(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々受光面上に複数の平行な溝が形成され、各溝の幅方向片側における内側面（以下、電極形成内側面という）に出力取出用の電極が設けられた構造を有する複数の太陽電池と、それら太陽電池を前記受光面が上となるように一体的に支持する支持体とを備え、
前記複数の太陽電池は前記支持体に対し、前記溝の長手方向が互いに略一致し、かつ、前記電極形成内側面が同一側に位置する形で取り付けられ、
前記複数の太陽電池は、前記電極形成内側面の位置が、前記受光面と平行な面内において互いに１８０度反転した関係にある第一位置と第二位置との間で少なくとも任意に選択可能となるように、着脱結合機構により前記支持体に取り付けら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】
前記複数の太陽電池は電池保持部材に一体的に取り付けられ、該電池保持部材が前記支持体としての設置基体に取り付けられており、該電池保持部材の前記設置基体への取付方向の変更により、前記複数の太陽電池の前記電極形成内側面の位置を、前記第一位置及び第二位置との間で一括して位置変更できるようにした請求項１記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記溝の断面形状が矩形、半円及び三角のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれか１項に記載された太陽電池モジュールを予め定められた設置場所に設置する際に、前記設置場所に対し前記太陽電池モジュールを、各太陽電池に形成された前記溝の長手方向が水平となるように設置するとともに、設置時における前記受光面の水平面に対する傾斜角をβ度とし、前記設置場所の緯度をδ度（ただし、北緯を正として定める）とした時、
β≦６０×｜ｓｉｎδ｜
が成り立つ場合は、前記溝の前記電極形成内側面が他方の内側面よりも赤道に近くなるように配置し、
β＞６０×｜ｓｉｎδ｜
が成り立つ場合はその逆とすることで、各太陽電池の前記溝の、前記電極形成内側面の配置方向を、設置時における各太陽電池の前記受光面の水平面に対する傾斜角βと、太陽電池モジュールの設置場所の緯度δとに応じて調整するようにしたことを特徴とする太陽電池モジュールの設置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュールおよびその設置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池が発電した電力を外部に取り出すために、通常、太陽電池の表面にはフィンガー状の電極が作製される。この電極の断面積が大きいほどその抵抗値が減少するため、発電効率改善の面で電極幅や厚みが大きいことが望ましい。しかし、一方で電極は、太陽電池を構成する半導体材料内部に太陽光が導入されることを妨げるため、発電効率低下の原因となる。電極の作製にはＡｇペーストのスクリーン印刷等が用いられているが、太陽電池受光面で電極の占める面積の割合は８〜１２％となってしまい、これによるシャドウイングロスが発電効率改善の点で障害となっている。
【０００３】
そこで、シャドウイングロス減少による発電効率改善を目的とし、太陽電池受光面に平行な矩形、半円、三角断面形状溝を複数形成し、溝側面の幅方向の片側内側面にのみ電極を形成したＯＥＣＯ（Obliquely Evaporated Contact）太陽電池が開発されている（例えば、Renewable Energy,Vol.14, Nos.1-4, 83-88（1998）あるいは欧州特許 EP0905794A2）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このように、ＯＥＣＯ太陽電池は、エネルギー変換効率の点で非常に大きな利点を有しているが、本発明者が検討した結果、ＯＥＣＯ太陽電池をモジュール化するに際しては、電極が溝内側面に形成されているという特殊な事情に起因して、従来の太陽電池では生じ得なかった種々の新たな解決課題が発生することがわかった。
【０００５】
