JP6220979B2 - 低抵抗率電極を備えた太陽電池のモジュール製作 - Google Patents

Description

[0001] 本発明は一般に太陽電池の製作に関する。より具体的には、本発明は両面トンネル接合太陽電池のモジュール製作に関する。

[0002] 化石燃料の負の環境影響並びにそのコストの上昇により、より清潔でより安価な代替エネルギー源が緊急に必要になっている。種々の形式の代替エネルギー源の中で、太陽エネルギーはその清潔さと広い可用性のために有利になっている。

[0003] 太陽電池は、光起電力効果を使用して光を電気に変換するものである。単一ｐｎ接合、ｐｉｎ／ｎｉｐ、及び多接合を含む、いくつかの基本的な太陽電池構造がある。典型的な単一ｐｎ接合構造はｐ型ドープ層とｎ型ドープ層とを含む。単一ｐｎ接合を有する太陽電池はホモ接合太陽電池又はヘテロ接合太陽電池にすることができる。ｐドープ層及びｎドープ層がどちらも同様の材料（等しいバンドギャップを有する材料）で作られる場合、その太陽電池はホモ接合太陽電池と呼ばれる。対照的に、ヘテロ接合太陽電池は、異なるバンドギャップの材料からなる少なくとも２つの層を含む。ｐｉｎ／ｎｉｐ構造は、ｐ型ドープ層と、ｎ型ドープ層と、ｐ層とｎ層との間に挟まれた真性（アンドープ）半導体層（ｉ層）とを含む。多接合構造は、互いの上にスタックされた異なるバンドギャップの複数の単一接合構造を含む。

[0004] 太陽電池では、光は、キャリアを生成するｐｎ接合付近で吸収される。キャリアはｐｎ接合内に拡散し、作りつけ電界によって分離され、その結果、デバイス及び外部回路を横切る電流を生成する。太陽電池の品質を決定する際の重要な測定基準はそのエネルギー変換効率であり、これは、（吸収光から電気エネルギーに）変換された電力と太陽電池が電気回路に接続された時に収集された電力との比率として定義される。

[0005] 図１は、模範的な太陽電池（従来技術）を示す図を提示している。太陽電池１００は、ｎ型ドープＳｉ基板１０２と、ｐ^＋シリコンエミッタ層１０４と、表面電極グリッド１０６と、Ａｌ裏面電極１０８とを含む。図１の矢印は入射太陽光を示す。図１から分かるように、Ａｌ裏面電極１０８は太陽電池１００の裏面側全体を覆い、このため、裏面側における光吸収を防止する。その上、表面電極グリッド１０６は、往々にして、太陽光を通さない金属グリッドを含み、太陽電池１００の表面に影を落とす。従来の太陽電池の場合、表面電極グリッドは入射太陽光の８％まで阻止することができ、その結果、変換効率を大幅に低減する。

[0006] 本発明の一実施形態はソーラーモジュールを提供する。このソーラーモジュールは、表面側カバーと、裏面側カバーと、表面側カバーと裏面側カバーとの間に位置する複数の太陽電池とを含む。それぞれの太陽電池は、多層半導体構造と、多層半導体構造の上に位置する表面側電極と、多層半導体構造の下に位置する裏面側電極とを含む。表面側電極及び裏面側電極のそれぞれは金属グリッドを含む。それぞれの金属グリッドは、複数のフィンガーラインと、フィンガーラインに結合された単一バスバーとを含む。単一バスバーは、フィンガーラインから電流を収集するように構成される。

[0007] この実施形態の一変形例では、単一バスバーは太陽電池のそれぞれの面の中心に配置される。

[0008] 他の変形例では、２つの隣接太陽電池は、１つの太陽電池の表面から隣接太陽電池の裏面に編み進んだストリング結合リボンによってまとめてストリング結合される。ストリング結合リボンは表面及び裏面上の単一バスバーにはんだ付けされ、ストリング結合リボンの幅は実質的に単一バスの幅と同様である。

[0009] この実施形態の一変形例では、太陽電池の表面及び裏面の単一バスバーは両側のエッジに配置される。

[0010] 他の変形例では、２つの隣接太陽電池は、１つの太陽電池の１つのエッジにある第１の単一バスバー及び隣接太陽電池の隣接エッジにある第２の単一バスバーにはんだ付けされた金属タブによってまとめて結合される。金属タブの幅は実質的に第１及び第２の単一バスバーの長さと同様である。

[0011] 他の変形例では、第１の単一バスバーは太陽電池の表面上にあり、第２の単一バスバーは隣接太陽電池の裏面上にある。

[0012] 他の変形例では、第１の単一バスバー及び第２の単一バスバーは２つの太陽電池の同じ側の面上にある。

[0013] 他の変形例では、複数の太陽電池は金属タブによって１つのストリングに結合され、複数のストリングは電気的に直列又は並列に結合される。

[0014] 他の変形例では、金属タブの長さは３〜１２ｍｍの間である。

[0015] 他の変形例では、２つの隣接太陽電池は、２つの隣接太陽電池のエッジ同士をオーバーラップさせることによってまとめて結合される。２つの隣接太陽電池のエッジは、第１の太陽電池の上部エッジバスバーが第２の隣接太陽電池の下部エッジバスバーに結合され、それにより２つの隣接太陽電池間の直列電気接続を容易にするようにオーバーラップされる。

[0016] 他の変形例では、複数の太陽電池は、エッジ同士をオーバーラップさせて１つのストリングを形成することによって結合され、複数のストリングは電気的に直列又は並列に結合される。

[0017] この実施形態の一変形例では、多層半導体構造は、基層と、表面側又は裏面側エミッタと、裏面又は表面フィールド層とを含む。

[0018] 他の変形例では、多層半導体構造は、基層の両側に位置する量子トンネリングバリア（ＱＴＢ）層を更に含む。

[0019] この実施形態の一変形例では、金属グリッドは少なくとも１つの電気めっきＣｕ層を含む。

[0020] この実施形態の一変形例では、単一バスバーの幅は０．５〜３ｍｍの間である。

[0021] この実施形態の一変形例では、ソーラーモジュールは複数の最大出力追従制御（ＭＰＰＴ）デバイスを更に含む。それぞれのＭＰＰＴデバイスは個々の太陽電池に結合され、それにより電池レベルのＭＰＰＴを容易にする。

[0022] 他の変形例では、ソーラーモジュールは複数のＭＰＰＴデバイスを更に含み、それぞれのＭＰＰＴデバイスは複数太陽電池からなるストリングに結合され、それによりストリングレベルのＭＰＰＴを容易にする。

[0023] この実施形態の一変形例では、表面側及び裏面側カバーは、ソーラーモジュールの両面構成を容易にするために透明である。

[0024] この実施形態の一変形例では、複数の太陽電池は、１つの５インチ太陽電池、１つの６インチ太陽電池、及び５インチ又は６インチ太陽電池の１／８、１／６、１／４、１／３、又は１／２のうちの少なくとも１つを含む。

[0025] 本発明の一実施形態は太陽電池結合システムを提供する。このシステムは、第１の太陽電池及び第２の太陽電池を含む。それぞれの太陽電池は表面側電極と裏面側電極とを含む。それぞれの電極は、複数のフィンガーラインと、フィンガーラインに結合された単一バスバーとを含み、バスバーはそれぞれの太陽電池のエッジに位置する。このシステムは、第１の太陽電池の表面側電極と第２の太陽電池の裏面側電極とを結合する金属タブを更に含む。

