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WO2019087590A1 - 両面電極型太陽電池および太陽電池モジュール - Google Patents

両面電極型太陽電池および太陽電池モジュール Download PDF

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WO2019087590A1
WO2019087590A1 PCT/JP2018/034222 JP2018034222W WO2019087590A1 WO 2019087590 A1 WO2019087590 A1 WO 2019087590A1 JP 2018034222 W JP2018034222 W JP 2018034222W WO 2019087590 A1 WO2019087590 A1 WO 2019087590A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar cell
region
type
electrode layer
transparent oxide
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2018/034222
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祐司 ▲高▼橋
訓太 吉河
慎也 大本
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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kaneka Corp filed Critical Kaneka Corp
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Priority to CN201880058161.2A priority patent/CN111095572B/zh
Priority to JP2019549937A priority patent/JPWO2019087590A1/ja
Publication of WO2019087590A1 publication Critical patent/WO2019087590A1/ja
Priority to US16/805,016 priority patent/US11404593B2/en
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Ceased legal-status Critical Current

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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50Photovoltaic [PV] energy

Definitions

  • the present invention relates to a double-sided electrode type solar cell and a solar cell module.
  • Such a connection scheme is called a shingling scheme.
  • more solar cells can be mounted on the limited solar cell mounting area in the solar cell module, and the light receiving area for photoelectric conversion increases, so it is thought that the output of the solar cell module is improved.
  • a conductive adhesive intervenes between parts of overlapping solar cells for the electrical and physical connection of the solar cells, but the conductive adhesive is used for thermocompression bonding. It spreads and penetrates to the light receiving surface of the solar cell and may be a cause of shadow loss.
  • the present invention has been made to solve the above problems. And the objective is to provide the solar cell module which exhibits high output, and a solar cell suitable for it, ensuring the connection intensity
  • the double-sided electrode type solar cell according to the present invention comprises a semiconductor substrate, a p-type semiconductor layer on one side of the main surface of the semiconductor substrate and a p-type transparent oxide electrode layer corresponding thereto, and the main surface of the semiconductor substrate And the n-type semiconductor layer and the n-type transparent oxide electrode layer corresponding thereto.
  • one of the opposite sides of the semiconductor substrate is one end side
  • the other is the other end side
  • the p-type transparent oxide is on the one side of the one end side.
  • region A A region of the p-type semiconductor layer not covered by the electrode layer is referred to as “region A”, and the p-type semiconductor layer not covered by the p-type transparent oxide electrode layer on the one surface side of the other end The region of “area B”. Then, the area of the region A is larger than the area of the region B.
  • the solar cell module mounted with the solar cell of the present invention exhibits high output while securing the connection strength between the solar cells.
  • FIG. It is the elements on larger scale in sectional drawing of the solar cell module shown in below-mentioned FIG. It is the elements on larger scale which show another example of FIG.
  • FIG. It is a perspective view of a solar cell. It is a top view of a solar cell. It is a top view of a solar cell module. It is sectional drawing of a solar cell module. It is a perspective view of a solar cell. It is a top view of a solar cell. It is a perspective view of a solar cell. It is a top view of a solar cell. It is a top view of a solar cell. It is a top view of a solar cell.
  • FIG. 3 shows a solar cell 10 using a semiconductor substrate 15 made of silicon
  • FIG. 4 is a plan view of FIG.
  • the semiconductor substrate 15 has two main surfaces 15S (15SU ⁇ 15SB). Therefore, in the present specification, the main surface 15S on one surface side of the two main surfaces 15S is referred to as a surface 15SU, and the main surface 15S on the other surface side is referred to as a back surface 15SB. Further, of the front surface 15SU and the back surface 15SB, one surface is set as the light receiving side [light receiving surface side] to try to receive light more positively than the other surface, and the other surface not positively received light is not received ].
  • the solar cell 10 will be described with reference to a so-called heterojunction crystalline silicon solar cell.
  • the solar cell 10 includes a semiconductor substrate 15, an intrinsic semiconductor layer 16, a conductive semiconductor layer 17 (p-type semiconductor layer 17p, n-type semiconductor layer 17n), and an electrode layer 11 (transparent oxide electrode layer 12, metal electrode layer). 13).
  • p / “n” may be added to the end of the member numbers for members individually associated with the p-type semiconductor layer 17p or the n-type semiconductor layer 17n.
  • the semiconductor substrate 15 may be a substrate formed of single crystal silicon (silicon wafer) or a substrate formed of polycrystalline silicon.
  • a single crystal silicon substrate will be described as an example.
  • the conductivity type of the semiconductor substrate 15 is such that holes are introduced to silicon atoms even in the case of an n-type single crystal silicon substrate containing an impurity (for example, phosphorus atom) for introducing electrons to silicon atoms. It may be a p-type single crystal silicon substrate having an impurity (for example, boron atom).
  • an impurity for example, phosphorus atom
  • the n-type semiconductor substrate 15 which is said to have a long carrier life will be described as an example.
  • the light receiving surface 15SU of the two main surfaces 15SU and 15SB has a texture structure formed of peaks (convex) and valleys (concave) from the viewpoint of keeping the light received. It is preferable if it exists.
  • the texture structure (concave and convex surface) is formed, for example, by anisotropic etching applying the difference between the etching rate of the (100) plane and the etching rate of the (111) plane in the semiconductor substrate 15.
  • the thickness of the semiconductor substrate 15 is preferably 200 ⁇ m or less from the viewpoint of suppression of the amount of silicon used.
  • the measurement direction in the case of measuring the thickness is perpendicular to the average surface of the semiconductor substrate 15 (the average surface means the surface of the entire substrate independent of the texture structure). Therefore, hereinafter, the vertical direction, that is, the direction in which the thickness is measured is referred to as the thickness direction in which the film thicknesses of various layers are measured.
  • the thickness of the semiconductor substrate 15 is preferably 50 ⁇ m or more, and more preferably 70 ⁇ m or more.
  • the thickness of the semiconductor substrate 15 is represented by the maximum distance between the straight lines connecting the apexes of the convexes in the uneven structure on the light receiving side and the back side. Ru.
  • the silicon wafer is 5 inches square or 6 inches square, it may be cut to form the semiconductor substrate 15. In this case, since the solar cell 10 is smaller in size than the silicon wafer, even the semiconductor substrate 15 which is thin and easily bent is not easily damaged.
  • the planar shape of the semiconductor substrate 15 is preferably substantially rectangular having four sides E1 to E4, and is substantially rectangular having long sides E1 and E2 and short sides E3 and E4. Is more preferred.
  • substantially rectangular includes not only a complete rectangle (a rectangle including a square) but also a shape having at least one corner missing, such as having roundness at at least one corner.
  • substantially rectangular includes not only a perfect rectangle but also a shape having at least one corner missing, such as having a roundness at at least one corner.
  • the intrinsic semiconductor layer 16 (16p, 16n) performs surface passivation while suppressing impurity diffusion to the semiconductor substrate 15 by directly covering the substantially rectangular both major surfaces 15S (15SU, 15SB) of the semiconductor substrate 15 individually.
  • intrinsic (i-type) is not limited to completely intrinsic ones that do not contain a conductive impurity, and a slight amount of n-type impurities or p-types can be used as long as the silicon-based layer can function as an intrinsic layer.
  • weak n-type or "weak p-type” substantially intrinsic layers that contain impurities.
  • the shape and area of the intrinsic semiconductor layer 16p are substantially the same as the main surface 15SU of the semiconductor substrate 15, and the shape and area of the intrinsic semiconductor layer 16n are substantially the same as the main surface 15SB of the semiconductor substrate 15. is there. However, it is not limited to this.
  • the material of the intrinsic semiconductor layer 16 is not particularly limited, but is preferably an amorphous silicon-based thin film, and more preferably a hydrogenated amorphous silicon-based thin film layer containing silicon and hydrogen. Further, the method for forming the intrinsic semiconductor layer 16 is not particularly limited, but is preferably the plasma CVD (Chemical Vapor Deposition) method.
  • a substrate temperature of 100 ° C. to 300 ° C., a pressure of 20 Pa to 2600 Pa, and a high frequency power density of 0.003 W / cm 2 to 0.5 W / cm 2 are preferable. is there.
  • a silicon-containing gas such as SiH 4 or Si 2 H 6 or a mixture of these gases and H 2 Is preferred.
  • the conductive semiconductor layer 17 examples include a p-type semiconductor layer 17p and an n-type semiconductor layer 17n.
  • the p-type semiconductor layer 17 p is formed on the substantially rectangular intrinsic semiconductor layer 16 p formed on the main surface (light receiving surface) 15 SU on the light receiving side of the semiconductor substrate 15.
  • the layer 17n is formed on the substantially rectangular intrinsic semiconductor layer 16n formed on the main surface (back surface) 15SB on the back side of the semiconductor substrate 15.
  • the shape and area of the p-type semiconductor layer 17p are substantially the same as the intrinsic semiconductor layer 16p and hence the main surface 15SU of the semiconductor substrate 15, and the shape and area of the n-type semiconductor layer 17n are identical to those of the intrinsic semiconductor layer 16n. As a result, it is substantially the same as the main surface 15SB of the semiconductor substrate 15. However, it is not limited to this. Further, the manufacturing method of the conductive semiconductor layer 13 is not particularly limited, but like the intrinsic semiconductor layer 16, it is preferable to be the plasma CVD method.
  • the p-type semiconductor layer 17p is formed of a silicon layer to which a p-type dopant (such as boron) is added.
  • a p-type dopant such as boron
  • a p-type hydrogenated amorphous silicon layer, a p-type amorphous silicon carbide layer, or a p-type amorphous silicon oxide layer can be mentioned.
  • the p-type semiconductor layer 17p is preferably formed of amorphous silicon from the viewpoint of suppression of impurity diffusion or reduction in series resistance.
  • the p-type amorphous silicon carbide layer and the p-type amorphous silicon oxide layer are wide gap low refractive index layers, they are preferable in that optical loss can be reduced.
  • the n-type semiconductor layer 17n is formed of a silicon layer to which an n-type dopant (such as phosphorus) is added.
  • the n-type semiconductor layer 17n is also preferably formed of an amorphous silicon layer, similarly to the p-type semiconductor layer 17p.
  • the electrode layer 11 is electrically connected to the semiconductor layers 17p and 17n by individually covering the p-type semiconductor layer 17p and the n-type semiconductor layer 17n.
  • the electrode layer 11 functions as a transport layer that leads carriers generated in the p-type semiconductor layer 17p or the n-type semiconductor layer 17n.
  • the electrode layer 11 is formed of multiple layers, and is a layer directly contacting the p-type semiconductor layer 17p and the n-type semiconductor layer 17n individually. 12n) are formed.
  • the term “main component” means that the content of the substance is 51% by weight or more, preferably 70% by weight or more, and more preferably 90% by weight. Moreover, as long as the function of the transparent oxide electrode layer 12 is not lost, substances other than the main component may be contained.
  • the transparent oxide electrode layer 12 may be a single layer or a multilayer.
  • the transparent conductive oxide is not particularly limited as a material, and for example, zinc oxide or indium oxide or indium oxide, various metal oxides such as titanium oxide, tin oxide, tungsten oxide or The material which added molybdenum oxide etc. by 1 weight% or more and 10 weight% or less is mentioned.
  • doping agents such as Sn, W, As, Zn, Ge, Ca, Si, C and the like may be added to such materials.
