TWI493732B - Solar module - Google Patents
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Description
本發明係有關使用半導體裝置之太陽能電池單元的太陽能電池模組。
使用結晶系太陽能電池單元所製作之太陽能電池模組係一般而言，使用只採用1種類之導電型基板的太陽能電池單元，以提升電壓的目的，將元件之間做成串聯連繫加以製作。此時，使用對於受光面側具有第1之極性的電極，對於非受光面側具有與第1之極性的電極不同之第2之極性的電極之元件情況，對於做成串聯連繫，必須將受光面側之第1之極性的電極，和非受光面側之第2之極性的電極，以含有焊錫成分等之導線(稱作突片線)等加以連接。以其突片線而連接的部分之電極乃比較寬的電極(1~3mm程度)，一般稱作母線桿電極。
在上述一般的太陽能電池模組中，為了提昇模組變換效率，而將太陽能電池單元彼此，作為極力接近加以配置。但因有連繫受光面側與非受光面側之電極的突片線之故，當將元件之間隔做成接近至3.0mm以下的距離時，經由突片線的彎曲應力，有元件邊緣產生破損等之問題，成為使對於太陽能電池模組的面積而言之太陽能電池單元的填充率下降的原因。
對此，為了單純地降低經由突片線的彎曲應力，當降低突片線本身的厚度等時，有著配線阻抗增大等之問題。作為其他的方法，例如對於日本特開2008-147260號公報(專利文獻1)，提案有預先準備具有彎曲部之突片線，於比鄰的元件之間，由彎曲部呈顯現地連接突片線者，減少突片線之彎曲應力，做成元件邊緣未產生破損之太陽能電池模組。
但在此方法中，必須準備具有特殊之彎曲部的突片線，另外因有彎曲部之故，經由突片線之配線長度變長的部分，太陽能電池模組之曲線因子有產生惡化的缺點。
[專利文獻]
[專利文獻1] 日本特開2008-147260號公報
本發明係有鑑於上述情事所作為之構成，其目的乃提供由提昇對於太陽能電池模組之面積而言的太陽能電池單元之填充率者，改善模組變換效率之太陽能電池模組者。
本發明者係為了達成上述目的而重複進行銳意檢討之結果，發現由交互配置具備具有受光面及非受光面之第1之導電型基板，與各形成於此等受光面及非受光面上，具有相互不同之極性的電極之第1太陽能電池單元，和具備與具有受光面及非受光面之第1之導電型不同之第2之導電型基板，與各形成於此等受光面及非受光面上，具有相互不同之極性的電極之第2太陽能電池單元者，同一面上，成為並排存在有具有第1之極性的電極之第1太陽能電池單元，和具有與此不同之第2之極性的電極之第2太陽能電池單元者，並發現可由突片線連繫受光面彼此與非受光面彼此之電極者而作串聯連繫，可將元件彼此接近至3.0mm以下加以配置，經由對於太陽能電池模組的面積而言之太陽能電池單元的填充率提昇而改善模組變換效率之同時，突片線的安裝乃變為容易，未受到經由突片線的應力之故，可製造元件邊緣未產生破損，製造產率上升，信賴性高的太陽能電池模組者，至構成本發明。
然而，在受光面及非受光面上之電極之中，為了以與母線桿電極交叉的形式而集中輸出，形成於太陽能電池單元表面之細微電極，將線寬50~200μm程度之構成稱作指狀電極，將為了將在指狀電極集電之輸出取出至外部的1~3mm程度之粗電極稱作母線桿電極。
隨之，本發明係提供下述之太陽能電池模組。
1. 一種太陽能電池模組，其特徵乃由交互配置具備具有受光面及非受光面之第1之導電型基板，與各形成於此等受光面及非受光面上，具有相互不同之極性的電極之第1太陽能電池單元，和具備具有受光面及非受光面之第2之導電型基板，與各形成於此等受光面及非受光面上，具有相互不同之極性的電極之第2太陽能電池單元所成者。
