JPS5856368A - 太陽電池モジユ−ル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は太陽電池モジュール、特にその配線方式に＠す
る。

太陽電池モジュールは、第１図に示すようＫ。

太陽電池素子１１ｔ−直・並列に接続して構成される。

直交変換【目的にする場合には、高電圧が必賛なため、
モジュールはそれｔ−構成する素子をすべて直列に接続
するのが通常である。この様な構成のモジュールに一様
な太陽光が照射された場合には、第２図に示す如く、各
太陽電池素子のｐ−ｎ接合に対し順方向に起電方が発生
し、モジュールに外部負荷【接続した場合１ｆＣｄ、見
かけ上ｐ−ｎ接合の逆方向Ｋ［ｆｉ２１が流れ、電源と
して作用する。

この直列に接続された一連の素子では、１に流が等しい
ので、各々の素子については仁の等しい電流出力に相当
する電圧状１１ＭＫあシ、その合計か直列に＊Ｍｌ含れ
た素子群の端子間電圧となる。この様子は、飼えば第３
図の電流電圧特性で理解できる。すなわち、特性の異な
る２つの素子の出方特性をそれぞれ３１および３２とし
、これｔＦＭ列に接続して負荷に接続した時に電ｆｉｉ
が流れる場合。

それぞれの素子の端子間電圧ｖ１＋Ｖｌは、各々の素子
の出力特性曲線と電流１との交点として与えられ、黄鉛
端子間電圧は、各々の素子の端子間電圧の和となる）素
子数３以上でも同様であｐ、先述の通りである。

いま、この様な稼動状態にある太陽電池モジュールで、
一部の素子の入射光が遮られた場合、その素子の出力電
流は零となシ、その素子に直列に接続されている素子の
開放電圧の和に相当する逆バイアスに９ける。この逆バ
イアス電圧が素子の降伏電圧より十分に低い場合には問
題ないが、モジュールを複数個直列に接続する場合には
重大な四組となる。また素子自体の逆方向特性が良好で
ない場合にも常に考慮しなければならない問題である。

さらに同様な状況ｉｉ素子の出方特性が一様でない場合
　入射光が一様であっても特性の最も低い素子か逆バイ
アス条件になることがおり、素子が順次破壊される危険
がある。

この様な状況から素子を保護するために、縞４図に示す
如く素子のｐ　−ｎ接合と逆並列に保農ダイオードに設
けることが行われる。この構造では。

素子が逆バイアス条件になった場合には、電流は保−ダ
イオード４１４Ｃバイパスして流れ、素子は＾々保睦ダ
イオードの順電圧降下以上に逆バイアス逼れることはな
くなる。また、モジュールの一部の太陽電池素子が遮光
されても、遮光逼れたセルの寄与分が減少するのみでモ
ジュール全体の出力が零Ｋｆｋるということはなくなる
。また、稼動状態では保護ダイオードは常に逆バイアス
条件にあり、僅かな飽和電流が漏洩電流となるだけで実
質的な損失は生じない。

本発明は、かかる保霞ダイオードを付加した太陽電池モ
ジュールの結線方法に関するものである。

本発明の基本的構成は、第４図に示す如く、互に直列Ｋ
ｍ続され友太陽電池素子の各々に逆並列に保護ダイオー
ドを設けた構造を有する。

次に本発明ｔ−冥施例に沿ってａ明する。第５図は、従
来構造の太陽電池篭ジュールの一例の断面構造を示す。

太陽電池素子５１は通常−導電ｉ！Ｉ！ｅ！ 半導体基板の一生面に反対導電形の層５２ｔ−設轢て受
光面とする構造であシ、この両領域を直列に′ｊ＆続す
るリード５３で互に連結される。この素子列は充填材５
４によって埋め込まれ、透羽保賎材５５で受光面ａｔ、
また他の保瞳材５６で背向側ｔそれぞれ機って一体化し
１両端のリードを適宜外部に導出してモジュールとして
構成される。モジュール構成材として、透明表面保護材
には強化ガラスあるいはポリカーボネート、アクリル樹
脂等耐候性素材が一般的であり、背面保護材にはフン化
ビニル樹脂等がモジュール軽量化のために用いられる３
ｆた充填材にはＰＶＢ（ポリビニルブｒラール）樹脂等
が用いられる。本発明にとって斥ジュールの構成および
材料は本質的な問題ではないが、受光面側が剛性のある
材料で、背面が柔軟な材料で構成される場合には本発明
の利点がより発揮でれる。

