JP2011077149A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】金属基板と、その上の絶縁層と、その上の、直列接続される複数の太陽電池セルと、2つの出力端子と、接地端子とを有し、各太陽電池セルは、絶縁層上の裏面電極層と、その上の、受光した光を電気に変換する光電変換層と、その上の透明電極層とを備え、2つの出力端子は、一方の端部の太陽電池セルの裏面電極層に接続される第1の出力端子と他方の端部の太陽電池セルの透明電極層に接続される第2の出力端子とからなり、さらに、複数の太陽電池セルの真中の太陽電池セルからプラス10%〜マイナス10%の範囲にある1つの接地用太陽電池セルの裏面電極層と金属基板とを電気的に導通する導電層を有し、接地端子は、金属基板に接続され、金属基板及び導電層を介して接地用太陽電池セルに接続されることにより、上記課題を解決する。
【選択図】図1
Description
図7に示す太陽電池モジュール50は、光吸収により電流を発生する半導体の光電変換層26を裏面電極(下部電極)24と透明電極(上部電極)28とで挟んだ積層構造の太陽電池セル(光電変換素子)22を金属基板12上に絶縁層14が形成された絶縁層付き金属板からなる支持基板16上に多数直列に接続して発電層52を構成した集積型薄膜太陽電池モジュールである。図7に示すように、太陽電池モジュール50では、多数直列に接続された太陽電池セル22の中の一方の端部の太陽電池セル22の裏面電極24及び他方の端部の透明電極28にそれぞれ引出線(リード線)が接続され、外部に電力が取り出せるようになっている。なお、太陽電池モジュール50では、裏面電極24は、太陽電池モジュール50の正極端子として、透明電極28は、その負極端子として例示されているが、光電変換層26の種類によっては、逆に、裏面電極24がその負極端子となり、透明電極28がその正極端子となる場合もある。これらの太陽電池モジュール50の正極端子及び負極端子は、リード線によって、例えばそれぞれ後述するインバータの正極端子及び負極端子に接続される。そして、太陽電池モジュール50からの直流出力は、需要家内、例えば工場や事業所等の構内や家庭内で利用できるように、交流出力に変換される。
特許文献1には、複数の太陽電池モジュールを直列及び並列に接続してなる太陽電池アレイと、この太陽電池アレイの直流出力を商用交流電力系統と連系させるための交流電力に変換する非絶縁型インバータと、このインバータの交流出力と商用交流電力系統との間に接続された系統連系開閉器(スイッチ)及び漏電遮断器とを有し、少なくとも系統連系スイッチの開路時にこの連系開閉器より太陽電池アレイ側の電位を所定の電位に固定する電位固定手段をインバータ内に備えた太陽光発電装置が開示されている。
この太陽光発電装置では、商用交流電力系統との連系インバータとして用いられる非絶縁型インバータの交流出力は、直接、需要家内負荷、例えば工場や事業所等の構内負荷や家庭内負荷に接続されるが、商用交流電力系統は、連系開閉器及び漏電遮断器からなる漏電遮断機能付き回路遮断器(漏電ブレーカ)を介して構内負荷に接続され、構内において漏電故障等が生じた場合に需要家内負荷から商用交流電力系統を完全に切り離すようにされている。
このような太陽電池アレイを非絶縁型インバータと一緒に用いる場合、太陽電池アレイは、屋根等として屋外の比較的広い面積に設置されるため、地面との間に地面の間に無視し得ない対地浮遊容量を持ってしまい、系統連系スイッチをオンさせた時に、この浮遊容量による微少な漏電電流が生じて、漏電パルスとなって漏電ブレーカを不要動作させてしまう恐れがあるが、特許文献1では、インバータ内に電位固定手段を設け、系統連系スイッチをオンさせる前に、系統連系スイッチにより太陽電池アレイ側の電位を所定の電位に固定する、具体的には、商用交流電力系統の中点電位と非絶縁型インバータによる太陽電池アレイのDC電力の昇圧後の電圧の中点電位とを同電位、例えば接地電位にすることにより、系統連系スイッチオン時の漏電ブレーカのトリップを防止することを可能にしている。すなわち、特許文献1では、太陽電池アレイの電位を固定し、太陽電池アレイの対地浮遊容量、ひいては金属板と太陽電池素子間の浮遊容量や電位差を固定することを考慮している。
