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WO2016111339A1 - 太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール - Google Patents

太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール Download PDF

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WO2016111339A1
WO2016111339A1 PCT/JP2016/050406 JP2016050406W WO2016111339A1 WO 2016111339 A1 WO2016111339 A1 WO 2016111339A1 JP 2016050406 W JP2016050406 W JP 2016050406W WO 2016111339 A1 WO2016111339 A1 WO 2016111339A1
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WO
WIPO (PCT)
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layer
solar cell
receiving surface
insulating layer
light
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2016/050406
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English (en)
French (fr)
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訓太 吉河
足立　大輔
徹 寺下
平石　将史
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kaneka Corp
Original Assignee
Kaneka Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to US15/542,204 priority patent/US10566470B2/en
Priority to CN201680005100.0A priority patent/CN107112378B/zh
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    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell, a manufacturing method thereof, and a solar cell module.
  • a solar cell power is generated by taking out carriers (electrons and holes) generated by light irradiation to a photoelectric conversion unit having a semiconductor junction to an external circuit.
  • metal collecting electrodes are provided on the light receiving surface and the back surface of the solar cell.
  • a semiconductor junction is formed by providing a silicon-based thin film on the surface of a conductive single crystal silicon substrate
  • a transparent conductive oxide or the like is formed on the silicon-based thin films on the light receiving surface side and the back surface side.
  • the collector electrode on the light receiving surface side is formed in a pattern.
  • the collector electrode pattern is typically a grid pattern composed of finger electrodes and bus bar electrodes.
  • the collector electrode on the back side may be provided on the entire surface or in a pattern.
  • a patterned collector electrode is provided on the back side of the solar cell.
  • a solar cell module configured to reflect light incident between adjacent cells with a back sheet is also provided with a patterned collector electrode on the back surface side.
  • the pattern-shaped collector electrode is generally formed by screen printing of a conductive paste such as silver paste.
  • the collector electrode formed using the silver paste contains a resin material, so that the resistivity is high and the material cost is also high. Therefore, a method for forming a metal collecting electrode by a plating method has been proposed for the purpose of reducing the electrode material cost. Since the plating method can form a metal electrode having a large thickness and a low resistance, the line width of the metal electrode can be reduced as compared with the case of using a conductive paste. Therefore, the formation of the metal collector electrode by the plating method has an advantage in improving the light capturing efficiency by reducing the shadowing loss.
  • Patent Document 1 discloses a method in which an insulating layer having a thickness of about 10 to 15 ⁇ m is formed on a transparent electrode of a photoelectric conversion portion, an opening is formed in the insulating layer, and then a collector electrode is formed by electrolytic plating. Yes.
  • Patent Document 2 and Patent Document 3 an insulating layer is formed on a metal seed layer formed by printing a conductive paste containing a low-melting-point material, and then annealing by heating is performed.
  • a material is thermally fluidized to form a crack-like opening in an insulating layer on a metal seed layer. This method is excellent in terms of material cost and process cost because it can selectively form an opening in the metal seed layer forming region and does not require patterning of the insulating layer with a resist or the like.
  • the electrode area can be reduced and the shadowing loss can be reduced.
  • the electrode spacing between adjacent finger electrodes is increased in order to reduce the electrode area, the carrier recovery efficiency tends to decrease and the solar cell fill factor tends to decrease. Therefore, the electrode pattern shape is determined in consideration of the balance between shadowing loss and carrier recovery efficiency.
  • the interval between adjacent electrodes is set so that the total area of the finger electrodes is about 1 to 3% of the entire light receiving surface. In order to further improve the conversion efficiency of the solar cell, it is desired to reduce the shadowing loss and improve the light capturing efficiency while maintaining the electrode area.
  • the present inventors have found that, by depositing a small area of plated metal on the non-collecting region on the light receiving surface side, it is possible to increase the amount of light taken in despite the increase in the light-shielding area by the metal. It was.
  • the solar cell of the present invention includes a photoelectric conversion unit including a semiconductor junction, a plurality of light receiving surface finger electrodes provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit, and a plurality of back surface finger electrodes provided on the back side of the photoelectric conversion unit. .
  • the separation distance between the light-receiving surface finger electrodes is preferably larger than the separation distance between the back surface finger electrodes.
  • the light receiving surface of the photoelectric conversion part is covered with a first insulating layer.
  • the light-receiving surface finger electrode includes a first metal seed layer and a first plating metal layer.
  • the first metal seed layer is provided between the photoelectric conversion portion and the first insulating layer, and the first metal seed layer and the first plating metal layer are electrically connected through an opening provided in the first insulating layer. is doing.
  • the solar cell of the present invention has an independent plating metal layer that is not in contact with either the light-receiving surface finger electrode or the back surface finger electrode.
  • an independent plating metal dense region exists in a strip shape parallel to the extending direction of the light receiving surface finger electrodes.
  • the independent plating metal dense region is a region in which the area density of the independent plating metal layer is twice or more of the average of the entire light receiving surface finger electrode non-forming region. It is preferable that the independent plating metal dense region exists at a distance of 20 ⁇ m or more from the light receiving surface finger electrode.
  • the back surface of the photoelectric conversion part is covered with a second insulating layer, and the back finger electrode preferably includes a second metal seed layer and a second plating metal layer.
  • the second metal seed layer is provided between the photoelectric conversion portion and the second insulating layer, and the second genus seed layer and the second plating metal layer are electrically connected through an opening provided in the second insulating layer. is doing.
  • the area density of the independent plating metal layer on the surface of the first insulating layer is preferably larger than the area density of the independent plating metal layer on the surface of the second insulating layer.
  • the first insulating layer and the second insulating layer are preferably both inorganic layers.
  • the first insulating layer and the second insulating layer preferably have a thickness of 10 to 200 nm.
  • the first plating metal layer, the second plating metal layer, and the independent plating metal layer all preferably contain copper.
  • the finger electrode of the solar cell of the present invention can be obtained by forming a plated metal layer on the metal seed by plating through an opening provided in the insulating layer on the metal seed.
  • the metal seed layer is formed by printing the conductive paste, if the solvent oozes out from the conductive paste formation area, the independent plating metal layer is formed on the insulating layer near the outer edge of the solvent oozing area when forming the plating metal layer. Is easily formed. Therefore, independent plated metal dense regions are formed in a strip shape parallel to the extending direction of the finger electrodes.
  • this invention relates to a solar cell module provided with the said solar cell.
  • the solar cell module of this invention is equipped with the light-receiving surface protection material provided in the light-receiving surface side of a solar cell, and the back surface protection material provided in the back surface side of the solar cell.
  • a sealing material is provided between the solar cell and the light-receiving surface protection material and between the solar cell and the back surface protection material.
  • the light-receiving surface protective material is transparent and glass is preferably used.
  • the back surface protective material may be transparent or opaque.
  • the back surface protective material preferably does not include a metal foil.
  • the sealing material provided between the solar cell and the back surface protective material preferably contains a polyolefin resin.
  • the light reflected by the finger electrode on the light receiving surface side can be scattered by the independent plating metal layer and incident on the photoelectric conversion unit. Therefore, it is excellent in light capturing efficiency.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a heterojunction solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • the solar cell of the present invention includes a plurality of light receiving surface finger electrodes 60 on the light receiving surface side of the photoelectric conversion unit 50, and a plurality of back surface finger electrodes 70 on the back surface side of the photoelectric conversion unit 50. Is provided.
  • the light-receiving surface finger electrode 60 includes a metal seed layer 61 and a plated metal layer 62 in order from the photoelectric conversion unit 50 side.
  • a heterojunction solar cell is a crystalline silicon solar cell in which a semiconductor junction is formed by providing a silicon-based thin film having a gap different from that of single crystal silicon on the surface of a conductive single crystal silicon substrate.
  • Surface defects of the conductive single crystal silicon substrate 10 are obtained by interposing the intrinsic silicon thin films 21 and 22 between the conductive silicon thin films 31 and 32 and the conductive single crystal silicon substrate 10 for forming a diffusion potential. It is known that the conversion efficiency is improved.
  • n-type single crystal silicon substrate As the conductive single crystal silicon substrate 10, either an n-type single crystal silicon substrate or a p-type single crystal silicon substrate may be used. In view of the long carrier life in the silicon substrate, it is preferable to use an n-type single crystal silicon substrate.
  • a first conductive silicon thin film 31 is provided on the first main surface (light-receiving surface side) of the conductive single crystal silicon substrate 10, and a second conductive silicon thin film is formed on the second main surface (back surface side). Is provided.
  • the first conductivity type silicon-based thin film 31 and the second conductivity type silicon-based thin film 32 have different conductivity types, one being p-type and the other being n-type.
  • As these conductive silicon thin films 31, 32 a p-type silicon thin film and an n-type silicon thin film are used.
  • the film thickness of the conductive silicon thin film is preferably 20 nm or less, and more preferably 15 nm or less.
  • the film thickness of the conductive silicon-based thin film is preferably 2 nm or more from the viewpoint of maintaining good film-forming coverage.
  • a silicon layer having a conductivity type different from that of the conductive single crystal silicon substrate 10 is referred to as an “emitter layer”.
  • the conductive single crystal silicon substrate 10 and the first conductive silicon thin film 31 provided on the light receiving surface side have different conductive types, and the second conductive silicon base provided on the conductive single crystal silicon substrate 10 and the back surface side.
  • a structure in which the thin film 32 has the same conductivity type is referred to as a “surface emitter structure”.
  • a p-type silicon thin film serving as an emitter layer is disposed on the light-receiving surface side, and on the back surface side.
  • An n-type silicon-based thin film is disposed.
  • the conductive single crystal silicon substrate 10 and the first conductive silicon thin film 31 have the same conductive type, and the conductive single crystal silicon substrate 10 and the second conductive silicon thin film 32 have different conductive types. This structure is called a “back emitter structure”.
  • amorphous silicon is preferable.
  • P phosphorus
  • B boron
  • Intrinsic silicon thin films 21 and 22 are preferably provided between the silicon substrate 10 and the first conductive silicon thin film 31 and between the silicon substrate 10 and the second conductive silicon thin film 32. .
  • intrinsic silicon thin films 21 and 22 are preferably provided on the surface of conductive single crystal silicon substrate 10, surface defects of silicon substrate 10 are terminated and carrier lifetime is improved, so that the output of the solar cell is improved.
  • a method for forming a silicon-based thin film is not particularly limited, but a CVD (Chemical Vapor Deposition) method is preferable because precise film thickness control is possible.
  • a silicon-based gas such as SiH 4 is used as a source gas used for CVD.
  • a mixed gas of silicon-containing gas and H 2 may be used.
  • a raw material gas containing oxygen or carbon may be added in a small amount.
  • Examples of the dopant gas used to form the conductive silicon-based thin film include B 2 H 6 and PH 3 .
  • the photoelectric conversion unit 50 of the heterojunction solar cell includes transparent electrode layers 41 and 42 on the conductive silicon thin films 31 and 32.
  • transparent conductive metal oxides such as indium oxide, tin oxide, zinc oxide, titanium oxide and complex oxides thereof are generally used.
  • indium-based composite oxides containing indium oxide as a main component are preferable from the viewpoint of achieving both high conductivity and transparency.
  • the doped impurities of the indium composite oxide include metals such as Sn, Ti, W, Ce, and Ga, and metal oxides thereof.
  • the film thickness of the transparent electrode layers 41 and 42 is preferably 40 to 80 nm, and more preferably 50 to 70 nm.
  • a method for forming the transparent electrode layer is not particularly limited, but a sputtering method, an RPD (Radical Plasma Deposition) method, or the like is preferable because precise film thickness control is possible.
  • the transparent electrode layer on the emitter layer side is preferably formed by covering the edge and peripheral edge of the substrate with a mask.
  • the “peripheral portion” means a region of about 300 ⁇ m to 1000 ⁇ m from the end of the substrate.
  • the non-emitter side is relatively less affected by recombination and leakage, so even if the transparent electrode layer is formed on the entire surface, the output is reduced. It is hard to occur.
