JP2018006659A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールの特性を高めることが可能な技術を提供することを目的とする。
【解決手段】太陽電池モジュールは、第１、第２及び第３受光素子と、第１、第２及び第３受光素子を電気的に接続する帯状の第１タブ線とを備える。第１タブ線は、第１及び第２受光素子の表面電極同士、または、裏面電極同士を接続することにより第１及び第２受光素子を並列接続するとともに、当該表面電極または当該裏面電極から延在して第３受光素子の裏面電極または表面電極と接続することにより第１または第２受光素子と第３受光素子とを直列接続する。
【選択図】図６

Description

本発明は、平板状の複数の受光素子を備える太陽電池モジュール、及び、その製造方法に関する。

受光面であるおもて面に表面電極を有し、裏面に裏面電極を有する太陽電池が縦横に複数配列され、互いに隣接する太陽電池同士が、帯状のタブ線によって接続された太陽電池モジュールが知られている。

このような太陽電池モジュールにおいて、帯状のタブ線は、一般に１つの太陽電池のおもて面と、他の太陽電池の裏面との間に延びて配置されているので、おもて面に設けられるタブ線は、太陽電池の受光面を覆うことになる。しかしながら、タブ線の幅をある程度狭くすることにより、太陽光がタブ線に遮られる影面積を低減することができ、受光面に入射する入射光を増やすことができる。一方、このタブ線は、断面積が大きい程、抵抗ロスが小さくなり出力効率が改善する。そのため、タブ線の幅を小さくし、かつタブ線の厚さを大きくすれば、入射光を増やすことができ、かつ、抵抗ロスの増大を抑制することが可能である。

しかしながら、タブ線の厚さを大きくすると、半田接続時に、タブ線と太陽電池との線膨張係数差によって発生する熱ストレスが大きくなってしまい、セル割れが発生する可能性がある。また、タブ線の厚みが厚い場合は、樹脂等を用いて太陽電池を封止するラミネート工程において、タブ線部分が起点となって割れが発生する可能性や、太陽電池の反り、セルの割れ、または電極の剥がれなどが発生する可能性が高くなる。このようにタブ線の厚さを大きくすることには限界があるので、タブ線の幅に関して抵抗と影面積との間には相克関係があるけれども、一般的に、タブ線は、一定の薄さで細長い帯状の形状を有するように形成されている。

ところで、タブ線の影面積を低減するためには、タブ線を太陽電池素子の両端に偏らせて、太陽電池素子の中央部を広くすることも有効である。本願と同じ出願人によって出願された特許文献１には、タブ線をおもて面の両端及び裏面の両端に偏らせた太陽電池モジュールが開示されている。このような構成によれば、タブ電極の一部を太陽電池素子の両端よりも外側に張り出させることができるので、薄いタブ電極でも幅を広げて断面積を大きくすることができ、集電の内部抵抗を低減することが可能になる。

また特許文献２には、複数の長方形の太陽電池素子を、その長手方向に並べた状態で、それらをタブ線によって直列接続するという技術が提案されている。

特開２００９−２６０２４０号公報 国際公開第２０１２／０４３７７０号

特許文献１の太陽電池モジュールでは、おもて面のタブ線を両端に配置した場合に、裏面のタブ線も同様に両端に配置する。しかしながら、このような配置では、受光素子で生成した電流がタブ線に集電されるまでに通過する集電距離が比較的大きくなってしまい、集電抵抗が大きくなってしまうという課題があった。特に、半導体基板の面積が大きくなると、裏面電極の長さが大きくなり、その結果として、集電距離が大きくなってしまうことによる影響が顕在化する。

また、特許文献２の技術では、太陽電池素子のサイズを半分にして電流を減らしているが、依然として、タブ線の抵抗とタブ線の影面積との間に相克関係が存在するため、タブ線の抵抗及び影面積に改善の余地があった。

そこで、本発明は、上記のような問題点を鑑みてなされたものであり、太陽電池モジュールの特性を高めることが可能な技術を提供することを目的とする。

本発明に係る太陽電池モジュールは、互いに離間して平面状に配列された平板状の第１、第２及び第３受光素子と、前記第１、前記第２及び前記第３受光素子を電気的に接続する帯状の第１タブ線とを備える。前記第１、前記第２及び前記第３受光素子のそれぞれは、当該受光素子のおもて面の端部に配設された表面電極と、当該受光素子の前記端部の裏面に配設された裏面電極とを有する。前記第１タブ線は、前記第１及び前記第２受光素子の前記端部を対向させた状態で、前記第１及び前記第２受光素子の前記表面電極同士、または、前記裏面電極同士を接続することにより前記第１及び前記第２受光素子を並列接続するとともに、当該表面電極または当該裏面電極から延在して前記第３受光素子の前記裏面電極または前記表面電極と接続することにより前記第１または前記第２受光素子と前記第３受光素子とを直列接続する。

本発明によれば、第１タブ線は、第１及び第２受光素子の表面電極同士、または、裏面電極同士を接続することにより第１及び第２受光素子を並列接続するとともに、当該表面電極または当該裏面電極から延在して第３受光素子の裏面電極または表面電極と接続することにより第１または第２受光素子と第３受光素子とを直列接続する。このような構成によれば、太陽電池モジュールの特性を高めることができる。

実施の形態１に係る太陽電池モジュールが備えるストリングをおもて面側から見た構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る太陽電池モジュールが備えるストリングを裏面側から見た構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る太陽電池モジュールが備える複数の受光素子をおもて面側から見た構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る太陽電池モジュールが備える複数の受光素子を裏面側から見た構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る太陽電池モジュールが備える並列受光素子をおもて面側から見た構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る太陽電池モジュールが備える並列受光素子をおもて面側から見た構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る太陽電池モジュールが備える並列受光素子の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る太陽電池モジュールが備える並列受光素子の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る太陽電池モジュールが備える並列受光素子の構成を示す断面図である。 実施の形態１に係る複数の受光素子となる半導体基板をおもて面側から見た構成を示す平面図である。 実施の形態１に係る複数の受光素子となる半導体基板を裏面側から見た構成を示す平面図である。 変形例１に係る太陽電池モジュールが備える並列受光素子の構成を示す断面図である。 変形例１に係る太陽電池モジュールが備える並列受光素子の別構成を示す断面図である。 変形例２に係る太陽電池モジュールが備える複数の受光素子を裏面側から見た構成を示す平面図である。 変形例３に係る太陽電池モジュールが備える並列受光素子の構成を示す断面図である。

