(57)【要約】  この太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池アレイ１１から構成されている。太陽電池アレイ１１は、各行の複数の球状半導体素子２０と、少なくとも１対のバイパスダイオード４０と、複数の球状半導体素子２０と複数のバイパスダイオード４０を並列接続する１対のリード部材１４とを備え、リード部材１４は、複数の球状半導体素子２０が電気的に接続され且つ球状半導体素子２０の半径以下の狭幅の１又は複数のリードストリング１５と、リード部材１４の少なくとも両端部にリードストリング１５と一体的に形成され且つバイパスダイオード４０が球状半導体素子に電気的に逆接続され且つバイパスダイオード４０の幅以上の広幅の複数のリード片１６とを有する。
2010070714.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数行複数列のマトリックス状に配置され且つ光電変換機能を有する複数の球状半導体素子を有し、各行の複数の球状半導体素子をそれらの導電方向をマトリックスの列方向に揃えてリード部材を介して並列接続した太陽電池アレイに構成した太陽電池モジュールにおいて、
前記球状半導体素子は、ｐ形又はｎ形の球状半導体と、この球状半導体の表層部に形成された部分球面状のｐｎ接合とを備え、
前記太陽電池アレイは、各行の複数の球状半導体素子と、少なくとも１対のバイパスダイオードと、複数の球状半導体素子と複数のバイパスダイオードを並列接続する１対のリード部材とを備え、
前記リード部材は、複数の球状半導体素子が電気的に接続され且つ球状半導体素子の半径以下の狭幅の１又は複数のリードストリングと、リード部材の少なくとも両端部に前記リードストリングと一体的に形成され且つ前記バイパスダイオードが球状半導体素子と電気的に逆並列に接続され且つ前記バイパスダイオードの幅以上の広幅の複数のリード片とを有する、
ことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記球状半導体素子は、その中心を通り前記列方向と平行な軸線上において球状半導体素子の両端部にドット状に形成され且つｐｎ接合の両端に低抵抗接続された１対の第１導電接続部を介して前記リードストリングに接続された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。
【請求項３】
前記バイパスダイオードは、その中心を通り前記列方向と平行な軸線上においてバイパスダイオードの両端部に形成され且つバイパスダイオードのｐｎ接合の両端に低抵抗接続された１対の第２導電接続部を介して前記リード片に接続されたことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
複数行の全部の複数の球状半導体素子の導電方向を同一方向に揃え、マトリックスの列方向に隣接する太陽電池アレイは、それら太陽電池アレイの間に位置するリード部材を共有し、各列の複数の球状半導体素子及び各列の複数のバイパスダイオードは複数のリード部材を介して直列接続されたことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
複数行の全部の複数の球状半導体素子の導電方向を同一方向に揃え、マトリックスの列方向に隣接する太陽電池アレイ同士間に絶縁材料製の１又は複数のスペーサを設け、リード部材の少なくとも一端部に外部リードを一体形成したことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記複数の太陽電池アレイは平板状に構成され、
これら複数の太陽電池アレイの両面側を塞ぐ平行な１対のパネル部材を設け、前記１対のパネル部材の間に複数の球状半導体素子と複数のリード部材を樹脂封止する透明合成樹脂を充填し、少なくとも太陽光の入射側のパネル部材を透明材料で構成した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。
【請求項７】
前記複数の太陽電池アレイはマトリックスの行方向に複数等分した１又は複数の変曲点において連なる複数の部分円筒面状、又は１つの部分円筒面状に構成され、
これら複数の太陽電池アレイの太陽光入射側の面を塞ぎ且つ前記１又は複数の部分円筒面に沿う形状の透明材料製の第１湾曲パネル部材と、複数の太陽電池アレイの太陽光入射側と反対側の面を塞ぎ且つ前記１又は複数の部分円筒面に沿う形状の第２湾曲パネル部材を設け、前記第１，第２湾曲パネル部材の間に複数の球状半導体素子と複数のリード部材を樹脂封止する透明合成樹脂を充填した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。
【請求項８】
前記マトリックスの行方向におけるリード部材の１又は複数の途中部に前記リード片と同様の１又は複数の中間リード片が一体形成され、各行の１又は複数の中間リード片に対応するバイパスダイオードを設けたことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記１対のパネル部材間に挟着された複数のリード片により、１対のパネル部材間の間隔を設定するように構成したことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記第１，第２湾曲パネル部材間に挟着された複数のリード片により、第１，第２湾曲パネル部材間の間隔を設定するように構成したことを特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記リード片の外端部に、太陽電池モジュールの組み立て時に外部の案内部材に係合させる為の係合部を形成した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。
【請求項１２】
前記１対のパネル部材のうち、太陽光の入射側と反対側のパネル部材の内面または外面に反射膜又は装飾を施したプリント膜を形成したことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
複数行複数列のマトリックス状に配置され且つ光電変換機能を有する複数の球状半導体素子を有し、各行の複数の球状半導体素子をそれらの導電方向をマトリックスの列方向に揃えてリード部材を介して並列接続した太陽電池アレイに構成した太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュールの製造方法において、
ｐ形又はｎ形の球状半導体とこの球状半導体の表層部に形成された部分球面状のｐｎ接合とを夫々有する複数の球状半導体素子を予め準備し、且つ前記球状半導体素子と同様の大きさの球状の複数のバイパスダイオードを予め準備する第１工程と、
薄金属シートに複数行複数列にスリット状の複数の開口部を形成し、行方向両端部と列同士間に列方向に連続するバンド部を形成すると共に、複数の開口部同士間に球状半導体素子の半径以下の狭幅の複数のリードストリングを形成する第２工程と、
前記複数のリードストリングの各々の上に複数の球状半導体素子を接続する為の半固体状の第１導電接続材料を複数のスポット状に塗布すると共に、前記バンド部における複数のリードストリングに対応する部位に、バイパスダイオードを夫々接続する為の半固体状の第２導電接続材料をスポット状に塗布する第３工程と、
前記複数の第１導電接続材料に複数の球状半導体素子の正極又は負極を夫々接続すると共に、前記複数の第２導電接続材料に複数のバイパスダイオードの陰極又は陽極を夫々接続する第４工程と、
前記複数のリードストリング上の複数の球状半導体素子の頂部に夫々スポット状に第１導電接続材料を塗布すると共に、前記複数のバンド部上の複数のバイパスダイオードの頂部に夫々スポット状に第２導電接続材料を塗布する第５工程と、
前記複数の球状半導体素子と複数のバイパスダイオードを配置した薄金属シートを加熱して、第１，第２導電接続材料を固化させて第１，第２導電接続部とする第６工程と、
前記薄金属シートのバンド部をリードストリング同士間の中間に対応する位置において分断してリード片にすることで、各行の複数の球状半導体素子と複数のバイパスダイオードと１つのリード部材とを含む太陽電池サブアレイを製作する第７工程と、
前記太陽電池サブアレイにおける複数の球状半導体素子の頂部の第１導電接続部と、複数のバイパスダイオードの頂部の第２導電接続部に導電接着材を塗布する第８工程と、
所定の組み立て治具の１対の案内部により、前記太陽電池サブアレイの両端の１対のリード片を案内しながら、複数の太陽電池サブアレイを順次積層していって複数の球状半導体素子と複数のバイパスダイオードを複数行複数列のマトリックス状セル集合体に組み立てる第９工程と、
前記マトリックス状セル集合体を加熱処理することにより、導電接着材を固化させる第１０工程と、
を備えたことを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１４】
