JP2000049369A

JP2000049369A - 薄膜太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2000049369A
Application number: JP10215421A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yamagishi; 英雄山岸; Masataka Kondo; 正隆近藤
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1998-07-30
Filing date: 1998-07-30
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】大きな受光面積を有するにもかかわらず光電
変換効率を低下させることなく所望の出力電圧を有する
集積型薄膜太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】薄膜太陽電池モジュールは複数のサブモ
ジュールを含み、各サブモジュールは所定数のセル（２
ｂ，３ｂ，４ｂ）を含み、互いに隣接する２つのサブモ
ジュール間にはそれらのサブモジュールからの電流を収
集するための共通のバスバー（５ａ，５ｂ，５ｃ）が設
けられており、バスバー（５ａ，５ｂ，５ｃ）の一方側
のサブモジュール内において複数のセル（２ｂ，３ｂ，
４ｃ）は第１の方向に直列接続されており、そのバスバ
ーの他方側のサブモジュール内においては複数のセル
（２ｂ，３ｂ，４ｃ）は第１の方向と逆の第２の方向に
直列接続されていることを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体太陽電池モジ
ュールに関し、特に、半導体薄膜太陽電池モジュールの
電気的接続構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体太陽電池においては、そ
の受光面積に比例した電気出力が得られる。したがっ
て、大きな出力を得るためには、大きな受光面積を有す
る太陽電池を作製することが望まれる。しかし、半導体
薄膜太陽電池の受光側電極として一般に用いられる透明
導電性酸化物薄膜においてはその膜面に平行な方向の電
気抵抗を無視することができず、太陽電池セルの面積を
単に大きくするだけでは期待する出力を得ることが困難
である。したがって、大面積の薄膜太陽電池モジュール
を形成する際には、１つの大面積の太陽電池セルを互い
に平行な複数の細長くて幅の狭いセルに分割し、それら
の細長い分割セルを狭い幅方向に電気的に直列接続して
集積化することによって、受光面積に見合った大きさの
出力を得ようとするのが一般的である。すなわち、幅の
狭い複数のセルをその幅方向に直列接続する集積化によ
って、大面積の太陽電池モジュールにおいても、透明電
極の抵抗成分による出力ロスを著しく軽減することがで
きる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、１つの大面
積薄膜太陽電池セルを上述のように複数の細長いセルに
分割し、それらの分割セルを直列接続して集積型の太陽
電池モジュールを形成すれば、そのモジュール全体の出
力電圧は分割セル数にほぼ比例して高くなり、出力電流
はほぼ逆比例して小さくなる。たとえば、１つの大面積
太陽電池セルを２０の細長いセルに分割し、それらの分
割セルを直列接続することによって太陽電池モジュール
を形成すれば、その２０段の直列接続を含む太陽電池モ
ジュールにおいては、１つの大面積太陽電池セルに比べ
て開放電圧が約２０倍になり、短絡電流密度が約１／２
０になる。

【０００４】このような事実は高い出力電圧を得るとい
う観点からは好ましいものであるが、他方において、そ
の出力電圧が所望の用途に適切な電圧を越えてしまうこ
とは好ましくない。たとえば、長方形の非晶質太陽電池
セルが１００ｃｍの１辺を有する場合、その透明電極層
のシート抵抗が１０Ω／□程度であれば、その１辺に直
交しかつ互いに平行な複数の溝によって分割されて１ｃ
ｍの幅を有する複数の細長いセルが形成される。そのよ
うにして得られた太陽電池モジュールは直列接続された
１００段の分割セルを含み、その開放電圧は１００Ｖ近
い値になる。したがって、所望の用途に適する電圧がた
とえば２０Ｖである場合には、この太陽電池モジュール
は使えないことになる。

【０００５】このような観点から、特開平３−１７１６
７５は、直列接続された所定数のセルを含むサブモジュ
ールの複数が電気的に並列接続される太陽電池モジュー
ルを開示している。しかし、この太陽電池モジュールに
おいては各サブモジュールごとに２本の集電用バスバー
を必要とし、また、隣接するバスバー間には相互の絶縁
のために発電に寄与しない空間を設けなければならない
などの問題を含んでいる。

