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(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】P2024058455
(43)【公開日】2024-04-25
(54)【発明の名称】電圧整合タンデム太陽電池モジュール
(51)【国際特許分類】
H10K 30/57 20230101AFI20240418BHJP
H10K 39/12 20230101ALI20240418BHJP
【ＦＩ】
H10K30/57
H10K39/12
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022165822
(22)【出願日】2022-10-14
(71)【出願人】
【識別番号】000003609
【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】竹田 康彦
(72)【発明者】
【氏名】加藤 直彦
(72)【発明者】
【氏名】山中 健一
【テーマコード（参考）】
5F151
5F251
【Ｆターム（参考）】
5F151AA10
5F151AA11
5F151AA20
5F151DA15
5F151FA02
5F151FA03
5F151GA02
5F151GA03
5F251AA10
5F251AA11
5F251AA20
5F251DA15
5F251FA02
5F251FA03
5F251GA02
5F251GA03
(57)【要約】
【課題】二端子モジュール及び四端子モジュールと同等の変換効率が得られる電圧整合タンデム太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】複数のトップセルを集積させたトップモジュール２００と、複数のボトムセルを集積させたボトムモジュール２０２とを積層し、トップモジュール２００とボトムモジュール２０２とを並列に接続し、トップモジュール２００に用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｔ）は１．５ｅＶ以上１．８ｅＶ以下であり、ボトムモジュール２０２に用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｂ）は１．０ｅＶ以上１．２ｅＶ以下であり、トップモジュール２００を構成するトップセルの直列接続数ｎｔと、ボトムモジュール２０２を構成するボトムセルの直列接続数ｎｂが、（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．６以上２．０以下であることを満たすものとする。
【選択図】図２
【解決手段】複数のトップセルを集積させたトップモジュール２００と、複数のボトムセルを集積させたボトムモジュール２０２とを積層し、トップモジュール２００とボトムモジュール２０２とを並列に接続し、トップモジュール２００に用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｔ）は１．５ｅＶ以上１．８ｅＶ以下であり、ボトムモジュール２０２に用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｂ）は１．０ｅＶ以上１．２ｅＶ以下であり、トップモジュール２００を構成するトップセルの直列接続数ｎｔと、ボトムモジュール２０２を構成するボトムセルの直列接続数ｎｂが、（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．６以上２．０以下であることを満たすものとする。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のトップセルを集積させたトップモジュールと、複数のボトムセルを集積させたボトムモジュールと、を積層し、前記トップモジュールと前記ボトムモジュールとを並列に接続した電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｔ）は１．５ｅＶ以上１．８ｅＶ以下であり、
前記ボトムモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｂ）は１．０ｅＶ以上１．２ｅＶ以下であり、
前記トップモジュールを構成する前記トップセルの直列接続数ｎｔと、前記ボトムモジュールを構成する前記ボトムセルの直列接続数ｎｂが、（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．６以上２．０以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
前記トップモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｔ）は１．５ｅＶ以上１．８ｅＶ以下であり、
前記ボトムモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｂ）は１．０ｅＶ以上１．２ｅＶ以下であり、
前記トップモジュールを構成する前記トップセルの直列接続数ｎｔと、前記ボトムモジュールを構成する前記ボトムセルの直列接続数ｎｂが、（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．６以上２．０以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項2】
請求項１に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．８以上１．４以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．８以上１．４以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項3】
請求項１に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
光入射側からみて前記トップモジュールと前記ボトムモジュールの大きさが同一であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
光入射側からみて前記トップモジュールと前記ボトムモジュールの大きさが同一であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項4】
請求項１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを２個並列に接続した構成であり、
前記ボトムモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎｂ／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
前記トップモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを２個並列に接続した構成であり、
前記ボトムモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎｂ／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項5】
請求項１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを１枚の基板に２個形成し、２個の前記トップサブモジュールを並列に接続した構成であり、
前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎｂの前記ボトムセルを１枚の基板に形成した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
前記トップモジュールは、直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを１枚の基板に２個形成し、２個の前記トップサブモジュールを並列に接続した構成であり、
前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎｂの前記ボトムセルを１枚の基板に形成した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項6】