以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態を、図面を用いて説明する。なお、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。さらに、実施の形態において同じ構成要素は同じ符号を付し、ある実施の形態において説明した構成要素については、別の実施の形態においてその詳細な説明を略すものとする。また、以下で示すサイズは一例である。

＜実施の形態１＞
図１は、本実施の形態１による太陽電池モジュールが備える２本のストリングの一部分を、受光面であるおもて面側から見た平面図であり、図２は、当該２本のストリングの一部分を、裏面側から見た平面図である。

太陽電池モジュールの各ストリング１１０は、並列受光素子１００ａ〜１００ｃを備える。並列受光素子１００ａ〜１００ｃは、基本的に同じ構造を有している。このため、以下、並列受光素子１００ａ，１００ｂ，１００ｃを区別しない場合には、それぞれを並列受光素子１００と記して説明することもある。なお、並列受光素子１００の数は任意に変更可能である。

各並列受光素子１００は、後述する複数の受光素子と、複数の受光素子を電気的に接続する複数の帯状のタブ線１０とを含んでいる。なお、図１及び図２では並列受光素子１００は簡素化されて模式的に示されている。

タブ線１０は、受光素子１の倍程度の長さを有する帯状の導電体であり、図１及び図２のＹ方向に延在している。タブ線１０は、図１に示されるおもて面側の表面側タブ線部１１と、図２に示される裏面側の裏面側タブ線部１３とを有している。表面側タブ線部１１と裏面側タブ線部１３とは、分離されていない一の部材から構成されてもよいし、分離された複数の部材を接続することによって構成されてもよい。

各ストリング１１０では、Ｙ方向に隣り合う並列受光素子１００ａと並列受光素子１００ｂとがタブ線１０によって直列接続され、Ｙ方向に隣り合う並列受光素子１００ｂと並列受光素子１００ｃとが別のタブ線１０によって直列接続されている。このような直列接続が繰り返されることによって、１列の複数の並列受光素子１００を備える１本のストリング１１０が構成されている。

なお、図示していないが、図１中の各ストリング１１０の終端部にはモジュールの辺に沿って配設された銅線などの周辺導線が、隣り合うストリング１１０のタブ線１０の一端同士の相互接続に利用される。これにより、複数のストリング１１０が、周辺導線によって互いに直列接続されている。また、図示していないが、複数のストリング１１０の直列接続において端となる周辺導線には、太陽電池モジュールの外部に電力及び電流を取り出すための引き出し線であるリード線の一端が接続され、リード線の他端はモジュールの外に取り出される。さらに、図示していないが、並列受光素子１００の耐候性を高めるために、複数のストリング１１０は、例えばエチレンビニルアセテート樹脂シートなどの封止部材によって覆わることもある。

また、複数のストリング１１０の裏面側は、封止部材とともに例えば耐候性のポリエチレンテレフタラート樹脂シートなどのバックシートやガラスなどによって覆われることもあり、複数のストリング１１０の受光面側は、封止部材とともに例えばガラスなどの透光性の部材によって覆われることもある。また、図示していないが、ストリング１１０の周辺には、フレーム、ジャンクションボックス、及び、太陽電池モジュールのおもて面と裏面とに用いられるモジュール主面材等が配置される。なお、図１と図２では、図示を省略しているが、おもて面側主面材と裏面側主面材とで挟まれた構造がフレームによって支持されており、上述の引き出し線が、封止材と裏面側主面材の切れ目との間から裏面に引き出されることによって、太陽電池モジュールが構成されている。

次に、各並列受光素子１００に含まれる複数の受光素子の構成について詳細に説明する。図３は、本実施の形態１に係る並列受光素子１００に含まれる受光素子１ａ〜１ｅを、おもて面側から見た平面図であり、図４は、当該受光素子１ａ〜１ｅを、裏面側から見た平面図である。なお、便宜上、図３及び図４ではタブ線１０の図示を省略している。

受光素子１ａ〜１ｅは、基本的に同じ構造を有している。このため、以下、受光素子１ａ〜１ｅを区別しない場合には、それぞれを受光素子１と記して説明することもある。なお、受光素子１の数は任意に変更可能である。

並列受光素子１００に含まれる受光素子１ａ〜１ｅは、太陽電池または太陽電池素子に相当する。このため、本実施の形態１に係る太陽電池モジュールは、受光素子モジュールと呼ぶこともできる。ここでは、受光素子１ａ〜１ｅとして、シリコン基板などの半導体基板から形成された受光素子を想定しているが、もちろんこれに限ったものではない。

平板上の受光素子１ａ〜１ｅは、モジュール内の最小単位であり、互いに離間して平面状に配列されている。本実施の形態１では、Ｙ方向に延在する受光素子１ａ〜１ｅが、図示されない封止部材の中においてＹ方向と異なるＸ方向に、隣り合う２つの受光素子１の長辺同士を対向させた状態で配列されている。つまり、受光素子１ａと受光素子１ｂとが隣り合う隣接方向に、受光素子１ａに対して受光素子１ｂ〜１ｅが配設されている。なお、１つの並列受光素子１００に含まれる複数の受光素子１が隣り合うＸ方向は、図１のタブ線１０が延在するＹ方向とは直交していてもよいし、直交していなくてもよい。なお、本発明に係る第１受光素子は、受光素子１ａと呼ぶことができ、本発明に係る複数の第２受光素子は、受光素子１ｂ〜１ｅと呼ぶことができる。

また本実施の形態１では、受光素子１ａ〜１ｅのＸ方向の配列において、両端に位置する受光素子１ａ，１ｅの短い幅（Ｗ）が、他の受光素子１ｂ〜１ｄの短い幅（２Ｗ）の半分となっている。このような構成によれば、各受光素子１の素子電極の実効的な集電距離を同じにすることができる。

