JP2011077111A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】発電量が大きい太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュール１では、透光性を有する基板２と、基板２上に設けられ、第１の方向に相互接続された複数の光電変換素子２０と、複数の光電変換素子２０の第１の面上に配置され、電力を集電するための電極６ａ、６ｂと、光電変換素子２０の第１の面上において、電極６ａ、６ｂに接続され、電極６ａ、６ｂからの電力を外部に取り出すための配線８ａ、８ｂと、を備える。そして、複数の光電変換素子２０は第１の方向と交差する第２の方向に延在したスリットＳ１によって分割されるとともに、電極６ａ、６ｂはスリットＳ１と重畳するように配置される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

図４及び図５を用いて、特許文献１に記載される太陽電池モジュールについて説明する。図４は、従来の太陽電池モジュールの光電変換素子の様子を示した概略図である。図５は、図４に示した太陽電池モジュールのＡ−Ａにおける拡大断面図である。

太陽電池モジュール１０１では、基板１０２上に複数の光電変換素子１２０が形成される。光電変換素子１２０は、基板１０２側から透明導電膜１０３、光電変換ユニット１０４、裏面電極１０５の順で積層された積層体により構成される。そして、隣り合う光電変換素子１２０、１２０間が透明導電膜１０３により電気的に直列接続されて光電変換素子群１４０が形成されている。この光電変換素子群１４０により発電された電力は、複数の光電変換素子１２０同士の接続の終端部に設けられたバス領域１３０から取り出される。

また、電気的に直列接続された複数の光電変換素子１２０は、複数の光電変換素子１２０の直列接続方向に沿ったスリット（分離溝）Ｓ１０１により電気的に分離される。

これにより、これらの光電変換素子群Ｓ１０１は最終的に並列に接続され、太陽電池モジュール１０１が構成される。

特開２００１−３６１０４号

従来から太陽電池モジュールにおいては、発電量を大きくするために変換効率の向上が望まれており、改良が行われてきた。

本発明は、変換効率の向上が可能な太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の太陽電池モジュールでは、透光性を有する基板と、基板上に設けられ、第１の方向に相互接続された複数の光電変換素子と、複数の光電変換素子の第１の面上に配置され、電力を集電するための電極と、光電変換素子の第１の面上において、電極に接続され、電極からの電力を外部に取り出すための配線と、を備える。そして、複数の光電変換素子は第１の方向と交差する第２の方向に延在したスリットによって分割されるとともに、電極はスリットと重畳するように配置される。

本発明によれば、光電変換素子間に入射した光を光電変換に寄与させることができ、発電量が大きい太陽電池モジュールを提供することが可能となる。

本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールの上面図である。 図１に示した第１実施形態に係る太陽電池モジュールのＡ´−Ａ´断面における断面図である。 図１に示した第１実施形態に係る太陽電池モジュールのＢ−Ｂ断面における断面図である。 従来の太陽電池モジュールの上面図である。 図４に示した従来の太陽電池モジュールのＡ−Ａ断面における断面図である。

図面を用いて、本発明の第１実施形態について説明する。本発明の第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１の上面図を図１に示す。以下では、図１及び図１に記載された太陽電池モジュールのＡ´−Ａ´断面における断面図である図２、Ｂ−Ｂ断面における断面図である図３を参照して、第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１を説明する。

本実施形態で製造される太陽電池モジュール１では、基板２上に複数の光電変換素子２０が配置される。各光電変換素子２０は、基板２上に透明導電膜３と光電変換ユニット４ａ及び４ｂと裏面電極５とを順次積層することにより形成される。光電変換素子２０は、短手方向に延びるスリットＳ１で電気的に分離することによって長手方向に沿って光電変換素子群４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，及び４０ｄに分割される。

基板２は、ガラス等の光透過性の部材により構成され、太陽電池の単一基板である。この基板２の光入射側と反対の裏面側に複数の光電変換素子２０が形成される。

透明導電膜３は、基板２上を平面視したときに長手方向に延在する短冊状に形成される。透明導電膜３としては、高い光透過性、低抵抗性、可塑性を有し、低価格であるため好適なＺｎＯが用いられる。

光電変換ユニット４ａ及び４ｂは、透明導電膜３上に長手方向に延在する短冊状に形成される。光電変換ユニット４ａ及び４ｂは、それぞれ非晶質シリコン半導体及び微結晶シリコン半導体により構成される。なお、本明細書において、「微結晶」の用語は、完全な結晶状態のみならず、部分的に非結晶状態を含む状態をも意味するものとする。