【０００６】上述のような先行技術における課題に鑑
み、本発明は、透明電極層の抵抗成分による出力ロスを
低減させるために多数の分割セルを含む大面積の薄膜太
陽電池モジュールであっても、その出力ロスの低減を犠
牲にすることなく所望の出力電圧を有する薄膜太陽電池
モジュールを提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、絶縁基
板上に順次積層された第１型電極層、半導体光電変換層
および第２型電極層を含み、第１型電極層と第２型電極
層を互いに平行な複数の第１型電極分割溝および第２型
電極分割溝で複数の第１型電極および第２型電極にそれ
ぞれ分割することによって形成された互いに平行な細長
い光電変換セルの所定数を含むサブモジュールを複数含
む薄膜太陽電池モジュールは、サブモジュールの各々内
において、互いに隣接する任意の２つのセル間で第１型
電極と第２型電極とを光電変換層を貫通する接続用開口
を介して電気的に接続することによって所定数のセルが
直列接続されており、互いに隣接する任意の２つのサブ
モジュール間にはそれらのサブモジュールからの電流を
収集するために共通のバスバーが設けられており、バス
バーの一方側のサブモジュール内においては任意の１つ
のセルの第１型電極はそのセルに対して第１の方向に隣
接するセルの第２型電極に接続用開口を介して接続され
ており、バスバーの他方側のサブモジュール内において
は任意の１つのセルの第１型電極はそのセルに対して第
１の方向と逆の第２の方向に隣接するセルの第２型電極
に接続用開口を介して接続されていることを特徴として
いる。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１において、本発明の実施の形
態を説明するために、薄膜太陽電池モジュールの製造工
程の一例が模式的な断面図で図解されている。なお、本
願の各図において、図面の明瞭化と簡略化のために、長
さ、幅、厚さなどの寸法関係は適宜に変更されており、
実際の寸法関係を表わしてはいない。

【０００９】まず、図１（Ａ）に示されているように、
ガラス板のような透明絶縁基板１上に、導電性透明酸化
物層が透明前面電極層２として形成される。この透明電
極層２は、図１の紙面に直交する方向に平行に延びる複
数の透明電極分割溝２ａによって、複数の細長い個別の
透明前面電極２ｂに分割される。

【００１０】図１（Ｂ）においては、透明電極層２を覆
うように半導体光電変換層３が形成される。光電変換層
３には、次に述べる金属裏面電極を透明電極２ｂへ電気
的に接続するための接続用開口３ａが形成される。これ
らの接続用開口３ａは、たとえば連続的な溝、断続的な
溝または小さな穴の並びとして形成され得る。好ましく
は、接続用開口３ａとして、連続的な光電変換領域分割
溝が形成される。すなわち、光電変換層３は、対応する
透明電極分割溝２ａに近接しかつそれに平行な複数の光
電変換領域分割溝３ａによって、複数の細長い光電変換
領域３ｂに分割される。

【００１１】図１（Ｃ）においては、光電変換層３を覆
うように金属裏面電極層４が形成される。この金属電極
層４は、対応する光電変換領域分割溝３ａに近接し、か
つそれに平行な複数の金属電極分割溝４ａによって、複
数の細長い金属電極４ｂに分割される。これによって互
いに平行な複数の細長い太陽電池セルが形成され、各セ
ルは順次に積層された透明電極層２ｂ、光電変換領域３
ｂおよび金属電極４ｂを含んでいる。

【００１２】その後の図１（Ｄ）において、各太陽電池
セルからの出力電流を収集するために、金属バスバー５
ａ，５ｂ，５ｃが形成され、これによって太陽電池モジ
ュールから出力電流を取出すことが可能となる。ここで
注目すべきことは、任意のバスバーの両側においてセル
間の直列接続の方向が互いに逆方向にあることである。

【００１３】たとえば、バスバー５ｂの左側において
は、互いに隣接するセル間において右側のセルの透明電
極２ｂが光電変換領域分割溝３ａを介して左側のセルの
金属電極４ｂに接続されている。しかし、バスバー５ｂ
の右側においては、互いに隣接するセル間において左側
のセルの透明電極２ｂが光電変換領域分割溝３ａを介し
て右側のセルの金属電極４ｂに接続されている。すなわ
ち、たとえば光電変換層３が透明電極２上に順次積層さ
れたｐ型、ｉ型およびｎ型のサブ層を含むｐｉｎ型光電
変換層であれば、バスバー５ａ，５ｃは正極であり、バ
スバー５ｂは負極となる。

