JP7467352B2 - 太陽電池デバイスおよび太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は、太陽電池デバイス、およびそれを備える太陽電池モジュールに関する。
昨今、両面電極型の太陽電池セルをモジュール化する場合、導電性の接続線を用いることなく、太陽電池セルの一部同士を重ね合わせることで、直接、電気的かつ物理的に接続を行う方式が存在する。このような接続方式はシングリング方式と称され、シングリング方式で電気的に接続された複数の太陽電池セルは太陽電池ストリング（太陽電池デバイス）と称される（例えば、特許文献１参照）。
太陽電池ストリング（太陽電池デバイス）では、太陽電池モジュールにおける限られた太陽電池セル実装面積に、より多くの太陽電池セルが実装可能になり、光電変換のための受光面積が増え、太陽電池モジュールの出力が向上する。また、太陽電池ストリング（太陽電池デバイス）では、太陽電池セル間に隙間が生じず、太陽電池モジュールの意匠性が向上する。
特開２０１７－５１７１４５号公報
出力向上および意匠性向上の観点から、裏面電極型の太陽電池セルをモジュール化する場合にも、シングリング方式を用いて太陽電池セルの一部同士を重ね合わせて接続することが検討されている。
このようなシングリング方式を用いて裏面電極型の太陽電池セルの一部同士を重ね合わせる太陽電池デバイスおよび太陽電池モジュールにおいて、更なる出力向上が望まれている。
本発明は、出力向上および意匠性の向上が可能な太陽電池デバイス、およびそれを備える太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明に係る太陽電池デバイスは、電気的に接続された複数の太陽電池セルを備える太陽電池デバイスであって、複数の太陽電池セルにおける隣り合う太陽電池セルのうちの一方の太陽電池セルの一方端側の一方主面側の一部は、隣り合う太陽電池セルのうちの他方の太陽電池セルの一方端側と反対の他方端側の一方主面側と反対の他方主面側の一部の下に重なっており、複数の太陽電池セルの各々は、半導体基板と、半導体基板の他方主面側の一部に形成されたｐ型半導体層と、半導体基板の他方主面側の他の一部に形成されたｎ型半導体層とを含む裏面接合型の太陽電池セルであり、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層の各々は、複数の枝パターン部と、複数の枝パターン部の一端が接続された幹パターン部とを含み、ｐ型半導体層の幹パターン部は、太陽電池セルの一方端側に配置され、ｐ型半導体層の幹パターン部の一部または全部は、隣り合う太陽電池セルの一部同士が重なり合う重ね合わせ領域に配置される。
本発明に係る太陽電池モジュールは、上記した太陽電池デバイスを備える。
本発明によれば、太陽電池モジュールの出力が向上し、太陽電池モジュールの意匠性が向上する。
本実施形態に係る太陽電池デバイスを備える太陽電池モジュールを裏面側からみた図である。 図１に示す太陽電池モジュールのII-II線断面図である。 図１および図２に示す太陽電池デバイスにおける太陽電池セルを裏面側からみた図である。 図３に示す太陽電池セルのIVA-IVA線断面図である。 図３に示す太陽電池セルのIVB-IVB線断面図である。 図２に示す太陽電池デバイスの重ね合わせ領域付近の拡大断面図であって、図３に示すIVA-IVA線に相当する断面図である。 図２に示す太陽電池デバイスの重ね合わせ領域付近の拡大断面図であって、図３に示すIVB-IVB線に相当する断面図である。 実施例１および比較例１の太陽電池モジュールの出力電流の測定結果を示すグラフである。
以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。
（概要）
一般に、太陽電池セルは、所定の大きさ（例えば、６インチ）の大判半導体基板（例えば、略正方形状）を用いて作製される。このような大判半導体基板は高価であるため、従来、大判半導体基板の縁近傍まで有効利用している。すなわち、大判半導体基板の縁近傍まで電極を形成し、大判半導体基板の縁近傍で光電変換された電流も有効利用している。
しかし、本願発明者の知見によれば、大判半導体基板の縁近傍では、その内部と比較して光電変換効率が低い。また、本願発明者の知見によれば、ｎ型半導体領域よりもｐ型半導体領域の方が、光電変換効率が低い。
将来、大判半導体基板の価格が低下することが予想される。この場合、大判半導体基板の縁近傍まで利用しない方が有効であると考えられる。例えば、シングリング方式を用いて複数の太陽電池セルの一部同士を重ね合わせて接続し、大判半導体基板の内部の実装面積を増やすことが考えられる。
そこで、本願発明者は、大判半導体基板の縁近傍の部分が光電変換に寄与しないように、この縁近傍部分を隣りの太陽電池セルの下に重ね合わせて遮光することを提案する。更に、遮光された縁近傍部分には、ｎ型半導体領域より光電変換効率が低いｐ型半導体領域を配置することを提案する。
（太陽電池モジュール）
