(57)【要約】【課題】発電領域の面積率が高く、設置領域の限られる空間に設置しても、所望の出力を得ることの可能な太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明の太陽電池モジュールは、透明基板と、受光領域を有する太陽電池層であって、前記受光領域に、多数の太陽電池セルが前記透明基板に対して水平に配設された太陽電池層と、を有する。前記太陽電池層は、複数のセル層と、該複数のセル層同士の間に設置された絶縁層とが交互に積層されて構成され、前記複数のセル層の各々は、受光領域内に、太陽電池セルが設置された発電区画と、設置されない非発電領域を有し、受光面の方向から見たとき、複数のセル層のいずれか一つの層における発電区画には、他の複数のセル層の非発電領域が重なり、複数のセル層のいずれか一つの層における非発電領域には、他の複数のセル層のいずれか一つの層の発電区画が重なる。【選択図】図3
2007157980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、受光領域を有する太陽電池層であって、前記受光領域には、多数の太陽電池セルが前記透明基板に対して水平に配設された太陽電池層と、を有する太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池層は、複数のセル層と、該複数のセル層同士の間に設置された絶縁層とが交互に積層されて構成され、
前記複数のセル層の各々は、受光領域内に、太陽電池セルが設置された発電領域と、設置されない非発電領域を有し、
受光面の方向から見たとき、複数のセル層のいずれか一つの層における発電領域には、他の複数のセル層の非発電領域が重なり、複数のセル層のいずれか一つの層における非発電領域には、他の複数のセル層のいずれか一つの層の発電領域が重なることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記太陽電池層は、2層のセル層で構成され、第1セル層および第2セル層は、発電領域に、一つの太陽電池セルの形状に相当する発電区画を有し、第1セル層および第2セル層は、非発電領域に、発電区画と同形状の非発電区画を有し、
第1セル層および第2セル層において、発電区画と非発電区画は、縦横に交互に繰り返され、第2セル層は、受光面の方向から見たとき、前記第1セル層とは、発電区画と非発電区画の配置が反対になっ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】
前記太陽電池セルは、アモルファスシリコンで構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記太陽電池セルは、単結晶シリコンで構成されることを特徴とする請求項1または2に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記複数のセル層の各々は、それぞれの出力端子を有し、該それぞれの出力端子は、単独で、または他のセル層の出力端子と直列に接続されて、外部機器に接続されることを特徴とする前記請求項のいずれか一つに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、車両等に搭載される太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、クリーンなエネルギー源の一つとして、太陽電池が注目されている。特に近年、太陽電池は、光−電気変換効率の上昇に伴い、利用分野が拡大している。例えば、自動車の分野では、近年搭載される電子機器の増加により、消費電力の増大化が進んでおり、そのエネルギーの一部を太陽電池でまかなうことができれば、省エネルギー化を図ることができる。そのため、太陽電池の車両への適用が進められている（例えば、特許文献1）。
【０００３】
通常、太陽電池は、ガラス等の透明基板上に接着層を介して平面状に配設された複数の太陽電池セルをモジュール化して使用される。各太陽電池セルは、時折電極配線とも呼ばれる出力線で相互に直列に接続されており、各太陽電池セルによって得られる起電力を統合することにより、電池モジュールとして大きな出力を得ることができる。なお一つの太陽電池セルとこれに隣接する太陽電池セルの間には、両者が側端面で接触、短絡することを防止するため、所定の幅の非発電領域（発電に寄与しない領域）が設けられる。
