JP2014157877A - 太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の太陽電池セルが直列接続してなる太陽電池の回路に、バイパスダイオードの回路が取り入れられた、生産性に優れた太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】この太陽電池モジュールは、絶縁性基板２１の一面上に、第１電極層２２、光電変換層２３及び第２電極層２４が積層して構成された複数の太陽電池セル２５を有し、該複数の太陽電池セル２５が同一基板上で直列接続されてなる太陽電池セル集合体２０を備える。また、絶縁性基板２１の他面上に第３電極層２６と、半導体層５１と、第４電極層５２とが積層されて複数のダイオード部５０が形成されている。そして、太陽電池セルの第１電極層２２もしくこれと同電位を有する電極層と、隣接する太陽電池セルの第１電極層２２もしくはこれと同電位を有する電極層が、ダイオード部５０を介して、発電による起電力が半導体層５１に逆方向の電圧として印加されるように接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイパスダイオードを備えた太陽電池モジュール、及びその製造方法に関する。

太陽電池モジュールは、複数の太陽電池セルを電気的に直列接続して、所定の出力が得られるように設計されている。

ところで、太陽電池セルは、一部の太陽電池セルが発電しない状態（太陽電池への太陽光が遮光された状態）では、発電しない太陽電池セルで抵抗が大きくなり、取出し電力が低下する。加えて、発電しない太陽電池セルの両端には、他の発電している太陽電池セルから逆方向の電圧が印加され、太陽電池セルの耐圧を越えると破損する恐れがある。そのため、ダイオードを太陽電池セルに対して電気的に並列接続し、一部の太陽電池セルが遮光された場合は、電流を該ダイオードからバイパスさせて、取出し電力の低下や、太陽電池セルの破損等を防止することが行われている。このように結線したダイオードは、バイパスダイオードと呼ばれている。

太陽電池の回路にパイパスダイオードの回路を取り入れた太陽電池モジュールは、特許文献１に記載されるように、太陽電池と、ダイオードとをそれぞれ個別に製造しておき、モジュール化の際に両者を電気的に接合して製造することが従来より行われている。

しかしながら、モジュール化の際に、個別に製造した太陽電池とダイオードを電気的に接合して、太陽電池の回路にバイパスダイオードの回路が取り入れられた太陽電池モジュールを製造する場合、太陽電池とダイオードとをそれぞれ用意する必要があるので、部品点数が増加するという問題があった。また、両者を電気的に接合する工程が必要であるので、工程数が増加する問題があった。

また、特許文献２には、導電性基板の非受光面側の主表面に形成された整流特性を有する整流層及び該整流層の非受光面側に形成された裏面電極層を有し、受光面側又は非受光面側の主表面から該導電性基板に設けられた貫通孔の内壁表面の少なくとも一部に渡り連続的に、光電変換層、透明電極層、整流層及び裏面電極層が形成され、該透明電極層と該裏面電極層が該貫通孔の内壁面上で電気的に接触しており、且つ、該光電変換層の光起電力による電圧が該整流層の整流特性に対して逆方向である光起電力素子が開示されている。この光起電力素子は、導電性基板の受光面側に形成された透明電極層と、導電性基板の非受光面側に形成された裏面電極層とを、貫通孔の内壁面上において電気的に接触させており、裏面電極層をグリッド電極として用いている。そして、一方の光起電力素子の導電性基板と、他方の光起電力素子の裏面電極層とを銅箔で電気的に接続して、各光起電力素子を直列接続し、モジュール化している。

このモジュールでは、通常時は、光起電力素子での発電により発生した電子は、貫通孔にて、透明電極層から裏面電極層へと移動する。そして、裏面電極層へと移動した電子は、銅箔を通って、隣接する光起電力素子の導電性基板へと移動する。そして、光電変換層、透明電極層、裏面電極層、銅箔を通り、次の光起電力素子の導電性基板へと移動する。

一方、一部の光起電力素子の光電変換層が遮光された場合、電流は遮光された光起電力素子の光電変換層を通らず、導電性基板から整流層、裏面電極層、銅箔を通って、次の光起電力素子の導電性基板へと移動し、光電変換層が逆方向電圧により破損することを防止している。

しかしながら、特許文献２の光起電力素子は、一つの導電性基板上に一つの光電変換素子が形成され、直列接続構造は銅箔による配線によって形成されている。一方で一つの絶縁性基板上に複数の光電変換素子を形成する集積型太陽電池においては、特許文献２に記載する方法ではバイパスダイオードと一体化させた構造を形成することが出来ず、新たな構造を検討する必要があった。

