太陽電池素子および太陽電池モジュール
【課題】簡易な構成でかつ高効率な太陽電池素子および太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】光を受ける第１の面及び該第１の面の裏側の第２の面１Ｓを有する半導体基板１と、第１の面上に配列される複数の線状電極４ｄと、複数の出力取出電極４ｃと、を有する第１の電極と、第２の面１Ｓを平面視して、出力取出電極４ｃを挟み込むように第２の面１Ｓ上に設けられる一対の集電電極５ｂと、第２の面１Ｓ上の出力取出電極４ｃの非形成領域に設けられた接続電極５ｄと、を有する第２の電極と、を備え、線状電極４ｄは、該線状電極４ｄの長手方向と直交する方向に略等間隔で配列される第１及び第２線状電極群を形成し、第１及び第２線状電極群は、出力取出電極４ｃの配列方向において、前記間隔よりも大きい間隙を空けて設けられており、接続電極５ｄは、第１の面から平面透視して、前記間隙に対応して設けられている。
【解決手段】光を受ける第１の面及び該第１の面の裏側の第２の面１Ｓを有する半導体基板１と、第１の面上に配列される複数の線状電極４ｄと、複数の出力取出電極４ｃと、を有する第１の電極と、第２の面１Ｓを平面視して、出力取出電極４ｃを挟み込むように第２の面１Ｓ上に設けられる一対の集電電極５ｂと、第２の面１Ｓ上の出力取出電極４ｃの非形成領域に設けられた接続電極５ｄと、を有する第２の電極と、を備え、線状電極４ｄは、該線状電極４ｄの長手方向と直交する方向に略等間隔で配列される第１及び第２線状電極群を形成し、第１及び第２線状電極群は、出力取出電極４ｃの配列方向において、前記間隔よりも大きい間隙を空けて設けられており、接続電極５ｄは、第１の面から平面透視して、前記間隙に対応して設けられている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池素子および太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子の一種として、バックコンタクト型の太陽電池素子がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の太陽電池素子は、一導電型を呈する半導体基板と、半導体基板とは逆の導電型を呈する逆導電型層と、第１の電極と、第１の電極とは極性が異なる第２の電極とを備える。半導体基板は、受光面と裏面との間を貫通する複数の貫通孔を備える。逆導電型層は、半導体基板の受光面上に設けられた第１逆導電型層と、半導体基板の貫通孔の表面に設けられた第２逆導電型層と、半導体基板の裏面側に設けられた第３逆導電型層とからなる。第１の電極は、半導体基板の受光面側に形成された受光面電極部と、貫通孔内に形成された貫通孔電極部と、半導体基板の裏面に形成されたバスバー電極部とからなる。受光面電極部と、貫通孔電極部と、バスバー電極部とは、電気的に接続されている。また、第２の電極は、半導体基板の裏面の第３逆導電型層が形成されない部分に形成されてなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００８／０７８７４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールは、さらなる普及が期待されている中において、簡易な構成で太陽光の変換効率を向上させることが重要となっている。この変換効率の向上に関しては、光起電力の損失を低減させることが重要である。
【０００６】
本発明は、上記問題点に基づいてなされたものであり、簡易な構成で高効率な太陽電池素子および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】
【０００７】
本発明の太陽電池素子は、光を受ける第１の面及び該第１の面の裏側の第２の面を有する半導体基板を備える。また、本発明の太陽電池素子は、前記第１の面上に配列される複数の線状電極と、前記線状電極と接続されており、前記線状電極の配列方向と異なる方向で前記第２の面上に配列される複数の出力取出電極と、を有する第１の電極を備える。また、本発明の太陽電池素子は、前記第２の面を平面視して、前記出力取出電極を挟み込むように前記第２の面上に設けられる一対の集電電極と、前記第２の面上の前記出力取出電極の非形成領域に設けられ、前記一対の集電電極同士を接続する接続電極と、を有する第２の電極を備える。そして、本発明の太陽電池素子において、前記線状電極は、該線状電極の長手方向と直交する方向に略等間隔で配列される複数本の線状電極から成る第１及び第２線状電極群を形成し、前記第１及び前記第２線状電極群は、前記出力取出電極の配列方向において、前記間隔よりも大きい間隙を空けて設けられている。さらに、本発明の太陽電池素子において、前記接続電極は、前記第１の面から平面透視して、前記間隙に対応して設けられている。
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールは、互いに隣接するように配列された本発明の複数の太陽電池素子と、隣り合う前記太陽電池素子間で、一方の前記太陽電池素子の前記第１の電極と他方の前記太陽電池素子の前記第２の電極とを電気的に接続する配線と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の太陽電池素子は、上述の構成により、接続電極の形成領域を大きくできるため、接続電極の抵抗損失を低減し、太陽電池素子の出力特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の構造を示す第１の面側から見た平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の構造を示す第２の面側から見た平面図である。
【図３】（ａ）は図１の断面Ａ−Ａから見た断面模式図であり、（ｂ）は図１の断面Ｂ−Ｂから見た断面模式図である。
【図４】図２の部分Ｃの拡大平面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の変形例を示す第２の面側から見た拡大平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の変形例を示す第１の面側から見た拡大平面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の変形例を示す第２の面側から見た拡大平面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの構成を模式的に示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールにおける、太陽電池素子同士の配線による接続の様子についてより詳細に示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの変形例を示す第２の面側から見た拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
≪太陽電池素子の構造≫
本発明の実施の形態に係る太陽電池素子１０は、一導電型を有する半導体基板１と、半導体基板１と異なる導電型を有する逆導電型層２と、貫通孔３と、第１の電極４と、第２の電極５と、を備える。
【００１３】
太陽電池素子１０は、図１〜図４に示すように、第１の面１Ｆ（図３においては上面側）と第１の面１Ｆの裏側の第２の面１Ｓ（図３においては下面側）とを含む半導体基板１を有する。太陽電池素子１０においては、第１の面１Ｆが受光面となる（説明の便宜上、第１の面１Ｆを半導体基板１の受光面、第２の面１Ｓを半導体基板１の裏面などと称することもある）。
【００１４】
半導体基板１としては、所定のドーパント元素（導電型制御用の不純物）を有して一導電型（例えば、ｐ型）を呈する単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板等の結晶シリコン基板が用いられる。半導体基板１の厚みは、例えば、２５０μｍ以下であるのがより好ましく、１５０μｍ以下であるのがさらに好ましい。また、半導体基板１の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態のように、四角形状であれば製法上の観点から好適である。
【００１５】
本実施の形態においては、半導体基板１として、ｐ型の導電型を呈する結晶シリコン基板を用いる例で説明する。結晶シリコン基板からなる半導体基板１がｐ型を呈するようにする場合、ドーパント元素としては、例えば、ボロンあるいはガリウムを用いるのが好適な一例である。
【００１６】
半導体基板１の第１の面１Ｆの側には、図３に示すように、第１の面１Ｆにおける入射光の反射を低減させて太陽光を半導体基板１内へより多く吸収させるべく、多数の微細な突起１ｂからなるテクスチャ構造（凹凸構造）１ａが形成されている。なお、テクスチャ構造１ａは、本実施の形態において必須の構成ではなく、必要に応じて形成すればよい。
【００１７】
また、半導体基板１には、図３に示すように、第１の面１Ｆと第２の面１Ｓの間に複数の貫通孔３が形成されている。貫通孔３は、後述するように、その表面に第２逆導電型層２ｂが形成されている。また、貫通孔３の内部には、第１の電極４の導通電極４ｂが形成されている。貫通孔３は、直径が５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲で、一定のピッチで形成されるのが好ましい。なお、貫通孔３は、第１の面１Ｆおよび第２の面１Ｓに開口する直径が異なっていてもよく、例えば、図３に示すように、第１の面１Ｆ側から第２の面１Ｓ側に向かって直径が小さくなるような形状であってもよい。
【００１８】
逆導電型層２は、半導体基板１とは逆の導電型を呈する層である。逆導電型層２は、半導体基板１の第１の面１Ｆ側に形成された第１逆導電型層２ａと、貫通孔３の表面に形成された第２逆導電型層２ｂと、半導体基板１の第２の面１Ｓ側に形成された第３逆導電型層２ｃと、を含んでなる。半導体基板１としてｐ型の導電型を呈するシリコン基板を使用する場合であれば、ｎ型の導電型を呈するように形成される。
【００１９】
第１逆導電型層２ａは、６０〜３００Ω／□程度のシート抵抗を有するｎ＋型として形成されるのが好適である。この範囲とすることで、第１の面１Ｆでの表面再結合の増大および表面抵抗の増大を抑えることができる。
【００２０】
第１逆導電型層２ａは、半導体基板１の第１の面１Ｆに、０．２μｍ〜０．５μｍ程度の深さに形成されることが好ましい。第３逆導電型層２ｃは、半導体基板１の第２の面１Ｓのうち、第１の電極４の形成領域およびその周辺部に形成される。
【００２１】
この逆導電型層２を有することにより、太陽電池素子１０においては、逆導電型層２と半導体基板１のバルク領域（逆導電型層２の非形成領域）との間に、ｐｎ接合が形成されてなる。
【００２２】
太陽電池素子１０は、半導体基板１の第２の面１Ｓに半導体層６を有する。半導体層６は、半導体基板１の第２の面１Ｓの近傍でキャリア再結合が生じることによる発電効率の低下を抑制するために、太陽電池素子１０の内部に内部電界を形成することを目的として（いわゆるＢＳＦ効果を得ることを目的として）設けられる層である。半導体層６は、半導体基板１の第２の面１Ｓの側において、第３逆導電型層２ｃが形成された領域以外の略全面に形成される。より詳細には、半導体層６は、第２の面１Ｓの側において、第３逆導電型層２ｃと接しないように形成されてなる。具体的な形成パターンは、第１の電極４の形成パターンによって異なる。また、第３逆導電型層２ｃと半導体層６との間および半導体基板１の第２の面１Ｓの周縁部にはｐｎ分離領域が設けられており、このようなｐｎ分離領域には半導体基板１のバルク領域が存在する。
【００２３】
