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JP5067815B2 - 素子間配線部材、光電変換素子接続体および光電変換モジュール - Google Patents

素子間配線部材、光電変換素子接続体および光電変換モジュール Download PDF

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Description

本発明は、素子間配線部材、光電変換素子およびこれらを用いた光電変換素子接続体ならびに光電変換モジュールに関し、特に、所定の素子本体が形成された素子形成基板同士を互いに接続する素子間配線部材と、そのような素子間配線部材が素子形成基板に接続された光電変換素子と、複数の光電変換素子基板が複数の素子間配線部材によって互いに電気的に接続された光電変換素子接続体と、そのような光電変換素子接続体を備えた光電変換モジュールとに関するものである。
現在量産されている太陽電池では、両面電極型の太陽電池が多数を占めている。両面電極型の太陽電池では、セル基板の表面(受光面)にn電極が形成され、裏面にp電極が形成されている。受光面に形成されるn電極は、太陽光がセル基板に入射することによって発生した電流を外部へ取り出すために不可欠とされる。ところが、取り出し電極としてのn電極が配置されたセル基板の部分(領域)では、n電極が陰となって太陽光が入射せず、電流は発生しない。
そこで、受光面側には取り出し電極を形成せず、裏面側に取り出し電極を形成した裏面電極型太陽電池が開発されている。そのような裏面電極型太陽電池を開示した文献の一例として、米国特許第4927770号明細書(特許文献1)およびJ. H. Bultman et al., :“Interconnection through vias for improved efficiency and easy module manufacturing of crystalline silicon solar cells”, Solar Energy Materials & Solar Cells 65(2001) 339-345(非特許文献1)がある。特に、非特許文献1で提案されている太陽電池のセル基板では、セル基板をなすシリコン基板に、受光面側から裏面側にわたって貫通孔が形成され、その貫通孔を介して取り出し電極が裏面側に形成されている。そのため、セル基板の裏面側では、p電極と取り出し電極としてのn電極との双方の電極が存在する。
個々のセル基板を互いに接続して太陽電池ストリングを形成するために、p電極とn電極の配置パターンに基づいた所定の配線パターンが形成された配線基板が用いられる。同様の裏面電極型太陽電池は、特開2007−19334号公報(特許文献2)、特開2005−340362号公報(特許文献3)においても提案され、個々のセル基板は、p電極およびn電極の配置パターンに基づいた配線パターンが形成された配線基板によって互いに接続されることになる。
このように、従来の裏面電極型太陽電池では、個々のセル基板を互いに接続して太陽電池ストリングを形成するために、p電極とn電極の配置パターンに基づいた所定の配線パターンが形成された配線基板が用いられていた。
ところが、個々のセル基板では、裏面側にn電極とp電極との双方の電極が形成されているため、配線基板の配線パターンとして、一方の電極だけが形成されている場合と比べると配線パターンはより複雑になる。そのため、本来接続されるべきではない電極に配線パターンが接触して電気的に短絡しないように、配線基板にはセル基板に対する位置合わせ精度が求められて、組立てが煩雑になるという問題があった。また、配線パターンが配線基板の表面に形成されているために、接続されるべき複数の電極のすべてに配線パターンが確実に接触せず、接触不良が発生することがあった。
そこで、このような問題点を解消するために、セル基板をインターコネクタによって互いに接続させた太陽電池ストリングが提案されている。この種の太陽電池ストリングでは、セル基板の裏面に形成された複数のn電極およびp電極に対し、インターコネクタがそれぞれ固定されて電気的に接続されることになる。
米国特許第4927770号明細書 特開2007−19334号公報 特開2005−340362号公報
J. H. Bultman et al., :"Interconnection through vias for improved efficiency and easy module manufacturing of crystalline silicon solar cells", Solar Energy Materials & Solar Cells 65(2001) 339-345.
しかしながら、従来のインターコネクタによって接続された太陽電池ストリングでは、次のような問題点があった。図46に示すように、従来の太陽電池ストリングのセル基板111の裏面では、複数のn電極およびp電極がそれぞれ一方向に沿って形成されている。そのn電極とp電極に対し、板状で直線状に延在するインターコネクタ120,121がそれぞれ固定されて電気的に接続されることになる。
そのインターコネクタ120,121の熱膨張係数とセル基板111の熱膨張係数とは異なっている。そのため、その熱膨張係数の差が、製造過程や設置後の環境によって、インターコネクタ120,121とp電極109あるいはn電極108との間に応力が生じて、接続不良や太陽電池セルが破損するおそれがあった。また、直線状のインターコネクタ120,121では、セル基板111に形成されるn(p)電極108,109の配置が特定の配置に限られて、電極の配置の自由度が限られていた。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、一つの目的は、光電変換素子に形成された電極との接続に伴う応力が緩和されて電極との接続不良が低減されるとともに、電極の配置の自由度が高められる素子間配線部材を提供することであり、他の目的は、そのような素子間配線部材が接続された光電変換素子を提供することであり、さらに他の目的は、素子間配線部材によって複数の光電変換素子が互いに接続された光電変換素子接続体を提供することであり、さらに他の目的は、そのような光電変換素子接続体を備えた光電変換モジュールを提供することである。
