JP2012138533A - 太陽電池ストリング、および太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】裏面電極型太陽電池セル端部の厚み方向における電位分布による裏面電極型太陽電池セルの特性低下を抑制することが可能な太陽電池ストリングを提供する。
【解決手段】裏面電極型太陽電池セルが、第１方向と、第１方向に直交する第２方向にそれぞれ複数配置されている太陽電池ストリングであって、第１導電型用電極は、シリコン基板の第１方向に延在し、第２導電型用電極は、第１導電型用電極に沿って延在しており、第２方向において隣接する裏面電極型太陽電池セルは、裏面電極型太陽電池セルの端部に最も近い電極同士が同じ導電型である。
【選択図】図４

Description

本発明は、太陽電池ストリング、および太陽電池モジュール、特に、太陽電池ストリングを構成する太陽電池セルの配置に関する。

太陽光エネルギを直接電気エネルギに変換する太陽電池セルは、近年、特に地球環境問題の観点から、次世代のエネルギ源としての期待が急激に高まっている。太陽電池セルとしては、化合物半導体または有機材料を用いたものなど様々な種類があるが、現在、主流となっているのは、シリコン結晶を用いたものである。

現在、最も多く製造および販売されている太陽電池セルは、入射光側の面である受光面と、受光面の反対側である裏面とに電極が形成された構造のものである。

しかしながら、受光面に電極を形成した場合、電極における光の反射、吸収があることから、形成された電極の面積分だけ入射する太陽光が減少するので、裏面にのみ電極を形成した裏面電極型太陽電池セルが開発されており、裏面電極型太陽電池セルを用いた太陽電池モジュールも開発されている。太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを電気的に接続して太陽電池ストリングにし、その太陽電池ストリングを樹脂等で封止したものである。

図１５は、特許文献１に開示されている裏面接合型太陽電池セル（以下「太陽電池セル」という。）を表す図である。図１５（ａ）は、裏面側から見た図であり、図１５（ｂ）は、図１５（ａ）で示した矢印から見たＧ−Ｇ′の断面を表す図である。太陽電池セル１０１の裏面には、ｎ電極１０２、ｐ電極１０３が形成され、太陽電池セルの裏面側には、櫛形状のｎ^＋層１０４、櫛形状のｐ^＋層１０５が形成されている。１２１はシリコン基板である。

図１６は、特許文献１に開示されている、太陽電池セルを接続するための配線基板を表す平面図である。配線基板１０６には、太陽電池セル１０１のｎ電極１０２に接続するｎ配線１０７、太陽電池セル１０１のｐ電極１０３に接続するｐ配線１０８、およびｎ配線１０７とｐ配線１０８とを接続する接続電極１０９が形成されている。

図１７は、配線基板１０６に複数の太陽電池セル１０１が配置された太陽電池ストリングを受光面側から見た図である。なお、図では、接続電極１０９を省略している。太陽電池ストリング１１０は、配線基板１０６のｎ配線１０７、ｐ配線１０８に、それぞれ、太陽電池セル１０１のｎ電極１０２、ｐ電極１０３が接続されるように、複数の太陽電池セル１０１が配置されている。

特開２００５−３４０３６２号公報（平成１７年１２月８日公開）

図１８は、太陽電池セルを直列にしたものを複数列に並べた太陽電池ストリングを受光面側から見た図である。太陽電池ストリング１１１は、太陽電池セル１０１を直列にしたものを２列並べている。１１２は配線基板である。図では、接続電極を省略している。図１９は、図１８で示した矢印から見たＨ−Ｈ′の断面を表す図である。

太陽電池セルでは、シリコン基板１２１の導電型と同じ導電型の電極は、シリコン基板１２１と同電位となるが、シリコン基板１２１の導電型と異なる導電型の電極は、ｐｎ接合で生じる電位差をシリコン基板１２１との間に有する。例えば、シリコン基板の導電型がｎ型であるとすると、ｎ電極１０２とシリコン基板１２１とは同電位であるが、ｐ電極１０３とシリコン基板１２１とはｐｎ接合で生じる電位差を有することになる。

