JP6700976B2 - 太陽電池モジュールおよび太陽電池装置 - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池モジュール、および太陽電池モジュールを用いた太陽電池装置に関する。
太陽電池モジュールは、一般に、表面カバー材、太陽電池素子および裏面カバー材を積層してラミネートすることで製造される。
太陽電池モジュールには、高出力の特性が求められている。そこで、太陽電池素子を二分割し、二分割された太陽電池素子を直列に接続することによって、太陽電池素子の1枚あたりに流れる電流を小さくして抵抗損失を低減することで出力を高めた太陽電池モジュールが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
特開2014−33240号公報
従来の高出力の太陽電池モジュールおよび該太陽電池モジュールを用いた太陽電池装置については、出力の損失の低減に改善の余地がある。
太陽電池モジュールおよび太陽電池装置が開示される。
太陽電池モジュールの一態様は、複数の太陽電池素子群と、透光性基板と、裏面保護部材と、第1封止材と、第2封止材と、フレームと、を備えている。前記複数の太陽電池素子群は、長方形状の第1面と該第1面の裏側に位置する長方形状の第2面とをそれぞれ有しており且つ第1方向に並んでいる複数の太陽電池素子と、該複数の太陽電池素子のうちの前記第1方向において隣り合って位置する第1太陽電池素子と第2太陽電池素子とを電気的に接続している配線材と、をそれぞれ含む。透光性基板は、前記第1面側から前記複数の太陽電池素子群を覆うように位置している。裏面保護部材は、前記第2面側から前記複数の太陽電池素子群を覆うように位置している。第1封止材は、前記透光性基板と前記複数の太陽電池素子群との間に位置している。第2封止材は、前記複数の太陽電池素子群と裏面保護部材との間に位置している。ここで、前記複数の太陽電池素子群は、前記第1方向と直交する第2方向に並んでいる。前記複数の太陽電池素子のそれぞれは、前記第1面と前記第2面とをそれぞれ接続している4つの側部を有している。前記4つの側部は、第1側部と、該第1側部の裏側に位置する第2側部と、第3側部と、該第3側部の裏側に位置する第4側部と、を含んでいる。前記第3側部および前記第4側部のそれぞれが、前記第1方向に沿って位置している。前記第1側部および前記第2側部のそれぞれが、前記第2方向に沿って位置している。前記第1側部の前記第2方向における長さおよび前記第2側部の前記第2方向における長さが、前記第3側部の前記第1方向における長さおよび前記第4側部の前記第1方向における長さよりも長い。前記複数の太陽電池素子群のそれぞれにおいて、前記複数の太陽電池素子が、前記第1側部と前記第2側部とが対向して位置している。前記配線材は、前記第1太陽電池素子の前記第1面に対して前記第1方向に沿って電気的に接続されているとともに、前記第2太陽電池素子の前記第2面に対して前記第1方向に沿って電気的に接続されている。そして、前記透光性基板は、前記第1方向に沿ってそれぞれ位置している第1短辺および第2短辺と、前記第2方向に沿ってそれぞれ位置している第1長辺および第2長辺と、を有する。前記フレームは、前記透光性基板と前記第1封止材と前記複数の太陽電池素子群と前記第2封止材と前記裏面保護部材とを含む積層体に対して、前記第1長辺に沿って取り付けられた第1部材と、前記積層体に対して、前記第2長辺に沿って取り付けられた第2部材と、前記積層体に対して、前記第1短辺に沿って取り付けられた第3部材と、前記積層体に対して、前記第2短辺に沿って取り付けられた第4部材と、を含む。前記第3部材の断面係数および前記第4部材の断面係数は、前記第1部材の断面係数および前記第2部材の断面係数よりも大きい。
太陽電池装置の一態様は、上記太陽電池モジュールの一態様と、第1支持部材と、第2支持部材と、を備えている。前記第1支持部材は、前記太陽電池モジュールのうちの前記第1長辺に沿った端部に位置している。前記第2支持部材は、前記太陽電池モジュールのうちの前記第2長辺に沿った端部に位置している。
太陽電池モジュールの他の一態様は、太陽電池素子群と、透光性基板と、裏面保護部材と、第1封止材と、第2封止材と、を備えている。前記太陽電池素子群は、長方形状の第1面と該第1面の裏側に位置する長方形状の第2面とをそれぞれ有しており且つ第1方向に並べられた第1太陽電池素子および第2太陽電池素子と、前記第1太陽電池素子の前記第1面と前記第2太陽電池素子の前記第2面とを電気的に接続している配線材と、を含んでいる。前記透光性基板は、前記第1面側から前記太陽電池素子群を覆うように位置している。前記裏面保護部材は、前記第2面側から前記太陽電池素子群を覆うように位置している。前記第1封止材は、前記透光性基板と前記太陽電池素子群との間に位置している。前記第2封止材は、前記太陽電池素子群と裏面保護部材との間に位置している。ここで、前記第1太陽電池素子および前記第2太陽電池素子のそれぞれは、前記第1面側に位置する第1基板表面と、該第1基板表面の裏側に位置する第2基板表面と、前記第1基板表面と前記第2基板表面とを接続している第1側面と、該第1側面の裏側に位置しており且つ前記第1基板表面と前記第2基板表面とを接続している第2側面と、を有する半導体基板、を含んでいる。前記第1太陽電池素子の第1側面は、前記第1方向において前記第2太陽電池素子の前記第2側面に対向するように位置している。前記第2太陽電池素子は、前記第2側面を覆っている絶縁層を有している。前記第1太陽電池素子の前記第1側面は、前記第1太陽電池素子の外部に対して露出している。そして、前記配線材は、前記第1太陽電池素子の前記第1側面と前記第2太陽電池素子の前記第2側面との間の領域において、前記第1太陽電池素子の前記第1側面よりも前記第2太陽電池素子の前記第2側面に近い部位に位置している。
高出力の太陽電池モジュールにおける出力の損失を低減することができる。
図1は、太陽電池モジュールの一例の構成を示す平面図である。 図2は、図1のII−II線に沿った太陽電池モジュールの断面を示す断面図である。 図3は、図2の破線A3で囲まれた部分を示す拡大図である。 図4は、太陽電池素子の一例を受光面側から見た構成を示す平面図である。 図5は、太陽電池素子の一例を非受光面側から見た構成を示す裏面図である。 図6は、図4のVI-VI線に沿った太陽電池素子の断面を示す断面図である。 図7は、図4のVII-VII線に沿った太陽電池素子の断面を示す断面図である。 図8は、太陽電池素子の親基板の一例を受光面側から見た構成を示す平面図である。 図9は、太陽電池素子の親基板の一例を非受光面側から見た構成を示す裏面図である。 図10は、太陽電池素子の親基板から太陽電池素子を作製する方法を示す図であり、この図10は、図8のX−X線に沿った太陽電池素子の親基板の断面に対応する部分を示す断面図である。 図11は、太陽電池素子の親基板から太陽電池素子を作製する方法を示す図であり、この図11は、図8のX−X線に沿った太陽電池素子の親基板の断面に対応する部分を示す断面図である。 図12は、太陽電池モジュールの製造装置であるラミネータの一例を示す図であり、この図12は、加圧によって太陽電池モジュールが生成される前の様子を示す図である。 図13は、太陽電池モジュールの製造装置であるラミネータの一例を示す図であり、この図13は、加圧によって太陽電池モジュールが生成されている様子を示す図である。 図14は、太陽電池装置の一例の構成を示す平面図である。 図15は、図14のXV−XV線に沿った太陽電池装置の断面を示す断面図である。 図16は、太陽電池装置に正圧荷重が加わった時における、図14のXV−XV線に沿った太陽電池装置の断面を示す断面図である。 図17は、実施例に係る太陽電池装置に適用された第1太陽電池モジュールを示す平面図である。 図18は、参考例に係る太陽電池装置に適用された第2太陽電池モジュールを示す平面図である。 図19は、実施例に係る太陽電池装置の第1太陽電池モジュールに電流を流した際に生じるEL(エレクトロルミネッセンス)を撮影して得られた写真を示す図である。 図20は、参考例に係る太陽電池装置の第2太陽電池モジュールに電流を流した際に生じるEL(エレクトロルミネッセンス)を撮影して得られた写真を示す図である。 図21は、実施例に係る太陽電池装置に適用された第1太陽電池モジュールにおいて、クラックが生じた太陽電池素子の外観を示す平面図である。 図22は、参考例に係る太陽電池装置に適用された第2太陽電池モジュールにおいて、クラックが生じた太陽電池素子の外観を示す平面図である。 図23は、第2の実施形態に係る太陽電池装置における太陽電池モジュールの一例を示す図であり、この図23は、図1のXXIII−XXIII線に沿った位置に対応する太陽電池モジュールの断面を示す断面図である。 図24は、第2の実施形態に係る太陽電池装置における太陽電池モジュールの一例を示す図であり、この図24は、図1のXXIV−XXIV線に沿った位置に対応する太陽電池モジュールの断面を示す断面図である。 図25は、第3の実施形態に係る太陽電池装置における太陽電池モジュールの一例を示す図であり、この図25は、図1のXXIII−XXIII線に沿った位置に対応する太陽電池モジュールの断面を示す断面図である。 図26は、第3の実施形態に係る太陽電池装置における太陽電池モジュールの一例を示す図であり、この図26は、図1のXXIV−XXIV線に沿った位置に対応する太陽電池モジュールの断面を示す断面図である。 図27は、第4の実施形態に係る太陽電池モジュールの断面を示す断面図であり、この図27は、図2の破線A3で囲まれた部分に対応する部分を示す図である。 図28は、第5の実施形態に係る太陽電池モジュールの断面を示す断面図であり、この図28は、図2の破線A3で囲まれた部分に対応する部分を示す図である。 図29は、第6の実施形態に係る太陽電池装置の構成を示す平面図である。 図30は、図29のXXX−XXX線に沿った太陽電池装置の断面を示す断面図である。