前記第１０工程の次に、前記マトリックス状セル集合体を少なくとも一方が透明な１対のパネル部材間に配置すると共に１対のパネル部材間に透明合成樹脂を充填し、その後加熱処理する第１１工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１５】
前記第２工程において、前記スリット状の開口部として円弧形状の開口部を形成すると共に、各列のリードストリングを円弧形状に形成することを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記第１０工程に続き、前記マトリックス状セル集合体を少なくとも一方が透明な第１，第２湾曲パネル部材間に配置すると共に第１，第２湾曲パネル部材間に透明合成樹脂を充填し、その後加熱処理する第１１工程を有することを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュール及びその製造方法に関し、特に複数の球状太陽電池セルを導電接続機構の狭幅のリードストリングに固着し、複数のバイパスダイオードを導電接続機構の広幅のリード片に固着することで複数行複数列のマトリックス状に配置し、少なくとも太陽光入射側のパネル部材が光透過性である１対のパネル部材に一体的に組み込んだ太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、窓材に太陽電池セルを組み込んだパネル状の種々の太陽電池モジュールが既に実用化されている。これら太陽電池モジュールに組み込まれる太陽電池セルとして、平板状のシリコン結晶から形成された平板状太陽電池セル、球状のシリコン結晶から形成された球状太陽電池セル、ガラス基板上に成膜して形成された薄膜型太陽電池セルなどが採用されている。【０００３】
ここで、本願発明者は、特許文献１に示す球状太陽電池セルを提案している。この球状太陽電池セルは、直径が１〜２ｍｍのｐ形又はｎ形の球状シリコン単結晶と、この球状シリコン単結晶の表面近傍に形成された部分球面状のｐｎ接合と、球中心を挟んでｐ形又はｎ形表面領域の中心部に夫々低抵抗で接触するスポット状の正，負電極とを有するものである。正，負電極はセルの両端部にあるため、この太陽電池セルはどの方向の直射光に対しても偏りがない受光が可能であると共に、太陽電池セルの周囲の反射光や拡散光も受光できるので、外部の光利用効率が平板状太陽電池セルより格段に向上する。【０００４】
さらに、本願発明者は、特許文献２に示す太陽電池モジュールを提案している。この太陽電池モジュールにおいては、例えば、導電方向を揃えた２５個の球状太陽電池セルを、５行５列のマトリックス状に配置し、６本の金属製リードフレームからなる導電機構で挟着し、外周を透明樹脂（被覆材）でモールドした。特許文献３，４の太陽電池モジュールにも上記と同様のものが記載されている。【０００５】
ところで、上記の球状太陽電池セルにおいては、球状シリコン単結晶の重量当たりの出力を高めるため、直径が１〜２ｍｍ程度の球状シリコン単結晶が採用されている。各球状太陽電池セルの出力は、低出力（例えば、０．５ｍＷ程度）であるため、モジュールの大出力化を図るためには、直列接続される球状太陽電池セルの数や並列接続される球状太陽電池セルの数を増す必要がある。しかし、多数の小さな球状太陽電池セルを結線することは難しく、製造コストが高価になる。それ故、多数の球状太陽電池セルを結線する為の容易で且つ安価な製造方法が求められている。【０００６】
そこで、上記の特許文献２〜４の太陽電池モジュールの製造方法では、先ず、球状太陽電池セルを平板状リードフレームに形成された３本のリードストリング上に導電方向を揃えて等間隔に５個ずつ夫々接続する。次に、その上に同一形状のリードフレームを載置して接続し、さらに球状太陽電池セルをリードフレームの各リードストリング上に５個ずつ夫々接続する。以下、前記同様にリードフレームと太陽電池セルを順々に載置して接続し、リードフレームと直交方向に５行５列に配設された３組の太陽電池セル集合体を製造する。そのセル集合体を樹脂モールドすることで３組の太陽電池モジュールを製作する。【０００７】
これら特許文献２〜４の太陽電池モジュールにおいては、複数の球状太陽電池セルはメッシュ状の接続回路により直列且つ並列接続されているため、各々の太陽電池セルの出力電流に多少のばらつきがあっても並列接続を介して電流分布の均等化が図られる。これら一部の太陽電池セルが日陰になって出力電流が低下した場合も同様に電流分布の均等化が図られる。
【特許文献１】国際公開ＷＯ９８／１５９８３号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ０２／３５６１３号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ０３／０１７３８２号公報
【特許文献４】国際公開ＷＯ０３／０１７３８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の特許文献２〜４の太陽電池モジュールは、複数の球状太陽電池セルを含むサブアレイを複数段に積層した構造であるが、リードストリングの幅が太陽電池セルの半径よりも狭い一定幅に形成されているため、サブアレイを組み立ててからそのサブアレイを複数段に積層するような方法で製作することが不可能である。何故なら、サブアレイには自動組立装置のハンドで把持する把持部が無く、サブアレイを位置決めするのに適した係合部を形成することもできないからである。そのため、前記のような特殊な製造方法で制作しなければならず、製作コストが高価になる。【０００９】
上記の太陽電池モジュールの製造方法においては、複数のリードストリングを形成した金属板の間に複数の球状太陽電池セルを組み込んで複数行複数列の太陽電池セルの組立体を複数組作成し、その後それらを金型内に収容して樹脂モールドするため、複数な構造の金型が必要であるから、製作コストが高価になる。【００１０】
また、樹脂モールドの際に複数組の組立体の間に金型を挿入する必要があるため、組立体の間にスペースを確保することが必要である。それ故、複数のリードストリングを形成した金属板として大型の金属板が必要となり、金属板からスロットを打ち抜いたスクラップも多くなるため、製作コストが高価になる。【００１１】
本発明の目的は、能率的に組み立てることのできる太陽電池モジュール及びその製造方法を提供すること、樹脂封止する上で有利な太陽電池モジュール及びその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係る太陽電池モジュールは、複数行複数列のマトリックス状に配置され且つ光電変換機能を有する複数の球状半導体素子を有し、各行の複数の球状半導体素子をそれらの導電方向をマトリックスの列方向に揃えてリード部材を介して並列接続した太陽電池アレイに構成した太陽電池モジュールにおいて、前記球状半導体素子は、ｐ形又はｎ形の球状半導体と、この球状半導体の表層部に形成された部分球面状のｐｎ接合とを備え、前記太陽電池アレイは、各行の複数の球状半導体素子と、少なくとも１対のバイパスダイオードと、複数の球状半導体素子と複数のバイパスダイオードを並列接続する１対のリード部材とを備え、前記リード部材は、複数の球状半導体素子が電気的に接続され且つ球状半導体素子の半径以下の狭幅の１又は複数のリードストリングと、リード部材の少なくとも両端部に前記リードストリングと一体的に形成され且つ前記バイパスダイオードが球状半導体素子と電気的に逆並列に接続され且つ前記バイパスダイオードの幅以上の広幅の複数のリード片とを有することを特徴としている。【００１３】
本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、複数行複数列のマトリックス状に配置され且つ光電変換機能を有する複数の球状半導体素子を有し、各行の複数の球状半導体素子をそれらの導電方向をマトリックスの列方向に揃えてリード部材を介して並列接続した太陽電池アレイに構成した太陽電池モジュールを製造する太陽電池モジュールの製造方法において、ｐ形又はｎ形の球状半導体とこの球状半導体の表層部に形成された部分球面状のｐｎ接合とを夫々有する複数の球状半導体素子を予め準備し、且つ前記球状半導体素子と同様の大きさの球状の複数のバイパスダイオードを予め準備する第１工程と、薄金属シートに複数行複数列にスリット状の複数の開口部を形成し、行方向両端部と列同士間に列方向に連続するバンド部を形成すると共に、複数の開口部同士間に球状半導体素子の半径以下の狭幅の複数のリードストリングを形成する第２工程と、前記複数のリードストリングの各々の上に複数の球状半導体素子を接続する為の半固体状の第１導電接続材料を複数のスポット状に塗布すると共に、前記バンド部における複数のリードストリングに対応する部位に、バイパスダイオードを夫々接続する為の半固体状の第２導電接続材料をスポット状に塗布する第３工程と、前記複数の第１導電接続材料に複数の球状半導体素子の正極又は負極を夫々接続すると共に、前記複数の第２導電接続材料に複数のバイパスダイオードの陰極又は陽極を夫々接続する第４工程と、前記複数のリードストリング上の複数の