JP3186623U - 太さが異なるバスバー電極を有する太陽電池 - Google Patents
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Abstract
【課題】太陽電池の発電効率を向上させるための太いバスバー電極と細いバスバー電極を有する太陽電池を提供する。
【解決手段】電池本体、M本の第1のバスバー電極20、N本の第2のバスバー電極25及び複数のフィンガー電極30を含む太陽電池1において、電池本体は、光エネルギーを電気エネルギーに変換し複数の電荷を生成し、且つ中心線10cを有する。M本の第1のバスバー電極は、電池本体の正面に形成され、実質的に中心線に平行である。各N本の第2のバスバー電極は、電池本体の正面に形成され、第1のバスバー電極の隣接する2本の間に位置し、第2のバスバー電極の幅は、第1のバスバー電極の幅よりも小さい。フィンガー電極は、電池本体の正面に形成され、第1のバスバー電極及び第2のバスバー電極に電気的に接続される。フィンガー電極、第1のバスバー電極及び第2のバスバー電極は、電荷を収集して出力する。
【選択図】図1
【解決手段】電池本体、M本の第1のバスバー電極20、N本の第2のバスバー電極25及び複数のフィンガー電極30を含む太陽電池1において、電池本体は、光エネルギーを電気エネルギーに変換し複数の電荷を生成し、且つ中心線10cを有する。M本の第1のバスバー電極は、電池本体の正面に形成され、実質的に中心線に平行である。各N本の第2のバスバー電極は、電池本体の正面に形成され、第1のバスバー電極の隣接する2本の間に位置し、第2のバスバー電極の幅は、第1のバスバー電極の幅よりも小さい。フィンガー電極は、電池本体の正面に形成され、第1のバスバー電極及び第2のバスバー電極に電気的に接続される。フィンガー電極、第1のバスバー電極及び第2のバスバー電極は、電荷を収集して出力する。
【選択図】図1
Description
本考案は太陽電池に関し、特に、太いバスバー電極と細いバスバー電極を有する太陽電池に関する。
太陽電池はエネルギーを変換する光電素子であり、太陽光を照射した後、光エネルギーを電気エネルギーに変換し、この種の光電素子を太陽電池(Solar Cell)と称する。物理学の観点から、太陽光発電(Photovoltaic、略称PV)電池とも呼ばれる。
従来の太陽電池の製造方法は、先ず、シリコン基板を提供し、その後、シリコン基板上で化学気相成長(例えばPECVD)が行われて反射防止層を形成する。そして、パターンスクリーン印刷及び焼成(co-firing)を行うことで電極を反射防止層上に形成し、かつ電極が反射防止層を貫通してシリコン基板に電気的に接続する。
スクリーン印刷を行う際、使用する導電性ペーストは、銀ペーストとアルミニウムペーストに分けられ、銀ペーストは主に、電池の電極として用いられ、表裏両面のいずれも使用され、そして、アルミニウムペーストは、裏面に銀電極をシリコン基板にプリントした後、更にシリコン基板にプリントされ、焼成後、裏面電場として電池の効率を向上させる。銀ペーストのコストは、アルミニウムペーストよりも高い。
太陽電池は、遮光の面積が小さければ小さいほど、発電効率が高まる。しかし、従来のスクリーン印刷技術(スクリーンプリンター、網版及びペーストの制限を含む)の制限を受け、従来の太陽電池のフィンガー電極の幅はいずれも0.05mm以上にすることで、断線又は暗いフィンガーライン(broken or dark fingerlines)を避けるようにしており、エレクトロルミネッセンス画像及び発電の損失からこの点が知られている。このように、電荷収集、遮光面積の削減、断線又は暗いフィンガーライン(broken or dark fingerlines)を避けることを達成するために、従来において電極の幅及びピッチを調整するしかなかった。例えば、2本又は3本のバスバー電極を使用し、これら、バスバー電極の間のフィンガー電極上の各点において、バスバー電極の全長は依然として非常に長く、且つ断線又は暗いフィンガーラインが存在する時、全長は更に長くなり、太陽電池の効率の向上に不利となる。
本考案の目的は、太陽電池の発電効率を向上させるための太いバスバー電極と細いバスバー電極を有する太陽電池を提供することである。
