JP6525583B2 - 太陽電池素子および太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は太陽電池素子および該太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールに関する。

近年、高効率の結晶シリコン系太陽電池として、例えば、ＰＥＲＣ（Passivated Emitter and Rear Cell）構造の太陽電池セルが研究されている。このような太陽電池素子では、受光面になる表主面と、その反対側に位置する裏主面とを有するシリコン基板とを備えている。また、シリコン基板の裏主面に、酸化膜、窒化膜などの絶縁膜またはそれらの積層膜からなるパッシベーション層と、パッシベーション層上のアルミニウム電極とを備えている。このパッシベーション層に、例えば、レーザー照射等の方法でコンタクトホールとなる非パッシベーション部が形成されている。そして、パッシベーション層上に、アルミニウムペーストを塗布し、焼成することによって、非パッシベーション部を通じてシリコン基板と部分的に接続するアルミニウム電極が形成される（例えば、下記の特許文献１、２を参照）。

特開２００５−１５０６０９号公報 特開２０１３−１３５１５５号公報

しかし、このような太陽電池素子を複数用いて形成された太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュール内に入射した光によって発生したキャリアを集電できず、再結合ロスが生じやすいという可能性がある。

そこで、本発明の１つの目的は、再結合ロスを低減し、出力特性を向上させることができる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にある。

本発明の一実施形態に係る太陽電池素子は、表主面および該表主面の反対側に位置する裏主面を有する半導体基板と、該半導体基板の前記裏主面において、周縁部に位置する第１領域および該第１領域に囲まれた第２領域の双方に設けられたパッシベーション部と、を備えている。そして、前記半導体基板の前記裏主面において、前記第１領域および前記第２領域の双方に、前記パッシベーション部が無い多数の非パッシベーション部が設けられており、前記半導体基板の前記裏主面を平面視した場合に、前記第１領域の平面積に対して前記パッシベーション部が前記第１領域に占める平面積の比率は、前記第２領域の平面積に対して前記パッシベーション部が前記第２領域に占める平面積の比率よりも小さく、前記半導体基板は、前記裏主面側にｐ型の導電型を有する第１半導体領域を有し、前記裏主面側にｎ型の導電型を有する第２半導体領域を有さず、前記半導体基板は、前記表主面側にｎ型の導電型を有する前記第２半導体領域を有し、前記パッシベーション部が負の固定電荷密度を有している。

また、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールは、前記太陽電池素子を備えている。

上記の太陽電池素子および太陽電池モジュールによれば、再結合ロスを低減し、太陽電池モジュールの出力特性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の表主面の外観を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の裏主面の外観を示す平面図である。 図１、２におけるIII−III断面を示す端面図である。 図２において裏面集電電極を省略した拡大平面図であり、（ａ）は（Ｂ）部における一実施形態を示す拡大平面図であり、（ｂ）は（Ａ）部における一実施形態を示す拡大平面図であり、（ｃ）は（Ａ）部における他の実施形態を示す拡大平面図である。 図２において裏面集電電極を省略し（Ｂ）部の他の実施形態を示す拡大平面図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの外観を示す平面図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの断面を示す端面図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの太陽電池素子間において、光路を示す端面図である。 本発明の一実施形態に係る太陽電池素子の裏主面において裏面集電電極を省略した外観を示す拡大平面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図面は模式的に示されたものであり、各図における各種構造のサイズおよび位置関係等は適宜変更し得る。なお、図８は、理解を容易にするために、断面を示すハッチングを省略している。

＜太陽電池素子＞
図１〜図３に示すように、本発明の実施形態に係る太陽電池素子１０は、表主面１ａおよび表主面１ａの反対側に位置する裏主面１ｂを有する半導体基板１を有している。半導体基板１の裏主面１ｂにおいて、周縁部に位置する第１領域１０ｃおよび第１領域１０ｃに囲まれた第２領域１０ｄの双方に設けられたパッシベーション部４ａが設けられている。さらに、半導体基板１の裏主面１ｂにおいて、パッシベーション部４ａが形成されていない多数の非パッシベーション部４ｂが設けられている。そして、半導体基板１の裏主面１ｂを平面視した場合に、第１領域１０ｃの平面積に対してパッシベーション部４ａが第１領域１０ｃに占める平面積の比率は、第２領域１０ｄの平面積に対してパッシベーション部４ａが第２領域１０ｄに占める平面積の比率よりも小さい構造を備えている。ここで、平面積とは、平面視した際の平面形状の面積をいう。

次に、太陽電池素子１０の具体的構成について説明する。図１〜図４に示すように、太陽電池素子１０は、表主面１０ａ、裏主面１０ｂを有している。表主面１０ａは、主に入射光を受光する面（受光面）である。また、裏主面１０ｂは太陽電池素子１０の表主面１０ａの反対側に位置する面（例えば非受光面）である。

