(57)【要約】【課題】複数の太陽電池セルを順次に積層して取り込むことで電力生産効率を極大化する太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】複数の太陽電池セルと、複数の太陽電池セルの負極部が電気的に連結される負極コネクタと、複数の太陽電池セルの正極部が電気的に連結される正極コネクタと、を備える太陽電池モジュール。【選択図】図１
2012124163.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルと、
前記複数の太陽電池セルの負極部が連結される負極コネクタと、
前記複数の太陽電池セルの正極部が連結される正極コネクタと、を備えることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記複数の太陽電池セルは、Ｚ方向に沿って上下に積層されて前記負極コネクタと前記正極コネクタとの間に取り込まれ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】
前記複数の太陽電池セル、前記負極コネクタ及び前記正極コネクタのセットがＸ方向及びＹ方向のうち少なくともいずれか一方向に沿って複数個連結されるように配列され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】
前記複数のセットは、Ｘ方向に沿って電気的に直列連結されることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記複数のセットは、Ｙ方向に沿って電気的に並列連結されることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記負極コネクタ及び前記正極コネクタは、
隣接する他の負極コネクタまたは正極コネクタと連結される台形状の連結部を備えることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記連結部は、前記Ｘ方向、前記Ｙ方向及び前記Ｚ方向のうち少なくともいずれか一方向に沿って延びて形成され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】
前記複数の太陽電池セルは、
光の吸収波長の相異なる同種または異種の太陽電池セルを備え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９】
前記複数の太陽電池セルは、
ｉ）染料感応型太陽電池セルと共に、ｉｉ）有機太陽電池セル、ａ−Ｓｉ太陽電池セル、ＣＩＧＳ太陽電池セル及びＣｄＴｅ太陽電池セルのうち少なくともいずれか一つを備え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１０】
前記複数の太陽電池セルは、
最下層にＣＩＧＳ太陽電池セルを備えることを特徴とする請求項９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記複数の太陽電池セルは、
２層以上４層以下に積層され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１２】
前記太陽電池モジュールは、
前記複数の太陽電池セルの上部に位置し、紫外線遮断機能を持つフリットガラスと、
前記複数の太陽電池セルの下部に位置する反射体と、をさらに備え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１３】
前記複数の太陽電池セルは、
電気的に並列連結され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１４】
前記負極部及び前記正極部のうち少なくともいずれか一つは、
前記負極コネクタまたは前記正極コネクタとの縦端に金属がコーティングされた突出部をさらに備え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１５】
前記負極部の突出部と前記正極部の突出部とは、互いに逆方向に向かって突出することを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１６】
前記負極部及び前記正極部のうち少なくともいずれか一つは、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＧＡＺＯ及びＦＴＯのうち少なくとも２つ以上の異種の透明導電膜が積層された電極を持つ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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は太陽電池モジュールに係り、さらに詳細には、複数の太陽電池セルを順次に積層して取り込むことで電力生産効率を極大化させる太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
最近、太陽電池の潜在力のため研究開発が急増しつつある。
【０００３】
特に、太陽電池の大規模商用化のために、素子の高効率化及び低コスト化が活発に進められている。
【０００４】
商用化のための高効率化は、電池の効率を高めて発電コストを低減させる方法であり、結晶型Ｓｉ太陽電池と、ＣＩＧＳなどの化合物半導体を利用した太陽電池とがこれに該当する。
【０００５】