上記目的を達成するため、本考案は、電池本体、M本の第1のバスバー電極、N本の第2のバスバー電極及び複数のフィンガー電極を含む太陽電池を提供する。電池本体は、光エネルギーを電気エネルギーに変換し複数の電荷を生成し、且つ電池本体の中央に位置する中心線を有する。M本の第1のバスバー電極は、電池本体の正面に形成され、実質的に中心線に平行し、Mは2以上の正の整数である。N本の第2のバスバー電極は、電池本体の正面に形成され、各第2のバスバー電極はM本の第1のバスバー電極の隣接する2本の間に位置し、第2のバスバー電極の幅は、第1のバスバー電極の幅よりも小さく、且つ第2のバスバー電極の幅は、0.05mmよりも小さく、0.02mm以上であり、Nは、1以上の正の整数である。複数のフィンガー電極は電池本体の正面に形成され、第1のバスバー電極及び第2のバスバー電極に電気的に接続される。フィンガー電極の幅は、0.05mmより小さく、且つ0.02mm以上である。フィンガー電極、第1のバスバー電極及び第2のバスバー電極は、電荷を収集して出力する。
本考案の上記実施形態により、電極の遮蔽面積を削減し、太陽電池の電荷及び電流を向上し、且つ、不良電極による悪影響を低下させ、太陽電池の発電効率を向上させることができる。
図1は、本考案の実施例に基づく太陽電池1の平面図である。図2は、本考案の実施例に基づく太陽電池1の底面図である。図3A及び図3Bは、それぞれ、図1の線3A−3A及び3B−3Bに沿った断面図である。図1から図3Bに示すように、本実施例の太陽電池1は、電池本体10、M本の第1のバスバー電極20(例えば、20L、20M、20R)、N本の第2のバスバー電極25(例えば、25L、25R)及び複数のフィンガー電極30を含む。太陽電池は、単結晶、多結晶又は薄膜型太陽電池であってもよい。
<実施例>
<実施例>
電池本体10は、光エネルギーを電気エネルギーに変換し複数の電荷を生成し、又、電池本体10の中央に位置する中心線10Cを含む。実施例において、中心線10Cは、電池本体10を二つに分ける対称線であってもよく、1本の仮想の線であり、非実体のカット線である。本実施例において、電池本体10は、基板11を含み、基板11は第1型半導体層11Aと第2型半導体層11Bを含む。例えば、P(又はN)型シリコン基板(第2型半導体層とする)を利用して、ドーピングにより上面にN(又はP)型半導体層(N(又はP)型半導体層とする)を形成してもよい。又は、様々な蒸着技術により、一層ごとにP型又はN型材料を成長させていくこともできる。更に、太陽電池1は、更に、基板11の第1型半導体層11A上に位置する反射防止層12を含み、これら第1のバスバー電極20と第2のバスバー電極25及びこれらフィンガー電極30が反射防止層12を貫通して第1型半導体層11Aに電気的に接続する。反射防止層12は反射を防止する効果を有し、反射防止層12に入射する光を反射させず、光線の使用率を向上させる。
M本の第1のバスバー電極20L、20M、20Rは、電池本体10の正面10Aに形成され、実質的に中心線10Cに平行し、Mは2以上の正の整数である。本実施例において、Mは3である。
N本の第2のバスバー電極25L、25Rは、電池本体10の正面10Aに形成され、各N本の第2バスバー電極25L、25Rは、M本の第1のバスバー電極20L、20M、20Rの隣接する2本の間に位置する。第2のバスバー電極25L、25Rの幅は、第1のバスバー電極20L、20M、20Rの幅より小さい。よって、太陽電池1は、太さが異なるバスバー電極20と25を有する。この他、第2のバスバー電極25L、25Rの幅は、0.05mmより小さく且つ0.02mm以上であり、0.05mmより小さく且つ0.03mm以上が好ましく、Nは1以上の正の整数である。本実施例において、Nは2である。又、隣接するこれら第1のバスバー電極20の間に、1本の第2のバスバー電極25が配置される。
複数のフィンガー電極30は、電池本体10の正面10Aに形成され、M本の第1のバスバー電極20L、20M、20R及びN本の第2のバスバー電極25L、25Rに電気的に接続される。複数のフィンガー電極、M本の第1のバスバー電極20L、20M、20R及びN本の第2のバスバー電極25L、25Rは、複数の電荷を取集し出力する。フィンガー電極30の幅は0.05mmより小さく、0.02mm以上である。よって、フィンガー電極30と第2のバスバー電極25の幅は同一に設計されることができる。フィンガー電極30は、電池本体10の正面10Aに形成され、3本の第1のバスバー電極20に電気的に接続される。フィンガー電極30と第1のバスバー電極20との間の夾角は90度である。当然、視覚的効果又はその他の効果を向上させるために90度に設計しなくてもよい。複数のフィンガー電極30、3本の第1のバスバー電極20及び2本の第2バスバー電極25は複数の電荷を収集して出力する。本実施例において、第1のバスバー電極20はメインバスバー電極と称することもでき、第2のバスバー電極25は、補助バスバー電極と称することもできる。