図１は、本実施形態に係る太陽電池デバイスを備える太陽電池モジュールを裏面側からみた図であり、図２は、図１に示す太陽電池モジュールのII-II線断面図である。図１では、後述する受光側保護部材３、裏側保護部材４および封止材５が省略されており、後述する接続部材６を透かして示す。図１および図２に示すように、太陽電池モジュール１００は、複数の長方形状の裏面電極型（裏面接合型）の太陽電池セル２をシングリング方式を用いて電気的に接続する太陽電池デバイス（太陽電池ストリングとも称される）１を含む。
太陽電池デバイス１は、受光側保護部材３と裏側保護部材４とによって挟み込まれている。受光側保護部材３と裏側保護部材４との間には、液体状または固体状の封止材５が充填されており、これにより、太陽電池デバイス１は封止される。
封止材５は、太陽電池デバイス１、すなわち太陽電池セル２を封止して保護するもので、太陽電池セル２の受光側の面と受光側保護部材３との間、および、太陽電池セル２の裏側の面と裏側保護部材４との間に介在する。
封止材５の形状としては、特に限定されるものではなく、例えばシート状が挙げられる。シート状であれば、面状の太陽電池セル２の表面および裏面を被覆しやすいためである。
封止材５の材料としては、特に限定されるものではないが、光を透過する特性（透光性）を有すると好ましい。また、封止材５の材料は、太陽電池セル２と受光側保護部材３と裏側保護部材４とを接着させる接着性を有すると好ましい。
このような材料としては、例えば、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／α－オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、または、シリコーン樹脂等の透光性樹脂が挙げられる。
受光側保護部材３は、封止材５を介して、太陽電池デバイス１、すなわち太陽電池セル２の表面(受光面)を覆って、その太陽電池セル２を保護する。
受光側保護部材３の形状としては、特に限定されるものではないが、面状の受光面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。
受光側保護部材３の材料としては、特に限定されるものではないが、封止材５同様に、透光性を有しつつも紫外光に耐性の有る材料が好ましく、例えば、ガラス、または、アクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂が挙げられる。また、受光側保護部材３の表面は、凹凸状に加工されていても構わないし、反射防止コーティング層で被覆されていても構わない。これらのようになっていると、受光側保護部材３は、受けた光を反射させ難くして、より多くの光を太陽電池デバイス１に導けるためである。
裏側保護部材４は、封止材５を介して、太陽電池デバイス１、すなわち太陽電池セル２の裏面を覆って、その太陽電池セル２を保護する。
裏側保護部材４の形状としては、特に限定されるものではないが、受光側保護部材３同様に、面状の裏面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。
裏側保護部材４の材料としては、特に限定されるものではないが、水等の浸入を防止する（遮水性の高い）材料が好ましい。例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、オレフィン系樹脂、含フッ素樹脂、若しくは含シリコーン樹脂等の樹脂フィルム、またはガラス、ポリカーボネート、アクリル等の透光性を有する板状の樹脂部材と、アルミニウム箔等の金属箔との積層体が挙げられる。
（太陽電池デバイス）
太陽電池デバイス１では、太陽電池セル２の端部の一部が重なり合うことにより、太陽電池セル２が直列に接続される。具体的には、隣り合う太陽電池セル２，２のうちの一方の太陽電池セル２のＸ方向における一方端側（例えば図２において左端側）の一方主面側（例えば受光面側）の一部は、他方の太陽電池セル２のＸ方向における他方端側（上述の一方端側と反対の他方端側、例えば図２において右端側）の他方主面側（上述の一方主面側と反対の他方主面側、例えば裏面側）の一部の下に重なる。太陽電池セル２の一方端側の裏面側には、パッド電極部２８ｐ（後述）が形成され、太陽電池セル２の他方端側の裏面側には、パッド電極部３８ｐ（後述）が形成される。一方の太陽電池セル２の一方端側の裏面側のパッド電極部２８ｐは、接続部材６を介して、他方の太陽電池セル２の他方端側の裏面側のパッド電極部３８ｐと電気的に接続される。
このように、瓦を屋根に葺いたように、複数の太陽電池セル２が一様にある方向にそろって傾く堆積構造となることから、このようにして太陽電池セル２を電気的に接続する方式を、シングリング方式と称する。また、ひも状につながった複数の太陽電池セル２を、太陽電池ストリング（太陽電池デバイス）と称する。
