JP3743743B2

JP3743743B2 - 太陽電池

Info

Publication number: JP3743743B2
Application number: JP06134499A
Authority: JP
Inventors: 吉竜川間; 浩昭森川; 隆石原; 章裕黒田; 眞司中本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-03-09
Filing date: 1999-03-09
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2019-03-09
Also published as: JP2000261012A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池の構造に関し、特に、受光表面に形成された電極構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図１１は、例えば、シャープ株式会社製の住宅用太陽光発電システム等に広く用いられている一般的な太陽電池の構造を示す斜視図であり、図１２は、その上面図、図１３は、ＸII−ＸIIにおける断面図である。図中、１はｐ型シリコンからなる半導体基板、２はＰＯＣｌ₃を用いたリン拡散により形成したｎ型の不純物拡散層、３はシリコン窒化膜よりなる反射防止膜、４は印刷により形成した銀ペーストからなる細線電極、５は細線電極４と同じく印刷により形成した銀ペーストからなる集電電極、６は印刷により形成したアルミペーストからなる裏面電極、７は銅からなる外部電極、８は外部電極７を集電電極５上に固定する錫からなる半田層、９は集電電極５の上面と外部電極７の側壁との間に半田層８が渡って形成されたのフィレット部である。外部電極７は、仮想線で示す。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来構造の太陽電池では、製造工程中や使用中において、集電電極５上の外部電極７が剥離し、断線等の故障原因となっていた。
これに対して、集電電極５と外部電極７との固定強度について解析した結果、従来構造の太陽電池では、外部電極７は、半田層８によって集電電極５の上に固定されているが、詳細には、集電電極５と外部電極７との間に挿入された薄膜の半田層８による固定強度は小さく、集電電極４の上面と外部電極７の側面との間に半田層８が渡って形成されたのフィレット部９により、全体の固定強度がほぼ決定されている。従って、かかるフィレット部９の強度を増すことにより、集電電極５と外部電極７との剥離を防止できることを見出した。
即ち、本発明はかかる解析結果に基づいてなされたものであり、外部電極７と集電電極５との間の接着強度を高くし、外部電極７の剥離を防止した信頼性の高い太陽電池を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで、発明者らは鋭意研究の結果、集電電極５を、複数の単位集電電極５’に分割して形成し、半田層のフィレット部９が形成される領域の面積を増やすことにより、外部電極７と集電電極５との間の付着強度を高くして、外部電極７の剥離を防止できることを見出し、本発明を完成した。
【０００５】
即ち、本発明は、異なる導電型の半導体層を積層し、該半導体層の一表面を受光面とする太陽電池であって、該受光面上に、略平行に設けられた複数の細線電極と該細線電極と接続された集電電極とからなる櫛型電極と、該集電電極に重なるように導電性接着剤で固定された外部電極とを備え、該集電電極が、該外部電極の長手方向に、その電極端部間が所定の間隔をおいて設けられ、側方に複数の該細線電極が接続された複数の単位集電電極からなり、該導電性接着剤が、該電極端部において該外部電極の下部にも回り込み、該電極端部の側壁部と該外部電極裏面との間を渡って接続するフィレット部を形成してなることを特徴とする太陽電池である。
このように、集電電極を分割して、複数の単位集電電極とすることにより、単位集電電極の側面と外部電極の裏面との間にもフィレット部を形成することができ、集電電極と外部電極との接着強度を向上させることができる。即ち、かかる構造を用いることにより、フィレット部の形成領域を大きくできるとともに、側面と裏面といった異なった方向から外部電極を固定することができ、外部電極の固定強度を大きくすることができる。これにより、製造工程中、又は使用中における外部電極の剥離を防止し、信頼性の高い太陽電池を提供することが可能となる。
【０００６】
上記長手方向と垂直な方向の電極幅は、該外部電極より該単位集電電極の方が広くなり、該外部電極の側面と、該単位集電電極の上面との間を渡って接続するフィレット部を形成してなることが好ましい。
かかる構造を用いることにより、特に、太陽電池の発電効率を多少犠牲にしても外部電極の接続強度を大きくしたい場合には、単位集電電極の電極幅を広くして、フィレット部の形成面積を大きくすることにより、更に、外部電極の接続強度を大きくすることができるからである。
