(57)【要約】【課題】高い耐電圧と漏れ電流の変動を低減して、良好な絶縁特性を実現する太陽電池モジュール及びそれを用いた太陽電池装置を提供する。【解決手段】金属基材の少なくとも一方の面に絶縁膜が形成されてなる絶縁層付き金属基板上に半導体回路を備えてなり、金属基材が、半導体回路の、最小電位と最大電位の間の所定電路に接続されており、半導体回路の駆動時に、金属基材の電位を半導体回路の所定電路上の電位に保持することにより、上記課題を解決する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材の少なくとも一方の面に絶縁膜が形成されてなる絶縁層付き金属基板上に半導体回路を備えてなる太陽電池モジュールであって、
前記金属基材が、前記半導体回路の、最小電位と最大電位の間の所定電路に接続されており、前記半導体回路の駆動時に、前記金属基材の電位を前記半導体回路の前記所定電路上の電位に保持することを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記半導体回路が、直列及び／又は並列に接続されてなるものである請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記半導体回路の最小電位側が、少なくとも１つの太陽電池モジュールによって構成される太陽電池装置のグランド側に接続される場合に、太陽電池モジュール内の前記金属基材が、前記半導体回路の、該半導体回路の平均電位よりも低い部分に接続されている請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記金属基材が、前記半導体回路の駆動時に、前記半導体回路の最も低い電位となる部分と短絡されているものである請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記半導体回路の最大電位側が、少なくとも１つの太陽電池モジュールによって構成される太陽電池装置のグランド側に接続される太陽電池モジュール内の前記金属基材が、前記半導体回路の、該半導体回路の平均電位よりも高い部分に接続されている請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記金属基材が、前記半導体回路の駆動時に、前記半導体回路の最も高い電位となる部分と短絡されているものである請求項５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記金属基板の電位を固定する為に、前記太陽電池モジュール内の電位の異なる２点以上間から電気抵抗を介して接続し、その抵抗の分圧比から前記金属基板の電位を固定することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記金属基板は、アルミニウム板、ステンレス鋼板又は鋼板、もしくはそれらの合金板又はクラッド板により構成され、
前記金属基材は、アルミニウム、シリコン、チタン及び鉄のいずれかの１つの基材により構成され、
前記絶縁層は、アルミニウム、シリコン、チタン及び鉄のいずれか１つの酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜により構成される請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記金属基材は、アルミニウム基材により構成され、
前記絶縁層は、前記アルミニウム基材の少なくとも一方の面に形成された陽極酸化膜により構成される請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記金属基板が、アルミニウムクラッド材である請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記半導体回路の半導体が、光吸収により電流を発生する光電変換半導体である請求項１〜１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記光電変換半導体の主成分が、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体である請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記光電変換半導体の主成分が、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体である請求項１２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記光電変換半導体の主成分が、Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体である請求項１３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記光電変換半導体を構成するデバイスは、薄膜シリコン系薄膜型太陽電池セル、ＣｄＴｅ系薄膜型太陽電池セル、III−Ｖ属系薄膜型太陽電池セル、色素増感系薄膜型太陽電池セル、および有機系薄膜型太陽電池セルのいずれか１つの薄膜型太陽電池セルを有する請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１６】
さらに、前記半導体回路を備えた前記絶縁層付き金属基板を、電気的に絶縁された状態で支持する金属製外枠又は保護金属板を有し、該金属製外枠又は該保護金属板は、少なくとも１つの太陽電池モジュールによって構成される太陽電池装置のグランドに接続されている請求項１〜１５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１７】
前記金属製外枠又は前記保護金属板は、電気絶縁材を介して、前記半導体回路を備えた前記絶縁層付き金属基板を支持する請求項１６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の太陽電池モジュールを少なくとも１つ有することを特徴とする太陽電池装置。
【請求項１９】
前記太陽電池モジュールを複数有し、該複数の太陽電池モジュールが直列に接続されるとき、２つの太陽電池モジュールの接続部が、前記グランドに接続されている請求項１８に記載の太陽電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ａｌ基材等の金属基材に陽極酸化膜等の絶縁膜を絶縁層とした絶縁層付き金属基板上に半導体回路を備えた太陽電池モジュール及びそれを用いた太陽電池装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
昨今、太陽電池の研究が盛んに行われるようになり、種々の観点から改良が試みられている。太陽電池は、光吸収により電流を発生する半導体の光電変換層を下部電極（裏面電極）と上部電極（透明電極）とで挟んだ積層構造の太陽電池セルを多数直列に接続して半導体回路を構成し、これを基板の上に形成したものである。
【０００３】
従来、この太陽電池に用いる基板としては、ガラス基板が主に使用されているが、可撓性を有する金属基板を用いることが検討されている。金属基板を用いた太陽電池は、基板の軽量性および可撓性（フレキシビリティー）という特徴から、ガラス基板を用いたものに比較して広い用途に適用できる可能性がある。さらに、金属基板は高温プロセスにも耐え得るため、光電変換特性が向上し、太陽電池の高効率化が期待できる。しかし、太陽電池は、基板の上に光電変換を行う半導体回路が設けられるため、金属基板を用いる場合には、基板とその上に形成される半導体回路との間に絶縁層を設ける必要がある。
【０００４】
例えば、ステンレス等の鉄系素材を基板に用いた場合には、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等の気相法やゾルゲル法等の液相法により、ＳｉやＡｌの酸化物を被覆して絶縁層を形成する方法が知られている。しかしながら、このような方法は、一般的にピンホールやクラックが生じ易い成膜方法であるため、大面積の絶縁層を安定的に成膜する方法としては本質的な課題を抱えている。
また、金属基板にアルミ二ウム（Ａｌ）を用いたときは、Ａｌ基材の表面に陽極酸化被膜を形成することにより、密着性の良好な絶縁被膜を得ることができる。しかし、陽極酸化被膜は、密着性は良いものの絶縁性が十分ではなく、太陽電池などの絶縁層としては改良の余地がある。
【０００５】
上記の半導体回路は、発電システムのグランド電位に接地されるモジュールの金属外枠との間に、太陽光発電システムの最大電圧の４倍以上の電圧に耐える必要があり、数ｋＶ以上の耐圧が要求されることがある。半導体回路とモジュールの金属外枠の間に使用される封止材料に要求される耐電圧が大きく、材料の価格が高くなっている。太陽電池用金属基板の金属部が電気的に固定されていなかったり、モジュールの金属外枠に接地されている場合、陽極酸化皮膜も同様に数ｋＶ以上の耐圧が要求されることがある。また、絶縁層の漏れ電流は太陽電池モジュールの太陽光-電力の変換効率の低下要因になるため、抵抗値が高いことも重要である。しかしながら、一般に陽極酸化膜の絶縁性はそれほど高いわけではない。
なお、Ａｌ基材の表面に形成した陽極酸化膜の絶縁性向上に対しては幾つかの公知例があり、陽極酸化膜上にさらに絶縁層を形成する（特許文献１）、陽極酸化膜中の金属間化合物を規定する（特許文献２）、ポアフィリング法によりバリア層（陽極酸化膜とＡｌとの界面近傍に存在する緻密な酸化物の薄い層）を厚くする（特許文献３および非特許文献１）等の方法が報告されている。
【０００６】
また、特許文献４は、複数の太陽電池セルを直列及び/又は並列に接続した、一つの正極端及び一つの負極端を有する太陽電池ストリングに於いて、該太陽電池ストリングの電路の少なくとも一部が絶縁の為の外囲器に納められておらず、且つ該正極端と該負極端の電気的中点又はそれよりも該負極端側（好ましくは２対１）の一箇所で該太陽電池ストリングの電路が接地されている太陽電池ストリングを開示している。特許文献４は、人体では正極側よりも負極側の対地電圧に対してより電流が流れ易いので、特許文献４は、上述のように、接地を中性点（電気的中点）と負極端の間にすることにより、感電しにくく、より安全であるとしている。
また、特許文献５は、絶縁性の陽極酸化膜を有するアルミニウム基板上に、Ｉｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる半導体層を含む光電変換層を有する太陽電池を開示し、この太陽電池は、軽量、安価なフレキシブル太陽電池であるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平７−１４７４１６号公報
【特許文献２】特開２００２−２４１９９２号公報
【特許文献３】特開２００３−３３０２４９号公報
【特許文献４】特開２００２−３５９３８６号公報
【特許文献５】特開２００９−９９９７３号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】高橋英明、永山誠一、金属表面技術、第２７号１９７６年、ｐ３３８〜３４３
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、絶縁層の絶縁性能には、耐電圧と漏れ電流（リーク）があり、耐電圧が高いほど、また漏れ電流が小さいほど望ましい。これらの絶縁性能は、上記の特許文献１〜３及び非特許文献１に開示の従来の方法により改善されているが、これらの方法は、太陽電池とは関係がなく、一般的に陽極酸化膜の絶縁性を高めるものであるが、これらの方法以外に、特に太陽電池のＡｌ基板の陽極酸化膜の絶縁性を高めることができる新たな方法があれば望ましい。また、発電回路とモジュールの金属フレーム間に要求される耐電圧は低いことが好ましい。
