JPWO2018051659A1 - 太陽電池モジュールおよび太陽電池セル - Google Patents

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Abstract

半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３は、保護基板側を向く受光面と、裏面保護材側を向く裏面とを有し、受光面から裏面に至る溝によって複数のサブセルに分割される。電極層１９は、半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３の裏面側に配置される。光反射部材２００は、半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３の受光面側において、隣接する２つのサブセルの間に配置され、隣接する２つのサブセルの間の溝を介して電極層１９に対向する。

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関し、特に裏面接合型の太陽電池セルおよびそれを利用した太陽電池モジュールに関する。
発電効率の高い太陽電池セルとして、光が入射する受光面に対向する裏面にｎ型領域およびｐ型領域の双方が形成された裏面接合型の太陽電池セルがある。裏面接合型の太陽電池セルでは、発電した電力を取り出すためのｎ側電極とｐ側電極の双方が裏面側に設けられる。ｎ側電極およびｐ側電極は、それぞれ櫛歯状に形成される。裏面接合型の太陽電池セルにおいて集電効率を高くするために、太陽電池セルが複数のサブセルに分割され、隣接したサブセルがサブ電極で接続される（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第１５／０４５２４２号パンフレット
太陽電池セルを複数のサブセルに分割するためにレーザが使用される場合、分割部分にレーザダメージが生じ、その部分において発電効率が悪化する。
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電効率を向上する技術を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明のある態様の太陽電池モジュールは、保護基板と、保護基板に対向する裏面保護材と、保護基板と裏面保護材との間に封止される太陽電池セルとを備える。太陽電池セルは、保護基板側を向く受光面と、裏面保護材側を向く裏面とを有し、受光面から裏面に至る溝によって複数のサブセルに分割される光電変換層と、光電変換層の裏面側に配置される電極層と、光電変換層の受光面側において、隣接する２つのサブセルの間に配置され、隣接する２つのサブセルの間の溝を介して電極層に対向する光反射部材と、を備える。
本発明の別の態様は、太陽電池セルである。この太陽電池セルは、受光面と裏面とを有し、受光面から裏面に至る溝によって複数のサブセルに分割される光電変換層と、光電変換層の裏面側に配置される電極層と、光電変換層の受光面側において、隣接する２つのサブセルの間に配置され、隣接する２つのサブセルの間の溝を介して電極層に対向する光反射部材と、を備える。
本発明によれば、発電効率を向上できる。
本発明の実施例に係る太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。 図１の太陽電池セルの構成を示す平面図である。 図２の太陽電池セルの構成を示す別の平面図である。 図２の太陽電池セルの構成を示す断面図である。 図２の太陽電池セルの構成を示す別の断面図である。 図２の太陽電池セルの構成を示すさらに別の断面図である。 図５と図６の光反射部材の構成を示す断面図である。 図３のサブ電極の構造を示す平面図である。 図１の太陽電池モジュールの構成を示す平面図である。
本発明を具体的に説明する前に、概要を述べる。本発明の実施例は、複数の裏面接合型の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールに関する。裏面接合型の太陽電池セルでは、発電した電力を取り出すための電極が、光が主に入射する受光面とは反対側の裏面に設けられる。このような裏面接合型の太陽電池セルでは、例えば、裏面側にｎ型領域とｐ型領域とが第１方向に交互に配置される。それぞれの領域の上にはｎ側電極またはｐ側電極が設けられる。ｎ側電極およびｐ側電極は第１方向に交差する第２方向に延びる。さらに、光電変換層が複数のサブセルに分割されており、隣接する２つのサブセルの境界に分離領域が設けられる。隣接する２つのサブセルは、両者にまたがって設けられるサブ電極により直列的に接続される。このように１つの太陽電池セルが複数のサブセルに分割されると、第２方向に延びるｎ側電極およびｐ側電極の長さが短くなり、集電極の抵抗が下がる。集電極の抵抗が下がると、裏面電極の集電効率が向上する。
しかしながら、太陽電池セルを複数のサブセルに分割するためにレーザが使用される場合、分割部分にレーザダメージが発生する。レーザダメージが発生すると、分割部分の周囲である分離領域における発電効率が悪化する。発電効率の悪化を改善するために、本実施例では、隣接する２つのサブセルのそれぞれの受光面側においてこれらにまたがるように、光反射部材が配置される。光反射部材は、受光面側から入射された太陽光を反射させる。反射された太陽光は太陽電池セルに入射される。なお、以下の説明において、「平行」、「垂直」は、完全な平行、垂直だけではなく、誤差の範囲で平行、垂直からずれている場合も含むものとする。また、「略」は、おおよその範囲で同一であるという意味である。以下、図面を参照しながら、本発明の実施例を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
