JP6048837B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は、太陽電池及び太陽電池モジュールに関する。

従来、特許文献１に記載されているような裏面接合型の太陽電池が知られている。裏面接合型の太陽電池では、受光面に電極を設ける必要が必ずしもない。従って、裏面接合型の太陽電池では、改善された出力特性を実現し得る。

特開２０１０−８０８８７号公報

近年、太陽電池の出力特性をさらに改善したいという要望がある。

本発明の太陽電池は、光電変換部と、第１及び第２の電極とを有する。第１及び第２の電極は、光電変換部の一主面の上に配されている。第１の電極は、複数の第１のフィンガー部と第１のバスバー部とを有する。複数の第１のフィンガー部は、一の方向に沿って延びている。第１のバスバー部には、複数の第１のフィンガー部が電気的に接続されている。第１のバスバー部の幅は、第１のフィンガー部の幅よりも小さい。

本発明によれば、改善された出力特性を有する太陽電池及び太陽電池モジュールを提供することができる。

図１は、第１の実施形態における太陽電池モジュールの略図的断面図である。 図２は、第１の実施形態に係る太陽電池の略図的裏面図である。 図３は、第１の実施形態における太陽電池ストリングの略図的裏面図である。 図４は、第２の実施形態における太陽電池の略図的裏面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１に示されるように、太陽電池モジュール１は、太陽電池ストリング１０を備えている。太陽電池ストリング１０は、受光面側に位置する第１の保護部材１１と、裏面側に位置する第２の保護部材１２との間に配されている。第１の保護部材１１と第２の保護部材１２との間には、充填材層１３が設けられている。太陽電池ストリング１０は、充填材層１３によって封止されている。

第１の保護部材１１は、例えば、ガラス基板、樹脂基板等の透光性を有する部材により構成することができる。第２の保護部材１２は、例えば、樹脂シート、金属箔を介在させた樹脂シート、ガラス基板、樹脂基板等により構成することができる。充填材層１３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレン(ＰＥ)、ポリウレタン(ＰＵ)などの樹脂により構成することができる。

太陽電池ストリング１０は、ｘ方向（第１の方向）に沿って配された複数の太陽電池２０を備えている。複数の太陽電池２０は、配線材３０によって電気的に接続されている。

太陽電池２０は、第１及び第２の主面２０ａ、２０ｂを有する。太陽電池２０は、第１の主面２０ａにおいて主として受光する。このため、第１の主面２０ａを受光面といい、第２の主面２０ｂを裏面ということがある。太陽電池２０は、受光面を構成している第１の主面２０ａにおいて受光したときにのみ発電するものであってもよいし、第１及び第２の主面２０ａ、２０ｂのいずれにおいて受光したときにも発電する両面受光型の太陽電池であってもよい。

なお、太陽電池２０の種類は、特に限定されない。太陽電池２０は、例えば、結晶性シリコン基板を用いた結晶シリコン太陽電池により構成することができる。

図２に太陽電池２０の略図的裏面図を示す。図２に示すように、太陽電池２０は、第２の主面２０ｂ側に第１及び第２の電極２１，２２を有する。具体的には、太陽電池２０は、光電変換部２３と、光電変換部２３の裏面側の主面の上に配された第１及び第２の電極２１，２２とを有する。第１及び第２の電極２１，２２のうちの一方が、電子を収集する電極であり、他方が正孔を収集する電極である。

第１及び第２の電極２１，２２のそれぞれは、くし歯状に設けられている。第１の電極２１と第２の電極２２とは、互いに間挿し合っている。具体的には、第１及び第２の電極２１，２２のそれぞれは、複数のフィンガー部２１ａ、２２ａを有する。複数のフィンガー部２１ａ、２２ａのそれぞれは、一の方向（ｘ方向）に沿って延びている。複数のフィンガー部２１ａ、２２ａは、一の方向（ｘ方向）に対して垂直な他の方向（ｙ方向）に沿って、相互に間隔をおいて交互に配列されている。

複数のフィンガー部２１ａは、バスバー部２１ｂに電気的に接続されている。バスバー部２１ｂは、複数のフィンガー部２１ａのｘ方向における一方側（ｘ１側）に配されている。バスバー部２１ｂは、太陽電池２０のｘ方向におけるｘ１側端部において、ｙ方向の一方側端部から他方側端部にわたって設けられている。

同様に、複数のフィンガー部２２ａは、バスバー部２２ｂに電気的に接続されている。バスバー部２２ｂは、複数のフィンガー部２２ａのｘ方向における他方側（ｘ２側）に配されている。バスバー部２２ｂは、太陽電池２０のｘ方向におけるｘ２側端部において、ｙ方向の一方側端部から他方側端部にわたって設けられている。

