JP5025597B2

JP5025597B2 - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP5025597B2
Application number: JP2008218380A
Authority: JP
Inventors: 充康島田; 健悟松根
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 2008-08-27
Filing date: 2008-08-27
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2028-08-27
Also published as: JP2010056229A

Description

本発明は、配線材により互いに接続された複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールに関する。

太陽電池は、クリーンで無尽蔵に供給される太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換することができるため、新しいエネルギー源として期待されている。

一般的に、太陽電池１枚当りの出力は数Ｗ程度である。従って、家屋やビル等の電源として太陽電池を用いる場合には、配線材によって互いに接続された複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールが用いられる。

複数の太陽電池は、受光面側保護材と裏面側保護材との間において、封止材によって封止される。配線材は、一の太陽電池の受光面と、一の太陽電池に隣接する他の太陽電池の裏面とに接続される。

ここで、配線材表面における光学損失の低減を目的として、配線材表面に複数の凸部を形成する手法が提案されている（特許文献１参照）。配線材表面への入射光は、複数の凸部によって反射された後、受光面側保護材と空気との界面で再び反射される。これによって、配線材表面への入射光が太陽電池へ導くことができるため、太陽電池モジュールの変換効率を向上させることができる。
米国特許出願公開第２００７０１２５４１５号明細書

ここで、一般的に、太陽電池は、受光により光生成キャリアを生成する光電変換部と、光電変換部から光生成キャリアを収集する複数本の細線電極と、配線材を接続するための接続用電極とを備える。各細線電極は、光電変換部の受光面略全域に渡って形成される。

従って、上述のように、配線材表面への入射光を太陽電池へ導いたとしても、当該入射光の一部は、複数本の細線電極表面で反射されてしまう。そのため、太陽電池モジュールの変換効率の向上には余地があった。

本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、変換効率の向上を可能とする太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールは、受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止された複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、複数の太陽電池のうち一の太陽電池は、受光面側保護材と対向する受光面と、受光面上に形成される複数本の細線電極とを有し、配線材は、受光面上に配置され、配線材は、受光面側保護材と対向する対向面に形成された複数の凸部を有し、受光面は、受光面側保護材を透過された光のうち複数の凸部及び受光面側保護材によって順次反射された光を受ける第１受光領域と、受光面側保護材を透過された光を直接受ける第２受光領域とを含み、第１受光領域の単位面積当りにおいて複数本の細線電極が形成される面積は、第２受光領域の単位面積当りにおいて複数本の細線電極が形成される面積よりも小さいことを要旨とする。

本発明の特徴に係る太陽電池モジュールによれば、第１受光領域における受光面積比率を、第２受光領域における受光面積比率よりも大きくすることができる。そのため、第１受光領域において、配線材の対向面に形成された複数の凸部及び受光面側保護材によって順次反射された光を、より多く太陽電池内に取り込むことができる。その結果、太陽電池モジュールの変換効率を向上することができる。

本発明の特徴において、第１受光領域における複数本の細線電極の線幅は、第２受光領域における複数本の細線電極の線幅よりも小さくてもよい。

本発明の特徴において、複数本の細線電極は、第１受光領域に形成されていなくてもよい。

本発明の特徴において、第１受光領域は、受光面に対して略垂直な方向に沿って入射した光のうち複数の凸部及び受光面側保護材によって順次反射された光を受ける領域であってもよい。

本発明によれば、変換効率の向上を可能とす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、本発明の実施形態について説明する。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実施形態］
＜太陽電池モジュールの構成＞
本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュールの構成について、図面を参照しながら説明する。図１は、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の側面図である。図２は、第１実施形態に係る太陽電池１０の平面図である。

太陽電池モジュール１００は、図１に示すように、太陽電池ストリング１、受光面側保護材２、裏面側保護材３及び封止材４を備える。

太陽電池ストリング１は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間に封止材４によって封止される。太陽電池ストリング１は、配列方向Ｈに沿って配列された複数の太陽電池１０を備える。複数の太陽電池１０は、複数の配線材１１によって互いに電気的に接続される。

