図５に示す太陽電池モジュールの分解斜視図である。 図７は、図１に示すＰ部分を拡大した部分拡大平面図である。 図８は、図７に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。 図９は、図７に示すＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。 図１０は、比較例としての太陽電池セルに形成された裏面Ａｇ電極部分を拡大した部分拡大平面図である。 図１１は、図１０に示すＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図である。 図１２は、図１０に示すＤ−Ｄ線に沿った矢視断面図である。 図１３は、変形例にかかる太陽電池セルに形成された裏面Ａｇ電極部分を拡大した部分拡大平面図である。

以下に、本発明の実施の形態にかかる太陽電池セルおよび太陽電池モジュールを図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池セルの概略構成を示す斜視図であって裏面側から見た図である。太陽電池セル１は、Ｐ型シリコン基板において、光の集光率を高めるためにセル表面（受光面）にテクスチャエッチングにより凹凸形状を形成し、その上に反射防止膜であるシリコン窒化膜が成膜されたものである。太陽電池セル１の受光面には、光−電子変換された電子を集める表バス電極１８（図８、図９も参照）とグリッド電極（図示せず）が形成されている。

太陽電池セル１の裏面（第１面）には、ＡＬ電極（第２電極）２および裏面Ａｇ電極（第１電極）３が形成されている。ＡＬ電極２は、開放電圧（Ｖｏｃ）を向上かつ短絡電流（Ｉｓｃ）を向上させるための裏面電界（ＢＳＦ：Ｂａｃｋ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層を形成するために設けられる電極であり、太陽電池セル１の裏面の略全域を覆うように形成される。

また、裏面Ａｇ電極３は、外部電極とコンタクトを取るために設けられる電極である。裏面Ａｇ電極３は、銀の使用量を抑えて製造コストを抑制するために、スポットで設けられる。ＡＬ電極２および裏面Ａｇ電極３は、金属粒子を有する導電性塗料を所望の範囲に塗布して焼成することで形成される。

図２は、図１に示す太陽電池セルをインターコネクタで連結させたストリングスの概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、複数の太陽電池セル１が併設され、インターコネクタ４で直列に接続されて、ストリングス５が形成される。

インターコネクタ４は、太陽電池セル１の裏面に形成された裏面Ａｇ電極３にその一端側領域４ａが接着され、隣接する太陽電池セル１の受光面に形成された表面バス電極にその他端側領域４ｂ（図１も参照）が接着される。このように、隣接する太陽電池セル１同士がインターコネクタ４によって連結されることでストリングス５が形成される。

インターコネクタ４は、例えば銅からなり、あらかじめはんだが表面にコーティングされている。インターコネクタ４は、平面視において太陽電池セル１の連結方向（第１の方向、矢印Ｘに示す方向）に延びる略長方形形状を呈している。裏面Ａｇ電極３は、インターコネクタ４の一端側領域４ａを重ねることができるように、太陽電池セル１の連結方向に沿ってスポットで複数設けられている。

図３は、インターコネクタ４を太陽電池セル１に接着する工程を説明する図である。図３に示すように、太陽電池セル１の裏面Ａｇ電極３にインターコネクタ４の一端側領域４ａを重ねた状態で、ヒートツール６で加熱することで、インターコネクタ４と裏面Ａｇ電極３とが接着される。

具体的には、ヒートツール６の加熱によって、インターコネクタ４の表面にコーティングされたはんだが溶融し、その後凝固することでインターコネクタ４と裏面Ａｇ電極３とがはんだを介して接着される。インターコネクタ４と裏面Ａｇ電極３とは、はんだを介して接着されることで電気的に接続されることとなる。なお、インターコネクタは、熱圧着等種々の方式によって接着されてもよい。

図４は、太陽電池アレイの概略構成を示す斜視図である。太陽電池アレイ８は、横タブ９や出力タブ１０を用いてストリングス５を並列に接続させることで形成される。図５は、太陽電池モジュールの斜視図である。図６は、図５に示す太陽電池モジュールの分解斜視図である。

