WO2019180854A1 - 多接合型太陽電池モジュール及び太陽光発電システム - Google Patents

多接合型太陽電池モジュール及び太陽光発電システム Download PDF

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solar cell
cell module
adhesive layer
insulating film
junction
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祐弥 保西
山崎　六月
聡一郎 芝崎
紗良 吉尾
中川　直之
山本　和重
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株式会社 東芝
東芝エネルギーシステムズ株式会社
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    • H01L31/0747—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices characterised by at least one potential-jump barrier or surface barrier the potential barriers being only of the PN heterojunction type comprising a AIVBIV heterojunction, e.g. Si/Ge, SiGe/Si or Si/SiC solar cells comprising a heterojunction of crystalline and amorphous materials, e.g. heterojunction with intrinsic thin layer or HIT® solar cells; solar cells

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to a multi-junction solar cell module and a solar power generation system.
  • protective glass is used to protect the power generation element of the solar cell module.
  • the protective glass and the power generation element are bonded by an adhesive, but the adhesive deteriorates with long-term use. The deterioration of the adhesive may cause corrosion of the wiring of the solar cell module. Deterioration of the adhesive is significant under high temperature and high humidity conditions, but in a solar cell module that is not a multi-junction type, it leads to a gradual decrease in power generation.
  • a multi-junction solar cell module a plurality of solar cell modules are bonded together. If the surface of the solar cell module to be bonded is a substrate such as glass, both modules will not short-circuit even if the bonding layer to be bonded deteriorates. However, a reduction in weight is required for the solar cell module.
  • a solar cell module having a solar cell using a compound layer having a chalcopyrite structure as a light absorption layer is used as a top cell, and Si is used as a light absorption layer.
  • the top cell substrate is two. As the substrate, a glass substrate is used.
  • the weight of the solar cell module increases.
  • the top cell is a superstrate type
  • the number of substrates can be reduced by arranging the substrate used in manufacturing the top cell on the light incident side.
  • one of the electrodes of the top cell faces the bottom cell side, and the top cell and the bottom cell are likely to be short-circuited only by bonding with the adhesive layer due to aging of the adhesive layer.
  • the output of the module is greatly reduced, which may cause a trouble of the entire apparatus.
  • Embodiments of the present invention provide a multi-junction solar cell module having excellent durability and a solar power generation system using the multi-junction solar cell module.
  • the multi-junction solar cell of the embodiment is disposed on the light incident side, and includes a plurality of first solar cells and a first solar cell module that electrically connects the plurality of first solar cells.
  • An insulating film is provided on the surface of the second connection wiring facing the adhesive layer so as to be in direct contact with the surface of the adhesive layer facing the second solar cell module.
  • the first solar cell module includes a substrate on the light incident side. The substrate is a single substrate of the first solar cell module.
  • the second connection wiring is not in contact with the adhesive layer.
  • the junction type solar cell module of the embodiment includes a first solar cell module and a second solar cell module.
  • FIG. 1 shows a cross-sectional view of the multi-junction solar cell module of the embodiment.
  • a multi-junction solar cell module 100 shown in FIG. 1 includes a first solar cell module 10, a second solar cell module 20, an adhesive layer 30, and an insulating film 40. In FIG. 1, it is a multi-junction solar cell module in which two solar cell modules are joined.
  • a multi-junction solar cell module in which three or more solar cell modules are joined is also included in the embodiment.
  • the first solar cell module 10 includes a plurality of first solar cells 11.
  • the first solar cell module 10 is disposed on the light incident side in the multi-junction solar cell module 100.
  • the first solar cell module 10 generates a power by absorbing a part of the incident light.
  • a single substrate in the first solar cell module 10 is disposed on the light incident side of the first solar cell module 10, and a substrate of the first solar cell module 10 is disposed on the second solar cell module 40 side.
  • first solar cell 11 of the first solar cell module 10 a substrate, a first electrode, a light absorption layer, and a second electrode are arranged in order from the light incident side. There may be an intermediate layer that is not specified between these layers.
  • the plurality of first solar cells 11 are physically arranged in parallel with the same electrical polarity.
  • the plurality of first solar cells 11 are electrically connected by the first connection wiring.
  • the plurality of first solar cells 11 are electrically connected in series, in parallel, or in series and in parallel.
  • the first electrode and the second electrode of the adjacent first solar cells 11 are connected and the first solar cells 11 are electrically connected in series
  • the electrode can constitute the first connection wiring.
  • the second electrode and the second electrode of the adjacent first solar cells 11 are connected and the first solar cells 11 are electrically connected in parallel
  • the second electrode constitutes the first connection wiring. can do.
  • this conductive layer can comprise a 1st connection wiring.
  • the first connection wiring is a conductive member included in the outermost periphery of the conductive members included in the first solar battery cell 11.
  • the first connection wiring of the first solar battery cell 11 is arranged at a position closest to the second connection wiring of the second solar battery cell 21.
  • Another conductive layer is, for example, a bus bar.
  • the band gap of the light absorption layer of the first solar battery cell 11 is preferably wider than the band gap of the light absorption layer of the second solar battery cell 21.
  • the light absorption layer of the first solar cell 11 is preferably a wide band gap.
  • the band gap of the first solar cell 11 is preferably 1.4 eV or more and 3.0 eV or less.
  • the light absorption layer of the first solar cell 11 includes a cuprous oxide thin film, a semiconductor film having a chalcopyrite structure, a semiconductor film having a stannite structure, a semiconductor film having a kesterite structure, an organic thin film, and a perovskite thin film. 1 type chosen from the group which consists of.
  • Cu (In, Ga) (Se, S) 2 Cu (In, Ga) Se 2 , Cu (In, Ga) S 2 , CuGa (Se, S) 2 , CuGaSe 2 , CuGaS 2 or the like.
  • the light absorption layer of the first solar cell 11 includes a p-type layer and an n-type layer. Further, the first solar cell 11 may be a homojunction solar cell or a heterojunction solar cell.
  • the first electrode and the second electrode, which are the electrodes of the first solar cell, are preferably light transmissive electrodes.
  • the light transmissive electrode include indium tin oxide (ITO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), boron-doped zinc oxide (BZO), and gallium-doped.
  • Zinc oxide Gaallium-doped Zinc Oxide: GZO
  • AGO Aluminum Gallium Oxide
  • An electrode in which a tin oxide film or the like is laminated on the transparent conductive film is also preferable as the electrode of the first solar battery cell 11.
  • the second solar cell module 20 includes a plurality of second solar cells 21.
  • the second solar cell module 20 receives the light that has passed through the first solar cell module 10 and generates power.
  • the plurality of second solar cells 21 are electrically connected by the second connection wiring.
  • the plurality of second solar cells 11 are electrically connected in series, in parallel, or in series and in parallel.
  • the 1st electrode and 2nd electrode of the adjacent 2nd photovoltaic cell 21 are electrically connected, and the 2nd photovoltaic cell 21 is electrically connected in series.
  • the first electrode and the second electrode, or the first electrode can constitute the second connection wiring.
  • a 1st electrode comprises 2nd connection wiring. can do.
  • this another conductive layer may comprise a 2nd connection wiring.
  • the second connection wiring is a conductive member included in the outermost periphery of the conductive members included in the second solar cell 21.
  • the second connection wiring of the second solar battery cell 11 is arranged at a position closest to the first connection wiring of the first solar battery cell 21.
  • Another conductive layer is, for example, a bus bar.
  • the band gap of the light absorption layer of the second solar cell 21 is preferably narrower than the band gap of the light absorption layer of the first solar cell 11.
  • the light absorption layer of the second solar cell 21 is preferably a narrow band gap.
  • the band of the second solar battery cell 21 is preferably 1.0 eV or more and 1.4 eV or less.
  • the light absorption layer of the second solar cell 21 includes one selected from the group consisting of a crystalline Si layer, a semiconductor film having a chalcopyrite structure, and a CdTe film.