<1.基礎技術>
太陽電池モジュールについては、例えば、出力を高めるために、二分割された太陽電池素子を直列に接続する態様が考えられる。このような態様は、例えば、二分割された太陽電池素子の分割面(切断面)同士を対向させて、太陽電池素子同士を配線材で接続することで実現され得る。
しかしながら、このような太陽電池モジュールを製造する際のラミネート工程では、例えば、太陽電池素子の分割面に向けて配線材が強く押さえつけられると、分割面と配線材とが近接する状態が生じるおそれがある。そして、例えば、仮に、太陽電池素子の分割面に配線材が過度に近づき過ぎると、分割面から配線材に電流が漏れ出して、出力の損失が生じるおそれがある。
また、例えば、屋外に設置された太陽電池モジュールに、風あるいは積雪等に応じた圧力が加わると、太陽電池モジュールが撓み、太陽電池素子にクラックが生じる態様も考えられる。ここで、例えば、仮に、太陽電池素子にクラックが生じれば、太陽電池素子において出力に寄与する領域が減少して、出力の損失が生じるおそれがある。
そこで、本願発明者らは、高出力の太陽電池モジュールにおける出力の損失を低減することができる技術を創出した。これについて、以下、各種実施形態を図面に基づいて説明する。なお、図面においては同様な構成および機能を有する部分については同じ符号が付されており、下記説明では重複説明が省略される。また、図面は模式的に示されたものである。図1から図30には、太陽電池素子群5(図1等)を構成する複数の太陽電池素子2が一直線に並ぶ方向(第1方向ともいう)を−X方向とし、太陽電池素子2の受光面である第1面2b(図3等)に平行で且つ第1方向と直交する方向(第2方向ともいう)を+Y方向とし、−X方向および+Y方向に直交する方向を+Z方向とする、右手系のXYZ座標系が付されている。
<2.第1の実施形態>
<2−1.太陽電池モジュール>
第1の実施形態に係る太陽電池モジュール1を図1から図13に基づいて説明する。
図1から図3で示されるように、太陽電池モジュール1は、透光性基板3と、封止材4と、複数の太陽電池素子2を含む太陽電池素子群5と、裏面保護部材としてのシート部材6と、フレーム7とを備えている。ここでは、封止材4には、太陽電池モジュール1の表面側に配された第1封止材(表面側封止材ともいう)4aと、太陽電池モジュール1の裏面側に配された第2封止材(裏面側封止材ともいう)4bと、が含まれている。フレーム7には、一対の長辺を成す部材7aと、一対の短辺を成す部材7bとが含まれている。一対の部材7aには、第1部材7a1および第2部材7a2が含まれ、一対の部材7bには、第3部材7b1および第4部材7b2が含まれている。このフレーム7は、第1部材7a1と第3部材7b1と第2部材7a2と第4部材7b2とが、この順番で環状に連結された矩形状のフレームである。
図2で示されるように、太陽電池モジュール1では、透光性基板3、表面側封止材4a、太陽電池素子群5、裏面側封止材4bおよびシート部材6が、この順に−Z方向に積層されている。つまり、透光性基板3と、表面側封止材4aと、太陽電池素子群5と、裏面側封止材4bと、シート部材6と、を含む積層体1stが形成されている。また、太陽電池素子群5では、第1方向(−X方向)に沿って一直線に並んだ複数の太陽電池素子2が配線材8で直列に接続されている。
次に、太陽電池モジュール1における各部材について説明する。
<2−1−1.太陽電池素子>
太陽電池素子2は、入射される太陽光を電気に変換する機能を有している。図4から図7で示されるように、太陽電池素子2は、第1面2bと、該第1面2bの裏側に位置する第2面2cとを有している。また、太陽電池素子2は、一導電型を有する半導体基板2aを有する。ここでは、半導体基板2aの第1表面(第1基板表面ともいう)2a1側に第1面2bが位置している。また、半導体基板2aの第1基板表面2a1の裏側に位置する第2表面(第2基板表面ともいう)2a2側に第2面2cが位置している。そして、太陽電池素子2は、太陽電池素子2の第1面2bにおいて、表面側バスバー電極2hおよびフィンガー電極2jを有する。別の観点から言えば、半導体基板2aの第1基板表面2a1上に表面側バスバー電極2hおよびフィンガー電極2jが配されている。さらに、太陽電池素子2は、太陽電池素子2の第2面2cにおいて、裏面側バスバー電極2iおよび裏面電極2kを有する。別の観点から言えば、半導体基板2aの第2基板表面2a2上に裏面側バスバー電極2iおよび裏面電極2kが配されている。本実施形態においては、太陽電池素子2の第1面2bが主として光が入射される受光面となる。
例えば、太陽電池素子2の第1面2bおよび第2面2cは、それぞれ長辺および短辺を有する長方形状の外形を有している。つまり、太陽電池素子2が第1面2b側から平面視されると、太陽電池素子2の外形は、長辺および短辺を有する長方形となる。そして、太陽電池素子2の第1面2bの短辺は、表面側バスバー電極2hの長手方向と略平行である。ここで、例えば、半導体基板2aが多結晶シリコンであれば、太陽電池素子2における長辺が約120mmから200mmに設定され、太陽電池素子2の短辺が60mmから100mm程度に設定され得る。なお、本明細書では、“略平行である”という記載は、完全に平行である形態だけでなく、実質的に平行である形態も含む意味で使用されている。また、同様に、“略垂直である”という記載は、完全に垂直である形態だけでなく、実質的に垂直である状態も含む意味で使用されている。
図6および図7で示されるように、太陽電池素子2は、半導体基板2aの第1基板表面2a1側に、該半導体基板2aの導電型とは逆の導電型を有する逆導電型層2fと、絶縁層2gとを備えている。半導体基板2aは、主として光が入射する面に相当する第1基板表面2a1と、該第1基板表面2a1の裏面に位置する第2基板表面2a2とを有する。逆導電型層2fは、半導体基板2aの第1基板表面2a1側に設けられている。つまり、第1基板表面2a1は、逆導電型層2fによって構成されている。絶縁層2gは、半導体基板2aの第1基板表面2a1側の逆導電型層2f上に設けられている。
半導体基板2aは、第1基板表面2a1と第2基板表面2a2に加えて、4つの側面を有する。この4つの側面には、第1側面2a3、第2側面2a4、第3側面2a5および第4側面2a6が含まれる。第1側面2a3は、第1基板表面2a1と第2基板表面2a2とを接続している。また、第1側面2a3は、第1基板表面2a1の長辺に沿う面である。また、第2側面2a4は、第1基板表面2a1と第2基板表面2a2とを接続するとともに、第1側面2a3の反対側(裏側)に位置する。そのため、第2側面2a4も第1基板表面2a1の長辺に沿う面である。第3側面2a5および第4側面2a6は、半導体基板2aの側面のうち第1側面2a3および第2側面2a4以外の側面であり、第1側面2a3および第2側面2a4にそれぞれ略直交する。第1側面2a3は、後述する太陽電池素子の親基板9が分割されることによって新たに形成される面である。
なお、太陽電池素子2の第1面2bは、表面側バスバー電極2hの表面、フィンガー電極2jの表面および第1基板表面2a1側に位置する絶縁層2gの表面によって構成される。また、太陽電池素子2の第2面2cは、裏面側バスバー電極2iの表面および裏面電極2kの表面によって構成される。
次に、太陽電池素子2の各構成について、詳細に説明する。
半導体基板2aとしては、所定のドーパント元素(導電型制御用の不純物)を含有することで一導電型(例えば、p型)を有するシリコン基板が用いられる。このシリコン基板として、例えば、単結晶のシリコン基板および多結晶のシリコン基板等の結晶シリコン基板が用いられる。以下では、半導体基板2aとしてシリコン基板を用いた一例について説明する。半導体基板2aの厚みは、例えば、250μm以下、さらには、150μm以下に設定され得る。第1基板表面2a1および第2基板表面2a2は、長方形である。このため、半導体基板2aが第1基板表面2a1側から平面視されると、半導体基板2aは長方形の外形を有する。本実施形態においては、半導体基板2aとして、p型の導電型を有する結晶シリコン基板が用いられる。ここで、ドーパント元素として、例えば、ボロンあるいはガリウムが用いられれば、結晶シリコン基板からなる半導体基板2aがp型の導電型を有するようになり得る。半導体基板2aは、例えば、シリコンインゴットがワイヤーソーなどでスライスされることで薄板状の結晶シリコン基板として形成され得る。また、半導体基板2aは、例えば、水酸化ナトリウム(NaOH)あるいは水酸化カリウム(KOH)などのアルカリ性水溶液に浸漬されることで、スライス時に生じたダメージ層および微細な汚染物などが除去され得る。ここで、半導体基板2aは、アルカリ水溶液に浸漬されることで表面から10μmから15μm程度の厚さの部分が溶解される。このため、後述する太陽電池素子の親基板9が分割されることで形成される第1側面2a3以外の、第2側面2a4、第3側面2a5および第4側面2a6が、第1基板表面2a1および第2基板表面2a2と成す稜部は、アルカリエッチングによって面取りされた状態となる。