また、太陽電池素子１０は、半導体基板１、パッシベーション部４ａ、非パッシベーション部４ｂ、反射防止層５、表面電極７および裏面電極８を備えている。

半導体基板１は、第１半導体領域２および第２半導体領域３を有し、第１半導体領域２と第２半導体領域３とがｐｎ接合を形成している。このような半導体基板１には、例えばボロンあるいはガリウムなどの所定のドーパント元素を有して一導電型（例えば、ｐ型）を有する単結晶または多結晶のシリコン基板が用いられる。また、半導体基板１の厚みは、例えば２５０μｍ以下であり、さらには１５０μｍ以下であってもよい。半導体基板１の形状は、特に限定されるものではないが、例えば、平面視した状態で四角形状であれば、半導体基板１の製作が容易である。そして、半導体基板１が主として第１半導体領域２に該当する。

第２半導体領域３は、半導体基板１の表主面１ａ側に設けられている。第1半導体領域
２がｐ型の導電型を有する場合であれば、第２半導体領域３はｎ型の導電型を有するように形成される。ｎ型の導電型を有する第２半導体領域３を形成する場合は、半導体基板１の表主面１ａ側に、リン等のドーパント元素が拡散させることによって形成できる。このとき、半導体基板１における第２半導体領域３以外の部分が第１半導体領域２となり得る。

また、半導体基板１の表主面１ａに、凹凸部６が配されている。ここで、凹凸部６における凸部の高さは、例えば、０．１〜１０μｍ程度であればよく、凸部の幅は、例えば、１〜２０μｍ程度であればよい。また、凹凸部６の凹部の面形状は、例えば、略球面状であればよい。

パッシベーション部４ａは、少なくとも半導体基板１の裏主面１ｂに直接、接触して配されている。つまり、パッシベーション部４ａは、第１半導体領域２の裏主面１ｂ側に配されている。パッシベーション部４ａの材料としては、例えば、酸化シリコンまたは酸化アルミニウム等が採用されればよい。パッシベーション部４ａの効果としては、内蔵電界による電界パッシベーション効果（パッシベーション部４ａの存在によって界面付近に電界が形成されること）と、界面のダングリングボンドを終端することによるパッシベーション効果（ケミカルパッシベーション）とがある。ここで、電界パッシベーション効果とは、パッシベーション部４ａの固定電荷密度が大きいほど効果を奏することを意味する。例えば、ｐ型シリコンに対しては、パッシベーション部４ａは負の固定電荷密度が大きいほどよい。また、ケミカルパッシベーションとは、界面準位密度が小さいほど効果を奏することを意味する。パッシベーション部４ａが存在している場合、上記効果によって、半導体基板１の裏主面１ｂにおける少数キャリアの再結合が低減される。これにより、太陽電池素子１０の開放電圧および短絡電流が高まるため、太陽電池素子１０の出力特性が向上する。なお、パッシベーション部４ａの厚さの平均値は、例えば、３〜１００ｎｍ程度であればよい。なお、パッシベーション部４ａは、半導体基板１の表主面１ａ側に形成されていてもよい。

非パッシベーション部４ｂは、図３に示すように、半導体基板１の裏主面１ｂにおいて、パッシベーション部４ａが形成されていない多数の領域である。非パッシベーション部４ｂは、パッシベーション部４ａ上に設けられる裏面集電電極８ｂと半導体基板１との間で電気的接触を得るためのコンタクトホールとして機能する。つまり、裏面集電電極８ｂの一部が、非パッシベーション部４ｂに存在している。非パッシベーション部４ｂの形状は、孔状（またはドット状）であってもよく、溝状（またはライン状）であってもよい。非パッシベーション部４ｂの径（または幅）は１０〜１５０μｍ、ピッチは、０．０５〜２．０ｍｍ程度であればよい。なお、非パッシベーション部４ｂの形状が孔状（またはドット状）に形成される場合、図４に示すように、非パッシベーション部４ｂが格子状に形成されてもよく、図９に示すように千鳥状に形成されてもよい。

反射防止層５は、太陽電池素子１０における光の反射を低減させる役割を有している。反射防止層５は、半導体基板１の表主面１ａ側に配されている。反射防止層５の材料は、例えば、窒化シリコンまたは酸化シリコン等であればよい。反射防止層５の厚さは、半導体基板１および反射防止層５の材料に応じて適宜設定されればよい。これにより、太陽電池素子１０において、特定波長領域の光に対して反射し難い条件が実現される。上記の「特定波長領域の光」とは、太陽光の照射強度のピーク波長の前後における波長領域を指すものとする。なお、半導体基板１が結晶シリコン基板である場合には、反射防止層５の屈折率は、例えば、１．８〜２．３程度であればよく、反射防止層５の厚さの平均値は、例えば、２０〜１２０ｎｍ程度であればよい。なお、反射防止層５は半導体基板１の側面１ｃ側に設けられてもよい。

