JP2017510083A - バイパスダイオードを備える光起電力モジュール - Google Patents

Abstract

裏面側導電性基板（１０）と、バックコンタクトを有し、裏面側導電性基板（１０）の上面にあるアレイとして配置された複数のＰＶセル（２）とを備える光起電力モジュール。直列及び／又は並列接続されたＰＶセル（２）の回路が、バックコンタクトと裏面側導電性基板（１０）との間の接続線（８）によって形成されている。直列及び／又は並列接続されたＰＶセル（２）の回路と電気接触するバックコンタクト（６ａ、６ｂ）を有する複数のバイパスダイオード（５）が存在し、バイパスダイオード（５）が、裏面側導電性基板（１０）の上面の空いた部分（４）に位置決めされている。各バイパスダイオードが、ウェハベースのダイオードであり、１つ又は複数のＰＶセル（２）と並列に接続されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、裏面側導電性基板と、バックコンタクトを有し、裏面側導電性基板の上面にあるアレイとして配置された複数のＰＶセル（単に「セル」若しくは「電池」又は「太陽電池」ともいう）とを備える光起電力モジュール（「ＰＶモジュール」ともいう）であって、直列及び／又は並列接続されたＰＶセルの回路が、バックコンタクトと裏面側導電性基板との間の接続線によって形成される、光起電力モジュールに関する。

国際公開第２００６／０２７２２５号は、上面と下面との両方に３つのコンタクトを有するバイパスダイオードを含む一連の太陽電池を接続するための太陽電池アセンブリ及び方法を開示している。この太陽電池アセンブリ及び方法は、（並列に）バイパスダイオードに関連付けられる太陽電池に接触し、（直列接続での）さらなる太陽電池へのコンタクトを形成することを可能にする。

国際公開第２０１０／１３５８０１号は、実装された遮蔽保護機能を備える光起電力モジュール鎖状構成を開示している。導体及びバイパスダイオードが、光起電力モジュールの周縁部に設けられており、一連の電池に接続されている。

国際公開第２０１１／０５０３６７号は、単一のシリコン基板に配設されたドープ領域の形態で複数の太陽電池を備えるＰＶモジュールであって、裏面側コンタクトが設けられているＰＶモジュールを開示している。一実施形態では、複数の電池の一部（サブセット）が並列に接続されて提供されており、１つ又は複数の電池が、その２つの接続線で他の電池とは逆向きにワイヤ接続されている。このとき、これらの逆向きの電池は、バイパスダイオードとして作用し、エネルギー発生に寄与することができない（及びＰＶモジュールの実効表面を減少させる）。

米国特許出願公開第２０１４／０６０６１０号明細書は、やはりＰＶモジュールの裏面に設けられたバイパススイッチなどのオンセル型電子部品を有するバックコンタクト太陽電池を備えるＰＶモジュールを開示している。この特許出願公開明細書は、バイパススイッチが例えばショットキーダイオード又はｐｎ接合ダイオードを備えることがあることを開示している。

米国特許第６，５６３，２８９号は、太陽電池の２つの互いに直交する辺の延長線によって境界を画される領域内で、太陽電池の斜めの辺に配設されたバイパスダイオードを備える太陽電池構成を開示している。ダイオードは、おもて面相互接続と裏面相互接続とによって、関連の電池の両端間に電気的に接続されている。

本発明は、特に影発生時の性能という意味合いにおいて、より効率的な光起電力モジュール、光起電力モジュールのおもて面の使用、及び光起電力モジュールの均質な見た目を与えることを求めるものである。

本発明によれば、上で定義された光起電力モジュールであって、直列及び／又は並列接続されたＰＶセルの回路と電気接触するバックコンタクトを有する複数のバイパスダイオードをさらに備え、各バイパスダイオードが、ウェハベースのダイオードであり、複数のＰＶセルのうちの１つ又は複数と並列に接続されており、バイパスダイオードが、裏面側導電性基板の上面の空いた部分に配置されており、空いた部分が、複数のＰＶセルのうちの隣接するＰＶセルの隅部の近くに配置されている、光起電力モジュールが提供される。

添付図面を参照して、いくつかの例示的実施形態を使用して本発明を以下でより詳細に論じる。

本発明の一実施形態による光起電力モジュールを示す図である。 本発明のさらなる実施形態で実装される１タイプの回路の回路図である。 本発明のさらなる実施形態で実装される代替タイプの回路の回路図である。 本発明のさらなる実施形態による光起電力モジュールの概略図である。 本発明のさらなる実施形態による光起電力モジュールの概略図である。 本発明のさらなる実施形態によるバイパスダイオードを使用する光起電力モジュールの概略図である。 ６×１０モジュールで適用される本発明の実施形態を示す図である。 ６×１０モジュールで適用される本発明の実施形態を示す図である。 横向きの６×１０モジュールで適用される本発明の実施形態を示す図である。 横向きの６×１０モジュールで適用される本発明の実施形態を示す図である。 本発明の実施形態で適用されるバイパスダイオード変形形態の断面図である。 本発明の実施形態で適用されるバイパスダイオード変形形態の断面図である。 本発明の実施形態で適用されるバイパスダイオード変形形態の断面図である。 本発明の実施形態で適用されるバイパスダイオード変形形態の断面図である。 本発明の実施形態で適用されるバイパスダイオード変形形態の断面図である。 本発明の実施形態で適用されるバイパスダイオード変形形態の断面図である。 典型的なｎ型ＰＶセルの暗電流−電圧曲線のグラフである。 本発明の代替実施形態による光起電力モジュールを示す図である。