特開２０１２−１９９２９０号公報 特開２００２−１６２７５号公報

本発明の目的は、一つの絶縁性基板上に複数の太陽電池セルが直列接続してなる太陽電池の回路に、バイパスダイオードの回路が取り入れられた太陽電池モジュールを生産性よく製造できる太陽電池モジュール、及び、太陽電池モジュールの製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明は、絶縁性基板の一面上に、第１電極層、光電変換層及び透明性を有する第２電極層が積層して構成された複数の太陽電池セルを有し、該複数の太陽電池セルが同一基板上で直列接続されてなる太陽電池セル集合体を備えた太陽電池モジュールであって、
前記絶縁性基板の他面上に第３電極層と、整流特性を有する半導体層と、第４電極層とが積層されて複数のダイオード部が形成されており、
前記太陽電池セルの第１電極層、もしくは前記第１電極層と同電位を有する電極層と、隣接する前記太陽電池セルの第１電極層、もしくは前記第１電極層と同電位を有する電極層が、前記ダイオード部を介して、前記太陽電池モジュールの発電による起電力が前記ダイオード部の前記半導体層に逆方向の電圧として印加されるように、接続されていることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記各ダイオード部の第３電極層は、前記絶縁性基板、前記第１電極層、前記光電変換層を貫通する第１貫通孔を通り前記第１電極層と絶縁された導体により前記第２電極層と接続されると共に、前記絶縁性基板を貫通する第２貫通孔を通り前記第２電極層と絶縁された導体により、隣接する太陽電池セルの前記第１電極層と接続されて、複数の前記太陽電池セルが直列接続されており、
前記第４電極層は、前記第１貫通孔では、前記第１電極層、前記第２電極層、及び前記第３電極層と絶縁されており、前記第２貫通孔では、前記第１電極層及び前記第３電極層と絶縁された導体により、隣接する太陽電池セルの前記第２電極層と接続されていることが好ましい。この態様においては、前記太陽電池セルの前記第２貫通孔周辺であって、前記第２電極層が形成されていない領域に、前記透明性を有する導電材料で構成された導体層が形成されており、該導体層により、前記第４電極層と、隣接する太陽電池セルの前記第２電極層とが接続されていることが好ましい。また、前記第２貫通孔周辺の前記第２電極層が形成されていない領域に、前記第２電極層側から非透過の材料が配設されていることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記各ダイオード部の第３電極層は、前記絶縁性基板を貫通する第１貫通孔を通って、対応する位置にある太陽電池セルの第１電極層と接続され、前記各ダイオード部の第４電極層は、前記絶縁性基板を貫通する第２貫通孔を通って、隣接する太陽電池セルの第１電極層と接続されていることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記各ダイオードの前記半導体層は、対応するダイオードの前記第３電極層の一部または全面に形成されていることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記各ダイオードは、個々の太陽電池セルの間隔毎に複数に分かれるか、あるいは複数個ずつの太陽電池セルの間隔毎に複数に分かれて形成されていることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光電変換層と前記半導体層とが同じ材料で構成されていることが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、前記光電変換層が、シリコン系材料及び化合物系材料から選ばれる半導体材料で構成されていることが好ましい。

また、本発明の太陽電池モジュールの製造方法は、
絶縁性基板に第２貫通孔を形成する工程１と、
前記工程１を行った後、前記第２貫通孔を形成した絶縁性基板の受光面側に第１電極層を形成し、非受光面側に第３電極層を形成すると共に、前記第２貫通孔の内壁で、前記第１電極層と前記３電極層とを接続させる工程２と、
前記工程２を行った後、前記絶縁性基板、前記第１電極層及び前記第３電極層を貫通する第１貫通孔を形成する工程３と、
前記工程３を行った後、前記絶縁性基板の受光面側の前記第１電極層上に、前記第２貫通孔において前記第２電極層と第３電極層とを絶縁させつつ、光電変換層及び透明性を有する第２電極層を形成すると共に、前記第１貫通孔の内壁で、前記第３電極層を、前記第１電極層と絶縁させつつ、前記第２電極層と接続させる工程４と、
前記工程４を行った後、前記絶縁性基板の非受光面側の前記第３電極層上に、半導体層及び第４電極層を形成する工程５と、
前記工程５を行った後、前記第４電極層を、前記第２貫通孔の内壁で、前記第１電極層及び前記第３電極層と絶縁させつつ、前記第２電極層と接続させる工程６と、
少なくとも前記工程４を行った後、前記絶縁性基板の受光面側の積層体を複数に分断する工程７と、
少なくとも前記工程４を行った後、前記絶縁性基板の非受光面側のうち、少なくとも前記第３電極層を複数に分断する工程８と、
少なくとも前記工程５を行った後、前記工程８の分断位置と整合する位置において、前記半導体層と前記第４電極層を複数に分断する工程９とを備えることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記工程８を、前記工程４と前記工程５との間に行って、前記第３電極層を複数に分断し、前記工程９を、少なくとも前記工程５を行った後に行い、前記半導体層と前記第４電極層との積層体を、分断された前記第３電極層の間隔毎に複数に分かれるか、あるいは、複数個ずつの第３電極層の間隔毎に複数に分かれるように複数に分断することが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記工程５を行った後、前記工程８と前記工程９とを同時に行い、前記工程８の分断箇所と、前記工程９の分断箇所を同じにして、前記第３電極層と前記半導体層と前記第４電極層との積層体を複数に分断することが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記工程４を行った後、少なくとも前記工程７と前記工程８とを実施し、その後、前記工程６を行う前に、分断した太陽電池セル毎に逆バイアスを印加する工程を実施することが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記工程５の際に、前記第１貫通孔の近傍の前記第３電極層上にマスクを配設し、前記半導体層と前記第４電極層の形成を、前記第３電極層と前記第４電極層の絶縁を確保しつつ行うことが好ましい。この態様において、前記半導体層形成時に使用するマスク面積よりも、前記第４電極層形成時に使用するマスク面積の方が大きいことが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、前記工程６において、透明性を有する導電材料を用いて前記第２電極層と前記第４電極層とを接続することが好ましい。この態様においては、前記工程６において、前記第２貫通孔周辺の受光面側であって、前記第２電極層が形成されていない領域に、前記透明性を有する導電材料で構成された導体層を形成し、該導体層により、前記第４電極層と、隣接する太陽電池セルの前記第２電極層とを接続することが好ましい。

