JP2021082847A - 太陽電池モジュール及び太陽光発電システム - Google Patents

Abstract

【課題】 実施形態は、変換効率を向上させた太陽電池モジュール及び太陽光発電システムを提供する。【解決手段】 実施形態の太陽電池モジュールは、複数の第１太陽電池セルを含んだ複数の第１サブモジュールを有する第１太陽電池パネルと、第１太陽電池パネルと積層し、複数の第２太陽電池セルを含んだ複数の第２サブモジュールを有する第２太陽電池パネルを有し、第１太陽電池パネルは、光入射側に存在し、第１太陽電池パネルと第２太陽電池パネルは電気的に並列に接続し、複数の第１サブモジュールに含まれる複数の第１太陽電池セルは、電気的に直列に接続され、複数の第１サブモジュールが電気的に並列に接続され、複数の第２サブモジュールに含まれる複数の第２太陽電池セルは電気的に直列に接続され、複数の第２サブモジュールが電気的に並列に接続されている。【選択図】図１

Description

実施形態は、太陽電池モジュール及び太陽光発電システムに関する。

高効率な太陽電池として多接合型(タンデム)太陽電池がある。波長帯毎に効率の良いセルを用いることができるため、単接合よりも高効率が期待される。ＣＩＧＳ（銅とインジウム、ガリウム、セレンの化合物）を始めとしたカルコパイライト太陽電池は効率が高いことが知られており、ワイドギャップ化をすることによりトップセル候補となりうる。しかしながら、バンドギャップの異なる太陽電池を接合させたモジュールにおいて、接続方法の検討は十分にされていない。

特許第４５９９０９９号

実施形態は、変換効率を向上させた太陽電池モジュール及び太陽光発電システムを提供する。

実施形態の太陽電池モジュールは、複数の第１太陽電池セルを含んだ複数の第１サブモジュールを有する第１太陽電池パネルと、第１太陽電池パネルと積層し、複数の第２太陽電池セルを含んだ複数の第２サブモジュールを有する第２太陽電池パネルを有し、第１太陽電池パネルは、光入射側に存在し、第１太陽電池パネルと第２太陽電池パネルは電気的に接続し、複数の第１サブモジュールは、バスバーで電気的に接続され、複数の第２サブモジュールは、バスバーで電気的に接続され、第１太陽電池パネルは、１系統の電力出力端子を有し、第２太陽電池パネルは、１系統の電力出力端子を有する。

実施形態にかかわる太陽電池モジュールの斜視概念図。 実施形態にかかわる太陽電池パネルの模式図。 実施形態にかかわる太陽電池パネルの模式図。 実施形態にかかわる太陽電池パネルの模式図。 実施形態にかかわる太陽電池パネルの模式図。 実施形態にかかわる太陽電池モジュールの斜視概念図。 実施形態にかかわる太陽電池パネルの模式図。 実施形態にかかわる太陽電池パネルの模式図。 実施形態にかかわる太陽電池モジュールの断面概念図。 実施形態にかかわる太陽電池モジュールの断面概念図。 実施形態にかかわる太陽電池パネルの模式図。 実施形態にかかわる太陽電池パネルの模式図。 実施形態にかかわる太陽電池パネルの模式図。 実施形態にかかわる太陽電池パネルの模式図。 実施形態にかかわる太陽光電池システムの概念図。

以下、図面を参照しながら、本発明の好適な一実施形態について詳細に説明する。
（第１実施形態）
第１実施形態の太陽電池モジュールは、２以上の太陽電池パネルを積層させた構造を有する。２つ以上の太陽電池パネルは電気的に並列に接続されている。図１の斜視概念図に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１００は、第１太陽電池パネル１０と、第２太陽電池パネル２０とを有する。第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０は、第３方向に積層されている。第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０は、電気的に並列に接続される。太陽電池モジュール１００の奥行方向を第１方向、太陽電池モジュール１００の幅方向を第２方向とする。第１方向と第２方向は交差又は直交し、第１方向と第２方向を含む面は、太陽電池モジュール１００のパネル面と並行である。第１方向は第２方向及び第３方向と直交し、第２方向は、第１方向と第３方向と直交する。なお、直交とは本発明の均等の範囲であれば同等の構造は含まれる。第３方向は、第１方向と直交し、第２方向と直交する。実施形態では、２つの太陽電池パネルを積層しているが３つ以上の太陽電池パネルを積層した太陽電池モジュールとしてもよい。

第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０が発電した電力は、変換されて蓄電されたり、送電されたり、消費されたりする。第１太陽電池パネル１０が発電する電力も第２太陽電池パネル２０が発電する電力も、蓄電、送電、消費のためには発電した電力を電力変換装置（コンバーター）で変換する必要がある。第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０とで、それぞれ別のコンバーターで変換すると、２系統のコンバーターが必要となる。コンバーター数の増加によって発電コストが増加してしまう。従って、太陽電池モジュール１００は、積層されるパネル数が２以上であっても、各パネルは電気的に並列に接続されていることから１系統のみの電力出力端子を有する。変換効率が向上しても発電コストが高くなると、多接合化によって変換効率が向上しても、投資資金の回収の観点からは好ましくない。

（第１太陽電池パネル）
第１太陽電池パネル１０は、太陽電池モジュール１００のトップ側、つまり、光入射側に存在するパネルである。第１太陽電池パネル１０は、ワイドバンドギャップな光吸収層を有する太陽電池セルを複数有する。ワイドバンドギャップな光吸収層としては、例えば、化合物半導体、ペロブスカイト型化合物、酸化物透明半導体、とアモルファスシリコンのうちのいずれか１種以上が挙げられる。ワイドバンドギャップな光吸収層のバンドギャップは、１．４ｅＶ以上であり、１．４ｅＶ以上２．７ｅＶ以下が好ましく、１．６ｅＶ以上２．０ｅＶ以下がより好ましい。実施形態の第１太陽電池パネル１０は、単体でも変換効率に優れている。従って、実施形態の第１太陽電池パネル１０は、他の太陽電池パネルと積層させずに、単体の太陽電池として用いることも好ましい。光吸収層のバンドギャップは、透過率、反射率を測定し、吸収係数を求め、直接遷移、間接遷移型にあてはめ、フィッティングで求められる。

第１太陽電池パネル１０は、複数の第１太陽電池セルを含んだ複数の第１サブモジュール１１Ａを有する。複数の第１太陽電池セル１１は、第１方向を長手方向とする構造を有する。そして、第１サブモジュール１１Ａに含まれる第２方向に並んだ複数の第１太陽電池セル１１は電気的に直列に接続されている。そして、複数の第１サブモジュール１１Ａは、電気的に並列に接続される。第１太陽電池セル１１を直列と並列に接続した構成を採用することによって、太陽電池モジュール１００の変換効率を高めることができる。かかる目的のために、実施形態の第１太陽電池パネル１０では、第１太陽電池セル１１のセル数、セルサイズと第１太陽電池パネル１０の出力電圧が調整される。

図２の模式図に第１太陽電池パネル１０の模式図を示す。第１サブモジュール１１Ａの一つを破線で囲っている。図３に図２の模式図に示す第１太陽電池パネル１０を回路的に示した模式図を示す。図２、図３の模式図において、第１太陽電池セル１１を連結する細線は、第１太陽電池セル１１を直列に接続する電気配線である。また、図２、図３の模式図において、第１太陽電池セル１１を連結する太線は、第１太陽電池セル１１を並列に接続する電気配線である。図２、３では、３つの太陽電池セル１１を直列に接続した第１サブモジュール１１Ａを３つ並列に接続した構成である。図２、３の模式図では、第１サブモジュール１１Ａの極性が互い違いになるように第１太陽電池セル１１が配置されているが、第１サブモジュール１１Ａの電気極性がそろうように第１太陽電池セル１１を配置し、さらに、並列接続用の配線を設けてもよい。

