(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の直列に接続された太陽電池セルを備える太陽電池モジュールであって、各太陽電池セルが複数の平坦な半導体基板を備え、各半導体基板が前面及び背面を有し、少なくとも一つの前面コンタクトが前記前面に配置されていて、少なくとも一つの背面コンタクトが前記背面に配置されていて、前記半導体基板の各々が前記太陽電池セルの部分領域を形成し、前記半導体基板が互いに並列に電気的に接続されていて、前記半導体基板が互いに間隔を空けて配置されていて、前記複数の平坦な半導体基板が少なくとも三つの半導体基板を含み、前記複数の平坦な半導体基板のうちの少なくとも二つの半導体基板が異なる形状と異なるサイズとのうち少なくとも一方を有し且つ非周期的なパターンで配置されている、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記太陽電池セルが複数の電線を有し、前記電線の長手方向が、第一空間方法に沿って延伸していて、前記前面コンタクトの長手方向と２０°から９０°までの角度を成してい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。
【請求項３】
各電線が少なくとも一つの前面コンタクト又は少なくとも一つの背面コンタクトを介して他の全ての電線に電気的に接続されている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】
前記前面コンタクトが前記半導体基板の通路を介して前記半導体基板の前記背面に繋がっていることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
少なくとも一つの周辺電線を除いた各電線が、異なる半導体基板の少なくとも二つの前面コンタクト又は二つの背面コンタクトに接続されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記太陽電池セルが、前記前面コンタクトに接続されている第一電線と、前記背面コンタクトに接続されている第二電線とを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記第一電線及び前記第二電線が互いに略平行に配置されていて、前記第一電線及び前記第二電線が電線の長手方向に垂直な方向において互いにずらされている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８】
前記複数の平坦な半導体基板が同種又は同一の物質から成ることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記複数の平坦な半導体基板が同種又は同一の物質から成り、少なくとも二つの半導体基板が異なる色のコーティングを有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
電線に電気的に接続されていないセグメント、及び／又は、少なくとも二つの電線に電気的に接続されている少なくとも一つの前面コンタクト及び／又は少なくとも一つの背面コンタクトを有する絶縁体製のセグメントを更に含む請求項１から８のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
各太陽電池セルの前記複数の平坦な半導体基板が同じ表面積を有することを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記太陽電池セルが第一平面及び第二平面に配置されていて、前記第二平面が入射光の方向において前記第一平面の後ろに位置している、請求項１から１１のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールを備える建物又はファサード部又は窓部。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、前面及び背面を有する半導体基板を有する太陽電池セルであって、少なくとも一つの前面コンタクトが前面に配置され、少なくとも一つの背面コンタクトが背面に配置される、太陽電池セルに関する。本発明は複数の太陽電池セルを含む太陽電池モジュール、太陽電池セルを製造するための方法、及び、そのような太陽電池モジュールを有する建物又はファサード部に更に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体から太陽電池セルを製造することが従来知られている。太陽電池セルは、前面コンタクト及び背面コンタクトが設けられている平坦なｐｎダイオードから実質的に成る。前面コンタクトは一般的に半導体の部分領域のみを覆うので、太陽光が半導体に侵入することができる。光が吸収される際に形成される電子正孔対は前面と背面にドリフトして、前面コンタクト及び背面コンタクトを介して電圧として取り出し可能である。このような太陽電池セルは、例えば建物の電力源として使用可能である。
【０００３】
