JP2008034745A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】生産歩留まりを向上させる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュールは、支持基体３０と支持基体３０上に配置された偶数個の太陽電池セル２０とを含む、複数の太陽電池ユニットと、隣接する太陽電池ユニット間において、表面の極性が逆である隣接する太陽電池セル同士の表面を電気的に接続する導電体とを備える。太陽電池ユニット内で隣接する太陽電池セル２０は、表面の極性が逆になるよう交互に配置され、太陽電池ユニットは、支持基体３０表面上において、互いに電気的に接続された２枚の太陽電池セルを１組以上有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュールに関する。

従来、図１４に示すように、ＰオンＮ型の太陽電池セル１ａと、ＮオンＰ型の太陽電池セル１ｂとを交互に配置して、その表面をインタコネクタ４によって直列接続し、受光面が単一の透明被覆板３で覆われた太陽電池モジュールが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。このような太陽電池モジュールによると、２つのセル間を接続するインタコネクタ４の構造を単純化することができ、インタコネクタ４を裏から表に通す複雑な配線作業が無くなるという利点がある。

一方、現在、コストダウンのため、ウェハ厚さを削減することが望まれている。しかしながら、ウェハ厚さが１００μｍ以下に薄くなると、ウェハの強度が著しく低下する。このため、通常のモジュール作成工程をそのまま適用することは難しい。

そこで、特許文献１に示す太陽電池モジュールの構造を適用すると、基板６上にウェハを貼り付けるため、ウェハが補強されるとともに、容易な配線作業により歩留まりが改善されると考えられる。
特開昭６３−２７８２７９号公報

しかしながら、上述した特許文献１に示す太陽電池モジュールにおいても、基板６上にウェハをすべて貼り付けるため、ウェハが薄いと、貼り付け作業時に割れが発生する場合がある。このように、貼り付け作業時に割れが発生すると、モジュール自身が不良となり、モジュールの生産歩留まりが低下するという課題がある。

そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、生産歩留まりを向上させる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の特徴は、支持基体と支持基体上に配置された偶数個の太陽電池セルとを含む、複数の太陽電池ユニットと、隣接する太陽電池ユニット間において、表面の極性が逆である隣接する太陽電池セル同士の表面を電気的に接続する導電体とを備え、太陽電池ユニット内で隣接する太陽電池セルは、表面の極性が逆になるよう交互に配置され、太陽電池ユニットは、支持基体表面上において、互いに電気的に接続された２枚の太陽電池セルを１組以上有する太陽電池モジュールであることを要旨とする。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールによると、モジュールを構成するセル枚数が増えても、貼り付け時の歩留まりの影響を小さくでき、モジュール化の生産歩留まりを向上させることができる。

又、本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、複数の太陽電池セルが一方向に直列接続されている列において、当該列の両端に位置する太陽電池セルは、隣接する太陽電池ユニット内の隣接する太陽電池セルと導電体によって電気的に接続されてもよい。

この太陽電池モジュールによると、太陽電池ユニット内の隣接する列間は支持基体によって電気的に接続されないため、配線用スペースを太陽電池セルの外に設けずに列の数を増やせ、モジュールサイズの自由度が大きくなる。

又、本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、複数の太陽電池セルが一方向に直列接続されている列は、偶数個であってもよい。

この太陽電池モジュールによると、正負極をモジュールの列の同じ端に出すことができるので、端子ボックスまでの配線を短くすることができる。

又、本発明の特徴に係る太陽電池モジュールにおいて、支持基体は透光性であってもよい。

この太陽電池モジュールによると、支持基体を光入射側と反対の裏面側に配置した場合に、裏面側から入射する光も太陽電池セルに入射することができ、裏面側からの入射光を利用することができるので、出力が更に向上する。

本発明によると、生産歩留まりを向上させる太陽電池モジュールを提供することができる。

次に、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。

＜第１の実施形態＞
（太陽電池セル）
第１の実施形態に係る太陽電池セルは、以下のような製造方法によって製造される。

まず、ｎ型（１００）単結晶シリコンウェハ（１００ｍｍ角、１００μｍ厚）をアルカリ水溶液で異方性エッチング加工して表面に微細凹凸を形成した後、通常洗浄して表面の不純物を除去する。