（第２太陽電池パネル）
第２太陽電池パネル２０は、太陽電池モジュール１００のボトム側、つまり、光入射側とは反対側に存在するパネルである。第２太陽電池パネル２０は、ナローバンドギャップな光吸収層を有する太陽電池セルを複数有する。ナローバンドギャップな光吸収層としては、例えば、化合物半導体又はＧｅが挙げられる。ナローバンドギャップな光吸収層のバンドギャップは、１．４ｅＶ未満であり、０．７ｅＶ以上１．４ｅＶ未満が好ましく、０．７ｅＶ以上１．２ｅＶ以下がより好ましい。実施形態の第２太陽電池パネル２０は、単体でも変換効率に優れている。従って、実施形態の第２太陽電池パネル２０は、他の太陽電池パネルと積層させずに、単体の太陽電池として用いることも好ましい。

第２太陽電池パネル２０は、複数の第１太陽電池セルを含んだ複数の第１サブモジュール１１Ａを有する。複数の第２太陽電池セル２１は、第１方向を長手方向とする構造を有する。そして、第２サブモジュール２１Ａに含まれる第２方向に並んだ複数の第２太陽電池セル２１が電気的に直列に接続されている。そして、複数の第２サブモジュールは、電気的に並列に接続される。第２太陽電池セル２１を直列と並列に接続した構成を採用し、第１太陽電池パネル１０の出力電圧と第２太陽電池パネル２０の出力電圧を調整することによって、太陽電池モジュール１００の変換効率を高めることができる。かかる目的のために、実施形態の第２太陽電池パネル２０では、第２太陽電池セル２１のセル数、セルサイズと第２太陽電池パネル２０の出力電圧が調整される。

図４の模式図に第２太陽電池パネル２０の模式図を示す。第２サブモジュール２１Ａの一つを破線で囲っている。図５に図４の模式図に示す第２太陽電池パネル２０を回路的に示した模式図を示す。図４、図５の模式図において、第２太陽電池セル２１を連結する細線は、第２太陽電池セル２１を直列に接続する電気配線である。また、図４、図５の模式図において、第２太陽電池セル２１を連結する太線は、第１太陽電池セル２１を並列に接続する電気配線である。図４、５では、６つの太陽電池セル２１を直列に接続した第２サブモジュール２１Ａを２つ並列に接続した構成である。図４、５の模式図では、第２サブモジュール２１Ａの極性が互い違いになるように第２太陽電池セル２１が配置されているが、第２サブモジュール２１Ａの電気極性がそろうように第２太陽電池セル２１を配置し、さらに、並列接続用の配線を設けてもよい。

以下、太陽電池セルの接続形態についてより詳細に説明する。第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０を並列に接続することから、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の出力電圧差は小さいことが好ましい。そこで、複数の第１太陽電池セル１１を電気的に直列に接続し、かつ、複数の第２太陽電池セル２１を電気的に直列に接続することが好ましい。太陽電池セルの直列接続数を変えることによって、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の出力電圧を合わせることができる。第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の出力電圧の差は、２．０Ｖ以下が好ましい。出力電圧の差が小さければ小さいほど、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０を電気的に並列に接続した際に、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の出力電圧差によるロスが少なく好ましい。従って、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の出力電圧の差は、１．５Ｖ以下や１．０Ｖ以下がより好ましく、０．５Ｖ以下がさらにより好ましい。第１太陽電池パネル１０の最大出力点と第２太陽電池パネル２０の最大出力点の電圧の差が、２．０Ｖ以下が好ましく、１．５Ｖ以下や１．０Ｖ以下が好ましく、０．５Ｖ以下がより好ましい。

太陽電池セルの開放電圧を考慮してすべての太陽電池セルを電気的に直列で接続して、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の出力電圧差を減らすことはできる。しかし、第１太陽電池パネル１０の第１太陽電池セル１１は、上部側と下部側の両電極を透明電極にする必要がある。透明電極は金属電極に比べて抵抗が大きい。そのため、第１太陽電池セル１１も第２太陽電池セル２１も電気的に直列に接続しただけでは、セル数が少なく、セルの面積が大きくなる。すると、セル中の透明電極の抵抗が大きくなり、太陽電池セルの変換効率は低下してしまう。

また、透明電極の抵抗を考慮して第１太陽電池セル１１の第２方向の幅を調整し、これらをすべて直列に接続すると第２太陽電池パネル２０との出力電圧が合わなくなってしまう。また、例えば、第１太陽電池パネル１０が１つの太陽電池セルで構成されると第２太陽電池パネル１０との発電電圧差が大きく異なってしまう。

そこで、上述のように、太陽電池セルを電気的に直列に接続したサブモジュールを電気的に並列に接続することによって、第１太陽電池セル１１と第２太陽電池セル２１の変換効率を高め、かつ、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の出力電圧差を小さくすることが好ましい。かかる構成にすることによって、まず、変換効率に優るように太陽電池セルの大きさとなるように太陽電池セルの数（範囲）が調整され、この数の条件で、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の出力電圧が同じもしくは近くなるように第１太陽電池セル１０の直列数と並列数及び第２太陽電池セル２１の直列数と並列数を選択する。第１太陽電池セル１１のセル数をＮ_１、開放電圧をＶｏｃ_１、直列数をＳ_１、並列数をＰ_１とし、第２太陽電池セル２１のセル数をＮ_２、開放電圧をＶｏｃ_２、直列数をＳ_２、並列数をＰ_２とするとき、Ｎ_１＝Ｓ_１×Ｐ_１、Ｎ_２＝Ｓ_２×Ｐ_２、０．９≦（Ｖｏｃ_１×Ｓ_１）／（Ｖｏｃ_２×Ｓ_２）≦１．１を満たすことが好ましい。

太陽電池セルを電気的に直列に接続したサブモジュールを電気的に並列に接続することによって、高い第１太陽電池パネルと第２太陽電池パネル２０を電気的に並列に接続しても電力ロスが少ないため、変換効率の高い太陽電池モジュール１００を得ることができる。第１太陽電池パネル１０及び第２太陽電池パネル２０において、複数のサブモジュールの並列数は、２以上１０以下が好ましい。並列数が少ないと、１つの太陽電池セル１１あたりの透明電極の面積が大きく、透明電極に起因する抵抗増加によって発電効率が低下してしまう。また、並列数が多すぎると、パネル中の太陽電池セル１１の数が多くなり、配線等の非発電領域が増加して、発電効率が低下してしまう。なお、この並列数は、第１の太陽電池パネル１０の大きさ、その要求特性によって適宜設定される。例えば、第１の太陽電池パネル１０が大きくなれば、並列数は前述の並列数より増加する場合がある。

各第１サブモジュール１１Ａに含まれる第１太陽電池セル１０の直列接続数と各第２サブモジュールに含まれる第２太陽電池セル２０の直列接続数は異なることが好ましい。直列数を変えることによって、第1太陽電池パネル１０の出力電圧と第２太陽電池パネル２０の出力電圧の差を小さくすることができる。第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０は、それぞれ異なるバンドギャップの光吸収層を有しているため、それぞれの太陽電池セルの開放電圧が異なる。実施形態の太陽電池モジュール１００は、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０を並列に接続しているため、両パネルの動作電圧に差があると、並列接続されて出力される電力は、およそ低い方の電圧になってしまい、電圧の差の分だけ電力ロスが生じてしまう。従って、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０では、同じ直列数の接続構造を採用すると太陽電池セルの開放電圧の違いによって、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の出力電圧に大きな差が生じてしまう。太陽電池パネルの出力電圧は、太陽電池セルの開放電圧とその直列数と関係する。第１太陽電池セル１１と第２太陽電池セル２１の開放電圧は異なることから、第１サブモジュール１１Ａに含まれる第１太陽電池セルの直列接続数と第２サブモジュール２１Ａに含まれる第２太陽電池セル２０の直列接続数は異なることが好ましい。

