WO2016208034A1 - Solar cell module - Google Patents
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- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Definitions
- Embodiment of this invention is related with a solar cell module.
- a solar cell module having a general tandem structure has a structure in which a film to be a bottom cell and a film to be a top cell are stacked on the same substrate.
- a silicon-based solar cell module has a structure in which a film made of crystalline silicon and a film made of amorphous silicon are stacked on the same substrate.
- the conversion efficiency of the solar cell module having such a tandem structure is, for example, about 13.5%. That is, the conversion efficiency of a solar cell module having a general tandem structure is actually lower than the conversion efficiency of a single-layer crystalline silicon solar cell. The reason why the conversion efficiency of a solar cell module having a general tandem structure is low is that amorphous silicon having many crystal defects is used.
- JP 2000-252496 A Japanese Patent Laying-Open No. 2015-65249
- the problem to be solved by the present invention is to provide a solar cell module capable of improving the reliability.
- the solar cell module includes a first power generation unit having a plurality of first solar cells electrically connected in parallel, and a plurality of second solar cells electrically connected in series, A second power generation unit provided on a side opposite to the light incident side of the first power generation unit and electrically connected in parallel with the first power generation unit.
- the first solar cell has a plurality of first light absorption layers electrically connected in series.
- FIG. 1 is a schematic exploded view for illustrating a solar cell module 1 according to the present embodiment.
- 4 is a schematic plan view for illustrating a solar battery cell 40.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for illustrating a solar battery cell 40.
- FIG. 4 is a schematic plan view for illustrating connection of a plurality of solar cells 40.
- FIG. 3 is a schematic plan view for illustrating a solar battery cell 60.
- FIG. (A), (b) is a schematic cross section for illustrating the photovoltaic cell 60.
- FIG. 4 is a schematic plan view for illustrating connection of a plurality of solar cells 60.
- FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. FIG.
- FIG. 6 is a graph for illustrating the relationship among the conversion efficiency of the solar battery cell 40, the band gap of the light absorption layer 43, and the conversion efficiency of the solar battery module 1.
- FIG. 6 is a graph for illustrating the relationship among the conversion efficiency of the solar battery cell 40, the band gap of the light absorption layer 43, and the conversion efficiency of the solar battery module 1.
- 4 is a graph for illustrating the relationship between a region where the conversion efficiency of the solar battery cell 40 is less than or equal to a theoretical value, the band gap of the light absorption layer 43, and the conversion efficiency of the solar battery module 1.
- FIG. 4 is a graph for illustrating the relationship between a region where the conversion efficiency of the solar battery cell 40 is less than or equal to a theoretical value, the band gap of the light absorption layer 43, and the conversion efficiency of the solar battery module 1.
- FIG. 6 is a graph for illustrating the relationship between a region where the conversion efficiency of the solar battery cell 40 is less than or equal to a theoretical value, the band gap of the light ab
- FIG. 1 is a schematic exploded view for illustrating a solar cell module 1 according to the present embodiment.
- the solar cell module 1 includes a protection unit 2, a sealing unit 3, a power generation unit 4 (corresponding to an example of a first power generation unit), an insulating unit 5, and a power generation unit 6 (second power generation unit).
- the sealing part 7 and the protection part 8 are provided.
- the protection unit 2 has a plate shape, and is provided on the light receiving surface side (incident surface side of the light L) of the power generation unit 4 and the power generation unit 6.
- the protection unit 2 transmits light L such as sunlight and protects the light receiving surface sides of the power generation unit 4 and the power generation unit 6.
- the protection unit 2 can be formed using, for example, an inorganic material such as glass or an organic material such as a translucent resin.
- the inorganic material such as glass can be, for example, non-alkali glass, quartz glass, glass containing an alkali metal, or the like.
- the glass containing an alkali metal can be, for example, soda-lime glass.
- a solar battery cell 40 (corresponding to an example of a first solar battery cell) or a solar battery cell 60 (corresponding to an example of a second solar battery cell) described later may be a CIGS solar battery cell.
- the CIGS solar cell includes Cu (In, Ga) Se 2 . Therefore, in a CIGS solar cell, Cu diffuses and Cu defects may occur.
- the protective part 2 is formed of glass containing an alkali metal, alkali metal ions (for example, Na ions, K ions, etc.) contained in the glass containing the alkali metal enter the Cu deficient portion by substitution.
- alkali metal ions enter the defect portion of Cu, the open circuit voltage increases, and as a result, the conversion efficiency can be increased.
- the protection unit 2 may be formed of glass containing an alkali metal such as soda lime glass.
- the organic material such as a translucent resin can be, for example, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyimide, polyamide, polyamideimide, liquid crystal polymer, cycloolefin polymer, or the like.
- the protection part 2 is preferably formed from an inorganic material having low moisture permeability.
- the sealing unit 3 is provided between the protection unit 2 and the power generation unit 4.
- the sealing part 3 may be filled also between several photovoltaic cells 40 mentioned later.
- the sealing unit 3 seals the light receiving surface side of the power generation unit 4.
- the sealing unit 3 suppresses, for example, water vapor or gas included in the environment where the solar cell module 1 is installed from reaching the power generation unit 4.
- the sealing unit 3 transmits light incident on the sealing unit 3.
- the sealing unit 3 joins the protection unit 2 and the power generation unit 4 together.
- the sealing part 3 can also have the function to absorb the impact from the outside.
- the sealing part 3 can be formed from, for example, ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA), PVB (polyvinyl butyral), ionomer, or the like.
- the power generation unit 4 is provided on the side opposite to the side on which the light L of the protection unit 2 is incident.
- the power generation unit 4 includes a plurality of solar cells 40 and wirings 46 that electrically connect the plurality of solar cells 40 in parallel.
- the solar battery cell 40 mainly absorbs light having a short wavelength in the incident light L and converts it into electric power. Of the incident light L, long wavelength light passes through the solar battery cell 40 and enters the solar battery cell 60 described later. Therefore, the solar battery cell 40 (light absorption layer 43 (corresponding to an example of the first light absorption layer)) is included in the solar battery cell 60 (light absorption layer 61 (corresponding to an example of the second light absorption layer)). It has a larger band gap than the band gap.
- the solar battery cell 40 can be a CIGS solar battery cell having a high Ga content
- the solar battery cell 60 can be a crystalline silicon solar battery cell.
- the detail regarding the photovoltaic cell 40 and the photovoltaic cell 60 is mentioned later.
- FIG. 2 is a schematic plan view for illustrating the solar battery cell 40.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for illustrating the solar battery cell 40.
- the solar battery cell 40 has a monolithic integrated structure in which a plurality of light absorption layers 43 are electrically connected in series.
- the solar battery cell 40 includes a substrate 41, an electrode 42, a light absorption layer 43, a buffer layer 44, and an electrode 45.
- the substrate 41 has a plate shape and transmits light that has not been absorbed by the light absorption layer 43.
- the substrate 41 can be formed from the same material as that of the protection unit 2, for example.
- the electrode 42 is provided on one surface of the substrate 41. A plurality of electrodes 42 are provided at a predetermined interval.
- the light absorption layer 43 is electrically connected to one end side of the electrode 42, and the adjacent light absorption layer 43 is electrically connected to the other end side of the electrode 42.
