JP6759464B2 - 多接合型太陽電池モジュール及び太陽光発電システム - Google Patents

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Description

本発明の実施形態は、多接合型太陽電池モジュール及び太陽光発電システムに関する。
多接合型ではない太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールの発電素子を保護するために、保護ガラスを用いる。例えば、保護ガラスと発電素子は接着剤によって接着されるが、長期間の使用に伴い、接着剤が劣化する。接着剤の劣化は、太陽電池モジュールの配線の腐食の原因となり得る。接着剤の劣化は、高温、多湿条件下で顕著ではあるが、多接合型ではない太陽電池モジュールにおいては、緩やかな発電量低下につながる。
多接合型の太陽電池モジュールの場合、複数の太陽電池モジュールを貼り合わせる。貼り合わせる太陽電池モジュールの面がガラスなどの基板であれば、貼り合わせる接着層が劣化しても両モジュールがショートしない。しかし、太陽電池モジュールには、軽量化が求められており、例えば、カルコパイライト構造を有する化合物層を光吸収層として用いた太陽電池セルを有する太陽電池モジュールをトップセルとし、Siを光吸収層として用いた太陽電池セルを有する太陽電池モジュールをボトムセルとして用いた多接合型太陽電池において、トップセルがサブストレート型であると、トップセルの基板が2枚となる。基板には、ガラス基板が用いられ、トップセルだけで基板を2枚も用いると太陽電池モジュールの重さが増加してしまう。一方、トップセルがスーパーストレート型であると、トップセルを製造する際に用いられる基板を光入射側に配置することにより、基板の数を減らすことができる。しかし、トップセルの電極の一方は、ボトムセル側を向いており、接着層で接合しただけでは、接着層の経年劣化により、トップセルとボトムセルがショートしやすい。トップセルとボトムセルがショートすると、モジュールの出力が大きく低下し、装置全体のトラブルの原因になりうる。
特許第3619099号
本発明の実施形態は、耐久性に優れた多接合型太陽電池モジュール及び多接合型太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムを提供する。
課題を解決する手段
実施形態の多接合型太陽電池は、光入射側に配置され、複数の第1太陽電池セルと、複数の第1太陽電池セルを電気的に接続する第1接続配線を含む第1太陽電池モジュールと、複数の第2太陽電池セルと、複数の第2太陽電池セルを電気的に接続する第2接続配線を含む第2太陽電池モジュールと、第1太陽電池モジュールと第2太陽電池モジュールの間に接着層と、を有する。第2接続配線の接着層を向く面に、接着層の第2太陽電池モジュールを向く面と直接的に接するように絶縁膜が設けられ、第1太陽電池モジュール、接着層、絶縁膜及び第2太陽電池モジュールは、第1太陽電池モジュール、接着層、絶縁膜、第2太陽電池モジュールの順に積層し、第1太陽電池モジュールは、光入射側に基板を含み、第2接続配線の一部は前記絶縁膜と接していて、基板は、第1太陽電池モジュールの単一基板である。第2接続配線は、接着層と非接触である。
多接合型太陽電池モジュールの断面図 太陽電池モジュールの評価結果 多接合型太陽電池モジュールの断面図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの断面図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの斜視展開図 太陽光発電システムの構成概念図
(多接合型太陽電池モジュール)
実施形態の接合型太陽電池モジュールは、第1太陽電池モジュールと第2太陽電池モジュールを有する。図1に実施形態の多接合型太陽電池モジュールの断面図を示す。図1に示す多接合型太陽電池モジュール100は、第1太陽電池モジュール10と、第2太陽電池モジュール20と接着層30と、絶縁膜40と、を有する。図1では、2つの太陽電池モジュールが接合した多接合型の太陽電池モジュールである。3つ以上の太陽電池モジュールが接合した多接合型太陽電池モジュールも実施形態に含まれる。
(第1太陽電池モジュール)
第1太陽電池モジュール10は、複数の第1太陽電池セル11を含む。第1太陽電池モジュール10は、多接合型太陽電池モジュール100において、光入射側に配置されている。第1太陽電池モジュール10は、入射した光の一部を吸収して発電する。第1太陽電池モジュール10の光入射側には、第1太陽電池モジュール10における単一基板が配置されており、第2太陽電池モジュール40側には、第1太陽電池モジュール10の基板は配置されていない。
第1太陽電池モジュール10の第1太陽電池セル11は、光入射側から順に、基板、第1電極、光吸収層と第2電極が並んでいる。これらの層間には、明記しない中間層が含まれている場合がある。複数の第1太陽電池セル11は、電気極性がそろって物理的に並列に配置されている。