また、特許文献４では、発電回路の外側に絶縁材料を使わない為、安全性の観点から用途が限られるという問題があった。
さらに、特許文献５の従来技術のように、薄い絶縁層を挟んだフレキシブルな金属基板上に発電層を設けた構成の太陽電池モジュールは量産性に優れ安価に製造できるが、しかし、良好な絶縁性を得るために絶縁層の耐電圧を高くするには膜厚を厚くする必要があるが、膜厚を厚くすると生産性が悪いという問題があり、製造コストが上がるため実現が難しかった。
【００１０】
本発明は、上記要望に応えてなされたものであり、Ａｌ基材等の金属基材に陽極酸化膜等の絶縁膜を形成してなる絶縁層付き金属基板を用いた太陽電池モジュールにおいて、上記従来技術によることなく、また、従来技術の問題点を解消して、高い耐電圧と漏れ電流の変動を低減して、良好な絶縁特性を実現する太陽電池モジュール及びそれを用いた太陽電池装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者は、上記目的を達成するために、太陽光発電装置又はシステムの最大電圧が、モジュール一つあたりの最大電圧と等しい場合であっても、個々の太陽電池セルの発電電圧は最大で０．６５Ｖ程度であるが、それらの太陽電池セルが同一基板上で１００直列以上となったモジュールの半導体回路となっており、安全性や長期信頼性を考慮すれば、金属基板上の絶縁層には５００Ｖ以上の耐電圧が必要であり、また、絶縁基板やストリング構造のモジュールを使い、直列接続して使用する場合、半導体回路を含むサブモジュールとモジュール外側の金属との間にそれぞれ、サブモジュールの発電電圧のｎ倍の電圧が発生する。直列に接続するモジュールの数が増えるほど、サブモジュールとモジュール外側の金属との間に発生する電圧が高くなり、サブモジュールを覆う絶縁層に要求される耐電圧は高くなるが、絶縁層付き金属基板の金属部分を発電電路と接地することで絶縁層に印加される電圧の上限を下げ、薄い絶縁層でも太陽電池用基板として使えることを知見し、本発明に至ったものである。
【００１２】
すなわち、本発明者は、太陽電池ストリングや太陽電池アレイの電路を接地することが発電電圧の対地電圧を下げたり、発電層と金属製のモジュール外枠間の絶縁材料に要求される耐電圧を軽減する議論がされていたが、絶縁層付金属基板を使用した場合の絶縁特性については議論されていなかった点に注目した。
【００１３】
さらに、本発明者は、以下の点にも注目した。
すなわち、特開２００２−３５９３８３号公報や特開２００４−１４６４３５号公報においては、モジュールの強度を増すために裏面にステンレス鋼板や亜鉛めっき鋼板等の鋼板が配置されている。通常、負極性側の端子がアースに接地されているため、金属基板が使われた場合に、鋼板と基板間に発生する電圧は、発電回路の負極電圧である場合に最も低く、正極性電圧である場合に最も高い。
また、金属基板が低い電位で固定されるほど太陽電池の発電回路とモジュールの金属フレーム間の絶縁材料を少なくすることができ、モジュールを安価にすることができる。
さらに、モジュール化した場合の絶縁性を確保するために特開平８−８３９１１号公報や特許３５２０４２５号公報、特開平１１−５４７８０号公報に記載があるように、モジュールのフレームとサブモジュール間に絶縁層を設けるなどの絶縁性の向上が行われている。
【００１４】
すなわち、本発明の太陽電池モジュールは、金属基材の少なくとも一方の面に絶縁膜が形成されてなる絶縁層付き金属基板上に半導体回路を備えてなる太陽電池モジュールであって、前記金属基材が、前記半導体回路の、最小電位と最大電位の間の所定電路に接続されており、前記半導体回路の駆動時に、前記金属基材の電位を前記半導体回路の前記所定電路上の電位に保持することを特徴とする。
また、前記半導体回路が、直列およびまたは並列に接続されてなるものであるのが好ましい。
本発明において、「半導体回路」とは、太陽電池の発電機能を備える半導体と、その半導体を挟む一対の電極を含む電子回路を意味するものとする。
【００１５】
また、前記半導体回路の最小電位側が、少なくとも１つの太陽電池モジュールによって構成される太陽電池装置のグランド側に接続される場合に、太陽電池モジュール内の前記金属基材が、前記半導体回路の、該半導体回路の平均電位よりも低い部分に接続されているのが好ましい。
また、前記金属基材が、前記半導体回路の駆動時に、前記半導体回路の最も低い電位となる部分と短絡されているものであるのがより好ましい。
また、前記半導体回路の最大電位側が、少なくとも１つの太陽電池モジュールによって構成される太陽電池装置のグランド側に接続される太陽電池モジュール内の前記金属基材が、前記半導体回路の、該半導体回路の平均電位よりも高い部分に接続されているのが好ましい。
また、前記金属基材が、前記半導体回路の駆動時に、前記半導体回路の最も高い電位となる部分と短絡されているものであるのがより好ましい。
また、前記金属基板の電位を固定するために、前記太陽電池モジュール内の電位の異なる２点以上間から電気抵抗を介して接続し、その抵抗の分圧比から前記金属基板の電位を設定して固定しても構わない。但し、電気抵抗によって太陽電池の発電電力が消費されるため、電気抵抗での消費電力が無視できるほど小さくなる程度の高抵抗を使用するのが良い。
【００１６】
本発明において、「半導体回路の平均電位」とは、半導体装置の設計上の最大電圧の中間値を意味するもので、例えば、一様に太陽光に露出されて電流を発生する多数の同じ仕様の光電変換素子（太陽電池セル）が直列に接続されてなる電子回路の中間点におけるセルの電位に等しい。例えば、直列に接続された多数の太陽電池セルの出力電圧の合計が１００Ｖであったとすれば、５０Ｖに相当する。
また、「半導体回路の平均電位よりも低い部分又は高い部分に接続されている」における「接続」とは、例えばＡＬ基材等の金属基材が回路の一部、例えば、電極に直接短絡されているものに限らず、電気的抵抗あるいは別の電池などを介して間接的に接続されている場合も含むものであって、要するに、金属基材の電位を高くして、金属基材と半導体の間に形成されている絶縁性の陽極酸化膜に金属基材がプラスとなるような電界極性を与えるものであれば、いかような形態の接続方法を採っていてもよい。
また、本発明において、「最も低電位となる部分」、又は「最も高電位となる部分」とは、半導体装置の設計上における負極性又は正極性の最大電圧となる部分を意味するもので、例えば太陽電池の場合、複数の直列接続された太陽電池セルのうち最も負極性側の端部のセルの負電極又は最も正極性側の端部のセルの正電極がこれに相当する。
なお、駆動時に、金属基材が最も低電位となる部分又は最も高電位となる部分と短絡されているものであることがより好ましいのは、その方が、フレームと発電回路間の電界を小さくできるからである。
【００１７】
また、前記金属基板は、アルミニウム板、ステンレス鋼板又は鋼板、もしくはそれらの合金板又はクラッド板により構成され、前記金属基材は、アルミニウム、シリコン、チタン及び鉄のいずれかの１つの基材により構成され、前記絶縁層は、アルミニウム、シリコン、チタン及び鉄のいずれか１つの酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜により構成されるのが好ましい。この場合にも、同様に、絶縁層に要求される耐電圧を下げることができる。
さらに、前記金属基材は、アルミニウム基材により構成され、前記絶縁層は、前記アルミニウム基材の少なくとも一方の面に形成された陽極酸化膜により構成されるのが好ましい。
また、前記金属基板が、アルミニウムクラッド材であるのが好ましい。
【００１８】
また、前記半導体回路の半導体が、光吸収により電流を発生する光電変換半導体であるのが好ましい。
また、前記光電変換半導体の主成分が、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であるのが好ましい。
また、前記光電変換半導体の主成分が、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であるのが好ましい。
また、前記光電変換半導体の主成分が、Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であるのが好ましい。
また、前記光電変換半導体を構成するデバイスは、カルコパイライト系のＩ III VI族半導体に限らず、ＣＩＳ・ＣＩＧＳ系薄膜型太陽電池セル、薄膜シリコン系薄膜型太陽電池セル、ＣｄＴｅ系薄膜型太陽電池セル、III−Ｖ属系薄膜型太陽電池セル、色素増感系薄膜型太陽電池セル、および有機系薄膜型太陽電池セルのいずれか１つの薄膜型太陽電池セルを有するのが好ましく、これらのいずれの薄膜太陽電池においても同様に、絶縁層に要求される耐電圧を下げることができる。
【００１９】
さらに、前記半導体回路を備えた前記絶縁層付き金属基板を、電気的に絶縁された状態で支持する金属製外枠又は保護金属板を有し、該金属製外枠又は該保護金属板は、少なくとも１つの太陽電池モジュールによって構成される太陽電池装置のグランドに接続されているのが好ましい。
また、前記金属製外枠又は前記保護金属板は、電気絶縁材を介して、前記半導体回路を備えた前記絶縁層付き金属基板を支持するのが好ましい。
また、本発明の太陽電池装置は、上記太陽電池モジュールを少なくとも１つ有することを特徴とする。
ここで、前記太陽電池モジュールを複数有し、該複数の太陽電池モジュールが直列に接続されるとき、２つの太陽電池モジュールの接続部が、前記グランドに接続されているのが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、アルミニウム（Ａｌ）基材等の金属基材の少なくとも一方の面に陽極酸化膜等の絶縁膜が形成されてなる絶縁層付金属基板上に半導体回路を備えた太陽電池モジュールにおいて、その半導体回路の一部の電位に金属基材を接続したものであるから、半導体回路の駆動時における陽極酸化膜への印加電圧が発電システムの最大電位より小さい、太陽電池モジュール１台あたりの発電電圧以下にすることができる。
また、本発明によれば、金属基板の電位をモジュール内の電位で発電システムのグランド電位に近い電位に設定することにより、金属基板とモジュール外枠間の印加電圧を下げることができ、モジュール封止材の絶縁材料コストを軽減できる。特に、本発明では、プラス電位側に設置されるモジュールの場合、金属部の電位を−側接続にし、マイナス電位側に設置されるモジュールの場合、金属部の電位を＋側接続にして使用することにより、金属基板とモジュール外枠間の印加電圧を最も下げることができる。なお、このことは、一つの太陽電池装置の中に複数の太陽電池モジュールを直列接続した場合にも、一つの太陽電池モジュールの中に複数のサブモジュールを直列接続した場合にも、全く同様なことが言える。
さらに、本発明によれば、金属基板の接地電位により、陽極酸化膜と発電回路間の印加電圧と金属基板とモジュール外枠間の印加電圧を調節することができるので、製造コストを考慮した耐電圧の組合せに対応でき、モジュールのコストを低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明に係る太陽電池装置の一実施例を模式的に示す回路構成図である。
【図２】図１（ａ）及び（ｄ）に示す太陽電池装置を構成する太陽電池モジュールの一実施例を模式的に示す回路構成図である。
【図３】図２に示す太陽電池モジュールの一実施例を模式的に示す断面図である。
【図４】図１（ｂ）及び（ｄ）に示す太陽電池装置を構成する太陽電池モジュールの一実施例を模式的に示す回路構成図である。
【図５】図４に示す太陽電池モジュールの一実施例を模式的に示す断面図である。
