JP6037144B2 - 太陽電池の製造方法、太陽電池モジュールの製造方法、及び太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池の製造方法、太陽電池モジュールの製造方法、及び太陽電池モジュール Download PDF

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Description

本発明は、太陽電池の製造方法、太陽電池モジュールの製造方法、及び太陽電池モジュールに関する。
特許文献１には、携帯電話等の電子機器に用いられる太陽電池モジュールの製造方法であって、太陽電池セルの特性検査工程において不良品と判定された太陽電池セルを取り除き、良品と判定された太陽電池セルのみを用いてモジュールを製造する方法が開示されている。
特開２０１２−４３８７０号公報
ところで、太陽電池モジュールの製造では、目的とする良好な出力特性を維持しながら、歩留まりを向上させることが求められている。特許文献１に開示された技術では、歩留まりの向上について未だ改良の余地がある。
本発明に係る太陽電池の製造方法は、光電変換部を製造し、光電変換部の特性値を測定して、該特性値に基づき電極の構造を選定し、光電変換部上に電極を形成する。
本発明に係る太陽電池モジュールの製造方法は、上記太陽電池の製造方法により製造される、電極構造が互いに異なる少なくとも２種類の太陽電池を含む複数の太陽電池を、配線材で直列に接続して一対の保護部材でカバーする。
本発明に係る太陽電池モジュールは、光電変換部上に形成された電極の構造が互いに異なる少なくとも２種類の太陽電池と、太陽電池同士を接続する配線材とを備える。
本発明によれば、良好な出力特性を有すると共に、歩留まり良く製造可能な太陽電池、及び太陽電池モジュールを提供することができる。
本発明に係る実施形態の一例である太陽電池モジュールを受光面側から見た平面図である。 図１のＸ‐Ｘ線断面の一部を示す図である。 図１のＹ‐Ｙ線断面の一部を示す図である。 図１のＺ‐Ｚ線断面の一部を示す図である。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池の電極の一部を示す平面図である。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池の電極の一部を示す平面図である。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池、及び太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池、及び太陽電池モジュールの製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池、及び太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池、及び太陽電池モジュールの製造方法を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池、及び太陽電池モジュールの製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池の製造方法を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池の製造方法を説明するための図である。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。 本発明に係る実施形態の一例である太陽電池の製造方法を説明するためのフローチャートである。
図面を参照しながら、本発明に係る実施形態の一例である太陽電池モジュール１０について以下詳細に説明するが、本発明の適用はこれに限定されない。実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
図１〜図４を参照しながら、太陽電池モジュール１０の構成について説明する。図１は、太陽電池モジュール１０を受光面側から見た平面図である。図２〜図４は、それぞれ図１のＸ‐Ｘ線、Ｙ‐Ｙ線、及びＺ‐Ｚ線で、太陽電池モジュール１０を厚み方向に切断した断面図である。
太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池１１Ａ，１１Ｂと、太陽電池１１Ａ，１１Ｂの受光面側に配置される第１保護部材１２と、太陽電池１１Ａ，１１Ｂの裏面側に配置される第２保護部材１３とを備える。複数の太陽電池１１Ａ，１１Ｂは、第１保護部材１２と第２保護部材１３とにより挟持されると共に、充填剤１４により封止されている。第１保護部材１２及び第２保護部材１３には、例えば、ガラス基板や樹脂基板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。充填剤１４には、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の樹脂を用いることができる。
太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池を直列に接続する配線材１５を備える。図２に示すように、隣接して配置される太陽電池１１Ａと太陽電池１１Ｂとを接続する場合、配線材１５の一端側は、太陽電池１１Ａの後述するバスバー電極４２Ａに取り付けられる。配線材１５の他端側は、太陽電池１１Ｂの後述するバスバー電極３２Ｂに取り付けられる。配線材１５は、隣接する太陽電池１１Ａと太陽電池１１Ｂとの間で太陽電池モジュール１０の厚み方向に曲がり、各太陽電池を直列に接続する。
太陽電池モジュール１０は、例えば、配線材１５同士を接続する渡り配線材１６、第１保護部材１２及び第２保護部材１３の周縁に取り付けられるフレーム１７、図示しない端子ボックス等をさらに備える。