既知の太陽電池セルは、特に透明太陽電池モジュールで使用される場合に、太陽電池セルの表面でモアレ効果が生じ得て、それを備えた建物のファサードを見る人を困惑させ得るという欠点を有する。最後に、既知の太陽電池セル及びそれから製造されたモジュールでは、審美的デザインの選択肢が限られている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
こうした従来技術に鑑み、本発明の目的は、より多様なデザインの選択肢を提供して、外観が美しい太陽電池セルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明によると、この目的は、請求項１に係る太陽電池セル、請求項１２に係る太陽電池モジュール、請求項１６に係る建物、請求項１７に係る太陽電池セルを製造するための方法によって達成される。
【０００６】
本発明によると、複数の平坦な半導体基板から太陽電池セルを構成することが提案され、各半導体基板は前面及び背面を有する。これに対して、既存の太陽電池セルは、前面及び反対側の背面を有する単一の半導体基板を必ず使用している。
【０００７】
半導体基板にドーピングを行うことによって、少なくとも一つのｐｎ接合が前面及び／又は背面に平行に形成され、この接合に、太陽光が入射して、吸収される。その結果として生じる電子正孔対は前面と背面にそれぞれドリフトして、適切なコンタクトを介して電圧又は電流として取り出し可能である。
【０００８】
本発明によると、個々の太陽電池セルを、単一の平坦な半導体基板から形成しなければならないものではない。むしろ、本発明に係る太陽電池セルは複数の半導体基板から作製され、各半導体基板が太陽電池セルの部分領域を形成する。太陽電池セルの個々の部分領域又は部分セルは互いに並列に電気的に接続される。結果として、個々の部分領域で形成される電流は足し合わされるが、電圧は一定のままとなる。
【０００９】
複数の半導体基板のうちの個々の半導体基板は、その前面の前面コンタクトと、その背面の背面コンタクトとを有する。各場合において、前面コンタクトが半導体基板の部分領域のみを占めるので、他の部分領域は覆われないままであり、太陽光の侵入を可能にする。本発明の一部実施形態では、複数の前面コンタクトが使用可能であり、例えば、薄いコンタクトフィンガーやコンタクトラインとして形成可能である。結果として、前面コンタクトに達する半導体基板内の少数電荷のドリフト長が短くなるので、電流をより効率的に取り出すことができる。
【００１０】
背面コンタクトも半導体基板の背面の部分領域のみを覆い得て、薄いコンタクトフィンガーやコンタクトラインとして形成可能である。本発明の他の実施形態では、背面コンタクトは全領域にわたって適用され得て、半導体基板の背面が完全に又はほぼ完全に金属化される。
【００１１】
本発明の一部実施形態では、半導体基板は少なくとも一つの穴を有し得て、その穴によって、前面コンタクトを背面上の接続素子に導電接続し得る。結果として、電線による前面の遮蔽を最少化することができる。
【００１２】
本発明の一部実施形態では、前面コンタクト及び背面コンタクトは、スクリーン印刷、エアロゾル印刷、パッド印刷、又は金属薄層の真空蒸着によって既知の方法で適用可能である。本発明の一部実施形態では、電気めっきによってコンタクトを強化して、電流負荷容量を改善し得る。前面コンタクト及び背面コンタクトの物質は、半導体基板の物質及びそのドーピングに基づいて、オーム接触が得られるように選択される。本発明の一部実施形態では、コンタクトは、銀、金、又は銅を含むか又はから成り得る。
【００１３】
半導体基板は直接半導体又は間接半導体を含み得る。本発明の一部実施形態では、半導体基板はシリコンから成るか又はシリコンを含み得る。また、半導体基板はドーパントを含み得て、所定の導電性を与える。更に、半導体基板は、従来通りの汚染物質を含み得る。本発明の一部実施形態では、半導体基板は結晶であり得る。本発明の一部実施形態では、半導体基板はアモルファスであり得る。本発明の一部実施形態では、半導体基板は略５０μｍから略１０００μｍまでの厚さ、又は略１００μｍから略５００μｍまでの厚さを有し得る。
【００１４】
本発明の一部実施形態では、太陽電池セルは複数の電線を有し得て、電線の長手方向は、第一空間方向に沿って延伸して、前面コンタクトの長手方向と略２０°から略９０°までの角度、略４５°から略９０°までの角度、又は略８０°から略９０°までの角度を成す。上記角度範囲は単に大きさを例示するものであって、前面コンタクトの長手方向と電線の長手方向との間の角度は正の方向又は負の方向に区切られ得る。
【００１５】
複数の電線は、その幾何学的形状のため、太陽電池セルの異なる部分領域の電流が電線の長手方向に沿って分布するようにする。電線に略垂直に延伸する前面コンタクトは、電線の長手方向に垂直な方向に電流を分布させるので、全ての半導体基板の全ての前面コンタクトは、隣接する半導体基板の電線及び前面コンタクトを介して互いに接続される。同様に、全ての半導体基板の背面コンタクトは互いに電気的に接続される。従って、補償電流が、電線の長手方向に沿って流れることができ、またそれに垂直な方向においても背面コンタクトを介して流れることができる。これは、本発明に係る太陽電池セルの部分領域の並列接続を容易に達成するのに役立つ。