一方、染料感応型太陽電池（Ｄｙｅ−ｓｅｎｓｉｔｉｚｅｄ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌ）は、スイスのＧｒａｔｚｅｌ教授が１９９１年にセラミックス半導体であるＴｉＯ２ナノ粉末膜に光感応剤であるＲｕ（II）系列の錯化合物を吸着させて開発されたが、既存の太陽電池に比べて光電効率が多少低くて、現在商業化の障害物になっている状況である。
【０００６】
染料感応型太陽電池セルの最高光電変換効率は１０％レベルであり、化合物半導体及びａ−Ｓｉ薄膜型太陽電池に比べて多少低いレベルであるものの、低コストの製造設備及び工程技術によって発電コストを、既存結晶型Ｓｉ太陽電池に比べて相当低めることができ、他の薄膜型太陽電池のようにフレキシブル基板に形成できるという利点がある。
【０００７】
高効率の染料感応型太陽電池を得るために、ＴｉＯ２膜の改善、透明導電膜の改善、電解質及び染料の改善などに分けて研究されている。しかし、根本的に染料感応型太陽電池の光吸収についての研究はあまり活発でない実情である。従来には入射された光が染料感応型太陽電池に完全に吸収されず、光エネルギーが捨てられるようになる効率の問題点があった。
【０００８】
一方、従来の太陽電池セルは、複数個が直列構造に連結されてモジュールで構成することで出力電圧を高めることができるが、それぞれのセルを連結する配線工程が伴われねばならず、導線で連結されたセルのうち一つが機能を失えば、太陽電池モジュール全てが機能を失う恐れがあり、メンテナンスが複雑で難しい工程を経るという問題点があった。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前述したような従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、特に、複数の太陽電池セルを並列に連結して順次に積層することで、効率的なメンテナンスと共に同一面積で電力生産を増大させる太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
このために、本発明による太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルと、前記複数の太陽電池セルの負極部が連結される負極コネクタと、前記複数の太陽電池セルの正極部が連結される正極コネクタと、を備える。
【００１１】
望ましくは、前記複数の太陽電池セルは、互いに積層されて取り込まれる。
【００１２】
望ましくは、前記複数の太陽電池セルは、電気的に並列連結される。
【００１３】
望ましくは、負極部は、前記負極コネクタとの連結のための第１突出部を備える。
【００１４】
望ましくは、前記正極部は、前記正極コネクタとの電気的連結のための第２突出部を備える。
【００１５】
また、前記第１突出部と前記第２突出部とはその縦端に、前記負極部及び正極部の透明導電膜より大きい導電性を持つ金属がコーティングされることが望ましい。
【００１６】
そして、前記負極部及び／または正極部の電極は、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＡＺＯ、ＧＺＯ、ＧＡＺＯ及びＦＴＯのうち少なくとも２つ以上の異種の透明導電膜が積層される構造であることが望ましい。
【００１７】
望ましくは、前記太陽電池セルは、染料感応型太陽電池セルを備える。また、有機太陽電池セル、ａ−Ｓｉ太陽電池セル、ＣＩＧＳ太陽電池セル及びＣｄＴｅ太陽電池セルのうち少なくともいずれか一つを備える。
【００１８】
前記太陽電池モジュールは、前記複数の太陽電池セルの上部に位置し、紫外線遮断機能を持つフリットガラス及び、前記モジュールの下部に位置する鏡形態の反射体をさらに備えることが望ましい。
【００１９】
前記複数の太陽電池セル、前記負極コネクタ及び前記正極コネクタのセットは、Ｘ方向及びＹ方向のうち少なくともいずれか一方向に沿って複数個連結されるように配列される。
【００２０】
前記負極コネクタ及び前記正極コネクタは、隣接する他の負極コネクタまたは正極コネクタと連結される連結部を備えるが、前記連結部は、Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向のうち少なくともいずれか一方向に沿って延びて形成される。
【００２１】
望ましくは、前記負極コネクタは、外部の他の正極コネクタと電気的に連結できる第１連結部をさらに備える。
【００２２】
望ましくは、前記正極コネクタは、外部の他の負極コネクタと電気的に連結できる第２連結部をさらに備える。
【００２３】
また、前記第１連結部と第２連結部とは、その断面が台形状に互いに交互に着脱するように配置されることが望ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、太陽電池セルを順次に取り込むことで、同一面積で太陽光熱の効率を極大化して電力生産を極大化する効果がある。
【００２５】
また、本発明によれば、他の波長帯を吸収する同種または異種の太陽電池セルを順次に取り込むことで、吸収されていない太陽光熱を利用して電力生産を極大化する長所もある。
【００２６】
さらに本発明によれば、太陽電池モジュールを直並列に連結することで、高電圧及び高電力の電力ソースを具現できる長所もある。
【００２７】
また本発明によれば、環境にやさしいエネルギーを量産することで経済に及ぼす影響が大きいという効果もある。
