JP6004946B2 - Solar cell and solar cell module - Google Patents
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Description
本発明は、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。 The present invention relates to a solar cell and a solar cell module.
従来、結晶系半導体基板のいずれかの面上の略全面に、非晶質からなる真性半導体層及び導電型半導体層の積層体を形成し、太陽電池セルを構成する技術が開示されている。この技術においては、一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は相対向する他面に不所望に回り込むことにより特性が低下するという問題がある。このため一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は他面に不所望に回り込むのを防止するための、光起電力素子の構造が、特許文献1、特許文献2に開示されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a technique for forming a solar battery cell by forming a stack of an amorphous intrinsic semiconductor layer and a conductive semiconductor layer on substantially the entire surface of any one surface of a crystalline semiconductor substrate has been disclosed. In this technique, the amorphous semiconductor layer formed on one surface undesirably turns around to the side surface of the semiconductor substrate or the other surface opposite to the semiconductor substrate, resulting in a problem that the characteristics deteriorate. For this reason, the structure of the photovoltaic element for preventing the amorphous semiconductor layer formed on one surface from undesirably wrapping around the side surface or the other surface of the semiconductor substrate is disclosed in
特許文献1の光起電力素子では、分離溝を設けることで、一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は他面に回り込むのを、物理的に切断している。
In the photovoltaic device of
特許文献2の光起電力素子では、片面もしくは両面において半導体基板より小面積に非晶質半導体層を形成することで、一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は他面に回り込むのを抑制している。 In the photovoltaic element of Patent Document 2, the amorphous semiconductor layer formed on one surface is formed on one side or both sides of the semiconductor substrate in a smaller area than the semiconductor substrate. Or it suppresses going around to the other side.
しかしながら、上記特許文献1,2のセル構造で上記のような回り込みによる特性低下を防止しようとすると以下の課題があった。例えば特許文献1のセル構造では、分離溝を設けることで回り込みを抑制している。しかしながら、異なる導電型による接合が形成された面において溝を形成した場合は、リークは防げるものの、溝を形成した外側の領域においてはキャリアの収集ができなくなり有効面積は減少する。また同一導電型による接合が形成された面において溝を形成した場合は、基板を通じて正負の電極が短絡しており、リーク電流が無視できないため、特性の劣化が著しい。特許文献1,2のいずれの場合も、溝の形成のための追加工程を必要とし、パッシベーション膜及び導電性膜への溝の形成により、プロセスが煩雑になることで製造コストが高くなる。そして、更には、例えばレーザを用いて分離溝を形成すると、ウエハにダメージを与えてしまい、特性低下を招くという課題があった。
However, in the cell structures of
一方、特許文献2では、製造工程においてウエハや各積層膜の個々のばらつきを全て考慮して設計しなければならないため、ウエハ端の外周部における非製膜領域である、発電に寄与できない無効領域が大きくなって、受光面積が小さくなり、十分に特性が向上し得ないという課題があった。 On the other hand, in Patent Document 2, since it is necessary to design in consideration of individual variations of the wafer and each laminated film in the manufacturing process, an invalid area that cannot contribute to power generation, which is a non-film-forming area at the outer periphery of the wafer edge However, there is a problem that the light receiving area is reduced and the characteristics cannot be sufficiently improved.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、セルの無効領域を小さくしかつ、製造工数を増加させることなく、半導体層の回り込みによる特性低下を抑制することの可能な太陽電池及び太陽電池モジュールを得ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above, and a solar cell and a solar cell capable of reducing the ineffective area of the cell and suppressing deterioration in characteristics due to the wraparound of the semiconductor layer without increasing the number of manufacturing steps. The purpose is to obtain a module.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、第1導電型を有する結晶系の半導体基板と、前記半導体基板の第1の主面上から当該半導体基板の側面にまで回込んで形成された前記第1導電型と異なる第2導電型の非晶質半導体層と、前記第2導電型の非晶質半導体層上に形成された透光性導電膜と、前記透光性導電膜上に形成される第1の集電電極と、前記半導体基板の第2の主面側に形成される第2の集電電極とを備え、前記第1及び第2の集電電極のうち受光面側に位置する集電電極が半導体基板の外周に沿って外周部全周にわたり形成され、前記第2導電型の非晶質半導体層が外周部全周にわたり遮光された領域を有し、電気的に分離されたことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention relates to a crystalline semiconductor substrate having a first conductivity type and a circuit from a first main surface of the semiconductor substrate to a side surface of the semiconductor substrate. A second conductive type amorphous semiconductor layer different from the first conductive type, a light transmitting conductive film formed on the second conductive type amorphous semiconductor layer, and the light transmitting A first current collecting electrode formed on the conductive film; and a second current collecting electrode formed on the second main surface side of the semiconductor substrate, the first and second current collecting electrodes. Current collecting electrodes located on the light-receiving surface side are formed along the outer periphery of the semiconductor substrate over the entire outer periphery , and the second conductive type amorphous semiconductor layer has a light-shielded region over the entire outer periphery. And electrically separated .
