JP2015065276A - 光電変換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池セルを樹脂封止した場合において、樹脂による内部応力を緩和することで光電変換装置の信頼性を向上させる。また、影またはセルの故障などによる発電性能の低下または発電の停止を防ぐことが可能な光電変換装置を実現する。
【解決手段】ベース基板３上において封止される太陽電池セル１を、１枚毎に電極を太陽電池モジュールの外に取り出す構造、または、２枚もしくは３枚の太陽電池セル１を直列に接続したストリング単位毎に電極を取り出す構造を有する太陽電池モジュールを形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、光電変換装置に関し、特に、複数の太陽電池セルを基板上に並べて配置した光電変換装置に関するものである。

太陽電池は、光起電力効果を利用し、光エネルギーを電力に変換する電力機器、つまり光電変換装置である。太陽電池セルを基板上に複数配置してパネル状に成形したものを太陽電池モジュール、または太陽電池パネルと言う。

太陽電池モジュールの製造方法としては、複数の太陽電池セルを配線により接続した構成を有するストリングを、基板と樹脂フィルムとの間に真空ラミネート法を用いて封止する方法が知られている。太陽電池セルは、ｐ型層およびｎ型層を含む半導体基板を含む積層体を個片化して形成された、発電用の素子である。

また、特許文献１（特開２０１０-１５７６５２号公報）には、基材上に複数の太陽電池素子を配置し、ウレタン樹脂によってそれらの複数の太陽電池素子を封入した太陽電池パネルが記載されている。また、特許文献１には、配線によって複数の太陽電池素子を接続した構成を有するストリングを、ガラス基板上において、ＥＶＡ（Ethylene-Vinyl Acetate）樹脂によって封止することが記載されている。また、特許文献１には、当該ＥＶＡ樹脂をＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）樹脂シート、つまりバックシートにより覆うことが記載されている。

特開２０１０-１５７６５２号公報

真空ラミネート法を用いて太陽電池モジュールを形成する場合は、例えば以下の工程を行う。まず、ガラス基板上にＥＶＡ樹脂のフィルムを置き、その上に配線によって複数の太陽電池セルを接続したストリングを置く。次に、そのストリングの上にＥＶＡ樹脂のフィルムをもう一枚重ねて置き、そのＥＶＡ樹脂フィルム上にＰＥＴ樹脂のフィルムを置く。次に、これらの積層体を真空中で加熱することで、ＥＶＡ樹脂を溶融させ、配線や太陽電池セルと完全に密着させる。その後、さらに加熱処理を施すことでＥＶＡ樹脂を硬化させる。

しかし、上記の真空ラミネート法を用いた場合、複数枚のフィルムを真空中で重ね合わせる必要があるため、フィルムを取り回すための機構が複雑になる。さらに真空チャンバも必要になるため、製造装置が非常に大型で高価なものとなる。また、製造装置内に収容可能な単位モジュール毎に真空排気と大気開放を繰り返すため、生産効率が低く、生産コストが高くなる。

これらの問題を解決する方法として、基板上に配置した複数の太陽電池セルを、樹脂を用いて封止する方法を用いることが考えられる。

しかし、太陽電池セルを樹脂により封止した場合、封止樹脂の熱膨張または収縮により、太陽電池セルまたはセル間を接続する配線などに応力が加わる。この場合、セルの割れ、配線の断線、樹脂基板と封止樹脂との境界面での剥離、または、樹脂基板と太陽電池セルとの境界面での剥離などの問題が生じる虞がある。特に、太陽電池セルを封止した樹脂の外周を基板、枠部および上蓋で囲う構造では、樹脂の応力が内部に集中し、セルの割れ、配線の断線、樹脂基板と封止樹脂との境界面での剥離、および、樹脂基板と太陽電池セルとの境界面での剥離が生じやすくなる。

また、結晶系シリコンを用いた太陽電池モジュールでは、太陽電池セルを全て当該太陽電池モジュール内で接続し、１列もしくは複数列毎にバイパスダイオードを接続している。このため、発電中に太陽電池モジュールの表面に短期的に影がかかった場合、または、一部の太陽電池セルの故障の影響により発電性能の低下もしくは発電の停止が起こった場合、その影響はバイパスダイオードで区切られた１単位のグループ全体に及ぶ。

このため、太陽電池セルを樹脂封止する場合においては、封止樹脂の熱膨張による応力を緩和することで太陽電池モジュールの信頼性を向上させることが重要となる。また、影もしくは太陽電池セルの故障などによる発電効率の低下または発電の停止による影響を、最小限に抑える太陽電池モジュールの構造を実現することが望まれる。

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

一実施の形態である光電変換装置は、ベース基板上において封止される太陽電池セルを、１枚毎に電極を太陽電池モジュールの外に取り出す構造、または、２枚もしくは３枚の太陽電池セルを直列に接続したストリング単位毎に電極を取り出す構造を有するものである。

本願において開示される一実施の形態によれば、光電変換装置の信頼性を向上し、かつ、発電の低下を防ぐことができる。

本発明の実施の形態１である光電変換装置を示す平面図である。 本発明の実施の形態１である光電変換装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１である光電変換装置を示す断面図である。 本発明の実施の形態１である光電変換装置を示す模式的な回路図である。 本発明の実施の形態１の変形例である光電変換装置を示す平面図である。 本発明の実施の形態１の変形例である光電変換装置を示す断面図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。