太陽電池モジュール１０には、上記のように、少なくとも２種類の太陽電池１１Ａ，１１Ｂが含まれる。詳しくは後述するが、太陽電池１１Ａ，１１Ｂは、光電変換部２０Ａ，２０Ｂの特性（特性値）に基づいて分類され、互いに異なる電極構造を有する。本明細書では、太陽電池１１Ａに係る構成要素には「Ａ」を付し、太陽電池１１Ｂに係る構成要素には「Ｂ」を付する。
太陽電池１１Ａ，１１Ｂは、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部２０Ａ，２０Ｂと、その受光面上に形成された受光面電極である第１電極３０Ａ，３０Ｂと、その裏面上に形成された裏面電極である第２電極４０Ａ，４０Ｂとをそれぞれ備える。太陽電池１１Ａ，１１Ｂでは、光電変換部２０Ａ，２０Ｂでそれぞれ生成されたキャリアが、第１電極３０Ａ，３０Ｂ及び第２電極４０Ａ，４０Ｂによりそれぞれ収集される。ここで、「受光面」とは太陽電池の外部から太陽光が主に入射する面を、「裏面」とは受光面と反対側の面をそれぞれ意味する。例えば、太陽電池に入射する太陽光のうち５０％超過〜１００％が受光面側から入射する。
光電変換部２０Ａ，２０Ｂは、少なくとも曲線因子に基づいて分類されることが好適である。以下では、光電変換部の曲線因子を「ＦＦ０」とし、太陽電池の曲線因子を「ＦＦ」とする。例えば、光電変換部２０Ａは、所定の閾値以上のＦＦ０を有し、光電変換部２０Ｂは、所定の閾値未満のＦＦ０を有する。所定の閾値は、例えば、ＦＦ０の規格下限値（以下、「ＦＦＬ」とする）である。光電変換部２０ＢはＦＦ０がＦＦＬ以上となるように製造されたものであるが、製造工程における諸条件の変動によりＦＦ０が低くなったものである。したがって、光電変換部２０Ａ，２０Ｂは巨視的には同じ構造を有する。また、太陽電池１１Ａ，１１Ｂは、フィンガー電極、バスバー電極を有する点で共通している。以下では、太陽電池１１Ａ，１１Ｂで共通する内容は太陽電池１１Ａについて説明する。
光電変換部２０Ａは、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料からなる基板２１Ａと、基板２１Ａの受光面上に形成された非晶質半導体層２２Ａと、基板２１Ａの裏面上に形成された非晶質半導体層２３Ａとを有する。基板２１Ａとしては、ｎ型単結晶シリコン基板が特に好適である。基板２１Ａの受光面には、テクスチャ構造２６Ａ（後述の図１２参照）を形成することが好適である。また、基板２１Ａの裏面にもテクスチャ構造を形成することが好適である。
テクスチャ構造２６Ａとは、光の反射を低減して受光効率を高めるための微細な凹凸構造である。テクスチャ構造２６Ａの具体例としては、主面が（１００）面であるｎ型単結晶シリコン基板に、異方性エッチングを施すことによって得られるピラミッド状の凹凸構造が挙げられる。テクスチャ構造２６Ａのサイズ（以下、「Ｔｘサイズ」という場合がある）は、０．５μｍ〜２０μｍ程度が好ましい。Ｔｘサイズとは、基板２１Ａの主面を平面視した状態におけるサイズを意味し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）やレーザーマイクロスコープを用いて測定できる。Ｔｘサイズの定義は特に限定されないが、以下では、テクスチャ構造２６Ａの外接円の直径をＴｘサイズとする。また、Ｔｘサイズは、１ｍｍ２以上の範囲における平均値を意味するものとする。テクスチャ構造２６Ａの凹部の深さは、例えば、数μｍ程度である。非晶質半導体層２２Ａ、後述の透明導電層２４Ａの厚みは、例えば、数ｎｍ〜数百ｎｍ程度であるから、これら薄膜層の上にもテクスチャ構造２６Ａが現れる。
非晶質半導体層２２Ａは、例えば、ｉ型非晶質シリコン層と、ｐ型非晶質シリコン層とが順に形成された層構造である。非晶質半導体層２３Ａは、例えば、ｉ型非晶質シリコン層と、ｎ型非晶質シリコン層とが順に形成された層構造である。なお、光電変換部２０Ａは、基板２１Ａの受光面上にｉ型非晶質シリコン層と、ｎ型非晶質シリコン層とが順に形成され、基板２１Ａの裏面上に、ｉ型非晶質シリコン層と、ｐ型非晶質シリコン層とが順に形成された構造でもよい。
光電変換部２０Ａは、非晶質半導体層２２Ａ上に透明導電層２４Ａを、非晶質半導体層２３Ａ上に透明導電層２５Ａを備えることが好適である。透明導電層２４Ａ，２５Ａは、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物から構成される。透明導電層２４Ａ，２５Ａは、例えば、非晶質半導体層２２Ａ，２３Ａ上の端縁部を除く全域を覆って形成される。
第１電極３０Ａは、透明導電層２４Ａ上に形成された、複数（例えば、５０本）のフィンガー電極３１Ａと、複数（例えば、２本）のバスバー電極３２Ａとを含む。フィンガー電極３１Ａは、透明導電層２４Ａ上の広範囲に形成される細線状の電極である。バスバー電極３２Ａは、フィンガー電極３１Ａからキャリアを収集する電極である。第１電極３０Ａにおいては、各バスバー電極３２Ａが所定の間隔を空けて互いに平行に配置され、これに直交して複数のフィンガー電極３１Ａが配置されている。複数のフィンガー電極３１Ａは、一部がバスバー電極３２Ａの各々から受光面の端縁側に延び、残りが各バスバー電極３２Ａを繋いでいる。
第２電極４０Ａも、第１電極３０Ａと同様に、透明導電層２５Ａ上に形成された、複数（例えば、２５０本）のフィンガー電極４１Ａと、複数（例えば、２本）のバスバー電極４２Ａとを含む。各電極の配置は、第１電極３０Ａの場合と同様である。
フィンガー電極３１Ａの幅は、遮光ロス低減等の観点から、３０μｍ〜１５０μｍ程度が好ましく、４０μｍ〜１００μｍ程度がより好ましい。バスバー電極３２Ａの幅は、配線材１５の幅よりも小さいことが好適であり、５０μｍ〜３００μｍ程度が好ましく、８０μｍ〜１５０μｍ程度がより好ましい。即ち、配線材１５の一部は、バスバー電極３２Ａ上からはみ出してフィンガー電極３１Ａに接続される。