逆導電型層2fは、半導体基板2aとは逆の導電型を有する層である。この逆導電型層2fは、半導体基板2aの第1基板表面2a1側の表層として形成されている。半導体基板2aがp型の導電型を有する結晶シリコン基板である場合には、逆導電型層2fは、n型の導電型を有する。一方、半導体基板2aがn型の導電型を有する結晶シリコン基板である場合には、逆導電型層2fは、p型の導電型を有する。そして、p型の導電型の領域とn型の導電型の領域との間には、pn接合領域が形成されている。このような逆導電型層2fは、半導体基板2aがp型の導電型を有する結晶シリコン基板であれば、例えば、結晶シリコン基板の受光面になり得る一つの表面にリン等の不純物を拡散させることで形成され得る。なお、逆導電型層2fは、第1基板表面2a1に設けられていればよく、第2側面2a4、第3側面2a5および第4側面2a6には設けられていなくてもよい。
絶縁層2gは、半導体基板2aの複数の面上に設けられた絶縁性の皮膜である。絶縁層2gが、第1基板表面2a1に設けられる場合、第1基板表面2a1における所望の波長領域の光の反射率を低減させて、太陽電池素子2において受光に応じた光励起によって生成されるキャリアの量を増大させる機能を、絶縁層2gに持たせてもよい。このような機能により、太陽電池素子2の光電流密度Jscが向上させられ得る。絶縁層2gとしては、例えば、窒化シリコン膜、酸化チタン膜、酸化シリコン膜等を用いることができる。このような絶縁層2gは、例えば、PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)法、蒸着法およびスパッタリング法等が用いられることで、形成され得る。例えば、窒化シリコン膜からなる絶縁層2gがPECVD法で形成される場合には、500℃程度の反応室内に、窒素(N)で希釈されたシラン(SiH)とアンモニア(NH)との混合ガスが導入され、この混合ガスがグロー放電分解でプラズマ化されて堆積されることで、絶縁層2gが形成され得る。絶縁層2gの厚みは、材料によって適宜設定することが可能であり、適当な入射光に対して無反射条件が実現される厚みに設定され得る。例えば、絶縁層2gの屈折率が1.8から2.3程度に設定され、その絶縁層2gの厚みが50nmから120nm程度に設定され得る。
太陽電池素子2において、半導体基板2aの第2側面2a4、第3側面2a5および第4側面2a6は、絶縁層2gで覆われている。一方、半導体基板2aの第1側面2a3は、絶縁層2gで覆われてない。すなわち、半導体基板2aの第1側面2a3は、太陽電池素子2の外部に対して露出している部分(露出部ともいう)である。より具体的には、半導体基板2aの第1側面2a3では、半導体の部分(本実施形態ではシリコン)が露出した状態である。なお、『半導体部分が露出している』とは、絶縁層等を意図的に配置せずに、敢えて半導体基板2aの第1側面2a3を露出させている状態を示す。そのため、例えば、半導体基板2aの第1側面2a3に自然酸化膜が形成された状態は、半導体基板2aが露出している状態に含まれる。また、例えば、半導体基板2aの第1側面2a3に逆導電型層2fの一部が形成されている状態も、半導体基板2aが露出している状態に含まれる。
絶縁層2gは、例えば、半導体基板2aの第2側面2a4、第3側面2a5および第4側面2a6が何によっても覆われていない状態で、PECVD法が用いられて形成され得る。
また、以下の説明では、第1側面2a3側の太陽電池素子2の最表面を第1側部2o、第2側面2a4側の太陽電池素子2の最表面を第2側部2p、第3側面2a5側の太陽電池素子2の最表面を第3側部2q、第4側面2a6側の太陽電池素子2の最表面を第4側部2rとする。つまり、太陽電池素子2は、第1面2bと第2面2cとをそれぞれ接続している4つの側面部として、第1側部2o、第2側部2p、第3側部2qおよび第4側部2rを有している。ここでは、第1側部2oおよび第2側部2pのそれぞれが、第2方向(+Y方向)に沿って延びて位置しており、第3側部2qおよび第4側部2rのそれぞれが、第1方向(−X方向)に沿って延びて位置している。そして、第1側部2oおよび第2側部2pのそれぞれの第2方向(+Y方向)における長さは、第3側部2qおよび第4側部2rのそれぞれの第1方向(−X方向)における長さよりも長い。なお、本実施形態では、第1側部2oと第1側面2a3とは同じ部分を指す。
また、図6および図7で示されるように、太陽電池素子2には、半導体基板2aの第2基板表面2a2側の表層部に、p型のドーパント元素の濃度が元の半導体基板2aよりも高められた(p+を有する)BSF領域2lが形成されている。このBSF領域2lは、例えば、半導体基板2aの第2基板表面2a2側に内部電界を形成することができる。このため、このBSF領域2lは、半導体基板2aの第2基板表面2a2の近くの領域におけるキャリアの再結合の発生を低減させて、光電変換の効率の低下を低減させる機能を有している。
表面側バスバー電極2hは、太陽電池素子2が第1基板表面2a1の側から平面視された場合に、第1側面2a3および第2側面2a4に直交する方向に延びて位置する線状の電極である。また、このように平面視された場合に、フィンガー電極2jは、第1側面2a3および第2側面2a4に平行な方向に延びて位置する線状の電極である。表面側バスバー電極2hの少なくとも一部は、フィンガー電極2jと交差している。表面側バスバー電極2hは、例えば、1.3mmから2.5mm程度の幅を有している。フィンガー電極2jは、例えば、50μmから200μm程度の幅を有している。このように、フィンガー電極2jの幅は、表面側バスバー電極2hの幅よりも小さい。また、ここでは、複数のフィンガー電極2jが、互いに1.5mmから3mm程度の間隔を空けて設けられている。これらの表面側バスバー電極2hおよびフィンガー電極2jの厚みは、10μmから40μm程度に設定され得る。表面側バスバー電極2hおよびフィンガー電極2jは、例えば、主として銀を含有する導電性ペーストがスクリーン印刷等で所望の形状に塗布された後に焼成されることで、形成され得る。
裏面側バスバー電極2iは、太陽電池素子2が第2基板表面2a2側から平面透視された場合に、半導体基板2aを挟んで表面側バスバー電極2hと相対する位置に設けられている。裏面側バスバー電極2iは、第1側面2a3および第2側面2a4に直交する方向に延びて位置する線状の電極である。なお、裏面側バスバー電極2iの形態は、一連なりの線状の形態以外の形態であってもよい。例えば、図5で示されるように、裏面側バスバー電極2iは、複数の線分によって構成されていてもよい。裏面側バスバー電極2iは、例えば、10μmから30μm程度の厚みを有し、1.3mmから7mm程度の幅を有する。裏面側バスバー電極2iは、前述の表面側バスバー電極2hと同等の材質および製法で形成され得る。裏面電極2kは、例えば、半導体基板2aの第2基板表面2a2のうち、裏面側バスバー電極2iが形成された領域などを含む一部の領域を除いた半導体基板2aの第2基板表面2a2側の略全面に形成される。裏面電極2kの厚みは、15μmから50μm程度に設定されればよい。この裏面電極2kは、例えば、主としてアルミニウムを含有する導電性ペーストとしてのアルミニウムペーストが所望の形状に塗布された後に焼成されることで、形成され得る。
本実施形態に係る太陽電池素子2については、親基板9が分割されることで、複数の太陽電池素子2が形成され得る。ここで、大型の太陽電池素子(以下、太陽電池素子の親基板9)が分割されて、太陽電池素子2が形成される方法について、図面を用いて説明する。
図8および図9で示されるように、親基板9は、複数の太陽電池素子2に分割される前の大型の太陽電池素子である。そのため、親基板9は、複数の太陽電池素子2を含む構成を有している。例えば、図8および図9で示されるように、太陽電池素子の親基板9は、絶縁層2g、表面側バスバー電極2h、フィンガー電極2j、裏面側バスバー電極2i、裏面電極2kを備えている。それゆえ、この親基板9も、太陽電池素子として使用可能である。
まず、太陽電池素子の親基板9の第1面2bにおける破線2m1で示された分割線に沿った領域にレーザー光が照射されて、図10で示されるように、親基板9の第1面2b側に分割溝2mが形成される。ここで、使用されるレーザー光としては、例えば、YAGレーザー光などが挙げられる。レーザー光の条件としては、例えば、波長が1.06μm、出力が10Wから30W、ビーム広がり角が1mradから5mrad、走査速度が50mm/秒から300mm/秒に設定されればよい。分割溝2mの深さは、例えば、半導体基板2aの厚さの25%以上に設定され得る。これにより、分割溝2mに沿って容易に太陽電池素子の親基板9が分割され得る。
次に、図11で示されるように、分割溝2mに沿って親基板9が折り曲げられるように親基板9に外力が加えられることで、親基板9が二分割され得る。これにより、2つの太陽電池素子2が形成され得る。この分割の工程によって形成された面(分割面)が、半導体基板2aの第1側面2a3が露出されている第1側部2oとなる。
また、太陽電池素子2の第1側部2o以外の側部は、半導体基板2aの第2側面2a4、第3側面2a5、第4側面2a6が絶縁層2gで覆われた、第2側部2p、第3側部2q、第4側部2rとなる。
このように親基板9の分割によって形成された太陽電池素子2では、図6で示されるように、第1側部2oにおいて、半導体基板2a、逆導電型層2f、BSF領域2l、裏面電極2kなどの断面を備えた第1側面2a3が露出し、他の側面には、絶縁層2gが配置されている。すなわち、上記形成方法によって、前述した半導体基板2aの第1側面2a3が露出された第1側部2oと、第2側面2a4が絶縁層2gで覆れた第2側部2pとを備える太陽電池素子2が形成され得る。
