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JP2021010299A - 太陽電池および太陽電池の製造方法 - Google Patents

太陽電池および太陽電池の製造方法 Download PDF

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JP2021010299A JP2020173991A JP2020173991A JP2021010299A JP 2021010299 A JP2021010299 A JP 2021010299A JP 2020173991 A JP2020173991 A JP 2020173991A JP 2020173991 A JP2020173991 A JP 2020173991A JP 2021010299 A JP2021010299 A JP 2021010299A
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浩一 上迫
Koichi Kamisako
浩一 上迫
傑也 新井
Takuya Arai
傑也 新井
ミエ子 菅原
Mieko Sugawara
ミエ子 菅原
小林 賢一
Kenichi Kobayashi
賢一 小林
秀利 小宮
Hidetoshi Komiya
秀利 小宮
正五 松井
Shogo Matsui
正五 松井
潤 錦織
Jun Nishikiori
潤 錦織
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Abstract

【課題】シリコン基板の裏面のアルミ電極あるいはアルミ電極の穴の部分に直接にハンダ付けして充分な固定強度を得る太陽電池および太陽電池の製造方法を提供する。【解決手段】基板1の裏面にアルミ電極7を全面に形成あるいはアルミ電極7の一部に穴を形成し、形成したアルミ電極7の全面の一部あるいは穴を形成した部分に、ハンダ8で取出線9をハンダ付けし、基板1の裏面から電子を流入させると共に取出線9を基板1に固定するように構成する。【選択図】図1

Description

本発明は、基板上に光などを照射したときに高電子濃度を生成する領域を作成すると共に領域の上に光などを透過する絶縁膜を形成し、絶縁膜の上に領域から電子を取り出す取出口を形成するフィンガー電極を形成し、更に複数のフィンガー電極を電気的に接続して電子を外部に取り出す、従来のバスバー電極をガラスないし無しにし、フィンガー電極に直接にハンダ接続すると共に裏面の基板から直接にハンダ接続する太陽電池および太陽電池の製造方法に関するものである。
従来、太陽電池セルの設計では、太陽電池セル内に生成した電子を効率よく接続された外部回路に流すかということが肝要である。これを達成するためにセルから外部に連なる部分の抵抗成分を小さくすることと、生成した電子が消失しないようにすることと、表面および裏面の外部端子が強く固定されることとが特に重要である。
例えば図12の従来技術に示すように、シリコン基板21の表面(上面)に窒化膜22を生成し、この上にフィンガー電極(銀)23のペースト(鉛ガラス入り)をスクリーン印刷し焼結し、図示のように窒化膜22に穴を開けて高電子濃度領域から電子を外部に取り出すフィンガー電極23を形成する。次に、フィンガー電極23と直交する方向にバスバー電極(銀)24をスクリーン印刷し焼結して生成する。このバスバー電極(銀)24の上にハンダ26でリボン(リード線)25をハンダ付けして強固にシリコン基板21に該リボン25を固定していた。
また、シリコン基板21の裏面(下面)にアルミ電極27を形成してこれにリボンをハンダ付けして固定していた。
また、アルミ電極27を全面に形成していたのではリボン29のハンダ付け強度が弱い場合には、このアルミ電極27の一部に穴(表面のバスバー電極24に対応する部分に穴)を開けておき、ここに銀ペーストをスクリーン印刷して焼結して銀の部分271を形成し、これにハンダ28でリボン29を固定して必要な固定強度を得ていた。
しかし、上述した従来のシリコン基板21の表面にバスバー電極(銀)24を形成して多数のフィンガー電極23からの電子を集めたり、リボン25を該バスバー電極(銀)24を介してシリコン基板21に強固にハンダ付けする必要性があったために、該バスバー電極24が銀あるいは銀を多く含むペーストで作成する必要性があると共に、該ペーストに鉛ガラスが含まれていると焼結などにより該バスバー電極24で集めた電子がシリコン基板21に向けて漏洩してしまう事態が発生するという問題があった。
また、シリコン基板21の裏面にアルミ電極を全面に形成してその上にリボンをハンダ付けしたのではリボンをシリコン基板21に充分な強度で固定できない場合があるという問題があった。
また、これを避けるために、既述した図12に示すように、アルミ電極27の一部に穴を開けておき、ここに銀ペーストを塗布して焼結し、この上にリボンをハンダ付けして充分な固定強度を得る必要が生じてしまうという問題もあった。
本発明者らは、シリコン基板1の表面のフィンガー電極の上部が絶縁膜の上に露出していることに着目し、この露出しているフィンガー電極の上部に直接に外部端子である帯状のリボンをハンダ付けして抵抗成分を少なくかつ電子の漏洩を少なくすると共に、リボンを窒化膜に直接あるいはガラスを介して強固にハンダ付けできる構成および方法を発見した。
また、本発明者らは、シリコン基板の裏面のアルミ電極あるいはアルミ電極の一部に穴を空け、該アルミ電極あるいは該アルミ電極の穴の部分に直接にハンダ付けして充分な固定強度を得る構成および方法を発見した。
そのため、本発明は、基板上に光などを照射したときに高電子濃度を生成する領域を形成すると共に領域の上に光などを透過する絶縁膜を形成し、絶縁膜の上に領域から電子を取り出す取出口であるフィンガー電極を形成してフィンガー電極を介して電子を外部に取り出す太陽電池において、絶縁膜の上に形成された領域から電子を取り出すフィンガー電極と直交方向に一定の幅bで、フィンガー電極のある部分と、フィンガー電極の無い絶縁膜の部分とに渡ってハンダで取出線をハンダ付けし、フィンガー電極からの電子を取出線により外部に取り出すと共に取出線を基板に固定するようにしている。
この際、フィンガー電極と直交方向に一定の幅bでハンダで取出線をハンダ付けする場合に、フィンガー電極のハンダ付けする部分の幅cを広くあるいは一定の幅cに予め形成するようにしている。
また、フィンガー電極と直交方向に一定の幅bでハンダで取出線をハンダ付けする場合に、フィンガー電極の広げた部分の幅cと、隣接する広げた部分の幅cとの間隔aを,ハンダコテ先の長さよりも小さくし、ハンダコテ先が絶縁膜に直接に接し、絶縁膜を劣化させないようにしている。
また、ハンダ付けは、超音波ハンダ付けするようにしている。