本発明の太陽電池モジュールの製造方法において、少なくとも前記工程６を行った後、前記第２貫通孔周辺の前記第２電極層が形成されていない領域に、前記第２電極層側から非透過の材料を配設することが好ましい。

本発明によれば、絶縁性基板の他面上に第３電極層と、整流特性を有する半導体層と、第４電極層とが積層されて複数のダイオード部が形成されており、太陽電池セルの第１電極層、もしくは前記第１電極層と同電位を有する電極層と、隣接する前記太陽電池セルの第１電極層、もしくは前記第１電極層と同電位を有する電極層が、ダイオード部を介して、太陽電池モジュールの発電による起電力がダイオード部の半導体層に逆方向の電圧として印加されるように、接続されているので、一部の太陽電池セルへの太陽光が遮光されるなどして一部の太陽電池セルの発電が停止しても、発電が停止した太陽電池セルをバイパスして電流を流すことができ、太陽電池の破損を抑えて、長期にわたって安定した太陽電池特性を得ることができる。

また、この太陽電池モジュールは、絶縁性基板の太陽電池セルが形成された面の逆面に、ダイオード部が形成されて太陽電池の回路にバイパスダイオードの回路が取り入れているので、太陽電池と、ダイオードをそれぞれ別個の部品として用意する必要はなく、部品点数を減らすことができる。

本発明の太陽電池モジュールの第１の実施形態の概略図である。 同太陽電池モジュールの平面図である。 同太陽電池モジュールの底面図である。 図１〜３に示す構造の太陽電池モジュールの電流の流れを模式的に示した図である。 同太陽電池モジュールの変形例の概略図である。 同太陽電池モジュールの他の変形例の概略図である。 同太陽電池モジュールの他の変形例の概略図である。 本発明の太陽電池モジュールの第２の実施形態の概略図である。 図８に示す構造の太陽電池モジュールの電流の流れを模式的に示した図である。

本発明の太陽電池モジュールの第１の実施形態について、図１〜３を用いて説明する。

図１に示されるように、この太陽電池モジュールは、同一基板上に形成された複数の太陽電池セル２５が直列接続している太陽電池セル集合体２０と、太陽電池セル集合体２０の非受光面側２０ｂに形成された複数のダイオード部５０とを備えている。

太陽電池セル集合体２０は、絶縁性基板２１の受光面側２０ａに、裏面電極層２２、光電変換層２３、透明電極層２４を順次積層して構成された太陽電池セル２５が複数形成され、絶縁性基板２１の非受光面側２０ｂに、背面電極層２６が複数形成され、隣接する太陽電池セル２５どうしが、次に示す態様で背面電極層２６を介して電気的に直列接続している。

すなわち、図１〜３に示されるように、太陽電池セル２５の両端部には、絶縁性基板２１上に裏面電極層２２、光電変換層２３が順次積層され、透明電極層２４が設けられていない接続部２５ａ，２５ａが設けられている。また、背面電極層２６は、太陽電池セル２５とほぼ同じ間隔で、かつ、隣接する一方の太陽電池セル側にずれて分割されている。

図１を合わせて参照すると、各太陽電池セル２５には、背面電極層２６、絶縁性基板２１、裏面電極層２２、光電変換層２３、透明電極層２４を貫通して形成された第１貫通孔２７が、所定間隔で複数形成されている。そして、図１に示すように、第１貫通孔２７の内壁において、透明電極層２４と背面電極層２６とが、導体層２８により電気的に接続している。また、裏面電極層２２は、光電変換層２３で覆われて、透明電極層２４、導体層２８及び背面電極層２６と絶縁されている。

