特許 7584072 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】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-07

(45)【発行日】2024-11-15

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H01L 31/0443 20140101AFI20241108BHJP

   H01L 31/0445 20140101ALI20241108BHJP

   H01L 31/075 20120101ALI20241108BHJP

【ＦＩ】

H01L31/04 522

H01L31/04 530

H01L31/06 500

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2023195620

(22)【出願日】2023-11-17

【審査請求日】2024-03-13

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】523111201

【氏名又は名称】株式会社ＰＸＰ

(73)【特許権者】

【識別番号】322009206

【氏名又は名称】株式会社ＳＯＬＡＢＬＥ

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】杉本 広紀

【審査官】丸橋 凌

(56)【参考文献】

【文献】特開昭５９－２１４２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１６／０２４７９５９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１１／１１４７８１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０２１－０８２８１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０２６３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－１６０４２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２６８７１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１５７８７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２３／０１８７５６８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００９／００２５７７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１１／１０６９０２（ＷＯ，Ａ２）

【文献】特開２０００－２２８５２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１７９６３７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３１／０４－３１／０７８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１導電性基板に形成された発電素子層を有する複数個の太陽電池セルと、
第２導電性基板に形成されたダイオード素子層を有する１個以上のバイパスダイオードと、
を備え、
前記複数個の太陽電池セルにおける各発電素子層は、前記第１導電性基板の一面側に配置され、
前記１個以上のバイパスダイオードにおける各ダイオード素子層は、前記第１導電性基板の他面側に配置され、
前記複数個の太陽電池セルが直列に接続されて形成される１組のストリングにおいて、１個以上の前記太陽電池セルに、前記１個以上のバイパスダイオードが並列に接続されて１組の並列回路が形成されており、
前記発電素子層及び前記ダイオード素子層がカルコパイライト化合物を含み、
前記太陽電池セルの許容電流密度が標準試験条件で生成される短絡電流密度の［ｎ］倍であるとき、前記１組の並列回路の一部を形成する前記１個以上のバイパスダイオードの合計面積が１個の前記太陽電池セルの面積の１／［ｎ］以上である、
太陽電池モジュール。

【請求項2】

第１導電性基板に形成された発電素子層を有する複数個の太陽電池セルと、
第２導電性基板に形成されたダイオード素子層を有する１個以上のバイパスダイオードと、
を備え、
前記複数個の太陽電池セルにおける各発電素子層は、前記第１導電性基板の一面側に配置され、
前記１個以上のバイパスダイオードにおける各ダイオード素子層は、前記第１導電性基板の他面側に配置され、
前記複数個の太陽電池セルが直列に接続されて形成される１組のストリングにおいて、１個以上の前記太陽電池セルに、前記１個以上のバイパスダイオードが並列に接続されて１組の並列回路が形成されており、
前記発電素子層及び前記ダイオード素子層がカルコパイライト化合物を含み、
前記複数個の太陽電池セルは、短辺の長さが実質的に等しい矩形状をなし、かつ、前記１個以上のバイパスダイオードは、長辺の長さが実質的に等しい矩形状をなし、
前記太陽電池セルの標準試験条件における開放電圧がＳ（Ｖ）であり、前記太陽電池セルの許容逆電圧が－Ｘ（Ｖ）であるときに、前記バイパスダイオードの長辺の長さは、前記太陽電池セルの短辺の長さの［Ｘ／Ｓ］倍以下である、
太陽電池モジュール。

【請求項3】

第１導電性基板に形成された発電素子層を有する複数個の太陽電池セルと、
第２導電性基板に形成されたダイオード素子層を有する１個以上のバイパスダイオードと、
を備え、
前記複数個の太陽電池セルにおける各発電素子層は、前記第１導電性基板の一面側に配置され、
前記１個以上のバイパスダイオードにおける各ダイオード素子層は、前記第１導電性基板の他面側に配置され、
前記複数個の太陽電池セルが直列に接続されて形成される１組のストリングにおいて、１個以上の前記太陽電池セルに、前記１個以上のバイパスダイオードが並列に接続されて１組の並列回路が形成されており、
前記発電素子層及び前記ダイオード素子層がカルコパイライト化合物を含み、
前記複数個の太陽電池セルは、短辺の長さが実質的に等しい矩形状をなし、かつ、前記１個以上のバイパスダイオードは、長辺の長さが実質的に等しい矩形状をなし、
前記太陽電池セルの標準試験条件における開放電圧がＳ（Ｖ）であり、前記太陽電池セルの許容逆電圧が－Ｘ（Ｖ）であるときに、前記バイパスダイオードは、最大［Ｘ／Ｓ］＋１個の前記太陽電池セルに亘って跨設される、
太陽電池モジュール。

【請求項4】

前記複数個の太陽電池セルは、各太陽電池セルの一部が順に積層するように接続される、
請求項１乃至３の何れか記載の太陽電池モジュール。

【請求項5】

前記１個以上のバイパスダイオードは、各バイパスダイオードが少なくとも２個の前記太陽電池セルに跨って配置される、
請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。

【請求項6】

前記１個以上のバイパスダイオードは、各バイパスダイオードが前記複数個の太陽電池セルの積層方向に沿って重なるように配置される、
請求項５記載の太陽電池モジュール。

【請求項7】

前記１個以上のバイパスダイオードは、各バイパスダイオードが前記複数個の太陽電池セルの少なくとも１つに隣接するように配置される、
請求項５記載の太陽電池モジュール。

【請求項8】

前記１個以上のバイパスダイオードは、各バイパスダイオードの前記ダイオード素子層に切欠部が形成されており、かつ、各バイパスダイオードが前記切欠部において、前記複数個の太陽電池セルの少なくとも１個に接続される、
請求項６記載の太陽電池モジュール。