半導体層６は、半導体基板１と同一の導電型を呈しているが、半導体基板１が含有するドーパントの濃度よりも高い濃度を有している。ここで、「高濃度」とは、半導体基板１において一導電型を呈するためにドープされてなるドーパント元素の濃度よりも高い濃度でドーパント元素が存在することを意味する。半導体層６は、半導体基板１がｐ型を呈するのであれば、例えば、第２の面１Ｓにボロンやアルミニウムなどのドーパント元素を拡散させることによって、これらドーパント元素の濃度が１×１０１８〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度となるように形成されるのが好適である。これにより、半導体層６は、半導体基板１が呈するｐ型の導電型よりも高濃度のドーパントを含有してなるｐ＋型の導電型を呈するものとなっており、後述する第１集電電極５ｂとの間にオーミックコンタクトが実現されてなる。
【００２４】
半導体層６は、半導体基板１の第２の面１Ｓを平面視した場合に、第２の面１Ｓの全領域の７０％以上に形成されることが好ましい。７０％以上とした場合には、太陽電池素子１０の出力特性を向上させるＢＳＦ効果が得られる。
【００２５】
太陽電池素子１０は、半導体基板１の第１の面１Ｆ側に反射防止膜７を有する。反射防止膜７は、半導体基板１の表面（第１の面１Ｆ）において入射光の反射を低減する役割を有するものであり、第１逆導電型層２ａ上に形成されている。反射防止膜７は、窒化珪素膜あるいは酸化物材料膜などによって形成されるのが好適である。反射防止膜７の厚みは、構成材料によって好適な値は異なるが、入射光に対して無反射条件が実現される値に設定される。例えば、半導体基板１としてシリコン基板を用いる場合であれば、屈折率が１．８〜２．３程度の材料によって５００〜１２００Å程度の厚みに反射防止膜７を形成すればよい。なお、反射防止膜７を備えることは、本実施形態において必須の構成ではなく、必要に応じて形成すればよい。
【００２６】
第１の電極４は、図３（ａ）に示すように、半導体基板１の第１の面１Ｆの上に形成された主電極４ａと、主電極４ａと電気的に接続する貫通孔３内に設けられた導通電極４ｂと、を有する。さらに、第１の電極４は、第２の面１Ｓの上において、導通電極４ｂと接続される第１出力取出電極４ｃを有している。主電極４ａは、第１の面１Ｆ側で生成したキャリアを集電する機能を有する。導通電極４ｂは、主電極４ａで集電したキャリアを第２の面１Ｓ側に設けた第１出力取出電極４ｃに導く機能を有する。第１出力取出電極４ｃは、隣接する太陽電池素子同士を電気的に接続する配線と接続される配線接続部としての機能を有する。
【００２７】
導通電極４ｂは、図１に示すように、半導体基板１に形成されている複数の貫通孔３に対応して、設けられている。この導通電極４ｂは、図３に示すように、半導体基板１の第１の面１Ｆ側から第２の面１Ｓ側に導出されるように設けられている。なお、図１において、黒丸状に図示している導通電極４ｂの形成位置が貫通孔３の形成位置に対応する。本実施の形態においては、複数の導通電極４ｂが所定の一方向に配列されている。この太陽電池素子１０では、図１に示すように、半導体基板１の第１の面１Ｆの基準辺ＢＳに対して平行な方向に、複数列（図１では３列）を成すように配列されている。ここで、基準辺ＢＳとは、複数の太陽電池素子１０を配列させて太陽電池モジュール２０を形成する場合に配列方向に平行とされる辺である。なお、本明細書中において平行とは、数学的な定義のように厳密に解すべきものではないことは言うまでもない。太陽電池素子１０において、導通電極４ｂは、複数の（図１では３本の）直線状に配列するように設けられており、おおむね均等な間隔で設けられている。
【００２８】
第１の電極４の主電極４ａは、半導体基板１の第１の面１Ｆの上において、互いに異なる列に属する導通電極４ｂを接続するような線状電極４ｄを有する。線状電極４ｄは、例えば図１に示した太陽電池素子１０では、導通電極４ｂの配列方向と直交する方向、すなわち基準辺ＢＳと直交する方向に位置する３つの導通電極４ｂを接続するように配置されている。これにより、第１の面１Ｆに均等に光が照射された場合には、一つの導通電極４ｂに集中して電流が流れることによって生じる抵抗損失の増大を低減できる。よって、太陽電池素子の出力特性が低下しにくい。
【００２９】
また、主電極４ａは、図１に示すように、貫通孔３を覆う形で貫通孔３の直径より大きい円状のパッド電極４ｅを有していてもよい。このような形態であれば、主電極４ａの形成位置が少しずれても導通電極４ｂと接続することが可能となる。また、主電極４ａは、各線状電極４ｄの各端部同士を接続する補助電極４ｆを有していてもよい。補助電極４ｆは、隣り合う線状電極４ｄ同士を電気的に接続する機能を有している。このような形態によれば、仮に一部の線状電極４に断線が生じても、補助電極４ｆを通じて他の線状電極４にキャリアを伝達することができるため、太陽電池素子１０の出力低下を抑制することができる。
【００３０】
上述のような主電極４ａを有する太陽電池素子１０では、受光面である第１の面１Ｆの面全体に比して第１の電極４を構成する主電極４ａの占める割合が非常に小さいものとなっているため、高い受光効率が実現されるとともに、主電極４ａが一様に形成されてなるので、第１の面１Ｆにおいて発生したキャリアを効率よく集電することができる。
【００３１】
さらに、第１の電極４は、図３（ｂ）、図４に示すように、半導体基板１の第２の面１Ｓ上において、複数の導通電極４ｂ（貫通孔３）の直下の位置に、複数の第１出力取出電極４ｃを有している。この第１出力取出電極４ｃは、線状電極４ｄの長手方向と異なる方向（本実施の形態では導通電極４ｂの配列方向）に順次配列されており、この配列方向に長手方向を有するような長尺状を成している。また、本実施の形態では、１つの第１出力取出電極４ｃと複数の導通電極４ｂが接続されている。なお、本実施の形態では、図４に示すように、第１出力取出電極４ｃが導通電極４ｂと接続する部分（重なり部分）と、後述する配線１５が接続する部分（上記重なり部分より外側に張り出した部分）とに分けて形成されているが、上述のような張り出した部分は設けなくてもよい。第１出力取出電極４ｃは、導通電極４ｂの配列に対応して、複数列（図２においては３列）形成されてなる。また、以下では、複数の第１出力取出電極４ｃが配列されている方向、すなわち、基準辺ＢＳに沿う方向（基準辺ＢＳに平行な方向）を配列方向と称することとする。なお、この配列方向は、上述した導通電極４ｂが配列されている方向と同じ方向である。
【００３２】
一方、第２の電極５は、第１の電極４と異なる極性を有しており、第１の電極４と絶縁されて配設されている。このような第２の電極５は、図２および図４に示すように、第２出力取出電極５ａと、第1集電電極５ｂと、第１集電電極５ｂ上に、例えば、細線で格子状に設けられる第２集電電極５ｃと、を有している。さらに、第２の電極５は、第２の面１Ｓを平面視して、第１出力取出電極４ｃを挟んで両側に位置する一対の第１および第２集電電極と第２出力取出電極５ａとを電気的に接続する接続電極５ｄを有している。なお、第２集電電極５ｃを備えることは、本実施の形態において必須の構成ではなく、必要に応じて形成すればよい。よって、接続電極５ｄは、第２集電電極５ｃを形成しない場合、第２の面１Ｓを平面視して、第１出力取出電極４ｃを挟むように設けられる一対の第１集電電極５ｂ同士を電気的に接続する、もしくは一方の第１集電電極５ｂと、第１出力取出電極４ｃを挟んで反対側に位置する第２出力取出電極５ａと電気的に接続すればよい。
【００３３】
第１集電電極５ｂは、半導体基板１の第２の面１Ｓの側に設けられた半導体層６の上に形成されてなり、第２の面１Ｓの側で生成したキャリアを集電する。この第１の集電電極５ｂは、第１出力取出電極４ｃおよびその周辺部分、ならびに第２出力取出電極５ａが形成された領域の一部を除く第２の面１Ｓの略全面に設けられている。換言すれば、第１の集電電極５ｂは、第２の面１Ｓを平面視して、第１出力取出電極４ｃを挟み込むように対を成している。ここで、「略全面」とは、半導体基板１の第２の面１Ｓを平面視した場合に、第１集電電極５ｂが第２の面１Ｓの全領域の７０％以上に形成されることをいう。第１集電電極５ｂを第１の電極４が形成された領域以外の略全面に設けることは、第１集電電極５ｂで集電されるキャリアの移動距離を短くできるため、ひいては第２出力取出電極５ａから取り出されるキャリアの量を増加させることになるので、太陽電池素子１０の出力特性の向上に寄与するものである。
【００３４】
第２出力取出電極５ａは、隣接する太陽電池素子同士を電気的に接続する配線と接続される配線接続部としての役割を有する。また、第２出力取出電極５ａは、その少なくとも一部が第１集電電極５ｂと重なるように構成すればよく、このような構成であれば、第１集電電極５ｂで集電されたキャリアを外部に出力できる。そのため、第２出力取出電極５ａは、図３（ａ）に示すように、第１集電電極５ｂが形成されていない領域に配置してもよい。また、第２出力取出電極５ａは、複数の第１出力取出電極４ｃのそれぞれに並行する態様にて配列されており、第１出力取出電極４ｃと同様に長尺状を成している。なお、第２出力取出電極５ａは、上述したように、第１出力取出電極４ｃの配列方向に沿って複数個形成されているが、帯状に１本で形成されてもよい。
【００３５】
接続電極５ｄは、第２の面１Ｓ上の第１出力取出電極４ｃの非形成領域に設けられている。そして、太陽電池素子１０では、接続電極５ｄを備えることにより、第２出力取出電極５ａに隣接した第１出力取出電極４ｃを挟んで反対側にある第２の電極５（第１集電電極５ｂ、第２集電電極５ｃ）によって集められたキャリアを、効率よく第１集電電極５ｂや第２集電電極５ｃを通して、または直接、第２出力取出電極５ａに伝えることができる。
【００３６】
第１集電電極５ｂは、例えば、アルミニウムで形成されており、第２出力取出電極５ａ、第２集電電極５ｃおよび接続電極５ｄは、例えば、銀で形成されている。また、接続電極５ｄは、例えば、アルミニウムで形成したもの、もしくは、アルミニウムの上に銀を形成したものであってもよい。
【００３７】
本実施の形態において、線状電極４ｄは、該線状電極４ｄの長手方向と直交する方向に略等間隔で配列される複数本の線状電極４ｄから成る第１線状電極群４ｄ１及び第２線状電極群４ｄ２を有している。第１線状電極群４ｄ１及び第２線状電極群４ｄ２の本数は、特に限定されるものではなく、後述する接続電極５ｄの配置によって本数を変更すればよい。また、第１線状電極群４ｄ１は、図４に示すように、複数の線状電極４ｄが間隔Ｄで配列されてなり、一方で、第２線状電極群４ｄ２は、複数の線状電極４ｄが間隔Ｅで配列されてなる。この間隔Ｄ及び間隔Ｅの大きさは、同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００３８】
そして、隣接する第１線状電極群４ｄ１及び第２線状電極群４ｄ２は、第１出力取出電極４ｃの配列方向に間隙Ｆを空けて第１の面１Ｆ上に設けられている。また、第１出力取出電極４ｃの配列方向おける間隙Ｆの大きさは、間隔Ｄおよび間隔Ｅよりも大きい。加えて、本実施の形態では、第１の面１Ｆから平面透視して、間隙Ｆに対応する第２の面上に接続電極５ｄが設けられている。このような形態によれば、第１線状電極群４ｄ１と接続する第１出力取出電極４ｃと第２線状電極群４ｄ２と接続する第１出力取出電極４ｃとの間のスペースを広くできるため、接続電極５ｄの幅を大きくすることができる。これにより、第１集電電極５ｂで集電した電力を効率よく第２出力取出電極５ａに伝達できるようになる。
【００３９】
また、本実施の形態では、図５に示すように、接続電極５ｄに隣接する導通電極４ｂと接続電極５ｄとの距離Ｇが第２の面から平面透視して接続電極５ｄに隣接する線状電極４ｄと接続電極５ｄの距離Ｈよりも長くすることにより、第１線状電極群４ｄ１と接続する第１出力取出電極４ｃと第２線状電極群４ｄ２と接続する第１出力取出電極４ｃとの間のスペースをさらに広くできるため、接続電極５ｄの幅をさらに大きくすることができる。
これにより、第１集電電極５ｂで集電した電力を効率よく第２出力取出電極５ａに伝達することが可能となる。なお、従来は線状電極４ｄの中心線と導通電極４ｂの軸線が重なるように、線状電極４ｄの直下に導通電極４ｂが配置されていたため、隣り合う線状電極４ｄ間と隣り合う導通電極４ｂ間の距離が同じであった。また、距離Ｇは、図５に示すように、導通電極４ｂの中心と接続電極５ｄの幅方向（基準辺ＢＳ方向）の中心線との間の距離である。なお、図５では、導通電極４ｂの中心から延ばした仮想線ｇと接続電極５ｄの幅方向の中心とを結ぶ矢印で距離Ｇを示している。また、距離Ｈは、図５に示すように、線状電極４ｄの幅方向（基準辺ＢＳ方向）の中心線と接続電極５ｄの幅方向（基準辺ＢＳ方向）の中心線との間の距離である。