請求項１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを基板に形成した構成であり、
前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎｂ／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを基板に２個形成し、２個の前記ボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
前記トップモジュールは、直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを基板に形成した構成であり、
前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎｂ／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを基板に２個形成し、２個の前記ボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項7】
請求項１に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップセルは、有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
前記トップセルは、有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項8】
請求項１に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルは、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２太陽電池又は有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
前記ボトムセルは、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２太陽電池又は有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム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、電圧整合タンデム太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
太陽光エネルギーの利用は、カーボンニュートラルを実現するために必須の技術である。現在は、結晶シリコン太陽電池が広く普及しているが、さらに高い変換効率を得るために２種類のバンドギャップが異なる太陽電池を積層したタンデム太陽電池の開発が行われている。
【0003】
トップセルとボトムセルを積層したタンデム太陽電池には、二端子モジュール、四端子モジュール、電圧整合（ＶＭ）モジュールの３種類がある（非特許文献１）。タンデム太陽電池に用いられるトップセルの材料には、バンドギャップの観点から有機無機ハイブリッドペロブスカイト（ＰＶＫ）が好適である。ボトムセルの材料には、結晶シリコン、ＰＶＫ、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）が好適である。
【0004】
これらの材料のうち、ＰＶＫ及びＣＩＧＳは薄膜材料であるので集積型太陽電池モジュールに用いることができる（特許文献１）。集積型太陽電池モジュールは、１枚の基板上に複数のセルが直列接続されたパターンが形成された太陽電池モジュールである。集積型太陽電池モジュールは、結晶シリコン太陽電池モジュールに比べて、軽量、フレキシブル、低製造コスト等の特長を備える。
【0005】
また、ＰＶＫ材料は、その組成の調整によりバンドギャップを調整することができる。実際、ＰＶＫ材料を用いて１．１ｅＶ～１．８ｅＶの範囲で高い変換効率をもつ太陽電池が実現されている。ＣＩＧＳ材料についても組成の調整によりバンドギャップを１．０ｅＶ～１．２ｅＶの範囲で調整することができ、ＣＩＧＳ材料を用いて高い変換効率をもつ太陽電池が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特表２０１１－５２６７３７号公報
【非特許文献】
【0007】
【非特許文献1】H. Liu, et al., Cell Rep. Phys. Sci. 1, 100037 (2020)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
二端子モジュールで高い変換効率を得るためには、トップモジュールとボトムモジュールの電流整合が必要である。したがって、トップモジュールとボトムモジュールの材料のバンドギャップの組み合わせが制限される。また、二端子モジュールの太陽電池を日射スペクトルが変動する環境下で使用すると、トップモジュールとボトムモジュールの電流整合が破れるので変換効率が低下する。
【0009】
四端子モジュールの場合、トップモジュールとボトムモジュールから電力が個別に出力されるので、電流整合の制約がない。したがって、二端子モジュールよりも高い変換効率となり得る。しかしながら、電圧の異なる２系統の電力が出力されるため、パワーコンディショナーが２系統必要になり、かつ配線が複雑になる。また、モジュールの重量増や高コストにつながる。
【0010】
電圧整合モジュールでは、トップモジュール内及びボトムモジュール内のそれぞれの複数のセルの直列接続数を調節して、トップモジュールの電圧とボトムモジュールの電圧をおおよそ一致させる電圧整合を行い、両者を並列接続して電力を出力させる。そのため、出力は１系統（２端子）でありながら、四端子モジュールと比べて遜色ない高い変換効率となり得る。
【0011】
しかしながら、これまでに検討された電圧整合モジュールは、多くの場合はシリコンウェハサイズである結晶シリコン太陽電池と、これに近いサイズのＧａＩｎＰ、ＰＶＫなどの太陽電池を組み合わせたものであった（非特許文献１）。電圧整合モジュールの普及のためには、集積型太陽電池モジュールの利用が求められるが、電圧整合のために必要な材料の組み合わせ、バンドギャップに応じた適切な集積直列接続数等の設計指針が明らかではなかった。
【課題を解決するための手段】
【0012】
本発明の１つの態様は、複数のトップセルを集積させたトップモジュールと、複数のボトムセルを集積させたボトムモジュールと、を積層し、前記トップモジュールと前記ボトムモジュールとを並列に接続した電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、前記トップモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｔ）は１．５ｅＶ以上１．８ｅＶ以下であり、前記ボトムモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｂ）は１．０ｅＶ以上１．２ｅＶ以下であり、前記トップモジュールを構成する前記トップセルの直列接続数ｎｔと、前記ボトムモジュールを構成する前記ボトムセルの直列接続数ｎｂが、（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．６以上２．０以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュールである。
【0013】
ここで、（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．８以上１．４以下であることを満たすことが好適である。
【0014】
また、光入射側からみて前記トップモジュールと前記ボトムモジュールの大きさが同一であることが好適である。
【0015】
また、前記トップモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを２個並列に接続した構成であり、前記ボトムモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎｂ／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、ことが好適である。