本発明の実施形態は、（略正方形）バックコンタクトセルと、バックコンタクト型のウェハベースのバイパスダイオードとのアセンブリを備え、バイパスダイオードは、略正方形太陽電池同士の間のダイヤモンド形状の空間内に配置されており、セルとバイパスダイオードとは、１つ又は複数のパターン形成された導電箔に取り付けられており、導電箔は互いに絶縁されている。この実施形態は、図１に示されているように本発明による光起電力モジュールの一実施形態の正面図で示されている。複数のＰＶセル２が、裏面側導電性基板１０に配置されている。ＰＶセル２は略長方形状を有し、４つのＰＶセル２の中央、及び２つのＰＶセルの間の外縁部に、空いた部分４を形成する。これらの空いた部分４には、バイパスダイオード５が配置されている。略長方形状は、例えば、直径２０ｃｍの円柱形状のインゴットの縁部を切り落とし、次いでインゴットをスライスして１５．６×１５．６ｃｍ^２の略正方形ウェハを得ることによって形成される。例えばチョクラルスキー（Ｃｚ）単結晶円柱形インゴットを使用するときには、長さ方向にスライスを切り出すことができる。これらの円形スライスから、例えば１０ｃｍの曲率半径を有する湾曲した相互接続隅部を有する４つの直線縁部を有するウェハが切り出される。

代替として、図１０の実施形態に示されているように、略正方形状のＰＶセル２は、そのような略正方形状を２つ又は４つの等しい部分にスライスすることによって得られてもよく、それにより、ただ１つ（又は２つの）斜めの隅部を有するＰＶセル２が得られる。

言い換えると、導電箔ベースの光起電力モジュールが、略正方形（高効率）のバックコンタクト型の太陽電池を備え、電池間の空間が、ウェハベースのバイパスダイオードのために使用される。このようにして、モジュールは、より均質な見た目と、より向上された影発生時の性能とを備えるように製造することができる。遮蔽に対する応答をできるだけ良くするために、全ての種類のトラックを導電箔に形成して、複雑な電子回路を構成することができる。

第１の態様では、本発明は、（導電層又は（パターン形成された）箔の形態での）裏面側導電性基板１０と、バックコンタクトを有し、裏面側導電性基板１０の上面にあるアレイとして配置された複数のＰＶセル２とを備える光起電力モジュールであって、直列及び／又は並列接続されたＰＶセル２の回路が、バックコンタクトと裏面側導電性基板１０との間の接続線８によって形成されており、光起電力モジュールが、直列及び／又は並列接続されたＰＶセル２の回路と電気接触するバックコンタクト６ａ、６ｂを有する複数のバイパスダイオード５をさらに備え、各バイパスダイオード５が、ウェハベースのダイオードであり、複数のＰＶセル２のうちの１つ又は複数と並列に接続されており、バイパスダイオード５が、裏面側導電性基板１０の上面の空いた部分４に配置されており、空いた部分４が、複数のＰＶセル２のうちの隣合うＰＶセル２の隅部の近くに配置された、光起電力モジュールに関する。

上述したように、複数のバイパスダイオード５は、ウェハベースのダイオードを備えていてよい。バイパスダイオード５は、ＰＶセル２と同様の厚さに選択する、又はＰＶセル２よりもわずかに厚く選択する（より多くの電流がバイパスダイオード５を通って流れるようにする）ことができる厚さを有する平坦形状を有する。例えば、バイパスダイオード５は、多結晶ウェハから得ることができ、ＰＶセル２を作製するプロセスによく似たプロセスを可能にする。複数のバイパスダイオード５は、加工された１５．６×１５．６ｃｍ（標準サイズ）セルから切り出されることがある。バイパスダイオード５は、メタルラップスルー（ＭＷＴ）、エミッタラップスルー（ＥＷＴ）、交差指型バックコンタクト（ＩＢＣ）、又はさらにはメタルラップアラウンド（ＭＷＡ）など、バックコンタクトＰＶセル２を得るために使用されるのと同様の技法を使用して得ることができる。本発明の実施形態で使用可能なバイパスダイオード５の特定の実施形態は、図８ａ〜ｆを参照して以下でより詳細に論じる。この標準的なよく知られている技法は、非常に効率が良いことがあり、例えば、１５．６×１５．６ｃｍ^２セルから８×８のウェハベースのバイパスダイオード５を切り出すことができる。

さらなる実施形態では、ダミーのウェハベースのバイパスダイオード５が使用され、これらのバイパスダイオード５は、光起電力モジュールの均質な見た目を与えるために、ＰＶセル２の丸みの付いた隅部によって取り囲まれた空いた部分４に配置することができる。