ここで、第１太陽電池セル１１の光吸収層にＶｏｃ（開放電圧）が０．９５ＶであるＣＧＳ（Ｃｕ_０．９５ＧａＳｅ_１．９５Ｓ_０．０５）を用いた第１太陽電池パネル１０と、第２太陽電池セル２１の光吸収層にＶｏｃが０．７１Ｖである多結晶ＣＩＧＳ（Ｃｕ_０．９３Ｇａ_０．３Ｉｎ_０．７Ｓｅ_２）を用いた第２太陽電池パネル２０を積層させた太陽電池モジュール１００を例に説明する。

光吸収層にＣＧＳＳを用いた第１太陽電池セル１１の数は１６８個である。第１太陽電池セル１１を４２個電気的に直列に接続し、接続した第１サブモジュール１１Ａを４つ構成させる。４つの第１サブモジュール１１Ａを電気的に並列に接続する。Ｖｏｃが０．９５ＶのＣＧＳＳを用いているためＶｏｃが３９．９Ｖの第１太陽電池パネル１０となる。第２太陽電池パネル２０は、第１太陽電池パネル１０のＶｏｃ３９．９Ｖに合わせる。光吸収層にＣＩＧＳを用いた第２太陽電池セル２１の数は１６８（１８３）個である。第２太陽電池セル２１を５６（６１）個電気的に直列に接続し、接続した第２サブモジュール２１Ａを３つ構成させる。３つの第２サブモジュール２１Ａを電気的に並列に接続する。Ｖｏｃが０．７１（単体値、第１太陽電池パネル１０載せた後のＶｏｃは０．６６Ｖに変化）ＶのＣＩＧＳを用いているためＶｏｃが３９．８（単体値、第１太陽電池パネル１０載せた後のＶｏｃは４０．３Ｖに変化）Ｖの第２太陽電池パネル２０となる。得られる第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０のＶｏｃが非常に近いため、それぞれのパネルの出力電圧も近くなり、太陽電池モジュール１００の変換効率が向上する。一般的にはトップパネルを載せたときのボトムパネルのＶｏｃ、ＦＦなどを鑑みて、最大出力時のＶｏｃの差が小さくなるように設定した方が良い。

（第２実施形態）
第２実施形態の太陽電池モジュールは、２以上の太陽電池パネルを積層させた構造を有する。２つ以上の太陽電池パネルは電気的に並列に接続されている。図６の斜視概念図に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１０１は、第１太陽電池パネル１０と、第２太陽電池パネル２０とを有する。第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０は、第３方向に積層されている。第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０は、電気的に並列に接続される。第１太陽電池パネル１０には、第１太陽電池パネル１０中の第１太陽電池セル１１を含んだ第１サブモジュール１１Ａを並列に接続する第１バスバー１２を有する。第２太陽電池パネル２０には、第２太陽電池パネル２０中の第２太陽電池セル２１を含んだ第２サブモジュール２１Ａを並列に接続する第２バスバー２２を有する。第１実施形態と第２実施形態で共通する説明については省略する。

（バスバー）
第１バスバー１２は、第１太陽電池セル１１を含んだ複数の第１サブモジュール１１Ａを第２方向に並列接続させる金属板、金属箔などの導電性材料で構成される。図７の模式図に第２実施形態の第１太陽電池パネル１０の模式図を示す。第１バスバー１２は第１方向に延びる金属配線である。第１バスバー１２は、第１太陽電池パネル１０の第２方向に並んで配置される。第１バスバー１２は、第１太陽電池パネル１０の両端と、複数の第１サブモジュール１１Ａの間に配置される。

第２バスバー２２は、第２太陽電池セル２１を含んだ複数の第２サブモジュール２１Ａを第２方向に並列接続させる金属板である。図８の模式図に第２実施形態の第２太陽電池パネル２０の模式図を示す。第２バスバー２２は第１方向に延びる金属配線である。第２バスバー２２は、第２太陽電池パネル２０の第２方向に並んで配置される。第２バスバー１２は、第２太陽電池パネル２０の両端と、複数の第２サブモジュール２１Ａの間に配置される。

第１バスバー１２及び第２バスバー２２に使用される金属は特に限定されるものではない。例えば、第１バスバー１２及び第２バスバー２２は、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｕ、Ａｇ、ＭｏとＷなどのうちのいずれか１種以上の金属を含む配線であることが好ましい。第１バスバー１２及び第２バスバー２２の幅は、１ｍｍ以上５ｍｍ以下が好ましい。第１バスバー１２及び第２バスバー２２が細すぎると集電の際に抵抗となってしまい好ましくない。また、第１バスバー１２及び第２バスバー２２が設けられた部分は非発電領域である。そのため、第１バスバー１２及び第２バスバー２２の配線が太すぎると発電量が低下してしまうため好ましくない。また、第１バスバー１２及び第２バスバー２２の高さは、特に制限は無いが、高すぎると配線しにくくなるため２ｍｍ以下や１ｍｍ以下であることが好ましい。第１バスバー１２及び第２バスバー２２の高さなど、太陽電池モジュールの分析は、上面観察及び断面観察によって行える。必要に応じて元素分析を行う。

図９及び図１０に、太陽電池モジュール１００の断面模式図を示す。図９の模式図には、第１太陽電池セル１１を有する第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池セル２１を有する第２太陽電池パネル２０が存在する。図９の模式図に示す第１太陽電池パネル１０は、第１バスバー１２と、基板１３、第１電極１４、光吸収層１５、バッファー層１６、第２電極１７を含む複数の第１太陽電池セル１１を含む。図９の模式図に示す第２太陽電池パネル２０は、第２バスバー２２と、基板２３、第１電極２４、光吸収層２５、バッファー層２６、第２電極２７を含む複数の第２太陽電池セル２１を含む。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３は、パターン１、２、３による切断の側面を表している。図９は、サブストレート型の基板構成を例示しているが、第１太陽電池パネル１０も第２太陽電池パネル２０も、スーパーストレート型の基板構成を採用してもよい。スーパーストレート型の基板構成を採用すると、基板１３が受光面側の強化ガラスを担うことができ、太陽電池パネル１００の軽量化につながる。サブストレート型の基板構成であれば、作製後に、必要に応じて樹脂被覆し、反転させて第２太陽電池パネル２０と積層してもよい。

図９は、（Ａ）、（Ｂ）と（Ｃ）の３パターンの模式図を表している。図９（Ａ）は、第１太陽電池セル１１の第１電極１４上に第１バスバー１２を、第２太陽電池セル２１の第１電極２４条に第２バスバー２２を設けた形態である。第１太陽電池セル１１の第１電極１４は、第１バスバー１２と基板１３の間に存在し、第２太陽電池セル２１の第１電極２４は、第２バスバー２２と基板２３の間に存在する。

図９（Ｂ）は、第１太陽電池セル１１の第２電極１７上に第１バスバー１２を設けた形態であり、第２電極１７は、第１バスバー１２と光吸収層１５の間に存在する。また、第２太陽電池セル２１の第２電極２７上に第２バスバー２２を設けた形態であり、第２電極２７は、第２バスバー２２と光吸収層２５の間に存在する。

図９（Ｃ）は、第１太陽電池セル１１の基板１３上に第１バスバー１２を設けた形態であり、第１バスバー１２は、基板１３と第１電極１４の間に存在する。また、第２太陽電池セル２１の基板２３上に第２バスバー２２を設けた形態であり、第２バスバー２２は、基板２３と第１電極２４の間に存在する。図９（Ｃ）の模式図の第１バスバー１２及び第２バスバー２２の両端には、Ｐ４の切断側面が存在している。バスバー１２と第２電極１７が並列な配線でもよければ、Ｐ４の切断断面を形成しなくてもよい。図９（Ａ）、（Ｂ）と（Ｃ）の模式図に示す形態においても第１バスバー１２を中心に第１太陽電池セル１１は対称に配置され、第２バスバー２２を中心に第２サブモジュールの極性が互い違いになるように、第２太陽電池セル２１は対称に配置されている。また、図９においては、第１太陽電池セル１１及び第２太陽電池セル２１が露出しているが、これを例えば樹脂で被覆することが好ましい。

