JP5266205B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は太陽電池モジュールに関する。

太陽電池モジュールは、永続的な電気、機械、または光学的損傷が生じることなく様々な動作条件に耐えなければならない。本明細書で特に注目する点の例として、モジュールの部分またはモジュールに含まれる個々のセルの部分的遮蔽がある。部分的遮蔽は、ＩＥＣ６１２１５または６１６４６におけるいわゆる「ホットスポット耐久試験」等の試験手順で対応されている。直列接続されたより多くの太陽電池セルで構成されたモジュールにおける個々の太陽電池セルの１個または数個が遮蔽された場合、遮蔽されたセル（群）に逆バイアスが生じる恐れがある。半導体ダイオード（太陽電池等）の逆バイアスが高ければ不可逆的な損傷につながる恐れがあるため、部分的遮蔽の条件下で印加される最大の逆バイアス電圧を制限する必要がある。このため、通常は限定された数の太陽電池と逆並列に配線されたバイパスダイオードを提供することができる。

そのようなバイパスダイオードは従来、多くの場合にモジュールを外部電力線に接続する役割も果たす別個の接続箱に設置および配線されている。

別個の接続箱の必要性を減らし得る一体型のバイパスダイオードも提案されている。

ハヤシ（Ｈａｙａｓｈｉ）他による米国特許第６，２８８，３２３号明細書は、基板および当該基板上に形成されて相互に直列接続されて、直列接続アレイを形成している複数の薄膜光電変換セルを含む薄膜光電変換モジュールを記載している。これらの変換セルは、透明な前面電極層、薄膜光電変換ユニット、および金属背面電極層で構成されている。直列接続アレイは、直列に接続された４個のサブアレイで構成され、これにより４個のサブアレイの各々が直列に接続された多数のセルで構成されている。４個のバイパスダイオードは、基板上の薄膜の形式で形成されていて、各々が光電変換セルのそれと同様の構造を有する。
米国特許第６，２８８，３２３号明細書

米国特許「’３２３」のバイパスダイオードの１個は、光電変換セルのサブアレイのうちの１個と、当該サブアレイの電力発生方向に対して前方向に並列接続されている。バイパスダイオードの透明な前面電極層は、母線または母線に隣接する金属背面電極層と電気的に接続している。当該バイパスダイオードの金属背面電極層は、隣接サブアレイに隣接して配置されているサブアレイのセルの透明な前面電極層、またはサブアレイに隣接して配置されている、隣接サブアレイのセルの金属背面電極層と電気的に接続している。

ハヤシ他は、バイパスダイオードの電極層と光電変換セルの電極層との間でそのような接続がどのように実現されるかについて記述していない。

更に、バイパスダイオードの金属背面電極層と光電変換セルの透明前面電極層との間の電気接続は、米国特許「’３２３」に提案されているように、バイパスダイオードから比較的遠く離れた位置にある一部のセルが、前面電極層を通るバイパスダイオードへの電気路が比較的長いため一般に導電性が比較的弱いという短所がある。その結果、バイパスダイオードへ流れる電流は、隣接バイパスダイオードの背面電極との比較的高い電気抵抗接続を通るため、太陽電池の両端で逆電圧が生じる。

本発明の一態様に従い、第１および第２の母線と、整流ダイオードシートを支持する共通基板とを含む太陽電池モジュールを提供する。整流ダイオードシートは、少なくとも背面電極層、前面電極層、および背面電極層と前面電極層の間に配置されている吸収層を含んでいて、整流ダイオードシートは第１および第２のシート部分に分割されており、前記第１シート部分は、各々が前面および背面電極層に形成された前面および背面電極を有する直列接続された１個以上の太陽電池の第１の列を含んでいて、第１列は第１および第２の母線に直列接続されており、前記第２のシート部分は、各々が前面および背面電極層に形成された前面および背面電極を有する１個以上の直列接続されたバイパスダイオードの第２の列を含み、第２列は第１および第２の母線を介して第１列と逆並列構成で接続されている。

整流ダイオードシートの背面電極層は、基板と吸収層の間に配置されていて、これにより前面電極層が基板と反対向きの吸収層の側に面していても、あるいは基板と反対向きの吸収層側に配置されていて、これにより前面電極層が基板と吸収層の間に配置されていてもよいことを注記しておく。第１のケースを「基板技術設計」、第２のケースは「表板（スーパーストレート）技術設計」と呼ばれ、これにより一般に光は基板を介して受光される。

以下に、本発明について実施例および添付図面を参照しながら、より詳細に述べる。

図面において、類似参照番号は類似構成要素に関係する。

現在開示されている太陽電池モジュールの利点の１つに、１個以上の太陽電池セルと同じ整流ダイオードシートから形成することができるため、モジュール上に１個以上バイパスダイオードを製造する場合に追加的な処理ステップを必要としないということがある。更に、１個以上太陽電池の製造に用いる後続処理ステップもまた、１個以上のバイパスダイオードの製造に応用することができる。

直列接続された１個以上の太陽電池の列、および直列接続された１個以上のバイパスダイオードの列が、第１および第２の母線を介して第１列と逆並列構成で接続される場合、バイパスダイオードとの太陽電池の接続は従って、母線の導電性を前面電極層よりも高く選択できる点が有利である。１個以上の太陽電池の列が前面電極層を介して母線に電気接続する場合の導電性を、発生された電流が通常の動作条件下で母線に到達するために最低限必要な導電性よりも高くする必要は全くない。

これにより、電流発生中にモジュールまたはその一部の遮蔽に起因してバイパスダイオードが電流の一部を導電させる必要がある場合に、太陽電池セルの過熱を抑制および／または太陽電池セルが晒される最大逆バイアス電圧をより効果的に制限することができる。

一実施形態において、第１列は第１の太陽電池セル部分列および第２の太陽電池セル部分列を含んでいる一方、第２列は第１のバイパスダイオード部分列および第２のバイパスダイオード部分列を含んでおり、第１太陽電池セル部分列は１個以上の太陽電池セルを含み、第２太陽電池セル部分列は１個以上の太陽電池セルを含んでいて、これにより第１および第２太陽電池セル部分列は直列接続されていて、これにより第１バイパスダイオード部分列は１個以上のバイパスダイオードを含み、第２バイパスダイオード部分列は１個以上のバイパスダイオードを含んでいて、これにより第１バイパスダイオードおよび第２バイパスダイオード部分列は直列接続されていて、これにより第１列と第２列が第１および第２の母線を介して逆並列構成で接続されていることに加え、第１太陽電池セル部分列は第１バイパスダイオード部分列と逆並列構成で接続されていて、第２太陽電池セル部分列は第２バイパスダイオード部分列と逆並列構成で接続されている。

一実施形態において、第２太陽電池セル部分列内の１個の太陽電池セルの背面電極に直列接続されている第１の太陽電池セル部分列内の１個の太陽電池セルの前面電極はまた、第２バイパスダイオード部分列内の１個のバイパスダイオードの前面電極と直列接続されている第１バイパスダイオード部分列内の１個のバイパスダイオードの背面電極に接続していてよい。

これらの実施形態は、利用できる母線が無い場合も含め、太陽電池セル部分列をバイパスダイオード部分列に接続するために背面電極層を十分に利用することができる。

サイク（Ｐｓｙｋ）他による米国特許第６，２７４，８０４号明細書もまた、共通基板上で互いの側に沿って直列接続されている太陽電池セルで構成されていて、これにより多数のダイオードが逆並列且つ太陽電池セルに隣接して配置されている薄膜太陽電池モジュールを記述している。しかし、各ダイオードは少なくとも２個の重なり領域内で隣接する太陽電池セルと逆方向に接続されており、従ってダイオードの前面電極層はそのような重なり領域内で太陽電池セルの背面電極層と直接接続されていて、且つダイオードの背面電極層は少なくとも１個の他の重なりは領域内で太陽電池セルの前面電極層と直接接続されている。従って、サイクの特許もまた、一部のセルがバイパスダイオードから比較的遠く離れて配置されているために前面電極層を通ってバイパスダイオードへ至る電気路が比較的長いという短所を有する。

