JP6807462B2 - 太陽電池素子および太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本開示は、太陽電池素子および太陽電池モジュールに関する。
太陽電池素子には、ＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）型の太陽電池素子がある（例えば、特表２０１３−５２６０４５号公報、特開２０１４−５３２８７号公報、特開２０１７−４５９０７号公報および国際公開第２００９／１５７０７９号の記載を参照）。
このＰＥＲＣ型の太陽電池素子では、例えば、半導体基板の裏面側に位置しているパッシベーション層を貫通している多数の貫通電極を介して、裏面電極と半導体基板の裏面とが接続している。そして、例えば、多数の貫通電極が、パッシベーション層の全面にわたって均一に存在している構造がある（例えば、特表２０１３−５２６０４５号公報および特開２０１４−５３２８７号公報の記載を参照）。また、例えば、多数の貫通電極が、パッシベーション層のうちの裏面側のバスバー電極を避けた部分の全面にわたって均一に存在している構造がある（例えば、特開２０１７−４５９０７号公報および国際公開第２００９／１５７０７９号の記載を参照）。
太陽電池素子および太陽電池モジュールが開示される。
太陽電池素子の一態様は、半導体基板と、パッシベーション層と、複数の貫通電極と、第１電極と、１つ以上の第２電極と、を備えている。前記半導体基板は、第１面および該第１面とは逆方向を向いた状態で位置している第２面を有する。前記パッシベーション層は、前記第２面の上に位置し、複数の孔部を有する。前記複数の貫通電極は、前記複数の孔部内において前記半導体基板の前記第２面に対して電気的に接続している状態で位置している。前記第１電極は、前記複数の貫通電極のうちの２つ以上の第１貫通電極に電気的に接続している状態で前記パッシベーション層の上に位置している。前記１つ以上の第２電極は、前記複数の貫通電極のうちの１つ以上の第２貫通電極に電気的に接続している状態で前記パッシベーション層の上において第１方向に直線状に延びるように位置し、前記第１電極に電気的に接続している状態にある。前記第１電極および前記第２電極を平面透視した場合に、前記第１電極が位置している第１領域において前記２つ以上の第１貫通電極が占めている面積の比率よりも、前記第２電極が位置している第２領域において前記１つ以上の第２貫通電極が占めている面積の比率が小さい。前記第１電極および前記第１貫通電極が、それぞれアルミニウムを含有する。前記第２電極および前記第２貫通電極が、それぞれ銀を含有する。前記第１電極および前記第２電極を平面透視した場合に、前記複数の貫通電極は、前記第１領域および前記第２領域のうち、前記第１領域と前記第２領域とが重畳している状態にある重畳領域および前記第１領域と前記第２領域とが接している状態にある接続領域には、位置していない。
太陽電池モジュールの一態様は、上記一態様に係る複数の太陽電池素子と、複数の配線材と、第１部材と、第２部材と、第１充填材と、第２充填材と、を備えている。前記複数の太陽電池素子は、２次元的に並んでいる状態で位置している。前記複数の配線材は、前記複数の太陽電池素子のうちの互いに隣り合う太陽電池素子の間をそれぞれ電気的に接続している状態で位置している。前記第１部材は、前記複数の太陽電池素子の前記第１面側に位置し、透光性を有する。前記第２部材は、前記複数の太陽電池素子の前記第２面側に位置している。前記第１充填材は、前記複数の太陽電池素子と前記第１部材との間に位置し、透光性を有する。前記第２充填材は、前記複数の太陽電池素子と前記第２部材との間に位置している。
図１は、第１実施形態に係る太陽電池モジュールの一例の第１部材側の外観を示す平面図である。 図２（ａ）は、図１のII−II線に沿った太陽電池モジュールの切断面の一例を示す断面図である。図２（ｂ）は、図１のII−II線に沿った太陽電池モジュールの切断面の他の一例を示す断面図である。 図３は、第１実施形態に係る太陽電池素子の一例における第１素子面側の外観を示す平面図である。 図４は、第１実施形態に係る太陽電池素子の一例における第２素子面側の外観を示す平面図である。 図５は、図３および図４のＶ−Ｖ線に沿った太陽電池素子の仮想的な切断面部の一例を示す図である。 図６（ａ）は、図４のVIa部における太陽電池素子の第２素子面側の外観を拡大して示す拡大平面図である。図６（ｂ）は、図４のVIa部におけるパッシベーション層の構成を拡大して示す拡大平面図である。 図７は、図６（ａ）のVII−VII線に沿った太陽電池素子の仮想的な切断面部の一例を示す図である。 図８は、参考例に係る太陽電池素子のうちの図６（ａ）のVII−VII線に沿った仮想的な切断面部に対応する仮想的な切断面部の一例を示す図である。 図９（ａ）から図９（ｆ）のそれぞれは、第１実施形態に係る太陽電池素子を製造する途中の状態における、図５の仮想的な切断面部に対応する仮想的な切断面部の一例を示す図である。 図１０は、太陽電池素子の破壊荷重を測定する装置の概略的な構成を例示する図である。 図１１は、太陽電池素子の破壊荷重の測定結果の一例を示すグラフである。 図１２は、第２実施形態に係る太陽電池素子の一例のうちの図６（ａ）のVII−VII線に沿った仮想的な切断面部に対応する仮想的な切断面部の一例を示す図である。 図１３は、第３実施形態に係る太陽電池素子の一例のうちの図６（ａ）のVII−VII線に沿った仮想的な切断面部に対応する仮想的な切断面部の一例を示す図である。
ＰＥＲＣ型の太陽電池素子では、例えば、半導体基板の裏面側に位置しているパッシベーション層によるパッシベーション効果によって、出力特性の向上が図られている。このパッシベーション層には、半導体基板の裏面と裏面電極とを電気的に接続している状態にある多数の貫通電極が位置しており、半導体基板の裏面側において光電変換で得られるキャリアが集められる。そして、裏面電極には、例えば、キャリアを集めるための電極（集電電極ともいう）と、出力を取り出すために集電電極と電気的に接続された状態にあるバスバー電極と、が含まれる。
ここで、例えば、貫通電極が存在している領域を小さく、パッシベーション層が存在している領域を大きくすることで、パッシベーション効果を高めることができる。一方、例えば、貫通電極が存在している領域を多く、パッシベーション層が存在している領域を小さくすることで、半導体基板において光電変換で得られるキャリアを収集する効率（集電効率ともいう）を高めることができる。このため、例えば、パッシベーション効果と集電効率とのバランスを考慮して、貫通電極の数および大きさを適宜調整することで、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子における出力特性の向上を図ることが考えられる。
ところで、例えば、平面透視して、バスバー電極の直下に貫通電極が位置していると、この部分では、パッシベーション層が減少し、少数キャリアの再結合が生じやすい。この場合には、例えば、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子における光電変換効率が低下し得る。ただし、例えば、平面透視して、バスバー電極の直下にバスバー電極とつながっている貫通電極が位置していなければ、半導体基板に対するバスバー電極の接合強度が低下し、半導体基板からバスバー電極が剥離しやすい。この場合には、例えば、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子における長期信頼性が低下し得る。
そこで、本願発明者らは、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子および太陽電池モジュールについて、光電変換効率と長期信頼性とをバランス良く向上させることができる技術を創出した。
これについて、以下、各種実施形態を図面に基づいて説明する。図面においては同様な構成および機能を有する部分に同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。図面は模式的に示されたものである。図１から図１０、図１２および図１３には、右手系のＸＹＺ座標系が付されている。このＸＹＺ座標系では、太陽電池素子１の第１素子面１ｆｓに沿った第１出力取出電極Ｅ１１の短手方向が＋Ｘ方向とされ、第１素子面１ｆｓに沿った第１出力取出電極Ｅ１１の長手方向が＋Ｙ方向とされ、＋Ｘ方向と＋Ｙ方向との両方に直交する方向が＋Ｚ方向とされている。
＜１．第１実施形態＞
＜１−１．太陽電池モジュール＞
第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００を、図１から図７に基づいて説明する。
図１および図２（ａ）で示されるように、太陽電池モジュール１００は、例えば、第１部材１０１と、充填材１０２と、太陽電池部１０３と、第２部材１０４と、を備えている。充填材１０２は、例えば、第１充填材１０２ｕと、第２充填材１０２ｂと、を含む。図１および図２（ａ）の例では、太陽電池モジュール１００は、第１部材１０１と、第１充填材１０２ｕと、太陽電池部１０３と、第２充填材１０２ｂと、第２部材１０４と、がこの記載の順に−Ｚ方向に積層された形態を有する。太陽電池モジュール１００は、例えば、主に太陽などの光源に向けて配置される前面（第１モジュール面ともいう）Ｍｓ１と、この第１モジュール面Ｍｓ１とは逆方向を向いた状態で位置している裏面（第２モジュール面ともいう）Ｍｓ２と、を有する。
太陽電池部１０３は、例えば、複数の太陽電池素子１と、複数の第１配線材Ｗ１と、複数の第２配線材Ｗ２と、を有する。図１の例では、太陽電池部１０３において、例えば、複数の太陽電池素子１は、２次元的に並んでいる状態で位置している。具体的には、太陽電池部１０３は、例えば、複数（ここでは、６つ）の太陽電池ストリングＳＧ１を含む。太陽電池ストリングＳＧ１は、例えば、複数（ここでは、７つ）の太陽電池素子１と、複数の第１配線材Ｗ１と、を含む。複数の第１配線材Ｗ１は、例えば、複数の太陽電池素子１のうちの相互に隣り合う太陽電池素子１の間をそれぞれ電気的に接続している状態で位置している。複数の第２配線材Ｗ２は、複数の太陽電池ストリングＳＧ１のうちの相互に隣り合う太陽電池ストリングＳＧ１の間をそれぞれ電気的に接続している状態で位置している。各太陽電池素子１は、表（おもて）面側に位置している面（第１素子面ともいう）１ｆｓと、この第１素子面１ｆｓとは逆方向を向いた状態で位置している面（第２素子面ともいう）１ｂｓと、を有する。図１から図５の例では、第１素子面１ｆｓが＋Ｚ方向を向いており、第２素子面１ｂｓが−Ｚ方向を向いた状態にある。
第１部材１０１は、例えば、複数の太陽電池素子１を含む太陽電池部１０３の第１素子面１ｆｓ側に位置している。第１部材１０１は、例えば、太陽電池部１０３を保護する役割と、太陽電池部１０３を封止する役割と、を果たすことができる。第１部材１０１は、例えば、透明な素材で形成されていてもよい。第１部材１０１は、例えば、ガラスあるいはアクリルまたはポリカーボネートなどの樹脂で形成されていてもよい。これにより、第１部材１０１は、例えば、特定範囲の波長の光に対する透光性を有することができる。特定範囲の波長としては、例えば、太陽電池モジュール１００に照射される光に含まれる強度が高い光の波長であって、太陽電池部１０３が光電変換し得る光の波長が採用される。ここで、ガラスには、例えば、光透過率の高い材料が適用されてもよい。ガラスとしては、例えば、白板ガラス、強化ガラスまたは熱線反射ガラスなどが採用されてもよい。ガラスは、例えば、厚さが２ｍｍから５ｍｍ程度であってもよい。第１部材１０１の形状としては、例えば、平板状などの板状の形状が採用される。図１および図２（ａ）の例では、＋Ｚ方向の側から−Ｚ方向に向けて第１部材１０１を平面視すると、第１部材１０１の外形が長方形状である。第１部材１０１の＋Ｚ方向の側の面としては、例えば、一辺が９００ｍｍから１２００ｍｍ程度の矩形状の面が採用される。