本発明に係る素子間配線部材は、所定の素子本体と複数の電極がそれぞれ形成された、一の素子形成基板と他の素子形成基板とを、互いに電気的に接続するための素子間配線部材であって、延在部と第1接続部と第2接続部とを備えている。延在部は、一の素子形成基板および他の素子形成基板の配置関係で所定の方向に延在している。第1接続部は、延在部から所定の方向と交差する他方の方向に突出するように櫛状に形成され、一の素子形成基板の複数の電極のうちの所定の電極に固定されて電気的に接続される。第2接続部は、延在部から所定の方向と交差するさらに他の方向に突出するように櫛状に形成され、他の素子形成基板の複数の電極のうちの所定の電極に固定されて電気的に接続される。
この構成によれば、素子間配線部材の第1接続部および第2接続部を延在部に対して櫛状に形成することで、熱収縮に伴う応力が解放されて、第1接続部と所定の電極との電気的な接続不良を低減することができるとともに、第2接続部と所定の電極との電気的な接続不良を低減することができる。また、第1接続部および第2接続部の長さを調節したり、延在部における第1接続部および第2接続部の位置を調整することによって、素子間配線部材が固定される素子形成基板の電極の位置の自由度を高めることができる。
熱収縮に伴う応力を効果的に緩和するには、延在部は、一の素子形成基板および他の素子形成基板とは固定されない部分を含むことが好ましい。
また、一の素子形成基板において所定の電極が形成された面と、他の素子形成基板において所定の電極が形成された面とが同じ向きの状態で、第1接続部が所定の電極に固定され、第2接続部が所定の電極に固定されることが好ましい。
これにより、一の素子形成基板と他の素子形成基板とを、同じ側の面において素子間配線部材により電気的に接続することができる。
さらに、延在部は、所定の方向として、第1の方向に延在する第1延在部と、第1の方向と交差する第2の方向に延在するように第1延在部に接続された第2延在部と、第2の方向と反対向きの第3の方向に延在するように第1延在部に接続された第3延在部とを含み、第1接続部は第2延在部に設けられ、第2接続部は第3延在部に設けられていることが好ましい。
これにより、第1接続部が設けられた第2延在部と第2接続部が設けられた第3延在部都とが、第1延在部によって互いに繋がって、一つの素子間配線部材により複数の所定の電極を容易に電気的に接続することができる。
本発明に係る光電変換素子は、光電変換基板と第1電極および第2電極と素子間配線部材とを備えている。光電変換基板は、第1主表面と第2主表面とを有し、第1主表面を受光面として、光電変換素子本体が形成されている。第1電極および第2電極は、光電変換基板の第2主表面に、光電変換素子本体の端子としてそれぞれ形成されている。素子間配線部材は、所定の方向に延在する延在部、その延在部から所定の方向と交差する方向に突出するように櫛状に形成された接続部を有し、その接続部が第1電極に固定されている。
この構成によれば、光電変換基板の第1電極に固定される素子間配線部材の接続部を延在部に対して櫛状に形成することで、熱収縮に伴う応力が解放されて、接続部と第1電極または第2電極との電気的な接続不良を低減することができる。
本発明に係る光電変換素子接続体は、複数の光電変換基板と第1電極および第2電極と複数の素子間配線部材とを備えている。複数の光電変換基板は、それぞれ第1主表面と第2主表面とを有し、第1主表面を受光面として、光電変換素子本体がそれぞれ形成されている。第1電極および第2電極は、複数の光電変換基板のそれぞれの第2主表面に、光電変換素子本体の端子としてそれぞれ形成されている。複数の素子間配線部材のそれぞれは、所定の方向に延在する延在部、延在部から所定の方向と交差する方向に突出するように櫛状にそれぞれ形成された第1接続部および第2接続部をそれぞれ有し、複数の光電変換基板のうち、一の光電変換基板の第1電極に第1接続部が固定され、一の光電変換基板と隣接する他の光電変換基板の第2電極に第2接続部が固定されて、複数の光電変換基板を互いに電気的に接続する。
この構成によれば、複数の光電変換基板のうち、一の光電変換基板の第1電極に固定される第1接続部が延在部に対して櫛状に突出するように形成され、一の光電変換基板と隣接する他の光電変換基板の第2電極に固定される第2接続部が延在部に対して櫛状に突出するように形成されていることで、熱収縮に伴う応力が解放されて、各接続部と第1電極または第2電極との電気的な接続不良を低減することができる。また、第1接続部および第2接続部の長さを調節したり、延在部における第1接続部および第2接続部の位置を調整することによって、素子間配線部材が固定される光電変換基板の第1電極および第2電極の位置の自由度を高めることができる。
また、一の光電変換基板の第1電極に固定される、複数の素子間配線部材のうちの一の素子間配線部材の第1接続部と、一の光電変換基板の第2電極に固定される、複数の素子間配線部材のうちの他の素子間配線部材の第2接続部とは、互いに向かい合うように配設されていることが好ましい。
これにより、第1電極と第2電極とが直線状に配置されている場合や、第1電極と第2電極との間隔が比較的短い場合に、一の素子間配線部材と他の素子間配線部材とが互いに接触するのを回避しながら、各素子間配線部材を光電変換基板に接続することができる。
本発明に係る他の素子間配線部材は、所定の素子本体と複数の電極がそれぞれ形成された、一の素子形成基板と他の素子形成基板とを、互いに電気的に接続するための素子間配線部材であって、一の素子形成基板および他の素子形成基板の配置関係で、所定の方向に延在するジグザグ形状の延在部を備えている。
この構成によれば、延在部をジグザグ形状とすることで、熱収縮に伴う応力が解放されて、延在部と所定の電極との電気的な接続不良を低減することができる。
その延在部は、直線を折り曲げた態様のジグザグ形状とされていてもよいし、曲線態様のジグザグ形状とされていてもよい。
本発明に係る他の光電変換素子は、光電変換基板と第1電極および第2電極と素子間配線部材とを備えている。光電変換基板は、第1主表面と第2主表面とを有し、第1主表面を受光面として、光電変換素子本体が形成されている。第1電極および第2電極は、光電変換基板の第2主表面に、光電変換素子本体の端子としてそれぞれ形成されている。素子間配線部材は、所定の方向に延在するジグザグ形状の延在部を有し、延在部における所定の部分が第1電極に固定されている。
この構成によれば、光電変換基板の第1電極に固定される素子間配線部材の延在部をジグザグ形状とすることで、熱収縮に伴う応力が解放されて、延在部と第1電極または第2電極との電気的な接続不良を低減することができる。