本発明によれば、集電電極(バスバー配線)を外周部に配置することで、遮光部を形成し、光電変換できなくすることで、非晶質の半導体層を物理的に分離することなく、上記セルの光電変換層を実質的に電気的に分離するものである。ヘテロ接合太陽電池セルは、その製造方法により、一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は他面に不所望に回り込むことで電気的に一部が接続された状態となっていることが多い。すなわち、光照射を遮る遮光部として前記セルの端を覆うように外周部にバスバー配線を配置することにより、前記セルの端部では光電変換できなくなり、物理的に分離されていなくとも、上記セルの光電変換層を実質的に電気的に分離することができる。したがって、セルの光電変換層を物理的に分離する必要がなく、太陽電池セルの製造工数を増加させることなく、回り込みによる特性低下を抑制することができるという効果を奏する。 According to the present invention, the current collecting electrode (bus bar wiring) is disposed on the outer peripheral portion, thereby forming a light shielding portion and making it impossible to perform photoelectric conversion without physically separating the amorphous semiconductor layer. The photoelectric conversion layer of the cell is substantially electrically separated. The heterojunction solar cell is electrically connected in part by an amorphous semiconductor layer formed on one surface of the heterojunction solar cell undesirably wrapping around the side surface or the other surface of the semiconductor substrate. Often in a state. That is, by arranging the bus bar wiring on the outer periphery so as to cover the end of the cell as a light-shielding part that blocks light irradiation, photoelectric conversion cannot be performed at the end of the cell, and the cell is not separated physically. The photoelectric conversion layer can be substantially electrically separated. Therefore, there is no need to physically separate the photoelectric conversion layer of the cell, and there is an effect that it is possible to suppress deterioration in characteristics due to wraparound without increasing the number of manufacturing steps of the solar battery cell.
以下に、本発明にかかる太陽電池の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。 Embodiments of a solar cell according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment, In the range which does not deviate from the summary of this invention, it can change suitably. In the drawings shown below, the scale of each member may be different from the actual scale for easy understanding. The same applies between the drawings.
実施の形態1.
図1−1は、実施の形態1にかかる太陽電池(以下、太陽電池セルと呼ぶ場合がある)の受光面側すなわち第1の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図1−2は同裏面側すなわち第2の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図1−3は、図1−1及び図1−2のA0−A0断面を模式的に示す断面図である。図2は要部拡大断面図であり、図1−1及び図1−2のA1−A1断面を示す図である。特に本実施の形態における課題の中心となっている太陽電池セルの端部について説明するため、該当部の特徴について誇張した形で描画している。この太陽電池は、集電電極が基板の外周に沿って全体にわたり形成されたことを特徴とする。この太陽電池は、n型単結晶シリコン基板1の受光面である第1の主面1A側の直上に順次積層された、受光面側真性半導体層としてi型非晶質シリコン層3i、導電性非晶質層として不純物がドープされたp型非晶質シリコン層3p、受光面側透光性導電膜5、及び第1の集電電極としての受光面側集電電極7を備える。そして裏面側にはこのn型単結晶シリコン基板1の裏面である第2の主面1B側の直上に順次積層された、裏面側真性半導体層としてi型非晶質シリコン層2i、導電性非晶質層として不純物がドープされたn型非晶質シリコン層2n、第2の集電電極としての裏面側透光性導電膜4、及び裏面側集電電極6を備える。この受光面側に形成された受光面側集電電極7はバスバー配線ともよばれ、太陽電池セルを構成するn型単結晶シリコン基板1の端から1.0mmの間の外周部全周囲にのみ幅xで形成されている。一方、裏面側集電電極6についてもn型単結晶シリコン基板1の端から0.8mmの間の外周部全周囲にのみ幅x’で形成されている。
FIG. 1-1 is a plan view schematically illustrating a main configuration of a light receiving surface side, that is, a first main surface side of a solar cell according to the first embodiment (hereinafter may be referred to as a solar cell). . FIG. 1-2 is a plan view schematically showing the main configuration of the back side, that is, the second main surface side. 1-3 is a cross-sectional view schematically showing an A 0 -A 0 cross section of FIGS. 1-1 and 1-2. FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a main part, and is a view showing an A 1 -A 1 cross section of FIGS. 1-1 and 1-2. In particular, in order to describe the end portion of the solar battery cell which is the center of the problem in the present embodiment, the feature of the corresponding portion is drawn in an exaggerated form. This solar cell is characterized in that the collecting electrode is formed over the entire periphery of the substrate. This solar cell includes an i-type
なお、CVD法を用いた製膜工程におけるガスの回り込みにより、受光面側のi型非晶質シリコン層3i、p型非晶質シリコン層3pは受光面側から側面を通り裏面側まで回り込んでいる。一方、裏面側i型非晶質シリコン層2i、n型非晶質シリコン層2nに付いても裏面側から側面を通り受光面側に回り込んでいる。しかしながら、受光面側集電電極7がn型単結晶シリコン基板1の端から1.0mmの間の外周部全周囲に形成されており、遮光領域を構成しているため、遮光領域下の非晶質シリコン層では光電変換は生起されず、絶縁性領域となる。このため、セルの端部では光電変換できなくなり、物理的に分離されていなくとも、上記セルの光電変換層を実質的に電気的に分離することができる。したがって、セルの光電変換層を物理的に分離する必要がなく、分離のためのマージンも不要であり、セルの小型化をはかることができる。また太陽電池セルの製造工数を増加させることなく、非晶質シリコン層の回り込みによるリーク電流の発生に起因する特性低下を抑制することができる。
The i-type
図3−1〜図3−5は同太陽電池の製造工程を示す工程断面図、図4は、本発明の実施の形態1の太陽電池の製造工程を示すフローチャートである。 3-1 to 3-5 are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the solar cell, and FIG. 4 is a flowchart illustrating the manufacturing process of the solar cell according to the first embodiment of the present invention.
