JP6526774B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池モジュールに係り、特に、改善された構造を有する太陽電池モジュールに関する。
近年、石油や石炭のような既存エネルギー資源の枯渇が予想される中、それらに取って代わる代替エネルギーへの関心が高まっている。特に、太陽電池は、太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換する次世代電池として脚光を浴びている。
太陽電池は、光電変換を起こすことができるように、半導体基板に導電型領域及びこれに電気的に接続する電極を形成してなる。さらに、太陽電池には、特性を向上するために、導電型領域をパッシベーションするパッシベーション膜、反射を防止する反射防止膜なども形成されている。
しかしながら、従来の太陽電池は、太陽電池に入射する光を十分に使用できず、太陽電池の効率がよくなかった。そこで、太陽電池の効率を最大化するように太陽電池を設計することが望まれる。
本発明は、光損失を最小化して効率を向上させることができる太陽電池モジュールを提供する。
本実施例に係る太陽電池モジュールは、有効領域（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｒｅａ）及びデッド領域（ｄｅａｄ ａｒｅａ）が定義される太陽電池モジュールであって、太陽電池と、該太陽電池の一面に配置され、前記デッド領域に対応して形成された光屈折パターンを有する基板と、を備えている。
本発明の一実施例に係る太陽電池モジュールの分解斜視図である。 図１のII−II線に沿う太陽電池モジュールの断面図である。 図１のIII −III 線に沿う太陽電池モジュールの断面図である。 図１の太陽電池の前面を示す平面図である。 本発明の一実施例に係る太陽電池モジュールに適用可能な凹凸部の様々な形状を示す部分斜視図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。 本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。 本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。 本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。 本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの斜視図である。 本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの一部を示す平面図である。 図１１のII−II線に沿う断面図である。 本発明の他の実施例に係る第３屈折パターンの平面形状を示す図である。 本発明のさらに他の実施例に係る第３屈折パターンの平面形状を示す図である。 本発明の他の実施例に係る第３屈折パターンの側方向断面形状を示す図である。 本発明の他の実施例に係る第３屈折パターンの側方向断面形状を示す図である。 本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの一部を示す平面図である。 図１７のVIII−VIII線に沿う断面図である。 本発明の他の実施例に係る太陽電池の一部を示す斜視図である。 本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池を示す断面図である。 図２０に示した太陽電池の前面基板を製造する工程を概略的に示す断面図である。 本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池を示す断面図である。 図２３に示した太陽電池の変形例を示す断面図である。 図２２に示した太陽電池の前面基板を製造する工程を概略的に示す断面図である。
以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施例を詳細に説明する。ただし、本発明はそれらの実施例に限定されるものではなく、様々な形態に変形してもよいことは勿論である。
図面では、本発明を簡明に説明するために、説明に関連していない部分の図示を省略し、明細書全体を通じて同一または極類似の部分については同一の参照符号を使用するものとする。そして、図面では、説明をより明確にするために、厚さ、広さなどを拡大または縮小して示したこともあり、本発明の厚さ、広さなどは図面に限定されない。
そして、明細書全体において、ある部分が他の部分を「含む」又は「備える」としたとき、特別な記載がない限り、それ以外の部分を排除するという意味ではなく、さらに含む又は備えることもある。また、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるとしたとき、これは、他の部分の直接「上に」ある場合の他、それらの間にさらに他の部分が介在される場合も含む。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「直接上に」あるとしたときは、それらの間にさらに他の部分が介在されないことを意味する。
図１は、本発明の一実施例に係る太陽電池モジュールの分解斜視図であり、図２は、図１のII−II線に沿う太陽電池モジュールの断面図である。
図１及び図２を参照すると、本発明の一実施例に係る太陽電池モジュール１００は、太陽電池１５０、太陽電池１５０の前面上に配置された第１基板（以下、「前面基板」）１１０、及び太陽電池１５０の後面上に配置された第２基板（以下、「後面基板」）２００と、を備えている。また、太陽電池モジュール１００は、太陽電池１５０と前面基板１１０との間における第１密封材１３１と、太陽電池１５０と後面基板２００との間における第２密封材１３２と、をさらに備えている。
まず、太陽電池１５０は、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換部と、光電変換部に電気的に接続する電極と、を有して形成される。本実施例では、一例として、半導体基板及び不純物層を有する光電変換部が適用されるとする。具体的な光電変換部の構造は、図３を参照して詳しく後述する。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、化合物半導体を用いたり色素増感物質を用いたりするなど、様々な構造が光電変換部に用いられてもよい。