ここで図１ａを参照するに、薄膜整流ダイオード構造における一体型の電気的直列接続の一つの可能な実施形態の断面図を示しており、図１ｂにその上面図を示している。

図１ａ、ｂに示すように、薄膜整流ダイオード構造は整流ダイオードシート２を支持する基板１を含んでいる。整流ダイオードシートは、少なくとも背面電極層４、前面電極層１１、および背面電極層４と前面電極層１１の間に配置された吸収層７を含んでいる。背面電極層４は内部の５において電気絶縁が形成されており、絶縁５の左側の領域を、絶縁５の右側の隣接領域から電気的に分離する。そのような絶縁は、当該技術分野においてパターニング線とも呼ばれる。

本明細書において、少なくとも背面電極層の電気絶縁をＰ１パターニング線またはＰ１線と呼ぶ。パターニング線は別の材料で充填されていてよい。図１に示す例において、電気絶縁５は吸収層７の材料で充填されている。

上で背面電極層４について述べたのと同様に、吸収層７は内部の８において、層全体を貫通して背面接触層４を露出させる穴の形状で電気絶縁が形成されている。ここで電気絶縁８は、前面電極層１１の材料で充填されている。

再び同様に、前面電極層１１は内部の１２において、層１１全体を貫通する穴の形状で電気絶縁が形成されている。穴はこの場合、被覆層（図示せず）として当該構造に任意選択的に適用され得る絶縁材料で充填されていてよい。少なくとも前面電極層に形成された電気絶縁を、本明細書の目的でパターニング線Ｐ３と呼ぶ。

図１ａ、ｂの例において、絶縁８および１２の両方が、背面電極層４に形成された電気絶縁５に対して所定の位置を有する。整流ダイオードシート２は従って、パターニング線５、８、および１２により別々のダイオード１４および１５に分割されている。

領域１４に属する前面電極層１１の領域は、領域１５に属する背面電極層４に画定された隣接領域と電気的に接続している。本明細書の目的のために、前面電極層１１と背面電極層４の間の導電性電気接続をパターニング線Ｐ２と呼ぶ。

図１ａ、ｂに示す実施形態において、Ｐ２電気接続は、穴８を充填することにより露出された背面電極層１４を接触させる前面電極層１１の材料により形成されている。一つの領域の前面電極層がこのように逆極性を有する領域の背面電極層と電気的に接続しているため、一体型電気的直列接続が形成されている。

個々の層を絶縁するパターニング線を含むそのような一体型電気的直列接続は、各種の方法および原理により形成することができる。しかし、基本概念は、第１のパターニング線Ｐ１が背面電極層の隣接部分への分割に対応し、第２のパターニング線Ｐ２が、基板から除去された最も遠い電極層と基板に最も近い電極層の一部との間の電気接続に対応し、第３のパターニング線Ｐ３が、少なくとも背面電極に対して吸収層の反対側に配置された電極層の隣接部分への分割に対応することである。

少なくとも背面電極に対して吸収層の反対側に配置された前面電極層の隣接部分への分割はまた、図２ａの１３に示すように、吸収層７の部分的または完全な分割を含んでいてよい。

吸収層７もまた完全に分割されている場合、図２ｂの４に示すように、基板に最も近い電極層を露出させる穴が形成される。吸収層を分割する利点は、前面電極層においてパターニング線Ｐ３の両側での電気的絶縁が向上することである。

同様に、パターニング線Ｐ１は、背面電極層よりも奥へ切り込んでいてよい。

以下において頭字語Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３をその一般的な意味で使用し、図１ｂに示すように図形的に表わす。図１ｂに、Ｐ１を実線で絶縁５の中央を表わすものとして示す。Ｐ２を破線で、およびＰ３を点線で示す。図１ｂは、中央部に図１ａの構造の上面図を示したコラージュを表わす。上面図は、前面電極層１１および１２において露出された吸収層７を示す。従って、左から右に見て、Ｐ１−Ｐ２−Ｐ３線のシーケンスは、左側領域１４の前面電極から右側領域１５の背面電極への電気接続を表わす。前面電極から背面電極へのそのような電気的直列接続もまた、図１ｃに示すように記号（ｆ|ｂ）により以下に模式的に表わす。

左から右に見て背面電極が前面電極に接続している逆向きシーケンスを、図１ｄに示すように記号（ｂ|ｆ）で表わす。

ここで図３ａを参照するに、整流ダイオードシート２を支持する共通基板、受光前面および前面から逆向きの背面を含む、第１実施形態における太陽電池モジュールの断面の模式的上面図を示す。太陽電池モジュールは、Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３のグラフィック表現を含めて表わされている。対応する電気回路図を示す図３ｂにおいて、記号（ｆ|ｂ）および（ｂ|ｆ）を用いて、図１ａ−ｄおよび２ａ−ｂに関して上で述べたように、背面電極層を介した導電から前面電極層を介した導電への遷移を示している。

図３ａのモジュールの左右両側のハッチング表示された領域１６および１７は、第１および第２のいわゆる母線を表わす。母線は通常、背面電極層または前面電極層と電気的に接続している導電性の金属リボンを含んでいてよい。後者は、バスと前面電極層の直接接触、あるいは図３ａの場合のように、背面電極層との電気接続を介して実現することができる。

前面電極層が配置されている側は、太陽電池モジュールの受光側に対応すべく画定されている。背面電極は光に対して半透明である必要が無く、前面電極層よりも高い導電性を有する。

整流ダイオードシートは、第１シート部分Ｃおよび第２シート部分Ｂに分割されている。簡便のため、この実施形態の原理は、第１シート部分Ｃが、第１、第２、および第３の太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３を有する第１の列を含み、且つ第２シート部分Ｂが第１、第２、および第３のバイパスダイオードＢ１、Ｂ２、およびＢ３を有する第２の列を含むと仮定している。太陽電池セル、バイパスダイオード、またはその両方について、３個以外の数であってよい点が理解されよう。

各々の太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３により覆われる領域が、長辺および長辺より短い短辺を有する細長い形状をなしている。第２シート部分Ｂは、太陽電池セルの短辺に横並びに配置されている。図示する実施形態において、細長い形状は長方形を画定する。

図３ａでは見えないが、太陽電池セルＣ１、Ｃ２、およびＣ３は各々、図１ａ、２ａに示すように前面および背面電極層１１、４に形成された前面および背面電極を有する。同様に、バイパスダイオードＢ１、Ｂ２、およびＢ３は各々、前面および背面電極層に形成された前面および背面電極を有する。

第１シート部分Ｃはまた、太陽電池セルの長辺に沿って第１、第２、および第３の一体型電気的直列接続１９、２０、および２１を含んでいる。そのような一体型電気的直列接続は、太陽電池セルの前面電極および背面電極層内で画定された各々の隣接領域を拡張する。太陽電池セルＣ１およびＣ２の前面電極が接続する各々の隣接領域は、太陽電池セルＣ２およびＣ３の背面電極により形成されている。太陽電池セルＣ３の前面電極が接続する画定された隣接領域は、母線１７または少なくとも母線が背面電極層に接続する領域により形成されている。

太陽電池モジュールは、母線を介して、図３ｂの１８において模式的に示す外部の電気的負荷に接続可能である。この組の太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３は母線間で直列接続されているため、直列接続された太陽電池セルの第１列を形成する。従って、隣接領域の背面電極に各太陽電池セルの前面電極を接続する上述の電気的直列接続により、太陽電池モジュールは、一方の極性（陽極または陰極）の側の太陽電池セルの各々背面電極、および逆極性（陰極または陽極）のもう一方の側の右側母線１７に接続している背面電極を介して電気負荷に接続可能である。