以下では、図１、図２および図３を用いて、本実施の形態の光電変換装置の構造を説明する。図１は、本実施の形態の光電変換装置である太陽電池モジュールを示す平面図である。図２は、本実施の形態の光電変換装置である太陽電池モジュールを示す断面図である。すなわち、図２は、図１に示すＡ−Ａ線における断面図である。図３は、本実施の形態の光電変換装置を構成する複数の太陽電池セルのうち、１枚の太陽電池セルを示す断面図である。なお、図１では樹脂層および蓋基板の図示を省略している。

太陽電池は、光起電力効果を利用し、光エネルギー（例えば、太陽光）を電力に変換する装置である。よって、光電変換装置とも呼ばれる。また、太陽電池モジュールとは、配線２を介して接続された複数の太陽電池セル１を、ベース基板３などからなる箱、つまり構造体の内部に固定した、組立体である。

図１および図２に示すように、本実施の形態の太陽電池モジュールは、ベース基板３を有している。ベース基板３は、例えばアクリルまたはポリカーボネートなどの光透過性を有する樹脂からなる樹脂基板である。また、ベース基板３はガラス基板であってもよい。ただし、後述するように、ベース基板３には複数の孔部が形成されており、ベース基板３の材料が樹脂であれば、孔部を開口する工程が容易となる。

ベース基板３上には、複数の太陽電池セル１がマトリクス状、つまりアレイ状に配置されている。すなわち、太陽電池セル１は、ベース基板３の上面に沿う方向である第１方向と、第１方向に直交し、ベース基板３の上面に沿う方向である第２方向とのそれぞれに並んで複数配置されている。各太陽電池セル１は、平面視において、１辺が例えば１５０ｍｍ程度の矩形の形状を有している。

なお、図を分かりやすくするため、図１では太陽電池モジュール内に配置する太陽電池セル１を比較的少ない数で示している。太陽電池セル１を並べる態様の具体例としては、太陽電池セル１を横に９枚、縦に５枚並べて行列を形成することで、計４５枚の太陽電池セル１をベース基板３上に配置することが考えられる。

図２に示すように、各太陽電池セル１の下面および上面のそれぞれには、配線２が電気的に接続されている。ベース基板３上には、ベース基板３の上面に沿う所定の方向に延在する配線２が複数設けられている。配線２には、例えば半田コートの銅箔など、つまり、帯状のタブ線が使用される。太陽電池セル１の下面に接続された配線２と、太陽電池セル１の上面に接続された配線２とは、別個の配線であり、それらの配線２のそれぞれには、導通体６が電気的に接続されている。導通体６は、ベース基板３を貫通して複数設けられている。各導通体６は、ベース基板３の主面に対して垂直な方向に延在しており、配線２を介して太陽電池セル１に電気的に接続されている。

図１に示すように、１枚の太陽電池セル１の上面および下面のそれぞれには、配線２の延在方向に直交する方向において、２本の配線２が接続されている。この２本の配線同士は、平面視において太陽電池セル１と重ならない箇所で、導線を介して互いに電気的に接続されている。なお、太陽電池セル１の上面および下面のそれぞれに接続される配線２は、２本に限らず１本または３本以上であってもよい。図示は省略しているが、太陽電池セル１の上面および下面には、配線２の延在方向に直交する方向において、配線２よりも細いフィンガー電極が複数配置されていてもよく、この場合、配線２は複数のフィンガー電極をまとめる役割を果たす。

太陽電池セル１の上面は、例えば複数本の配線２および１本の導通体６を介して、ベース基板３の下方に電気的に取り出されている。同様に、太陽電池セル１の下面は、例えば複数本の配線２および１本の導通体６を介して、ベース基板３の下方に電気的に取り出されている。図２に示すように、導通体６は、ベース基板３を貫通する孔部内を通るように配置されている。つまり、ベース基板３には、ベース基板３の上面から下面に達する孔部が複数開口されている。

導通体６は、例えば帯上の金属箔であってもよく、また、柱状の金属電極であってもよい。また、図２では導通体６の下面はベース基板３の下面と同じ高さで終端しているが、導通体６は、ベース基板３の下面から下方に突出していてもよい。なお、導通体６を設けず、太陽電池セル１に接続された配線２が、ベース基板３を含む構造体から直接引き出されていてもよい。この場合、ベース基板３に形成された複数の孔部の内側を配線２が通過する。

各太陽電池セル１は、ベース基板３の上面から離間して配置されている。なお、図示していないが、ベース基板３と太陽電池セル１との間には、太陽電池セル１を支える支持体が介在していてもよい。

図１に示すように、平面視におけるベース基板３の周縁部の上には、壁状の枠部５が形成されている。図２に示すように、枠部５の底面は、ベース基板３の上面の端部に接している。枠部５の上面の高さは、太陽電池セル１の上面上の配線２の上面の高さよりも高い。なお、本願でいう高さとは、ベース基板３の主面から、ベース基板３の主面に対して垂直な方向における距離である。枠部５は、後述する液体状の樹脂層７がベース基板３、枠部５および蓋基板４からなる箱内の外側に漏出しないようにするために設けられている。

ベース基板３上において、複数の太陽電池セル１の周囲は枠部５によって囲まれている。枠部５上には蓋基板４が設けられている。蓋基板４は、例えばアクリルまたはポリカーボネートなどの光透過性を有する樹脂からなる樹脂基板である。また、蓋基板４はガラス基板であってもよい。複数の太陽電池セル１は、ベース基板３、枠部５および蓋基板４により囲まれており、ベース基板３、枠部５および蓋基板４からなる箱内には、樹脂層７が充填されている。各太陽電池セル１は、樹脂層７により覆われている。

