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1. WO2021020465 - METHOD FOR MANUFACTURING SOLAR CELL, SOLAR CELL, SOLAR CELL DEVICE, AND SOLAR CELL MODULE

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明 細 書

発明の名称 太陽電池セルの製造方法、太陽電池セル、太陽電池デバイスおよび太陽電池モジュール

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003  

先行技術文献

特許文献

0004  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0005  

課題を解決するための手段

0006   0007   0008   0009  

発明の効果

0010  

図面の簡単な説明

0011  

発明を実施するための形態

0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080  

符号の説明

0081  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14  

図面

1   2   3   4   5A   5B   5C  

明 細 書

発明の名称 : 太陽電池セルの製造方法、太陽電池セル、太陽電池デバイスおよび太陽電池モジュール

技術分野

[0001]
 本発明は、太陽電池セルの製造方法、太陽電池セルおよびそれを備える太陽電池デバイス、並びにその太陽電池デバイスを備える太陽電池モジュールに関する。

背景技術

[0002]
 特許文献1~3には、バックコンタクト型の太陽電池セルにおける2つの極性の電極と配線部材との接続に関する技術が開示されている。特許文献1および2には、バックコンタクト型の太陽電池において、
・第1電極および第2電極に交差する第1配線および第2配線を有し、
・第1配線は、第1電極と交差する点で第1電極と接続され、第2電極と交差する点で絶縁層によって第2電極と絶縁され、
・第2配線は、第2電極と交差する点で第2電極と接続され、第1電極と交差する点で絶縁層によって第1電極と絶縁される、
ことが記載されている。
[0003]
 また、特許文献3には、バックコンタクト型の太陽電池セルにおいて、
・p電極およびn電極に交差するp電極用配線およびn電極用配線を有し、
・裏面に絶縁樹脂が形成され、
・p電極用配線は、p電極と交差する点で絶縁樹脂の孔部の導電部材によってp電極と接続され、n電極と交差する点で絶縁樹脂によってn電極と絶縁され、
・n電極用配線は、n電極と交差する点で絶縁樹脂の孔部の導電部材によってn電極と接続され、p電極と交差する点で絶縁樹脂によってp電極と絶縁される、
ことが記載されている。

先行技術文献

特許文献

[0004]
特許文献1 : 特開2018-133567号公報
特許文献2 : 特開2015-159286号公報
特許文献3 : 特開2014-127550号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0005]
 本願発明者(ら)は、このような太陽電池セルの製造プロセルの低コスト化を図る。
 本発明は、低コスト化が可能な太陽電池セルの製造方法、太陽電池セルおよびそれを備える太陽電池デバイス、並びにその太陽電池デバイスを備える太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0006]
 本発明に係る太陽電池セルの製造方法は、半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側の一部に順に積層された第1導電型半導体層、第1透明電極層および第1金属電極層と、前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部に順に積層された第2導電型半導体層、第2透明電極層および第2金属電極層を備えるバックコンタクト型の太陽電池セルの製造方法であって、前記半導体基板の前記一方主面側における前記第1導電型半導体層および前記第2導電型半導体層の上に、一連の透明電極層の材料膜を形成する透明電極層材料膜形成工程と、前記透明電極層の材料膜の上に、互いに離間する前記第1金属電極層および前記第2金属電極層を形成する金属電極層形成工程と、前記第1金属電極層を第1非絶縁領域を除いて全体的に覆う第1絶縁層および前記第2金属電極層を第2非絶縁領域を除いて全体的に覆う第2絶縁層であって、互いに離間する前記第1絶縁層および前記第2絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層をマスクとするエッチング法を用いて前記透明電極層の材料膜の露出部分を除去することにより、パターン化された前記第1透明電極層および前記第2透明電極層を形成し、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層を除去せずに残す透明電極層形成工程と、を含み、前記絶縁層形成工程では、前記第1絶縁層において、前記第1金属電極層を露出させる前記第1非絶縁領域であって、前記半導体基板の前記一方主面に沿う第1方向に延びる第1直線上に配置される前記第1非絶縁領域を形成し、前記第2絶縁層において、前記第2金属電極層を露出させる前記第2非絶縁領域であって、前記第1方向に延びる前記第1直線と異なる第2直線上に配置される前記第2非絶縁領域を形成する。
[0007]
 本発明に係る太陽電池セルは、半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側の一部に順に積層された第1導電型半導体層、第1透明電極層および第1金属電極層と、前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部に順に積層された第2導電型半導体層、第2透明電極層および第2金属電極層を備えるバックコンタクト型の太陽電池セルであって、前記第1金属電極層を第1非絶縁領域を除いて全体的に覆う第1絶縁層と、前記第2金属電極層を第2非絶縁領域を除いて全体的に覆う第2絶縁層と、を備え、前記第1金属電極層と前記第2金属電極層との間の領域であって、前記第1透明電極層と前記第2透明電極層との間の前記領域は、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層で覆われておらず、前記第1非絶縁領域は、前記第1絶縁層で覆われておらず、前記第1金属電極層を露出し、前記半導体基板の前記一方主面に沿う第1方向に延びる第1直線上に配置されており、前記第2非絶縁領域は、前記第2絶縁層で覆われておらず、前記第2金属電極層を露出し、前記第1方向に延びる前記第1直線と異なる第2直線上に配置されている。
[0008]
 本発明に係る太陽電池デバイスは、上記の複数の太陽電池セルと、複数の太陽電池セルのうち隣り合う太陽電池セルを電気的に接続する上記の第1配線部材および第2配線部材と、を備える。
[0009]
 本発明に係る太陽電池モジュールは、上記の1または複数の太陽電池デバイスを備える。

