太阳能电池和太阳能电池模块的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及太阳能电池和太阳能电池模块。
【背景技术】
[0002] 通常在具备硅基板的太阳能电池元件的受光面和背面形成有电极。为了将利用光 的入射在太阳能电池元件内转化了的电能高效率地取出到外部，上述电极的电阻率足够低 以及与硅基板形成良好的欧姆接触是必要的。
[0003] 在用于太阳能电池元件的电极中，有受光面集电用电极、受光面输出取出电极、背 面集电用电极和背面输出取出电极，通常如下所述形成。首先，对P型硅基板的受光面侧实 施纹理（凹凸）形成，接下来，在使磷等在高温下热扩散而形成的n+型扩散层上，通过丝网 印刷等赋予电极用组合物（有时也称为电极用糊剂组合物），将其在大气中800°C~900°C 下热处理（烧成），从而形成电极。形成这些电极的电极用组合物包含导电性金属粉末、玻 璃粒子和各种添加剂等。
[0004] 在上述电极中的背面集电用电极以外，作为导电性金属粉末，一般使用包含银粒 子的电极用组合物。银粒子的使用具有如下优点：银粒子的电阻率低至1.6X1(T6Q?cm， 上述热处理（烧成）条件下银粒子自还原而烧结，以及能够与硅基板形成良好的欧姆接触 (电连接）等。
[0005] 如上述所示，包含银粒子的电极用组合物显现作为太阳能电池元件的电极优异的 特性。但是，由于银为贵金属，原料金属自身的价格高，而且由于资源的问题，希望提出替代 银的材料。
[0006] 作为有望替代银的材料，可列举适用于半导体布线材料的铜。铜在资源上丰富，原 料金属成本也为银的约1〇〇分之1，价格低。但是，铜是在大气中200°C以上的高温下容易 被氧化的材料，在上述工序中形成电极是困难的。
[0007] 为了解决铜所具有的上述课题，报道了对于铜使用各种方法赋予抗氧化性，即使 施以高温热处理（烧成）也难以氧化的铜粒子（例如，参照日本特开2005-314755号公报和 日本特开2004-217952号公报）。此外，作为抑制热处理（烧成）时的铜的氧化的方法，也 报道了使用了含有含铜粒子和玻璃粒子的电极用糊剂组合物（电极用组合物）的方法（例 如，参照日本特开2011-171272号公报）。
[0008] 在此，对一般的太阳能电池和太阳能电池模块的结构进行说明。一般的太阳能电 池元件为例如125_X125mm或156_X156mm的大小，单独的发电量小。因此，实际上将多 个太阳能电池元件组合，作为太阳能电池和太阳能电池模块使用。上述太阳能电池和太阳 能电池模块，在多数情况下，具有如下结构：将多个太阳能电池元件经由电连接于其受光面 和背面的输出取出电极上的布线构件而串联和/或并联地连接。此外，太阳能电池模块，由 于在屋外环境下使用，因此为了确保对于气温变化、风雨、积雪等的耐性，将经由布线构件 连接的多个太阳能电池元件用密封件密封而形成。通常将包含强化玻璃、乙烯醋酸乙烯酯 (EVA)板、背板等的密封件层叠夹持于具有布线构件的太阳能电池，然后，利用真空层压机 进行密封。此外，这里，所谓太阳能电池元件，意味着具备具有pn结的半导体基板和在半导 体基板上形成的电极的元件。所谓太阳能电池，意味着在太阳能电池元件上设置布线构件， 根据需要将多个太阳能电池元件经由布线构件连接的状态的产物。所谓太阳能电池模块， 意味着将具备布线构件的太阳能电池，以使太阳能电池中的布线构件的一部分露出的方式 用密封件密封的产物。
[0009]将上述太阳能电池元件的电极与布线构件连接时，为了将在太阳能电池元件内转 换了的电能高效率地取出到外部，必须使电极与布线构件的接触电阻变小。另外，制作上述 太阳能电池模块时，在搬运用布线构件将多个太阳能电池元件连接的状态的太阳能电池的 工序中，为了防止太阳能电池元件从布线构件脱落，必须牢固地保持太阳能电池元件的电 极与布线构件的密合力。
[0010] -般地，对于太阳能电池元件的电极与布线构件的连接，使用焊料（例如，参照日 本特开2004-204256号公报和日本特开2005-050780号公报）。焊料的导电性、固着强度等 连接可靠性优异，价格低，具有通用性，因此已广泛地使用。近年来，作为用于太阳能电池元 件的电极与布线构件的连接的焊料，从环境方面考虑，无铅焊料也逐渐普及。