【0016】
また、前記トップモジュールは、直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを１枚の基板に２個形成し、２個の前記トップサブモジュールを並列に接続した構成であり、前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎｂの前記ボトムセルを１枚の基板に形成した構成である、ことが好適である。
【0017】
また、前記トップモジュールは、直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを基板に形成した構成であり、前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎｂ／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを基板に２個形成し、２個の前記ボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、ことが好適である。
【0018】
また、前記トップセルは、有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることが好適である。また、前記ボトムセルは、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２太陽電池又は有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることが好適である。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば、二端子モジュールのように電流整合を必要とせず、また２系統のパワーコンディショナーを必要とする四端子モジュールとは異なり１系統のパワーコンディショナーで動作し、二端子モジュール及び四端子モジュールと同等の変換効率が得られる電圧整合タンデム太陽電池モジュールを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】第１の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュールの構成を示す平面図である。
【図2】第１の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。
【図3】第２の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。
【図4】第２の実施の形態におけるトップモジュールの電気接続の構成を示す図である。
【図5】第２の実施の形態におけるボトムモジュールの電気接続の構成を示す図である。
【図6】第３の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。
【図7】第３の実施の形態におけるトップモジュールの電気接続の構成を示す図である。
【図8】第３の実施の形態におけるトップモジュールの電気接続の構成を示す図である。
【図9】第４の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュールの構成を示す断面図である。
【図10】第４の実施の形態におけるトップモジュールの電気接続の構成を示す図である。
【図11】第４の実施の形態におけるトップモジュールの電気接続の構成を示す図である。
【図12】電圧整合タンデム太陽電池モジュールのモデルの構成を示す図である。
【図13】比較例の四端子モジュールの構成を示す図である。
【図14】比較例の二端子モジュールの構成を示す図である。
【図15】電圧整合タンデム太陽電池モジュール、二端子モジュール及び四端子モジュールの変換効率の計算結果を示す図である。
【図16】四端子モジュールの変換効率に対する電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率の比を示す図である。
【図17】四端子モジュールの変換効率に対する電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率の規格化された比を示す図である。
【図18】第１の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュールと第２～第４の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率を比較した図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
第１の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール１００は、図１及び図２に示すように、光入射側からトップモジュール２００及びボトムモジュール２０２を積層して構成される。図１は、電圧整合タンデム太陽電池モジュール１００の平面図である。図２は、図１のラインＡ－Ａに沿った電圧整合タンデム太陽電池モジュール１００の断面図である。
【0022】
なお、トップモジュール２００及びボトムモジュール２０２は、直接積層してもよいし、他の部材を挟んで間接的に積層してもよい。他の部材を挟んで間接的に積層する場合、当該部材はボトムモジュール２０２において吸収される波長領域の光を透過する材料から構成することが好適である。
【0023】
トップモジュール２００は、複数のトップセル（太陽電池セル）を複数直列に接続して構成される。トップモジュール２００は、基板１０、第１導電層１２、光電変換層１４及び第２導電層１６を含んで構成される。基板１０、第１導電層１２、光電変換層１４及び第２導電層１６は、光入射側から順に積層されてトップモジュール２００を構成し、入射された光を電気エネルギーに変換する機能を発揮する。
【0024】
基板１０は、トップモジュール２００を構造的に支持する部材である。基板１０は、トップモジュール２００及びボトムモジュール２０２において光電変換に利用される波長領域の光を透過する材料で構成される。基板１０は、例えば、ガラス、プラスチック等で構成することができる。
【0025】
第１導電層１２は、基板１０上に形成される。第１導電層１２は、トップモジュール２００及びボトムモジュール２０２において光電変換に利用される波長領域の光を透過する導電性の材料で構成される。第１導電層１２は、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、または酸化チタンなどの金属酸化物を少なくとも１つとすることができる。また、これらの金属酸化物に、錫、亜鉛、タングステン、アンチモン、チタン、セリウム、ガリウムなどのドーパントがドープされていてもよい。第１導電層１２は、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の薄膜形成方法により形成することができる。第１導電層１２は、トップモジュール２００を構成するトップセル毎に間隙１８ａによって分離されている。
【0026】
光電変換層１４は、光を吸収して電気エネルギーに変換する層である。光電変換層１４は、第１導電層１２上に形成される。光電変換層１４は、後述するボトムモジュール２０２の光電変換層２４よりバンドギャップが広い材料から構成される。すなわち、光電変換層１４は、ボトムモジュール２０２の光電変換層２４より短波長の光を吸収する材料から構成される。光電変換層１４は、バンドギャップＥｇ（ｔ）が１．５ｅＶ以上１．８ｅＶ以下の材料から構成することが好適である。当該バンドギャップＥｇ（ｔ）の条件を満たす材料は、例えば、有機無機ハイブリッドペロブスカイト（ＰＶＫ）が挙げられる。ＰＶＫの組成を調整することによって当該バンドギャップＥｇ（ｔ）の条件を満たす材料とすることができる。
【0027】
