特開 2024-136864 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】P2024136864

(43)【公開日】2024-10-04

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/048 20140101AFI20240927BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 560

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023048156

(22)【出願日】2023-03-24

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２０年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「太陽光発電主力電源化推進技術開発／太陽光発電の新市場創造技術開発」共同研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(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】小島 広平

(72)【発明者】

【氏名】中村 淳一

(72)【発明者】

【氏名】寺下 徹

【テーマコード（参考）】

5F251

【Ｆターム（参考）】

5F251AA01

5F251AA20

5F251BA18

5F251EA03

5F251EA09

5F251EA10

5F251EA11

5F251EA17

5F251EA19

5F251GA03

5F251JA02

5F251JA03

5F251JA04

5F251JA05

5F251JA30

(57)【要約】

【課題】温度変化による光電変換効率の変化が小さい積層型の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方向の曲率が第１方向と交差する第２方向の曲率よりも大きい曲面形状を有する板状の表面保護部材と、第２方向に並んで配置される複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュール、及び第２方向に隣接する２つのペロブスカイト太陽電池サブモジュールの端部に跨って配置され、第１方向に延びる帯状の第１配線材を有するペロブスカイト太陽電池接続体と、第１方向に１列に並べた複数の結晶シリコン太陽電池セル、及び隣接する２つの結晶シリコン太陽電池セルの略全長に亘って延びる複数の第２配線材をそれぞれ有する複数のシリコン太陽電池ストリングと、複数のシリコン太陽電池ストリングの裏側を覆う裏面保護部材と、表面保護部材と裏面保護部材の間に充填される封止材と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１方向の曲率が前記第１方向と交差する第２方向の曲率よりも大きい曲面形状を有する板状の表面保護部材と、
前記第２方向に並んで配置される複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュール、及び前記第２方向に隣接する２つの前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュールの端部に跨って配置され、前記第１方向の略全長に亘って延びる帯状の１以上の第１配線材を有し、前記表面保護部材の裏側に配置されるペロブスカイト太陽電池接続体と、
前記第１方向に１列に並べた複数の結晶シリコン太陽電池セル、及び前記第１方向に隣接する２つの前記結晶シリコン太陽電池セルの略全長に亘って延びる複数の第２配線材、をそれぞれ有し、前記ペロブスカイト太陽電池接続体の裏側に前記第２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、
前記複数のシリコン太陽電池ストリングの裏側を覆う裏面保護部材と、
前記表面保護部材と前記裏面保護部材の間に充填される封止材と、
を備え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接続体と前記シリコン太陽電池ストリングの間に配置される絶縁部材をさらに備え、
前記封止材は、前記ペロブスカイト太陽電池接続体と前記絶縁部材の間及び前記シリコン太陽電池ストリングと前記絶縁部材の間にそれぞれ充填される、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュールと前記シリコン太陽電池ストリングは、前記第１方向の長さが等しい、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。

【請求項4】

前記第１配線材は、前記シリコン太陽電池ストリングの隙間を覆う、請求項１又は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】

太陽電池モジュールの利用が広がっており、設置場所の形状に合わせた曲面状の表面形状を有する太陽電池モジュールが望まれている。曲面状の太陽電池モジュールは、温度変化等によってその曲率が僅かに変化し得る。太陽電池モジュールの曲率が変化すると、太陽電池セルに応力が作用して割れが生じるおそれがある。太陽電池セルに作用する応力を緩和するために、太陽電池セルを波型に形成し、モジュールの曲面形状に合わせて曲がりやすくする技術も提案されている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

また、太陽電池モジュールの光電変換効率を向上するために、吸収する波長が異なる複数種類の太陽電池サブモジュールを積層した積層型の太陽電池モジュールも提案されている（例えば特許文献２参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】国際公開ＷＯ２０１４／１０９２８２号