【図６】図１（ｃ）に示す太陽電池装置を構成する太陽電池モジュールの一実施例を模式的に示す回路構成図である。
【図７】図６に示す太陽電池モジュールの一実施例を模式的に示す断面図である。
【図８】図６に示す太陽電池モジュールの第２実施形態を模式的に示す断面図である。
【図９】図７に示す太陽電池モジュールの製造工程の一例を説明するための製造中の太陽電池モジュールの斜視図である。
【図１０】図７に示す太陽電池モジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は、それぞれ従来の太陽電池装置を模式的に示す回路構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明に係る太陽電池モジュール及び太陽電池装置を添付の図面に示す好適実施形態に基づいて以下に詳細に説明する。
図１（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ本発明に係る太陽電池装置の一実施例を模式的に示す回路構成図である。なお、以下では、まず、絶縁層付き金属基板の代表例として、アルミニウム（Ａｌ）基材の少なくとも一方の面に絶縁膜として陽極酸化膜が形成されてなる絶縁層付き金属基板を用いて説明するが、後述するように、これに限定されないのは、いうまでもない。
【００２３】
まず、図１（ａ）に示す太陽電池装置５０ａは、直列に連結された４つの本発明の太陽電池モジュール（以下、単にモジュールともいう）１０ａを有し、図１（ｂ）に示す太陽電池装置５０ｂは、直列に連結された４つの本発明の太陽電池モジュール１０ｂを有し、図１（ｃ）に示す太陽電池装置５０ｃは、直列に連結された４つの本発明の太陽電池モジュール１０ｃを有し、図１（ｄ）に示す太陽電池装置５０ｄは、直列に連結された、それぞれ２つの本発明の太陽電池モジュール１０ａ及び１０ｂを有する。
なお、太陽電池装置５０ａ〜５０ｄでは、それそれ、太陽電池ストリングスを構成し、その中央、すなわち、直列に連結された４つのモジュール１０ａ〜１０ｃの中央の接続部分でグランド５８に接続されている。
【００２４】
これに対し、図１１（ａ）及び（ｂ）に、それぞれ従来の太陽電池装置を模式的に示す回路構成図を示す。
図１１（ａ）及び（ｂ）に示す従来の太陽電池装置５０ｅは、それぞれ４つの従来の太陽電池モジュール１０ｅ及び１０ｆが直列に連結されてストリングスを構成するものであり、同様に、その中央、すなわち、４つのモジュール１０ｅ及び１０ｆの中央の接続部分でグランド５８に接続されている。
図１及び図１１では説明を簡単にするために、両極側にそれぞれ２台のモジュールを直列接続した構成にしたが、両極側のモジュールがそれぞれ１台あるいは３台以上でも本発明の効果を得ることができる。また、各モジュールあるいは直列に接続された各モジュール列と並列に同じモジュールが接続された構成でも同じように本発明の効果を得ることができる。
【００２５】
まず、図１（ａ）に示す太陽電池装置５０ａにおいて、各モジュール１０ａは、図２に示すように、例えば、接地された略長方形状の、Ａｌ基材を備える金属基板１２及び金属基板１２のＡｌ基材上に形成された陽極酸化膜からなる電気的な絶縁層１４を備える絶縁層付き金属基板（以下、支持基板という）１６と、絶縁層１４上に形成された、本発明の半導体回路を構成し、直列に接続された複数の太陽電池セル２２からなる発電層２０とを有するサブモジュール５２ａと、このサブモジュール５２ａを、その電路も含め電気的に絶縁された状態で裏面側から支持するモジュールの外枠となる金属製外枠（裏面金属板や裏面保護金属板ともいう）５４と、サブモジュール５２ａと金属製外枠とを電気的に絶縁された状態に維持するための電気絶縁材５６とを有する。
【００２６】
モジュール１０ａは、発電層２０の複数の太陽電池セル２２の中の一方の端部にある太陽電池セル２２ａの正極（プラス）側を正極端子とし、他方の端部にある太陽電池セル２２ｂの負極（マイナス）側を負極端子とするものである。この正極端子は、例えば、リボン状のリード線に介して隣接するモジュール１０ａの負極端子（図１（ａ）参照）に、又は図示しない接電箱の正極端子に接続され、負極端子は、例えば、リボン状のリード線に介して隣接するモジュール１０ａの正極端子（図１（ａ）参照）に、又は図示しない接電箱の負極端子に接続されるものである。また、各モジュール１０ａにおいては、金属製外枠５４は、グランドに接続（接地）されている。
【００２７】
本発明の太陽電池装置５０ａは、４つのモジュール１０ａの全てにおいて、図１（ａ）中右側、すなわち各モジュール１０ａ内で電位が最も低い側（低電位側）で、金属基板１２のＡｌ基材とサブモジュール５２ａの電路（発電層２０のマイナス（−）電極）、すなわち、図２に示す発電層２０の太陽電池セル２２ｂの負極端子とを接続することを特徴とするものである。なお、サブモジュール５２ａ及び発電層２０の詳細については、図３を用いて後述する。
以下では、金属基板１２の電気的な接続は、金属基板１２のＡｌ基材の電気的な接続を意味するものとする。
【００２８】
したがって、図１（ａ）に示すように、太陽電池装置５０ａの各モジュール１０ａの駆動電圧をＶとすると、太陽電池装置５０ａ全体の駆動電位は４Ｖとなるが、真中のグランド５８を０とするとき、各モジュール１０ａの両側の端子の電位は、図中左のモジュール１０ａから、２Ｖ及びＶ、Ｖ及び０、０及び−Ｖ、−Ｖ及び−２Ｖとなる。
ここで、太陽電池装置５０ａにおいては、各モジュール１０ａにおいて、低電位側で金属基板１２とサブモジュール５２ａの電路とが接続されているので、駆動時、各モジュール１０ａの金属基板１２の電位は、各モジュール１０ａの低電位となり、すなわち、図中左のモジュール１０ａから、Ｖ、０、−Ｖ、及び−２Ｖとなる。したがって、太陽電池装置５０ａにおいては、絶縁層１４にかかる電圧（絶縁膜の電位差）は、いずれのサブモジュール５２ａにおいても、最大値でＶとなり、一方、金属製外枠５４はグランド５８に設置されているので、金属基板１２と金属製外枠５４との間の電圧は、図中左のモジュール１０ａから、Ｖ、０、−Ｖ及び−２Ｖとなるので、最大値（絶対値）は、２Ｖとなる。
なお、本実施例のように、駆動時に、金属基板１２のＡｌ基材が発電層２０の最も低電位となる部分と短絡されているものでは、フレームとなる金属製外枠５４と発電層２０との間の電界を小さくできる。特に、グランド５８より高い電位側、すなわち正極側にあるモジュール１０ａにおいて、より小さくできる。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示す太陽電池装置５０ｂの各モジュール１０ｂは、図４に示すように、サブモジュール５２ｂ、金属製外枠５４及び電気絶縁材５６を有し、サブモジュール５２ｂは、金属基板１２、絶縁層１４及び発電層２０を有するものであり、図１（ａ）及び図２に示すモジュール１０ａと、金属基板１２とサブモジュール５２ｂの電路、すなわち、発電層２０の太陽電池セル２２ａの正電極との接続を除いて、同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。なお、サブモジュール５２ｂの詳細については、図５を用いて後述する。
ここで、太陽電池装置５０ｂは、４つのモジュール１０ｂの全てにおいて、図１（ｂ）中左側、すなわち各モジュール１０ｂ内で電位が最も高い側（高電位側）で、金属基板１２とサブモジュール５２ｂの電路（発電層２０のプラス（＋）電極）、すなわち、図４に示すサブモジュール５２ｂの発電層２０の太陽電池セル２２ａの正極端子とを接続することを特徴とするものである。
【００３０】
したがって、図１（ｂ）に示すように、太陽電池装置５０ｂの各モジュール１０ｂの駆動電圧をＶとすると、太陽電池装置５０ｂ全体の駆動電位は４Ｖとなり、真中のグランド５８を０とするとき、各モジュール１０ｂの両側の端子の電位は、図１（ａ）と同様に、図中左のモジュール１０ｂから、２Ｖ及びＶ、Ｖ及び０、０及び−Ｖ、−Ｖ及び−２Ｖとなる。
ここで、太陽電池装置５０ｂにおいては、各モジュール１０ｂにおいて、高電位側で金属基板１２とサブモジュール５２ｂの電路とが接続されているので、駆動時、各モジュール１０ｂの金属基板１２の電位は、各モジュール１０ｂの高電位となり、すなわち、図中左のモジュール１０ｂから、２Ｖ、Ｖ、０、及び−Ｖとなる。したがって、太陽電池装置５０ｂにおいては、絶縁層１４にかかる電圧は、いずれのモジュール１０ｂにおいても、最大値でＶとなり、一方、金属製外枠５４はグランド５８に設置されているので、金属基板１２と金属製外枠５４との間の電圧は、図中左のモジュール１０ａから、２Ｖ、Ｖ、０及び−Ｖとなり、最大値は２Ｖとなる。
なお、本実施例のように、駆動時に、金属基板１２のＡｌ基材が発電層２０の最も高電位となる部分と短絡されているものでは、フレームとなる金属製外枠５４と発電層２０との間の電界を小さくできる。特に、グランド５８より低い電位側、すなわち負極側にあるモジュール１０ｂにおいて、より小さくできる。
【００３１】
次に、図１（ｃ）に示す太陽電池装置５０ｃの各モジュール１０ｃは、図６に示すように、サブモジュール５２ｃ、金属製外枠５４及び電気絶縁材５６を有し、サブモジュール５２ｃは、金属基板１２、絶縁層１４及び発電層２０ａを有するものであり、図１（ａ）及び図２に示す太陽電池装置５０ａのモジュール１０ａと、発電層２０ａの構成、及び金属基板１２とサブモジュール５２ｃの電路との接続、すなわち、発電層２０ａの複数の太陽電池セル２２の中央又は略中央の太陽電池セル２２の電極による接続（接地用太陽電池セル３０（図７参照）による接続）を除いて、同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。なお、サブモジュール５２ｃ及び発電層２０ａの詳細については後述する。
ここで、太陽電池装置５０ｃは、４つのモジュール１０ｃの全てにおいて、各モジュール１０ｃの発電層２０ａの平均電位、すなわち発電層２０ａ内の電位がその平均に近い電位を持つ中央側（中点電位側）で、金属基板１２とサブモジュール５２ａの電路（発電層２０の中央部における電極）とを接続する、すなわち複数の太陽電池セル２２の中の真中（中央）にある太陽電池セル２２の、又は略中央にある太陽電池セル２２、すなわち中央にある２つの太陽電池セル２２の一方の正極側または負極側を接続端子として、支持基板１６の金属基板１２のＡｌ基板に直接電気的に接続することを特徴とするものである。
【００３２】
したがって、図１（ｃ）に示すように、太陽電池装置５０ｃの各モジュール１０ｃの駆動電圧をＶとすると、太陽電池装置５０ｃ全体の駆動電位は４Ｖとなり、真中のグランド５８を０とするとき、各モジュール１０ｃの両側の端子の電位は、図１（ａ）と同様に、図中左のモジュール１０ｃから、２Ｖ及びＶ、Ｖ及び０、０及び−Ｖ、−Ｖ及び−２Ｖとなる。
ここで、太陽電池装置５０ｃにおいては、各モジュール１０ｃにおいて、中点電位（平均電位）側で金属基板１２とサブモジュール５２ｂの電路とが接続されているので、駆動時、各モジュール１０ｃの金属基板１２の電位は各モジュール１０ｃの平均電位となり、すなわち、図中左のモジュール１０ｃから、３Ｖ／２、Ｖ／２、−Ｖ／２、及び−３Ｖ／２となる。したがって、太陽電池装置５０ｃにおいては、絶縁層１４にかかる電圧は、いずれのモジュール１０ｃにおいても、最大値でもＶ／２となるが、金属製外枠５４はグランド５８に設置されているので、金属基板１２と金属製外枠５４との間の電圧は、図中左のモジュール１０ｃから、３Ｖ／２、Ｖ／２、−Ｖ／２、及び−３Ｖ／２となり、最大値は３Ｖ／２となる。
【００３３】
本発明において、発電層２０ａの「平均電位」とは、発電層２０ａの設計上の最大電圧の中間値又は略中間値を意味するもので、例えば、図６に示すように、複数の太陽電池セル２２が直列に接続されてなる発電層２０ａの中間点又は略中間点における太陽電池セル２２の電位、図７に示す接地用太陽電池セル３０の電位に等しい。
