WO2002061848A1

WO2002061848A1 - Module de cellules solaires et son procede d'installation

Info

Publication number: WO2002061848A1
Application number: PCT/JP2002/000703
Authority: WO
Inventors: Satoyuki Ojima; Hiroyuki Ohtsuka; Masatoshi Takahashi; Takenori Watabe; Takao Abe
Original assignee: Shin-Etsu Handotai Co.,Ltd.; Shin-Etsu Chemical Co.,Ltd.
Priority date: 2001-02-01
Filing date: 2002-01-30
Publication date: 2002-08-08
Also published as: KR20030071867A; US6963024B2; JP2002305314A; EP1367652A1; CN1489791A; CN1258232C; US20040060590A1; JP3872306B2

Description

明細書太陽電池モジュ一ル及ぴ太陽電池モジュールの設置方法技術分野

本発明は、太陽電池モジュールぉよびその設置方法に関する。背景技術

太陽電池が発電した電力を外部に取り出すために、通常、太陽電池の表面にはフインガー状の電極が作製される。この電極の断面積が大きいほどその抵抗値が減少するため、発電効率改善の面で電極幅や厚みが大きいことが望ましい。しかし、一方で電極は、太陽電池を構成する半導体材料内部に太陽光が導入されることを妨げるため、発電効率低下の原因となる。電極の作製は A gペーストのスクリーン印刷等が用いられているが、太陽電池受光面で電極の占める面積の割合は 8〜1 2 % となってしまい、これによるシャドウイングロスが発電効率改善の点で障害となつてレ'、る。

そこで、シャドウイングロス減少による発電効率改善を目的とし、太陽電池受光面に平行な矩形、半円、三角断面形状溝を複数形成し、溝側面の幅方向の片側内側面にのみ電極を形成した O E C O (Obliquely Evaporated Contact) 太陽電池が開発されている（例えば、 Renewable Energy, Vol. 14, Nos. 1-4, 83-88 (1998) あるいは欧州特許 EP0905794A2) 。

このように、 O E C O太陽電池は、エネルギー変換効率の点で非常に大きな利点を有しているが、本発明者が検討した結果、〇E C O太陽電池をモジュール化するに際しては、電極が溝内側面に形成されているという特殊な事情に起因して、従来の太陽電池では生じ得なかった種々の新たな解決課題が発生することがわかった。〇 E C O太陽電池では溝の片方の内側面にしか電極を形成していないため、太陽光の入射角によってシャドウイング面積が変化し、太陽電池の光生成電流が変化することが不可避である。このことを示したのが図 2である。図 2では、入射角が α の場合、シャドウイング面積の割合は B / (A + B + C ) となる力入射角がひ' の場合、 B ' / (A ' + B， + C ) となる。このように、 O E C O太陽電池では、入射角が浅くなるほど電極によるシャドウイングロスの割合が大きくなる。

ここで、太陽電池モジュールの発電効率を最大にするためには、モジュール内の太陽電池毎の出力電流を等しくすることが要求される。そのためには、太陽電池毎の変換効率を一定にすることが重要である。しかし、 O E C O太陽電池モジュールでは、基本性能の揃った太陽電池を用いて、それらに均等に光を当てたとしても、太陽電池毎の出力電流が必ずしも等しくなるとは限らない。なぜなら、太陽光が斜め方向から入射した時、モジュール内の太陽電池の取付方向に考慮が払われていなレ、と、太陽電池ごとに生ずるシャドウイングロスの程度が異なってしまい、出力電流の不均一化が生じてしまうからである。

また、太陽電池モジュールは通常、家屋の屋根等に設置されるが、 O E C O太陽電池は溝の片方の側面にしか電極がなく、入射方向によってシャドウイングロスが変化するため、この電極面をどの方向に向けるかによつて、 1日あるいは 1年を通して得られる電力の総和が異なり、場合によっては太陽電池モジュールの性能を十分に引き出しえないこともありうる。

本発明の課題は、太陽光が斜め方向から入射した時においても、モジュール內の各太陽電池の出力電流を均等化することができる太陽電池と、その太陽電池モジュールの効果的な設置方法とを提供することにある。 . 発明の開示

