特許 7518646 太陽電池セル、太陽電池モジュール及び太陽電池セル製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-09

(45)【発行日】2024-07-18

(54)【発明の名称】太陽電池セル、太陽電池モジュール及び太陽電池セル製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/18 20060101AFI20240710BHJP

   H01L 31/0747 20120101ALI20240710BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 460

H01L31/06 455

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020060935

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021163780

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2023-01-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】吉河 訓太

【審査官】丸橋 凌

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２０１９－００２９６２５（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１６３９８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０８４１５９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０２０／０５４１２９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１０３７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０５４１３０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００５－２３６０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－６６７４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－５５２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５２７９０６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５６－１２９３４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／１８９２６７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１９／１４６３６６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１３／１６１１２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２００６－００３０９０３（ＫＲ，Ａ）

【文献】韓国登録特許第１０－１８１６１７８（ＫＲ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０４－３１／０７８

Ｈ０１Ｌ ３１／１８－３１／２０

Ｈ０１Ｌ ２１／３０１

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体基板の対向する一対の端縁の一方の受光面側のみ及び他方の裏面側のみにそれぞれレーザ入射痕を備える太陽電池セルを複数備え、
１つの前記太陽電池セルの前記受光面側に前記レーザ入射痕を有する端部の前記受光面側に、他の前記太陽電池セルの前記裏面側に前記レーザ入射痕を有する端部を重ねて配置されている、太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記太陽電池セルは、前記半導体基板の裏面側に正負両方の電極構造が配設されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記太陽電池セルは、前記受光面側に前記レーザ入射痕を有する端縁に隣接して配設され、外部に接続される第１接続電極と、前記裏面側に前記レーザ入射痕を有する端縁に隣接して配設され、前記第１接続電極と異なる極性を有し、外部に接続される第２接続電極と、をさらに備える、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。

【請求項4】

半導体ウエハに第１方向に並んで複数の太陽電池セルの構造を形成する工程と、
前記太陽電池セルの境界線の１つおきに、前記半導体ウエハの第１主面に前記境界線に沿ってレーザを照射する工程と、
前記太陽電池セルの境界線の前記第１主面と互い違いの１つおきに、前記半導体ウエハの第２主面に前記境界線に沿ってレーザを照射する工程と、
前記第１主面のレーザ照射位置及び前記第２主面のレーザ照射位置がそれぞれ山の頂点となるよう、前記半導体ウエハをジグザグに折り曲げる工程と、
を備える、太陽電池セル製造方法。

【請求項5】

前記太陽電池セルの構造は、前記第１方向に並ぶ複数の前記太陽電池セルの向きが交互に反転するよう形成される、請求項４に記載の太陽電池セル製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、太陽電池セル、太陽電池モジュール及び太陽電池セル製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、太陽電池セルは、大判の基板（ウエハ）に配列して形成される。基板に並んで形成された複数の太陽電池セルは、太陽電池セル境界に溝を形成し、この溝に沿って基板を折り曲げて割断することによって分離される。このような割断を行うために、例えば特許文献１に記載されているように、レーザを照射することによってレーザ入射痕からなる溝状のスクライブラインを形成するレーザスクライビングと呼ばれる技術が広く採用されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１２－８４９２１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

レーザによって溝状の入射痕を形成すると、溝の内面、場合によってはさらに溝の近傍の主面に基板の材料の酸化物が付着する。この酸化物は、光を散乱するので白く見えるため、太陽電池セルの輪郭を識別しやすくすることで、特に複数の太陽電池セルを端部を重ね合わせた状態で接続するいわゆるシングリング構造を採用する場合には、太陽電池セルの配置を容易にできる。しかしながら、レーザ入射痕の酸化物は、キャリアを再結合させて光電変換効率を低下させるという不都合も生じさせる。

【0005】

本発明は、光電変換効率が高い太陽電池モジュールを比較的容易に製造できる太陽電池セル、太陽電池モジュール及び太陽電池セル製造方法を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る太陽電池セルは、半導体基板の対向する一対の端縁の一方の受光面側及び他方の裏面側にそれぞれレーザ入射痕を備える。