【００４０】
このとき、パッド電極４ｅは、図６に示すように、線状電極４ｄと導通電極４ｂとに接続されるように、例えば、長円状や楕円状に形成される。パッド電極４ｅの短径方向の寸法は、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下である。このようなパッド電極４ｅは、第１の面１Ｆ側において、それぞれの線状電極４ｄに対応して設けられることから、見かけ上略等間隔に並んで見えるため、外観向上にも寄与する。
【００４１】
また、本実施の形態では、図７に示すように、第１線状電極４ｄ１と間隙Ｆを空けて、第１線状電極群４ｄ１及び第２線状電極群４ｄ２よりも外方に設けられる第３線状電極群４ｄ３をさらに備えていてもよい。この第３線状電極４ｄ３は、第１出力取出電極４ｃの配列方向における間隙Ｆの幅以上の間隔Ｉで複数の線状電極４ｄが配列されてなる。このような形態によれば、後述する太陽電池モジュールにおいて裏面保護材で乱反射した光が透光性基板で反射して半導体基板１の外周側の第１の面１Ｆに入射される際、間隔Ｉを比較的大きくすることで太陽電池素子１０（半導体基板１）に照射される量を増大させることができるため、太陽電池素子１０の出力特性を向上させることができる。このとき、間隔Ｉの大きさは、１．５〜３ｍｍが好適である。なお、図７に示す形態では、第３線状電極４ｄ３と第１線状電極４ｄ１との間の距離は、間隙Ｆの幅と同じにしているが、これに限定されることなく、所定の距離を空けてあればよい。また、図７に示す形態では、第１線状電極４ｄ１と第３線状電極４ｄ３とが隣接している構成であるが、第２線状電極４ｄ２と第３線状電極４ｄ３とが隣接している構成であってもよい。
【００４２】
また、本実施の形態において、基準辺ＢＳに沿う方向に配列した導通電極４ｂと、線状導体４ｄの本数を同じにすることにより、受光面積を確保しつつ、主電極部４ａの抵抗損失が大きくなることを低減することができる。線状電極４ｄの線幅は５０〜２００μｍ、各線状電極４ｄの間隔は１〜３ｍｍ程度に設けられる。各線状電極群の間隔（間隔Ｄ、間隔Ｅ、間隔Ｉ）および間隙Ｆは最適値を基準として０．２ｍｍ以内の範囲となるように設けることにより、見かけ上略等間隔に並んで見えるため、外観的にも好ましい。
【００４３】
≪太陽電池モジュール≫
本実施の形態に係る太陽電池素子１０は、単独で使用することが可能であるが、同じ構造を有する複数の太陽電池素子１０が互いに隣接するように配置し、さらに互いを直列に接続してモジュールを構成する場合に、好適な構造を有してなる。そこで、複数の太陽電池素子１０を用いて形成される太陽電池モジュールについて次に説明する。
【００４４】
太陽電池モジュール２０は、図８（ａ）に示すように、ガラス等からなる透光性部材１１と、透明のエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）等からなる表側充填材１２と、複数の太陽電池素子１０と、ＥＶＡ等からなる裏側充填材１３と、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や金属箔をポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等で挟みこんだ裏面保護材１４と、を主として備える。複数の太陽電池素子１０は、図８（ｂ）に示すように、隣り合う太陽電池素子１０同士が接続部材としての機能を有する配線１５によって互いに直列接続されてなる。
【００４５】
図９は、太陽電池モジュール２０における、太陽電池素子１０同士の配線１５による接続の様子についてより詳細に示す図である。
【００４６】
図８（ａ）では概略的な断面を示すのみであるが、太陽電池モジュール２０においては、図９に示すように、隣り合う一方の太陽電池素子１０の第１出力取出電極４ｃと他方の太陽電池素子１０の第２出力取出電極５ａとが１つずつ、長尺状の（直線状の）配線１５によって接続されてなる。また、図９の場合は、３ヶ所において接続がなされている。なお、便宜上、以下においては、図９において、配線１５によって接続されてなる２つの太陽電池素子１０のうち、第１出力取出電極４ｃに配線１５が接続される太陽電池素子１０を第１の太陽電池素子１０αと称し、第２出力取出電極５ａに配線が接続される太陽電池素子１０を第２の太陽電池素子１０βと称することとする。
【００４７】
より詳細に言えば、太陽電池モジュール２０においては、第１の太陽電池素子１０αと第２の太陽電池素子１０βが、それぞれの基準辺ＢＳが平行かつ同一直線上にない位置にくるように、かつ、互いに回転対称（より具体的には点対称）の関係となるように配置される。このようにすることで、同じ直線上に位置する全ての第１出力取出電極４ｃと全ての第２出力取出電極５ａとが、一の配線１５によって接続されることになる。この場合、一の配線１５で接続される関係にある複数の第１出力取出電極４ｃと複数の第２出力取出電極５ａとの相対的な配置関係は等価である（つまりは複数の第１出力取出電極４ｃと複数の第２出力取出電極５ａとの組が全て並進対称の関係にある）ので、それぞれの第１出力取出電極４ｃと第２出力取出電極５ａの組の接続に用いる配線１５に、同一形状のものを用いることができる。
【００４８】
配線１５としては、例えば、厚さ０．１〜０．４ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度で、その全面が半田材料によって被覆された帯状の銅箔をその長手方向について所定の長さに切断したものを用いることができる。半田材料により被覆された配線１５の場合、ホットエアーや半田鏝等を用いて、あるいはリフロー炉などを用いて、太陽電池素子１０の第１出力取出電極４ｃと第２出力取出電極５ａとに半田付けされる。
【００４９】
また、本実施の形態では、図１０に示すように、第１出力取出電極４ｃの配列上の第１出力取出電極４ｃ以外の領域に酸化膜、樹脂、絶縁テープ等の絶縁層８を設けることが好ましく、後述する配線１５が第２の電極５等と接触して短絡することを抑制することができる。このとき、ｐｎ分離領域も絶縁層８で覆われることが好ましい。なお、絶縁層８は配線１５に設ける形であってもよい。
【００５０】
また、配線１５が複数の第１出力取出電極４ｃと複数の第２出力取出電極５ａとの接続領域以外となる非接続領域において半導体基板１から離間するように凹凸形状を有してもよく、第１出力取出電極４ｃ間にある第２の電極５と配線１５が接触しないため短絡を抑制することができる。
【００５１】
なお、裏面保護材１４として白色等の反射率の高い材質のものを用いれば、太陽電池素子１０の間に照射された光が裏面保護材１４で乱反射して太陽電池素子１０に照射されるので、太陽電池素子１０における受光量がより増大することになる。
【００５２】
≪太陽電池素子の製造方法≫
次に、太陽電池素子の製造方法について説明する。
【００５３】
＜半導体基板の準備工程＞
まずｐ型の導電型を呈する半導体基板１を準備する。
【００５４】
半導体基板１として単結晶シリコン基板を用いる場合であれば、ＦＺやＣＺ法など公知の製法で作製された単結晶シリコンインゴットを所定の厚みに切り出すことで半導体基板１を得ることができる。また、多結晶シリコン基板を半導体基板１として用いる場合であれば、キャスト法や鋳型内凝固法などの公知の製法で作製された多結晶シリコンインゴットを所定の厚みに切り出すことで半導体基板１を得ることができる。
【００５５】
以下においては、ドーパント元素としてＢ（ボロン）あるいはＧａ（ガリウム）を１×１０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度ドープして成ることでｐ型の導電型を呈する結晶シリコン基板を半導体基板１として用いる場合を例にとって説明する。
【００５６】
なお、切り出し（スライス）に伴う半導体基板１の表層部の機械的ダメージ層や汚染層を除去するために、切り出した半導体基板１の表面側および裏面側の表層部をＮａＯＨやＫＯＨ、あるいはフッ酸と硝酸の混合液などでそれぞれ１０〜２０μｍ程度エッチングし、その後、純水などで洗浄することで、有機成分や金属成分を除去しておくようにする。
【００５７】
＜貫通孔の形成工程＞
次に、半導体基板１の第１の面１Ｆと第２の面１Ｓとの間に貫通孔３を形成する。
【００５８】
貫通孔３は、機械的ドリル、ウォータージェットあるいはレーザー加工装置等を用いて形成する。なお、貫通孔３の形成は、受光面となる第１の面１Ｆが損傷を避けるべく、半導体基板１の第２の面１Ｓの側から第１の面１Ｆの側に向けて加工を行うようにする。ただし、加工による半導体基板１への損傷が少なければ、第１の面１Ｆの側から第２の面１Ｓの側に向けて加工を行うようにしてもよい。
【００５９】
＜テクスチャ構造の形成工程＞
次に、貫通孔３が形成された半導体基板１の受光面側に、光反射率の低減を効果的に行うための微細な突起（凸部）１ｂをもつテクスチャ構造１ａを形成する。
【００６０】
テクスチャ構造１ａの形成方法としては、ＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ水溶液によるウェットエッチング法や、半導体基板１の材料であるシリコンをエッチングする性質を有するエッチングガスを用いるドライエッチング法を用いることができる。
【００６１】
＜逆導電型層の形成工程＞
次に、逆導電型層２を形成する。すなわち、半導体基板１の第１の面１Ｆに第１逆導電型層２ａを形成し、貫通孔３の表面に第２逆導電型層２ｂを形成し、第２の面１Ｓに第３逆導電型層２ｃを形成する。
【００６２】
ｐ型の導電型を呈する結晶シリコン基板を半導体基板１として用いる場合、逆導電型層２を形成するためのｎ型化ドーピング元素としては、Ｐ（リン）を用いることが好ましい。
【００６３】
逆導電型層２は、半導体基板１におけるその形成対象箇所にペースト状態にしたＰ２Ｏ５を塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）を拡散源として形成対象箇所に拡散させる気相熱拡散法、および形成予定箇所に対して直接に拡散させるイオン打ち込み法などによって形成する。気相拡散法を用いれば半導体基板１の両主面における形成対象箇所と貫通孔３の表面とを同時に逆導電型層２を形成することができるので好ましい。
【００６４】
なお、形成対象箇所以外にも拡散領域が形成されるような条件下では、その部分にあらかじめ拡散防止層を形成したうえで逆導電型層２を形成するようにすることにより、部分的に拡散を防止することができる。また、拡散防止層を形成せず、形成対象箇所以外に形成された拡散領域を後からエッチングして除去してもよい。なお、逆導電型層２の形成後、後述するように半導体層６をアルミニウムペーストによって形成する場合は、ｐ型ドーパント元素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、既に形成されていた浅い拡散領域の存在は無視することができる。すなわち、半導体層６の形成予定箇所に存在する逆導電型層２は特に除去する必要がない。また、第１の電極４が形成される領域の周囲や半導体基板１の第２の面１Ｓの周縁部について、レーザー照射等の公知の方法でｐｎ分離を行ってもよい。
【００６５】
＜反射防止膜の形成工程＞
次に、第１逆導電型層２ａの上に、反射防止膜７を形成することが好ましい。
【００６６】
反射防止膜７の形成方法としては、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法やスパッタ法などを用いることができる。例えば、ＳｉＮｘ膜からなる反射防止膜７をＰＥＣＶＤ法で形成する場合であれば、反応室内を５００℃程度としてシラン（Ｓｉ３Ｈ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを窒素（Ｎ２）で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させることで反射防止膜７が形成される。また、第２逆導電型層２ｂの上にも反射防止膜７を形成してもよい。