  • a light receiving surface side collector electrode is formed on the first transparent electrode layer 41 on the light receiving surface side, and a back surface side collector electrode is formed on the second transparent electrode layer 42 on the back surface side.
  • the solar cell of this invention is equipped with the collector electrode patterned on the light-receiving surface side and the back surface side. Therefore, light can be taken in from the back side.
  • the light receiving surface side collector electrode and the back surface side collector electrode both include a plurality of finger electrodes.
  • the extending directions of the plurality of finger electrodes are preferably parallel.
  • FIG. 2 is a plan view of the light receiving surface side of the solar cell
  • FIG. 3 is a plan view of the back surface side of the solar cell. 2 and 3 is an enlarged view of the vicinity of the finger electrode.
  • a plurality of finger electrodes 60 and a bus bar electrode 66 orthogonal to the finger electrodes are provided on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit.
  • a plurality of finger electrodes 70 and a bus bar electrode 76 orthogonal to the finger electrodes are provided on the back surface of the photoelectric conversion unit.
  • the bus bar electrode orthogonal to the finger electrode is provided, and the collector electrode is formed in a grid shape, whereby the carrier recovery efficiency is increased. Further, the provision of the bus bar electrode facilitates the electrical connection between the solar cells by the wiring material when modularizing.
  • the back surface finger electrodes are preferably formed more densely than the light receiving surface finger electrodes, and the distance between the light receiving surface finger electrodes is preferably larger than the distance between the back surface finger electrodes.
  • the distance between finger electrodes is the distance between the center lines of adjacent finger electrodes.
  • the separation distance of the light-receiving surface finger electrodes is preferably 1.5 to 5 times the separation distance of the back surface finger electrodes, and more preferably 2 to 4 times.
  • the light-receiving surface finger electrode 60 has a plated metal layer 62 on a metal seed layer 61.
  • the metal seed layer 61 is provided between the photoelectric conversion unit 50 and the insulating layer 81.
  • the plated metal layer 62 is electrically connected to the metal seed layer 61 through an opening 86 provided in the insulating layer 81.
  • the metal seed layer 61 is a layer that functions as an underlayer for the plated metal layer 62.
  • Examples of the metal contained in the metal seed layer include Au, Ag, Ni, Cu, Sn, and Al. Among these, Ag, Ni, and Sn are preferable from the viewpoint of keeping the contact resistance with the surface of the photoelectric conversion portion low and suppressing increase in resistivity due to oxidation. In order to reduce costs while maintaining reliability, a plurality of metal materials may be used in combination.
  • the metal seed layer 61 can be formed by electroless plating, sputtering, vapor deposition, printing, or the like. From the viewpoint of material utilization efficiency, the metal seed layer is preferably formed by printing. When the metal seed layer is formed by printing, it is preferable to use a conductive paste containing metal fine particles, a binder resin material, and a solvent.
  • a thermosetting resin such as an epoxy resin, a phenol resin, or an acrylic resin is preferably used. These resins may be solid resins or liquid resins.
  • a plated metal layer 62 is formed on the metal seed layer 61. Thereby, compared with the case where a collector electrode is formed only with Ag paste, a collector electrode with lower cost and lower resistance can be formed. Sn, Cu, Ag, Ni, etc. are used as a metal deposited as a plating metal layer. Among these, Cu is preferable because resistance can be reduced at a lower cost.
  • the formation of the plated metal layer 62 can be performed by either electroless plating or electrolytic plating, but electrolytic plating is preferable. Electroplating is preferable in terms of productivity because the metal deposition rate is high and the metal deposition amount can be controlled based on the amount of coulomb.
  • the plated metal layer 62 may be composed of a plurality of layers. For example, by forming a plated metal layer having excellent chemical stability such as Sn after forming a plated metal layer having high conductivity such as Cu, deterioration of the plated layer due to oxidation or the like can be suppressed.
  • the metal seed layer 71 has a plated metal layer 72 on the metal seed layer 71 and an opening 87 provided in the insulating layer 82. It is preferable that the plating metal layer 72 is electrically connected.
  • the material of the first plating metal layer 62 of the light-receiving surface finger electrode 60 and the material of the second plating metal layer 72 of the back surface finger electrode 70 may be the same or different. If the materials of the plated metal layers on the front and back sides are the same, the stress and thermal expansion on the front and back sides of the photoelectric conversion part can be made uniform. Further, since the first plating metal layer 62 on the light receiving surface and the second plating metal layer 72 on the back surface can be formed simultaneously in one plating bath, the process can be simplified to improve the production efficiency, and the process cost can be reduced.
  • the formation method of the bus bar electrodes 66 and 76 is not particularly limited, but it is preferable to form a plated metal layer on the metal seed layer as with the finger electrodes 60 and 70.
  • the process can be simplified and the productivity can be improved.
  • the bus bar electrode has a line width larger than that of the finger electrode, a plated metal layer having high in-plane uniformity can be formed by providing a feeding point on the metal seed layer of the bus bar electrode and performing electrolytic plating.
  • substantially the entire surface is covered with the insulating layer 81.
  • “Substantially the entire surface” means an area of 95% or more.
  • 98% or more of the region where the collector electrode is not formed is covered by the insulating layer, and 99% or more is covered by the insulating layer. More preferably it is covered.
  • the entire surface of the back surface of the photoelectric conversion portion where the collecting electrode is not formed is also covered with the insulating layer 82.
  • the photoelectric conversion unit 50 can be protected from the plating solution when the first plating metal layer 62 and the second plating metal layer 72 are formed. Further, by providing the openings 86 and 87 in the insulating layers 81 and 82 on the metal seed layers 61 and 71, the plated metal layers 62 and 72 can be selectively formed on the metal seed layers 61 and 71.
  • the independent plating metal layer 69 can be formed at a predetermined position on the light receiving surface by forming the opening 89 in the first insulating layer 81 in the region where the metal seed layer 61 is not provided.
  • the material of the insulating layers 81 and 82 is not particularly limited, but an inorganic material is preferable because it is easy to form an opening and is excellent in protection performance.
  • an inorganic material for the insulating layer a metal oxide such as silicon oxide, magnesium oxide, copper oxide, or niobium oxide is used.
  • SiO, SiN, SiON or the like is preferable because it can be easily formed by CVD or printing and is excellent in transparency.
  • the refractive indexes of the insulating layers 81 and 82 are smaller than the refractive indexes of the outermost surface layers 41 and 42 of the photoelectric conversion unit 50 and the refractive indexes of the sealing materials 111 and 112. Is preferably larger.
  • the film thickness of the insulating layers 81 and 82 is not particularly limited. From the viewpoint of achieving both the protection of the photoelectric conversion unit 50 and the ease of opening formation, the first insulating layer 81 and the second insulating layer 82 preferably have a thickness of 10 to 200 nm, more preferably 30 to 150 nm. preferable.
  • the insulating layer made of an inorganic material has a high water vapor barrier property, it also has an action of protecting the transparent electrode layers 41 and 42 provided on the surface of the photoelectric conversion unit 50 from moisture in the environment.
  • the back surface protective material 130 which does not contain metal foil can be used, and the conversion efficiency of the solar cell module of the installation method in which light is incident also from the back surface side can be improved like the flat roof type and the ground installation type.
  • the method for forming the insulating layer is not particularly limited.
  • the insulating layers 81 and 82 are preferably formed by CVD.
  • a method of forming a metal seed layer by screen printing of a conductive paste or the like and forming an inorganic insulating layer of silicon oxide or the like thereon by CVD, as described in the aforementioned WO2013 / 077038 (Patent Document 1) Then, the surface shape of the metal seed layer can be changed during the CVD film formation or by heating after the CVD film formation, and a crack-like opening can be formed in the insulating layer formed thereon. Since the metal seed layers 61 and 71 exposed under the openings 86 and 87 of the insulating layers 81 and 82 serve as starting points for plating, the plated metal layers 62 and 72 can be selectively formed on the metal seed layer forming region.
  • the solar cell of this invention has the independent plating metal layer 69 which is not contacting the finger electrode on the surface of the 1st insulating layer 81 of a light-receiving surface.
  • the independent plating metal layer is a metal layer that is not electrically connected to the finger electrode and does not contribute to the extraction of the optical carrier of the solar cell to the outside.
  • the independent plating metal layer has an effect of scattering and reflecting light and greatly changing the propagation direction of light in the vicinity of the surface of the solar cell.
  • Each individual plated metal layer is preferably formed in a substantially circular shape with a projection plane diameter of about 0.1 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the independent plating metal layer 69 on the light receiving surface is provided so as to be unevenly distributed in a strip shape parallel to the extending direction of the light receiving surface finger electrodes 60, and the independent plating metal density is concentrated. Region 690 is formed.
  • the independent plating metal dense region is a region where the area density of the independent plating metal layer is higher than the average value of the area density of the independent plating metal layer in the entire light receiving surface finger electrode formation region.
  • the independent plating metal layer is provided with an area density that is twice or more the average of the entire light receiving surface.
  • the area density of the independent plating metal layer is obtained by dividing the light receiving surface into 10 ⁇ m square (100 ⁇ m 2 ) regions and calculating the area of the independent plating metal layer in each region.
  • the width of the independent plated metal dense region 690 is preferably 300 ⁇ m or less, and more preferably 200 ⁇ m or less.
  • region 690 is not specifically limited,
  • the independent plating metal layer may be located in a line.
  • the independent plated metal dense regions do not need to be connected over the entire extending direction of the light receiving surface finger electrodes 60, and may be interrupted in part.
  • the independent plated metal dense region does not have to be completely parallel to the light receiving surface finger electrode 60, and a portion meandering in the extending direction of the light receiving surface finger electrode may exist.
  • the independent plating metal layer 69 When the independent plating metal layer 69 is provided so as to be unevenly distributed in a band-like region parallel to the extending direction of the light-receiving surface finger electrodes 60, the current density of the solar cell tends to increase.
  • the reason why the current density increases due to the presence of the independent plating metal layer on the light receiving surface is that the light shielding area is increased.
  • the sunlight (parallel light) incident on the light receiving surface finger electrode is It is considered that the amount of light incident on the photoelectric conversion unit increases due to reflection.
  • the light incident on the finger electrode is regularly reflected in the direction parallel to the light receiving surface and in the light incident direction.
  • the light reflected in the light incident direction may re-reflect at the interface of the surface protective layer (for example, a glass plate) and enter the photoelectric conversion unit, but the reflected light in the direction parallel to the light receiving surface may enter the photoelectric conversion unit. It is generally difficult to capture.
  • the independent plating metal layer 69 is provided in the vicinity of the light receiving surface finger electrode 60, the light reflected in the direction parallel to the light receiving surface by the finger electrode is reflected by the independent plating metal layer. 50 is considered to increase the amount of light taken in.
  • the independent plated metal dense region 690 on the light receiving surface is present at a distance of 20 ⁇ m or more from the edge of the light receiving surface finger electrode. If the distance between the independent plating metal layer 69 and the light receiving surface finger electrode 60 is too small, the ratio of the light scattered and reflected by the independent plating metal layer to the light receiving surface finger electrode again increases and is taken into the photoelectric conversion unit 50. There is a tendency to reduce the amount of reflected light possible. On the other hand, if the distance between the independent plating metal layer 69 and the light receiving surface finger electrode 60 is too large, the ratio of the reflected light from the light receiving surface finger electrode reaching the independent plating metal layer becomes small, and the reflected light reflected in the atmosphere. Tend to be larger.
  • the interval (separation distance) between the light receiving surface finger electrode 60 and the independent plated metal dense region 690 is preferably 200 ⁇ m or less.
  • the distance between the light receiving surface finger electrode 60 and the independently plated metal dense region 690 is more preferably 30 ⁇ m to 150 ⁇ m, and even more preferably 40 ⁇ m to 100 ⁇ m.
  • an independent plating metal layer 79 may also be formed on the surface of the second insulating layer 82 on the back surface side.
