JP2002343986A - 太陽電池 - Google Patents
太陽電池Info
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- JP2002343986A JP2002343986A JP2001141905A JP2001141905A JP2002343986A JP 2002343986 A JP2002343986 A JP 2002343986A JP 2001141905 A JP2001141905 A JP 2001141905A JP 2001141905 A JP2001141905 A JP 2001141905A JP 2002343986 A JP2002343986 A JP 2002343986A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
Abstract
(57)【要約】
【課題】 積層された単位太陽電池の出力電圧を一致さ
せることにより、給電対象となる機器に直接接続するこ
とを可能とし、かつ複数の太陽電池同士を直接に直列接
続することを可能とした３端子構造のタンデム型太陽電
池を提供する。 【解決手段】 受光側単位太陽電池の出力電力が向上す
るように動作電圧を増減させる受光側出力制御部の操作
と、裏面側単位太陽電池の出力電力が向上するように動
作電圧を増減させる裏面側出力制御部の操作とを交互に
実行する太陽電池において、上記受光側出力制御部と上
記裏面側出力制御部のうちの少なくとも一方が変圧手段
を備え、この変圧手段により上記受光側単位太陽電池の
出力電圧と上記裏面側単位太陽電池の出力電圧のうちの
少なくとも一方を変圧して上記出力電圧同士を一致させ
る。
せることにより、給電対象となる機器に直接接続するこ
とを可能とし、かつ複数の太陽電池同士を直接に直列接
続することを可能とした３端子構造のタンデム型太陽電
池を提供する。 【解決手段】 受光側単位太陽電池の出力電力が向上す
るように動作電圧を増減させる受光側出力制御部の操作
と、裏面側単位太陽電池の出力電力が向上するように動
作電圧を増減させる裏面側出力制御部の操作とを交互に
実行する太陽電池において、上記受光側出力制御部と上
記裏面側出力制御部のうちの少なくとも一方が変圧手段
を備え、この変圧手段により上記受光側単位太陽電池の
出力電圧と上記裏面側単位太陽電池の出力電圧のうちの
少なくとも一方を変圧して上記出力電圧同士を一致させ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、受光側太陽電池の
出力電圧と裏面側太陽電池の出力電圧とを一致させたタ
ンデム型太陽電池に関する。
出力電圧と裏面側太陽電池の出力電圧とを一致させたタ
ンデム型太陽電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】それぞれバンドギャップの異なる半導体
から成る受光側および裏面側の単位太陽電池を積層する
ことにより、広い波長域で光電変換効率を向上させたタ
ンデム型太陽電池が知られている（例えば、特開平４−
２２６０８４号公報を参照）。
から成る受光側および裏面側の単位太陽電池を積層する
ことにより、広い波長域で光電変換効率を向上させたタ
ンデム型太陽電池が知られている（例えば、特開平４−
２２６０８４号公報を参照）。
【０００３】このタンデム型太陽電池は、受光側の単位
太陽電池（上部セル）と裏面側の単位太陽電池（下部セ
ル）との間に、トンネルダイオードが挟み込まれた構造
となっている。また、受光側には上部電極が、裏面側に
は下部電極がそれぞれ設けられている。そして、上部セ
ルがバンドギャップ（Ｅｇ）の大きい半導体から成り、
下部セルがバンドギャップの小さい半導体から成り、上
部セルと下部セルが直列接続された２端子構造であり、
全体として１つの太陽電池として作動する。
太陽電池（上部セル）と裏面側の単位太陽電池（下部セ
ル）との間に、トンネルダイオードが挟み込まれた構造
となっている。また、受光側には上部電極が、裏面側に
は下部電極がそれぞれ設けられている。そして、上部セ
ルがバンドギャップ（Ｅｇ）の大きい半導体から成り、
下部セルがバンドギャップの小さい半導体から成り、上
部セルと下部セルが直列接続された２端子構造であり、
全体として１つの太陽電池として作動する。
【０００４】しかし、上記太陽電池は、上部セルと下部
セルとの間でキャリアの移動が起きるため、上部セルと
下部セルの厚さは、両者に流れる電流量が整合する厚さ
でなければ電流損失が発生するという問題があり、光電
変換効率にとって最適な厚さとすることができない上、
両セル間のトンネルダイオードでの抵抗損失やキャリア
の再結合損失の発生が避けられない、という問題があっ
た。
セルとの間でキャリアの移動が起きるため、上部セルと
下部セルの厚さは、両者に流れる電流量が整合する厚さ
でなければ電流損失が発生するという問題があり、光電
変換効率にとって最適な厚さとすることができない上、
両セル間のトンネルダイオードでの抵抗損失やキャリア
の再結合損失の発生が避けられない、という問題があっ
た。
【０００５】そこで本出願人は、既に特開平１１−２７
４５３２号公報に開示したように、上記の問題を解消し
た新たな構造のタンデム型太陽電池を開発した。すなわ
ち、このタンデム型太陽電池は、それぞれバンドギャッ
プの異なる半導体から成る受光側および裏面側の各単位
太陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、上
記太陽電池の受光面に設けられ、上記受光側単位太陽電
池の一方の電極を構成する上部電極と、前記太陽電池の
裏面に設けられ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層と
にそれぞれ独立して接続されて上記裏面側単位太陽電池
の一対の電極を構成すると共に、これら一対の電極のう
ちの一方が上記受光側単位太陽電池の他方の電極として