球状半導体素子の頂部に夫々スポット状に第１導電接続材料を塗布すると共に、前記複数のバンド部上の複数のバイパスダイオードの頂部に夫々スポット状に第２導電接続材料を塗布する第５工程と、前記複数の球状半導体素子と複数のバイパスダイオードを配置した薄金属シートを加熱して、第１，第２導電接続材料を固化させて第１，第２導電接続部とする第６工程と、前記薄金属シートのバンド部をリードストリング同士間の中間に対応する位置において分断してリード片にすることで、各行の複数の球状半導体素子と複数のバイパスダイオードと１つのリード部材とを含む太陽電池サブアレイを製作する第７工程と、前記太陽電池サブアレイにおける複数の球状半導体素子の頂部の第１導電接続部と、複数のバイパスダイオードの頂部の第２導電接続部に導電接着材を塗布する第８工程と、所定の組み立て治具の１対の案内部により、前記太陽電池サブアレイの両端の１対のリード片を案内しながら、複数の太陽電池サブアレイを順次積層していって複数の球状半導体素子と複数のバイパスダイオードを複数行複数列のマトリックス状セル集合体に組み立てる第９工程と、前記マトリックス状セル集合体を加熱処理することにより、導電接着材を固化させる第１０工程と、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の太陽電池モジュールによれば、前記リード部材は、複数の球状半導体素子が電気的に接続され且つ球状半導体素子の半径以下の狭幅の１又は複数のリードストリングと、リード部材の少なくとも両端部に前記リードストリングと一体的に形成され且つ前記バイパスダイオードが電気的に接続され且つ前記バイパスダイオードの幅以上の広幅の複数のリード片とを有する。それ故、複数の球状半導体素子と複数のバイパスダイオードをリードストリングとリード片を含む１つのリード部材に取り付けた太陽電池サブアレイを製作し、これら複数のサブアレイを複数段に積層する際に、自動組立装置のハンドでリード片を把持することができる。また、前記サブアレイを積層する際に位置決めするための何らかの位置決め用係合部をリード片に形成することも可能であるから、自動組立装置により能率的に組み立てることができる太陽電池モジュールが得られる。【００１５】
しかも、太陽電池モジュールに１対のパネル部材を設け、これらパネル部材の間に、太陽電池モジュールのモジュール本体部分（太陽電池セルのセル集合体）を挟み込んで樹脂封止する場合に、複数のリード片を１対のパネル部材で挟持することで、１対のパネル部材の間隔を設定することができるから、樹脂封止する上で有利である。【００１６】
本発明の太陽電池モジュールの製造方法によれば、複数の太陽電池サブアレイを製作し、それらサブアレイを順次積層してパネル状のマトリックス状セル集合体に組み立てるため、それらマトリックス状セル集合体をパネル部材間に挟みこんで樹脂封止することが可能になる。そのため、複雑な構造の金型を用いることなく、１対のパネル部材間に前記セル集合体を樹脂封止することが可能となる。それ故、太陽電池モジュールの製造コストを低減することができ、太陽電池モジュールの大型化が可能になる。【００１７】
各リードストリングの両端部にリード片を一体形成するので、複数の太陽電池サブアレイを製作してから、それらを積層して組み立てていく際に、自動組立装置のハンドでリード片を把持することができ、リード片を用いてサブアレイの位置決めを行うことができるので、太陽電池モジュールを能率的に精度よく組み立てることができる。太陽電池セルの組立体を樹脂封止する際に、複数のリード片を１対のパネル部材で挟持することで、１対のパネル部材の間隔を設定することができる。【００１８】
本発明の上記の構成に加えて、次のような種々の構成を採用してもよい。
（１）前記球状半導体素子は、その中心を通り前記列方向と平行な軸線上において球状半導体素子の両端部にドット状に形成され且つｐｎ接合の両端に低抵抗接続された１対の第１導電接続部を介して前記リードストリングに接続された。
（２）前記バイパスダイオードは、その中心を通り前記列方向と平行な軸線上においてバイパスダイオードの両端部に形成され且つバイパスダイオードのｐｎ接合の両端に低抵抗接続された１対の第２導電接続部を介して前記リード片に接続された。【００１９】
（３）複数行の全部の複数の球状半導体素子の導電方向を同一方向に揃え、マトリックスの列方向に隣接する太陽電池アレイは、それら太陽電池アレイの間に位置するリード部材を共有し、各列の複数の球状半導体素子及び各列の複数のバイパスダイオードは複数のリード部材を介して直列接続された。
（４）複数行の全部の複数の球状半導体素子の導電方向を同一方向に揃え、マトリックスの列方向に隣接する太陽電池アレイ同士間に絶縁材料製の１又は複数のスペーサを設け、リード部材の少なくとも一端部に外部リードを一体形成した。【００２０】
（５）前記複数の太陽電池アレイは平板状に構成され、これら複数の太陽電池アレイの両面側を塞ぐ平行な１対のパネル部材を設け、前記１対のパネル部材の間に複数の球状半導体素子と複数のリード部材を樹脂封止する透明合成樹脂を充填し、少なくとも太陽光の入射側のパネル部材を透明材料で構成した。【００２１】
（６）前記複数の太陽電池アレイはマトリックスの行方向に複数等分した１又は複数の変曲点において連なる複数の部分円筒面状、又は１つの部分円筒面状に構成され、これら複数の太陽電池アレイの太陽光入射側の面を塞ぎ且つ前記１又は複数の部分円筒面に沿う形状の透明材料製の第１湾曲パネル部材と、複数の太陽電池アレイの太陽光入射側と反対側の面を塞ぎ且つ前記１又は複数の部分円筒面に沿う形状の第２湾曲パネル部材を設け、前記第１，第２湾曲パネル部材の間に複数の球状半導体素子と複数のリード部材を樹脂封止する透明合成樹脂を充填した。【００２２】
（７）前記マトリックスの行方向におけるリード部材の１又は複数の途中部に前記リード片と同様の１又は複数の中間リード片が一体形成され、各行の１又は複数の中間リード片に対応するバイパスダイオードを設けた。
（８）前記１対のパネル部材間に挟着された複数のリード片により、１対のパネル部材間の間隔を設定するように構成した。【００２３】
（９）前記第１，第２湾曲パネル部材間に挟着された複数のリード片により、第１，第２湾曲パネル部材間の間隔を設定するように構成した。
（１０）前記リード片の外端部に、太陽電池モジュールの組み立て時に外部の案内部材に係合させる為の係合部を形成した。
（１１）前記１対のパネル部材のうち、太陽光の入射側と反対側のパネル部材の内面または外面に反射膜又は装飾を施したプリント膜を形成した。【００２４】
（１２）前記第１０工程の次に、前記マトリックス状セル集合体を少なくとも一方が透明な１対のパネル部材間に配置すると共に１対のパネル部材間に透明合成樹脂を充填し、その後加熱処理する第１１工程を有する。
（１３）前記第２工程において、前記スリット状の開口部として円弧形状の開口部を形成すると共に、各列のリードストリングを円弧形状に形成する。
（１４）前記第１０工程に続き、前記マトリックス状セル集合体を少なくとも一方が透明な第１，第２湾曲パネル部材間に配置すると共に第１，第２湾曲パネル部材間に透明合成樹脂を充填し、その後加熱処理する第１１工程を有する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施例１に係る太陽電池モジュールの正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】太陽電池セル集合体の正面図である。
【図５】太陽電池セル集合体の平面図である。
【図６】太陽電池セル集合体の底面図である。
【図７】図４のＶＩＩ―ＶＩＩ線断面図である
【図８】太陽電池セル集合体の等価回路図である。
【図９】複数の球状太陽電池セルと複数のリード部材の要部拡大断面図である。
【図１０】複数のバイパスダイオードと複数のリード部材の要部拡大断面図である。
【図１１】複数の開口部が形成された薄金属シートの平面図である。
【図１２】複数のリードストリングとバンド部に複数の導電ペーストを塗布した薄金属シートの平面図である。
【図１３】複数の導電ペースト上に複数の球状太陽電池セルと複数のバイパスダイオードが夫々配設された薄金属シートの平面図である。
【図１４】複数の球状太陽電池セルと複数のバイパスダイオードの頂部に導電ペーストが夫々塗布された薄金属シートの平面図である。
【図１５】薄金属シートを分断して形成された複数の太陽電池サブアレイの平面図である。
【図１６】複数の太陽電池サブアレイを積層して固着したマトリックス状セル集合体の正面図である。
【図１７】太陽電池モジュールの部分的変更形態の断面図である。
【図１８】太陽電池モジュールの部分的変更形態の断面図である。
【図１９】実施例２に係る太陽電池モジュールの正面図である。
【図２０】図１９のＸＸ−ＸＸ線断面図である。
【図２１】複数行複数列にスリット状の複数の開口部が形成された薄金属シートの平面図である。
【図２２】複数の導電ペースト上に複数の球状太陽電池セルと複数のバイパスダイオードが夫々配設された薄金属シートの平面図である。