太陽電池モジュール１１は、太陽電池アレイ８の受光面側を表封止材１２、表面カバー材１３で覆い、裏面側を裏封止材１４、バックフィルム１５で覆うととともに、補強用のフレーム１６で周囲を囲まれて形成される。

次に、裏面Ａｇ電極３の詳細な構成について説明する。図７は、図１に示すＰ部分を拡大した部分拡大平面図である。図８は、図７に示すＡ−Ａ線に沿った矢視断面図である。図９は、図７に示すＢ−Ｂ線に沿った矢視断面図である。なお、図７では、インターコネクタ４を裏面Ａｇ電極３に接着する前の状態を示している。また、図８および図９では、インターコネクタ４を裏面Ａｇ電極３に接着させた状態を示している。

上述したように、ＡＬ電極２および裏面Ａｇ電極３は、金属粒子を有する導電性塗料を塗布して焼成することで形成される。そして、図７に示すように、裏面Ａｇ電極３とＡＬ電極２との境界には、２電極間の電位障壁を下げるために、裏面Ａｇ電極３の材料である銀とＡＬ電極２の材料であるアルミニウムとの合金層１７が設けられる。

本実施の形態では、裏面Ａｇ電極３とＡＬ電極２との境界のうち、裏面Ａｇ電極３に対して第１の方向（矢印Ｘに示す方向）側となる部分をよけて合金層１７が設けられる。これは、平面視においてインターコネクタ４と重なる領域をよけて合金層１７が設けられると換言できる。

合金層１７は、裏面Ａｇ電極３を形成するための導電性塗料とＡＬ電極２を形成するための導電性塗料とを重ねて塗布することで形成される。そのため、図８や図９に示すように、裏面Ａｇ電極３の高さやＡＬ電極２の高さに比べて合金層１７の高さが高くなりやすい。なお、図８や図９に示すように、裏面Ａｇ電極３は表バス電極１８と対向する部分に設けられている。

図１０は、比較例としての太陽電池セルに形成された裏面Ａｇ電極部分を拡大した部分拡大平面図である。図１１は、図１０に示すＣ−Ｃ線に沿った矢視断面図である。図１２は、図１０に示すＤ−Ｄ線に沿った矢視断面図である。なお、図１０では、インターコネクタ５４を裏面Ａｇ電極５３に接着する前の状態を示している。また、図１１および図１２では、インターコネクタ５４を裏面Ａｇ電極５３に接着させた状態を示している。

比較例として示す太陽電池セル５０では、裏面Ａｇ電極５３とＡＬ電極５２との境界の略全域、すなわち裏面Ａｇ電極の周囲の略全域に合金層５７が形成され、平面視においてインターコネクタ５４と重なる領域にも合金層５７が形成されている。

したがって、図１１や図１２に示すように、裏面Ａｇ電極５３よりも高さが高くなっている合金層５７にインターコネクタ５４が重なることで、インターコネクタ５４と裏面Ａｇ電極５３との間に隙間ができてしまい、接着不良や接着強度不足やインターコネクタ５４のずれが発生しやすくなる。

一方、本実施の形態では、図８や図９に示すように、インターコネクタ４と重なる領域をよけて合金層１７が形成されているので、インターコネクタ４と裏面Ａｇ電極３との間に隙間ができにくく、接着不良や接着強度不足が発生しにくくなる。また、インターコネクタ４がその両側から合金層１７に挟まれるようになるので、インターコネクタ５４のずれが発生しにくくなる。また、比較例に比べて合金層１７の形成領域を減らすことができる。これにより、銀の使用量を減らして製造コストの抑制を図ることができる。

なお、合金層１７を除去することで、裏面Ａｇ電極３とＡＬ電極２との間に電位障壁が生まれ、特性低下を引き起こすことが知られている。一方、本実施の形態では裏面Ａｇ電極３が表バス電極１８と対向する部分に形成されている。表バス電極１８および受光面側でインターコネクタ４が接合される箇所は発電にほとんど寄与しない。したがって、それらと対向する部分に形成された裏面Ａｇ電極３の周囲で合金層１７を除去しても、特性低下の影響は小さいといえる。