- the electrode 42 is formed from a material having translucency and conductivity.
- the electrode 42 can be formed using, for example, a transparent electrode material such as ITO or ZnO.
- the light absorption layer 43 is provided on the opposite side of the electrode 42 from the substrate 41 side. A plurality of light absorption layers 43 are provided with a predetermined interval. The light absorption layer 43 is provided so as to straddle between the electrodes 42 provided at a predetermined interval. The light absorption layer 43 mainly absorbs short wavelength light in the incident light L and converts it into electric power.
- the light absorption layer 43 is preferably formed using a material having a band gap of 1.4 eV or more and 3.0 eV or less.
- the light absorption layer 43 can be formed using a compound semiconductor containing Cu, In, Ga, and Se and having a high Ga content.
- the solar battery cell 40 is a CIGS solar battery cell with a high Ga content.
- the light absorption layer 43 can be formed using a compound semiconductor containing Cu, Zn, Sn, S, and Se.
- the solar cell 40 is a CZTS solar cell.
- the light absorption layer 43 may have a layer made of a p-type organic semiconductor material and a layer made of an n-type organic semiconductor material.
- the solar cell 40 is an organic thin film solar cell.
- the light absorption layer 43 can be formed using a material having a perovskite crystal structure. In this case, the solar cell 40 is a perovskite solar cell.
- the buffer layer 44 is provided on the opposite side of the light absorption layer 43 from the electrode 42 side.
- the buffer layer 44 is made of an n-type semiconductor. If low-resistance impurities are generated when the light absorption layer 43 is formed, a leakage current may be generated and conversion efficiency may be reduced. For this reason, a buffer layer 44 made of an n-type semiconductor is provided on the light absorption layer 43 made of a p-type semiconductor to suppress leakage current caused by impurities.
- the buffer layer 44 can be formed from, for example, CdS, ZnS, or the like.
- the electrode 45 is provided on the opposite side of the buffer layer 44 from the light absorption layer 43 side.
- the electrode 45 is formed from a material having translucency and conductivity.
- the electrode 45 can be formed from the same material as the electrode 42, for example.
- the electrode 45 penetrates the light absorption layer 43 in the thickness direction and is electrically connected to the electrode 42. That is, as shown in FIG. 3, the plurality of light absorption layers 43 are electrically connected in series by the electrode 42 and the electrode 45.
- the photovoltaic cell 40 Since the several light absorption layer 43 is connected in series, the photovoltaic cell 40 turns into a high voltage type photovoltaic cell. Further, the output voltage of the solar battery cell 40 can be changed by changing the material of the light absorption layer 43 and the number of light absorption layers 43 (number of grooves 47).
- the solar battery cell 40 having the above configuration can be manufactured using, for example, a semiconductor manufacturing process. In this case, the light absorption layer 43 and the like can be divided by performing scribing (grooving) using a laser or the like.
- FIG. 4 is a schematic plan view for illustrating the connection of a plurality of solar cells 40.
- the plurality of solar cells 40 are electrically connected in parallel by wiring 46. Therefore, the output voltage of the power generation unit 4 is the same as the output voltage of the solar battery cell 40.
- the output voltage of the solar battery cell 40 can be changed by changing the material of the light absorption layer 43 or the number of light absorption layers 43 (number of grooves 47). Therefore, the output voltage of the power generation unit 4 can be changed by changing the output voltage of the solar battery cell 40.
- the insulating unit 5 is provided between the power generation unit 4 and the power generation unit 6.
- the insulating unit 5 insulates between the power generation unit 4 and the power generation unit 6.
- the insulating unit 5 transmits light incident on the insulating unit 5.
- the insulating unit 5 joins the power generation unit 4 and the power generation unit 6. Therefore, the insulation part 5 has translucency and insulation, and also has a joining function.
- the insulating part 5 can be provided with an adhesive layer made of an acrylic resin on the surface of a substrate made of alkali-free glass or quartz glass, for example.
- the power generation unit 6 is provided on the side opposite to the light incident side of the power generation unit 4.
- the power generation unit 6 is opposed to the power generation unit 4 via the insulating unit 5. That is, the solar cell module 1 has a tandem structure in which a power generation unit 4 (top cell) that absorbs light on the short wavelength side and a power generation unit 6 (bottom cell) that absorbs light on the long wavelength side are stacked.
- the power generation unit 6 includes a plurality of solar cells 60 and a wiring 66 that electrically connects the plurality of solar cells 60 in series.
- the solar battery cell 60 absorbs light (mainly long wavelength light) transmitted through the solar battery cell 40 and converts it into electric power.
- FIG. 5 is a schematic plan view for illustrating the solar battery cell 60.
- the antireflection film 65 is omitted in order to avoid complication.
- FIGS. 6A and 6B are schematic cross-sectional views for illustrating the solar battery cell 60.
- FIG. 6A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
- FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
- the solar battery cell 60 has a grid type structure.
- the solar cell 60 is provided with a light absorption layer 61, an electrode 62, a grid electrode 63, a wiring connection electrode 64, and an antireflection film 65.
- the light absorption layer 61 has a band gap smaller than that of the light absorption layer 43.
- the light absorption layer 61 is preferably formed using a material having a band gap of 1.0 eV or more and 1.4 eV or less.
- the light absorption layer 61 can be formed using crystalline silicon such as single crystal silicon, polycrystalline silicon, or microcrystalline silicon.
- the solar battery cell 60 is a crystalline silicon solar battery cell.
- the light absorption layer 61 can be formed using a compound semiconductor containing Cu, In, Ga, and Se and having a high In content.
- the solar battery cell 60 is a CIGS solar battery cell having a large In content.
- the light absorption layer 61 can be formed using CuInTe 2 (CIT).
- the solar battery cell 60 is a CIT solar battery cell.
- the light absorption layer 61 can be formed using a compound semiconductor containing Cd and Te. In this case, the solar battery cell 60 is a CdTe solar battery cell.
- the light absorption layer 61 is a p-type silicon substrate. Concavities and convexities are formed on the light receiving surface 61 a of the light absorption layer 61. Further, an n-type semiconductor layer 61b formed by diffusing impurities such as phosphorus is provided in the surface region of the light absorption layer 61 on the light receiving surface 61a side. A p + -type semiconductor layer 61c having a high impurity concentration is provided on the side of the light absorption layer 61 opposite to the side on which the n-type semiconductor layer 61b is provided.
- the electrode 62 is provided so as to cover the p + -type semiconductor layer 61c.
- the electrode 62 is formed using a conductive material such as aluminum or silver.
- the electrode 62 becomes a plus (+) electrode.
- the light absorption layer 61 may be an n-type silicon substrate.
- a p-type semiconductor layer formed by diffusing impurities such as boron is provided instead of the n-type semiconductor layer 61b.
- an n + type semiconductor layer having a high impurity concentration is provided.
- the light absorption layer 61 is an n-type silicon substrate, the conversion efficiency can be increased. In the case where the light absorption layer 61 is a p-type silicon substrate, the manufacturing cost can be reduced.
- a plurality of grid electrodes 63 are provided on the light receiving surface 61a (on the n-type semiconductor layer 61b).
- the grid electrode 63 has a linear shape and extends in a direction orthogonal to the direction in which the wiring connection electrode 64 extends.