太陽電池１０は、図１及び図２に示すように、光を受ける受光面１０Ａと、受光面１０Ａの反対側に設けられる裏面１０Ｂとを有する。受光面１０Ａ及び裏面１０Ｂそれぞれは、太陽電池１０の主面である。受光面１０Ａは、受光面側保護材２と対向する。裏面１０Ｂは、裏面側保護材３と対向する。

太陽電池１０は、図２に示すように、光電変換部２０、複数本の細線電極３０及び２本の接続用電極４０を備える。

光電変換部２０は、光を受けることにより光生成キャリアを生成する。光生成キャリアとは、光が光電変換部２０に吸収されて生成される正孔と電子とをいう。光電変換部２０は、ｐｎ型接合或いはｐｉｎ接合などの半導体接合を内部に有する。光電変換部２０は、単結晶Ｓｉ、多結晶Ｓｉ等の結晶系半導体材料、ＧａＡｓ、ＩｎＰ等の化合物半導体材料等の一般的な半導体材料などを用いて形成することができる。

複数本の細線電極３０は、光電変換部２０から光生成キャリアを収集する収集電極である。各細線電極３０は、受光面１０Ａ上において、配列方向Ｈと略直交する直交方向Ｔに沿って形成される。各細線電極３０は、例えば、印刷法などを用いて、樹脂型導電性ペーストや焼結型導電性ペースト（セラミックペースト）によって形成される。なお、各細線電極３０の寸法及び本数は、光電変換部２０の大きさや物性などを考慮して適当な本数に設定することができる。例えば、光電変換部２０の寸法が約１００ｍｍ角である場合には、約５０本の細線電極３０を形成できる。なお、図示しないが、裏面１０Ｂ上には、複数本の細線電極３０が形成されていてもよいし、また、裏面１０Ｂ略全面を覆うように収集電極が形成されていてもよい。本発明は、裏面１０Ｂ上に形成される収集電極の形状を限定するものではない。

なお、本実施形態では、各細線電極３０は、線幅が小さく形成される部分を有する。各細線電極３０の詳細な構成については後述する。

２本の接続用電極４０は、配線材１１を接続するための電極である。各接続用電極４０は、受光面１０Ａ上において、配列方向Ｈに沿って形成される。各接続用電極４０は、例えば、印刷法などを用いて、樹脂型導電性ペーストや焼結型導電性ペースト（セラミックペースト）によって形成される。各接続用電極４０の寸法及び本数は、光電変換部２０の大きさや物性などを考慮して、適当な本数に設定することができる。なお、図示しないが、裏面１０Ｂ上においても、２本の接続用電極４０が形成されていてもよい。

受光面側保護材２は、図１に示すように、各太陽電池１０の受光面１０Ａ側に配置されており、太陽電池モジュール１００の表面を保護する。受光面側保護材２としては、透光性及び遮水性を有するガラス、透光性プラスチック等を用いることができる。受光面側保護材２は、太陽電池モジュール１００の使用環境において外気（空気）と接する。

裏面側保護材３は、各太陽電池１０の裏面側に配置され、太陽電池モジュール１００の背面を保護する。裏面側保護材３としては、ＰＥＴ（Polyethylene Terephthalate）等の樹脂フィルム、Ａｌ箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造を有する積層フィルムなどを用いることができる。

封止材４は、受光面側保護材２と裏面側保護材３との間で太陽電池ストリング１を封止する。封止材４としては、ＥＶＡ、ＥＥＡ、ＰＶＢ、シリコン、ウレタン、アクリル、エポキシ等の透光性の樹脂を用いることができる。

