JP6065009B2

JP6065009B2 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JP6065009B2
Application number: JP2014522321A
Authority: JP
Inventors: 望 ▲徳▼岡; 良和井原; 裕之賀勢; 知岐成田
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-06-29
Filing date: 2012-06-29
Publication date: 2017-01-25
Anticipated expiration: 2032-06-29
Also published as: WO2014002249A1; DE112012006610T5; US20150090317A1; JPWO2014002249A1

Description

本発明は、太陽電池、太陽電池モジュール、及び太陽電池の製造方法に関する。

太陽電池は、光電変換部と、その主面上に形成された電極とを備える（例えば、特許文献１参照）。また、太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と、その電極上に取り付けられ太陽電池同士を接続する配線材とを備える。

特開２００９‐２９０２３４号公報

ところで、太陽電池では、さらなる光電変換特性の向上が求められている。光電変換特性を向上させるためには、例えば、光電変換部と電極との良好な密着性を確保することが重要である。また、太陽電池モジュールにおいても太陽電池と配線材との良好な密着性を確保することは重要である。

本発明に係る太陽電池の一態様は、光電変換部と、光電変換部の主面上に形成された透明導電層と、透明導電層上に直接形成された銀又は銅のめっき電極とを備える。

本発明に係る太陽電池モジュールの一態様は、複数の上記太陽電池と、太陽電池同士を接続する配線材と、太陽電池のめっき電極と配線材とを接着し、且つめっき電極の貫通孔又は間隙に入り込んで配線材と透明導電層とを接着する接着剤とを備える。

本発明に係る太陽電池の製造方法の一態様は、光電変換部の主面上に透明導電層を形成し、透明導電層上の領域のうち、銀又は銅のめっき電極が形成される電極形成領域の少なくとも一部を還元処理した後、該電極形成領域にめっき電極を形成する。

本発明に係る太陽電池によれば、光電変換効率を向上させることができる。また、光電変換部と電極との良好な密着性を確保することも可能となる。本発明に係る太陽電池モジュールによれば、太陽電池と配線材との良好な密着性を確保することが可能である。

本発明に係る実施形態の一例である太陽電池モジュールの断面図である。本発明に係る実施形態の一例である太陽電池を受光面側から見た図である。本発明に係る実施形態の一例である太陽電池を裏面側から見た図である。図２，３のＡ‐Ａ線断面の一部を示す図である。本発明に係る実施形態の一例である太陽電池に入射した光の挙動を例示する図である。図２に例示する形態の変形例を示す図である。図６のＤ‐Ｄ線断面の一部を示す図である。図３に例示する形態の変形例を示す図である。図８のＥ‐Ｅ線断面の一部を示す図である。図２のＢ部拡大図であって、集電極を省略した図である。図１０のＦ１‐Ｆ１線断面の一部を示す図である。図１０のＦ２‐Ｆ２線断面の一部を示す図である。図１０のＧ部拡大図である。図１０に例示する形態の変形例を示す図である。図１０に例示する形態の他の変形例を示す図である。図１５のＨ‐Ｈ線断面の一部を示す図である。図３のＣ部拡大図であって、集電極を省略した図である。図１７に例示する形態の変形例を示す図である。本発明に係る実施形態の一例である光電変換部の変形例を示す図である。本発明に係る実施形態の一例である光電変換部の変形例を示す図である。本発明に係る実施形態の一例である太陽電池の製造方法を説明するための図である。本発明に係る実施形態の一例である太陽電池の製造方法を説明するための図である。本発明に係る実施形態の一例である太陽電池の製造方法を説明するための図である。本発明に係る実施形態の一例である太陽電池の製造方法を説明するための図である。

図面を参照しながら、本発明に係る実施形態を詳細に説明する。本発明は、以下の実施形態に限定されない。また、実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書では、「第１の部材（例えば、光電変換部の主面）上に、第２の部材（例えば、透明導電層）が形成される」との記載は、特に限定を付さない限り、第１及び第２の部材が直接接触して形成される場合のみを意図しない。即ち、この記載は、第１及び第２の部材の間に、その他の部材が存在する場合を含むものである。

図１は、太陽電池モジュール１０を厚み方向に切断した断面図である。太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池１１と、太陽電池１１の受光面側に配置される第１保護部材１２と、太陽電池１１の裏面側に配置される第２保護部材１３とを備える。

図２は、太陽電池１１を受光面側から見た図である。図３は、太陽電池１１を裏面側から見た図である。図４は、図２，３のＡ‐Ａ線で太陽電池１１を厚み方向に切断した断面の一部を示す図である。図５は、図４を簡略化した図において、太陽電池１１に入射した光αの挙動を例示する図である。なお、図１の太陽電池１１の電極構造は、図２等の電極構造よりも簡略化しており、バスバー部３３及び金属層４２のみを表示している。