また、超音波ハンダ付けで使用する超音波強度は、取出線のハンダ付けができる以上、かつ絶縁膜が破壊されて性能劣化するよりも小さい出力であるようにしている。
また、ハンダ付けにより取出線がハンダ付けされる部分に、予め超音波なし予備ハンダあるいは必要に応じて超音波予備ハンダするようにしている。
また、取出線がハンダ付けされる部分に予備ハンダした場合には、取出線を超音波なしでハンダ付けするようにしている。
また、ハンダ付けによりハンダ付けする取出線は、予め予備ハンダするようにしている。
また、ハンダは、錫あるいは錫に亜鉛、銅、銀の1つ以上を含むようにしている。
そのため、本発明は、基板上に光などを照射したときに高電子濃度を生成する領域を形成すると共に領域の上に光などを透過する絶縁膜を形成し、絶縁膜の上に領域から電子を取り出す取出口であるフィンガー電極を形成してフィンガー電極を介して電子を外部に取り出すと共に、基板の裏面から電子を流入させて回路を形成する太陽電池において、基板の裏面にアルミ電極を全面に形成あるいはアルミ電極の一部に穴を形成し、形成したアルミ電極の全面の一部あるいは穴を形成した部分に、ハンダで取出線をハンダ付けし、基板の裏面から電子を流入させると共に取出線を基板に固定するように構成する。
この際、アルミ電極の全面の一部あるいは穴を形成した部分は、表面の取出線に対応する部分とするようにしている。
また、ハンダ付けは、超音波ハンダ付けするようにしている。
また、ハンダ付けにより取出線がハンダ付けされる部分に、予め超音波なし予備ハンダあるいは必要に応じて超音波予備ハンダするようにしている。
また、取出線がハンダ付けされる部分に予備ハンダした場合には、取出線を超音波なしでハンダ付けするようにしている。
また、ハンダ付けによりハンダ付けする取出線は、予め予備ハンダするようにしている。
また、取出線のハンダ付けは、ハンダ付けされる部分の温度をハンダが溶融する温度以下で室温以上に予備加熱した状態で、ハンダ付けするようにしている。
また、ハンダは、錫あるいは錫に亜鉛、銅、銀の1つ以上を含むようにしている。
本発明は、上述したように、シリコン基板の表面のフィンガー電極の上部が絶縁膜の上に露出していることに着目し、この露出しているフィンガー電極の上部に直接に外部端子である帯状のリボンをハンダ付けして抵抗成分を少なくかつ電子の漏洩が少なくすると共に、リボンを窒化膜に直接あるいはガラスを介して強固にハンダ付けできる構成とすることにより、高効率かつ取出線を強固に固定できる太陽電池となる。
また、従来の銀のバスバー電極が不要となり、銀使用量を削減できる。
また、従来の銀のバスバー電極の形成工程が不要となり、工程数を削減できる。
また、取出線(リボン)を直接にフィンガー電極にハンダ付けして抵抗値を小さくし、電子の取出効率を高めることができる。
本発明は、上述したように、シリコン基板1の裏面のアルミ電極あるいはアルミ電極の一部に穴を空け、アルミ電極あるいはアルミ電極の穴の部分に直接にハンダ付けすることにより、取出線の部分の抵抗値を小さくかつ充分な固定強度で固定できる。
また、従来の裏面のアルミ電極に穴を空けて銀を形成してこれに取出線をハンダ付けした場合に比して、銀の使用量を削減および銀の塗布、焼結の工程を削減しても強固に取出線を固定できる。
また、取出線(リボン)を直接にアルミ電極あるいはその穴の下のシリコン基板にハンダ付けして抵抗値を小さくし、電子の流入効率を高め、高効率の太陽電池となる。
図1は本発明の要部構成例を示す。
図1の(a)はいわゆるABS技法ー0の要部構成の1例を示し、図1の(a−1)はその表面、裏面の要部構成の詳細例を示す。
図1の(b)はいわゆるABS技法ー1の要部構成の1例を示し、図1の(b−1)はその表面、裏面の要部構成の詳細例を示す。
図1の(c)はいわゆるABS技法ー2の要部構成の1例を示し、図1の(c−1)はその表面、裏面の要部構成の詳細例を示す。
図1において、シリコン基板1は、太陽電池を形成しようとするシリコンの基板(単結晶、多結晶)である。
窒化膜(絶縁膜)2は、シリコン基板1の上に例えば高濃度電子領域(上方から太陽光などを照射したときに高濃度の電子領域を生成する領域)(公知)を作成した上に、透明(太陽光などを透過する透明)の膜であって、高濃度電子領域の上に強固に形成される薄い透明な絶縁膜である(公知)。
フィンガー電極3は、窒化膜2の上に銀および鉛ガラスを含むペーストをスクリーン印刷し、溶剤加熱乾燥、焼結して下層の窒化膜2に鉛ガラスのファイヤリング現象により、高濃度電子領域と電気的に接続する経路を形成したものであって、当該フィンガー電極3から高濃度電子領域に発生した電子を窒化膜(絶縁膜)2の上の方向に取り出すものである(公知)。
バスバー電極4は、図1の(a)に示すように、フィンガー電極3と直交する方向、かつフィンガー電極3の無い部分にのみ一定幅のガラスを塗布、溶剤加熱乾燥、焼結して窒化膜2に強固に固定したものである。このバスバー電極4は、ここでは、導電性である必要はなく窒化膜2に強固に固定かつ取出線をハンダ付け可能であればよい(後述する)。例えば非導電性のABSペースト(バナジウム、バリウム、(錫または亜鉛または両者(またはこれらの酸化物))のガラスペースト)を本実験では用いた。
リボン(リード線)5は、フィンガー電極3に直接にハンダ付けする取出線であって、高濃度電子領域に発生した電子をフィンガー電極3に直接にハンダ付けした当該リボン5で外部に取り出すものである。
ハンダ(半田)6は、リボン5をフィンガー電極3およびバスバー電極4(図1の(a))、窒化膜2(図1の(b),図1の(c))にハンダ付けするハンダである。
アルミ電極7は、シリコン基板1の裏面に形成するアルミ電極である。
ハンダ8は、図1の(a)および図1の(b)ではシリコン基板1の裏面の全面に形成されたアルミ電極7の上に、表面のリボン5をハンダ6でハンダ付けした部分に対応する裏面の部分にリボン9をハンダ付けするものである。本発明で使用するハンダ8は、錫、あるいは錫に亜鉛を数%から数十%添加、銅や銀などを0.数%ないし十数%添加したものがよい。これ以上の割合や他の金属などを必要に応じて添加してもよい(以下同様)。
また、ハンダ8は、図1の(c)ではシリコン基板1の裏面の一部に穴の形成されたアルミ電極7の上の当該穴の部分および当該穴以外のアルミ部分に、表面のリボン5をハンダ6でハンダ付けした部分に対応する裏面の部分にリボン9をハンダ付けするものである。
リボン(リード線)9は、ハンダ8でシリコン基板1の裏面に形成されたアルミ電極7、該アルミ電極7の穴の開いた部分はその下のシリコン基板1にハンダ付けし、電子を流入させるものである。
以下各構成を図1の(a−1),(b−1)、(c−1)に従い詳細に説明する。
図1の(a−1)のABS技法ー0について:
