JP2015079981A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】光起電力的に不活性なゾーンに注がれる太陽光線が光起電に利用できる太陽光線入射効率を向上した太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】光起電力的に活性なゾーン及び不活性なゾーンを備えた太陽電池モジュールにおいて、光起電力的に不活性なゾーンである電池接続要素４０等に、電磁シフトを伴わない散乱要素が提供された電池接続要素４２か、電磁シフトを伴う散乱要素５４、３０２が配置された、少なくとも１つの散乱、回折要素が基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性なゾーンの上に配置された太陽電池モジュール。
【選択図】図３
【解決手段】光起電力的に活性なゾーン及び不活性なゾーンを備えた太陽電池モジュールにおいて、光起電力的に不活性なゾーンである電池接続要素４０等に、電磁シフトを伴わない散乱要素が提供された電池接続要素４２か、電磁シフトを伴う散乱要素５４、３０２が配置された、少なくとも１つの散乱、回折要素が基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性なゾーンの上に配置された太陽電池モジュール。
【選択図】図３
Description
本発明は、太陽電池モジュール、及び太陽電池モジュールを製造するための方法に関する。
従来の太陽電池では、提供されたフロント接点は金属製である。これらのフロント接点に注がれる太陽光線は反射し、個々の太陽電池上に作用することなく、それぞれのシステムを離れて行く。したがってこれらの光子は、光起電力の発電という目的が失われる。「接触フィンガ」に注がれる光子も失われる。更に、光学的にも電気的にも活性でない表面、すなわち太陽電池間又はモジュールの縁部方向の領域に注がれる光子も失われる。「薄膜モジュール」では、影の影響による損失もある。太陽電池が直列に接続されている場合、これによって、全面積のおよそ５〜１０％の表面損失が生じる。理論上、これらの損失は２％まで低減させることができる。更に、薄膜モジュールでは、最も外側から１つ目と２つ目の太陽電池の間は接続されておらず、これは、それらが電気的に活性でないことを意味する。
コンタクトバンドを光学的に改良する研究はすでに行われている。これに関連して、くさび形のコンタクトバンドの構造化を提案する文献ＵＳ２００７／０１２５４１５Ａ１号を参照されたい。この構造は業界ですでに実施されている。更に、Ｓｕｎａｇｅ社は、太陽電池間の領域にランバート放射体コーティングを塗布するプロジェクトに取り組んでいる。
通常、コンタクトバンドの構造は、かなり角度に依存して入射光子を反射する。これらは、通常、垂直入射光に対して最適化される。しかしながら、実際の条件下では、光源を追って移動することのないシステムにおいて、実際に直接の垂直光が発生することは非常に稀である。入射光のあらゆる角度に対して散乱は同じであるため、Ｓｕｎａｇｅ社によって使用されるランバート放射体にはこの欠点がない。
しかしながら、このプロジェクトは太陽電池間の領域に限定されており、それぞれの太陽電池上の対応する電池コネクタ及び接触フィンガには対処していない。
本発明は、電磁シフトを伴うか又は伴わない少なくとも１つの散乱要素が、基部又は太陽電池モジュールのセルレベルの少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域の上に配置される光起電力的に活性な領域と、光起電力的に不活性な領域とを備える基部からなる太陽電池モジュールに関する。
電磁シフトを伴う散乱要素とは、入射光線を散乱させるその特性に加えて、入射光線を吸収し、波長を変えて再放出すること、すなわち、入射光線の電磁シフトを行うこともできる散乱要素を意味する。以下の説明では、光線、太陽光線、光子、及び電磁波という用語は、同義語として使用される。
少なくとも１つの散乱要素に加えて、少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域の上に追加の散乱要素が配置されることが考えられる。
この場合、例えば、電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素に加えて、基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域の上に配置された電磁シフトを伴わない散乱要素があってもよく、この電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素は、一般に、電磁シフトを伴わない散乱要素の上に配置される。電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素は、一般に、蛍光顔料として配置される。電磁シフトを伴わない少なくとも１つの散乱要素は、ランバート散乱体として構成することができる。
