(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上にそれぞれストリング状にスクライブされた透明電極層、光電変換半導体層および裏面電極層が形成され、前記透明電極層は第１のスクライブ線により分離され、前記光電変換半導体層に設けられた第２のスクライブ線を通して前記裏面電極層と前記透明電極層とが互いに接続され、前記光電変換半導体層および前記裏面電極層は第３のスクライブ線により分離された構造をなし、互いに直列に接続された複数段の太陽電池セルを有する薄膜太陽電池モジュールであって、
前記各太陽電池セルにおける第１のスクライブ線側端部から第３のスクライブ線を挟んで透明電極層と隣り合う太陽電池セルの裏面電極層とを接続するための第２のスクライブ線側端部までの範囲に位置する透明電極層の一部に、前記第１ないし第３のスクライブ線に平行な部分的スクライブ線が設けられていることを特徴とする薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記各太陽電池セルの透明電極層に設けられた部分的スクライブ線は、前記各太陽電池セルの長手方向の両端部で前記第３のスクライブ線と重なっていることを特徴とする請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記各太陽電池セルの透明電極層に設けられた部分的スクライブ線の長さは、前記各太陽電池セルのストリング幅以上で２５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記透明電極層に設けられた部分的スクライブ線の長さは、１５〜１００ｍｍの範囲にあることを特徴とする請求項３に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は薄膜太陽電池モジュールに関し、特にホットスポット現象を有効に抑制できる構造を有する薄膜太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、薄膜太陽電池モジュールは、基板上にストリング状にスクライブされた透明電極層、光電変換半導体層および裏面電極層を順次積層することにより形成された複数の太陽電池セルを、その短辺方向に沿って互いに直列接続した構造を有している。このような薄膜太陽電池モジュールは単独で使用されることは少なく、通常、複数の薄膜太陽電池モジュールを直列または並列接続したモジュール列として使用される。
【０００３】
ところで、薄膜太陽電池モジュールにおいて、ある太陽電池セルの受光面に木の葉や鳥の糞などが付着すると、その太陽電池セルの光起電力が低下し、さらにモジュール全体の出力が大幅に低下する。これは、光起電力が低下した太陽電池セルの抵抗値が極端に増加するためである。このような特定のモジュールにおける出力の低下は、モジュール列全体の出力に大きな影響を及ぼす。
【０００４】
さらに、上記付着物によって、より深刻な問題が生じることもある。すなわち、太陽電池モジュールの両端で短絡が生じるなどの原因で、光起電力が低下した太陽電池セルに逆方向耐圧以上の電圧が印加されると、ホットスポット現象と呼ばれる局所的な加熱を生ずる。特に大面積のモジュールでは出力電流が大きいため、ホットスポット現象により金属電極層が溶融し、最終的にはそのセル自体が破壊されることがある。
【０００５】
従来、付着物に起因する出力の低下やホットスポット現象を抑制するために、例えば薄膜太陽電池モジュールごとにバイパスダイオードを設けるという対策が知られている。また、本発明者らは、特願平１１−２３８７０９号において、付着物に起因する出力の低下やホットスポット現象の発生を完全に防ぐためには、１枚の薄膜太陽電池モジュール当り複数個のバイパスダイオードを設ける必要があることを開示している。しかし、このようにバイパスダイオードを設けることは、コスト上昇につながるという問題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、付着物に起因する出力の低下やホットスポット現象を抑制でき、高い信頼性を有する安価な薄膜太陽電池モジュールを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の薄膜太陽電池モジュールは、基板上にそれぞれストリング状にスクライブされた透明電極層、光電変換半導体層および裏面電極層が形成され、前記透明電極層は第１のスクライブ線により分離され、前記光電変換半導体層に設けられた第２のスクライブ線を通して前記裏面電極層と前記透明電極層とが互いに接続され、前記光電変換半導体層および前記裏面電極層は第３のスクライブ線により分離された構造をなし、互いに直列に接続された複数段の太陽電池セルを有する薄膜太陽電池モジュールであって、前記各太陽電池セルにおける第１のスクライブ線側端部から第３のスクライブ線を挟んで透明電極層と隣り合う太陽電池セルの裏面電極層とを接続するための第２のスクライブ線側端部までの範囲に位置する透明電極層の一部に、前記第１ないし第３のスクライブ線に平行な部分的スクライブ線が設けられていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の薄膜太陽電池モジュールにおいては、透明電極層に設けられる部分的スクライブ線が、各太陽電池セルの長手方向の両端部で第３のスクライブ線と重なるようにすることが好ましい。