接続部２５ａには、背面電極層２６、絶縁性基板２１、裏面電極層２２、光電変換層２３を貫通して形成された第２貫通孔２９が形成されている。そして、図１に示すように、第２貫通孔２９の内壁において、背面電極層２６と裏面電極層２２とが、導体層３０により電気的に接続している。

また、太陽電池セル集合体２０の背面電極層２６には、半導体層５１とダイオード電極層５２とが順次積層して、絶縁性基板２１の非受光面側に、背面電極層２６と半導体層５１とダイオード電極層５２とで構成されたダイオード部５０が形成されている。このダイオード部５０は、背面電極層２６とほぼ同じ間隔で分断されている。そして、次に示す態様で、太陽電池モジュールの発電時に発電による起電力が半導体層５１に逆方向の電圧として印加される様に、ダイオード電極層５２が、ダイオード部５０が形成された太陽電池セル２５に隣接する他の太陽電池セル２５の透明電極層２４と接続している。

すなわち、図１に示されるように、第１貫通孔２７では、ダイオード電極層５２は、背面電極層２６、裏面電極層２２及び透明電極層２４と絶縁されている。また、第２貫通孔２９では、ダイオード電極層５２は、半導体層５１によって裏面電極層２２及び背面電極層２６と絶縁されていると共に、導体層５３を介して透明電極層２４と接続している。このようにして、ダイオード部５０が、太陽電池セル２５と電気的に逆並列接続している。尚ダイオード部５０において、ダイオード電極層５２及び半導体層５１は、上記接続構造が形成されていれば、必ずしも背面電極層２６の全面へ形成されている必要はない。但しこの場合、背面電極層２６とダイオード電極層５２がダイレクトに接続しないように形成する必要がある。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、絶縁性基板２１は、耐熱性に優れるものが好ましく用いることができる。なお、本発明において、「絶縁性基板」とは、絶縁性を有する材料で構成された基板、導電性を有する材料で構成された基板の表面を絶縁処理した基板を含む。絶縁性基板の具体例としては、ガラス基板、表面に絶縁処理を施した金属基板、樹脂基板等が挙げられる。なかでも、ポリイミド、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリエチレンテレフタレート、アラミドなどからなる可撓性フィルム基板が好ましく用いることができる。尚、表面に絶縁処理を施した金属基板を適用する場合、各電極層と金属基板が導通しない様、必要に応じて絶縁処理を行う必要がある。可撓性フィルム基板を用いることで、フレキシブルな太陽電池セル集合体とすることができる。絶縁性基板２１の膜厚は、特に限定はないが、柔軟性、強度、重量を考慮すると、１５〜２００μｍ程度が好ましい。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、裏面電極層２２は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｍｏ及びこれらの合金などの導電性金属で形成される。光電変換層２３に適した材料を選択することが好ましい。また、これらの導電性金属で形成される層（以下、導電性金属層という）に、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物で形成される層（以下、透明導電性酸化物層という）が積層されていてもよい。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、透明電極層２４は、ＩＴＯ、ＳｎＯ_２、ＺｎＯなどの透明導電性酸化物で形成される。

本発明の太陽電池モジュールにおいて、背面電極層２６は、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｌ及びこれらの合金などの導電性金属で形成される。裏面電極層２２と同じ材料で形成されていることが好ましい。これによれば、裏面電極層２２と背面電極層２６とを、同一の装置を用いて形成できるので、装置コストを抑えることができる。

各電極層の形成方法は特に限定は無い、各種電極材料を、蒸着法、スパッタ法、鍍金など当該技術において知られている任意の製膜方法で製膜して形成できる。

光電変換層２３は、特に限定は無い。シリコン系材料及び化合物系材料から選ばれる半導体材料で構成された光電変換層が挙げられる。

シリコン系材料としては、アモルファスシリコン系材料、微結晶シリコン系材料等が挙げられる。

化合物系材料としては、ＣＩ（Ｇ）Ｓ系材料、ＣＺＴＳ系材料、ＣｄＴｅ系材料等が挙げられる。ＣＩ（Ｇ）Ｓ系材料としては、ＣｕＩｎＳｅ_２、ＣｕＧａＳｅ_２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓ，Ｓｅ）_２等のＣＩ（Ｇ）Ｓ系半導体化合物が挙げられる。ＣＺＴＳ系材料としては、Ｃｕ_２ＺｎＳｎＳｅ_４、Ｃｕ_２ＺｎＳｎ（Ｓ，Ｓｅ）_４等のＣＺＴＳ系半導体化合物が挙げられる。ＣｄＴｅ系材料としては、ＣｄＴｅ，ＣｄＺｎＴｅ等のＣｄＴｅ系半導体化合物が挙げられる。