なお、上述したように、シングリング方式を用いて両面電極型の太陽電池セルの一部同士を重ね合わせて接続する場合、導電性の接続線が不要となる。一方、シングリング方式を用いて裏面電極型の太陽電池セルの一部同士を重ね合わせて接続する場合には、パッド電極間を接続する導電性の接続線（例えば、接続部材６）が必要となる。これより、シングリング方式とは、導電性の接続線の有無によらず、太陽電池セルの一部同士を重ね合わせて接続する方式をいう。
以下では、隣り合う太陽電池セル２，２が重なり合う領域を、重ね合わせ領域Ｒｏという。
接続部材６は、隣り合う太陽電池セル２，２間に架け渡るように配置され、隣り合う太陽電池セル２，２同士を電気的に接続する。接続部材６のＸ方向における一方端部（例えば図２において右端部）は、一方の太陽電池セル２のＸ方向における一方端側（例えば２において左端側）の裏面側のパッド電極部２８ｐに電気的に接続される。接続部材６のＸ方向における他方端部（例えば図２において左端部）は、他方の太陽電池セル２のＸ方向における他方端側（例えば図２において右端側）の裏面側のパッド電極部３８ｐに電気的に接続される。
隣り合う太陽電池セル２，２同士を電気的に接続する方法としては、重ね合わせ領域Ｒｏにおいて、一方の太陽電池セル２の一方端側の受光面側と他方の太陽電池セル２の他方端側の裏面側との間に接続部材を介在させて直接的に接続する方法がある。
これに対して、本実施形態では、太陽電池セル２の端面同士を直接的に接続しない構成である。これにより、裏面電極型の太陽電池セル２の電極設計の自由度が向上する。
接続部材６としては、低融点金属、錫、若しくははんだを被覆した銅芯材で形成されたリボン線、複数の金属素線で編まれた断面扁平形状の編組線、または、銅を主成分とする材料を含み、厚さ１０μｍ以上５０μｍ以下の箔状材料等が挙げられる。接続部材６とパッド電極部２８ｐ、３８ｐとの接続には、低融点金属粒子または金属微粒子を内包した熱硬化性樹脂フィルムで形成された導電性フィルム、低融点金属微粒子若しくは金属微粒子とバインダーとで形成された導電性接着剤、または、はんだ粒子を含有するはんだペースト等が用いられる。このような接続部材６の一例としては、エポキシ樹脂またはウレタンアクリレート等のオリゴマー成分を含有するＡｇペーストまたはＣｕペーストが挙げられる。
なお、重ね合わせ領域Ｒｏにおいて、隣り合う太陽電池セル２，２間には、絶縁部材９が介在していてもよい。
太陽電池デバイス１の詳細は後述する。以下、太陽電池デバイス１における太陽電池セル２について説明する。
（太陽電池セル）
図３は、図１および図２に示す太陽電池デバイス１における太陽電池セル２を裏面側からみた図である。図３に示す太陽電池セル２は、長方形状の裏面電極型（裏面接合型）の太陽電池セルである。太陽電池セル２は、一方主面側(例えば受光面側)と、その反対の他方主面側(例えば裏面側)の２つの主面を有する半導体基板１１を備え、半導体基板１１の他方主面においてｐ型領域（第１導電型領域）７とｎ型領域（第２導電型領域）８とを有する。
ｐ型領域７は、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数の歯部７ｆと、櫛歯の支持部に相当する櫛背部７ｂとを有する。櫛背部７ｂは、半導体基板１１の一方端側の辺部に沿ってＹ方向（第２方向）に延在し、歯部７ｆは、櫛背部７ｂから、Ｙ方向に交差するＸ方向（第１方向）に延在する。
同様に、ｎ型領域８は、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数の歯部８ｆと、櫛歯の支持部に相当する櫛背部８ｂとを有する。櫛背部８ｂは、半導体基板１１の一方端側の辺部に対向する他方端側の辺部に沿ってＹ方向に延在し、歯部８ｆは、櫛背部８ｂからＸ方向に延在する。
歯部７ｆと歯部８ｆとは、Ｙ方向に交互に設けられている。
なお、ｐ型領域７およびｎ型領域８は、ストライプ状に形成されてもよい。
図４Ａは、図３に示す太陽電池セル２のIVA-IVA線断面図であり、図４Ｂは、図３に示す太陽電池セル２のIVB-IVB線断面図である。図４Ａおよび図４Ｂに示すように、太陽電池セル２は、半導体基板１１の主面のうちの受光する側の主面である受光面側に順に積層されたパッシベーション層１３および反射防止層１５を備える。また、太陽電池セル２は、半導体基板１１の主面のうちの受光面の反対側の主面（他方主面）である裏面側の一部（主に、ｐ型領域７）に順に積層されたパッシベーション層２３、ｐ型半導体層（第１導電型半導体層）２５、透明電極層２７および第１電極層２８を備える。また、太陽電池セル２は、半導体基板１１の裏面側の他の一部（主に、ｎ型領域８）に順に積層されたパッシベーション層３３、ｎ型半導体層（第２導電型半導体層）３５、透明電極層３７および第２電極層３８を備える。
半導体基板１１は、単結晶シリコンまたは多結晶シリコン等の結晶シリコン材料で形成される。半導体基板１１は、例えば結晶シリコン材料にｎ型ドーパントがドープされたｎ型の半導体基板である。ｎ型ドーパントとしては、例えばリン（Ｐ）が挙げられる。
半導体基板１１は、受光面側からの入射光を吸収して光キャリア（電子および正孔）を生成する光電変換基板として機能する。