本発明のサブモジュール５２ｃにおいては、図６及び図７示すように、接地用太陽電池セル３０の正極または負極が支持基板１６の金属基板１２に直接電気的に接続されるが、この接地用太陽電池セル３０は、複数の太陽電池セル２２の中の真中又は略中央の位置にある太陽電池セル２２とするのが最も好ましい。
こうすることにより、複数の太陽電池セル２２の中の真中の位置を中心として一端部側にある太陽電池セル２２ａまで、すなわちプラス（正）側の発電層２０ａ内の太陽電池セル２２の数と、他端部側にある太陽電池セル２２ｂまで、すなわちマイナス（負）側の発電層２０ｂ内の太陽電池セル２２の数とを同一、又は略同一にすることができ、接地用太陽電池セル３０を設けない、図２及び図４に示すサブモジュール５２ａ及び５２ｂや図１（ｅ）に示す従来のモジュール１０ｅのサブモジュール５２ｅの発電層２０の太陽電池セル２２の数、すなわちその両端部側にある太陽電池セル２２ａ及び２２ｂ間の太陽電池セル２２の数に比べて半分にすることができ、その結果、絶縁層１４にかかる電圧も、最大値でもＶ／２と、半分にすることができる。
【００３４】
その結果、図示例のサブモジュール５２ｃの発電層２０ａでは、金属基板１２の電位、すなわち接地用太陽電池セル３０の電位に対する、図中左端の太陽電池セル２２ａの正極端子の正電位との電位差（電圧）の大きさと図中右端の太陽電池セル２２ｂの負極端子の負電位との電位差（電圧）の大きさとを同一、又は略同一にすることができ、他のサブモジュール５２ａ及び５２ｂや従来のサブモジュール５２ｅの発電層２０の太陽電池セル２２ａと２２ｂとの間の電位差（電圧）の大きさに比べて半分にすることができる。
このため、モジュール１０ｃでは、金属基板１２と発電層２０ａとの間の電圧を、他のモジュール５０ａ、５０ｂ及び５０ｅの金属基板１２と発電層２０との間の電圧の半分にすることができるので、金属基板１２と発電層２０ａ間の絶縁層１４に要求される耐電圧が、他のモジュール５０ａ、５０ｂ及び５０ｅの場合の半分で済むことから、同じ耐電圧の絶縁層１４を用いた場合、発電層２０ａ全体、すなわち太陽電池セル２２ａと２２ｂとの間の電位差（電圧）の大きさを２倍にすることができ、２倍の電圧を持つモジュールを作ることができる。
【００３５】
なお、図６に示す太モジュール１０ｃにおいては、金属基板１２に接続する位置（接地用太陽電池セル３０の位置）を、複数の太陽電池セル２２の中の真中又は略中央の位置（その位置にある太陽電池セル２２）としているが、本発明はこれに限定されず、複数の太陽電池セル２２の中の真中の位置を中心として一端部側にある太陽電池セル２２ａ及び他端部側にある太陽電池セル２２ｂの位置をそれぞれ±１００％とするとき、真中の位置から±１０％以内、すなわち、＋（プラス）１０％〜−（マイナス）１０％の範囲内の位置にある太陽電池セル２２としても良い。
その理由は、モジュール１０ｃにおいて接地する位置を複数の太陽電池セル２２の中の真中から±１０％以内の位置にある太陽電池セル２２としても、上述の場合と同様に、絶縁層１４に要求される耐電圧を他のモジュールに比べて低減することができ、同じ耐電圧の絶縁層１４を用いた場合、発電層２０ａ全体の電圧を大きくすることができ、高い発電圧を持つモジュールを作ることができるからである。
なお、以上のような理由から、本発明においては、接地する位置を真中の位置から±５％以内、すなわち、＋（プラス）５％〜−（マイナス）５％の範囲内の位置にある太陽電池セル２２とするのがより好ましいのはもちろんである。
【００３６】
次に、図１（ｄ）に示す太陽電池装置５０ｄは、グランド５８より、図中左側、すなわち正（高）電位側に図１（ａ）に示す太陽電池装置５０ａの２つのモジュール１０ａを、図１（ｄ）中右側、すなわち負（低）電位側に図１（ｂ）に示す太陽電池装置５０ｂの２つのモジュール１０ｂを配置するものである。したがって、太陽電池装置５０ｄにおいては、図１（ｄ）中左側の２つのモジュール１０ａにおいて、右側、すなわち各モジュール１０ａ内で電位が最も低い側（発電層２０の太陽電池セル２２ｂの負（−）電極側）で、金属基板１２とサブモジュール５２ａの電路とが接続され、かつ右側の２つのモジュール１０ｂのすべてにおいて、左側、すなわち各モジュール１０ｂ内で電位が最も高い側（発電層２０の太陽電池セル２２の正（＋）電極側）で、金属基板１２とサブモジュール５２ｂの電路とが接続されることを特徴としている。
【００３７】
したがって、図１（ｄ）に示すように、太陽電池装置５０ｄの各モジュール１０ａ及び１０ｂの駆動電圧をＶとすると、太陽電池装置５０ｂ全体の駆動電位は４Ｖとなり、真中のグランド５８を０とするとき、各モジュール１０ａ及び１０ｂの両側の端子の電位は、図１（ａ）と同様に、図中左のモジュール１０ａから順に、２Ｖ及びＶ、Ｖ及び０、０及び−Ｖ、−Ｖ及び−２Ｖとなる。
ここで、太陽電池装置５０ｄにおいては、図中左側の２つのモジュール１０ａで、低電位側で金属基板１２とサブモジュール５２ａの電路とが接続されているので、駆動時、２つのモジュール１０ａの金属基板１２の電位は、各モジュール１０ａの低電位となり、右側の２つのモジュール１０ｂで、高電位側で金属基板１２とサブモジュール５２ｂの電路とが接続されているので、駆動時、各モジュール１０ｂの金属基板１２の電位は、各モジュール１０ｂの高電位となり、すなわち、図中左のモジュール１０ａから、Ｖ、０、０、及び−Ｖとなる。したがって、太陽電池装置５０ｄにおいては、絶縁層１４にかかる電圧は、いずれのモジュール１０ａ及び１０ｂにおいても、最大値でＶとなり、一方、金属製外枠５４はグランド５８に設置されているので、金属基板１２と金属製外枠５４との間の電圧は、図中左のモジュール１０ａから順に、Ｖ、０、０及び−Ｖとなり、最大値はＶとなる。したがって、図１（ｄ）に示す太陽電池装置５０ｄは、図１（ａ）及び（ｂ）に示す太陽電池装置５０ａ及び５０ｂと、絶縁層１４にかかる電圧は同じであり、図１（ｃ）に示す太陽電池装置５０ｃよりは、絶縁層１４にかかる電圧は高くなるが、金属基板１２と金属製外枠５４との間の電圧は、太陽電池装置５０ａ〜５０ｃのいずれよりも低く、この点からは最も好ましい。
【００３８】
ところで、上述した例では、各モジュール１０ａ〜１０ｃにおいては、それぞれ、右端の低電位側、左端の高電位側及び平均電位となる中点電位側において金属基板１２とサブモジュール５２ａ〜５２ｃの発電層２０又は２０ａの電路とを接続するものであるが、特にこれらに限定されるものではなく、駆動時に金属基板１２の電位を発電層２０又は２０ａの電路の所定位置の電位に保持できれば、低電位側と中点電位側との間、又は高電位側と中点電位側との間において、金属基板１２と発電層２０又は２０ａの電路とを接続するものであってもよい。なお、発電層２０又は２０ａの最低（最小）電位側が、グランド５８側に接続される場合に、金属基板１２が、各モジュール１０ａ〜１０ｃの平均電位よりも低い部分に接続されているのが好ましく、発電層２０又は２０ａの最高（最大）電位側が、グランド５８側に接続される場合に、金属基板１２が、各モジュール１０ａ〜１０ｃの平均電位よりも高い部分に接続されているのが好ましい。
【００３９】
これに対し、図１１（ａ）に示す従来の太陽電池装置５０ｅの各モジュール１０ｅは、サブモジュール５２ｅ、金属製外枠５４及び電気絶縁材５６を有し、サブモジュール５２ｅは、金属基板１２、絶縁層１４及び発電層２０を有し、図１（ａ）に示す太陽電池装置５０ａの各モジュール１０ａと、金属基板１２とサブモジュール５２ｂの電路とが接続されていない点を除いて同様の構成を有するものであるので、その詳細な説明は省略する。
ここで、太陽電池装置５０ｅにおいては、４つのモジュール１０ｅの全てにおいて、金属基板１２は、サブモジュール５２ａの電路とは接続されておらず、接地もされていないので、電位的にはフローティングの状態にある。
また、図１１（ｂ）に示す従来の太陽電池装置５０ｆの各モジュール１０ｆは、図１１（ａ）に示す従来の太陽電池装置５０ｅの各モジュール１０ｅのサブモジュール５２ｅの代わりに、金属基板１２及びその絶縁層１４を有しておらず、発電層２０のみを有するサブモジュール５２ｆを用いたものである。この従来の太陽電池装置では、裏面に金属基板がなく、発電層の裏面電極が並んだ状態となる。したがって、この従来の太陽電池装置では、裏面には電位分布ができることになる。
【００４０】
したがって、図１１（ａ）に示すように、太陽電池装置５０ｅの各モジュール１０ｅの駆動電圧をＶとすると、太陽電池装置５０ｅの全体の駆動電位は４Ｖとなり、真中のグランド５８を０とするとき、各モジュール１０ｅの両側の端子の電位は、図１（ａ）と同様に、図中左のモジュール１０ｅから、２Ｖ及びＶ、Ｖ及び０、０及び−Ｖ、−Ｖ及び−２Ｖとなる。
ここで、太陽電池装置５０ｅにおいては、駆動時、各モジュール１０ｅの金属基板１２の電位は、フローティングの状態にあるので、太陽電池装置５２ｅにおいては、いずれのモジュール１０ｅにおいても、サブモジュール５２ｅの発電層２０と金属製外枠５４との間の電圧は、図中左のモジュール１０ｅから、Ｖ〜２Ｖ、０〜Ｖ、０〜−Ｖ及び−Ｖ〜−２Ｖとなる。その結果、絶縁層１４にかかる電圧も金属基板１２と金属製外枠５４との間の電圧も、最大値で２Ｖとなる恐れがある。また、サブモジュール５２ｅの発電層２０と金属基板１２間の電位は、フローティングの状態にあるので、太陽電池が影になるなどして電圧が急激に変化すると、金属基板に溜まる電荷の影響により、その２倍になることがある。したがて、サブモジュール５２ｅの発電層２０と金属基板１２間の最大電位差は、図中左のモジュール１０ｅから、４Ｖ、２Ｖ、−２Ｖ及び−４Ｖとなる。
【００４１】
なお、図１１（ｂ）に示す従来の太陽電池装置５０ｆでは、サブモジュール５２ｆの発電層２０と金属製外枠５４との間の電圧は、４つのモジュール１０ｆの高圧側から、Ｖ〜２Ｖ、０〜Ｖ、０〜−Ｖ及び−Ｖ〜−２Ｖとなる。
以上から、図１（ｅ）に示す従来の太陽電池装置５０ｅは、図１（ａ）〜（ｄ）に示す本発明の太陽電池装置５０ａ〜５０ｄのいずれよりも、絶縁層１４にかかる電圧が大きくなる。なお、金属基板１２と金属製外枠５４との間の電圧に関しては、太陽電池装置５０ｅ及び太陽電池装置５０ｆの場合は、本発明の太陽電池装置５０ａ及び５０ｂの場合と同じであるが、本発明の太陽電池装置５０ａ及び５０ｂの場合よりも大きくなる。
したがって、本発明の太陽電池装置５０ａ〜５０ｄは、いずれも、絶縁層１４の耐電圧において、従来の太陽電池装置５０ｅよりも優れている。また、本発明の太陽電池装置５０ｃ及び５０ｄは、共に、金属基板１２と金属製外枠５４との間の耐電圧においても、従来の太陽電池装置５０ｅ及び太陽電池装置５０ｆよりも優れている。
【００４２】
図示例の太陽電池装置５０ａ〜５０ｄのモジュール１０ａ〜１０ｃに用いられる支持基板１６は、Ａｌ基材を備える金属基板１２とそのＡｌ基材上に形成された陽極酸化膜からなる絶縁層１４と、を有する絶縁層付き金属板である。支持基板１６としては、絶縁層として陽極酸化膜が形成されたＡｌ基材を備える絶縁層付き金属板であれば、特に制限はないが、Ａｌ基材となるアルミニウム（Ａｌ）板の少なくとも一方の面側を陽極酸化して陽極酸化膜を絶縁層１４として形成したＡｌ板を備える金属基板１２からなる支持基板であるのが好ましい。なお、Ａｌ基材自体を支持基板１６として用いる場合には、Ａｌ基材の表面を陽極酸化して形成された陽極酸化膜が絶縁層１４となり、陽極酸化されなかったＡｌ基材を金属基板１２となる。
本発明において、「Ａｌ基材」とは、Ａｌを主成分とする金属基材を意味し、より具体的には、Ａｌ含量９０質量％以上の金属基材を意味するものとする。Ａｌ基材は、微量元素を含んでいてもよく、純Ａｌ基材でもよいし、Ａｌと他の金属元素との合金基材でもよい。また、上記絶縁層付き金属基板上に形成された層（後述する裏面電極又は下部電極、光電変換層、透明電極又は上部電極およびその他必要に応じて設けられる任意の層）の「主成分」は、含量７５質量％以上の成分であると定義する。
