JPH07297438A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光電変換効率を大幅に改善できる太陽電池モ
ジュールを提供する。 【構成】 ステンレス線材から成る第一集電極１の外周
面に順次製膜された第III型半導体（ｐ型アモルファス
シリコン：a-Si）層2'、第Ｉ型半導体（ｉ型a-Si）層
２、第II型半導体（ｎ型微結晶Si）層３、透明導電性膜
４とでフィラメント構造体10を構成し、表面側に断面放
物線形状の複数の凹溝60を有し銀メッキされた銅板製第
二集電極（第二電極）６の各凹溝内の焦点ゾーンに上記
フィラメント構造体を銀ペースト11を介して配置かつ接
合したことを特徴とする太陽電池モジュール。このモジ
ュールによれば凹溝が凹面鏡として作用しかつ凹溝内の
焦点ゾーンにフィラメント構造体が配置されているた
め、各フィラメント構造体の光入射側に位置する半導体
接合層への光入射と光入射側と反対側に位置する半導体
接合層への光入射とが略均等になり光電変換効率が大幅
に向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は複数の太陽電池を集合し
て成る太陽電池モジュールに係り、特に光電変換効率を
大幅に向上できる太陽電池モジュールの改良に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】従来、太陽電池としては、平板状の単結
晶シリコン又は多結晶シリコン（結晶シリコン）を基板
として加工したもの、アモルファスシリコンをガラス等
の透明基板又は金属板等の導電性基板上に薄膜として製
膜したもの、化合物半導体を平板状又は薄膜状に加工し
その表裏に集電極を形成したもの等が知られている。

【０００３】そして、これ等従来の太陽電池は、そのい
ずれもが図１５に示すように複数の半導体層ｄにより構
成された半導体接合層ｃの表裏面に一対の集電極ａ、ｂ
を配置した構造になっているため、光入射側に設けられ
た集電極ａ（表面電極）が半導体接合層ｃに入射される
光の一部を遮ってしまい、その分、光電変換効率の向上
を図る上において障害になる問題があった。また、この
問題を軽減しようとして上記集電極ａをより細く若しく
は集電極ａ間の間隔をより広げる方法も検討されたが、
このような構成にすると直列抵抗が大きくなりその光電
変換効率が低下するという問題を生じた。

【０００４】そこで、半導体接合層ｃの光入射面が上記
表面電極により覆われない構造の太陽電池として、特開
昭５９−１２５６７０号公報や特開昭６３−２３２４６
７号公報等に記載された太陽電池モジュールが開発され
ている。すなわち、この太陽電池モジュールは、図１６
〜図１７に示すように線状の第一集電極a'とこの長さ方
向に沿ってその外周面に設けられ光起電力能を有する半
導体接合層c'から成る複数のフィラメント構造体ｅと、
これ等フィラメント構造体ｅに対してその光入射側とは
反対側に配置されかつ各フィラメント構造体ｅの外周面
の一部と電気的に接続された第二集電極b'とでその主要
部が構成されるものであった。

【０００５】そして、この太陽電池モジュールにおいて
は、第一集電極a'の外周面に半導体接合層c'が形成さ
れ、かつ、上記第二集電極b'についてもフィラメント構
造体ｅに対しその光入射側とは反対側に配置されること
から半導体接合層c'に入射される光が各集電極a'、b'に
より制限を受けない構造になるため、上述した従来の太
陽電池に較べて光電変換効率の向上が図れるとされてい
た。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、第一集電極
a'の外周面に半導体接合層c'を有する複数のフィラメン
ト構造体ｅと第二集電極b'とでその主要部が構成された
太陽電池モジュールは、光入射側の半導体接合層c'が第
一集電極a'で覆われていない分、光電変換効率の向上を
図ることが可能になるように思われた。

【０００７】しかし、この太陽電池モジュールにおいて
は、図１６〜図１７に示すように複数のフィラメント構
造体ｅが密に並べて配置された構造を採っている関係
上、各フィラメント構造体ｅの光入射側と反対側に位置
する約半分の半導体接合層c'への光入射量が制限されそ
の光電変換効率の向上を図る上において未だ大きな改善
の余地を有していた。

【０００８】すなわち、複数のフィラメント構造体ｅが
密に並べて配置された太陽電池モジュールにおいては、
図１７に示すように光入射側に位置する各半導体接合層
c'への光入射は十分になされるが、光入射側と反対側に
位置する約半分の各半導体接合層c'への光入射は隣接す
るフィラメント構造体ｅの存在により制限を受けかつ光
入射側から入射された光もその大部分が第一集電極a'に
より遮られてしまうため（通常、半導体接合層c'の厚さ
に較べて第一集電極a'の太さは圧倒的に大きいため）入
射される光エネルギー量は僅かとなる。

【０００９】そして、光入射側と反対側に位置する半導
体接合層c'への光入射量の制限に起因してこの半導体接
合層c'が光入射側に位置する半導体接合層c'に対し並列
に結合された順方向ダイオードとして作用するため、半
導体接合層c'においてダイオード電流（逆電流）が増え
てＶoc（解放電圧）が下がり、ＦＦも小さくなり、光電
変換効率が小さくなってしまう問題点があった。

【００１０】尚、特開昭５９−１２５６７０号公報及び
特開昭６３−２３２４６７号公報においては、フィラメ
ント構造体ｅの下側外周面に設けられた第二集電極b'
（図１７参照）をアルミニウム等の金属箔で構成しその
光反射作用を利用して光入射側と反対側に位置する各半
導体接合層c'へ入射させる光エネルギー量を増大させる
方法も記載されている。しかし、太陽電池においては、
通常、光吸収係数の大きい半導体材料が適用されてお
り、光入射側から入射された光は半導体接合層c'内を通
過する間に吸収され易く第二集電極b'まで到達する光は
極めて少ないため、この方法により光電変換効率を向上
させることは光吸収係数の小さい特殊な半導体材料を適
用しない限り困難である。

