JP2003069055A

JP2003069055A - 太陽電池セルとその製造方法

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Publication number: JP2003069055A
Application number: JP2001234817A
Authority: JP
Inventors: Junzo Wakuta; 順三涌田; Masaomi Hioki; 正臣日置; Kunio Kamimura; 邦夫上村; Toshihiro Machida; 智弘町田; Satoshi Tanaka; 聡田中; Tatsuo Saga; 達男佐賀; Koji Tomita; 孝司富田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-08-02
Publication date: 2003-03-07
Also published as: EP1267419A3; US20030000571A1; EP1267419A2; US7307210B2

Abstract

(57)【要約】【課題】太陽電池セルに用いられる半導体基板を薄く
しても太陽電池セルおよびモジュールの製造工程におけ
るセル割れを削減することによって製造コストを下げ得
る太陽電池セルおよびその製造方法を提供する。【解決手段】本発明による太陽電池セル１は、その裏
面、表面または側面の少なくともいずれかの少なくとも
部分的領域に補強材２と緩衝材の少なくともいずれかが
付与されていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体基板に形成さ
れる太陽電池セルとその製造方法に関し、特に、薄くて
割れ易い半導体基板に形成される太陽電池セルとその製
造方法の改善に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】太陽電池セル用の半導体シリコン基板
は、内周刃スライサ、外周刃スライサまたはワイヤーソ
ーなどを用いて、単結晶または多結晶の半導体インゴッ
トから３００〜３５０μｍ程度の厚さに切出される。太
陽電池セルの製造においては、光電変換を生じさせるｐ
ｎ接合をシリコン基板内に形成し、その基板内への光の
入射を増大させる反射防止膜や光電変換電流を効率良く
取出すための電極などが形成される。

【０００３】図２５においては従来の太陽電池セルの一
例が示されており、（ａ）はそのセルの受光面である表
面、（ｂ）はセルの裏面、そして（ｃ）は（ａ）中の線
２５Ｘ−２５Ｘに沿った断面を表している。このような
従来の太陽電池セル１の作製に際しては、まずアルカリ
エッチングによって、シリコンウエハ１ａのスライス時
に導入されたダメージ層を除去する。次に、シリコン基
板１ａの表面にｎ型の不純物を塗布し、熱拡散によって
ｐｎ接合を受光面側近くに形成する。基板１ａの受光面
側にはプラズマＣＶＤによって反射防止膜（図示せず）
が形成され、裏面上にはアルミペーストをスクリーン法
で印刷して焼成することによって裏面集電電極１ｃが形
成される。また、銀ペーストをスクリーン法で印刷して
焼成する方法によって、基板１ａの受光面側にくし状の
集電電極１ｂを形成するとともに、裏面上に接続用電極
１ｄが形成される。そして、はんだディップを行うこと
によって、焼成銀からなる電極１ｂ、１ｄの表面がはん
だ層１ｅで被覆される。

【０００４】さらに、導電性の金属帯からなるインター
コネクタを太陽電池セル間に接続し、数十枚の太陽電池
セルを含む太陽電池モジュールが製造される。太陽電池
モジュールにおいては、アレイ状に配列された数十枚の
太陽電池セルの表側にガラス板が透明樹脂で接合されて
いて、その裏側には絶縁フィルムや防湿フィルムなどが
付与されており、太陽電池セル回路の両端から外部に電
流を取り出すための端子が引出されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような太陽電池モ
ジュールのコスト低減を図るには、そのコストの大きい
部分を占める半導体シリコン基板を薄くして、高価なシ
リコン材料の使用量を削減する必要がある。しかし、シ
リコン基板を薄くすれば、太陽電池セルおよびモジュー
ルの製造工程中で太陽電池セルの割れが多くなって生産
歩留が低下し、必ずしもコスト低減に繋がらない。ま
た、太陽電池セルを薄くすれば、完成品の太陽電池モジ
ュールの使用中に受ける温度サイクルなどによって太陽
電池セルの割れが発生しやすくなり、そのモジュールの
品質や信頼性の低下が懸念される。したがって、従来の
量産太陽電池セルのシリコン基板は３００〜３５０μｍ
程度の厚さが一般的である。

【０００６】すなわち、シリコンインゴットから切り出
されるシリコンウエハを薄くすれば、シリコン基板、太
陽電池セル、さらには太陽電池モジュールの製造工程中
で、そのシリコン基板のエッジ部において目に見えない
小さな亀裂、傷、欠けなどが生じやすくなり、それらの
欠陥を起点に大きなひびや割れに発展する確率が大きく
なる。製造工程中のシリコン基板の割れは、基板材料の
損失、割れた基板の取替え、割れた破片を製造装置から
取り除くための追加的作業の必要性などを生じさせ、太
陽電池セルやモジュールのコストを上昇させる原因とな
る。特に、太陽電池モジュールの製造中に太陽電池セル
基板（ウエハ）が割れた場合、そのモジュール全体が不
良品となり、損失が大きくなる。また、完成直後の太陽
電池モジュールに異常がなくても、太陽電池セル基板が
薄ければ、そのモジュール使用中の温度サイクルなどに
よってセルに割れが発生しやすくなる懸念がある。

【０００７】以上のような従来技術における課題に鑑
み、本発明は、太陽電池セルに用いられる半導体基板を
薄くしても太陽電池セルおよびモジュールの製造工程に
おけるセル割れを低減することによって、信頼性を低下
させることなく製造コストを下げ得る太陽電池セルおよ
びその製造方法を提供することを目的としている。そし
て、本発明によって提供される太陽電池セルを用いて製
造される最終製品の太陽電池モジュールも、その品質や
信頼性を低下させることなく製造コストが改善されるこ
とになる。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明による太陽電池セ
ルは、その裏面、表面または側面の少なくともいずれか
の少なくとも部分的領域に補強材と緩衝材の少なくとも
いずれかが付与されていることを特徴としている。