【００４３】
ここで、金属基板１２としては、絶縁層１４を形成することができ、絶縁層付き金属板である支持基板１６とした時に発電層２０や２０ａを支持することができれば特に制限はないが、少なくとも片側表面がＡｌ基材である金属基板が好ましく、例えば、Ａｌ基板、及びＡｌと他の金属との複合材料からなる複合Ａｌ基板、いわゆるアルミニウム（Ａｌ）クラッド材などを挙げることができる。
金属基板１２の厚さは、モジュール１０ａ〜１０ｃ全体やサブモジュール５２ａ〜５２ｃ全体の強度の観点により適宜選択できるが、支持基板１６とした形体において０．１〜１０ｍｍであるのが好ましい。なお、Ａｌ基板や複合Ａｌ基板などから支持基板１６を製造する際には、陽極酸化、及び陽極酸化の事前洗浄や研磨により厚さの減少を見越した厚さとしておく必要がある。
【００４４】
本発明では、Ａｌ基板としては、例えば日本工業規格（ＪＩＳ）の１０００系純Ａｌ板であってもよいし、Ａｌ合金板、例えばＡｌ−Ｍｎ系合金板、Ａｌ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｍｎ−Ｍｇ系合金板、Ａｌ−Ｚｒ系合金板、Ａｌ−Ｓｉ系合金板、及びＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系合金板等のＡｌと他の金属元素との合金板であってもよい。
また、複合Ａｌ基板としては、Ａｌ板と他の金属板とのクラッド板、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）板とのクラッド板、種々の鋼板を２枚のＡｌ板で挟み込んだクラッド板であっても良い。なお、本発明では、Ａｌ板とのクラッド板を構成する他の金属板は、各種のステンレス鋼板の他、例えば、軟鋼等の鋼、４２インバー合金、コバール合金、または３６インバー合金からなる板材を用いることができるし、また、本発明の太陽電池モジュールを屋根材一体型太陽電池パネルとして用いることができるように、家屋や建物等の屋根材や壁材として使用可能な金属板を用いてもよい。
ここで用いられるＡｌ板やＡｌ合金板には、Ｆｅ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｃｒ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｎｉ、及びＴｉ等の各種微量金属元素が含まれていてもよい。
【００４５】
金属基板１２上に形成される絶縁層１４は、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板を陽極酸化することによりその表面に形成された陽極酸化膜である。なお、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板の陽極酸化は、Ａｌ基板又は複合Ａｌ基板を陽極とし、陰極と共に電解液に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加して電解処理することにより実施できる。
なお、絶縁層１４となる陽極酸化膜は、金属基板１２となるＡｌ基板や複合Ａｌ基板のＡｌ層の片側表面に形成されていればよいが、Ａｌ基板や２枚のＡｌ板で挟んだクラッド板の場合には、発電層２０の形成工程等において、Ａｌ層と陽極酸化膜との熱膨張係数差に起因した反りや陽極酸化膜に発生するクラック等を抑制するために、両側のＡｌ層表面に陽極酸化膜を設けるのが好ましい。
また、こうして形成される絶縁層１４の厚さ、すなわち陽極酸化膜の厚さは、特に制限的ではないが、絶縁性とハンドリング時の機械衝撃による損傷等を防止する表面硬度を有しておれば良いが、厚すぎると可撓性の観点で問題を生じる場合がある。このことから、絶縁層１４の厚さは、０．５〜５０μｍであればよいが、本発明では、絶縁層１４の耐電圧を低減できるので、２０μｍ以下であるのが好ましい。なお、絶縁層１４の厚さの制御は、定電流電解や定電圧電解とともに、電解時間により制御することができる。
【００４６】
本発明のモジュール１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅに用いられる金属製外枠５４としては、サブモジュール５２ａ〜５２ｃを裏面側から支持することができるものであれば、どのようなものでも良く、太陽電池モジュールに用いられる従来公知の金属製外枠、保護金属
板、裏面金属板、裏面金属材などを用いることができる。金属製外枠としては、鉄材、やアルミ・アルミ合金材を用いる。裏面金属板としてはアルミ・アルミ合金板、銅板、ガルバニ鋼板等を用いることができる。
また、本発明のモジュール１０ａ〜１０ｃ及び１０ｅに用いられる電気絶縁材５６としては、サブモジュール５２ａ〜５２ｃを裏面側から金属製外枠５４で支持する際に、サブモジュール５２ａ〜５２ｃと金属製外枠５４とを電気的に絶縁された状態で維持できれ
ば、どのようなものでも良く、太陽電池モジュールに用いられる公知の絶縁性樹脂材料などを用いることができる。絶縁性樹脂材料としては例えば、ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）等を用いることができる。
【００４７】
図３、図５及び図７に示す本発明のモジュール１０ａ〜１０ｃのサブモジュール５２ａ〜５２ｃは、サブストレート型と呼ばれるものであり、サブモジュール５２ａ〜５２ｃに設けられる発電層（光電変換素子）２０及び２０aは、薄膜集積型のものである。サブモジュール５２ａ及び５２ｂに設けられる発電層２０は、支持基板１６の絶縁層１４上に、直列に接続されて形成された複数の太陽電池セル２２と、を有するものであり、サブモジュール５２ｃに設けられる発電層２０aは、支持基板１６の絶縁層１４上に、その中心若しくは略中心の位置に形成された接地用太陽電池セル３０と、この両側にそれぞれ直列に接続されて形成された複数の太陽電池セル２２とを有するものであり、接地用太陽電池セル３０を有している点で、発電層２０と相違する。
したがって、以下では、発電層２０及び２０ａに共通な複数の太陽電池セル２２を説明し、続けて発電層２０ａに設けられる接地用太陽電池セル３０を説明する。
【００４８】
ここで、太陽電池セル２２は、支持基板１６の絶縁層１４の表面上に形成された裏面電極２４と、裏面電極２４上に形成され、受光した光を電気に変換する光電変換層２６と、光電変換層２６上に形成された透明電極２８とを有し、絶縁層１４上に裏面電極２４、光電変換層２６及び透明電極２８が順次積層されてなるものである。
一方、接地用太陽電池セル３０は、太陽電池セル２２の支持基板１６上に形成された絶縁層１４の一部が導電層３２となったものであり、導電層３２上に、太陽電池セル２２と同様に、裏面電極２４、光電変換層２６及び透明電極２８が順次積層されてなるものである。この接地用太陽電池セル３０は、裏面電極２４と金属基板１２とを導通して電気的に接続する導電層３２が形成されていれば、発電に寄与するセルであっても良いし、発電に寄与しないセルであっても良い。
なお、図３、図５及び図７には図示されていないが、太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０においては、光電変換層２６上にバッファ層が形成され、裏面電極２４、光電変換層２６、バッファ層及び透明電極２８が順次積層されていても良い。
【００４９】
図３、図５及び図７に示すように、複数の太陽電池セル２２においては、裏面電極２４は、隣接する（各図中左隣り）の太陽電池セル２２（又は接地用太陽電池セル３０（図７参照））の端部側（各図中右側の一部）の領域から当該太陽電池セル２２（各図中左側）の大部分の領域に配置されるように、隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４と所定の間隔の隙間２５をあけて絶縁層１４の表面上に形成されている。
接地用太陽電池セル３０においても、裏面電極２４は、太陽電池セル２２と同様に、隣接する（各図中左隣り）の太陽電池セル２２の端部側（各図中右側の一部）の領域から接地用太陽電池セル３０（各図中左側）の大部分の領域に配置されるように、隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４と所定の間隔の隙間２５をあけて導電層３２及び絶縁層１４の表面上に形成されている。なお、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４の大部分は、導電層３２上に配置される。
【００５０】
また、複数の太陽電池セル（以下、単に電池セルという）２２及び接地用太陽電池セル（以下、単に電池セルという）３０においては、光電変換層２６は、隣接する裏面電極２４間の隙間２５を埋めるように裏面電極２４上に形成されている。したがって、光電変換層２６は、この隙間２５の部分では、絶縁層１４及び／又は導電層３２に直接接することになる。
また、光電変換層２６には、隣接する電池セル２２又は３０から延在する裏面電極２４にまで達する溝２７が形成されている。したがって、この溝２７は、隣接する裏面電極２４間の隙間２５とは異なる位置（各図中右側）に形成されている。
また、透明電極２８は、光電変換層２６の溝２７を埋めるように光電変換層２６の表面上に形成されている。したがって、透明電極２８は、この溝２７の部分において、隣接する電池セル２２又は３０の裏面電極２４に直接接触しており、電気的に接続されている。こうして、隣接する２つの電池セル２２同士、及び隣接する電池セル２２と３０とは、直列に接続される。
【００５１】
さらに、複数の電池セル２２及び３０においては、電池セル２２又は３０の透明電極２８及び光電変換層２６と、隣接する電池セル２２又は３０の透明電極２８及び光電変換層２６との間には、裏面電極２４にまで達する開口２７が形成されている。この開口２７によって、隣接する２つの電池セル２２同士、及び隣接する電池セル２２と３０とは、分離されている。
上述したように、複数の電池セル２２及び３０は、当該電池セル２２又は３０の透明電極２８と隣接する電池セル２２又は３０の裏面電極２４とが接続されることにより、直列に接続される。
【００５２】
図３に示すサブモジュール５２ａにおいては、発電層２０の一方（図中左側）の端部の電池セル２２ａの裏面電極２４は、図示しない銅リボン等のリード線によってプラス（＋）端子として引き出され、発電層２０の他方（図中右側）の端部の電池セル２２ｂの透明電極２８は、同様なリード線によってマイナス（−）端子として引き出されると共に、金属基板１２（Ａｌ基材）に接続（短絡）される。なお、透明電極２８と金属基板１２との接続（短絡）は、電池セル２２ｂの右端の透明電極２８と金属基板１２とを覆う導電層を形成しても良いし、半田等により接続しても良いし、配線等により接続しても良い。
図５に示すサブモジュール５２ｂにおいては、発電層２０の一方（図中左側）の端部の電池セル２２ａの裏面電極２４は、同様なリード線によってプラス（＋）端子として引き出されると共に、金属基板１２（Ａｌ基材）に接続（短絡）され、発電層２０の他方（図中右側）の端部の電池セル２２ｂの透明電極２８は、同様なリード線によってマイナス（−）端子として引き出される。なお、裏面電極２４と金属基板１２との接続（短絡）は、電池セル２２ａの左端の裏面電極２４と金属基板１２とを覆う導電層を別途形成しても良いし、半田等により接続しても良いし、配線等により接続しても良いし、後述する導電層３２と同様に、電池セル２２ａの左端の裏面電極２４と金属基板１２との間の絶縁層１４を破壊して導通させるようにしても良い。
【００５３】