本発明に係る他の光電変換素子接続体は、複数の光電変換基板と第1電極および第2電極と複数の素子間配線部材とを備えている。複数の光電変換基板は、それぞれ第1主表面と第2主表面とを有し、第1主表面を受光面として、光電変換素子本体がそれぞれ形成されている。第1電極および第2電極は複数の光電変換基板のそれぞれの第2主表面に、光電変換素子本体の端子としてそれぞれ形成されている。複数の素子間配線部材のそれぞれは、所定の方向に延在するジグザグ形状の延在部を有し、複数の光電変換基板のうち、一の光電変換基板の第1電極に延在部の所定の部分が固定され、一の光電変換基板と隣接する他の光電変換基板の第2電極に延在部の他の所定の部分が固定されて、複数の光電変換基板を互いに電気的に接続する。
この構成によれば、複数の光電変換基板のうち、一の光電変換基板の第1電極に固定されるとともに、一の光電変換基板と隣接する他の光電変換基板の第2電極に固定される延在部がジグザグ形状とされていることで、熱収縮に伴う応力が解放されて、各延在部と第1電極または第2電極との電気的な接続不良を低減することができる。
本発明に係る光電変換モジュールは、上記光電変換素子接続体を備えている。したがって、この光電変換モジュールでは、上述したように、熱収縮に伴う応力が解放されて、各接続部と第1電極または第2電極との電気的な接続不良を低減することができる。
本発明の各実施の形態に係るインターコネクタおよびこれを含む光電変換素子の構造を示す平面図である。 本発明の実施の形態1に係る光電変換素子のセル基板の構造を示す断面図である。 同実施の形態において、セル基板における受光面とは反対側の裏面の電極の配置を示す平面図である。 同実施の形態において、セル基板における受光面の受光面電極の配置を示す平面図である。 同実施の形態において、光電変換素子同士を電気的に接続するインターコネクタの構造を示す平面図である。 同実施の形態において、インターコネクタによって互いに接続された光電変換素子接続体の構造を示す平面図である。 同実施の形態において、光電変換素子の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図7に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図8に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図9に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図10に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図11に示す工程の後に行われる一工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、図11に示す工程の後に行われる他の工程を示す斜視図である。 同実施の形態において、本インターコネクタによる作用効果を説明するための第1の平面図である。 同実施の形態において、本インターコネクタによる作用効果を説明するための図14に対応する第1の断面図である。 同実施の形態において、本インターコネクタによる作用効果を説明するための第2の平面図である。 同実施の形態において、本インターコネクタによる作用効果を説明するための図16に対応する第2の断面図である。 比較例に係るインターコネクタによる作用効果を説明するための第1の平面図である。 比較例に係るインターコネクタによる作用効果を説明するための図18に対応する第1の断面図である。 比較例に係るインターコネクタによる作用効果を説明するための第2の断面図である。 同実施の形態において、セル基板における裏面の電極配置の第1の変形例を示す平面図である。 同実施の形態において、セル基板における裏面の電極配置の第2の変形例を示す平面図である。 同実施の形態において、セル基板における裏面の電極配置の第3の変形例を示す平面図である。 同実施の形態において、セル基板における裏面の電極配置の第4の変形例を示す平面図である。 同実施の形態において、セル基板における受光面電極の配置の変形例を示す平面図である。 同実施の形態において、インターコネクタの製造方法の一工程を示す平面図である。 同実施の形態において、図26に示す工程の後に行われる工程を示す平面図である。 同実施の形態において、インターコネクタの第1の変形例を示す平面図である。 同実施の形態において、インターコネクタの第2の変形例を示す平面図である。 同実施の形態において、図29に示すインターコネクタによって互いに接続された光電変換素子接続体を示す平面図である。 同実施の形態において、インターコネクタの第3の変形例を示す平面図である。 同実施の形態において、第4の変形例に係るインターコネクタによって互いに接続された光電変換素子接続体を示す平面図である。 同実施の形態において、図32に示すインターコネクタと電極との接続部分を示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、第5の変形例に係るインターコネクタと電極との接続部分を示す部分拡大平面図である。 同実施の形態において、光電変換素子のセル基板の変形例の構造を示す断面図である。 同実施の形態において、変形例に係る光電変換素子の製造方法の一工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図36に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図37に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図38に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図39に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図40に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図41に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図42に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 同実施の形態において、図43に示す工程の後に行われる工程を示す断面図である。 本発明の実施の形態2に係る光電変換モジュールの構造を示す断面図である。 従来のインターコネクタおよびこれを含む光電変換素子の構造を示す平面図である。
