(57)【要約】  受光面及び非受光面を有する第１の導電型基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する第１太陽電池セルと、受光面及び非受光面を有する第２の導電型基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する第２太陽電池セルとが交互に配置されてなることを特徴とする太陽電池モジュール。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面及び非受光面を有する第１の導電型基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する第１太陽電池セルと、受光面及び非受光面を有する第２の導電型基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する第２太陽電池セルとが交互に配置されてなることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
第１及び第２の太陽電池セルが直列に接続された部分を有し、この直列接続部分において、第１太陽電池セルの使用枚数が５割以上７割以下の割合であり、第２太陽電池セルの使用枚数が３割以上５割以下の割合である請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
第１の導電型基板がＮ型半導体基板であって、第２の導電型基板がＰ型半導体基板である請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
太陽電池セル同士の間隔が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である請求項１、２又は３記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
第１及び第２太陽電池セルの短絡電流密度の差が２０％以下である請求項１乃至４のいずれか１項記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスである太陽電池セルを使用した太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
結晶系太陽電池セルを用いて作製される太陽電池モジュールは、一般的に１種類の導電型基板のみを用いた太陽電池セルを使用して、電圧を高める目的でセル同士を直列繋ぎにして作製されている。このとき、受光面側に第１の極性の電極を持ち、非受光面側に第１の極性の電極とは異なる第２の極性の電極を持つセルを使用した場合、直列繋ぎにするには、受光面側の第１の極性の電極と、非受光面側の第２の極性の電極を、半田成分等を含む導線（タブ線と呼ばれる）等で接続しなければならない。このタブ線で接続する部分の電極は、比較的幅の太い電極（１〜３ｍｍ程度）で、一般にバスバー電極と呼ばれている。【０００３】
上記一般的な太陽電池モジュールでは、モジュール変換効率を高めるため、太陽電池セル同士を極力近づけて配置しようとする。ところが、受光面側と非受光面側の電極をつなぐタブ線があるため、セルの間隔を３．０ｍｍ以下の距離まで近づけようとするとタブ線の曲げ応力により、セルのエッジが破損するなどの問題があり、太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率を低下させる原因となっている。【０００４】
これに対し、単純にタブ線による曲げ応力を減らすため、タブ線自体の厚さを減らすなどすると、配線抵抗が増大するなどの問題がある。その他の方法として、例えば、特開２００８−１４７２６０号公報（特許文献１）には、予め屈曲部を持つタブ線を用意し、隣り合うセルの間に屈曲部がくるようタブ線を接続することで、タブ線の曲げ応力を減らし、セルのエッジが破損しないようにした太陽電池モジュールが提案されている。【０００５】
しかし、この方法では特殊な屈曲部を持つタブ線を準備しなければならず、また屈曲部があるため、タブ線による配線長が長くなる分、太陽電池モジュールのフィルファクタが悪化するという欠点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１４７２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率を向上させることで、モジュール変換効率を改善した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、受光面及び非受光面を有する第１の導電型基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する第１太陽電池セルと、受光面及び非受光面を有する第１の導電型とは異なる第２の導電型基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する第２太陽電池セルとを交互に配置することで、同一面上に、第１の極性の電極を持つ第１太陽電池セルと、これとは異なる第２の極性の電極を持つ第２太陽電池セルとが並んで存在することになり、受光面同士及び非受光面同士の電極をタブ線で繋ぐことで直列繋ぎが可能となり、セル同士を３．