・表面:表面(図1の(a)のシリコン基板1の上側の表面)では、図示のバスバー電極4はABSペーストを塗布、溶剤加熱乾燥、焼結し、当該ABS(バナジン酸塩を主成分としたガラスであって、ハンダ付け可能なガラス)を従来のバスバー電極(銀)に代えたものである。この状態では、シリコン基板1の高濃度電子領域に発生した電子は、フィンガー電極3を介して直接にハンダ6でハンダ付けされたリボン5によって外部に取り出される。このため、従来の光電子濃度領域ーフィンガー電極3−銀のバスバー電極ーリボン5という経路のうち、銀のバスバー電極の部分を省略して直接にフィンガー電極3からリボン5に電子を流して外部に取り出すことができ、抵抗を小さくして損失を低減、更に、従来のバスバー電極からの電子の漏洩を無くすことが可能となる。
・裏面:裏面(図1の(a)のシリコン基板1の下側の面)では、図示のシリコン基板1の全面に形成したアルミ電極7の上に、表面のバスバー電極(ABSペースト)4に対応する部分にリボン9を直接にハンダ付けする。
以上の構成により、表面ではシリコン基板1の高濃度電子領域に発生した電子を、フィンガー電極3−リボン5を介して直接に外部に取り出すことが可能となると共に、リボン5はバスバー電極(非導電性であってもよく、例えばABSペースト)4に対応する部分でハンダ6で直接に強固にシリコン基板1にハンダ付けして固定することが可能となる。裏面では従来のアルミ電極7の上に銀ペーストを焼結してこれにリボンをハンダ付けしていた手間を省略し、アルミ電極7の上に本発明によりリボンを直接にハンダ付けして強固に固定することが可能となる。
図1の(b−1)のABS技法ー1について:
・表面:表面(図1の(b)のシリコン基板1の上側の表面)では、図示のリボン5をハンダ6で直接にフィンガー電極3および窒化膜2の部分に一定幅bでハンダ付けしたものである(図4など参照)。この状態では、シリコン基板1の高濃度電子領域に発生した電子は、フィンガー電極3を介して直接にハンダ6でハンダ付けされたリボン5によって外部に取り出されると共に、リボン5を窒化膜2を介してシリコン基板1に強固に固定することが可能となる。このため、従来のバスバー電極がなく、光電子濃度領域ーフィンガー電極3−リボン5という経路で電子を外部に直接に取り出すと共に、リボン5を窒化膜2を介してシリコン基板1に強固に固定することが可能となる。
・裏面:図1の(a−1)と同様である。
以上の構成により、表面ではシリコン基板1の高濃度電子領域に発生した電子を、フィンガー電極3−リボン5を介して直接に外部に取り出すことが可能となると共に、リボン5を窒化膜2を介してシリコン基板1に強固に固定することが可能となる。裏面では図1の(a)と同様に、従来のアルミ電極7の上に銀ペーストを焼結してこれにリボンをハンダ付けしていた手間を省略し、アルミ電極7の上に本発明によりリボンを直接にハンダ付けして強固に固定することが可能となる。
図1の(c−1)のABS技法ー2について:
・表面:図1の(b−1)と同様である。
・裏面:裏面(図1の(c)のシリコン基板1の下側の面)では、図示のシリコン基板1に形成したアルミ電極7に穴を設け、この穴の部分および該穴の部分以外の部分であって、表面のリボン5をハンダ付けした部分に対応する当該裏面の部分にリボン9をハンダ付けする。これにより、リボン9が穴の部分でシリコン基板1に直接にハンダ8でハンダ付けされ強固にシリコン基板1に固定することが可能となると共に、抵抗成分を小さくすることが可能となる。
以上の構成により、表面ではシリコン基板1の高濃度電子領域に発生した電子を、フィンガー電極3−リボン5を介して直接に外部に取り出すことが可能となると共に、リボン5を窒化膜2を介してシリコン基板1に強固に固定することが可能となる。裏面では本発明によりアルミ電極7の穴を介してリボン9を直接にシリコン基板1にハンダ8でハンダ付けして強固に固定することが可能となる。
次に、図2および図3の順番に従い、図1の構成の製造方法を詳細に説明する。
図2および図3は、本発明の製造方法説明フローチャートを示す。
図2において、S1は、基板を準備する。これは、既述した図1の太陽電池を形成しようとするシリコン基板1として、例えば右側に記載したように、P型の単結晶あるいは多結晶のシリコン基板1を準備する。
S2は、窒化膜を形成する。これは、既述した図1のシリコン基板1の表面に窒化膜(絶縁膜)2を形成する。窒化膜2の膜厚は例えば60−90nm程度が良い。
S3は、裏面にアルミペーストを塗布する。これは、右側に記載したように、図1のシリコン基板1の裏面にアルミペーストをスクリーン印刷して塗布する。この塗布は、図1の(a−1),図1の(b−1)は裏面の全面に塗布する。図1の(c−1)では表面のフィンガー電極3のパターンに直交する方向に、裏面にスペース有あるいはスペース無しにアルミペーストを塗布し、裏面のシリコン基板1の上に帯状のパターンあるいは飛び飛びの帯状のアルミペーストで塗布する(塗布されない部分はアルミ電極7の無い穴の部分となる)。
S4は、溶剤飛ばしを行う。これは、S3で塗布したアルミペーストを加熱乾燥(例えば80から120℃で、30分から60分の加熱乾燥)を行い、溶剤を無くす。
S5は、表面にフィンガー電極を印刷する。これは、図1の窒化膜2の上に、例えば右側に記載した銀と鉛ガラスフリットを含むペーストを用いスクリーン印刷する。
S6は、溶剤飛ばしを行う。これは、S5で塗布したペーストを加熱乾燥(例えば80から120℃で、30分から60分の加熱乾燥)を行い、溶剤を無くす。
図3において、図1の(a)の場合には、S7、S8を行う。S7、S8は、S5、S6のフィンガー電極の印刷・溶剤飛ばしと同時に行っても良い。
S7は、バスバー電極を印刷する。これは、図1のバスバー電極4をABSペーストでスクリーン印刷する。
S8は、溶剤飛ばしを行う。これらS7、S8は、ABSペースト(バナジウム、バリウム、(錫または亜鉛または両者(またはこれらの酸化物))のガラスペースト)を用いて図1の(a)のようにバスバー電極をスクリーン印刷、溶剤飛ばしを行う。
S9は、焼結する。これは、S3とS4、S5とS6、更にS7とS8で印刷・溶剤飛ばしした裏面のアルミ電極7、フィンガー電極3、更に必要に応じてバスバー電極4をまとめて一括焼結する。尚、個別に焼結してもよい。焼結は、右側に記載したように、例えば750から820℃、1秒から60秒の範囲内が望ましく、赤外線を照射して行う。
S10は、表面に超音波ハンダ付けを行う。これは、図1で既述したように、表面の取出線(リボン5)を直接にフィンガー電極6にハンダ付けする。尚、既述したように、ハンダ付けされる部分が予め予備ハンダ(超音波予備ハンダあるいは超音波なし予備ハンダ)されている場合には、超音波なしのハンダ付けでよい。また、超音波ハンダ付け(超音波なしのハンダ付けも)は、ハンダ付けされる部分(できればハンダ付けする部分も)の温度をハンダが溶解する温度以下(溶解する温度以下、室温以上)に予備加熱した状態でハンダ付けすることにより、本発明のハンダを確実にハンダ付けすることが可能となる(他の部分の超音波ハンダ付け(超音波なしハンダ付け)も同様である)。