図１０は、（Ａ）、（Ｂ）と（Ｃ）の３パターンの模式図を表している。図１０の模式図では、第２太陽電池パネル２０は省略表示している。図１０（Ａ）、（Ｂ）と（Ｃ）の模式図に示す形態では、第１サブモジュールの極性が揃うように、第１太陽電池セル１１の極性が同一方向になるように配置される。図１０（Ａ）は、図左側の第１サブモジュール１１Ａの第１電極１４上と、図右側の第１サブモジュール１１Ａの第２電極１７上にバスバー１２をそれぞれ１本ずつ設けた形態である。２つのバスバー１２は、第３方向に少なくとも一部重なっている。第１電極１４上のバスバー１２の極性と第２電極１７上のバスバー１２の極性は、異なる。絶縁膜１８は、樹脂やＳｉＯ_２等であり、２つのバスバー１２を絶縁している。図１０（Ｂ）は、図左側の第１サブモジュール１１Ａの第１電極１４上と、絶縁膜１８上にバスバー１２をそれぞれ１本ずつ設けた形態である。絶縁膜１８上のバスバー１２は、図右側の第１サブモジュール１１Ａの第１電極１４と接続している。２つのバスバー１２は、第３方向に少なくとも一部重なっている。第１電極１４上のバスバー１２の極性と絶縁膜１８上のバスバー１２は、異なる極性である。図１０（Ｃ）は、図左側の第１サブモジュール１１Ａの第１電極１４上と、図右側の第１サブモジュール１１Ａの第１電極１４上にバスバー１２をそれぞれ１本ずつ設けた形態である。２つのバスバー１２は、第２方向に並んで配置されている。図左側の第１サブモジュール１１Ａの第１電極１４上のバスバー１２の極性と図右側の第１サブモジュール１１Ａの第１電極１４上のバスバー１２の極性は、異なる。また、図１０においては、第１太陽電池セル１１が露出しているが、これを例えば樹脂で被覆することが好ましい。

（基板）
実施形態の基板１３、２３としては、ソーダライムガラスを用いることが望ましく、石英、白板ガラス、化学強化ガラスなどガラス全般あるいはポリイミド、アクリル等の樹脂を用いることもできる。

（第１電極）
実施形態の第１太陽電池セル１１の第１電極１４は、第１太陽電池セル１０の電極である。第１電極１４は、例えば、基板１３上に形成された半導体膜を含む透明電極である。第１電極１４は、基板１３と光吸収層１５の間に存在する。第１電極１４には、薄い金属膜が含まれていてもよい。第１電極１４としては、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ：Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）を少なくとも含む半導体膜を用いることができる。光吸収層１５側のＩＴＯ上には、ＳｎＯ_２、ＴｉＯ_２、キャリアドープされたＺｎＯ：Ｇａ、ＺｎＯ：Ａｌなどの酸化物を含む層を積層してもよい。基板１３側から光吸収層１５側にＩＴＯとＳｎＯ_２を積層したものでもよいし、基板１３側から光吸収層１５側にＩＴＯ、ＳｎＯ_２とＴｉＯ_２を積層したものなどでもよい。第１電極１４の光吸収層と接する層は、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２とＴｉＯ_２のうちのいずれかの酸化物層であることが好ましい。また、基板１３とＩＴＯの間にＳｉＯ_２等の酸化物を含む層をさらに設けても良い。第１電極１４は基板１３にスパッタするなどして製膜することができる。第１電極１４の膜厚は、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。実施形態の太陽電池を多接合型の太陽電池に用いる場合は、実施形態の太陽電池はトップセル側やミドルセル側に存在して、第１電極１４は透光性のある半導体膜であることが好ましい。第２太陽電池セル２１の第１電極２４は、第１太陽電池セル１１の第１電極１４と同じでもよいし、ＭｏやＷなどの金属膜でもよい。

（光吸収層）
実施形態の第１太陽電池セル１１の光吸収層１５は、化合物半導体、ペロブスカイト型化合物、酸化物透明半導体とアモルファスシリコンのうちのいずれか１種以上の層である。光吸収層１５は、バッファー層１６とｐｎ接合を形成する層である。光吸収層１５がｐ型であれば、バッファー層はｎ型であり、光吸収層１５がｎ型であれば、バッファー層１６はｐ型である。光吸収層１５は、第１電極１４とバッファー層１６との間に存在する。光吸収層１５がホモ接合型である場合、バッファー層１６を省略してもよい。

光吸収層１５は、例えばＣｕＧａＳｅ_２、Ｃｕ（Ａｌ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２、ＣｕＧａ（Ｓ，Ｓｅ）_２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２といったカルコパイライト構造を有する化合物半導体層やＣｄＴｅ、（Ｃｄ，Ｚｎ，Ｍｇ）（Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓ）や（Ｉｎ，Ｇａ）_２（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）_３などの化合物半導体層を光吸収層として用いることができる。光吸収層１５の膜厚は、例えば、８００ｎｍ以上３０００ｎｍ以下である。

光吸収層１５は、Ｃｕ_２Ｏなどの酸化物透明半導体を用いることが好ましい。

元素の組み合わせにより、バンドギャップの大きさを目的とする値に調節しやすくすることができる。目的とするバンドギャップの値とは、例えば１．０ｅＶ以上２．７ｅＶ以下である。

トップセル側の光吸収層１５のバンドギャップを広げることで、ボトムセル側の第２太陽電池での発電量が増加する観点からトップセル側の光吸収層１５のバンドギャップ値は大きいことが好ましい。より大きなバンドギャップを有する光吸収層１５としては、Ｃｕ_２Ｏ、（Ｃｄ，Ｚｎ，Ｍｇ）（Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓ）や（Ｉｎ，Ｇａ）_２（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）_３などが光吸収層１５に好適である。

光吸収層１５は、他にも、ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＸ_３（Ｘは少なくとも１種以上のハロゲン）で表されるペロブスカイト型化合物やアモルファスシリコンの層を用いることができる。

実施形態の第２太陽電池セル２１の光吸収層２５は、化合物半導体、酸化物透明半導体、ペロブスカイト型化合物やＧｅを含む化合物のうちのいずれか１種を用いた層であることが好ましい。化合物半導体としては、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２、ＣｕＩｎＴｅ_２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ａｌ）Ｓｅ_２、Ａｇ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２で表されるカルコパイライト構造を有する化合物半導体や、他にもＣＺＴＳ（Ｃｕ_２ＺｎＳｎＳ_４）やＣＺＴＳＳ（Ｃｕ_２ＺｎＳｎＳｅ_４−ｘＳ_ｘ）やで表されるケステライト構造又はスタンナイト構造を有する化合物半導体層が挙げられる。酸化物透明半導体としては、ＣｕＯなどが挙げられる。ペロブスカイト型化合物としては、ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＸ_３（Ｘは少なくとも１種以上のハロゲン）が挙げられる。第２太陽電池セル２１の光吸収層２５は、化合物等の組成以外は、第１太陽電池セル２１の光吸収層１５と共通する。第２太陽電池セル２１の光吸収層２５は、第１太陽電池セル１１の光吸収層１５よりもバンドギャップが狭い。

（バッファー層）
実施形態のバッファー層１６、２６は、ｎ型又はｐ型の半導体層である。バッファー層１６、２６は、光吸収層１５、２５と第２電極１７、２７との間に存在する。バッファー層１６、２６は、光吸収層１５、２５の第１電極１４、２４側を向いた面とは反対側の面と物理的に接した層である。そして、バッファー層１６、２６は、光吸収層１５、２５とヘテロ接合する層である。バッファー層１６、２６は、高い開放電圧の太陽電池セルを得ることのできるようにフェルミ準位が制御されたｎ型半導体又はｐ型半導体が好ましい。