上述したように、図１に示されている実施形態を参照して述べたように、複数のバイパスダイオード５は、複数のＰＶセル２のうちの隣合うＰＶセル２の隅部の近くに配置される。これらの隣合うＰＶセル２は、例えば、空いた空間４を２×２ｃｍの正方形（ダイヤモンド）の形状で形成し、この空いた空間４は、例えば１．９×１．９ｃｍの寸法を有するバイパスダイオード５を正確に配置するのに十分である。

複数のＰＶセル２それぞれに関してバイパスダイオード５が存在することがあり、非常に効率の良い保護機能を実現する。

図９は、ｎ型太陽電池２の典型的な暗電流−電圧曲線を示す。破線は、標準試験条件（ＳＴＣ）での照光下での、モジュールの公称短絡電流の０．１％値を示す。このグラフは、公称電流の０．１％値を超えないように、実線の曲線のＩＶ特性を有する太陽電池を最大−４Ｖで使用することができることを示す。これは、この太陽電池が、不透明にされてバイパスダイオード５として使用される場合、及び典型的には０．６５Ｖの開回路電圧をそれぞれ有する直列接続された太陽電池２に並列に接続される場合に、バイパスダイオード５の漏れ電流が、モジュールの短絡回路電流の０．１％未満に留まることを示唆する。この漏れ電流は許容範囲内である。それと同時に、遮蔽条件下で、バイパスダイオード５にわたる正のバイアスが指数関数的な電流上昇をもたらし、＋０．５〜＋１Ｖの間の電圧で９Ａに容易に対応することができる。また、このグラフは、いずれも最大−１０Ｖを加えるはるかに多数の太陽電池２のバイパスが、公称（影のない）条件下で１％漏れを超えることも示す。

従来のモジュールでは、バイパスダイオード５は、典型的には２０個のＰＶセル２と並列に接続されている。これは、影のない条件下で、バイパスダイオード５が、典型的には２０×−０．５＝−１０Ｖの負のバイアスを受けることを示唆する。これは、バイパスダイオード５のＩＶ特性に対して厳しい要件を課す。順方向バイアス（遮蔽時）では、バイパスダイオード５は、典型的には＋０．５Ｖ〜＋１Ｖの間の電圧で９Ａを伝導することが可能であるべきである。それと同時に、影のない条件では、バイパスダイオード５は、−１０Ｖで大きな漏れ電流を示すべきでない。その際、漏れ電流は、典型的には、ＰＶモジュールの短絡回路電流（典型的には９Ａ）の０．１％未満にすべきである。従来のモジュールでは、この要件を満たすかなり高価なバイパスダイオード５が必要とされる。しかし、暗所にある多くの太陽電池２は、上記の−１０Ｖでそれよりも高い電流を生み出し、したがって、２０個の電池をバイパスするのには適していない。しかし、本発明の実施形態は、ウェハベースのバイパスダイオード５によってあらゆるＰＶセル２がバイパスされるような回路を使用可能にし、このバイパス状況では、影のない条件下での負のバイアスがはるかに小さく、漏れ電流が十分に低い。したがって、各太陽電池２につきより多数のバイパスダイオード５を適用することによって、バイパスダイオード５に対するあまり厳しい要件は必要とされず、ウェハベースの太陽電池に依拠することができ、ウェハベースの太陽電池が不透明にされ、したがってバイパスダイオード５としての機能を果たすことができる。これは、通常はモジュールの背面に取り付けられたバイパスダイオードボックス内に位置される、従来のモジュールで使用されている高価で高品質のバイパスダイオードの使用を避けることができることを示唆する。また、ウェハベースのバイパスダイオードを「マザー」太陽電池から切り出すことによって製造することができることも示唆する。この製造法は、裸の縁部を有するバイパスダイオード５を形成し、これらの縁部は、（例えばレーザを使用する）切断プロセスによって悪影響を及ぼされる。損傷を及ぼされていることがあるこれらの裸の縁部は、より高いキャリア再結合をもたらし、したがってより高いＩ０値をもたらす。ここで、近似式Ｉ＝Ｉ０＊ｅｘｐ（Ｖ／ｎ／ｖｔｈ）を立てると、Ｉは、その電圧Ｖの関数としてのバイパスダイオード５を通る電流であり、ｎは、理想係数であり、典型的には１〜２の間であり、ｖｔｈは、熱電圧（ｖｔｈ＝ｋ＿Ｂ＊Ｔ／ｑ）であり、即ち室温で約０．０２５７Ｖである。より高いＩ０値は、負のバイアス（影のないモジュール条件）でのより高い漏れ電流、及びまた順方向バイアス（日陰の条件）でのより高い電流を示唆する。各電池２につきより多数のバイパスダイオード５が、より高いＩ０値を許容し、したがって「マザー」電池から切り出された裸の縁部を有するウェハベースのバイパスダイオード５を使用可能にする。縁部パッシベーション（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＮ_ｘ、ＳｉＯ_２のコーティング）を縁部に塗布することによって、Ｉ０値をさらに減少させることができ、ウェハベースのバイパスダイオード５は、典型的には最大２４個の電池２を並列に接続することができる回路に使用することができる。バイパスダイオード５の品質（低いＩ０）と、バイパスダイオード５の製造コストとの兼ね合いがある。本発明の実施形態は、多くのバイパスダイオード回路解決策を可能にし、それらの解決策の中から、好ましい遮蔽時の挙動に関する最も費用対効果の高い解決策を決定することができる。