実施の形態1
はじめに、本発明の実施の形態に係るインターコネクタ(素子間配線部材)の基本的構造について説明する。図1に示すように、インターコネクタ20は、一方向に延在する延在部21と、光電変換素子1のセル基板(光電変換基板)11に形成されたn電極8またはp電極9に固定されて、これらの電極8,9に接続される接続部22とを備えている。この一方向は、セル基板11が配置される方向や、電極8,9が配置される方向に基づく。接続部22は、延在部21から一方向とほぼ直交する方向に突出して櫛状に形成されている。延在部21は、セル基板11には接触するものの、固定されていない。
後述するように、インターコネクタ20の延在部21をセル基板11に固定させないことで、熱収縮に伴うストレスを解放させることができる。また、インターコネクタ20の接続部22を延在部21に対して櫛状に形成することで、光電変換素子1に形成されるn電極8とp電極9の配置の自由度を高めることができる。
次に、そのようなインターコネクタによって、複数の光電変換素子が互いに電気的に接続された光電変換素子接続体(光電変換素子ストリング)について、具体的に詳細に説明する。まず、光電変換素子について説明する。図2、図3および図4に示すように、光電変換素子1は、たとえば、一辺約155mm、厚さ約200μmのセル基板11からなる。セル基板11では、p型半導体層3を貫通する貫通孔5が形成され、その貫通孔5の側壁を含むp型半導体層3の表面にn型半導体層4が形成されている。
そのn型半導体層4に接触して貫通孔5を充填するn電極8が、裏面側に露出するように形成されている。さらに、p型半導体層3の裏面側の表面上にp電極9が形成されている。p型半導体層3の裏面側の表面上には、絶縁層10が形成されている。光電変換素子1の裏面では、行方向に同一極の電極(n電極8a〜8e、p電極9a〜9d)が配置され、列方向にn電極8a〜8eとp電極9a〜9dとが交互に配置されている。一方、n型半導体層4の受光面には、受光面電極7が形成され、また、反射防止膜6が形成されている。
次に、インターコネクタについて説明する。図5に示すように、インターコネクタ20は、延在部21と接続部22とを備えて構成される。延在部21は一方向に延在し、接続部22は、n電極あるいはp電極の配置に対応し、延在部21に対して櫛状に突出するように形成されている。そのインターコネクタ20は、たとえば、はんだめっきが施された導電性部材(銅)から形成されている。延在部21の幅W1は、たとえば、5mmとされ、接続部22の幅W2は、たとえば、3mmとされる。また、厚さは、たとえば、0.1mmとされる。なお、導電性部材としては、銅の他に、たとえば、銅/アルミニウム/銅の合金、あるいは、銅/インバー/銅の合金等でもよい。
次に、光電変換素子接続体について説明する。図6に示すように、光電変換素子接続体12を構成する光電変換素子1のセル基板11a,11b,11cのそれぞれでは、行方向に同一極の電極(n電極8a〜8e、p電極9a〜9d)が配置され、列方向にn電極8a〜8eとp電極9a〜9dとが交互に配置されている。n番目の光電変換素子1bの1列目のp電極9a〜9dと、n+1番目の光電変換素子1cの1列目のn電極8a〜8eとが、第1インターコネクタ20aによって電気的に接続されている。また、n番目の光電変換素子1bの2列目のp電極9a〜9dと、n+1番目の光電変換素子1cの2列目のn電極8a〜8eとが、第2インターコネクタ20bによって電気的に接続されている。
以下同様にして、それぞれの光電変換素子1b,1cの3列目のp電極9a〜9dとn電極8a〜8eとが第3インターコネクタ20cによって電気的に接続され、4列目のp電極9a〜9dとn電極8a〜8eとが第4インターコネクタ20dによって電気的に接続されている。こうして、n番目の光電変換素子1bのp電極9a〜9dと、n+1番目の光電変換素子1cのn電極8a〜8eとが、4つのインターコネクタ20a〜20dからなるn番目のインターコネクタ群によって電気的に接続されている。
同様にして、n−1番目の光電変換素子1aの4列分のp電極9a〜9dとn番目の光電変換素子1bの4列分のn電極8a〜8eとが、4つのインターコネクタ20e〜20hからなるn−1番目のインターコネクタ群によって列ごとに電気的に接続されている。同様に、他の光電変換素子のn電極とp電極についても、インターコネクタによって電気的に接続されている。
次に、上述した光電変換素子接続体の製造方法の一例について説明する。
(1)貫通孔形成、表面凹凸加工工程
まず、図7に示すように、p型の半導体基板2が用意される。半導体基板2として、たとえば結晶シリコン基板が適用されるが、これに限られるものではない。半導体基板2の厚さは、10〜300μm程度が好ましく、50〜100μm程度がさらに好ましい。次に、図8に示すように、p型の半導体基板2に、レーザー加工を施すことによって、たとえば、直径0.3mm程度の円形の貫通孔5が形成される。
貫通孔5の形状や寸法は、これに限られず、光電変換素子接続体の仕様等に対応した所望の形状や寸法が採用される。また、貫通孔5の形成はレーザー加工に限られない。次に、半導体基板2に、酸あるいはアカリの溶液によるエッチングや、反応性プラズマによるエッチングを施すことにより、半導体基板2の表面に凹凸構造(テクスチャ構造)が形成される(図示せず)。
(2)n型層形成工程
次に、図9に示すように、常圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、半導体基板2の裏面の貫通穴5の周縁以外の領域に、たとえば、シリコン酸化膜からなる拡散防止マスク15が形成される。次に、たとえばPOCl3などのn型不純物を含有する材料を含んだ高温の気体中に半導体基板2を晒すことにより、拡散防止マスク15によって覆われていない領域にn型不純物が導入されてn型半導体層4が形成される。
すなわち、n型半導体層4は、半導体基板2の表面(受光面)側の領域、貫通孔5の内壁および半導体基板2の裏面側の拡散防止マスク15によって覆われていない領域のそれぞれの表面から所定の深さにわたり形成される。次に、所定のエッチングによって拡散防止マスク15を除去することにより、p型の半導体基板2の領域がp型半導体層3として露出する。