光吸収層１５、２５がカルコパイライト型化合物、ケステライト型化合物又はスタナイト型化合物である場合、バッファー層１６、２６は、例えば、Ｚｎ_１−ｙＭ_ｙＯ_１−ｘＳ_ｘ、Ｚｎ_{１−ｙ−ｚ}Ｍｇ_ｚＭ_ｙＯ、ＺｎＯ_１−ｘＳ_ｘ、Ｚｎ_１−ｚＭｇ_ｚＯ（ＭはＢ、Ａｌ、Ｉｎ及びＧａからなる群から選ばれる少なくとも１つの元素）や、ＣｄＳなどを用いることができる。バッファー層１６、２６の厚さは、２ｎｍ以上８００ｎｍ以下であることが好ましい。バッファー層１６、２６は、例えば、スパッタやＣＢＤ（化学溶液析出法）によって製膜される。バッファー層１６６、２６をＣＢＤで製膜する場合、例えば、水溶液中で金属塩（例えばＣｄＳＯ_４）、硫化物（チオウレア）と錯化剤（アンモニア）を化学反応により、光吸収層１５、２５上に形成できる。光吸収層１５にＣｕＧａＳｅ_２層、ＡｇＧａＳｅ_２層、ＣｕＧａＡｌＳｅ_２層、ＣｕＧａ（Ｓｅ，Ｓ）_２層などＩＩＩｂ族元素にＩｎを含まないカルコパイライト型化合物を用いた場合、バッファー層１６、２６としては、ＣｄＳが好ましい。

光吸収層２５がＧｅである場合、バッファー層２６は、例えば、ＺｎＯ_Ｘを用いることが好ましい。

光吸収層１５がペロブスカイト型化合物である場合、バッファー層１６は、いわゆるコンパクト層と呼ばれるｎ型の層である。コンパクト層としては、酸化チタン、酸化亜鉛と酸化ガリウムなどの中から選ばれる１種以上の酸化物の層であることが好ましい。

光吸収層１５がアモルファスシリコンである場合、バッファー層１６は、ワイドギャップで性質の近いアモルファスのＳｉＣ：Ｈなどが望ましい。

（酸化物層）
実施形態の酸化物層は、バッファー層１６、２６と第２電極１７、２７の間に設けることが好ましい薄膜である。酸化物層は、Ｚｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ、ＺｎＯ_１−ｙＳ_ｙとＺｎ_１−ｘＭｇ_ｘＯ_１−ｙＳ_ｙ（０≦ｘ，ｙ＜１）のいずれかの化合物を含む薄膜である。酸化物層は、第２電極１７、２７側を向いたバッファー層１６、２６の面のすべてを覆っていない形態でもよい。例えば、第２電極１７側のバッファー層１６、２６の面の５０％を覆っていればよい。ほかの候補として、ＡｌＯ_Ｚ、ＳｉＯ_Ｚ、ＳｉＮ_Ｚやウルツ型のＡｌＮやＧａＮ、ＢｅＯなども挙げられる。酸化物層の体積抵抗率は、１Ωｃｍ以上であると光吸収層１５内に存在する可能性のある低抵抗成分に由来するリーク電流を抑えることが可能になるという利点がある。なお、実施形態では、酸化物層を省略することができる。これらの酸化物層は、酸化物粒子層であり、酸化物層中には多数の空隙を有することが好ましい。中間層は、上記の化合物や物性に限定されるものではなく、太陽電池の変換効率向上等に寄与する層であればよい。中間層は、物性の異なる複数の層であってもよい。

（第２電極）
実施形態の第２電極１７、２７は太陽光のような光を透過し尚且つ導電性を有する電極膜である。第２電極１７、２７は、中間層やバッファー層１６、２６の光吸収層１５側を向いた面とは反対側の面と物理的に接している。第２電極１７、２７と第１電極１４の間に、接合した光吸収層１５、２５とバッファー層１６、２６が存在する。第２電極１７、２７は、例えば、Ａｒ雰囲気中でスパッタリングを行なって製膜される。第２電極１７、２７は、例えば、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を２ｗｔ％含有したＺｎＯターゲットを用いたＺｎＯ：Ａｌ或いはジボランまたはトリエチルボロンからのＢをドーパントとしたＺｎＯ：Ｂを用いることができる。

（第３電極）
実施形態の第３電極は、第１太陽電池セル１１や第２太陽電池セル２１の電極であって、第２電極上の光吸収層１５、２５側とは反対側に形成された金属膜である。第３電極としては、ＮｉやＡｌ等の導電性の金属膜を用いることができる。第３電極の膜厚は、例えば、２００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下である。また、第２電極１７、２７の抵抗値が低く、直列抵抗成分が無視できるほどの場合等には、第３電極を省いても構わない。

（反射防止膜）
実施形態の反射防止膜は、光吸収層１５、２５へ光を導入しやすくするための膜であって、第２電極１７、２８上又は第３電極上の光吸収層１５、２５側とは反対側に形成されている。第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の間に反射防止膜を設けることが好ましい。反射防止膜としては、例えば、ＭｇＦ_２やＳｉＯ_２を用いることが望ましい。なお、実施形態において、反射防止膜を省くことができる。各層の屈折率に応じて膜厚を調整する必要があるが、７０−１３０ｎｍ（８０−１２０ｎｍ）蒸着することが好ましい。なお、反射防止膜の代わりに、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の間に、短波長を反射し、長波長を透過させるようなダイクロックミラーを設けることも好ましい。ダイクロックミラーを設けるとトップセル側の光吸収層を薄くすることができる点で、好ましい。

第１太陽電池セル１１の作製方法とパターン１、２、３による切断の側面Ｐ１、Ｐ２，Ｐ３について簡単に説明する。基板１３上に、第１電極１４を製膜し、第１電極１４にスクライブを行い、Ｐ１の断面が形成される。続いて、光吸収層１５、バッファー層１６を製膜する。光吸収層１５は、Ｐ１の断面にも形成される。光吸収層１５とバッファー層１６にスクライブを行いＰ２の断面が形成される。続いて、バッファー層１６上に第２電極１７を形成する。第２電極１７は、Ｐ２の断面にも形成される。そして、光吸収層１５、バッファー層１６と第２電極１７にスクライブを行うと、Ｐ３の断面が形成される。そして、直列に接続した第１太陽電池セル１１を得る。バスバー１２は、第１電極１４の製膜前に基板上に形成してもよいし、Ｐ３の断面形成のスクライブ処理前後に形成してもよい。第２太陽電池セル２１の作製方法及びパターン１、２、３は、第１太陽電池セル２１の作製方法及びパターン１、２、３と共通する。

第１太陽電池セル１１の第１電極１４及び第２電極１７は両方とも光を透過させる透明電極であるため、金属膜の電極と比較すると抵抗が高い傾向がある。そのため、第１電極１４及び第２電極１７の面積が大きいと電極の高抵抗の影響が顕著になってしまう。太陽電池パネルは、小さいものでも１２００ｍｍｘ６００ｍｍ程度であり、大きいものは、１６００ｍｍｘ１０００ｍｍ程度ある。太陽電池パネル１０は大面積であるため、直列接続させただけでは、第１太陽電池セル１１の１つあたりの第１電極１４及び第２電極１７も同様に大面積となってしまう。実施形態では、サブモジュールを電気的に並列に接続することで、透明電極の面積も下げることができる。透明電極の面積を小さくすると、その分、サブモジュールの並列接続数も増加し、非発電領域が増加してしまう。そこで、透明電極の面積を小さくしすぎるのは好ましくない。また、セルで発電した電気は太陽電池セルの第２方向である幅方向（短手方向）を流れる。従って、透明電極の幅方向の距離を短くすることで透明電極の抵抗の影響を緩和することができる。これらのことから、第１電極１４、２４の幅、第２電極１７、２７の幅、又は、第１電極１４、２４及び第２電極１７、２７の幅は、３ｍｍ以上１５ｍｍ以下が好ましく、３．３ｍｍ以上８ｍｍ以下がより好ましく、３．５ｍｍ以上８ｍｍ以下がより好ましい。なお、第１電極１４、２４幅は、第１電極１４、２４の基板１３、２４を向く面の第２方向の距離である。同様に、第２電極１７、２７の幅は、第２電極１７、２７の基板１３、２３を向く面の第２方向の距離である。