バイパスダイオード５とＰＶセル２は、製造プロセスにおいて同じピックアンドプレースツールを用いて裏面箔（裏面側導電性基板１０）に取り付けることができる。これは、モジュールの容易な製造を可能にし、モジュールでの応力蓄積の問題を防止する。これは、モジュールの背面へのバイパスダイオードボックスの取付けをなくし、いくつかの用途においてより大きい柔軟性（より平たいパネル）を与える。例えば、ＰＶセル２及びバイパスダイオード５を裏面側導電性基板１０に配置して取り付けるために導電性接着剤が使用されることがある。

本発明は、小さい影領域とより大きい影領域との両方に関して影耐性モジュールを提供する。いくつかの適用例は、例えば影の多い環境で有利である。現場又は平屋根でのより高密度の配置（より短いモジュール間距離）は、自己遮蔽を引き起こす。これらのモジュールは、影に対してより耐性があるので、そのような高密度のパッケージングを可能にする。太陽の角度が低い冬場には、より大きい自己遮蔽が生じるが、モジュールは、これらの影に対してより耐性があり、一方、夏場には、より密な充填により、単位面積当たりでより大きい電力を平屋根から捕集することができる。

上述したように、本発明の実施形態のバイパスダイオード５は、ＰＶセル２が取り付けられるのと同様に、（裏面側導電性基板１０によって形成された、又はその一部である）導電箔に取り付けることができる。これは、太陽電池とＳＭＤなど異なるタイプのデバイスを取り付けるよりも技術的にはるかに容易である。同一又は同様のピックアンドプレースロボットを、同じ機械内で使用することができる。同じ接触プロセス（例えば、パターン形成された銅箔への導電性接着剤のステンシル印刷）を利用することができる。

従来のモジュールは、例えば、直列に接続されたＰＶセルの３本の鎖状配列（以下「ストリング」という）を有し、各ストリングがバイパスダイオードを有する。これらのモジュールは、最適でない影発生時の挙動を有する。１つの電池の遮蔽が、１本のストリング全体、即ち太陽電池パネルの３分の１を機能停止させる。３本のストリングにわたって分散された１列での例えば６個の電池の水平方向遮蔽は、モジュール全体を機能停止させる。さらに、ストリングが占有する領域は細長く、このことが、モジュールを、細長いストリング領域に垂直な長さを有する影の影響を受けやすいものにする。

さらに、バイパスダイオードは、モジュールのコストを増やしている。さらに、バイパスダイオードは、バイパスダイオードボックス内に収容される必要がある。このボックスはモジュールの裏面に配置され、このことがモジュール用途の制限を生じさせ、例えば、特にフレームレスモジュールに関して、バイパスダイオードボックスのサイズによって、平らな屋根一体型の取付けが妨げられる。

従来の３つよりも多くのバイパスダイオードを組み込むことが、代替の解決策である。しかし、ここでの難点は、バイパスダイオードボックス内にこれらのバイパスダイオード全てを収容するのがますます難しくなることである。この収容は、バイパスダイオードボックスに向かう多数の導電性リード（バス設定）を必要とする。さらに、バイパスダイオードの数は、バス設定のトポロジーにより制限される（バス設定とタブ設定の交差は複雑であり、バス−タブ絶縁及びより大きい電池間スペーシングを必要とする）。また、より多数のバイパスダイオード、並びにより多数の（複雑な）タブ設定及びバス設定は、コスト面での問題となる。

代替として、バイパスダイオードを光電池と共に積層することができる。しかし、従来のバイパスダイオード（即ち９Ａを搬送することが可能である）のサイズにより、これは、積層の問題（応力／張力）を生じさせる。さらに、バイパスダイオードは、ＰＶパネルのコストを増やす（例えば、上で論じた国際公開第２０１０／１３５８０１号の開示を参照）。

本発明の光起電力モジュール実施形態は、小さい影領域とより大きい影領域との両方に関して影耐性を有することを狙いとする。小さい影領域（典型的には最大３６ｃｍ^２、即ち１５．６ｃｍの高いシャント抵抗の略正方形電池２に対して１５％の不透明性）に関しては、この光起電力モジュール実施形態は、従来のモジュールとして働き、一方、より大きい影領域に関しては、多数のバイパスダイオード５が、従来のモジュールにおける日陰になった電池の大きな群（例えば２０本の電池ストリング）ではなく、日陰になったＰＶセル２の小さな群のみをバイパスすることによって、良好な影発生時の挙動を請け負う。

ＰＶセル２間の空いた部分４又は空いた空間は、ＰＶセル２（又は複数のより小さいＰＶセルのサブモジュール）の外周形状に応じて任意の形状を有することができ、１つ、２つ（略ダイヤモンド形状）、又はそれよりも多くのバイパスダイオード５に十分な空間を提供することがあることに留意されたい。例示的実施形態では、複数のＰＶセル２はそれぞれ略正方形状を有し、バイパスダイオード５は、隣合うＰＶセル２の隅部間の開いた空間４内に配置されている。代替の例示的実施形態では、バイパスダイオードは三角形状を有する。このとき、４つの隣接するＰＶセル２の間のダイヤモンド形状の空間４内に、そのようなバイパスダイオード５を２つ位置決めすることができ、又は、光起電力モジュールの縁部での２つの隣合うＰＶセル２間の空間４内に、単一の三角形状のバイパスダイオード５が嵌まる。

