JP3198443U - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】光電流の出力効率を向上させる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】出光面を有する透明板１００と、透明板に向けて設けられており、それぞれ、基板２１０と、基板の透明板側の表面に設けられ、数が５個以上である複数のメイングリッド電極２２０と、基板の透明板側の表面に設けられる反射防止層２３０と、を含む複数の太陽電池２００と、隣接する２つの太陽電池を接続するようにメイングリッド電極に接続され、メイングリッド電極に置かれる一部が、透明板に近接し且つ透明板の出光面と平行でない側面を有する半田ベルト３００と、を備える。半田ベルトの側面で反射した光の大部分が下の太陽電池に偏向して、太陽電池の集光量を増加することができる。【選択図】図２

Description

本考案は、太陽電池モジュールに関する。

石油エネルギーの日々の枯渇と環境保護の概念の発展につれて、現在、その代わりの新しいエネルギーの開発は、業界が努力して検討している目標となっている。開発に用いられる新しいエネルギーは、豊富な蓄積、容易に枯渇せず、安全、清潔、人間を脅かさず、また環境を破壊しない利点を有すべきである。例えば、太陽、風力、水力等の再生可能エネルギーの何れも上記条件に合致し、太陽による発電が省エネルギーと環境保護のメリットを更に兼ね備える。

太陽をエネルギーに転換する方式として、光起電力デバイス（ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ）とも呼ばれた太陽電池（ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ）を使用することができる。今の広く使用されている太陽電池は、光エネルギーを吸収する場合に光電流を発生させ、この光電流が太陽電池における電極により収集されて流れ出す。しかしながら、光電流の出力効率を向上させるために如何に太陽電池の構造を設計するかは、太陽技術の発展上の重要な課題となる。

本考案の一態様は、出光面を有する透明板と、透明板に向けて設けられており、それぞれ、基板と、基板の透明板に向ける表面に設けられ、数が５個以上である複数のメイングリッド電極と、基板の透明板に向ける表面に設けられる反射防止層と、を含む複数の太陽電池と、隣接する２つの太陽電池を接続するようにメイングリッド電極に接続され、メイングリッド電極に置かれる一部が、透明板に近接し且つ透明板の出光面と平行でない側面を有する半田ベルトと、を備える太陽電池モジュールを提供する。

１つ又は複数の実施形態において、半田ベルトは、メイングリッド電極に対して横になる円筒状のものである。

１つ又は複数の実施形態において、半田ベルトは、メイングリッド電極に隣接するように設けられる第１の部分と、第１の部分と透明板との間に位置し、側面を有し、透明板に近い方向に沿って次第に縮むバンプ状となる第２の部分と、を含む。

１つ又は複数の実施形態において、メイングリッド電極は、幅が約０．０１ｍｍ〜約０．５ｍｍである。

１つ又は複数の実施形態において、メイングリッド電極は、その間の間隔が約２ｍｍ〜約４０ｍｍである。

１つ又は複数の実施形態において、複数の太陽電池のそれぞれは、メイングリッド電極と交互にするように基板の透明板に向ける表面に設けられ、幅が約０．０１ｍｍ〜約０．０５ｍｍである複数の指状電極を含む。

１つ又は複数の実施形態において、指状電極は、間隔が約１ｍｍ〜約４０ｍｍである。

１つ又は複数の実施形態において、メイングリッド電極は、数が更に１００個以下である。

１つ又は複数の実施形態において、複数の太陽電池のそれぞれは、基板の透明板に反対する表面に設けられる複数の電極ストリップを更に備える。

１つ又は複数の実施形態において、太陽電池モジュールは、太陽電池と半田ベルトを覆うように透明板の下に設けられる光透過保護層を更に備える。

上記実施形態に係る太陽電池モジュールは、集光量とキャリアの収集効率を向上し、太陽電池におけるキャリアがメイングリッド電極に伝送する経路を短くすることができる。

本考案の一実施形態に係る太陽電池モジュールを示す上面図である。 図１の線分２−２に沿っている断面図である。 別の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。 図１の太陽電池モジュールを示す側面図である。 図１の太陽電池を示す下面図である。 本考案の別の実施形態に係る太陽電池を示す側面図である。

以下、図面で本考案の複数の実施形態を開示し、明らかに説明するために、数多くの実際の詳細を下記でまとめて説明する。しかしながら、理解すべきなのは、これらの実際の詳細が、本考案を制限するためのものではない。つまり、本考案の実施形態の一部において、これらの実際の詳細は、必須なものではない。また、図面を簡略化するために、ある従来慣用の構造及び素子は、図面において簡単で模式的に示される。