本実施の形態1の太陽電池では、n型単結晶シリコン基板1の第1の主面1A全体を覆い、側面1Cを経て第2の主面1Bの周縁部を覆うように、所定幅にわたり、受光面側i型非晶質シリコン層3iを介して、p型非晶質シリコン層3pが形成されている。一方n型単結晶シリコン基板1の第2の主面1Bには裏面側のi型非晶質シリコン層2iを介して、n型非晶質シリコン層2nが形成されている。そしてこのp型非晶質シリコン層3pに当接するように形成された受光面側透光性導電膜5と、n型非晶質シリコン層2n上に当接するように設けられた裏面側透光性導電膜4とを備えている。
In the solar cell of the first embodiment, the entire width of the first
ここでは、第1主面1Aと、側面1Cと、第2主面1Bとを備え、厚さ100〜500μmのn型単結晶シリコン基板1を第1導電型の半導体基板として用いる。また受光面側透光性導電膜5,裏面側透光性導電膜4としては、ITO(酸化インジウム錫)層が用いられる。
Here, an n-type single
次に、本実施の形態1の太陽電池の製造方法について図4のフローチャートに従って説明する。ここで、結晶系半導体基板としては、図3−1に示すようにn型単結晶シリコン基板1を用意する。このn型単結晶シリコン基板1は、通常、引き上げにより得られたインゴットをスライスすることにより切り出されたものであるため、表面に自然酸化膜、及び構造的欠陥、金属等による汚染をはらんでいる。このため、ここで用いられるn型単結晶シリコン基板1に対して洗浄及び、ダメージ層エッチングを行う(S1001)。
Next, the manufacturing method of the solar cell of
n型単結晶シリコン基板1に対し、洗浄、ダメージ層エッチングを行った後、n型単結晶シリコン基板1内の不純物を除去するためにゲッタリングを行う(S1002)。ゲッタリング工程では、処理温度1000℃程度のリンの熱拡散により形成されたリンガラス層に不純物を偏析させ、リンガラス層をフッ化水素等でエッチングする。
After cleaning and damage layer etching are performed on the n-type single
ゲッタリング後、基板表面での光反射損失を低減させる目的でアルカリ溶液及び添加剤を用いたウェットエッチングにより、テクスチャを形成する(S1003)。アルカリ溶液には水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等を、添加剤にはイソプロピルアルコール等を用いる。なお、図3−1〜図3−5では、本実施の形態の構成の理解を容易にするため凹凸形状は描画せず、平坦形状とした。 After gettering, a texture is formed by wet etching using an alkaline solution and an additive for the purpose of reducing light reflection loss on the substrate surface (S1003). Potassium hydroxide, sodium hydroxide or the like is used for the alkaline solution, and isopropyl alcohol or the like is used for the additive. In FIGS. 3-1 to 3-5, the uneven shape is not drawn and is made flat to facilitate understanding of the configuration of the present embodiment.
テクスチャ形成後、ヘテロ接合界面となるn型単結晶シリコン基板表面のパーティクル、有機物汚染、金属汚染を除去するために基板洗浄を実施する(S1004)。洗浄には、いわゆるRCA洗浄や、SPM洗浄(硫酸過酸化水素水洗浄)、HPM洗浄(塩酸過酸化水素水洗浄)、DHF洗浄(希弗酸洗浄)、アルコール洗浄等を用いる。 After the texture formation, substrate cleaning is performed in order to remove particles, organic matter contamination, and metal contamination on the surface of the n-type single crystal silicon substrate that becomes the heterojunction interface (S1004). For the cleaning, so-called RCA cleaning, SPM cleaning (sulfuric acid hydrogen peroxide cleaning), HPM cleaning (hydrochloric hydrogen peroxide cleaning), DHF cleaning (dilute hydrofluoric acid cleaning), alcohol cleaning, or the like is used.
ここでRCA洗浄とは、以下に示す方法である。まずウエハを希フッ酸水溶液(HF)の中に入れ、表面の薄いシリコン酸化膜を溶出する。このときシリコン酸化膜が溶出すると同時に、その上に付着していた多くの異物も同時に取り去られる。さらに、アンモニア(NH4OH)+過酸化水素(H2O2)で、有機物やパーティクルを除去する。次いで塩酸(HC1)+過酸化水素(H2O2)で金属類を除去し、最後に超純水で仕上げを行う。 Here, the RCA cleaning is a method shown below. First, the wafer is put in a dilute hydrofluoric acid aqueous solution (HF) to elute the thin silicon oxide film. At this time, the silicon oxide film is eluted, and at the same time, many foreign substances adhering to the silicon oxide film are also removed. Further, organic substances and particles are removed with ammonia (NH 4 OH) + hydrogen peroxide (H 2 O 2 ). Next, the metals are removed with hydrochloric acid (HC1) + hydrogen peroxide (H 2 O 2 ), and finally, finishing is performed with ultrapure water.