フィンガー電極３１Ａ及びバスバー電極３２Ａの厚みは、抵抗損失低減等の観点から４０μｍ〜１５０μｍ程度、好ましくは６０μｍ〜１００μｍ程度であり、互いに同程度であることが特に好適である。電極厚みは、透明導電層２４Ａ上から各々の電極の最上点までの基板２１Ａの厚み方向に沿った長さであって、テクスチャ構造２６Ａがある場合はテクスチャ構造２６Ａの凸部からの長さである。電極厚みは、ＳＥＭやレーザ顕微鏡等を用いた断面観察により測定できる。
第２電極４０については、通常、遮光ロスの影響が小さいので、例えば、フィンガー電極３１Ａに比べてフィンガー電極４１Ａの幅を太くすることができる。また、フィンガー電極４１Ａは、その幅を太くし、フィンガー電極３１Ａよりも本数を増やすことにより、電極厚みを小さくすることができる。
第１電極３０Ａ、第２電極４０Ａ（以下、これらを総称して「電極」という場合がある）は、例えば、エポキシ樹脂等のバインダ樹脂中に導電性フィラーが分散した構造を有する。導電性フィラーには、例えば、銀（Ａｇ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）等の金属粒子やカーボン、又はこれらの混合物などが用いられる。これらのうち、Ａｇ粒子が好適である。電極は、例えば、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法により形成される。電極は、電解めっき法やスクリーン印刷法以外の印刷法（例えば、インクジェット法、フレキソ印刷法など）により形成することもできる。印刷法により電極を形成する場合、導電性ペーストの印刷後に加熱処理してペースト中の溶剤を除去し、バインダ樹脂を熱硬化させることが好適である。
太陽電池１１Ｂの第１電極３０Ｂは、第１電極３０Ａと同様の電極配置で形成されたフィンガー電極３１Ｂと、バスバー電極３２Ｂとを含む。第２電極４０Ｂについても、第１電極４０Ａと同様の電極配置で形成されたフィンガー電極４１Ｂと、バスバー電極４２Ｂとを含む。但し、太陽電池１１Ａと太陽電池１１Ｂとでは、電極の形成パターン、特にフィンガー電極の形成パターンが互いに異なる。より詳しくは、図３及び図４に示すように、対応するフィンガー電極の厚みが互いに異なる。即ち、フィンガー電極３１Ｂの厚みｈ３１Ｂがフィンガー電極３１Ａの厚みｈ３１Ａよりも大きく（ｈ３１Ｂ＞ｈ３１Ａ）、フィンガー電極４１Ｂの厚みｈ４１Ｂがフィンガー電極４１Ａの厚みｈ４１Ａよりも大きくなっている（ｈ４１Ｂ＞ｈ４１Ａ）。
太陽電池モジュール１０は、上記のように、対応するフィンガー電極の厚みが互いに異なる２種類の太陽電池１１Ａ，１１Ｂを含む。例えば、厚みｈ３１Ｂの平均値（以下、「平均厚み［ｈ３１Ｂ］」とする）は、厚みｈ３１Ａの平均値（以下、「平均厚み［ｈ３１Ａ］」とする）よりも大きい。当該平均厚みは、太陽電池毎に、少なくともフィンガー電極の全本数の１０％以上に基づいて算出される。各々の太陽電池においても、［ｈ３１Ａ］及び［ｈ３１Ｂ］にはある程度のバラツキが存在するが、［ｈ３１Ｂ］は［ｈ３１Ａ］よりも意図的に大きく設定されたものであり、［ｈ３１Ａ］と［ｈ３１Ｂ］との差は少なくとも当該バラツキより大きい。即ち、最大の［ｈ３１Ａ］よりも最小の［ｈ３１Ｂ］の方が大きいことが好適である。また、フィンガー電極４１Ｂの平均厚み［ｈ４１Ｂ］も、［ｈ３１Ｂ］と同様に、フィンガー電極４１Ａの平均厚み［ｈ４１Ａ］よりも大きい。
フィンガー電極３１Ｂ，４１Ｂは、バスバー電極３２Ｂ，４２Ｂにそれぞれ近接する部分であって配線材１５が接続される部分の厚みを、バスバー電極３２Ｂ，４２Ｂの厚みとそれぞれ同程度にすることができる。これにより、配線材１５とバスバー電極３２Ｂ，４２Ｂとの接続が可能となる。つまり、太陽電池１１Ｂのフィンガー電極の一部は、太陽電池１１Ａの対応するフィンガー電極と同程度の厚みを有する部分があってもよい。或いは、ｈ３１Ｂ＜ｈ３１Ａとなる部分が存在してもよい。
図３及び図４では、フィンガー電極の厚みが互いに異なる電極形成パターンを示したが、太陽電池１１Ａと太陽電池１１Ｂとで対応するフィンガー電極の幅を互いに異ならせてもよい。図５及び図６に示す例では、フィンガー電極４１Ｂの幅Ｗ４１Ｂをフィンガー電極４１Ａの幅Ｗ４１Ａよりも太くしている。また、図示しないが、フィンガー電極３１Ｂの幅Ｗ３１Ｂをフィンガー電極３１Ａの幅Ｗ３１Ａよりも太くしてもよい。また、遮光ロス低減等の観点から、受光面側では幅Ｗ３１Ｂを太くせず、［ｈ３１Ｂ］を［ｈ３１Ａ］よりも厚くし、裏面側では［ｈ４１Ｂ］を厚くせず、幅Ｗ４１Ｂを幅Ｗ４１Ａより太くしてもよい。
太陽電池１１Ａ，１１Ｂの電極形成パターンは、電極厚み、電極幅の他に、電極本数や電極ピッチを互いに変更することで異ならせてもよい。電極本数、電極ピッチも、バスバー電極については変更せず、フィンガー電極について変更することが好適である。また、電極形成パターンの変更以外にも、電極材料を変更することで、太陽電池１１Ａ，１１Ｂの電極構造を異ならせてもよい。例えば、電極に含まれる導電性フィラーの含有量を太陽電池１１Ａと１１Ｂとで互いに異ならせることが挙げられる。具体的には、太陽電池１１Ｂの電極を構成する導電性フィラーの含有量を、太陽電池１１Ａの電極を構成する導電性フィラーの含有量よりも多くすることができる。
上記いずれの形態においても、太陽電池１１Ｂでは、太陽電池１１Ａに比べて、電極を構成する導電性材料（例えば、導電性フィラー）の使用量が多い。即ち、太陽電池１１Ｂは、太陽電池１１Ａよりも低抵抗な電極構造を有する。