（第３実施形態）
第３実施形態の太陽電池モジュールは、複数の第１太陽電池セルを含んだ複数の第１サブモジュールがバスバーで電気的に接続した第１太陽電池パネルと、第１太陽電池パネルと積層し、複数の第２太陽電池セルを含んだ複数の第２サブモジュールがバスバーで電気的に接続した第２太陽電池パネルを有する第２太陽電池パネルを有する。２つの太陽電池パネルは、電気的に並列に接続されていることが好ましい。図１１に第３実施形態の第１太陽電池パネル２０の模式図を、図１２に第３実施形態の第２太陽電池パネル２０の模式図を示す。図１１と図１２のパネルは同じ大きさの長方形状である。第１サブモジュール１１Ａの長手方向は、第１サブモジュール１１Ａ中の第１太陽電池セルの長手方向と同じ方向である。第２サブモジュール２１Ａの長手方向は、第２サブモジュール２１Ａ中の第２太陽電池セルの長手方向と同じである。

図１１の第１太陽電池パネル１０には、第１方向を長手方向とする第１サブモジュール１１Ａが配列している。第１サブモジュールの１１Ａの間と両端には第１バスバー１２が接続し、第１サブモジュール１１Ａで発電した電力が第１バスバー１２で取り出される構成となっている。なお、図１１の模式図では、３つの第１サブモジュール１１Ａが第１バスバー１２で電気的に並列に接続された組が複数示されている。第１サブモジュール１１Ａの数などは、パネルの大きさや形状に応じて適宜選択することができる。

図１２の第２太陽電池パネル２０には、第２方向を長手方向とする第２サブモジュール２１Ａが配列している。第２サブモジュールの２１Ａの間と両端には第２バスバー２２が接続し、第２サブモジュール２１Ａで発電した電力が第２バスバー２２で取り出される構成となっている。図１２中の破線で囲った領域は、第１太陽電池パネル１０に対して垂直に光が照射されたときに、第１バスバー１２によって生じた影が第２太陽電池パネル２０を覆う領域２８を表している。なお、図１２の模式図では、２つの第２サブモジュール２１Ａが第２バスバー２２で電気的に並列に接続された組が複数示されている。第２サブモジュール２１Ａの数などは、パネルの大きさや形状に応じて適宜選択することができる。

第１太陽電池パネル１０の第１バスバー１２は、第２太陽電池パネル２０の第２太陽電池セル２１の短手方向にまたぐように存在する。従って、すべての第２太陽電池セル２１の影になる領域２８は、概ね等しくなる。第２太陽電池セル２１の影になる領域２８の面積部分が非発電領域となる。各第２太陽電池セル２１の非発電領域が等しいと、第２太陽電池パネル２０での発電への影響を少なくすることができる。例えば、第１バスバー１２によって生じた影が、第２太陽電池セル２１の一つを完全に覆ってしまうと、その第２太陽電池セル２１の発電量は、０になってしまい、その発電量が０の第２太陽電池セル２１を直列に接続したサブモジュールの発電量も０になってしまう。しかし、第１のバスバー１２によって生じる影が、第２太陽電池セル２１を部分的に均等に覆うと、すべての第２太陽電池セル２１において、同程度に発電量が低下するため、第２サブモジュール２１Ａの発電量は、影となった領域の面積分だけが低下する。サブモジュールの大きさや向きが揃っておらずバスバー１２の向きが揃っていなくても、第１バスバー１２が第２太陽電池セル２１の影になりにくい。第２太陽電池パネル２０の発電領域への光の到達を多くするように第１太陽電池パネル１０を構成することができる。かかる構成においても、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の発電電圧を揃えて、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０を並列に低損失に接続することができる。

（第４実施形態）
第４実施形態の太陽電池モジュールは、複数の第１太陽電池セルを含んだ複数の第１サブモジュールがバスバーで電気的に接続した第１太陽電池パネルと、第１太陽電池パネルと積層した第２太陽電池パネルを有する。第４実施形態の太陽電池モジュールは、第３実施形態の太陽電池モジュールの変形例である。２つの太陽電池パネルは、電気的に並列に接続されていることが好ましい。図１３に第４実施形態の第１太陽電池パネル２０の模式図を、図１４に第４実施形態の第２太陽電池パネル２０の模式図を示す。図１３と図１４のパネルは同じ大きさの多角形の形状である。屋根などに太陽電池モジュールを配置する場合、配置する領域が長方形でない場合、本実施形態のモジュールを利用することで、太陽電池モジュールの設置面積（有効面積）を効率よく拡大することができる。

第４実施形態の太陽電池モジュールは、パネルの形状とサブモジュールの配置又は構成が異なること以外は、第３実施形態の太陽電池モジュールと共通する。

パネル形状が多角形であると、第３実施形態と同じように各パネルにおいて、一方向を長手方向となるようにサブモジュールを配置すると、サブモジュールがパネルから一部はみ出てしまうか、非発電領域が増えてしまい、効率よく太陽電池セル（サブモジュール）を配置することができない。そこで、パネル形状が多角形など、長方形以外のとき、図１３と図１４の模式図に示すようにサブモジュールの配置と構成を変えることで、効率よくサブモジュールをパネルに配置することができる。

図１３の模式図に示す第１太陽電池パネル１０では、図面のパネル右側の第１方向を長手方向とする３つの第１サブモジュール１１Ａ１と、図面のパネル左の第２方向を長手方向とする３つの第１サブモジュール１１Ａ２を組み合わせることで、多角形の形状とサブモジュールの配置を合わせている。３つのサブモジュールは電気的に並列に接続している。並列に接続した３つの第１サブモジュール１１Ａの縦横比が異なっている。第１サブモジュール１１Ａの大きさ、縦横比、配置方向、数、位置のうちのいずれかを調整することによって、パネルの形状に合わせた第１サブモジュールの１１Ａの配置が可能となる。

図１４の模式図に示す第２太陽電池パネル２０では、図面のパネル右側の第２方向を長手方向とする２つの第２サブモジュール２１Ａ１と、図面のパネル左側の第１方向を長手方向とする２つの第２サブモジュール２１Ａ２を組み合わせることで、多角形の形状とサブモジュールの配置を合わせている。２つのサブモジュールは電気的に並列に接続している。並列に接続した２つの第２サブモジュール２１Ａの縦横比が異なっている。第２サブモジュール２１Ａの大きさ、縦横比、配置方向、数、位置のうちのいずれかを調整することによって、パネルの形状に合わせた第２サブモジュールの２１Ａの配置が可能となる。

図１３と図１４の太陽電池パネルを重ね合わせても第３実施形態と同様に第１太陽電池パネル１０のバスバー１２は、第２太陽電池パネル２０の第２太陽電池セル２１での発電量減少への影響を抑えている。サブモジュールの向きが揃っておらずバスバー１２の向きが揃っていなくても、バスバー１２が第２太陽電池セル２１の影になりにくい。第２太陽電池パネル２０の発電領域への光の到達を多くするように第１太陽電池パネル１０を構成することができる。かかる構成においても、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０の発電電圧を揃えて、第１太陽電池パネル１０と第２太陽電池パネル２０を並列に低損失に接続することができる。