第２導電層１６は、ボトムモジュール２０２において光電変換に利用される波長領域の光を透過する導電性の材料で構成される。第２導電層１６は、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、または酸化チタンなどの金属酸化物を少なくとも１つとすることができる。また、これらの金属酸化物に、錫、亜鉛、タングステン、アンチモン、チタン、セリウム、ガリウムなどのドーパントがドープされていてもよい。第２導電層１６は、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の薄膜形成方法により形成することができる。
【0028】
第２導電層１６は、光電変換層１４を形成後、光電変換層１４に間隙１８ｂを形成した後に形成される。これによって、間隙１８ｂを介して、第２導電層１６は隣のセルの第１導電層１２と電気的に接続される。また、光電変換層１４及び第２導電層１６は、トップモジュール２００を構成するトップセル毎に間隙１８ｃによって分離されている。これによって、トップモジュール２００を構成する各トップセルは互いに直列接続された構成とされる。
【0029】
なお、トップモジュール２００は、光入射側から、第２導電層１６、光電変換層１４、第１導電層１２及び基板１０の順に配置した構成としてもよい。この場合、第２導電層１６は、トップモジュール２００及びボトムモジュール２０２において光電変換に利用される波長領域の光を透過する材料で構成することが好適である。また、第１導電層１２及び基板１０は、ボトムモジュール２０２において光電変換に利用される波長領域の光を透過する材料で構成することが好適である。
【0030】
ボトムモジュール２０２は、複数のボトムセル（太陽電池セル）を複数直列に接続して構成される。ボトムモジュール２０２は、基板２０、第３導電層２２、光電変換層２４及び第４導電層２６を含んで構成される。基板２０、第３導電層２２、光電変換層２４及び第４導電層２６は、光入射側の反対側から順に積層されてボトムモジュール２０２を構成し、入射された光を電気エネルギーに変換する機能を発揮する。
【0031】
基板２０は、ボトムモジュール２０２を構造的に支持する部材である。基板２０の材料は、特に限定されるものではなく、例えば、ガラス、プラスチック、セラミックス、金属等で構成することができる。
【0032】
第３導電層２２は、基板２０上に形成される。第３導電層２２は、導電性の材料で構成される。第３導電層２２は、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、または酸化チタンなどの金属酸化物を少なくとも１つとすることができる。また、これらの金属酸化物に、錫、亜鉛、タングステン、アンチモン、チタン、セリウム、ガリウムなどのドーパントがドープされていてもよい。第３導電層２２は、モリブデンなどの金属としてもよい。第３導電層２２は、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の薄膜形成方法により形成することができる。第３導電層２２は、ボトムモジュール２０２を構成するボトムセル毎に間隙２８ａによって分離されている。
【0033】
光電変換層２４は、光を吸収して電気エネルギーに変換する層である。光電変換層２４は、第３導電層２２上に形成される。光電変換層２４は、トップモジュール２００の光電変換層１４よりバンドギャップが狭い材料から構成される。すなわち、光電変換層２４は、トップモジュール２００の光電変換層１４より長波長の光を吸収する材料から構成される。光電変換層２４は、バンドギャップＥｇ（ｂ）が１．０ｅＶ以上１．２ｅＶ以下の材料から構成することが好適である。当該バンドギャップＥｇ（ｂ）の条件を満たす材料は、例えば、Ｃｕ（ＩＮ，Ｇａ）Ｓｅ２、有機無機ハイブリッドペロブスカイト（ＰＶＫ）が挙げられる。Ｃｕ（ＩＮ，Ｇａ）Ｓｅ２やＰＶＫの組成を調整することによって当該バンドギャップＥｇ（ｂ）の条件を満たす材料とすることができる。
【0034】
第４導電層２６は、ボトムモジュール２０２において光電変換に利用される波長領域の光を透過する導電性の材料で構成される。第４導電層２６は、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、または酸化チタンなどの金属酸化物を少なくとも１つとすることができる。また、これらの金属酸化物に、錫、亜鉛、タングステン、アンチモン、チタン、セリウム、ガリウムなどのドーパントがドープされていてもよい。第４導電層２６は、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法等の薄膜形成方法により形成することができる。
【0035】
第４導電層２６は、光電変換層２４を形成後、光電変換層２４に間隙２８ｂを形成した後に形成される。これによって、間隙２８ｂを介して、第４導電層２６は隣のセルの第３導電層２２と電気的に接続される。また、光電変換層２４及び第４導電層２６は、ボトムモジュール２０２を構成するボトムセル毎に間隙２８ｃによって分離されている。これによって、ボトムモジュール２０２を構成する各ボトムセルは互いに直列接続された構成とされる。
【0036】
なお、ボトムモジュール２０２は、光入射側から、基板２０、第３導電層２２、光電変換層２４及び第４導電層２６の順に配置した構成としてもよい。この場合、基板２０及び第３導電層２２は、ボトムモジュール２０２において光電変換に利用される波長領域の光を透過する材料で構成される。また、第４導電層２６は、透光性は必要とされない。
【0037】
トップモジュール２００とボトムモジュール２０２は光入射面側からみて互いに重なり合うように配置される。ここで、光入射面側からみたトップモジュール２００とボトムモジュール２０２の大きさは同一とすることが好適である。また、光入射面側からみたトップモジュール２００の基板１０とボトムモジュール２０２の基板２０の大きさを同一にすることが好適である。また、光入射面側からみたトップモジュール２００の光電変換層１４を形成した面積とボトムモジュール２０２の光電変換層２４を形成した面積とを同一にすることが好適である。ここで、同一とは、完全に等しいのみならず、ほぼ等しいことも意味する。具体的には、同一であることが好適であるとは、互いに±１０％以内で等しいことが好適であることを意味する。
【0038】
電圧整合タンデム太陽電池モジュール１００では、トップセルが互いに直列接続されたトップモジュール２００と、ボトムセルが互いに直列接続されたボトムモジュール２０２と、が並列に外部正極端子（＋）及び外部負極端子（－）に接続される。
【0039】
第２の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０２は、図３に示すように、２つのトップサブモジュール２００ａ，２００ｂを含むトップモジュール２００及び２つのボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂを含むボトムモジュール２０２から構成される。
【0040】
図４は、電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０２におけるトップサブモジュール２００ａ及びトップサブモジュール２００ｂの配置及び接続を示す。図４に示すように、トップサブモジュール２００ａとトップサブモジュール２００ｂは、同一面内に並べて配置され、互いに電気的に並列に接続される。図５は、電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０２におけるボトムサブモジュール２０２ａ及びボトムサブモジュール２０２ｂの配置及び接続を示す。図５に示すように、ボトムサブモジュール２０２ａとボトムサブモジュール２０２ｂは、同一面内に並べて配置され、互いに電気的に直列に接続される。
【0041】
このような配置及び接続で構成されるトップモジュール２００及びボトムモジュール２０２を光入射側からみて重なり合うように配置することで電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０２が構成される。
【0042】
