JPS63128771A - 屋外設置用太陽電池 - 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】 （イ）　産業上の利用分野 本発明は屋外設置用太陽電池に関し、太陽光エネルギを
電気エネルギに変換する太陽光発電Ｉ：利用される。

−）°従来の技術 所望の高起電圧を得るべく基板の絶縁表面１−於いてす
ＰＦされか複数の発電膜を電気的に直列接続せしめた太
陽電池は例えば米国特許第４．２８１．２０８号記載の
如く既（；知られている。

この様な直列接続型の太陽電池に於いて、一つの基板の
絶縁表面に配置された複数の発電膜の間には、該発電膜
全個別に分割すべき隣接間隔部が存在し、その隣接間隔
部は光照射を受けても発電動作しないために、その隣接
間隔部の数が多くなると受光面積中に占める発電（；寄
与しない無効面積が増大する。

一方１発電膜の受光面側！極としては発電Ｃ；寄与する
電子及び正孔を発生すべき半導体光活性層に光を導くべ
く透光性が要求される。斯る透光性電極材料としては酸
化スズ（８ｎ０２）、酸化インジウム（Ｉｎ２０Ｂ）、
酸化インジワムスズ（ＩＴＯ）等の透光性導電酸化物（
以下Ｔｏｏと称す）が一般的ζユ用いられるが、このＴ
ＯＯは入射光を遮断しない点（二ついては問題はないも
のの。

シート抵抗が数１０Ω／口と高く可及的にＴＯ０電極の
幅を狭くすることがこのＴＯＯ’ｉｉ極の抵抗成分（二
於ける電力損失を抑圧するための不可欠な条件である。

即ち、ＴＯＯＫ極に於ける電力損失を抑圧するためには
発電膜の分割数を多くすることによって発電膜１段当り
の幅を狭くすれば良い。

然し乍ら、Ｔ（３０電極に於ける電力損失を抑圧するた
めに発電膜１段当りの幅を狭くすれば、定の められた受光面積に多く発電膜が存在することに△ なり、このことは隣接間隔部の数が多くなることを意味
し無効面積の増大を招く。

この互いに相反する要求を満すべく本願出願人は特願昭
５９−２１２１８２号（特開昭６１−９０４７５号公報
参照）Ｉ：直列接続段数が最適化された太陽電池を開示
した。

ところが、斯る特許出願で具体的に直列接続段数（二つ
いてぎ及された太陽電池は５例えば特開昭５６−３３８
８９号公報に開示された単位発電素子を複数個積層した
発電膜を同−基数上で電気的に直列接続せしめた所謂タ
ンデム構造ではなく。

上記米国特許のように単位発電素子の発電膜を直列接続
したものである。

し→　発明が解決しようとする問題点 本発明は上記複数個の単位発電素子全積層した発電膜を
同一基板上で電気的に直列接続せしめた所謂タンデム構
造の太陽電池（二股いて、屋外の自然光の下での経年に
亘って最大出力ヲ得んとするものである。

に）問題点を解決するための手段 本発明は上述の如く所謂タンデム構造の太陽電池に於い
て最大出力を得るべく１発電膜の直列接［１１１エフマ
ス−１（ＡＭ−１）、Ｉ　ＱＱｍＷ／ｄ、２５℃の標準
光照射条件に基づき求められた標準直列接続段数より少
なくしたことを特徴とする。

ボ）作　用 上述の如く発電膜の直列接続段数を標準光照射条件Ｃ；
基づき求められた標準直列接続段数より少なくすること
Ｃ二よって、標準直列接続段数の太陽電池と比較して相
隣９合う発電膜間ｆ：存在する隣接間隔部も減少し、斯
る隣接間隔部が受光面に占める割合を低下せしめる。

（へ）実施例 第１図は本発明太陽電池の基本構成を示し、第２因は第
１図Ｃ二股ける■−■線断面を拡大して示している。第
１因及び第２図Ｃ：於いて、（１）は透光性且つ絶縁性
の例えばガラス製の正方形状の基板。

（２１）〜（２ｎ）は該基板（１）上ｌ：互いに隣接間
隔部（６１）〜（３ｎ−１）を隔てて離間配置された短
冊状の発電膜で、該発電膜（２１）〜（２ｎ）の各々は
、受光面となる基板（１）側から、ＴＯＯｔｔＭ（４）
と、膜面（二平行な一つのｐｉｎ接合を持つ単位発電素
子（５１）（５２）と、該単位発電素子（５１）（５２
）を２個積層した半導体膜とオーミック接触するアルミ
ニクム、アルミニワム合金、チタン、チタン銀合金、銀
、Ｔｏｏ／アルミ二クム、りｏｏ／銀、アルミニウム／
チタン。

アルミニウム／チタン銀合金、アルミニウム合金／チタ
ン、アルミニクム合金／チタン銀合金、アルミニクム／
チタン／アルミニウム、’ｒａｏ／アルミニクム／チタ
ン、Ｔｏｏ／アルミニウム／チタン銀合金等の背面Ｍｌ
（６＋と、を順次積層せしめた積層構造となっている。