[0011] 另一方面，也提出了不使用焊料的连接方法。例如日本特开2000-286436号公报、 日本特开2001-357897号公报以及日本专利第3448924号公报中公开了使用导电性糊剂的 连接方法。
【发明内容】
[0012]但是，使用无铅焊料的情形下，由于焊料的熔融温度通常为230°C~260°C左右， 因此与连接相伴的高温或焊料的体积收缩对太阳能电池元件的半导体结构产生影响，有时 引起太阳能电池元件的性能劣化。
[0013] 此外，如日本特开2000-286436号公报、日本特开2001-357897号公报以及日本专 利第3448924号公报中记载那样，使用导电性糊剂进行太阳能电池元件的电极与布线构件 的连接的方法，有时在高温高湿条件下发电性能经时地大幅度劣化，未必获得充分的连接 可靠性。
[0014] 另一方面，日本特开2011-171272号公报中记载的用焊料或导电性糊剂进行含有 铜的电极与布线构件的连接的情形下，存在太阳能电池元件的含有铜的电极与布线构件的 密合力不足的倾向。
[0015]本发明鉴于上述课题而完成，目的在于提供电极与布线构件之间的连接密合性优 异且可靠性优异的太阳能电池和太阳能电池模块。
[0016] 本发明如下所述。
[0017] 〈1〉. 一种太阳能电池，其具备布线连接部，所述布线连接部是依次层叠具有pn结 的半导体基板、导电层以及布线构件而成的，所述导电层具有包含金属部和玻璃部的电极 部、以及树脂部，
[0018]所述布线连接部中，所述导电层含有：所述电极部与所述布线构件接触的部分、和 所述树脂部与所述布线构件接触的部分。
[0019] 〈2〉.根据〈1>所述的太阳能电池，其中，所述导电层包含多个金属部以及在所述 多个金属部之间存在的所述树脂部。
[0020] 〈3〉.根据〈1>或〈2>所述的太阳能电池，其中，对与所述布线连接部的层叠方向平 行的截面进行观察时，存在满足以下的式（I)的观察截面：
[0021] La彡LbXll? ? ? ? (I)
[0022] 式⑴中，La表示下述Lai~La4的合计的长度（iim)，Lb表示沿与上述层叠方 向垂直的方向的该观察截面的长度（um);
[0023]Lai:上述导电层中的上述玻璃部与上述树脂部相接的边界线的长度（ym)的合 计，
[0024]La2:上述导电层中的上述金属部与上述树脂部相接的边界线的长度（ym)的合 计，
[0025]La3:上述导电层中的上述玻璃部与上述布线构件相接的边界线的长度（iim)的 合计，
[0026]La4:上述导电层中的上述金属部与上述布线构件相接的边界线的长度（iim)的 合计。
[0027] 〈4〉. 一种太阳能电池，其具备布线连接部，所述布线连接部是依次层叠具有pn结 的半导体基板、导电层以及布线构件而成的，所述导电层具有包含金属部和玻璃部的电极 部、以及树脂部，
[0028] 对与该布线连接部的层叠方向平行的截面进行观察时，存在能观察到多个金属部 以及在所述多个金属部之间存在的树脂部的截面。
[0029] 〈5X-种太阳能电池，其具备布线连接部，所述布线连接部是依次层叠具有pn结 的半导体基板、导电层以及布线构件而成的，所述导电层具有包含金属部和玻璃部的电极 部、以及树脂部，
[0030] 对与该布线连接部的层叠方向平行的截面进行观察时，存在满足以下的式（I)的 观察截面：
[0031]La彡LbX1. 1 ? ? ? ? (I)
[0032] 式⑴中，La表示下述Lai~La4的合计的长度（iim)，Lb表示沿与上述层叠方 向垂直的方向的该观察截面的长度（um);
[0033]Lai:上述导电层中的上述玻璃部与上述树脂部相接的边界线的长度（ym)的合 计，
[0034]La2:上述导电层中的上述金属部与上述树脂部相接的边界线的长度（ym)的合 计，
[0035]La3:上述导电层中的上述玻璃部与上述布线构件相接的边界线的长度（iim)的 合计，
[0036]La4:上述导电层中的上述金属部与上述布线构件相接的边界线的长度（iim)的 合计。
[0037] 〈6〉.根据〈1>~〈5>中的任一项所述的太阳能电池，其中，所述金属部包含铜。