表面電極７は、半導体基板１の表主面１ａ側に配されている。図１に示すように、表面電極７には、例えば、複数の表面バスバー電極７ａと、多数の線状の表面フィンガー電極７ｂとが含まれている。表面バスバー電極７ａのうちの少なくとも一部は、複数の線状の表面フィンガー電極７ｂと交差することで、これら複数の表面フィンガー電極７ｂと電気的に接続されている。表面フィンガー電極７ｂの短手方向における幅は、例えば、５０〜２００μｍ程度であればよい。表面バスバー電極７ａの短手方向における幅は、例えば、１．３〜２．５ｍｍ程度であればよい。つまり、表面フィンガー電極７ｂの短手方向の幅は、表面バスバー電極７ａの短手方向の幅よりも小さければよい。また、複数の表面フィンガー電極７ｂのうちの隣り合う表面フィンガー電極７ｂ同士の間隔は、１〜３ｍｍ程度であればよい。さらに、表面電極７の厚さは、例えば、１０〜４０μｍ程度であればよい。なお、表面フィンガー電極７ｂと同様の形状の表面補助電極７ｃが半導体基板１の周縁部に設けられ、表面フィンガー電極７ｂ同士を電気的に接続するようにしてもよい。また、表面電極７の材料には、主に銀または銅等が使用される。

裏面電極８は、半導体基板１の裏主面１ｂ側に配されている。図２で示されるように、裏面電極８は、例えば、複数の裏面バスバー電極８ａと、裏面集電電極８ｂとが含まれている。裏面バスバー電極８ａの短手方向における幅は、例えば、１．３〜３ｍｍ程度であればよい。さらに、裏面電極８の厚さは、例えば、１０〜４０μｍ程度であればよい。また、裏面バスバー電極８ａの材料には、主に銀または銅等が使用され、裏面集電電極８ｂの材料には、主にアルミニウムが使用される。

本発明の実施形態に係る太陽電池素子１０の特徴部分について説明する。まず、太陽電池素子１０は、図２に示めすように、半導体基板１の裏主面１ｂにおいて、周縁部に位置する領域を第１領域１０ｃとし、該第１領域１０ｃで囲まれた領域を第２領域１０ｄとする。このとき、図３および図４に示すように、半導体基板１の裏主面１ｂを平面視した場合に、第１領域１０ｃの平面積に対してパッシベーション部４ａが第１領域１０ｃに占める平面積の比率は、第２領域１０ｄの平面積に対してパッシベーション部４ａが第２領域１０ｄに占める平面積の比率よりも小さい。

なお、各領域（第１領域１０ｃおよび第２領域１０ｄ）の平面積に対して、パッシベーション部４ａが各領域に占める平面積の比率は、太陽電池素子１０の各々の領域におけるパッシベーション部４ａと非パッシベーション部４ｂの合計の平面積に対するパッシベーション部４ａの平面積の比率で算出される。例えば、５ｍｍ×５ｍｍ等の領域においてパッシベーション部４ａが占める平面積を求めることによって、上記比率が算出される。

上記構造によって、第２領域１０ｄに比べて第１領域１０ｃでは、裏面集電電極８ｂと半導体基板１とのコンタクト抵抗が下がり、集電効率が向上する。後述する太陽電池モジュール２０において、図８に示すように、太陽電池素子１０間の入射光が、例えば、裏面充填材２５の表面の凹凸（不図示）で乱反射され、その反射光の一部が透明部材２３で再度反射して太陽電池素子１０の周縁部である第１領域１０ｃに入射する（以下、多重反射という）。このため、第２領域１０ｄに比べて第１領域１０ｃでは、多くのキャリアが発生する。そして、第１領域１０ｃは集電効率が高いために、発生したキャリアが効率よく裏面集電電極８ｂに集電され、太陽電池素子１０の出力特性が向上する。

太陽電池素子１０の端部から距離Ｗまでの範囲が第１領域１０ｃであり、例えば、５〜１５ｍｍ程度あればよい。なお、半導体基板１に角部が円弧状等の単結晶シリコン基板を用いた場合、端部から距離Ｗまでの範囲および角部の各々の端面から距離Ｗまでの範囲が
第１領域１０ｃである。また、距離Ｗは、太陽電池モジュール２０の透明部材２３および表面充填材２４の厚みによって決めてもよい。例えば、太陽電池素子１０間に入射した光のうち、多重反射によって、太陽電池素子１０に到達する光量が、太陽電池素子１０間に入射した光の１０％以上である場合には、太陽電池素子１０間に入射した光の反射角度が約５５〜６０°の光となる。そのため、透明部材２３と表面充填材２４の厚みの合計が、例えば４ｍｍである場合、距離Ｗは約１３．８（＝２×４×ｔａｎ６０°）ｍｍとなる。また、透明部材２３と表面充填材２４の厚みの合計が、例えば１．５ｍｍである場合、距離Ｗは約５．２（＝２×１．５×ｔａｎ６０°）ｍｍとなる。

多重反射により、太陽電池素子１０に入射する光が１０％以上となると、第１領域１０ｃにおいて第２領域１０ｄよりも再結合ロスが生じやすくなる。そのため、太陽電池モジュール２０における出力特性が低減されてしまう。そこで、多重反射により、太陽電池素子１０に入射する光が１０％以上の範囲に第１領域１０ｃを設けることが好適である。

また、第１領域１０ｃの平面積に対してパッシベーション部４ａが第１領域１０ｃに占める平面積の比率は、第２領域１０ｄの平面積に対してパッシベーション部４ａが第２領域１０ｄに占める平面積の比率の１０〜５０％程度小さければよい。第１領域１０ｃの平面積に対してパッシベーション部４ａが第１領域１０ｃに占める平面積の比率は、太陽電池モジュール２０における太陽電池素子１０の間の距離によって決めてもよい。太陽電池素子１０間の距離が長い場合、第１領域１０ｃに多重反射して入射する光が多くなり、キャリアの発生量が多くなるため、第１領域１０ｃの平面積に対してパッシベーション部４ａが第１領域１０ｃに占める平面積の比率をより小さくすることが好適である。

