JP5149339B2 - 配線付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線付き太陽電池セルの製造方法 - Google Patents

配線付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線付き太陽電池セルの製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、配線付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線付き太陽電池セルの製造方法に関する。
近年、エネルギ資源の枯渇の問題や大気中のCO2の増加のような地球環境問題などからクリーンなエネルギの開発が望まれており、特に太陽電池セルを用いた太陽光発電が新しいエネルギ源として開発、実用化され、発展の道を歩んでいる。
太陽電池セルは、従来から、たとえば単結晶または多結晶のシリコン基板の受光面にシリコン基板の導電型と反対の導電型となる不純物を拡散することによってpn接合を形成し、シリコン基板の受光面と受光面の反対側の裏面にそれぞれ電極を形成して製造された両面電極型太陽電池セルが主流となっている。また、両面電極型太陽電池セルにおいては、シリコン基板の裏面にシリコン基板と同じ導電型の不純物を高濃度で拡散することによって、裏面電界効果による高出力化を図ることも一般的となっている。
また、シリコン基板の受光面に電極を形成せず、シリコン基板の裏面のみにn電極およびp電極を形成した裏面電極型太陽電池セル(たとえば特許文献1参照)についても研究開発が進められている。このような裏面電極型太陽電池セルにおいては、シリコン基板の受光面に入射光を遮る電極の形成が不要になることから、太陽電池セルの変換効率の向上が期待されている。また、上記の裏面電極型太陽電池セルの電極を配線シートの配線に接続してなる配線シート付き太陽電池セルの技術開発も進められている。
特開2006−332273号公報
裏面電極型太陽電池セルの電極や配線シートの配線には、通常、金属材料が使用されるが、金属材料は電界によってイオン化した金属材料が電界方向に沿って析出するというイオンマイグレーションの性質を有している。このイオンマイグレーションの発生のしやすさは、周囲の温度および湿度が同一の場合には、金属材料の種類と、電界の電界強度とに依存している。
また、p電極とn電極との間の電極間ピッチと、変換効率との間には密接な関係があることもわかってきており、電極間ピッチが狭いほど変換効率が高くなる傾向にある。一方、電極間ピッチを狭くした場合には、電極間に発生する電界の電界強度が大きくなるため、イオンマイグレーションが促進されて、イオンマイグレーションにより析出した金属イオンから形成された針状物質で電極間が短絡すること等によって、変換効率が低下するおそれがある。
上記の事情に鑑みて、本発明の目的は、イオンマイグレーションに起因する特性の低下を安定して抑制することができる配線付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線付き太陽電池セルの製造方法を提供することにある。
本発明は、基板と、基板の一方の面側に設けられた第1の電極と、基板の一方の面側に設けられた、第1の電極とは異なる極性の第2の電極と、を備えた裏面電極型太陽電池セルと、第1の電極に電気的に接続されている第1の配線部材と、第2の電極に電気的に接続されている第2の配線部材と、第1の電極の表面の少なくとも一部を覆う導電性材料からなる第1の被覆層と、第2の電極の表面の少なくとも一部を覆う導電性材料からなる第2の被覆層と、を備え、第1の配線部材および第1の被覆層は、第1の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなり、第2の配線部材および第2の被覆層は、第2の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなり、第1の配線部材の幅は第1の電極の幅よりも広く、第2の配線部材の幅は第2の電極の幅よりも広く、第1の電極と第2の電極とが隣り合って配置されており、第1の配線部材と第2の配線部材とが隣り合って配置されており、第1の被覆層は、第1の電極の第2の電極と隣り合う側の表面の少なくとも一部を覆い、かつ、第1の電極に接続している第1の配線部材の表面の第2の配線部材と隣り合う側の端部における角部の少なくとも一部を覆っており、第1の電極と該第1の電極に隣り合う第2の電極との間で裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触するように絶縁性材料が配置され、第1の被覆層が第1の電極と絶縁性材料との間で裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触して介在するとともに、第2の被覆層が第2の電極と絶縁性材料との間で裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触して介在している配線付き太陽電池セルである。ここで、第1の被覆層は、第1の配線部材を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなり、第2の被覆層は、第2の配線部材を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなることが好ましい。また、第1の被覆層は、第1の配線部材の角部の全面を覆い、第2の被覆層は、第2の配線部材の角部の全面を覆うことが好ましい。また、絶縁性材料は、第1の電極の表面、第1の被覆層の表面、および第1の電極に接続している第1の配線部材の表面からなる群から選択された少なくとも1つの表面の全面に配置されていることが好ましい。また、絶縁性材料は、イオンマイグレーションにより析出した金属イオンの侵入を妨げる材料であることが好ましい。
また、本発明は、上記のいずれかに記載の配線付き太陽電池セルを含む太陽電池モジュールである。
