JP5469225B2

JP5469225B2 - 太陽電池及び太陽電池モジュール

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Publication number: JP5469225B2
Application number: JP2012229791A
Authority: JP
Inventors: ミンスーチョウ; チエンウェンチェン; チンハオトゥー; チーチアンホアン; カンチョンリン
Original assignee: 茂迪股▲分▼有限公司
Priority date: 2011-10-27
Filing date: 2012-10-17
Publication date: 2014-04-16
Anticipated expiration: 2032-10-17
Also published as: TWI496297B; JP2013098548A; TW201318187A; CN103094367A; US20130104956A1; EP2587546A2; CN103094367B; EP2587546A3

Description

本発明は太陽電池に関し、特に結晶シリコン型太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。

図１では従来の結晶シリコン型太陽電池が示されている。図示のように、該従来の結晶シリコン型太陽電池は、長手方向に沿って延伸する２つのバスバー電極１１と、横断方向に沿って延伸する複数のフィンガー電極１２とを備えている。これらのフィンガー電極１２はダブルプリント技術で各フィンガー電極１２がより高いアスペクト比を有して光電流の収集が向上するように形成されたので、より高い転換効率を得ることができる。ちなみに、プリント技術で電極を形成することに使用される導電材料は高価なので、通常では生産コストを減らす観点からバスバー電極１１の形成にダブルプリント技術を使用しない。

バスバー電極１１は、ダブルプリントにおける第１の印刷手順または第２の印刷手順において形成されることができる。

第１の印刷手順でバスバー電極１１が形成される場合、第１の印刷手順に使用されるスクリーンパターンは、図２ａに示されているように、第１の印刷手順でバスバー電極１１及びフィンガー電極１２の下部１２１を形成するために、バスバー電極１１及びフィンガー電極１２にそれぞれ対応するパターンが必須となる。続いて図２ｂに示されているように、電極１２の下部１２１の上にそれぞれ設けられる上部１２２は第２の印刷手順において形成される。従って、各フィンガー電極１２は各バスバー電極１１よりも厚くなっている。ここで、スクリーン印刷の方向は前記横断方向に平行し、且つ前記長手方向と直交するので、各バスバー電極１１は凹陥表面を有するようになる。最後に、図２ｃに示されているように、複数の上記太陽電池は、隣り合う２つの太陽電池間が導電ワイヤ１３で互いに電気的接続されるように、他の部材と組み合わされて太陽電池モジュールになるようにパッケージされる。しかし、コストダウンを図るためバスバー電極１１は通常細く設計されており、そしてフィンガー電極１２はバスバー電極１１より厚くなっているので、各導電ワイヤ１３は対応のフィンガー電極１２に溶接されている上、対応のバスバー電極１１の上方に掛け渡されている。その結果、各導電ワイヤ１３の溶接による接続は、バスバー電極１１の箇所にて懸架されるため、接続強度が弱くなってしまう。従って、導電ワイヤ１３が該太陽電池のパッケージ中で外れやすいという欠点が生じる。

一方、第２の印刷手順でバスバー電極１１が形成される場合、図３ａに示されているように、フィンガー電極１２の下部１２１ａはまず第１の印刷手順で形成される。続いて、図３ｂに示されているように、バスバー電極１１及びフィンガー電極１２の下部１２１ａの上にそれぞれ設けられる上部１２２ａは第２の印刷手順において形成される。図３ｃに示されているように、各導電ワイヤ１３と対応のバスバー電極１１との間を溶接により接続すると、接続強度が弱くなるという問題が同様に発生する可能性がある。更に、図４に示されているように、フィンガー電極１２の下部１２１ａは一定の厚さを持っているので、バスバー電極１１のための印刷飽和度はその厚さに影響される。特に、図４に示されているように、バスバー電極が形成されるエリア１１１では、フィンガー電極１２の下部１２１ａの一端部１２０はスクリーン１４が乗せられることに影響を与える恐れがある上、スキージ１５によるスキージ圧にも影響を与えるので、エリア１１１を導電材料で万遍なく確実に塗布することができずに、バスバー電極のための印刷飽和度が足りないという問題が起こりやすい。