  • the semiconductor film having a chalcopyrite structure is Cu (In, Ga) (Se , S) 2, Cu (In, Ga) Se 2, Cu (In, Ga) such S 2, CuInTe 2.
  • the n-type layer of the second solar battery cell 11 includes a p-type layer and an n-type layer. Further, the first solar cell 11 may be a homojunction solar cell or a heterojunction solar cell.
  • Examples of the first electrode of the second solar cell 21 include a light transmissive electrode, a line-shaped electrode, a ladder-shaped electrode, a chain-shaped electrode, and a metal foil or a metal ribbon serving as a bus bar. Is used.
  • the second electrode of the second solar cell 21 is preferably a light transmissive electrode.
  • Examples of the light transmissive electrode include indium tin oxide (ITO), aluminum-doped zinc oxide (AZO), boron-doped zinc oxide (BZO), and gallium-doped.
  • the adhesive layer 30 bonds the first solar cell module 10 and the second solar cell module 20 together.
  • the adhesive layer 30 is disposed between the first solar cell module 10 and the insulating film 40.
  • the surface of the adhesive layer 30 facing the first solar cell module 10 is in direct contact with the surface of the first solar cell module 10 facing the adhesive layer 30.
  • the entire surface of the adhesive layer 30 facing the first solar cell module 10 is preferably in direct contact with the entire surface of the first solar cell module 10 facing the adhesive layer 30.
  • the surface of the adhesive layer 30 facing the insulating film 40 (the surface facing the second solar cell module 20) is in direct contact with the surface of the insulating film 40 facing the adhesive layer 30.
  • a resin layer having a relatively low melting point is preferable. If the melting point is too high, the temperature applied when the first solar cell module 10 and the second solar cell module 20 are bonded after being melted becomes too high, and the solar cell tends to be damaged, which is not preferable.
  • the melting point of the adhesive layer 30 is preferably 150 ° C. or higher. When the melting point of the adhesive layer 30 is less than 150 ° C., the adhesive layer is easily melted during the operation of the solar cell module 100.
  • the melting point of the adhesive layer 30 is preferably 300 ° C. or lower. When the melting point of the adhesive layer 30 is higher than 300 ° C., the adhesive layer 30 needs to be heated to a high temperature when the first solar cell module 10 and the second solar cell module 20 are bonded to each other, and the solar cell is damaged. Since it becomes easy, it is not preferable.
  • a resin sheet is preferable.
  • 1 or more types chosen from the group which consists of an ethylene vinyl acetate copolymer resin sheet (EVA sheet), a polyvinyl butyral resin sheet (PVB sheet), and a polyolefin resin sheet is preferable.
  • the insulating film 40 is disposed between the adhesive layer 30 and the second solar cell module 20 and is provided on the surface of the second connection wiring that faces the adhesive layer 30.
  • One surface of the insulating film 40 is in direct contact with the surface of the adhesive layer 30 facing the second solar cell module 20, and the surface opposite to one surface of the insulating film 40 is the second connection wiring. It is preferable to be in direct contact with the surface facing the adhesive layer 30.
  • the insulating film 40 is an insulating member disposed so that the second connection wiring and the adhesive layer 30 are not in contact with each other.
  • the material used for the adhesive layer 30 is easily decomposed when used in an environment such as long-term sunlight irradiation, high temperature, and high humidity.
  • the first connection wiring and the second connection wiring are easily short-circuited.
  • the first solar cell 11 and the second solar cell 21 are not easily short-circuited even if the adhesive layer 30 is decomposed.
  • the insulating film 40 is further in direct contact with at least a part of the side surface of the second connection wiring facing the adhesive layer 30.
  • the melting point of the insulating film 40 is preferably 200 ° C. or higher. If the melting point of the insulating film 40 is low, it is not preferable because the insulating film 40 is easily melted during bonding by the adhesive layer 30. From the same viewpoint, the melting point of the insulating film 40 is preferably higher than the melting point of the adhesive layer 30 by 50 ° C. or more.
  • the insulating film 40 is made of one or more films selected from the group consisting of polyimide film, glass tape, quartz tape, polyamide film, epoxy resin sheet, and polyester sheet, or made of Si, Al, Ca, Mg, Ga, and Ge.
  • a metal oxide or metal nitride film containing one or more metals selected from the group is preferred.
  • Specific examples of the metal oxide or metal nitride film containing one or more metals selected from the group consisting of Si, Al, Ca, Mg, Ga, and Ge include SiO x , SiN x , AlO x , One or more selected from the group consisting of CaO X , MgO X , GaO X and GeO X are preferred.
  • One or more kinds of films selected from the group consisting of a polyimide film, a glass tape, a quartz tape, a polyamide film, an epoxy resin sheet, and a polyester sheet are disposed on the second solar cell module 20.
  • a metal oxide or metal nitride film containing one or more metals selected from the group consisting of Si, Al, Ca, Mg, Ga and Ge is formed on the second connection wiring by sputtering or vapor deposition. Is preferred.
  • FIG. 2 shows the output reduction rate of the second solar cell module 20 in a module with a polyimide film and without a polyimide film.
  • a Cu bus bar that corrodes with acetic acid generated when the EVA sheet is hydrolyzed is used for the second connection wiring.
  • the hydrolysis effect of the EVA sheet can be evaluated from the corrosion of the Cu bus bar.
  • the decrease in conversion efficiency is small, but in the example where the polyimide film is not used, the conversion efficiency is greatly decreased.
  • the EL (electroluminescence) inspection was performed, in the example in which the polyimide film was not used, the Cu bus bar as the second connection wiring was corroded from the middle, and the EVA sheet used for the adhesive layer 30 was hydrolyzed. I understand that. Further, as time elapses, corrosion of the Cu bus bar proceeds. On the other hand, in the example using the polyimide film, since the Cu bus bar is protected by the polyimide film, the Cu bus bar is not corroded, and the first solar cell 11 and the second solar cell 21 are not short-circuited. .
  • a multi-junction solar cell using a compound semiconductor layer having a chalcopyrite structure such as CuGaSe 2 as the light absorption layer of the first solar cell module 10 and using crystalline Si as the light absorption layer of the second solar cell module 20.
  • the module 101 will be exemplified to specifically describe the multi-junction solar cell module.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional view of the multi-junction solar cell module 101.
  • a multi-junction solar cell module 101 shown in FIG. 3 includes a first solar cell module 10 (top cell), a second solar cell module 20 (bottom cell), an adhesive layer 30 and an insulating film 40.
  • the gap between the first solar cell module 10 and the second solar cell module 20 is preferably filled with fillers 51 and 52 such as epoxy resin, for example.
  • the insulating film 40 is a strip-shaped sheet and is disposed along the bus bar 22.
  • the protective layer 23 is a so-called back sheet layer, for example, an EVA sheet.
  • the first solar cell module 10 and the second solar cell module 20 sandwich the adhesive layer 30 and the insulating film 40 therebetween.
  • the surface of the adhesive layer 30 facing the second solar cell module 20 is in direct contact with the insulating film 40 and the portion of the second solar cell module 20 excluding the second connection wiring, and the surface facing the first solar cell module 10 is the first.
  • One solar cell module 10 is in direct contact.
  • a part of the insulating film 40 and the bus bar 22 is embedded in the adhesive layer 30.
  • FIG. 4 shows a process of overlaying the insulating film 40 on the second solar cell module 20. Since the set of three bus bars 22 has three rows, there are three portions of the insulating film 40. The insulating film 40 and the second solar cell module 20 are overlapped so that the insulating film 40 covers the bus bar 22. 4 to 5, the filler is not shown.
  • FIG. 5 shows a step of bonding the second solar cell module 20 and the first solar cell module 10 on which the insulating film 40 is overlapped with the adhesive layer 30.
  • the adhesive layer 30 is melted by heating according to the melting point of the adhesive layer 30.
  • a multi-junction solar cell module 101 in which the first solar cell module 10 and the second solar cell module 20 are joined by the adhesive layer 30 and the insulating film 40 is obtained.
