JP4656982B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、複数の両面光入射型太陽電池セルを備えた太陽電池モジュールに関するものである。

複数の太陽電池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等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やガラス等を使用して太陽電池セルの表面及び裏面の両面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。

従来の両面光入射型の太陽電池モジュールは、複数の隣合う太陽電池セル同士が所定の間隔を存し、銅箔等の導電性を有する材料から成る接続部材により互いに電気的に接続された状態で、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）等の充填材の層内に埋設されている。

充填材の表面側には、例えば、光透過性の強化ガラス板により構成された表面部材が設けられ、裏面側には光透過性のフィルム、或いは、光透過性の強化ガラス板により構成された裏面部材が設けられている。

ところで、従来の両面光入射型の太陽電池モジュールでは、太陽電池セルが存在する領域に入射された光は、その太陽電池セルに入射されて発電に寄与できるが、太陽電池セルが存在しない太陽電池セル間の領域に入射された光は太陽電池セルに入射することなく、そのまま、殆どが裏面部材を通過していく。従って、従来の両面光入射型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ないという問題が生じていた。

そこで、出願人は、隣合う太陽電池セルの間の領域に対応して、光を反射する反射部材を選択的に設けた太陽電池モジュールを開示している。これにより、隣り合う太陽電池セル間に入射した光を、この光反射部材で反射させ、太陽電池セル内に入射させることが可能となる。これにより、隣り合う太陽電池セル間に入射した光を発電に寄与させて、発電効率の向上を図ることができるようになる（例えば、特許文献１参照）。
特開平１１−２９８０２９号公報

しかしながら、係る構造（隣合う太陽電池セルの間の領域に対応して、光を反射する反射部材を設ける構造）では、高い位置合わせの精度が必要であり、僅かに位置ずれした場合であっても光反射部材を有効に利用できないという問題がある。また、表面部材に斜めから浅い角度で入っている光は、反射部材に当たらず、そのまま殆どが裏面部材を通過してしまう。このため、強度の強い表面部材側からの光を有効に利用できず、充分な出力を得ることができなかった。

本発明は、係る従来技術を解決するために成されたものであり、太陽電池セルへの光の入射量を増大させて、出力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。

本発明の太陽電池モジュールは、光透過性の表面部材と光透過性の裏面部材間に、複数の両面光入射型太陽電池セルを相互に離間して配置し、充填材にて封止して成るものであって、太陽電池セルより裏面側であって、太陽電池セルと対向しない領域から当該太陽電池セルの外縁部に対向する位置に渡り、光を反射する反射層を設けた太陽電池モジュールであって、前記反射層は、最も外側に位置する前記太陽電池セルの外側においては、当該太陽電池セルより外側に対応する部分が前記裏面部材の太陽電池セルとは反対側の面上に設けられ、当該太陽電池セルの外縁部に対向する部分は前記裏面部材の太陽電池セル側の面上に設けられていることを特徴とする。

請求項２の発明の太陽電池モジュールは、上記発明において太陽電池セルと反射層間の距離をＤ、空気の屈折率をＮ０、充填材及び表面部材の屈折率をＮ１とした場合、太陽電池セルの外縁部に対向する部分の反射層の寸法Ｌは、Ｌ＝Ｄ×ｔａｎθ１但し、θ１＝ｓｉｎ^-1（Ｎ０／Ｎ１）であることを特徴とする。

請求項３の発明の太陽電池モジュールは、上記各発明において、隣接する太陽電池セル間に対応して裏面部材の太陽電池セル側の面上に設けられている反射層をさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、光透過性の表面部材と光透過性の裏面部材間に、複数の両面光入射型太陽電池セルを相互に離間して配置し、充填材にて封止して成る太陽電池モジュールにおいて、太陽電池セルより裏面側であって、太陽電池セルと対向しない領域から当該太陽電池セルの外縁部に対向する位置に渡り、光を反射する反射層を設けたので、裏面部材側からの光の遮断を抑えつつ、太陽電池セル間や太陽電池セルの外側に斜めから入射する光も当該反射層で反射させて、太陽電池セル内に入射させることができるようになり、表面部材側からの光を有効に利用でき、充分な出力が得られる。特に反射層は、最も外側に位置する太陽電池セルの外側においては、当該太陽電池セルより外側に対応する部分が裏面部材の太陽電池セルとは反対側の面上に設けられ、当該太陽電池セルの外縁部に対向する部分は裏面部材の太陽電池セル側の面上に設けるので、太陽電池セルの外縁部に対向する部分においては上記各発明と同様に浅い角度で入射する光も反射でき、太陽電池セルより外側となる部分では、太陽電池セルから離れて入射する光も太陽電池セル方向に反射させることが可能となる。これにより、太陽電池セルへの光の入射量が増大し、更に、発電効率が上昇して、太陽電池モジュールの出力アップを図ることができるようになるものである。

