特開 2024-141226 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】P2024141226

(43)【公開日】2024-10-10

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H10K 39/10 20230101AFI20241003BHJP

   H10K 30/40 20230101ALI20241003BHJP

【ＦＩ】

H10K39/10

H10K30/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023052750

(22)【出願日】2023-03-29

(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）】

5F251AA05

5F251AA11

5F251EA02

5F251EA20

5F251FA02

5F251FA04

5F251FA06

5F251FA30

5F251GA03

5F251JA02

5F251JA03

5F251JA04

5F251JA05

5F251XA01

5F251XA32

(57)【要約】

【課題】様々なサイズの設計を簡易化し、かつ、出力低下を抑制する太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】太陽電池モジュール１００は、Ｍ行Ｎ列の２次元状に配置されたＭ×Ｎ個の太陽電池サブモジュール１を備える太陽電池モジュールであって（Ｍは２以上の整数、Ｎは１以上の整数）、Ｍ×Ｎ個の太陽電池サブモジュール１の各々は、１つの基材上において、Ｘ方向に分割され、Ｘ方向と交差するＹ方向に延在し、直列に接続されて集積化された複数の薄膜系太陽電池セルと、Ｘ方向側の端部に配置され、Ｙ方向に延在する取り出し電極２４ａ，２５ａとを含む。太陽電池モジュール１００は、Ｘ方向に延在し、太陽電池サブモジュール１のＹ方向側の端部の受光面側を覆う第１遮光部材７を更に備える。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｍ行Ｎ列の２次元状に配置されたＭ×Ｎ個の太陽電池サブモジュールを備える太陽電池モジュールであって、Ｍは２以上の整数であり、Ｎは１以上の整数であり、
前記Ｍ×Ｎ個の太陽電池サブモジュールの各々は、
１つの基材上において、第１方向に分割され、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、直列に接続されて集積化された複数の薄膜系太陽電池セルと、
前記第１方向側の端部に配置され、前記第２方向に延在する取り出し電極と、を含み、
前記太陽電池モジュールは、前記第１方向に延在し、前記太陽電池サブモジュールの前記第２方向側の端部の受光面側を覆う第１遮光部材を更に備える、
太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記第１方向に延在し、前記太陽電池サブモジュールの前記第２方向側の端部の裏面側を覆う第２遮光部材を更に備える、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記第１遮光部材は、ＵＶ防止コーティングまたはＵＶ吸収剤である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項4】

前記第２遮光部材は、ＵＶ防止コーティングまたはＵＶ吸収剤である、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】

特許文献１および２には、ペロブスカイト系（薄膜系）の太陽電池サブモジュールを備える太陽電池モジュールが開示されている。太陽電池サブモジュールは、１つの基材上において、第１方向（集積方向）に分割され、第１方向と交差する第２方向に延在し、直列に接続されて集積化された複数のペロブスカイト系（薄膜系）の太陽電池セルを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１８－１５７１７５号公報

【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】

【0004】

太陽電池モジュールは建物の壁、車両のルーフ等の様々な場所に設置されており、これらの設置場所によって、様々なサイズの太陽電池モジュールが要求される。このように太陽電池モジュールのサイズごとに、様々なサイズの薄膜系太陽電池サブモジュールを設計すると、薄膜系太陽電池サブモジュールの設計が煩雑である。

【0005】

この課題に関しては、薄膜系太陽電池サブモジュールを比較的に小さい定型サイズで作製し、この定型サイズの薄膜系太陽電池サブモジュールを、太陽電池モジュールのサイズごとに２次元状に配置することを行っていた。この方法によれば、太陽電池モジュールのサイズごとに、様々なサイズの薄膜系太陽電池サブモジュールを設計する必要がない。

【0006】

しかし、本願発明者（ら）のこの考案によれば、太陽電池モジュールの出力が低下することが予想される。薄膜系太陽電池サブモジュール、特にペロブスカイト系太陽電池サブモジュールの端部は光劣化（特にＵＶ光劣化）する。小さい定型サイズの薄膜系太陽電池サブモジュールを２次元状に配置する場合、薄膜系太陽電池サブモジュールを１枚で作製する場合と比較して、配置領域全体に対する薄膜系太陽電池サブモジュールの端部領域の割合が増大するため、光劣化が増大し、出力が低下すると考えられる。