  • the light incident on the back side of the solar cell is near-infrared light that is not absorbed by the photoelectric conversion unit and transmitted to the back side, or re-incident light that is reflected by the light incident on the gap between adjacent solar cells. Most are non-parallel light. Therefore, even if the independent plating metal layer is provided on the back surface side, it is difficult to obtain the re-incident effect due to scattering reflection as in the light receiving surface side. On the other hand, the light incident on the independent plating metal layer causes shadowing loss.
  • the area density of the independent plating metal layer 69 on the surface of the first insulating layer 81 on the light receiving surface side is preferably larger than the area density of the independent plating metal layer 79 on the surface of the second insulating layer 82 on the back surface side.
  • the area density of the independent plating metal layer on the surface of the first insulating layer is preferably 1.2 times or more, more preferably 1.5 times or more, and more preferably 2 times the area density of the independent plating metal layer on the surface of the second insulating layer. The above is more preferable.
  • the area density of the independent plating metal layer in the region within 250 ⁇ m from the edge of the finger electrode is preferably 2 times or more, more preferably 5 times or more, more preferably 8 times or more on the light receiving surface side. Is more preferable.
  • the formation method of an independent plating metal layer is not specifically limited, It is preferable to form by the plating method simultaneously with the plating metal layer 62 of the finger electrode 60. Therefore, the material of the independent plating metal layer 69 is preferably the same as that of the plating metal layer 62. When the plating metal layer 62 contains copper, it is preferable that the independent plating metal layer 69 also contains copper.
  • An opening 89 is provided in the insulating layer 81 on the region where the metal seed layer 61 is not formed, and the plating metal is deposited starting from the transparent electrode layer 41 exposed under the opening, so that the plating metal layer 62 and the independent plating metal layer are deposited. 69 can be formed simultaneously. By providing a plurality of openings 89 along the direction parallel to the extending direction of the metal seed layer 61, the independent plating metal layer 69 unevenly distributed in a strip shape parallel to the extending direction of the finger electrode 60 can be formed.
  • the method for forming the opening 89 in the insulating layer 81 on the metal seed layer non-formation region is not particularly limited.
  • the opening 89 can be formed by a mechanical method such as laser scribe or mechanical scribe.
  • the surface (transparent electrode layer 41) of the photoelectric conversion unit 50 before the formation of the insulating layer 81 is brought into contact with a resin brush or the like to generate fine particles, and an insulating layer is formed thereon, thereby insulating the surface.
  • a pinhole-shaped opening 89 can be formed in the layer 81.
  • the openings 89 can be formed in the insulating layer 81 by generating particles on the surface of the photoelectric conversion unit by a method of pressing a porous resin sheet or roller on the surface of the photoelectric conversion unit or a method of spraying particles.
  • the opening 89 is formed in the insulating layer 81 on the metal seed layer non-formation region without scratching the surface of the photoelectric conversion portion.
  • the conductive paste is designed to have thixotropy so that the conductive fine particles and the binder resin do not bleed out of the printing area even when the printing pressure is high. There is a tendency for the amount of seepage to increase.
  • the solvent that oozes outside the conductive paste formation area is volatilized by heating when the paste is solidified, but if an insulating layer is formed on it, a pinhole is formed near the outer edge of the oozing area of the solvent. Tends to be formed.
  • the independent plating metal dense region 690 can be formed in a strip shape parallel to the extending direction of the light receiving surface finger electrode 60.
  • the printing pressure of the conductive paste when the one metal seed layer 61 is formed may be larger than the printing pressure of the conductive paste when the second metal seed layer 71 on the back surface is formed.
  • the solvent in the paste is oozed out to form a pinhole in the first insulating layer 81, and the printing pressure of the conductive paste on the back surface side is reduced.
  • the seepage of the solvent can be suppressed and the formation of pinholes in the second insulating layer 82 can be suppressed. Therefore, even when the first plating metal layer 62 on the light receiving surface and the second plating metal layer 72 on the back surface are formed under the same plating conditions, the independent plating metal layer 69 can be selectively formed on the light receiving surface side.
  • the back surface side is more open area ratio. A large screen version is used. Therefore, if the first metal seed layer on the light receiving surface side and the second metal seed layer on the back surface side are formed under the same printing conditions, the printing pressure on the light receiving surface side becomes relatively large.
  • the solar cell of the present invention is centered on the example of the heterojunction solar cell in which the photoelectric conversion unit 50 includes the conductive silicon thin films 31 and 32 and the transparent electrode layers 41 and 42 on both surfaces of the conductive single crystal silicon substrate 10.
  • the present invention is applicable to solar cells other than heterojunction solar cells.
  • a crystalline silicon solar cell other than a heterojunction type a solar cell using a semiconductor substrate other than silicon such as GaAs, a pin junction or a pn junction of an amorphous silicon thin film or a crystalline silicon thin film
  • a semiconductor substrate other than silicon such as GaAs
  • Examples thereof include silicon-based thin film solar cells on which a transparent electrode layer is formed, compound semiconductor solar cells such as CIS and CIGS, organic thin film solar cells such as dye-sensitized solar cells and organic thin films (conductive polymers).
  • the solar cell of the present invention is preferably modularized for practical use.
  • the modularization of the solar cell is performed by an appropriate method.
  • the bus bar electrodes 66 and 76 of the solar cell 100 are connected to a wiring member 105 such as a tab, thereby forming a solar cell string in which a plurality of solar cells are connected in series or in parallel.
  • the solar cell strings are sealed with the sealing materials 111 and 112 and the protective materials 120 and 130, whereby modularization is performed.
  • the solar cell and the wiring material can be electrically connected by solder connection using a low melting point solder, connection by pressure bonding using CF (Conductive Film), or the like.
  • Sealing materials such as ethylene / vinyl acetate copolymer (EVA), ethylene / vinyl acetate / triallyl isocyanurate (EVAT), polyvinyl butyrate (PVB), silicon, urethane, acrylic, epoxy, olefin, etc. Resin is used. From the viewpoint of cost reduction, it is preferable to use EVA as the light receiving surface side sealing material 111.
  • EVA ethylene / vinyl acetate copolymer
  • EVAT ethylene / vinyl acetate / triallyl isocyanurate
  • PVB polyvinyl butyrate
  • silicon urethane
  • acrylic epoxy
  • olefin etc. Resin
  • the back surface side sealing material 111 it is preferable to use the back surface side sealing material 112 including a polyolefin resin in order to improve the reliability of the module. Since the polyolefin resin has a low moisture permeability, even when a back surface protective material that does not include a metal foil is used
  • Refractive index n 1 of the back side encapsulant refractive index n 2 of the second insulating layer, and the refractive index n 3 of the back side of the outermost layer of the photoelectric conversion unit 50 satisfy n 1 ⁇ n 2 ⁇ n 3 It is preferable. Since the refractive index increases stepwise from the back side toward the photoelectric conversion unit, a large amount of reflected light on the back side is taken into the photoelectric conversion unit, so that the module conversion efficiency is increased. In the heterojunction solar cell, since the outermost surface layer on the back surface side of the photoelectric conversion unit 50 is the second transparent electrode layer 42, a material having a lower refractive index than the transparent electrode layer such as silicon oxide is used as the second insulating layer.
  • a lower refractive index material may be used as the back side sealing material. Since the refractive index of the sealing material is generally about 1.5 and the refractive index of the transparent electrode is about 1.9 to 2.3, the refractive index of the insulating layer is 1.5 to 2.3. It is preferable to be within the range.
  • the refractive index is a value at a wavelength of 600 nm and is measured by ellipsometry.
  • a fluororesin film such as a glass plate (blue plate glass or white plate glass) or a polyvinyl fluoride film (for example, Tedlar film (registered trademark)), a polyethylene terephthalate (PET) film, or the like is used.
  • a glass plate is preferred, and among them, white plate glass is preferred.
  • the back surface protective material 130 a glass plate, a resin film, a metal foil made of aluminum or the like, or a laminate thereof is used.
  • the collector electrode on the back surface side has a pattern shape, light can be taken in from the back surface side if the light-transmitting back surface protective material 130 is used. Therefore, in a solar cell module of an installation method in which light is also incident from the back side, such as a flat roof type or a ground installation type, it is preferable to use a light-transmitting back surface protective material 130 that does not include a metal foil.
  • the back surface protective material does not include a metal foil
  • the amount of moisture entering from the back surface side of the solar cell module tends to increase.
  • the solar cell of the present invention since both the front and back surfaces of the photoelectric conversion part are covered with the insulating layer, even when a back surface protective material not including a metal foil is used, it is possible to prevent moisture from entering the photoelectric conversion part.
  • a laminated film in which a black resin layer and an infrared reflective layer are laminated in order from the solar cell side is used as the back surface protective material 130.
  • the black resin layer is visible light absorptive and absorbs visible light having a wavelength of 800 nm or less.
  • the visible light transmittance of the black resin layer is preferably 10% or less. If the back surface protective material including the black resin layer is used, the back surface protective material and the external color of the solar cell are close to each other. Therefore, the gap between adjacent solar cells is not conspicuous, and a highly design solar cell module is obtained. .
  • the infrared reflection layer preferably has a near-infrared reflectance of a wavelength of 800 nm to 1200 nm of 80% or more, more preferably 85% or more, and further preferably 90% or more.
  • the black resin layer preferably has a near-infrared transmittance of a wavelength of 800 nm to 1200 nm of 80% or more.
  • a resin composition containing a polyolefin resin, a polyester resin, an acrylic resin, a fluororesin, a thermoplastic resin such as an ethylene / vinyl acetate resin, and a colorant such as a pigment or a dye is preferably used.
  • the colorant is preferably a material that absorbs visible light and transmits near-infrared light. A combination of three or more colorants having a lightness L * of 45 or more and different hues, or a dark organic pigment is used.
  • the black resin layer may contain an inorganic pigment having infrared reflection characteristics.
  • the infrared reflective layer a resin layer made of a resin composition containing a white pigment having infrared reflectivity such as titanium oxide, an infrared reflective metal foil (for example, aluminum, silver) or the like is used. Metal foil may cause corrosion, short circuit, etc. due to contact with air. Therefore, from the viewpoint of improving the reliability and safety of the module, a resin layer that does not include a metal foil is preferably used as the infrared reflective layer. Between the black resin layer and the infrared reflective layer, an adhesive layer or the like for bonding them together may be included.
  • Example 1 (Texture formation on the silicon substrate surface) An n-type single crystal silicon substrate having a light receiving surface of (100) and a thickness of 200 ⁇ m was washed in acetone, then immersed in a 2 wt% HF aqueous solution for 5 minutes to remove the surface silicon oxide layer, The rinse with ultrapure water was performed twice. The cleaned silicon substrate was immersed in a 5/15 wt% KOH / isopropyl alcohol aqueous solution maintained at 75 ° C. for 15 minutes for anisotropic etching. Then, it was immersed in a 2% by weight HF aqueous solution for 5 minutes, rinsed with ultrapure water twice, and dried at room temperature. When the surface of the silicon substrate was observed by AFM, a square pyramid-like texture structure with the (111) plane exposed was formed on both the front and back surfaces, and the arithmetic average roughness was 2100 nm.
  • the textured single crystal silicon substrate is introduced into a CVD apparatus, an intrinsic amorphous silicon layer is formed on the light receiving surface with a thickness of 4 nm, and a p-type amorphous silicon layer is formed thereon with a thickness of 5 nm. A film was formed.
  • the film thickness of the thin film in a present Example measures the film thickness of the thin film formed on the silicon substrate on the same conditions with a spectroscopic ellipsometry (brand name M2000, JA Woollam Co., Ltd. product). It is a value calculated from the film forming speed obtained by this.
  • the conditions for forming the intrinsic amorphous silicon layer were as follows: the substrate temperature was 180 ° C., the pressure was 130 Pa, the SiH 4 / H 2 flow rate ratio was 2/10, and the input power density was 0.03 W / cm ⁇ 2 .
