特許 7547491 タンデム太陽電池、およびタンデム太陽電池システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-30

(45)【発行日】2024-09-09

(54)【発明の名称】タンデム太陽電池、およびタンデム太陽電池システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/043 20140101AFI20240902BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 510

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2022550401

(86)(22)【出願日】2021-08-02

(86)【国際出願番号】 JP2021028595

(87)【国際公開番号】W WO2022059366

(87)【国際公開日】2022-03-24

【審査請求日】2023-02-09

(31)【優先権主張番号】PCT/JP2020/035259

(32)【優先日】2020-09-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317015294

【氏名又は名称】東芝エネルギーシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001634

【氏名又は名称】弁理士法人志賀国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】塩川 美雪

(72)【発明者】

【氏名】山下 勝也

(72)【発明者】

【氏名】戸張 智博

(72)【発明者】

【氏名】五反田 武志

(72)【発明者】

【氏名】齊田 穣

【審査官】吉岡 一也

(56)【参考文献】

【文献】米国特許第０８５６９６１３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】米国特許第０６３５３１７５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】国際公開第２００８／０５９５９３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特表２０１７－５３４１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－２２６２１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０４－３１／０５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

入射した光を光電変換することで発電すると共に、前記入射した光の一部を通過させるトップセルモジュールと、
前記トップセルモジュールと積層され、前記トップセルモジュールを通過した光を光電変換することで発電するボトムセルモジュールと、を備え、
前記トップセルモジュールは、直列、並列、または直列と並列の組み合わせで互いに接続された複数のトップセルを含み、
前記ボトムセルモジュールは、直列、並列、または直列と並列の組み合わせで互いに接続された、前記トップセルの数と同じ数の複数のボトムセルを含み、
前記複数のトップセルの間を繋ぐ電極は、平面視で前記ボトムセルに重ならない位置にある、
タンデム太陽電池。

【請求項2】

前記複数のトップセルは、第１方向に並ぶ複数のトップセルを含み、
前記複数のトップセルと前記複数のボトムセルは平面視で一対一に対向するように配置され、
前記複数のトップセルのそれぞれは、前記複数のボトムセルのうち対向する前記ボトムセルに対して、平面視で前記第１方向に直交する第２方向に張り出す部分を有し、
前記張り出す部分に、前記第１方向に並ぶ複数のトップセルを並列に接続する第１電極が設けられている、
請求項１記載のタンデム太陽電池。

【請求項3】

前記第１電極を接続する第２電極は、平面視で前記複数のトップセルよりも前記第１方向に関して外側に張り出している、
請求項２記載のタンデム太陽電池。

【請求項4】

前記複数のトップセルの接続形態と前記複数のボトムセルの接続形態は、前記トップセルと前記ボトムセルの電流比率に整合するように設定されている、
請求項１記載のタンデム太陽電池。

【請求項5】

前記トップセルモジュールの正極端子が前記タンデム太陽電池の正極端子であり、
前記ボトムセルモジュールの負極端子が前記タンデム太陽電池の負極端子であり、
前記トップセルモジュールの負極端子が前記ボトムセルモジュールの正極端子に接続されている、
請求項４記載のタンデム太陽電池。

【請求項6】

請求項５記載の複数のタンデム太陽電池を備え、
前記複数のタンデム太陽電池は少なくとも一方向に関して互いに隣接するように配置され、互いに隣接する前記複数のタンデム太陽電池の接続箇所において、
前記一方向に関して互いに隣接する前記複数のタンデム太陽電池のうちの一方の前記正極端子と、互いに隣接する前記複数のタンデム太陽電池のうちの他方の前記負極端子とが接続されている、
タンデム太陽電池システム。

【請求項7】

前記トップセルモジュールの正極端子が前記タンデム太陽電池の第１正極端子であり、
前記トップセルモジュールの負極端子が前記タンデム太陽電池の第１負極端子であり、
前記ボトムセルモジュールの正極端子が前記タンデム太陽電池の第２正極端子であり、
前記ボトムセルモジュールの負極端子が前記タンデム太陽電池の第２負極端子である、
請求項４記載のタンデム太陽電池。