【０００９】そのような補強材または緩衝材は、特に、
一辺が１０ｃｍ以上の概略的に矩形の主面を有しかつ３
５０μｍ未満の薄い厚さを有する半導体基板を用いて形
成される太陽電池セルにおいて付与されることが望まれ
る。

【００１０】補強材または緩衝材としては、ガラス、エ
ポキシ樹脂、アクリル樹脂、ＥＶＡ樹脂、シリコーン樹
脂、焼成銀、ガラス繊維、カーボン繊維、金属板、セラ
ミック板、および樹脂板の少なくともいずれかを含み得
る。

【００１１】補強材は太陽電池セルに含まれる亀裂、
傷、または欠けの少なくともいずれか内に注入された後
に硬化させられたものであり得る。

【００１２】太陽電池セルの裏面に導電性の補強材を付
与することができ、その補強材上には隣接するセル間の
インターコネクタが接続され得る。太陽電池セルの表面
側には、透光性の補強材が付与され得る。

【００１３】太陽電池モジュールの組立工程において、
そのモジュールに含まれる太陽電池セルの位置決めやハ
ンドリングで治具と接触する部分に補強材または緩衝材
が付与され得る。

【００１４】太陽電池セルの使用環境の温度変化におい
て補強材と半導体基板との熱膨張係数が異なることによ
り発生するストレスを緩和できるように、補強材がパタ
ーニングされてもよい。

【００１５】太陽電池セルのはんだディップ工程におけ
るはんだ温度でも変質しない材料が、補強材として用い
られ得る。

【００１６】粉末ガラスを溶剤に溶かした溶液を塗布
し、その溶剤を揮発させた後に焼成されたガラス材も、
補強材として用いられ得る。ガラス材の補強材を含む太
陽電池セルの製造方法においては、その補強材としての
ガラス材を焼成する工程とそのセルの裏面アルミ電極を
焼成する工程とが同時に行われ得る。

【００１７】太陽電池セルの裏面に付与された補強材と
同等の熱膨張係数を有する透明の補強材がそのセルの表
面に付与され得る。

【００１８】補強材に含まれる板は、はんだまたは溶接
にによって太陽電池セルに接合され得る。アルミ板また
はメッシュ状アルミ板の補強材は、印刷アルミペースト
を用いて焼成工程によって太陽電池セルの裏面側に接合
され得る。

【００１９】太陽電池セルの裏面周辺の少なくとも一部
に付与される補強材は、焼成銀で形成されていることが
特に好ましい。また、太陽電池セルの表面における集電
電極および裏面におけるの接続用電極も焼成銀で形成さ
れていることが好ましい。

【００２０】一般には太陽電池セルの裏面においてその
周縁部を残して焼成Ａｌ集電電極が形成されており、焼
成銀の補強材はその焼成Ａｌ集電電極の周縁部上に形成
されていることが好ましい。焼成銀補強材は、シリコン
からなるセル基板の裏面の周縁部上にも伸びて形成され
ていることがさらに好ましい。

【００２１】焼成銀補強材は必ずしも太陽電池セルの全
周に沿って設けられる必要はなく、インターコネクタで
接続される方向と交差する２辺のみの近傍に沿って形成
されていてもよい。

【００２２】焼成銀補強材の幅は、４ｍｍ以内であるこ
とが好ましい。また、焼成銀補強材は太陽電池セルの周
辺端縁から０．５ｍｍ以上離れて形成されていることが
好ましい。

【００２３】インターコネクタは、セルの裏面の接続用
電極と焼成銀補強材との両方に接続されることが好まし
い。焼成銀補強材は、インターコネクタが接続される領
域においてその幅が拡大されていることが好ましい。

【００２４】焼成銀補強材は太陽電池セルの裏面の全周
に沿って連続しないように、少なくとも一つの中断部が
設けられていることが好ましい。その場合、太陽電池セ
ルの一側辺の両端部において焼成銀補強材の中断部が設
けられていることが好ましい。焼成銀補強材の中断部
は、セルの一側辺に対して斜めに形成されていることが
好ましい。焼成銀補強材は、くし歯状のパターンを含ん
でいることも好ましい。

【００２５】太陽電池セルを製造する際には、そのセル
の裏面における焼成銀補強材と焼成銀の接続用電極とが
同時に形成されることが好ましい。また、太陽電池セル
を製造する際に、実質的に矩形のセルの表面の集電電
極、その裏面の接続用電極、および焼成銀補強材をはん
だ層で被覆するためのはんだディップのときに、その矩
形のセルを概略その対角線に沿った方向に引き上げるこ
とが好ましい。

【００２６】

【発明の実施の形態】シリコンウエハまたは太陽電池セ
ルにおける割れ発生のメカニズムは、以下のようである
と考えられる。すなわち、シリコンウエハ、太陽電池セ
ル、および太陽電池モジュールの製造工程においてシリ
コンウエハエツジ部に小さな亀裂、傷、欠けなどが発生
し、製造工程中でのウエハまたはセルの各種処理過程に
おいて、それらの欠陥部分に過大な応力がかかって割れ
に発展する。特に、太陽電池モジュールの製造工程で
は、太陽電池セルと熱膨張係数が大きく異なる金属製の
インターコネクタのはんだ付けにより、セルエッジ部は
大きなストレス（特に面外せん断応力）を受ける。この
とき、セルに微小な亀裂などがあれば、その局部に応力
が集中して亀裂が進展し、ひいてはセル割れに至ること
になる。

【００２７】このような場合、セルエッジを補強材によ
り強化することにより、これら局部への応力集中を緩和
することができる。したがって、補強材としては、セル
エッジの微小な亀裂などを固めてその亀裂に面外せん断
応力がかかり難くする性質が要求され、接着強度が大き
くて縦弾性係数の大きい強靭な材質が望まれる。また、
このような補強材の付与は、コストの観点からも、でき
るだけ太陽電池セルの製造工程を増やすことなく行える
ことが望ましい。具体的な補強方法としては、たとえば
下記の方法が考えられる。