【0007】

本発明は、様々なサイズの設計を簡易化し、かつ、出力低下を抑制する太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明に係る太陽電池モジュールは、Ｍ行Ｎ列の２次元状に配置されたＭ×Ｎ個の太陽電池サブモジュールを備える太陽電池モジュールであって（Ｍは２以上の整数、Ｎは１以上の整数）、前記Ｍ×Ｎ個の太陽電池サブモジュールの各々は、１つの基材上において、第１方向（集積方向）に分割され、前記第１方向と交差する第２方向に延在し、直列に接続されて集積化された複数の薄膜系太陽電池セルと、前記第１方向側の端部に配置され、前記第２方向に延在する取り出し電極とを含む。前記太陽電池モジュールは、前記第１方向に延在し、前記太陽電池サブモジュールの前記第２方向側の端部の受光面側を覆う第１遮光部材を更に備える。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、太陽電池モジュールにおいて、様々なサイズの設計を簡易化することができ、かつ、出力低下を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態に係る太陽電池モジュールの概略断面図である。

【図2】図１に示す太陽電池モジュールにおける太陽電池サブモジュールの概略断面図である。

【図3】図１に示す太陽電池モジュールにおける太陽電池サブモジュールの配置を受光面側から示す概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、添付の図面を参照して本発明の実施形態の一例について説明する。なお、各図面において同一または相当の部分に対しては同一の符号を附すこととする。また、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。

【0012】

（太陽電池モジュール）
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの概略断面図である。図１に示す太陽電池モジュール１００は、２次元状に配列された複数の薄膜系太陽電池サブモジュール１を含む。この太陽電池サブモジュール１の詳細は後述する。

【0013】

太陽電池サブモジュール１は、受光側保護部材３と裏側保護部材４とによって挟み込まれている。受光側保護部材３と裏側保護部材４との間には、液体状または固体状の封止材５が充填されており、これにより、太陽電池サブモジュール１は封止される。

【0014】

封止材５は、太陽電池サブモジュール１を封止して保護するもので、太陽電池サブモジュール１の受光側の面と受光側保護部材３との間、および、太陽電池サブモジュール１の裏側の面と裏側保護部材４との間に介在する。封止材５の形状としては、特に限定されるものではなく、例えばシート状が挙げられる。シート状であれば、面状の太陽電池サブモジュール１の表面および裏面を被覆しやすいためである。

【0015】

封止材５の材料としては、特に限定されるものではないが、光を透過する特性（透光性）を有すると好ましい。また、封止材５の材料は、太陽電池サブモジュール１と受光側保護部材３とを接着させる接着性、および、太陽電池サブモジュール１と裏側保護部材４とを接着させる接着性を有すると好ましい。このような材料としては、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樹脂が挙げられる。

【0016】

受光側保護部材３は、封止材５を介して、太陽電池サブモジュール１の表面（受光面）を覆って、その太陽電池サブモジュール１を保護する。受光側保護部材３の形状としては、特に限定されるものではないが、面状の受光面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。

【0017】

受光側保護部材３の材料としては、特に限定されるものではないが、封止材５同様に、透光性を有しつつも紫外光に耐性の有る材料が好ましく、例えば、ガラス、または、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が挙げられる。また、受光側保護部材３の表面は、凹凸状に加工されていても構わないし、反射防止コーティング層で被覆されていても構わない。これらのようになっていると、受光側保護部材３は、受けた光を反射させ難くして、より多くの光を太陽電池サブモジュール１に導けるためである。また、受光側保護部材３の材料が樹脂である場合、受光側保護部材３の裏面または表面には、水蒸気の通過を防止するバリアフィルムが設けられていてもよい。これにより、太陽電池サブモジュール１を、水蒸気から保護することができる。

【0018】

裏側保護部材４は、封止材５を介して、太陽電池サブモジュール１の裏面を覆って、その太陽電池サブモジュール１を保護する。裏側保護部材４の形状としては、特に限定されるものではないが、受光側保護部材３同様に、面状の裏面を間接的に覆う点から、板状またはシート状が好ましい。

【0019】

裏側保護部材４の材料としては、特に限定されるものではないが、水等の浸入を防止する（遮水性の高い）材料が好ましい。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、若しくは含シリコーン樹脂等の樹脂フィルム、またはガラス、ポリカーボネート、アクリル等の透光性を有する板状の樹脂部材と、アルミニウム箔等の金属箔との積層体が挙げられる。裏側保護部材４の材料が樹脂である場合、裏側保護部材４の表面または裏面には、水蒸気の通過を防止するバリアフィルムが設けられていてもよい。これにより、太陽電池サブモジュール１を、水蒸気から保護することができる。

