JP6004946B2

JP6004946B2 - 太陽電池及び太陽電池モジュール

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Publication number: JP6004946B2
Application number: JP2013001089A
Authority: JP
Inventors: 政弘横川
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-01-08
Filing date: 2013-01-08
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2033-01-08
Also published as: JP2014135319A

Description

本発明は、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。

従来、結晶系半導体基板のいずれかの面上の略全面に、非晶質からなる真性半導体層及び導電型半導体層の積層体を形成し、太陽電池セルを構成する技術が開示されている。この技術においては、一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は相対向する他面に不所望に回り込むことにより特性が低下するという問題がある。このため一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は他面に不所望に回り込むのを防止するための、光起電力素子の構造が、特許文献１、特許文献２に開示されている。

特許文献１の光起電力素子では、分離溝を設けることで、一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は他面に回り込むのを、物理的に切断している。

特許文献２の光起電力素子では、片面もしくは両面において半導体基板より小面積に非晶質半導体層を形成することで、一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は他面に回り込むのを抑制している。

特許第３３４９３０８号公報特許第３８２５５８５号公報

しかしながら、上記特許文献１，２のセル構造で上記のような回り込みによる特性低下を防止しようとすると以下の課題があった。例えば特許文献１のセル構造では、分離溝を設けることで回り込みを抑制している。しかしながら、異なる導電型による接合が形成された面において溝を形成した場合は、リークは防げるものの、溝を形成した外側の領域においてはキャリアの収集ができなくなり有効面積は減少する。また同一導電型による接合が形成された面において溝を形成した場合は、基板を通じて正負の電極が短絡しており、リーク電流が無視できないため、特性の劣化が著しい。特許文献１，２のいずれの場合も、溝の形成のための追加工程を必要とし、パッシベーション膜及び導電性膜への溝の形成により、プロセスが煩雑になることで製造コストが高くなる。そして、更には、例えばレーザを用いて分離溝を形成すると、ウエハにダメージを与えてしまい、特性低下を招くという課題があった。

一方、特許文献２では、製造工程においてウエハや各積層膜の個々のばらつきを全て考慮して設計しなければならないため、ウエハ端の外周部における非製膜領域である、発電に寄与できない無効領域が大きくなって、受光面積が小さくなり、十分に特性が向上し得ないという課題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、セルの無効領域を小さくしかつ、製造工数を増加させることなく、半導体層の回り込みによる特性低下を抑制することの可能な太陽電池及び太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第１導電型を有する結晶系の半導体基板と、前記半導体基板の第１の主面上から当該半導体基板の側面にまで回込んで形成された前記第１導電型と異なる第２導電型の非晶質半導体層と、前記第２導電型の非晶質半導体層上に形成された透光性導電膜と、前記透光性導電膜上に形成される第１の集電電極と、前記半導体基板の第２の主面側に形成される第２の集電電極とを備え、前記第１及び第２の集電電極のうち受光面側に位置する集電電極が半導体基板の外周に沿って外周部全周にわたり形成され、前記第２導電型の非晶質半導体層が外周部全周にわたり遮光された領域を有し、電気的に分離されたことを特徴とする。

本発明によれば、集電電極（バスバー配線）を外周部に配置することで、遮光部を形成し、光電変換できなくすることで、非晶質の半導体層を物理的に分離することなく、上記セルの光電変換層を実質的に電気的に分離するものである。ヘテロ接合太陽電池セルは、その製造方法により、一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は他面に不所望に回り込むことで電気的に一部が接続された状態となっていることが多い。すなわち、光照射を遮る遮光部として前記セルの端を覆うように外周部にバスバー配線を配置することにより、前記セルの端部では光電変換できなくなり、物理的に分離されていなくとも、上記セルの光電変換層を実質的に電気的に分離することができる。したがって、セルの光電変換層を物理的に分離する必要がなく、太陽電池セルの製造工数を増加させることなく、回り込みによる特性低下を抑制することができるという効果を奏する。