【請求項9】

前記１個以上のバイパスダイオードは、各バイパスダイオードが導電性架橋部材により前記複数個の太陽電池セルの少なくとも１個に接続される、
請求項７記載の太陽電池モジュール。

【請求項10】

［ｎ］＝１１である、
請求項１記載の太陽電池モジュール。

【請求項11】

［Ｘ／Ｓ］＝４である、
請求項２又は３記載の太陽電池モジュール。

【請求項12】

前記複数個の太陽電池セルは、短辺の長さが実質的に等しい矩形状をなし、かつ、前記１個以上のバイパスダイオードは、長辺の長さが実質的に等しい矩形状をなし、
前記１個以上のバイパスダイオードがｋ個（ｋ≧１）のとき、前記１個以上のバイパスダイオードは、前記太陽電池セルの長辺の垂直２ｋ等分線の奇数番目の仮想線に沿って延在するように並置される、
請求項１乃至３の何れか記載の太陽電池モジュール。

【請求項13】

前記太陽電池セルと前記バイパスダイオードとは、電気的接点以外において絶縁されている、
請求項１乃至３の何れか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】

本開示は、複数個の太陽電池セルと１個以上のバイパスダイオードとを備える太陽電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、複数個の太陽電池セルが直列に接続されたストリングの一部が、例えば壁面や車載等の影で覆われると、その部位の発電が停止して電流が遮断されてしまい、何ら手段を講じなければ、ストリング全体の発電が停止してしまう。また、影で覆われた部分の抵抗が増加し、局所的に発熱することに起因して、故障等の不具合が生じるおそれがある。このような悪影響を防止するべく、発電電流を迂回させるためのバイパスダイオードを太陽電池セルやストリング単位で組み込む必要がある。特に、影の影響を多く受ける環境に設置される太陽電池モジュールでは、バイパスダイオードを比較的多く組み込むことが望ましい。

【0003】

このような要望に応えるべく、例えば特許文献１には、受光面側となる透明基板上に形成された太陽電池セルと、その上に重ねて形成されたバイパスダイオードとを備える太陽電池モジュールが記載されている。このような構成により、太陽電池セルの受光面積の低下を防止しつつ、バイパスダイオードの面積を比較的大きくして電流集中による発熱を抑制することが企図されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００５－２６８７１９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、上記従来の太陽電池モジュールでは、太陽電池セル上にバイパスダイオードを積層形成するため、大面積のバイパスダイオードを設けるには製造工程を十分に簡素化することができず、製造コスト及び材料コストの十分に低減するができなかった。また、上記従来の太陽電池モジュールの構成は、受光面を確保するために不透明基板を用いることができないため、デバイス構造や用途の多様化及び汎用化に十分に対応することができないという問題もあった。

【0006】

そこで、本開示は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、太陽電池セルの受光面積を損なわずにバイパスダイオードの大面積を実現することにより、発電面積の減少やバイパスダイオードへの電流集中を解消しつつ、製造コスト及び材料コストの低減を十分に図ることができる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。また、本開示は、併せて、デバイス構造や用途の多様化及び汎用化に十分に対応することが可能な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】

【0007】

上記課題を解決するために、本開示の一例に係る太陽電池モジュールは、第１導電性基板に形成された発電素子層を有する複数個の太陽電池セルと、第２導電性基板に形成されたダイオード素子層を有する１個以上のバイパスダイオードとを備える。そして、複数個の太陽電池セルにおける各発電素子層は、第１導電性基板の一面側に配置され、１個以上のバイパスダイオードにおける各ダイオード素子層は、第１導電性基板の他面側に配置される。また、複数個の太陽電池セルが直列に接続されて形成される１組のストリングに、１個以上のバイパスダイオードが並列に接続されることにより、１組の並列回路が形成されている。

【0008】

かかる構成を有する太陽電池モジュールでは、太陽電池セルの発電素子層が設けられた第１導電性基板の一面側から受光して発電が行われる。また、その第１導電性基板の他面側（非受光面側）にバイパスダイオードのダイオード素子が配置されるので、バイパスダイオードによって太陽電池セルへの入射光が遮られることなく、受光面積の減少が抑止される。また、そのような構造により、バイパスダイオードの大面積化も平易となり、バイパスダイオードへの電流集中を有効に解消することができる。その結果、建物の壁面や車載用途等の影の影響を受け易い環境下においても、光エネルギーを有効に利用することができる。さらに、太陽電池セル上にバイパスダイオードを積層する必要がないので、製造コスト及び材料コストをともに十分に低減することができる。加えて、そのような構造により、第１導電性基板及び第２導電性基板として不透明基板を用い得るので、デバイス構造や用途の多様化及び汎用化に資することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本開示の太陽電池モジュールによる第１実施形態における太陽電池セルの構成の一例を示す概略断面図である。