したがって、太陽電池モジュールでは、基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域の上に、少なくとも１つのランバート散乱体を、電磁シフトを伴わない散乱要素として設置することができ、その散乱体の上に、電磁シフトを伴う散乱要素として蛍光顔料が構成される。
光起電力的に不活性な領域と活性な領域とをまとめて、上記領域の様々な構成要素と共に包含する太陽電池モジュールの基部は、通常、透明材料内に埋め込まれる。上記散乱要素は、太陽電池モジュールを環境から分離する透明材料の表面と基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域との間に設置される。電磁シフトを伴う散乱要素及び伴わない散乱要素の両方が存在する場合、例えば、電磁シフトを伴う散乱要素は、透明材料の表面と電磁シフトを伴わない少なくとも１つの散乱要素との間に配置される。この場合、電磁シフトを伴わない少なくとも１つの散乱要素は、電磁シフトを伴う散乱要素と基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域との間に配置される。
太陽電池モジュールの可能な構成では、電磁シフトを伴わない少なくとも１つの散乱要素、例えば蛍光顔料が塗布されたランバート散乱体は、電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素として、基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域上に設置される。
太陽電池モジュールでは、少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域は、少なくとも光学的に及び／又は電気的に不活性な少なくとも１つの領域を包含することができる。したがって、本発明のフレームワーク内では、光起電力的に活性な領域は、光学的領域内での電磁放射線からのエネルギーの直接変換、及び電気エネルギーへの光の（変換）が行われる領域である。光起電力的に不活性な領域は、通常、エネルギーの光電変換を妨害するか又は防止する構成要素を備える。太陽電池モジュールの光起電力的に不活性な領域は、通常、太陽電池又は光電セルとして設計されていない電子構成要素を含む太陽電池モジュールのすべての構成要素を備える。更に、光起電力的に不活性な領域は、例えば、太陽電池モジュールがそのように設計される結果として、光学的に及び／又は電気的に不活性な構成要素も備える。したがって、光起電力的に不活性な領域は、例えば、太陽電池モジュールの周辺に配置され、少なくとも部分的に光学的に不活性な、したがって、影の影響により光起電力的に不活性な太陽電池も含むことができる。したがって、上記構成要素のそれぞれが光起電力的に不活性な領域を画定する。
光起電力的に不活性な領域の構成要素又は光起電力的に不活性な領域を画定する構成要素は、例えば、対応する太陽電池上に配置された接触フィンガ要素とすることが可能であり、（或いは）電池コネクタ要素、太陽電池間のスペース、太陽電池モジュールの周辺に配置された境界領域、又は少なくとも光学的に不活性であり、したがって光起電力的に不活性であって単に電力を奪うものとすることができる。光起電力的に不活性な太陽電池は、例えば、太陽電池モジュールのフレームによって影になる可能性がある。更に、接続されていない太陽電池も光起電力的に不活性な領域と呼ぶことができる。
本発明に従って、例えば、単なる電磁シフトを伴う散乱要素又は単なる電磁シフトを伴わない散乱要素のいずれか、或いは、電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素並びに伴わない少なくとも１つの散乱要素の組合せが太陽電池モジュールの個々の又はすべての上記光起電力的に不活性な領域上に提供されるか又は配置されることが考えられる。
通常、電磁シフトを伴う散乱要素として機能する蛍光顔料は、着信する電磁放射線のスペクトルをシフトさせるように設計される。これは、蛍光顔料が光子を吸収して、例えばより高い波長で光子を放出し、それによって、より高い波長への電磁放射線のスペクトルシフトを実行するように設計されることを意味することができる。太陽電池が最高収量の電気エネルギーを得られる波長に応じて、蛍光顔料の形式で実現される電磁シフトを伴う散乱要素によって、放射線の波長を増大又は低減することができる。
