JP2015029014A - 太陽電池素子および太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光電変換効率の低下を低減した太陽電池素子および太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池素子１は、表面２ａおよび裏面２ｂを有する半導体基板２と、該半導体基板２の表面２ａおよび裏面２ｂの少なくとも一方の上に配置されたバスバー電極３と、バスバー電極３に電気的に接続された、第１方向に延びる第１フィンガー電極４ａおよび第２フィンガー電極４ｂとを備えている。また、太陽電池素子１において、第１フィンガー電極４ａおよび第２フィンガー電極４ｂは、間隔を空けて隣り合うように半導体基板２のバスバー電極３が配置された面上に配置されており、前記第１方向と直交する第２方向における第１フィンガー電極４ａの幅は、前記第２方向における第２フィンガー電極４ｂの幅よりも大きい。
【選択図】 図３

Description

本発明は太陽電池素子およびその太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールに関する。

太陽電池素子には様々な種類のものが存在する。現在、多く使用されている太陽電池素子としては、単結晶または多結晶のシリコンからなる半導体基板を用いた結晶系の太陽電池素子である。このような結晶系の太陽電池素子は、半導体基板の表面に表面電極、半導体基板の裏面に裏面電極が設けられている。上記の太陽電池素子では、表面電極が形成されている半導体基板の部分は、表面電極によって遮光されるため、光吸収による電子正孔対の生成に寄与しない。このことを一般にシャドウロスという。表面電極は、シャドウロスを低減するために、細長い多数の集電電極（フィンガー電極）と、数本の出力取出電極（バスバー電極）とからなるようにしている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−１１１０２４号公報

上述したシャドウロスを低減するためには、フィンガー電極の幅をできる限り細くすることが有効である。このような細いフィンガー電極を、導電性ペーストを用いた印刷法によって形成すると、印刷に使用するスクリーン製版の目詰まりなどに起因して、フィンガー電極が途中で切れる、もしくは細くなる場合がある。このようなフィンガー電極を備えた太陽電池素子では、光発生キャリヤの集電効率が悪化して、太陽電池素子の曲線因子が低下する可能性がある。これにより、太陽電池素子の光電変換効率が低下する可能性がある。

本発明の１つの目的は、光電変換効率の低下を低減した太陽電池素子および太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の一実施形態に係る太陽電池素子および太陽電池モジュールは、表面および裏面を有する半導体基板と、該半導体基板の表面および裏面の少なくとも一方の上に配置されたバスバー電極と、前記バスバー電極に電気的に接続された、第１方向に延びる第１フィンガー電極および第２フィンガー電極とを備えている。本実施形態において、前記第１フィンガー電極および前記第２フィンガー電極は、間隔を空けて隣り合うように前記半導体基板の前記バスバー電極が配置された面上に配置されており、前記第１方向と直交する第２方向における前記第１フィンガー電極の幅は、前記第２方向における前記第２フィンガー電極の幅よりも大きい。

上記実施形態に係る太陽電池素子および太陽電池モジュールでは、第２フィンガー電極に断線が生じても、第１フィンガー電極でキャリヤを収集してバスバー電極で集電できるため、曲線因子の低下を小さくすることができる。その結果、光電変換効率の低下を低減できる。

（ａ）は本発明の一形態に係る太陽電池素子の一例を表面側からみた平面模式図であり、（ｂ）は太陽電池素子の一例を裏面側からみた平面模式図である。 図１（ａ）のＴ−Ｔ線における断面の構造を模式的に示す断面図である。 図１（ａ）のＡ部の拡大図である。 （ａ）〜（ｆ）は、それぞれ本発明の一形態に係る太陽電池の製造方法の一例を模式的に示す太陽電池の断面図である。 （ａ）は本発明の他の形態に係る太陽電池素子の一例を表面側からみた平面模式図であり、（ｂ）は図５（ａ）のＢ部の拡大図である。 （ａ）は本発明の他の形態に係る太陽電池素子の一例を裏面側からみた平面模式図であり、（ｂ）は図６（ａ）のＣ部の拡大図である。 図６（ａ）のＴ−Ｔ線における断面の構造を模式的に示す断面図である。 （ａ）は本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの第１面側の一実施形態を示す平面図であり、（ｂ）は第２面側の一実施形態を示す平面図である。 （ａ）は、本発明の一実施形態に係る太陽電池素子に接続部材を接続した状態を示す平面図であり、（ｂ）は、２つの太陽電池素子の接続状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの構造を模式的に示す断面図である。

本発明の太陽電池素子および太陽電池モジュールの実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面は模式的に示したものであるので、各図における構成要素のサイズおよび位置関係等は適宜変更できる。