第３の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０４は、図６に示すように、２つのトップサブモジュール２００ａ，２００ｂを含むトップモジュール２００及び２つのボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂを含むボトムモジュール２０２から構成される。電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０２では、２つのトップサブモジュール２００ａ，２００ｂは異なる基板上に形成され、２つのボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂも異なる基板上に形成されている。これに対して、電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０４では、２つのトップサブモジュール２００ａ，２００ｂは同一の基板に形成され、２つのボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂも同一の基板上に形成されている点で異なっている。
【0043】
図７は、電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０４におけるトップサブモジュール２００ａ及びトップサブモジュール２００ｂの配置及び接続を示す。図７に示すように、トップサブモジュール２００ａとトップサブモジュール２００ｂは、互いに電気的に並列に接続される。図８は、電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０４におけるボトムサブモジュール２０２ａ及びボトムサブモジュール２０２ｂの配置及び接続を示す。図８に示すように、ボトムサブモジュール２０２ａとボトムサブモジュール２０２ｂは、互いに電気的に直列に接続される。
【0044】
このような配置及び接続で構成されるトップモジュール２００及びボトムモジュール２０２を光入射側からみて重なり合うように配置することで電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０４が構成される。
【0045】
電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０２，１０４において、光入射面側からみたトップモジュール２００及びボトムモジュール２０２の大きさは同一とすることが好適である。すなわち、光入射面側からみたトップサブモジュール２００ａ，２００ｂの合計の大きさとボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂの合計の大きさは同一とすることが好適である。また、光入射面側からみたトップサブモジュール２００ａ，２００ｂを構成する基板１０の合計の大きさとボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂを構成する基板２０の合計の大きさを同一にすることが好適である。また、光入射面側からみたトップサブモジュール２００ａ，２００ｂを構成する光電変換層１４を形成した面積とボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂを構成する光電変換層２４を形成した面積とを同一にすることが好適である。
【0046】
第４の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０６は、図９、図１０及び図１１に示すように、１つのトップサブモジュール２００ａを含むトップモジュール２００及び２つのボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂを含むボトムモジュール２０２から構成される。電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０６では、２つのボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂは同一基板上に形成され、互いに電気的に直列に接続される。そして、トップサブモジュール２００ａと２つのボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂとが光入射側からみて重なり合うように配置することで電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０６が構成される。
【0047】
電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０６では、１つのトップサブモジュール２００ａと２つのボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂの大きさを同一とすることが好適である。互いに直列接続された２つのボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂと１つのトップサブモジュール２００ａの大きさを同一とすることで、トップサブモジュール２００ａは実質的にボトムサブモジュール２０２ａ，２０２ｂと同じ大きさの２つのトップサブモジュールを並列に接続したのと同じ構成と見做すことができる。
【0048】
電圧整合タンデム太陽電池モジュールの光電変換動作をモデル化し、電流密度－電圧（Ｊ－Ｖ）特性を導出した。これと、１年間にわたって実測された日射スペクトルと気温の変動のデータを用いて、年間平均の変換効率（積算日射量に対する積算発電量の比）を求めた。
【0049】
図１２は、電圧整合タンデム太陽電池モジュールのモデルの構成を示す。モデルでは、光入射側の導電層をＴＣＯ（transparent conductive oxide）膜とし、反対側の導電層をＭｏ膜とした。また、セルを直列接続した方向をＸ方向（Ｘ座標）とした。Ｘ方向に沿って、１つのセルの長さをｖ０、発電に有効なセルの幅ｗ、セル間の接続領域の幅ｄとした。また、以下の説明において、トップモジュールに関する値については下付文字ｔで示し、ボトムモジュールに関する値については下付文字ｂで示す。
【0050】
単セルの電流密度ｊ（ｖ）は、定電流源、ダイオード、直列及び並列抵抗の組み合わせからなる等価回路により数式（１）にように表される（J. Nelson, Physics of Solar Cells (Imperial College Press, London, 2003)）。
【数1】
【0051】
ここで、ｊｐｈは光電流密度、ｊ０とｎＩＤはそれぞれダイオードの逆飽和電流密度と理想因子、ｒｓとｒｓｈはそれぞれ直列抵抗と並列抵抗である。ｑ，ｋＢ，Ｔはそれぞれ電荷素量、Ｂｏｌｔｚｍａｎｎ定数、セル温度である。ｊｐｈは、セルの外部量子効率ηＥＯＥ（ｈバーω）（ただし、ｈバーはプランク定数ｈを２πで除した値）と太陽光の光子数スペクトルｎｓｕｎ（ｈバーω）によって数式（２）で表される。
【数2】
【0052】
ダイオードの逆飽和電流密度ｊ０のセル温度Ｔに対する依存性は、経験的には数式（３）のように表される（D. C. Nguyen, F. Murata, K. Sato, M. Hamada, and Y. Ishikawa, Energy Sci. Eng. 10, 1373 (2022)）。ここで、Ｅｇはバンドギャップである。ｎ０，ｃ０はそれぞれフィッティングパラメーターである。
【数3】
【0053】
ボトムモジュールにＣＩＧＳを用いる場合、集積化モジュールの特性には、最表面の透明導電膜のシート抵抗ｒＴＣＯと、透明導電膜／金属膜の接触抵抗ｒｃが影響する。ここでは、金属膜としてＭｏ膜を適用した。一方、Ｍｏ膜のシート抵抗は透明導電膜のシート抵抗ｒＴＣＯの１／１０以下であるから（S. Nishiwaki, A. Burn, S. Buecheler, M. Muralt, S. Pilz, V. Romano, R. Witte, L. Krainer, G. J. Spuhler, and A. N. Tiwari, Prog. Photovolt.: Res. Appl. 23, 1908 (2015)）、その影響は無視できるほど小さい。
【0054】
単セルの電圧ｖｂのとき、位置ｘにおけるＭｏ膜とＴＣＯ膜の間の電位差ｖ（ｘ）は、電位差ｖ（ｘ）に依存する電流密度分布ｊ（ｖ（ｘ））と数式（４）で示す関係にある（M. Burgelman and A. Niemegeers, Solar Energy Mater. Solar Cells 51, 129 (1998)）。ここで、ｗｂはボトムモジュールのセルの発電領域の幅である。
【数4】