光電変換層２３の形成方法は、特に限定なく、従来公知の方法で形成できる。例えば、アモルファスシリコン系材料や微結晶シリコン系材料を用いる場合は、プラズマＣＶＤ法等により形成できる。また、ＣＩ（Ｇ）Ｓ系材料、ＣＺＴＳ系材料を用いる場合は、多元蒸着法、セレン化法等により形成できる。また、ＣｄＴｅ系材料等を用いる場合は、近接昇華法、スクリーン印刷法、電着法、真空蒸着法、スプレー法等により形成できる。

ダイオード部５０の半導体層５１は、整流特性を有するものであればよく、特に限定は無い。太陽電池セル２５の光電変換層２３と同様のものを用いることができる。光電変換層２３と共通の材料を用いた場合、光電変換層２３と、半導体層５１とを、同一の装置を用いて形成できるので、装置コストを抑えることができる。

ダイオード部５０のダイオード電極層５２は、特に限定はない。導電性を有するものであればよい。裏面電極層２２、透明電極層２４、背面電極層２６で使用した材料で構成することが好ましい。これによれば、これらの電極層の形成に用いた装置と同一の装置を用いてダイオード電極層５２を形成できるので、装置コストを抑えることができる。

ダイオード電極層５２と透明電極層２４とを接続する導体層５３は、導電性を有する材料で構成されていればよい。好ましくは、透明性を有する導電材料である。より好ましくは、透明電極層２４と同一の材料である。透明電極層２４に導体層５３がオーバラップすると、導体層５３が非透明の場合、発電面積が減少することになるが、導体層５３が、透明性を有する導電材料で構成されていれば、透明電極層２４に導体層５３がオーバラップしても、発電面積の減少を防止できる。更には、接続部２５ａにおいて導電層５３が形成された面積分、発電面積が増える。そのため、導電層５３を形成する領域は、接続部２５ａにおいて第２貫通孔と透明電極２４が接続する形で形成されていれば良いが、導体層５３が、透明性を有する導電材料で構成されている場合、接続部２５ａ全面に形成される形態がより好ましい。また、透明電極層２４と導体層５３がオーバラップする領域は、形成される透明電極膜の膜厚が局所的に厚くなり、最適な透明電極膜厚からずれる場合が多くなるため、なるべく小面積となる様に形成することが好ましい。実際の導電層５３の形成面積は、形成工程の精度等を勘案し、十分な安全率を持つ様な面積に設定するのが好ましい。

導体層５３の形成方法は、特に限定は無い。ハンダ、金属ペースト等の塗布、スパッタ法、蒸着法、ＣＶＤ法等が挙げられる。スパッタ法、蒸着法等の形成方法を採用する場合、所定の形成箇所以外に薄膜が付着しない様、マスクを用いて形成する。

図４を併せて用いて、図１〜３に示す構造の太陽電池モジュールの電流の流れについて説明する。なお、図４は、図１〜３に示す構造の太陽電池モジュールを簡略化して表し、その電流の流れを模式的に示した図であって、図１〜３と同一部分は、同一符号を付している。すなわち、符号２２は裏面電極層であり、符号２３は光電変換層であり、符号２４は透明電極層であり、符号２６は背面電極層であり、符号５１は半導体層であり、符号５２はダイオード電極層であり、符号５３は導体層である。

太陽電池セル２５での発電により発生した電流は、図４の実線矢印Ａに示すように、光電変換層２３から透明電極層２４へと流れ、第１貫通孔２７を通って、太陽電池セル２５の透明電極層２４から、背面電極層２６へと流れる。そして、背面電極層２６に移動した電流は、接続部２５ａへと移動し、第２貫通孔２９を通って、隣接する太陽電池セル２５の裏面電極層２２へと流れる。このようにして、この太陽電池セル集合体２０は、第１貫通孔２７、第２貫通孔２９を介して、それぞれの太陽電池セル２５が直列接続している。このような構造は、ＳＣＡＦ(Ｓｅｒｉｅｓ Ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ ｔｈｒｏｕｇｈ Ａｐｅｒｔｕｒｅｓ ｆｏｒｍｅｄ ｏｎ Ｆｉｌｍ)構造と呼ばれている。

なお、ダイオード部５０の半導体層５１は、太陽電池モジュールの発電時に、発電による起電力が半導体層５１に逆方向の電圧が印加される様に配置されているため、ダイオード部５０が形成された太陽電池セル２５が発電している間は、ダイオード部５０には電流が流れない。

一方、特定の太陽電池セルが、例えば日影に入って発電しなくなった時は、該太陽電池セルと電気的に逆並列接続するダイオード部５０の半導体層５１に順方向の電圧が印加される。このため、図４の破線矢印Ｂに示すように、隣接する太陽電池セル２５の背面電極層２６から電流が、半導体層５１を通って、ダイオード電極層５２へと移動する。ダイオード電極層５２に移動した電子は、発電しなくなった太陽電池セル２５をバイパスして、次の太陽電池セル２５の第２貫通孔２９を通り、導体層５３を経て、次の太陽電池セル２５の透明電極層２４へと移動する。