太陽電池モジュールを更に詳細に記述するに、第１シート部分Ｃの左側の母線１６から右方を見るに、母線１６、Ｐ３線、太陽電池セルＣ１（母線１６がＰ３線の下方で太陽電池セルＣ１の背面電極に接続している）、１９においてシーケンスＰ１−Ｐ２−Ｐ３により形成された電気的直列接続、太陽電池セルＣ２、２０においてシーケンスＰ１−Ｐ２−Ｐ３により形成された電気的直列接続、太陽電池セルＣ３、２１においてシーケンスＰｌ−Ｐ２−Ｐ３により形成された電気的直列接続、および最後に母線１７の順に並んでいる。

第２シート部分Ｂの左側の母線１６から右方を見るに、母線１６、２２においてシーケンスＰ３−Ｐ２−Ｐ１により形成された電気的直列接続、バイパスダイオードＢ１、２３においてシーケンスＰ３−Ｐ２−Ｐ１により形成された電気的直列接続、バイパスダイオードＢ２、２４においてシーケンスＰ３−Ｐ２−Ｐ１により形成された電気的直列接続、バイパスダイオードＢ３、Ｐ３線、および最後に母線１７の順に並んでいる。

整流ダイオードシートは、２５、２６、２７、２８、および２９におけるＰ１および／またはＰ３線で示すように、前面および／または背面電極層に形成された電気絶縁により、第１および第２のシート部分ＣおよびＢに分割されている。２５、２６、および２７において、Ｐ１およびＰ３線の両方が与えられている。線Ｐ１およびＰ３は、互いに位置がずれて描かれているが、互いに重なり合っていてもよい。２８において、太陽電池セルＣ１の前面電極をバイパスダイオードＢ１の背面電極からではなく、前面電極から分離すべくＰ３線だけが与えられている。２９の場合も太陽電池セルＣ３およびバイパスダイオードＢ２に関して同様である。

第２列の２３と２４におけるバイパスダイオードＢ１、Ｂ２、およびＢ３の間に直列接続が存在するが、第１列の１９と２０における太陽電池セルＣ１、Ｃ２、およびＣ３の間の直列結合とは別個である。

第２列（バイパスダイオードを含む）は、第１の左側母線１６、および第２の右側母線１７を介して第１列（太陽電池セルを含む）とは逆並列構成で接続されている。

図３ａ、ｂの両方を参照しながら、対応する電気回路について以下に記述する。（例えば）太陽電池セルＣ２の前面電極は、２０においてＰ２線を介して、自身に隣接する太陽電池セルＣ３の背面電極に接続されている。太陽電池セルＣ３の背面電極は、背面電極層がＰ３の下方に存在し続けるため、２９においてバイパスダイオードＢ２の背面電極に接続されている。従って、太陽電池セルＣ２の前面電極は実際に、太陽電池セルＣ３の背面電極を介して、バイパスダイオードＢ２の背面電極と電気的に接触している。バイパスダイオードＢ２の前面電極は、２３においてＰ２を介して、自身に隣接するバイパスダイオードＢ１の背面電極と電気的に接続している。後者は、２８において太陽電池セルＣ２の背面電極と電気的に接触している。その結果、太陽電池セルＣ２の背面電極がバイパスダイオードＢ２の前面電極と電気的に接続される。

要約するに、バイパスダイオードＢ２は太陽電池セルＣ２と逆並列構成で電気回路を形成する。

同様に、バイパスダイオードＢ１は太陽電池セルＣ１と逆並列構成で電気回路を形成し、バイパスダイオードＢ３は太陽電池セルＣ３と逆並列構成で電気回路を形成する。

上述のように、各々の太陽電池セルＣ１、Ｃ２、およびＣ３の間で電気的直列結合が存在する一方、各々のバイパスダイオードＢ１、Ｂ２、Ｂ３は直列接続を有する別個の列に存在する。図３ｂの線図から、Ｂ１およびＢ２を各々Ｃ１およびＣ２と逆並列に構成するために、例えばＣ２−Ｂ２だけでなくＣ１−Ｂ１の間に個々に電気接続を提供する必要がないことが容易に確認できる。個々に接続を提供するのではなく、背面電極層を介して接続２８が共有される。これは、接続２８がＢ１の背面電極およびＢ２の前面電極の両方に（一体型直列接続２３を介して）、およびＣ２の背面電極およびＣ１の前面電極の両方に（別々の一体型直列接続１９を介して）接続しているためである。従って、第１および第２シート部分の間の電気接続は共有でき、好適には背面電極層を介して実現できることにより、前面電極層に比べて低い背面電極層の抵抗を利用できる。

動作時において、図３ａ、ｂのモジュールは以下のように動作する。電気的負荷１８が母線１６、１７に接続されていて、電流が流れることができる。太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の各々が入射光に十分露出されている動作状態において、これらのセルは、右から左へすなわち母線１７から母線１６へ向けられた、および電気的負荷を介して母線１７へ戻る電流を発生する。例えば、太陽電池セルＣ１が遮蔽されている場合、太陽電池セルＣ１を形成しているダイオードは、第１列内の他のセルからの光電流の方向に対して遮蔽する方向にある。従って、残りの太陽電池セルにより発生された電流は主に、バイパスダイオードＢ１を通る背面電極内で導電性が極めて高いチャネル（この場合太陽電池セルＣ２の背面電極により形成された）を介して導かれる。電流は、必ずしも太陽電池セルＣ１の前面電極を通過しなくてもそのバイパスダイオードに到達することができる。

同様に、バイパスダイオードＢ２から比較的遠い太陽電池セルＣ２の部分、またはバイパスダイオードＢ３から比較的遠い太陽電池セルＣ３の部分の前面電極および背面電極は、背面電極層を介して各々のバイパスダイオードに接続されていることがわかる。完全にまたは部分的に遮蔽された条件下で、太陽電池セルの背面および前面電極の両方から集められた電流は従って、主に母線またはより高導電性のバイパスダイオードの背面電極層チャネルを介して、バイパスダイオードの列へ導かれる。

母線１７が背面電極層と電気的に接続しているため、太陽電池セルの列の第１の太陽電池セルである太陽電池セルＣ３の前面電極は、母線１７を介してバイパスダイオードＢ３に接続されている点に留意されたい。一実施形態において、母線１７は太陽電池セルＣ３の前面電極に直接接続されていてもよい。

Ｃ１、Ｃ２、およびＣ３は、個々の太陽電池セルから形成されるのではなく、直列接続された個々の太陽電池セルを含む太陽電池セル部分列により形成されていてもよい点を理解されたい。同様に、バイパスダイオードＢ１、Ｂ２、Ｂ３は各々、直列接続されたバイパスダイオードのバイパスダイオード部分列を表わす場合がある。これはまた、以下に図示および記述する実施形態に関する場合でもある。

ここで図４ａを参照するに、第２の実施形態を上の図３ａと同様の方法で示す。本実施形態において、整流ダイオードシートは、３０、３１、および３２においてＰ３、Ｐ２およびＰ１線を用いて（第１シート部分Ｃから第２のシート部分Ｂの方を見て）第１シート部分Ｃおよび第２シート部分Ｂに分割されている。

第１シート部分Ｃは、太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、および１９、２０、２１における、母線１６、１７と太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３との間の電気的直列接続を含んでいる。

第２シート部分Ｂは、バイパスダイオードＢ１、Ｂ２、Ｂ３、および２２，２３、２４における母線１６、１７とバイパスダイオードＢ１、Ｂ２、Ｂ３との間の別々の電気的直列接続を含んでいる。これらのバイパスダイオードは図３ａに示す第１の実施形態と本質的に同一の構成である。

太陽電池セルＣ１の背面電極は、３０において、Ｐ３−Ｐ２−Ｐ１線を介してバイパスダイオードＢ１の前面電極に接続されている。同様に、太陽電池セルＣ２、Ｃ３の背面電極は、各々３１および３２において、バイパスダイオードＢ２、Ｂ３の前面電極に接続されている。

