特開 2024-136865 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】P2024136865

(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 2023048157

(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

5F251BA11

5F251EA03

5F251EA09

5F251EA10

5F251EA11

5F251EA19

5F251GA03

5F251JA02

5F251JA03

5F251JA04

5F251JA05

5F251JA27

5F251JA30

(57)【要約】

【課題】大きさの自由度及び光電変換効率が高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１は、板状の表面保護部材１０と、前記表面保護部材１０の裏側に配置されるペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０と、前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の裏側に、一方側に残余領域Ｒを残すよう片寄せされた行列状に配置される複数の結晶シリコン太陽電池セル４０と、前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の裏側に、前記残余領域Ｒを埋めるよう配置され、少なくとも表側が前記結晶シリコン太陽電池セルと略同色である端子ボックス６０と、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

板状の表面保護部材と、
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サブモジュールと、
前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュールの裏側に、一方側に残余領域を残すよう片寄せされた行列状に配置される複数の結晶シリコン太陽電池セルと、
前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュールの裏側に、前記残余領域を埋めるよう配置され、少なくとも表側が前記結晶シリコン太陽電池セルと略同色である端子ボックスと、
を備える、太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記複数の結晶シリコン太陽電池セルは、当該結晶シリコン太陽電池セルの長手方向に片寄せされる、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記複数の結晶シリコン太陽電池セルは、それぞれ短手方向に一列に並べて接続される複数の太陽電池ストリングを構成する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項4】

前記残余領域の幅は、単一の前記結晶シリコン太陽電池セルの幅よりも小さい、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が知られている。代表例として、表側の太陽電池サブモジュールとしてペロブスカイト太陽電池サブモジュールを、裏側の太陽電池サブモジュールとして結晶シリコン太陽電池ストリングを用いた太陽電池モジュールが考えられる。

【0003】

また、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では、裏側に端子箱を設け、それぞれの太陽電池サブモジュールから電力を取り出す配線を端子箱の内部で結線する構成とされ得る（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１９－１２６２０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

用途に応じて太陽電池モジュールの大きさが決定され得る。ペロブスカイト太陽電池サブモジュールは任意の大きさの基材を用いて形成できるため、ペロブスカイト太陽電池サブモジュールの大きさは比較的自由に設定できる。一方、結晶シリコン太陽電池ストリングは原材料となる結晶シリコンウエハの大きさに依存する一定の大きさの結晶シリコン太陽電池セルを並べて作成されるため、結晶シリコン太陽電池ストリングの大きさは段階的にしか設定できない。ペロブスカイト太陽電池サブモジュールの裏側に配置される結晶シリコン太陽電池セルは、ペロブスカイト太陽電池サブモジュールを透過した光の一部を反射してペロブスカイト太陽電池サブモジュールに再入射させ得る。このため、ペロブスカイト太陽電池サブモジュールの光電変換効率は、裏側に結晶シリコン太陽電池セルが存在する領域と存在しない領域とで異なり得る。ペロブスカイト太陽電池サブモジュールの光電変換効率のバラツキは、内部損失や発熱（ホットスポット）等の問題を生じ得る。

【0006】

かかる実情に鑑みて、本発明は大きさの自由度及び光電変換効率が高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】

【0007】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは、板状の表面保護部材と、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サブモジュールと、前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュールの裏側に、一方側に残余領域を残すよう片寄せされた行列状に配置される複数の結晶シリコン太陽電池セルと、前記ペロブスカイト太陽電池サブモジュールの裏側に、前記残余領域を埋めるよう配置され、少なくとも表側が前記結晶シリコン太陽電池セルと略同色である端子ボックスと、を備える。