【特許文献１】特開2005-67472号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の太陽電池モジュールでは、図1に示すように、一つの太陽電池セル80（以下単にセルとも言う）の底面に接続された出力線90は、セルとセルの間に設置された非発電領域130を通り、隣接するセル80’の上面に接続される。同様に、このセル80’の底面に接続された出力線90は、このセルと隣接するセル80”との間の非発電領域130を通り、次の隣接セル80”の上面に接続される。このような配線を繰り返すことによって、複数のセルは、出力線を介して直列に接続される。当然のことながら、この非発電領域130では、電池反応は生じないため、非発電領域130の存在は、電池反応が生じるセル領域（以下「発電領域」と言う）の面積率（すなわち太陽電池モジュールの全受光領域に対する発電領域の割合）の低下につながる。従って、太陽電池モジュールの単位面積当たりの発電効率を高めるためには、非発電領域を小さくして、発電領域の面積率をできるだけ大きくする必要がある。特に、車両等の設置領域の制約を受ける空間に太陽電池モジュールを設置する場合、発電効率向上に対してより強い要望があり、発電領域の面積率を向上させる方策が必要となる。
【０００５】
しかしながら、この問題に対処するため、太陽電池セル間の非発電領域の幅をできる限り小さくして、太陽電池モジュールの発電領域の面積率を向上させようとした場合、出力線が隣接セルの側面に接触して、短絡が生じる危険性が高くなる。またこれを回避するため、セルの側面に絶縁層を設けることが考えられるが、この場合も、セル間に出力線が通るための空間は、必ず必要となるため、非発電領域の幅の狭小化には限界がある。従って、太陽電池モジュールの単位面積当たりの発電効率を向上させることには、限界があった。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みなされたものであり、発電領域の面積率が高く、設置領域の限られる空間に設置しても、所望の出力を得ることの可能な太陽電池モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため本発明では、
透明基板と、受光領域を有する太陽電池層であって、前記受光領域には、多数の太陽電池セルが前記透明基板に対して水平に配設された太陽電池層と、を有する太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池層は、複数のセル層と、該複数のセル層同士の間に設置された絶縁層とが交互に積層されて構成され、
前記複数のセル層の各々は、受光領域内に、太陽電池セルが設置された発電区画と、設置されない非発電領域を有し、
受光面の方向から見たとき、複数のセル層のいずれか一つの層における発電区画には、他の複数のセル層の非発電領域が重なり、複数のセル層のいずれか一つの層における非発電領域には、他の複数のセル層のいずれか一つの層の発電区画が重なることを特徴とする太陽電池モジュールが提供される。
【０００８】
太陽電池モジュールの前記太陽電池層をこのような複数のセル層のスタックとして構成することにより、実質的に100％の受光領域を発電に利用することが可能となり、太陽電池モジュールの単位面積当たりの発電効率を高めることが可能となる。
【０００９】
例えば、前記太陽電池層は、2層のセル層で構成され、第1セル層および第2セル層は、発電領域に、一つの太陽電池セルの形状に相当する発電区画を有し、第1セル層および第2セル層は、非発電領域に、発電区画と同形状の非発電区画を有し、
第1セル層および第2セル層において、発電区画と非発電区画は、縦横に交互に繰り返され、第2セル層は、受光面の方向から見たとき、前記第1セル層とは、発電区画と非発電区画の配置が反対になっていても良い。
【００１０】
また前記太陽電池セルは、アモルファスシリコンで構成されても良い。
【００１１】
あるいは、前記太陽電池セルは、単結晶シリコンで構成されても良い。
【００１２】
さらに、前記複数のセル層の各々は、それぞれの出力端子を有し、該それぞれの出力端子は、単独で、または他のセル層の出力端子と直列に接続されて、外部機器に接続されるように構成されても良い。これにより、前記複数のセル層の各々で得られる電力を、用途に応じて使い分けることが可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の太陽電池モジュールは、発電領域の面積率が高く、単位面積当たりの発電効率を向上させることができる。従って、車両等の設置領域の限られる空間に設置しても、高い出力を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態としての太陽電池モジュールについて説明する。
【００１５】
図2には、本発明の太陽電池モジュール1の概略構成図（断面図）を示す。また図3には、図2の太陽電池モジュール1の一部の拡大図を示す。これらの図では、明確化のため、特定の部品が誇張して描かれており、図の寸法は、実際の寸法には対応していない。
【００１６】
