JP5857237B2 - 太陽電池セル及び太陽電池モジュール - Google Patents

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Description

本発明は太陽電池セル及び太陽電池モジュールに関する。
近年、環境負荷が低いエネルギー源として、太陽電池セルが大いに注目されている。太陽電池セルは、受光することにより電子や正孔などのキャリアを生成させる光電変換部と、光電変換部において生成したキャリアを収集する電極とを有している。このキャリアを収集するための電極としては、例えば、下記の特許文献1などに記載されているように、光電変換部の主面上において、一の方向に沿って延び、一の方向に垂直な他の方向に沿って配列された直線状の複数のフィンガー電極部と、それら複数のフィンガー電極を電気的に接続しているバスバー部とを含む電極が広く用いられている。
特開2010−186862号公報
近年、太陽電池セルの光電変換効率をさらに高めたいという要望が高まってきている。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、向上された光電変換効率を有する太陽電池セル及び太陽電池モジュールを提供することにある。
本発明に係る太陽電池セルは、角部が面取り状である矩形状の光電変換部と、電極とを有する。電極は、光電変換部の一主面の上に配されている。光電変換部の一主面は、第1の方向において面取り状角部が設けられている端部と、第1の方向において面取り状角部よりも中央側に位置している中央部とを含む。電極は、複数の線状電極部と、台形状電極部とを含む。複数の線状電極部は、中央部に設けられている。複数の線状電極部は、第1の方向に対して垂直な第2の方向に沿って延びている。台形状電極部は、端部に設けられている。台形状電極部は、上底部及び下底部と、一対の斜辺部とを含む。上底部及び下底部は、第2の方向に沿って延びている。一対の斜辺部は、上底部の端部と下底部の端部とを接続している。一対の斜辺部は、面取り状角部の端辺に沿って延びている。
本発明に係る太陽電池モジュールは、複数の上記本発明に係る太陽電池セルと、配線材とを備えている。配線材は、複数の太陽電池セルを電気的に接続している。配線材は、複数の線状電極部と交差するように配されている。
本発明によれば、向上された光電変換効率を有する太陽電池セル及び太陽電池モジュールを提供することができる。
第1の実施形態に係る太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。 第1の実施形態における太陽電池セルの裏面の略図的平面図である。 図1の線III−IIIに示す部分の略図的断面図である。 第1の比較例における太陽電池セルの受光面の一部分を拡大した模式的拡大平面図である。 第1の実施形態における太陽電池セルの受光面の一部分Vを拡大した模式的拡大平面図である。 第1の変形例に係る太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。 第2の変形例に係る太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。 第2の実施形態に係る太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。 第2の比較例における太陽電池セルの受光面の一部分を拡大した模式的拡大平面図である。 第2の実施形態における太陽電池セルの受光面の一部分を拡大した模式的拡大平面図である。 第3の変形例に係る太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。 第3の実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、以下の実施形態は、単なる例示である。本発明は、以下の実施形態に何ら限定されない。
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率などは、現実の物体の寸法の比率などとは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
(第1の実施形態)
図1は、第1の実施形態に係る太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。図2は、第1の実施形態における太陽電池セルの裏面の略図的平面図である。図3は、図1の線III−IIIに示す部分の略図的断面図である。
まず、図1〜図3を参照しながら、本実施形態に係る太陽電池セル10の構成について説明する。太陽電池セル10は、光電変換部20を有する。光電変換部20は、受光することによって電子や正孔などのキャリアを生成させる部材である。光電変換部20は、例えば、一の導電型を有する結晶性半導体基板を有し、pn接合、pin接合等の半導体接合を有するものであってもよい。また、光電変換部20は、一の導電型を有する結晶性半導体基板と、その結晶性半導体基板の一主面上に配されており、他の導電型を有する第1の非晶質半導体層と、結晶性半導体基板の他の主面上に配されており、一の導電型を有する第2の非晶質半導体層とを有するものであってもよい。また、光電変換部20は、n型ドーパント拡散領域とp型ドーパント拡散領域とが表面に露出している半導体基板を有するものであってもよい。