【００１１】また、特開昭６３−２３２４６７号公報に
おいては、図１８に示すように板状の第二集電極b'上に
複数のフィラメント構造体ｅを適宜間隔を開けて並列に
配置した構造の太陽電池モジュールも開示している。し
かし、この太陽電池モジュールにおいては板状の第二集
電極b'が適用され、かつ、この第二集電極b'上に半導体
層ｆを介してフィラメント構造体ｅが配置された構造を
採っているため、第二集電極b'から反射されて光入射側
と反対側に位置する半導体接合層c'へ入射される光量は
非常に小さく、上記第二集電極b'を光反射性の材料で構
成した方法と同様に光電変換効率の向上が期待できる方
法ではなかった。

【００１２】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、光入射側と反対
側に位置する半導体接合層への光入射量を増大させて光
電変換効率が大幅に改善された太陽電池モジュールを提
供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、少なくとも外周面が導電性の線状材料より成
る第一集電極とこの長さ方向に沿ってその外周面に設け
られ光起電力能を有する半導体接合層とで構成された複
数のフィラメント構造体と、これ等フィラメント構造体
に対してその光入射側とは反対側に配置されかつ各フィ
ラメント構造体の外周面の一部と電気的に接続された第
二集電極を備える太陽電池モジュールを前提とし、少な
くともその表面が光反射性と導電性を有する材料により
上記第二集電極を構成し、この第二集電極の表面側には
長さ方向に延びその断面が放物線、双曲線、楕円又は円
から選択された曲線形状を有すると共に溝幅が上記フィ
ラメント構造体の太さより大きい複数の凹溝を幅方向に
亘って互いに平行に形成し、かつ、各凹溝内の焦点ゾー
ンにフィラメント構造体を各凹溝の長さ方向に沿ってそ
れぞれ配置したことを特徴とするものである。

【００１４】そして、請求項１記載の発明に係る太陽電
池モジュールによれば、第二集電極に設けられかつ放物
線、双曲線、楕円又は円から選択された断面形状を有す
る凹溝が凹面鏡として作用し、かつ、凹面鏡として作用
する凹溝内の焦点ゾーンにフィラメント構造体が配置さ
れているため、各フィラメント構造体の光入射側に位置
する半導体接合層への光入射と光入射側と反対側に位置
する半導体接合層への光入射とを略均等にすることが可
能となる。

【００１５】従って、フィラメント構造体が密に配置さ
れた従来の太陽電池モジュールに較べて上記半導体接合
層におけるダイオード電流（逆電流）が減少し、これに
伴いＶoc（解放電圧）が上がり、ＦＦも大きくなり、光
電変換効率を大幅に向上させることが可能となる。

【００１６】尚、上記凹溝の断面形状が放物線の場合、
凹面鏡として作用する凹溝内の焦点ゾーンは、後に図面
（図９〜図１０）を用いて説明するが凹溝の長さ方向に
沿って延びる直線となる。但し、凹溝の加工精度の問題
から実際にはある太さをもった焦点ゾーンになる。一
方、第一集電極と半導体接合層から成るフィラメント構
造体は太さを有している。従って、上記凹溝内の焦点ゾ
ーンにフィラメント構造体を配置する際、フィラメント
構造体の太さの範囲内に上記焦点ゾーンが入るようにフ
ィラメント構造体を配置すればよい。また、放物線の近
似曲線と考えられる双曲線、楕円又は円形状が凹溝の断
面形状である場合、凹溝の加工精度が良好であっても凹
溝内の焦点ゾーンは凹溝の長さ方向に沿って延びる帯状
ゾーンとなり、開口率（Ｗ／Ｆ、Ｗ：凹溝の開口幅すな
わち溝幅、ｆ：凹面鏡として機能する凹溝の焦点距離）
が大きい程ゾーンの幅は大きくなる。従って、この場合
にもフィラメント構造体の太さの範囲内に上記帯状ゾー
ンが入るようにフィラメント構造体を配置すればよい。

【００１７】次に、太陽電池モジュールにおける受光面
積（Ｗ×Ｌ）が同一の場合、この受光面に照射された光
を活用するためのフィラメント構造体１０の本数は、図
７（Ａ）で例示された請求項１記載の発明に係る太陽電
池モジュールにおいては１本であるのに対し、フィラメ
ント構造体１０が密に配置される従来の太陽電池モジュ
ール（図７Ｂ参照）においては例えば３本必要となる。

【００１８】従って、請求項１記載の発明に係る太陽電
池モジュールにおいては必要とするフィラメント構造体
の本数が少なくなるため、その分、製造コストの低減を
図ることが可能となる。

【００１９】また、請求項１記載の発明に係る太陽電池
モジュールによれば、第二集電極に設けられた凹溝内に
フィラメント構造体が配置されて構成されており、フィ
ラメント構造体の設置位置は上記凹溝の形成位置により
簡単に規制されるため、太陽電池モジュールを製造する
際のフィラメント構造体の配置作業が簡便となり生産効
率を向上させることも可能となる。

【００２０】更に、フィラメント構造体に対し照射され
る光の集光比（集光比＝受光面積／フィラメント構造体
の外周面積）が大きくなるよう適宜調整することで太陽
電池モジュールの光電変換効率をより向上させることが
可能となる。

【００２１】すなわち、フィラメント構造体の単位面積
当りに入射される光量をＰi とした場合、原理的には、 Ｊsc ＝ k1・Ｐi 、 Ｖoc ＝ k2・logＰi （但し、Ｊscは短絡電流、Ｖocは解放電圧、及びk1〜k3
は係数） の関係式を満たし、また、光電変換効率ηと単位面積当
りに入射される光量Ｐiとの関係は、 η ＝ Ｊsc・Ｖoc・ＦＦ／Ｐi ＝ k3・logＰi・ＦＦ で表されると共に、図８に示すようにある集光比までＦ
Ｆは略一定の値を示すことから、ＦＦが略一定の値を示
す範囲において集光比を大きくすると光電変換効率ηを
大きくすることが可能となる。