【特許文献2】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】

【0005】

曲面状に成形された太陽電池サブモジュールの曲率が温度変化により減少すると、太陽電池モジュールの平面視における長さは増大する。複数の太陽電池サブモジュールを積層してなる太陽電池モジュールの曲率が減少する場合、曲率中心側の太陽電池サブモジュールの方が平面視における長さの増大量が大きくなる。つまり、曲面状に成形された積層型の太陽電池モジュールでは、温度変化により表裏の太陽電池セルの位置関係が変化し得る。表裏の太陽電池セルの位置関係が変化すると、裏側の太陽電池セルへの光の入射量が変化し得る。このため、曲面状に成形された積層型の太陽電池モジュールでは、温度変化により太陽電池セル毎の起電力が不均等になることで、損失を生じて光電変換効率が比較的大きく低下するおそれがある。

【0006】

かかる実情に鑑みて、本発明は、温度変化による光電変換効率の変化が小さい積層型の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】

【0007】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは、第１方向の曲率が前記第１方向と交差する第２方向の曲率よりも大きい曲面形状を有する板状の表面保護部材と、前記第２方向に並んで配置される複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュール、及び前記第２方向に隣接する２つの前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュールの端部に跨って配置され、前記第１方向の略全長に亘って延びる帯状の１以上の第１配線材を有し、前記表面保護部材の裏側に配置されるペロブスカイト太陽電池接続体と、前記第１方向に１列に並べた複数の結晶シリコン太陽電池セル、及び前記第１方向に隣接する２つの前記結晶シリコン太陽電池セルの略全長に亘って延びる複数の第２配線材、をそれぞれ有し、前記ペロブスカイト太陽電池接続体の裏側に前記第２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、前記複数のシリコン太陽電池ストリングの裏側を覆う裏面保護部材と、前記表面保護部材と前記裏面保護部材の間に充填される封止材と、を備える。

【0008】

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接続体と前記シリコン太陽電池ストリングの間に配置される絶縁部材をさらに備え、前記封止材は、前記ペロブスカイト太陽電池接続体と前記絶縁部材の間及び前記シリコン太陽電池ストリングと前記絶縁部材の間にそれぞれ充填されてもよい。

【0009】

上述の太陽電池モジュールにおいて、前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュールと前記シリコン太陽電池ストリングは、前記第１方向の長さが等しくてもよい。

【0010】

上述の太陽電池モジュールにおいて、前記第１配線材は、前記シリコン太陽電池ストリングの隙間を覆ってもよい。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る太陽電池モジュール は、温度変化による光電変換効率の変化が小さい。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【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を示す模式平面図である。

【図2】図１の太陽電池モジュールのＸ－Ｘ線断面図である。

【図3】図１の太陽電池モジュールのＹ－Ｙ線断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

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する。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。

【0014】

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の構成を示す模式平面図である。図２は、図１の太陽電池モジュール１のＸ－Ｘ線断面図である。図３は、図１の太陽電池モジュール１のＹ－Ｙ線断面図である。太陽電池モジュール１は、表面保護部材１０と、ペロブスカイト太陽電池接続体２０と、絶縁部材３０と、複数のシリコン太陽電池ストリング４０と、裏面保護部材５０と、封止材６０と、を備える。

【0015】

表面保護部材１０は、曲面形状を有する板状体である。表面保護部材１０は、封止材６０を介してペロブスカイト太陽電池接続体２０の表面側を覆うことにより、ペロブスカイト太陽電池接続体２０及びシリコン太陽電池ストリング４０を保護する。また、表面保護部材１０は、太陽電池モジュール１の全体の曲面形状を定める構造部材である。つまり、太陽電池モジュール１の他の構成要素は、表面保護部材１０の曲面形状に追従して配置される。表面保護部材１０は、第１方向（図１における上下方向）の曲率が第１方向と交差する第２方向（図１における左右方向）の曲率よりも大きい。なお、図示する例では、表面保護部材１０の第２方向の曲率はゼロであるが、表面保護部材１０は第２方向にも湾曲してもよい。表面保護部材１０は、透光性、耐傷性及び対候性に優れることが好ましい。表面保護部材１０の材質としては、例えばアクリル樹脂、ポリカーボネート等の透明樹脂、ガラスなどを挙げることができる。また、表面保護部材１０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。