図７に示すサブモジュール５２ｃにおいては、発電層２０ａの一方（図中左側）の端部の電池セル２２ａの裏面電極２４は、同様なリード線によってプラス（＋）端子として引き出され、発電層２０ａの他方（図中右側）の端部の電池セル２２ｂの透明電極２８は、同様なリード線によってマイナス（−）端子として引き出され、真中又は略中央の電池セル３０の裏面電極２４は、導電層３２を介して接地された金属基板１２に電気的に接続（短絡）される。
なお、電池セル２２及び３０は、図３、図５及び図７に示す断面に垂直な方向（図３、図５及び図７の紙面に直交する方向）に、矩形状の金属基板１２の一辺にそって平行に延在するライン状に形成された短冊状の形状を有する。したがって、裏面電極２４及び透明電極２８も、同様に、金属基板１２の辺に平行な一方向に長い短冊状の電極である。
【００５４】
本実施形態の太陽電池セル（光電変換素子）２２は、集積型のＣＩＧＳ系太陽電池セル（ＣＩＧＳ系光電変換素子）と呼ばれるものであり、例えば、裏面電極２４がモリブデン電極で、光電変換層２６がＣＩＧＳで、透明電極２８がＺｎＯで構成される。なお、バッファ層が形成される場合には、ＣｄＳで構成される。なお、接地用太陽電池セル３０も、同様な構成とされる。
なお、このような電池セル２２及び３０は、例えば、公知のＣＩＧＳ系の太陽電池の製造方法により製造することができる。また、裏面電極２４間の隙間２５、光電変換層２６に形成された裏面電極２４にまで達する溝２７、光電変換層２６及び透明電極を一体として隣接する光電変換層２６及び透明電極から分離するための裏面電極２４に達する開口２７等のライン状の溝部は、レーザスクライブまたはメカニカルスクライブにより形成することができる。
【００５５】
本発明のモジュール１０ａ〜１０ｃのサブモジュール５２ａ〜５２ｃにおいて、太陽電池セル２２及び３０に、透明電極２８側から光が入射されると、この光が透明電極２８およびバッファ層（図示せず）を通過し、光電変換層２６に達すると起電力が発生し、例えば、透明電極２８から裏面電極２４に向かう電流が発生する。なお、図３、図５及び図７に示す矢印は、電流の向きを示すものであり、電子の移動方向は、電流の向きとは逆になる。このため、図３、図５及び図７中、左側の端の太陽電池セル２２ａの裏面電極２４が正極（プラス（＋）極）になり、右側の端の太陽電池セル２２ｂの透明電極２８が負極（マイナス（−）極）になる。
【００５６】
次に、発電層２０を構成する太陽電池セル２２及び３０の各要素について説明する。
太陽電池セル２２及び３０において、裏面電極２４および透明電極２８は、いずれも光電変換層２６で発生した電流を取り出すためのものである。裏面電極２４および透明電極２８は、いずれも導電性材料からなる。光入射側の透明電極２８は透光性を有する必要がある。
裏面電極２４は、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、又はＷ、及びこれらを組み合わせたものから構成される。この裏面電極２４は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。
裏面電極２４は、厚さが１００ｎｍ以上であることが好ましく、０．４５〜１．０μｍであることがより好ましい。
また、裏面電極２４の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
【００５７】
透明電極２８は、例えば、ＺｎＯ、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）、またはＳｎＯ２およびこれらを組み合わせたものにより構成される。この透明電極２８は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造でもよい。また、透明電極２８の厚さは、特に制限されるものではなく、０．３〜１μｍが好ましい。
また、透明電極２８の形成方法は、特に制限されるものではなく、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等の気相成膜法により形成することができる。
なお、透明電極２８上に、ＭｇＦ２等の反射防止膜が形成されていても良い。
【００５８】
バッファ層は、透明電極２８の形成時の光電変換層２６を保護すること、透明電極２８に入射した光を光電変換層２６まで透過させるために形成される。
このバッファ層は、例えば、ＣｄＳ、ＺｎＳ、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、又はＺｎＳ（Ｏ、ＯＨ）およびこれらの組み合わせたものにより構成される。
バッファ層は、厚さが、０．０３〜０．１μｍが好ましい。また、このバッファ層は、例えば、ＣＢＤ（ケミカルバス）法、溶液成長法等により形成される。
なお、ＣＢＤ−ＣｄＳ等のバッファ層とＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極２８との間に、例えば、ＺｎＯ等からなる高抵抗膜を形成しておいても良い。
【００５９】
光電変換層２６は、透明電極２８及びバッファ層を通過して到達した光を吸収して電流が発生する光電変換半導体の層である。本実施形態において、光電変換層２６の構成は、特に制限されるものではなく、例えば、光電変換半導体の主成分が少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であるのが好ましい。また、光電変換層２６は、光電変換半導体の主成分がＩｂ族元素とＩＩＩｂ族元素とＶＩｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であってもよい。
【００６０】
さらに光吸収率が高く、高い光電変換効率が得られることから、光電変換層２６は、光電変換半導体の主成分が、ＣｕおよびＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のＩｂ族元素と、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のＩＩＩｂ族元素と、Ｓ、Ｓｅ、およびＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のＶＩｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。この化合物半導体としては、ＣｕＡｌＳ２、ＣｕＧａＳ２、ＣｕＩｎＳ２、ＣｕＡｌＳｅ２、ＣｕＧａＳｅ２、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、ＡｇＡｌＳ２、ＡｇＧａＳ２、ＡｇＩｎＳ２、ＡｇＡｌＳｅ２、ＡｇＧａＳｅ２、ＡｇＩｎＳｅ２、ＡｇＡｌＴｅ２、ＡｇＧａＴｅ２、ＡｇＩｎＴｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＡｌｘ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ、Ｓｅ）２、Ａｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２、およびＡｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ、Ｓｅ）２等が挙げられる。
【００６１】
光電変換層２６は、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、及び／又はこれにＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ、Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）を含むことが特に好ましい。ＣＩＳおよびＣＩＧＳはカルコパイライト結晶構造を有する半導体であり、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。また、光照射等による効率の劣化が少なく、耐久性に優れている。
【００６２】
光電変換層２６には、所望の半導体導電型を得るための不純物が含まれる。不純物は隣接する層からの拡散、および／又は積極的なドープによって、光電変換層２６中に含有させることができる。光電変換層２６中において、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の構成元素および／又は不純物には濃度分布があってもよく、ｎ型、ｐ型、およびｉ型等の半導体性の異なる複数の層領域が含まれていても構わない。
例えば、ＣＩＧＳ系においては、光電変換層２６中のＧａ量に厚み方向の分布を持たせると、バンドギャップの幅／キャリアの移動度等を制御でき、光電変換効率を高く設計することができる。
【００６３】
光電変換層２６は、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の１種又は２種以上の半導体を含んでいてもよい。Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体以外の半導体としては、Ｓｉ等のＩＶｂ族元素からなる半導体（ＩＶ族半導体）、ＧａＡｓ等のＩＩＩｂ族元素およびＶｂ族元素からなる半導体（ＩＩＩ−Ｖ族半導体）、およびＣｄＴｅ等のＩＩｂ族元素およびＶＩｂ族元素からなる半導体（ＩＩ−ＶＩ族半導体）等が挙げられる。光電変換層２６には、特性に支障のない限りにおいて、半導体、所望の導電型とするための不純物以外の任意成分が含まれていても構わない。
また、光電変換層２６中のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の含有量は、特に制限されるものではない。光電変換層２６中のＩ−ＩＩＩ−ＶＩ族半導体の含有量は、７５質量％以上が好ましく、９５質量％以上がより好ましく、９９質量％以上が特に好ましい。
【００６４】
本実施形態において、光電変換層２６をＣＩＧＳ層とした場合、ＣＩＧＳ層の成膜方法としては、１）多源同時蒸着法、２）セレン化法（セレン化／硫化法）、３）スパッタ法、４）ハイブリッドスパッタ法、及び５）メカノケミカルプロセス法等が知られている。
１）多源同時蒸着法としては、
３段階法（J.R.Tuttle et.al,Mat.Res.Soc.Symp.Proc.,Vol.426(1996)p.143.等）と、ＥＣグループの同時蒸着法（L.Stolt et al.：Proc.13th ECPVSEC(1995,Nice)1451.等）とが知られている。
前者の３段階法は、高真空中で最初にＩｎ、Ｇａ、及びＳｅを基板温度３００℃で同時蒸着し、次に５００〜５６０℃に昇温してＣｕ及びＳｅを同時蒸着後、Ｉｎ、Ｇａ、及びＳｅをさらに同時蒸着する方法である。後者のＥＣグループの同時蒸着法は、蒸着初期にＣｕ過剰ＣＩＧＳ、後半でＩｎ過剰ＣＩＧＳを蒸着する方法である。
【００６５】
ＣＩＧＳ膜の結晶性を向上させるため、上記方法に改良を加えた方法として、
ａ）イオン化したＧａを使用する方法（H.Miyazaki, et.al, phys.stat.sol.(a),Vol.203（2006）p.2603.等）、
ｂ）クラッキングしたＳｅを使用する方法（第６８回応用物理学会学術講演会 講演予稿
集（２００７秋 北海道工業大学）７Ｐ−Ｌ−６等）、
ｃ）ラジカル化したＳｅを用いる方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集
（２００７春 青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１０等）、
ｄ）光励起プロセスを利用した方法（第５４回応用物理学会学術講演会 講演予稿集（２００７春  青山学院大学）２９Ｐ−ＺＷ−１４等）等が知られている。
【００６６】