複数の第1太陽電池セル11は、第1接続配線によって、電気的に接続している。複数の第1太陽電池セル11は、電気的に直列、並列、又は、直列及び並列に接続している。例えば、隣り合う第1太陽電池セル11の第1電極と第2電極が接続して第1太陽電池セル11が電気的に直列に接続している場合、第1電極及び第2電極又は第2電極が第1接続配線を構成することができる。例えば、隣り合う第1太陽電池セル11の第2電極と第2電極が接続して第1太陽電池セル11が電気的に並列に接続している場合、第2電極が第1接続配線を構成することができる。また、隣り合う第1太陽電池セル11が第1電極及び第2電極とは別の導電層によって電気的に接続している場合、この導電層が第1接続配線を構成することができる。なお、実施形態では、第1接続配線が第1太陽電池セル11に含まれる導電性部材のうちの最外周に含まれる導電性部材である。第1太陽電池セル11の第1接続配線が第2太陽電池セル21の第2接続配線に最も距離が近い位置に配置されている。別の導電層として、例えば、バスバーが挙げられる。
第1太陽電池セル11の光吸収層のバンドギャップは、第2太陽電池セル21の光吸収層バンドギャップよりも広いことが好ましい。第1太陽電池セル11の光吸収層は、ワイドバンドギャップであることが好ましい。具体的には、第1太陽電池セル11のバンドギャップは、1.4eV以上3.0eV以下が好ましい。
第1太陽電池セル11の光吸収層としては、上記バンドギャップを満たすものであれば特に限定されない。第1太陽電池セル11の光吸収層は、具体的には、亜酸化銅薄膜、カルコパイライト構造を有する半導体膜、スタナイト構造を有する半導体膜、ケステライト構造を有する半導体膜、有機薄膜及びペロブスカイト系薄膜からなる群から選ばれる1種を含む。カルコパイライト構造を有する半導体膜としては、Cu(In、Ga)(Se、S)、Cu(In、Ga)Se、Cu(In、Ga)S、CuGa(Se、S)、CuGaSe、CuGaSなどである。
第1太陽電池セル11の光吸収層は、p型層及びn型層を含む。また、第1太陽電池セル11は、ホモ接合型の太陽電池でもよいし、ヘテロ接合型の太陽電池でもよい。
第1太陽電池セルの電極である、第1電極及び第2電極は、光透過性のある電極が好ましい。光透過性のある電極としては、酸化インジウムスズ((Indium Tin Oxide:ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(Al-doped Zinc Oxide:AZO)、ボロンドープ酸化亜鉛(Boron-doped Zinc Oxide:BZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(Gallium-doped Zinc Oxide:GZO)、インジウムドープ酸化亜鉛(Indium-doped Zinc Oxide:IZO)、アルミニウムガリウム酸化物(Aluminium Gallium Oxide:AGO)、チタンドープ酸化インジウム(Titanium-doped Indium Oxide:ITiO)、酸化インジウムガリウム亜鉛(Indium Gallium Zinc Oxide:IGZO)及び水素ドープ酸化インジウム(Hydrogen-doped Indium Oxide:In)からなる群より選ばれる1種以上の透明導電膜含むものが好ましい。これらの透明導電膜に酸化スズ膜などを積層させた電極も第1太陽電池セル11の電極として好ましい。
(第2太陽電池モジュール)
第2太陽電池モジュール20は、複数の第2太陽電池セル21を含む。第2太陽電池モジュール20は、第1太陽電池モジュール10を通過した光を受光して発電する。
第2太陽電池モジュール20の第2太陽電池セル21は、光入射側から順に、第1電極、光吸収層と第2電極が並んでいる。これらの層間には、明記しない中間層が含まれている場合がある。複数の第2太陽電池セル21は、電気極性がそろって物理的に並列に配置されている。
複数の第2太陽電池セル21は、第2接続配線によって、電気的に接続している。複数の第2太陽電池セル11は、電気的に直列、並列、又は、直列及び並列に接続している。例えば、第2太陽電池セル11では、隣り合う第2太陽電池セル21の第1電極及び第2電極が電気的に接続して、第2太陽電池セル21が電気的に直列に接続している場合、第1電極及び第2電極、又は、第1電極が第2接続配線を構成することができる。また、隣り合う第2太陽電池セル21の第1電極が電気的に接続して、第2太陽電池セル21が電気的に並列に接続している場合、第1電極が第2接続配線を構成することができる。また、隣ある第2太陽電池セル21が第1電極と第2電極とは別の導電層によって電気的に接続している場合は、この別の導電層が第2接続配線を構成することができる。なお、実施形態では、第2接続配線が第2太陽電池セル21に含まれる導電性部材のうちの最外周に含まれる導電性部材である。第2太陽電池セル11の第2接続配線が第1太陽電池セル21の第1接続配線に最も近い位置に配置されている。別の導電層として、例えば、バスバーが挙げられる。