更に、通常、光起電力的に不活性な領域を画定する太陽電池モジュールの基部の少なくとも１つの構成要素と、この構成要素の上に配置された少なくとも１つの散乱要素とが、少なくとも１つの光学的に透明な材料内に埋め込まれることが条件とされる。しかしながら、これに関連して、例えば、電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素は、透明材料の上側又は下側に、二者択一的、又は補足的に配置することもできる。
更に、太陽電池モジュールが、基部の少なくとも１つの構成要素が埋め込まれたプラスチックからなる第１の透明材料と、第１の透明材料上に配置又は実装されたガラスからなる第２の透明材料とを備えることも条件とすることが可能である。少なくとも１つの散乱要素を、例えば、２つの透明材料間の境界上の、例えば、第１及び／又は第２の透明材料の上、内部、又は下の、少なくとも１つの透明材料の領域内に設置することができる。第１の透明材料は、例えばＥＶＡ箔、すなわちエチレン酢酸ビニル箔から製造することができる。第２の透明材料は、モジュールガラスと呼ぶこともできる。これは、本発明が、例えばプラスチック内に溶接される可撓性の太陽電池モジュールにも使用することができることを意味する。
本発明に従って説明されるように、太陽電池モジュールの実施形態を使用して、電磁波からのエネルギーが電気エネルギーに変換される場合、太陽モジュールの少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域に作用する電磁波を、ランバート散乱体などの電磁シフトを伴わない散乱要素を使用して反射させることが可能であり、それらのスペクトルを、電磁シフトを伴わない散乱要素の上に配置され、通常は電磁シフトを伴わない散乱要素上に塗布される通常は蛍光顔料である電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素によってシフトさせることができる。このように、反射され、スペクトル的にシフトされた電磁波を量子効率の高い領域に向けて、太陽電池モジュールの光学的に透明な材料の表面の内側で反射させることができる。
更に、本発明は、太陽電池モジュールを製造するための方法を含む。
太陽電池モジュールを製造するための方法では、光起電力的に活性な領域及び光起電力的に不活性な領域を備える基部が、太陽電池モジュールに供給される。これに関連して、電磁シフトを伴うか又は伴わない少なくとも１つの散乱要素が、基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域の上に設置され、ここで電磁シフトを伴う散乱要素は、蛍光顔料とすることができる。
更に、少なくとも１つの追加の散乱要素が、基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域の上に配置されることを条件とすることができる。これに関連して、電磁シフトを伴わない散乱要素の上に、蛍光顔料の形式で、電磁シフトを伴う追加の散乱要素を構成することが考えられる。
例えば、電磁シフトを伴わない少なくとも１つの散乱要素が、少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域上に配置される。その後、例えば電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素が、電磁シフトを伴わない少なくとも１つの散乱要素に塗布される。
基部の構成要素を、製造時に、少なくとも１つの光学的に透明な材料のインターフェイス内又はインターフェイスに埋め込むことができる。
入射角に関係なく、電磁シフトを伴わない散乱要素によって実行される散乱に加えて、電磁シフトを伴う散乱要素として働く蛍光顔料の、電磁シフトを伴わない散乱要素への塗布により、入射放射線のスペクトルを、太陽電池にとってより有益なスペクトルへシフトさせることができる。赤外線又は青色蛍光顔料が使用される場合、更に、太陽電池モジュールの表面が、光起電力的に不活性な構成要素として、太陽電池の隣、上、及び／又は間に配置された以前に使用された銀色のコンタクトバンド又はコンタクトバンド要素及び接触フィンガの場合よりも、均一に見えるように、太陽電池モジュールの外観又は設計を修正することが可能である。
本発明の可能な実施形態では、とりわけ、少なくとも光学的に不活性な太陽電池モジュールの基部のモジュール又は領域のすべての領域に、電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素として、少なくとも１つの蛍光顔料が塗布されることが条件とされる。更に、基部と電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素との間に、電磁シフトを伴わない散乱要素を配置及び塗布することが考えられる。