<2−1−2.透光性基板>
透光性基板3は、太陽電池素子2を保護する部材である。この透光性基板3は、太陽電池素子2の第1面2b側から太陽電池素子群5を覆うように配置される。具体的には、透光性基板3は、表面側封止材4aを介して第1面2b側から太陽電池素子群5を覆うように配置される。つまり、透光性基板3は、主として光が入射される太陽電池素子2の第1面2b側(受光面側)に配置される。透光性基板3は、太陽電池素子2に光を入射させることができる硬質の板状の部材であればよい。透光性基板3の材料は特に限定されない。透光性基板3の材料としては、例えば、2mmから5mm程度の厚さの白板ガラス、強化ガラスおよび熱線反射ガラスなどのガラスあるいはポリカーボネート樹脂などといった、光透過率の高い材料が採用され得る。
また、透光性基板3は、第2方向(+Y方向)に沿ってそれぞれ延びて位置する一対の長辺3a、および第1方向(−X方向)に沿ってそれぞれ延びて位置する一対の短辺3bをそれぞれ有する長方形状の表面および裏面を有している。一対の長辺3aには、第1長辺3a1と第2長辺3a2とが含まれる。一対の短辺3bには、第1短辺3b1と第2短辺3b2とが含まれる。そのため、図1で示されるように、太陽電池モジュール1が第1面2b側から平面視された場合には、太陽電池モジュール1の外形も長方形状となる。
また、透光性基板3の周囲にはフレーム7が取り付けられている。フレーム7には、一対の長辺を成す部材7a(具体的には、第1部材7a1および第2部材7a2)と、一対の短辺を成す部材7b(具体的には、第3部材7b1および第4部材7b2)とが含まれている。具体的には、各長辺3aに沿って部材7aが取り付けられ、各短辺3bに沿って部材7bが取り付けられている。より具体的には、積層体1stに対して、第1長辺3a1に沿って第1部材7a1が取り付けられている。積層体1stに対して、第2長辺3a2に沿って第2部材7a2が取り付けられている。積層体1stに対して、第1短辺3b1に沿って第3部材7b1が取り付けられている。積層体1stに対して、第2短辺3b2に沿って第4部材7b2が取り付けられている。
<2−1−3.封止材>
封止材4は、太陽電池素子群5を封止することで太陽電池素子2を保護することができる部材である。表面側封止材4aは、透光性基板3と太陽電池素子群5との間に配置される。裏面側封止材4bは、太陽電池素子群5とシート部材6との間に配置される。これらの封止材4としては、例えば、エチレン酢酸ビニル共重合体(EVA)あるいはポリビニルブチラール(PVB)を主成分とし、押出し機によって厚さが0.4mmから1mm程度のシート状に成形されたものが用いられる。また、封止材4は、架橋剤を含有していてもよい。この場合、所望の位置に封止材となるシート状の成形体が配置された後に、この成型体に熱処理が施されて、この成型体が硬化させられることで、封止材4が形成され得る。
<2−1−4.シート部材>
シート部材6は、裏面側封止材4bを保護する機能を有する。このシート部材6は、太陽電池素子2の第2面2c側から太陽電池素子群5を覆うように配置される。具体的には、シート部材6は、裏面側封止材4bを介して第2面2c側から太陽電池素子群5を覆うように配置される。シート部材6は、例えば、透光性基板3よりも薄く、透光性基板3よりも小さい弾性係数を有する。シート部材6の材料としては、例えば、ポリビニルフルオライド(PVF)、ポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、あるいはこれらの2種以上が積層された軟質の樹脂製のシートなどが採用され得る。
<2−1−5.配線材>
配線材8は、例えば、帯状の導電性金属である。この配線材8としては、例えば、厚さが0.1mmから0.2mm程度であり且つ幅が1mmから2mm程度である銅箔の全面に半田が被覆されたものが採用され得る。
<2−1−6.太陽電池素子群>
太陽電池素子群5は、第1方向(−X方向)に並べられた複数の太陽電池素子2と、隣り合う太陽電池素子2同士を直列に接続している配線材8とを含んでいる。
ここで、例えば、太陽電池素子群5のうちの、隣り合う一組の太陽電池素子2のうちの一方を第1太陽電池素子2Aとし、他方を第2太陽電池素子2Bとする。そして、太陽電池素子群5では、第1方向(−X方向)に沿って第1太陽電池素子2Aと第2太陽電池素子2Bとが交互に並んでいる。なお、第1太陽電池素子2Aおよび第2太陽電池素子2Bは、例えば、図8および図9で示された1つの親基板9が分割されることで取得され得る。すなわち、第1太陽電池素子2Aおよび第2太陽電池素子2Bのそれぞれは、図11で示された親基板9が二分割されて得られた太陽電池素子2に相当する。
図2および図3の例では、1つの太陽電池素子群5において、第1方向(−X方向)に並べられた6つの太陽電池素子2が直列に接続されている。ここでは、第1方向(−X方向)に並ぶ1番目から6番目の太陽電池素子2のうち、奇数番目の太陽電池素子2が第1太陽電池素子2Aであり、偶数番目の太陽電池が第2太陽電池素子2Bとされている。
ここで、例えば、Mを1から3の自然数とすれば、(2M−1)番目の太陽電池素子2である第1太陽電池素子2Aと2M番目の太陽電池素子2である第2太陽電池素子2Bとの間は、配線材8によって、次のように直列に接続される。第1太陽電池素子2Aおよび第2太陽電池素子2Bは、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3と第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4とが対向するように配置される。つまり、第1太陽電池素子2Aの第1側部2oと第2太陽電池素子2Bの第2側部2pとが対向するように配置される。配線材8は、第1太陽電池素子2Aと第2太陽電池素子2Bとが交互に並ぶ方向を長手方向として配置されている。また、配線材8の一端部が第1太陽電池素子2Aの第1面2b(表面側バスバー電極2hの表面)に半田付けされており、配線材8の他端部が第2太陽電池素子2Bの第2面2c(裏面側バスバー電極2iの表面)に半田付けされている。つまり、配線材8によって、第1太陽電池素子2Aの第1面2bと第2太陽電池素子2Bの第2面2cとが電気的に直列に接続されている。より具体的には、例えば、配線材8の一端部側の部分が、表面側バスバー電極2hの表面に対して、該表面側バスバー電極2hの長手方向に沿って、半田付けされている。また、例えば、配線材8の他端部側の部分が、裏面側バスバー電極2iの表面に対して、該裏面側バスバー電極2iの長手方向に沿って、半田付けされている。つまり、配線材8は、第1太陽電池素子2Aの第1面2bに対して第1方向(−X方向)に沿って電気的に接続されているとともに、第2太陽電池素子2Bの第2面2cに対して第1方向(−X方向)に沿って電気的に接続されている。これにより、(2M−1)番目の太陽電池素子2である第1太陽電池素子2Aの第1面2bと該第1太陽電池素子2Aに隣り合う2M番目の太陽電池素子2である第2太陽電池素子2Bの第2面2cとが配線材8で電気的に接続される。
一方、例えば、Nを1から2の自然数とすれば、2N番目の太陽電池素子2である第2太陽電池素子2Bと(2N+1)番目の太陽電池素子2である第1太陽電池素子2Aとの間は、配線材8によって、次のように直列に接続される。配線材8の一端部が第2太陽電池素子2Bの第1面2b(表面側バスバー電極2hの表面)に半田付けされており、配線材8の他端部が第1太陽電池素子2Aの第2面2c(裏面側バスバー電極2iの表面)に半田付けされている。より具体的には、例えば、配線材8の一端部側の部分が、表面側バスバー電極2hの表面に対して、該表面側バスバー電極2hの長手方向に沿って、半田付けされている。また、例えば、配線材8の他端部側の部分が、裏面側バスバー電極2iの表面に対して、該裏面側バスバー電極2iの長手方向に沿って、半田付けされている。これにより、2N番目の太陽電池素子2である第2太陽電池素子2Bの第1面2bと該第2太陽電池素子2Bに隣り合う(2N+1)番目の太陽電池素子2である第1太陽電池素子2Aの第2面2cとが配線材8で電気的に接続される。
本実施形態では、太陽電池モジュール1は、前述したように電気的に接続された電極の配置を含む太陽電池素子群5を有する。これにより、図1から図3で示されるように、太陽電池素子群5が第1面2b側から平面視された場合に、配線材8は第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3および第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4に直交し、第3側面2a5および第4側面2a6とは略平行となるよう配置される。
また、図1から図3で示されるように、太陽電池モジュール1では、太陽電池素子群5の長手方向である第1方向(−X方向)と直交する第2方向(+Y方向)に、複数の太陽電池素子群5が配列される。そして、第2方向において隣接する太陽電池素子群5同士は接続部材10で電気的に接続される。なお、接続部材10は、配線材8と同等の材料で形成され得る。
<2−2.太陽電池モジュールの製造方法>
次に、太陽電池モジュール1の製造方法について説明する。