【００２８】１．太陽電池ウエハの光電変換に寄与しな
い裏面側に樹脂を用いて補強し、そのウエハの取扱い時
に負荷が加わっても補強材に荷重を受け持たせることに
よって、太陽電池ウエハが割れないようにする。

【００２９】２．生産工程中の取扱い時に負荷が太陽電
池ウエハに直接加わらないようにそのウエハの側面部に
緩衝材を設けることによって、太陽電池ウエハが割れな
いようにする。

【００３０】３．太陽電池ウエハの周辺部に存在する傷
やひびの隙間に密着強度の高い樹脂を注入することによ
って、これらの傷やひびが割れに進展しないようにす
る。

【００３１】以下において、図面を参照しつつ、本発明
の実施の形態がより具体的に説明される。なお、本願の
各図において、同一の参照符号は同一部分または相当部
分を表している。また、図面の明瞭化と簡略化のため
に、本願の各図において長さや厚さなどの寸法関係は適
宜に変更されており、実際の寸法関係を表してはいな
い。

【００３２】図１において、本発明の実施形態の一例に
よる太陽電池セルが概略的に示されている。図１の
（ａ）は太陽電池セルの表面、（ｂ）はセルの側面、そ
して（ｃ）はセルの裏面を表している。すなわち、太陽
電池セル１はシリコン基板１ａを含み、その表面には慣
用的な電流収集用のくし型銀電極１ｂが形成されてい
る。また、太陽電池セル１の裏面は、裏面アルミ電極１
ｃによって覆われている。そして、太陽電池セル１の裏
面における周辺部が樹脂２によって補強されている。

【００３３】通常は太陽電池セルの厚さは３５０μｍ程
度であるが、インゴットからのセル基板１ａの取れ数を
増やしてコスト低減を図るために、さらに太陽電池セル
の薄型化が望まれている。しかし、インゴットからのウ
エハの取れ数を増やすために太陽電池セルの薄型化が行
われる場合、３５０μｍ程度の厚さのセル基板１ａでは
製造工程中のセル割れがさほど問題とならなかったが、
さらなる薄型化と共に急激に割れの発生率が高まる。そ
こで、本発明では、特に薄型の太陽電池セルほど効果が
大きくなると期待される。

【００３４】また、太陽電池セルの主面の大きさは、通
常は約１０ｃｍ角以上である。このセル主面寸法の大型
化を図ることによっても、太陽電池セルの低コスト化を
図ることができる。しかし、太陽電池セルの厚さが薄く
なればなるほど、またその主面の面積が大きくなればな
るほど、太陽電池セルが割れ易くなる。

【００３５】図１では、太陽電池セル１の裏面からその
セルを樹脂２で補強しており、太陽電池モジュールの製
造工程中にセルにかかる熱応力や機械的外力に対して、
セル強度を増強させる効果を生じ得る。また、太陽電池
セル１の裏面側では透光性を必要としないことから不透
明な樹脂２で補強することも可能であり、作業性やコス
ト面から補強用樹脂の種類を選定することができる。太
陽電池セル１に外力が加わった場合に補強材２の受け持
つ荷重はそれが硬い材質であるほど大きくなるので、補
強材２には硬い材質（高弾性率）のものが望まれる。ま
た、硬い材質の補強材ほど、それを薄くしても補強の効
果が得られ易い。なお、太陽電池セル１の裏面におい
て、図１に示されているより広い範囲またはその裏面全
体に補強材２が付与されてもよいことは言うまでもな
い。

【００３６】図２においては、本発明の他の実施形態に
よる太陽電池セル１の裏面が示されており、樹脂補強部
分２ａがセル裏面の互いに対向する２辺近傍に限られて
いる。太陽電池セルおよび太陽電池モジュールの製造工
程においてセルに外力がかかる部分は通常は対向２辺に
なるので、図１の場合のようにセル裏面の全周縁近傍を
補強するまでに至らなくても、外力のかかり易い２辺近
傍を補強することによって同様の効果が得られる。ま
た、太陽電池モジュールの製造工程における太陽電池セ
ルの位置決めや取り扱いなどにおいて、そのセルが治具
と接する部分に補強材を付与する場合でも効果が期待で
きる。

【００３７】図１と図２の場合において、樹脂補強材
２，２ａの強度を増して高弾性率を得るために、その樹
脂中にガラス繊維または炭素繊維などが混入されてもよ
い。補強材としては高弾性率の材料を選んだ方がセル割
れ防止の高い効果が期待できるが、樹脂だけでは高弾性
を得られ難い場合に強化繊維の添加による効果向上が特
に期待され得る。また、耐熱性の向上に関しても、添加
する強化繊維材料の種類によって期待することができ
る。

【００３８】すなわち、ガラス繊維や炭素繊維はシリコ
ンに比べても弾性率が高いので、太陽電池セルに外力が
加わった場合にそれらの強化繊維が受け持つ応力が大き
くなってセルに負荷がかかり難くなる効果を期待でき、
セル補強の効果の向上がはかれる。また、耐熱性の高い
繊維材料を補強材に混入させれば、太陽電池セルおよび
モジュールの製造工程における高温環境においても、セ
ル補強の効果を維持または向上させることができる。

【００３９】図３の実施形態においては、透明の補強材
３が太陽電池セル１の表側の周縁近傍に付与されてい
る。透明の樹脂やガラスなどの補強材の場合、太陽電池
セル１の裏面側に限定されず、表面側における補強が可
能となる。ただし、図３に示されているようなセル表面
側の補強に加えて、図１や図２に示されているような裏
面側の補強が併用されてもよいことは言うまでもない。