2. 如申請專利範圍第1項記載之太陽能電池模組，其中，具有串聯地連接第1及第2之太陽能電池單元之部分，在其串聯連接部分，第1太陽能電池單元之使用枚數乃5成以上7成以下的比例，第2太陽能電池單元之使用枚數乃3成以上5成以下的比例。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項記載之太陽能電池模組，其中，第1之導電型基板乃N型半導體基板，第2之導電型基板乃P型半導體基板。
4. 如申請專利範圍第1項、第2項或第3項記載之太陽能電池模組，其中，太陽能電池單元彼此之間隔乃0.1mm以上3.0mm以下。
5. 如申請專利範圍第1項乃至第4項任一記載之太陽能電池模組，其中，第1及第2太陽能電池單元之短路電流密度的差乃20%以下。
由使用經由本發明之太陽能電池單元的配置及配線方法者，可改善對於太陽能電池模組的面積而言之太陽能電池單元的填充率，可改善模組變換效率者。另外，比較於以往的方法，因可減少加上至太陽能電池單元邊緣之突片線的應力之故，改善生產產率，可製作信賴性高的太陽能電池模組。
以下，參照圖面詳細說明本發明之實施形態，但本發明乃不限定於下述之實施形態。然而，在為了說明實施形態之全圖，具有同一機能之構成係附上相同符號，其重複說明係省略之。為了容易理解，強調太陽能電池單元之間隔，或厚度而加以圖示。另外，為求簡單而省略指狀電極。
本發明之太陽能電池模組係由交互配置具備具有受光面及非受光面之第1之導電型基板，與各形成於此等受光面及非受光面上，具有相互不同之極性的電極之第1太陽能電池單元，和具備具有受光面及非受光面之第2之導電型基板，與各形成於此等受光面及非受光面上，具有相互不同之極性的電極之第2太陽能電池單元所成者。其太陽能電池模組係如圖2所示，作為交互配列具有第1之導電型基板的太陽能電池單元1，和具有第2之導電型基板的太陽能電池單元2，以突片線4連接母線桿電極3之構造。
此情況，構成在本發明所使用之太陽能電池單元的基板之導電型，不純物擴散層，反射防止膜等係可做成公知之形態，可以記載於日本特開2001-77386號公報等之公知的方法而製造。
作為構成本發明之太陽能電池單元的半導體基板，例如可使用P型或N型單結晶矽基板，P型或N型多結晶矽基板，非矽系之化合物半導體基板等。使用單結晶矽基板之情況，可使用於高純度矽，摻雜硼素、鎵等之III族元素，作為比電阻0.1~5Ω‧cm之原切割單結晶{100}P型矽基板等。另外，可使用摻雜磷、銻、砷等V族元素之同樣N型矽基板等。
此情況，作為在本發明所使用之單結晶矽基板的純度，鐵、鋁、鈦等之金屬不純物濃度為少者，從由使用高壽命基板者，可製作高效率的太陽能電池單元的情況為佳。其單結晶矽基板係經由CZ法、FZ法等任一方法加以製作亦可，此情況，亦可將預先經由西門子法等公知的方法而精製金屬等級矽之構成，使用於上述方法。
半導體基板的厚度係從兼顧基板的成本與產率及變換效率的點，100~300μm為佳，150~250μm更佳。另外，半導體基板的比電阻乃較上述範圍為小時，太陽能電池單元之變換效率的分布則變小，但在晶錠的提升加以限制之故，有結晶成本變高之情況，當大時，太陽能電池單元之變換效率之分布變大，但結晶成本係有變低之情況。
在本發明中，第1之導電型係亦可為N型，而P型亦可。第2之導電型係對於第1之導電型選擇N型之情況，如選擇P型，而對於第1之導電型選擇P型之情況，如選擇N型即可。