も兼用される裏面電極と、を備えた３端子構造である。
４５３２号公報に開示したように、上記の問題を解消し
た新たな構造のタンデム型太陽電池を開発した。すなわ
ち、このタンデム型太陽電池は、それぞれバンドギャッ
プの異なる半導体から成る受光側および裏面側の各単位
太陽電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、上
記太陽電池の受光面に設けられ、上記受光側単位太陽電
池の一方の電極を構成する上部電極と、前記太陽電池の
裏面に設けられ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層と
にそれぞれ独立して接続されて上記裏面側単位太陽電池
の一対の電極を構成すると共に、これら一対の電極のう
ちの一方が上記受光側単位太陽電池の他方の電極として
も兼用される裏面電極と、を備えた３端子構造である。
【０００６】この３端子構造においては、個々の単位太
陽電池（セル）で発生したキャリアに応じて、個々のセ
ルからそれぞれ電流を取り出せるから、両セルに流れる
電流を整合する必要はなく、各セルの厚さは制限されず
に光電変換効率にとって最適化することが可能になると
同時に、再結合損失を大幅に低減できる。
陽電池（セル）で発生したキャリアに応じて、個々のセ
ルからそれぞれ電流を取り出せるから、両セルに流れる
電流を整合する必要はなく、各セルの厚さは制限されず
に光電変換効率にとって最適化することが可能になると
同時に、再結合損失を大幅に低減できる。
【０００７】ここで、一般にタンデム型太陽電池の電流
電圧特性は、入射光の強度やスペクトル分布の違いによ
り変動する。そのため、前述の２端子構造では、出力電
力を最大にするために適当な動作電圧を上部セルおよび
下部セルに印加して作動させる最大電力制御が行われ
る。具体的には、例えばインバータの直流作動電圧を一
定時間間隔で僅かに変動させ、そのときの太陽電池の出
力電力を計測して前回の計測値との比較を行いながら、
常に出力電力が大きくなる方向にインバータの直流電圧
を変化させる。しかし、このような最大電力制御は２端
子構造には適用できるが、３端子構造には適用できな
い。
電圧特性は、入射光の強度やスペクトル分布の違いによ
り変動する。そのため、前述の２端子構造では、出力電
力を最大にするために適当な動作電圧を上部セルおよび
下部セルに印加して作動させる最大電力制御が行われ
る。具体的には、例えばインバータの直流作動電圧を一
定時間間隔で僅かに変動させ、そのときの太陽電池の出
力電力を計測して前回の計測値との比較を行いながら、
常に出力電力が大きくなる方向にインバータの直流電圧
を変化させる。しかし、このような最大電力制御は２端
子構造には適用できるが、３端子構造には適用できな
い。
【０００８】そこで本出願人は更に、特願平１１−３５
７３６５号に開示したように、前記の３端子構造のタン
デム型太陽電池において、前記受光側単位太陽電池の電
極対に対して、該受光側単位太陽電池の出力電力が向上
するように動作電圧を増減させる操作を行う受光側出力
制御部と、前記裏面側単位太陽電池の電極対に対して、
該裏面側単位太陽電池の出力電力が向上するように動作
電圧を増減させる操作を行う裏面側出力制御部とを備
え、上記受光側出力制御部の操作と上記裏面側出力制御
部の操作とを交互に実行する太陽電池を開発した。これ
により、受光側単位太陽電池の出力電圧と裏面側単位太
陽電池の出力電圧を交互に向上させることにより、太陽
電池全体としての出力電圧を最大にする制御が可能にな
る。
７３６５号に開示したように、前記の３端子構造のタン
デム型太陽電池において、前記受光側単位太陽電池の電
極対に対して、該受光側単位太陽電池の出力電力が向上
するように動作電圧を増減させる操作を行う受光側出力
制御部と、前記裏面側単位太陽電池の電極対に対して、
該裏面側単位太陽電池の出力電力が向上するように動作
電圧を増減させる操作を行う裏面側出力制御部とを備
え、上記受光側出力制御部の操作と上記裏面側出力制御
部の操作とを交互に実行する太陽電池を開発した。これ
により、受光側単位太陽電池の出力電圧と裏面側単位太
陽電池の出力電圧を交互に向上させることにより、太陽
電池全体としての出力電圧を最大にする制御が可能にな
る。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかし、３端子構造の
タンデム型太陽電池に特有の問題として、下記(Ａ)およ
び(Ｂ)の課題が残されていた。 (Ａ)受光側単位太陽電池と裏面側単位太陽電池とで発生
する電圧が異なるため、両方の単位太陽電池を給電対象
である機器に直接接続して作動させることができない。
これは、バンドギャップの異なる半導体から成る単位太
陽電池を積層したタンデム型太陽電池において、３端子
構造では両方の単位太陽電池を直列接続せず両方の単位
太陽電池からそれぞれ出力電圧を取り出すので、バンド
ギャップの大きい半導体から成る単位太陽電池の出力電
圧が、バンドギャップの小さい半導体から成る単位太陽
電池の出力電圧より大きいためである。 (Ｂ）複数の太陽電池同士を直接に直列接続することが
できない。これは、３端子構造では一方の電極を両方の
単位太陽電池で共有するためである。
タンデム型太陽電池に特有の問題として、下記(Ａ)およ
び(Ｂ)の課題が残されていた。 (Ａ)受光側単位太陽電池と裏面側単位太陽電池とで発生
する電圧が異なるため、両方の単位太陽電池を給電対象
である機器に直接接続して作動させることができない。
これは、バンドギャップの異なる半導体から成る単位太
陽電池を積層したタンデム型太陽電池において、３端子
構造では両方の単位太陽電池を直列接続せず両方の単位
太陽電池からそれぞれ出力電圧を取り出すので、バンド
ギャップの大きい半導体から成る単位太陽電池の出力電
圧が、バンドギャップの小さい半導体から成る単位太陽
電池の出力電圧より大きいためである。 (Ｂ）複数の太陽電池同士を直接に直列接続することが
できない。これは、３端子構造では一方の電極を両方の