また、特許文献1に開示された太陽光発電装置では、系統連系スイッチオン時の漏電遮断器の不要動作をなくすことはできるが、電位固定手段を新たに設ける必要があり、例えばインバータ内に新たに設ける必要があるし、また、電位固定手段を作動させるために電力が必要であり、太陽電池が発電した電力を消費することになるし、また、系統連係開始後も、電位固定手段が作動するために太陽電池の発電電力を消費し続けることになるという問題があった。特許文献1には、系統連係開始後の電位固定手段による消費電力をなくすために、電位固定手段にスイッチング素子を設け、系統連係スイッチのオフ/オンに連動させてスイッチング素子をオン/オフすることを開示しているが、系統連係スイッチのオフの間には電位固定手段による消費電力をなくすことはできないし、電位固定手段に加えて、さらにスイッチング素子を追加しなければならないという問題があった。
また、本発明の第2の目的は、商用交流電力系統等の交流電力系統と連系運転させる際に、電位固定手段やスイッチング素子等の要素を付け加えることなく、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータをそのまま用いることができ、また、特に低感度の漏電遮断器等の回路遮断器を用いる必要がなく、1セットの太陽電池として使用できる数に制限がなく、高電圧を出力できる太陽光発電システムを構成することができる太陽電池モジュールを提供することにある。
あるいは、前記導電層は、前記金属基板上に前記絶縁層を形成した後、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を除去し、その後、前記絶縁層及び前記金属基板上に前記裏面電極層を形成することにより前記金属基板上に形成される当該接地用太陽電池セルの前記裏面電極層であるのが好ましい。
また、前記太陽電池セルは、集積型薄膜太陽電池セルであるのが好ましい。
また、前記太陽電池セルは、CIS系薄膜型太陽電池セル、CIGS系薄膜型太陽電池セル、薄膜シリコン系薄膜型太陽電池セル、CdTe系薄膜型太陽電池セル、III−V属系薄膜型太陽電池セル、色素増感系薄膜型太陽電池セル、および有機系薄膜型太陽電池セルのいずれか1つの薄膜型太陽電池セルを有するのが好ましい。
また、本発明によれば、商用交流電力系統等の交流電力系統と連系運転させるために、太陽電池を用いる太陽光発電システムとして構成する際に、電位固定手段やスイッチング素子等の要素を付け加えることなく、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータをそのまま用いることができ、また、特に低感度の漏電遮断器等の回路遮断器を用いる必要がなく、1セットの太陽電池として使用できる数に制限がなく、高電圧を出力することができる太陽光発電システムを構成することができる。
図1は、本発明に係る太陽電池モジュールの一例を模式的に示す回路構成図である。図2は、図1に示す太陽電池モジュールの第1実施形態を模式的に示す断面図である。
本発明の太陽電池モジュール10は、発電層20の複数の太陽電池セル22の中の一方の端部にある太陽電池セル22aの正極(プラス)側を正極端子として図示しないリボン状のリード線に介して図示しない接電箱の正極端子に接続し、他方の端部にある太陽電池セル22bの負極(マイナス)側を負極端子として図示しないリボン状のリード線に介して図示しない接電箱の負極端子に接続すると共に、複数の太陽電池セル22の中の真中(中央)にある太陽電池セル22の、又は略中央にある太陽電池セル22、すなわち中央にある2つの太陽電池セル22の一方の正極側または負極側を接地端子として、支持基板16の金属基板12に直接電気的に接続することにより接地(グランドに)することを特徴とするものである。
こうすることにより、複数の太陽電池セル22の中の真中の位置を中心として一端部側にある太陽電池セル22aまで、すなわちプラス(正)側の発電層20a内の太陽電池セル22の数と、他端部側にある太陽電池セル22bまで、すなわちマイナス(負)側の発電層20b内の太陽電池セル22の数とを同一、又は略同一にすることができ、接地用太陽電池セル30を設けない図7に示す従来の太陽電池モジュール50の発電層52の太陽電池セル22の数、すなわちその両端部側にある太陽電池セル22a及び22b間の太陽電池セル22の数に比べて半分にすることができる。
このため、太陽電池モジュール10では、金属基板12と発電層20との間の電圧を、図7に示す従来の太陽電池モジュール50の金属基板12と発電層52との間の電圧の半分にすることができるので、金属基板12と発電層20間の絶縁層14に要求される耐電圧が、従来の太陽電池モジュール50の場合の半分で済むことから、同じ耐電圧の絶縁層14を用いた場合、発電層20全体、すなわち太陽電池セル22aと22bとの間の電位差(電圧)の大きさを2倍にすることができ、2倍の電圧を持つ太陽電池モジュールを作ることができる。