【0055】
数式（１）と数式（４）からなる連立方程式を解くことにより電流密度分布ｊ（ｖ（ｘ））が求められ、更にこれから単セルの単位長さあたりの電流ｊｂ（ｖｂ）（〔電流〕／〔長さ〕）を数式（５）のように求めることができる。
【数5】
【0056】
ボトムモジュールにＰＶＫを用いる場合には、基板側にも透明導電膜が用いられるので、その影響を考慮する。トップモジュールについても類似の考え方により単セルの単位長さあたりの電流ｊｔ（ｖｔ）を求めることができる。
【0057】
同一のサイズの基板に、トップセル及びトップセルがそれぞれｎｔ，ｎｂ個集積化及び直列接続されたトップモジュール及びボトムモジュールを形成し、トップモジュール及びボトムモジュールを光入射方向に積層及び並列接続した電圧整合タンデム太陽電池モジュールについて考察する。当該電圧整合タンデム太陽電池モジュールの電流密度Ｊは、セル間の接続領域の幅ｄｔ，ｄｂは発電に寄与しないことを考慮して、数式（６）のように表される。
【数6】
【0058】
変換効率ηは、電圧Ｖの関数としての出力Ｐ（Ｖ）＝Ｊ（Ｖ）・Ｖの最大値と、入射光強度Ｐｉｎの比である。電圧ＶをｎｔｖＶＭに置き換えても出力Ｐの値は変わらないので、改めて数式（７）を定義する。
【数7】
【0059】
ここで、ｖＶＭは１つのトップセル当たりの電圧であり、ｎｂ／ｎｔは１つのトップセル当たりのボトムセル数である。これを用いて数式（８）が得られる。
【数8】
【0060】
図１３は、比較例である四端子モジュールの構成を示す。四端子モジュールの場合、トップモジュール２００及びボトムモジュール２０２はそれぞれ独立に機能する。したがって、変換効率ηは、トップセルの数ｎｔ及びボトムセルの数ｎｂには影響されず、数式（９）で表される。
【数9】
【0061】
図１４は、比較例である二端子モジュールの構成を示す。二端子モジュールは、トップセルを構成する光電変換層１４とボトムセルを構成する光電変換層２４とを導電層３０を挟んで直接積層して１つのモジュールとした構成を有する。二端子モジュールについては、トップセル及びボトムセルの２接合（２ｊ）単セルの電流密度ｊ２ｊ（ｖ２ｊ）を数式（１０）の連立方程式を解くことにより求め、これを用いて他と同様の手順により変換効率ηを求めることができる。
【数10】
【0062】
トップセルとしてＰＶＫ（２５℃におけるバンドギャップＥｇ＝１．６８ｅＶ）、ボトムセルとしてＣＩＧＳ（２５℃におけるバンドギャップＥｇ＝１．０８ｅＶ）を用いることを想定し、それぞれの単セルの電流密度ｊ（ｖ）を以下のようにして定めた。
【0063】
２５℃における外部量子効率ηＥＯＥ（ｈバーω）にはＰＶＫ／ＣＩＧＳ積層の二端子モジュールについての実測値を用いた（M. Jost, E. Kohnen, A. Al-Ashouri, T. Bertram, S. Tomsic, A. Magomedov, E. Kasparavicius, T. Kodalle, B. Lipovsek, V. Getautis, R. Schlatmann, C. A. Kaufmann, S. Albrecht, and M. Topic, ACS Energy Lett. 7, 1298 (2022)）。また、ＰＶＫのバンドギャップＥｇの温度係数ｄＥｇ／ｄＴ＝０．３ｍｅＶ／Ｋ（O. Dupre, B. Niesen, S. De Wolf, and C. Ballif, Phys. Chem. Lett. 9, 446 (2018)，E. Aydin, T. G. Allen, M. De Bastiani, L. Xu, J. Avila, M. Salvador, E. Van Kerschaver, and S. De Wolf, Nat. Energy 5, 851 (2020)）、ＣＩＧＳのバンドギャップＥｇの温度係数ｄＥｇ／ｄＴ＝－１ｍｅＶ／Ｋ（M. Troviano and K. Taretto, Solar Energy Mater. Solar Cells 95, 3081 (2011)）を考慮して外部量子効率ηＥＯＥ（ｈバーω）の温度Ｔへの依存性を求めた。そのうえで、数式（１）により表される電流密度ｊ（ｖ）が実測値に近い値となるように、ダイオードの理想因子ｎＩＤ，直列抵抗ｒｓ，並列抵抗ｒｓｈ及びフィッティングパラメーターｎ０，ｃ０を決めた結果を表１に示す。
【0064】
【表1】
【0065】
この際、２５℃における光電流密度ｊｐｈについては、数式（２）により求められるＡＭ１．５Ｇスペクトル光照射時の値が実測値（ＰＶＫ：１９．０ｍＡ／ｃｍ２，ＣＩＧＳ：２０．０ｍＡ／ｃｍ２）に一致した。
【0066】
変換効率ηの温度係数は、実測値がＰＶＫ：ｄη／ｄＴ＝－０．２３％／Ｋ，ＣＩＧＳｄη／ｄＴ＝－０．３８％／Ｋであったのに対し、計算結果はＰＶＫ：ｄη／ｄＴ＝－０．２６％／Ｋ，ＣＩＧＳ：ｄη／ｄＴ＝－０．４０％／Ｋとなった。すなわち、変換効率ηの温度係数について実測値と計算結果はおおよそ一致した。また、開放端電圧ＶｏｃとバンドギャップＥｇの差が一定値（ＰＶＫ：Ｅｇ－Ｖｏｃ＝０．５１ｅＶ，ＣＩＧＳ：Ｅｇ－Ｖｏｃ＝０．４６ｅＶ）となるようにｃ０の値をバンドギャップＥｇ毎に定めた。
【0067】
集積化モジュールの電流密度Ｊ（Ｖ）を求める際には、ＰＶＫ，ＣＩＧＳの何れについても、ＴＣＯのシート抵抗ｒＴＣＯ＝２０Ω／ｓｑ（S. Nishiwaki, A. Burn, S. Buecheler, M. Muralt, S. Pilz, V. Romano, R. Witte, L. Krainer, G. J. Spuhler, and A. N. Tiwari, Prog. Photovolt.: Res. Appl. 23, 1908 (2015)），接触抵抗ｒＣ＝１Ωｃｍを用い（J.-H. Yoon, J.-K. Park, W. M. Kim, J. W. Lee, H. Pak, and J. Jeong, Sci. Rep. 5, 7690 (2015)，B. Turan, A. Huuskonen, I. Kuhn, T. Kirchartz, and S. Haas, Solar PRL 1, 1700003 (2017)，S.-W. Cho, A.-H. Kim, G.-A. Lee, and C.-W. Jeon, Electron. Mater. Lett. 17, 421 (2021)）、ｄ＝４００μｍに設定した（G. Heise, A. Borner, M. Dickmann, M. Englmaier, A. Heiss, M. Kemnitzer, J. Konrad, R. Moser, J. Palm, H. Vogt, and H. P. Huber, Prog. Photovolt.: Res. Appl. 23, 1291 (2015)，R. K. Kothandaraman, H. Lai, A. Aribia, S. Nishiwaki, S. Siegrist, M. Krause, Y. Zwirner, G. T. Sevilla, K. Artuk, C. M. Wolff, R. Carron, A. N. Tiwari, and F. Fu, Solar PRL 2022, 2200392 (2022)）。
【0068】
二端子モジュールについての計算の際には、先に求めた外部量子効率ηＥＯＥ（ｈバーω）をそのまま用いた。一方、四端子モジュール及び電圧整合タンデム太陽電池モジュールの場合は、トップモジュールとボトムモジュールの間に透明導電層が１層加わるので、これの近赤外光吸収の影響を考慮した。なお、近年、透光性太陽電池の変換効率の向上のために、Ｉｎ２Ｏ３：Ｓｎに替わる透明導電材料の研究が進められた結果、Ｉｎ２Ｏ３：Ｚｒ，Ｉｎ２Ｏ３：Ｃｅなどにより、高い導電性を確保しながら近赤外光吸収が低減された（E. Aydin, M. De Bastiani, X. Yang, M. Sajjad, F. Aljamaan, Y. Smirnov, M. N. Hedhili, W. Liu, T. G. Allen, L. Xu, E. Van Kerschaver, M. Morales-Masis, U. Schwingenschlogl, and S. De Wolf, Adv. Func. Mater. 29, 1901741 (2019)，P.-H. Lee, T.-T. Wu, C.-F. Li, D. Glowienka, Y.-X. Huang, S.-H. Huang, Y.-C. Huang, and W.-F. Su, Solar PRL 2022, 2100891(2022)）。そこで、ＣＩＧＳボトムセルについては、外部量子効率ηＥＯＥ（ｈバーω）に替えて、外部量子効率ηＥＯＥ（ｈバーω）にＩｎ２Ｏ３：Ｃｅ薄膜の透過スペクトル（バンドギャップ１．２ｅＶにおいて９７．８％）を掛けた値を用いた（P.-H. Lee, T.-T. Wu, C.-F. Li, D. Glowienka, Y.-X. Huang, S.-H. Huang, Y.-C. Huang, and W.-F. Su, Solar PRL 2022, 2100891(2022)）。