  • the second solar cell module 20 side of the adhesive layer 30 is in direct contact with both the second solar cell module 20 and the bus bar 22.
  • the insulating film 40 Without the insulating film 40, only the adhesive layer 30 exists between the first connection wiring and the second connection wiring. Therefore, when the adhesive layer 30 deteriorates as described above, the first connection wiring and the second connection wiring are provided. However, the provision of the insulating film 40 can reduce the possibility of short-circuiting between wirings. Even if a Cu bus bar is used for the bus bar 22 of the second solar cell module 20 and EVA is used for the adhesive layer 30, the insulating film 40 protects the Cu bus bar, so that the possibility of corrosion of the bus bar 22 can be reduced. Even if another metal material such as aluminum or aluminum alloy is used in addition to Cu, corrosion of the metal can be prevented by using the adhesive layer 30 and the insulating film 40 in combination.
  • a compound semiconductor layer having a chalcopyrite structure such as CuGaSe 2 is used as the light absorption layer of the first solar cell module 10, and Cu (In, Ga) Se 2 or the like is used as the light absorption layer of the second solar cell module 20.
  • the multi-junction solar cell module 102 using a compound semiconductor layer having a chalcopyrite structure will be described as an example to specifically describe the multi-junction solar cell module.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional view of the multi-junction solar cell module 102.
  • a multi-junction solar cell module 102 in FIG. 7 is a modification of the multi-junction solar cell module 101 in FIG.
  • a multi-junction solar cell module 102 illustrated in FIG. 7 includes a first solar cell module 10, a second solar cell module 20, an adhesive layer 30, and an insulating film 40.
  • the gap between the first solar cell module 10 and the second solar cell module 20 is preferably filled with fillers 51 and 52 such as epoxy resin, for example.
  • the first solar cell module 10 that is the top cell of the multijunction solar cell module 102 is the same as the first solar cell module 10 of the multijunction solar cell module 101.
  • the insulating film 40 is a belt-like sheet and corresponds to the shape of the second electrode 28 of the second solar cell 21.
  • the second solar battery cell 21 includes a substrate 24, a first electrode 25, a light absorption layer 26, an n-type layer 27, and a second electrode 28.
  • the second solar cells 21 are electrically connected in series by the second electrode 28. Accordingly, in the multi-junction solar cell module 102, the second electrode 28 of the second solar cell 11 serves as the second connection wiring.
  • the second solar cells 21 at both ends are connected to the bus bar 29.
  • the electric power generated by the second solar cell module 20 is output via the bus bar 29.
  • the second solar cell module 20 is scribed P4, P5, and P6, and the adjacent second solar cells 21 are connected to the first electrode 25 on the upper side and the second electrode 28 on the lower side.
  • the first solar cell module 10 and the second solar cell module 20 sandwich the adhesive layer 30 and the insulating film 40 therebetween.
  • the surface of the adhesive layer 30 facing the second solar cell module 20 is in direct contact with the insulating film 40 and the portion of the second solar cell module 20 excluding the second connection wiring, and the surface facing the first solar cell module 10 is the first.
  • One solar cell module 10 is in direct contact.
  • An insulating film 40 is embedded in the adhesive layer 30.
  • FIG. 8 shows a process of overlaying the insulating film 40 on the second solar cell module 20. Since there are three rows of the second solar cells, there are three parts of the insulating film 40.
  • the insulating film 40 may be a single sheet.
  • the insulating film 40 and the second solar cell module 20 are overlapped so that the insulating film 40 covers the bus bar 22.
  • FIG. 11 is a perspective development view of the multi-junction solar cell module 103.
  • a multi-junction solar cell module 103 in FIG. 11 is a modification of the multi-junction solar cell module 101 in FIG.
  • the multi-junction solar cell module 101 in FIG. 4 differs from the multi-junction solar cell module 103 in FIG. 11 in that the insulating film 40 is not a sheet but a metal oxide or metal nitride film formed by sputtering or vapor deposition. It is.
  • the storage battery 203 or the load 204 may be omitted.
  • the load 204 may be configured to be able to use electrical energy stored in the storage battery 203.
  • the converter 202 is a device including a circuit or element that performs power conversion such as transformation or DC / AC conversion, such as a DC-DC converter, a DC-AC converter, or an AC-AC converter.
  • a suitable configuration may be adopted according to the generated voltage, the configuration of the storage battery 203 and the load 204.
  • Each solar cell receives light and generates power, and the electric energy is converted by the converter 202 and stored in the storage battery 203 or consumed by the load 204.
  • the solar cell module 201 is provided with a solar light tracking drive device for always directing the solar cell module 201 toward the sun, a condensing body for condensing sunlight, a device for improving power generation efficiency, and the like. It is preferable to add.
  • the solar power generation system 200 is preferably used for real estate such as a residence, a commercial facility, a factory, or used for movable property such as a vehicle, an aircraft, or an electronic device.
  • Use of the multi-junction solar cell module of the embodiment for the solar cell module 201 is expected to improve durability.
  • Example 1 Using CuGaSe 2 for the light absorption layer of the first solar cell module 10, using an EVA sheet for the adhesive layer 30, using a polyimide film for the insulating film 40, and using crystalline silicon for the light absorption layer of the second solar cell module 20. A multi-junction solar cell module is produced.
  • Example 3 Using CuGaSe 2 for the light absorption layer of the first solar cell module 10, using a PVB sheet for the adhesive layer 30, using a glass tape for the insulating film 40, and using crystalline silicon for the light absorption layer of the second solar cell module 20. A multi-junction solar cell module is produced.
  • Example 4 An organic thin film is used for the light absorption layer of the first solar cell module 10, an EVA sheet is used for the adhesive layer 30, and an oxide film containing Si formed on the bus bar on the second solar cell by sputtering on the insulating film 40.
  • a multi-junction solar cell module is produced using crystalline silicon for the light absorption layer of the second solar cell module 20.
  • Example 5 A perovskite thin film is used for the light absorption layer of the first solar cell module 10, an EVA sheet is used for the adhesive layer 30, and an oxide film containing Al formed on the bus bar on the second solar cell by sputtering on the insulating film 40 Is used to produce a multi-junction solar cell module using crystalline silicon for the light absorption layer of the second solar cell module 20.
  • the light absorption layer of the first solar cell module 10 is made of Cu (In, Ga) (Se, S) 2 having a low In ratio
  • the adhesive layer 30 is made of an EVA sheet
  • the insulating film 40 is sputtered to form the second solar cell.
  • a nitride film containing Si formed on the upper second electrode and using Cu (In, Ga) (Se, S) 2 having a low In ratio for the light absorption layer of the second solar cell module 20 is produced.
  • Example 7 CuGaSe 2 is used for the light absorption layer of the first solar cell module 10, EVA sheet is used for the adhesive layer 30, quartz tape is used for the insulating film 40, and crystalline silicon is used for the light absorption layer of the second solar cell module 20.
  • a multi-junction solar cell module is produced.
  • Example 1--7 A multi-junction solar cell module is manufactured in the same manner as in Example 1-7 without using the insulating film 40.
  • the performance deterioration of the example is the performance of the comparative example by operating for a long time at a temperature of 85 ° C. and a humidity of 85%. Less than deterioration.
  • a first solar cell module that is disposed on the light incident side and includes a plurality of first solar cells and a first connection wiring that electrically connects the plurality of first solar cells;
  • a second solar cell module including a plurality of second solar cells and a second connection wiring for electrically connecting the plurality of second solar cells;
  • An adhesive layer between the first solar cell module and the second solar cell module;
  • An insulating film is provided on the surface of the second connection wiring facing the adhesive layer so as to be in direct contact with the surface of the adhesive layer facing the second solar cell module;
  • the first solar cell module includes a substrate on a light incident side, and the substrate is a single substrate of the first solar cell module,
  • the second connection wiring is a multi-junction solar cell module that is not in contact with the adhesive layer.
  • Technical plan 2 The multi-junction solar cell module according to Technical Solution 1, wherein a melting point of the adhesive layer is higher than a melting point of the insulating film.