樹脂層７は、光透過性を有する樹脂からなる。樹脂層７の材料には、例えば、シリコン樹脂（シリコーン）、またはウレタン樹脂などを用いることができる。このように、太陽電池セル１の周囲を樹脂層７で覆うことにより、太陽電池セル１の保護性を向上させることができる。つまり、太陽電池セル１の耐湿性または耐衝撃性などを向上させることができる。ここで、太陽電池セル１をベース基板３または蓋基板４に直接接するように配置した場合、太陽電池セル１とベース基板３および蓋基板４との熱膨張係数の違いに起因して応力が発生し、光電変換装置の信頼性が低下する問題がある。これに対し、本実施の形態では太陽電池セル１を樹脂層７により覆っているため、当該応力による歪みの影響を低減することができる。

ここで、太陽電池セル１の断面構造を、図３に示す。図３に示すように、半導体基板Ｓ１を有している。半導体基板Ｓ１内の最上部には、第１導電型（例えば、ｎ型）の半導体領域１Ｎが形成されている。また、半導体領域１Ｎと接するように、その下部に第２導電型（例えば、ｐ型）の半導体領域１Ｐが形成されている。太陽電池セル１は、半導体領域１Ｎと、半導体領域１Ｐとのｐｎ接合部において、光起電力効果を利用して、入力光から電力を発生させる素子である。つまり、半導体領域１Ｎ、１Ｐは光電変換部を構成する。

ここでは、半導体領域１Ｐの下に、半導体領域１Ｐより高濃度の第２導電型（例えば、ｐ型）の半導体領域１ＰＰが配置されている。つまり、半導体領域１ＰＰは、半導体領域１Ｐよりもｐ型の不純物濃度が大きい。本実施の形態では、半導体基板Ｓ１は半導体領域１Ｎ、１Ｐおよび１ＰＰを含む積層構造を有している。

半導体基板Ｓ１の下面に接して第１電極ＥＬ１が設けられている。また、半導体基板Ｓ１の上面に接して、第２電極ＥＬ２が設けられている。つまり、半導体基板Ｓ１の下面には、第１電極ＥＬ１が電気的に接続されており、半導体基板Ｓ１の上面には、第２電極ＥＬ２が電気的に接続されている。このように、太陽電池セル１は、受光面側に、第１電極ＥＬ１を有し、下面に第２電極ＥＬ２を有しており、これらの電極の間に光電変換部を有している。第１電極ＥＬ１および第２電極ＥＬ２は、例えばＡｌ（アルミニウム）を含んでいる。なお、第２電極ＥＬ２を、複数のライン状の導電膜からなるフィンガー電極と、それと交差する方向に延びるバス電極とで構成してもよい。バス電極は、図２に示す配線２に対応する。

次に、図４を用いて、本実施の形態の太陽電池モジュール内の複数の太陽電池セルを当該太陽電池モジュール外で結線する態様について説明する。図４は、本実施の形態の光電変換装置の模式的な回路図である。図４では、ベース基板３上にマトリクス状に並べた複数の太陽電池セル１と、太陽電池セル１に電気的に接続された配線と、太陽電池セル１に電気的に接続されたバイパスダイオード８とを示している。当該配線およびバイパスダイオード８は、図４に示すベース基板３および太陽電池セル１を含む太陽電池モジュールの外に設けられており、図２には示されていない。つまり、各太陽電池セル１は、太陽電池モジュール内において互いに電気的に接続されておらず、太陽電池モジュール外の配線を介して電気的に接続されている。

図４に示すように、１個の太陽電池モジュール内の全ての太陽電池セル１は、二つの端子間で直列に接続されている。第１方向に並ぶ複数の太陽電池セル１は、全て直列に接続されている。これは、第２方向において並ぶいずれの列においても同様である。ここでは、直列接続された１列の太陽電池セル１の第１方向における一方の端部で配線を折り返し、第２方向において隣り合う他の列の太陽電池セル１の列に接続することで、蛇行する回路を形成している。

ここで、上記のように配線を折り返した箇所に対し、第１方向における反対側の端部では、直列に接続された複数の太陽電池セル１に対して、並列にバイパスダイオード８が接続されている。バイパスダイオード８が設けられていない場合、太陽電池モジュールは、２端子間において直列接続された複数の太陽電池セル１により構成される。このため、一部の太陽電池セル１に対し太陽光が遮光されるなどすると、その部分の抵抗値が高くなり、電流の通過が阻害され、太陽電池モジュール全体が発電しなくなる問題が生じる。そこで、そのような問題が生じることを防ぐために、バイパスダイオード８が、直列に接続された複数の太陽電池セル１に対し並列に接続されている。

ここで、１個のバイパスダイオード８に対し並列に接続されている１群の太陽電池セル１を、太陽電池セル群９と呼ぶ。図４に破線を用いて示すように、太陽電池セル群９は直列に接続された複数の太陽電池セル１により構成されており、太陽電池モジュール内において複数設けられている。太陽電池モジュールは、例えば、直列に接続された複数の太陽電池セル１と、これらの太陽電池セル１に対して並列に接続されたバイパスダイオード８とを含む並列回路を、２端子間において直列に複数接続した構造を有している。

図２に示す隣り合う太陽電池セル１同士は、一方の太陽電池セル１の下面に接続された配線２と、他方の太陽電池セル１の上面に接続された配線２と、それらの配線２をそれぞれベース基板３の下側に引き出す導通体６とを介して接続されている。隣り合う太陽電池セル１同士は、それらに接続された導通体６同士を、図２において図示していない配線などにより、太陽電池モジュールの外部において互いに接続することで、電気的に接続される。言い換えれば、太陽電池モジュール内、つまり、ベース基板３および樹脂層７を含む構造体内において、各太陽電池セル１同士は互いに絶縁されており、隣り合う太陽電池セル１同士は、太陽電池モジュールの外部において互いに接続されている。