【００６７】
＜半導体層の形成工程＞
次に、半導体基板１の第２の面１Ｓに、半導体層６を形成する。
【００６８】
ボロンをドーパント元素とする場合、ＢＢｒ３（三臭化ボロン）を拡散源とする熱拡散法により、８００〜１１００℃程度の温度で形成することができる。この場合、半導体層６の形成に先立ち、半導体層６の形成予定箇所以外の領域の上に、例えば、既に形成されている逆導電型層２などの上に、酸化膜などからなる拡散バリアを形成し、半導体層６の形成後にこれを除去するようにするのが望ましい。
【００６９】
また、ドーパント元素としてアルミニウムを用いる場合は、アルミニウム粉末と有機ビヒクル等からなるアルミニウムペーストを印刷法で半導体基板１の第２の面１Ｓに塗布した後、７００〜８５０℃程度の温度で熱処理（焼成）してアルミニウムを半導体基板１に向けて拡散させることによって、半導体層６を形成することができる。この場合、アルミニウムペーストの印刷面である第２の面１Ｓだけに所望の拡散領域である半導体層６を形成することができる。しかも、焼成後に第２の面１Ｓの上に形成されたアルミニウムからなる層を、除去せずにそのまま第１集電電極５ｂとして利用することもできる。
【００７０】
＜電極の形成方法＞
次に、第１の電極４を構成する主電極４ａ（線状電極４ｄ、パッド電極４ｅ）と導通電極４ｂとを形成する。
【００７１】
主電極４ａと導通電極４ｂとは、例えば、塗布法を用いて形成される。具体的には、半導体基板１の第１の面１Ｆに、例えば銀等からなる金属粉末１００重量部に対して有機ビヒクルを１０〜３０重量部、ガラスフリットを０．１〜１０重量部を添加してなる導電性ペーストを、図１に示す主電極４ａの形成パターンにて塗布することで塗布膜を形成した後、該塗布膜を最高温度５００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより、主電極４ａと導通電極４ｂとを形成することができる。なお、この場合、導電性ペーストを塗布する際に貫通孔３にも該導電性ペーストが充填されることで、導通電極４ｂも形成できる。ただし、後述のように第１出力取出電極４ｃを形成する際にも、第２の面１Ｓの側から導電性ペーストが塗布され、その際に貫通孔３にも導電性ペーストが再度充填された後に焼成がなされるので、第１の面１Ｆに導電性ペーストを塗布する際に貫通孔３に十分に導電性ペーストが充填されなくてもかまわない。
【００７２】
なお、導電性ペーストを塗布した後、焼成に先だって、所定の温度で塗布膜中の溶剤を蒸散させて該塗布膜を乾燥させるのが好ましい。また、あらかじめ貫通孔３にのみ導電性ペーストを充填・乾燥し、その後、上述の場合と同様に図１に示す主電極４ａのパターンにて導電性ペーストを塗布したうえで焼成するなど、主電極４ａと導通電極４ｂとを別々に塗布・焼成して形成するようにしてもよい。
【００７３】
なお、上述したように、主電極４ａの形成に先立って、反射防止膜７を形成する場合は、パターニングされた領域に主電極４ａを形成するか、あるいは、ファイヤースルー法によって主電極４ａを形成することになる。一方で、主電極４ａを形成した後に、反射防止膜７を形成してもかまわない。この場合、反射防止膜７をパターニングする必要もなく、またファイヤースルー法を用いる必要もないため、主電極４ａの形成条件が緩やかなものとなる。このような工程であれば、例えば、８００℃程度の高温で焼成を行わずとも、主電極４ａを形成することができる。
【００７４】
続いて、半導体基板１の第２の面１Ｓ上に、第１集電電極５ｂを形成する。
【００７５】
第1集電電極５ｂについても、塗布法を用いて形成することができる。具体的には、半導体基板１の第２の面１Ｓに、例えばアルミニウムまたは銀等からなる金属粉末１００重量部に対して有機ビヒクルを１０〜３０重量部、ガラスフリットを０．１〜５重量部を添加してなる導電性ペーストを、図２に示す第１集電電極５ｂの形成パターンにて塗布することで塗布膜を形成した後、該塗布膜を最高温度５００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより、第１集電電極５ｂを形成することができる。なお、前述したように、アルミニウムペーストを用いる場合は、半導体層６と第１集電電極５ｂとを同時に形成することができる。
【００７６】
さらに、半導体基板１の第２の面１Ｓに、第１出力取出電極４ｃ、第２出力取出電極５ａ、第２集電電極５ｃおよび接続電極５ｄを形成する。
【００７７】
第１出力取出電極４ｃ、第２出力取出電極５ａ、第２集電電極５ｃおよび接続電極５ｄは、例えば、塗布法を用いて同時に形成することができる。具体的には、半導体基板１の第２の面１Ｓに、例えば銀等からなる金属粉末１００重量部に対して有機ビヒクルを１０〜３０重量部、ガラスフリットを０．１〜１０重量部を添加してなる導電性ペーストを、図２、図４に示すような電極パターンにて塗布することで塗布膜を形成した後、該塗布膜を最高温度５００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより形成できる。なお、それぞれの構成部を別々に形成したり、相異なる組成の導電性ペーストを用いて形成してもよい。また、アルミニウムペーストを用いて半導体層６と第１集電電極５ｂとを同時に形成した場合、第２出力取出電極５ａの一部は第３逆導電型層２ｃ上に形成されるが特に問題ない。
【００７８】
本実施の形態に係る太陽電池素子１０は、以上のような手順で作製することができる。
【００７９】
なお、必要に応じて、半田ディップ処理によって第１出力取出電極４ｃと第２出力取出電極５ａの上に、半田領域（図示せず）を形成してもよい。
【００８０】
また、絶縁層８は、例えば、ＣＶＤ等の薄膜形成技術を用いて形成する態様であってもよいし、樹脂ペーストなどからなる絶縁性ペーストを塗布し、焼成することによって形成する態様であってもよいし、市販の絶縁テープを貼り付けることで形成する態様であってもよい。なお、絶縁性ペーストを焼成する際には、電極形成のときに、同時に焼成して形成することも可能である。
【００８１】
≪太陽電池モジュールの製造方法≫
次に、上述のように形成される太陽電池素子１０を用いて太陽電池モジュール２０を製造する方法について説明する。
【００８２】
まず、あらかじめ、厚さ０．１〜０．４ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面を半田材料によって被覆したものを長手方向について所定の長さに切断することによって、配線１５を作製しておく。
【００８３】
そして、図９に示すように、複数の太陽電池素子１０をそれぞれ第２の面１Ｓを上にして所定の距離で離間させて載置し、第１の太陽電池素子１０αの第１出力取出電極４ｃと第２の太陽電池素子１０βの第２出力取出電極５ａとの間に、上方から配線１５を接触させる。この状態で、ホットエアーや半田鏝を用いて、あるいはリフロー炉を用いて、配線１５の表面の半田を溶融させることで、配線１５と第１出力取出電極４ｃおよび第２出力取出電極５ａとを接続させる。係る方法によれば、高い生産性で、太陽電池素子１０同士を接続することができる。
【００８４】
その後、透光性部材１１の上に、表側充填材１２と、配線１５によって互いに接続された複数の太陽電池素子１０と、裏側充填材１３と、裏面保護材１４とを順次に積層することで得られるモジュール基体を、ラミネータの中で脱気、加熱して押圧することによって一体化させることによって、太陽電池モジュール２０が得られる。
【００８５】
そして、図８（ｂ）に示すように、上述した太陽電池モジュール２０の外周には、必要に応じてアルミニウムなどの枠１６がはめ込まれる。また、図８（ａ）に示すように、直列接続された複数の太陽電池素子１０のうち、最初の太陽電池素子１０および最後の太陽電池素子１０の電極の一端と、外部に出力を取り出す端子ボックス１７と、を出力取出配線１８で接続する。
【００８６】
上述した手順によって、本実施の形態に係る太陽電池モジュール２０を得ることができる。
【００８７】
＜変形例＞
また、図４に示すように半導体基板１の周縁部に位置する第２出力取出電極５ａの半導体基板１の周縁部側においては、第１集電電極５ｂと接続せずに半導体基板１と接続させることが好ましく、太陽電池モジュールを屋外に設置したときにおける日々の温度サイクルによる配線１５の伸縮の影響を受け、第２出力取出電極５ａの剥がれる可能性を低減することができる。
【００８８】
また、第１出力取出電極４ｃと第２出力取出電極５ａの基準辺ＢＳに沿う方向の長さは異なっていても同じであってもよい。
【００８９】
また、接続電極５ｄは一対の集電電極（第１集電電極５ａ、第２集電電極５ｂ）同士を電気的に接続すればよいため、接続電極５ｄが直接、第２出力取出電極５ａに接続する形態とし、第２出力取出電極５ａを通して一対の集電電極（第１集電電極５ａ、第２集電電極５ｂ）同士が電気的に接続されてもよい。なお、第２集電電極５ｂを設けない形態であれば、一対の第１集電電極５ａ同士を接続電極５ｄで電気的に接続するようになる。
【００９０】
また、太陽電池素子１０においては、上述の配列状態をみたすとともに配線１５による接続態様が実現可能である限りにおいて、第１出力取出電極４ｃと第２出力取出電極５ａとをそれぞれ上述したものと異なる形状（例えば、台形状、円形状、楕円形状、半円形状、扇型形状、あるいはそれらの複合形状など）に形成する態様であってもよい。
【００９１】
また、太陽電池素子１０を分割して使用する場合は、分割位置を接続電極５ｄ近傍とすることにより、分割位置と線状電極４ｄとが重なることを低減することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１ ：半導体基板
２ ：逆導電型層（拡散層）
２ａ：第１逆導電型層
２ｂ：第２逆導電型層
２ｃ：第３逆導電型層
３ ：貫通孔
４ ：第１の電極
４ａ：主電極
４ｂ：導通電極
４ｃ：第１出力取出電極
４ｄ：線状電極
４ｅ：パッド電極
４ｆ：補助電極
５ ：第２の電極
５ａ：第２出力取出電極
５ｂ：第１集電電極
５ｃ：第２集電電極
５ｄ：接続電極
６ ：半導体層
７ ：反射防止膜
８ ：絶縁層
１０ ：太陽電池素子
１１ ：透光性基板
１２ ：表側充填材
１３ ：裏側充填材
１４ ：裏面保護材
１５ ：配線
１６ ：枠
１７ ：端子ボックス
１８ ：出力取出配線
２０ ：太陽電池モジュール
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池素子および太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池素子の一種として、バックコンタクト型の太陽電池素子がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
従来の太陽電池素子は、一導電型を呈する半導体基板と、半導体基板とは逆の導電型を呈する逆導電型層と、第１の電極と、第１の電極とは極性が異なる第２の電極とを備える。半導体基板は、受光面と裏面との間を貫通する複数の貫通孔を備える。逆導電型層は、半導体基板の受光面上に設けられた第１逆導電型層と、半導体基板の貫通孔の表面に設けられた第２逆導電型層と、半導体基板の裏面側に設けられた第３逆導電型層とからなる。第１の電極は、半導体基板の受光面側に形成された受光面電極部と、貫通孔内に形成された貫通孔電極部と、半導体基板の裏面に形成されたバスバー電極部とからなる。受光面電極部と、貫通孔電極部と、バスバー電極部とは、電気的に接続されている。また、第２の電極は、半導体基板の裏面の第３逆導電型層が形成されない部分に形成されてなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開２００８／０７８７４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述の太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールは、さらなる普及が期待されている中において、簡易な構成で太陽光の変換効率を向上させることが重要となっている。この変換効率の向上に関しては、光起電力の損失を低減させることが重要である。