発明の効果

[0010]
 本発明によれば、低コスト化が可能な太陽電池セルの製造方法、太陽電池セルおよびそれを備える太陽電池デバイス、並びにその太陽電池デバイスを備える太陽電池モジュールを提供することができる。

図面の簡単な説明

[0011]
[図1] 本実施形態に係る太陽電池デバイスを備える太陽電池モジュールを裏面側からみた図である。
[図2] 図1に示す太陽電池モジュールのII-II線断面図である。
[図3] 図1および図2に示す太陽電池デバイスにおける太陽電池セルを裏面側からみた図である。
[図4] 図3に示す太陽電池セルのIV-IV線断面図である。
[図5A] 本実施形態に係る太陽電池セルの製造方法における半導体層形成工程を示す図である。
[図5B] 本実施形態に係る太陽電池セルの製造方法における透明電極層材料膜形成工程、金属電極層形成工程および絶縁層形成工程を示す図である。
[図5C] 本実施形態に係る太陽電池セルの製造方法における透明電極層形成工程を示す図である。

発明を実施するための形態

[0012]
 以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。
[0013]
(太陽電池モジュール)
 図1は、本実施形態に係る太陽電池デバイスを備える太陽電池モジュールを裏面側からみた図であり、図2は、図1に示す太陽電池モジュールのII-II線断面図である。図1では、後述する受光側保護部材3、裏側保護部材4および封止材5が省略されている。また、図1および図2、並びに後述する図面には、XY直交座標系が示されている。XY平面は太陽電池モジュールの受光面および裏面に沿う面である。
[0014]
 図1および図2に示すように、太陽電池モジュール100は、複数のバックコンタクト型(裏面接合型:裏面電極型とも称される)の太陽電池セル2をシングリング方式を用いて電気的に接続する太陽電池デバイス(太陽電池ストリングとも称される)1を含む。
[0015]
 太陽電池デバイス1は、受光側保護部材3と裏側保護部材4とによって挟み込まれている。受光側保護部材3と裏側保護部材4との間には、液体状または固体状の封止材5が充填されており、これにより、太陽電池デバイス1は封止される。
[0016]
 封止材5は、太陽電池デバイス1、すなわち太陽電池セル2を封止して保護するもので、太陽電池セル2の受光側の面と受光側保護部材3との間、および、太陽電池セル2の裏側の面と裏側保護部材4との間に介在する。封止材5の形状としては、特に限定されるものではなく、例えばシート状が挙げられる。シート状であれば、面状の太陽電池セル2の表面および裏面を被覆しやすいためである。
[0017]
 封止材5の材料としては、特に限定されるものではないが、光を透過する特性(透光性)を有すると好ましい。また、封止材5の材料は、太陽電池セル2と受光側保護部材3と裏側保護部材4とを接着させる接着性を有すると好ましい。このような材料としては、例えば、エチレン/酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン/α-オレフィン共重合体、エチレン/酢酸ビニル/トリアリルイソシアヌレート(EVAT)、ポリビニルブチラート(PVB)、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、または、シリコーン樹脂等の透光性樹脂が挙げられる。
[0018]
 受光側保護部材3は、封止材5を介して、太陽電池デバイス1、すなわち太陽電池セル2の表面(受光面)を覆って、その太陽電池セル2を保護する。受光側保護部材3の形状としては、特に限定されるものではないが、面状の受光面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。
[0019]
 受光側保護部材3の材料としては、特に限定されるものではないが、封止材5同様に、透光性を有しつつも紫外光に耐性の有る材料が好ましく、例えば、ガラス、または、アクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂が挙げられる。また、受光側保護部材3の表面は、凹凸状に加工されていても構わないし、反射防止コーティング層で被覆されていても構わない。これらのようになっていると、受光側保護部材3は、受けた光を反射させ難くして、より多くの光を太陽電池デバイス1に導けるためである。
[0020]
 裏側保護部材4は、封止材5を介して、太陽電池デバイス1、すなわち太陽電池セル2の裏面を覆って、その太陽電池セル2を保護する。裏側保護部材4の形状としては、特に限定されるものではないが、受光側保護部材3同様に、面状の裏面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。
[0021]
 裏側保護部材4の材料としては、特に限定されるものではないが、水等の浸入を防止する(遮水性の高い)材料が好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、オレフィン系樹脂、含フッ素樹脂、若しくは含シリコーン樹脂等の樹脂フィルム、またはガラス、ポリカーボネート、アクリル等の透光性を有する板状の樹脂部材と、アルミニウム箔等の金属箔との積層体が挙げられる。