【請求項8】

請求項７記載の複数のタンデム太陽電池であって、光の入射する側から見て前記トップセルモジュールの正極端子が第１隅に存在する一以上の第１種類のタンデム太陽電池と、光の入射する側から見て前記トップセルモジュールの正極端子が前記第１隅に隣接する第２隅に存在する一以上の第２種類のタンデム太陽電池と、を備え、
前記第１種類のタンデム太陽電池と前記第２種類のタンデム太陽電池が配列方向に関して交互に配置され、互いに隣接する前記第１種類のタンデム太陽電池と前記第２種類のタンデム太陽電池の接続箇所において、
前記第１種類のタンデム太陽電池の前記第１正極端子と前記第２種類のタンデム太陽電池の前記第１負極端子が接続されていると共に前記第１種類のタンデム太陽電池の前記第２正極端子と前記第２種類のタンデム太陽電池の前記第２負極端子が接続されており、或いは、
前記第１種類のタンデム太陽電池の前記第１負極端子と前記第２種類のタンデム太陽電池の前記第１正極端子が接続されると共に前記第１種類のタンデム太陽電池の前記第２負極端子と前記第２種類のタンデム太陽電池の前記第２正極端子が接続されている、
タンデム太陽電池システム。

【請求項9】

前記複数のトップセルは、第１方向と、平面視で前記第１方向に直交する第２方向とにそれぞれ複数配列されており、
前記複数のトップセルと前記複数のボトムセルは平面視で一対一に対向するように配置され、
前記複数のトップセルの少なくとも一部が、前記第１方向において第１電極で接続され、
前記複数のトップセルの少なくとも一部が、前記第２方向において第２電極で接続され、
前記第１電極および前記第２電極は、平面視で前記ボトムセルに重ならない位置にある、
請求項１記載のタンデム太陽電池。

【請求項10】

前記第１電極は、前記複数のトップセル上において、平面視で前記トップセルに重ならない位置に設けられており、
前記ボトムセルは、平面視で前記第１電極の間に位置するように配置されている、
請求項９記載のタンデム太陽電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、タンデム太陽電池、およびタンデム太陽電池システムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、トップセルモジュールとボトムセルモジュールを含むタンデム太陽電池が知られている。タンデム太陽電池では、互いに異なる光の吸収帯を持つ材料で生成されたトップセルモジュールとボトムセルモジュールを組み合わせることで、小面積で効率的に発電を行うことができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０２０－５３６６９号公報

【文献】特表２０１７－５３４１８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

タンデム太陽電池において、トップセルモジュールが複数のトップセルを含み、ボトムセルモジュールが複数のボトムセルを含むように構成されることが想定される。しかしながら、従来の技術では、複数のトップセルを繋ぐ電極が平面視でボトムセルに重なることで、ボトムセルの発電量が低下してしまう場合があった。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、ボトムセルの発電量の低下を抑制することができるタンデム太陽電池、およびタンデム太陽電池システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の太陽電池は、トップセルモジュールと、ボトムセルモジュールとを持つ。トップセルモジュールは、入射した光を光電変換することで発電すると共に、前記入射した光の一部を通過させる。ボトムセルモジュールは、前記トップセルモジュールと積層され、前記トップセルモジュールを通過した光を光電変換することで発電する。前記トップセルモジュールは、直列、並列、または直列と並列の組み合わせで互いに接続された複数のトップセルを含む。前記ボトムセルモジュールは、直列、並列、または直列と並列の組み合わせで互いに接続された、前記トップセルの数と同じ数の複数のボトムセルを含む。前記複数のトップセルの間を繋ぐ電極は、平面視で前記ボトムセルに重複しない位置にある。

【図面の簡単な説明】

【0007】

【図1】第１の実施形態に係る太陽電池１の構成図。

【図2】トップセルモジュール１００の構成をＺ方向から見た図。

【図3】トップセル１１０の積層構造の一例を示す斜視図。

【図4】トップセル１１０の積層構造の一例を示す側面図。

【図5】トップセルモジュール１００の等価回路図。

【図6】ボトムセルモジュール２００の構成をＺ方向から見た図（その１）。

【図7】ボトムセルモジュール２００の構成をＹ方向から見た図（その１）。

【図8】ボトムセルモジュール２００の構成をＺ方向から見た図（その２）。

【図9】ボトムセルモジュール２００の構成をＹ方向から見た図（その２）。

【図10】ボトムセルモジュール２００の等価回路図。

【図11】第１の実施形態に係る太陽電池システムの構成図。

【図12】第２の実施形態の太陽電池２の構成図。

【図13】第２の実施形態に係る太陽電池システムの構成図。

【図14】太陽電池１または２の平面図である。

【図15】図１４における１５－１５線における断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0008】

