JP4578123B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池に代表される複数の光電変換素子を配列して、各々を電気的に接続した太陽電池モジュールに関し、発電効率を向上させた太陽電池モジュールに関する。

現在の太陽電池の主流製品は、結晶シリコンからなる太陽電池を組み込んだ結晶シリコン系太陽電池モジュールである。このモジュールでは、光電変換素子として複数の太陽電池素子を直列あるいは並列接続した構造をとっており、これらの素子間の接続には一般的に金属材料に代表される導電性材料からなる配線（タブあるいはタブ配線ともいう）が用いられる。

ここで、図７に太陽電池素子同士を直列接続したときの断面模式図を示す。光電変換機能を有する半導体基板２２を用いて形成された太陽電池素子２１の表側、すなわち光入射側に設けられた表側電極２３の一部である表側バスバー部２３ａに、金属配線２５の一端が接続されている。そして、この金属配線２５の他端部は、隣接する太陽電池素子の裏側に設けられた裏側電極２４（後段で定義）の一部である裏側バスバー部２４ａに接続され、この配線構造が複数の太陽電池素子間で繰り返される。この金属配線２５は、通常、銅箔材料を主材料とし、その表面両面に半田層をコートした構造となっている。これは金属配線と素子電極部との間で半田付け接続を実現するためであり、半田付け接続とすることで電気接続と機械的接続とを両立できる。

ところで、この金属配線２５に関わる重要信頼性要件として電極強度がある。すなわち表側バスバー部２３ａあるいは裏側バスバー部２４ａに接続された金属配線２５に対して、所定の条件で引っ張り試験を行った場合に、これに合格するような電極強度が求められる。ここで電極強度と電極厚みとはほぼ比例の傾向にあることが一般的に認められる。すなわち、電極強度を高めるためには電極厚みを厚くすればよい。例えば、電極形成を従来から広く使われているスクリーン印刷法で電極用ペースト材を用い、これを焼成して形成する場合、電極厚みを増大させたいときには、スクリーンの乳剤厚を厚くして、充分な量の電極用ペースト材をスクリーンの塗布用開口部に塗り込められるようにすればよい。

図８の（ａ）、（ｂ）にそれぞれ一般的な太陽電池素子の表側電極、裏側電極の平面図を示す。図８（ｂ）に示すように、裏側電極２４は、銀などによって形成された裏側バスバー部２４ａと、アルミニウムなどによって形成された裏側集電部２４ｂとからなり、これらを形成するにおいては、特にパターン形成上の困難性がない。そのため充分な厚みの電極を形成することは比較的容易である。

しかしながら、表側電極２３は、図８（ａ）に示すように、一般的に表側バスバー部２３ａと、これに直交する表側フィンガー部２３ｂとからなるが、この表側電極２３については次のような理由から、パターン形成上の困難性が存在する。すなわち、線幅の細い表側フィンガー部２３ｂの電極を線切れなく印刷形成しようとすると、印刷方向（プリントスキージ動作方向）は表側フィンガー部２３ｂの電極線方向に平行な方向とする必要があり、必然的に表側バスバー部２３ａの電極線方向は印刷方向に垂直となる。ここで問題となるのが、スキージライン（スキージがスクリーンに接するライン：スキージ動作方向に垂直な方向）がスクリーンの表側バスバー部のパターンを横切るときに、スキージが印圧方向（印刷面に垂直な方向）に落ち込み、形成される表側バスバー部２３ａの電極厚みが薄くなってしまうことである。これはスキージが、スクリーンの表側バスバー部のパターンを横切るときにスキージ高さを保つための乳剤がパターンの関係上存在しないか、あるいはその存在領域が極めて少ないためである。

以上により表側バスバー部２３ａの電極厚みを厚くすることは容易ではなく、この表側バスバー部２３ａの電極強度を高める技術が求められていた。

これに対して、特許文献１には表側バスバー部２３ａにおいて充分な電極強度が得られる電極構造が開示されている。図９に示すように、表側バスバー部２３ａをバスバー線方向に平行な溝で複数に分割し、この分割した表側バスバー部２３ａ同士を部分的に接続するバスバー間接続部２３ｃを設けることによって、表側バスバー部２３ａ電極厚さを増大させることができることを知見し、これによって高い電極強度を実現している。
特開２００１−６８６９９号公報 特開平５−７５１５２号公報 特開平９−１０２６２５号公報 特開平１１−３１２６５号公報

特許文献１の方法によれば、高い電極強度を得ることができるが、表側バスバー部２３ａを長手方向に分割するための分割溝を導入したことによって、この分割溝幅も含めた表側バスバー部２３ａのトータルの線幅をある程度広げる必要が新たに生じていた。すなわち、分割された個々のバスバー部の線幅は、電極強度の観点から、導入した分割溝幅相当分を単純に縮小するわけにはいかず、その線幅には必要最小限の値が要求されるため、このような分割溝を導入したバスバー構造では、通常、バスバー部のトータル線幅が増大することは避けられないのである。

このように分割溝を導入したバスバー部では、この分割溝部も含んだ表側バスバー部２３ａのトータルの線幅が広くなるため、この状態で従来通りの金属配線２５を半田付けによって接続・接着させると、表側バスバー部２３ａの線幅増大と金属配線２５による遮光効果に起因して、太陽電池素子への光入射面に対する遮光面積割合が増大する。その結果、素子の有効受光面積が減少し、その分の効率低下が避けられなかった。