上記のいずれかの洗浄方法を用いて、基板洗浄を行った後、ヘテロ接合、及び、pn、nn+接合を形成するために、n型単結晶シリコン基板1上に、順次各導電型の半導体層を形成する。上記テクスチャ形成工程、洗浄工程を経て得られたn型単結晶シリコン基板1は、厚さ100〜500μmであった。
After performing substrate cleaning using any of the above-described cleaning methods, in order to form a heterojunction and a pn, nn + junction, a semiconductor of each conductivity type is sequentially formed on the n-type single
まず、図3−2に示すように、n型単結晶シリコン基板1の第2の主面1B全面を覆うとともにこの第2の主面1Bから、側面1C及び第1の主面1Aの周縁部にわたり、プラズマCVD法を用いて約1〜10nmの厚さの裏面側非晶質シリコンi層2i、及び約5〜50nmの厚さのn型非晶質シリコン層2nをこの順に堆積する(S1005:裏面側真性非晶質半導体層形成,S1006:第1導電型非晶質半導体層形成)。ここで、裏面側i型非晶質シリコン層2i、n型非晶質シリコン層2nはそれぞれ非晶質を用いているが、微結晶シリコンを用いてもよい。
First, as shown in FIG. 3-2, the entire surface of the second
続いて図3−3に示すように、第2工程として、裏面側のi型非晶質シリコン層2i及びn型非晶質シリコン層2nの形成された、n型単結晶シリコン基板1の第1の主面1Aの全面にプラズマCVD法を用いて約1〜10nmの厚さの受光面側のi型非晶質シリコン層3i、及び約5〜50nmの厚さのp型非晶質シリコン層3pをこの順に堆積する(S1007:受光面側真性非晶質半導体層形成,S1008:第2導電型非晶質半導体層形成)。ここでも、受光面側i型非晶質シリコン層3i、p型非晶質シリコン層3pはそれぞれ非晶質を用いているが、微結晶シリコンを用いてもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 3C, as the second step, the n-type single
続いて図3−4に示すように、裏面側透光性導電膜4としてITO層を形成する(S1009:裏面側透光性導電膜形成)とともに受光面側透光性導電膜5としてITO層を形成する(S1010:受光面側透光性導電膜形成)。ITO層の製膜にはスパッタ法あるいはCVD法が用いられる。透光性導電膜の材料は、ITOの他、例えば酸化インジウム、酸化亜鉛、SnO2等が挙げられるが、これらの材料に限定されるわけではない。
Subsequently, as shown in FIG. 3-4, an ITO layer is formed as the back surface side light transmitting conductive film 4 (S1009: back side light transmitting conductive film formation) and the light receiving surface side light transparent
そして最後に、図3−5に示すように、マスクを用いて第2及び第1の主面1B,1Aに遮光性の金属からなる裏面側集電電極6,受光面側集電電極7を基板の周縁部からそれぞれ幅0.8mm、及び1mmとなるように全周にわたって形成する(S1011:集電電極形成)。
And finally, as shown in FIG. 3-5, the second and first
以上のように、本実施の形態の太陽電池によれば、基板の周縁部に遮光領域を形成することで、物理的な分離領域を形成することなく、電気的分離を行なうことができる。従ってリーク電流を防ぎつつ、有効面積を最大にして、特性の向上を図ることができる。また、煩雑な追加プロセスを新たに必要としない。 As described above, according to the solar cell of the present embodiment, electrical separation can be performed without forming a physical separation region by forming a light shielding region on the peripheral edge of the substrate. Therefore, the effective area can be maximized and the characteristics can be improved while preventing the leakage current. Moreover, a complicated additional process is not required.
なお、図示はしていないが、n型単結晶シリコン基板1の第1の主面1A側及び第2の主面1B側にはグリッド電極を所定の間隔で形成している。
Although not shown, grid electrodes are formed at predetermined intervals on the first
第1の主面1Aである受光面側に形成されたバスバー配線すなわち遮光性の受光面側集電電極7の幅は、n型単結晶シリコン基板1の端から1.0mm以下の領域に1.0mm以下の幅で形成されており、光照射を遮る遮光領域として機能するため、セルの端からの距離xが1.0mmまでの領域の光電変換層に入射する光を遮ることができる。1.0mm以下の領域に形成する理由は、多くの場合これ以上内側にバスバー配線を形成すると受光面積の縮小による短絡電流Iscの低下が本実施の形態の構成の効果によるFF向上分を上回り、特性としての効果を得ることが困難になるからである。なお裏面側においても、裏面側集電電極6が周縁を囲むように形成されており、セルの端からの距離x’ の領域の光電変換層に入射する光を遮ることができる。
The width of the bus bar wiring formed on the light-receiving surface side that is the first
本実施の形態における受光面側集電電極7は、遮光領域としてFF低下を防止する一方、本来の機能である集電電極として働くため、図8−1〜図8−3及び図9に示した従来例の太陽電池にあるような中央部付近の集電電極17s,16sは必ずしも必要とはならない。よって、この従来例の太陽電池の4本バスバー配線と比較した場合の受光面積は略変えることなく本実施の形態による効果を得ることができる。ここで図8−1は、従来例の太陽電池の受光面側すなわち第1の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図8−2は同裏面側すなわち第2の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図8−3は、図8−1及び図8−2のA0−A0断面を模式的に示す断面図である。図9は要部拡大断面図であり、図8−1及び図8−2のA1−A1断面を示す図である。集電電極17s,16s以外については前記実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
The light-receiving-surface-
また太陽電池セルの中央部に対し、太陽電池セルの端部は、不所望な膜厚や膜質になっており、製造工程における冶具、工具との接触による傷等があることで変換効率は低い場合が多い。それにより、端部が遮光により光電変換領域としては無効な領域となっても短絡電流Iscの低下は中央部を遮光する場合に比べて小さい。 Also, the end of the solar cell has an undesired film thickness or film quality with respect to the center of the solar cell, and the conversion efficiency is low due to scratches due to contact with jigs and tools in the manufacturing process. There are many cases. As a result, even if the end portion becomes an ineffective region as a photoelectric conversion region due to light shielding, the decrease in the short-circuit current Isc is smaller than that in the case where the central portion is shielded from light.