【0008】

上述の太陽電池モジュールにおいて、前記複数の結晶シリコン太陽電池セルは、当該結晶シリコン太陽電池セルの長手方向に片寄せされてもよい。

【0009】

上述の太陽電池モジュールにおいて、前記複数の結晶シリコン太陽電池セルは、それぞれ短手方向に一列に並べて接続される複数の太陽電池ストリングを構成してもよい。

【0010】

上述の太陽電池モジュールにおいて、前記残余領域の幅は、単一の前記結晶シリコン太陽電池セルの幅よりも小さい。

【発明の効果】

【0011】

本発明に係る太陽電池モジュールは、大きさの自由度及び光電変換効率が高い。

【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裏面図である。

【図2】図１の太陽電池モジュールのＸ－Ｘ線断面図である。

【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の構成を示す模式裏面図である。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。太陽電池モジュール１は、表面保護部材１０と、複数のペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０と、絶縁部材３０と、複数の結晶シリコン太陽電池セル４０と、裏面保護部材５０と、端子ボックス６０と、表側封止材７０と、裏側封止材８０と、を備える。

【0015】

表面保護部材１０は、太陽電池モジュール１の全体形状を主として定める板状の構造部材である。表面保護部材１０は、表側封止材７０を介してペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の表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２０及び結晶シリコン太陽電池セル４０を保護する。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サブモジュール２０は、表面保護部材１０の裏側に配置される。本実施形態において、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０は、第１方向（図１における左右方向）に太陽電池モジュール１の略全長に亘って延在し、第１方向と交差する第２方向（図１における上下方向）に複数並んで配置されることにより、太陽電池モジュール１の略全面を占める。なお、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の間及び外側には、絶縁等のために最小限のマージン（ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の不存在領域）が設けられる。なお、太陽電池モジュール１の「略全長」とは、太陽電池モジュール１の長さの９５％以上であることを意味し、太陽電池モジュール１の「略全面」とは太陽電池モジュール１の面積の９５％以上であることを意味するものとする。

【0017】

ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０は、透明な基材と、基材上に第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と、複数の太陽電池サブセル部のさらに第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と、を有する構成とされ得る。隣接するペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の接続部は、第２方向に延びる帯状の第１配線材２１によって接続される。ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の接続部の外側の一対の接続部には、端子ボックス６０まで第１引出線２２がそれぞれ接続される。

【0018】

基材は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０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若しくはガラスから形成され得る。太陽電池サブセル部は、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は、第１電極層、光電変換層及び第２電極層を基材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。接続部は、複数の太陽電池サブセル部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の第１電極層又は第２電極層と接続される。

【0019】

ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０は、基材の上に第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。

【0020】

絶縁部材３０は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の裏側を覆う。絶縁部材３０は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０と結晶シリコン太陽電池セル４０の間に介在することにより、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０と結晶シリコン太陽電池セル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透明な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、含フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ガラス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。

【0021】

複数の結晶シリコン太陽電池セル４０は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０及び絶縁部材３０の裏側に、一方側に残余領域Ｒ（図１において一点鎖線で囲んだ領域）を残すよう片寄せされた行列状に配置される。これにより、残余領域Ｒに端子ボックス６０を配置できるため、太陽電池モジュール１の端子ボックス６０による厚みの増大を抑制できる。本実施形態において、残余領域Ｒは、第１方向一方側の長方形状の領域である。結晶シリコン太陽電池セル４０は、長方形状に形成され、その長手方向を第１方向に、短手方向を第２方向に配向して配置される。つまり、本実施形態複数の結晶シリコン太陽電池セル４０は、長手方向に片寄せされ、第２方向には太陽電池モジュール１の略全体に均等に配置されている。また、複数の結晶シリコン太陽電池セル４０は、整数列の結晶シリコン太陽電池セル４０が１つのペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０に重なるよう配置されること、つまり、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の第２方向の配設ピッチが結晶シリコン太陽電池セル４０の第２方向に配設ピッチの整数倍であることが好ましい。これにより、第１配線材２１ができるだけ結晶シリコン太陽電池セル４０に入射し得る光を遮断しないようにできる。

【0022】

複数の結晶シリコン太陽電池セル４０は、それぞれ当該結晶シリコン太陽電池セル４０の短手方向に一列に並べて第２配線材４１によって接続された複数の太陽電池ストリングＳを構成する。このように、予め複数の結晶シリコン太陽電池セル４０を接続した太陽電池ストリングＳを用いることにより、複数の結晶シリコン太陽電池セル４０の正確に行列状に配置できる。また、太陽電池ストリングＳの末端には、端子ボックス６０まで第２引出線４２が接続され得る。