  • Technical plan 3 The multi-junction solar cell module according to Technical Solution 1 or 2, wherein the adhesive layer has a melting point of 150 ° C or higher.
  • Technical plan 4 4.
  • Technical plan 5 5.
  • the multijunction solar cell module according to any one of the technical solutions 1 to 4 wherein a melting point of the insulating film is 50 ° C. or more higher than a melting point of the adhesive layer.
  • Technical plan 6 The multijunction according to any one of the technical solutions 1 to 5, wherein a band gap of the light absorption layer of the plurality of first solar cells is wider than a band gap of the light absorption layer of the plurality of second solar cells.
  • Type solar cell module Type solar cell module.
  • Technical plan 7 The multi-junction solar cell module according to any one of the technical solutions 1 to 6, wherein the insulating film includes at least one selected from the group consisting of a resin, a metal oxide, and a metal nitride.
  • Technical plan 8 The multi-junction solar cell module according to any one of the technical solutions 1 to 7, wherein the adhesive layer is a resin sheet.
  • the insulating film is made of one or more films selected from the group consisting of polyimide film, glass tape, quartz tape, polyamide film, epoxy resin sheet and polyester sheet, or made of Si, Al, Ca, Mg, Ga and Ge.
  • Technical plan 10 The multi-joint according to any one of the technical solutions 1 to 9, wherein the adhesive layer is one or more layers selected from the group consisting of an ethylene vinyl acetate copolymer resin sheet, a polyvinyl butyral resin sheet, and a polyolefin resin sheet.
  • Technical plan 11 A solar power generation system using the multijunction solar cell module according to any one of the technical solutions 1 to 10. In the specification, some elements are represented only by element symbols.

Abstract

【課題】　本発明の実施形態は、耐久性に優れた多接合型太陽電池モジュール及び多接合型太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムを提供する。 【解決手段】　実施形態の多接合型太陽電池は、光入射側に配置され、複数の第１太陽電池セルと、複数の第１太陽電池セルを電気的に接続する第１接続配線を含む第１太陽電池モジュールと、複数の第２太陽電池セルと、複数の第２太陽電池セルを電気的に接続する第２接続配線を含む第２太陽電池モジュールと、第１太陽電池モジュールと第２太陽電池モジュールの間に接着層と、を有する。第２接続配線の接着層を向く面に、接着層の第２太陽電池モジュールを向く面と直接的に接するように絶縁膜が設けられ、第１太陽電池モジュールは、光入射側に基板を含み、基板は、第１太陽電池モジュールの単一基板である。第２接続配線は、接着層と非接触である。

Description

多接合型太陽電池モジュール及び太陽光発電システム
　本発明の実施形態は、多接合型太陽電池モジュール及び太陽光発電システムに関する。
　多接合型ではない太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールの発電素子を保護するために、保護ガラスを用いる。例えば、保護ガラスと発電素子は接着剤によって接着されるが、長期間の使用に伴い、接着剤が劣化する。接着剤の劣化は、太陽電池モジュールの配線の腐食の原因となり得る。接着剤の劣化は、高温、多湿条件下で顕著ではあるが、多接合型ではない太陽電池モジュールにおいては、緩やかな発電量低下につながる。
　多接合型の太陽電池モジュールの場合、複数の太陽電池モジュールを貼り合わせる。貼り合わせる太陽電池モジュールの面がガラスなどの基板であれば、貼り合わせる接着層が劣化しても両モジュールがショートしない。しかし、太陽電池モジュールには、軽量化が求められており、例えば、カルコパイライト構造を有する化合物層を光吸収層として用いた太陽電池セルを有する太陽電池モジュールをトップセルとし、Ｓｉを光吸収層として用いた太陽電池セルを有する太陽電池モジュールをボトムセルとして用いた多接合型太陽電池において、トップセルがサブストレート型であると、トップセルの基板が２枚となる。基板には、ガラス基板が用いられ、トップセルだけで基板を２枚も用いると太陽電池モジュールの重さが増加してしまう。一方、トップセルがスーパーストレート型であると、トップセルを製造する際に用いられる基板を光入射側に配置することにより、基板の数を減らすことができる。しかし、トップセルの電極の一方は、ボトムセル側を向いており、接着層で接合しただけでは、接着層の経年劣化により、トップセルとボトムセルがショートしやすい。トップセルとボトムセルがショートすると、モジュールの出力が大きく低下し、装置全体のトラブルの原因になりうる。
特許第３６１９０９９号
　本発明の実施形態は、耐久性に優れた多接合型太陽電池モジュール及び多接合型太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システムを提供する。
課題を解決する手段
実施形態の多接合型太陽電池は、光入射側に配置され、複数の第１太陽電池セルと、複数の第１太陽電池セルを電気的に接続する第１接続配線を含む第１太陽電池モジュールと、複数の第２太陽電池セルと、複数の第２太陽電池セルを電気的に接続する第２接続配線を含む第２太陽電池モジュールと、第１太陽電池モジュールと第２太陽電池モジュールの間に接着層と、を有する。第２接続配線の接着層を向く面に、接着層の第２太陽電池モジュールを向く面と直接的に接するように絶縁膜が設けられ、第１太陽電池モジュールは、光入射側に基板を含み、基板は、第１太陽電池モジュールの単一基板である。第２接続配線は、接着層と非接触である。
多接合型太陽電池モジュールの断面図 太陽電池モジュールの評価結果 多接合型太陽電池モジュールの断面図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの断面図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの斜視工程図 多接合型太陽電池モジュールの斜視展開図 太陽光発電システムの構成概念図
（多接合型太陽電池モジュール）
　実施形態の接合型太陽電池モジュールは、第１太陽電池モジュールと第２太陽電池モジュールを有する。図１に実施形態の多接合型太陽電池モジュールの断面図を示す。図１に示す多接合型太陽電池モジュール１００は、第１太陽電池モジュール１０と、第２太陽電池モジュール２０と接着層３０と、絶縁膜４０と、を有する。図１では、２つの太陽電池モジュールが接合した多接合型の太陽電池モジュールである。３つ以上の太陽電池モジュールが接合した多接合型太陽電池モジュールも実施形態に含まれる。