（第５実施形態）
実施形態の太陽電池モジュール１００、１０１（第３実施形態、第４実施形態含む）は、第３実施形態の太陽光発電システムにおいて、発電を行う発電機として用いることができる。実施形態の太陽光発電システムは、太陽電池モジュールを用いて発電を行うものであって、具体的には、発電を行う太陽電池モジュールと、発電した電気を電力変換する手段と、発電した電気をためる蓄電手段又は発電した電気を消費する負荷とを有する。図１５に実施形態の太陽光発電システム２００の構成概念図を示す。図１５の太陽光発電システムは、太陽電池モジュール２０１（１００、１０１、１０２）と、コンバーター２０２と、蓄電池２０３と、負荷２０４とを有する。蓄電池２０３と負荷２０４は、どちらか一方を省略しても良い。負荷２０４は、蓄電池２０３に蓄えられた電気エネルギーを利用することもできる構成にしてもよい。コンバーター２０２は、ＤＣ−ＤＣコンバーター、ＤＣ−ＡＣコンバーター、ＡＣ−ＡＣコンバーターなど変圧や直流交流変換などの電力変換を行う回路又は素子を含む装置である。コンバーター２０２の構成は、発電電圧、蓄電池２０３や負荷２０４の構成に応じて好適な構成を採用すればよい。

受光した太陽電池モジュール２０１に含まれる太陽電池セルが発電し、その電気エネルギーは、コンバーター２０２で変換され、蓄電池２０３で蓄えられるか、負荷２０４で消費される。太陽電池モジュール２０１には、太陽電池モジュール２０１を常に太陽に向けるための太陽光追尾駆動装置を設けたり、太陽光を集光する集光体を設けたり、発電効率を向上させるための装置等を付加することが好ましい。

太陽光発電システム２００は、住居、商業施設や工場などの不動産に用いられたり、車両、航空機や電子機器などの動産に用いられたりすることが好ましい。実施形態の変換効率に優れた光電変換素子を太陽電池モジュール２０１に用いることで、発電量の増加が期待される。

以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
実施例１は、第１太陽電池パネルの第１太陽電池セルの光吸収層にＣｕ_０．９５ＧａＳｅ_１．８２Ｓ_０．１８を用い、第２太陽電池パネルの第２太陽電池セルの光吸収層にＣｕ_０．９５Ｉｎ_０．７Ｇａ_０．３Ｓｅ_２を用いる。第１太陽電池パネルと第２太陽電池パネルは、第１方向に１６５０ｍｍで第２方向に９９１ｍｍ大きさである。第１太陽電池セルは、すべて同じ４．５ｍｍ幅で、第２方向に２１６列設けられている。７２のセルを電気的に直列に接続し３つの第１サブモジュールが形成されている。３つの第１サブモジュールの間と両端には３ｍｍのバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池セルは、すべて同じ３．５ｍｍ幅で、第２方向に２７６列設けられている。１３８のセルを電気的に直列に接続し２つの第２サブモジュールが形成されている。２つの第２サブモジュールの間と両端には３ｍｍのバスバーを計３本設け、電気的に並列に接続する。

まず、第１太陽電池パネルと第２太陽電池パネルについて別々に、Ｊｓｃ、Ｖｏｃ、変換効率を求め、続けて、第１太陽電池パネルと第２太陽電池パネルを積層して、電気的に並列に接続した太陽電池モジュールの変換効率を求める。他の実施例及び比較例の結果もまとめて表１に示す。

（比較例１）
第１太陽電池セルは、すべて同じ４．５ｍｍ幅で、第２方向に２１６列設けられている。２１６のセルを電気的に直列に接続し１つの第１サブモジュールが形成されている。パネル両端にバスバーを設け、第１太陽電池セルを電気的に直列に接続する。第２太陽電池セルは、すべて同じ３．５ｍｍ幅で、第２方向に２７６列設けられている。２７６のセルを電気的に直列に接続し１つの第２サブモジュールが形成されている。パネル両端にはバスバーを設け、第２太陽電池セルを電気的に直列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（比較例２）
第１太陽電池セルは、すべて同じ１３．６ｍｍ幅で、第２方向に７２列設けられている。７２のセルを電気的に直列に接続し１つの第１サブモジュールが形成されている。パネル両端にバスバーを設け、第１太陽電池セルを電気的に直列に接続する。第２太陽電池セルは、すべて同じ７．０ｍｍ幅で、第２方向に１３８列設けられている。１３８のセルを電気的に直列に接続し１つの第２サブモジュールが形成されている。パネル両端にはバスバーを設け、第２太陽電池セルを電気的に直列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例２）
第１太陽電池セルは、すべて同じ６．１ｍｍ幅で、第２方向に１５９列設けられている。５３のセルを電気的に直列に接続し３つの第１サブモジュールが形成されている。３つの第１サブモジュールの間と両端にバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池セルは、すべて同じ４．８ｍｍ幅で、第２方向に２００列設けられている。１００のセルを電気的に直列に接続し２つの第２サブモジュールが形成されている。２つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計３本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例３）
第１太陽電池セルは、すべて同じ８．４ｍｍ幅で、第２方向に１１５列設けられている。２３のセルを電気的に直列に接続し５つの第１サブモジュールが形成されている。５つの第１サブモジュールの間と両端にバスバーを計６本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池セルは、すべて同じ１１ｍｍ幅で、第２方向に８８列設けられている。４４のセルを電気的に直列に接続し２つの第２サブモジュールが形成されている。２つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計３本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例４）
第１太陽電池セルは、すべて同じ８．４ｍｍ幅で、第２方向に１１５列設けられている。２３のセルを電気的に直列に接続し５つの第１サブモジュールが形成されている。５つの第１サブモジュールの間と両端にバスバーを計６本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池セルは、すべて同じ７．４ｍｍ幅で、第２方向に１３２列設けられている。４４のセルを電気的に直列に接続し３つの第２サブモジュールが形成されている。３つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例５）
第１太陽電池セルは、すべて同じ１３ｍｍ幅で、第２方向に７５列設けられている。２５のセルを電気的に直列に接続し３つの第１サブモジュールが形成されている。３つの第１サブモジュールの間と両端にバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池セルは、すべて同じ６．９ｍｍ幅で、第２方向に１４１列設けられている。４７のセルを電気的に直列に接続し３つの第２サブモジュールが形成されている。３つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例６）
第１太陽電池セルは、すべて同じ１４ｍｍ幅で、第２方向に６９列設けられている。２３のセルを電気的に直列に接続し３つの第１サブモジュールが形成されている。３つの第１サブモジュールの間と両端にバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池セルは、すべて同じ７．４ｍｍ幅で、第２方向に１３２列設けられている。４４のセルを電気的に直列に接続し３つの第２サブモジュールが形成されている。３つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例７）
第１太陽電池セルは、すべて同じ１５ｍｍ幅で、第２方向に６３列設けられている。２１のセルを電気的に直列に接続し３つの第１サブモジュールが形成されている。３つの第１サブモジュールの間と両端にバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池セルは、すべて同じ８．１ｍｍ幅で、第２方向に１２０列設けられている。４０のセルを電気的に直列に接続し３つの第２サブモジュールが形成されている。３つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例８）
第１太陽電池パネルの第１太陽電池セルの光吸収層にＣｕ_0.95ＧａＳｅ_２を用いる。第１太陽電池セルは、すべて同じ５．４ｍ幅で、第２方向に１８０列設けられている。６０のセルを電気的に直列に接続し３つの第１サブモジュールが形成されている。３つの第１サブモジュールの間と両端にはバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池パネルの第２太陽電池セルの光吸収層にＣｕ_０．９６Ｉｎ_０．59Ｇａ_０．41Ｓｅ_２を用いる。第２太陽電池セルは、すべて同じ５．９ｍｍ幅で、第２方向に１６４列設けられている。８２のセルを電気的に直列に接続し２つの第２サブモジュールが形成されている。２つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計３本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。（トップセルがある状態で第２太陽電池セルのＶｏｃは０．７０５）