各受光素子１は、当該受光素子１のおもて面の端部に配設された素子電極である表面電極と、当該受光素子１の当該端部の裏面に配設された素子電極である裏面電極とを有している。太陽光が透明なガラスを介して受光素子１の受光面に入射されると、受光素子１は太陽光を電力に変換する光電変換を行う。そして、受光素子１で変換された電力は、受光素子１の表面電極及び裏面電極から取り出される。次に、表面電極及び裏面電極について詳細に説明する。

図３に示すように、本実施の形態１に係る受光素子１は、表面電極として、表面グリッド電極４と、表面バス電極５とを有している。表面グリッド電極４及び表面バス電極５は、例えば、Ａｇ（銀）を主成分とする銀ペーストを塗布して熱処理することで形成される。

表面バス電極５は、受光素子１のおもて面の端部に沿って配設されており、本実施の形態１ではＹ方向に平行な太陽電池の端辺に沿って延びて配設されている。ここで、受光素子１のおもて面の上記端部は、受光素子１の端と、受光素子１の当該端よりも内側の内側部分とを含んでおり、表面バス電極５は、当該内側部分に配設されている。つまり本実施の形態１では、表面バス電極５は、受光素子１のＸ方向の端よりも少し内側に配設されている。なお本実施の形態１の説明では、受光素子１の中心に近い側を内側、遠い側を外側と表現している。

複数の表面グリッド電極４は、受光素子１のおもて面上において、当該おもて面を覆う部分が少なくなるようにＹ方向に沿って適度の間隔をあけて配列されている。そして、各表面グリッド電極４のＸ方向の端部は、表面バス電極５と接続されている。このような表面グリッド電極４は、細線電極、または、フィンガー電極と呼ばれる電極であり、太陽電池である受光素子１の面内で発生した電流を集電して、表面バス電極５まで導く電極である。なお、表面グリッド電極４と接続された表面バス電極５は、表面グリッド電極４で集電した電流を、タブ線１０を介して受光素子１の外部に取り出す電流取り出し電極として機能する。

図３のような細線が平行に並んだ表面グリッド電極４は本発明に必須ではなく、表面グリッド電極４の代わりに、例えば、樹枝状パターンの電極を用いたり、透明導電膜からなる透明電極を用いたり、表面グリッド電極４と透明電極とを組み合わせた電極を用いたりしてもよい。なお、図面の簡素化のため、図３では表面グリッド電極４は数を少なくして図示されている。

次に裏面電極について説明する。図４に示すように本実施の形態１に係る受光素子１は、裏面電極として、裏面アルミニウム電極６と、裏面銀電極７とを有している。裏面アルミニウム電極６はＡｌ（アルミニウム）を主成分とする材料またはアルミニウムペーストを、裏面銀電極７は銀ペーストを、それぞれ塗布して熱処理することで形成される。

裏面銀電極７は、受光素子１の裏面の端部に配設されており、本実施の形態１ではＹ方向に平行な太陽電池の端辺に沿って複数配列されている。より具体的には、裏面銀電極７は、受光素子１のＸ方向の端に接して配設されている。裏面銀電極７は、裏面アルミニウム電極６で集電された電流を、タブ線１０を介して受光素子１の外部に取り出す電極として機能する。図面の簡素化のため、図４では裏面銀電極７は数を少なくして図示されている。

裏面アルミニウム電極６は、受光素子１の周辺部及び裏面銀電極７を除く裏面のほぼ全面を覆うように形成されている。

図５は、図１の１本のストリング１１０からＹ方向に隣り合う並列受光素子１００ｂ，１００ｃを抜き出して、おもて面側から見た平面図である。なお、図面の簡素化のため、図５では、並列受光素子１００ｂに含まれるタブ線１０は図示しているが、それ以外のタブ線１０の図示は省略している。

図６は、図５の並列受光素子１００ｂ，１００ｃのうち並列受光素子１００ｃを透過させたように示す平面図である。つまり、図５では、並列受光素子１００ｂ，１００ｃの表面電極が図示されているが、並列受光素子１００ｃを透過させた図６では、並列受光素子１００ｂの表面電極と並列受光素子１００ｃの裏面電極とが図示されている。なお、図５及び図６のいずれも、並列受光素子１００ｂのおもて側に位置するタブ線１０を透過させたように示した。以下、複数のタブ線１０を区別する場合には、タブ線１０ａ〜１０ｄと記して説明することもある。

図７は、並列受光素子１００ｂの構成を示す断面図であり、具体的には図６のＡ−Ａ’に沿った断面図である。

図５〜図７に示すように、１つの並列受光素子１００において、タブ線１０ａは、受光素子１ａの表面バス電極５が設けられた端部と、受光素子１ｂの表面バス電極５が設けられた端部とを互いに対向させた状態で、受光素子１ａの表面バス電極５と、受光素子１ｂの表面バス電極５とを接続することにより、受光素子１ａと受光素子１ｂとを並列接続している。なお、タブ線１０ａは、受光素子１ａ及び受光素子１ｂの上記端部同士の隙間を跨いで配設されているので、タブ線１０ａの幅方向の一部が、受光素子１のＸ方向の端辺から外側にはみ出している。

同様に、１つの並列受光素子１００において、タブ線１０ｂは、受光素子１ｂの表面バス電極５が設けられた端部と、受光素子１ｃの表面バス電極５が設けられた端部とを互いに対向させた状態で、受光素子１ｂの表面バス電極５と、受光素子１ｃの表面バス電極５とを接続することにより、受光素子１ｂと受光素子１ｃとを並列接続している。なお、タブ線１０ｂは、受光素子１ｂ及び受光素子１ｃの上記端部同士の隙間を跨いで配設されているので、タブ線１０ｂの幅方向の一部が、受光素子１のＸ方向の端辺から外側にはみ出している。