また、この構造にすることにより、後述するが、インバータを直接接続でき、交流出力の接地(グランド)あるいは中性点を、太陽電池モジュール10の接地(グランド)と一致させることができるため、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータを接続しやすい利点がある。
その理由は、太陽電池モジュール10において接地する位置を、複数の太陽電池セル22の中の真中から±10%以内の位置にある太陽電池セル22としても、上述の場合と同様に、両側にある発電層20(20a及び20b)の接地電位(グランド)に対する電圧の大きさを、図7に示す従来の太陽電池モジュール50に比べて、55%以下にすることができ、金属基板12と発電層20との間の電圧、したがって、その間の絶縁層14に要求される耐電圧を、従来の太陽電池モジュール50に比べて55%にすることができ、同じ耐電圧の絶縁層14を用いた場合、発電層20全体の電圧の大きさを1.8倍にすることができ、1.8倍の電圧を持つ太陽電池モジュールを作ることができるからである。
また、このような構造にして、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータを直接接続した場合、交流出力の接地(グランド)あるいは中性点と、太陽電池モジュール10の接地(グランド)とを完全に一致させることはできないが、このずれによる漏洩電流は、従来技術において述べたように漏電ブレーカ等の回路遮断器を不要動作させてしまうほど大きくはないからである。
なお、以上のような理由から、本発明においては、接地する位置を真中の位置から±5%以内、すなわち、+(プラス)5%〜−(マイナス)5%の範囲内の位置にある太陽電池セル22とするのがより好ましいのはもちろんである。
ここで、金属基板12としては、絶縁層14を形成することができ、絶縁層付き金属板である支持基板16とした時に発電層20を支持することができれば特に制限はないが、少なくとも片側表面がAl層であるAl基板が好ましく、例えば、Al基板、及びAlと他の金属との複合材料からなる複合Al基板などを挙げることができる。
金属基板12の厚さは、太陽電池モジュール10全体の強度の観点により適宜選択できるが、絶縁層付き金属板である支持基板16とした形体において0.1〜10mmであるのが好ましい。なお、Al基板や複合Al基板などから支持基板16を製造する際には、陽極酸化、及び陽極酸化の事前洗浄や研磨により厚さの減少を見越した厚さとしておく必要がある。
また、複合Al基板としては、Al板と他の金属板とのクラッド板、例えば、ステンレス鋼(SUS)板とのクラッド板、種々の鋼板を2枚のAl板で挟み込んだクラッド板であっても良い。なお、本発明では、Al板とのクラッド板を構成する他の金属板は、各種のステンレス鋼板の他、例えば、軟鋼等の鋼、42インバー合金、コバール合金、または36インバー合金からなる板材を用いることができるし、また、本発明の太陽電池モジュールを屋根材一体型太陽電池パネルとして用いることができるように、家屋や建物等の屋根材や壁材として使用可能な金属板を用いてもよい。
ここで用いられるAl板やAl合金板には、Fe、Si、Mn、Cu、Mg、Cr、Zn、Bi、Ni、及びTi等の各種微量金属元素が含まれていてもよい。
なお、絶縁層14となる陽極酸化膜は、金属基板12となるAl基板や複合Al基板のAl層の片側表面に形成されていればよいが、Al基板や2枚のAl板で挟んだクラッド板の場合には、発電層20の形成工程等において、Al層と陽極酸化膜との熱膨張係数差に起因した反りや陽極酸化膜に発生するクラック等を抑制するために、両側のAl層表面に陽極酸化膜を設けるのが好ましい。
また、こうして形成される絶縁層14の厚さ、すなわち陽極酸化膜の厚さは、特に制限的ではないが、絶縁性とハンドリング時の機械衝撃による損傷等を防止する表面硬度を有しておれば良いが、厚すぎると可撓性の観点で問題を生じる場合がある。このことから、好ましい厚さは、0.5〜50μmであり、厚さの制御は定電流電解や定電圧電解とともに、電解時間により制御することができる。