＜太陽電池素子＞
（第１実施形態）
太陽電池素子１は、主として光を受ける主面である表面１ａと、表面１ａと対向する他の主面である裏面１ｂを有している。また、太陽電池素子１は、半導体基板２を有している。また、半導体基板２は、太陽電池素子１の表面１ａに相当する表面２ａと、太陽電池素子１の裏面１ｂに相当する裏面２ｂとを有している。

太陽電池素子１の表面１ａには、図１（ａ）に示すように、表面電極として、バスバー電極３およびフィンガー電極４が形成されている。また、太陽電池素子１の裏面１ａには、図１（ｂ）に示すように、裏面電極として集電電極５および接続電極６が形成されている。

半導体基板２は、例えば、単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板が用いられる。また、半導体基板２は、ボロンあるいはガリウムなどのドーパント元素を含有していることから、一導電型（例えば、ｐ型）を有している。半導体基板２の厚みは、例えば１５０〜２５０μｍ程度であればよい。また、半導体基板２の平面形状は、特に限定されるものではないが、１００〜１８０ｍｍ程度の正方形状または矩形状であればよい。なお、以下では、半導体基板２として、ｐ型多結晶シリコン基板を用いる例で説明する。

半導体基板２は、図２に示すように、太陽電池素子１の表面１ａ側に設けられた逆導電型層８を有している。逆導電型層８は、一導電型領域７に対する逆の導電型（ｎ型）を有しており、一導電型領域７とｐｎ接合を形成する。ｎ型の逆導電型層８は、半導体基板２における表面２ａ側にリン等のドーパント元素を拡散させることによって形成される。

反射防止膜９は、逆導電型層８の上に設けられ、表面１ａにおける光の反射率を低減する役割を有する。これにより、半導体基板２に吸収される光の量が増大する。そして、光吸収によって生成する電子正孔対を増大させる役割を果たすことで太陽電池素子１の変換
効率の向上に寄与する。反射防止膜９は、例えば、窒化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化シリコン膜、もしくは酸化アルミニウム膜、またはそれらの積層膜からなる。また、反射防止膜９は半導体基板２の界面および粒界での少数キャリヤの再結合による変換効率の低下を低減する、パッシベーション膜としての効果も有することができる。

接続電極６は、幅１〜５ｍｍ程度で、所定の間隔をあけて太陽電池素子１の辺に略平行に、第２方向（図１のＹ方向）に２〜５本程度形成される。接続電極６は、例えば銀（または銅もしくは銀銅合金）を主成分としたペーストを、所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成される。この焼成後の接続電極６の厚みは、１０〜３０μｍ程度である。また、集電電極５の厚みは、例えば１５〜５０μｍ程度である。また、集電電極５は、半導体基板２の裏面２ｂの外周部の０．５〜３ｍｍ幅の部分および接続電極６の形成部分を除いた裏面２ｂの略全面に形成される。この集電電極５は、例えばアルミニウムペーストを所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成することができる。

ＢＳＦ（Back-Surface-Field）領域１０は、半導体基板２の裏面２ｂ側に内部電界を形成し、裏面２ｂの近傍での少数キャリヤの再結合による変換効率の低下を低減させる役割を有している。ＢＳＦ領域１０は、半導体基板２の一導電型領域７と同一の導電型を有しているが、ＢＳＦ領域１０には、一導電型領域７にドープされているドーパント元素の濃度よりも高い濃度でドーパント元素が存在する。ＢＳＦ領域１０は、半導体基板２がｐ型を有するのであれば、例えば、裏面２ｂ側にボロンまたはアルミニウムなどのドーパント元素を拡散させることによって、これらドーパント元素の濃度が１×１０^１８〜５×１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３程度となるように形成されるとよい。

太陽電池素子１の表面１ａ（半導体基板２の表面２ａ）側に設けられるバスバー電極３は、フィンガー電極４によって収集された光生成キャリヤ（以下、キャリヤとする）を集電する役割を有する。バスバー電極３は、第２方向（Ｙ方向）に沿って、且つ裏面１ａに設けられた接続電極６とほぼ対向する位置に形成される。また、バスバー電極３は、幅が１〜３ｍｍ程度で、一定間隔を持って２〜５本程度形成される。

フィンガー電極４は、キャリヤを収集する役割を有し、第１方向（Ｘ方向）に延びてバスバー電極３とほぼ直交するように接続される。また、フィンガー電極４は、例えば２〜８ｍｍ程度の間隔を空けて複数本形成される。なお、バスバー電極３およびフィンガー電極４は、例えば銀（または銅もしくは銀銅合金）を主成分としたペーストを、所望の形状に塗布した後、焼成することによって形成される。この焼成後のバスバー電極３およびフィンガー電極４の厚みは、例えば１０〜３０μｍ程度である。