  • the thickness of the transparent oxide electrode layer 12 is preferably 10 nm or more and 140 nm or less.
  • a method of forming the transparent oxide electrode layer 12 suitable for such a film thickness for example, physical vapor deposition such as sputtering method (PVD) or a chemical vapor deposition (MOCVD) method using a reaction of an organometallic compound and oxygen or water.
  • the shape of the transparent oxide electrode layer 12p is substantially the same as the shape of the p-type semiconductor layer 17p, but smaller than the area of the p-type semiconductor layer 17p.
  • a region [a region] not covered by the transparent oxide electrode layer 12p is one end E1S which is one of the sides E1 and E2 opposed to the semiconductor substrate 15 and the other end E2S which is the other. As it occurs, the transparent oxide electrode layer 12p is formed.
  • the transparent oxide electrode layer 12n has a substantially rectangular shape similar to the shape of the n-type semiconductor layer 17n, but is smaller than the area of the n-type semiconductor layer 17n.
  • the transparent oxide electrode layer 12n is formed such that a region [region] not covered by the transparent oxide electrode layer 12n is generated on one end side E1S and the other end side E2S of the semiconductor substrate 15.
  • Such film formation of the transparent oxide electrode layer 12 uses, for example, a lift-off method which is a partial coating method using a film mask. That is, using a film mask having a patterned opening, the transparent oxide electrode layer 12 is formed in a portion overlapping the opening, and the transparent oxide electrode layer 12 is not formed immediately below the non-opening portion. If utilized, the conductive region in which the transparent oxide electrode layer 12 is formed and the region (nonconductive region) in which the film is not formed are formed.
  • the film formation of the transparent oxide electrode layer 12 is not limited to the lift-off method, for example, a method of forming a film directly through a metal with a hole such as a stencil mask to form a pattern, transparent oxide After forming the electrode layer 12 on the entire surface of the semiconductor layer 17, a method of partially removing the transparent oxide electrode layer 12 by etching (subtractive method), or directly applying a transparent electrode material only to the conductive region It may be a method of forming (additive method).
  • the metal electrode layer 13 [p-type metal electrode layer 13p, n-type metal electrode layer 13n] is formed for each of the layers 12p and 12n.
  • the metal electrode layer 13 is formed by directly stacking at least a part on the surface side of the transparent oxide electrode layer 12 and is electrically connected to the transparent oxide electrode layer 12.
  • the present invention is not limited to this, and another layer may be interposed between the two layers 12 and 13 as long as the metal electrode layer 13 is electrically connected to the transparent oxide electrode layer 12.
  • the material of the metal electrode layer 13 is not particularly limited, and examples thereof include silver, copper, aluminum, and nickel.
  • the conductive paste containing such a metal material and a binder resin may be the material of the metal electrode layer 13.
  • the metal electrode layer 13 disposed on the light receiving side of the solar cell 10 is formed in a thin line pattern.
  • a comb-shaped metal electrode layer 13p can be mentioned.
  • a portion that becomes a comb back is formed along the length of the comb back while crossing (orthogonal to) the bus bar BB and the comb back. Is referred to as finger portion FG.
  • the bus bar portion BB is formed along the side (long side direction) of the one end side E1 of the semiconductor substrate 15, and the finger portion FG is short crossing the long side direction. Although it extends along the side direction (short side E3, E4) and is arranged along the long side direction, it is not limited thereto. Further, although the bus bar portion BB extends from the end of the plurality of finger portions FG on the surface of the transparent oxide electrode layer 12p to reach the p-type semiconductor layer 17p, the present invention is not limited thereto.
  • the metal electrode layer 13n is formed into a planar shape substantially the same size as the transparent oxide electrode layer 12n, and is formed within the area of the transparent oxide electrode layer 12n.
  • the present invention is not limited to such a rectangular planar electrode, and it may be a comb-shaped metal electrode layer even on the back side as in the case of the light receiving side.
  • the thickness of the metal electrode layers 13p and 13n is preferably 20 ⁇ m or more and 80 ⁇ m or less.
  • a method of forming the metal electrode layer 13 suitable for such a film thickness a printing method of inkjet or screen printing conductive paste, or And plating methods.
  • the present invention is not limited to this, and in the case of employing a vacuum process, vapor deposition or sputtering may be employed.
  • the intrinsic semiconductor layer 16 When the intrinsic semiconductor layer 16, the conductive semiconductor layer 17, and the electrode layer 11 are stacked on the semiconductor substrate 15, passivation of each bonding interface, generation of defect states at the semiconductor layer and the interface thereof can be suppressed. Annealing treatment for the purpose.
  • the semiconductor substrate 15 on which each layer is disposed is put into an oven heated to 150 ° C. or more and 200 ° C. or less, and the heat treatment is mentioned.
  • the atmosphere in the oven may be the atmosphere, more effective annealing can be performed by using hydrogen or nitrogen.
  • the annealing process may be an RTA (Rapid Thermal Annealing) process in which the semiconductor substrate 15 on which each layer is arranged is irradiated with infrared rays using an infrared heater.
  • the battery module 20 is obtained.
  • the solar cell module 20 includes at least a solar cell 10, a conductive adhesive 22, a sealing material 23 (a light receiving side sealing material 23U, a back side sealing material 23B), a light receiving side protective member 24 and a back side protective member 25. Including.
  • At least two solar cells 10 may be included in the solar cell module 20, and each solar cell 10 is at least electrically connected via the conductive adhesive 22.
  • the plurality of solar cells 10 connected in a string shape is referred to as a solar cell string 21.
  • the conductive adhesive 22 is formed on a part of one surface side (for example, the light receiving surface 15 SU side) of the one end side E1S of the first solar cell 10 in the other of the second solar cell 10. It intervenes between these one part at the time of overlapping a part of other side (for example, back 15SB side) of end side E2S.
  • the conductive adhesive 22 is interposed between the bus bar portion BB which is a part of the metal electrode layer 13 p of the first solar cell 10 and a part of the metal electrode layer 13 n of the second solar cell 10. Then, the solar cell 10 is electrically connected.
  • the solar cell module 20 includes one or more solar cell strings 21.
  • first solar cell and the “second solar cell” refer to two adjacent solar cells 10 and 10 in the solar cell string 21 formed by the plurality of solar cells 10. Mean one and the other.
  • the solar cell string 21 formed of three solar cells 10 two pairs of “first solar cell” and “second solar cell” are generated, and three solar cells are arranged.
  • the solar cell 10 located at the center of the cell 10 is the “first solar cell 10” at the other end E2S (or one end E1S)
  • the “second solar cell 10” In the case where the next solar cell at the one end side E1S (or the other end side E2S) becomes the “second solar cell 10", the first solar cell 10 "is obtained. That is, one solar cell 10 may be the “first solar cell” or the “second solar cell”.
  • the other surface side (for example, the back surface 15SB side) of the other end side E2S in the second solar cell 10 on a part of the one surface side (for example, the light receiving surface 15SU side) of the one end side E1S in the first solar cell 10 As a part of the solar cell 10 is piled up on the roof, a plurality of solar cells 10 are uniformly inclined in the same direction as the roof is covered with tiles. From this overview, the method of electrically connecting the solar cells 10 in this manner is referred to as a shingling method.
  • the conductive adhesive 22 may be, for example, a conductive adhesive paste.
  • a conductive adhesive paste is, for example, a paste-like adhesive in which conductive particles are dispersed in a thermosetting adhesive resin material such as an epoxy resin, an acrylic resin, or a urethane resin.
  • a conductive adhesive film or an anisotropic conductive film may be used in which conductive particles are dispersed in a thermosetting adhesive resin material to form a film. Absent.
  • the sealing material 23 seals and protects the solar cell 10, and between the surface on the light receiving side of the solar cell 10 and the light receiving side protection member 24, and the surface on the back side of the solar cell 10 and the back side protection member Intervenes with 25.
  • the sealing material 23 covering the light receiving side of the solar cell 10 may be referred to as a light receiving side sealing material 23U
  • the sealing material 23 covering the rear side of the solar cell 10 may be referred to as a rear side sealing material 23B.
  • the shapes of the light receiving side sealing material 23U and the back side sealing material 23B are not particularly limited, and examples thereof include a sheet shape. It is because it will be easy to coat
  • the sealing material 23 has the characteristic (light transmission) which permeate
  • Such materials include, for example, ethylene / vinyl acetate copolymer (EVA), ethylene / ⁇ -olefin copolymer, ethylene / vinyl acetate / trially isocyanurate (Evat), polyvinyl butyrate (PVB), acrylic
  • EVA ethylene / vinyl acetate copolymer
  • Et ethylene / ⁇ -olefin copolymer
  • PVB polyvinyl butyrate
  • acrylic acrylic
  • the resin include translucent resins such as resins, urethane resins, and silicone resins.
  • the material of the light-receiving side sealing material 23U and the material of the back side sealing material 23B may be the same as or different from each other.
  • the light receiving side protection member 24 covers the surface (light receiving surface) of the solar cell 10 via the light receiving side sealing material 23U to protect the solar cell 10.
  • the shape of the light-receiving side protection member 24 is not particularly limited, but is preferably plate-like or sheet-like from the viewpoint of indirectly covering the planar light-receiving surface.
  • the material of the light-receiving side protection member 24 is not particularly limited, but like the sealing material 23, a material having translucency and resistance to ultraviolet light is preferable, for example, glass or Transparent resin such as acrylic resin or polycarbonate resin can be mentioned.
  • the surface of the light-receiving side protection member 24 may be processed to be uneven, or may be coated with an anti-reflection coating layer. Under these conditions, it is difficult for the light receiving side protection member 24 to reflect the received light and to guide more light to the solar cell 10.
  • the back side protection member 25 covers the back side of the solar cell 10 via the back side sealing material 23B to protect the solar cell 10.
  • the shape of the back side protection member 25 is not particularly limited, but in the same manner as the light receiving side protection member 24, a plate or sheet is preferable from the viewpoint of indirectly covering the planar back surface.
  • the laminated body of resin films such as a polyethylene terephthalate (PET), polyethylene (PE), an olefin resin, a fluorine-containing resin, or a silicone resin, and metal foil, such as aluminum foil, is mentioned.
  • the manufacturing method of the solar cell module 20 is not specifically limited.
  • the back side protection member 25, the back side sealing material 23B, the solar cell 10 (the solar cell string 21), the light receiving side sealing material 23U, and the light receiving side protection member 24 are stacked in this order to perform vacuum evacuation And sealing may be performed by heating and pressurizing at a predetermined temperature and pressure.
  • FIG. 1 is an enlarged view of a broken line circle part in FIG.
  • the semiconductor substrate 15 and, for example, the side of the light receiving surface 15SU that is one surface side of the main surface 15S of the semiconductor substrate 15 [light receiving surface side] include the p-type semiconductor layer 17 p and the corresponding p-type transparent oxide electrode layer 12 p.
  • the n-type semiconductor layer 17n and the n-type transparent oxide electrode layer corresponding thereto are formed on the other surface side of the main surface 15S of the semiconductor substrate 15, for example, the back surface 15SB side 12n is included.
  • the light receiving surface 15SU of the one end E1S is used.
  • the region not covered by the p-type transparent oxide electrode layer 12p is referred to as “region A” on the side, and the light-receiving surface 15SU side of the other end side E2S is not covered by the p-type transparent oxide electrode layer 12p.
  • the region be "region B”.
  • the area of the region A is larger than the area of the region B.