特に、請求項２の発明の如く太陽電池セルと反射層間の距離をＤ、空気の屈折率をＮ０、充填材及び表面部材の屈折率をＮ１とした場合、太陽電池セルの外縁部に対向する部分の反射層の寸法Ｌは、Ｌ＝Ｄ×ｔａｎθ１但し、θ１＝ｓｉｎ^-1（Ｎ０／Ｎ１）であるので、当該式に基づき反射層の太陽電池セルの外縁部に対向する部分の寸法Ｌを決定することで、太陽電池セル間に浅い角度で入射する光を確実に当該反射層で反射させ、太陽電池セルに入射させることができるようになる。従って、より充分な出力が得られる。

また、請求項３の発明の如く、隣接する太陽電池セル間に対応して裏面部材の太陽電池セル側の面上に設けられている反射層をさらに含むことで、太陽電池セルの外縁部に対向する部分の寸法を必要最小限に抑えることができるようになる。

これにより、表面部材側からの入射光を反射層にて確実に捕らえて、有効に利用すると共に、当該反射層により、裏面部材側からの光の入射を妨げる不都合も極力回避できるようになる。従って、より充分な出力を得られるようになる。また、最も光の反射する太陽電池セル間に関しては、請求項２の如くＬ＝Ｄ×ｔａｎθ１だけ位置合わせの許容誤差を持たせることが可能となる。

以下、図面に基づき本発明の実施形態を詳述する。図１は本発明を適用した一実施例の太陽電池モジュール１０の断面図、図２は図１の部分拡大図、図３は図１の太陽電池モジュールの分解図をそれぞれ示している。

図において１は、両面光入射型の太陽電池セルである。本実施例では、複数の両面光入射型の太陽電池セル１が相互に離間して配置されており、隣合う太陽電池セル１、１同士は、例えば銅箔から成る接続部材２にて電気的に接続されている。そして、当該接続部材２にて太陽電池セル１を電気的に直列接続することで、高出力が得られる。

当該太陽電池モジュール１０にて発電された電気出力は、表面部材４と裏面部材５との間の間隙から図示しない電力引出線により後述する充填材を介して取り出され、端子ボックス内の端子と接続されて、図示しない電気ケーブルにより外部に取り出される。

また、前記接続部材２にて接続された状態の複数の太陽電池セル１は、前述した充填材の層内に封止されている。尚、本実施例では、充填材として熱可塑性の樹脂であるＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）を使用し、以下、これをＥＶＡ層３と称するものとする。

また、ＥＶＡ層３の一面側（表面側）には、表面部材４が設けられ、他面側（裏面側）には、裏面部材５が設けられている。表面部材４及び裏面部材５は共に光透過性の材料、例えば、白板強化ガラスから成る。そして、当該表面部材４と裏面部材５間のＥＶＡ層３内に複数の太陽電池セルが封止され、これらの外周縁を枠体７にて保持することで一体化され、太陽電池モジュール１０が構成される。

ここで、太陽電池セル１より裏面側であって、太陽電池セル１と対向しない領域から当該太陽電池セル１の外縁部に対向する位置に渡り、光を反射する反射層９が設けられている。本実施例では、当該反射層９が、上述した裏面部材５の太陽電池セル１側の面上に設けられており、当該裏面部材５にそれぞれ印刷（白色印刷）を施すことにより形成される。反射層９は、太陽電池セル１、１間に対応する部分（以下、反射層９Ａと称する）では、裏面部材５の内面（太陽電池セル１側の面上）に印刷を施し、最も外側に位置する太陽電池セル１の外側においては、太陽電池セル１より外側となる部分（以下、反射層９Ｃと称する）では、裏面部材５の外面（太陽電池セル１とは反対側の面上）、太陽電池セル１の外縁部に対向する部分（以下、反射層９Ｂと称する）では、裏面部材５の内面に印刷を施すことにより形成される。

