JP2005175140A

JP2005175140A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2005175140A
Application number: JP2003411897A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Akatsuka; 武赤塚
Original assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Naoetsu Electronics Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Chemical Co Ltd; Naoetsu Electronics Co Ltd
Priority date: 2003-12-10
Filing date: 2003-12-10
Publication date: 2005-06-30

Abstract

【課題】円板状の半導体結晶ウエハを切断することなく配列してモジュール充填率１００％のものと同等な変換効率を得る。
【解決手段】半導体結晶ウエハ１を円板状のまま切断せずに平行配列することにより、これら円板状の結晶ウエハ１の間に、該結晶ウエハ１の外周縁１ｃで囲まれた開口部Ｏができるためにモジュール充填率は低下するものの、この開口部Ｏを通った太陽光Ｓを反射体２にて結晶ウエハ１の裏面受光部１ｂへ向け反射させることにより、該開口部Ｏを太陽電池セルで覆った場合と同程度の受光面積が確保されて、該太陽電池モジュールへ向け照射された太陽光線の全てが電気エネルギーに変換される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体結晶基板からなる太陽電池セルを複数配置して構成される太陽電池モジュールに関する。
詳しくは、円板状の半導体結晶ウエハからなる太陽電池セルを平面的に平行配列して製作した太陽電池モジュールに関する。

従来、この種の太陽電池モジュールとして、例えばＣＺ法（Czochralski法：チョクラルスキー法）やＦＺ法（Floating zone法：浮遊帯域溶融法）により製造された円柱状の半導体単結晶棒をスライスして得られる半導体単結晶ウェーハが円板状であるため、この円板状の半導体単結晶ウエハに対して、太陽電池セル化のための処理（セル形成プロセス）を行い、このセル形成プロセス終了後に、各ウエハを１枚ずつ切断予定線に沿って厚み方向へ切断して、互いに形状の異なる２種類のセグメントに分離させ、それら同種のものを夫々集め、各セグメント毎に千鳥状に平行配列して太陽電池モジュールを製作することにより、円板状の単結晶ウエハのロスを無くしながらもモジュール充填率を高めるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３４３９９９号公報（第１−７頁、図１−１７）

しかし乍ら、このような従来の太陽電池モジュールでは、円板状の半導体結晶ウエハを夫々１枚ずつ切断した後に同種のものを集めて平行配列するため、各ウエハの切断工程が必要になるからその分だけ製造時間を要すると共に製造コストが高くなるという問題があった。
更に、切断刃などによって円板状の半導体結晶ウエハを分割する際には、その切断代（しろ）となって消耗するから結晶ロスが全くのゼロではなく、大量の枚数を切断する場合には無視できず、コスト高の要因となるという問題があった。

本発明のうち請求項１記載の発明は、円板状の半導体結晶ウエハを切断することなく配列してモジュール充填率１００％のものと同等な変換効率を得ることを目的としたものである。
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明の目的に加えて、太陽電池モジュールの全体サイズをコンパクト化することを目的としたものである。
請求項３記載の発明は、請求項１に記載の発明の目的に加えて、全体の製造コストを低減することを目的としたものである。

前述した目的を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、太陽電池セルとして、両面に受光部が備えられた円板状の半導体結晶ウエハを使用し、この結晶ウエハを円板状のまま平行配列し、これら結晶ウエハの外周縁で囲まれた開口部に、この開口部を通った太陽光が結晶ウエハの裏面受光部へ反射するように反射体を配置したことを特徴とするものである。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明の構成に、前記半導体結晶ウエハを円板状のまま千鳥状に平行配列し、これらウエハ外周縁の円弧部で囲まれた開口部に反射体を夫々配置した構成を加えたことを特徴とする。
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明の構成に、前記半導体結晶ウエハを円板状のまま格子状に平行配列し、これらウエハ外周縁の円弧部で囲まれた開口部に反射体を夫々配置した構成を加えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明のうち請求項１記載の発明は、半導体結晶ウエハを円板状のまま切断せずに平行配列することにより、これら円板状の結晶ウエハの間に、該結晶ウエハの外周縁で囲まれた開口部ができるためにモジュール充填率は低下するものの、この開口部を通った太陽光を反射体にて結晶ウエハの裏面受光部へ向け反射させることにより、該開口部を太陽電池セルで覆った場合と同程度の受光面積が確保されて、該太陽電池モジュールへ向け照射された太陽光線の全てが電気エネルギーに変換される。
従って、円板状の半導体結晶ウエハを切断することなく配列してモジュール充填率１００％のものと同等な変換効率を得ることができる。
その結果、円板状の半導体結晶ウエハを夫々１枚ずつ切断した後に同種のものを集めて平行配列する従来のものに比べ、各ウエハの切断工程が必要ないから、その分だけ製造時間を短縮化できると共に、結晶ロスが全く生じなく、しかも切断装置を用意する必要もないから製造コストを大幅に低減できる。