図１は、本発明の実施例に係る太陽電池モジュール１００の構成を示す断面図である。図１に示すように、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸からなる直角座標系が規定される。ｘ軸、ｙ軸は、太陽電池モジュール１００の平面内において互いに直交する。ｚ軸は、ｘ軸およびｙ軸に垂直であり、太陽電池モジュール１００の厚み方向に延びる。また、ｘ軸、ｙ軸、ｚ軸のそれぞれの正の方向は、図１における矢印の方向に規定され、負の方向は、矢印と逆向きの方向に規定される。太陽電池モジュール１００を形成する２の主平面であって、かつｘ−ｙ平面に平行な２つの主平面のうち、ｚ軸の負方向側に配置される主平面が受光面であり、ｚ軸の主方向側に配置される主平面が裏面である。以下では、ｚ軸の負方向側を「受光面側」とよび、ｚ軸の正方向側を「裏面側」とよぶ。
太陽電池モジュール１００は、保護基板４０、封止層４２と総称される第１封止層４２ａ、第２封止層４２ｂ、裏面保護材５０、太陽電池セル７０、配線材８０、セル間光反射部材２２０を含む。複数の太陽電池セル７０は、ｘ軸に沿って並べられることによって、太陽電池ストリングを形成する。隣接した太陽電池セル７０は、配線材８０によって電気的に接続される。ここで、配線材８０と太陽電池セル７０は、接着剤によって接着される。接着剤には、例えば、ハンダあるいは樹脂接着剤が使用される。樹脂接着剤を使用する場合、樹脂接着剤は、絶縁性を有するものであってもよいし、導電性を有する粒子を含むものであってもよい。なお、複数の太陽電池セル７０は、ｙ軸に沿っても並べられるので、マトリックス状に配置される。
複数の太陽電池セル７０の受光面７０ａ側には、保護基板４０が配置される。保護基板４０は、例えば、ガラス基板や、透光性樹脂からなる基板またはシートにより構成される。一方、複数の太陽電池セル７０の裏面７０ｂ側には、保護基板４０と対向するように裏面保護材５０が配置される。裏面保護材５０は、例えば、例えば、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）等の樹脂シートや、保護基板４０と同じガラス基板、金属板などにより構成される。
保護基板４０と裏面保護材５０との間には、第１封止層４２ａ、第２封止層４２ｂが配置される。第１封止層４２ａ、第２封止層４２ｂは、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の透光性を有する樹脂により形成される。これにより、太陽電池モジュール１００の発電層への水分の浸入等を防ぐとともに、太陽電池モジュール１００全体の強度を向上させる。
このような構成により、太陽電池セル７０は、第１封止層４２ａ、第２封止層４２ｂによって、保護基板４０と裏面保護材５０との間に封止される。また、保護基板４０、封止層４２、太陽電池セル７０、裏面保護材５０の積層体の外周に、Ａｌ等の金属製の枠体（図示しない）が取り付けられてもよい。さらに、裏面保護材５０の裏面側に、太陽電池モジュール１００の出力を外部に取り出すための配線材および端子ボックスが取り付けられてもよい。
図２および図３は、太陽電池セル７０の構成を示す平面図である。図２は太陽電池セル７０の受光面７０ａを示し、図３は太陽電池セル７０の裏面７０ｂを示す。図２に示すように、太陽電池セル７０は、複数のサブセルである第１サブセル７１から第４サブセル７４を備える。第１サブセル７１から第４サブセル７４は、ｙ軸方向に延びる第１境界３０ａから第３境界３０ｃ（以下、「境界３０」と総称することもある）に設けられる溝により分割され、ｘ軸方向に並んで設けられる。ｙ軸方向を「第１方向」とよぶ場合、ｘ軸方向は「第２方向」とよばれる。なお、サブセル間の境界３０の詳細については後述する。受光面７０ａ側において、隣接する２つのサブセルの間、例えば、第１サブセル７１と第２サブセル７２との間に光反射部材２００が配置される。光反射部材２００の構成については後述するが、光反射部材２００は、ｘ−ｙ平面において、ｘ軸方向よりもｙ軸方向に長い矩形状を有する。
図３に示すように、太陽電池セル７０は、裏面７０ｂに設けられる第１電極１４と、第２電極１５と、サブ電極２０とを備える。第１電極１４、第２電極１５、サブ電極２０は、「電極層」としてまとめられる。第１電極１４は、ｙ軸方向に延びるバスバー電極１４ａと、ｘ軸方向に延びる複数のフィンガー電極１４ｂとを含む櫛歯状に形成される。第１電極１４は、第１サブセル７１に設けられる。第２電極１５は、ｙ軸方向に延びるバスバー電極１５ａと、ｘ軸方向に延びる複数のフィンガー電極１５ｂとを含む櫛歯状に形成され、第４サブセル７４に設けられる。
サブ電極２０は、ｎ側部２０ｎと、ｐ側部２０ｐと、接続部２０ｃとを有する。サブ電極２０は、隣接するサブセル間にまたがって設けられ、隣接するサブセルのうち一方のサブセルにおける第１導電型領域と、他方のサブセルにおける第２導電型領域とを接続する。ここで、第１導電型領域は、第１導電型（例えば、ｎ型）を有する半導体基板上に設けられるｎ型領域であり、第２導電型領域は、当該半導体基板上に設けられるｐ型領域である。例えば、第２サブセル７２と第３サブセル７３を接続するサブ電極２０は、第３サブセル７３の第１導電型領域上のｎ側部２０ｎと、第２サブセル７２の第２導電型領域上のｐ側部２０ｐと、ｎ側部２０ｎとｐ側部２０ｐとの間に設けられる接続部２０ｃで構成される。
その際、接続部２０ｃは、第２サブセル７２と第３サブセル７３の間の第２境界３０ｂをまたぐように配置される。接続部２０ｃは、ｘ軸方向に対して斜めの方向Ａ、Ｂに延びており、サブ電極２０は、方向Ａに延びる接続部と、方向Ｂに延びる接続部とに分岐する分岐構造を有する。なお、接続部２０ｃが斜めに延びる分岐構造については後述する。