なお、n型半導体層の形成方法としては、上述した方法に限られず、たとえば、イオン注入法によりn型の不純物イオンを半導体基板2に注入することによってn型半導体層4を形成してもよい。また、半導体基板2の表面上に、たとえばCVD法により別途n型半導体層を形成するようにしてもよい。この場合には、p型の半導体基板2そのものがp型半導体層3となる。
(3)反射防止膜および絶縁層形成工程
次に、図10に示すように、たとえばプラズマCVD法により、受光面側に位置するn型半導体層4のうち、貫通孔5およびその周辺の受光面電極が形成される領域を除いて、その表面上に厚さ約70nmのシリコン窒化膜からなる反射防止膜6が形成される。なお、反射防止膜としては、これを受光面側に位置するn型半導体層4の表面の全体を覆うように形成してもよい。この場合には、受光面電極7(図11参照)は、反射防止膜6の表面上に形成されて、ファイアスルーによって受光面電極とn型半導体層とを導通させることになる。また、反射防止膜6としては、表面反射を抑制する機能を有するものであれば、その材料、厚さおよび形成方法等は特に限定されない。
一方、CVD法あるいはスパッタ法により、裏面側に露出したp型半導体層3のうち、p電極9(図11参照)が形成される領域を除いて、その表面上に厚さ約50〜100nm程度の酸化ケイ素からなる絶縁層10が形成される。絶縁層としては、これを裏面側に位置するp型半導体層3の表面の全体を覆うように形成してもよい。この場合には、p電極は絶縁層10の表面上に形成されて、ファイアスルーによってp電極とp型半導体層3とを導通させることになる。
また、絶縁層10としては、p型半導体層3とn電極との間を電気的に絶縁することができるものであれば、その材料、厚さおよび形成方法等は特に限定されず、酸化ケイ素以外に、たとえば、窒化珪素、酸化タンタル、酸化アルミニウム等からなる絶縁層を形成してもよい。特に、酸化タンタルは、たとえば文献(藤川ら“Ta25系高誘電率絶縁膜の作製” 豊田中央研究所R&Dレビュー Vol. 30 No. 4. p12-23. 1995.12)に記載されている方法で形成することができる。
(4)受光面電極、n電極およびp電極形成工程
次に、図11に示すように、たとえば、銀などのペースト材料を半導体基板2の裏面の貫通孔5上およびp電極9を形成する領域に印刷し、焼成することによって、貫通孔5を充填して半導体基板2の裏面に露出するn電極8が複数形成されるとともに、p型半導体層3の裏面側に複数のp電極9が形成される。また、銀などのペースト材料を受光面に印刷し、焼成することによって、n型半導体層4の受光面に受光面電極7が形成される。
なお、受光面電極7、n電極8およびp電極9としては、銀の他に、たとえば、アルミニウム、銅、ニッケル、パラジウム等の金属材料を用いて形成してもよい。また、これらを、ペースト材料の印刷の他に、蒸着法によって形成してもよい。さらに、受光面電極7、n電極8およびp電極9を形成した後に、必要に応じて、熱処理やフォーミングガスアニールを行ってもよい。こうして、光電変換素子(セル基板)の一つが形成される。以下、同様にして複数の光電変換素子が形成される。
(5)インターコネクタ接続工程
次に、複数の光電変換素子(セル基板)が、インターコネクタによって互いに電気的に接続される。このとき、図12に示すように、インターコネクタ20の上に光電変換素子1のセル基板11を載置して接続する手法(手法A)と、図13に示すように、セル基板11の上にインターコネクタ20を載置して接続する手法(手法B)とがある。
手法Aでは、まず、1枚のセル基板11分のインターコネクタ20が所定の治具(図示せず)の所定の位置に配置される。このとき、インターコネクタ20を真空吸着によって保持するようにしてもよい。次に、セル基板11が、インターコネクタ20に対してあらかじめ設定された所定の位置(座標)に配置される。また、このとき、インターコネクタ20とセル基板11との相対的な位置関係を、画像認識によって微調整するようにしてもよい。次に、セル基板11の上方から所定の荷重が印加されて、リフロー炉内にて所定の温度のもとでセル基板11とインターコネクタ20に熱処理が施される。その後、セル基板11とインターコネクタ20とを冷却することで、セル基板11にインターコネクタ20が接続される。
一方、手法Bでは、セル基板11にあらかじめ形成されている位置決めのためのマーキング(図示せず)を画像認識することによって、セル基板11が所定の位置に配置される。また、この他に、セル基板11のn電極あるいはp電極が、セル基板11の所定の角(コーナ)を基準に形成されているセル基板11では、その角を所定の位置にセッティングするようにしてもよい。
次に、セル基板11に対してインターコネクタ20が所定の位置に載置される。このとき、インターコネクタ20とセル基板11との相対的な位置関係を、画像認識によって微調整するようにしてもよい。なお、インターコネクタ20のセル基板11への載置は、インターコネクタ20を1本ずつセル基板の所定の位置に載置する方法と、1枚のセル基板1分のインターコネクタ20(インタコネクタ群)を、別のところで配列させ、その後、そのインターコネクタ群をまとめてセル基板11に載置する方法とがある。
次に、インターコネクタ20の上方から所定の荷重が印加されて、リフロー炉内にて所定の温度のもとでセル基板11とインターコネクタ20に熱処理が施される。その後、セル基板11とインターコネクタ20とを冷却することで、インターコネクタ20がセル基板11に接続される。こうして、セル基板11にインターコネクタ20が接続された光電変換素子接続体12(ストリング)が形成される。
上述した光電変換素子接続体12では、複数のセル基板(光電変換素子)11を互いに接続するインターコネクタ20の延在部21をセル基板11に固定させないことで、熱収縮に伴うストレス(応力)を解放させることができる。このことについて説明する。
インターコネクタ20は、リフロー炉内でインターコネクタ20をセル基板11に接触させた状態で熱処理を施し、その後、冷却することによってインターコネクタ20がセル基板11に固定されて接続される。そのインターコネクタ20の熱膨張係数はセル基板11の熱膨張係数よりも大きい。そのため、まず、リフロー炉内では、図14および図15に示すように、インターコネクタ20がセル基板11よりも大きく熱膨張(矢印参照)した状態で、インターコネクタ20がセル基板11に接触している。次に、そのインターコネクタ20とセル基板11とを冷却することで、図16および図17に示すように、インターコネクタ20がセル基板11よりも大きく収縮(矢印参照)した状態で、接続部2がセル基板11に固定されることになる。一方、このとき、インターコネクタ20の延在部21は、セル基板11には固定されていない。