本願では、太陽電池モジュール内、つまり、ベース基板および樹脂層を含む構造体内において配線を介して接続された複数の太陽電池セルをストリングと呼ぶ。これに対し、本実施の形態では、太陽電池モジュール内において、太陽電池セル１はいずれも他の太陽電池セル１に接続されておらず、各太陽電池セル１に接続された導通体６は、ベース基板３の下面側に引き出されている。よって、本実施の形態では、ストリングは形成されていない。

次に、本実施の形態の光電変換装置の効果について、比較例を用いて説明する。

まず、比較例の光電変換装置として、太陽電池モジュール内に大規模なストリングを封止した構成について説明する。当該ストリングは、封止用の樹脂層内において、複数の太陽電池セルを、配線を介して接続することで形成されている。つまり、比較例である太陽電池モジュールは、ベース基板上に配置した複数の太陽電池セルを例えば直列に接続したストリングを、ベース基板および蓋基板間において樹脂層により封止した構造を有している。

なお、本願でいう大規模なストリングとは、ベース基板の１辺に沿う方向においてＮ枚の太陽電池セルが並んでいる場合に、Ｎ枚以上の太陽電池セルを含むストリングを指す。つまり、ベース基板の１辺に沿う方向においてＮ枚の太陽電池セルが並んでいる場合に、Ｎ枚未満の太陽電池セルからなるストリングは、大規模ではない。本願において、太陽電池セルの数を示す上記Ｎは、正の整数である。

複数の太陽電池セルはベース基板上において、アレイ状に並べられている。平面視において矩形の形状を有するベース基板の１辺に沿う方向において、Ｎ枚の太陽電池セルが並んでいる。これらのＮ枚の太陽電池セルは、樹脂層内において配線を介して直列に接続されており、上記ストリングを構成している。つまり、太陽電池モジュール内において、太陽電池セルが複数列並んで配置されており、そのうちの１列が、第１方向に並ぶＮ枚の太陽電池セルにより構成されている場合、その列のＮ枚の太陽電池セル１は、樹脂層内で全て直列に接続されている。

複数の太陽電池セルのうち、第１の太陽電池セルの下面と第２の太陽電池セルの上面とは、ベース基板、蓋基板および樹脂層を含む箱、つまり構造体内において、配線を介して接続されている。さらに、第２の太陽電池セルの下面と第３の太陽電池セルの上面とは、上記構造体内において、配線を介して接続されている。このような接続を繰り返すことにより、直列に複数の太陽電池セルが接続されている。さらに、直列に接続された複数の太陽電池セル１を所定の枚数、つまりＮ枚毎に折り返して配置することにより、２端子間において直列に接続された、複数の太陽電池セル１からなるストリングが形成されている。

比較例の光電変換装置としては、例えば、ベース基板の１辺に沿う第１方向に９枚の太陽電池セルが並び、そのような列が第２方向において５列並ぶことで、複数の太陽電池セルがアレイ状に並んでいる構成が挙げられる。この場合、例えば、第２方向において隣り合う２列が１群の太陽電池セル群を構成しており、上記５列の全てが１個のストリングを構成している。１群の太陽電池セル群は、第１方向における一方の端部で配線が折り返すことで直列の電流経路を構成しており、当該太陽電池セル群のもう一方の端部には、バイパスダイオードが並列に接続されている。

このとき、１群の太陽電池セル群は、２列の太陽電池セル群、つまり１８枚の太陽電池セルを有している。また、上記の例における１個のストリングは、５列並んだ計４５枚の太陽電池セルを有しており、第１方向に並ぶ９枚の太陽電池セル以上の数を有する大規模なストリングである。

ここでは、複数の太陽電池セルを直列に接続することで、１群の太陽電池セル群を構成している。直列接続された複数の太陽電池セルからなる太陽電池セル群には、バイパスダイオードが並列接続されている。ここで、バイパスダイオードは太陽電池モジュールの外部に設けられている。図１〜図４を用いて説明した本実施の形態、および、上記比較例において、１群の太陽電池セル群と１個のストリングとは、必ずしも同一の規模ではない。例えば、１個のストリングが、複数の太陽電池セル群により構成されていることが考えられる。

比較例の上記太陽電池モジュールを形成する工程では、まず、複数の太陽電池セルを、セル自動配線装置により互いに結線することで、複数の太陽電池セルからなるストリングを形成する。次に、ストリング装置、つまりレイアップ装置を用いて、ストリングを搬送し、ベース基板上に上記ストリングを配置する。その後、ベース基板上のストリングを樹脂層により封止し、続いて、樹脂層上に蓋基板を配置する。この工程により、比較例の太陽電池モジュールが形成される。なお、太陽電池モジュール内には１個の接続体であるストリング、または複数のストリングを直列もしくは並列に接続した接続体が配置されており、それらの接続体の両端の電極は、ベース基板を貫通する導通体により、太陽電池モジュールの外部に引き出されている。

ここで、上記比較例の光電変換装置では、太陽電池セルまたは太陽電池セル同士の間の配線などに応力が加わることにより、太陽電池セルが破損する虞がある。また、上記応力により、太陽電池セル同士を接続する配線が太陽電池セルから剥離し、または断線する虞がある。これは、太陽電池モジュール内において、ベース基板と蓋基板との間の熱膨張係数の違いにより応力が生じており、太陽電池モジュール内において太陽電池セル同士の接続を繰り返すことで、太陽電池セルなどに負荷として加わる当該応力が増大するためである。