タブ線１０ａ，１０ｂと同様に、タブ線１０ｃは、隣り合う受光素子１ｃ、１ｄを並列接続し、タブ線１０ｄは、隣り合う受光素子１ｄ、１ｅを並列接続している。このため、本発明に係る第１タブ線は、タブ線１０ａと呼ぶことができ、本発明に係る複数の第３タブ線は、各タブ線１０ｂ〜１０ｄと呼ぶことができる。

また、図５及び図６に示すように、以上のような受光素子１ａ〜１ｅ及びタブ線１０ａ〜１０ｄを含む並列受光素子１００が、タブ線１０ａ〜１０ｄの延在するＹ方向に複数配列されている。このため、本発明に係る単位構造は、並列受光素子１００と呼ぶことができる。

図８は、並列受光素子１００ｂ，１００ｃの構成を示す断面図であり、具体的には図６の表面グリッド電極４を通らずに表面バス電極５、裏面アルミニウム電極６及び裏面銀電極７を通るＢ−Ｂ’に沿った断面図である。図９は、並列受光素子１００ｂ，１００ｃの構成を示す断面図であり、具体的には図６のＣ−Ｃ’に沿った断面図である。なお、図８には、受光素子１に入射される太陽光の入射方向Ｓの一例が示されている。

図７を用いて説明したように、並列受光素子１００ｂのタブ線１０ａは、並列受光素子１００ｂの受光素子１ａ，１ｂの表面バス電極５同士を接続することにより受光素子１ａ，１ｂを並列接続する。この接続に加えて、図８に示すように、並列受光素子１００ｂのタブ線１０ａは、当該表面バス電極５から延在して並列受光素子１００ｃの受光素子１ａ，１ｂの裏面銀電極７と接続することにより、並列受光素子１００ｂの受光素子１ａまたは受光素子１ｂと、並列受光素子１００ｃの受光素子１ａまたは受光素子１ｂとを直列接続する。このため、本発明に係る第１の単位構造は、並列受光素子１００ｂと呼ぶことができ、本発明に係る第２の単位構造は、並列受光素子１００ｃと呼ぶことができ、本発明に係る第３受光素子は、並列受光素子１００ｃの受光素子１ａまたは受光素子１ｂと呼ぶことができる。

さらに、本実施の形態１に係る並列受光素子１００ｂのタブ線１０ａは、並列受光素子１００ｃの受光素子１ａ，１ｂの裏面銀電極７同士も並列接続する。以上のような構成によれば、並列受光素子１００ｂのタブ線１０ａによって、並列受光素子１００ｂの受光素子１ａ，１ｂが互いに並列接続され、並列受光素子１００ｃの受光素子１ａ，１ｂが互いに並列接続され、かつ、並列受光素子１００ｂの受光素子１ａ，１ｂと、並列受光素子１００ｃの受光素子１ａ，１ｂとが直列接続される。

並列受光素子１００ｂのタブ線１０ａと同様に、並列受光素子１００ｂのタブ線１０ｂは、並列受光素子１００ｂの隣り合う受光素子１ｂ，１ｃの表面バス電極５同士を接続することにより隣り合う受光素子１ｂ，１ｃを並列接続する。この接続に加えて、並列受光素子１００ｂのタブ線１０ｂは、当該表面バス電極５から延在して並列受光素子１００ｃの隣り合う受光素子１ｂ，１ｃの裏面銀電極７と接続することにより、並列受光素子１００ｂの受光素子１ｂまたは受光素子１ｃと、並列受光素子１００ｃの受光素子１ｂまたは受光素子１ｃとを直列接続する。タブ線１０ｃ，１０ｄも、タブ線１０ａ，１０ｂと同様の直列接続を行う。

ここでは、並列受光素子１００ｂのタブ線１０ａ〜１０ｄの接続について説明した。これと同様の接続が、図１の並列受光素子１００ａのタブ線１０においても、図１の並列受光素子１００ｃのタブ線１０においても行われる。そして、このような接続が繰り返されることで、図１のストリング１１０が構成される。

この結果、並列受光素子１００ｂのタブ線１０ａ、つまり図７の上側のタブ線１０ａの表面側タブ線部１１は、並列受光素子１００ｂの受光素子１ａ，１ｂの表面バス電極５同士を接続する。一方、並列受光素子１００ａのタブ線１０ａ、つまり図７の下側のタブ線１０ａの裏面側タブ線部１３は、並列受光素子１００ｂの受光素子１ａ，１ｂの裏面銀電極７同士を接続する。

具体的には、図７の下側のタブ線１０ａは、並列受光素子１００ｂの受光素子１ａ，１ｂの裏面銀電極７同士を接続するとともに、当該裏面銀電極７から延在して並列受光素子１００ａの受光素子１ａ，１ｂの表面バス電極５と接続することにより、並列受光素子１００ｂの受光素子１ａまたは受光素子１ｂと並列受光素子１００ａの受光素子１ａまたは受光素子１ｂとを直列接続する。なお、図７の上側のタブ線１０ａと同様に、図７の下側のタブ線１０ａも、受光素子１ａ及び受光素子１ｂの端部同士の隙間を跨いで配設されている。

ここで、並列受光素子１００ａの受光素子１ａ，１ｂは、並列受光素子１００ｂの受光素子１ａ，１ｂに対して並列受光素子１００ｃの受光素子１ａ，１ｂと逆側に配列されている。このため、本発明に係る第４受光素子は、並列受光素子１００ａの各受光素子１ａ，１ｂと呼ぶことができる。また、本発明に係る第２タブ線は、並列受光素子１００ａのタブ線１０ａ、つまり図７の下側のタブ線１０ａと呼ぶことができる。

なお、図７及び図８に示すように、タブ線１０の裏面側タブ線部１３と表面側タブ線部１１との間、ひいては並列受光素子１００ｂの表面バス電極５と並列受光素子１００ｃの裏面銀電極７との間には、受光素子１の厚み方向Ｚに高低差が生じる。表面バス電極５及び裏面銀電極７は、受光素子１の厚みに比べて薄いので、この高低差は主として受光素子１の厚みによるものである。