本発明は、かかる実情に鑑み、高い電極強度特性と、高い変換効率とを両立させた太陽電池モジュールを提供しようとするものである。

本発明の太陽電池モジュールは、受光面を有する太陽電池モジュールであって、前記太陽電池モジュールの内部に配列された、光入射面を有する複数の光電変換素子であって、この光入射面に光が入射すると光電変換効果によって光起電力を生ずるとともに、前記光入射面の側に設けられた表側バスバー部と該光入射面の裏面側に設けられた裏側バスバー部とを備えた、複数の光電変換素子と、一の光電変換素子の前記表側バスバー部と他の光電変換素子の前記裏側バスバー部とを電気的に接続する導電性の材質からなるタブと、を具備し、前記表側バスバー部は、その長手方向に対して間隙を介して複数に分割されており、前記タブは、前記表側バスバー部と対向する領域にのみ複数の貫通穴を有するとともに、前記太陽電池モジュールの前記受光面側から、これらの貫通穴を通して前記間隙部より前記光電変換素子の前記光入射面を視認可能となるように配置されている。

また、本発明の太陽電池モジュールは、前記表側バスバー電極に、少なくとも一端部が接続されたフィンガー部をさらに備え、前記タブは、前記表側バスバー部の長手方向に対して、略同一方向となるように接続されている。

また、本発明の太陽電池モジュールは、前記分割された表側バスバー部同士を部分的に接続するバスバー間接続部を設けている。

本発明の太陽電池モジュールは、受光面を有する太陽電池モジュールであって、前記太陽電池モジュールの内部に配列された、光入射面を有する複数の光電変換素子であって、この光入射面に光が入射すると光電変換効果によって光起電力を生ずるとともに、前記光入射面の側に設けられた表側バスバー部と該光入射面の裏面側に設けられた裏側バスバー部とを備えた、複数の光電変換素子と、一の光電変換素子の前記表側バスバー部と他の光電変換素子の前記裏側バスバー部とを電気的に接続する導電性の材質からなるタブと、を具備し、前記表側バスバー部は、その長手方向に対して間隙を介して複数に分割されており、前記タブは、前記表側バスバー部と対向する領域にのみ複数の貫通穴を有するとともに、前記太陽電池モジュールの前記受光面側から、これらの貫通穴を通して前記間隙部より前記光電変換素子の前記光入射面を視認可能となるように配置されている。このように、タブの表面に複数の貫通穴が形成され、これらの貫通穴を通して光電変換素子の光入射面へと光が照射されるので、高い変換効率を得ることができる。

以下、本発明にかかる太陽電池モジュールの一実施形態について、図面に基づき詳細に説明する。

図３は本発明の太陽電池モジュールの断面構造を示す図であり、図３（ａ）は本発明の太陽電池モジュールにかかる光電変換素子（以下、太陽電池素子とする）の断面構造、図３（ｂ）は太陽電池モジュールの断面構造を示す概略図、図３（ｃ）は太陽電池素子同士を接続した箇所を示す部分拡大断面図である。また、図４は、電極形状の一例を示す図であり、（ａ）は受光面側（表面）、（ｂ）は非受光面側（裏面）である。

図３（ａ）において、１は太陽電池素子、２は例えばｐ型シリコンの半導体基板であるｐ型バルク領域、２ａは半導体基板の表面側にリン原子などが高濃度に拡散され、半導体基板との間にｐｎ接合を形成した逆導電型領域、３は窒化シリコン膜や酸化シリコン膜などからなる反射防止膜を示す。また、４は裏側電極であり、出力取出電極である裏側バスバー部４ａと裏側集電部４ｂとを含む。そして、５ａは出力取出電極である表側バスバー部を示す。

表側電極５は、図４（ａ）に示されるように、表面から出力を取り出すための表側バスバー部５ａと、これに直交するように設けられた集電用の表側フィンガー部５ｂとから構成される。なお、表側バスバー部５ａは、表側フィンガー部５ｂの少なくとも一端部が接続され、この表側フィンガー部５ｂよりも線幅を太くした直線状として構成されている。そして、さらに表側バスバー部５ａは、電極の長手方向に分割され、この分割した表側バスバー部５ａ同士を部分的に接続するバスバー間接続部５ｃが設けられている。また、裏側電極４は、図４（ｂ）に示されるように、裏面から出力を取り出すための裏側バスバー部４ａと裏側集電部４ｂとからなる。

ここで光は、太陽電池素子１の光入射面側である反射防止膜３の側から入射し、主にｐ型バルク領域２にて吸収・光電変換されて電子−正孔対（電子キャリアおよび正孔キャリア）が生成される。この光励起起源の電子キャリアおよび正孔キャリア（光生成キャリア）によって、裏側電極４と表側電極５との間に光起電力を生ずる。なお、反射防止膜３は反射防止膜となる膜の屈折率と膜厚とによって所望の光波長領域で反射率を低減させて、光生成キャリア量を増大させる役割を果たし、光電流密度Ｊｓｃが向上する。

また、裏側集電部４ｂは、通常、半導体基板であるシリコンに対して、ｐ型化ドーピング元素として作用するアルミニウムを用いて形成され、シリコン基板の裏面側表層部にｐ^＋型領域を形成する。この領域は、ＢＳＦ（Back Surface Field）領域とも呼ばれ、光生成電子キャリアが裏側電極４に到達して再結合損失する割合を低減する役割を果たし、光電流密度Ｊｓｃが向上する。またこのｐ^＋型領域では少数キャリア（電子）密度が低減されるので、この領域および裏側電極４に接する領域でのダイオード電流量（暗電流量）を低減する働きをし、開放電圧Ｖｏｃが向上する。