太陽電池１１は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部２０と、光電変換部２０の受光面上に形成された透明導電層３１と、透明導電層３１上に形成されたフィンガー部３２、バスバー部３３、及び絶縁性のコーティング層５０と、光電変換部２０の裏面上に形成された透明導電層４１と、透明導電層４１上に形成された金属層４２とをそれぞれ備える。太陽電池１１では、光電変換部２０で生成されたキャリアがフィンガー部３２、バスバー部３３、及び金属層４２により収集される。ここで、「受光面」とは太陽電池の外部から太陽光が主に入射する主面を、「裏面」とは受光面と反対側の主面をそれぞれ意味する。例えば、太陽電池１１に入射する太陽光のうち５０％超過〜１００％が受光面側から入射する。

複数の太陽電池１１は、第１保護部材１２と第２保護部材１３とにより挟持されると共に、充填材１４により封止されている。第１保護部材１２及び第２保護部材１３には、例えば、ガラス基板や樹脂基板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。充填材１４には、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等の樹脂を用いることができる。

太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池１１を直列に接続する配線材１５を備える。配線材１５は、隣接して配置される各太陽電池１１の間で太陽電池モジュール１０の厚み方向に曲がり、各太陽電池１１を直列に接続する。配線材１５は、接着剤１６を用いて、太陽電池１１のバスバー部３３及び金属層４２に取り付けられる。接着剤１６には、例えば、エポキシ樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂等に、必要により硬化剤を混合した熱硬化型接着剤を用いることが好適である。かかる樹脂にはＡｇ粒子等の導電性フィラーが含有されていてもよいが、製造コストや遮光ロス低減等の観点から、非導電性の熱硬化型接着剤が好適である。接着剤１６の形態としては、例えば、フィルム状やペースト状が例示できる。

光電変換部２０は、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等の半導体材料からなる基板２１と、基板２１の受光面上に形成された非晶質半導体層２２と、基板２１の裏面上に形成された非晶質半導体層２３とを有する。非晶質半導体層２２，２３は、例えば、基板２１の主面上の全域にそれぞれ形成される。基板２１は、例えば、ｎ型単結晶シリコン基板とすればよい。基板２１の受光面及び裏面は、テクスチャ構造（図示せず）を有することが好適である。テクスチャ構造は、光の反射を低減するための凹凸構造であり、例えば、１μｍ〜１０μｍ程度の凹凸サイズ（２次元顕微鏡画像における外接円の直径）を有する。

非晶質半導体層２２は、例えば、ｉ型非晶質シリコン層と、ｐ型非晶質シリコン層とが基板２１側から順に形成された層構造である。非晶質半導体層２３は、例えば、ｉ型非晶質シリコン層と、ｎ型非晶質シリコン層とが基板２１側から順に形成された層構造である。なお、光電変換部２０は、基板２１の受光面上にｉ型非晶質シリコン層と、ｎ型非晶質シリコン層とが順に形成され、基板２１の裏面上に、ｉ型非晶質シリコン層と、ｐ型非晶質シリコン層とが順に形成された構造であってもよい。

透明導電層３１は、光電変換部２０の受光面上に形成されている。透明導電層３１は、例えば、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物（以下、「ＴＣＯ」とする）から構成される。透明導電層３１は、非晶質半導体層２２上の全域を覆って形成されてもよいが、図２，３に示す形態では、非晶質半導体層２２上において、その端部近傍を除く全域を覆って形成されている。透明導電層３１の厚みは、３０ｎｍ〜５００ｎｍ程度が好適であり、５０ｎｍ〜２００ｎｍ程度が特に好適である。

フィンガー部３２は、透明導電層３１上に複数（例えば、５０本）形成されている。フィンガー部３２は、透明導電層３１上の広範囲に形成される細線状の電極である。バスバー部３３は、フィンガー部３２と交差する方向に複数（例えば、２本）延びている。バスバー部３３は、フィンガー部３２からキャリアを収集する電極であって、太陽電池モジュール１０において配線材１５が取り付けられる。配線材１５は、バスバー部３３よりも幅が太く、バスバー部３３の幅方向両側においてフィンガー部３２と接続されることが好適である。

各バスバー部３３は、所定の間隔を空けて互いに略平行に配置され、これに略直交して複数のフィンガー部３２が配置されている。複数のフィンガー部３２は、一部がバスバー部３３の各々から受光面の仮想線Ｘよりも外側の端縁部２０ｚまで延び、残りが各バスバー部３３を繋いでいる。各バスバー部３３も受光面の端縁部２０ｚまで延びている。

コーティング層５０は、透明導電層３１上に形成された絶縁性の層である。コーティング層５０は、集電極が形成された領域を除く透明導電層３１上の全域に形成されることが好適である。コーティング層５０の厚みは、例えば、２０μｍ〜３０μｍである。コーティング層５０の厚みは、集電極の厚みと略同一であることが望ましいが、集電極の厚みよりもやや薄くても厚くてもよい。コーティング層５０を構成する材料は、生産性や絶縁性、充填材１４との密着性等の観点から、エポキシ樹脂等を含む光硬化性樹脂であることが好ましい。

透明導電層４１は、光電変換部２０の裏面上に形成されている。透明導電層４１のその他の構成は、透明導電層３１と同様である。金属層４２は、透明導電層４１を介してキャリアを集める集電極として機能し、その上には配線材１５が取り付けられる。金属層４２は、透明導電層４１上の略全域（実質的に全域とみなせる範囲、例えば、透明導電層４１上の９５％以上の領域を意味する）に形成されることが好適である。金属層４２上にバスバー部を有していてもよく、金属層４２をフィンガー部に変更してもよい。