ＯＥＣＯ太陽電池では溝の片方の内側面にしか電極を形成していないため、太陽光の入射角によってシャドウイング面積が変化し、太陽電池の光生成電流が変化することが不可避である。このことを示したのが図２である。図２では、入射角がαの場合、シャドウイング面積の割合はＢ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）となるが、入射角がα´の場合、Ｂ´／（Ａ´＋Ｂ´＋Ｃ´）となる。このように、ＯＥＣＯ太陽電池では、入射角が浅くなるほど電極によるシャドウイングロスの割合が大きくなる。
【０００６】
ここで、太陽電池モジュールの発電効率を最大にするためには、モジュール内の太陽電池毎の出力電流を等しくすることが要求される。そのためには、太陽電池毎の変換効率を一定にすることが重要である。しかし、ＯＥＣＯ太陽電池モジュールでは、基本性能の揃った太陽電池を用いて、それらに均等に光を当てたとしても、太陽電池毎の出力電流が必ずしも等しくなるとは限らない。なぜなら、太陽光が斜め方向から入射した時、モジュール内の太陽電池の取付方向に考慮が払われていないと、太陽電池ごとに生ずるシャドウイングロスの程度が異なってしまい、出力電流の不均一化が生じてしまうからである。
【０００７】
また、太陽電池モジュールは通常、家屋の屋根等に設置されるが、ＯＥＣＯ太陽電池は溝の片方の側面にしか電極がなく、入射方向によってシャドウイングロスが変化するため、この電極面をどの方向に向けるかによって、１日あるいは１年を通して得られる電力の総和が異なり、場合によっては太陽電池モジュールの性能を十分に引き出しえないこともありうる。
【０００８】
本発明の課題は、太陽光が斜め方向から入射した時においても、モジュール内の各太陽電池の出力電流を均等化することができる太陽電池と、その太陽電池モジュールの効果的な設置方法とを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段及び作用・効果】
上記の課題を解決するために、本発明の太陽電池モジュールは、各々受光面上に複数の平行な溝が形成され、各溝の幅方向片側における内側面（以下、電極形成内側面という）に出力取出用の電極が設けられた構造を有する複数の太陽電池と、それら太陽電池を受光面が上となるように一体的に支持する支持体とを備え、
複数の太陽電池が支持体に対し、溝の長手方向が互いに略一致し、かつ、電極形成内側面が同一側に位置する形で取り付けられ、
複数の太陽電池は、電極形成内側面の位置が、受光面と平行な面内において互いに１８０度反転した関係にある第一位置と第二位置との間で少なくとも任意に選択可能となるように、着脱結合機構により支持体に取り付けられていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の太陽電池モジュールに使用する上記構造の太陽電池は、前述のＯＥＣＯ太陽電池に相当するものである。そして、支持体上に取り付ける複数の太陽電池の溝の長手方向を互いに略一致させ、かつ、電極形成内側面を同一側に位置させることで、太陽光線が斜めに入射したとき、個々の太陽電池の電極形成内側面には同一角度にて太陽光線が入射する。その結果、各太陽電池にて生ずるシャドウイングロスの程度も略等しくなり、出力電流の均一化を図ることができる。
【００１１】
なお、上記の太陽電池においては、溝形成の簡便性を考慮すると、形成する溝の断面形状として、矩形、半円あるいは三角のいずれかであることが好ましい。
【００１２】
次の、本発明は、上記本発明の太陽電池モジュールの設置方法も提供する。具体的には、太陽電池モジュールを予め定められた設置場所に設置する際に、設置場所に対し太陽電池モジュールを、各太陽電池に形成された溝の長手方向が水平となるように設置するとともに、設置時における受光面の水平面に対する傾斜角をβ度とし、設置場所の緯度をδ度（ただし、北緯を正として定める）とした時、
β≦６０×｜ｓｉｎδ｜
が成り立つ場合は、溝の電極形成内側面が他方の内側面よりも赤道に近くなるように配置し、
β＞６０×｜ｓｉｎδ｜
が成り立つ場合はその逆とすることで、各太陽電池の溝の、電極形成内側面の配置方向を、設置時における各太陽電池の受光面の水平面に対する傾斜角βと、太陽電池モジュールの設置場所の緯度δとに応じて調整するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明者らが検討したところ、ＯＥＣＯ太陽電池は、太陽電池は溝の片方の側面を電極形成内側面としているため、モジュールの姿勢や、設置場所の緯度により、電極に入射する太陽光線強度及びシャドウイングの程度と、その１日あるいは１年を通しての変化の仕方が全く異なることがわかった。