図１０に概略的に示されている代替実施形態では、複数のＰＶセル２は、例えば「通常の」ウェハベースの電池を２つ又は４つに切断することによって形成される、少なくとも１つの斜めの隅部を有する長方形である。複数のＰＶセル２は、２つ又は４つのＰＶセル２からなる群として配置され、それぞれの少なくとも１つの斜めの隅部が、互いに面し、バイパスダイオード５のための裏面側導電性基板１０の上面の空いた部分４を形成する。その結果、ＰＶセル２の真直ぐな長方形状の辺のみが縁部に存在するＰＶモジュールを実現することが可能である。図示されている実施形態では、全てのバイパスダイオード５が、４つのＰＶセル２の隣接する斜めの隅部の近くに形成された開いた空間４内に設置されることがある。

本発明の実施形態は、いくつかのモジュール技術においてＰＶセル２又はＰＶサブモジュール間の空間４内にバイパスダイオード５を配置するために使用されるウェハの略正方形性を利用し、ここでは、どういう形であれ、（裏面側導電性基板１０の）導電性銅箔をこれらの空間４に到達させるのが非常に容易である。他の概念では、正方形ウェハ（ＰＶセル２）が使用される。この場合、一般にジャンクションボックスで使用されるよりも多数のバイパスダイオード５を使用できるように、ウェハベースのバイパスダイオード５を電気回路に集積することがやはり有益であり得る。したがって、正方形ウェハ２の一部（例えば隅部）を切り欠くことさえでき、回路構成へのウェハベースのバイパスダイオード５の集積を可能にするか、又はＰＶセル２間若しくはモジュールの縁部に実現される追加の空間にバイパスダイオード５が配置される。この場合、形状は、正方形ではなく、（例えばウェハの全長を有する）長方形であることが好ましい。ウェハベースのバイパスダイオード５のサイズ（したがって切欠きのサイズ）は、例えば、それらのバイパスダイオード５が搬送できる必要がある電流に適合させることができる。バイパスダイオード５を通る最適な電流を可能にするために、バイパスダイオード５を加工するために使用されるウェハは、光起電力モジュールの積層（カプセル材の厚さ）において厚さが許容される限り、標準のウェハよりも厚くすることができる。

バイパスダイオード５をウェハベースのダイオードとして形成すると、このことは、複数のバイパスダイオード５の十分に高い電流定格（例えば少なくとも６Ａ、例えば９Ａ）を有することを可能にする。２×２ｃｍのウェハダイオード５の場合、これは、（バイパスモードでアクティブであるときに）２．１２Ａ／ｃｍ^２、又は４．５Ｗの消費電力をもたらす。当然、各ＰＶセル２につきより多数又はより少数のバイパスダイオード５を使用する異なる回路が使用される場合、電流定格に対する要件が異なることがある。より小さいサイズのＰＶセル２（又はサブモジュール２）が使用されるとき、関連のバイパスダイオード５の電流定格はより低いことがあり、例えば、４分の１サイズのサブモジュール２の場合には、少なくとも２．２５Ａであり、又は半分のサイズのサブモジュール２の場合には、少なくとも４．５Ａである。

さらなる代替実施形態では、光起電力モジュールで利用可能な、例えば光起電力モジュールの外縁部にある他の空いた部分４に、複数のバイパスダイオード５のうちの１つ、複数、又は全てを設置することも可能である。例えば細長い形状を有する関連のＰＶセル２の縁部付近に位置決めされるとき、バイパスダイオード５は、効率良く位置決めされることがあり、光起電力モジュールのその特定の部分に関してより良いＩ−Ｖ特性を有することさえ可能である。

上述した実施形態では、用語「ＰＶセル２」を使用した。しかし、この用語は、（より小さいサイズの）ＰＶセルのサブモジュール又は群を含むことも意図されている。例えば、一実施形態では、標準サイズ（５”×５”又は６”×６”）の略正方形「マザー」ＰＶセル２が、ｍ×ｎの等面積の太陽電池に切り分けられる。これは電流を減少させ、電圧を増加させ、効果として、より低い電流は、関連のバイパスダイオード５でのより少ない消費も意味する。

特定の実施形態では、複数のＰＶセル２が、半導体材料、例えば単結晶チョクラルスキー（Ｃｚ）タイプの材料のウェハから作られる。この材料は、円柱形のシリコンロッドから４つの縁部を切り落とし、４つの直線状の辺と４つの丸み付きの隅部とを形成することによって作製され、ここで、直径は、典型的には２０ｃｍであり、縁部間の距離は、典型的には１５．６ｃｍである。組み合わされるとき、これは、４つの隣合うＰＶセル２間に開いたダイヤモンド形状の表面部分を形成する。さらなる例示的実施形態では、辺間の距離が１５．６ｃｍであり、隅部間の距離が２０ｃｍである略正方形光電池２が使用されて、光電池２間の空間４内に配置される２．０６ｃｍ×２．０６ｃｍの正方形バイパスダイオード５を含む。