以下、実施形態の太陽電池、および太陽電池システムを、図面を参照して説明する。

【0009】

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る太陽電池１の構成図である。太陽電池１は、トップセルモジュール１００と、ボトムセルモジュール２００とを有する。トップセルモジュール１００と、ボトムセルモジュール２００のそれぞれは、例えば、矩形面を有する平板状の形状をしており、トップセルモジュール１００とボトムセルモジュール２００は、それぞれの厚さ方向に積層されている。以下、トップセルモジュール１００と、ボトムセルモジュール２００の矩形面における一辺の方向をＸ方向、他の一辺の方向をＹ方向、厚さ方向をＺ方向と定義して説明を行う。図中の矢印Ｄは、光（太陽光）の入射方向を示している。後述する図３、４、７、９、１１においても同様である。太陽電池１は、トップセルモジュール１００におけるボトムセルモジュール２００の側と反対側の矩形面に光が入射するように設置される。

【0010】

トップセルモジュール１００は、入射した光を光電変換することで発電すると共に、入射した光の一部を通過させる。ボトムセルモジュール２００は、トップセルモジュール１００を通過した光を光電変換することで発電する。トップセルモジュール１００の正極端子１００Ｐは、太陽電池１の正極端子１Ｐを兼ねる。トップセルモジュール１００の負極端子１００Ｎは、ボトムセルモジュール２００の正極端子２００Ｐと接続されている。ボトムセルモジュール２００の負極端子２００Ｎは、太陽電池１の負極端子１Ｎを兼ねる。このように、第１実施形態において、トップセルモジュール１００と、ボトムセルモジュール２００は、太陽電池１の正極端子１Ｐと負極端子１Ｎの間に直列に接続されている。

【0011】

トップセルモジュール１００は、直列、並列、または直列と並列の組み合わせで互いに接続された複数のトップセル１１０（後に図示）を含み、ボトムセルモジュール２００は、直列、並列、または直列と並列の組み合わせで互いに接続された複数のボトムセル２１０（後に図示）を含む。後に説明するが、複数のトップセル１１０の接続形態と複数のボトムセル２１０の接続形態は、トップセル１１０とボトムセル２１０の電流比率に整合するように設定されていてもよい。電流比率とは、想定される成分の光が入射したときに、トップセル１１０とボトムセル２１０のそれぞれが発電する電力の比率である。以下、電流比率（トップセルの出力電流：ボトムセルの出力電流）を１：αで表す。通常、ボトムセル２１０の方が多くの電流を出力するため、α＞１となる。

【0012】

図２は、トップセルモジュール１００の構成をＺ方向から見た図である。トップセルモジュール１００は、例えば、複数のトップセル１１０－１～ｍと、正側セルインターコネクタ１２０Ｐと、負側セルインターコネクタ１２０Ｎと、ストリングコネクタ１３０と、ダイオード１４０とを有する。ｍは２以上の任意の自然数であり、図ではｍ＝２０である。いずれのトップセルであるか区別しないときは、単にトップセル１１０と称する。負側セルインターコネクタ１２０Ｎは、Ｘ方向に並ぶトップセル１１０のｎ電極１１１（後に図示）を共通して接続する導電体である。正側セルインターコネクタ１２０Ｐは、Ｘ方向に並ぶトップセル１１０のｐ電極１１４（後に図示）を共通して接続する導電体である。従って、図２の構成では、４つのトップセル１１０が並列に接続されている。ダイオード１４０は、並列に接続された４つのトップセル１１０ごとに設けられるバイパスダイオードである。ダイオード１４０は、対応する４つのトップセル１１０が日陰に入ったり故障した場合に、４つのトップセル１１０に流れる電流をバイパスさせる。トップセルモジュール１００は、封止材を含む樹脂、密着フィルム等を介してボトムセルモジュール２００と接合されている。