そこで、モジュールの姿勢として太陽電池の前記受光面の水平面に対する傾斜角βを採用し、これと設置場所の緯度δとに応じて電極形成内側面の配置方向を調整することで、太陽電池モジュールの性能をより効果的に引き出すことが可能となり、ひいては太陽電池モジュールの１日あるいは年間を通じての発電量をより増大させることができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明するが、本発明は本実施形態に限定されるものではない。図１は、本発明の太陽電池モジュールに使用される太陽電池の断面構造の一例を示すものである。該太陽電池１４においては、シリコン単結晶インゴットから切り出されたｐ型シリコン単結晶基板２の第一主表面（受光面となる）２４上に、例えば幅数１００μｍ程度、深さ１００μｍ程度の多数の溝８が互いに平行に形成されている。これらの溝８は、例えば、同軸的に結合された一体回転する数百枚から数千枚の回転刃により一括刻設することができるが、数回の操作に分けて刻設してもよい。
【００１５】
上記溝８を刻設した基板２の第一主表面２４には、ｎ型ドーパントであるリンを熱拡散することによりエミッタ層３が形成され、ｐ−ｎ接合部が形成されている。そして、そのエミッタ層３の上に、トンネル絶縁膜として機能する薄いシリコン酸化膜４が、例えば熱酸化法により形成されている。
【００１６】
そして上記シリコン酸化膜４の上に電極５が形成されている。該電極５は、例えば蒸着装置内において電極材料（例えばアルミニウム等の金属）を溝８の片側の内側面（電極形成内側面）に蒸着することにより形成されたものであり、その蒸着時においては後述する通り、溝幅方向における片側の内側面に優先的に電極材料が蒸着されるよう、蒸着源に対し基板２を所定角度以上に相対的に傾けて配置するようにする（これが、ＯＥＣＯの命名の由来でもある：なお、該蒸着時には、溝８，８間に形成された凸状部９の頂面にも余分の電極材料が堆積するが、これはリン酸溶液等のエッチング液にて除去される）。そして、電極５を含む基板２の第一主表面２４の全体が、保護層および反射防止膜として機能する窒化シリコン膜６により覆われている。他方、基板２の裏面側にも窒化シリコン膜６と電極７とが形成されている。
【００１７】
図８は、上記の太陽電池１４を用いた太陽電池モジュールの一例を示すものである。該太陽電池モジュール６０は、複数の太陽電池１４を受光面２４が上となるように一体的に支持する支持体５０を有する。複数の太陽電池１４は支持体５０の底辺に対し、溝８の長手方向が互いに略一致し、かつ、電極形成内側面１ひいては電極５が、図３に示すように、全ての太陽電池１４について同一側に位置する形で取り付けられている。
【００１８】
太陽電池モジュール６０を設置する際の電極形成内側面１の向きは、年間発電量の最適化を図るため、受光面２４の水平面からの傾斜角度βと、設置場所の緯度δ等に応じて変更される。この実施形態では、複数の太陽電池１４は、図５及び図６に示すように、電極形成内側面８の位置が、受光面と平行な面内において互いに１８０度反転した関係にある第一位置（図５）と第二位置（図６）との間で少なくとも任意に選択可能となるように、支持体５０（図８）に取り付けられており、後述する設置方法の具体例を実施する上での便宜が図られている。
【００１９】
具体的には、複数の太陽電池１４は電池保持部材１０に一体的に取り付けられ、該電池保持部材１０が支持体としての設置基体５０に取り付けられている。電池保持部材１０の設置基体５０への取付方向の変更により、複数の太陽電池１４の電極形成内側面１（図３）の位置を、第一位置及び第二位置との間で一括して位置変更できる。なお、太陽電池１４に形成された溝８の向きを目視にて確認できない場合、電池保持部材１０あるいは設置基体５０への取付時に支障を来たすので、太陽電池１４に、溝８と一定の位置関係を満たす方向識別マーキング（オリエンテーションノッチあるいはオリエンテーションフラットなど）を付与しておくと便利である。
【００２０】
ここでは電池保持部材１０はプレート状に形成され、各太陽電池１４はその板面に沿う形で取り付けられている。従って、電池保持部材１０の傾斜角度βが受光面２４の傾斜角度となる。他方、設置基体５０は枠状に形成され、電池保持部材１０は着脱結合機構により、ここでは、設置基体５０に形成されたねじ孔５２に電池保持部材１０を貫いてねじ込まれるねじ５１により、着脱可能に取り付けられている。電池保持部材１０の向きを変える際には、ねじ５１を取り外して電池保持部材１０を矢印Ｒの向きに反転させ、再びねじ５１をねじ込めばよい。