【００２８】
本発明によれば、太陽電池モジュールは並列連結を基本としているので、一つのセルが損傷しても全体太陽電池モジュールは作動するため、メンテナンスの容易な効果もある。
【００２９】
また本発明は、太陽電池セル間の複雑な配線を要求せず、非常に単純にカートリッジ方式でモジュールを構成できて、構造が単純になる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態による太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図２】図１の太陽電池セルを示す断面図である。
【図３】本発明の他の実施形態による太陽電池モジュールを示す例示図である。
【図４】本発明の他の実施形態による太陽電池モジュールを示す例示図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付した図面を参照して本発明の実施形態による太陽電池モジュールを詳細に説明する。
【００３２】
本発明の基本原理は、複数の太陽電池セルを太陽電池モジュールに順次に積層して取り込むことで容易に不良セルを入れ替え、同一面積で電力生産効率を高めることである。
【００３３】
まず、本発明の実施形態で使用する太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルが等間隔で順次に積層して取り込まれるカートリッジ方式のモジュールであると用語を定義する。
【００３４】
さらに、本発明を説明するに当って、関連する公知の機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の趣旨を不要に不明にすると判断された場合、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
図１は、本発明の実施形態による太陽電池モジュール１００の構成を示すための図面である。
【００３６】
図１を参照すれば、本発明による太陽電池モジュール１００は、複数の太陽電池セル１１０と、セル１１０の負極部が連結される負極コネクタ１３０及びセルの正極部が連結される正極コネクタ１２０とを備える。
【００３７】
太陽電池モジュール１００には、複数の太陽電池セル１１０がＺ方向に沿って上下に等間隔で積層されて取り込まれる。（Ｘ方向、Ｙ方向及びＺ方向は、図４を基準とする。）
すなわち、本発明の実施形態による太陽電池モジュール１００は、セルがカートリッジ方式で取り込まれる。
【００３８】
次いで、図２を参照して本発明の実施形態による太陽電池セル１１０の構成及び機能を説明する。
【００３９】
図２は、本発明の実施形態による太陽電池モジュール１００に搭載された太陽電池セル１１０の構成を示す図面である。
【００４０】
図２を参照すれば、太陽電池セル１１０は、透明基板に透明導電膜（電極）がコーティングされた負極部（前面電極基板）１１１と、光吸収染料を含む酸化物層１１２と、酸化された染料に電子を供給するための電解質層１１３と、酸化物層１１２と電解質層１１３との外部シーリングのための密封部１１４及び正極部（相対電極基板）１１５とを備える。
【００４１】
太陽電池セル１１０の作動原理を説明すれば、次の通りである。
【００４２】
先ず自然太陽光熱が太陽電池セル１１０に入射されれば、光子が負極部１１１を透過する。
【００４３】
すると、下の酸化物層１１２の染料高分子（図示せず）は、このように透過された光の光子を吸収して励起状態になって電子を生成し、生成された電子は多孔質構造のＴｉＯ２（図示せず）の伝導帯に移動して、負極部１１１を通じて外部回路（図示せず）に電気エネルギーを伝達する。
【００４４】
次いで、電解質層１１３は、酸化物層に電子を供給して酸化物層１１２の染料を還元する。
【００４５】
電解質層１１３から供給された電子は、正極部１１５で補充する。
【００４６】
密封部１１４は、液体状態の電解質が含まれた電解質層１１３と、染料を含む酸化物層１１２とを外部からシーリングする。
【００４７】
一方、太陽電池セル１１０は、太陽電池モジュール１００に等間隔で積層されて取り込まれるための手段が必要である。
【００４８】
すなわち、図２を参照すれば、負極部１１１は、右側に突出した第１突出部ａを備え、正極部１１５は、左側に突出した第２突出部ｂを備える。
【００４９】
第１突出部ａは負極コネクタ１３０に、第２突出部ｂは正極コネクタ１２０に連結される。
【００５０】
また、第１突出部ａ及び第２突出部ｂは、負極コネクタ１３０及び正極コネクタ１２０にそれぞれ電気的に連結されるため、縦端に電気導電性の高い金属物質がコーティングされることが望ましい。
【００５１】
このように構成される複数の太陽電池セル１１０は、太陽電池モジュール１００に等間隔で積層されて取り込まれる。
【００５２】
望ましくは、複数の太陽電池セル１１０は２〜４層に積層される。
【００５３】
参考までに、複数の太陽電池セル１１０が５層以上に積層されれば、光子の透過度が顕著に低減するため、最下端に位置する太陽電池セルの発電効率はほとんどゼロに近くなる。
【００５４】
例えば、５５０ｎｍ波長の光が５個の太陽電池セルが積層された太陽電池モジュールに入射する場合、最上層の太陽電池セルから最下端層の太陽電池セルまでの発電効率は、順次に１０−８−３−１−０になる。
【００５５】
したがって、最下端層である５番目の太陽電池セルの発電効率はゼロに近くなるので、本発明の実施形態による複数の太陽電池セルは４層に限定する。