また、絶縁層14の種類としては、Alの陽極酸化被膜以外に、Si、Ca、Zn、B、P、Ti等の元素を含んだガラスなどの各種酸化物層を蒸着、ゾルゲル法等の各種方法で形成したものであっても良い。
ここで、太陽電池セル22は、図7に示す従来の太陽電池モジュール50の太陽電池セル22と同様に、支持基板16の絶縁層14の表面上に形成された裏面電極24と、裏面電極24上に形成され、受光した光を電気に変換する光電変換層26と、光電変換層26上に形成された透明電極28とを有し、絶縁層14上に裏面電極24、光電変換層26及び透明電極28が順次積層されてなるものである。
なお、図2には図示されていないが、太陽電池セル22及び接地用太陽電池セル30においては、光電変換層26上にバッファ層が形成され、裏面電極24、光電変換層26、バッファ層及び透明電極28が順次積層されていても良い。
また、光電変換層26には、隣接する電池セル22又は30から延在する裏面電極24にまで達する溝27が形成されている。したがって、この溝27は、隣接する裏面電極24間の隙間25とは異なる位置(図中右側)に形成されている。
また、透明電極28は、光電変換層26の溝27を埋めるように光電変換層26の表面上に形成されている。したがって、透明電極28は、この溝27の部分において、隣接する電池セル22又は30の裏面電極24に直接接触しており、電気的に接続されている。こうして、隣接する2つの電池セル22同士、及び隣接する電池セル22と30とは、直列に接続される。
上述したように、複数の電池セル22及び30は、当該電池セル22又は30の透明電極28と隣接する電池セル22又は30の裏面電極24とが接続されることにより、直列に接続される。
なお、電池セル22及び30は、図2に示す断面に垂直な方向(図2の紙面に直交する方向)に、矩形状の金属基板12の一辺にそって平行に延在するライン状に形成された短冊状の形状を有する。したがって、裏面電極24及び透明電極28も、同様に、金属基板12の辺に平行な一方向に長い短冊状の電極である。
なお、このような電池セル22及び30は、例えば、公知のCIGS系の太陽電池の製造方法により製造することができる。また、裏面電極24間の隙間25、光電変換層26に形成された裏面電極24にまで達する溝27、光電変換層26及び透明電極を一体として隣接する光電変換層26及び透明電極から分離するための裏面電極24に達する開口27等のライン状の溝部は、レーザスクライブまたはメカニカルスクライブにより形成することができる。
太陽電池セル22及び30において、裏面電極24および透明電極28は、いずれも光電変換層26で発生した電流を取り出すためのものである。裏面電極24および透明電極28は、いずれも導電性材料からなる。光入射側の透明電極28は透光性を有する必要がある。
裏面電極24は、例えば、Mo、Cr、又はW、及びこれらを組み合わせたものから構成される。この裏面電極24は、単層構造でもよいし、2層構造等の積層構造でもよい。
裏面電極24は、厚さが100nm以上であることが好ましく、0.45〜1.0μmであることがより好ましい。
また、裏面電極24の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
また、透明電極28の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
なお、透明電極28上に、MgF2等の反射防止膜が形成されていても良い。
このバッファ層は、例えば、CdS、ZnS、ZnO、ZnMgO、又はZnS(O、OH)およびこれらの組み合わせたものにより構成される。
バッファ層は、厚さが、0.03〜0.1μmが好ましい。また、このバッファ層は、例えば、CBD(ケミカルバス)法、溶液成長法等により形成される。
なお、CBD−CdS等のバッファ層とZnO:Al等の透明電極28との間に、例えば、ZnO等からなる高抵抗膜を形成しておいても良い。
例えば、CIGS系においては、光電変換層26中のGa量に厚み方向の分布を持たせると、バンドギャップの幅/キャリアの移動度等を制御でき、光電変換効率を高く設計することができる。
また、光電変換層26中のI−III−VI族半導体の含有量は、特に制限されるものではない。光電変換層26中のI−III−VI族半導体の含有量は、75質量%以上が好ましく、95質量%以上がより好ましく、99質量%以上が特に好ましい。
1)多源同時蒸着法としては、
