JP5436805B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents

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、複数の太陽電池を接続することにより出力を高めた太陽電池モジュールが用いられる。

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おいて、封止材によって封止された複数の太陽電池を備える。

複数の太陽電池は、配列方向に沿って配列され、配線材によって互いに電気的に接続される。具体的には、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、配線材の表面における光学損失を低減することを目的として、配線材の表面に凹凸を形成することが提案されている（特許文献１参照）。具体的には、配線材に向かって入射した光は、配線材の表面に形成された凹凸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反射され、太陽電池に導かれる。
米国特許出願公開第２００７／０１２５４１５号明細書

ここで、太陽電池モジュールの製造工程では、片面全面に凹凸が形成された長尺の金属線を所定の長さに切断することによって、上述の配線材を形成するのが通常である。しかしながら、このような配線材を一の太陽電池の受光面と他の太陽電池の裏面とに接続した場合、他の太陽電池の裏面と対向する配線材の表面にも凹凸が形成されているため、他の太陽電池の裏面と配線材との接着性が低下するという問題があった。

一方で、配線材のうち、受光面側保護材と対向する部分、すなわち、一の太陽電池の受光面上に配置される部分の表面のみに凹凸を形成することは太陽電池モジュールの製造工程上煩雑である。

そこで、本発明は、上述した状況に鑑みてなされたものであり、配線材と太陽電池との良好な接着を維持しつつ、配線材の表面における光学損失の低減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、配列方向に沿って配列される複数の太陽電池と、複数の太陽電池に電気的に接続される複数の配線材と、
受光面側保護材と複数の太陽電池との間に封止され、配列方向に沿って配置される反射板とを備え、複数の太陽電池それぞれは、受光面側保護材と対向する受光面と、受光面の反対側に設けられる裏面とを有し、複数の配線材は、配列方向に沿って、複数の太陽電池それぞれの受光面上に接続される複数の接続部分を含んでおり、反射板は、複数の接続部分上に跨って配置され、反射板の受光面側保護材と対向する表面は、光反射性を有することを要旨とする。

このように、各配線材に向かって入射する光は、反射板と受光面側保護材とによって順次反射され太陽電池に導かれる。そのため、各配線材の表面における光学損失を抑制することによって、各太陽電池の光電変換効率を向上させることができる。さらに、各配線材に凹凸加工などを施す必要がないため、各配線材と各太陽電池との接着性が低減することを抑制できる。

本発明の特徴において、複数の太陽電池は、配列方向に沿って順次配列される第１乃至第３太陽電池を含み、複数の配線材は、第１太陽電池の受光面と第２太陽電池の裏面とに接続される一の配線材と、第２太陽電池の受光面と第３太陽電池の裏面とに接続される他の配線材とを有しており、複数の接続部分は、一の配線材のうち第１太陽電池の受光面に接続される部分と、他の配線材のうち第２太陽電池の受光面に接続される部分とを含んでいてもよい。

この場合、反射板のうち複数の接続部分と対向する表面は、絶縁性を有していてもよい。また、反射板は、複数の接続部分上に配置される複数の導電部と、複数の導電部どうしに連通する絶縁部とを有していてもよい。

本発明の特徴において、複数の太陽電池は、配列方向に沿って配列される第１及び第２太陽電池を含み、複数の配線材は、第１太陽電池の受光面と第２太陽電池の受光面とに接続される一の配線材を有しており、複数の接続部分は、一の配線材のうち第１太陽電池の受光面に接続される部分と、一の配線材のうち第２太陽電池の受光面に接続される部分とを含んでいてもよい。この場合、反射板は、導電性材料によって構成されていてもよい。

本発明によれば、配線材と太陽電池との良好な接着を維持しつつ、配線材の表面における光学損失の低減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１００の概略構成について、図１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。

太陽電池モジュール１００は、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、複数の太陽電池１０（太陽電池１０ａ〜太陽電池１０ｃ）と、複数の配線材１１と、反射板１２とを備える。各太陽電池１０は、各配線材１１によって互いに電気的に接続される。反射板１２は、受光面側保護材２と各太陽電池１０との間に配置される。具体的には、反射板１２は、各配線材１１上に配置される。太陽電池ストリング１の詳細な構成については後述する。

各太陽電池１０は、受光面側保護材２と対向する受光面と、受光面の反対側に設けられ、裏面側保護材３と対向する裏面とを有する。各太陽電池１０は、配列方向Ｈに沿って配列される。太陽電池１０の詳細な構成については後述する。

