JP3670835B2

JP3670835B2 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP3670835B2
Application number: JP11254898A
Authority: JP
Inventors: 仁坂田; 泰男門永; 健治邑田
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1998-04-22
Filing date: 1998-04-22
Publication date: 2005-07-13
Anticipated expiration: 2018-04-22
Also published as: JPH11307791A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、複数の両面光入射型の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールには、光を透過しないフィルムで裏面を被って太陽電池セルの表面側からのみの入射光を発電に利用する単面光入射型と、裏面に透明なフィルムを使用して太陽電池セルの表面及び裏面側からの入射光を何れも発電に利用する両面光入射型とがある。両型の太陽電池モジュールを同一条件で設置して、その起電力特性を調べると、単面光入射型の太陽電池モジュールに比べて、両面光入射型の太陽電池モジュールは５〜１０％程度の出力向上の結果が得られる。
【０００３】
図１２はこのような従来の太陽電池モジュールの断面図である。図において１は、例えば結晶系半導体からなる基板に非晶質半導体層を形成し、結晶系基板と非晶質半導体層との間に半導体接合を構成し、表面側及び裏面側に透光性導電膜，集電極を形成して、表面及び裏面の両側からの光入射により光起電力を発生する両面光入射型の太陽電池セルである。
【０００４】
このような複数の太陽電池セル１が、隣合うセル同士で所定の距離を隔てて配置した状態で、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）層２内に埋め込まれている。また、ＥＶＡ層２の表面側には、強化ガラスからなるガラス板３が設けられ、ＥＶＡ層２の裏面側には、全面が透明または不透明である裏面フィルム４０が設けられている。この場合、裏面側からの入射光を発電に利用するときには、全面が平坦で透明な裏面フィルム４０を使用し、裏面側からの入射光を発電に利用しないときには、全面が平坦で不透明な裏面フィルム４０を使用する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
図１２における矢符は、全面が透明な裏面フィルム４０を使用した従来の太陽電池モジュールにおける入射光の経路を示している。太陽電池セル１が存在する領域に表面側または裏面側から入射された光は、その太陽電池セル１に入射されて起電力発生に寄与できるが、太陽電池セル１が存在しない領域、つまり、隣合う太陽電池セル１，１間の領域に入射された光は、太陽電池セル１に入射することなくそのまま透明な裏面フィルム４０を通過していく。よって、従来の太陽電池モジュールでは、隣合う太陽電池セル間の領域に入射される光を有効に利用できず、発電効率が悪くて出力電圧が低いという問題がある。
【０００６】
本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、隣合う太陽電池セル間の領域に入射した光を有効に利用でき、発電効率の向上を図ることができる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る太陽電池モジュールは、離間配置した複数の両面入射型の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルの表面側に設けられたガラス板と、太陽電池セルの裏面側に設けられた透光シートと、を備え、透光シートは表面に凹凸を有しており、ガラス板の側から隣り合う太陽電池セル間に入射した光の一部は透光シートで散乱され太陽電池セルの裏面側に入射すると共に、透光シートの側から入射した光は当該透光シートにより散乱され、太陽電池セルの裏面側に入射するよう構成されてなることを特徴とする。
【００１１】
また、透光シートのヘイズ率が２０％以上であることを特徴とする。
【００１２】