【００４０】図４はさらに他の実施形態を示し、（ａ）
は太陽電池セルの表面、（ｂ）はセルの側面、そして
（ｃ）はセルの裏面を表している。この実施形態では、
太陽電池セル１の側面部に緩衝材４がを設けられてい
る。太陽電池セル１の側面部に緩衝材４を設けた場合、
太陽電池モジュールの製造工程におけるセルの位置決め
や搬送時に、外力がセルの一点に集中てシリコン基板１
ａに損傷を与えることを防くことが可能となる。すなわ
ち、緩衝材４として柔軟な材料を用いることによって、
外力が太陽電池セル１の一点にかかっても緩衝材４がそ
の外力を分散させるように作用し、太陽電池セル１が割
れにくくなる効果が得られる。

【００４１】図５はさらに他の実施形態を示し、（ａ）
は太陽電池セルの裏面、（ｂ）は（ａ）中の円領域５Ｂ
の拡大図を表している。この実施形態においては、太陽
電池セル１の周縁における傷またはひびの部分５に液状
の補強材５ａが浸透させられてその後に硬化させられて
おり、その傷またはひび５が接合されて補強されてい
る。傷やひび５内に補強材５ａを浸透させて接合した場
合、その補強の効果は接着強度によるものであって補強
材５ａ自体の強度に影響されないので、補強材５ａの厚
さ自体には大きな意味がなくて薄くても補強の効果が得
られる。

【００４２】また、この場合の補強材５ａは厚さを必要
としないので、シリコンや太陽電池モジュールを構成し
ている他の材料に対する補強材５ａ自体の熱膨張係数の
ミスマッチによる熱応力の発生を殆ど無視することがで
きる。さらに、傷やひび５が小さくて目視で判別できな
い場合でも、液状補強材がその濡れ性と表面張力によっ
て小さい隙間に入り易い特性を生かし、太陽電池セル全
体を補強するのではなくてその弱い部分を重点的に補強
することができる。したがって、この用途の補強におい
ては、硬化前の粘度が小さくて流動的で小さい隙間に浸
透し易い材質で、かつ密着強度の高い補強材料５ａによ
って高い効果を得る事ができる。

【００４３】図６はさらに他の実施形態を示し、（ａ）
は太陽電池セルの表面、（ｂ）はセルの側面、そして
（ｃ）はセルの裏面を表している。この実施形態におい
ては、太陽電池セル１の表裏両方の周縁部近傍に補強材
２ｂが付与されており、高温や低温の温度環境において
もセルの反りが大きくなることがない。すなわち、図６
の実施形態では、太陽電池セルの裏面と表面のいずれか
一方のみに補強材を付与した場合に比べれば、太陽電池
セルと補強材との熱膨張係数の差によるセルの反りを小
さくすることができる。

【００４４】図７の実施形態においては、図２の場合に
類似して、太陽電池セル１の裏面における対向２辺の近
傍に補強材２ｃが付与されている。しかし、この実施形
態においては、太陽電池セル１と補強材２ｃとの熱膨張
特性の違いによる熱ストレスが小さくなるように、セル
裏面上の補強材領域２ｃがパターニングされている。す
なわち、セル１と補強材２ｃとの熱膨張特性の違いによ
る熱ストレスは補強材領域の長さが長いほど大きくなる
ので、その熱ストレスを低減しつつ補強効果を損なわな
いように補強材領域２ｃをパターニングすることができ
る。

【００４５】図８はさらに他の実施形態を示しており、
（ａ）は太陽電池セルの表面、（ｂ）は側面、そして
（ｃ）は裏面を表している。この実施形態では、太陽電
池セル１の裏面における対向２辺の近傍に、アルミ板ま
たはセラミックス板など６が樹脂など２ｄによって接合
されて補強されている。なお、このような補強板６は太
陽電池セル１の対向２辺から少しはみ出して接合されて
もよく、その場合には、太陽電池のセルやモジュールの
製造工程中で治具とセル１が直接当らないようにして割
れの発生を防ぐ効果を得ることができる。

【００４６】すなわち、図８の実施形態では、樹脂２ｄ
による補強に加えてアルミ板またはセラミックス板など
６による補強を追加することによって、太陽電池セル補
強の効果を向上させる事ができる。また、セル基板１ａ
の対向２辺から補強板６のエッジ部を少しはみださせて
接合することによって、太陽電池モジュールの製造工程
におけるセル１の位置決めなどの際の治具がセル基板１
ａに直接ではなくて補強板６に当たることになって、太
陽電池セル１の割れを低減させることができる。さら
に、導電性の樹脂２ｄと金属補強板６を用いた場合に
は、太陽電池セル１の裏面電極の電気抵抗を小さくする
効果も得られ、太陽電池モジュールの電気出力の向上を
図ることができる。

【００４７】図９はさらに他の実施形態を示しており、
（ａ）は太陽電池セルの側面を表し、（ｂ）は裏面を表
している。この実施形態では、太陽電池セル１の裏面に
おける対向２辺近傍が導電性樹脂２ｅとそれで接合され
た金属板７とによって補強されており、この金属板７は
はんだ付可能な補強板である。そして、このように補強
された太陽電池セル１の複数含む太陽電池モジュールに
おいて隣接するセル間は、インターコネクタ８によって
電気的に接続されている。すなわち、一つの太陽電池セ
ル１の金属補強板７にはんだ付けされたインターコネク
タ８は、隣接する太陽電池セル１の表側のくし型電極に
接続されている。

【００４８】従来では、銅帯からなるインターコネクタ
８の接続部において、その銅帯８とはんだ９とシリコン
基板１ａとのそれぞれの間の熱膨張係数差による熱応
力、および太陽電池モジュールの構成材料と太陽電池セ
ルとの熱膨張係数差によって、その接続部にかかる熱応
力が太陽電池セルの割れを生じることがあった。しか
し、本実施形態ではそのインターコネクタ接続部に導電
性の補強材２ｅ，７が用いられているので、そのような
セル割れを防ぐことができる。

【００４９】図１０の実施形態においては、太陽電池セ
ル１の裏面の周縁近傍が銀電極１０によって補強されて
いる。インターコネクタは、その銀電極領域１０中の接
続領域１０ａにはんだ付けされて接続される。銀電極領
域１０は電気抵抗が小さくかつその表面をはんだメッキ
し得るので、裏面電極の抵抗を低減する効果を生じ、太
陽電池モジュールの電気特性の向上も同時に期待するこ
とができる。