【図2】本開示の太陽電池モジュールによる第１実施形態におけるバイパスダイオードの構成の一例を示す概略断面図である。

【図3】本開示の太陽電池モジュールによる第１実施形態の構成の一例を示す（Ａ）概略側面図及び（Ｂ）概略平面（底面）図である。

【図4】本開示の太陽電池モジュールによる第２実施形態の構成の一例を示す（Ａ）概略側面図及び（Ｂ）概略平面（底面）図である。

【図5】本開示の太陽電池モジュールによる第３実施形態の構成の一例を示す（Ａ）概略側面図及び（Ｂ）概略平面（底面）図である。

【図6】本開示の太陽電池モジュールによる第４実施形態の構成の一例を示す（Ａ）概略側面図及び（Ｂ）概略平面（底面）図である。

【図7】本開示の太陽電池モジュールによる第５実施形態の構成の一例を示す概略平面（底面）図である。

【図8】本開示の太陽電池モジュールによる第６実施形態の構成の一例を示す概略平面（底面）図である。

【図9】本開示の太陽電池モジュールによる第７実施形態の構成の一例を示す概略平面（底面）図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜用語の定義等＞
以下、添付図面を参照して、本開示の好適な実施形態に係る太陽電池モジュールについて説明する。なお、本書では、便宜上、太陽電池モジュールにおける太陽電池セル及びバイパスダイオードの何れにおいても、基板を基準にして各層が積層される向きを上方と称し、その逆向きを下方と称し、その座標軸方向を上下とする（図示の上下と異なる場合がある）。また、図示向かって左側を単に「左側」又は「左」と、図示向かって右側を単に「右側」又は「右」と称する。さらに、本書において、各層、又は各層に含まれる半導体を、ある化合物の名称で表現した場合、純粋な当該化合物そのものだけでなく、その化合物の特性を失わない範囲で、微量の元素や化学種等がドープされた化合物も包含するものとする。また、本書において、各層における元素が、異なる酸化状態で存在し得るため、全ての酸化状態は、特に明確に記載されない限り、その元素の名称で呼ばれる。例えば、「水素元素」及びその化学記号「Ｈ」は、水素原子、水素イオン、水素化物イオン、水素ラジカル、化合物の状態の水素、及び単体の状態の水素を意味し得るものとする。

【0011】

＜第１実施形態＞
図１は、本開示の太陽電池モジュールによる第１実施形態における太陽電池セルの構成の一例を示す概略断面図である。図１に示すとおり、太陽電池モジュール１における太陽電池セル１０は、電極１１，１３と、それらの間に設けられた発電素子層１２を有する。このような積層構造を有する太陽電池セル１０は、典型的には、電極１３の上面側から受光して発電する。

【0012】

（電極１１）
電極１１は、導電性基板１１１（第１導電性基板）と、その上に形成された下部電極層１１２から構成されている。導電性基板１１１の形成材料は、特に限定されず、例えば、チタン箔やステンレス箔、アルミ箔等の金属基板、導電性樹脂フィルム等が挙げられ、その厚さは、例えば、１０～５００μｍ程度であることが好ましい。また、下部電極層１１２としては、特に限定されず、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｔｉ等からなる金属導電層、金属以外の導電性無機化合物導電層、導電性有機化合物導電層等を用いることができる。下部電極層１１２の厚さも、特に限定されず、例えば、２００～８００ｎｍ程度であることが好ましい。

【0013】

（発電素子層１２）
発電素子層１２は、電極１１の下部電極層１１２上に順に積層されたｐ型正孔輸送層１２１、光吸収層１２２、及び、ｎ型電子輸送層１２３から構成されている。ｐ型正孔輸送層１２１の形成材料は、特に限定されず、例えば、セレン化モリブデンや酸化モリブデン等の無機化合物や、フルオレン誘導体等の有機化合物が挙げられ、これらを、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。ｐ型正孔輸送層１２１の厚さも、特に限定されず、例えば、２０～１００ｎｍ程度であることが好ましい。また、光吸収層１２２の形成材料は、特に限定されず、例えば、（Ｃｓ，ＦＡ）ＰｂＩ₃等のペロブスカイト化合物、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）₂等のカルコパイライト化合物、Ｃｕ₂ＺｎＳｎＳ₄等のケステライト化合物が挙げられ、これらを、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。光吸収層１２２の厚さも、特に限定されず、例えば、１～５μｍ程度であることが好ましい。さらに、ｎ型電子輸送層１２３の形成材料としては、特に限定されず、例えば、Ｚｎ（Ｏ，Ｓ，ＯＨ）ｘ，ＣｄＳ，Ｉｎ₂Ｓ₃，ＺｎＴｉＯｘ等が挙げられ、これらを、１種単独で用いてもよく、２種以上を併用してもよい。ｎ型電子輸送層１２３の厚さも、特に限定されず、例えば、２０～１５０ｎｍ程度であることが好ましい。

【0014】

（電極１３）
電極１３は、発電素子層１２のｎ型電子輸送層１２３上に順に積層された上部電極層１３１、及び、グリッド電極１３２から構成されている。上部電極層１３１としては、特に限定されず、例えば、ＩＴＯ、ＩＯＨ、ＦＴＯ、ＺｎＯ：Ｂ、ＺｎＯ：Ａｌ等の透明電極層が挙げられる。上部電極層１３１の厚さは、特に制限されず、例えば、０．１～２μｍ程度であることが好ましい。また、グリッド電極１３２としては、特に限定されず、例えば、Ｍｏ、Ｃｒ、Ａｇ等からなる金属導電層、金属以外の導電性無機化合物導電層、導電性有機化合物導電層等を用いることができる。グリッド電極１３２の厚さも、特に限定されず、例えば、５～５０μｍ程度であることが好ましい。

【0015】

また、図２は、本開示の太陽電池モジュールによる第１実施形態におけるバイパスダイオードの構成の一例を示す概略断面図である。図２に示すとおり、太陽電池モジュール１におけるバイパスダイオード５０は、電極５１，５３と、それらの間に設けられたダイオード素子層５２を有する。