第２部材１０４は、例えば、複数の太陽電池素子１を含む太陽電池部１０３の第２素子面１ｂｓ側に位置している。第２部材１０４は、例えば、太陽電池部１０３を保護する役割と、太陽電池部１０３を封止する役割と、を果たすことができる。第２部材１０４の素材、形状および厚さとしては、例えば、第１部材１０１と同様な素材、形状および厚さが採用され得る。第２部材１０４は、例えば、第１部材１０１と同様に、特定範囲の波長の光に対する透光性を有する。ここで、第２部材１０４は、例えば、特定範囲の波長の光に対する透光性を有していなくてもよい。この場合、第２部材１０４は、例えば、図２（ｂ）で示されるように、樹脂などのシート状の部材（バックシートともいう）であってもよい。また、例えば、第２部材１０４として、表面が白色を呈するアルミ箔などを挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シート、または、アルミナもしくはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどを用いてもよい。
第１充填材１０２ｕは、例えば、複数の太陽電池素子１と第１部材１０１との間に位置している。第２充填材１０２ｂは、例えば、複数の太陽電池素子１と第２部材１０４との間に位置している。換言すれば、第１充填材１０２ｕと第２充填材１０２ｂとを含む充填材１０２は、例えば、太陽電池部１０３を覆うように、第１部材１０１と第２部材１０４との間に充填された状態で位置している。これにより、第１充填材１０２ｕおよび第２充填材１０２ｂは、例えば、太陽電池部１０３を保持する役割と、太陽電池部１０３を封止する封止材としての役割と、を果たすことができる。第１充填材１０２ｕおよび第２充填材１０２ｂは、第１部材１０１および第２部材１０４と同様に、透光性を有する。第１充填材１０２ｕおよび第２充填材１０２ｂの素材としては、例えば、熱硬化性樹脂などが採用される。熱硬化性樹脂としては、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）あるいはポリビニルブチラール（ＰＶＢ）を主成分とするものが採用される。熱硬化性樹脂には、例えば、架橋剤が含有されてもよい。本明細書において、主成分とは、含有成分のうち含有される比率（含有率ともいう）が最も大きい（高い）成分のことを意味する。ここで、第２充填材１０２ｂは、例えば、特定範囲の波長の光に対する透光性を有していなくてもよい。例えば、第２充填材１０２ｂとして、有色の樹脂材料を用いることができる。例えば、第２充填材１０２ｂとして、酸化チタンなどを添加することで白色などに着色したＥＶＡなどを用いてもよい。
＜１−２．太陽電池素子の構成＞
第１実施形態に係る太陽電池素子１の概略的な構成を、図３から図７に基づいて説明する。第１実施形態に係る太陽電池素子１は、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子である。
太陽電池素子１は、例えば、半導体基板１０と、反射防止膜１１と、パッシベーション層１２と、保護層１３と、表面電極Ｅ１と、裏面電極Ｅ２と、を有する。
半導体基板１０は、第１面１０ｆｓと、この第１面１０ｆｓとは逆方向を向いた状態で位置している第２面１０ｂｓと、を有する。第１面１０ｆｓは、太陽電池素子１の第１素子面１ｆｓ側に位置している。図３から図５の例では、第１面１０ｆｓは、＋Ｚ方向を向いた状態にある。第２面１０ｂｓは、太陽電池素子１の第２素子面１ｂｓ側に位置している。図３から図５の例では、第２面１０ｂｓは、−Ｚ方向を向いた状態にある。第１面１０ｆｓおよび第２面１０ｂｓは、それぞれＸＹ平面に沿った半導体基板１０の板面を構成している。半導体基板１０は、＋Ｚ方向に沿った厚さを有する。
また、半導体基板１０は、例えば、第１半導体領域１０ｆと、第２半導体領域１０ｓと、を有する。第１半導体領域１０ｆは、例えば、半導体基板１０のうちの第２面１０ｂｓ側に位置している。また、第１半導体領域１０ｆは、例えば、第１導電型を有する半導体で構成された領域である。第２半導体領域１０ｓは、例えば、半導体基板１０のうちの第１面１０ｆｓ側に位置している。また、第２半導体領域１０ｓは、例えば、第１導電型とは逆の第２導電型を有する半導体で構成された領域である。図５の例では、第２半導体領域１０ｓは、半導体基板１０のうちの第１面１０ｆｓ側の表層部に位置している。換言すれば、第１半導体領域１０ｆ上に第２半導体領域１０ｓが位置している。
ここで、例えば、半導体基板１０がシリコンを含有するシリコン基板である場合を想定する。この場合には、シリコン基板として、多結晶または単結晶のシリコン基板が採用される。シリコン基板は、例えば、２５０μｍ以下あるいは１５０μｍ以下の厚さを有する薄い基板である。また、シリコン基板は、例えば、平面視して１辺が１５０ｍｍから２００ｍｍ程度の略矩形状の板面を有する。このような形状を有する半導体基板１０が採用されれば、複数の太陽電池素子１を並べて太陽電池モジュール１００が製造される際に、太陽電池素子１同士の間の隙間が小さくなり得る。
また、例えば、第１導電型がｐ型であり且つ第２導電型がｎ型である場合、ｐ型のシリコン基板は、例えば、多結晶あるいは単結晶のシリコンの結晶に、ドーパント元素として、ボロンあるいはガリウムなどの不純物を含有させることで製作され得る。この場合、ｐ型のシリコン基板の第１面１０ｆｓ側の表層部にドーパントとしてのリンなどの不純物を拡散させることで、ｎ型の第２半導体領域１０ｓが生成され得る。このとき、ｐ型の第１半導体領域１０ｆとｎ型の第２半導体領域１０ｓとが積層された半導体基板１０が形成され得る。これにより、半導体基板１０は、第１半導体領域１０ｆと第２半導体領域１０ｓとの界面に位置しているｐｎ接合部を有する。
図５で示されるように、半導体基板１０の第１面１０ｆｓは、例えば、照射された光の反射率を低減するための微細な凹凸構造（テクスチャともいう）を有していてもよい。テクスチャの凸部の高さは、例えば、０．１μｍから１０μｍ程度とされる。隣り合う凸部の頂点の間の距離は、例えば、０．１μｍから２０μｍ程度とされる。テクスチャでは、例えば、凹部が略球面状であってもよい。また、テクスチャでは、例えば、凸部がピラミッド形状であってもよい。上述した「凸部の高さ」とは、例えば、図５において、凹部の底面を通る直線を基準線とし、基準線に対して垂直な方向（ここでは＋Ｚ方向）において、基準線から凸部の頂点までの距離のことである。
また、半導体基板１０は、第３半導体領域１０ｔを有する。第３半導体領域１０ｔは、半導体基板１０のうちの第２面１０ｂｓ側の表層部に位置している。第３半導体領域１０ｔの導電型は、第１半導体領域１０ｆの導電型（第１実施形態ではｐ型）と同一であればよい。そして、第３半導体領域１０ｔが含有するドーパントの濃度は、第１半導体領域１０ｆが含有するドーパントの濃度よりも高い。このとき、第３半導体領域１０ｔは、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側において内部電界を形成するＢＳＦ(Back Surface Field) 層としての役割を果たす。これにより、半導体基板１０の第２面１０ｂｓの近傍では、半導体基板１０における光の照射に応じた光電変換で生じる少数キャリアの再結合が低減され得る。その結果、太陽電池素子１における光電変換効率が低下しにくくなる。第３半導体領域１０ｔは、例えば、半導体基板１０のうちの第２面１０ｂｓ側の表層部に、アルミニウムなどのドーパント元素が拡散されることで形成され得る。このとき、第１半導体領域１０ｆが含有するドーパント元素の濃度を、５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とし、第３半導体領域１０ｔが含有するドーパント元素の濃度を、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３から５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度とすることができる。第３半導体領域１０ｔは、例えば、後述する裏面側の第１貫通電極Ｅ２３１と半導体基板１０との接触部分に存在すればよい。
反射防止膜１１は、例えば、半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側に位置している。反射防止膜１１は、例えば、太陽電池素子１の第１素子面１ｆｓに照射される光の反射率を低減することができる。反射防止膜１１の素材としては、例えば、酸化シリコン、酸化アルミニウムまたは窒化シリコンなどが採用され得る。反射防止膜１１の屈折率および厚さは、例えば、太陽光のうち、半導体基板１０に吸収されて発電に寄与し得る波長範囲の光に対して、反射率が低い条件（低反射条件ともいう）を実現することが可能な値に適宜設定される。ここで、例えば、反射防止膜１１の屈折率が、１．８から２．５程度とされ、反射防止膜１１の厚さが、５０ｎｍから１２０ｎｍ程度とされる。反射防止膜１１は、例えば、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ：Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition）法またはスパッタリング法を用いて形成され得る。
パッシベーション層１２は、半導体基板１０の少なくとも第２面１０ｂｓの上に位置している。第１実施形態では、パッシベーション層１２は、半導体基板１０の第２面１０ｂｓに接している状態で位置している。パッシベーション層１２は、例えば、半導体基板１０において光の照射に応じた光電変換で生成される少数キャリアの再結合を低減することができる。パッシベーション層１２の素材としては、例えば、酸化アルミニウムなどが採用される。この場合、パッシベーション層１２は、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ：Atomic Layer Deposition）法で形成され得る。ここで、酸化アルミニウムは負の固定電荷を有する。このため、電界効果によって、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側で生じる少数キャリア（この場合は電子）が、ｐ型の第１半導体領域１０ｆとパッシベーション層１２との界面（第２面１０ｂｓ）から遠ざけられる。これにより、半導体基板１０のうちの第２面１０ｂｓの近傍における少数キャリアの再結合が低減され得る。その結果、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子１の光電変換効率が向上し得る。パッシベーション層１２の厚さは、例えば、１０ｎｍから６０ｎｍ程度とされる。パッシベーション層１２は、例えば、半導体基板１０の第１面１０ｆｓの上に位置していてもよい。パッシベーション層１２は、例えば、半導体基板１０の第１面１０ｆｓと第２面１０ｂｓとを接続している状態にある側面１０ｓｓ上に位置していてもよい。
ここで、パッシベーション層１２は、例えば、複数の孔部（第１孔部ともいう）Ｈ１を有する。各第１孔部Ｈ１は、パッシベーション層１２の厚さ方向（ここでは、＋Ｚ方向）においてパッシベーション層１２を貫通している状態で位置している。第１孔部Ｈ１は、例えば、第２面１０ｂｓに沿った周囲が閉じられた状態にある貫通孔の形態を有る孔部であってもよい。また、第１孔部Ｈ１は、第２面１０ｂｓに沿った周囲の少なくとも一部が開口している状態にあるスリット状の形態を有する孔部であってもよい。ここで、複数の第１孔部Ｈ１には、例えば、後述する第２集電電極Ｅ２１の直下に位置している第１Ａ孔部Ｈ１１と、後述する第２出力取出電極Ｅ２２の直下に位置している第１Ｂ孔部Ｈ１２と、が含まれている。