つまり、互いに配線で接続された複数の太陽電池セルからなる大規模なストリングが樹脂層に覆われている比較例の構造では、各太陽電池セルおよび配線が樹脂層内で移動することができる自由度が低い。したがって、比較例におけるストリングは、太陽電池モジュール内において生じる応力の影響を大きく受ける。特に、ベース基板の１辺に沿う方向において太陽電池セルがＮ枚並べられている太陽電池モジュールにおいて、樹脂層により封止されたストリングが、Ｎ枚以上の数の太陽電池セルを接続したものである場合、応力による破損などの発生がより顕著となる。

また、上記のようなストリング構造を有する太陽電池モジュールは、衝撃に対しても弱く、当該衝撃が太陽電池モジュールに加わることで、例えば配線の断線が生じる虞がある。このように、比較例の光電変換装置では、応力または衝撃などにより太陽電池セルの破損、または配線の断線などが起きやすく、これにより、光電変換装置の信頼性が低下する問題が生じる。

また、比較例では、１群の太陽電池セル群のうち、一部の太陽電池セルに対して太陽光が遮光された場合、発電効率が低下し、太陽電池セルの抵抗値が高くなることで、当該太陽電池セル群に並列接続されたバイパスダイオードに電流が流れる。この場合、日陰に入ることで遮光された一部の太陽電池セルのみならず、その太陽電池セルを含む上記太陽電池セル群全体が、発電に寄与しなくなる。

また、想定以上の外的負荷が加わることで一部の太陽電池セルが故障する可能性もある。この場合、１群の太陽電池セル群の一部の太陽電池セルに破損などの故障が生じることで、上記と同様に、当該一部の太陽電池セルの発電効率が低下し、または太陽電池セル自体が導通しなくなる。この場合も、当該太陽電池セル群ではなく、バイパスダイオードに電流が流れるため、当該太陽電池セル群を構成する正常な太陽電池セルまでもが、発電に寄与することができなくなる。

同様に、上記のように太陽電池モジュール内の応力などに起因して、ストリングを構成する配線が断線した場合においても、当該配線を含む太陽電池セル群内の正常な太陽電池セルが発電に寄与しなくなる。特に、屋外に配置される太陽電池モジュールは、温度変化などの外部環境の影響を受けやすい。例えば、一日のうちの温度変化または季節による温度変化に伴い、太陽電池セルの封止層である樹脂層の膨張・収縮が繰り返される。これにより、太陽電池セルまたは配線などに応力負荷が加わりやすくなり、太陽電池セルの異常または配線の断線などが生じやすくなる。

上記のように１群の太陽電池セル群の一部の太陽電池セルまたは配線に異常が生じた場合、異常が生じた太陽電池セルまたは配線のみを回路から除外し、それらの異常部分を迂回するように配線を繋ぎ直すことが考えられる。このようなメンテナンスを行えば、異常による太陽電池モジュールの発電性能の低下を最低限に抑えることができる。

しかし、上記比較例の太陽電池モジュールでは、直列に接続された複数の太陽電池セルにより構成される１群の太陽電池セル群が、太陽電池モジュールを構成する樹脂層内に封止されている。このため、上記のように、太陽電池モジュールが完成した後に異常が発見された場合に、その後太陽電池セル群内の結線態様を変更するようなメンテナンスを行うことは困難である。つまり、比較例の光電変換装置では、上記異常に起因する発電性能の低下または発電の停止が生じた場合に、太陽電池モジュールの修復または改善が困難である。

したがって、太陽電池セル群の一部に異常が生じた場合、当該太陽電池セル群は発電に寄与しなくなるため、その太陽電池セル群を含む太陽電池モジュールの発電性能は著しく低下する。このような場合、著しく低下した発電性能を少しでも回復させるためには、太陽電池モジュール自体を交換することとなり、コストが高くなる。

これは、１群の太陽電池セル群の一部に対し太陽光が遮光される場合も同様である。太陽電池モジュールを設置した場合、時間帯によっては、一時的または常に、太陽と太陽電池モジュールとの間の遮蔽物によって太陽電池モジュールに影がかかる。そのような時間帯の間、太陽電池セル群のうち、影に入っている一部の太陽電池セルの抵抗値が上がることで、太陽電池セル群全体が発電に寄与しなくなる。このため、影がかかっておらず、正常な発電を行うことができる太陽電池セルまでもが、発電に寄与しなくなる。

上記の比較例のように、太陽電池モジュール内に太陽電池セル同士を接続した大規模なストリングを封止している光電変換装置では、一部の太陽電池セルの発電性能が低下した場合などに、その太陽電池セルを含む太陽電池セル群全体が発電に寄与しなくなる。したがって、光電変換装置の性能が低く、また、光電変換装置の信頼性が低い問題がある。

また、比較例のように大規模なストリングを形成する場合、大きなセル自動配線装置と、大きなストリングを搬送する搬送装置と、当該ストリングをベース基板上に搭載するための大規模なストリング装置とが必要となる。つまり、ストリングを形成する装置、および、ストリングを搬送してベース基板上に配置するための取り回し用の装置のそれぞれが大きくなるため、光電変換装置の製造コストが増大する問題が生じる。

そこで、本実施の形態では図２に示すように、各太陽電池セル１の電極を、１枚毎に配線２と導通体６を介して太陽電池モジュールの外に引き出す構成としている。つまり、太陽電池モジュールを構成するベース基板３および樹脂層７を含む構造体内には、配線２を介して接続された複数の太陽電池セルからなるストリングは形成されていない。