太陽電池1は、更に、3本の裏面電極40及び裏面金属層50を含んでもよい。裏面電極40は、電池本体10の裏面10Bに形成され、第2型半導体層11Bに電気的に接続される。裏面金属層50は、電池本体10の裏面10Bに形成され、これら裏面電極40は、裏面金属層50を貫通して、第2型半導体層11Bに電気的に接続される。これら裏面電極40は、それぞれこれら第1のバスバー電極20と第2のバスバー電極25に電池本体10を介して背中合わせする。このような配置のメリットは、複数の太陽電池を直列又は並列に接続する際に、一枚の太陽電池の正面の第1のバスバー電極をもう一枚の太陽電池の裏面の裏面電極に合わせることができる。
太陽電池1は、更に、電池本体10の正面10Aに形成され、これら第1のバスバー電極20と第2のバスバー電極25とこれらフィンガー電極30とを囲み且つ電気的に接続される周辺電極60を有することができ、電荷の収集及び伝送に有利である。本実施例において、図1に示すように、周辺電極60は電池本体10の周辺にほぼ平行され、これによって、一部の周辺電極60は第1のバスバー電極20と第2のバスバー電極25に平行され、他の一部の周辺電極60は第1のバスバー電極20と第2のバスバー電極25に垂直するようになる。
特に、図1の線3B−3Bは第1のバスバー電極20と第2のバスバー電極25及び周辺電極60を切断しているが、フィンガー電極30を切断していない。そして、図1の線3A−3Aは第1のバスバー電極20、第2のバスバー電極25、周辺電極60及びフィンガー電極30を切断している。よって、図示のように、図3Aと図3Bはわずかに異なる。
以下において、図面を参照にして、太陽電池のその他の変化の方法を説明する。図4A〜図4Hは、本考案の実施例に基づく太陽電池のその他の実施例の平面図である。
図4Aに示すように、本実施例は図1の実施例に類似する。異なる箇所は、本実施例の隣接する第1のバスバー電極20の間に複数の第2バスバー電極25、例えば、2本の第2のバスバー電極25Lと2本の第2のバスバー電極25Rを配置したことである。これら第2のバスバー電極25は相互に平行する。このような配置のメリットは、フィンガー電極30上の電荷を第1のバスバー電極20及び第2のバスバー電極25へ伝送するルートを多様化させることであり、製造工程におけるフィンガー電極30が断線することによる悪影響を減少させることができる。
図4Bに示すように、本実施例は、図1の実施例に類似する。異なる箇所は、本実施例において、隣接するこれら第1のバスバー電極20の間に、複数の第2のバスバー電極25を配置し、且つこれら第2のバスバー電極25は、例えば、2本の交錯する第2のバスバー電極25L及び交錯する2本の第2バスバー電極25Rのように、相互に交錯する。このように配置するメリットは、フィンガー電極30上の電荷を第1のバスバー電極20及び第2のバスバー電極25へ伝送するルートを多様化させることであり、製造工程におけるフィンガー電極30が断線することによる悪影響を減少することができる。
図4Cに示すように、本実施例は、図1の実施例に類似する。異なる箇所は、本実施例において、2本の第1のバスバー電極20、例えば、20Lと20Rのみを有するものの、2本の第2のバスバー電極25、例えば、25Lと25Rを有する。このような配置のメリットは、第2のバスバー電極25により第1のバスバー電極20の不足を補償し、2本のメインバスバー電極20の配置による発電効率を達成することができる。
図4Dに示すように、本実施例は、図1の実施例に類似する。異なる箇所は、本実施例において、隣接するこれら第1のバスバー電極20の間に複数の第2のバスバー電極25を配置することである。これら第2のバスバー電極25は相互に交錯し、且つこれら第1のバスバー電極20に直接接続される。このような配置のメリットは、第2のバスバー電極25を利用して第1のバスバー電極20を全体的に接続し、電荷の伝送ルートを多様化させ、不良なフィンガー電極30の影響を削減することができる。
