JP2001111087A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】太陽電池モジュールが他の太陽電池モジュール
やフレーム等の周辺部材によって太陽光線が遮られて
も、発電量を維持できる太陽電池モジュールを提供する
ことにある。 【解決手段】絶縁性基板１２上に，第１電極，半導体層
及び第２電極がこの順で積層された太陽電池素子１３が
複数配設されるとともに、これら太陽電池素子１３を直
列に電気的に接続した太陽電池モジュールにおいて、前
記太陽電池モジュール１３を実装した際に、太陽光線の
影になる太陽電池素子１３ａを他の太陽電池素子１３よ
り幅広にするとともに、この幅広の太陽電池素子１３ａ
の直列抵抗を実質的に他の太陽電池素子１３の直列抵抗
と同等もしくは低くしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、例えば、建物の
屋根材として用いられる太陽電池モジュールに関する。

【０００２】

【従来の技術】住宅等の屋根に複数枚の太陽電池モジュ
ールを敷設し、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換
し、本来の電力消費を補って消費電力を節約する太陽電
池システムが実用化されている。

【０００３】前記太陽電池モジュールは、例えば１枚の
ガラス基板に透明電極層（第１電極）、アモルファスシ
リコンからなる太陽電池素子、裏面電極層（第２電極）
を形成したもので、裏面には断熱材を介して鋼板が一体
的に設けられた横長の長方形状の薄板パネル構造が一般
的である。

【０００４】図８は、従来の太陽電池モジュール１を示
すもので、ガラス基板２の裏面側に複数の太陽電池素子
３がその長手方向を横方向にして縦方向に複数段に配置
されている。さらに、太陽電池モジュール１の外周縁に
はアルミニウムの押出し成形品からなる枠体４が固定さ
れている。太陽電池モジュール１は、発電効率を上げる
ために出力電圧を大きく、出力電流を小さくするよう
に、複数の太陽電池素子３は直列に電気的に接続されて
いる。

【０００５】従って、太陽電池モジュール１は複数の太
陽電池素子３のうち、一つでも出力低下すると、その素
子が直列に接続された抵抗となってしまい、太陽電池モ
ジュール１全体の出力低下を起こすという問題がある。

【０００６】例えば、図９及び図１０に示すように、住
宅の屋根５の南傾斜面６と北傾斜面７のそれぞれに複数
枚の太陽電池モジュール１を瓦葺き（段重ね）した場
合、下段の太陽電池モジュール１の上縁部１ａに、上段
の太陽電池モジュール１の下縁部１ｂが重なった状態に
施工される。そして、各太陽電池モジュール１は太陽光
線Ｌを全面で受けるようになっている。

【０００７】ところが、屋根５の南傾斜面６に敷設され
た太陽電池モジュール１は問題がないが、北傾斜面７に
敷設された太陽電池モジュール１は、上段の太陽電池モ
ジュール１の存在によって太陽光線Ｌが遮られ、下段の
太陽電池モジュール１の上縁部１ａに影ａ（斜線で示
す）ができる。また、この影ａは、冬季のように太陽光
線Ｌの入射角度が小さくなればなるほど広がる。しか
も、太陽電池モジュール１は少しでも広い面積で太陽光
線Ｌを受けられるように最上段から最下段まで全体に亘
って太陽電池素子３が配置されているため、上段側の１
〜２個の太陽電池素子３は太陽光線Ｌを受けないことに
より、その太陽電池素子３の出力は低下し、その結果、
太陽電池モジュール１全体の出力低下を招く。

【０００８】また、このような現象は、太陽電池モジュ
ール１を瓦葺きした場合に限らず、図１１に示すよう
に、太陽電池モジュール１相互をフレーム８によって連
結し、太陽電池モジュール１を平面的に施工した場合に
おいても、フレーム８が太陽電池モジュール１の上面よ
り突出しているために、フレーム８による影ａができ、
同様な問題がある。