請求項２の発明は、請求項１の発明の効果に加えて、半導体結晶ウエハを千鳥状に平行配列することにより、各結晶ウエハの外周縁で囲まれた開口部の面積が小さい。
従って、太陽電池モジュールの全体サイズをコンパクト化できる。

請求項３の発明は、請求項１の発明の効果に加えて、半導体結晶ウエハを格子状に平行配列することにより、該ウエハの約半分に相当する大きな開口部が平行配列した全体の端部に発生せず、これを埋めるために、半円形状に切断された半導体結晶ウエハを用意する必要がない。
従って、全体の製造コストを低減できる。

本発明の太陽電池モジュールＡは、図１〜図３に示す如く、その太陽電池セルとして、両面に受光部１ａ，１ｂが備えられた円板状の半導体結晶ウエハ１を使用し、この半導体結晶ウエハ１を切断することなく円板状のまま同一平面上に平行配列し、これら結晶ウエハ１…の外周縁１ｃ…で囲まれた開口部Ｏに、この開口部Ｏを通った太陽光Ｓが結晶ウエハ１の裏面受光部１ｂに反射するように反射体２を配置したものである。
以下、本発明の各実施例を図面に基づいて説明する。

この実施例１は、図１（ａ）（ｂ）に示す如く、円板状の半導体結晶ウエハ１として単結晶ウエハを千鳥状に平行配列して、これら半導体結晶ウエハ１…の外周縁１ｃ…を相互に点接触させるか又は可能な限り接近させ、隣り合うウエハ外周縁１ｃ…の１／６円弧部で囲まれた略三稜星形の開口部Ｏに、反射体２が夫々配置された場合を示すものである。

上記半導体結晶ウエハ１は、ＣＺ法やＦＺ法によって得られる円柱状の半導体結晶棒を円板状にスライスし、その後、例えば特開２００２−３４３９９９号公報に記載されるようなセル形成プロセスを行って円板状の太陽電池セルとなるものであり、本発明は該結晶ウエハ１の表裏両面にセル形成プロセスを行って受光部１ａ，１ｂを夫々形成している。

そして、このようにして太陽電池セルとなった半導体結晶ウエハ１は、所望サイズの太陽電池モジュールＡを得るのに必要な枚数だけ用意され、これら半導体結晶ウエハ１…を切断することなく円板状のまま同一平面上に平行配列し、必要に応じて、夫々の外周縁１ｃ…の接触部分を接着剤などで夫々接着することにより相互に連結して一体化するか、又は保持具（図示せず）を使用して少なくとも表面受光部１ａが遮蔽されないと共に裏面受光部１ｂの使用部分が遮蔽されないように連結して一体化する。

上記反射体２は、平行配列された半導体結晶ウエハ１…の裏面受光部１ｂ…より背後に、隣り合うウエハ外周縁１ｃ…で囲まれた開口部Ｏ…と対向して夫々配置され、これら開口部Ｏを通る太陽光Ｓが、該開口部Ｏの周囲に配置した結晶ウエハ１…の裏面受光部１ｂ…に向けて反射するための反射面２ａが形成される。

図示例では、略三稜星形の各開口部Ｏ…と夫々対向して反射面２ａを、表面が平滑な三角錐形状に形成すると共に、これら反射面２ａ…がＸＹ方向へ連続して形成された反射体２を、平行配列された半導体結晶ウエハ１…の背後に配置することにより、各開口部Ｏ…を通った太陽光Ｓが該反射面２ａ…で反射して、その周囲の裏面受光部１ｂ…へ照射されるようにしている。