[0038] 〈7〉.根据〈1>~〈6>中的任一项所述的太阳能电池，其中，所述金属部包含 Cu-Sn-Ni合金相，所述玻璃部包含Sn-P-0玻璃相。
[0039] 〈8〉.根据〈7>所述的太阳能电池，其中，所述Sn-P-0玻璃相的至少一部分被配置 在所述Cu-Sn-Ni合金相与所述半导体基板之间。
[0040] 〈9〉.根据〈1>~〈8>中的任一项所述的太阳能电池，其中，所述导电层是包含含有 磷的铜合金粒子、含有锡的粒子、玻璃粒子和分散介质的电极用组合物的热处理物。
[0041] 〈1〇>.根据〈9>所述的太阳能电池，其中，所述电极用组合物还包含镍粒子。
[0042] 〈11>.根据〈1>~〈10>中的任一项所述的太阳能电池，其中，所述导电层中的所述 树脂部包含粘接剂的固化物。
[0043] 〈12〉. 一种太阳能电池模块，其具有：〈1>~〈11>中的任一项所述的太阳能电池； 以及以使所述太阳能电池中的所述布线构件的一部分露出的方式将所述太阳能电池密封 的密封件。
[0044] 根据本发明，能够提供电极与布线构件之间密合性优良且可靠性优良的太阳能电 池和太阳能电池模块。
【附图说明】
[0045] 图1A是表示本发明涉及的太阳能电池的布线连接部的截面的一例的图。
[0046] 图1B是表示使用本发明涉及的太阳能电池的布线连接部的观察截面，测定式（I) 中的La和Lb的长度的工序的一例的图。
[0047] 图2是表示本发明涉及的太阳能电池元件的一例的简要截面图。
[0048] 图3是表示本发明涉及的太阳能电池元件的受光面侧电极结构的一例的简要平 面图。
[0049] 图4是表示本发明涉及的太阳能电池元件的受光面侧电极结构的一例的简要平 面图。
[0050] 图5是表示本发明涉及的太阳能电池元件的背面侧电极结构的一例的简要平面 图。
[0051] 图6是表示本发明涉及的太阳能电池的受光面的一例的简要平面图。
[0052] 图7是表示本发明涉及的太阳能电池的背面的一例的简要平面图。
[0053] 图8是表示将2个本发明涉及的太阳能电池连接的结构的一例的简要截面图。
[0054] 图9是用于说明本发明涉及的太阳能电池模块的制造方法的一例的图。
【具体实施方式】
[0055] 本说明书中，"工序"这样的用语不仅是独立的工序，即使与其他工序不能明确地 区别的情形下，只要实现该工序的所需的目的，也包含于本用语中。
[0056] 此外，本说明书中，"~"表示包含其前后记载的数值分别作为最小值和最大值的 范围。
[0057] 此外，本说明书中组合物中的各成分的量，在组合物中相当于各成分的物质存在 多种时，只要无特别说明，意味着组合物中存在的该多种物质的合计量。此外，本说明书中 "层"这样的用语，作为平面图进行观察时，除了包含整面地形成了的形状的构成之外，也包 含一部分形成的形状的构成。
[0058]〈太阳能电池〉
[0059] 本发明的太阳能电池是下述的太阳能电池，其具备布线连接部，所述布线连接部 是依次层叠具有pn结的半导体基板、导电层以及布线构件而成的，所述导电层具有包含金 属部和玻璃部的电极部、以及树脂部，所述布线连接部中，所述导电层含有：所述电极部与 所述布线构件接触的部分、和所述树脂部与所述布线构件接触的部分。
[0060] 优选的是，对与布线连接部的层叠方向平行的截面进行观察时，在面方向的长度 100 y m的范围内，存在能观察到1处以上的电极部与布线构件接触的部分、和2处以上的树 脂部与布线构件接触的部分的截面。
[0061] 更优选的是，对与布线连接部的层叠方向平行的截面进行观察时，在面方向的长 度100 ym的范围内，存在能观察到2处以上的电极部与布线构件接触的部分、和3处以上 的树脂部与布线构件接触的部分的截面。
[0062] 此外，本发明的太阳能电池是下述的太阳能电池，其具备布线连接部，所述布线连 接部是依次层叠具有pn结的半导体基板、导电层以及布线构件而成的，所述导电层具有包 含金属部和玻璃部的电极部、以及树脂部，对与所述布线连接部的层叠方向平行的截面进 行观察时，存在能观察到多个金属部以及在所述多个金属部之间存在的树脂部的截面
[0063] 此外，本发明的太阳能电池是下述的太阳能电池，其具有布线连接部，所述布线连 接部是依次层叠具有pn结的半导体基板、导电层以及布线构件而成的，所述导电层具有包 含金属部和玻璃部的电极部、以及树脂部，对与所述布线连接部的层叠方向平行的截面进 行观察时，存在满足以下的式（I)的观察截面。