[0022]
(太陽電池デバイス)
 太陽電池デバイス1では、太陽電池セル2の端部の一部が重なり合うことにより、太陽電池セル2が直列に接続される。具体的には、隣り合う太陽電池セル2,2のうちの一方の太陽電池セル2のX方向における一方端側(図2において左端側)の受光面側の一部は、他方の太陽電池セル2のX方向における他方端側(図2において右端側)の裏面側の一部の下に重なる。
[0023]
 このように、瓦を屋根に葺いたように、複数の太陽電池セル2が一様にある方向にそろって傾く堆積構造となることから、このようにして太陽電池セル2を電気的に接続する方式を、シングリング方式と称する。また、ひも状につながった複数の太陽電池セル2を、太陽電池ストリング(太陽電池デバイス)と称する。以下では、隣り合う太陽電池セル2,2が重なり合う領域を、重ね合わせ領域Roという。
[0024]
 第1配線部材51および第2配線部材52は、隣り合う太陽電池セル2,2間に架け渡るように配置され、隣り合う太陽電池セル2,2同士を電気的に接続する。第1配線部材51および第2配線部材52の詳細は後述する。以下、太陽電池デバイス1における太陽電池セル2について説明する。
[0025]
(太陽電池セル)
 図3は、図1および図2に示す太陽電池デバイス1における太陽電池セル2を裏面側からみた図である。図3に示す太陽電池セル2は、2つの主面を備える半導体基板11を備え、半導体基板11の主面において第1領域7と第2領域8とを有する。以下では、半導体基板11の主面のうちの受光する側の主面を受光面とし、半導体基板11の主面のうちの受光面の反対側の主面(一方主面)を裏面とする。
[0026]
 第1領域7は、帯状の形状をなし、Y方向(第2方向)に延在する。同様に、第2領域8は、帯状の形状をなし、Y方向に延在する。第1領域7と第2領域8とは、Y方向に交差するX方向(第1方向)に交互に設けられている。
[0027]
 図4は、図3に示す太陽電池セル2のIV-IV線断面図である。図4に示すように、太陽電池セル2は、半導体基板11の受光面側に順に積層されたパッシベーション層13および反射防止層15を備える。また、太陽電池セル2は、半導体基板11の裏面側の一部(第1領域7)に順に積層されたパッシベーション層23、第1導電型半導体層25、第1電極層27(後述する第1透明電極層28および第1金属電極層29)および第1絶縁層41を備える。また、太陽電池セル2は、半導体基板11の裏面側の他の一部(第2領域8)に順に積層されたパッシベーション層33、第2導電型半導体層35、第2電極層37(後述する第2透明電極層38および第2金属電極層39)および第2絶縁層42を備える。
[0028]
 半導体基板11は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成される。半導体基板11は、例えば結晶シリコン材料にn型ドーパントがドープされたn型の半導体基板である。n型ドーパントとしては、例えばリン(P)が挙げられる。半導体基板11は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア(電子および正孔)を生成する光電変換基板として機能する。
[0029]
 半導体基板11の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力(照度によらず安定した出力)が得られる。
[0030]
 パッシベーション層13は、半導体基板11の受光面側に形成されている。パッシベーション層23は、半導体基板11の裏面側の第1領域7に形成されている。パッシベーション層33は、半導体基板11の裏面側の第2領域8に形成されている。パッシベーション層13,23,33は、例えば真性(i型)アモルファスシリコン材料で形成される。パッシベーション層13,23,33は、半導体基板11で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。
[0031]
 反射防止層15は、半導体基板11の受光面側の真性半導体層13上に形成されている。反射防止層15は、入射光の反射を防止する反射防止層として機能するとともに、半導体基板11の受光面側および真性半導体層13を保護する保護層として機能する。反射防止層15は、例えば酸化珪素(SiO)、窒化珪素(SiN)、または酸窒化珪素(SiON)のようなそれらの複合物等の絶縁体材料で形成される。
[0032]