代替実施形態では、図１０の実施形態に示されているように、得られる各ウェハは、４つの等しい部分に分割され、それぞれただ１つの斜めの隅部を有するより小さいＰＶセル２が得られる。ここで、各ストリングにつき４つのＰＶセル２を有する６０本のストリング（したがって、６０枚のウェハから切り出された各モジュールにつき２４０個のＰＶセル２）を有するＰＶモジュールを形成することが可能である。動作パラメータは以下のようである。Ｖ_ｍｐｐ＝１３２Ｖ、Ｉ_ｍｐ＝２．１Ａ、Ｐ_{ｌｏｓｓ＿ｆｏｉｌ}≒０．８５Ｗ（従来の箔−モジュールでは約３．４Ｗ）、及び各電池での最大消費Ｐ_ｍｄ＝０．６Ｖ×３×２．１＝３．８Ｗのみ（従来のモジュールでは、Ｐ_ｍｄ＝９０Ｗ（各ストリングにつき２０個の電池、９Ａ））。そのようなモジュールでの６０個のバイパスダイオード５は、０．０４Ｗを消費し、導通時、単一のバイパスダイオードは、１．７Ｗしか消費しない。従来のモジュールよりもわずかに低いコストが可能と見られ、さらに、短いストリング及び低い電流により、日陰になった電池内ではるかに低い消費しか生じないという追加の利益がある。公称条件下のバイパスダイオード５の損失は無視できる（逆の条件下でのバイパスダイオード５での消費は、１．７Ｗのみ（即ち約０．５Ｗ／ｃｍ^２）である）。

直径２０ｃｍのウェハでの切断ラインの注意深い選択は、半導体インゴット材料の効率的な使用をさらに改良することができる。ＰＶセルが最長寸法として１５．６ｃｍを取る標準的な多用されている形態では、ウェハ材料の７６％が使用される。

わずかに大きい基本形態のＰＶセル２（最大寸法として１６．８ｃｍ。４つに分割されたとき、ＰＶセル２の最大寸法が８．４ｃｍとなる）を採用するとき、本発明の実施形態で利用するのに十分に高い容量を提供するように十分な寸法を有する（例えば三角形状の）４つのバイパスダイオード５を切り出すのに十分なウェハ材料が残る。これは、ウェハ表面の８６％が利用されるようにし、このとき、バイパスダイオード５は、追加の半導体材料コストなしで得られる。

ＰＶモジュールを組み立てるとき、（より小さい）ＰＶセル２を（場合によっては適切な位置決めのために回転を使用して）裏面側導電性基板１０に個々に位置決めすることができ、又は、４つのより小さいＰＶセル２を（通常のより大きいサイズのＰＶセル２として）同時に配置することができ、ＰＶモジュールの縁部にあるＰＶセル２のみが個々に配置される。

さらなる実施形態では、ＰＶセル２の数に対するバイパスダイオード５の数は、光起電力モジュールに形成される回路のタイプに応じて異なることがある。回路は、ＰＶセル２及びバイパスダイオード５の直列群、千鳥配置群、及び／又はマルチレベル群を備えていてよい。

ＰＶセル２及びバイパスダイオード５のマルチレベル回路の一例が、図２に示されている。各ＰＶセル２は、並列に接続されたバイパスダイオード５を備えており、それぞれ２つのＰＶセル２からなる２つの群が、２つのさらなるバイパスダイオード５に並列に接続されている（４つのＰＶセル２に関して合計で６つのバイパスダイオード）。適切な接続トラック８を裏面側導電性基板１０（導電箔）に形成することができる。太陽電池ないしはＰＶセル２はあるストリングに属していてよく、即ち、１つ又は複数の太陽電池２が直列に接続され、直列に接続されたストリングがバイパスダイオード５を有する。直列に接続された複数のストリングは、より高レベルのバイパスダイオード５でバイパスされることがある。

代替として、太陽電池２とバイパスダイオード５が繰り返し並列に接続されたトラック８を形成することができる。ここで、太陽電池２とバイパスダイオード５が並列に接続され、この並列接続は、太陽電池２とバイパスダイオード５にさらに並列に接続される。次いで、この新たに形成された回路が、太陽電池２とバイパスダイオード５にさらに並列に接続される。これは、ｎ回繰り返すことができる。

図３では、ＰＶセル２及びバイパスダイオード５の回路は、千鳥配置又は交差型回路の形状で示されている。ここで、太陽電池２は、様々なバイパスダイオード５によってバイパスすることができる。いくつかの太陽電池２を、３つのサブセット２ａ、２ｂ；２ｂ、２ｃ；２ｃ、２ｄに分割することができ、各サブセットは少なくとも１つの太陽電池２の直列接続であり、それらのサブセットが互いに直列接続される。第１のサブセット２ａ、２ｂは、第１のバイパスダイオード５ａに並列に接続され、第２のサブセット２ｂ、２ｃは、バイパスダイオード５ｂに並列に接続され、第３のサブセット２ｃ、２ｄは、バイパスダイオード５ｃに並列に接続される。