【００２２】従って、第二集電極に設けられる凹溝の溝
幅をＷ、その長さをＬとし、上記フィラメント構造体の
長さをＬ’（但し、Ｌ≒Ｌ’）、その外周面の面積をＳ
とした場合、Ｗ×Ｌ ≧ Ｓに設定することにより光電変
換効率をより向上させることが可能となる。

【００２３】尚、上記凹溝の断面形状が放物線の場合、
この凹溝面で反射された光は断面略円形状のフィラメン
ト構造体の外周面に対して略垂直入射することからこの
外周面における光反射が少ないため、光電変換効率を更
に改善させることが可能となる。

【００２４】このような技術的手段において上記半導体
接合層を構成する半導体材料としては、従来と同様に、
アモルファスシリコン、結晶シリコン、及び、化合物半
導体が挙げられる。

【００２５】以下、本発明に係る太陽電池モジュールの
代表的な構造を図面を参照して説明する。

【００２６】図１〜図２に示された太陽電池モジュール
は上記半導体材料としてアモルファスシリコンを適用し
たものの一例である。

【００２７】すなわち、この太陽電池モジュールは、光
入射側に配置される複数のフィラメント構造体１０とこ
れとは反対側に配置される第二集電極６とでその主要部
が構成され、かつ、これ等両者は金属ペースト等の接合
剤１１を介して電気的に接合されている。そして、上記
フィラメント構造体１０は、少なくとも外周面が良導電
性の線状材料から成る第一集電極１と、この第一集電極
１の長さ方向に沿ってその外周面に順次製膜された第II
I型半導体層２'、第Ｉ型半導体層２並びに第II型半導体
層３と、上記第II型半導体層３上に製膜された透明導電
性膜４とでその主要部が構成されており、かつ、フィラ
メント構造体１０の末端は絶縁被覆材５により被覆され
ている。また、上記第Ｉ型半導体層２はｉ型のアモルフ
ァスシリコンで構成されており、第III型半導体層２'が
ｐ型のアモルファスシリコンの場合には第II型半導体層
３はｎ型のアモルファスシリコンにより構成され、ま
た、第III型半導体層２'がｎ型のアモルファスシリコン
の場合には第II型半導体層３はｐ型のアモルファスシリ
コンにより構成されることになる。

【００２８】尚、反射防止膜を兼ねる上記透明導電性膜
４と絶縁被覆材５は、本発明に係る太陽電池モジュール
においては必ずしも必須の構成部材ではない。また、末
端は図２に示されたように必ずしも各層が階段状になっ
ていなくともよく、フィラメント構造体１０と第二集電
極６とでその主要部が構成される太陽電池モジュールを
必要な長さに切断した後、末端をエッチング処理するこ
とにより各層間の短絡が極めて少ない状態で線状材料か
ら成る第一集電極１を露出させることが可能である。ま
た、本発明に係る太陽電池モジュールにおいては、複数
の半導体接合層（ｐｉｎ若しくはｎｉｐ接合）が繰返し
積層された（例えばｐｉｎ／ｐｉｎ）タンデム型等の多
接合型太陽電池モジュール構造を採ってもよい。

【００２９】次に、図１〜図２に示された太陽電池モジ
ュールにおいては半導体接合層を構成する半導体材料と
してアモルファスシリコンが適用されているが、この材
料に代えて結晶シリコン又は化合物半導体を適用しても
よい。この場合、図１〜図２において第III型半導体層
２'が存在しない構造となる。この太陽電池モジュール
は、光入射側に配置される複数のフィラメント構造体１
０とこれとは反対側に配置される第二集電極６とでその
主要部が構成され、かつ、これ等両者は金属ペースト等
の接合剤１１を介して電気的に接合されている。そし
て、上記フィラメント構造体１０は、少なくとも外周面
が良導電性の線状材料から成る第一集電極１と、この第
一集電極１の長さ方向に沿ってその外周面に順次製膜さ
れた第Ｉ型半導体層２並びに第II型半導体層３と、上記
第II型半導体層３上に製膜された反射防止膜を兼ねる透
明導電性膜４とでその主要部が構成されており、かつ、
フィラメント構造体１０の末端は絶縁被覆材５により被
覆されている。そして、上記第Ｉ型半導体層２がｐ型の
結晶シリコン又は化合物半導体の場合には第II型半導体
層３はｎ型の結晶シリコン又は化合物半導体により構成
され、また、第Ｉ型半導体層２がｎ型の結晶シリコン又
は化合物半導体の場合には第II型半導体層３はｐ型の結
晶シリコン又は化合物半導体により構成されることにな
る。尚、上記第Ｉ型半導体層２がｐ型又はｎ型の結晶シ
リコンの場合には、第II型半導体層３はｎ型又はｐ型の
アモルファスシリコン若しくは微結晶を含むアモルファ
スシリコンで構成してもよい。また、この太陽電池モジ
ュールにおいても反射防止膜を兼ねる上記透明導電性膜
４と絶縁被覆材５は必須の構成部材ではなく、また、末
端についても必ずしも各層が階段状になっていなくとも
よい。また、半導体材料として結晶シリコンを適用した
場合には、アモルファスシリコンが適用された太陽電池
モジュールと同様に複数の半導体接合層が繰返し積層さ
れる多接合型太陽電池モジュール構造を採ってもよい。
例えば、ｐ型若しくはｎ型の結晶シリコン層上にｎ型若
しくはｐ型のアモルファスシリコン又は微結晶を含むア
モルファスシリコン層を製膜してｐｎ接合を形成し、か
つ、アモルファスシリコン又は微結晶を含むアモルファ
スシリコン層に隣接して複数の材料接合層（ｐｉｎ接
合）が繰返し多層に製膜された構造にしてもよい。ま
た、半導体材料として化合物半導体を適用した場合に
は、その化合物半導体としてIII-Ｖ族化合物半導体系の
ＧａＡｓ、ＩｎＰなど、II-ＶI族化合物半導体系のＣｄ
Ｔｅ、ＣｄＳなど、Ｉ-III-ＶI₂族化合物半導体系のＣ
ｕＩｎＳｅ₂、ＣｕＩｎＳ₂など多岐にわたる。