また、結晶シリコン型太陽電池の電極形成に使用されるダブルプリント技術については、非特許文献１を参考することができる。

M. Galiazzo、外4名、"DOUBLE PRINTING OF FRONT CONTACT AG IN c-Si SOLAR CELLS"、［online］、2010年10月19日、Applied Materials, Inc.、［2012年4月19 日検索］、インターネット〈URL：http://www.appliedmaterials.com/technologies/library/esatto-technology〉

上記のように、第１の印刷手順でバスバー電極１１が形成される場合は、導電ワイヤ１３が該太陽電池のパッケージ中で外れやすいという欠点があり、そして第２の印刷手順でバスバー電極１１が形成される場合では、更にバスバー電極を確実にプリント形成できないという問題がある。

従って、従来の技術には更に改善する余地が残されている。

上記目的を達成すべく、本発明は太陽エネルギーを電力に変換する光電変換ユニットと、前記光電変換ユニットに配置されている電極ユニットとを備えている太陽電池であって、前記電極ユニットは、バスバー電極と、複数のフィンガー電極とを備えており、少なくとも１つの前記フィンガー電極は、前記バスバー電極と電気的接続されている第１の導電部と、前記第１の導電部と電気的接続されていると共に、前記第１の導電部から離れるように延伸し、且つ各前記第１の導電部及び前記バスバー電極よりも厚く形成されている第２の導電部とを有していることを特徴とする太陽電池を提供する。

また、本発明は複数の上記太陽電池と、隣り合う２つの前記太陽電池をそれぞれ電気的に接続する複数のワイヤユニットとを備える太陽電池モジュールであって、各前記ワイヤユニットは、対応している隣り合う２つの前記太陽電池における１つが有するバスバー電極に配置されていると共に、対応している隣り合う２つの前記太陽電池における他の１つと電気的に接続されている電気ワイヤを有していることを特徴とする太陽電池モジュールをも提供する。

上記構成により、本発明の太陽電池は、第１の導電部を有するので、バスバー電極の印刷飽和度を高めることができる。更に、電気ワイヤと溶接接続されるエリアも増えるので、パッケージ中で外れやすいという欠点を解決することができる。

従来の結晶シリコン型太陽電池の構成が示されている上面図。従来の結晶シリコン型太陽電池の製造法が示されている説明図。従来の結晶シリコン型太陽電池の製造法が示されている説明図。従来の結晶シリコン型太陽電池の製造法が示されている説明図。従来の結晶シリコン型太陽電池の製造法が示されている説明図。従来の結晶シリコン型太陽電池の製造法が示されている説明図。従来の結晶シリコン型太陽電池の製造法が示されている説明図。従来の結晶シリコン型太陽電池におけるバスバー電極が第２の印刷手順において形成される様子が示されている説明図。本発明の太陽電池の構成が示されている上面図。本発明の太陽電池の構成が示されている一部断面図。図５に示される太陽電池の構成が示されている一部上面図。本発明の太陽電池モジュールの構成が示されている上面図。本発明の太陽電池モジュールの構成が示されている一部断面図。本発明の太陽電池の第１の実施形態の製造法が示されている説明図。本発明の太陽電池の第１の実施形態の製造法が示されている説明図。本発明の太陽電池の第１の実施形態の製造法が示されている説明図。本発明の太陽電池が第１の印刷手順において形成される第１の導電パターンの説明図。本発明の太陽電池が第２の印刷手順において形成される第２の導電パターンの説明図。本発明の太陽電池の第２の実施形態の一部断面図。本発明の太陽電池の第２の実施形態における電極ユニットの上面図。本発明の太陽電池の第２の実施形態の製造法が示されている説明図。本発明の太陽電池の第２の実施形態の製造法が示されている説明図。本発明の太陽電池モジュールの第２の実施形態における電気ワイヤが形成される様子が示されている説明図。