第2太陽電池セル21の光吸収層のバンドギャップは、第1太陽電池セル11の光吸収層バンドギャップよりも狭いことが好ましい。第2太陽電池セル21の光吸収層は、ナローバンドギャップであることが好ましい。具体的には、第2太陽電池セル21のバンドは、1.0eV以上1.4eV以下が好ましい。
第2太陽電池セル21の光吸収層としては、上記バンドギャップを満たすものであれば特に限定されない。第2太陽電池セル21の光吸収層は、具体的には、結晶Si層、カルコパイライト構造を有する半導体膜及びCdTe膜からなる群から選ばれる1種を含む。カルコパイライト構造を有する半導体膜としては、Cu(In、Ga)(Se、S)、Cu(In、Ga)Se、Cu(In、Ga)S、CuInTeなどである。
第2太陽電池セル11のn型層は、p型層及びn型層を含む。また、第1太陽電池セル11は、ホモ接合型の太陽電池でもよいし、ヘテロ接合型の太陽電池でもよい。
第2太陽電池セル21の第1電極としては、例えば、光透過性のある電極又はライン状の電極や、はしご状の電極や鎖状の電極にバスバーとなる金属箔や金属リボンを重ねた電極が用いられる。第2太陽電池セル21の第2電極としては、光透過性のある電極が好ましい。光透過性のある電極としては、酸化インジウムスズ((Indium Tin Oxide:ITO)、アルミニウムドープ酸化亜鉛(Al-doped Zinc Oxide:AZO)、ボロンドープ酸化亜鉛(Boron-doped Zinc Oxide:BZO)、ガリウムドープ酸化亜鉛(Gallium-doped Zinc Oxide:GZO)、インジウムドープ酸化亜鉛(Indium-doped Zinc Oxide:IZO)、アルミニウムガリウム酸化物(Aluminium Gallium Oxide:AGO)、チタンドープ酸化インジウム(Titanium-doped Indium Oxide:ITiO)、酸化インジウムガリウム亜鉛(Indium Gallium Zinc Oxide:IGZO)及び水素ドープ酸化インジウム(Hydrogen-doped Indium Oxide:In)からなる群より選ばれる1種以上の透明導電膜含むものが好ましい。これらの透明導電膜に酸化スズ膜などを積層させた電極も第1太陽電池セル11の電極として好ましい。
(接着層)
接着層30は、第1太陽電池モジュール10と第2太陽電池モジュール20を接着させる。接着層30は、第1太陽電池モジュール10と絶縁膜40の間に配置される。接着層30の第1太陽電池モジュール10を向く面は、第1太陽電池モジュール10の接着層30を向く面と直接的に接している。接着層30の第1太陽電池モジュール10を向く面の全面は、第1太陽電池モジュール10の接着層30を向く面の全面と直接的に接していることが好ましい。接着層30の絶縁膜40を向く面(第2太陽電池モジュール20を向く面)は、絶縁膜40の接着層30を向く面と直接的に接している。
接着層30としては、比較的融点の低い樹脂層が好ましい。あまり融点が高いと、溶融させてから第1太陽電池モジュール10と第2太陽電池モジュール20を接着させる際に加える温度が高くなりすぎて、太陽電池が破損しやすくなるため好ましくない。
接着層30の融点は、150℃以上であることが好ましい。接着層30の融点が150℃未満であると、太陽電池モジュール100の運転中に接着層が溶融しやすくなってしまう。なお、接着層30の融点は300℃以下が好ましい。接着層30の融点が300℃より高いと、接着層30によって、第1太陽電池モジュール10と第2太陽電池モジュール20を貼り合わせる際に、高温に加熱する必要があり、太陽電池セルが破損しやすくなるため好ましくない。
接着層30としては、樹脂シートが好ましい。接着層30に用いられる具体的なものとしては、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂シート(EVAシート)、ポリビニルブチラール樹脂シート(PVBシート)及びポリオレフィン樹脂シートからなる群より選ばれる1種以上が好ましい。
(絶縁膜)
絶縁膜40は、接着層30と第2太陽電池モジュール20の間に配置され、第2接続配線の接着層30を向く面に設けられている。絶縁膜40の一方の面は、接着層30の第2太陽電池モジュール20を向く面と直接的に接し、かつ、絶縁膜40の一方の面とは反対側の面は、第2接続配線の接着層30を向く面と直接的に接していることが好ましい。絶縁膜40は、第2接続配線と接着層30が非接触になるように配置された絶縁部材である。接着層30に用いられる材料は、長期間の日光照射、高温、多湿等の環境下で使用されると分解されやすい。絶縁膜40を用いない場合、接着層30が分解してしまうと、第1接続配線と第2接続配線がショートしやすくなってしまう。絶縁膜40に分解しにくい材料を用いることで、接着層30が分解してしまっても、第1太陽電池セル11と第2太陽電池セル21がショートし難くなる。
第2接続配線を保護する観点から、絶縁膜40は、さらに、第2接続配線の接着層30を向く面の側面の少なくとも一部と直接的に接していることが好ましい。