【図２３】複数の球状太陽電池セルと複数のバイパスダイオードの頂部に導電ペーストが夫々塗布された薄金属シートの平面図である。
【図２４】薄金属シートを分断して形成された複数の太陽電池アレイの平面図である。
【図２５】複数の太陽電池アレイを積層して固着したマトリックス状セル集合体の側面図である。
【図２６】実施例３に係る太陽電池モジュールの正面図である。
【図２７】図２６のＸＸＶＩＩ−ＸＸＶＩＩ線断面図である。
【図２８】太陽電池セル集合体の正面図である。
【図２９】太陽電池セル集合体の平面図である。
【図３０】太陽電池セル集合体の底面図である。
【図３１】図２８のＸＸＸＩ−ＸＸＸＩ線断面図である。
【図３２】太陽電池セル集合体の等価回路図である。
【図３３】複数の太陽電池アレイを直列接続した状態の太陽電池セル集合体の正面図である。
【図３４】複数の太陽電池アレイを並列接続した状態の太陽電池セル集合体の正面図である。
【図３５】実施例３に係る太陽電池セル集合体を部分的に変更した太陽電池セル集合体の正面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１，１Ａ，１Ｂ                     太陽電池モジュール
３，４                      パネル部材
６，６６                    透明合成樹脂
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ       太陽電池セル集合体
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ       太陽電池アレイ
１２，１２Ａ                太陽電池サブアレイ
１３，１３Ａ，１３Ｂ        導電接続機構
１４，１４Ｂ                リード部材
１５                        リードストリング
１６                        リード片
１７                        中間リード片
２０                        球状太陽電池セル
２１                        ｐ形球状半導体
３１                        正電極
３２                        負電極
４０                        バイパスダイオード
４１                        ｎ形球状半導体
４７                        陽極
４８                        陰極
５０，５０Ａ                薄金属シート
６３，６４                  湾曲パネル部材
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明を実施するための最良の形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００２８】
先ず、太陽電池モジュール１の構成について説明する。
図１〜図３に示すように、この太陽電池モジュール１は、例えば鉛直姿勢に配設される矩形パネル状のものである。この太陽電池モジュール１は、光透過性の平板状の１対のパネル部材３，４と、パネル部材３，４間に挟着された複数の太陽電池アレイ１１から構成される太陽電池セル集合体１０と、パネル部材３，４間に充填された透明合成樹脂６と、複数の球状太陽電池セル２０の出力を外部出力する為の複数の外部リード８ｐ，８ｎとを有している。この太陽電池モジュール１では、下側の外部リード８ｐが正極、上側の外部リード８ｎが負極である。尚、図１の上下左右を上下左右として説明し、紙面手前側が太陽光入射側とする。【００２９】
パネル部材３，４は、複数の太陽電池アレイ１１の両面側を塞ぐため平行に設けられている。パネル部材３，４は、例えば、透明ガラス、透明なポリカーボネィト、アクリル、シリコン樹脂などから選択される何れかの材料から夫々形成されている。パネル部材３，４間に挟着された後述する複数のリード片１６と複数の中間リード片１７により、パネル部材３，４間の間隔が設定されている。尚、パネル部材３，４のうち、少なくとも太陽光の入射側のパネル部材は透明材料で構成されている。【００３０】
太陽電池セル集合体１０を樹脂封止する透明合成樹脂６が、パネル部材３，４間に充填されている。この透明合成樹脂６には、例えば、ＥＶＡ樹脂又はシリコン樹脂などの材料が使用される。尚、図１７，図１８に示すように、パネル部材３，４のうち、太陽光入射側と反対側のパネル部材４の内面に反射膜４ａ又は装飾を施したプリント膜４ａを設けても良いし、パネル部材４の外面に反射膜４ｂ又は装飾を施したプリント膜４ｂを設けても良い。【００３１】
図１に示すように、太陽電池モジュール１の下端部の複数の外部リード８ｐにおいては、その端部８ａがセル集合体１０の最下端のリード部材１４におけるリード片１６と中間リード片１７の下面に導電性接合部材８ｂにより夫々接着されている。そのため、下端部の外部リード８ｐは、セル集合体１０の最下端のリード部材１４に電気的に接続されている。【００３２】
太陽電池モジュール１の上端部の複数の外部リード８ｎにおいては、その端部８ａがセル集合体１０の最上端のリード部材１４におけるリード片１６と中間リード片１７の上面に導電性接合部材８ｂにより夫々接着されている。そのため、上端部の外部リード８ｎは、セル集合体１０の最上端のリード部材１４に電気的に接続されている。【００３３】
大型の太陽電池パネルを製造する場合には、前記モジュール１と同様の複数のモジュールを複数行複数列に並べ、上下に隣接するモジュール１同士を対向する外部リード８ｐ，８ｎを接続することにより電気的に接続し、それら複数のモジュールをアルミ製の外周フレームに組み付け、その外周フレームの出力端子から電力を取り出すように構成する。【００３４】
次に、太陽電池セル集合体１０について説明する。
図４〜図８に示すように、太陽電池セル集合体１０は、複数行複数列のマトリックス状に配設され且つ導電方向をマトリックスの列方向に揃えた光電変換機能を有する複数の球状太陽電池セル２０（球状半導体素子に相当する）と、導電方向をマトリックスの列方向に揃え且つ球状太陽電池セル２０と逆並列接続された複数のバイパスダイオード４０と、各行の複数の球状太陽電池セル２０及び複数のバイパスダイオード４０を並列接続すると共に各列の複数の球状太陽電池セル２０及び複数のバイパスダイオード４０を直列接続する導電接続機構１３とを有する。複数の太陽電池アレイ１１からなるセル集合体１０は平板状に構成されている。尚、複数の太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０が複数行複数列のマトリックス状に配列されている。【００３５】
セル集合体１０を構成する複数の太陽電池アレイ１１の各々は、各行の複数の球状太陽電池セル２０と、各行の複数のバイパスダイオード４０と、複数の球状太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０を並列接続する１対のリード部材１４，１４とを備えている。複数行の全部の複数の球状太陽電池セル２０は導電方向を同一方向に揃えられている。マトリックスの列方向に隣接する太陽電池アレイ１１は、それら太陽電池アレイ１１の間に位置するリード部材１４を共有している。各列の複数の球状太陽電池セル２０及び各列の複数のバイパスダイオード４０は複数のリード部材１４を介して直列接続されている。尚、太陽電池アレイ１１には、バイパスダイオード４０が少なくとも１対含まれている。【００３６】
次に、導電接続機構１３について説明する。
図４〜図７に示すように、導電接続機構１３は、マトリックスの複数の行間部とマトリックスの列方向の両端部に配設された複数の直線状のリード部材１４から構成されている。各リード部材１４は、このリード部材１４の両端部に形成された１対のリード片１６と途中部に形成された複数の中間リード片１７であってバイパスダイオード４０の直径（幅）以上の広幅の複数のリード片１６，１７と、これらリード片１６，１７同士間に形成された複数のリードストリング１５であって、太陽電池セル２０の半径以下の狭幅の複数のリードストリング１５とを有する。【００３７】
リード部材１４の途中部の中間リード片１７は、マトリックスの行方向の途中部に１又は複数設けられる。リード片１６と中間リード片１７は、マトリックスの列方向と直交状に配設され且つマトリックスの行方向と直交方向の幅がバイパスダイオード４０の直径よりも大きい。リード部材１４は、例えば、鉄ニッケル合金（Ｆｅ５６％，Ｎｉ４２％）の厚さ０．３ｍｍの薄金属板から構成されている。リード部材１４の表面は銀またはニッケルでメッキされている。リードストリング１５の幅は、例えば０．５ｍｍ〜０．７ｍｍである。リード片１６と中間リード片１７の幅は、例えば２．６〜３．０ｍｍである。    【００３８】
