JP5799255B2 - 太陽電池セル及び太陽電池モジュール - Google Patents

Description

本発明は太陽電池セル及び太陽電池モジュールに関する。

近年、環境負荷が低いエネルギー源として、太陽電池セルが大いに注目されている。太陽電池セルは、受光することにより電子や正孔などのキャリアを生成させる光電変換部と、光電変換部において生成したキャリアを収集する電極とを有している。このキャリアを収集するための電極としては、例えば、下記の特許文献１などに記載されているように、光電変換部の主面上において、一の方向に沿って延び、一の方向に垂直な他の方向に沿って配列された直線状の複数のフィンガー電極部と、それら複数のフィンガー電極を電気的に接続しているバスバー部とを含む電極が広く用いられている。

特開２０１０−１８６８６２号公報

近年、太陽電池セルの光電変換効率をさらに高めたいという要望が高まってきている。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、向上された光電変換効率を有する太陽電池セル及び太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明に係る太陽電池セルは、矩形状の光電変換部と、面状の透明導電膜と、電極とを備えている。透明導電膜は、光電変換部の一主面の端縁部を除いた部分を覆うように設けられている。電極は、透明導電膜の上に配されている。電極は、複数のフィンガー電極部を含む。複数のフィンガー電極部のそれぞれは、第１の方向に沿って延びている。複数のフィンガー電極部は、第１の方向に対して垂直な第２の方向に沿って配列されている。フィンガー電極部は、透明導電膜の端辺に至るように設けられている。

本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルと、複数の太陽電池セルを電気的に接続している配線材とを備える太陽電池モジュールである。太陽電池セルは、矩形状の光電変換部と、面状の透明導電膜と、電極とを有する。透明導電膜は、光電変換部の一主面の端縁部を除いた部分を覆うように設けられている。電極は、透明導電膜の上に配されている。電極は、複数のフィンガー電極部を含む。複数のフィンガー電極部のそれぞれは、第１の方向に沿って延びている。複数のフィンガー電極部は、第１の方向に対して垂直な第２の方向に沿って配列されている。複数のフィンガー電極部は、配線材に電気的に接続されている。フィンガー電極部は、透明導電膜の端辺に至るように設けられている。

本発明によれば、向上された光電変換効率を有する太陽電池セル及び太陽電池モジュールを提供することができる。

第１の実施形態における太陽電池モジュールの略図的断面図である。 第１の実施形態における太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。 第１の実施形態における太陽電池セルの裏面の略図的平面図である。 図２の線ＩＶ−ＩＶに示す部分の略図的断面図である。 第１の比較例における太陽電池セルの受光面の一部分を拡大した模式的拡大平面図である。 第１の実施形態における太陽電池セルの受光面の一部分を拡大した模式的拡大平面図である。 第２の実施形態における太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。 第１の変形例における太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。 第２の変形例における太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。

以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は、単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。

また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態における太陽電池モジュールの略図的断面図である。太陽電池モジュール１は、ｙ方向に沿って配列された複数の太陽電池セル１０を備えている。複数の太陽電池セル１０は、配線材１１によって電気的に接続されている。具体的には、隣接する太陽電池セル１０間が配線材１１によって電気的に接続されることによって、複数の太陽電池セル１０が直列または並列に電気的に接続されている。

配線材１１と太陽電池セル１０とは、接着剤によって接着されている。接着剤としては、半田または樹脂接着剤を用いることができる。接着剤として樹脂接着剤を用いる場合には、樹脂接着剤は絶縁性を有するものであってもよいし、異方導電性を有するものであってもよい。

複数の太陽電池セル１０の受光面側及び裏面側には、第１及び第２の保護部材１４，１５が配置されている。太陽電池セル１０と第１の保護部材１４との間及び太陽電池セル１０と第２の保護部材１５との間には、封止材１３が設けられている。複数の太陽電池セル１０は、この封止材１３により封止されている。

なお、封止材１３並びに第１及び第２の保護部材１４，１５の材料は、特に限定されない。封止材１３は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）等の透光性を有する樹脂により形成することができる。

第１及び第２の保護部材１４，１５は、例えば、ガラス、樹脂などにより形成することができる。また、例えば、第１及び第２の保護部材１４，１５のうちの一方を、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成してもよい。本実施形態では、第１の保護部材１４は、太陽電池セル１０の受光面側に配置されている。第１の保護部材１４は、ガラスまたは透光性樹脂からなる。第２の保護部材１５は、太陽電池セル１０の
裏面側に配置されている。第２の保護部材１５は、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成されている。