【００５０】図１１の実施形態においては、図１０の実
施形態に加えて、太陽電池セルの裏面の周縁部が金属補
強板１１によってさらに補強されている。すなわち、こ
の金属補強板１１は、はんだによって銀電極領域１０に
接続されている。このような補強板は、太陽電池セル１
の裏面全体に設けられてもよいことは言うまでもない。
図１１の実施形態では金属補強板１１にインターコネク
タがはんだ付けされるので、はんだ付けの熱ストレスや
モジュール構成部からインターコネクタを介する荷重が
太陽電池セル基板ヘかからないので、セルの損傷を小さ
くすることができてその信頼性を向上させることができ
る。

【００５１】図１２の実施形態では、図６の場合におい
て、補強材２ｂとしてガラス材料が用いられている。こ
の図１２では、ｐ型シリコン基板１ａにおいてｎ⁺領域
１ｎがｐ⁺領域１ｐが形成され、ｐ⁺領域１ｐ上には焼成
アルミ裏面電極１ｃが形成されている。すなわち、シリ
コン基板１ａにｐｎ接合や裏面電極１ｃを形成する前の
工程でガラス補強材２ｂを付与することによって、ウエ
ハ周端縁部におけるｐｎ接合の分離が容易になり、太陽
電池セル１の電気出力の向上を図ることができる。ま
た、太陽電池セル１の製造工程の初期にこのような補強
材２ｂを導入することによって、そのセル製造工程途中
におけるセル割れの発生を低減することが可能となる。

【００５２】また、太陽電池セル１における裏面電極１
ｃの焼成時の熱処理とガラス補強材２ｂの焼成の熱処理
とを同じ工程で実施することによって、セルの製造工程
を大幅に増やすことなく、本発明によるセル補強効果が
得られる。焼成ガラス補強材２ｂの原料として用い得る
粉末ガラスの一例として、日本電気硝子製のＧＰ−５２
１０やＧＰ−１４１０などがある。

【００５３】図１３はさらに他の実施形態を示し、
（ａ）は太陽電池セルの側面を表し、（ｂ）はセルの裏
面を表している。この実施形態では、セル裏面のアルミ
焼成電極１ｃのほぼ全域を覆う補強板として、アルミ板
１２が導電性接着剤１３を用いて接合されている。この
アルミ補強板１２上に銀ペーストを印刷して焼成するこ
とによって銀電極１０ｂを形成し、この銀電極１０ｂに
はんだコーティング９ａが付与される。そして、インタ
ーコネクタがはんだ接続される銀電極部１０ｂにおい
て、アルミ焼成電極１ｃとアルミ補強板１２を流れる電
流を収集することができる。

【００５４】図１４はさらに他の実施形態を示し、
（ａ）は太陽電池セルの側面を表し、（ｂ）はセルの裏
面を表している。この実施形態においては、アルミ焼成
電極１ｃの周辺部に銀ペーストの印刷と焼成によって銀
電極１０を形成し、ディップ法により銀電極１０にはん
だコーティング９ａが付与される。補強板１３として鋼
板が銀電極１０にはんだ付けされ、その補強板１３にイ
ンターコネクタ８が導電性樹脂を用いて接続されてい
る。本実施形態では、セル周辺部の銀電極１０でセルを
補強するとともに、その銀電極１０のはんだコーティン
グ９ａを用いて補強鋼板１３をセルにはんだ付けするこ
とによっても補強されている。また、補強鋼板１３を電
極として作用させることもできるので、セルの直列抵抗
を低減することができ、その出力向上を図ることもでき
る。

【００５５】図１５はさらに他の実施形態を示し、
（ａ）は太陽電池セルの側面を表し、（ｂ）はセルの裏
面を表している。この実施形態では、太陽電池セル基板
の裏面にアルミペースト１ｃを印刷し、その乾燥前にア
ルミの補強板１４をそのアルミペースト１ｃに貼り合わ
せ、その後にアルミペースト１ｃを乾燥して焼成するこ
とによってアルミ補強板１４とセル基板１ａとが接合さ
せられる。さらに導電性樹脂２ｅを用いてインターコネ
クタ８がアルミ補強板１４に取りつけられている。図１
５においては、アルミ板１４としてメッシュ状のものが
用いられている。この場合、アルミペースト１ｃの乾燥
と焼成の際に、ペースト中の溶剤成分の蒸発と樹脂成分
の燃焼を充分に行うことによって、セル基板１ａとアル
ミ補強板１４との接合性を大きく改善することができ
る。

【００５６】なお、セル基板１ａと補強板１４とは溶接
により接合されてもよい。すなわち、セル基板１ａの裏
面にアルミペーストの印刷と焼成により裏面電極１ｃを
形成する代わりに、アルミの薄板（２００μｍ厚程度）
１４をセル基板１ａの裏面のシリコン面と接触させ、Ｙ
ＡＧレーザーの照射によってそのシリコン面とアルミ補
強板１４とを直接接合してもよい。

【００５７】また、補強材が非導電体である太陽電池セ
ルは、太陽電池モジュール中で隣接する太陽電池セルと
の電気的接触を考えた場合に好ましい。特に太陽電池セ
ル間を電気的に接触させないために通常は０．５〜２ｍ
ｍ程度の隙間が得られるように設計されるが、セルの位
置制御が困難である場合に、非導電体の補強材や緩衝材
を太陽電池セルの側面部に付与すれば、セル同士を互い
に突き当てて位置決めする事が可能となり、太陽電池モ
ジュールの製造も容易となる。