【００２１】
なお、複数の太陽電池１４の向きを支持体に対し、個別に方向調整可能に取り付けることもできる。図２１にその一例を示す。この例では、太陽電池１４を配線基体３４に組み付けて円板状の太陽電池セルユニット３５とし、これを電池保持部材１０に形成された電池保持部１０ｂ（ここでは円筒状内面を有する座ぐり状の凹部とされている）に軸線回りに回転可能に取り付けてある。従って、太陽電池セルユニット３５の回転により、電極形成内側面１（図３）の位置を変更することができる。なお、電池保持部１０ｂの内面は、例えばゴム製の弾性保持部１０ｃが形成されており、太陽電池セルユニット３５をここに圧入することで取付位置を保持するようにしている。また、太陽電池セルユニット３５からの出力線１４ａは、電池保持部１０ｂに続いて形成される貫通穴１０ａを通って引き出されている。
【００２２】
太陽電池モジュール６０を屋根に設置するとき、一般には図７に示すように、日当たりのよい南向きの屋根が選ばれることが多い。ここで、自然光を利用して太陽電池発電を行なう場合、１日平均の発電量を大きくするには、光量が十分得られる南中前後の時間帯よりも、その前後の光量が不足しがちな、朝や夕方の時間帯に、如何に効率よく光を電力に変換できるかが決め手となる。ここで、太陽電池にシャドウイングロスを生じやすくなるのは、受光面への正射影が溝８の長手方向と交差する形態で光が当たる場合であるが、このような状態が上記朝夕の時間帯に長く続くことは、発電効率を高める上で望ましくない。例えば南北方向に傾斜する屋根の上に太陽電池モジュール６０を取り付けるとき、図４に示すように、各太陽電池１４は、溝８の長手方向が屋根の傾斜方向と直交する形で取り付けるようにする。このようにすることで、上記のようなシャドウイングロスの生じやすい照射状態を、多少シャドウイングロスを生じても問題が小さい南中前後の時間帯に限られるようにすることができ、逆に、太陽光が東寄りあるいは西寄りから照りつける朝夕の時間帯においては、シャドウイングロスを抑えて有効に光を電力に変換することができるようになる。
【００２３】
この場合、太陽電池１４は、結果的に、形成された溝８の長手方向が水平となるように設置される。そして、受光面の傾斜角度βと設置場所の緯度δとを考慮に入れて、電極の最適方向を鋭意検討した結果、次のような設置態様を採用することが有効であることがわかった。すなわち、受光面の水平面に対する傾斜角をβ度とし、設置場所の緯度をδ度（ただし、北緯を正として定める）とした時、
β≦６０×｜ｓｉｎδ｜  ‥‥（１）
が成り立つ場合は、図５に示すように、溝８の電極形成内側面１が他方の内側面よりも赤道に近くなるように（つまり、傾斜方向において上向きとなるように）配置し、
β＞６０×｜ｓｉｎδ｜  ‥‥（２）
が成り立つ場合は、図６に示すように、その逆とする。
【００２４】
つまり、（１）が成立する緯度δにおいては、図５の設置態様を採用することで、図６の設置態様よりも年間発電量を向上させることができ、逆に、（２）が成立する緯度δにおいては、図６の設置態様を採用することで、図５の設置態様よりも年間発電量を向上させることができる。すなわち、太陽電池モジュール６０の年間の発電効率の最適化を図ることができる。上記（１）及び（２）の条件式を示したグラフを図１０に示す。図１０では南緯をマイナスで表している。
【００２５】
式（１）及び（２）は、図９に示す流れに従って導出されたものである。以下、その詳細について説明する。まず、太陽の方位角と仰角、太陽電池モジュール６０の設置角と方位角より、例えば図２に示すように、電極５の投影面積割合（シャドウイングロス）を求める式を求めることができる。図２から解るように、
Ｂ／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）、Ｂ´／（Ａ´＋Ｂ´＋Ｃ´）  ‥‥（３）
がこの電極の投影面積割合にあたる。図９のＳ１に示すように、太陽の方位角φ’と仰角θ’（方位角φ’は、溝の長手方向の東向きを０、反時計回りを正とする）は、日付ｄ、時刻ｈｒおよび緯度δの関数として表される。この関数のデータは暦に従って一義的に求めることができる。該関数データの取得手法は天文学において極めて周知であるから、詳細な説明は省略する。そして、Ｓ２に示すように、上記のφ’と仰角θ’に、受光面の傾斜角度β（以下、太陽電池モジュールの設置角あるいは単に設置角ともいう）に相当する回転変換を施すことで、受光面（太陽電池モジュール）から見た相対的な太陽の方位角φと仰角θを表す関数データを求めることができる。仰角θは受光面への太陽光線の入射角度に相当し、方位角φは溝８に対する太陽光正射影とのなす角度に相当するので、図１９に示すように、電極厚さｔ、溝深さｈ、溝幅ｗ２、溝間距離ｗ１が一定であれば、θ及びφと、これらの溝形状パラメータとを用いれば、上記式（３）を用いて、各日付／時刻のシャドウイングロスＳを、緯度δ及び設置角βの関数データとして計算できる（図９（Ｓ３））。