【0016】

ペロブスカイト太陽電池接続体２０は、表面保護部材１０の裏側に配置される。ペロブスカイト太陽電池接続体２０は、第２方向に並んで配置される複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュール２１、及び第２方向に隣接する２つのペロブスカイト太陽電池サブモジュール２１の端部に跨って配置され、第１方向の略全長に亘って延びる帯状の１以上の第１配線材２２を有する。ペロブスカイト太陽電池接続体２０には、太陽電池モジュール１の外部に電力を出力するための一対の第１引出線２３が接続される。

【0017】

ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２１は、透明な基材２１１と、基材２１１上に第２方向に並んで形成され、第１方向に延びる複数の帯状の太陽電池サブセル部２１２と、太陽電池サブセル部２１２のさらに第２方向外側に第２方向に延びる帯状に形成される一対の接続部２１３と、を有する構成とされ得る。

【0018】

基材２１１は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２１の強度を担保する板状又はシート状の構造部材である。基材２１１は、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂から形成され得る。基材２１１は、表面保護部材１０に倣って曲げられるような可撓性を有する。

【0019】

太陽電池サブセル部２１２は、それぞれ独立して光電変換を行い得るよう、且つ電気的に直列に接続された状態に形成され得る。太陽電池サブセル部２１２は、第１電極層、光電変換層及び第２電極層を基材２１１側からこの順番に有する構成とされ得る。また、太陽電池サブセル部２１２は、電荷輸送層等のさらなる層を有する構成とされてもよい。太陽電池サブセル部２１２は、第１電極層を切断する第１分離溝と、第１分離溝の近傍で光電変換層を切断する第２分離溝と、第２分離溝の近傍で第２電極層を切断する第３分離溝と、によって、それぞれ独立して電力を取り出せるよう分離され、且つ電気的に直列に接続された状態に形成され得る。

【0020】

接続部２１３は、複数の太陽電池サブセル部２１２の接続体から電力を出力するための外部電極をそれぞれ有する。外部電極は、隣接する太陽電池サブセル部２１２の第１電極層又は第２電極層と接続される。外部電極には、第１配線材２２が接続される。

【0021】

ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２１は、基材２１１の上に第１電極層を形成する工程と、第１電極層を切断する第１分離溝を形成する工程と、第１電極層の上に光電変換層を形成する工程と、第１分離溝の近傍で光電変換層を切断する第２分離溝を形成する工程と、光電変換層の上に第２電極層を形成する工程と、第２分離溝の近傍で第２電極層を切断する第３分離溝を形成する工程と、を備える製造方法によって製造され得る。

【0022】

第１配線材２２は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２１間を機械的及び電気的に接続する。また、第１配線材２２は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２１の第１方向の熱による変形を抑制する。このため、第１配線材２２としては、例えば金属箔、金属板等の比較的ヤング率が大きく、線膨張係数が小さい導電性材料から形成され得る。より具体的な第１配線材２２の材質としては、例えばステンレス鋼、炭素鋼、ばね鋼等が挙げられる。また、複数のシリコン太陽電池ストリング４０への光の入射量の差を低減するために、第１配線材２２は、平面視でシリコン太陽電池ストリング４０の隙間を覆うよう配置されることが好ましい。このため、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２１の第２方向の長さとシリコン太陽電池ストリング４０の第２方向の長さとは等しいことが好ましい。なお、長さが「等しい」とはその差が平均値の５％以下であることを意味する。

【0023】

絶縁部材３０は、ペロブスカイト太陽電池接続体２０の裏側を覆う。絶縁部材３０は、ペロブスカイト太陽電池接続体２０とシリコン太陽電池ストリング４０の間に介在することにより、ペロブスカイト太陽電池接続体２０とシリコン太陽電池ストリング４０の接触による破損及び短絡を防止する。絶縁部材３０は、板状又はシート状の材料から形成することができる。具体的には、絶縁部材３０は、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、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によって形成することができる。