【００５８】図１６はさらに他の実施形態を示し、
（ａ）は太陽電池セルの裏面を表し、（ｂ）は（ａ）中
の線１６Ｘ−１６Ｘに沿った断面を表している。これ以
後の実施形態では、基板として、１２５ｍｍ角で厚さ３
００μｍのシリコンウエハが用いられた。図１６の太陽
電池セル１の裏面周辺には焼成銀のパターン２ｆが形成
されており、これが補強材の役割を果たしている。ま
た、焼成銀の補強材２ｆははんだディップによって表面
が被覆されるので、そのはんだ層１ｅによって補強材２
ｆがさらに強化されることになる。

【００５９】補強材２ｆはセル裏面の接続用電極１ｄと
同様に焼成銀で形成されるので、スクリーン法で銀ペー
ストを同時に印刷して焼成することが可能であり、工程
を増やすことなくセル補強の効果を得ることができる。
具体的には、補強材パターン２ｆおよび裏面接続用電極
１ｄは、銀ペーストとＳＵＳ１６５メッシュのスクリー
ンを用いて約３０μｍ程度の厚さに印刷された。この銀
ペースト印刷を約１５０℃で乾燥した後に約６００℃で
焼成することによって、焼成銀パターンが形成された。
その後、はんだディップを行うことによって、焼成銀表
面がはんだ層で被覆された。

【００６０】図１６（ｂ）に示されているように、補強
材パターン２ｆは、焼成アルミで形成された裏面集電電
極１ｃの周縁部に重なるように印刷された。このように
すれば、補強材パターン２ｆが焼成銀であるので、補強
の効果に加えてシリコン基板１ａの裏面に平行な方向の
電気抵抗を低減する効果をも生じ、複数のセルを直列に
接続する場合に、従来に比べて太陽電池の出力特性（特
にＦＦ：フィルファクタ）を向上させることができる。

【００６１】図１７の実施形態は図１６のものに類似し
ているが、図１７においては補強材パターン２ｆが裏面
集電電極１ｃの周縁部上のみならずシリコン基板１ａの
周縁部上にも重ねて形成されていることにおいて異なっ
ている。補強材パターンの焼成銀２ｆとシリコンウエハ
１ａの接合部３ａは接合強度が高いので、さらに強い補
強効果が得られる。

【００６２】図１７において、補強材パターン２ｆとＡ
ｌ集電電極１ｃの重なり幅３ｂが広すぎれば、はんだデ
ィップ後に焼成銀２ｆと焼成アルミ１ｃとの界面で剥離
が生じる。幅３ｂを８ｍｍにした場合、太陽電池セル１
０枚中で７枚において焼成銀と焼成アルミの界面での剥
離が確認され、幅３ｂが５ｍｍの場合にセル１０枚中で
２枚に剥離が確認され、幅３ｂが４ｍの場合に全セルに
おいて剥離なしとなることが確認された。すなわち、安
定した補強効果を得るためには、幅３ｂを４ｍｍ以下に
するのが望ましく、本実施形態では１．５ｍｍにされ
た。この場合、１００枚試作した太陽電池セルの内で、
剥離を生じたセルは０であった。

【００６３】また、図１７において、シリコンウエハ１
ａの周縁と補強材パターン２ｆの周縁との距離３ｃが狭
すぎれば、太陽電池セル１の周縁部における漏れ電流が
増加しやすくなる。従来の太陽電地セルの漏れ電流Ｉｄ
は約０．１Ａであるが、距離３ｃを０．２ｍｍにした場
合にＩｄは約０．３Ａに増加した。また、距離２ｃを
０．５ｍｍにした場合にＩｄは従来と同様の約０．１Ａ
になった。すなわち、セル特性を低下させずに補強の効
果を得るためには、距離３ｃを０．５ｍｍ以上にするこ
とが望ましく、本実施形態では１．０ｍｍにされた。

【００６４】図１８においてはさらに他の実施形態によ
る太陽電池セル１の裏面が示されており、焼成銀補強部
分２ｆがセル裏面の互いに対向する２辺近傍に限られて
いる。太陽電池モジュールの製造工程では、太陽電池セ
ルと熱膨張係数が大きく異なる金属製のインターコネク
タのはんだ付けに起因してセルエッヂ部は大きなストレ
スを受けるので、セル割れは主にインターコネクタの接
続方向に沿って発生しやすい。したがって、図１８に示
されているように、セル割れが発生しやすい２辺のみに
補強材２ｆを付与しても、十分な補強効果が得られる。
この場合は、高価な銀ペーストの使用量が低減し、低コ
ストで補強を付与することができる。

【００６５】図１９（ａ）の実施形態は図１６（ａ）の
ものに類似しているが、図１９（ａ）においては太陽電
池セルにインターコネクタが付与されている。この場
合、インターコネクタ８は、裏面接続用電極１ｄに接続
されるのみならず、補強材パターン２ｆの接続個所４に
も電気的に接続される。焼成銀の補強材パターン２ｆは
集電電極としても作用し得るので、インターコネクタ８
をその焼成銀パターン２ｆにも接続することによって、
セルの出力特性（ＦＦ）向上が可能となる。

【００６６】本実施形態では、補強材パターン２ｆとイ
ンターコネクタ８をはんだ付けすることによって電気的
に接続し、５４枚のセルが直列接続されたモジュールを
作製した。本実施形態と従来の太陽電池セルを用いてモ
ジュールを作製した場合とにおけるセルの割れ率とモジ
ュールの出力特性の比較が、次の表１に示されている。
なお、表１において、Ｉｓｃはモジュールの短絡電流を
表し、Ｖｏｃは開放端電圧を表し、そしてＰｍは最大出
力を表している。

【００６７】

【表１】

【００６８】図１９（ｂ）の実施形態は図１９（ａ）の
ものに類似しているが、図１９（ｂ）においてはインタ
ーコネクタ８を補強材パターン２ｆに接続する個所４の
幅が拡大されている。インターコネクタ８を補強材パタ
ーン２ｆにはんだ付けする場合には、接続個所４に応力
が集中するので、そこが起点となってセル割れが発生す
る場合もある。したがって、図１９（ｂ）に示されてい
るように接続個所４を幅広にして応力を分散させること
によって、セル割れを防ぎつつインターコネクタ８を接
続してモジュール状態での出力特性（ＦＦ）を向上きせ
ることができる。