太陽電池モジュールの基部のそれぞれの光起電力的に不活性な構成要素上に、電磁シフトを伴わない散乱要素を１つだけ提供することも考えられる。太陽電池モジュールの基部の光起電力的に不活性な構成要素は、個々の太陽電池上、及び太陽電池間のスペースに配置された接触フィンガ要素及びコンタクトバンドを含む。それぞれの場合に、電磁シフトを伴うか又は伴わない少なくとも１つの散乱要素、或いは電磁シフトを伴う１つの散乱要素と電磁シフトを伴わない１つの散乱要素との組合せを、すべての光起電力的に不活性な構成要素上に提供することが有利な場合がある。
電磁シフトを伴う少なくとも１つの散乱要素、例えば蛍光顔料は、入射光を、太陽電池モジュールの太陽電池にとってより有益なスペクトルにシフトさせる。更に、光は、電磁シフトを伴わない散乱要素上に光が注がれる場合に発生するのと同様に、すべての方向に放射される。電磁シフトを伴わない蛍光顔料を、太陽電池間に、しかし可能な一変形形態では、太陽電池のレベル内又はレベル上ではなく、むしろモジュールガラスの下側に塗布又は配置することもできる。これは、上方に散乱する光線が全反射によって太陽電池上に向けて送られるだけでなく、下方に放射される光線も太陽電池によって使用することができることを意味する。
潜在的な実施形態では、本発明を使用して、太陽電池モジュール内の太陽電池間だけではなく、太陽電池上でも、通常は薄膜モジュールに対して少なくとも光学的に不活性な領域を活性化することができる。更に、散乱に加えて、太陽電池がより高い量子効率を有する場所へ光子を放出する入射光のスペクトルシフトを提供することができる。
単結晶シリコン太陽電池は、総面積が２４０．４８ｃｍ２であり、その上に配置されるコンタクトバンドは９．６ｃｍ２を占有するものと想定すると、量子効率測定から算出される短絡電流密度、ＪＳＣ＝１．７ｍＡ／ｃｍ２により、結果として、銀を含む従来のコンタクトバンドに対して１４．６４％の効率性が生じることになる。
本発明は、蛍光顔料の散乱及びスペクトルシフトを使用することによって、並びに基部の光起電力的に不活性な及び少なくとも光学的に及び／又は電気的に不活性な領域上で電磁シフトを伴う散乱要素を使用することによって、結晶性及び非晶質の太陽電池を備えた太陽電池モジュールの効率性を上昇させることができる。本発明は、薄膜モジュール内の少なくとも光学的に及び／又は電気的に不活性な領域又は表面を光起電力的に活性化することも可能である。
本発明の追加の利点及び実施形態は、説明及び添付の図面から明らかとなる。
上記及び以下で説明する特徴は、それぞれの所与の組合せにおいてのみではなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組合せにおいても、又はそれら単独でも使用することができることを理解されたい。
本発明について、実施形態を使用して図面内に示し、図面を参照しながら以下で詳細に説明する。
図面は一貫して、また包括的に説明され、同じ参照番号は同じ構成要素を表す。
図１は、その上にいくつかの太陽電池４が配置された基部を備えた従来技術の結晶シリコン太陽電池モジュール２のセクションを示す上面図であり、太陽電池４は本明細書で例示されている。更に、基部は、ここでは破線で示された、いわゆる電池接続要素６と、それぞれの太陽電池４上に配置された接触フィンガ要素８とを備える。基部は、その表面が、とりわけ隣接する太陽電池に対する、又は、太陽電池モジュール２のフレームに対する境界として働く、太陽電池４のそれぞれを囲むブランクモジュール面１０を備える。
後者の構成要素、すなわち電池接続要素６、接触フィンガ要素８、及び、ここではクロスハッチで示されているベアモジュール面１０は、光起電力的に不活性であり、光起電力的に活性な太陽電池４とは対照的である。したがって、太陽電池モジュール２に関連付けられた電池接続要素６、接触フィンガ要素８、及びベアモジュール面１０は、とりわけ、少なくとも光学的にも不活性である。太陽電池モジュール２内の太陽電池４の電池接続要素６は金属からなる。接点として設計されたこれらの電池接続要素６上に注がれる太陽光は、反射され、太陽電池モジュール２を離れるため、太陽電池４に当たることはできない。したがってこれらの光子は、光起電力を発生する目的が失われる。同様に、接触フィンガ要素８上に作用する光子も失われる。太陽電池４間及び太陽電池モジュール２のフレームの領域内には、追加の光起電力的に未使用の領域が存在し、これらの領域に作用する光子も太陽電池４に当たることができないため、発電の目的が失われる。