図１−１は、本発明の実施の形態１にかかる太陽電池の受光面側（第１の主面側）の要部構成を模式的に示す平面図である。図１−２は、同裏面側（第２の主面側）の要部構成を模式的に示す平面図である。図１−３は、図１−１のＡ₀−Ａ₀断面を模式的に示す断面図である。図２は、同要部拡大断面図であり、図１−１のＡ₁−Ａ₁断面を示す図である。図３−１は、同太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。図３−２は、同太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。図３−３は、同太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。図３−４は、同太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。図３−５は、同太陽電池の製造工程を示す工程断面図である。図４は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造工程を示すフローチャートである。図５−１は、実施の形態２の太陽電池の受光面側（第１の主面側）の要部構成を模式的に示す平面図である。図５−２は、同裏面側すなわち第２の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図５−３は、図５−１のＡ₀−Ａ₀断面を模式的に示す断面図である。図６−１は、本発明の実施の形態３の太陽電池の受光面側（第１の主面側）の要部構成を模式的に示す平面図である。図６−２は、同裏面側（第２の主面側）の要部構成を模式的に示す平面図である。図７は、本発明の実施の形態４の太陽電池モジュールの要部構成を模式的に示す平面図である。図８−１は、従来例の太陽電池の受光面側（第１の主面側）の要部構成を模式的に示す平面図である。図８−２は、同裏面側すなわち第２の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図８−３は、図８−１のＡ₀−Ａ₀断面を模式的に示す断面図である。図９は、要部拡大断面図であり、図８−１のＡ₁−Ａ₁断面を示す図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が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において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。

実施の形態１．
図１−１は、実施の形態１にかかる太陽電池（以下、太陽電池セルと呼ぶ場合がある）の受光面側すなわち第１の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図１−２は同裏面側すなわち第２の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図１−３は、図１−１及び図１−２のＡ₀−Ａ₀断面を模式的に示す断面図である。図２は要部拡大断面図であり、図１−１及び図１−２のＡ₁−Ａ₁断面を示す図である。特に本実施の形態における課題の中心となっている太陽電池セルの端部について説明するため、該当部の特徴について誇張した形で描画している。この太陽電池は、集電電極が基板の外周に沿って全体にわたり形成されたことを特徴とする。この太陽電池は、ｎ型単結晶シリコン基板１の受光面である第１の主面１Ａ側の直上に順次積層された、受光面側真性半導体層としてｉ型非晶質シリコン層３ｉ、導電性非晶質層として不純物がドープされたｐ型非晶質シリコン層３ｐ、受光面側透光性導電膜５、及び第１の集電電極としての受光面側集電電極７を備える。そして裏面側にはこのｎ型単結晶シリコン基板１の裏面である第２の主面１Ｂ側の直上に順次積層された、裏面側真性半導体層としてｉ型非晶質シリコン層２ｉ、導電性非晶質層として不純物がドープされたｎ型非晶質シリコン層２ｎ、第２の集電電極としての裏面側透光性導電膜４、及び裏面側集電電極６を備える。この受光面側に形成された受光面側集電電極７はバスバー配線ともよばれ、太陽電池セルを構成するｎ型単結晶シリコン基板１の端から１．０ｍｍの間の外周部全周囲にのみ幅ｘで形成されている。一方、裏面側集電電極６についてもｎ型単結晶シリコン基板１の端から０．８ｍｍの間の外周部全周囲にのみ幅ｘ’で形成されている。

なお、ＣＶＤ法を用いた製膜工程におけるガスの回り込みにより、受光面側のｉ型非晶質シリコン層３ｉ、ｐ型非晶質シリコン層３ｐは受光面側から側面を通り裏面側まで回り込んでいる。一方、裏面側ｉ型非晶質シリコン層２ｉ、ｎ型非晶質シリコン層２ｎに付いても裏面側から側面を通り受光面側に回り込んでいる。しかしながら、受光面側集電電極７がｎ型単結晶シリコン基板１の端から１．０ｍｍの間の外周部全周囲に形成されており、遮光領域を構成しているため、遮光領域下の非晶質シリコン層では光電変換は生起されず、絶縁性領域となる。このため、セルの端部では光電変換できなくなり、物理的に分離されていなくとも、上記セルの光電変換層を実質的に電気的に分離することができる。したがって、セルの光電変換層を物理的に分離する必要がなく、分離のためのマージンも不要であり、セルの小型化をはかることができる。また太陽電池セルの製造工数を増加させることなく、非晶質シリコン層の回り込みによるリーク電流の発生に起因する特性低下を抑制することができる。