単位太陽電池で共有するためである。
【００１０】その解決策として、特開平７−２０２２３
３号公報に、発生電圧が大きい受光側単位太陽電池の直
列接続数を減らして裏面側単位太陽電池の電圧と一致さ
せる方法が提案されている。しかし上記提案の方法は、
下記(Ｃ)および(Ｄ)の点で実用性が乏しかった。 (Ｃ)受光側と裏面側の単位太陽電池のそれぞれの接続数
に応じて電圧を調節するため、両者の電圧比が比較的小
さい整数比となる場合以外は、接続後の出力電圧が一致
しない。すなわち、受光側単位太陽電池の発生電圧と裏
面側単位太陽電池の発生電圧の比が〔２：１〕、〔３：
１〕、〔３：２〕、・・・、〔ｎ：ｍ〕（ここで、ｎ、
ｍは整数でｎ＞ｍ）のように単純な整数比になる確率は
小さい。 (Ｄ)受光側および裏面側の単位太陽電池の発生電圧は、
入射光のスペクトル（波長分布）、光強度、温度等によ
りそれぞれ変動し、それに対応して両者の比が変動する
ため、発生電圧比と接続数比を常に一定に維持すること
が原理的に極めて困難であり、結局、接続後の出力電圧
を安定に一致させることができない。すなわち、発生電
圧は入射光強度が大きくなるほど増加するため、短波長
成分が多い光に対しては受光側単位太陽電池の出力電圧
が増加し、長波長成分が多い光に対しては裏面側単位太
陽電池の出力電圧が増加する。また、単位太陽電池を構
成する半導体材料により発生電圧の温度依存性が異なる
ため、温度変化に対応して受光側単位太陽電池と裏面側
単位太陽電池の発生電圧比が変化する。
３号公報に、発生電圧が大きい受光側単位太陽電池の直
列接続数を減らして裏面側単位太陽電池の電圧と一致さ
せる方法が提案されている。しかし上記提案の方法は、
下記(Ｃ)および(Ｄ)の点で実用性が乏しかった。 (Ｃ)受光側と裏面側の単位太陽電池のそれぞれの接続数
に応じて電圧を調節するため、両者の電圧比が比較的小
さい整数比となる場合以外は、接続後の出力電圧が一致
しない。すなわち、受光側単位太陽電池の発生電圧と裏
面側単位太陽電池の発生電圧の比が〔２：１〕、〔３：
１〕、〔３：２〕、・・・、〔ｎ：ｍ〕（ここで、ｎ、
ｍは整数でｎ＞ｍ）のように単純な整数比になる確率は
小さい。 (Ｄ)受光側および裏面側の単位太陽電池の発生電圧は、
入射光のスペクトル（波長分布）、光強度、温度等によ
りそれぞれ変動し、それに対応して両者の比が変動する
ため、発生電圧比と接続数比を常に一定に維持すること
が原理的に極めて困難であり、結局、接続後の出力電圧
を安定に一致させることができない。すなわち、発生電
圧は入射光強度が大きくなるほど増加するため、短波長
成分が多い光に対しては受光側単位太陽電池の出力電圧
が増加し、長波長成分が多い光に対しては裏面側単位太
陽電池の出力電圧が増加する。また、単位太陽電池を構
成する半導体材料により発生電圧の温度依存性が異なる
ため、温度変化に対応して受光側単位太陽電池と裏面側
単位太陽電池の発生電圧比が変化する。
【００１１】本発明は、上記従来の問題を解消して、両
方の単位太陽電池の出力電圧を一致させることにより、
給電対象となる機器に直接接続することを可能とし、か
つ複数の太陽電池同士を直接に直列接続することを可能
とした３端子構造のタンデム型太陽電池を提供すること
を目的とする。
方の単位太陽電池の出力電圧を一致させることにより、
給電対象となる機器に直接接続することを可能とし、か
つ複数の太陽電池同士を直接に直列接続することを可能
とした３端子構造のタンデム型太陽電池を提供すること
を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の太陽電池は、それぞれバンドギャップの
異なる半導体から成る受光側および裏面側の各単位太陽
電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、上記太
陽電池の受光面に設けられ、上記受光側単位太陽電池の
一方の電極を構成する上部電極と、前記太陽電池の裏面
に設けられ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそ
れぞれ独立して接続されて上記裏面側単位太陽電池の一
対の電極を構成すると共に、これら一対の電極のうちの
一方が上記受光側単位太陽電池の他方の電極としても兼
用される裏面電極と、上記受光側単位太陽電池の電極対
に対して、該受光側単位太陽電池の出力電力が向上する
ように動作電圧を増減させる操作を行う受光側出力制御
部と、上記裏面側単位太陽電池の電極対に対して、該裏
面側単位太陽電池の出力電力が向上するように動作電圧
を増減させる操作を行う裏面側出力制御部と、を備え、
上記受光側出力制御部の操作と上記裏面側出力制御部の
操作とを交互に実行する太陽電池において、上記受光側
出力制御部と上記裏面側出力制御部のうちの少なくとも
一方が変圧手段を備え、この変圧手段により上記受光側
単位太陽電池の出力電圧と上記裏面側単位太陽電池の出
力電圧のうちの少なくとも一方を変圧して上記出力電圧
同士を一致させることを特徴とする。
めに、本発明の太陽電池は、それぞれバンドギャップの
異なる半導体から成る受光側および裏面側の各単位太陽
電池を積層したタンデム型の太陽電池であって、上記太
陽電池の受光面に設けられ、上記受光側単位太陽電池の
一方の電極を構成する上部電極と、前記太陽電池の裏面
に設けられ、この裏面側に形成されたｎ層とｐ層とにそ
れぞれ独立して接続されて上記裏面側単位太陽電池の一
対の電極を構成すると共に、これら一対の電極のうちの
一方が上記受光側単位太陽電池の他方の電極としても兼
用される裏面電極と、上記受光側単位太陽電池の電極対
に対して、該受光側単位太陽電池の出力電力が向上する
ように動作電圧を増減させる操作を行う受光側出力制御
部と、上記裏面側単位太陽電池の電極対に対して、該裏
面側単位太陽電池の出力電力が向上するように動作電圧
を増減させる操作を行う裏面側出力制御部と、を備え、
上記受光側出力制御部の操作と上記裏面側出力制御部の