図１３は、変形例にかかる太陽電池セルに形成された裏面Ａｇ電極部分を拡大した部分拡大平面図である。図１３に示す裏面Ａｇ電極２３は、第１の方向（矢印Ｘに示す方向）に沿って複数に分割して形成されている。また、分割して形成された裏面Ａｇ電極２３の個々は、第１の方向に垂直となる方向に延びるように細長い形状を呈している。

また、インターコネクタ（図１３では図示せず）と重なる領域をよけて合金層２７が形成されている。また、分割して形成された裏面Ａｇ電極２３のうち、第１の方向に沿って最も端部に形成された裏面Ａｇ電極２３とＡｌ電極２２との境界に形成された合金層２７ａは、第１の方向に沿ってさらに端部側へと張り出すように形成されている。

このような構造とすることで、裏面Ａｇ電極３とＡＬ電極２との間に電位障壁が発生したとしても、第１の方向と垂直な方向の合金層２７を増やすことができるため、電位障壁の影響をさらに小さくすることができる。

また、合金層２７を増やすことでセル割れの起点となる場合があるが、第１の方向と垂直方向に作成した細長い裏面Ａｇ電極２３の端部にＲを作成する（曲率を設ける）と、平面視において合金層２７が全体として波型形状を呈するため、合金層２７からのセル割れが発生しづらくなり、製造歩留りおよび太陽電池モジュールの長期信頼性の向上を図ることができる。

以上のように、本発明にかかる太陽電池セルは、インターコネクタを接続するためのＡＬ電極と裏面Ａｇ電極が形成された太陽電池セルに有用である。

１ 太陽電池セル
２ ＡＬ電極（第２電極）
３ 裏面Ａｇ電極（第１電極）
４ インターコネクタ
４ａ 一端側領域
４ｂ 他端側領域
５ ストリングス
６ ヒートツール
８ 太陽電池アレイ
９ 横タブ
１０ 出力タブ
１１ 太陽電池モジュール
１２ 表封止材
１３ 表面カバー材
１４ 裏封止材
１５ バックフィルム
１６ フレーム
１７ 合金層
１８ 表バス電極（第３電極）
２２ ＡＬ電極
２３ 裏面Ａｇ電極
２７，２７ａ 合金層
５０ 太陽電池セル
５２ ＡＬ電極
５３ 裏面Ａｇ電極
５４ インターコネクタ
５７ 合金層

Claims (6)

1. シリコン基板と、
   前記シリコン基板の第１面側に第１の方向に沿って並べて形成されるとともに、前記第１の方向に沿って延びるインターコネクタと電気的に接続される複数の第１電極と、
   前記シリコン基板の第１面側に裏面電界層を形成するために形成された第２電極と、
   前記第１電極と前記第２電極との境界のうち、平面視において前記インターコネクタと重なる領域をよけて形成された合金層と、を備えることを特徴とする太陽電池セル。
2. 前記第１電極は、銀を用いて形成された裏面Ａｇ電極であり、
   前記第２電極は、アルミニウムを用いて形成されたＡｌ電極であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 前記合金層は、銀とアルミニウムを含んだ合金層であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池セル。
4. 前記合金層は、前記第１電極および前記第２電極よりも高く形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
5. 前記合金層は、平面視において前記インターコネクタの両側を挟むように形成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の太陽電池セル。
6. 請求項１〜５のいずれか１つに記載の複数の太陽電池セルと、
   前記シリコン基板の第１面の裏面である第２面側に前記第１の方向に沿って並べて形成されるとともに、前記インターコネクタと電気的に接続される複数の第３電極と、
   前記太陽電池セルの前記第１電極に一端側領域が接続され、隣接する太陽電池セルの前記第３電極に他端側領域が接続されて複数の前記太陽電池セルを連結させるインターコネクタと、を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。

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