そして、本実施形態において、フィンガー電極４は、第２方向（Ｙ方向）における幅が異なる第１フィンガー電極４ａおよび第２フィンガー電極４ｂを有している。具体的に、第１フィンガー電極４ａの幅は、第２フィンガー電極４ｂの幅よりも大きい。このとき、第１フィンガー電極４ａおよび第２フィンガー電極４ｂは、図３に示すように、間隔を空けて隣り合うように半導体基板２のバスバー電極３が配置された表面２ａ上に配置されている。

本実施形態では、第１フィンガー電極４ａと第２フィンガー電極４ｂとが近接するように配置されているため、幅が小さい第２フィンガー電極４ｂで断線が生じた場合に、該断線部の近傍で発生したキャリヤを第１フィンガー電極４ａで捕捉しやすい。

次に、第１フィンガー電極４ａでキャリヤを捕捉する様子について図３を参照しつつ説明する。第２フィンガー電極４ｂに断線部Ｄ１、Ｄ２が生じた場合、第１フィンガー電極４ａと第２フィンガー電極４ｂとの間で発生したキャリヤｅ１は、経路Ｒ１または経路Ｒ
２を経由してバスバー電極３ａに集電される。ここで、経路Ｒ１は、キャリヤｅ１が第２フィンガー電極４ｂを通ってバスバー電極３ａに集電される経路である。また、経路Ｒ２は、キャリヤｅ１が第１フィンガー電極４ａを通ってバスバー電極３ａに集電される経路である。

このとき、経路Ｒ１では、断線部Ｄ１が生じているため、キャリヤがバスバー電極３ａに到達しない場合がある。また、断線部Ｄ１のＸ方向における長さが小さかったとしても、抵抗が高くなるため、バスバー電極３ａで集電されるキャリヤの量が減る可能性が高い。これに対して、経路Ｒ２では、第２フィンガー電極４ｂよりも幅が大きい第１フィンガー電極４ａを経由するため、経路Ｒ１に比べて電気抵抗が小さい。さらに、第２フィンガー電極４ｂでは、断線が生じていない。それゆえ、キャリヤｅ１は、経路Ｒ１よりも経路Ｒ２を通ってバスバー電極３ａに集電される。すなわち、キャリヤｅ１は、第２フィンガー電極３ｂによって捕捉された後に、バスバー電極３ａに集電される。

また、断線部Ｄ２の長さが大きかった場合、断線部Ｄ２の近傍で発生したキャリヤｅ２は、断線部Ｄ２を通ってバスバー電極３ｂに集電されない。この場合、キャリヤｅ２は、経路Ｒ１を通ってバスバー電極３ａに集電される、もしくは経路Ｒ３を通ってバスバー電極３ｂに集電される。ここで、経路Ｒ３は、キャリヤｅ２が第１フィンガー電極４ａを通ってバスバー電極３ｂに集電される経路である。

以上より、本実施形態では、フィンガー電極４によるキャリヤの集電効率を高めて、曲線因子（Ｆ.Ｆ）の低下を低減することができる。その結果、光電変換効率の低下が低減
される。また、本実施形態では、半導体基板２に形成されるフィンガー電極４の面積をほぼ変えずに、上述のようにフィンガー電極４の幅および配置を設定することで、曲線因子（Ｆ.Ｆ）の低下を低減することができる。なお、本実施形態では、幅が大きい第１フィ
ンガー電極４ａによって、シャドウロスが増えて短絡電流（Ｉｓｃ）が若干低下しても、キャリヤの集電効率を高めることでＩｓｃ低下に伴う光電変換効率の下げ幅を小さくすることができる。

第１フィンガー電極４ａのＹ方向における幅は、太陽電池素子１の製造時において断線が発生しない大きさであるとともに、シャドウロスを低減した値に設定される。また、第２フィンガー電極４ｂのＹ方向における幅は、シャドウロスを極力低減すべく、太陽電池素子１の製造時において断線または過剰に細い部分が発生する可能性がある大きさよりも若干大きい値に設定される。例えば、スクリーン製版を用いた印刷法で、導電ペーストを塗布することによってフィンガー電極４を形成する場合、発明者らが繰り返し行ったテストでは、第１フィンガー電極４ｂの幅は、例えば１１０〜２００μｍ程度であり、第２フィンガー電極４ｂの幅は、５０〜１００μｍ程度であればよい。

なお、第１フィンガー電極４ａおよび第２フィンガー電極４ｂは、半導体基板２上において隣り合うように配置されていればよい。よって、例えば、Ｙ方向に沿って第１フィンガー電極４ａ、第２フィンガー電極４ｂ、第２フィンガー電極４ｂ、第１フィンガー電極４ａのように並んでいたとしても、断線が発生した第２フィンガー電極４ｂに近い側に位置する第１フィンガー電極４ａでキャリヤを捕捉することができる。