図５、図６に示されているように、本発明の太陽電池２の第１の好ましい実施形態は、光電変換ユニット２１と、電極ユニット２２とを備えている。

光電変換ユニット２１は受光面２１１と、受光面２１１の反対側にある背面２１２とを有している。この実施形態において、光電変換ユニット２１は重なっている複数の層（図示せず）を備えている。例えば、基板と、基板に形成されたエミッタ層と、エミッタ層に形成された反射防止層と、基板の背面に形成されたパッシベーション層と、背面電界（ＢＳＦ）構造とを備えている。この光電変換ユニット２１におけるエミッタ層は光のイラジエーションでキャリアを生成することができる半導体材料から作成されたものである。従って、基板がｐ型半導体層である場合、エミッタ層はｎ型半導体層を使用する。また、基板がｎ型半導体層である場合、エミッタ層はｐ型半導体層を使用する。反射防止層は、光の反射を抑えて光の入射率を高めると共に、キャリアの表面再結合速度（ＳＲＶ）を抑えるために、窒化ケイ素（ＳｉＮｘ）から作成されたものである。パッシベーション層及び背面電界構造は光電変換の効率を高めるためのものである。これら光電変換ユニット２１の構造は本発明が改良する重点ではないので、以下では詳しい説明を省略する。

電極ユニット２２は光電変換ユニット２１の受光面２１１に配置されている。この実施形態において、電極ユニット２２は第１の方向（Ｙ方向）に沿って延伸する２つのバスバー電極２３と、バスバー電極２３を横断するように、第１の方向と直交する第２の方向（Ｘ方向）に沿って延伸する複数対のフィンガー電極２４とを備えている。この複数対のフィンガー電極２４は２つのグループに分けられ、仮想線（Ｌ）を中心に左右対称になるように配置され、且つ互いに電気的に接続されている。１対のフィンガー電極２４が有する各グループは、バスバー電極２３を両側から挟むように配置されていると共にバスバー電極２３と電気的に接続され、且つ互いに一線に並んでいる。各対における各フィンガー電極２４はそれぞれ対応するバスバー電極２３と電気的に接続されている第１の導電部２５と、第１の導電部２５を介してバスバー電極２３と電気的に接続され、且つバスバー電極２３から離れるように延伸している第２の導電部２６とを有している。この実施形態において、第１の導電部２５は一定の厚さ（ｈ２）を有し、そして第２の導電部２６も一定の厚さ（ｈ３）を有している上、第２の導電部２６の厚さ（ｈ３）は第１の導電部２５の厚さ（ｈ２）及び対応するバスバー電極２３の厚さより大である。ここで、スクリーン印刷が第２の方向（Ｘ）に沿って行われたので、各バスバー電極２３は凹面２３０を有している。即ち、各バスバー電極２３の厚さは図６に示されているように、ｈ１により表記される最小値を有している。このように各バスバー電極２３の厚さはフィンガー電極２４の第１の導電部２５の厚さ（ｈ２）と同等またはそれ以下である。

更に、各対における各フィンガー電極２４は図７に示されているように、第１の導電部２５は第２の導電部２６と電気的に接続されている導電端部２５２と、導電端部２５２の反対側にあって、導電端部２５２とバスバー電極２３との間に介在し、導電端部２５２とバスバー電極２３とを電気的に接続しているバッファ端部２５１とを有している。バッファ端部２５１は、第１の方向（Ｙ）において一定の幅（ａ）を有するように形成されている。このバッファ端部２５１の幅（ａ）は、第１の導電部２５の最大幅でもある。第２の導電部２６は第１の方向（Ｙ）において一定且つ最大の幅（ｂ）を有し、この第２の導電部２６の幅（ｂ）は第１の導電部２５の最大幅（ａ）より小である。つまり、幅（ａ）＞幅（ｂ）の条件を満たしている。更に、幅（ａ）と幅（ｂ）との差は０.２ｍｍ以下であることが好ましい。即ち、幅（ａ）−幅（ｂ）≦０.２ｍｍの条件を満たすことが好ましい。これはより好ましい条件であり、本発明はこの条件によって制限されるものではない。