光電変換部には、上記以外の構造を適用することができる。例えば、ｎ型単結晶シリコン等からなる基板の受光面側に、ｉ型非晶質シリコン層及びｎ型非晶質シリコン層を順に形成し、基板の裏面側に、ｉ型非晶質シリコン層及びｐ型非晶質シリコン層で構成されたｐ型領域と、ｉ型非晶質シリコン層及びｎ型非晶質シリコン層で構成されたｎ型領域とを形成した光電変換部であってもよい。この場合、基板の裏面側のみに電極（ｐ側電極及びｎ側電極）が設けられる。また、ｐ型多結晶シリコン等からなる基板と、基板の受光面上に形成されたｎ型拡散層と、基板の裏面上に形成されたアルミニウム金属層とから構成される光電変換部であってもよい。
図７〜図９を参照しながら、上記構成を備える太陽電池モジュール１０の製造方法の一例について詳説する。図７は、太陽電池１１及び太陽電池モジュール１０の製造工程の全体を示す概略図である。図７では、図面の明瞭化のため、一部ハッチングを省略するが、いずれも断面図である。図８は、ここで例示する工程（以下、「本工程」という場合がある）のフローチャートである。図９は、本工程で製造される各光電変換部のＦＦ０と電極の形成パターンとの関係を示す図である。
本工程では、ＦＦ０が所定の目標値（以下、「ＦＦＣ」とする）となる光電変換部２０Ａが得られるように製造条件が設定されるが、当該条件の変動によりＦＦ０にばらつきが発生する。これにより、ＦＦ０がＦＦＬ未満である規格外品の光電変換部２０Ｂが幾つか製造される。また、本工程には、光電変換部２０（光電変換部２０Ａ，２０Ｂに分類される前の光電変換部）のＦＦ０を自動的に測定する製造システム５０を用いる。製造システム５０は、光電変換部２０の振り分け等を実行するための情報を含むデータベースを備え、測定したＦＦ０とデータベースから読み出した当該情報とに基づき、光電変換部２０を光電変換部２０Ａ，２０Ｂに自動的に振り分ける。但し、製造システムは、これに限定されず、ＦＦ０の測定や光電変換部の振り分けが人為的に行われてもよい。
製造システム５０のデータベースには、例えば、上記情報として光電変換部２０の規格値が記憶されている。記憶される規格値としては、ＦＦＣやＦＦＬが例示でき、これらの他にも後述のＲ０やＩｓｏ０、Ｖｏｃ０、Ｔｘサイズ等に関する規格値が例示できる。データベースには、測定した光電変換部２０の特性値を蓄積してもよく、製造システム５０は、蓄積したデータを用いて規格値等を自動的に変更するものであってもよい。本工程において、電極構造の選定は、予めデータベースに記憶された規格値と、測定された特性値とが自動的に比較されて行われる。
図７及び図８に示すように、太陽電池モジュール１０の製造工程では、まず、光電変換部２０を製造する（Ｓ１０）。基板２１の受光面上に、例えば、ｉ型非晶質シリコン層及びｐ型非晶質シリコン層を含む非晶質半導体層２２と、透明導電層２４とを順に形成し、基板２１の裏面上に、例えば、ｉ型非晶質シリコン層及びｎ型非晶質シリコン層を含む非晶質半導体層２３と、透明導電層２５とを順に形成する。この工程では、洗浄された基板２１を真空チャンバ内に設置して、ＣＶＤやスパッタリング法により各層を形成できる。
ＣＶＤによるｉ型非晶質シリコン層の成膜には、例えば、シラン（ＳｉＨ４）を水素（Ｈ２）で希釈した原料ガスを使用する。ｐ型非晶質シリコン層の場合は、シランにジボラン（Ｂ２Ｈ６）を添加し、水素（Ｈ２）で希釈した原料ガスを使用することができる。ｎ型非晶質シリコン層の場合は、シランにホスフィン（ＰＨ３）を添加し、水素（Ｈ２）で希釈した原料ガスを使用することができる。
Ｓ１０では、上記各層を積層する前に、基板２１の受光面及び裏面にテクスチャ構造を形成しておくことが好適である。基板２１は、例えば、エッチング液に浸漬されることで、受光面及び裏面にテクスチャ構造が形成される。好適なエッチング液としては、基板２１が（１００）面を有する単結晶シリコン基板である場合、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）溶液や水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等のアルカリ溶液が例示できる。使用する基板２１やエッチング液の濃度、処理時間等を変更することにより、Ｔｘサイズを調整することが可能である。エッチングガスを用いて、テクスチャ構造を形成することもできる。
続いて、光電変換部の特性値を測定する（Ｓ１１）。Ｓ１１で測定される特性値は、電極構造を決定するための重要な因子であり、後述する短絡電流Ｉｓｏ０や開放電圧Ｖｏｃ０を用いてもよいが、少なくともＦＦ０が含まれることが好適である。本工程では、ＦＦ０のみを用いる。次に、測定した特性値に基づき電極構造を決定する。具体的には、ＦＦ０と所定の閾値とを比較して電極構造を選定する（Ｓ１２）。本工程では、所定の閾値として、ＦＦＬを用いる。Ｓ１２では、各光電変換部２０のＦＦ０がＦＦＬ以上（ＦＦ０≧ＦＦＬ）であるか否かを判断し、ＦＦ０≧ＦＦＬ（即ち、光電変換部２０Ａ）であれば電極形成パターンをＡパターンとし、ＦＦ０＜ＦＦＬ（即ち、光電変換部２０Ｂ）であれば電極形成パターンをＡパターンよりも低抵抗なＢパターンとする。この場合、選定対象である電極構造は２種類である。
光電変換部２０のＦＦ０は、従来公知の方法、例えば、ＰＬイメージング法やｓｕｎｓＶｏｃ法により測定することができる。ＰＬイメージング法、ｓｕｎｓＶｏｃ法によれば、光電変換部の開放電圧Ｖｏｃ０も測定できる。なお、ＦＦ０の測定は、透明導電層２４，２５を形成する前に行うこともできる。
Ｓ１１，１２では、例えば、製造システム５０が特性値測定場所５１に光電変換部２０を搬送して、全ての光電変換部２０についてＦＦ０を測定する。次に、製造システム５０は、測定したＦＦ０とデータベースに予め記憶されたＦＦＬとに基づいて光電変換部２０を光電変換部２０Ａ，２０Ｂに分類する。そして、光電変換部２０Ａを電極形成場所５２に搬送し、光電変換部２０Ｂを電極形成場所５３に搬送する。電極形成場所５２は、Ａパターンで電極を形成する場所であり、電極形成場所５３は、Ｂパターンで電極を形成する場所である。