また、Ｙ方向における第１フィンガー電極４ａの幅およびＹ方向における第２フィンガー電極４ｂの幅は、バスバー電極３より離れるに従って、徐々に細くなるようにしてもよい。これにより、フィンガー電極４に流れるキャリヤの増加に応じて、フィンガー電極４の抵抗を減少させることができるので、太陽電池素子１の直列抵抗を小さくできる。その結果、光電変換効率を向上させることができる。この場合には、バスバー電極３からの距離が同じ位置における第１フィンガー電極４ａの幅と第２フィンガー電極４ｂの幅との差
異が、１０〜１５０μｍ程度あるようにすれば良い。

さらに、本実施形態では、図３に示すように、複数配置されているとともに、Ｙ方向に沿って間隔を空けて、交互に配置されていてもよい。このように、第１フィンガー電極４ａおよび第２フィンガー電極４ｂが、交互に配置されていることによって、第２フィンガー電極４ｂの断線部Ｄ１、Ｄ２の近傍におけるキャリヤが図３の上下方向にそれぞれ位置する第２フィンガー電極４ｂによって捕捉されやすくなる。その結果、キャリヤの集電効率がより高まる。

また、第２フィンガー電極４ｂを２本連続して配置した後に、その各第２フィンガー電極４ｂの外側に第１フィンガー電極４ａを配置することを繰り返すようにしてもよい。これにより、曲線因子（Ｆ.Ｆ）の低下を低減させながら、シャドウロスをより低減させる
ことができる。

なお、上述の説明では、フィンガー電極４は、バスバー電極３とほぼ直交するように接続されるものを例に説明したが、これに限られない。フィンガー電極４は、バスバー電極３と交差するように電気的に接続されていればよい。フィンガー電極４は、例えば、バスバー電極３の長手方向に対して、３０〜６０度程度の角度でバスバー電極３に電気的に接続されているような態様であってもよい。

＜太陽電池素子の製造方法＞
次に、太陽電池素子１の製造方法について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように半導体基板２を準備する。半導体基板２としては、比抵抗は０．２〜２．０Ω・ｃｍ程度の一導電型を有する多結晶シリコン基板である。なお、半導体基板２が単結晶シリコン基板の場合は、例えばＦＺ（フローティングゾーン）法またはＣＺ（チョクラルスキー）法などによって作製される。半導体基板２が多結晶シリコン基板の場合は、例えば鋳造法などによって作製される。以下では、ｐ型の多結晶シリコン基板を半導体基板２として用いた例によって説明する。

半導体基板２の製法について説明する。まず、鋳造法によって多結晶シリコンのインゴットを作製する。次いで、そのインゴットを例えば１５０〜２５０μｍ程度の厚みにスライスして、ｐ型の半導体基板２を作製する。その後、半導体基板２の切断面の機械的ダメージ層および汚染層を除去するために、表面をＮａＯＨ、ＫＯＨ、またはフッ酸、硝酸の混合液などの溶液でごく微量エッチングする。なお、このエッチング工程後に、ウエットエッチング法またはドライエッチング法を用いて、半導体基板２の表面２ａに微小な凹凸構造（テクスチャ）を形成してもよい。テクスチャ形成によって、表面２ａにおける光の反射率が低減することで、太陽電池素子１の変換効率が向上する。

次に、図４（ｂ）に示すように、半導体基板２における表面２ａ側の表層内にｎ型の逆導電型層８を形成する。このような逆導電型層８は、ペースト状態にしたＰ_２Ｏ_５を半導体基板２の表面２ａに塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を拡散源とした気相熱拡散法、または、リンイオンを直接拡散させるイオン打ち込み法などによって形成される。この逆導電型層８は０．１〜１μｍ程度の厚みで、４０〜１５０Ω／□程度のシート抵抗を示すように形成される。

気相熱拡散法などで逆導電型層８を形成時に、裏面２ｂ側にも逆導電型層が形成された場合には、フッ酸、硝酸の混合液に半導体基板２における裏面２ｂ側のみを浸して、裏面２ｂ側の逆導電型層８をエッチングして除去して、ｐ型の一導電型領域７を露出させる。以上により、半導体基板２の内部に、ｐ型の一導電型領域７とｎ型の逆導電型層８により
、ｐｎ接合を形成することができる。