保護層１３は、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に位置している。第１実施形態では、保護層１３は、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ上に位置しているパッシベーション層１２上に位置している。別の観点から言えば、保護層１３は、例えば、パッシベーション層１２と裏面電極Ｅ２との間に位置している。そして、保護層１３は、パッシベーション層１２上においてパッシベーション層１２を覆っている。これにより、保護層１３は、例えば、パッシベーション層１２を保護することができる。具体的には、例えば、太陽電池素子１を製造する際および太陽電池素子１を使用する際の双方において、保護層１３の存在によって、太陽電池素子１の外部からパッシベーション層１２まで水分などが到達しにくい。これにより、パッシベーション層１２が劣化しにくくなる。
保護層１３の素材としては、例えば、酸化シリコン、窒化シリコンまたは絶縁樹脂などが採用される。保護層１３は、パッシベーション層１２上において、所望のパターンを有する状態で位置している。保護層１３は、厚さ方向（ここでは＋Ｚ方向）に保護層１３を貫通している状態にある複数の孔部（第２孔部ともいう）Ｈ３を有する。第２孔部Ｈ３は、例えば、第２面１０ｂｓに沿った周囲が閉じられた状態にある貫通孔の形態を有する孔部であってもよい。また、第２孔部Ｈ３は、第２面１０ｂｓに沿った周囲の少なくとも一部が開口している状態にあるスリット状の形態を有する孔部であってもよい。各第２孔部Ｈ３は、例えば、パッシベーション層１２の第１孔部Ｈ１と連続してつながっている状態にある。ここで、複数の第２孔部Ｈ３には、例えば、後述する第２集電電極Ｅ２１の直下に位置している第２Ａ孔部Ｈ３１と、後述する第２出力取出電極Ｅ２２の直下に位置している第２Ｂ孔部Ｈ３２と、が含まれている。
保護層１３は、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ上に形成されたパッシベーション層１２上に、乾式のプロセスあるいは湿式のプロセスによって形成される。湿式のプロセスには、例えば、絶縁性ペーストの塗布、乾燥および加熱をおこなう方法などが適用される。乾式のプロセスには、例えば、ＰＥＣＶＤ法またはスパッタリング法などを用いた方法などが適用される。
ここで、例えば、保護層１３が窒化シリコンを含む薄膜であれば、スパッタリング法および化学蒸着法などの乾式のプロセスを用いて保護層１３を形成することができる。これにより、例えば、パッシベーション層１２と保護層１３との接合強度が向上し得る。この場合には、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に、レーザー装置を用いてレーザービームを照射して、所望のパターンを有する第２孔部Ｈ３を形成することができる。レーザー装置には、例えば、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧ（ネオジムドープ、イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーなどが適用される。このとき、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に、マスクを用いて所望のパターンを有する第２孔部Ｈ３が形成されてもよい。ここでは、保護層１３に第２孔部Ｈ３が形成される際には、パッシベーション層１２に第１孔部Ｈ１が同時に形成され得る。
また、例えば、保護層１３がシロキサン樹脂などを含む薄膜であれば、パッシベーション層１２上に対する絶縁性ペーストのスクリーン印刷法などによる塗布および乾燥などをおこなう湿式のプロセスを用いて保護層１３を形成することができる。ここで、絶縁性ペーストには、例えば、保護層１３の原料となるシロキサン樹脂と、有機溶剤と、複数のフィラーと、を含む絶縁性のペーストが適用される。シロキサン樹脂は、Ｓｉ−Ｏ−Ｓｉ結合（シロキサン結合ともいう）を有するシロキサン化合物である。具体的には、シロキサン樹脂としては、例えば、アルコキシシランまたはシラザンなどを加水分解させて縮合重合させることで生成された、分子量が１万５千以下の低分子量の樹脂が採用される。
保護層１３は、例えば、半導体基板１０の側面１０ｓｓ上に形成されてもよい。このとき、保護層１３の存在により、太陽電池素子１でリーク電流が生じにくくなる。
表面電極Ｅ１は、半導体基板１０の第１面１０ｆｓの側に位置している。表面電極Ｅ１には、第１出力取出電極Ｅ１１と、第１集電電極Ｅ１２と、が含まれている。
第１出力取出電極Ｅ１１は、半導体基板１０における光の照射に応じた光電変換で生じるキャリアを第１集電電極Ｅ１２を介して集めて、太陽電池素子１の外部に電気を取り出すことができる電極（バスバー電極ともいう）である。図３および図５の例では、半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側に、３本の第１出力取出電極Ｅ１１が存在している。各第１出力取出電極Ｅ１１は、第１面１０ｆｓに沿った長手方向を有する。この長手方向は＋Ｙ方向である。そして、各第１出力取出電極Ｅ１１は、長手方向に交差している短手方向（幅方向ともいう）を有する。幅方向は＋Ｘ方向である。ここで、第１出力取出電極Ｅ１１は、例えば、平面視して、細長い長方形状の形状を有する。第１出力取出電極Ｅ１１の短手方向の長さ（幅ともいう）は、例えば０．８ｍｍから２ｍｍ程度とされる。第１出力取出電極Ｅ１１の少なくとも一部は、第１集電電極Ｅ１２と交差して電気的に接続された状態にある。
第１集電電極Ｅ１２は、半導体基板１０における光の照射に応じた光電変換で生じるキャリアを集めることができる電極である。図３の例では、半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側に、複数本の第１集電電極Ｅ１２が存在している。各第１集電電極Ｅ１２は、第１面１０ｆｓに沿った長手方向を有する。この長手方向は＋Ｘ方向である。また、各第１集電電極Ｅ１２は、長手方向に交差している短手方向（幅方向ともいう）を有する。ここで、各第１集電電極Ｅ１２は、例えば、線状の電極である。また、各第１集電電極Ｅ１２は、例えば、３０μｍから１５０μｍ程度の幅を有する。つまり、各第１集電電極Ｅ１２の幅は、第１出力取出電極Ｅ１１の幅よりも小さい。複数の第１集電電極Ｅ１２は、例えば、互いに１ｍｍから３ｍｍ程度の間隔を空けて並ぶように位置している。
第１出力取出電極Ｅ１１および第１集電電極Ｅ１２の厚さは、例えば、１０μｍから４０μｍ程度である。第１出力取出電極Ｅ１１および第１集電電極Ｅ１２は、例えば、銀ペーストがスクリーン印刷などで所望の形状に塗布された後に、この銀ペーストを焼成することで形成され得る。銀ペーストは、例えば、主成分として銀を含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する導電性ペーストであればよい。また、表面電極Ｅ１は、例えば、補助電極Ｅ１３を含んでいる。また、補助電極Ｅ１３は、半導体基板１０の周縁部に沿って位置しており、第１集電電極Ｅ１２同士を電気的に接続している状態にある。補助電極Ｅ１３は、例えば、第１面１０ｆｓ上において、第１集電電極Ｅ１２と同様の形状を有していてもよい。
裏面電極Ｅ２は、半導体基板１０の第２面１０ｂｓの側に位置している。裏面電極Ｅ２には、第１電極（第２集電電極ともいう）Ｅ２１と、１つ以上の第２電極（第２出力取出電極ともいう）Ｅ２２と、複数の貫通電極Ｅ２３と、が含まれている。
複数の貫通電極Ｅ２３のそれぞれは、互いに連続してつながった状態にある第１孔部Ｈ１と第２孔部Ｈ３とで構成された一続きの孔部（連結孔部ともいう）内において、半導体基板１０の第２面１０ｂｓに対して電気的に接続している状態で位置している。連結孔部は、例えば、第２面１０ｂｓに沿った周囲が閉じられた状態にある貫通孔の形態を有する孔部であってもよい。また、連結孔部は、例えば、第２面１０ｂｓに沿った周囲の少なくとも一部が開口している状態にあるスリット状の形態を有する孔部であってもよい。また、図５から図７で示されるように、複数の貫通電極Ｅ２３には、２つ以上の第１貫通電極Ｅ２３１と、１つ以上の第２貫通電極Ｅ２３２と、が含まれている。ここで、第１貫通電極Ｅ２３１は、例えば、互いに連続してつながった状態にある第１Ａ孔部Ｈ１１と第２Ａ孔部Ｈ３１とで構成された一続きの孔部（第１連結孔部ともいう）内において、半導体基板１０の第２面１０ｂｓに対して電気的に接続している状態で位置している。第２貫通電極Ｅ２３２は、例えば、互いに連続してつながった状態にある第１Ｂ孔部Ｈ１２と第２Ｂ孔部Ｈ３２とで構成された一続きの孔部（第２連結孔部ともいう）内において、半導体基板１０の第２面１０ｂｓに対して電気的に接続している状態で位置している。
第２集電電極Ｅ２１は、パッシベーション層１２の上に位置している。第２集電電極Ｅ２１は、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側において、半導体基板１０における光の照射に応じた光電変換で生じるキャリアを集めることができる。図５から図７で示されるように、第２集電電極Ｅ２１は、２つ以上の第１貫通電極Ｅ２３１に電気的に接続している状態で、パッシベーション層１２の上に位置している。図５から図７の例では、第２集電電極Ｅ２１は、２つ以上の第１貫通電極Ｅ２３１に電気的に接続している状態で、パッシベーション層１２の上に位置している保護層１３の上に位置している。換言すれば、図５から図７の例では、第２集電電極Ｅ２１は、例えば、パッシベーション層１２上において、第２集電電極Ｅ２１とパッシベーション層１２とが保護層１３を挟んでいる状態となるように位置している。
第２集電電極Ｅ２１の厚さは、例えば、１５μｍから５０μｍ程度とされる。第２集電電極Ｅ２１は、例えば、導電性ペーストの塗布および焼成によって形成され得る。ここで、導電性ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷などで実現され得る。そして、例えば、保護層１３の上に導電性ペーストを塗布する際には、導電性ペーストを、第２Ａ孔部Ｈ３１内あるいは第２Ａ孔部Ｈ３１内および第１Ａ孔部Ｈ１１内にも塗布することができる。このため、導電性ペーストの焼成によって、第２集電電極Ｅ２１と第１貫通電極Ｅ２３１とを同時に形成することができる。
ここで、例えば、第２集電電極Ｅ２１が主成分としてアルミニウムを含む場合には、第２集電電極Ｅ２１を形成するための導電性ペーストには、主成分としてアルミニウムを含む導電性ペースト（アルミニウムペーストともいう）が適用される。アルミニウムペーストは、例えば、主成分としてアルミニウムを含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する。このアルミニウムペーストは、例えば、アルミニウムを含有する金属粉末とガラスフリットと有機ビヒクルとを混練することで作製され得る。このとき、例えば、アルミニウムペーストの総質量に対して、６５質量％から８０質量％程度がアルミニウムを含む金属粉末とされ、総質量の０．０５質量％から１０質量％程度が有機ビヒクルとされ、２質量％から１５質量％程度がガラスフリットとされる。
ここで、アルミニウムを含む金属粉末の粒径は、例えば、０．０５μｍから２０μｍ程度とされる。アルミニウムを含む金属粉末の粒径は、例えば、０．１μｍから５μｍ程度とされてもよい。有機ビヒクルは、例えば、バインダとして使用される樹脂成分を有機溶媒に添加することで準備される。バインダとしては、例えば、エチルセルロースなどのセルロース系樹脂、アクリル樹脂またはアルキッド樹脂などが使用される。有機溶媒としては、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、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などが使用される。ガラスフリットとしては、例えば、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系などの鉛系ガラスが適用される。