また、これら三角錐形状の反射面２ａ…の頂点部分２ｂ…と、各裏面受光部１ｂ…の中心位置と、を直接的か又は間接的に夫々当接させることにより、半導体結晶ウエハ１…と反射体２とを厚み方向へ移動不能に支持することが好ましい。

更に、上記反射体２の背後には、変形し難い材質で形成した保持板３を当接させて配置すると共に、この保持板３の周縁部３ａと、平行配列して一体化された半導体結晶ウエハ１…の周縁部１ｄとを額縁状の枠体４で挟み込み一体化して、太陽電池モジュールＡを構成している。

なお、実施例１では、半導体結晶ウエハ１…を格子状に平行配列したため、その全体の端部には、該ウエハ１の約半分に相当する大きな開口部Ｏ′が発生する。
この発生した大きな開口部Ｏ′を、必要に応じて図１（ａ）に二点鎖線で示す如く、予め半円形状に切断された半導体結晶ウエハ１′で埋めることにより、モジュール充填率を高めることも可能である。

一方、前記反射面２ａの形状は、各開口部Ｏを通って侵入した太陽光Ｓを反射して、可能な限り開口部Ｏへ逆戻りさせずに、各開口部Ｏの周囲に配置した結晶ウエハ１…の裏面受光部１ｂ…に向けて照射できれば、図示例以外にも多種多様な変形例が考えられ、その変形例の一部を図２（ａ）〜（ｄ）に示す。

図２（ａ）に示すものは、反射面２ａの縦断形状が、各開口部Ｏへ向けて突出する逆Ｖ字形であり、更にその表面に例えばフロスト（frosting）などの小さな凹凸を形成することにより、各開口部Ｏを通った太陽光Ｓが反射して、その周囲の裏面受光部１ｂ…へ照射されるようにしている。

図２（ｂ）に示すものは、反射面２ａの縦断形状が、各開口部Ｏへ向けて突出する円弧形状であり、その表面を平坦面か又は小さな凹凸面に形成することにより、各開口部Ｏを通った太陽光Ｓが反射して、その周囲の裏面受光部１ｂ…へ照射されるようにしている。

図２（ｃ）に示すものは、反射面２ａの縦断形状が、略Ｖ字形か或いは円弧形状に凹んでおり、その表面を平坦面か又は小さな凹凸面に形成することにより、各開口部Ｏを通った太陽光Ｓが反射して、その周囲の裏面受光部１ｂ…へ照射されるようにしている。

図２（ｄ）に示すものは、反射面２ａの縦断形状を、例えばフレネルレンズのように段状の凹凸や波形の凹凸などを連続形成することにより、各開口部Ｏを通った太陽光Ｓが反射して、その周囲の裏面受光部１ｂ…へ照射されるようにしている。

次に、斯かる太陽電池モジュールＡの作用について説明する。
半導体結晶ウエハ１を円板状のまま切断せずに平行配列すると、図１（ａ）に示す如く、これら円板状の結晶ウエハ１…の間に、夫々の外周縁１ｃ…で囲まれた開口部Ｏ…が発生するためにモジュール充填率は低下する。
しかし、これら開口部Ｏ…を通った太陽光Ｓは、反射体２の反射面２ａ…にて、該開口部Ｏ…の周囲に配置した結晶ウエハ１…の裏面受光部１ｂ…へ向け反射される。

それにより、各開口部Ｏ…を半導体結晶ウエハ１で覆った場合と同程度の受光面積が確保されて、太陽電池モジュールＡへ向け照射された太陽光線の全てが電気エネルギーに変換される。
その結果、円板状の半導体結晶ウエハを切断することなく配列してモジュール充填率１００％のものと同等な変換効率を得ることができる。

更に、半導体結晶ウエハ１…を千鳥状に平行配列したので、後述する半導体結晶ウエハ１…を格子状に平行配列したものに比べ、各結晶ウエハ１…の外周縁１ｃ…で囲まれた開口部Ｏ…の面積が小さくなって、略同数の結晶ウエハ１を配列しても太陽電池モジュールＡの全体サイズをコンパクト化できる。