フィンガー部３２及びバスバー部３３は、めっき処理により形成されるめっき電極とすることが好適である。以下では、特に断らない限り集電極はめっき電極とする。めっき電極は、例えば、電解めっき法により形成できる。めっき電極は、例えば、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）等の金属から構成される。かかる金属としては、導電性及び光の反射特性等の観点からＡｇ又はＣｕが好ましく、さらに製造コストを考慮するとＣｕがより好ましい。

上記めっき電極は、複数の金属層から構成される積層構造（例えば、第１層がＮｉ層、第２層がＣｕ層）であってもよいが、Ａｇ又はＣｕの単層構造、特にＣｕの単層構造が好ましい。なお、Ｃｕの単層構造とは、Ｃｕ拡散防止層とＣｕめっき電極とから構成された層も含む。そして、Ａｇめっき電極及びＣｕめっき電極は、透明導電層３１，４１上に直接形成されることが好適である。即ち、Ａｇめっき電極及びＣｕめっき電極と透明導電層３１，４１との間に他の層を設けない。Ｃｕは、特に長波長領域（例えば、６００ｎｍ以上）の波長の光に対する反射率が高く、例えば、６００ｎｍの光に対する反射率はＮｉの約１．５倍である。

本実施形態では、光電変換部２０の受光面側から略１００％の光が入射する。図５に示すように、フィンガー部３２の間から光電変換部２０内に入射した光αは、一部が光電変換部２０で吸収され、残りの一部が光電変換部２０及び透明導電層４１を透過して金属層４２により反射される。この１次反射光は、光電変換部２０内を受光面側に進み、その一部が再びフィンガー部３２で２次反射されて光電変換部２０内を裏面側に進む。かかる光αの反射により光電変換部２０の光収集効率を高めることができる。特に、反射特性が良好なＡｇ又はＣｕのめっき電極を透明導電層３１，４１上に直接形成することで、光αのめっき電極表面での吸収量を抑えて光収集効率をさらに高めることができる。

図６〜図９に、上記集電極の他の形態を示す。図６は、図２に対応する図であり、図７は、図６のＤ−Ｄ線断面の一部を示す図である。図８は、図３に対応する図であり、図９は、図８のＥ−Ｅ線断面の一部を示す図である。図７，９では、配線材１５を取り付けた状態を示す。

図６，７に示すバスバー部３３は、列状に並んだ複数の部分３３ｐ（以下、「ブロック３３ｐ」という）から構成されている。各ブロック３３ｐの間には、隣接するブロック３３ｐ同士を分離する間隙３４が形成されている。そして、間隙３４には、コーティング層５０が設けられている。ブロック３３ｐの形状や配置、サイズ等は、後述するように、コーティング層５０の形成パターンによって任意に調整することができる。

複数のブロック３３ｐは、例えば、配線材１５の長手方向に沿って直線状に設けられる。配線材１５は、上記のように、接着剤１６を用いて各ブロック３３ｐ上に取り付けられる。また、接着剤１６は、バスバー部３３の幅方向両側において配線材１５とフィンガー部３２とを接着することが好ましく、間隙３４に入り込んで配線材１５とコーティング層５０とを接着することがより好ましい。これにより、間隙３４では、接着剤１６がコーティング層５０を介して配線材１５と透明導電層３１とを接着する。接着剤１６とコーティング層５０との密着性、及びコーティング層５０と透明導電層３１との密着性は、めっき電極と透明導電層３１との密着性よりも良好であるため、間隙３４を設けたことにより配線材１５と太陽電池１１との密着力を向上させることができる。

間隙３４には、コーティング層５０が存在しなくてもよい。この場合は、接着剤１６が間隙３４に入り込んで透明導電層３１に付着し、配線材１５と透明導電層３１とが接着される。接着剤１６と透明導電層３１との密着性は、めっき電極と透明導電層３１との密着性よりも良好であるため、この場合も、配線材１５と太陽電池１１との密着力を向上させることができる。バスバー部３３には配線材１５からストレスが加わり易いが、間隙３４の存在によってバスバー部３３と透明導電層３１との界面における剥離を十分に抑制することができる。

図８，９に示す金属層４２は、配線材１５が取り付けられる範囲に貫通孔４３を有する。貫通孔４３は、金属層４２を厚み方向に貫通する孔であり、貫通孔４３によって透明導電層４１が露出する。貫通孔４３は、配線材１５が取り付けられる範囲の長手方向に沿って複数形成されることが好適である。そして、複数の貫通孔４３は、例えば、かかる範囲の一端から他端に亘って等間隔で形成される。貫通孔４３の形状や配置、サイズ等は、後述するように、電解めっき用プローブ１１０の形状や取り付け方等によって任意に調整することができる。

貫通孔４３には、接着剤１６が入り込み、接着剤１６が透明導電層４１に付着することが好適である。接着剤１６は、配線材１５と金属層４２との間に設けられ、その一部は配線材１５と金属層４２とを接着し、他の一部が貫通孔４３に入り込んで配線材１５と透明導電層４１とを接着する。上記のように、透明導電層４１との密着性は、接着剤１６＞金属層４２であるから、貫通孔４３を設けたことにより配線材１５と太陽電池１１との密着力を向上させることができる。

