(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射側の表面ガラス部材と裏面部材の間に太陽電池素子が封止樹脂で封止されてなる太陽電池モジュールであって、前記表面ガラス部材とは逆側に太陽電池素子の半導体接合が位置するように、太陽電池素子が配置され、且つ当該太陽電池素子は前記半導体接合形成側と逆側において光入射が可能に構成されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記裏面部材が透光性部材であ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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、太陽電池モジュールに関するものであり、特に、表面部材及び裏面部材が透光性を有することにより、表裏両面側からの光入射を可能とした両面入射型太陽電池モジュールに用いて好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
光エネルギーを直接電気エネルギーに変換する太陽電池装置は、無尽蔵な太陽光をエネルギー源としているため、環境問題等から石油・石炭等の化石エネルギーに代わるエネルギー源として期待され、実用化が進められている。かかる太陽電池装置を実際のエネルギー源として用いるためには、通常複数個の太陽電池素子を電気的に直列、或いは並列に接続することによりその出力を高めた太陽電池モジュールが使用されている。
【０００３】
従来の太陽電池モジュールは、片面発電のものとしては、図３に示すように、表面ガラス１００と裏面部材１０１との間に複数個の太陽電池素子１１０…がＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）などの透光性且つ絶縁性を有する樹脂１０２で封止された構造になっている。また、裏面部材１０１には裏面からの水分の浸入を防ぐためにプラスチックフィルムでアルミニウム（Ａｌ）箔などの金属箔をサンドイッチした積層フィルムが用いられている。
【０００４】
太陽電池素子１１０は、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどから構成され、各太陽電池素子１１０間は銅箔板などの金属薄板からなる接続部材１１１…で直列に接続されている。これら太陽電池素子１１０は、例えば、図４に示すように、ｐ型単結晶シリコン基板１１０ａにｎ型不純物が拡散されてｎ型半導体層１１０ｂが形成され、半導体接合が形成されている。そして、基板１１０ａの裏面側にはアルミニウム（Ａｌ）からなる裏面電極１１０ｄが設けられている。基板１１０ａの裏面側には、裏面電極１１０ｄのＡｌが拡散されてｐ＋型拡散層１１０ｃが形成されている。表面側には、銀（Ａｇ）からなる櫛形電極１１０ｅが設けられ、さらに、反射防止層１１０ｆとして、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜が設けられている。
【０００５】
従来の太陽電池モジュールは、図４に示すように、光入射側の表面ガラス１００側に半導体接合が配置される構造となっている。これは多くのキャリアが光入射側で発生し、この部分で接合による強い電界を用いてキャリア分離を行うためである。
【０００６】
また、太陽電池素子の光の有効利用を図るべく、光入射側の電極のみならず裏面側の電極まで透明電極の構成にし、太陽電池素子の表裏両面から光を入射させるように構成した太陽電池素子が提案されている。このような構造においては、裏面部材も透光性部材が用いられる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、太陽電池モジュールは、一般に屋外で長期間使用されるため耐候性に優れている必要がある。上述した裏面部材１０１として金属箔をプラスチックフィルムでサンドイッチした積層フィルムを用いた場合には、外部からの水分侵入が抑制され、長期間に亘って、高い発電性能を得ることができる。
【０００８】
しかしながら、裏面部材として透光性の樹脂フィルムを用いた場合には、金属箔をプラスチックフィルムでサンドイッチした積層フィルムに比べ水分が侵入しやすくなるため、さらに水分侵入の対策の必要がある。また、かかる透光性の樹脂フィルムとして水分透過率の小さいフイルムを用いることも提案されているが、依然として改善の余地が残っていた。
【０００９】