さらに、本発明は、基板の一方の面側に、互いに隣り合う第1の電極および第1の電極とは異なる極性の第2の電極が配置されている裏面電極型太陽電池セルと、互いに隣り合う第1の配線部材および第2の配線部材とを備えた配線付き太陽電池セルを製造する方法であって、第1の電極の幅よりも広い幅を備え、第1の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い導電性材料からなる第1の配線部材を準備する工程と、第2の電極の幅よりも広い幅を備え、第2の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い導電性材料からなる第2の配線部材を準備する工程と、第1の電極および第1の配線部材の少なくとも一方に第1の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い導電性材料からなる第1の被覆部材を設置する工程と、第2の電極および第2の配線部材の少なくとも一方に第2の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い導電性材料からなる第2の被覆部材を設置する工程と、第1の被覆部材を加熱して溶融させた後に固化することによって形成された第1の被覆層で第1の電極の表面を覆うとともに第1の電極と第1の配線部材とを電気的に接続する工程と、第2の被覆部材を加熱して溶融させた後に固化することによって形成された第2の被覆層で第2の電極の表面を覆うとともに第2の電極と第2の配線部材とを電気的に接続する工程と、を含み、第1の電極と第1の配線部材とを電気的に接続する工程において、第1の被覆層が、第1の電極の第2の電極と隣り合う側の表面の少なくとも一部を覆い、かつ、第1の電極に接続している第1の配線部材の表面の第2の配線部材と隣り合う側の端部における角部の少なくとも一部を覆うように、第1の被覆層を形成し、さらに、第1の電極と該第1の電極に隣り合う第2の電極との間で裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触するように絶縁性材料が配置され、第1の被覆層が第1の電極と絶縁性材料との間で裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触して介在するとともに、第2の被覆層が第2の電極と絶縁性材料との間で裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触して介在するように絶縁性の熱硬化性および/または光硬化性の樹脂組成物を配置する工程と、樹脂組成物を硬化して絶縁性材料とする工程とを含む配線付き太陽電池セルの製造方法である。ここで、第1の被覆層は、第1の配線部材を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなり、第2の被覆層は、第2の配線部材を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなることが好ましい。
また、本発明の配線付き太陽電池セルの製造方法において、第1の被覆部材は、第1の電極を構成する金属材料および第1の配線部材の融点よりも低い融点を有するろう材または導電性接着材からなり、第2の被覆部材は、第2の電極を構成する金属材料および第2の配線部材の融点よりも低い融点を有するろう材または導電性接着材からなることが好ましい。
また、本発明の配線付き太陽電池セルの製造方法は、第1の電極と第1の配線部材とを電気的に接続する工程において、第1の被覆層が第1の配線部材の角部の全面を覆うように、第1の被覆層を形成し、第2の電極と第2の配線部材とを電気的に接続する工程において、第2の被覆層が第2の配線部材の角部の全面を覆うように、第2の被覆層を形成することが好ましい。また、樹脂組成物を配置する工程において、第1の電極の表面、第1の被覆層の表面、および第1の電極に接続している第1の配線部材の表面からなる群から選択された少なくとも1つの表面の全面に配置することが好ましい。また、樹脂組成物は、絶縁性の接着材であることが好ましい。
本発明によれば、イオンマイグレーションに起因する特性の低下を安定して抑制することができる配線付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線付き太陽電池セルの製造方法を提供することができる。
実施の形態1の太陽電池セルの模式的な断面図である。 様々な種類の材料のイオンマイグレーション感受性の相対値を示す図である。 (a)〜(e)は、実施の形態1の太陽電池セルの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 (a)および(b)は、実施の形態2の配線付き太陽電池セルの製造方法の一例を図解する模式的な断面図である。 実施の形態2の太陽電池モジュールの模式的な断面図である。 実施の形態2の配線付き太陽電池セルの変形例の模式的な断面図である。 実施の形態2の太陽電池モジュールの変形例の模式的な断面図である。 (a)〜(d)は、配線シートの製造方法の一例について図解する模式的な断面図である。 実施の形態2の配線付き太陽電池セルのさらに他の変形例の模式的な断面図である。 実施の形態2の太陽電池モジュールのさらに他の変形例の模式的な断面図である。 実施の形態3の配線付き太陽電池セルの模式的な断面図である。 実施の形態3の太陽電池モジュールの模式的な断面図である。 実施の形態3の配線付き太陽電池セルの変形例の模式的な断面図である。 実施の形態3の太陽電池モジュールの変形例の模式的な断面図である。
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
<実施の形態1>
図1に、本発明の太陽電池セルの一例である実施の形態1の太陽電池セルの模式的な断面図を示す。ここで、実施の形態1の太陽電池セルは、図1に示すように、基板1の一方の面側に互いに異なる極性(負極、正極)となるn型用電極6およびp型用電極7がそれぞれ設けられた裏面電極型太陽電池セルである。
図1に示す太陽電池セル8は、基板1と、基板1の一方の面(裏面)側に形成されたn型不純物拡散領域2およびp型不純物拡散領域3と、n型不純物拡散領域2に接するようにして形成されたn型用電極6と、p型不純物拡散領域3に接するようにして形成されたp型用電極7とを有している。
n型不純物拡散領域2およびp型不純物拡散領域3はそれぞれ図1の紙面の表面側および/または裏面側に伸びる帯状に形成されており、n型不純物拡散領域2とp型不純物拡散領域3とは基板1の裏面において所定の間隔をあけて配置されている。
n型用電極6およびp型用電極7もそれぞれ図1の紙面の表面側および/または裏面側に伸びる帯状に形成されており、n型用電極6およびp型用電極7はそれぞれn型不純物拡散領域2およびp型不純物拡散領域3に沿って形成されている。
n型用電極6の表面は被覆層66によって覆われており、p型用電極7の表面は被覆層67によって覆われている。ここで、被覆層66がn型用電極6を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成されるとともに、被覆層67がp型用電極7を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成されている。