図2に示すように、本発明の太陽電池モジュール1は、ガラス基板等の透明基板10と、透明接着層20と、太陽電池スタック30と、保護層100とで構成される。透明接着層20は、透明基板10と太陽電池スタック30との接合力を向上させるために設置される。また保護層100は、太陽電池スタック30を保護するために設置される。太陽電池モジュール1は、これらの各構成材を積層した後、例えば真空圧縮処理等によって各構成材を圧接、一体化することによって、図2のように構成される。
【００１７】
太陽電池スタック30は、透明基板10に対して、それぞれ水平に設置されたn層からなるセル層と、隣接するセル層対の間に設置されたn−1層の透明絶縁層50とで構成される。以降、このn層からなる各セル層を、透明基板10から近い順に、第1セル層、第2セル層、…、第nセル層と称する。図3には、n＝2の場合、すなわち、太陽電池スタック30が、第1セル層41と第2セル層42を有する場合の、拡大断面図が示されている。
【００１８】
通常、透明基板10の材質としては、ガラスの他、例えばポリカーボネート等が用いられる。また透明接着層20には、有機樹脂材が使用され、例えばEVA（エチルビニルアセテート）等が使用される。また透明絶縁層50および保護層100の材質としては、例えばEVAが使用される。なお、透明接着層20、透明絶縁層50および保護層100の材料は、同じ材料であっても、異なる材料であっても良い。
【００１９】
図4には、太陽電池スタック30の第1セル層41を、太陽電池モジュール1の受光面側から見たときの概略図を示す。第1セル層41は、基板10に対して水平に配設された複数の太陽電池セル81と、これらの太陽電池セル81に接続された出力線91で構成される。なお図4では、横方向と縦方向にそれぞれ、3枚の太陽電池セル81が配置されているが、この図は、第1セル層41に設置される太陽電池セル81の配置を観念的に示したに過ぎず、実際の配列では、一般に両方向の太陽電池セル81の設置数は、より多いことに留意する必要がある。各セル81は、前後左右の隣接するセルのうちの一方と2本の出力線91で接続されている。例えば、図4に示すように、あるセル81の底面に実質的に相互に平行に設置された2本の出力線91は、隣接するセル（例えば右側にあるセル）81’の上面に相互に平行に設置される。また隣接するセル81’の底面には、別の2本の実質的に相互に平行な出力線が設置され、この出力線は、次の隣接セル（例えば右側にあるセル）81”の上面に、相互に平行に設置される。このような配線の繰り返しにより、全てのセル81が全体として直列に接続される。なおこのような配線構造では、一つのセル81に接続された4本の出力線91のうち、2本の出力線91しか他のセルと接続されないセルが2枚存在することになる。このような2枚のセルを特にエンドセル81aという。一方のエンドセル81aに接続されている4本の出力線のうち、隣接セルに接続されなかった2本の出力線91は、短絡されて出力端子121として使用される。他方のエンドセル81aに接続されている4本の出力線のうち、隣接セルに接続されなかった2本の出力線91も、同様に短絡されて、出力端子121とは反対の極性を有する別の出力端子141として使用される。従って、出力端子121と出力端子141が、例えば電池モジュールの外部に設置された負荷等に接続されることによって、電流が流れて外部に電力が供給される。
【００２０】
同様に、太陽電池スタック30の第2セル層42は、基板10に対して水平に配設された複数の太陽電池セル82で構成される。これらの各セルの出力線の接続方法は、前述の第1セル層41場合と同様であり、この配線により、出力端子122と出力端子142が得られる。太陽電池スタック30の第3セル層、…、第nセル層の構成についても同様である。
【００２１】
ここで本発明では、第1セル層41を構成する個々のセル81は、左右前後の隣接するセルに対して、少なくともセル1枚分の間隔（以下、セル81と同面積であって、セル81が設置されないこの領域を非発電区画111と言う）が生じるように配設され、かつ受光面側から見て、他のセル層に含まれる各セルと相互に重複しないように配設される。第2セル層42を構成する個々のセル82、…、第nセル層を構成する個々のセルについても同様である。例えば太陽電池スタック30の積層数＝2の場合、図3および図4に示すように、第1セル層41では、各セル81と非発電区画111は、前後左右に互い違いに配設され、第2セル層42では、各セル82と非発電区画112は、受光面側から見て、第1セル層41とは逆の二次元配置となるように互い違いに設置される。各セル層において、セルの二次元配置をこのように選定した場合、各セル層の出力線91、92は、それぞれ各セル層の非発電区画111、112に設置することが可能となる。従って、従来の図1の配置の単層で構成される太陽電池モジュールのように、セルとセルの間に、出力線を配置するための領域（非発電領域130）を設ける必要は無くなる。また、電池モジュール1を受光面側から見た場合、非発電区画（111、112等）には、必ずいずれかのセル層に含まれるセルが配置されることになるため、太陽電池スタック30の受光領域全体を発電領域として利用することが可能となる。従って、電池モジュール1の面積率（全受光領域に対する発電領域の割合）を増大させることができ、電池モジュール1の単位面積当たりの発電効率を向上させることが可能となる。