この発明は、上述した従来の問題点を解消するためになされたものにして、耐湿性を改善することにより、信頼性を向上させた太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
まず、この発明者らは上述した水分の侵入による発電性能の低下の原因を調べるために、図３に示す構造において、裏面部材１０１にアルミニウム（Ａｌ）箔をＰＶＦ（ポリ弗化ビニル）でサンドイッチした積層フィルムを用いた太陽電池モジュールと、ＰＶＦフィルムだけを用いた太陽電池モジュールの２種類のモジュールを作成し、それぞれについて耐湿試験（ＪＩＳ  Ｃ８９１７）を行った。なお、これら太陽電池モジュール内に配置した太陽電池素子は、光入射側の表面ガラス側に半導体接合が配置されている。また、試験は、８５℃、湿度９３％に保持された恒温漕中に１０００時間入れた前後での太陽電池特性を調べるもので、出力値が９５％以上であることが合格の基準として定められている。ここでは、恒温漕中に入れる時間を１０００時間として試験を行った。その結果、得られた出力変化率は裏面部材に積層フィルムを用いた場合９９．０％であり、ＰＶＦフィルムを用いた場合は、９２．０％であった。そして、この２種類の太陽電池モジュールについて鋭意検討したところ、太陽電池素子を封止する樹脂１ｇ中に存在するナトリウム量が、積層フィルムを用いた場合０．３μｇ／ｇであるのに対して、ＰＶＦフィルムを用いた場合は３μｇ／ｇであり、出力変化率と相関関係があり、樹脂中のナトリウム量が多いほど発電性能が低下することが分かった。
【００１１】
かかるナトリウム量の増加はモジュール中に侵入した水分の存在によるものと考えられる。すなわち、裏面部材に積層フィルムを用いた場合は太陽電池モジュールの外周部から水分が侵入するが、裏面部材に樹脂フィルムを用いた場合にはこの樹脂フィルムを透過しても水分が侵入することになるので、樹脂フィルムを裏面部材に用いた方が太陽電池モジュール中に侵入する水分量が多くなる。
【００１２】
そして、太陽電池モジュール中に水分が侵入すると、表面ガラスから析出したナトリウムイオンが水分を含んだ樹脂内を移動して太陽電池素子表面まで達し、太陽電池素子内でトラップ順位を形成してキャリアロスを引き起こし、太陽電池素子の発電性能を低下させるために、裏面に樹脂フィルムを用いた方が発電性能が低下したものと推察される。この原因については、今のところ明らかではないが、ナトリウム（Ｎａ）はシリコン（Ｓｉ）とは直接結合せず、酸素を介して影響を与えるようである。したがって、表面に自然酸化膜を有する不純物拡散層（ドープ層）、あるいは基板中の微存酸素と結びついて作用すると予想される。ドープ層に順位を形成した場合はキャリアの減少により作り込み電界を弱めること、界面部分への影響では再結合を増加させて特性を低下させる可能性があることなどが考えられる。
【００１３】
この発明は、表面ガラスから析出されるナトリウムなどのアルカリ成分が太陽電池素子の半導体接合に影響を及ぼさないようにし、信頼性を向上させるものである。
【００１４】
この発明の太陽電池モジュールは、上述したことを考慮してなされたものにして、光入射側の表面ガラス部材と裏面部材の間に太陽電池素子が封止樹脂で封止されてなる太陽電池モジュールであって、前記表面ガラス部材とは逆側に太陽電池素子の半導体接合が位置するように、太陽電池素子が配置され、且つ当該太陽電池素子は前記半導体接合形成側と逆側において光入射が可能に構成されていることを特徴とする。
【００１６】
前記裏面部材を透光性部材で構成することができる。
【００１７】
上記した構成によれば、ナトリウムイオンなどのアルカリ成分が厚いバルク半導体により遮られるため、電界形成に重要な接合部への影響が実質上なくすことができる。従って、太陽電池素子の発電性能の低下を防ぐことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態につき図面に従い説明する。図１は、この発明の第１の実施形態にかかる太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【００１９】
この実施の形態にかかる太陽電池モジュールは、表裏両面発電のものとしては、図１に示すように、表面ガラス１と裏面部材２との間に複数個の太陽電池素子３…がＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）などの透光性且つ絶縁性を有する樹脂４で封止された構造になっている。また、裏面部材２には裏面からの光の入射を可能にするためにＰＶＦ等からなる透明プラスチックフィルムが用いられている。なお、この図１においては、１つの太陽電池素子３部分だけを示しており、他の太陽電池素子３との間は、銅箔などの接続リードにより、直列及び／又は並列に接続されている。