図３に示されるように、ｘ方向において隣り合う太陽電池２０の一方の太陽電池２０の第１の電極２１と、他方の太陽電池２０の第２の電極２２とが配線材３０によって電気的に接続されている。詳細には、配線材３０は、配線３１を有する。配線３１は、一の方向（ｘ方向）に沿って延びている第１の線状部３１ａと、第１の線状部３１ａに電気的に接続されており、一の方向（ｘ方向）に沿って延びている第２の線状部３１ｂとを有する。第１の線状部３１ａが、ｘ方向において隣り合う太陽電池２０のｘ２側の太陽電池２０の第１の電極２１のフィンガー部２１ａに電気的に接続されている。第２の線状部３１ｂが、ｘ方向において隣り合う太陽電池２０のｘ１側の太陽電池２０の第２の電極２２のフィンガー部２２ａに電気的に接続されている。

なお、配線材３０と太陽電池２０とは、図示しない接着層により接着されている。接着層は、例えば、半田、樹脂接着剤の硬化物、導電材を含む樹脂接着剤の硬化物により構成することができる。

図２及び図３に示されるように、第１の電極２１のバスバー部２１ｂの幅Ｗ１１は、第１の電極２１のフィンガー部２１ａの幅Ｗ２１よりも小さい。また、第２の電極２２のバスバー部２２ｂの幅Ｗ１２は、第２の電極２２のフィンガー部２２ａの幅Ｗ２２よりも小さい。

バスバー部２１ｂの幅Ｗ１１は、フィンガー部２１ａの幅Ｗ２１の０．９５倍以下であることが好ましく、０．９５倍〜０．３倍程度であることがより好ましい。また、バスバー部２２ｂの幅Ｗ１２は、フィンガー部２２ａの幅Ｗ２２の０．９５倍以下であることが好ましく、０．９５倍〜０．３倍程度であることがより好ましい。

第１及び第２の電極２１，２２それぞれは、めっき膜を含む。めっき膜は、例えば、Ｃｕ，Ｓｎなどの金属、これらの金属のうちの少なくとも一種を含む合金などにより構成することができる。めっき膜の厚みは、例えば、２μｍ〜５０μｍ程度とすることができる。

めっき膜は、例えば電解めっきにより形成することができる。めっき膜を電解めっきにより形成する場合、まず、光電変換部２３に形成された導電性を有するシード層上に極棒を押し当てる。めっき液中において、その極棒からシード層上に給電することによりめっき膜を形成する。シード層と極棒とが直接接触する場所は、薄いめっき膜が形成されて給電パッド部（図示せず）となる。給電パッド部は、バスバー部２１ｂ，２２ｂに形成される。

ところで、太陽電池２０に光が照射されると、光電変換部２３において正孔や電子などのキャリアが生成する。そのキャリアが第１または第２の電極２１，２２により収集される。このとき、キャリアの再結合による消失を抑制することにより、太陽電池２０の光電変換効率が改善される。

キャリアの再結合を抑制するためには、光電変換部２３において生じたキャリアが第１または第２の電極２１，２２に収集されるまでに光電変換部２３中を移動しなければならない距離を短くする必要がある。このことから、第１及び第２の電極を微細なパターンとすることが求められる。よって、フィンガー部の幅は、一般的に、極力小さくされる。一方、バスバー部の幅は、通常、フィンガー部の幅ほどは小さくされない。これは、複数のフィンガー部により収集されたキャリアが集まるバスバー部の電気抵抗が高くなりすぎると、光電変換効率が低くなってしまう虞があるためである。また、例えば、電極の一部をめっき膜により構成する場合は、バスバー部が形成される部分を給電ポイントとすることが多く、給電ポイントの幅に応じてバスバー部が形成されることもフィンガー部ほど細くされない一因として考えられる。

しかしながら、バスバー部が太い場合は、光電変換部のバスバー部の下に位置する部分で生成したキャリアのうち、そのバスバー部により収集されない方のキャリアが電極に収集されるまでに移動しなければならない距離が長くなる。このため、光電変換効率が低くなる場合がある。

それに対して太陽電池２０では、第１の電極２１のバスバー部２１ｂの幅Ｗ１１は、フィンガー部２１ａの幅Ｗ２１よりも小さい。第２の電極２２のバスバー部２２ｂの幅Ｗ１２は、フィンガー部２２ａの幅Ｗ２２よりも小さい。このため、光電変換部２３のバスバー部２１ｂ、２２ｂの下に位置する部分で生成したキャリアの再結合による消失を抑制することができる。その結果、改善された光電変換効率を実現することができる。