- the plurality of grid electrodes 63 are provided over the entire light receiving surface 61a in order to efficiently extract the electric power generated in the light absorption layer 61.
- the grid electrode 63 is formed using a conductive material such as aluminum or silver, the light incident on the light receiving surface 61 a is blocked by the grid electrode 63. Therefore, it is preferable to make the width dimension of the grid electrode 63 as short as possible.
- a plurality of wiring connection electrodes 64 are provided on the light receiving surface 61a (on the n-type semiconductor layer 61b).
- the wiring connection electrode 64 has a linear shape and extends in a direction in which the plurality of solar battery cells 60 are electrically connected in series.
- the wiring connection electrode 64 has a lower end electrically connected to the n-type semiconductor layer 61 b and an upper end exposed from the antireflection film 65. Further, the wiring connection electrode 64 is electrically connected to the grid electrode 63.
- the wiring connection electrode 64 is formed using a conductive material such as aluminum or silver.
- the wiring connection electrode 64 is a negative ( ⁇ ) electrode.
- the antireflection film 65 is provided so as to cover an exposed portion of the light receiving surface 61a (a region where the grid electrode 63 and the wiring connection electrode 64 are not provided).
- the antireflection film 65 can be formed from, for example, silicon oxide.
- the solar battery cell 60 having the above configuration can be manufactured using, for example, a semiconductor manufacturing process.
- FIG. 7 is a schematic plan view for illustrating connection of a plurality of solar cells 60.
- 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
- the plurality of solar cells 60 are electrically connected in series by wiring 66.
- the output voltage of the power generation unit 6 is (output voltage of the solar battery cell 60) ⁇ (number of connected solar battery cells 60).
- the output voltage of the crystalline silicon solar cell is generally about 0.65V. Therefore, the output voltage of the power generation unit 6 is set to a desired value by electrically connecting a plurality of solar cells 60 in series. In this case, the output voltage of the power generation unit 6 can be changed by changing the number of connected solar cells 60 or the material of the light absorption layer 61.
- the power generation unit 4 and the power generation unit 6 are electrically connected in parallel.
- the sealing part 7 is provided between the protection part 8 and the power generation part 6.
- the sealing part 7 may be filled also between several photovoltaic cells 60.
- FIG. The sealing unit 7 seals the side opposite to the light receiving surface side of the power generation unit 6.
- the sealing unit 7 suppresses, for example, water vapor or gas included in the environment where the solar cell module 1 is installed from reaching the power generation unit 6.
- the sealing unit 7 joins the protection unit 8 and the power generation unit 6 together.
- the sealing part 7 can also have a function which absorbs the impact from the outside.
- the material of the sealing part 7 can be the same as the material of the sealing part 3.
- the protection unit 8 has a plate shape and faces the protection unit 2.
- the protection unit 8 is sometimes called a back sheet.
- the material of the protection part 8 can be the same as the material of the protection part 2. However, unlike the protection unit 2 described above, the protection unit 8 does not need to transmit light. Therefore, the protection part 8 can also be formed from a material with a high reflectance with respect to light.
- the protection unit 8 can be formed using, for example, a white resin. If the protection part 8 is formed from a material having a high reflectance with respect to light, the light introduced into the solar cell module 1 via the protection part 2 and reaching the protection part 8 is directed toward the power generation part 4 and the power generation part 6. Can be reflected. Therefore, the light use efficiency can be improved.
- the power generation unit 4 and the power generation unit 6 are electrically connected in parallel. Therefore, the output voltage of the solar cell module 1 is the lower one of the output voltage of the power generation unit 4 and the output voltage of the power generation unit 6. In this case, when the difference between the output voltage of the power generation unit 4 and the output voltage of the power generation unit 6 increases, loss may increase and conversion efficiency may decrease.
- the output voltage of the power generation unit 4 can be changed by changing the material of the light absorption layer 43 or the number of light absorption layers 43 (number of grooves 47).
- the output voltage of the power generation unit 6 can be changed by changing the number of connected solar cells 60 or the material of the light absorption layer 61. Therefore, the difference between the output voltage of the power generation unit 4 and the output voltage of the power generation unit 6 can be reduced by adjusting at least one of the output voltage of the power generation unit 4 and the output voltage of the power generation unit 6.
- Table 1 is a table for illustrating adjustment of the output voltage in the power generation unit 4 and the power generation unit 6.
- Table 1 shows a case where the light absorption layer 43 is made of a compound semiconductor containing Cu, In, Ga, and Se and having a high Ga content, and the light absorption layer 61 is made of crystalline silicon.
- the output voltage of the power generation unit 4 was able to be 19.5 V by changing the number of light absorption layers 43 (number of grooves 47).
- the output voltage of the power generation unit 6 was able to be 19.5 V by changing the number of connected solar cells 60. That is, by connecting 30 solar cells 60 with an output voltage of 0.65V in series, the output voltage of the power generation unit 6 could be 19.5V.
- FIG. 9 is a graph for illustrating the relationship among the conversion efficiency of the solar battery cell 40, the band gap of the light absorption layer 43, and the conversion efficiency of the solar battery module 1.
- A1 in FIG. 9 is a case where the conversion efficiency of the solar cell module 1 is 26%.
- A2 is a case where the conversion efficiency of the solar cell module 1 is 24%.
- A3 is a case where the conversion efficiency of the solar cell module 1 is 22%.
- A4 is a case where the conversion efficiency of the solar cell module 1 is 20%.
- B is the conversion efficiency of the solar battery cell 60 taking into account the amount of light absorption in the solar battery cell 40.
- FIG. 9 shows the results obtained by simulation.
- the output voltage of the power generation unit 4 and the output voltage of the power generation unit 6 are assumed to be equal.
- the solar battery cell 60 was a CIGS solar battery cell.
- the band gap of the light absorption layer 61 was 1.1 eV.
- the conversion efficiency of the solar battery cell 60 was 20.0%. If the output voltage of the power generation unit 4 is equal to the output voltage of the power generation unit 6, the same result can be expected even if the material of the light absorption layer 61 is changed.
- the wavelength region of light incident on the solar battery cell 60 is widened as the band gap of the light absorption layer 43 is increased. . Therefore, as can be seen from B in FIG. 9, the conversion efficiency of the solar battery cell 60 increases as the band gap of the light absorption layer 43 increases. As a result, as can be seen from A1 to A4 in FIG. 9, the conversion efficiency of the solar battery cell 40 required to make the solar battery module 1 having a high conversion efficiency of 20% to 26% decreases. Moreover, when the band gap of the light absorption layer 43 exceeds 1.7 eV, as can be seen from B in FIG. 9, the conversion efficiency of the solar battery cell 60 decreases.
- the band gap of the light absorption layer 43 is increased, the wavelength region of light incident on the solar cell 60 is widened, so that the conversion efficiency of the solar cell 60 may be increased.
- the power generation unit 4 and the power generation unit 6 are electrically connected in series, the value of the current flowing through the solar battery cell 40 and the value of the current flowing through the solar battery cell 60 are the same.
- the band gap of the light absorption layer 43 becomes large, the value of the electric current which flows into the photovoltaic cell 40 becomes small. Therefore, when the band gap of the light absorption layer 43 increases, the value of the current flowing through the solar battery cell 60 decreases. As a result, when the band gap of the light absorption layer 43 exceeds 1.7 eV, the conversion efficiency of the solar battery cell 60 is reduced.