【００１４】ここで、図１（Ｄ）の例においては、互い
に隣り合うバスバー間において３つのセルが直列接続さ
れている。したがって、この太陽電池モジュールにおい
ては、各セルの約３倍の出力電圧を有する複数のサブモ
ジュールが並列接続され得ることになり、モジュール全
体の出力電流は各セルの出力電流にサブモジュールの数
を掛けた値にほぼ等しくなる。なお、図１（Ｄ）におい
ては図面の明瞭化と簡略化のために１つのサブモジュー
ルが３つの直列接続されたセルを含む例が示されたが、
必要に応じて１つのサブモジュールがさらに多くのセル
を含み得ることは言うまでもない。

【００１５】図２においては、本発明の実施の形態とし
ての太陽電池モジュールのもう１つの例が模式的な平面
図で示されている。この太陽電池モジュールは、透明絶
縁基板１上に形成された４つのサブモジュールを含んで
いる。各サブモジュールは直列接続された５つの細長い
セル８を含んでいる。そして、これら４つのサブモジュ
ールは、たとえば正極のバスバー５Ａと負極のバスバー
５Ｂによって、電気的に互いに並列接続されている。し
たがって、図２の太陽電池モジュールにおいては、各セ
ルの約５倍の出力電圧の下に各セルの約４倍の出力電流
を取出すことができる。

【００１６】

【実施例】図１に対応して、実施例としての太陽電池モ
ジュールが作製された。ただし、この実施例の太陽電池
モジュールは３つのサブモジュールを含み、各サブモジ
ュールは１５のセルを含んでいた。

【００１７】図１（Ａ）を参照して、９２ｃｍ×４６ｃ
ｍの面積と４ｍｍの厚さを有するソーダーライムガラス
板が透明絶縁基板１として用いられた。基板１上には、
透明電極層２として、厚さ８００ｎｍの酸化すず膜が熱
ＣＶＤ法で堆積された。透明電極層２は透明電極分割溝
２ａによって複数の透明電極２ｂに分割された。透明電
極分割溝２ａは、基板１をＸ−Ｙテーブル上にセットし
てＱスイッチＹＡＧレーザを用いることによって形成さ
れた。レーザの運転条件としては、波長５３２ｎｍの第
２高調波、３ｋＨｚのパルス周波数、５００ｍＷの平均
出力および１０ｎｓｅｃのパルス幅が用いられた。形成
された透明電極分割溝２ａの幅は約５０μｍであり、透
明電極２ｂの幅は約１０ｍｍであった。

【００１８】図１（Ｂ）を参照して、透明電極層２を覆
うように半導体光電変換層３が、複数の分離された反応
室を有するプラズマＣＶＤ装置を用いて堆積された。そ
の半導体層３として、ｐ型ａ−ＳｉＣ：Ｈサブ層、ｉ型
ａ−Ｓｉ：Ｈサブ層およびｎ型μ−Ｓｉサブ層が２００
℃の基板温度のもとに順次堆積され、これらのサブ層に
よってｐｉｎ接合が構成された。ここで、ａ−ＳｉＣ：
ＨはＨを含む非晶質ＳｉＣを表わし、μ−Ｓｉは微結晶
Ｓｉを表わしている。ｐ型、ｉ型およびｎ型のそれぞれ
のサブ層の堆積時における原料ガスとしてのＳｉＨ₄の
流量は、１００ｓｃｃｍ、５００ｓｃｃｍおよび１００
ｓｃｃｍであった。また、ｐ型とｎ型のサブ層の堆積時
には、水素で１０００ｐｐｍまで希釈されたＢ₂Ｈ₆と
ＰＨ₃がそれぞれ２０００ｓｃｃｍの流量で添加され
た。さらに、ｐ型サブ層の堆積時には、３０ｓｃｃｍの
ＣＨ₄が加えられた。これらのｐ型、ｉ型およびｎ型の
それぞれのサブ層の堆積時に用いられた高周波パワーは
２００Ｗ、５００Ｗおよび３ｋＷであり、反応圧力は１
Ｔｏｒｒ、０．５Ｔｏｒｒおよび１Ｔｏｒｒであった。
得られたｐ型、ｉ型およびｎ型のそれぞれのサブ層の厚
さは、それらの堆積時間から、約１５ｎｍ、３２０ｎｍ
および３０ｎｍであると推定された。