【0020】

（太陽電池サブモジュール）
図２は、図１に示す太陽電池モジュール１００における太陽電池サブモジュール１の概略断面図である。なお、図２は概略図であるため、基材２０ｂの位置は裏側に限定されず受光側である場合も含む。

【0021】

太陽電池サブモジュール１は、無機半導体薄膜、有機半導体薄膜または有機無機ハイブリッド半導体薄膜、例えばアモルファスシリコン系またはペロブスカイト系、等の薄膜系太陽電池セルで構成される。図２に示すように、太陽電池サブモジュール１は、１つの基材２０ｂ上において、Ｘ方向（集積方向：第１方向）に分割され、Ｘ方向と交差するＹ方向（第２方向）に延在し、直列に接続されて集積化された複数の薄膜系太陽電池セル２０で構成される。これにより、Ｘ方向の導電距離を短くし、且つ、一つのセル２０当たりの電流量を減らすことができ、その結果、電極２４，２５、特に透明電極（ＩＴＯ）から構成される電極２４，２５による抵抗損失を減らすことができる。

【0022】

基材２０ｂは、例えば平板状またはフィルム状の基材である。基材２０ｂの材料としては、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリイミド（ＰＩ）、ガラス等が挙げられる。

【0023】

以下では、薄膜系太陽電池セル２０としてペロブスカイト系太陽電池セルを含む太陽電池サブモジュール１について例示する。太陽電池セル２０は、光電変換層としてのペロブスカイト層２１と、電荷輸送層２２，２３と、電極２４，２５とを有する。

【0024】

ペロブスカイト層２１は、光電変換層であり、光を吸収して、光キャリアを発生させる。ペロブスカイト型結晶材料を構成する化合物は、一般式Ｒ^１ＮＨ_３Ｍ^１Ｘ_３またはＨＣ（ＮＨ_２）_２Ｍ^１Ｘ_３で表される。式中、Ｒ^１はアルキル基であり、炭素数１～５のアルキル基が好ましく、特にメチル基が好ましい。Ｍ^１は２価の金属イオンであり、ＰｂやＳｎが好ましい。Ｘはハロゲンであり、Ｆ，Ｃｌ，Ｂｒ，Ｉが挙げられる。なお、３個のＸは、全て同一のハロゲン元素であってもよく、複数のハロゲンが混在していてもよい。

【0025】

ペロブスカイト型結晶材料を構成する化合物の好ましい例として、式ＣＨ_３ＮＨ_３Ｐｂ（Ｉ_１－ｘＢｒ_ｘ）_３で（ただし、０≦ｘ≦１）表される化合物が挙げられる。ペロブスカイト材料は、ハロゲンの種類や比率を変更することにより、分光感度特性を変化させることができる。ペロブスカイト薄膜は、各種のドライプロセスや、スピンコート等の溶液製膜により形成できる。

【0026】

電荷輸送層２２、２３は、一方が正孔輸送層であり、他方が電子輸送層である。正孔輸送層の材料としては、例えば、ポリ－３－ヘキシルチオフェン（Ｐ３ＨＴ）、ポリ（３，４－エチレンジオキシチオフェン）（ＰＥＤＯＴ）等のポリチオフェン誘導体、２，２’，７，７’－テトラキス－（Ｎ，Ｎ－ジ－ｐ－メトキシフェニルアミン）－９，９’－スピロビフルオレン（Ｓｐｉｒｏ－ＯＭｅＴＡＤ）等のフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール等のカルバゾール誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ジフェニルアミン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアニリン誘導体等が挙げられる。

【0027】

電子輸送層の材料としては、例えば、酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ニオブ、酸化ジルコニウム、酸化アルミニウム等の金属酸化物が挙げられる。

【0028】

薄膜系太陽電池セル２０における電荷輸送層２２側には、光生成キャリアを取り出すための電極２４が形成されている。薄膜系太陽電池セル２０における電荷輸送層２３側には、光生成キャリアを取り出すための電極２５が形成されている。