裏面電極５（第２電極）は、Ａｇ等の導電性部材からなり、光電変換ユニット４ｂ上に形成される。

上記のように形成された透明電極３、光電変換ユニット４ａ及び４ｂ、裏面電極５により光電変換素子２０が構成される。隣接する光電変換素子２０同士は、透明導電膜３に裏面電極５が接続されることにより、電気的に直列接続されている。なお、裏面電極５と光電変換ユニット４ｂの間に透明導電材料からなる層を介在させても良い。

そして、前述したように、光電変換素子２０は、光電変換ユニット４ａ及び４ｂ、裏面電極５を除去して形成されたスリットＳ１によって光電変換素子群４０ａ〜４０ｄに分離されている。

ここで、本明細書において、「短手方向」の用語は、太陽電池モジュール１が電気的に直列接続される方向を意味する。又、本明細書において、「長手方向」の用語は、太陽電池モジュール１が電気的に直列接続される方向とほぼ直交する方向を意味する。

図1に示すように、各々の光電変換素子群４０ａ〜４０ｄの短手方向の両端に位置する光電変換素子２０には、バス領域３０が形成される。この光電変換素子群４０ａ〜４０ｄ毎に設けられた複数のバス領域３０を跨るように半田メッキ銅箔からなる電極６ａ，６ｂが配置される。この電極６ａ，６ｂにより、光電変換素子群４０ａ〜４０ｄは並列接続され、それぞれの光電変換素子群４０ａ〜４０ｄを形成する複数の光電変換素子２０で発電した電力を取り出すことができる。この電極６ａ，６ｂに用いられる半田メッキ銅箔は、基材である銅箔の厚さが４０〜１２０μｍ程度のものが用いられ、特に８０μｍ程度のものを用いるのが好ましい。

図１及び図３に示すように、電極６ａ，６ｂ間に位置するスリットＳ１上、及びこのスリットＳ１に隣接する光電変換素子群４０ａ及び４０ｂの端部上を覆うように絶縁部材７が配置される。この絶縁部材７は透光性を有するＰＥＴからなり、その厚さは、電極６ａ，６ｂ及びこの電極６ａ，６ｂを固定する図示しない半田の厚さとほぼ同じ厚さの４０〜１２０μｍのもの、特に４０〜８０μｍのものを用いることが好ましい。

そして、配線８ａ，８ｂが電極６ａ，６ｂにそれぞれ接続される。この配線８ａ，８ｂは、反射性表面を有する半田メッキ銅箔からなり、スリットＳ１を覆うように配置される。絶縁部材７は、配線８ａ，８ｂと光電変換素子群４０の間で短絡することを防止するように、配線８ａ，８ｂと隣接する光電変換素子群４０ａと４０ｂの間に配置される。

これにより、光電変換層群４０ａと４０ｂの間から入射した光を反射性表面を有する配線８ａ，８ｂにより、より良く反射・散乱させることができる。この反射・散乱された光が光電変換素子２０に入射することにより、後述する通り、光電変換素子２０の発電量を増加させることができる。

基板２上には、形成された複数の光電変換素子２０を封止するためのＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）等からなる充填材９、及びＰＥＴ／Ａｌ箔／ＰＥＴ等からなる裏面保護材１０が設けられる。充填材９及び裏面保護材１０に設けられた開口から配線８ａ，８ｂの電極６ａ，６ｂに接続されていない一方の端部が引き出され、図示しない端子ボックスに接続され、太陽電池モジュール１が完成する。

本実施形態では、非晶質シリコン半導体と微結晶シリコン半導体とが順次積層された光電変換ユニット４ａ及び４ｂを用いたが、微結晶又は非晶質光電変換ユニットの単層又は３層以上の積層体を用いても同様の効果を得ることができる。

また、第１光電変換ユニットと第２光電変換ユニットの間にＺｎＯ，ＳｎＯ_２，ＳｉＯ_２，ＭｇＺｎＯからなる中間層を設け、光学的特性を向上させた構造としても良い。

透明導電膜３は、本実施形態で用いたＺｎＯの他、Ｉｎ_２Ｏ_３，ＳｎＯ_２，ＴｉＯ_２，Ｚｎ_２ＳｎＯ_４の金属酸化物より選択された一種類あるいは複数種類の積層体により構成しても良い。