絶縁膜40の融点は、200℃以上であることが好ましい。絶縁膜40の融点が低いと接着層30による接着の際に絶縁膜40が溶融しやすいため好ましくない。同観点から、絶縁膜40の融点は、接着層30の融点よりも50℃以上高いことが好ましい。
絶縁膜40は、樹脂、金属酸化物及び金属窒化物からなる群より選ばれる1種以上を含むことが好ましい。これらの物質は、上記絶縁膜40の要件を満たすため好ましい。絶縁膜40は、第2接続配線を覆えばよいため、第2太陽電池モジュール20の全面を覆わなくてもよい。
絶縁膜40は、ポリイミドフィルム、ガラステープ、石英テープ、ポリアミドフィルム、エポキシ樹脂シート及びポリエステルシートからなる群より選ばれる1種以上の膜、若しくは、Si、Al、Ca、Mg、Ga及びGeからなる群より選ばれる1種以上の金属を含む金属酸化物又は金属窒化物の膜であることが好ましい。Si、Al、Ca、Mg、Ga及びGeからなる群より選ばれる1種以上の金属を含む金属酸化物又は金属窒化物の膜としては、具体的には、SiO、SiN、AlO,CaO,MgO、GaO及びGeOからなる群より選ばれる1種以上が好ましい。なお、金属酸化物及び金属窒化物において、0.0<X≦2.5を満たすことが好ましい。
ポリイミドフィルム、ガラステープ、石英テープ、ポリアミドフィルム、エポキシ樹脂シート及びポリエステルシートからなる群より選ばれる1種以上の膜は、第2太陽電池モジュール20の上に配置される。Si、Al、Ca、Mg、Ga及びGeからなる群より選ばれる1種以上の金属を含む金属酸化物又は金属窒化物の膜は、第2接続配線上にスパッタ若しく蒸着によって形成されることが好ましい。
ここで、絶縁膜40の有無による太陽電池モジュールの評価結果を示す。第1太陽電池モジュール10と第2太陽電池モジュール20の間に、接着層30としてEVAシートと、絶縁膜40としてポリイミドフィルムを設けた多接合型太陽電池モジュールを評価した。絶縁膜40の評価のために絶縁膜40を使用しないモジュールについても評価した。温度85℃、湿度85%で数千時間、太陽電池モジュールによる発電を行い、出力の低下率を測定した。図2にポリイミドフィルム有りと、ポリイミドフィルム無しのモジュールにおける、第2太陽電池モジュール20の出力低下率を示す。なお、第2接続配線には、EVAシートが加水分解する際に発生する酢酸によって腐食するCuバスバーを用いた。EVAシートとCu配線を組み合わせることにより、EVAシートの加水分解の影響をCuバスバーの腐食から評価することができる。
ポリイミドフィルムを使用した例では、変換効率の低下が少ないが、ポリイミドフィルムを用いていない例では、変換効率の低下が大きい。EL(エレクトロルミネッセンス)検査を行ったところ、ポリイミドフィルムを用いていない例では、途中から第2接続配線であるCuバスバーに腐食がみられ、接着層30に用いたEVAシートが加水分解していることがわかる。さらに、時間が経過すると、Cuバスバーの腐食が進む。一方、ポリイミドフィルムを用いた例では、Cuバスバーがポリイミドフィルムによって保護されているため、Cuバスバーが腐食しないだけでなく、第1太陽電池セル11と第2太陽電池セル21がショートすることもない。
次に、第1太陽電池モジュール10の光吸収層としてCuGaSe等のカルコパイライト構造を有する化合物半導体層を用い、第2太陽電池モジュール20の光吸収層に結晶Siを用いた多接合型太陽電池モジュール101を例示して、多接合型太陽電池モジュールについて、具体的に説明する。
図3に多接合型太陽電池モジュール101の断面図を示す。図3に示す多接合型太陽電池モジュール101は、第1太陽電池モジュール10(トップセル)、第2太陽電池モジュール20(ボトムセル)、接着層30と絶縁膜40を有する。第1太陽電池モジュール10と第2太陽電池モジュール20の空隙には、例えば、エポキシ樹脂などの充填剤51、52が充填されていることが好ましい。絶縁膜40は、帯状のシートでバスバー22に沿って配置される。
第1太陽電池セル11は、基板12、第1電極13、n型層14、光吸収層15と、第2電極16を有する。なお、光吸収層15は、n型層14よりも光入射側に配置されていてもよい。第1太陽電池モジュール10において、第2電極16によって、各第1太陽電池セル11が電気的に直列に接続している。従って、多接合型太陽電池モジュール101では、第1太陽電池セル11の第2電極11が第1接続配線となる。両端の第1太陽電池セル11は、バスバー17と接続している。バスバー17を介して、第1太陽電池モジュール10で発電した電力が出力される。第1太陽電池モジュール10は、スクライブP1、P2、P3されていて、隣り合う第1太陽電池セル11は、上部側の第1電極13と下部側の第2電極16が接続している。