図１は、本考案の一実施形態に係る太陽電池モジュールを示す上面図である。図２は、図１の線分２−２に沿っている断面図である。図に示すように、太陽電池モジュールは、透明板１００と、複数の太陽電池２００と、半田ベルト３００と、を備える。透明板１００は、出光面１０２を有する。太陽電池２００は、透明板１００に向けて設けられる。複数の太陽電池２００のそれぞれは、基板２１０と、複数のメイングリッド電極（バスバー）２２０と、反射防止層２３０と、を含む。メイングリッド電極２２０は、基板２１０の透明板１００に向ける表面２１２に置かれる。メイングリッド電極２２０は、数が５個以上である。例えば、図１において、メイングリッド電極２２０は、数が５個である。ある実施形態において、メイングリッド電極２２０は、数が更に１００個以下である。反射防止層２３０は、基板２１０の透明板１００に向ける表面２１２に置かれる。半田ベルト３００は、隣接する２つの太陽電池２００を接続するようにメイングリッド電極２２０に接続される。メイングリッド電極２２０に置かれる半田ベルト３００の一部は、透明板１００に近接する側面３０２を有する。側面３０２と透明板１００との出光面１０２は、平行でない。

本実施形態において、透明板１００の出光面１０２は、太陽電池２００に向ける。光Ｌが透明板１００から太陽電池モジュールに入って、出光面１０２から透明板１００を離れた後、太陽電池２００に入る。次に、光Ｌが表面２１２（入光面とも呼ばれる）から太陽電池２００に入射した後、基板２１０において光電効果が発生して、光Ｌ（光エネルギー）が光電流（電気エネルギー）に変換される。その後、基板２１０には、基板２１０からメイングリッド電極２２０まで流れた後、メイングリッド電極２２０によって外部負荷まで流れ出すキャリアが発生される。また、図１において、太陽電池モジュールが２つの太陽電池２００を備えるが、本考案はこれに限定されない。他の実施形態において、太陽電池モジュールは、２つを超えた太陽電池２００を備えてもよく、また太陽電池２００がマトリックスに配列されてもよい。

本実施形態に係る太陽電池モジュールは、集光量とキャリアの収集効率を向上し、太陽電池２００におけるキャリアをメイングリッド電極２２０に伝送する経路を短くすることができる。具体的には、本実施形態において、側面３０２と透明板１００との出光面１０２は、平行でないため、光Ｌが出光面１０２から離れた後、半田ベルト３００に射られて反射されて、側面３０２の非平行の構造により光Ｌの反射経路が偏向して、光Ｌの大部分が下の太陽電池２００に偏向して、太陽電池２００の集光量が増加する。また、本実施形態に係る太陽電池２００が従来の太陽電池よりも多い５個以上のメイングリッド電極２２０を含むため、キャリアの収集効率が向上する。更に、メイングリッド電極２２０は、数が多くなるため、メイングリッド電極２２０の間の間隔ｄ１も従来の太陽電池の間隔より小さいので、キャリアがメイングリッド電極２２０へ流れる距離も短くなる。流れる距離が短くなると、太陽電池２００の抵抗も小さくなることを表すため、キャリアの収集効率も効果的に向上する。また、本実施形態に係るメイングリッド電極２２０は、例えばスクリーン印刷（Ｓｃｒｅｅｎ Ｐｒｉｎｔｉｎｇ）プロセスによって形成することができるため、従来の太陽電池と比べ、製作コストも増加しないし、プロセス工程も増加しない。

本実施形態において、半田ベルト３００は、横になってメイングリッド電極２２０に直接半田つけされた円筒状のものである。即ち、図２の断面視角から見ると、半田ベルト３００の断面が円状となるため、側面３０２が円弧状であり、出光面１０２から離れて側面３０２に直射した光Ｌを異なる角度に反射して、光Ｌが基板２１０の表面２１２に入射する可能性を増加する。

