(57)【要約】【課題】長期にわたって高い出力を得ることができる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】この太陽電池モジュールは、第１電極層、光電変換層及び第２電極層を順次積層して構成される太陽電池単位セルが直列に複数個接続されてユニットセル２０が構成され、該ユニットセル２０が更に直列に複数個接続されてユニットセル群３０が構成されており、このユニットセル群３０が同一基板１上に並列して複数列形成され、該ユニットセル群３０、３０の両端部に共通の取出し電極４０，４０が設けられた太陽電池モジュールであって、隣接する前記ユニットセル群３０，３０の、前記取出し電極４０，４０の間に位置する、選択された対応する太陽電池単位セル１０どうしが、並列接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１電極層、光電変換層及び第２電極層を順次積層して構成される太陽電池単位セルが直列に複数個接続されてユニットセルが構成され、該ユニットセルが更に直列に複数個接続されてユニットセル群が構成されており、このユニットセル群が同一基板上に並列して複数列形成され、該ユニットセル群の両端部に取出し電極が設けられた太陽電池モジュールであって、
隣接する前記ユニットセル群の、前記取出し電極の間に位置する、選択された対応する太陽電池単位セルどうしが、並列接続されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記並列接続は、隣接するユニットセル群の、前記取出し電極の間に位置する、複数の対応する太陽電池単位セルどうしの間で形成されている、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記ユニットセルを構成する前記太陽電池単位セルの１／２以下が、前記並列接続されている、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
隣接するユニットセル群の選択された対応する太陽電池セルどうしが、配線材を介して又は電極層の一部を成形加工して、前記並列接続されている、請求項１〜３のいずれか１項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、太陽電池単位セルが直列接続されて構成されるユニットセルが、更に直列接続されてユニットセル群が構成され、該ユニットセル群が同一基板上に並列して複数列形成されてなる太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池モジュールは、第１電極層、光電変換層及び第２電極層を順次積層して構成される太陽電池単位セルを直列に複数個接続してユニットセルとし、更に、ユニットセルどうしを直列に複数個接続してユニットセル群として電圧を高めている。そして、これらのユニットセル群の取出し電極どうしを並列に接続して電流を高め、所定の出力が得られるように設計されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、透明導電膜、非晶質半導体膜、裏面金属電極膜をこの順序で積層された光電変換素子を直線上に列状に集積されたユニットセルを透光性基板上に複数段並列して設け、各ユニットセル間が分離部で互いに分離されている太陽電池モジュールが開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、物理的に分離された複数の太陽電池素子を、直列及び並列接続して構成される太陽光モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−６８７０５号公報
【特許文献２】特開２００３−２３１７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
太陽電池モジュールは、使用環境によっては、虫の屍骸、鳥糞、落ち葉、砂などが堆積して、太陽電池モジュールの一部が影に入ることがある。このような場合、太陽電池モジュールの発電量が低下するとともに、影に入った太陽電池単位セルが異常発熱をする、いわゆるホットスポット現象が発生する。更には、ユニットセル群間で電位差を生じる。
【０００７】
特許文献１に示される太陽電池モジュールのように、同一基板上にユニットセル群を複数列形成した場合、隣接するユニットセル群間で電位差が生じると、基板上をイオン性物質が移動してユニットセル群間の絶縁性が低下し易かった。特に、長期の使用により封止材が経年劣化して内部に水等が侵入すると、絶縁性がより低下し易かった。ユニットセル群どうしの絶縁性が低下すると、電極層の電気化学的な劣化が生じることがあり、太陽電池モジュールの出力が低下する恐れがあった。
【０００８】
隣接するユニットセル群間で電位差が生じても、特許文献２に示される太陽電池モジュールのように、各ユニットセル群を物理的に分離するなどして、各ユニットセル群どうしの絶縁性が十分に確保されていれば、電極層等の劣化や、太陽電池モジュールの出力低下を抑制できる。しかし、この場合、ユニットセル群をそれぞれ物理的に分離するための工程や設備などが別途必要となるので、太陽電池モジュールの生産性が低下する問題があった。
【０００９】
よって、本発明の目的は、長期にわたって高い出力を得ることができ、生産性に優れた太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、本発明の太陽電池モジュールは、第１電極層、光電変換層及び第２電極層を順次積層して構成される太陽電池単位セルが直列に複数個接続されてユニットセルが構成され、該ユニットセルが更に直列に複数個接続されてユニットセル群が構成されており、このユニットセル群が同一基板上に並列して複数列形成され、該ユニットセル群の両端部に共通の取出し電極が設けられた太陽電池モジュールであって、隣接する前記ユニットセル群の、前記取出し電極の間に位置する、選択された対応する太陽電池単位セルどうしが、並列接続されていることを特徴とする。
【００１１】