図8−1〜図8−3及び図9に示した従来例の太陽電池セルにおいては、集電電極16s,17sはn型単結晶シリコン基板1の中央部付近に4本平行に形成されている。一般にバスバー配線は、形成する本数に応じてセル面積に対し均等になるよう配置される。それは、光の入射により光電変換層で発生したキャリアを集めるため、キャリアの移動する距離をできる限り短くして抵抗損失を抑制し、発電した電力を効率良く取り出すためである。
In the conventional solar cell shown in FIGS. 8A to 8C and FIG. 9, four
また、バスバー配線すなわち遮光性の集電電極16s,17sの幅は、一般には1.0mm以下である。それは、太すぎると受光面積が小さくなり、他方では、細すぎると配線抵抗が高くなるためであり、一般には0.5〜1.0mm程度の太さで形成される場合が多い。
The width of the bus bar wiring, that is, the light-shielding
集電電極16s,17sの本数は、基板の大きさやバスバー配線の幅、グリッド電極(フィンガー電極ともいう)の幅や本数、電極の材料等により最適値が計算されて、決定される。実際、現在市販されている結晶系太陽電池セルにおいて、各社設計思想の違いにより2本、3本、4本のものがそれぞれ存在している。
The number of
従来の集電電極16s,17sの本数が3本以下であった場合、本実施の形態の集電電極を適用すると外周部の遮光領域としての集電電極により受光できる有効面積が小さくなるため、短絡電流Iscが低下する。また、集電電極を外周のみに形成する場合、集電電極までの距離が長くなり、電気抵抗が高くなってフィルファクターFFが低下する。本実施の形態の太陽電池では、受光面積が小さくなることによる短絡電流Iscの低下分より、回り込み抑制によるFF向上分が大きい場合、本発明としての効果が得られる。Isc低下とFF向上のバランスは、ヘテロ接合太陽電池セルの構造やセルサイズ、バスバー配線の本数、幅、透明電極の材料や膜質など、使用している因子によって決まる。
When the number of conventional
次に一方の面に形成される非晶質半導体層が、半導体基板の側面又は他面に不所望に回り込むことで電気的に一部が接続された状態となっていることによる出力特性低下について以下に説明する。前述した特許文献2にも説明があるように、基板の略全面に非晶質半導体層を形成するとき、基板の側面又は他面にも、非晶質半導体層が形成されることになり、基板の端部(側面側)の拡大断面模式図である図2に示されるように、非晶質半導体層が形成されることになる。特に、本実施の形態の製造工程においては、基板の裏面側から最初に、真性半導体層及びn型導電型半導体層が形成されるので、基板の側面、特に、表面の端部において、外側から見て、非晶質シリコンのpin層が形成されることになる。光起電力素子としての発電は、通常は、主に、非晶質シリコンpi/n型結晶系半導体基板の接合で発生し、表面側、裏面側より出力を取り出すことができる。しかしながら、図8−1〜図8−3及び図9に示した比較の太陽電池においては、基板の側面、表面の端部に通常でない非晶質層のpin層が形成される。これにより、更に、表面側と裏面側が通常でない非晶質層のpin層で接続され、光が入射されることにより、光起電力が発生し、電流が不所望に表面から裏面へ回り込むことで、発生した電子・正孔がこの部分で消滅し、発電に寄与せず、出力特性が低下すると考えられる。 Next, the amorphous semiconductor layer formed on one side of the semiconductor substrate undesirably wraps around the side or other side of the semiconductor substrate, resulting in a partially connected state, resulting in a decrease in output characteristics. This will be described below. As described in Patent Document 2 described above, when an amorphous semiconductor layer is formed on substantially the entire surface of the substrate, the amorphous semiconductor layer is also formed on the side surface or the other surface of the substrate. As shown in FIG. 2, which is a schematic enlarged cross-sectional view of the end portion (side surface side) of the substrate, an amorphous semiconductor layer is formed. In particular, in the manufacturing process of the present embodiment, since the intrinsic semiconductor layer and the n-type conductivity type semiconductor layer are first formed from the back side of the substrate, the side surface of the substrate, particularly at the edge of the surface, from the outside. As a result, an amorphous silicon pin layer is formed. Power generation as a photovoltaic element usually occurs mainly at the junction of the amorphous silicon pi / n-type crystal semiconductor substrate, and the output can be taken out from the front side and the back side. However, in the comparative solar cells shown in FIGS. 8-1 to 8-3 and FIG. 9, an unusual amorphous pin layer is formed on the side surface and the edge of the surface of the substrate. As a result, the front surface side and the back surface side are connected by an unusual amorphous pin layer, and when light is incident, a photovoltaic force is generated, and the current undesirably flows from the front surface to the back surface. It is considered that the generated electrons and holes disappear at this portion, do not contribute to power generation, and the output characteristics deteriorate.
この際、本実施の形態では、集電電極が光照射を遮る遮光領域として基板の端部に形成されているので、集電電極形成領域に位置する部分への光の照射が妨げられる。太陽電池セルでは光照射により電荷が発生するため、光照射が妨げられた部分においては導電性が著しく低くなる。その結果、太陽電池セルとしての表面と裏面の光電変換層は実質的に電気的に分離される。すなわち、太陽電池セルの表面の光電変換層と裏面の光電変換層とが通常でない非晶質層のpin層として形成され、物理的に接続されているとしても、太陽電池セルの表面の光電変換層と裏面の光電変換層とは実質的に電気的に分離されていることになる。 At this time, in the present embodiment, since the current collecting electrode is formed at the end of the substrate as a light shielding region that blocks light irradiation, light irradiation to the portion located in the current collecting electrode forming region is hindered. In a solar battery cell, electric charges are generated by light irradiation, so that the conductivity is remarkably reduced in a portion where light irradiation is hindered. As a result, the photoelectric conversion layers on the front surface and the back surface as solar cells are substantially electrically separated. That is, even if the photoelectric conversion layer on the surface of the solar battery cell and the photoelectric conversion layer on the back surface are formed as an unusual amorphous pin layer and physically connected, the photoelectric conversion on the surface of the solar battery cell The photoelectric conversion layer on the back surface and the back surface are substantially electrically separated.