（第１太陽電池モジュール）
　第１太陽電池モジュール１０は、複数の第１太陽電池セル１１を含む。第１太陽電池モジュール１０は、多接合型太陽電池モジュール１００において、光入射側に配置されている。第１太陽電池モジュール１０は、入射した光の一部を吸収して発電する。第１太陽電池モジュール１０の光入射側には、第１太陽電池モジュール１０における単一基板が配置されており、第２太陽電池モジュール４０側には、第１太陽電池モジュール１０の基板は配置されていない。
　第１太陽電池モジュール１０の第１太陽電池セル１１は、光入射側から順に、基板、第１電極、光吸収層と第２電極が並んでいる。これらの層間には、明記しない中間層が含まれている場合がある。複数の第１太陽電池セル１１は、電気極性がそろって物理的に並列に配置されている。
　複数の第１太陽電池セル１１は、第１接続配線によって、電気的に接続している。複数の第１太陽電池セル１１は、電気的に直列、並列、又は、直列及び並列に接続している。例えば、隣り合う第１太陽電池セル１１の第１電極と第２電極が接続して第１太陽電池セル１１が電気的に直列に接続している場合、第１電極及び第２電極又は第２電極が第１接続配線を構成することができる。例えば、隣り合う第１太陽電池セル１１の第２電極と第２電極が接続して第１太陽電池セル１１が電気的に並列に接続している場合、第２電極が第１接続配線を構成することができる。また、隣り合う第１太陽電池セル１１が第１電極及び第２電極とは別の導電層によって電気的に接続している場合、この導電層が第１接続配線を構成することができる。なお、実施形態では、第１接続配線が第１太陽電池セル１１に含まれる導電性部材のうちの最外周に含まれる導電性部材である。第１太陽電池セル１１の第１接続配線が第２太陽電池セル２１の第２接続配線に最も距離が近い位置に配置されている。別の導電層として、例えば、バスバーが挙げられる。
　第１太陽電池セル１１の光吸収層のバンドギャップは、第２太陽電池セル２１の光吸収層バンドギャップよりも広いことが好ましい。第１太陽電池セル１１の光吸収層は、ワイドバンドギャップであることが好ましい。具体的には、第１太陽電池セル１１のバンドギャップは、１．４ｅＶ以上３．０ｅＶ以下が好ましい。
　第１太陽電池セル１１の光吸収層としては、上記バンドギャップを満たすものであれば特に限定されない。第１太陽電池セル１１の光吸収層は、具体的には、亜酸化銅薄膜、カルコパイライト構造を有する半導体膜、スタナイト構造を有する半導体膜、ケステライト構造を有する半導体膜、有機薄膜及びペロブスカイト系薄膜からなる群から選ばれる１種を含む。カルコパイライト構造を有する半導体膜としては、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）（Ｓｅ、Ｓ）２、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓ２、ＣｕＧａ（Ｓｅ、Ｓ）２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＧａＳ２などである。
　第１太陽電池セル１１の光吸収層は、ｐ型層及びｎ型層を含む。また、第１太陽電池セル１１は、ホモ接合型の太陽電池でもよいし、ヘテロ接合型の太陽電池でもよい。
　第１太陽電池セルの電極である、第１電極及び第２電極は、光透過性のある電極が好ましい。光透過性のある電極としては、酸化インジウムスズ（（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（Al-doped Zinc Oxide：ＡＺＯ）、ボロンドープ酸化亜鉛（Boron-doped Zinc Oxide：ＢＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛(Gallium-doped Zinc Oxide：ＧＺＯ)、インジウムドープ酸化亜鉛(Indium-doped Zinc Oxide：ＩＺＯ)、アルミニウムガリウム酸化物（Aluminium Gallium Oxide：ＡＧＯ）、チタンドープ酸化インジウム（Titanium-doped Indium Oxide：ＩＴｉＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（Indium Gallium Zinc Oxide：ＩＧＺＯ）及び水素ドープ酸化インジウム（Hydrogen-doped Indium Oxide：Ｉｎ２Ｏ３）からなる群より選ばれる１種以上の透明導電膜含むものが好ましい。これらの透明導電膜に酸化スズ膜などを積層させた電極も第１太陽電池セル１１の電極として好ましい。
（第２太陽電池モジュール）
　第２太陽電池モジュール２０は、複数の第２太陽電池セル２１を含む。第２太陽電池モジュール２０は、第１太陽電池モジュール１０を通過した光を受光して発電する。
　第２太陽電池モジュール２０の第２太陽電池セル２１は、光入射側から順に、第１電極、光吸収層と第２電極が並んでいる。これらの層間には、明記しない中間層が含まれている場合がある。複数の第２太陽電池セル２１は、電気極性がそろって物理的に並列に配置されている。
　複数の第２太陽電池セル２１は、第２接続配線によって、電気的に接続している。複数の第２太陽電池セル１１は、電気的に直列、並列、又は、直列及び並列に接続している。例えば、第２太陽電池セル１１では、隣り合う第２太陽電池セル２１の第１電極及び第２電極が電気的に接続して、第２太陽電池セル２１が電気的に直列に接続している場合、第１電極及び第２電極、又は、第１電極が第２接続配線を構成することができる。また、隣り合う第２太陽電池セル２１の第１電極が電気的に接続して、第２太陽電池セル２１が電気的に並列に接続している場合、第１電極が第２接続配線を構成することができる。また、隣ある第２太陽電池セル２１が第１電極と第２電極とは別の導電層によって電気的に接続している場合は、この別の導電層が第２接続配線を構成することができる。なお、実施形態では、第２接続配線が第２太陽電池セル２１に含まれる導電性部材のうちの最外周に含まれる導電性部材である。第２太陽電池セル１１の第２接続配線が第１太陽電池セル２１の第１接続配線に最も近い位置に配置されている。別の導電層として、例えば、バスバーが挙げられる。
　第２太陽電池セル２１の光吸収層のバンドギャップは、第１太陽電池セル１１の光吸収層バンドギャップよりも狭いことが好ましい。第２太陽電池セル２１の光吸収層は、ナローバンドギャップであることが好ましい。具体的には、第２太陽電池セル２１のバンドは、１．０ｅＶ以上１．４ｅＶ以下が好ましい。
　第２太陽電池セル２１の光吸収層としては、上記バンドギャップを満たすものであれば特に限定されない。第２太陽電池セル２１の光吸収層は、具体的には、結晶Ｓｉ層、カルコパイライト構造を有する半導体膜及びＣｄＴｅ膜からなる群から選ばれる１種を含む。カルコパイライト構造を有する半導体膜としては、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）（Ｓｅ、Ｓ）２、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓ２、ＣｕＩｎＴｅ２などである。
　第２太陽電池セル１１のｎ型層は、ｐ型層及びｎ型層を含む。また、第１太陽電池セル１１は、ホモ接合型の太陽電池でもよいし、ヘテロ接合型の太陽電池でもよい。
　第２太陽電池セル２１の第１電極としては、例えば、光透過性のある電極又はライン状の電極や、はしご状の電極や鎖状の電極にバスバーとなる金属箔や金属リボンを重ねた電極が用いられる。第２太陽電池セル２１の第２電極としては、光透過性のある電極が好ましい。光透過性のある電極としては、酸化インジウムスズ（（Indium Tin Oxide：ＩＴＯ）、アルミニウムドープ酸化亜鉛（Al-doped Zinc Oxide：ＡＺＯ）、ボロンドープ酸化亜鉛（Boron-doped Zinc Oxide：ＢＺＯ）、ガリウムドープ酸化亜鉛(Gallium-doped Zinc Oxide：ＧＺＯ)、インジウムドープ酸化亜鉛(Indium-doped Zinc Oxide：ＩＺＯ)、アルミニウムガリウム酸化物（Aluminium Gallium Oxide：ＡＧＯ）、チタンドープ酸化インジウム（Titanium-doped Indium Oxide：ＩＴｉＯ）、酸化インジウムガリウム亜鉛（Indium Gallium Zinc Oxide：ＩＧＺＯ）及び水素ドープ酸化インジウム（Hydrogen-doped Indium Oxide：Ｉｎ２Ｏ３）からなる群より選ばれる１種以上の透明導電膜含むものが好ましい。これらの透明導電膜に酸化スズ膜などを積層させた電極も第１太陽電池セル１１の電極として好ましい。
（接着層）
　接着層３０は、第１太陽電池モジュール１０と第２太陽電池モジュール２０を接着させる。接着層３０は、第１太陽電池モジュール１０と絶縁膜４０の間に配置される。接着層３０の第１太陽電池モジュール１０を向く面は、第１太陽電池モジュール１０の接着層３０を向く面と直接的に接している。接着層３０の第１太陽電池モジュール１０を向く面の全面は、第１太陽電池モジュール１０の接着層３０を向く面の全面と直接的に接していることが好ましい。接着層３０の絶縁膜４０を向く面（第２太陽電池モジュール２０を向く面）は、絶縁膜４０の接着層３０を向く面と直接的に接している。