- FIG. 10 is a graph for illustrating the relationship among the conversion efficiency of the solar battery cell 40, the band gap of the light absorption layer 43, and the conversion efficiency of the solar battery module 1. In addition, it is the same as that of the case of FIG. 9 except connecting the electric power generation part 4 and the electric power generation part 6 electrically in parallel.
- the band gap of the light absorption layer 43 is in the range of 1.2 eV to 1.7 eV, the same result as in FIG. 9 is obtained.
- the band gap of the light absorption layer 43 exceeds 1.7 eV, as can be seen from B in FIG.
- the conversion efficiency of the solar battery cell 60 further increases. If the power generation unit 4 and the power generation unit 6 are electrically connected in parallel, even if the value of the current flowing through the solar battery cell 40 is reduced, the value of the current flowing through the solar battery cell 60 is not similarly reduced. Therefore, even if the band gap of the light absorption layer 43 exceeds 1.7 eV, the conversion efficiency of the solar battery cell 60 further increases. As a result, as can be seen from A1 to A4 in FIG. 10, the solar cell module 1 required to obtain a high conversion efficiency of 20% to 26% in a wide range of the band gap of the light absorption layer 43 is obtained. The conversion efficiency of the battery cell 40 decreases. This also means that the degree of freedom for designing the solar cell module 1 is increased.
- FIGS. 11 and 12 are graphs for illustrating the relationship between the conversion efficiency of the solar battery module 1, the region where the conversion efficiency of the solar battery cell 40 is less than the theoretical value, the band gap of the light absorption layer 43, and the conversion efficiency of the solar battery module 1. is there.
- FIG. 11 shows a case where the power generation unit 4 and the power generation unit 6 are electrically connected in series.
- FIG. 12 shows a case where the power generation unit 4 and the power generation unit 6 are electrically connected in parallel.
- the region below “1” on the vertical axis is a region where the conversion efficiency of the solar battery cell 40 is less than or equal to the theoretical value. 11 and 12 are compared, the conversion efficiency in the case of FIG.
- the solar cell module 1 having can be configured. That is, if the power generation unit 4 and the power generation unit 6 are electrically connected in parallel, the solar cell module 1 having high conversion efficiency can be easily obtained. This means that the degree of freedom for designing the solar cell module 1 is increased.
- the output voltage of the power generation unit 4 can be set by the number of light absorption layers 43 provided in the solar battery cell 40 (the number of grooves 47). Therefore, if one solar battery cell 40 is provided, the effects described in FIGS. 9 to 12 can be obtained.
- the plurality of light absorption layers 43 are electrically connected in series by the electrode 42 and the electrode 45. Therefore, in the case where the number of the solar battery cells 40 is one, if a part of the electrode 42, the electrode 45, and the light absorption layer 43 is damaged, the power supply from the power generation unit 4 may be stopped.
- a plurality of solar cells 40 are electrically connected in parallel.
- the effects described in FIGS. 9 to 12 can be obtained.
Landscapes
- Photovoltaic Devices (AREA)
Abstract
Description
本発明の実施形態は、太陽電池モジュールに関する。 Embodiment of this invention is related with a solar cell module.
現在、結晶シリコン太陽電池の変換効率は、理論効率に近い25.6%に達している。そのため、結晶シリコン太陽電池の変換効率を大幅に向上させることが困難となりつつある。
そこで、短波長側の光を吸収する太陽電池セル(トップセル)と、長波長側の光を吸収する太陽電池セル(ボトムセル)とを積み重ねたタンデム構造を有する太陽電池モジュールが提案されている。
Currently, the conversion efficiency of crystalline silicon solar cells has reached 25.6%, which is close to the theoretical efficiency. Therefore, it is becoming difficult to greatly improve the conversion efficiency of the crystalline silicon solar cell.
Therefore, a solar cell module having a tandem structure in which solar cells (top cells) that absorb light on the short wavelength side and solar cells (bottom cells) that absorb light on the long wavelength side are stacked has been proposed.
一般的なタンデム構造を有する太陽電池モジュールは、同一基板上に、ボトムセルとなる膜と、トップセルとなる膜とを積層させた構造を有している。例えば、シリコン系の太陽電池モジュールは、同一の基板上に、結晶シリコンからなる膜と、非晶質シリコンからなる膜とを積層させた構造を有している。
ところが、この様なタンデム構造を有する太陽電池モジュールの変換効率は、例えば、13.5%程度である。つまり、一般的なタンデム構造を有する太陽電池モジュールの変換効率は、単層の結晶シリコン太陽電池の変換効率よりも低いのが実状である。
一般的なタンデム構造を有する太陽電池モジュールの変換効率が低い要因としては、結晶欠陥が多い非晶質シリコンを用いていることがあげられる。
A solar cell module having a general tandem structure has a structure in which a film to be a bottom cell and a film to be a top cell are stacked on the same substrate. For example, a silicon-based solar cell module has a structure in which a film made of crystalline silicon and a film made of amorphous silicon are stacked on the same substrate.
However, the conversion efficiency of the solar cell module having such a tandem structure is, for example, about 13.5%. That is, the conversion efficiency of a solar cell module having a general tandem structure is actually lower than the conversion efficiency of a single-layer crystalline silicon solar cell.
The reason why the conversion efficiency of a solar cell module having a general tandem structure is low is that amorphous silicon having many crystal defects is used.
そのため、タンデム構造を有し、非晶質シリコンを用いない太陽電池モジュールが提案されている。
しかしながら、この様な太陽電池モジュールは、信頼性の向上という観点からは改善の余地がある。
Therefore, a solar cell module having a tandem structure and not using amorphous silicon has been proposed.
However, such a solar cell module has room for improvement from the viewpoint of improving reliability.
本発明が解決しようとする課題は、信頼性の向上を図ることができる太陽電池モジュールを提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a solar cell module capable of improving the reliability.
実施形態に係る太陽電池モジュールは、電気的に並列接続された複数の第1太陽電池セルを有する第1発電部と、電気的に直列接続された複数の第2太陽電池セルを有し、前記第1発電部の光の入射側とは反対側に設けられ、前記第1発電部と電気的に並列接続された第2発電部と、を備えている。
前記第1太陽電池セルは、電気的に直列接続された複数の第1光吸収層を有する。
The solar cell module according to the embodiment includes a first power generation unit having a plurality of first solar cells electrically connected in parallel, and a plurality of second solar cells electrically connected in series, A second power generation unit provided on a side opposite to the light incident side of the first power generation unit and electrically connected in parallel with the first power generation unit.
The first solar cell has a plurality of first light absorption layers electrically connected in series.
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について例示をする。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。 Hereinafter, embodiments will be illustrated with reference to the drawings. In addition, in each drawing, the same code | symbol is attached | subjected to the same component and detailed description is abbreviate | omitted suitably.