第１電極１４およびｎ側部２０ｎは、第１導電型領域に相当する第１領域Ｗ１ｘ、Ｗ１ｙの内側の第３領域Ｗ３ｘ、Ｗ３ｙに設けられる。一方、第２電極１５およびｐ側部２０ｐは、第２導電型領域に相当する第２領域Ｗ２ｘ、Ｗ２ｙに設けられる。第２領域Ｗ２ｙと第３領域Ｗ３ｙの間には、第１導電型領域と第２導電型領域の間をｙ軸方向に分離する第４領域Ｗ４ｙが設けられる。第４領域Ｗ４ｙには、サブ電極２０と、第１電極１４、第２電極１５または他のサブ電極２０との間を分離する分離溝が設けられる。分離溝の詳細は後述する。また、隣接するサブセルの間には分離領域Ｗ５ｘが設けられ、サブセル間の第１境界３０ａから第３境界３０ｃは分離領域Ｗ５ｘに位置する。分離領域Ｗ５ｘの詳細も後述する。
図２および図３に示すように、第１サブセル７１から第４サブセル７４の大きさに差が設けられる。第１電極１４が設けられる第１サブセル７１の主面（受光面または裏面）の面積Ｓ１は、第２電極１５が設けられる第４サブセル７４の主面の面積Ｓ４よりも大きい。また、第１サブセル７１と第４サブセル７４の間に位置する第２サブセル７２および第３サブセル７３の主面の面積Ｓ２，Ｓ３は、第１サブセル７１の主面の面積Ｓ１よりも小さい。したがって、第１サブセル７１から第４サブセル７４のうち、第１サブセル７１の面積Ｓ１が最も大きい。一方、第１サブセル７１から第４サブセル７４のｙ軸方向の長さが全て共通であるため、面積Ｓ１〜Ｓ４の大きさは、それぞれのサブセルのｘ軸方向の長さＬ１〜Ｌ４によって決められる。したがって、第１サブセル７１のｘ軸方向の長さＬ１が最も大きい。
なお、第１サブセル７１から第４サブセル７４のうち、第１電極１４が設けられる第１サブセル７１と、第２電極１５が設けられる第４サブセル７４は、太陽電池セル７０の外部に電力を取り出すための電極が設けられるので、「取り出しサブセル」ともよばれる。また、第１サブセル７１から第４サブセル７４のうち、取り出しサブセルの間に位置するサブセル、つまり第２サブセル７２と第３サブセル７３は「中間サブセル」ともよばれる。
ここで、入射光により生成されるキャリア（電子および正孔）はｐｎ接合が設けられる第２導電型領域において分離されるため、第１導電型領域に接続される第１電極１４は、第２導電型領域に接続される第２電極１５よりもキャリアの取り出し効率が低くなりうる。そこで、第１電極１４が設けられる第１サブセル７１の面積を、第２電極１５が設けられる第４サブセル７４よりも大きくすることによって、第１電極１４と第２電極１５のそれぞれから取り出されるキャリアの量が近くされる。
図４は、太陽電池セル７０の構成を示す断面図であり、図３のＡ−Ａ’線断面を示す。図４は、第３サブセル７３の断面構造を示すが、その他のサブセルも同様の構造を有する。太陽電池セル７０は、半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３、第１絶縁層１６、第３積層体１７、第２絶縁層１８、電極層１９を含む。第１積層体１２は、第１導電型層１２ｎ、第１のｉ型層１２ｉを含み、第２積層体１３は、第２導電型層１３ｐ、第２のｉ型層１３ｉを含み、第３積層体１７は、第３導電型層１７ｎ、第３のｉ型層１７ｉを含む。また、電極層１９は、第１導電層１９ａ、第２導電層１９ｂを含み、図３の第１電極１４、第２電極１５またはサブ電極２０を構成する。太陽電池セル７０は、単結晶または多結晶半導体基板にアモルファス半導体膜を形成した裏面接合型の太陽電池セルである。
半導体基板１０は、受光面７０ａ側に設けられる第１主面１０ａと、裏面７０ｂ側に設けられる第２主面１０ｂを有する。半導体基板１０は、第１主面１０ａに入射される光を吸収し、キャリアとして電子および正孔を生成する。半導体基板１０は、ｎ型またはｐ型の導電型を有する結晶性半導体基板により構成される。結晶性半導体基板の具体例としては、例えば、単結晶シリコン基板、多結晶シリコン基板などの結晶シリコン（Ｓｉ）基板が挙げられる。ここでは、半導体基板１０がｎ型の単結晶シリコン基板により構成される場合を示す。なお、半導体基板として単結晶の半導体基板以外の半導体基板を用いてもよい。例えば、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）やインジウム燐（ＩｎＰ）などからなる化合物半導体の半導体基板を用いてもよい。また、受光面７０ａとは、太陽電池セル７０において主に光（太陽光）が入射される主面を意味し、具体的には、太陽電池セル７０に入射される光の大部分が入射される面である。一方、裏面７０ｂとは、受光面７０ａに対向する他方の主面を意味する。
半導体基板１０の第１主面１０ａのｚ軸の負方向側には、実質的に真性な非晶質半導体（以下、真性な半導体を「ｉ型層」ともいう）で構成される第３のｉ型層１７ｉが設けられる。本実施例における第３のｉ型層１７ｉは、水素（Ｈ）を含むｉ型のアモルファスシリコンにより形成される。第３のｉ型層１７ｉの厚みは、発電に実質的に寄与しない程度の厚みである限りにおいて特に限定されない。第３のｉ型層１７ｉの厚みは、例えば、数Å〜２５０Å程度とすることができる。なお、「非晶質半導体」には、微結晶半導体を含むものとする。微結晶半導体とは、非晶質半導体中の結晶粒の平均粒子径が１ｎｍ〜５０ｎｍの範囲内にある半導体をいう。
第３のｉ型層１７ｉのｚ軸の負方向側には、半導体基板１０と同じ導電型を有する第３導電型層１７ｎが形成されている。第３導電型層１７ｎは、ｎ型の不純物が添加されており、ｎ型の導電型を有する非晶質半導体層である。第３導電型層１７ｎは、例えば、水素を含むｎ型アモルファスシリコンからなる。第３導電型層１７ｎの厚みは、特に限定されない。第３導電型層１７ｎの厚みは、例えば、２０Å〜５００Å程度とすることができる。