【０００９】
本発明において、各太陽電池セルの透明電極層に設けられた部分的スクライブ線の長さは、前記各太陽電池セルのストリング幅以上で２５０ｍｍ以下が好ましく、さらに１５〜１００ｍｍの範囲にあることがより好ましい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に本発明に係る薄膜太陽電池モジュールの一例を示す。図１（Ａ）は本発明に係る薄膜太陽電池モジュールのスクライブ線を模式的に示す平面図である。なお、図１（Ａ）では薄膜太陽電池モジュールの中央部を省略して長手方向の両端部を示している。図１（Ｂ）は図１（Ａ）の１Ｂ−１Ｂ線に沿う断面図である。
【００１１】
図１の薄膜太陽電池モジュールは、ガラス基板１上にそれぞれストリング状にスクライブされた透明電極層２、光電変換半導体層３および裏面電極層４を順次積層することにより形成された複数の太陽電池セル１０を、その短辺方向に沿って互いに直列接続した構造を有している。透明電極層２にはレーザー加工により第１のスクライブ線２１が設けられ、透明電極層２は第１のスクライブ線２１により分離されている。光電変換半導体層３にはレーザー加工により第２のスクライブ線３１が設けられ、この第２のスクライブ線３１を通して裏面電極層４と透明電極層２とが互いに接続されている。また、光電変換半導体層３および裏面電極層４にはレーザー加工により第３のスクライブ線４１が設けられ、光電変換半導体層３および裏面電極層４は第３のスクライブ線４１により分離されている。
【００１２】
本発明の薄膜太陽電池モジュールの特徴的な構成は、透明電極層２の一部に、第１ないし第３のスクライブ線２１，３１，４１に平行な部分的スクライブ線２２が設けられていることである。この部分的スクライブ線２２は、各太陽電池セル１０における第１のスクライブ線２１の活性領域側の側端部Ｘから、第３のスクライブ線４１を挟んで、透明電極層２と隣り合う太陽電池セル１０の裏面電極層４とを接続するための第２のスクライブ線３１の活性領域側の側端部Ｙまでの範囲に位置する透明電極層２の一部に設けられる。
【００１３】
本発明において、部分的スクライブ線２２は、図のＸ（第１のスクライブ線２１の活性領域側の側端部）からＹ（透明電極層２と隣り合う太陽電池セル１０の裏面電極層４とを接続するための第２のスクライブ線３１の活性領域側の側端部）までの範囲であれば透明電極層２の任意の位置に設けることができる。図２に本発明に係る薄膜太陽電池モジュールの他の例を示す。図２（Ａ）は本発明に係る薄膜太陽電池モジュールのスクライブ線を模式的に示す平面図であり、図１（Ａ）と同様に薄膜太陽電池モジュールの中央部を省略して長手方向の両端部を示している。図２（Ｂ）は図２（Ａ）の２Ｂ−２Ｂ線に沿う断面図である。
【００１４】
図２の薄膜太陽電池モジュールは、透明電極層２の一部に設けられる部分的スクライブ線２２が各太陽電池セル１０の長手方向の両端部で第３のスクライブ線４１と重なっていることを除いては、図１と同様の構造を有する。なお、図２（Ａ）では、便宜上、第３のスクライブ線４１と部分的スクライブ線２２とをずらして示しているが、実際には両者は重なっている。
【００１５】
ここで、図１の薄膜太陽電池モジュールを製造する場合、透明電極層２にレーザー加工により第１スクライブ線２１および部分的スクライブ線２２を順次設ける工程が必要になる。一方、図２の薄膜太陽電池モジュールを製造する場合、光電変換半導体層３および裏面電極層４にレーザー加工により第３のスクライブ線４１を設けるのと同じ工程で、透明電極層２に部分的スクライブ線２２を設けることができる。すなわち、第３のスクライブ線４１を設けるためのレーザー加工時に、太陽電池セル１０の長手方向の両端部においてレーザービームのスポット間隔を短くする（言い換えれば、太陽電池セル１０上でのレーザービームの移動速度を遅くする）ことにより、透明電極層２に加えられる熱エネルギーを増大させることができるので、第３のスクライブ線４１と同時に部分的スクライブ線２２を設けることができる。したがって、図２の薄膜太陽電池モジュールの方が、図１のものよりも製造工程の点で有利である。
【００１６】
図１および図２のいずれの場合でも、透明電極層２のうち部分的スクライブ線２２と第１スクライブ線２１とで挟まれる幅の狭い方の領域は、いわゆるディシペーション(dissipation)領域である。すなわち、透明電極層２のディシペーション領域を流れる電流には、部分的スクライブ線２２に沿ってストリング長手方向に迂回して流れる成分が多くなる。
【００１７】
本発明者らは、上記のように透明電極層２に部分的スクライブ線２２を設けた薄膜太陽電池モジュールの出力特性を調べた。そして、１つの太陽電池セルをｐｉｎ接合の光電変換半導体層により構成されるダイオードとシャント抵抗成分との並列接続で表し、この太陽電池セルを複数の直列接続した等価回路に対応させてシミュレーションを行った。その結果、透明電極層２に部分的スクライブ線２２を設けることは、シャント抵抗成分の低下をもたらすことを究明した。したがって、一部の太陽電池セルの受光面に異物が付着して遮光された場合でも、シャント抵抗成分の低下により、その太陽電池セルの抵抗値がそれほど増加しないため、モジュール全体の出力の低下を抑制できる。また、太陽電池セルの受光面に異物が付着し、かつ太陽電池モジュールの両端で短絡が生じた場合でも、シャント抵抗成分の低下により、その太陽電池セルに逆方向耐圧以上の電圧が印加されにくくなり、ホットスポット現象が抑制される。