受光面側保護材２は、各太陽電池１０の受光面側に配置され、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。

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箔等の金属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。

（太陽電池の構成）
以下において、第１実施形態に係る太陽電池１０の構成について図面を参照しながら説明する。図２（ａ）は、太陽電池１０を受光面側から見た平面図である。図２（ｂ）は、太陽電池１０を裏面側から見た平面図である。

図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、太陽電池１０は、光電変換部２０、細線電極３０及び接続用電極４０を備える。細線電極３０及び接続用電極４０は、太陽電池１０の受光面上及び裏面上において同様に櫛型状に形成される。

光電変換部２０は、受光により光生成キャリアを生成する。光生成キャリアとは、太陽光が光電変換部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を用いて形成することができる。

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。細線電極３０は、光電変換部２０上において、配列方向Ｈと略直交する直交方向Ｋに沿って複数本形成される。細線電極３０は、例えば、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）などで形成できる。なお、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。また、太陽電池１０の裏面には、細線電極３０に替えて、裏面全面を覆う集電電極を形成してもよい。

接続用電極４０は、各配線材１１を接続するための電極である。接続用電極４０は、光電変換部２０上において、配列方向Ｈに沿って形成される。接続用電極４０は、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）などで形成できる。なお、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。例えば、光電変換部２０の寸法が約１００ｍｍ角である場合には、約１．５ｍｍ幅の接続用電極４０を２本形成できる。

（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１の構成について図面を参照しながら説明する。図３は、太陽電池ストリング１の拡大側面図である。図４は、太陽電池ストリング１を受光面側から見た平面図である。

図３に示すように、各配線材１１は、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とを電気的に接続する。具体的には、各配線材１１は、配列方向Ｈに沿って、一の太陽電池１０の受光面上に形成された接続用電極４０と、他の太陽電池１０の裏面上に形成された接続用電極４０とに接続される。なお、本実施形態に係る各太陽電池１０の受光面は一の極性を有しており、裏面は他の極性を有している。従って、各太陽電池１０は、各配線材１１によって電気的に直列に接続される。

このように、各配線材１１は、一の太陽電池１０の受光面上に接続される接続部分１１ａと、他の太陽電池１０の裏面上に接続される接続部分１１ｂと、接続部分１１ａと接続部分１１ｂとに連通する連通部分１１ｃとを有する。

各配線材１１は、低抵抗体と、低抵抗体の外周を覆う導電体とによって構成される。低抵抗体としては、薄板状または縒り線状の銅、銀、金、錫、ニッケル、アルミニウム、或いはこれらの合金などを用いることができる。導電体としては、鉛フリー半田メッキや錫メッキなどを用いることができる。

ここで、反射板１２は、図３に示すように、各配線材１１それぞれの接続部分１１ａ上に跨って配置される。なお、図示しないが、反射板１２は、樹脂接着剤などを用いて各接続部分１１ａに接着される。従って、図４に示すように、反射板１２は、太陽電池ストリング１を受光面側から見た平面視において、配列方向Ｈに沿って、各太陽電池１０に跨って配置される。

反射板１２は、導電性を有する金属材料や、絶縁性を有する無機材料、或いは樹脂材料などによって構成される。ここで、反射板１２のうち各接続部分１１ａと対向する表面は、絶縁性を有する。これにより、各太陽電池１０どうしが電気的に短絡することを抑制できる。具体的には、反射板１２が導電性材料によって構成される場合、各接続部分１１ａと対向する表面を絶縁加工すること、或いは、絶縁性の接着剤を用いて反射板１２を各接続部分１１ａに接着することが好ましい。

また、反射板１２のうち受光面側保護材２と対向する表面（上面）は、光反射性を有する。具体的には、図３に示すように、反射板１２の上面全体に複数の凹凸が形成される。これにより、反射板１２（各配線材１１）に向かって入射する光は、各凹凸の表面で反射（散乱）される。各凹凸の表面で反射された光は、受光面側保護材２と空気との界面で再び反射され、光電変換部２０に入射する。なお、反射板１２の上面に形成される凸部の低角は、凸部表面で反射された光が、受光面側保護材２と空気との界面で全反射されるように決定されることが好ましい。

また、反射板１２の上面は、光反射性、すなわち、光を散乱させる性質を有していれば良く、複数の凹凸が形成されることに限られるものではない。例えば、反射板１２として白色材料を用いることにより、又は、反射板１２の上面を白色に塗布することによって、反射板１２に入射する光を散乱させてもよい。