【0007】

本発明の一態様に係る太陽電池セルが、前記半導体基板の裏面側に正負両方の電極構造が配設されていてもよい。

【0008】

本発明の一態様に係る太陽電池セルは、前記受光面側に前記レーザ入射痕を有する端縁に隣接して配設され、外部に接続される第１接続電極と、前記裏面側に前記レーザ入射痕を有する端縁に隣接して配設され、前記第１接続電極と異なる極性を有し、外部に接続される第２接続電極と、さらに備えてもよい。

【0009】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは前記太陽電池セルを複数備え、１つの前記太陽電池セルの前記受光面側に前記レーザ入射痕を有する端部の前記受光面側に、他の前記太陽電池セルの前記裏面側に前記レーザ入射痕を有する端部を重ねて配置されている。

【0010】

本発明の一態様に係る太陽電池せる製造方法は、半導体ウエハに第１方向に並んで複数の太陽電池セルの構造を形成する工程と、前記太陽電池セルの境界線の１つおきに、前記半導体ウエハの第１主面に前記境界線に沿ってレーザを照射する工程と、前記太陽電池セルの境界線の前記第１主面と互い違いの１つおきに、前記半導体ウエハの第２主面に前記境界線に沿ってレーザを照射する工程と、前記第１主面のレーザ照射位置及び前記第２主面のレーザ照射位置がそれぞれ山の頂点となるよう、前記半導体ウエハをジグザグに折り曲げる工程と、を備える。

【0011】

本発明の一態様に係る太陽電池せる製造方法において、前記太陽電池セルの構造は、前記第１方向に並ぶ複数の前記太陽電池セルの向きが交互に反転するよう形成されてもよい。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、光電変換効率が高い太陽電池モジュールを比較的容易に製造できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の一実施形態の太陽電池セルの構成を示す模式断面図である。

【図2】図１の太陽電池セルの模式裏面図である。

【図3】図１の太陽電池セルの製造の一工程を示す模式図である。

【図4】図１の太陽電池セルの製造の図３の次の工程を示す模式図である。

【図5】図１の太陽電池セルの製造の図４の次の工程を示す模式図である。

【図6】図１の太陽電池セルの製造の図５の次の工程を示す模式図である。

【図7】図１の太陽電池セルを複数備える太陽電池モジュールの構成を示す模式断面図である。

【図8】本発明の変形実施形態に係る太陽電池セルを複数備える太陽電池モジュールの構成を示す模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付の図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。なお、各図面において同一又は相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、簡略化のために、部材の図示、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。

【0015】

図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池セル１の模式断面図である。図２は、太陽電池セル１の模式裏面図である。本実施形態の太陽電池セル１は、裏面（受光面と反対側の面）に正負両方の電極構造が配設されたいわゆる裏面電極型の太陽電池セルである。

【0016】

太陽電池セル１は、半導体基板１０と、半導体基板１０の裏面に設けられる第１半導体層２１及び第２半導体層２２と、第１半導体層２１の裏面側に積層される第１電極パターン３１及び第２半導体層２２の裏面側に積層される第２電極パターン３２と、を備える。

【0017】

半導体基板１０は、通常、平面視で方形状に形成される。半導体基板１０は、第１方向に対向する一対の端縁の一方の受光面側に第１レーザ入射痕１１を有し、他方の端縁の裏面側に第２レーザ入射痕１２を有する。通常、レーザ入射痕１１，１２の表面には、半導体基板１０を形成する材料の酸化物が付着している。このため、レーザ入射痕１１，１２は、光を散乱し、白色化して見え得る。

【0018】

レーザ入射痕１１，１２は、奥側程幅が小さい形状となり得る。平面視におけるレーザ入射痕１１，１２の開口部における幅は、３０μｍ以上１５０μｍ以下、典型的には、５０μｍ以上１００μｍ以下とすることができる。レーザ入射痕１１，１２の深さは、半導体基板１０の厚みの１／４以上３／５以下、典型的には１／３以上１／２以下とすることができる。