図1は、本実施の形態に係る太陽電池モジュール1を例示するための模式分解図である。
図1に示すように、太陽電池モジュール1には、保護部2、封止部3、発電部4(第1発電部の一例に相当する)、絶縁部5、発電部6(第2発電部の一例に相当する)、封止部7、および保護部8が設けられている。
FIG. 1 is a schematic exploded view for illustrating a
As shown in FIG. 1, the
保護部2は、板状を呈し、発電部4および発電部6の受光面側(光Lの入射面側)に設けられている。
保護部2は、太陽光などの光Lを透過させるとともに、発電部4および発電部6の受光面側を保護する。
保護部2は、例えば、ガラスなどの無機材料や透光性樹脂などの有機材料を用いて形成することができる。
ガラスなどの無機材料は、例えば、無アルカリガラス、石英ガラス、アルカリ金属を含むガラスなどとすることができる。
アルカリ金属を含むガラスは、例えば、ソーダライムガラス(soda-lime glass)などとすることができる。
ここで、後述する太陽電池セル40(第1太陽電池セルの一例に相当する)や太陽電池セル60(第2太陽電池セルの一例に相当する)がCIGS系の太陽電池セルとされる場合がある。
CIGS系の太陽電池セルは、Cu(In、Ga)Se2を含んでいる。
そのため、CIGS系の太陽電池セルにおいては、Cuが拡散して、Cuの欠損が生じる場合がある。
保護部2がアルカリ金属を含むガラスから形成されると、アルカリ金属を含むガラスに含まれているアルカリ金属イオン(例えば、NaイオンやKイオンなど)が、置換によりCuの欠損部分に入り込む。
アルカリ金属イオンが、Cuの欠損部分に入り込むと、開放電圧が増加し、ひいては変換効率を高めることができる。
そのため、太陽電池セル40、および太陽電池セル60の少なくともいずれかがCIGS系の太陽電池セルとされる場合には、保護部2は、ソーダライムガラスなどのアルカリ金属を含むガラスから形成することが好ましい。
透光性樹脂などの有機材料は、例えば、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマーなどとすることができる。
この場合、保護部2は、透湿性の低い無機材料から形成するのが好ましい。
The
The
The
The inorganic material such as glass can be, for example, non-alkali glass, quartz glass, glass containing an alkali metal, or the like.
The glass containing an alkali metal can be, for example, soda-lime glass.
Here, a solar battery cell 40 (corresponding to an example of a first solar battery cell) or a solar battery cell 60 (corresponding to an example of a second solar battery cell) described later may be a CIGS solar battery cell. is there.
The CIGS solar cell includes Cu (In, Ga) Se 2 .
Therefore, in a CIGS solar cell, Cu diffuses and Cu defects may occur.
When the
When alkali metal ions enter the defect portion of Cu, the open circuit voltage increases, and as a result, the conversion efficiency can be increased.
Therefore, when at least one of the
The organic material such as a translucent resin can be, for example, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyimide, polyamide, polyamideimide, liquid crystal polymer, cycloolefin polymer, or the like.
In this case, the
封止部3は、保護部2と発電部4の間に設けられている。
なお、封止部3は、後述する複数の太陽電池セル40同士の間にも充填されていてもよい。
封止部3は、発電部4の受光面側を封止する。
封止部3は、例えば、太陽電池モジュール1を設置する環境に含まれる水蒸気やガスなどが発電部4に到達するのを抑制する。
封止部3は、封止部3に入射した光を透過させる。
封止部3は、保護部2と発電部4を接合する。
封止部3は、外部からの衝撃を吸収する機能を有するものとすることもできる。
封止部3は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA:ethylene-vinylacetate copolymer)、PVB(polyvinyl butyral)、アイオノマー(ionomer)などから形成することができる。
The
In addition, the sealing
The
The
The sealing
The
The sealing
The sealing
発電部4は、保護部2の光Lが入射する側とは反対側に設けられている。
発電部4は、複数の太陽電池セル40、および複数の太陽電池セル40を電気的に並列接続する配線46を有する。
太陽電池セル40は、入射した光Lのうち、主に短波長の光を吸収して電力に変換する。
なお、入射した光Lのうち長波長の光は、太陽電池セル40を透過して後述する太陽電池セル60に入射する。
そのため、太陽電池セル40(光吸収層43(第1光吸収層の一例に相当する))は、太陽電池セル60(光吸収層61(第2光吸収層の一例に相当する))が有するバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する。
例えば、太陽電池セル40をGaの含有量が多いCIGS系の太陽電池セルなどとし、太陽電池セル60を結晶シリコン太陽電池セルなどとすることができる。
なお、太陽電池セル40および太陽電池セル60に関する詳細は後述する。
The
The
The
Of the incident light L, long wavelength light passes through the
Therefore, the solar battery cell 40 (light absorption layer 43 (corresponding to an example of the first light absorption layer)) is included in the solar battery cell 60 (light absorption layer 61 (corresponding to an example of the second light absorption layer)). It has a larger band gap than the band gap.
For example, the
In addition, the detail regarding the
図2は、太陽電池セル40を例示するための模式平面図である。
図3は、太陽電池セル40を例示するための模式断面図である。
図2および図3に示すように、太陽電池セル40は、複数の光吸収層43が電気的に直列接続されたモノリシック集積構造を有している。
太陽電池セル40は、基板41、電極42、光吸収層43、バッファ層44、および電極45を有する。
FIG. 2 is a schematic plan view for illustrating the
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view for illustrating the
As shown in FIGS. 2 and 3, the
The
基板41は、板状を呈し、光吸収層43において吸収されなかった光を透過させる。
基板41は、例えば、保護部2と同じ材料から形成することができる。
The
The
電極42は、基板41の一方の表面に設けられている。
電極42は、所定の間隔を空けて複数設けられている。
電極42の一方の端部側には光吸収層43が電気的に接続され、電極42の他方の端部側には隣接する光吸収層43が電気的に接続されている。
電極42は、透光性と導電性を有する材料から形成されている。
電極42は、例えば、ITOやZnOなどの透明電極材料を用いて形成することができる。
The
A plurality of
The
The
The
光吸収層43は、電極42の基板41側とは反対側に設けられている。
光吸収層43は、所定の間隔を空けて複数設けられている。
また、光吸収層43は、所定の間隔を空けて設けられた電極42の間を跨ぐように設けられている。
光吸収層43は、入射した光Lのうち、主に短波長の光を吸収して電力に変換する。
The
A plurality of light absorption layers 43 are provided with a predetermined interval.