  • the conditions for forming the p-type amorphous silicon layer are as follows: the substrate temperature is 190 ° C., the pressure is 130 Pa, the SiH 4 / H 2 / B 2 H 6 flow rate ratio is 1/10/3, and the input power density is 0.04 W / cm. -2 .
  • the B 2 H 6 gas used above was a gas diluted with H 2 to a B 2 H 6 concentration of 5000 ppm.
  • an intrinsic amorphous silicon layer having a thickness of 5 nm was formed on the back side of the silicon substrate.
  • An n-type amorphous silicon layer was formed to a thickness of 10 nm on the intrinsic amorphous silicon layer.
  • the conditions for forming the n-type amorphous silicon layer were as follows: the substrate temperature was 180 ° C., the pressure was 60 Pa, the SiH 4 / PH 3 flow rate ratio was 1 ⁇ 2, and the input power density was 0.02 W / cm ⁇ 2 .
  • the PH 3 gas mentioned above a gas diluted with H 2 to a PH 3 concentration of 5000 ppm was used.
  • Transparent electrode layer deposition The substrate after forming the silicon-based thin film is transferred to the RPD facility, and an indium oxide layer having a thickness of 80 nm is formed as a transparent electrode layer on each of the p-type amorphous silicon layer and the n-type amorphous silicon layer. did.
  • the evaporation source used was In 2 O 3 added with 1% tungsten.
  • the transparent electrode layer on the light-receiving surface side on the p-type amorphous silicon layer
  • the peripheral area of the substrate is covered with a mask by a mask and an indium oxide layer is formed on the peripheral area. It was made not to be filmed.
  • an indium oxide layer was formed on the entire surface without using a mask.
  • a conductive paste was screen printed on the indium oxide layer on the light receiving surface side to form a metal seed.
  • T 2 971 ° C.
  • a paste containing an epoxy resin (5 wt%) as a binder resin and a solvent for formation of the metal seed on the light-receiving surface side.
  • This conductive paste was screen-printed using a screen plate (finger electrode width: 70 ⁇ m, finger electrode pitch: 2 mm) having openings corresponding to the bus bar electrode and finger electrode patterns, and at about 140 ° C. for about 20 minutes. Was calcined.
  • the conductive paste was printed and pre-baked on the indium oxide layer on the back surface side to form a metal seed.
  • a screen plate having a finger electrode width of 60 ⁇ m and a finger electrode pitch of 0.75 mm was used.
  • the substrate was transported to a CVD facility, and a silicon oxide layer having a thickness of 40 nm was formed on the light receiving surface, and then the substrate was inverted to form a silicon oxide layer having a thickness of 60 nm on the back surface.
  • the silicon oxide film forming conditions were a substrate temperature of 180 ° C., a pressure of 60 Pa, a SiH 4 / CO 2 flow rate ratio of 1/10, and an input power density of 0.04 W / cm ⁇ 2 .
  • the thickness of the insulating layer on the light-receiving surface side after forming the silicon oxide layer on the back side was 40 nm at the center and 60 nm at the periphery, and the thick film at the periphery was large.
  • the heating during the formation of the silicon oxide layer caused a change in the surface shape due to thermal flow of the metal material in the metal seed and degassing from the metal seed, and as a result, the film was formed on the metal seed. Many pinholes were generated in the silicon oxide layer. Further, on the light receiving surface side, pinholes were also generated near the end of the volatile trace of the solvent in the paste.
  • Probes are connected to the metal seeds in the bus bar areas on the light-receiving surface side and the back surface side, and the substrate is immersed in a copper plating solution to perform electrolytic plating, and a copper plating layer is deposited on the metal seed with a thickness of about 10 ⁇ m. It was. After rinsing with pure water, the substrate was immersed in a tin plating solution and electrolytic plating was performed to deposit a tin plating layer with a thickness of about 3 ⁇ m on the surface of copper. Thereafter, rinsing with pure water was performed. Thus, the plating metal layer by which the copper plating layer and the tin plating layer were laminated
  • FIG. 5 shows a microscope observation image of the light receiving surface
  • FIG. 6 shows a microscope observation image of the back surface.
  • a large number of independent plating metal layers having a diameter of about 1 to 10 ⁇ m were deposited in a region separated from the end of the metal seed by about 50 to 200 ⁇ m, and an independent plating metal dense region was formed.
  • Independently plated metal layers were randomly formed on the back side, but independent plated metal dense regions were not formed.
  • a mini-module was manufactured using four solar cells obtained above. First, tab wires were soldered to the light receiving surface side bus bar and the back surface bus bar of adjacent solar cells to obtain solar cell strings in which four solar cells were connected in series. An EVA resin sheet was disposed as a sealing material on the light receiving surface and the back surface side of the solar cell strings. A transparent resin sheet containing a tempered white glass as a light-receiving surface protective material and a tetrafluoroethylene / ethylene copolymer (ETFE) resin as a back surface protective material is disposed, vacuumed, and about 30 at 150 ° C. Heating was performed for minutes, EVA was subjected to a crosslinking reaction, and sealing was performed.
  • EFE tetrafluoroethylene / ethylene copolymer
  • Table 1 shows the short-circuit current density (Jsc), the open circuit voltage (Voc), the fill factor (FF), and the conversion efficiency (Eff). Table 1 shows relative values with the conversion characteristic of the mini-module of Comparative Example 1 as 1.