光電変換部20は、4つの角部のそれぞれが面取り状である矩形状である。光電変換部20は、面取り状の角部20A〜20Dを有する。すなわち、光電変換部20の受光面20a及び裏面20bのそれぞれは、4つの角部のそれぞれが面取り状の矩形状である。
受光面20aは、x方向において、面取り状角部20A,20Bが設けられている第1の端部20a2と、面取り状角部20C,20Dが設けられている第2の端部20a3と、面取り状角部20A〜20Dよりも中央側に位置している中央部20a1を含む。同様に、裏面20bも、第1及び第2の端部並びに中央部を含んでいる。
受光面20aの上には、面状の透明導電膜(TCO:Transparent Conductive Oxide)25aが設けられている。受光面20aの端縁部を除いた部分は、この透明導電膜25aにより覆われている。同様に、裏面20bの上には、面状の透明導電膜25bが設けられている。裏面20bの端縁部を除いた部分は、この透明導電膜25bにより覆われている。これら透明導電膜25a、25bは、下記の電極21a、21bによる集電を補助する機能を有している。透明導電膜25a、25bを設けることにより、生成したキャリアが再結合する前に効率的に電極21a、21bに収集される。従って、より改善された光電変換効率を実現することができる。
なお、透明導電膜25a、25bは、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)などにより形成することができる。透明導電膜25a、25bの厚みは、例えば、50nm〜150nm度とすることができる。
受光面20aの上には、電極21aが配されている。詳細には、この電極21aは、受光面20aの上に設けられた透明導電膜25aの上に配されている。一方、裏面20bの上には、電極21bが配されている。詳細には、この電極21bは、裏面20bの上に設けられた透明導電膜25bの上に配されている。
電極21a、21bの材質は、導電材料である限りにおいて特に限定されない。電極21a、21bのそれぞれは、例えば、銀、銅、アルミニウム、チタン、ニッケル、クロムなどの金属や、それらの金属のうちの一種以上を含む合金により構成することができる。また、電極21a、21bは、例えば、上記金属や合金からなる複数の導電層の積層体により構成されていてもよい。
電極21a、21bの形成方法は、特に限定されない。電極21a,21bは、例えば、Agペースト等の導電性ペーストを用いて形成することができる。また、電極21a,21bは、例えば、スパッタ法、蒸着法、スクリーン印刷法或いはメッキ法等を用いて形成することができる。
なお、本実施形態においては、電極21bは、電極21bと実質的に同様の構成を有する。このため、ここでは、電極21aの構成について詳細に説明する。電極21bについては、電極21aに関する説明を援用することとする。
電極21aは、複数の線状電極部31と、台形状電極部32a、32bと、複数のバスバー部33とを含む。複数の線状電極部31のそれぞれは、中央部20a1に配されている。複数の線状電極部31のそれぞれは、y方向に対して垂直なx方向に沿って延びている。複数の線状電極部31は、y方向に沿って配列されている。複数の線状電極部31は、互いに平行である。
台形状電極部32aは、第1の端部20a2に配されている。台形状電極部32aは、上底部32a1と、下底部32a2と、一対の斜辺部32a3,32a4とを含む。上底部32a1及び下底部32a2のそれぞれは、x方向に沿って延びている。上底部32a1は、y方向において相対的に外側に位置しており、下底部32a2がy方向において相対的に内側に位置している。上底部32a1の方が、下底部32a2よりも短い。一対の斜辺部32a3,32a4のそれぞれは、上底部32a1の端部と、下底部32a2の端部とを接続している。一対の斜辺部32a3,32a4は、面取り状角部20A、20Bの端辺に沿って延びている。すなわち、斜辺部32a3,32a4は、x方向及びy方向のそれぞれに対して傾斜した方向に延びている。本実施形態では、斜辺部32a3,32a4と、x方向及びy方向のそれぞれとのなす角の大きさは、約45°である。
台形状電極部32aは、線状電極部32a5をさらに含んでいる。線状電極部32a5は、y方向において上底部32a1と下底部32a2との間に位置している。線状電極部32a5は、x方向に沿って延びている。線状電極部32a5は、一対の斜辺部32a3,32a4の途中部間を接続している。
台形状電極部32bは、第2の端部20a3に配されている。台形状電極部32bは、上底部32b1と、下底部32b2と、一対の斜辺部32b3,32b4とを含む。上底部32b1及び下底部32b2のそれぞれは、x方向に沿って延びている。上底部32b1は、y方向において相対的に外側に位置しており、下底部32b2がy方向において相対的に内側に位置している。上底部32b1の方が、下底部32b2よりも短い。一対の斜辺部32b3,32b4のそれぞれは、上底部32b1の端部と、下底部32b2の端部とを接続している。一対の斜辺部32b3,32ba4は、面取り状角部20C、20Dの端辺に沿って延びている。すなわち、斜辺部32b3,32b4は、x方向及びy方向のそれぞれに対して傾斜した方向に延びている。本実施形態では、斜辺部32b3,32b4と、x方向及びy方向のそれぞれとのなす角の大きさは、約45°である。