図３−１〜図３−５は同太陽電池の製造工程を示す工程断面図、図４は、本発明の実施の形態１の太陽電池の製造工程を示すフローチャートである。

本実施の形態１の太陽電池では、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の主面１Ａ全体を覆い、側面１Ｃを経て第２の主面１Ｂの周縁部を覆うように、所定幅にわたり、受光面側ｉ型非晶質シリコン層３ｉを介して、ｐ型非晶質シリコン層３ｐが形成されている。一方ｎ型単結晶シリコン基板１の第２の主面１Ｂには裏面側のｉ型非晶質シリコン層２ｉを介して、ｎ型非晶質シリコン層２ｎが形成されている。そしてこのｐ型非晶質シリコン層３ｐに当接するように形成された受光面側透光性導電膜５と、ｎ型非晶質シリコン層２ｎ上に当接するように設けられた裏面側透光性導電膜４とを備えている。

ここでは、第１主面１Ａと、側面１Ｃと、第２主面１Ｂとを備え、厚さ１００〜５００μｍのｎ型単結晶シリコン基板１を第１導電型の半導体基板として用いる。また受光面側透光性導電膜５，裏面側透光性導電膜４としては、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）層が用いられる。

次に、本実施の形態１の太陽電池の製造方法について図４のフローチャートに従って説明する。ここで、結晶系半導体基板としては、図３−１に示すようにｎ型単結晶シリコン基板１を用意する。このｎ型単結晶シリコン基板１は、通常、引き上げにより得られたインゴットをスライスすることにより切り出されたものであるため、表面に自然酸化膜、及び構造的欠陥、金属等による汚染をはらんでいる。このため、ここで用いられるｎ型単結晶シリコン基板１に対して洗浄及び、ダメージ層エッチングを行う（Ｓ１００１）。

ｎ型単結晶シリコン基板１に対し、洗浄、ダメージ層エッチングを行った後、ｎ型単結晶シリコン基板１内の不純物を除去するためにゲッタリングを行う（Ｓ１００２）。ゲッタリング工程では、処理温度１０００℃程度のリンの熱拡散により形成されたリンガラス層に不純物を偏析させ、リンガラス層をフッ化水素等でエッチングする。

ゲッタリング後、基板表面での光反射損失を低減させる目的でアルカリ溶液及び添加剤を用いたウェットエッチングにより、テクスチャを形成する（Ｓ１００３）。アルカリ溶液には水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等を、添加剤にはイソプロピルアルコール等を用いる。なお、図３−１〜図３−５では、本実施の形態の構成の理解を容易にするため凹凸形状は描画せず、平坦形状とした。

テクスチャ形成後、ヘテロ接合界面となるｎ型単結晶シリコン基板表面のパーティクル、有機物汚染、金属汚染を除去するために基板洗浄を実施する（Ｓ１００４）。洗浄には、いわゆるＲＣＡ洗浄や、ＳＰＭ洗浄（硫酸過酸化水素水洗浄）、ＨＰＭ洗浄（塩酸過酸化水素水洗浄）、ＤＨＦ洗浄（希弗酸洗浄）、アルコール洗浄等を用いる。

ここでＲＣＡ洗浄とは、以下に示す方法である。まずウエハを希フッ酸水溶液（ＨＦ）の中に入れ、表面の薄いシリコン酸化膜を溶出する。このときシリコン酸化膜が溶出すると同時に、その上に付着していた多くの異物も同時に取り去られる。さらに、アンモニア（ＮＨ₄ＯＨ）＋過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）で、有機物やパーティクルを除去する。次いで塩酸（ＨＣ１）＋過酸化水素（Ｈ₂Ｏ₂）で金属類を除去し、最後に超純水で仕上げを行う。

上記のいずれかの洗浄方法を用いて、基板洗浄を行った後、ヘテロ接合、及び、ｐｎ、ｎｎ⁺接合を形成するために、ｎ型単結晶シリコン基板１上に、順次各導電型の半導体層を形成する。上記テクスチャ形成工程、洗浄工程を経て得られたｎ型単結晶シリコン基板１は、厚さ１００〜５００μmであった。