【００２０】
この発明の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子３は、ｐ型単結晶シリコン基板３１にｎ型不純物が拡散されてｎ型半導体層３２が形成され、半導体接合が形成されている。そして、ｎ型半導体層３２上にＡｇからなる櫛形電極３３が設けられ、さらに、反射防止層３４として、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜が設けられている。
【００２１】
この太陽電池素子３は、表面ガラス基板１の逆側に太陽電池素子３の半導体接合が位置するように、太陽電池モジュール内に配置される。このため、この太陽電池素子３は、従来の太陽電池素子の接合形成側とは逆側の面に光入射を可能にすることが必要である。そこで、ガラス基板１側に位置することになるｐ＋型拡散層３５をアルミニウム（Ａｌ）拡散により形成した後、Ａｌを除去して光入射を可能に構成するか、成膜プロセスによりｐ＋型アモルファス半導体層を基板３１に形成することにより光入射可能に構成されている。そして、ｐ型半導体層３５上にＡｇからなる櫛形電極３６が設けられ、さらに、反射防止層３７として、二酸化シリコン（ＳｉＯ２）膜が設けられている。
【００２２】
上記した太陽電池モジュールは、表面ガラス１と裏面部材２の間に表面ガラス１と逆側に太陽電池素子３の半導体接合が位置するようにしてＥＶＡ樹脂シートで挟み、減圧下で加熱することにより、一体化される。そして、図１に示すように、表面ガラス１と裏面部材２との間に複数個の太陽電池素子３…が表面ガラス１とは逆側に半導体接合が配置された状態でＥＶＡ樹脂で封止されることになる。
【００２３】
このように、半導体接合を表面ガラス１より遠ざけた場合には、ナトリウムイオンなどのアルカリ成分が厚いバルク半導体により遮られるため、電界形成に重要な接合部への影響が実質上なくすことができる。従って、太陽電池素子３の発電性能の低下を防ぐことができる。この結果、屋外におけるさらに長期な使用に耐えうる高い信頼性の太陽電池モジュールを供給することができる。
【００２４】
次に、上記した構造のこの発明の太陽電池モジュールと従来構造の太陽電池モジュールをそれぞれ用意し、耐湿性試験を行った結果を示す。この試験は８５℃、湿度９３％に保持された恒温漕中に１０００時間入れた前後での太陽電池の特性を調べるもので、出力値は９５％以上であることが合格の基準として定められている。この結果を表１に示す。
【００２５】
本発明のサンプルは、裏面部材２として、裏面からの光の入射を可能とするためにＰＶＦ（ポリ弗化ビニル）で構成された透明プラスチックフィルムを用いた。また、従来例のサンプルは裏面部材として金属（Ａｌ）箔をＰＶＦからなるプラスチックフィルムでサンドイッチした積層フィルムを用いた。そして、従来例と本発明とは、裏面部材の材料の違いと半導体接合をガラス基板側に位置させたものと、ガラス基板とは逆の側に位置させて配置した以外は同じ構成にした。
【００２６】
【表１】
0003557148.tif 000002
【００２７】
表の各値は初期特性からの変化率を表している。表１から明らかなように、表面ガラス１の反対側の面側に半導体接合を配置したこの発明の実施形態においては、水分の浸入が多いプラスチックフィルムを裏面部材として用いたにもかかわらず特性の低下が少ないことがわかる。
【００２８】
次に、この発明の第２の実施形態につき、図２を参照して説明する。図２示すように、この実施形態は、単結晶シリコン基板と非晶質シリコン層との間に実質的に真性な非晶質シリコンを挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改善した構造（以下、ＨＩＴ構造という）において、表裏両面から光を入射可能にした太陽電池素子５を用いたものである。
【００２９】