このように、太陽電池モジュールの一部が日影に入るなどして、一部の太陽電池セルの発電が停止しても、発電していない太陽電池セルをバイパスして、次の太陽電池セルに電流が流れるので、太陽電池セルの破損に至ることなく、安定した太陽電池特性を得ることができる。

この実施形態では、背面電極層２６の一部にダイオード部５０が形成されているが、図５に示すように、背面電極層２６の全面にダイオード部５０が形成されていてもよい。

また、この実施形態では、ダイオード部５０は、背面電極層２６と同じ間隔で分断されて、１つの太陽電池セル２５に対し、１つのダイオード部５０が逆並列接続しているが、図６に示すように、ダイオード部５０が複数の太陽電池セル２５に対応する背面電極層２６にわたって形成されて、複数の太陽電池セルに１つのダイオード部５０が逆並列接続されていてもよい。この場合、１つのダイオード部５０に対して割り当てる太陽電池セルの直列数は、光電変換層に採用する材質の開放電圧、耐電圧等から算出される最大値を超えない様な直列数にする。

なお、背面電極層２６上に半導体層５１を形成する際に、第２貫通孔２９の内壁に半導体層が形成されたり、第２貫通孔２９を回り込んで、受光面側に回り込むことがある。第２貫通孔２９内の半導体層や、受光面側に回り込んで形成された半導体層に光が照射されると、光照射部に光起電力が発生し、太陽電池セルに対して逆方向に流れる電流成分が発生する。この電流は太陽電池セルに対してリーク電流となるため、太陽電池モジュールの発電特性の低下につながる。このため、図７に示すように、接続部２５ａの内壁において、第２貫通孔２９周辺に、非透過の材料からなる遮光層５５を配設して、第２貫通孔２９の半導体層に光が照射されることを阻止することが好ましい。非透過の材料は、特に導電性は要求されない。耐熱性、耐候性に優れたものが好ましい。接続部２５ａにおいて、実際の導電層５３の形成面積、及び遮光層５５の形成面積は、形成工程の精度等を勘案し、十分な安全率を持つ様な面積に設定するのが好ましい。

次に、図１に示す太陽電池モジュールの製造方法を例に挙げて、本発明の太陽電池モジュール製造方法を説明する。

まず、工程１として、絶縁性基板の両端部に第２貫通孔２９を形成する。表面に絶縁処理を施した金属基板を適用する場合、貫通孔２９形成後、貫通孔２９の側面に絶縁処理を施す。

次に、工程２として、工程１を行った後、第２貫通孔２９を形成した絶縁性基板２１の受光面側２０ａに裏面電極層２２を形成し、非受光面側２０ｂに背面電極層２６を形成する。こうすることで、図１に示すように、第２貫通孔２９の内壁で、裏面電極層２２と背面電極層２６とが電気的に接続する。

次に、工程３として、工程２を行った後、絶縁性基板２１、裏面電極層２２及び背面電極層２６を貫通する第１貫通孔２７を形成する。表面に絶縁処理を施した金属基板を適用する場合、第１貫通孔２７形成後、第１貫通孔２７の側面に絶縁処理を施す。

次に、工程４として、工程３を行った後、絶縁性基板２１の受光面側２０ａの全面に光電変換層２３を形成し、次いで、第２貫通孔２９が形成された両端部にはマスクをかぶせて透明電極層２４を形成し、次いで、絶縁性基板２１の背面電極層２６上に、再度背面電極層２６を形成する。こうすることで、図１に示すように、第１貫通孔２７の内壁で、透明電極層２４と背面電極層２６とが電気的に接続する。

次に、工程５として、工程４を行った後、背面電極層２６上に、非受光面側２０ｂから、半導体層５１と、ダイオード電極層５２を順次形成する。

工程５では、第２貫通孔２９の内壁にて、ダイオード電極層５２が、半導体層５１によって、裏面電極層２２及び背面電極層２６と絶縁されるように半導体層５１と、ダイオード電極層５２とを形成する。