まず、図３−２に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板１の第２の主面１Ｂ全面を覆うとともにこの第２の主面１Ｂから、側面１Ｃ及び第１の主面１Ａの周縁部にわたり、プラズマＣＶＤ法を用いて約１〜１０ｎｍの厚さの裏面側非晶質シリコンｉ層２ｉ、及び約５〜５０ｎｍの厚さのｎ型非晶質シリコン層２ｎをこの順に堆積する（Ｓ１００５：裏面側真性非晶質半導体層形成，Ｓ１００６：第１導電型非晶質半導体層形成）。ここで、裏面側ｉ型非晶質シリコン層２ｉ、ｎ型非晶質シリコン層２ｎはそれぞれ非晶質を用いているが、微結晶シリコンを用いてもよい。

続いて図３−３に示すように、第２工程として、裏面側のｉ型非晶質シリコン層２ｉ及びｎ型非晶質シリコン層２ｎの形成された、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の主面１Ａの全面にプラズマＣＶＤ法を用いて約１〜１０ｎｍの厚さの受光面側のｉ型非晶質シリコン層３ｉ、及び約５〜５０ｎｍの厚さのｐ型非晶質シリコン層３ｐをこの順に堆積する（Ｓ１００７：受光面側真性非晶質半導体層形成，Ｓ１００８：第２導電型非晶質半導体層形成）。ここでも、受光面側ｉ型非晶質シリコン層３ｉ、ｐ型非晶質シリコン層３ｐはそれぞれ非晶質を用いているが、微結晶シリコンを用いてもよい。

続いて図３−４に示すように、裏面側透光性導電膜４としてＩＴＯ層を形成する（Ｓ１００９：裏面側透光性導電膜形成）とともに受光面側透光性導電膜５としてＩＴＯ層を形成する（Ｓ１０１０：受光面側透光性導電膜形成）。ＩＴＯ層の製膜にはスパッタ法あるいはＣＶＤ法が用いられる。透光性導電膜の材料は、ＩＴＯの他、例えば酸化インジウム、酸化亜鉛、ＳｎＯ₂等が挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。

そして最後に、図３−５に示すように、マスクを用いて第２及び第１の主面１Ｂ，１Ａに遮光性の金属からなる裏面側集電電極６，受光面側集電電極７を基板の周縁部からそれぞれ幅０．８ｍｍ、及び１ｍｍとなるように全周にわたって形成する（Ｓ１０１１：集電電極形成）。

以上のように、本実施の形態の太陽電池によれば、基板の周縁部に遮光領域を形成することで、物理的な分離領域を形成することなく、電気的分離を行なうことができる。従ってリーク電流を防ぎつつ、有効面積を最大にして、特性の向上を図ることができる。また、煩雑な追加プロセスを新たに必要としない。

なお、図示はしていないが、ｎ型単結晶シリコン基板１の第１の主面１Ａ側及び第２の主面１Ｂ側にはグリッド電極を所定の間隔で形成している。

第１の主面１Ａである受光面側に形成されたバスバー配線すなわち遮光性の受光面側集電電極７の幅は、ｎ型単結晶シリコン基板１の端から１．０ｍｍ以下の領域に１．０ｍｍ以下の幅で形成されており、光照射を遮る遮光領域として機能するため、セルの端からの距離ｘが１．０ｍｍまでの領域の光電変換層に入射する光を遮ることができる。１．０ｍｍ以下の領域に形成する理由は、多くの場合これ以上内側にバスバー配線を形成すると受光面積の縮小による短絡電流Ｉｓｃの低下が本実施の形態の構成の効果によるＦＦ向上分を上回り、特性としての効果を得ることが困難になるからである。なお裏面側においても、裏面側集電電極６が周縁を囲むように形成されており、セルの端からの距離ｘ’ の領域の光電変換層に入射する光を遮ることができる。