【００１９】こうして形成された半導体層３は、透明電
極分割溝２ａの場合と同様のレーザ加工で形成された光
電変換領域分割溝３ａによって、複数の光電変換領域３
ｂに分割された。ただし、光電変換領域分割溝３ａの幅
は、レーザ光の焦点位置を調節することによって、約１
００μｍにされた。また、基板１の右端から最初のサブ
モジュールに含まれる１５本の光電変換領域分割溝３ａ
は対応する透明電極分割溝２ａの右側に約１００μｍだ
け隔てられて形成され、次のサブモジュールに含まれる
１５本の光電変換領域分割溝３ａは対応する透明電極分
割溝２ａの左側に約１００μｍだけ隔てられて形成さ
れ、このような透明電極分割溝２ａに対する光電変換領
域分割溝３ａの配置方向の変更がサブモジュールごとに
繰返された。

【００２０】図１（Ｃ）を参照して、半導体層３を覆う
ようにＺｎＯ層とＡｇ層が順次に堆積され、これによっ
て裏面電極層４が形成された。なお、半導体層３とＡｇ
層との間にＺｎＯ層を介在させるのは、Ａｇが半導体層
３内に拡散することを防止するために好ましいことなど
の理由からである。より具体的には、直流放電を利用す
るマグネトロンスパッタリング装置内でＺｎＯターゲッ
トを用いて常温の下で厚さ２００ｎｍのＺｎＯ層が堆積
され、引続いてＡｇターゲットを用いて同じく常温の下
で厚さ２００ｎｍのＡｇ層が堆積された。スパッタリン
グ条件としては、２ｍＴｏｒｒのアルゴンガス圧と２０
０Ｗの放電パワーが用いられた。

【００２１】こうして形成された裏面電極層４は、光電
変換領域分割溝３ａの場合と同様のレーザ加工で形成さ
れた裏面電極分割溝４ａによって、複数の裏面電極４ｂ
に分割された。このとき、裏面電極分割溝４ａの幅は約
７０μｍであった。なお、図１（Ｃ）において裏面電極
分割溝４ａの底面は半導体層３の上面に一致して示され
ているが、実際にレーザ加工した場合には、裏面電極分
割溝４ａの深さは透明電極層２の上面まで至る。

【００２２】図１（Ｄ）を参照して、はんだめっきされ
た銅箔を用いて集電用のバスバー５ａ，５ｂ，５ｃが形
成された。これらのバスバー５ａ，５ｂ，５ｃが形成さ
れるべき領域において半導体層３と裏面電極層４とが部
分的に除去された後に、それらのバスバーが透明電極層
２にはんだ付けされた。しかし、半導体層３と裏面電極
層４とは極めて薄いので、これらの層を機械的に貫通し
てバスバーを透明電極層２にはんだ付けすることが可能
であり、はんだ付けに先立ってレーザ加工で半導体層３
と裏面電極層４とを部分的に除去しておくことは必ずし
も必要ではない。

【００２３】最後に、真空ライミネータを用いて太陽電
池モジュールの裏面をＥＶＡシートとフッ素系フィルム
の積層（図示せず）で封止し、その封止された太陽電池
モジュールがフレーム内に収められた。

【００２４】こうして得られた実施例としての太陽電池
モジュールにおいて、ソーラーシミュレータを用いてＡ
Ｍ１．５の光を１００ｎＷ／ｃｍ²の光量で照射した場
合の光電変換特性としては、短絡電流が３８２０ｍＡ、
開放電圧が１３．４Ｖ、曲線因子が０．７１、そして光
電変換効率が８．５９％であった。

【００２５】このような実施例の太陽電池モジュールに
おける光電変換特性を従来の太陽電池モジュールにおけ
る光電変換特性と比較するために、比較例としての太陽
電池モジュールが作製された。この比較例の太陽電池モ
ジュールは実施例の場合に類似して作製されたが、４５
個の分割セルのすべてが同一方向に直列接続されたこと
と、その両端部から２本のはんだめっき銅箔を介して出
力電流が取出されたことのみにおいて実施例の場合と異
なっている。