図4Eに示すように、本実施例は、図4Cの実施例に類似する。異なる箇所は、本実施例の第2のバスバー電極25は相互に交錯していることである。これにより図4Bの実施例に類似する効果が達成できる。
図4Fに示すように、本実施例は、図4Cの実施例に類似する。異なる箇所は、本実施例の第2バスバー電極25は相互に平行するが、第1のバスバー電極20に平行しない。これにより設計者は多様に選択できる。
図4Gに示すように、本実施例は、図4Aの実施例に類似する。異なる箇所は、第2のバスバー電極25L1/25L2/25R1/25R2の図面が虚線であることである。第2のバスバー電極25L1/25L2の虚線にとって、虚線の各線分25L1D/25L2Dが隣接するこれらフィンガー電極30の間に接続する。更に、これら第2のバスバー電極25のこれら線分25L1Dと25L2Dは相互にずれている。つまり第1のバスバー電極20Lと20Mとの間であり、隣接する2本のフィンガー電極30の間に一つの線分25L1D/25L2Dだけが接続される。
図4Hに示すように、本実施例は、図4Gの実施例に類似し、異なる箇所は、左半分の第2のバスバー電極25L1と25L2のピッチが小さく、のこぎり状の線状構造を形成していることである。更に、右半分の第2のバスバー電極25R1と25R2の接続方法も変化しており、つまり、一部の隣接するこれらフィンガー電極30の間に、第2のバスバー電極25の虚線の線分が存在しない。これにより、隣接するフィンガー電極30の接続媒介が、順に(25R1D)-->(無し)-->(25R2D)となり、これにより、電極の遮蔽効果を削減して、電荷の伝送効果に大幅な影響を与えない。
以上の第2のバスバー電極25の各パターンの配置は単に説明のために実施例を挙げたに過ぎず、本考案の範囲を制限するものではない。これら第2のバスバー電極25の幅は全て同一であってもよく、又、当然、相互に異なる、又は一部が異なってもよい。これら第2のバスバー電極25は、相互に平行、又は、第1のバスバー電極20に平行、又は、相互に平行しない、又は第1のバスバー電極20に平行しなくてもよい。これら第2のバスバー電極25の間隔は同一又は同一でなくてもよい。これら第2のバスバー電極25のパターンは、直線、円弧またはその他の曲線であってもよい。バスバー電極20又は25は、中心線10Cに対して対称を呈する又は対称を呈さなくてもよい。以上の様々な変化は従来技術に比較して、いずれも遮光面積を減少できるため、電流及び発電効率を向上させることができる。これら第2のバスバー電極25の製造は、一回の印刷又は複数回の印刷により、高いアスペクト比(aspect ratio)及び低抵抗の狭いフィンガー電極を生成することができる。
図4Iに示すように、本実施例は、図1の実施例に類似する。異なる箇所は本実施例の第2のバスバー電極25Rは虚線であり且つ第1のバスバー電極20L、20M、20Rに平行ではないことである。更に、第1のバスバー電極20L、20Rの外側にそれぞれ追加の第2のバスバー電極25R1、25L1を有する。即ち、第1のバスバー電極20Rは、隣接する第2のバスバー電極25Rと25R1の間に位置し、第1のバスバー電極20Lは隣接する第2のバスバー電極25Lと25L1の間に位置する。このように、いずれも本考案の効果が達成できる。
図4Jに示すように、本実施例は、図1の実施例に類似する。異なる箇所は、本実施例の第2のバスバー電極25R/25Lが複数の連続しないXパターン25Xを含むことであり、Xパターンは二つの交差する線分を含む。二つの交差する線分の四つの端点25X4は、それぞれこれらフィンガー電極30の4つの端点に接続される。図4Jの上半分の第2のバスバー電極25Lと25RのXパターン25Xは、いずれも2本のフィンガー電極30に接続される。つまり、重なる状態になっている。図4Jの下半分の第2のバスバー電極25Lと25RのXパターン25Xは、2本のフィンガー電極30に接続されない。つまり、交錯状態になっている。更に、第2のバスバー電極25L/25Rは、不連続の二つのYパターン25YYを含む。二つのYパターン25YYは、ともに接続され且つ4つの端点25Y4を有する二つのYパターンを含む。4つの端点25Y4は、それぞれこれらフィンガー電極30の4つの端点に接続される。同様に、二つのYパターン25YYは重なった状態又は交錯状態の配列でもよい。特に、図4Jは、単に、第2のバスバー電極25L/25Rの可能な配置を例に挙げて説明したに過ぎず、このような配置に制限されるものではない。例えば、太陽電池1の全体において全てXパターン25Xの配置を採用してもよいし、全て二つのYパターン25YYの配置を採用してもよく、必要に応じて調整でき制限されない。実施例において、Xパターン25Xと二つのYパターン25YYの水平における長さ(2g)はフィンガー電極30の間隔g(又はピッチg)の2倍である。