操作とを交互に実行する太陽電池において、上記受光側
出力制御部と上記裏面側出力制御部のうちの少なくとも
一方が変圧手段を備え、この変圧手段により上記受光側
単位太陽電池の出力電圧と上記裏面側単位太陽電池の出
力電圧のうちの少なくとも一方を変圧して上記出力電圧
同士を一致させることを特徴とする。
【００１３】本発明においては、上記変圧手段およびそ
れによる変圧操作の態様は下記(1)〜(3)のいずれであっ
てもよい。 (1) 前記受光側出力制御部が変圧手段を備え、この変
圧手段により前記受光側単位太陽電池の出力電圧を降圧
して前記裏面側単位太陽電池の出力電圧と一致させる。 (2) 前記裏面側出力制御部が変圧手段を備え、この変
圧手段により前記裏面側単位太陽電池の出力電圧を昇圧
して前記受光側単位太陽電池の出力電圧と一致させる。 (3) 前記受光側出力制御部および前記裏面側出力制御
部がそれぞれ変圧手段を備え、これらの変圧手段により
前記受光側単位太陽電池の出力電圧および前記裏面側単
位太陽電池の出力電圧をそれぞれ変圧して上記出力電圧
同士を一致させる。
れによる変圧操作の態様は下記(1)〜(3)のいずれであっ
てもよい。 (1) 前記受光側出力制御部が変圧手段を備え、この変
圧手段により前記受光側単位太陽電池の出力電圧を降圧
して前記裏面側単位太陽電池の出力電圧と一致させる。 (2) 前記裏面側出力制御部が変圧手段を備え、この変
圧手段により前記裏面側単位太陽電池の出力電圧を昇圧
して前記受光側単位太陽電池の出力電圧と一致させる。 (3) 前記受光側出力制御部および前記裏面側出力制御
部がそれぞれ変圧手段を備え、これらの変圧手段により
前記受光側単位太陽電池の出力電圧および前記裏面側単
位太陽電池の出力電圧をそれぞれ変圧して上記出力電圧
同士を一致させる。
【００１４】
【発明の実施の形態】〔実施形態１〕図１に、本発明に
よる３端子構造の太陽電池の一実施形態を示す。図示し
た太陽電池１０は、それぞれバンドギャップの異なる半
導体から成る受光側単位太陽電池としての上部セル１２
および裏面側単位太陽電池としての下部セル１４を積層
したタンデム型の太陽電池である。太陽電池１０の受光
面１６に設けられた上部電極１８は、上部セル１２の一
方の電極を構成する。太陽電池１０の裏面２０に設けら
れた一対の裏面電極２２および２４は、裏面２０側に形
成されたｎ層２６とｐ層２８とにそれぞれ独立して接続
されており、下部セル１４の一対の電極を構成すると共
に、これら一対の電極２２，２４のうちの一方２４が上
部セル１２の他方の電極としても兼用される。
よる３端子構造の太陽電池の一実施形態を示す。図示し
た太陽電池１０は、それぞれバンドギャップの異なる半
導体から成る受光側単位太陽電池としての上部セル１２
および裏面側単位太陽電池としての下部セル１４を積層
したタンデム型の太陽電池である。太陽電池１０の受光
面１６に設けられた上部電極１８は、上部セル１２の一
方の電極を構成する。太陽電池１０の裏面２０に設けら
れた一対の裏面電極２２および２４は、裏面２０側に形
成されたｎ層２６とｐ層２８とにそれぞれ独立して接続
されており、下部セル１４の一対の電極を構成すると共
に、これら一対の電極２２，２４のうちの一方２４が上
部セル１２の他方の電極としても兼用される。
【００１５】受光側出力制御部としての上部セル出力制
御部３０は、上部セル１２の電極対１８・２４に対し
て、上部セル１２の出力電力が向上するように動作電圧
を増減させる操作を行う。裏面側出力制御部としての下
部セル出力制御部３２は、下部セル１４の電極対２２・
２４に対して、下部セル１４の出力電力が向上するよう
に動作電圧を増減させる操作を行う。そして、上部セル
出力制御部３０の操作と下部セル出力制御部３２の操作
とを交互に実行することにより、特願平１１−３５７３
６５号に詳述したように、上部セル１２および下部セル
１４をそれぞれ最大出力で動作させることにより、太陽
電池１０の最大出力制御を行う。これは、各出力制御部
３０、３２において負荷Ｒ１およびＲ２または動作電圧
の調節により行う。
御部３０は、上部セル１２の電極対１８・２４に対し
て、上部セル１２の出力電力が向上するように動作電圧
を増減させる操作を行う。裏面側出力制御部としての下
部セル出力制御部３２は、下部セル１４の電極対２２・
２４に対して、下部セル１４の出力電力が向上するよう
に動作電圧を増減させる操作を行う。そして、上部セル
出力制御部３０の操作と下部セル出力制御部３２の操作
とを交互に実行することにより、特願平１１−３５７３
６５号に詳述したように、上部セル１２および下部セル
１４をそれぞれ最大出力で動作させることにより、太陽
電池１０の最大出力制御を行う。これは、各出力制御部
３０、３２において負荷Ｒ１およびＲ２または動作電圧
の調節により行う。
【００１６】本実施形態においては更に、上部セル出力
制御部３０および下部セル出力制御部３２のうちの少な
くとも一方が変圧手段３４および／または３６を備え、
この変圧手段３４および／または３６により上部セル１
２の出力電圧と下部セル１４の出力電圧のうちの少なく
とも一方を変圧して出力電圧同士を一致させる。このよ
うにして出力電圧を一致させた上部セル１２および下部
セル１４の出力電力は、共通の出力端子３８および４０
から出力される２端子出力が実現される。
制御部３０および下部セル出力制御部３２のうちの少な
くとも一方が変圧手段３４および／または３６を備え、
この変圧手段３４および／または３６により上部セル１
２の出力電圧と下部セル１４の出力電圧のうちの少なく
とも一方を変圧して出力電圧同士を一致させる。このよ
うにして出力電圧を一致させた上部セル１２および下部
セル１４の出力電力は、共通の出力端子３８および４０
から出力される２端子出力が実現される。
【００１７】このように両方の単位太陽電池の出力電圧
を一致させることにより、給電対象となる機器に直接接
続することが可能となり、かつ複数の太陽電池同士を直
接に直列接続することが可能となる。したがって、３端
子タンデム型太陽電池を直接に直列接続して、複数の太