次に、図１０〜図１８を参照しながら、透明導電層３１，４１の構成について詳説する。図１０は、図２のＢ部拡大図であって、集電極を省略した図である。図１１は、図１０のＦ１−Ｆ１線断面の一部を、図１２は、図１０のＦ２−Ｆ２線断面の一部を、図１３は、図１０のＧ部拡大図をそれぞれ示す。図１４〜図１６は、図１０に例示する形態の変形例を示す。図１７は、図３のＣ部拡大図であって、集電極を省略した図である。図１８は、図１７に例示する形態の変形例を示す。

透明導電層３１は、めっき電極が形成される電極形成領域３１ｚの少なくとも一部において、電極形成領域３１ｚ外の領域である非電極形成領域よりも表面粗さが大きくなっていることが好適である。即ち、電極形成領域３１ｚの少なくとも一部では、非電極形成領域よりも表面凹凸の程度が大きい。なお、かかる表面凹凸のサイズは、テクスチャ構造サイズよりも小さく、好ましくは、テクスチャ構造サイズの１／１０以下である。電極形成領域３１ｚにおける表面粗さを大きくすることにより、めっき電極と透明導電層３１との接触面積が増えて両者の密着性が向上する。一方、太陽光を受光する非電極形成領域については、遮光ロス低減等の観点から表面凹凸が小さく後述の突起３１ｐが存在しないことが好適である。本実施形態において、電極形成領域３１ｚは、透明導電層３１の表面のうち、コーティング層５０に覆われていない領域であり、非電極形成領域は、コーティング層５０に覆われている領域である。

上記表面粗さは、算術平均粗さＲａにより評価することができる。算術平均粗さＲａは、例えば、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）やレーザーマイクロスコープ等を用いて測定可能である。

図１０に示す例では、電極形成領域３１ｚの全域において、非電極形成領域よりも表面粗さが大きくなっている。そして、電極形成領域３１ｚのうち、受光面の端縁部２０ｚに位置する領域において、受光面の中央部に位置する領域よりも表面粗さが大きくなっている。表面粗さが大きな領域では、例えば、透明導電層３１の厚みが薄くなり（図１１参照）、曲線因子（ＦＦ）が低下する傾向がある。また、表面粗さが大きな領域を透過した光は減衰し易く、入射光の光電変換部２０内における反射率が低下する傾向がある。したがって、ＦＦや反射率を損なうことなく、めっき電極と透明導電層３１との密着性を向上させるため、端縁部２０ｚ、例えば、受光面の端から受光面の一辺の長さの１０％程度の範囲内において選択的に表面粗さを大きくすることが好適である。

以下では、電極形成領域３１ｚのうち、端縁部２０ｚに位置する領域を「領域Ｒ１」、電極形成領域３１ｚのうち、配線材１５が取り付けられる範囲に対応する領域を「領域Ｒ２」、電極形成領域３１ｚのうち、Ｒ１，Ｒ２以外の領域を「領域Ｒ３」として説明する。同様に、電極形成領域４１ｚのうち、端縁部２０ｚに位置する領域を「領域Ｓ１」、電極形成領域４１ｚのうち、配線材１５が取り付けられる範囲に対応する領域を「領域Ｓ２」、電極形成領域４１ｚのうち、Ｓ１，Ｓ２以外の領域を「領域Ｓ３」として説明する。

透明導電層３１は、例えば、領域Ｒ１において、領域Ｒ２，Ｒ３よりも表面粗さが大きくなっている。本実施形態では、めっき電極が端縁部２０ｚまで延びて形成されているため、領域Ｒ１は、めっき電極の長手方向端部に位置する領域である。即ち、電極形成領域３１ｚのうち、めっき電極の長手方向端部に位置する領域において、めっき電極の長手方向中央部に位置する領域よりも表面粗さが大きいといえる。めっき電極と透明導電層３１との界面剥離は、電極の長手方向中央部よりも端部で起こり易いことから、当該構成によれば、かかる剥離を十分に抑制することができる。

図１１〜図１３に示すように、電極形成領域３１ｚには、複数の突起３１ｐが形成されている。突起３１ｐは、例えば、ドーム状、半球状、球状、又は紡錘状等の形状を呈しており、粒状突起或いは粒子ともいえる。電極形成領域３１ｚは、この突起３１ｐの存在により表面粗さが大きくなっている。詳しくは後述するが、突起３１ｐは、透明導電層３１を構成するＴＣＯを還元することにより形成される。突起３１ｐの組成は、例えば、ＴＣＯが酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）を主成分とする金属酸化物である場合、非電極形成領域を構成するＩｎ₂Ｏ₃と比較してＩｎリッチな酸化インジウム、或いはＩｎである。