また、互いに隣り合う非パッシベーション部４ｂ同士の平均間隔は、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、第１領域１０ｃの方が第２領域１０ｄよりも小さいことが好適である。なお、上記平均間隔は、非パッシベーション部４ｂの形状が孔状の場合、各孔の中心間の距離であり、非パッシベーション部４ｂの形状が溝状の場合、各溝の中心線間の距離である。そして、平均間隔は、例えば、隣接する孔状の１０箇所の非パッシベーション部４ｂにおける全ての間隔の長さを平均した値である。第１領域１０ｃにおいて、互いに隣り合う非パッシベーション部４ｂの間隔を狭くすることによって、裏面集電電極８ｂと半導体基板１とのコンタクト抵抗を下げて、集電効率を向上させることができる。互いに隣り合う非パッシベーション部４ｂ同士の平均間隔は、上記と同様な理由で第１領域１０ｃが第２領域１０ｄの１０〜５０％程度小さければよい。

多重反射により、太陽電池素子１０に入射する光が１０％以上となると、第１領域１０ｃにおいて第２領域１０ｄよりも再結合ロスが生じやすくなる。また、透明部材２３と空気間での全反射角度が約４０〜４３°である。太陽電池素子１０に入射する光よりもそれらの角度で多重反射する光のほうが入射量が多く、キャリアの発生量が多い。このため、１０％以上小さければよい。また、パッシベーション部４ａの平面積の比率が、第１領域１０ｃのほうが第２領域１０ｄよりも５０％よりも小さい場合には、パッシベーション層４による電界パッシベーション効果が低下して、太陽電池モジュール２０の出力特性が低下する。上記のことから、第１領域１０ｃの平面積に対してパッシベーション部４ａが第１領域１０ｃに占める平面積の比率は、第２領域１０ｄの平面積に対してパッシベーション部４ａが第２領域１０ｄに占める平面積の比率の１０〜５０％程度小さいことが好適である。

また、非パッシベーション部４ｂの平均平面積は、図４（ａ）、（ｃ）に示すように、第１領域１０ｃの方が第２領域１０ｄよりも広いことが好適である。なお、平均平面積は、例えば、隣接する孔状の１０箇所の非パッシベーション部４ｂにおける全非パッシベーション部４ｂの面積を非パッシベーション部４ｂの数で除した値である。第１領域１０ｃ
において、各非パッシベーション部４ｂの平面積を広くすることによって、第１領域１０ｃにおける裏面集電電極８ｂと半導体基板１とのコンタクト抵抗を下げて、集電効率を向上させることができる。非パッシベーション部４ｂの平均平面積は、上記と同様な理由で第１領域１０ｃが第２領域１０ｄの１０〜５０％程度広ければよい。

また、互いに隣り合う前記非パッシベーション部４ｂ同士の平均間隔は、図５（ａ）に示すように、半導体基板１の裏主面１ｂの第２領域１０ｄの中央（太陽電池素子１０の中央）から第１領域１０ｃの方向に向かって、徐々にまたは段階的に小さくなっていることが好適である。太陽電池素子１０間に入射した光のうち、多重反射によって、第１領域１０ｃに近い第２領域１０ｄにおいても多くのキャリアが発生する。このため、発生したキャリアが効率よく裏面集電電極８ｂに集電され、太陽電池素子１０の出力特性がさらに向上する。但し、第２領域１０ｄにおける第１領域１０ｃ側の平均間隔は、第１領域１０ｃの平均間隔よりも大きいことが好適である。

また、非パッシベーション部４ｂの平均平面積は、図５（ｂ）に示すように、半導体基板１の裏主面１ｂの第２領域１０ｄの中央から第１領域１０ｃの方向に向かって、徐々にまたは段階的に広くなっていることが好適である。太陽電池素子１０間に入射した光のうち、多重反射によって、第１領域１０ｃに近い第２領域１０ｄにおいても多くのキャリアが発生する。このため、発生したキャリアが効率よく裏面集電電極８ｂに集電され、太陽電池素子１０の出力特性がさらに向上する。但し、第２領域１０ｄにおける第１領域１０ｃ側の平均平面積は、第１領域１０ｃの平均平面積よりも狭いことが好適である。

＜太陽電池素子の製造方法＞
次に、太陽電池素子１０の製造方法の一例について詳述する。

まず、第１半導体領域（ｐ型半導体領域）２を有する半導体基板１（ｐ型多結晶シリコン基板）の基板準備工程について説明する。半導体基板１は、例えば既存の鋳造法等によって形成される。なお、以下では、半導体基板１として、ｐ型を有する多結晶シリコン基板を用いた例について説明するが、半導体基板１はｎ型を有してもよいし、単結晶シリコン基板を用いもよい。