【0069】
標準条件であるＡＭ１．５Ｇ光照射、２５℃の条件にて（Reference Air Mass 1.5 Spectra, https://www.nrel.gov/grid/solar-resource/spectra-am1.5.html）、トップセル数とボトムセル数の比ｎｔ／ｎｂについて発電に有効なトップセル及びボトムセルの幅ｗｔ，ｗｂの最適値を求めた。これらの値と、２０１５年につくば市にて、南向き、傾斜角３２°の斜面で実測された日射スペクトルと気温のデータを用いて（Solar Radiation Database, New Energy and Industrial Technology Development Organization (NEDO)）、年間平均の変換効率（積算日射量に対する積算発電量の比）を計算した。ここで、セルの温度（Ｔ）は、気温（Ｔａ）及び日射強度（Ｐｉｎ）との間の経験的な関係式である数式（１１）を用いて求めた（M. Jost, B. Lipovsek, B. Glazar, A. Al-Ashouri, K. Brecl, G. Matic, A. Magomedov, V. Getautis, M. Topic, and S. Albrecht, Adv. Energy Mater. 10, 2000454 (2020)）。
【数11】
【0070】
図１５は、電圧整合タンデム太陽電池モジュールについて、１年間平均の変換効率（発電量／日射量）をボトムセル数とトップセル数の比ｎｂ／ｎｔの関数として計算した結果を示す。また、図１５では、比較例として二端子モジュール（２Ｔ）及び四端子モジュール（４Ｔ）に対する結果も併せて示した。図１５では、縦軸が変換効率、横軸がボトムセル数とトップセル数の比ｎｂ／ｎｔを示す。また、図１５において、第１の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール１００に対する結果をＶＭ－Ｉとして示した。配線の電気抵抗、セルの長手方向の端の影響を無視した計算モデルでは、第２～第４の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０２，１０４，１０６の変換効率は等しい。そこで、図１５において、電圧整合タンデム太陽電池モジュール１０２，１０４，１０６に対する結果をＶＭ－ＩＩとして示した。
【0071】
トップセル及びボトムセルのバンドギャップＥｇの組み合わせについていずれの場合も、ボトムセル数とトップセル数の比ｎｂ／ｎｔが最適値のときに電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率は四端子モジュールにおける変換効率の値にほぼ一致した。また、ボトムセル数とトップセル数の比ｎｂ／ｎｔが最適値からずれると電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率は低下するものの、ボトムセル数とトップセル数の比ｎｂ／ｎｔの広い範囲で四端子モジュールにおける変換効率に近い値となった。
【0072】
一方、トップセルとボトムセルの電流整合条件に最も近いＥｇ（ｔ）＝１．６８ｅＶ及びＥｇ（ｂ）＝１．０８ｅＶの組み合わせの場合、二端子モジュールの変換効率は電圧整合タンデム太陽電池モジュールの最大値及び四端子モジュールの値よりも高くなった。しかしながら、それ以外の場合には、電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率の最大値及び四端子モジュールの値の方が二端子モジュールの変換効率より高くなった。
【0073】
また、電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率が最大となるボトムセル数とトップセル数の比ｎｂ／ｎｔのバンドギャップＥｇ（ｔ），Ｅｇ（ｂ）に対する依存性を調べた。図１６は、トップセル及びボトムセルのバンドギャップＥｇ（ｔ），Ｅｇ（ｂ）について、四端子モジュールの変換効率に対する電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率の比を示す。図１６では、縦軸が変換効率（相対値）、横軸がボトムセル数とトップセル数の比ｎｂ／ｎｔを示す。図１６に示されるように、トップセルのバンドギャップＥｇ（ｔ）が大きく、ボトムセルのバンドギャップＥｇ（ｂ）が小さくなるにつれてボトムセル数とトップセル数の比ｎｂ／ｎｔの最適値は大きくなる傾向を示した。
【0074】
そこで、図１７において、ボトムセル数とトップセル数の比ｎｂ／ｎｔをトップセルのバンドギャップＥｇ（ｔ）とボトムセルのバンドギャップＥｇ（ｂ）を含む関数値０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ）により規格化した。これより、何れのバンドギャップＥｇ（ｔ），Ｅｇ（ｂ）の場合であっても、（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））がおおよそ１のときに電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率が最大となり四端子モジュールの値にほぼ一致した。また、（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．６以上２．０以下の範囲では、電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率は四端子モジュールの変換効率の８０％以上となった。すなわち、電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率は、四端子モジュールの変換効率に近い値を示した。さらに、（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．８以上１．４以下の範囲では、電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率は四端子モジュールの変換効率の９０％以上となった。すなわち、電圧整合タンデム太陽電池モジュールの変換効率は、四端子モジュールの変換効率にさらに近い値を示した。
【0075】
図１８は、第１の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール（ＶＭ－Ｉ）と第２～第４の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール（ＶＭ－ＩＩ）の変換効率を比較した結果を示す。図１８では、各バンドギャップＥｇについてボトムセル数とトップセル数の比ｎｂ／ｎｔを最適化したときの変換効率を比較した。図１８では、縦軸が変換効率、横軸がバンドギャップＥｇを示す。何れの場合においても、第２～第４の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール（ＶＭ－ＩＩ）の変換効率は第１の実施の形態における電圧整合タンデム太陽電池モジュール（ＶＭ－Ｉ）の変換効率より高い値となった。
【0076】
［本発明の構成］
［構成１］
複数のトップセルを集積させたトップモジュールと、複数のボトムセルを集積させたボトムモジュールと、を積層し、前記トップモジュールと前記ボトムモジュールとを並列に接続した電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｔ）は１．５ｅＶ以上１．８ｅＶ以下であり、