[0026] 本発明の一実施形態は太陽電池結合システムを提供する。このシステムは、第１の太陽電池及び第２の太陽電池を含む。それぞれの太陽電池は表面側電極と裏面側電極とを含む。それぞれの電極は、複数のフィンガーラインと、フィンガーラインに結合された単一バスバーとを含み、バスバーはそれぞれの太陽電池のエッジに位置する。第１の太陽電池の１つのエッジは、第１の太陽電池の表面側電極のバスバーが第２の太陽電池の裏面側電極のバスバーに結合されるように、第２の太陽電池の１つのエッジとオーバーラップする。

[0027]模範的な太陽電池（従来技術）を示す図を提示している。 [0028]本発明の一実施形態により、模範的な両側トンネル接合太陽電池を示す図を提示している。 [0029]従来の太陽電池の電極グリッド（従来技術）を示す図を提示している。 [0030]本発明の一実施形態により、面あたり単一の中心バスバーを備えた模範的な両面太陽電池の表面又は裏面を示す図を提示している。 [0031]本発明の一実施形態により、面あたり単一の中心バスバーを備えた両面太陽電池の断面図を示す図を提示している。 [0032]本発明の一実施形態により、模範的な両面太陽電池の表面を示す図を提示している。 [0033]本発明の一実施形態により、模範的な両面太陽電池の裏面を示す図を提示している。 [0034]本発明の一実施形態により、面あたり単一のエッジバスバーを備えた両面太陽電池の断面図を示す図を提示している。 [0035]異なるアスペクト比についてグリッドライン（フィンガー）長の関数として電力損失のパーセンテージを示す図を提示している。 [0036]複数の従来のダブルバスバー太陽電池を含む典型的なソーラーパネル（従来技術）を示す図を提示している。 [0037]本発明の一実施形態により、中心に単一バスバーを備えた複数の太陽電池を含む模範的なソーラーパネルを示す図を提示している。 [0038]本発明の一実施形態により、面あたり単一のエッジバスバーを備えた２つの隣接太陽電池間の直列接続を示す図を提示している。 [0039]本発明の一実施形態により、複数の隣接電池の表面側電極が同じ極性を有する複数太陽電池からなるストリングを示す図を提示している。 [0040]本発明の一実施形態により、複数の隣接電池の表面側電極が反対極性を有する複数太陽電池からなるストリングを示す図を提示している。 [0041]本発明の一実施形態により、面あたり単一のエッジバスバーを備えた２つの隣接太陽電池間の直列接続を示す図を提示している。 [0042]本発明の一実施形態により、複数の隣接エッジオーバーラップ太陽電池からなるストリングの側面図を示す図を提示している。 [0043]本発明の一実施形態により、２つの隣接エッジオーバーラップ太陽電池の上面図を示す図を提示している。 [0044]本発明の一実施形態により、２つの隣接エッジオーバーラップ太陽電池の下面図を示す図を提示している。 [0045]本発明の一実施形態により、エッジに単一バスバーを備えた複数の太陽電池を含む模範的なソーラーパネルを示す図を提示している。 [0046]異なるタイプの電池、異なるリボン厚、及び異なるパネル構成についてダブルバスバー（ＤＢＢ）構成及び単一バスバー（ＳＢＢ）構成の場合のリボン抵抗ベースの電力損失のパーセンテージを示す図を提示している。 [0047]異なるリボン／タブ厚についてストリング結合リボンと単一タブとの電力損失差を比較する図を提示している。 [0048]本発明の一実施形態により、ダブルバスバー太陽電池を備えたソーラーパネル内の最大出力追従制御（ＭＰＰＴ）集積回路（ＩＣ）チップの模範的な配置の１つを示す図を提示している。 [0049]本発明の一実施形態により、単一中心バスバー太陽電池を備えたソーラーパネル内の最大出力追従制御（ＭＰＰＴ）集積回路（ＩＣ）チップの模範的な配置の１つを示す図を提示している。 [0050]本発明の一実施形態により、単一エッジバスバー太陽電池を備えたソーラーパネル内の最大出力追従制御（ＭＰＰＴ）集積回路（ＩＣ）チップの模範的な配置の１つを示す図を提示している。 [0051]本発明の一実施形態により、電池レベルのＭＰＰＴを実現する模範的なソーラーモジュールの断面図を示す図を提示している。 [0052]本発明の一実施形態により、太陽電池モジュールを製作するプロセスを示すフローチャートを提示している。

[0053] これらの図では、同様の参照番号は同じ図面要素を指している。

[0054] 以下の説明は、当業者が諸実施形態を作成し使用できるようにするために提示され、特定の適用例及びその要件に関連して提供される。開示されている諸実施形態に対する様々な変更は当業者にとって容易に明らかになり、本明細書で定義されている一般原理は本発明の精神及び範囲を逸脱せずにその他の実施形態及び適用例に適用することができる。従って、本発明は、示されている諸実施形態に限定されず、本明細書で開示されている原理及び特徴と一貫した最も広い範囲が与えられるものである。

概要
[0055] 本発明の諸実施形態は高効率のソーラーモジュールを提供する。このソーラーモジュールは、表面側及び裏面側電極として働く電気めっきＣｕグリッドラインを備えた両面トンネル接合太陽電池を含む。遮光及びコストを低減するために、単一Ｃｕバスバー又はタブを使用してＣｕフィンガーから電流を収集する。いくつかの実施形態では、単一バスバー又はタブは太陽電池の表面側及び裏面側の中心に配置される。遮光を更に低減するために、いくつかの実施形態では、単一Ｃｕバスバー又はタブは太陽電池の表面側及び裏面側の両側のエッジに配置される。フィンガー及びバスバーはどちらも遮光なし電極を生産するための技術を使用して製作することができる。加えて、フィンガー及びバスバーは、低抵抗率を保証するために高アスペクト比Ｃｕグリッドラインを含むことができる。１つのソーラーパネルを形成するために複数の太陽電池がまとめてストリング結合又はタブ結合される（ｔａｂ）場合、従来のストリング結合／タブ結合プロセスはバスバーの位置に基づいて変更される。単面ダブルバスバー太陽電池に基づく従来のソーラーモジュールと比較して、本発明の諸実施形態は１８％までの電力利得を備えたソーラーモジュールを提供する。その上、部分的に遮光されたソーラーパネルにより失われる可能性のある電力の３０％は、電池レベルでの最大出力追従制御（ＭＰＰＴ）技術を適用することによって取り戻すことができる。いくつかの実施形態では、ソーラーパネル内のそれぞれの太陽電池はＭＰＰＴ集積回路（ＩＣ）チップに結合される。

両面トンネル接合太陽電池
[0056] 図２は、本発明の一実施形態により、模範的な両側トンネル接合太陽電池を示す図を提示している。両側トンネル接合太陽電池２００は、基板２０２と、基板２０２の両面を覆い、表面きず状態を不活性化する量子トンネリングバリア（ＱＴＢ）層２０４及び２０６と、表面エミッタ２０８を形成する表面側ドープａ−Ｓｉ層と、ＢＳＦ層２１０を形成する裏面側ドープａ−Ｓｉ層と、表面透明導電酸化物（ＴＣＯ）層２１２と、裏面ＴＣＯ層２１４と、表面金属グリッド２１６と、裏面金属グリッド２１８とを含む。太陽電池の裏面側のエミッタ層と、表面側の表面フィールド（ＦＳＦ）層を有することも可能であることに留意されたい。製作方法を含む、両側トンネル接合太陽電池２００に関する詳細は、２０１０年１１月１２日に出願された発明者Ｊｉｕｎｎ Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｈｅｎｇ、Ｃｈｅｎｔａｏ Ｙｕ、Ｚｈｅｎｇ Ｘｕ、及びＪｉａｎｍｉｎｇ Ｆｕによる「Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ ｗｉｔｈ Ｏｘｉｄｅ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」という名称の米国特許出願第１２／９４５７９２号（代理人整理番号ＳＳＰ１０−１００２ＵＳ）に記載されており、この出願の開示内容は参照によりその全体が本明細書に取り入れられる。