本発明では、工程５を実施する際に、第１貫通孔２７の近傍の背面電極層２６上にマスクを配設して、背面電極層２６とダイオード電極層５２の絶縁を確保しつつ、半導体層５１と、ダイオード電極層５２とを形成することが好ましい。また、半導体層５１形成時に使用するマスク面積よりも、ダイオード電極層５２形成時に使用するマスク面積の方が大きいことが好ましい。第１貫通孔２７の内壁にもダイオード部が形成されている場合、第１貫通孔２７内のダイオード部に光が照射されると、第１貫通孔２７内のダイオード部に光起電力が発生し、太陽電池セルに対して逆方向に流れる電流成分が発生する。この電流がリーク電流となって、太陽電池モジュールの発電特性の低下につながる。このようにマスクを配置して、半導体層５１と、ダイオード電極層５２とを形成することで、第１貫通孔２７の周辺及び第１貫通孔２７の内壁にダイオード部が形成されるのを防止できる。また、ダイオード電極層５２形成時に使用するマスク面積を、半導体層５１形成時に使用するマスク面積よりも大きくすることにより、ダイオード電極層５２と背面電極層２６との接触をより確実に防止でき、短絡の発生を抑制できる。

次に、工程６として、工程５を行った後、第２貫通孔２９の近傍に、一端が透明電極層２４に接続し、他端が第２貫通孔２９内のダイオード電極層５２に接続するように受光面側２０ａから導体層５３を形成する。こうすることで、ダイオード電極層５２は、第２貫通孔２９の内壁で、導体層５３を介して透明電極層２４と接続する。なお、ダイオード電極層５２は、半導体層５１によって、裏面電極層２２及び背面電極層２６と絶縁されている。

工程６において、導体層５３は、透明性を有する導電材料を用いて形成することが好ましい。また、工程６を行った後、第２貫通孔２９周辺の透明電極層２４が形成されていない領域に、受光面側２０ａから非透過の材料を配設することが好ましい。第２貫通孔２９の内壁にもダイオード部が形成されている場合、ダイオード部に光が照射されると、第２貫通孔２９内のダイオード部に光起電力が発生し、太陽電池セルに対して逆方向に流れる電流成分が発生する。この電流がリーク電流となって、太陽電池モジュールの発電特性の低下につながる。第２貫通孔２９周辺の透明電極層２４が形成されていない領域に、受光面側２０ａから非透過の材料を配設することで、第２貫通孔２９の内壁に光が照射されるのを防止でき、リーク電流の発生を抑制できる。

次に、工程７として、少なくとも工程４を行った後、絶縁性基板２１の受光面側の積層体を複数のセルに分断する。

次に、工程８として、少なくとも工程４を行った後、絶縁性基板２１の非受光面側の背面電極層２６を複数に分断する。

次に、工程９として、少なくとも前記工程５を行った後、半導体層５１とダイオード電極層５２を複数に分断する。

本発明では、工程８を、工程４と工程５との間に行って、背面電極層２６のみをまず複数に分断し、次いで、工程９を、少なくとも工程５を行った後に行い、半導体層５１とダイオード電極層５２との積層体を複数に分断してもよい。この場合、工程９での分断位置は、工程８での背面電極層２６の分断位置に整合させてもよい。また、工程８での複数の分断位置に対して、工程９は分断位置を工程８と整合させつつ、かつ分断数は工程８より少なくしてもよい。また、工程８の分断位置と工程９の分断位置をずらしてもよい。分断位置をずらす場合は、背面電極層２６は基板に到達する位置まで分断する必要があるため、分断位置や半導体層５１とダイオード電極層５２との積層体の形成領域に関して、発電時の電流ルートを分断しない様考慮する必要がある。

また、工程５を行った後、工程８と工程９とを同時に行い、工程８の分断箇所と、工程９の分断箇所を同じにして、背面電極層２６と半導体層５１とダイオード電極層５２との積層体を複数に分断してもよい。

また、工程４を行った後、少なくとも工程７と工程８とを実施し、その後、工程６を行う前に分断した太陽電池セル毎に逆バイアスを印加する工程を実施してもよい。光電変換層２３の材質にアモルファスシリコン系材料、微結晶シリコン系材料等のシリコン系材料を使用した場合、光電変換層のｐｎ接合に逆方向のバイアスをかけてリーク部に集中的に電流を流すことで、リーク部分をジュール熱で焼き切ることができる。

このようにして、太陽電池セル集合体２０にダイオード部５０が形成された、図１に示す太陽電池モジュールを製造できる。

本発明の太陽電池モジュールの第２の実施形態について、図８を用いて説明する。

この太陽電池モジュールは、同一基板上に形成された複数の太陽電池セル１２５が直列接続している太陽電池セル集合体１２０と、太陽電池セル集合体１２０の非受光面側に形成された複数のダイオード部１５０とを備えている。

この太陽電池セル集合体１２０は、絶縁性基板１２１上に、裏面電極層１２２、光電変換層１２３、透明電極層１２４を順次積層して構成された太陽電池セル１２５が複数形成されている。そして、一方の太陽電池セル１２５の透明電極層１２４は、導体層１３１を介して、隣接する他方の太陽電池セル１２５の裏面電極層１２２に接続して、隣接する太陽電池セル２５どうしが、電気的に直列接続している。