（実施例９）
第１太陽電池パネルの第１太陽電池セルの光吸収層にＣｕ_0.95ＧａＳｅ_２を用いる。第１太陽電池セルは、すべて同じ６．１ｍｍ幅で、第２方向に１６０列設けられている。８０のセルを電気的に直列に接続し２つの第１サブモジュールが形成されている。２つの第１サブモジュールの間と両端にはバスバーを計３本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池パネルの第２太陽電池セルの光吸収層にＣｕ_０．９６Ｉｎ_０．59Ｇａ_０．41Ｓｅ_２を用いる。第２太陽電池セルは、すべて同じ４．５ｍｍ幅で、第２方向に２１６列設けられている。１０８のセルを電気的に直列に接続し２つの第２サブモジュールが形成されている。２つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計３本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例１０）
第１太陽電池パネルの第１太陽電池セルの光吸収層にペロブスカイト化合物として、ＣＨ_３ＮＨ_３Ｐｂ（Ｉ，Ｃｌ）_３を用いる。第１太陽電池セルは、すべて同じ８．１ｍｍ幅で、第２方向に１２０列設けられている。４０のセルを電気的に直列に接続し３つの第１サブモジュールが形成されている。３つの第１サブモジュールの間と両端にはバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池パネルの第２太陽電池セルの光吸収層にＣｕ_０．９６Ｉｎ_０．５９Ｇａ_０．４１Ｓｅ_２を用いる。第２太陽電池セルは、すべて同じ７．８ｍｍ幅で、第２方向に１２４列設けられている。６２のセルを電気的に直列に接続し２つの第２サブモジュールが形成されている。２つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計３本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例１１）
第１太陽電池パネルの第１太陽電池セルの光吸収層にアモルファスシリコンを用いる。第１太陽電池セルは、すべて同じ８．１ｍｍ幅で、第２方向に１２０列設けられている。４０のセルを電気的に直列に接続し３つの第１サブモジュールが形成されている。３つの第１サブモジュールの間と両端にはバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池パネルの第２太陽電池セルの光吸収層にＣｕ_０．９６Ｉｎ_０．５９Ｇａ_０．４１Ｓｅ_２を用いる。第２太陽電池セルは、すべて同じ６．２ｍｍ幅で、第２方向に１５６列設けられている。５２のセルを電気的に直列に接続し３つの第２サブモジュールが形成されている。３つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例１２）
第１太陽電池パネルの第１太陽電池セルの光吸収層にアモルファスシリコンを用いる。第１太陽電池セルは、すべて同じ８．１ｍｍ幅で、第２方向に１２０列設けられている。４０のセルを電気的に直列に接続し３つの第１サブモジュールが形成されている。３つの第１サブモジュールの間と両端にはバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池パネルの第２太陽電池セルの光吸収層にＣｕ_０．９６Ｉｎ_０．５９Ｇａ_０．４１Ｓｅ_２を用いる。第２太陽電池セルは、すべて同じ９．４ｍｍ幅で、第２方向に１０４列設けられている。５２のセルを電気的に直列に接続し２つの第２サブモジュールが形成されている。２つの第２サブモジュールの間と両端にはバスバーを計３本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

（実施例１３）
第１太陽電池パネルの第１太陽電池セルの光吸収層にアモルファスシリコンを用いる。第１太陽電池セルは、すべて同じ８．１ｍｍ幅で、第２方向に１２０列設けられている。４０のセルを電気的に直列に接続し３つの第１サブモジュールが形成されている。３つの第１サブモジュールの間と両端にはバスバーを計４本設け、電気的に並列に接続する。第２太陽電池パネルの第２太陽電池セルの光吸収層にＣｕ_１．８７Ｚｎ_１．０２Ｓｎ_０．９９Ｓｅ_０．０７Ｓ_３．９３を用いる。第２太陽電池セルは、すべて同じ６．８ｍｍ幅で、第２方向に１４４列設けられている。７２のセルを電気的に直列に接続し２つの第２サブモジュールが形成されている。２つの第２サブモジュール群の間と両端にはバスバーを計３本設け、電気的に並列に接続する。これらのこと以外は、実施例１と同じである。

第１と第２の並列数を最適な値にすることで、効率が高くなる。
無理に同じ並列数にしようとして、スクライブ幅を広くすると単体の効率が下がる。そのため、合計の効率（出力）が下がってしまう。

また、第１太陽電池セルの光吸収層として、Ｃｕ_２Ｏ、（Ｃｄ，Ｚｎ，Ｍｇ）（Ｔｅ，Ｓｅ，Ｓ）や（Ｉｎ，Ｇａ）_２（Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ）_３といった太陽電池としては非常にワイドなバンドギャップを有する光吸収層を用いることで、ボトム側の第２太陽電池セルに光吸収層とのバンドギャップ差をより大きくすることができる。バンドギャップの差がより大きいほど第２太陽電池セルの光吸収層の発電に寄与する光が到達し発電量が増加する。このようなバンドギャップの差の大きな多接合型太陽電池を採用し、実施形態の接続形態を採用することで、ボトムセル側である第２太陽電池パネルでの発電量が増加し、多接合型太陽電池におけるさらなる発電量増加が期待される。 明細書中、元素の一部は元素記号のみで表している。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定解釈されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成することができる。例えば、変形例の様に異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。

１００、１０１、１０２…太陽電池、１０…第１太陽電池パネル、１１…第１太陽電池セル、１１Ａ…第１サブモジュール、１２…第１バスバー、１３…基板、１４…第１電極、１５…光吸収層、１６…バッファー層、１７…第２電極、１８…絶縁膜、２０…第２太陽電池パネル、２１…第２太陽電池セル、２１Ａ…第２サブモジュール、２２…第２バスバー、２３…基板、２４…第１電極、２５…光吸収層、２６…バッファー層、２７…第２電極、２８…影の領域、２００…太陽電池システム、２０１…太陽電池モジュール、２０２…コンバーター、２０３…蓄電池、２０４…負荷

Claims (9)

1. 複数の第１太陽電池セルを含んだ複数の第１サブモジュールを有する第１太陽電池パネルと、
   前記第１太陽電池パネルと積層し、複数の第２太陽電池セルを含んだ複数の第２サブモジュールを有する第２太陽電池パネルを有し、
   前記第１太陽電池パネルは、光入射側に存在し、
   前記第１太陽電池パネルと前記第２太陽電池パネルは電気的に接続し、
   前記複数の第１サブモジュールは、バスバーで電気的に接続され、
   前記複数の第２サブモジュールは、バスバーで電気的に接続され、
   前記第１太陽電池パネルは、１系統の電力出力端子を有し、
   前記第２太陽電池パネルは、１系統の電力出力端子を有する太陽電池モジュール。
2. 前記第１太陽電池パネルの前記電力出力端子と前記第２太陽電池パネルの前記電力出力端子が電気的に接続する請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第１太陽電池パネルと前記第２太陽電池パネルの出力電圧の差は、２．０Ｖ以下である請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記複数の第１太陽電池セルは、化合物半導体、ペロブスカイト型化合物、酸化物透明半導体とアモルファスシリコンのうちのいずれか１種以上を光吸収層に用いた請求項１ないし３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記複数の第２太陽電池セルは、化合物半導体、酸化物透明半導体、ペロブスカイト型化合物とＧｅを含む化合物のうちのいずれか１種を用いた光吸収層を有し、
   前記複数の第２太陽電池セルの光吸収層のバンドギャップは、前記複数の第１太陽電池セルの光吸収層よりもナローバンドギャップである請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記複数の第１太陽電池セルは、ペロブスカイト型化合物又は酸化物透明半導体を光吸収層に用いた請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記複数の第１太陽電池セルは、ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＸ_３（Ｘは少なくとも１種以上のハロゲン）で表されるペロブスカイト型化合物を光吸収層に用いた請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記複数の第１太陽電池セルは、Ｃｕ_２Ｏを光吸収層に用いた請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システム。
   
   
   

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