最初に、例えば鋳造法によって多結晶シリコンインゴットを作製する。次いで、そのインゴットを、例えば、２５０μｍ以下の厚みにスライスする。その後、半導体基板１の切断面の機械的なダメージ層および汚染層を洗浄するために、半導体基板１の表面をＮａＯＨ、ＫＯＨ、フッ酸またはフッ硝酸などの溶液でごく微量エッチングしてもよい。

次に、半導体基板１の表主面１ａに凹凸部６を形成する。凹凸部６の形成方法としては、ＮａＯＨ等のアルカリ溶液またはフッ硝酸等の酸溶液を使用したウエットエッチング方法またはＲＩＥ（Reactive Ion Etching）等を使用したドライエッチング方法を用いることができる。なお、ウエットエッチング法を用いて、半導体基板１の裏主面１ｂ側に形成された凹凸部６は、必要に応じて除去してもよい。

次に、上記工程によって形成された凹凸部６を有する半導体基板１の表主面１ａに対して、第２半導体領域３を形成する工程を行う。

この第２半導体領域３は、ペースト状態にしたＰ_２Ｏ_５を半導体基板１の表面に塗布して熱拡散させる塗布熱拡散法、または、ガス状態にしたオキシ塩化リン（ＰＯＣｌ_３）を拡散源とした気相熱拡散法等によって形成される。この第２半導体領域３は０．２〜２μｍ程度の深さ、４０〜２００Ω／□程度のシート抵抗を有するように形成される。例えば、気相熱拡散法では、ＰＯＣｌ_３等からなる拡散ガスを有する雰囲気の中で６００〜８００℃程度の温度で、半導体基板１を１５〜３０分程度熱処理して燐ガラスを半導体基板１の表面に形成する。その後、アルゴンまたは窒素等の不活性ガス雰囲気中で８００〜９００℃程度の高い温度において、半導体基板１を１０〜４０分程度熱処理することによって、燐ガラスから半導体基板１にリンが拡散して、半導体基板１の表主面１ａに第２半導体領域３が形成される。

次に、上記第２半導体領域３の形成工程において、裏主面１ｂ側にも第２半導体領域３が形成された場合には、裏主面１ｂ側に形成された第２半導体領域３のみをエッチングして除去する。これにより、裏主面１ｂ側にｐ型の導電型領域を露出させる。例えば、フッ硝酸溶液に半導体基板１における裏主面１ｂ側のみを浸して裏主面１ｂ側に形成された第２半導体領域３を除去する。その後に、第２半導体領域３を形成する際に半導体基板１の表面（表主面１ａ側）に付着した燐ガラスをエッチングして除去する。

このように、表主面１ａ側に燐ガラスを残存させて裏主面１ｂ側に形成された第２半導体領域３を除去することによって、燐ガラスによって表主面１ａ側の第２半導体領域３が除去されたり、ダメージが受けたりするのを低減することができる。

また、第２半導体領域３の形成工程において、予め裏主面１ｂ側に拡散マスクを形成しておき、気相熱拡散法等によって第２半導体領域３を形成して、続いて拡散マスクを除去してもよい。このようなプロセスによっても、同様の構造を形成することが可能である。この場合には、上記した裏主面１ｂ側に第２半導体領域３は形成されないため、裏主面１ｂ側の第２半導体領域３を除去する工程が不要である。

なお、第２半導体領域３の形成方法は、上記方法に限定されるものでもなく、例えば薄膜技術を用いて、ｎ型の水素化アモルファスシリコン膜または微結晶シリコン膜を含む結晶質シリコン膜等を形成してもよい。

以上により、表主面１ａ側にｎ型半導体領域である第２半導体領域３が配置され、且つ、表面に凹凸部６が形成された、ｐ型半導体領域である第１半導体領域２を含む半導体基板１を準備することができる。

次に、半導体基板１の裏主面１ｂ側にパッシベーション部４ａとなるパッシベーション層４を形成する。パッシベーション層４の形成方法としては、例えば、ＡＬＤ(Atomic Layer Deposition)法、ＰＥＣＶＤ（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）法が用いられる。このとき、裏主面１ｂ側だけでなく表主面１ａ側や側面１ｃ側にパッシベーション層４が形成されてもよい。

ＡＬＤ法が採用された場合には、成膜装置のチャンバー内に第２半導体領域３が形成された半導体基板１が載置される。この半導体基板１が１００〜２５０℃の温度域で加熱された状態で、アルミニウム原料の供給、アルミニウム原料の廃棄除去、酸化剤の供給、酸化剤の廃棄除去、の工程を複数回繰り返して、酸化アルミニウムからなる所望の厚さを有するパッシベーション層４が形成される。アルミニウム原料として、例えばトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリエチルアルミニウム（ＴＥＡ）等、酸化剤として、例えば、水、オゾンガス等を用いることができる。

また、裏主面１ｂに形成された酸化アルミニウムの上にさらに窒化シリコン、酸化シリコンなどの膜をＰＥＣＶＤ等の方法で形成してもよい。これにより、酸化アルミニウムが有する界面パッシベーション機能と、窒化シリコン、酸化シリコン等が有する保護層としての機能を併せ持つパッシベーション層４を形成することができる。