ここで、光電変換部２０Ａ，２０Ｂ、及びそれぞれの電極構造（Ａ，Ｂパターン）について説明する。上記と重複する説明は省略する。
図９に示すように、光電変換部２０のＦＦ０のばらつきは、通常、ＦＦＣを中心とする正規分布に従う。本工程では、ＦＦ０がＦＦＣである光電変換部２０Ａが最も多く製造されるが、ＦＦ０がＦＦＬ未満の光電変換部２０Ｂも幾つか製造される。ＦＦＬは、太陽電池の性能及び歩留まりを考慮して、任意に設定することができる。例えば、光電変換部２０の全個数うち、ＦＦ０の低いものから１０％程度が光電変換部２０ＢとなるようにＦＦＬを設定することができる。
太陽電池は、電極の形成により曲線因子が低下するが（即ち、ＦＦ０＞ＦＦ）、その低下の程度は電極構造により異なる。具体的には、抵抗の低い電極構造にするほど曲線因子は低下し難い。したがって、Ｓ１２では、光電変換部２０Ａに標準的な電極形成パターンであるＡパターンを適用し、光電変換部２０ＢにＡパターンよりも低抵抗なＢパターンを適用する。即ち、ＦＦ０が低いほど、抵抗の低い電極構造とすることが好適である。これにより、規格外品である光電変換部２０Ｂを用いた場合の曲線因子の低下を、光電変換部２０Ａを用いた場合に比べて抑制できる。そして、太陽電池１１ＢのＦＦを太陽電池１１ＡのＦＦに近づける、或いは同程度とすることが可能になる。
Ｂパターンでは、Ａパターンに比べて、対応するフィンガー電極の厚みが厚く設定されている。Ａパターンは、フィンガー電極３１Ａ，４１Ａを含み、Ｂパターンは、［ｈ３１Ａ］＜［ｈ３１Ｂ］、［ｈ４１Ａ］＜［ｈ４１Ｂ］であるフィンガー電極３１Ｂ，４１Ｂを含む。バスバー電極については、例えば、Ａ，Ｂパターンで同じ厚みに設定される。
電極幅や電極本数を互いに異ならせたＡ，Ｂパターンとしてもよい。電極幅を互いに異ならせる場合、ＢパターンはＡパターンに比べて電極幅を太くする。電極本数を互いに異ならせる場合、ＢパターンはＡパターンに比べて電極本数を多くする。また、電極を構成する導電性フィラーの含有量を互いに異ならせたＡ，Ｂパターンとしてもよい。この場合、ＢパターンはＡパターンに比べて導電性フィラーの含有量を多くする。また、電極厚み、電極幅、電極本数、及び導電性フィラーの含有量から選択される複数の要素を互いに異ならせたＡ，Ｂパターンとしてもよい。
続いて、光電変換部２０Ａについては、電極形成場所５２において、Ａパターンで電極を形成する（Ｓ１３）。この工程により、太陽電池１１Ａが製造される。光電変換部２０Ｂについては、電極形成場所５３において、Ｂパターンで電極を形成する（Ｓ１４）。この工程により、太陽電池１１Ｂが製造される。
導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法により電極を形成する場合、例えば、電極形成場所５３では電極形成場所５２よりも版厚（後述のマスク材の厚みにより調整することが好適である）の大きな製版が使用される。つまり、この場合、電極構造の選定は、上記特性値に基づいて製版を選定することによりなされる。或いは、各パターンで同じ製版を用いて、印刷回数を異なるものとしてもよい。例えば、Ａパターンの場合は、導電性ペーストを単層印刷し、Ｂパターンの場合は、導電性ペーストを多層印刷してもよい。また、導電性フィラーの含有量をＢパターン＞Ａパターンとする場合、例えば、電極形成場所５３では電極形成場所５２よりも導電性フィラーの含有量が多い導電性ペーストが使用される。なお、各パターンの電極は、同じ場所で製版や電極材料、印刷条件等を切り替えて形成してもよい。
続いて、上記工程（Ｓ１３，Ｓ１４）により製造された、電極構造が互いに異なる２種類の太陽電池１１Ａ，１１Ｂをまとめてモジュール化する（Ｓ１５）。太陽電池１１Ａ，１１Ｂの個数比率は、例えば、１１Ａ：１１Ｂ＝９：１である。太陽電池モジュール１０は、各構成部材を積層して熱圧着するラミネート工程を経て製造することができる。この場合、充填材１４は、例えば、厚みが０．１ｍｍ〜１．０ｍｍ程度のフィルムの形態で供給される。複数の太陽電池１１Ａ，１１Ｂは、配線材１５により直列に接続される。これにより、複数の太陽電池１１Ａ，１１Ｂが同一平面上に並んだストリングが作製される。配線材１５は、例えば、フィルム状やペースト状の熱硬化性樹脂からなる接着材を用いて太陽電池１１Ａ，１１Ｂの電極に取り付けることができる。
ラミネート工程では、第１保護部材１２上に充填材１４を構成する第１の樹脂フィルムを積層し、第１の樹脂フィルム上に上記ストリングを積層する。さらに、ストリング上に充填材１４を構成する第２の樹脂フィルムを積層し、その上に第２保護部材１３を積層する。そして、各樹脂フィルムが溶融する温度で加熱しながら、第２保護部材１３側から圧力を加えてラミネートする。こうして、ストリングが充填材１４で封止された構造が得られる。最後に、フレーム１７や端子ボックス等を取り付けて、太陽電池モジュール１０が製造される。
本工程では、光電変換部２０を光電変換部２０Ａ，２０Ｂの２つに分類したが、３つ以上に分類してもよい。即ち、選定対象となる電極構造が３つ以上存在してもよい。具体例としては、図１０に示すように、光電変換部２０Ａ，２０Ｂに加えて、ＦＦ０がＦＦＣよりも大きな第２の閾値（以下、「ＦＦＨ」とする）を超える光電変換部２０Ｃを設定する。光電変換部２０Ｃについては、Ｃパターンで電極を形成する。Ｃパターンは、Ａパターンよりも高抵抗な電極構造とする。例えば、Ｃパターンの電極構造は、Ａパターンと比べて、電極厚みを小さくする、又は電極幅を細くする、又は電極本数を少なくする、又は導電性ペーストの含有量を少なくする、又はこれらを組み合わせることにより形成される。即ち、Ｃパターンでは、Ａパターンよりも電極材料を低減することができる。ＦＦＨは、例えば、ＦＦ０がＦＦＣよりも大幅に大きなオーバースペックの光電変換部について、電極材料を低減してコストダウンを図るために設定される。例えば、光電変換部２０の全個数うち、ＦＦ０の高いものから１０％程度が光電変換部２０ＣとなるようにＦＦＨを設定することができる。