また、図７及び図８に示すように、並列受光素子１００ｂの受光素子１と、並列受光素子１００ｃの受光素子１との間には、それらを接続するタブ線１０が通るため、上述の高低差と同じ程度の隙間、つまり受光素子１の厚さと同じ程度の隙間が生じる。この隙間としては、例えば２〜１０ｍｍ程度が想定される。この隙間にはモジュールの封止樹脂や絶縁材等が配置されてもよいし、あるいは空隙のままであってもよい。

以上のような本実施の形態１に係る太陽電池モジュールによれば、タブ線１０が、隣り合う受光素子１が有する表面電極同士、または、裏面電極同士を並列接続するとともに、当該表面電極または当該裏面電極から延在してそれら以外の受光素子１と接続する。つまり、各タブ線１０は、Ｘ方向に隣り合う受光素子１の受光面の表面バス電極５同士、または、裏面の裏面銀電極７同士を、橋渡しするように並列接続する。これにより、タブ線１０の幅方向の一部が、受光素子１のＹ方向に延在する端辺から外側にはみ出す。このように、光入射方向から見た場合にタブ線１０は受光素子１上からはみ出した部分を有するので、タブ線１０によって受光素子１に形成される影面積を、はみ出した分だけ小さくすることができる。一方、タブ線１０のはみ出した部分をある程度大きくすることによってタブ線１０の導電抵抗を低減することができる。このように、太陽電池の変換効率を高めることができるとともに、受光素子１の受光面積を大きくすることができることによってタブ線１０の導電抵抗を低減することができる。

ところで、裏面電極として大部分に配設された裏面アルミニウム電極６のアルミニウムが、受光素子１を構成する基板のシリコンと反応すると、裏面銀電極７に比べて抵抗が高くなる場合が多い。このため従来技術では、光発電で発生した電流が、裏面全面内を流れるうちに大幅に減衰してしまう問題が発生する。また、裏面アルミニウム電極６に限らず裏面電極として薄い金属膜や透明導電膜などを用いる場合も同様な問題が生じる。特に、従来技術では、表面電極及び裏面電極が、受光素子の一端のタブ線から他端のタブ線までの比較的長い距離にわたって配設されている。このため、受光素子の中心付近で発生した電流が、両端のタブ線に到達するまでの長い距離を流れるので集電抵抗が高くなっていた。これに対して、本実施の形態１の構成によれば、受光素子１の受光面または裏面において、複数のタブ線１０を比較的短い間隔で配設することができるので、受光面または裏面の任意の位置からタブ線１０までの距離を概ね小さくすることができる。このため、集電抵抗を低減することができる。

また本実施の形態１では、１つの並列受光素子１００において、複数の受光素子１が複数のタブ線１０によって接続されるので、タブ線１０の導電抵抗を実質的に低減することができる。

なお、タブ線１０及び表面バス電極５の下は太陽電池が形成されていない領域、つまり太陽光発電ができない領域であることが多い。ここで本実施の形態１では、表面電極は、受光素子１の端部に沿って配設された表面バス電極５を含み、タブ線１０は、表面バス電極５同士を接続する。このような構成によれば、受光素子１及び太陽電池モジュールの光電変換効率を高くすることができるという効果を有する。この理由については、本実施の形態１の最後に説明する。

ところで、タブ線１０のうち受光素子からはみ出した部分が、どの素子及び部材とも固定されていないと、図７の上側のタブ線１０と、図７の下側のタブ線１０とが接触して短絡する可能性がある。これに対して、本実施の形態１では、受光素子１によって、図７の上側のタブ線１０と、図７の下側のタブ線１０とが離間している状態が保持されている。このため、図７の上側のタブ線１０と、図７の下側のタブ線１０とを光入射方向からみた場合に、これらタブ線１０同士が重なるように配置されても、これらタブ線１０同士が短絡することを抑制することができる。また、受光素子１の受光面及び裏面のいずれにおいても、複数のタブ線１０を比較的短い間隔で配設することができるので、受光面及び裏面の任意の位置からタブ線１０までの距離を概ね小さくすることができる。このため、集電抵抗を低減することができる。

また本実施の形態１では、図７などに示されるように表面バス電極５は、受光素子１の端よりも内側に配設されている。これにより、表面バス電極５と裏面銀電極７との間の、受光素子１の基板表面伝いの距離、つまり表面バス電極５と裏面銀電極７との間の受光素子１の基板表面に沿った距離を大きくすることができる。このため、表面側タブ線部１１と表面バス電極５とを接続する半田等の接合部材と、裏面側タブ線部１３と裏面銀電極７とを接続する半田等の接合部材とが短絡する可能性を低減することができる。なお、後述する変形例のように、裏面銀電極７も、表面バス電極５と同様に受光素子１の端よりも内側に配設されてもよい。

また本実施の形態１では、１つの並列受光素子１００における複数の受光素子１は、タブ線１０によって並列接続されるので、各受光素子１の電流の大きさは一致しなくてもよい。このため、図３及び図４などに示されるように、受光素子１ａ〜１ｅの少なくともいずれか１つの受光素子の受光面積が、他の受光素子の受光面積と異なってもよい。この結果、並列受光素子１００の設計自由度を高めることができる。

ところで、受光素子１ａ〜１ｅは、１つの半導体基板を分割して形成されてもよい。図１０は、本実施の形態１の受光素子１ａ〜１ｅの元となる切断前の半導体基板１２０を、おもて面側から見た平面図であり、図１１は、当該半導体基板１２０を、裏面側から見た平面図である。

受光素子１ａ〜１ｅは、１つの半導体基板１２０を分割して形成される。この場合、例えば、１つの半導体基板１２０としては、直径が約２００ｍｍの円柱状の単結晶インゴットをスライスした半導体ウェハである単結晶シリコン基板に、上述の表面電極及び裏面電極を有する単結晶シリコン太陽電池が配設された基板を用いることができる。また、半導体基板１２０として、例えば、４隅に円弧によるコーナークロップを有し、１００〜１５６ｍｍ角の擬似的な角形を有する、厚さ０．１〜０．４ｍｍの平板状の基板を用いることができる。

このような半導体基板１２０を、例えば、図１０の表面バス電極５同士の間、及び、図１１の裏面銀電極７を通るようにレーザー等を用いて切断することによって５つの受光素子１を形成する。