パッシベーション層４には、裏面集電電極８ｂとシリコン基板１との電気的接続を得るためのコンタクトホールである非パッシベーション部４ｂが設けられる。非パッシベーション部４ｂは、例えば、レーザービーム照射、パターン化されたエッチングマスクを形成した後のエッチング等の方法で形成される。レーザービーム照射によって非パッシベーション部４ｂを形成する場合、互いに隣り合う非パッシベーション部４ｂ同士の平均間隔はレーザービームの位置を調整する。これにより、互いに隣り合う非パッシベーション部４ｂ同士の平均間隔は所望の値にすることができる。また、非パッシベーション部４ｂの平均平面積は、レーザービームの照射径を調整することによって、所望の値にすることができる。パターン化されたエッチングマスクを用いて非パッシベーション部４ｂを形成する場合、互いに隣り合う非パッシベーション部４ｂ同士の平均間隔および平均平面積は、エッチングマスクの開口部の形状を変更することによって、所望の値にすることができる。以上の方法によって、図４および図５に示す、非パッシベーション部４ｂを簡易に形成することができる。

次に、半導体基板１の表主面１ａ上に反射防止層５を形成する。反射防止層５の形成方法としては、例えば、ＰＥＣＶＤ法、ＡＬＤ法、蒸着法またはスパッタリング法等が採用される。例えば、ＰＥＣＶＤ法が採用される場合には、成膜装置において、ＳｉＨ_４ガスとＮＨ_３ガスとの混合ガスが、Ｎ_２ガスで希釈され、チャンバー内におけるグロー放電分解によってプラズマ化されて、表主面１ａ上に窒化シリコンが堆積される。これにより、窒化シリコンを含む反射防止層５が形成される。なお、窒化シリコンの堆積時におけるチャンバー内の温度は、例えば、５００℃程度であればよい。そして、反射防止層５がＡＬＤ法以外のＰＥＣＶＤ法、蒸着法またはスパッタリング法等によって形成されることで、所望の厚さの反射防止層５が短時間で形成される。これにより、太陽電池素子１０の生産性が向上する。

次に、表面電極７（表面バスバー電極７ａおよび表面フィンガー電極７ｂ）および裏面電極８（裏面バスバー電極８ａおよび裏面集電電極８ｂ）とを以下のように形成する。

表面電極７は、例えば主成分として銀を含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する金属ペースト（第１金属ペースト）を用いて作製される。まず、第１金属ペーストを、半導体基板１の表主面１ａ側に塗布する。この塗布後、所定の温度で溶剤を蒸発させて乾燥させてもよい。その後、最高温度６００〜８００℃で数十秒〜数十分程度、焼成することによって表面電極７が形成される。この塗布法としては、スクリーン印刷法等を用いることができる。なお、表面電極７は、表面バスバー電極７ａおよび表面フィンガー電極７ｂを有するが、スクリーン印刷法を用いることで、表面バスバー電極７ａおよび表面フィンガー電極７ｂを、１つの工程で形成することができる。

裏面バスバー電極８ａは、主成分として銀を含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する金属ペースト（第２金属ペースト）を用いて作製される。まず、第２金属ペーストを、半導体基板１の裏主面１ｂ側に塗布する。その後、最高温度６００〜８００℃で数十秒〜数十分程度焼成することによって裏面バスバー電極８ａを形成する。この塗布法としては、スクリーン印刷法等を用いることができる。

裏面集電電極８ｂは、主成分としてアルミニウムを含む金属粉末、有機ビヒクルおよびガラスフリットを含有する金属ペースト（第３金属ペースト）を用いて作製される。この第３金属ペーストを、予め塗布された第２金属ペーストの一部に接触するように裏主面１ｂ上に塗布する。このとき、裏主面１ｂ上の裏面バスバー電極８ａが形成されていない部分のほぼ全面に塗布してもよい。第３金属ペーストを塗布することによって、非パッシベーション部４ｂに位置する半導体基板１の裏主面１ｂ上にも第３金属ペーストが塗布される。この塗布法としては、スクリーン印刷法等を用いることができる。この塗布後、所定の温度で溶剤を蒸発させて乾燥させてもよい。第３金属ペーストが塗布された半導体基板１を最高温度６００〜８００℃で数十秒〜数十分程度焼成することによって裏面集電電極８ｂを形成することができる。

以上の工程によって太陽電池素子１０を作製することができる。

＜太陽電池モジュール＞
本発明の実施形態に係る太陽電池モジュール２０は、半導体基板１の裏主面１ｂを平面視した場合に、第１領域１０ｃの平面積に対してパッシベーション部４ａが第１領域１０ｃに占める平面積の比率は、第２領域１０ｄの平面積に対してパッシベーション部４ａが第２領域１０ｄに占める平面積の比率よりも小さい、１つ以上の太陽電池素子１０を備えている。例えば、太陽電池モジュール２０は、電気的に接続されている複数の太陽電池素子１０を備えていればよい。このような太陽電池モジュール２０は、単独の太陽電池素子１０の電気出力が小さな場合に、複数の太陽電池素子１０が例えば直列または並列に接続されることで形成される。そして、例えば、複数の太陽電池モジュール２０が組み合わされることで、実用的な電気出力が取り出される。以下では、太陽電池モジュール２０が、複数の太陽電池素子１０を備えている一例を挙げて説明する。