【００２６】このような比較例の太陽電池モジュールに
おいて、ＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ²の光量で
照射した場合の光電変換特性としては、短絡電流が１２
９５ｍＡ、開放電圧が４０．１Ｖ、曲線因子が０．７
０、そして光電変換効率が８．６０％であった。

【００２７】上述の実施例と比較例から明らかなよう
に、本発明によれば、従来技術による大きな受光面積を
有する集積型の薄膜太陽電池モジュールに比べて、同一
の大きな受光面積を有する集積型太陽電池モジュールで
あっても光電変換効率を損なうことなく所望の出力電圧
を得ることが可能となる。なお、実施例において形成さ
れた透明電極層２のシート抵抗は約１２Ω／□であり、
各セルの幅が１０ｍｍから大きく変化させられれば、一
般には高い変換効率を有する太陽電池モジュールが得ら
れない。これは、セルの幅を広くすれば曲線因子が低下
し、逆にセルの幅を狭くすれば分割溝２ａ，３ａ，４ａ
が占める面積の増大に伴う有効受光面積の減少によって
短絡電流が低下するからである。実施例と比較例におい
てセルの幅は同一に設定されているので、比較例に比べ
て実施例における受光面積の減少は増大させられた本数
のバスバーが占める面積に対応するわずかな領域にすぎ
ない。そして、本発明では１つのバスバーがその両側の
サブモジュールによって共用されるので、バスバーの本
数の増大は最小限に抑制され得る。

【００２８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、集積型
の薄膜太陽電池モジュールにおける電気的接続構造を改
善することによって、光電変換効率を損なうことなく所
望の出力電圧を有する薄膜太陽電池モジュールを提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態による集積型薄膜太陽電池
モジュールの製造工程の一例を示す模式的な断面図であ
る。

【図２】本発明の実施の形態による集積型薄膜太陽電池
モジュールのもう１つの例を示す模式的な平面図であ
る。

【符号の説明】

１透明絶縁基板２透明前面電極層２ａ透明電極分割溝２ｂ透明電極３半導体光電変換層３ａ接続用開口３ｂ光電変換領域４金属背面電極層４ａ背面電極分割溝４ｂ背面電極５ａ，５ｂ，５ｃ，５Ａ，５Ｂ集電用バスバー８分割された細長い太陽電池セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板上に順次積層された第１型電極
層、半導体光電変換層および第２型電極層を含み、前記
第１型電極層と前記第２型電極層を互いに平行な複数の
第１型電極分割溝および第２型電極分割溝で複数の第１
型電極および第２型電極にそれぞれ分割することによっ
て形成された互いに平行な細長い光電変換セルの所定数
を含むサブモジュールを複数含む薄膜太陽電池モジュー
ルであって、前記サブモジュールの各々内において、互いに隣接する
任意の２つの前記セル間で前記第１型電極と前記第２型
電極とを前記光電変換層を貫通する接続用開口を介して
電気的に接続することによって前記所定数の前記セルが
直列接続されており、互いに隣接する任意の２つの前記サブモジュール間には
それらのサブモジュールからの電流を収集するために共
通のバスバーが設けられており、前記バスバーの一方側の前記サブモジュール内において
は任意の１つの前記セルの前記第１型電極はそのセルに
対して第１の方向に隣接する前記セルの前記第２型電極
に前記接続用開口を介して接続されており、前記バスバーの他方側の前記サブモジュール内において
は任意の１つの前記セルの前記第１型電極はそのセルに
対して前記第１の方向と逆の第２の方向に隣接する前記
セルの前記第２型電極に前記接続用開口を介して接続さ
れていることを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】前記複数のサブモジュールが前記バスバ
ーを介して互いに電気的に並列接続されていることを特
徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】前記半導体光電変換層は、結晶質シリコ
ン薄膜または非晶質シリコン薄膜を含むことを特徴とす
る請求項１または２に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】請求項１から３のいずれかの項に記載の
薄膜太陽電池モジュールの複数を組合せて構成されてい
る太陽電池パネル。