陽電池を用いて任意の出力電圧を有するモジュールを作
製することが可能になる。また、特開平７−２０２２３
３号公報に開示された接続方法のように上部セルと下部
セルの電圧比による接続数の制限が無くなり、上記公報
の接続方法では回避できない電圧不整合による電力損失
を無くすことができる。もちろん、これらの効果は、図
１に例示した構造に限らず全ての３端子タンデム型太陽
電池に適用した場合に同様に得られる。
を一致させることにより、給電対象となる機器に直接接
続することが可能となり、かつ複数の太陽電池同士を直
接に直列接続することが可能となる。したがって、３端
子タンデム型太陽電池を直接に直列接続して、複数の太
陽電池を用いて任意の出力電圧を有するモジュールを作
製することが可能になる。また、特開平７−２０２２３
３号公報に開示された接続方法のように上部セルと下部
セルの電圧比による接続数の制限が無くなり、上記公報
の接続方法では回避できない電圧不整合による電力損失
を無くすことができる。もちろん、これらの効果は、図
１に例示した構造に限らず全ての３端子タンデム型太陽
電池に適用した場合に同様に得られる。
【００１８】本実施形態による３端子タンデム型太陽電
池１０の一つの具体例は、下記のとおりである。 (1)上部セル・下部セルの特性 ・上部セル：GaInP/GaAs ２材料タンデム構造 出力特性（標準太陽光照射時） 短絡電流密度 Jsc＝13.8 mA/cm2 開放電圧 Voc＝2.41 V 曲線因子 F.F.＝0.875 変換効率 Eff.＝29.1 % ・下部セル：Ge裏面電極型 出力特性（標準太陽光照射時） 短絡電流密度 Jsc＝21.5 mA/cm2 開放電圧 Voc＝0.255 V 曲線因子 F.F.＝0.688 変換効率 Eff.＝3.77 %
池１０の一つの具体例は、下記のとおりである。 (1)上部セル・下部セルの特性 ・上部セル：GaInP/GaAs ２材料タンデム構造 出力特性（標準太陽光照射時） 短絡電流密度 Jsc＝13.8 mA/cm2 開放電圧 Voc＝2.41 V 曲線因子 F.F.＝0.875 変換効率 Eff.＝29.1 % ・下部セル：Ge裏面電極型 出力特性（標準太陽光照射時） 短絡電流密度 Jsc＝21.5 mA/cm2 開放電圧 Voc＝0.255 V 曲線因子 F.F.＝0.688 変換効率 Eff.＝3.77 %
【００１９】(2)最大電力出力制御 ・上部セル：GaInP/GaAs ２材料タンデム構造 最適動作電圧 Vpmax＝2.19 V 最適動作電流密度 Jpmax＝13.3 mA/cm2 出力密度 P＝29.1 mW/cm2 ・下部セル：Ge裏面電極型 最適動作電圧 Vpmax＝0.205 V 最適動作電流密度 Jpmax＝18.4 mA/cm2 出力密度 P＝3.77 mW/cm2
【００２０】(3)動作電圧の調節 ・最適動作電圧は上部セル：2.19 V、下部セル：0.205
V であり、これらを出力電圧として一致させるために、
下部セルの出力電圧を昇圧する。その結果、下部セルか
らの出力は下記のとおりになる。 出力電圧 Vpmax＝2.19 V 電流密度 Jpmax＝1.46 mA/cm2 出力密度 P＝3.19 mW/cm2 (変圧効率：85%)
V であり、これらを出力電圧として一致させるために、
下部セルの出力電圧を昇圧する。その結果、下部セルか
らの出力は下記のとおりになる。 出力電圧 Vpmax＝2.19 V 電流密度 Jpmax＝1.46 mA/cm2 出力密度 P＝3.19 mW/cm2 (変圧効率：85%)
【００２１】(4)３端子タンデム型太陽電池の出力特性 ・上部セルの出力と変圧された下部セルの出力とを合計
した３端子タンデム型太陽電池の出力として下記が得ら
れる。 出力電圧 Vpmax＝2.19 V 最適動作電流密度 Jpmax＝14.8 mA/cm2 出力密度 P＝32.4 mW/cm2
した３端子タンデム型太陽電池の出力として下記が得ら
れる。 出力電圧 Vpmax＝2.19 V 最適動作電流密度 Jpmax＝14.8 mA/cm2 出力密度 P＝32.4 mW/cm2
【００２２】なお、上部セルおよび下部セルの半導体材
料は、本実施例に用いた材料に限定する必要はなく、下
記材料を用いることができる。 〔上部セルの半導体材料の例（本実施例のGaInP、GaAs
以外の例)〕AlP, GaP, AlAs, InP, InAs, GaSb, AlSb,
AlGaAs, GaInP, GaInAs, AlGaAsSb, GaInAsP, GaInAsP,
GaInPSb等 〔下部セルの半導体材料の例（本実施例のGe以外の
例)〕Si, SiC, SiGe, CSiGe等 また、本発明の太陽電池においてｐ層とｎ層の組み合わ
せは、もちろん図１に示したものに限定する必要は無
く、出力端子３８、４０の正負の組み合わせを含めて、
逆の組み合わせとしてもよい。
料は、本実施例に用いた材料に限定する必要はなく、下
記材料を用いることができる。 〔上部セルの半導体材料の例（本実施例のGaInP、GaAs
以外の例)〕AlP, GaP, AlAs, InP, InAs, GaSb, AlSb,
AlGaAs, GaInP, GaInAs, AlGaAsSb, GaInAsP, GaInAsP,
GaInPSb等 〔下部セルの半導体材料の例（本実施例のGe以外の
例)〕Si, SiC, SiGe, CSiGe等 また、本発明の太陽電池においてｐ層とｎ層の組み合わ
せは、もちろん図１に示したものに限定する必要は無
く、出力端子３８、４０の正負の組み合わせを含めて、
逆の組み合わせとしてもよい。
【００２３】〔実施形態２〕本実施形態においては、図
１に示した３端子タンデム型太陽電池において、上部セ
ル出力制御部３０のみが変圧手段３４を備えており、こ
の変圧手段３４により上部セル１２の出力電圧を下部セ
ル１４の最適動作電圧まで降圧する。変圧効率は一般に
昇圧時よりも降圧時の方が大きい。したがって、上部セ
ル１２と下部セル１４の出力電圧差が比較的小さい場合