The
The
ここで、太陽電池セル40と太陽電池セル60とを協働させて発電を行うことを考慮すると、光吸収層43はバンドギャップがなるべく大きな材料を用いて形成することが好ましい。
例えば、光吸収層43は、バンドギャップが1.4eV以上、3.0eV以下の材料を用いて形成することが好ましい。
例えば、光吸収層43は、Cu、In、Ga、およびSeを含み、且つ、Gaの含有量が多い化合物半導体を用いて形成することができる。
この場合、太陽電池セル40は、Gaの含有量が多いCIGS系の太陽電池セルとなる。
Here, considering that power generation is performed with the
For example, the
For example, the
In this case, the
光吸収層43は、Cu、Zn、Sn、S、およびSeを含む化合物半導体を用いて形成することができる。
この場合、太陽電池セル40は、CZTS系の太陽電池セルとなる。
光吸収層43は、p形の有機半導体材料からなる層と、n形の有機半導体材料からなる層とを有したものとすることができる。
この場合、太陽電池セル40は、有機薄膜系の太陽電池セルとなる。
光吸収層43は、ペロブスカイト結晶構造を有する材料を用いて形成することができる。
この場合、太陽電池セル40は、ペロブスカイト系の太陽電池セルとなる。
The
In this case, the
The
In this case, the
The
In this case, the
バッファ層44は、光吸収層43の電極42側とは反対側に設けられている。 バッファ層44は、n形半導体から形成されている。
光吸収層43を成膜する際に低抵抗の不純物が生成されると、リーク電流が発生して変換効率が低下するおそれがある。
そのため、p形半導体からなる光吸収層43の上に、n形半導体からなるバッファ層44を設けることで不純物に起因するリーク電流を抑制する様にしている。 バッファ層44は、例えば、CdSやZnSなどから形成することができる。
The
If low-resistance impurities are generated when the
For this reason, a
電極45は、バッファ層44の光吸収層43側とは反対側に設けられている。 電極45は、透光性と導電性を有する材料から形成されている。
電極45は、例えば、電極42と同じ材料から形成することができる。
また、電極45は、光吸収層43を厚み方向に貫通し、電極42に電気的に接続されている。
すなわち、図3に示すように、複数の光吸収層43が、電極42および電極45により電気的に直列接続されている。
The
The
The
That is, as shown in FIG. 3, the plurality of light absorption layers 43 are electrically connected in series by the
複数の光吸収層43が直列接続されているので、太陽電池セル40は高電圧タイプの太陽電池セルとなる。
また、太陽電池セル40の出力電圧は、光吸収層43の材料と光吸収層43の数(溝47の数)を変えることで変更することが可能となる。
以上の様な構成を有する太陽電池セル40は、例えば、半導体製造プロセスを用いて製造することができる。
この場合、レーザなどを用いたスクライビング(溝加工)を行うことで、光吸収層43などを分割することができる。
Since the several
Further, the output voltage of the
The
In this case, the
図4は、複数の太陽電池セル40の接続を例示するための模式平面図である。 図4に示すように、複数の太陽電池セル40は、配線46により電気的に並列接続されている。
そのため、発電部4の出力電圧は、太陽電池セル40の出力電圧と同じとなる。 前述したように、太陽電池セル40の出力電圧は、光吸収層43の材料または光吸収層43の数(溝47の数)を変えることで変更することができる。
そのため、太陽電池セル40の出力電圧を変更することで、発電部4の出力電圧を変更することができる。
FIG. 4 is a schematic plan view for illustrating the connection of a plurality of
Therefore, the output voltage of the
Therefore, the output voltage of the
図1に示すように、絶縁部5は、発電部4と発電部6の間に設けられている。 絶縁部5は、発電部4と発電部6の間を絶縁する。
絶縁部5は、絶縁部5に入射した光を透過させる。
絶縁部5は、発電部4と発電部6を接合する。
そのため、絶縁部5は、透光性および絶縁性を有し、接合機能をも有している。 絶縁部5は、例えば、無アルカリガラスや石英ガラスなどからなる基板の表面に、アクリル系樹脂からなる接着層を設けたものとすることができる。
As shown in FIG. 1, the insulating
The insulating
The insulating
Therefore, the
発電部6は、発電部4の光の入射側とは反対側に設けられている。
発電部6は、絶縁部5を介して発電部4と対峙している。
すなわち、太陽電池モジュール1は、短波長側の光を吸収する発電部4(トップセル)と、長波長側の光を吸収する発電部6(ボトムセル)とを積み重ねたタンデム構造を有している。
発電部6は、複数の太陽電池セル60と、複数の太陽電池セル60を電気的に直列接続する配線66を有する。
太陽電池セル60は、太陽電池セル40を透過した光(主に長波長の光)を吸収して電力に変換する。
The
The
That is, the
The
The
図5は、太陽電池セル60を例示するための模式平面図である。
なお、図5においては、煩雑となるのを避けるために反射防止膜65を省いて描いている。
図6(a)、(b)は、太陽電池セル60を例示するための模式断面図である。 図6(a)は、図5におけるA-A線断面図である。
図6(b)は、図5におけるB-B線断面図である。
図5、図6(a)、および図6(b)に示すように、太陽電池セル60は、グリッド型構造を有している。
太陽電池セル60には、光吸収層61、電極62、グリッド電極63、配線接続電極64、および反射防止膜65が設けられている。
FIG. 5 is a schematic plan view for illustrating the
In FIG. 5, the
FIGS. 6A and 6B are schematic cross-sectional views for illustrating the
FIG. 6B is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
As shown in FIGS. 5, 6 (a), and 6 (b), the
The
光吸収層61は、光吸収層43のバンドギャップよりも小さいバンドギャップを有する。
光吸収層61は、バンドギャップが1.0eV以上、1.4eV以下の材料を用いて形成することが好ましい。
例えば、光吸収層61は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、微結晶シリコンなどの結晶シリコンを用いて形成することができる。
この場合、太陽電池セル60は、結晶シリコン太陽電池セルとなる。
The
The
For example, the
In this case, the
光吸収層61は、Cu、In、Ga、およびSeを含み、且つ、Inの含有量が多い化合物半導体を用いて形成することができる。
この場合、太陽電池セル60は、Inの含有量が多いCIGS系の太陽電池セルとなる。
光吸収層61は、CuInTe2(CIT)を用いて形成することができる。 この場合、太陽電池セル60は、CIT系の太陽電池セルとなる。
光吸収層61は、CdおよびTeを含む化合物半導体を用いて形成することができる。
この場合、太陽電池セル60は、CdTe系の太陽電池セルとなる。
The
In this case, the
The
The
In this case, the
以下においては、一例として、光吸収層61が結晶シリコンからなる場合を説明する。
光吸収層61は、p形シリコン基板である。
光吸収層61の受光面61aには、凹凸が形成されている。
また、光吸収層61の受光面61a側の表面領域には、リンなどの不純物を拡散させることで形成されたn形半導体層61bが設けられている。
光吸収層61のn形半導体層61bが設けられる側とは反対側には、不純物の濃度が高いp+形半導体層61cが設けられている。
電極62は、p+形半導体層61cを覆うように設けられている。電極62は、アルミニウムや銀などの導電性材料を用いて形成されている。
電極62は、プラス(+)電極となる。
なお、以上においては、光吸収層61がp形シリコン基板である場合を例示したが、光吸収層61はn形シリコン基板であってもよい。
光吸収層61がn形シリコン基板である場合には、n形半導体層61bに代えて、ボロンなどの不純物を拡散させることで形成されたp形半導体層が設けられる。また、p+形半導体層61cに代えて、不純物の濃度が高いn+形半導体層が設けられる。
光吸収層61がn形シリコン基板である場合には、変換効率を高めることができる。
光吸収層61がp形シリコン基板である場合には、製造コストの低減を図ることができる。
In the following, a case where the
The
Concavities and convexities are formed on the
Further, an n-
A p + -type semiconductor layer 61c having a high impurity concentration is provided on the side of the