【0029】

電極２４は、透明電極と金属電極とを含んでいてもよいし、透明電極のみを含んでいてもよいし、金属電極のみを含んでいてもよい。同様に、電極２５は、透明電極と金属電極とを含んでいてもよいし、透明電極のみを含んでいてもよいし、金属電極のみを含んでいてもよい。透明電極の材料としては、ＩＴＯ、酸化亜鉛、酸化スズ等の金属酸化物が好ましく用いられる。金属電極の材料としては、銀、銅、アルミニウム等が好ましく用いられる。

【0030】

（太陽電池サブモジュールの配置）
図３は、図１に示す太陽電池モジュール１００における太陽電池サブモジュール１の配置を受光面側から示す概略平面図である。なお、図３は概略図であるため、配線部材の位置は受光側に限定されず裏側である場合も含む。

【0031】

太陽電池サブモジュール１のサイズは、比較的に小さい定型サイズである。例えば定型サイズとしては３００ｍｍ×３００ｍｍが挙げられる。

【0032】

太陽電池モジュール１００において、Ｍ×Ｎ個の太陽電池サブモジュール１が２次元状に配置されている（Ｍは２以上の整数、Ｎは１以上の整数）。すなわち、Ｍ×Ｎ個の太陽電池サブモジュール１は、Ｙ方向（第２方向）にＭ行、Ｘ方向（第１方向）にＮ列、配置されている。図３の例では、４×３個の太陽電池サブモジュール１が２次元状に配置されている。

【0033】

このように、太陽電池サブモジュール１を比較的に小さい定型サイズで作製し、この定型サイズの太陽電池サブモジュール１を、太陽電池モジュール１００のサイズごとに２次元状に配置する。これにより、太陽電池モジュール１００のサイズごとに、様々なサイズの太陽電池サブモジュール１を設計する必要がなく、太陽電池モジュール１００の様々なサイズの設計を簡易化することができる。

【0034】

太陽電池サブモジュール１のＸ方向（集積方向：第１方向）の両端部の各々には、Ｙ方向（第２方向）に延在する金属電極２４ａ，２５ａが配置されている。これらの金属電極２４ａ，２５ａは、Ｙ方向（第２方向）およびＸ方向（第１方向）に延在する配線６によって接続されている。これにより、１～Ｎ列の列同士（すなわち、Ｍ×Ｎ個の太陽電池サブモジュール１のうち、１列目の太陽電池サブモジュール１の群～Ｎ列目の太陽電池サブモジュール１の群の列群同士）は、並列に接続されている。

【0035】

また、Ｍ×Ｎ個の太陽電池サブモジュール１のうち、ｎ列目の太陽電池サブモジュール１の群において（ｎは１以上Ｎ以下の整数）、１～Ｍ行目の太陽電池サブモジュール１（すなわち、１行目の太陽電池サブモジュール１～Ｍ行目の太陽電池サブモジュール１）は、並列に接続されている。

【0036】

なお、本実施形態では、金属電極２４ａ，２５ａおよび配線６が取り出し電極である。なお、金属電極を配置せず、透明電極に配線６を直接接続することがある。この場合、配線６が取り出し電極である。

【0037】

ここで、太陽電池サブモジュール１のＸ方向（集積方向：第１方向）の両端部には金属電極２４ａ，２５ａおよび配線６（取り出し電極）が配置されているため、これらの端部には発電層が形成されない。一方、太陽電池サブモジュール１のＸ方向（集積方向：第１方向）に交差するＹ方向（第２方向）の両端部の各々には、発電層が形成される。そのため、不均一性や切断時のダメージにより、これらの端部は光劣化する。太陽電池サブモジュール１の端部が全体にわたって光劣化すると、集積構造により直列に接続されたセル２０全体に対するリークパスとなり、太陽電池サブモジュール１の出力が低下する。

【0038】

太陽電池サブモジュール１のＸ方向（集積方向：第１方向）に交差するＹ方向（第２方向）の両端部の各々には、第１遮光部材７が配置されている。第１遮光部材７は、Ｘ方向に延在し、太陽電池サブモジュール１のＹ方向側の端部の受光面側を覆う。