ここで図４ｂも参照するに、本実施形態の電気回路および保護機能を以下のように述べることができる。太陽電池セルＣ２の前面電極は、２０において、Ｐ２を介して太陽電池セルＣ３の背面電極に接続されている。第２の直交配列されたＰ２線は、太陽電池セルＣ３の背面電極を３２において、バイパスダイオードＢ３の前面電極に接続する。第３のＰ２線は、２４において、バイパスダイオードＢ３の前面電極をバイパスダイオードＢ２の背面電極に接続する。バイパスダイオードＢ２の前面電極は、３１において、別のＰ２線を介して太陽電池セルＣ２の背面電極に接続されている。

その結果、バイパスダイオードＢ２は、太陽電池セルＣ２と逆並列構成で電気的に接続されることにより、太陽電池セルＣ２の前面電極は、太陽電池セルＣ３の背面電極により形成された背面電極層の隣接領域を介して、バイパスダイオードＢ２の背面電極に接続されていて、同一太陽電池セルＣ２の背面電極は、同一バイパスダイオードＢ２の前面電極に接続されている。

バイパスダイオードＢ１は太陽電池セルＣ１と逆並列構成で電気的に接続されていて、バイパスダイオードＢ３は太陽電池セルＣ３と逆並列構成で電気的に接続している。太陽電池セルＣ３の場合、Ｃ３の前面電極が接続する背面電極層における関連隣接領域は、母線１７または２１におけるＰ３線と母線１７の間の領域により形成されている。

図４ｂに最も分かり易く示しているように、太陽電池セルＣ１の背面電極が母線１６および２２においてＰ２線を介してバイパスダイオードＢ１の前面電極と既に接続されているため、３０におけるＰ２線は任意選択である。あるいは、３０におけるＰ２線が配置されている場合、２２におけるＰ２線は任意選択であると考えることができる。

ここで図５ａを参照するに、第３の実施形態を上と同様に示す。本実施形態において、太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３を含む第１シート部分Ｃは、断面３３、３４を含むＰ３線により第２のシート部分Ｂから分割されている。各太陽電池セルは自身のバイパスダイオードを有しているが、本実施形態において特定の太陽電池セルのバイパスダイオードが自身に隣接する太陽電池セルと横並びであるため、セル１個分の幅シフトされているように見える。

母線１６、１７と太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３との間の１９、２０、２１における電気的直列接続を再び示す。しかし、先の場合に比べて２１における電気的直列接続と右側母線１７の間により長い距離が残されている。これにより、ある領域がバイパスダイオードＢ３の収容に利用できるようになる。バイパスダイオードはまた、第１および第２の実施形態と同様に直列接続されているが、左側母線１６と、バイパスダイオードＢ１の前面電極を母線１６に接続する２２におけるＰ２線の間に太陽電池セル１個分の幅がある。太陽電池セルＣ２は、上述のＰ３線を介して３３においてバイパスダイオードＢ１から分離されている。同じことがＣ３とＢ２の間の分割に当てはまる。

回路の等価物について図５ａ、５ｂを参照しながら記述する。上述の実施形態と同様に、太陽電池セルＣ２の前面電極は、２０においてＰ２線を介して太陽電池セルＣ３の背面電極と電気的に直列接続されている。太陽電池セルＣ３の背面電極は、３４における電気絶縁が背面電極層にはなく前面電極だけにあるため、バイパスダイオードＢ２の背面電極と電気的に接触している。バイパスダイオードＢ２の前面電極は、２３において直列接続Ｐ２を介してバイパスダイオードＢ１の背面電極に接触している。後者は、（Ｂ２がＣ３に接続しているのと同様に）３３において太陽電池セルＣ２の背面電極に直接接続されている。

その結果、太陽電池セルＣ２の前面電極は、太陽電池セルＣ３の背面電極を介してバイパスダイオードＢ２の背面電極に接続されており、従って関連する隣接領域を形成する。また、太陽電池セルＣ２の背面電極は、バイパスダイオードＢ２の前面電極に接続されている。従って、バイパスダイオードＢ２は太陽電池セルＣ２と逆並列構成で電気回路を形成する。

同様に、バイパスダイオードＢ１は太陽電池セルＣ１と逆並列構成で電気回路を形成しており、バイパスダイオードＢ３は太陽電池セルＣ３と逆並列構成で電気回路を形成している。

図６は、上述の第３の実施形態と非常に類似している第４の実施形態を表わす。母線１７はバイパスダイオードを含む第２のシート部分Ｂまで伸びておらず、２１における電気的直列接続と右側母線１７の間の距離が先の場合より長くなっていない。これにより、バイパスダイオードＢ３でより広い空間が利用できる。バイパスダイオードＢ３の背面電極が母線１７に接続するのは、これらの間にＰ３線しか与えられていないためである。

図５、６に示す実施形態において、全てのＰ１線（１９、２０、２１における）は専ら一方向だけに沿って並列に、ここでは太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３の長辺に沿って、および／または母線１６、１７と並列に、および／または整流ダイオードシートの第１（Ｃ）と第２シート（Ｂ）部分間の分割を画定する１個以上の電気絶縁を横断して伸びていることに注意されたい。これは、例えばレーザースクライビングによりパターニング線を実現する過程において、長手パターニング方向に垂直な横方向のＰ１線が回避できるため、太陽電池モジュールを製造する際に有用である。

更に、図３ａに示す実施形態に比べて、太陽電池セルの背面電極層が太陽電池セルの実質的に幅全体にわたりバイパスダイオードの背面電極層と電気接続をなすため、太陽電池セルとバイパスダイオードとの間の電気抵抗がより低い。しかし、図３ａにおいて、Ｐ１線が２５、２６、２７において太陽電池セルの利用できる幅の残りの部分を絶縁するため、太陽電池セルの背面電極層とバイパスダイオードとの接触は２８および２９におけるＰ３線の下側の断面に限られる。

ここで図７を参照するに、更に別の実施形態を示す。本実施形態と先に示したものの間に二つの顕著な違いがある。第１に、ここでのバイパスダイオードは各々、複数の太陽電池セルを架橋する。第２に、バイパスダイオードを含む第２シート部分Ｂが中央に位置していることにより、太陽電池セルを含む第１シート部分Ｃが一方の側で第２シート部分Ｂに隣接していて、より多く太陽電池セルを含む第３のシート部分Ｃ’がもう一方の側でバイパスダイオードを含む第２シートＢに隣接している。

第１シート部分Ｃは、３５、３６、３７、３８および３９においてＰ２線を介して母線１６と１７の間で直列接続されている太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４およびＣ５の第１列を形成する第１の組を含んでいる。第１列は、３個の太陽電池セル部分列に分割されていて、１個が太陽電池セルＣ１を含み、１個が太陽電池セルＣ２およびＣ３を含み、１個が太陽電池セルＣ４およびＣ５を含んでいる。太陽電池セルの第１列と並列に、直列接続されている太陽電池セルＣ１’、Ｃ２’、Ｃ３’、Ｃ４’、およびＣ５’の第３の列を形成する第２の組が、母線１６および１７に接続すべく構成されている。第２組は第３シート部分Ｃ’に含まれている。太陽電池セルの第２組は、３５’、３６’、３７’、３８’および３９’においてＰ２線を介して母線１６と１７の間で直列接続されている。

例えば図３の実施形態と同様に、第２シート部分Ｂに含まれるバイパスダイオードの第２の列Ｂ１、Ｂ２、およびＢ３がＰ２線４０、４１、および４２を介して母線１６および１７の間で直列接続されているが、太陽電池セルの列とは逆並列となっている。

バイパスダイオードの第２の列はまた、３個の直列接続されたバイパスダイオード部分列を含んでいて、１個はバイパスダイオードＢ１を含み、１個はバイパスダイオードＢ２を含み、１個はバイパスダイオードＢ３を含んでいる。これらのバイパスダイオード部分列の各々はまた、２個以上のバイパスダイオードを含んでいてよい。