第2太陽電池モジュール20は、第2太陽電池セル21、バスバー22と保護層23とを有する。各第2太陽電池セル21は、3本のバスバー22で電気的に直列に接続している。バスバー22は、隣り合う第2太陽電池セル21の一方の第2太陽電池セル21の表側(第1太陽電池モジュール10側)と接続し、他方の第2太陽電池セル21の裏側(第1太陽電池モジュール10とは反対側)と接続している。従って、バスバー22が第2接続配線となる。両端のバスバー22を介して、第2太陽電池モジュール20で発電した電力が出力される。図3に示すように、バスバー22は、絶縁膜40に一部埋め込まれていてもよい。バスバー22が絶縁膜40に埋め込まれていると、バスバー22の側面も絶縁膜40と直接的に接しているため、バスバー22と第1太陽電池セル11との絶縁性がより向上する。保護層23は、いわゆるバックシートと呼ばれる層であり、例えばEVAシートである。
第1太陽電池モジュール10と第2太陽電池モジュール20は、接着層30と絶縁膜40を間に挟んでいる。接着層30の第2太陽電池モジュール20を向く面は、絶縁膜40及び第2太陽電池モジュール20の第2接続配線を除く部分と直接的に接し、第1太陽電池モジュール10を向く面は第1太陽電池モジュール10と直接的に接している。接着層30には、絶縁膜40とバスバー22の一部が埋め込まれている。
図4から5の斜視工程図を参照して、多接合型太陽電池モジュール101についてより詳細に説明する。図4は、第2太陽電池モジュール20に絶縁膜40を重ね合わせる工程を示している。3本一組のバスバー22が3列あるため、絶縁膜40は3部存在する。絶縁膜40が、バスバー22を覆い隠すように絶縁膜40と第2太陽電池モジュール20を重ね合わせる。図4から5では、充填剤は図示していない。
図5は、絶縁膜40を重ね合わせた第2太陽電池モジュール20と第1太陽電池モジュール10を接着層30で貼り合わせる工程を示している。絶縁膜40を重ね合わせた第2太陽電池モジュール20と第1太陽電池モジュール10を接着層30で貼り合わせる際に、接着層30の融点に応じて加熱して接着層30を溶融させる。そして、図6の斜視図に示すように、接着層30及び絶縁膜40で第1太陽電池モジュール10と第2太陽電池モジュール20が接合された多接合型太陽電池モジュール101が得られる。接着層30の第2太陽電池モジュール20側は、第2太陽電池モジュール20とバスバー22の両方と直接的に接している。
絶縁膜40が無いと、第1接続配線と第2接続配線の間に、接着層30だけが存在するため、上述のとおり接着層30が劣化した際に、第1接続配線と第2接続配線がショートする可能性が有るが、絶縁膜40を設けることで、配線同士のショートの可能性を減らすことができる。第2太陽電池モジュール20のバスバー22にCuのバスバーを用い、接着層30にEVAを用いたとしても絶縁膜40がCuのバスバーを保護するため、バスバー22の腐食の可能性も低くできる。Cu以外にアルミやアルミ合金などの他の金属材料を使用しても、接着層30と絶縁膜40を併用することで、金属の腐食を防ぐことができる。
次に、第1太陽電池モジュール10の光吸収層としてCuGaSe等のカルコパイライト構造を有する化合物半導体層を用い、第2太陽電池モジュール20の光吸収層としてCu(In、Ga)Se等のカルコパイライト構造を有する化合物半導体層を用いた多接合型太陽電池モジュール102を例示して、多接合型太陽電池モジュールについて、具体的に説明する。
図7に多接合型太陽電池モジュール102の断面図を示す。図7の多接合型太陽電池モジュール102は、図4の多接合型太陽電池モジュール101の変形例である。図7に示す多接合型太陽電池モジュール102は、第1太陽電池モジュール10、第2太陽電池モジュール20、接着層30と絶縁膜40を有する。第1太陽電池モジュール10と第2太陽電池モジュール20の空隙には、例えば、エポキシ樹脂などの充填剤51、52が充填されていることが好ましい。多接合型太陽電池モジュール102のトップセルである第1太陽電池モジュール10は、多接合型太陽電池モジュール101の第1太陽電池モジュール10と同じにしている。絶縁膜40は、帯状のシートで、第2太陽セル21の第2電極28の形状に対応している。
第2太陽電池セル21は、基板24、第1電極25、光吸収層26、n型層27、と、第2電極28を有する。第2太陽電池モジュール20において、第2電極28によって、各第2太陽電池セル21が電気的に直列に接続している。従って、多接合型太陽電池モジュール102では、第2太陽電池セル11の第2電極28が第2接続配線となる。両端の第2太陽電池セル21は、バスバー29と接続している。バスバー29を介して、第2太陽電池モジュール20で発電した電力が出力される。第2太陽電池モジュール20は、スクライブP4、P5、P6されていて、隣り合う第2太陽電池セル21は、上部側の第1電極25と下部側の第2電極28が接続している。
第1太陽電池モジュール10と第2太陽電池モジュール20は、接着層30と絶縁膜40を間に挟んでいる。接着層30の第2太陽電池モジュール20を向く面は、絶縁膜40及び第2太陽電池モジュール20の第2接続配線を除く部分と直接的に接し、第1太陽電池モジュール10を向く面は第1太陽電池モジュール10と直接的に接している。接着層30には、絶縁膜40が埋め込まれている。