このように本実施の形態の太陽電池においては、一方の面に形成される非晶質の半導体層が、半導体基板の側面又は他面に不所望に回り込むことで電気的に一部が接続された状態となっているが、物理的に分離されていなくとも、光照射を遮る集電電極(バスバー配線)が遮光部として機能するよう前記半導体基板の端から1.0mmまでの一部の領域に形成されていることにより、上記セルの光電変換層を実質的に電気的に分離することができる。したがって、セルの光電変換層を物理的に分離する必要がなく、太陽電池セルの製造工数を増加させることなく、回り込みによる特性低下を抑制することができる。 As described above, in the solar cell of this embodiment, a part of the amorphous semiconductor layer formed on one surface is electrically connected to the side surface or the other surface of the semiconductor substrate undesirably. Even if not physically separated, a partial area from the end of the semiconductor substrate to 1.0 mm so that the collector electrode (bus bar wiring) that blocks light irradiation functions as a light shielding portion Thus, the photoelectric conversion layer of the cell can be substantially electrically separated. Therefore, it is not necessary to physically separate the photoelectric conversion layer of the cell, and it is possible to suppress deterioration in characteristics due to wraparound without increasing the number of manufacturing steps of the solar battery cell.
また、表面と裏面を電気的に分離するためには、例えば、従来例の様に非晶質層の製膜時に基板の側面、特に、表面及び裏面の端部において、不所望の非晶質シリコンのpin層が形成されることを防ぐようマスクしたり、その他一般的には製膜後にレーザースクライブしたりすることが行なわれているが、精度上、セルの端からの1.0mm以下の一部の領域を無効化するのは困難である。これに対し、本発明においては、セルの光電変換層は端部まで形成されているので、上記のような不具合はない。 Further, in order to electrically separate the front surface and the back surface, for example, as in the conventional example, when forming an amorphous layer, an undesired amorphous material is formed on the side surface of the substrate, particularly at the end portions of the front surface and the back surface. Masking to prevent the formation of a silicon pin layer or other methods such as laser scribing after film formation are generally performed, but for accuracy, the thickness is 1.0 mm or less from the end of the cell. It is difficult to invalidate some areas. On the other hand, in the present invention, since the photoelectric conversion layer of the cell is formed up to the end, there is no problem as described above.
本実施の形態における遮光を目的の一部とした集電電極は、太陽電池セルの受光面側に配置されるものであり、光電変換層への光照射を遮るものである。本実施の形態のヘテロ接合太陽電池セルは、両面から発電可能であるため、裏面側に遮光を目的の一部としたバスバー配線を形成することでも本発明の効果を得ることができるが、通常裏面側の発電量は、受光面側に比べて小さく、本発明の十分な効果を得ることはできない。従って、前記実施の形態においては、受光面側集電電極7は、裏面側集電電極6よりも若干幅広となっているが、裏面側集電電極の幅は適宜選択すればよく、また全面に渡って形成してもよく、周縁部になくてもよい。光の回り込みを考慮すると裏面側についても周縁部には裏面側集電電極6が存在するように形成するのが望ましい。
The current collecting electrode intended for light shielding in the present embodiment is arranged on the light receiving surface side of the solar battery cell, and blocks light irradiation to the photoelectric conversion layer. Since the heterojunction solar battery cell of this embodiment can generate power from both sides, the effect of the present invention can be obtained by forming a bus bar wiring on the back side for the purpose of light shielding. The amount of power generation on the back surface side is smaller than that on the light receiving surface side, and sufficient effects of the present invention cannot be obtained. Therefore, in the above embodiment, the light receiving surface
次に、受光面側集電電極7及び裏面側集電電極6の厚みとしては、光電変換層への光照射の少なくとも一部を遮ることができれば特に限定されるものではなく、主に電極としてのバスバー配線の機能に応じて適宜選択される。
Next, the thickness of the light receiving surface
受光面側集電電極7の幅としては、通常1.0mm以下である。そのため、1.0mm以下であれば特に限定されるものではなく、主に受光面側集電電極7としての集電機能に応じて適宜設定され、好ましくは、0.3mm以上1.0mm以下である。それは、一般に、受光面側集電電極7の幅が0.3mm未満であると、受光面側集電電極7内の抵抗が高くなるとともに、モジュール化する際の受光面側集電電極7上に接続されるリードの抵抗が高くなってしまうため適さず、他方1mmを越える場合、受光面側集電電極7内の抵抗を無視できる程度に低下させられるが、受光面積の減少によって、太陽電池素子のIscの低下を招くため不適である。
The width of the light-receiving surface
また、基板の端から1.0mm以上離れた基板中央側の領域に受光面側集電電極7が形成されてしまうと基板端から受光面側集電電極7までの光電変換層により発電してしまい、本実施の形態の効果が十分に得られない。
In addition, if the light receiving surface
受光面側集電電極7,裏面側集電電極6は、第1の主面と第2の主面が電気的に接続されるおそれがない方が良いため、基板の端(第1の主面と第2の主面の厚み方向)に形成されていない方が好ましい。
Since it is better that the light receiving surface
また本発明の受光面側集電電極7,裏面側集電電極6の材質は、十分な遮光性を有していれば良く、一般的な受光面側集電電極7,裏面側集電電極6の材質である銀、銅など導電性の高い金属が好ましい。
The light receiving surface
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。本実施の形態では、実施の形態1における基板外周部の受光面側集電電極7,裏面側集電電極6に対し、従来例にあるような基板中央部付近に受光面側集電電極7s,裏面側集電電極6sが追加形成されている。中央部付近に形成される導電性電極バスバー配線すなわち受光面側集電電極7s,裏面側集電電極6sは、本来のバスバー配線としての機能を果たしている集電電極である。ここで図5−1は、実施の形態2の太陽電池の受光面側すなわち第1の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図5−2は同裏面側すなわち第2の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図5−3は、図5−1のA0−A0断面を模式的に示す断面図である。集電電極16,17,16s,17s以外については前記実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
Next, a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, with respect to the light receiving surface
かかる構成によれば、実施の形態1に対し、受光面側集電電極6s,裏面側集電電極7sが追加されている分、光が入射して光電変換層で発生したキャリアが移動する距離が短くなり、キャリアパスが短くなるため電気的には低抵抗化することができるため、特性向上が見込める。
According to such a configuration, the light receiving surface
しかしながら、受光面側集電電極6sが追加されるため、受光面積が小さくなることにより特性が低下するため、前記特性向上分とのバランスにより、中央部付近のバスバー配線の追加本数や幅を決める必要がある。更には、前記特性向上分は、端部に形成されるバスバーの面積に依存するため、基板の大きさや使用する基板の形状(正方形、角加工形状(pseudo-square)、長方形、円形等)によって異なる。
However, since the light receiving surface
実施の形態3.