第３導電型層１７ｎのｚ軸の負方向側には、反射防止膜としての機能と保護膜としての機能を備える第１絶縁層１６が形成されている。第１絶縁層１６は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２)、窒化シリコン（ＳｉＮ）、酸窒化シリコン（ＳｉＯＮ）などにより形成される。第１絶縁層１６の厚みは、反射防止膜としての反射防止特性などに応じて適宜設定することができる。第１絶縁層１６の厚みは、例えば８０ｎｍ〜１μｍ程度とすることができる。
なお、上記の第３のｉ型層１７ｉおよび第３導電型層１７ｎは、半導体基板１０のパッシベーション層としての機能を有する。なお、上記の第３のｉ型層１７ｉおよび第３導電型層１７ｎは必ずしも積層されている必要はなく、第３のｉ型層１７ｉのみ、あるいは第３導電型層１７ｎのみでもよい。また、第１絶縁層１６の積層構造は、半導体基板１０の反射防止膜としての機能を有する。なお、半導体基板１０の第１主面１０ａ上に設けられるパッシベーション層の構成はこれに限られない。例えば、半導体基板１０の第１主面１０ａの上に酸化シリコンを形成し、その上に窒化シリコンを形成した構成としてもよい。
半導体基板１０の第２主面１０ｂのｚ軸の正方向側には、第１積層体１２と第２積層体１３とが形成される。第１積層体１２および第２積層体１３はｙ軸方向に交互に配置される。このため、第１積層体１２が設けられる第１領域Ｗ１ｙと、第２積層体１３が設けられる第２領域Ｗ２ｙは、ｙ軸方向に沿って交互に配列される。また、ｙ軸方向に隣接する第１積層体１２と第２積層体１３は接触して設けられる。したがって、本実施例では、第１積層体１２および第２積層体１３によって、第２主面１０ｂの実質的に全体が被覆される。
第１積層体１２は、第２主面１０ｂのｚ軸の正方向側に形成される第１のｉ型層１２ｉと、第１のｉ型層１２ｉのｚ軸の正方向側に形成される第１導電型層１２ｎとの積層体により構成される。第１のｉ型層１２ｉは、上記の第３のｉ型層１７ｉと同様に、水素を含むｉ型のアモルファスシリコンからなり、第３のｉ型層１７ｉと同様の厚みを有する。第１導電型層１２ｎは、上記第３導電型層１７ｎと同様に、ｎ型の不純物が添加されており、半導体基板１０と同様に、ｎ型の導電型を有する。第１導電型層１２ｎの構成および厚みは第３導電型層１７ｎと同様である。なお、上記の第１のｉ型層１２ｉおよび第１導電型層１２ｎは、半導体基板１０のパッシベーション層としての機能を有するが、第１導電型層１２ｎのみでもよい。
第１積層体１２のｚ軸の正方向側には、第２絶縁層１８が形成される。第２絶縁層１８は、第１領域Ｗ１ｙのうちｙ軸方向の中央部に相当する第３領域Ｗ３ｙには設けられず、第３領域Ｗ３ｙの両端に相当する第４領域Ｗ４ｙに設けられる。第３領域Ｗ３ｙの幅は広い方が好ましく、例えば、第１領域Ｗ１ｙの幅の１／３より大きく、第１領域Ｗ１ｙの幅より小さい範囲で設定することができる。第２絶縁層１８の材質は、特に限定されない。第２絶縁層１８は、例えば、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコンなどにより形成される。なかでも、第２絶縁層１８は、窒化シリコンにより形成されていることが好ましい。また、第２絶縁層１８は、水素を含んでいることが好ましい。
第２積層体１３は、第２主面１０ｂのうち第１積層体１２が設けられない第２領域Ｗ２ｙと、第２絶縁層１８が設けられる第４領域Ｗ４ｙの端部に形成される。このため、第２積層体１３の両端部は、第１積層体１２とｚ軸方向に重なって設けられる。第２積層体１３は、第２主面１０ｂのｚ軸の正方向側に形成される第２のｉ型層１３ｉと、第２のｉ型層１３ｉのｚ軸の正方向側に形成される第２導電型層１３ｐとの積層体により構成される。
第２のｉ型層１３ｉは、水素を含むｉ型のアモルファスシリコンからなり、第３のｉ型層１７ｉと同様の厚みを有する。第２導電型層１３ｐは、ｐ型の不純物が添加されており、ｐ型の導電型を有する非晶質半導体層である。第２導電型層１３ｐは、例えば、水素を含むｐ型のアモルファスシリコンからなる。第２導電型層１３ｐの厚みは、第３導電型層１７ｎと同様である。
このように、結晶性の半導体基板１０と第２導電型層１３ｐとの間には、実質的に発電に寄与しない程度の厚みの第２のｉ型層１３ｉが設けられる。このような構造を採用することにより、半導体基板１０と第２積層体１３との接合界面におけるキャリアの再結合が抑制される。その結果、光電変換効率の向上を図ることができる。ただし、上記の第２のｉ型層１３ｉのない第２導電型層１３ｐのみの構成でもよい。なお、ここでは、結晶性の半導体基板にｐ型またはｎ型の導電型を有するアモルファスシリコンを形成してｐｎ接合を形成する太陽電池セルの例を示しているが、結晶性の半導体基板に不純物を拡散させてｐｎ接合を形成された太陽電池セルを用いてもよい。
また、半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３により「光電変換層」が構成される。この光電変換層の受光面は、図１の保護基板４０側を向き、光電変換層の裏面側は、図１の裏面保護材５０側を向く。以下では、光電変換層の受光面を「受光面７０ａ」とよび、光電変換層の裏面を「裏面７０ｂ」とよぶこともある。さらに、半導体基板１０と第１積層体１２とが接する第１領域Ｗ１ｙが第１導電型領域となり、半導体基板１０と第２積層体１３とが接する第２領域Ｗ２ｙが第２導電型領域となる。半導体基板１０としてｎ型の導電型を有する半導体基板を用いていることから、電子が多数キャリアとなり正孔が少数キャリアとなる。そこで、多数キャリアが集電される第３領域Ｗ３ｙの幅と比べて、少数キャリアが集電される第２領域Ｗ２ｙの幅を広くすることで、発電効率が高められる。