この実施例２は、図３（ａ）（ｂ）に示す如く、前記半導体結晶ウエハ１を格子状に平行配列して、これら半導体結晶ウエハ１…の外周縁１ｃ…を相互に点接触させるか又は可能な限り接近させ、隣り合うウエハ外周縁１ｃ…の１／４円弧部で囲まれた略四稜星形の開口部Ｏに反射体２を夫々配置した構成が、前記図１に示した実施例１とは異なり、それ以外の構成は図１に示した実施例１と同じものである。

図示例では、略四稜星形の各開口部Ｏ…と夫々対向して反射面２ａを、表面が平滑な四角錐形状に形成することにより、各開口部Ｏ…を通った太陽光Ｓが該反射面２ａ…で反射して、その周囲の裏面受光部１ｂ…へ照射されるようにしている。
この場合も各反射面２ａ…の形状を、実施例１と同様に少なくとも図２（ａ）〜（ｄ）に示す変形例のように変えることが可能である。

従って、図３（ａ）（ｂ）に示すものも、前記図１〜図２に示した実施例１と同様な作用効果が得られる。
更に、半導体結晶ウエハ１…を格子状に平行配列したので、図１（ａ）に示す半導体結晶ウエハ１…を千鳥状に平行配列したもののように、該ウエハ１の約半分に相当する大きな開口部Ｏ′が平行配列した全体の端部に発生せず、これを埋めるために、半円形状に切断された半導体結晶ウエハ１′を用意する必要がなくて、全体の製造コストを低減できるという利点がある。

尚、前示実施例では、円板状の半導体結晶ウエハ１として単結晶ウエハを使用したが、これに限定されず、この単結晶ウエハに代えて多結晶ウエハを使用しても良い。
また、この半導体結晶ウエハ１…を千鳥状又は格子状に平行配列した場合を示したが、これに限定されず、これら以外の形状に平行配列しても良い。
更に図示例では、各開口部Ｏ…と夫々対向する反射面２ａ…が連続形成された反射体２を、平行配列された半導体結晶ウエハ１…の背後に配置しているが、これに限定されず、各開口部Ｏ…と夫々対向する反射面２ａが形成された反射体２を別個に配置しても良い。

（ａ）が本発明の実施例１を示す太陽電池モジュールの正面図であり、要部を一部拡大して示し、（ｂ）が部分的な拡大縦断側面図である。（ａ）〜（ｄ）が反射面の変形例を部分拡大して示す縦断側面図である。（ａ）が本発明の実施例２を示す太陽電池モジュールの正面図であり、要部を一部拡大して示し、（ｂ）が部分的な拡大縦断側面図である。

符号の説明

Ａ太陽電池モジュールＯ開口部
Ｏ′ 大きな開口部Ｓ太陽光
１半導体結晶ウエハ１′ 半円形状の半導体結晶ウエハ
１ａ表面受光部１ｂ裏面受光部
１ｃ外周縁（ウエハ外周縁）１ｄ周縁部
２反射体２ａ反射面
２ｂ頂点部分３保持板３
３ａ周縁部４枠体

Claims

円板状の半導体結晶ウエハからなる太陽電池セルを平面的に平行配列して製作した太陽電池モジュールにおいて、
前記太陽電池セルとして、両面に受光部（１ａ，１ｂ）が備えられた円板状の半導体結晶ウエハ（１）を使用し、この結晶ウエハ（１）を円板状のまま平行配列し、これら結晶ウエハ（１）の外周縁（１ｃ）で囲まれた開口部（Ｏ）に、この開口部（Ｏ）を通った太陽光（Ｓ）が結晶ウエハ（１）の裏面受光部（１ｂ）へ反射するように反射体（２）を配置したことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記半導体結晶ウエハ（１）を円板状のまま千鳥状に平行配列し、これらウエハ外周縁（１ｃ）の円弧部で囲まれた開口部（Ｏ）に反射体（２）を夫々配置した請求項１記載の太陽電池モジュール。
前記半導体結晶ウエハ（１）を円板状のまま格子状に平行配列し、これらウエハ外周縁（１ｃ）の円弧部で囲まれた開口部（Ｏ）に反射体（２）を夫々配置した請求項１記載の太陽電池モジュール。