セル集合体１０の最上端のリード部材１４を除いて、各リードストリング１５の上面に、複数の太陽電池セル２０の正電極３１が固着されている。セル集合体１０の最下端のリード部材１４を除いて、各リードストリング１５の下面に、導電接着材１９を介して複数の太陽電池セル２０の負電極３２が固着されている（図９参照）。導電接続機構１３は、太陽電池セル２０を直列且つ並列接続するメッシュ状の接続回路を構成している。【００３９】
セル集合体１０の最上端のリード部材１４を除いて、リード片１６と中間リード片１７の上面に、複数のバイパスダイオード４０の陰極４８が固着されている。セル集合体１０の最下端のリード部材１４を除いて、リード片１６と中間リード片１７の下面に、複数のバイパスダイオード４０の陽極４７が導電接着材１９を介して固着されている（図１０参照）。【００４０】
上記のセル集合体１０の複数のリード片１６と複数の中間リード片１７がパネル部材３，４と直交する方向に向き、パネル部材３，４間に挟着されるため、複数のリード片１６と複数の中間リード片１７によりパネル部材３，４間の間隔が設定される。リード片１６の外端部には、後述するように太陽電池モジュール１の組立時に太陽電池サブアレイ１２を複数層に積層する際に自動組立装置の案内部材に係合させて案内する為の半円形切欠きからなる係合部１６ａが形成されている。【００４１】
次に、球状太陽電池セル２０の構造について説明する。
図９に示すように、太陽電池セル２０は、ｐ形半導体からなる球状半導体２１（シリコン単結晶）と、この球状半導体２１の表面の一部を研磨加工した平坦面２２と、球状半導体２１の中心を挟んで平坦面２２と対向する球状半導体２１の表層部にスポット状にｎ＋形拡散層２４を形成することで形成されたスポット状のｐｎ＋接合２５と、球状半導体２１の表層部にｎ形拡散層２６を形成することで形成された部分球面状のｐｎ接合２７と、球状半導体２１の中心を挟んで対向する表層部に形成されてｐｎ＋接合２５とｐｎ接合２７の両端に接合された１対の正，負電極３１，３２（第１導電接続部に相当する）と、正，負電極３１，３２を除く部分に成膜された反射防止膜３４とを有する。正電極３１は球状半導体２１の平坦面２２の中央部に低抵抗接続され、負電極３２はｎ形拡散層２６の表面に低抵抗接続されている。【００４２】
この球状太陽電池セル２０は、正，負電極３１，３２が球状半導体２１の中心を挟んで対称の位置にあり、スポット状に小さく形成されているため、球状半導体２１の表面に来る直射光、反射光、拡散光を受光することができるため、光利用効率が高いものとなっている。球状太陽電池セル２０同士をリード部材やその他の導電部材によって３次元の立体的に接続できるので、意匠性やデザイン性に優れた太陽電池モジュール１にすることが可能である。【００４３】
次に、この球状太陽電池セル２０の製造方法について簡単に説明する。
最初に、ｐ形の球状シリコン単結晶２１を用意する。このシリコン単結晶２１を製造するには、例えば、上部坩堝で溶融したｐ形不純物を含むシリコンの融液から液滴を自由落下させる。この液滴は、落下中に表面張力により真球になった後、冷却されて凝固し、球状結晶となる。球状結晶の直径が１．６ｍｍ程度となるように諸条件を設定するが、しばしば表面に小さな突起が発生するため、その突起を除去して寸法精度の高い球体に仕上げ加工を行い、例えば、直径約１．５ｍｍの真球とする。【００４４】
次に、その真球状のシリコン単結晶２１の一部を研磨加工して、直径０．７ｍｍ〜０．９ｍｍの平坦面２２を設ける。この平坦面２２は、以降の製造工程において球状結晶の転動を防止すると共に、電極形成と外部導体との接続の際の位置決めなどに利用する。次に、ｐ形シリコン単結晶２１を、酸素を含む雰囲気中で加熱して全面をシリコン酸化膜で覆い不純物拡散のマスクを形成する。【００４５】
次に、平坦面２２と対向するｐ形シリコン単結晶の表面のシリコン酸化膜をエッチングで除去して、直径０．７ｍｍ〜０．９ｍｍのシリコンを露出させる。次に、露出させたシリコン単結晶の表面にリン拡散を行い、深さ１μｍのスポット状のｎ＋形領域２４を設けて、深いｐｎ＋接合２５を形成する。次に、平坦面２２とその周辺の一部のシリコン酸化膜を残して、再度短時間のリン拡散を行い、球面大部分に深さ約０．３μｍの位置まで新たにｎ形拡散層２６を設け、浅いｐｎ接合２７を形成する。最後に、公知のＣＶＤ法に球面全体にＳｉＮ膜を成膜して、パッシベーションを兼ねた反射防止膜３４を設ける。【００４６】
次に、球状バイパスダイオード４０の構造について説明する。
図１０に示すように、このバイパスダイオード４０は、ｎ形の半導体からなる球状半導体４１（シリコン単結晶）と、この球状半導体４１の表面の一部を研磨加工された平坦面４２と、球状半導体４１の表層部にｐ＋形拡散層４４を形成することで形成された部分球面状のｐ＋ｎ接合４５と、球状半導体４１の中心を挟んで対向する表層部に形成されてｐｎ接合４５の両端に接合された１対の陽極４７及び陰極４８（第２導電接続部に相当する）と、陽極４７，陰極４８を除く部分に成膜された表面保護膜４９とを有する。陰極４８は、球状半導体４１の平坦面４２の中央部に低抵抗接続され、陽極４７はｐ＋形拡散層４４に低抵抗接続されている。【００４７】
このバイパスダイオード４０は、マトリックスの各行の両端側のリード片１６と複数の途中部の中間リード片１７を介して各行の複数の球状太陽電池セル２０に逆並列接続されている。このバイパスダイオード４０は、球状太陽電池セル２０と同様の大きさの球状である。尚、バイパスダイオード４０は、各行の少なくとも両端部に設ければ良いので、中間リード片１７に接続されるバイパスダイオード４０を省略し、その代わりに太陽電池セル２０を設けても良い。【００４８】
次に、この球状バイパスダイオード４０の製造方法について簡単に説明する。
最初に、球状太陽電池セル２０と同様の直径を有する球状のｎ形シリコン単結晶４１を用意する。この球状のｎ形シリコン単結晶４１の一部に平坦面４２を設ける。この平坦面４２を中心としたｎ形シリコン単結晶４１の下側の半球部分の表面に、上記と同様に不純物の拡散マスクとしてＳｉＯ２膜を設ける。残りの露出したｎ形半導体４１の表面にボロンを拡散し、深さ１０μｍ程度のｐ＋形領域４４を設ける。これによりｐ＋ｎ接合４５が形成される。さらに上記と同様に球面全体にＳｉ3 Ｎ4 の被膜を形成し、パッシベーションを兼ねた表面保護膜４９とする。【００４９】
このバイパスダイオード４０は、整流ダイオードとしての機能を有し、光起電力を発生する必要はない。それ故、球状バイパスダイオード４０の代わりに平面状ｐｎ接合を有する整流ダイオードのチップを用いることも可能である。但し、逆並列接続される太陽電池セルに逆電圧が加わった場合に、その電流がバイパス出来る程度の順方向特性を有するものが必要である。【００５０】
このように、太陽電池セル２０は、その中心を通り列方向と平行な軸線上において、球状半導体２１の両端部にドット状に形成されてｐｎ＋接合２５とｐｎ接合２７の両端に低抵抗接続された１対の正，負電極３１，３２（第１導電接続部）によりリードストリング１５に電気的に接続されている。バイパスダイオード４０は、その中心を通り列方向と平行な軸線上において、バイパスダイオード４０の両端部にドット状に形成された１対の陽極４７，陰極４８（第２導電接続部）によりリード片１６，１７に電気的に接続されている。【００５１】
次に、太陽電池モジュール１の等価回路図について説明する。
図８は、複数行複数列のマトリックス状に配設された複数の太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０を有する太陽電池モジュール１の等価回路図である。例えば、この太陽電池モジュール１に、１５行１２列に配設された複数の太陽電池セル２０が組み込まれた場合を例にして説明する。【００５２】
１個の太陽電池セル２０の開放電圧が例えば０．６Ｖである場合、正電極１４ｐと負電極１４ｎの間に１５個の太陽電池セル２０が直列接続されているので、９．０Ｖの電圧が発生する。１つの太陽電池セル２０により発生する電流をＩとすると、１２個の太陽電池セル２０が並列接続されているので、正電極１４ｐ側から１２Ｉの電流が外部回路へ出力される。尚、モジュール１の出力電圧を上げるには、直列接続される太陽電池セル２０の数を増やせばよい。モジュール１からの出力電流を上げるには、並列接続される太陽電池セル２０の数を増やせばよい。【００５３】
次に、この太陽電池モジュール１の製造方法について図１１〜図１６に基づいて説明する。
先ず、第１工程において、ｐ形の球状半導体２１とこの球状半導体２１の表層部に形成されたスポット状のｐｎ＋接合２５と部分球面状のｐｎ接合２７と反射防止膜３４とを夫々有する複数の球状太陽電池セル２０を予め準備する。これと並行して、太陽電池セル２０と同様の大きさの複数の球状のバイパスダイオード４０を予め準備する。尚、このときの太陽電池セル２０は、正，負電極３１，３２がｐｎ＋接合２５とｐｎ接合２７の両端に低抵抗接続する前の状態のものであり、バイパスダイオード４０は、陽極４７，陰極４８がｐｎ接合４５の両端に低抵抗接触する前の状態のものである。【００５４】