０ｍｍ以下に近接させて配置することができ、太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率向上によりモジュール変換効率が改善されることを見出すと共に、タブ線の取り付けが容易となり、タブ線による応力がかからなくなるため、セルのエッジが破損することがなくなり、製造歩留りが上昇し、信頼性の高い太陽電池モジュールを製造することができることを見出し、本発明をなすに至った。
なお、受光面及び非受光面上の電極のうち、バスバー電極と交差する形で出力を集めるために太陽電池セル表面に形成される微細電極で、線幅５０〜２００μm程度のものをフィンガー電極といい、フィンガー電極で集電した出力を外部に取り出すための１〜３ｍｍ程度の太めの電極をバスバー電極という。【０００９】
従って、本発明は、下記の太陽電池モジュールを提供する。
請求項１：
受光面及び非受光面を有する第１の導電型基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する第１太陽電池セルと、受光面及び非受光面を有する第２の導電型基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極を具備する第２太陽電池セルとが交互に配置されてなることを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項２：
第１及び第２の太陽電池セルが直列に接続された部分を有し、この直列接続部分において、第１太陽電池セルの使用枚数が５割以上７割以下の割合であり、第２太陽電池セルの使用枚数が３割以上５割以下の割合である請求項１記載の太陽電池モジュール。
請求項３：
第１の導電型基板がＮ型半導体基板であって、第２の導電型基板がＰ型半導体基板である請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
請求項４：
太陽電池セル同士の間隔が０．１ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である請求項１、２又は３記載の太陽電池モジュール。
請求項５：
第１及び第２太陽電池セルの短絡電流密度の差が２０％以下である請求項１乃至４のいずれか１項記載の太陽電池モジュール。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による太陽電池セルの配置及び配線方法を用いることで、太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率を改善することが可能で、モジュール変換効率を改善することができる。また、従来の方法に比べ、太陽電池セルのエッジにかかるタブ線の応力を減らすことが出来るため、生産歩留りが改善し、信頼性の高い太陽電池モジュールを作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来の太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの直列繋ぎ配線例を示す。ａは断面図であり、ｂは受光面側の平面図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの直列繋ぎ配線の一例を示す。ａは断面図であり、ｂは受光面側の平面図である。
【図３】従来の太陽電池モジュール全体の配線例を示す受光面側の平面図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュール全体の配線の一例を示す受光面側の平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明は下記の実施形態に限定されるものではない。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。解り易くするため、太陽電池セルの間隔や、厚さを強調して図示した。また、簡単のためフィンガー電極は省略した。
【００１３】