  • the conductive adhesive 22 is formed on the other side of the second solar cell 10 in a part on the light receiving surface 15 SU side which is the one surface side of the one end side E1S of the first solar cell 10.
  • the solar cells 10 are electrically connected to each other by interposing a part of them on the back surface 15SB side which is the other surface side of the end side E2S on the other side. Then, the region A is shielded by the second solar cell 10.
  • one end side E1S of both sides facing each other in one solar cell 10 is the both sides facing each other in another solar cell 10. It is shielded by the other end side E2S. In such shielded areas, dark current may occur.
  • the end portion of the semiconductor substrate 15 is formed at the central portion of the semiconductor substrate 15 due to a film formed on the opposite side of the p-type semiconductor layer 17p or the n-type semiconductor layer 17n. Compared to the above, carrier recombination is more likely to occur, and dark current is more likely to occur.
  • the area A is disposed at the end of the semiconductor substrate 15 which becomes the light shielding area due to the overlapping of the solar cells 10. Therefore, even if a dark current is generated at the pn junction in the region A, the dark current is not recovered because there is no p-type transparent oxide electrode layer there. As a result, the drop in the operating point voltage of the solar cell module 20 due to the dark current hardly occurs, and the output of the solar cell module 20 does not decrease.
  • the p-type transparent oxide electrode layer 12p is responsible for most of the recovery of carriers generated in the semiconductor substrate 15, the area of the p-type transparent oxide electrode layer 12p is large except for the region A. Is preferred. Therefore, in the solar cell 10, the length of the region B along the direction connecting the one end E1S to the other end E2S is preferably less than twice the thickness of the semiconductor substrate 15 (this direction is In the case of FIG. 4, the directions are parallel to the sides E3 and E4 of the semiconductor substrate 15. This direction is referred to as a string direction from the direction in which the solar cells 10 form the solar cell strings 21).
  • the solar cell module 20 mounting the solar cell 10 improves the output while suppressing the influence of the dark current.
  • the semiconductor substrate 15 is formed in the region of the n-type semiconductor layer 17n not covered by the n-type transparent oxide electrode layer 12n on the other surface side of the other end E2S, for example, the back surface 15SB.
  • a region facing the region B at the boundary is referred to as a “region D”.
  • the area of the region D is preferably equal to or less than the area of the region B.
  • the potential difference between the n-type transparent oxide electrode layer 17n and the semiconductor substrate 15 is smaller than the potential difference between the p-type transparent oxide electrode layer 17p and the semiconductor substrate 15. Therefore, even if a dark current is generated, the current does not easily flow through the n-type transparent oxide electrode layer 12 n. Therefore, the region D may be narrow (that is, the n-type transparent oxide electrode layer 12 n may be wide). In addition, since the area
  • the semiconductor substrate 15 is formed in the region of the n-type semiconductor layer 17n not covered by the n-type transparent oxide electrode layer 12n on the other surface side of the one end side E1S, for example, the back surface 15SB.
  • a region facing the region A at the boundary is referred to as a “region C”.
  • the area of the region C is preferably larger than the area of the region B.
  • the solar cell module 20 adopting the shingling method, when the area A is disposed at the end of the semiconductor substrate 15 to be the light shielding area due to the overlapping of the solar cells 10, conductive adhesion is made in the area A or there
  • the agent 22 is disposed by application or the like. Therefore, in the connection of the solar cells 10, the conductive adhesive 22 not only spreads to the area A, but may extend beyond the end of the semiconductor substrate 15 to the area C located on the opposite side of the area A. .
  • the region C is designed widely, even if the conductive adhesive 22 advances to the region C, it is difficult to contact the n-type transparent oxide electrode layer 12 n. Therefore, a leak occurs due to the conductive adhesive 22 bridging between one end E1S of the p-type transparent oxide electrode layer 12p and one end E1S of the n-type transparent oxide electrode layer 12n. hard.
  • the above-described areas A to D are not limited to the solar cell module 20 in which the p-type semiconductor layer 17p is disposed on the light receiving side and the n-type semiconductor layer 17n is disposed on the back side as illustrated in FIG. That is, the same can be said for the solar cell module 20 using the solar cell 10 having the n-type semiconductor layer 17n on the light receiving side and the p-type semiconductor layer 17p on the back side as shown in FIG.
  • the conductive adhesive 22 is formed on the part of the light receiving surface 15 SU that is the one surface side of the one end side E1S in the first solar cell 10.
  • the solar cell 10 is electrically connected to each other by interposing between a part of them when a part on the back surface 15SB side which is the other surface side of the other end side E2S in the solar cell 10 is overlapped. Then, the region C is shielded by the second solar cell 10.
  • Oxide electrode layer 12p is included.
  • the n-type semiconductor layer 17n and the corresponding n-type transparent oxide electrode layer 12n are included on the other surface side of the main surface 15S of the semiconductor substrate 15, for example, on the light receiving surface 15SU side.
  • region A the region of the p-type semiconductor layer 17p not covered by the p-type transparent oxide electrode layer 12p
  • the p-type transparent oxide electrode layer 12p is covered on the back surface 15SB side of the other end side E2S.
  • region B A region of the p-type semiconductor layer 17p which is not damaged is referred to as a "region B".
  • the area of the region A is larger than the area of the region B.
  • the length of the region B along the direction (string direction) connecting one end E1S to the other end E2S is the thickness of the semiconductor substrate 15 It is preferable that it is less than twice of.
  • the p-type semiconductor layer 17p By arranging the p-type semiconductor layer 17p on the side of the back surface 15SB of such a solar cell 10, even if the pn junction surface is directed to the light receiving side, the amount of recovery of carriers generated in the semiconductor substrate 15 is large. This is because the larger the area except the region A, the more preferable it is because the p-type transparent oxide electrode layer 12p is responsible for the portion.
  • n is not covered by the n-type transparent oxide electrode layer 12 n on the other surface side of the other end E2S, for example, on the light receiving surface 15 SU side.
  • a region facing the region B with the semiconductor substrate 15 as a boundary is referred to as a "region D".
  • the area of the region D is preferably equal to or less than the area of the region B.
  • the potential difference between the n-type transparent oxide electrode layer 12n and the semiconductor substrate 15 is determined by the potential difference between the p-type transparent oxide electrode layer 12p and the semiconductor substrate 15. Because the dark current is difficult to flow through the n-type transparent oxide electrode layer 12n, the region D may be narrow.
  • the n-type transparent oxide electrode layer 12n can exhibit, for example, the function of an antireflective layer, and the appearance of the solar cell module 20 is improved.
  • n is not covered by the n-type transparent oxide electrode layer 12 n on the other surface side of the one end E1S, for example, the light receiving surface 15SU side.
  • a region facing the region A with the semiconductor substrate 15 as a boundary is referred to as a "region C".
  • the area of the region C is preferably larger than the area of the region B.
  • the solar cell module 20 adopting the shingling method, when the area C is disposed at the end of the semiconductor substrate 15 which becomes the light shielding area due to the overlapping of the solar cells 10, the area C or its vicinity is conductive An adhesive 22 is placed. Therefore, in the connection of the solar cells 10, the conductive adhesive 22 not only spreads to the region C, but may extend beyond the end of the semiconductor substrate 15 to the region A located on the opposite side of the region C. .
  • the conductive adhesive 22 wraps around from the region C to the region A, and it is difficult to progress to the p-type semiconductor layer 17p. Therefore, it is difficult for a leak due to the conductive adhesive 22 to bridge between one end E1S of the p-type transparent oxide electrode layer 12p and one end E1S of the n-type transparent oxide electrode layer 12n. .
  • the p-type semiconductor layer 17p is on the light receiving surface 15SU side, which is one side, and the other side.
  • the solar cell module 20 is formed of the solar cell 10 in which the n-type semiconductor layer 17n is disposed on the side of the back surface 15SB, at least a part of the region A in the solar cell 10 is the p-type transparent oxide electrode layer 12p. It is preferable that a part of the electrically connected p-type metal electrode layer 13p is covered.
  • a part of the p-type metal electrode layer 13p extends out of the region A, that is, the end of the one end side E1S of the semiconductor substrate 15, and the conductive adhesive 22 is formed in that portion. It can be arranged. Then, when the solar cell 10 covers the area A, the conductive adhesive 22 is hidden by the solar cell 10. As a result, in the solar cell module 20, the conductive adhesive 22 does not protrude beyond the shielding area to the light receiving surface 15SU side, and shadow loss due to the conductive adhesive 22 is suppressed.
  • the area of the n-type metal electrode layer 13n which covers and electrically connects the n-type transparent oxide electrode layer 12n is the n-type transparent oxide electrode It is preferable not to overlap the region C below the area of the layer 13n.
  • a part of the n-type metal electrode layer 13p is not covered in a part of the area C on the opposite side of the area A. Then, for example, even if the conductive adhesive 22 spreads to the area A and further extends beyond the end of the semiconductor substrate 15 to the area C, it becomes difficult to reach the n-type metal electrode layer 13 n. Therefore, the leak due to the conductive adhesive 22 bridging between the one end E1S of the p-type metal electrode layer 13p and the one end E1S of the n-type metal electrode layer 13n is unlikely to occur.
  • the n-type semiconductor layer 17n is disposed on the light receiving surface 15SU side as the other surface as shown in FIG. 2, and the p-type semiconductor layer 17p is disposed on the back surface 15SB side as the one surface side.
  • the solar cell module 20 including the solar cell 10 be configured as described above. That is, in such a solar cell 10, it is preferable that a part of the n-type metal electrode layer 13n electrically connected to the n-type transparent oxide electrode layer 12n be covered in a part of the region C.
  • a part of the n-type metal electrode layer 13n extends out of the region C, that is, the end of the one end side E1S of the semiconductor substrate 15, and the conductive adhesive 22 is formed there. It can be arranged. Then, when the solar cell 10 covers the area C, the conductive adhesive 22 is hidden by the solar cell 10, and the shadow loss caused by the conductive adhesive 22 is suppressed as described above.
  • the area of the p-type metal electrode layer 13p that covers and electrically connects the p-type transparent oxide electrode layer 12p is the p-type transparent oxide electrode. It is preferable not to overlap the region A and not larger than the area of the layer 12p.
  • a part of the p-type metal electrode layer 13p is not covered by a part of the area A on the opposite side of the area C. Therefore, for example, even if the conductive adhesive 22 spreads to the region C and further extends beyond the end of the semiconductor substrate 15 to the region A, it becomes difficult to reach the p-type metal electrode layer 13p. Therefore, the leak due to the conductive adhesive 22 bridging between the one end E1S of the n-type metal electrode layer 13n and the one end E1S of the p-type metal electrode layer 13p is unlikely to occur.
  • the metal electrode layer 13 may have only the finger portion FG.
  • the conductive adhesive 22 may be disposed at the position of the bus bar portion BB shown in FIG. 3 instead of the bus bar portion BB.
  • the present invention is not limited to this.
  • the finger portion FG may be accommodated within the surface of the transparent oxide electrode layer 12.
  • the conductive adhesive 22 may be disposed so as to connect the finger portions FG to substitute for the bus bar portion BB shown in FIG. 3.
  • the conductive adhesive 22 instead of the bus bar portion BB may be disposed on the transparent oxide electrode layer 12 and not disposed on the conductive semiconductor layer 17.
  • bus bar portion BB or the conductive adhesive 22 as a substitute for the bus bar portion BB is a single linear shape, but is not limited to this. I don't care.