本実施の形態の光電変換装置では、樹脂からなるベース基板３を用いている。このため、例えば、ガラス基板と、基板上のＥＶＡと、ＥＶＡ上のバックシートとを有する構成よりも、太陽電池モジュール自体の耐衝撃性を向上させることができる。特に、樹脂層７が柔軟な材料で構成されている場合であっても、ベース基板３側からの耐衝撃性を向上させることができる。

また、本実施の形態の光電変換装置では、太陽電池セル１に対し、１枚毎に電極取出し口をベース基板３に設けることで、太陽電池モジュール内において個々の太陽電池セル１を分離している。これにより、各太陽電池セル１が樹脂層７内で動くことが可能な自由度が向上するため、ベース基板３と蓋基板４との間の熱膨張係数の差による応力に起因して太陽電池セルおよび配線２などに加わる応力を、最小限に抑えることが可能となる。よって、内部応力または衝撃に起因する太陽電池セル１の破損、配線２の断線、樹脂基板と封止樹脂との境界面での剥離、またはベース基板３と太陽電池セル１との境界面での剥離などを防ぐことができる。したがって、光電変換装置の信頼性を向上することができる。

特に、屋外に配置される太陽電池モジュールは、温度変化などにより異常が生じやすいが、本実施の形態の太陽電池モジュールにおいては、かかる環境下においても、太陽電池モジュールの信頼性を維持することができる。

また、本実施の形態の光電変換装置は、太陽電池セル１同士を樹脂層７内で電気的に接続しておらず、太陽電池セル１の下面および上面の電極を１枚毎に太陽電池モジュールの外部に引き出している。したがって、太陽電池セル１同士を結ぶ配線は、太陽電池モジュールを構成するベース基板３および樹脂層７を含む構造体の外部において、自由に結線が可能である。当該結線の態様は、太陽電池モジュールの形成後においても変更が容易である。

このため、太陽電池モジュールを設置した後において、太陽電池モジュールにおいて発電性能に問題がある箇所を発見した場合、当該箇所の太陽電池セルを回路から分離し、別系統での発電を行うことが容易となる。また、同様に、太陽電池モジュールを設置した後において、バイパスダイオードの配置換えを行うことが容易となる。このように、太陽電池セル群を構成する太陽電池セル１同士を太陽電池モジュールの外部で接続することで、太陽電池モジュールの形成後または設置後のメンテナンスが容易となる。

これにより、太陽電池セル群を構成する一部の太陽電池セルまたは配線に、破損による異常または影による発電不良などが生じた場合において、配線を結線し直すことで、異常が生じた部分を回路から除外することが容易となる。これにより、異常が生じていない太陽電池セルを用いて発電することが可能となるため、一部の異常によって当該太陽電池セル群全体が発電に寄与しなくなることを防ぐことができる。よって、太陽電池モジュールの発電性能が著しく低下することを、メンテナンスにより容易に防ぐことができるため、光電変換装置の信頼性を向上させることができる。

また、発電性能の低下を最低限に抑えることができるため、発電性能が著しく低下した太陽電池モジュール自体を、異常のない他の太陽電池モジュールに替える必要がなくなる。これにより、太陽電池モジュールの発電性能を、低コストで維持することが可能である。

また、本実施の形態の光電変換装置は、その製造工程においてストリングを形成せず、各太陽電池セル１をそれぞれベース基板３上に搭載し、その後、それらの太陽電池セル１を樹脂層７により封止することで形成される。したがって、ストリングを形成するための大規模なセル自動配線装置を必要とせず、また、ストリングを搬送するのに必要な規模の搬送装置を必要としない。また、太陽電池セル１をベース基板３上に搭載するための装置は、大規模なストリングをベース基板３上に搭載するのに用いられる大規模なストリング装置である必要がない。

つまり、ベース基板３上に搭載する太陽電池セル１を搬送し、また、ベース基板３上に搭載するために用いる装置は、ストリングを形成する上記比較例の光電変換装置の製造工程で用いる装置に比べて小規模な装置で済む。すなわち、ストリングを作らなくてよいため、太陽電池セル１の配置時に必要な装置の必要面積、つまりフットプリントが小さくなる。これにより、光電変換装置の製造コストを低減することができる。また、太陽電池セル１の配置時に必要な装置の大きさを縮小することが可能となることで、当該装置の取扱いが容易になるため、製造工程での問題が生じにくい。

また、太陽電池モジュールの製造工程中において、例えばベース基板３上に太陽電池セル１を搭載した後であって、樹脂封止工程の前に、一部の当該太陽電池セル１に異常が発見された場合、異常が発見された太陽電池セル１のみを交換することができる。上記比較例において、ベース基板３上に搭載されたストリングを構成する各太陽電池セルは、既に互いに結線されているため、ストリングの一部の太陽電池セルに異常が発見された場合には、ストリング自体を破棄する必要がある。これに対し、本実施の形態では、封止前のベース基板３上の太陽電池セル１をそれぞれ交換することが容易であるため、光電変換装置の製造コストを低減することができる。

以下では、本実施の形態の光電変換装置の変形例について、図５および図６を用いて説明する。図５は、本実施の形態の光電変換装置である太陽電池モジュールを示す平面図である。図６は、本実施の形態の光電変換装置である太陽電池モジュールを示す断面図である。すなわち、図６は、図５に示すＢ−Ｂ線における断面図である。なお、図５では樹脂層および蓋基板の図示を省略している。