本発明の太陽電池モジュールは、受光面及び非受光面を有する第１の導電型基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極とを具備する第１太陽電池セルと、受光面及び非受光面を有する第２の導電型基板と、これら受光面及び非受光面上にそれぞれ形成され、互いに異なる極性を有する電極とを具備する第２太陽電池セルとが交互に配置されてなるものである。この太陽電池モジュールは、図２に示すように、第１の導電型基板を有する太陽電池セル１と、第２の導電型基板を有する太陽電池セル２とが交互に配列されて、バスバー電極３がタブ線４で接続された構造をしている。この場合、第１太陽電池セルの基板の導電型と第２太陽電池セルの基板の導電型とは異なるものであり、例えば前者をＮ型とした場合、後者はＰ型となる。また、第１太陽電池セルの基板の受光面の電極の極性と第２太陽電池セルの基板の非受光面の電極の極性とは同じであり、第１太陽電池セルの基板の非受光面の電極と第２太陽電池セルの受光面の電極とは同じ極性である。そして、本発明においては、例えば図２ｂに示したように、第１太陽電池セルの基板の受光面を上側にして配置した場合、第２太陽電池セルの基板の受光面を上側にして配置し、上記第１太陽電池セルの受光面の電極と第２太陽電池セルの受光面の電極を折曲部を有することなく同一面上に直線状に接続する。
【００１４】
この場合、本発明で用いる太陽電池セルを構成する基板の導電型、不純物拡散層、反射防止膜等は公知の態様とすることができ、特開２００１−７７３８６号公報等に記載の公知の方法で製造することができる。
【００１５】
本発明の太陽電池セルを構成する半導体基板としては、例えば、Ｐ型又はＮ型単結晶シリコン基板、Ｐ型又はＮ型多結晶シリコン基板、非シリコン系の化合物半導体基板等を用いることができる。単結晶シリコン基板を用いる場合、高純度シリコンに、ホウ素、ガリウム等のＩＩＩ族元素をドープし、比抵抗０．１〜５Ω・ｃｍとしたアズカット単結晶｛１００｝Ｐ型シリコン基板等を用いることができる。また、リン、アンチモン、ヒ素等のＶ族元素をドープした同様のＮ型シリコン基板等を用いることができる。
【００１６】
この場合、本発明で用いる単結晶シリコン基板の純度としては、鉄、アルミニウム、チタン等の金属不純物濃度が少ない方が、高ライフタイム基板を用いることで高効率の太陽電池セルを作製できるという点から好ましい。この単結晶シリコン基板は、ＣＺ法、ＦＺ法等いずれの方法によって作製されたものでもよく、この場合、あらかじめ金属グレードシリコンをシーメンス法等の公知の方法により精製したものを上記方法に用いることもできる。
【００１７】
半導体基板の厚みは基板のコストと歩留り及び変換効率の兼ね合いの点から１００〜３００μｍが好ましく、より好ましくは１５０〜２５０μｍである。また、半導体基板の比抵抗が上記範囲より小さいと太陽電池セルの変換効率の分布が小さくなるが、インゴットの引き上げにおいて制限されるため、結晶コストが高くなる場合があり、大きいと太陽電池セルの変換効率の分布が大きくなるが、結晶コストは低くなる場合がある。
【００１８】
本発明においては、第１の導電型はＮ型でも良いし、Ｐ型でも良い。第２の導電型は、第１の導電型にＮ型を選んだ場合はＰ型、第１の導電型にＰ型を選んだ場合はＮ型を選択すれば良い。
【００１９】
また、上記基板表面は、テクスチャと呼ばれる微小な凹凸が形成されていることが好ましい。テクスチャは、太陽電池の表面反射率を低下させるための有効な方法である。このテクスチャは、加熱した水酸化ナトリウム等のアルカリ水溶液中に浸漬することで容易に作製される。
【００２０】
不純物拡散層としては、不純物源として、リン、ヒ素、アンチモン等のＶ族元素や、ホウ素、アルミニウム、ガリウム等のＩＩＩ族元素を用いることができる。具体的には、例えばリンの拡散にはオキシ塩化リン等を用いた気相拡散法により不純物拡散層を形成することができる。この場合、オキシ塩化リン等の雰囲気下で、８５０〜９００℃で２０〜４０分間熱処理することが好ましい。また、不純物拡散層の厚さは０．１〜３．０μｍが好ましく、より好ましくは０．５〜２．０μｍである。厚すぎると発生した電子と正孔が再結合するサイトが増え、変換効率が低下する場合があり、薄すぎると発生した電子と正孔が再結合するサイトは減少するが、集電電極まで基板内を流れる電流の横流れ抵抗が増大し、変換効率が低下する場合がある。例えば、ホウ素の拡散には、市販されているホウ素入り塗布剤を塗布し、乾燥させた後、９００〜１０５０℃で２０〜６０分間熱処理することにより形成できる。
【００２１】
一般的なシリコン太陽電池は、ＰＮ接合を受光面にのみ形成する必要があり、これを達成するために基板同士を２枚重ね合わせた状態で拡散したり、拡散前に裏面にＳｉＯ2膜やＳｉＮx膜などを拡散マスクとして形成して、裏面にＰＮ接合ができないような工夫を施すことが好ましい。気相拡散法以外にも、スクリーン印刷法、スピン塗布法等により不純物拡散層を形成することができる。
【００２２】
反射防止膜は、プラズマＣＶＤ装置等を用いて形成されるＳｉＮx膜、熱酸化膜によるＳｉＯ2膜と上記ＳｉＮx膜の多層膜等が好ましく、膜厚は７０〜１００ｎｍが好ましい。
【００２３】