このような太陽電池１５０は、リボン１４２を備えており、リボン１４２によって電気的に直列、並列又は直並列に接続されている。具体的に、リボン１４２は、太陽電池１５０の受光面上に形成された前面電極と、隣接した他の太陽電池１５０の裏面上に形成された後面電極とをタビング（ｔａｂｂｉｎｇ）工程により接続することができる。タビング工程は、太陽電池１５０の一面にフラックス（ｆｌｕｘ）を塗布し、フラックスの塗布された太陽電池１５０にリボン１４２を配置した後、塑性することによって行えばよい。フラックスは、ソルダリングを妨害する酸化膜を除去するためのもので、必ずしも含まれるものではない。
又は、太陽電池１５０の一面とリボン１４２との間に導電性フィルム（図示せず）を付着した後、熱圧着により複数の太陽電池１５０を直列又は並列に接続してもよい。導電性フィルム（図示せず）は、導電性に優れた金、銀、ニッケル、銅などで形成された導電性粒子が、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂などで形成されたフィルム中に分散されたものでよい。このような導電性フィルムに熱を加えながら圧着すると、導電性粒子がフィルムの外部に露出され、露出された導電性粒子により太陽電池１５０とリボン１４２とが電気的に接続することとなる。このように導電性フィルム（図示せず）により複数の太陽電池１５０を接続してモジュール化すると、工程温度を下げ、太陽電池１５０の反りを防止することができる。
また、バスリボン１４５は、リボン１４２によって接続された一列の太陽電池１５０のリボン１４２の両端を交互に連結する。バスリボン１４５は、一列をなす太陽電池１５０の端部でこれと交差する方向に配置されるとよい。このようなバスリボン１４５は、太陽電池１５０が生産した電気を集め、電気が逆流することを防止するジャンクションボックス（図示せず）に連結される。
第１密封材１３１は、太陽電池１５０の受光面に配置され、第２密封材１３２は、太陽電池１５０の裏面に配置されており、第１密封材１３１と第２密封材１３２とがラミネーションにより接着することで、太陽電池１５０に悪影響を及ぼし得る水分や酸素を遮断し、太陽電池の各要素が化学的に結合できるようにする。
このような第１密封材１３１及び第２密封材１３２としては、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラル、ケイ素樹脂、エステル系樹脂、オレフィン系樹脂などが使用可能である。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。したがって、第１及び第２密封材１３１，１３２は、その他様々な物質を用いてラミネーション以外の他の方法により形成されてもよい。
前面基板１１０は、太陽光を透過するように第１密封材１３１上に配置され、外部の衝撃などから太陽電池１５０を保護するようにガラス（例えば、強化ガラス）で構成される透明基板部１１０ａを有している。また、太陽光の反射を防止し、太陽光の透過率を高めるために、透明基板部１１０ａは、鉄分が少なく含有された低鉄分強化ガラスであるとより好ましい。本実施例では、前面基板１１０の透明基板部１１０ａにおいて一定領域に光屈折パターン１１２を形成することによって光損失を最小化しているが、その詳細については図３などを参照して後述する。
後面基板２００は、太陽電池１５０の裏面で太陽電池１５０を保護する層で、防水、絶縁及び紫外線遮断の機能を果たす。後面基板２００は、フィルム又はシートなどの形態で構成されるとよい。一例として、後面基板２００は、ＴＰＴ（Ｔｅｄｌａｒ／ＰＥＴ／Ｔｅｄｌａｒ）タイプであってよい。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、後面基板２００はリジッド（ｒｉｇｉｄ）な特性の物質で構成されてもよい。
後面基板２００は、前面基板１１０側から入射した太陽光が反射して再利用されるように反射率の高い材質で形成すればよい。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、後面基板２００が太陽光の入射が可能な透明材質で形成され、両面受光型の太陽電池モジュール１００にしてもよい。
以下では、図３乃至図５を共に参照して、本実施例に係る太陽電池１５０及び前面基板１１０の具体的な構造について詳細に説明する。太陽電池１５０及び前面基板１１０以外の構成については既に説明したので、その詳細な説明を省略する。
図３は、図１のIII −III 線に沿う太陽電池モジュールの断面図である。図４は、図１の太陽電池の前面を示す平面図である。
図３を参照すると、本実施例に係る太陽電池１５０は、光電変換部１０，２０，３０と、これに電気的に接続する電極２４，３４と、を備えている。後述する太陽電池１５０の構造は一例に過ぎず、本発明がこれに限定されるものではない。したがって、上述した通り、様々な構造の太陽電池１５０が適用されてもよい。
さらにいうと、本実施例に係る太陽電池１５０は、半導体基板１０と、半導体基板１０に形成された不純物層２０，３０と、不純物層２０，３０に電気的に接続する電極２４，３４と、を備えている。不純物層２０，３０は、エミッタ層２０と後面電界層３０を有しており、電極２４，３４は、エミッタ層２０に電気的に接続する第１電極２４と、後面電界層３０に電気的に接続する第２電極３４を有する。そして、隣接した太陽電池１５０との連結のためのリボン１４２が第１電極２４又は第２電極３４にそれぞれ連結されている。これに加えて、太陽電池１５０は、反射防止膜２２、パッシベーション膜３２などをさらに備えている。これについてより詳細に説明する。
半導体基板１０は、様々な半導体物質を含むことがあり、例えば、第２導電型不純物を含むシリコンを含むことがある。シリコンには単結晶シリコン又は多結晶シリコンが使用でき、第２導電型不純物は一例としてｎ型であればよい。すなわち、半導体基板１０は、リン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などの５族元素がドープされた単結晶又は多結晶シリコンで形成可能である。