　接着層３０としては、比較的融点の低い樹脂層が好ましい。あまり融点が高いと、溶融させてから第１太陽電池モジュール１０と第２太陽電池モジュール２０を接着させる際に加える温度が高くなりすぎて、太陽電池が破損しやすくなるため好ましくない。
　接着層３０の融点は、１５０℃以上であることが好ましい。接着層３０の融点が１５０℃未満であると、太陽電池モジュール１００の運転中に接着層が溶融しやすくなってしまう。なお、接着層３０の融点は３００℃以下が好ましい。接着層３０の融点が３００℃より高いと、接着層３０によって、第１太陽電池モジュール１０と第２太陽電池モジュール２０を貼り合わせる際に、高温に加熱する必要があり、太陽電池セルが破損しやすくなるため好ましくない。
　接着層３０としては、樹脂シートが好ましい。接着層３０に用いられる具体的なものとしては、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂シート（ＥＶＡシート）、ポリビニルブチラール樹脂シート（ＰＶＢシート）及びポリオレフィン樹脂シートからなる群より選ばれる１種以上が好ましい。
（絶縁膜）
　絶縁膜４０は、接着層３０と第２太陽電池モジュール２０の間に配置され、第２接続配線の接着層３０を向く面に設けられている。絶縁膜４０の一方の面は、接着層３０の第２太陽電池モジュール２０を向く面と直接的に接し、かつ、絶縁膜４０の一方の面とは反対側の面は、第２接続配線の接着層３０を向く面と直接的に接していることが好ましい。絶縁膜４０は、第２接続配線と接着層３０が非接触になるように配置された絶縁部材である。接着層３０に用いられる材料は、長期間の日光照射、高温、多湿等の環境下で使用されると分解されやすい。絶縁膜４０を用いない場合、接着層３０が分解してしまうと、第１接続配線と第２接続配線がショートしやすくなってしまう。絶縁膜４０に分解しにくい材料を用いることで、接着層３０が分解してしまっても、第１太陽電池セル１１と第２太陽電池セル２１がショートし難くなる。
　第２接続配線を保護する観点から、絶縁膜４０は、さらに、第２接続配線の接着層３０を向く面の側面の少なくとも一部と直接的に接していることが好ましい。
　絶縁膜４０の融点は、２００℃以上であることが好ましい。絶縁膜４０の融点が低いと接着層３０による接着の際に絶縁膜４０が溶融しやすいため好ましくない。同観点から、絶縁膜４０の融点は、接着層３０の融点よりも５０℃以上高いことが好ましい。
　絶縁膜４０は、樹脂、金属酸化物及び金属窒化物からなる群より選ばれる１種以上を含むことが好ましい。これらの物質は、上記絶縁膜４０の要件を満たすため好ましい。絶縁膜４０は、第２接続配線を覆えばよいため、第２太陽電池モジュール２０の全面を覆わなくてもよい。
　絶縁膜４０は、ポリイミドフィルム、ガラステープ、石英テープ、ポリアミドフィルム、エポキシ樹脂シート及びポリエステルシートからなる群より選ばれる１種以上の膜、若しくは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上の金属を含む金属酸化物又は金属窒化物の膜であることが好ましい。Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上の金属を含む金属酸化物又は金属窒化物の膜としては、具体的には、ＳｉＯＸ、ＳｉＮＸ、ＡｌＯＸ，ＣａＯＸ，ＭｇＯＸ、ＧａＯＸ及びＧｅＯＸからなる群より選ばれる１種以上が好ましい。なお、金属酸化物及び金属窒化物において、０．０＜Ｘ≦２．５を満たすことが好ましい。
　ポリイミドフィルム、ガラステープ、石英テープ、ポリアミドフィルム、エポキシ樹脂シート及びポリエステルシートからなる群より選ばれる１種以上の膜は、第２太陽電池モジュール２０の上に配置される。Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上の金属を含む金属酸化物又は金属窒化物の膜は、第２接続配線上にスパッタ若しく蒸着によって形成されることが好ましい。
　ここで、絶縁膜４０の有無による太陽電池モジュールの評価結果を示す。第１太陽電池モジュール１０と第２太陽電池モジュール２０の間に、接着層３０としてＥＶＡシートと、絶縁膜４０としてポリイミドフィルムを設けた多接合型太陽電池モジュールを評価した。絶縁膜４０の評価のために絶縁膜４０を使用しないモジュールについても評価した。温度８５℃、湿度８５％で数千時間、太陽電池モジュールによる発電を行い、出力の低下率を測定した。図２にポリイミドフィルム有りと、ポリイミドフィルム無しのモジュールにおける、第２太陽電池モジュール２０の出力低下率を示す。なお、第２接続配線には、ＥＶＡシートが加水分解する際に発生する酢酸によって腐食するＣｕバスバーを用いた。ＥＶＡシートとＣｕ配線を組み合わせることにより、ＥＶＡシートの加水分解の影響をＣｕバスバーの腐食から評価することができる。
　ポリイミドフィルムを使用した例では、変換効率の低下が少ないが、ポリイミドフィルムを用いていない例では、変換効率の低下が大きい。ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）検査を行ったところ、ポリイミドフィルムを用いていない例では、途中から第２接続配線であるＣｕバスバーに腐食がみられ、接着層３０に用いたＥＶＡシートが加水分解していることがわかる。さらに、時間が経過すると、Ｃｕバスバーの腐食が進む。一方、ポリイミドフィルムを用いた例では、Ｃｕバスバーがポリイミドフィルムによって保護されているため、Ｃｕバスバーが腐食しないだけでなく、第１太陽電池セル１１と第２太陽電池セル２１がショートすることもない。
　次に、第１太陽電池モジュール１０の光吸収層としてＣｕＧａＳｅ２等のカルコパイライト構造を有する化合物半導体層を用い、第２太陽電池モジュール２０の光吸収層に結晶Ｓｉを用いた多接合型太陽電池モジュール１０１を例示して、多接合型太陽電池モジュールについて、具体的に説明する。
　図３に多接合型太陽電池モジュール１０１の断面図を示す。図３に示す多接合型太陽電池モジュール１０１は、第１太陽電池モジュール１０（トップセル）、第２太陽電池モジュール２０（ボトムセル）、接着層３０と絶縁膜４０を有する。第１太陽電池モジュール１０と第２太陽電池モジュール２０の空隙には、例えば、エポキシ樹脂などの充填剤５１、５２が充填されていることが好ましい。絶縁膜４０は、帯状のシートでバスバー２２に沿って配置される。
　第１太陽電池セル１１は、基板１２、第１電極１３、ｎ型層１４、光吸収層１５と、第２電極１６を有する。なお、光吸収層１５は、ｎ型層１４よりも光入射側に配置されていてもよい。第１太陽電池モジュール１０において、第２電極１６によって、各第１太陽電池セル１１が電気的に直列に接続している。従って、多接合型太陽電池モジュール１０１では、第１太陽電池セル１１の第２電極１１が第１接続配線となる。両端の第１太陽電池セル１１は、バスバー１７と接続している。バスバー１７を介して、第１太陽電池モジュール１０で発電した電力が出力される。第１太陽電池モジュール１０は、スクライブＰ１、Ｐ２、Ｐ３されていて、隣り合う第１太陽電池セル１１は、上部側の第１電極１３と下部側の第２電極１６が接続している。
　第２太陽電池モジュール２０は、第２太陽電池セル２１、バスバー２２と保護層２３とを有する。各第２太陽電池セル２１は、３本のバスバー２２で電気的に直列に接続している。バスバー２２は、隣り合う第２太陽電池セル２１の一方の第２太陽電池セル２１の表側（第１太陽電池モジュール１０側）と接続し、他方の第２太陽電池セル２１の裏側（第１太陽電池モジュール１０とは反対側）と接続している。従って、バスバー２２が第２接続配線となる。両端のバスバー２２を介して、第２太陽電池モジュール２０で発電した電力が出力される。図３に示すように、バスバー２２は、絶縁膜４０に一部埋め込まれていてもよい。バスバー２２が絶縁膜４０に埋め込まれていると、バスバー２２の側面も絶縁膜４０と直接的に接しているため、バスバー２２と第１太陽電池セル１１との絶縁性がより向上する。保護層２３は、いわゆるバックシートと呼ばれる層であり、例えばＥＶＡシートである。
　第１太陽電池モジュール１０と第２太陽電池モジュール２０は、接着層３０と絶縁膜４０を間に挟んでいる。接着層３０の第２太陽電池モジュール２０を向く面は、絶縁膜４０及び第２太陽電池モジュール２０の第２接続配線を除く部分と直接的に接し、第１太陽電池モジュール１０を向く面は第１太陽電池モジュール１０と直接的に接している。接着層３０には、絶縁膜４０とバスバー２２の一部が埋め込まれている。
　図４から５の斜視工程図を参照して、多接合型太陽電池モジュール１０１についてより詳細に説明する。図４は、第２太陽電池モジュール２０に絶縁膜４０を重ね合わせる工程を示している。３本一組のバスバー２２が３列あるため、絶縁膜４０は３部存在する。絶縁膜４０が、バスバー２２を覆い隠すように絶縁膜４０と第２太陽電池モジュール２０を重ね合わせる。図４から５では、充填剤は図示していない。