上記の課題を解決するために、本発明の太陽電池モジュールは、各々受光面上に複数の平行な溝が形成され、各溝の幅方向片側における内側面（以下、電極形成内側面という）に出力取出用の電極が設けられた構造を有する複数の太陽電池と、それら太陽電池を受光面が上となるように一体的に支持する支持体とを備え、複数の太陽電池が支持体に対し、溝の長手方向が互いに略一致し、かつ、電極形成内側面が同一側に位置する形で取り付けられていることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールに使用する上記構造の太陽電池は、前述の O E C O 太陽電池に相当するものである。そして、支持体上に取り付ける複数の太陽電池の溝の長手方向を互いに略一致させ、かつ、電極形成内側面を同一側に位置させることで、太陽光線が斜めに入射したとき、個々の太陽電池の電極形成内側面には同一角度にて太陽光線が入射する。その結果、各太陽電池にて生ずるシャドウイング口スの程度も略等しくなり、出力電流の均一化を図ることができる。

なお、上記の太陽電池においては、溝形成の簡便性を考慮すると、形成する溝の断面形状として、矩形、半円あるいは三角のいずれかであることが好ましい。

次に、本発明は、上記本発明の太陽電池モジュールの設置方法も提供する。具体的には、太陽電池モジュールを予め定められた設置場所に設置する際に、各太陽電池の溝の、電極形成内側面の配置方向を、設置時における各太陽電池の前記受光面の水平面に対する傾斜角 β と、太陽電池モジュールの設置場所の緯度 δ とに応じて調整するようにしたことを特徴とする。

本発明者らが検討したところ、 O E C O太陽電池は、太陽電池は溝の片方の側面を電極形成内側面としているため、モジュールの姿勢や、設置場所の緯度により、電極に入射する太陽光線強度及びシャドウイングの程度と、その 1日あるいは 1年を通しての変化の仕方が全く異なることがわかった。，そこで、モジュールの姿勢として太陽電池の前記受光面の水平面に対する傾斜角 β を採用し、これと設置場所の緯度 δ とに応じて電極形成内側面の配置方向を調整することで、太陽電池モジユールの性能をより効果的に引き出すことが可能となり、ひいては太陽電池モジュールの 1日あるいは年間を通じての発電量をより増大させることができる。図面の簡単な説明

図 1は、〇 E C〇太陽電池の断面構造の一例を示す模式図。

図 2は、〇E C O太陽電池に形成された溝、および電極と太陽光との関係を示す説明図。

図 3は、本発明における、太陽電池モジュール内での太陽電池配列方法を示した斜視図。

図 4は、本発明における太陽電池モジュールの設置方法を示した図。

図 5は、電極形成内側面を上向きとして太陽電池モジュールを設置する例を示す図。

図 6は、電極形成内側面方向を下向きとして太陽電池モジュールを設置する例を示す図。

図 7は、南向きの屋根に太陽電池モジュールを設置する例を示す模式図。

図 8は、太陽電池モジュールの一実施形態を示す分解斜視図。

図 9は、式（1 ) 及び式（2 ) の導出過程の概略を示す流れ図。

図 1 0は、太陽電池モジュール設置場所の緯度と分起点角度と電極形成内側面方向との関係を示した図。

図 1 1は、北緯 3 0度に太陽電池モジュールを設置角 2 5度で設置した場合のシャドウィングロスの時間変化を示す図。

図 1 2は、北緯 3 0度に太陽電池モジュールを設置角 3 0度で設置した場合のシャドウィングロスの時間変化を示す図。，

図 1 3は、北緯 3 0度に太陽電池モジュールを設置角 3 5度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を示す図。

図 1 4は、北緯 5 0度に太陽電池モジュールを設置角 4 5度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を示す図。

図 1 5は、北緯 5 0度に太陽電池モジュールを設置角 5 0度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を示す図。