２）セレン化法は２段階法とも呼ばれ、最初に、Ｃｕ層／Ｉｎ層または（Ｃｕ−Ｇａ）層／Ｉｎ層等の積層膜の金属プレカーサをスパッタ法、蒸着法、または電着法などで成膜し、これをセレン蒸気またはセレン化水素中で４５０〜５５０℃程度に加熱することにより、熱拡散反応によってＣｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２等のセレン化合物を生成する方法である。この方法を気相セレン化法と呼ぶ。このほか、金属プリカーサ膜の上に固相セレンを堆積し、この固相セレンをセレン源とした固相拡散反応によりセレン化させる固相セレン化法がある。
【００６７】
セレン化法においては、セレン化の際に生ずる急激な体積膨張を回避するために、金属プリカーサ膜に予めセレンをある割合で混合しておく方法（T.Nakada et.al,, Solar Energy Materials and Solar Cells 35(1994)204-214.等）、及び金属薄層間にセレンを挟み（例えばＣｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層…Ｃｕ層／Ｉｎ層／Ｓｅ層と積層する）多層化プリカーサ膜を形成する方法（T.Nakada et.al,, Proc. of 10th European Photovoltaic Solar Energy Conference(1991)887-890. 等）が知られている。
また、グレーデッドバンドギャップＣＩＧＳ膜の成膜方法として、最初にＣｕ−Ｇａ合金膜を堆積し、その上にＩｎ膜を堆積し、これをセレン化する際に、自然熱拡散を利用してＧａ濃度を膜厚方向で傾斜させる方法がある（K.Kushiya et.al, Tech.Digest 9th Photovoltaic Science and Engineering Conf. Miyazaki, 1996(Intn.PVSEC-9，Tokyo，1996)p.149.等）。
【００６８】
３）スパッタ法としては、
ＣｕＩｎＳｅ２多結晶をターゲットとした方法、Ｃｕ２ＳｅとＩｎ２Ｓｅ３をターゲットとし、スパッタガスにＨ２Ｓｅ／Ａｒ混合ガスを用いる２源スパッタ法（J.H.Ermer,et.al, Proc.18th IEEE Photovoltaic SpecialistsConf.(1985)1655-1658.等）、およびＣｕターゲットと、Ｉｎターゲットと、ＳｅまたはＣｕＳｅターゲットとをＡｒガス中でスパッタする３源スパッタ法（T.Nakada,et.al, Jpn.J.Appl.Phys.32(1993)L1169-L1172.等）が知られている。
４）ハイブリッドスパッタ法としては、前述のスパッタ法において、ＣｕとＩｎ金属は直流スパッタで、Ｓｅのみは蒸着とするハイブリッドスパッタ法（T.Nakada,et.al., Jpn.Appl.Phys.34(1995)4715-4721.等）が知られている。
【００６９】
５）メカノケミカルプロセス法は、ＣＩＧＳの組成に応じた原料を遊星ボールミルの容器に入れ、機械的なエネルギーによって原料を混合してＣＩＧＳ粉末を得、その後、スクリーン印刷によって基板上に塗布し、アニールを施して、ＣＩＧＳの膜を得る方法である（T.Wada et.al, Phys.stat.sol.(a), Vol.203（2006）p2593等）。
その他のＣＩＧＳ成膜法としては、スクリーン印刷法、近接昇華法、ＭＯＣＶＤ法、及びスプレー法などが挙げられる。例えば、スクリーン印刷法またはスプレー法等で、Iｂ族元素、IIIｂ族元素、及びVIｂ族元素を含む微粒子膜を基板上に形成し、熱分解処理（この際、VIｂ族元素雰囲気での熱分解処理でもよい）を実施するなどにより、所望の組成の結晶を得ることができる（特開平９−７４０６５号公報、特開平９−７４２１３号公報等）。
【００７０】
上述したサブモジュール５２ａ〜５２ｃの太陽電池セル２２及び３０は、集積型のＣＩＧＳ系太陽電池セルであったが、本発明はこれに限定されず、本発明の太陽電池サブモジュールの太陽電池セル（光電変換素子、特に、その光電変換層）の構成は、例えば、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）系太陽電池セル、タンデム構造系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム構造太陽電池セル）、直列接続構造（ＳＣＡＦ）系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ直列接続構造太陽電池セル）、ＣｄＴｅ（カドミウム・テルル）系太陽電池セル、薄膜シリコン系太陽電池セル、色素増感系太陽電池セル、または有機系太陽電池セルであってもよいし、サブストレート型と呼ばれるものであっても、スーパーストレート型と呼ばれるものであっても良い。
なお、図３、図５及び図７に示すサブモジュール５２ａ〜５２ｃでは、裏面電極２４側が正極（＋極）、透明電極２８側が（−極）であったが、本発明はこれに限定されず、太陽電池セルに応じて、裏面電極２４側を正極（＋極）、透明電極２８側を（−極）としても良い。
【００７１】
例えば、太陽電池セル２２及び３０として、タンデム構造系太陽電池セル（ａ−Ｓｉ／ａ−ＳｉＧｅタンデム構造太陽電池セル）を用いる場合には、例えば、裏面電極２４として、Ａｇ（銀）及びＺｎＯが積層された電極を、透明電極２８として、ＩＴＯを用い、光電変換層２６として、例えば、ｎ型半導体層、微結晶シリコンやアモルファスシリコンゲルマニウム（ａ−ＳｉＧｅ）等の真性半導体層、ｐ型半導体層が積層され、さらにその上に、ｎ型半導体層、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）等の真性半導体層、ｐ型半導体層が積層された光電変換層を用いることができる。
また、太陽電池セル２２及び３０として、ＣｄＴｅ系太陽電池セルを用いる場合には、光電変換層２６として、例えば、ＣｄＴｅ（カドミウム・テルル）型と呼ばれる光電変換層を用いることができる。
【００７２】
次に、図７に示すサブモジュール５２ｃの導電層２０ａの接地用太陽電池セル３０の導電層３２について説明する。
導電層３２は、接地用太陽電池セル３０において、金属基板１２と裏面電極２４との間に絶縁層１４の代わりに配置されるもので、導電性を有し、裏面電極２４を接地された金属基板１２に電気的に接続して導通させ、短絡接続させるためのものである。
導電層３２は、金属基板１２のＡｌ基材のＡｌ成分と絶縁層１４の陽極酸化膜成分と裏面電極２４の成分とが混合された状態となったもので、その結果導電性を持つようになったものである。
ここで、図７に示す例では、導電層３２は、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４の下側部分にのみ形成され、間隙２５の下側部分には形成されておらず絶縁層１４が残されているが、本発明はこれに限定されず、接地用太陽電池セル３０内であれば、間隙２５の下側部分や隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４の下側部分も導電層３２となっていても良い。しかし、この場合には、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４と隣接する太陽電池セル２２の裏面電極２４とが短絡されるので、接地用太陽電池セル３０は、発電には寄与しなくなる。
【００７３】
このような導電層３２は、例えば、図３及び図５に示すサブモジュール５２ａ及び５２ｂを、金属基板１２と透明電極２８や裏面電極２４とを短絡接続させずに製造した後、図９に示すように、接地用太陽電池セル３０となる太陽電池セル２２の透明電極２８上に超音波はんだ３４を塗布し、超音波はんだ３４が塗布された太陽電池セル２２のみに加熱超音波処理を施すことにより、当該太陽電池セル２２の超音波はんだ３４が塗布された部分に対応する絶縁層１４を破壊すると共に、破壊された絶縁層１４に接していた金属基板１２及び裏面電極２４の表面を溶解して混合させ、金属基板１２と裏面電極２４と破壊された絶縁層１４とを混合状態にすることにより形成することができる。なお、導電層１４の混合状態の形成は、特に明らかにされていないが、例えば、超音波はんだ３４が塗布された太陽電池セル２２のみに加熱超音波処理を施すことにより、当該太陽電池セル２２の超音波はんだ３４が塗布された部分に対応する絶縁層１４を破壊して微細な空隙を生じさせて多孔質とすると共に、破壊された絶縁層１４に接していた金属基板１２及び裏面電極２４の表面を溶解して破壊された絶縁層１４の微細な空隙に浸入して行くことにより混合状態が形成されるものと推定される。なお、接地用太陽電池セル３０の透明電極２８や光電変換層２６も破壊される場合には、これらや超音波はんだ３４も混じった導電層３２が形成されても良い。はんだはセル全面に塗布しても良いが図３のように透明導電膜２８を片側あるいは両側に残しても良い。また、はんだを塗布せずにセル上にはんだを供給しながら線状に順にはんだ付けしても構わないが、はんだを配置してから線上を一度にはんだ付けする、あるいは線状の複数個所を同時にはんだ付けするのが生産上好ましい。
【００７４】
なお、このようにして形成された導電層３２の導電性は、導電層３２の混合状態によって決まるものであると考えられるので、接地用太陽電池セル３０となる太陽電池セル２２の構成や機能や発電機能の要否、特に絶縁層１４等の厚さに応じて、超音波はんだ３４の塗布量、加熱超音波処理における加熱温度、加熱時間、超音波の強さ及び超音波処理時間等を適切に制御することにより制御することができ、必要な導電性を得るようにすることができる。
導電層３２の導電性と、太陽電池セル２２の構成や機能、特に絶縁層１４等の厚さと、超音波はんだ３４の塗布量、加熱超音波処理における加熱温度、加熱時間、超音波の強さ及び超音波処理時間等との関係は、予め、実験やシミュレーション等により求めておけばよい。
【００７５】
上述した例では、図７に示すように、一旦、図３及び図５に示すサブモジュール５２ａ及び５２ｂを、金属基板１２と透明電極２８や裏面電極２４とを短絡接続させずに製造した後に、導電層３２を形成しているが、本発明はこれに限定されず、金属基板１２上に絶縁層１４が形成されていれば、サブモジュールの製造のどの段階で形成しても良い。
例えば、金属基板１２上の絶縁層１４の、接地用太陽電池セル３０となる該当部分に超音波はんだを塗布して加熱超音波処理を行って、破壊された絶縁層１４と金属基板１２と超音波はんだとが混合された導電層３２を形成しておき、その後に、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成するようにしても良い。また、金属基板１２上の絶縁層１４上に裏面電極２４を形成した後、接地用太陽電池セル３０となる該当部分の裏面電極２４に超音波はんだを塗布して加熱超音波処理を行って、破壊された絶縁層１４と金属基板１２と裏面電極２４とが混合された導電層３２、又はさらに超音波はんだも混合された導電層３２を形成し、その上に順次、光電変換層２６及び透明電極２８を形成して、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成するようにしても良い。さらに、光電変換層２６を形成した後に、同様にして導電層３２を形成し、その上に透明電極２８を形成して、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成するようにしても良い。
これらの方法は、いずれも、導電層３２を形成した後に、太陽電池セル２２を完成することになるので、裏面電極２４、光電変換層２６及び透明電極２８の１つ以上を形成する必要があることから、正確なアラインメントが必要となるため、太陽電池セル２２を形成した後に、導電層３２を形成する方が好ましい。
【００７６】