ところで、例えば、保護層１３が湿式のプロセスで形成された場合には、アルミニウムペーストの焼成時に、保護層１３の第２Ａ孔部Ｈ３１においてパッシベーション層１２上に直接塗布されたアルミニウムペーストは、パッシベーション層１２の焼成貫通を生じる。このとき、パッシベーション層１２の第１Ａ孔部Ｈ１１が形成され得る。そして、例えば、第２集電電極Ｅ２１とつながっている状態にあり、半導体基板１０の第２面１０ｂｓに直接接続された状態にある第１貫通電極Ｅ２３１が形成され得る。また、例えば、保護層１３が乾式のプロセスで形成された場合には、レーザーの照射などで第２Ａ孔部Ｈ３１および第１Ａ孔部Ｈ１１が形成された状態にある。このため、連続してつながった状態にある第２Ａ孔部Ｈ３１と第１Ａ孔部Ｈ１１とで構成された第１連結孔部において半導体基板１０の第２面１０ｂｓ上にアルミニウムペーストが直接塗布される。これにより、アルミニウムペーストの焼成時には、パッシベーション層１２の焼成貫通を生じなくても、第１貫通電極Ｅ２３１が形成され得る。また、アルミニウムペーストの焼成時には、例えば、アルミニウムペースト内のアルミニウムが半導体基板１０の第２面１０ｂｓの表層部内に拡散することで、第３半導体領域１０ｔが形成される。
ここで、例えば、保護層１３の厚さが、パッシベーション層１２の厚さよりも十分大きい場合には、パッシベーション層１２のうちの保護層１３で覆われている部分では、アルミニウムペーストはパッシベーション層１２の焼成貫通を生じない。これにより、太陽電池素子１において、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ上に、保護層１３の所望のパターンに対応するパターンでパッシベーション層１２を存在させることが可能となる。ここで、例えば、保護層１３をＰＥＣＶＤ法により窒化シリコンで形成した場合では、保護層１３の厚さは、例えば、７０ｎｍから２００ｎｍ程度とされる。また、保護層１３を、絶縁性ペーストを用いて形成した場合では、保護層１３の厚さは、例えば、０．５μｍから１０μｍ程度とされる。この場合の保護層１３の厚さは、例えば、保護層１３を形成するための絶縁性ペーストの組成、半導体基板１０の第２面１０ｂｓの形状、および第２集電電極Ｅ２１の形成時の焼成条件などによって適宜設定される。
第２出力取出電極Ｅ２２は、パッシベーション層１２の上において第１方向としての＋Ｙ方向に沿って直線状に延びるように位置している。第１実施形態では、図５から図７で示されるように、第２素子面１ｂｓを平面視した場合に、第２出力取出電極Ｅ２２の外周部に第２集電電極Ｅ２１が重なるように位置している。換言すれば、第２集電電極Ｅ２１は、第２出力取出電極Ｅ２２の一部に重なって接触している状態で位置している。
第２出力取出電極Ｅ２２は、半導体基板１０における光の照射に応じた光電変換で生じるキャリアを第２集電電極Ｅ２１を介して集めて、太陽電池素子１の外部に電気を取り出すことができる。図５から図７で示されるように、第２出力取出電極Ｅ２２は、１つ以上の第２貫通電極Ｅ２３２に電気的に接続している状態でパッシベーション層１２の上において第１方向（＋Ｙ方向）に直線状に延びるように位置し、第２集電電極Ｅ２１に電気的に接続している状態にある。図５から図７の例では、第２出力取出電極Ｅ２２は、１つ以上の第２貫通電極Ｅ２３２に電気的に接続している状態で、パッシベーション層１２の上に位置している保護層１３の上に位置している。換言すれば、図５から図７の例では、第２出力取出電極Ｅ２２は、例えば、パッシベーション層１２上において、第２出力取出電極Ｅ２２とパッシベーション層１２とが保護層１３を挟んでいる状態となるように位置している。
図４の例では、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に、３本の第２出力取出電極Ｅ２２が存在している。各第２出力取出電極Ｅ２２は、第２面１０ｂｓに沿った長手方向を有する。この長手方向は＋Ｙ方向である。そして、各第２出力取出電極Ｅ２２は、長手方向としての＋Ｙ方向に沿って並んでいるＮ個（Ｎは２以上の整数）の島状の電極部（島状電極部ともいう）によって構成された状態にある。ここでは、Ｎ個は５個である。つまり、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側には、それぞれ第２出力取出電極Ｅ２２の長手方向（ここでは＋Ｙ方向）に沿って並んでいる３列の島状電極部が存在している。そして、第２出力取出電極Ｅ２２は、長手方向に交差している幅方向を有する。この幅方向は＋Ｘ方向である。
第２出力取出電極Ｅ２２の厚さは、例えば５μｍから２０μｍ程度とされる。第２出力取出電極Ｅ２２の幅は、例えば、０．８ｍｍから３ｍｍ程度とされる。第２出力取出電極Ｅ２２は、例えば、導電性ペーストの塗布および焼成によって形成され得る。ここで、導電性ペーストの塗布は、例えば、スクリーン印刷などで実現され得る。そして、例えば、保護層１３の上に導電性ペーストを塗布する際には、導電性ペーストを、第２Ｂ孔部Ｈ３２内あるいは第２Ｂ孔部Ｈ３２内および第１Ｂ孔部Ｈ１２内にも塗布することができる。このため、導電性ペーストの焼成によって、第２出力取出電極Ｅ２２と第２貫通電極Ｅ２３２とを同時に形成することができる。
ここで、例えば、第２出力取出電極Ｅ２２が主成分として銀を含む場合には、第２出力取出電極Ｅ２２を形成するための導電性ペーストには、主成分として銀を含む導電性ペースト（銀ペーストともいう）が適用される。銀ペーストは、例えば、主成分として銀を含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する。この銀ペーストは、例えば、銀を含有する金属粉末とガラスフリットと有機ビヒクルとを混練することで作製され得る。このとき、例えば、銀ペーストの総質量に対して、７０質量％から８０質量％程度が銀を含む金属粉末とされ、総質量の５質量％から２０質量％程度が有機ビヒクルとされ、２質量％から１５質量％程度がガラスフリットとされる。
ここで、主成分として銀を含む銀ペーストは、例えば、主成分として銀と銅とを含むものでもよい。銀を含む金属粉末の粒径は、例えば、０．０５μｍから２０μｍ程度とされる。銀を含む金属粉末の粒径は、例えば、０．１μｍから５μｍ程度とされてもよい。有機ビヒクルは、例えば、バインダとして使用される樹脂成分を有機溶媒に添加することで準備される。バインダとしては、例えば、エチルセルロースなどのセルロース系樹脂、アクリル樹脂またはアルキッド樹脂などが使用される。有機溶媒としては、例えば、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、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などが使用される。ガラスフリットとしては、例えば、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＰｂＯ系などの鉛系ガラスが適用される。また、ガラスフリットとして、例えば、Ｂ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｂｉ２Ｏ３系またはＢ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＺｎＯ系などの非鉛系ガラスが適用されてもよい。
ところで、例えば、保護層１３が湿式のプロセスで形成された場合には、銀ペーストの焼成時に、保護層１３の第２Ｂ孔部Ｈ３２においてパッシベーション層１２上に直接塗布された銀ペーストが、パッシベーション層１２の焼成貫通を生じる。このとき、パッシベーション層１２の第１Ｂ孔部Ｈ１２が形成され得る。そして、例えば、第２出力取出電極Ｅ２２とつながっている状態にあり、半導体基板１０の第２面１０ｂｓに直接接続された状態にある第２貫通電極Ｅ２３２が形成され得る。また、例えば、保護層１３が乾式のプロセスで形成された場合には、レーザーの照射などで第２Ｂ孔部Ｈ３２および第１Ｂ孔部Ｈ１２が形成された状態にある。このため、連続してつながった状態にある第２Ｂ孔部Ｈ３２と第１Ｂ孔部Ｈ１２とで構成された第２連結孔部において半導体基板１０の第２面１０ｂｓ上に銀ペーストが直接塗布される。これにより、銀ペーストの焼成時には、銀ペーストがパッシベーション層１２の焼成貫通を生じなくても、第２貫通電極Ｅ２３２が形成され得る。したがって、第２出力取出電極Ｅ２２を形成する際には、銀ペーストがパッシベーション層１２を焼成貫通してもよいし、銀ペーストがパッシベーション層１２を焼成貫通しなくてもよい。ここでは、第２出力取出電極Ｅ２２の形成に用いる銀ペーストに含まれるガラスフリットの成分を適宜設定することで、パッシベーション層１２の焼成貫通の有無および程度を適宜制御することができる。
ここで、例えば、ガラスフリットに酸化ビスマスを含有させることで、銀ペーストによるパッシベーション層１２の焼成貫通を生じさせることができる。このとき、例えば、ガラスフリットが含有する酸化ビスマスの量を増加させると、銀ペーストによるパッシベーション層１２の焼成貫通が生じやすくなる。一方、ここで、例えば、ガラスフリットに酸化亜鉛を含有させることで、銀ペーストによるパッシベーション層１２の焼成貫通を生じにくくすることができる。このとき、例えば、ガラスフリットが含有する酸化亜鉛の量を増加させると、銀ペーストによるパッシベーション層１２の焼成貫通がさらに生じにくくなる。
また、ここで、例えば、保護層１３の厚さが、パッシベーション層１２の厚さよりも十分大きい場合には、パッシベーション層１２のうちの保護層１３で覆われている部分では、銀ペーストはパッシベーション層１２の焼成貫通を生じない。これにより、太陽電池素子１において、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ上に、保護層１３の所望のパターンに対応するパターンでパッシベーション層１２を存在させることが可能となる。保護層１３の厚さは、例えば、保護層１３を形成するための絶縁性ペーストの組成、半導体基板１０の第２面１０ｂｓの形状、および第２出力取出電極Ｅ２２の形成時の焼成条件などによって適宜設定される。
ところで、複数の太陽電池素子１を電気的に直列に接続して太陽電池ストリングＳＧ１を製作する際には、図３および図４で示されるように、隣り合う太陽電池素子１の間で、第２出力取出電極Ｅ２２と第１出力取出電極Ｅ１１とが第１配線材Ｗ１で接続される。このとき、第１配線材Ｗ１は、例えば、第２出力取出電極Ｅ２２および第１出力取出電極Ｅ１１に対してはんだ付けなどで接合される。
＜１−３．太陽電池素子の第２素子面側の構成＞
図５から図７で示されるように、例えば、第２出力取出電極Ｅ２２が第２貫通電極Ｅ２３２を介して半導体基板１０の第２面１０ｂｓに接続している状態で位置している。ここでは、例えば、第２出力取出電極Ｅ２２とつながっている第２貫通電極Ｅ２３２が第１Ｂ孔部Ｈ１２および第２Ｂ孔部Ｈ３２内に存在していることで、第２出力取出電極Ｅ２２がアンカー効果によって半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に強固に接合された状態にある。また、例えば、第２貫通電極Ｅ２３２を形成する際に、銀ペーストに含まれるガラス成分が溶融して半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側の表層部内に入り込む。これにより、第２出力取出電極Ｅ２２は第２貫通電極Ｅ２３２を介して半導体基板１０に対してより強固に接合され得る。このように、半導体基板１０に対する第２出力取出電極Ｅ２２の接合強度が向上することで、例えば、半導体基板１０から第２出力取出電極Ｅ２２が剥離しにくくなる。その結果、太陽電池素子１における長期信頼性が向上し得る。