図 1 6は、北緯 5 0度に太陽電池モジュールを設置角 5 5度で設置した場合のシャドウィングロスの時間変化を示す図。

図 1 7は、北緯 3 0度に太陽電池モジュールを設置した場合の設置角と平均有効受光量との関係を示す図。

図 1 8は、北緯 5 0度に太陽電池モジュールを設置した場合の設置角と平均有効受光量との関係を示す図。

図 1 9は、太陽電池表面に形成される溝の寸法を示した断面模式図。

図 2 0は、屋根の方向により溝の配置方向を変更する例を示す説明図。

図 2 1は、太陽電池セルュ-ットの方向を個別に変更可能とする太陽電池モジュールの構造例を示す断面図。

図 2 2は、受光面の傾斜角度を変更可能とした太陽電池セルュニットの一例を示す断面模式図。

図 2 3は、天球に対する座標系の定義を示す図。

図 2 4は、太陽電池モジュール及び太陽電池の溝の長手方向と、水平面との位置関係、及び設置角との関係を示す斜視図。

図 2 5は、各種設置方位角 Ψ と緯度 δ 及び分起点角度 β との関係を示すグラフ _c

発明を実施するための最良の形態 ' 以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を用いて説明するが、本発明は本発明を実施するための最良の形態に限定されるものではない。図 1は、本発明の太陽電池モジュールに使用される太陽電池の断面構造の一例を示すものである。該太陽電池 1 4においては、シリコン単結晶インゴットから切り出された p型シリコン単結晶基板 2の第一主表面（受光面となる） 2 4上に、例えば幅数 1 0 0 μ m 程度、深さ 1 0 0 πι程度の多数の溝 8が互いに平行に形成されている。これらの溝 8は、例えば、同軸的に結合された一体回転する数百枚から数千枚の回転刃により一括刻設することができるが、数回の操作に分けて刻設してもよい。

上記溝 8を刻設した基板 2の第一主表面 2 4には、 η型ドーパントであるリンを熱拡散することによりェミッタ層 3が形成され、 ρ— η接合部が形成されている。そして、そのェミッタ層 3の上に、トンネル絶縁膜として機能する薄いシリコン酸化膜 4が、例えば熱酸化法により形成されている。

そして上記シリコン酸ィ匕膜 4の上に電極 5が形成されている。該電極 5は、例えば蒸着装置内において電極材料（例えばアルミニウム等の金属）を溝 8の片側の内側面（電極形成内側面）に蒸着することにより形成されたものであり、その蒸着時においては後述する通り、溝幅方向における片側の内側面に優先的に電極材料が蒸着されるよう、蒸着源に対し基板 2を所定角度以上に相対的に傾けて配置するようにする（これが、 O E C Oの命名の由来でもある：なお、該蒸着時には、溝 8， 8 間に形成された凸状部 9の頂面にも余分の電極材料が堆積するが、これはリン酸溶液等のエッチング液にて除去される）。そして、電極 5を含む基板 2の第一主表面 2 4の全体が、保護層および反射防止膜として機能する窒化シリコン膜 6により覆われている。他方、基板 2の裏面側にも窒化シリコン膜 6と電極 7とが形成されている。

図 8は、上記の太陽電池 1 4を用いた太陽電池モジュールの一例を示すものである。該太陽電池モジュール 6 0は、複数の太陽電池 1 4を受光面 2 4が上となるように一体的に支持する支持体 5 0を有する。複数の太陽電池 1 4は支持体 5 0の底辺に対し、溝 8の長手方向が互いに略一致し、かつ、電極形成内側面 1ひいては電極 5が、図 3に示すように、全ての太陽電池 1 4について同一側に位置する形で取り付けられている。太陽電池モジュール 6 0を設置する際の電極形成内側面 1の向きは、年間発電量の最適ィヒを図るため、受光面 2 4の水平面からの傾斜角度 ]3 と、設置場所の緯度 δ 等に応じて変更される。この発明を実施するための最良の形態では、複数の太陽電池 1 4は、図 5及び図 6に示すように、電極形成内側面 1の位置が、受光面と平行な面內において互いに 1 8 0度反転した関係にある第一位置（図 5 ) と第二位置 (図 6 ) との間で少なくとも任意に選択可能となるように、支持体 5 0 (図 8 ) に取り付けられており、後述する設置方法の具体例を実施する上での便宜が図られている。

具体的には、複数の太陽電池 1 4は電池保持部材 1 0に一体的に取り付けられ、該電池保持部材 1 0が支持体としての設置基体 5 0に取り付けられている。電池保持部材 1 0の設置基体 5 0への取付方向の変更により、複数の太陽電池 1 4の電極形成内側面 1 (図 3 ) の位置を、第一位置及び第二位置との間で一括して位置変更できる。なお、太陽電池 1 4に形成された溝 8の向きを目視にて確認できない場合、電池保持部材 1 0あるいは設置基体 5 0への取付時に支障を来たすので、太陽電池 1 4に、溝 8と一定の位置関係を満たす方向識別マーキング（オリエンテーションノツチあるいはオリエンテーションフラットなど）を付与しておくと便利である。ここでは電池保持部材 1 0はプレート状に形成され、各太陽電池 1 4はその板面に沿う形で取り付けられている。従って、電池保持部材 1 0の傾斜角度 e が受光面 2 4の傾斜角度となる。他方、設置基体 5 0は枠状に形成され、電池保持部材 1 0 は着脱結合機構により、ここでは、設置基体 5 0に形成されたねじ孔 5 2に電池保持部材 1 0を貫いてねじ込まれるねじ 5 1により、着脱可能に取り付けられている。電池保持部材 1 0の向きを変える際には、ねじ 5 1を取り外して電池保持部材 1 0 を矢印 Rの向きに反転させ、再びねじ 5 1をねじ込めばよい。