  • the surface of the dried semiconductor substrate was observed with an atomic force microscope (AFM). As a result, a square pyramidal texture structure was formed on both sides, and the arithmetic average roughness was 2100 nm.
  • AFM atomic force microscope
  • the surface of the single crystal silicon substrate after texture formation was immersed in an aqueous solution of 5% HCl at 70 ° C. for 5 minutes to neutralize the alkali component remaining on the surface. Thereafter, the surface was cleaned with 15 ppm ozone water for 10 minutes, and immersed in a 5% HF aqueous solution for 2 minutes to remove the ozone oxide film.
  • the above semiconductor substrates were used in the following Examples 1 and 2 and Comparative Example 1. Specifically, a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are formed on a semiconductor substrate, a transparent oxide electrode layer and a metal electrode layer are formed thereon, and the semiconductor substrate is positioned at a desired position. , And divided using a laser. Therefore, the electrode layer was formed in accordance with the plurality of divided pieces formed from the large-sized semiconductor substrate. Moreover, the divided pieces (solar cells) were connected in a shingling method using a conductive adhesive to obtain a solar cell string. And the solar cell module was created using this solar cell string. The details will be described below.
  • Example 1 First, a large-sized semiconductor substrate is introduced into a CVD apparatus, and an i-layer amorphous silicon layer of 4 nm is formed as an intrinsic semiconductor layer on one surface, and a p-type amorphous layer is formed thereon as a p-type semiconductor layer.
  • the silicon layer was deposited to 5 nm.
  • the film forming conditions for the intrinsic semiconductor layer were a substrate temperature of 180 ° C., a pressure of 130 Pa, a SiH 4 / H 2 flow ratio of 2/10, and an input power density of 0.03 W / cm 2 .
  • the deposition conditions for the p-type semiconductor layer are: substrate temperature: 190 ° C., pressure: 130 Pa, SiH 4 / H 2 / B 2 H 6 flow ratio: 1/10/3, input power density: 0.04 W / cm 2 there were.
  • As the B 2 H 6 gas a gas obtained by diluting the B 2 H 6 concentration to 5000 ppm with H 2 was used.
  • an i-layer amorphous silicon layer is deposited to a thickness of 5 nm as an intrinsic semiconductor layer, and an n-type amorphous silicon layer is deposited on an n-type semiconductor layer to a thickness of 10 nm thereon did.
  • the film forming conditions for the intrinsic semiconductor layer are the same as described above.
  • the film forming conditions for the n-type semiconductor layer were a substrate temperature of 180 ° C., a pressure of 60 Pa, a SiH 4 / PH 3 flow ratio of 1/2, and an input power density of 0.02 W / cm 2 .
  • As the aforementioned PH 3 gas using a gas obtained by diluting PH 3 concentration 5000ppm by H 2.
  • the semiconductor substrate having the conductive semiconductor layer was transferred to a sputtering chamber, and an ITO layer of 120 nm was formed as a transparent electrode layer on the p-type semiconductor layer and the n-type semiconductor layer. Regions A to D were formed by a lift-off method using a film mask.
  • a string direction connecting from one end of the solar cell to the other end The length of the regions A and C along the line is 1100 ⁇ m.
  • a region covering another solar cell for example, at the other end, a region along the string direction connecting from the other end of the solar cell to the other end
  • the length of B ⁇ D was 150 ⁇ m.
  • the film mask used the flexible resin film of polypropylene.
  • the film mask used the biaxially stretched film from the viewpoints of strength, heat resistance, dimensional stability, and the like.
  • the semiconductor substrate having the transparent oxide electrode layer was transferred to a printing chamber, and a silver paste was applied by screen printing to form a metal electrode layer.
  • a comb-shaped metal electrode layer was formed on the transparent electrode layer on the light receiving side and the back side.
  • the finger portion and the bus bar electrode are substantially orthogonal.
  • the width of the finger on the light receiving side was about 50 ⁇ m
  • the distance (pitch) between them was about 1800 ⁇ m
  • the width of the finger on the back side was about 50 ⁇ m
  • the distance between them was about 500 ⁇ m.
  • the semiconductor substrate having the above electrode layer was transferred to a laser chamber, and cut using a laser device to fabricate a substantially rectangular solar cell.
  • the laser was made to enter from the formation surface side of the n-type semiconductor layer.
  • the position of the laser was adjusted to the division position set when the transparent oxide electrode layer was formed.
  • the solar cell is transferred to the dispenser chamber, and a conductive adhesive is applied to the bus bar portion in the overlapping intended area of the first solar cell using the dispenser, and the second solar cell is overlapped, and heat is applied. It joined by pressure bonding. Such superimposed bonding was repeated using a total of 34 solar cells. As a result, a solar cell string in which 34 solar cells were electrically connected in series was created.
  • the thermocompression bonding conditions were a temperature of 150 ° C., a time of 20 minutes, and a pressure of 5 MPa.
  • the solar cell string is transferred to the sealing chamber, and the light receiving side sealing material, the solar cell string, the rear side sealing material, and the rear side protective member are sequentially stacked on the light receiving side protective material to seal the solar cell string.
  • the solar cell module was manufactured.
  • ten solar cell strings were made into 5 parallel x 2 series (a total of 340 solar cells), and it was set as the aggregate