第１導電型層１２ｎのｚ軸の正方向側には、サブ電極２０のうち電子を収集するｎ側部２０ｎが形成される。一方、第２導電型層１３ｐのｚ軸の正方向側には、サブ電極２０のうち正孔を収集するｐ側部２０ｐが形成される。ｎ側部２０ｎとｐ側部２０ｐの間には分離溝３１が形成される。したがって、同一のサブセル上に形成されるｎ側部２０ｎとｐ側部２０ｐは、分離溝３１により分離され、両電極の間の電気抵抗は高くなるか、または、両電極は電気的に絶縁される。なお、第１サブセル７１の場合、第１導電型層１２ｎのｚ軸の正方向側にはｎ側部２０ｎの代わりに第１電極１４が形成される。また、第４サブセル７４の場合、第２導電型層１３ｐのｚ軸の正方向側にはｐ側部２０ｐの代わりに第２積層体１３が形成される。この場合、第１電極１４とサブ電極２０の間や、第２電極１５とサブ電極２０の間は、分離溝３１によって分離される。
第１導電層１９ａと第２導電層１９ｂの２層の導電層の積層体により電極層１９が構成される。第１導電層１９ａは、例えば、酸化錫（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等に錫（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）、フッ素（Ｆ）、アルミニウム（Ａｌ）等をドープした透明導電性酸化物（ＴＣＯ）により形成される。第１導電層１９ａは、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）により形成される透明電極層である。第１導電層１９ａの厚みは、例えば、５０〜２００ｎｍ程度とすることができる。第１導電層１９ａは、例えば、スパッタリングや、化学気相成長（ＣＶＤ）、蒸着などの薄膜形成方法により形成される。
第２導電層１９ｂは、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）などの金属を含む金属電極層である。ただし、これに限定されるものでなく、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の他の金属、他の導電性材料、またはそれらの組合せとしてもよい。第２導電層１９ｂは、例えば、スパッタリングにより形成される銅の下地層の上に、めっき法により形成される銅層と錫層が積層された３層構造を有する。それぞれの膜厚は、５０ｎｍ〜１μｍ程度、１０μｍ〜３０μｍ程度、１μｍ〜５μｍ程度とすることができる。
なお、電極層１９の構成は、第１導電層１９ａと第２導電層１９ｂの積層体に限定されず、例えば、透明導電性酸化物で構成される第１導電層１９ａを設けずに、金属で構成される第２導電層１９ｂのみを設けた構成としてもよい。
図５は、太陽電池セル７０の第１導電型領域の構造を示すｘ軸方向の別の断面図であり、図２のＢ−Ｂ’線断面を示す。図６は、太陽電池セル７０の第２導電型領域の構造を示すｘ軸方向の断面図であり、図２のＣ−Ｃ’線断面を示す。
太陽電池セル７０は、第１サブセル７１から第４サブセル７４が並ぶｘ軸方向に、第１導電型領域または第２導電型領域が分離領域Ｗ５ｘを挟んで連続して設けられる。Ｂ−Ｂ’線に沿った断面では、図５に示すように第１導電型領域となる第３領域Ｗ３ｘと、第２絶縁層１８が設けられる分離領域Ｗ５ｘとがｘ軸方向に交互に配置される。同様に、Ｃ−Ｃ’線に沿った断面では、図６に示すように、第２導電型領域となる第２領域Ｗ２ｘと、第２絶縁層１８が設けられる分離領域Ｗ５ｘとがｘ軸方向に交互に配置される。そのため、隣接するサブセルのうち、一方のサブセルに設けられる第１導電型領域と、他方のサブセルに設けられる第２導電型領域とがｙ軸方向にずれて配置されることとなる。これにより、第１導電型領域の上に設けられるｎ側部２０ｎと、第２導電型領域の上に設けられるｐ側部２０ｐとを接続する接続部２０ｃは、ｘ軸方向ではなく、ｘ軸方向に対して斜めの方向Ａ、Ｂに延びて設けられる。
また、図５および図６は、太陽電池セル７０を第１サブセル７１から第４サブセル７４に分割する第１境界３０ａ、第２境界３０ｂ、第３境界３０ｃの構造を示す。第１境界３０ａから第３境界３０ｃは、第２絶縁層１８が形成される分離領域Ｗ５ｘに設けられる。第１境界３０ａから第３境界３０ｃのそれぞれには、第１サブセル７１から第４サブセル７４の間を分断する溝が設けられており、この溝は、分離溝３１と、仮溝３２と、絶縁溝３３と、を有する。分離溝３１は、裏面７０ｂに設けられ、電極層１９を分離して隣接する電極間を電気的に絶縁する。仮溝３２は、受光面７０ａに設けられており、受光面７０ａから半導体基板１０の途中に至るまでの深さを有する。仮溝３２は、絶縁溝３３を形成するために設けられる溝であり、例えば、受光面７０ａへのレーザ照射により形成される。
絶縁溝３３は、半導体基板１０を貫通する溝であり、キャリアとなる電子または正孔が隣接するサブセル間で移動することを防ぐ。したがって、絶縁溝３３は、隣接するサブセルのうち、一方のサブセルの光電変換層と他方のサブセルの光電変換層の間を高抵抗にするかまたは絶縁する絶縁部として機能する。このような絶縁部を設けることで、一方のサブセルに設けられる第１導電型領域と、他方のサブセルに設けられる第２導電型領域とを電気的に分離し、発生したキャリアの集電効率を高める。絶縁溝３３は、例えば、仮溝３２が起点となるように半導体基板１０を折り曲げることにより形成される。このとき、絶縁溝３３は、半導体基板１０の第２主面１０ｂの上に設けられる第１積層体１２や第２絶縁層１８を貫通してもよい。
なお、仮溝３２と絶縁溝３３は、その他の方法により一体的に形成することとしてもよい。例えば、受光面７０ａ側から回転刃などで切削するダイシング処理や、マスクを施した受光面７０ａにサンドブラスト処理やエッチング処理を施して、半導体基板１０を貫通する絶縁溝３３を形成することとしてもよい。このように、半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３により構成される「光電変換層」は、仮溝３２、絶縁溝３３による「溝」であって、かつ受光面７０ａから裏面７０ｂに至る「溝」によって複数のサブセルに分割される。