第２の導電部２６は更に下層部２６３と下層部２６３の上に重なっている上層部２６２とを備えている。この実施形態において、第１の導電部２５が有する導電端部２５２及びバッファ端部２５１は第２の導電部２６の下層部２６２の一端を包囲すると共に該一端と電気的に接続されている。更に、各バスバー電極２３は第２の方向（ｘ）において３ｍｍ以下の幅（ｃ）を有している。即ち幅（ｃ）≦３ｍｍの条件を満たしている。更にまた、各対における各フィンガー電極２４の第２の導電部２６の間の最短距離を距離（ｄ）とすると、対応するバスバー電極２３の幅（ｃ）との差が０．０１ｍｍ以上であることが好ましい。即ち、距離（ｄ）−幅（ｃ）≧０．０１ｍｍの条件を満たすことが好ましい。

図８及び図９に示されているように、本発明の太陽電池モジュールは下板４と、第１の好ましい実施形態に示された複数の太陽電池２と、複数のワイヤユニット３と、透明上板５とを備えている。この複数の太陽電池２はワイヤユニット３により互いに直列接続されている。

各ワイヤユニット３は隣り合う２つの太陽電池２を電気的に接続している。この実施形態において、各ワイヤユニット３は２つの電気ワイヤ３１を有し、各電気ワイヤ３１はそれぞれ隣り合う２つの太陽電池２における一つが有する対応のバスバー電極２３の上方に配置されていると共に、隣り合う２つの太陽電池２における一つが有するフィンガー電極２４の第１の導電部２５に直接に電気的に接続されている（図１０ｃ参照）。各電気ワイヤ３１は幅（ｅ）を有しており（図８参照）、この幅（ｅ）は距離（ｄ）以下である。即ち、幅（ｅ）≦距離（ｄ）の条件を満たしている。この実施形態においては、幅（ｅ）＝距離（ｄ）、即ちワイヤユニット３の各電気ワイヤ３１の互いに反対する両端がそれぞれ隣り合う２つの太陽電池２における一つが有する対応のフィンガー電極２４の第２の導電部２６の上層部２６２に当接している（図１０ｃ参照）が、これはより好ましい条件であり、本発明はこの条件によって制限されるものではない。従って、ワイヤユニット３における各電気ワイヤ３１は隣り合う２つの太陽電池２における一つが有する対応のバスバー電極２３に簡単且つ安定に溶接されることができ、そして図１０ｃに示されているように、従来技術では起こりやすい溶接不安定の問題を避けることができる。更に、図９に示されているように、各ワイヤユニット３における各電気ワイヤ３１は、隣り合う２つの太陽電池２における他の一つが有する背部電極（図示せず）に溶接されている。

図示のように、太陽電池２とワイヤユニット３との組み合わせが下板４と上板５との間に配置されている。また、ワイヤユニット３を太陽電池２に固定するために、パッケージ用粘着手段６が下板４と上板５との間に充満されている。パッケージ用粘着手段６は２枚の粘着膜（図示せず）が熔融されてなったものであり、該２枚の粘着膜は対応する下板４または上板５と、太陽電池２とワイヤユニット３とにより組み立てられたアセンブリとの間に配置されている。この実施形態においては、パッケージ用粘着手段６としてはエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）コポリマーが使用された。

図１０ａ及び図１０ｂは電極ユニット２２が第１及び第２のスクリーン印刷手順により形成される様子が示されている説明図である。

第１のスクリーン印刷手順では、図１１に示されている第１の導電パターン７１が、第１の導電パターン７１に対応するスクリーンパターンを有する第１のスクリーン（図示せず）により光電変換ユニット２１の受光面２１１（図１０ａ参照）に形成される。続いて、第１の導電パターン７１を高温焼成して作成する。図１０ａに示されているように、第１の導電パターン７１は、第１の方向（Ｙ）に沿って延伸すると共に、電極ユニット２２のバスバー電極２３にそれぞれ対応している２つの第１のパターン部７１２と、第２の方向（Ｘ）に沿って延伸すると共に、フィンガー電極の第２の導電部の下層部２６３にそれぞれ対応している複数の第２のパターン部７１１と、フィンガー電極の第１の導電部２５にそれぞれ対応している複数の第３のパターン部７１０と、を有している。従って、この実施形態においては、バスバー電極２３と、第１の導電部２５と、フィンガー電極の第２の導電部の下層部２６３は第１のスクリーン印刷手順にて共に形成される。