半導体基板１１の材料として結晶シリコンが用いられることにより、暗電流が比較的に小さく、入射光の強度が低い場合であっても比較的高出力（照度によらず安定した出力）が得られる。
半導体基板１１は、所定の大きさの大判半導体基板を分割したうちの１つである。所定の大きさとは、半導体ウェハの所定の大きさ（例えば６インチ）で定まる大きさである。
例えば、６インチの大判半導体基板の場合、この大判半導体基板を所定の一方向に４個以上１０個以下に分割する。
パッシベーション層１３は、半導体基板１１の受光面側に形成されている。パッシベーション層２３は、半導体基板１１の裏面側のｐ型領域７に形成されている。パッシベーション層３３は、半導体基板１１の裏面側のｎ型領域８に形成されている。
パッシベーション層１３，２３，３３は、例えば真性（ｉ型）アモルファスシリコン材料で形成される。
パッシベーション層１３，２３，３３は、半導体基板１１で生成されたキャリアの再結合を抑制し、キャリアの回収効率を高める。
半導体基板１１の受光面側のパッシベーション層１３上には、反射防止層１５が形成されてもよい。反射防止層１５は、例えばＳｉＯ、ＳｉＮ、またはＳｉＯＮ等の材料で形成される。
ｐ型半導体層２５は、パッシベーション層２３上に、すなわち半導体基板１１の裏面側のｐ型領域７に形成されている。すなわち、ｐ型半導体層２５は、図３（および図１）に示すように、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数の歯部（枝パターン部）２５ｆと、櫛歯の支持部に相当し、複数の歯部２５ｆの一端が接続された櫛背部（幹パターン部）２５ｂとを有する。櫛背部２５ｂは、半導体基板１１の一方端側の辺部に沿ってＹ方向に延在し、歯部２５ｆは、櫛背部２５ｂからＸ方向に延在する。
ｎ型半導体層３５は、パッシベーション層３３上に、すなわち半導体基板１１の裏面側のｎ型領域８に形成されている。すなわち、ｎ型半導体層３５は、図３（および図１）に示すように、いわゆる櫛型の形状であり、櫛歯に相当する複数の歯部（枝パターン部）３５ｆと、櫛歯の支持部に相当し、複数の歯部３５ｆの一端が接続された櫛背部（幹パターン部）３５ｂとを有する。櫛背部３５ｂは、半導体基板１１の他方の辺部に沿ってＹ方向に延在し、歯部３５ｆは、櫛背部３５ｂからＸ方向に延在する。
櫛背部２５ｂ，３５ｂの幅は、歯部２５ｆ，３５ｆの幅よりも広い。これにより、複数の歯部２５ｆからの電流が集中する櫛背部２５ｂの抵抗損失が低減され、同様に、複数の歯部３５ｆからの電流が集中する櫛背部３５ｂの抵抗損失が低減される。その結果、電極の抵抗由来の太陽電池セル２の出力ロスが低減される。
櫛背部２５ｂ，３５ｂの幅とは、長手方向（Ｙ方向）に交差する方向（Ｘ方向）の幅であり、歯部２５ｆ，３５ｆの幅とは、長手方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）の幅である。
ｐ型半導体層２５は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。ｐ型半導体層２５は、例えばアモルファスシリコン材料にｐ型ドーパントがドープされたｐ型の半導体層である。ｐ型ドーパントとしては、例えばホウ素（Ｂ）が挙げられる。
ｎ型半導体層３５は、例えばアモルファスシリコン材料で形成される。ｎ型半導体層３５は、例えばアモルファスシリコン材料にｎ型ドーパント（例えば、上述したリン（Ｐ））がドープされたｎ型の半導体層である。
透明電極層２７は、ｐ型半導体層２５上に、すなわち半導体基板１１の裏面側のｐ型領域７に形成されている。透明電極層３７は、ｎ型半導体層３５上に、すなわち半導体基板１１の裏面側のｎ型領域８に形成されている。透明電極層２７，３７は、透明な導電性材料で形成される。透明導電性材料としては、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムおよび酸化スズの複合酸化物）等が挙げられる。
第１電極層２８は、透明電極層２７上に、すなわち半導体基板１１の裏面側のｐ型領域７に形成される。すなわち、第１電極層２８は、図３（および図１）に示すように、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー電極部（枝パターン電極部）２８ｆと、櫛歯の支持部に相当し、複数のフィンガー電極部２８ｆの一端が接続されたバスバー電極部（幹パターン電極部）２８ｂとを有する。バスバー電極部２８ｂは、ｐ型半導体層２５の櫛背部２５ｂに対応し、半導体基板１１のＸ方向の一方端側の辺部に沿ってＹ方向に延在する。フィンガー電極部２８ｆは、ｐ型半導体層２５の歯部２５ｆに対応し、バスバー電極部２８ｂからＸ方向に延在する。