【００１６】
本発明に係る太陽電池セルを既知の方法で接続して、太陽電池モジュールを得ることができる。ここで、本発明に係る太陽電池セルを、複数の太陽電池セル（各セルは単一の半導体基板のみを有する）を含む既知の太陽電池モジュールと誤解してはならない。
【００１７】
本発明の一部実施形態では、各電線は、少なくとも一つの前面コンタクト又は少なくとも一つの背面コンタクトを介して対応する面の他の電線と互いに導電接続される。ここで、導電接続とは、本発明の目的のためには、電線と電線との間の直流結合を意味するものと理解される。
【００１８】
本発明の一部実施形態では、周辺の電線を除く各電線は、異なる半導体基板の少なくとも二つの前面コンタクト又は少なくとも二つの背面コンタクトに接続され得る。これは、太陽電池セルの異なる半導体基板又は部分領域が電線の長手方向に垂直な方向において重なる構成に等しい。
【００１９】
本発明の一部実施形態では、太陽電池セルの複数の平坦な半導体基板のうちの少なくとも二つの半導体基板が、異なる形状及び／又はサイズを有し得る。この特徴の効果は、不規則で非周期的な構造を実現して、モアレ効果を実質的に生じなくすることである。
【００２０】
本発明の一部実施形態では、第一電線及び第二電線を互いに略平行に配置し得て、第一電線及び第二電線は、電線の長手方向に垂直な方向において互いにずらされ得る。これは、半導体基板が配置されていない部分領域において第一電線及び第二電線が短絡を生じさせることを防止するのに役立つ。
【００２１】
本発明の一部実施形態では、複数の平坦な半導体基板は同種の物質からなり得る。本発明の一部実施形態では、複数の平坦な半導体基板は同一の物質からなり得る。個々の半導体基板が同種の物質から成る場合、それら基板は、光を照射した際に等しい電圧を生じさせて、各半導体基板間を流れる大きな出力電流を生じさせずに、太陽電池セルの部分領域の並列接続を可能にする。更に、セル電圧は半導体の選択によって定められる。しかしながら、異なる製造チャージからの半導体や、廃棄されるはずであった半導体製造の残材を使用することができる。結果として、エネルギーを大量消費して生成される結晶半導体をより効率的に利用することができる。
【００２２】
本発明の一部実施形態では、半導体基板に、多様な色を有するコーティングを設けて、太陽電池セルのデザインの選択肢を広げ得る。このようなコーティングは、多様な厚さの窒化シリコンを含み又はから成り得るので、コーティングが干渉フィルタとして機能して、セル電圧に影響を与えずに、強い色彩効果を与える。
【００２３】
本発明の他の実施形態では、半導体基板は、単一のウェーハを全ての半導体基板に切り出すことによって同一の物質からなり得る。切断は、例えば、レーザー切断又は機械加工によって行われ得る。
【００２４】
本発明の一部実施形態では、太陽電池セルは、電線に電気的に接続されていないセグメント、及び／又は、少なくとも二つの電線に電気的に接続されている少なくとも一つの前面コンタクト及び／又は少なくとも一つの背面コンタクトを有する絶縁体製のセグメントを含み得る。電線に電気的に接続されていないセグメントの追加的な使用は、半導体基板の光学的印象にほぼ等しい光学的印象を与える物質で太陽電池セルの部分領域を満たすのに役立つ。結果として、太陽電池セルの審美的外観を多様な要求に合わせることができる。前面コンタクト及び／又は背面コンタクトを有する絶縁体製のセグメントは、光起電活性な半導体基板が提供されていない箇所に挿入可能であり、これは、異なる電線間の電流の流れを要して、個々の半導体基板の所望の並列接続を可能にする。
【００２５】
本発明の一部実施形態では、各太陽電池セルの複数の平坦な半導体基板は等しい表面積を有し得る。これは、異なる太陽電池セルが、異なる外観及び異なる総面積にもかかわらず、等しい電流を供給することを保証する。ここで、総面積とは、半導体基板の面積と隙間の面積との和であるとされる。これは、太陽電池モジュール内の異なる太陽電池セルの低損失直列接続を可能にする。本発明の他の実施形態では、異なる物質製のセルが互いに相互接続されて、それら全てが同じ電流を提供し得る。このため、電流発生量が低い物質が、電流発生量が高い物質よりも大きな表面積を有するように、セルの各活性表面を構成し得る。
【００２６】
本発明の一部実施形態では、電線は埋め込みフィルムに埋め込まれ得る。これは、太陽電池モジュールを製造する際に、本発明に係る太陽電池セルの組み立て又は製造に関する取扱いを顕著に容易にするのに役立つ。本発明の一部実施形態では、埋め込みフィルムは、接着層を有し得て、及び／又は、本発明に係る太陽電池セルを製造するように半導体基板で封止され得る。
【００２７】
以下、図面を用いて、一般的な発明のコンセプトを制限することなく、本発明を詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】太陽電池セルを製造するための第一方法ステップを示す。