【0019】

レーザ入射痕１１，１２は、一定の深さで連続して形成されてもよいが、例えばパルス状のレーザを照射することによって深さが繰り返し変化するよう形成されてもよい。また、レーザ入射痕１１，１２は、平面視で点線状又は破線状になるよう、断続的に形成されてもよい。

【0020】

半導体基板１０は、単結晶シリコン又は多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成される。半導体基板１０は、例えば結晶シリコン材料にｎ型ドーパントがドープされたｎ型の半導体基板である。ｎ型ドーパントとしては、例えばリン（Ｐ）が挙げられる。半導体基板１０は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア（電子及び正孔）を生成する光電変換基板として機能する。半導体基板１０の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力（照度によらず安定した出力）が得られる。

【0021】

第１半導体層２１は、それぞれ第１方向に帯状に延び、第１方向と交差する第２方向に間隔を空けて配置される複数の第１フィンガー部２１１と、複数の第１フィンガー部２１１を第１方向の一方側の端部で接続するよう第２方向に延びる第１接続部２１２と、を有する。第１接続部２１２は、第１レーザ入射痕１１が形成されている端部の裏面側に形成されている。第２半導体層２２は、半導体基板１０の裏面の第１半導体層２０と相補的な領域に形成され、それぞれ第１方向に帯状に延び、第１フィンガー部２１１の間に配置される第２フィンガー部２２１と、複数の第２フィンガー部２２１を第１方向の他方側の端部で接続するよう第２方向に延びる第２接続部２２２とを有する。第２接続部２２２は、第２レーザ入射痕１２に隣接して形成されている。

【0022】

第１半導体層２１及び第２半導体層２２は、互いに異なる導電型を有する。例として、第１半導体層２１はｐ型半導体から形成され、第２半導体層２２はｎ型半導体から形成される。第１半導体層２１及び第２半導体層２２は、例えば所望の導電型を付与するドーパントを含有するアモルファスシリコン材料で形成することができる。ｐ型ドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられ、ｎ型ドーパントとしては、例えば上述したリン（Ｐ）が挙げられる。第１半導体層２１及び第２半導体層２２は、半導体基板１０の裏面に例えばＣＶＤ等の成膜技術によって半導体材料を選択的に積層することによって順番に形成することができる。

【0023】

第１電極パターン３１は、それぞれの第１フィンガー部２１１の中央部の裏面に第１方向に延びるよう積層される複数の第１収集電極３１１と、第１接続部２１２の中央部に第１方向に延びるよう積層され、複数の第１収集電極３１１の端部を接続する第１接続電極３１２と、を有する。第２電極パターン３２は、それぞれの第２フィンガー部２２１の中央部の裏面に第１方向に延びるよう積層される複数の第２収集電極３２１と、第２接続部２２２の中央部に第１方向に延びるよう積層され、複数の第２収集電極３２１の端部を接続する第２接続電極３２２と、を有する。第１接続電極３１２は、第１レーザ入射痕１１に隣接して第２方向に延びるよう配設され、第２接続電極３２２は、第２レーザ入射痕１２に隣接して第２方向に延びるよう配設される。

【0024】

第１電極パターン３１及び第２電極パターン３２は、導電性を有する材料から形成される。具体例として、第１電極パターン３１及び第２電極パターン３２は、銀ペーストの印刷及び焼成によって形成することができる。また、第１電極パターン３１及び第２電極パターン３２は、例えばスパッタリング、メッキ等によって積層した金属層をエッチングによりパターニングすることで形成してもよい。さらに、第１電極パターン３１及び第２電極パターン３２は、第１半導体層２１及び第２半導体層２２に接する薄層状の透明電極層と、この透明電極に積層される金属電極層と、を有する多層構造を有してもよい。