本工程では、ＦＦＣを閾値として電極構造を変更したが、閾値を設けずにＦＦ０が低くなるほど、抵抗の低い電極構造としてもよい。この場合、電極構造を変更しない範囲及び変更する範囲を複数設定して段階的に電極構造を変更してもよい。或いは、製造システム５０に、ＦＦ０と印刷条件とを関連付けた演算プログラムを記憶しておき、ＦＦ０に応じて印刷条件を微調整してもよい。
本工程では、ＦＦ０のみに基づいて光電変換部２０を振り分けて、光電変換部２０Ａ，２０Ｂで電極構造を互いに変更したが、ＦＦ０以外の特性値を用いて光電変換部２０を振り分けてもよい。また、ＦＦ０以外の特性値を用いて電極構造を決定してもよい。具体例としては、図１１に示すように、光電変換部２０のシート抵抗Ｒ０、短絡電流Ｉｓｏ０、Ｖｏｃ０に基づいて電極形成パターンを決定する。
図１１に示す例では、Ｓ１０、Ｓ１３、及びＳ１５が図８に示す例と同じであり、例えば、図８に示すＳ１２、Ｓ１４をさらに備える。図１１に示す例では、Ｓ１０で製造した光電変換部２０の特性値として、ＦＦ０，Ｒ０，Ｉｓｏ０，Ｖｏｃ０を測定する（Ｓ１１）。Ｒ０は、従来公知の方法（例えば、四探針法）により測定できる。Ｉｓｏ０は、光電変換部の反射率や厚みを測定し、それら測定値から推定することができる。
続いて、ＦＦ０と、ＦＦＣよりも大きな第２の閾値であるＦＦＨとを比較して（Ｓ１６）、ＦＦ０がＦＦＨを超える場合に、Ａパターンから別のパターンへの変更を決定する（Ｓ１７）。即ち、ＦＦ０がＦＦＨを超える場合に、Ａパターンとは別のパターンを選定する。当該別のパターンは、例えば、Ａパターンよりも高抵抗な上記Ｃパターンであり、Ｃパターンは、Ｃ１，Ｃ２・・・Ｃｎパターンのように複数設定することができる。Ｃパターンへの変更が決定されると、Ｒ０，Ｉｓｏ０，Ｖｏｃ０に基づいて、電極パターンをＣ１〜Ｃｎパターンのいずれかを選択する（Ｓ１８）。そして、決定されたパターンで電極を形成する（Ｓ１９）。
Ｓ１８では、例えば、Ｒ０が高いほど抵抗の低い電極パターンとし、Ｉｓｏ０，Ｖｏｃ０が低いほど抵抗の低い電極パターンとする。Ｒ０，Ｉｓｏ０，Ｖｏｃ０は、電極パターンの選定において考慮する程度が同程度であってもよく、いずれかが重要視されてもよい。或いは、Ｒ０，Ｉｓｏ０，Ｖｏｃ０のうち、１つ又は２つのみを用いてもよい。
図１１に示す例では、Ｃパターンへの変更が決定されるとＣ１〜Ｃｎパターンのいずれかを選択したが、例えば、Ｒ０に上限値を設定して、ＦＦ０がＦＦＨを超える場合であってもＲ０が上限値を超える場合には、電極形成パターンをＡパターンとしてもよい。即ち、Ｃパターンではシート抵抗が高くなり過ぎる場合等には、電極構造の変更を取り止めることができる。同様に、Ｉｓｏ０，Ｖｏｃ０に下限値を設定して、ＦＦ０がＦＦＨを超える場合であってもＩｓｏ０，Ｖｏｃ０が下限値を超える場合には、電極形成パターンをＡパターンとしてもよい。
図１２〜図１５に示すように、Ｔｘサイズに基づいて電極構造を選定することもできる。図１２及び図１３は、テクスチャ構造２６Ａ，２６Ｂがそれぞれ形成された光電変換部２０Ａ，２０Ｂ上に、製版６０，７０をそれぞれ用いて電極を形成する様子を示す。
図１２及び図１３に示す例では、テクスチャ構造２６ＡのＴｘサイズ（以下、「ＴｘサイズＡ」とする）が、テクスチャ構造２６ＢのＴｘサイズ（以下、「ＴｘサイズＢ」とする）よりも小さくなっている。Ｔｘサイズは、ＦＦ０等と同様に所定の目標値となるようにエッチング条件等が設定されるが、当該条件の変動によりＴｘサイズにばらつきが発生する場合がある。そして、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷法により電極を形成する場合、Ｔｘサイズに応じて光電変換部、製版、及び導電性ペーストの間の相互作用が変化し、通常、Ｔｘサイズが小さくなるほど光電変換部上に塗布される導電性ペーストの量が少なくなる傾向がある。また、Ｔｘサイズが小さくなるほど導電性ペーストのにじみ、即ち光電変換部上における導電性ペーストの広がりが低減されて電極幅が細くなる傾向がある。
したがって、光電変換部のＴｘサイズを測定し、該測定値に基づいて製版を選定することが好適である。具体的には、Ｔｘサイズが小さいほど、導電性ペーストの塗布量が多くなる製版を選定する。つまり、光電変換部２０Ａを形成する場合には、光電変換部２０Ｂの電極を形成する製版７０よりも導電性ペーストの塗布量が多くなる製版６０が使用される。
製版６０は、図示しない枠に張られたメッシュ６１と、メッシュ６１の網目を埋めて形成されるマスク材６２とを備える。マスク材６２は、例えば、感光性の乳剤を用いて構成され、目的とする電極パターンに対応する開口部６３を残して形成されている。スクリーン印刷工程では、開口部６３が形成された製版６０上に導電性ペースト６４（以下、「ペースト６４」とする）を載せ、スキージ６５を摺動させることにより、開口部６３にペースト６４を充填する。続いて、製版６０のスキージ６５が通り過ぎた部分が光電変換部２０Ａ上から離れるときに、開口部６３からペースト６４が吐出されて光電変換部２０Ａ上に転写される。