[0064] La>LbX1. 1 ?? ? ?(I)
[0065] 式⑴中，La表示下述Lai~La4的合计的长度（ii m)，Lb表示沿与上述层叠方 向垂直的方向的观察截面的长度（um);
[0066] Lai:上述导电层中的上述玻璃部与上述树脂部相接的边界线的长度（ym)的合 计，
[0067] La2 :上述导电层中的上述金属部与上述树脂部相接的边界线的长度（ym)的合 计，
[0068] La3 :上述导电层中的上述玻璃部与上述布线构件相接的边界线的长度（iim)的 合计，
[0069] La4 :上述导电层中的上述金属部与上述布线构件相接的边界线的长度（iim)的 合计。
[0070] 本发明的太阳能电池的布线连接部中的导电层，包括：含金属部和玻璃部的电极 部与布线构件接触的部分，以及上述树脂部与上述布线构件接触的部分。即，导电层是电极 部所占的部分和树脂部所占的部分互相嵌入的状态。由此，可以认为，与例如由在电极部 之上一样地形成的树脂部构成的层与布线构件接触的情况相比，通过表现出所谓的锚定效 果，电极部和布线构件的密合性提高。可认为其结果是，太阳能电池的可靠性提高，显示更 稳定的发电性能。对于电极部与布线构件接触的部分而言，玻璃部可以介于金属部和布线 构件之间，也可以金属部与布线构件直接接触。
[0071] 本发明的太阳能电池的一方案为，具有布线连接部，所述布线连接部是依次层叠 具有pn结的半导体基板、导电层以及布线构件而成的，所述导电层具有包含金属部和玻璃 部的电极部、以及树脂部，对与所述布线连接部的层叠方向平行的截面进行观察时，存在能 观察到多个金属部以及在所述多个金属部之间存在的树脂部的截面。
[0072] 在此可以推测，在上述观察截面中的电极部的凹部（多个金属部之间）中存在树 脂部，因此树脂部与电极部（玻璃部和金属部）之间的力学上的粘接强度增大。
[0073] 观察截面中，上述多个金属部可各自直接接触于半导体基板上，也可在半导体基 板与金属部之间存在玻璃部。
[0074] 此外，在利用截面对布线连接部进行观察时，多个金属部作为在其间存在树脂部 的结构而被观察到。另一方面，在三维地捕捉布线连接部的情形下，有时在观察截面中示出 的多个金属部相当于连续的金属部的一部分。因此，多个金属部被配置于上述导电层中的 观察截面只要在布线连接部的局部存在即可。作为导电层全体，优选的是树脂部与含有金 属部的电极部的界面具有从电极部的表面侧至内侧嵌入的多孔体样的形状。
[0075] 此外，本发明的太阳能电池的另一方案为，具有布线连接部，所述布线连接部是依 次层叠具有pn结的半导体基板、导电层以及布线构件而成的，所述导电层具有包含金属部 和玻璃部的电极部、以及树脂部，对与该布线连接部的层叠方向平行的截面观察时，具有满 足下述式（I)的观察截面。
[0076] La彡LbX1. 1? ? ? ?(I)
[0077] 式⑴中，La表示下述Lai~La4的合计的长度（ii m)，Lb表示上述半导体基板 的观察截面的面方向的长度（um);
[0078]Lai:上述导电层中的上述玻璃部与上述树脂部相接的边界线的长度（ym)的合 计，
[0079]La2 :上述导电层中的上述金属部与上述树脂部相接的边界线的长度（ym)的合 计，
[0080]La3 :上述导电层中的上述玻璃部与上述布线构件相接的边界线的长度（ilm)的 合计，
[0081]La4 :上述导电层中的上述金属部与上述布线构件相接的边界线的长度（ym)的 合计。
[0082] 使用图1A中所示的观察截面对前述的2个方案涉及的太阳能电池中的该观察截 面进行说明。
[0083] 图1A中示出成为本发明涉及的太阳能电池的布线连接部的观察截面的一例的观 察截面100。观察截面100中，在半导体基板102上，将包含电极部104和树脂部106的导 电层108与布线构件110层叠。电极部104包含金属部和玻璃部，在电极部104的表面配 置有金属部或玻璃部（未图不）。
[0084] 观察截面100中，在半导体基板102与布线构件110之间配置的电极部104的轮 廓线不规则地弯曲，显示凹凸