このようにｎ型の不純物を有する半導体基板１０を使用すると、半導体基板１０の前面にｐ型の不純物を有するエミッタ層２０が形成され、ｐｎ接合（ｊｕｎｃｔｉｏｎ）をなすようになる。このようなｐｎ接合に光が照射されると、光電効果により生成された電子が半導体基板１０の後面側に移動して第２電極３４で収集され、正孔が半導体基板１０の前面側に移動して第１電極２４で収集される。これで、電気エネルギーが発生する。すると、電子に比べて移動速度が遅い正孔が半導体基板１０の後面ではなく前面に移動し、変換効率が向上できる。
しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、半導体基板１０及び後面電界層３０がｐ型を有し、エミッタ層２０がｎ型を有する構成も可能である。
図示してはいないが、半導体基板１０の前面及び／又は後面は、テクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）されてピラミッド状などの凹凸を有してもよい。このようなテクスチャリングにより半導体基板１０の前面などに凹凸が形成されて表面粗度が増加すると、半導体基板１０の前面などを通して入射する光の反射率を下げることができる。これにより、半導体基板１０とエミッタ層２０との界面に形成されたｐｎ接合まで到達する光量が増加し、光損失を最小化することができる。
半導体基板１０の前面側には、第１導電型不純物を有するエミッタ層２０が形成されているとよい。本実施例で、エミッタ層２０は、第１導電型不純物として、３族元素であるボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）などのｐ型不純物を使用可能である。
半導体基板１０上に、具体的には半導体基板１０に形成されたエミッタ層２０上に反射防止膜２２及び第１電極２４が形成されている。
反射防止膜２２は、第１電極２４が形成された部分以外の、実質的に半導体基板１０の前面全体に形成されているとよい。反射防止膜２２は、半導体基板１０の前面に入射する光の反射率を減少させ、且つエミッタ層２０の表面又はバルク内に存在する欠陥を不動化させる。
半導体基板１０の前面を通して入射する光の反射率を下げることによって、半導体基板１０とエミッタ層２０との界面に形成されたｐｎ接合まで到達する光量を増加させることができる。これにより、太陽電池１５０の短絡電流（Ｉｓｃ）を増加させることができる。そして、エミッタ層２０に存在する欠陥を不動化させ、少数キャリアの再結合サイトを除去することで、太陽電池１５０の開放電圧（Ｖｏｃ）を増加させることができる。このように、反射防止膜２２により太陽電池１５０の開放電圧と短絡電流を増加させることによって、太陽電池１５０の効率を向上させることができる。
放射防止膜２２は様々な物質で形成可能である。一例として、反射防止膜２２は、シリコン窒化膜、水素含有シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、アルミニウム酸化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選ばれるいずれかの単一膜又は２以上の膜が組み合わせられた多層膜構造を有するとよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、反射防止膜２２が他の様々な物質を含んでもよいことは無論である。そして、半導体基板１０と反射防止膜２２との間に、パッシベーションのための前面パッシベーション膜（図示せず）をさらに備えていてもよい。これも本発明の範囲に含まれる。
第１電極２４は、反射防止膜２２に形成された開口部を通して（すなわち、反射防止膜２２を貫通して）エミッタ層２０に電気的に接続する。このような第１電極２４は様々な物質により様々な形状を有するように形成可能であるが、これについては再び後述する。
半導体基板１０の後面側には、半導体基板１０に比べて高いドープ濃度で第２導電型不純物を含む後面電界層３０が形成されている。本実施例において、後面電界層３０は、第２導電型不純物として、５族元素であるリン（Ｐ）、ヒ素（Ａｓ）、ビスマス（Ｂｉ）、アンチモン（Ｓｂ）などのｎ型不純物を使用可能である。
これに加えて、半導体基板１０の後面には、パッシベーション膜３２と第２電極３４が形成されている。
パッシベーション膜３２は、第２電極３４が形成された部分以外の、実質的に半導体基板１０の後面全体に形成されていればよい。このようなパッシベーション膜３２は、半導体基板１０の後面に存在する欠陥を不動化させ、少数キャリアの再結合サイトを除去することができる。これにより、太陽電池１５０の開放電圧を増加させることができる。
このようなパッシベーション膜３２は光の透過が可能なように透明な絶縁物質で形成されてもよい。このようにパッシベーション膜３２を通して半導体基板１０の後面からも光の入射を可能にすることによって、太陽電池１５０の効率を向上させることができる。一例として、パッシベーション膜３２は、シリコン窒化膜、水素含有シリコン窒化膜、シリコン酸化膜、シリコン酸化窒化膜、アルミニウム酸化膜、ＭｇＦ2、ＺｎＳ、ＴｉＯ2及びＣｅＯ2からなる群から選ばれるいずれかの単一膜又は２以上の膜が組み合わせられた多層膜構造を有するとよい。しかし、本発明がこれに限定されるものではなく、パッシベーション膜３２が他の様々な物質を含んでもよいことは無論である。
第２電極３４は、パッシベーション膜３２に形成された開口部を通して（すなわち、パッシベーション膜３２を貫通して）後面電界層３０に電気的に接続している。このような第２電極３４は様々な物質によって様々な形状を有するように形成可能である。
このとき、第１電極２４及び第２電極３４は、互いに異なる幅、ピッチなどを有してもよいが、その基本形状は類似していればよい。そのため、以下では、第１電極２４を中心に説明し、第２電極３４についての説明は省略する。以下の説明は、第１及び第２電極２４，３４に共通に適用可能である。
一例として、図４を参照すると、第１電極２４は、第１ピッチＰ１をもって互いに平行に配置された複数のフィンガー電極２４ａを有している。これに加えて、電極２４は、フィンガー電極２４ａと交差する方向に形成されてフィンガー電極２４ａを連結するバスバー電極２４ｂを有している。このバス電極２４ｂは一つのみ備えられてもよく、図４に示すように、第１ピッチＰ１よりも大きい第２ピッチＰ２をもって複数個備えられてもよい。ここで、フィンガー電極２４ａの幅よりもバスバー電極２４ｂの幅が大きくなっているが、本発明がこれに限定されるものではなく、両者は同一の幅を有してもよい。上述した第１電極２４の形状は一例に過ぎず、本発明はこれに限定されない。