なお、このような太陽電池モジュール１００の外周には、Ａｌフレーム（不図示）を取り付けることができる。

＜太陽電池ストリングの構成＞
以下において、第１実施形態に係る太陽電池ストリングの構成について図面を参照しながら説明する。図３は、第１実施形態に係る太陽電池ストリング１の平面図である。

図３に示すように、一の太陽電池１０と一の太陽電池１０に隣接する他の太陽電池１０とは、２本の配線材１１によって接続される。具体的には、各配線材１１の一端部は、一の太陽電池１０の受光面１０Ａ上に形成された接続用電極４０に接続される。各配線材１１の他端部は、他の太陽電池１０の裏面１０Ｂ上に形成された接続用電極４０に接続される。

ここで、各配線材１１は、受光面側保護材２と対向する対向面１１Ａに形成された複数の凸部を有する。図示しないが、各凸部は、配列方向Ｈを長手方向として形成されており、各凸部どうしは直交方向Ｔに沿って並べられる。

受光面側保護材２を透過された光のうち対向面１１Ａに向かって入射した光は、複数の凸部及び受光面側保護材２によって順次反射される。具体的には、図４（図１のＰ−Ｐ断面）に示すように、対向面１１Ａに向かって入射した光は、複数の凸部の斜面において反射された後、受光面側保護材２と外気（空気）との界面において反射される。これにより、対向面１１Ａに向かって入射した光は、太陽電池１０の受光面１０Ａに入射する。なお、本実施形態では、図４に示すように、受光面側保護材２を透過される光は、受光面１０Ａに対して垂直な方向である垂直方向Ｓに沿って入射するものとする。

ここで、受光面１０Ａは、図３及び図４に示すように、第１受光領域１０Ａ_１と第２受光領域１０Ａ_２とを有する。

第１受光領域１０Ａ_１は、受光面側保護材２を透過された光のうち複数の凸部及び受光面側保護材２によって順次反射された光と、受光面側保護材２を透過された光とを受ける領域である。第１受光領域１０Ａ_１は、一の配線材１１の両側方それぞれにおいて、配列方向Ｈに沿って形成される。すなわち、一の配線材１１の対向面１１Ａによって反射された光は、一の配線材１１の両側方において受光面１０Ａに入射する。

第２受光領域１０Ａ_２は、受光面側保護材２を透過された光を主として直接受ける領域である。すなわち、対向面１１Ａによって反射された光のほとんどは、第２受光領域１０Ａ_２に入射しない。

＜細線電極の詳細構成＞
以下において、第１実施形態に係る各細線電極の詳細構成について図面を参照しながら説明する。図５は、図３のＱ部分の拡大図である。

図５に示すように、各細線電極３０は、第１受光領域１０Ａ_１における各細線電極３０の線幅αは、第２受光領域１０Ａ_２における各細線電極３０の線幅βよりも小さい。例えば、線幅βは約８０μｍ程度であるのに対して、線幅αは約３０μｍ程度である。

従って、第１受光領域１０Ａ_１の単位面積当りにおいて複数本の細線電極３０が形成される面積は、第２受光領域１０Ａ_２の単位面積当りにおいて複数本の細線電極３０が形成される面積よりも小さい。すなわち、受光面１０Ａのうち各細線電極３０によって覆われる面積の比率は、第２受光領域１０Ａ_２よりも第１受光領域１０Ａ_１の方が小さい。従って、第１受光領域１０Ａ_１における受光面積比率は、第２受光領域１０Ａ_２における受光面積比率よりも大きい。

＜作用及び効果＞
本実施形態に係る太陽電池モジュール１００では、太陽電池１０の受光面１０Ａは、受光面側保護材２を透過された光のうち配線材１１の複数の凸部及び受光面側保護材２によって順次反射された光を受ける第１受光領域１０Ａ_１と、受光面側保護材２を透過された光を直接受ける第２受光領域１０Ａ_２とを含む。第１受光領域１０Ａ_１の単位面積当りにおいて複数本の細線電極３０が形成される面積は、第２受光領域１０Ａ_２の単位面積当りにおいて複数本の細線電極３０が形成される面積よりも小さい。具体的には、第１受光領域１０Ａ_１における各細線電極３０の線幅αは、第２受光領域１０Ａ_２における各細線電極３０の線幅βよりも小さい。

