JP2007012976A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの発電特性、特に、変換効率を向上する。
【解決手段】太陽電池モジュール１０は、１０個の太陽電池１４ａ〜１４ｊを有する。このうち、端部に配置された太陽電池１４ａ、１４ｊ、及び該太陽電池１４ａ、１４ｊにそれぞれ隣接する太陽電池１４ｂ、１４ｉの幅方向寸法Ｗ１は、残余の太陽電池１４ｃ〜１４ｈの幅方向寸法Ｗ２に比して１０〜２５％（１．１〜１．２５倍）程度長く設定されており、これにより、太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊの電池面積が残余の太陽電池１４ｃ〜１４ｈに比して大きく設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数個の太陽電池が１枚の基板上に形成されたセルを備える太陽電池モジュールに関する。

カルコパイライト型太陽電池は、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅと表記されるカルコパイライト化合物（以下、ＣＩＧＳともいう）を光吸収層として備える太陽電池であり、エネルギ変換効率が高い、経年変化による光劣化がほとんど起こらない、耐放射線特性に優れる、光吸収波長領域が広い、光吸収係数が大きい等、種々の利点を有することから特に着目されている。

図５に示すように、この種のカルコパイライト型太陽電池１は、複数個が１枚のガラス基板２上にモノリシックに形成されており、これによりセル３が構成されている。なお、各太陽電池１は、例えば、Ｍｏからなる第１電極層４、ＣＩＧＳからなる光吸収層５、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＩｎＳのいずれかからなるバッファ層６、ＺｎＯ／Ａｌからなる透明な第２電極層７がガラス基板２上にこの順序で設けられることによって形成される。

太陽電池１は、上記した各層を設ける際に、３回のスクライブによる分割が適宜行われることによって作製される。すなわち、１回目のスクライブはＭｏからなる第１電極層４が形成された後に行われ、２回目のスクライブはバッファ層６の形成後に行われる。さらに、透明な第２電極層７が形成された後に３回目のスクライブが実施される。太陽電池１の幅方向寸法は、スクライブを行う間隔を設定することによって決定される。

そして、図６に示すように、このように構成されたセル３を図示しない樹脂材によってケーシング８内に封止することで、太陽電池モジュール９が形成される。なお、ケーシング８に複数個のセル３を収容するようにしてもよい。

太陽電池モジュール９としての電圧は、セル３をスクライブする間隔を調整し、個々の太陽電池１の直列段数を変更することで、数十〜数百Ｖの高電圧を発生することが可能である（例えば、特許文献１参照）。また、分割は、特許文献２に記載されているように、スクライバー装置にプログラミングされたデータに基づき、等間隔となるように行われる。この結果、図６に示すように、太陽電池１の幅方向寸法が同一となる。

特開平１１−３１２８１５号公報 特開２００４−１１５３５６号公報

ところで、太陽電池モジュールを大型化した場合、該太陽電池モジュールの発電性能が、太陽電池の面積から推測される発電性能よりも小さくなることが多々認められる。

本発明は上記した問題を解決するためになされたもので、大型であっても優れた発電性能を示す太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明者は、太陽電池モジュールを大型化した場合に発電性能が推測よりも小さくなる理由につき調査を行い、図６に示すような太陽電池モジュール９では、端部に位置する太陽電池の起電流量がその他の太陽電池に比して小さいという知見を得た。すなわち、太陽電池モジュールの発電性能は、端部に位置する太陽電池の起電流量に著しく依存し、これら太陽電池の起電流量が小さければ、その他の太陽電池の起電流量が大きくても、太陽電池モジュール全体としては十分な発電性能が得られなくなる。

従って、太陽電池モジュールの発電性能を向上させるべく、端部に位置する太陽電池の起電流量を上昇させることが想起される。そして、これを実現するためには、太陽電池を作製する際、光吸収層となるプリカーサや透明な第２電極層の膜厚・組成のバラツキを抑制することが考えられる。これらの層の膜厚及び組成が相違すると、起電流量に影響が及ぶからである。

又は、光吸収層を設ける際に前記プリカーサをセレン化する工程でセレン化炉の温度分布のバラツキを抑制したり、バッファ層を形成する工程でケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法に使用する溶液のガラス基板中央部と端部での流速差を小さくすることも考えられる。

しかしながら、太陽電池モジュールを大型化した場合には、ガラス基板も大型になるため、プリカーサや第２電極層をスパッタリングで設ける際に膜厚や組成のバラツキを抑制したり、セレン化炉の温度分布のバラツキを抑制したり、ＣＢＤ法に使用する溶液のガラス基板中央部と端部での流速差を小さくしたりすることは困難である。