【図２】太陽電池セルを製造するための第二方法ステップを示す。
【図３】太陽電池セルを製造するための第三方法ステップを示す。
【図４】本発明に係る太陽電池モジュールの第一実施形態を製造するための方法ステップを示す。
【図５】本発明に係る太陽電池モジュールを製造するための更なる方法ステップを示す。
【図６】本発明に係る太陽電池セルの第一代替実施形態を示す。
【図７】本発明に係る太陽電池セルの第二代替実施形態を示す。
【図８】多様な半導体基板を示す。
【図９】半導体基板を製造するための第一製造ステップを示す。
【図１０】半導体基板を製造するための第二方法ステップを示す。
【図１１】半導体基板を製造するための第三方法ステップを示す。
【図１２】半導体基板を製造するための第四方法ステップを示す。
【図１３】半導体基板を製造するための第五方法ステップを示す。
【図１４】本発明に係る太陽電池セルの断面を示す。
【図１５】本発明に係る太陽電池モジュールの第一応用例を示す。
【図１６】本発明に係る半導体モジュールの第二応用例を示す。
【図１７】本発明に係る半導体モジュールの第三応用例を示す。
【図１８】本発明に係る太陽電池モジュールの第二実施形態を示す。
【図１９】本発明に係る太陽電池モジュールの第一実施形態の断面を示す。
【図２０】本発明に係る太陽電池モジュールの第三実施形態の断面を示す。
【図２１】本発明に係る太陽電池モジュールの第四実施形態の断面を示す。
【図２２】本発明に係る太陽電池モジュールの第五実施形態の断面を示す。
【図２３】本発明に係る太陽電池モジュールの第六の実施形態の分解図を示す。
【図２４】半導体基板の代替実施形態の断面を示す。
【図２５】本発明に係る太陽電池モジュールの第七の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１から図３を参照して、本発明に係る太陽電池セルの可能な製造方法を説明する。図４及び図５は、複数の太陽電池セルを備える太陽電池モジュールへの太陽電池セルの更に可能な加工を示す。
【００３０】
第一方法ステップにおいて、図１に示されるように複数３の第二電線３０が提供される。電線は、例えば、円形断面又は多角形断面のワイヤとして作製され得る。電線３０の直径は、略０．１ｍｍから略１ｍｍまでの間であり得る。本発明の一部実施形態では、電線３０は、金、銀、アルミニウム又は銅を含む又はから成る。二本の隣接する電線３０の間隔は、略１ｍｍから略５０ｍｍまでの間、又は略１ｍｍから略１０ｍｍまでの間となり得る。取り扱いを簡単にするため、図１４を参照して以下で詳細に説明するように、複数の電線３０は、埋め込みフィルム３１内に収容され得る。
【００３１】
図２は、第二方法ステップにおいて複数の半導体基板１０をその背面コンタクト２２を介して複数３の電線３０に適用する方法を示す。本発明の一部実施形態では、電線３０と背面コンタクト２２との間の導電接続は、はんだ付け、スポット溶接、又は導電性接着剤によって達成可能である。結果として、電線３０と半導体基板１０との間の機械的取り付けを同時に達成することができる。本発明の他の実施形態では、半導体基板１０の機械的取付けを埋め込み基板に対する接着又は封止によって達成することもできる。この場合、電線３０に対する背面コンタクトの個々の強固に結合した接続を省くことができる。
【００３２】
図２に示されるように、単一の太陽電池セル１の半導体基板１０は多様なサイズを有し得る。個々の半導体基板１０は、太陽電池セル１内部に規則的又は不規則なパターンで配置され得る。更に、図２は、半導体基板１０の少なくとも前面コンタクト２１がストリップ状構造を有することを示す。結果として、前面コンタクト２１は、各半導体基板１０の部分領域のみを占めて、前面１０１の一部は、半導体基板１０内への光アクセスに利用可能である。
【００３３】
図２は、前面コンタクト２１の長手方向が、電線３０の長手方向に略垂直に延伸する様子を示す。これは、太陽電池セル１の全ての半導体基板１０の電気的並列接続を保証する。電線３０に沿った電位差は、電線３０の導電性によって補償される。電線３０間の電位差は、前面コンタクト及び／又は背面コンタクトに対するそのコンタクトを介した電線の導電接続によって補償可能である。従って、半導体基板１０の全ての前面及び半導体基板１０の全ての背面が直流結合されて、均一な電位を有する。
【００３４】
図３は、複数４の第一電線４０を適用することによる太陽電池セルの完成図を示す。第一電線４０も、第二電線３０について既に説明したように、円形又は多角形断面を有するワイヤから作製され得て、任意で埋め込みフィルムに固定される。第一電線４０は、半導体基板１０の前面コンタクト２１に接触するように提供される。大半の電線４０は、少なくとも二つの異なる半導体基板１０の少なくとも二つの前面コンタクトに接触するので、第一電線４０も互いに導電接続されて、その結果として、等しい電位を有し、本発明に係る半導体基板１０の並列接続をもたらす。
【００３５】