しかしながら、半田ベルト３００の構造は、図２に限定されない。図３を参照されたい。図３は、別の実施形態に係る半田ベルト３００とメイングリッド電極２２０との断面図である。本実施形態において、半田ベルト３００は、第１の部分３１０と、第２の部分３２０と、を含む。第１の部分３１０は、メイングリッド電極２２０に隣接するように設けられる。第２の部分３２０は、第１の部分３１０と透明板１００との間に位置する。第２の部分３２０は、側面３０２を有し、バンプ状となる。バンプは、透明板１００に近い方向に沿って次第に縮み、図３に示すように、第２の部分３２０のバンプの数が複数であってもよい。しかしながら、他の実施形態において、バンプの数はただ１個であってもよい。断面の視角から見ると、第２の部分３２０は、ジグザグ状や波状となってもよく、側面３０２は、第２の部分３２０の第１の部分３１０から離れた面である。また、第１の部分３１０のメイングリッド電極２２０に向ける表面３０４が平面であってもよく、半田ベルト３００とメイングリッド電極２２０との間に十分な接触面積を付与し、半田ベルト３００をメイングリッド電極２２０に接続する。

上記第１の部分３１０と第２の部分３２０とは一体成型構造であってもよく、接着層（図示せず）により接着されてなる分離する構造であってもよい。ある実施形態において、半田ベルト３００の材質が金属であってもよいため、上記構造は、金型成形により製作されてもよいが、半田ベルト３００が他の方法によって製作されてもよい。半田ベルト３００は、メイングリッド電極２２０との接続プロセス途中に変形しないように、（例えば、導電性ゴムにより）貼り合わせるようにメイングリッド電極２２０に接続され、又は二次半田付けによりモジュールをパッケージングしてもよい。

図２と図３を共に参照されたい。上記で挙げられた構造の何れも、光Ｌの反射経路を偏向する目的を達成し、光Ｌの基板２１０の表面２１２に入射する可能性を増加することができる。半田ベルト３００の構造は、上記に限定されない。基本的に、半田ベルト３００における側面３０２と透明板１００の出光面１０２とが平行でなければ、側面３０２が光Ｌの反射経路を偏向することができ、何れも本考案の範囲にある。

また、図２を参照されたい。本実施形態において、太陽電池モジュールは、太陽電池２００と半田ベルト３００を覆うように透明板１００の下に置かれる光透過保護層４００を更に備える。光透過保護層４００は、透明板１００と太陽電池２００との隙間を充填するのに用いる。ある実施形態において、光透過保護層４００は、液体状態で透明板１００と太陽電池２００との隙間に充填することができ、光透過保護層４００の加工温度の高過ぎによる半田ベルト３００の変形を避けるために、光透過保護層４００の加工温度が半田ベルト３００の融点より低くてもよい。

また、図１を参照されたい。本実施形態において、メイングリッド電極２２０は、幅Ｗ１が約０．０１ｍｍ〜約０．５ｍｍであるが、それらの間の間隔ｄ１が約２ｍｍ〜約４０ｍｍであり、即ち、キャリアはが水平に流れる最も長い距離が約１ｍｍ〜約２０ｍｍである。本実施形態に係るメイングリッド電極２２０の幅Ｗ１と間隔ｄ１に合わせると、メイングリッド電極２２０全体の基板２１０における被覆率が従来の太陽電池より小さい。被覆率の低減は、主に、メイングリッド電極２２０と基板２１０との接触面積が小さくなり、受光面積が多くなることを表すので、モジュールのワット数を向上することができる。また、メイングリッド電極２２０の被覆率が小さくなるため、メイングリッド電極２２０の使用量を減少し、メイングリッド電極２２０のコストと太陽電池２００全体の重量を低下させることに寄与する。メイングリッド電極２２０は、スクリーン印刷や接着によって基板２１０に形成された金属であってもよいが、本考案はこれに限定されない。また、半田ベルト３００の幅Ｗ２がメイングリッド電極２２０の幅Ｗ１に合わせることができ、基板２１０の表面２１２（図２に示すように）を遮蔽しないように、例えば、幅Ｗ２が幅Ｗ１以下であり、つまり、幅Ｗ２が約０．０１ｍｍ〜約０．５ｍｍである。

図２を参照されたい。本実施形態において、基板２１０は、第１の半導体層２１６と、第２の半導体層２１８と、を含んでもよい。第２の半導体層２１８は、メイングリッド電極２２０と第１の半導体層２１６との間に置かれる。第１の半導体層２１６が例えば単結晶又は多結晶シリコンのような結晶シリコンであってもよいが、第２の半導体層２１８は、燐ドープ層であってもよいため、太陽電池２００は、結晶シリコン太陽電池であってもよい。他の実施形態において、太陽電池２００は、色素増感電池であってもよいが、本考案はこれに限定されない。また、透明板１００は、ガラス又はプラスチック材質であってもよい。