【0025】

第１電極パターン３１は第１半導体層２１から電荷を取り出し、第２電極パターン３２は第２半導体層２２から電荷を取り出す。したがって、第１電極パターン３１と第２電極パターン３２とは互いに異なる極性を有する。より詳しくは、第１電極パターン３１及び第２電極パターン３２の第１収集電極３１１及び第２収集電極３２１は、第１フィンガー部２１１及び第２フィンガー部２２１からそれぞれ電荷を取り出す。第１接続電極３１２及び第２接続電極３２２は、第１接続部２１２及び第２接続部２２２からそれぞれ電荷を取り出すと共に複数の第１収集電極３１１及び複数の第２接続電極３２１が取り出した電荷と合わせて外部に出力する。このため、第１接続電極３１２及び第２接続電極３２２は、他の太陽電池セル１や配線等の外部の構成に接続される。

【0026】

太陽電池セル１は、以下に説明する本発明に係る太陽電池セル製造方法の一実施形態によって製造することができる。本実施形態に係る太陽電池セル製造方法は、図３に示すように、大判の半導体ウエハＷに、少なくとも第１方向に並んで複数の太陽電池セル１の構造を形成する工程（構造形成工程）と、図４に示すように、半導体ウエハの第１主面の太陽電池セル１の境界線の１つおきに境界線に沿ってレーザを照射する工程（第１レーザ照射工程）と、図５に示すように、半導体ウエハの第２主面の太陽電池セル１の境界線の第１主面と互い違いの１つおきに境界線に沿ってレーザを照射する工程（第２レーザ照射工程）と、図６に示すように、第１主面のレーザ照射位置及び第２主面のレーザ照射位置がそれぞれ山の頂点となるよう、半導体ウエハＷをジグザグに折り曲げる工程（折り曲げ工程）と、を備える。

【0027】

構造形成工程では、半導体ウエハＷに、太陽電池セル１の光電変換に係る構造、つまり第１半導体層２１、第２半導体層２２、第１電極パターン３１及び第２電極パターン３２等を形成する。ここで、第１方向に並ぶ複数の太陽電池セル１は、向きが交互に反転するよう形成される。つまり、隣接し合う太陽電池セル１は、第１接続電極３１２同士又は第２接続電極３２２同士を隣接させるよう配向される。

【0028】

第１レーザ照射工程では、太陽電池セル１の境界線のうち第１接続電極３１２が近接する境界線に沿って半導体ウエハＷの第１主面にレーザを照射することで、第１レーザ入射痕１１によって画定される第１スクライブラインＬ１を形成する。

【0029】

第２レーザ照射工程では、太陽電池セル１の境界線のうち第２接続電極３２２が近接する境界線に沿って半導体ウエハＷの第２主面にレーザを照射することで、第２レーザ入射痕１２によって画定される第２スクライブラインＬ２を形成する。なお、第１レーザ照射工程と第２レーザ照射工程とは、どちらを先に行ってもよく、同時に行ってもよい。

【0030】

折り曲げ工程では、半導体ウエハＷの第１主面を基準として第１スクライブラインＬ１が頂点となる山折り、且つ第２主面を基準として第２スクライブラインＬ２が頂点となる山折り、つまり第１主面を基準として第２スクライブラインＬ２が底となる谷折りとするよう、半導体ウエハＷをジグザグに折り曲げる。これによって、第１スクライブラインＬ１及び第２スクライブラインＬ２に曲げ応力が集中して、半導体ウエハＷを割断して、複数の太陽電池セル１を互いに分離することができる。

【0031】

このように、一方の主面を基準として山折りと谷折りとを交互に配置することで、複数の太陽電池セル１を一度の動作で割断できる。この割断は、例えば図示する割断治具Ｊを用いて行うことができる。割断治具Ｊは、各太陽電池セル１の第１主面及び第２主面にそれぞれ対向する複数の板状部Ｐを有する。第１主面に対向する複数の板状部Ｐのうち、第１スクライブラインＬ１を挟んで隣接する２つの板状部Ｐは互いに分離され、第２スクライブラインＬ２を挟んで隣接する２つの板状部Ｐは互いにヒンジ接続されている。第２主面に対向する複数の板状部Ｐのうち、第１スクライブラインＬ１を挟んで隣接する２つの板状部Ｐは互いにヒンジ接続され、第２スクライブラインＬ２を挟んで隣接する２つの板状部Ｐは互いに分離されている。この割断治具Ｊは、板状部Ｐがヒンジ接続されている部分を半導体ウエハＷに向かって押し込むことで、図示するように、半導体ウエハＷをジグザグに折り曲げることができる。