そのような千鳥配置回路は、図４に示されている実施形態でも使用される。この光起電力モジュールは、４つのサブモジュール２ａ〜２ｄを備え、４つのサブモジュール２ａ〜２ｄによって残された空いた部分には、３つのバイパスダイオード５ａ〜ｃが設けられている。裏面側導電箔は、例えば裏面側導電性基板１０にスクライブライン４を形成することによって、５つの相互接続表面に分割される（領域４ａ〜４ｅが形成され、例えばサブモジュール２ａ〜２ｄそれぞれでのミニ電池の正及び負の端子を接続する）。領域４ａ〜４ｅは、バイパスダイオード５ａ〜５ｃへの接続線を形成するためにも使用される。

図５に、ＰＶセル２の電池６つ分の幅のアレイの実施形態が示されており、接続線８が蛇行ラインとして示されている。バイパスダイオード５は、ＰＶセルの４つの電池からなる群の中央（即ち図５に示されている格子の交差線）に設けられており、接続は、この場合には４個、８個、及び１２個のＰＶセルのストリングに並列に蛇行接続線８によって成される。バイパスダイオード５のいくつかは、格子の縁部で、例えば２つの隣合う電池２間の隅部に設けられる。

図６ａ及び図６ｂは、通常タイプの光起電力モジュールを形成するＰＶセル２の６×１０アレイを示す。光起電力モジュールの正（＋）及び負（−）の端子が示されており、また、６０個のＰＶセル２全てを接続する蛇行接続線８も示されている。バイパスダイオード５は、やはり４つのＰＶセル２の隅部に、又は２つのＰＶセル２の縁部に局所的に位置決めされる。図６ａは、バイパスダイオード５を使用する千鳥配置回路の可能な一実装形態を示す。図６ｂでは、３個又は６個のＰＶセル２の各ストリングが、バイパスダイオード５に並列に接続されている。

図７ａ及び７ｂは、（ここでは横向きでの）やはり「標準」サイズの６×１０光起電力モジュールに関するさらなる実施形態を示す。ここでも、バイパスダイオード５は、そのバイパスダイオード５が保護するＰＶセル２のストリングに局所的な隅部又は縁部に位置されている。どちらの実装形態も、ベースとしてのＰＶセルの５つのセルストリングと、千鳥配置回路とを使用する。

裏面側導電性基板１０は、ＰＶセル２と光起電力モジュールの他の構成要素との間のコンタクトを形成するために主に使用されることに留意されたい。しかし、裏面側導電性基板１０は、例えば軽量パネルを使用して、構造的機能を実現する材料を備えていてもよい。さらなる実施形態での裏面側導電性基板１０は、１つ又は複数の導電性シートを備える。これらの複数のシートは、望み通りの相互接続回路のより容易な形成を可能にすることによって有利になることがある。１つ又は複数の導電性シートは、互いに絶縁されており、場合によっては開口又はアパーチャを備えており、望まれる場合には導電性シートを相互接続することを可能にして、ＰＶセル２のさらに複雑な回路を画定する。

一般に、本発明の実装形態で使用される複数のバイパスダイオード５は、ＰＶセル２のおもて面と同様のテクスチャ及び色を有するおもて面２２を備える。例えば、バイパスダイオード５にＰＶセル２と同じ見た目を与えるために、通常の太陽電池と同様のテクスチャ及びＳｉＮ_ｘ上層が設けられることがある。これは、光起電力モジュールの実際の動作中に目に見える光起電力モジュールの構成要素の大部分が同様の見た目になるようにし、美観的側面、したがって建造物などへの光起電力モジュールの組込みの容易さを改良する。

複数のタイプの（ウェハベースの）バイパスダイオードが使用されてもよく、その例が、図８ａ〜ｆの断面図に示されている。図８ａ〜ｆにおいて、バイパスダイオード５の実施形態の同様の部分又は構成要素は同じ参照番号で示されていることに留意されたい。全てのバイパスダイオード５が不透明なおもて面２２を備えて、生じ得る光電流発生を防止する。同じ理由から、バイパスダイオード５の背面も不透明層を備えてよいことに留意されたい。

図８ａは、不透明な（任意の色の塗装、不透過性テープ、より高い散乱のためのＴｉＯ_２コーティングを有する）おもて面２２を有する裏面接合バックコンタクトバイパスダイオードを示す。この断面図は、（回路を形成するための）導電箔部分４を示し、導電箔部分４は、裏面側導電性基板１０の一部を形成する。実際のバイパスダイオード５は、（例えば導電性接着剤１３を使用して導電箔に接続された）（金属）コンタクトパッド１２と、ｐドープ材料１１とを備える。裏面領域１６及びエミッタ１５が形成される。

図８ｂは、おもて面接合バックコンタクト型のバイパスダイオード５を示す。ここで、エミッタ１５はおもて面に設けられており、メタルラップスルー接続を介して、又はメタライゼーション１８を介してバイパスダイオード５の裏面への電気的接続が形成されている。

図８ｃは、裏面接合メタルラップスルーダイオード５としての代替形態を示す。一方のコンタクトは、ｎ＋領域１７へのものであり、一方、他方のコンタクトは、銀ラップスルー接続線と組み合わせて、銀層１８を使用して形成されている。図８ｄは、おもて面の表面が（不透明の）全面積アルミニウムメタライゼーション２０である一変形形態を示す。バイアメタライゼーション１８がＡｌメタライゼーション２０と接触し、Ａｌメタライゼーション２０は、ｐ＋ドープ領域１９を介してｐドープ領域１１に接触する。