次に、本発明にかかる太陽電池モジュールについて説明する。通常、太陽電池素子である太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、一般的に複数の太陽電池素子を直並列に接続した太陽電池モジュールとして用いられる。そして、さらにこの太陽電池モジュールを複数枚組み合わせることによって、実用的な電気出力が取り出せるようにされている。

図３（ｂ）に、図３（ａ）の太陽電池素子を組み合わせて構成した太陽電池モジュールの一例を示す。同図に示すように、光入射面を太陽電池モジュールの受光面側に向けて配列された複数の太陽電池素子１は、金属を代表とする導電性の材質であるタブ６によって電気的に接続され、透光性パネル７と裏面保護材９の間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材８で気密に封入されて、太陽電池モジュールを構成している。太陽電池モジュールの出力は、出力配線１０を経て端子ボックス１１に接続されている。そしてこの端子ボックス１１からさらに外部の負荷（不図示）に接続されている。

図３（ｃ）に、図３（ｂ）の太陽電池モジュールの内部構造の部分拡大図を示す。同図に示すように、太陽電池素子１の出力取出電極である表側バスバー部５ａと、隣接する太陽電池素子１の出力取出電極である裏側バスバー部４ａとは、タブ６によって電気的に接続されている。

タブ６は、裏側バスバー部４ａと表側バスバー部５ａの全長もしくは複数箇所をホットエアーなどの熱溶着により接続して、太陽電池素子１同士を接続配線するものである。タブ６を構成する材質としては、例えば、その表面全体に２０〜７０μｍ程度の半田を被覆した厚さ１００〜５００μｍ程度の銅箔を所定の幅および長さに加工したものを好適に用いることができる。なお、銅箔の表面に対する半田被覆は必須ではなく、設ける場合、銅箔の両面ないし片面のいずれでも構わない。

次に、本発明の太陽電池モジュールにかかるタブ、およびこのタブを取り付ける表側バスバー部の構造について図１、図２を用いて説明する。

図１（ｂ）は、本発明にかかる太陽電池素子の表側バスバー部の部分拡大図であり、図１（ａ）は、図１（ｂ）の太陽電池素子の表側バスバー部に対して本発明にかかるタブを接続した状態を示す。図に付した符号は図３、図４と全く同様であり、Ｐのハッチング部は太陽電池素子の光入射面、すなわち光が入射すると光電変換効果によって光起電力を生ずる部分である。

図１（ｂ）に示すように、本発明にかかる太陽電池素子の表側電極５は、表面から出力を取り出すための表側バスバー部５ａと、これに直交するように設けられた集電用の表側フィンガー部５ｂとから構成されている。この表側バスバー部５ａは、電極の長手方向に分割され、この分割した表側バスバー部５ａ同士を部分的に接続するバスバー間接続部５ｃが設けられている。

そして、図１（ａ）に示すように、図１（ｂ）に示した表側電極５に対して接続される本発明にかかるタブ６は、複数の貫通穴６ａを有しており、このタブ６をこの表側電極５に接続した状態で、これらの貫通穴６ａを通して、この太陽電池素子１の光入射面Ｐが太陽電池モジュールの受光面側から視認可能となるような配置として構成されている。

従来の構成では、分割された表側バスバー部５ａの間の分割溝領域については、光電変換効果を有する光入射面Ｐがあるにも関わらず、タブ６によって光が遮光されて有効に利用されていなかったが、本発明の構成では、タブ６に設けられた貫通穴６ａを通して、外部光が前記分割溝領域に存在する太陽電池素子１の光入射面Ｐに照射されるので、これらの貫通穴６ａがないときと比べて、光の利用効率が高くなる。

なお、本発明の構成にかかるタブ６において、貫通穴６ａの大きさは、特に限定されるものではないが、タブ６の強度および抵抗を適切に維持できる大きさとすればよい。例えば、銅箔製のタブの場合、タブ６の厚みを３００μｍ、幅を２ｍｍとし、表側バスバー部５ａの前記分割溝領域（光入射面）の幅を５００μｍとすれば、貫通穴６ａの直径も５００μｍ程度の大きさとして、この分割した光入射面を視認できるようにすればよい。このように、タブ６の強度および抵抗を適切に維持するためには、銅箔の場合で、２００μｍ以上の厚みとすることが望ましい。

図２に、本発明にかかるタブによって、２枚の太陽電池素子同士を接続した状態を示す上面図を示す。図２に示すように、タブ６の表面に設ける貫通穴６ａは、タブ６を太陽電池素子１に接続したときに、太陽電池素子１の光入射面Ｐが存在する表側の領域のみとすることが望ましい。それ以外の箇所に設けても、変換効率が上昇する効果は原理的にありえず、単にタブ６に起因する直列抵抗値を上げる方向に作用するだけだからである。

また、タブ６は、図１、図２に示すように、表側バスバー部５ａの長手方向に対して、略同一方向となるように接続すれば、多数の接続ポイントによって、確実に接続することができるので望ましい。

さらに、図１（ａ）に設けた分割された表側バスバー部５ａ同士を部分的に接続するバスバー間接続部５ｃを設けておくことが望ましい。その理由としては、分割されたバスバー部の厚みが異なっても、相互に導通していることから、確実に集電され、タブ６をいずれかの表側バスバー部５ａに接続するだけで確実に接続できるからである。また、特にスクリーン印刷を用いた場合、表側バスバー部５ａの電極を厚く形成することができ、電極の接着強度を大きくすることができるという効果もあるが、これについては後述する。