電極６ａ、６ｂは、基板２の端部に限らず、中央部寄りに設けても良い。

絶縁部材７及び配線８ａ，８ｂは、光電変換素子群４０ａ，４０ｂ間上に配置する構成に限らず、隣接する光電変換素子群の間に形成される間隔上に配置する構成とすれば良い。

充填材９として、ＥＶＡの他、ＥＥＡ等のエチレン系樹脂，ＰＶＢ，シリコン，ウレタン，アクリル，エポキシ樹脂を用いても良い。

裏面保護材１０として、フッ素系樹脂（ＥＴＦＥ，ＰＶＤＦ，ＰＣＴＦＥ等），ＰＣ，ガラス等が金属箔を挟んだ構造、ＳＵＳ、鋼板を用いてもよい。尚、裏面保護材１０の光電変換素子２０に対向する面は、白色系のものを用いることが好ましい。これにより、隣接する光電変換層２０間から入射した光をより良く散乱することができる。この散乱された光が光電変換素子２０に入射することにより、光電変換素子２０の発電量を増加させることができる。また、裏面保護材１０と絶縁性粘着部材７は、同色系とすることが好ましい。これにより、基板２側から太陽電池モジュール１を見たとき、光電変換素子２０間からのぞき見える部分の色調を同一とすることができ、太陽電池モジュール１の意匠性を向上させることができる。

そして、太陽電池モジュール１の端部には、ブチルゴム等によりアルミニウム枠を取付けることもできる。

ここで、本実施形態の特徴部分であるスリットＳ１と配線８ａ，８ｂとの重畳部分を図２及び図３に基づいて詳細に説明する。

配線８は、導電性を有するとともに、少なくとも光電変換素子群４０ａ及び４０ｂに対向する面が反射性表面を持ち、且つ隣接する光電変換素子群４０ａ及び４０ｂを分割するスリットＳ１つの幅に比べて幅が広いものが用いられる。この配線８ｂは、スリットＳ１上に光電変換素子群４０ａ及び４０ｂの両端上に掛るようにして配置される。これにより、スリットＳ１に入射した光は、絶縁部材７を透過して配線８ｂの反射性表面に入射する。配線８ｂの反射性表面に入射した光は、反射・散乱され、直接光電変換ユニット４ａ及び４ｂに直接入射したり、透光性導電膜３と基板２の界面や基板２と外界の界面において反射・散乱され、再度、光を光電変換ユニット４ａ及び４ｂに入射させることができる。つまり、従来、光電変換に寄与させることができなっかった光電変換素子群４０間のスリットＳ１に入射する光を光電変換素子２０に再入射させることができ、太陽電池モジュール１の出力を向上させることができる。

また、本実施形態においては図３に記載した通り、絶縁部材７は、配線８ｂと、隣接する光電変換素子群４０ａ及び４０ｂ間を分割するスリットＳ１との間に配置される。絶縁部材７により、配線８ｂと光電変換素子群４０ａ及び４０ｂとの間、具体的には配線８ｂと光電変換素子４０ａ及び４０ｂを形成する光電変換素子２０の裏面電極５との間における短絡を防止することができる。

加えて、絶縁部材７は、透光性を有する部材が用いられる。これにより、スリットＳ１に入射した光は、絶縁部材７を透過して配線８の反射性表面に入射し、光電変換ユニット４ａ及び４ｂに再度、入射される。このように本実施形態では、光電変換素子２０に入射する光量を大きくすることができ、多くの光を光電変換に寄与させることができるため太陽電池モジュール１の出力を向上させることができる。

なお、絶縁部材７は、４０μｍ〜８０μｍ程度の薄さのものを用いることで光電変換素子２０と配線８ｂの間隔を小さくして、光電変換に寄与しない裏面電極５上へ散乱・反射される光を少なくすることができる。これにより、基板２側からスリットＳ１に入射した入射光の多くを光電変換素子２０に入射させ、光電変換に寄与させることができ、太陽電池モジュール１の出力を向上することが可能となる。

１ 太陽電池モジュール
２ 基板
３ 透光性導電膜
４ 光電変換ユニット
５ 裏面電極
６ａ、６ｂ 電極
７ 絶縁部材
８ａ、８ｂ 配線
２０ 光電変換素子
３０ バス領域
４０ 光電変換素子群

Claims (2)

1. 透光性を有する基板と、
   前記基板上に設けられ、第１の方向に相互接続された複数の光電変換素子と、
   前記複数の光電変換素子の第１の面上に配置され、電力を集電するための電極と、
   前記光電変換素子の第１の面上において、前記電極に接続され、前記電極からの電力を外部に取り出すための配線と、
   を備えた太陽電池モジュールであって、
   前記複数の光電変換素子が前記第１の方向と交差する第２の方向に延在したスリットによって分割されるとともに、前記電極は前記スリットと重畳するように配置されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記配線と、前記スリットとの間に透光性を有する絶縁部材を介在させたことを特徴とする請求項１記載の太陽電池モジュール。

Images