【0023】

結晶シリコン太陽電池セル４０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４０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。

【0024】

複数の結晶シリコン太陽電池セル４０により画定される残余領域Ｒの幅は、単一の結晶シリコン太陽電池セル４０の幅よりも小さいことが好ましい。つまり、太陽電池モジュール１における結晶シリコン太陽電池セル４０の数は、太陽電池モジュール１に配置可能な最大数とすることが好ましい。これにより、太陽電池モジュール１の面積当たりの出力を極大化できる。

【0025】

裏面保護部材５０は、複数の結晶シリコン太陽電池セル４０の裏側に配置される。裏面保護部材５０は、表側封止材７０を介して、結晶シリコン太陽電池セル４０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２０及び結晶シリコン太陽電池セル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、含フッ素樹脂、シリコーン樹脂、ガラス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。また、裏面保護部材５０は、残余領域Ｒに端子ボックス６０を受け容れる開口が形成されてもよい。これにより、第２引出線４２を裏面保護部材５０の裏面側に引き出すことなく、端子ボックス６０に引き込むことができる。

【0026】

端子ボックス６０は、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０及び絶縁部材３０の裏側に、残余領域Ｒを埋めるよう配置される。具体的には、平面視での端子ボックス６０の面積は、残余領域Ｒの９０％以上であることが好ましく、９５％以上であることがより好ましい。また、端子ボックス６０の表側の色は、結晶シリコン太陽電池セル４０と略同色（ＣＩＥ１９７６に規定される色差ΔＥが３０以下）、典型的には黒色とされる。これにより、太陽電池モジュール１を表側から見たときに端子ボックス６０が目立たない。また、端子ボックス６０が結晶シリコン太陽電池セル４０と同程度にペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０を透過した光を反射してペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０に再入射させることによって、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の起電力を均等にし、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０における内部損失やホットスポットの発生を抑制できる。端子ボックス６０の光の反射スペクトルを結晶シリコン太陽電池セル４０に近付けるために、端子ボックス６０の表面に波長選択型光反射層等を形成してもよい。

【0027】

表側封止材７０は、表面保護部材１０と絶縁部材３０の間に充填され、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０を封止することにより水分等から保護する。表側封止材７０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。表側封止材７０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、表側封止材７０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】

裏側封止材８０は、絶縁部材３０と裏面保護部材５０の間に充填され、結晶シリコン太陽電池セル４０を封止することにより水分等から保護する。裏側封止材８０は、表側封止材７０は、と同様の材料から形成され得る。

【0029】

太陽電池モジュール１は、結晶シリコン太陽電池セル４０を片寄せして配置することで形成される残余領域Ｒを端子ボックス６０で埋める構成とされている。結晶シリコン太陽電池セル４０の大きさを変更することは容易ではないが、板金加工により形成される端子ボックス６０は比較的容易に設計変更できる。このため、太陽電池モジュール１は、大きさの自由度が高い。また、太陽電池モジュール１は、結晶シリコン太陽電池セル４０及び端子ボックス６０により光を反射してペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０に再入射させることによって、ペロブスカイト太陽電池サブモジュール２０の起電力を均等に向上し、内部損失やホットスポットの発生を抑制できるため、光電変換効率が高い。また、残余領域Ｒを端子ボックス６０で埋めた太陽電池モジュール１は、厚みの増加を抑制できると共に、結晶シリコン太陽電池セル４０の隙間を小さくして美観を向上できる。

【0030】

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におい、結晶シリコン太陽電池セル２方向に片寄せされてＬ字状の残余領域を画定してもよく、この場合、２つの長方形状の端子ボックスをＬ字状になるよう配置してもよい。また、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く、表面保護部材及び裏面保護部材よりも小さい絶縁部材を備えるものであってもよい。

【符号の説明】

【0031】

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サブモジュール
２１ 第１配線材
２２ 第１引出線
３０ 絶縁部材
４０ 結晶シリコン太陽電池セル
４１ 第２配線材
４２ 第２引出線
５０ 裏面保護部材
６０ 端子ボックス
７０ 表側封止材
８０ 裏側封止材
Ｒ 残余領域
Ｓ 太陽電池ストリング

【図1】

【図2】