本考案者はデュポン社(Du Pont)のPV17FとPV18Xシリーズ及びHeraeus 9600が本考案の概念に必要な電極ペーストを提供できることが分かった。第2のバスバー電極を設けることで、一旦断線又は暗いフィンガー電極30が形成された場合、バイパスルートを提供することにより付近の第1のバスバー電極に接続することができる。これにより電荷の収集効率を提供して電流及び発電効率を向上させることができる。
図5は、本考案に基づく太陽電池モジュール100の一部が接続した状態を示す図である。図5に示すように、本考案は、複数の上述したような太陽電池1及び複数の導電帯(Ribbon)70を含む太陽電池モジュール100を提供する。導電帯70の数量は、溶接するバスバー電極20の数量又は裏面電極40の数量により決定される。これら導電帯70は、これら太陽電池1のうちの一枚のバスバー電極20をそれぞれ太陽電池1のうちの別の一枚の裏面電極40に接続させる。これら導電帯70はそれぞれ、バスバー電極20及び裏面電極40に溶接される。第2のバスバー電極25については、導電帯70に溶接しなくてもよいが、必要に応じて導電帯70に溶接することもできる。
本考案の上記実施例により、別の電極の配置方法を提供することができ、電極の遮蔽面積を削減することができ、太陽電池の電荷及び電流を向上させ、又、不良な電極構成による悪影響を低下させることにより、太陽エネルギーの発電効率を向上させることができる。
g:ピッチ
1:太陽電池
3A-3A、3B-3B:線
10:電池本体
10A:正面
10B:裏面
10C:中心線
11:基板
11A:第1型半導体層
11B:第2型半導体層
12:反射防止層
20、20L、20M、20R:第1のバスバー電極
25、25L、25R、25L1、25L2、25R1、25R2:第2のバスバー電極
25L1D、25L2D:線分
25X:Xパターン
25X4:端点
25Y:Yパターン
25YY:二つのYパターン
25Y4:端点
30:フィンガー電極
40:裏面電極
50:裏面金属層
60:周辺電極
70:導電帯
100:太陽電池モジュール
1:太陽電池
3A-3A、3B-3B:線
10:電池本体
10A:正面
10B:裏面
10C:中心線
11:基板
11A:第1型半導体層
11B:第2型半導体層
12:反射防止層
20、20L、20M、20R:第1のバスバー電極
25、25L、25R、25L1、25L2、25R1、25R2:第2のバスバー電極
25L1D、25L2D:線分
25X:Xパターン
25X4:端点
25Y:Yパターン
25YY:二つのYパターン
25Y4:端点
30:フィンガー電極
40:裏面電極
50:裏面金属層
60:周辺電極
70:導電帯
100:太陽電池モジュール
Claims (14)
- 太陽電池において、
電池本体、M本の第1のバスバー電極、N本の第2のバスバー電極及び複数のフィンガー電極を含み、
前記電池本体は、光エネルギーを電気エネルギーに変換して複数の電荷を生成し、且つ前記電池本体の中央に位置する中心線を有し、
前記M本の第1のバスバー電極は、前記電池本体の正面に形成され、前記中心線と平行になり、Mは2以上の正の整数であり、
前記N本の第2のバスバー電極は、前記電池本体の前記正面に形成され、各前記N本の第2のバスバー電極は、前記M本の第1のバスバー電極の隣接する2本の間に位置し、前記第2のバスバー電極の幅は、前記第1のバスバー電極の幅よりも小さく、且つ前記第2のバスバー電極の幅は、0.05mmよりも小さく、0.02mm以上であり、Nは、1以上の正の整数であり、
前記複数のフィンガー電極は、前記電池本体の前記正面に形成され、前記M本の第1のバスバー電極及び前記N本の第2のバスバー電極に電気的に接続され、各前記フィンガー電極の幅は、0.05mmより小さく、且つ0.02mm以上であり、