【0016】

（電極５１、ダイオード素子層５２、電極５３）
電極５１は、上述した電極１１と同様に、電極５１の下部電極層５１２上に順に積層された導電性基板５１１（第２導電性基板）とその上に形成された下部電極層５１２から構成されている。これらの導電性基板５１１及び下部電極層５１２としては、それぞれ、導電性基板１１１及び下部電極層１１２と同様に構成されたものを用いることができる。また、ダイオード素子層５２は、上述した発電素子層１２と同様に、電極５１の下部電極層５１２上に順に積層されたｐ型正孔輸送層５２１、ｐ型半導体層５２２、及び、ｎ型電子輸送層５２３から構成されている。これらのｐ型正孔輸送層５２１、ｐ型半導体層５２２、及び、ｎ型電子輸送層５２３としては、それぞれ、ｐ型正孔輸送層１２１、光吸収層１２２、及び、ｎ型電子輸送層１２３と同様に構成されたものを用いることができる。さらに、電極５３は、上述した電極１３と同様に、ダイオード素子層５２のｎ型電子輸送層５２３上に順に積層された上部電極層５３１、及び、ベタ電極５３２から構成されている。これらの上部電極層５３１及びベタ電極５３２の構成材料としては、それぞれ、上部電極層１３１及びグリッド電極１３２と同種のものを用いることができる。このとおり、バイパスダイオード５０としては、実質的に、太陽電池セル１０と同等の構成を有するデバイスを使用することができ、発電素子層１２及びダイオード素子層５２は、同一材料又は同種材料を含むことができる。またさらに、バイパスダイオード５０においては、ダイオード素子層５２及び電極５３の右端部に切欠部Ｃが形成され、電極５１の下部電極層５１２の上面右端部が露呈されている。なお、切欠部Ｃの形成方法は、特に制限されず、例えば、スクライビング、エッチング、パターニング等を適宜選択して適用し得る。

【0017】

次に、図３は、本開示の太陽電池モジュールによる第１実施形態の構成の一例を示す（Ａ）概略側面図及び（Ｂ）概略平面（底面）図である。太陽電池モジュール１は、それぞれ矩形状をなす２個の太陽電池セル１０，１０と、矩形状をなす１個のバイパスダイオード５０とを備える。太陽電池モジュール１においては、太陽電池セル１０，１０が導電性接着剤層Ｂ１を介して直列に接続され、１組のストリングが形成されている。より具体的には、左側の太陽電池セル１０における電極１３のグリッド電極１３２の上面右端部と、右側の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面左端部が重なり合うように、導電性接着剤層Ｂ１によって接合されている。

【0018】

また、太陽電池モジュール１においては、太陽電池セル１０，１０を含む１組のストリングに、バイパスダイオード５０が導電性接着剤層Ｂ２，Ｂ３を介して並列に接続されて１組の並列回路が形成されている。より具体的には、右側の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面略全域と、バイパスダイオード５０における電極５３の上面全域が重なり合うように、導電性接着剤層Ｂ２によって接合されている。また、右側の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面左端部と、バイパスダイオード５０における切欠部Ｃによって露呈した電極５１の下部電極層５１２の上面右端部が重なり合うように、導電性接着剤層Ｂ３によって接合されている。

【0019】

以上のとおり、太陽電池モジュール１では、太陽電池セル１０，１０が、それぞれの一部において順に積層するように、短辺（図３（Ａ）の上下方向）に沿って接続されている。また、バイパスダイオード５０は、太陽電池セル１０，１０に跨って長手方向に延在するように、かつ、太陽電池セル１０，１０の積層方向に沿って重なるように、配置されている。さらに、換言すれば、太陽電池セル１０，１０のそれぞれの発電素子層１２，１２は、導電性基板１１１の一面側に配置され、バイパスダイオード５０のダイオード素子層５２は、導電性基板１１１の他面側（非受光面側）に配置されている。またさらに、導電性接着剤層Ｂ１が設けられた部位が、太陽電池セル１０，１０の電気的接点とされ、導電性接着剤層Ｂ２，Ｂ３が設けられた部位が、太陽電池セル１０，１０とバイパスダイオード５０との電気的接点とされている。なお、太陽電池セル１０，１０とバイパスダイオード５０は、電気的接点以外において、空気層や適宜の絶縁層によって絶縁されている。

【0020】

このように構成された太陽電池モジュール１によれば、太陽電池セル１０の発電素子層１２が設けられた導電性基板１１１（第１導電性基板）の一面側から受光して発電が行われる。また、その導電性基板１１１の他面側（非受光面側）にバイパスダイオード５０のダイオード素子層５２が配置されるので、バイパスダイオード５０によって太陽電池セル１０への入射光が遮られることなく、受光面積の減少を抑止することができる。また、そのような構造により、バイパスダイオード５０の大面積化も平易となり、バイパスダイオード５０への電流集中を解消することができる。その結果、建物の壁面や車載用途等の影の影響を受け易い環境下においても、光エネルギーを有効に利用することができる。さらに、太陽電池セル１０上にバイパスダイオード５０を積層形成する必要がなく、しかも、太陽電池セル１０，１０及びバイパスダイオード５０を導電性接着剤層Ｂ１～Ｂ３によって平易に接合することができる。よって、製造コスト及び材料コストをともに十分に低減することが可能となる。加えて、そのような構造により、導電性基板１１１及び導電性基板５１１として不透明基板を用いることができ、デバイス構造や用途の多様化及び汎用化に更に資することができる。

【0021】

また、太陽電池モジュール１は、太陽電池セル１０及びバイパスダイオード５０の何れも、薄膜化を図り易い材料の積層構造として構成することができるので、太陽電池モジュール１の薄膜化及びフレキシブル化の観点から有用である。さらに、太陽電池セル１０，１０のそれぞれの一部が順に積層するように接続されてストリングが形成されるので、太陽電池モジュール１の更なる薄膜化及びフレキシブル化を図ることができる。またさらに、バイパスダイオード５０が、複数（２個）の太陽電池セル１０，１０に跨って配置されるので、バイパスダイオード５０の大面積化が有効に図られる。さらにまた、バイパスダイオード５０が太陽電池セル１０，１０の積層方向に沿って重なるように配置されるので、太陽電池モジュール１の小型化に寄与することもできる。