本実施形態では、領域Ｒ１において、領域Ｒ３よりも突起３１ｐの数が多く、また突起３１ｐのサイズが大きい（図１１，１２参照）。これにより、算術平均粗さＲａは領域Ｒ１＞領域Ｒ３となる。そして、透明導電層３１の厚みは領域Ｒ１＜領域Ｒ３である。但し、表面粗さの変化点が明確である必要はなく、例えば、領域Ｒ１は領域Ｒ３に近づくほど表面粗さが小さくなり、領域Ｒ３は領域Ｒ１に近づくにつれて表面粗さが大きくなっていてもよい。そして、領域Ｒ３は、領域Ｒ１から離れるほど表面粗さが小さくなり、受光面の中央部では非電極形成領域と同程度の表面粗さであってもよい。

図１３に示す例では、領域Ｒ１において、突起３１ｐが一様に存在している。即ち、突起３１ｐの密度が、領域Ｒ１の全域に亘って同程度である。突起３１ｐの密度とは、領域Ｒ１の面積に対する突起３１ｐが存在する面積の割合を意味し、ＳＥＭ等を用いて測定できる。領域Ｒ１における突起３１ｐの密度は、めっき電極の剥離防止の観点から、１０％〜１００％が好ましく、２０％〜８０％がより好ましく、２５％〜７５％が特に好ましい。

突起３１ｐのサイズは、１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下であることが好ましく、１０ｎ以上１００ｎｍ以下であることがより好ましい。突起３１ｐのサイズは、ＳＥＭ等の２次元顕微鏡画像における突起３１ｐの外接円の直径として定義される。

図１４は、間隙３４が形成された形態（図６参照）に対応する電極形成領域３１ｚの一例を示す。図１４に示す例では、電極形成領域３１ｚのうち、領域Ｒ１及び領域Ｒ２において、領域Ｒ３よりも表面粗さが大きくなっている。領域Ｒ１及び領域Ｒ２は、表面粗さの程度が同程度であってもよく、一方の表面粗さが大きくてもよい。当該構成によれば、めっき電極の長手方向端部における剥離、及び配線材１５からのストレスが作用する部分における剥離を十分抑制できる。

図１５に示す例では、領域Ｒ２，Ｒ３の表面粗さが、非電極形成領域の表面粗さと同程度であり、領域Ｒ１のみにおいて表面粗さが大きくなっている。図１６（図１５のＨ−Ｈ線断面図）に示すように、領域Ｒ３には、突起３１ｐが形成されておらず、突起３１ｐは領域Ｒ１だけに選択的に形成されている。つまり、領域Ｒ１と領域Ｒ３との境界位置において、表面粗さの程度が急激に変化する。突起３１ｐを領域Ｒ１だけに選択的に形成することで、良好な光電変換特性と、めっき電極の剥離抑制機能とをより効率良く両立することができる。

太陽電池１１の裏面側では、透明導電層４１の表面の略全域に金属層４２が形成される。透明導電層４１は、電極形成領域４１ｚ（金属層４２が形成される領域）の全域、即ち透明導電層４１の表面の略全域に亘って突起３１ｐと同様の突起が形成されていてもよい。好ましくは、電極形成領域３１ｚの場合と同様に、電極形成領域４１ｚの一部において、それ以外の部分よりも表面粗さを大きくする。

図１７に示す形態では、電極形成領域４１ｚのうち、端縁部２０ｚに位置する領域Ｓ１において、中央部に位置する領域よりも表面粗さが大きくなっている。より詳しくは、領域Ｓ１で表面粗さが局部的に大きくなっている。つまり、領域Ｓ１のみに１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のサイズの突起が形成され、領域Ｓ２，Ｓ３には突起が存在しない。これにより、ＦＦや反射率を損なうことなく、めっき電極の剥離を効率良く抑制できる。

図１８に示す形態では、電極形成領域４１ｚのうち、領域Ｓ１及び領域Ｓ２おいて、その他の領域Ｓ３よりも表面粗さが大きくなっている。即ち、領域Ｓ１及び領域Ｓ２のみに１０ｎｍ以上２００ｎｍ以下のサイズの突起が形成されている。これにより、配線材１５に起因するストレスが加わる領域Ｒ２において、めっき電極と透明導電層４１との密着性を高めることができる。

透明導電層３１は、例えば、電極形成領域３１ｚに対応するシート抵抗が非電極形成領域に対応するシート抵抗よりも高くなる。特に表面粗さが大きな領域ほどシート抵抗が高い傾向にあり、領域Ｒ１のシート抵抗は、例えば、非電極形成領域のシート抵抗と比べて１．０５倍〜５倍程度である。シート抵抗は、公知の方法（例えば、四探針法）により測定できる。また、透明導電層３１は、例えば、電極形成領域３１ｚの直下部分が非柱状結晶構造を有し、それ以外の部分が柱状結晶構造を有する。柱状結晶層とは、ＳＥＭを用いた断面観察により同じ方向に配向した結晶粒界が、観察断面の略全域において確認できる層である。ＳＥＭ画像では、コントラストの濃淡が一の方向に繰り返されて、一の方向に複数の柱が並んだように見える。或いは、縞状に見える。かかるコントラストの濃淡の境界が結晶粒界を示す。非柱状結晶層とは、ＳＥＭを用いた断面観察により同じ方向に配向した結晶粒界よりも異なる方向に配向した結晶粒界の割合の方が多い層である。ＳＥＭ画像では、コントラストの濃淡が一の方向に繰り返される部分が５０％未満であり、場合によってはコントラストの濃淡が規則的に繰り返される部分が確認できない。