【０００９】そこで、例えば特開昭８−２２８０１７号
公報においては、太陽電池パネルへの太陽光線が周囲の
枠体によって遮られ、影となる部分の太陽電池素子をダ
ミー素子とし、太陽電池パネルの出力低下を防止してい
る。このダミー素子は、太陽電池素子を製造する工程で
同様に製造し、電極形成工程で電気的に短絡処理したも
のであり、外観を同じにして太陽光線を受けても発電し
ないようにしたものである。

【００１０】また、特開平６−１３６３７号公報に示す
ように，絶縁性基板上に複数配設された太陽電池素子を
直列に電気的に接続する接続部における抵抗成分を減少
して光電変換効率を高めるようにした太陽電池モジュー
ルが知られている。

【００１１】さらに，特開昭５７−１７３９８２号公報
に示すように，太陽電池素子の一方の電極を形成する透
明電極に光電流が流れる方向に金属条を配列し，透明電
極の表面抵抗を減少させ，光電変換効率を高めるように
した太陽電池モジュールも知られている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら，前述し
た特開昭８−２２８０１７号公報によれば、影による太
陽電池パネルの出力低下を防止することができるが、ダ
ミー素子は、太陽電池素子を製造する工程で同様に製造
しているために、コストアップの原因となる。また、太
陽光線を受けても発電しないように形成しているため
に、同一サイズの太陽電池パネルの場合、太陽電池素子
の面積が少なくなるため、発電量が小さくなるという問
題がある。

【００１３】また、特開平６−１３６３７号公報及び特
開昭５７−１７３９８２号公報は抵抗成分を減少して光
電変換効率を高めるものであり，太陽電池モジュールを
屋根等に実装した際に、他の太陽電池モジュールやフレ
ーム等の周辺部材によって一部でも太陽光線が遮られる
と太陽電池モジュール全体の出力低下を招くという問題
がある。

【００１４】そこで、前述のような問題を解消するため
に，本出願人は，太陽電池モジュールへの入射光が周辺
部材によって遮られる部分の太陽電池素子を他の太陽電
池素子より幅広にした太陽電池モジュールを、特願平１
１−１５９４１２号として既に特許出願をしている。

【００１５】前述のように特定の太陽電池素子の幅を大
きくすると，太陽電池モジュールとしての影の影響は減
少するが，幅を大きくした太陽電池素子のシリーズ抵抗
が大きくなり，その太陽電池素子のフィルファクターが
悪くなる。その結果，全ての太陽電池素子の幅を同等と
した太陽電池モジュールと比較して影の生じない場合に
おいても特性が悪いという問題がある。

【００１６】この発明は、前記事情に着目してなされた
もので、その目的とするところは、太陽電池モジュール
が他の太陽電池モジュールやフレーム等の周辺部材によ
って太陽光線が遮られて影となっても、その影響が少な
く、所望の発電量を維持でき、信頼性の高い太陽電池モ
ジュールを提供することにある。

【００１７】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記目的を
達成するために、請求項１は、絶縁性基板上に，第１電
極，半導体層及び第２電極がこの順で積層された太陽電
池素子が複数配設されるとともに、これら太陽電池素子
を直列に電気的に接続した太陽電池モジュールにおい
て、前記太陽電池モジュールを実装した際に、太陽光線
の影になる前記太陽電池素子を他の太陽電池素子より幅
広にするとともに、この幅広の太陽電池素子の直列抵抗
を実質的に他の太陽電池素子の直列抵抗と同等もしくは
低くしたことを特徴とする。

【００１８】請求項２は、請求項１の幅広の前記太陽電
池素子と隣接する他の太陽電池素子とは、幅広の太陽電
池素子の内部においても直列に接続されていることを特
徴とする。

【００１９】請求項３は、請求項１または２記載の太陽
電幅広の前記太陽電池素子は，隣接する太陽電池素子と
の直列接続が，前記第２電極まで到達する溝部を，前記
太陽電池素子の内部に形成し，前記溝部に隣接する太陽
電池素子の第２電極の一部を延伸して前記第１電極に接
続したことを特徴とする。