また、透光シートの一部に、隣り合う太陽電池セル間の領域に対応して、光反射部材を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、透光シートにおいて、隣り合う太陽電池セル間の領域に対応する部分に、他の部分よりも大きい凸加工が施されていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の太陽電池モジュールでは、ガラス板の側から隣り合う太陽電池セル間に入射した光の一部は透光シートで散乱され太陽電池セルの裏面側に入射すると共に、透光シートの側から入射した光は当該透光シートにより散乱され、太陽電池セルの裏面側に入射するよう構成されている。よって、従来例では利用されていなかった入射光を有効に利用でき、光電変換効率は向上する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面を参照して具体的に説明する。なお、以下の説明では、特許請求の範囲におけるモジュールの一方の光入射側が、太陽電池モジュールの裏面側を指す。
（第１実施の形態）
図１は本発明の第１実施の形態による太陽電池モジュールの断面図である。図において１は、両面光入射型の太陽電池セルであり、複数の両面光入射型の太陽電池セル１（厚さ：０．１〜０．７ｍｍ）が、隣合うセル同士で所定の距離（１ｍｍ以上）を隔てて、配置した状態で、ＥＶＡ層２（厚さ：０．２〜３ｍｍ，屈折率：１．５）内に埋め込まれている。また、ＥＶＡ層２の表面側には、例えば白板強化ガラスからなるガラス板３（屈折率：１．５）が設けられ、ＥＶＡ層２の裏面側には、表面に凹凸加工を施した例えばＰＥＴ（ポリエチレンテレフタラート）またはＰＶＦ（ポリビニルフルオライド）製の透光シート４（厚さ：０．０５〜０．２ｍｍ，屈折率：約１．５）が設けられている。
【００２４】
図２は、両面光入射型の太陽電池セル１の一例を示す構成図である。図２において、１１は単結晶シリコン，多結晶シリコン等の結晶系半導体からなるｎ型の結晶系シリコン基板である。結晶系シリコン基板１１の一方の主面（表面）上には、ｉ型の非晶質シリコン層１２，ｐ型の非晶質シリコン層１３がこの順に積層され、更にその上に、例えばＩＴＯからなる透光性導電膜１４及びＡｇからなる櫛形状の集電極１５が形成されている。結晶系シリコン基板１１の他方の主面（裏面）上には、ｉ型の非晶質シリコン層１６，ｎ型の非晶質シリコン層１７がこの順に積層され、更にその上に、例えばＩＴＯからなる透光性導電膜１８及びＡｇからなる櫛形状の集電極１９が形成されている。
【００２５】
このような構造の太陽電池モジュールは、ガラス板３、ＥＶＡ層２となるＥＶＡシート、複数の太陽電池セル１、ＥＶＡ層２となるＥＶＡシート、凹凸加工を施した透光シート４をこの順に積層し、その積層体に加熱圧着処理を施して一体化させることによって、製造する。なお、平坦なＥＶＡシートに対する、加工面に凹凸がある凹凸加工ローラによる型押しによって、表面に凹凸があるこのような透光シート４を作製することが能率的である。
【００２６】
次に、この第１実施の形態における入射光の進み方について、図１を参照して説明する。太陽電池セル１が存在する領域にモジュールの表面側からガラス板３を介して入射される入射光（矢符Ｌ_A）は、そのまま太陽電池セル１内にその表面側から入射される。また、太陽電池セル１が存在する領域にモジュールの裏面側から透光シート４を介して入射される入射光（矢符Ｌ_B）は、一部が散乱されてそのまま太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。
【００２７】
一方、隣合う太陽電池セル１，１間の領域、つまり、太陽電池セル１が存在しない領域にモジュールの表面側からガラス板３を介して入射される入射光（矢符Ｌ_C）の一部は透光シート４で散乱される。そして、散乱光の一部は、太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。また、散乱光の一部は、ＥＶＡ層２とガラス板３との界面で反射された後に、太陽電池セル１内にその表面側から入射される。
【００２８】
このように、モジュールの表面側，裏面側から太陽電池セル１が存在する領域への入射光だけでなく、隣合う太陽電池セル１，１間の領域への入射光も起電力発生に寄与できるので、光電変換効率が向上する。この第１実施の形態では、図１２に示した平坦で透明な裏面フィルム４０を使用した従来例と比較して、２％程度の出力向上を図ることができる。
【００２９】
ここで、隣合う太陽電池セル１，１の間隔と、透光シート４に形成する凹凸の間隔との関係について説明する。凹凸の間隔が太陽電池セル１，１の間隔より大きい場合には、図３に示すように、透光シート４の凹部の幅が太陽電池セル１，１の間隔より大きくなって、その凹部が太陽電池セル１，１間の全域を覆うことになる。このような場合には、隣合う太陽電池セル１，１間の領域に表面側からガラス板３を介して入射される入射光（矢符Ｌ_D）の大部分の散乱光は、再び太陽電池セル１，１間の領域を通り、太陽電池セル１内に入射されない。この結果、太陽電池セル１内にその裏面側から入射される散乱光が減少する。よって、太陽電池セル１，１間の領域には、少なくとも１つの凸部が存在することが望ましい。従って、凹凸の間隔が、隣合う太陽電池セル１，１の間隔の１倍未満となるように、凹凸加工を施した透光シート４を使用する。このような透光シート４を使用すれば、隣合う太陽電池セル１，１間の領域に少なくとも１つの凸部が必ず存在し、その間の表面側からの入射光を有効に利用できる。