次に、図４（ｃ）に示すように表面２ａ側の表面に反射防止膜９を形成する。反射防止膜９は、上述の窒化シリコンなどからなる膜を、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical
vapor deposition）法、熱ＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタリング法などを用いて形成
される。例えば、窒化シリコン膜からなる反射防止膜９をＰＥＣＶＤ法で形成する場合であれば、反応室内を５００℃程度としてシラン（ＳｉＨ_４）とアンモニア（ＮＨ_３）との混合ガスを窒素（Ｎ_２）で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて、窒化シリコン膜を堆積させることで形成される。反射防止膜９の厚みは、構成する材料によって適宜選択されて、適当な入射光に対して低反射条件を実現できるように設定される。例えば窒化シリコン膜で反射防止膜９を形成する場合、その屈折率は１．８〜２．３程度、厚み５００〜１２００Å程度であればよい。

次に、図４（ｄ）に示すように、半導体基板２の表面２ａに、バスバー電極３およびフィンガー電極４となる表面側導電ペースト１３を配置する。表面側導電ペースト１３としては、銀を主成分としてペースト中に７０〜８５質量％程度含有し、さらにガラスフリットおよび有機ビヒクルを混練したものを用いる。有機ビヒクルは、例えばバインダーとして使用される樹脂成分を有機溶媒に添加して得られる。バインダーとしては、エチルセルロース等のセルロース系樹脂のほか、アクリル樹脂、またはアルキッド樹脂等が使用され、有機溶媒としては、例えばブチルカルビトールアセテート、ターピネオールまたはジエチレングリコールモノブチルエーテル等が使用される。有機ビヒクルの含有質量は、ペースト中に５〜２０質量％程度含有していればよい。また、ガラスフリットの成分は、ガラス材料として例えばＳｉＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３−ＰｂＯ系、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＰｂＯ系などの鉛系ガラスを用いることができる。また、他のガラス材料としては、Ｂ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｂｉ_２Ｏ_３系、またはＢ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｎＯ系などの非鉛系ガラスも用いることができる。ガラスフリットは、ペースト中に２〜１５質量％程度であればよい。表面側導電ペースト１３を配置する方法としては、スクリーン製版を用いたプリント印刷法を用いることができる。そして配置後、所定の温度で乾燥し、溶剤を蒸発させる。

次に、図４（ｅ）に示すように、半導体基板２の裏面２ｂに、接続電極６用の裏面側第１導電ペースト１４を配置する。裏面側第１導電ペースト１４は、上述の表面側導電ペースト１３と同様の導電ペーストが使用可能である。裏面側第１導電ペースト１４を配置後、所定の温度で乾燥させて溶剤を蒸散させる。

次いで、図４（ｆ）に示すように、裏面集電電極５用の裏面側第２導電ペースト１５を配置する。第２導電ペースト１５としては、例えばアルミニウムを主成分とする金属粉末と、ガラスフリットと有機ビヒクルとを含有するアルミニウムペーストを用いられる。塗布法としては、プリント印刷法などを用いることができる。このようにペーストを塗布した後、所定の温度で乾燥させて溶剤を蒸散させる。

次に、表面側導電ペースト１３、裏面側第１導電ペースト１４、裏面側第２導電ペースト１５を配置した半導体基板２を焼成炉に投入し、これらを同時に６００〜８５０℃程度の温度で数分間、焼成する。これにより、焼成中に溶融したガラスフリットが半導体基板２の最表面と反応した後に固着して、各電極と半導体基板２との電気的コンタクトを形成するとともに、機械的な接着強度を高めることができる。このとき、表面側導電ペースト１３は、反射防止膜９をファイアースルーして、半導体基板２と直に接するバスバー電極３およびフィンガー電極４が形成される。また、この焼成によって、裏面側第１導電ペースト１４は、接続電極６となり、裏面側第２導電ペースト１５は、集電電極５となる。このとき、集電電極５の形成と同時に、アルミニウムが半導体基板２に拡散することによって、ＢＳＦ領域１０が形成される。以上の工程によって、図２に示した太陽電池素子１が
完成する。

なお、本実施形態に係る太陽電池素子１の製造方法は、上記のものに限定されるものではない。例えば、焼成工程は、表面側導電ペースト１３、裏面側第１導電ペースト１４、裏面側第２導電ペースト１５をそれぞれ配置した後に順次行なってもよいが、表面側導電ペースト１３および裏面側第１導電ペースト１４を同時に行ない、裏面側第２導電ペースト１５配置後にさらに焼成してもよい。また、他の方法としては、表面側導電ペースト１３を焼成した後、裏面側第１導電ペースト１４、裏面側第２導電ペースト１５を同時に焼成してもよい。

（第２実施形態）
第２実施形態に係る太陽電池素子１Ｌは、図５に示すように、第１フィンガー電極４ａおよび第２フィンガー電極４ｂの端部において、隣り合う第１フィンガー電極４ａおよび第２フィンガー電極４ｂを電気的に接続する補助電極１２をさらに備える点において、第１実施形態に係る太陽電池素子と相違する。