断面から見て、フィンガー電極２４ａ及びバスバー電極２４ｂが両方とも反射防止膜２２（第２電極３４の場合はパッシベーション膜３２、以下、同一）を貫通して形成されることがある。又は、フィンガー電極２４ａが反射防止膜２２を貫通し、バスバー電極２４ｂは反射防止膜２２上に形成されてもよい。
第１及び第２電極２４，３４は、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）及びこれらの合金を含む単一層、又は複数の層で形成可能である。しかし、本発明はこれに限定されない。
第１及び第２電極２４，３４（特に、バスバー電極２４ｂ）上には、隣接した太陽電池１５０との連結のためにリボン１４２が電気的に接続される。リボン１４２は、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、スズ（Ｓｎ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、チタン（Ｔｉ）、金（Ａｕ）、鉛（Ｐｂ）及びこれらの合金を含む単一層、又は複数の層で形成可能である。しかし、本発明はこれに限定されない。
図１を共に参照すると、上述したような太陽電池モジュール１００は、光が入射して光電変換がおきる有効領域（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｒｅａ）ＥＡと、光が入射しないか、光が入射しても光電変換を起こせないデッド領域ＤＡと、を有している。一例として、デッド領域は、太陽電池１５０内に配置された電極２４，３４、リボン１４２などによって光が入射しないシェーディング領域ＳＡと、太陽電池１５０が配置されておらず、光が入射しても光電変換ができない周縁領域ＰＡなどを有することがある。有効領域ＥＡは、太陽電池１５０の内部でシェーディング領域ＳＡ以外の部分で構成される。そして、上述したデッド領域ＤＡの少なくとも一部に対応するように前面基板１１０に光屈折パターン１１２が配置される。
図１及び図３を参照すると、本実施例では、複数個の太陽電池１５０を連結するリボン１４２及びこれに連結されるバスリボン１４５が形成された部分に対応するように光屈折パターン１１２が形成されている。すなわち、光屈折パターン１１２が、リボン１４２及びバスリボン１４５が形成された領域に沿って長く延びた形状を有している。ここで、リボン１４２は、電極２４，３４のバスバー電極に対応する部分であり、シェーディング領域ＳＡを構成する。このようにシェーディング領域ＳＡに対応するように光屈折パターン１１２を形成することによって、光屈折パターン１１２によって光を有効領域ＥＡ側に屈折させることができる。これにより、シェーディング領域に入射した光を有効領域ＥＡ側に屈折させ、光損失を最小化でき、結果として太陽電池１５０内で使われる光量を最大化できる。
このような光屈折パターン１１２は、前面基板１１０の一部を特定形状に除去することによって形成すればよい。一例として、前面基板１１０の該当部分を乾式エッチング又は湿式エッチングなどによって除去し、または、押出ローラーなどを用いて該当部分の一部を除去することによって光屈折パターン１１２を形成する。
図１では、光屈折パターン１１２が逆ピラミッド形状を有する例を示した。この場合、前面基板１１０の基板面と傾斜する傾斜面で光が屈折して容易に有効領域ＥＡへ屈折する。すると、光屈折パターン１１２は一種の集中器（ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）の役割を果たす。そのため、シェーディング領域ＳＡに入射して光電変換に利用され難い光が有効領域ＥＡに入射して光電変換に利用可能となる。これにより、光損失を最小化し、太陽電池１５０による光電変換効率を向上させることができる。
このような光屈折パターン１１２はシェーディング領域ＳＡと整合するようにアライン（ａｌｉｇｎ）されなければならず、前面基板１１０にはアラインのためのアライメントマーク１１６が形成されている。アライメントマーク１１６は様々な構造、形状、物質などを有してもよい。一例として、光屈折パターン１１２を形成する工程で光屈折パターン１１２と同じ方法でアライメントマーク１１６を形成する。こうする場合は、工程を単純化することができる。
このとき、光屈折パターン１１２は光を屈折させられる様々な形状を有してもよい。すなわち、図５（ａ）に示すように、光屈折パターン１１２ａは丸い形状（一例として、半球形状）を有する場合がある。このような形状の光屈折パターン１１２ａは、尖った部分がないため、前面基板１１０ａの構造的安全性を向上させることができる。又は、図５（ｂ）に示すように、光屈折パターン１１２ｂがノッチ形状の断面を有するプリズム形状（又は、溝形状）を有する場合もある。このような形状の光屈折パターン１１２ｂは、簡単な構造により、シェーディング領域ＳＡに入射した光を效率的に有効領域ＥＡに屈折させることができる。光屈折パターン１１２はその他様々な形状を有してもよい。
本実施例では、前面基板１１０が透明基板部１１０ａで構成され、この透明基板部１１０ａに光屈折パターン１１２が形成されている。このように透明基板部１１０ａに直接光屈折パターン１１２を形成すれば、別の膜などを形成しなくて済むため、既存の太陽電池モジュール１００に容易に適用可能である。この時、前面基板１１０の外面に光屈折パターン１１２が形成されることによって、前面基板１１０の外面で発生する反射などの問題をより効果的に防止することができる。
このように、本実施例では、前面基板１１０においてデッド領域ＤＡに対応する部分に光を屈折する光屈折パターン１１２を形成し、デッド領域ＤＡに入射した光を有効領域ＥＡに屈折させる。これにより、太陽電池モジュール１００の効率を向上させることができる。このとき、光屈折パターン１１２を全体的に形成するのではなく、デッド領域ＤＡに対応する部分で部分的に形成することよって、前面基板１１０の構造的安全性を高く維持することができる。
以下、図６乃至図１０を参照して、本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールをより詳しく説明する。上述した実施例と同一又は極類似の部分については詳細な説明を省略し、異なる部分についてのみ詳細に説明する。そして、上述した実施例に適用可能な変形は、下の実施例にも適用可能である。
図６は、本発明の他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。