図8から9の斜視工程図を参照して、多接合型太陽電池モジュール102についてより詳細に説明する。図8は、第2太陽電池モジュール20に絶縁膜40を重ね合わせる工程を示している。第2太陽電池セルが3列あるため、絶縁膜40は3部存在する。なお、絶縁膜40は、1枚のシートでもよい。絶縁膜40が、バスバー22を覆い隠すように絶縁膜40と第2太陽電池モジュール20を重ね合わせる。
図9は、絶縁膜40を重ね合わせた第2太陽電池モジュール20と第1太陽電池モジュール10を接着層30で貼り合わせる工程を示している。絶縁膜40を重ね合わせた第2太陽電池モジュール20と第1太陽電池モジュール10を接着層30で貼り合わせる際に、接着層30の融点に応じて加熱して接着層30を溶融させる。そして、図10の斜視図に示すように、接着層30及び絶縁膜40で第1太陽電池モジュール10と第2太陽電池モジュール20が接合された多接合型太陽電池モジュール101が得られる。接着層30の第2太陽電池モジュール20側は、第2太陽電池モジュール20とバスバー22の両方と直接的に接している。
図11に多接合型太陽電池モジュール103の斜視展開図を示す。図11の多接合型太陽電池モジュール103は、図4の多接合型太陽電池モジュール101の変形例である。図4の多接合型太陽電池モジュール101と図11の多接合型太陽電池モジュール103で異なる点は、絶縁膜40がシートではなく、スパッタ又は蒸着によって形成された金属酸化物又は金属窒化物の膜である。
(太陽光発電システム)
実施形態の太陽光発電システムは、実施形態の多接合型太陽電池モジュールを用いている。実施形態の多接合型太陽電池モジュールは、太陽光発電システムにおいて、発電を行う発電機として用いることができる。実施形態の太陽光発電システムは、太陽電池モジュールを用いて発電を行うものであって、具体的には、発電を行う太陽電池モジュールと、発電した電気を電力変換する手段と、発電した電気をためる蓄電手段又は発電した電気を消費する負荷とを有する。図12に実施形態の太陽光発電システム200の構成概念図を示す。図12の太陽光発電システムは、太陽電池モジュール201と、コンバーター202と、蓄電池203と、負荷204とを有する。蓄電池203と負荷204は、どちらか一方を省略しても良い。負荷204は、蓄電池203に蓄えられた電気エネルギーを利用することもできる構成にしてもよい。コンバーター202は、DC−DCコンバーター、DC−ACコンバーター、AC−ACコンバーターなど変圧や直流交流変換などの電力変換を行う回路又は素子を含む装置である。コンバーター202の構成は、発電電圧、蓄電池203や負荷204の構成に応じて好適な構成を採用すればよい。
各太陽電池セルで受光して発電し、その電気エネルギーは、コンバーター202で変換され、蓄電池203で蓄えられるか、負荷204で消費される。太陽電池モジュール201には、太陽電池モジュール201を常に太陽に向けるための太陽光追尾駆動装置を設けたり、太陽光を集光する集光体を設けたり、発電効率を向上させるための装置等を付加することが好ましい。
太陽光発電システム200は、住居、商業施設や工場などの不動産に用いられたり、車両、航空機や電子機器などの動産に用いられたりすることが好ましい。実施形態の多接合型太陽電池モジュールを太陽電池モジュール201に用いることで、耐久性の向上が期待される。
以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
第1太陽電池モジュール10の光吸収層にCuGaSeを用い、接着層30にEVAシートを用い、絶縁膜40にポリイミドフィルムを用い、第2太陽電池モジュール20の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
(実施例2)
第1太陽電池モジュール10の光吸収層に亜酸化銅薄膜を用い、接着層30にEVAシートを用い、絶縁膜40にポリイミドフィルムを用い、第2太陽電池モジュール20の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
(実施例3)
第1太陽電池モジュール10の光吸収層にCuGaSeを用い、接着層30にPVBシートを用い、絶縁膜40にガラステープを用い、第2太陽電池モジュール20の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
(実施例4)
第1太陽電池モジュール10の光吸収層に有機薄膜を用い、接着層30にEVAシートを用い、絶縁膜40にスパッタで第2太陽電池セル上のバスバー上に形成したSiを含む酸化物膜を用い、第2太陽電池モジュール20の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
(実施例5)
第1太陽電池モジュール10の光吸収層にペロブスカイト系薄膜を用い、接着層30にEVAシートを用い、絶縁膜40にスパッタで第2太陽電池セル上のバスバー上に形成したAlを含む酸化物膜を用い、第2太陽電池モジュール20の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