第１の保護部材１４、封止材１３、複数の太陽電池セル１０、封止材１３、第２の保護部材１５を有する積層体の外周には、必要に応じて、Ａｌ等の金属製の枠体（図示しない）が取り付けられる。また、第１の保護部材１４の表面には、必要に応じて、太陽電池セル１０の出力を外部に取り出すための端子ボックスが設けられる。

図２は、第１の実施形態における太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。図３は、第１の実施形態における太陽電池セルの裏面の略図的平面図である。図４は、図２の線ＩＶ−ＩＶに示す部分の略図的断面図である。次に、図２〜図４を参照しながら、太陽電池セル１０の構成について説明する。

太陽電池セル１０は、光電変換部２０を有する。光電変換部２０は、受光することによって電子や正孔などのキャリアを生成させる部材である。光電変換部２０は、例えば、一の導電型を有する結晶性半導体基板を有し、ｐｎ接合、ｐｉｎ接合等の半導体接合を有するものであってもよい。また、光電変換部２０は、一の導電型を有する結晶性半導体基板と、その結晶性半導体基板の一主面上に配されており、他の導電型を有する第１の非晶質半導体層と、結晶性半導体基板の他の主面上に配されており、一の導電型を有する第２の非晶質半導体層とを有するものであってもよい。また、光電変換部２０は、ｎ型ドーパント拡散領域とｐ型ドーパント拡散領域とが表面に露出している半導体基板を有するものであってもよい。

光電変換部２０は、矩形状である。なお、本発明において、「矩形状」には、角部が面取り状またはＲ面取り状である矩形状も含まれるものとする。

光電変換部２０は、受光面２０ａと、裏面２０ｂとを有する。受光面２０ａの上には、面状の透明導電膜（ＴＣＯ：Ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｏｘｉｄｅ）２５ａが設けられている。受光面２０ａの端縁部を除いた部分は、この透明導電膜２５ａにより覆われている。同様に、裏面２０ｂの上には、面状の透明導電膜２５ｂが設けられている。裏面２０ｂの端縁部を除いた部分は、この透明導電膜２５ｂにより覆われている。これら透明導電膜２５ａ、２５ｂは、下記の電極２１ａ、２１ｂによる集電を補助する機能を有している。透明導電膜２５ａ、２５ｂを設けることにより、生成したキャリアが再結合する前に効率的に電極２１ａ、２１ｂに収集される。従って、より改善された光電変換効率を実現することができる。

なお、透明導電膜２５ａ、２５ｂは、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ）などにより形成することができる。透明導電膜２５ａ、２５ｂの厚みは、例えば、５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度とすることができる。

受光面２０ａ側の透明導電膜２５ａの上には、電極２１ａが配されている。一方、裏面２０ｂ側の透明導電膜２５ｂの上には、電極２１ｂが配されている。

電極２１ａ、２１ｂの材質は、導電材料である限りにおいて特に限定されない。電極２１ａ、２１ｂのそれぞれは、例えば、銀、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、クロムなどの金属や、それらの金属のうちの一種以上を含む合金により構成することができる。また、電極２１ａ、２１ｂは、例えば、上記金属や合金からなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。

電極２１ａ、２１ｂの形成方法は、特に限定されない。電極２１ａ，２１ｂは、例えば、Ａｇペースト等の導電性ペーストを用いて形成することができる。また、電極２１ａ，２１ｂは、例えば、スパッタ法、蒸着法、スクリーン印刷法或いはメッキ法等を用いて形成することができる。

なお、本実施形態においては、電極２１ｂは、電極２１ａと実質的に同様の構成を有している。このため、ここでは、電極２１ａの構成について詳細に説明する。電極２１ｂについては、電極２１ａに関する説明を援用することとする。

電極２１ａは、複数のフィンガー電極部３１と、少なくともひとつのバスバー部３３とを含む。本実施形態では、バスバー部３３が２本設けられている。しかしながら、バスバー部３３は、１本のみ設けられていてもよいし、３本以上設けられていてもよい。バスバー部３３は、例えば、４本設けられていてもよい。

