JP5934075B2 - 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。

従来、太陽電池素子の機械強度を向上するため、フレームで太陽電池素子の周縁部分を補強した太陽電池モジュールが知られている。

例えば特許文献１のように、太陽電池素子の周縁部分をフレームの挟持部で表裏から押圧することで、太陽電池素子をフレームに固定する太陽電池モジュールの構造が知られている。

特開２００６−１００６３９号公報

一方、半導体に外部から応力を印加することによって歪を付与すると、電気的特性が変化することが知られている。

例えば、ＣｕＯ系の太陽電池素子に対して、外部から４点曲げ等により適度な応力を印加して歪を付与させることによって、ショットキー障壁が変化し、光電変換における最大出力を向上させることが知られている。

しかしながら、特許文献１のような太陽電池素子をフレームに固定するというだけの太陽電池モジュールの構造では、太陽電池モジュールの中央部分だけが、自重によって大きく反ってしまうだけの構造であるので、太陽電池モジュールの光電変換効率を十分に高めるのは困難である。

本発明の太陽電池モジュールは、受光面および非受光面を有する太陽電池素子と、複数の凸部を主面に有するとともに前記複数の凸部を前記太陽電池素子の前記受光面に当接させた透光性の応力印加手段とを有し、前記凸部は、前記太陽電池素子の外縁部側に位置する程高さが高い。

本発明の太陽電池モジュールによれば、光電変換効率を高めることが可能な応力を太陽電池素子の受光面側に対して印加することができる。

本発明の太陽電池モジュールの一実施形態における太陽電池素子と応力印加手段の断面模式図である。 本発明の太陽電池モジュールの一実施形態における応力印加手段を主面側から平面視した平面模式図である。 本発明の太陽電池モジュールの他の実施形態における応力印加手段を主面側から平面視した平面模式図である。 図２の応力印加手段を用いた太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子の受光面側を干渉計によって観察したときの平面模式図である。 図３の応力印加手段を用いた太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子の受光面側を干渉計によって観察したときの平面模式図である。 本発明の太陽電池モジュールの一実施形態における応力印加手段の主面付近の拡大断面模式図である。

（太陽電池モジュール）
以下、本発明の太陽電池モジュールの一実施形態について、図面を用いて説明する。

＜太陽電池素子＞
本実施形態に用いられる太陽電池素子としては、例えば、基板と、第１の電極層と、光吸収層と、半導体層と、第２の電極層とを含んでなる構成の薄膜系太陽電池素子（不図示）があるが、これに限定されるものではなく、シリコン系太陽電池等であっても構わない。

ここで基板とは、太陽電池素子を支持するためのものであり、剛性、平滑性を満たしていれば良く、基板に用いられる材料としては、例えば、ガラス、セラミックス、硬質樹脂、サファイヤおよびＳＵＳ等の金属等が挙げられる。

そして、太陽電池素子の周縁部を囲むようにフレーム等が設けられ、太陽電池素子とフレームとを組み合わせたものが太陽電池モジュールとなる。

＜太陽電池モジュール＞
本発明の太陽電池モジュールの実施形態によれば、受光面および非受光面を有する太陽電池素子と、複数の凸部を主面に有するとともに複数の凸部を前記太陽電池素子の受光面に当接させた透光性の応力印加手段とを有する。

図１のように、受光面１ａと非受光面１ｂとを有する太陽電池素子１と、これとは別に、複数の凸部２ａを主面に有する板状の応力印加手段２を用意する。

そして、太陽電池素子１の受光面１ａに対して、応力印加手段２の複数の凸部２ａを押圧するように当接させて配置する。

ここで太陽電池素子１と応力印加手段２とは、太陽電池素子１の受光面１ａと、応力印加手段２の主面とを接着剤によって固定したものであってもよいし、あるいは、太陽電池素子１の外縁部と、応力印加手段２の外縁部とをフレーム等によって固定したものであっても構わない。

これにより、光電変換効率を高めることが可能な応力を太陽電池素子１の受光面１ａ側から印加することができる。

これは、太陽電池素子１に適度な応力を印加して歪を付与して、太陽電池素子１の半導体膜の抵抗値を低下させること（ピエゾ抵抗効果）によって、太陽電池素子１の光電変換効率を向上させることができるためと考えられる。

なお、このような応力印加手段２を太陽電池素子１の受光面１ａ側に配置するには、太陽電池素子１の受光面１ａ側への光の入射を妨げないようにすること、および、応力印加手段２の凸部２ａが、太陽電池素子１の上部電極層に損傷を与えないようにすることが必要である。

このようなことから、特に応力印加手段が受光面側を覆う受光面側パネルであれば、応力印加手段と受光面側パネルとを一体にできるので、複数の部材を重ねて反射率が低下してしまうことを低減できる点で好ましい。

さらに本発明の太陽電池モジュールの実施形態によれば、前記複数の凸部が前記太陽電池素子の前記受光面に当接している位置において、前記太陽電池素子に歪みがあることが好ましい。

すなわち、図２のような板状の応力印加手段２の主面上に設けられた複数の凸部２ａに対応して、図４のように、太陽電池素子１上に歪３を均一に付与できるので、高い光電変換効率を得ることができる。あるいは、図３のような板状の応力印加手段２の主面上に設けられた複数の凸部２ａに対応して、図５のように、太陽電池素子１上に歪３を均一に付与できるので、高い光電変換効率を得ることができる。