【００２６】
受光面から見た相対的な太陽の方位角φと仰角θは、以下のようにして計算することができる（ここでは、北半球上の地域を例にとって説明するが、南半球上においても計算の概略は当然、同一である）。まず、赤道上から見たある時刻ｈｒ時の太陽の位置を求める。そのために、図２３に示すような、東をｘの正の方向、北をｙの正の方向、垂直上向きをｚの正の方向とした半径１の天球を考える。この場合、天球上の太陽の位置（ｘ，ｙ，ｚ）は、次の３つの式（４）〜（６）から求められる。ただし、太陽の南中時刻をｈｒ＝１２と定義している。
【００２７】
【数１】
0003872306.tif 000002
【００２８】
ここで、αは１月１日からｄ日目（１月１日を１日目とする）の南中角で、次式（７）で表される。
【００２９】
【数２】
0003872306.tif 000003
【００３０】
また、この（ｘ，ｙ，ｚ）直角座標と、半径Ｒ（＝１）、方位角φ’、仰角θ’で表される天球極座標（Ｒ，φ’，θ’）との間に、ｘ＝ｃｏｓθ’×ｃｏｓφ’、ｙ＝ｃｏｓθ’×ｓｉｎφ’、ｚ＝ｓｉｎθ’なる関係が幾何学的に成立する。次に、緯度δ度の地点から見た太陽の位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）を求める。緯度δ度の地点から見た太陽の位置は、赤道上から見える太陽の位置をｘ軸（東西方向）まわりにδ度回転させたものと等しく、次の３式（８）〜（１０）で表される。
【００３１】
【数３】
0003872306.tif 000004
【００３２】
次に、真南からΨ度ずらして設置されたモジュールから見た太陽の位置（ｘ２，ｙ２，ｚ２）を求める。ただし、Ψの符号は東方向を正とする。この太陽の位置は、太陽の位置（ｘ１，ｙ１，ｚ１）をｚ軸まわりにΨ度回転させたものと等しく、次の３式（１１）〜（１３）で表される。
【００３３】
【数４】
0003872306.tif 000005
【００３４】
さらに、太陽電池モジュールから見た太陽の位置（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を求める。図２４に示すように、太陽電池モジュールは溝の長手方向を水平面と平行に、設置角β度で設置すると仮定する。また、溝の長手方向をｘ’方向、溝の長手方向に垂直で受光面に平行な方向をｙ’方向、モジュールの法線方向をｚ’方向とする。この場合も、太陽電池モジュールから見た太陽の位置は、ｘ’軸まわりに−β度回転させたものと等しいので、次の３式（１４）〜（１６）で表される。
【００３５】
【数５】
0003872306.tif 000006
【００３６】
したがって、太陽電池モジュールから見た太陽の方位角φと仰角θは、太陽の位置（ｘ３，ｙ３，ｚ３）を用いて次式（１７）、（１８）のように表される。
【００３７】
【数６】
0003872306.tif 000007
【００３８】
ここで、方位角φは、溝の長手方向の東向きを０、反時計回りを正とする。また、仰角θは、太陽がモジュール受光面に対して直接太陽光を入射することができる場合を正とする。結局、モジュール設置場所の緯度δ、設置角β、設置方位角Ψ、日付ｄ、時刻ｈｒの５つの変数を上記（４）〜（１８）式に与えることで、太陽電池モジュールから見た太陽の方位角φと仰角θを得ることができる。
【００３９】
次に、上記の原理に従い、電極形成内側面１を上向きおよび下向きにした場合のそれぞれにつき、緯度δの種々の値、及び設置角βの種々の値について、年間を通じた各日付／時間のシャドウイングロスＳを計算する。本実施形態では、設置方位角Ψが０であり、緯度δを１０度間隔に、傾斜角度βを５度間隔に定めて、各月の日付を月半ばの１５日で代表させて、各時のシャドウイングロスを求め、代表データ点とした。図１１、図１２、図１３は、緯度δを３０度、設置角βをそれぞれ２５度、３０度、３５度としたときの、各月１５日の８時、１０時、１２時、１４時及び１６時におけるシャドウイングロスＳを求めた結果を示す。また、図１４、図１５、図１６は、緯度δを５０度、設置角βをそれぞれ４５度、５０度、５５度としたときの、各月１５日の８時、１０時、１２時、１４時、１６時におけるシャドウイングロスＳを求めた結果を示すものである。