【００３０】そして、このように構成された本発明に係
る太陽電池モジュールにおいては半導体接合層（ｐｉｎ
若しくはｎｉｐ接合、又は、ｐｎ接合）を構成する半導
体層内に埋め込まれた線状材料を太陽電池モジュールの
第一集電極として用いているため、上述したようにこの
第一集電極が入射光に対して影を作ることがない。ま
た、この線状材料は、その後の製造工程及び太陽電池モ
ジュールの中で配列、移動、固定等の機械的支持体の役
割を果たし、かつ、上記線状材料はその外周面に半導体
接合層を構成する各半導体層を製膜する際の基板として
の役割も果たす。また、上記半導体層を製膜する際、必
要に応じて線状材料に通電することによりあるいは電磁
波誘導によりこの線状材料を加熱し、温度制御すること
も可能である。

【００３１】次に、上記線状材料としては、主として後
工程における適用温度によって適宜選択され、アモルフ
ァスシリコン型太陽電池モジュール等比較的低温条件で
適用される線状材料として、例えば、アルミニウム、ニ
ッケル、ステンレス、銅、銀等フィラメント状の一般金
属、金属繊維を集合した撚線、複合材料のワイヤー、あ
るいはこれ等を他の材料でコーティング若しくはメッキ
したもの等金属系線状体が適用でき、また、上記金属を
他の線状材料の外周面にコーティング若しくはメッキ等
して得られた線状体等も適用できる。

【００３２】一方、結晶シリコン型太陽電池モジュール
等比較的高温条件で適用される線状材料としては、例え
ば、炭素材料の線状体すなわち直径が５０μｍ〜２００
μｍ程度の太い炭素繊維、若しくは、通常の炭素繊維を
集合した撚線、炭素／炭素複合材料のワイヤー、あるい
は、これ等を他の材料、例えば、シリコン又はシリコン
カーバイド等でコーティングした炭素系線状体が適用で
きる。

【００３３】尚、これ等線状材料の太さは任意である
が、一般の繊維いわゆるファイバーのようにあまり細い
とその後の工程で伸びや破断等が起こり易く、かつ、第
二集電極に対する圧着処理が難しくなり、他方、あまり
太いとその後の工程で屈曲、巻き取り等が困難となり、
また太くなることに伴いフィラメント構造体における半
導体層等の最外層の周方向の長さが伸びて電流横走り距
離も大きくなる弊害が生ずるためその太さとしては直径
５０μｍ〜３ｍｍ程度が適当である。また、線状材料の
断面形状は、略円形状、略楕円形状、三角形状、多角形
状、リボン状等任意である。

【００３４】また、上記線状材料の外周面は平滑でもよ
いが０．０１μｍ〜１０μｍ程度の巾と高さを有する凹
凸、皺等があってもよい。

【００３５】尚、線状材料の外周面に半導体層を製膜す
る方法としては公知のあらゆる半導体薄膜の製膜手段が
原理的に適用可能である。そして、どの様な半導体層を
どの位の品質と厚さで製膜するか、また、どの様に半導
体接合層を形成するのかによって異なるが、蒸着法、ス
パッタリング法、熱ＣＶＤ法、低温プラズマＣＶＤ法、
光ＣＶＤ法、化学的析出法、電気化学的析出法、融液塗
布、ペーストの塗布乾燥焼結等の手段が例示できる。

【００３６】次に、上記フィラメント構造体に対しその
光入射側とは反対側に配置される第二集電極について
は、少なくともその表面が光反射性と導電性を有しかつ
凹溝の形成が可能であると共にこの凹溝形状が保持され
る程度の剛性を具備する材料でこれを構成することが望
ましい。このような材料としては、例えば、アルミニウ
ム、銀、ステンレス、ニッケル、銅合金等の金属板若し
くは金属箔等が挙げられ、若干その光反射性が劣る銅等
の金属材料についてはこの表面に銀あるいはアルミニウ
ム等光反射性の高い適宜材料をコーティング若しくはメ
ッキしたものの適用も可能であり、更に、ガラス若しく
はプラスチック等の表面に金属膜を形成した材料の適用
も可能である。尚、第二集電極を上記金属材料で構成し
た場合、この第二集電極は良導電性部材であると同時に
良好な熱伝導体としても機能することから、温度上昇に
伴う光発電効率の低下を防止するため裏面側から空冷、
あるいは水冷処理することも可能となる。このような作
用は、特に集光して発電効率を上げる集光型太陽電池モ
ジュールを構成した場合に有効である。

【００３７】また、第二集電極の表面に凹溝を形成する
方法としては、第二集電極を構成する金属板等の表面に
上記凹溝を直接研削若しくは刻設して形成してもよい
し、あるいは、金属箔等を金型プレス加工して上記凹溝
を形成してもよくその方法は任意である。尚、金属箔等
で凹溝を構成した場合にはその背面側に補強用の板状体
を取付けてもよい。また、上記断面形状はこの凹溝が凹
面鏡として有効に機能できるような形状に設定すること
が望ましく、図９（Ａ）〜（Ｂ）並びに図１０（Ａ）〜
（Ｂ）に示す放物線形状が挙げられる。すなわち、凹溝
６０の断面が放物線形状の場合、凹溝面６１からの反射
光は凹溝６０の長さ方向に沿って延びる線状の焦点ゾー
ンに集光され、かつ、フィラメント構造体１０の断面形
状が略円の場合にその外周面に対して垂直入射するため
その反射が少なくその光照射量を大幅に増大させること
ができる。