第２電極層３８は、透明電極層３７上に、すなわち半導体基板１１の裏面側のｎ型領域８に形成される。すなわち、第２電極層３８は、図３（および図１）に示すように、いわゆる櫛型の形状をなし、櫛歯に相当する複数のフィンガー電極部（枝パターン電極部）３８ｆと、櫛歯の支持部に相当し、複数のフィンガー電極部３８ｆの一端が接続されたバスバー電極部（幹パターン電極部）３８ｂとを有する。バスバー電極部３８ｂは、ｎ型半導体層３５の櫛背部３５ｂに対応し、半導体基板１１のＸ方向の他方端側の辺部に沿ってＹ方向に延在する。フィンガー電極部３８ｆは、ｎ型半導体層３５の歯部３５ｆに対応し、バスバー電極部３８ｂからＸ方向に延在する。
第１電極層２８では、バスバー電極部２８ｂが、接続部材６の一方端部を接続するためのパッド電極部２８ｐを含む。一方、第２電極層３８では、フィンガー電極部３８ｆの少なくとも１つが、接続部材６の他方端部を接続するためのパッド電極部３８ｐを含む。
第１電極層２８および第２電極層３８は、金属材料で形成される。金属材料としては、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｌおよびこれらの合金が用いられる。第１電極層２８および第２電極層３８は、例えば、銀等の金属粉末を含有する導電性ペースト材料で形成される。
以下、太陽電池デバイス１および太陽電池セル２の詳細について説明する。
（太陽電池デバイスおよび太陽電池セルの詳細）
図５Ａは、図２に示す太陽電池デバイス１の重ね合わせ領域Ｒｏ付近の拡大断面図であって、図３に示すIVA-IVA線に相当する断面図である。図５Ｂは、図２に示す太陽電池デバイス１の重ね合わせ領域Ｒｏ付近の拡大断面図であって、図３に示すIVB-IVB線に相当する断面図である。図５Ａ、図５Ｂ、図３、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、太陽電池セル２の一方端側（各図において左端側）の重ね合わせ領域Ｒｏは、非電極領域Ｒｏ１を含む。
太陽電池セル２の裏面側において、太陽電池セル２の一方端側の非電極領域Ｒｏ１には、第１電極層２８のバスバー電極部２８ｂおよびパッド電極部２８ｐ等の電極が形成されていない。
ここで、非電極領域に「電極が形成されていない」とは、太陽電池セル２から出力電流を取り出すために機能する金属電極層が形成されていないことを意味する。すなわち、非電極領域には、マーキング等、出力電流の取り出し以外のために機能する金属電極層が形成されていてもよい。
非電極領域Ｒｏ１とは、太陽電池セル２のＸ方向の一方端側の長辺から、太陽電池セル２の短辺の全長（Ｘ方向の長さ）の５％以上５０％以下であり、かつ、太陽電池セル２の長辺の中心（Ｙ方向の中心）に対して、太陽電池セル２の長辺の全長（Ｙ方向の長さ）の６０％以上１００％以下である領域である。
すなわち、非電極領域Ｒｏ１は、太陽電池セル２の長辺の全長（Ｙ方向の長さ）の６０％以上１００％以下の長さである第１長Ｌ１と、太陽電池セル２の短辺の全長（Ｘ方向の長さ）の５％以上５０％以下の長さである第２長Ｌ２とを、縦横の大きさとして特定される。そして、非電極領域Ｒｏ１は、太陽電池セル２の長辺の中心（Ｙ方向の中心）を縦方向の中心とした第１長Ｌ１を縦の大きさとし、太陽電池セル２のＸ方向の一方端側の長辺から第２長Ｌ２を横の大きさとして、特定される。
金属電極層が形成されない非電極領域Ｒｏ１は、連続した１つの領域であってもよいし、島状（非連続）の複数の領域であってもよい。
非電極領域Ｒｏ１の大きさ（例えば、総面積）は、重ね合わせ領域Ｒｏの大きさ（例えば、総面積）に対して２０％以上１００％以下、好ましくは５０％以上９５％以下、さら好ましくは７０％以上９０％以下である。
第１電極層２８のバスバー電極部（幹パターン電極部）２８ｂおよびパッド電極部２８ｐの一部または全部は、非電極領域Ｒｏ１を除く重ね合わせ領域Ｒｏに配置される。具体的には、第１電極層２８のバスバー電極部２８ｂおよびパッド電極部２８ｐは、一方端側の裏面側の重ね合わせ領域Ｒｏにおいて、非電極領域Ｒｏ１に隣接して形成される。
一方、ｐ型半導体層２５の櫛背部（幹パターン部）２５ｂは、太陽電池セル２のＸ方向の一方端側（例えば、図２、図５Ａおよび図５Ｂにおいて左端側）に配置され、ｐ型半導体層２５の櫛背部（幹パターン部）２５ｂの一部または全部は、非電極領域Ｒｏ１を含む重ね合わせ領域Ｒｏに配置される。
重ね合わせ領域ＲｏのＸ方向の幅は、０．５ｍｍ以上である。
なお、非電極領域Ｒｏ１において、太陽電池セル２の一方端側の裏面側には、パッシベーション層２３が形成されていてもよいし、ｐ型半導体層２５が形成されていてもよいし、透明電極層２７が形成されていてもよい。
これによれば、これらの層を形成する際に、パターニングのためのマスクが不要となる。また、透明電極層２７が形成されると、耐湿性が向上する。