【0032】

これに対し、従来のように、一方の主面を基準として複数の太陽電池セルの境界をすべて同じ方向に折り曲げて割断する場合、全ての境界に同時に曲げを作用させると半導体ウエハが全体としてアーチ状になるため、力を作用させる位置及び方向を複雑に変化させる必要が生じる。このため、従来は、１つの半導体ウエハを複数回に分けて割断する必要があったが、本実施形態では、１つの半導体ウエハＷに対して１回力を作用させるだけで全ての太陽電池セル１を分離することができる。

【0033】

続いて、上述の太陽電池セル１を用いる太陽電池モジュールＭについて説明する。図７は、太陽電池セル１を複数備える太陽電池モジュールＭの構成を示す模式断面図である。太陽電池モジュールＭは、１つの太陽電池セル１の受光面側に第１レーザ入射痕１１を有する端部の受光面側に、他の太陽電池セル１の裏面側に第２レーザ入射痕１２を有する端部を重ねて配置した、いわゆるシングリング構造を有する。隣接する太陽電池セル１の第１接続電極３１２と第２接続電極３２２とは、インターコネクタＣによって接続されている。

【0034】

太陽電池モジュールＭでは、受光面側から見て、太陽電池セル１の受光面側に形成された第１レーザ入射痕１１が他の太陽電池セル１によって覆われている。このため、太陽電池セル１の第１レーザ入射痕１１によって光電変換効率が低下する部分は利用されないので、太陽電池モジュールＭの全体としては、表面側にレーザ入射痕が形成されていない従来の太陽電池セルを用いた場合と同じ光電変換効率が得られる。また、太陽電池モジュールＭでは、太陽電池セル１を１つずつ重ねて配置する際には、第１入射痕１１を用いて太陽電池セル１の位置を正確に確認することができる。このため、太陽電池モジュールＭは、太陽電池セル１の配置誤差に起因する光電変換効率の低下が抑制される。この結果として太陽電池モジュールＭは、従来と比べて製造が容易でありながら、光電変換効率に優れる。

【0035】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。例えば、本発明に係る太陽電池セルは本発明に係る太陽電池セル製造方法によって製造されたものに限定されない。

【0036】

また、本発明に係る太陽電池セルの半導体層、電極パターン等の構成は、単なる例示であって、他の公知の構成に置き換えることができる。また、本発明に係る太陽電池セルは、上述した構成要素以外に、例えば光の反射を抑制する反射防止膜等のさらなる構成要素を備えてもよい。

【0037】

また、本発明に係る太陽電池セルにおいて、一方が受光面側、他方が裏面側に入射痕を有する側縁の対とは異なる側縁の対がレーザスクライビングによって形成される場合、この側縁の対は、いずれの面側にレーザ入射痕を有していてもよい。

【0038】

本発明に係る太陽電池セルは受光面にも電極構造を有する両面電極型太陽電池セルであってもよい。両面電極型太陽電池セルであっても、電極が微細である場合には受光面側を観察する場合にはその位置を確認することが容易ではないことがある。この場合、図８に示す変形例に係る太陽電池セル１Ａのように、上述の実施形態と同様に他の太陽電池セルに覆われる側の端縁の表面側にレーザ入射痕を形成することによって、太陽電池セルを正確に位置決めすることができる。

【符号の説明】

【0039】

１，１Ａ 太陽電池セル
１０ 半導体基板
１１ 第１レーザ入射痕
１２ 第２レーザ入射痕
２１ 第１半導体層
２２ 第２半導体層
２１１，２２１ フィンガー部
２１２，２２２ 接続部
３１ 第１電極パターン
３２ 第２電極パターン
３１１，３２１ 収集電極
３１２，３２２ 接続電極
Ｍ 太陽電池モジュール
Ｗ 半導体ウエハ
Ｌ１ 第１スクライブライン
Ｌ２ 第２スクライブライン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】