このようにして得られた半導体基板に、スクリーン印刷法等を用いて電極を形成するが、電極の形状は特に制限されず、バスバー電極の太さは通常１〜３ｍｍが好ましく、片面に１〜４本、特に２〜３本形成することが好ましい。また、一方の面に複数本形成する場合、これらの電極が互いに平行になるよう形成することが好ましい。
【００２４】
スクリーン印刷法では、アルミニウム粉末、銀粉末等の導電性粒子、ガラスフリット、有機物バインダ等を混合した導電性ペーストをスクリーン印刷する。印刷後、５〜３０分間、７００〜８００℃で焼成して、電極が形成される。電極形成は、印刷法により行うことが好ましいが、蒸着法、スパッタリング法等で作製することも可能である。また、受光面及び非受光面の電極の焼成は、一度に行うことも可能である。これにより、第１の導電型基板を有する第１太陽電池セルの受光面上に第１の極性を有する電極が、非受光面上には第１の極性の電極とは異なる第２の極性を有する電極が形成される。同様に、第２の導電型基板を有する第２太陽電池セルの受光面上に第２の極性を有する電極が、非受光面上に第１の極性を有する電極が形成される。例えば、第１の導電型基板としてＮ型半導体基板を、第２の導電型基板としてＰ型半導体基板を選択した場合、第１の極性の電極は負極であり、第２の極性の電極は正極となる。
【００２５】
本発明の太陽電池モジュールは、上述した第１太陽電池セルと第２太陽電池セルとをそれぞれ１枚以上用いてこれらを交互に接続するもので、直列及び／又は並列に接続して、この接続した太陽電池セルを、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）等の透明樹脂で封止して太陽電池モジュールとすることができる。更に、封止樹脂と共に一般的なモジュールに用いられる基板や、一般的なモジュールに用いられるフィルムを用いた保護構造としてもよく、スーパーストレート構造、サブストレート構造、ガラスパッケージ構造等のいずれの構造としてもよい。また、モジュール周辺を保護するフレームを取り付けてもよい。このような太陽電池モジュールは、例えば特開平９−５１１１７号公報記載の方法など公知の方法により製造することができる。
【００２６】
本発明の太陽電池モジュールの好適な態様について図面を参照して更に詳しく説明すると、図１に一般的な太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの直列繋ぎ配線例を、図２に本発明の太陽電池モジュールにおける太陽電池セルの直列繋ぎ配線例を示す。それぞれ、ａは断面図であり、ｂは受光面側から見た平面図である。また、図１，２において、１は第１の導電型基板を用いた第１太陽電池セル、２は第２の導電型基板を用いた第２太陽電池セル、３はバスバー電極、４はタブ線である。
【００２７】
図１の一般的な太陽電池モジュールでは、第１の導電型基板を用いた太陽電池セルだけを使用してモジュールが作られている。従って、受光面側のバスバー電極と、非受光面側のバスバー電極をタブ線で繋ぐことで、直列繋ぎが行われている。モジュール変換効率を高めるため、太陽電池セル同士を極力近づけて配置しようとすると、タブ線の曲げ応力により、セルのエッジが破損する。
【００２８】
一方、図２の本発明の太陽電池モジュールでは、第１導電型基板を用いた太陽電池セル１と、第２導電型基板を用いた太陽電池セル２とを交互に配置することで、同一面上に第１の極性の電極を持つセルと第２の極性の電極を持つセルが並んで存在することになり、受光面同士及び非受光面同士のタブ線を繋ぐことで直列繋ぎが行われている。その結果、隣接するセル同士を３．０ｍｍ以下、特に１．０ｍｍ以下に近接させて配置することができる。セル同士の間隔が長すぎると太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率が低下し、モジュール変換効率が低下する場合がある。セル同士の間隔は短い方が好ましいが、短すぎるとセル同士が接触し、割れ欠けの原因となるため、０．１ｍｍ以上であることが好ましい。また、外周フレームを設置する場合、外周フレームとモジュール端部（最外列）の太陽電池セルとの間隔は０．１〜３．０ｍｍ、特に０．１〜１．０ｍｍが好ましい。この間隔が狭すぎると太陽電池セルとフレームが重なると、シャドーロスとなってモジュール変換効率が低下する場合があり、広すぎると太陽電池モジュールの面積に対する太陽電池セルの充填率が低下し、モジュール変換効率が低下する場合がある。なお、タブ線の接続方法は、常法に従って半田等で接続すればよい。
【００２９】
次に、図３に一般的な太陽電池モジュール全体の配線例を、図４に本発明の太陽電池モジュール全体の配線例を示す。ここでは太陽電池セルを４枚×４枚の複数列で並べて直列に接続した例を示した。図３，４において、１は第１の導電型基板を用いた第１太陽電池セル、２は第２の導電型基板を用いた第２太陽電池セル、５は第１の極性の電極の終端、６は第２の極性の電極の終端、７は外周フレームを示す。図３と図４を比較すれば解るように、一般的な太陽電池モジュールに比べ、本発明の太陽電池モジュールは、モジュール面積に対するセルの充填率が高いことが解る。