【０００７】
上記単位集電電極は、電極幅を部分的に広くしたものであっても良い。
かかる構造を用いることにより、太陽電池の発電効率の低下を極力抑えながら、外部電極の接続強度を向上させることができるからである。
【０００８】
上記電極幅は、該外部電極より該単位集電電極の方が狭くなり、該外部電極裏面と、該単位集電電極の側面との間を渡って接続するフィレット部を形成してなるものであっても良い。
かかる構造を用いることにより、太陽電池の発電効率を低下させないで、外部電極の接着強度を向上させることが可能だからである。
【０００９】
上記電極幅は、該外部電極と、該単位集電電極とで略等しくなり、該外部電極の側面と、該単位集電電極の側面との間を渡って接続するフィレット部を形成してなるものであっても良い。
かかる構造を用いることによっても、太陽電池の発電効率を低下させないで、外部電極の接着強度を向上させることが可能だからである。
【００１０】
上記単位集積電極の電極端部間の距離は、上記細線電極間の距離より広いことが好ましい。
例えば、電極端部間の距離を、細線電極の１ピッチ分とするより、３ピッチ分とするほうが、外部電極の接続強度が向上するからである。
【００１１】
上記単位集電電極の電極端部は、該単位集電電極の電極幅より電極幅の狭い接続電極で接続されたものであっても構わない。
このように、単位集電電極より電極幅の狭い接続電極で接続することにより、外部電極の接続強度を増しつつ、電極部の抵抗値の増加を抑え、集電ロスを低減することができるからである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
本発明の第１の実施の形態について、図１〜３を参照して説明する。図１は、本実施の形態にかかる太陽電池の上面図、図２は、Ｉ−Ｉにおける断面図であり、図中、図１１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。
【００１３】
本実施の形態にかかる太陽電池では、受光面上に、略平行に設けられた複数の細線電極４と該細線電極４と接続された集電電極５とからなる櫛型電極と、該集電電極５に重なるように半田層８で固定された外部電極７とを備え、該集電電極５が、該外部電極７の長手方向に、その電極端部間が所定の間隔をおいて設けられた複数の単位集電電極５’からなり、半田層８が、該電極端部において該外部電極７の下部にも回り込み、該電極端部の側壁部と該外部電極７裏面との間を渡って接続するフィレット部９を形成している。
具体的には、集電電極５は、同一直線上に並んだ４つの単位集電電極５’に分割されており、単位集電電極５’間の距離は、図１の上方に示した電極では細線電極４の間隔と同じあり、一方、図１の下方に示した電極では細線電極４の間隔の３倍となっている。全ての単位集電電極５’は、その上に形成された外部電極７に電気的に接続されている。また、細線電極４は、その底面で、不純物拡散層２と電気的に接続されている。
【００１４】
ここで、半田８のフィレット部９は、図２に示したように、集電電極５の上面と外部電極７の側面との間を渡るように形成され、かかるフィレット部９が多いほど、外部電極７の集電電極５に対する接着強度が増加する。
従って、本実施の形態では、集電電極５を４つに分割して単位集電電極５’とすることにより、図２に示すように、単位集電電極５’の電極端部において、半田層８が外部電極７の下部にも回り込み、単位集電電極５’の電極端部の側壁部と外部電極７裏面との間を渡ってフィレット部９を形成するようにしている。
【００１５】
図３は、図１の構造において、集電電極５から外部電極板７を剥がすのに必要となるひっぱり強度をピール試験により測定した結果である。
横軸に、集電電極間の分断の無い場合（従来構造）、集電電極間の分断距離が、細線電極４の間隔の１ピッチに相当する場合（図１の上方に示した電極構造）、集電電極間の分断距離が、細線電極４の間隔の３ピッチに相当する場合（図１の下方に示した電極構造）を示し、縦軸に、ピール試験で測定した外部電極付着強度（kg/cm²）を示す。
図３から明らかなように、集電電極５に分断部分を持たせて、単位集電電極５’としたものは、分断しない従来構造のものより、付着強度（接着強度）が増加している。また、分断部分の距離を、１ピッチから３ピッチに広げることにより、更に付着強度が増加していることが分る。
以上のように、集電電極５を分割して、複数の単位集電電極５’とすることにより、従来構造よりフィレット部９の形成される面積が大きくなり、外部電極７と集電電極５との接着強度を大きくすることができる。
これにより、製造工程中、使用中における外部電極７の剥離を防止することができ、信頼性の高い太陽電池を提供することが可能となる。
なお、本実施の形態にかかる太陽電池では、単位集電電極５’に対して、外部電極７が表面全体で電気的に接続されているため、集電電極５が分割されることにより集電ロスが問題となるほど増加することはない。
【００１６】
実施の形態２.