なお、複数の太陽電池 1 4の向きを支持体に対し、個別に方向調整可能に取り付けることもできる。図 2 1にその一例を示す。この例では、太陽電池 1 4を配線基体 3 4に組み付けて円板状の太陽電池セルュニット 3 5とし、これを電池保持部材 1 0に形成された電池保持部 1 0 b (ここでは円筒状内面を有する座ぐり状の凹部とされている）に軸線回りに回転可能に取り付けてある。従って、太陽電池セルュニット 3 5の回転により、電極形成内側面 1 (図 3 ) の位置を変更することができる。なお、電池保持部 1 0 bの内面は、例えばゴム製の弾性保持部 1 0 cが形成されており、太陽電池セルュニット 3 5をここに圧入することで取付位置を保持するようにしている。また、太陽電池セルユニット 3 5からの出力線 1 4 aは、電池保持部 1 0 bに続いて形成される貫通穴 1 0 aを通って引き出されている。

太陽電池モジュール 6 0を屋根に設置するとき、一般には図 7に示すように、日当たりのよい南向きの屋根が選ばれることが多い。ここで、自然光を利用して太陽電池発電を行なう場合、 1日平均の発電量を大きくするには、光量が十分得られる南中前後の時間帯よりも、その前後の光量が不足しがちな、朝や夕方の時間帯に、如何に効率よく光を電力に変換できるかが決め手となる。ここで、太陽電池にシャドウイングロスを生じやすくなるのは、受光面への正射影が溝 8の長手方向と交差する形態で光が当たる場合であるが、このような状態が上記朝夕の時間帯に長く続くことは、発電効率を高める上で望ましくない。例えば南北方向に傾斜する屋根の上に太陽電池モジュール 6 0を取り付けるとき、図 4に示すように、各太陽電池 1 4は、溝 8の長手方向が屋根の傾斜方向と直交する形で取り付けるようにする。このようにすることで、上記のようなシャドウイングロスの生じやすい照射状態を、多少シャドウイングロスを生じても問題が小さい南中前後の時間帯に限られるようにすることができ、逆に、太陽光が東寄りあるいは西寄りから照りつける朝夕の時間帯においては、シャドウイングロスを抑えて有効に光を電力に変換することができるようになる。

この場合、太陽電池 1 4は、結果的に、形成された溝 8の長手方向が水平となるように設置される。そして、受光面の傾斜角度 β と設置場所の緯度 δ とを考慮に入れて、電極の最適方向を鋭意検討した結果、次のような設置態様を採用することが有効であることがわかった。すなわち、受光面の水平面に対する傾斜角を度とし、設置場所の緯度を δ度（ただし、北緯を正として定める）とした時、

j3<60 X I s i η δ | ···· (1)

が成り立つ場合は、図 5に示すように、溝 8の電極形成内側面 1が他方の内側面よりも赤道に近くなるように（つまり、傾斜方向において上向きとなるように）配置し、

|3 > 60 X I s i η δ I ···· (2)

が成り立つ場合は、図 6に示すように、その逆とする。

つまり、（1) が成立する緯度 δ においては、図 5の設置態様を採用することで、図 6の設置態様よりも年間発電量を向上させることができ、逆に、（2) が成立する緯度 δ においては、図 6の設置態様を採用するこ.とで、図 5の設置態様よりも年間発電量を向上させることができる。すなわち、太陽電池モジュール 60の年間の発電効率の最適化を図ることができる。上記（1) 及び（2) の条件式を示したグラフを図 10に示す。図 10では南緯をマイナスで表している。

式（1) 及ぴ（2) は、図 9に示す流れに従って導出されたものである。以下、その詳細について説明する。まず、太陽の方位角と仰角、太陽電池モジュール 60 の設置角と方位角より、例えば図 2に示すように、電極 5の投影面積割合（シャドウィングロス）を求める式を求めることができる。図 2から解るように、

B/ (A+B + C) 、 Β' / (A' +B' +C ) ···· (3)