本実施形態において、反射防止層２３０は、基板２１０の表面２１２（つまり、入光面）に置かれており、その材質が厚さと互に合わせると、反射防止層２３０は、基板２１０から反射された光を基板２１０に反射することができるため、太陽電池２００の集光量を増加することができるある実施形態において、反射防止層２３０の材質は、例えば窒化ケイ素であるが、本考案はこれに限定されない。

図１と図２を共に参照されたい。本実施形態において、複数の太陽電池２００のそれぞれは、メイングリッド電極２２０と交差するように基板２１０の表面２１２に置かれる複数の指状電極２４０を更に備える。例として、指状電極２４０とメイングリッド電極２２０とは、互に垂直である。指状電極２４０の幅Ｗ３は、約０．０１ｍｍ〜約０．０５ｍｍであるが、指状電極２４０の間隔ｄ２が約１ｍｍ〜約４０ｍｍ。具体的には、キャリアの収集効率を向上するために、指状電極２４０は、少なくとも１つのメイングリッド電極２２０と電気的に接続するように、隣接する２つのメイングリッド電極２２０の間に置かれてもよい。基板２１０が発生したキャリアは、まず指状電極２４０に到達した後で、指状電極２４０に沿ってメイングリッド電極２２０に到達してもよい。指状電極２４０とメイングリッド電極２２０との材質の何れも例えば、金属（例えばニッケル、銀、アルミニウム、銅又はそれらの組み合わせ）のような導電性材料であるため、指状電極２４０は、キャリアの収集経路の抵抗値を更に低減して、キャリアの収集効率を向上することができる。

また、本実施形態に係るメイングリッド電極２２０の数が従来の太陽電池よりも多いため、指状電極２４０の数が従来の指状電極より少なく、即ち、従来の太陽電池に対応する電流の収集効率を達成できるため、指状電極２４０のコストを低下させることができる。更に、指状電極２４０は、スクリーン印刷又は接着によって基板２１０に形成された金属であるが、本考案はこれに限定されない。

また、図１において、メイングリッド電極２２０と指状電極２４０との何れも矩形であるが、本考案はこれに限定されない。他の実施形態において、メイングリッド電極２２０と指状電極２４０とは、スリップ状、波状又は他の好適な形状であってもよく、また同一でも異なってもよい。更に、メイングリッド電極２２０と指状電極２４０とは垂直でなくてもよく、基本的に、指状電極２４０とメイングリッド電極２２０とが電気的に接続すれば、本考案の範囲にある。

図２、図４と図５を共に参照されたい。図４は、図１の太陽電池２００と半田ベルト３００を示す側面図である。図５は、図１の太陽電池モジュールを示す下面図である。本実施形態において、複数の太陽電池２００のそれぞれは、基板２１０の透明板１００に反対する表面２１４に置かれる複数の電極ストリップ２５０を更に備える。太陽電池モジュールが複数の太陽電池２００からなる場合、メイングリッド電極２２０の電流を別の太陽電池２００における電極ストリップ２５０へ誘導できるように、ある太陽電池２００のメイングリッド電極２２０が別の太陽電池２００の電極ストリップ２５０と電気的に接続してもよいため、太陽電池モジュールの電圧を増加するように、これら太陽電池２００が直列に接続されてもよい。

図２を参照されたい。１つ又は複数の実施形態において、電極ストリップ２５０の基板２１０への投影は、メイングリッド電極２２０の基板２１０への投影に重ね、つまり、電極ストリップ２５０の位置は、メイングリッド電極２２０の位置に対応しているが、本考案はこれに限定されない。また、図１と図５を共に参照されたい。図５において、複数の太陽電池２００のそれぞれは、何れも２０個の電極ストリップ２５０を有し、４つごとの電極ストリップ２５０がメイングリッド電極２２０の延伸方向に沿って配列し、複数の電極ストリップ２５０のそれぞれが互いに離れる構造を示し、この構造はセクショナル構造と呼ばれる。しかしながら、他の実施形態において、電極ストリップ２５０は、実際の状況に応じて、数が５個（即ち、メイングリッド電極２２０と同じ数を有する）でもよく、且つ形状がメイングリッド電極２２０と同じ（即ち、スリップ状）になるように設計してもよい。