The
The
In addition, although the case where the
When the
When the
In the case where the
グリッド電極63は、受光面61aの上(n形半導体層61bの上)に複数設けられている。
グリッド電極63は、線状を呈し、配線接続電極64が延びる方向と直交する方向に延びている。
複数のグリッド電極63は、光吸収層61において生じた電力を効率よく取り出すために受光面61aの全域に設けられている。
ここで、グリッド電極63は、アルミニウムや銀などの導電性材料を用いて形成されているので、受光面61aに入射する光がグリッド電極63により遮られる。
そのため、グリッド電極63の幅寸法は、できるだけ短くなるようにすることが好ましい。
A plurality of
The
The plurality of
Here, since the
Therefore, it is preferable to make the width dimension of the
配線接続電極64は、受光面61aの上(n形半導体層61bの上)に複数設けられている。
配線接続電極64は、線状を呈し、複数の太陽電池セル60を電気的に直列接続する方向に延びている。
配線接続電極64は、下端がn形半導体層61bに電気的に接続され、上端が反射防止膜65から露出している。また、配線接続電極64は、グリッド電極63に電気的に接続されている。
配線接続電極64は、アルミニウムや銀などの導電性材料を用いて形成されている。
配線接続電極64は、マイナス(-)電極となる。
A plurality of
The
The
The
The
反射防止膜65は、受光面61aの露出部分(グリッド電極63および配線接続電極64が設けられていない領域)を覆うように設けられている。反射防止膜65は、例えば、シリコン酸化物などから形成することができる。
以上の様な構成を有する太陽電池セル60は、例えば、半導体製造プロセスを用いて製造することができる。
The
The
図7は、複数の太陽電池セル60の接続を例示するための模式平面図である。 図8は、図7におけるA-A線断面図である。
図7および図8に示すように、複数の太陽電池セル60は、配線66により電気的に直列接続されている。
この場合、発電部6の出力電圧は、(太陽電池セル60の出力電圧)×(太陽電池セル60の接続数)となる。
結晶シリコン太陽電池セルの出力電圧は、一般的には、0.65V程度である。
そのため、複数の太陽電池セル60を電気的に直列接続することで、発電部6の出力電圧が所望の値となるようにしている。
この場合、太陽電池セル60の接続数または光吸収層61の材料を変更することで、発電部6の出力電圧を変更することができる。
また、発電部4と発電部6は、電気的に並列接続される。
FIG. 7 is a schematic plan view for illustrating connection of a plurality of
As shown in FIGS. 7 and 8, the plurality of
In this case, the output voltage of the
The output voltage of the crystalline silicon solar cell is generally about 0.65V.
Therefore, the output voltage of the
In this case, the output voltage of the
The
図1に示すように、封止部7は、保護部8と発電部6の間に設けられている。 なお、封止部7は、複数の太陽電池セル60同士の間にも充填されていてもよい。
封止部7は、発電部6の受光面側とは反対側を封止する。
封止部7は、例えば、太陽電池モジュール1を設置する環境に含まれる水蒸気やガスなどが発電部6に到達するのを抑制する。
封止部7は、保護部8と発電部6を接合する。
また、封止部7は、外部からの衝撃を吸収する機能を有するものとすることもできる。
封止部7の材料は、封止部3の材料と同様とすることができる。
As shown in FIG. 1, the sealing
The sealing
The sealing
The sealing
Moreover, the sealing
The material of the sealing
保護部8は、板状を呈し、保護部2と対峙している。
保護部8は、バックシートと呼ばれることもある。
保護部8の材料は、保護部2の材料と同様とすることができる。
ただし、保護部8は、前述した保護部2とは異なり、光を透過させる必要はない。そのため、保護部8は、光に対する反射率の高い材料から形成することもできる。保護部8は、例えば、白色の樹脂を用いて形成することができる。光に対する反射率の高い材料から保護部8を形成すれば、保護部2を介して太陽電池モジュール1の内部に導入され、保護部8に到達した光を発電部4および発電部6に向けて反射させることができる。そのため、光の利用効率を向上させることができる。
The
The
The material of the
However, unlike the
前述したように、発電部4と発電部6は、電気的に並列接続される。
そのため、太陽電池モジュール1の出力電圧は、発電部4の出力電圧と発電部6の出力電圧のうち、いずれか低い方になる。
この場合、発電部4の出力電圧と発電部6の出力電圧との差が大きくなると、ロスが大きくなり変換効率が低下するおそれがある。
前述したように、発電部4の出力電圧は、光吸収層43の材料または光吸収層43の数(溝47の数)を変えることで変更することができる。
発電部6の出力電圧は、太陽電池セル60の接続数または光吸収層61の材料を変えることで変更することができる。
そのため、発電部4の出力電圧、および発電部6の出力電圧の少なくともいずれかを調整することで、発電部4の出力電圧と発電部6の出力電圧との差を小さくすることができる。
As described above, the
Therefore, the output voltage of the
In this case, when the difference between the output voltage of the
As described above, the output voltage of the
The output voltage of the
Therefore, the difference between the output voltage of the
表1は、発電部4および発電部6における出力電圧の調整を例示するための表である。
なお、表1は、光吸収層43が、Cu、In、Ga、およびSeを含み、且つ、Gaの含有量が多い化合物半導体からなり、光吸収層61が、結晶シリコンからなる場合である。
表1に示すように、発電部4の出力電圧は、光吸収層43の数(溝47の数)を変えることで、19.5Vとなるようにできた。
表1に示すように、発電部6の出力電圧は、太陽電池セル60の接続数を変えることで、19.5Vとなるようにできた。
すなわち、出力電圧が0.65Vの太陽電池セル60を30個直列接続することで、発電部6の出力電圧が19.5Vとなるようにできた。
Table 1 is a table for illustrating adjustment of the output voltage in the
Table 1 shows a case where the
As shown in Table 1, the output voltage of the
As shown in Table 1, the output voltage of the
That is, by connecting 30
次に、発電部4と発電部6を電気的に並列接続した場合の効果について説明する。
まず、比較例として、発電部4と発電部6を電気的に直列接続した場合について説明する。
図9は、太陽電池セル40の変換効率と、光吸収層43のバンドギャップと、太陽電池モジュール1の変換効率との関係を例示するためのグラフ図である。
図9中のA1は、太陽電池モジュール1の変換効率が26%の場合である。
A2は、太陽電池モジュール1の変換効率が24%の場合である。
A3は、太陽電池モジュール1の変換効率が22%の場合である。
A4は、太陽電池モジュール1の変換効率が20%の場合である。
Bは、太陽電池セル40での光吸収分を考慮に入れた太陽電池セル60の変換効率である。
Next, the effect when the
First, a case where the
FIG. 9 is a graph for illustrating the relationship among the conversion efficiency of the
A1 in FIG. 9 is a case where the conversion efficiency of the
A2 is a case where the conversion efficiency of the
A3 is a case where the conversion efficiency of the
A4 is a case where the conversion efficiency of the
B is the conversion efficiency of the
図9は、シミュレーションにより求められた結果である。
この場合、発電部4の出力電圧と発電部6の出力電圧は等しいものとした。
太陽電池セル60は、CIGS系の太陽電池セルとした。光吸収層61のバンドギャップは、1.1eVとした。太陽電池セル60の変換効率は、20.0%とした。
なお、発電部4の出力電圧と発電部6の出力電圧が等しければ、光吸収層61の材料が変わっても同様の結果が期待できる。
FIG. 9 shows the results obtained by simulation.