S11は、裏面に超音波ハンダ付け行う。これは、図1で既述したように、取出線(リボン9)を直接にアルミ電極7にハンダ付けしたり、アルミ電極7の穴の内部のシリコン基板1に直接にハンダ付けしたりする。尚、既述したように、ハンダ付けされる部分が予め予備ハンダ(超音波予備ハンダあるいは超音波なし予備ハンダ)されている場合には、超音波なしのハンダ付けでよい。
以上のように、図1のシリコン基板1の表面に窒化膜(絶縁膜)2を形成した後、裏面にアルミ電極7を形成するアルミペーストを塗布・溶剤飛ばしし、表面にフィンガー電極3を形成する銀・鉛ガラスフリットを塗布・溶剤飛ばしし、必要に応じてバスバー電極4を形成するABSペーストを塗布・溶剤飛ばしし、これらアルミ電極7、フィンガー電極3、必要に応じてバスバー電極4を一括焼結し、裏面のアルミ電極7、表面のフィンガー電極3、必要に応じてABSのバスバー電極4を形成することが可能となる。そして、表面のフィンガー電極3と露出している窒化膜2の両者に直接にリボン5をハンダ6でハンダ付けしたり(図1の(b)、図1の(c))、フィンガー電極3とバスバー電極4の両者に直接にリボン5をハンダ6でハンダ付けしたり(図1の(a))し、更に、裏面のアルミ電極7とリボン5をハンダ8で直接にハンダ付けしたり(図1の(a),図1の(b))、リボン8をアルミ電極7の穴を介してシリコン基板1に直接にハンダ8でハンダ付けおよびアルミ電極7の穴のない部分にリボン8を直接にハンダ8でハンダ付けする(図1の(c))ことにより、リボン9を強固にシリコン基板1に固定およびリボン9からシリコン基板1への抵抗を小さくすることが可能となる。
図4は、本発明の説明図(表面ーその1)を示す。
図4の(a)はフィンガー電極3のパターン例を示し、図4の(b)は図4の(a)の拡大図を示す。
図4において、フィンガー電極3のパターン例は、図1のフィンガー電極3に直交する方向に幅bのリボン5をハンダ6でハンダ付けする領域(図示のバスバー領域41と同じ領域)の幅を幅cに広げた例を示す。この幅cにフィンガー電極3の幅を広げたことにより、リボン5とフィンガー電極3との間のハンダ付け面積(接触面積)を増大して接触抵抗を小さくすることが可能となる。一方、幅cを広げすぎると、広げた部分からの電子の漏洩(再結合)が多くなってリーク電流が増大する傾向にあるので、最適値に実験で決める必要がある。
また、図4の(b)に示すように、バスバー領域41の幅b(リボン5の幅)を広げた状態でハンダ付けする場合、バスバー領域41の隣のものとの間隔aが、超音波ハンダコテ先の長さよりも小さくし、ハンダコテ先が直接に下方の窒化膜2に触れて当該窒化膜2を破壊したりなどの影響を与えないようにする必要があった。例えばハンダコテ先の長が2mmの場合には、間隔aは約1mm程度が実験の結果、窒化膜2に悪影響を与えないことが判明した。
また、直接にハンダ付けした場合、下地の窒化膜2のハンダ材料は錫、亜鉛がしっかり密着し、通常のハンダ材料(錫、鉛)では得られない5N以上の密着力が得られた。
図5は、本発明の説明図(表面ーその2)を示す。これは、既述した図1の(b).(c)の表面の拡大詳細図を示す。
図5において、シリコン基板1の表面に窒化膜(絶縁膜)2を形成し、この上にフィンガー電極3のパターンを銀と鉛ガラスのペーストを塗布して焼結して図示のフィンガー電極3を形成する(窒化膜2に穴を開けて内部を銀としたフィンガー電極3を形成する)。
本発明では、窒化膜2の上に飛び出しているフィンガー電極3に直接にハンダ6でリボン5をハンダ付けすると共に、同時に、窒化膜2の部分にハンダ6をリボン5をハンダ付けする。この際、フィンガー電極3の幅を既述した図4に示すように広く(リボン5の幅に相当する部分を広く)しておくことにより、フィンガー電極3とリボン6との間の接触面積を増大して接触抵抗を小さくできると共に、間隔をハンダコテ先の長よりも小さくしてハンダコテ先が下地の窒化膜2に直接に接触しないようにして該窒化膜2の破壊などの悪影響がでないように工夫する(図4の説明参照)。
これらにより、高濃度電子領域からの電子をフィンガー電極3を介してリボン5に直接に取り出すおよびフィンガー電極3とリボン5との接触抵抗を小さくして高効率にすることが可能となると共に、リボン5を窒化膜2に直接にハンダ6でハンダ付けして強固に固定することが可能となる。
図6は、本発明の説明図(裏面ーその1)を示す。
図6の(a)は、従来の裏面の構成例を示す。従来は、シリコン基板の裏面に、一部に穴を形成したアルミ電極を形成し、この穴の部分に銀ペーストを塗布・焼結して銀電極を形成し、この銀電極にハンダ(鉛ハンダ)でリボンをハンダ付けし、リボンを規定以上の力でシリコン基板に固定するようにしていた。
図6の(b)は、本発明の直接ハンダの1例を示す。
図6の(b−1)はシリコン基板1の裏面の全面にアルミ電極7を形成し、これにハンダ8でリボン9をハンダ付けする例を示す(図1の(a).図1の(b)と同じ)。本発明では、ハンダ(錫、亜鉛)8を用いて超音波ハンダコテでアルミ電極7に直接にリボン9を超音波ハンダ付け可能である。尚、アルミ電極7に予備ハンダした場合には、超音波なしのハンダ付けで可能である。
図6の(b−2)はシリコン基板1の裏面に、一部に穴の開いたアルミ電極7を形成し、この穴の部分およびそれ以外の両者の部分にハンダ8でリボン9をハンダ付けする例を示す(図1の(c)と同じ)。本発明では、ハンダ(錫、亜鉛)8を用いて超音波ハンダコテでアルミ電極7の穴の部分のシリコン基板1および穴以外のアルミ電極7に直接にリボン9を超音波ハンダ付け可能である。尚、予備ハンダした場合には、超音波なしのハンダ付けで可能である。
図7は、本発明の説明図(その1)を示す。これは、超音波ハンダ条件の1例を示す。
図7において、既述した図1などでリボン5、9をハンダ6,8で超音波を印加した超音波ハンダ付けする場合、超音波の出力が強すぎると、図1の窒化膜2を破壊などして悪影響を与えてしまい、超音波の出力が弱すぎると、リボン5.9をハンダ付けできないという事態が発生した。超音波ハンダ付けするには最適な超音波出力があり、特にフィンガー電極3の超音波ハンダ付けする部分(領域)のサイズに依存する。本実験では3W以上の超音波出力では素子劣化(窒化膜2が破壊などされて悪影響がでた)、0.5W以下ではハンダ付け不良がでた。この実験では、3W以下、0.5W以上の範囲が良好な超音波ハンダ付け可能な範囲であった。
図8は、本発明の説明図(その2)を示す。これは、既述した図1の(b)のABS技法−1,図1の(c)のABS技法−2、図12の従来技術の比較例を示す。
・ABS技法ー1(図1の(b):裏面はアルミ電極7に直接にリボン9をハンダ付け。表面はフィンガー電極3にリボン5を直接にハンダ付けおよびリボン5を窒化膜2に直接にハンダ付け。これにより、1.裏面の密着力はABS技法ー2より少し劣るが規格には充分である。2.従来の銀を削減できる。3.電気特性良好である。