次に、プラズマＣＶＤ法により片面にｉ型、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈを５ｎｍずつ順次積層する。続いて、もう片面にｉ型、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈを５ｎｍずつ順次積層する。尚、接合形成方法は、上述した方法に限らない。

次に、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ上に、スパッタ法によりＩＴＯ層を形成する。

次に、ｐ型ａ−Ｓｉ：Ｈ上に形成されたＩＴＯ層上にＡｇペーストをスクリーン印刷し、１５０〜２５０℃で熱硬化させ、受光面電極を形成する。図１に示す太陽電池セル２０では、バスバー電極１５が１本であるが、本数が増えても構わない。

一方、ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈ上に形成されたＩＴＯ層上にスパッタ法により、Ａｇを堆積させ、裏面電極を形成する。尚、裏面電極は、受光面電極と同様に、印刷法によって形成されても構わない。

上述した製造方法の他、表面に凹凸が形成されたｎ型単結晶シリコンウェハを用意し、Ｐ、Ｂを含む不純物をウェハの表裏に各々塗布して加熱し、ｎ＋層、ｐ＋層を表面に形成する方法で、第１の実施形態に係る太陽電池セルを製造してもよい。尚、拡散方法は、これに限らず、イオン注入法でもよい。又、必要に応じて、反射防止膜を受光面に形成してもよい。

（太陽電池ユニット）
第１の実施形態に係る太陽電池ユニットは、図１（ａ）に示すように、支持基体３０と支持基体３０上に配置された偶数個の太陽電池セル２０とを含む。尚、図１以下の図面において、「＋」と記載された面はｐ型Ｓｉが表面に露出し、「−」と記載された面はｎ型Ｓｉが表面に露出していることを示す。

支持基体３０は、厚さ０．１ｍｍ程度のＳＵＳ板を使用してもよく、その他、Ｃｕ、Ａｌなどの適当な厚さの金属シート、金属シート上に更に金属コートしたシートを使用してもよい。又、材料は、単元素に限らず、合金を用いてもよい。又、太陽電池セル２０を貼り付ける面と逆側の面を樹脂コートなどにより絶縁化してもよい。更に、支持基体３０は、ポリイミド、ＰＥＴ、ガラスエポキシ、ガラス、セラミックスなどの絶縁材料上に金属をコートしたものでもよい。金属コート前に金属コートの密着性を増す処理（プラズマ処理など）を行ってもよい。絶縁材料を用いると、支持基体３０同士の接触による短絡を防止できる。又、支持基体３０は、全体を覆うものでもよく、穴が開いていてもよい。更に、支持基体３０は透光性であってもよい。

太陽電池ユニットは、熱硬化Ａｇペーストを全面に塗布したＳＵＳ板上にセルを置き、押さえながら熱硬化してＳＵＳ板に接着する。ウェハの厚さによっては、受光面電極印刷でも割れが発生しやすくなる。この場合には、印刷の前に支持基体への貼り付けを行ってもよい。貼り付けには、１種類以上の接着剤を使用してもよい。

第１の実施形態では、図１（ａ）に示すユニットＡと、図１（ｂ）に示すユニットＢを作成する。

ユニットＡは、図１（ａ）に示すように、隣接する太陽電池セル２０を２枚、受光面側の極性が互いに逆となるよう配置する。２枚の太陽電池セル２０は、支持基体３０表面上において、互いに電気的に接続される。又、バスバー電極１５は、太陽電池セル２０の並んだ方向に平行に延びる。

ユニットＢは、図１（ｂ）に示すように、隣接する太陽電池セル２０を２枚、受光面側の極性が互いに逆となるよう配置する。２枚の太陽電池セル２０は、支持基体３０表面上において、互いに電気的に接続される。又、バスバー電極１５は、太陽電池セル２０の並んだ方向に垂直に延びる。

（太陽電池モジュール）
第１の実施形態に係る太陽電池モジュールは、図２に示すように、太陽電池ユニット（ユニットＡ及びユニットＢ）と、隣接する太陽電池ユニット間において、表面の極性が逆である隣接する太陽電池セル同士の表面を電気的に接続する導電体１０とを備える。