另外，上述基板表面係形成稱作紋理之微小凹凸者為佳。紋理係為了使太陽能電池之表面反射率下降之有效的方法。其紋理係由浸漬於加熱之氫氧化鈉等之鹼性水溶液中者而容易加以製作。
作為不純物擴散層，係作為不純物源，可使用磷、砷、銻等V族元素，或硼、鋁、鎵等III族元素。具體而言，例如對於磷的擴散，係可經由使用氧氯化磷等之氣相擴散法而形成不純物擴散層。此情況，在氧氯化磷等之環境下，以850~900℃進行20~40分鐘熱處理為佳。另外，不純物擴散層的厚度係0.1~3.0μm為佳，而0.5~2.0μm為更佳。當過厚時，產生的電子與電洞再結合之位置則增加，有著變換效率下降之情況，當過薄時，產生的電子與電洞再結合之位置則減少，有著至集電電極流動在基板內的電流之偏流電阻增大，變換效率下降之情況。例如，對於硼素的擴散，可塗布市售加入硼素塗布劑，加以乾燥之後，經由以900~1050℃進行20~60分鐘熱處理而形成。
一般的矽太陽能電池係有必要將PN接合只對於受光面形成，為了達成此，以2枚重合基板彼此之狀態進行擴散，以及在擴散前，於背面，作為擴散光罩而形成SiO2
膜或SiNx
膜等，於背面實施無法PN接合之方法者為佳。除氣相擴散法以外，亦可經由網版印刷法、旋塗塗布法等而形成不純物擴散層。
反射防止膜乃使用電漿CVD裝置等所形成之SiNx
膜，經由熱氧化膜之SiO2
膜與上述SiNx
膜之多層膜等為佳，膜厚乃70~100nm為佳。
於如此所得到之半導體基板，使用網版印刷法等而形成電極，但電極的形狀並無特別加以限制，而母線桿電極的粗度係通常1~3mm為佳，於單面形成1~4支，特別是形成2~3支為佳。另外，於一方的面形成複數支之情況，此等電極乃呈相互平行地形成為佳。
在網版印刷法中，將混合鋁粉末、銀粉末等之導電性粒子、玻璃料、有機物黏結劑等之導電性電糊，進行網版印刷。印刷後，5~30分鐘，以700~800℃進行燒成，形成電極。電極形成係經由印刷法而進行為佳，但亦可由蒸鍍法，濺鍍法等進行製作。另外，受光面及非受光面的電極之燒成係亦可進行一次。由此，於具有第1之導電型基板的第1太陽能電池單元之受光面上，形成具有第1之極性的電極，但於非受光面上，係形成有具有與第1之極性的電極不同之第2之極性的電極。同樣地，於具有第2之導電型基板的第2太陽能電池單元之受光面上，形成具有第2之極性的電極，但於非受光面上，形成具有第1之極性的電極。例如，作為第1之導電型基板而選擇N型半導體基板，而作為第2之導電型基板而選擇P型半導體基板之情況，第1之極性的電極乃負極，第2之極性的電極乃成為正極。
本發明之太陽能電池模組係各使用1枚以上之上述之第1太陽能電池單元與第2太陽能電池單元，交互連接此等之構成，串聯及/或並聯地連接，將其連接的太陽能電池單元，由EVA(乙烯-醋酸乙烯共聚物)等之透明樹脂加以密封而作成太陽能電池模組。更且，與密封樹脂同時，作為採用使用在一般的模組之基板，或使用在一般的模組之薄膜的保護構造亦可，而作為覆板構造、基材構造、玻璃封裝構造等任一之構造亦可。另外，安裝保護模組周邊之框體亦可。如此之太陽能電池模組，係可經由例如日本特開平9-51117號公報記載之方法等公知的方法而製造。
對於本發明之太陽能電池模組之最佳形態，參照圖面而更詳細說明時，圖1乃顯示在一般之太陽能電池模組之太陽能電池單元的串聯連繫配線例，而圖2乃顯示在本發明之太陽能電池模組之太陽能電池單元的串聯連繫配線例。各自a乃剖面圖，b乃從受光面側而視之平面圖。另外，在圖1，2中，1係使用第1之導電型基板的第1太陽能電池單元，2係使用第2之導電型基板的第2太陽能電池單元，3係母線桿電極，4係突片線。