【００２０】請求項４は、絶縁性基板上に，第１電極，
半導体層及び第２電極がこの順で積層された太陽電池素
子が複数配設されるとともに、これら太陽電池素子を直
列に電気的に接続した太陽電池モジュールにおいて、前
記太陽電池モジュールを実装した際に、太陽光線の影に
なる前記太陽電池素子を他の太陽電池素子より幅広にす
るとともに、前記絶縁性基板上に、幅広の前記太陽電池
素子の幅に対応し、前記第１電極の抵抗を下げる導電膜
を設けたことを特徴とする。

【００２１】前記請求項１〜３の構成によれば、太陽電
池モジュールが他の太陽電池モジュールやフレーム等の
周辺部材によって太陽光線が遮られても、太陽電池素子
が幅広であるため、その全体が影となることはなく、そ
の太陽電池素子の抵抗値がアップすることはない。ま
た、幅広の太陽電池素子の直列抵抗を実質的に他の太陽
電池素子の直列抵抗と同等もしくは低くすることによ
り、光電変換効率が高くなり，幅広の太陽電池素子の特
性が面積を広くした効果のみ発揮する。各太陽電池素子
の発電量を維持できる。

【００２２】請求項４の構成によれば，絶縁性基板上に
形成した導電膜によって第１電極の抵抗値が下がり，幅
広の太陽電池素子の光電変換効率が高くなる。

【００２３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
面に基づいて説明する。

【００２４】図１〜図５は第１の実施形態を示し、図１
は太陽電池モジュールの斜視図、図２は太陽電池モジュ
ールの平面図，図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図
４は太陽電池モジュールを４．５寸勾配の屋根に瓦葺き
した状態の縦断側面図、図５は図４のＢ部を拡大した縦
断側面図である。

【００２５】図１に示すように、太陽電池モジュール１
１は、横長の長方形状のガラス基板等の絶縁性基板１２
の裏面側には複数の太陽電池素子１３がその長手方向を
横方向にして縦方向に複数段に配置されている。さら
に、太陽電池モジュール１１の外周縁にはアルミニウム
の押出し成形品からなる枠体１４が固定されている。太
陽電池モジュール１１は、発電効率を上げるために出力
電圧を大きく、出力電流を小さくするように、複数の太
陽電池素子１３は直列に電気的に接続されている。

【００２６】前記複数の太陽電池素子１３のうち、図４
に示すように、住宅等の屋根１５に瓦葺きした場合に、
棟側１６になる、太陽電池モジュール１１の上縁部側の
太陽電池素子１３ａの幅Ｗ_１は、他の太陽電池素子１３
の幅Ｗ_２より幅広、本実施形態においては２倍の幅に形
成されている。

【００２７】さらに，図２及び図３に示すように，幅広
の太陽電池素子１３ａは、他の太陽電池素子１３と同様
に、前記絶縁性基板１２に透明電極からなる第１電極２
１、アモルファス半導体層２２、裏面電極としての第２
電極２３が設けられている。

【００２８】幅広の太陽電池素子１３ａにおける他の太
陽電池素子１３との接続部位にはアモルファス半導体層
２２及び第２電極２３に対して複数の溝２４が形成さ
れ，第１電極２１が露出している。さらに、溝２４には
幅広の太陽電池素子１３ａと隣接する太陽電池素子１３
から第２電極２３の一部からなる接触グリッド２５が太
陽電池素子１３ａの第２電極２３と直接接触しないよう
に，フィンガー状に延伸して設けられ，この接触グリッ
ド２５は幅広の太陽電池素子１３ａの第１電極２１と接
続されている。

【００２９】すなわち，幅広の太陽電池素子１３ａと隣
接する太陽電池素子１３は、太陽電池素子１３ａの内部
においても直列に接続され，接触面積を増大して接続部
における抵抗成分を低減し，光電変換効率を向上させて
いる。