図２に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板５１上に、真性非晶質シリコン層５２が形成され、その上にｐ型非晶質シリコン層５３が形成されている。そして、ｐ型非晶質シリコン層５３の全面にＩＴＯなどからなる受光面側の透明電極５４が設けられ、この受光面側透明電極５４上に銀（Ａｇ）等からなる櫛形集電極５５が形成されている。また、基板５１の反対面側には基板裏面に内部電界を導入したいわゆるＢＳＦ（Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）型構造になっている。すなわち、基板５１の反対面側に真性非晶質シリコン層５６を介してハイドープｎ型非晶質シリコン層５７が設けられている。このハイドープｎ型非晶質シリコン層５７の全面にＩＴＯなどからなる裏面側透明電極５８が形成され、この上に銀（Ａｇ）等からなる櫛形集電極５９が形成されている。このように、裏面側も結晶シリコン基板とハイドープ非晶質シリコン層との間に真性非晶質シリコン層を挟み、その界面での欠陥を低減し、ヘテロ接合界面の特性を改良したＢＳＦ構造になっている。
【００３０】
上記した太陽電池素子５が図示しない接続部材により複数個直列に接続される。そして、この実施形態においては、表面ガラス１側とは反対側に半導体接合が位置するように太陽電池素子５が配置されている。すなわち、ガラス基板１側には通常裏面側に相当する側の櫛形集電極５９側を配置し、裏面フィルム２側に半導体接合を形成するｐ型非晶質シリコン層５３が配置されている。
【００３１】
このように、表面ガラス１とＰＶＦなどの透明裏面フィルム２との間に太陽電池素子５が半導体接合をガラス基板１とは逆の位置に配置し、ＥＶＡ（エチレン・ビニル・アセテート）樹脂４を用いて封止されて、太陽電池モジュールが形成される。
【００３２】
このように、半導体接合を表面ガラス１より遠ざけた場合には、アルカリが厚いバルク半導体により遮られるため、電界形成に重要な接合部への影響が実質上なくすことができる。従って、太陽電池素子５の発電性能の低下を防ぐことができる。この結果、屋外におけるさらに長期な使用に耐えうる高い信頼性の太陽電池モジュールを供給することができる。
【００３３】
次に、上記した構造のこの発明の太陽電池モジュールと従来構造の太陽電池モジュールをそれぞれ用意し、耐湿性試験を行った結果を示す。この試験は８５℃、湿度９３％に保持された恒温漕中に１０００時間入れた前後での太陽電池の特性を調べるもので、出力値は９５％以上であることが合格の基準として定められている。この結果を表２に示す。
【００３４】
本発明のサンプルは、裏面部材２として、裏面からの光の入射を可能とするためにＰＶＦ（ポリ弗化ビニル）で構成された透明プラスチックフィルムを用いた。また、従来例のサンプルは裏面部材として金属（Ａｌ）箔をＰＶＦからなるプラスチックフィルムでサンドイッチした積層フィルムを用いた。そして、従来例と本発明とは、裏面部材の材料の違いと半導体接合をガラス基板側に位置させたものと、ガラス基板とは逆の側に位置させて配置した以外は同じ構成にした。
【００３５】
【表２】
0003557148.tif 000003
【００３６】
表の各値は初期特性からの変化率を表している。表２から明らかなように、表面ガラス１の反対側の面側に半導体接合を配置したこの発明の実施形態においては、水分の浸入が多いプラスチックフィルムを裏面部材として用いたにもかかわらず特性の低下が少ないことがわかる。
【００３７】
上記した実施形態においては、太陽電池素子として、熱拡散型の単結晶シリコン太陽電池素子、ＨＩＴ構造の太陽電池素子を用いた場合につき説明したが、この発明は、他の単結晶シリコンや多結晶シリコンを用いた結晶系太陽電池素子、非晶質系太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールにも適用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、表面ガラスから析出したナトリウムイオンが太陽電池素子へ到達することが抑制され、太陽電池の素子発電性能を低下させるまでの時間が延び、屋外におけるさらに長期な使用に耐えうる高い信頼性の太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。
【図２】この発明の他の実施の形態にかかる太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。
【図３】従来の太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。
【図４】従来の太陽電池モジュールを示す模式的断面図である。
【符号の説明】
１  表面ガラス
２  裏面部材
３  太陽電池素子
【図１】
0003557148.tif 000004
【図２】
0003557148.tif 000005
【図３】
0003557148.tif 000006
【図４】
0003557148.tif 000007