次に、第２工程において、図１１に示すように、例えば、表面が銀又はニッケルでメッキされた鉄ニッケル合金（厚さ０．３ｍｍ程度）の薄金属シート５０を、打ち抜き加工又はエッチング加工することで、複数行複数列にスリット状の複数の開口部５１を設け、複数の開口部５１同士間には球状太陽電池セル２０の半径以下の狭幅の複数のリードストリング１５を形成し、行方向両端部と列同士間には列方向に連続する広幅のバンド部５２を形成し、上端部と下端部には広幅のバンド部５３を形成する。【００５５】
前記打ち抜き加工又はエッチング加工の際に、バンド部５２のリードストリング１５に対応する外周部に半円形切欠きからなる係合部１６ａを形成する。この係合部１６ａは、これ以降の工程において、薄金属シート５０の送りや、後述する太陽電池アレイ１１の位置決めに使用される。【００５６】
次に、第３工程において、図１２に示すように、最上端のリードストリング１５を除いて、各リードストリング１５の上に複数の球状太陽電池セル２０を接続する為の半固体状の導電ペースト３１ａ（Ａｌとガラスフリットを添加したＡｇペーストであり、第１導電接続材料に相当する）を複数のスポット状に塗布する。【００５７】
同時に、最上端のリードストリング１５を除いて、バンド部５２における複数のリードストリング１５に対応する複数の部位に、バイパスダイオード４０を夫々接続する為の半固体状の導電ペースト４８ａ（ガラスフリットを添加したＡｇペーストであり、第２導電接続材料に相当する）をスポット状に塗布する。これら導電ペースト３１ａ，４８ａの塗布する厚さは、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍ程度である。【００５８】
次に、第４工程において、図１３に示すように、リードストリング１５上に塗布された複数の導電ペースト３１ａに複数の太陽電池セル２０の平坦面２２を夫々接続する。同時に、バンド部５２に塗布された複数の導電ペースト４８ａに複数のバイパスダイオード４０の平坦面４２を夫々接続する。【００５９】
次に、第５工程において、図１４に示すように、複数の太陽電池セル２０の頂部にスポット状に導電ペースト３２ａ（ガラスフリットを添加したＡｇペーストであり、第１導電接続材料）を夫々塗布する。同時に、複数のバイパスダイオード４０の頂部にスポット状に導電ペースト４７ａ（Ａｌとガラスフリットを添加したＡｇペースト、第２導電接続材料に相当する）を夫々塗布する。これら頂部に塗布される導電ペースト３２ａ，４７ａは、直径０．５ｍｍ、厚さ０．２ｍｍ〜０．３ｍｍ程度である。【００６０】
次に、第６工程において、約７５０℃の窒素ガス雰囲気中に、複数の太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０を配置した薄金属シート５０を配置して、短時間の間に急速加熱して、導電ペースト３１ａ，３２ａ，４７ａ，４８ａを夫々固化させる。このとき、導電ペースト３１ａ，３２ａは、球状太陽電池セル２０の反射防止膜３４を貫通して、その直下の半導体表面と低抵抗接続される。同様に、導電ペースト４７ａ，４８ａは、バイパスダイオード４０の表面保護膜４９を貫通して、その直下の半導体表面と低抵抗接触される。このようにして、太陽電池セル２０の正，負電極３１，３２（第１導電接続部）が夫々形成され、バイパスダイオード４０の陽極４７，陰極４８（第２導電接続部）が夫々形成される。【００６１】
次に、第７工程において、図１５に示すように、薄金属シート５０のバンド部５２をリードストリング１５同士間の中間に対応する位置において打ち抜き金型又はレーザ光で分断してリード片１６と中間リード片１７にする。こうして、各行における複数の球状太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０と複数のリードストリング１５と複数のリード片１６と複数の中間リード片１７とを含む同一形状で且つ同一寸法の複数の太陽電池サブアレイ１２を製作する。【００６２】
次に、第８工程において、各太陽電池サブアレイ１２における複数の球状太陽電池セル２０の頂部の負電極３２と、複数のバイパスダイオード４０の頂部の陽極４７にペースト状の導電接続材１９を夫々塗布する。【００６３】
次に、第９工程において、自動組立装置の１対のハンドで太陽電池サブアレイ１２の両端のリード片１６を把持し、自動組立装置の１対の案内部に、リード片１６の係合部１６ａを係合させて、１対のリード片１６を案内し且つ位置決めしながら、複数の太陽電池サブアレイ１２を順次積層する。最後に太陽電池セル２０及びバイパスダイオード４０が配設されていない上端部のリード部材１４を積層し、複数の球状太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０を複数行複数列のマトリックス状セル集合体１０に組み立てる。【００６４】
次に、第１０工程において、図１６に示すように、マトリックス状セル集合体１０の上端に錘Ｗを載置し、この錘Ｗにより列方向に圧縮した状態でセル集合体１０を加熱処理することにより、導電接続材１９を固化させて太陽電池セル集合体１０を製作する。その後、太陽電池セル集合体１０の上端と下端のリード部材１４に複数の外部リード８ｐ，８ｎをレーザ光を用いてハンダ（導電性接合部材）で接続する。【００６５】
次に、第１１工程において、太陽電池セル集合体１０を、１対のパネル部材３，４間に樹脂封止する為に、透明合成樹脂シートと共にパネル部材３，４間に配置する。尚、パネル部材３，４のうち太陽光の入射側に位置する少なくとも一方のパネル部材は透明材料で構成されている。このセル集合体１０が挟持されたパネル部材３，４を上下に収容室を有する所定のラミネート装置の下側室に収容し、その上側室と下側室を真空排気しながら、ヒータにより加熱する。【００６６】
一定時間後、上側室にガスを導入して上側室と下側室の圧力差により両側のパネル部材３，４に圧力を加えながら約１５０℃に加熱してから常温に戻す。これにより、両側のパネル部材３，４は接着されると共にパネル部材３，４間に配置された太陽電池セル集合体１０が透明合成樹脂シートが溶けて固化した透明充填材６で樹脂封止される。こうして、１組の太陽電池モジュール１を製作することができる。【００６７】
次に、本発明の太陽電池モジュール１及びその製造方法の効果について説明する。
この太陽電池モジュール１によれば、リード部材１４は、複数の球状太陽電池セル２０が電気的に接続され且つ球状太陽電池セル２０の半径以下の狭幅の１又は複数のリードストリング１５と、リード部材１４の少なくとも両端部にリードストリング１５と一体的に形成され且つバイパスダイオード４０が電気的に接続され且つバイパスダイオード４０の幅以上の広幅の複数のリード片１６，１７とを有する。それ故、複数の球状太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０を複数のリードストリング１５と複数のリード片１６，１７とを含む１つのリード部材１４に取り付けた太陽電池サブアレイ１２を製作し、これら複数のサブアレイ１２を複数段に積層する際に、自動組立装置のハンドでリード片１６を把持することができる。サブアレイ１２を積層する際に案内し且つ位置決めするための位置決め用係合部１６ａをリード片１６に形成することも可能であるから、自動組立装置により能率的に組み立てることができる太陽電池モジュール１が得られる。【００６８】
しかも、太陽電池モジュール１に１対のパネル部材３，４を設け、これらパネル部材３，４の間に、太陽電池モジュール１のセル集合体１０（モジュール本体部分）を挟み込んで樹脂封止する場合に、複数のリード片１６と複数の中間リード片１７を１対のパネル部材３，４で挟持することで、１対のパネル部材３，４の間隔を設定することができるから、樹脂封止する上で有利である。【００６９】
複数の球状太陽電池セル２０を組み込んだため、受光の指向性が広く多方向の入射光を光電変換可能な太陽電池モジュール１になる。このため、直接到達する光の他に太陽電池モジュール１内部で発生する反射散乱光や拡散光を受光して発電することができるため、光利用効率が高くなる。この平板状のパネル部材３，４の両方を透明材料で構成する場合には、両面から受光し発電するモジュールとなる。【００７０】
複数のリードストリング１５が複数行複数列のマトリックス状に配設された複数の太陽電池セル２０をメッシュ状の導電接続機構１３により直列且つ並列接続すると共に、各行の複数の太陽電池セル２０にバイパスダイオード４０を逆並列接続したため、太陽電池モジュール１が部分的に遮光されて、その部分の太陽電池セル２０の出力が停止しても、バイパスダイオード４０により、他の球状太陽電池セル２０の出力を妨げることなく、遮光された部分の球状太陽電池セル２０に過大な逆電圧が印加されるのを防止することができる。【００７１】
球状太陽電池セル２０の半径以下の幅狭のリードストリング１５により、太陽電池モジュール１へ直接到達する光の遮蔽量を小さくすることができるので、光利用効率を向上することができる。この平板状の太陽電池モジュール１は、太陽電池セル２０の隙間を通して採光又は透視が可能であるので、複数の太陽電池セル２０のモジュール１に対する密度によって発電能力と、採光性又は遮光性の比率選択の自由な設計が可能になる。また、太陽光発電が可能な合わせガラスとして窓材に利用でき、さらに、太陽電池モジュールにかかる全体の部材費や設置費の低減が可能である。【００７２】