[0057] 図２から分かるように、両側トンネル接合太陽電池２００の対称的な構造は、裏面側が光に曝される場合に両側トンネル接合太陽電池２００が両面になり得ることを保証する。太陽電池では、太陽電池によって発生された電流を収集するために、表面及び裏面金属グリッド２１６及び２１８などの金属接点が必要である。一般に、金属グリッドは、バスバー及びフィンガーを含む、２つのタイプの金属ラインを含む。より具体的には、バスバーは外部リード（金属タブなど）に直接接続される、より幅広の金属片であり、フィンガーはバスバーに送り出すために電流を収集する、より精細なメタライゼーションエリアである。金属グリッド設計において重要な設計上の兼ね合いは、広く間隔を開けたグリッドに関連する抵抗損失の増加と、表面の金属覆いの部分が大きいことによって引き起こされる反射及び遮光効果の増加とのバランスである。従来の太陽電池では、図３Ａに示されているように、フィンガーの直列抵抗による電力損失を防止するために、少なくとも２つのバスバーが太陽電池の面上に配置されて、フィンガーから電流を収集する。標準化された５インチ太陽電池（５×５インチ^２の正方形又は丸コーナーを備えた擬似正方形にすることができる）の場合、典型的に、それぞれの面に２つのバスバーがある。より大きい６インチの太陽電池（５×５インチ^２の正方形又は丸コーナーを備えた擬似正方形にすることができる）の場合、電極材料の抵抗率次第で３つ以上のバスバーが必要になる可能性がある。図３Ａでは、太陽電池３００の１つの面（表面又は裏面にすることができる）は、フィンガーライン３０２及び３０４などの複数の並列フィンガーラインと、フィンガーラインに対して垂直に配置された２つのバスバー３０６及び３０８とを含むことに留意されたい。バスバーは、１つのフィンガー上の任意の点から１つのバスバーへの距離（及び、このため、抵抗）が電力損失を最小限にするのに十分なほど小さいことを保証するように配置されることに留意されたい。しかし、これらの２つのバスバーと、電池間接続のためにこれらのバスバー上に後ではんだ付けされる金属リボンは、重大な量の遮光を引き起こす可能性があり、それにより太陽電池の性能を劣化させる。

[0058] 本発明のいくつかの実施形態では、フィンガーラインなどの表面及び裏面金属グリッドが電気めっきＣｕラインを含むことができ、それにより従来のＡｇグリッドと比較して抵抗を低減している。例えば、電気めっき又は無電解めっき技法を使用して、５×１０^−６Ω・ｃｍ以下の抵抗率を備えたＣｕグリッドラインを得ることができる。電気めっきＣｕグリッドに関する詳細は、２０１０年７月１３日に出願された発明者Ｊｉａｎｍｉｎｇ Ｆｕ、Ｚｈｅｎｇ Ｘｕ、Ｃｈｅｎｔａｏ Ｙｕ、及びＪｉｕｎｎ Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｈｅｎｇによる「Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ ｗｉｔｈ Ｍｅｔａｌ Ｇｒｉｄ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ」という名称の米国特許出願第１２／８３５６７０号（代理人整理番号ＳＳＰ１０−１００１ＵＳ）並びに２０１１年８月２９日に出願された発明者Ｊｉａｎｍｉｎｇ Ｆｕ、Ｊｉｕｎｎ Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｈｅｎｇ、Ｚｈｅｎｇ Ｘｕ、及びＣｈｅｎｔａｏ Ｙｕによる「Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ ｗｉｔｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄ Ｍｅｔａｌ Ｇｒｉｄ」という名称の米国特許出願第１３／２２０５３２号（代理人整理番号ＳＳＰ１０−１０１０ＵＳ）に記載されており、これらの出願の開示内容は参照によりその全体が本明細書に取り入れられる。

[0059] Ｃｕフィンガーの低減された抵抗は、太陽電池表面上のバスバーの数を低減することにより全体的な太陽電池効率を最大限にする金属グリッド設計を有することを可能にする。本発明のいくつかの実施形態では、単一バスバーを使用してフィンガー電流を収集する。フィンガーからバスバーへの距離の増加によって引き起こされた電力損失は遮光の低減によってバランスを取ることができる。

[0060] 図３Ｂは、本発明の一実施形態により、面あたり単一の中心バスバーを備えた模範的な両面太陽電池の表面又は裏面を示す図を提示している。図３Ｂでは、太陽電池３１０の表面又は裏面は、単一バスバー３１２と、フィンガーライン３１４及び３１６などのいくつかのフィンガーラインとを含む。図３Ｃは、本発明の一実施形態により、面あたり単一の中心バスバーを備えた両面太陽電池の断面図を示す図を提示している。図３Ｃに示されている半導体多層構造は図２に示されているものと同様のものにすることができる。切断面は２つのフィンガーラインの間を切断しているので、図３Ｃにはフィンガーラインは示されていないことに留意されたい。図３Ｃに示されている例では、バスバー３１２は図面内及び図面外に延びており、フィンガーラインは左から右に延びている。前述の通り、それぞれの面では１つのバスバーのみが存在するので、フィンガーのエッジからバスバーへの距離はより長くなる。しかし、１つのバスバーの除去により遮光が低減され、これはフィンガーとバスバーとの距離の増加によって引き起こされた電力損失を補償するだけでなく、追加の電力利得も提供する。標準サイズの太陽電池の場合、電池の中心にある単一バスバーで２つのバスバーを置き換えると、１．８％の電力利得を発生することができる。

[0061] 図３Ｄは、本発明の一実施形態により、模範的な両面太陽電池の表面を示す図を提示している。図３Ｄでは、太陽電池３２０の表面は、いくつかの水平フィンガーラインと、太陽電池３２０の右端に配置された１つの垂直単一バスバー３２２とを含む。より具体的には、バスバー３２２は、すべてのフィンガーラインの最も右側のエッジと接触し、すべてのフィンガーラインから電流を収集する。図３Ｅは、本発明の一実施形態により、模範的な両面太陽電池の裏面を示す図を提示している。図３Ｅでは、太陽電池３２０の裏面は、いくつかの水平フィンガーラインと、太陽電池３２０の左端に配置された１つの垂直単一バスバー３２４とを含む。バスバー３２２と同様に、バスバー３２４は、すべてのフィンガーラインの最も左側のエッジと接触している。図３Ｆは、本発明の一実施形態により、面あたり単一のエッジバスバーを備えた両面太陽電池の断面図を示す図を提示している。図３Ｆに示されている半導体多層構造は図２に示されているものと同様のものにすることができる。図３Ｃと同様に、図３Ｆでは、フィンガーライン（図示せず）は左から右に延びており、バスバーは図面内及び図面外に延びている。図３Ｄ〜図３Ｆにより、この実施形態では、両面太陽電池の表面及び裏面上のバスバーは電池の両側のエッジに配置されていることが分かる。バスバー誘導遮光は、この場合、エネルギー生成においてあまり効果的ではなかった位置で発生するので、この構成は電力利得を更に改善することができる。一般に、エッジバスバー構成は少なくとも２．１％の電力利得を提供することができる。