本発明の第２の実施の形態について、図４を参照して説明する。図４は、本実施の形態にかかる太陽電池の上面図であり、図中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。また、上方に示した電極では、単位集電電極５’の間隔が細線電極４の１ピッチ分の間隔であり、下方に示した電極では、細線電極４の３ピッチ分の間隔となっている。
本実施の形態では、上記実施の形態１の単位集電電極５’の間を、集電電極５の長手方向と垂直な幅方向の電極幅が、単位集電電極５’の電極幅より狭い接続電極１０により電気的に接続されている。
かかる接続電極１０は、単位集電電極５’の形成工程で同時に形成することができ、材料も単位集電電極５’と同じ銀ペーストから形成される。
【００１７】
このように、単位集電電極５’をそれより電極幅の狭い接続電極１０で接続した構造とすることにより、単位集電電極５’の電極端部であって接続電極１０と接続されていない部分と、外部電極７の裏面との間にフィレット部９を形成することができる。これにより、単位集電電極５’と外部電極７との接続強度を大きくし、外部電極７の剥離を防止することができる。更には、各単位集電電極５’の間が接続電極１０により電気的に接続されているため、各単位集電電極５’が外部電極７のみで電気的に接続されている場合に比較して、電極部（単位集電電極５’と外部電極７）の抵抗値を小さくして、集電ロスを少なくすることができる。
本実施の形態では、接続電極１０を、実施の形態１の構造に適用した場合について述べたが、以下に説明する実施の形態３〜５に適用することも可能である。
【００１８】
実施の形態３.
本発明の第３の実施の形態について、図５、６を参照して説明する。図５は、本実施の形態にかかる太陽電池の上面図であり、図６は、Ｖ−Ｖにおける断面図である。図中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。また、上方に示した電極では、単位集電電極５’の間隔が細線電極４の１ピッチ分の間隔であり、下方に示した電極では、細線電極４の３ピッチ分の間隔となっている。
本実施の形態にかかる太陽電池では、図５に示すように、単位集電電極５’が、電極端部において、電極幅を部分的に広くしたこと構造となっている。かかる構造を採用することにより、図６に示すように、電極幅が部分的に広くなった領域において、単位集電電極５’の上面と外部電極７の側面との間に半田層８が渡って形成されたフィレット部９の断面を、例えば、図２に示す構造に比較して大きくすることができ、単位集電電極５’と外部電極７との接続強度を大きくすることが可能となる。
即ち、単位集電電極５’の面積を大きくすることは、その上面に形成されるフィレット部９の断面積を大きくし、単位集電電極５’と外部電極７との接続強度を大きくすることにつながるが、一方で、太陽電池の受光表面の面積を小さくして、発電効率を低下させることになる。そこで、本実施の形態では、部分的に単位集電電極５’の電極幅を広くした領域を形成することにより、受光表面の面積低下を抑えながら、実施の形態１の場合より、単位集電電極５’と外部電極７との接続強度を大きくすることが可能となる。
なお、本実施の形態では、単位集電電極５’の両端の電極端部において、面積の広い領域を設けたが、端部以外の領域に設けることも可能である。
【００１９】
実施の形態４.
本発明の第４の実施の形態について、図７を参照して説明する。図７は、本実施の形態にかかる太陽電池の上面図であり、図中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。また、上方に示した電極では、単位集電電極５’の間隔が細線電極４の１ピッチ分の間隔であり、下方に示した電極では、細線電極４の３ピッチ分の間隔となっている。
【００２０】
上記実施の形態３にかかる太陽電池では、単位集電電極５’を部分的に広く形成したのに対して、本実施の形態にかかる太陽電池では、単位集電電極５’全領域について、単位集電電極５’の面積を広くしている。即ち、単位集電電極５’のいずれの箇所で、電極幅方向の断面を取ってみても、図６のような断面構造となる。
従って、太陽電池の受光表面の面積が多少小さくなっても、単位集電電極５’と外部電極７との接続強度を大きくしたいといった要求のある場合には、図７に示すような構造を用いることにより、実施の形態１の場合より、更に、単位集電電極５’と外部電極７との接続強度を大きくして、外部電極７の剥離を防止することが可能となる。
【００２１】
実施の形態５.