図６を参照すると、本実施例では、太陽電池１５０に隣接した前面基板１１０の一面（具体的には、透明基板部１１０ａの内面）に光屈折パターン１１２が形成されている。このように前面基板１１０の内面に光屈折パターン１１２が形成されると、光屈折パターン１１２が外部に露出される場合に比べて構造的安全性をより向上させることができる。特に、光屈折パターン１１２の内側部分に第１密封材１３１が充填されており、構造的安全性をさらに向上させることができる。
図７は、本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。
図７を参照すると、本実施例では、前面基板１１０を構成する透明基板部１１０ａの外面に光屈折パターン１１２が形成されており、透明基板部１１０ａ上に光屈折パターン１１２を覆いながら保護膜１１４が形成されている。この保護膜１１４は、太陽電池モジュール１００の外部に形成され、太陽電池モジュール１００が外部環境に露出される場合に耐久性を向上させる役割を担う。このような保護膜１１４には、様々な樹脂（一例として、ポリエチレンテレフタレートなど）を使用可能である。又は、保護膜１１４として、反射防止の機能ができる反射防止膜を使用してもよく、この場合、太陽電池モジュール１００を保護すると同時に反射防止特性を向上させることができる。
図８は、本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの断面図である。
図８を参照すると、本実施例で前面基板１１０は、透明基板部１１０ａと、透明基板部１１０ａ上に形成され、光屈折パターン１１２を有している光屈折パターン形成膜１１０ｂと、を備えている。このように、本実施例では、光屈折パターン１１２を形成するための光屈折パターン形成膜１１０ｂを別に備えることで、透明基板部１１０ａに光屈折パターン１１２を形成する場合に当該部分で強度が低下する等の問題を防止することができる。
光屈折パターン形成膜１１０ｂは様々な物質（一例として、ポリエチレンテレフタレートなど）で構成可能である。又は、機能性物質膜を具備した前面基板１１０において機能性物質膜に光屈折パターン１１２を形成し、機能性物質膜を光屈折パターン形成膜１１０ｂとして使用してもよい。例えば、光屈折パターン形成膜１１０ｂとしてはパッシベーション膜、反射防止膜などを使用すればよく、酸化物、窒化物などを含むとよい。
ここで、反射防止膜などの光屈折パターン形成膜１１０ｂは、コーティングなどにより成膜したのち乾燥し、ここに光屈折パターン１１２を形成した後、テンパリング（焼き戻し）又は焼結する（curing)ことによって製造可能である。その他様々な方法によって、光屈折パターン１１２を有する光屈折パターン形成膜１１０ｂを形成してもよい。この場合にも、図９に示すように、光屈折パターン形成膜１１０ｂを覆うように保護膜１１４をさらに形成してもよい。
図１０は、本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの斜視図である。
図１０を参照すると、本実施例では、光屈折パターン１１２がデッド領域ＤＡの周縁領域ＰＡに沿って形成されている。そのため、光屈折パターン１１２の平面形状が、複数の太陽電池１５０のそれぞれが内部に位置する格子形状を有するようになる。これにより、周縁領域ＰＡに入射した光を太陽電池１５０の内部に屈折させ、太陽電池モジュール１００の効率を效果的に向上させることができる。このとき、図１のように、デッド領域ＤＡのシェーディング領域ＳＡにも光屈折パターン１１２を形成し、太陽電池モジュール１００の効率をさらに向上させてもよい。
上述した説明及び図面では、光屈折パターン１１２が形成される基板として前面基板１１０を例示した。これにより、多量の光が入射する前面基板１１０において光の損失を最小化することができる。しかし、本発明はこれに限定されない。すなわち、両面受光型では太陽電池モジュール１００の後面からも光が入射するので、後面基板２００に光屈折パターン１１２が形成されてもよい。すなわち、本発明では、太陽電池モジュール１００の前面基板１１０及び後面基板２００の少なくとも一方に光屈折パターン１１２が形成されればいい。
図１１は、本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの一部を示す平面図であり、図１２は、図１１のII−II線に沿う断面図である。
図１１及び図１２を参照すると、本実施例に係る太陽電池モジュールは、複数個の太陽電池１５０が複数の行及び複数の列を有するように互いに離隔して配置されている。そのため、デッド領域ＤＡの周縁領域ＰＡは、互いに異なった行に位置した太陽電池１５０同士間に形成された第１周縁領域Ａ１、及び互いに異なった列に位置した太陽電池１５０同士間に形成された第２周縁領域Ａ２を有する。そして、第１周縁領域Ａ１と第２周縁領域Ａ２とが交差する空間には第３周縁領域Ａ３が形成されている。すなわち、第３周縁領域Ａ３は、図１２に示すように、隣接した４個の太陽電池１５０により形成された領域である。
本実施例では、光屈折パターン１１２として、第３周縁領域Ａ３と重畳する位置に形成される第３屈折パターン１１２ｃを例示している。しかし、本発明はこれに限定されない。すなわち、光屈折パターン１１２は、第１周縁領域Ａ１と重畳する位置に形成される第１屈折パターン、第２周縁領域Ａ２と重畳する位置に形成される第２屈折パターン、及び第３周縁領域Ａ３と重畳する位置に形成される第３屈折パターン１１２ｃのうち少なくとも一つを含めばよい。第１及び第２屈折パターンの詳細については図１７を参照して後述する。
本実施例において第３屈折パターン１１２ｃが前面基板１１０（具体的には、前面基板１００を構成する透明基板部１１０ａ）の外面に配置されている。このとき、第３屈折パターン１１２ｃは、前面基板１１０の外面から内面の反対側に向かって突出した凸部で構成され、第３周縁領域Ａ３に一対一で対応する半球のレンズ形状を有している。そのため、本実施例の第３屈折パターン１１２ｃは円形の平面形状を有する。このような構造の第３屈折パターン１１２ｃは、図１２に示すように第３周縁領域Ａ３に入射する光を屈折させる。