これにより、インターコネクタ20の延在部21が熱収縮する方向と直交する方向に突出する接続部22が変形をし、インターコネクタ20の熱収縮に伴う応力が接続部22に吸収されることになる。その結果、インターコネクタ20の熱収縮に伴う応力がセル基板11に及ぶのを阻止して、セル基板11が反るのを防止することができる。また、セル基板が反ることによって、インターコネクタ20とセル基板11との良好な電気的接続が損なわれるのを抑制することができる。なお、図16では、インターコネクタ20の接続部22が応力を吸収する様子を示すために、接続部22の変形は誇張されて示されている。
これに対して、比較例として、従来のインターコネクタをセル基板に接続する場合について説明する。従来のインターコネクタも、リフロー炉内でインターコネクタをセル基板に接触させた状態で熱処理を施し、その後、冷却することによってセル基板に接続されることになる。リフロー炉内では、図18および図19に示すように、インターコネクタ120がセル基板111よりも大きく熱膨張(矢印参照)した状態で、インターコネクタ120がセル基板111に接触している。次に、そのインターコネクタ120とセル基板111とを冷却することで、図20に示すように、インターコネクタ120がセル基板111よりも大きく収縮(矢印参照)した状態で、延在部121がセル基板111に固定されることになる。
このとき、従来のインターコネクタ120は、延在部121だけからなり、その延在部121の所定の部分がn電極またはp電極に固定される。そのため、熱収縮する延在部121の応力が、延在部121が固定されているn電極またはp電極の部分に作用する結果、セル基板111が反ってしまうことになる。
このように、従来のインターコネクタ120では、熱収縮をするインターコネクタ120の延在部121がn電極またはp電極に固定されることで、延在部121の熱収縮に伴う応力がn電極またはp電極が形成されたセル基板111に及んで、セル基板111が反ってしまうのに対して、上述したインターコネクタ20では、熱収縮する延在部21はセル基板11には固定されず、接続部2が固定されることで、延在部21の熱収縮に伴う応力が接続部22に吸収されて、セル基板11が反るのを防止することができる。
なお、上述したインターコネクタ接続工程では、インターコネクタ20の接続方法として、リフロー炉による熱処理によって接続する方法を例に挙げて説明した。接続方法としては、これに限られず、たとえば、はんだにホットエアーを吹き付けたり、あるいは、レーザ光線を照射等して局所的にはんだを加熱することによって、インターコネクタをセル基板に接続してもよい。また、はんだの代わりに、異方導電性フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)、異方導電性ペースト(ACP:Anisotropic Conductive Paste)あるいは導電性接着材を用いて、インターコネクタをセル基板に接続してもよい。
(セル基板におけるn電極とp電極の配置パターンのバリエーション)
上述した光電変換素子のセル基板の裏面に形成されるn電極とp電極の配置パターンとして、列方向に直線状にn電極8a〜8とp電極9a〜9dとが交互に配置されるパターンを例に挙げて説明した(図3参照)。n電極とp電極とは、たとえば、セル基板から電流を効率よく取り出す配置パターン、また、セル基板とインターコネクタとの接続強度の確保を図る配置パターン、さらには、インターコネクタの数を減らす配置パターン、そして、インターコネクタをセル基板に接続する工程をより簡単にする配置パターンであれば、上述した配置パターンに限られない。
たとえば、図21に示すように、n電極8a〜8の列の位置とp電極9a〜9dの列の位置とを互いに少しずらしたパターンとしてもよい。また、図22に示すように、n電極同士の間隔とp電極同士の間隔とが異なるパターンとしてもよい。さらに、図23に示すように、互いに形状が異なるn電極8a〜8とp電極9a〜9dとを交互に直線状に配置したパターンや、図24に示すように、そのような形状のn電極8a〜8hとp電極9a〜9dとを、n電極同士の間隔とp電極同士の間隔とが異なるように配置したパターンとしてもよい。このような配置のパターンでも、インターコネクタ20の接続部22の長さや、延在部21における接続部22の位置を調節することで、インターコネクタ20を確実にn(p)電極に固定することができる。
なお、セル基板の受光面側の受光面電極として図4に示されるパターンを例に挙げて説明したが、たとえば、図24に示されるn電極とp電極の配置パターンの場合には、受光面電極7のパターンを、図25に示すパターンとしてもよい。
(インターコネクタの製造方法)
次に、櫛状のインターコネクタの製造方法の一例について説明する。まず、図26に示すように、所定の幅を有して延在する帯状の導電体60を、たとえば、はんだにより井桁状に接続する。次に、図27に示すように、点線に沿って導電体60を切断することによって、延在部21と接続部22からなるインターコネクタ20が得られる。そのインターコネクタ20の各接続部22を、対応する光電変換素子1bのn電極8a〜8eに接続するとともに、光電変換素子1aのp電極9a〜9dに接続することによって光電変換素子同士が接続される。
(インターコネクタのバリエーション)
次に、インターコネクタのバリエーションの一例について説明する。インターコネクタには、セル基板の裏面に形成されるn電極とp電極の配置パターンに対応した形状が求められることになる。たとえば、n電極の列とp電極の列とをずらした配置パターンに適用されるインターコネクタとしては、図28に示すように、延在部21から突出する接続部22の長さL1,L2が異なるインターコネクタ20を適用することが望ましい。
また、図29に示すように、列ごとにn電極とp電極とを接続する1本のインターコネクタ20の延在部21を他の延在部23によって互いに接続した態様のインターコネクタ20としてもよい。そのインターコネクタ20の厚みtは約0.1mm、接続部22の幅W1は約3mm、延在部21の幅W2は約5mm、延在部23の幅W3は約10mmであり、厚みtは0.01mm〜0.5mm、幅W1は0.5〜15mm、幅W2は1〜20mm、幅W3は1〜50mmが好ましい範囲とされる。