第３のパターン部７１０、例えばフィンガー電極の第１の導電部２５のバッファ端部は、第１の導電パターン７１の印刷飽和度を高めるために、第１の方向（Ｙ）における幅がより広くなるように設計されている。即ち、バスバー電極２３の印刷飽和度はこのようにして高められている。更に、電気ワイヤ３１と溶接接続されるエリアも増えるようになる。

第２のスクリーン印刷手順では、図１２に示されている第２の導電パターン７２が、第１の導電パターン７２に対応するスクリーンパターンを有する第２のスクリーン（図示せず）により第１の導電パターン７1の上方に形成される。続いて、第２の導電パターン７２を高温焼成して作成する。第２の導電パターン７２は、第２の方向（Ｘ）に沿って延伸すると共に、第１の導電パターン７１が有する第２のパターン部７１１にそれぞれ重なるように配置され、且つフィンガー電極の上層部２６２にそれぞれ対応している複数のパターン部７２１を有している。

図１３ａには本発明の第２の好ましい実施形態の太陽電池２が示されている。図示のように、この第２の好ましい実施形態は第１の好ましい実施形態の変化例である。第１の好ましい実施形態と異なって、フィンガー電極の第２の導電部２６の下層部２６３は、第１のスクリーン印刷手順において、図１２に示されている第２の導電パターン７２に対応しているスクリーンパターンを使用することによって形成されているので、第２の導電パターン７２は光電変換ユニット２１の受光面２１１に形成されるようになり、即ち、第２の導電パターン７２が有するパターン部７２１は図１４ａに示されているように、フィンガー電極の第２の導電部の下層部２６３に対応している。更に、バスバー電極２３と第１の導電部２５とフィンガー電極２４の第２の導電部２６の上層部２６２とは、第２のスクリーン印刷手順において、図１０、図１１に示されているバスバー電極２３とフィンガー電極２４の第２の導電部２６の上層部２６２とフィンガー電極２４の第１の導電部２５とにそれぞれ対応している第１、第２、第３のパターン部７１２、７１１、７１０を有する第１の導電パターン７１に対応しているスクリーンパターンを使用することによって共に形成される。従って、フィンガー電極２４の第１の導電部２５は一定でない厚さを有しており且つ、バスバー電極２３より厚くなっている一方でフィンガー電極２４の第２の導電部２６より薄くなっている。

第２の好ましい実施形態では、電極ユニット２２は、その製造方法が第１の好ましい実施形態と異なるが、その構造は第１の好ましい実施形態と同じである（図１３ｂ）。

また、本発明は複数の第２の好ましい実施形態の太陽電池２と、隣り合う２つの太陽電池２を電気的に接続する２つの電気ワイヤ３１を備えている。各電気ワイヤ３１は、隣り合う２つの太陽電池２における１つが有するバスバー電極２３に対応して配置されていると共に、該１つが有するフィンガー電極２４の第１の導電部２５と電気的に接続されている（図１４ｃ参照）。

上記構成により、本発明の太陽電池は、第１の導電部を有するので、バスバー電極の印刷飽和度を高めることができる。更に、電気ワイヤと溶接接続されるエリアも増えてパッケージ中で外れやすいという欠点を解決することができる。

２太陽電池
２１光電変換ユニット
２１１受光面
２１２背面
２２電極ユニット
２３バスバー電極
２４フィンガー電極
２５第１の導電部
２５１バッファ端部
２５２導電端部
２６第２の導電部
２６２上層部
２６３下層部
３ワイヤユニット
３１電気ワイヤ
４下板
５透明上板
６パッケージ用粘着手段
７１第１の導電パターン
７１０第３のパターン部
７１１第２のパターン部
７１２第１のパターン部
７２第２の導電パターン
７２１パターン部