Landscapes

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Abstract

　太陽電池（１００）は、半導体接合を含む光電変換部（５０）の受光面に複数の受光面フィンガー電極（６０）を備える。光電変換部の受光面は第一絶縁層（８１）により覆われており、受光面フィンガー電極は、光電変換部と第一絶縁層との間に設けられた第一金属シード層（６１）、および第一絶縁層に設けられた開口を介して第一金属シード層と導通している第一めっき金属層（６２）を備える。太陽電池（１００）は、受光面フィンガー電極および裏面フィンガー電極のいずれにも接触していない独立めっき金属層（８１）を有する。第一絶縁層の表面には、受光面フィンガー電極の延在方向と平行な帯状に独立めっき金属密集領域が存在する。

Description

太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュール
　本発明は、太陽電池およびその製造方法、ならびに太陽電池モジュールに関する。
　太陽電池では、半導体接合を有する光電変換部への光照射により発生したキャリア（電子および正孔）を外部回路に取り出すことにより、発電がおこなわれる。光電変換部で発生したキャリアを効率的に回収して外部回路へ取出すために、太陽電池の受光面および裏面側の表面には、金属集電極が設けられる。例えば、導電型単結晶シリコン基板の表面にシリコン系薄膜を設けることにより半導体接合を形成したヘテロ接合太陽電池では、受光面側および裏面側のシリコン系薄膜上に透明導電性酸化物等からなる透明電極を設け、透明電極上に金属集電極を設けることにより、結晶シリコン基板で発生した光キャリアを回収している。
　金属集電極が形成された領域に到達した光は、金属集電極で反射または吸収されるため、シャドーイングロスが生じる。シャドーイングロスを低減するために、受光面側の集電極は、パターン状に形成される。集電極のパターンとしては、フィンガー電極およびバスバー電極からなるグリッドパターンが典型的である。裏面側の集電極は全面に設けられてもよく、パターン状に設けられてもよい。陸屋根タイプや地上設置タイプのように、裏面側からも光を入射させる設置方式の太陽電池モジュールでは、太陽電池の裏面側にパターン状の集電極が設けられる。また、隣接するセル間に入射した光をバックシートで反射させる構成の太陽電池モジュールも、裏面側にパターン状の集電極が設けられる。
　パターン状の集電極は、銀ペースト等の導電性ペーストのスクリーン印刷により形成されるのが一般的である。しかし、銀ペーストを用いて形成された集電極は樹脂材料を含むため抵抗率が高く、材料コストも高い。そのため、電極材料コストの低減等を目的として、めっき法により金属集電極を形成する方法が提案されている。めっき法は、厚みが大きく低抵抗の金属電極を形成可能であるため、導電性ペーストを用いる場合に比べて金属電極の線幅を小さくできる。そのため、めっき法による金属集電極の形成は、シャドーイングロスの低減による光取り込み効率向上においても利点を有している。
　めっき法により所定パターンの集電極を形成する方法として、光電変換部の表面に開口を有する絶縁層を設け、開口形成箇所の表面に金属を析出させる方法が知られている。例えば、特許文献１では、光電変換部の透明電極上に膜厚１０～１５μｍ程度の絶縁層を形成し、絶縁層に開口を設けた後、電解めっきにより集電極を形成する方法が開示されている。
　特許文献２および特許文献３では、低融点材料を含む導電性ペーストの印刷により形成された金属シード層上に絶縁層を形成した後、加熱によるアニールを行うことで、金属シード層内の低融点材料を熱流動させ、金属シード層上の絶縁層にき裂状の開口を形成する方法が提案されている。この方法は、金属シード層形成領域への選択的な開口の形成が可能であり、レジスト等による絶縁層のパターニングを必要としないため、材料コストおよびプロセスコストの面で優れている。
ＷＯ２０１２／０２９８４７号国際公開パンフレット ＷＯ２０１３／０７７０３８号国際公開パンフレット ＷＯ２０１４／１８５５３７号国際公開パンフレット
　上記のように、めっき法により金属集電極を形成することにより、電極面積を低減してシャドーイングロスを低減できる。しかし、電極面積を小さくするために、隣接するフィンガー電極間の電極間隔を拡げると、キャリア回収効率が低下して、太陽電池の曲線因子が低下する傾向がある。そのため、シャドーイングロスとキャリア回収効率のバランスを考慮して、電極のパターン形状が定められる。一般に、受光面側の集電極は、フィンガー電極の合計面積が受光面全体の１～３％程度となるように、隣接する電極間の間隔が設定される。太陽電池の変換効率をさらに向上するためには、電極面積を維持しつつ、シャドーイングロスを低減させ、光取り込み効率を向上することが望まれる。
　本発明者らは、受光面側の集電極非形成領域に小面積のめっき金属を析出させることにより、金属による遮光面積が増加するにも関わらず、光取り込み量を増大可能であることを見出した。
　本発明の太陽電池は、半導体接合を含む光電変換部、光電変換部の受光面に設けられた複数の受光面フィンガー電極、および光電変換部の裏面側に設けられた複数の裏面フィンガー電極を備える。受光面フィンガー電極の離間距離は、裏面フィンガー電極の離間距離よりも大きいことが好ましい。
　光電変換部の受光面は第一絶縁層により覆われている。受光面フィンガー電極は、第一金属シード層、および第一めっき金属層を備える。第一金属シード層は光電変換部と第一絶縁層との間に設けられており、第一金属シード層と第一めっき金属層とは、第一絶縁層に設けられた開口を介して導通している。
　本発明の太陽電池は、受光面フィンガー電極および裏面フィンガー電極のいずれにも接触していない独立めっき金属層を有する。第一絶縁層の表面には、独立めっき金属密集領域が、受光面フィンガー電極の延在方向と平行な帯状に存在する。独立めっき金属密集領域は、独立めっき金属層の面積密度が、受光面フィンガー電極非形成領域全体の平均の２倍以上の領域である。独立めっき金属密集領域は、受光面フィンガー電極から２０μｍ以上離間して存在していることが好ましい。
　光電変換部の裏面は第二絶縁層により覆われており、裏面フィンガー電極は、第二金属シード層、および第二めっき金属層を備えることが好ましい。第二金属シード層は光電変換部と第二絶縁層との間に設けられており、第二属シード層と第二めっき金属層とは、第二絶縁層に設けられた開口を介して導通している。この形態では、第一絶縁層の表面の独立めっき金属層の面積密度が、第二絶縁層の表面の独立めっき金属層の面積密度よりも大きいことが好ましい。
　第一絶縁層および第二絶縁層はいずれも無機層であることが好ましい。第一絶縁層および第二絶縁層は、膜厚が１０～２００ｎｍであることが好ましい。第一めっき金属層、第二めっき金属層、および独立めっき金属層は、いずれも銅を含有することが好ましい。
　本発明の太陽電池のフィンガー電極は、金属シード上の絶縁層に設けられた開口を介して、金属シード上に、めっき法によりめっき金属層を形成することにより得られる。導電性ペーストの印刷により金属シード層を形成する際に、導電性ペースト形成領域から溶剤が染み出すと、めっき金属層形成時に、溶剤の染み出し領域の外縁付近の絶縁層上に独立めっき金属層が形成されやすくなる。そのため、フィンガー電極の延在方向と平行な帯状に、独立めっき金属密集領域が形成される。
　さらに、本発明は、上記太陽電池を備える太陽電池モジュールに関する。本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池の受光面側に設けられた受光面保護材と、太陽電池の裏面側に設けられた裏面保護材とを備える。太陽電池と受光面保護材との間、および太陽電池と裏面保護材との間には、封止材を有する。
　受光面保護材は透明であり、ガラスが好ましく用いられる。裏面保護材は、透明でも不透明でもよい。裏面保護材は金属箔を含まないものが好ましく用いられる。太陽電池と裏面保護材との間に設けられた封止材はポリオレフィン樹脂を含むものが好ましい。
　本発明の太陽電池は、受光面側のフィンガー電極で反射された光を独立めっき金属層で散乱させて、光電変換部に入射させることができる。そのため、光取り込み効率に優れる。
一実施形態の太陽電池の模式的断面図である。 太陽電池の受光面の平面図である。 太陽電池の裏面の平面図である。 一実施形態の太陽電池モジュールの模式的断面図である。 実施例の太陽電池の受光面の顕微鏡観察写真である。 実施例の太陽電池の裏面の顕微鏡観察写真である。
　図１は、本発明の一実施形態にかかるヘテロ接合太陽電池の模式的断面図である。図１に模式的に示すように、本発明の太陽電池は、光電変換部５０の受光面側に複数の受光面フィンガー電極６０を備え、光電変換部５０の裏面側に複数の裏面フィンガー電極７０を備える。受光面フィンガー電極６０は、光電変換部５０側から順に、金属シード層６１およびめっき金属層６２を備える。
　以下では、ヘテロ接合太陽電池を例として、本発明をより詳細に説明する。ヘテロ接合太陽電池は、導電型単結晶シリコン基板の表面に、単結晶シリコンとはギャップの異なるシリコン系薄膜が設けられることにより半導体接合が形成された結晶シリコン太陽電池である。拡散電位を形成するための導電型シリコン系薄膜３１，３２と導電型単結晶シリコン基板１０の間に、真性シリコン系薄膜２１，２２を介在させることにより、導電型単結晶シリコン基板１０の表面欠陥が終端され、変換効率が向上することが知られている。
［光電変換部の構成］
（シリコン基板）
　導電型単結晶シリコン基板１０としては、ｎ型単結晶シリコン基板とｐ型単結晶シリコン基板のいずれを用いてもよい。シリコン基板内のキャリア寿命の長さから、ｎ型単結晶シリコン基板を用いることが好ましい。
（シリコン系薄膜）
　導電型単結晶シリコン基板１０の第一主面上（受光面側）には第一導電型シリコン系薄膜３１が設けられ、第二主面上（裏面側）には第二導電型シリコン系薄膜が設けられる。第一導電型シリコン系薄膜３１と第二導電型シリコン系薄膜３２は異なる導電型を有し、一方がｐ型であり、他方がｎ型である。これらの導電型シリコン系薄膜３１，３２としては、ｐ型シリコン系薄膜およびｎ型シリコン系薄膜が用いられる。導電型シリコン系薄膜の膜厚は、２０ｎｍ以下が好ましく、１５ｎｍ以下がより好ましい。製膜のカバレッジを良好に維持するという点で、導電性シリコン系薄膜の膜厚は２ｎｍ以上であることが好ましい。
　導電型シリコン系薄膜３１，３２のうち、導電型単結晶シリコン基板１０と異なる導電型を有するシリコン層を「エミッタ層」と称する。導電型単結晶シリコン基板１０と受光面側に設けられる第一導電型シリコン系薄膜３１とが異なる導電型を有し、導電型単結晶シリコン基板１０と裏面側に設けられる第二導電型シリコン系薄膜３２とが同一の導電型を有する構造を「表エミッタ構造」という。例えば、導電型単結晶シリコン基板１０としてｎ型単結晶シリコン基板用いた「表エミッタ構造」のヘテロ接合太陽電池では、受光面側にエミッタ層となるｐ型シリコン系薄膜が配置され、裏面側にｎ型シリコン系薄膜が配置される。一方、導電型単結晶シリコン基板１０と第一導電型シリコン系薄膜３１とが同一の導電型を有し、導電型単結晶シリコン基板１０と第二導電型シリコン系薄膜３２とが異なる導電型を有する構造を「裏面エミッタ構造」という。
　導電型シリコン系薄膜３１，３２の材料としては、非晶質シリコンが好ましい。ドーパント不純物としては、ｎ型シリコン層であればＰ（リン）、ｐ型シリコン層であればＢ（ホウ素）が好ましく用いられる。
　シリコン基板１０と第一導電型シリコン系薄膜３１との間、およびシリコン基板１０と第二導電型シリコン系薄膜３２との間には、真性シリコン系薄膜２１，２２が設けられていることが好ましい。導電型単結晶シリコン基板１０の表面に真性シリコン系薄膜２１，２２が設けられることにより、シリコン基板１０の表面欠陥が終端され、キャリアライフタイムが向上するために、太陽電池の出力が向上する。
　シリコン系薄膜の製膜方法は特に限定されないが、精密な膜厚制御が可能であることから、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法が好ましい。ＣＶＤに用いられる原料ガスとしては、ＳｉＨ４等のシリコン系ガスが用いられる。シリコン含有ガスとＨ２との混合ガスを用いてもよい。シリコン系薄膜の光透過性向上等を目的として、酸素や炭素等を含む原料ガスを微量添加してもよい。導電型シリコン系薄膜の形成に用いられるドーパントガスとしては、Ｂ２Ｈ６やＰＨ３等が挙げられる。
（透明電極層）
　ヘテロ接合太陽電池の光電変換部５０は、導電型シリコン系薄膜３１，３２上に、透明電極層４１，４２を備える。透明電極層４１，４２透明電極層の材料としては、一般に、酸化インジウムや酸化錫、酸化亜鉛、酸化チタンやその複合酸化物等の透明導電性金属酸化物が用いられる。中でも、高い導電率と透明性とを両立する観点から、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物が好ましい。インジウム系複合酸化物のドープ不純物としては、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｅ、Ｇａ等の金属や、これらの金属酸化物が挙げられる。
