特開 2024-121467 太陽電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024121467

(43)【公開日】2024-09-06

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/042 20140101AFI20240830BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 500

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023028595

(22)【出願日】2023-02-27

(71)【出願人】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】中村 淳一

(72)【発明者】

【氏名】寺下 徹

(72)【発明者】

【氏名】小島 広平

【テーマコード（参考）】

5F251

【Ｆターム（参考）】

5F251AA02

5F251AA11

5F251EA05

5F251JA03

5F251JA04

5F251JA05

(57)【要約】

【課題】裏面側の太陽電池セルの起電流のバラツキが小さい太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは、第１方向に並ぶ複数のサブセルと第１方向両端に配設されるサブモジュール電極とを有する複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールと、それぞれ複数のシリコン太陽電池セルを互いの端部を重ねて第１方向と交差する第２方向に並べた状態で接続してなり、複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールの裏面側に第１方向に並んで配置される複数のシリコン太陽電池ストリングと、複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールの表面側を覆う表面保護材と、複数のシリコン太陽電池ストリングの裏面側を覆う裏面保護材と、表面保護材と裏面保護材に充填される封止材と、を備え、シリコン太陽電池ストリングの少なくとも一方の側縁は、平面視でサブモジュール電極と重複または近接して配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向に並ぶ複数のサブセルと前記第１方向両端に配設されるサブモジュール電極とを有する複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールと、
それぞれ複数のシリコン太陽電池セルを互いの端部を重ねて前記第１方向と交差する第２方向に並べた状態で接続してなり、前記複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールの裏面側に前記第１方向に並んで配置される複数のシリコン太陽電池ストリングと、
前記複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールの表面側を覆う表面保護材と、
前記複数のシリコン太陽電池ストリングの裏面側を覆う裏面保護材と、
前記表面保護材と前記裏面保護材の間の前記複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールおよび前記複数のシリコン太陽電池ストリングの周囲の隙間に充填される封止材と、
を備え、
前記シリコン太陽電池ストリングの少なくとも一方の側縁は、平面視で前記サブモジュール電極と重複または近接して配置される、太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュールまたは前記シリコン太陽電池ストリングに電気的に接続され、少なくとも部分的に平面視で前記シリコン太陽電池ストリングの間を前記第２方向に延在して外部に延出する複数の引出配線をさらに備える、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記裏面保護材は、少なくとも部分的に平面視で前記シリコン太陽電池ストリングの間に配置され、前記引出配線が貫通する引出開口を有する、請求項２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、太陽電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

光電変換効率を向上するために、光電変換する波長域が異なる複数の太陽電池を積層してなる太陽電池モジュールが提案されている。例えば特許文献１には、複数の第１太陽電池セルを含んだ複数の第１サブモジュールを有する第１太陽電池パネルと、複数の第２太陽電池セルを有し、第１太陽電池パネルの裏面側に積層される第２太陽電池パネルと、を備える太陽電池モジュールが開示されている。さらに、特許文献１には、第１太陽電池パネルにおける複数の第１太陽電池セルの接続方向と、第２太陽電池パネルにおける第１太陽電池セルの接続方向とを異ならせることが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１５７１７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

太陽電池セルは、外部との接続のために金属電極を採用することが一般的である。したがって、太陽電池セルを積層すると、受光面側の太陽電池セルの金属電極が裏面側の太陽電池セル入射する光を局所的に遮断する。受光面側の太陽電池セルの金属電極に起因して裏面側の一部の太陽電池セルへの光の入射量が減少すると、太陽電池セルの起電流に差が生じて逆バイアス電圧が作用し、その太陽電池セルが発熱する等の問題を生じ得る。