【0022】

また、バイパスダイオード５０のダイオード素子層５２に切欠部Ｃが形成されており、かつ、バイパスダイオード５０がその切欠部Ｃにおいて、太陽電池セル１０，１０のうちの１個に接続される。これにより、太陽電池セル１０とバイパスダイオード５０との接合を更に簡易に行うことができ、更なるコスト低減に寄与し得る。さらに、発電素子層１２及びダイオード素子層５２がともに、例えばカルコパイライト化合物等の同一材料又は同種材料を含むので、太陽電池セル１０及びバイパスダイオード５０を兼用することができ、更なる製造コストの低減や管理コストの軽減も実現可能となる。加えて、太陽電池セル１０とバイパスダイオード５０が電気的接点以外において絶縁されているので、両者間の短絡を十分に抑制して、太陽電池モジュール１の信頼性の向上に資することができる。

【0023】

＜第２実施形態＞
図４は、本開示の太陽電池モジュールによる第２実施形態の構成の一例を示す（Ａ）概略側面図及び（Ｂ）概略平面（底面）図である。太陽電池モジュール２は、３個の太陽電池セル１０，１０，１０を含むこと、及び、バイパスダイオード５０に代えてバイパスダイオード６０を備えること以外は、太陽電池モジュール１と同様に構成されたものである。ここで、バイパスダイオード６０は、電極６１，６３と、それらの間に設けられたダイオード素子層６２を有する。これらの電極６１、ダイオード素子層６２、及び、電極６３は、それぞれ、上述したバイパスダイオード５０の電極５１、ダイオード素子層５２、及び、電極５３と同様に構成することができる。

【0024】

太陽電池モジュール２においては、太陽電池セル１０，１０，１０が導電性接着剤層Ｂ１，Ｂ１を介して直列に接続されて１組のストリングが形成されている。より具体的には、左側の太陽電池セル１０における電極１３のグリッド電極１３２の上面右端部と、中央の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面左端部が重なり合うように、導電性接着剤層Ｂ１によって接合されている。同様に、中央の太陽電池セル１０における電極１３のグリッド電極１３２の上面右端部と、右側の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面左端部が重なり合うように、導電性接着剤層Ｂ１によって接合されている。

【0025】

また、太陽電池モジュール２においては、太陽電池セル１０，１０，１０を含む１組のストリングに、バイパスダイオード６０が導電性接着剤層Ｂ２，Ｂ３を介して並列に接続されて１組の並列回路が形成されている。より具体的には、左側の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面略全域と、バイパスダイオード６０における電極６３の上面の略左半分が重なり合うように、導電性接着剤層Ｂ２によって接合されている。また、右側の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面左端部と、バイパスダイオード６０における切欠部Ｃによって露呈した電極６１の下部電極層の上面右端部が重なり合うように、導電性接着剤層Ｂ３によって接合されている。

【0026】

以上のとおり、太陽電池モジュール２では、太陽電池セル１０，１０，１０が、それぞれの一部において順に積層するように、短辺（図４（Ａ）の上下方向）に沿って接続されている。また、バイパスダイオード６０は、バイパスダイオード５０よりも長尺な部材であり、太陽電池セル１０，１０，１０に跨って長手方向に延在するように、かつ、太陽電池セル１０，１０，１０の積層方向に沿って重なるように、配置されている。さらに、換言すれば、太陽電池セル１０，１０，１０のそれぞれの発電素子層１２，１２，１２は、導電性基板１１１の一面側に配置され、バイパスダイオード６０のダイオード素子層６２は、導電性基板１１１の他面側（非受光面側）に配置されている。またさらに、導電性接着剤層Ｂ１，Ｂ１が設けられた部位が、太陽電池セル１０，１０，１０の電気的接点とされ、導電性接着剤層Ｂ２，Ｂ３が設けられた部位が、太陽電池セル１０，１０とバイパスダイオード６０との電気的接点とされている。なお、太陽電池セル１０，１０，１０とバイパスダイオード５０とは、電気的接点以外において、空気層や適宜の絶縁層によって絶縁されている。例えば、中央の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面略全域と、バイパスダイオード６０における電極６３の上面の略右半分との間には、絶縁層Ｚ１が設けられている。

【0027】

このように構成された太陽電池モジュール２においても、太陽電池モジュール１と同等の作用効果を得ることができる。また、それらに加えて又は代えて、バイパスダイオード５０が、複数（３個）の太陽電池セル１０，１０，１０に跨って配置されるので、バイパスダイオード５０の大面積化を更に有効に図ることができる。また、バイパスダイオード５０の必要数を低減することができ、低コスト化につながる。さらに、太陽電池セル１０，１０，１０のうち中央の太陽電池セル１０とバイパスダイオード５０との間に絶縁層Ｚ１を介在させるので、両者間の短絡を更に十分に抑制して、太陽電池モジュール２の信頼性向上に更に寄与することができる。

【0028】

＜第３実施形態＞
図５は、本開示の太陽電池モジュールによる第３実施形態の構成の一例を示す（Ａ）概略側面図及び（Ｂ）概略平面（底面）図である。太陽電池モジュール３は、バイパスダイオード５０に代えてバイパスダイオード５０’を備えること以外は、太陽電池モジュール１と同様に構成されたものである。ここで、バイパスダイオード５０’は、バイパスダイオード５０と略同等の積層構造を有するものの、バイパスダイオード５０とは設置状態が異なっている。より具体的には、図５に示すとおり、バイパスダイオード５０’は、バイパスダイオード５０に形成された切欠部Ｃを有しておらず、また、電極５１、ダイオード素子層５２、及び、電極５３の積層順がバイパスダイオード５０とは逆になるように、太陽電池セル１０，１０に接合されている。