基板1の受光面にはテクスチャ構造などの凹凸構造が形成されており、その凹凸構造を覆うようにして反射防止膜5が形成されている。基板1の裏面には、たとえば、パッシベーション膜などが形成されていてもよい。
実施の形態1の太陽電池セルにおいては、n型用電極6の表面がn型用電極6を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成された被覆層66によって覆われており、p型用電極7の表面がp型用電極7を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成された被覆層67によって覆われている。これにより、n型用電極6およびp型用電極7のそれぞれの表面からイオンマイグレーションに起因して生成される針状物質によるn型用電極6とp型用電極7との間の電気的な短絡の発生等による太陽電池セルの特性の低下を抑制することができる。
なお、被覆層66はn型用電極6の表面の少なくとも一部を覆っていればよく、被覆層67はp型用電極7の表面の少なくとも一部を覆っていればよいが、イオンマイグレーションに起因する太陽電池セルの特性の低下を安定して抑制する観点からは、被覆層66がn型用電極6の表面全面を覆っているとともに被覆層67がp型用電極7の表面全面を覆っていることが好ましい。
被覆層66および被覆層67はそれぞれ導電性材料からなることが好ましい。被覆層66および被覆層67が導電性材料からなる場合には、n型用電極6およびp型用電極7のそれぞれの表面が同電位の導電性材料からなる被覆層66および被覆層67で覆われることによって、n型用電極6およびp型用電極7のそれぞれの表面に電界が発生するのを抑制することができる。これにより、n型用電極6およびp型用電極7のそれぞれからイオンマイグレーションによって金属イオンが析出するのを抑制することができるため、イオンマイグレーションに起因する太陽電池セルの特性の低下を安定して抑制することができる。
被覆層66および被覆層67はそれぞれ絶縁性材料からなっていてもよい。ただし、被覆層66および被覆層67が絶縁性材料からなる場合には、n型用電極6およびp型用電極7のそれぞれからイオンマイグレーションによって析出される金属イオンが被覆層66および被覆層67に侵入するのを抑制することができる材料であることが好ましい。これにより、n型用電極6およびp型用電極7のそれぞれからイオンマイグレーションによって析出した金属イオンの被覆層66および被覆層67への侵入を被覆層66および被覆層67で止めることができるため、イオンマイグレーションに起因する太陽電池セルの特性の低下を安定して抑制することができる。なお、イオンマイグレーションによって析出される金属イオンの侵入を抑制することができる材料としては、たとえばハロゲンイオンの含有率が低い材料などを挙げることができる。
図2に、様々な種類の材料のイオンマイグレーション感受性の相対値を示す。図2は銀(Solid Ag(foil))のイオンマイグレーション感受性を100としたときの様々な種類の金属材料のイオンマイグレーション感受性の相対値を示す図である。図2の縦軸に様々な種類の材料を示し、図2の横軸が縦軸のそれぞれの材料のイオンマイグレーション感受性の相対値を示している。なお、図2は、(社)腐食防食協会編「腐食センターニュース No.017」(1998年9月1日)の第3頁の記載に基づくものである。また、図2の横軸は対数軸となっている。
たとえば、n型用電極6およびp型用電極7がそれぞれ銀からなる場合には、図2に示すように、n型用電極6およびp型用電極7を構成する金属材料のイオンマイグレーション感受性の相対値は100となる。この場合には、被覆層66および被覆層67を構成する材料としては、たとえば、イオンマイグレーション感受性の相対値が100よりも低い材料(図2参照)を用いることができる。
以下、図3(a)〜図3(e)の模式的断面図を参照して、実施の形態1の太陽電池セルの製造方法の一例について説明する。
まず、図3(a)に示すように、たとえばインゴットからスライスすることなどによって、基板1の表面にスライスダメージ1aが形成された基板1を用意する。ここで、基板1としては、たとえば、n型またはp型のいずれかの導電型を有する多結晶シリコンまたは単結晶シリコンなどのシリコン基板を用いることができる。
次に、図3(b)に示すように、基板1の表面のスライスダメージ1aを除去する。ここで、スライスダメージ1aの除去は、たとえば基板1が上記のシリコン基板からなる場合には、上記のスライス後のシリコン基板の表面をフッ化水素水溶液と硝酸との混酸または水酸化ナトリウムなどのアルカリ水溶液などでエッチングすることなどによって行なうことができる。スライスダメージ1aの除去後の基板1の大きさおよび形状も特に限定されないが、たとえば厚さが100μm以上500μm以下の基板1を用いることができる。
次に、図3(c)に示すように、基板1の裏面に、n型不純物拡散領域2およびp型不純物拡散領域3をそれぞれ形成する。ここで、n型不純物拡散領域2は、たとえば、n型不純物を含むガスを用いた気相拡散またはn型不純物を含むペーストを塗布した後に熱処理する塗布拡散などの方法により形成することができる。また、p型不純物拡散領域3は、たとえば、p型不純物を含むガスを用いた気相拡散またはp型不純物を含むペーストを塗布した後に熱処理する塗布拡散などの方法により形成することができる。
n型不純物を含むガスとしては、たとえばPOCl3のようなリンなどのn型不純物を含むガスを用いることができ、p型不純物を含むガスとしては、たとえばBBr3のようなボロンなどのp型不純物を含むガスを用いることができる。
n型不純物拡散領域2は、n型不純物を含み、n型の導電型を示す領域であれば特に限定されない。n型不純物としては、たとえばリンなどを用いることができる。
p型不純物拡散領域3は、p型不純物を含み、p型の導電型を示す領域であれば特に限定されない。p型不純物としては、たとえばボロンおよび/またはアルミニウムなどを用いることができる。
n型不純物拡散領域2およびp型不純物拡散領域3をそれぞれ形成した後の基板1の裏面にパッシベーション膜を形成してもよい。パッシベーション膜は、たとえば、熱酸化法またはプラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法などの方法により、たとえば、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜、または窒化シリコン膜と酸化シリコン膜との積層体を形成することによって作製することができる。パッシベーション膜の厚みは、たとえば0.05μm以上1μm以下とすることができる。