【００３８】ここで、その広がり具合が異なる３種類の
断面放物線形状の凹溝内に半径ｒの断面円形状のフィラ
メント構造体をそれぞれ配置する場合について図１１を
参照して詳細に説明する。

【００３９】尚、図１１中、ｙ軸は凹溝の軸線面をまた
ｘ軸は凹溝の広がり方向を示しており、 （イ） ｙ
＝（１／４ｒ）ｘ² （ロ） ｙ＝（１／８ｒ）ｘ² （ハ） ｙ＝（１／１２ｒ）ｘ² の各数式は上記ｘｙ直交座標系における各凹溝の放物線
形状を表示し、 また、（イ）’ ｘ² ＋（ｙ−ｒ）² ＝ ｒ² （ロ）’ ｘ² ＋（ｙ−２ｒ）² ＝ ｒ² （ハ）’ ｘ² ＋（ｙ−３ｒ）² ＝ ｒ² の各数式はフィラメント構造体を凹溝の最底面部から軸
線上にそれぞれ１ｒ、２ｒ、３ｒの距離に配置したとき
のフィラメント構造体の上記ｘｙ直交座標系における配
置位置と断面形状を表示している。そして、凹溝の断面
が放物線形状では上述したように加工精度が良好ならそ
の焦点ゾーンは凹溝の長さ方向に延びる線状となるた
め、放物線形状が上記（イ）（ロ）（ハ）の場合、それ
ぞれ図１１において示した（ａ）（ｂ）（ｃ）の位置が
各凹溝の焦点となる。すなわち、凹溝の最底面部から１
ｒ、２ｒ、３ｒの距離の位置になる。そこで、フィラメ
ント構造体へ効率よく太陽光を入射させるためには、フ
ィラメント構造体がこの焦点の十分近くに置かれ凹溝の
最も外側に入射した光もフィラメント構造体の一部を通
過するように設定すればよい。そして、原理的には凹溝
の焦点ゾーン（焦点）近傍にフィラメント構造体を配置
すれば問題ないが、放物線の形をｒに対してより開いた
ものにした場合その開き具合（例えばイ→ロ→ハ→の
順）につれて凹溝の焦点が最底面部から離れるので若干
工学的、実用的な問題が生ずる。すなわち、凹溝の焦点
が３ｒの位置より高くなると、(1) フィラメント構造体
１０を凹溝６０最底面部より高い位置に支持するための
突起部６９（図１０Ａ及びＢ参照）等の加工が困難にな
り、(2) 凹溝が形成された第二集電極へのフィラメント
構造体からの熱伝導が悪くなる（集光型太陽電池モジュ
ールにおいては光電変換効率維持のため放熱することが
望ましい）等の問題を生ずる。他方、放物線の形をｒに
対してより閉じたもの［例えばイよりもっと閉じたｙ＝
（１／ｒ）ｘ² など］にした場合、凹溝の焦点が最底面
部に非常に近くなりフィラメント構造体の下側に光が当
たり難くなるため効率が下がる問題を生ずる。従って、
上記焦点ゾーンの中心が凹溝における最底面部から１ｒ
〜３ｒの距離、すなわち、フィラメント構造体の半径
（ｒ）の１倍〜３倍の距離となるように設定することが
好ましい。

【００４０】また、上記凹溝の断面形状は、放物線の近
似曲線と考えられる双曲線、楕円又は円（図１２Ａ及び
Ｂ参照）に設定してもよい。但し、これ等の形状の場
合、図１２（Ａ）〜（Ｂ）に示すように凹溝６０の焦点
ゾーンは線状のゾーンではなしに帯状のゾーンとなる。
尚、第二集電極が金属材料で構成されている場合、図１
２（Ａ）〜（Ｂ）に示すように第二集電極６の背面側に
冷却用フィン６８を配設した構造にしてもよい。

【００４１】次に、上記フィラメント構造体と第二集電
極とを接合する手段として、例えば、第二集電極の凹溝
内に銀等の金属ペーストを塗布しこの第二集電極に対し
上記フィラメント構造体を加熱・圧着して接合させた
り、導電性接着剤を用いた方法等が挙げられる。尚、第
二集電極の凹溝底面にその長さ方向に沿って小さな溜め
部を刻設し、この溜め部内に導電性接着剤を充填させる
手法を採ることにより上記導電性接着剤の凹溝内におけ
る拡がりに伴う無駄を防止できると共に、フィラメント
構造体と第二集電極との接合操作が簡便となる利点を有
する。また、この溜め部については、凹溝の長さ方向に
沿って必ずしも連続的に設ける必要はなく不連続であっ
てもよい。

【００４２】尚、本発明に係る太陽電池モジュールの機
械的耐久性、耐候性等を高めるため、フィラメント構造
体側から透明な樹脂やガラス等で固定化及び被覆若しく
は密閉する構造を採ってもよい。この場合、第二集電極
表面に設けられた上記凹溝を覆うように蒲鉾状レンズ等
を配置しその集光性がより向上される構成にしてもよ
い。

【００４３】

【作用】請求項１に係る発明によれば、第二集電極に設
けられかつ放物線、双曲線、楕円又は円から選択された
断面形状を有する凹溝が凹面鏡として作用し、かつ、凹
面鏡として作用する凹溝内の焦点ゾーンにフィラメント
構造体が配置されているため、各フィラメント構造体の
光入射側に位置する半導体接合層への光入射と光入射側
と反対側に位置する半導体接合層への光入射とを略均等
にすることが可能となる。