以上のような製造方法によれば、分割前の１つの半導体基板１２０に形成された１つの受光装置の発電特性等を測定することによって、ストリング１１０の延在方向の一単位である並列受光素子１００について短絡電流密度などの発電特性を予想することができる。このため、分割後の複数の受光素子１の発電特性を１つ１つ測定しなくて済むので、特性評価の手間を低減することができる。

なお、図１のストリング１１０は、必ずしも並列接続された複数の受光素子１を直列接続することによって形成する必要はなく、例えば、直列接続された複数の受光素子１を並列接続することによって形成してもよい。

次に、以上に説明した太陽電池モジュールの構成要素の具体的な材料及びサイズの例について主に説明する。

図１に示したタブ線１０は、例えば厚さが０．０１〜０．５ｍｍ好ましくは０．０８〜０．５ｍｍであり、幅が０．５〜２０ｍｍである帯状の銅箔を、打ち抜き加工によって形成し、当該銅箔の両面に銀及びすずからなる半田めっきを施すことによって形成される。このようなタブ線１０を用いる場合、受光素子１を３００℃近くに加熱して、タブ線１０の銅箔にめっきされた銀すずめっきを溶融させることで、タブ線１０と表面電極及び裏面電極とを接続することができる。なお、めっきの溶解は、スポット的に加熱することによって行われてもよい。

ただし、タブ線１０は、必ずしも銀及びすずのめっきを施した部材である必要はなく、例えば銀を含まないすずめっき銅線などであってもよい。また、タブ線１０は、表面にめっきが施されていない部材を用いてもよい。この場合、例えば、上記組成以外の組成からなる半田、導電性接着剤、導電性高分子、導電性テープ、溶接または圧着等によって、タブ線１０と表面電極及び裏面電極とを接続してもよい。なお、タブ線１０と裏面銀電極７との間を半田で接続する場合には、裏面銀電極７は、Ａｇを主に含んだ金属材料からなることが望ましい。また、タブ線１０と表面バス電極５及び裏面銀電極７との間を半田で接続する場合には、タブ線１０と、表面バス電極５及び裏面銀電極７とが接続される部分だけに半田を設けてもよいし、タブ線１０の表面及び裏面の全体を覆うように半田を設けてもよい。なお、タブ線１０は、表面バス電極５の全長にわたって表面バス電極５と接続されてもよいし、表面バス電極５と部分的に接続されてもよい。

以上の説明では、図１に示したように、１対の対称なタブ線１０をＹ方向に延在させて受光素子１の両端部に配設したが、１つのタブ線１０を何れか１方の端部にのみ設けるようにしても同様に効果が得られる。また、タブ線１０の延在方向とストリング１１０の延在方向とは、互いに平行である必要はなく、受光素子１つまり太陽電池の形状や、受光素子１間の配列間隔に合わせて多少調節されてもよい。特にタブ線１０の裏面側タブ線部１３は、必ずしも受光素子１の端辺と平行である必要はなく、端辺に対して０〜２０度ほど傾斜していてもよい。

図３に示した表面グリッド電極４として、例えば幅０．０５〜０．２ｍｍ程度の幅を有し所定方向に延在する電極パターンが、０・５〜２．５ｍｍの周期で当該所定方向と直交する方向に配置される。表面バス電極５及びタブ線１０は、例えば、表面グリッド電極４と直交する方向に受光素子１上に延在して形成される。なお、表面バス電極５は、タブ線１０に接続されるため、表面グリッド電極４よりも太くなる場合が多く、例えば０．１ｍｍ〜数ｍｍ程度の幅を有することが多い。

また、タブ線１０と、全ての表面グリッド電極４とが電気的に接続されればよく、必ずしも表面バス電極５を配設する必要はない。表面バス電極５を配設する場合でも、表面バス電極５は、必ずしもひとつながりの電極である必要はなく、さらに、必ずしも表面グリッド電極４より太い電極である必要もない。

図４に示した裏面構成では、Ａｌを主成分とする裏面アルミニウム電極６が、受光素子１の裏面の略全面を被覆していた。しかしこれに限ったものではなく、裏面アルミニウム電極６の代わりに、Ａｇを主成分とする金属電極を用いてもよい。裏面アルミニウム電極６の代わりに、Ａｇを主成分とする金属電極を用いる構成では、タブ線１０を裏面アルミニウム電極６に直に接続することができるので、必ずしも裏面銀電極７を配設する必要はない。また、裏面銀電極７の代わりに、銀以外の材質からなる電極が用いられてもよい。

さらに、裏面電極として、表面グリッド電極４及び表面バス電極５と同様に、裏面の一部領域に形成された金属電極を用いてもよいし、それら金属電極と裏面のほぼ全面に形成された透明導電電極とを組み合わせた電極を用いてもよい。このような構成によれば、受光素子１の裏面も受光面として用いることができるので、受光素子１を両面受光素子として用いることができる。なお、その構成において、裏面電極の幅及び離間間隔は、表面電極の幅及び離間間隔と異なることが望ましい。

図１０及び図１１などに示される半導体基板１２０には、例えば、おもて面たる受光面及び裏面たる非受光面のそれぞれの平面形状が略矩形であり、厚さが例えば０．１〜０．５ｍｍである薄板状のｐｎ接合を有する半導体基板が用いられる。特に、単結晶を用いた半導体基板では、単結晶インゴットの円形から矩形に形成する際に切り落とされて無駄となる部分を減らすために、図１０及び図１１に示されるように、角の一部が切り落とされた形状に形成されることが多い。このため、上述の略矩形には、１組の平行な辺と、それらと直交する１組の平行な辺とを有する四角形形状、または、四角形状の角の一部が切り落とされた形状などが含まれる。

なお、図１０及び図１１に示される半導体基板１２０の形状は、正方形の角の一部が切り落とされた形状であったが、これに限ったものではなく、例えば長方形の角の一部が切り落とされた形状であってもよい。