次に、図3(d)に示すように、基板1の受光面の全面にテクスチャ構造などの凹凸構造を形成した後に、その凹凸構造上に反射防止膜5を形成する。
ここで、テクスチャ構造は、たとえば、基板1の受光面をエッチングすることにより形成することができる。たとえば、基板1がシリコン基板である場合には、たとえば水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムなどのアルカリ水溶液にイソプロピルアルコールを添加した液をたとえば70℃以上80℃以下に加熱したエッチング液を用いて基板1の受光面をエッチングすることによって形成することができる。
反射防止膜5は、たとえばプラズマCVD法などにより形成することができる。反射防止膜5としては、たとえば、窒化シリコン膜などを用いることができるが、これに限定されるものではない。
基板1の裏面にパッシベーション膜を形成した場合には、基板1の裏面のパッシベーション膜の一部を除去することによってn型不純物拡散領域2の表面の少なくとも一部およびp型不純物拡散領域3の表面の少なくとも一部をそれぞれ露出させるコンタクトホールを形成してもよい。
コンタクトホールは、たとえば、フォトリソグラフィ技術を用いてコンタクトホールの形成箇所に対応する部分に開口を有するレジストパターンをパッシベーション膜上に形成した後にレジストパターンの開口からパッシベーション膜をエッチングなどにより除去する方法、またはコンタクトホールの形成箇所に対応するパッシベーション膜の部分にエッチングペーストを塗布した後に加熱することによってパッシベーション膜をエッチングして除去する方法などにより形成することができる。
次に、図3(e)に示すように、半導体基板1の裏面のn型不純物拡散領域2に接するn型用電極6を形成するとともに、p型不純物拡散領域3に接するp型用電極7を形成する。
n型用電極6およびp型用電極7はそれぞれ、たとえば、銀ペーストをn型不純物拡散領域2およびp型不純物拡散領域3のそれぞれに接するように塗布した後に銀ペーストを焼成することによって形成することができる。これにより、n型用電極6およびp型用電極7をそれぞれ、少なくともその表面に銀を含む電極とすることができる。なお、n型用電極6およびp型用電極7はそれぞれ少なくともその表面に銀を含む電極でなくてもよいことは言うまでもない。
その後、n型用電極6の表面に被覆層66を形成するとともに、p型用電極7の表面に被覆層67を形成する。被覆層66および被覆層67の形成方法は特に限定されず、n型用電極6の表面の少なくとも一部およびp型用電極7の表面の少なくとも一部を覆うことができる方法であれば特に限定されない。以上により、実施の形態1の太陽電池セルを製造することができる。
なお、本発明における裏面電極型太陽電池セルの概念には、上述した基板の一方の面側(裏面側)のみにn型用電極およびp型用電極の双方が形成された構成のものだけでなく、MWT(Metal Wrap Through)セル(基板に設けられた貫通孔に電極の一部を配置した構成の太陽電池セル)などのいわゆるバックコンタクト型太陽電池セル(太陽電池セルの受光面側と反対側の裏面側から電流を取り出す構造の太陽電池セル)のすべてが含まれる。
<実施の形態2>
実施の形態2の配線付き太陽電池セルは、実施の形態1の太陽電池セル8の複数が配線部材によって電気的に接続されていることを特徴としている。
以下、図4(a)および図4(b)の模式的断面図を参照して、実施の形態2の配線付き太陽電池セルの製造方法の一例について説明する。まず、図4(a)に示すように、n型用配線部材12およびp型用配線部材13のそれぞれの表面上方に、実施の形態1の太陽電池セル8を配置する。ここで、実施の形態1の太陽電池セル8は、n型用配線部材12の表面上方にn型用電極6が位置し、p型用配線部材13の表面上方にp型用電極7が位置するように配置される。
n型用配線部材12およびp型用配線部材13はそれぞれ導電性材料からなる配線部材であれば特に限定されないが、n型用配線部材12およびp型用配線部材13を構成する導電性材料はそれぞれn型用電極6およびp型用電極7を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料であることが好ましい。たとえば、n型用電極6およびp型用電極7を構成する金属材料が銀である場合には、n型用配線部材12およびp型用配線部材13としてはそれぞれ銀よりもイオンマイグレーション感受性が低い銅などを好適に用いることができる(図2参照)。
また、n型用配線部材12およびp型用配線部材13の形状は、n型用配線部材12およびp型用配線部材13がそれぞれn型用電極6およびp型用電極7と電気的に接続できる形状であれば特に限定されないが、たとえば後述のようにn型用配線部材12の幅D1がn型用電極6の幅d1よりも広く、かつp型用配線部材13の幅D2がp型用電極7の幅d2よりも広い形状となっていることが好ましい。
n型用電極6およびp型用電極7がそれぞれ複数存在する場合には、n型用配線部材12およびp型用配線部材13もこれらの電極に対応する形状でそれぞれ複数存在していてもよい。また、n型用配線部材12およびp型用配線部材13は、複数のn型用配線部材12同士を電気的に接続する配線部材および複数のp型用配線部材13同士を電気的に接続する配線部材などを備えていてもよい。さらに、n型用配線部材12およびp型用配線部材13は、複数の太陽電池セル8を電気的に接続するための配線部材などを備えていてもよい。
本実施の形態においては、n型用配線部材12およびp型用配線部材13はそれぞれ図4の紙面の表面側および/または裏面側に伸びる帯状に形成されている。したがって、図4の紙面の法線方向に沿って、n型用配線部材12の表面がn型用電極6の表面を覆う導電性材料からなる被覆層66の表面と向かい合っているとともに、p型用配線部材13の表面がp型用電極7の表面を覆う導電性材料からなる被覆層67の表面と向かい合っている。
n型用配線部材12の幅D1はn型用電極6の幅d1よりも広くなっているとともに、p型用配線部材13の幅D2はp型用電極7の幅d2よりも広くなっている。なお、n型用電極6の幅d1、p型用電極7の幅d2、n型用配線部材12の幅D1およびp型用配線部材13の幅D2は、それぞれ、伸長方向(図4の紙面の法線方向)に直交する方向(図4の紙面の左右方向)の長さに相当する。