【００２２】
図5には、本発明の太陽電池モジュール1の別の実施例を示す。この例では、太陽電池スタック30は、第1セル層41、第2セル層42および第3セル層43で構成されている。その他の構成は前述の太陽電池モジュール1と同様である。なお図の明確化のため、本図には各セル間を接続する出力線は示されておらず、各セル層の出力端子部分121〜123および141〜143のみが示されている。前述のように、いずれかのセル層41〜43の各セルは、受光面側から見た場合、他のセル層のセルと相互に重複しない位置に配設される。このような各セル層のセル配置によって、従来の出力線90用の非発電領域130が不要となり、電池モジュール1の面積率を増大させることができる。なお、この図では、第1セル層41は9枚、第2セル層42は15枚、第3セル層43は6枚の太陽電池セルを有するように示されているが、各セル層のセルの枚数は、必要に応じて変更することができること、および前述の効果が得られれば、セルの配設位置を変更することができることは明らかであろう。
【００２３】
このように、本発明の太陽電池モジュール構造では、実質的に面積率が100％の太陽電池モジュールを提供することが可能となる。
【００２４】
さらに、本発明の太陽電池モジュール1は、複数のセル層で構成される太陽電池スタック30を有し、各セル層は、それぞれが正負極性の2つの出力端子を有するため、太陽電池モジュール1で得られる電力を用途に応じて使い分けることが可能になる。すなわち、各セル層の出力端子を、他のセル層の出力端子に接続した場合には、全セル層が直列に接続され、大きな電力を得ることができる。また、あるセル層の出力端子を、他のセル層の出力端子に接続しない場合は、当該セル層で生じた電力のみを利用することができる。さらに、あるセル層の出力端子を、他のいくつかのセル層の出力端子にのみ接続し、残りのセル層の出力端子に接続しない場合は、中間程度の電力を利用することができる。従って、例えば消費電力の大きな電気機器を使用する場合には、全てのセル層の出力電力を組み合わせて使用し、消費電力の少ない電気機器を使用する場合には、第1セル層で得られる電力だけを使用するという利用形態が可能となる。これにより、より実際の用途に適した太陽電池モジュールが提供される。なお実際には、太陽電池モジュールにおいて、このような出力変換機能を可能とするには、各セル層の出力端子の接続先を自動または手動で切り替えるための切替手段が必要となるが、このような切替手段は公知の技術であって、当業者には明らかであろう。
【００２５】
なお本発明の太陽電池モジュールに使用される太陽電池セルは、いかなる材料で構成されるものであっても良く、例えば、アモルファスシリコン、単結晶シリコンまたは両者を組み合わせて構成される太陽電池素子等を使用しても良い。
【産業上の利用可能性】
【００２６】
本発明は、例えば車両等に搭載される太陽電池に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】従来の太陽電池モジュールにおけるセル配置図である。
【図２】本発明による太陽電池モジュールの断面構成図である。
【図３】図2の太陽電池スタック部分の拡大断面図である。
【図４】第1のセル層を太陽電池モジュールの受光面の側から見たときの正面図である。
【図５】太陽電池スタックが3層のセル層で構成される場合の、本発明による太陽電池モジュールの構成図である。
【符号の説明】
【００２８】
１      太陽電池モジュール
１０    透明基板
２０    透明接着層
３０    太陽電池スタック
４１    第1セル層
４２    第2セル層
４３    第3セル層
５０    透明絶縁層
８０、８１、８２  太陽電池セル
８０’、８１’    隣接セル
８０”、８１”    隣接セル
８１ａ  エンドセル
９０、９１  出力線
１００  保護層
１１１、１１２    非発電区画
１２１，１２２、１２３  出力端子
１３０  非発電領域
１４１，１４２、１４３  出力端子。
【図１】
2007157980.tif 000003
【図２】
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【図３】
2007157980.tif 000005
【図４】
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【図５】
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