【００３０】
このように、散乱反射させるために、透光シート４における凹凸は微小なパターンの凹凸とすることが望ましいが、その形成ピッチがあまり狭くなると半透明（白濁）となることがあり、美観上大きなピッチで凹凸を形成することがある。このような場合にも、隣合う太陽電池セル１，１間の領域に凸部が存在するようにした方が、出力は高くなる。
【００３１】
次に、透光シート４のヘイズ率と出力特性との関係について説明する。光散乱効果の程度を表すヘイズ率（％）は、下記（１）式で定義され、全透過率（％）は可視域（４００〜７００ｎｍ）での平均透過率で定義される。
ヘイズ率＝｛（光の散乱透過率）／（光の全透過率）｝×１００…（１）
但し、光の散乱透過率：（全透過率）−（直線透過率）
光の全透過率：積分球を用いて測定した全ての透過光に対する透過率
【００３２】
図４は、透光シート４のヘイズ率（横軸）と短絡電流Ｉsc（縦軸）との関係を示すグラフである。ヘイズ率が２０％に達するまでは、ヘイズ率が大きくなるにつれて短絡電流Ｉscが増加しており、ヘイズ率が２０％を超えると短絡電流Ｉscは殆ど変化しないことが分かる。よって、ヘイズ率が２０％を超えるような透光シート４を使用することにより、出力特性をより向上することができる。
【００３３】
（第２実施の形態）
図５は本発明の第２実施の形態による太陽電池モジュールの断面図である。図５において図１と同一部分には同一番号を付して、それらの説明を省略する。第２実施の形態では、太陽電池モジュールの表面側にも裏面側と同様に、凹凸加工が施されている。即ち、第２実施の形態では、ガラス板３は、その表面が平坦ではなく、凹凸加工が施されている。他の構成は、上述の第１実施の形態と同様である。第２実施の形態も、第１実施の形態と同様な加熱圧着処理によって製造できる。
【００３４】
次に、この第２実施の形態における入射光の進み方について、図５を参照して説明する。太陽電池セル１が存在する領域にモジュールの表面側からガラス板３を介して入射される入射光（矢符Ｌ_E）は、一部が散乱されてそのまま太陽電池セル１内にその表面側から入射される。また、太陽電池セル１が存在する領域にモジュールの裏面側から透光シート４を介して入射される入射光（矢符Ｌ_F）は、一部が散乱されてそのまま太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。
【００３５】
一方、隣合う太陽電池セル１，１間の領域、つまり、太陽電池セル１が存在しない領域に向けてモジュールの表面側から入射される入射光（矢符Ｌ_G）の一部はガラス板３で散乱される。その散乱光の一部は、そのまま太陽電池セル１内にその表面側から入射される。また、直進光の一部は透光シート４で散乱される。そして、その散乱光の一部は、太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。
【００３６】
このように、モジュールの表面側，裏面側から太陽電池セル１が存在する領域への入射光だけでなく、隣合う太陽電池セル１，１間の領域への入射光も起電力発生に寄与できるので、光電変換効率が向上し、しかも、第１実施の形態に比べて高頻度に光の散乱・反射が起こり、モジュール内の光閉じ込め効果が大きくなる。この第２実施の形態では、図１２に示した平坦で透明な裏面フィルム４０を使用した従来例と比較して、３％程度の出力向上を図ることができる。
【００３７】
（第３実施の形態）
図６は本発明の第３実施の形態による太陽電池モジュールの断面図である。図６において図１と同一部分には同一番号を付して、それらの説明を省略する。第３実施の形態では、表面に凹凸加工が施された透光シート４において、隣合う太陽電池セル１，１間の領域に対応する部分に、例えばＡｇ製の高反射膜５（厚さ：１００〜５０００Å）が設けられている。この高反射膜５は、太陽電池セル１，１間の領域を完全に含んでその領域より少し大きめに設ける。他の構成は、上述の第１実施の形態と同様である。
【００３８】
なお、高反射膜５の材料しては、Ａｇ以外にＡｕ，Ａｌ等の高反射金属を使用できる。また、ＰＶＦ，ＰＥＴ等の高分子材料に白色加工を施した材料を、高反射膜５に使用しても良い。
【００３９】
次に、この第３実施の形態における入射光の進み方について、図６を参照して説明する。太陽電池セル１が存在する領域にモジュールの表面側からガラス板３を介して入射される入射光（矢符Ｌ_H）は、そのまま太陽電池セル１内にその表面側から入射される。また、高反射膜５が設けられていない領域にモジュールの裏面側から透光シート４を介して入射される入射光（矢符Ｌ_I）は、一部が散乱されてそのまま太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。
【００４０】