【0005】

本発明は、裏面側の太陽電池セルの起電流のバラツキが小さい太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは、第１方向に並ぶ複数のサブセルと前記第１方向両端に配設されるサブモジュール電極とを有する複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールと、それぞれ複数のシリコン太陽電池セルを互いの端部を重ねて前記第１方向と交差する第２方向に並べた状態で接続してなり、前記複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールの裏面側に前記第１方向に並んで配置される複数のシリコン太陽電池ストリングと、前記複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールの表面側を覆う表面保護材と、前記複数のシリコン太陽電池ストリングの裏面側を覆う裏面保護材と、前記表面保護材と前記裏面保護材の間の前記複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュールおよび前記複数のシリコン太陽電池ストリングの周囲の隙間に充填される封止材と、を備え、前記シリコン太陽電池ストリングの少なくとも一方の側縁は、平面視で前記サブモジュール電極と重複または近接して配置される。

【0007】

上述の太陽電池モジュールは、前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュールまたは前記シリコン太陽電池ストリングに電気的に接続され、少なくとも部分的に平面視で前記シリコン太陽電池ストリングの間を前記第２方向に延在して外部に延出する複数の引出配線をさらに備えてもよい。

【0008】

上述の太陽電池モジュールにおいて、前記裏面保護材は、少なくとも部分的に平面視で前記シリコン太陽電池ストリングの間に配置され、前記引出配線が貫通する引出開口を有してもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明に係る太陽電池モジュールは、裏面側のシリコン太陽電池セルの起電流のバラツキが小さい。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの構成の平面配置図である。

【図2】図１の太陽電池モジュールのＡ－Ａ断面図である。

【図3】図１の太陽電池モジュールのペロブスカイト太陽電池サブモジュールの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明をする。なお、図面は、分かりやすくするための簡略化、省略、誇張等がなされている。

【0012】

図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール１の構成を示す模式的平面配置図である。図２は、図１の太陽電池モジュール１のＡ－Ａ線断面図である。太陽電池モジュール１は、複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０と、複数のシリコン太陽電池ストリング２０と、表面保護材３０と、裏面保護材４０と、ペロブスカイト接続部材５０と、シリコン接続部材６０と、ペロブスカイト引出配線７０と、シリコン引出配線８０と、封止材９０と、を備える。なお、図１において、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０、ペロブスカイト接続部材５０およびペロブスカイト引出配線７０は実線で示され、シリコン太陽電池ストリング２０、シリコン接続部材６０およびシリコン引出配線８０は破線で示されている。

【0013】

ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０は、図３の図２とは垂直方向の断面図に詳しく示すように、シート状の基材１１と、基材に第１方向に並んで形成される複数のサブセル１２と、複数のサブセル１２の第１方向外側にそれぞれ形成されるサブモジュール電極１３とを有する。より詳しくは、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０は、例えばガラス、ＰＩ、ＰＥＴ、ＰＥＮ、ＰＣ、アクリル樹脂等の光透過性を有する板状乃至フィルム状の基材１１に積層される第１透明電極層１２１、光電変換層１２２および第２透明電極層１２３を有し、第１方向と交差する第２方向に延在し、各層を切断するよう形成される複数のスクライブ線（溝）１２４，１２５，１２６により、第１透明電極層１２１、光電変換層１２２および第２透明電極層１２３の積層体を区分することにより画定される複数のサブセル１２を有する。複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０は、第１方向に並んで配置される。サブセル１２は、それぞれ第２方向に延在する帯状に形成され得る。また、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０全体も、第２方向に長い帯状乃至長方形状に形成され得る。サブモジュール電極１３は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０から電力を出力するために、金属を主体とする低抵抗の材料から形成され得る。サブモジュール電極１３は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０の第１方向両端に、第２方向に並んでそれぞれ複数設けられる。サブモジュール電極１３は、複数のサブセル１２の第１方向外側領域に、好ましくは第２方向に等間隔に設けられる。

【0014】

シリコン太陽電池ストリング２０は、複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０の裏面側に第１方向に並んで配置される。シリコン太陽電池ストリング２０は、複数のシリコン太陽電池セル２１と、シリコン太陽電池セル２１間を接続するインターコネクタ２２と、をそれぞれ有する。シリコン太陽電池ストリング２０は、複数のシリコン太陽電池セル２１を第２方向と交差する第２方向に互いの端部を一定方向に重ねて並べた状態で接続してなる。シリコン太陽電池ストリング２０は、太陽電池モジュール１の第２方向の略全長に亘って延在するよう形成され得る。シリコン太陽電池セル２１が角部を面取りした方形状の半導体ウエハを２分割して形成される場合、面取り部を裏面側に配置するよう、シリコン太陽電池セル２１を重ね合わせることが好ましい。