3段階法(J.R.Tuttle et.al,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.426(1996)p.143.等)と、ECグループの同時蒸着法(L.Stolt et al.:Proc.13th ECPVSEC(1995,Nice)1451.等)とが知られている。
前者の3段階法は、高真空中で最初にIn、Ga、及びSeを基板温度300℃で同時蒸着し、次に500〜560℃に昇温してCu及びSeを同時蒸着後、In、Ga、及びSeをさらに同時蒸着する方法である。後者のECグループの同時蒸着法は、蒸着初期にCu過剰CIGS、後半でIn過剰CIGSを蒸着する方法である。
a)イオン化したGaを使用する方法(H.Miyazaki, et.al, phys.stat.sol.(a),Vol.203(2006)p.2603.等)、
b)クラッキングしたSeを使用する方法(第68回応用物理学会学術講演会 講演予稿
集(2007秋 北海道工業大学)7P−L−6等)、
c)ラジカル化したSeを用いる方法(第54回応用物理学会学術講演会 講演予稿集
(2007春 青山学院大学)29P−ZW−10等)、
d)光励起プロセスを利用した方法(第54回応用物理学会学術講演会 講演予稿集(2007春 青山学院大学)29P−ZW−14等)等が知られている。
また、グレーデッドバンドギャップCIGS膜の成膜方法として、最初にCu−Ga合金膜を堆積し、その上にIn膜を堆積し、これをセレン化する際に、自然熱拡散を利用してGa濃度を膜厚方向で傾斜させる方法がある(K.Kushiya et.al, Tech.Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996(Intn.PVSEC-9,Tokyo,1996)p.149.等)。
CuInSe2多結晶をターゲットとした方法、Cu2SeとIn2Se3をターゲットとし、スパッタガスにH2Se/Ar混合ガスを用いる2源スパッタ法(J.H.Ermer,et.al, Proc.18th IEEE Photovoltaic SpecialistsConf.(1985)1655-1658.等)、および
Cuターゲットと、Inターゲットと、SeまたはCuSeターゲットとをArガス中でスパッタする3源スパッタ法(T.Nakada,et.al, Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)L1169-L1172.等)が知られている。
その他のCIGS成膜法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、MOCVD法、及びスプレー法などが挙げられる。例えば、スクリーン印刷法またはスプレー法等で、Ib族元素、IIIb族元素、及びVIb族元素を含む微粒子膜を基板上に形成し、熱分解処理(この際、VIb族元素雰囲気での熱分解処理でもよい)を実施するなどにより、所望の組成の結晶を得ることができる(特開平9−74065号公報、特開平9−74213号公報等)。
なお、図2に示す実施形態の太陽電池モジュール10では、裏面電極24側が正極(+極)、透明電極28側が(−極)であったが、本発明はこれに限定されず、太陽電池セルに応じて、裏面電極24側を正極(+極)、透明電極28側を(−極)としても良い。
また、太陽電池セル22及び30として、CdTe系太陽電池セルを用いる場合には、光電変換層26として、例えば、CdTe(カドミウム・テルル)型と呼ばれる光電変換層を用いることができる。
導電層32は、本発明の最も特徴とする部分であって、接地用太陽電池セル30において、金属基板12と裏面電極24との間に絶縁層14の代わりに配置されるもので、導電性を有し、裏面電極24を接地された金属基板12に電気的に接続して導通させ、接地させるためのものである。
導電層32は、金属基板12の成分と絶縁層14の成分と裏面電極24の成分とが混合された状態となったもので、その結果導電性を持つようになったものである。
ここで、図2に示す例では、導電層32は、接地用太陽電池セル30の裏面電極24の下側部分にのみ形成され、間隙25の下側部分には形成されておらず絶縁層14が残されているが、本発明はこれに限定されず、接地用太陽電池セル30内であれば、間隙25の下側部分や隣接する太陽電池セル22の裏面電極24の下側部分も導電層32となっていても良い。しかし、この場合には、接地用太陽電池セル30の裏面電極24と隣接する太陽電池セル22の裏面電極24とが短絡されるので、接地用太陽電池セル30は、発電には寄与しなくなる。