複数のフィンガー電極部３１のそれぞれは、ｙ方向に対して垂直なｘ方向に沿って延びている。複数のフィンガー電極部３１は、ｙ方向に沿って配列されている。複数のフィンガー電極部３１は、互いに平行である。

複数のフィンガー電極部３１のそれぞれは、透明導電膜２５ａの端辺に至るように設けられている。すなわち、複数のフィンガー電極部３１のそれぞれのｘ方向の一方側端部が、透明導電膜２５ａのｘ方向の一方側に位置している端辺に至っている。複数のフィンガー電極部３１のそれぞれのｘ方向の他方側端部が、透明導電膜２５ａのｘ方向の他方側に位置している端辺に至っている。具体的には、本実施形態では、複数のフィンガー電極部３１のそれぞれは、透明導電膜２５ａの端辺を超えて、受光面２０ａの直上にまで至っている。すなわち、複数のフィンガー電極部３１のそれぞれのｘ方向の一方側端部が、透明導電膜２５ａのｘ方向の一方側に位置している端辺よりもｘ方向の一方側にまで至っている。複数のフィンガー電極部３１のそれぞれのｘ方向の他方側端部が、透明導電膜２５ａのｘ方向の他方側に位置している端辺よりもｘ方向の他方側にまで至っている。

フィンガー電極部３１の幅は、特に限定されないが、例えば、５０μｍ〜２００μｍ程度とすることができる。フィンガー電極部３１のｙ方向に沿ったピッチも特に限定されないが、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍ程度とすることができる。

バスバー部３３は、ｙ方向に沿って延びている。複数のバスバー部３３は、ｘ方向に沿って配列されている。複数のバスバー部３３のそれぞれは、複数のフィンガー電極部３１に電気的に接続されている。バスバー部３３の幅は、フィンガー電極部３１の幅よりも大きいことが好ましく、例えば、０．５ｍｍ〜２ｍｍ程度とすることができる。

なお、本実施形態では、配線材１１は、バスバー部３３と平行に配されている。配線材１１は、バスバー部３３の上に設けられている。

また、バスバー部３３は、直線状である必要は必ずしもない。バスバー部は、例えば、ジグザグ状であってもよい。

ところで、図５に示すように、フィンガー電極部１３１の端部が透明導電膜１２５ａの端辺に至っていない場合は、透明導電膜１２５ａの端縁部１２５ａ１で生成したキャリア１３５がフィンガー電極部１３１により収集されるまでに移動しなければならない距離が長くなる。このため、端縁部１２５ａ１における集電抵抗が高くなる。その結果、光電変換効率が低くなる傾向にある。

それに対して、図６にも示すように、フィンガー電極部３１の端部が透明導電膜２５ａの端辺に至っている本実施形態の太陽電池セル１０においては、端縁部２５ａ１で生成したキャリア３５がフィンガー電極部３１により収集されるまでに移動しなければならない距離が短くなる。このため、端縁部２５ａ１における集電抵抗を低くすることができる。その結果、光電変換効率を改善することができる。

具体的に、本実施形態の太陽電池セル１０と、フィンガー電極部の端部が透明導電膜の端辺に至っていない以外は太陽電池セル１０と実質的に同様の形態を有する太陽電池セルとを作製し、光電変換効率を測定した。その結果、フィンガー電極部３１の端部が透明導電膜２５ａの端辺に至っている本実施形態の太陽電池セル１０の方が、フィンガー電極部の端部が透明導電膜の端辺に至っていない太陽電池セルよりも光電変換効率が約１％高くなることが確認された。

また、本実施形態では、複数のフィンガー電極部３１のそれぞれは、透明導電膜２５ａの端辺を超えて、受光面２０ａの直上にまで至っている。このため、例えば、フィンガー電極部３１のｘ方向における形成位置がずれた場合であっても、フィンガー電極部３１の端部が透明導電膜２５ａの端辺に確実に至るようにすることができる。従って、改善された光電変換効率を有する太陽電池セル１０を安定して製造することができる。

なお、本実施形態では、受光面２０ａ側の電極２１ａと、裏面２０ｂ側の電極２１ｂとの両方が複数のフィンガー電極部３１を有し、かつ、フィンガー電極部３１が透明導電膜２５ａの端辺に至っている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、受光面側の電極及び裏面側の電極のうちの一方が、異なる形態の電極であってもよい。具体的には、例えば、裏面側の電極が金属や合金からなる面状電極であってもよい。