・ABS技法ー2(図1の(c)):裏面はアルミ電極7の穴の下のシリコン基板1に直接にリボン9をハンダ付けおよび穴以外の部分のアルミ電極7に直接にハンダ付け。表面はABS技法ー1と同じ。これにより、1.裏面のリボンの強い密着力。2.従来の銀を削減できる。3.電気特性良好である。
・従来技法(図12):裏面はアルミ電極7の上に銀焼結しこれにリボン9を鉛ハンダ付け、あるいはアルミ電極7の穴の部分に銀焼結してシリコン基板1に接続しこの銀にリボン9を鉛ハンダ付け。表面はフィンガー電極3、銀のバスバー電極を介してリボンを鉛ハンダ付け。これにより、1.表面の銀のバスバー電極が必要。2.裏面に銀電極が必要。
図9は、本発明の説明図(その3)を示す。
図9において、ABS技法ー0、ABS技法ー1、ABS技法ー2は、図1のABS技法ー0、ABS技法ー1、ABS技法ー2にそれぞれ対応する。
結晶は、多結晶、単結晶のシリコン基板1の種類である。
電気的特性中のV(v)は、後述する図10の開放電圧である。
電気的特性中のI(mA/cm2)は、後述する図10の短絡電流である。
電気的特性中のFFは、後述する図10の最適動作点である(最大の電力が得られる点である)。
電気的特性中のEFFは下の(式1)で表される変換効率である。
EFF=Jsc×Voc×FF・・・・・・(式1)
Refは、相対的に比較するための標準値(従来例の標準値)、ここでは100(電気的特性)、1(密着力、銀)、0(製造工程数)とした。
以上の図9に図示の実験結果より、
・電気的特性中のV(V)(開放電圧)は本発明はいずれも100.7から101.7にあり若干大きい電圧値であった。
・短絡電流Iは100.0から101.5の範囲にあり、Refに比較して十分な性能を有している。
・最適動作点FFは、ABS技法はいずれもRefに比較して優位性を示している。
・変換効率EFFは、ABS技法ではRefに比較して優位性を示している。
・リボンのシリコン基板1への密着力は、表面は2となり標準値の2倍あり、極めて強固に固定されることが判明し、裏面もほぼ同じか、ABS技法ー2の直接にシリコン基板1にハンダ付けした場合には2倍あり、強固に固定されることが判明した。
・銀の表面の使用量は、本発明は0.1から0.5の範囲内で半分以下に削減できた。裏面については、本発明は銀の使用量を100%削減できた。
・製造工程数は、ABS技法ー1、ABS技法ー2(図1の(b)、図1の(c))は、それぞれ2工程削減できた(表面の銀のバスバー電極の形成が不要となり工数−1、および裏面の銀の電極形成が不要となり工数ー1の計2工程削減できた)。
図10は、本発明の説明図(その4)を示す。これは、既述した図9の太陽電池の電気特性を分かり易く説明した図である。横軸を太陽電池から取り出した電圧、縦軸がそのときの電流を表す。
図10において、開放電圧をVoc(図9のV)という。
短絡電流をJsc(図9のI)という、
最適動作点FFは太陽電池から取り出した電圧・電流の特性曲線中のその積が最大となる図示の位置の値である。
変換効率はJsc×Voc×FFの式で求められる値である。
図11は、本発明の説明図(その5)を示す。
図11の(a)は、図1の(a)のABS技法ー0のバスバー電極にABSガラスを用いた太陽電池の表面、裏面の写真の1例を示す。
図11の(a−1)は、表面の横方向にフィンガー電極3を形成し、その上にABSガラスを用いたバスバー電極を形成した太陽電池の写真の例を示す。ABSガラスは、フィンガー電極3のない部分にのみ形成し、このフィンガー電極3およびABSガラスで形成したバスバー電極の部分(非導電性であり、本発明のハンダでリボンを超音波ハンダ付け可能)にリボンをハンダ付けした状態の写真を示す。
図11の(a−2)は、図11の(a−1)の裏面であって、全面にアルミ電極を形成した状態の写真の1例を示す。
図11の(b)は、図1の(c)のABS技法ー2の太陽電池の表面、裏面の写真の1例を示す。
図11の(b−1)は、表面の横方向にフィンガー電極3として、リボンをハンダ付けする部分の幅を広げて当該フィンガー電極3(図4参照)を形成した状態の写真の1例を示す。ここでは、縦方向のリボンをハンダ付けする部分のフィンガー電極3の幅が広くなっている様子が判明する。
図11の(b−2)は、裏面の縦方向に、リボンを下地のシリコン基板1に直接にハンダ付けする縦方向に穴の開いたアルミ電極7を形成した1例を示す。
図11の(b−3)は、図11の(b−1)および図11の(b−2)の上からリボンをハンダ付けした後の写真の1例を示す。
図11の(b−3)の左側は、図11の(b−1)の表面のフィンガー電極の幅が広くなった部分に、縦方向にリボンをハンダ付けした後の写真の1例を示す。
図11の(b−3)の右側は、図11の(b−2)の裏面のアルミ電極の縦方向に当該アルミがない穴(長い穴)に、リボンを縦方向にハンダ付けした後の写真の1例を示す。
次に、図13から図17を用いて本発明の他の実施例を詳細に説明する。ここでは、シリコン基板30の裏面のアルミ電極23を形成した領域と、シリコン基板30との間に絶縁膜(窒化膜)21を設け、該窒化膜21によりアルミ電極23を分離、例えば表面のフィンガー電極に並行に矩形状に形成し分離して電荷の再結合を低減し、結果として太陽電池の効率を向上させる他の実施例(いわゆる裏面のパーク構造)を示す。以下順次詳細に説明する。
図13は、本発明の裏面パーク構造の工程フローチャートを示す。
図13において、S21は、全面窒化膜等の絶縁膜を形成する。これは、後述する図14の(b)に示すように、シリコン基板30の裏面の全面に窒化膜21を形成する。
S22は、レーザーで絶縁膜の部分に穴を開ける。これは、シリコン基板30の裏面の全面に窒化膜21を形成し、この裏面の全面に形成した窒化膜21について、アルミ焼結してシリコン基板30の裏面との間にアルミ・シリコン合金層(P+)24を作成する領域のみにレーザーで窒化膜21に穴を開ける。これにより、
(1)アルミ電極23を形成する部分(アルミ電極23が直接にシリコン基板30に接触する部分)の穴
(2)リボン(リード線)をハンダ付けする部分(リボンを直接にシリコン基板30にハンダ付けするための部分)の穴部22
が形成され、上記(1)の穴と(2)の穴部22とについてシリコン基板30が露出した状態に形成される。
S23は、上記の穴開け以外の部分にアルミペースト印刷・溶剤飛ばしする。そして、これに続く図示外の表面工程中で焼結(フィンガー電極等の焼結)を行ったときに同時に裏面のアルミ電極23を焼結する。
S34は、穴部のシリコン、窒化膜、アルミにハンダ付けを行う。これは、
(A)後述する図14(a)に示すように、図示の横方向(表面のフィンガー電極に直角方向)に設けた矩形状の穴部22をふさぐ形状の横長のプリハンダしたリボンを本発明のハンダ付けによりシリコン基板30に直接にハンダ付けを行う。