がこの電極の投影面積割合にあたる。図 9の S 1に示すように、太陽の方位角 Φ ' と仰角 θ ' (方位角 φ, は、溝の長手方向の東向きを 0、反時計回りを正とする）は、日付 d、時刻 h rおよび緯度 δ の関数として表される。この関数のデータは暦に従って一義的に求めることができる。該関数データの取得手法は天文学において極めて周知であるから、詳細な説明は省略する。そして、 S 2に示すように、上記の φ' と仰角 θ ' に、受光面の傾斜角度 (以下、太陽電池モジュールの設置角あるいは単に設置角ともいう'）に相当する回転変換を施すことで、受光面（太陽電池モジュール）から見た相対的な太陽の方位角 φ と仰角 Θ を表す関数データを求めることができる。仰角 Θ は受光面への太陽光線の入射角度に相当し、方位角 φ は溝 8に対する太陽光正射影とのなす角度に相当するので、図 19に示すように、電極厚さ t、溝深さ h、溝幅 w2、溝間距離 w 1が一定であれば、 0及ぴ φ と、これらの溝形状パラメータとを用いれば、上記式（3) を用いて、各日付/日寺刻のシャドウィングロス Sを、緯度 δ 及び設置角 β の関数データとして計算できる（図 9 (S 3) ) 。

受光面から見た相対的な太陽の方位角 φ と仰角 0 は、以下のようにして計算することができる（ここでは、北半球上の地域を例にとって説明するが、南半球上においても計算の概略は当然、同一である）。まず、赤道上から見たある時刻 h r時の太陽の位置を求める。そのために、図 23に示すような、東を Xの正の方向、北を yの正の方向、垂直上向きを zの正の方向とした半径 1の天球を考える。この場合、天球上の太陽の位置（X , y, z ) は、次の 3つの式（4) 〜（6) から求められる。ただし、太陽の南中時刻を h r = 1 2と定義している。

V = -cos(«) (5)

z~^ -y sin ― (hr - 6) (6)

ここで、 αは 1月 1日から d日目（1月 1 日を 1日目とする）の南中角で、次式 (7) で表される。 - · ）

また、この（X, y, z ) 直角座標と、半径 R (= 1) 、方位角 φ，、仰角 θ , で表される天球極座標（R， φ ' ， Θ ' ) との間に、 x = c o s 0 ' X c 0 s ' 、 y= c 0 s Θ ' X s i η ' 、 z = s i n Θ ' なる関係が幾何学的に成立する。次に、緯度 δ度の地点から見た太陽の位置（X 1， y 1 , z 1 ) を求める。緯度 δ 度の地点から見た太陽の位置は、赤道上から見える太陽の位置を X軸（東西方向）まわりに δ度回転させたものと等しく、次の 3式（8) 〜（1 0) で表される。

x^ = x . . . (8)

1 =ヌ cos ( - z sin (め · · · (9)

z = ysin(d) + z cos(S ) · · · ( 1 0)

次に、真南から Ψ度ずらして設置されたモジュールから見た太陽の位置（χ 2, y 2, z 2) を求める。ただし、 Ψ の符号は東方向を正とする。この太陽の位置は、太陽の位置（x l， y l， z 1 ) を z軸まわりに Ψ度回転させたものと等しく、次の 3式（1 1) 〜（1 3) で表される。 x2 = xl cos(y ) - yl sin(^) - · - (1 1)

y2 = l sin(^) + y\ cos(^) · · · ( 1 2)

zl = z\ · · · (1 3) さらに、太陽電池モジュールから見た太陽の位置（x 3， y 3 , z 3) を求める。図 24に示すように、太陽電池モジュールは溝の長手方向を水平面と平行に、設置角 0度で設置すると仮定する。また、溝の長手方向を x ' 方向、溝の長手方向に垂直で受光面に平行な方向を y，方向、モジュールの法線方向を z ' 方向とする。この場合も、太陽電池モジュールから見た太陽の位置は、 X ' 軸まわりに— 度回転させたものと等しいので、次の 3式（1 4) 〜（1 6) で表される。 x3 = x2 - (14)

3 = 2 cos (— )—22 sin (— β) (15)

z3 = 2sin (- fi)+z2cos (- β) (16) したがって、太陽電池モジュールから見た太陽の方位角 ψ と仰角 0 は、太陽の位置（X 3， y 3, z 3) を用いて次式（1 7) 、（1 8) のように表される。

ここで、方位角 φ は、溝の長手方向の東向きを 0、反時計回りを正とする。また. 仰角 Θ は、太陽がモジュール受光面に対して直接太陽光を入射することができる場合を正とする。結局、モジュール設置場所の緯度 δ 設置角 β 設置方位角 Ψ、日付 d、時刻 h rの 5つの変数を上記（4) 〜（1 8) 式に与えることで、太陽電池モジュールから見た太陽の方位角 φ と仰角 Θ を得ることができる。