本実施形態では、図５（ｂ）に示すように、バスバー電極３と半導体基板２の端部の間に位置する第２フィンガー電極４ｂに断線部Ｄ３が生じた場合であっても、補助電極１２を介してバスバー電極３でキャリヤを集電することができる。具体的に、本実施形態では、断線部Ｄ３の近傍で発生したキャリヤｅ３が、第２フィンガー電極４ｂ、補助電極１２および第１フィンガー電極４ａを通ってバスバー電極３に到達することができる（経路Ｒ４）。

本実施形態において、補助電極１２のＸ方向における幅は、バスバー電極３のＸ方向における幅よりも小さいほうがよい。これにより、シャドウロスを低減することができる。よって、補助電極１２のＸ方向における幅は、第２フィンガー電極４ｂの幅以上であればよい。また、補助電極１２は、第１フィンガー電極４ａの幅と同じであればよい。これにより、シャドウロスを低減しつつ、補助電極１２の断線等の不具合の発生が低減される。

（第３実施形態）
第３実施形態に係る太陽電池素子１Ｍは、図６（ａ）、図７に示すように、半導体基板２の表面１ａ側および裏面１ｂ側の略全面に、パッシベーション層が形成されている点で上述の実施形態と相違する。パッシベーション層は、少数キャリヤの再結合を低減して太陽電池素子１の光電変換効率を向上させる役割を有している。

具体的に、太陽電池素子１Ｍでは、逆導電型層８の上に第１パッシベーション層１７、一導電型領域７上に第２パッシベーション層１８がそれぞれ形成されている。第１パッシベーション層１７および第２パッシベーション層１８は、例えば、ＡＬＤ（Atomic Layer
Deposition：原子層蒸着）法を用いることによって、半導体基板２の側面も含む全表面
に同時に形成することができる。

ＡＬＤ法によって、例えば酸化アルミニウムから成るパッシベーション層を形成するには、次の方法による。

まず、ＡＬＤ装置の成膜室内に多結晶シリコンの半導体基板２を載置して、基板温度を１００〜３００℃に加熱する。次に、トリメチルアルミニウム等のアルミ原料を、アルゴンガス、窒素ガス等のキャリヤガスとともに０．５秒間、半導体基板２上に供給して、半導体基板２の全周囲にアルミ原料を吸着させる（工程１）。

次に、窒素ガスによって成膜室内をパージすることによって、空間中のアルミ原料を除
去するとともに、半導体基板２に吸着したアルミ原料のうち、原子層レベルで吸着した成分以外を除去する（工程２）。

次に、水またはオゾンガス等の酸化剤を、成膜室内に供給して、アルミ原料であるトリメチルアルミニウムのアルキル基であるＣＨ_３を除去するとともに、アルミニウムの未結合手を酸化させ、半導体基板２に酸化アルミニウムの原子層を形成する（工程３）。

次に、窒素ガスによって成膜室内をパージすることによって、空間中の酸化剤を除去するとともに、原子層レベルの酸化アルミニウム以外、例えば、反応に寄与しなかった酸化剤等を除去する（工程４）。

そして、上記成膜工程１から工程４を繰り返すことによって、所定厚みを有する、酸化アルミニウム層を形成することができる。また、工程３で用いる酸化剤に水素を含有させることによって、酸化アルミニウム層に水素が含有されやすくなり、水素パッシベーション効果を増大させることもできる。

このように第１パッシベーション層１７および第２パッシベーション層１８の形成において、ＡＬＤ法を使用することによって、半導体基板２表面の微小な凹凸に応じて酸化アルミニウム層が形成されることから、表面パッシベーション効果を高めることができる。さらに第１パッシベーション層１７の上に上述の反射防止膜９が形成される。

次に、半導体基板２の表面２ａにバスバー電極３とフィンガー電極４を、実施形態１または２と同様に形成する。

次いで、半導体基板２の裏面２ｂにバスバー電極としての接続電極６、ＢＳＦ領域１０および裏面フィンガー電極２０を形成する。まず、実施形態１と同様に、銀を主成分としてガラスフリットと有機ビヒクルとを含有する導電ペーストを印刷法によって、図６（ａ）に示すように、３本の直線状に塗布する。このとき、導電ペーストは、第２パッシベーション層１８上に塗布される。その後、最高温度６００〜８００℃で数十秒〜数十分程度焼成することによって、接続電極６を形成する。