には、上部セル１２の出力電圧を降圧して下部セル１４
の出力電圧に一致させることが、太陽電池１０全体とし
ての出力電力を高める上で有利である。本実施形態の適
用が好ましい上部セル／下部セルの組み合わせの例とし
ては、上部セルAlGaAs／下部セルSi、上部セルInGaAs／
下部セルGe等があり、出力電圧比が概ね２倍以下の場合
が適当である。
１に示した３端子タンデム型太陽電池において、上部セ
ル出力制御部３０のみが変圧手段３４を備えており、こ
の変圧手段３４により上部セル１２の出力電圧を下部セ
ル１４の最適動作電圧まで降圧する。変圧効率は一般に
昇圧時よりも降圧時の方が大きい。したがって、上部セ
ル１２と下部セル１４の出力電圧差が比較的小さい場合
には、上部セル１２の出力電圧を降圧して下部セル１４
の出力電圧に一致させることが、太陽電池１０全体とし
ての出力電力を高める上で有利である。本実施形態の適
用が好ましい上部セル／下部セルの組み合わせの例とし
ては、上部セルAlGaAs／下部セルSi、上部セルInGaAs／
下部セルGe等があり、出力電圧比が概ね２倍以下の場合
が適当である。
【００２４】〔実施形態３〕本実施形態においては、図
１に示した３端子タンデム型太陽電池において、下部セ
ル出力制御部３２のみが変圧手段３６を備えており、こ
の変圧手段３６により下部セル１４の出力電圧を上部セ
ル１２の最適作動電圧まで昇圧する。上部セル１２と下
部セル１４の出力電圧差が比較的大きい場合には、出力
電圧の大きい上部セル１２の変圧を行わないことにより
変圧損失を低減できるので、下部セル１４の出力電圧を
昇圧して上部セル１２の出力電圧に一致させることが、
太陽電池１０全体としての出力電圧を高める上で有利で
ある。本実施形態の適用が好ましい上部セル／下部セル
の組み合わせの例としては、図１のように上部セルがタ
ンデム構造となり、下部セルの出力電圧より遥かに大き
い（概ね２倍以上）場合が適当である。
１に示した３端子タンデム型太陽電池において、下部セ
ル出力制御部３２のみが変圧手段３６を備えており、こ
の変圧手段３６により下部セル１４の出力電圧を上部セ
ル１２の最適作動電圧まで昇圧する。上部セル１２と下
部セル１４の出力電圧差が比較的大きい場合には、出力
電圧の大きい上部セル１２の変圧を行わないことにより
変圧損失を低減できるので、下部セル１４の出力電圧を
昇圧して上部セル１２の出力電圧に一致させることが、
太陽電池１０全体としての出力電圧を高める上で有利で
ある。本実施形態の適用が好ましい上部セル／下部セル
の組み合わせの例としては、図１のように上部セルがタ
ンデム構造となり、下部セルの出力電圧より遥かに大き
い（概ね２倍以上）場合が適当である。
【００２５】〔実施形態４〕本実施形態においては、図
１に示した３端子タンデム型太陽電池において、上部セ
ル出力制御部３０および下部セル出力制御部３２の両方
がそれぞれ変圧手段３４および３６を備えており、これ
ら変圧手段３４および３６により上部セル１２の出力電
圧と下部セル１４の出力電圧を同一の電圧まで変圧す
る。これにより、実施形態２および実施形態３の利点を
共に生かせるので、太陽電池１０全体としての出力電力
を高める上で更に有利である。また、上記同一の電圧は
任意であり、太陽電池１０の出力電圧を任意に設定する
ことができる。
１に示した３端子タンデム型太陽電池において、上部セ
ル出力制御部３０および下部セル出力制御部３２の両方
がそれぞれ変圧手段３４および３６を備えており、これ
ら変圧手段３４および３６により上部セル１２の出力電
圧と下部セル１４の出力電圧を同一の電圧まで変圧す
る。これにより、実施形態２および実施形態３の利点を
共に生かせるので、太陽電池１０全体としての出力電力
を高める上で更に有利である。また、上記同一の電圧は
任意であり、太陽電池１０の出力電圧を任意に設定する
ことができる。
【００２６】〔実施形態５〕本実施形態においては、図
１の３端子タンデム型太陽電池１０を複数個並列に接続
したユニットを複数個直列に接続してモジュールとす
る。図２に示した例では、太陽電池１０を４個並列接続
してユニット６０を構成し、ユニット６０を３個直列接
続してモジュール７０を構成する。個々のユニット６０
は、各太陽電池１０の上部セル１２同士および下部セル
１４同士をそれぞれ並列接続して上部ユニットおよび下
部ユニットとし、上部ユニットおよび下部ユニットはそ
れぞれ共通の出力制御部３０および３２を備えている。
各出力制御部３０、３２は、負荷Ｒ１、Ｒ２または各動
作電圧を調節し、上部ユニット、下部ユニットそれぞれ
から最大電力を出力させる。出力制御部３０および３２
の少なくとも一方に備えた変圧手段３４および／または
３６により、上部ユニットと下部ユニットの出力電圧を
一致させ、出力端子３８、４０から２端子出力する。３
個のユニット６０を直列接続したモジュール７０全体と
して単一の電圧を出力する。これにより、複数個の３端
子タンデム型太陽電池から単一電圧を出力することがで
きる。
１の３端子タンデム型太陽電池１０を複数個並列に接続
したユニットを複数個直列に接続してモジュールとす
る。図２に示した例では、太陽電池１０を４個並列接続
してユニット６０を構成し、ユニット６０を３個直列接
続してモジュール７０を構成する。個々のユニット６０
は、各太陽電池１０の上部セル１２同士および下部セル
１４同士をそれぞれ並列接続して上部ユニットおよび下
部ユニットとし、上部ユニットおよび下部ユニットはそ
れぞれ共通の出力制御部３０および３２を備えている。
各出力制御部３０、３２は、負荷Ｒ１、Ｒ２または各動
作電圧を調節し、上部ユニット、下部ユニットそれぞれ
から最大電力を出力させる。出力制御部３０および３２
の少なくとも一方に備えた変圧手段３４および／または
３６により、上部ユニットと下部ユニットの出力電圧を
一致させ、出力端子３８、４０から２端子出力する。３
個のユニット６０を直列接続したモジュール７０全体と
して単一の電圧を出力する。これにより、複数個の３端