(B)更に、(A)のハンダ付けと併せてリボンを窒化膜21に本発明のハンダ付けを行う。
(C)更に、(A)のハンダ付けと併せてアルミ電極23に本発明のハンダ付けを行う。
以上によって、例えば図14の(a)の横長の穴部22に露出しているシリコン基板30にリボンを直接にハンダ付けすると共に併せて当該リボンの左右の部分の窒化膜21、アルミ電極23に直接にハンダ付けを行うことが可能となる。尚、ハンダ付けは、通常、超音波ハンダ付けで行う。プリハンダ(予め超音波ハンダ付けあるいは超音波なしハンダ付けでアルミ電極23、窒化膜21、リボンをプリハンダ)した場合には、超音波なし(通常)のハンダ付けでも良い。
図14は、本発明の太陽電池の裏面のパーク構造に対するハンダ付け説明図を示す。
図14の(a)は要部(図15参照)を示し、図14の(b)は断面模式図を示す。
図14の(a)において、穴部22は、図示外のリボン(リード線)をハンダ付けするシリコン基板30が露出した穴である。
窒化膜21は、図示の裏面に縦方向に形成した窒化膜(絶縁膜)であって、裏面に形成するアルミ電極23を短冊状に分離(分割)し、該アルミ電極23を全面に形成した場合に生じる電荷の再結合を低減し、太陽電池の効率を向上させるためのものである(パーク構造)。
アルミ電極23は、縦方向の窒化膜21の間に形成され、シリコン基板30と接触する部分に形成されたアルミ電極である。
以上の構成のもとで、図示外のリボンを穴部22に露出したシリコン基板30に直接にハンダ付け、更に穴部22の長い方向の図示の横方向に該リボンを窒化膜21、アルミ電極23の部分に直接にハンダ付けする。これらにより、穴部22の露出したシリコン基板30に極めて強固にリボンを固定、更にリボンをアルミ電極23に固定かつ電気的接続し、更に窒化膜21の部分にリボンを固定し、全体として強固にシリコン基板30、窒化膜21、アルミ電極23に固定し、かつアルミ電極23に電気的接続することが可能となる。そして、アルミ電極23を短冊状に分離してシリコン基板30に接触させてアルミ・シリコン合金層24を形成して、電荷の再結合を低減し、太陽電池の効率を向上させることが可能となる(パーク構造)。
図14の(b)において、
・ハンダ(1)は、アルミ電極23の上にリボンをハンダ付けした状態を示す。この状態では、シリコン基板30の上に窒化膜21、更にアルミ電極23を形成し、この最上層のアルミ電極23の上にハンダ(1)をハンダ付けしている。従来は、図17に示すように、アルミ電極33の上に銀34を形成してこの上にリボンをハンダ付けしていた。
・ハンダ(2)は、窒化膜21の上にリボンをハンダ付けした状態を示す。この状態では、シリコン基板30の上に窒化膜21を形成し、この最上層の窒化膜21の上にハンダ(2)をハンダ付けしている。従来は、図17に示すように、窒化膜の上に銀を形成してこの上にリボンをハンダ付け、あるいは窒化膜の一部をレーザーで除去した後、銀を形成してこの上にリボンをハンダ付けしていた。
・ハンダ(3)は、シリコン基板30の上に直接にハンダ付けした状態を示す。この状態では、シリコン基板30にハンダ(3)を直接にハンダ付けしている。このハンダ(3)は、シリコン基板30にリボンを強固に固定できた(例えば実験では2倍以上の引っ張り強さが得られた)。従来は、このハンダ(3)は行われていなかった。
アルミ・シリコン合金層(P+)24は、アルミ電極23を窒化膜21のない穴の部分に直接にシリコン基板30に接するようにアルミペーストを印刷・溶剤飛ばし・焼結して形成し、アルミ・シリコン合金層(P+)を形成したものである。このアルミ・シリコン合金層(+P)24は、窒化膜21により図14の(a)に示すように短冊状に分離(分割)されているので、従来の裏面全面に形成した場合に比し、電荷の再結合を低減し、太陽電池の効率を向上させることが可能となる(パーク構造)。
図15は、本発明の太陽電池セルの裏面のパーク構造に対する配置例を示す。
図15において、穴部22は、実験では、図示のように、例えば2.5mm×25mmの横長の矩形領域を図示のように合計9個設け、プリハンダしたリボンを横方向に3本ハンダ付けし、従来の後述する図17のリボンのハンダ付けよりも、2倍以上の引っ張り強度が得られた。特に引っ張り強度は、既述した図14の(b)のハンダ(3)によるもの、即ちリボンを穴部22に露出したシリコン基板30に直接にハンダ付けした部分が大きかった。
図16は、本発明の太陽電池セルの裏面のパーク構造に対する穴部の写真例を示す。これは、既述した図16の穴部22を形成した太陽電池セルの写真例であって、横方向に2.5mm×25mmの穴部の写真例を示す。
図17は、従来の太陽電池セルの裏面のパーク構造例を示す。これは、参考のために記載したものであって、従来は、シリコン基板30の上に窒化膜31を全面に形成し、アルミ電極33を形成する部分にのみレーザーで穴を開ける。そして、穴の部分にアルミペースト印刷・焼結してアルミ電極33を形成する。そして、リボン35は、窒化膜31の上に銀34を形成(銀ペーストを印刷して焼結して形成)した上にハンダ付けしていた。このため、リボン35は銀34−窒化膜31−シリコン基板30という経路で固定していたため、該リボン35の引っ張り強度が極めて弱く、人が引っ張ると簡単に剥げ落ちてしまうため、取り扱いが極めてむつかしいという欠点があると共に、銀34が必要となっていた。
一方、本発明は、既述した図14の(b)のハンダ(3)で直接にリボンをシリコン基板30にハンダ付けしたため、極めて強固に固定できると共に、従来の図17の銀34が不要となり、銀の使用量を低減できる。
図18は、本発明の詳細構成図を示す。
図18の(a)および(b)は太陽電池の基板の表面および裏面を模式的に示し、図18の(c)および(d)は図18の(a)および(b)の(a−1)の横方向の部分(バスバー電極32の方向の部分)を直角方向から見た断面図を模式的に示す。
図18の(a),(b),(c)、(d)において、フィンガー電極31は、シリコン基板1に形成された高濃度電子領域の電子を、当該高濃度電子領域の上に全面に形成した窒化膜2にファイアリングにより穴を空けて銀を形成した公知の電極である。
バスバー電極32は、複数のフィンガー電極31の上側に直角方向に設けた電極であって、フィンガー電極31により取り出した電子を集めて図示外のリボン5(図5参照)により外部に取り出すものである。
アルミ電極33は、シリコン基板1の裏面に形成したアルミ電極である。
銀電極34は、シリコン基板1の上に形成したアルミ電極33の穴の部分に直接にシリコン基板1に接するように銀ペースを塗付・焼結して形成した、強固にシリコン基板1に固着させた銀の電極である。
ABSソルダー(電極)35は、アルミ電極33の穴の部分に直接にABSハンダ(Sn+Znからなるハンダ)をハンダ付けしたものであって、強固に直接にシリコン基板1にプリハンダ付け(あるいはリード線と一緒にハンダ付け)したものである。