上記の太陽電池モジュール１の製造方法によれば、複数の太陽電池サブアレイ１２を製作し、それらサブアレイ１２を順次積層してパネル状のマトリックス状セル集合体１０に組み立てるため、それらマトリックス状セル集合体１０をパネル部材３，４間に挟みこんで樹脂封止することが可能になる。そのため、複雑な構造の金型を用いることなく、１対のパネル部材３，４間に前記セル集合体１０を樹脂封止することが可能となる。それ故、太陽電池モジュール１の製造コストを低減することができ、太陽電池モジュール１の大型化が可能になる。【００７３】
各リード部材１４の両端部にリード片１６を一体形成するので、複数の太陽電池サブアレイ１２を製作してから、それらを積層して組み立てていく際に、自動組立装置のハンドでリード片１６を把持することができ、リード片１６を用いてサブアレイ１２の位置決めを行うことができるので、太陽電池モジュール１を能率的に精度よく組み立てることができる。セル集合体１０を樹脂封止する際に、複数のリード片１６，１７を１対のパネル部材３，４で挟持することで、１対のパネル部材３，４の間隔を設定することができる。
【実施例２】
【００７４】
この実施例２は、前記実施例１を部分的に変更した太陽電池モジュール１Ａの例を示すものであり、前記実施例１と同様のものに同一又は同様の符号を付して説明を省略し、実施例１と異なる構成についてのみ説明する。この太陽電池モジュール１Ａは複数の部分円筒面状に形成された受光面を有し、屋根瓦を兼用する太陽電池モジュールに適したものである。【００７５】
図１９，図２０に示すように、この太陽電池モジュール１Ａは、複数の部分円筒面を有する第１，第２湾曲パネル部材６３，６４と、湾曲パネル部材６３，６４間に挟着された太陽電池セル集合体１０Ａと、湾曲パネル部材６３，６４間に充填された透明合成樹脂６６と、複数の球状太陽電池セル２０の出力を外部出力する為の複数の外部リード６８ｐ，６８ｎとを有している。尚、図１９の上下左右を上下左右として説明し、図１９の紙面手間側を太陽光入射側とする。【００７６】
図２０に示すように、第１湾曲パネル部材６３は、太陽電池モジュール１Ａの太陽光入射側の面を塞ぎ且つ複数の部分円筒面に沿う形状の透明材料製のものである。第２湾曲パネル部材６４は、太陽電池モジュール１Ａの太陽光入射側と反対側の面を塞ぎ且つ複数の部分円筒面に沿う形状の透明材料製のものである。【００７７】
湾曲パネル部材６３，６４間に挟着された複数のリード片７６と複数の中間リード片７７により、湾曲パネル部材６３，６４間の間隔を設定している。第２湾曲パネル部材６４の外面のうち部分円筒面に沿う外面に、反射膜６４ａ又は装飾を施したプリント膜６４ａが設けられている。湾曲パネル部材６３，６４間にセル集合体１０Ａを樹脂封止する透明合成樹脂６６が充填されている。【００７８】
太陽電池モジュール１Ａの下端の２本の外部リード６８ｐの端部は、セル集合体１０Ａの下端のリード部材７４の両端部のリード片７６の係合部７６ａに夫々導電性接着材にて固着され、マトリックスの下端の複数の太陽電池セル２０の正電極３１及び複数のバイパスダイオード４０の陰極４８に電気的に接続されている。太陽電池モジュール１Ａの上端の２本の外部リード６８ｎの端部は、セル集合体１０Ａの上端のリード部材７４の両端部のリード片７６の係合部７６ａに夫々導電性接着材にて固着され、マトリックスの上端の複数の太陽電池セル２０の負電極３２、及び複数のバイパスダイオード４０の陽極４７に電気的に接続されている。【００７９】
次に、太陽電池セル集合体１０Ａについて説明する。
太陽電池セル集合体１０Ａは、複数行複数列のマトリックス状に配設された複数の球状太陽電池セル２０と、これら太陽電池セル２０と逆並列接続された複数のバイパスダイオード４０と、これらを直列且つ並列接続する為の導電接続機構１３Ａとを有し、マトリックスの行方向に複数等分した複数の変曲点において連なる複数の部分円筒面状に構成されている（図２０参照）。尚、１つの変曲点において連なる２つの部分円筒面状に構成されても良いし、変曲点の無い１つの部分円筒面状に形成されても良い。【００８０】
セル集合体１０Ａを構成する複数の太陽電池アレイ１１Ａの各々は、リード部材７４における複数の部分円弧状のリードストリング７５上に例えば７個の太陽電池セル２０を夫々配置し、リード部材７４の両端部のリード片７６上や複数の途中部の中間リード片７７上にバイパスダイオード４０を夫々配置し、これらを１対のリード部材７４，７４間で挟持して構成している。複数行の全部の複数の球状太陽電池セル２０の導電方向は同一方向に揃えられている。マトリックスの列方向に隣接する太陽電池アレイ１１Ａは、それらアレイ１１Ａの間に位置するリード部材７４を共有している。各列の複数の球状太陽電池セル２０及び各列の複数のバイパスダイオード４０は複数のリード部材７４を介して直列接続されている。【００８１】
次に、導電接続機構１３Ａについて説明する。
図１９に示すように、導電接続機構１３Ａは、マトリックスの複数の行間部とマトリックスの列方向の両端部に配設された複数のリード部材７４を介して、各行の複数の太陽電池セル２０及び複数のバイパスダイオード４０を並列接続し且つ各列の複数の太陽電池セル２０を直列接続し且つ各列の複数のバイパスダイオード４０を直列接続するメッシュ状の接続回路である。各リード部材７４は、複数の部分円弧形状に形成されたリードストリング７５であって、各球状太陽電池セル２０の半径以下の狭幅の複数のリードストリング７５と、リードストリング７５の両端部の広幅のリード片７６と、複数の変曲点の広幅の中間リード片７７とを備えている。【００８２】
各リード部材７４の両端部には、マトリックスの列方向と直交状に配設され且つマトリックスの行方向と直交方向の幅がバイパスダイオード４０の幅以上の大きなリード片７６がリードストリング７５と一体形成されている。各リード部材７４のうちの、マトリックスの行方向に複数等分した複数の変曲点に相当する途中部には中間リード片７７がリードストリング７５と一体的に形成されている。各行の複数の太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０と、１対のリード部材７４の接続構造は、実施例１の導電接続機構１３と同様であるので説明を省略する。【００８３】
次に、太陽電池モジュール１Ａの製造方法について、図２１〜図２５に基づいて説明するが、前記実施例１と同じ構成については説明を省略して説明する。
先ず、第１工程において、前記実施例１同様に複数の球状太陽電池セル２０と複数の球状バイパスダイオード４０を準備する。次に、第２工程において、図２１に示すように、前記実施例１と同様の薄金属シート５０Ａに、打ち抜き加工又はエッチング加工することで、複数行複数列にスリット状の複数の開口部８１を形成する。このスリット状の開口部８１として円弧形状の開口部８１が形成されると共に、各列の複数のリードストリング７５が円弧形状に形成され、複数のバンド部８２，８３及び複数のバンド部８２に形成される複数の係合部７６ａも形成する。【００８４】
次に、第３工程において、複数の球状太陽電池セル２０を接続する為の導電ペースト３１ａ（図示略）をリードストリング７５上に複数のスポット状に塗布し、これらリードストリング７５に対応するバンド部８２に複数のバイパスダイオード４０を接続する為の導電ペースト４８Ａを複数のスポット状に塗布する。次に、第４工程において、図２２に示すように、上記の複数の導電ペースト３１ａ，４８ａに複数の太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０を接続する。次に、第５工程において、図２３に示すように、複数の太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０の頂部にスポット状に導電ペースト３２ａ，４７ａを夫々塗布する。【００８５】
次に、第６工程において、薄金属シート５０Ａを急速加熱して導電ペースト３１ａ，３２ａ，４７ａ，４８ａを固化させる。次に第７工程では、図２４に示すように、薄金属シート５０Ａの複数のバンド部８２を打ち抜き加工又はレーザ光で分断してリード片７６と中間リード片７７を形成して、同一形状と同一寸法の複数の太陽電池サブアレイ１２Ａを製造する。次に、第８工程において、各太陽電池サブアレイ１２Ａにおける複数の球状太陽電池セル２０の頂部の負電極３２と、複数のバイパスダイオード４０の頂部の陽極４７に導電接続材１９を夫々塗布する。次に、第９工程において、図２５に示すように、複数の太陽電池サブアレイ１２Ａを順次積層して、複数の球状太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０を複数行複数列のマトリックス状太陽電池セル集合体１０Ａに組み立てる。【００８６】