また、このインターコネクタ20の場合には、図30に示すように、延在部23を挟んで一方の側に位置する延在部21aに設けられている櫛状の接続部22aと、他方の側に位置する延在部21bに設けられている櫛状の接続部22bとは、インターコネクタ20がセル基板11に接続された状態で、列方向に配置されるn電極8a〜8eおよびp電極9a〜9dに対して互いに反対方向から接続部22a,22bが接続されるように配置されている。
すなわち、このインターコネクタ20では、一つのセル基板11に接続される一方のインタコネクタ20の延在部21aおよび接続部22aが、他方のインターコネクタ20の延在部21bおよび接続部22bと平面的に重ならないパターンに設定されている。
このように、一方のインターコネクタ20の延在部21および接続部22が、他方のインターコネクタ20の延在部21および接続部2に重ならないインターコネクタとしては、図29に示すインターコネクタの他に、たとえば、図31に示されるようなインターコネクタであってもよい。
特に、この種のインターコネクタ20によれば、隣接するセル基板11同士を一度に互いに接続することができて、光電変換素子接続体の生産効率を向上させることができる。
また、本インターコネクタ20では、延在部21に対して接続部22を設ける位置を変えたり、接続部22の長さを変えたりすることができて、セル基板11に形成するn電極8とp電極9の配置パターンの自由度を高めることも可能になる。
次に、インターコネクタのバリエーションの他の例について説明する。図32および図33に示すように、インターコネクタ20は、ジグザグ形状の延在部21を備えている。特に、このインターコネクタ20では、延在部21は直線を折り曲げた態様のジグザグ形状とされる。光電変換素子1のp電極9a〜9dと、他の光電変換素子1のn電極8a〜8eとが、対応する延在部21の所定の部分において電気的に接続されている。
上述したインターコネクタ20では、熱収縮する延在部21は、p電極9a〜9dまたはn電極8a〜8eに接続されている部分以外ではセル基板11には固定されず、そして、延在部21がジグザグ形状とされている。これにより、延在部21の熱収縮に伴う応力が延在部21そのものによって吸収されて、セル基板11が反るのを防止することができる。
なお、上述したインターコネクタでは、延在部が直線を折り曲げた態様のジグザグ形状を例に挙げて説明したが、図34に示すように、曲線態様のジグザグ形状としてもよい。この場合にも、延在部21の熱収縮に伴う応力が延在部21そのものによって吸収されて、セル基板11が反るのを防止することができる。
(光電変換素子のバリエーション)
上述した光電変換素子接続体では、光電変換素子(セル基板)として、受光面側にpn接合を設け、受光面において発生した電子を貫通孔を充填するように形成されたn電極から取り出態様の光電変換素子を例に挙げて説明した。光電変換素子としては、このような態様の光電変換素子に限られず、たとえば裏面側にpn接合を設けた態様の光電変換素子でもよい。
図35に示すように、この種の光電変換素子では、n型の半導体基板41における受光面とは反対側の裏面には、n型層42とp型層43とがそれぞれ所定の領域に形成されている。さらに、裏面には、n型層42に電気的に接続されるn電極44が形成され、p型層43に電気的に接続されるp電極45が形成されている。一方、半導体基板41における受光面は、テクスチャー構造とされる。その受光面には、反射防止膜46が形成されている。この光電変換素子では、受光面側に電極が一切設けられないため、同じ面積の光電変換素子に対して受光面積をより多く確保することができる。
次に、この光電変換素子の製造方法について簡単に説明する。まず、図36に示すように、n型の半導体基板41が用意される。次に、図37に示すように、半導体基板41の一方の面にシリコン酸化膜などのテクスチャマスク48を形成した状態で、半導体基板41の受光面にテクスチャ加工を施すことにより、半導体基板41の受光面にテクスチャ構造が形成される。
次に、図38に示すように、半導体基板41の受光面の全面を覆うとともに、裏面のp型層が形成される領域を除いて裏面を覆う第1拡散マスク49が形成される。次に、その第1拡散マスク49をマスクとして、露出した半導体基板41の領域にp型の不純物を導入することにより、p型層43(図39参照)が形成される。その後、図39に示すように、第1拡散マスク49が除去される。
次に、図40に示すように、半導体基板41の受光面の全面を覆うとともに、裏面のn型層が形成される領域を除いて裏面を覆う第2拡散マスク50が形成される。次に、その第2拡散マスク50をマスクとして、露出した半導体基板41の領域にn型の不純物を導入することにより、n型層4(図41参照)が形成される。その後、図41に示すように、第2拡散マスク50が除去される。次に、図42に示すように、半導体基板41の裏面の全面にシリコン酸化膜等のパッシベーション膜51が形成される。
次に、図43に示すように、パッシベーション膜に所定の写真製版処理とエッチングを施すことにより、p型層43の表面とn型層42の表面とをそれぞれ露出するコンタクトホール51a、51bが形成される。次に、半導体基板41の裏面に銀ペーストを印刷して所定の温度のもとで焼成することにより、図44に示すように、p型層43に接続されるp電極45と、n型層42に接続されるn電極44が形成される。こうして光電変換素子が形成される。
上述した光電変換素子1においても、本インターコネクタを適用することで、熱収縮する延在部21はセル基板11には固定されず、接続部2がセル基板11に固定されて、延在部21の熱収縮に伴う応力が接続部22に吸収され、セル基板11が反るのを防止することができる。
実施の形態2
ここでは、前述した光電変換素子接続体を備えた光電変換モジュールについて説明する。図45に示すように、光電変換モジュール30では、光電変換素子接続体12はEVA(Ethylene Vinyl Acetate)樹脂からなる封止材32に封止されている。光電変換素子接続体12を封止した封止材32は、表面保護層としてのガラス板33と、裏面フィルム31との間に挟み込まれている。裏面フィルム31からは、光電変換素子接続体12の一方の外部端子35aと他方の外部端子35bとが外部に向けて取り出されている。また、ガラス板33、封止材32および裏面フィルム31の周囲を外方から取囲むように、アルミニウム枠からなるフレーム34が取り付けられている。