導電層32の導電性と、太陽電池セル22の構成や機能、特に絶縁層14等の厚さと、超音波はんだ34の塗布量、加熱超音波処理における加熱温度、加熱時間、超音波の強さ及び超音波処理時間等との関係は、予め、実験やシミュレーション等により求めておけばよい。
例えば、金属基板12上の絶縁層14の、接地用太陽電池セル30となる該当部分に超音波はんだを塗布して加熱超音波処理を行って、破壊された絶縁層14と金属基板12と超音波はんだとが混合された導電層32を形成しておき、その後に、複数の太陽電池セル22及び接地用太陽電池セル30を形成するようにしても良い。また、金属基板12上の絶縁層14上に裏面電極24を形成した後、接地用太陽電池セル30となる該当部分の裏面電極24に超音波はんだを塗布して加熱超音波処理を行って、破壊された絶縁層14と金属基板12と裏面電極24とが混合された導電層32、又はさらに超音波はんだも混合された導電層32を形成し、その上に順次、光電変換層26及び透明電極28を形成して、複数の太陽電池セル22及び接地用太陽電池セル30を形成するようにしても良い。さらに、光電変換層26を形成した後に、同様にして導電層32を形成し、その上に透明電極28を形成して、複数の太陽電池セル22及び接地用太陽電池セル30を形成するようにしても良い。
これらの方法は、いずれも、導電層32を形成した後に、太陽電池セル22を完成することになるので、裏面電極24、光電変換層26及び透明電極28の1つ以上を形成する必要があることから、正確なアラインメントが必要となるため、太陽電池セル22を形成した後に、導電層32を形成する方が好ましい。
図4は、図2に示す本発明の第1実施形態の太陽電池モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。
図4に示すように、金属基板12としてAl基板を用いて、上述した方法で陽極酸化処理を行い、表面に絶縁層14となる陽極酸化被膜を形成して、陽極酸化被膜を持つAl基板を形成し、これを支持基板16として準備する(ステップS100)。
もちろん、予め、陽極酸化被膜を持つAl基板を支持基板16として準備しても良い。
次に、こうして絶縁層14上に形成されたMo膜を上述したレーザスクライビング法により切断して、パターン1にパターニングして間隙25を形成し、裏面電極24を形成する(ステップS104)。
次に、絶縁層14上に形成された裏面電極24上に、間隙25を埋めるように、上述したセレン化/硫化法又は多源同時蒸着法等の公知の方法により光電変換層26となるCIGS系化合物半導体膜(p型CIGS系光吸収膜)を形成する(ステップS106)。
続いて、こうして形成されたCIGS系化合物半導体膜上に、上述したCBD等の公知の方法によりバッファ層となるCdS膜(n型高抵抗バッファ層)を形成する(ステップS108)。
次に、こうして裏面電極24上に形成されたCIGS系化合物半導体膜及びCdS膜を一体として、上述したメカニカルスクライビング法により切断して、パターン2にパターニングして裏面電極24にまで達する溝27を形成し、光電変換層26及びバッファ層を形成する(ステップS110)。
次に、こうして形成されたZnO膜、バッファ層及び光電変換層26を一体として、上述したメカニカルスクライビング法により切断して、パターン3にパターニングして、隣接する太陽電池セル22間に、裏面電極24にまで達する開口29を形成し、各太陽電池セル22毎に光電変換層26、バッファ層及び透明電極層28を個々に分離して、複数の太陽電池セル22を形成する(ステップS114)。
続いて、予め設定されている接地用太陽電池セル30となる太陽電池セル22の透明電極層28上に超音波はんだ34を塗布する(ステップS116)。 次に、超音波はんだ34が塗布された太陽電池セル22の透明電極層28に選択的に加熱超音波処理を施し、その絶縁層14を破壊してその成分と金属基板12の成分と裏面電極24の成分とを混合して導電層32を形成する(ステップS118)。
こうして、本実施形態の太陽電池モジュール10が形成される(ステップS118)。
図5は、本発明の第2の実施形態の太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。
なお、図5に示す本実施形態の太陽電池モジュール40と、図2に示す第1の実施形態の太陽電池サブモジュール10とは、接地用太陽電池セル30の導電層42の構成が異なる以外は、同一の構成を有するものであり、同一構成要素には同一参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