第一電線４０と第二電線３０との間の短絡を防止するため、第一電線及び第二電線を互いにずらして配置することができる。結果として、第二電線が二本の第一電線の間のギャップ内に配置され、第一電線が二本の第二電線の間のギャップ内に配置される。
【００３６】
図４は、太陽電池モジュール５の第一実施形態への太陽電池セル１の更なる加工を示す。このため、複数の半導体基板１０を個々の背面コンタクトを介して太陽電池セルの第一電線４に適用し得る。そして、第二電線３も、太陽電池セル１０の前面に適用され得る。これは、太陽電池モジュール５内の隣接する太陽電池セルの直列接続をもたらす。
【００３７】
太陽電池セル内の個々の半導体基板の効率的な並列接続を可能にするため、半導体基板を同種又は同一の物質から作製され得て、その結果として、一定照明での等しいセル電圧が達成される。太陽電池モジュール内の太陽電池セルの効率的な直列接続を得るため、太陽電池セル内の加工された全ての半導体基板の活性表面積は同一であり得て、その結果として、光強度が等しい場合に、各太陽電池セルが等しい電流を供給することができる。電流を供給する性能に関して差がある場合には、一部の太陽電池セルに、セグメント１６を配置し得て、セグメントは絶縁体から成り、太陽電池セルと同様に前面コンタクト及び背面タクトが設けられる。これらセグメント１６を用いて、電線間に電流が流れるようにすることができる。しかしながら、セグメント１６自体は電気エネルギーを供給しないので、セグメント１６の使用は、太陽電池セル１が供給する電流を微調整するためのものとなり得る。同様に、太陽電池セルの半導体基板が、電線の境界と境界とにわたる電流を既に保証している場合には、絶縁体製のセグメント１５を挿入することもできる。
【００３８】
図５は、本発明に係る太陽電池モジュールを製造するための更なる方法ステップを示す。図５に示されるように、電線の自由端３ａ及び３ｂを絶縁体製のセグメント１５で覆って、太陽電池セル又はそれから作製されるモジュールのその全表面積にわたる均一な光学的外観を保証することができる。
【００３９】
図６は、本発明に従って提案される太陽電池セル又は太陽電池モジュールの第二実施形態を示す。同じ部品には同じ参照記号が付してある。従って、実質的な相違点についてのみ説明する。
【００４０】
図６に示されるように、半導体基板１０は、円形ではなくて正方形を有する。第二実施形態に係る太陽電池セルも、等しいサイズを有する均一な半導体基板のみを含む。図６に示されるように、前面コンタクト２１の配置は、個々の半導体基板１０に対して異なり、電線４０及び／又は３０に対する半導体基板の位置が相対的に異なる場合であっても、前面コンタクト２１が電線３０及び４０に略垂直に延伸するようにする。しかしながら、前面コンタクトが複数の電線に接触して、電線間の電位補償を提供することができる限り、前面コンタクト２１の長手方向と電線３０及び４０との長手方向とが正確に直角を成すことが必須でないことは明らかである。
【００４１】
図７は半導体基板１０の第三実施形態を示す。第三実施形態によると、三種類の異なるサイズの多角形半導体基板が使用される。図７に係る多角形は六角形であるが、勿論、より高次又は低次の多角形を用いることもできる。更に、不規則な形状の多角形を用いることもできる。重要なのは、太陽電池モジュール内の全ての太陽電池セルにおいて半導体基板の表面積の和が等しいことである。しかしながら、部分領域へのこの和の分割は異なり得る。
【００４２】
図８も、太陽電池セル内で使用可能な三種類の半導体基板１０ａ、１０ｂ及び１０ｃを示す。半導体基板１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは全て円形を有するが、サイズが異なる。図８は、例として、小さな直径を有する第一半導体基板１０ａ、中間の直径を有する第二半導体基板１０ｂ、大きな直径を有する第三半導体基板１０ｃを示す。
【００４３】
各半導体基板１０ａ、１０ｂ及び１０ｃは、細長のコンタクトフィンガー形状を採用した複数の前面コンタクトを有する。前面コンタクトは、半導体基板１０ａ、１０ｂ及び１０ｃの縁近くまで配置され得る。しかしながら、縁自体は、前面コンタクトと背面コンタクトとの間の短絡を防止するために覆われないままとなり得る。
【００４４】
背面コンタクトは、前面コンタクトと同様の方法で作製され得て、又は、全表面積にわたって金属化され得る。前面コンタクト及び背面コンタクトは、各半導体基板１０ａ、１０ｂ及び１０ｃに既知の方法で適用可能であり、例えば、金属層の堆積及び構造化によって、印刷法によって、外部電流を用いない堆積によって、又は電気めっきを用いる堆積によって適用可能である。
【００４５】
円形の半導体基板１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、切断法、例えばレーザー切断によってより大型の基板から作製可能である。他の実施形態では、更なる切断を要せずに、円形の出発物質又はウェーハを直接用い得る。
【００４６】
図９から図１３は、半導体基板１０の代替製造方法を詳細に示す。この製造方法は、複数の半導体基板１０を短時間で製造することを可能にする。