当該太陽電池セル１の外縁部に対向する反射層９Ａ、９Ｂについて図２及び図４を用いて説明する。図４は、表面部材４側から太陽電池モジュール１０内に入射する光の経路を示した図である。太陽電池セル１の外縁部に対向する反射層９Ａ、９Ｂの寸法Ｌを決定するにあたって、所定の式に基づいて寸法を算出するものとする。先ず、空気の屈折率をＮ０（実際はＮ０＝１．０）、表面部材４及びＥＶＡ層３の屈折率をＮ１（本実施例では、表面部材４とＥＶＡ層３は共に屈折率Ｎ１＝１．５のものを使用している）とすると、図４に示す如く表面部材４に角度θ０で入射した光は、表面部材４で屈折してその角度はθ１となる。当該関係を式にて表すと、Ｎ０×ｓｉｎθ０＝Ｎ１×ｓｉｎθ１となり、当該式のθ１が太陽電池セル１間及び太陽電池セル１の外側に入射する光の角度となる。

ここで、表面部材４に入射する光で最も浅い角度のものは、表面部材４と平行となる角度９０°に最も近い角度の光である。即ち、９０°では、表面部材４と平行となる光は入射しないので、９０°より小さい角度の光のみが入射することとなる。従って、θ０＝９０°をカバーできれば、最も浅い角度で入射する光に対応できる。

そこで、上記式にθ０＝９０°を代入すると、ｓｉｎθ０＝１であるから、θ１＝ｓｉｎ^-1（Ｎ０／Ｎ１）となる。そして、太陽電池セル１と反射層９Ａ間の距離をＤとすれば、外縁部に対向する部分の寸法Ｌは、Ｌ＝Ｄ×ｔａｎθ１で表される。

このように、上記式に基づいて、太陽電池セル１の外縁部に対向する部分の寸法Ｌを決定することで、使用する表面部材４やＥＶＡ層３の屈折率、及び、太陽電池セル１と反射層９Ａ間の距離Ｄに応じて、最適な寸法Ｌを決定することができるので、太陽電池セル１の外縁部に対向する部分の寸法を必要最小限に抑えて、且つ、最も浅い角度で太陽電池セル１、１間に入射する光を反射層９Ａにて反射させて、太陽電池セル１に入射させることができるようになる。

また、前述の如く裏面部材５の内面に反射層９Ａ、９Ｂを設けることで、外面（太陽電池セル１とは反対側の面）に反射層を設けるよりも小さい寸法で、太陽電池セル１、１間に浅い角度で入射する光を捕らえることができる。

即ち、裏面部材５の外面（太陽電池セル１とは反対側の面）に反射層９Ａ、９Ｂを設けた場合、太陽電池セル１と反射層９Ａ間の距離Ｄが長くなるので、太陽電池セル１、１間に浅い角度で入射する光を確実に捕らえるためには、反射層９Ａ、９Ｂの太陽電池セル１の外縁部に対向する部分の寸法Ｌがより大きくなってしまう。このように、太陽電池セル１と対向する反射層９Ａ、９Ｂの寸法Ｌが大きくなると、散乱光（屋根などに反射して来た光）や当該太陽電池モジュール１０を垂直に設置した場合においては、裏面部材５側からの入射光が裏面部材５側から太陽電池セル１に入射するのを著しく阻害してしまう。

これにより、当該反射層９Ａ、９Ｂにより裏面部材５からの光の入射が遮断されてしまい、太陽電池セル１０への光の入射量が少なくなり、出力の低下を招く恐れがある。

そこで、裏面部材５の内面に反射層９Ａ、９Ｂを設けることで、外面に反射層９Ａ、９Ｂを設けるよりも小さい寸法で、太陽電池セル１、１間に浅い角度で入射する光を捕らえて、反射させ、太陽電池セル１に入射させることが可能となる。

これらにより、裏面部材５からの光の入射を極力妨げることなく、表面部材４から太陽電池セル１、１間への入射光も起電力発生に寄与させることができるようになり、太陽電池セル１への光の入射量が増大し、発電効率が上昇して、太陽電池モジュール１０の出力アップを図ることができるようになる。

一方、最も外側の太陽電池セル１の外側において、当該太陽電池セル１より外側では、裏面部材５の外面（太陽電池セル１とは反対側の面）に反射層９Ｃを形成している。これにより、太陽電池セル１から離れて入射する光も太陽電池セル１方向により反射させることが可能となる。

以上のように、反射層９を設けることで、裏面部材５からの光は一部遮られるが、より強度の強い表面部材４側からの光を太陽電池セル１の裏面部材５側から入射させることが可能となり、出力アップを図ることができる。また、前記式に基づき、太陽電池セル１と対向する反射層９Ａ、９Ｂの寸法Ｌを決定することで、裏面部材５側からの光の遮断も最小限に抑えることが可能となる。