【００６９】図２０は図１６（ａ）の太陽電池セルに対
して行うはんだディップの工程の一例を示している。こ
の太陽電池セルのはんだディップ工程では、一旦はんだ
槽１５ａ内の溶融はんだ１５ｂ中にセル１を浸漬した後
に、矢印１６で示された垂直方向にそのセルを引き上げ
る。焼成銀の補強材パターン２ｆが付与されたセルで
は、このはんだディップの際に、引き上げ方向に対して
下辺近傍の補強材２上にはんだ溜まり１７が発生しやす
い。はんだ溜まり１７が発生するれば、それを起点とし
てセル割れが発生しやすくなる。はんだ溜まり１７は、
引き上げ方向の上辺部から下辺部へ溶融はんだが多量に
流れ込むことによって発生する。

【００７０】図２１は、さらに他の実施形態による太陽
電池セルの裏面を表している。図２１（ａ）において
は、補強材パターン２ｆに一つの中断部１８ａが設けら
れており、補強材パターン２ｆの下辺へのはんだの流れ
込みをこの中断部１８ａによって抑制することができ
る。その結果、はんだ溜まりの発生を少なくすることが
可能となる。

【００７１】図２１（ｂ）においては、補強材パターン
２ｆの下辺の両端部に２つの中断部１８ｂが設けられて
いる。このようにすれば、補強材パターン２ｆの底辺へ
のはんだの流れがより少なくなるので、はんだ溜まりが
さらに発生しにくくなる。

【００７２】図２１（ｃ）においては、補強材パターン
２ｆの下辺の両端部に２つの中断部１８ｃが、矩形のセ
ル１の対角方向に沿って斜めに形成されている。これに
よって、はんだ溜まりをさらに効果的に抑制することが
できる。図２２の（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）におい
ては、補強材パターン２ｆの中断部の他の変形例が示さ
れている。

【００７３】図２３は、さらに他の実施形態による太陽
電池セルの裏面を表している。図２３においては、補強
材パターン２ｆに中断部が設けられる代わりに、そのは
んだ溜まりのできやすい辺にくし歯状のパターンを含め
ることによって、はんだ溜まりの発生が防止される。こ
の場合、焼成銀の補強材パターン２ｆに中断部を設ける
必要がないので、補強効果と抵抗低減効果を減ずること
がない。

【００７４】図２４は図１６（ａ）の太陽電池セルにに
対して行うはんだディップの工程の他の例を示してい
る。図２４においては、矩形のセル１をその対角方向に
傾けて引き上げることによって、どのような補強材パタ
ーン上においても、溶融はんだをそのセルの角に集める
ことができる。セルの角では集まったはんだが溜まりに
くいので、補強材パターン２ｆ上のはんだ溜まりを抑制
することが可能となる。

【００７５】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、太陽電
池セル基板を補強することによって、外力負荷によるセ
ル割れの発生を低下させることができる。これにより、
太陽電池セルの生産工程におけるセル割れの発生率を低
下させ、製造装置の稼動率の向上、セル割れ発生による
装置の清掃作業の低減、さらには材料歩留まりの向上に
よる太陽電池セルとモジュールのコスト低減が可能にな
る。また、完成された太陽電池モジュールの性能と信頼
性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の一例による太陽電池セル
を示す図である。

【図２】本発明の他の実施形態による太陽電池セルを
示す図である。

【図３】本発明の他の実施形態による太陽電池セルを
示す図である。

【図４】本発明の他の実施形態による太陽電池セルを
示す図である。

【図５】本発明の他の実施形態による太陽電池セルを
示す図である。

【図６】本発明の他の実施形態による太陽電池セルを
示す図である。

【図７】本発明の他の実施形態による太陽電池セルを
示す図である。

【図８】本発明の他の実施形態による太陽電池セルを
示す図である。

【図９】本発明の他の実施形態による太陽電池セルを
示す図である。

【図１０】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図１１】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図１２】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図１３】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図１４】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図１５】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図１６】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図１７】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図１８】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図１９】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図２０】太陽電池セルをはんだ浴中にディップする
工程の一例を示す図である。

【図２１】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図２２】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図２３】本発明の他の実施形態による太陽電池セル
を示す図である。

【図２４】太陽電池セルをはんだ浴中にディップする
工程の他の例を示す図である。

【図２５】従来の太陽電池セルを示す図である。

【符号の説明】

１太陽電池セル、１ａセル基板、１ｂくし型銀電
極、１ｃ焼成アルミ裏面電極、１ｄ接続用裏面電
極、１ｅはんだ層、１ｎｎ⁺層、１ｐｐ⁺層、
２，２ａ補強材、２ｂ透明の補強材、２ｃ緩衝
材、２ｅ導電性樹脂、２ｆ焼成銀、３ａ焼成銀補
強材とシリコン基板との接合部、３ｂ焼成銀補強際と
焼成アルミ電極との接合部、１ｃシリコン基板の周縁
と補強材パターンの周縁との距離、４焼成銀補強材パ
ターン上のインターコネクタ接続個所、５ひび、６
アルミ板やセラミックス板などの補強板、８インター
コネクタ、９，９ａはんだ、１０，１０ａ銀電極
部、１１金属補強板、１２アルミ補強板、１３補
強鋼板、１４アルミ補強板、１５ａはんだ槽、１５
ｂ溶融はんだ、１６セルの引き上げ方向、１７はん
だ溜まり、１８補強材パターンの中断部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上村邦夫大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者町田智弘大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者田中聡大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者佐賀達男大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内 (72)発明者富田孝司大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 5F051 AA02 CB27 FA14 FA15 FA16 FA17 GA04 GA20