 第1導電型半導体層25は、パッシベーション層23上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第1領域7に形成されている。一方、第2導電型半導体層35は、パッシベーション層33上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第2領域8に形成されている。すなわち、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35は、帯状の形状をなし、Y方向に延在する。第1導電型半導体層25と第2導電型半導体層35とは、X方向に交互に設けられている。なお、重ね合わせ領域Roでは、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35は、各々連続するパターンを成すように形成されればよい。
[0033]
 第1導電型半導体層25は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。第1導電型半導体層25は、例えばアモルファスシリコン材料にp型ドーパントがドープされたp型の半導体層である。p型ドーパントとしては、例えばホウ素(B)が挙げられる。
[0034]
 第2導電型半導体層35は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。第2導電型半導体層35は、例えばアモルファスシリコン材料にn型ドーパント(例えば、上述したリン(P))がドープされたn型半導体層である。
[0035]
 なお、第1導電型半導体層25がn型半導体層であり、第2導電型半導体層35がp型半導体層であってもよい。また、半導体基板11は、結晶シリコン材料にp型ドーパント(例えば、上述したホウ素(B))がドープされたp型半導体基板であってもよい。
[0036]
 第1電極層27は、第1導電型半導体層25上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第1領域7に形成されている。第1電極層27は、第1導電型半導体層25上に順に積層された第1透明電極層28と第1金属電極層29とを有する。第2電極層37は、第2導電型半導体層35上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第2領域8に形成されている。第2電極層37は、第2導電型半導体層35上に順に積層された第2透明電極層38と第1金属電極層39とを有する。すなわち、第1金属電極層29および第2金属電極層39は、帯状の形状をなし、Y方向に延在する。第1金属電極層29と第2金属電極層39とは、X方向に交互に設けられている。なお、重ね合わせ領域Roでは、第1金属電極層29および第2金属電極層39は、各々連続するパターンを成すように形成されればよい。
[0037]
 第1透明電極層28および第2透明電極層38は、透明な導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、ITO(Indium Tin Oxide:酸化インジウムおよび酸化スズの複合酸化物)、ZnO(Zinc Oxide:酸化亜鉛)等が挙げられる。
[0038]
 第1金属電極層29および第2金属電極層39は、金属材料で形成される。金属材料としては、例えば、Cu、Ag、Alおよびこれらの合金等が用いられる。第1金属電極層29および第2金属電極層39は、例えば、銀等の金属粉末を含有する導電性ペースト材料で形成されてもよい。
[0039]
 第1絶縁層41は、第1金属電極層29上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第1領域7に形成されている。第2絶縁層42は、第2金属電極層39上に、すなわち半導体基板11の裏面側の第2領域8に形成されている。すなわち、第1絶縁層41および第2絶縁層42は、図3に示すように、帯状の形状をなし、Y方向に延在する。第1絶縁層41と第2絶縁層42とは、X方向に交互に設けられている。なお、重ね合わせ領域Roでは、第1絶縁層41および第2絶縁層42は、各々連続するパターンを成すように形成されればよい。
[0040]
 第1絶縁層41は、第1非絶縁領域41aを除いて、第1金属電極層29を全体的に覆う。同様に、第2絶縁層42は、第2非絶縁領域42aを除いて、第2金属電極層39を全体的に覆う。
[0041]
 第1非絶縁領域41aは、第1絶縁層41で覆われておらず、第1金属電極層29を露出する開孔で構成される。第1非絶縁領域41aは、X方向(第1方向)に延在する第1直線X1上に配置されている。同様に、第2非絶縁領域42aは、第2絶縁層42で覆われておらず、第2金属電極層39を露出する開孔で構成される。第2非絶縁領域42aは、X方向(第1方向)に延在する第1直線X1と異なる第2直線X2上に配置されている。第1直線X1および第2直線X2は、第1金属電極層29および第2金属電極層39と交差し、Y方向(第2方向)に交互に並んでいる。
[0042]
 第1非絶縁領域41aの全部または一部におけるY方向(第2方向)の幅は、第1配線部材51の幅よりも大きい。同様に、第2非絶縁領域42aの全部または一部におけるY方向(第2方向)の幅は、第2配線部材52の幅よりも大きい。例えば、第1非絶縁領域41aおよび第2非絶縁領域42aの幅は、1mm以上50mm以下である。これによれば、配線部材接続時のアライメントのクリアランスを確保することができる。
[0043]