[0062] 面あたり単一のバスバー構成（中心バスバー又はエッジバスバーのいずれか）は電力利得を提供できるだけでなく、バスリボンに必要な金属が少なくなるので製作コストも低減できることに留意されたい。その上、本発明のいくつかの実施形態では、表面の太陽に面する面上の金属グリッドは並列金属ライン（フィンガーなど）を含むことができ、それぞれの金属ラインは、これらの金属ライン上の入射太陽光が太陽電池の表面上に反射されることを保証するために湾曲パラメータを備えた断面を有し、その結果、遮光を更に低減する。このような遮光なし表面電極は、適切に制御された費用効果の高いパターニング方式を使用してＡｇ又はＳｎコーティングのＣｕを電気めっきすることによって達成することができる。

[0063] フィンガーラインのアスペクト比を増加することによりフィンガーエッジからバスバーへの距離の増加によって引き起こされた電力損失効果を低減することも可能である。図４は、異なるアスペクト比についてグリッドライン（フィンガー）長の関数として電力損失のパーセンテージを示す図を提示している。図４に示されている例では、グリッドライン（又はフィンガー）は６０μｍの幅を有するものと想定されている。図４から分かるように、０．５というアスペクト比を備えたグリッドラインの場合、グリッドライン長が３０ｍｍから１００ｍｍに増加するにつれて、電力損失は３．６％から７．５％に劣化する。しかし、１．５など、より大きいアスペクト比では、グリッドライン長の増加が同じ場合に電力損失は３．３％から４．９％に劣化する。換言すれば、高アスペクト比のグリッドラインを使用すると、太陽電池／ソーラーモジュールの性能を更に改善することができる。このような高アスペクト比のグリッドラインは電気めっき技法を使用して達成することができる。高アスペクト比を備えた遮光なし電極に関する詳細は、２０１１年３月１５日に出願された発明者Ｚｈｅｎｇ Ｘｕ、Ｊｉａｎｍｉｎｇ Ｆｕ、Ｊｉｕｎｎ Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｈｅｎｇ、及びＣｈｅｎｔａｏ Ｙｕによる「Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ ｗｉｔｈ ａ Ｓｈａｄｅ−Ｆｒｅｅ Ｆｒｏｎｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ」という名称の米国特許出願第１３／０４８８０４号（代理人整理番号ＳＳＰ１０−１００３ＵＳ）に記載されており、この出願の開示内容は参照によりその全体が本明細書に取り入れられる。

両面ソーラーパネル
[0064] 面あたり単一のバスバー（電池の中心又は電池のエッジのいずれかに）を備えた複数の太陽電池を組み立てて、軽微な変更を伴う典型的なパネル製作プロセスを介して１つのソーラーモジュール又はソーラーパネルを形成することができる。バスバーの位置に基づいて、ストリング結合／タブ結合プロセスに対して異なる変更が必要になる。従来のソーラーモジュール製作では、バスバーにはんだ付けされた２つのストリング結合リボン（タブ結合リボンとも呼ばれる）を使用して複数のダブルバスバー太陽電池がまとめてストリング結合される。より具体的には、ストリング結合リボンは１つの電池の表面から隣接電池の裏面に編み進み、これらの電池を直列に接続する。電池中心の単一バスバー構成の場合、ストリング結合プロセスは非常によく似ているが、一方の電池の表面からもう一方の電池の裏面に編み進むために１つのストリング結合リボンのみが必要になる。

[0065] 図５Ａは、複数の従来のダブルバスバー太陽電池を含む典型的なソーラーパネル（従来技術）を示す図を提示している。図５Ａでは、ソーラーパネル５００は、６×１２の太陽電池アレイ（１列に１２個ずつの電池６列を有する）を含む。１列に並んだ隣接太陽電池は、ストリング結合リボン５０２及びストリング結合リボン５０４などの２つのストリング結合リボンを介して互いに直列に接続される。より具体的には、ストリング結合リボンは、１つの太陽電池の上部電極を次の太陽電池の下部電極に接続する。各列の終わりでストリング結合リボンは、バスリボン５０６などのより幅広のバスリボンによって次の列からのストリング結合リボンと連結する。図５Ａに示されている例では、これらの列は直列に接続され、２つの隣接列は一方の端部で互いに接続される。代替的に、これらの列は並列方式で互いに接続することができ、隣接列は両方の端部で互いに接続される。図５Ａはソーラーパネルの上側のみを例示しており、ソーラーパネルの下側は太陽電池の両面特性により非常によく似たものにすることができることに留意されたい。単純にするため、太陽電池の列（及び、このため、ストリング結合リボン）の方向に対して垂直に延びているフィンガーは図５Ａには示されていない。

[0066] 図５Ｂは、本発明の一実施形態により、中心に単一バスバーを備えた複数の太陽電池を含む模範的なソーラーパネルを示す図を提示している。図５Ｂでは、ソーラーパネル５１０は６×１２の太陽電池アレイを含む。１列に並んだ隣接太陽電池は、リボン５１２などの単一のストリング結合リボンを介して互いに直列に接続される。ソーラーパネル５００のように、隣接列の終わりで単一のストリング結合リボンはバスリボン５１４などのより幅広のバスリボンによって連結される。隣接電池同士を接続するために１つのストリング結合リボンのみが必要であるので、図５Ａのソーラーパネル５００と比較して、ソーラーパネル５１０を製作する際に使用されるバスリボンの全長は大幅に低減することができる。６インチ電池の場合、２つの隣接電池を接続する単一ストリング結合リボンの長さは、ダブルバスバー構成に必要なストリング結合リボンの場合の６２ｃｍと比較して、３１ｃｍ辺りにすることができる。このような長さの低減によって直列抵抗及び製作コストを更に低減できることに留意されたい。図５Ａと同様に、図５Ｂでは列同士が直列に接続される。実際には、太陽電池の列は並列に接続することもできる。また、図５Ａのように、フィンガーラインは太陽電池の列（及び、このため、ストリング結合リボン）の方向に対して垂直に延びており、図５Ｂには示されていない。