本発明者は、以上の知見に基づいて種々の鋭意検討を重ね、本発明をするに至った。

すなわち、本発明に係る太陽電池モジュールは、１枚の基板上部に、第１電極層、ｐ型の光吸収層、ｎ型のバッファ層、透明な第２電極層が基板に近接する側からこの順序で配置された太陽電池を該１枚の基板に複数個有するとともに、前記太陽電池同士が互いに電気的に直列接続されたセルを１個以上備え、
前記太陽電池は、複数の電池面積を有することを特徴とする。

すなわち、本発明においては、電池面積が相違する太陽電池が存在する。このように電池面積を相違させることにより、各太陽電池の起電流量を略一定に揃えることができる。

そして、本発明では、起電流量が略一定であるため、結果として太陽電池モジュール全体としての変換効率が向上する。これにより、太陽電池モジュール全体の発電性能が向上する。

太陽電池の電池面積がすべて同一である場合、一般的に、起電流量が小さいのは端部の太陽電池である。従って、電池面積が大きい太陽電池を端部に配置し、これにより該端部の太陽電池の起電流量を上昇させることが好ましい。換言すれば、太陽電池モジュールの端部に配置された太陽電池は、中央部に配置された前記太陽電池に比して電池面積が大きいことが好ましい。

ここで、太陽電池の総個数が偶数個の場合、中央部は２個で構成される。すなわち、例えば、１０個の太陽電池でセルを構成する場合、中央部は、左端から数えて５個目、６個目の２個の太陽電池である。

電池面積は、例えば、太陽電池の長さ方向寸法を互いに同一とし、且つ幅方向寸法を相違させることによって相違させればよい。ここで、長さ方向とは、太陽電池を上方から見た場合に寸法が長い方向を指称し、幅方向とは、長さ方向に直交する方向を指称する。

本発明によれば、同一面積の太陽電池で構成された太陽電池モジュールを発電させた際に起電流量が小さい太陽電池を、電池面積が大きな太陽電池として起電流量が大きくなるようにしている。これにより各太陽電池の起電流量が略一定となり、その結果、太陽電池モジュール全体としての変換効率が向上する。すなわち、発電特性に優れる太陽電池モジュールが得られる。

以下、本発明に係る太陽電池モジュールにつき好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態に係る太陽電池モジュールの概略全体平面説明図を図１に示す。この場合、太陽電池モジュール１０は、１０個の太陽電池１４ａ〜１４ｊが互いに隣接して配列されたセル１５がケーシング１６に収容されて構成されている。なお、ケーシング１６内には図示しない樹脂がモールドされており、これにより太陽電池１４ａ〜１４ｊが保護されている。

この中の太陽電池１４ｈ、１４ｉ近傍の幅方向に沿う縦断面を図２に示す。セル１５の幅方向の構成は、図５に示すセル３と略同様である。すなわち、このセル１５は、１枚のガラス基板２上に太陽電池１４ａ〜１４ｊがモノリシックに形成されることにより構成され、太陽電池１４ａ〜１４ｊは、例えば、Ｍｏからなる第１電極層４、ＣＩＧＳからなる光吸収層５、ＣｄＳ、ＺｎＯ、ＩｎＳのいずれかからなるバッファ層６、ＺｎＯ／Ａｌからなる透明な第２電極層７がガラス基板２上にこの順序で設けられることによって形成される。

ここで、図１及び図２に示すように、太陽電池モジュール１０においては、両端に位置する太陽電池１４ａ、１４ｊ、及び該太陽電池１４ａ、１４ｊに隣接する太陽電池１４ｂ、１４ｉの幅寸法Ｗ１が、残余の太陽電池１４ｃ〜１４ｈの幅寸法Ｗ２に比して大きく設定されている。具体的には、Ｗ１は、Ｗ２に対しておよそ１０％〜２５％程度長く、換言すれば、幅広となるように設定される。

このように構成された太陽電池モジュール１０に太陽光等の光が照射された場合、各太陽電池１４ａ〜１４ｊの光吸収層５に電子と正孔の対が生じる。そして、ｐ型半導体であるＣＩＧＳ製の光吸収層５と、ｎ型半導体である第２電極層７との接合界面において、電子が第２電極層７（ｎ型側）の界面に集合するとともに、正孔が光吸収層５（ｐ型側）の界面に集合する。この現象が起こることにより、光吸収層５と第２電極層７との間に起電力が生じる。この起電力による電気エネルギが、セル１５を構成する太陽電池１４ａの第１電極層４に電気的に接続された図示しない第１電極と、太陽電池１４ｊの第２電極層７に電気的に接続された図示しない第２電極から電流として取り出される。