【0029】

さらに、太陽電池モジュール３においても、太陽電池モジュール１と同様に、太陽電池セル１０，１０が導電性接着剤層Ｂ１を介して直列に接続されて１組のストリングが形成されている。またさらに、太陽電池モジュール３においては、太陽電池セル１０，１０を含む１組のストリングに、バイパスダイオード５０’が導電性接着剤層Ｂ３，Ｂ４及び導電性架橋部材Ｂ５によって並列に接続されて１組の並列回路が形成されている。より具体的には、左側の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面右端部と、バイパスダイオード５０’における電極５３の上面左端部が、導電性接着剤層Ｂ４を介して導電性架橋部材Ｂ５によって接続されている。また、右側の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面略全域と、バイパスダイオード５０’における電極５１の導電性基板５１１の下面全域が重なり合うように、導電性接着剤層Ｂ３によって接合されている。

【0030】

以上のとおり、太陽電池モジュール３でも、太陽電池モジュール１と同様に、太陽電池セル１０，１０がそれぞれの一部において順に積層するように、短辺（上下方向）に沿って接続されている。また、バイパスダイオード５０’は、太陽電池セル１０，１０に跨って長手方向に延在し、さらに、太陽電池セル１０，１０のうち左側の太陽電池セル１０に隣接するように、かつ、太陽電池セル１０，１０の積層方向に沿って重なるように、配置されている。なお、太陽電池セル１０，１０とバイパスダイオード５０’は、電気的接点以外において、空気層や適宜の絶縁層によって絶縁されている。

【0031】

このように構成された太陽電池モジュール３においても、太陽電池モジュール１と同等の作用効果を得ることができる。また、それらに加えて又は代えて、バイパスダイオード５０’が太陽電池セル１０，１０のうち左側の太陽電池セル１０に隣接するように配置されるので、太陽電池モジュール３の更なる薄層化の観点から有利である。また、バイパスダイオード５０’が導電性架橋部材Ｂ５によりその左側の太陽電池セル１０に接続されるので、両者の接合を平易に行うことができ、さらに、バイパスダイオード５０’に切欠部Ｃを設けなくてもよいので、製造コストの更なる軽減を図り得る。

【0032】

＜第４実施形態＞
図６は、本開示の太陽電池モジュールによる第４実施形態の構成の一例を示す（Ａ）概略側面図及び（Ｂ）概略平面（底面）図である。太陽電池モジュール４は、バイパスダイオード６０に代えてバイパスダイオード６０’を備えること以外は、太陽電池モジュール２と同様に構成されたものである。ここで、バイパスダイオード６０’は、バイパスダイオード６０と略同等の積層構造を有するものの、バイパスダイオード６０とは設置状態が異なっている。より具体的には、図６に示すとおり、バイパスダイオード６０’は、バイパスダイオード６０に形成された切欠部Ｃを有しておらず、また、電極６１、ダイオード素子層６２、及び、電極６３の積層順がバイパスダイオード６０とは逆になるように、太陽電池セル１０，１０，１０に接合されている。

【0033】

さらに、太陽電池モジュール４においても、太陽電池モジュール２と同様に、太陽電池セル１０，１０，１０が導電性接着剤層Ｂ１を介して直列に接続されて１組のストリングが形成されている。またさらに、太陽電池モジュール４においては、太陽電池セル１０，１０，１０を含む１組のストリングに、バイパスダイオード６０’が導電性接着剤層Ｂ３，Ｂ４及び導電性架橋部材Ｂ５によって並列に接続されて１組の並列回路が形成されている。より具体的には、左側の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面右端部と、バイパスダイオード６０’における電極６３の上面左端部が、導電性接着剤層Ｂ４を介して導電性架橋部材Ｂ５によって接続されている。また、右側の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面略全域と、バイパスダイオード６０’における電極６１の導電性基板の下面右半分が重なり合うように、導電性接着剤層Ｂ３によって接合されている。

【0034】

以上のとおり、太陽電池モジュール４でも、太陽電池モジュール２と同様に、太陽電池セル１０，１０，１０が、それぞれの一部において順に積層するように、短辺（上下方向）に沿って接続されている。また、バイパスダイオード６０’は、太陽電池セル１０，１０，１０に跨って長手方向に延在するように、かつ、太陽電池セル１０，１０，１０のうち左側の太陽電池セル１０に隣接するように、かつ、太陽電池セル１０，１０，１０の積層方向に沿って重なるように、配置されている。なお、太陽電池セル１０，１０，１０とバイパスダイオード６０’とは、電気的接点以外において、空気層や適宜の絶縁層によって絶縁されている。例えば、中央の太陽電池セル１０における電極１１の導電性基板１１１の下面略全域と、バイパスダイオード６０’における電極６１の下面の略左半分との間には、絶縁層Ｚ１が設けられている。

【0035】

このように構成された太陽電池モジュール４においても、太陽電池モジュール２と同等の作用効果を得ることができる。また、それらに加えて又は代えて、バイパスダイオード６０’が、複数（３個）の太陽電池セル１０，１０，１０に跨って配置されるので、バイパスダイオード６０’の大面積化を更に有効に図ることができる。また、バイパスダイオード５０の必要数を低減することができ、低コスト化につながる。また、太陽電池セル１０，１０，１０のうち中央の太陽電池セル１０とバイパスダイオード６０’との間に絶縁層Ｚ１を介在させるので、両者間の短絡を更に十分に抑制して、太陽電池モジュール４の信頼性向上に更に寄与することができる。