光電変換部は、上述した構造以外にも適宜変更可能である。例えば、図１９に示されるように、ｎ型単結晶シリコン基板７０の受光面側にｉ型非晶質シリコン層７１及びｎ型非晶質シリコン膜７２が形成され、ｎ型単結晶シリコン基板７０の裏面側に、ｉ型非晶質シリコン層７３とｐ型非晶質シリコン層７４とで構成されたｐ型領域と、ｉ型非晶質シリコン層７５とｎ型非晶質シリコン層７６とで構成されたｎ型領域とから構成される光電変換部であってもよい。この場合、ｎ型単結晶シリコン基板７０の裏面側のみに電極が設けられる。電極は、ｐ型領域上に形成されたｐ側集電極７７と、ｎ型領域上に形成されたｎ側集電極７８とを含む。そして、ｐ型領域とｐ側集電極７７との間、ｎ型領域とｎ側集電極７８との間には、透明導電層７９が形成されている。ｐ型領域とｎ型領域との間には、絶縁層８０が設けられている。また、図２０に示されるように、ｐ型多結晶シリコン基板８１と、ｐ型多結晶シリコン基板８１の受光面側に形成されたｎ型拡散層８２と、ｐ型多結晶シリコン基板８１の裏面上に形成されたアルミニウム金属膜８３とから構成された光電変換部であってもよい。

次に、図２１〜図２４を参照しながら、上記構成を備えた太陽電池１１の製造工程について詳説する。図２１は、太陽電池１１の製造工程の一例を示す図である。図２１では、還元処理により表面粗さが大きくなった部分を網目ハッチングで示す。ここでは、電解めっき法によりめっき電極を形成するものとして説明する。図２２は、還元処理工程を説明するための図である。図２３，２４は、本製造方法の他の例を説明するための図である。

太陽電池１１の製造工程では、まず、光電変換部２０を公知の方法により製造する（光電変換部２０の製造工程についての詳しい説明は省略する）。図２１に示す例では、光電変換部２０の受光面上及び裏面上に、それぞれ透明導電層３１，４１の前駆体である透明導電層３１ｋ，４１ｋを形成する（図２１（ａ））。

透明導電層３１ｋ，４１ｋは、例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ法）を用いて形成できる。ＣＶＤ法による成膜は、２００℃〜３００℃程度の温度条件下でなされることが好適であり、かかる熱によりＴＣＯが結晶化して柱状結晶層が形成される。透明導電層３１ｋ，４１ｋは、スパッタリング法により２００℃未満の低温で形成することもでき、この場合は別途アニール工程を設けてＴＣＯを結晶化する。ＴＣＯは、結晶化することで導電性が向上する。

続いて、透明導電層３１ｋ，４１ｋ上を覆うマスクパターンとしてコーティング層５０，５１をそれぞれ形成する（図２１（ｂ））。透明導電層３１ｋ上に形成されるコーティング層５０は、電極形成領域３１ｚｋ（還元処理される前の電極形成領域３１ｚ）の全域を露出させ、それ以外の領域を覆ったパターンを有し、電解めっきにおけるマスクとして用いられる。また、コーティング層５０は、還元処理におけるマスクとしても機能する。透明導電層４１ｋ上に形成されるコーティング層５１は、専ら還元処理のマスクとして機能し、電解めっき工程までに除去される。コーティング層５１は、例えば、電極形成領域４１ｚの端縁部２０ｚに位置する領域Ｓ１を露出させ、それ以外の領域を覆ったパターンを有する。

コーティング層５０，５１は、公知の方法により形成できる。例えば、透明導電層３１ｋ，４１ｋ上に光硬化性樹脂からなる薄膜層をスピンコートにより形成した後、フォトリソプロセスを用いて該薄膜層をパターニングする。或いは、スクリーン印刷等の印刷法を用いて、上記パターン等でコーティング層５０，５１を形成してもよい。

続いて、電極形成領域３１ｚｋ，４１ｚｋの還元処理を行う（図２１（ｃ））。還元処理工程は、コーティング層５０の開口部から露出した電極形成領域３１ｚｋにおけるＴＣＯを還元して突起３１ｐを形成する工程である。ＴＣＯを還元すると、還元初期においてはＴＣＯの酸素量が減少してシート抵抗が低くなるが、本工程ではさらに還元を進める。これにより、例えば、シート抵抗が還元前よりも高くなり、突起３１ｐが形成されて表面粗さが大きくなった電極形成領域３１ｚが得られる。また、還元処理された領域では、例えば、柱状結晶層から非柱状結晶層への構造変化が見られる。ＴＣＯが酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）の場合、インジウム（Ｉｎ）の比率が高くなった突起３１ｐが形成される。つまり、本工程は、突起３１ｐが形成され処理領域の表面粗さが非処理領域の表面粗さよりも大きくなるまで還元処理を行う工程である。なお、本工程では、コーティング層５１の開口部から露出した電極形成領域４１ｚにも突起３１ｐと同様の突起が形成される。