前記フィンガー電極、前記M本の第1のバスバー電極及び前記N本の第2のバスバー電極は、電荷を収集して出力することを特徴とする太陽電池。 - 前記電池本体は、基板を含み、前記基板は、第1型半導体層と第2型半導体層を含み、
且つ、前記太陽電池は、更に、
前記基板の第1型半導体層に位置し、前記第1のバスバー電極と前記第2のバスバー電極及び前記フィンガー電極が貫通して第1型半導体層に電気的に接続する反射防止層と、
前記電池本体の裏面に形成され、前記第2型半導体層に電気的に接続される複数の裏面電極と、
前記電池本体の前記裏面に形成され、前記裏面電極が貫通して前記第2型半導体層に電気的に接続される裏面金属層と、を含み、
そのうち、前記裏面電極は、それぞれ前記第1のバスバー電極及び前記第2のバスバー電極に前記電池本体を介して背中合わせすることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。 - 前記電池本体の前記正面に形成され、前記第1のバスバー電極と前記第2のバスバー電極と前記フィンガー電極を囲み且つ電気的に接続する周辺電極を更に含むことを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 隣接する前記第1のバスバー電極の間に1本の第2のバスバー電極が配置されることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 隣接する前記第1のバスバー電極の間に複数の第2のバスバー電極が配置され、前記第2のバスバー電極は相互に平行されることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 隣接する前記第1のバスバー電極の間に複数の第2のバスバー電極が配置され、前記第2のバスバー電極は相互に交錯することを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 隣接する前記第1のバスバー電極の間に複数の第2のバスバー電極が配置され、前記第2のバスバー電極は相互に交錯し、且つ前記第1のバスバー電極に直接接続されることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 前記第2のバスバー電極のパターンは虚線であり、前記虚線の各線分により隣接するこれらの前記フィンガー電極が互いに接続されることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 各前記第2のバスバー電極のパターンは虚線であり、前記虚線の各線分により隣接するこれらの前記フィンガー電極が互いに接続され、且つ前記第2のバスバー電極の前記線分は相互にずれていることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 一部の隣接する前記フィンガー電極の間に前記第2のバスバー電極の前記虚線の前記線分が存在しないことを特徴とする請求項9記載の太陽電池。
- 前記M本の第1のバスバー電極のうちの1本は、前記N本の第2のバスバー電極のうちの隣接する2本の間に位置することを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 前記N本の第2のバスバー電極のうちの1本は、前記M本の第1のバスバー電極に平行しないことを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 前記N本の第2のバスバー電極のうちの1本は、複数の不連続のXパターンを含み、前記Xパターンは、二つの交差する線分を含み、前記二つの交差する線分の4つの端点は、それぞれ前記フィンガー電極の4つの端点に接続されることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
- 前記N本の第2のバスバー電極のうちの1本は、不連続の二つのYパターンを含み、前記二つのYパターンは、二つのYパターンがともに接続し且つ4つの端点を有し、前記4つの端点はそれぞれ、前記フィンガー電極の4つの端点に接続されることを特徴とする請求項1記載の太陽電池。
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