以上説明したように、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、隣り合う太陽電池セル２，２のうちの一方の太陽電池セル２のＸ方向の一方端側（例えば、図２、図５Ａおよび図５Ｂにおいて左端側）の受光面側の一部が、他方の太陽電池セル２のＸ方向の他方端側（例えば、図２、図５Ａおよび図５Ｂにおいて右端側）の裏面側の一部の下に重なるように、シングリング方式を用いて複数の太陽電池セル２が電気的に接続される。これにより、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００における限られた太陽電池セル実装面積に、より多くの太陽電池セル２が実装可能になり、光電変換のための受光面積が増え、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の出力が向上する。また、太陽電池セル２間に隙間が生じることがなく、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の意匠性が向上する。
また、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、裏面電極型（裏面接合型）の太陽電池セルを用いるので、電極や配線が視認されず、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の意匠性が更に向上する。
また、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、ｎ型半導体層３５と比較して発電効率が低いｐ型半導体層２５の櫛背部（幹パターン部）２５ｂが、太陽電池セル２の一方端側（例えば、図２、図５Ａおよび図５Ｂにおいて左端側）に配置され、ｐ型半導体層２５の櫛背部（幹パターン部）２５ｂの一部または全部は、隣り合う太陽電池セル２，２の一部同士が重なり合う重ね合わせ領域Ｒｏに配置される。すなわち、隣り合う太陽電池セル２，２のうちの一方の太陽電池セル２のｐ型半導体層２５の櫛背部（幹パターン部）２５ｂの一部または全部は、重ね合わせ領域Ｒｏにおいて他方の太陽電池セル２の下に配置される。これにより、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の光電変換効率が向上し、出力が向上する。
例えば、本願発明者の知見によれば、大判半導体基板の縁から０．５ｍｍまでの縁部分において、その内部よりも光電変換効率が低い。
本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、太陽電池セル２は、太陽電池セル２の配列方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿う長辺を有する長方形状であり、重ね合わせ領域ＲｏのＸ方向の幅は０．５ｍｍ以上である。これにより、電極の抵抗由来の太陽電池セル２の出力ロスの低減効果、および、大判半導体基板の縁部分の低光電変換効率に起因する太陽電池セル２の光電変換効率低下の低減効果が大きくなる。
また、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、半導体基板１１は、所定の大きさの大判半導体基板を分割したうちの１つであり、大判半導体基板の縁部は、太陽電池セル２の一方端側に配置され、かつ、重ね合わせ領域Ｒｏに配置される。このように、大判半導体基板の縁部に対応する太陽電池セル２の一方端側を隠す配置とすることにより、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００としての光電変換効率が向上する。
上述したように、太陽電池セル２の半導体基板１１としては、大判半導体基板を所定の一方向に分割したうちの１つが使用されるが、大判半導体基板の４隅には切り欠きがある。
本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、太陽電池セル２は、太陽電池セル２の配列方向（Ｘ方向）に交差する方向（Ｙ方向）に沿う長辺を有する長方形状であり、切り欠き部は重ね合わせ領域Ｒｏに配置される。このように、４隅に切り欠きがある太陽電池セル２が使用されても、切り欠き部が隣りの太陽電池セル２の下に配置される。これにより、受光面側から切り欠き部が視認されず、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の意匠性が向上する。
また、本実施形態の太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００によれば、遮光される太陽電池セル２の一方端側の重ね合わせ領域Ｒｏにおける縁近傍の非電極領域Ｒｏ１には電極が形成されない。これにより、電極の抵抗由来の太陽電池セル２の出力ロスが低減する。また、シングリング方式を用いて太陽電池セル２を接続する場合に、遮光される一方端側の重ね合わせ領域Ｒｏで発生する暗電流に起因する太陽電池セル２の光電変換効率の低下が低減される。その結果、太陽電池デバイス１および太陽電池モジュール１００の出力が向上する。
なお、上述したように、非電極領域Ｒｏ１には、少なくとも金属電極層である第１電極層２８が形成されていなければよく、透明電極層２７が形成されていてもよい。非電極領域Ｒｏ１に透明電極層が形成されても、重ね合わせ領域Ｒｏにおける暗電流に起因する光電変換効率の低下抑制効果がある程度期待できるが、非電極領域Ｒｏ１に透明電極層も形成されないと、重ね合わせ領域Ｒｏにおける暗電流に起因する光電変換効率の低下抑制効果がより大きく期待できる。