【００４０】
図９に戻り、Ｓ４では、シャドウイングロスＳを差し引いた有効受光量Ｐｅを求める。ここでは、太陽光に垂直な面が受ける太陽光エネルギー密度を、緯度、時間あるいは太陽の仰角に区別なく、平均的な値として（１ｋＷ／ｍ２）であると仮定した。ただし、このうちモジュールに照射される太陽光エネルギー密度は、モジュールの法線方向成分のみとなる。また、日中（日の出から日の入り間）において、太陽光が直接、モジュールを照射できない場合、散乱光のみが太陽光表面に達すると仮定した。その際、太陽光エネルギー密度は入射角依存性がなく、０．３ｋＷ／ｍ２で一定であると仮定した。つまり、この場合、太陽がどの位置にあろうとも有効受光量は０．３ｋＷ／ｍ２からシャドウイングロス分を差し引いた値となる。これは、具体的には、図７に示すように、季節及び時間帯により、太陽がモジュール６０の裏側に回りこんでしまうような場合である。なお、夜間（日の入りから日の出間）は有効受光量を０ｋＷ／ｍ２とした。
【００４１】
次に、Ｓ５では、上記仮定を用いて計算した有効受光量Ｐｅを全時間で積算し、その全時間で割ることにより、平均有効受光量Ｐｅａを求める。この平均有効受光量Ｐｅａと設置角βとの関係を示した結果が、図１７（緯度δ＝３０度）及び図１８（緯度δ＝５０度）である。これら図から明らかな通り、電極形成内側面を上向きにした場合と下向きにした場合との、平均有効受光量Ｐｅａひいては発電出力の優劣関係が、ある分起点角度で反転しており、低角度側では上向きが、高角度側では下向きが有利となっていることがわかる。また、その優劣関係が反転する分起点角度は、緯度δにより変化することもわかる。例えば、北緯３０度のケースでは分起点角度が約３０度であり、これよりβが大きい場合、電極形成内側面を下向き（赤道方向）に、小さい場合、上向き（赤道と反対方向）にするのが好ましいことを意味する。他方、北緯５０度では、この分起点角度は約４７度となっている。
【００４２】
図９に戻り、Ｓ７では、各緯度δについて上記分起点角度を求める。図１０は、その算出結果を緯度δに対してプロットしたものである。プロット点は、緯度０度（赤道位置）で０度となり（これは、上向きでも下向きでも優劣がないことを意味する）、それよりもδが北緯側又は南緯側にずれると、分起点角度は正弦曲線に従って大きくなっていくことがわかる。この関係を表したものが、上記条件判別式（１）及び（２）に相当する。なお、ここで計算に用いたＯＥＣＯ太陽電池の溝形状は、図１９で示したように隆起部幅９（w１）５０μｍ、溝幅（w２）４５０μｍ、溝深さ（h）５０μｍ、電極厚さ（t）５μｍであるが、異なった値を代入した場合も、最後に得られる曲線は同様なものが得られる。ただし、この導出過程において、バスバー電極については無視した。これは、バスバー電極のシャドウイングロスが入射角によって変化しないことによる。
【００４３】
本発明においては、これらの条件式に基づいて太陽電池モジュール６０の電極形成内側面１の設置方向を決定し、設置することで、１年間に太陽電池モジュール６０から得られる発電出力の総量を増大することができる。なお、本発明の条件式は北緯９０度から南緯９０度まで適用可能である。
【００４４】
なお、図２０に示すように、太陽電池モジュール６０の設置場所として、必ずしも南向きの最良の位置が確保できない場合もある。例えば図２０では、東向きの屋根（傾斜方向は従って東西方向）の上に設置せざるを得なくなった場合を示す。この場合、設置方位角Ψは０でなくなり、溝８（即ち電極形成内側面）の向きが、南北方向と直角（東西方向と平行）となるように、支持体（ここでは、電池保持部材１０）に取り付けるのがよい。この場合、受光面の傾斜方向も東西方向となる。
【００４５】