なお、図７に示すサブモジュール５２ｃの代わりに、図８に示すサブモジュール５３を用いることもできる。
図８は、本発明のモジュール１０ｃに用いられるサブモジュール５３を示す模式的断面図である。
なお、図８に示す本実施形態のサブモジュール５３と、図７に示すサブモジュール５２ｃとは、接地用太陽電池セル３０の導電層４２の構成が異なる以外は、同一の構成を有するものであり、同一構成要素には同一参照符号を付し、その詳細な説明は省略する。
【００７７】
図８に示すサブモジュール５３は、図７に示すサブモジュール５２ｃの接地用太陽電池セル３０の導電層３２の代わりに、隣接する太陽電池セル２２から延在する裏面電極２４が直接金属基板１２と光電変換層２６との間に配置されて導電層４２が形成されている。したがって、本実施形態のサブモジュール５３では、裏面電極２４と接地された金属基板１２とが直接接触して電気的に導通しているので、接地用太陽電池セル３０の裏面電極２４を金属基板１２を介して接地することができる。
したがって、本実施形態の太陽電池モジュール４０においても、上述した実施形態の太陽電池モジュール１０と同様に、太陽電池セル２２及び３０の構成は、どのような太陽電池セル（光電変換素子、光電変換層）であっても良いのはもちろんである。
【００７８】
このようなサブモジュール５３の導電層４２は、接地用太陽電池セル３０に該当する部分のみに陽極酸化膜などの絶縁層１４が形成されておらず、他の部分には陽極酸化膜などの絶縁層１４が形成されているＡｌ基板などの金属基板１２からなる支持基板１６を用いて、上述のサブモジュール５２ｃの場合と同様に、発電層２０を形成し、すなわち順次、裏面電極２４及び導電層４２と、光電変換層２６及びバッファ層と、透明電極層２８とを形成し、複数の太陽電池セル２２及び接地用太陽電池セル３０を形成することができる。こうして、本実施形態のサブモジュール５３を形成することができる。
なお、接地用太陽電池セル３０に該当する部分のみに絶縁層１４が形成されていない金属基板１２からなる支持基板１６の代わりに、陽極酸化Ａｌ基板のように金属基板１２の全面に絶縁層１４が形成された支持基板１６の接地用太陽電池セル３０に該当する部分の陽極酸化膜などの絶縁層１４をスクライブやエッチング等で取り除いた状態の支持基板１６を用い、同様に、裏面電極２４の蒸着から始まる発電層２０を形成して、本実施形態のサブモジュール５３を形成しても良い。
【００７９】
次に、図７に示す本発明のサブモジュールの製造方法について説明する。
図１０は、図７に示す本発明のサブモジュールの製造方法の一例を示すフローチャートである。
図１０に示すように、金属基板１２としてＡｌ基板を用いて、上述した方法で陽極酸化処理を行い、表面に絶縁層１４となる陽極酸化被膜を形成して、陽極酸化被膜を持つＡｌ基板を形成し、これを支持基板１６として準備する（ステップＳ１００）。
もちろん、予め、陽極酸化被膜を持つＡｌ基板を支持基板１６として準備しても良い。
【００８０】
次に、支持基板１６の絶縁層１４上に、上述したＤＣマグネトロンスパッタ法等の公知の成膜法によりＭｏを成膜してＭｏ膜を形成する（ステップＳ１０２）。
次に、こうして絶縁層１４上に形成されたＭｏ膜を上述したレーザスクライビング法により切断して、パターン１にパターニングして間隙２５を形成し、裏面電極２４を形成する（ステップＳ１０４）。
次に、絶縁層１４上に形成された裏面電極２４上に、間隙２５を埋めるように、上述したセレン化／硫化法又は多源同時蒸着法等の公知の方法により光電変換層２６となるＣＩＧＳ系化合物半導体膜（ｐ型ＣＩＧＳ系光吸収膜）を形成する（ステップＳ１０６）。
続いて、こうして形成されたＣＩＧＳ系化合物半導体膜上に、上述したＣＢＤ等の公知の方法によりバッファ層となるＣｄＳ膜（ｎ型高抵抗バッファ層）を形成する（ステップＳ１０８）。
【００８１】
次に、こうして裏面電極２４上に形成されたＣＩＧＳ系化合物半導体膜及びＣｄＳ膜を一体として、上述したメカニカルスクライビング法により切断して、パターン２にパターニングして裏面電極２４にまで達する溝２７を形成し、光電変換層２６及びバッファ層を形成する（ステップＳ１１０）。
続いて、こうして形成されたバッファ層（光電変換層２６）上に、溝２７を埋めるように、上述したＭＯＣＶＤ法又はＲＦスパッタ法等の公知の方法により透明電極層２８となるＺｎＯ膜（ｎ型ＺｎＯ透明導電膜窓層）を形成する（ステップＳ１１２）。
次に、こうして形成されたＺｎＯ膜、バッファ層及び光電変換層２６を一体として、上述したメカニカルスクライビング法により切断して、パターン３にパターニングして、隣接する太陽電池セル２２間に、裏面電極２４にまで達する開口２９を形成し、各太陽電池セル２２毎に光電変換層２６、バッファ層及び透明電極層２８を個々に分離して、複数の太陽電池セル２２を形成する（ステップＳ１１４）。
【００８２】
続いて、予め設定されている接地用太陽電池セル３０となる太陽電池セル２２の透明電極層２８上に超音波はんだ３４を塗布する（ステップＳ１１６）。  次に、超音波はんだ３４が塗布された太陽電池セル２２の透明電極層２８に選択的に加熱超音波処理を施し、その絶縁層１４を破壊してその成分と金属基板１２の成分と裏面電極２４の成分とを混合して導電層３２を形成する（ステップＳ１１８）。
こうして、本実施形態のサブモジュール５２ｃが形成される（ステップＳ１１８）。
【００８３】
なお、図３及び図５に示すサブモジュール５２ａ及び５２ｂを製造する場合には、図１０に示すサブモジュールの製造方法において、ステップＳ１１４で、支持基板１６上に複数の太陽電池セル２２を形成した後、発電層２０の右端側の透明電極２８と金属基板１２とを覆う導電層等を形成して両者を短絡接続して、サブモジュール５２ａを製造すればよいし、複数の太陽電池セル２２の形成後、発電層２０の左端側の裏面電極２４と金属基板１２とを覆う導電層等を形成して両者を短絡接続して、サブモジュール５２ｂを製造すればよい。
【００８４】
図１（ａ）〜図１（ｄ）に示す本発明の太陽電池装置５０ａ〜５０ｄ及び図１（ｅ）に示す従来の太陽電池装置５０ｅ、並びに金属基板のない従来の太陽電池装置を、それぞれ実施例１〜４及び比較例１、並びに比較例２として製作した。
表面を陽極酸化処理したアルミニウムとステンレスのクラッド材を絶縁層付き金属基板１６として用い、この絶縁層付き金属基板１６の絶縁層１４上に１５５セル（の太陽電池セル２２）が直列に集積されたＣＩＧＳ太陽電池サブモジュールを製作し、これをＥＶＡを接着剤としてＥＴＦＥ（テトラフルオロエチレン（Ｃ２Ｆ４）とエチレン（Ｃ２Ｈ４）との共重合体）とガルバニ鋼板に挟んだ構造のサイズが９０ｃｍ×６０ｃｍの太陽電池モジュールを製作した。この太陽電池モジュールの発電電圧は約１００Ｖであった。
【００８５】
こうして得られた太陽電池モジュールにおいて、サブモジュールの発電層２０または２０ａと金属基板１２とを高電位側、低電位側、中間電位で接続し、また、接続せずに、それぞれ、サブモジュール５２ａ、５２ｂ、５２ｃ及び５２ｅとし、これらをそれぞれ用いて、実施例１〜４の太陽電池装置５０ａ〜５０ｄ及び比較例１の太陽電池装置５０ｅを制作した。
実施例１〜４における絶縁層１４となるＡｌの陽極酸化膜の厚みは、２０μｍとし、比較例１における絶縁層１４となるＡｌの陽極酸化膜の厚みは、絶縁耐圧を考慮し、１００μｍとした。
こうして作成された実施例１〜４及び比較例１〜２の絶縁層１４としての陽極酸化膜の電位差（最大値）及び金属基板１２とモジュール外枠（金属製外枠５４）との間の電圧（最大値）を測定した。得られた結果を表１に示す
【００８６】
【表１】
2011181746.tif 000003
【００８７】
表１に示す結果から明らかなように、実施例１〜４では、いずれも比較例１に比べて、絶縁層１４としての陽極酸化膜の電位差を大幅に低下させることができるので、絶縁層１４となるＡｌの陽極酸化膜の厚みを薄くすることができる。
また、実施例３及び４では、いずれも比較例１及び２に比べて、金属基板１２とモジュール外枠（金属製外枠５４）との間の電圧を大幅に低下させることができる。
なお、絶縁層１４としての陽極酸化膜の電位差に関しては、実施例３が最も優れているが、金属基板１２と金属製外枠５４との間の電圧に関しては、実施例４が最も優れていることが分かる。
【００８８】
上述した実施形態では、絶縁層付き金属基板として、アルミニウム（Ａｌ）基材の少なくとも一方の面に絶縁膜として陽極酸化膜が形成されてなる絶縁層付き金属基板を用いているが、上述したように、本発明はこれに限定されないのはいうまでもない。本発明に用いることができる金属基板としては、アルミニウム板以外に、アルミクラッド材、ステンレス鋼板又は鋼板等により構成され、金属基材は、アルミニウム基材以外の、シリコン、チタン及び鉄のいずれかの１つの基材により構成され、前記絶縁層は、アルミニウムの陽極酸化膜以外の、アルミニウム、シリコン、チタン及び鉄のいずれか１つの酸化膜、窒化膜又は酸窒化膜により構成されていても良い。このように構成された場合にも同様に、絶縁層に要求される耐電圧を下げることができる。
【００８９】
また、上述した実施形態では、光電変換半導体を構成するデバイスとして、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体、例えば、カルコパイライト系のＩ III VI族化合物半導体を主成分とする光電変換半導体を用いた薄膜太陽電池セルを用いているが、本発明はこれに限定されないのはいうまでもない。本発明に用いることができる光電変換半導体を構成するデバイスは、カルコパイライト系の化合物半導体に限らず、ＣＩＳ・ＣＩＧＳ系薄膜型太陽電池セル、薄膜シリコン系薄膜型太陽電池セル、ＣｄＴｅ系薄膜型太陽電池セル、III−Ｖ属系薄膜型太陽電池セル、色素増感系薄膜型太陽電池セル、及び有機系薄膜型太陽電池セルのいずれの薄膜太陽電池セルにより構成されていても良い。このように構成された薄膜太陽電池セルにおいても同様に、絶縁層に要求される耐電圧を下げることができる。
【００９０】
また、上述した実施形態では、金属基板の電位を固定する為に、太陽電池モジュール内の高電位側、低電位側、又は中点(平均)電位側を直接金属基板に接続しているが、本発明はこれに限定されず、太陽電池モジュール内の電位の異なる２点間から電気抵抗を介して接続しその抵抗の分圧比から金属基板の電位を設定しても構わない。但し、電気抵抗によって太陽電池の発電電力が消費される為、電気抵抗での消費電力が無視できるほど小さくなる程度の高抵抗を使用するのが良い。
【００９１】
本発明の太陽電池モジュール及び太陽電池装置は、基本的に以上のように構成されるものである。
以上、本発明に係る太陽電池モジュール及び太陽電池装置について種々の実施形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々の改良又は変更をしてもよいのはもちろんである。
【符号の説明】
【００９２】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ  太陽電池モジュール
１２  金属基板
１４  絶縁層
１６  支持基板
２０、２０ａ  発電層
２２  太陽電池セル
２４  裏面電極
２６  光電変換層
２８  透明電極
３０  接地用太陽電池セル
３２、４２  導電層
３４  超音波はんだ
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ  太陽電池装置
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  サブモジュール
５４  金属製外枠
５６  電気絶縁材
【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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