【0036】

＜第５実施形態＞
図７～図９は、本開示の太陽電池モジュールによる第５実施形態の構成の複数例を示す概略平面（底面）図である。図６は、図３（Ｂ）に示す太陽電池モジュール１の概略平面（底面）図を再掲したものであり、太陽電池モジュール５の構成は、第１実施形態の太陽電池モジュール１と同様である。また、図７及び図８に示す太陽電池モジュール６，７は、それぞれ、２個及び３個のバイパスダイオード５０を有する。これらの太陽電池モジュール６，７では、それぞれの短辺の長さが、図６に示すバイパスダイオード５０の例えば１／２以上、及び、１／３以上とされていること以外は、図６のバイパスダイオード５０と同等の積層構造を有する。

【0037】

これらの太陽電池モジュール５，６，７の何れにおいても、複数個の太陽電池セル１０は、短辺の長さが実質的に等しい矩形状をなし、かつ、１個以上のバイパスダイオード５０は、長辺の長さが実質的に等しい矩形状をなしている。この場合、各バイパスダイオード５０の長辺の長さが、各太陽電池セル１０の短辺の長さの［Ｘ／Ｓ］倍以下（ここで、［ ］はガウス記号（整数部分）を示す）であると好適である。或いは、各バイパスダイオード５０が最大［Ｘ／Ｓ］＋１個の太陽電池セル１０に亘って跨設されるように構成されていても好適である。ここで、「Ｓ」は、太陽電池セル１０の標準試験条件における開放電圧（Ｖ）を示し、「－Ｘ」は、太陽電池セル１０の許容逆電圧（Ｖ）を示す。

【0038】

より具体的には、太陽電池セル１０の発電素子層１２及びバイパスダイオード５０のダイオード素子層５２がカルコパイライト化合物を含むときに、［Ｘ／Ｓ］が４であるとより好ましい。なお、図示の太陽電池モジュール５，６，７においては、［Ｘ／Ｓ］＝１の場合が例示されている。

【0039】

また、太陽電池モジュール５，６，７においては、太陽電池セル１０の許容電流密度が標準試験条件で生成される短絡電流密度の［ｎ］倍（ここでも、［ ］はガウス記号（整数部分）を示す）であるときに、１組の並列回路の一部を形成する１個以上のバイパスダイオード５０の合計面積が太陽電池セル１０の１個の面積の１／［ｎ］以上であると好適である。より具体的には、太陽電池セル１０の発電素子層１２及びバイパスダイオード５０のダイオード素子層５２がカルコパイライト化合物を含むときに、［ｎ］が１１であるとより好ましい。なお、図示の太陽電池モジュール５，６，７においては、［ｎ］≒５又は６の場合が例示されている。

【0040】

さらに、太陽電池モジュール５，６，７においては、バイパスダイオード５０がｋ個のとき、それらのバイパスダイオード５０が、太陽電池セル１０の長辺の垂直２ｋ等分線の奇数番目の仮想線に沿って延在するように並置されていると好適である。

【0041】

例えば、太陽電池モジュール５の場合、バイパスダイオード５０は１個であるので、太陽電池セル１０の長辺の垂直２等分線（ｋ＝１）は１本（仮想線Ｅ５１）となり、バイパスダイオード５０は、その仮想線Ｅ５１に沿って延在する（図６）。また、太陽電池モジュール６の場合、バイパスダイオード５０は２個であるので、太陽電池セル１０の長辺の垂直４等分線（ｋ＝２）は３本（仮想線Ｅ６１～Ｅ６３）であり、バイパスダイオード５０，５０は、それらのうち奇数番目の仮想線Ｅ６１，Ｅ６３上に沿って延在するように並置される。さらに、太陽電池モジュール７の場合、バイパスダイオード５０は３個であるので、太陽電池セル１０の長辺の垂直６等分線（ｋ＝３）は５本（仮想線Ｅ７１～Ｅ７５）であり、バイパスダイオード５０，５０，５０は、それらのうち奇数番目の仮想線Ｅ７１，Ｅ７３，Ｅ７５上に沿って延在するように並置される。

【0042】

このように構成された太陽電池モジュール５，６，７においても、太陽電池モジュール１，３等と同等の作用効果を得ることができる。また、それらに加えて又は代えて、１組の並列回路の一部を形成する１個以上のバイパスダイオード５０の合計面積が１個の太陽電池セル１０の面積の１／［ｎ］以上となるように構成し、特に、発電素子層１２及びダイオード素子層５２がカルコパイライト化合物を含むときに［ｎ］＝１１とすることにより、バイパスダイオード５０の動作時の電流密度を許容範囲内に有効に抑えることができる。その結果、バイパスダイオード５０の動作不良をより確実に防止することができ、太陽電池モジュール５，６，７の信頼性向上により一層寄与することができる。

【0043】

また、バイパスダイオード５０の長辺の長さを、太陽電池セル１０の短辺の長さの［Ｘ／Ｓ］倍以下に構成し、或いは、バイパスダイオード５０を最大［Ｘ／Ｓ］＋１個の太陽電池セル１０に亘って跨設させるように構成し、特に、発電素子層１２及びダイオード素子層５２がカルコパイライト化合物を含むときに［Ｘ／Ｓ］＝４とすることにより、バイパスダイオード５０の必要数を最小化し低コスト化しつつ、十分な逆電圧耐性を確保することができる。

【0044】

さらに、バイパスダイオード５０がｋ個（ｋ≧１）のとき、バイパスダイオード５０を、太陽電池セル１０の長辺の垂直２ｋ等分線の奇数番目の仮想線に沿って延在するように並置させることにより、各バイパスダイオード５０の短辺の長さを短くして狭幅化することができる。これにより、バイパスダイオード５０への電流集中をより緩和して発熱を更に抑えることができ、信頼性を殊更に向上させることができる。