図２５は、設置方位角Ψが０でない場合の、各緯度δにおける分起点角度βを計算した結果を示すものである。これによると、設置方位角Ψが６５゜までは、分起点角度βと緯度δとの関係を示す曲線に大きな変化はなく、前記した（１）及び（２）の条件式を略そのまま用いても問題がないことがわかる。他方、設置方位角Ψが６５゜を超える場合（上限は９０゜）は、（１）及び（２）の右辺が表す単純な正弦曲線からの逸脱がかなり大きくなっており、溝方向を判別するための条件式としては不適となる。そこで６５゜を超える種々の設置方位角Ψにおいては、各緯度δでの分起点角度βを求めた計算結果点に関数によるカーブフィッティングを行なった結果、次のような条件式を用いることは有効であることが判明した。すなわち、下記式（１９）が成り立つ場合は、溝の電極形成内側面が他方の内側面よりも赤道に近くなるように配置し、式（２０）が成り立つ場合はその逆とすることが望ましい。ただし、Ψが９０゜（東向き）のとき、下記式（１９）が成り立つ場合は、溝の電極形成内側面が他方の内側面よりも東もしくは下に近くなるように配置し、式（２０）が成り立つ場合は、その逆とする。一方、Ψが−９０゜（西向き）のとき、下記式（１９）が成り立つ場合は、溝の電極形成内側面が他方の内側面よりも西もしくは下に近くなるように配置し、式（２０）が成り立つ場合は、その逆とする。なお、ω＝−０．００４３δ３＋０．９δ２−６２．５δ＋１４６１である。
【００４６】
【数７】
0003872306.tif 000008
【００４７】
【数８】
0003872306.tif 000009
【００４８】
図１０からも明らかなように、電極形成内側面の上向きあるいは下向きに関する分起点角度は、高緯度地域ほど大きくなる。これは、年間を通じて太陽光の照射角度が小さいため、受光面の傾斜角度βをなるべく大きくしたほうが有利であるためである。このように、受光面の傾斜角度β自体にも、設置場所の緯度δにより最適の値が存在する場合がある。そこで、図２２に示すように、本発明の太陽電池モジュールは、受光面の傾斜角度βを可変に構成することも可能である。該図の実施形態においては、ベース１５０に電池保持部材１０の下端部を蝶番５３により旋回可能に結合し、上端側を昇降ロッド５４により昇降させて、傾斜角度βが変更できるようにしてある。昇降ロッド５４は、例えばこれに一体化された雌ねじ部材５４にねじ軸５５を螺合させ、このねじ軸５５をハンドル５６の操作等により正逆両方向に回転させることで昇降させることができる。
【００４９】
【実施例】
（実施例１）
図１の太陽電池を、以下のような方法により作製した。まず、III族元素のガリウムを不純物元素とするp型単結晶シリコンウエハ２（１０ｃｍ角、基板厚３００μｍ、抵抗率０．５Ωｃｍ）の受光面側に、ダイサーによって平行な四角（矩形）断面形状の溝８を複数形成した。溝形状は、図１９に示すように、溝間隔（Ｗ１）を５０μｍ、溝幅（Ｗ２）を４５０μｍ、溝深さ（ｈ）を５０μｍとした。次に、水酸化カリウム水溶液によりエッチングしてダメージ層を取り除き、裏面にプラズマＣＶＤ装置を用いて窒化シリコン膜６を形成した。
【００５０】
引き続き、受光面側に熱拡散によってＶ族元素のリンを不純物としたｎ＋領域からなるエミッタ層３を、シート抵抗が１００Ω／□となるように作製した。さらに、裏面に対し、アルミニウムの真空蒸着により厚さ２μｍの電極７を形成した。次に、受光面上に熱酸化により膜厚２ｎｍのトンネル酸化膜４を作製し、引き続いて、この受光面の平行溝に垂直方向、且つウエハ表面に対し斜め２０度の方向から電極となるアルミニウムを真空蒸着し、溝側面の一方のみに厚さ５μｍの電極５を形成した。さらに、プラズマＣＶＤによって膜厚７０ｎｍの窒化シリコン膜６を受光面上に形成した。
【００５１】
上記のようにして作製したＯＥＣＯ太陽電池を６０枚用意し、電極形成内側面１を同一方向に向け、さらに溝の長手方向を太陽電池モジュールの底辺の方向と一致させた状態で、ガラスとテドラーを支持器材とした太陽電池モジュール内にＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂で封止した。比較のため、半数の太陽電池の電極形成内側面１を１８０度回転させて配置した太陽電池モジュールも作製した。便宜的に、ここでは前者をサンプル１、後者をサンプル２とする。なお、作製した太陽電池モジュールのモジュール面積は６６６ｃｍ２であり、サンプルの定格出力は１１０Ｗである。
【００５２】
次に、ソーラーシミュレータ（光強度：１ｋＷ／ｍ２、スペクトル：ＡＭ１．５グローバル）を用いて、作製した太陽電池モジュールの出力特性を測定した。ただし、測定では、太陽電池モジュールの受光面を溝の垂直方向に６０度傾けた。得られた出力特性を、次の表に示す。
【００５３】
【表１】
0003872306.tif 000010
【００５４】