【００４７】
図９は出発物質としての基本基板１０５を示す。基本基板１０５は、出発物質として、予め切断された直角の基板、又はマイクロエレクトロニクスで知られているような完成基板であり得る。基本基板１０５にドープを行い、所定の導電性を得ることができる。基本基板１０５は、太陽電池セルの基本素子として機能するように完全に加工されたｐｎダイオードを既に含んでいるものであり得る。
【００４８】
図９はマスク１０６も示し、マスク１０６は複数の凹部１０７を含む。マスク１０６は、出発物質として、例えば、フィルム、ガラス板、又はセラミックを含み得る。凹部１０７は、太陽電池セル１に使用される半導体基板１０ａ、１０ｂ、１０ｃの位置を基本基板１０５上に画定する。
【００４９】
図１０は、マスクが基本基板１０５の部分領域を覆い、凹部１０７が基板の部分領域を露出するようにマスク１０６を基本基板１０５上に配置する方法を示す。
【００５０】
図１１は、マスク１０６及び基本基板１０５の表面上に複数の前面コンタクト２１を、スクリーン印刷、パッド印刷、エアロゾル印刷等の印刷法によって印刷する方法を示す。
【００５１】
図１２は、次の方法ステップ、具体的には、基本基板１０５からのマスク１０６の除去を示す。図１２に示されるように、凹部１０７によって露出された部分領域においてのみ基本基板１０５に前面コンタクト２１が設けられる。最後の方法ステップにおいて、切断方法によって、半導体基板１０を基本基板１０５から切り出すことができる。例えば、レーザー切断が、あらゆる自由形状の半導体基板１０を製造するのに適している。この方法ステップが終わって残されるのは、複数の穴１０８を有する基本基板１０５であり、更に複数の半導体基板１０を製造するためのマスクとして使用可能であり、又は廃棄してもよい。
【００５２】
切断ガイドによって定められる半導体基板１０の外面形状が凹部１０７の外面形状よりも僅かに大きい場合、前面コンタクト２１周辺に縁部を残すことができ、前面コンタクトと背面コンタクトとの間の短絡を確実に防止することができる。
【００５３】
図１４は図３に係る太陽電池セルの断面を示す。
【００５４】
図１４の中間部分は半導体基板１０を示す。半導体基板１０は前面１０１及び反対側の背面１０２を有する。複数の前面コンタクト２１が前面１０１に配置される。しかしながら、図１４の断面は単一の前面コンタクト２１のみを示す。前面コンタクト２１は前面１０１上の部分領域の金属化で作製可能である。
【００５５】
背面コンタクト２２は背面１０２に配置される。図示されている実施形態では、背面コンタクト２２は全領域にわたる金属化で形成されている。しかしながら、背面コンタクト２２は、前面コンタクト２１に関して説明したような構造を有することもできる。
【００５６】
背面コンタクト２２は第二電線３０と接触している。第二電線３０は埋め込みフィルム３１内に埋め込まれている。ここでは、電線３０の断面の一部のみが埋め込みフィルム３１内に収容されているので、電線３０の金属表面領域は背面コンタクト２２の方向に露出される。
【００５７】
また、埋め込みフィルム３１に接着層を設けることができ、電線３０を背面コンタクト２２と接触させ、また、埋め込みフィルム３１を加圧することによって電線と半導体基板１０との間の機械的に頑丈な結合を可能にする。
【００５８】
同様に、第一電線４０は埋め込みフィルム４１内に収容される。第一電線４０が半導体基板１の第一面１０１に配置されるので、これらの電線は前面コンタクト２１と接触する。少なくとも埋め込みフィルム４１は透明又は半透明であり得て、太陽電池セルの動作時に、太陽光が半導体基板１０の前面１０１に当たるようにする。
【００５９】
図１５は、本発明に係る太陽電池モジュール５の応用例を示す。太陽電池モジュール５はファサード６に配置されている。組み立ては、半導体基板１０への熱蓄積を防止するように背面換気ホルダーによる既知の方法で行うことができる。本発明の他の実施形態では、太陽電池モジュール５は、建物６の前面に配置されるファサード部の一体部品であり得る。結果として、ファサードの形成及び太陽電池システムの設置を一回の作業工程で行うことができる。
【００６０】
図１５は天然石又は他の鉱物の建築材料で作製された建物のファサードを示す。
【００６１】
図１６は、本発明の更なる使用方法を示す。図１６は、本発明に係る太陽電池モジュール５を含むファサード部６１を有する建物６を示す。図１６に係るファサード部６１は、木材又は木質材料製であり得る。
【００６２】
図１７は、本発明に係る太陽電池モジュール５を建物６の窓部６２に組み込む様子を示す。半導体基板１０が太陽電池セル１の全表面積を占めていないので、光が半導体基板１０と半導体基板１０との間に侵入することができる。結果として、太陽電池モジュールで覆われた窓６２の部分領域が半透明なままとなり、建物内への光の入射が可能なままとなる。半導体基板１０の被覆密度に応じて、窓６２の外を見ることができる。
【００６３】