導電体１０は、例えば、半田を銅箔でコートしたリード線（幅２ｍｍ、厚さ１５０μｍ）を用いる。導電体１０は、太陽電池セル表面のバスバー電極に半田付けして、ユニット間を電気的に接続する。導電体１０は、すべて同じ側から取り付けることができる。

図２に示すように、ユニットＡ及びユニットＢを配置すると、列同士を接続する配線スペースを片側だけ無くすことができる。

第１の実施形態に係る太陽電池モジュールの全体図を図３に示す。図３（ａ）は平面図、図３（ｂ）は背面図、図３（ｃ）は、図３（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

太陽電池モジュールは、図３（ｃ）に示すように、支持基体３０上に導電性接着剤６０により太陽電池セル２０を貼り付け、セル間を導電体１０で接続する。図３（ｃ）の上面を受光面とすると、図３（ｃ）の上面にガラス等からなる表面部材をＥＶＡ等の接着用の樹脂を用いて接着する。又、図３（ｃ）の下面に樹脂フィルムをＥＶＡ等の接着用の樹脂を用いて接着する。そして、太陽電池モジュールの背面側には、図３（ｂ）に示すように、太陽電池セルと電力を取り出す端子ボックス５０との間に、絶縁被覆された配線が形成される。尚、外周には枠体が取り付けられ、端子間には必要に応じて、バイパスダイオードが取り付けられる。

又、第１の実施形態に係る太陽電池モジュールにおいて、複数の太陽電池セルが一方向に直列接続されている列は、偶数個である。

（作用及び効果）
第１の実施形態に係る太陽電池モジュールは、支持基体３０と支持基体上に配置された偶数個の太陽電池セル２０とを含む、複数の太陽電池ユニットと、隣接する太陽電池ユニット間において、表面の極性が逆である隣接する太陽電池セル同士の表面を電気的に接続する導電体１０とを備える。又、太陽電池ユニット内で隣接する太陽電池セルは、表面の極性が逆になるよう交互に配置され、太陽電池ユニットは、支持基体表面上において、互いに電気的に接続された２枚の太陽電池セルを１組以上有する。

第１の実施形態に係る太陽電池モジュールによると、モジュールを構成するセル枚数が増えても、貼り付け時の歩留まりの影響を小さくでき、モジュール化の生産歩留まりを向上させることができる。又、ユニット接続時に不良が発生したり、接続後に不良が見つかったりした場合でも、モジュール化する前に不良ユニットのみを交換することができる。このように、簡単に不良箇所を修正することができる。

又、第１の実施形態に係る太陽電池モジュールにおいて、複数の太陽電池セルが一方向に直列接続されている列は、偶数個である。例えば、図３（ａ）では、太陽電池モジュールは、４列に並んだ太陽電池セルから構成されている。このため、正負極をモジュールの列の同じ端に出すことができる（図３（ｂ）では上端）ので、端子ボックス５０までの配線を短くすることができる。

又、第１の実施形態に係る太陽電池モジュールにおいて、支持基体３０は透光性であることが好ましい。支持基体３０は、光入射側、裏面側のどちらに配置されてもよいが、光入射側に配置する場合は、透光性を必要とする。一方、裏面側に配置される場合であっても、裏面側から入射する光も太陽電池セルに入射することができ、裏面側からの入射光を利用することができるので、出力が更に向上する。

＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る太陽電池セル２０は、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

（太陽電池ユニット）
第２の実施形態に係る太陽電池ユニットは、ポリイミドシートからなる支持基体上に、Ａｇをスパッタ法によりコートし、太陽電池セルをＡｇペーストで接着してユニットを形成する。第２の実施形態に係る太陽電池ユニットは、図４に示すように、支持基体３０上にＡｇコート７０が形成される。尚、コートする金属はＡｇに限らず、導電性であればその種類を問わない。