 第1絶縁層41および第2絶縁層42の材料としては、特に限定しないが、アクリル、塩化ビニル、ポリウレタン、ポリエステル、ナイロン、フェノール、エポキシ等の樹脂の他、無機顔料、有機顔料、セラミック、金属酸化物、ガラス等が挙げられる。
第1絶縁層41および第2絶縁層42は樹脂材料を含んでいてもよい。これによれば、温度変化によりシングリング構造における太陽電池セル端部にかかるストレスを緩和することができる。
[0044]
 図3に示すように、第1電極層27と第2電極層37とは、第1領域7と第2領域8との境界において分離している。すなわち、第1透明電極層28と第2透明電極層38とは離間しており、第1金属電極層29と第2金属電極層39とは離間している。また、第1絶縁層41と第2絶縁層42とは分離している。
[0045]
 第1金属電極層29と第2金属電極層39との間の領域であって、第1透明電極層28と第2透明電極層38との間の領域は、第1絶縁層41および第2絶縁層42で覆われていない。
[0046]
 第1金属電極層29では、第1透明電極層28と接する主面と反対側の主面、および側面が第1絶縁層41で覆われている。同様に、第2金属電極層39では、第2透明電極層38と接する主面と反対側の主面、および側面が第2絶縁層42で覆われている。
[0047]
 一方、第1透明電極層28の側面は第1絶縁層41で覆われていない。同様に、第2透明電極層38の側面は第2絶縁層42で覆われていない。
[0048]
 図3に示すように、第1配線部材51は、第1直線X1に沿ってX方向(第1方向)に延在する。同様に、第2配線部材52は、第2直線X2に沿ってX方向(第1方向)に延在する。すなわち、第1配線部材51および第2配線部材52は、第1金属電極層29および第2金属電極層39と交差し、Y方向(第2方向)に交互に並んでいる。
[0049]
 第1配線部材51は、第1絶縁層41の第1非絶縁領域41aにおいて第1金属電極層29に電気的に接続され、第2絶縁層42によって第2金属電極層39に電気的に接続されない。同様に、第2配線部材52は、第2絶縁層42の第2非絶縁領域42aにおいて第2金属電極層39に電気的に接続され、第1絶縁層41によって第1金属電極層29に電気的に接続されない。
[0050]
 第1配線部材51と第2配線部材52とのY方向の中心間隔(ピッチ)は、第1金属電極層29と第2金属電極層39とのX方向の中心間隔(ピッチ)よりも大きい。例えば、第1配線部材51と第2配線部材52との中心間隔(ピッチ)は、5mm以上50mm以下である。これによれば、金属電極層を流れる電流経路を短くすることができ、電極抵抗に起因する出力ロスを低減することができ、太陽電池セルの発電効率を向上することができる。
[0051]
 第1配線部材51および第2配線部材52としては、低融点金属またははんだを被覆した銅芯材からなるリボン線、低融点金属粒子または金属微粒子を内包した熱硬化性樹脂フィルムで形成された導電性フィルム、或いは複数本の導電性の素線を編んだ編物または織った織物により形成された部材(例えば、特開2016-219799号公報または特開2014-3161号公報参照)等が用いられる。
[0052]
 編み線としては、幅0.2mm以上5mm以下、厚さ5μm以上1mm以下の編み線が挙げられる。このように、太陽電池セルにおける電極間接続の配線部材として、伸縮性を有する編み線を用いると、製造時等の温度変化により電極にかかるストレスを緩和することができる。また、太陽電池セル間の配線部材として、伸縮性を有する編み線を用いると、シングリング構造における太陽電池セル端部にかかるストレスを緩和することができる。
[0053]
 なお、編み線は、半田でコートされていてもよい。このように、編み線を低温溶融半田でメッキ(コート)すると、編み線の一部を多点同時半田接続可能とし、導電性ペーストの塗布などのプロセスを省略することができる。
[0054]
 半田としては、太陽電池セルの各層のラミネート温度よりも高い融点を有する半田、例えばSn-Bi半田が用いられてもよい。半田の融点が太陽電池セルの各層のラミネート温度よりも高いと、編み線全体の半田が不要に溶融しないようにすることができる。
[0055]
(太陽電池セルの製造方法)
 次に、図5A~図5Cを参照して、本実施形態に係る太陽電池セルの製造方法について説明する。図5Aは、本実施形態に係る太陽電池セルの製造方法における半導体層形成工程を示す図であり、図5Bは、本実施形態に係る太陽電池セルの製造方法における透明電極層材料膜形成工程、金属電極層形成工程および絶縁層形成工程を示す図である。図5Cは、本実施形態に係る太陽電池セルの製造方法における透明電極層形成工程を示す図である。図5A~図5Cでは、半導体基板11の裏面側を示し、半導体基板11の表面側を省略する。
[0056]