製版７０は、製版６０と同じメッシュ６１と、マスク材７２とを備える。マスク材７２は、マスク材６２と異なったパターンで形成されている。具体的には、マスク材６２，７２の厚みｔ６２，ｔ７２と、開口部６３，７３の開口幅ｗ６３，ｗ７３とが互いに異なり、厚みｔ６２＞ｔ７２、開口幅ｗ６３＞ｗ７３である。これにより、製版６０を用いた場合には、製版７０を用いた場合に比べて、ペースト６４の塗布性が高くなり、例えば、Ｔｘサイズのばらつきによる電極パターン変化を抑制することができる。製版６０，７０において、マスク材の厚み、開口幅の一方のみを変化させてもよいが、例えば、ペーストの塗布量と厚みとの関係は単純な比例関係にはないため、かかる関係を実験等により予め特定しておく必要がある。なお、Ｔｘサイズに応じて、メッシュのオープニングや線径が異なる製版を用いてもよい。
また、Ｔｘサイズに応じて異なる導電性ペーストを用いてもよい。例えば、電極を構成する導電性フィラーとして、フレーク状フィラー及び球状フィラーを含有する導電性フィラーを用いることができ、Ｔｘサイズに基づいてフレーク状フィラー及び球状フィラーの含有率を選定してもよい。フレーク状フィラーとは、例えば、ＳＥＭにより観察したフィラーのアスペクト比（長径／短径）が１．５以上であるものを意味し、球状フィラーとは、アスペクト比が１．５未満のものを意味する。かかる選定の好適な例としては、Ｔｘサイズが小さくなるほど、球状フィラーの割合を多くフレーク状フィラーの割合を少なくすることである。これにより、テクスチャ構造の凹部に導電性フィラーが充填され易くなる。
図１４及び図１５は、特性値にＴｘサイズを含む場合の製造工程の一例を示す。図１４及び図１５では、太陽電池モジュールの製造工程については示していないが、例えば、上記の場合と同様に、本工程で製造される複数の太陽電池をまとめてモジュールを製造することができる。
図１４に示す例では、Ｓ２０で製造した光電変換部２０の特性値としてＦＦ０及びＴｘサイズを測定する（Ｓ２１）。Ｔｘサイズは、上記のように、レーザーマイクロスコープ等を用いて測定することができる。テクスチャ構造は、例えば、複数の基板２１をエッチング液が充填された処理層に浸漬して形成されるが、かかる処理単位毎に１つ又は幾つかの基板２１についてＴｘサイズを測定してもよい。同様に、ＦＦ０も全数測定に限定されない。
Ｓ２２では、ＦＦ０及びＴｘサイズの両方をデータベースの規格値と比較する。そして、ＦＦ０及びＴｘサイズが各々規格値を満たす場合には、電極パターンを上記Ａパターンとし、いずれか一方が規格値を満たさない場合には、上記Ｂパターンとすることができる（Ｓ２３，Ｓ２４）。また、ＦＦ０及びＴｘサイズに基づいて、両値を変数とする電極構造選定のための選定パラメータを導き、該パラメータと所定の規格値とを比較することもできる。かかる選定パラメータは、例えば、実験やシミュレーションにより求めることができる。或いは、ＦＦ０に基づいて電極パターンを選定し、Ｔｘサイズを考慮して選定した電極パターンを形成するための製版を選定する構成としてもよい。
図１５に示す例では、Ｓ３０で製造した光電変換部２０の特性値としてＴｘサイズのみを測定する（Ｓ３１）。続いて、測定したＴｘサイズと、データベースに予め記憶された規格値であるＴｘサイズの第１閾値及び第２閾値とを比較し（Ｓ３２）、スクリーン印刷の製版を選定する（Ｓ３３〜Ｓ３５）。具体的には、Ｔｘサイズが第１閾値より大きな場合には製版７０を選定し（Ｓ３３）、Ｔｘサイズが第１閾値と第２閾値との間である場合には製版６０を選定することができる（Ｓ３４）。また、Ｔｘサイズが第２閾値より小さな場合には、例えば、製版６０よりも開口幅が大きな製版Ｚを用いることができる（Ｓ３５）。そして、各々の製版を用いて電極を形成することにより、いずれの光電変換部上にも厚みや幅が同程度の電極を形成することができる。
以上のように、上記製造方法によれば、良好な出力特性を有する太陽電池１１及び太陽電池モジュール１０を、歩留まり良く製造することができる。
上記製造方法では、例えば、ＦＦ０が低い光電変換部２０Ｂについて、ＦＦ０が高い光電変換部２０Ａよりも、電極厚みを大きくする等して電極抵抗を小さくする。電極の形成により曲線因子は低下するが、上記製造方法によれば、光電変換部２０Ｂを用いた場合の曲線因子の低下を、光電変換部２０Ａを用いた場合に比べて抑制できる。つまり、光電変換部の性能不良を電極構造により補填できる。これにより、例えば、不良品として廃棄される光電変換部を低減でき、歩留まりが向上する。また、太陽電池１１及び太陽電池モジュール１０の性能を向上させることができる。
上記製造方法では、例えば、ＦＦ０が大幅に高いオーバースペックの光電変換部２０Ｃについて、光電変換部２０Ａよりも電極抵抗を大きくする。これにより、電極材料の使用量を低減することができ、例えば、太陽電池１１及び太陽電池モジュール１０のコストを低減することができる。
１０ 太陽電池モジュール、１１Ａ，１１Ｂ 太陽電池、１２ 第１保護部材、１３ 第２保護部材、１４ 充填材、１５ 配線材、１６ 渡り配線材、１７ フレーム、２０Ａ，２０Ｂ 光電変換部、２１Ａ，２１Ｂ 基板、２２Ａ，２２Ｂ，２３Ａ，２３Ｂ 非晶質半導体層、２４Ａ，２４Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ 透明導電層、２６Ａ，２６Ｂ テクスチャ構造、３０Ａ，３０Ｂ 第１電極、３１Ａ，３１Ｂ，４１Ａ，４１Ｂ フィンガー電極、３２Ａ，３２Ｂ，４２Ａ，４２Ｂ バスバー電極、４０Ａ，４０Ｂ 第２電極、５０ 製造システム、５１ 特性値測定場所、５２，５３ 電極形成場所、６０，７０ 製版、６１ メッシュ、６２，７２ マスク材、６３，７３ 開口部、６４ 導電性ペースト、６５ スキージ。

Claims (17)

  1. 光電変換部と前記光電変換部上に形成された電極とを備える太陽電池の製造方法であって、
    前記光電変換部を製造する工程と、
    製造された前記光電変換部について少なくとも曲線因子を含む特性値を測定する工程と、