次に、上記の原理に従い、電極形成内側面 1を上向きおよび下向きにした場合のそれぞれにっき、緯度 δ の種々の値、及び設置角 β の種々の値について、年間を通じた各日付 Ζ時間のシャドウイングロス Sを計算する。本発明を実施するための最良の形態では、設置方位角 Ψが 0であり、緯度 δ を 1 0度間隔に、傾斜角度 β を 5度間隔に定めて、各月の日付を月半ばの 1 5日で代表させて、各時のシャドウイングロスを求め、代表データ点とした。図 1 1、図 1 2、図 1 3は、，緯度 δ を 3 0度、設置角 jS をそれぞれ 2 5度、 3 0度、 3 5度.としたときの、各月 1 5日の 8 時、 1 0時、 1 2時、 1 4日寺及ぴ 1 6時におけるシャドウイングロス Sを求めた褚果を示す。また、図 1 4、図 1 5、図 1 6は、緯度 δ を 5 0度、設置角 β をそれぞれ 4 5度、 5 0度、 5 5度としたときの、各月 1 5日の 8時、 1 0時、 1 2時、 1 4時、 1 6時におけるシャドウイングロス Sを求めた結果を示すものである。図 9に戻り、 S 4では、シャドウイングロス Sを差し引いた有効受光量 P eを求める。ここでは、太陽光に垂直な面が受ける太陽光エネルギー密度を、緯度、時間あるいは太陽の仰角に区別なく、平均的な値として（l k W/m²) であると仮定した。ただし、このうちモジュールに照射される太陽光エネルギー密度は、モジユールの法線方向成分のみとなる。また、日中（日の出から日の入り間）において、太陽光が直接、モジュールを照射できない場合、散乱光のみが太陽光表面に達すると仮定した。その際、太陽光エネルギー密度は入射角依存性がなく、 0 . 3 k WZm ² で一定であると仮定した。つまり、この場合、太陽がどの位置にあろうとも有効受光量は 0 . 3 k W/m ²からシャドウイングロス分を差し引いた値となる。これは、具体的には、図 7に示すように、季節及び時間帯により、太陽がモジュール 6 0の裏側に回りこんでしまうような場合である。なお、夜間（日の入りから日の出間）は有効受光量を 0 k WZm ²とした。

次に、 S 5では、上記仮定を用いて計算した有効受光量 P eを全時間で積算し、その全時間で割ることにより、平均有効受光量 P e aを求める。この平均有効受光量 P e aと設置角 β との関係を示した結果が、図 1 7 (緯度 δ = 3 0度）及ぴ図 1 8 (緯度 δ = 5 0度）である。これら図から明らかな通り、電極形成内側面を上向きにした場合と下向きにした場合との、平均有効受光量 P e aひいては発電出力の優劣関係が、ある分起点角度で反転しており、低角度側では上向きが、高角度側では下向きが有利となっていることがわかる。また、その優劣関係が反転する分起点角度は、緯度 δ により変化することもわかる。例えば、北緯 3 0度のケースでは分起点角度が約 3 0度であり、これより /3が大きい場合、電極形成内側面を下向き (赤道方向）に、小さい場合、上向き（赤道と反対方向）にするのが好ましいことを意味する。他方、北緯 5 0度では、この分起点角度は約 4 7度となっている。図 9に戻り、 S 7では、各緯度 δ について上記分起点角度を求める。図 1 0は、その算出結果を緯度 δ に対してプロットしたものである。プロット点は、緯度 0度 (赤道位置）で 0度となり（これは、上向きでも下向きでも優劣がないことを意味する）、それよりも δ が北緯側又は南緯側にずれると、分起点角度は正弦曲線に従つて大きくなつていくことがわかる。この関係を表したものが、上記条件判別式 (1) 及び（2) に相当する。なお、ここで計算に用いた OECO太陽電池の溝形状は、図 19で示したように隆起部幅 9 (wl) 50 ιη 溝幅（w2) 450 μ m、溝深さ（h) 50μηι、電極厚さ（t) 5 μπιであるが、異なった値を代入した場合も、最後に得られる曲線は同様なものが得られる。ただし、この導出過程において、バスバー電極については無視した。これは、バスバー電極のシャドウイングロスが入射角によって変化しないことによる。

本発明においては、これらの条件式に基づいて太陽電池モジュール 60の電極形成内側面 1の設置方向を決定し、設置することで、 1年間に太陽電池モジュール 6 0から得られる発電出力の総量を増大することができる。なお、本発明の条件式は北緯 90度から南緯 90度まで適用可能である。