これについてより詳しく説明すると、矢印で表したように、第３周縁領域Ａ３に０゜の入射角で入射する光、すなわち前面基板１１０に垂直に入射する光は、第３屈折パターン１１２ｃにより屈折し、屈折した光は０゜の入射角に対して所定の角度θで傾斜して後面基板２００に入射する。後面基板２００に入射した光は後面基板２００で反射され、再び前面基板１１０の内面で反射されて太陽電池１５０の前面に入射する。これにより、太陽電池１５０に入射する光の量が増加し、太陽電池モジュールの効率が向上する。
上記の説明では、第３屈折パターン１１２ｃが、前面基板１１０を構成する透明基板部１１０ａの外面に配置されていることを例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、図６乃至図９に示したような様々な変形が適用されてもよいことは無論である。また、図１３乃至図１６を参照して後述する第３屈折パターンの様々な変形例、及び図１７及び図１８を参照して後述する第１及び第２屈折パターンにも、図６乃至図９に示したような様々な変形が適用されてもよい。
そして、第３屈折パターン１１２ｃの平面形状は様々な変形が可能である。すなわち、図１３に示すように、第３屈折パターン１１２ｃが菱形を有してもよく、図１４に示すように、第３屈折パターン１１２ｃが長方形を有してもよい。第３屈折パターン１１２ｃはその他様々な平面形状を有してもよい。また、図１２及び図１４に示すように、第３屈折パターン１１２ｃが太陽電池１５０と重ならない大きさを有してもよく、図１３に示すように、第３屈折パターン１１２ｃの一部が太陽電池１５０の隅部分と重なってもよい。
また、上述した説明では第３屈折パターン１１２ｃが半円形の断面形状を有する凸部で構成された例について説明したが、第３屈折パターン１１２ｃの形状は様々な変形が可能である。すなわち、図１５に示すように、第３屈折パターン１１２ｃは、台形の断面形状をしてもよく、これにより、第３屈折パターン１１２ｃの構造的安全性を向上させることができる。又は、図１６に示すように、第３屈折パターン１１２ｃが前面基板１１０の外面から内面に向かって窪んだ凹部で形成されてもよい。こうすると、第３屈折パターン１１２ｃを構成する全ての側面が傾斜して形成されるため、全ての面で光が屈折し、光屈折によって再使用する光の量を増加させることができる。図１６では凹部で形成された第３屈折パターン１１２ｃが三角形の断面形状を有する例を示したが、本発明はこれに限定されず、台形の断面形状を有してもよい。その他にも、第３屈折パターン１１２ｃの断面形状については様々な変形が可能である。
図１７は、本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池モジュールの一部を示す平面図であり、図１８は、図１７のVIII−VIII線に沿う断面図である。
本実施例では、第１屈折パターン１１２ｄ、第２屈折パターン１１２ｅ及び第３屈折パターン１１２ｃが形成されている。このとき、第１屈折パターン１１２ｄは、互いに異なった行に配置された太陽電池１５０間の空間により形成された第１周縁領域Ａ１と重なる位置に形成され、第２屈折パターン１１２ｅは、互いに異なった列に配置された太陽電池１５０間の空間により形成された第２周縁領域Ａ２と重なる位置に形成される。そして、第３屈折パターン１１２ｃは、前述の実施例で説明した通り、第１周縁領域Ａ１と第２周縁領域Ａ２とが交差する領域に形成された第３周縁領域Ａ３と重なる位置に形成される。
第１屈折パターン１１２ｄと第２屈折パターン１１２ｅは、ライン（ｌｉｎｅ）形の平面形状を有し、三角形の断面形状を有している。しかし、第１屈折パターン１１２ｄと第２屈折パターン１１２ｅは、前述した第３屈折パターン１１２ｃと同様に、半円形又は菱形などの様々な断面形状を有してもよく、凸部で形成されてもよい。そして、第１屈折パターン１１２ｄと第２屈折パターン１１２ｅのうち少なくとも一方は、その一部が太陽電池１５０と重畳してもよい。
そして、シリーズ抵抗が増加することを防止するために、第１周縁領域Ａ１の幅が第２周縁領域Ａ２の幅よりも小さく形成されるとよい。したがって、第２屈折パターン１１２ｅの幅も第１屈折パターン１１２ｄの幅に比べて大きく形成されるとよい。
図１７を参照すると、第１屈折パターン１１２ｄと第２屈折パターン１１２ｅは第３屈折パターン１１２ｃに連結されている。しかし、第１屈折パターン１１２ｄと第２屈折パターン１１２ｅのうち少なくとも一方は省略されてもよく、第３屈折パターン１１２ｄに連結されなくてもよい。
第１屈折パターン１１２ｄ及び第２屈折パターン１１２ｅのうち少なくとも一方が第３屈折パターン１１２ｃに連結されない場合に、第３屈折パターン１１２ｃに連結されない屈折パターンは、太陽電池１５０の一辺の長さと実質的に同一に形成されるとよい。
すなわち、第１屈折パターン１１２ｄが第３屈折パターン１１２ｃに連結されない場合に、第１屈折パターン１１２ｄは、第１周縁領域Ａ１に接する太陽電池１５０の下辺又は上辺の長さと実質的に同一に形成されるとよい。そして、この場合には、一つの第１周縁領域Ａ１に複数の第１屈折パターン１１２ｄが互いに離隔した状態で複数個形成されればよい。
一方、第２屈折パターン１１２ｅが第３屈折パターン１１２ｃに連結されない場合に、第２屈折パターン１１２ｅは、第２周縁領域Ａ２に接する太陽電池１５０の左辺又は右辺の長さと実質的に同一に形成されるとよい。そして、この場合には、一つの第２周縁領域Ａ２に複数の第２屈折パターン１１２ｅが互いに離隔した状態で複数個形成されればよい。
また、前面基板１１０（具体的には、透明基板部１１０ａ）の内面は複数の微細凹凸を有するテクスチャリング表面になっている。前面基板１１０の内面がテクスチャリング表面になっていると、テクスチャリング表面から発生する散乱効果によって、太陽電池１５０に入射する光をより増加させることができる。
以上説明した第１乃至第３屈折パターン１１２ｃ，１１２ｄ，１１２ｅは、前面基板１１０を構成するガラス又は樹脂に凹部又は凸部を直接形成することで構成可能である。このとき、前面基板１１０は０．８ｍｍ〜５ｍｍの厚さで形成されるとよい。
例えば、一対のローラー（ｒｏｌｌｅｒ）間にガラス又は樹脂を通過させて太陽電池モジュール用の前面基板１１０を生産する工程において、凹部又は凸部を形成するためのパターンをいずれか一方のローラーに付けると、ガラス又は樹脂が一対のローラーを通過しながら、パターン付きローラーにより前面基板１１０の一面に第１乃至第３屈折パターン１１２ｃ，１１２ｄ，１１２ｅが形成される。
こうすると、第１屈折パターン１１２ｄ乃至第３屈折パターン１１２ｃを形成するための別の追加作業が省かれ、太陽電池モジュール用の前面基板１１０を效果的に生産することができる。