【0013】

図３は、トップセル１１０の積層構造の一例を示す斜視図である。図４は、トップセル１１０の積層構造の一例を示す側面図である。トップセル１１０は、例えば、亜酸化銅太陽電池であり、負側セルインターコネクタ１２０Ｎのある側から順に、例えば、ｎ電極１１１、ｎ－化合物層１１２、ｐ－光吸収層１１３、ｐ電極１１４、基板１１５が積層された構成となっている。図３および図４に示す構成は、あくまで一例であり、入射した光を光電変換することで発電すると共に、入射した光の一部を通過させることが可能な構成であれば、如何なる構成が採用されてもよい。トップセル１１０としては、例えば、亜酸化銅（Ｃｕ_２Ｏ）太陽電池、色素増感太陽電池、有機薄膜系太陽電池、ペロブスカイト太陽電池などが採用される。また、図３および図４に示す構成に加えて、保護フィルム、封止材などが適宜追加されてよい。発電層へ光を導入しやすくする目的で、ｎ－化合物層１１２の上に反射防止膜が形成されてもよい。ｎ電極１１１およびｐ電極１１４は、例えば透明導電膜やメッシュ状に形成された電極であり、メッシュの間隙に光を透過させる。基板１１５は、例えばガラスやＰＥＴ等の透明フィルムであり、光透過率が高いほどよい。トップセル１１０は、ｎ－化合物層１１２とｐ－光吸収層１１３の間に電圧を発生させる。発生した電圧は、ｎ電極１１１とのｐ電極１１４との間の電圧となり、その電圧が負側セルインターコネクタ１２０Ｎおよび正側セルインターコネクタ１２０Ｐによって取り出される。図５は、トップセルモジュール１００の等価回路図である。図示するように、トップセルモジュール１００は、トップセル１１０が４並列５直列で接続された回路構成となっている。

【0014】

ボトムセル２１０は、例えばバックコンタクト型太陽電池セルである。この場合における構成例を図６および図７に示す。図６は、ボトムセルモジュール２００の構成をＺ方向から見た図（その１）である。ボトムセルモジュール２００は、例えば、複数のボトムセル２１０－１～ｍと、セルインターコネクタ２３０と、ダイオード２４０とを有する。いずれのボトムセルであるか区別しないときは、単にボトムセル２１０と称する。セルインターコネクタ２３０は、互いに隣接するボトムセル２１０の間に設けられ、ｍ個のボトムセル２１０を直列に接続する導電体である。ダイオード２４０は、直列に接続された４つのボトムセル２１０ごとに設けられるバイパスダイオードである。ダイオード２４０は、対応する４つのボトムセル２１０が日陰に入ったり故障したりした場合に、ボトムセル２１０に流れる電流をバイパスさせる。

【0015】

図７は、ボトムセルモジュール２００の構成をＹ方向から見た図である（その１）。図示するように、ボトムセル２１０は、例えば、トップセルモジュール１００の側から順に、反射防止膜２１１、ｎ型半導体２１２、ｐ＋拡散層２１３およびｎ＋拡散層２１４が積層されている。ｐ＋拡散層２１３及びｎ＋拡散層２１４は、各ボトムセル２１０のＹ方向に関して、交互に配置されている。また、図７に示す構成に加えて、保護フィルム、封止材などが適宜追加されてよい。ボトムセル２１０は、ｐ＋拡散層２１３とｎ＋拡散層２１４との間に電圧を発生させる。発生した電圧は、ｐ電極２１５とｎ電極２１６との電圧となる。ｐ電極２１５とｎ電極２１６もＹ方向に関して、交互に配置されている。一つのボトムセル２１０における複数のｐ電極２１５は一つに束ねられており、一つのボトムセル２１０における複数のｎ電極２１６もまた一つに束ねられている。両者の電圧は、セルインターコネクタ２３０によって隣接する他のボトムセル２１０におけるｐｎが逆の電極と接続されることで、ボトムセル２１０が互いに直列に接続される。