【００４４】従って、フィラメント構造体が密に配置さ
れた従来の太陽電池モジュールに較べて光電変換効率を
大幅に向上させることが可能となる。

【００４５】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説
明するが、本発明はこれ等実施例により限定されるもの
ではない。

【００４６】［実施例１］この実施例に係る太陽電池モ
ジュールは、図１〜図２に示すように研削加工にて幅方
向に亘り繰返し形成された断面が放物線形状の凹溝６０
を５個有する長さ１８ｍｍ、幅３０ｍｍの銅板製第二集
電極６と、第二集電極６の各凹溝６０内にその長さ方向
に沿って配置されかつ銀ペースト１１を介して上記第二
集電極６に各々接合された５本のフィラメント構造体１
０とでその主要部が構成されている。

【００４７】まず、上記第二集電極６は研削加工にて形
成された開口幅（溝幅）６ｍｍで深さが約１．５ｍｍの
断面放物線形状の凹溝６０を５個有する銅板により構成
され、かつ、各凹溝６０の底面部には突起部６９が長さ
方向に沿って設けられていると共に表面は研摩並びに銀
メッキ処理が施されている。

【００４８】一方、上記凹溝６０内にそれぞれ配置され
た各フィラメント構造体１０は、約４ｃｍに切断された
直径１．０ｍｍのステンレス線材から成る第一集電極１
と、この第一集電極１の外周面に製膜された厚さ約３０
０Åの第III型半導体（ｐ型アモルファスシリコン）層
２'と、この第III型半導体層２'の外周面に製膜された
厚さ約０．５μｍの第Ｉ型半導体（ｉ型アモルファスシ
リコン）層２と、この第Ｉ型半導体層２の外周面に製膜
された厚さ約２００Åの第II型半導体（ｎ型微結晶シリ
コン）層３と、この第II型半導体層３の外周面に製膜さ
れた厚さ約０．２μｍのＳｎＯ₂ から成る透明導電性膜
４とでその主要部が構成されている。

【００４９】そして、この太陽電池モジュールは以下の
ような工程を経て製造されたものである。

【００５０】まず、図１３に示すプラズマＣＶＤ装置内
に上記第一集電極を構成するステンレス線材１００を１
５本配置した。尚、上記ステンレス線材１００は約１２
ｃｍに切断された直径１．０ｍｍの線材で構成され、こ
の線材を約７ｍｍの間隔を開けてプラズマＣＶＤ装置内
の治具３１に１５本並列に配置しかつ固定した。また、
図１１中、３２はヒーター、３３は原料ガス導入管、３
４は原料ガスノズル、３５は排気管、３６はＲＦ電極、
３７は形成された低温プラズマ、３８は真空チャンバー
をそれぞれ示している。

【００５１】そして、プラズマＣＶＤ装置の真空チャン
バー内を１×１０^-6Ｔｏｒｒにパージした後、上記治具
３１の両端及び裏面から伝熱ヒータで加熱してステンレ
ス線材１００を約２００℃に保つと共に、上記原料ガス
導入管３３から原料ガスとしてＢ₂Ｈ₆ガスが１％混合さ
れたＳｉＨ₄ ガスを圧力：０．２Ｔｏｒｒ、流量：約２
５ｓｃｃｍで導入し、電力：１０Ｗの条件で低温プラズ
マ３７をステンレス線材１００に接触させてその外周面
に膜厚約３００Åのｐ型アモルファスシリコン（第III
型半導体）層２'をほぼ均一に製膜した。

【００５２】次に、原料ガスとして１００％ＳｉＨ₄ ガ
スを同様に導入して上記ｐ型アモルファスシリコン層
２'上に膜厚約０．５μｍのｉ型アモルファスシリコン
（第Ｉ型半導体）層２を製膜し、かつ、同様にして原料
ガスとしてＰＨ₃ が０．１％混合されたＳｉＨ₄ ：Ｈ₂
＝５０：１のガスを圧力０．０７Ｔｏｒｒで導入し、電
力５０Ｗの条件で低温プラズマ３７を接触させてｉ型ア
モルファスシリコン層２上に膜厚約２００Åのｎ型微結
晶シリコン（第II型半導体）層３を製膜した。

【００５３】次いで、その外周面にｐ型アモルファスシ
リコン層２’、ｉ型アモルファスシリコン層２、及び、
ｎ型微結晶シリコン層３が製膜された各ステンレス線材
１００を治具ごとスパッタリング装置に装着し、表面と
裏面からＳｎＯ₂ をスパッタリングして上記ｎ型微結晶
シリコン層３の外周面に厚さ約０．２μｍの透明導電性
膜４を製膜しフィラメント構造体１０を製造した。

【００５４】次に、長さ略１２ｃｍの各フィラメント構
造体１０についてその中央部分の約４ｃｍを残して両端
側を切断し、かつ、上記中央部分の両端表面をそれぞれ
約１ｃｍの長さだけカッターの刃で擦った後、苛性ソー
ダ水溶液に両端部を浸漬しかつ洗浄して上記ステンレス
線材１００を露出させた。

【００５５】そして、研削加工にて形成された開口幅６
ｍｍで深さが約１．５ｍｍの凹溝６０を５個有しその底
面部に突起部６９を有すると共に表面が研摩並びに銀メ
ッキ処理された銅板の上記凹溝６０内の突起部６９にそ
の長さ方向に沿って銀ペーストを細帯状に塗布し、か
つ、上述した工程で得られた５本のフィラメント構造体
１０を上記銀ペースト上に乗せると共に、治具を用いて
上から少し荷重をかけながら２５０℃に加熱して５本の
各フィラメント構造体１０の透明導電性膜４の表面の一
部と第二集電極６の凹溝６０の突起部６９とを電気的に
接続し、実効面積が約６ｃｍ² の実施例１に係る太陽電
池モジュールを得た。