本変形例における太陽電池モジュールは、図５および図６に示すように、図１〜図４を用いて説明した太陽電池モジュールとほぼ同様の構造を有している。ただし、ベース基板３および樹脂層７を含む構造体内において、一部の複数の太陽電池セル１同士は配線２を介して直列に接続されており、小規模なストリングを構成している。なお、小規模なストリングを構成する２枚または３枚の太陽電池セル１は、直列ではなく並列に接続されていてもよい。

ここでいう小規模なストリングとは、ベース基板３の１辺に沿う第１方向においてＮ枚の太陽電池セル１が並んでいる場合に、Ｎ未満の数の太陽電池セル１を直列接続して設けられたストリングをいう。図５および図６に示す太陽電池モジュールでは、第１方向において５枚の太陽電池セル１が並んでいるため、この場合、４枚以下であって２枚以上の太陽電池セル１からなるストリングを小規模なストリングと呼ぶ。

本変形例では、ストリングを構成する太陽電池セル１の数は２枚または３枚のみである。図５および図６に示すように、２枚の太陽電池セル１からなるストリングは、樹脂層７内において、隣り合う太陽電池セル１同士のうち、一方の太陽電池セル１の下面と、もう一方の太陽電池セル１の上面とを配線２により電気的に接続している。また、図６に示すように、２枚の太陽電池セル１からなるストリングを構成する一方の太陽電池セル１の下面の電極と、もう一方の太陽電池セル１の上面の電極とは、それぞれ導通体６を介してベース基板３の下面側に引き出されている。３枚の太陽電池セル１からなるストリングも、３枚の太陽電池セル１を直列に接続した同様の構造を有しており、その両端の電極はベース基板３の下面側に引き出されている。

なお、ここではベース基板３上に２枚の太陽電池セル１からなるストリングと、３枚の太陽電池セル１からなるストリングとを混載している。しかし、ベース基板３上のストリングは全て２枚の太陽電池セル１からなるストリングであってもよく、また、ベース基板３上のストリングは全て３枚の太陽電池セル１からなるストリングであってもよい。また、２枚または３枚の太陽電池セル１からなるストリングの他に、図２に示すような、ストリングを構成しない太陽電池セル１が搭載されていてもよい。

このように、２枚または３枚の太陽電池セル１からなるストリングが設けられており、全ての太陽電池セル１の上面および下面のそれぞれが個別に太陽電池モジュールの外に引き出されているわけでない点以外の構造は、図１〜図４に示した構造と同一である。したがって、図５および図６に示す２枚または３枚の太陽電池セル１からなるストリングのそれぞれの電極は太陽電池セルモジュールの外部に引き出されている。また、隣り合うストリング同士は、太陽電池モジュールの外において、配線（図示しない）を介して電気的に接続されている。つまり、樹脂層７内において、隣り合うストリング同士は、互いに絶縁されている。

また、本変形例においても、図４に示した回路図のように、１群の太陽電池セル群およびバイパスダイオードを含む回路が２個の端子間に形成されている。ただし、当該太陽電池セル群は、２枚または３枚の太陽電池セル１からなるストリングを、複数直列に接続することで形成されている。

次に、本実施の形態の変形例の効果について説明する。

本変形例の光電変換装置では、樹脂からなるベース基板３を用いているため、例えば、ガラス基板、ＥＶＡおよびバックシートを有する構成よりも、太陽電池モジュール自体の耐衝撃性を向上させることができる。

また、本変形例の光電変換装置は、は図６に示すように、２枚または３枚の太陽電池セル１からなるストリングをベース基板３上において封止し、それらのストリング毎に、電極を配線２と導通体６を介して太陽電池モジュールの外に引き出す構成を有している。ここで、ベース基板３の１辺に沿う方向に並べられた太陽電池セル１の数は４枚以上であり、２枚または３枚の太陽電池セル１からなる本変形例のストリングは小規模である。つまり、ベース基板３の１辺に沿う方向に並べられた太陽電池セル１の数をＮ枚とした場合、本変形例のストリングを構成する太陽電池セル１の数は、Ｎ枚未満である。

つまり、ベース基板３の１辺に沿う方向において太陽電池セルがＮ枚並べられている太陽電池モジュールにおいて、樹脂層により封止されたストリングが、Ｎ枚未満の数の太陽電池セル１を接続したものである。このため、応力による破損などの発生を防ぐことができる。

上記のように、本変形例の光電変換装置では、小規模なストリング毎に電極取出し口をベース基板３に設けることで、太陽電池モジュール内において個々のストリングを分離している。ストリングを構成する太陽電池セル１は２枚または３枚のみであるため、ベース基板３と蓋基板４との間の熱膨張係数の差による応力に起因して太陽電池セルおよび配線２などに加わる応力を、最小限に抑えることが可能である。よって、内部応力または衝撃に起因する太陽電池セル１の破損、配線２の断線、樹脂基板と封止樹脂との境界面での剥離、またはベース基板３と太陽電池セル１との境界面での剥離などを防ぐことができる。したがって、光電変換装置の信頼性を向上することができる。

また、本変形例の光電変換装置は、小規模なストリング同士を樹脂層７内で電気的に接続しておらず、各ストリングの両端の電極を太陽電池モジュールの外部に引き出している。したがって、小規模なストリング同士を結ぶ配線は、太陽電池モジュールを構成するベース基板３および樹脂層７を含む構造体の外部において、自由に結線が可能である。当該結線の態様は、太陽電池モジュールの形成後においても変更が容易である。このため、一部のストリングに、破損による異常または影による発電不良などが生じた場合において、配線を結線し直すことで、異常が生じた部分を回路から除外することが容易となる。よって、太陽電池モジュールの形成後または設置後のメンテナンスが容易となるため、光電変換装置の信頼性を向上させることができる。