この測定結果では、サンプル１の方が、サンプル２に比べて０．５Ａ程度大きい短絡電流を示し、高い出力を示した。つまり、本発明を適用することでより高い出力を得ることが可能であることがわかる。
【００５５】
（実施例２）
本発明の条件式（１）、（２）より、北緯３０度に設置角３５度で設置する場合の最適な電極形成内側面方向は下向きとすることが望ましいとの結果を得る。そこで、実際に、実施例１で作製した電極形成内側面１の方向を揃えた太陽電池モジュールを、北緯３０度２０分の鹿児島県屋久島において、真南に対して勾配が３５度である家屋の屋根に設置し、年間発電量を測定した。用意したサンプルは電極形成内側面を上向きとした太陽電池１枚と下向きとした太陽電池電池１枚である。測定された年間発電量を、表２に示す。
【００５６】
【表２】
0003872306.tif 000011
【００５７】
測定結果では、電極形成内側面を下向きとして設置した太陽電池モジュールの方が、上向きに設置した太陽電池モジュールよりも大きな年間発電量を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＯＥＣＯ太陽電池の断面構造の一例を示す模式図。
【図２】ＯＥＣＯ太陽電池に形成された溝、および電極と太陽光との関係を示す説明図。
【図３】本発明における、太陽電池モジュール内での太陽電池配列方法を示した斜視図。
【図４】本発明における太陽電池モジュールの設置方法を示した図。
【図５】電極形成内側面を上向きとして太陽電池モジュールを設置する例を示す図。
【図６】電極形成内側面方向を下向きとして太陽電池モジュールを設置する例を示す図。
【図７】南向きの屋根に太陽電池モジュールを設置する例を示す模式図。
【図８】太陽電池モジュールの一実施形態を示す分解斜視図。
【図９】式（１）及び式（２）の導出過程の概略を示す流れ図。
【図１０】太陽電池モジュール設置場所の緯度と分起点角度と電極形成内側面方向との関係を示した図。
【図１１】北緯３０度に太陽電池モジュールを設置角２５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を示す図。
【図１２】北緯３０度に太陽電池モジュールを設置角３０度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を示す図。
【図１３】北緯３０度に太陽電池モジュールを設置角３５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を示す図。
【図１４】北緯５０度に太陽電池モジュールを設置角４５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を示す図。
【図１５】北緯５０度に太陽電池モジュールを設置角５０度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を示す図。
【図１６】北緯５０度に太陽電池モジュールを設置角５５度で設置した場合のシャドウイングロスの時間変化を示す図。
【図１７】北緯３０度に太陽電池モジュールを設置した場合の設置角と平均有効受光量との関係を示す図。
【図１８】北緯５０度に太陽電池モジュールを設置した場合の設置角と平均有効受光量との関係を示す図。
【図１９】太陽電池表面に形成される溝の寸法を示した断面模式図。
【図２０】屋根の方向により溝の配置方向を変更する例を示す説明図。
【図２１】太陽電池セルユニットの方向を個別に変更可能とする太陽電池モジュールの構造例を示す断面図。
【図２２】受光面の傾斜角度を変更可能とした太陽電池セルユニットの一例を示す断面模式図。
【図２３】天球に対する座標系の定義を示す図。
【図２４】太陽電池モジュール及び太陽電池の溝の長手方向と、水平面との位置関係、及び設置角との関係を示す斜視図。
【図２５】各種設置方位角Ψと緯度δ及び分起点角度βとの関係を示すグラフ。
【符号の説明】
１  電極形成内側面
５  電極
８  溝
１０  電池保持部材
１４  ＯＥＣＯ太陽電池
５０  設置ベース（支持体）
６０  太陽電池モジュール
【図１】
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【図２】
0003872306.tif 000013
【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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