次に、光電変換モジュール30の製造方法の一例について簡単に説明する。まず、光電変換素子接続体12がEVAフィルムに挟み込まれ、さらに、これがガラス板33と裏面フィルム31との間に挟み込まれる。次に、その状態で、ガラス板33と裏面フィルム31との間を減圧することによって気泡が取り除かれる。次に、所定の温度のもとで加熱してEVAを硬化させることにより、光電変換素子接続体12が封止材32に封止される。その後、ガラス板33、封止材32および裏面フィルム31をアルミニウム枠からなるフレーム34に取り付けることによって、光電変換モジュール30が完成する。
上述した製造方法では、特に、EVA樹脂によって光電変換素子接続体を封止する工程では、EVA樹脂には温度約140℃のもとで熱処理が施され、その後、冷却される。そのため、熱処理後室温に戻るまでの間に、セル基板11とインターコネクタ20との間に、熱膨張係数の差に起因する応力(熱応力)が生じることになる。
また、光電変換モジュール30は、建築物の屋根等に設置された後では、高温と低温の外気に繰り返して晒されることになる。昼間では、太陽光の照射により光電変換モジュール30の温度は約70℃程度になる。一方、夜間では、光電変換モジュール30の温度は約15℃、あるいは、それ以下の温度にまで低下する。光変換モジュールは、このような温度の外気に繰り返して晒されることになり、このような温度変化によっても、セル基板11とインターコネクタ20との間に、熱膨張係数の差に起因する応力が生じることになる。
上述した光電変換モジュールでは、すでに説明したように、熱収縮するインターコネクタ20の延在部21はセル基板11には固定されず、接続部2が固定されることで、延在部21の熱収縮に伴う応力が接続部22に吸収されて、セル基板11が反ったりセル基板11が破損したりするのを防止することができる。
なお、上述した実施の形態では、素子形成基板として光電変換素子本体が形成された光電変換基板を例に挙げて説明した。素子形成基板としては、光電変換素子本体以外の素子が形成された基板でもよい。
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。
本素子間配線部材、光電変換素子、光電変換素子接続体および光電変換モジュールは、光電変換技術に有効に利用される。
1 光電変換素子、2 半導体基板、3 p型半導体層、4 n型半導体層、5 貫通孔、6 反射防止膜、7 受光面電極、8 n電極、9 p電極、10 絶縁層、11 セル基板、12 光電変換素子接続体、15 拡散防止マスク、20 インターコネクタ、21 延在部、22 接続部、23 延在部、30 光電変換モジュール、31 裏面フィルム、32 封止材、33 ガラス板、34 フレーム、35a,35b 外部端子、41 半導体基板、42 n型層、43 p型層、44 n電極、45 p電極、46 反射防止膜、48 テクスチャマスク、49 第1拡散マスク、50 第2拡散マスク、51 パッシベーション膜、51a,51b コンタクトホール、60 導体線。

Claims (5)

  1. 一の素子形成基板(11)に形成された複数の電極(8,9)同士を電気的に接続するとともに、前記一の素子形成基板(11)に隣接する他の素子形成基板(11)に形成された電極(8,9)と前記複数の電極(8,9)とを電気的に接続する素子間配線部材であって、
    前記一の素子形成基板(11)に形成された前記複数の電極(8,9)の配置に基づいて第1の方向に延在する第1延在部(21)と、
    前記第1の方向と交差する第2の方向に延在するように前記第1延在部(21a)に接続された第2延在部(23)と、
    前記第1の方向と反対向きの第3の方向に延在するように前記第2延在部(23)に接続された第3延在部(21b)とを含み、
    前記第1延在部(21)における第1の部分において前記第1延在部から屈曲して形成され、前記一の素子形成基板(11)に形成された前記複数の電極(8,9)のうちの所定の電極(8)に固定されて電気的に接続される第1接続部(22)と、
    前記第1の部分とは前記第1の方向に距離を隔てられた前記第1延在部(21)における第2の部分において前記第1延在部から屈曲して形成され、前記一の素子形成基板(11)に形成された前記所定の電極(8)とは異なる他の所定の電極(8)に固定されて電気的に接続される第2接続部(22)と、
    前記第3延在部(21b)における第3の部分において前記第3延在部から屈曲して形成され、前記他の素子形成基板(11)に形成された前記電極(9)に固定されて電気的に接続される第3接続部(22)と
    を備えた、素子間配線部材。
  2. 請求項1に記載の素子間配線部材(20)を備えた光電変換素子接続体であって、
    第1主表面と第2主表面とを有し、前記第1主表面を受光面として光電変換素子本体(1)が形成され、前記第2主表面に前記光電変換素子本体(1)の端子として第1電極(8)および第2電極(9)がそれぞれ複数形成された、光電変換基板(11)を複数備えており、
    前記光電変換基板(11)のうちの一の光電変換基板(11)の前記複数の第1電極(8)に前記第1接続部(22)と前記第2接続部(22)とが接続され、
    前記一の光電変換基板(11)に隣接する他の光電変換基板(11)の前記第2電極(9)に前記第3接続部(22)が接続されている、光電変換素子接続体。
  3. 前記第1延在部(21a)は前記一の光電変換基板(11)に固定されておらず、前記第3延在部(21b)は前記他の光電変換基板(11)に固定されていない、請求項2に記載の光電変換素子接続体。
  4. 前記素子間配線部材(20)は、前記第3の部分とは前記第3の方向に距離を隔てられた前記第3延在部(21b)における第4の部分において前記第3延在部から屈曲して形成される第4接続部(22)を備え、
    前記他の光電変換基板(11)の前記第2電極であって、前記前記第3接続部(22)に接続されている第2電極以外の第2電極が、前記第4接続部(22)に接続されている、請求項2または3に記載の光電変換素子接続体。
  5. 請求項2〜4のいずれかに記載の光電変換素子接続体(12)を備えた、光電変換モジュール。
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