　図５は、絶縁膜４０を重ね合わせた第２太陽電池モジュール２０と第１太陽電池モジュール１０を接着層３０で貼り合わせる工程を示している。絶縁膜４０を重ね合わせた第２太陽電池モジュール２０と第１太陽電池モジュール１０を接着層３０で貼り合わせる際に、接着層３０の融点に応じて加熱して接着層３０を溶融させる。そして、図６の斜視図に示すように、接着層３０及び絶縁膜４０で第１太陽電池モジュール１０と第２太陽電池モジュール２０が接合された多接合型太陽電池モジュール１０１が得られる。接着層３０の第２太陽電池モジュール２０側は、第２太陽電池モジュール２０とバスバー２２の両方と直接的に接している。
　絶縁膜４０が無いと、第１接続配線と第２接続配線の間に、接着層３０だけが存在するため、上述のとおり接着層３０が劣化した際に、第１接続配線と第２接続配線がショートする可能性が有るが、絶縁膜４０を設けることで、配線同士のショートの可能性を減らすことができる。第２太陽電池モジュール２０のバスバー２２にＣｕのバスバーを用い、接着層３０にＥＶＡを用いたとしても絶縁膜４０がＣｕのバスバーを保護するため、バスバー２２の腐食の可能性も低くできる。Ｃｕ以外にアルミやアルミ合金などの他の金属材料を使用しても、接着層３０と絶縁膜４０を併用することで、金属の腐食を防ぐことができる。
　次に、第１太陽電池モジュール１０の光吸収層としてＣｕＧａＳｅ２等のカルコパイライト構造を有する化合物半導体層を用い、第２太陽電池モジュール２０の光吸収層としてＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２等のカルコパイライト構造を有する化合物半導体層を用いた多接合型太陽電池モジュール１０２を例示して、多接合型太陽電池モジュールについて、具体的に説明する。
　図７に多接合型太陽電池モジュール１０２の断面図を示す。図７の多接合型太陽電池モジュール１０２は、図４の多接合型太陽電池モジュール１０１の変形例である。図７に示す多接合型太陽電池モジュール１０２は、第１太陽電池モジュール１０、第２太陽電池モジュール２０、接着層３０と絶縁膜４０を有する。第１太陽電池モジュール１０と第２太陽電池モジュール２０の空隙には、例えば、エポキシ樹脂などの充填剤５１、５２が充填されていることが好ましい。多接合型太陽電池モジュール１０２のトップセルである第１太陽電池モジュール１０は、多接合型太陽電池モジュール１０１の第１太陽電池モジュール１０と同じにしている。絶縁膜４０は、帯状のシートで、第２太陽セル２１の第２電極２８の形状に対応している。
　第２太陽電池セル２１は、基板２４、第１電極２５、光吸収層２６、ｎ型層２７、と、第２電極２８を有する。第２太陽電池モジュール２０において、第２電極２８によって、各第２太陽電池セル２１が電気的に直列に接続している。従って、多接合型太陽電池モジュール１０２では、第２太陽電池セル１１の第２電極２８が第２接続配線となる。両端の第２太陽電池セル２１は、バスバー２９と接続している。バスバー２９を介して、第２太陽電池モジュール２０で発電した電力が出力される。第２太陽電池モジュール２０は、スクライブＰ４、Ｐ５、Ｐ６されていて、隣り合う第２太陽電池セル２１は、上部側の第１電極２５と下部側の第２電極２８が接続している。
　第１太陽電池モジュール１０と第２太陽電池モジュール２０は、接着層３０と絶縁膜４０を間に挟んでいる。接着層３０の第２太陽電池モジュール２０を向く面は、絶縁膜４０及び第２太陽電池モジュール２０の第２接続配線を除く部分と直接的に接し、第１太陽電池モジュール１０を向く面は第１太陽電池モジュール１０と直接的に接している。接着層３０には、絶縁膜４０が埋め込まれている。
　図８から９の斜視工程図を参照して、多接合型太陽電池モジュール１０２についてより詳細に説明する。図８は、第２太陽電池モジュール２０に絶縁膜４０を重ね合わせる工程を示している。第２太陽電池セルが３列あるため、絶縁膜４０は３部存在する。なお、絶縁膜４０は、１枚のシートでもよい。絶縁膜４０が、バスバー２２を覆い隠すように絶縁膜４０と第２太陽電池モジュール２０を重ね合わせる。
　図９は、絶縁膜４０を重ね合わせた第２太陽電池モジュール２０と第１太陽電池モジュール１０を接着層３０で貼り合わせる工程を示している。絶縁膜４０を重ね合わせた第２太陽電池モジュール２０と第１太陽電池モジュール１０を接着層３０で貼り合わせる際に、接着層３０の融点に応じて加熱して接着層３０を溶融させる。そして、図１０の斜視図に示すように、接着層３０及び絶縁膜４０で第１太陽電池モジュール１０と第２太陽電池モジュール２０が接合された多接合型太陽電池モジュール１０１が得られる。接着層３０の第２太陽電池モジュール２０側は、第２太陽電池モジュール２０とバスバー２２の両方と直接的に接している。
　図１１に多接合型太陽電池モジュール１０３の斜視展開図を示す。図１１の多接合型太陽電池モジュール１０３は、図４の多接合型太陽電池モジュール１０１の変形例である。図４の多接合型太陽電池モジュール１０１と図１１の多接合型太陽電池モジュール１０３で異なる点は、絶縁膜４０がシートではなく、スパッタ又は蒸着によって形成された金属酸化物又は金属窒化物の膜である。
（太陽光発電システム）
　実施形態の太陽光発電システムは、実施形態の多接合型太陽電池モジュールを用いている。実施形態の多接合型太陽電池モジュールは、太陽光発電システムにおいて、発電を行う発電機として用いることができる。実施形態の太陽光発電システムは、太陽電池モジュールを用いて発電を行うものであって、具体的には、発電を行う太陽電池モジュールと、発電した電気を電力変換する手段と、発電した電気をためる蓄電手段又は発電した電気を消費する負荷とを有する。図１２に実施形態の太陽光発電システム２００の構成概念図を示す。図１２の太陽光発電システムは、太陽電池モジュール２０１と、コンバーター２０２と、蓄電池２０３と、負荷２０４とを有する。蓄電池２０３と負荷２０４は、どちらか一方を省略しても良い。負荷２０４は、蓄電池２０３に蓄えられた電気エネルギーを利用することもできる構成にしてもよい。コンバーター２０２は、ＤＣ－ＤＣコンバーター、ＤＣ－ＡＣコンバーター、ＡＣ－ＡＣコンバーターなど変圧や直流交流変換などの電力変換を行う回路又は素子を含む装置である。コンバーター２０２の構成は、発電電圧、蓄電池２０３や負荷２０４の構成に応じて好適な構成を採用すればよい。
各太陽電池セルで受光して発電し、その電気エネルギーは、コンバーター２０２で変換され、蓄電池２０３で蓄えられるか、負荷２０４で消費される。太陽電池モジュール２０１には、太陽電池モジュール２０１を常に太陽に向けるための太陽光追尾駆動装置を設けたり、太陽光を集光する集光体を設けたり、発電効率を向上させるための装置等を付加することが好ましい。
太陽光発電システム２００は、住居、商業施設や工場などの不動産に用いられたり、車両、航空機や電子機器などの動産に用いられたりすることが好ましい。実施形態の多接合型太陽電池モジュールを太陽電池モジュール２０１に用いることで、耐久性の向上が期待される。
　以下、実施例に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
　第１太陽電池モジュール１０の光吸収層にＣｕＧａＳｅ２を用い、接着層３０にＥＶＡシートを用い、絶縁膜４０にポリイミドフィルムを用い、第２太陽電池モジュール２０の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
（実施例２）
　第１太陽電池モジュール１０の光吸収層に亜酸化銅薄膜を用い、接着層３０にＥＶＡシートを用い、絶縁膜４０にポリイミドフィルムを用い、第２太陽電池モジュール２０の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
（実施例３）
　第１太陽電池モジュール１０の光吸収層にＣｕＧａＳｅ２を用い、接着層３０にＰＶＢシートを用い、絶縁膜４０にガラステープを用い、第２太陽電池モジュール２０の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
（実施例４）
　第１太陽電池モジュール１０の光吸収層に有機薄膜を用い、接着層３０にＥＶＡシートを用い、絶縁膜４０にスパッタで第２太陽電池セル上のバスバー上に形成したＳｉを含む酸化物膜を用い、第２太陽電池モジュール２０の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
（実施例５）
　第１太陽電池モジュール１０の光吸収層にペロブスカイト系薄膜を用い、接着層３０にＥＶＡシートを用い、絶縁膜４０にスパッタで第２太陽電池セル上のバスバー上に形成したＡｌを含む酸化物膜を用い、第２太陽電池モジュール２０の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
（実施例６）