【００３０】なお、溝２４の形成は，アモルファス半導
体層２２を部分的に，例えばアクティブイオンエッチン
グ法によりエッチングするか，レーザスクライブ法によ
りレーザで焼き飛ばす方法等により形成することができ
る。

【００３１】接触グリッド２５は，幅広の太陽電池素子
１３ａの接続面積を増大させるだけでなく、第１電極２
１に接触グリッド２５が並列抵抗成分になっているこ
と，及び太陽電池素子１３ａで発生するキャリアの収集
電極として、結晶系の太陽電池の電流収集グリッドとし
て動作することにより、太陽電池素子１３ａの第１電極
２１の直列抵抗成分を低減する働きもしている。

【００３２】図４は屋根１５の南傾斜面１７と北傾斜面
１８のそれぞれに複数枚の太陽電池モジュール１１を瓦
葺きした状態を示し、１９は棟瓦である。瓦葺きの下段
側の太陽電池モジュール１１の上縁部１１ａには上段側
の太陽電池モジュール１１の下縁部１１ｂが重なった状
態に施工されている。そして、各太陽電池モジュール１
１は瓦固定用釘（図示しない）によって野地板２８に固
定されている。

【００３３】前述のように施工された太陽電池モジュー
ル屋根によれば、各太陽電池モジュール１１に太陽光線
Ｌが入射すると、太陽電池モジュール１１を構成する太
陽電池素子１３，１３ａが太陽光エネルギーを電気エネ
ルギーに変換し、電気エネルギーとして取り出すことが
できる。

【００３４】このとき、屋根１５の南傾斜面１７に敷設
された太陽電池モジュール１１は問題がないが、北傾斜
面１８に敷設された太陽電池モジュール１１は、周辺部
材としての棟瓦１９や上段の太陽電池モジュール１１の
存在によって太陽光線Ｌが遮られ、下段の太陽電池モジ
ュール１１の上縁部１１ａに影ａ（斜線で示す）ができ
る。また、この影ａは、冬季のように太陽光線Ｌの入射
角度が小さくなればなるほど広がる。

【００３５】しかし、図５に示すように、各太陽電池モ
ジュール１１は、屋根１５に瓦葺きした場合に、棟側１
６になる、太陽電池モジュール１１の上縁部１１ａ側の
太陽電池素子１３ａの幅Ｗ_１は、他の太陽電池素子１３
の幅Ｗ_２より幅広に形成されている。従って、太陽光線
Ｌの入射角度が小さくなっても、太陽電池素子１３ａの
全体が影になることはなく、他の太陽電池素子１３と同
様に太陽光エネルギーを電気エネルギーに変換すること
ができ、影の影響を受けることなく、発電量を維持でき
る。

【００３６】さらに、太陽光線Ｌの入射角が小さくな
り、太陽電池素子１３ａの全体が影ａになったとして
も、太陽電池素子１３ａは幅広のため、散乱光等により
発電量が維持でき、全体としての発電量の低下を軽減で
きる。

【００３７】また、幅広の太陽電池素子１３ａと隣接す
る太陽電池素子１３は、太陽電池素子１３ａの内部にお
いても直列に接続され，接触面積を増大して接続部にお
ける抵抗成分を低減できる。従って，幅広の太陽電池素
子１３ａの特性が面積を広くした効果のみ発揮する。

【００３８】図６は第２の実施形態を示し、第１の実施
形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略す
る。図６は屋根１５に太陽電池モジュール１１を平面的
に敷設した状態の縦断側面図であり、太陽電池モジュー
ル１１は、第１の実施形態と同一であり、複数の太陽電
池素子１３のうち、住宅等の屋根１５に瓦葺きした場合
に、棟側１６になる、太陽電池モジュール１１の上縁部
側の太陽電池素子１３ａの幅Ｗ_１は、他の太陽電池素子
１３の幅Ｗ_２の２倍に形成されている。