一方、隣合う太陽電池セル１，１間の領域、つまり、太陽電池セル１が存在しない領域にモジュールの表面側からガラス板３を介して入射される入射光（矢符Ｌ_J）は高反射膜５で反射される。反射光の一部は、太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。
【００４１】
このように、モジュールの表面側，裏面側から太陽電池セル１が存在する領域への入射光だけでなく、隣合う太陽電池セル１，１間の領域への入射光も起電力発生に寄与できるので、光電変換効率が向上する。
【００４２】
ここで、高反射膜５の配置幅と出力特性との関係について説明する。モジュールの表面に対して略垂直に入射する光については、太陽電池セル１，１の間隔と同じ程度に高反射膜５の配置幅を設定すれば良いが、図６にも示すように、モジュールの表面に対して斜めから入射する入射光（矢符Ｌ_K）については、太陽電池セル１，１の間隔より大きい配置幅が必要である。但し、高反射膜５の配置幅を大きくしすぎると、モジュールの裏面側から入射される光を遮断する範囲が広くなって、逆に出力特性が劣化すると考えられる。
【００４３】
図７は、太陽電池セル１，１の間隔に対する高反射膜５の配置幅（横軸）と短絡電流Ｉsc（縦軸）との関係を示すグラフである。高反射膜５の配置幅が太陽電池セル１，１の間隔の２倍に達するまでは、その配置幅が大きくなるにつれて短絡電流Ｉscが増加しており、配置幅がセル間隔の２倍を超えると除々に短絡電流Ｉscが低下していくことが分かる。よって、太陽電池セル１，１の間隔の１〜２倍の幅にて高反射膜５を設置することにより、出力特性をより向上することができる。
【００４４】
（第４実施の形態）
図８は本発明の第４実施の形態による太陽電池モジュールの断面図である。図８において図１と同一部分には同一番号を付して、それらの説明を省略する。第４実施の形態では、表面に凹凸加工が施された透光シート４において、凹凸のパターンが均等ではなく、太陽電池セル１，１間の領域に対応する部分には、太陽電池セル１が存在する領域に比べて大きな凸部４ａが形成されている。他の構成は、上述の第１実施の形態と同様である。
【００４５】
なお、太陽電池セル１，１間の領域に対応して形成する凸部４ａの形状は、図８に示すように先端が尖っていても良いし、図９（ａ），（ｂ）に示すように、先端が丸みを帯びていても良い。
【００４６】
なお、ガラス板３、ＥＶＡ層２となるＥＶＡシート、複数の太陽電池セル１、ＥＶＡ層２となるＥＶＡシート、凹凸加工を施した透光シート４を積層し、その積層体に加熱圧着処理を施して一体化させることによって、このような構造の太陽電池モジュールを製造するが、この加熱圧着処理時に、太陽電池セル１，１間の領域と同ピッチで複数の突起を有する押し型を透光シート４に押し当てることにより、太陽電池セル１，１間の領域に対応させて大きな凸部４ａを選択的に形成する。
【００４７】
第４実施の形態では、散乱効果を必要とする部分の透光シート４にこのように大きな凸部４ａを選択的に形成するようにしたので、隣合う太陽電池セル１，１間の領域、つまり、太陽電池セル１が存在しない領域にモジュールの表面側からガラス板３を介して入射される入射光（矢符Ｌ_M）を、他の実施の形態に比べて、より多くの割合で散乱させることが可能となると共に、裏面側で全反射させる確率が高くなる。
【００４８】
（第５実施の形態）
図１０は本発明の第５実施の形態による太陽電池モジュールの断面図である。図１０において図１と同一部分には同一番号を付して、それらの説明を省略する。第５実施の形態では、太陽電池モジュールの裏面側において、隣合う太陽電池セル１，１間の領域には例えばガラス，ポリカーボネート，アクリル等からなる光散乱部材６を設け、太陽電池セル１が存在する領域には例えば熱反射ガラスからなる反射板７を設けている。他の構成は、上述の第１実施の形態と同様である。
【００４９】
次に、この第５実施の形態における入射光の進み方について、図１０を参照して説明する。太陽電池セル１が存在する領域にモジュールの表面側からガラス板３を介して入射される入射光（矢符Ｌ_N）は、そのまま太陽電池セル１内にその表面側から入射される。また、太陽電池セル１が存在する領域にモジュールの裏面側から反射板７を介して入射される入射光（矢符Ｌ_O）は、そのまま太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。
【００５０】
一方、隣合う太陽電池セル１，１間の領域、つまり、太陽電池セル１が存在しない領域に向けてモジュールの表面側から入射される入射光（矢符Ｌ_P）は、光散乱部材６で散乱され、その散乱光の一部は、反射板７で反射された後に太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。
【００５１】
このように、モジュールの表面側，裏面側から太陽電池セル１が存在する領域への入射光だけでなく、隣合う太陽電池セル１，１間の領域への入射光も起電力発生に寄与できるので、光電変換効率が向上する。
【００５２】
（第６実施の形態）