次に、ガラスフリットと有機ビヒクルとを含有したアルミニウムペーストを第２パッシベーション層１８の上に直接、所定領域に塗布した後、最高温度が６００〜８００℃の焼成を行なう。このとき、塗布されたペースト成分がファイアースルーにより第２パッシベーション層１８を突きぬけ、半導体基板２の裏面２ｂ側に裏面フィンガー電極２０が形成される。そして、裏面フィンガー電極２０が形成された部分の半導体基板２の裏面２ｂ側内部にアルミニウムが拡散し、ＢＳＦ領域１０が形成される。なお、形成領域としては、例えば、裏面２ｂのうち図６（ａ）に示すような形状に、接続電極６と部分的に接するように形成すればよい。なお、先にアルミニウムからなる裏面フィンガー電極２０を形成し、その後に銀からなる接続電極６を形成してもよい。また、接続電極６は半導体基板２と直接接触する必要はなく、接続電極６と半導体基板２との間に第２パッシベーション層１８が存在しても構わない。

また、裏面フィンガー電極２０は、実施形態１の半導体基板２の表面２ｂ上に形成されたフィンガー電極４と同様に、図６（ｂ）に示すように、幅が異なる第１裏面フィンガー電極２０ａおよび第２裏面フィンガー電極２０ｂを備えていてもよい。具体的に、本実施形態において、Ｙ方向における第１裏面フィンガー電極２０ａの幅は、第２裏面フィンガー電極２０ｂの幅よりも大きくなるように形成されている。これにより、本実施形態では、第２裏面フィンガー電極２０ｂに断線部Ｄ１、Ｄ２が生じても、バスバー電極に相当する接続電極６でキャリヤを集電することができる。その結果、本実施形態では、実施形態
１のフィンガー電極４の構造と同様の理由によって、光電変換効率の低下を低減することができる。このとき、第１裏面フィンガー電極２０ａの幅は、例えば３００〜４００μｍ程度、第２裏面フィンガー電極２０ｂの幅は、例えば１００〜２５０μｍ程度であればよい。

本実施形態では、上述の光電変換効率低下を低減する効果に加えて、太陽電池素子１の裏面１ｂ側から入射する光、および後述する太陽電池モジュールの裏面にて反射した反射光が、第２パッシベーション層１８を通り、太陽電池素子１の発電に寄与させることができる。その結果、光電変換効率が向上する。

＜太陽電池モジュール＞
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール２１は、図８に示すように、複数の太陽電池素子１を有する太陽電池パネル２３と、該太陽電池パネル２３の外周部に配置されたフレーム２４を有する。太陽電池モジュール２１は、図８（ａ）に示す、主として光を受ける面である第１面２１ａおよび、図８（ｂ）に示す、該第１面の裏面に相当する第２面２１ｂを有する。そして、太陽電池モジュール２１は、図１（ｂ）に示すように、第２面２１ｂに端子箱２５を有している。また、端子箱２５には、太陽電池モジュール２１の発生した電力を外部回路に供給するための出力ケーブル２６が配されている。

太陽電池素子１は、上述の実施形態１〜３のいずれかのものであればよい。また、隣り合う太陽電池素子１同士は、図９に示すように、接続部材２２で電気的に接続される。この接続部材２２は、例えば、厚さが０．１〜０．３ｍｍ程度の銅またはアルミニウムの金属箔であればよい。この金属箔には、表面に半田がコーティングされている。この半田は、メッキまたはディピング等によって、例えば、１０〜５０μｍ程度の厚みになるように設けられる。この接続部材２２の幅は、バスバー電極３の幅と同等もしくはバスバー電極３の幅よりも小さくすればよい。これにより、接続部材２２によって太陽電池素子１の受光を妨げにくくできる。また、接続部材２２は、バスバー電極３および接続電極６の略全表面に接続してもよい。これにより、太陽電池素子１の抵抗成分を小さくできる。ここで、接続部材２２を１５０ｍｍ角程度の半導体基板２を使用する場合、接続部材２２の幅は、１〜３ｍｍ程度、その長さは２６０〜３００ｍｍ程度であればよい。

１つの太陽電池素子１に接続される２つの接続部材２２において、一方の接続部材２２ａは、図９（ａ）に示すように、太陽電池素子１の表面１ａのバスバー電極３に半田付けされている。また、他方の接続部材２２ｂは、太陽電池素子１の裏面１ｂの接続電極６に半田付けされている。

また、隣り合う太陽電池素子１（太陽電池素子１Ｓ、１Ｔ）は、図９（ｂ）に示すように、太陽電池素子１Ｓの表面１ａのバスバー電極３に接続した接続部材２２の他端部を太陽電池素子１Ｔの裏面１ｂの接続電極６に半田付けされることによって接続される。このような接続を複数（例えば５〜１０個程度）の太陽電池素子１に繰り返すことにより、複数の太陽電池素子１が直線状に直列接続されてなる太陽電池ストリングが形成される。