本発明の第５の実施の形態について、図８〜１０を参照して説明する。図８は、本実施の形態にかかる太陽電池の上面図であり、図９、１０は、ＶIII−ＶIIIにおける断面図である。図中、図１と同一符号は、同一又は相当箇所を示す。また、上方に示した電極では、単位集電電極５’の間隔が細線電極４の１ピッチ分の間隔であり、下方に示した電極では、細線電極４の３ピッチ分の間隔となっている。
【００２２】
本実施の形態では、単位集電電極５’の電極幅を、外部電極７の電極幅と同じか、又はより狭くしたものである。
図９は、単位集電電極５’の電極幅を、外部電極７の電極幅より狭くした場合のＶIII−ＶIIIにおける断面図である。図から明らかなように、実施の形態１では、単位集電電極５’の上面と、外部電極７の側壁との間に形成されていたフィレット部９が、単位集電電極５’の側面と、外部電極７の裏面との間に形成されることとなる。
かかる構造を用いることにより、単位集電電極５’と外部電極７との間に形成されるフィレット部９の断面積を同等に維持して、実施の形態１の場合と同程度の接続強度を維持しながら、単位集電電極５’の電極幅を、外部電極７の電極幅より狭くすることにより、太陽電池表面の受光表面の面積を増やすことができ、太陽電池の発電効率を向上させることが可能となる。
【００２３】
一方、図１０は、単位集電電極５’の電極幅と、外部電極７の電極幅とを同じとするとともに、フィレット部９が、単位集電電極５’の側面と、外部電極７の側面とを渡るように形成したものである。
このようにフィレット部９を形成することにより、実施の形態１のように、単位集電電極５’の上面と、外部電極７の側面との間にフィレット部９を形成した場合と同程度の接続強度を得ることが可能となる。また、単位集電電極５’の電極幅が、外部電極７の電極幅と、同程度まで狭くすることにより、太陽電池の受光表面の面積を増やすことができ、太陽電池の発電効率を向上させることが可能となる。
【００２４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、集電電極を分割して、側方に複数の該細線電極が接続された複数の単位集電電極とすることにより、フィレット部が形成される面積が大きくなり、外部電極と集電電極との接続強度を大きくすることができ、外部電極の剥離を防止した、信頼性の高い太陽電池を提供することが可能となる。
【００２５】
また、単位集電電極の面積を一部、又は全部において広くすることにより、フィレット部の接続強度を大きくし、更に、信頼性の高い太陽電池を提供することが可能となる。
【００２６】
また、単位集電電極の電極幅を、外部電極と同等又はそれより小さくすることにより、外部電極の剥離を防止しながら、太陽電池の受光表面の面積を広くして、太陽電池の発電効率を向上させることが可能となる。
【００２７】
更には、単位集電電極間を、それより電極幅の狭い接続電極で接続した構造とすることにより、電極部の抵抗値を小さくして、集電ロスを少なくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の上面図である。
【図２】Ｉ−Ｉにおける断面図である。
【図３】外部電極付着強度の測定結果である。
【図４】本発明の実施の形態２にかかる太陽電池の上面図である。
【図５】本発明の実施の形態３にかかる太陽電池の上面図である。
【図６】Ｖ−Ｖにおける断面図である。
【図７】本発明の実施の形態４にかかる太陽電池の上面図である。
【図８】本発明の実施の形態５にかかる太陽電池の上面図である。
【図９】ＶIII−ＶIIIにおける断面図である。
【図１０】ＶIII−ＶIIIにおける断面図である。
【図１１】従来構造にかかる太陽電池の斜視図である。
【図１２】従来構造にかかる太陽電池の上面図である。
【図１３】ＸII−ＸIIにおける断面図である。
【符号の説明】
１半導体基板、２不純物拡散層、３反射防止膜、４細線電極、５集電電極、５’ 単位集電電極、６裏面電極、７外部電極、８半田層、９フィレット部、１０接続電極。

Claims

異なる導電型の半導体層を積層し、該半導体層の一表面を受光面とする太陽電池であって、
該受光面上に、略平行に設けられた複数の細線電極と該細線電極と接続された集電電極とからなる櫛型電極と、
該集電電極に沿って、重なるように導電性接着剤で固定された外部電極とを備え、
該集電電極が、該外部電極の長手方向に、その電極端部間が所定の間隔をおいて設けられ、側方に複数の該細線電極が接続された複数の単位集電電極からなり、
該導電性接着剤が、該電極端部において該外部電極の下部にも回り込み、該電極端部の側壁部と該外部電極裏面との間を渡って接続するフィレット部を形成してなることを特徴とする太陽電池。
上記長手方向と垂直な方向の電極幅が、該外部電極より該単位集電電極の方が広くなり、該外部電極の側面と、該単位集電電極の上面との間を渡って接続するフィレット部を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
上記単位集電電極が、電極幅を部分的に広くしたことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
上記電極幅が、該外部電極より該単位集電電極の方が狭くなり、該外部電極裏面と、該単位集電電極の側面との間を渡って接続するフィレット部を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
上記電極幅が、該外部電極と、該単位集電電極とで略等しくなり、該外部電極の側面と、該単位集電電極の側面との間を渡って接続するフィレット部を形成してなることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
上記単位集積電極の電極端部間の距離が、上記細線電極間の距離より広いことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
上記単位集電電極の電極端部が、該単位集電電極の電極幅より電極幅の狭い接続電極で接続されたことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池。