  • Example 2 in the second embodiment, in the solar cell module of the first embodiment, the p-type semiconductor layer is disposed on the light receiving side and the n-type semiconductor layer is disposed on the back side in the opposite direction, ie, the n-type semiconductor layer on the light receiving side The p-type semiconductor layer was disposed on the back side.
  • the transparent oxide electrode is formed on the entire surface of the n-type semiconductor layer on the light receiving surface side. The layer was deposited.
  • Comparative Example 1 In Comparative Example 1, in the solar cell module of Example 1, only the transparent oxide electrode layer was changed. Specifically, a transparent oxide electrode layer was formed on the entire surface of the conductive semiconductor layer of the solar cell without using a film mask.
  • Example 1 was higher than that of Comparative Example 1. This is because in both examples, the dark current in the shielding portion of the solar cell due to the shingling method is improved, so that the diode loss in the solar cell is reduced and the curvature factor (FF) is improved. It is thought to be due.
  • Comparative Example 1 since the transparent oxide electrode layer is formed on the entire surface of the conductive semiconductor layer, reattachment of the residue, melting of the transparent oxide electrode layer occurs during division by laser irradiation. It is thought that a leak has occurred due to On the other hand, in both examples, the division part by laser irradiation is an area

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Abstract

太陽電池同士の接続強度を担保しつつ、高出力を発揮する太陽電池モジュール、および、それに好適な太陽電池を提供する。太陽電池10にあって、半導体基板15において、一方端側E1Sの受光面15SU側にて、p型用透明酸化物電極層12pに覆われない領域を「領域A」とし、他方端側E2Sの受光面15SU側にて、p型用透明酸化物電極層12pに覆われない領域を「領域B」とすると、領域Aの面積は領域Bの面積よりも広い。

Description

両面電極型太陽電池および太陽電池モジュール
 本発明は、両面電極型太陽電池および太陽電池モジュールに関する。
 昨今、両面電極型の太陽電池をモジュール化する場合、導電性の接続線を用いることなく、太陽電池の一部同士を重ね合わせることで、直接、電気的かつ物理的に接続を行う方式が存在する(例えば特許文献1)。
 このような接続方式はシングリング方式と称される。この方式によると、太陽電池モジュールにおける限られた太陽電池実装面積に、より多くの太陽電池が実装可能になり、光電変換のための受光面積が増えることから、太陽電池モジュールの出力が向上すると考えられる。
特開平11-186577号公報
 しかしながら、単純に受光面積を増加させただけの太陽電池モジュールであると、実際は、出力の向上は難しい。出力の向上には、受光面積だけでなく、その他の様々な要因が存在するためである。要因の1つとしては、太陽電池のpn接合間に生じる暗電流が考えられる。暗電流が生じると、太陽電池の動作点電圧が低下し、それに起因して出力が低下するためである。そして、シングリング方式の場合、1つの太陽電池の一部は別の太陽電池の一部によって遮光されるため、暗電流が生じやすい。
 この暗電流を抑えるためには、太陽電池の一部同士の重なり合う面積を狭くすればよいが、そうしてしまうと、物理的な接続面積が狭小化してしまい、太陽電池同士の接続強度不足が生じる。また、太陽電池同士の電気的かつ物理的な接続のために、重なり合う太陽電池の一部同士の間に、例えば導電性接着剤が介在するが、その導電性接着剤は、熱圧着の際に広がって、太陽電池の受光面にまで進出し、シャドウロスの原因にもなり得る。
 本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。そして、その目的は、太陽電池同士の接続強度を担保しつつ、高出力を発揮する太陽電池モジュール、および、それに好適な太陽電池を提供することにある。
 本発明に係る両面電極型太陽電池は、半導体基板と、前記半導体基板の主面の一方面側にp型半導体層およびそれに対応するp型用透明酸化物電極層と、前記半導体基板の主面の他方面側にn型半導体層およびそれに対応するn型用透明酸化物電極層と、を含む。この両面電極型太陽電池では、前記半導体基板にて対向する両辺のうち一方を一方端側、他方を他方端側とし、前記一方端側の前記一方面側にて、前記p型用透明酸化物電極層に覆われない前記p型半導体層の領域を「領域A」とし、前記他方端側の前記一方面側にて、前記p型用透明酸化物電極層に覆われない前記p型半導体層の領域を「領域B」とする。すると、前記領域Aの面積は前記領域Bの面積よりも広い。
 本発明の太陽電池を搭載した太陽電池モジュールは、太陽電池同士の接続強度を担保しつつ、高出力を発揮する。
後述の図6に示す太陽電池モジュールの断面図での部分拡大図である。 図1の別例を示す部分拡大図である。 太陽電池の斜視図である。 太陽電池の平面図である。 太陽電池モジュールの平面図である。 太陽電池モジュールの断面図である。 太陽電池の斜視図である。 太陽電池の平面図である。 太陽電池の斜視図である。 太陽電池の平面図である。
 本発明の一実施形態について説明すると以下の通りであるが、本発明はこれに限定されるものではない。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。
 図3の斜視図はシリコン製の半導体基板15を用いた太陽電池10を示し、図4は図3の平面図である。図3に示すように半導体基板15は、2つの主面15S(15SU・15SB)を有する。そこで、本明細書では、2つの主面15Sのうち一方面側の主面15Sを表面15SU、他方面側の主面15Sを裏面15SBとする。また、表面15SUおよび裏面15SBのうち、一方面を他方面よりも積極的に受光させようとする受光側[受光面側]とし、積極的に受光させない他方面を非受光となる裏側[裏面側]として説明する。
 太陽電池10は、いわゆるヘテロ接合結晶シリコン太陽電池を挙げて説明する。この太陽電池10は、半導体基板15、真性半導体層16、導電型半導体層17(p型半導体層17p,n型半導体層17n)、および、電極層11(透明酸化物電極層12,金属電極層13)を含む。なお、以降では、便宜上、p型半導体層17pまたはn型半導体層17nに個別に対応付けされる部材には、部材番号の末尾に「p」/「n」を付すことがある。
 半導体基板15は、単結晶シリコン(シリコンウェハ)で形成された基板であっても多結晶シリコンで形成された基板であっても構わない。以下では、単結晶シリコン基板を例に挙げて説明する。
 また、半導体基板15の導電型は、シリコン原子に対して電子を導入する不純物(例えば、リン原子)を含有するn型単結晶シリコン基板であっても、シリコン原子に対して正孔を導入する不純物(例えば、ホウ素原子)を有するp型単結晶シリコン基板であっても構わない。以下では、キャリア寿命の長いといわれるn型の半導体基板15を例に挙げて説明する。
 また、半導体基板15は、受けた光を閉じこめておく観点から、2つの主面15SU・15SBのうち、少なくとも受光面15SUは、山(凸)と谷(凹)とで形成されるテクスチャ構造が有ると好ましい。なお、テクスチャ構造(凹凸面)は、例えば、半導体基板15における(100)面のエッチングレートと(111)面のエッチングレートとの差異を応用した異方性エッチングによって形成される。
 また、半導体基板15の厚みは、シリコンの使用量の抑制の観点から200μm以下であると好ましい。なお、厚みを測定する場合の測定方向は、半導体基板15の平均面(平均面とは、テクスチャ構造に依存しない基板全体としての面を意味する)に対する垂直方向である。そこで、以降、この垂直方向、すなわち厚みを測定する方向を、種々の層の膜厚を測定する厚み方向とする。
 一方で、半導体基板15の厚みが過度に小さいと、機械的強度の低下が生じたり、外光(太陽光等)が十分に吸収されず、短絡電流密度が減少しかねない。そのため、半導体基板15の厚みは、50μm以上が好ましく、70μm以上がより好ましい。なお、半導体基板15の主面15Sにテクスチャ構造が形成されている場合、半導体基板15の厚みは、受光側および裏側のそれぞれの凹凸構造における凸の頂点を結んだ直線間の最大距離で表される。
 なお、シリコンウェハが5インチ角、6インチ角の場合、それを割断して、半導体基板15としても構わない。このようにすると、シリコンウェハより小さなサイズの太陽電池10となるため、薄くて撓みやすい半導体基板15であっても破損し難い。
 また、図4に示すように、半導体基板15の平面形状は、4辺E1~E4を有する略矩形であることが好ましく、長辺E1,E2および短辺E3,E4を有する略長方形であることがより好ましい。本明細書において、「略矩形」には、完全な矩形(正方形を含む長方形)だけでなく、少なくとも一方の角に丸みを有する等、少なくとも一方の角が欠けている形状等も含まれる。同様に、「略長方形」には、完全な長方形だけでなく、少なくとも一方の角に丸みを有する等、少なくとも一方の角が欠けている形状等も含まれる。
 真性半導体層16(16p,16n)は、半導体基板15の略矩形状の両主面15S(15SU,15SB)を個別に直接覆うことで、半導体基板15への不純物拡散を抑えつつ表面パッシベーションを行う。なお、「真性(i型)」との用語は、導電型不純物を含まない完全に真性であるものに限られず、シリコン系層が真性層として機能し得る範囲で微量のn型不純物またはp型不純物を含む「弱n型」または「弱p型」の実質的に真性な層も包含する。
 また、図3では、真性半導体層16pの形状および面積は、半導体基板15の主面15SUと略同じであり、真性半導体層16nの形状および面積は、半導体基板15の主面15SBと略同じである。ただし、これに限定されるものではない。
 真性半導体層16の材料は、特に限定されるものではないが、非晶質シリコン系薄膜であると好ましく、シリコンと水素とを含む水素化非晶質シリコン系薄膜層であるとより好ましい。また、真性半導体層16の形成方法は、特に限定されるものではないが、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法であると好ましい。
 これらの薄膜が、単結晶シリコンで形成された半導体基板15上にCVD製膜されると、単結晶シリコンへの不純物の拡散を抑制しつつ、基板表面のパッシベーションを有効に行えるためである。また、プラズマCVD法であれば、真性半導体層16の膜中水素濃度を膜厚方向で変化させることで、キャリア回収を行う上で有効なエネルギーギャッププロファイルの形成も行える。
 なお、プラズマCVD法による薄膜の形成条件としては、例えば、基板温度100℃以上300℃以下、圧力20Pa以上2600Pa以下、高周波パワー密度0.003W/cm以上0.5W/cm以下が好適である。
 また、薄膜の形成に使用される原料ガスとしては、水素化非晶質シリコン系薄膜の場合、SiH、Si等のシリコン含有ガス、または、それらのガスとHを混合したものが好適である。
 導電型半導体層17としては、p型半導体層17pとn型半導体層17nとが挙げられる。図3に示す太陽電池10では、p型半導体層17pは、半導体基板15の受光側の主面(受光面)15SUに形成された略矩形状の真性半導体層16p上に形成され、n型半導体層17nは、半導体基板15の裏側の主面(裏面)15SBに形成された略矩形状の真性半導体層16n上に形成される。
 このように、半導体基板15の主面15SU・15SBにおける一方面側と他方面側とに、導電型半導体層17が個別に形成されていると、電極層11も、半導体基板15の一方面側と他方面側とに個別に形成される。このことから、このような太陽電池10は両面電極型太陽電池10と称される。
 また、図3では、p型半導体層17pの形状および面積は、真性半導体層16pひいては半導体基板15の主面15SUと略同じであり、n型半導体層17nの形状および面積は、真性半導体層16n、ひいては半導体基板15の主面15SBと略同じである。ただし、これに限定されるものではない。また、導電型半導体層13の製法は、特に限定されるものではないが、真性半導体層16同様に、プラズマCVD法であると好ましい。