したがって、本実施形態の太陽電池モジュール40においても、上述した実施形態の太陽電池モジュール10と同様に、太陽電池セル22及び30の構成は、どのような太陽電池セル(光電変換素子、光電変換層)であっても良いのはもちろんである。
なお、接地用太陽電池セル30に該当する部分のみに絶縁層14が形成されていない金属基板12からなる支持基板16の代わりに、陽極酸化Al基板のように金属基板12の全面に絶縁層14が形成された支持基板16の接地用太陽電池セル30に該当する部分の陽極酸化膜などの絶縁層14をスクライブやエッチング等で取り除いた状態の支持基板16を用い、同様に、裏面電極24の蒸着から始まる発電層20を形成して、本実施形態の太陽電池モジュール40を形成しても良い。
なお、本発明の太陽電池モジュール10又は40においては、例えば、太陽電池セル22を461個用い、その真中の太陽電池セル22を接地用太陽電池セル30とすることにより、±150V出力できる太陽電池モジュールとすることができ、この太陽電池モジュールをPWM(パルス幅変調)型の2相交流インバータ又は3相交流インバータに接続して、このインバータで2相交流又は3相交流に変換して、2相交流電力又は3相交流電力を取り出すことができる。
図6は、本発明の太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムの一構成例を模式的に示す構成図である。図6に示す太陽電池システム60では、太陽電池モジュールの代表例として、図2に示す太陽電池モジュール10を用いているが、図5に示す太陽電池モジュール40を用いても良いことはもちろんである。
太陽光発電システム60は、図6に示すように、太陽電池モジュール10と、インバータ62と、連係スイッチ64と、回路遮断器66と、商用交流電力系統等の交流電力系統68と、需要家負荷70から構成される。
なお、回路遮断器66としては、漏電ブレーカなどの漏電遮断器などを用いることができる。また、連係スイッチ64の代わりに、漏電ブレーカなどの漏電遮断器や回路遮断器を用いても良い。
その結果、太陽光発電システム60においては、従来技術の太陽光発電装置のように、電位固定手段やスイッチング素子等の要素を付け加えることなく、安価なトランスレスインバータ等の非絶縁型インバータをそのまま用いることができ、また、特に低感度の漏電遮断器等の回路遮断器を用いる必要がなく、また、1セットの太陽電池として使用できる数に制限がないので、高電圧を出力することができる太陽光発電システムを構成することができる。
以上、本発明に係る太陽電池モジュールについて種々の実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。
12 金属基板
14 絶縁層
16 支持基板
20、52 発電層
22 太陽電池セル
24 裏面電極
26 光電変換層
28 透明電極
30 接地用太陽電池セル
32、42 導電層
34 超音波はんだ
Claims (16)
- 金属基板と、
該金属基板上に形成された絶縁層と、
該絶縁層上に形成され、直列接続される複数の太陽電池セルと、
該複数の太陽電池セルの両端部に設けられる2つの出力端子と、
前記複数の太陽電池セルの中央部側に接続される接地端子と、を有し、
各太陽電池セルは、
該絶縁層上に形成された裏面電極層と、
該裏面電極層上に形成され、受光した光を電気に変換する光電変換層と、
該光電変換層上に形成された透明電極層と、を備え、
前記複数の太陽電池セルは、各太陽電池セルの前記透明電極層が、隣接する太陽電池セルの前記裏面電極層に接続されることにより、直列に接続され、
前記2つの出力端子は、前記複数の太陽電池セルの一方の端部の太陽電池セルの前記裏面電極層に接続される第1の出力端子と、他方の端部の太陽電池セルの前記透明電極層に接続される第2の出力端子とからなり、
さらに、前記複数の太陽電池セルの真中の太陽電池セルからプラス10%〜マイナス10%の範囲にある1つの接地用太陽電池セルの前記裏面電極層と前記金属基板とを電気的に導通する導電層を有し、
前記接地端子は、前記金属基板に接続され、該金属基板及び前記導電層を介して前記接地用太陽電池セルに接続されることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記接地用太陽電池セルは、前記真中の太陽電池セルからプラス5%〜マイナス5%の範囲にある1つの太陽電池セルである請求項1に記載の太陽電池モジュール。