本発明の実施の形態3について、図6−1,6−2を用いて説明する。本実施の形態では、従来例と同様の受光面側集電電極7s,裏面側集電電極6sに加え、端部の外周部の一部にのみ受光面側集電電極7a,裏面側集電電極6aが追加形成されている。ここで図6−1は、実施の形態3の太陽電池の受光面側すなわち第1の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。図6−2は同裏面側すなわち第2の主面側の要部構成を模式的に示す平面図である。受光面側集電電極7a,7s、裏面側集電電極6a,6s以外については前記実施の形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, in addition to the light receiving surface side
図6−1,6−2に示す実施形態3の太陽電池に対しては、端部において非晶質の半導体層が不所望に回り込むことによる特性低下の抑制が不十分ではあるものの、一部を受光面側集電電極7a,裏面側集電電極6aが遮光しているため、一部特性低下を抑制できる。また、外周部全周囲に形成されない分、電極材料の使用量が少なくて済むため、材料費を抑えることができる。電極に使われる材料は銀をベースにしたものが主流であり、非常に高価なものであるため、削減効果は小さくない。
For the solar cell of Embodiment 3 shown in FIGS. 6-1 and 6-2, although suppression of characteristic deterioration due to an amorphous semiconductor layer undesirably wrapping around at an end is insufficient, some Since the light receiving surface
実施の形態4.
本実施の形態では、3行4列のマトリックス状に太陽電池セル10を配した太陽電池モジュール100について説明する。図7はこの太陽電池モジュールの平面図である。なお図7においては裏面シート8は透光性であるため、下層の太陽電池セル10がそのままみえているものとする。本実施の形態では、太陽電池セル10を3行4列のマトリクス状にインターコネクタ19で接続した構成となっている。そして各太陽電池セル10は前記実施の形態3で説明したものが用いられており外周縁部を2辺にわたって取り囲むように、受光面側集電電極7が設けられ、外縁部は遮光領域となっている。
In the present embodiment,
製造に際しては、まず、太陽電池セル10どうしをインターコネクタ19で接続する。インターコネクタ19の接続には、低融点の半田などを用いる。次に、ガラス板からなる表面シート(図示せず)、封止樹脂(図示せず)、インターコネクタ19で相互に接続した太陽電池セル10、封止樹脂を順に積み重ねて、真空中で加熱とともに押圧する封止処理を行う。封止樹脂は溶融して受光面側の表面シートと裏面側の裏面シート8の間の隙間を埋めて、太陽電池セル10を固定する。このようにして太陽電池モジュール100が完成する。この図では理解を容易にするために、表面シートを外した状態を示している。太陽電池セル10については、図6−1及び図6−2に示した前記実施の形態3の集電電極構造をとる。
When manufacturing, first, the
このとき、この太陽電池モジュールの外周側US,RS,DS,LSについては隣接セルがないため、集電電極は端部まで形成しても短絡の恐れはないが、外周側US,RS,DS,LS以外の隣接セルと対向する辺は、集電電極を一部不連続な辺がくるようにする。また集電電極なしとした構造としてもよく、隣接セルと対向する辺は、短絡防止構造をとることが望ましい。端部において非晶質半導体層が不所望に回り込むことによる特性低下の抑制が不十分ではあるものの、基板2辺を受光面側集電電極7によって遮光しているため、一部特性低下を抑制できる。また、基板中央部の受光面側集電電極7,裏面側集電電極6と平行に配置されているため、モジュール作製時に複数のセルを接続する際、通常広く用いられている既存の設備を使用することができることから、新たな設備投資をする必要がない。
At this time, since there are no adjacent cells on the outer peripheral side US, RS, DS, LS of this solar cell module, there is no fear of short circuit even if the collecting electrode is formed to the end, but the outer peripheral side US, RS, DS , LS are arranged so that the sides facing the adjacent cells are partially discontinuous. Further, a structure without a collecting electrode may be employed, and it is desirable that the side facing the adjacent cell has a short-circuit preventing structure. Although the suppression of the characteristic deterioration due to the amorphous semiconductor layer undesirably wrapping around the end is insufficient, the substrate 2 side is shielded by the light-receiving surface
以上説明してきたように、第1及び第2の集電電極のうち、受光面側に位置する集電電極が、半導体基板の外周に沿って形成されていればよい。そして隣接する太陽電池の存在する側には第1の集電電極は全く存在しない(不連続な)状態でもよいが、第1の集電電極は一部存在していて不連続部を有する構成であってもよい。 As described above, of the first and second collector electrodes, the collector electrode located on the light receiving surface side only needs to be formed along the outer periphery of the semiconductor substrate. The first collector electrode may not be present at all (discontinuous) on the side where adjacent solar cells exist, but the first collector electrode is partially present and has a discontinuous portion. It may be.