太陽電池モジュール1は、透光性基板3、表面側封止材4a、複数の太陽電池素子群5、裏面側封止材4bおよびシート部材6が、ラミネート装置(ラミネータ)が用いられて一体化されることで、製造され得る。次に、ラミネータ20を用いたラミネート工程について、図12および図13を用いて説明する。
ラミネータ20は、相互に開閉可能な関係にある上部ハウジング20aおよび下部ハウジング20bから成るハウジングを有する。このハウジングの内部は、ダイヤフラムシート20cによって上部真空領域20dと下部真空領域20eとに分離される。また、下部ハウジング20bの内部のほぼ中央には、ヒーター盤20fが配置されている。
上部ハウジング20aは、上部真空ポンプ20gに接続されており、ダイヤフラムシート20cと上部ハウジング20aとで囲まれた上部真空領域20dの減圧を行うことができるように構成されている。下部ハウジング20bには、下部真空領域20eの減圧を行うための下部真空ポンプ20hが接続されている。ダイヤフラムシート20cには、シリコンラバー等の強度と伸縮性に富む樹脂部材が用いられる。
ラミネータ20は、透光性基板3、表面側封止材4a、複数の太陽電池素子群5、裏面側封止材4bおよびシート部材6がこの順に積層されることで積層体が形成される。この積層体を、ハウジングの内部が50Paから150Pa程度まで減圧された状態で、15分から60分程度の時間において100℃から200℃程度の温度に加熱しながら加圧する。これにより、表面側封止材4aおよび裏面側封止材4bが溶融されて、積層体が一体化される。具体的には、ラミネータ20では、透光性基板3がヒーター盤20fに接触するようにヒーター盤20f上に配置された積層体が加熱されつつ、上部真空ポンプ20gと下部真空ポンプ20hとによって、ハウジングの内部が減圧された後に下部真空領域20eよりも上部真空領域20dの空気圧が高められる。これにより、ダイヤフラムシート20cによって、シート部材6側から積層体が加圧されることで、この積層体が一体化される。
前述のラミネート工程で製造された太陽電池モジュール1では、図2で示されるように、シート部材6が、太陽電池素子2および配線材8の形状を浮き上がらせるように形成された凹凸を有する。特に、図3で示されるように、シート部材6は、第1太陽電池素子2Aと第2太陽電池素子2Bとの間において、透光性基板3側に向けて凹んだ凹部6aを有する。このため、第2太陽電池素子2Bの裏面側バスバー電極2iに接続された配線材8は、第2太陽電池素子2Bの第2面2cと第2側部2pとが成す稜部に沿って延びて位置するように2か所の屈曲部8aを有する。一方、第1太陽電池素子2Aの表面側バスバー電極2hに接続された配線材8は、第1面2bと第1側部2o(第1側面2a3)との成す稜部では屈曲を生じることなく、透光性基板3の太陽電池素子群5側の面に沿って第2太陽電池素子2Bに向けて延びて位置する。
ここでは、例えば、配線材8の2つの屈曲部8aは、第1太陽電池素子2Aの半導体基板2aの第1側面2a3よりも第2太陽電池素子2Bの半導体基板2aの第2側面2a4の近くに位置している。また、例えば、配線材8の2つの屈曲部8aの間の部分は、第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4の近くに配置され、第1太陽電池素子2Aの半導体基板2aの第1側面2a3よりも第2太陽電池素子2Bの半導体基板2aの第2側面2a4に近い側に位置している。つまり、配線材8は、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3(第1側部2o)と第2太陽電池素子2Bの第2側部2pとの間の領域において、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3(第1側部2o)よりも第2太陽電池素子2Bの第2側部2pに近い部位に位置している。また、第2側部2pを覆う絶縁層2gの厚さが薄いため、配線材8は、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3と第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4との間の領域において、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3(第1側部2o)よりも第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4に近い部位に位置している。これにより、配線材8が第1側面2a3に接触し難い。
また、別の観点から言えば、配線材8は、第1太陽電池素子2Aの第1面2b側から第1方向(−X方向)に沿って第2太陽電池素子2Bの第1面2b側に近づくように延びて位置している第1部分81を有している。また、配線材8は、透光性基板3側からシート部材6側に向けて延びて位置している第2部分82を有している。そして、配線材8は、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3よりも第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4に近い位置において、第1部分81と第2部分82とを接続している屈曲部(第1屈曲部ともいう)8aを有している。
また、ここでは、例えば、配線材8の2つの屈曲部8aのうちの透光性基板3側の屈曲部8aは、透光性基板3に接する表面側封止材4aと、シート部材6に接する裏面側封止材4bとの境界に位置している。また、配線材8の2つの屈曲部8aのうちのシート部材6側の屈曲部8aは、裏面側封止材4b中に位置している。なお、屈曲部8aにおける配線材8の曲率は適宜調整され得る。つまり、屈曲部8aにおける配線材8の曲がりは、急峻なものではなく、緩やかなものであってもよい。
<2−3.太陽電池モジュールの特性>
本実施形態では、第2太陽電池素子2Bの第2側部2p側では、半導体基板2aの第2側面2a4上に絶縁層2gが設けられている。そのため、配線材8が第2太陽電池素子2Bの半導体基板2aの第2側面2a4に近接するように位置しても、配線材8と第2太陽電池素子2Bの半導体基板2aの第2側面2a4とが直に接触し難くなる。これにより、例えば、配線材8と第2太陽電池素子2Bの半導体基板2aとの接触によるリーク電流の発生が低減され得る。その結果、太陽電池モジュール1の出力の損失が低減され得る。
また、本実施形態では、第1太陽電池素子2Aの第1側部2oでは、絶縁層2gが設けられずに半導体基板2aの第1側面2a3が露出しているが、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3と配線材8とが離れている。これにより、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3と配線材8とが接触し難い。そのため、第1太陽電池素子2Aの第1側部2oにおいて半導体基板2aが露出していても、第1側部2oと配線材8との間でリーク電流が生じ難い。また、第1太陽電池素子2Aの第1側部2oと配線材8との隙間に絶縁性を有する封止材4が入り込むことによって、第1太陽電池素子2Aの第1側部2oと配線材8との絶縁がより確保され得る。
このように、本実施形態では、親基板9が分割されることで容易に得られた太陽電池素子2(第1太陽電池素子2Aおよび第2太陽電池素子2B)が用いられて、出力の損失の小さい高出力の太陽電池モジュール1が形成され得る。つまり、本実施形態では、第1太陽電池素子2Aと第2太陽電池素子2Bとが対向する側面にそれぞれ絶縁層2gが設けられていない部分が存在していても、リーク電流の発生が低減され得る。
また、本実施形態では、例えば、第2太陽電池素子2B側において、配線材8が半導体基板2aの第1面2bと第2側部2pと第2面2cとが成す稜部に近接するように位置しており、ラミネート工程において半導体基板2aの上記稜部に配線材8が接触して該稜部に圧力が加えられるおそれがある。しかしながら、前述したように、アルカリ水溶液に半導体基板2aが浸漬される処理によって、半導体基板2aの第1基板表面2a1、第2基板表面2a2および第2側面2a4の成す半導体基板2aの稜部が滑らかになっている。このため、配線材8によって上記稜部に圧力が加えられることで半導体基板2aにクラック等が生じる不具合が発生し難い。一方、第1太陽電池素子2Aの第1側部2oは、親基板9が分割されて形成された破面である。このような破面は、分割で生じた微細な凹凸およびキズなどを持つ。このため、第1太陽電池素子2Aの第1側部2oは、クラックの起点となり易い。しかしながら、本実施形態では、第1太陽電池素子2Aの第1側部2oに配線材8が接触し難い構成である。このため、クラックの進展が生じ難い。その結果、クラックの伸展等に起因する太陽電池素子2の出力の損失が低減され得る。
<2−4.太陽電池装置>
第1の実施形態に係る太陽電池装置30は、図14から図16で示されるように、太陽電池モジュール1と、該太陽電池モジュール1を下方から支持する支持部材31とを有する。
太陽電池装置30において、太陽電池素子群5は、第1太陽電池素子2Aの長辺(第1側部2o)および第2太陽電池素子2Bの長辺(第2側部2p)が第1方向(−X方向)に直交する第2方向(+Y方向)に沿うように配置されている。また、太陽電池装置30において、太陽電池モジュール1は、長方形状の表裏面を持つ透光性基板3を有する。透光性基板3の一対の長辺3aは、それぞれ第2方向(+Y方向)に沿って配置され、透光性基板3の一対の短辺3bは、それぞれ第1方向(−X方向)に沿って配置される。そして太陽電池モジュール1の周囲にはフレーム7が配されている。このフレーム7は、透光性基板3の一対の長辺3aに沿った部分にそれぞれ取り付けられた第1部材7a1および第2部材7a2と、透光性基板3の一対の短辺3bに沿った部分にそれぞれ取り付けられた第3部材7b1と第4部材7b2とによって構成されている。