台形状電極部32bは、線状電極部32b5をさらに含んでいる。線状電極部32b5は、y方向において上底部32b1と下底部32b2との間に位置している。線状電極部32b5は、x方向に沿って延びている。線状電極部32b5は、一対の斜辺部32b3,32b4の途中部間を接続している。
なお、本発明において、「台形」には、矩形が含まれるものとする。
上記線状電極部31,32a5,32b5、上底部32a1,32b1、下底部32a2,32b2及び斜辺部32a3,32a4,32b3.32b4のそれぞれの幅は、特に限定されないが、例えば、50μm〜200μm程度とすることができる。線状電極部31,32a5,32b5、上底部32a1,32b1及び下底部32a2,32b2のそれぞれの幅は、相互に異なっていてもよいし、同じであってもよい。y方向において隣り合う線状電極部31の間隔は、特に限定されないが、例えば、1mm〜3mm度とすることができる。
複数のバスバー部33は、y方向に沿って延びている。複数のバスバー部33は、x方向に沿って配列されている。複数のバスバー部33のそれぞれは、複数の線状電極部31、上底部32a1,32b1及び下底部32a2,32b2と、線状電極部32a5,32b5とに電気的に接続されている。
なお、本実施形態では、電極21aが2本のバスバー部33を含む例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明では、電極は、バスバー部を含んでいなくてもよいし、1本または3本以上のバスバー部を含んでいてもよい。バスバー部33の幅は、特に限定されないが、例えば、0.5mm〜2mm程度とすることができる。
また、本実施形態では、バスバー部33は、直線状であるが、本発明において、バスバー部は直線状でなくてもよい。バスバー部は、例えば、ジグザグ状に設けられていてもよい。
ところで、例えば、台形状電極部を設けずに、第1及び第2の端部の上にも複数の線状電極部を形成することも考えられる。すなわち、電極を複数の線状電極部のみ、または複数の線状電極部及びバスバー部により構成することも考えられる。しかしながら、その場合は、光電変換効率の面取り状角部における集電抵抗が高くなる。従って、光電変換効率が低くなる。以下、この理由について、図4を参照しながら説明する。
例えば、端部においても、台形状電極部が設けられておらず、複数の線状電極部131が設けられている場合は、受光面120aのうち、y方向において線状電極部131と近接していない非近接領域120a21において生じたキャリア100が線状電極部131により収集されるまでに移動しなければならない距離が長い。このため、非近接領域120a21における集電抵抗が大きくなる。その結果、光電変換効率が低くなる。
それに対して、本実施形態では、端部20a2,20a3に、台形状電極部32a、32bが設けられている。台形状電極部32a、32bは、斜辺部32a3,32a4,32b3,32b4を含む。そして、斜辺部32a3,32a4,32b3,32b4は、面取り状角部20A〜20Dの端辺に沿って延びている。従って、図5に示すように、領域20a21において生じたキャリア35は、斜辺部32a3,32a4,32b3,32b4により収集される。このため、キャリア35が電極21aにより収集されるまでに移動しなければならない距離が短い。よって、領域20a21における集電抵抗を低減することができる。従って、光電変換効率を改善することができる。
また、本実施形態では、台形状電極部32a、32bの内部に線状電極部32a5,32b5が設けられている。このため、台形状電極部32a、32bが設けられた端部20a2、20a3における集電抵抗がより効率的に低減されている。従って、より改善された光電変換効率を実現することができる。
具体的に、本実施形態の太陽電池セル10と、斜辺部が設けられていないこと以外は太陽電池セル10と実質的に同様の構成を有する太陽電池セルとを作成し、光電変換効率を測定した。その結果、斜辺部32a3,32a4,32b3,32b4を有する太陽電池セル10の方が、斜辺部が設けられていない太陽電池セルよりも約1%光電変換効率が高いことが確認された。
以下、本発明を実施した好ましい形態の他の例や変形例について説明する。以下の説明において、上記第1の実施形態と実質的に共通の機能を有する部材を共通の符号で参照し、説明を省略する。
(第1の変形例)
図6は、第1の変形例に係る太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。
上記第1の実施形態では、電極21a、21bのそれぞれが1以上のバスバー部を有している例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図6に示すように、電極21aは、バスバー部33を含んでいなくてもよい。