そして、テクスチャリング表面を形成するための微細凹凸パターンを、いずれか他方のローラーに形成すると、前面基板の外面に第１乃至第３屈折パターン１１２ｃ，１１２ｄ，１１２ｅを形成すると同時に、前面基板の内面にテクスチャリング表面を形成することもできる。図１９は、本発明の他の実施例に係る太陽電池の一部を示す斜視図である。
図１９を参照すると、本実施例に係る太陽電池は、第２電極３４の構造が上述の実施例と異なっている。すなわち、本実施例では、第２電極３４が、バスバー電極３４ａと、バスバー電極３４ａが形成されていない部分に全体的に形成された後面電極層３４ｃと、を備えている。後面電極層３４ｃとバスバー電極３４ａは互いに重なって形成されてもよく、同図のように、両者の側面が接して形成されてもよい。後面電界層３０は、後面電極層３４ｃが形成された部分に対応して形成されている。その他にも様々な変形が可能である。
図２０は、本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池を示す断面図であり、図２１は、図２０に示した太陽電池の前面基板を製造する工程を概略的に示す断面図である。
図２０を参照すると、本実施例において、前面基板１１０は、透明基板部１１０ａと、透明基板部１１０ａ上に形成され、光屈折パターン１１２を有する光屈折パターン形成膜１１０ｂ及び保護膜１１０ｃを備えている。このように、本実施例では、光屈折パターン１１２を形成するための光屈折パターン形成膜１１０ｂを備えて透明基板部１１０ａに光屈折パターン１１２を形成することによって、該当の部分で強度が低下する等の問題を防止している。光屈折パターン形成膜１１０ｂは、一例として熱可塑性高分子物質を含んでいる。そして、光屈折パターン形成膜１１０ｂ上に保護膜１１０ｃが位置した状態で光屈折パターン１１２を形成することによって、光屈折パターン形成膜１１０ｂとその汚染を防止できる保護膜１１０ｃを簡単な製造方法により形成することができる。
図２１を参照して、上述した構造の前面基板１１０の製造工程を詳しく説明する。
まず、図２１（ａ）に示すように、透明基板部１１０ａを準備する。
次いで、図２１（ｂ）に示すように、透明基板部１１０ａ上に、光屈折パターン形成膜１１０ｂ及び保護膜１１０ｃを位置させた状態で、所望の光屈折パターン１１２の形状に対応する形状の凹凸部１２２を有する金型１２０を用いて光屈折パターン形成膜１１０ｂ及び保護膜１１０ｃを加圧しながら加熱する。
すると、図２１（ｃ）に示すように、熱可塑性高分子物質を含む光屈折パターン形成膜１１０ｂが硬化しながら透明基板部１１０ａ上に光屈折パターン形成膜１１０ｂ及び保護膜１１０ｃが一体として結合され、光屈折パターン形成膜１１０ｂ及び保護膜１１０ｃに光屈折パターン１１２が形成される。
このように、本実施例では、光屈折パターン１１２を有する前面基板１１０を簡単な方法で製造でき、保護膜１１０ｃの存在により、光屈折パターン形成膜１１０ｂが汚染することを防止できる。また、このような工程は、太陽電池１５０上に透明基板部１１０ａが配置された状態で行うことができるため、光屈折パターン１１２を所望の位置に形成でき、優れたアライメント特性が得られる。
図２２は、本発明のさらに他の実施例に係る太陽電池を示す断面図であり、図２３は、図２３に示した太陽電池の変形例を示す断面図である。図２４は、図２２に示した太陽電池の前面基板を製造する工程を概略的に示す断面図である。
図２２を参照すると、本実施例において前面基板１１０は、透明基板部１１０ａと、透明基板部１１０ａ上に形成され、光屈折パターン１１２を有する光屈折パターン形成膜１１０ｂと、透明基板部１１０ａと光屈折パターン形成膜１１０ｂとの間に配置される突出部１１０ｄと、を備えている。突出部１１０ｄは、光屈折パターン形成膜１１０ｂと異なる屈折率を有する物質で構成され、光屈折パターン形成膜１１０ｂとの屈折率差によって光をさらに效果的に屈折させる。突出部１１０ｄの屈折率は、光屈折パターン１１２の位置、所望する光の屈折方向などを考慮して様々な値を持つようにすればよい。突出部１１０ｄは、光屈折パターン形成膜１１０ｂの光屈折パターン１１２が形成されるべき部分に対応して部分的に形成され、光屈折パターン形成膜１１０ｂが突出部１１０ｄを覆いながら透明基板部１１０ａ上に形成される。光屈折パターン形成膜１１０ｂは一例として反射防止膜などであればよい。
このように、本実施例は、光屈折パターン１１２を形成するための光屈折パターン形成膜１１０ｂを備えて透明基板部１１０ａに光屈折パターン１１２を形成することによって、該当の部分で強度が低下する等の問題を防止することができる。光屈折パターン形成膜１１０ｂと異なる屈折率を有する突出部１１０ｄを備えることによって、光を効果的に屈折させることもできる。そして、突出部１１０ｄが部分的に形成され、その上部を光屈折パターン形成膜１１０ｂが覆うように形成されているため、突出部１１０ｄが透明基板部１１０ａと光屈折パターン形成膜１１０ｂとの間に安定して位置することができ、長時間屋外に露出されても透明基板部１１０ａから分離されることがない。同図では、緩やかな曲面で構成され、丸い断面を有する突出部１１０ｄが例示されているが、本発明はこれに限定されない。例えば、図２３に示すように、突出部１１０ｄが外部に行くほど狭幅となる三角形の断面を有してもよい。この場合、突出部１１０ｄはプリズム形状、又はピラミッド形状を有する。突出部１１０ｄはその他様々な形状を有してもよい。
図２４を参照して、上述した構造の前面基板１１０の製造工程を詳しく説明する。
まず、図２４（ａ）に示すように、透明基板部１１０ａを準備する。
次いで、図２４（ｂ）に示すように、透明基板部１１０ａの上に突出部１１０ｄを部分的に形成する。形成方法としては様々な方法が利用可能であり、一例として、スクリーン印刷、グラビア印刷などのような印刷などを利用する。
続いて、図２４（ｃ）に示すように、突出部１１０ｄを覆いながら透明基板部１１０ａ上に全体的に光屈折パターン形成膜１１０ｂを形成すればよい。一例として、上述した通り、光屈折パターン形成膜１１０ｂが反射防止膜で構成されるとすれば、反射防止膜として使用可能な物質を様々な方法でコーティングし、光屈折パターン形成膜１１０ｂを形成すればよい。