次に、本発明にかかる太陽電池素子である太陽電池素子および、本発明にかかる太陽電池モジュールを形成するプロセスについて、図３を用いて説明する。

（１）素子形成プロセス
最初に半導体基板として、ｐ型シリコン基板を用意する。図３（ａ）中、少なくともｐ型バルク領域２は基板に含まれる。このときｐ型化ドーピング元素としてはＢを用いることが望ましく、濃度は１×１０^１６〜１×１０^１７／ｃｍ^３程度とし、このとき基板の比抵抗値は０．２〜２Ω・ｃｍ程度となる。

基板厚は５００μｍ以下にし、より好ましくは３５０μｍ以下にする。基板としては、キャスト法で鋳造された多結晶シリコンインゴットをスライスして基板にした多結晶シリコン基板を用いる。多結晶シリコン基板は、大量生産が可能であり、製造コスト面で単結晶シリコン基板よりも有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを３００μｍ程度の厚みにスライスして、１０ｃｍ×１０ｃｍまたは１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して基板とする。なおドーピングはドーピング元素単体を適量シリコンインゴット製造時に含ませてもよいし、既にドープ濃度の分かっているＢ含有シリコン塊を適量含ませてもよい。その後、基板のスライスにともなう基板表層部の機械的ダメージ層を除去するために、この基板の表面側および裏面側の表層部をＮａＯＨやＫＯＨあるいは、フッ酸やフッ硝酸などでそれぞれ１０〜２０μｍ程度エッチングし、その後純水などで洗浄する。

次に光入射面となる基板表面側に光反射率低減機能を有する凹凸構造を形成する（不図示）。この凹凸構造の形成にあたっては、上述の基板表層部を除去する際に用いるＮａＯＨなどのアルカリ液による異方性ウェットエッチング法を適用することができるが、シリコン基板がキャスト法などによる多結晶シリコン基板である場合は、基板面内での結晶面方位が結晶粒ごとにランダムにばらつくので、基板全域にわたって光反射率を効果的に低減せしめる良好な凹凸構造を一様に形成することは非常に困難である。この場合は、例えばＲＩＥ（Reactive Ion Etching）法などによるガスエッチングを行えば比較的容易に良好な凹凸構造を基板全域にわたって形成することができる（例えば、特許文献２、特許文献３、特許文献４などを参照）。

次に逆導電型（すなわちｎ型）領域２ａを形成する。ｎ型化ドーピング元素としてはＰ（リン）を用いることが望ましく、ドーピング濃度は１×１０^１８〜５×１０^２１／ｃｍ^３程度とし、シート抵抗が３０〜３００Ω／□程度のｎ^＋型とする。これによって上述のｐ型バルク領域２との間にｐｎ接合が形成される。

製法としてはＰＯＣｌ_３（オキシ塩化リン）を拡散源とした熱拡散法を用いて温度７００〜１０００℃程度で、ｐ型シリコン基板の表層部にドーピング元素を拡散させることによって形成する。このとき拡散層厚は０．２〜０．５μｍ程度とするが、これは拡散温度と拡散時間を調節することで、所望の厚さとすることができる。

通常の拡散法では、目的とする面とは反対側の面にも拡散領域が形成されるが、その部分は後からエッチングして除去すればよい。このとき、この基板の表面側以外の逆導電型領域２ａの除去は、シリコン基板の表面側にレジスト膜を塗布し、フッ酸と硝酸の混合液を用いてエッチング除去した後、レジスト膜を除去することにより行う。また、後述するように、裏面のｐ^＋型領域（ＢＳＦ領域）をアルミニウムペーストによって形成する場合は、ｐ型ドープ剤であるアルミニウムを充分な濃度で充分な深さまで拡散させることができるので、既に拡散してあった浅い領域のｎ型の拡散層である逆導電型領域２ａの影響は無視できるようにすることができ、この裏面側に形成されたｎ型拡散層を特に除去する必要はない。

なお、逆導電型領域２ａの形成方法は熱拡散法に限定されるものではなく、例えば薄膜技術および条件を用いて水素化アモルファスシリコン膜や微結晶シリコン相を含む結晶質シリコン膜などを基板温度４００℃程度以下で形成してもよい。ただし薄膜技術を用いて形成する場合は、以下に述べる各プロセスの温度を考慮して後段プロセス程低いプロセス温度となるようにその形成順序を決めることが必要である。

ここで水素化アモルファスシリコン膜を用いて逆導電型領域２ａを形成する場合はその厚さは５０ｎｍ以下、好ましくは２０ｎｍ以下とし、結晶質シリコン膜を用いて形成する場合はその厚さは５００ｎｍ以下、好ましくは２００ｎｍ以下とする。

なお、逆導電型領域２ａを上記薄膜技術で形成するときは、ｐ型バルク領域２と逆導電型領域２ａとの間にｉ型シリコン領域（不図示）を厚さ２０ｎｍ以下で形成すると特性向上に有効である。

さらに、反射防止膜３を形成する。反射防止膜材料としては、Ｓｉ_３Ｎ_４膜、ＴｉＯ_２膜、ＳｉＯ_２膜、ＭｇＯ膜、ＩＴＯ膜、ＳｎＯ_２膜、ＺｎＯ膜などを用いることができる。厚さは材料によって適宜選択され入射光に対する無反射条件を実現する（材料の屈折率をｎとし、無反射にしたいスペクトル領域の波長をλとすれば、（λ／ｎ）／４＝ｄが反射防止膜の最適膜厚となる）。例えば、一般的に用いられるＳｉ_３Ｎ_４膜（ｎ＝約２）の場合は、無反射目的波長を６００ｎｍとすれば、膜厚を７５ｎｍ程度とすればよい。