 p型半導体層17pは、p型のドーパン卜(ボロン等)が添加されたシリコン層で形成される。例えば、p型水素化非晶質シリコン層、p型非晶質シリコンカーバイド層、またはp型非晶質シリコンオキサイド層が挙げられる。なお、p型半導体層17pは、不純物拡散の抑制または直列抵抗低下の観点から、非晶質シリコンで形成されると好ましい。また、p型非晶質シリコンカーバイド層およびp型非晶質シリコンオキサイド層は、ワイドギャップの低屈折率層であるため、光学的なロスを低減できる点において好ましい。
 n型半導体層17nは、n型のドーパン卜(リン等)が添加されたシリコン層で形成される。なお、n型半導体層17nも、p型半導体層17p同様に、非晶質シリコン層で形成されると好ましい。
 電極層11は、p型半導体層17pとn型半導体層17nとを個別に覆うことで、それら半導体層17p,17nに電気的に接続される。これにより、電極層11は、p型半導体層17pまたはn型半導体層17nに生じるキャリアを導く輸送層として機能する。
 電極層11は、多層で形成され、p型半導体層17pとn型半導体層17nとを個別に直接接触する層として、透明導電性酸化物を主成分とする透明酸化物電極層12(12p,12n)が形成される。なお、「主成分とする」とは、当該物質の含有量が、51重量%以上、好ましくは70重量%以上、より好ましくは90重量%であることを意味する。また、透明酸化物電極層12の機能を失わない限り、主成分以外の物質が含まれていても構わない。また、透明酸化物電極層12は、単層でも多層でも構わない。
 透明導電性酸化物は、材料としては特に限定されるものではないが、例えば、酸化亜鉛若しくは酸化インジウム、または、酸化インジウムに、種々の金属酸化物、例えば酸化チタン、酸化スズ、酸化タングステン、若しくは酸化モリブデン等を1重量%以上10重量%以下で添加した材料が挙げられる。また、このような材料に、Sn、W、As、Zn、Ge、Ca、Si、C等のドーピング剤を添加しても構わない。
 また、透明酸化物電極層12の厚みは、10nm以上140nm以下が望ましく、このような膜厚に好適な透明酸化物電極層12の形成方法としては、例えば、スパッタ法等の物理気相堆積法(PVD)、または、有機金属化合物と酸素または水との反応を利用した化学気相堆積法(MOCVD)法等が挙げられる。
 なお、透明酸化物電極層12pの形状は、p型半導体層17pの形状と同じ略矩形状ではあるが、p型半導体層17pの面積よりも小さく形成される。その上、半導体基板15にて対向する両辺E1,E2のうち一方である一方端側E1Sと、他方である他方端側E2Sとに、透明酸化物電極層12pに覆われない領域[領域]が生じるように、その透明酸化物電極層12pを形成する。
 また、透明酸化物電極層12nの形状は、n型半導体層17nの形状と同じ略矩形状であるが、n型半導体層17nの面積よりも小さく形成される。その上、半導体基板15における一方端側E1Sと他方端側E2Sとに、透明酸化物電極層12nに覆われない領域[領域]が生じるように、その透明酸化物電極層12nを形成する。
 このような透明酸化物電極層12の製膜は、例えば、フィルムマスクによる部分被膜法であるリフトオフ法を使用する。すなわち、パターン化された開口を有するフィルムマスクを用いて、開口に重なる部分に透明酸化物電極層12が製膜され、非開口部分直下には、透明酸化物電極層12が製膜されないことを利用すれば、透明酸化物電極層12の製膜されている導電領域と、製膜されていない領域(非導電領域)とが形成される。
 なお、透明酸化物電極層12の製膜は、リフトオフ法に限定されるものではなく、例えば、ステンシル・マスクという穴の開いた金属を通して製膜して直接的にパターンを作る方法、透明酸化物電極層12を半導体層17全面に製膜後、透明酸化物電極層12を部分的にエッチングによって除去する方法(サブトラクティブ法)、または、透明電極材料を導電領域のみに直接塗布し、導電層を形成する方法(アディティブ法)であっても構わない。
 電極層11では、p型半導体層17p用の透明酸化物電極層[p型用透明酸化物電極層]12pと、n型半導体層17n用の透明酸化物電極層[n型用透明酸化物電極層]12nとに加えて、これら層12p,12n毎に、金属電極層13[p型用金属電極層13p,n型用金属電極層13n]が形成される。
 金属電極層13は、少なくとも一部を透明酸化物電極層12の表面側に、直接的に積み上げて形成され、透明酸化物電極層12に電気的に接続する。ただし、これに限定されず、金属電極層13が透明酸化物電極層12と電気的に接続されるのであれば、別の層が両層12・13の間に介在しても構わない。
 金属電極層13は、材料としては特に限定されるものではないが、例えば、銀、銅、アルミニウム、または、ニッケル等が挙げられる。また、このような金属材料とバインダー樹脂とを含む導電性ペーストが、金属電極層13の材料であっても構わない。
 このような材料は遮光材のため、太陽電池10の受光側に配置される金属電極層13は、細線化されたパターン状に形成される。例えば図3に示すように、櫛歯型の金属電極層13pが挙げられる。
 このような櫛歯型の金属電極層13pでは、櫛背となる部分をバスバー部BB、櫛背に対して交差(直交等)しつつ、その櫛背の長手に沿って並ぶ櫛歯となる部分をフィンガー部FGと称する。
 なお、図3および図4では、バスバー部BBが、半導体基板15における一方端側E1の辺(長辺方向)に沿うように形成され、フィンガー部FGは、長辺方向に対して交差する短辺方向(短辺E3,E4)に沿って延び、長辺方向に沿って並ぶが、これに限定されるものではない。また、バスバー部BBは、透明酸化物電極層12pの表面の複数のフィンガー部FGの末端から延び出てp型半導体層17pにまで到達しているが、これに限定されるものではない。
 一方で、光が直接入射してこない太陽電池10の裏側では、金属電極層13nが配置されても、半導体基板15への遮光の原因とならない。そのため、金属電極層13nは、例えば図3に示すように、透明酸化物電極層12nとほぼ同サイズの面状になって、透明酸化物電極層12nの面積以内に収まるように形成される。ただし、このような矩形状の面状電極に限定されるものではなく、裏側であっても、受光側と同様に、櫛歯型の金属電極層であっても構わない。
 また、金属電極層13p,13nの厚みは、20μm以上80μm以下が望ましく、このような膜厚に好適な金属電極層13の形成方法としては、導電性ペーストをインクジェット若しくはスクリーン印刷する印刷法、または、めっき法が挙げられる。ただし、これに限定されるものではなく、真空プロセスを採用する場合には、蒸着またはスパッタリング法が採用されても構わない。
 なお、半導体基板15に対して、真性半導体層16、導電型半導体層17、および、電極層11を積層させた段階で、各接合界面のパッシベーション、半導体層およびその界面における欠陥準位の発生抑制を目的として、アニール処理を施す。
 アニール処理としては、例えば、各層を配置した半導体基板15を150℃以上200℃以下に加熱したオーブンに投入して加熱処理が挙げられる。この場合、オーブン内の雰囲気は、大気でも構わないが、水素または窒素を用いることで、より効果的なアニール処理が行える。また、アニール処理は、各層を配置した半導体基板15に対して赤外線ヒーターを用いて赤外線を照射させるRTA(Rapid Thermal Annealing)処理であっても構わない。
 以上のような両面電極型の太陽電池10は、図5の平面図および図5のi-i’線矢視断面図である図6に示すように、複数個で搭載されることで、太陽電池モジュール20となる。太陽電池モジュール20は、少なくとも、太陽電池10、導電性接着剤22、封止材23(受光側封止材23U、裏側封止材23B)、受光側保護部材24、および、裏側保護部材25を含む。
 太陽電池10は、太陽電池モジュール20において少なくとも2個含まれていればよく、各々の太陽電池10は、導電性接着剤22を介して、少なくとも電気的に接続される。このように、ひも状につながった複数個の太陽電池10を、太陽電池ストリング21と称する。
 そして、導電性接着剤22が、太陽電池ストリング21において、第1の太陽電池10における一方端側E1Sの一方面側(例えば受光面15SU側)の一部に、第2の太陽電池10における他方端側E2Sの他方面側(例えば裏面15SB側)の一部を重ねた場合のこれらの一部間に介在する。例えば、導電性接着剤22は、第1の太陽電池10の金属電極層13pの一部であるバスバー部BBと第2の太陽電池10の金属電極層13nの一部との間に介在することで、太陽電池10を電気的に接続する。そして、太陽電池モジュール20は、この太陽電池ストリング21を1個以上含む。
 なお、本明細書の「第1の太陽電池」および「第2の太陽電池」とは、複数の太陽電池10によって形成される太陽電池ストリング21において、隣り合った2個の太陽電池10・10の一方と他方とを意味する。
 したがって、例えば、3個の太陽電池10で形成される太陽電池ストリング21では、組となる「第1の太陽電池」および「第2の太陽電池」は2組生じることになり、3個並ぶ太陽電池10の中心に位置する太陽電池10は、他方端側E2S(または一方端側E1S)にて隣の太陽電池が「第1の太陽電池10」となる場合は、「第2の太陽電池10」となり、一方端側E1S(または他方端側E2S)にて隣の太陽電池が「第2の太陽電池10」となる場合は、「第1の太陽電池10」となる。つまり、1個の太陽電池10は、「第1の太陽電池」になる場合も、「第2の太陽電池」になる場合もある。
 また、第1の太陽電池10における一方端側E1Sの一方面側(例えば受光面15SU側)の一部に、第2の太陽電池10における他方端側E2Sの他方面側(例えば裏面15SB側)の一部を重ねると、瓦を屋根に葺いたように、複数の太陽電池10が一様にある方向に揃って傾く堆積構造となる。この概観から、このようにして太陽電池10を電気的に接続する方式を、シングリング方式と称する。
 なお、導電性接着剤22は、例えば、導電性接着ペーストが挙げられる。このような導電性接着剤ペーストは、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、またはウレタン樹脂等の熱硬化型の接着性樹脂材料に、導電性粒子を分散させたペースト状の接着剤である。ただし、これに限定されるものではなく、例えば、熱硬化型の接着性樹脂材料に導電性粒子を分散させてフィルム状に形成した、導電性接着フィルムまたは異方性導電フィルムを用いても構わない。
 封止材23は、太陽電池10を封止して保護するもので、太陽電池10の受光側の面と受光側保護部材24との間、および、太陽電池10の裏側の面と裏側保護部材25との間に介在する。以降では、太陽電池10の受光側を被覆する封止材23を受光側封止材23U、太陽電池10の裏側を被覆する封止材23を裏側封止材23Bと称すこともある。
 受光側封止材23Uおよび裏側封止材23Bの形状は、特に限定されるものではなく、例えばシート状が挙げられる。シート状であれば、面状の太陽電池10の表面および裏面を被覆しやすいためである。
 封止材23の材料としては、特に限定されるものではないが、光を透過する特性(透光性)を有すると好ましい。また、封止材23の材料は、太陽電池10と受光側保護部材24と裏側保護部材25とを接着させる接着性を有すると好ましい。
 このような材料としては、例えば、エチレン/酢酸ビニル共重合体(EVA)、エチレン/α-オレフィン共重合体、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)、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、または、シリコーン樹脂等の透光性樹脂が挙げられる。なお、受光側封止材23Uの材料と裏側封止材23Bの材料とは、同一であっても構わないし異なっていても構わない。
 受光側保護部材24は、受光側封止材23Uを介して、太陽電池10の表面(受光面)を覆って、その太陽電池10を保護する。受光側保護部材24の形状は、特に限定されるものではないが、面状の受光面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。
 受光側保護部材24の材料としては、特に限定されるものではないが、封止材23同様に、透光性を有しつつも紫外光に耐性の有る材料が好ましく、例えば、ガラス、または、アクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂が挙げられる。また、受光側保護部材24の表面は、凹凸状に加工されていても構わないし、反射防止コーティング層で被覆されていても構わない。これらのようになっていると、受光側保護部材24は、受けた光を反射させ難くして、より多くの光を太陽電池10に導けるためである。
 裏側保護部材25は、裏側封止材23Bを介して、太陽電池10の裏面を覆って、その太陽電池10を保護する。裏側保護部材25の形状は、特に限定されるものではないが、受光側保護部材24同様に、面状の裏面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。
 裏側保護部材25の材料としては、特に限定されるものではないが、水等の浸入を防止する(遮水性の高い)材料が好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレン(PE)、オレフィン系樹脂、含フッ素樹脂、若しくは含シリコーン樹脂等の樹脂フィルムと、アルミニウム箔等の金属箔との積層体が挙げられる。
 なお、太陽電池モジュール20の製造方法は、特に限定されるものではない。例えば、裏側保護部材25、裏側封止材23B、太陽電池10(太陽電池ストリング21)、受光側封止材23U、および、受光側保護部材24を、この順で重ね、真空排気を行うラミネータ等を用いて、所定の温度、圧力にて加熱、加圧することによって封止すればよい。