したがって、図１９のように、隣り合う太陽電池セル１０１の、向かい合う端部に最も近い電極が、ｎ電極１０２、ｐ電極１０３と異なっており、シリコン基板１２１がｎ型の場合、シリコン基板１２１とｎ電極１０２とは同電位となるが、シリコン基板１２１とｐ電極１０３とは電位差を有することになる。

その結果、それぞれの太陽電池セル端部で、太陽電池セルの厚み方向における電位分布が異なり、太陽電池セル間に電位分布の偏りが生じる。そして、太陽電池セルの間隔が狭いほど、その電位分布の偏りが太陽電池セル特性に影響を及ぼし、太陽電池ストリング特性を低下させることもあった。

図２０は、隣り合う太陽電池セルの端部に最も近い電極の導電型が、シリコン基板の導電型と異なる場合の図である。３０１はｎ型シリコン基板、３０２はｐ^＋層、３０３はｐ電極、３０４はｐ配線である。この場合、隣り合う太陽電池セル同士で、シリコン基板と電極間の電位差は同様であるが、それぞれの太陽電池セルの端部で、太陽電池セルの厚み方向における電位分布により、太陽電池セルとその外側とに電位分布の偏りが生じる。この場合も、上記同様、電位分布の偏りが太陽電池セル特性に影響を及ぼし、太陽電池ストリング特性を低下させることもあった。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、太陽電池セル端部の厚み方向における電位分布による太陽電池セルの特性低下を抑制することが可能な太陽電池ストリングを提供することにある。

本発明の太陽電池ストリングは、裏面電極型太陽電池セルが、第１方向と、第１方向に直交する第２方向にそれぞれ複数配置されている太陽電池ストリングであって、裏面電極型太陽電池セルは、シリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面に、第１導電型用電極と、第２導電型用電極とを有し、第１導電型用電極は、シリコン基板の第１方向に延在し、第２導電型用電極は、第１導電型用電極に沿って延在しており、第２方向において隣接する裏面電極型太陽電池セルは、裏面電極型太陽電池セルの端部に最も近い電極同士が同じ導電型であるように配置されている。

ここで、本発明の太陽電池ストリングは、シリコン基板は、第１導電型であり、裏面電極型太陽電池セルの端部に最も近い電極は、第１導電型用電極であってもよい。

また、本発明の太陽電池ストリングは、裏面電極型太陽電池セルは、シリコン基板の受光面に受光面不純物半導体層が形成されてもよい。

また、本発明の太陽電池ストリングは、裏面電極型太陽電池セルの端部に最も近い電極は、受光面不純物半導体層と電気的に接続してもよい。

また、本発明の太陽電池ストリングは、裏面電極型太陽電池セルは、第１導電型用電極、第２導電型用電極用の配線を有する配線基材に配置されてもよい。

また、本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池ストリングと、透明基材と、太陽電池ストリングと透明基材との間にある封止材とを有してもよい。

本発明によれば、隣り合う裏面電極型太陽電池セルの、それぞれの端部に最も近い電極の導電型を、同じにすることで、裏面電極型太陽電池セル端部の厚み方向における電位分布による隣接する太陽電池セルの特性低下を抑え、太陽電池ストリングの特性低下を抑制することができる。

本発明の裏面電極型太陽電池セルの一例を表す図である。 本発明の裏面電極型太陽電池セルを接続するための配線基材を表す平面図である。 本発明の太陽電池ストリングの一例を受光面側から見た図である。 図３で示した矢印から見たＢ−Ｂ′の断面を表す図である。 本発明の太陽電池ストリングの他の一例を受光面側から見た図である。 図５で示した矢印から見たＣ−Ｃ′の断面を表す図である。 本発明の裏面電極型太陽電池セルの他の一例を表す図である。 本発明の太陽電池ストリングのさらに他の一例を受光面側から見た図である。 図８で示した矢印から見たＭ−Ｍ′の断面を表す図である。 本発明の裏面電極型太陽電池セルのさらに他の一例を表す図である。 本発明の裏面電極型太陽電池セルのさらに他の一例を接続するための配線基材を表す平面図である。 本発明の太陽電池ストリングのさらに他の一例を受光面側から見た図である。 図１２で示した矢印から見たＥ−Ｅ′の断面を表す図である。 本発明の裏面電極型太陽電池セルのさらに他の一例を表す図である。 裏面にのみ電極を形成した太陽電池セルを表す図である。 太陽電池セルを接続するための配線基板を表す平面図である。 太陽電池ストリングを受光面側から見た図である。 太陽電池セルを直列にしたものを複数列に並べた太陽電池ストリングを受光面側から見た図である。 図１８で示した矢印から見たＨ−Ｈ′の断面を表す図である。 隣り合う太陽電池セルの端部を拡大した図である。