図６に示すように、分離領域Ｗ５ｘにおいて、第２導電層１９ｂは、隣接したサブセルをまたぐように、つまり絶縁溝３３を裏面７０ｂからふさぐように、光電変換層の裏面側に配置される。これは、サブ電極２０の接続部２０ｃが設けられる箇所には分離溝３１が形成されないことに相当する。電極層１９を形成した後に半導体基板１０を折り曲げることで、半導体層のみが割断されて絶縁溝３３が形成され、金属層は割断されずにつながったまま残る。ここででは、第２導電層１９ｂとして展延性の高い材料である銅を用いているため、少なくとも第２導電層１９ｂを残すようにして絶縁溝３３が形成され、残された電極層１９は、接続部２０ｃになる。
光反射部材２００は、前述のごとく、受光面７０ａ側において、隣接する２つのサブセルの間に配置される。このような配置により、光反射部材２００は、隣接する２つのサブセルの間の仮溝３２、絶縁溝３３を介して第２導電層１９ｂに対向する。ここで、レーザを使用することによって複数のサブセルへの分割がなされている場合、サブセルにおける半導体基板１０のうちの仮溝３２と絶縁溝３３に近接した部分（以下、前述のごとく「分割部分」という）にはレーザダメージが発生する。その際、半導体基板１０のうちの分離領域Ｗ５ｘに含まれた部分では発電効率が悪化する。当該部分に光反射部材２００を配置しても、光反射部材２００によってふさがれることによる発電量の低下は小さい。一方、当該部分を越えて光反射部材２００を配置すると、光反射部材２００によってふさがれることによる発電量の低下が大きくなる。そのため、光反射部材２００は、ｘ軸方向において、分離領域Ｗ５ｘよりも短くなるように形成される。これは、ｘ軸方向において接続部２０ｃよりも短くされることに相当する。
さらに、分離領域Ｗ５ｘに含まれた部分では、レーザダメージの影響により、第１積層体１２あるいは第２積層体１３から電極層１９がはがれやすくなる。隣接した２つのサブセル同士を補強するためにも、光反射部材２００は、受光面７０ａ側において、隣接する２つのサブセルの間に配置される。以下では、図７を使用しながら、光反射部材２００の構成をさらに詳細に説明する。
図７は、光反射部材２００の構成を示す断面図である。これは、図５、図６における光反射部材２００近傍の拡大図である。光反射部材２００は、樹脂基材２１０、反射膜２１２、接着剤２１４を含む。
樹脂基材２１０は、例えば、ＰＥＴまたはアクリル等によって構成される。また、反射膜２１２は、例えば、アルミニウムまたは銀等の金属からなる金属膜であり、ここでは、アルミニウム蒸着膜である。樹脂基材２１０のｚ軸の負方向側の表面には、ｚ−ｘ平面において略三角形形状の断面を有した突起がｘ軸方向に複数並べられる。この突起はｙ軸方向に延びるので、樹脂基材２１０は、ｚ−ｘ平面に底面を有してｙ軸方向に延びる略三角柱がｘ軸方向に複数並べられた形状を有する。これは、ｙ軸方向に延びる三角溝形状がｘ軸方向に複数並べられることに相当する。
また、反射膜２１２は、樹脂基材２１０のｚ軸の負方向側の表面に形成されるので、樹脂基材２１０の表面の形状と同様に形成される。このように、樹脂基材２１０と反射膜２１２とが積層され、表面に複数の突起を備えた光反射部材２００が構成される。樹脂基材２１０のｚ軸の正方向側には接着剤２１４が配置される。接着剤２１４は、樹脂基材２１０を第１絶縁層１６に接着させる。この接着により、光反射部材２００は、受光面７０ａ側において、隣接する２つのサブセルの間に配置される。
複数の突起は、太陽電池モジュール１００に入射した太陽光を散乱させて、保護基板４０と空気層との界面、あるいは保護基板４０と第１封止層４２ａとの界面で反射させる。このような反射により、太陽光は、複数のサブセルへと導かれる。なお、光反射部材２００は、ｙ軸方向に延びる三角溝形状がｘ軸方向に並べられているとしたが、これに限定されるものではなく、太陽光を散乱させることができるものであれば、円錐形状、四角錐形状、多角錐形状、あるいはこれらの形状の組合せであってもよい。
図８は、サブ電極２０の構造を示す平面図である。図８では、第２サブセル７２と第３サブセル７３の間を接続するサブ電極２０を示す。ここで、第２サブセル７２においてｙ軸の負方向側から正方向側に向かって交互に配置される第１導電型領域および第２導電型領域を、順番に第１の第１導電型領域Ｎ１、第１の第２導電型領域Ｐ１、第２の第１導電型領域Ｎ２、第２の第２導電型領域Ｐ２とよぶ。同様に、第３サブセル７３においてｙ軸の負方向側から正方向側に向かって交互に配置される第１導電型領域および第２導電型領域を、順番に第３の第１導電型領域Ｎ３、第３の第２導電型領域Ｐ３、第４の第１導電型領域Ｎ４、第４の第２導電型領域Ｐ４とよぶ。
サブ電極２０は、複数のｎ側部２０ｎ１、２０ｎ２と、複数のｐ側部２０ｐ１、２０ｐ２と、複数の接続部２０ｃ１、２０ｃ２、２０ｃ３と、第１サブ側分岐部２０ｄｎと、第２サブ側分岐部２０ｄｐと、を有する。第１のｐ側部２０ｐ１は、第２サブセル７２の第１の第２導電型領域Ｐ１の上に設けられ、第２のｐ側部２０ｐ２は、第２サブセル７２の第２の第２導電型領域Ｐ２の上に設けられる。第１のｎ側部２０ｎ１は、第３サブセル７３の第３の第１導電型領域Ｎ３の上に設けられ、第２のｎ側部２０ｎ２は、第３サブセル７３の第４の第１導電型領域Ｎ４の上に設けられる。
第１接続部２０ｃ１は、第２サブセル７２の第１のｐ側部２０ｐ１と、第３サブセル７３の第１のｎ側部２０ｎ１とを接続する。したがって、第１接続部２０ｃ１は、ｘ軸の正方向とｙ軸の負方向との間の方向Ａに延びる。第２接続部２０ｃ２は、第２サブセル７２の第１のｐ側部２０ｐ１と、第３サブセル７３の第２のｎ側部２０ｎ２とを接続する。したがって、第２接続部２０ｃ２は、ｘ軸の正方向とｙ軸の正方向のと間の方向Ｂに延びる。第３接続部２０ｃ３は、第２サブセル７２の第２のｐ側部２０ｐ２と、第３サブセル７３の第２のｎ側部２０ｎ２とを接続する。したがって、第３接続部２０ｃ３は、ｘ軸の正方向とｙ軸の負方向との間の方向Ａに延びる。このように、接続部２０ｃ１〜２０ｃ３は、分離領域Ｗ５ｘにおいてｘ軸方向およびｙ軸方向の双方に交差する斜めの方向ＡまたはＢに延び、第２サブセル７２と第３サブセル７３とをまたぐように配置される。