そして、上記２個の単位発電素子を積層した半導体膜の
各々は、Ｔ００電極（４）側から、ボロンドープのアモ
ルファスシリコンカーバイドの第１Ｐ型１’１Ｐ１）と
、ノンドープのアモルファスシリコンの第１１型＠　（
１１）と、リンドープのアモルファスシリコンの第１ｎ
型層（ｎｌ）と、ボロンドープのアモルファスシリコン
カーバイドの第２Ｐ型層ＣＰ２）と、ノンドープのアモ
ルファスシリコンの第２１型層（１２）と、リンドープ
のアモルファスシリコンの第２ｎ型層（ｎ２）と、から
構成されている。

（７１）〜（７ｎ−１）はｎａ１ニー離間配置された短
冊状発電膜（２１）〜（２ｎ）を発ｔｌ；寄与しない無
効領域の隣接間隔部（６１）〜（３ｎ−１）に於いて電
気的Ｃ二直列接続するストライプ状の金属製結合電極で
、具体的Ｃ二は左隣りの背面電極（６）右隣りのＴＯＯ
電橋（４）とを結合する。（８）は最左端の発電膜（２
１）から基板（Ｌｌの側辺（１ＡＢ）（＝向って露出し
たＴ　ａ　ｏ　１Ｉ５（４）の露出部分（４）監：重畳
被着され一方の出力端を司どるストライプ状の第１端子
電極、（９）は最右端の発電膜（２ｎ）から基板（１）
の側辺（ＩＣＤ）に向ってストライプ状（；延在した他
方の出力端を司どる第２端子電楊で、これら第１．第２
端子電極（８Ｈ９１は上記結合電極（７１）〜（７ｎ−
１）と同一工程Ｃ；より形成される。

斯る構造の太陽電池に於ける電流Ｉど電圧Ｖの関係、及
び受光面の一辺が４２０１１角のときの最大出力Ｐ　ｍ
ａｗ　　と直列接続段数Ｎの関係は下式のようＩ：表わ
すことができる。

・・・・・・（１） ・・・・・・（２ま ただし、上式Ｃ二股いて １ニ一つの発電膜の単位発電素子の積層数をｍとしたと
きｉ＝１，２．・・・ｍ 工ｐｈｉ：ｉ番目の単位発電素子の充電流密度ｊｏｉ：
ｉ番目の単位発電素子の逆方向飽和電流密度 与１：１番目の単位発電素子のダイオード性能指数 に：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度 ｑ：単位電荷 Ｒｈｉ：　　１番目の単位発電素子のシリーズ抵抗１’
１ｓｋｌｉ：　１番目の単位発電素子のシャント抵抗Ｒ
：基板表面での反射率 ±１（λ）＝　１番目の単位発電素子の光活性層（ｉ型
層）に入射するフォトンフラックス Ｗ１：１番目の単位発電素子の光活性層（１型層）の膜
厚 α１：１番目の単位発電素子の光活性層（１型層）の吸
収係数 ＰＯ：無損失時の出力 ＰＬ：抵抗損失 ｄ：隣接間隔部の幅 第１式に於けるシリーズ抵抗Ｒ８１，シャント抵抗Ｒｓ
ｈｉ、ダイオード性能指数些１．逆方向飽和電流密度）
Ｏｌの各々は、小面積のタンデム構造太陽電池の１−Ｖ
特性を実測し、斯るＩ−Ｖ特性のカーブフイテイングに
より決定する。また、第２式６二より１番目の単位発電
素子の充電流密度Ｉｐｈｉ　　を求めるＣ：際し、各単
位発電素子で発生する充電流密度Ｉ　ｐｈｌ、Ｉｐｈ２
；・・Ｉｐｈ２Ｎ　　が等しくなるよ引二、各党活性層
（１型論）の膜厚Ｗ１、Ｗ２．・・・Ｗ２Ｎを決定すみ
。そして、第６式より。

第１式及び第２式で得られた小面積でのＩ−Ｖ特性を基
に、ｊ’ｃｍ角の受光面積での出力と直列接続段数の関
係を求める。

第５図は、第１図及び第２図１＝示したタンデム構造の
太陽電池（受光面サイズは１０１ｍＸ１０薗）の出力と
直列接続段数との関係をＡＭ−１，ＩＱＱｍＷ／ｊ、２
５０℃の標準光照射条件に基づき。

上記第１式乃至第６式を用いて計算して求めた結果を示
している。第１１型１１１（１１）の膜厚Ｗ１と第２１
型層（１２）の膜厚Ｗ２は夫々５４０Ａ。

６８００λとし、各発電膜（２１）（２２）、　（２２
）（２３）、・・・（２ｎ−１）（２１ｍ）の隣接間隔
部（３１）〜（３ｎ−１）の幅とは０．６５ｍとして計
算した。その結果、ＷＩ準準焦照射条件下では直列接続
段数が１０段のとき最大出力が得られることが判る。