n型用電極6の幅d1およびp型用電極7の幅d2は、それぞれ、たとえば100μm以上300μm以下とすることができる。また、n型用電極6の厚さおよびp型用電極7の厚さは、それぞれ、たとえば5μm以上15μm以下とすることができる。なお、n型用電極6の幅d1およびp型用電極7の幅d2はそれぞれ必ずしも同一の値である必要はなく、n型用電極6の厚さおよびp型用電極7の厚さもそれぞれ必ずしも同一の値である必要はない。
n型用配線部材12の幅D1およびp型用配線部材13の幅D2は、それぞれ、たとえば300μm以上600μm以下とすることができる。また、n型用配線部材12の厚さおよびp型用配線部材13の厚さは、たとえば10μm以上50μm以下とすることができる。なお、n型用配線部材12の幅D1およびp型用配線部材13の幅D2はそれぞれ必ずしも同一の値である必要はなく、n型用配線部材12の厚さおよびp型用配線部材13の厚さもそれぞれ必ずしも同一の値である必要はない。
次に、n型用配線部材12の表面に接するようにn型用電極6の表面を覆う被覆層66を設置し、p型用配線部材13の表面に接するようにp型用電極7の表面を覆う被覆層67を設置する。その後、被覆層66,67をそれぞれ加熱して溶融させた後に固化させる。これにより、被覆層66,67が一旦溶融状態となって、n型用配線部材12およびp型用配線部材13のそれぞれの表面へ濡れ広がり、その後、たとえば冷却等によって濡れ広がった形状で固まる。そして、図4(b)に示すように、濡れ広がった形状で固化した被覆層66,67によって、n型用電極6およびp型用電極7がそれぞれn型用配線部材12およびp型用配線部材13と接合して電気的な接続が形成される。以上により、実施の形態2の配線付き太陽電池セルを製造することができる。
上述したように、n型用配線部材12の幅D1はn型用電極6の幅d1よりも広くなっているとともに、p型用配線部材13の幅D2はp型用電極7の幅d2よりも広くなっている。そのため、溶融状態の被覆層66,67がn型用配線部材12およびp型用配線部材13のそれぞれの表面で十分に濡れ広がるため、固化後の被覆層66,67がn型用電極6およびp型用電極7のそれぞれの表面を覆うことができる。
すなわち、被覆層66,67は加熱によって溶融するろう材または導電性接着剤からなることが好ましい。特に、n型用電極6とn型用配線部材12との電気的な接続およびp型用電極7とp型用配線部材13との電気的な接続を図る観点からは、被覆層66,67が導電性材料からなることが好ましい。また、ろう材または導電性接着材からなる被覆層66,67の融点は、電極(n型用電極6、p型用電極7)の融点および配線部材(n型用配線部材12、p型用配線部材13)の融点よりも低いことが好ましい。この場合には、電極や配線部材の形状を変化させることなく、被覆層66,67を溶融させることができるため、被覆層66,67が電極や配線部材の表面を容易に覆うことができる傾向にある。
また、電極(n型用電極6、p型用電極7)を構成する金属材料が銀である場合には、被覆層66,67としては、錫合金である半田を用いることが好ましい。この場合には、被覆層66,67が導電性材料からなることによる上記の効果に加えて、電極と配線部材との接続部分における電圧降下を低減することができるため、配線付き太陽電池セルの出力電力を向上することができる。
なお、上記においては、n型用電極6およびp型用電極7のそれぞれの表面上に被覆層66および被覆層67が設置された実施の形態1の太陽電池セル8を用いた場合について説明したが、被覆層66および被覆層67は、配線部材(n型用配線部材12、p型用配線部材13)の表面のみに設置してもよく、電極(n型用電極6、p型用電極7)および配線部材(n型用配線部材12、p型用配線部材13)のそれぞれの表面に設置してもよい。また、被覆層66および被覆層67は、電極(n型用電極6、p型用電極7)の表面に限らず、電極の側面や電極近傍の半導体基板1の裏面上に設置されてもよい。
また、上記においては、実施の形態1の太陽電池セル8を用いた場合について説明したが、実施の形態2の配線付き太陽電池セルは、電極および配線部材の少なくとも一方に電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなる被覆部材を設置する工程と、被覆部材を加熱して溶融させた後に固化することによって形成された被覆層で電極の表面を覆うとともに電極と配線部材とを電気的に接続する工程と、を含む方法によっても作製することができる。なお、被覆部材は、加熱による溶融によって、配線部材の表面に濡れ広がった後に固化することで電極表面を覆う被覆層となる。
被覆部材が加熱による溶融によって配線部材表面に濡れ広がることで電極表面を覆う被覆層を形成することができれば、電極表面に被覆部材を設置することなく、たとえば電極の側部にのみ被覆部材を設置することができる。これにより、被覆部材が絶縁性材料からなる、若しくは電気抵抗が高いなどの理由で、電極を配線部材に直接接触させる必要がある場合でも、被覆層を設置することが可能となる。
ここで、被覆部材は、電極を構成する金属材料および配線部材の融点よりも低い融点を有するろう材または導電性接着材からなることが好ましい。また、ろう材または導電性接着材からなる被覆部材の融点は、電極(n型用電極6、p型用電極7)の融点および配線部材(n型用配線部材12、p型用配線部材13)の融点よりも低いことが好ましい。この場合には、電極や配線部材の形状を変化させることなく、被覆部材を溶融させることができるため、被覆部材が電極や配線部材の表面を容易に覆うことができる傾向にある。
また、当該方法においても、配線部材の幅は電極の幅よりも広いことが好ましい。この場合には、被覆部材の加熱による溶融によって被覆部材が配線部材の表面からはみ出すことなく電極の表面を覆うようにすることができる傾向が大きくなる。
その後、たとえば図5の模式的断面図に示すように、透明基板17と裏面保護材19との間の封止材18中に実施の形態2の配線付き太陽電池セルを封止することによって、実施の形態2の太陽電池モジュールを作製することができる。
ここで、透明基板17としては、たとえばガラス基板などの太陽電池モジュールに入射する光を透過させることが可能な基板を用いることができる。封止材18としては、たとえばエチレンビニルアセテートなどの太陽電池モジュールに入射する光を透過させることが可能な樹脂などを用いることができる。裏面保護材19としては、たとえばポリエステルフィルムなどの配線付き太陽電池セルの保護が可能な部材などを用いることができる。
図6に実施の形態2の配線付き太陽電池セルの変形例の模式的な断面図を示し、図7に実施の形態2の太陽電池モジュールの変形例の模式的な断面図を示す。図6に示される配線付き太陽電池セルおよび図7に示される太陽電池モジュールにおいては、絶縁性基材11の表面上にn型用配線部材12およびp型用配線部材13が設置されている配線シート10を用いて複数の太陽電池セル8が電気的に直列に接続されている点に特徴がある。このような配線シート10を用いた場合には、多数の電極と配線部材との電気的な接続を容易かつ確実に行なうことができる点で好適である。