総じて、太陽電池セル１への光の入射量が増大し、発電効率が上昇して、太陽電池モジュール１０の出力アップを図ることができるようになる。

他方、図５は、両面光入射型の太陽電池セル１の一例を示す断面図である。図５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成る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、例えば透光性導電膜（ＴＣＯ）１４及びＡｇから成る櫛形状の集電極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）状には、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、例えば透光性導電膜（ＴＣＯ）１８及びＡｇから成る櫛形状の集電極１９が形成されている。

このような太陽電池モジュール１０を製造する場合、図３に示すように、表面部材３と、ＥＶＡ層３となるＥＶＡシート３ａと、接続部材２にて接続された複数の両面光入射型の太陽電池セル１と、ＥＶＡ層３となるＥＶＡシート３ｂと、前述した反射層９Ａ、９Ｂ、９Ｃを印刷した裏面部材５と各太陽電池セル１とを位置合わせして積載し、これらを加熱圧着処理する。これにより、ＥＶＡシート３ａ、３ｂがゲル状化した後、所定のＥＶＡ層３が構成されて、一体化される。そして、これらの外周縁を前記枠体７で保持することで、太陽電池モジュール１０が製造される。このとき、裏面部材５と各太陽電池セル１とが僅かに位置ずれしたとしても、前述の如く太陽電池セルの外縁部に対向する部分を持たせる、即ち、寸法Ｌだけ位置合わせの許容誤差を持たせることで、出力が著しく低下する不都合を回避することができる。

尚、本実施例では、表面部材４及び裏面部材５として白板強化ガラスを用いるものとしたが、裏面部材に光透過性のフィルムを使用しても良い。また、反射層９Ｃは裏面部材５の内面（太陽電池セル１側の面）に印刷するものとしても本発明は有効である。

また、上述の如く加熱圧着処理により一体化された表面部材４、裏面部材５、ＥＶＡ層３の外周縁を枠体７にて保持するものとしたが、枠体を取り付けない太陽電池モジュールに本発明を適用しても差し支えない。枠体を取り付けない場合においては、更に、太陽電池モジュール１０に横面から入射しようとする光も前記反射層９Ｃにて捕らえて、反射させ、太陽電池セル１に入射させることが可能となるので、同様に、太陽電池セル１への入射量が増大し、発電効率が上昇して、太陽電池モジュール１０の出力アップを図ることができるようになる。

更に、反射層９を裏面部材５に印刷することにより設けるものとしたが、本発明の反射層９は裏面部材５に印刷するものに限定されない。例えば、当該反射層を一枚のシートにて構成するものとしても構わない。

本発明の一実施例の太陽電池モジュールの断面図である。 図１の太陽電池モジュールの部分拡大図である。 図１の太陽電池モジュールの分解図である。 表面部材側から入射する太陽光の経路を示す模式図である。 図１の太陽電池モジュールの太陽電池セルの構成図である。

符号の説明

１ 太陽電池セル
２ 接続部材
３ ＥＶＡ層
３ａ、３ｂ ＥＶＡシート
４ 表面部材
５ 裏面部材
７ 枠体
９ 反射層
１０ 太陽電池モジュール
１１ 結晶系シリコン基板
１２、１６ ｉ型の非晶質シリコン層
１３ ｐ型の非晶質シリコン層
１４ 透光性導電膜
１５、１９ 集電極
１７ ｎ型の非晶質シリコン層
１８ 透光性導電膜

Claims (3)

1. 光透過性の表面部材と光透過性の裏面部材間に、複数の両面光入射型太陽電池セルを相互に離間して配置し、充填材にて封止して成る太陽電池モジュールにおいて、
   前記太陽電池セルより裏面側であって、前記太陽電池セルと対向しない領域から当該太陽電池セルの外縁部に対向する位置に渡り、光を反射する反射層を設けた太陽電池モジュールであって、
   前記反射層は、最も外側に位置する前記太陽電池セルの外側においては、当該太陽電池セルより外側に対応する部分が前記裏面部材の太陽電池セルとは反対側の面上に設けられ、当該太陽電池セルの外縁部に対向する部分は前記裏面部材の太陽電池セル側の面上に設けられていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記太陽電池セルと前記反射層間の距離をＤ、空気の屈折率をＮ０、前記充填材及び表面部材の屈折率をＮ１とした場合、前記太陽電池セルの外縁部に対向する部分の前記反射層の寸法Ｌは、
   Ｌ＝Ｄ×ｔａｎθ１ 但し、θ１＝ｓｉｎ^−１（Ｎ０／Ｎ１）
   であることを特徴とする請求項１の太陽電池モジュール。
3. 隣接する前記太陽電池セル間に対応して前記裏面部材の太陽電池セル側の面上に設けられている反射層をさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２の太陽電池モジュール。

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