図８ｅ及び８ｆは、バイパスダイオード５のメタルラップアラウンド実装形態を示し、ここでは、おもて面から裏面へのコンタクトが、はんだや導電性接着剤などの接触媒体１４によって実現されている。接触媒体１４は、バイパスダイオード５のおもて面で電極層２１に接触し、電極層２１はさらにｐ領域１１と接触する。図８ｆの実施形態では、ｐ領域１１とｎ＋領域１７が、表裏逆にされている（おもて面での接合と背面での接合）。

不透明層２２に対するさらなる代替実施形態として、バイパスダイオード５が構造化された上面２２（例えば、ランベルシャン（Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）反射を伴う白色塗料、ＴｉＯ_２球コーティング、又は回折格子構造）を有する実施形態が実現され、それにより、光は、光の大部分が内部反射（例えばガラス−空気界面）によって光起電力モジュール内に留まるようにこの層２２によって反射又は散乱される。即ち、複数のバイパスダイオード５が、バイパスダイオード５のおもて面に衝突する光を隣接するＰＶセル２に向けて導くように構成された光偏向上層を備える。

本発明の実施形態を、図面に示されているいくつかの例示的実施形態を参照して上述してきた。いくつかの部分又は要素の修正形態及び代替実装形態が可能であり、添付の特許請求の範囲で定義されている保護の範囲に含まれる。

Claims (16)

1. 裏面側導電性基板（１０）と、
   バックコンタクトを有し、前記裏面側導電性基板（１０）の上面に或るアレイとして配置された複数の光起電力セル（ＰＶセル）２と
   を備える光起電力モジュールであって、
   直列及び／又は並列接続された前記ＰＶセル（２）の回路が、前記バックコンタクトと前記裏面側導電性基板（１０）との間の接続線（８）によって形成されており、
   当該光起電力モジュールが、直列及び／又は並列接続された前記ＰＶセル（２）の前記回路と電気接触するバックコンタクト（６ａ、６ｂ）を有する複数のバイパスダイオード（５）をさらに備え、前記バイパスダイオード（５）の各々が、ウェハベースのダイオードであり、複数の前記ＰＶセル（２）のうちの１つ又は複数と並列に接続されており、
   前記バイパスダイオード（５）が、前記裏面側導電性基板（１０）の前記上面の空いた部分（４）に配置されており、前記空いた部分（４）が、複数の前記ＰＶセル（２）のうちの隣合うＰＶセル（２）の隅部の近くに配置されている、光起電力モジュール。
2. 前記ウェハベースのダイオードが多結晶ウェハから得られたものである、請求項１に記載の光起電力モジュール。
3. 複数の前記バイパスダイオード（５）が、メタルラップスルー、エミッタラップスルー、又は交差指型バックコンタクト構成を備える、請求項１又は２に記載の光起電力モジュール。
4. 複数の前記ＰＶセル（２）がそれぞれ略正方形状を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
5. 複数の前記ＰＶセル（２）が、少なくとも１つの斜めの隅部を有する長方形であり、複数の前記ＰＶセル（２）が、２つ又は４つのＰＶセル（２）からなる群として構成されており、それぞれの少なくとも１つの斜めの隅部が、互いに面し、前記バイパスダイオード（５）のための前記裏面側導電性基板（１０）の上面の前記空いた部分（４）を形成している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
6. 前記バイパスダイオード（５）が三角形状を有する、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
7. バイパスダイオード（５）が、複数の前記ＰＶセル（２）それぞれに関して存在する、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
8. 複数の前記バイパスダイオード（５）の電流定格が少なくとも６Ａ、例えば９Ａである、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
9. 複数の前記バイパスダイオード（５）が、関連の前記ＰＶセル（２）の縁部付近に配置されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
10. 前記ＰＶセル（２）が、複数のＰＶセル（２）を有するサブモジュールを構成する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
11. 複数の前記ＰＶセル（２）が、半導体材料、例えば単結晶Ｃｚタイプ材料のウェハから作られている、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
12. 複数の前記バイパスダイオード（５）が、前記ＰＶセル（２）のおもて面と同様のテクスチャ及び色を有するおもて面（２２）を備える、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
13. 複数の前記バイパスダイオード（５）が不透明のおもて面（２２）を備える、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
14. 複数の前記バイパスダイオード（５）が、前記バイパスダイオード（５）のおもて面（２２）に衝突する光を隣り合う前記ＰＶセル（２）に向けて導くように構成された光偏向上層を備える、請求項１〜１３のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
15. 前記裏面側導電性基板（１０）が１つ又は複数の導電性シートを備える、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。
16. 前記回路が、前記ＰＶセル（２）と前記バイパスダイオード（５）との直列群、前記ＰＶセル（２）と前記バイパスダイオード（５）との千鳥配置群、及び／又は前記ＰＶセル（２）と前記バイパスダイオード（５）とのマルチレベル群を備える、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の光起電力モジュール。

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