このように、本実施例では、透明基板部１１０ａ及び光屈折パターン形成膜１１０ｂと異なる屈折率を有する突出部１１０ｄを、透明基板部１１０ａと光屈折パターン形成膜１１０ｂとの間に形成することによって、簡単な方法で安定した構造を有する前面基板１１０を製造することができる。本実施例では複数個の太陽電池１５０が備えられることを例示したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、太陽電池モジュール１００は、様々な方式を有する少なくとも一つの太陽電池１５０を具備すればいい。
上述したような特徴、構造、効果などは本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一つの実施例にのみ限定されるものではない。さらに、各実施例で例示された特徴、構造、効果などは、実施例の属する分野における通常の知識を有する者にとっては、他の実施例に対しても組み合わせ又は変形されて実施可能である。したがって、このような組み合わせや変形に関わる内容は、本発明の範囲に含まれるものとして解釈されるべきである。
１０ 半導体基板
２０ エミッタ層
２２ 反射防止膜
２４ 第１電極
２４ａ フィンガー電極
２４ｂ バスバー電極
３０ 後面電界層
３２ パッシベーション膜
３４ 第２電極
１００ 太陽電池モジュール
１１０ 第１基板（前面基板）
１１２ 光屈折パターン
１１４ 保護膜
１３１ 第１密封材
１３２ 第２密封材
１４２ リボン
１４５ バスリボン
１５０ 太陽電池
２００ 第２基板（後面基板）
ＳＡ シェーディング領域
ＤＡ デッド領域

Claims (12)

  1. 有効領域及びデッド領域が定義された太陽電池モジュールであって、
    太陽電池と、
    リボンによって並列に接続した複数の太陽電池と、
    前記太陽電池の一面に配置され、前記デッド領域に対応して形成された光屈折パターンを有する前面基板（１１０）と、
    前記太陽電池の他の表面に配置された裏面基板（２００）と、
    を備え、
    前記デッド領域は、前記太陽電池内に配置され、光が入射しないシェーディング領域と、前記太陽電池の配置されない周縁領域を含み、
    前記太陽電池モジュールは、複数の太陽電池と前記複数の太陽電池を連結するリボンを含み、
    前記シェーディング領域は、前記リボンがそれぞれ形成された領域を含み、
    前記光屈折パターンは、前記シェーディング領域に対応して形成され、
    前記光屈折パターンは、前記リボンが形成された領域に沿って延長する形状を有し、
    前記複数の太陽電池は互いに離隔して配置され、
    前記周縁領域は、前記複数の太陽電池の近接する複数の太陽電池の間の領域と、前記複数の太陽電池の周縁に位置する領域とを含み、
    前記前面基板は、
    ガラスを含む透明基板部と、
    前記光屈折パターンと、前記透明基板部の上に形成された光屈折パターン形成膜と、
    前記光屈折パターンを覆う光屈折パターン形成膜の上に形成された保護膜と、を含み、
    前記透明基板部は前記太陽電池に近接する第１表面と前記第１表面の反対の第２表面を含み、
    前記光屈折パターン形成膜は前記第２表面上に形成され、
    前記光屈折パターン形成膜と前記透明基板部との間に配置され、前記光屈折パターン形成膜と異なる屈折率を有する物質を含む突出部と、をさらに含む、太陽電池モジュール。
  2. 前記光屈折パターン形成膜は反射防止膜を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  3. 太陽電池モジュールは、複数の太陽電池が複数の光屈折パターン内のそれぞれに配置されるように格子形状を形成するように配置された複数の光屈折パターンを含む、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 前記複数の太陽電池は、複数の行及び複数の列を有する行列を形成するように配置され、
    前記周縁領域は、前記複数の太陽電池の近接した複数の行に配置され、近接した複数の太陽電池間にそれぞれ定義された複数の第１周縁領域と、前記複数の太陽電池の近接した複数の列に配置され、近接した複数の太陽電池間にそれぞれ定義された複数の第２周縁領域と、前記複数の第１周縁領域と前記複数の第２周縁領域とが交差する空間にそれぞれ定義された複数の第３周縁領域と、を有し、
    前記光屈折パターンは、前記複数の第１周縁領域のそれぞれに対応して重畳する位置に形成される複数の第１屈折パターンと、前記複数の第２周縁領域のそれぞれに対応して重畳する位置に形成される複数の第２屈折パターンと、前記複数の第３周縁領域のそれぞれに対応して重畳する位置に形成される複数の第３屈折パターンのうち少なくとも一つを含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  5. 前記複数の第３屈折パターンは前記複数の第３周縁領域のそれぞれに位置する、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
  6. 少なくとも前記複数の第１屈折パターン、前記複数の第２屈折パターン又は前記複数の第３屈折パターンは、前記複数の太陽電池とそれぞれ重畳するように位置する、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
  7. 前記光屈折パターンは、熱可塑性高分子物質を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  8. 前記保護膜は、樹脂を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  9. 前記保護膜に前記光屈折パターンが形成される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  10. 前記保護膜が反射防止膜を含む、請求項７に記載の太陽電池モジュール。
  11. 前記保護膜が反射防止膜を含む、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
  12. 前記前面基板に、前記光屈折パターンと前記デッド領域をアラインするアライメントマークが形成される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
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