なお、図 20に示すように、太陽電池モジュール 60の設置場所として、必ずしも南向きの最良の位置が確保できない場合もある。例えば図 20では、東向きの屋根（傾斜方向は従って東西方向）の上に設置せざるを得なくなった場合を示す。この場合、設置方位角 Ψは 0でなくなり、溝 8 (即ち電極形成内側面）の向きが、南北方向と直角（東西方向と平行）となるように、支持体（ここでは、電池保持部材 10) に取り付けるのがよい。この場合、受光面の傾斜方向も東西方向となる。

図 25は、設置方位角 Ψが 0でない場合の、各緯度 δ における分起点角度 β を計算した結果を示すものである。これによると、設置方位角 Ψが 65° までは、分起点角度 iS と緯度 δ との関係を示す曲線に大きな変化はなく、前記した（1) 及び（2) の条件式を略そのまま用いても問題がないことがわかる。他方、設置方位角 ¥が65° を超える場合（上限は 90° ) は、（1) 及び（2) の右辺が表す単純な正弦曲線からの逸脱がかなり大きくなっており、溝方向を判別するための条件式としては不適となる。そこで 65° を超える種々の設置方位角 Ψにおいては、各緯度 δ での分起点角度 0 を求めた計算結果点に関数によるカーブフィッティングを行なった結果、次のような条件式を用いることは有効であることが判明した。すなわち、下記式（19) が成り立つ場合は、溝の電極形成内側面が他方の内側面よりも赤道に近くなるように配置し、式（20) が成り立つ場合はその逆とすることが望ましい。ただし、 Ψが 90° (東向き）のとき、下記式（19) が成り立つ場合は、溝の電極形成内側面が他方の内側面よりも東もしくは下に近くなるように配置し、式（20) が成り立つ場合は、その逆とする。一方、 Ψがー 90° (西向き）のとき、下記式（19) が成り立つ場合は、溝の電極形成内側面が他方の内側面よりも西もしくは下に近くなるように配置し、式（20) が成り立つ場合は、その逆とする。なお、 ω =—0. 0043 δ ³+ 0. 9 δ ²~ 62. 5 δ + 1461でめる。 β≤ - xsm {2χδ) + 32.5 (1 9)

90 ノノ δ ヽ、

yff> -32.5 χ 1一 xsin {2χδ) + 32.5 (20)

90 ノノ

図 10からも明らかなように、電極形成内側面の上向きあるいは下向きに関する分起点角度は、高緯度地域ほど大きくなる。これは、年間を通じて太陽光の照射角度が小さいため、受光面の傾斜角度 j3 をなるベく大きくしたほうが有利であるためである。このように、受光面の傾斜角度 β 自体にも、設置場所の緯度 δ により最適の値が存在する場合がある。そこで、図 22に示すように、本発明の太陽電池モジュールは、受光面の傾斜角度 β を可変に構成することも可能である。該図の発明を実施するための最良の形態においては、ベース 150に電池保持部材 10の下端部を蝶番 53により旋回可能に結合し、上端側を昇降口ッド 54により昇降させて, 傾斜角度 β が変更できるようにしてある。昇降ロッド 54は、例えばこれに一体ィ匕された雌ねじ部材 54にねじ軸 55を螺合させ、このねじ軸 55をハンドル 56の操作等により正逆両方向に回転させることで昇降させることができる。

(実施例 1 )

図 1の太陽電池を、以下のような方法により作製した。まず、 III族元素のガリウムを不純物元素とする ρ型単結晶シリコンウェハ 2 (10 cm角、基板厚 300 μ m、抵抗率 0. 5Q cm) の受光面側に、ダイサ一によつて平行な四角（矩形）断面形状の溝 8を複数形成した。溝形状は、図 19に示すように、溝間隔（W1) を 50 μπι、溝幅（W2) を 450 μ m、溝深さ（h) を 50 μπιとした。次に、水酸化カリゥム水溶液によりエッチングしてダメージ層を取り除き、裏面にプラズマ CVD装置を用いて窒化シリコン膜 6を形成した。

引き続き、受光面側に熱拡散によって V族元素のリンを不純物とした η⁺領域からなるェミッタ層 3を、シート抵抗が 100Ω ロとなるように作製した。さらに、裏面に対し、アルミニウムの真空蒸着により厚さ 2 μπιの電極 7を形成した。次に、受光面上に熱酸化により膜厚 2nmのトンネル酸化膜 4を作製し、引き続いて、この受光面の平行溝に垂直方向、且つウェハ表面に対し斜め 20度の方向から電極となるアルミニウムを真空蒸着し、溝側面の一方のみに厚さ 5 mの電極 5を形成した。さらに、プラズマ CVDによって膜厚 70 nmの窒化シリコン膜 6を受光面上に形成した。