図６に示すように、太陽電池モジュール２０は、例えば、透明部材２３、表面充填材２４、複数の太陽電池素子１０、配線部材２１、裏面充填材２５および裏面保護材２６が積層された積層体を備えている。太陽電池素子１０は、１．５〜４．０ｍｍ程度の間隔で配置されることが望ましい。ここで、透明部材２３は、太陽電池モジュール２０において太陽光を受光する受光面を保護するための部材である。この透明部材２３は、例えば、透明な平板状の部材であればよい。透明部材２３の材料としては、例えばガラス等が採用される。表面充填材２４は、例えば透明な充填材であればよい。また、裏面充填材２５は、例えば、透明あるいは白色の充填材であればよい。なお、図８に示している太陽電池素子１０間へ入射した光の反射は、白色の充填材を用いた場合である。表面充填材２４および裏面充填材２５の材料としては、例えばエチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等が採用される。裏面保護材２６は、太陽電池モジュール２０を裏面から保護するための部材である。裏面保護材２６の材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリフッ化ビニル樹脂（ＰＶＦ）等が採用される。なお、裏面保護材２６は、単層構造を有していても積層構造を有していてもよい。このとき、裏面保護材２６の色が白色であってもよい。

配線部材２１は、複数の太陽電池素子１０を電気的に接続する部材（接続部材）である。太陽電池モジュール２０に含まれる複数の太陽電池素子１０のうちの一方向に隣り合う太陽電池素子１０同士は、一方の太陽電池素子１０の表面電極７と他方の太陽電池素子１０の裏面電極８とが配線部材２１によって接続されている。つまり、図３に示す太陽電池素子１０を用いた場合、図７に示されるように、太陽電池素子１０の表面バスバー電極７ａおよび裏面バスバー電極８ａに配線部材２１が接続されている。ここで、配線部材２１の厚さは、例えば、０．１〜０．２ｍｍであればよい。配線部材２１の幅は、例えば、約１〜３ｍｍ程度であればよい。そして、配線部材２１としては、例えば、銅箔の全面に半田が被覆された部材等が用いられる。

また、電気的に直列に接続されている複数の太陽電池素子１０のうち、最初の太陽電池素子１０の電極の一端と最後の太陽電池素子１０の電極の一端は、出力取出配線２２によって、それぞれ出力取出部としての端子ボックス２８に電気的に接続されている。また、図７では図示を省略しているが、図６に示すように、太陽電池モジュール２０は、上記積層体を周囲から保持する枠体２７を備えていてもよい。枠体２７の材質としては、例えば、耐食性と強度を併せ持つアルミニウム等が採用される。

太陽電池モジュール２０は、半導体基板１の裏主面１ｂを平面視した場合に、第１領域１０ｃの平面積に対してパッシベーション部４ａが第１領域１０ｃに占める平面積の比率は、第２領域１０ｄの平面積に対してパッシベーション部４ａが第２領域１０ｄに占める平面積の比率よりも小さい太陽電池素子１０を備えている。図８に示すように、太陽電池素子１０間に入射した光が裏面充填材２５の表面の凹凸で乱反射する。これにより、透明部材２３の表面で再度反射した光が、太陽電池素子１０の第１領域１０ｃに入射して、第２領域１０ｄよりも第１領域１０ｃの方が多くのキャリアが発生する。そして、第１領域１０は集電効率が高いために、発生したキャリアが効率よく裏面集電電極８ｂに集電され、太陽電池モジュール２０の出力特性が向上する。なお、裏面充填材２５が透明の場合であっても、裏面保護材２６の表面で乱反射させても、同様の結果を得ることができる。

また、表面充填材２４および裏面充填材２５の少なくとも一方の材料として、ＥＶＡが採用される場合には、このＥＶＡに水酸化マグネシウムまたは水酸化カルシウム等を含む受酸剤が添加されていてもよい。これにより、ＥＶＡからの酢酸の発生が低減されるため、太陽電池モジュール２０の耐久性が向上し、酢酸によってパッシベーション層４、表面電極７や裏面電極８に与えられるダメージがさらに低減される。その結果、太陽電池モジュール２０の信頼性が長時間にわたって確保される。

＜太陽電池モジュールの製造方法＞
次に、太陽電池モジュール２０の製造方法について説明する。

まず、複数の太陽電池素子１０を直並列に１．５〜４ｍｍ程度の間隔で配置して、配線部材２１によって隣り合った太陽電池素子１０同士を電気的に接続する。配線部材２１の接続方法としては、半田ごて、ホットエアー、レーザーまたはパルスヒート等の方法を用いることができる。このような方法によって、配線部材２１は、表面バスバー電極７ａおよび裏面バスバー電極８ａに半田付けされる。また、直列に接続されている複数の太陽電池素子１０のうち、最初の太陽電池素子１０の電極の一端と最後の太陽電池素子１０の電極の一端に、出力取出配線２２を接続する。なお、出力取出配線２２の接続方法は、配線部材２１の接続方法と同様である。