 以上のような太陽電池モジュール20に用いられる太陽電池ストリング21について、図6の破線丸部分の拡大図である図1のほか、図3および図4を用いて詳説する。
 太陽電池ストリング21における太陽電池10では、図3および図4に示すように、半導体基板15と、この半導体基板15の主面15Sの一方面側である例えば受光面15SUの側[受光面側]には、p型半導体層17pおよびそれに対応するp型用透明酸化物電極層12pが含まれる。加えて、この太陽電池10では、半導体基板15の主面15Sの他方面側である例えば裏面15SB側[裏面側]には、n型半導体層17nおよびそれに対応するn型用透明酸化物電極層12nが含まれる。
 そして、このような太陽電池10にあって、半導体基板15にて対向する両辺E1,E2のうち一方を一方端側E1S、他方を他方端側E2Sとした場合、一方端側E1Sの受光面15SU側にて、p型用透明酸化物電極層12pに覆われない領域を「領域A」とし、他方端側E2Sの受光面15SU側にて、p型用透明酸化物電極層12pに覆われない領域を「領域B」とする。そして、領域Aの面積は領域Bの面積よりも広い。
 なお、この太陽電池モジュール20では、導電性接着剤22が、第1の太陽電池10における一方端側E1Sの一方面側である受光面15SU側の一部に、第2の太陽電池10における他方端側E2Sの他方面側である裏面15SB側の一部を重ねた場合のこれらの一部間に介在して、両方の太陽電池10を電気的に接続する。そして、領域Aが、第2の太陽電池10によって遮蔽される。
 太陽電池10において、光起電力効果を発揮するpn接合は、n型半導体基板15の場合、p型半導体層17pの製膜された半導体基板15の主面15SUに生じる。したがって、この主面15SUとp型用透明酸化物電極層17pとの間におけるパッシベーションが重要となる。
 ところが、シングリング方式を採用した太陽電池モジュール20では、図1に示すように、1個の太陽電池10にて対向する両辺の一方端側E1Sは、別の太陽電池10にて対向する両辺の他方端側E2Sにより遮蔽される。このような遮蔽された部分では、暗電流が生じることがある。その上、半導体基板15の端部は、p型半導体層17p若しくはn型半導体層17nの製膜面反対側への回りこんだ製膜、または、機械的ダメージ等により、半導体基板15の中心部に比べて、キャリアの再結合も起こりやすく、暗電流も発生しやすい。
 しかしながら、シングリング方式を採用した太陽電池モジュール20にあって、太陽電池10の重なりにより遮光領域となる半導体基板15の端部に領域Aが配置されると、その領域Aは広く設計されている。そのため、領域Aにおけるpn接合にて暗電流が発生したとしても、そこにはp型用透明酸化物電極層が無いことから、暗電流が回収されない。その結果、暗電流に起因する、太陽電池モジュール20における動作点電圧の低下は起き難くなり、その太陽電池モジュール20の出力は低下しない。
 また、半導体基板15において生じたキャリアの回収の大部分を、p型用透明酸化物電極層12pが担うことから、このp型用透明酸化物電極層12pの面積は、領域Aを除いて大きいほど好ましい。そのため、太陽電池10において、一方端側E1Sから他方端側E2Sまでを結ぶ方向に沿った領域Bの長さは、半導体基板15の厚みの2倍未満であると好ましい(なお、この方向は、図4の場合、半導体基板15の辺E3,E4に平行な方向であり、この方向は、太陽電池10が太陽電池ストリング21を形成する方向からストリング方向と称する)。
 このようになっていると、その太陽電池10を搭載する太陽電池モジュール20は、暗電流の影響を抑えつつ、出力を向上させる。
 また、太陽電池10において、他方端側E2Sの他方面側である例えば裏面15SB側にて、n型用透明酸化物電極層12nに覆われないn型半導体層17nの領域で、半導体基板15を境に領域Bに対向する領域を「領域D」とする。すると、この領域Dの面積は、領域Bの面積以下であると好ましい。
 太陽電池10では、n型用透明酸化物電極層17nと半導体基板15との間の電位差は、p型用透明酸化物電極層17pと半導体基板15との間の電位差よりも小さい。そのため、暗電流が発生したとしても、その電流はn型用透明酸化物電極層12nを通じて流れ難い。したがって、領域Dは狭くても構わない(すなわち、n型用透明酸化物電極層12nは広くても構わない)。なお、領域Dは、領域Bの面積以下であればよいため、領域Dが存在しない場合も含まれる。
 また、太陽電池10において、一方端側E1Sの他方面側である例えば裏面15SB側にて、n型用透明酸化物電極層12nに覆われないn型半導体層17nの領域で、半導体基板15を境に領域Aに対向する領域を「領域C」とする。すると、領域Cの面積は、領域Bの面積よりも広いと好ましい。
 シングリング方式を採用した太陽電池モジュール20にあって、太陽電池10の重なりにより遮光領域となる半導体基板15の端部に領域Aが配置されると、その領域Aまたはその付近には導電性接着剤22が塗布等により配置される。そのため、太陽電池10同士の接続において、導電性接着剤22が領域Aに広がるだけでなく、その領域Aの反対側に位置する領域Cにまで、半導体基板15の端部を越えて回り込みかねない。
 しかしながら、領域Cが広く設計されているため、その領域Cにまで導電性接着剤22が進出したとしても、n型用透明酸化物電極層12nに接触し難い。したがって、p型用透明酸化物電極層12pの一方端側E1Sとn型用透明酸化物電極層12nの一方端側E1Sとの間を導電性接着剤22が架け渡ることに起因するリークが起き難い。
 なお、以上の領域A~領域Dに関することは、図1のような、受光側にp型半導体層17p、裏側にn型半導体層17nを配置した太陽電池モジュール20に限定されない。すなわち、図2に示すような、受光側にn型半導体層17n、裏側にp型半導体層17pを配置した太陽電池10を用いた太陽電池モジュール20であっても同様のことがいえる。
 このような図2に示すような太陽電池モジュール20でも、導電性接着剤22が、第1の太陽電池10における一方端側E1Sの一方面側である受光面15SU側の一部に、第2の太陽電池10における他方端側E2Sの他方面側である裏面15SB側の一部を重ねた場合のこれらの一部間に介在して、両方の太陽電池10を電気的に接続する。そして、領域Cが第2の太陽電池10によって遮蔽される。
 この太陽電池モジュール20における太陽電池10でも、半導体基板15と、この半導体基板15の主面15Sの一方面側である例えば裏面15SB側には、p型半導体層17pおよびそれに対応するp型用透明酸化物電極層12pが含まれる。加えて、この太陽電池10では、半導体基板15の主面15Sの他方面側である例えば受光面15SU側には、n型半導体層17nおよびそれに対応するn型用透明酸化物電極層12nが含まれる。
 そして、このような太陽電池10では、半導体基板15にて対向する両辺E1,E2のうち一方を一方端側E1S、他方を他方端側E2Sとした場合、一方端側E1Sの裏面15SB側にて、p型用透明酸化物電極層12pに覆われないp型半導体層17pの領域を「領域A」とし、他方端側E2Sの裏面15SB側にて、p型用透明酸化物電極層12pに覆われないp型半導体層17pの領域を「領域B」とする。そして、領域Aの面積は領域Bの面積よりも広い。
 このような太陽電池10を搭載した太陽電池モジュール20であっても、裏面15SB側における領域Aのpn接合にて暗電流が発生したとしても、そこにはp型用透明酸化物電極層が無いことから、暗電流が回収されない。その結果、暗電流に起因する、太陽電池モジュール20における動作点電圧の低下は起き難くなり、その太陽電池モジュール20の出力は低下しない。
 また、図2に示すような太陽電池モジュール20における太陽電池10でも、一方端側E1Sから他方端側E2Sまでを結ぶ方向(ストリング方向)に沿った領域Bの長さは、半導体基板15の厚みの2倍未満であると好ましい。
 このような太陽電池10、すなわち、裏面15SB側にp型半導体層17pが配置されることで、pn接合面が受光側に向いていなったとしても、半導体基板15において生じたキャリアの回収の大部分を、p型用透明酸化物電極層12pが担うことから、この面積は、領域Aを除いて大きいほど好ましいためである。
 また、図2に示すような太陽電池モジュール20における太陽電池10でも、他方端側E2Sの他方面側である例えば受光面15SU側にて、n型用透明酸化物電極層12nに覆われないn型半導体層17nの領域で、半導体基板15を境に領域Bに対向する領域を「領域D」とする。すると、この領域Dの面積は、領域Bの面積以下であると好ましい。
 このような太陽電池10であっても、n型用透明酸化物電極層12nと半導体基板15との間の電位差は、p型用透明酸化物電極層12pと半導体基板15との間の電位差よりも小さいため、暗電流はn型用透明酸化物電極層12nを通じて流れ難く、領域Dが狭くても構わない。
 なお、領域Dは、領域Bの面積以下であればよいため、領域Dが存在しない場合も含まれる。すなわち、受光面15SU側の他方端側E2Sの全てが、n型用透明酸化物電極層12nで覆われていてもよい。このようになっていると、n型用透明酸化物電極層12nが、例えば反射防止層の機能を発揮でき、太陽電池モジュール20の美観が向上する。
 また、図2に示すような太陽電池モジュール20における太陽電池10でも、一方端側E1Sの他方面側である例えば受光面15SU側にて、n型用透明酸化物電極層12nに覆われないn型半導体層17nの領域で、半導体基板15を境に領域Aに対向する領域を「領域C」とする。すると、領域Cの面積は、領域Bの面積よりも広いと好ましい。
 シングリング方式を採用した太陽電池モジュール20にあって、太陽電池10の重なりにより遮光領域となる半導体基板15の端部にて、領域Cを配置すると、その領域C、またはその付近には導電性接着剤22が配置される。そのため、太陽電池10同士の接続において、導電性接着剤22が領域Cに広がるだけでなく、その領域Cの反対側に位置する領域Aにまで、半導体基板15の端部を越えて回り込みかねない。
 しかしながら、領域Cが広く設計されているため、その領域Cから領域Aにまで導電性接着剤22が回り込んでp型半導体層17pにまで進み難い。したがって、p型用透明酸化物電極層12pの一方端側E1Sとn型用透明酸化物電極層12n一方端側E1Sとの間を導電性接着剤22が架け渡ることに起因するリークが起き難い。
 なお、p型半導体層17pとn型半導体層17nとの間でのリーク予防の観点から、図1に示すような、一方面である受光面15SU側にp型半導体層17p、他方面側である裏面15SB側にn型半導体層17nを配置した太陽電池10で太陽電池モジュール20が形成される場合、太陽電池10では、領域Aの少なくとも一部を、p型用透明酸化物電極層12pと電気的に接続したp型用金属電極層13pの一部が覆うと好ましい。
 このようになっていると、領域A、すなわち半導体基板15の一方端側E1Sの端に、p型金属電極層13pの一部が延び出ることになり、その箇所に、導電性接着剤22が配置できる。すると、この領域Aに、太陽電池10が覆い被さった場合、その太陽電池10により、導電性接着剤22が隠れる。その結果、太陽電池モジュール20において、遮蔽領域を超えて受光面15SU側に、導電性接着剤22がはみ出さなくなり、導電性接着剤22に起因するシャドウロスが抑えられる。
 なお、領域Aが、第2の太陽電池10によって遮蔽されることから、領域Aに進出したp型用金属電極層13pの一部も太陽電池10によって覆われる。
 また、このような太陽電池モジュール20における太陽電池10では、n型用透明酸化物電極層12nを覆って電気的に接続したn型用金属電極層13nの面積は、n型用透明酸化物電極層13nの面積以下で、領域Cに重ならないと好ましい。
 このようになっていると、領域Aの逆側の領域Cの一部にn型用金属電極層13pの一部が覆わない。すると、例えば、導電性接着剤22が領域Aに広がり、さらに、半導体基板15の端部を越えて領域Cにまで回り込んだとしても、n型金属電極層13nにまで到達し難くなる。そのため、p型金属電極層13pの一方端側E1Sとn型金属電極層13nの一方端側E1Sとの間を導電性接着剤22が架け渡ることに起因するリークが起き難い。
 また、以上のようなリーク予防の観点では、図2に示すような、他方面である受光面15SU側にn型半導体層17n、一方面側である裏面15SB側にp型半導体層17pを配置した太陽電池10を含む太陽電池モジュール20でも、前記と同趣旨の構成をとれば好ましい。すなわち、このような太陽電池10では、領域Cの一部には、n型用透明酸化物電極層12nと電気的に接続したn型用金属電極層13nの一部が覆うと好ましい。
 このようになっていると、領域C、すなわち半導体基板15の一方端側E1Sの端に、n型金属電極層13nの一部が延び出ることになり、その箇所に、導電性接着剤22が配置できる。すると、この領域Cに、太陽電池10が覆い被さった場合、その太陽電池10により、導電性接着剤22が隠れ、前記同様、導電性接着剤22に起因するシャドウロスが抑えられる。
 なお、領域Cが、第2の太陽電池10によって遮蔽されることから、領域Cに進出したn型用金属電極層13nの一部も太陽電池10によって覆われる。
 また、このような太陽電池モジュール20における太陽電池10では、p型用透明酸化物電極層12pを覆って電気的に接続したp型用金属電極層13pの面積は、p型用透明酸化物電極層12pの面積以下で、領域Aには重ならないと好ましい。
 このようになっていると、領域Cの逆側の領域Aの一部にp型用金属電極層13pの一部が覆わない。そのため、例えば、導電性接着剤22が領域Cに広がり、さらに、半導体基板15の端部を越えて領域Aにまで回り込んだとしても、p型金属電極層13pにまで到達し難くなる。そのため、n型金属電極層13nの一方端側E1Sとp型金属電極層13pの一方端側E1Sとの間を導電性接着剤22が架け渡ることに起因するリークが起き難い。
 なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