還元処理の方法は、ＴＣＯを還元して突起を形成できる方法であれば特に限定されず、例えば、水素プラズマ処理による還元や電解還元が挙げられる。前者は気相還元法であり、後者は液相還元法である。以下、電解還元法を例に挙げて還元処理工程を説明する。

電解還元法では、例えば、電解質溶液に硫酸アンモニウム水溶液を用いて、光電変換部２０を陰極、白金板を陽極とする。そして、光電変換部２０と、白金板とを電解質溶液に浸漬し、両者の間に電流を印加する。このとき、光電変換部２０には、例えば、露出した電極形成領域３１ｚｋ上の一部に、電源装置のマイナス極に接続された還元用端子１００が取り付けられる（図２２参照）。

図２２に示す例では、受光面に位置する電極形成領域３１ｚｋ（領域Ｒ）に還元用端子１００が取り付けられている。ＴＣＯの還元は還元用端子１００の近傍において起こり易いため、この場合は、領域Ｒ１において、受光面の中央部に位置する電極形成領域３１ｚｋ（領域Ｒ２，Ｒ３）よりも還元の程度が強くなる。これにより、領域Ｒ１における表面粗さが領域Ｒ２，Ｒ３よりも大きくなる。一方、電極形成領域４１ｚｋでは、コーティング層５１により領域Ｓ１を除く全域が覆われているため、領域Ｓ１のみでＴＣＯが選択的に還元される。これにより、領域Ｓ１だけに突起が形成され、領域Ｓ１は領域Ｓ２，Ｓ３よりも表面粗さが大きくなる。つまり、還元用端子１００の取り付け位置、及びマスクパターンを変更することにより、電極形成領域内におけるＴＣＯの還元の程度、即ち表面粗さの程度を容易に変化させることができる。また、印加する電流量（電流×時間）を増加するほど、通常、ＴＣＯの還元が進んで表面粗さが大きくなる。

還元用端子１００は、領域Ｒ１において、フィンガー部３２及びバスバー部３３に対応する領域にそれぞれ取り付けることが好適である。つまり、還元用端子１００は、フィンガー部３２及びバスバー部３３の長手方向端部に対応する領域に取り付けることが好適である。バスバー部３３は本数が少ないため、全ての長手方向端部に対応する領域（例えば、４箇所）に還元用端子１００を取り付けることができる。一方、フィンガー部３２は本数が多いため、例えば、一定の間隔をあけて一部だけに還元用端子１００を取り付けてもよい。

還元処理終了後、コーティング層５１を除去して電極形成領域４１ｚ上の全域を露出させる（図２１（ｄ））。コーティング層５１は、公知のエッチャントを用いて除去することができる。一方、コーティング層５０は、めっき処理工程でマスクとして用いるため除去しない。コーティング層５０，５１は、互いに異なる樹脂組成物を用いて構成することができ、例えば、本工程で使用されるエッチャントに侵されない樹脂組成物を用いてコーティング層５０を形成する。

続いて、電極形成領域３１ｚ，４１ｚ上にめっき電極を直接形成する（図２１（ｅ））。Ｃｕめっき電極を形成する場合は、光電変換部２０を陰極、Ｃｕ板を陽極として電解めっきを行う。例えば、光電変換部２０の電極形成領域上に、電源装置のマイナス極に接続された電解めっき用端子を取り付けた後、光電変換部２０及びＣｕ板をめっき液に浸漬して両者の間に電流を印加する。めっき液には、硫酸銅やシアン化銅を含有する公知の銅めっき液を用いることができる。こうして、突起が形成されて表面粗さが大きくなった領域を含む電極形成領域上にＣｕめっき電極が形成された太陽電池１１が得られる。めっき層の厚みは、フィンガー部３２及びバスバー部３３において３０μｍ〜５０μｍ程度、金属層４２において０．５μｍ〜１０μｍ程度が好適であり、印加する電流量により調整することができる。

図２３（ａ）は、領域Ｒ１だけに突起３１ｐを形成する場合（図１５参照）のマスクパターンの平面図を示す。図２３（ｂ）〜（ｄ）は、電極形成領域３１ｚの長手方向に沿った断面図であって、当該マスクパターンを形成して還元処理する工程〜めっき電極（フィンガー部３２）の形成工程までを示す。

還元処理は、透明導電層３１上の領域Ｒ１以外の領域を覆って形成されたコーティング層５２をマスクとして行う（図２３（ａ））。この工程により、コーティング層５２で覆われずに露出した領域Ｒ１のＴＣＯのみが選択的に還元され、領域Ｒ１のみに突起３１ｐが形成される（図２３（ｂ））。還元処理終了後、コーティング層５２の一部を除去して、電極形成領域３１ｚの全域を露出させる（図２３（ｃ））。即ち、コーティング層５２からコーティング層５０を形成する。この状態でめっき処理を行うことにより、領域Ｒ１を含む電極形成領域３１ｚの全域にめっき電極を形成することができる。