さらに、非電極領域Ｒｏ１に透明電極層が形成されないと、透明電極層を製膜する際にパッシベーション性が悪化するのを抑制することもできる。なお、非電極領域Ｒｏ１に透明電極層が形成されない場合、パッシベーション性の悪化の抑制と、耐湿性の悪化とはトレードオフの関係となる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、結晶シリコン材料にｎ型ドーパントがドープされたｎ型の半導体基板１１を有する太陽電池セル２を含む太陽電池デバイス１を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、結晶シリコン材料にｐ型ドーパントがドープされたｐ型半導体基板を有する太陽電池セル等の種々の太陽電池セルを含む太陽電池デバイスにも適用可能である。
また、本実施形態では、結晶シリコン材料を用いた太陽電池セル２を例示したが、これに限定されない。例えば、太陽電池セルの材料としては、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）等の種々の材料が用いられてもよい。
また、上述した実施形態では、図４Ａおよび図４Ｂに示すようにヘテロ接合型の太陽電池セル２を含む太陽電池デバイス１を例示した。しかし、本発明はこれに限定されず、ホモ接合型の太陽電池セル等の種々の太陽電池セルを含む太陽電池デバイスにも適用可能である。
また、本実施形態では、隣り合う太陽電池セル２，２間に絶縁部材９が介在する太陽電池デバイス１を例示したが、太陽電池デバイスでは、隣り合う太陽電池セル２，２間に絶縁部材９が介在せずともよい。
また、上述した実施形態では、太陽電池モジュール１００は、単数の太陽電池デバイス１を備える形態を例示したが、太陽電池モジュール１００は、例えばＹ方向に配列された複数の太陽電池デバイス１を備えてもよい。
以下、実施例に基づいて本発明を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）
図３、図４Ａおよび図４Ｂに示す太陽電池セル２を実施例１として作製した。実施例１の太陽電池セル２の主な構成は以下の通りである。
第１導電型半導体層２５：ｐ型半導体層
第２導電型半導体層３５：ｎ型半導体層
非電極領域Ｒｏ１の幅：０．５ｍｍ
パッド電極部２８ｐおよびバスバー電極部２８ｂの幅：１．０ｍｍ
次に、図１および図２に示す太陽電池デバイス１を、すなわち、隣り合う太陽電池セル２，２のうちの一方の太陽電池セル２の一方端側のｐ型半導体層２５の櫛背部（幹パターン部）２５ｂが、他方の太陽電池セル２の他方端側の一部の下に重なる（隠れる）太陽電池デバイス１を実施例１として作製した。
実施例１の太陽電池デバイス１では、太陽電池セル２の一方端側の重ね合わせ領域Ｒｏの幅を０．０ｍｍ，１．０ｍｍ，１．５ｍｍ，２．０ｍｍに可変した。
（比較例１）
以下の点を除いて、実施例１と同様にして比較例１の太陽電池セルを作製した。
第１導電型半導体層２５：ｎ型半導体層
第２導電型半導体層３５：ｐ型半導体層
次に、実施例１と同様にして比較例１の太陽電池デバイスを、すなわち、隣り合う太陽電池セルのうちの一方の太陽電池セルの一方端側のｎ型半導体層の櫛背部（幹パターン部）が、他方の太陽電池セルの他方端側の一部の下に重なる（隠れる）太陽電池デバイスを作製した。
比較例１の太陽電池デバイスでも、太陽電池セルの一方端側の重ね合わせ領域の幅を０．０ｍｍ，１．０ｍｍ，１．５ｍｍ，２．０ｍｍに可変した。
以上のように作製した実施例１および比較例１の太陽電池モジュールの出力フィルファクターを測定した。
その結果を表１および図６に示す。表１および図６では、実施例１および比較例１の重ね合わせ領域の幅０．０ｍｍの太陽電池デバイスの出力フィルファクターを１００％とした場合の相対比率で、実施例１および比較例１の重ね合わせ領域Ｒｏの幅１．０ｍｍ，１．５ｍｍ，２．０ｍｍの太陽電池デバイスの出力フィルファクターを示した。
また、図６では、太陽電池セルの重ね合わせ領域の幅に対する太陽電池デバイスの出力フィルファクター（向上率％）を示す。図６では、実施例１の太陽電池デバイスの出力フィルファクター（向上率％）を「●」で示し、比較例１の太陽電池デバイスの出力フィルファクター（向上率％）を「×」で示す。
Figure 0007467352000001
表１および図６によれば、太陽電池セル同士を重ね合わさない場合（重ね合わせ領域の幅０．０ｍｍ）と比較して、太陽電池セル同士を重ね合わせると、太陽電池デバイスの出力フィルファクターが向上した。また、非電極領域Ｒｏ１（幅０．５ｍｍ）およびバスバー電極部２８ｂおよびパッド電極部２８ｐ（幅１．０ｍｍ）の全てが重ね合わせ領域Ｒｏに配置されると、太陽電池デバイスの出力フィルファクターの向上率が最も大きかった。
更に、ｎ型半導体層を隠した比較例１と比較して、ｐ型半導体層を隠した実施例１の太陽電池デバイスの出力フィルファクターの向上率が大きかった。