【0016】

ボトムセル２１０は、結晶系Ｓｉ太陽電池セルなど、他の態様の太陽電池セルであってもよい。この場合における構成例を図８および図９に示す。図８は、ボトムセルモジュール２００の構成をＺ方向から見た図（その２）である。この例におけるセルインターコネクタ２３５は、互いに隣接するボトムセル２１０の表面側（図面における手前側）と裏面側（図面における奥側）を接続することで、ｍ個のボトムセル２１０を直列に接続する導電体である。

【0017】

図９は、ボトムセルモジュール２００の構成をＹ方向から見た図である（その２）。図示するように、ボトムセル２１０は、例えば、トップセルモジュール１００の側から順に、ｎ電極２２１、反射防止膜２２０、ｎ型半導体２２２、ｐ型半導体２２３、およびｐ電極２２４が積層されている。ボトムセル２１０は、ｐ型半導体２２３ｐとｎ型半導体２２２との間に電圧を発生させる。発生した電圧は、ｐ電極２２４とｎ電極２２１との間の電圧となる。この電圧は、セルインターコネクタ２３５によってボトムセル２１０が直列に接続されることで昇圧されて取り出される。ボトムセルモジュール２００としては、他にも例えば、単結晶、多結晶、ヘテロ接合型、アモルファス等のシリコン系太陽電池や、ＣＩＳ系、ＣＩＧＳ系の化合物太陽電池などが採用され、更にセル電極構造（ｐ電極、ｎ電極）としてメタルラップスルー構造や両面受光構造が組み合わされてもよい。メタルラップスルー構造とは、図９に示す構造において、ｎ電極２２１をボトムセル２１０の厚さ方向に貫通させて裏面側に持ってきた電極構造である。両面受光構造とは、図９に示す構造において、ｐ電極２２４がボトムセル２１０の裏面の全面に配置されている構造ではなく、ｎ電極２２１のようにバスバーによって配線されている電極構造である。

【0018】

図１０は、ボトムセルモジュール２００の等価回路図である。図示するように、ボトムセルモジュール２００は、ボトムセルが１並列２０直列で接続された回路構成となっている。

【0019】

このように構成された太陽電池１は、トップセルモジュール１００の方がボトムセルモジュール２００よりも並列数が大きく、トップセルモジュール１００の出力電流は一つのトップセル１１０の出力電流よりも大きくなる。ここで、仮にトップセルモジュール１００とボトムセルモジュール２００の並列数を同じにした場合は、前述した電流比率に起因してトップセルモジュール１００の出力電流がボトムセルモジュール２００の出力電流の１／αとなり、トップセルモジュール１００とボトムセルモジュール２００の電流が整合しないため、これらを直列に接続するのが難しくなってしまう。この点、実施形態の太陽電池１ではトップセルモジュール１００の並列数を大きくすることでトップセルモジュール１００の出力電流がボトムセルモジュール２００の出力電流の差を解消することができ、電流整合された状態に近付けることができる。この結果、トップセルモジュール１００とボトムセルモジュール２００を直列に接続することができ、トップセルモジュール１００とボトムセルモジュール２００の発電する電力を効率的に利用させることができる。また、太陽電池１の正極端子１Ｐと負極端子１Ｎのそれぞれを一つに絞ることができるため、太陽電池１の軽量化を図ることができる。

【0020】

トップセルモジュール１００の並列数をボトムセルモジュール２００の並列数で除算した値βは、特性値であるαと一致することが望ましいが、βが１よりもαに近く（すなわち電流整合するように並列数が作用し）、且つ上限値（例えば１．５×α程度）を超えない限り、αと多少異なってもよい。上記例示した実施形態ではβ＝４であるため、α＝４となるようにトップセル１１０とボトムセル２１０の材料が選択されるとよい。

【0021】

以上説明した第１の実施形態によれば、複数のトップセル１１０の接続形態と複数のボトムセル２１０の接続形態（すなわち除算値β）は、トップセル１１０とボトムセル２１０の電流比率αに整合するように設定されているため、トップセルモジュールとボトムセルモジュールの発電する電力を効率的に利用させることができる。