また、図３の実施形態に同様に、太陽電池セルＣ１は、４３において前面電極層および背面電極層にあるＰ１およびＰ３線を介してバイパスダイオードＢ１から分離されている。同様に、Ｃ１’は４３においてＢ１から分離されていて、Ｃ３とＣ３’は４４と４４’において各々Ｂ２から分離されていて、Ｃ５とＣ５’は４５と４５’において各々Ｂ３から分離されている。

図５の実施形態と同様に、Ｃ２はＰ３線により４６においてＢ１から分離されている。同様に、Ｃ２’は４６’においてＢ１から分離されていている。同様に、Ｃ４とＣ４’は４７と４７’において各々Ｂ２から分離されている。

図７ｂの電気回路を図７ａの構造と合わせて記述するために、以下に太陽電池セルＣ２およびＣ３について考慮する。上述のように、これらの太陽電池セルは３６において直列接続されていることにより、セルＣ３の背面電極は、Ｃ２の前面電極が接続する隣接領域を形成する。Ｃ３の背面電極は、バイパスダイオードＢ１によりあらゆる直接接続から電気的に絶縁されている。背面電極層が４７においてＰ３線の下側で伸びているため、Ｃ３の前面電極は３７においてＰ２を介してＢ２の背面電極、およびＣ４の背面電極に接触している。背面電極層が４６においてＰ３線の下側で伸びているため、Ｂ２の前面電極は４１においてＰ２を介してＣ２の背面電極、およびＢ１の背面電極に接触している。

同様な方法により、直列接続されている太陽電池セルＣ２’およびＣ３’を含む太陽電池セル部分列は、バイパスダイオードＢ２を含むバイパスダイオード部分列に逆並列構成で接続されている。

結果の要約：太陽電池セルＣ２の背面電極は、バイパスダイオードＢ２の前面電極に（４６および４１を介して）電気的に接続されており、セルＣ２の前面電極はＣ２の背面接触を介してバイパスダイオードＢ２の背面電極と電気的に接触しているため、隣接領域を形成する。

この結果、バイパスダイオードＢ２を含むバイパスダイオード部分列が、Ｃ２−Ｃ３を含む太陽電池セル部分列およびＣ２'−Ｃ３’を含む太陽電池セル部分列に対し逆並列となる。Ｂ２は従って、２個の直列接続された太陽電池セルを含む２個の太陽電池セル部分列を保護する。これは無論、１個のバイパスダイオードまたは１個のバイパスダイオード部分列により保護されている３個以上の直列接続されたセルを含む太陽電池セル部分列に拡張することができる。

母線間で直列に並んでいる全ての太陽電池セルが逆並列に接続された１個のバイパスダイオードにより保護されているモジュールの例を図８に示す。

図に示す実施形態において、整流ダイオードシートは、Ｐ１およびＰ３線の形をなす電気絶縁を介して第１および第２のシート部分ＣおよびＢに分割されている。第１シート部分Ｃは３個の太陽電池セルＣ１、Ｃ２、Ｃ３と電気的直列接続１９、２０、２１の第１の列を含んでいて、第２のシート部分Ｂは直列接続されたバイパスダイオードの代わりに単一のバイパスダイオードＢ１で形成された第２の列を含んでいる。

最も上流の発電用太陽電池セルＣ３の前面電極は、電気的直列接続２１および母線１７と関連付けられた隣接領域を介してバイパスダイオードＢ１の背面電極に接続されている。最も下流の発電用太陽電池セルＣ１の背面電極は、母線１６および２２における電気的直列接続を介してバイパスダイオードＢ１の前面電極に接続されている。

図８の実施形態のバイパスダイオードＢ１は、遮蔽により問題が生じた場合、図８の太陽電池モジュールに直列接続された他の太陽電池モジュールにより発生された電流を導電することにより、太陽電池セルの逆バイアスが高くなり過ぎるのを防止することができる。

母線間で直列接続された太陽電池セルの列全体と逆並列に回路を形成するバイパスダイオードを、当該列内の多数の太陽電池セルと逆並列に回路を形成するバイパスダイオードと組合わせてもよい。

上で図示および記述した実施形態において、前面電極と母線との間の電気接続は、背面電極層を介して前面電極層から母線までＰ１−Ｐ２−Ｐ３の一体型直列接続により実現される。母線を前面電極層に直接接続することもまた可能である。図９に示す例は、図８の実施形態に近い類似物であるが、一般原理は全ての実施形態に適用可能である。

図９ａの太陽電池モジュールを更に詳細に記述するに、第１シート部分Ｃの左側の母線１６から右方を見るに、例えば図３ａに示す太陽電池モジュールと全く同様に、母線１６、Ｐ３線、太陽電池セルＣ１（母線１６がＰ３線の下側で太陽電池セルＣ１の背面電極に接続されている）、１９においてシーケンスＰ１−Ｐ２−Ｐ３により形成された電気的直列接続、太陽電池セルＣ２、２０においてシーケンスＰ１−Ｐ２−Ｐ３により形成された電気的直列接続、および太陽電池セルＣ３の順に並んでいる。しかし、太陽電池セルＣ３から更に先を見れば、２３におけるＰ１線に続いて母線１７の順に並んでいる。従って、図３ａのＰ１−Ｐ２−Ｐ３直列接続はＰ１線により代替される。

左側の母線１６がバイパスダイオードＢ１に接続する箇所で同様の代替がある。第２シート部分Ｂの左側の母線１６から右方を見るに、母線１６、２５におけるＰ１線、バイパスダイオードＢ１、Ｐ３線２４、および最後に母線１７の順に並んでいる。無論、ただ１個のバイパスダイオードＢ１ではなく、直列接続されたバイパスダイオード列が存在してもよい。

２３におけるＰ１線は、Ｃ３の背面電極がＢ１の背面電極に対して短絡することを回避する。２４におけるＰ３線は、母線１７がバイパスダイオードＢ１の前面電極に対して短絡することを回避する。

図９ｂに示すように対応するダイオード・ネットワークは、図８ｂに示すものと電気的に等価である。構造的な唯一の違いは、母線１７とＣ３太陽電池セル陰極およびＢ１バイパスダイオードの陽極の間に各々直接結合が存在する２３および２４と、および母線１６と２５におけるＢ１バイパスダイオードの陰極およびＣ３太陽電池セル陽極との間に各々直接接続が存在する２５である。

図１０（ａ〜ｄ）に、各種の一般的な太陽電池モジュール・レイアウトの模式的上面図を示す。各々に左右両側の母線１６および１７を示す。

図１０ａにおいて、整流ダイオードシートは、太陽電池セルの第１の組Ｃ１〜Ｃｎ（ｎは当該組における太陽電池セルの数を表わす）を含む第１シート部分Ｃ、少なくとも１個のバイパスダイオードが太陽電池セルＣ１〜Ｃｎに対して母線１６，１７と逆並列に接続されている組を含む第２シート部分Ｂ、および太陽電池セルの第１の組Ｃ１〜Ｃｎと並列に母線１６、１７に接続されている太陽電池セルの第２の組Ｃ１’、Ｃ２’〜 Ｃｎ’を含む第３のシートＣ’に分割されている。図１０ａは図７に示したものと同様に構成することができる。

市販の大面積太陽電池モジュールにおいて、ｎは通常１０以上、例えば２４、であってよい。

無論、図１０ａのレイアウトは図１０ｂに例示するように単一モジュール内で繰り返されていてよい。ここで、第２シート部分Ｂ内のバイパスダイオード（群）は、第１および第３シート部分Ｃ、Ｃ’に含まれる太陽電池セルを保護する一方、第４シート部分Ｄ内のバイパスダイオード（群）は、第５および第６シート部分Ｅ、Ｅ’に含まれる太陽電池セルを保護する。