本実施の形態における受光面側集電電極７は、遮光領域としてＦＦ低下を防止する一方、本来の機能である集電電極として働くため、図８−１〜図８−３及び図９に示した従来例の太陽電池にあるような中央部付近の集電電極１７ｓ，１６ｓは必ずしも必要とはならない。よって、この従来例の太陽電池の４本バスバー配線と比較した場合の受光面積は略変えることなく本実施の形態による効果を得ることができる。ここで図８−１は、従来例の太陽電池の受光面側すなわち第１の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図８−２は同裏面側すなわち第２の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図８−３は、図８−１及び図８−２のＡ₀−Ａ₀断面を模式的に示す断面図である。図９は要部拡大断面図であり、図８−１及び図８−２のＡ₁−Ａ₁断面を示す図である。集電電極１７ｓ，１６ｓ以外については前記実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

また太陽電池セルの中央部に対し、太陽電池セルの端部は、不所望な膜厚や膜質になっており、製造工程における冶具、工具との接触による傷等があることで変換効率は低い場合が多い。それにより、端部が遮光により光電変換領域としては無効な領域となっても短絡電流Ｉｓｃの低下は中央部を遮光する場合に比べて小さい。

図８−１〜図８−３及び図９に示した従来例の太陽電池セルにおいては、集電電極１６ｓ，１７ｓはｎ型単結晶シリコン基板１の中央部付近に４本平行に形成されている。一般にバスバー配線は、形成する本数に応じてセル面積に対し均等になるよう配置される。それは、光の入射により光電変換層で発生したキャリアを集めるため、キャリアの移動する距離をできる限り短くして抵抗損失を抑制し、発電した電力を効率良く取り出すためである。

また、バスバー配線すなわち遮光性の集電電極１６ｓ，１７ｓの幅は、一般には１．０ｍｍ以下である。それは、太すぎると受光面積が小さくなり、他方では、細すぎると配線抵抗が高くなるためであり、一般には０．５〜１．０ｍｍ程度の太さで形成される場合が多い。

集電電極１６ｓ，１７ｓの本数は、基板の大きさやバスバー配線の幅、グリッド電極（フィンガー電極ともいう）の幅や本数、電極の材料等により最適値が計算されて、決定される。実際、現在市販されている結晶系太陽電池セルにおいて、各社設計思想の違いにより２本、３本、４本のものがそれぞれ存在している。

従来の集電電極１６ｓ，１７ｓの本数が３本以下であった場合、本実施の形態の集電電極を適用すると外周部の遮光領域としての集電電極により受光できる有効面積が小さくなるため、短絡電流Ｉｓｃが低下する。また、集電電極を外周のみに形成する場合、集電電極までの距離が長くなり、電気抵抗が高くなってフィルファクターＦＦが低下する。本実施の形態の太陽電池では、受光面積が小さくなることによる短絡電流Ｉｓｃの低下分より、回り込み抑制によるＦＦ向上分が大きい場合、本発明としての効果が得られる。Ｉｓｃ低下とＦＦ向上のバランスは、ヘテロ接合太陽電池セルの構造やセルサイズ、バスバー配線の本数、幅、透明電極の材料や膜質など、使用している因子によって決まる。

次に一方の面に形成される非晶質半導体層が、半導体基板の側面又は他面に不所望に回り込むことで電気的に一部が接続された状態となっていることによる出力特性低下について以下に説明する。前述した特許文献２にも説明があるように、基板の略全面に非晶質半導体層を形成するとき、基板の側面又は他面にも、非晶質半導体層が形成されることになり、基板の端部（側面側）の拡大断面模式図である図２に示されるように、非晶質半導体層が形成されることになる。特に、本実施の形態の製造工程においては、基板の裏面側から最初に、真性半導体層及びｎ型導電型半導体層が形成されるので、基板の側面、特に、表面の端部において、外側から見て、非晶質シリコンのｐｉｎ層が形成されることになる。光起電力素子としての発電は、通常は、主に、非晶質シリコンｐｉ／ｎ型結晶系半導体基板の接合で発生し、表面側、裏面側より出力を取り出すことができる。しかしながら、図８−１〜図８−３及び図９に示した比較の太陽電池においては、基板の側面、表面の端部に通常でない非晶質層のｐｉｎ層が形成される。これにより、更に、表面側と裏面側が通常でない非晶質層のｐｉｎ層で接続され、光が入射されることにより、光起電力が発生し、電流が不所望に表面から裏面へ回り込むことで、発生した電子・正孔がこの部分で消滅し、発電に寄与せず、出力特性が低下すると考えられる。