第２の実施形態では、図５（ａ）に示すユニットＣと、図５（ｂ）に示すユニットＤを作成する。

ユニットＣは、図５（ａ）に示すように、隣接する太陽電池セル２０を４枚、受光面側の極性が互いに逆となるよう配置する。２枚の太陽電池セル２０は、支持基体３０表面のＡｇコート７０上において、互いに電気的に接続される。又、４本のバスバー電極は、すべて並行に延びる。

ユニットＤは、図５（ｂ）に示すように、隣接する太陽電池セル２０を４枚、受光面側の極性が互いに逆となるよう配置する。２枚の太陽電池セル２０は、支持基体３０表面のＡｇコート７０上において、互いに電気的に接続される。又、２本のバスバー電極は、他の平行する２本のバスバー電極の向きと垂直方向に延びる。

（太陽電池モジュール）
第２の実施形態に係る太陽電池モジュールは、図６に示すように、太陽電池ユニット（ユニットＣ及びユニットＤ）と、隣接する太陽電池ユニット間において、表面の極性が逆である隣接する太陽電池セル同士の表面を電気的に接続する導電体１０とを備える。ユニットＤを列の両端に用いることにより、図７に示すように、列両端に配線スペースを取らずに列の数を増やすことができる。

（作用及び効果）
第２の実施形態に係る太陽電池モジュールでは、複数の太陽電池セルが一方向に直列接続されている列において、当該列の両端に位置する太陽電池セルは、隣接する太陽電池ユニット内の隣接する太陽電池セルと導電体によって電気的に接続される。このため、太陽電池ユニット内の隣接する列間は支持基体によって電気的に接続されないため、配線用スペースを太陽電池セルの外に設けずに列の数を増やせ、モジュールサイズの自由度が大きくなる。

＜第３の実施形態＞
（太陽電池セル）
第１の実施形態に係る太陽電池セルは、その外形が矩形であるが、第３の実施形態に係る太陽電池セルは、図８に示すように、例えば、台形状に形成される。

（太陽電池ユニット）
第３の実施形態に係る太陽電池ユニットは、矩形以外の形状の太陽電池セル、例えば、台形状の太陽電池セルを配置する。尚、第３の実施形態に係る太陽電池ユニットは、第２の実施形態と同様に、支持基体３０上にＡｇコート７０が形成され、Ａｇコート７０上に太陽電池セルが配置される。

第３の実施形態では、図８（ａ）に示すユニットＥと、図８（ｂ）に示すユニットＦを作成する。

ユニットＥは、図８（ａ）に示すように、隣接する太陽電池セルを４枚、受光面側の極性が互いに逆となるよう配置する。２枚の太陽電池セルは、支持基体表面のＡｇコート上において、互いに電気的に接続される。又、４本のバスバー電極は、すべて並行に延びる。

ユニットＦは、図８（ｂ）に示すように、隣接する太陽電池セルを４枚、受光面側の極性が互いに逆となるよう配置する。２枚の太陽電池セルは、支持基体表面のＡｇコート上において、互いに電気的に接続される。又、２本のバスバー電極は、他の平行に延びる２本のバスバー電極の向きと垂直方向に延びる。

（太陽電池モジュール）
第３の実施形態に係る太陽電池モジュールは、図９に示すように、太陽電池ユニット（ユニットＥ及びユニットＦ）と、隣接する太陽電池ユニット間において、表面の極性が逆である隣接する太陽電池セル同士の表面を電気的に接続する導電体とを備える。ユニットＦを列の両端に用いることにより、列両端に配線スペースを取らずに列の数を増やすことができる。

（作用及び効果）
第３の実施形態に係る太陽電池モジュールによると、太陽電池セルの形状は矩形に限らず、他の形状の太陽電池セルを用いても構わないことが分かる。

＜第４の実施形態＞
第４の実施形態に係る太陽電池セル２０は、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

（太陽電池ユニット）
第４の実施形態では、図１０に示すユニットＧを作成する。

ユニットＧは、図１０に示すように、隣接する太陽電池セルを６枚、受光面側の極性が互いに逆となるよう配置する。２枚の太陽電池セルは、支持基体表面のＡｇコート上において、互いに電気的に接続される。又、３本のバスバー電極は、他の平行に延びる３本のバスバー電極の向きと垂直方向に延びる。