【0015】

シリコン太陽電池セル２１は、例えば結晶シリコン基板に互いに極性が異なる第１半導体層および第２半導体層を積層して形成され得る。シリコン太陽電池セル２１は、両面に電極が配設された両面電極型の太陽電池セルであってもよいが、裏面側にのみ電極が配設された裏面電極型の太陽電池セルであることが好ましい。インターコネクタ２２は、隣接するシリコン太陽電池セル２１の電極間を接続する。インターコネクタ２２は、例えば編組線等の可撓性を有する部材により構成されることが好ましい。

【0016】

シリコン太陽電池ストリング２０の少なくとも一方の側縁は、平面視でサブモジュール電極１３と重複または近接して配置される。このため、シリコン太陽電池ストリング２０の第１方向の幅は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０の第１方向の幅の略１／２倍、略整数倍、好ましくは略１／２倍、略１倍または略２倍とされる。このような構成とすることによって、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０のサブモジュール電極１３の少なくとも一部がシリコン太陽電池ストリング２０の間またはシリコン太陽電池ストリング２０の両側縁部の相対的に光電変換効率が低い領域に重なるよう配置される。これにより、サブモジュール電極１３が光を遮断することによるシリコン太陽電池ストリング２０の光電変換効率の低下を抑制することができる。なお、「近接」とは、離間距離がサブモジュール電極１３の第１方向の幅の３倍以下であることを意味し、「略１／２」および「略整数倍」とは、１／２および整数倍との差がサブモジュール電極１３の第１方向の幅の３倍以下であることを意味する。

【0017】

シリコン太陽電池ストリング２０におけるシリコン太陽電池セル２１の第２方向の配設ピッチは、サブモジュール電極１３の第２方向の配設ピッチの整数倍であることが好ましい。これにより、各シリコン太陽電池セル２１と重なるサブモジュール電極１３の数が等しくなるため、シリコン太陽電池セル２１の起電流のバラツキを抑制できる。

【0018】

シリコン太陽電池セル２１は、表側に露出する第２方向一方側の端縁がサブモジュール電極１３と重複しないよう重ね合わされることが好ましい。これにより、サブモジュール電極１３に接続されるペロブスカイト接続部材５０がシリコン太陽電池セル２１の端縁に圧接されることに起因して短絡を生じたりシリコン太陽電池セル２１が欠けることを防止できる。

【0019】

表面保護材３０は、封止材９０を介してペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０の表面側を覆うことにより、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０およびシリコン太陽電池ストリング２０を保護する。表面保護材３０は、板状またはシート状の材料から形成することができ、透光性、耐傷性および対候性に優れることが好ましい。具体的には、表面保護材３０の材質としては、例えばアクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂、ガラスなどを挙げることができる。また、表面保護材３０の表面は、光の反射を抑制するために、凹凸状に加工されたり、反射防止コーティング層で被覆されてもよい。

【0020】

裏面保護材４０は、封止材９０を介して、シリコン太陽電池ストリング２０の裏面を覆うことによって、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０およびシリコン太陽電池ストリング２０を保護する。裏面保護材４０は、表面保護材３０と同様に、板状またはシート状の材料から形成することができ、遮水性に優れることが好ましい。具体的には、裏面保護材４０は、例えばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレン（ＰＥ）、オレフィン系樹脂、含フッ素樹脂、シリコーン樹脂等の板材若しくはフィルム、またはガラス板などによって形成することができ、これらの板材若しくはフィルムとアルミニウム箔等の金属箔との積層体を用いてもよい。

【0021】

裏面保護材４０は、少なくとも部分的に平面視でシリコン太陽電池ストリング２０の間に配置され、ペロブスカイト引出配線７０またはシリコン引出配線８０が貫通する引出開口４１を有する。ペロブスカイト引出配線７０またはシリコン引出配線８０がシリコン太陽電池ストリング２０の間で裏面保護材４０を貫通するよう構成することによって、ペロブスカイト引出配線７０またはシリコン引出配線８０との干渉によるシリコン太陽電池ストリング２０の破損を防止でき、太陽電池モジュール１の厚みを抑制できる。