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記並列接続は、隣接するユニットセル群の、前記取出し電極の間に位置する、複数の対応する太陽電池単位セルどうしの間で形成されていることが好ましい。
【００１２】
本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記ユニットセルを構成する前記太陽電池単位セルの１／２以下が、前記並列接続されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の太陽電池モジュールにおいて、隣接するユニットセル群の選択された対応する太陽電池セルどうしが、配線材を介して又は電極層の一部を成形加工して、前記並列接続されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の太陽電池モジュールは、ユニットセル群が同一基板上に並列して複数列形成されていて、隣接するユニットセル群の、取出し電極の間に位置する、選択された対応する太陽電池単位セルどうしが並列接続しているので、太陽電池モジュールの一部が影に入るなどして隣接するユニットセル群間で電位差が生じても、ユニットセル群間の電位差が平準化される。これにより、ユニットセル群を物理的に切断するなどしなくても、隣接するユニットセル群間の絶縁性の低下を抑制でき、電極層の電気化学的な劣化による太陽電池モジュールの出力低下を抑制して、太陽電池モジュールの信頼性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの受光面側から見た概略構成図である。
【図２】同太陽電池モジュールの非受光面側から見た概略構成図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線断面図である。
【図５】図１のＣ−Ｃ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の太陽電池モジュールの一実施形態について、図１〜５を用いて説明する。
【００１７】
図１，２に示すように、この太陽電池モジュールは、同一の基板１上に並列して複数列（この実施形態では２列）で形成された太陽電池のユニットセル群３０を有している。各ユニットセル群３０は、複数個（この実施形態では４個）のユニットセル２０を、配線材２５を介して直列接続して構成されている。各ユニットセル群３０の両端部には、共通の取出し電極４０，４０が設けられ、並列したユニットセル群３０が並列接続されている。      
【００１８】
ここで、基板１は、耐熱性に優れるものを好ましく用いることができる。例えば、ガラス基板、表面に絶縁処理を施した金属基板、樹脂基板等が挙げられ、なかでも、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、アラミドなどからなる可撓性フィルム基板を好ましく用いることができる。可撓性フィルム基板を用いることで、フレキシブルな太陽電池セル集合体とすることができる。
【００１９】
ユニットセル２０どうしを直列接続する配線材２５としては、特に限定されないが、例えば、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金等の金属箔を、ニッケル粉等の金属粒子を含有させたアクリル等の導電性を有する粘着剤を介して接合したもの等が挙げられる。また、配線材２５の代わりに、ユニットセル２０の電極の一部を加工して、ユニットセル２０どうしを直列接続してもよい。
【００２０】
図３に示すように、ユニットセル２０は、基板１の受光面側に、第１電極層２、光電変換層３及び第２電極層４が順次積層されて構成された光電変換部５と、基板１の非受光面に形成された第３電極層６とを有する複数の太陽電池単位セル１０が、前記第３電極層６を介して直列接続されて構成されている。基板１の非受光面に形成された第３電極層６を介して隣接する太陽電池単位セル１０どうしが直列接続したユニットセル２０の一例として、例えば、特許第３２３７６２１号等に記載されるＳＣＡＦ(Ｓｅｒｉｅｓ  Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ  ｔｈｒｏｕｇｈ  Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ  ｆｏｒｍｅｄ  ｏｎ  Ｆｉｌｍ)構造のユニットセル等が挙げられる。なお、図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。
【００２１】
なお、この実施形態のユニットセル２０は、第３電極層６を介して隣接する太陽電池単位セル１０どうしが直列接続しているが、太陽電池単位セル１０どうしを直列接続する構造であれば、特に限定は無く、いずれの接続構造であっても好ましく用いられる。第３電極層６を介することなく、各太陽電池単位セル１０を直列接続した構造であってもよい。
【００２２】
第１電極層２、第２電極層４、第３電極層６のうち、光入射側に配置される電極層（この実施形態では、第２電極層４）は、ＩＴＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物で形成される。また、光入射側とは反対に配置される電極層（この実施形態では、第１電極層２、第３電極層６）は、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｎｉ、Ｎｉ合金、Ａｌ、Ａｌ合金などの導電性金属で形成される。また、これらの導電性金属で形成される層（以下、導電性金属層という）に、ＩＴＯ、ＳｎＯ、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物で形成される層（以下、透明導電性酸化物層という）が積層されていてもよい。
【００２３】
各電極層の形成方法は特に限定は無い、各種電極材料を、蒸着法、スパッタ法、鍍金など当該技術において知られている任意の製膜方法で製膜して形成できる。
【００２４】