また、半導体基板１２０、及び半導体基板１２０を分割して形成される受光素子１として、ｐｎ接合を有する結晶シリコン受光素子やガリウムヒ素受光素子等を用いることもできる。ｐｎ接合は、不純物拡散によって形成されていてもよいし、アモルファスシリコン等のヘテロ接合であってもよい。

本実施の形態１に係る太陽電池モジュールの製造方法としては、例えば特開２０１３−０２１１７２号などに開示された方法と同様の製造方法を用いることができる。

次に従来技術と比較する。従来の受光素子では、表面バス電極によって光が遮られることによって、あまり発電しない領域となる表面バス電極の裏側の領域に、電流取り出し電極を設けている。これにより、電流取り出し電極による効率損失を低下させることが可能となっている。この効果を高めるために、例えば、受光素子の両端部に配設された２つのタブ線が、当該受光素子の両端からはみ出して配設する構成が提案されている。

また、従来の太陽電池モジュールでは、受光面側と裏面側とを接続するタブ線を受光素子間部で折り曲げ、受光素子とタブ線との接続点が受光面側と裏面側とで重ならないようにしている。しかしながら、このような構成では、裏側のタブ線が受光素子の局所的な部分としか接続することができない。このため、タブ線よりも抵抗が大きい裏面電極の長さが、つまり受光素子で生成した電流がタブ線に集電されるまでに通過する集電距離が、比較的大きくなるので、集電抵抗が大きくなってしまうという課題があった。特に、半導体基板の面積が大きくなると、裏面電極の長さが大きくなり、その結果として、ストリング１１０の幅方向であるＸ方向における集電距離が大きくなってしまうことによる影響が顕在化する。

例えば、一般的な１５０ｍｍ程度の受光素子、つまり図１０及び図１１に示される１つの半導体基板１２０に対応する１つの受光素子に対して、２つのタブ線が配設される場合を想定する。この場合に、２つのタブ線が受光素子の幅に対して均等に配設されると、素子電極での集電距離、つまりＸ方向のタブ線とタブ線との間の距離は約３８ｍｍ程度となる。一方、２つのタブ線が受光素子の両端部に配設された構成では、素子電極での集電距離は７０ｍｍ以上になる。

このような素子電極における集電距離の増大、ひいては集電抵抗の増大は、タブ線を受光素子の両端部に配設したことによる影面積の低減によって利得が高められても、結果として太陽電池モジュールの特性を低下させることがあった。このような集電抵抗の増大は、裏面電極だけでなく表面電極においても同様に生じ、特に、表面電極は細く形成されることが多いので裏面電極よりも特性の低下が顕著となる。これに対して、本実施の形態１によれば、上述したように、受光素子１の受光面積を大きくすること、タブ線１０の導電抵抗を低減すること、及び、集電抵抗を低減することができる。

なお、タブ線の幅及び厚さを大きくすればタブ線の抵抗を小さくできることを考慮すれば、受光素子の面内の集電抵抗を低減するために、タブ線が、ストリング１１０の延在方向に受光素子の一端から他端までほぼ縦断するように配設されることが好ましい。具体的には、受光面のタブ線を両端に配設した上で、さらに受光素子の面内の集電抵抗の低減のために両面のタブ線が両方とも受光素子を縦断するように配設されることが好ましい。しかしながら、このような構成では、受光面側のタブ線と裏面側のタブ線とが平面視において異なる位置に配設されることになる。この結果、太陽電池素子上にタブ線による非発電領域ができるため、タブ線面積の分だけ発電効率が低下するという問題があった。

このことは受光素子の裏面の一部、特に裏面の電極以外の領域がパッシベーションされた受光素子についても同様である。裏面がパッシベーションされた受光素子としては、集電電極の材質と電流取り出し電極の材質とが同じものでパターンが異なる構成や、集電電極と電流取り出し電極が一体化している構成などがある。しかしながら、いずれの構成においても、集電電極、電流取り出し電極、及び、受光素子基板の界面での再結合は、パッシベーション膜と受光素子基板との界面の再結合よりも悪影響が大きい。そのため、一般的に集電電極及び電流取り出し電極は、あまり発電しない領域となるおもて面側のバス電極の下側に設けられることが好ましい。

これに対し、本実施の形態１係る太陽電池モジュールは、表面バス電極５の影となる部分に電流取り出し電極である裏面銀電極７が配設されている。この結果、裏面銀電極７による抵抗損失を低下させることができ、従来技術よりも、受光素子１及び太陽電池モジュールの発電効率を高くすることができるという効果を有する。

＜変形例１＞
図１２は、変形例１に係る並列受光素子１００ｂの構成を示す断面図であり、具体的には図６のＡ−Ａ’に沿った断面図である。本変形例１では、絶縁部材１４が追加されており、絶縁部材１４は、図１２の上側のタブ線１０と図１２の下側のタブ線１０との間の隙間の少なくとも一部に配設されている。このような本変形例１の構成によれば、上下のタブ線１０同士の絶縁性を高めることができる。なお、絶縁部材１４は、図１２に示すように上下のタブ線１０の真ん中に配設されてもよいし、図１３に示すように上側のタブ線１０に近接させて配設されてもよいし、図示しないが下側のタブ線１０に近接させて配設されてもよい。

＜変形例２＞
図１４は、本変形例２に係る受光素子１ａ〜１ｅを、図４と同様に裏面側から見た平面図である。本変形例２に係る裏面銀電極７は、図４に示した実施の形態１に係る構成と異なり、表面バス電極５と同様に、受光素子１の端よりも内側の内側部分に配設されている。このような構成によれば、表面バス電極５と裏面銀電極７との間の、受光素子１の基板表面伝いの距離を大きくすることができる。このため、表面側タブ線部１１と表面バス電極５とを接続する半田等の接合部材と、裏面側タブ線部１３と裏面銀電極７とを接続する半田等の接合部材とが短絡する可能性を低減することができ、絶縁性を高めることができる。

＜変形例３＞
図１５は、変形例３に係る並列受光素子１００ｂの構成を示す断面図であり、具体的には図６のＡ−Ａ’に沿った断面図である。図１５に示す例では、変形例１で説明した絶縁部材１４も追加されているが、絶縁部材１４は追加されていなくてもよい。