前記ボトムモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｂ）は１．０ｅＶ以上１．２ｅＶ以下であり、
前記トップモジュールを構成する前記トップセルの直列接続数ｎｔと、前記ボトムモジュールを構成する前記ボトムセルの直列接続数ｎｂが、
（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．６以上２．０以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成２］
構成１に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．８以上１．４以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成３］
構成１又は２に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
光入射側からみて前記トップモジュールと前記ボトムモジュールの大きさが同一であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成４］
構成１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを２個並列に接続した構成であり、
前記ボトムモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎｂ／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成５］
構成１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを１枚の基板に２個形成し、２個の前記トップサブモジュールを並列に接続した構成であり、
前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎｂの前記ボトムセルを１枚の基板に形成した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成６］
構成１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを基板に形成した構成であり、
前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎｂ／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを基板に２個形成し、２個の前記ボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成７］
構成１～６のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップセルは、有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュールである。
［構成８］
構成１～７のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルは、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２太陽電池又は有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成１］
複数のトップセルを集積させたトップモジュールと、複数のボトムセルを集積させたボトムモジュールと、を積層し、前記トップモジュールと前記ボトムモジュールとを並列に接続した電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｔ）は１．５ｅＶ以上１．８ｅＶ以下であり、
前記ボトムモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ（ｂ）は１．０ｅＶ以上１．２ｅＶ以下であり、
前記トップモジュールを構成する前記トップセルの直列接続数ｎｔと、前記ボトムモジュールを構成する前記ボトムセルの直列接続数ｎｂが、
（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．６以上２．０以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成２］
構成１に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
（ｎｂ／ｎｔ）／（０．８８×（Ｅｇ（ｔ）－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ（ｂ）－０．６０ｅＶ））が０．８以上１．４以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成３］
構成１又は２に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
光入射側からみて前記トップモジュールと前記ボトムモジュールの大きさが同一であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成４］
構成１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを２個並列に接続した構成であり、
前記ボトムモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎｂ／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成５］
構成１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを１枚の基板に２個形成し、２個の前記トップサブモジュールを並列に接続した構成であり、
前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎｂの前記ボトムセルを１枚の基板に形成した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成６］
構成１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、直列接続数ｎｔの前記トップセルを有するトップサブモジュールを基板に形成した構成であり、
前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎｂ／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを基板に２個形成し、２個の前記ボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
［構成７］
構成１～６のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップセルは、有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュールである。
［構成８］
構成１～７のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルは、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２太陽電池又は有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【符号の説明】
【0077】
１０ 基板、１２、第１導電層、１４ 光電変換層、１６ 第２導電層、１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ） 間隙、２０ 基板、２２、第３導電層、２４ 光電変換層、２６ 第４導電層、２８（２８ａ，２８ｂ，２８ｃ） 間隙、３０ 導電層、２００ トップモジュール、２００ａ，２００ｂ トップサブモジュール、２０２ ボトムモジュール、２０２ａ，２０２ｂ ボトムサブモジュール。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