製法としては、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法、スパッタ法などを用い、温度４００〜５００℃程度で形成する。なお反射防止膜３は後述する表側電極５を形成するために所定のパターンでパターニングしておく。パターニング法としてはレジストなどマスクに用いたエッチング法（ウェットあるいはドライ）や、反射防止膜形成時にマスクをあらかじめ形成しておき、反射防止膜形成後にこれを除去する方法を用いることができる。また別の方法として、反射防止膜３の上に直接電極材料を塗布し焼き付けることによって、表側電極５と逆導電型領域２ａを接触させるいわゆるファイヤースルー法も一般的であり、この場合はパターニングの必要はない。このＳｉ_３Ｎ_４膜には、形成の際には表面パッシベーション効果、その後の熱処理の際にはバルクパッシベーション効果があり、反射防止の機能と併せて、太陽電池素子の電気特性を向上させる効果がある。

次に、基板の表面に銀ペーストを、裏面にはアルミニウムペーストおよび銀ペーストを塗布して焼成することにより（以後、印刷焼成法と呼ぶ）、表側電極５および裏側電極４を形成する。

まず、裏側集電部４ｂとして、アルミニウム粉末と有機ビヒクルとガラスフリットをアルミニウム１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にしたアルミニウムペーストを、例えばスクリーン印刷法で印刷し、乾燥後に同時に６００〜８５０℃で１〜３０分程度焼成することにより焼き付けられる。このときにシリコン基板中にアルミニウムが拡散して、裏面で発生したキャリアが再結合することを防ぐｐ^＋型領域（ＢＳＦ領域）が同時に形成される。このときｐ^＋型領域のアルミニウムドープ濃度は、１×１０^１８〜５×１０^２１／ｃｍ^３程度とする。

なお、印刷焼成法を用いてこのｐ^＋型領域を形成する場合は、既に述べたように基板表面側の逆導電型領域２ａ形成時に同時に基板裏面側にも形成されているｎ型の領域を除去する必要もなくすことができる。

また、このペースト中の金属成分のうちｐ^＋型領域の形成に使われずこのｐ^＋型領域の上に残存したものはそのまま裏側電極４の一部として使うこともでき、この場合は残存成分を塩酸などで特に除去する必要はない。なお、本明細書では、このｐ^＋型領域の上に残存したアルミニウムを主成分とする裏側集電部４ｂが存在するものとして扱うが、除去した場合は代替電極材料を形成すればよい。この代替電極材料としては、後述する裏側集電部４ｂとなる銀ペーストを使うことが、裏面に到達した長波長光の反射率を高めるために望ましい。

なお、このｐ^＋型領域（裏面側）は、印刷焼成法に代えて、ガス拡散法で形成することも可能である。この場合は、ＢＢｒ_３を拡散源として温度８００〜１１００℃程度で形成する。このとき、既に形成してある逆導電型領域２ａ（表面側）には酸化膜などの拡散バリアをあらかじめ形成しておく。また、このプロセスによって反射防止膜３にダメージが生じる場合は、このプロセスを反射防止膜形成プロセスの前に行うことができる。またドーピング元素濃度は１×１０^１８〜５×１０^２１／ｃｍ^３程度とする。これによってｐ型バルク領域２とこのｐ^＋型領域との間にＬｏｗ−Ｈｉｇｈ接合を形成することができる。

なおまた、ｐ^＋型領域の形成方法は、印刷焼成法やガス拡散法に限定されるものではなく、例えば薄膜技術を用いて水素化アモルファスシリコン膜や微結晶シリコン相を含む結晶質シリコン膜などを基板温度４００℃程度以下で形成してもよい。このとき膜厚は１０〜２００ｎｍ程度とする。このとき、ｐ^＋型領域とｐ型バルク領域２との間にｉ型シリコン領域（不図示）を厚さ２０ｎｍ以下で形成すると特性向上に有効である。ただし薄膜技術を用いて形成する場合は、以下に述べる各プロセスの温度を考慮して後段プロセス程低いプロセス温度となるようにその形成順序を決めることが必要である。

次に、裏側バスバー部４ａ、表側バスバー部５ａ、表側フィンガー部５ｂを形成する。これらは、銀粉末と有機ビヒクルとガラスフリットを銀１００重量部に対してそれぞれ１０〜３０重量部、０．１〜５重量部を添加してペースト状にした銀ペーストを、例えばスクリーン印刷法で印刷、乾燥後に同時に６００〜８００℃で１〜３０分程度焼成することにより印刷面に焼き付けられる。なお、表側電極５は、反射防止膜３の電極に相当する部分をエッチング除去して形成してもよいし、もしくは反射防止膜３の上から、ファイヤースルーという手法によって直接形成してもよい。

表側電極５の材料としては、銀、銅、アルミニウムといった低抵抗金属を少なくとも１種含む材料を用いることが望ましいが、抵抗率の関係から銀が最も好ましい。製法としては、上述のペーストを用いた印刷焼成法以外にも、スパッタ法、蒸着法などの真空製膜法を用いることができる。特にペーストを用いた印刷焼成法では、いわゆるファイヤースルー法によって、反射防止膜をパターニングすることなしに、表側電極５となる金属含ペーストを反射防止膜３上に直接印刷し焼成処理をすることによって表側電極５と逆導電型領域２ａとの間に電気的コンタクトをとることができ、製造コスト低減に非常に有効である。なお、表側電極５の形成は、裏面側のｐ^＋型領域の形成に先立って行われてもよい。