図２は、接続された太陽電池２２を備える光起電力的に活性な領域を伴う薄膜モジュールとして設計された太陽電池モジュール２０の上面図である。この太陽電池モジュール２０の光起電力的に不活性な領域は、ここでは、太陽電池２２を直列に接続する働きをする電池接続要素２４と、ここでは単に電力を奪うために提供されるが、少なくとも光学的に、したがって光起電力的にも不活性である、ここではクロスハッチで示される外部太陽電池２６とを含む。薄膜モジュールでは、合計が全面積の約５〜１０％に達する直列接続による面積損失と共に、影による損失もある。理論上、これらの損失は２％まで減らすことができる。他方で、薄膜モジュールでは、外部太陽電池２６の１つから２つは接続されず、したがって集められた電力はこの外部太陽電池２６によって奪われるため、電気的又は光起電力的に活性ではない。
図３は、太陽電池モジュール４６の構成要素として設計され、太陽電池４８と共に、太陽電池モジュール４６の基部の一部を形成する電池接続要素４０、４２、４４、３００の設計に関する複数の例を伴う構成の概略図である。電池接続要素４０、４２、４４、３００及び太陽電池４８は、第１の透明材料５０を構成するエチレン酢酸ビニル箔内に埋め込まれる。第２の透明材料５２を構成するモジュールガラスは、この箔上に設置される。従来技術から知られている第１の電池接続要素４０（黒色）は、従来の反射性、例えば金属性の表面を有する。ランバート散乱体などの、電磁シフトを伴わない散乱要素は、第２の電池接続要素４２（白色）の表面上に設置される。
例えばランバート散乱体の形の電磁シフトを伴わない散乱要素は、追加の電池接続要素４４（白色）の表面上にも設置される。更に、例えば蛍光顔料５４などの電磁シフトを伴う散乱要素が、電磁シフトを伴わない散乱要素に塗布される。例えば蛍光顔料３０２などの電磁シフトを伴う散乱要素のみが、追加の電池接続要素３００（クロスハッチ）上に塗布され、すなわち、電磁シフトを伴う散乱要素にはそれ以上の追加の散乱要素は提供されない。
図３は、従来のフロント接点として設計された第１の電池接続要素４０上に注がれる光線５６が、垂直反射光線５８として太陽電池モジュール４６を出ることを示す。
電磁シフトを伴わない散乱要素が提供された第２の電池接続要素４２上に注がれる光線６０は、その上に配置された半空間内で散乱する。ランバート散乱体のケースでは、これは、すべての方向に等しく発生する。モジュールガラスの表面６４に、全反射角よりも大きいか又は等しい角度で当たる光線６２は、太陽電池４８上に着地する。全反射の損失コーン６８内の光線６６が透過されることになる。電池接続要素３００上に注がれる光線３０４は、スペクトル的に変化又はシフトされた光線３０８として反射されることになる。
電磁シフトを伴う散乱要素である蛍光顔料５４、３０２は、太陽電池モジュール４６のスペクトル挙動により好適な、例えばより高い波長で、吸収された光子を放出する。これは、波長が、太陽電池モジュール４６がより良い効率性を達成することになる領域内へとシフトされることを意味することができる。電磁シフトを伴う散乱要素として働く蛍光顔料によって吸収されない光線は、蛍光顔料自体、又はその下部に配置された散乱要素の散乱特徴に従って散乱することになる（光線７２、３０６）。電池接続要素３００のケースのように、蛍光顔料の下の散乱要素として具体的に指定された材料が存在しない場合、非吸収性光子は、この材料により、その反射特性に従って散乱されることになる。
したがって、追加で塗布された蛍光顔料５４、３０２は、入射光又は入射光線７０、３０４を、太陽電池４８がより高いエネルギー効率を達成できるスペクトルの領域内に反射光線７４、３０８としてシフトさせる。第３の電池接続要素４４に塗布された散乱要素は、非吸収性光線７２を、その上に配置された半空間内へと散乱させる。電池接続要素３００上に垂直に注がれる光線３０４は、蛍光顔料３０２によって吸収されずに、垂直反射光線３０６として太陽電池モジュール４６を出る。
電磁シフトを伴う散乱要素である蛍光顔料５４、３０２は、例えば、太陽電池４８がより良い効率性を示すより高い波長で、吸収性光子を放出する。蛍光顔料５４、３０２によって吸収されない光線は、電池接続要素４４のケースでは、その下に実装された散乱要素により、又は、電池接続要素３００のケースでは、電池接続要素３００を構成する材料により、その反射特性に従って散乱される。
図４は、太陽電池モジュール８０の他の例を示す側面図である。これは、光起電力的に不活性な領域であるスペース８４によって互いに分離された太陽電池８２を備えた基部を含む。電磁シフトを伴わない散乱要素８６が、スペース８４の上に設置及び配置される。太陽電池モジュール８０は、内部に太陽電池８２が埋め込まれたエチレン酢酸ビニルで作られた箔である第１の透明材料８８を備える。モジュールガラスである他の透明材料９０が箔上に配置される。第１の２つのスペース８４及び電磁シフトを伴わない散乱要素８６の上、箔内のモジュールガラスの下の箔への遷移（領域）に蛍光顔料９２が埋め込まれる。蛍光顔料９２は、第３のスペース８４及び電磁シフトを伴わない散乱要素の上のモジュールガラスの形式である第２の透明材料９０の表面１０６に塗布される。