図１０ｃに示すように別の実施形態において、第２シート部分Ｂのバイパスダイオード（群）の第１の組は、第２シート部分Ｂの一方の側に配列された第１シート部分Ｃの太陽電池セルを保護することができる。これらは、図３、４、５、６または８に例示するように相互に関係付けられていてよい。任意選択的に、バイパスダイオード（群）の第２の組５９を含む第３のシート部分Ｄを提供して、モジュールの第４のシート部分Ｅに含まれる太陽電池セルを保護することができる。図１０ｄに示すように、第３シート部分Ｄに含まれるバイパスダイオード（群）の第２の組は、自身が保護する第４シート部分Ｅに含む太陽電池セルの第２の組に対するモジュールの端に配列されている。

図１０に示す実施形態において、太陽電池セルを含む第１シート部分は共通基板上で、バイパスダイオードを含む第２シート部分よりも広い表面積を覆う。能動薄膜領域の最大部分が太陽電池セルとしてパターニングされる。能動領域の比較的小さい部分だけが逆極性にパターニングされて、直列接続された一体型のバイパスダイオードの組またはアレイを形成する。従って、利用可能な表面積の比較的小さい部分が、発電に使用されるのではなく、バイパスダイオード用に犠牲にされる。バイパスダイオードを通される最大順電流に応じて、バイパスダイオードの総面積は回路全面積の０．１〜１０％を占有する場合がある。

バイパスダイオードの総面積が太陽電池セルのそれと比較して小さいため、バイパスダイオードは入射光線から遮蔽される必要がない。しかし、モジュールの効率損失を抑制するために、光からバイパスダイオードを遮蔽することにより太陽電池モジュールが正常動作する間の逆光電流を減少または除去する方が好ましい。例えば、バイパスダイオード（群）を含む任意のシート部分を不透明なカバーで局所的に覆ってもよい。そのような不透明なカバーは、バイパスダイオードの前面電極の上に直接配置しても、あるいは太陽電池モジュールを収納するために用いるべく例えばポリマー膜および／またはカバーグラスで形成された追加的な層の一部または１個であってもよい。不透明なカバーは、前面電極と直接接触している場合に前面電極の導電率を上げるべく、導電性材料、例えば金属製であってよい。

特許請求された本発明から逸脱することなく、モジュール・レイアウトに対し各種の変更様を行なうことができる点を理解されよう。

次に、太陽電池モジュールの製造方法を記述する。ここでも基本的原理を説明するために基板技術設計に関して記述しているが、基板技術設計に限定する意図はない。最初に、基板を用意する。これは、透明な基板、特にガラスまたはプラスチックで作られた透明な基板であっても、あるいは金属等の不透明な基板であってもよい。しかし、背面電極層に電気絶縁を設けて内部に別々の領域を画定可能にすべく、基板が導電性である場合には基板と背面電極層の間に絶縁層を設けることが必要な場合がある。

次いで、内部に１個以上の電気絶縁を有する背面電極層が基板上に形成される。黄銅鉱材料を基礎とする太陽電池モジュールの場合、一般にモリブデン層で十分である。層は、蒸発、スパッタ堆積、あるいは化学または物理的蒸着を含む１種以上の利用可能な各種堆積方法を用いて形成することができる。

電気絶縁は、背面電極層が堆積される間、または堆積された後で形成することができる。後の場合、例えば層内へ溝を刻む、あるいは背面電極層内へ高抵抗材料の断面を書き込むことができる。溝は、例えばエッチング、局所的蒸発、機械的スクライビング、またはレーザースクライビングにより形成することができる。背面電極層を適用する間、背面電極層の適用を局所的に避けるべく、例えば電気絶縁を形成した箇所で領域を局所的にマスキングすることができる。

次に、吸収層を形成してもよく、ここでは、穴の形状にある１個以上の電気絶縁が、背面電極層に形成された１個以上の電気絶縁に対する所定の位置において吸収層を貫通して伸びている。これにより背面電極層は局所的に露出される。多くの可能な種類の吸収層があり、当業者には所望の吸収層の形成方法は標準的文献により利用可能である。

背面電極層と同様に、吸収層の電気絶縁は層を適用した後で、または適用中に形成することができる。

次に、吸収層上に前面電極層が形成されるが、前面電極層は、背面電極層に形成される１個以上の電気絶縁に対して所定の位置にある１個以上の電気絶縁を備えている。背面電極層と同様に、吸収層の電気絶縁は層を適用した後で、または適用中に形成することができる。

背面接触層を露出させた吸収層に設けられた穴を前面電極層からの材料で充填可能にすることにより、一体型の電気的直列接続を背面電極層と前面電極層の間に生成することができる。

前面電極層と背面電極層を形成する順序を入れ替えて、最初に前面電極層を形成し、吸収層を形成した後で背面電極層を形成するようにしてもよい。その場合、吸収層の穴は前面電極層を露出させ、吸収層に設けられた穴を背面電極層からの材料で充填可能にすることにより一体型電気的直列接続を生成することができる。

いずれの場合も、吸収層が黄銅鉱吸収層を含む場合、前面電極層としてＺｎＯを選択することができる。任意選択的に、ＣｄＳ等の前面接触層を形成する前にＩＩ〜ＶＩ材料の追加的な層を適用することができる。

任意選択的に、環境および／または機械的耐久性を強化すべく、例えばガラスまたはプラスチックで形成されたポリマーカプセル化層やカバープレート等の１個以上のカプセル化層を設けることができる。

母線および太陽電池セル列およびバイパスダイオードの母線への電気接続とは独立に、上に開示して記述した太陽電池モジュールが他の有用な特徴を有することが明らかにされ、これらは独立にまたは組み合わせて特許請求されている。

例えば、本発明は別の態様において、電気的負荷に接続するための太陽電池モジュールを提供する。太陽電池モジュールは整流ダイオードシートを支持する共通基板を含み、整流ダイオードシートは少なくとも背面電極層、前面電極層、および背面電極層と前面電極層の間に配置された吸収層を含んでいることにより、背面電極層は前面電極層よりも高い導電性を有し、整流ダイオードシートは第１および第２シート部分に分割されていて、前記第１シート部分は、前面および背面電極層に形成された前面および背面電極を有する少なくとも１個の太陽電池セルおよび、太陽電池セルの前面電極と、背面電極層に画定されていて太陽電池セルの背面電極とは電気的に絶縁されている隣接領域との間の一体型電気的直列接続を含んでいて、第２シート部分は、前面および背面電極層に形成された少なくとも１個のバイパスダイオードを含み、バイパスダイオードは少なくとも１個の太陽電池セルと逆並列構成で回路を形成していることにより、太陽電池セルの背面電極はバイパスダイオードの前面電極と電気的に接続されていて、太陽電池セルの前面電極は、少なくとも背面電極層の隣接領域を介して、バイパスダイオードの背面電極と電気的に接触しており、これにより太陽電池モジュールは、少なくとも太陽電池セルの背面電極および少なくとも背面電極層の隣接領域を介して電気的負荷に接続可能である。

これらの実施形態において、太陽電池セルの前面電極が少なくとも背面電極層内で画定された隣接領域を介してバイパスダイオードの背面電極と電気的に接触しているため、バイパスダイオードへの電気接続は前面電極層を介した導電性を必要としないか、またはより少なくて済む。太陽電池セルのバイパスダイオードとの接続は従って、背面電極層が前面電極層に比べてより高い導電性を有することが利点である。

これにより、電流を発生させる間にモジュールまたはその一部の遮蔽により電流の一部を、バイパスダイオードが導電させる必要がある場合に、太陽電池セルの過熱を減少させ、および／または、太陽電池セルがさらされる最大逆バイアス電圧をより効果的に制限することができる。

一般に、整流ダイオードシートは、前面電極層、背面電極層、および吸収層のうち１個以上に形成された１個以上の電気絶縁により、第１および第２のシート部分に分割することができる。より具体的には、好適な実施形態において、整流ダイオードシートは、少なくとも前面電極層における電気絶縁により、前記第１および第２のシート部分に分割されていてよい。