　第１太陽電池モジュール１０の光吸収層にＩｎ比率の低いＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）（Ｓｅ、Ｓ）２を用い、接着層３０にＥＶＡシートを用い、絶縁膜４０にスパッタで第２太陽電池セル上の第２電極上に形成したＳｉを含む窒化物膜を用い、第２太陽電池モジュール２０の光吸収層にＩｎ比率の低いＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）（Ｓｅ、Ｓ）２を用いを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
（実施例７）
　第１太陽電池モジュール１０の光吸収層にＣｕＧａＳｅ２を用い、接着層３０にＥＶＡシートを用い、絶縁膜４０に石英テープを用い、第２太陽電池モジュール２０の光吸収層に結晶シリコンを用いて多接合型太陽電池モジュールを作製する。
（比較例１－７）
　絶縁膜４０を用いないで実施例１－７と同様に多接合型太陽電池モジュールを作製する。
　実施例と対応する比較例の多接合型太陽電池モジュールでは、初期の性能に差は無いが、温度８５℃、湿度８５％で長時間運転することで、実施例の性能劣化が比較例の性能劣化よりも少ない。
　以下、実施形態の技術案を付記する。
技術案１
　光入射側に配置され、複数の第１太陽電池セルと、前記複数の第１太陽電池セルを電気的に接続する第１接続配線を含む第１太陽電池モジュールと、
　複数の第２太陽電池セルと、前記複数の第２太陽電池セルを電気的に接続する第２接続配線を含む第２太陽電池モジュールと、
　前記第１太陽電池モジュールと第２太陽電池モジュールの間に接着層と、を有し、
　前記第２接続配線の接着層を向く面に、前記接着層の第２太陽電池モジュールを向く面と直接的に接するように絶縁膜が設けられ、
　前記第１太陽電池モジュールは、光入射側に基板を含み、前記基板は、前記第１太陽電池モジュールの単一基板であり、
　前記第２接続配線は、前記接着層と非接触である多接合型太陽電池モジュール。
技術案２
　前記接着層の融点は、前記絶縁膜の融点よりも高い技術案１に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案３
　前記接着層の融点は、１５０℃以上である技術案１又は２に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案４
　前記絶縁膜の融点は、２００℃以上である技術案１ないし３のいずれか１案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案５
　前記絶縁膜の融点は、前記接着層の融点よりも５０℃以上高い技術案１ないし４のいずれか１案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案６
　前記複数の第１太陽電池セルの光吸収層のバンドギャップは、前記複数の第２太陽電池セルの光吸収層のバンドギャップよりも広い技術案１ないし５のいずれか１案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案７
　前記絶縁膜は、樹脂、金属酸化物及び金属窒化物からなる群より選ばれる１種以上を含む技術案１ないし６のいずれか１案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案８
　前記接着層は、樹脂シートである技術案１ないし７のいずれか１案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案９
　前記絶縁膜は、ポリイミドフィルム、ガラステープ、石英テープ、ポリアミドフィルム、エポキシ樹脂シート及びポリエステルシートからなる群より選ばれる１種以上の膜、若しくは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上の金属を含む金属酸化物又は金属窒化物の膜である技術案１ないし８のいずれか１案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案１０
　前記接着層は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂シート、ポリビニルブチラール樹脂シート及びポリオレフィン樹脂シートからなる群より選ばれる１種以上の層である技術案１ないし９のいずれか１案に記載の多接合型太陽電池モジュール。
技術案１１
　前記技術案１ないし１０のいずれか１案に記載の多接合型太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システム。
　明細書中、一部の元素は元素記号のみで表している。
　以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記実施形態そのままに限定解釈されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成することができる。例えば、変形例の様に異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせても良い。
１００～１０３…多接合型太陽電池モジュール、
１０…第１太陽電池モジュール、１１…第１太陽電池セル、１２…基板、１３…、第１電極、１４…ｎ型層、１５…光吸収層、１６…第２電極、１７…バスバー、Ｐ１～Ｐ３…スクライブ、
２０…、第２太陽電池モジュール、２１…第２太陽電池セル、２２…バスバー、２３…保護層、２４…基板、２５…第１電極、２６…光吸収層、２７…ｎ型層、２８…第２電極、２９…バスバー、Ｐ４～Ｐ６…スクライブ
３０…接着層、
４０…絶縁膜、
５１…充填剤、５２…充填剤

 

Claims (11)

  1. 　光入射側に配置され、複数の第１太陽電池セルと、前記複数の第１太陽電池セルを電気的に接続する第１接続配線を含む第１太陽電池モジュールと、
    　複数の第２太陽電池セルと、前記複数の第２太陽電池セルを電気的に接続する第２接続配線を含む第２太陽電池モジュールと、
    　前記第１太陽電池モジュールと第２太陽電池モジュールの間に接着層と、を有し、
    　前記第２接続配線の接着層を向く面に、前記接着層の第２太陽電池モジュールを向く面と直接的に接するように絶縁膜が設けられ、
    　前記第１太陽電池モジュールは、光入射側に基板を含み、前記基板は、前記第１太陽電池モジュールの単一基板であり、
    　前記第２接続配線は、前記接着層と非接触である多接合型太陽電池モジュール。
  2. 　前記接着層の融点は、前記絶縁膜の融点よりも高い請求項１に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  3. 　前記接着層の融点は、１５０℃以上である請求項１又は２に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  4. 　前記絶縁膜の融点は、２００℃以上である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  5. 　前記絶縁膜の融点は、前記接着層の融点よりも５０℃以上高い請求項１ないし４のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  6. 　前記複数の第１太陽電池セルの光吸収層のバンドギャップは、前記複数の第２太陽電池セルの光吸収層のバンドギャップよりも広い請求項１ないし５のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  7. 　前記絶縁膜は、樹脂、金属酸化物及び金属窒化物からなる群より選ばれる１種以上を含む請求項１ないし６のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  8. 　前記接着層は、樹脂シートである請求項１ないし７のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  9. 　前記絶縁膜は、ポリイミドフィルム、ガラステープ、石英テープ、ポリアミドフィルム、エポキシ樹脂シート及びポリエステルシートからなる群より選ばれる１種以上の膜、若しくは、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｇａ及びＧｅからなる群より選ばれる１種以上の金属を含む金属酸化物又は金属窒化物の膜である請求項１ないし８のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  10. 　前記接着層は、エチレン酢酸ビニル共重合体樹脂シート、ポリビニルブチラール樹脂シート及びポリオレフィン樹脂シートからなる群より選ばれる１種以上の層である請求項１ないし９のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池モジュール。
  11. 　前記請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の多接合型太陽電池モジュールを用いた太陽光発電システム。

     
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