より改善された光電変換効率を実現する観点からは、バスバー部２１ｂの幅Ｗ１１は、フィンガー部２１ａの幅Ｗ２１の０．９５倍以下であることがより好ましい。バスバー部２２ｂの幅Ｗ１２は、フィンガー部２２ａの幅Ｗ２２の０．９５倍以下であることがより好ましい。但し、バスバー部２１ｂ、２２ｂの幅が小さすぎると、めっき膜を形成する際の給電に問題が生じ、めっき膜が形成されない場合がある。従って、バスバー部２１ｂ、２２ｂの幅Ｗ１１，Ｗ１２は、フィンガー部２１ａ、２２ａの幅Ｗ２１，Ｗ２２の幅の０．１倍以上であることが好ましく、０．３倍以上であることがより好ましい。

また、図３に示されるように、太陽電池モジュール１では、配線材３０は、バスバー部２１ｂ，２２ｂよりも幅の大きい複数のフィンガー部２１ａ，２２ａにそれぞれに接続されている。このため、細いバスバー部に配線材を電気的に接続した場合とは異なり、電極２１，２２の抵抗損に起因する光電変換効率の低下を抑制することができる。従って、より改善された光電変換効率を実現することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態の他の例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、第１及び第２の電極２１，２２のバスバー部２１ｂ，２２ｂの幅Ｗ１１，Ｗ１２それぞれが、フィンガー部２１ａ，２２ａの幅Ｗ２１，Ｗ２２よりも小さい例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。図４に示されるように、本実施形態では、第１の電極２１のバスバー部２１ｂの幅Ｗ１１は、フィンガー部２１ａの幅Ｗ２１よりも大きく、第２の電極２２のバスバー部２２ｂの幅Ｗ１２は、フィンガー部２２ａの幅Ｗ２２よりも小さい。本実施形態においても、キャリアの再結合による消失を抑制できるため、実施形態１と同様に改善された光電変換効率を実現することができる。

本実施形態のように、第１及び第２の電極２１，２２の一方の電極においてのみ、バスバー部の幅がフィンガー部の幅よりも細い場合は、バスバー部が細くされた方の電極が多数キャリアを収集する電極であることが好ましい。すなわち、本実施形態においては、第１の電極２１が多数キャリアを収集する電極であることが好ましい。この場合、光電変換部２３のバスバー部２１ｂの下に位置する部分で生成した少数キャリアが第２の電極２２により収集されるまでに移動しなければならない距離を短くすることができる。よって、少数キャリアの再結合による消失を抑制することができる。従って、少数キャリアを収集する電極のバスバー部をフィンガー部よりも細くし、多数キャリアの再結合による消失を抑制した場合よりも、改善された光電変換効率を実現することができる。

本発明はここでは記載していない様々な実施形態を含む。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

１…太陽電池モジュール
２０…太陽電池
２１…第１の電極
２２…第２の電極
２１ａ、２２ａ…フィンガー部
２１ｂ、２２ｂ…バスバー部
２３…光電変換部
３０…配線材

Claims (5)

1. 光電変換部と、前記光電変換部の一主面の上に配された第１及び第２の電極とを有する複数の太陽電池と、
   前記複数の太陽電池を電気的に接続している配線材と、
   を備え、
   前記第１の電極は、一の方向に沿って延びている複数の第１のフィンガー部と、前記複数の第１のフィンガー部が電気的に接続されている第１のバスバー部とを有し、
   前記第２の電極は、前記一の方向に沿って延びている複数の第２のフィンガー部と、前記複数の第２のフィンガー部が電気的に接続されている第２のバスバー部とを有し、
   前記第１のバスバー部の幅は、前記第１のフィンガー部の幅よりも小さく、
   前記第２のバスバー部の幅は、前記第２のフィンガー部の幅よりも小さく、
   前記配線材は、前記第１のフィンガー部において前記第１の電極に電気的に接続され、かつ、前記第２のフィンガー部において前記第２の電極に電気的に接続されている、太陽電池モジュール。
2. 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記配線材は、前記一の方向に沿って延びている第１の線状部を有し、
   前記第１の線状部は、前記第１のフィンガー部に接続される。
3. 請求項１または２に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１のバスバー部の幅は、前記第１のフィンガー部の幅の０．９５倍以下である。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１の電極は、多数キャリアを収集する電極である。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールであって、
   前記第１の電極は、めっき膜を含む。

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