光電変換層３としては、特に限定はなく、ｐｉｎ接合構造又はｎｉｐ接合構造の半導体セルが挙げられる。具体的には、微結晶シリコン系セル（以下、μｃ−Ｓｉ系セルという）、アモルファスシリコン系セル（以下、ａ−Ｓｉ系セルという）、アモルファスシリコンゲルマニウム系セル（以下、ａ−ＳｉＧｅ系セルという）等が挙げられる。本発明において、μｃ−Ｓｉ系セルとは、ｎ層、ｉ層及びｐ層の内、少なくともｉ層に微結晶シリコン膜が含まれる光電変換セルを意味する。また、ａ−Ｓｉ系セルとは、ｎ層、ｉ層及びｐ層が主にアモルファスシリコン系膜で形成される光電変換セルを意味する。また、ａ−ＳｉＧｅ系セルとは、ｉ層がアモルファスシリコンゲルマニウム系膜で形成される光電変換セルを意味する。光電変換層２３は、プラズマＣＶＤ法等、従来公知の方法で、ｐ層、ｉ層、ｎ層およびそれら各層の界面層をそれぞれ製膜して形成できる。更に、光電変換層３は、ｐｉｎ接合構造又はｎｉｐ接合構造の半導体セルが複数層積層した多接合構造であってもよい。
【００２５】
そして、基板１の受光面及び非受光面には、上記太陽電池単位セル１０を覆う封止材５０が被覆されている。封止材５０としては、特に限定はないが、封止樹脂と表面保護材とで構成されていることが好ましい。封止樹脂としては、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、アクリル樹脂、又はポリイソブチレン等の樹脂材料からなるフィルムで、ある程度の接着性を有しているものが好ましい。表面保護材としては、４フッ化エチレン−エチレン共重合体、フッ化ビニリデン樹脂、３フッ化塩化エチレン樹脂、ＥＴＦＥ（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、アクリル樹脂、３フッ化塩化エチレン樹脂コートアクリル樹脂、又はポリエステル樹脂等の耐熱性、耐候性に優れた材料からなるフィルムが好ましい。
【００２６】
ユニットセル２０を構成する太陽電池単位セル１０の個数、ユニットセル群３０を構成するユニットセル２０の個数、ユニットセル群３０の個数は特に限定されず、所望の出力が得られるように適宜設計することができる。
【００２７】
前述したように、同一の基板１上に並列して形成された複数のユニットセル群３０は、それらの両端部に形成された共通の取出し電極４０，４０によって並列接続されているが、本発明では、隣接するユニットセル群３０の、前記取出し電極４０，４０の間に位置する、選択された対応する太陽電池単位セル１０どうしも、並列接続されている。すなわち、図４，５に示すように、隣接するユニットセル群３０の選択された、いくつかの対応する太陽電池単位セル１０どうしが、それらの第３電極層６どうしを、配線材３５により接続されて、隣接するユニットセル群３０の中間部も並列接続されている。なお、図４は、図１のＢ−Ｂ線断面図であり、図５は、図１Ｃ−Ｃ線断面図である。
【００２８】
上述したように、太陽電池モジュールは、使用環境によっては、虫の屍骸、鳥糞、落ち葉、砂などが堆積して、太陽電池モジュールの一部が影に入ることがある。このような場合、ユニットセル群３０，３０間で電位差が生じるので、従来では、基板１上をイオン性物質が移動してユニットセル群３０，３０間の絶縁性が低下するおそれがあった。
【００２９】
これに対して、本発明の太陽電池モジュールによれば、基板１上で隣接するユニットセル群３０，３０が、両端部に配置された取出し電極４０，４０の間においても、配線材３５を介して並列接続されているので、太陽電池モジュールの一部が影に入るなどして隣接するユニットセル群３０，３０間で電位差が生じても、隣接するユニットセル群３０，３０を並列接続する配線材３５を経由して、ユニットセル群３０，３０間の電位差が平準化される。このため、本発明によれば、ユニットセル群を物理的に切断するなどしなくても、隣接するユニットセル群間の絶縁性の低下を抑制でき、電極層の電気化学的な劣化による太陽電池モジュールの出力低下を抑制して、太陽電池モジュールの信頼性を向上できる。
【００３０】
ユニットセル群３０，３０を並列接続する配線材３５としては、特に限定はないが、例えば、Ａｇ、Ａｇ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金等の金属箔を、ニッケル粉等の金属粒子を含有させたアクリル等の導電性を有する粘着剤を介して接合したもの等が挙げられる。また、配線材３５の代わりに、ユニットセル２０の電極の一部を加工して、ユニットセル群３０どうしを並列接続してもよい。
【００３１】
なお、この実施形態では、隣接するユニットセル群３０の第３電極層６どうしを接続して両者を並列接続したが、ユニットセル群３０どうしを並列接続する構造であれば、特に限定は無く、いずれの接続構造であっても好ましく用いられる。
【００３２】
本発明において、隣接するユニットセル群は、両端部に配置された取出し電極４０，４０の間の２か所以上で並列接続していることが好ましく、ユニットセル群３０を構成する各ユニットセル２０の１か所以上が並列接続していることがより好ましく、ユニットセル群３０を構成する各ユニットセル２０の２か所以上が並列接続していることが更に好ましい。隣接するユニットセル群の、両端部に配置された取出し電極４０，４０の間における並列接続箇所が多いほど、ユニットセル群３０，３０間の電位差をより平準化しやすくなり、本発明の効果を高めることができる。ただし、並列接続箇所の個数は、材料コストを下げ、生産性を考慮するという理由から、ユニットセル２０を構成する太陽電池単位セル１０の１／２以下が好ましい。
【符号の説明】
【００３３】
１：基板
２：第１電極層
３：光電変換層
４：第２電極層
５：光電変換部
６：第３電極層
１０：太陽電池単位セル
２０：ユニットセル
２５：配線材
３０：ユニットセル群
３５：配線材
４０：取出し電極
５０：封止材
【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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