次に、第１０工程において、前記セル集合体１０Ａを加熱処理して、導電接着材１９を固化させることで、完成した太陽電池セル集合体１０Ａとする。その後、太陽電池セル集合体１０Ａの複数の行方向のうち上端と下端のリード片７６の係合部７６ａに外部リード６８ｐ，６８ｎをレーザ光によりハンダ付けする。次に、第１１工程において、マトリックス状セル集合体１０Ａを１対の湾曲パネル部材６３，６４間に配置すると共に湾曲パネル部材６３，６４間に透明合成樹脂シートを介して透明合成樹脂６６を充填し、その後加熱処理し、太陽電池モジュール１Ａを製作する。【００８７】
次に、太陽電池モジュール１Ａ及びその製造方法の作用及び効果について説明する。
この太陽電池モジュール１Ａによれば、湾曲パネル部材６３，６４の受光面が、前記実施例１の平板状のパネル部材３，４に対して、複数の部分円筒面状に形成されているので、受光面が増加し、太陽直射光の入射方向が時間と共に変動しても、太陽電池モジュール１Ａの出力変動を抑制することができる。このような部分円筒面を持つ太陽電池モジュール１Ａは、屋根瓦や壁材として適用可能である。受光面が部分円筒面状に形成されているので太陽電池モジュール１Ａに意匠性（デザイン性）を付与することができる。【００８８】
反射膜６４ａとして、例えば、反射率の高い金属製の薄膜を採用したり、白色のセラミック塗料をシルクスクリーン印刷して加熱焼成したり方法を採用してもよい。反射率は多少低下するが、好みの色やデザイン柄を持たせたセラミック塗料をプリントしても良い。  この場合、反射膜による反射散乱光が、太陽電池セルで受光され発電出力が増加するほか、視線や太陽光線（防眩性或いは遮蔽）や熱を適度に制御しながら美しいデザインを取り入れた建材一体型太陽電池パネルとしての利用が可能である。尚、このような反射膜を前記実施例１に適用しても良い。その他の作用及び効果については、前記実施例１と同様であるので説明は省略する。
【実施例３】
【００８９】
この実施例３は、前記実施例１を部分的に変更した太陽電池モジュール１Ｂの例を示すものであり、前記実施例１と同一の構成に同一又は同様の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。この太陽電池モジュール１Ｂは、モジュール１Ｂの外部に設けられた複数のリード端子８１ａ，８１ｂを任意に外部結線することで、モジュール１Ｂからの出力電圧及び出力電流を自由に設定可能にしたものである。【００９０】
図２６，図２７に示すように、この太陽電池モジュール１Ｂは、平板状の１対のパネル部材３，４と、パネル部材３，４間に挟着された太陽電池セル集合体１０Ｂと、パネル部材３，４間に充填された透明合成樹脂６と、複数の球状太陽電池セル２０の出力を外部出力する為の複数の外部リード８ｐ，８ｎとを有している。尚、図２６の上下左右を上下左右として説明し、図２６の紙面手前側を太陽光入射側とする。【００９１】
１対のパネル部材３，４は、複数の太陽電池アレイ１１Ｂの両面側を塞ぐため平行に設けられている。パネル部材３，４間に挟着された複数のリード片１６と複数の中間リード片１７により、パネル部材３，４間の間隔が設定されている。パネル部材３，４の間に太陽電池セル集合体１０Ｂを樹脂封止するため透明合成樹脂６を充填し、少なくとも太陽光の入射側のパネル部材３を透明材料で構成している。モジュール１の左右両端部には、後述する複数の１対のリード端子８１ａ，８１ｂが設けられている。【００９２】
次に、太陽電池セル集合体１０Ｂについて説明する。
図２８〜図３２に示すように、セル集合体１０Ｂは、複数行複数列のマトリックス状に配設され且つ導電方向をマトリックスの列方向に揃えた光電変換機能を有する複数の球状太陽電池セル２０と、マトリックスの各行の両端部と途中部に複数列に配設された複数のバイパスダイオード４０と、各行の複数の球状太陽電池セル２０を並列接続する導電接続機構１３Ｂとを有している。尚、バイパスダイオード４０は、少なくとも１列設ければよい。【００９３】
セル集合体１０Ｂを構成する太陽電池アレイ１１Ｂの各々は、各行における複数の球状太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０を１対のリード部材１４Ｂ，１４Ｂ間に挟着して構成している。複数行の全部の複数の球状太陽電池セル２０は導電方向を同一方向に揃えられえている。マトリックスの列方向に隣接する太陽電池アレイ１１Ｂ同士間に絶縁材料性のスペーサ８５を複数挟んで積層することで、セル集合体１０Ｂが構成されている。各球状太陽電池セル２０は、前記実施例１の太陽電池セル２０と同様のものである。尚、スペーサ８５は、各行に必ずしも複数設ける必要はなく１つだけ設けても良い。【００９４】
次に、導電接続機構１３Ｂについて説明する。
導電接続機構１３Ｂは、各行の複数の電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０とをそれらの列方向両端の１対のリード部材１４Ｂ，１４Ｂを介して並列接続するものであるが、各リード部材１４Ｂは、複数のリードストリング１５と複数のリード片１６と１又は複数の中間リード片１７と備え、実施例１のリード部材１４と同様のものである。但し、リード片１６には、行方向の外側へ延びるリード端子８１ａ，８１ｂ（外部リード）が設けられている。尚、リード部材１４Ｂの少なくとも一端部にリード端子８１ａ又はリード端子８１ｂを一体形成しても良い。各行の複数の太陽電池セル２０と複数のバイパスダイオード４０と、１対のリード部材１４Ｂの接続構造は、実施例１の導電接続機構１３と同様であるので説明を省略する。【００９５】
次に、この太陽電池モジュール１Ｂの作用及び効果について説明する。
この太陽電池モジュール１Ｂにおいて、複数のリード端子８１ａ，８１ｂの接続構造を外部スイッチの切換により変えることで、モジュールの出力特性を適宜変更することができる。太陽電池モジュール１Ｂから最大出力電圧を取り出す場合には、図３３に示すように、複数行のアレイ１１Ｂを外部リード８２を介して直列接続すればよい。太陽電池モジュール１Ｂから最大出力電流を取り出す場合には、図３４に示すように、複数行のアレイ１１Ｂを外部リード８３，８４を介して並列接続すればよい。  【００９６】
上記の例では、複数の太陽電池アレイ１１Ｂを直列接続又は並列接続した例を説明したが、出力電圧に適合するように直列接続する太陽電池アレイ１１Ｂの数を適宜設定すると共に出力電流に適合するように並列接続する太陽電池アレイ１１Ｂの数を適宜設定することが可能である。その他の作用及び効果については、前記実施例１と概ね同様であるので説明は省略する。【００９７】
尚、上記太陽電池セル集合体１０Ｂに次の変更形態を適用しても良い。
図３５に示すように、太陽電池セル集合体１０Ｃにおいては、太陽電池アレイ１１Ｂと、太陽電池アレイ１１Ｂの球状太陽電池２０及びバイパスダイオード４０の導電方向を反転した太陽電池アレイ１１Ｃを複数の絶縁材料製のスペーサ８５を挟んで交互に配置している。各アレイ１１Ｂ，１１Ｃは独立したものであるので、リード端子８１ａ，８１ｂによる外部結線のやり易さを考慮して、前記のように複数のアレイ１１Ｂを反転して配置することも可能である。尚、スペーサ８５のサイズを変更したり、スペーサ８５を省略することで、各アレイ１１Ｂ，１１Ｃ同士間の間隔を自由に設定することも可能である。【００９８】
ここで、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
［１］このモジュール１，１Ａ，１Ｂの出力電力と採光率の比率は、主として使用する複数の太陽電池セル２０の出力電力と、太陽電池セル２０とバイパスダイオード４０と導電接続機構１３による遮光総面積に依存する。それ故、太陽電池セルや太陽電池アレイの間隔を変えて窓材として使用する場合の意匠性を高め付加価値を上げるため、複数の球状太陽電池セル２０の配置や使用数、導電接続機構１３の形状などを適宜設計することができる。【００９９】
［２］このモジュール１，１Ａ，１Ｂにおいて、球状太陽電池セル２０とバイパスダイオード４０のｎ形層とｐ形層が反転された球状太陽電池セル及びバイパスダイオードを使用しても良い。その場合、モジュールの出力は逆向きになる。
［３］その他、当業者ならば本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施例に種々の変更を不可した形態で実施することができ、本発明はそれらの変更形態も包含するものである。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明の太陽電池モジュールは、この太陽電池パネル以外にも、利用が期待される窓材を含む建材、例えば、ガラス窓、アトリウム、トップライト、カーテンウォール、ファサード、キャノピー、ルーバー、ダブル・スキンの外面、バルコニーの手摺、高速道路や鉄道の防音壁などに適用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【国際調査報告】
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