- 前記接地用太陽電池セルは、前記真中の太陽電池セルである請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。
- 前記導電層は、前記接地用太陽電池セルの前記金属基板上の前記絶縁層を加熱超音波処理することにより導電化した層である請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記導電層は、少なくとも前記金属基板上の前記絶縁層上に前記裏面電極層を形成した後、少なくとも前記裏面電極層が形成された前記接地用太陽電池セルに超音波はんだを付けて加熱超音波処理を施して、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を導電化した層である請求項1〜4のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記導電層は、前記複数の太陽電池セルを形成した後、前記接地用太陽電池セルに超音波はんだを付けて加熱超音波処理を施して、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を導電化した層である請求項1〜5のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記導電層は、前記金属基板上に前記絶縁層を形成した後、当該接地用太陽電池セルの前記絶縁層を除去し、その後、前記絶縁層及び前記金属基板上に前記裏面電極層を形成することにより前記金属基板上に形成される当該接地用太陽電池セルの前記裏面電極層である請求項1〜3のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記複数の太陽電池セルは、複数のライン状の溝部によって分離され、それぞれ前記金属基板上の前記絶縁層上にライン状に形成され、
前記裏面電極層、前記光電変換層、前記透明電極層及び前記導電層の形状は、ライン状である請求項1〜7のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。 - 前記太陽電池セルは、集積型薄膜太陽電池セルである請求項1〜8のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記太陽電池セルは、CIS系薄膜型太陽電池セル、CIGS系薄膜型太陽電池セル、薄膜シリコン系薄膜型太陽電池セル、CdTe系薄膜型太陽電池セル、III−V属系薄膜型太陽電池セル、色素増感系薄膜型太陽電池セル、および有機系薄膜型太陽電池セルのいずれか1つの薄膜型太陽電池セルを有する請求項1〜9のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記光電変換層は、少なくとも1種のカルコパイライト構造の化合物半導体を主成分とする層である請求項1〜10のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記光電変換層は、Ib族元素とIIIb族元素とVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体を主成分とする層である請求項11に記載の太陽電池モジュール。
- 前記光電変換層は、
Cu及びAgからなる群より選択された少なくとも1種のIb族元素と、
Al,Ga及びInからなる群より選択された少なくとも1種のIIIb族元素と、
S,Se,及びTeからなる群から選択された少なくとも1種のVIb族元素とからなる少なくとも1種の化合物半導体を主成分とする層である請求項12に記載の太陽電池モジュール。 - 前記絶縁層が形成された前記金属基板は、陽極酸化処理されたアルミニウム基板からなり、前記絶縁層は、陽極酸化膜である請求項1〜13のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
- 前記アルミニウム基板は、複合材料からなる複合アルミニウム基板である請求項14に記載の太陽電池モジュール。
- 前記複合アルミニウム基板は、鋼板を2枚のアルミニウム板で挟んだクラッド板、又はステンレス板とアルミニウム板とのクラッド板である請求項15に記載の太陽電池モジュール。
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