 まず、図5Aに示すように、半導体基板11の裏面側の一部に、具体的には第1領域7に、パッシベーション層23および第1導電型半導体層25を形成する(半導体層形成工程)。例えば、CVD法またはPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全てにパッシベーション層材料膜および第1導電型半導体層材料膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いて生成するレジストまたはメタルマスクを利用したエッチング法を用いて、パッシベーション層23および第1導電型半導体層25をパターニングしてもよい。
[0057]
 なお、p型半導体層材料膜に対するエッチング溶液としては、例えばオゾンを含有するフッ酸、または硝酸とフッ酸の混合液のような酸性溶液が挙げられ、n型半導体層材料膜に対するエッチング溶液としては、例えば水酸化カリウム水溶液のようなアルカリ性溶液が挙げられる。
[0058]
 または、CVD法またはPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側にパッシベーション層および第1導電型半導体層を積層する際に、マスクを用いて、パッシベーション層23およびp型半導体層25の製膜およびパターニングを同時に行ってもよい。
[0059]
 次に、半導体基板11の裏面側の他の一部に、具体的には第2領域8に、パッシベーション層33および第2導電型半導体層35を形成する(半導体層形成工程)。例えば、上述同様に、CVD法またはPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側の全てにパッシベーション層材料膜および第2導電型半導体層材料膜を製膜した後、フォトリソグラフィ技術を用いて生成するレジストまたはメタルマスクを利用したエッチング法を用いて、パッシベーション層33および第2導電型半導体層35をパターニングしてもよい。
[0060]
 または、CVD法またはPVD法を用いて、半導体基板11の裏面側にパッシベーション層および第2導電型半導体層を積層する際に、マスクを用いて、パッシベーション層33および第2導電型半導体層35の製膜およびパターニングを同時に行ってもよい。
[0061]
 なお、この半導体層形成工程において、半導体基板11の受光面側の全面に、パッシベーション層13を形成してもよい(図示省略)。
[0062]
 次に、図5Bに示すように、第1導電型半導体層25および第2導電型半導体層35上にこれらに跨って一連の透明電極層材料膜28Zを形成する(透明電極層材料膜形成工程)。透明電極層材料膜28Zの形成方法としては、例えばCVD法またはPVD法等が用いられる。
[0063]
 次に、透明電極層材料膜28Zを介して第1導電型半導体層25上に、Y方向に延在するように帯状の第1金属電極層29を形成し、透明電極層材料膜28Zを介して第2導電型半導体層35上に、Y方向に延在するように帯状の第2金属電極層39を形成する(金属電極層形成工程)。なお、第1金属電極層29と第2金属電極層39とは、互いに離間するように形成される。第1金属電極層29および第2金属電極層39の形成方法としては、PVD法、スクリーン印刷法、インクジェット法、グラビアコーティング法、またはディスペンサー法等が挙げられる。
[0064]
 次に、第1金属電極層29を第1非絶縁領域41aを除いて全体的に覆うように第1絶縁層41を形成するとともに、第2金属電極層39を第2非絶縁領域42aを除いて全体的に覆うように第2絶縁層42を形成する(絶縁層形成工程)。なお、第1絶縁層41と第2絶縁層42とは、互いに離間するように形成される。また、図3に示すように、第1絶縁層41において、第1非絶縁領域41aは、第1金属電極層29を露出させるように、かつ、X方向に延在する第1直線X1上に配置されるように形成される。また、第2絶縁層42において、第2非絶縁領域42aは、第2金属電極層39を露出させるように、かつ、X方向に延在する第1直線X1と異なる第2直線X2上に配置されるように形成される。
[0065]
 第1絶縁層41および第2絶縁層42の形成方法としては、PVD法、CVD法、スクリーン印刷法、インクジェット法、グラビアコーティング法、またはディスペンサー法等が挙げられる。
[0066]
 次に、図5Cに示すように、第1絶縁層41および第2絶縁層42(第1非絶縁領域41aおよび第2非絶縁領域42aにおいては第1金属電極層29および第2金属電極層39)をマスクとするエッチング法を用いて、透明電極層材料膜28Zをパターニングすることにより、互いに分離された第1透明電極層28および第2透明電極層38を形成する(透明電極層形成工程)。このとき、第1絶縁層41および第2絶縁層42を除去せずに残す。
[0067]
 透明電極層材料膜28Zのエッチング溶液としては、第1非絶縁領域41aに露出する第1金属電極層29および第2非絶縁領域42aに露出する第2金属電極層39をエッチングしない溶液であり、塩酸(HCl)等の酸性溶液が挙げられる。
[0068]
 その後、半導体基板11の受光面側の全面に、反射防止層15を形成する(図示省略)。以上の工程により、図3および図4に示す本実施形態のバックコンタクト型の太陽電池セル2が得られる。
[0069]