【００１８】
もし、本発明の構成を採らず、部分的スクライブ線を設けずにホットスポット現象が発生した場合、発生した段の太陽電池セルは破壊され、起電力を生じない。その場合、モジュールの全段に対して破壊された段の割合で出力が低下するので、長期的にはモジュール出力が著しく低下するおそれがある。
【００１９】
なお、付着物がない場合の太陽電池モジュールの出力特性に関してはシャント抵抗成分が高い方が好ましい。このため本発明の太陽電池モジュールでは付着物がないときの出力特性はいくぶん低下するが、付着物に起因する出力低下およびホットスポット現象の抑制効果に対する寄与が大きい。
【００２０】
本発明においては、各太陽電池セル１０の透明電極層２に設けられる個々の部分的スクライブ線２２の長さを適切に設定することが好ましい。具体的には、部分的スクライブ線２２の長さは、各太陽電池セル１０のストリング幅以上で２５０ｍｍ以下が好ましく、さらに１５〜１００ｍｍの範囲にあることがより好ましい。部分的スクライブ線２２の長さが太陽電池セル１０のストリング幅より短いと、ディシペーション領域には部分的スクライブ線２２に沿ってストリング長手方向に迂回しなくても電流が流れることができるので、部分的スクライブ線２２を設けることによる効果がほとんど得られない。一方、部分的スクライブ線２２の長さが長すぎると、部分的スクライブ線２２に沿ってストリング長手方向に流れる電流により透明導電層２内に電位分布が生じ、太陽電池モジュールの出力特性に悪影響を与える。
【００２１】
【実施例】
以下、本発明の実施例を説明する。
【００２２】
９１０ｍｍ×４５５ｍｍのガラス基板上に、ストリング長さ８９０ｍｍ、ストリング幅９ｍｍで、透明電極層に図２に示したような部分スクライブ線を設けた太陽電池セルを４８段形成した例について説明する。
【００２３】
ＳｎＯ2からなる透明電極層２が形成された９１０ｍｍ×４５５ｍｍのガラス基板１を用意し、レーザービームを照射して透明電極層２に第１のスクライブ線２１を設けた。
【００２４】
次に、プラズマＣＶＤ法により、透明電極層２上にｐ型アモルファスシリコン、ｉ型アモルファスシリコンおよびｎ型アモルファスシリコンを製膜して光電変換半導体層３を形成した。ガラス基板１側からレーザービームを照射して光電変換半導体層３に第２のスクライブ線３１を設けた。
【００２５】
次いで、スパッタリングにより、光電変換半導体層３上にＡｇからなる裏面電極層４を形成した。ガラス基板１側からレーザービームを照射して光電変換半導体層３および裏面電極層４に第３のスクライブ線４１を設けた。また、この工程では、ストリング長手方向の両端部において第３のスクライブ線４１を加工するためのレーザービームのスポット間隔を短くすることにより、第３のスクライブ線４１の下部にある透明電極層２を３０ｍｍずつスクライブして部分的スクライブ線２２を設けた。以上のようにして、図２に示すような薄膜太陽電池モジュールを製造した。
【００２６】
得られた薄膜太陽電池モジュールについて、ＡＭ１．５の光を１００ｍＷ／ｃｍ2の光量で入射して最大出力を測定した。実験は、付着物が存在しない状態、および１つの段の太陽電池セルの全受光面に付着物を付着させて遮光した状態でそれぞれ行った。その結果、付着物が存在しない状態での最大出力は３５Ｗ、付着物が存在する状態での最大出力は３４．５Ｗであり、顕著な出力低下は認められなかった。さらに、モジュールの両端を短絡して光を照射したが、遮光した段の太陽電池セルのホットスポット現象は観察されず、破壊は生じなかった。
【００２７】
一方、本発明の構成を採らず、部分スクライブ線を設けずに同様のモジュールを作製して同様の実験を行った。付着物が存在せず遮光しなかった場合の出力は３５．３Ｗであったが、１つの段の太陽電池セルを遮光した場合の出力は５Ｗまで下がった。また、１つの段の太陽電池セルを遮光し、両端を短絡した状態で光を照射した場合はホットスポット現象が発生し、遮光した太陽電池セルが破壊した。
【００２８】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、透明電極層に部分的スクライブ線を設けることにより、付着物に起因する出力の低下やホットスポット現象を抑制でき、高い信頼性を有する安価な薄膜太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る薄膜太陽電池モジュールの一例を示す平面図および断面図。
【図２】本発明に係る薄膜太陽電池モジュールの他の例を示す平面図および断面図。
【符号の説明】
１…ガラス基板
２…透明電極層
２１…第１のスクライブ線
２２…部分的スクライブ線
３…光電変換半導体層
３１…第２のスクライブ線
４…裏面電極層
４１…第３のスクライブ線
１０…太陽電池セル
【図１】
0004410401.tif 000002
【図２】
0004410401.tif 000003