以下、図8(a)〜図8(d)の模式的断面図を参照して、配線シート10の製造方法の一例について説明する。
まず、図8(a)に示すように、絶縁性基材11の表面上に導電性材料からなる導電層41を形成する。
ここで、絶縁性基材11としては、たとえば、ポリエステル、ポリエチレンナフタレートまたはポリイミドなどの樹脂からなる基板を用いることができるが、これに限定されるものではない。絶縁性基材11の厚さは、たとえば10μm以上200μm以下とすることができる。
次に、図8(b)に示すように、絶縁性基材11の表面の導電層41上にレジスト42を形成する。
ここで、レジスト42は、n型用配線部材12およびp型用配線部材13などの配線シート10の配線部材を残す箇所以外の箇所に開口部を有する形状に形成される。レジスト42としてはたとえば従来から公知のものを用いることができ、たとえば、スクリーン印刷、ディスペンサ塗布またはインクジェット塗布などの方法によって所定の位置に塗布された樹脂を硬化したものなどを用いることができる。
次に、図8(c)に示すように、レジスト42から露出している箇所の導電層41を矢印43の方向に除去することによって導電層41のパターンニングを行ない、導電層41の残部からn型用配線部材12およびp型用配線部材13などの配線シート10の配線部材を形成する。
ここで、導電層41の除去は、たとえば、酸やアルカリの溶液を用いたウエットエッチングなどによって行なうことができる。
次に、図8(d)に示すように、n型用配線部材12の表面およびp型用配線部材13の表面からレジスト42をすべて除去する。これにより、n型用配線部材12およびp型用配線部材13が絶縁性基材11上に形成された配線シート10が作製される。絶縁性基材11上に形成される配線部材としては、n型用配線部材12およびp型用配線部材13以外にも、たとえば、複数のn型用配線部材12同士を電気的に接続する配線部材、複数のp型用配線部材13同士を電気的に接続する配線部材、および複数の太陽電池セル8を電気的に接続するための配線部材などが形成されてもよい。
図9に実施の形態2の配線付き太陽電池セルのさらに他の変形例の模式的な断面図を示し、図10に実施の形態2の太陽電池モジュールのさらに他の変形例の模式的な断面図を示す。図9に示される配線付き太陽電池セルおよび図10に示される太陽電池モジュールにおいては、基板1と絶縁性基材11との間に絶縁性材料16が配置されており、太陽電池セル8と配線シート10とが絶縁性材料16によって接合されている点に特徴がある。
ここで、絶縁性材料16としては絶縁性の材料であれば特に限定されず、たとえば樹脂成分として、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはエポキシ樹脂とアクリル樹脂との混合樹脂のいずれかを含む電気的に絶縁性の熱硬化性および/または光硬化性の樹脂組成物などを用いることができる。また、絶縁性材料16は、樹脂成分以外の成分として、たとえば硬化剤などの従来から公知の添加剤を1種類以上含んでいてもよい。
絶縁性材料16としてはイオンマイグレーションを促進するハロゲンイオンの含有量が低い絶縁性材料などのイオンマイグレーションにより析出した金属イオンの侵入を妨げる材料を用いることが好ましい。この場合には、イオンマイグレーションに起因する配線付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの特性の低下を安定して抑制することができる。
また、絶縁性材料16としては絶縁性の接着材を用いることが好ましい。この場合には、太陽電池セル8と配線シート10とを絶縁性材料16によってより強固に接着することができるため、配線付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの機械的強度を向上させることができるとともに、n型用電極6とp型用電極7との間の領域への水分の浸入も抑制することができるため、イオンマイグレーションの発生をさらに抑制することができる傾向が大きくなる。
なお、図9に示される配線付き太陽電池セルおよび図10に示される太陽電池モジュールは、それぞれ、太陽電池セル8および配線シート10の少なくとも一方に絶縁性材料16を塗布した後に太陽電池セル8と配線シート10とを貼り合わせることによって作製可能である。
以上のように、図4〜図7および図9〜図10に示される実施の形態2の配線付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールにおいても、n型用電極6の表面がn型用電極6を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成された被覆層66によって覆われており、p型用電極7の表面がp型用電極7を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成された被覆層67によって覆われている。そのため、n型用電極6およびp型用電極7のそれぞれの表面からイオンマイグレーションに起因して生成される針状物質によるn型用電極6とp型用電極7との間の電気的な短絡の発生等による特性の低下を抑制することができる。
また、図4〜図7および図9〜図10に示される実施の形態2の配線付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールにおいては、n型用電極6とp型用電極7とが隣り合って配置されており、被覆層66がn型用電極6のp型用電極7と隣り合う表面の少なくとも一部を覆っており、被覆層67がp型用電極7のn型用電極6と隣り合う表面の少なくとも一部を覆っていることが好ましい。この場合には、n型用電極6およびp型用電極7のそれぞれの表面のうち、n型用電極6とp型用電極7との間の距離が短くなる部分に対応する表面の少なくとも一部がそれぞれ被覆層66,67で覆われる傾向にある。そのため、イオンマイグレーションに起因して生成される針状物質によるn型用電極6とp型用電極7との間の電気的な短絡の発生等による特性の低下を抑制することができる傾向が大きくなる。
本実施の形態における上記以外の説明は実施の形態1と同様であるため、その説明についてはここでは省略する。
<実施の形態3>
図11に本発明の配線付き太陽電池セルのさらに他の一例である実施の形態3の配線付き太陽電池セルの模式的な断面図を示し、図12に本発明の太陽電池モジュールのさらに他の一例である実施の形態3の太陽電池モジュールの模式的な断面図を示す。