[0067] 図５Ｂを図５Ａと比較すると、単一中心バスバーを備えた複数の太陽電池を１つのソーラーパネルに組み立てるためにストリング結合／タブ結合プロセスにおいて軽微な変更のみが必要であることが分かる。しかし、面あたり単一のエッジバスバーを備えた太陽電池の場合、より多くの変更が必要になる可能性がある。図５Ｃは、本発明の一実施形態により、面あたり単一のエッジバスバーを備えた２つの隣接太陽電池間の直列接続を示す図を提示している。図５Ｃでは、太陽電池５２０及び太陽電池５２２は単一タブ５２４を介して互いに結合される。より具体的には、単一タブ５２４の一方の端部は太陽電池５２０の表面上に配置されたエッジバスバーにはんだ付けされ、単一タブ５２４のもう一方の端部は太陽電池５２２の裏面上に配置されたエッジバスバーにはんだ付けされ、その結果、太陽電池５２０及び５２２を直列に接続する。図５Ｃにより、単一タブ５２４の幅が（フィンガーラインに対して垂直な方向に）エッジバスバーの長さに沿っており、実質的にエッジバスバーの長さと同じであり、単一タブ５２４の両端部がそれぞれの長さに沿ってエッジバスバーにはんだ付けされることが分かる。いくつかの実施形態では、単一タブ５２４の幅は１２〜１６ｃｍの間にすることができる。これに反して、単一タブ５２４の長さは、実装密度又は隣接太陽電池間の距離によって決定され、かなり短いものにすることができる。いくつかの実施形態では、単一タブ５２４の長さは３〜１２ｍｍの間にすることができる。他の諸実施形態では、単一タブ５２４の長さは３〜５ｍｍの間にすることができる。この幾何学的構成（より幅広の幅とより短い長さ）は、単一タブ５２４が非常に低い直列抵抗を有することを保証する。フィンガーライン５２６などのフィンガーラインは単一タブ５２４の長さに沿った方向に延びている。これは従来の２バスバー構成並びにフィンガーが２つの隣接太陽電池を接続するストリング結合リボンに対して垂直である単一中心バスバー構成とは異なることに留意されたい。このため、従来の標準ストリング結合プロセスは、図５Ｃに示されているように２つの太陽電池をまとめてストリング結合するためにそれぞれの電池を９０度回転させることによって変更する必要がある。

[0068] エッジバスバー構成は、すべての電池の表面側電極が同じ極性のものであり、すべての電池の裏面側電極がいずれも反対極性のものである時に、エッジタブが１つの太陽電池の表面エッジから隣接太陽電池の裏面エッジまで延びている状態で適切に機能することに留意されたい。更に、隣接電池の表面側電極が異なる極性を有する（同様に、隣接電池の裏面側電極も異なる極性を有する）時に、エッジタブは、１つの太陽電池の表面側エッジを隣接太陽電池の表面側エッジに、或いは１つの太陽電池の裏面側エッジを隣接太陽電池の裏面側エッジに結合することができる。

[0069] 複数の太陽電池をこのように結合して１つのストリングを形成することができ、複数のストリングを電気的に直列又は並列に結合することができる。図５Ｄは、本発明の一実施形態により、複数の隣接電池の表面側電極が同じ極性を有する複数太陽電池からなるストリングを示す図を提示している。図５Ｄでは、複数太陽電池（電池５１１及び５１３など）からなるストリングは表面ガラスカバー５０１と裏面カバー５０３との間に挟まれている。より具体的には、太陽電池は、すべての電池の表面側電極が一方の極性のものになり、その裏面側電極がもう一方の極性のものになるように配置されている。タブ５１５及び５１７などの金属タブは、１つの太陽電池の表面エッジバスバーとその隣接太陽電池の裏面エッジバスバーをまとめて結合することにより、隣接太陽電池同士を直列に結合する。図５Ｄに示されている例では、金属タブ５１５は太陽電池５１１の表面エッジバスバー５０７を太陽電池５１３の裏面エッジバスバー５０９に結合する。

[0070] 図５Ｅは、本発明の一実施形態により、複数の隣接電池の表面側電極が反対極性を有する複数太陽電池からなるストリングを示す図を提示している。図５Ｅでは、複数太陽電池（電池５２１及び５２３など）からなるストリングは、複数の隣接電池の表面側電極が交互極性を有するように配置されており、同様に、隣接太陽電池の裏面側電極も交互極性を有することができる。タブ５２５及び５２７などの金属タブは、２つの隣接表面エッジバスバーを互いに結合し、２つの隣接裏面エッジバスバーを互いに結合することにより、隣接太陽電池同士を直列に結合する。図５Ｅに示されている例では、金属タブ５２５は太陽電池５２１の表面エッジバスバー５３１を太陽電池５２３の表面エッジバスバー５３３（エッジバスバー５３１の極性とは反対の極性を有する）に結合する。

[0071] 単一タブを使用して２つの隣接する単一バスバー太陽電池を直列に接続することに加えて、対応するエッジバスバーをスタックすることにより隣接太陽電池間に直列接続を確立することも可能である。図５Ｆは、本発明の一実施形態により、面あたり単一のエッジバスバーを備えた２つの隣接太陽電池間の直列接続を示す図を提示している。図５Ｆでは、太陽電池５３０及び太陽電池５３２は、太陽電池５３０の上面に配置されたエッジバスバー５３４及び太陽電池５３２の下面に配置されたエッジバスバー５３６を介して結合される。より具体的には、太陽電池５３２の下面は、下部エッジバスバー５３６が上部エッジバスバー５３４の上に配置され、それと直接接触するように、エッジで太陽電池５３０の上面に部分的にオーバーラップする。いくつかの実施形態では、エッジバスバー５３４及び５３６は、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｓｎ、及びＡｇなどの金属の複数の層を含む、（電気めっき又は無電解めっき技法を使用して）めっきされた金属スタックを含むことができる。めっき金属スタックの詳細な説明は、２０１０年７月１３日に出願された発明者Ｊｉａｎｍｉｎｇ Ｆｕ、Ｚｈｅｎｇ Ｘｕ、Ｃｈｅｎｔａｏ Ｙｕ、及びＪｉｕｎｎ Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｈｅｎｇによる「Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ ｗｉｔｈ Ｍｅｔａｌ Ｇｒｉｄ Ｆａｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ」という名称の米国特許出願第１２／８３５６７０号（代理人整理番号ＳＳＰ１０−１００１ＵＳ）並びに２０１１年８月２９日に出願された発明者Ｊｉａｎｍｉｎｇ Ｆｕ、Ｊｉｕｎｎ Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｈｅｎｇ、Ｚｈｅｎｇ Ｘｕ、及びＣｈｅｎｔａｏ Ｙｕによる「Ｓｏｌａｒ Ｃｅｌｌ ｗｉｔｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｅｄ Ｍｅｔａｌ Ｇｒｉｄ」という名称の米国特許出願第１３／２２０５３２号（代理人整理番号ＳＳＰ１０−１０１０ＵＳ）に記載されており、これらの出願の開示内容は参照によりその全体が本明細書に取り入れられる。

[0072] いくつかの実施形態では、互いに接触している複数のエッジバスバーは、隣接太陽電池間の直列電気接続を可能にするためにまとめてはんだ付けされる。他の諸実施形態では、はんだ付けは積層プロセスと同時に行うことができ、その積層プロセス中にエッジオーバーラップ太陽電池は適切なシーラント材料とともに表面側カバーと裏面側カバーの間に配置され、そのシーラント材料はエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）などの粘着ポリマーを含むことができる。積層中に熱と圧力を加えてシーラントを硬化させ、表面側カバーと裏面側カバーの間の太陽電池をシールする。同じ熱と圧力によって、エッジバスバー５３４及び５３６などの接触しているエッジバスバー同士がまとめてはんだ付けされる可能性がある。エッジバスバーが上部Ｓｎ層を含む場合、隣接太陽電池の上部バスバーと下部バスバー（バスバー５３４及び５３６など）の間に追加のはんだ付け又は接着材料を挿入する必要がないことに留意されたい。また、太陽電池は比較的柔軟な５インチ又は６インチのＳｉウェーハであるので、積層プロセス中に使用される圧力は、電池がこのような圧力を受けてひびが入るかもしれないという心配なしに比較的大きいものにすることができることにも留意されたい。いくつかの実施形態では、積層プロセス中に加えられる圧力は、１．２気圧など、１．０気圧より上にすることができる。