(第2の変形例)
図7は、第2の変形例に係る太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。
上記第1の実施形態では、第1及び第2の端部20a2,20a3のそれぞれに、台形状電極部32a、32bがひとつずつ設けられている例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。例えば、図7に示すように、第1の端部20a2に、台形状電極部32aが複数y方向に沿って配列されていてもよい。同様に、第2の端部20a3に、台形状電極部32bが複数y方向に沿って配列されていてもよい。
また、台形状電極部32a、32bには、線状電極部32a5,32b5が設けられていなくてもよいし、複数の線状電極部32a5,32b5が設けられていてもよい。
(第2の実施形態)
図8は、第2の実施形態に係る太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。
上記第1の実施形態では、複数の線状電極部31の全体が透明導電膜25aの上に位置しており、線状電極部31の端部が、透明導電膜25aの端辺に至っていない例について説明した。
それに対して、本実施形態では、線状電極部31の端部は、透明導電膜25aの端辺に至っている。具体的には、線状電極部31の端部は、光電変換部20の端辺にまで至っている。このため、より改善された光電変換効率を得ることができる。以下、この理由について、図9及び図10を参照して説明する。
図9に示すように、線状電極部31の端部が透明導電膜25aの端辺に至っていない場合は、透明導電膜25aの端縁部25a1で生成したキャリアが線状電極部31により収集されるまでに移動しなければならない距離が長くなる。このため、端縁部25a1における集電抵抗が高くなる。その結果、光電変換効率が低くなる傾向にある。
それに対して、図10にも示すように、線状電極部31の端部が透明導電膜25aの端辺に至っている場合は、端縁部25a1で生成したキャリアが線状電極部31により収集されるまでに移動しなければならない距離が短くなる。このため、端縁部25a1における集電抵抗を低くすることができる。その結果、光電変換効率をさらに改善することができる。
具体的に、本実施形態の太陽電池セルを作製し、光電変換効率を測定した結果、線状電極部31の端部が透明導電膜25aの端辺に至っている第2の実施形態の太陽電池セルの方が、線状電極部31の端部が透明導電膜25aの端辺に至っていない第1の実施形態の太陽電池セル10よりも光電変換効率が約1%高くなることが確認された。
(第3の変形例)
図11は、第3の変形例に係る太陽電池セルの受光面の略図的平面図である。図11に示すように、電極21aは、上底部32a1、32b1、下底部32a2,32b2及び線状電極部32a5,32b5のそれぞれの端部から、x方向に沿って延び、透明導電膜25aの端部にまで至る線状の電極部32a6〜32a11、32b6〜32b11をさらに備えていてもよい。この構成によれば、面取り状角部20A〜20Dにおける集電抵抗をより低減できる。その結果、より改善された光電変換効率を得ることができる。
なお、上記第1の実施形態では、受光面20a上の電極21aと、裏面20b上の電極21bとの両方が台形状電極部を有する例について説明した。但し、本発明は、この構成に限定されない。本発明において、受光面上の電極と、裏面上の電極とのうちの少なくとも一方の電極が台形状電極部を有していればよい。従って、例えば、受光面上の電極を、台形状電極部を含むものとし、裏面上の電極を台形状電極部を含まないものとしてもよい。その場合は、例えば、裏面上の電極を平面状の電極としてもよい。
また、受光面上の電極及び裏面上の電極のうちの一方を、図1,6〜8または11に示す形態の電極とし、他方を、図1,6〜8及び11に示す形態の電極のうち、受光面上の電極とは異なる形態を有する電極としてもよい。すなわち、受光面上の電極と裏面上の電極との両方が台形状電極部を含むものの、受光面上の電極と裏面上の電極とが相互に異なる形態を有していてもよい。
(第3の実施形態)
図12は、第3の実施形態に係る太陽電池モジュールの略図的断面図である。
上記実施形態や変形例に係る太陽電池セル10は、図12に示すような太陽電池モジュール1として利用することもできる。本実施形態の太陽電池モジュール1は、y方向に沿って配列された複数の太陽電池セル10を備えている。複数の太陽電池セル10は、配線材11によって電気的に接続されている。具体的には、隣接する太陽電池セル10間が配線材11によって電気的に接続されることによって、複数の太陽電池セル10が直列または並列に電気的に接続されている。具体的には、配線材11は、複数の線状電極部31、上底部32a1、32b1、下底部32a2、32b2と交差するように配されており、これらの電極部に電気的に接続されている。また、図1及び図2に示すように、電極21a、21bがバスバー部33を含む場合は、配線材11は、バスバー部33の上を覆うように配されている。