(実施例6)
第1太陽電池モジュール10の光吸収層にIn比率の低いCu(In、Ga)(Se、S)を用い、接着層30にEVAシートを用い、絶縁膜40にスパッタで第2太陽電池セル上の第2電極上に形成したSiを含む窒化物膜を用い、第2太陽電池モジュール20の光吸収層にIn比率の低いCu(In、Ga)(Se、S)を用いを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
(実施例7)
第1太陽電池モジュール10の光吸収層にCuGaSeを用い、接着層30にEVAシートを用い、絶縁膜40に石英テープを用い、第2太陽電池モジュール20の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
(比較例1−7)
絶縁膜40を用いないで実施例1−7と同様に多接合型太陽電池モジュールを作製する。
実施例と対応する比較例の多接合型太陽電池モジュールでは、初期の性能に差は無いが、温度85℃、湿度85%で長時間運転することで、実施例の性能劣化が比較例の性能劣化よりも少ない。
以下、実施形態の技術案を付記する。
技術案1
光入射側に配置され、複数の第1太陽電池セルと、前記複数の第1太陽電池セルを電気的に接続する第1接続配線を含む第1太陽電池モジュールと、
複数の第2太陽電池セルと、前記複数の第2太陽電池セルを電気的に接続する第2接続配線を含む第2太陽電池モジュールと、
前記第1太陽電池モジュールと第2太陽電池モジュールの間に接着層と、を有し、
前記第2接続配線の接着層を向く面に、前記接着層の第2太陽電池モジュールを向く面と直接的に接するように絶縁膜が設けられ、
前記第1太陽電池モジュールは、光入射側に基板を含み、前記基板は、前記第1太陽電池モジュールの単一基板であり、
前記第2接続配線は、前記接着層と非接触である多接合型太陽電池モジュール。
技術案2
前記接着層の融点は、前記絶縁膜の融点よりも高い技術案1に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案3
前記接着層の融点は、150℃以上である技術案1又は2に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案4
前記絶縁膜の融点は、200℃以上である技術案1ないし3のいずれか1案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案5
前記絶縁膜の融点は、前記接着層の融点よりも50℃以上高い技術案1ないし4のいずれか1案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案6
前記複数の第1太陽電池セルの光吸収層のバンドギャップは、前記複数の第2太陽電池セルの光吸収層のバンドギャップよりも広い技術案1ないし5のいずれか1案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案7
前記絶縁膜は、樹脂、金属酸化物及び金属窒化物からなる群より選ばれる1種以上を含む技術案1ないし6のいずれか1案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案8
前記接着層は、樹脂シートである技術案1ないし7のいずれか1案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案9
前記絶縁膜は、ポリイミドフィルム、ガラステープ、石英テープ、ポリアミドフィルム、エポキシ樹脂シート及びポリエステルシートからなる群より選ばれる1種以上の膜、若しくは、Si、Al、Ca、Mg、Ga及びGeからなる群より選ばれる1種以上の金属を含む金属酸化物又は金属窒化物の膜である技術案1ないし8のいずれか1案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案10
前記接着層は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂シート、ポリビニルブチラール樹脂シート及びポリオレフィン樹脂シートからなる群より選ばれる1種以上の層である技術案1ないし9のいずれか1案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案11
前記技術案1ないし10のいずれか1案に記載の多接合型太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システム。
明細書中、一部の元素は元素記号のみで表している。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定解釈されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成することができる。例えば、変形例の様に異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