次に、透明部材２３、表面充填材２４を配置した後、表面充填材２４上に配線部材２１で接続された太陽電池素子１０を配置する。次に、太陽電池素子１０上に裏面充填材２５、裏面保護材２６を順次積層して積層体を作製する。次いで、この積層体をラミネート装置にセットし、減圧した後、加圧しながら１００〜２００℃で例えば１５分間〜１時間加熱することによって、太陽電池パネルが作製される。

次に、太陽電池パネルに端子ボックス２８を取り付ける。具体的には、出力取出配線２２の導出された裏面保護材２６上に、端子ボックス２８をシリコン系等の接着剤を用いて取り付ける。そして、プラス側、マイナス側の出力取出配線２２を端子ボックス２８のターミナル（不図示）にはんだ付け等で固定する。その後、端子ボックス２８に蓋を取り付ける。

最後に、枠体２７を取り付けて、太陽電池モジュール２０を完成させる。具体的には、太陽電池パネルの外周部にアルミニウム等で作製された枠体２７を取り付ける。枠体２７は、例えば、その角部をビスなどで固定することによって、取り付けることができる。このようにして、太陽電池モジュール２０が完成する。

なお、本発明は上述した一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において、種々の変更、改良等が可能である。

例えば、裏面集電電極８ｂを形成した後に裏面バスバー電極８ａを形成してもよい。また、裏面バスバー電極８ａは半導体基板１と直接接触してもよく、裏面バスバー電極８ａと半導体基板１との間にパッシベーション部４ａが介在していてもよい。

また、表面電極７と裏面電極８は、各々の金属ペーストを塗布した後、同時に焼成して形成してもよい。これにより、生産性が向上するとともに、半導体基板１にかかる熱履歴を低減して、太陽電池素子１０および太陽電池モジュール２０の出力特性を向上させることができる。

また、第３金属ペーストを焼成して裏面集電電極８ｂを形成したときに、半導体基板１の裏主面１ｂと第３金属ペーストとが接触している部分において、第１半導体領域２よりも高いドーパント濃度を有するｐ型の導電型を有するＢＳＦ（Back Surface Field）層が形成されてもよい。

１ ：半導体基板
１ａ ：表主面
１ｂ ：裏主面
１ｃ ：側面
２ ：第１半導体領域
３ ：第２半導体領域
４ ：パッシベーション層
４ａ ：パッシベーション部
４ｂ ：非パッシベーション部
５ ：反射防止層
６ ：凹凸部
７ ：表面電極
７ａ ：表面バスバー電極
７ｂ ：表面フィンガー電極
７ｃ ：表面補助電極
８ ：裏面電極
８ａ ：裏面バスバー電極
８ｂ ：裏面集電電極
１０ ：太陽電池素子
１０ａ：表主面
１０ｂ：裏主面
１０ｃ：第１領域
１０ｄ：第２領域
２０ ：太陽電池モジュール
２１ ：配線部材
２２ ：出力取出配線
２３ ：透明部材
２４ ：表面充填材
２５ ：裏面充填材
２６ ：裏面保護材
２７ ：枠体
２８ ：端子ボックス

Claims (7)

1. 表主面および該表主面の反対側に位置する裏主面を有する半導体基板と、該半導体基板の前記裏主面において、周縁部に位置する第１領域および該第１領域に囲まれた第２領域の双方に設けられたパッシベーション部と、を備えている太陽電池素子であって、
   前記半導体基板の前記裏主面において、前記第１領域および前記第２領域の双方に、前記パッシベーション部が無い多数の非パッシベーション部が設けられており、
   前記半導体基板の前記裏主面を平面視した場合に、前記第１領域の平面積に対して前記パッシベーション部が前記第１領域に占める平面積の比率は、前記第２領域の平面積に対して前記パッシベーション部が前記第２領域に占める平面積の比率よりも小さく、
   前記半導体基板は、前記裏主面側にｐ型の導電型を有する第１半導体領域を有し、前記裏主面側にｎ型の導電型を有する第２半導体領域を有さず、
   前記半導体基板は、前記表主面側にｎ型の導電型を有する前記第２半導体領域を有し、
   前記パッシベーション部が負の固定電荷密度を有している、太陽電池素子。
2. 互いに隣り合う前記非パッシベーション部同士の平均間隔は、前記第１領域の方が前記第２領域よりも小さい、請求項１に記載の太陽電池素子。
3. 前記非パッシベーション部の平均平面積は、前記第１領域の方が前記第２領域よりも広い、請求項１に記載の太陽電池素子。
4. 互いに隣り合う前記非パッシベーション部同士の平均間隔は、前記半導体基板の前記裏主面の前記第２領域の中央から前記第１領域の方向に向かって、徐々にまたは段階的に小さくなっている、請求項２または３に記載の太陽電池素子。
5. 前記非パッシベーション部の平均平面積は、前記半導体基板の前記裏主面の前記第２領域の中央から前記第１領域の方向に向かって、徐々にまたは段階的に広くなっている、請求項２または３に記載の太陽電池素子。
6. 前記半導体基板がシリコンからなるとともに、前記パッシベーション部が酸化アルミニウムからなる、請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池素子。
7. 請求項１乃至６のいずれかに記載の前記太陽電池素子を備えている、太陽電池モジュール。

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