【０００６】
本発明は、上記問題点に基づいてなされたものであり、簡易な構成で高効率な太陽電池素子および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】
【０００７】
本発明の太陽電池素子は、光を受ける第１の面及び該第１の面の裏側の第２の面を有する半導体基板を備える。また、本発明の太陽電池素子は、前記第１の面上に配列される複数の線状電極と、前記線状電極と接続されており、前記線状電極の配列方向と異なる方向で前記第２の面上に配列される複数の出力取出電極と、を有する第１の電極を備える。また、本発明の太陽電池素子は、前記第２の面を平面視して、前記出力取出電極を挟み込むように前記第２の面上に設けられる一対の集電電極と、前記第２の面上の前記出力取出電極の非形成領域に設けられ、前記一対の集電電極同士を接続する接続電極と、を有する第２の電極を備える。そして、本発明の太陽電池素子において、前記線状電極は、該線状電極の長手方向と直交する方向に略等間隔で配列される複数本の線状電極から成る第１及び第２線状電極群を形成し、前記第１及び前記第２線状電極群は、前記出力取出電極の配列方向において、前記間隔よりも大きい間隙を空けて設けられている。さらに、本発明の太陽電池素子において、前記接続電極は、前記第１の面から平面透視して、前記間隙に対応して設けられている。
【０００８】
本発明の太陽電池モジュールは、互いに隣接するように配列された本発明の複数の太陽電池素子と、隣り合う前記太陽電池素子間で、一方の前記太陽電池素子の前記第１の電極と他方の前記太陽電池素子の前記第２の電極とを電気的に接続する配線と、を備えている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の太陽電池素子は、上述の構成により、接続電極の形成領域を大きくできるため、接続電極の抵抗損失を低減し、太陽電池素子の出力特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の構造を示す第１の面側から見た平面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の構造を示す第２の面側から見た平面図である。
【図３】（ａ）は図１の断面Ａ−Ａから見た断面模式図であり、（ｂ）は図１の断面Ｂ−Ｂから見た断面模式図である。
【図４】図２の部分Ｃの拡大平面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の変形例を示す第２の面側から見た拡大平面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の変形例を示す第１の面側から見た拡大平面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る太陽電池素子の変形例を示す第２の面側から見た拡大平面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの構成を模式的に示す図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールにおける、太陽電池素子同士の配線による接続の様子についてより詳細に示す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る太陽電池モジュールの変形例を示す第２の面側から見た拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。
【００１２】
≪太陽電池素子の構造≫
本発明の実施の形態に係る太陽電池素子１０は、一導電型を有する半導体基板１と、半導体基板１と異なる導電型を有する逆導電型層２と、貫通孔３と、第１の電極４と、第２の電極５と、を備える。
【００１３】
太陽電池素子１０は、図１〜図４に示すように、第１の面１Ｆ（図３においては上面側）と第１の面１Ｆの裏側の第２の面１Ｓ（図３においては下面側）とを含む半導体基板１を有する。太陽電池素子１０においては、第１の面１Ｆが受光面となる（説明の便宜上、第１の面１Ｆを半導体基板１の受光面、第２の面１Ｓを半導体基板１の裏面などと称することもある）。
【００１４】
半導体基板１としては、所定のドーパント元素（導電型制御用の不純物）を有して一導電型（例えば、ｐ型）を呈する単結晶シリコン基板や多結晶シリコン基板等の結晶シリコン基板が用いられる。半導体基板１の厚みは、例えば、２５０μｍ以下であるのがより好ましく、１５０μｍ以下であるのがさらに好ましい。また、半導体基板１の形状は、特に限定されるものではないが、本実施の形態のように、四角形状であれば製法上の観点から好適である。
【００１５】
本実施の形態においては、半導体基板１として、ｐ型の導電型を呈する結晶シリコン基板を用いる例で説明する。結晶シリコン基板からなる半導体基板１がｐ型を呈するようにする場合、ドーパント元素としては、例えば、ボロンあるいはガリウムを用いるのが好適な一例である。
【００１６】
半導体基板１の第１の面１Ｆの側には、図３に示すように、第１の面１Ｆにおける入射光の反射を低減させて太陽光を半導体基板１内へより多く吸収させるべく、多数の微細な突起１ｂからなるテクスチャ構造（凹凸構造）１ａが形成されている。なお、テクスチャ構造１ａは、本実施の形態において必須の構成ではなく、必要に応じて形成すればよい。
【００１７】
また、半導体基板１には、図３に示すように、第１の面１Ｆと第２の面１Ｓの間に複数の貫通孔３が形成されている。貫通孔３は、後述するように、その表面に第２逆導電型層２ｂが形成されている。また、貫通孔３の内部には、第１の電極４の導通電極４ｂが形成されている。貫通孔３は、直径が５０μｍ以上３００μｍ以下の範囲で、一定のピッチで形成されるのが好ましい。なお、貫通孔３は、第１の面１Ｆおよび第２の面１Ｓに開口する直径が異なっていてもよく、例えば、図３に示すように、第１の面１Ｆ側から第２の面１Ｓ側に向かって直径が小さくなるような形状であってもよい。
【００１８】
逆導電型層２は、半導体基板１とは逆の導電型を呈する層である。逆導電型層２は、半導体基板１の第１の面１Ｆ側に形成された第１逆導電型層２ａと、貫通孔３の表面に形成された第２逆導電型層２ｂと、半導体基板１の第２の面１Ｓ側に形成された第３逆導電型層２ｃと、を含んでなる。半導体基板１としてｐ型の導電型を呈するシリコン基板を使用する場合であれば、ｎ型の導電型を呈するように形成される。
【００１９】
第１逆導電型層２ａは、６０〜３００Ω／□程度のシート抵抗を有するｎ＋型として形成されるのが好適である。この範囲とすることで、第１の面１Ｆでの表面再結合の増大および表面抵抗の増大を抑えることができる。
【００２０】
第１逆導電型層２ａは、半導体基板１の第１の面１Ｆに、０．２μｍ〜０．５μｍ程度の深さに形成されることが好ましい。第３逆導電型層２ｃは、半導体基板１の第２の面１Ｓのうち、第１の電極４の形成領域およびその周辺部に形成される。
【００２１】
この逆導電型層２を有することにより、太陽電池素子１０においては、逆導電型層２と半導体基板１のバルク領域（逆導電型層２の非形成領域）との間に、ｐｎ接合が形成されてなる。
【００２２】
太陽電池素子１０は、半導体基板１の第２の面１Ｓに半導体層６を有する。半導体層６は、半導体基板１の第２の面１Ｓの近傍でキャリア再結合が生じることによる発電効率の低下を抑制するために、太陽電池素子１０の内部に内部電界を形成することを目的として（いわゆるＢＳＦ効果を得ることを目的として）設けられる層である。半導体層６は、半導体基板１の第２の面１Ｓの側において、第３逆導電型層２ｃが形成された領域以外の略全面に形成される。より詳細には、半導体層６は、第２の面１Ｓの側において、第３逆導電型層２ｃと接しないように形成されてなる。具体的な形成パターンは、第１の電極４の形成パターンによって異なる。また、第３逆導電型層２ｃと半導体層６との間および半導体基板１の第２の面１Ｓの周縁部にはｐｎ分離領域が設けられており、このようなｐｎ分離領域には半導体基板１のバルク領域が存在する。
【００２３】
半導体層６は、半導体基板１と同一の導電型を呈しているが、半導体基板１が含有するドーパントの濃度よりも高い濃度を有している。ここで、「高濃度」とは、半導体基板１において一導電型を呈するためにドープされてなるドーパント元素の濃度よりも高い濃度でドーパント元素が存在することを意味する。半導体層６は、半導体基板１がｐ型を呈するのであれば、例えば、第２の面１Ｓにボロンやアルミニウムなどのドーパント元素を拡散させることによって、これらドーパント元素の濃度が１×１０１８〜５×１０２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度となるように形成されるのが好適である。これにより、半導体層６は、半導体基板１が呈するｐ型の導電型よりも高濃度のドーパントを含有してなるｐ＋型の導電型を呈するものとなっており、後述する第１集電電極５ｂとの間にオーミックコンタクトが実現されてなる。
【００２４】
半導体層６は、半導体基板１の第２の面１Ｓを平面視した場合に、第２の面１Ｓの全領域の７０％以上に形成されることが好ましい。７０％以上とした場合には、太陽電池素子１０の出力特性を向上させるＢＳＦ効果が得られる。
【００２５】
太陽電池素子１０は、半導体基板１の第１の面１Ｆ側に反射防止膜７を有する。反射防止膜７は、半導体基板１の表面（第１の面１Ｆ）において入射光の反射を低減する役割を有するものであり、第１逆導電型層２ａ上に形成されている。反射防止膜７は、窒化珪素膜あるいは酸化物材料膜などによって形成されるのが好適である。反射防止膜７の厚みは、構成材料によって好適な値は異なるが、入射光に対して無反射条件が実現される値に設定される。例えば、半導体基板１としてシリコン基板を用いる場合であれば、屈折率が１．８〜２．３程度の材料によって５００〜１２００Å程度の厚みに反射防止膜７を形成すればよい。なお、反射防止膜７を備えることは、本実施形態において必須の構成ではなく、必要に応じて形成すればよい。
【００２６】
第１の電極４は、図３（ａ）に示すように、半導体基板１の第１の面１Ｆの上に形成された主電極４ａと、主電極４ａと電気的に接続する貫通孔３内に設けられた導通電極４ｂと、を有する。さらに、第１の電極４は、第２の面１Ｓの上において、導通電極４ｂと接続される第１出力取出電極４ｃを有している。主電極４ａは、第１の面１Ｆ側で生成したキャリアを集電する機能を有する。導通電極４ｂは、主電極４ａで集電したキャリアを第２の面１Ｓ側に設けた第１出力取出電極４ｃに導く機能を有する。第１出力取出電極４ｃは、隣接する太陽電池素子同士を電気的に接続する配線と接続される配線接続部としての機能を有する。
【００２７】
導通電極４ｂは、図１に示すように、半導体基板１に形成されている複数の貫通孔３に対応して、設けられている。この導通電極４ｂは、図３に示すように、半導体基板１の第１の面１Ｆ側から第２の面１Ｓ側に導出されるように設けられている。なお、図１において、黒丸状に図示している導通電極４ｂの形成位置が貫通孔３の形成位置に対応する。本実施の形態においては、複数の導通電極４ｂが所定の一方向に配列されている。この太陽電池素子１０では、図１に示すように、半導体基板１の第１の面１Ｆの基準辺ＢＳに対して平行な方向に、複数列（図１では３列）を成すように配列されている。ここで、基準辺ＢＳとは、複数の太陽電池素子１０を配列させて太陽電池モジュール２０を形成する場合に配列方向に平行とされる辺である。なお、本明細書中において平行とは、数学的な定義のように厳密に解すべきものではないことは言うまでもない。太陽電池素子１０において、導通電極４ｂは、複数の（図１では３本の）直線状に配列するように設けられており、おおむね均等な間隔で設けられている。
【００２８】
第１の電極４の主電極４ａは、半導体基板１の第１の面１Ｆの上において、互いに異なる列に属する導通電極４ｂを接続するような線状電極４ｄを有する。線状電極４ｄは、例えば図１に示した太陽電池素子１０では、導通電極４ｂの配列方向と直交する方向、すなわち基準辺ＢＳと直交する方向に位置する３つの導通電極４ｂを接続するように配置されている。これにより、第１の面１Ｆに均等に光が照射された場合には、一つの導通電極４ｂに集中して電流が流れることによって生じる抵抗損失の増大を低減できる。よって、太陽電池素子の出力特性が低下しにくい。