また、図６（ａ）および図６（ｂ）で示されるように、例えば、第２素子面１ｂｓを平面透視することで、第２出力取出電極Ｅ２２および第２集電電極Ｅ２１を平面透視した場合を想定する。この場合に、第２集電電極Ｅ２１が位置している領域を第１領域Ａｒ１とし、第２出力取出電極Ｅ２２が位置している領域を第２領域Ａｒ２とする。そして、例えば、第１領域Ａｒ１で２つ以上の第１貫通電極Ｅ２３１が占めている面積（第１面積ともいう）の比率を、第１面積率とし、第２領域Ａｒ２で１つ以上の第２貫通電極Ｅ２３２が占めている面積（第２面積ともいう）の比率を、第２面積率とする。このとき、例えば、第１面積率よりも、第２面積率が小さい。
ここでは、第２素子面１ｂｓを平面透視した場合に、第１領域Ａｒ１で２つ以上の第１貫通電極Ｅ２３１が占めている第１面積、および第２領域Ａｒ２で１つ以上の第２貫通電極Ｅ２３２が占めている第２面積は、例えば、次のようにして求めることができる。まず、例えば、太陽電池素子１のうち、主にアルミニウムを含む第２集電電極Ｅ２１と、主に銀を含む第２出力取出電極Ｅ２２とを、塩酸を用いて溶解させる。そして、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ上に残るレーザーの痕跡の個数および大きさなどを光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて観察することで、上述した第１面積および第２面積を算出することができる。ここでは、例えば、保護層１３に残る第２孔部Ｈ３の個数および大きさなどを光学顕微鏡あるいはＳＥＭを用いて観察することで、上述した第１面積および第２面積を算出してもよい。
図５から図６（ｂ）の例では、第２素子面１ｂｓを平面透視した場合に、第１領域Ａｒ１で、隣り合う３つの第１貫通電極Ｅ２３１の中心点を仮想的に結ぶ３本の仮想線が正三角形を成すように、複数の第１貫通電極Ｅ２３１が並んでいる状態で位置している。ここで、互いに隣り合う２つの第１貫通電極Ｅ２３１の中心点の間の距離（第１ピッチともいう）Ｄ１は、例えば、０．５ｍｍから０．８ｍｍ程度とされる。また、図５から図６（ｂ）の例では、第２素子面１ｂｓを平面透視した場合に、第２領域Ａｒ２で、隣り合う３つの第２貫通電極Ｅ２３２の中心点を仮想的に結ぶ３本の仮想線が正三角形を成すように、複数の第２貫通電極Ｅ２３２が並んでいる状態で位置している。ここで、互いに隣り合う２つの第２貫通電極Ｅ２３２の中心点の間の距離（第２ピッチともいう）Ｄ２は、例えば、１ｍｍから８ｍｍ程度とされる。複数の第１貫通電極Ｅ２３１および第２貫通電極Ｅ２３２の平面透視した形状は、例えば、図示されているようなドット状であってもよい。また、複数の第１貫通電極Ｅ２３１および第２貫通電極Ｅ２３２の平面透視した形状は、例えば、線状（または帯状）であってもよい。
このように、例えば、第２集電電極Ｅ２１の直下の第１貫通電極Ｅ２３１の密度よりも、第２出力取出電極Ｅ２２の直下の第２貫通電極Ｅ２３２の密度の方が小さくなるように設定されれば、パッシベーション層１２の減少量が低減され得る。これにより、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓの近傍において、少数キャリアの再結合が生じにくくなる。その結果、太陽電池素子１における光電変換効率が向上し得る。したがって、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子１における光電変換効率と長期信頼性とをバランス良く向上させることができる。
ところで、第２素子面１ｂｓを平面透視した場合に、第１領域Ａｒ１と第２領域Ａｒ２とが重畳している状態にある領域を重畳領域Ａｒ３とする。重畳領域Ａｒ３は、第２集電電極Ｅ２１と第２出力取出電極Ｅ２２とが重なっている領域である。また、第１領域Ａｒ１と第２領域Ａｒ２とが接している状態にある領域を接続領域Ｐｃ０とする。接続領域Ｐｃ０は、第２集電電極Ｅ２１と第２出力取出電極Ｅ２２とが接している状態にある領域である。ここで、例えば、図５から図７で示されるように、第２集電電極Ｅ２１がアルミニウムを含有し、第２出力取出電極Ｅ２２が銀を含有しており、重畳領域Ａｒ３および接続領域Ｐｃ０を避けている状態で、複数の貫通電極Ｅ２３が位置していてもよい。換言すれば、第２素子面１ｂｓを平面透視した場合に、複数の貫通電極Ｅ２３は、第１領域Ａｒ１および第２領域Ａｒ２のうち、重畳領域Ａｒ３および接続領域Ｐｃ０の双方の領域とは異なる領域（非接続領域ともいう）Ａｒ４に位置していてもよい。さらに換言すれば、第２素子面１ｂｓを平面透視した場合に、複数の貫通電極Ｅ２３は、第１領域Ａｒ１および第２領域Ａｒ２のうち、重畳領域Ａｒ３および接続領域Ｐｃ０の双方の領域には位置していない。
ここで、例えば、図８で示されるように、仮に重畳領域Ａｒ３および接続領域Ｐｃ０に貫通電極Ｅ２３が位置している場合を想定する。この場合には、重畳領域Ａｒ３および接続領域Ｐｃ０に位置している貫通電極Ｅ２３を含む領域Ａ３ｃに、シリコン、アルミニウムおよび銀を含む３元系（Ｓｉ−Ａｌ−Ａｇの３元系ともいう）の合金部Ｃｍ０が形成され得る。このＳｉ−Ａｌ−Ａｇの３元系の合金部Ｃｍ０は、例えば、アルミニウムペーストおよび銀ペーストを焼成する際に、半導体基板１０とアルミニウムペーストと銀ペーストとの間におけるシリコン、アルミニウムおよび銀の相互拡散によって生成される。また、例えば、図８で示されるように、非接続領域Ａｒ４のうちの第１領域Ａｒ１に位置している第１貫通電極Ｅ２３１を含む領域Ａ２ｃに、シリコンおよびアルミニウムを含む２元系（Ｓｉ−Ａｌの２元系ともいう）の合金部が形成され得る。このＳｉ−Ａｌの２元系の合金部は、例えば、アルミニウムペーストを焼成する際に、半導体基板１０とアルミニウムペーストとの間におけるシリコンとアルミニウムとの相互拡散によって形成される。図８では、領域Ａ２ｃおよび領域Ａ３ｃは、それぞれ太い二点鎖線で囲まれた領域である。
これに対して、第１実施形態では、例えば、第２素子面１ｂｓを平面透視した場合に、複数の貫通電極Ｅ２３が、重畳領域Ａｒ３および接続領域Ｐｃ０とは異なる非接続領域Ａｒ４に位置している。このため、例えば、平面透視して重畳領域Ａｒ３および接続領域Ｐｃ０では、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に第２集電電極Ｅ２１および第２出力取出電極Ｅ２２を形成する際に、Ｓｉ−Ａｌ−Ａｇの３元系の合金部Ｃｍ０が形成されにくい。このとき、例えば、太陽電池素子１では、荷重の付与による撓みによって、合金部Ｃｍ０を起点としたクラックおよび割れが生じにくい。その結果、例えば、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子１における光電変換効率および長期信頼性を向上させることができる。
ところで、第２集電電極Ｅ２１および第２出力取出電極Ｅ２２を形成する際の導電性ペーストの焼成時には、第２集電電極Ｅ２１および第２出力取出電極Ｅ２２を形成するための各導電性ペーストに含まれるバインダの熱分解によって、ガスが発生する。このとき、半導体基板１０を平面透視した場合に、バインダの熱分解による単位面積当たりのガスの発生量は、第２集電電極Ｅ２１および第２出力取出電極Ｅ２２の厚さに比例する。ここで、例えば、第２出力取出電極Ｅ２２が第２集電電極Ｅ２１よりも厚さが小さい場合を想定する。この場合には、重畳領域Ａｒ３では、第２集電電極Ｅ２１を形成するための導電性ペーストよりも第２出力取出電極Ｅ２２を形成するための導電性ペーストの方が、バインダの熱分解によるガスの発生量が少ない。
そこで、例えば、図７で示されるように、重畳領域Ａｒ３において、第２面１０ｂｓの上に第２集電電極Ｅ２１よりも薄い第２出力取出電極Ｅ２２を位置させ、第２出力取出電極Ｅ２２の上に第２集電電極Ｅ２１を位置させることが考えられる。このような構成では、第２集電電極Ｅ２１および第２出力取出電極Ｅ２２のうちの半導体基板１０に近い側に位置している第２出力取出電極Ｅ２２を形成するための導電性ペーストの焼成時に、バインダの熱分解によるガスの発生量が減少する。これにより、例えば、第２集電電極Ｅ２１と第２出力取出電極Ｅ２２との界面に、ガスが入り込んで、第２集電電極Ｅ２１と第２出力取出電極Ｅ２２との密着強度が低下する不具合が生じにくい。その結果、例えば、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子１における光電変換効率および長期信頼性を向上させることができる。
＜１−４．太陽電池素子の製造方法＞
太陽電池素子１の製造方法の一例について、図９（ａ）から図９（ｆ）および図５に基づいて説明する。
まず、図９（ａ）で示されるように、半導体基板１０を準備する。ここでは、半導体基板１０としては、単結晶シリコンまたは多結晶シリコンの基板が採用される。半導体基板１０は、例えば、既存のチョクラルスキー法（ＣＺ法）または鋳造法などを用いて形成される。ここで、半導体基板１０として、ｐ型の多結晶シリコンの基板を準備する場合には、例えば、鋳造法を用いて多結晶シリコンのインゴットを作製する。このとき、ドーパント元素として、例えば、ボロンを添加することで、インゴットの抵抗率を１Ω・ｃｍから５Ω・ｃｍ程度に調整する。次に、そのインゴットを、例えば、１辺が約１６０ｍｍの正方形状の底面を有する直方体状にカットし、さらに２００μｍ程度の厚さにスライスして半導体基板１０を作製する。ここで、例えば、半導体基板１０の表面に対して、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、フッ酸またはフッ硝酸などの水溶液でごく微量のエッチングを施すことで、半導体基板１０の切断面の機械的なダメージを受けた層および汚染された層を除去することができる。
次に、図９（ｂ）で示されるように、半導体基板１０の第１面１０ｆｓにテクスチャを形成する。テクスチャは、例えば、水酸化ナトリウムなどのアルカリ性の水溶液またはフッ硝酸などの酸性の水溶液を用いた湿式エッチング、あるいは反応性イオンエッチング （ＲＩＥ：Reactive Ion Etching）法などを使用した乾式エッチングで形成され得る。
次に、図９（ｃ）で示されるように、テクスチャを有する半導体基板１０の第１面１０ｆｓに、ｎ型の半導体領域である第２半導体領域１０ｓを形成する。具体的には、テクスチャを有する半導体基板１０における第１面１０ｆｓ側の表層部にｎ型の第２半導体領域１０ｓを形成する。第２半導体領域１０ｓは、例えば、ペースト状にした五酸化二リン（Ｐ２Ｏ５）を半導体基板１０の表面に塗布してリンを熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源とした気相熱拡散法などを用いて形成され得る。第２半導体領域１０ｓは、例えば、０．１μｍから２μｍ程度の深さと４０Ω／□から２００Ω／□程度のシート抵抗値とを有するように形成される。ここで、例えば、気相熱拡散法では、ＰＯＣｌ３などの拡散源のガスを含む雰囲気中で６００℃から８００℃程度の温度において、半導体基板１０に５分間から３０分間程度の熱処理を施すことでリンシリコンガラス（ＰＳＧ）を半導体基板１０の表面に形成する。その後、アルゴンまたは窒素などの不活性ガスの雰囲気中で８００℃から９００℃程度の高い温度において、半導体基板１０に１０分間から４０分間程度の熱処理を施す。これにより、ＰＳＧから半導体基板１０の表層部にリンが拡散し、半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側に第２半導体領域１０ｓが形成される。