[0073] 図５Ｇは、本発明の一実施形態により、複数の隣接エッジオーバーラップ太陽電池からなるストリングの側面図を示す図を提示している。図５Ｇでは、太陽電池５４０は隣接太陽電池５４２と部分的にオーバーラップし、その隣接太陽電池５４２も（その反対側端部で）太陽電池５４４と部分的にオーバーラップする。このような複数太陽電池からなるストリングは、屋根板と同様のパターンを形成する。オーバーラップによって引き起こされる遮光を最小限にするためにオーバーラップは最小限に抑えなければならないことに留意されたい。いくつかの実施形態では、単一バスバー（上面と下面の両方）は（図５Ｇに示されているように）太陽電池のエッジぎりぎりに配置され、その結果、オーバーラップを最小限にする。

[0074] 太陽電池は両面である（太陽電池の上面と下面の両方から光が入ることを意味する）ので、太陽電池の上面及び下面において対称的な配置を有することが望ましい。図５Ｈは、本発明の一実施形態により、２つの隣接エッジオーバーラップ太陽電池の上面図を示す図を提示している。図５Ｈでは、太陽電池５５０及び５５２は太陽電池５５０の右端で互いに部分的にオーバーラップしている。太陽電池５５０の上面（見えている面である）は、互いに平行であるいくつかのフィンガーライン（フィンガーライン５５４及び５５６など）と、フィンガーラインに対して垂直である１つのエッジバスバーとを含む。エッジバスバーは太陽電池５５２の左端によって覆われているので図５Ｈには示されていないことに留意されたい。同様に、太陽電池５５２の上面は、互いに平行であるいくつかのフィンガーライン（フィンガーライン５５８及び５６０など）と、フィンガーラインに対して垂直である１つのエッジバスバー５６２とを含む。図５Ｉは、本発明の一実施形態により、２つの隣接エッジオーバーラップ太陽電池の下面図を示す図を提示している。図５Ｉでは、太陽電池５５０及び５５２は太陽電池５５０の右端で互いに部分的にオーバーラップしている。太陽電池５５０の下面（見えている面である）は、互いに平行であるいくつかのフィンガーライン（フィンガーライン５６４及び５６６など）と、フィンガーラインに対して垂直である１つのエッジバスバー５６８とを含む。同様に、太陽電池５５２の下面は、互いに平行であるいくつかのフィンガーライン（フィンガーライン５７０及び５７２など）と、フィンガーラインに対して垂直である１つのエッジバスバーとを含む。エッジバスバーは太陽電池５５０の右端によって覆われているので図５Ｉには示されていないことに留意されたい。太陽電池の上面と下面において同じ金属グリッドを有することにより両面機能性を保証する。

[0075] 図５Ｊは、本発明の一実施形態により、エッジに単一バスバーを備えた複数の太陽電池を含む模範的なソーラーパネルを示す図を提示している。図５Ｊでは、ソーラーパネル５８０は６×１２の太陽電池アレイを含む。１列に並んだ太陽電池は、タブ５８２などの単一タブを介して或いは屋根板パターンでエッジオーバーラップすることにより互いに直列に接続される。列の終わりでは、（図５Ａ及び図５Ｂに示されている例のように）より幅広のバスリボンを使用して隣接電池からのストリング結合リボンをまとめて接続する代わりに、ここでは単純に、隣接列の両方の端部電池のエッジの端から端まで延びるように十分幅広のタブを使用する。例えば、極太タブ５８４は電池５８６及び５８８のエッジの端から端まで延びている。直列接続の場合、極太タブ５８４は電池５８６の上面のバスバーを電池５８８の下面のバスバーと接続することができ、これは、電池５８６の上部エッジバスバーが電池５８８の下部エッジバスバーと整列するように太陽電池５８６及び５８８が配置されることを意味する。１列に並んだ太陽電池が屋根板パターンに配置される場合、隣接列は、右側が上又は左側が上など、反対の屋根板パターンを有する可能性があることに留意されたい。並列接続の場合、極太タブ５８４は電池５８６及び５８８の上部／下部バスバーの両方を接続することができる。１列に並んだ太陽電池が屋根板状になっている場合、すべての列の屋根板パターンは同じままである。図５Ａ及び図５Ｂに示されている例とは異なり、図５Ｊでは、フィンガーライン（図示せず）は太陽電池列の方向に沿って延びている。

[0076] ストリング結合リボン又はタブもその直列抵抗のために電力損失をもたらす可能性がある。一般に、ストリング結合リボンの直列抵抗によって分配された電力損失は電池のサイズにつれて増加する。その上、単一リボン構成はそれぞれのリボン上により多くの電流が存在し、電力損失は電流の平方に比例することを意味するので、２つのリボンの代わりに単一のストリング結合リボンを使用してもこの直列抵抗誘導電力損失を増加する。このような電力損失を低減するために、ストリング結合リボンの直列抵抗を低減する必要がある。単一中心バスバー構成の場合、リボンの幅はバスバーの幅によって決定され、その幅は０．５〜３ｍｍの間にすることができる。このため、より厚いリボンはより低い抵抗率を有するので、リボンの抵抗を低減するための方法の１つはその厚さを増加することである。図６Ａは、異なるタイプの電池、異なるリボン厚、及び異なるパネル構成についてダブルバスバー（ＤＢＢ）構成及び単一バスバー（ＳＢＢ）構成の場合のリボン抵抗ベースの電力損失のパーセンテージを示す図を提示している。図６Ａに示されている例では、リボンはＣｕリボンであると想定されている。

[0077] 図６Ａにより、２００μｍ厚のリボンの場合、（中心で）単一バスバー（ＳＢＢ）構成を有する５インチ電池に関するリボン抵抗誘導電力損失は、ダブルバスバー（ＤＢＢ）構成の１．３％の電力損失と比較して、２．３４％であることが分かる。１つのバスバーを除去することにより低減された遮光により得られた１．８％の電力利得を利用するために電力損失を２％未満に制限するために、単一ストリング結合リボンの厚さは少なくとも２５０μｍである必要がある。６インチ電池など、より大きい電池の場合、状況はより悪くなる可能性がある。単一中心バスバー構成の場合、電池６０２及び６０４によって示されるように、６インチ電池において３％未満の電力損失を保証するために、４００ｕｍの厚さを有するリボンが必要である。１つのパネル内の電池の数も電力損失の量に影響することに留意されたい。

[0078] より厚いリボンははんだ付けプロセス中に電池に対する損傷を引き起こす可能性があるので、４００ｕｍはリボン厚の上限である。より具体的には、より厚いリボンは電池の反りを発生する可能性があり、それは応力並びにリボン材料と半導体材料との熱係数差によって引き起こされる可能性がある。その上、ストリング結合リボンが厚すぎる場合、信頼性の懸念も表面化し始める。超軟リボンの実現は応力及び反りの問題を低減する可能性があるが、バスバー遮光低減及びリボンコスト低減によって得られる利得を断念せずに電力損失を２％未満に効果的に低減するには異なるストリング結合方式が必要である。いくつかの実施形態では、ストリング結合リボンの長さの範囲内にクリンプ又はスプリングを導入すること及び厚いリボンのスポットはんだ付けを含むがこれらに限定されないその他の方法を使用して応力及び反りを低減する。