以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例や変形例について説明する。以下の説明において、上記第１の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。また、第２の実施形態において、図１を上記第１の実施形態と共通に参照する。

（第２の実施形態）
図７は、第２の実施形態における太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。

本実施形態の太陽電池モジュールは、太陽電池セル１０の電極２１ａ、２１ｂがバスバー部を有さない点においてのみ上記第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１と異なっている。このため、上記第１の実施形態のバスバー部３３以外の説明を本実施形態に援用するものとする。

本実施形態においても、フィンガー電極部３１の端部が透明導電膜２５ａの端辺に至っている。このため、本実施形態に係る太陽電池モジュールも、上記第１の実施形態に係る太陽電池モジュール１と同様に、改選された光電変換効率を有する。また、本実施形態に係る太陽電池モジュールも、改善された光電変換効率で安定して製造することができる。

（第１及び第２の変形例）
図８は、第１の変形例における太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。図９は、第２の変形例における太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。

上記第１及び第２の実施形態では、複数のフィンガー電極部３１のそれぞれは、透明導電膜２５ａの端辺を超えて、受光面２０ａの直上にまで至っている例について説明した。但し、本発明は、フィンガー電極部が透明導電膜の端辺に至っている限りにおいて、この構成に限定されない。例えば、図８や図９に示すように、複数のフィンガー電極部３１のそれぞれの端部と、透明導電膜２５ａの端辺とが一致していてもよい。

なお、第１及び第２の実施形態並びに第１及び第２の変形例では、複数のフィンガー電極部３１のすべてが透明導電膜２５ａの端辺に至っている例について説明した。但し、本発明は、複数のフィンガー電極のうちのいくつかが透明導電膜の端辺に至っている限りにおいて特に限定されない。例えば、透明導電膜の端辺に至っているフィンガー電極と、透明導電膜の端辺に至っていないフィンガー電極とが交互に配列されていてもよい。

１…太陽電池モジュール
１０…太陽電池セル
１１…配線材
１３…封止材
１４…第１の保護部材
１５…第２の保護部材
２０…光電変換部
２０ａ…受光面
２０ｂ…裏面
２１ａ，２１ｂ…電極
２５ａ、２５ｂ…透明導電膜
３１…フィンガー電極部
３３…バスバー部
３５…キャリア

Claims (6)

1. 矩形状の光電変換部と、
   前記光電変換部の一主面の端縁部を除いた部分を覆うように設けられている面状の透明導電膜と、
   前記透明導電膜の上に配された電極と、
   を備え、
   前記電極は、
   第１の方向に沿って延び、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に沿って配列された複数のフィンガー電極部を含み、
   前記フィンガー電極部は、前記透明導電膜の端辺に至るように設けられており、前記透明導電膜の端辺は、前記光電変換部の一主面の端縁部に沿って延び、前記透明導電膜の端辺は、前記フィンガー電極部と直接接触している、太陽電池セル。
2. 前記フィンガー電極部は、前記透明導電膜の端辺を超えて、前記光電変換部の一主面の端縁部の上にまで至っている、請求項１に記載の太陽電池セル。
3. 前記光電変換部の一主面は受光面である、請求項１または２に記載の太陽電池セル。
4. 複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルを電気的に接続している配線材とを備える太陽電池モジュールであって、
   前記太陽電池セルは、
   矩形状の光電変換部と、
   前記光電変換部の一主面の端縁部を除いた部分を覆うように設けられている面状の透明導電膜と、
   前記透明導電膜の上に配された電極と、
   を有し、
   前記電極は、
   第１の方向に沿って延び、前記第１の方向に対して垂直な第２の方向に沿って配列されており、前記配線材に電気的に接続されている複数のフィンガー電極部を含み、
   前記フィンガー電極部は、前記透明導電膜の端辺に至るように設けられており、前記透明導電膜の端辺は、前記光電変換部の一主面の端縁部に沿って延び、前記透明導電膜の端辺は、前記フィンガー電極部と直接接触している、太陽電池モジュール。
5. 前記フィンガー電極部は、前記透明導電膜の端辺を超えて、前記光電変換部の一主面の端縁部の上にまで至っている、請求項４に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記光電変換部の一主面は受光面である、請求項４または５に記載の太陽電池モジュール。

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