ここで、例えば、第２半導体領域１０ｓを形成する際に、第２面１０ｂｓ側にも第２半導体領域が形成されれば、第２面１０ｂｓ側に形成された第２半導体領域をエッチングで除去する。例えば、フッ硝酸の水溶液に半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側の部分を浸すことで、第２面１０ｂｓ側に形成された第２半導体領域を除去することができる。これにより、半導体基板１０の第２面１０ｂｓにｐ型の導電型を有する第１半導体領域１０ｆを露出させることができる。その後、第２半導体領域１０ｓを形成する際に半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側に付着したＰＳＧをエッチングで除去する。このとき、半導体基板１０の側面１０ｓｓに形成された第２半導体領域も併せて除去してもよい。ところで、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に予め拡散マスクを形成しておき、気相熱拡散法などによって第２半導体領域１０ｓを形成し、続いて拡散マスクを除去してもよい。この場合には、第２面１０ｂｓ側に第２半導体領域は形成されず、第２面１０ｂｓ側の第２半導体領域を除去する工程が不要となる。
以上の処理によって、第１面１０ｆｓ側にｎ型の半導体領域である第２半導体領域１０ｓが位置し、第１面１０ｆｓにテクスチャが形成された、第１半導体領域１０ｆを含む半導体基板１０が準備され得る。
次に、図９（ｄ）で示されるように、少なくとも半導体基板１０の第２面１０ｂｓ上に、例えば、酸化アルミニウムなどを主として含有するパッシベーション層１２を形成する。パッシベーション層１２は、例えば、ＡＬＤ法あるいはＰＥＣＶＤ法などで形成され得る。ここで、例えば、ＡＬＤ法が用いられれば、半導体基板１０の表面がパッシベーション層１２によってより隙間なく緻密に覆われ得る。ＡＬＤ法を用いたパッシベーション層１２の形成工程では、まず、成膜装置のチャンバー内に第２半導体領域１０ｓが形成された半導体基板１０が載置される。そして、半導体基板１０が１００℃から２５０℃の温度域で加熱された状態で、アルミニウム原料の供給、アルミニウム原料の排気による除去、酸化剤の供給および酸化剤の排気による除去、の４工程を複数回繰り返す。これにより、半導体基板１０の上に、酸化アルミニウムを主に含有するパッシベーション層１２が形成される。ここで、アルミニウム原料には、例えば、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）またはトリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）などが適用される。酸化剤には、例えば、水またはオゾンガスなどが適用される。ＡＬＤ法を用いれば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓだけでなく、半導体基板１０の側面１０ｓｓを含む半導体基板１０の全周囲にパッシベーション層が形成され得る。ここでは、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ上のパッシベーション層１２に耐酸レジストを塗布した後に、フッ酸などを用いたエッチングで不要なパッシベーション層を除去してもよい。
次に、図９（ｄ）で示されるように、少なくとも半導体基板１０の第１面１０ｆｓの上に、例えば、窒化シリコンなどを含有する反射防止膜１１を形成する。反射防止膜１１は、例えば、ＰＥＣＶＤ法またはスパッタリング法を用いて形成される。ＰＥＣＶＤ法を用いる場合は、事前に半導体基板１０を反射防止膜１１の成膜中の温度よりも高い温度まで加熱しておく。その後、シラン（ＳｉＨ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを、窒素（Ｎ２）ガスで希釈し、反応圧力を５０Ｐａから２００Ｐａ程度にして、グロー放電分解でプラズマ化させたものを、加熱された半導体基板１０上に堆積させる。これにより、半導体基板１０上に反射防止膜１１が形成される。このとき、成膜温度は、３５０℃から６５０℃程度とされる。グロー放電に必要な高周波電源の周波数は、１０ｋＨｚから５００ｋＨｚ程度とされる。ガスの流量は、反応室の大きさなどに応じて適宜決定される。例えば、ガスの流量は、１５０ミリリットル／分（ｓｃｃｍ）から６０００ミリリットル／分（ｓｃｃｍ）程度の範囲とされる。このとき、アンモニアガスの流量Ｂをシランガスの流量Ａで除した値（Ｂ／Ａ）は、０．５から１５の範囲とされる。
次に、図９（ｅ）で示されるように、半導体基板１０の第２面１０ｂｓの上に形成されたパッシベーション層１２の上に、窒化シリコンなどを含有する保護層１３を形成する。保護層１３が窒化シリコンであれば、上述したＰＥＣＶＤ法を用いた反射防止膜１１と同様な方法によって、保護層１３が形成され得る。
次に、図９（ｆ）で示されるように、保護層１３とパッシベーション層１２とを貫通するように連結孔部を形成する。ここでは、例えば、半導体基板１０の表面まで到達するように、レーザービームを保護層１３とパッシベーション層１２の上から照射することで、保護層１３およびパッシベーション層１２に対して複数の連結孔部を形成する。例えば、レーザービームの出力などを調整することで、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側を平面視して、直径が３０μｍから１５０μｍ程度の円柱形状であり、１ｃｍ２当たり４００個から７００個程度の連結孔部が均一に分布するように複数の連結孔部を形成する。ただし、このとき、第２出力取出電極Ｅ２２が形成される部分については、１ｃｍ２当たり１０個から２００個程度の連結孔部が均一に分布するように複数の連結孔部を形成する。また、このとき、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側を平面透視して、重畳領域Ａｒ３および接続領域Ｐｃ０ならびにこれらの周辺を避けるように、複数の連結孔部を形成する。ここで使用するレーザー装置には、例えば、レーザービームの波長が１０６４ｎｍであるＱスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧ（ネオジムドープ、イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザーが適用される。レーザービームには、例えば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波（ＳＨＧ、波長５３２ｎｍ）などが用いられてもよい。ここで、例えば、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波を用いる場合には、発振周波数が１０ｋＨｚ程度、出力が７Ｗから１０Ｗ程度、レーザービームの径が１００μｍ程度の条件が採用される。
次に、図５で示されるように、表面電極Ｅ１および裏面電極Ｅ２を形成する。ここでは、例えば、半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側に、表面電極Ｅ１を形成するための導電性ペーストとしての銀ペーストを所望のパターンで塗布する。また、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に、裏面電極Ｅ２のうちの第２出力取出電極Ｅ２２および第２貫通電極Ｅ２３２を形成するための導電性ペーストとしての銀ペーストを所望のパターンで塗布する。銀ペーストは、例えば、スクリーン印刷法などを用いて塗布することができる。塗布後の銀ペーストは、所定の温度で乾燥させる。このとき、銀ペーストの溶剤が蒸散することで、銀ペーストが乾燥する。また、ここでは、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に、裏面電極Ｅ２のうちの第２集電電極Ｅ２１および第１貫通電極Ｅ２３１を形成するための導電性ペーストとしてのアルミニウムペーストを所望のパターンで塗布する。アルミニウムペーストは、例えば、スクリーン印刷法などを用いて塗布することができる。塗布後のアルミニウムペーストは、所定の温度で乾燥させる。このとき、アルミニウムペーストの溶剤が蒸散することで、アルミニウムペーストが乾燥する。
その後、銀ペーストおよびアルミニウムペーストが塗布された半導体基板１０を、焼成炉内において７００℃から９００℃程度の最高温度付近で０．１秒間から数十秒間程度維持する熱処理で、銀ペーストおよびアルミニウムペーストを焼成する。このとき、銀ペーストおよびアルミニウムペーストのそれぞれにおいて金属粉末の焼結が進み、表面電極Ｅ１と裏面電極Ｅ２とが形成される。具体的には、例えば、半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側に塗布された銀ペーストは、反射防止膜１１などの焼成貫通を生じることで半導体基板１０の第１面１０ｆｓのｎ型の第２半導体領域１０ｓに接続され、表面電極Ｅ１が形成される。また、このとき、半導体基板１０の第２面１０ｂｓに塗布された銀ペーストの焼成によって、第２出力取出電極Ｅ２２および第２貫通電極Ｅ２３２が形成される。また、このとき、半導体基板１０の第２面１０ｂｓに塗布されたアルミニウムペーストの焼成によって、第２集電電極Ｅ２１および第１貫通電極Ｅ２３１が形成される。ここで、第１貫通電極Ｅ２３１が形成される際には、アルミニウムペースト中のアルミニウムが半導体基板１０の第２面１０ｂｓの表層部内に拡散し、ＢＳＦ層としての第３半導体領域１０ｔが形成される。
以上の工程によって、図５で示されるような太陽電池素子１が形成される。
＜１−５．太陽電池モジュールの製造方法＞
例えば、第１部材１０１、第１充填材１０２ｕ、複数の太陽電池ストリングＳＧ１を含む太陽電池部１０３、第２充填材１０２ｂおよび第２部材１０４が、この記載の順に重ねられる。そして、例えば、第１部材１０１、第１充填材１０２ｕ、太陽電池部１０３、第２充填材１０２ｂおよび第２部材１０４が、ラミネータによって一体化されることで、図２（ａ）または図２（ｂ）で示されるような太陽電池モジュール１００が製造され得る。この太陽電池モジュール１００は、例えば、積雪および風圧などによる外力の付与に応じて撓むことがある。しかしながら、太陽電池モジュール１００に用いられている太陽電池素子１では半導体基板１０から第２出力取出電極Ｅ２２が剥離しにくい。このため、太陽電池モジュール１００における長期信頼性が向上し得る。
ここで、太陽電池モジュール１００の第２モジュール面Ｍｓ２上には、例えば、太陽電池部１０３における光電変換で得られた電気を取り出すための端子ボックスＢｘ１が取り付けられる。また、例えば、太陽電池モジュール１００の外周部には、フレーム部材が取り付けられてもよい。これにより、太陽電池モジュール１００が補強され得る。
＜１−６．具体例＞
以下に、参考例１、参考例２および参考例３に係る太陽電池素子および実施例に係る太陽電池素子１について、作製方法および破壊荷重について説明する。
＜１−６−１．参考例１に係る太陽電池素子の作製＞
まず、図９（ａ）で示されるように、半導体基板１０を準備した。ここでは、鋳造法によって半導体基板１０としての多結晶シリコン基板を２０枚作製した。このとき、多結晶シリコン基板は、ボロンがドープされることでｐ型の導電型を有するものとされた。また、多結晶シリコン基板は、約１．０Ω・ｃｍの比抵抗値、一辺が約１５６ｍｍの正方形状の平面形状、および１８０μｍ程度の厚みを有するものとされた。
次に、この半導体基板１０の表面から５μｍから１０μｍ程度の深さまでの部分を、水酸化ナトリウム水溶液を用いたエッチングによって除去した。その後、図９（ｂ）で示されるように、ＲＩＥ法を用いて半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側にテクスチャを形成した。