Claims

太陽エネルギーを電力に変換する光電変換ユニットと、
前記光電変換ユニットに配置されている電極ユニットとを備えている太陽電池であって、
前記電極ユニットは、バスバー電極と、複数のフィンガー電極とを備えており、
少なくとも１つの前記フィンガー電極は、前記バスバー電極と電気的接続されている第１の導電部と、前記第１の導電部と電気的接続されていると共に、前記第１の導電部から離れるように延伸し、且つ各前記第１の導電部及び前記バスバー電極よりも厚く形成されている第２の導電部とを有していることを特徴とする太陽電池。
前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第２の導電部は、該フィンガー電極が有する前記第１の導電部を介して前記バスバー電極と電気的接続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。
前記バスバー電極の厚さは、前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第１の導電部の厚さ以下であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池。
前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第２の導電部は、第１のスクリーンプリント手順及び前記第１のスクリーンプリント手順後に実行される第２のスクリーンプリント手順によって形成されたものであり、前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第１の導電部は、前記第１のスクリーンプリント手順と前記第２のスクリーンプリント手順とのいずれかにおいて形成されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
前記バスバー電極と前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第１の導電部は、同じスクリーンプリント手順において形成されたものであることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池。
前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第２の導電部は、下層部と該下層部の上に重なっている上層部とを有しており、
前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第２の導電部が有する前記下層部と、前記バスバー電極と、前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第１の導電部は、同じスクリーンプリント手順において形成されたものであることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第２の導電部は、下層部と該下層部の上に重なっている上層部とを有しており、
前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第２の導電部が有する前記上層部と、前記バスバー電極と、前記少なくとも１つの前記フィンガー電極が有する前記第１の導電部は、同じスクリーンプリント手順において形成されたものであることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
前記少なくとも１つの前記フィンガー電極における前記第１の導電部の最大幅は、該前記フィンガー電極における第２の導電部の最大幅より大であることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の太陽電池。
前記少なくとも１つの前記フィンガー電極における前記第１の導電部の最大幅と、前記第２の導電部の最大幅との差は０.０２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池。
前記少なくとも１つの前記フィンガー電極における前記第２の導電部の一端部は、該フィンガー電極における前記第１の導電部と電気的に接続し、且つ該第１の導電部により囲まれていることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載の太陽電池。
前記複数のフィンガー電極における２つのフィンガー電極は、前記バスバー電極を両側から挟むように配置されていると共に、前記第１の導電部及び前記第２の導電部を有しており、
該２つのフィンガー電極がそれぞれ有する前記第２の導電部の間の最短距離と前記バスバー電極の幅との差は、０.０１ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の太陽電池。
複数の、請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の太陽電池と、
隣り合う２つの前記太陽電池をそれぞれ電気的に接続する複数のワイヤユニットとを備える太陽電池モジュールであって、
各前記ワイヤユニットは、対応している隣り合う２つの前記太陽電池における１つが有するバスバー電極に配置されていると共に、対応している隣り合う２つの前記太陽電池における他の１つと電気的に接続されている電気ワイヤを有していることを特徴とする太陽電池モジュール。
各前記ワイヤユニットが有する前記電気ワイヤは、対応している隣り合う２つの前記太陽電池における前記１つが有する前記少なくとも１つの前記フィンガー電極の前記第１の導電部に直接に電気的に接続されていることを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
各前記ワイヤユニットが有する前記電気ワイヤは、対応している隣り合う２つの前記太陽電池における前記１つが有する前記少なくとも１つの前記フィンガー電極の前記第２の導電部に直接に電気的に接続されていないことを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
各前記ワイヤユニットが有する前記電気ワイヤの幅は、対応している隣り合う２つの前記太陽電池における前記１つが有する前記フィンガー電極の各前記第２の導電部の間の最短距離以下であることを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の太陽電池モジュール。