【００２９】
また、主電極４ａは、図１に示すように、貫通孔３を覆う形で貫通孔３の直径より大きい円状のパッド電極４ｅを有していてもよい。このような形態であれば、主電極４ａの形成位置が少しずれても導通電極４ｂと接続することが可能となる。また、主電極４ａは、各線状電極４ｄの各端部同士を接続する補助電極４ｆを有していてもよい。補助電極４ｆは、隣り合う線状電極４ｄ同士を電気的に接続する機能を有している。このような形態によれば、仮に一部の線状電極４に断線が生じても、補助電極４ｆを通じて他の線状電極４にキャリアを伝達することができるため、太陽電池素子１０の出力低下を抑制することができる。
【００３０】
上述のような主電極４ａを有する太陽電池素子１０では、受光面である第１の面１Ｆの面全体に比して第１の電極４を構成する主電極４ａの占める割合が非常に小さいものとなっているため、高い受光効率が実現されるとともに、主電極４ａが一様に形成されてなるので、第１の面１Ｆにおいて発生したキャリアを効率よく集電することができる。
【００３１】
さらに、第１の電極４は、図３（ｂ）、図４に示すように、半導体基板１の第２の面１Ｓ上において、複数の導通電極４ｂ（貫通孔３）の直下の位置に、複数の第１出力取出電極４ｃを有している。この第１出力取出電極４ｃは、線状電極４ｄの長手方向と異なる方向（本実施の形態では導通電極４ｂの配列方向）に順次配列されており、この配列方向に長手方向を有するような長尺状を成している。また、本実施の形態では、１つの第１出力取出電極４ｃと複数の導通電極４ｂが接続されている。なお、本実施の形態では、図４に示すように、第１出力取出電極４ｃが導通電極４ｂと接続する部分（重なり部分）と、後述する配線１５が接続する部分（上記重なり部分より外側に張り出した部分）とに分けて形成されているが、上述のような張り出した部分は設けなくてもよい。第１出力取出電極４ｃは、導通電極４ｂの配列に対応して、複数列（図２においては３列）形成されてなる。また、以下では、複数の第１出力取出電極４ｃが配列されている方向、すなわち、基準辺ＢＳに沿う方向（基準辺ＢＳに平行な方向）を配列方向と称することとする。なお、この配列方向は、上述した導通電極４ｂが配列されている方向と同じ方向である。
【００３２】
一方、第２の電極５は、第１の電極４と異なる極性を有しており、第１の電極４と絶縁されて配設されている。このような第２の電極５は、図２および図４に示すように、第２出力取出電極５ａと、第1集電電極５ｂと、第１集電電極５ｂ上に、例えば、細線で格子状に設けられる第２集電電極５ｃと、を有している。さらに、第２の電極５は、第２の面１Ｓを平面視して、第１出力取出電極４ｃを挟んで両側に位置する一対の第１および第２集電電極と第２出力取出電極５ａとを電気的に接続する接続電極５ｄを有している。なお、第２集電電極５ｃを備えることは、本実施の形態において必須の構成ではなく、必要に応じて形成すればよい。よって、接続電極５ｄは、第２集電電極５ｃを形成しない場合、第２の面１Ｓを平面視して、第１出力取出電極４ｃを挟むように設けられる一対の第１集電電極５ｂ同士を電気的に接続する、もしくは一方の第１集電電極５ｂと、第１出力取出電極４ｃを挟んで反対側に位置する第２出力取出電極５ａと電気的に接続すればよい。
【００３３】
第１集電電極５ｂは、半導体基板１の第２の面１Ｓの側に設けられた半導体層６の上に形成されてなり、第２の面１Ｓの側で生成したキャリアを集電する。この第１の集電電極５ｂは、第１出力取出電極４ｃおよびその周辺部分、ならびに第２出力取出電極５ａが形成された領域の一部を除く第２の面１Ｓの略全面に設けられている。換言すれば、第１の集電電極５ｂは、第２の面１Ｓを平面視して、第１出力取出電極４ｃを挟み込むように対を成している。ここで、「略全面」とは、半導体基板１の第２の面１Ｓを平面視した場合に、第１集電電極５ｂが第２の面１Ｓの全領域の７０％以上に形成されることをいう。第１集電電極５ｂを第１の電極４が形成された領域以外の略全面に設けることは、第１集電電極５ｂで集電されるキャリアの移動距離を短くできるため、ひいては第２出力取出電極５ａから取り出されるキャリアの量を増加させることになるので、太陽電池素子１０の出力特性の向上に寄与するものである。
【００３４】
第２出力取出電極５ａは、隣接する太陽電池素子同士を電気的に接続する配線と接続される配線接続部としての役割を有する。また、第２出力取出電極５ａは、その少なくとも一部が第１集電電極５ｂと重なるように構成すればよく、このような構成であれば、第１集電電極５ｂで集電されたキャリアを外部に出力できる。そのため、第２出力取出電極５ａは、図３（ａ）に示すように、第１集電電極５ｂが形成されていない領域に配置してもよい。また、第２出力取出電極５ａは、複数の第１出力取出電極４ｃのそれぞれに並行する態様にて配列されており、第１出力取出電極４ｃと同様に長尺状を成している。なお、第２出力取出電極５ａは、上述したように、第１出力取出電極４ｃの配列方向に沿って複数個形成されているが、帯状に１本で形成されてもよい。
【００３５】
接続電極５ｄは、第２の面１Ｓ上の第１出力取出電極４ｃの非形成領域に設けられている。そして、太陽電池素子１０では、接続電極５ｄを備えることにより、第２出力取出電極５ａに隣接した第１出力取出電極４ｃを挟んで反対側にある第２の電極５（第１集電電極５ｂ、第２集電電極５ｃ）によって集められたキャリアを、効率よく第１集電電極５ｂや第２集電電極５ｃを通して、または直接、第２出力取出電極５ａに伝えることができる。
【００３６】
第１集電電極５ｂは、例えば、アルミニウムで形成されており、第２出力取出電極５ａ、第２集電電極５ｃおよび接続電極５ｄは、例えば、銀で形成されている。また、接続電極５ｄは、例えば、アルミニウムで形成したもの、もしくは、アルミニウムの上に銀を形成したものであってもよい。
【００３７】
本実施の形態において、線状電極４ｄは、該線状電極４ｄの長手方向と直交する方向に略等間隔で配列される複数本の線状電極４ｄから成る第１線状電極群４ｄ１及び第２線状電極群４ｄ２を有している。第１線状電極群４ｄ１及び第２線状電極群４ｄ２の本数は、特に限定されるものではなく、後述する接続電極５ｄの配置によって本数を変更すればよい。また、第１線状電極群４ｄ１は、図４に示すように、複数の線状電極４ｄが間隔Ｄで配列されてなり、一方で、第２線状電極群４ｄ２は、複数の線状電極４ｄが間隔Ｅで配列されてなる。この間隔Ｄ及び間隔Ｅの大きさは、同じでもよいし、互いに異なっていてもよい。
【００３８】
そして、隣接する第１線状電極群４ｄ１及び第２線状電極群４ｄ２は、第１出力取出電極４ｃの配列方向に間隙Ｆを空けて第１の面１Ｆ上に設けられている。また、第１出力取出電極４ｃの配列方向おける間隙Ｆの大きさは、間隔Ｄおよび間隔Ｅよりも大きい。加えて、本実施の形態では、第１の面１Ｆから平面透視して、間隙Ｆに対応する第２の面上に接続電極５ｄが設けられている。このような形態によれば、第１線状電極群４ｄ１と接続する第１出力取出電極４ｃと第２線状電極群４ｄ２と接続する第１出力取出電極４ｃとの間のスペースを広くできるため、接続電極５ｄの幅を大きくすることができる。これにより、第１集電電極５ｂで集電した電力を効率よく第２出力取出電極５ａに伝達できるようになる。
【００３９】
また、本実施の形態では、図５に示すように、接続電極５ｄに隣接する導通電極４ｂと接続電極５ｄとの距離Ｇが第２の面から平面透視して接続電極５ｄに隣接する線状電極４ｄと接続電極５ｄの距離Ｈよりも長くすることにより、第１線状電極群４ｄ１と接続する第１出力取出電極４ｃと第２線状電極群４ｄ２と接続する第１出力取出電極４ｃとの間のスペースをさらに広くできるため、接続電極５ｄの幅をさらに大きくすることができる。
これにより、第１集電電極５ｂで集電した電力を効率よく第２出力取出電極５ａに伝達することが可能となる。なお、従来は線状電極４ｄの中心線と導通電極４ｂの軸線が重なるように、線状電極４ｄの直下に導通電極４ｂが配置されていたため、隣り合う線状電極４ｄ間と隣り合う導通電極４ｂ間の距離が同じであった。また、距離Ｇは、図５に示すように、導通電極４ｂの中心と接続電極５ｄの幅方向（基準辺ＢＳ方向）の中心線との間の距離である。なお、図５では、導通電極４ｂの中心から延ばした仮想線ｇと接続電極５ｄの幅方向の中心とを結ぶ矢印で距離Ｇを示している。また、距離Ｈは、図５に示すように、線状電極４ｄの幅方向（基準辺ＢＳ方向）の中心線と接続電極５ｄの幅方向（基準辺ＢＳ方向）の中心線との間の距離である。
【００４０】
このとき、パッド電極４ｅは、図６に示すように、線状電極４ｄと導通電極４ｂとに接続されるように、例えば、長円状や楕円状に形成される。パッド電極４ｅの短径方向の寸法は、例えば、１００μｍ以上５００μｍ以下である。このようなパッド電極４ｅは、第１の面１Ｆ側において、それぞれの線状電極４ｄに対応して設けられることから、見かけ上略等間隔に並んで見えるため、外観向上にも寄与する。
【００４１】
また、本実施の形態では、図７に示すように、第１線状電極４ｄ１と間隙Ｆを空けて、第１線状電極群４ｄ１及び第２線状電極群４ｄ２よりも外方に設けられる第３線状電極群４ｄ３をさらに備えていてもよい。この第３線状電極４ｄ３は、第１出力取出電極４ｃの配列方向における間隙Ｆの幅以上の間隔Ｉで複数の線状電極４ｄが配列されてなる。このような形態によれば、後述する太陽電池モジュールにおいて裏面保護材で乱反射した光が透光性基板で反射して半導体基板１の外周側の第１の面１Ｆに入射される際、間隔Ｉを比較的大きくすることで太陽電池素子１０（半導体基板１）に照射される量を増大させることができるため、太陽電池素子１０の出力特性を向上させることができる。このとき、間隔Ｉの大きさは、１．５〜３ｍｍが好適である。なお、図７に示す形態では、第３線状電極４ｄ３と第１線状電極４ｄ１との間の距離は、間隙Ｆの幅と同じにしているが、これに限定されることなく、所定の距離を空けてあればよい。また、図７に示す形態では、第１線状電極４ｄ１と第３線状電極４ｄ３とが隣接している構成であるが、第２線状電極４ｄ２と第３線状電極４ｄ３とが隣接している構成であってもよい。
【００４２】
また、本実施の形態において、基準辺ＢＳに沿う方向に配列した導通電極４ｂと、線状導体４ｄの本数を同じにすることにより、受光面積を確保しつつ、主電極部４ａの抵抗損失が大きくなることを低減することができる。線状電極４ｄの線幅は５０〜２００μｍ、各線状電極４ｄの間隔は１〜３ｍｍ程度に設けられる。各線状電極群の間隔（間隔Ｄ、間隔Ｅ、間隔Ｉ）および間隙Ｆは最適値を基準として０．２ｍｍ以内の範囲となるように設けることにより、見かけ上略等間隔に並んで見えるため、外観的にも好ましい。
【００４３】
≪太陽電池モジュール≫
本実施の形態に係る太陽電池素子１０は、単独で使用することが可能であるが、同じ構造を有する複数の太陽電池素子１０が互いに隣接するように配置し、さらに互いを直列に接続してモジュールを構成する場合に、好適な構造を有してなる。そこで、複数の太陽電池素子１０を用いて形成される太陽電池モジュールについて次に説明する。
【００４４】
太陽電池モジュール２０は、図８（ａ）に示すように、ガラス等からなる透光性部材１１と、透明のエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）等からなる表側充填材１２と、複数の太陽電池素子１０と、ＥＶＡ等からなる裏側充填材１３と、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）や金属箔をポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等で挟みこんだ裏面保護材１４と、を主として備える。複数の太陽電池素子１０は、図８（ｂ）に示すように、隣り合う太陽電池素子１０同士が接続部材としての機能を有する配線１５によって互いに直列接続されてなる。
【００４５】
図９は、太陽電池モジュール２０における、太陽電池素子１０同士の配線１５による接続の様子についてより詳細に示す図である。