 また、図1および図2に示すように、太陽電池セル2の端部の一部が重なり合うように、シングリング方式を用いて複数の太陽電池セル2を接続することにより、本実施形態の太陽電池デバイス1および太陽電池モジュール100が得られる。
[0070]
 以上説明したように、本実施形態の太陽電池セルの製造方法によれば、配線部材51,52との絶縁を確保するための絶縁層41,42を、透明電極層28,29のエッチングレジストとして兼用するので、透明電極層28,29のエッチングレジストの形成および除去の工程を削減することができ、太陽電池セルの製造プロセスの簡易化、低コスト化が可能である。
[0071]
 また、本実施形態の太陽電池セル2によれば、第1絶縁層41が、Y方向(第2方向)に延在する帯状の第1金属電極層29を第1非絶縁領域41aを除いて全体的に覆い、第2絶縁層42が、Y方向に延在する帯状の第2金属電極層39を第2非絶縁領域42aを除いて全体的に覆い、第1非絶縁領域41aが、Y方向に交差するX方向(第1方向)に延在する第1直線X1上に配置され、第2非絶縁領域42aが、X方向(第1方向)に延在する第1直線X1と異なる第2直線X2上に配置される。これにより、第1直線X1に沿って第1配線部材51を配置することにより、第1配線部材51は、第1非絶縁領域41aにおいて第1金属電極層29に電気的に接続され、第2絶縁層42によって第2金属電極層39と絶縁される。また、第2直線X2に沿って第2配線部材52を配置することにより、第2配線部材52は、第2非絶縁領域42aにおいて第2金属電極層39に電気的に接続され、第1絶縁層41によって第1金属電極層29と絶縁される。これにより、太陽電池セル2における帯状の電極層を配線部材によって容易に接続することができ、また、電極間の短絡(ショート)を容易に回避することができる。
[0072]
 また、複数の第1配線部材51と複数の第2配線部材52とを交互に配置することにより、金属電極層を流れる電流経路を短くすることができる。そのため、電極抵抗に起因する出力ロスを低減することができ、太陽電池セルの発電効率を向上することができる。
[0073]
 また、配線接続のためのバスバー電極およびパッド電極が不要であるので、比較的に面積が大きいバスバー電極およびパッド電極におけるキャリアの再結合に起因する光電変換ロスを低減することができる。また、比較的に面積が大きいバスバー電極およびパッド電極を用いないので、Ag等の高価な電極材料の使用量を低減することができる。
[0074]
 また、本実施形態の太陽電池セル2によれば、第1絶縁層41が第1金属電極層29を全体的に覆い、第2絶縁層42が第2金属電極層39を全体的に覆うので、金属電極層の幅を大きくし電極間隔を小さくしても電極間の短絡(ショート)を回避することができる。そのため、電極抵抗を低減することができ、太陽電池セルの発電効率を向上することができる。
[0075]
 また、本実施形態の太陽電池デバイス1および太陽電池モジュール100によれば、太陽電池セル2の端部の一部が重なり合うように、シングリング方式を用いて複数の太陽電池セル2が電気的に接続される。これにより、太陽電池デバイス1および太陽電池モジュール100における限られた太陽電池セル実装面積に、より多くの太陽電池セル2が実装可能になり、光電変換のための受光面積が増え、太陽電池デバイス1および太陽電池モジュール100の出力が向上する。また、太陽電池セル2間に隙間が生じることがなく、太陽電池デバイス1および太陽電池モジュール100の意匠性が向上する。
[0076]
 また、本実施形態の太陽電池デバイス1および太陽電池モジュール100によれば、バックコンタクト型の太陽電池セルを用いるので、電極や配線が視認されず、太陽電池デバイス1および太陽電池モジュール100の意匠性が更に向上する。
[0077]
 以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、シングリング方式を用いて複数の太陽電池セルを電気的に接続する太陽電池デバイスおよび太陽電池モジュールを例示した。しかし、本発明の太陽電池セルはこれに限定されず、様々な太陽電池デバイスおよび太陽電池モジュールに適用可能である。例えば、シングリング方式を用いず、平面状に所定の絶縁距離で離間して配置された複数の太陽電池セルを電気的に接続する太陽電池デバイスおよび太陽電池モジュールにも、本発明の太陽電池セルを適用可能である。
[0078]
 また、本実施形態では、結晶シリコン材料を用いた太陽電池セル2を例示したが、これに限定されない。例えば、太陽電池セルの材料としては、ガリウムヒ素(GaAs)等の種々の材料が用いられてもよい。
[0079]
 また、上述した実施形態では、図4に示すようにヘテロ接合型の太陽電池セル2を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、ホモ接合型の太陽電池セル等の種々の太陽電池セルにも適用可能である。
[0080]
 また、上述した実施形態では、太陽電池モジュールは、単数の太陽電池デバイス1を備える形態を例示したが、太陽電池モジュールは、例えばY方向に配列された複数の太陽電池デバイス1を備えてもよい。