【0022】

このような構成の太陽電池１は、例えば、以下のような態様で使用される。図１１は、第１の実施形態に係る太陽電池システムの構成図である。太陽電池１は、幾何的構成として、１つの隅にトップセルモジュール１００の正極端子１００Ｐ（すなわち太陽電池１の正極端子１Ｐ）及びボトムセルモジュール２００の負極端子２００Ｎ（すなわち太陽電池１の負極端子１Ｎ）が配置されている。図１１において、上側の太陽電池１をＺ軸回りに１８０度回転させると下側の太陽電池１に一致するため、これらは等価である。

【0023】

図１１に示すように、太陽電池１は、互いに隣接するように配置され、Ｘ方向に関して互いに隣接する太陽電池１の正極端子１Ｐと負極端子１Ｎとが接続されている。

【0024】

係る構成によって、複数の太陽電池１を直列に接続した太陽電池系統が生成される。太陽電池系統による発電電力は、ＰＣＳ（Power Conditioning System）３００の入力端子３１０に入力され、出力端子３２０から出力される。

【0025】

以上説明した第１の実施形態によれば、４端子モジュールを接続する従来の太陽電池システムと比較して、配線長を低減させて効率的に複数の太陽電池１を直列配置することができる。

【0026】

（第２の実施形態）
以下、第２の実施形態について説明する。図１２は、第２の実施形態の太陽電池２の構成図である。太陽電池２は、第１の実施形態の太陽電池１と比較すると、トップセルモジュール１００の負極端子１００Ｎが、ボトムセルモジュール２００の正極端子２００Ｐと接続されておらず、トップセルモジュール１００の正極端子１００Ｐが太陽電池２の第１正極端子２Ｐ＃１、トップセルモジュール１００の負極端子１００Ｎが太陽電池２の第１負極端子２Ｎ＃１、ボトムセルモジュール２００の正極端子２００Ｐが太陽電池２の第２正極端子２Ｐ＃１、ボトムセルモジュール２００の負極端子２００Ｎが太陽電池２の第２負極端子２Ｎ＃１を兼ねる点で相違する。すなわち、第２の実施形態の太陽電池２は、トップセルモジュール１００とボトムセルモジュール２００をそれぞれ独立した太陽電池として機能させる。トップセルモジュール１００とボトムセルモジュール２００の内部構成については第１の実施形態と同様であり、再度の説明を省略する。

【0027】

このような構成の太陽電池２は、例えば、以下のような態様で使用される。図１３は、第２の実施形態に係る太陽電池システムの構成図である。太陽電池２は、幾何的構成としてタイプＡとタイプＢの２つのタイプのいずれかとして形成され得る。太陽電池２（タイプＡ）は、光の入射する側（プラスＺ側）から見てトップセルモジュール１００の正極端子１００Ｐ（すなわち太陽電池２の第１正極端子２Ｐ＃１）が第１隅に存在するものである。第１隅とは、右上または左下であり、太陽電池２をＺ軸回りに１８０度回転させると右上と左下に区別は無いため、これらは等価である。太陽電池２（タイプＢ）は、光の入射する側（プラスＺ側）から見てトップセルモジュール１００の正極端子１００Ｐ（すなわち太陽電池２の第１正極端子２Ｐ＃１）が第２隅に存在するものである。第２隅とは、第１隅に隣接する隅であり、右下または左上である。なお太陽電池２が正方形の形状を有している場合、タイプＡとタイプＢの間に違いは無くなるが、そうでは無いものとする。太陽電池２（タイプＡ）は「第１種類の太陽電池」の一例であり、太陽電池２（タイプＢ）は「第２種類の太陽電池」の一例である。

【0028】

図１３に示すように、太陽電池２（タイプＡ）と太陽電池２（タイプＢ）は、配列方向（Ｘ方向）に関して交互に配置され、互いに隣接する太陽電池２（タイプＡ）と太陽電池２（タイプＢ）の接続箇所において、太陽電池２（タイプＡ）の第１正極端子２Ｐ＃１と太陽電池２（タイプＢ）の２Ｎ＃１が接続されていると共に太陽電池２（タイプＡ）の２Ｐ＃２と太陽電池２（タイプＢ）の２Ｎ＃２が接続されており（図中（１））、或いは、太陽電池２（タイプＡ）の２Ｎ＃１と太陽電池２（タイプＢ）の２Ｐ＃１が接続されると共に太陽電池２（タイプＡ）の２Ｎ＃２と太陽電池２（タイプＢ）の第２正極端子２Ｐ＃２が接続されている（図中（２））。