    前記曲線因子と所定の閾値とを比較して、前記曲線因子が前記閾値以上である場合に前記電極の構造として第１の構造を選定し、前記曲線因子が前記閾値未満である場合に前記電極の構造として前記第１の構造よりも低抵抗な第２の構造を選定する工程と、
    前記光電変換部上に、選定された前記第１の構造又は前記第２の構造を有する前記電極を形成する工程と、
    を備える、太陽電池の製造方法。
  2. 光電変換部と前記光電変換部上に形成された電極とを備える太陽電池の製造方法であって、
    前記光電変換部を製造する工程と、
    製造された前記光電変換部について少なくとも曲線因子を含む特性値を測定する工程と、
    前記曲線因子が低いほど、前記電極の構造として抵抗の低い構造を選定する工程と、
    前記光電変換部上に、選定された構造を有する前記電極を形成する工程と、
    を備える、太陽電池の製造方法。
  3. 請求項１又は２に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記特性値には、前記光電変換部のテクスチャ構造のサイズが含まれる、太陽電池の製造方法。
  4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記特性値には、前記光電変換部の短絡電流、開放電圧、及びシート抵抗のうち少なくとも１つが含まれる、太陽電池の製造方法。
  5. 請求項４に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記電極の構造は、前記短絡電流、前記開放電圧が低いほど抵抗の低い構造とし、前記シート抵抗が高いほど抵抗の低い構造とする、太陽電池の製造方法。
  6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記電極には、フィンガー電極と、バスバー電極とが含まれ、
    前記特性値に基づいて前記フィンガー電極の形成パターンを選定する、太陽電池の製造方法。
  7. 請求項６に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記各形成パターンは、前記フィンガー電極の厚みが互いに異なる、太陽電池の製造方法。
  8. 請求項６に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記各形成パターンは、前記フィンガー電極の幅及び本数の少なくとも一方が互いに異なる、太陽電池の製造方法。
  9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記電極は、導電性フィラー及びバインダ樹脂を含み、
    前記特性値に基づいて前記導電性フィラーの含有量を選定する、太陽電池の製造方法。
  10. 請求項３に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記電極は、バインダ樹脂と、フレーク状フィラー及び球状フィラーを含有する導電性フィラーとを含み、
    前記テクスチャ構造のサイズに基づいて前記フレーク状フィラー及び前記球状フィラーの含有率を選定する、太陽電池の製造方法。
  11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記電極は、製版を用いたスクリーン印刷法により前記光電変換部上に導電性ペーストを塗布して形成され、
    前記特性値に基づいて前記製版を選定する、太陽電池の製造方法。
  12. 請求項３に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記電極は、製版を用いたスクリーン印刷法により前記光電変換部上に導電性ペーストを塗布して形成され、
    前記テクスチャ構造のサイズが小さいほど、前記導電性ペーストの塗布量が多くなる前記製版を選定する、太陽電池の製造方法。
  13. 請求項１２に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記テクスチャ構造のサイズが小さいほど、前記製版の開口幅及び厚みの少なくとも一方を大きくする、太陽電池の製造方法。
  14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法であって、
    前記電極の構造の選定は、予めデータベースに記憶された規格値と、測定された前記特性値とを比較して自動的に行われる、太陽電池の製造方法。
  15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載の製造方法により製造される、前記電極構造が互いに異なる少なくとも２種類の前記太陽電池を含む複数の前記太陽電池を、配線材で直列に接続して、一対の保護部材でカバーする、太陽電池モジュールの製造方法。
  16. 光電変換部上に形成された電極の構造が互いに異なる少なくとも２種類の太陽電池と、
    前記太陽電池同士を接続する配線材と、
    を備え、
    前記少なくとも２種類の太陽電池は、
    前記光電変換部の曲線因子が所定の閾値以上であって、かつ前記電極として第１の構造を有する第１の電極を備える第１の太陽電池と、
    前記光電変換部の曲線因子が所定の閾値未満であって、かつ前記電極として前記第１の電極よりも低抵抗な第２の構造を有する第２の電極を備える第２の太陽電池と、
    を含む、太陽電池モジュール。
  17. 請求項１６に記載の太陽電池モジュールであって、
    前記第１及び前記第２の電極には、それぞれフィンガー電極とバスバー電極とが含まれ、
    前記第１及び前記第２の電極は、前記フィンガー電極の厚みが互いに異なる、太陽電池モジュール。
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