然し乍ら、屋外設置用太陽電池は年間を通してれ 標準光照射条件の下で使用へることはな、く日射量。

気温等が季節、Ｊ！を二は１日の間であっても時々刻々
と変化する自然条件の下で使用される。そこで自然条件
の下で使用される太陽電池にあっては。

第２式口於ける’ｔｓ（λ）に代って年間の各時刻での
盃１（λ、１）を代入すると共Ｃ，第第１式画第３を用
いて一年間を通して積算すると、第４図の結果が得られ
る。第４図の結果から、自然条件を考慮した最適直列接
続段数は、標準光照射条件Ｃ；基づき求められた標準直
列接続段数の１０段より少ない７段のとき年間発電量が
最大となる。

一方、上述の如くアモルファスシリコンを光活性層の１
型ｆｉｌｌ（１１）（１２）として用いると。

斯るアモルファスシリコン特有の光劣化を招く。

この光劣化は光活性層の膜厚が薄いほど小さいことが知
られており、上記２個の単位発電素子を積層したタンデ
ム構造の太陽電池Ｃ二あっては、第１１型層（１１）の
膜厚Ｗ１の最適値は５４０Ａと１０００Ａ以下と肉薄で
あるためＣ，上記光劣化Ｃ：対して第２１型＊（１２）
の膜厚Ｗ２が問題となる。第５図は上記第２１型層（１
２）の膜１１１ｃｗ２と、ＡＭ−１，１００ｍＷ／ａ１
１の光を２００時間照射した後の光電変換効率ηを初期
効率η０で除した劣化軍（η／η０）をＷ２−２００Ｏ
Ａで規格化したときの変化率との関係を示している。

斯る第５図からタンデム構造の太陽電池にあっても、第
２１型箱（１２）の膜厚Ｗ２が薄いほど光劣化に有効で
あることが確認された。

第６図は受光面ｆイｆ：　ｊ’　Ｘ　ｌｊｗ　１０ＣＲ
Ｘ　１０２゜第１１型ｆｆ１（１１）の＠厚Ｗ１−５４
ＯＡ、直列接続段数Ｎ−７段、隣接間隔部（３１）〜（
３ｎ−１〕の幅ｄ−０．６５関、の基本構造を持つタン
デム構造太陽電池の年間発電ｔｉを求めたものである。

同図≦二股いて実線は全期間に亘って一律第５図の光劣
化率を代入して計算したものであり、ｔた破線は全期間
Ｃ；亘って光劣化を全く考慮することなく計算したもの
である。即ち、屋外設置の太陽電池に於いて光活性層と
してアモルファスシリコンを用いた場合、最適設計にあ
たっては光劣化を考慮する必要があり、仮に光劣化を考
慮したときの年間平均光電変換効率が第５因の２００時
間劣化と等しいとすると１本実施例【二あっては第２１
型Ｉｔ！（１２）の膜厚が約２８０ＯＡのとき最大の年
間発を量を得ることができる。この様に屋外設置の太陽
電池ζ二股ける第２１型層（１２）の膜厚Ｗ２は光劣化
を全く考慮することなく設計された膜厚３８００Ａより
薄いことが最大の年間発電量を得る条件となる。

（ト）発明の効果 本発明は以上の説明から明らかな如く１発電膜の直列接
続段数を標準光照射条件に基づき求められた標準直列接
続段数より少なくすることＣ二よって、相隣り合う発電
膜間≦二存在する隣接間隔部が受光面Ｃ：占める割合力
１”低下するので１発電に寄与する発電膜の面積を、Ｔ
ｏｏ電極の抵抗成分Ｃ二よる電力損失！−よる悪影響を
受けることなく増加させることができ、屋外の自然光の
下で経年１−亘って最大出力が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明太陽電池の基本構成を示す平面図、第２
図は第１図に於ける■−■線拡大断面図。 第３図は標準光照射条件下（二於ける太陽電池の直列接
続段数と出力との関係を示す特性図、第４図は自然条件
下１：於ける太陽電池の直列接続段数と年間発電はとの
関係を示す特性図、第５図は第２１型＃（１２）の膜厚
と光劣化との関係を示す特性図、第６図は第２１型層（
１２）の膜厚と５年間発電量との関係を示す特性図、で
ある。 （１）−・・基板、（２１）　〜（２ｎ）・・・発電膜
、（５１）〜（３ｎ−１）・・・隣接間隔部、（４）・
・・Ｔ○０電極、（５１）（５２）・・・単位発電素子
、（１１）・・・第１１型層、（１２）・・・第２１型
層。 Ｊ列刊繞段数 第４図 １列ｎ　ＭＬｋ’ｒ救 第５図 第０図 第２１型漫の繰厘Ｗ２山

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）単位発電素子を複数個積層すると共に受光面側に
   透光性導電酸化物の電極を配置した発電膜を、同一基板
   上で電気的に直列接続した太陽電池であつて、上記発電
   膜の直列接続段数はエアマス−１（ＡＭ−１）、１００
   ｍＷ／ｃｍ＾■、２５℃の標準光照射条件に基づき求め
   られた標準直列接続段数より少ないことを特徴とした屋
   外設置用太陽電池。