図１８は、本発明に係る太陽電池モジュールの第二実施形態を示す。二つの太陽電池セル１ａ及び１ｂが例として示されている。本発明の他の実施形態では、太陽電池モジュール５内の太陽電池セル１の数はより多くなり得る。
【００６４】
各太陽電池セル１ａ、１ｂは複数の半導体基板１０から成り、複数の半導体基板１０は第一電線４０及び第二電線３０を介して互いに並列に相互接続され、一方、第一セル１ａ及び第二セル１ｂは電気的な直列接続を形成する。
【００６５】
図１８に示されるように、第一セル１ａの半導体基板１０は、比較的短い間隔で互いに配置される。第二セル１ｂの半導体基板１０は、互いにより長い間隔で配置されて、第二セル１ｂが全体としてより大きな総面積を占める。ここで、総面積とは、半導体基板の面積と隙間の面積との和とされる。しかしながら、活性面積、つまり、第一セル１ａと第二セル１ｂとにおいて半導体基板１０の面積の和は等しい。これは、同じ電気パラメータ、具体的には電流及び電圧をもたらし、二つの太陽電池セル１ａ及び１ｂの直列接続を何ら問題なく可能にする。
【００６６】
太陽電池セル１ａ及び１ｂの総面積を異ならせることで、ファサードに対する多様なデザインの選択肢が可能になる。例えば、太陽電池モジュール５の縁が流れ出しているように又は溶け出しているように見せることができる。既存の太陽電池モジュールは、同一の太陽電池セルを有し、幾何学的に定められた一般的には直線状の縁を必ず有している。
更に、太陽電池セル１ｂを、光バンド又は窓の開口部の領域においてより大きな総面積で使用することができ、光が建物を横切ることや、建物からの居住者の視界が遮られないことを可能にする。ファサードの他の表面領域においては、太陽電池セル１ａが、半導体基板１０でのより密な被覆によって、単位面積当たりのより大きなエネルギー出力を可能にする。
【００６７】
図１９は、本発明に係る太陽電池モジュールの第一実施形態の断面を示す。太陽電池モジュール５は、太陽エネルギーのアクセス用に設けられたカバーガラス５１を有する。上部埋め込みフィルム４１及び下部埋め込みフィルム３１は、図１４に関して上述したように、太陽電池セル１を埋め込み、カバーガラス５１の下に配置される。任意で、埋め込みフィルム４１及び３１は、図１４に関して上述したように、電線を有することもできる。
【００６８】
埋め込みフィルム４１及び３１は、湿気の侵入を防止するように互いに接合される。太陽電池セル１の前面コンタクト及び背面コンタクトと電線３０及び４０との間のはんだ接続を、接合中に同時に行うことができる。
【００６９】
背面カバー５２が埋め込みフィルム３１に隣接する。本発明の一部実施形態では、背面カバーは透明又は半透明であり得て、半導体基板１０と半導体基板１０との間における太陽電池モジュールを介した視界が遮られないようにする。代わりに、背面カバー５２は着色デザインを有することができ、半導体基板１０の幾何学パターンを強調するか、又は、視者から半導体基板１０の存在を隠して、太陽電池モジュール５の均一な色の印象を与えるようにすることができる。
【００７０】
図２０は、本発明に係る太陽電池モジュールの第三実施形態の断面を示す。同じ参照符号は本発明の同じ部品を指称するので、実質的な相違点のみについて説明する。図２０は、背面カバー５２が透明であり、装飾素子５５が背面カバー５２の後ろに配置されているという点において図１９に係る第一実施形態と相違する。装飾素子５５は、両面に装飾デザイン、例えば、絵、幾何学パターン、天然石の視覚効果、モノクロカラーデザイン等を有し得る。背面カバー５２に面する装飾素子５２の面は、半導体基板１０と半導体基板１０との間の隙間において目に見えるので、建物のファサードのデザインに関して大きな自由度がある。背面カバー５２から見て反対側の装飾素子５５の面が太陽電池モジュール５の通常の動作中に目に見える場合には、異なるデザインとなり得て、使用者が太陽電池モジュール５の両面から装飾的外観を受けるようにする。
【００７１】
本発明の一部実施形態では、装飾素子５５は、例えば、粘着フィルムやベルクロ（登録商標）ファスナーによって、容易に交換可能なように設計され得る。これによって、太陽電池モジュールの外観を要求の変化に合わせることができる。
【００７２】
図２１は、本発明に係る太陽電池モジュールの第四実施形態の断面を示す。図２１に係る実施形態は、装飾素子５５が更なる埋め込みフィルム３２内に収容されているという点において上記第三実施形態と相違する。結果として、装飾素子５５が機械的作用又は湿気による損傷に対して保護され、太陽電池モジュール５が特に頑丈な構造を有する。
【００７３】
図２２は、本発明に係る太陽電池モジュールの第五実施形態の断面を示す。第五実施形態は、太陽電池セル１ａが第一平面に配置され、太陽電池セル１ｂが第二平面に配置され、第二平面が入射光の方向において第一平面の後ろに位置するという点において第一実施形態と相違する。後方埋め込みフィルム３１は第一平面の太陽電池セル１ａと第二平面の太陽電池セル１ｂとの間に配置される。更なる埋め込みフィルム３２は、第二平面の太陽電池セル１ｂと背面カバー５２との間に配置される。
【００７４】