【００４６】
図８（ａ）では概略的な断面を示すのみであるが、太陽電池モジュール２０においては、図９に示すように、隣り合う一方の太陽電池素子１０の第１出力取出電極４ｃと他方の太陽電池素子１０の第２出力取出電極５ａとが１つずつ、長尺状の（直線状の）配線１５によって接続されてなる。また、図９の場合は、３ヶ所において接続がなされている。なお、便宜上、以下においては、図９において、配線１５によって接続されてなる２つの太陽電池素子１０のうち、第１出力取出電極４ｃに配線１５が接続される太陽電池素子１０を第１の太陽電池素子１０αと称し、第２出力取出電極５ａに配線が接続される太陽電池素子１０を第２の太陽電池素子１０βと称することとする。
【００４７】
より詳細に言えば、太陽電池モジュール２０においては、第１の太陽電池素子１０αと第２の太陽電池素子１０βが、それぞれの基準辺ＢＳが平行かつ同一直線上にない位置にくるように、かつ、互いに回転対称（より具体的には点対称）の関係となるように配置される。このようにすることで、同じ直線上に位置する全ての第１出力取出電極４ｃと全ての第２出力取出電極５ａとが、一の配線１５によって接続されることになる。この場合、一の配線１５で接続される関係にある複数の第１出力取出電極４ｃと複数の第２出力取出電極５ａとの相対的な配置関係は等価である（つまりは複数の第１出力取出電極４ｃと複数の第２出力取出電極５ａとの組が全て並進対称の関係にある）ので、それぞれの第１出力取出電極４ｃと第２出力取出電極５ａの組の接続に用いる配線１５に、同一形状のものを用いることができる。
【００４８】
配線１５としては、例えば、厚さ０．１〜０．４ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度で、その全面が半田材料によって被覆された帯状の銅箔をその長手方向について所定の長さに切断したものを用いることができる。半田材料により被覆された配線１５の場合、ホットエアーや半田鏝等を用いて、あるいはリフロー炉などを用いて、太陽電池素子１０の第１出力取出電極４ｃと第２出力取出電極５ａとに半田付けされる。
【００４９】
また、本実施の形態では、図１０に示すように、第１出力取出電極４ｃの配列上の第１出力取出電極４ｃ以外の領域に酸化膜、樹脂、絶縁テープ等の絶縁層８を設けることが好ましく、後述する配線１５が第２の電極５等と接触して短絡することを抑制することができる。このとき、ｐｎ分離領域も絶縁層８で覆われることが好ましい。なお、絶縁層８は配線１５に設ける形であってもよい。
【００５０】
また、配線１５が複数の第１出力取出電極４ｃと複数の第２出力取出電極５ａとの接続領域以外となる非接続領域において半導体基板１から離間するように凹凸形状を有してもよく、第１出力取出電極４ｃ間にある第２の電極５と配線１５が接触しないため短絡を抑制することができる。
【００５１】
なお、裏面保護材１４として白色等の反射率の高い材質のものを用いれば、太陽電池素子１０の間に照射された光が裏面保護材１４で乱反射して太陽電池素子１０に照射されるので、太陽電池素子１０における受光量がより増大することになる。
【００５２】
≪太陽電池素子の製造方法≫
次に、太陽電池素子の製造方法について説明する。
【００５３】
＜半導体基板の準備工程＞
まずｐ型の導電型を呈する半導体基板１を準備する。
【００５４】
半導体基板１として単結晶シリコン基板を用いる場合であれば、ＦＺやＣＺ法など公知の製法で作製された単結晶シリコンインゴットを所定の厚みに切り出すことで半導体基板１を得ることができる。また、多結晶シリコン基板を半導体基板１として用いる場合であれば、キャスト法や鋳型内凝固法などの公知の製法で作製された多結晶シリコンインゴットを所定の厚みに切り出すことで半導体基板１を得ることができる。
【００５５】
以下においては、ドーパント元素としてＢ（ボロン）あるいはＧａ（ガリウム）を１×１０１５〜１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３程度ドープして成ることでｐ型の導電型を呈する結晶シリコン基板を半導体基板１として用いる場合を例にとって説明する。
【００５６】
なお、切り出し（スライス）に伴う半導体基板１の表層部の機械的ダメージ層や汚染層を除去するために、切り出した半導体基板１の表面側および裏面側の表層部をＮａＯＨやＫＯＨ、あるいはフッ酸と硝酸の混合液などでそれぞれ１０〜２０μｍ程度エッチングし、その後、純水などで洗浄することで、有機成分や金属成分を除去しておくようにする。
【００５７】
＜貫通孔の形成工程＞
次に、半導体基板１の第１の面１Ｆと第２の面１Ｓとの間に貫通孔３を形成する。
【００５８】
貫通孔３は、機械的ドリル、ウォータージェットあるいはレーザー加工装置等を用いて形成する。なお、貫通孔３の形成は、受光面となる第１の面１Ｆが損傷を避けるべく、半導体基板１の第２の面１Ｓの側から第１の面１Ｆの側に向けて加工を行うようにする。ただし、加工による半導体基板１への損傷が少なければ、第１の面１Ｆの側から第２の面１Ｓの側に向けて加工を行うようにしてもよい。
【００５９】
＜テクスチャ構造の形成工程＞
次に、貫通孔３が形成された半導体基板１の受光面側に、光反射率の低減を効果的に行うための微細な突起（凸部）１ｂをもつテクスチャ構造１ａを形成する。
【００６０】
テクスチャ構造１ａの形成方法としては、ＮａＯＨやＫＯＨなどのアルカリ水溶液によるウェットエッチング法や、半導体基板１の材料であるシリコンをエッチングする性質を有するエッチングガスを用いるドライエッチング法を用いることができる。
【００６１】
＜逆導電型層の形成工程＞
次に、逆導電型層２を形成する。すなわち、半導体基板１の第１の面１Ｆに第１逆導電型層２ａを形成し、貫通孔３の表面に第２逆導電型層２ｂを形成し、第２の面１Ｓに第３逆導電型層２ｃを形成する。
【００６２】
ｐ型の導電型を呈する結晶シリコン基板を半導体基板１として用いる場合、逆導電型層２を形成するためのｎ型化ドーピング元素としては、Ｐ（リン）を用いることが好ましい。
【００６３】
逆導電型層２は、半導体基板１におけるその形成対象箇所にペースト状態にしたＰ２Ｏ５を塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、ガス状態にしたＰＯＣｌ３（オキシ塩化リン）を拡散源として形成対象箇所に拡散させる気相熱拡散法、および形成予定箇所に対して直接に拡散させるイオン打ち込み法などによって形成する。気相拡散法を用いれば半導体基板１の両主面における形成対象箇所と貫通孔３の表面とを同時に逆導電型層２を形成することができるので好ましい。
【００６４】
なお、形成対象箇所以外にも拡散領域が形成されるような条件下では、その部分にあらかじめ拡散防止層を形成したうえで逆導電型層２を形成するようにすることにより、部分的に拡散を防止することができる。また、拡散防止層を形成せず、形成対象箇所以外に形成された拡散領域を後からエッチングして除去してもよい。なお、逆導電型層２の形成後、後述するように半導体層６をアルミニウムペーストによって形成する場合は、ｐ型ドーパント元素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、既に形成されていた浅い拡散領域の存在は無視することができる。すなわち、半導体層６の形成予定箇所に存在する逆導電型層２は特に除去する必要がない。また、第１の電極４が形成される領域の周囲や半導体基板１の第２の面１Ｓの周縁部について、レーザー照射等の公知の方法でｐｎ分離を行ってもよい。
【００６５】
＜反射防止膜の形成工程＞
次に、第１逆導電型層２ａの上に、反射防止膜７を形成することが好ましい。
【００６６】
反射防止膜７の形成方法としては、ＰＥＣＶＤ法、蒸着法やスパッタ法などを用いることができる。例えば、ＳｉＮｘ膜からなる反射防止膜７をＰＥＣＶＤ法で形成する場合であれば、反応室内を５００℃程度としてシラン（Ｓｉ３Ｈ４）とアンモニア（ＮＨ３）との混合ガスを窒素（Ｎ２）で希釈し、グロー放電分解でプラズマ化させて堆積させることで反射防止膜７が形成される。また、第２逆導電型層２ｂの上にも反射防止膜７を形成してもよい。
【００６７】
＜半導体層の形成工程＞
次に、半導体基板１の第２の面１Ｓに、半導体層６を形成する。
【００６８】
ボロンをドーパント元素とする場合、ＢＢｒ３（三臭化ボロン）を拡散源とする熱拡散法により、８００〜１１００℃程度の温度で形成することができる。この場合、半導体層６の形成に先立ち、半導体層６の形成予定箇所以外の領域の上に、例えば、既に形成されている逆導電型層２などの上に、酸化膜などからなる拡散バリアを形成し、半導体層６の形成後にこれを除去するようにするのが望ましい。
【００６９】
また、ドーパント元素としてアルミニウムを用いる場合は、アルミニウム粉末と有機ビヒクル等からなるアルミニウムペーストを印刷法で半導体基板１の第２の面１Ｓに塗布した後、７００〜８５０℃程度の温度で熱処理（焼成）してアルミニウムを半導体基板１に向けて拡散させることによって、半導体層６を形成することができる。この場合、アルミニウムペーストの印刷面である第２の面１Ｓだけに所望の拡散領域である半導体層６を形成することができる。しかも、焼成後に第２の面１Ｓの上に形成されたアルミニウムからなる層を、除去せずにそのまま第１集電電極５ｂとして利用することもできる。
【００７０】
＜電極の形成方法＞
次に、第１の電極４を構成する主電極４ａ（線状電極４ｄ、パッド電極４ｅ）と導通電極４ｂとを形成する。
【００７１】
主電極４ａと導通電極４ｂとは、例えば、塗布法を用いて形成される。具体的には、半導体基板１の第１の面１Ｆに、例えば銀等からなる金属粉末１００重量部に対して有機ビヒクルを１０〜３０重量部、ガラスフリットを０．１〜１０重量部を添加してなる導電性ペーストを、図１に示す主電極４ａの形成パターンにて塗布することで塗布膜を形成した後、該塗布膜を最高温度５００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより、主電極４ａと導通電極４ｂとを形成することができる。なお、この場合、導電性ペーストを塗布する際に貫通孔３にも該導電性ペーストが充填されることで、導通電極４ｂも形成できる。ただし、後述のように第１出力取出電極４ｃを形成する際にも、第２の面１Ｓの側から導電性ペーストが塗布され、その際に貫通孔３にも導電性ペーストが再度充填された後に焼成がなされるので、第１の面１Ｆに導電性ペーストを塗布する際に貫通孔３に十分に導電性ペーストが充填されなくてもかまわない。
【００７２】
なお、導電性ペーストを塗布した後、焼成に先だって、所定の温度で塗布膜中の溶剤を蒸散させて該塗布膜を乾燥させるのが好ましい。また、あらかじめ貫通孔３にのみ導電性ペーストを充填・乾燥し、その後、上述の場合と同様に図１に示す主電極４ａのパターンにて導電性ペーストを塗布したうえで焼成するなど、主電極４ａと導通電極４ｂとを別々に塗布・焼成して形成するようにしてもよい。
【００７３】
なお、上述したように、主電極４ａの形成に先立って、反射防止膜７を形成する場合は、パターニングされた領域に主電極４ａを形成するか、あるいは、ファイヤースルー法によって主電極４ａを形成することになる。一方で、主電極４ａを形成した後に、反射防止膜７を形成してもかまわない。この場合、反射防止膜７をパターニングする必要もなく、またファイヤースルー法を用いる必要もないため、主電極４ａの形成条件が緩やかなものとなる。このような工程であれば、例えば、８００℃程度の高温で焼成を行わずとも、主電極４ａを形成することができる。
【００７４】
続いて、半導体基板１の第２の面１Ｓ上に、第１集電電極５ｂを形成する。
【００７５】
第1集電電極５ｂについても、塗布法を用いて形成することができる。具体的には、半導体基板１の第２の面１Ｓに、例えばアルミニウムまたは銀等からなる金属粉末１００重量部に対して有機ビヒクルを１０〜３０重量部、ガラスフリットを０．１〜５重量部を添加してなる導電性ペーストを、図２に示す第１集電電極５ｂの形成パターンにて塗布することで塗布膜を形成した後、該塗布膜を最高温度５００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより、第１集電電極５ｂを形成することができる。なお、前述したように、アルミニウムペーストを用いる場合は、半導体層６と第１集電電極５ｂとを同時に形成することができる。