図１は、本発明の裏面電極型太陽電池セルの一例を表す図である。図１（ａ）は、裏面側から見た図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）で示した矢印から見たＡ−Ａ′の断面を表す図である。裏面電極型太陽電池セル１の裏面には、ｎ型用電極２、ｐ型用電極３がライン状に並んで形成され、裏面電極型太陽電池セル１の裏面側には、裏面電極型太陽電池セルの１辺方向にｎ型半導体領域４、ｐ型半導体領域５が、交互にライン形状に形成されている。２１はｎ型シリコン基板である。また、裏面電極型太陽電池セル１において、ライン状に並んでいる電極の、最も外側の電極はｎ型用電極２である。なお、ｎ型半導体領域４、ｐ型半導体領域５は、必ずしも交互に形成されている必要はない。さらに、ｎ型用電極２、およびｐ型用電極３はライン毎に一体形状であってもよい。

図２は、本発明の裏面電極型太陽電池セルを接続するための配線基材を表す平面図である。配線基材６には、裏面電極型太陽電池セル１のｎ型用電極２に接続するｎ配線７、裏面電極型太陽電池セル１のｐ型用電極３に接続するｐ配線８、およびｎ配線７とｐ配線８とを接続する接続電極９が形成されている。なお、配線基材は、基材に配線が形成されており、基材は、例えばシート状、基板状等の絶縁体である。

図３は、配線基材６に複数の裏面電極型太陽電池セル１が配置された太陽電池ストリングを受光面側から見た図である。なお、図では、接続電極９を省略している。太陽電池ストリング１０は、配線基材６のｎ配線７、ｐ配線８に、それぞれ、裏面電極型太陽電池セル１のｎ型用電極２、ｐ型用電極３が接続されるように、複数の裏面電極型太陽電池セル１が配置されている。なお、太陽電池ストリング１０は、裏面電極型太陽電池セル１を直列にしたものを２列並べている。

図４は、図３で示した矢印から見たＢ−Ｂ´の断面を表す図である。隣り合う裏面電極型太陽電池セルの、向かい合う端部において、それぞれの端部に最も近い電極はｎ型用電極２である。端部のｎ型用電極２は、ｎ型シリコン基板２１と同じ導電型であるため、ｎ型シリコン基板２１とは同電位となり、裏面電極型太陽電池セル端部に、裏面電極型太陽電池セル厚み方向の電位分布がない。そのため、隣り合う裏面電極型太陽電池セルの端部間にできる電位分布は、裏面電極型太陽電池セル厚み方向の変化がなくて偏りが生じない。よって、電位分布の偏りに起因した裏面電極型太陽電池セルの特性の低下を抑えることができる。したがって、裏面電極型太陽電池セルに起因した太陽電池ストリングの特性の低下を抑えることができる。

図５は、裏面電極型太陽電池セル１を直列にしたものを３列並べた太陽電池ストリング１１を受光面側から見た図であり、１２は配線基材である。図では、接続電極を省略している。図６は、図５で示した矢印から見たＣ−Ｃ′の断面を表す図である。図５、図６より、裏面電極型太陽電池セルの端部の隣り合う箇所が２箇所ある。上記２箇所とも、向かい合う裏面電極型太陽電池セルの端部において、それぞれの端部に最も近い電極はｎ型用電極２である。端部のｎ型用電極２は、ｎ型シリコン基板２１と同じ導電型であるため、実施例１と同様に、裏面電極型太陽電池セルに起因した太陽電池ストリングの特性の低下を抑えることができる。