 例えば、以上では、受光面15SU側の金属電極層13(13p,13n)では、バスバー部BBとフィンガー部FGとを有する例を挙げたが、これに限定されるものではない。例えば、図7の斜視図および図8の平面図に示すように、フィンガー部FGだけしか存在しない金属電極層13pであっても構わない。この場合、図3で示されるバスバー部BBの位置に、そのバスバー部BBに代えて、導電性接着剤22を配置させればよい。
 また、以上では、フィンガー部FGの一部が、透明酸化物電極層12を超えて、導電型半導体層17の表面にまで進出していた例を挙げたが、これに限定されるものではない。例えば、図9の斜視図および図10の平面図に示すように、フィンガー部FGが、透明酸化物電極層12の表面以内に収まっていてもよい。この場合、各フィンガー部FGつなぐように導電性接着剤22を配置させて、図3で示されるバスバー部BBの代わりをさせてもよい。また、そのバスバー部BBの代わりとなる導電性接着剤22を透明酸化物電極層12上に配置させて、導電型半導体層17上に配置させないようにしてもよい。
 また、以上では、バスバー部BB、または、その代わりとなる導電性接着剤22は、一本線状であったが、これに限定されず、複数本であっても構わないし、線状でなくても構わない。
 以下、本発明を実施例により具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例により限定されるものではない。
 まず、入射面の面方位(100)で、厚み200μmの6インチ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分間浸漬して、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。その後、この半導体基板を、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分間浸漬した。次に、この半導体基板を2重量%のHF水溶液に5分間浸漬し、さらに、超純水によるリンスを2回行い、常温で乾燥させた。
 なお、乾燥させた半導体基板は、原子間力顕微鏡(AFM)により表面観察を行ったところ、両面に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。
 テクスチャ形成後の単結晶シリコン基板の表面を70℃の5%HCl水溶液に5分間浸漬し、表面に残存するアルカリ成分を中和した。その後、15ppmのオゾン水を用いて10分間表面洗浄を行い、5%HF水溶液に2分間浸漬してオゾン酸化膜を除去した。
 以下の実施例1、2および比較例1では、以上の半導体基板を使用した。具体的には、半導体基板上にp型半導体層およびn型半導体層を形成し、その上に、透明酸化物電極層および金属電極層を形成し、さらに、この半導体基板を所望の位置にて、レーザーを用いて分割した。そのため、大判の半導体基板から形成される複数の分割片に合わせて、電極層を形成した。また、その分割片(太陽電池)を、導電性接着剤を用いてシングリング方式で接続して太陽電池ストリングとした。そして、この太陽電池ストリングを用いて太陽電池モジュールを作成した。以下、詳細について述べる。
 [実施例1]
 まず、大判の半導体基板をCVD装置へ導入し、一方面に、真性半導体層として、i層非晶質シリコン層を4nm製膜し、その上に、p型半導体層として、p型非晶質シリコン層を5nm製膜した。
 真性半導体層の製膜条件は、基板温度が180℃、圧力が130Pa、SiH/H流量比が2/10、投入パワー密度が0.03W/cmとした。
 p型半導体層の製膜条件は、基板温度が190℃、圧力が130Pa、SiH/H/B流量比が1/10/3、投入パワー密度が0.04W/cmであった。なお、前記のBガスとしては、HによりB濃度を5000ppmに希釈したガスを用いた。
 次に、半導体基板の他方の面に、真性半導体層として、i層非晶質シリコン層を5nm製膜し、その上に、n型半導体層として、n型非晶質シリコン層を10nm製膜した。真性半導体層の製膜条件は、前記同様である。n型半導体層の製膜条件は、基板温度が180℃、圧力が60Pa、SiH/PH流量比が1/2、投入パワー密度が0.02W/cmであった。なお、前記のPHガスとしては、HによりPH濃度を5000ppmに希釈したガスを用いた。
 続いて、導電型半導体層を有する半導体基板をスパッタ室へ移送し、p型半導体層およびn型半導体層の上に、透明電極層として、ITO層を120nm製膜した。なお、フィルムマスクを用いたリフトオフ法により、領域A~領域Dを形成した。
 具体的には、1個の太陽電池において、別の太陽電池に覆われる側である例えば一方端では、太陽電池の一方端側の端から、その一方端側から他方端側までを結ぶストリング方向に沿った領域A・Cの長さを1100μmとした。一方、1個の太陽電池において、別の太陽電池を覆う側である例えば他方端では、太陽電池の他方端側の端から、その他方端側から一方端側までを結ぶストリング方向に沿った領域B・Dの長さを150μmとした。
 なお、フィルムマスクは、ポリプロピレンの可撓性樹脂フィルムを使用した。また、強度、耐熱性、または寸法安定性等の観点から、フィルムマスクは、二軸延伸フィルムを使用した。
 続いて、透明酸化物電極層を有する半導体基板を印刷室へ移送し、スクリーン印刷にて銀ペーストを塗布することにより、金属電極層を製膜した。具体的には、受光側および裏側の透明電極層上に、櫛歯型の金属電極層を製膜した。なお、受光側の金属電極層は、フィンガー部とバスバー電極とを略直交とした。なお、受光側のフィンガー部の幅は約50μm、それらの間隔(ピッチ)は約1800μmとし、裏側のフィンガー部の幅は約50μm、それらの間隔は約500μmとした。
 次に、以上の電極層を有する半導体基板をレーザー室へ移送し、レーザー装置を用いて割断し、略長方形の太陽電池を作製した。なお、レーザーは、n型半導体層の形成面側より入射させた。また、レーザーの位置は、透明酸化物電極層の形成時に設定した分割位置に合わせた。
 続いて、太陽電池をディスペンサー室へ移送し、ディスペンサーを用いて、導電性接着剤を、第1の太陽電池の重畳予定領域内のバスバー部に塗布し、第2の太陽電池を重ね合わせ、熱圧着にて接合した。このような重ね合わせた接合を、合計34個の太陽電池を用いて繰り返した。その結果、34個の太陽電池を電気的に直列に接続させた太陽電池ストリングを作成した。なお、熱圧着条件は、温度150℃、時間20分、圧力5MPaにて実施した。
 続いて、太陽電池ストリングを封止室へ移送し、受光側保護材上に、受光側封止材、太陽電池ストリング、裏側封止材、および裏側保護部材を順次積層し、太陽電池ストリングを封止して、太陽電池モジュールを作製した。なお、10本の太陽電池ストリングスを、5並列×2直列(合計340個の太陽電池)にして、太陽電池ストリングの集合体とした。また、受光側に、各太陽電池のp型半導体層を向くようにして、モジュール化した。
 [実施例2]
 実施例2では、実施例1の太陽電池モジュールにおいて、受光面側にp型半導体層、裏面側にn型半導体層が配置されていたところを逆向き、すなわち受光面側にn型半導体層、裏面側にp型半導体層が配置されるようにした。また、領域Aの長さを1100μm、領域Bの長さを150μmとする一方、領域Cおよび領域Dは生じないように、すなわち、受光面側のn型半導体層の全面に、透明酸化物電極層を製膜した。
 [比較例1]
 比較例1では、実施例1の太陽電池モジュールにおいて、透明酸化物電極層のみを変えた。具体的には、フィルムマスクを用いずに、太陽電池の導電型半導体層の全面に、透明酸化物電極層を製膜した。
 [評 価]
 ソーラーシミュレータにより、AM(エアマス)1.5の基準太陽光を、100mW/cmの光量で照射して、実施例1、2および比較例1の太陽電池モジュールの太陽電池特性(開放電圧(Voc)、短絡電流密度(Isc)、曲線因子(FF)、出力(W)を測定した(表1参照)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1より、実施例1および実施例2が比較例1よりも出力が高くなることが判った。これは、両実施例では、シングリング方式に起因する太陽電池の遮蔽部分の暗電流が改善されたことにより、太陽電池内部のダイオード損失が低減し、曲性因子(FF)が改善したことに因ると考えられる。
 また、比較例1では、導電型半導体層の全面に、透明酸化物電極層を製膜していることから、レーザー照射による分割の際、残留物の再付着、透明酸化物電極層の溶融だれによりリークが発生していると考えられる。一方で、両実施例では、レーザー照射による分割箇所は、透明酸化物電極層を製膜しない領域である。そのため、比較例1のようなリークが発生しないことから、出力特性が改善すると考えられる。
  10    太陽電池[両面電極型太陽電池]
  11    電極層
  12    透明酸化物電極層
  12p   p型用透明酸化物電極層
  12n   n型用透明酸化物電極層
  13    金属電極層
  13p   p型用金属電極層
  13n   n型用金属電極層
  15    半導体基板
  15S   半導体基板の主面
  15SU  半導体基板の受光側の主面[受光面、一方面側/他方面側]
  15SB  半導体基板の裏側の主面[裏面、他方面側/一方面側]
  16    真性半導体層
  17    半導体層
  17p   p型半導体層
  17n   n型半導体層
  20    太陽電池モジュール[両面電極型太陽電池モジュール]
  21    太陽電池ストリング
  22    導電性接着剤
  23    封止材
  23U   受光側封止材
  23B   裏側封止材
  24    受光側保護部材
  25    裏側保護部材
  E1S   一方端側/他方端側
  E2S   他方端側/一方端側
  A     領域A
  B     領域B
  C     領域C
  D     領域D

Claims (10)

  1.  半導体基板と、前記半導体基板の主面の一方面側にp型半導体層およびそれに対応するp型用透明酸化物電極層と、前記半導体基板の主面の他方面側にn型半導体層およびそれに対応するn型用透明酸化物電極層と、を含む両面電極型太陽電池にあって、
     前記半導体基板にて対向する両辺のうち一方を一方端側、他方を他方端側とし、
     前記一方端側の前記一方面側にて、前記p型用透明酸化物電極層に覆われない前記p型半導体層の領域を「領域A」とし、
     前記他方端側の前記一方面側にて、前記p型用透明酸化物電極層に覆われない前記p型半導体層の領域を「領域B」とすると、
     前記領域Aの面積は前記領域Bの面積よりも広い両面電極型太陽電池。
  2.  前記一方端側から前記他方端側までを結ぶ方向に沿った前記領域Bの長さは、前記半導体基板の厚みの2倍未満である請求項1に記載の両面電極型太陽電池。
  3.  前記他方端側の前記他方面側にて、前記n型用透明酸化物電極層に覆われない前記n型半導体層の領域で、前記半導体基板を境に前記領域Bに対向する領域を「領域D」とすると、
     前記領域Dの面積は、前記領域Bの面積以下である請求項1または2に記載の両面電極型太陽電池。
  4.  前記一方端側の前記他方面側にて、前記n型用透明酸化物電極層に覆われない前記n型半導体層の領域で、前記半導体基板を境に前記領域Aに対向する領域を「領域C」とすると、
     前記領域Cの面積は、前記領域Bの面積よりも広い請求項1~3のいずれか1項に記載の両面電極型太陽電池。
  5.  前記一方面側が受光側、前記他方面側が裏側の場合、
     前記領域Aの少なくとも一部を、前記p型用透明酸化物電極層と電気的に接続したp型用金属電極層の一部が覆う請求項1~4のいずれか1項に記載の両面電極型太陽電池。
  6.  前記一方端側の前記他方面側にて、前記n型用透明酸化物電極層に覆われない領域で、前記半導体基板を境に前記領域Aに対向する領域を「領域C」とすると、
     前記n型用透明酸化物電極層を覆って電気的に接続したn型用金属電極層の面積は、前記n型用透明酸化物電極層の面積以下で、前記領域Cに重ならない請求項5に記載の両面電極型太陽電池。
  7.  前記他方面側が受光側、前記一方面側が裏側の場合、
     前記一方端側の前記他方面側にて、前記n型用透明酸化物電極層に覆われない領域で、前記半導体基板を境に前記領域Aに対向する領域を「領域C」とすると、
     前記領域Cの少なくとも一部を、前記n型用透明酸化物電極層と電気的に接続したn型用金属電極層の一部が覆う請求項1~4のいずれか1項に記載の両面電極型太陽電池。
  8.  前記p型用透明酸化物電極層を覆って電気的に接続したp型用金属電極層の面積は、前記p型用透明酸化物電極層の面積以下で、前記領域Aに重ならない請求項7に記載の両面電極型太陽電池。
  9.  請求項1~8のいずれか1項に記載の両面電極型太陽電池を少なくとも2個含んで電気的に接続した太陽電池ストリングを、少なくとも1個以上含む太陽電池モジュールにあって、
     導電性接着剤が、第1の前記両面電極型太陽電池における前記一方端側の前記一方面側の一部に、第2の前記両面電極型太陽電池における前記他方端側の前記他方面側の一部を重ねた場合のこれらの前記一部間に介在して、両方の前記両面電極型太陽電池を電気的に接続した太陽電池モジュール。
  10.  前記領域Aが、前記第2の両面電極型太陽電池によって遮蔽される、
      または、
     前記一方端側の前記他方面側にて、前記n型用透明酸化物電極層に覆われない領域で、前記半導体基板を境に前記領域Aに対向する領域を「領域C」とすると、前記領域Cが、前記第2の両面電極型太陽電池によって遮蔽される、
    請求項9に記載の太陽電池モジュール。
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