（作用及び効果）
第１実施形態に係る太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池１０と、複数の太陽電池１０を互いに電気的に接続する配線材１１と、複数の太陽電池１０と受光面側保護材２との間に配置された反射板１２とを備える。各配線材１１は、各太陽電池１０の受光面上に接続される接続部分１１ａを有する。反射板１２は、各配線材１１の接続部分１１ａ上に跨って配置される。反射板１２の上面は、光反射性を有する。

このように、各配線材１１に向かって入射する光は、反射板１２と受光面側保護材２とによって順次反射され光電変換部２０に導かれる。そのため、各配線材１１の表面における光学損失を抑制することによって、各太陽電池１０の光電変換効率を向上させることができる。

また、各配線材１１に凹凸加工などを施す必要がないため、各配線材１１と各太陽電池１０（接続用電極４０）との接着性が低減することを抑制できる。

また、反射板１２は、各配線材１１によって接続された各太陽電池１０上に樹脂接着剤を介して配置すればよいため、太陽電池モジュールの製造工程において、簡便に取り付けることができる。

また、反射板１２のうち各配線材１１の接続部分と対向する表面は絶縁性を有するため、各太陽電池１０が互いに短絡することを抑制できる。具体的には、反射板１２のうち各接続部分１１ａと対向する表面を絶縁加工することにより、或いは、絶縁性の接着剤を用いて反射板１２を各接続部分１１ａに接着することにより、各太陽電池１０が互いに短絡することを抑制できる。

［第２実施形態］
以下において、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、上述した第１実施形態と第２実施形態との相違点について主として説明する。

具体的には、第２実施形態では、反射板１２は、接続部分上に配置される複数の導電部と、導電部どうしに連通する複数の絶縁部とを有する。

（太陽電池ストリングの構成）
以下において、第２実施形態に係る太陽電池ストリング１の構成について図面を参照しながら説明する。図５は、太陽電池ストリング１の拡大側面図である。図６は、太陽電池ストリング１を受光面側から見た平面図である。

図５及び図６に示すように、反射板１２は、各配線材１１の各接続部分１１ａ上に配置される複数の導電部１２ａと、各導電部１２ａに連通する絶縁部１２ｂとを有する。

導電部１２ａは、金属等の導電性材料によって構成される。本実施形態に係る反射板１２の表面には絶縁加工が施されておらず、接続部分１１ａと導電部１２ａとは電気的に接続されている。

絶縁部１２ｂは、周知の絶縁材料を用いて構成されており、各導電部１２ａどうしを電気的に分離する。なお、導電部１２ａと絶縁部１２ｂとは一体成形されており、導電部１２ａ及び絶縁部１２ｂのうち受光面側保護材２と対向する面は、光反射性を有する。

（作用及び効果）
第２実施形態に係る反射板１２は、複数の導電部１２ａと各導電部１２ａどうしに連通する絶縁部１２ｂとを有する。

従って、反射板１２のうち接続部分と対向する表面には絶縁加工を施すことなく、各太陽電池１０の短絡を抑制できる。

また、導電部１２ａと接続部分１１ａとが電気的に接続されるため、各導電部１２ａは各配線材１１の一部として機能する。従って、各配線材１１の電気的な内部抵抗を低減することができる。

また、導電部１２ａと絶縁部１２ｂとは一体成形されているため、太陽電池モジュールの製造工程において、反射板１２を簡便に配置することができる。

［第３実施形態］
以下において、第３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、上述した第１実施形態と第３実施形態との相違点について主として説明する。

具体的には、第３実施形態では、各配線材１１は、各太陽電池１０の受光面どうし、又は、各太陽電池１０の裏面どうしに接続される。

（太陽電池ストリングの構成）
図７は、第３実施形態に係る太陽電池ストリングの拡大側面図である。第３実施形態では、複数の配線材１１は、各太陽電池１０の受光面側に配置される配線材１１１と、各太陽電池１０の裏面側に配置される配線材１１２とを含む。

配線材１１１は、図７に示すように、隣接する２つの太陽電池１０（太陽電池１０ａ及び太陽電池１０ｂ）それぞれの受光面に接続される接続部分１１ａと、各接続部分１１ａに連通する連通部分１１ｃとを有する。配線材１１２は、隣接する太陽電池１０それぞれの裏面に接続される接続部分１１ｂと、各接続部分１１ｂに連通する連通部分１１ｃとを有する。