符号の説明

[0081]
 1 太陽電池デバイス
 2 太陽電池セル
 3 受光側保護部材
 4 裏側保護部材
 5 封止材
 7 第1領域
 8 第2領域
 11 半導体基板
 13,23,33 パッシベーション層
 15 反射防止層
 25 第1導電型半導体層
 27 第1電極層
 28 第1透明電極層
 28Z 透明電極層材料膜
 29 第1金属電極層
 35 第2導電型半導体層
 37 第2電極層
 38 第2透明電極層
 39 第2金属電極層39
 41 第1絶縁層
 41a 第1非絶縁領域
 42 第2絶縁層
 42a 第2非絶縁領域
 51 第1配線部材
 52 第2配線部材
 100 太陽電池モジュール
 X1 第1直線
 X2 第2直線
 Ro 重ね合わせ領域

請求の範囲

[請求項1]
 半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側の一部に順に積層された第1導電型半導体層、第1透明電極層および第1金属電極層と、前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部に順に積層された第2導電型半導体層、第2透明電極層および第2金属電極層を備えるバックコンタクト型の太陽電池セルの製造方法であって、
 前記半導体基板の前記一方主面側における前記第1導電型半導体層および前記第2導電型半導体層の上に、一連の透明電極層の材料膜を形成する透明電極層材料膜形成工程と、
 前記透明電極層の材料膜の上に、互いに離間する前記第1金属電極層および前記第2金属電極層を形成する金属電極層形成工程と、
 前記第1金属電極層を第1非絶縁領域を除いて全体的に覆う第1絶縁層および前記第2金属電極層を第2非絶縁領域を除いて全体的に覆う第2絶縁層であって、互いに離間する前記第1絶縁層および前記第2絶縁層を形成する絶縁層形成工程と、
 前記第1絶縁層および前記第2絶縁層をマスクとするエッチング法を用いて前記透明電極層の材料膜の露出部分を除去することにより、パターン化された前記第1透明電極層および前記第2透明電極層を形成し、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層を除去せずに残す透明電極層形成工程と、
を含み、
 前記絶縁層形成工程では、
 前記第1絶縁層において、前記第1金属電極層を露出させる前記第1非絶縁領域であって、前記半導体基板の前記一方主面に沿う第1方向に延びる第1直線上に配置される前記第1非絶縁領域を形成し、
 前記第2絶縁層において、前記第2金属電極層を露出させる前記第2非絶縁領域であって、前記第1方向に延びる前記第1直線と異なる第2直線上に配置される前記第2非絶縁領域を形成する、
太陽電池セルの製造方法。
[請求項2]
 前記金属電極層形成工程では、前記一方主面に沿う第2方向であって前記第1方向に交差する前記第2方向に延びる帯状をなし、前記第1方向に交互に並ぶ前記第1金属電極層および前記第2金属電極層を形成し、
 前記絶縁層形成工程では、前記第1金属電極層および前記第2金属電極層と交差し、前記第2方向に交互に並ぶ前記第1直線および前記第2直線の上に、前記第1非絶縁領域および前記第2非絶縁領域を形成する、
請求項1に記載の太陽電池セルの製造方法。
[請求項3]
 半導体基板と、前記半導体基板の一方主面側の一部に順に積層された第1導電型半導体層、第1透明電極層および第1金属電極層と、前記半導体基板の前記一方主面側の他の一部に順に積層された第2導電型半導体層、第2透明電極層および第2金属電極層を備えるバックコンタクト型の太陽電池セルであって、
 前記第1金属電極層を第1非絶縁領域を除いて全体的に覆う第1絶縁層と、
 前記第2金属電極層を第2非絶縁領域を除いて全体的に覆う第2絶縁層と、
を備え、
 前記第1金属電極層と前記第2金属電極層との間の領域であって、前記第1透明電極層と前記第2透明電極層との間の前記領域は、前記第1絶縁層および前記第2絶縁層で覆われておらず、
 前記第1非絶縁領域は、前記第1絶縁層で覆われておらず、前記第1金属電極層を露出し、前記半導体基板の前記一方主面に沿う第1方向に延びる第1直線上に配置されており、
 前記第2非絶縁領域は、前記第2絶縁層で覆われておらず、前記第2金属電極層を露出し、前記第1方向に延びる前記第1直線と異なる第2直線上に配置されている、
太陽電池セル。
[請求項4]
 前記第1金属電極層および前記第2金属電極層は、前記一方主面に沿う第2方向であって前記第1方向に交差する前記第2方向に延びる帯状をなし、前記第1方向に交互に並んでおり、
 前記第1直線および前記第2直線は、前記第1金属電極層および前記第2金属電極層と交差し、前記第2方向に交互に並んでいる、
請求項3に記載の太陽電池セル。
[請求項5]
 前記第1直線に沿って前記第1方向に延在し、前記第1非絶縁領域において前記第1金属電極層に電気的に接続される第1配線部材と、
 前記第2直線に沿って前記第1方向に延在し、前記第2非絶縁領域において前記第2金属電極層に電気的に接続される第2配線部材と、
を備える、請求項3または4に記載の太陽電池セル。
[請求項6]
 前記第1非絶縁領域の一部における前記第2方向の幅は、前記第1配線部材の幅よりも大きく、
 前記第2非絶縁領域の一部における前記第2方向の幅は、前記第2配線部材の幅よりも大きい、
請求項5に記載の太陽電池セル。
[請求項7]
 前記第1配線部材と前記第2配線部材との中心間隔は、前記第1金属電極層と前記第2金属電極層との中心間隔よりも大きい、請求項5または6に記載の太陽電池セル。
[請求項8]
 前記第1配線部材および前記第2配線部材は、編み線である、請求項5~7のいずれか1項に記載の太陽電池セル。
[請求項9]
 前記第1配線部材および前記第2配線部材は、半田でコートされている、請求項8に記載の太陽電池セル。
[請求項10]
 前記半田の融点は、各層のラミネート温度よりも高い、請求項9に記載の太陽電池セル。
[請求項11]
 請求項5~10のいずれか1項に記載の複数の太陽電池セルと、
 前記複数の太陽電池セルのうち隣り合う太陽電池セルを電気的に接続する、請求項5~10のいずれか1項に記載の第1配線部材および第2配線部材と、
を備える、太陽電池デバイス。
[請求項12]
 前記複数の太陽電池セルをシングリング方式を用いて電気的に接続する、請求項11に記載の太陽電池デバイス。
[請求項13]
 前記太陽電池セルにおける第1絶縁層および第2絶縁層は樹脂材料を含む、請求項12に記載の太陽電池デバイス。
[請求項14]
 請求項11~13のいずれか1項に記載の1または複数の太陽電池デバイスを備える、太陽電池モジュール。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5A]

[ 図 5B]

[ 図 5C]