子タンデム型太陽電池から単一電圧を出力することがで
きる。
【００２７】本実施形態によれば、大電力を出力する大
型モジュール７０は、出力制御部３０、３２が個々のユ
ニット６０についてそれぞれ１個のみでよく、個々の太
陽電池１０の個数分を必要としないので、出力制御部の
個数を低減でき、その結果コストを低減できる。また、
給電対象である機器に必要な電圧、電流を出力するよう
にモジュール７０を作製することができる。
型モジュール７０は、出力制御部３０、３２が個々のユ
ニット６０についてそれぞれ１個のみでよく、個々の太
陽電池１０の個数分を必要としないので、出力制御部の
個数を低減でき、その結果コストを低減できる。また、
給電対象である機器に必要な電圧、電流を出力するよう
にモジュール７０を作製することができる。
【００２８】本実施形態によるモジュールの具体例は下
記のとおりである。実施形態１と同様にGaInP/GaAs上部
セル１２、Ge下部セル１４から成る３端子タンデム型太
陽電池１０を用いる。１つの太陽電池１０の面積は25 c
m2 (5 x 5cm)である。20個の太陽電池１０を並列接続し
た後、共通の出力制御部３０、３２を接続して１個のユ
ニット６０とする。１つのユニット６０について、太陽
電池１０の合計面積は500 cm2であり、出力特性は下記
のとおりである。 出力電圧：2.19 V 出力電流：7.4 A (14.8 mA/cm2(電流密度Jpmax)×500 c
m2) 出力電力：16.2 W（32.4 mW/cm2(出力密度P)×500 cm2)
記のとおりである。実施形態１と同様にGaInP/GaAs上部
セル１２、Ge下部セル１４から成る３端子タンデム型太
陽電池１０を用いる。１つの太陽電池１０の面積は25 c
m2 (5 x 5cm)である。20個の太陽電池１０を並列接続し
た後、共通の出力制御部３０、３２を接続して１個のユ
ニット６０とする。１つのユニット６０について、太陽
電池１０の合計面積は500 cm2であり、出力特性は下記
のとおりである。 出力電圧：2.19 V 出力電流：7.4 A (14.8 mA/cm2(電流密度Jpmax)×500 c
m2) 出力電力：16.2 W（32.4 mW/cm2(出力密度P)×500 cm2)
【００２９】50個の上記ユニット６０を直列接続して、
太陽電池１０の合計面積2.5 m2のモジュール７０を作製
した。モジュール７０全体としての出力特性は下記のと
おりである。 出力電圧：110 V 出力電流：7.4 A 出力電力：814 W
太陽電池１０の合計面積2.5 m2のモジュール７０を作製
した。モジュール７０全体としての出力特性は下記のと
おりである。 出力電圧：110 V 出力電流：7.4 A 出力電力：814 W
【００３０】
【発明の効果】本発明によれば、積層された単位太陽電
池の出力電圧を一致させることにより、給電対象となる
機器に直接接続することを可能とし、かつ複数の太陽電
池同士を直接に直列接続することを可能とした３端子構
造のタンデム型太陽電池が提供される。
池の出力電圧を一致させることにより、給電対象となる
機器に直接接続することを可能とし、かつ複数の太陽電
池同士を直接に直列接続することを可能とした３端子構
造のタンデム型太陽電池が提供される。
【図１】図１は、本発明による３端子タンデム型太陽電
池の断面および配置を示す。
池の断面および配置を示す。
【図２】図２は、図１の３端子タンデム型太陽電池を多
数個接続したモジュールの断面および配置を示す。
数個接続したモジュールの断面および配置を示す。
１０…３端子タンデム型太陽電池 １２…上部セル(受光側単位太陽電池) １４…下部セル(裏面側単位太陽電池) １６…受光面 １８…上部電極 ２０…裏面 ２２…裏面電極 ２４…裏面電極 ２６…ｎ層 ２８…ｐ層 ３０…上部セル出力制御部(受光側出力制御部) ３２…下部セル出力制御部(裏面側出力制御部) ３４…変圧手段 ３６…変圧手段 ３８…出力端子 ４０…出力端子 ６０…ユニット ７０…モジュール Ｒ１、Ｒ２…負荷
Claims (4)
- 【請求項１】 それぞれバンドギャップの異なる半導体
から成る受光側および裏面側の各単位太陽電池を積層し
たタンデム型の太陽電池であって、 上記太陽電池の受光面に設けられ、上記受光側単位太陽
電池の一方の電極を構成する上部電極と、 前記太陽電池の裏面に設けられ、この裏面側に形成され
たｎ層とｐ層とにそれぞれ独立して接続されて上記裏面
側単位太陽電池の一対の電極を構成すると共に、これら
一対の電極のうちの一方が上記受光側単位太陽電池の他
方の電極としても兼用される裏面電極と、 上記受光側単位太陽電池の電極対に対して、該受光側単
位太陽電池の出力電力が向上するように動作電圧を増減
させる操作を行う受光側出力制御部と、 上記裏面側単位太陽電池の電極対に対して、該裏面側単
位太陽電池の出力電力が向上するように動作電圧を増減
させる操作を行う裏面側出力制御部と、を備え、 上記受光側出力制御部の操作と上記裏面側出力制御部の
操作とを交互に実行する太陽電池において、 上記受光側出力制御部と上記裏面側出力制御部のうちの
少なくとも一方が変圧手段を備え、この変圧手段により
上記受光側単位太陽電池の出力電圧と上記裏面側単位太
陽電池の出力電圧のうちの少なくとも一方を変圧して上
記出力電圧同士を一致させることを特徴とする太陽電
池。 - 【請求項２】 請求項１記載の太陽電池において、前記
受光側出力制御部が変圧手段を備え、この変圧手段によ
り前記受光側単位太陽電池の出力電圧を降圧して前記裏
面側単位太陽電池の出力電圧と一致させることを特徴と
する太陽電池。 - 【請求項３】 請求項１記載の太陽電池において、前記
裏面側出力制御部が変圧手段を備え、この変圧手段によ
り前記裏面側単位太陽電池の出力電圧を昇圧して前記受
光側単位太陽電池の出力電圧と一致させることを特徴と
する太陽電池。 - 【請求項４】 請求項１記載の太陽電池において、前記
受光側出力制御部および前記裏面側出力制御部がそれぞ
れ変圧手段を備え、これらの変圧手段により前記受光側