【００５６】
この時、複数の太陽電池セル１１０の電気的な連結は並列構造になることが分かる。
【００５７】
一方、複数の太陽電池セル１１０の負極部１１１と正極部１１５とは、自然太陽光熱の透過しやすい透明基板上に構成されることが望ましい。
【００５８】
自然光透過過程を説明するために、便宜のため太陽電池セル１１０に１１０ａ〜１１０ｄの図面番号を記載する。
【００５９】
最初の太陽電池セル１１０ａを透過した太陽光熱は、順次に積層された太陽電池セル１１０ｂ〜１１０ｄを順次に透過して初めて正常な電力生産が可能である。
【００６０】
加えて、太陽電池セル１１０ａ〜１１０ｄは電気的連結が並列であるため、いずれか一つが誤動作するか、あるいは問題が発生して除去されても、太陽電池モジュール１００は正常動作できる。
【００６１】
したがって、本発明による太陽電池モジュール１００の安定性を確保できる。
【００６２】
この時、太陽電池モジュール１００の上部は、入射太陽光熱の紫外線を遮断して透過性を高めるためにフリットガラス１４０で構成される。
【００６３】
また、太陽電池モジュール１００の下部は、太陽電池セル１１０ａ〜１１０ｄを透過した太陽光熱の再使用のために、鏡などの反射体１５０を使用して仕上げられる。
【００６４】
したがって、本発明による太陽電池モジュール１００の電力生産効率をさらに高めることができる。
【００６５】
太陽電池モジュール１００の電力生産効率を高めるために、光の吸収波長の異なる同種または異種の太陽電池セルが積層される。
【００６６】
太陽電池セル１１０ａ〜１１０ｄは、それぞれ吸収波長の相異なる光を吸収する光吸収染料が含まれた酸化物層１１２を持つ。
【００６７】
したがって、それぞれの太陽電池セル１１０ａ〜１１０ｄは吸収する太陽光熱の波長が異なるため、上層で吸収されない波長帯の太陽光熱を吸収して電力を生産できる。
【００６８】
これにより、太陽電池モジュール１００の電力生産効率がさらに高くなる。
【００６９】
また、図１の太陽電池モジュールは燃料感応型太陽電池セルと共に、有機太陽電池セル、ａ−Ｓｉ太陽電池セル、ＣＩＧＳ太陽電池セル及びＣｄＴｅ太陽電池セルのうち少なくとも一つを含む。この時、最下端層に位置する太陽電池セルの種類はＣＩＧＳ太陽電池セルであることが望ましい。
【００７０】
図３は、本発明の他の実施形態による太陽電池モジュールを示す図面であって、図１の太陽電池モジュール（図１の複数の太陽電池セル、負極コネクタ及び正極コネクタのセット；図３及び図４の太陽電池モジュールとの区別のために、以下では、図１の太陽電池モジュールを単位太陽電池モジュールという）が、Ｘ方向に沿って連結されるように配列される形態を示す例示図である。
【００７１】
ここで負極コネクタ１３０は、他の正極コネクタと電気的に連結されるための第１連結部１３１、１３２を備える。
【００７２】
同様に、正極コネクタ１２０も、他の負極コネクタと電気的に連結されるための第２連結部１２１を備える。
【００７３】
したがって、図１の単位太陽電池モジュール１００はそれぞれ直列に連結されて、さらに高い電圧を出力できる。
【００７４】
ここで、第１連結部１３１、１３２と第２連結部１２１とは、その断面が台形状に互いに交互に配置されて着脱される。したがって、コネクタ間の接触面積が増大して連結強度を高めることができ、接触抵抗を低減させる。
【００７５】
図３で負極コネクタ（または正極コネクタ）は、負極部（または正極部）のＹ方向の辺に沿って形成され、Ｙ方向に沿って延びて形成される連結部を持つ。したがって、隣接する負極コネクタと正極コネクタとは、Ｙ方向に沿ってスライディング方式で連結される。
【００７６】
図４は、本発明のさらに他の実施形態による太陽電池モジュールの断面図及び平面図であり、単位太陽電池モジュールがＸ方向及びＹ方向に沿って連結されるように配列される形態を示す例示図である。
【００７７】
図４で、Ｘ方向に沿って単位太陽電池モジュールは直列に連結され、Ｙ方向に沿って単位太陽電池モジュールは並列に連結される。
【００７８】
図４では、Ｙ方向に沿って延びて形成される連結部と、Ｚ方向に沿って延びて形成される連結部とを示す。Ｚ方向に沿って延びて形成される連結部は、Ｚ方向に沿ってスライディング方式で連結される。
【００７９】
しかし、本発明は、図３及び図４に図示した連結方向に限定されるものではない。
【００８０】
以上のように、本発明は限定された実施形態及び図面により説明されたが、本発明は前記の実施形態に限定されず、当業者ならば、これらの記載から多様な修正及び変形が可能であろう。
【００８１】
したがって、本発明の範囲は説明された実施形態に限って定められてはならず、特許請求の範囲だけでなく特許請求の範囲と均等なものにより定められねばならない。
【産業上の利用可能性】
【００８２】
本発明は、太陽電池モジュール関連の技術分野に好適に用いられる。
【符号の説明】
【００８３】
１００  太陽電池モジュール
１１０  太陽電池セル
１１１  負極部
１１２  酸化物層
１１３  電解質層
１１４  密封部
１１５  正極部
１２０  正極コネクタ
１３１、１３２  第１連結部
１３０  負極コネクタ
１２１  第２連結部
１４０  フリットガラス
１５０  反射体
【図１】
2012124163.tif 000003
【図２】
2012124163.tif 000004
【図３】
2012124163.tif 000005
【図４】
2012124163.tif 000006