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】太陽電池セルであって、その裏面、表面
および側面の少なくともいずれかの少なくとも部分的領
域に補強材と緩衝材の少なくともいずれかが付与されて
いることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項２】一辺が１０ｃｍ以上の概略的に矩形の主
面を有しかつ３５０μｍ未満の薄い厚さを有する半導体
基板に形成されていることを特徴とする請求項１に記載
の太陽電池セル。
【請求項３】前記補強材と前記緩衝材のいずれかは、
ガラス、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ＥＶＡ樹脂、シ
リコーン樹脂、焼成銀、ガラス繊維、カーボン繊維、金
属板、セラミック板、および樹脂板の少なくともいずれ
かを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の太
陽電池セル。
【請求項４】前記補強材は前記セルに含まれる亀裂、
傷、または欠けの少なくともいずれか内に注入された後
に硬化させられたものであることを特徴とする請求項１
から３のいずれかの項に記載の太陽電池セル。
【請求項５】前記セルの裏面に導電性の前記補強材が
付与されており、その補強材上には隣接するセル間のイ
ンターコネクタが接続され得ることを特徴とする請求項
１から３のいずれかの項に記載の太陽電池セル。
【請求項６】前記セルの表面側に付与されている前記
補強材は透光性であることを特徴とする請求項１から３
のいずれかの項に記載の太陽電池セル。
【請求項７】太陽電池モジュールの組立工程において
それに含まれる前記セルの位置決めやハンドリングで治
具と接触する部分に補強材または緩衝材が付与されてい
ることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記
載の太陽電池セル。
【請求項８】前記セルの使用環境の温度変化において
前記補強材と前記半導体基板との熱膨張係数が異なるこ
とにより発生するストレスを緩和できるように前記補強
材がパターニングされていることを特徴とする請求項１
から３のいずれかの項に記載の太陽電池セル。
【請求項９】前記セルのはんだディップ工程における
はんだ温度でも変質しない材料が前記補強材に用いられ
ていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項
に記載の太陽電池セル。
【請求項１０】粉末ガラスを溶剤に溶かした溶液を塗
布し、その溶剤を揮発させた後に焼成されたガラス材が
前記補強材として用いられていることを特徴とする請求
項１から３のいずれかの項に記載の太陽電池セル。
【請求項１１】請求項１０に記載の太陽電池セルの製
造方法であって、前記補強材としてのガラス材を焼成す
る工程と前記セルの裏面アルミ電極を焼成する工程とが
同時に行われることを特徴とする太陽電池セルの製造方
法。
【請求項１２】前記セルの裏面に付与された補強材と
同等の熱膨張係数を有する透明の補強材がそのセルの表
面に付与されていることを特徴とする請求項１から３の
いずれかの項に記載の太陽電池セル。
【請求項１３】前記補強材に含まれる板がはんだまた
は溶接にによって前記セルに接合されていることを特徴
とする請求項１から３のいずれかの項に記載の太陽電池
セル。
【請求項１４】前記補強材はアルミ板とメッシュ状ア
ルミ板のいずれかを含み、前記アルミ板は印刷アルミペ
ーストを用いて焼成工程によって前記セルの裏面側に接
合されていることを特徴とする請求項１から３のいずれ
かの項に記載の太陽電池セル。
【請求項１５】太陽電池セルであって、その裏面周辺
の少なくとも一部に焼成銀から成る補強材が付与されて
いることを特徴とする太陽電池セル。
【請求項１６】太陽電池セルの表面における集電電極
および裏面における接続用電極も焼成銀で形成されてい
ることを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池セル。
【請求項１７】太陽電池セルの裏面においてその周縁
部を残して集電電極が形成されており、その集電電極の
周縁部上に前記焼成銀の補強材が形成されていることを
特徴とする請求項１５または１６に記載の太陽電池セ
ル。
【請求項１８】前記補強材は前記セルの裏面の周縁部
上にも伸びて形成されていることを特徴とする請求項１
７に記載の太陽電池セル。
【請求項１９】前記補強材は前記セルがインターコネ
クタで接続される方向と交差する２辺近傍に沿って形成
されていることを特徴とする請求項１５または１６に記
載の太陽電池セル。
【請求項２０】前記補強材の幅が４ｍｍ以内であるこ
とを特徴とする請求項１５から１９のいずれかの項に記
載の太陽電池セル。
【請求項２１】前記補強材は前記セルの周辺端縁から
０．５ｍｍ以上離れて形成されていることを特徴とする
請求項１５から２０のいずれかの項に記載の太陽電池セ
ル。
【請求項２２】インターコネクタは前記裏面の接続用
電極と前記補強材との両方に接続されることを特徴とす
る請求項１６に記載の太陽電池セル。
【請求項２３】前記補強材は前記インターコネクタが
接続される領域においてその幅が拡大されていることを
特徴とする請求項２２に記載の太陽電池セル。
【請求項２４】前記補強材は前記セルの裏面の全周に
沿って連続してはおらず、少なくとも一つの中断部が設
けられていることを特徴とする請求項１５から２３項の
いずれかのに記載の太陽電池セル。
【請求項２５】前記セルの一側辺の両端部において前
記補強材の前記中断部が設けられていることを特徴とす
る請求項２４に記載の太陽電池セル。
【請求項２６】前記補強材の前記中断部は前記セルの
一側辺に対して斜めに形成されていることを特徴とする
請求項２４または２５に記載の太陽電池セル。
【請求項２７】前記補強材がくし歯状のパターンを含
んでいることを特徴とする請求項１５から２２のいずれ
かの項に記載の太陽電池セル。
【請求項２８】請求項１６に記載の太陽電池セルを製
造する方法であって、前記補強材と前記裏面の接続用電
極とが同時に形成されることを特徴とする太陽電池セル
の製造方法。
【請求項２９】請求項１６に記載の太陽電池セルを製
造する方法であって、実質的に矩形の前記セルの表面の
前記集電電極、その裏面の前記接続用電極、および前記
補強材をはんだ層で被覆するためのはんだディップの際
に、前記矩形のセルを概略その対角線に沿った方向に引
き上げることを特徴とする太陽電池セルの製造方法。