なお、表側電極５とシリコン半導体である逆導電型領域２ａとの接着強度を特に高めるため、ペーストを用いた印刷焼成法ではＴｉＯ_２などの酸化物成分をペースト中にわずかに含ませ、また真空製膜法では表側電極５と逆導電型領域２ａとの界面にＴｉを主成分とした金属層を挿入するとよい。

また、表側電極５をスクリーン印刷によって形成する場合は、図１（ａ）に示したように、表側バスバー部５ａを分割して、これらの間に部分的に接続するバスバー間接続部５ｃを設けることが望ましい。その理由として、スクリーン印刷において、スキージラインがスクリーンの表側バスバー部のパターンを横切るときに、このバスバー間接続部５ｃのパターン乳剤によって、スクリーンが支えられるので、スキージが印圧方向に落ち込むことがない。その結果、表側バスバー部２３ａの電極を厚く形成することができるので、電極の接着強度を大きくすることができる。

なお、裏側集電部４ｂと裏側バスバー部４ａとは重なり合って厚くなると割れが生じやすいので、出力取出用の裏側バスバー部４ａを形成した後、裏側集電部４ｂは、裏側バスバー部４ａをできるだけ覆わないように導通が取れる程度の状態で形成する。なお、この裏側バスバー部４ａと裏側集電部４ｂを形成する順番はこの逆でもよい。また、裏側電極４においては上記構造をとらず、表側電極５と同様の銀を主成分とするバスバー部とフィンガー部で構成された構造としてもよい。

最後に、半田ディップ処理によって表側電極５および裏側電極４上に半田領域を形成する（不図示）。なお、半田材料を用いない半田レス電極とする場合は半田ディップ処理を省略する。

以上によって本発明の太陽電池モジュールにかかるバルク型シリコンの太陽電池素子が実現される。

（２）モジュールプロセス
次に本発明にかかる太陽電池モジュールを形成するプロセスについて、図３（ｂ）を用いて説明する。

透光性パネル７としては、ガラスやポリカーボネート樹脂などが用いられる。ガラスとしては白板ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラスなどが用いられるが、一般的には厚さ３ｍｍ〜５ｍｍ程度の白板強化ガラスが多く使用される。ポリカーボネート樹脂の場合、厚みが５ｍｍ程度のものが多く使用される。

充填材８としては、透光性、耐熱性、電気絶縁性を有する素材が好適に用いられ、酢酸ビニル含有量２０〜４０％のエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）のほか、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）などを主成分とする、厚さ０．４〜１ｍｍ程度のシート状形態のものが用いられる。充填材８は、太陽電池モジュールの作製に当たっては、太陽電池素子の表側と裏側の双方に配されることが多く、これらは減圧下でのラミネート工程において、熱架橋融着して他の部材と一体化する。

裏面保護材９は、水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートやアルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが用いられる。

本発明の構成にかかるタブ６は、既に詳述したとおりであり、例えば、銅箔を主体としその表面に半田がコートされた導電性の材質からなるとともに、複数の貫通穴６ａが形成されている。これを所定の長さに切断し、太陽電池素子１の出力取出電極である表側バスバー部５ａおよび裏側バスバー部４ａに半田付けして用いる。そして図１、２で説明したように、太陽電池モジュールの受光面側から、複数の貫通穴６ａを通して、素子の光入射面が視認可能となるように配置されている。

実際にタブを配線するには、まず、本発明にかかるタブ６の一端を太陽電池素子１の表側電極５の表側バスバー部５ａにホットエアーやホットプレートなどにより半田付けで接着する。続いて、このタブ６の他端をモジュールにしたときに隣接する太陽電池素子の裏側電極４の裏側バスバー部４ａに同様にして半田付け接着する。なお、並列接続の場合は隣接する太陽電池素子の表側バスバー部５ａ同士を接着すればよい。これを繰り返して複数の太陽電池素子を接続した太陽電池素子群を作製する。

出力配線１０は、タブ６によって接続された太陽電池素子１の群からの電気出力を端子ボックス１１のターミナルに伝えるもので、通常厚さ０．１ｍｍ〜０．５ｍｍ程度、幅６ｍｍ程度の銅箔の表面全体に２０〜７０μｍ程度の半田を被覆したものを、所定の長さに切断し、太陽電池素子１の電極に半田付けされている。

ここで、上述のような透光性パネル７、表側の充填材８、複数の太陽電池素子１にタブ６や出力配線１０が接続された太陽電池素子群、裏側の充填材８、裏面保護材９の積層体を接着一体化する。すなわち、各部材の積層体をラミネータと呼ばれる減圧状態で加熱しながら加圧する装置にセットした後、太陽電池モジュールの内部の空気を除去するために５０〜１５０Ｐａ程度に減圧し、１００〜２００℃の温度で１５分〜１時間加熱しながら加圧する。これによって、表側と裏側にそれぞれ配された充填材８が軟化し架橋融着するため、各部材を接着し一体化し、太陽電池モジュールのパネル部を作製することができる。

さらに、上述の方法によって作製された太陽電池モジュールのパネル部の裏面に端子ボックス１１を接着剤により取り付ける。端子ボックス１１は、太陽電池素子からの出力配線１０と外部回路に接続するためのケーブル（不図示）の接続を行うものであり、変性ＰＰＥ樹脂などで紫外線などに対する耐光性を考慮して通常黒色に造られる。また端子ボックス１１の概略の大きさは、出力約１６０Ｗ程度の一般的な太陽電池モジュールでは１００×６０×２０ｍｍ程度のものが多い。