実施の形態3の配線付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールにおいては、n型用電極6とn型用配線部材12とが向かい合って配置されるとともに、p型用電極7とp型用配線部材13とが向かい合って配置されている。そして、n型用配線部材12とp型用配線部材13とが隣り合って配置されており、被覆層66は、n型用電極6に接続しているn型用配線部材12の表面のp型用配線部材13と隣り合う側の端部における角部12bの一部を覆っており、被覆層67は、p型用電極7に接続しているp型用配線部材13の表面のn型用配線部材12と隣り合う側の端部における角部13bの一部を覆っている。
ここで、角部とは、いわゆる頂角だけでなく、面を折り曲げてできるいわゆる辺の部分も含まれる。図11に示す例においては、n型用配線部材12の角部12bは、n型用電極6と対向するn型用配線部材12の表面と、p型用配線部材13と対向するn型用配線部材12の側面12aと、の交線に相当する。また、p型用配線部材13の角部13bは、p型用電極7と対向するp型用配線部材13の表面と、n型用配線部材12と対向するp型用配線部材13の側面13aと、の交線に相当する。
図13に本発明の配線付き太陽電池セルのさらに他の一例である実施の形態3の配線付き太陽電池セルの変形例の模式的な断面図を示し、図14に本発明の太陽電池モジュールのさらに他の一例である実施の形態3の太陽電池モジュールの変形例の模式的な断面図を示す。
実施の形態3の配線付き太陽電池セルの変形例および太陽電池モジュールの変形例においても、n型用配線部材12とp型用配線部材13とが隣り合って配置されており、被覆層66は、n型用電極6に接続しているn型用配線部材12の表面のp型用配線部材13と隣り合う側の端部における角部12bの全部を覆っており、被覆層67は、p型用電極7に接続しているp型用配線部材13の表面のn型用配線部材12と隣り合う側の端部における角部13bの全部を覆っている。
一般的に、2つの平面の間に発生している電界においては、角部に電界が集中して電界強度が大きくなることが知られているが、本実施の形態のように、導電性材料からなる被覆層66,67でn型用配線部材12およびp型用配線部材13の角部12b,13bの電界への露出を抑えることによってn型用配線部材12およびp型用配線部材13のそれぞれの角部12b,13bにおいてイオンマイグレーションが促進されるのを抑制することができる。
そのため、図11〜図14に示す配線付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールにおいては、n型用配線部材12およびp型用配線部材13のそれぞれにおけるイオンマイグレーションの発生を抑制することができるため、イオンマイグレーションに起因する配線付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの特性の低下を抑制することができる。
被覆層66は、n型用配線部材12を構成する材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成されていることが好ましい。この場合には、n型用配線部材12の被覆層66との接触部分におけるイオンマイグレーションの発生をさらに抑制することができることから、イオンマイグレーションに起因する配線付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの特性の低下を安定して抑制することができる傾向が大きくなる。
被覆層67は、p型用配線部材13を構成する材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料から構成されていることが好ましい。この場合には、p型用配線部材13の被覆層67との接触部分におけるイオンマイグレーションの発生を抑制することができることから、イオンマイグレーションに起因する配線付き太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの特性の低下を安定して抑制することができる傾向が大きくなる。
本実施の形態における上記以外の説明は実施の形態1および実施の形態2と同様であるため、ここではその説明については省略する。
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
本発明は、太陽電池セル、配線付き太陽電池セル、太陽電池モジュールおよび配線付き太陽電池セルの製造方法に利用することができる。
1 基板、1a スライスダメージ、2 n型不純物拡散領域、3 p型不純物拡散領域、5 反射防止膜、6 n型用電極、7 p型用電極、8 太陽電池セル、10 配線シート、11 絶縁性基材、12 n型用配線部材、13 p型用配線部材、12a,13a 側面、12b,13b 角部、16 絶縁性材料、17 透明基板、18 封止材、19 裏面保護材、41 導電層、42 レジスト、43 矢印、66,67 被覆層。

Claims (12)

  1. 基板と、
    前記基板の一方の面側に設けられた第1の電極と、
    前記基板の一方の面側に設けられた、前記第1の電極とは異なる極性の第2の電極と、を備えた裏面電極型太陽電池セルと、
    前記第1の電極に電気的に接続されている第1の配線部材と、
    前記第2の電極に電気的に接続されている第2の配線部材と、
    前記第1の電極の表面の少なくとも一部を覆う導電性材料からなる第1の被覆層と、
    前記第2の電極の表面の少なくとも一部を覆う導電性材料からなる第2の被覆層と、を備え、
    前記第1の配線部材および前記第1の被覆層は、前記第1の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなり、
    前記第2の配線部材および前記第2の被覆層は、前記第2の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなり、
    前記第1の配線部材の幅は前記第1の電極の幅よりも広く、
    前記第2の配線部材の幅は前記第2の電極の幅よりも広く、
    前記第1の電極と前記第2の電極とが隣り合って配置されており、
    前記第1の配線部材と前記第2の配線部材とが隣り合って配置されており、
    前記第1の被覆層は、前記第1の電極の前記第2の電極と隣り合う側の表面の少なくとも一部を覆い、かつ、前記第1の電極に接続している前記第1の配線部材の表面の前記第2の配線部材と隣り合う側の端部における角部の少なくとも一部を覆っており、