100〜103…多接合型太陽電池モジュール、
10…第1太陽電池モジュール、11…第1太陽電池セル、12…基板、13…、第1電極、14…n型層、15…光吸収層、16…第2電極、17…バスバー、P1〜P3…スクライブ、
20…、第2太陽電池モジュール、21…第2太陽電池セル、22…バスバー、23…保護層、24…基板、25…第1電極、26…光吸収層、27…n型層、28…第2電極、29…バスバー、P4〜P6…スクライブ
30…接着層、
40…絶縁膜、
51…充填剤、52…充填剤

Claims (13)

  1. 光入射側に配置され、複数の第1太陽電池セルと、前記複数の第1太陽電池セルを電気的に接続する第1接続配線を含む第1太陽電池モジュールと、
    複数の第2太陽電池セルと、前記複数の第2太陽電池セルを電気的に接続する第2接続配線を含む第2太陽電池モジュールと、
    前記第1太陽電池モジュールと第2太陽電池モジュールの間に接着層と、を有し、
    前記第2接続配線の接着層を向く面に、前記接着層の第2太陽電池モジュールを向く面と直接的に接するように絶縁膜が設けられ、
    前記第1太陽電池モジュール、前記接着層、前記絶縁膜及び前記第2太陽電池モジュールは、前記第1太陽電池モジュール、前記接着層、前記絶縁膜、前記第2太陽電池モジュールの順に積層し、
    前記第1太陽電池モジュールは、光入射側に基板を含み、前記基板は、前記第1太陽電池モジュールの単一基板であり、
    前記第2接続配線の一部は前記絶縁膜と接していて、
    前記第2接続配線は、前記接着層と非接触である多接合型太陽電池モジュール。
  2. 前記接着層の融点は、前記絶縁膜の融点よりも低い請求項1に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  3. 前記接着層の融点は、150℃以上である請求項1又は2に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  4. 前記絶縁膜の融点は、200℃以上である請求項1ないし3のいずれか1項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  5. 前記絶縁膜の融点は、前記接着層の融点よりも50℃以上高い請求項1ないし4のいずれか1項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  6. 前記複数の第1太陽電池セルの光吸収層のバンドギャップは、前記複数の第2太陽電池セルの光吸収層のバンドギャップよりも広い請求項1ないし5のいずれか1項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  7. 前記絶縁膜は、樹脂、金属酸化物及び金属窒化物からなる群より選ばれる1種以上を含む請求項1ないし6のいずれか1項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  8. 前記接着層は、樹脂シートである請求項1ないし7のいずれか1項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  9. 前記絶縁膜は、ポリイミドフィルム、ガラステープ、石英テープ、ポリアミドフィルム、エポキシ樹脂シート及びポリエステルシートからなる群より選ばれる1種以上の膜、若しくは、Si、Al、Ca、Mg、Ga及びGeからなる群より選ばれる1種以上の金属を含む金属酸化物又は金属窒化物の膜である請求項1ないし8のいずれか1項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  10. 前記接着層は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂シート、ポリビニルブチラール樹脂シート及びポリオレフィン樹脂シートからなる群より選ばれる1種以上の層である請求項1ないし9のいずれか1項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  11. 前記複数の第2太陽電池セルにおいて、隣り合う前記第2太陽電池セルの一方の第2太陽電池セルの表側と他方の第2太陽電池セルの裏側が前記第2接続配線で接続されている請求項1ないし10のいずれか1項に記載の多接合型太陽電池モジュール
  12. 前記複数の第2太陽電池セルの表側に前記第2接続配線が設けられていて、
    前記複数の第2太陽電池セルの表側に設けられている第2接続配線は前記絶縁膜で覆われている請求項1ないし11のいずれか1項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  13. 前記請求項1ないし12のいずれか1項に記載の多接合型太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システム。
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