ここで、第３実施形態では、太陽電池１０ａの受光面の極性と太陽電池１０ｂの受光面の極性とは異なっており、太陽電池１０ａと太陽電池１０ｂとは、配線材１１１によって電気的に直列に接続されている。

反射板１２は、図７に示すように、配線材１１１が有する各接続部分１１ａ上に跨って配置される。すなわち、第３実施形態に係る反射板１２は、配列方向に沿って、各配線材１１１上に配置される。また、反射板１２は、金属等の導電性材料によって構成されており、反射板１２と各配線材１１とは電気的に接続されている。

（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、各配線材１１が各太陽電池１０を電気的に直列に接続することとしたが、これに限られるものではない。図８に示すように、一の配線材１１は、太陽電池１０ａと太陽電池１０ｂとを並列に接続し、太陽電池１０ｃと太陽電池１０ｄとを並列に接続するとともに、それらを直列に接続してもよい。

具体的には、図８（ａ）に示すように、配線材１１は、太陽電池１０ａ及び太陽電池１０ｂそれぞれの受光面に接続される接続部分１１ａと、太陽電池１０ｃ及び太陽電池１０ｄそれぞれの裏面に接続される接続部分１１ｂと、接続部分１１ａ及び接続部分１１ｂに連通する連通部分１１ｃを有する。反射板１２は、各配線材１１の接続部分１１ａ上に跨って配置される。

この場合、反射板１２のうち接続部分１１ａと対向する表面は絶縁性を有することが好ましいが、これに限られるものではない。具体的には、図８（ｂ）に示すように、反射板１２は、各接続部分１１ａ上に配置される導電部１２ａと、各導電部１２ａどうしに連通する絶縁部１２ｂとを有していてもよい。

また、上記実施形態では、反射板１２を各接続部分１１ａ上に配置したが、太陽電池１０が両面受光型太陽電池である場合には、反射板１２は、各接続部分１１ｂ上に跨って配置されてもよい。すなわち、反射板１２は、各太陽電池１０と裏面側保護材３との間に配置されてもよい。

また、上記実施形態では、細線電極３０及び接続用電極４０を櫛型状に形成したが、これに限られるものではない。例えば、太陽電池１０の受光面上及び裏面上に接続用電極４０を形成せず、各配線材１１を受光面上及び裏面上に直接接続することとしてもよい。

また、上記実施形態では特に触れていないが、反射板１２は複数の太陽電池１０上に跨って配置されていればよく、太陽電池１０の数に制限はない。

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。

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の拡大側面図である。 本発明の第１実施形態に係る太陽電池ストリング１を受光面側から見た平面図である。 本発明の第２実施形態に係る太陽電池ストリング１の拡大側面図である。 本発明の第２実施形態に係る太陽電池ストリング１を受光面側から見た平面図である。 本発明の第３実施形態に係る太陽電池ストリングの拡大側面図である。 本発明の実施形態に係る太陽電池ストリングの拡大側面図である。

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
１１…配線材
１１ａ…接続部分
１１ｂ…接続部分
１１ｃ…連通部分
１１１…配線材
１１２…配線材
１２…反射板
１２ａ…導電部
１２ｂ…絶縁部
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 (3)

1. 受光面側保護材と裏面側保護材との間に封止され、配列方向に沿って配列される第１乃至第３太陽電池を含む複数の太陽電池と、
   前記第１太陽電池の前記受光面と前記第２太陽電池の前記裏面とに接続される第１の配線材と、
   前記第２太陽電池の前記受光面と前記第３太陽電池の前記裏面とに接続される第２の配線材と、
   前記第１の配線材および前記第２の配線材に接続され、前記配列方向に沿って配置される反射板と
   を備え、
   前記複数の太陽電池それぞれは、前記受光面側保護材と対向する受光面と、前記受光面の反対側に設けられる裏面とを有し、
   前記第１の配線材は、前記第１太陽電池の前記受光面に接続される第１の接続部分を含み、
   前記第２の配線材は、前記第２太陽電池の前記受光面に接続される第２の接続部分を含み、
   前記反射板は、前記第１の接続部分と前記第２の接続部分との上に跨って、前記第１の配線材と前記第２の配線材とが絶縁されるように接着され、
   前記反射板の前記受光面側保護材と対向する表面は、光反射性を有する凹凸が形成されることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記反射板のうち前記第１及び第２の接続部分と対向する表面は、絶縁性を有す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. 前記反射板は、
   前記第１及び第２の接続部分上にそれぞれ配置される複数の導電部と、
   前記複数の導電部どうしに連通する絶縁部と、を有す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。

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