この際、本実施の形態では、集電電極が光照射を遮る遮光領域として基板の端部に形成されているので、集電電極形成領域に位置する部分への光の照射が妨げられる。太陽電池セルでは光照射により電荷が発生するため、光照射が妨げられた部分においては導電性が著しく低くなる。その結果、太陽電池セルとしての表面と裏面の光電変換層は実質的に電気的に分離される。すなわち、太陽電池セルの表面の光電変換層と裏面の光電変換層とが通常でない非晶質層のｐｉｎ層として形成され、物理的に接続されているとしても、太陽電池セルの表面の光電変換層と裏面の光電変換層とは実質的に電気的に分離されていることになる。

このように本実施の形態の太陽電池においては、一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は他面に不所望に回り込むことで電気的に一部が接続された状態となっているが、物理的に分離されていなくとも、光照射を遮る集電電極（バスバー配線）が遮光部として機能するよう前記半導体基板の端から１．０ｍｍまでの一部の領域に形成されていることにより、上記セルの光電変換層を実質的に電気的に分離することができる。したがって、セルの光電変換層を物理的に分離する必要がなく、太陽電池セルの製造工数を増加させることなく、回り込みによる特性低下を抑制することができる。

また、表面と裏面を電気的に分離するためには、例えば、従来例の様に非晶質層の製膜時に基板の側面、特に、表面及び裏面の端部において、不所望の非晶質シリコンのｐｉｎ層が形成されることを防ぐようマスクしたり、その他一般的には製膜後にレーザースクライブしたりすることが行なわれているが、精度上、セルの端からの１．０ｍｍ以下の一部の領域を無効化するのは困難である。これに対し、本発明においては、セルの光電変換層は端部まで形成されているので、上記のような不具合はない。

本実施の形態における遮光を目的の一部とした集電電極は、太陽電池セルの受光面側に配置されるものであり、光電変換層への光照射を遮るものである。本実施の形態のヘテロ接合太陽電池セルは、両面から発電可能であるため、裏面側に遮光を目的の一部としたバスバー配線を形成することでも本発明の効果を得ることができるが、通常裏面側の発電量は、受光面側に比べて小さく、本発明の十分な効果を得ることはできない。従って、前記実施の形態においては、受光面側集電電極７は、裏面側集電電極６よりも若干幅広となっているが、裏面側集電電極の幅は適宜選択すればよく、また全面に渡って形成してもよく、周縁部になくてもよい。光の回り込みを考慮すると裏面側についても周縁部には裏面側集電電極６が存在するように形成するのが望ましい。

次に、受光面側集電電極７及び裏面側集電電極６の厚みとしては、光電変換層への光照射の少なくとも一部を遮ることができれば特に限定されるものではなく、主に電極としてのバスバー配線の機能に応じて適宜選択される。

受光面側集電電極７の幅としては、通常１．０ｍｍ以下である。そのため、１．０ｍｍ以下であれば特に限定されるものではなく、主に受光面側集電電極７としての集電機能に応じて適宜設定され、好ましくは、０．３ｍｍ以上１．０ｍｍ以下である。それは、一般に、受光面側集電電極７の幅が０．３ｍｍ未満であると、受光面側集電電極７内の抵抗が高くなるとともに、モジュール化する際の受光面側集電電極７上に接続されるリードの抵抗が高くなってしまうため適さず、他方１ｍｍを越える場合、受光面側集電電極７内の抵抗を無視できる程度に低下させられるが、受光面積の減少によって、太陽電池素子のＩｓｃの低下を招くため不適である。

また、基板の端から１．０ｍｍ以上離れた基板中央側の領域に受光面側集電電極７が形成されてしまうと基板端から受光面側集電電極７までの光電変換層により発電してしまい、本実施の形態の効果が十分に得られない。

受光面側集電電極７，裏面側集電電極６は、第１の主面と第２の主面が電気的に接続されるおそれがない方が良いため、基板の端（第１の主面と第２の主面の厚み方向）に形成されていない方が好ましい。