次に、図９（ｃ）で示されるように、オキシ塩化リン（ＰＯＣｌ３）を拡散源とした気相熱拡散法によって、半導体基板１０の表面の全周にわたる表層部に、ｎ型の導電型を有する第２半導体領域を形成した。その後、半導体基板１０の第２面１０ｂｓおよび側面１０ｓｓ側の部分を、フッ酸と硝酸との混合溶液に浸すことで、半導体基板１０の第２面１０ｂｓおよび側面１０ｓｓ側に形成された第２半導体領域を除去した。これにより、半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側の表層部にｎ型の導電型を有する第２半導体領域１０ｓが形成された。この第２半導体領域１０ｓは、約１００Ω／□程度のシート抵抗を有するものとされた。
次に、図９（ｄ）で示されるように、ＡＬＤ法を用いて、半導体基板１０の全周囲の表面上に、酸化アルミニウムを主として含有するパッシベーション層１２を形成した。形成されたパッシベーション層１２の膜厚は、１０ｎｍ程度とされた。
さらに、図９（ｄ）で示されるように、半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側に、ＰＥＣＶＤ法を用いて、窒化シリコンの反射防止膜１１を形成した。ここで形成された反射防止膜１１は、２．１程度の屈折率および７０ｎｍ程度の厚みを有するものとされた。
次に、図９（ｅ）で示されるように、半導体基板１０の第２面１０ｂｓの上に形成されたパッシベーション層１２の上に、ＰＥＣＶＤ法を用いて窒化シリコンを含有する保護層１３を形成した。この保護層１３は、２．１程度の屈折率および９０ｎｍ程度の厚さを有するものとされた。
次に、図９（ｆ）で示されるように、レーザー装置を用いて、保護層１３とパッシベーション層１２とを貫通するように複数の連結孔部を形成した。ここで、レーザー装置には、Ｑスイッチ付きＮｄ：ＹＡＧレーザーが適用された。このレーザー装置では、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの第２高調波を用いた。ここでは、連結孔部の直径が１００μｍ程度となり、上記図６（ｂ）で示した第１ピッチＤ１が０．６５ｍｍ程度となるように、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側の全面において均一に分布するように複数の連結孔部を形成した。
次に、半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側に、第１出力取出電極Ｅ１１と第１集電電極Ｅ１２と補助電極Ｅ１３とを含む表面電極Ｅ１を形成するための銀ペーストを塗布した。銀ペーストとしては、銀を主成分として８５質量％程度含有し、さらにガラスフリット、有機ビヒクルを含有するものが採用された。このような銀ペーストを、スクリーン印刷法を用いて、図３のパターンを有するように、半導体基板１０の第１面１０ｆｓ側に塗布した。ここで、印刷直後における銀ペーストの膜厚は、１８μｍ程度とされた。そして、塗布後の銀ペーストを、１５０℃程度の温度で３分間程度の時間、乾燥させた。このとき、銀ペーストの溶剤が蒸発した。
次に、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に、裏面電極Ｅ２の第２出力取出電極Ｅ２２を形成するための銀ペーストを、スクリーン印刷法を用いて、図４で示された第２出力取出電極Ｅ２２のパターンとなるように塗布した。この銀ペーストには、銀を主成分として６５質量％程度含有し、さらにガラスフリット、有機ビヒクルを含有するものが採用された。ここで、印刷直後における銀ペーストの膜厚は、１５μｍ程度とされた。そして、塗布後の銀ペーストを、１５０℃程度の温度で３分間程度の時間、乾燥させた。このとき、銀ペーストの溶剤が蒸発した。
次に、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に、裏面電極Ｅ２の第２集電電極Ｅ２１を形成するためのアルミニウムペーストを塗布した。アルミニウムペーストとしては、アルミニウムを主成分として７５質量％程度含有し、さらにガラスフリット、有機ビヒクルを含有するものを採用した。このようなアルミニウムペーストを、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に、スクリーン印刷法を用いて、図４で示された第２集電電極Ｅ２１のパターンとなるように塗布した。ここで、印刷直後のアルミニウムペーストの膜厚は、４８μｍ程度とされた。そして、塗布後のアルミニウムペーストを、１５０℃程度の温度で３分間程度の時間、乾燥させた。このとき、アルミニウムペーストの溶剤が蒸発した。
次に、第１面１０ｆｓ側に銀ペーストが塗布され、第２面１０ｂｓ側に銀ペーストおよびアルミニウムペーストが塗布された半導体基板１０を、ピーク温度が約７００℃で約１０秒間程度維持することで、銀ペーストおよびアルミニウムペーストの焼成をおこなった。これにより、表面電極Ｅ１および裏面電極Ｅ２が形成された。ここで、裏面電極Ｅ２には、複数の貫通電極Ｅ２３が含まれていた。その結果、参考例１に係る太陽電池素子が作製された。
＜１−６−２．参考例２に係る太陽電池素子の作製＞
参考例１に係る太陽電池素子の作製工程のうち、上記図９（ｆ）で示された、レーザー装置を用いて複数の連結孔部を形成する工程、を省略した作製工程によって、参考例２に係る太陽電池素子を作製した。したがって、参考例２に係る太陽電池素子は、参考例１に係る太陽電池素子から全ての連結孔部および貫通電極Ｅ２３が省略されたものとされた。
＜１−６−３．参考例３に係る太陽電池素子の作製＞
参考例１に係る太陽電池素子の作製工程のうち、上記図９（ｆ）で示された、レーザー装置を用いて複数の連結孔部を形成する工程において、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側を平面透視して、第２領域Ａｒ２を避けるように複数の連結孔部を形成した。ここで、第２領域Ａｒ２は、第２出力取出電極Ｅ２２が形成される領域であった。このような複数の連結孔部の形成は、レーザー装置によるレーザービームの走査を制御するプログラムを変更することで実現した。これにより、参考例１に係る太陽電池素子から、第２出力取出電極Ｅ２２の直下の第２領域Ａｒ２における全ての連結孔部および貫通電極Ｅ２３が省略された、参考例３に係る太陽電池素子が作製された。
＜１−６−４．実施例に係る太陽電池素子の作製＞
参考例１に係る太陽電池素子の作製工程のうち、上記図９（ｆ）で示された、レーザー装置を用いて複数の連結孔部を形成する工程において、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側を平面透視して、重畳領域Ａｒ３を避けるように複数の連結孔部を形成した。ここで、重畳領域Ａｒ３は、上述したように、第２出力取出電極Ｅ２２が形成される第２領域Ａｒ２と第２集電電極Ｅ２１が形成される第１領域Ａｒ１とが重畳している状態にある領域であった。さらに、第２領域Ａｒ２において、第２貫通電極Ｅ２３２となる第２連結孔部は、図６（ｂ）で示した第２ピッチＤ２が１．３ｍｍ程度となるように形成した。このような複数の第２連結孔部の形成は、レーザー装置によるレーザービームの走査を制御するプログラムを変更することで実現した。これにより、参考例１に係る太陽電池素子から、重畳領域Ａｒ３における全ての連結孔部および貫通電極Ｅ２３が省略された、実施例に係る太陽電池素子が作製された。
＜１−６−５．破壊荷重の測定法＞
上記のようにして、参考例１、参考例２、参考例３および実施例に係る太陽電池素子を、それぞれ２０枚ずつ作製した。そして、参考例１、参考例２、参考例３および実施例に係る太陽電池素子のそれぞれについて、２０枚ずつ破壊荷重を測定した。
図１０で示されるように、太陽電池素子の破壊荷重を測定するための装置（破壊荷重測定装置ともいう）７０として、支持部８０と、押圧部９０と、を備えるものを用いた。
支持部８０は、ベース板部８１と、２枚の支持用板部８２と、を有していた。ベース板部８１は、水平方向に沿った状態で位置していた平板状の部分であった。２枚の支持用板部８２は、ベース板部８１の上方向（ここでは、＋Ｚ方向）に向いた面上に固定されていた。各支持用板部８２は、垂直方向に沿った状態で位置していた平板状の部分であった。２枚の支持用板部８２は、互いに対向している状態で位置していた。各支持用板部８２は、６０ｍｍ程度の高さと、１６０ｍｍ程度の奥行きと、７ｍｍ程度の厚さと、奥行き方向に垂直な断面が半円形状である上端部と、を有していた。２枚の支持用板部８２の間隔ｄ１は、１３０ｍｍ程度とされた。支持部８０は、アルミニウム製であった。
押圧部９０は、２枚の押圧用板部９１と、連結用板部９２と、作動用板部９３と、圧力センサ９４と、を有していた。連結用板部９２は、水平方向に沿った状態で位置していた平板状の部分であった。２枚の押圧用板部９１は、連結用板部９２の下方向（ここでは、−Ｚ方向）に向いた面上に固定されていた。各押圧用板部９１は、垂直方向に沿った状態で位置していた平板状の部分であった。２枚の押圧用板部９１は、２枚の支持用板部８２に対して平行である状態で、互いに対向している状態で位置していた。各押圧用板部９１は、３０ｍｍ程度の高さと、１６０ｍｍ程度の奥行きと、５ｍｍ程度の厚さと、奥行き方向に垂直な断面が半円形状である下端部と、を有していた。２枚の押圧用板部９１の間隔ｄ２は、８０ｍｍ程度であった。ここでは、２枚の押圧用板部９１の間の＋Ｘ方向における中間の位置と、２枚の支持用板部８２の間の＋Ｘ方向における中間の位置と、が一致していた。また、連結用板部９２の上方向（ここでは、＋Ｚ方向）に向いた面上に作動用板部９３が固定されていた。２枚の押圧用板部９１、連結用板部９２および作動用板部９３は、アルミニウム製であった。作動用板部９３は、サーボモータによって一定速度で上方向および下方向（ここでは、−Ｚ方向）に移動可能とされていた。これにより、２枚の押圧用板部９１も上下方向に移動可能とされていた。また、作動用板部９３に取り付けられていた圧力センサ９４によって、２枚の押圧用板部９１に対して上方向に付与される荷重を測定することが可能であった。
このような構成を有する破壊荷重測定装置７０では、まず、２枚の支持用板部８２の上端部上に、測定対象である太陽電池素子を第１素子面１ｆｓ側が上向きとなるように載置した。このとき、太陽電池素子において、−Ｘ方向の側に位置する太陽電池素子の端部と−Ｘ方向の側に位置している支持用板部８２で支持された状態にある太陽電池素子の部分との距離と、＋Ｘ方向の側に位置する太陽電池素子の端部と＋Ｘ方向の側に位置している支持用板部８２で支持された状態にある太陽電池素子の部分との距離と、が等しくされた。その後、作動用板部９３を−Ｚ方向に下降させることで、２枚の押圧用板部９１を、２０ｍｍ／ｍｉｎの一定の速度で下降させた。これにより、太陽電池素子の＋Ｚ方向を向いた上面を、２枚の押圧用板部９１によって押圧して、太陽電池素子を凹状に撓ませた。このとき、２枚の押圧用板部９１に掛かる応力は、徐々に上昇し、太陽電池素子の撓み変形が大きくなって太陽電池素子に割れおよびクラックが発生すると急激に低下した。ここでは、圧力センサ９４によって２枚の押圧用板部９１に掛かる応力の変化を測定し、２枚の押圧用板部９１に掛かる応力が急激に低下する直前に２枚の押圧用板部９１に掛かっていた応力の最大値（Ｎ）を、太陽電池素子が破壊する破壊加重として測定した。
＜１−６−６．破壊荷重の測定結果＞
図１１には、参考例１、参考例２、参考例３および実施例に係る太陽電池素子のそれぞれについて、２０枚についての破壊荷重の平均値が示されている。ただし、図１１では、参考例１に係る太陽電池素子についての破壊荷重の平均値を１００とした場合における破壊荷重の指数が示されている。