実施例１、２では、ｎ型シリコン基板について記載したが、ｐ型シリコン基板を用いることも可能である。その際、裏面電極型太陽電池セルにおいて、ライン状に並んでいる電極の、最も外側の電極はｐ型用電極となり、他の構造はｎ型シリコン基板について記載した上記構造と同様である。また、配線基材もその電極に合わせた配線が配置された構造となる。

図７は、本発明の裏面電極型太陽電池セルの他の一例を表す図である。図７（ａ）は、裏面側から見た図であり、図７（ｂ）は、図７（ａ）で示した矢印から見たＬ−Ｌ′の断面を表す図である。裏面電極型太陽電池セル５０１の裏面には、ｎ型用電極５０２、ｐ型用電極５０３がライン状に並んで形成され、裏面電極型太陽電池セル５０１の裏面側には、裏面電極型太陽電池セルの１辺方向にｎ型半導体領域５０４、ｐ型半導体領域５０５が、交互にライン形状に形成されている。また、ｎ型シリコン基板５２１の受光面側には、受光面不純物半導体層であるＦＳＦ（Ｆｒｏｎｔ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｆｉｅｌｄ）層のｎ型半導体領域５１３が形成されている。ここで、ｎ型半導体領域５０４および５１３は、ｎ型シリコン基板５２１よりもｎ型ドーパント濃度が高い。また、裏面電極型太陽電池セル５０１において、ライン状に並んでいる電極の、最も外側の電極はｎ型用電極５０２である。なお、ｎ型半導体領域５０４、ｐ型半導体領域５０５は、必ずしも交互に形成されている必要はない。さらに、ｎ型用電極５０２、およびｐ型用電極５０３はライン毎に一体形状であってもよい。

図８は、配線基材５０６に複数の裏面電極型太陽電池セル５０１が配置された太陽電池ストリングを受光面側から見た図である。実施例１の図３に対応するものである。

図９は、図８で示した矢印から見たＭ−Ｍ´の断面を表す図で、実施例１の図４に対応するものである。隣り合う裏面電極型太陽電池セルの、向かい合う端部において、それぞれの端部に最も近い電極はｎ型用電極５０２である。端部のｎ型用電極５０２は、ｎ型半導体領域５１３と同電位となり、裏面電極型太陽電池セル端部に、裏面電極型太陽電池セル厚み方向の電位分布がない。例えば、ｎ型半導体領域５０４がｎ型シリコン基板５２１との間に電位差があったとしても、受光面側のｎ型半導体領域５１３を形成することで、受光面と裏面電極との電位差を小さくすることができる。そのため、隣り合う裏面電極型太陽電池セルの端部間にできる電位分布は、裏面電極型太陽電池セル厚み方向の変化がなくて偏りが生じない。よって、電位分布の偏りに起因した裏面電極型太陽電池セルの特性の低下を抑えることができる。したがって、裏面電極型太陽電池セルに起因した太陽電池ストリングの特性の低下を抑えることができる。

実施例３では、ｎ型シリコン基板について記載したが、ｐ型シリコン基板を用いることも可能である。その際、裏面電極型太陽電池セルにおいて、ライン状に並んでいる電極の、最も外側の電極はｐ型用電極となり、受光面側にはｐ型半導体領域を形成する。他の構造はｎ型シリコン基板について記載した上記構造と同様である。また、配線基材もその電極に合わせた配線が配置された構造となる。なお、実施例１〜３の場合には、ｎ型シリコン基板を用いて最も外側の電極がｎ型用電極である裏面電極型太陽電池セルと、ｐ型シリコン基板を用いて最も外側の電極がｐ型用電極である裏面電極型太陽電池セルとが隣り合ってもよい。