支持部材31は、太陽電池モジュール1を支持する部材である。支持部材31は、フレーム7の第1部材7a1および第2部材7a2が延びている第2方向(+Y方向)に沿った長手方向を有している。そして、支持部材31は、第2方向(+Y方向)において、第1部材7a1、第2部材7a2および一対の長辺3aよりも長い長尺の部材(横材ともいう)である。また、支持部材31は、フレーム7の下面と接触することで太陽電池モジュール1を下方から支持する。具体的には、太陽電池装置30は、太陽電池モジュール1のうちの第1長辺3a1に沿った第1部材7a1を支持するように配置された支持部材31(第1支持部材311ともいう)と、太陽電池モジュール1のうちの第2長辺3a2に沿った第2部材7a2を支持するように配置された支持部材31(第2支持部材312ともいう)とを備えている。ここでは、第1支持部材311は、第1部材7a1の長手方向に沿って、該第1部材7a1を下方から支持している。第2支持部材312は、第2部材7a2の長手方向に沿って、該第2部材7a2を下方から支持している。具体的には、例えば、第1部材7a1は、第1支持部材311に対して該第1部材7a1の長手方向に沿って接触した状態で、嵌合、係合、挟み込みおよびネジ止めなどを用いた連結等によって、第1支持部材311に取り付けられ得る。
一方、本実施形態に係る太陽電池装置30では、フレーム7のうちの太陽電池モジュール1の短辺に沿って配されている第3部材7b1および第4部材7b2は、その両端以外を支持部材31で支持されていない。
ところで、太陽電池装置30では、積雪あるいは風圧などにより、太陽電池モジュール1に対して、透光性基板3側から押される荷重(正圧荷重)あるいはシート部材6側から押される荷重(負圧荷重)が加わるときがある。このとき、太陽電池モジュール1の短辺に沿った第3部材7b1および第4部材7b2が支持部材31で支持されていないため、例えば、図16で示されるように、太陽電池モジュール1が湾曲する方向が、太陽電池素子2の短手方向(第3側部2qおよび第4側部2rが延びている方向)となる。つまり、第3側部2qおよび第4側部2rが湾曲し得る。
しかしながら、太陽電池素子2の一対の短辺である第1側部2oと第2側部2pは、太陽電池素子2の一対の長辺である第3側部2qと第4側部2rよりも短い。このため、太陽電池素子2の短辺に沿った方向に太陽電池モジュール1が湾曲されるような応力が該太陽電池モジュール1に付与される場合には、太陽電池素子2の長辺に沿った方向に太陽電池モジュール1が湾曲されるような応力が該太陽電池モジュール1に付与される場合よりも、太陽電池素子2が湾曲し難い。したがって、本実施形態では、いわゆる寸法効果によって、太陽電池モジュール1が第2方向(+Y方向)に沿う方向に湾曲する場合と比較して、クラックの発生が低減され得る。また、太陽電池素子2の一対の長辺のうち一方は、レーザーの照射または折り曲げによる分割工程で形成された辺であることに対して、太陽電池素子2の一対の短辺は加工の履歴を受けていない辺である。よって、太陽電池素子2の短辺は長辺よりも、応力集中の要因となる凹凸が少ない。この点からも、太陽電池素子2の短辺に沿った方向に太陽電池モジュール1が湾曲されるような応力が該太陽電池モジュール1に付与される場合には、太陽電池素子2の長辺に沿った方向に湾曲されるような応力が太陽電池モジュール1に付与される場合よりも、太陽電池素子2のクラックの発生が低減される。
<2−5.実施例>
次に、本実施形態の実施例について説明する。
本実施形態の実施例に係る太陽電池装置30が備える第1太陽電池モジュール1Sとして、図17で示されるように、太陽電池素子群5の長手方向(第1方向)が太陽電池モジュール1の一対の短辺3bに沿うように、第1方向(−X方向)に11行、第2方向(+Y方向)に8列の太陽電池素子2がマトリックス状に配置されたものが作製された。各太陽電池素子2の第1面2bおよび第2面2cは、横の長さが156mmであり且つ縦の長さが78mmである長方形とされた。また、第1太陽電池モジュール1Sは、フレーム7において一対の長辺を成す部材7aに沿った長さが1305mmであり且つ一対の短辺を成す部材7bに沿った長さが915mmのものとされた。
また、参考例に係る太陽電池装置が備える第2太陽電池モジュール101として、図18で示されるように、太陽電池素子群5の長手方向(第1方向)が第2太陽電池モジュール101の一対の長辺に沿うように、第1方向(−X方向)に15行、第2方向(+Y方向)に6列の太陽電池素子2がマトリックス状に配置されたものが作製された。各太陽電池素子2の表裏面は、縦の長さが156mmであり且つ横の長さが78mmである長方形とされた。また、第2太陽電池モジュール101は、フレーム7の長辺を成す部材7aに沿った長さが1245mmで有り且つ一対の短辺を成す部材7bに沿った長さが970mmであるものとされた。
次に、第1太陽電池モジュール1Sおよび第2太陽電池モジュール101のそれぞれにおけるフレーム7の長辺を成す一対の部材7aが、それぞれ下方から支持部材31で支持されることで、太陽電池装置が完成された。そして、第1太陽電池モジュール1Sおよび第2太陽電池モジュール101のそれぞれに、2500Paの正圧荷重および負圧荷重を加えた。ここで、正圧荷重は、第1太陽電池モジュール1Sおよび第2太陽電池モジュール101のそれぞれに対して、透光性基板3側から風を当てることで付与された。また、負圧荷重は、第1太陽電池モジュール1Sおよび第2太陽電池モジュール101のそれぞれに対して、シート部材6側から風を当てることで付与された。その後、第1太陽電池モジュール1Sおよび第2太陽電池モジュール101のそれぞれを対象として、配線材8を用いて電流が流された際に生じる発光(エレクトロルミネッセンス)の分布が、赤外線カメラを用いた撮影によって画像化され、この分布に基づいて、クラックの発生の有無と、配線材8に対する電気的な接続が断たれた領域の有無と、該領域を生じさせたクラックの発生の有無とについての判別が行われた。
その結果、第1太陽電池モジュール1Sを備える太陽電池装置30では、図19の太線で囲われた5枚の太陽電池素子2にしかクラックが生じなかった。一方、第2太陽電池モジュール101を備える太陽電池装置では、図20の太線で囲われた36枚もの太陽電池素子2にクラックが生じた。このように、本実施形態に係る太陽電池装置30では、太陽電池モジュール1におけるクラックの発生が低減されたため、出力の損失が小さくなり得ることが分かった。
また、図21で示されるように、実施例に係る第1太陽電池モジュール1Sの太陽電池素子2では、太陽電池モジュール1Sが主に湾曲する第1方向(フレーム7の短辺を成す部材7bに沿う方向)に直交する方向(フレーム7の長辺を成す部材7aに沿う方向)にクラックKが生じやすかった。このため、図21で示されるように、実施例に係る第1太陽電池モジュール1Sでは、太陽電池素子2において配線材8がクラックKによって分離された領域同士を接続することができることがわかった。一方、図22で示されるように、参考例に係る第2太陽電池モジュール101の太陽電池素子2では、第2太陽電池モジュール101が主に湾曲する第2方向(フレーム7の短辺を成す部材7bに沿う方向)に直交する方向(フレーム7の長辺を成す部材7aに沿う方向)にクラックKが生じ易かった。このため、図22で示されるように、参考例に係る第2太陽電池モジュール101では、太陽電池素子2においてクラックKによって分離された領域同士が配線材8によって接続され難いことがわかった。したがって、実施例に係る第1太陽電池モジュール1Sでは、仮に太陽電池素子2にクラックが生じた場合であっても太陽電池モジュール1の出力の損失が低減され得ることがわかった。
<2−6.第1の実施形態のまとめ>
第1の実施形態に係る太陽電池モジュール1では、例えば、各太陽電池素子群5において、太陽電池素子2同士が、該太陽電池素子2のうちの第1面2bの長辺に沿った第1側部2oと第2側部2pとが対向している状態で、配線材8によって直列に接続されている。これにより、各太陽電池素子群5において直列に接続される太陽電子素子2の数が増加して、太陽電池モジュール1の出力が高まり得る。そして、複数の太陽電池素子群5を第1面2b側から覆う透光性基板3が、第1方向(−X方向)に延びるように位置する短辺3bと第2方向(+Y方向)に延びて位置する長辺3aとを有する長方形状の表面を有する。これにより、例えば、第1支持部材311によって、太陽電池モジュール1のうちの第1長辺3a1に沿った端部が支持され、第2支持部材312によって、太陽電池モジュール1のうちの第2長辺3a2に沿った端部が支持されれば、太陽電池モジュール1に正圧荷重あるいは負圧荷重が加えられても、太陽電池素子2にクラックが生じ難い。また、例えば、仮に、太陽電池素子2にクラックが生じたとしても、太陽電池素子2のうちのクラックによって分離された領域同士が配線材8によって接続が維持され得る。したがって、高出力の太陽電池モジュール1における出力の損失が低減され得る。