【0045】

（参考例１）
ここでは、まず、試験体Ｓ１～Ｓ１０として、発電素子層１２がカルコパイライト化合物を含む図１に示す構造の太陽電池セル１０を１０個準備した。これらの試験体Ｓ１～Ｓ１０の開放電圧Ｓ（仕様標準値）は０．６（Ｖ）であり、短絡電流密度（仕様標準値）は３５ｍＡ／ｃｍ²であった。次に、準備した太陽電池セル１０の試験体Ｓ１～Ｓ１０を、ダイオード素子層５２がカルコパイライト化合物を含む図２に示す構造のバイパスダイオード５０として用いた場合の逆電圧耐性としての許容逆電圧である－Ｘ（Ｖ）を測定した。得られた測定結果と、算出された［Ｘ／Ｓ］を、表１にまとめて示す。結果としては、試験体によってばらつきがあることを考慮し、安全設計上の観点から標準偏差を含めて、許容逆電圧である－Ｘの平均値＋標準偏差の２倍（２σ）＝－２．６（Ｖ）となり、これより、太陽電池セル１０の発電素子層１２及びバイパスダイオード５０のダイオード素子層５２がカルコパイライト化合物を含む場合、［Ｘ／Ｓ］＝［－２．６／０．６］＝４（整数部分）が好適であることが確認された。

【0046】

【表1】

【0047】

（参考例２）
参考例１で用いた太陽電池セル１０の試験体Ｓ１～Ｓ１０について、許容電流密度（ｍＡ／ｃｍ²）を測定した。得られた測定結果と、算出された［ｎ］（許容電流密度／短絡電流密度の整数部分）を、表２にまとめて示す。結果としては、試験体によってばらつきがあることを考慮し、安全設計上の観点から標準偏差を含めて、許容電流密度の平均値－標準偏差の２倍（２σ）＝３８８（ｍＡ／ｃｍ²）となり、これより、太陽電池セル１０の発電素子層１２及びバイパスダイオード５０のダイオード素子層５２がカルコパイライト化合物を含む場合、［ｎ］＝［３８８／３５］＝１１（整数部分）であること、すなわち、１組の並列回路の一部を形成する１個以上のバイパスダイオード５０の合計面積が１個の太陽電池セル１０の面積の１／１１以上であると好ましいことが確認された。

【0048】

【表2】

【0049】

以上説明した各実施形態は、本開示の理解を容易にするためのものであり、本開示を限定して解釈するためのものではない。また、各実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状、寸法サイズ、縮尺等は、特に明示のない限り、例示したものや図示のものに限定されず、本開示の要旨の範囲内において適宜変更することができる。さらに、各実施形態の構成を相互に組み合わせることも可能である。例えば、太陽電池モジュール１～７は、上述した各層以外の層を備えていてもよいし、上述した各層を複数備えていてもよい。また、太陽電池セル１０やバイパスダイオード５０を構成する各層は、上述した主要構成材料の他に、バインダー、界面活性剤等の種々の添加剤を含んでいてもよい。さらに、太陽電池セル１０のｐ型正孔輸送層１２１やグリッド電極１３２は、設けなくてもよく、光吸収層１２２は２層以上設けてもよい。またさらに、バイパスダイオード５０、５０’、６０、６０’としては、他にｐｎ接合ダイオード、ｐｉｎ接合ダイオード、ｉｎ接合ダイオード、ｐｉ接合ダイオード、及び、ショットキーバリアダイオード等を用いることもできる。加えて、本開示による太陽電池モジュールの用途は、特に限定されず、例えば、建物、移動体、飛行体のルーフや窓、及び壁面等に貼り付けて発電デバイスとして好ましく利用することができる。また、他にも、街灯やセンサー、デジタルサイネージ用の独立電源デバイス、モバイルエネルギーデバイス、宇宙又は成層圏における発電デバイスとしても好適に利用可能である。

【符号の説明】

【0050】

１～７…太陽電池モジュール、１０…太陽電池セル、１１，１３，５１，５３，６１，６３…電極、１２…発電素子層、５０、５０’、６０、６０’ …バイパスダイオード、５２，６２…ダイオード素子層、１１１，５１１…導電性基板、１１２，５１２…下部電極層、１２１，５２１…ｐ型正孔輸送層、１２２…光吸収層、１２３，５２３…ｎ型電子輸送層、１３１，５３１…上部電極層、１３２…グリッド電極、５２２…ｐ型半導体層、５３２…ベタ電極、Ｂ１～Ｂ３…導電性接着剤層、Ｂ５…導電性架橋部材、Ｃ…切欠部、Ｅ５１，Ｅ６１～Ｅ６３，Ｅ７１～Ｅ７５…仮想線、Ｚ１…絶縁層

【要約】

【課題】発電面積の減少やバイパスダイオードへの電流集中を解消しつつ、製造コスト及び材料コストの低減を十分に図り、かつ、デバイス構造や用途の多様化及び汎用化に十分に対応する。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、第１導電性基板に発電素子層１２を有する複数個の太陽電池セル１０と、第２導電性基板にダイオード素子層５２を有する１個以上のバイパスダイオード５０とを備える。太陽電池セル１０における各発電素子層１２は、第１導電性基板の一面側に配置され、バイパスダイオード５０における各ダイオード素子層５２は、第１導電性基板の他面側に配置される。また、複数個の太陽電池セル１０が直列に接続されて形成される１組のストリングに、バイパスダイオード５０が並列に接続されることにより、１組の並列回路が形成されている。
【選択図】図３

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】