次に、図６を参照されたい。図６は、本考案の別の実施形態に係る太陽電池２００を示す側面図である。本実施形態は、パッシベーション層２６０に、図２の実施形態と異なる。本実施形態において、複数の太陽電池２００のそれぞれは、基板２１０の表面２１４に置かれるパッシベーション層２６０を更に備える。パッシベーション層２６０は、キャリアが表面２１４で結合する可能性を減少して、太陽電池２００の光電流量を増加することができる。パッシベーション層２６０は、複数の開口２６２を有し、電極ストリップ２５０が開口２６２を介して基板２１０に接触することにより、基板２１０と電気的に接続する。つまり、電極ストリップ２５０がパッシベーション層２６０により露出する。パッシベーション層２６０の材質として、例えば、酸化アルミニウム又は窒化ケイ素であるが、本考案はこれに限定されない。本実施形態の詳細については、図２と同様であるので、ここで詳しく説明しない。

以上をまとめると、上記実施形態の半田ベルトの側面と透明板との出光面が平行でないため、側面の非平行構造は、光の反射経路を偏向し、光の大部分を下の太陽電池に偏向して、太陽電池の集光量を増加することができる。太陽電池は、従来の太陽電池よりも多い５個以上のメイングリッド電極を含むため、キャリアの収集効率が向上する。更に、メイングリッド電極は、数が多くなるため、それらの間の間隔も従来の太陽電池の間隔より小さくなり、キャリアがメイングリッド電極へ流れる距離も短くなり、キャリアの収集効率を効果的に向上する。また、従来の太陽電池と比べて、本実施形態に係るメイングリッド電極は、製作コストも増加しないし、プロセス工程も増加しない。一方、上記メイングリッド電極の幅と間隔に合わせ、メイングリッド電極全体の基板における被覆率が従来の太陽電池より小さいため、メイングリッド電極のコストを低下させることができる。更に、メイングリッド電極の数は、従来の太陽電池よりも多いため、指状電極の数が従来の指状電極の数より少なく、即ち、従来の太陽電池に対応する電流の収集効率を達成できる。

本考案の実施形態を前述の通りに開示したが、これは、本考案を限定するものではなく、当業者であれば、本考案の思想と範囲から逸脱しない限り、多様の変更や修正を加えることができ、したがって、本考案の保護範囲は、下記添付の実用新案登録の請求で指定した内容を基準とするものである。

１００ 透明板
１０２ 出光面
２００ 太陽電池
２１０ 基板
２１２、２１４、３０４ 表面
２１６ 第１の半導体層
２１８ 第２の半導体層
２２０ メイングリッド電極
２３０ 反射防止層
２４０ 指状電極
２５０ 電極ストリップ
２６０ パッシベーション層
２６２ 開口
３００ 半田ベルト
３０２ 側面
３１０ 第１の部分
３２０ 第２の部分
４００ 光透過保護層
２−２ 線分
ｄ１、ｄ２ 間隔
Ｌ 光
Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３ 幅

Claims (7)

1. 出光面を有する透明板と、
   前記透明板に向けて設けられており、それぞれ、基板と、前記基板の前記透明板に向ける表面に設けられ、数が５個以上である複数のメイングリッド電極と、前記基板の前記透明板に向ける前記表面に設けられる反射防止層と、を含む複数の太陽電池と、
   隣接する２つの前記太陽電池を接続するように前記メイングリッド電極に接続され、前記メイングリッド電極に置かれる一部が、前記透明板に近接し且つ前記透明板の前記出光面と平行でない側面を有する半田ベルトと、
   を備える太陽電池モジュール。
2. 前記半田ベルトは、前記メイングリッド電極に対して横になる円筒状のものである請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記半田ベルトは、
   前記メイングリッド電極に隣接するように設けられる第１の部分と、
   前記第１の部分と前記透明板との間に位置し、前記側面を有し、前記透明板に近い方向に沿って次第に縮むバンプ状となる第２の部分と
   を含む請求項１に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記メイングリッド電極は、幅が約０．０１ｍｍ〜約０．５ｍｍであり、それらの間の間隔が約１ｍｍ〜約４０ｍｍである請求項１に記載の太陽電池モジュール。
5. 複数の前記太陽電池のそれぞれは、
   前記メイングリッド電極と交互にするように前記基板の前記透明板に向ける前記表面に設けられ、幅が約０．０１ｍｍ〜約０．０５ｍｍであり、それらの間の間隔が約２ｍｍ〜４０ｍｍである複数の指状電極を含む請求項１に記載の太陽電池モジュール。
6. 複数の前記太陽電池のそれぞれは、
   前記基板の前記透明板に反対する表面に設けられる複数の電極ストリップを更に備え、前記半田ベルトが、更に前記電極ストリップに接続される請求項１に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記太陽電池と前記半田ベルトを覆うように前記透明板の下に設けられる光透過保護層を更に備える請求項１に記載の太陽電池モジュール。

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