好適には、第１と第２のシート部分との間の背面電極層の一部は、絶縁なしに連続的である。より好適には、第１と第２のシート部分の間に背面電極層の絶縁が存在しない。これと共に、２個のシート部分間に電気的接触を確立するために背面電極層全体を利用できるため、第１シート部分に画定されている１個以上の太陽電池セルは、第２のシート部分に画定されている１個以上のバイパスダイオードへの接続が最小電気抵抗で実現される。

背面電極層に画定されている隣接領域は母線の一部を形成することができる、あるいは、少なくとも２個の直列接続された太陽電池セルを含む実施形態において、隣接領域は隣接する太陽電池セルの背面電極層の一部を形成していてよい。

第１シート部分が第１および第２の太陽電池セルを含む実施形態において、第２太陽電池セルの背面電極は、一体型電気的直列接続を介して第１太陽電池セルの前面電極が接続される隣接領域を含んでいてよい。前記一体型直列接続が第１の一体型直列接続を形成し、前記隣接領域が第１の隣接領域を形成することができる。前記実施形態における第１シート部分は更に、第２太陽電池セルの前面電極と、第２太陽電池セルの背面電極から電気的に分離されている背面電極層に画定されている第２の隣接領域との間の第２の一体型電気的直列接続を含んでいてよい。この第２隣接領域が母線のまたは第３の太陽電池セルの一部を形成していてよい。

より多くの太陽電池セルを同様に追加することができる。

少なくともバイパスダイオードの一部が背面電極層の隣接領域に対して横並びに配置されていることが適している。本明細書の文脈において、「横並び」とは隣接領域の一辺の少なくとも一部が、バイパスダイオードの一辺の少なくとも一部に面していることを意味する。好適には、隣接領域またはバイパスダイオードの辺の長さの少なくとも１０％、より好適には少なくとも５０％がバイパスダイオードおよび隣接領域の各々と横並びである。横並びである部分が太陽電池セルをバイパスダイオードに電気接続するために利用可能であるため、辺の長さの大きい部分が横並びに配置されている場合、隣接領域とバイパスダイオードの背面電極との間の電気抵抗をより小さくすることができる。

この状態を図３ａに示すに、例えば２８においてバイパスダイオードＢ１の一部が太陽電池セルＣ２に対して横並びに配置されている。図５ａ、６において、バイパスダイオードＢ１全体が太陽電池セルＣ２と横並びに配置されており、バイパスダイオードＢ３は母線１７または母線１７に隣接する領域と横並びに配置されている。図７において、例えばバイパスダイオードＢ２のほぼ半数が太陽電池セルＣ４、Ｃ４’と横並びに配置されている。

横並びに配置されている場合、背面電極層の隣接領域およびバイパスダイオードの背面電極層は、背面電極層がパターニングまたは絶縁されていない背面電極層における非パターニング断面を維持することにより、背面電極層に形成できる点が有利である。そのような断面において、背面電極層は、第１シート部分から第２のシート部分へ絶縁されないままである。

従って、背面電極層の隣接領域は、第１および第２のシート部分をバイパスダイオードの背面電極層に分割する前面電極層における電気絶縁（例：Ｐ３線）の下で適切に連続することができる。

背面電極層の隣接領域が隣接する太陽電池セルの背面電極層の一部を形成する場合、背面電極層の隣接領域は好適には隣接する太陽電池セルの背面電極層全体により形成されている。

少なくとも１個の太陽電池セルは、共通基板上の、長辺および長辺より短い短辺を有する細長い形状の領域を覆うことができ、これにより電気的直列接続は長辺に沿って配置されている。これと共に、背面電極層の隣接領域は、第１シート部分に含まれていて、長辺に隣接して配置されていることが便利である。第２シート部分は短辺に隣接して配置されていることが適している。

背面電極層の隣接領域が、これも細長い形状を有す隣接太陽電池セルの背面電極層である場合、大多数の隣接太陽電池セルの短辺はバイパスダイオードと横並びであり得るため、隣接太陽電池セルの背面電極は大多数の短辺上のバイパスダイオードの背面電極に接続することができる。

好適には、実質的に短辺全体が、例えば図５ａ、６に示すように、バイパスダイオードに対して横並びであり、その場合例えば太陽セルＣ２の背面電極は線３３の下で太陽電池セルＣ２の短辺のほぼ全体に沿って、バイパスダイオードＢ１の背面電極に接続されている。同様に、図７ａにおいて、例えば太陽セルＣ２の背面電極は、線４６の下でバイパスダイオードＢ１の背面電極に接続されている。これにより、太陽電池セルの背面電極とバイパスダイオードとの間の電気抵抗が最小化される。

無論、これらの実施形態のいずれにおいても、第２のシート部分の前面電極層は、上述のように少なくとも部分的に不透明材料のシールド層で覆われていてよく、これにより不透明材料は任意選択的に前面電極層より高い導電性率を有することができる。

上では例示的な実施形態を特定の場合に関して記述してきたが、当業者には本発明の精神から逸脱することなく他の多くの変型が明らかであって、容易に実施可能であることが理解されよう。従って、添付の特許請求の範囲を本明細書に開示する例および記述に限定する意図はなく、むしろ特許請求の範囲は本発明に関わる当業者により等価物として扱われる特徴を包含しているものと解釈すべきである。

例えば、本発明の実施形態はまた、逆並列構成で１個のバイパスダイオード毎に架橋されている複数の太陽電池セルだけでなく、バイパスダイオード（群）を含むシート部分の太陽電池モジュール上の他の場所と、より少ないまたはより多くの太陽電池セルおよびバイパスダイオードを含む組、とを含む他の可能な設計のバリエーションも包含している。

例えば、Ｐ２またはＰ３線は、短絡を回避すべく任意選択的に絶縁材料で被覆されていてよい。これは、太陽電池セルの前面電極およびバイパスダイオードを母線１６または１７から分離するＰ３線において特に重要である。

本発明はまた、２枚以上の整流シートが互いに重なり合うタンデムセルにも適用できる。

用語「前面電極」および「前面電極層」は、太陽電池セルの受光側の電極および電極層を指すことを意図している。

用語「基板」は、「表板（スーパーストレート）」を含むように解釈することを意図し、請求項はいわゆる表板（スーパーストレート）技術を含むことを意図しており、上述のように太陽電池モジュールの受光側を画定する前面電極層は、基板が太陽電池モジュールの受光側に位置するように背面電極層よりも基板の近くにある。

用語「吸収層」は本明細書において、光を吸収することにより電子正孔対を形成することができる任意の種類の半導体層として用いられている。

本発明は、薄膜ダイオード構造を含むあらゆる薄膜太陽電池セルに適用可能であり、以下の非網羅的なリスト、すなわちシリコン素材薄膜、黄銅鉱化合物、ＩＩ−ＶＩ化合物および類似体、ＩＩＩ−Ｖ化合物および類似体、有機材料、および色素増感太陽電池セルに基づくものを含んでいる。

用語「シリコン」は本明細書において、少なくとも以下の種類、すなわちアモルファスシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンを含む属を表わす用語として用いる。ゲルマニウムおよび水素、あるいは例えばドーピング剤および微量元素等、他の要素も存在してよい。

用語「黄銅鉱化合物」本明細書において、二セレン化銅インジウム（「ＣＩＳ」）タイプのｐ型半導体を含む、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ_２族半導体またはＩＩ−ＩＶ−Ｖ_２族半導体で形成される材料を含む属を表わす用語として用いる。時折特別なケースをＣＩＧＳまたはＣＩＧＳＳとして表記する。これは少なくとも以下の種類を含んでいる。ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＩｎ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｓｅ_２、ＣｕＩｎ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｓｅ_ｙＳ_{（２−ｙ）}、ＣｕＩｎ_ｘＧａ_ｚＡｌ_{（１−ｘ−ｚ）}Ｓｅ_ｙＳ_{（２−ｙ）}、およびこれらの組合せ、ここで０≦ｘ≦１、０≦ｘ＋ｚ≦１、且つ０≦ｙ≦２。黄銅鉱化合物は更に、低濃度、微量、またはドーピング濃度の１種類以上の更なる元素または化合物、特にナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、および／またはフランシウム等のアルカリ、あるいはアルカリ化合物を含んでいてよい。そのような更なる成分の濃度は通常５重量％以下、好適には３重量％以下である。