【００５６】このようにして得られた太陽電池モジュー
ルについて、各フィラメント構造体１０の端部から露出
しているステンレス線材１００を導線で並列に接続して
第一電極とし、上記銅板を第二電極（第二集電極６）と
してＡＭ−１照光下で光電変換効率を測定したところ１
０．６％を示した。

【００５７】［比較例］第二集電極６として凹溝のない
表面平坦で銀メッキ処理された幅３３ｍｍ、長さ１８ｍ
ｍの銅板を用い、この表面に予め銀ペーストを塗布する
と共に、この上に実施例１と同一条件で製造された３０
本のフィラメント構造体１０を相互に密接させて平行に
配置し、かつ、上から少し荷重をかけながら２５０℃に
加熱して各フィラメント構造体１０の透明導電性膜４の
表面の一部と第二集電極６を構成する銅板とを電気的に
接続させた。この結果、フィラメント構造体１０がほと
んど隙間なく平行に密接配置されその実効面積が約６．
６ｃｍ² の比較例に係る太陽電池モジュールが得られた
（図３参照）。

【００５８】この比較例に係る太陽電池モジュールにつ
いて、各フィラメント構造体１０の端部から露出してい
るステンレス線材を導線で並列に接続して第一電極と
し、上記銅板を第二電極（第二集電極６）としてＡＭ−
１照光下で光電変換効率を測定したところ４．８％を示
した。

【００５９】［実施例２］石英ベルジャー４２と黒鉛電
極４１から成る熱ＣＶＤ装置（図１４参照）内に、第一
集電極を構成しかつ微量のボロンが含まれた直径約０．
９ｍｍ、長さ１６０ｍｍの炭素繊維強化炭素マトリック
ス複合材料（炭素系線状体）１０１を収容すると共に、
この炭素系線状体１０１の両端を上記黒鉛電極４１で保
持しかつこれに通電しつつ約１０００℃に加熱し、この
条件下においてこの熱ＣＶＤ装置内にＨ₂で希釈された
ＳｉＨ₄ガス（シリコン原料ガス）を導入し、この原料
ガスを上記炭素系線状体１０１に接触させてその外周面
に厚さ約５０〜８０μｍとなるようにシリコン結晶を析
出させた。尚、図１４中、４３は原料ガス入口、４４は
排ガス口、４５はシールド、４６は放射温度計をそれぞ
れ示している。

【００６０】次に、析出させたシリコンの結晶性を改質
成長させるため熱ＣＶＤ装置内に流すガスをアルゴンと
水素の混合ガスにし、かつ、上記炭素系線状体１０１へ
の通電量を増加すると共にシリコン層の表面温度が約１
６００℃となるまで加熱し、その後約１２００℃まで徐
冷して第Ｉ型半導体（ｐ型多結晶シリコン）層を形成し
た。

【００６１】次に、この熱ＣＶＤ装置内に、ＰＨ₃ガス
が５０ｐｐｍ混入されたＳｉＨＣｌ₃をＨ₂ で希釈した
シリコン原料ガスを導入し、上記炭素系線状体１０１の
表面温度を約１２００℃に保った状態でその外周面に多
結晶シリコン層を厚さ約０．５μｍ成長させ、かつ、室
温まで徐冷して第II型半導体（ｎ型多結晶シリコン）層
を形成した。

【００６２】このようにして得られた５本のフィラメン
ト構造体についてその中央部分の約４ｃｍを残して両端
側を切断すると共に、実施例１と同様の操作によりその
両端部から炭素系線状体（第一集電極）を露出させ、か
つ、実施例１において適用された３０×１８ｍｍで５本
の凹溝を有しその表面が銀メッキ処理された銅板を第二
集電極としこの上に実施例１と同様の操作で上記フィラ
メント構造体を配置し、その実効面積が約６ｃｍ² の太
陽電池モジュールを製造した。

【００６３】このようにして得られた太陽電池モジュー
ルについて、各フィラメント構造体の端部から露出して
いる第一集電極部分を導線で並列に接続して第一電極と
し、上記銅板を第二電極としてＡＭ−１照光下で光電変
換効率を測定したところ１４．６％を示した。

【００６４】尚、この実施例においては切削加工により
得られかつ凹溝の底面部に突起部を有する銅板を第二集
電極としているが、図５に示すように金属プレス加工に
より凹溝６０が形成されその底面部に支持用爪部６９’
が立設された構造の金属箔製の第二集電極を適用しても
よい。また、図６に示すように金属プレス加工により凹
溝６０とその底面部に支持用突起６９”がそれぞれ形成
された金属箔製の第二集電極を適用してもよい。尚、図
６に示すように長さが短い複数の金属箔製電極６’を互
いに隙間を開けながら配列して第二集電極６を構成して
もよい。このような構造にした場合、金属ペーストを介
して第二集電極６とフィラメント構造体１０とを加熱接
着させるとき各材料の熱膨張率の違いに伴う接着時にお
ける破損現象を回避できる利点を有する。

【００６５】［実施例３］ほぼ当モルの高純度ＣｄとＴ
ｅの微粉末混合物に対して５重量％のＣｄＣｌ₂微粉末
を加え、これ等を有機粘結剤とプロパノールに分散させ
て液状ペーストを調整した。

【００６６】この液状ペースト中に、予めＣｕＣｌ₂ が
含浸された直径約０．９ｍｍ、長さ６ｃｍの炭素繊維強
化炭素マトリックス複合材料（炭素系線状体）を浸漬し
て取出しこの炭素系線状体の両端部を支持しながら電気
炉で１３０℃に保って乾燥させ、更に、窒素ガス気流中
で５５０℃で２時間、７００℃で３０分間焼成処理しか
つ徐冷して取出した後、洗浄乾燥して炭素系線状体（第
一集電極１）の外周面に厚さ約４〜９μｍの第Ｉ型半導
体（ｐ型ＣｄＴｅ化合物半導体）層２が被覆されたｐ型
線状体を得た。