　透明電極層４１，４２の膜厚は、４０～８０ｎｍが好ましく、５０～７０ｎｍがより好ましい。透明電極層の形成方法は特に限定されないが、精密な膜厚制御が可能であることから、スパッタ法やＲＰＤ（Ｒａｄｉｃａｌ　Ｐｌａｓｍａ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等が好ましい。
　エミッタ層側（シリコン基板と異なる導電型のシリコン層が配置された側）の面内の端部領域に透明電極が形成されていると、再結合やリークが生じやすい。そのため、エミッタ層側の透明電極層は、基板の端部や周縁部をマスクで被覆して製膜を行うことが好ましい。ここで、「周縁部」とは、基板の端部から３００μｍ～１０００μｍ程度の領域を意味する。一方、非エミッタ側（シリコン基板と同じ導電型のシリコン層が配置された側）は、再結合やリークの影響が比較的小さいため、透明電極層が全面に形成されていても、出力低下が生じ難い。
［集電極］
　受光面側の第一透明電極層４１上には受光面側集電極が形成され、裏面側の第二透明電極層４２上には裏面側集電極が形成される。本発明の太陽電池は、受光面側および裏面側に、パターニングされた集電極を備える。そのため、裏面側からも光を取り込むことができる。
　受光面側の集電極および裏面側の集電極は、いずれも複数のフィンガー電極を含む。複数のフィンガー電極の延在方向は平行であることが好ましい。図２は太陽電池の受光面側の平面図であり、図３は太陽電池の裏面側の平面図である。図２および図３の右側の丸囲み部分は、フィンガー電極近傍の拡大図である。
　図２に示す形態では、光電変換部の受光面に、複数のフィンガー電極６０およびフィンガー電極と直交するバスバー電極６６が設けられている。図３に示す形態では、光電変換部の裏面に、複数のフィンガー電極７０およびフィンガー電極と直交するバスバー電極７６が設けられている。図２および図３に示すように、フィンガー電極に直交するバスバー電極が設けられ、集電極がグリッド状に形成されることにより、キャリア回収効率が高められる。また、バスバー電極が設けられることにより、モジュール化の際に、配線材による太陽電池間の電気的接続が容易となる。
　裏面側から入射する光量は受光面側の１０％以下であるため、裏面側のフィンガー電極は、電極面積増大によるシャドーイングロスの影響は受光面に比べて小さい。そのため、裏面フィンガー電極は、キャリア回収効率向上を優先して設計することが好ましい。裏面フィンガー電極は、受光面フィンガー電極よりも密に形成され、受光面フィンガー電極の離間距離が、裏面フィンガー電極の離間距離よりも大きいことが好ましい。フィンガー電極の離間距離は、隣接するフィンガー電極の中心線間の距離である。受光面フィンガー電極の離間距離は、裏面フィンガー電極の離間距離の１．５～５倍が好ましく、２～４倍がより好ましい。
　図１に示すように、受光面フィンガー電極６０は、金属シード層６１上にめっき金属層６２を有する。金属シード層６１は光電変換部５０と絶縁層８１との間に設けられる。めっき金属層６２は、絶縁層８１に設けられた開口８６を介して金属シード層６１と導通している。
（金属シード層）
　金属シード層６１は、めっき金属層６２の下地層として機能する層である。金属シード層に含まれる金属としては、Ａｕ，Ａｇ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｓｎ，Ａｌ等が挙げられる。中でも、光電変換部表面との接触抵抗を低く保ち、かつ酸化による抵抗率増加等を抑制する観点から、Ａｇ，Ｎｉ，Ｓｎが好ましい。信頼性を維持しつつ、コストを低減する為に、複数の金属材料を組み合わせて使用してもよい。
　金属シード層６１は、無電解めっき、スパッタ、蒸着、印刷等により形成できる。材料の利用効率の観点から、金属シード層は印刷により形成することが好ましい。印刷により金属シード層が形成される場合、金属微粒子とバインダー樹脂材料と溶剤とを含む導電性ペーストを用いることが好ましい。バインダー樹脂としては、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、アクリル系樹脂等の熱硬化性樹脂が好ましく用いられる。これらの樹脂は固体状の樹脂でもよく、液状樹脂でもよい。
（めっき金属層）
　金属シード層６１上に、めっき金属層６２が形成される。これにより、Ａｇペーストのみで集電極を形成する場合に比べて、より低コストで低抵抗の集電極を形成できる。めっき金属層として析出させる金属としては、Ｓｎ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ等が用いられる。中でも、より低コストで低抵抗化が可能であることから、Ｃｕが好ましい。
　めっき金属層６２の形成は、無電解めっきおよび電解めっきのいずれでも行い得るが、電解めっきが好ましい。電解めっきは、金属の析出速度が大きいことに加えて、クーロン量に基づいて金属の析出量を制御できるため、生産性の点で好ましい。
　めっき金属層６２は、複数の層から構成させてもよい。例えば、Ｃｕ等の導電率の高いめっき金属層を形成後に、Ｓｎ等の化学的安定性に優れるめっき金属層を形成することにより、酸化等によるめっき層の劣化を抑制できる。
　裏面フィンガー電極７０の構成は特に限定されないが、受光面フィンガー電極６０と同様、金属シード層７１上にめっき金属層７２を有し、絶縁層８２に設けられた開口８７を介して金属シード層７１とめっき金属層７２とが導通していることが好ましい。
　受光面フィンガー電極６０の第一めっき金属層６２の材料と、裏面フィンガー電極７０の第二めっき金属層７２の材料は、同一でも異なっていてもよい。表裏のめっき金属層の材料が同一であれば、光電変換部の表裏の応力や熱膨張を均一化できる。また、一つのめっき浴中で受光面の第一めっき金属層６２と裏面の第二めっき金属層７２とを同時に形成できるため、プロセスを簡素化して生産効率を向上し、プロセスコストを低減できる。
　バスバー電極６６，７６の形成方法は特に限定されないが、フィンガー電極６０，７０と同様、金属シード層上にめっき金属層を形成することが好ましい。フィンガー電極とバスバー電極を同一の方法で形成することにより、プロセスを簡素化して生産性を高めることができる。また、バスバー電極はフィンガー電極よりも線幅が大きいため、バスバー電極の金属シード層上に給電点を設けて電解めっきを行うことにより、面内の均一性が高いめっき金属層を形成できる。
［絶縁層］
　光電変換部の受光面の集電極が形成されていない領域は、略全面が絶縁層８１により覆われている。「略全面」とは、９５％以上の面積領域を意味する。中でも、絶縁層による水蒸気バリア効果や水素脱離防止効果を高める観点から、集電極が形成されていない領域の９８％以上が絶縁層により覆われていることが好ましく、９９％以上が絶縁層により覆われていることがより好ましい。光電変換部の裏面の集電極が形成されていない領域も、略全面が絶縁層８２により覆われていることが好ましい。
　受光面の第一絶縁層８１および裏面の第二絶縁層８２を設けることにより、第一めっき金属層６２および第二めっき金属層７２の形成時に、光電変換部５０をめっき液から保護できる。また、金属シード層６１，７１上の絶縁層８１，８２に開口８６，８７を設けることにより、めっき金属層６２，７２を金属シード層６１，７１上に選択的に形成できる。本発明においては、金属シード層６１が設けられていない領域の第一絶縁層８１に開口８９を形成することにより、受光面の所定の位置に独立めっき金属層６９を形成できる。
　絶縁層８１，８２の材料は特に限定されないが、開口の形成が容易であること、および保護性能に優れることから、無機材料が好ましい。絶縁層の無機材料としては、酸化シリコン、酸化マグネシウム、酸化銅、酸化ニオブ等の金属酸化物が用いられる。ＣＶＤや印刷による形成が容易であり、かつ透明性に優れることから、絶縁層の無機材料としては、ＳｉＯ、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ等が好ましい。太陽電池モジュールの光取り込み効率を高める観点から、絶縁層８１，８２の屈折率は、光電変換部５０の最表面層４１，４２の屈折率よりも小さく、かつ封止材１１１，１１２の屈折率よりも大きいことが好ましい。
　絶縁層８１，８２の膜厚は特に限定されない。光電変換部５０の保護性と開口形成の容易性とを両立する観点から、第一絶縁層８１および第二絶縁層８２は、膜厚が１０～２００ｎｍであることが好ましく、３０～１５０ｎｍがより好ましい。
　無機材料からなる絶縁層は水蒸気バリア性が高いため、光電変換部５０の表面に設けられた透明電極層４１，４２を環境中の水分から保護する作用も有する。光電変換部の表面が無機絶縁層８１，８２で覆われることにより、裏面保護材１３０が金属箔を含まない場合でも、信頼性に優れる太陽電池モジュールが得られる。そのため、金属箔を含まない裏面保護材１３０を使用可能であり、陸屋根タイプや地上設置タイプのように、裏面側からも光を入射させる設置方式の太陽電池モジュールの変換効率を向上できる。
　絶縁層の形成方法は特に限定されない。導電性ペーストの印刷により金属シード層６１，７１が形成される場合、絶縁層８１，８２はＣＶＤにより形成されることが好ましい。前述のＷＯ２０１３/０７７０３８号（特許文献１）に記載されているように、導電性ペースト等のスクリーン印刷により金属シード層を形成し、その上にＣＶＤにより酸化シリコン等の無機絶縁層を形成する方法では、ＣＶＤ製膜時、あるいはＣＶＤ製膜後の加熱により、金属シード層の表面形状を変化させ、その上に形成された絶縁層にき裂状の開口を形成できる。絶縁層８１，８２の開口８６，８７の下に露出した金属シード層６１，７１がめっきの起点となるため、金属シード層形成領域上に選択的に、めっき金属層６２，７２を形成できる。
［独立めっき金属層］
　本発明の太陽電池は、受光面の第一絶縁層８１の表面に、フィンガー電極に接触していない独立めっき金属層６９を有する。独立めっき金属層は、フィンガー電極と導通しておらず、太陽電池の光キャリアの外部への取出しには寄与しない金属層である。独立めっき金属層は、光を散乱反射させ、太陽電池の表面近傍の光の伝搬方向を大きく変える効果を有する。個々の独立めっき金属層は、投影面の直径が０．１μｍ～１０μｍ程度の略円形状に形成されることが好ましい。
　図２の丸囲み拡大図に模式的に示すように、受光面の独立めっき金属層６９は、受光面フィンガー電極６０の延在方向と平行な帯状に偏在するように設けられ、独立めっき金属密集領域６９０が形成されている。独立めっき金属密集領域は、受光面フィンガー電極非形成領域全体の独立めっき金属層の面積密度の平均値よりも、独立めっき金属層の面積密度が高い領域である。独立めっき金属密集領域では、受光面全体の平均の２倍以上の面積密度で独立めっき金属層が設けられている。独立めっき金属層の面積密度は、受光面を１０μｍ四方（１００μｍ２）の領域に区切り、各領域内の独立めっき金属層の面積を算出することにより求められる。
　独立めっき金属密集領域６９０の幅は、３００μｍ以下が好ましく、２００μｍ以下がより好ましい。独立メッキ金属密集領域６９０の幅の下限は特に限定されず、独立メッキ金属層が一直線上に並んでいてもよい。独立めっき金属密集領域は、受光面フィンガー電極６０の延在方向の全体に渡って繋がっている必要はなく、一部で途切れていてもよい。また、独立めっき金属密集領域は、受光面フィンガー電極６０と完全に平行に存在する必要はなく、受光面フィンガー電極の延在方向に対して蛇行している箇所が存在してもよい。
　独立めっき金属層６９が受光面フィンガー電極６０の延在方向と平行な帯状領域に偏在するように設けられることにより、太陽電池の電流密度が上昇する傾向がある。受光面に独立めっき金属層が存在することにより、遮光面積が大きくなるにも関わらず電流密度が増加する理由として、受光面フィンガー電極に入射した太陽光（平行光）が、独立めっき金属層で反射されることにより、光電変換部に入射する光量が増大することが考えられる。フィンガー電極に入射した光は、受光面と平行な方向や、光入射方向に正反射される。光入射方向に反射された光は、表面保護層（例えばガラス板）の界面で再反射して光電変換部に入射する場合があるが、受光面と平行な方向の反射光を光電変換部に取り込むことは一般に困難である。一方、受光面フィンガー電極６０の近傍に独立めっき金属層６９が設けられている場合、フィンガー電極で受光面と平行な方向に反射された光が独立めっき金属層で反射されるため、光電変換部５０に取り込まれる光量が増大すると考えられる。
　受光面の独立めっき金属密集領域６９０は、受光面フィンガー電極の縁から２０μｍ以上離間して存在していることが好ましい。独立めっき金属層６９と受光面フィンガー電極６０との距離が小さすぎると、独立めっき金属層で散乱反射された光が、再度受光面フィンガー電極に到達する割合が大きくなり、光電変換部５０に取り込み可能な反射光量が低減する傾向がある。一方、独立めっき金属層６９と受光面フィンガー電極６０との距離が大き過ぎると、受光面フィンガー電極での反射光が独立めっき金属層に到達する割合が小さくなり、大気中に反射される反射光の割合が大きくなる傾向がある。そのため、受光面フィンガー電極６０と独立めっき金属密集領域６９０との間隔（離間距離）は、２００μｍ以下が好ましい。受光面フィンガー電極６０と独立めっき金属密集領域６９０との間隔は、３０μｍ～１５０μｍがより好ましく、４０μｍ～１００μｍがさらに好ましい。