太陽電池セル１ａ及び１ｂは、太陽電池モジュール５において縞模様に配置可能である。これは、太陽電池モジュール５が設けられた窓を介する角度に依存した太陽光の吸収と、角度に依存した視界とをもたらす。例えば、ほぼ水平な視野角では視界がほとんど損なわれない一方、太陽電池セル１ａと太陽電池セル１ａとの間の隙間を介して入射する光は太陽電池セル１ｂによって吸収されるので、より高い位置から太陽電池モジュール５に入射する太陽光は両平面において吸収され、電気エネルギーを発生させるのに用いられる。一部実施形態では、太陽電池セル１ａは第一インバータに接続され得て、太陽電池セル１ｂは第二インバータに接続され得る。
【００７５】
図２３は、本発明に係る太陽電池モジュールの第六実施形態を示す。第六実施形態は、第二平面の太陽電池セル１ｂの代わりに、移動可能な又は固定された層状体（ラメラ）１７を用いて、太陽電池モジュール５の後ろの室内への光のアクセスと、部屋からの視界とを制御することができるという点において第五実施形態と相違する。一部実施形態では、層状体１７は、不透明な接着フィルム又はコーティングとして窓ガラス５２に適用され得る。図２３は、太陽電池モジュール５を、ガラス部５３及び５４から成る二重ガラス又は三重ガラスの一部として用い、太陽電池モジュール５が最も外側の窓ガラスとして機能する様子も示す。
【００７６】
図２３は、斜角入射太陽光６０が太陽電池セル１によって吸収される様子も示す。建物の内部へと隙間を通り抜ける光を層状体１７によって吸収することができる。
【００７７】
図２４は、半導体基板の代替実施形態の断面を示す。図２４に係る半導体基板１０は、上述のような前面１０１及び背面１０２を有する。前面コンタクト２１が前面１０１に配置される。これに対応して、背面コンタクト２２が背面１０２に配置される。太陽光は、前面１０１を介して半導体基板１０１内に達して、半導体基板において吸収され、電子正孔対が形成されて、前面コンタクト２１と背面コンタクト２２との間の電圧及び電流として取り出し可能である。
【００７８】
電線によって前面１０１が遮蔽されることを防止、少なくとも低減するため、穴２１１を前面コンタクト２１の下に設ける。この穴は、導電物質で充填又は導電コーティングされて、半導体基板１０の背面１０２上のコンタクト素子２１０に前面コンタクト２１を接触させる。コンタクト素子２１０は電線４０に接続され得るので、二つの電線３０及び４０は半導体基板１０の背面１０２及び太陽電池セル１にそれぞれ配置される。
【００７９】
図２５は、本発明に係る太陽電池モジュールの第七実施形態を示す。第七実施形態は、図２４に係る半導体基板を用いるので、第一電線及び第二電線３０はどちらも半導体基板１０の底面１０２に配置される。二つの太陽電池セル１ａ及び１ｂが示されているが、元論、太陽電池モジュール５は、より多数の太陽電池セル及びより多数の電線を有することができる。
【００８０】
第一太陽電池セルは三つの半導体基板１０ａ、１０ｂ、１０ｃを有し、各半導体基板は略円形を有する。コンタクト素子２１０及び背面コンタクト２２は、コンタクト素子２１０が第一電線４０と接触して、背面コンタクト２２が第二電線３０と接触するようにして、配置される。これは、太陽電池セル１ａの三つの半導体基板１０ａ、１０ｂ、１０ｃの電気的並列接続をもたらす。
【００８１】
第二太陽電池セル１ｂは単一の半導体基板１０ｄを有する。本発明の他の実施形態では、半導体基板の数は各セルにおいてより多くもより少なくもなり得る。しかしながら、各太陽電池セルは、有利には同じ面積の半導体基板を有するので、太陽電池セルが供給する電圧及び電流がほぼ等しくなる。勿論、上述のように、各半導体基板１０の形状は異なるものとなり得る。
【００８２】
図２５に示されるように、半導体基板１０は、コンタクト素子２１０が第二電線３０と接触して、背面コンタクト２２が第一電線４０と接触するようにして、配置される。これは、第一太陽電池セル１ａ及び第二太陽電池１ｂの直列接続をもたらす。
【００８３】
勿論、本発明は図面に示される実施形態に限定されるものではない。上記説明は限定的なものではなく例示的なものである。本発明の上述の多様な実施形態の特徴を更なる実施形態に組み合わせることができる。添付の特許請求の範囲は、記載されている特徴が本発明の少なくとも一つの実施形態において利用可能であるように理解されるものであるが、更なる特徴の存在を排除するものではない。特許請求の範囲及び明細書における“第一”及び“第二”との特徴の定義は、順番を決定せずに同種の二つの特徴を区別するためのものである。
【符号の説明】
【００８４】
１  太陽電池セル
３  複数の第二電線
４  複数の第一電線
５  太陽電池モジュール
１０  半導体基板
２１  前面コンタクト
２２  背面コンタクト
３０  第二電線
４０  第一電線
１０１  半導体基板の前面
１０１  半導体基板の背面
【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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