図18の(a)は、本発明の太陽電池のシリコン基板1の表面を模式的に示す。横方向に断続する線状の部分は、バスバー電極32であって、ペーストを塗付・乾燥・焼結して形成した断続する直線上の部分を模式的に示す。この図示の断続するバスバー電極32の場合には、当該バスバー電極32は導電性であっても非導電性のいずれでもよい。当該バスバー電極32の下側に直角方向に形成されているフィンガー電極31の部分にはバスバー電極32を無しにし、フィンガー電極31の無い部分にのみバスバー電極32を形成する。そして、このバスバー電極32の上からリード線をバスバー電極32のある部分にハンダ付けおよびバスバー電極32の無い部分では突出したフィンガー電極31に直接にハンダ付けする(超音波ハンダ付け)。一方、図18の(a)の断続するバスバー電極32でなはなく、連続するバスバー電極32を形成した場合には、この上に単にリード線を全面にハンダ付けすればよい。
図18の(b)は、本発明の太陽電池のシリコン基板1の裏面を模式的に示す。図示の場合には裏面の全面にアルミ電極が形成されている。
図18の(c)は、従来手法の改善例を模式的に示す。太陽電池のシリコン基板1の表面にはフィンガー電極31と直角方向にバスバー電極32が図示にょうに横方向に形成されている。
一方、裏面には全面に形成されたアルミ電極33に直接に図示外のリード線をハンダ付けしたのでは、当該リード線を引っ張ると簡単にシリコン基板1から剥がれてしまい、製品不良が多発した。そこで、リード線を強くシリコン基板1の裏側に固着するために、図18の(c)に示すように、シリコン基板1の裏の全面に形成したアルミ電極に穴を開けてこの部分に銀ペーストを塗付・乾燥・焼結して図示のようにシリコン基板1に強く固着させ、この強く固着させた銀電極に、図示外のリード線をハンダ付けして当該リード線を強固にシリコン基板1に固定するように改善を図ったものである。
図18の(d)は、本発明のABS手法を模式的に示す。太陽電池のシリコン基板1の表面にはフィンガー電極31と直角方向にバスバー電極32が図示のように横方向に形成されている。そして、バスバー電極32は、上述したように、断続する線状のもの、あるいは線状のもののいずれでもよい。断続する線状のものの場合には、導電性あるいは非導電性のいずれでもよいが、下地(窒化膜2)に強く固着するペーストを用いて塗付・乾燥・焼結する必要がある。
一方、裏面には全面に形成されたアルミ電極33に直接に図示外のリード線をハンダ付けしたのでは、当該リード線を引っ張ると簡単にシリコン基板1から剥がれてしまう。この従来の欠点をなくすために、シリコン基板1の裏の全面に形成したアルミ電極に形成した穴の部分に直接にABSハンダ付け(超音波ハンダ付け)を行い、図示のABSソルダー(電極)35を形成する。このABSソルダー35は、予めABSハンダで予備ハンダ付けしてよいし、リード線をハンダ付けする際にアルミ電極33および当該アルミ電極33の穴の開いた部分のシリコン基板1の両者に直接にハンダ付けしてもよい(超音波ハンダ付け)。
以上のように、シリコン基板1の表面ではバスバー電極32を断続する線状に形成してリード線を当該断続するバスバー電極32およびバスバー電極32の無い部分に露出したフィンガー電極31の両者に直接にABSハンダ付け(Sn+Znハンダを用いたハンダ付け)することにより、リード線を強くシリコン基板1の表面に固着させかつ抵抗値を小さくして効率を高めることが可能となる。
一方、シリコン基板1の裏面では全面に形成したアルミ電極に、リード線をハンダ付けする際に当該アルミ電極33、および該アルミ電極33の穴の開いた部分のシリコン基板1に直接にABSハンダ付け(あるいはプリハンダ付けしたABSソルダー35にハンダ付け)することにより、リード線をシリコン基板1の裏面に強く固着させかつ抵抗値を小さくして効率を高めることが可能となる。
図19は、本発明の電圧電流特性測定例を示す。横軸は太陽電池の出力電圧を示し、縦軸は電流を示し、実線は図18の(c)の従来手法(銀電極34を用いた手法)の測定例を示し、点線は図18の(d)の本発明のABS手法(銀電極34を用いずにABSソルダー35を用いた手法)の測定例を示す。
図19において、本発明の点線のABS手法の測定例は、電圧の小さい部分から大きい部分まで全体的に値(VとI)が大きく、太陽電池の効率が約0.2から1%高い値が得られた。
図20は、本発明の引張試験説明図を示す。
図20の(a)は、プリハンダ付け(プリハンダ付け面積(2mm×25mm))の例を示す。ここでは、図示のように、シリコン基板40にABSハンダ(Sn+Znハンダ)を用いてプリハンダ付け(超音波ハンダ付け)を行う。この際、プリハンダ付けの面積は、図示のように2mm×25mmの横長の矩形とした。
図20の(b)は、リボンのハンダ付けの例を示す。ここでは、図示のように、リボン(ABSハンダを予め形成したプリンハンダ付きリボン)を図20の(a)でシリコン基板40の上にプリハンダした部分にリボンを重ねてその上からハンダゴテを押し付けた状態でリボンの長方向に移動させ、両者のハンダ付けを行う(超音波ハンダ付けあるいは超音波なしハンダ付けのいずれでもよい)。
図20の(c)は、引張り方向(リボン方向と180度逆方向)の例を示す。ここでは、図示のように、リボンをハンダ付けしたリボン方向と180度逆のリボンを引き剥がす方向に引っ張り、そのときの引張り強度を測定する。
図20の(d)は、引張試験装置例を示す。ここでは、図示のように、リボンを右方向にハンダ付けした状態で、リボン方向と逆の左方向にリボンを曲げてフックで引っ張る。フックの先には図示外の引張強度測定器を設置し、引張強度を徐々に高くし、リード線が剥がれるときの強度(引張強度)を実測する。
以上によって、シリコン基板40にABSハンダを著音波プリハンダ付けし、この部分にABSハンダのついたリボンをハンダ付け(超音波有あるいは無しのハンダ付け)し、リード線を180度逆方向の引き剥がす方向に引っ張り、リード線が剥がれるときの引張強度を測定することより、リード線を直接にシリコン基板40にハンダ付けした場合の引張強度を実測することが可能となる。
図21は、本発明の引張試験実測例を示す。図中の横軸はシリコン基板40の下記の種別を表し、縦軸は引張強度(N/0.5cm2)を表す。また、図中の条件(1)、(2)、(3)は、図22の下記を表す。各グラフは5個づつ試験してその平均値を求めてプロットした。
種別:
種別(a):POLY-SI(A):多結晶シリコン基板(A)
種別(b):MONO-SI(A):単結晶シリコン基板(A)
種別(c):POLY-SI(B):多結晶シリコン基板(B)
また、条件(1)、(2)、(3)は図23に表す下記をそれぞれ表す。
条件:
基板への リボンの基板への リボンの材料
プリハンダ付け ハンダ付け (表面の材料)
条件(1) 超音波有 超音波有 ABSハンダ