    前記第1の電極と該第1の電極に隣り合う前記第2の電極との間で前記裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触するように絶縁性材料が配置され、前記第1の被覆層が前記第1の電極と前記絶縁性材料との間で前記裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触して介在するとともに、前記第2の被覆層が前記第2の電極と前記絶縁性材料との間で前記裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触して介在している、配線付き太陽電池セル。
  2. 前記第1の被覆層は、前記第1の配線部材を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなり、
    前記第2の被覆層は、前記第2の配線部材を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなる、請求項1に記載の配線付き太陽電池セル。
  3. 前記第1の被覆層は、前記第1の配線部材の角部の全面を覆い、前記第2の被覆層は、前記第2の配線部材の角部の全面を覆う、請求項1または2に記載の配線付き太陽電池セル。
  4. 前記絶縁性材料は、前記第1の電極の表面、前記第1の被覆層の表面、および前記第1の電極に接続している前記第1の配線部材の表面からなる群から選択された少なくとも1つの表面の全面に配置されている、請求項1から3のいずれかに記載の配線付き太陽電池セル。
  5. 前記絶縁性材料は、イオンマイグレーションにより析出した金属イオンの侵入を妨げる材料である、請求項1から4のいずれかに記載の配線付き太陽電池セル。
  6. 請求項1からのいずれかに記載の配線付き太陽電池セルを含む、太陽電池モジュール。
  7. 基板の一方の面側に、互いに隣り合う第1の電極および前記第1の電極とは異なる極性の第2の電極が配置されている裏面電極型太陽電池セルと、互いに隣り合う第1の配線部材および第2の配線部材とを備えた配線付き太陽電池セルを製造する方法であって、
    前記第1の電極の幅よりも広い幅を備え、前記第1の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い導電性材料からなる前記第1の配線部材を準備する工程と、
    前記第2の電極の幅よりも広い幅を備え、前記第2の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い導電性材料からなる前記第2の配線部材を準備する工程と、
    前記第1の電極および前記第1の配線部材の少なくとも一方に前記第1の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い導電性材料からなる第1の被覆部材を設置する工程と、
    前記第2の電極および前記第2の配線部材の少なくとも一方に前記第2の電極を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い導電性材料からなる第2の被覆部材を設置する工程と、
    前記第1の被覆部材を加熱して溶融させた後に固化することによって形成された第1の被覆層で前記第1の電極の表面を覆うとともに前記第1の電極と前記第1の配線部材とを電気的に接続する工程と、
    前記第2の被覆部材を加熱して溶融させた後に固化することによって形成された第2の被覆層で前記第2の電極の表面を覆うとともに前記第2の電極と前記第2の配線部材とを電気的に接続する工程と、を含み、
    前記第1の電極と前記第1の配線部材とを電気的に接続する工程において、前記第1の被覆層が、前記第1の電極の前記第2の電極と隣り合う側の表面の少なくとも一部を覆い、かつ、前記第1の電極に接続している前記第1の配線部材の表面の前記第2の配線部材と隣り合う側の端部における角部の少なくとも一部を覆うように、前記第1の被覆層を形成し、
    さらに、前記第1の電極と該第1の電極に隣り合う前記第2の電極との間で前記裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触するように絶縁性材料が配置され、前記第1の被覆層が前記第1の電極と前記絶縁性材料との間で前記裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触して介在するとともに、前記第2の被覆層が前記第2の電極と前記絶縁性材料との間で前記裏面電極型太陽電池セルの裏面に接触して介在するように、絶縁性の熱硬化性および/または光硬化性の樹脂組成物を配置する工程と前記樹脂組成物を硬化して絶縁性材料とする工程とを含む、配線付き太陽電池セルの製造方法。
  8. 前記第1の被覆層は、前記第1の配線部材を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなり、
    前記第2の被覆層は、前記第2の配線部材を構成する金属材料よりもイオンマイグレーションが起こり難い材料からなる、請求項に記載の配線付き太陽電池セルの製造方法。
  9. 前記第1の被覆部材は、前記第1の電極を構成する金属材料および前記第1の配線部材の融点よりも低い融点を有するろう材または導電性接着材からなり、前記第2の被覆部材は、前記第2の電極を構成する金属材料および前記第2の配線部材の融点よりも低い融点を有するろう材または導電性接着材からなる、請求項またはに記載の配線付き太陽電池セルの製造方法。
  10. 前記第1の電極と前記第1の配線部材とを電気的に接続する工程において、前記第1の被覆層が前記第1の配線部材の角部の全面を覆うように、前記第1の被覆層を形成し、前記第2の電極と前記第2の配線部材とを電気的に接続する工程において、前記第2の被覆層が前記第2の配線部材の角部の全面を覆うように、前記第2の被覆層を形成する、請求項からのいずれかに記載の配線付き太陽電池セルの製造方法。
  11. 前記樹脂組成物を配置する工程において、前記第1の電極の表面、前記第1の被覆層の表面、および前記第1の電極に接続している前記第1の配線部材の表面からなる群から選択された少なくとも1つの表面の全面に配置する、請求項から10のいずれかに記載の配線付き太陽電池セルの製造方法。
  12. 前記樹脂組成物は、絶縁性の接着材である、請求項7から11のいずれかに記載の配線付き太陽電池セルの製造方法。
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