【0022】

ペロブスカイト接続部材５０は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０間を電気的に接続する。ペロブスカイト接続部材５０は、例として、隣接するペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０のサブモジュール電極１３に跨って配置され、第２方向に延びる帯状の導体を含むことができる。また、ペロブスカイト接続部材５０の第１方向に延びる部分は、シリコン太陽電池ストリング２０に入射する光を遮断しないよう、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０の第２方向外側に配置されることが好ましい。

【0023】

シリコン接続部材６０は、シリコン太陽電池ストリング２０間を電気的に接続する。シリコン接続部材６０は、太陽電池モジュール１の外縁の光電変換に寄与しないマージン領域が大きくなることを防止するために、シリコン太陽電池ストリング２０の裏面側に配置されることが好ましい。また、シリコン接続部材６０は、サブモジュール電極１３と重なるよう配置されることが好ましい。これにより、シリコン接続部材６０がシリコン太陽電池セル２１の第２方向の中央部を押圧することがないため、シリコン太陽電池セル２１に大きな曲げ応力が作用してシリコン太陽電池セル２１に割れが生じることを防止できる。

【0024】

ペロブスカイト引出配線７０は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０に電気的に接続され、少なくとも部分的に平面視でシリコン太陽電池ストリング２０の間を第２方向に延在して引出開口４１から外部に延出することにより、複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０の接続体から電力を出力する。ペロブスカイト引出配線７０がシリコン太陽電池ストリング２０の間を延在することにより、ペロブスカイト引出配線７０のシリコン太陽電池ストリング２０との干渉を防止しつつ、太陽電池モジュール１の厚みを抑制できる。

【0025】

シリコン引出配線８０は、シリコン太陽電池ストリング２０に電気的に接続され、引出開口４１から外部延出することにより、複数のシリコン太陽電池ストリング２０の接続体から電力を出力する。

【0026】

封止材９０は、表面保護材３０と裏面保護材４０の間のペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０およびシリコン太陽電池ストリング２０の周囲の隙間に充填される。封止材９０は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０およびシリコン太陽電池ストリング２０を封止することにより水分等から保護するものであり、表面保護材３０と裏面保護材４０の間のペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０およびシリコン太陽電池ストリング２０の周囲の隙間に充填される。封止材９０としては、例えば、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／α－オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、または、シリコーン樹脂等の透光性を有する樹脂が好適に用いられる。封止材９０は、製造段階ではペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０およびシリコン太陽電池ストリング２０の隙間に浸入する熱可塑性を有し、最終製品において熱可塑性を喪失するにより太陽電池モジュール１の温度が上昇しても形状を保持できる材料から形成されることが好ましい。つまり、封止材９０は、熱可塑性樹脂を主体とし、この熱可塑性樹脂の軟化点よりも高い温度で活性化し、熱可塑性樹脂を架橋して硬化させる架橋剤を含有する樹脂組成物によって形成されることが好ましい。

【0027】

太陽電池モジュール１は、シリコン太陽電池ストリング２０とペロブスカイト太陽電池サブモジュール１０との第１方向の幅を略整数比としたことにより、各シリコン太陽電池セル２１のサブモジュール電極１３の陰になる面積を均等にすることができるため、シリコン太陽電池セル２１の起電流のバラツキが小さく、光電変換効率および信頼性が高い。

【0028】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更および変形が可能である。

【符号の説明】

【0029】

１ 太陽電池モジュール
１０ ペロブスカイト太陽電池サブモジュール
１１ 基材
１２ サブセル
１３ サブモジュール電極
２０ シリコン太陽電池ストリング
２１ シリコン太陽電池セル
２２ インターコネクタ
３０ 表面保護材
４０ 裏面保護材
４１ 引出開口
５０ ペロブスカイト接続部材
６０ シリコン接続部材
７０ ペロブスカイト引出配線
８０ シリコン引出配線
９０ 封止材

【図1】

【図2】

【図3】