【００３０】
ここで、本発明の太陽電池モジュールは、第１及び第２の太陽電池セルが直列に接続された部分を有していることが好ましく、この直列接続部分において、第１の導電型基板を用いた第１太陽電池セルの使用枚数は５割以上７割以下の割合であることが好ましく、より好ましくは５割以上６割以下の割合であり、第２の導電型基板を用いた第２太陽電池セルの使用枚数は３割以上５割以下の割合であることが好ましく、より好ましくは４割以上５割以下の割合である。第１もしくは第２の太陽電池セルのどちらかが極端に多くなると本発明によるメリットが生かせる直列つなぎ配線ができなくなる場合がある。
【００３１】
また、第１太陽電池セルと第２太陽電池セルの短絡電流密度の差は２０％以下であることが好ましく、より好ましくは１０％以下である。短絡電流密度の差が大きすぎると太陽電池モジュールの短絡電流密度は直列つなぎされたセルの中で短絡電流密度の小さいものに制限される場合がある。
【実施例】
【００３２】
以下、実施例及び比較例を示し、本発明をより具体的に説明するが、本発明は下記の実施例に制限されるものではない。下記実施例において、太陽電池セル及び太陽電池モジュールの特性は、ソーラーシミュレーター（光強度：１ｋＷ／ｍ2、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）を用いて、短絡電流密度、開放電圧、フィルファクタ、変換効率を測定した。【００３３】
［実施例１］
実施例として、図４記載の構造の太陽電池モジュールを下記の通り作製した。
第１の導電型基板としてＮ型シリコン単結晶基板を、第２の導電型基板としてＰ型シリコン単結晶基板を用いた太陽電池セルを用意した。用意したセルのサイズは何れも１００ｍｍ角サイズであった。
Ｎ型基板を用いた太陽電池セルの平均特性は、短絡電流密度３５．１ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧０．６１９Ｖ、フィルファクタ７８．３％、変換効率１７．０％であった。
Ｐ型基板を用いた太陽電池セルの平均特性は、短絡電流密度３５．１ｍＡ／ｃｍ2、開放電圧０．６１８Ｖ、フィルファクタ７８．５％、変換効率１７．０％であった。
太陽電池モジュールでは太陽電池セルを直列繋ぎにするため、セルを用意するにあたり、特性は短絡電流密度を同程度に揃えた。【００３４】
上記２種類の太陽電池セルを用い、４×４の１６枚を用いて本発明の太陽電池モジュールを作製した。このとき、太陽電池セル同士の隙間は０．５ｍｍとし、モジュール外周のセルとフレームの隙間は１．０ｍｍとし、フレームの幅は５．０ｍｍのものを使用した。バスバー方向におけるモジュールの端となるセルからは、タブ線を３．０ｍｍ飛び出す形で、次の列のバスバー電極と配線を接続した。
作製したモジュールは、フレームを含めて縦４１３．５ｍｍ×横４１９．５ｍｍのサイズであった。
得られた太陽電池モジュールの特性は、短絡電流３．５０Ａ、開放電圧９．８８Ｖ、フィルファクタ７７．９％、変換効率１５．５％であった。
なお、太陽電池セル同士の隙間を０．５ｍｍとしたが、セルのエッジに破損は無かった。【００３５】
［比較例１］
比較例として、図３記載の一般的な構造の太陽電池モジュールを下記の通り作製した。
太陽電池セルは、上記実施例の第１の導電型基板を用いたセルのみを用い、４×４の１６枚を用いた。このとき、太陽電池セル同士の隙間は、バスバー方向でタブ線による配線の隙間は４．０ｍｍとし、タブ線による配線がない隙間は０．５ｍｍとした。その他、モジュール外周のセルとフレームの隙間、フレームの幅、バスバー方向におけるモジュールの端となるセルからのタブ線の飛び出し幅は、上記実施例と同じとした。
作製したモジュールは、フレームを含めて縦４１３．５ｍｍ×横４３０ｍｍのサイズであった。
比較例で作製した太陽電池モジュールの特性は、短絡電流３．５１Ａ、開放電圧９．９０Ｖ、フィルファクタ７７．４％、変換効率１５．２％であった。
【符号の説明】
【００３６】
１  第１の導電型基板を用いた第１太陽電池セル
２  第２の導電型基板を用いた第２太陽電池セル
３  バスバー電極
４  タブ線
５  第１の極性の電極の終端
６  第２の極性の電極の終端
７  外周フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2010095634.tif 000007
2010095634.tif 000008
2010095634.tif 000009
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