【００３９】また、幅広の太陽電池素子１３ａと隣接す
る太陽電池素子１３は、第１の実施形態と同様に，太陽
電池素子１３ａの内部においても直列に接続され，接触
面積を増大して接続部における抵抗成分を低減させてい
る。

【００４０】屋根１５の南傾斜面１７と北傾斜面１８の
それぞれに複数枚の太陽電池モジュール１１がフレーム
３１によって連結されている。フレーム３１は、隣合う
太陽電池モジュール１１の間に挿入されており、このフ
レーム３１には下部フレーム３２と上部フレーム３３と
から構成されている。

【００４１】下部フレーム３２は釘３４によって野地板
２８に固定され、下部フレーム３２には上部フレーム３
３が係合され、この上部フレーム３３によって太陽電池
モジュール１１の外周縁部を押え固定している。

【００４２】前述のように施工された太陽電池モジュー
ル屋根によれば、各太陽電池モジュール１１に太陽光線
Ｌが入射すると、太陽電池モジュール１１を構成する太
陽電池素子１３，１３ａが太陽光エネルギーを電気エネ
ルギーに変換し、電気エネルギーとして取り出すことが
できる。

【００４３】このとき、屋根１５の南傾斜面１７に敷設
された太陽電池モジュール１１は問題がないが、北傾斜
面１８に敷設された太陽電池モジュール１１は、その上
段のフレーム３１（周辺部材）の存在によって太陽光線
Ｌが遮られ、太陽電池モジュール１１の上縁部１１ａに
影ａ（斜線で示す）ができる。また、この影ａは、冬季
のように太陽光線Ｌの入射角度が小さくなればなるほど
広がる。

【００４４】しかし、各太陽電池モジュール１１は、屋
根１５に瓦葺きした場合に、棟側１６になる、太陽電池
モジュール１１の上縁部１１ａ側の太陽電池素子１３ａ
の幅Ｗ_１は、他の太陽電池素子１３の幅Ｗ_２より幅広に
形成されている。従って、太陽光線Ｌの入射角度が小さ
くなっても、太陽電池素子１３ａの全体が影になること
はなく、他の太陽電池素子１３と同様に太陽光エネルギ
ーを電気エネルギーに変換することができ、影の影響を
受けることなく、発電量を維持できる。

【００４５】図７は第３の実施形態を示し，第１の実施
形態と同一構成部分は同一番号を付して説明を省略す
る。図７（ａ）（ｂ）に示すように，幅広の太陽電池素
子１３ａの幅Ｗ１に対応する絶縁性基板１２には導電膜
３５が蒸着されている。この導電膜３５は、例えば，透
光性のある導電膜であり，幅広の太陽電池素子１３ａの
幅Ｗ１全体に施してもよく，不透光性の導電膜であれ
ば，格子状または縞状に部分的に施してもよい。この導
電膜３５の上面には他の太陽電池素子１３と同様に、透
明電極からなる第１電極２１、アモルファス半導体層２
２、裏面電極としての第２電極２３が設けられ、太陽電
池素子１３ａが形成されている。

【００４６】このように絶縁性基板１２に導電膜３５を
施し，その上面に第１電極２１を形成することにより，
幅Ｗ１部分の第１電極２１の抵抗値が下がり，光電変換
効率が向上する。従って，太陽光線Ｌの入射角が小さく
なり、太陽電池素子１３ａの全体が影ａになったとして
も、太陽電池素子１３ａは幅広のため、散乱光等により
発電量が維持でき、さらに、太陽電池素子１３ａの部分
における抵抗値が下がり，全体としての発電量の低下を
軽減できる。

【００４７】なお、前記各実施形態においては、太陽電
池モジュール１１の上縁部１１ａ側の太陽電池素子１３
ａの幅Ｗ_１を、他の太陽電池素子１３の幅Ｗ_２の２倍に
したが、２〜３倍にしてもよい。また、太陽電池モジュ
ール１１の周囲に枠体１４を固定したが、枠体無しの太
陽電池モジュールにも適用できる。