在圖1之一般的太陽能電池模組中，唯使用採用第1之導電型基板的太陽能電池單元而製作模組。隨之，由以突片線連繫受光面側之母線桿電極，和非受光面側之母線桿電極者，進行串聯連繫。為了提升模組變換效率，而極力接近太陽能電池單元彼此而配置時，經由突片線的彎曲應力，元件的邊緣乃產生破損。
另一方面，在圖2之本發明的太陽能電池模組中，由交互配置使用第1之導電型基板的太陽能電池單元1，和使用第2之導電型基板的太陽能電池單元2者，於同一面上，排列存在有具有第1之極性的電極之元件和具有第2之極性的電極之元件，由連繫受光面彼此及非受光面彼此之突片線者，進行串聯連繫。其結果，可將鄰接之元件彼此，接近於3.0mm以下，特別是1.0mm以下而加以配置。元件彼此的間隔過長時，對於太陽能電池模組的面積而言之太陽能電池單元的填充率乃下降，模組變換效率則有下降之情況。元件彼此的間隔為短者為佳，但過短時，元件彼此則接觸而成為破損的原因之故，0.1mm以上者為佳。另外，設置外周框體之情況，外周框體與模組端部(最外列)的太陽能電池單元之間隔乃0.1~3.0mm，特別是0.1mm~1.0mm為佳。當此間隔過窄時，太陽能電池單元與框體重疊時，成為陰影損失而有模組變換效率下降之情況，而過寬時，對於太陽能電池模組的面積而言之太陽能電池單元的填充率乃下降，而有模組變換效率下降之情況。然而，突片線的連接方法係依照常用方法而以焊錫等連接即可。
接著，圖3乃顯示一般之太陽能電池模組全體之配線例，圖4乃顯示本發明之太陽能電池模組全體之配線例。在此係顯示以4枚×4枚的複數列而排列太陽能電池單元，串聯地加以連接的例。在圖3，4中，1係顯示使用第1之導電型基板的第1太陽能電池單元，2係顯示使用第2之導電型基板的第2太陽能電池單元，5係顯示第1之極性的電極之終端，6係顯示第2之極性的電極之終端，7係顯示外周框體。如比較圖3與圖4而了解到，比較於一般的太陽能電池模組，本發明之太陽能電池模組係對於模組面積而言之元件的填充率為高。
在此，本發明之太陽能電池模組係具有串聯地連接第1及第2之太陽能電池單元之部分為佳，在其串聯連接部分中，使用第1之導電型基板的第1太陽能電池單元的使用枚數乃5成以上7成以下的比例為佳，更佳為5成以上6成以下的比例，而使用第2之導電型基板的第2太陽能電池單元的使用枚數乃3成以上5成以下的比例為佳，更佳為4成以上5成以下的比例。第1或第2之太陽能電池單元任一方當極端變多時，有著無法經由本發明所產生之優點的串聯連繫配線之情況。
另外，第1太陽能電池單元與第2太陽能電池單元之短路電流密度的差乃20%以下為佳，而更佳為10%以下。當短路電流密度的差過大時，太陽能電池模組之短路電流密度係在成為串聯連繫之元件之中，有限制為短路電流密度小之構成情況。
以下，顯示實施例及比較例，更具體說明本發明，但本發明係不限於下述之實施例。在下述實施例中，太陽能電池單元及太陽能電池模組之特性乃使用太陽模擬器(光強度：1kW/m2
、光譜：AM1.5整體)，測定短路電流密度，開放電壓，曲線因子，變換效率。
作為實施例，如下述記述製作圖4記載之構造之太陽能電池模組。
準備作為第1之導電型基板而使用N型矽單結晶基板，作為第2之導電型基板而使用P型矽單結晶基板之太陽能電池單元。所準備之元件的尺寸乃均為100mm角尺寸。
使用N型基板之太陽能電池單元之平均特性乃短路電流密度35.1mA/cm2
，開放電壓0.619V，曲線因子78.3%，變換效率17.0%。
使用P型基板之太陽能電池單元之平均特性乃短路電流密度35.1mA/cm2