図１０は、本発明のＥＷＴ（Ｅｍｉｔｔｅｒ Ｗｒａｐ Ｔｈｒｏｕｇｈ）型の裏面電極型太陽電池セルの一例を表す図である。図１０（ａ）は、裏面側から見た図であり、図１０（ｂ）は、図１０（ａ）で示した矢印から見たＤ−Ｄ′の断面を表す図である。ＥＷＴ型の裏面電極型太陽電池セル２０１の裏面には、ｎ型用電極２０２、ｐ型用電極２０３がライン状に並んで形成され、ＥＷＴ型の裏面電極型太陽電池セル２０１の裏面側には、ＥＷＴ型の裏面電極型太陽電池セルのｎ型半導体領域２０４、ｐ型半導体領域２０５が形成されて、ｎ型半導体領域２０４は裏面側から受光面側に貫通して受光面全体または一部を被覆して受光面不純物半導体層を形成している。２２１はｐ型シリコン基板である。また、ＥＷＴ型の裏面電極型太陽電池セル２０１において、ライン状に並んでいる電極の、最も外側の電極はｎ型用電極２０２である。

図１１は、本発明のＥＷＴ型の裏面電極型太陽電池セルを接続するための配線基材を表す平面図である。配線基材２０６には、ＥＷＴ型の裏面電極型太陽電池セル２０１のｎ型用電極２０２に接続するｎ配線２０７、裏面電極型太陽電池セル２０１のｐ型用電極２０３に接続するｐ配線２０８、およびｎ配線２０７とｐ配線２０８とを接続する接続電極２０９が形成されている。

図１２は、配線基材２０６に複数の裏面電極型太陽電池セル２０１が配置された太陽電池ストリングを受光面側から見た図である。なお、図では、接続電極２０９を省略している。太陽電池ストリング２１０は、配線基材２０６のｎ配線２０７、ｐ配線２０８に、それぞれ、裏面電極型太陽電池セル２０１のｎ型用電極２０２、ｐ型用電極２０３が接続されるように、複数の裏面電極型太陽電池セル２０１が配置されている。なお、太陽電池ストリング２１０は、裏面電極型太陽電池セル２０１を直列にしたものを２列並べている。

図１３は、図１２で示した矢印から見たＥ−Ｅ′の断面を表す図である。隣り合う裏面電極型太陽電池セルの、向かい合う端部において、それぞれの端部に最も近い電極はｎ型用電極２０２である。端部のｎ型用電極２０２は、ｐ型シリコン基板２２１とは異なる導電型であるが、受光面のｎ型半導体領域２０４とは同電位となり、裏面電極型太陽電池セル端部の裏面電極型太陽電池セル厚み方向の電位分布が対象となっている。そのため、隣り合う太陽電池セルの端部間にできる電位分布は、境界領域となる裏面電極型太陽電池セル端部にて電位分布が対象となるために、裏面電極型太陽電池セル厚み方向の変化が抑制されて偏りが生じない。よって、裏面電極型太陽電池セルとその外側とに電位分布の偏りを抑制することができる。したがって、裏面電極型太陽電池セルに起因した太陽電池ストリングの低下を抑制することができる。

図１４は、本発明のＭＷＴ（Ｍｅｔａｌ Ｗｒａｐ Ｔｈｒｏｕｇｈ）型の裏面電極型太陽電池セルの一例を表す図である。図１４（ａ）は、裏面側から見た図であり、図１４（ｂ）は、図１４（ａ）で示した矢印から見たＦ−Ｆ′の断面を表す図である。ＭＷＴ型の裏面電極型太陽電池セル２５１の裏面には、ｎ型用電極２５２、ｐ型用電極２５３がライン状に並んで形成され、裏面電極型太陽電池セル２５１の裏面側には、裏面電極型太陽電池セル２５１のｎ型半導体領域２５４、ｐ型半導体領域２５５が形成されて、ｎ型用電極２５２が、ｎ型半導体領域２５４と同様にｐ型シリコン基板２７１を貫通して受光面全体または一部に形成された受光面不純物半導体層であるｎ型半導体領域２５４に接続されている。また、裏面電極型太陽電池セル２５１において、ライン状に並んでいる電極の、最も外側の電極はｎ型用電極２５２である。ＭＷＴ型の裏面電極型太陽電池セルを用いた太陽電池ストリングにおいても、ＥＷＴ型の裏面電極型太陽電池セルを用いた場合と同様の構造をとることにより、同様の効果が得られる。