従って、第１受光領域１０Ａ_１における受光面積比率を、第２受光領域１０Ａ_２における受光面積比率よりも大きくすることができる。そのため、第１受光領域１０Ａ_１において、配線材１１の対向面１１Ａに形成された複数の凸部及び受光面側保護材２によって順次反射された光を、より多く太陽電池１０内に取り込むことができる。その結果、太陽電池モジュール１００の変換効率を向上することができる。

［第２実施形態］
以下において、本発明の第２実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下においては、上記第１実施形態との相違点について主に説明する。具体的には、複数本の細線電極３０は、第１受光領域１０Ａ_１に形成されない。

＜太陽電池ストリングの構成＞
本発明の第２実施形態に係る太陽電池の構成について、図面を参照しながら説明する。図６は、第２実施形態に係る太陽電池ストリング１の平面図である。

図６に示すように、一の太陽電池１０と一の太陽電池１０に隣接する他の太陽電池１０とは、３本の配線材１１によって接続される。そのため、本実施形態では、各配線材１１の幅を小さくすることができる。

ここで、各配線材１１は、第１実施形態と同様、受光面側保護材２と対向する対向面１１Ａに形成された複数の凸部を有する。受光面側保護材２を透過された光のうち対向面１１Ａに向かって入射した光は、複数の凸部及び受光面側保護材２によって順次反射される。

具体的には、図７に示すように、対向面１１Ａに向かって入射した光は、複数の凸部の斜面において反射された後、受光面側保護材２と外気（空気）との界面において反射される。これにより、対向面１１Ａに向かって入射した光は、太陽電池１０の受光面１０Ａに入射する。

従って、受光面１０Ａは、図６に示すように、受光面側保護材２を透過された光のうち複数の凸部及び受光面側保護材２によって順次反射された光を受ける第１受光領域１０Ａ_１と、受光面側保護材２を透過された光を主として直接受ける第２受光領域１０Ａ_２とを有する。なお、本実施形態では、一の配線材１１の対向面１１Ａに向かって入射した光と、他の配線材１１の対向面１１Ａに向かって入射した光とは、一の配線材１１と他の配線材１１との間において、同じ第１受光領域１０Ａ_１に入射するように設計されているものとする。

＜細線電極の詳細構成＞
以下において、第２実施形態に係る各細線電極の詳細構成について図面を参照しながら説明する。

図６に示すように、各細線電極３０は、第１受光領域１０Ａ_１に形成されない。すなわち、各細線電極３０は、第１受光領域１０Ａ_１において切断されている。

従って、第１受光領域１０Ａ_１の単位面積当りにおいて複数本の細線電極３０が形成される面積（＝０）は、第２受光領域１０Ａ_２の単位面積当りにおいて複数本の細線電極３０が形成される面積（＞０）よりも小さい。従って、第１受光領域１０Ａ_１における受光面積比率（＝１００％）は、第２受光領域１０Ａ_２における受光面積比率（＜１００％）よりも大きい。

＜作用及び効果＞
本実施形態に係る太陽電池モジュール１００では、第１受光領域１０Ａ_１において、各細線電極３０は形成されない。

従って、第１受光領域１０Ａ_１における受光面積比率を約１００％にすることができる。そのため、第１受光領域１０Ａ_１において、配線材１１の対向面１１Ａに形成された複数の凸部及び受光面側保護材２によって順次反射された光を、より効率的に太陽電池１０内に取り込むことができる。その結果、太陽電池モジュール１００の変換効率をさらに向上することができる。