第２サブ側分岐部２０ｄｐは、第１のｐ側部２０ｐ１から第１接続部２０ｃ１および第２接続部２０ｃ２に分岐する分岐構造である。第２サブ側分岐部２０ｄｐにより、第２サブセル７２の第１の第２導電型領域Ｐ１は、第１の第２導電型領域Ｐ１に対向する第３サブセル７３の第３の第２導電型領域Ｐ３の両隣に位置する第３の第１導電型領域Ｎ３および第４の第１導電型領域Ｎ４の双方と接続される。第２サブ側分岐部２０ｄｐは、分岐先となる第３サブセル７３に近い領域Ｗ５ｂではなく、分岐元である第２サブセル７２に近い領域Ｗ５ａに配置される。これにより、第１接続部２０ｃ１および第２接続部２０ｃ２の長さを長くすることができる。分岐された接続部の長さを長くとることで、ｘ軸方向にかかる張力をｙ軸方向に効果的に分散させることができ、分岐構造による張力緩和の効果を高めることができる。
第１サブ側分岐部２０ｄｎは、第２のｎ側部２０ｎ２から第２接続部２０ｃ２および第３接続部２０ｃ３に分岐する分岐構造である。第１サブ側分岐部２０ｄｎにより、第３サブセル７３の第４の第１導電型領域Ｎ４は、第４の第１導電型領域Ｎ４に対向する第２サブセル７２の第２の第１導電型領域Ｎ２の両隣に位置する第１の第２導電型領域Ｐ１および第２の第２導電型領域Ｐ２の双方と接続される。第１サブ側分岐部２０ｄｎは、分岐先となる第２サブセル７２に近い領域Ｗ５ａではなく、分岐元である第３サブセル７３に近い領域Ｗ５ｂに配置される。これにより、分離領域Ｗ５ｘにおいて、第２接続部２０ｃ２および第３接続部２０ｃ３の長さを長くすることができる。
なお、図３に示すように、第１サブ側分岐部と第２サブ側分岐部とを交互に配置することで、サブ電極２０はジグザグ状に形成される。これにより、サブ電極２０にかかる張力の緩和効果はさらに高められる。また、第１接続部２０ｃ１、第２接続部２０ｃ２、第３接続部２０ｃ３に対向するように、第２境界３０ｂには、光反射部材２００が配置される。
図９は、太陽電池モジュール１００の構成を示す平面図である。これは、図１における２つの太陽電池セル７０を受光面７０ａから見た場合の平面図であり、図２と同様に示される。図１に示されるように、隣接する２つの太陽電池セル７０は配線材８０（図示せず）によって接続される。特に配線材８０は、隣接する２つの太陽電池セル７０のそれぞれの電極層１９（図示せず）を接続する。
セル間光反射部材２２０は、隣接する２つの太陽電池セル７０のそれぞれの受光面７０ａ側において、隣接する２つの太陽電池セル７０の間に配置される。そのため、セル間光反射部材２２０は、隣接する２つの太陽電池セル７０の間の隙間を介して配線材８０に対向する。ここで、ｘ軸方向において、隣接する２つのサブセルの間の幅は、隣接する２つの太陽電池セル７０の間の幅よりも狭い。そのため、光反射部材２００のｘ軸方向の長さは、セル間光反射部材２２０のｘ軸方向の長さよりも短くされる。セル間光反射部材２２０は光反射部材２００と同様に構成されるので、ここではセル間光反射部材２２０の構成の説明を省略する。
本実施例において、光電変換層の受光面７０ａ側において、隣接する２つのサブセルの間に光反射部材２００を配置させるので、隣接する２つのサブセルの間に入射された太陽光を反射させて、太陽電池セル７０に入射させることができる。また、入射された太陽光を反射させて、太陽電池セル７０に入射させるので、発電効率を向上できる。また、隣接する２つのサブセルの間に光反射部材２００を配置させるので、光反射部材２００による電流収集で短絡電流（Ｉｓｃ：ｓｈｏｒｔ−ｃｉｒｃｕｉｔ ｃｕｒｒｅｎｔ）を増加させつつ、分割部分の再結合損失と抵抗損失を低減できる。また、分割部分の再結合損失と抵抗損失が低減されるので、発電効率を向上できる。また、光電変換層の受光面側において、隣接する２つのサブセルの間に光反射部材２００を配置させるので、分割されたサブセル同士を補強できる。また、分割されたサブセル同士が補強されるので、プロセス中の歩留まりを向上できる。
また、隣接する２つのサブセルの間の方向において、光反射部材２００を接続部２０ｃよりも短くするので、発電効率が悪化した部分に光反射部材２００を配置することができる。また、発電効率が悪化した部分に光反射部材２００を配置するので、光反射部材２００が半導体基板１０を覆うことによる悪影響を低減できる。また、２つの隣接する太陽電池セル７０の間にセル間光反射部材２２０を配置させるので、２つの隣接する太陽電池セル７０の間に入射された太陽光を反射させて、太陽電池セル７０に入射させることができる。また、隣接する２つのサブセルの間の方向において、光反射部材２００はセル間光反射部材２２０よりも短くされるので、隣接する２つのサブセルの間の幅、隣接する２つの太陽電池セル７０の間の幅に応じたサイズにすることができる。
本発明の一態様の概要は、次の通りである。本発明のある態様の太陽電池モジュール１００は、保護基板４０と、保護基板４０に対向する裏面保護材５０と、保護基板４０と裏面保護材５０との間に封止される太陽電池セル７０とを備える。太陽電池セル７０は、保護基板４０側を向く受光面７０ａと、裏面保護材５０側を向く裏面７０ｂとを有し、受光面７０ａから裏面７０ｂに至る仮溝３２、絶縁溝３３によって複数のサブセルに分割される半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３と、半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３の裏面７０ｂ側に配置される電極層１９と、半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３の受光面７０ａ側において、隣接する２つのサブセルの間に配置され、隣接する２つのサブセルの間の仮溝３２、絶縁溝３３を介して電極層１９に対向する光反射部材２００と、を備える。