実施例４、５では、ｐ型シリコン基板について記載したが、ｎ型シリコン基板を用いることも可能である。その際、裏面電極型太陽電池セルにおいて、ライン状に並んでいる電極の、最も外側の電極はｐ電極となり、他の構造はｐ型シリコン基板について記載した上記構造と同様である。また、配線基材もその電極に合わせた配線が配置された構造となる。

実施例１〜５に示した太陽電池ストリングの受光面側に封止材となるＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）フィルムを設置し、その上に透明基材であるガラスを設置して、加熱することにより、太陽電池モジュールが作製される。

また、実施例１〜５では、配線基材を用いた太陽電池ストリングを示したが、裏面電極型太陽電池セル間をインターコネクタで接続した太陽電池ストリングの場合も同様である。なお、インターコネクタは、裏面電極型太陽電池セル間を電気的に接続する金属材料で形成されたものである。

１ 裏面電極型太陽電池セル、２ ｎ型用電極、３ ｐ型用電極、４ ｎ型半導体領域、５ ｐ型半導体領域、６ 配線基材、７ ｎ配線、８ ｐ配線、９ 接続電極、１０ 太陽電池ストリング、１１ 太陽電池ストリング、１２ 配線基材、２１ ｎ型シリコン基板、１０１ 太陽電池セル、１０２ ｎ電極、１０３ ｐ電極、１０４ ｎ^＋層、１０５ ｐ^＋層、１０６ 配線基板、１０７ ｎ配線、１０８ ｐ配線、１０９ 接続電極、１１０ 太陽電池ストリング、１１１ 太陽電池ストリング、１１２ 配線基板、１２１ シリコン基板、２０１ 裏面電極型太陽電池セル、２０２ ｎ型用電極、２０３ ｐ型用電極、２０４ ｎ型半導体領域、２０５ ｐ型半導体領域、２０６ 配線基材、２０７ ｎ配線、２０８ ｐ配線、２０９ 接続電極、２１０ 太陽電池ストリング、２２１ ｐ型シリコン基板、２５１ 裏面電極型太陽電池セル、２５２ ｎ型用電極、２５３ ｐ型用電極、２５４ ｎ型半導体領域、２５５ ｐ型半導体領域、２７１ ｐ型シリコン基板、３０１ ｎ型シリコン基板、３０２ ｐ^＋層、３０３ ｐ電極、３０４ ｐ配線、５０１ 裏面電極型太陽電池セル、５０２ ｎ型用電極、５０３ ｐ型用電極、５０４ ｎ型半導体領域、５０５ ｐ型半導体領域、５０６ 配線基材、５０７ ｎ配線、５０８ ｐ配線、５１０ 太陽電池ストリング、５１３ ｎ型半導体領域、５２１ ｐ型シリコン基板。

Claims (6)

1. 裏面電極型太陽電池セルが、第１方向と、前記第１方向に直交する第２方向にそれぞれ複数配置されている太陽電池ストリングであって、
   前記裏面電極型太陽電池セルは、シリコン基板の受光面とは反対側の面である裏面に、第１導電型用電極と、第２導電型用電極とを有し、
   前記第１導電型用電極は、前記シリコン基板の前記第１方向に延在し、
   前記第２導電型用電極は、前記第１導電型用電極に沿って延在しており、
   前記第２方向において隣接する裏面電極型太陽電池セルは、前記裏面電極型太陽電池セルの端部に最も近い電極同士が同じ導電型であるように配置されている太陽電池ストリング。
2. 前記シリコン基板は、第１導電型であり、前記裏面電極型太陽電池セルの端部に最も近い電極は、前記第１導電型用電極である請求項１に記載の太陽電池ストリング。
3. 前記裏面電極型太陽電池セルは、前記シリコン基板の受光面に受光面不純物半導体層が形成されている請求項１または２に記載の太陽電池ストリング。
4. 前記裏面電極型太陽電池セルの端部に最も近い電極は、前記受光面不純物半導体層と電気的に接続している請求項３に記載の太陽電池ストリング。
5. 前記裏面電極型太陽電池セルは、前記第１導電型用電極、前記第２導電型用電極用の配線を有する配線基材に配置されている請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池ストリング。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池ストリングと、
   透明基材と、
   前記太陽電池ストリングと前記透明基材との間にある封止材とを有する太陽電池モジュール。