この際、太陽電池１４ａから太陽電池１４ｊに至るまでが直列接続されているので、電流は、例えば、太陽電池１４ａから太陽電池１４ｊへと流れ、その際の起電力は、各太陽電池１４ａ〜１４ｊの起電力の総和となる。

ここで、幅方向寸法Ｗ２に対する幅方向寸法Ｗ１の倍率を変化させ、その際に測定された端部及びそれに隣接する４個の太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊの変換効率、中間部の６個の太陽電池１４ｃ〜１４ｈの変換効率、太陽電池モジュール１０全体としての変換効率を図３に示す。

この図３から諒解されるように、各端部及びその隣の太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊの幅方向寸法Ｗ１を、その他の太陽電池１４ｃ〜１４ｈの幅方向寸法Ｗ２に比して大きく設定することにより、換言すれば、各端部及びその隣の太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊの面積を中間部の太陽電池１４ｃ〜１４ｈの面積よりも大きくすることにより、端部及びその近傍の太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊの起電流量を、中間部の太陽電池１４ｃ〜１４ｈの起電流量と略同程度にすることができる。換言すれば、端部及びその近傍の太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊの起電流量が低下し、このために太陽電池モジュール１０全体としての変換効率が低下することを回避することができる。その結果、全太陽電池が同一幅である従来技術に係る太陽電池モジュール９（図６参照）に比して、変換効率が大きくなる。

この理由は、太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊでは、幅方向寸法Ｗ１が残余の太陽電池１４ｃ〜１４ｈの幅方向寸法Ｗ２に比して大きく、このために電池面積が大きいので、起電流量が大きくなるからである。これにより、太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊの起電流量と太陽電池１４ｃ〜１４ｈの起電流量とが略等しくなる。すなわち、太陽電池１４ａから太陽電池４ｊに至る全太陽電池１４ａ〜１４ｊにおいて起電流量が略一定となるので、太陽電池モジュール１０としての変換効率が向上する。

太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊの幅方向寸法を相違させるには、スクライブを行う際の分割間隔を相違させればよい。すなわち、例えば、スクライバー装置にプログラミングするデータを変更すればよい。

このように、幅方向寸法が相違する太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊを容易に作製することができるので、太陽電池１４ａ、１４ｂ、１４ｉ、１４ｊの幅方向寸法を相違させることに伴って製作コストが高騰することもない。

なお、上記した実施の形態においては、幅方向寸法を相違させることによって面積を相違させるようにしているが、図４に示すように、長手方向寸法を相違させることによって面積を相違させるようにしてもよい。

いずれの場合においても、太陽電池の個数は３個以上であればよく、１０個に特に限定されるものではない。また、複数個のセル１５をケーシング１６に収容して太陽電池モジュールを構成するようにしてもよい。この場合、ケーシング１６内で複数個のセル１５を直列又は並列に内部接続することにより、所望の電圧に調整することが可能となる。

本実施の形態に係る太陽電池モジュールの概略全体平面説明図である。 図１の太陽電池モジュールを構成するセルの幅方向要部拡大縦断面図である。 太陽電池の幅方向寸法Ｗ１のＷ２に対する倍率と、変換効率との関係を示す図表である。 別の実施の形態に係る太陽電池モジュールの概略全体平面説明図である。 複数個の太陽電池が１枚のガラス基板上にモノリシックに形成されて構成されたセルの幅方向要部拡大縦断面図である。 従来技術に係る太陽電池モジュールの概略全体平面説明図である。

符号の説明

１、１４ａ〜１４ｊ…太陽電池 ２…ガラス基板
３、１５…セル ４…第１電極層
５…光吸収層 ６…バッファ層
７…第２電極層 ８、１６…ケーシング
９、１０…太陽電池モジュール

Claims (3)

1. １枚の基板上部に、第１電極層、ｐ型の光吸収層、ｎ型のバッファ層、透明な第２電極層が基板に近接する側からこの順序で配置された太陽電池を該１枚の基板に複数個有するとともに、前記太陽電池同士が互いに電気的に直列接続されたセルを１個以上備え、
   前記太陽電池は、複数の電池面積を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 請求項１記載のモジュールにおいて、当該モジュールの端部に配置された前記太陽電池は、中央部に配置された前記太陽電池に比して電池面積が大きいことを特徴とする太陽電池モジュール。
3. 請求項１又は２記載のモジュールにおいて、複数個の前記太陽電池は長さ方向寸法が互いに同一であり、幅方向寸法が異なることによって電池面積が相違することを特徴とする太陽電池モジュール。

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