また、第1の実施形態に係る太陽電池モジュール1では、例えば、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3は、第1方向(−X方向)において第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4に対向するように配置されている。また、例えば、第2太陽電池素子2Bは、第2側面2a4を覆っている絶縁層2gを有し、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3は、第1太陽電池素子2Aの外部に対して露出している。そして、配線材8は、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3と第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4との間の領域において、第1太陽電池素子2Aの第1側面2bよりも第2太陽電池素子2Bの第2側面2cに近い位置に配されている。これにより、例えば、配線材8と第2太陽電池素子2Bの半導体基板2aの第2側面2a4とが直に接触し難く、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3と配線材8とが接触し難い。このため、第1太陽電池素子2Aの第1側部2oにおいて半導体基板2aが露出していても、第1側部2oと配線材8との間でリーク電流が生じ難い。したがって、高出力の太陽電池モジュール1における出力の損失が低減され得る。
<3.他の実施形態>
なお、本発明は上記の第1の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良等が可能である。
<3−1.第2の実施形態>
上記第1の実施形態の太陽電池モジュール1において、例えば、図23および図24で示されるように、フレーム7において、短辺を成す一対の部材7b(第3部材7b1および第4部材7b2)の断面係数が、長辺を成す一対の部材7a(第1部材7a1および第2部材7a2)の断面係数よりも大きくなるように構成されてもよい。
本実施形態の構成によれば、太陽電池装置30に正圧荷重あるいは負圧荷重が加えられた際に、一対の支持部材31の間に架設されて主として湾曲するように撓みが生じ得る一対の部材7b(第3部材7b1および第4部材7b2)において、撓みの変位が低減され得る。その結果、太陽電池素子2におけるクラックの発生が低減され得る。なお、フレーム7を構成する一対の部材7a(第1部材7a1および第2部材7a2)および一対の部材7b(第3部材7b1および第4部材7b2)の断面係数は、例えば、CAD(Computer-Aided Design)によって作図された、各部材の長手方向と直交する断面の構造から、算出され得る。
<3−2.第3の実施形態>
上記第1の実施形態および上記第2の実施形態では、例えば、図25で示されるように、フレーム7の長辺を成す部材7aが、太陽電池モジュール1の積層体1stの長辺3aに沿った端部1eaが嵌められた凹部7raを有している。具体的には、フレーム7の第1部材7a1が、太陽電池モジュール1の積層体1stにおける−X側の長辺3a(第1長辺3a1)に沿った第1端部1eaが嵌められた第1凹部7raを有している。フレーム7の第2部材7a2が、太陽電池モジュール1の積層体1stにおける+X側の長辺3a(第2長辺3a2)に沿った第2端部1eaが嵌められた第2凹部7raを有している。つまり、透光性基板3の長辺3a側の部分が、凹部7raに嵌められている。
また、例えば、図26で示されるように、フレーム7の短辺を成す部材7bが、太陽電池モジュール1の積層体1stの短辺3bに沿った端部1ebが嵌められた凹部7rbを有している。具体的には、フレーム7の第3部材7b1が、太陽電池モジュール1の積層体1stにおける−Y側の短辺3b(第1短辺3b1)に沿った第3端部1ebが嵌められた第3凹部7rbを有している。フレーム7の第4部材7b2が、太陽電池モジュール1の積層体1stにおける+Y側の短辺3b(第2短辺3b2)に沿った第4端部1ebが嵌められた第4凹部7rbを有している。つまり、透光性基板3の短辺3b側の部分が、凹部7rbに嵌められている。
ここで、例えば、図25および図26で示されるように、第1凹部7raの第1方向(−X方向)における深さおよび第2凹部7raの第1方向(−X方向)における深さが、第3凹部7rbの第2方向(+Y方向)における深さおよび第4凹部7rbの第2方向(+Y方向)における深さよりも大きくなるように設定されてもよい。これにより、例えば、第3部材7b1と第4部材7b2とによって、太陽電池モジュール1の受光部が隠される領域の面積が低減される。また、ここでは、太陽電池装置30に正圧荷重および負圧荷重が加えられる際に、撓みによって太陽電池モジュール1の第1方向(−X方向)の長さが短くなるものの、第1凹部7raおよび第2凹部7raにおける第1方向(−X方向)における深さが深い。これにより、透光性基板3およびシート部材6を含む積層体1stが、第1部材7a1および第2部材7a2から脱落し難くなり得る。
<3−3.第4の実施形態>
上記各実施形態において、例えば、図27で示されるように、配線材8が、第1太陽電池素子2Aの第1面2b側から透光性基板3側に向けて延びて位置している第3部分83と、該第3部分83と第1部分81とを接続している屈曲部(第2屈曲部ともいう)8bと、を有していてもよい。このとき、第2屈曲部8bは、第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4よりも第1太陽電池素子2Aの第1側面(露出部)2a3に近い位置に配される。
具体的には、例えば、図27で示されるように、配線材8には、第3部分83のうちの透光性基板3側の端部に第2屈曲部8bが配されており、第3部分83のうちの第1太陽電池素子2A側の端部に第3屈曲部8cが配されている。これにより、配線材8には、第1太陽電池素子2Aの表面側バスバー電極2hに接続される部分と、第1太陽電池素子2Aと第2太陽電池素子2Bとの間の第1部分81と、をつなぐクランク形状の部分が形成されている。このような第2屈曲部8bおよび第3屈曲部8cは、例えば、予め配線材8に対してプレス加工などが施されることで、形成され得る。
ここで、第3屈曲部8cは、例えば、配線材8のうちの第1太陽電池素子2Aの表面側バスバー電極2hに接続された部分を第1方向(−X方向)に延ばした延長線上において、第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4よりも第1太陽電池素子2Aの第1側面(露出部)2a3に近い位置に配されている。また、例えば、第3部分83が、第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4よりも第1太陽電池素子2Aの第1側面(露出部)2a3に近い位置に配されている。このため、例えば、第2屈曲部8bも、第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4よりも第1太陽電池素子2Aの第1側面(露出部)2a3に近い位置に配されている。また、例えば、第2屈曲部8bおよび第3屈曲部8cは、透光性基板3と接する表面側封止材4a中に位置する。
また、例えば、配線材8において、第1太陽電池素子2Aの表面側バスバー電極2hに接続される部分と、第1太陽電池素子2Aと第2太陽電池素子2Bとの間に位置する第1部分81との間の第1段差(+Z方向におけるずれ量)は、第2太陽電池素子2Bの裏面側バスバー電極2iに接続される部分と、第1部分81との第2段差(+Z方向におけるずれ量)よりも小さい。ここで、例えば、ラミネート工程の前における第1段差が、太陽電池モジュール1の第1太陽電池素子2Aの第1面2bと透光性基板3との間の距離よりも大きければ、ラミネート工程において、表面側封止材4aによって第2屈曲部8bが局所的に強く押され、第1太陽電池素子2Aに対して配線材8を介して過度の応力が加わり、第1太陽電池素子2Aにクラックが生じ易い。このため、ラミネート工程の前における第1段差が、太陽電池モジュール1の第1太陽電池素子2Aの第1面2bと透光性基板3との間の距離よりも小さければ、表面側封止材4aによって第2屈曲部8bが局所的に押される力が低減されるとともに、配線材8が、第1太陽電池素子2Aの第1側面(露出部)2a3から離され得る。このような構成が採用される場合、例えば、第1段差は、例えば、太陽電池素子2の厚みよりも小さく設定され得る。例えば、太陽電池素子2の厚みが、0.18mmの場合、第1段差は、0.1mmに設定され得る。
以上のように、本実施形態では、例えば、配線材8が、第3部分83および第2屈曲部8bを有することで、該配線材8が、第1太陽電池素子2Aの第1側面(露出部)2a3から離れている。このため、配線材8と第1側面(露出部)2a3との接触によるリーク電流の発生が低減され得る。その結果、太陽電池モジュール1の出力の損失が低減され得る。
<3−4.第5の実施形態>
上記各実施形態において、例えば、図28で示されるように、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3と第2太陽電池素子2Bの第2側面2a4との間の領域において、第1太陽電池素子2Aの第1側面2a3と配線材8との間に、絶縁部材11がさらに設けられてもよい。これにより、配線材8と第1側面(露出部)2a3との接触によるリーク電流の発生が低減され得る。その結果、太陽電池モジュール1の出力の損失が低減され得る。