また本発明の受光面側集電電極７，裏面側集電電極６の材質は、十分な遮光性を有していれば良く、一般的な受光面側集電電極７，裏面側集電電極６の材質である銀、銅など導電性の高い金属が好ましい。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態では、実施の形態１における基板外周部の受光面側集電電極７，裏面側集電電極６に対し、従来例にあるような基板中央部付近に受光面側集電電極７ｓ，裏面側集電電極６ｓが追加形成されている。中央部付近に形成される導電性電極バスバー配線すなわち受光面側集電電極７ｓ，裏面側集電電極６ｓは、本来のバスバー配線としての機能を果たしている集電電極である。ここで図５−１は、実施の形態２の太陽電池の受光面側すなわち第１の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図５−２は同裏面側すなわち第２の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図５−３は、図５−１のＡ₀−Ａ₀断面を模式的に示す断面図である。集電電極１６，１７，１６ｓ，１７ｓ以外については前記実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

かかる構成によれば、実施の形態１に対し、受光面側集電電極６ｓ，裏面側集電電極７ｓが追加されている分、光が入射して光電変換層で発生したキャリアが移動する距離が短くなり、キャリアパスが短くなるため電気的には低抵抗化することができるため、特性向上が見込める。

しかしながら、受光面側集電電極６ｓが追加されるため、受光面積が小さくなることにより特性が低下するため、前記特性向上分とのバランスにより、中央部付近のバスバー配線の追加本数や幅を決める必要がある。更には、前記特性向上分は、端部に形成されるバスバーの面積に依存するため、基板の大きさや使用する基板の形状（正方形、角加工形状（pseudo-square）、長方形、円形等）によって異なる。

実施の形態３．
本発明の実施の形態３について、図６−１，６−２を用いて説明する。本実施の形態では、従来例と同様の受光面側集電電極７ｓ，裏面側集電電極６ｓに加え、端部の外周部の一部にのみ受光面側集電電極７ａ，裏面側集電電極６ａが追加形成されている。ここで図６−１は、実施の形態３の太陽電池の受光面側すなわち第１の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図６−２は同裏面側すなわち第２の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。受光面側集電電極７ａ，７ｓ、裏面側集電電極６ａ，６ｓ以外については前記実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図６−１，６−２に示す実施形態３の太陽電池に対しては、端部において非晶質の半導体層が不所望に回り込むことによる特性低下の抑制が不十分ではあるものの、一部を受光面側集電電極７ａ，裏面側集電電極６ａが遮光しているため、一部特性低下を抑制できる。また、外周部全周囲に形成されない分、電極材料の使用量が少なくて済むため、材料費を抑えることができる。電極に使われる材料は銀をベースにしたものが主流であり、非常に高価なものであるため、削減効果は小さくない。

実施の形態４．
本実施の形態では、３行４列のマトリックス状に太陽電池セル１０を配した太陽電池モジュール１００について説明する。図７はこの太陽電池モジュールの平面図である。なお図７においては裏面シート８は透光性であるため、下層の太陽電池セル１０がそのままみえているものとする。本実施の形態では、太陽電池セル１０を３行４列のマトリクス状にインターコネクタ１９で接続した構成となっている。そして各太陽電池セル１０は前記実施の形態３で説明したものが用いられており外周縁部を２辺にわたって取り囲むように、受光面側集電電極７が設けられ、外縁部は遮光領域となっている。

製造に際しては、まず、太陽電池セル１０どうしをインターコネクタ１９で接続する。インターコネクタ１９の接続には、低融点の半田などを用いる。次に、ガラス板からなる表面シート（図示せず）、封止樹脂（図示せず）、インターコネクタ１９で相互に接続した太陽電池セル１０、封止樹脂を順に積み重ねて、真空中で加熱とともに押圧する封止処理を行う。封止樹脂は溶融して受光面側の表面シートと裏面側の裏面シート８の間の隙間を埋めて、太陽電池セル１０を固定する。このようにして太陽電池モジュール１００が完成する。この図では理解を容易にするために、表面シートを外した状態を示している。太陽電池セル１０については、図６−１及び図６−２に示した前記実施の形態３の集電電極構造をとる。