本発明の範囲内で提供される散乱の原理は、電池接続要素のみではなく、太陽電池モジュール８０内の様々な接触フィンガ要素及び太陽電池８２間の領域にも適用できる。その位置では、太陽電池８２のレベルでの波長のスペクトル的なシフトは存在しないが、むしろこれは、モジュールガラスの下側又は上側に配置された電磁シフトを伴う散乱要素９２によって発生する。太陽電池モジュール８０内に入る光線９４からの、全反射を通じて太陽電池８２上に向けて送られる上方散乱光線９６のみでなく、蛍光顔料９２、したがって電磁シフトを伴う散乱要素を通過する光線９８又は光子も、太陽電池８２によって使用される。損失コーン１０２内に注がれる光線１００は、使用されないままである。表面１０６で完全に反射され、電磁シフトを伴う散乱要素、すなわち蛍光顔料９２によって吸収されない光線１０４は、それらが太陽電池８２に当たるように、電池のレベル上に設置された散乱要素８６によって散乱することができる。
このスペクトルシフトにより、蛍光顔料９２の追加の塗布によって、様々な散乱要素８６のみが使用された場合よりも量子効率が高くなる。
電磁シフトを伴う散乱要素である蛍光顔料９２上に注がれる光線９４は、モジュールガラスの下で、上部半空間内で分散されるのと等しく散乱されることになり、全反射よりも大きいか又は等しい角度でモジュールガラスの表面１０６に当たる光線９６は、太陽電池８２に到達することになる。全反射損失コーン１０２内の光線１００は、透過されることになる。下方に散乱される光線９８も、好適な角度で散乱した場合、太陽電池８２に接触することになる。蛍光顔料９２によって吸収されない光線９４は、このケースでは電磁シフトを伴わない散乱要素、ランバート散乱体８６である、セルレベル又は基部上に塗布された材料により、その材料の反射特性に従って散乱されることになる。
電磁シフトを伴う散乱要素である蛍光顔料９２は、モジュールガラス上又はモジュールガラス内の第３のスペース８４の上に配置され、電磁シフトを伴わない散乱要素であるランバート散乱体８６は、電池のレベル上に配置される。太陽電池モジュール８０に入る光線４００は、電磁シフトを伴う散乱要素、すなわち蛍光顔料９２によって正しい角度で散乱された場合、太陽電池８２上に散乱光線４０２として着地することになる。蛍光顔料９２によって吸収されない光線４０４は、セルレベルに塗布された散乱要素８６により、上記要素８６の反射特性に従って散乱される。
図５に示される図は、ｎｍ単位で示された電磁放射線の波長λの上に、量子効率ＱＥをパーセント単位でプロットする。第１の曲線１１０は、太陽電池モジュールのシリコン太陽電池上の光起電力的に不活性な領域である従来のフロント接点に対する量子効率を示す。第２の曲線１１２は、電磁シフトを伴わない白色散乱要素がフロント接点に塗布された場合の量子効率を示す。第２の曲線１１２よりも高い量子効率値を有する第３の曲線１１４は、紫外線領域内の電磁シフトを伴う散乱要素である蛍光顔料がフロント接点上での電磁シフトを伴わない白色散乱要素上に追加で塗布される場合に得られる。比較として、第４の曲線１１６は、太陽電池の光起電力的に活性な表面に対する量子効率を示す。すべての測定について、照射される表面はガラス内に埋め込まれた。
単結晶シリコン太陽電池は、総面積が２４０．４８ｃｍ２であり、その上に配置されるコンタクトバンドは９．６ｃｍ２を占有するものと想定すると、量子効率から算出される短絡（電流密度）ＪＳＣ＝１．７ｍＡ／ｃｍ２により、結果として、銀を含む従来のコンタクトバンドに対して１４．６４％の効率性が生じることになる。
図５のグラフは、電磁シフトを伴わない散乱要素に対する短絡電流密度が、ＪＳＣ＝１３．３ｍＡ／ｃｍ２（第２の曲線１１２）まで、及び、電磁シフトを伴う散乱要素である追加で塗布された蛍光顔料の場合は、ＪＳＣ＝１４．３ｍＡ／ｃｍ２（第３の曲線１１４）まで、上昇することを示す。この結果、算出される効率は、それぞれ１４．８４％及び１４．８６％上昇することになる。以前に光起電力的に、したがって光学的に使用されていない太陽電池モジュール内での表面又は領域の占有率が増加するほど効率性は上昇する。蛍光顔料として、及び電磁シフトを伴う散乱要素として発光性材料を使用することで、太陽電池モジュールの少なくとも光学的特徴を向上させるのみでなく、電気的特性に影響を及ぼすこともないため、光子の数が増加し、結果として効率性を直接高めることになる。この効果は、薄膜モジュールとして設計された太陽電池モジュール内でも発生する。