図２４は、透明導電層４１上に、電解めっきによってめっき電極を形成する様子を示す断面図である。図２４に示す例では、複数の電解めっき用端子１１１を有する電解めっき用プローブ１１０を透明導電層４１上に取り付けて電解めっき処理を行う。この方法により、例えば、配線材１５が取り付けられる範囲に対応する透明導電層４１上の領域の一部を残して、透明導電層４１上の略全域を覆うように金属層４２を形成できる。即ち、複数の貫通孔４３を有する金属層４２を形成できる。

複数の電解めっき用端子１１１は、互いに間隔をあけて列状に配置されており、各端子の周りには樹脂１１２が設けられている。これを透明導電層４１上に取り付けると、複数の電解めっき用端子１１１が列状に並び、この状態で光電変換部２０をめっき液１１３に浸漬すると、樹脂１１２の間にめっき液１１３が入り込む。そして、透明導電層４１の表面のうち、例えば、めっき液１１３が作用しない電解めっき用端子１１１の周囲を除く略全域にめっき電極を形成することができる。電解めっき用端子１１１の周囲には、貫通孔４３が形成される（図１８参照）。貫通孔４３を配線材１５が取り付けられる範囲に形成するためには、例えば、当該範囲に沿って複数の電解めっき用端子１１１を配置する。

貫通孔４３を有する金属層４２、また複数のブロック３３ｐからなるバスバー部３３は、貫通孔４３、間隙３４に対応する部分を保護したマスクパターンを用いることによっても形成できる。具体的には、透明導電層３１上のフィンガー部３２及び複数のブロック３３ｐが形成される領域のみを露出させたコーティング層５０をマスクとしてめっき処理を行うことにより、複数のブロック３３ｐからなるバスバー部３３を形成できる。

以上のように、太陽電池１１は、反射特性が良好なＡｇ又はＣｕのめっき電極を透明導電層３１，４１上に直接形成することで、光電変換部２０に入射する光の反射減衰量を抑えて光収集効率を高めることができる。例えば、Ｃｕの単層構造からなるめっき電極を用いることで、Ｎｉシード層とＣｕ層との積層構造を有するめっき電極を用いた場合と比べて、特に長波長領域における反射特性を改善でき光収集効率を向上させることができる。

太陽電池１１は、電極形成領域３１ｚ，４１ｚの少なくとも一部における表面粗さが大きく、透明導電層３１，４１と集電極との密着性が良好である。このため、例えば、Ｎｉシード層を用いることなくＣｕめっき電極を透明導電層３１上に直接形成した場合であっても、十分な密着力を維持することができる。

また、集電極と透明導電層３１，４１との密着力が特に要求される領域に限定して還元処理を行い、局部的に表面粗さを大きくすることにより、例えば、ＦＦや反射率を損なうことなく、当該密着力を効率良く向上させることができる。

また、金属層４２の配線材１５が取り付けられる範囲に貫通孔４３を設けることで、接着剤１６が貫通孔４３に入り込んで配線材１５と透明導電層４１とを接着する。これにより、配線材１５と太陽電池１１との密着力を向上させることができ、信頼性の高い太陽電池モジュール１０が得られる。

１０太陽電池モジュール、１１太陽電池、１２第１保護部材、１３第２保護部材、１４充填材、１５配線材、１６接着剤、２０光電変換部、２０ｚ端縁部、２１基板、２２，２３非晶質半導体層、３１，４１透明導電層、３１ｚ，４１ｚ電極形成領域、３２フィンガー部、３３バスバー部、３４間隙、４２金属層、４３貫通孔、５０コーティング層。

Claims

複数の太陽電池と、
前記複数の太陽電池同士を接続する配線材と、
前記複数の太陽電池と前記配線材とを接続する接着剤と、
を備える太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池は、
光電変換部と、
前記光電変換部の第一主面上に形成された第一透明導電層と、
前記第一透明導電層上に直接形成された銀又は銅の第一めっき電極と、
前記第一透明導電層のうち前記第一めっき電極が形成されていない領域に形成された、樹脂からなるコーティング層と、
を備え、
前記第一透明導電層は、前記第一めっき電極が形成される電極形成領域を備え、
前記第一めっき電極は、互いに平行になるように一方向に延びる線状の複数のバスバー部と、複数の前記バスバー部に交差し、前記バスバー部よりも細く形成された複数のフィンガー部と、を含み、
前記電極形成領域の表面粗さは、前記複数のバスバー部及び前記複数のフィンガー部の長さ方向端部下において、前記バスバー部及び前記フィンガー部の長さ方向中央部下よりも大きい、太陽電池モジュール。
前記バスバー部は、前記バスバー部の長手方向に列状に並んだ複数の間隙を備える、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記第一主面と反対側の第二主面上に形成された第二透明導電層と、
前記第二透明導電層上に直接形成された第二めっき電極と、
を備え、
前記第二めっき電極は、前記第二透明導電層の略全域を覆って形成される金属層を含む、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
前記接着剤は、前記第一めっき電極又は前記第二めっき電極と前記配線材とを接続している、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記接着剤が、前記間隙に入り込み前記配線材及び前記第一透明導電層の両方に接触している、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記第二めっき電極の前記金属層は、前記配線材が取り付けられる位置に貫通孔を備え、前記接着剤が前記貫通孔に入りこみ、前記配線材と前記第二透明導電層の両方に接触している、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。