電極層１９は、隣接する２つのサブセルにまたがって配置されるサブ電極２０を含んでもよい。サブ電極２０は、隣接する２つのサブセルのうち、一方のサブセルにおけるｎ型領域に接続されるｎ側部２０ｎと、他方のサブセルにおけるｐ型領域に接続されるｐ側部２０ｐと、ｎ側部２０ｎとｐ側部２０ｐとの間に設けられる接続部２０ｃとを含んでもよい。光反射部材２００は、隣接する２つのサブセルの間の方向において、接続部２０ｃよりも短くされてもよい。
隣接する２つの太陽電池セル７０のそれぞれの電極層１９を接続する配線材８０と、隣接する２つの太陽電池セル７０のそれぞれの受光面７０ａ側において、隣接する２つの太陽電池セル７０の間に配置され、隣接する２つの太陽電池セル７０の間の隙間を介して配線材８０に対向するセル間光反射部材２２０とをさらに備えてもよい。
隣接する２つのサブセルの間の方向において、光反射部材２００は、セル間光反射部材２２０よりも短くされてもよい。
本発明の別の態様は、太陽電池セル７０である。この太陽電池セル７０は、受光面７０ａと裏面７０ｂとを有し、受光面７０ａから裏面７０ｂに至る仮溝３２、絶縁溝３３によって複数のサブセルに分割される半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３と、半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３の裏面７０ｂ側に配置される電極層１９と、半導体基板１０、第１積層体１２、第２積層体１３の受光面７０ａ側において、隣接する２つのサブセルの間に配置され、隣接する２つのサブセルの間の仮溝３２、絶縁溝３３を介して電極層１９に対向する光反射部材２００と、を備える。
以上、本発明について、実施例をもとに説明した。この実施例は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。
本実施例において、光反射部材２００は、樹脂基材２１０と反射膜２１２の積層によって構成されている。しかしながらこれに限らず例えば、光反射部材２００は、酸化チタンのよう白色インク、白色ペーストによって構成されてもよい。本変形例によれば、構成の自由度を向上できる。
１０ 半導体基板（光電変換層）、 １２ 第１積層体（光電変換層）、 １３ 第２積層体（光電変換層）、 １４ 第１電極、 １５ 第２電極、 １６ 第１絶縁層、 １７ 第３積層体、 １８ 第２絶縁層、 １９ 電極層、 ２０ サブ電極、 ３０ 境界、 ３１ 分離溝、 ３２ 仮溝（溝）、 ３３ 絶縁溝（溝）、 ４０ 保護基板、 ４２ 封止層、 ５０ 裏面保護材、 ７０ 太陽電池セル、 ７０ａ 受光面、 ７０ｂ 裏面、 ７１ 第１サブセル（サブセル）、 ７２ 第２サブセル（サブセル）、 ７３ 第３サブセル（サブセル）、 ７４ 第４サブセル（サブセル）、 ８０ 配線材、 １００ 太陽電池モジュール、 ２００ 光反射部材、 ２１０ 樹脂基材、 ２１２ 反射膜、 ２１４ 接着剤、 ２２０ セル間光反射部材。
本発明によれば、発電効率を向上できる。

Claims (5)

  1. 保護基板と、
    前記保護基板に対向する裏面保護材と、
    前記保護基板と前記裏面保護材との間に封止される太陽電池セルとを備え、
    前記太陽電池セルは、
    前記保護基板側を向く受光面と、前記裏面保護材側を向く裏面とを有し、前記受光面から前記裏面に至る溝によって複数のサブセルに分割される光電変換層と、
    前記光電変換層の裏面側に配置される電極層と、
    前記光電変換層の受光面側において、隣接する２つのサブセルの間に配置され、前記隣接する２つのサブセルの間の溝を介して前記電極層に対向する光反射部材と、
    を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
  2. 前記電極層は、隣接する２つのサブセルにまたがって配置されるサブ電極を含み、
    前記サブ電極は、前記隣接する２つのサブセルのうち、一方のサブセルにおけるｎ型領域に接続されるｎ側部と、他方のサブセルにおけるｐ型領域に接続されるｐ側部と、前記ｎ側部と前記ｐ側部との間に設けられる接続部とを含み、
    前記光反射部材は、前記隣接する２つのサブセルの間の方向において、前記接続部よりも短くされることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 隣接する２つの太陽電池セルのそれぞれの電極層を接続する配線材と、
    前記隣接する２つの太陽電池セルのそれぞれの受光面側において、前記隣接する２つの太陽電池セルの間に配置され、前記隣接する２つの太陽電池セルの間の隙間を介して前記配線材に対向するセル間光反射部材とをさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記隣接する２つのサブセルの間の方向において、前記光反射部材は、前記セル間光反射部材よりも短くされることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
  5. 受光面と裏面とを有し、前記受光面から前記裏面に至る溝によって複数のサブセルに分割される光電変換層と、
    前記光電変換層の裏面側に配置される電極層と、
    前記光電変換層の受光面側において、隣接する２つのサブセルの間に配置され、前記隣接する２つのサブセルの間の溝を介して前記電極層に対向する光反射部材と、
    を備えることを特徴とする太陽電池セル。
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