なお、本発明において、「交差」には、直交が含まれるものとする。
配線材11と太陽電池セル10とは、接着剤によって接着されている。接着剤としては、半田または樹脂接着剤を用いることができる。接着剤として樹脂接着剤を用いる場合には、樹脂接着剤は絶縁性を有するものであってもよいし、異方導電性を有するものであってもよい。
複数の太陽電池セル10の受光面側及び裏面側には、第1及び第2の保護部材14,15が配置されている。太陽電池セル10と第1の保護部材14との間及び太陽電池セル10と第2の保護部材15との間には、封止材13が設けられている。複数の太陽電池セル10は、この封止材13により封止されている。
なお、封止材13並びに第1及び第2の保護部材14,15の材料は、特に限定されない。封止材13は、例えば、エチレン・酢酸ビニル共重合体(EVA)やポリビニルブチラール(PVB)等の透光性を有する樹脂により形成することができる。
第1及び第2の保護部材14,15は、例えば、ガラス、樹脂などにより形成することができる。また、例えば、第1及び第2の保護部材14,15のうちの一方を、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成してもよい。本実施形態では、第1の保護部材14は、太陽電池セル10の受光面側に配置されている。第1の保護部材14は、ガラスまたは透光性樹脂からなる。
第2の保護部材15は、太陽電池セル10の裏面側に配置されている。第2の保護部材15は、アルミニウム箔などの金属箔を介在させた樹脂フィルムにより構成されている。
第1の保護部材14、封止材13、複数の太陽電池セル10、封止材13、第2の保護部材15を有する積層体の外周には、必要に応じて、Al等の金属製の枠体(図示しない)が取り付けられる。また、第1の保護部材14の表面には、必要に応じて、太陽電池セル10の出力を外部に取り出すための端子ボックスが設けられる。
1…太陽電池モジュール
10…太陽電池セル
11…配線材
13…封止材
14…第1の保護部材
15…第2の保護部材
20…光電変換部
20A〜20D…面取り状角部
20a…受光面
20a1…中央部
20a2…第1の端部
20a3…第2の端部
20b…裏面
21a,21b…電極
25a、25b…透明導電膜
31…線状電極部
32a、32b…台形状電極部
32a1、32b1…上底部
32a2、32b2…下底部
32a3,32a4,32b3,32b4…斜辺部
32a5,32b5…線状電極部
33…バスバー部

Claims (9)

  1. 角部が面取り状である矩形状の光電変換部と、前記光電変換部の一主面の上に配された電極とを有する太陽電池セルであって、
    前記一主面は、第1の方向において前記面取り状角部が設けられている端部と、前記第1の方向において前記面取り状角部よりも中央側に位置している中央部とを含み、
    前記電極は、
    前記中央部に設けられており、前記第1の方向に対して垂直な第2の方向に沿って延びる複数の線状電極部と、
    前記端部に設けられており、前記第2の方向に沿って延びる上底部及び下底部と、前記上底部の端部と前記下底部の端部とを接続しており、前記面取り状角部の端辺に沿って延びる一対の斜辺部とを含む台形状電極部と、
    前記第1の方向に沿って設けられた複数の太陽電池セルを電気的に接続する配線材と少なくとも前記端部で接続され、前記複数の線状電極部、前記上底部及び前記下底部と直接接続されている少なくともひとつのバスバー部とを有し、
    前記斜辺部は前記バスバー部と直接接続されていない、太陽電池セル。
  2. 前記バスバー部は、前記端部から前記中央部にわたり一体的な矩形形状を有する、請求項1記載の太陽電池セル。
  3. 前記台形状電極部は、前記第1の方向において前記上底部と前記下底部との間に位置しており、前記一対の斜辺部間を接続している線状の電極部をさらに含む、請求項1または2に記載の太陽電池セル。
  4. 前記電極は、前記台形状電極部を複数含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の太陽電池セル。
  5. 前記一主面と前記電極との間において、前記一主面の端縁部を除いた部分を覆うように設けられている面状の透明導電膜をさらに備える、請求項1〜4のいずれか一項に記載の太陽電池セル。
  6. 前記複数の線状電極部は、前記透明導電膜の端辺に至るように設けられている、請求項5に記載の太陽電池セル。
  7. 前記電極は、前記上底部及び前記下底部の少なくとも一方の端部から前記第2の方向に沿って延び、前記透明導電膜の端辺に至る電極部をさらに有する請求項5または6に記載の太陽電池セル。
  8. 前記一主面は、受光面である、請求項1〜7のいずれか一項に記載の太陽電池セル。
  9. 請求項1〜8のいずれか一項に記載の複数の太陽電池セルと、
    前記複数の太陽電池セルを電気的に接続している配線材と、
    を備え、
    前記配線材は、前記複数の線状電極部と交差するように配されている、太陽電池モジュール。
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