（太陽電池モジュール）
第４の実施形態に係る太陽電池モジュールは、図１１に示すように、太陽電池ユニット（ユニットＧ）と、隣接する太陽電池ユニット間において、表面の極性が逆である隣接する太陽電池セル同士の表面を電気的に接続する導電体とを備える。ユニットＧを列の両端に用い、セルの列数が奇数個（ここでは、３列）であることにより、正負極が対角に取り出される。このため、図１２に示すように、端子ボックス５０をどこに設けても、配線４０の長さが長くなる。

このように、図３（ａ）に示すように、太陽電池モジュールが、偶数列である４列に並んだ太陽電池セルから構成されると、端子ボックス５０までの配線４０の長さを短くすることができる。

＜第５の実施形態＞
第５の実施形態に係る太陽電池セル２０は、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

（太陽電池ユニット）
第５の実施形態では、図１３に示すユニットＨを作成する。

ユニットＨは、ポリイミドシート８０に、Ａｇペーストを印刷して貼り付けてから熱硬化して、Ａｇ電極９０を形成する。

（作用及び効果）
第５の実施形態に係る太陽電池ユニットでは、Ａｇ電極が全面に形成されていないので、透光性を有することができる。このため、ポリイミドシート８０が裏面側に配置される場合、裏面側から入射する光も太陽電池セルに入射することができ、裏面側からの入射光を利用することができるので、出力が更に向上する。尚、この場合、裏面部材には、透光性を有するフィルムを使用する必要がある。

（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。

例えば、上記の実施形態では、ＨＩＴ構造を有する太陽電池セルを例にとり説明したが、ＨＩＴ構造を有しない太陽電池セルに本発明を適用しても構わない。

又、透明導電膜として、不純物としてＳｎＯ₂を添加したＩｎ₂Ｏ₃であるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）層を用いたが、本発明はこれに限らず、他の材料をドープした酸化インジウム層を用いてもよい。例えば、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｃａ、Ｃｕ、Ｆ、Ｇｅ、Ｍｇ、Ｓ、Ｚｎなどをドープしてもよく、これらの材料を複数ドープしても構わない。

このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。

第１の実施形態に係る太陽電池ユニットを示す平面図である。 第１の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す平面図である。 第１の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す、（ａ）は平面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は断面図である。 第２の実施形態に係る太陽電池ユニットを示す平面図である（その１）。 第２の実施形態に係る太陽電池ユニットを示す平面図である（その２）。 第２の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す平面図である（その１）。 第２の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す平面図である（その２）。 第３の実施形態に係る太陽電池ユニットを示す平面図である。 第３の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す平面図である。 第４の実施形態に係る太陽電池ユニットを示す平面図である。 第４の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す平面図である。 第４の実施形態に係る太陽電池モジュールを示す背面図である。 第５の実施形態に係る太陽電池ユニットを示す平面図である。 従来の太陽電池モジュールを示す断面図である。

符号の説明

１ａ、１ｂ…太陽電池セル
３…透明被覆板
４…インタコネクタ
６…基板
１０…導電体
１５…バスバー電極
２０…太陽電池セル
３０…支持基体
４０…配線
５０…端子ボックス
６０…導電性接着剤
７０…Ａｇコート
８０…ポリイミドシート
９０…Ａｇ電極

Claims (4)

1. 支持基体と該支持基体上に配置された偶数個の太陽電池セルとを含む、複数の太陽電池ユニットと、
   隣接する前記太陽電池ユニット間において、表面の極性が逆である隣接する太陽電池セル同士の表面を電気的に接続する導電体と
   を備え、
   前記太陽電池ユニット内で隣接する太陽電池セルは、表面の極性が逆になるよう交互に配置され、
   前記太陽電池ユニットは、前記支持基体表面上において、互いに電気的に接続された２枚の太陽電池セルを１組以上有することを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 複数の前記太陽電池セルが一方向に直列接続されている列において、当該列の両端に位置する太陽電池セルは、隣接する太陽電池ユニット内の隣接する太陽電池セルと前記導電体によって電気的に接続されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 複数の前記太陽電池セルが一方向に直列接続されている列は、偶数個であることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記支持基体は透光性であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。

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