単位太陽電池の出力電圧および前記裏面側単位太陽電池
の出力電圧をそれぞれ変圧して上記出力電圧同士を一致
させることを特徴とする太陽電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001141905A JP2002343986A (ja) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | 太陽電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2001141905A JP2002343986A (ja) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | 太陽電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002343986A true JP2002343986A (ja) | 2002-11-29 |
Family
ID=18988286
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2001141905A Pending JP2002343986A (ja) | 2001-05-11 | 2001-05-11 | 太陽電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002343986A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7126053B2 (en) | 2002-06-19 | 2006-10-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Power generation system and power generation apparatus |
| WO2010101030A1 (ja) * | 2009-03-02 | 2010-09-10 | 株式会社カネカ | 薄膜太陽電池モジュール |
| CN101902171A (zh) * | 2009-06-01 | 2010-12-01 | 斯玛特太阳光发电国际株式会社 | 太阳能发电系统和太阳能发电装置 |
| WO2010096715A3 (en) * | 2009-02-19 | 2011-05-19 | Suncore, Inc. | Photovoltaic multi-junction wavelength compensation system and method |
| JP2012119529A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 太陽光発電装置 |
| JP2012515452A (ja) * | 2009-01-15 | 2012-07-05 | フィスカー オートモーティブ インク． | 車両のソーラーパワー |
| CN113614938A (zh) * | 2019-03-22 | 2021-11-05 | 株式会社钟化 | 太阳能电池模块 |
| WO2024061746A1 (de) * | 2022-09-23 | 2024-03-28 | Institut Für Solarenergieforschung Gmbh | Solarmodul mit 3-terminal-tandem-solarzellen |
-
2001
- 2001-05-11 JP JP2001141905A patent/JP2002343986A/ja active Pending
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7126053B2 (en) | 2002-06-19 | 2006-10-24 | Canon Kabushiki Kaisha | Power generation system and power generation apparatus |
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| JP5379845B2 (ja) * | 2009-03-02 | 2013-12-25 | 株式会社カネカ | 薄膜太陽電池モジュール |
| US9166089B2 (en) | 2009-03-02 | 2015-10-20 | Kaneka Corporation | Thin film solar cell module |
| CN101902171A (zh) * | 2009-06-01 | 2010-12-01 | 斯玛特太阳光发电国际株式会社 | 太阳能发电系统和太阳能发电装置 |
| JP2010278405A (ja) * | 2009-06-01 | 2010-12-09 | Smart Solar International Inc | 太陽光発電システム及び太陽光発電装置 |
| JP2012119529A (ja) * | 2010-12-01 | 2012-06-21 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | 太陽光発電装置 |
| CN113614938A (zh) * | 2019-03-22 | 2021-11-05 | 株式会社钟化 | 太阳能电池模块 |
| CN113614938B (zh) * | 2019-03-22 | 2024-03-15 | 株式会社钟化 | 太阳能电池模块 |
| WO2024061746A1 (de) * | 2022-09-23 | 2024-03-28 | Institut Für Solarenergieforschung Gmbh | Solarmodul mit 3-terminal-tandem-solarzellen |
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