図１１は本発明の第６実施の形態による太陽電池モジュールの断面図である。図１１において図１と同一部分には同一番号を付して、それらの説明を省略する。第６実施の形態では、太陽電池モジュールの裏面側に、透明で高屈折の例えばポリカーボネートからなる裏面材８（屈折率：約１．５）が設けられている。この裏面材８は、凹凸形状を有しており、その凹凸の形成ピッチは太陽電池セル１の配置ピッチの半分であり、その凹部８ａの位置は、隣合う太陽電池セル１，１間の領域と各太陽電池セル１の中央部とに対応している。他の構成は、上述の第１実施の形態と同様である。
【００５３】
次に、この第６実施の形態における入射光の進み方について、図１１を参照して説明する。太陽電池セル１が存在する領域にモジュールの表面側からガラス板３を介して入射される入射光（矢符Ｌ_Q）は、そのまま太陽電池セル１内にその表面側から入射される。また、太陽電池セル１が存在する領域にモジュールの裏面側から裏面材８を介して入射される入射光（矢符Ｌ_R）は、一部が散乱されてそのまま太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。
【００５４】
一方、隣合う太陽電池セル１，１間の領域、つまり、太陽電池セル１が存在しない領域に向けてモジュールの表面側から入射される入射光（矢符Ｌ_S）は、裏面材８で多重反射され、その反射光が太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。また、隣合う太陽電池セル１，１間の領域、つまり、太陽電池セル１が存在しない領域に向けてモジュールの裏面側から入射される入射光（矢符Ｌ_T）は、裏面材８で散乱され、その散乱光の一部が太陽電池セル１内にその裏面側から入射される。
【００５５】
このように、モジュールの表面側，裏面側から太陽電池セル１が存在する領域への入射光だけでなく、隣合う太陽電池セル１，１間の領域への入射光も起電力発生に寄与できるので、光電変換効率が向上する。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように、本発明の太陽電池モジュールでは、光を散乱させる透光部材をモジュールの裏面側に設けるようにしたので、隣合う太陽電池セル間の領域の間に入射される、従来例では利用されていなかった入射光を有効に利用でき、光電変換効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の太陽電池モジュール（第１実施の形態）の断面図である。
【図２】両面入射型の太陽電池セルの構成図である。
【図３】透光シートにおける凹凸の悪いパターン例を示す図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュール（第１実施の形態）における透光シートのヘイズ率と短絡電流との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の太陽電池モジュール（第２実施の形態）の断面図である。
【図６】本発明の太陽電池モジュール（第３実施の形態）の断面図である。
【図７】本発明の太陽電池モジュール（第３実施の形態）における高反射膜の配置幅と短絡電流との関係を示すグラフである。
【図８】本発明の太陽電池モジュール（第４実施の形態）の断面図である。
【図９】本発明の太陽電池モジュール（第４実施の形態）における透光シートの凸部の他のパターン例を示す図である。
【図１０】本発明の太陽電池モジュール（第５実施の形態）の断面図である。
【図１１】本発明の太陽電池モジュール（第６実施の形態）の断面図である。
【図１２】従来の太陽電池モジュールの断面図である。
【符号の説明】
１太陽電池セル
２ＥＶＡ層
３ガラス板
４透光シート
４ａ凸部
５高反射膜
６光散乱部材
７反射板
８裏面材

Claims

離間配置した複数の両面入射型の太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールにおいて、
上記太陽電池セルの表面側に設けられたガラス板と、上記太陽電池セルの裏面側に設けられた透光シートと、を備え、
上記透光シートは表面に凹凸を有しており、
上記ガラス板の側から隣り合う上記太陽電池セル間に入射した光の一部は上記透光シートで散乱され上記太陽電池セルの裏面側に入射すると共に、上記透光シートの側から入射した光は当該透光シートにより散乱され、上記太陽電池セルの裏面側に入射するよう構成されてなることを特徴とする太陽電池モジュール。
上記透光シートのヘイズ率が２０％以上である請求項１記載の太陽電池モジュール。
上記透光シートの一部に、隣り合う太陽電池セル間の領域に対応して、光反射部材を備える請求項１記載の太陽電池モジュール。
上記透光シートにおいて、隣り合う太陽電池セル間の領域に対応する部分に、他の部分よりも大きい凸加工が施されている請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。