【0029】

係る構成によって、複数の太陽電池２のトップセルモジュール１００を直列に接続したフロントセル太陽電池系統と、複数の太陽電池２のボトムセルモジュール２００を直列に接続したボトムセル太陽電池系統と、が生成される。フロントセル太陽電池系統による発電電力と、ボトムセル太陽電池系統による発電電力のそれぞれは、ＰＣＳ（Power Conditioning System）３００の第１入力端子３１０＃１と第２入力端子３１０＃２のそれぞれに入力され、ＰＣＳ３００において電流整合などの処理が行われて一本化された電力が出力端子３２０から出力される。

【0030】

以上説明した第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を奏することができる他、図１３に例示したように、２タイプの太陽電池を用いることで、１タイプの太陽電池のみ用いる場合に比して、配線長を低減させて効率的に複数の太陽電池２を直列配置することができる。

【0031】

図６および図８の構成において、セルインターコネクタ２３０および２３５のうちＹ方向に隣接するボトムセル２１０同士を接続するものの配置を模式的に表現したが、実際には、Ｘ方向に関してボトムセル２１０よりも外側に張り出すように配置されてよい。

【0032】

（トップセルモジュール１００における電極の配置について）
以下、実施形態の太陽電池における電極の配置について、より詳細に説明する。これまでに説明したとおり、ボトムセルモジュール２００は、トップセル１１０の数と同じ数の複数のボトムセル２１０を含む。複数のトップセル１１０は、第１方向（Ｘ方向）に並ぶ複数のトップセル１１０を含み、複数のトップセル１１０と複数のボトムセル２１０は平面視で一対一に対向するように配置される。図２の例では、トップセル１１０－１～１１０～４など、Ｘ方向に並ぶ１セットのトップセル１１０が、「第１方向（Ｘ方向）に並ぶ複数のトップセル１１０」に該当する。

【0033】

ここで、複数のトップセル１１０の間を繋ぐ電極は、平面視でボトムセル２１０に重ならない位置にある。これによって、ボトムセルの発電量の低下を抑制することができる。以下、これについて説明する。

【0034】

［Ｙ方向に関して］
複数のトップセル１１０のそれぞれは、複数のボトムセル２１０のうち対向するボトムセル２１０（例えばハイフン以下の符号が同じボトムセル２１０）に対して、平面視で第１方向（Ｘ方向）に直交する第２方向（Ｙ方向）に張り出す部分を有し、この張り出す部分に、第１方向に並ぶ複数のトップセル１１０を並列に接続する第１電極が設けられている。「平面視で」とは、例えば、「Ｚ方向から見た場合に」という意味である。また、「平面視で」とは、「想定される光の入射方向Ｄの方向から見た場合に」と換言することができ、「太陽電池１または２の最も広い平面部に直交する方向から見た場合に」と換言することもできる。「張り出す」とは、Ｙ方向に関するボトムセル２１０の両側の端部（外縁線）よりも外側にトップセル１１０の端部が存在することをいう。第１電極には、正側セルインターコネクタ１２０Ｐと、負側セルインターコネクタ１２０Ｎとが含まれる。

【0035】

［Ｘ方向に関して］
また、第１電極を接続する第２電極（ストリングコネクタ１３０）は、平面視で複数のトップセル１１０よりも第１方向（Ｘ方向）に関して外側に張り出している。つまり、第１電極は、Ｘ方向に関して、Ｘ方向に並ぶトップセル１１０のうち両端部に位置するトップセル１１０の端部（外縁線）よりも外側まで延びており、その第１電極の端部同士を第２電極が接続している。例えば後述する図１４の例では、正側セルインターコネクタ１２０Ｐはトップセル１１０－４のＸ方向端部よりも先まで伸びており、負側セルインターコネクタ１２０Ｎはトップセル１１０－８のＸ方向端部よりも先まで伸びており、ストリングコネクタ１３０は、それらの先端部同士を接続している。他の箇所に関しても同様である。これらの構成によって、複数のトップセル１１０の間を繋ぐ電極（少なくとも第１電極を含み、第２電極を含んでもよい）は、平面視でボトムセル２１０に重ならない位置となる。