図１１で示されるように、参考例２、参考例３および実施例に係る太陽電池素子については、それぞれ参考例１に係る太陽電池素子よりも１８％から２０％程度の破壊荷重の向上が認められた。また、参考例２、参考例３および実施例に係る太陽電池素子１の間では、破壊荷重に有意な差は認められなかった。このため、太陽電池素子１における撓み変形による破壊荷重の向上には、重畳領域Ａｒ３に連結孔部および貫通電極Ｅ２３を存在させないことが有効であることが分かった。
ここでは、例えば、重畳領域Ａｒ３に連結孔部および貫通電極Ｅ２３が存在する参考例１に係る太陽電池素子については、裏面電極Ｅ２の形成時に、重畳領域Ａｒ３の連結孔部およびこの連結孔部の近傍に、Ｓｉ−Ａｌ−Ａｇの３元系の合金部Ｃｍ０が形成されやすいものと推定された。これに対して、例えば、重畳領域Ａｒ３に連結孔部および貫通電極Ｅ２３が存在していない参考例２、参考例３および実施例に係る太陽電池素子については、裏面電極Ｅ２の形成時に、Ｓｉ−Ａｌ−Ａｇの３元系の合金部Ｃｍ０が形成されにくいものと推定された。
ところで、例えば、参考例２に係る太陽電池素子では、保護層１３とパッシベーション層１２とを貫通している状態で位置している連結孔部および貫通電極Ｅ２３が全く存在していなかった。このような構成では、太陽電池素子に光電変換機能がない状態となる。このため、参考例２に係る太陽電池素子は、実際には利用可能なものではなかった。
ここで、太陽電池素子を量産する際に、重畳領域Ａｒ３の位置ずれが若干生じ得ることを考慮すれば、重畳領域Ａｒ３を含む第２領域Ａｒ２に連結孔部および貫通電極Ｅ２３が全く存在していない参考例３に係る太陽電池素子では、破壊荷重の向上と太陽電池素子の生産性の向上とが図られるものと思われた。ただし、重畳領域Ａｒ３を除く第２領域Ａｒ２に連結孔部と貫通電極Ｅ２３とが存在している実施例に係る太陽電池素子１では、少なくとも、第２出力取出電極Ｅ２２が連結孔部内の第２貫通電極Ｅ２３２によるアンカー効果によって半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に強固に接合され得るものと思われた。
＜１−７．第１実施形態のまとめ＞
第１実施形態に係る太陽電池素子１では、例えば、第２出力取出電極Ｅ２２が第２貫通電極Ｅ２３２によって半導体基板１０の第２面１０ｂｓに接続している状態で位置している。これにより、例えば、第２出力取出電極Ｅ２２が第２貫通電極Ｅ２３２によるアンカー効果によって半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側に強固に接合され得る。また、例えば、第２貫通電極Ｅ２３２を形成する際に、銀ペーストのガラス成分が溶融して半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側の表層部内に入り込むことで、第２出力取出電極Ｅ２２は第２貫通電極Ｅ２３２によって半導体基板１０に対してより強固に接合され得る。このように、例えば、半導体基板１０に対する第２出力取出電極Ｅ２２の接合強度が向上することで、半導体基板１０から第２出力取出電極Ｅ２２が剥離しにくくなる。その結果、太陽電池素子１における長期信頼性が向上し得る。
また、例えば、第２素子面１ｂｓを平面透視した場合に、第２集電電極Ｅ２１が位置している第１領域Ａｒ１での第１貫通電極Ｅ２３１の第１面積率よりも、第２出力取出電極Ｅ２２が位置している第２領域Ａｒ２での第２貫通電極Ｅ２３２の第２面積率が小さい。このように、例えば、第２集電電極Ｅ２１の直下の第１貫通電極Ｅ２３１の密度よりも、第２出力取出電極Ｅ２２の直下の第２貫通電極Ｅ２３２の密度の方が小さくなるように設定されれば、パッシベーション層１２の減少量が低減され得る。これにより、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓの近傍において、少数キャリアの再結合が生じにくくなる。その結果、太陽電池素子１における光電変換効率が向上し得る。
したがって、第１実施形態では、ＰＥＲＣ型の太陽電池素子１における光電変換効率と長期信頼性とをバランス良く向上させることができる。また、例えば、このような複数の太陽電池素子１が並べられた太陽電池モジュール１００についても、光電変換効率と長期信頼性とがバランス良く向上し得る。
＜２．他の実施形態＞
本開示は上述の第１実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。
＜２−１．第２実施形態＞
上記第１実施形態において、例えば、パッシベーション層１２は、単層に限定されない。パッシベーション層１２は、例えば、複数の層が積層している状態で位置している構造を有していてもよい。複数の層の組合せには、例えば、図１２で示されるように、半導体基板１０の第２面１０ｂｓの上に位置する酸化シリコンの層１２１と、この酸化シリコンの層１２１の上に位置する酸化アルミニウムの層１２２との組合せが含まれる。この場合、酸化シリコンの層１２１の厚さは、例えば、０．１ｎｍから５ｎｍ程度とされる。酸化アルミニウムの層１２２の厚さは、例えば、５ｎｍから３０ｎｍ程度とされる。ここでは、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ上に酸化シリコンの層１２１を成膜した後に、その酸化シリコンの層１２１の上に酸化アルミニウムの層１２２を成膜することで、パッシベーション層１２を形成することができる。これらの酸化シリコンの層１２１および酸化アルミニウムの層１２２は、ＡＬＤ法によって連続して成膜することができる。このようにｐ型の第１半導体領域１０ｆ上に酸化シリコンの層１２１が成膜されれば、例えば、第１半導体領域１０ｆの未結合手を終端させることができる。これにより、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓの近傍では、半導体基板１０における光の照射に応じた光電変換で生じる少数キャリアの再結合が低減され得る。その結果、太陽電池素子１の光電変換効率のさらなる向上を図ることができる。
＜２−２．第３実施形態＞
上記各実施形態において、例えば、図１３で示されるように、保護層１３が存在していなくてもよい。換言すれば、例えば、半導体基板１０の第２面１０ｂｓ側では、パッシベーション層１２上に第２集電電極Ｅ２１および第２出力取出電極Ｅ２２が直接位置していてもよい。図１３の例では、第１貫通電極Ｅ２３１が、第１Ａ孔部Ｈ１１内に位置し、第２貫通電極Ｅ２３２が、第１Ｂ孔部Ｈ１２内に位置している。このような構成は、例えば、パッシベーション層１２上に塗布する導電性ペーストが、この導電性ペーストの焼成時にパッシベーション層１２の焼成貫通を生じないような成分を有していれば、実現され得る。
＜３．その他＞
上記各実施形態では、例えば、第２出力取出電極Ｅ２２は、銀を主成分として含有することなく、銅を主成分として含有していてもよい。この場合には、例えば、銀ペーストの代わりに銅ペーストが採用され得る。銅ペーストには、例えば、主成分として銅を含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する導電性ペーストが適用される。
また、上記各実施形態では、例えば、第２集電電極Ｅ２１と第２出力取出電極Ｅ２２とが重畳することなく接続領域Ｐｃ０を形成するように接していてもよい。
上記各実施形態および各種変形例をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
１ 太陽電池素子
１０ 半導体基板
１００ 太陽電池モジュール
１０１ 第１部材
１０２ 充填材
１０２ｂ 第２充填材
１０２ｕ 第１充填材
１０３ 太陽電池部
１０４ 第２部材
１０ｂｓ 第２面
１０ｆ 第１半導体領域
１０ｆｓ 第１面
１０ｓ 第２半導体領域
１０ｔ 第３半導体領域
１１ 反射防止膜
１２ パッシベーション層
１３ 保護層
１ｂｓ 第２素子面
１ｆｓ 第１素子面
Ａｒ１ 第１領域
Ａｒ２ 第２領域
Ａｒ３ 重畳領域
Ａｒ４ 非接続領域
Ｃｍ０ 合金部
Ｅ１ 表面電極
Ｅ１１ 第１出力取出電極
Ｅ１２ 第１集電電極
Ｅ２ 裏面電極
Ｅ２１ 第２集電電極
Ｅ２２ 第２出力取出電極
Ｅ２３ 貫通電極
Ｅ２３１ 第１貫通電極
Ｅ２３２ 第２貫通電極
Ｈ１ 第１孔部
Ｈ１１ 第１Ａ孔部
Ｈ１２ 第１Ｂ孔部
Ｈ３ 第２孔部
Ｈ３１ 第２Ａ孔部
Ｈ３２ 第２Ｂ孔部
Ｐｃ０ 接続領域
Ｗ１ 第１配線材
Ｗ２ 第２配線材

Claims (7)

  1. 第１面および該第１面とは逆方向を向いた状態で位置している第２面を有する半導体基板と、
    前記第２面の上に位置し、複数の孔部を有するパッシベーション層と、
    前記複数の孔部内において前記半導体基板の前記第２面に対して電気的に接続している状態で位置している複数の貫通電極と、
    前記複数の貫通電極のうちの２つ以上の第１貫通電極に電気的に接続している状態で前記パッシベーション層の上に位置している第１電極と、
    前記複数の貫通電極のうちの１つ以上の第２貫通電極に電気的に接続している状態で前記パッシベーション層の上において第１方向に直線状に延びるように位置し、前記第１電極に電気的に接続している状態にある１つ以上の第２電極と、を備え、
    前記第１電極および前記第２電極を平面透視した場合に、前記第１電極が位置している第１領域において前記２つ以上の第１貫通電極が占めている面積の比率よりも、前記第２電極が位置している第２領域において前記１つ以上の第２貫通電極が占めている面積の比率が小さく、
    前記第１電極および前記第１貫通電極が、それぞれアルミニウムを含有し、
    前記第２電極および前記第２貫通電極が、それぞれ銀を含有し、
    前記第１電極および前記第２電極を平面透視した場合に、前記複数の貫通電極は、前記第１領域および前記第２領域のうち、前記第１領域と前記第２領域とが重畳している状態にある重畳領域および前記第１領域と前記第２領域とが接している状態にある接続領域には、位置していない、太陽電池素子。
  2. 請求項１に記載の太陽電池素子であって、
    前記半導体基板は、シリコンを含有する、太陽電池素子。
  3. 請求項１または請求項２に記載の太陽電池素子であって、
    前記第２電極の厚さは、前記第１電極の厚さよりも小さく、
    前記第１領域と前記第２領域とが重畳している状態にある重畳領域において、前記第２面の上に前記第２電極が位置し、該第２電極の上に前記第１電極が位置している、太陽電池素子。
  4. 請求項１から請求項３の何れか１つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
    前記パッシベーション層と前記第１電極との間に位置している保護層をさらに備えている、太陽電池素子。
  5. 請求項４に記載の太陽電池素子であって、
    前記保護層は、窒化シリコンを含む、太陽電池素子。
  6. 請求項１から請求項５の何れか１つの請求項に記載の太陽電池素子であって、
    前記半導体基板は、前記第２面側に位置するｐ型の第１半導体領域と、前記第１面側に位置するｎ型の第２半導体領域と、を有し、
    前記パッシベーション層は、酸化アルミニウムを含む、太陽電池素子。
  7. ２次元的に並んでいる状態で位置している、請求項１から請求項６の何れか１つの請求項にそれぞれ記載の複数の太陽電池素子と、
    前記複数の太陽電池素子のうちの互いに隣り合う太陽電池素子の間をそれぞれ電気的に接続している状態で位置している複数の配線材と、
    前記複数の太陽電池素子の前記第１面側に位置し、透光性を有する第１部材と、
    前記複数の太陽電池素子の前記第２面側に位置している第２部材と、
    前記複数の太陽電池素子と前記第１部材との間に位置し、透光性を有する第１充填材と、
    前記複数の太陽電池素子と前記第２部材との間に位置している第２充填材と、を備えている、太陽電池モジュール。
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