なお、前記実施の形態では、単結晶シリコン基板を用いた例について説明したが、これに限定されることなく、SiCなど、他の結晶系半導体基板にも適用可能である。 In the above-described embodiment, an example using a single crystal silicon substrate has been described. However, the present invention is not limited to this and can be applied to other crystal semiconductor substrates such as SiC.
本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。 The present invention is not limited to the above embodiment. The above-described embodiment is an exemplification, and the present invention has any configuration that has substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and that exhibits the same effects. Are included in the technical scope.
以上のように、本発明にかかる太陽電池及びこれを用いた太陽電池モジュールは、集光効率に優れており、特に、反射板などの集光補助材を用いるのが難しい場所に設置される太陽電池モジュールに適している。 As described above, the solar cell according to the present invention and the solar cell module using the solar cell have excellent condensing efficiency, and in particular, the sun installed in a place where it is difficult to use a condensing auxiliary material such as a reflector. Suitable for battery modules.
1 n型単結晶シリコン基板、2i i型非晶質シリコン層、2n n型非晶質シリコン層、3i i型非晶質シリコン層、3p p型非晶質シリコン層、4 裏面側透光性導電膜、5 受光面側透光性導電膜、6 裏面側集電電極、7 受光面側集電電極、8 裏面シート。
1 n-type single crystal silicon substrate, 2i i-type amorphous silicon layer, 2n n-type amorphous silicon layer, 3i i-type amorphous silicon layer, 3pp p-type amorphous silicon layer, 4 back side translucency
Claims (5)
前記半導体基板の第1の主面上から当該半導体基板の側面にまで回込んで形成された前記第1導電型と異なる第2導電型の非晶質半導体層と、
前記第2導電型の非晶質半導体層上に形成された透光性導電膜と、
前記透光性導電膜上に形成される第1の集電電極と、
前記半導体基板の第2の主面側に形成される第2の集電電極とを備え、
前記第1及び第2の集電電極のうち、受光面側に位置する集電電極が、半導体基板の外周に沿って外周部全周にわたり形成され、前記第2導電型の非晶質半導体層が外周部全周にわたり遮光された領域を有し電気的に分離されたことを特徴とする太陽電池。 A crystalline semiconductor substrate having a first conductivity type;
An amorphous semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type formed by wrapping from the first main surface of the semiconductor substrate to the side surface of the semiconductor substrate;
A translucent conductive film formed on the amorphous semiconductor layer of the second conductivity type;
A first collector electrode formed on the translucent conductive film;
A second collector electrode formed on the second main surface side of the semiconductor substrate,
Of the first and second current collecting electrodes, a current collecting electrode located on the light receiving surface side is formed over the entire outer periphery along the outer periphery of the semiconductor substrate, and the second conductive type amorphous semiconductor layer A solar cell having a region shielded from light around the entire periphery of the outer periphery and electrically separated .
前記半導体基板の第2の主面側に、真性半導体層を介して第1導電型の半導体層及び導電性薄膜が形成され、
前記第1及び第2の集電電極のうち、受光面側に位置する集電電極が、太陽電池セルの端から1.0mmの間で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。 The second conductive type amorphous semiconductor layer is formed on the semiconductor substrate via an intrinsic semiconductor layer,
A first conductive type semiconductor layer and a conductive thin film are formed on the second main surface side of the semiconductor substrate via an intrinsic semiconductor layer,
The collector electrode located in the light-receiving surface side among the said 1st and 2nd collector electrodes is formed between 1.0 mm from the edge of a photovoltaic cell, It is characterized by the above-mentioned. Solar cells.
前記半導体基板の第1の主面上から当該半導体基板の側面にまで回込んで形成された前記第1導電型と異なる第2導電型の非晶質半導体層と、
前記第2導電型の非晶質半導体層上に形成された透光性導電膜と、
前記透光性導電膜上に形成される第1の集電電極と、
前記半導体基板の第2の主面側に形成される第2の集電電極とを備え、
前記第1及び第2の集電電極のうち、受光面側に位置する集電電極が、半導体基板の外周に沿って外周部全周にわたり形成され、前記第2導電型の非晶質半導体層が外周部全周にわたり遮光された領域を有し電気的に分離された太陽電池と、
前記太陽電池を複数配列してインターコネクタを介して接続した太陽電池モジュール。 A crystalline semiconductor substrate having a first conductivity type;
An amorphous semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type formed by wrapping from the first main surface of the semiconductor substrate to the side surface of the semiconductor substrate;
A translucent conductive film formed on the amorphous semiconductor layer of the second conductivity type;
A first collector electrode formed on the translucent conductive film;
A second collector electrode formed on the second main surface side of the semiconductor substrate,
Of the first and second current collecting electrodes, a current collecting electrode located on the light receiving surface side is formed over the entire outer periphery along the outer periphery of the semiconductor substrate, and the second conductive type amorphous semiconductor layer and the solar cell but which are electrically isolated has a light shielding region over the outer periphery all around,
Solar cell modules connected via the interconnector by arranging a plurality of the solar cell.
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