，開放電壓0.618V，曲線因子78.5%，變換效率17.0%。
在太陽能電池模組中，為了將太陽能電池單元做成串聯連繫，在準備元件時，特性乃將短路電流密度彙整為同程度。
使用上述2種類之太陽能電池單元，使用4×4之16枚而製作本發明之太陽能電池模組。此時，太陽能電池單元彼此的間隙乃作為0.5mm，模組外周之元件與框體之間隙乃作為1.0mm，框體的寬度係使用5.0mm之構成。從成為在母線桿方向之模組的端之元件，係由將突片線凸出3.0mm的形式，連接下一列之母線桿電極與配線。
所製作之模組係包含框體為縱413.5mm×橫419.5mm之尺寸。
所得到之太陽能電池模組的特性係短路電流3.50A，開放電壓9.88V，曲線因子77.9%，變換效率15.5%。
然而，將太陽能電池單元彼此之間隙做成0.5mm，對於元件的邊緣係未有破損。
作為比較例，如下述記述製作圖3記載之一般的構造之太陽能電池模組。
太陽能電池單元係只使用採用上述實施例之第1之導電型基板的元件，使用4×4之16枚。此時，太陽能電池單元彼此之間隙係在母線桿方向，經由突片線之配線的間隙乃作為4.0mm，未有經由突片線之配線的間隙乃作為0.5mm。其他，模組外周的元件與框體之間隙，框體的寬度，從成為在母線桿方向之模組的端之元件之突片線凸出寬度乃作為與上述實施例相同。
所製作之模組係包含框體為縱413.5mm×橫430mm之尺寸。
在比較例所製作之太陽能電池模組的特性係短路電流3.51A，開放電壓9.90V，曲線因子77.4%，變換效率15.2%。
1．．．使用第1之導電型基板的第1太陽能電池單元
2．．．使用第2之導電型基板的第2太陽能電池單元
3．．．母線桿電極
4．．．突片線
5．．．第1之極性的電極之終端
6．．．第2之極性的電極之終端
7．．．外周框體
圖1乃顯示在以往之太陽能電池模組之太陽能電池單元的串聯連繫配線例。a乃剖面圖，b乃受光面側之平面圖。
圖2乃顯示在本發明之太陽能電池模組之太陽能電池單元的串聯連繫配線的一例。a乃剖面圖，b乃受光面側之平面圖。
圖3乃顯示以往之太陽能電池模組全體之配線例的受光面側之平面圖。
圖4乃顯示本發明之太陽能電池模組全體之配線的一例之受光面側之平面圖。
1．．．使用第1之導電型基板的第1太陽能電池單元
2．．．使用第2之導電型基板的第2太陽能電池單元
3．．．母線桿電極
4．．．突片線
Claims (5)
- 一種太陽能電池模組，其特徵乃由交互配置具備具有受光面及非受光面之第1之導電型基板，與各形成於此等受光面及非受光面上，具有相互不同之極性的電極之第1太陽能電池單元，和具備具有受光面及非受光面之第2之導電型基板，與各形成於此等受光面及非受光面上，具有相互不同之極性的電極之第2太陽能電池單元所成者。
- 如申請專利範圍第1項記載之太陽能電池模組，其中，具有串聯地連接第1及第2之太陽能電池單元之部分，在其串聯連接部分，第1太陽能電池單元之使用枚數乃5成以上7成以下的比例，第2太陽能電池單元之使用枚數乃3成以上5成以下的比例。
- 如申請專利範圍第1項或第2項記載之太陽能電池模組，其中，第1之導電型基板乃N型半導體基板，第2之導電型基板乃P型半導體基板。
- 如申請專利範圍第1項或第2項記載之太陽能電池模組，其中，太陽能電池單元彼此之間隔乃0.1mm以上3.0mm以下。
- 如申請專利範圍第1項或第2項記載之太陽能電池模組，其中，第1及第2太陽能電池單元之短路電流密度的差乃20%以下。
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