上記のようにして作製した O E C O太陽電池を 60枚用意し、電極形成内側面 1 を同一方向に向け、さらに溝の長手方向を太陽電池モジュールの底辺の方向と一致させた状態で、ガラスとテドラーを支持器材とした太陽電池モジュール内に E VA (エチレンビニルアセテート）樹脂で封止した。比較のため、半数の太陽電池の電極形成内側面 1を 1 8 0度回転させて配置した太陽電池モジュールも作製した。便宜的に、ここでは前者をサンプル 1、後者をサンプル 2とする。なお、作製した太陽電池モジュールのモジュール面積は 6 6 6 c m²であり、サンプルの定格出力は 1 1 0 Wである。

次に、ソーラーシミュレータ（光強度： 1 k WZm²、スペクトル： AM I . 5グローバル）を用いて、作製した太陽電池モジュールの出力特性を測定した。ただし、測定では、太陽電池モジュールの受光面を溝の垂直方向に 6 0度傾けた。得られた出力特性を、次の表に示す。

この測定結果では、サンプル 1の方が、サンプル 2に比べて 0 . 5 A程度大きい短絡電流を示し、高い出力を示した。つまり、本発明を適用することでより高い.出力を得ることが可能であることがわかる。

(実施例 2 )

本発明の条件式（1 ) 、（2 ) より、北緯 3 0度に設置角 3 5度で設置する場合の最適な電極形成内側面方向は下向きとすることが望ましいとの結果を得る。そこで、実際に、実施例 1で作製した電極形成内側面 1の方向を揃えた太陽電池モジュールを、北緯 3 0度 2 0分の鹿児島県屋久島において、真南に対して勾配が 3 5度である家屋の屋根に設置し、年間発電量を測定した。用意したサンプルは電極形成内側面を上向きとした太陽電池 1枚と下向きとした太陽電池電池 1枚である。測定された年間発電量を、表 2に示す。

表 2

測定結果では、電極形成内側面を下向きとして設置した太陽電池モジュールの方 1 上向きに設置した太陽電池モジュールよりも大きな年間発電量を示す。

Claims

請求の範囲

1 . 各々受光面上に複数の平行な溝が形成され、各溝の幅方向片側における内側面（以下、電極形成内側面という）に出力取出用の電極が設けられた構造を有する複数の太陽電池と、それら太陽電池を前記受光面が上となるように一体的に支持する支持体とを備え、

前記複数の太陽電池は前記支持体に対し、前記溝の長手方向が互いに略一致し、かつ、前記電極形成内側面が同一側に位置する形で取り付けられていることを特徴とする太陽電池モジュール。

2 . 前記複数の太陽電池は、前記電極形成内側面の位置が、前記受光面と平行な面内において互いに 1 8 0度反転した関係にある第一位置と第二位置との間で少なくとも任意に選択可能となるように、前記支持体に取り付けられていることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の太陽電池モジュール。

3 . 前記複数の太陽電池は電池保持部材に一体的に取り付けられ、該電池保持部材が前記支持体としての設置基体に取り付けられており、該電池保'持部材の前記設置基体への取付方向の変更により、前記複数の太陽電池の前記電極形成内側面の位置を、前記第一位置及び第二位置との間で一括して位置変更できるようにした請求の範囲第 2項に記載の太陽電池モジュール。

4 . 前記溝の断面形状が矩形、半円及び三角のいずれかであることを特徴とする請求の範囲第 1項ないし第 3項のいずれか 1項に記載の太陽電池モジュール。

5 . 請求の範囲第 1項ないし第 4項のいずれか 1項に記載された太陽電池モジュールを予め定められた設置場所に設置する際に、各太陽電池の前記溝の、前記電極形成内側面の配置方向を、設置時における各太陽電池の前記受光面の水平面に対する傾斜角 13 と、太陽電池モジュールの設置場所の緯度 δ とに応じて調整するようにしたことを特徴とする太陽電池モジュールの設置方法。

6. 前記設置場所に対し前記太陽電池モジュールを、各太陽電池に形成された前記溝の長手方向が水平となるように設置するとともに、前記受光面の水平面に対する傾斜角を β度とし、前記設置場所の緯度を δ度（ただし、北緯を正として定める）とした時、

β≤6 0 X I s i η δ I

が成り立つ場合は、前記溝の前記電極形成内側面が他方の内側面よりも赤道に近くなるように配 *し、

/3 > 6 0 X | s i n 5 |

が成り立つ場合はその逆とすることを特徴とする請求の範囲第 5項記載の太陽電池モジュールの設置方法。