【0036】

図１４は、太陽電池１または２の平面図である。図１５は、図１４における１５－１５線における断面図である。これらの図においては、図７に例示した構成と図９に例示した構成を区別せず、セルインターコネクタ２３０やセルインターコネクタ２３５を省略して示している。また、寸法や縮尺は図の通りでなく、任意に変更されてよい。ここで、各部の素材等について補足する。ｎ－化合物層１１２は、光吸収層とｐｎ接合を作るような半導体であり、亜酸化銅の場合は酸化物半導体が用いられる。ｎ－化合物層１１２は、透過率が高いものであることが好ましい。ｐ－光吸収層１１３は、太陽電池の光吸収層であり、光吸収層で吸収される波長以外の光をボトムセル２１０に透過させるために透過率が高い方が好ましい。例えば、亜酸化銅Ｃｕ_２Ｏがｐ－光吸収層１１３として用いられる。基板１１５のハッチングを「樹脂」に対応するものとしたが、前述したように基板１１５はガラスであってもよい。セルインターコネクタ１２０Ｎ、１２０Ｐは、例えば、はんだめっき銅線、導電性テープ、あるいは導電性接着剤と銅箔を組み合わせたもの、銅箔の片側に樹脂等を接着したもの等である。導電性テープは、例えば、Ｓｎ等でめっきした銅箔と樹脂系接着剤とを組み合わせたものである。

【0037】

図１５に示すように、トップセル１１０にはＹ方向に関してボトムセル２１０の端部よりも外側に張り出した張り出し部１１０ｈＰ、１１０ｈＮが設けられており、張り出し部１１０ｈＰに収まるように正側セルインターコネクタ１２０Ｐが、張り出し部１１０ｈＮに収まるように負側セルインターコネクタ１２０Ｎとが、それぞれ配置される。張り出し部１１０ｈＰ、１１０ｈＮのそれぞれの幅は、例えば０～１０［ｍｍ］程度であり、より好ましくは０～３［ｍｍ］程度である。このように構成されることで、トップセル１１０の発電面積とボトムセル２１０の発電面積が略一致することになる。なお、図４においては正側セルインターコネクタ１２０Ｐがｐ電極１１４に接するように配置されるものとしたが、図１５では、正側セルインターコネクタ１２０Ｐはｐ電極１１４上に設けられ、Ｙ方向に関してメインの積層構造に対して間隙をもって配置される、隔離されたｎ電極１１１（意味的にはｐ電極と称するべきであるが）に接するように配置される。この場合、電流は負側セルインターコネクタ１２０Ｎからｎ電極１１１、ｎ－化合物層１１２、ｐ－光吸収層１１３、ｐ電極１１４を通り、更に、隔離されたｎ電極１１１を通って正側セルインターコネクタ１２０Ｐに至る。張り出し部１１０ｈＰと張り出し部１１０ｈＮの間はＸ方向に複数個所スクライブされた構造を取ってもよい。

【0038】

このように例示される構成によって、複数のトップセル１１０の間を繋ぐ電極は、平面視でボトムセル２１０に重ならない位置となる。

【0039】

以上説明した少なくとも一つの実施形態によれば、入射した光を光電変換することで発電すると共に、入射した光の一部を通過させるトップセルモジュール１００と、トップセルモジュール１００と積層されトップセルモジュール１００を通過した光を光電変換することで発電するボトムセルモジュール２００と、を備え、トップセルモジュール１００は、直列、並列、または直列と並列の組み合わせで互いに接続された複数のトップセル１１０を含み、ボトムセルモジュール２００は、直列、並列、または直列と並列の組み合わせで互いに接続された、トップセル１１０の数と同じ数の複数のボトムセル２１０を含み、複数のトップセル１１０の間を繋ぐ電極は、平面視でボトムセル２１０に重ならない位置にある。これにより、電極の影がボトムセル２１０上にかかることによるボトムセル２１０の発電量の低下を抑制することができる。

【0040】

各実施形態の太陽電池、または太陽電池システムは、省スペースで効率的に発電をすることができるため、航空機の翼面などの種々の制約が多い箇所に好適に取り付けることができる。

【0041】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

【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】