【００４８】さらに、住宅の勾配のある屋根に太陽電池
モジュールを敷設した場合について説明したが、空き地
や屋上等に勾配のある太陽電池モジュール設置塔を建設
し、この設置塔の傾斜面に太陽電池モジュールを敷設す
る場合にも適用できる。

【００４９】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、太陽電池モジュールが他の太陽電池モジュールやフ
レーム等の周辺部材によって太陽光線が遮られても、影
となる部分の太陽電池素子を幅広にしたため、その全体
が影となることはなく、その太陽電池素子の抵抗値がア
ップすることはない。

【００５０】また、幅広の太陽電池素子の直列抵抗を実
質的に他の太陽電池素子の直列抵抗と同等もしくは低く
することにより、光電変換効率が高くなり，幅広の太陽
電池素子の特性が面積を広くした効果のみ発揮する。従
って、各太陽電池モジュールの発電量を維持できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１の実施形態を示す太陽電池モジ
ュールの斜視図。

【図２】同実施形態の太陽電池モジュールの概略的平面
図。

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図。

【図４】同実施形態の太陽電池モジュールを４．５寸勾
配の屋根に瓦葺きした状態の縦断側面図。

【図５】図４のＢ部を拡大した縦断側面図。

【図６】この発明の第２の実施形態を示す太陽電池モジ
ュールを４．５寸勾配の屋根に平面的に敷設した状態の
縦断側面図。

【図７】この発明の第３の実施形態を示し，（ａ）は太
陽電池モジュールの斜視図，（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿う断
面図。

【図８】従来の太陽電池モジュールの斜視図。

【図９】従来の太陽電池モジュールを４．５寸勾配の屋
根に瓦葺きした状態の縦断側面図。

【図１０】図９のＤ部を拡大した縦断側面図。

【図１１】従来の太陽電池モジュールを４．５寸勾配の
屋根に平面的に敷設した状態の縦断側面図。

【符号の説明】

１１…太陽電池モジュール １３…太陽電池素子 １３ａ…幅広の太陽電池素子 ２１…第１電極 ２２…半導体層 ２３…第２電極 ２４…溝 ２５…接触グリッド

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁性基板上に，第１電極，半導体層及
   び第２電極がこの順で積層された太陽電池素子が複数配
   設されるとともに、これら太陽電池素子を直列に電気的
   に接続した太陽電池モジュールにおいて、 前記太陽電池モジュールを実装した際に、太陽光線の影
   になる前記太陽電池素子を他の太陽電池素子より幅広に
   するとともに、この幅広の太陽電池素子の直列抵抗を実
   質的に他の太陽電池素子の直列抵抗と同等もしくは低く
   したことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 【請求項２】 幅広の前記太陽電池素子と隣接する他の
   太陽電池素子とは、幅広の太陽電池素子の内部において
   も直列に接続されていることを特徴とする請求項１記載
   の太陽電池モジュール。
3. 【請求項３】 幅広の前記太陽電池素子は，隣接する太
   陽電池素子との直列接続が，前記第２電極まで到達する
   溝部を，前記太陽電池素子の内部に形成し，前記溝部に
   隣接する太陽電池素子の第２電極の一部を延伸して前記
   第１電極に接続したことを特徴とする請求項１または２
   記載の太陽電池モジュール。
4. 【請求項４】 絶縁性基板上に，第１電極，半導体層及
   び第２電極がこの順で積層された太陽電池素子が複数配
   設されるとともに、これら太陽電池素子を直列に電気的
   に接続した太陽電池モジュールにおいて、 前記太陽電池モジュールを実装した際に、太陽光線の影
   になる前記太陽電池素子を他の太陽電池素子より幅広に
   するとともに、前記絶縁性基板上に、幅広の前記太陽電
   池素子の幅に対応し、前記第１電極の抵抗を下げる導電
   膜を設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。