【００７６】
さらに、半導体基板１の第２の面１Ｓに、第１出力取出電極４ｃ、第２出力取出電極５ａ、第２集電電極５ｃおよび接続電極５ｄを形成する。
【００７７】
第１出力取出電極４ｃ、第２出力取出電極５ａ、第２集電電極５ｃおよび接続電極５ｄは、例えば、塗布法を用いて同時に形成することができる。具体的には、半導体基板１の第２の面１Ｓに、例えば銀等からなる金属粉末１００重量部に対して有機ビヒクルを１０〜３０重量部、ガラスフリットを０．１〜１０重量部を添加してなる導電性ペーストを、図２、図４に示すような電極パターンにて塗布することで塗布膜を形成した後、該塗布膜を最高温度５００〜８５０℃で数十秒〜数十分程度焼成することにより形成できる。なお、それぞれの構成部を別々に形成したり、相異なる組成の導電性ペーストを用いて形成してもよい。また、アルミニウムペーストを用いて半導体層６と第１集電電極５ｂとを同時に形成した場合、第２出力取出電極５ａの一部は第３逆導電型層２ｃ上に形成されるが特に問題ない。
【００７８】
本実施の形態に係る太陽電池素子１０は、以上のような手順で作製することができる。
【００７９】
なお、必要に応じて、半田ディップ処理によって第１出力取出電極４ｃと第２出力取出電極５ａの上に、半田領域（図示せず）を形成してもよい。
【００８０】
また、絶縁層８は、例えば、ＣＶＤ等の薄膜形成技術を用いて形成する態様であってもよいし、樹脂ペーストなどからなる絶縁性ペーストを塗布し、焼成することによって形成する態様であってもよいし、市販の絶縁テープを貼り付けることで形成する態様であってもよい。なお、絶縁性ペーストを焼成する際には、電極形成のときに、同時に焼成して形成することも可能である。
【００８１】
≪太陽電池モジュールの製造方法≫
次に、上述のように形成される太陽電池素子１０を用いて太陽電池モジュール２０を製造する方法について説明する。
【００８２】
まず、あらかじめ、厚さ０．１〜０．４ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面を半田材料によって被覆したものを長手方向について所定の長さに切断することによって、配線１５を作製しておく。
【００８３】
そして、図９に示すように、複数の太陽電池素子１０をそれぞれ第２の面１Ｓを上にして所定の距離で離間させて載置し、第１の太陽電池素子１０αの第１出力取出電極４ｃと第２の太陽電池素子１０βの第２出力取出電極５ａとの間に、上方から配線１５を接触させる。この状態で、ホットエアーや半田鏝を用いて、あるいはリフロー炉を用いて、配線１５の表面の半田を溶融させることで、配線１５と第１出力取出電極４ｃおよび第２出力取出電極５ａとを接続させる。係る方法によれば、高い生産性で、太陽電池素子１０同士を接続することができる。
【００８４】
その後、透光性部材１１の上に、表側充填材１２と、配線１５によって互いに接続された複数の太陽電池素子１０と、裏側充填材１３と、裏面保護材１４とを順次に積層することで得られるモジュール基体を、ラミネータの中で脱気、加熱して押圧することによって一体化させることによって、太陽電池モジュール２０が得られる。
【００８５】
そして、図８（ｂ）に示すように、上述した太陽電池モジュール２０の外周には、必要に応じてアルミニウムなどの枠１６がはめ込まれる。また、図８（ａ）に示すように、直列接続された複数の太陽電池素子１０のうち、最初の太陽電池素子１０および最後の太陽電池素子１０の電極の一端と、外部に出力を取り出す端子ボックス１７と、を出力取出配線１８で接続する。
【００８６】
上述した手順によって、本実施の形態に係る太陽電池モジュール２０を得ることができる。
【００８７】
＜変形例＞
また、図４に示すように半導体基板１の周縁部に位置する第２出力取出電極５ａの半導体基板１の周縁部側においては、第１集電電極５ｂと接続せずに半導体基板１と接続させることが好ましく、太陽電池モジュールを屋外に設置したときにおける日々の温度サイクルによる配線１５の伸縮の影響を受け、第２出力取出電極５ａの剥がれる可能性を低減することができる。
【００８８】
また、第１出力取出電極４ｃと第２出力取出電極５ａの基準辺ＢＳに沿う方向の長さは異なっていても同じであってもよい。
【００８９】
また、接続電極５ｄは一対の集電電極（第１集電電極５ａ、第２集電電極５ｂ）同士を電気的に接続すればよいため、接続電極５ｄが直接、第２出力取出電極５ａに接続する形態とし、第２出力取出電極５ａを通して一対の集電電極（第１集電電極５ａ、第２集電電極５ｂ）同士が電気的に接続されてもよい。なお、第２集電電極５ｂを設けない形態であれば、一対の第１集電電極５ａ同士を接続電極５ｄで電気的に接続するようになる。
【００９０】
また、太陽電池素子１０においては、上述の配列状態をみたすとともに配線１５による接続態様が実現可能である限りにおいて、第１出力取出電極４ｃと第２出力取出電極５ａとをそれぞれ上述したものと異なる形状（例えば、台形状、円形状、楕円形状、半円形状、扇型形状、あるいはそれらの複合形状など）に形成する態様であってもよい。
【００９１】
また、太陽電池素子１０を分割して使用する場合は、分割位置を接続電極５ｄ近傍とすることにより、分割位置と線状電極４ｄとが重なることを低減することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１ ：半導体基板
２ ：逆導電型層（拡散層）
２ａ：第１逆導電型層
２ｂ：第２逆導電型層
２ｃ：第３逆導電型層
３ ：貫通孔
４ ：第１の電極
４ａ：主電極
４ｂ：導通電極
４ｃ：第１出力取出電極
４ｄ：線状電極
４ｅ：パッド電極
４ｆ：補助電極
５ ：第２の電極
５ａ：第２出力取出電極
５ｂ：第１集電電極
５ｃ：第２集電電極
５ｄ：接続電極
６ ：半導体層
７ ：反射防止膜
８ ：絶縁層
１０ ：太陽電池素子
１１ ：透光性基板
１２ ：表側充填材
１３ ：裏側充填材
１４ ：裏面保護材
１５ ：配線
１６ ：枠
１７ ：端子ボックス
１８ ：出力取出配線
２０ ：太陽電池モジュール
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を受ける第１の面及び該第１の面の裏側の第２の面を有する半導体基板と、
前記第１の面上に配列される複数の線状電極と、該線状電極と電気的に接続されており、前記線状電極の長手方向と異なる方向で前記第２の面上に配列される複数の出力取出電極と、を有する第１の電極と、
前記第２の面を平面視して、前記出力取出電極を挟み込むように前記第２の面上に設けられる一対の集電電極と、前記第２の面上の前記出力取出電極の非形成領域に設けられ、前記一対の集電電極同士を電気的に接続する接続電極と、を有する第２の電極と、を備え、
前記線状電極は、該線状電極の長手方向と直交する方向に略等間隔で配列される第１及び第２線状電極群を形成し、
前記第１及び前記第２線状電極群は、前記出力取出電極の配列方向において、前記間隔よりも大きい間隙を空けて設けられており、
前記接続電極は、前記第１の面から平面透視して、前記間隙に対応して設けられていることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記線状電極と前記出力取出電極とを電気的に接続するように前記第１の面から前記第２の面に向かって導出され、前記出力取出電極の配列方向に沿って配置される複数の導通電極をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記接続電極に隣接する前記導通電極と前記接続電極との間の距離が、第２の面から平面透視して前記接続電極に隣接する前記線状電極と前記接続電極との間の距離よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記第１及び第２線状電極群よりも外方に設けられる第３線状電極群をさらに備え、
前記第３線状電極群を構成する前記線状電極は、前記出力取出電極の配列方向における前記間隙の幅以上の間隔で配列されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項５】
前記配列方向における前記導通電極の個数と前記線状導体の本数が同じであることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項６】
互いに隣接するように配列された請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の複数の太陽電池素子と、
隣り合う前記太陽電池素子間で、一方の前記太陽電池素子の前記第１の電極と他方の前記太陽電池素子の前記第２の電極とを電気的に接続する配線と、を備えた太陽電池モジュール。
【請求項１】
光を受ける第１の面及び該第１の面の裏側の第２の面を有する半導体基板と、
前記第１の面上に配列される複数の線状電極と、該線状電極と電気的に接続されており、前記線状電極の長手方向と異なる方向で前記第２の面上に配列される複数の出力取出電極と、を有する第１の電極と、
前記第２の面を平面視して、前記出力取出電極を挟み込むように前記第２の面上に設けられる一対の集電電極と、前記第２の面上の前記出力取出電極の非形成領域に設けられ、前記一対の集電電極同士を電気的に接続する接続電極と、を有する第２の電極と、を備え、
前記線状電極は、該線状電極の長手方向と直交する方向に略等間隔で配列される第１及び第２線状電極群を形成し、
前記第１及び前記第２線状電極群は、前記出力取出電極の配列方向において、前記間隔よりも大きい間隙を空けて設けられており、
前記接続電極は、前記第１の面から平面透視して、前記間隙に対応して設けられていることを特徴とする太陽電池素子。
【請求項２】
前記線状電極と前記出力取出電極とを電気的に接続するように前記第１の面から前記第２の面に向かって導出され、前記出力取出電極の配列方向に沿って配置される複数の導通電極をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池素子。
【請求項３】
前記接続電極に隣接する前記導通電極と前記接続電極との間の距離が、第２の面から平面透視して前記接続電極に隣接する前記線状電極と前記接続電極との間の距離よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池素子。
【請求項４】
前記第１及び第２線状電極群よりも外方に設けられる第３線状電極群をさらに備え、
前記第３線状電極群を構成する前記線状電極は、前記出力取出電極の配列方向における前記間隙の幅以上の間隔で配列されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項５】
前記配列方向における前記導通電極の個数と前記線状導体の本数が同じであることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれかに記載の太陽電池素子。
【請求項６】
互いに隣接するように配列された請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の複数の太陽電池素子と、
隣り合う前記太陽電池素子間で、一方の前記太陽電池素子の前記第１の電極と他方の前記太陽電池素子の前記第２の電極とを電気的に接続する配線と、を備えた太陽電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−９６７３１（Ｐ２０１１−９６７３１Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４６８４３（Ｐ２００９−２４６８４３）
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２７日（２００９．１０．２７）
【出願人】（０００００６６３３）京セラ株式会社 (13,660)
【Ｆターム（参考）】
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