＜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、上記実施形態では、第１受光領域１０Ａ_１は、垂直方向Ｓに沿って入射した入射光が、複数の凸部及び受光面側保護材２で反射されることによって導かれる領域であることとしたが、入射光は垂直方向Ｓに対して傾きを有していてもよい。図８は、入射光の垂直方向Ｓに対する傾きと太陽電池モジュールの出力の向上比率との関係を示すグラフである。図８において、太陽電池モジュールの出力値は、配線材１１の対向面１１Ａに凸部が形成されていない場合の出力値によって規格化されている。図８に示すように、傾きが約２０度より大きくなると、太陽電池モジュールの出力値が低下する傾向にある。そのため、入射光の垂直方向Ｓに対する傾きは、約２０度以下であることが好ましい。このように、受光面１０Ａに略垂直な入射光が導かれる領域を、第１受光領域１０Ａ_１として設定することができる。本実施形態では、「略垂直な入射光」の傾きは、垂直方向Ｓに対して約２０度以下であるものとする。

また、上記実施形態では、すべての第１受光領域１０Ａ_１における受光面積比率を第２受光領域１０Ａ_２における受光面積比率よりも大きくすることとしたが、これに限られるものではない。少なくとも一の第１受光領域１０Ａ_１において、受光面積比率が第２受光領域１０Ａ_２よりも大きければよい。

また、上記実施形態では、各細線電極３０は、直交方向Ｔに沿って直線状に形成されることとしたが、これに限られるものではない。各細線電極３０は、波線状などに形成されていてもよい。

また、上記第１実施形態では、各細線電極３０は、第１受光領域１０Ａ_１において窄まれた形状を有することとしたが、これに限られるものではない。例えば、各細線電極３０は、第１受光領域１０Ａ_１において網目状に形成されていてもよい。

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。

本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の側面図である。本発明の第１実施形態に係る太陽電池１０の平面図である。本発明の第１実施形態に係る太陽電池ストリング１の平面図である。本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００の模式的断面図である。図３のＱ部分の拡大図である。本発明の第２実施形態に係る太陽電池ストリング１の平面図である。本発明の第２実施形態に係る太陽電池モジュール１００の模式的断面図である。入射光の垂直方向Ｓに対する傾きと太陽電池モジュールの出力の向上比率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１…太陽電池ストリング
２…受光面側保護材
３…裏面側保護材
４…封止材
１０…太陽電池
１０Ａ…受光面
１０Ａ_１…第１受光領域
１０Ａ_２…第２受光領域
１０Ｂ…裏面
１１…配線材
１１Ａ…対向面
２０…光電変換部
３０…細線電極
４０…接続用電極
１００…太陽電池モジュール

Claims

受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止された複数の太陽電池を備える太陽電池モジュールであって、
前記複数の太陽電池のうち一の太陽電池は、前記受光面側保護材と対向する受光面と、前記受光面上に形成される複数本の細線電極とを有し、
前記受光面側保護材と対向する対向面に複数の凸部が形成された配線材が前記受光面上に配置され、
前記受光面は、前記受光面側保護材を透過された光のうち前記複数の凸部及び前記受光面側保護材によって順次反射された光を受ける第１受光領域と、前記受光面側保護材を透過された光を直接受ける第２受光領域とを含み、
前記第１受光領域の単位面積当りにおいて前記複数本の細線電極が形成される面積は、前記第２受光領域の単位面積当りにおいて前記複数本の細線電極が形成される面積よりも小さい
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記第１受光領域における前記複数本の細線電極の線幅は、前記第２受光領域における前記複数本の細線電極の線幅よりも小さい
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。
前記複数本の細線電極は、前記第1受光領域に形成されない
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。
第１受光領域は、前記受光面に対して略垂直な方向に沿って入射した光のうち前記複数の凸部及び前記受光面側保護材によって順次反射された光を受ける領域である
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の太陽電池モジュール。