　図３の丸囲み拡大図に模式的に示すように、裏面側の第二絶縁層８２の表面にも独立めっき金属層７９が形成されていてもよい。太陽電池の裏面側に入射する光は、光電変換部で吸収されずに裏面側に透過した近赤外線や、隣接して配置された太陽電池間の隙間に入射した光が反射した再入射光が大半であり、非平行光である。そのため、裏面側に独立めっき金属層が設けられていても、受光面側のような散乱反射による再入射効果は得られ難い。一方、独立めっき金属層に入射した光はシャドーイングロスの原因となる。そのため、裏面側の第二絶縁層８２上に設けられた独立めっき金属層の面積が大きくなると、裏面からの反射光の取り込み効率が低下する傾向がある。したがって、受光面側の第一絶縁層８１の表面の独立めっき金属層６９の面積密度は、裏面側の第二絶縁層８２の表面の独立めっき金属層７９の面積密度よりも大きいことが好ましい。第一絶縁層の表面の独立めっき金属層の面積密度は、第二絶縁層の表面の独立めっき金属層の面積密度の１．２倍以上が好ましく、１．５倍以上がより好ましく、２倍以上がさらに好ましい。フィンガー電極の縁から２５０μｍ以内の領域における独立めっき金属層の面積密度は、受光面側が裏面側の２倍以上であることが好ましく、５倍以上であることがより好ましく、８倍以上であることがさらに好ましい。
　独立めっき金属層の形成方法は特に限定されないが、フィンガー電極６０のめっき金属層６２と同時にめっき法により形成することが好ましい。したがって、独立めっき金属層６９の材料は、めっき金属層６２と同一であることが好ましい。めっき金属層６２が銅を含む場合、独立めっき金属層６９も銅を含むことが好ましい。
　金属シード層６１が形成されていない領域上の絶縁層８１に開口８９を設け、開口下に露出した透明電極層４１を起点としてめっき金属を析出させることにより、めっき金属層６２と独立めっき金属層６９とを同時に形成できる。金属シード層６１の延在方向と平行な方向に沿って複数の開口８９を設けることにより、フィンガー電極６０の延在方向と平行な帯状に偏在する独立めっき金属層６９を形成できる。
　金属シード層非形成領域上の絶縁層８１への開口８９の形成方法は特に限定されない。例えば、レーザスクライブやメカニカルスクライブ等の機械的な方法により開口８９を形成できる。また、絶縁層８１形成前の光電変換部５０の表面（透明電極層４１）に樹脂製の刷毛等を接触させて微細なパーティクルを発生させ、その上に絶縁層を製膜することにより、絶縁層８１にピンホール状の開口８９を形成できる。光電変換部の表面に多孔質状の樹脂シートやローラーを押圧する方法や、粒子を吹き付ける手法等によっても、光電変換部の表面にパーティクルを発生させ、絶縁層８１に開口８９を形成できる。
　好ましい形態では、金属シード層６１形成時に用いる導電性ペーストの溶剤の染み出しを利用することにより、光電変換部の表面を擦傷させることなく、金属シード層非形成領域上の絶縁層８１に開口８９を形成できる。一般に、導電性ペーストは、印刷圧力が大きい場合でも、印刷領域外への導電性微粒子およびバインダー樹脂の染み出しが生じないようにチクソトロピーが設計されているが、印刷圧力の増大に伴って溶剤の染み出し量が大きくなる傾向がある。ペーストを固化する際の加熱により、導電性ペースト形成領域（印刷領域）の外側に染み出した溶媒は揮発するが、その上に絶縁層を形成すると、溶媒の染み出し領域の外縁付近にピンホールが形成されやすくなる傾向がある。このピンホール８９を起点としてめっき金属を析出させることにより、受光面フィンガー電極６０の延在方向と平行な帯状に、独立めっき金属密集領域６９０を形成できる。
　受光面側には、フィンガー電極６０の延在方向と平行な帯状に独立めっき金属層６９を形成し、かつ、裏面側への独立めっき金属層の形成を抑制するためには、受光面の第一金属シード層６１形成時の導電性ペーストの印刷圧力を、裏面の第二金属シード層７１形成時の導電性ペーストの印刷圧力よりも大きくすればよい。
　受光面側の導電性ペーストの印刷圧力を大きくすることにより、ペースト中の溶剤を染み出させて第一絶縁層８１にピンホールを形成し、裏面側の導電性ペーストの印刷圧力を小さくすることにより、溶剤の染み出しを抑制して第二絶縁層８２へのピンホールの形成を抑制できる。そのため、同一のめっき条件で、受光面の第一めっき金属層６２と裏面の第二めっき金属層７２とを形成する場合でも、受光面側に選択的に独立めっき金属層６９を形成できる。
　前述のように、受光面フィンガー電極６０の間隔が裏面フィンガー電極７０の間隔よりも大きく、裏面のフィンガー電極が密に形成される場合、導電性ペーストの印刷時には、裏面側の方が開口面積率の大きいスクリーン版が用いられる。そのため、同一の印刷条件で受光面側の第一金属シード層と裏面側の第二金属シード層とを形成すれば、受光面側の印刷圧力が相対的に大きくなる。
［ヘテロ接合太陽電池以外への適用例］
　以上、光電変換部５０が、導電型単結晶シリコン基板１０の両面に導電型シリコン系薄膜３１，３２および透明電極層４１，４２を備えるヘテロ接合太陽電池の例を中心に、本発明の太陽電池の構成を説明したが、本発明は、ヘテロ接合太陽電池以外の太陽電池にも適用可能である。具体的には、ヘテロ接合型以外の結晶シリコン太陽電池や、ＧａＡｓ等のシリコン以外の半導体基板を用いた太陽電池、非晶質シリコン系薄膜や結晶質シリコン系薄膜のｐｉｎ接合あるいはｐｎ接合上に透明電極層が形成されたシリコン系薄膜太陽電池や、ＣＩＳ，ＣＩＧＳ等の化合物半導体太陽電池、色素増感太陽電池や有機薄膜（導電性ポリマー）等の有機薄膜太陽電池等が挙げられる。
［太陽電池モジュール］
　本発明の太陽電池は、実用に供するに際して、モジュール化されることが好ましい。太陽電池のモジュール化は、適宜の方法により行われる。例えば、図４に示すように、太陽電池１００のバスバー電極６６，７６が、タブ等の配線材１０５と接続されることにより、複数の太陽電池が直列または並列に接続された太陽電池ストリングスを形成し、太陽電池ストリングスを封止材１１１，１１２および保護材１２０，１３０により封止することによりモジュール化が行われる。太陽電池と配線材とは、低融点半田を用いた半田接続や、ＣＦ（Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ　Ｆｉｌｍ）を用いて圧着する接続等により、電気的に接続することができる。
　封止材としては、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、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）、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ、オレフィン等の透光性の樹脂が用いられる。コスト低減の観点から、受光面側封止材１１１としては、ＥＶＡを用いることが好ましい。金属箔を含まない裏面保護材１３０が用いられる場合、モジュールの信頼性を向上させるために、ポリオレフィン樹脂を含む裏面側封止材１１２が用いられることが好ましい。ポリオレフィン樹脂は水分透過率が小さいため、金属箔を含まない裏面保護材を用いた場合でも、光電変換部への水分の侵入を抑制できる。
　裏面側封止材の屈折率ｎ１、第二絶縁層の屈折率ｎ２、および光電変換部５０の裏面側の最表面層の屈折率ｎ３は、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３を満たすことが好ましい。裏面側から光電変換部に向けて段階的に屈折率が大きくなることにより、裏面側の反射光が光電変換部により多く取り込まれるため、モジュール変換効率が高められる。ヘテロ接合太陽電池では、光電変換部５０の裏面側の最表面層は第二透明電極層４２であるため、第二絶縁層として酸化シリコン等の透明電極層よりも低屈折率の材料を用い、裏面側封止材として、さらに低屈折率の材料を用いればよい。封止材の屈折率は一般的に１．５程度であり、透明電極の屈折率は１．９～２．３程度であることから、絶縁層の屈折率は１．５～２．３の範囲内であることが好ましい。なお、屈折率は、波長６００ｎｍにおける値であり、エリプソメトリーにより測定される。
　受光面保護材１２０としては、ガラス板（青板ガラスや、白板ガラス）、ポリフッ化ビニルフィルム（例えば、テドラーフィルム（登録商標））等のフッ素樹脂フィルムやポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム等が用いられる。機械的強度、光透過率、水分遮断性、コスト等の点から、ガラス板が好ましく、中でも、白板ガラスが好ましい。
　裏面保護材１３０としては、ガラス板、樹脂フィルム、アルミニウム等からなる金属箔やこれらの積層体が用いられる。本発明の太陽電池は、裏面側の集電極がパターン状であるため、光透過性の裏面保護材１３０を用いれば、裏面側からも光を取り込むことができる。そのため、陸屋根タイプや地上設置タイプのように、裏面側からも光を入射させる設置方式の太陽電池モジュールでは、金属箔を含まない光透過性の裏面保護材１３０を用いることが好ましい。
　裏面保護材が金属箔を含まない場合、太陽電池モジュールの裏面側からの水分の侵入量が増大する傾向がある。本発明の太陽電池は、光電変換部の表裏両面が絶縁層で覆われているため、金属箔を含まない裏面保護材を用いた場合でも、光電変換部への水分の侵入を防止できる。
　一実施形態では、裏面保護材１３０として、太陽電池側から順に、黒色樹脂層と赤外線反射層とが積層された積層膜が用いられる。黒色樹脂層は可視光吸収性であり、波長８００ｎｍ以下の可視光を吸収する。黒色樹脂層の可視光透過率は１０％以下が好ましい。黒色樹脂層を含む裏面保護材を用いれば、裏面保護材と太陽電池の外観色が近いため、隣接して配置された太陽電池間の隙間が目立たず、意匠性の高い太陽電池モジュールが得られる。
　黒色樹脂層の裏面側に赤外線反射層を配置することにより、太陽電池の光電変換部で吸収されずに裏面側に透過した近赤外線や、隣接して配置された太陽電池間の隙間に入射した光を反射して、太陽電池に再入射させることができ、モジュール変換効率を向上できる。赤外線反射層は、波長８００ｎｍ～１２００ｎｍの近赤外線の反射率が８０％以上であることが好ましく、８５％以上であることがより好ましく、９０％以上であることがさらに好ましい。赤外線反射層で反射された近赤外線を太陽電池に再入射させるために、黒色樹脂層は、波長８００ｎｍ～１２００ｎｍの近赤外線の透過率が８０％以上であることが好ましい。
　黒色樹脂層としては、ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、アクリル系樹脂、フッ素樹脂、エチレン・酢酸ビニル樹脂等の熱可塑性樹脂および顔料や染料等の色料を含有する樹脂組成物が好ましく用いられる。着色剤は、可視光を吸収し、かつ近赤外線を透過する材料が好ましく、明度Ｌ＊が４５以上で互いに色相の異なる三種以上の色料の組み合わせや、暗色系の有機顔料等が用いられる。黒色樹脂層中には、赤外線反射特性を有する無機顔料が含まれていてもよい。
　赤外線反射層としては、酸化チタン等の赤外線反射性を有する白色顔料を含む樹脂組成物からなる樹脂層、赤外線反射性の金属箔（例えば、アルミニウム、銀）等が用いられる。金属箔は、空気に触れることによる腐食や短絡等を生じる場合がある。そのため、モジュールの信頼性や安全性を向上させる観点から、赤外線反射層としては金属箔を含まない樹脂層が好ましく用いられる。黒色樹脂層と赤外線反射層との間には、両者を貼り合わせるための接着層等が含まれていてもよい。
　以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
（シリコン基板表面へのテクスチャ形成）
　受光面の面方位が（１００）で、厚みが２００μｍのｎ型単結晶シリコン基板をアセトン中で洗浄した後、２重量％のＨＦ水溶液に５分間浸漬し、表面の酸化シリコン層を除去し、超純水によるリンスを２回行った。洗浄後のシリコン基板を、７５℃に保持した５／１５重量％のＫＯＨ／イソプロピルアルコール水溶液に１５分間浸漬して、異方性エッチングを行った。その後、２重量％のＨＦ水溶液に５分間浸漬し、超純水によるリンスを２回行い、常温で乾燥させた。ＡＦＭによりシリコン基板の表面観察を行ったところ、表裏両面に、（１１１）面が露出した四角錐状のテクスチャ構造が形成されており、その算術平均粗さは２１００ｎｍであった。
（シリコン系薄膜の製膜）
　テクスチャ形成後の単結晶シリコン基板をＣＶＤ装置へ導入し、受光面に真性非晶質シリコン層を４ｎｍの膜厚で製膜し、その上にｐ型非晶質シリコン層を５ｎｍの膜厚で製膜した。なお、本実施例における薄膜の膜厚は、シリコン基板上に同条件にて製膜された薄膜の膜厚を、分光エリプソメトリー（商品名Ｍ２０００、ジェー・エー・ウーラム社製）にて測定することにより求められた製膜速度から算出された値である。
　真性非晶質シリコン層の製膜条件は、基板温度が１８０℃、圧力１３０Ｐａ、ＳｉＨ４／Ｈ２流量比が２／１０、投入パワー密度が０．０３Ｗ／ｃｍ－２であった。ｐ型非晶質シリコン層の製膜条件は、基板温度が１９０℃、圧力１３０Ｐａ、ＳｉＨ４／Ｈ２／Ｂ２Ｈ６流量比が１／１０／３、投入パワー密度が０．０４Ｗ／ｃｍ－２であった。なお、上記でいうＢ２Ｈ６ガスは、Ｂ２Ｈ６濃度を５０００ｐｐｍまでＨ２で希釈したガスを用いた。
　次に、シリコン基板の裏面側に、真性非晶質シリコン層を５ｎｍの膜厚で製膜した。真性非晶質シリコン層上にｎ型非晶質シリコン層を１０ｎｍの膜厚で製膜した。ｎ型非晶質シリコン層の製膜条件は、基板温度が１８０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ４／ＰＨ３流量比が１／２、投入パワー密度が０．０２Ｗ／ｃｍ－２であった。なお、上記でいうＰＨ３ガスは、ＰＨ３濃度を５０００ｐｐｍまでＨ２で希釈したガスを用いた。