用語「ＩＩ−ＶＩ化合物」本明細書において、周期律表の任意の数のＩＩ族元素および周期律表の任意の数のＶＩ族元素が存在する化合物を包含する属を表わす用語として用いる。その中の例として、ＺｎＳｅ、ＺｎＳ、ＺｎＳ_ｘＳｅ_１−ｘ、ＺｎＳ_ｘ（ＯＨ）_１−ｘ、ＣｄＳ、ＣｄＳｅ、ＣｄＴｅがある。そのような化合物に他の元素、例えばドーピング元素および微量元素が存在していてもよい。

用語「ＩＩＩ−Ｖ化合物」は本明細書において、周期律表の任意の数のＩＩＩ族元素および周期律表の任意の数のＶ族元素が存在する化合物を包含する属を表わす用語として用いる。その中の例として、ＧａＡｓ、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ、ＧａＰ、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＰ、Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＡｓ_ｚＰ_１−ｚ（０≦ｚ≦１）がある。他の元素、例えばドーピング元素および微量元素が存在してもよい。

用語「吸収層」は、多層を包含することを意図しており、更に吸収層に加えて他の層が背面電極層および前面電極層の間に配置されていてもよい。一例として、黄銅鉱吸収層の場合、例えばＣｄＳ等のＩＩ−ＶＩ化合物の層が存在していてもよい。

前面電極は透明な導電材料で作られていることが適している。様々な種類の太陽電池セルにおいて透明な導電性酸化物が特に適していることが証明されている。一般的な透明導電性酸化物として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、インジウム酸化スズ（ＩＴＯ）がある。

背面電極は高導電性の金属で作られていることが適している。特に重要と考えられるのは、銅、アルミニウム、モリブデン、タングステン、および銀である。

図１ａは一体型電気的直列接続の一例を図１ｂに示す線Ｘ−Ｘに沿った横断面で模式的に示す。図１ｂは図１ａの一体型電気的直列接続の模式的上面図、およびパターニング線Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３の模式的表現を示すコラージュである。図１ｃは図３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、および８ｂの電気回路図で用いられているパターニング線Ｐ１−Ｐ２−Ｐ３の組合せの模式的表現である。図１ｄは図３ｂ、４ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、および８ｂの電気回路図で用いられているパターニング線Ｐ３−Ｐ２−Ｐ１の組合せの模式的表現である。 図２ａは一体型電気的直列接続の別の一例を、図２ｂに示す線Ｙ−Ｙに沿った横断面で模式的に示す。図２ｂは図２ａの例の模式的上面図、およびパターニング線Ｐ１、Ｐ２、およびＰ３の模式的表現を示すコラージュである。 図３ａは第１実施形態による太陽電池モジュールの上面図を模式的に示す。図３ｂは図３ａの太陽電池モジュールのダイオード・ネットワークに対応する電気回路図を模式的に示す。 図４ａは第２の実施形態による太陽電池モジュールの上面図を模式的に示す。図４ｂは図４ａの太陽電池モジュールのダイオード・ネットワークに対応する電気回路図を模式的に示す。 図５ａは第３の実施形態による太陽電池モジュールの上面図を模式的に示す。図５ｂは図５ａの太陽電池モジュールのダイオード・ネットワークに対応する電気回路図を模式的に示す。 第４の実施形態による太陽電池モジュールの上面図を模式的に示す。 図７ａは第５の実施形態による太陽電池モジュールの上面図を模式的に示す。図７ｂは図７ａの太陽電池モジュールのダイオード・ネットワークに対応する電気回路図を模式的に示す。 図８ａは第６の実施形態による太陽電池モジュールの上面図を模式的に示す。図８ｂは図８ａの太陽電池モジュールのダイオード・ネットワークに対応する電気回路図を模式的に示す。 図９ａは第７の実施形態による太陽電池モジュールの上面図を模式的に示す。図９ｂは図９ａの太陽電池モジュールのダイオード・ネットワークに対応する電気回路図を模式的に示す。 部分ａ〜ｄは、１個以上の実施形態を用いる各種の一般的な太陽電池モジュール・レイアウトの模式的上面図を示す。

Claims (13)

1. 第１および第２の母線と、整流ダイオードシートを支持する共通基板とを含む太陽電池モジュールであって、前記整流ダイオードシートが少なくとも背面電極層、前面電極層、および前記背面電極層と前記前面電極層の間に配置された吸収層を含んでいて、前記整流ダイオードシートが第１および第２のシート部分に分割されていて、前記第１シート部分が、前記前面および背面電極層内に形成された前面および背面電極を各々有する１個以上の直列接続された太陽電池セルの第１の列を含み、前記第１列が前記第１および第２の母線に直列接続されていて、前記第２のシート部分が、前記前面および背面電極層内に形成された前面および背面電極を各々有する１個以上の直列接続されたバイパスダイオードの第２の列を含み、前記第２列が前記第１および第２の母線を介して前記第１列と逆並列構成で接続されている太陽電池モジュール。
2. 前記第１および第２の母線が各々前面電極層より高い導電性を有する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第１列が電流を発生できるように、前記第１および第２の母線を介して電気的負荷に接続されている、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記背面電極層が前記前面電極層より高い導電性を有する、請求項１、２、または３に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記整流ダイオードシートが、前記前面電極層、前記背面電極層、および前記吸収層のうちの１つ以上に存在する１個以上の電気絶縁により、前記第１および第２のシート部分に分割されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記第１列が第１の太陽電池セル部分列および第２の太陽電池セル部分列を含み、前記第２列が第１のバイパスダイオード部分列および第２のバイパスダイオード部分列を含んでいて、前記第１太陽電池セル部分列が１個以上の太陽電池セルを含み、前記第２太陽電池セル部分列が１個以上の太陽電池セルを含んでいて、これにより前記第１および第２太陽電池セル部分列が直列接続されていて、前記第１バイパスダイオード部分列が１個以上のバイパスダイオードを含み、前記第２バイパスダイオード部分列が１個以上のバイパスダイオードを含んでいて、これにより前記第１バイパスダイオードおよび第２バイパスダイオード部分列が直列接続され、これにより前記第１列と第２列が前記第１および第２の母線を介して逆並列構成で接続されていることに加え、前記第１太陽電池セル部分列が前記第１バイパスダイオード部分列と逆並列構成で接続され、前記第２太陽電池セル部分列が前記第２バイパスダイオード部分列と逆並列構成で接続されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記第２太陽電池セル部分列内の１個の太陽電池セルの前記背面電極に直列接続されている前記第１太陽電池セル部分列内の１個の太陽電池セルの前面電極がまた、前記第２バイパスダイオード部分列内の１個のバイパスダイオードの前記前面電極に直列接続されている前記第１バイパスダイオード部分列内の１個のバイパスダイオードの前記背面電極に接続されている、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記第１および第２太陽電池セル部分列と、前記第１および第２バイパスダイオード部分列が各々集積型電気的直列接続に直列接続されている、請求項６または７に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記集積型電気的直列接続が、前記前面電極層に存在する電気絶縁、前記背面電極層に存在する電気絶縁、および前記吸収層に設けられた開口部を含んでいて、これにより前記吸収層に設けられた前記開口部を貫通する導電材料が、前記前面電極層および背面電極層に接触している、請求項８に記載の太陽電池モジュール。
   
10. 前記第１シート部分が前記共通基板上で前記第２シート部分よりも大きい表面積を覆う、請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
11. 前記第２シート部分が、不透明材料のシールド層により少なくとも部分的に覆われている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
12. 前記不透明材料が前記前面電極層より高い導電性を有する、請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
13. 前記整流ダイオードシートが薄膜ダイオード構造を含んでいる、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。