このとき、この太陽電池モジュールの外周側ＵＳ，ＲＳ，ＤＳ，ＬＳについては隣接セルがないため、集電電極は端部まで形成しても短絡の恐れはないが、外周側ＵＳ，ＲＳ，ＤＳ，ＬＳ以外の隣接セルと対向する辺は、集電電極を一部不連続な辺がくるようにする。また集電電極なしとした構造としてもよく、隣接セルと対向する辺は、短絡防止構造をとることが望ましい。端部において非晶質半導体層が不所望に回り込むことによる特性低下の抑制が不十分ではあるものの、基板２辺を受光面側集電電極７によって遮光しているため、一部特性低下を抑制できる。また、基板中央部の受光面側集電電極７，裏面側集電電極６と平行に配置されているため、モジュール作製時に複数のセルを接続する際、通常広く用いられている既存の設備を使用することができることから、新たな設備投資をする必要がない。

以上説明してきたように、第１及び第２の集電電極のうち、受光面側に位置する集電電極が、半導体基板の外周に沿って形成されていればよい。そして隣接する太陽電池の存在する側には第１の集電電極は全く存在しない（不連続な）状態でもよいが、第１の集電電極は一部存在していて不連続部を有する構成であってもよい。

なお、前記実施の形態では、単結晶シリコン基板を用いた例について説明したが、これに限定されることなく、ＳｉＣなど、他の結晶系半導体基板にも適用可能である。

本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。

以上のように、本発明にかかる太陽電池及びこれを用いた太陽電池モジュールは、集光効率に優れており、特に、反射板などの集光補助材を用いるのが難しい場所に設置される太陽電池モジュールに適している。

１ｎ型単結晶シリコン基板、２ｉｉ型非晶質シリコン層、２ｎｎ型非晶質シリコン層、３ｉｉ型非晶質シリコン層、３ｐｐ型非晶質シリコン層、４裏面側透光性導電膜、５受光面側透光性導電膜、６裏面側集電電極、７受光面側集電電極、８裏面シート。

Claims

第１導電型を有する結晶系の半導体基板と、
前記半導体基板の第１の主面上から当該半導体基板の側面にまで回込んで形成された前記第１導電型と異なる第２導電型の非晶質半導体層と、
前記第２導電型の非晶質半導体層上に形成された透光性導電膜と、
前記透光性導電膜上に形成される第１の集電電極と、
前記半導体基板の第２の主面側に形成される第２の集電電極とを備え、
前記第１及び第２の集電電極のうち、受光面側に位置する集電電極が、半導体基板の外周に沿って外周部全周にわたり形成され、前記第２導電型の非晶質半導体層が外周部全周にわたり遮光された領域を有し電気的に分離されたことを特徴とする太陽電池。
前記第２導電型の非晶質半導体層は、前記半導体基板上に真性半導体層を介して形成されており、
前記半導体基板の第２の主面側に、真性半導体層を介して第１導電型の半導体層及び導電性薄膜が形成され、
前記第１及び第２の集電電極のうち、受光面側に位置する集電電極が、太陽電池セルの端から１．０ｍｍの間で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記半導体基板は、外周が矩形又は角部を除去した矩形を有する請求項１または２に記載の太陽電池。
前記集電電極の幅は、０．３ｍｍ以上１ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の太陽電池。
第１導電型を有する結晶系の半導体基板と、
前記半導体基板の第１の主面上から当該半導体基板の側面にまで回込んで形成された前記第１導電型と異なる第２導電型の非晶質半導体層と、
前記第２導電型の非晶質半導体層上に形成された透光性導電膜と、
前記透光性導電膜上に形成される第１の集電電極と、
前記半導体基板の第２の主面側に形成される第２の集電電極とを備え、
前記第１及び第２の集電電極のうち、受光面側に位置する集電電極が、半導体基板の外周に沿って外周部全周にわたり形成され、前記第２導電型の非晶質半導体層が外周部全周にわたり遮光された領域を有し電気的に分離された太陽電池と、
前記太陽電池を複数配列してインターコネクタを介して接続した太陽電池モジュール。