（透明電極層の製膜）
　シリコン系薄膜を形成後の基板をＲＰＤ設備へ移送し、ｐ型非晶質シリコン層上およびｎ型非晶質シリコン層上のそれぞれに、透明電極層として膜厚８０ｎｍの酸化インジウム層を製膜した。蒸着源にはＩｎ２Ｏ３へタングステンを１％添加したものを用いた。受光面側（ｐ型非晶質シリコン層上）の透明電極層の製膜時には、基板の周縁部０．５～０．７５ｍｍの領域をマスクで被覆して、周縁部に酸化インジウム層が製膜されないようにした。裏面側（ｎ型非晶質シリコン層上）の透明電極層の製膜時にはマスクを用いず、全面に酸化インジウム層を製膜した。
（金属シード層の形成）
　受光面側の酸化インジウム層上に導電性ペーストをスクリーン印刷して、金属シードを形成した。受光面側の金属シードの形成には、導電性微粒子として、ＳｎＢｉ金属粉末（粒径ＤL＝２５～３５μｍ、融点Ｔ１＝１４１℃）と銀粉末（粒径ＤH＝２～３μｍ、融点Ｔ２＝９７１℃）とを２０：８０の重量比で含み、さらにバインダー樹脂としてのエポキシ系樹脂（５ｗｔ％）および溶剤を含むペーストを用いた。この導電性ペーストを、バスバー電極とフィンガー電極のパターンに対応する開口を有するスクリーン版（フィンガー電極の幅：７０μｍ、フィンガー電極のピッチ：２ｍｍ）を用いて、スクリーン印刷し、１４０℃で約２０分の仮焼成を行った。
　次に裏面側の酸化インジウム層上にも、受光面側と同様に、導電性ペーストの印刷および仮焼成を行い、金属シードを形成した。裏面側の金属シードの形成には、フィンガー電極幅６０μｍ、フィンガー電極ピッチ０．７５ｍｍのスクリーン版を用いた。
　金属シードを形成後の基板の表面を光学顕微鏡にて観察したところ、受光面側には、金属シードの端部から５０～２００μｍの領域に、印刷時に導電性ペースト中の溶剤の揮発跡が確認された。裏面側には揮発跡は確認されなかった。
（絶縁層の形成）
　基板をＣＶＤ設備へ搬送し、受光面に膜厚４０ｎｍの酸化シリコン層を製膜した後、基板を反転させて、裏面に膜厚６０ｎｍの酸化シリコン層を製膜した。酸化シリコンの製膜条件は、基板温度が１８０℃、圧力６０Ｐａ、ＳｉＨ４／ＣＯ２流量比が１／１０、投入パワー密度が０．０４Ｗ／ｃｍ－２であった。裏面側の酸化シリコン層を製膜後の受光面側絶縁層の厚みは、中央部が４０ｎｍ、周縁部が６０ｎｍであり、周縁部の厚膜が大きくなっていた。
　酸化シリコン層を製膜する際の加熱により、金属シード中の金属材料の熱流動等による表面形状の変化および金属シードからの脱ガスが生じ、これに伴って、金属シード上に製膜された酸化シリコン層には多数のピンホールが生じていた。また、受光面側では、ペースト中の溶剤の揮発跡の端部付近にもピンホールが生じていた。
（めっき金属層の形成）
　受光面側および裏面側のそれぞれのバスバー領域の金属シードにプローブを接続し、基板を銅めっき液に浸漬して電解めっきを行い、金属シード上に、約１０μｍの厚みで銅めっき層を析出させた。純水によるリンスを実施した後、錫めっき液に基板を浸漬して電解めっきを行い、銅の表面に約３μｍの厚みで錫めっき層を析出させた。その後、純水によるリンスを行った。このようにして、受光面側および裏面側のそれぞれに、金属シード層上に、銅めっき層と錫めっき層とが積層されためっき金属層を形成した。
　電解めっき後の表面を光学顕微鏡にて観察した。受光面の顕微鏡観察像を図５、裏面側の顕微鏡観察像を図６に示す。受光面側には、金属シードの端部から５０～２００μｍ程度離間した領域に、直径１～１０μｍ程度の独立めっき金属層が多数析出しており、独立めっき金属密集領域が形成されていた。裏面側にはランダムに独立めっき金属層が形成されていたが、独立めっき金属密集領域は形成されていなかった。
（モジュール化）
　上記で得られた太陽電池を４枚使用し、ミニモジュールを製作した。まず、隣接する太陽電池の受光面側バスバーと裏面バスバーにタブ線を半田付けして、４枚の太陽電池が直列接続された太陽電池ストリングスを得た。太陽電池ストリングスの受光面および裏面側に封止材としてＥＶＡ樹脂シートを配置した。受光面保護護材として強化白色ガラス、裏面保護材としてテトラフルオロエチレンとエチレンの共重合体（ＥＴＦＥ）樹脂を含む透光性樹脂シートを配置し、真空引きを行った後、１５０℃で約３０分加熱を行い、ＥＶＡを架橋反応させて、封止を行った。
［比較例１］
　受光面側の金属シード層形成時のスクリーン印刷の印刷圧力を小さくして、導電性ペーストの溶剤の染み出しを抑制した。それ以外は、実施例１と同様にして、太陽電池の作製およびミニモジュールの作製を行った。金属シードを形成後の基板の表面を光学顕微鏡にて観察したところ、受光面側および裏面側のいずれにも揮発跡は確認されなかった。電解めっき後の表面を光学顕微鏡にて観察したところ、受光面側および裏面側のいずれにおいても、ランダムに独立めっき金属層が形成されていたが、独立めっき金属密集領域は形成されていなかった。
［比較例２］
　受光面側の金属シード層形成時のスクリーン印刷の印刷圧力を小さくして、導電性ペーストの溶剤の染み出しを抑制し、裏面側の金属シード層形成時のスクリーン印刷の印刷圧力を大きくして導電性ペーストの溶剤を染み出させた。それ以外は、実施例１と同様にして、太陽電池の作製およびミニモジュールの作製を行った。金属シードを形成後の基板の表面を光学顕微鏡にて観察したところ、受光面側には揮発跡は確認されず、裏面側には金属シードの端部から５０～３００μｍの領域に溶剤の揮発跡が確認された。電解めっき後の表面を光学顕微鏡にて観察したところ、受光面側にはランダムに独立めっき金属層が形成されていたが、独立めっき金属密集領域は形成されていなかった。裏面側には、金属シードの端部から５０～３００μｍ程度離間した領域に、直径１～１０μｍ程度の独立めっき金属層が多数析出しており、独立めっき金属密集領域が形成されていた。
［評価］
　裏面側に光反射性金属を有するソーラシミュレータを用いて、実施例および比較例で得られたミニモジュールのＩ－Ｖ測定を実施した。短絡電流密度（Ｊｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）、曲線因子（ＦＦ）、変換効率（Ｅｆｆ）を表１に示す。表１では、比較例１のミニモジュールの変換特性を１とした相対値が示されている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　裏面側のフィンガー電極の近傍に独立めっき金属層が設けられた比較例２では、独立めっき金属密集領域を有していない比較例１に比べて、Ｊｓｃが低下していた。これは、裏面側の独立めっき金属層による遮光面積が増大し、裏面側からの光取り込み量が低下したことに起因すると考えられる。一方、受光面側のフィンガー電極の近傍に帯状に密集した独立めっき金属層が設けられた実施例１では、受光面の金属層形成面積が大きいにも関わらず、比較例１に比べてＪｓｃが増加していた。これは、太陽光（平行光）が受光面側のフィンガー電極で反射後、独立めっき金属層で反射されることにより、光電変換部に入射する光量が増大したことに起因すると考えられる。
　１０．　　　　シリコン基板
　２１，２２．　真性シリコン系薄膜
　３１，３２．　導電型シリコン系薄膜
　４１，４２．　透明電極層
　８１，８２．　絶縁層
　５０　　　　　光電変換部
　８１，８２．　絶縁層
　６０，７０．　フィンガー電極
　６１，７１．　金属シード層
　６２，７２．　めっき金属層
　６９．　　　　独立めっき金属層
　６９０.　　　独立めっき金属密集領域
　１００．　　　太陽電池
　１０５．　　　配線材
　１１１，１１２．　封止材
　１２０，１３０．　保護材

 

Claims (15)

  1. 　半導体接合を含む光電変換部、前記光電変換部の受光面に設けられた複数の受光面フィンガー電極、および前記光電変換部の裏面側に設けられた複数の裏面フィンガー電極を備え、
    　前記光電変換部の受光面は第一絶縁層により覆われており、
    　前記受光面フィンガー電極は、前記光電変換部と前記第一絶縁層との間に設けられた第一金属シード層、および前記第一絶縁層に設けられた開口を介して前記第一金属シード層と導通している第一めっき金属層を備え、
    　前記受光面フィンガー電極および前記裏面フィンガー電極のいずれにも接触していない独立めっき金属層が存在し、
    　前記第一絶縁層の表面には、独立めっき金属層の面積密度が、受光面フィンガー電極非形成領域全体の平均の２倍以上である独立めっき金属密集領域が、前記受光面フィンガー電極の延在方向と平行な帯状に存在する、太陽電池。
  2. 　前記独立めっき金属密集領域が、前記受光面フィンガー電極から２０μｍ以上離間して存在している、請求項１に記載の太陽電池。
  3. 　前記光電変換部の裏面は第二絶縁層により覆われており、
    　前記裏面フィンガー電極は、前記光電変換部と前記第二絶縁層との間に設けられた第二金属シード層、および前記第二絶縁層に設けられた開口を介して前記第二金属シード層と導通している第二めっき金属層を備え、
    　第一絶縁層の表面の独立めっき金属層の面積密度が、第二絶縁層の表面の独立めっき金属層の面積密度よりも大きい、請求項１または２に記載の太陽電池。
  4. 　受光面フィンガー電極の離間距離が裏面フィンガー電極の離間距離よりも大きい、請求項１～３のいずれか１項に記載の太陽電池。
  5. 　前記第一絶縁層および前記第二絶縁層はいずれも無機層であり、かつ膜厚が１０～２００ｎｍである、請求項１～４のいずれか１項に記載の太陽電池。
  6. 　前記第一めっき金属層、前記第二めっき金属層、および前記独立めっき金属層は、いずれも銅を含有する、請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池。
  7. 　前記光電変換部は、導電型単結晶シリコン基板と、前記導電型単結晶シリコン基板の第一主面上に設けられた第一導電型シリコン系薄膜および第一透明電極層と、前記導電型単結晶シリコン基板の第二主面上に設けられた第二導電型シリコン系薄膜および第二透明電極層と、を備える、請求項１～６のいずれか１項に記載の太陽電池。
  8. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の太陽電池と、前記太陽電池の受光面側に設けられた受光面保護材と、前記太陽電池の裏面側に設けられた裏面保護材とを備え、
    　前記太陽電池と前記受光面保護材との間、および前記太陽電池と前記裏面保護材との間に、封止材を有する、太陽電池モジュール。
  9. 　前記受光面保護材はガラスであり、
    　前記太陽電池と前記裏面保護材との間に設けられた封止材がポリオレフィン樹脂を含む、請求項８に記載の太陽電池モジュール。
  10. 　前記裏面保護材が金属箔を含まない、請求項８または９に記載の太陽電池モジュール。
  11. 　前記太陽電池と前記裏面保護材との間に設けられた封止材の屈折率ｎ１、前記第二絶縁層の屈折率ｎ２、および前記光電変換部の裏面側の最表面層の屈折率ｎ３が、ｎ１＜ｎ２＜ｎ３を満たす、請求項８～１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  12. 　前記裏面保護材は、太陽電池側から順に、可視光吸収性の黒色樹脂層、および赤外線反射層が積層されている、請求項８～１１のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
  13. 　請求項１～７のいずれか１項に記載の太陽電池の製造方法であって、
    　光電変換部の受光面上に、導電性微粒子、樹脂材料および溶剤を含有する導電性ペーストを印刷することにより、第一金属シード層が形成され、
    　前記光電変換部の受光面および前記第一金属シード層上を覆うように第一絶縁層が形成され、
    　第一絶縁層の形成時または形成後の加熱により、第一金属シード層上の絶縁層に開口が形成され、
    　前記第一絶縁層に設けられた開口を介して、前記第一金属シード層上に、めっき法により、第一めっき金属層が形成され、
    　前記導電性ペーストの印刷時に、導電性ペースト形成領域から前記溶剤が染み出し、
    　前記第一めっき金属層形成時に、溶剤の染み出し領域の外縁付近に形成された絶縁層上に独立めっき金属層が形成されることにより、受光面フィンガー電極の延在方向と平行な帯状に、独立めっき金属密集領域が形成される、太陽電池の製造方法。
  14. 　光電変換部の裏面上に、導電性微粒子、樹脂材料および溶剤を含有する導電性ペーストを印刷することにより、第二金属シード層が形成され、
    　前記光電変換部の裏面および前記第二金属シード層上を覆うように第二絶縁層が形成され、
    　第一絶縁層の形成時または形成後の加熱により、第一金属シード層上の絶縁層に開口が形成され、
    　前記第二絶縁層に設けられた開口を介して、前記第二金属シード層上に、めっき法により、第二めっき金属層が形成され、
    　前記第一金属シード層形成時の導電性ペーストの印刷圧力が、前記第二金属シード層形成時の導電性ペーストの印刷圧力よりも大きい、請求項１３に記載の太陽電池の製造方法。
  15. 　前記第一めっき金属層の形成と前記第二めっき金属層の形成とが同時に行われる、請求項１４に記載の太陽電池の製造方法。

     
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