ABSハンダ (Sn+Zn)
(Sn+Zn)
条件(2) 超音波有 超音波無 ABSハンダ
ABSハンダ (Sn+Zn)
(Sn+Zn)

条件(3) 超音波有 超音波無 従来ハンダ
ABSハンダ (Sn+Pb)
(Sn+Zn)
図21において、種別(a)は、多結晶シリコン基板(A)40上に、条件(1)、(2)、(3)でリボンをそれぞれ図20のようにしてハンダ付けし、180度逆方向に引張試験したときの引張強度測定例を示す。条件(3)の「従来ハンダ(Sn+Pb)」では引張強度は小さく、条件(1)、(2)の「ABSハンダ(Sn+Zn)」では引張強度は高い。特に条件(1)の「ABSハンダ」、かつリボンの基板へのハンダ付けの際に「超音波有」の場合には約2倍引張強度が高い。尚、従来の許容される引張強度は、図21の左側の目盛で2.0であるので、条件(1)、(2)も約2倍程度の引張強度が得られている。これは、基板へのプリハンダ付けが「超音波有」によるものである。超音波無しプリハンダ付けしたのでは、2以下となってしまい、使いもににならない。、
同様に、種別(b)は、単結晶シリコン基板(A)40上に、条件(1)、(2)、(3)でリボンをそれぞれ図20のようにしてハンダ付けし、180度逆方向に引張試験したときの引張強度測定例を示す。条件(3)、(2)の「従来ハンダ(Sn+Pb)」、「ABSハンダ(Sn+Zn)」では引張強度は小さい。条件(1)の「ABSハンダ」、かつリボンの基板へのハンダ付けの際に「超音波有」の場合には約2倍引張強度が高い。
同様に、種別(c)は、多結晶シリコン基板(B)40上に、条件(1)、(2)、(3)でリボンをそれぞれ図20のようにしてハンダ付けし、180度逆方向に引張試験したときの引張強度測定例を示す。条件(3)の「従来ハンダ(Sn+Pb)」では引張強度が小さく、「ABSハンダ(Sn+Zn)」では引張強度は少し大きく、更に、条件(1)の「ABSハンダ」、かつリボンの基板へのハンダ付けの際に「超音波有」の場合には約2倍引張強度が高い。
以上のように、「基板へのプリハンダ付けに超音波を用い」、「リボンの表面の材料がABSハンダ(Sn+Zn)」、かつ「リボンの基板へのハンダ付けに超音波を用い」た場合に引張強度が最も高く、従来の許容される引張強度2.0の約7.5倍の引張強度が得られることが実験で確認された(図21の種別(c)の条件(1)参照)。
図22は、本発明の引張試験実測例(図21の説明図)を示す。これは、既述した図21の条件(1)、(2)、(3)の具体的条件例をそれぞれ示す。
本発明の要部構成図である。 本発明の製造方法説明フローチャート(その1)である。 本発明の製造方法説明フローチャート(その2)である。 本発明の説明図(表面ーその1)である。 本発明の説明図(表面ーその2)である。 本発明の説明図(裏面ーその1)である。 本発明の説明図(その1)である。 本発明の説明図(その2)である。 本発明の説明図(その3)である。 本発明の説明図(その4)である。 本発明の説明図(その5)である。 従来技術の説明図である。 本発明の裏面パーク構造の工程フローチャートである。 本発明の太陽電池セルの裏面のパーク構造に対するハンダ付け説明図である。 本発明の太陽電池セルの裏面のパーク構造に対する配置例である。 本発明の太陽電池セルの裏面のパーク構造に対する穴部の写真例である。 従来の太陽電池セルの裏面のパーク構造例である。 本発明の詳細構成図である。 本発明の電圧電流特性測定例である。 本発明の引張試験説明図である。 本発明の引張試験実測例である。 本発明の引張試験実測例(図21の説明図)である。
1:基板(シリコン基板)
2:窒化膜(絶縁膜)
3:フィンガー電極
4:バスバー電極
41:バスバー領域
5、9:リボン(リード線、取出線)
6、8:ハンダ
7:アルミ電極
21:窒化膜
22:穴部
23:アルミ電極
24:アルミ・シリコン合金層
25、26,27:ハンダ
30:アルミ基板
40:シリコン基板
41:プリハンダ付け

Claims (7)

  1. 基板上に光を照射したときに高電子濃度を生成する領域を形成すると共に該領域の上に光を透過する絶縁膜を形成し、該絶縁膜の上に前記領域から電子を取り出す取出口であるフィンガー電極を形成して該フィンガー電極を介して前記電子を外部に取り出すと共に、前記基板の裏面から前記電子を流入させて回路を形成する太陽電池において、
    前記基板の裏面にアルミ電極を全面に形成あるいはアルミ電極の一部に穴を形成し、該形成したアルミ電極の穴を形成した部分に露出したシリコン基板の部分に、あるいは穴を形成した部分であって基板に形成されて露出した絶縁層の部分に、ハンダで取出線を直接に超音波ハンダ付けし、当該基板の裏面から前記電子を流入させると共に、該取出線を直接に前記基板あるいは前記基板に形成された絶縁層に固定することを特徴とする太陽電池。
  2. 前記アルミ電極の全面の一部あるいは穴を形成した部分は、表面の前記取出線に対応する部分としたことを特徴とする請求項1に記載の太陽電池。
  3. 前記取出線のハンダ付けは、ハンダ付けされる部分の温度をハンダが溶融する温度以下で室温以上に予備加熱した状態で、ハンダ付けすることを特徴とする請求項1から請求項2のいずれかに記載の太陽電池。
  4. 前記ハンダは、錫あるいは錫に亜鉛、銅、銀の1つ以上を含むことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載の太陽電池。
  5. 前記基板の裏面にアルミ電極を形成する領域の下の基板上の任意部分に予め絶縁膜を形成し、該基板の裏面に形成したアルミ電極による電荷の再結合を低減したことを特徴とする請求項1から請求項4のいずれかに記載の太陽電池。
  6. 前記任意部分に予め絶縁膜を形成しとして、表面のフィンガー電極の方向に並行に該アルミ電極を短冊状に分離するように該絶縁膜を形成したことを特徴とする請求項5に記載の太陽電池。
  7. 基板上に光を照射したときに高電子濃度を生成する領域を形成すると共に該領域の上に光などを透過する絶縁膜を形成し、該絶縁膜の上に前記領域から電子を取り出す取出口であるフィンガー電極を形成して該フィンガー電極を介して前記電子を外部に取り出すと共に、前記基板の裏面から前記電子を流入させて回路を形成する太陽電池の製造方法において、
    前記基板の裏面にアルミ電極を全面に形成あるいはアルミ電極の一部に穴を形成し、該形成したアルミ電極の穴を形成した部分に露出したシリコン基板の部分に、あるいは穴を形成した部分であって基板に形成されて露出した絶縁層の部分に、ハンダで取出線を直接に超音波ハンダ付けし、当該基板の裏面から前記電子を流入させると共に、該取出線を直接に前記基板あるいは前記基板に形成された絶縁層に固定する
    ことを特徴とする太陽電池の製造方法。
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