１ 太陽電池デバイス
２ 太陽電池セル
３ 受光側保護部材
４ 裏側保護部材
５ 封止材
６ 接続部材
７ ｐ型領域（第１導電型領域）
８ ｎ型領域（第２導電型領域）
７ｂ，８ｂ 櫛背部
７ｆ，８ｆ 歯部
９ 絶縁部材
１１ 半導体基板
１３，２３，３３ パッシベーション層
２５ ｐ型半導体層（第１導電型半導体層）
２５ｂ 櫛背部（幹パターン部）
２５ｆ 歯部（枝パターン部）
２７ 透明電極層
２８ 第１電極層
２８ｂ バスバー電極部（幹パターン電極部）
２８ｆ フィンガー電極部（枝パターン電極部）
２８ｐ パッド電極部
３５ ｎ型半導体層（第２導電型半導体層）
３５ｂ 櫛背部（幹パターン部）
３５ｆ 歯部（枝パターン部）
３７ 透明電極層
３８ 第２電極層
３８ｂ バスバー電極部（幹パターン電極部）
３８ｆ フィンガー電極部（枝パターン電極部）
３８ｐ パッド電極部
１００ 太陽電池モジュール
Ｒｏ 重ね合わせ領域
Ｒｏ１ 非電極領域

Claims (8)

  1. 電気的に接続された複数の太陽電池セルを備える太陽電池デバイスであって、
    前記複数の太陽電池セルにおける隣り合う太陽電池セルのうちの一方の太陽電池セルの一方端側の一方主面側の一部は、前記隣り合う太陽電池セルのうちの他方の太陽電池セルの前記一方端側と反対の他方端側の前記一方主面側と反対の他方主面側の一部の下に重なっており、
    前記複数の太陽電池セルの各々は、半導体基板と、前記半導体基板の前記他方主面側の一部に形成されたｐ型半導体層と、前記半導体基板の前記他方主面側の他の一部に形成されたｎ型半導体層とを含む裏面接合型の太陽電池セルであり、
    前記ｐ型半導体層および前記ｎ型半導体層の各々は、複数の枝パターン部と、前記複数の枝パターン部の一端が接続された幹パターン部とを含み、
    前記ｐ型半導体層の前記幹パターン部は、前記太陽電池セルの前記一方端側に配置され、
    前記ｐ型半導体層の前記幹パターン部の一部または全部は、前記隣り合う太陽電池セルの一部同士が重なり合う重ね合わせ領域に配置されており、
    前記複数の太陽電池セルの各々は、前記ｐ型半導体層に対応する第１電極層と、前記ｎ型半導体層に対応する第２電極層とを備え、
    前記第１電極層および第２電極層は、前記枝パターン部に対応する枝パターン電極部と、前記幹パターン部に対応し、前記複数の枝パターン電極部の一端が接続された幹パターン電極部とを含み、
    前記第１電極層の前記幹パターン電極部の一部または全部は、前記重ね合わせ領域に配置されており、
    前記重ね合わせ領域は、前記太陽電池セルの前記一方端側の前記他方主面側において前記第１電極層の前記幹パターン電極部が形成されていない非電極領域を含み、
    前記非電極領域において、前記太陽電池セルの前記一方端側の前記他方主面側には、前記ｐ型半導体層が形成されており、
    前記太陽電池セルは、前記太陽電池セルの配列方向に交差する方向に沿う長辺と、前記太陽電池セルの配列方向に沿う短辺とを有する長方形状であり、
    前記非電極領域の前記配列方向の幅は、前記太陽電池セルの前記配列方向の一方端側の前記長辺から、前記太陽電池セルの前記短辺の全長の５％以上５０％以下であり、
    前記重ね合わせ領域の幅は、０．５ｍｍ以上であり、
    前記非電極領域の大きさは、前記重ね合わせ領域の大きさに対して２０％以上１００％以下である、
    太陽電池デバイス。
  2. 前記ｐ型半導体層の前記幹パターン部の幅は、前記枝パターン部の幅よりも広い、請求項１に記載の太陽電池デバイス。
  3. 前記隣り合う太陽電池セル間に架け渡っており、前記隣り合う太陽電池セル同士を電気的に接続する導電性接続部材を含む、請求項１または２に記載の太陽電池デバイス。
  4. 前記非電極領域において、前記太陽電池セルの前記一方端側の前記他方主面側には、透明電極層が形成されている、
    請求項１または２に記載の太陽電池デバイス。
  5. 前記非電極領域において、前記太陽電池セルの前記一方端側の前記他方主面側には、パッシベーション層が形成されている、
    請求項１、２および４のいずれか１項に記載の太陽電池デバイス。
  6. 前記長辺の両端部には、前記半導体基板が切り欠かれた切り欠き部があり、
    前記切り欠き部は、前記重ね合わせ領域に配置される、
    請求項１～５のいずれか１項に記載の太陽電池デバイス。
  7. 前記半導体基板は、所定の大きさの大判半導体基板を分割したうちの１つであり、
    前記大判半導体基板の縁部は、前記太陽電池セルの前記一方端側に配置され、かつ、前記重ね合わせ領域に配置される、
    請求項１～６のいずれか１項に記載の太陽電池デバイス。
  8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の太陽電池デバイスを備える太陽電池モジュール。
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