また、通常、太陽電池モジュールのパネル部の各辺部に対してモジュール枠（不図示）が設けられることが多い。モジュール枠は、アルミニウムの押し出し成形で造られることが多く、その表面にはアルマイト処理などが施される。そしてこのモジュール枠を太陽電池のパネル部の外周各辺に嵌め込み、各コーナー部をビスなどにより固定する。このようなモジュール枠を設けることによって、機械的強度や耐候性能を付与し、さらに、太陽電池モジュールを設置する場合などに取り扱いやすくすることができる。

以上によって、本発明の太陽電池モジュールが実現される。

次に、本発明の太陽電池モジュールの別の実施形態について説明する。図５は、図１（ａ）で説明した表側バスバー部５ａの形状と比べて、バスバー間接続部５ｃを用いない例である。点線部は、タブ６によって隠された表側バスバー部５ａの電極の端縁部である。この構成によれば、タブ６に設けた貫通穴６ａの密度を大きくしても、光入射面Ｐを多くとることができるので、変換効率が向上する。

また、図６は、図１（ａ）で説明した表側バスバー部５ａに対して、より広い幅を有するタブ６を接続した場合において、タブ６に設ける貫通穴６ａを表側バスバー部５ａの分割した領域以外にも広げている。点線部は、タブ６によって隠された表側バスバー部５ａの電極の端縁部である。この構成によれば、タブ６の幅を広げることができるので、タブ６による太陽電池素子間の接続抵抗を低くすることができる。

以上のように、本発明の構成にかかる太陽電池モジュールは、高い電極強度特性と、高い変換効率とを両立させたものとなり、極めて有用である。

なお、本発明の太陽電池モジュールは、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることはもちろんである。

例えば、上述の説明では、タブに形成する貫通穴のパターンとして、一列ないし複数列に円形の穴を設けた例によって説明したが、この形状、配置方法に限るものではなく、受光面側からこれらの貫通穴を通して光入射面を視認可能となるように配置されていれば本発明の効果を奏するものであり、どのような形状、配置方法であってもよい。また、貫通穴の大きさについても、目視による観測で貫通穴の内部の光入射面を直接確認できるサイズである必要はなく、照射する光の波長より大きければ、これらの貫通穴を充分通過できるので、本発明の効果を奏する。

また、上述の説明では、裏側電極４に接続配設されるタブとしては、隣接する太陽電池素子の表側電極５に接続配設されたタブを延長したもので構成した例について述べたが、構成はこれに限るものではなく、裏側電極４にはさらにタブを多段積層したり、あるいは複数本平行配設したりして裏側電極４の側の配線抵抗を低減することができる。

さらに、上述の説明に用いた図では、出力取出電極として表側バスバー部５ａ、裏側バスバー部４ａが、直線状の形状を有する場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、曲線状あるいは、ジグザグ状、さらにはこれらの組合せなどからなる不規則形状であっても構わない。このように不規則形状の出力取出電極を有する場合、この出力取出電極の主要部を覆い得るように、本発明にかかるタブを配置して接続すればよい。

そして、上述では、表側バスバー部５ａに対して、直線状を有する複数の表側フィンガー部５ｂの一端部が接続した例によって説明したが、表側フィンガー部５ｂの両端部が表側バスバー部５ａに対して接続され、表側フィンガー部５ｂが光入射面上において閉じた形状となっていても構わない。

また、太陽電池素子の表側と裏側に正負の出力取出電極が設けられた太陽電池素子を直列に接続した例によって説明したが、これに限るものではなく、例えば、太陽電池素子の表側に正負の出力取出電極を設け、これらの表側の出力取出電極同士を本発明にかかるタブによって直列に接続するようにしても構わない。

そして、上述の説明では、太陽電池素子を直列接続した例について述べたが、並列接続を行う場合でも本発明は適用可能である。

さらに、上述の説明では、タブとして銅箔に半田コートが施されたものを用いた場合について述べたが、タブとしてはこれに限るものではなく、その他の導電性材料あるいは構造を有したものであってもよい。

また、上述の説明では、結晶シリコン太陽電池を用いた結晶系シリコン太陽電池モジュールを例にとって説明したが、本発明の適用はこれに限る必要はなく、非晶質シリコンや微結晶シリコンあるいはナノ結晶シリコン系材料を太陽電池材料に用いたシリコン系太陽電池モジュール一般に適用可能である。さらにシリコン系に限る必要もなく、化合物系や有機系材料など半導体材料一般を太陽電池材料に用いた太陽電池モジュール一般に適用可能である。

以下、上述の実施形態に沿って作製した結晶シリコン系の太陽電池モジュールを用いて本発明を実施した結果について述べる。

光電変換素子として用いた太陽電池素子は、キャスト法で製造された１５０ｍｍ×１５５ｍｍサイズの多結晶シリコン基板を、上述の図３を用いて説明した方法により素子化したものを用いた。表側バスバー部５ａとしては、太陽電池素子１の表面にバスバー電極を２本設けた構造とし、表側バスバー部５ａは２分割した分割バスバーとした。ここでバスバー部の長さは１４７．６ｍｍ、分割バスバー部一本あたりの線幅は１ｍｍ、分割溝幅は０．５ｍｍ、この分割溝幅を含めたトータルバスバー幅は２．５ｍｍである。