[0079] 単一エッジバスバー構成の場合、タブはストリング結合リボンよりかなり幅広く短いので、単一タブの直列抵抗によって誘導される電力損失の量はかなり小さい。図６Ｂは、異なるリボン／タブ厚についてストリング結合リボンと単一タブとの電力損失差を比較する図を提示している。図６Ｂにより、単一タブの直列抵抗による電力損失は、列６０６によって示されているように、単一リボンのものと比較して、かなり小さいことが分かる。例えば、２５０ｕｍ厚の単一エッジタブによって引き起こされた電力損失は、５インチ９６個の電池のパネルレイアウトの場合、０．７３％に過ぎず、６インチ６０個の電池のパネルレイアウトの場合、１．６４％辺りである。このため、７２個の電池のパネルにおける６インチ電池の場合でも、２５０ｕｍの厚さを有するエッジタブは十分厚く、２％未満の電力損失を誘導し、遮光の低減を考慮して全体的な電力利得を達成することが可能になることが分かる。

[0080] ソーラーパネルの電力出力に影響する可能性のあるもう１つの要因は電池間の不整合であり、これは部分的に遮光されたソーラーパネルによって引き起こされる可能性がある。電力出力を最大限にするために、最大出力追従制御（ＭＰＰＴ）デバイスをソーラーパネルに取り入れて、部分的に遮光されたか又はその他の方法で覆い隠されたパネルがそのパネルに結合されたバッテリ充電システムに最大出力を送り出せるようにすることは可能である。ＭＰＰＴデバイスは、複数電池からなるストリング又は単一電池の電力出力を管理することができる。本発明のいくつかの実施形態では、ソーラーパネルは電池レベルのＭＰＰＴを実現し、それぞれの太陽電池がＭＰＰＴ集積回路（ＩＣ）チップなどのＭＰＰＴデバイスに結合されることを意味する。

[0081] 電池レベルのＭＰＰＴを実現すると、不整合の非能率により失われる可能性のある電力の３０％までを取り戻すことが可能になる。その上、これは電池貯蔵要件を除去し、歩留まりを増加する可能性がある。従って、これは、ストリング内のパネルを整合させるための据付者の在庫管理の必要性を除去するとともに交換パネルを古いシステムに整合させる必要がないので保証予備品を削減することにより、アレイ所有者の投資収益率（ＲＯＩ）を大幅に増強することができる。また、電池レベルのＭＰＰＴは、特に１日のうちの特定の時間に又は１年のうちの特定の季節中にアレイの構造遮光が発生する可能性がある状況において、ソーラーアレイの据え付けのために使用可能な表面積を増加することもできる。これは、表面側及び裏面側の両方で遮光を経験する可能性のある両面モジュールにとって特に有用である。また、電池レベルのＭＰＰＴはシステム取り付けの際により多くの柔軟性を可能にし、１軸又は２軸追従制御装置を使用すること、並びに高拡散光背景における地上取り付けを可能にする。電池レベルのＭＰＰＴに関する詳細は、２０１１年１０月４日に出願された発明者Ｃｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒ Ｊａｍｅｓ Ｂｅｉｔｅｌ、Ｊｉｕｎｎ Ｂｅｎｊａｍｉｎ Ｈｅｎｇ、Ｊｉａｎｍｉｎｇ Ｆｕ、及びＺｈｅｎｇ Ｘｕによる「Ｓｏｌａｒ Ｐａｎｅｌｓ ｗｉｔｈ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｅｌｌ−Ｌｅｖｅｌ ＭＰＰＴ Ｄｅｖｉｃｅｓ」という名称の米国特許出願第１３／２５２９８７号（代理人整理番号ＳＳＰ１０−１０１１ＵＳ）に記載されており、この出願の開示内容は参照によりその全体が本明細書に取り入れられる。他の諸実施形態では、ソーラーモジュールは複数太陽電池からなるストリングあたり１つのＭＰＰＴデバイスを有することができ、それによりストリングレベルのＭＰＰＴを容易にする。

[0082] 図７Ａは、本発明の一実施形態により、ダブルバスバー太陽電池を備えたソーラーパネル内の最大出力追従制御（ＭＰＰＴ）集積回路（ＩＣ）チップの模範的な配置の１つを示す図を提示している。図７Ａに示されている例では、ＭＰＰＴ ＩＣチップ７０２などのＭＰＰＴ ＩＣチップは隣接太陽電池間に配置される。より具体的には、ＭＰＰＴ ＩＣチップは２つのストリング結合リボン間に配置することができる。いくつかの実施形態では、ＭＰＰＴ ＩＣチップは、両方のストリング結合リボンと接触し、２つの隣接太陽電池間の直列接続を容易にすることができる。

[0083] 図７Ｂは、本発明の一実施形態により、単一中心バスバー太陽電池を備えたソーラーパネル内の最大出力追従制御（ＭＰＰＴ）集積回路（ＩＣ）チップの模範的な配置の１つを示す図を提示している。図７Ａに示されている例のように、ＭＰＰＴ ＩＣチップ７０４などのＭＰＰＴ ＩＣチップは２つの隣接太陽電池間に配置される。いくつかの実施形態では、ＭＰＰＴ ＩＣチップは、１つの電池からの２つの入力と、隣接電池への１つの出力とを備えた３端子デバイスである。２つの入力は第１の太陽電池の（対応するストリング結合リボンを介して）上部及び下部電極に接続することができ、１つの出力は２つの電池間の直列接続を容易にするために隣接太陽電池の上部又は下部電極に接続することができる。

[0084] 隣接太陽電池間にＭＰＰＴ ＩＣチップを配置することに加えて、太陽電池間のコーナースペースにＭＰＰＴ ＩＣチップを配置することも可能である。図７Ｃは、本発明の一実施形態により、単一エッジバスバー太陽電池を備えたソーラーパネル内の最大出力追従制御（ＭＰＰＴ）集積回路（ＩＣ）チップの模範的な配置の１つを示す図を提示している。図７Ｃに示されている例では、ＭＰＰＴ ＩＣチップ７０６などのＭＰＰＴ ＩＣチップは太陽電池間のコーナースペースに配置される。いくつかの実施形態では、ＭＰＰＴ ＩＣチップは、２つの隣接チップ間の直列接続を容易にするために単一タブに接触している。単一エッジバスバー構成の場合、太陽電池の両側に配置された表面及び裏面電極をＭＰＰＴチップの２つの入力と接続するために太陽電池の外側の配線が必要になる可能性があることに留意されたい。

[0085] 図７Ｄは、本発明の一実施形態により、電池レベルのＭＰＰＴを実現する模範的なソーラーモジュールの断面図を示す図を提示している。図７Ｄでは、ソーラーモジュール７１０内のそれぞれの太陽電池は、図７Ｂに示されている単一中心バスバーにすることができる、上部電極と下部電極とを含む。それぞれのＭＰＰＴ ＩＣチップは上部入力端子と下部入力端子と下部出力端子とを含む。例えば、ＭＰＰＴ ＩＣチップ７１２は上部入力端子７１４と下部入力端子７１６と出力端子７１８とを含む。上部入力端子７１４及び下部入力端子７１６は太陽電池の上部及び下部電極に結合される。出力端子７１８は隣接太陽電池の下部電極に結合される。図７Ｄに示されている例では、太陽電池７２０などの太陽電池は両側トンネル接合太陽電池にすることができる。