また、上記比較例のようにストリングがＮ枚以上の太陽電池セルを含む場合に比べて、発電性能の低下を抑えることができるため、発電性能が著しく低下した太陽電池モジュール自体を、異常のない他の太陽電池モジュールに替える必要がなくなる。これにより、太陽電池モジュールの発電性能を、低コストで維持することが可能である。

また、本変形例の光電変換装置は、その製造工程において大規模なストリングを形成せず、複数の小規模なストリングをそれぞれベース基板３上に搭載し、その後、それらのストリングを樹脂層７により封止することで形成される。したがって、ストリングを形成するためのセル自動配線装置の大きさを縮小することができる。また、ストリングを搬送する搬送装置の大きさを縮小することができる。また、大規模なストリングをベース基板３上に搭載する必要がないため、ストリングをベース基板３上に搭載するための装置の大きさを縮小することができる。

つまり、ベース基板３上に搭載するストリングを形成する装置、ストリングを搬送する装置、および、ベース基板３上にストリングを搭載するために用いる装置は、上記比較例の光電変換装置の製造工程で用いる装置に比べて小規模な装置で済む。また、これによりそれらの装置の取扱いが容易になるため、製造工程での問題が生じにくい。

また、太陽電池モジュールの製造工程中において、例えばベース基板３上に複数のストリングを搭載した後であって、樹脂封止工程の前に、一部のストリングに異常が発見された場合、異常が発見されたストリングのみを交換することができる。上記比較例において、ベース基板上に搭載されたストリングを構成する各太陽電池セルは、Ｎ枚以上の太陽電池セルを有する大規模なストリングであるため、異常が発見された場合にはそのストリング自体を破棄する必要がある。これに対し、本変形例で上記のような異常が発見された場合、封止前のベース基板３上の小規模なストリングを交換すれば済むため、光電変換装置の製造コストを低減することができる。

ここで、本変形例においてストリングを構成する太陽電池セル１の最大の数を３枚としている理由は、以下の通りである。すなわち、ストリングを構成する太陽電池セル１の数を４枚以上とすると、上記比較例に比べて、太陽電池セル１および配線に加わる応力の大きさの変化が小さい。つまり、ストリングを構成する太陽電池セル１の数を４枚以上とした場合、効果的に応力を低減することができない。

これに対し、ストリングを構成する太陽電池セル１の数を３枚とすれば、上記比較例の大規模なストリングに比べて、太陽電池セル１および配線に加わる応力を効果的に低減することができ、ストリングの破損を防ぐことができる。したがって、本変形例では、ストリングを構成する太陽電池セル１の数を２枚または３枚としている。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、図４では、直列に接続された１０枚の太陽電池セル１からなる太陽電池セル群に対し、１個のバイパスダイオード８を並列に接続しているが、バイパスダイオード８を並列に接続する対象は、より小規模であってもよい。つまり、図５に示す１個のストリングに対して、１個のバイパスダイオードを並列に接続してもよい。

また、図１に示す１枚の太陽電池セル１ごとに、１個のバイパスダイオードを並列に接続してもよい。この場合、太陽電池モジュールを構成する太陽電池セル１の数と、バイパスダイオードの数とが同一になる。

本発明は、太陽電池セルを複数有する光電変換装置に広く適用することができる。

１ 太陽電池セル
２ 配線
３ ベース基板
４ 蓋基板
５ 枠部
６ 導通体
７ 樹脂層
８ バイパスダイオード
９ 太陽電池セル群

Claims (9)

1. ベース基板と、
   前記ベース基板上において１方向に並べて設けられたＮ枚の太陽電池セルと、
   複数の前記太陽電池セルを封止する樹脂層と、
   を有し、
   複数の前記太陽電池セルのそれぞれの電極が、前記ベース基板および前記樹脂層を含む構造体の外部に引き出され、
   または、２枚以上Ｎ枚未満の前記太陽電池セルを互いに接続した構成を有する１単位のストリングの電極が、前記構造体の外部に引き出されている、光電変換装置。
2. 請求項１記載の光電変換装置において、
   前記樹脂層内において、複数の前記太陽電池セルのそれぞれは、互いに絶縁されている、光電変換装置。
3. 請求項１記載の光電変換装置において、
   前記ストリングは前記樹脂層内において複数設けられ、複数の前記ストリングのそれぞれは、互いに絶縁されている、光電変換装置。
4. 請求項１記載の光電変換装置において、
   複数の前記太陽電池セルは、前記構造体の外部において電気的に接続されている、光電変換装置。
5. 請求項１記載の光電変換装置において、
   前記ストリングは、２枚もしくは３枚の前記太陽電池セルを直列、または並列に接続した構造を有している、光電変換装置。
6. 請求項１記載の光電変換装置において、
   前記太陽電池セルの電極または前記ストリングの電極は、前記ベース基板を貫通する導通体を介して、前記ベース基板の下面側に引き出されている、光電変換装置。
7. 請求項１記載の光電変換装置において、
   前記樹脂層上には、蓋基板が設けられており、
   前記ベース基板および前記蓋基板は、光透過性を有する、光電変換装置。
8. 請求項１記載の光電変換装置において、
   前記ベース基板は、樹脂からなる、光電変換装置。
9. 請求項１記載の光電変換装置において、
   複数の前記太陽電池セルは、直列に接続され、１群の太陽電池セル群を構成しており、
   前記太陽電池セル群は、バイパスダイオードと並列に接続されている、光電変換装置。

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