【0024】

シリコン太陽電池ストリング４０は、それぞれ第１方向に延在し、絶縁部材３０の裏側に第２方向に並んで配置される。シリコン太陽電池ストリング４０は、第１方向に１列に並べて配置される複数の結晶シリコン太陽電池セル４１と、第１方向に隣接する２つの結晶シリコン太陽電池セル４１の略全長に亘って延びる複数の第２配線材４２と、をそれぞれ有する。本実施形態において、シリコン太陽電池ストリング４０は、太陽電池モジュール１の外部に電力を出力するための一対の第２引出線４３によって接続されている。シリコン太陽電池ストリング４０の第１方向の曲げ強度を向上するために、単一の結晶シリコン太陽電池セル４１に対して、第１方向一方側に延出する複数の第２配線材４２と、第１方向他方側に延出する複数の第２配線材４２とが交互に接続されることが好ましい。

【0025】

結晶シリコン太陽電池セル４１は、例えば結晶シリコン基板に互いに極性が異なる第１半導体層及び第２半導体層を積層し、半導体層上に集電のための電極を配置した構成とされ得る。結晶シリコン太陽電池セル４１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。第２配線材４２は、隣接する結晶シリコン太陽電池セル４１の電極間を接続する。第２配線材４２は、比較的ヤング率が大きく、線膨張係数が小さい線状又は細い帯状の導電性材料から形成されることが好ましい。具体例として、第２配線材４２は、例えばステンレス鋼線、ばね鋼線、ピアノ線等の金属線から形成され得る。

【0026】

裏面保護部材５０は、複数のシリコン太陽電池ストリングの裏側に配置される。裏面保護部材５０は、封止材６０を介して、シリコン太陽電池ストリング４０の裏面を覆うことによって、ペロブスカイト太陽電池接続体２０及びシリコン太陽電池ストリング４０を保護する。裏面保護部材５０は、板状又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、裏面保護部材５０は、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、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。

【0027】

封止材６０は、表面保護部材１０と裏面保護部材５０の間に充填され、ペロブスカイト太陽電池接続体２０及びシリコン太陽電池ストリング４０を封止することにより水分等から保護する。ペロブスカイト太陽電池接続体２０及びシリコン太陽電池ストリング４０の確実な封止のために、封止材６０は、表面保護部材１０とペロブスカイト太陽電池接続体２０と間、ペロブスカイト太陽電池接続体２０と絶縁部材３０の間、絶縁部材３０とびシリコン太陽電池ストリング４０の間、及びシリコン太陽電池ストリング４０と裏面保護部材５０の間にそれぞれ充填されることが好ましい。封止材６０としては、例えば、エチレン／酢酸ビニル共重合体、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、ポリビニルブチラート、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、又は、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６０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２１及び結晶シリコン太陽電池セル４１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６０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。

【0028】

太陽電池モジュール１は、相対的に曲率が大きい第１方向に第１配線材２２及び第２配線材４２が延在することにより、第１方向の曲率の変化を抑制する。これにより、表側のペロブスカイト太陽電池サブモジュール２１と裏側のシリコン太陽電池ストリング４０との端部の位置ずれを制限できるので、シリコン太陽電池ストリング４０の第１方向の端部への光の入射量の変化を抑制できる。このため、太陽電池モジュール１は、温度変化による光電変換効率の変化が小さい。特に、太陽電池モジュール１が上述のように信頼性を向上する絶縁部材を備える場合、厚みが増大して温度変化による曲率変化が生じやすくなるため、第１配線材２２及び第２配線材４２により曲率の変化を抑制する効果がより顕著となる。

【0029】

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、種々の変更及び変形が可能である。例えば本発明に係る太陽電池モジュールは、絶縁部材を備えていなくてもよい。

【符号の説明】

【0030】

１ 太陽電池モジュール
１０ 表面保護部材
２０ ペロブスカイト太陽電池接続体
２１ ペロブスカイト太陽電池サブモジュール
２２ 第１配線材
２３ 第１引出線
２１１ 透明な基材
２１２ 太陽電池サブセル部
２１３ 接続部
３０ 絶縁部材
４０ シリコン太陽電池ストリング
４１ 結晶シリコン太陽電池セル
４２ 第２配線材
４３ 第２引出線
５０ 裏面保護部材
６０ 封止材

【図1】

【図2】

【図3】