In this case, the output voltage of the
The
If the output voltage of the
図9から分かるように、光吸収層43のバンドギャップが1.2eV以上1.7eV以下の範囲では、光吸収層43のバンドギャップが大きくなると太陽電池セル60に入射する光の波長領域が広がる。そのため、図9中のBから分かるように、光吸収層43のバンドギャップが大きくなるに従い、太陽電池セル60の変換効率が増加していく。その結果、図9中のA1~A4から分かるように、20%~26%という高い変換効率を有する太陽電池モジュール1とするのに必要となる太陽電池セル40の変換効率が減少していく。
また、光吸収層43のバンドギャップが1.7eVを超えた場合には、図9中のBから分かるように、太陽電池セル60の変換効率は減少していく。
As can be seen from FIG. 9, in the range where the band gap of the
Moreover, when the band gap of the
ここで、光吸収層43のバンドギャップが大きくなるほど、太陽電池セル60に入射する光の波長領域が広がるので、太陽電池セル60の変換効率は増加するとも考えられる。
しかしながら、発電部4と発電部6を電気的に直列接続した場合には、太陽電池セル40に流れる電流の値と、太陽電池セル60に流れる電流の値が同じになる。
また、光吸収層43のバンドギャップが大きくなると、太陽電池セル40に流れる電流の値が小さくなる。
そのため、光吸収層43のバンドギャップが大きくなると、太陽電池セル60に流れる電流の値が小さくなる。
その結果、光吸収層43のバンドギャップが1.7eVを超えた場合には、太陽電池セル60の変換効率はかえって減少することになる。
Here, as the band gap of the
However, when the
Moreover, when the band gap of the
Therefore, when the band gap of the
As a result, when the band gap of the
次に、発電部4と発電部6を電気的に並列接続した場合について説明する。
図10は、太陽電池セル40の変換効率と、光吸収層43のバンドギャップと、太陽電池モジュール1の変換効率との関係を例示するためのグラフ図である。
なお、発電部4と発電部6を電気的に並列接続すること以外は、図9の場合と同じである。
図10から分かるように、光吸収層43のバンドギャップが1.2eV以上1.7eV以下の範囲では、図9の場合と同様の結果となる。
一方、光吸収層43のバンドギャップが1.7eVを超えた場合には、図10中のBから分かるように、太陽電池セル60の変換効率はさらに増加する。
発電部4と発電部6を電気的に並列接続すれば、太陽電池セル40に流れる電流の値が小さくなっても、太陽電池セル60に流れる電流の値が同じように小さくなることはない。
そのため、光吸収層43のバンドギャップが1.7eVを超えた場合であっても、太陽電池セル60の変換効率はさらに増加する。
その結果、図10中のA1~A4から分かるように、光吸収層43のバンドギャップの広い範囲において、20%~26%という高い変換効率を有する太陽電池モジュール1とするのに必要となる太陽電池セル40の変換効率が減少していく。
このことは、太陽電池モジュール1の設計に対する自由度が大きくなることをも意味する。
Next, the case where the
FIG. 10 is a graph for illustrating the relationship among the conversion efficiency of the
In addition, it is the same as that of the case of FIG. 9 except connecting the electric
As can be seen from FIG. 10, when the band gap of the
On the other hand, when the band gap of the
If the
Therefore, even if the band gap of the
As a result, as can be seen from A1 to A4 in FIG. 10, the
This also means that the degree of freedom for designing the
図11および図12は、太陽電池セル40の変換効率が理論値以下となる領域と、光吸収層43のバンドギャップと、太陽電池モジュール1の変換効率との関係を例示するためのグラフ図である。
図11は、発電部4と発電部6を電気的に直列接続した場合である。
図12は、発電部4と発電部6を電気的に並列接続した場合である。
なお、図11および図12において、縦軸の「1」以下の領域が太陽電池セル40の変換効率が理論値以下となる領域となる。
図11と図12を比較すると、図12の場合(発電部4と発電部6を電気的に並列接続した場合)の方が、光吸収層43のバンドギャップが大きくなっても、高い変換効率を有する太陽電池モジュール1を構成することができる。
すなわち、発電部4と発電部6を電気的に並列接続すれば、高い変換効率を有する太陽電池モジュール1とすることが容易となる。
このことは、太陽電池モジュール1の設計に対する自由度が大きくなることを意味する。
FIGS. 11 and 12 are graphs for illustrating the relationship between the conversion efficiency of the
FIG. 11 shows a case where the
FIG. 12 shows a case where the
In FIG. 11 and FIG. 12, the region below “1” on the vertical axis is a region where the conversion efficiency of the
11 and 12 are compared, the conversion efficiency in the case of FIG. 12 (when the
That is, if the
This means that the degree of freedom for designing the
ここで、発電部4の出力電圧は、太陽電池セル40に設けられた光吸収層43の数(溝47の数)により設定することができる。
そのため、太陽電池セル40を1つ設ければ、図9~図12において説明した効果を得ることができる。
ところが、太陽電池セル40においては、複数の光吸収層43は電極42および電極45により電気的に直列接続されている。
そのため、太陽電池セル40の数が1つの場合には、電極42、電極45、および光吸収層43の一部が損傷すると、発電部4からの電力供給が停止するおそれがある。
本実施の形態に係る太陽電池モジュール1に設けられた発電部4においては、複数の太陽電池セル40が電気的に並列接続されている。
そのため、一部の太陽電池セル40が損傷したとしても、図9~図12において説明した効果を得ることができる。
このことは、太陽電池モジュール1の一部に光Lが入射しない場合(例えば、日陰となった場合)も同様である。
すなわち、本実施の形態に係る太陽電池モジュール1とすれば、太陽電池モジュール1の信頼性を向上させることができる。
Here, the output voltage of the
Therefore, if one
However, in the
Therefore, in the case where the number of the
In the
Therefore, even if some of the
The same applies to the case where the light L is not incident on a part of the solar cell module 1 (for example, when it is shaded).
That is, if it is set as the
以上、本発明のいくつかの実施形態を例示したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更などを行うことができる。これら実施形態やその変形例は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。 As mentioned above, although some embodiment of this invention was illustrated, these embodiment is shown as an example and is not intending limiting the range of invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, changes, and the like can be made without departing from the spirit of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and equivalents thereof. Further, the above-described embodiments can be implemented in combination with each other.
Claims (7)
電気的に直列接続された複数の第2太陽電池セルを有し、前記第1発電部の光の入射側とは反対側に設けられ、前記第1発電部と電気的に並列接続された第2発電部と、
を備え、
前記第1太陽電池セルは、電気的に直列接続された複数の第1光吸収層を有する太陽電池モジュール。 A first power generation unit having a plurality of first solar cells electrically connected in parallel;
A plurality of second solar cells electrically connected in series, provided on a side opposite to the light incident side of the first power generation unit, and electrically connected in parallel with the first power generation unit; Two power generation units,
With
The first solar battery cell is a solar battery module having a plurality of first light absorption layers electrically connected in series.
前記第1太陽電池セル、および前記第2太陽電池セルの少なくともいずれかは、CIGS系の太陽電池セルである請求項1記載の太陽電池モジュール。
Provided with a light incident side of the first power generation unit, further comprising a protection unit formed of glass containing an alkali metal;
The solar cell module according to claim 1, wherein at least one of the first solar cell and the second solar cell is a CIGS solar cell.
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