【0039】

第１遮光部材７としては、ガラス等の受光側保護部材３に形成された黒色セラミックプリント膜またはＵＶ防止コーティング膜、或いは、封止材５内に設けられたＵＶ吸収材、或いは、受光側保護部材３と封止材５との間または封止材５と太陽電池サブモジュール１との間に配置された光遮断シート、或いは、太陽電池サブモジュール１上に形成された光反射層、等が挙げられる。これらの中でも、ＵＶ防止コーティングまたはＵＶ吸収剤が好ましい。ＵＶ防止コーティングまたはＵＶ吸収剤によれば、ＵＶを遮断して劣化を防止しながらも可視光による発電は阻害されない。なお、太陽電池モジュール１００の端部における太陽電池サブモジュール１の端部では、第１遮光部材７は太陽電池モジュール１００のフレームであってもよい。

【0040】

また、裏側保護部材４が透明部材である場合、太陽電池サブモジュール１のＸ方向（集積方向：第１方向）に交差するＹ方向（第２方向）の両端部の各々にも、第２遮光部材８が配置されていてもよい。第２遮光部材８は、Ｘ方向に延在し、太陽電池サブモジュール１のＹ方向側の端部の裏側を覆ってもよい。

【0041】

第２遮光部材８としては、上述同様に、ガラス等の裏側保護部材４に形成された黒色セラミックプリント膜またはＵＶ防止コーティング膜、或いは、封止材５内に設けられたＵＶ吸収材、或いは、裏側保護部材４と封止材５との間または封止材５と太陽電池サブモジュール１との間に配置された光遮断シート、或いは、太陽電池サブモジュール１上に形成された光反射層、等が挙げられる。これらの中でも、上述したように、ＵＶ防止コーティングまたはＵＶ吸収剤が好ましい。なお、太陽電池モジュール１００の端部における太陽電池サブモジュール１の端部では、第２遮光部材８は太陽電池モジュール１００のフレームであってもよい。

【0042】

以上説明したように、本実施形態の太陽電池モジュール１００によれば、太陽電池サブモジュール１を比較的に小さい定型サイズで作製し、この定型サイズの太陽電池サブモジュール１を、太陽電池モジュール１００のサイズごとに２次元状に配置する。これにより、太陽電池モジュール１００のサイズごとに、様々なサイズの太陽電池サブモジュール１を設計する必要がなく、太陽電池モジュール１００の様々なサイズの設計を簡易化することができる。

【0043】

ここで、薄膜系太陽電池サブモジュール、特にペロブスカイト系太陽電池サブモジュールの端部は光劣化（特にＵＶ光劣化）する。小さい定型サイズの薄膜系太陽電池サブモジュールを２次元状に配置する場合、薄膜系太陽電池サブモジュールを１枚で作製する場合と比較して、配置領域全体に対する薄膜系太陽電池サブモジュールの端部領域の割合が増大するため、光劣化が増大し、出力が低下することが予想される。

【0044】

太陽電池サブモジュール１のＸ方向（集積方向：第１方向）の両端部には金属電極２４ａ，２５ａおよび配線６（取り出し電極）が配置されているため、これらの端部では、発電層が形成されず、光劣化が生じない。一方、太陽電池サブモジュール１のＸ方向（集積方向：第１方向）に交差するＹ方向（第２方向）の両端部では、発電層が形成されるため、光劣化が生じる。

【0045】

この点に関し、本実施形態の太陽電池モジュール１００によれば、太陽電池サブモジュール１のＸ方向（集積方向：第１方向）に交差するＹ方向（第２方向）の端部の受光面側を覆う第１遮光部材７を備える。これにより、これらの端部の光劣化を抑制することができ、太陽電池モジュール１００の出力低下を抑制することができる。

【0046】

また、裏側保護部材４が透明部材である場合、太陽電池サブモジュール１のＸ方向（集積方向：第１方向）に交差するＹ方向（第２方向）の端部の裏面側を覆う第２遮光部材８を備えてもよい。これにより、これらの端部の光劣化を抑制することができ、太陽電池モジュール１００の出力低下を抑制することができる。

【0047】

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】

【0048】

１ 太陽電池サブモジュール
３ 受光側保護部材
４ 裏側保護部材
５ 封止材
６ 配線（取り出し電極）
７ 第１遮光部材
８ 第２遮光部材
２０ 薄膜系太陽電池セル
２０ｂ 基材
２１ 光電変換層
２２，２３ 電荷輸送層
２４，２５ 電極
２４ａ，２５ａ 金属電極（取り出し電極）
１００ 太陽電池モジュール

【図1】

【図2】

【図3】