本変形例３では、導光部材１５が追加されており、導光部材１５は、タブ線１０の表面電極と接続された部分の、表面電極と接続された面と逆側の面に配設されている。導光部材１５には、例えば光反射体または光散乱体などが含まれる。このような構成によれば、タブ線１０に向かう光を、導光部材１５によって受光素子１の受光面に導くことができる。これにより、発電効率をさらに高めることができる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ 受光素子、５ 表面バス電極、７ 裏面銀電極、１０ タブ線、１４ 絶縁部材、１５ 導光部材、１００ 並列受光素子、１２０ 半導体基板。

Claims (12)

1. 互いに離間して平面状に配列された平板状の第１、第２及び第３受光素子と、
   前記第１、前記第２及び前記第３受光素子を電気的に接続する帯状の第１タブ線と
   を備え、
   前記第１、前記第２及び前記第３受光素子のそれぞれは、
   当該受光素子のおもて面の端部に配設された表面電極と、当該受光素子の前記端部の裏面に配設された裏面電極とを有し、
   前記第１タブ線は、
   前記第１及び前記第２受光素子の前記端部を対向させた状態で、前記第１及び前記第２受光素子の前記表面電極同士、または、前記裏面電極同士を接続することにより前記第１及び前記第２受光素子を並列接続するとともに、当該表面電極または当該裏面電極から延在して前記第３受光素子の前記裏面電極または前記表面電極と接続することにより前記第１または前記第２受光素子と前記第３受光素子とを直列接続する、太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１タブ線は、
   前記第１及び前記第２受光素子の前記表面電極同士を接続するとともに、当該表面電極から延在して前記第３受光素子の前記裏面電極と接続する、太陽電池モジュール。
3. 請求項２に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１及び前記第２受光素子が有する前記表面電極のそれぞれは、
   前記端部に沿って配設された表面バス電極を含み、
   前記第１タブ線は、
   前記第１及び前記第２受光素子の前記表面バス電極同士を接続するとともに、当該表面バス電極から延在して前記第３受光素子の前記裏面電極と接続する、太陽電池モジュール。
4. 請求項１から請求項３のうちのいずれか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１タブ線は、
   前記第１及び前記第２受光素子の前記端部同士の隙間を跨いで配設されている、太陽電池モジュール。
5. 請求項１から請求項４のうちのいずれか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１及び前記第２受光素子に対して前記第３受光素子と逆側に配列された第４受光素子と、
   前記第１タブ線と離間して配設され、前記第１、前記第２及び前記第４受光素子を電気的に接続する帯状の第２タブ線と
   をさらに備え、
   前記第４受光素子は、
   当該受光素子のおもて面の端部に配設された表面電極と、当該受光素子の前記端部の裏面に配設された裏面電極とを有し、
   前記第１タブ線は、
   前記第１及び前記第２受光素子の前記表面電極同士を接続するとともに、当該表面電極から延在して前記第３受光素子の前記裏面電極と接続し、
   前記第２タブ線は、
   前記第１及び前記第２受光素子の前記裏面電極同士を接続するとともに、当該裏面電極から延在して前記第４受光素子の前記表面電極と接続することにより前記第１または前記第２受光素子と前記第４受光素子とを直列接続する、太陽電池モジュール。
6. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１及び前記第２受光素子が隣り合う隣接方向に、前記第１受光素子に対して複数の前記第２受光素子が配設され、
   隣り合う前記第２受光素子同士を電気的に接続する帯状の第３タブ線をさらに備え、
   前記第１受光素子、前記複数の第２受光素子、前記第１タブ線、及び、前記第３タブ線を含む単位構造が、前記第１タブ線及び前記第３タブ線の延在する延在方向に複数配設され、
   隣り合う第１及び第２の前記単位構造に関し、
   前記第１の単位構造の前記第１タブ線は、前記第１の単位構造の前記第１及び前記第２受光素子の前記表面電極同士を接続することにより、前記第１の単位構造の前記第１及び前記第２受光素子を並列接続するとともに、前記第３受光素子である前記第２の単位構造の前記第１または前記第２受光素子の前記裏面電極と接続することにより、前記第１の単位構造の前記第１または前記第２受光素子と前記第２の単位構造の前記第１または前記第２受光素子とを直列接続し、
   前記第１の単位構造の前記第３タブ線は、前記第１の単位構造の隣り合う前記第２受光素子の前記表面電極同士を接続することにより、前記第１の単位構造の隣り合う前記第２受光素子同士を並列接続するとともに、前記第２の単位構造の隣り合う前記第２受光素子の一方の前記裏面電極と接続することにより、前記第１の単位構造の隣り合う前記第２受光素子の一方と前記第２の単位構造の隣り合う前記第２受光素子の一方とを直列接続する、太陽電池モジュール。
7. 請求項１から請求項６のうちのいずれか１項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１タブ線の前記表面電極と接続された部分の、前記表面電極と接続された面と逆側の面に配設された導光部材をさらに備える、太陽電池モジュール。
8. 請求項６に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１受光素子及び前記複数の第２受光素子の少なくともいずれか１つの受光素子の受光面積が、他の受光素子の受光面積と異なる、太陽電池モジュール。
9. 請求項６に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１受光素子及び前記複数の第２受光素子の配列において、両端に位置する受光素子の前記隣接方向の幅が、他の受光素子の前記隣接方向の幅の半分である、太陽電池モジュール。
10. 請求項５に記載の太陽電池モジュールであって、
    前記第１タブ線と前記第２タブ線との間の隙間の少なくとも一部に配設された絶縁部材をさらに備える、太陽電池モジュール。
11. 請求項３に記載の太陽電池モジュールであって、
    前記受光素子の端部は、
    前記受光素子の端と、前記受光素子の当該端よりも内側部分とを含み、
    前記表面バス電極及び前記裏面電極の少なくともいずれか１つは、前記内側部分に配設されている、太陽電池モジュール。
12. 請求項６に記載の太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュールの製造方法であって、
    前記第１受光素子及び前記複数の第２受光素子は、１つの半導体基板を分割して形成される、太陽電池モジュールの製造方法。

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