次に、この表側バスバー部５ａに接続する本発明にかかるタブ６としては幅２ｍｍの銅箔材料（銅箔部厚さ３５０μｍ）に厚さ３０μｍ程度の半田層を両面コートした構造を有し、このタブ６の中心線にそって複数の貫通穴６ａが形成された図１に示したものを用いた。ここで貫通穴の形状としては、直径０．５ｍｍの貫通穴がピッチ間隔１．０ｍｍで配設されたもの（貫通穴ピッチ間隔Ａ）と、幅０．５ｍｍ長さ２ｍｍの貫通穴がピッチ間隔２．５ｍｍで形成されたもの（貫通穴ピッチ間隔Ｂ）の２種類を検討した。従来技術としての比較用には、このタブと外形寸法は同一であるが、貫通穴が開けられていないものを用いた。

さらに、タブ６の貫通穴６ａの配置についても、図２に示したように、タブ６を太陽電池素子１に接続したときに、太陽電池素子１の光入射面Ｐが存在する表側の領域のみに貫通穴を有するパターン（貫通穴配設パターンＢ）を用意し、その効果を確認した（貫通穴をタブ全域に配設した全段落までに述べた貫通穴パターンを貫通穴配設パターンＡとする）。

以上のような各条件を組み合わせた構成により、図３を用いて説明した方法により、太陽電池素子１を縦６枚・横６枚で配列し、各太陽電池素子を直列接続配線した太陽電池モジュールを作製した（３６直列構造）。

表１に、従来技術による太陽電池モジュールと本発明を適用した太陽電池モジュールの特性を示す。

表中、従来構造と実験構造１ａおよび１ｂの特性比較から、貫通穴を有したタブを用いた実験構造１ａおよび１ｂの方が、従来構造よりも高い効率が得られることが確かめられた。すなわち本発明の有効性が確認された。

次に、表中、実験構造２ａおよび２ｂ（本発明構造）は、実験構造１ａおよび１ｂに対して、タブの貫通穴を表集電極が形成されている素子表面受光領域にかかる部分にのみ形成し、その他の領域、すなわち、素子間の間隙配線部、および裏電極部では形成されないようにした場合のものである。表より、貫通穴形成を受光領域部だけに限定したことによって、その他の部分での金属配線の線抵抗の増大が回避されたためにＦＦ特性が向上し、効率はさらに向上することが確認された。

（ａ）は、（ｂ）に示す太陽電池素子の表側電極に対して本発明にかかるタブを接続した状態を示す部分拡大図であり、（ｂ）は、本発明にかかる太陽電池素子の表側電極の部分拡大図を示す。 本発明にかかるタブによって、２枚の太陽電池素子同士を接続した状態を示す上面図である。 本発明の太陽電池モジュールの断面構造を示す図であり、（ａ）は本発明の太陽電池モジュールにかかる光電変換素子（太陽電池素子）の断面構造、（ｂ）は太陽電池モジュールの断面構造を示す概略図、（ｃ）は太陽電池素子同士を接続した箇所を示す部分拡大断面図である。 電極形状の一例を示す図であり、（ａ）は受光面側（表面）、（ｂ）は非受光面側（裏面）である。 本発明の太陽電池モジュールにかかる太陽電池素子の表側電極に対して本発明にかかるタブを接続した状態の別の実施形態である。 本発明の太陽電池モジュールにかかる太陽電池素子の表側電極に対して本発明にかかるタブを接続した状態の別の実施形態である。 従来の太陽電池素子同士を直列接続したときの断面模式図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ従来の一般的な太陽電池素子の表側電極、裏側電極の平面図である。 従来の太陽電池素子の表側電極の平面図である。

符号の説明

１：太陽電池素子（光電変換素子）
２：ｐ型バルク領域
２ａ：逆導電型領域
３：反射防止膜
４：裏側電極
４ａ：裏側バスバー部（出力取出電極）
４ｂ：裏側集電部
５：表側電極
５ａ：表側バスバー部（出力取出電極）
５ｂ：表側フィンガー部
５ｃ：バスバー間接続部
６：タブ
６ａ：貫通穴
７：透光性パネル
８：充填材
９：裏面保護材
１０：出力配線
１１：端子ボックス
２１：太陽電池素子
２２：半導体基板
２３：表側電極
２３ａ：表側バスバー部
２３ｂ：表側フィンガー部
２３ｃ：バスバー間接続部
２４：裏側電極
２４ａ：裏側バスバー部
２４ｂ：裏側集電部
２５：金属配線
Ｐ：光入射面

Claims (3)

1. 受光面を有する太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池モジュールの内部に配列された、光入射面を有する複数の光電変換素子であって、この光入射面に光が入射すると光電変換効果によって光起電力を生ずるとともに、前記光入射面の側に設けられた表側バスバー部と該光入射面の裏面側に設けられた裏側バスバー部とを備えた、複数の光電変換素子と、
   一の光電変換素子の前記表側バスバー部と他の光電変換素子の前記裏側バスバー部とを電気的に接続する導電性の材質からなるタブと、を具備し、
   前記表側バスバー部は、その長手方向に対して間隙を介して複数に分割されており、
   前記タブは、前記表側バスバー部と対向する領域にのみ複数の貫通穴を有するとともに、前記太陽電池モジュールの前記受光面側から、これらの貫通穴を通して前記間隙部より前記光電変換素子の前記光入射面を視認可能となるように配置された太陽電池モジュール。
2. 前記表側バスバー電極に、少なくとも一端部が接続されたフィンガー部をさらに備え、
   前記タブは、前記表側バスバー部の長手方向に対して、略同一方向となるように接続された請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記分割された表側バスバー部同士を部分的に接続するバスバー間接続部を設けた請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。

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