[0086] 太陽電池及びＭＰＰＴ ＩＣチップは粘着ポリマー層７２２内に埋め込まれ、この粘着ポリマー層は後で硬化させることができる。粘着ポリマー層７２２を形成するために使用できる材料は、エチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ）、アクリル樹脂、ポリカーボネート、ポリオレフィン、及びサーマルプラスチックを含むがこれらに限定されない。ソーラーモジュール７１０は表面側カバー７２４と裏面側カバー７２６とを更に含む。両面モジュールの場合、表面側カバー７２４と裏面側カバー７２６の両方はガラスで作ることができる。粘着ポリマー層７２２を硬化させると、表面側及び裏面側カバー７２４及び７２６が積層され、太陽電池とＭＰＰＴ ＩＣチップをその内部にシールし、その結果、環境要因に曝されることによって引き起こされる損傷を防止する。積層後、ソーラーモジュール７１０はトリミングし、フレーム７２８内に配置することができ、その後、適切な接続箱に接続する用意ができている。

[0087] 図８は、本発明の一実施形態により、太陽電池モジュールを製作するプロセスを示すフローチャートを提示している。製作中に、多層半導体構造を含む太陽電池を得る（動作８０２）。いくつかの実施形態では、多層半導体構造は両側トンネル接合太陽電池を含むことができる。この太陽電池は５インチ×５インチ又は６インチ×６インチなどの標準サイズを有することができる。いくつかの実施形態では、太陽電池の最小寸法は少なくとも５インチである。次に、表面側及び裏面側金属グリッドを付着させて両面太陽電池製作を完了する（動作８０４）。いくつかの実施形態では、表面側及び裏面側金属グリッドを付着させることは、Ａｇ又はＳｎコーティングのＣｕグリッドの電気めっきを含むことができる。他の諸実施形態では、電気めっきＣｕ層の接着を改善するために物理蒸着（ＰＶＤ）技法を使用して、シードＣｕ又はＮｉ層などの１つ以上のシード金属層を多層構造上に付着させることができる。中心に単一バスバーを備えた金属グリッド及び電池のエッジに単一バスバーを備えた金属グリッドを含むがこれらに限定されない種々のタイプの金属グリッドを形成することができる。エッジバスバー構成の場合、太陽電池の表面及び裏面のバスバーは両側のエッジに配置されることに留意されたい。

[0088] その後、複数の太陽電池をまとめてストリング結合して、太陽電池ストリングを形成する（動作８０６）。バスバー構成次第で、従来のストリング結合プロセスを変更する必要がある可能性があることに留意されたい。エッジバスバー構成の場合、それぞれの太陽電池は９０度回転させる必要があり、電池のエッジと同じ幅で、長さが３〜１２ｍｍの間にある単一タブを使用して２つの隣接太陽電池を接続することができる。いくつかの実施形態では、単一タブの長さは３〜５ｍｍの間にすることができる。

[0089] 次に、複数の太陽電池ストリングを１つのアレイにレイアウトすることができ、その太陽電池アレイに表面側カバーを付けることができる（動作８０８）。電池レベルのＭＰＰＴを実現するソーラーモジュールの場合、太陽電池間のコーナースペース及び隣接太陽電池間の位置を含むがこれらに限定されない適切な位置にＭＰＰＴ ＩＣチップを配置する（動作８１０）。次に、変更されたタブ結合プロセスを介して種々の列の太陽電池を互いに接続し（動作８１２）、次に、ＭＰＰＴ ＩＣチップと対応する太陽電池電極との間の電気接続を形成して、完全に相互接続されたソーラーモジュールを達成する（動作８１４）。より具体的には、太陽電池の上部電極はＩＣの１つの端子に接続され、下部電極は、はんだバンプ、フリップチップ、ラップスルー接点などを含むがこれらに限定されない典型的な半導体方法を介してＩＣの他の端子に接続される。その後、裏面側カバーを付け（動作８１６）、ソーラーモジュールアセンブリ全体を通常の積層プロセスを通過させることができ、それにより電池及びＭＰＰＴＩＣが所定の場所にシールされ（動作８１８）、続いてフレーミング及びトリミング（動作８２０）と、接続箱の取り付け（動作８２２）が行われる。

[0090] 様々な実施形態に関する上記の説明は例示及び解説のためにのみ提示されている。これは、網羅するため又は開示された形式に本発明を限定するためのものではない。従って、多くの変更及び変形は当業者にとって明白なものになるであろう。更に、上記の開示内容は本発明を限定するためのものではない。

Claims (10)

1. 表面側カバーと、
   裏面側カバーと、
   前記表面側カバーと前記裏面側カバーとの間に位置する複数の太陽電池と、
   を含み、
   それぞれの太陽電池が、
   第１極性表面及び第２極性表面を有する多層半導体構造であって、前記第２極性表面が前記第１極性表面と反対側にある多層半導体積層構造と、
   前記第１極性表面上に位置する第１電極と、
   前記第２極性表面上に位置する第２電極と、
   を含み、
   前記第１電極及び前記第２電極のそれぞれが金属グリッドを含み、それぞれの金属グリッドが複数のフィンガーラインと前記フィンガーラインに結合された単一バスバーとを含み、前記単一バスバーが前記フィンガーラインから電流を収集するように構成され、
   前記第１極性表面上の単一バスバー及び前記第２極性表面上の単一バスバーは、両側のエッジに配置され、
   隣接する２つの太陽電池は、第１及び第２の太陽電池を有し、前記第１の太陽電池の１つのエッジにある第１の単一バスバー及び前記第２の太陽電池の隣接エッジにある第２の単一バスバーにはんだ付けされた金属タブによってまとめて結合され、
   前記第１の太陽電池の前記第１極性表面と前記第２の太陽電池の前記第２極性表面とは、ともに同じ方向を向いており、
   複数の最大出力追従制御（ＭＰＰＴ）デバイスを更に含み、それぞれのＭＰＰＴデバイスが、個々の太陽電池に結合され、それにより電池レベルのＭＰＰＴを容易にするものであり、
   それぞれのＭＰＰＴデバイスは、隣接する２つの太陽電池間のコーナースペースに配置されて前記金属タブに接触している、ソーラーモジュール。
2. 前記金属タブの幅が実質的に前記第１の単一バスバー及び前記第２の単一バスバーの長さと同様である、請求項１記載のソーラーモジュール。
3. 複数の太陽電池が金属タブによって１つのストリングに結合され、複数のストリングが電気的に直列又は並列に結合される、請求項１又は２記載のソーラーモジュール。
4. 前記金属タブの長さが３〜１２ｍｍの間である、請求項１から３のいずれか一項記載のソーラーモジュール。
5. 前記多層半導体構造が、
   基層と、
   表面側又は裏面側エミッタと、
   裏面又は表面フィールド層と、
   を含む、請求項１から４のいずれか一項記載のソーラーモジュール。
6. 前記多層半導体構造が、前記基層の両側に位置決めされた量子トンネリングバリア（ＱＴＢ）層を含む、請求項５記載のソーラーモジュール。
7. 前記金属グリッドが少なくとも１つの電気めっきＣｕ層を含む、請求項１から６のいずれか一項記載のソーラーモジュール。
8. 前記単一バスバーの幅が０．５〜３ｍｍの間である、請求項１から７のいずれか一項記載のソーラーモジュール。
9. 前記表面側及び裏面側カバーが、前記ソーラーモジュールの両面構成を容易にするために透明である、請求項１から８のいずれか一項記載のソーラーモジュール。
10. 前記複数の太陽電池が、
    １つの５インチ太陽電池、
    １つの６インチ太陽電池、及び
    ５インチ又は６インチ太陽電池の１／８、１／６、１／４、１／３、又は１／２
    のうちの少なくとも１つを含む、請求項１から９のいずれか一項記載のソーラーモジュール。