以下本発明の適用−を示す。第６図は、第５図に示すよ
うな太陽電池モジュールの直列に接続されている素子に
ついて１本発明を適用した一例の堅 断面図である。太陽電池素子６１は０．５Ωｃｍｐへの
シリコン結晶であシ、その表面にはりん會拡薮゛し、ｎ
＋層６２が形成されている。素子の大きさｉｉ３インチ
径の円形でアリ、表面にはチタンおよびニッケルによる
積層形の格子状電極（図示せず）か辱さ約３μｍで形成
され、その一部に直列接続のためのリード線が接続され
る。裏面はアルミニラムで合金層管形成しく図示せず）
、その一部に！・′− ｔもつ、５−角のｐｎダイオードｔ、ダイオードのｎ層
が太陽電池素子の裏面に接触するように半田づけされる
。ダイオードのｐ　層６４と、そのダイオードの取付け
られた太陽電池素子に隣接する太陽電池の裏面とｔ、ｌ
Ｊ−ドロ５で接続し、そのリードの砥長は、再び該ダイ
オードの取りつけられ九太陽電池素子の表面電極に接続
した。

上述の構造を単位とし、５６素子を直列に接続してモジ
ュールとした。晴天時の太陽元下におけるモジュールの
出力は、短絡電ｌｔがｉ、ａＡ、Ｉｉ４！放電圧が３０
．２Ｖであり、同構造のモジュールｔ４個直列に接続し
た場合には１１８Ｖｏ１１放電圧を得た。これに１００
０の負荷を接続した場合、負荷の端子間電圧は１Ｑ７Ｖ
、負′＃【流れる電流は１．０６ムであった。このモジ
ュールの一部の素子を１党したところ、端子間電圧は１
０６１／に低下つた。

従来構造のモジュールを同様に接続した場合。

モジュールの一部ｔ−遮光すると端子間電圧はＯｖ近く
に低下し、負荷電流もはとんど流れない。場合によって
は［−また素子が劣化し、遮光を取除いてももとの端子
間電圧まで回復しないことも生じた。

保護ダイオードを設けたことの効果は上述の通りである
が１本発明のように保鰻ダイオード會太陽電池素子の裏
面に接続一体化する構成では、製造プロセスおよびモジ
ュール構成上でさらに利点がある。

まず、受光面側にリード付は部分【除いて突出部がなく
、剛性のある表面保護材との接触において、太陽電池素
子に不要の応力を加えることがなく、この点では従来構
造と同等である。ＩＩ向保護材は柔軟であるため、保護
ダイオードの付ｍＫよる突出ｔ＠収する。ま几、保護ダ
イオードのり′−ドと太陽電池素子の表面電極に接続さ
れるリードとは同一電位であり、裏面保護材の密着によ
ってリード同士の接触により短絡する危険が無い、さ素
子と保護ダイオードとの接触は保護ダイオードの片面全
面で行われる丸め、＊方向抵抗が小さく。

比較的小面積のダイオードで済む。

太陽電池素子の裏面に保護ダイオードを設けるリード７
４ｔ−設けた構造もある。この場合、ｉる太陽電池素子
の保護ダイオードは隣接する太陽電池素子に付置嘔れる
ことになり、素子列の片方の終趨部では外部に保護ダイ
オードを設ける必要がある３ｔた、リード７３と７４Ｆ
ｉ同電位罠ないため、構造上煙路を防止するための迂回
措置が必要である。

第６図および第７図に示す構造で保護ダイオードを受光
面側に取付ける構造もあるが、通常太陽電池素子は光電
変換の特性上、受光１ｉ１＠の０．２〜ｌＮ］！＋の浅
い位置にｐｎ接合が形成されるため。