次にこの太陽電池ストリングを複数（例えば２〜１０本程度）用意して、１〜１０ｍｍ程度の所定間隔をあけて略平行に整列させて、太陽電池ストリングの各端部の太陽電池素子１同士を横方向配線３５にてハンダ付けなどで接続する。また両端側の太陽電池ストリングの横方向配線３５を接続していない太陽電池素子１には、外部導出配線３６を接続する。

次に、透光性基板３１、表面側充填材３２及び裏面側充填材３３、裏面材３４を準備する。透光性基板３１としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などからなる基板が用いら
れる。ここで、ガラスとしては、例えば、白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられる。また、樹脂であれば、ポリカーボネート樹脂などの合成樹脂が用いられる。透光性基板３１は、厚さ３〜５ｍｍ程度であればよい。

表面側充填材３２及び裏面側充填材３３は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（以下ＥＶＡと略す）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）から成り、Ｔダイと押し出し機により厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状に成形されたものが用いられる。これらはラミネート装置により減圧下にて加熱加圧を行うことで、軟化、融着して他の部材と一体化するものである。

裏面材３４は、外部からの水分の浸入を低減する役割を有する。この裏面材３４は、例えば、アルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シート、アルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シート等が用いられ、さらに太陽電池モジュール２１の第２面２１ｂ側からの光に入射を光発電に用いる場合は、ガラスやポリカーボネート樹脂を用いても良い。

次いで、図１０に示すように、透光性基板３１上に表面側充填材３２を配置した後、上記のように接続した太陽電池素子１、裏面側充填材３３、裏面材３４を順次積層して積層体を作製する。

次いで、この積層体をラミネート装置にセットし、減圧下にて加圧しながら１００〜２００℃で例えば１５分〜１時間程度加熱することにより、太陽電池パネル２３を作製できる。

最後に、太陽電池パネル２３の外周部にフレーム２４や第２面２１ｂ側に端子箱２５を必要に応じて取り付けることで、太陽電池モジュール２１が完成する。

このような太陽電池モジュール２１において、上述の各実施形態係る太陽電池素子１を使用することにより、太陽電池モジュール２１の光電変換効率を向上させることができる。

１ ：太陽電池素子
１ａ：表面
１ｂ：裏面
２ ：半導体基板
２ａ：表面
２ｂ：裏面
３ ：バスバー電極
４ ：フィンガー電極
４ａ：第１フィンガー電極
４ｂ：第２フィンガー電極
５ ：裏面集電電極
６ ：接続電極
７ ：一導電型領域
８ ：逆導電型層
９ ：反射防止膜
１０ ： ＢＳＦ領域
１２ ：補助電極
１３ ：表面側導電ペースト
１４ ：裏面側第１導電ペースト
１５ ：裏面側第２導電ペースト
１７ ：第１パッシベーション層
１８ ：第２パッシベーション層
２０ ：裏面フィンガー電極
２０ａ：第１裏面フィンガー電極
２０ｂ：第２裏面フィンガー電極
２１ ：太陽電池モジュール
２１ａ：第１面
２１ｂ：第２面
２２ ：接続部材
２３ ：太陽電池パネル
２４ ：フレーム
２５ ：端子箱
３１ ：透光性基板
３２ ：表面側充填材
３３ ：裏面側充填材
３４ ：裏面材
３５ :横方向配線
３６ ：外部導出配線
Ｄ１、Ｄ２：断線部
Ｒ１〜Ｒ４：経路

Claims (5)

1. 表面および裏面を有する半導体基板と、
   該半導体基板の表面および裏面の少なくとも一方の上に配置されたバスバー電極と、
   前記バスバー電極に電気的に接続された、第１方向に延びる第１フィンガー電極および第２フィンガー電極とを備え、
   前記第１フィンガー電極および前記第２フィンガー電極は、間隔を空けて隣り合うように前記半導体基板の前記バスバー電極が配置された面上に配置されており、
   前記第１方向と直交する第２方向における前記第１フィンガー電極の幅は、前記第２方向における前記第２フィンガー電極の幅よりも大きい、太陽電池素子。
2. 前記第１フィンガー電極および前記第２フィンガー電極は、複数配置されているとともに、前記第２方向に沿って前記間隔を空けて交互に配置されている、請求項１に記載の太陽電池素子。
3. 前記第１フィンガー電極および前記第２フィンガー電極の端部において、隣り合う前記第１フィンガー電極および前記第２フィンガー電極を、電気的に接続する補助電極をさらに備え、
   前記第１方向における前記補助電極の幅は、前記第１方向における前記バスバー電極の幅よりも小さい、請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子。
4. 前記第１フィンガー電極の幅は、１１０〜２００μｍであり、前記第２フィンガー電極の幅は、５０〜１００μｍである、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の太陽電池素子を複数有しており、
   隣り合う前記太陽電池素子同士を接続導体で電気的に接続してなる太陽電池モジュール。

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