【００６７】次に、高純度ＣｄＳの微粉末に対して２重
量％のＣｄＣｌ₂ 微粉末を加え、これを有機粘結剤とプ
ロパノールに分散させて液状ペーストを調整した。

【００６８】この液状ペースト中に、その両端部の各々
約２ｃｍ部分がパラフィンでマスキングされた上記ｐ型
線状体を浸漬して取出し、上記マスキング用パラフィン
部分を削り落した後、電気炉中で１３０℃の条件で乾燥
させ、６５０℃で１時間焼成処理し、かつ、冷却、洗浄
して、炭素系線状体（第一集電極１）の外周面に第Ｉ型
半導体（ｐ型ＣｄＴｅ化合物半導体）層２とその上の中
央部分に２ｃｍの長さで厚さ約１５〜２５μｍの第II型
半導体（ｎ型ＣｄＳ化合物半導体）層３がそれぞれ被覆
されたフィラメント構造体１０を製造した。

【００６９】そして、実施例１と同一の第二集電極６に
おける凹溝６０内の突起部（図示せず）上に銀ペースト
を塗布する一方、上記フィラメント構造体１０の両端部
約２ｃｍの第Ｉ型半導体（ｐ型ＣｄＴｅ化合物半導体）
層２を削って炭素系線状体（第一集電極１）を露出さ
せ、かつ、第二集電極６の各凹溝６０内にこの５本のフ
ィラメント構造体１０を配置し上から治具を用いて少し
荷重をかけながら２００℃に加熱し、５本の各フィラメ
ント構造体１０表面の第II型半導体（ｎ型ＣｄＳ化合物
半導体）層３の一部と第二集電極６とを電気的に接続さ
せて太陽電池モジュールを得た（図４参照）。

【００７０】この太陽電池モジュールは、第二集電極６
の各凹溝６０内に直径０．９ｍｍで有効長さ約２０ｍｍ
のフィラメント構造体１０が６ｍｍ間隔で５本平行に配
列されており、その実効面積が約６ｃｍ² 、集光比が約
２．１の太陽電池モジュールとして評価した。

【００７１】このようにして得られた太陽電池モジュー
ルについて、各フィラメント構造体の端部から露出して
いる第一集電極部分を導線で並列に接続して第一電極と
し、上記銅板を第二電極としてＡＭ−１照光下で光電変
換効率を測定したところ９．３％を示した。

【００７２】

【発明の効果】請求項１に係る発明によれば、第二集電
極に設けられかつ放物線、双曲線、楕円又は円から選択
された断面形状を有する凹溝が凹面鏡として作用し、か
つ、凹面鏡として作用する凹溝内の焦点ゾーンにフィラ
メント構造体が配置されているため、各フィラメント構
造体の光入射側に位置する半導体接合層への光入射と光
入射側と反対側に位置する半導体接合層への光入射とが
略均等となり、フィラメント構造体が密に配置された従
来の太陽電池モジュールに較べて光電変換効率を大幅に
向上できる効果を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る太陽電池モジュールの断面図。

【図２】実施例１に係る太陽電池モジュールの概略部分
斜視図。

【図３】比較例に係る太陽電池モジュールの断面図。

【図４】実施例３に係る太陽電池モジュールの概略部分
斜視図。

【図５】変形例に係る太陽電池モジュールの概略部分斜
視図。

【図６】変形例に係る太陽電池モジュールの概略部分斜
視図。

【図７】図７（Ａ）は本発明に係る太陽電池モジュール
の作用を説明する斜視図、図７（Ｂ）は従来例に係る太
陽電池モジュールの作用を説明する斜視図。

【図８】太陽電池モジュールの集光比と光電変換特性と
の関係を示すグラフ図。

【図９】図９（Ａ）〜（Ｂ）は第二集電極の凹溝の形状
例を示す説明図。

【図１０】図１０（Ａ）〜（Ｂ）は第二集電極の凹溝の
他の形状例を示す説明図。

【図１１】断面が放物線形状の凹溝における焦点ゾーン
を説明するための模式図。

【図１２】図１２（Ａ）〜（Ｂ）は冷却用フィンが設け
られた第二集電極の説明図。

【図１３】実施例において適用されたプラズマＣＶＤ装
置の概略構成図。

【図１４】実施例において適用された熱ＣＶＤ装置の概
略構成図。

【図１５】従来例に係る太陽電池の概略構成断面図。

【図１６】従来例に係る太陽電池モジュールの概略斜視
図。

【図１７】図１６の縦断面図。

【図１８】従来の変形例に係る太陽電池モジュールの断
面図。

【符号の説明】

１ 第一集電極 ２’ 第III型半導体層 ２ 第Ｉ型半導体層 ３ 第II型半導体層 ４ 透明導電性膜 ６ 第二集電極（第二電極） １０ フィラメント構造体 ６０ 凹溝

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも外周面が導電性の線状材料より
   成る第一集電極とこの長さ方向に沿ってその外周面に設
   けられ光起電力能を有する半導体接合層とで構成された
   複数のフィラメント構造体と、これ等フィラメント構造
   体に対してその光入射側とは反対側に配置されかつ各フ
   ィラメント構造体の外周面の一部と電気的に接続された
   第二集電極を備える太陽電池モジュールにおいて、 少なくともその表面が光反射性と導電性を有する材料に
   より上記第二集電極を構成し、この第二集電極の表面側
   には長さ方向に延びその断面が放物線、双曲線、楕円又
   は円から選択された曲線形状を有すると共に溝幅が上記
   フィラメント構造体の太さより大きい複数の凹溝を幅方
   向に亘って互いに平行に形成し、かつ、各凹溝内の焦点
   ゾーンにフィラメント構造体を各凹溝の長さ方向に沿っ
   てそれぞれ配置したことを特徴とする太陽電池モジュー
   ル。