保鰻ダイオード會太陽電池素子に接続する工程が困難で
、接合貫通による短絡不良を起こす危険が大きい３石ら
に、受光面側に剛性透明保膜材を用いる場合に、太陽電
池素子に偏った応力を生ずることＫなり、信頼性の面で
第６図の構成に劣る。。

型 子についても保護ダイオードの極性を反対にする縞６図
において、保謙ダイオードはｎ％基板に半田ＩＪ７ｃｌ
一時にダイオード細面において短絡を防止するためでわ
シ、工程上ｊｋ要な要件である。

以上述べた如く、本発明上適用することにより。

単純な構成かつ単一の工ＩＩ！によって、保護ダイオー
ドが逆並列に接続逼れた太陽電池素子およびその相互配
Ｉｍ！が実現でき、不用意な部分的！１九に対して安定
に動作し、かつ信頼性の改善された太陽電池モジュール
を提供することができる。

本構成Ｆｉｔたシリコン以外の、砒化ガリウム硫化カド
ミウム等の化合物半導体材料を用いた太−電池でも適用
可能である。

【図面の簡単な説明】

１１１図は一般的な太陽電池モジュールの構成的を示す
図、第２図は直列＊＊された太陽電池素子列が光照射に
より動作する状況を示す模式図、第３図は太陽電池素子
の動作を示す電流−電圧特性のａ引回、８１４図は太陽
電池素子の各々に逆並列に接続された保線ダイオードを
含む素子列の構成を示す図、亀６６４ｔｉ従来構造の太
陽電池モジュールの断面のＨｋ示す図、！１１６図は本
発明の＠１の実施ガに係わる太陽電池素子の相互配ｌＩ
Ｍｔ−示す断面図、總７図は本発明の總２の実ＭｊＩＡ
鉤に係わる太１１．５１，６１，７１・−太陽電池素子
、４１゜７２・−保護ダイオード、５３，６５，７３．
７４・・・！ｌＩ続リード。 特許出願人 工紐術娠石板誠− 第　　１　　図、　　第　　２　　図 第３図 ｖ、４図 ″に一ヨ 第　　５　　図 第　　６　　図 ／Ｌ 々≧； 第　　７　　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、半導体基板の一生表面領域に、基板と反対導電型の
   不純物領域を設け、咳主表面【受光面となし、基板およ
   び不純物領域にそれぞれ電１ｉｉｔ設けてなる構成の太
   陽電池素子の複数音、直列接綬してな表太陽電池モジュ
   ールにおいて、太陽電池素子の基板に設けられた非受光
   面側電極上に保−ダイオードｔ’！ｌｉｔして設け、該
   保護ダイオードを各太陽電池素子に対して逆並列Ｋｍ続
   して保瞳素子とし、太陽電池素子列を充填材によって埋
   め込み。 剛性のある保護材で受光面側【、柔軟な保護材で非受光
   面ａｔ覆うことによって構成してなる太陽電池モジュー
   ル。 １　上記基板はｐ　（ｎ　）ｍｌであ〕、上記不純物領
   域はｎ（ｐ）ｆＪＩであｐ、上記保護ダイオードのｎ層
   側電ｆｉが上記非受光面儒電ＩＩＫ密着され、上記保護
   ダイオードの９層側電極と上記不純物領域上の受光１ｆ
   Ｉｌｌｌ電極と１−接続したリードを隣接する太陽電池
   素子の非受光面側電極に接続してなること【特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の太陽電池モジュール。 ３、上記基板はｐ（ｎ）型であり、上記不純物領域ｔｊ
   ｎ（ｐ）型であり、上記保護ダイオードの９層側電極が
   上記非受光面側電極に密着され、上記保護ダイオードの
   ｎＪｍ側電極と隣接する太陽電池素子の非受光面側電極
   とｔ−接続するリードと、上記非受光面側電極とｉｉｉ
   ＊する太陽電池素子の受光Ｅ！［１１１１ｍ極とを接続
   するリードとを有、することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の太陽電池モジュール。