なお、複数の凸部２ａの配置の形態については、適切な大きさの歪３をより多く得ることができるならば、これらの配置に制限されるものではない。

さらに本発明の太陽電池モジュールの実施形態によれば、複数の凸部の各々が太陽電池素子の受光面に当接する圧力は、受光面内において略均一であることが好ましい。

すなわち、複数の凸部２ａによってかかる応力を太陽電池素子１の特定の部位にだけではなく、太陽電池素子１に対して均一に分散することによって、応力による歪３の大きさを面内で一定にすることができる。

例えば図２および図３では、応力印加手段２から太陽電池素子１に対して印加される応力分布を均一にすることを目的として、応力印加手段２の主面上に凸部２ａを規則的に配置している。

これにより、太陽電池素子１の面内方向に偏りのない状態で、光電変換効率を均一に向上することができる。

このような応力分布は、例えば干渉計を用いることによって、歪３の分布を観察することができる。

この場合、受光面１ａ側から光を当てて、太陽電池素子１の受光面１ａにおける干渉縞（不図示）によって、歪３を観察することになる。

干渉縞の間隔は、光源の波長と入射角により決定され、等高線として用いることができるので、太陽電池素子１の受光面側から、歪３の大きさの度合いを観察することができる。

さらに本発明の太陽電池モジュールの実施形態によれば、凸部は、太陽電池モジュールの外縁部側に位置する程高さが高いことが好ましい。

太陽電池素子１は中央付近になる程、自重による重さが増すので、図６のように、凸部２ａの高さＨが、太陽電池モジュール１０の外縁部側に位置する程高くなること、すなわち高さＨ１＞高さＨ２＞高さＨ３とすることによって、各凸部２ａからの応力を一定にすることができる。

これにより、太陽電池素子１の自重が比較的軽い外縁部側であっても、凸部２ａを高く
することによって、太陽電池素子１の自重が比較的重い中央部側と同じ程度の応力を得ることができるので、同じ程度の歪３を得ることができる。

凸部２ａの高さＨは、０．１〜１ｍｍ範囲であることが、太陽電池素子１と応力印加手段２との間に不必要な隙間を形成せず、太陽電池モジュール１０が厚くならない点で好ましい。

さらに本発明の太陽電池モジュールの実施形態によれば、複数の凸部は、太陽電池モジュールの外縁部側に位置する程頂点同士の間隔が広いことが好ましい。

太陽電池素子１は中央付近になる程、自重による重さが増すので、図６のように、凸部２ａの頂点同士の間隔Ｗが、太陽電池モジュール１０の外縁部側に位置する程広くなること、すなわち間隔Ｗ１＜間隔Ｗ２＜間隔Ｗ３となることによって、各凸部２ａでの応力を一定にすることができる。

これにより、太陽電池素子１の自重が比較的軽い外縁部側であっても、凸部２ａの頂点同士の間隔Ｗを広げることによって、太陽電池素子１の自重が比較的重い中央部側と同じ程度の応力を得ることができるので、太陽電池素子１の面内で同じ程度の大きさの歪３を得ることができる。

ここで間隔Ｗは、基板のサイズ次第であるが、１０〜１００ｍｍの範囲であることが、応力を均一に制御し易い点で好ましい。

以上のように、太陽電池素子１の受光面１ａ側における歪３の大きさを安定化させることによって、太陽電池素子１の半導体膜の抵抗値を低く維持して、光電変換効率を向上させることができる。

（製造方法）
以下、本発明の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。

応力印加手段２は、ガラス板やエポキシ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の透光性樹脂で作製すればよく、応力印加手段２の主面に凸部２ａの高さＨや間隔Ｗを制御するためのマスキングを施してから、主面をブラスト処理した後で、硝酸等でエッチングすることによって、凸部２ａを形成する。

あるいは、金型成形によって、応力印加手段２の主面に凸部２ａを有する受光面パネル２を形成することもできる。

次に、太陽電池素子１の受光面１ａ側に対して、応力印加手段２の主面を押圧した状態で、太陽電池素子１と応力印加手段２とをフレーム等によって組み合わせたものが太陽電池モジュール１０となる。

あるいは、太陽電池素子１の受光面１ａ側に対して、応力印加手段２の主面を押圧した状態で、太陽電池素子１と応力印加手段２とをＥＶＡ等によって接着して太陽電池モジュール１０としてもよい。

なお、上記した凸部２ａの高さＨや間隔Ｗの値は、図６のような応力印加手段２の断面で観察する必要はなく、応力印加手段２の主面における凸部２ａを、前述した干渉計や、あるいは、ＡＦＭ等で所定範囲を観察して測定すればよい。

１：太陽電池素子
１ａ：受光面
１ｂ：非受光面
２：応力印加手段（受光面パネル）
２ａ：凸部
３：歪
１０：太陽電池モジュール
Ｈ：高さ
Ｗ：間隔

Claims (5)

1. 受光面および非受光面を有する太陽電池素子と、
   複数の凸部を主面に有するとともに前記複数の凸部を前記太陽電池素子の前記受光面に当接させた透光性の応力印加手段とを有し、
   前記凸部は、前記太陽電池素子の外縁部側に位置する程高さが高い、太陽電池モジュール。
2. 前記応力印加手段が前記受光面側を覆う受光面側パネルである、請求項１記載の太陽電池モジュール。
3. 前記複数の凸部が前記太陽電池素子の前記受光面に当接している位置において、前記太陽電池素子に歪みがある、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記複数の凸部の各々が前記太陽電池素子の前記受光面に当接する圧力は、前記受光面内において略均一である、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
5. 前記複数の凸部は、前記太陽電池素子の外縁部側に位置する程頂点同士の間隔が広い、請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。