図５のグラフは、量子効率測定を使用して、電磁シフトを伴う散乱要素である適切な蛍光顔料が単結晶シリコン太陽電池のコンタクトバンド上の電磁シフトを伴わない散乱要素に更に塗布される場合、電力を生成する光子の数がスペクトルの青色波長領域内で増加することも示す。電磁シフトを伴わない白色散乱要素は、十分な量の追加の電力を生成するために、単独で、十分な光子を太陽電池領域に向けて送ることもできる。入射光は、単結晶シリコン太陽電池のコンタクトバンドが、電磁シフトを伴わない散乱要素、及び、蛍光塗料コーティングの形の蛍光顔料、すなわち電磁シフトを伴う散乱要素で覆われているケースで、スペクトルの青色光領域内へと更にシフトされる。
Claims (10)
- 光起電力的に活性な領域と光起電力的に不活性な領域とを備える基部を備え、電磁シフトを伴うか又は伴わない少なくとも１つの散乱要素が、前記基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域の上に配置され、前記少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域が、電池接続要素（４４）及び／又は接触フィンガ要素として実現される少なくとも１つの太陽電池（４８）を有する太陽電池モジュール。
- 前記少なくとも１つの散乱要素に加えて、前記少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域の上に追加の散乱要素が配置される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
- 電磁シフトを伴う前記少なくとも１つの散乱要素が蛍光顔料（５４，９２）の形式で実現され、電磁シフトを伴わない前記少なくとも１つの散乱要素がランバート散乱体（８６）の形式で実現される、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
- 前記少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域が、少なくとも１つの少なくとも光学的に及び／又は電気的に不活性な領域を備えることができる、前記請求項のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域が、薄膜モジュールとして実現され、及び／又は、少なくとも１つの太陽電池（４８，８２）の隣に配置されたスペース（８４）、及び／又は、単に電力を奪う影になった太陽電池２６として実現される、前記請求項のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 電磁シフトを伴う前記少なくとも１つの散乱要素が、入射電磁放射線（７２，９４）のスペクトルをシフトさせるため、通常は光子を吸収するため、及びそれらを異なる波長で放出するために設計される、前記請求項のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記基部の前記少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域と、前記光起電力的に不活性な領域の上に配置された前記少なくとも１つの散乱要素とが、どちらも光学的に透明な材料（５０，５２，８８，９０）の領域内に埋め込まれる、前記請求項のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域が埋め込まれたプラスチックからなる第１の透明材料（５０，８８）と、前記第１の透明材料上に配置されたガラスからなる第２の透明材料とを備え、前記少なくとも１つの散乱要素が、前記透明材料（５２，９０）のうちの少なくとも１つの前記領域内に配置される、請求項７に記載の太陽電池モジュール。
- 少なくとも１つの太陽電池（４８）を有する太陽電池モジュール（４６，８０）を製造するための方法であって、前記太陽電池モジュール（４６，８０）が薄膜モジュールとして実現可能であり、光起電力的に活性な領域及び光起電力的に不活性な領域を備える基部が前記太陽電池モジュール（４６，８０）に提供され、電磁シフトを伴うか又は伴わない少なくとも１つの散乱要素が、前記基部の少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域の上に配置され、前記少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域が、電池接続要素（４４）及び／又は接触フィンガ要素として実現される方法。
- 前記少なくとも１つの散乱要素に加えて、追加の散乱要素が、前記少なくとも１つの光起電力的に不活性な領域上に配置される、請求項９に記載の方法。
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