なお、絶縁部材11は、例えば、樹脂等の絶縁性を有する材質で構成され得る。また、絶縁部材11は、例えば、配線材8に予め取り付けられていれば、太陽電池モジュール1内の適切な配置に配され得る。
<3−5.第6の実施形態>
上記各実施形態において、例えば、図29および図30で示されるように、太陽電池モジュール1において、フレーム7が配されていなくてもよい。
このとき、例えば、太陽電池装置30は、太陽電池モジュール1の一対の長辺3aに取り付けられた第1部材7a1および第2部材7a2を含むフレーム7を有していない。そして、例えば、太陽電池装置30は、透光性基板3の長辺3aの長手方向に沿って配置された長尺の支持部材31を有し、透光性基板3の長辺3aに沿った部分が、支持部材31による接触によって支持される構造である。つまり、例えば、太陽電池装置30は、太陽電池モジュール1のうちの第1長辺3a1に沿った端部を支持するように配置された支持部材(第1支持部材)31と、太陽電池モジュール1のうちの第2長辺3a2に沿った端部を支持するように配置された支持部材(第2支持部材)31とを備えている。
このような構成であっても、上記第1の実施形態と同様に、太陽電池モジュール1における太陽電池素子2のクラックの発生が低減され得る。その結果、太陽電池モジュール1における出力の損失が低減され得る。
なお、上記各実施形態をそれぞれ構成する全部または一部を、適宜、矛盾しない範囲で組み合わせ可能であることは、言うまでもない。
1 太陽電池モジュール
1ea 端部,第1端部,第2端部
1eb 端部,第3端部,第4端部
1st 積層体
2 太陽電池素子
2A 第1太陽電池素子
2B 第2太陽電池素子
2a 半導体基板
2a1 第1基板表面
2a2 第2基板表面
2a3 第1側面
2a4 第2側面
2a5 第3側面
2a6 第4側面
2b 第1面
2c 第2面
2f 逆導電型層
2g 絶縁層
2h 表面側バスバー電極
2i 裏面側バスバー電極
2j フィンガー電極
2k 裏面電極
2l BSF領域
2o 第1側部
2p 第2側部
2q 第3側部
2r 第4側部
3 透光性基板
3a 長辺
3a1 第1長辺
3a2 第2長辺
3b 短辺
3b1 第1短辺
3b2 第2短辺
4 封止材
4a 表面側封止材
4b 裏面側封止材
5 太陽電池素子群
6 シート部材
6a 凹部
7 フレーム
7a1 第1部材
7a2 第2部材
7b1 第3部材
7b2 第4部材
7ra 凹部,第1凹部,第2凹部
7rb 凹部,第3凹部,第4凹部
8 配線材
8a 屈曲部(第1屈曲部)
8b 第2屈曲部
8c 第3屈曲部
11 絶縁部材
30 太陽電池装置
31 支持部材
81 第1部分
82 第2部分
83 第3部分
311 第1支持部材
312 第2支持部材

Claims (7)

  1. 長方形状の第1面と該第1面の裏側に位置する長方形状の第2面とをそれぞれ有しており且つ第1方向に並んでいる複数の太陽電池素子と、該複数の太陽電池素子のうちの前記第1方向において隣り合って位置する第1太陽電池素子と第2太陽電池素子とを電気的に接続している配線材と、をそれぞれ含む複数の太陽電池素子群と、
    前記第1面側から前記複数の太陽電池素子群を覆うように位置する透光性基板と、
    前記第2面側から前記複数の太陽電池素子群を覆うように位置する裏面保護部材と、
    前記透光性基板と前記複数の太陽電池素子群との間に位置する第1封止材と、
    前記複数の太陽電池素子群と裏面保護部材との間に位置する第2封止材と、
    フレームと、を備え、
    前記複数の太陽電池素子群は、前記第1方向と直交する第2方向に並んでおり、
    前記複数の太陽電池素子のそれぞれは、前記第1面と前記第2面とをそれぞれ接続している4つの側部を有しており、
    前記4つの側部は、第1側部と、該第1側部の裏側に位置する第2側部と、第3側部と、該第3側部の裏側に位置する第4側部と、を含み、
    前記第3側部および前記第4側部のそれぞれが、前記第1方向に沿って位置しており、
    前記第1側部および前記第2側部のそれぞれが、前記第2方向に沿って位置しており、
    前記第1側部の前記第2方向における長さおよび前記第2側部の前記第2方向における長さが、前記第3側部の前記第1方向における長さおよび前記第4側部の前記第1方向における長さよりも長く、
    前記複数の太陽電池素子群のそれぞれにおいて、前記複数の太陽電池素子が、前記第1側部と前記第2側部とが対向して位置しており、
    前記配線材は、前記第1太陽電池素子の前記第1面に対して前記第1方向に沿って電気的に接続されているとともに、前記第2太陽電池素子の前記第2面に対して前記第1方向に沿って電気的に接続されており、
    前記透光性基板は、前記第1方向に沿ってそれぞれ位置している第1短辺および第2短辺と、前記第2方向に沿ってそれぞれ位置している第1長辺および第2長辺と、を有
    前記フレームは、前記透光性基板と前記第1封止材と前記複数の太陽電池素子群と前記第2封止材と前記裏面保護部材とを含む積層体に対して、前記第1長辺に沿って取り付けられた第1部材と、前記積層体に対して、前記第2長辺に沿って取り付けられた第2部材と、前記積層体に対して、前記第1短辺に沿って取り付けられた第3部材と、前記積層体に対して、前記第2短辺に沿って取り付けられた第4部材と、を含み、
    前記第3部材の断面係数および前記第4部材の断面係数は、前記第1部材の断面係数および前記第2部材の断面係数よりも大きい、太陽電池モジュール。
  2. 請求項に記載の太陽電池モジュールであって、
    前記第1部材は、前記積層体の前記第1長辺に沿った第1端部が嵌め込まれた第1凹部を有し、
    前記第2部材は、前記積層体の前記第2長辺に沿った第2端部が嵌め込まれた第2凹部を有し、
    前記第3部材は、前記積層体の前記第1短辺に沿った第3端部が嵌め込まれた第3凹部を有し、
    前記第4部材は、前記積層体の前記第2短辺に沿った第4端部が嵌め込まれた第4凹部を有しており、
    前記第1凹部の前記第1方向における深さおよび前記第2凹部の前記第1方向における深さは、前記第3凹部の前記第2方向における深さおよび前記第4凹部の前記第2方向における深さよりも大きい、太陽電池モジュール。
  3. 請求項1または請求項2に記載の太陽電池モジュールと、
    前記太陽電池モジュールのうちの前記第1長辺に沿った端部に位置する第1支持部材と、
    前記太陽電池モジュールのうちの前記第2長辺に沿った端部に位置する第2支持部材と、を備えた、太陽電池装置。
  4. 長方形状の第1面と該第1面の裏側に位置する長方形状の第2面とをそれぞれ有しており且つ第1方向に並べられた第1太陽電池素子および第2太陽電池素子と、前記第1太陽電池素子の前記第1面と前記第2太陽電池素子の前記第2面とを電気的に接続している配線材と、を含む太陽電池素子群と、
    前記第1面側から前記太陽電池素子群を覆うように位置する透光性基板と、
    前記第2面側から前記太陽電池素子群を覆うように位置する裏面保護部材と、
    前記透光性基板と前記太陽電池素子群との間に位置する第1封止材と、
    前記太陽電池素子群と裏面保護部材との間に位置する第2封止材と、を備え、
    前記第1太陽電池素子および前記第2太陽電池素子のそれぞれは、前記第1面側に位置する第1基板表面と、該第1基板表面の裏側に位置する第2基板表面と、前記第1基板表面と前記第2基板表面とを接続している第1側面と、該第1側面の裏側に位置しており且つ前記第1基板表面と前記第2基板表面とを接続している第2側面と、を有する半導体基板、を含み、
    前記第1太陽電池素子の第1側面は、前記第1方向において前記第2太陽電池素子の前記第2側面に対向するように位置しており、
    前記第2太陽電池素子は、前記第2側面を覆っている絶縁層を有し、
    前記第1太陽電池素子の前記第1側面は、前記第1太陽電池素子の外部に対して露出しており、
    前記配線材は、前記第1太陽電池素子の前記第1側面と前記第2太陽電池素子の前記第2側面との間の領域において、前記第1太陽電池素子の前記第1側面よりも前記第2太陽電池素子の前記第2側面に近い部位に位置している、太陽電池モジュール。
  5. 請求項に記載の太陽電池モジュールであって、
    前記配線材は、
    前記第1太陽電池素子の前記第1面側から前記第1方向に沿って前記第2太陽電池素子の前記第1面側に近づくように位置している第1部分と、
    前記透光性基板側から前記裏面保護部材側に向けて位置している第2部分と、
    前記第1太陽電池素子の前記第1側面よりも前記第2太陽電池素子の前記第2側面に近い位置において、前記第1部分と前記第2部分とを接続している第1屈曲部と、を有する、太陽電池モジュール。
  6. 請求項に記載の太陽電池モジュールであって、
    前記配線材は、
    前記第1太陽電池素子の前記第1面側から前記透光性基板側に向けて位置している第3部分と、
    前記第3部分と前記第1部分とを接続している第2屈曲部と、を有する、太陽電池モジュール。
  7. 請求項から請求項の何れか1つの請求項に記載の太陽電池モジュールであって、
    前記第1太陽電池素子の前記第1側面と前記第2太陽電池素子の前記第2側面との間の領域において、前記第1太陽電池素子の前記第1側面と前記配線材との間に位置する絶縁部材、をさらに備える、太陽電池モジュール。
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