また、絶縁性基板１２１の非受光面側には、背面電極層１２６が、各太陽電池セル１２５と整合する間隔で複数形成されている。絶縁性基板１２１には、第１貫通孔１２１ａが形成されている。背面電極層１２６は、対応する位置にある太陽電池セル１２５の裏面電極層１２２と、第１貫通孔１２１ａの内壁にて導体層１３２により電気的に接続している。

背面電極層１２６には、半導体層１５１とダイオード電極層１５２とが順次積層して、絶縁性基板１２１の非受光面側に、背面電極層１２６と半導体層１５１とダイオード電極層１５２とで構成されたダイオード部１５０が形成されている。

ダイオード部１５０のダイオード電極層１５２は、絶縁性基板１２１に形成された、第２貫通孔１２１ｂの内壁にて、導体層１３３により、隣接する他の太陽電池セル１２５の裏面電極層１２２と接続し、太陽電池モジュールの発電時に、発電による起電力が半導体層１５１に逆方向の電圧として印加される様に接続されている。すなわち、ダイオード部１５０が、太陽電池セル１２５と電気的に逆並列接続している。

また、ダイオード部１５０は、背面電極層１２６とほぼ同じ間隔で分断されている。

図９を併せて用いて、図８に示す構造の太陽電池モジュールの電流の流れについて説明する。なお、図９は、図８に示す構造の太陽電池モジュールを簡略化して表し、その電流の流れを模式的に示した図であって、図８と同一部分は、同一符号を付している。すなわち、符号１２２は裏面電極層であり、符号１２３は光電変換層であり、符号１２４は透明電極層であり、符号１２６は背面電極層であり、符号１３１、１３２、１３３は導体層であり、符号１５１は半導体層であり、符号１５２はダイオード電極層である。

太陽電池セル１２５での発電により発生した電流は、図９の実線矢印Ａに示すように、光電変換層１２３から透明電極層１２４へと流れ、導体層１３１を通って、隣接する太陽電池セル１２５の裏面電極層１２２へと流れる。このようにして、それぞれの太陽電池セル１２５が直列接続している。

なお、ダイオード部１５０の半導体層１５１は、太陽電池モジュールの発電時に、発電による起電力が半導体層１５１に逆方向の電圧が印加される様に配置されているため、ダイオード部１５０が形成された太陽電池セル１２５が発電している間は、ダイオード部１５０には電流が流れない。

一方、特定の太陽電池セルが、例えば日影に入って発電しなくなった時は、該太陽電池セルと電気的に逆並列接続するダイオード部１５０の半導体層１５１に順方向の電圧が印加される。このため、図９の破線矢印Ｂに示すように、隣接する太陽電池セル２５の裏面電極層１２２から電流が、導体層１３２を通って背面電極層１２６へと移動する。そして、半導体層１５１、ダイオード電極層１５２、導体層１３３を通って、発電しなくなった太陽電池セル１２５をバイパスして、次の太陽電池セル１２５の裏面電極層１２２へと移動する。

このように、太陽電池モジュールの一部が日影に入るなどして、一部の太陽電池セルの発電が停止しても、発電していない太陽電池セルをバイパスして、次の太陽電池セルに電流が流れるので、太陽電池セルの破損に至ることなく、安定した太陽電池特性を得ることができる。

２０：太陽電池セル集合体
２１：絶縁性基板
２２：裏面電極層
２３：光電変換層
２４：透明電極層
２５：太陽電池セル
２５ａ：接続部
２６：背面電極層
２７：第１貫通孔
２８：導体層
２９：第２貫通孔
３０：導体層
５０：ダイオード部
５１：半導体層
５２：ダイオード電極層
５３：導体層
５５：遮光層
１２０：太陽電池セル集合体
１２１：絶縁性基板
１２１ａ：第１貫通孔
１２１ｂ：第２貫通孔
１２２：裏面電極層
１２３：光電変換層
１２４：透明電極層
１２５：太陽電池セル
１２６：背面電極層
１３１，１３２，１３３：導体層
１５０：ダイオード部
１５１：半導体層
１５２：ダイオード電極層

Claims (18)

1. 絶縁性基板の一面上に、第１電極層、光電変換層及び透明性を有する第２電極層が積層して構成された複数の太陽電池セルを有し、該複数の太陽電池セルが同一基板上で直列接続されてなる太陽電池セル集合体を備えた太陽電池モジュールであって、
   前記絶縁性基板の他面上に第３電極層と、整流特性を有する半導体層と、第４電極層とが積層されて複数のダイオード部が形成されており、
   前記太陽電池セルの第１電極層、もしくは前記第１電極層と同電位を有する電極層と、隣接する前記太陽電池セルの第１電極層、もしくは前記第１電極層と同電位を有する電極層が、前記ダイオード部を介して、前記太陽電池モジュールの発電による起電力が前記ダイオード部の前記半導体層に逆方向の電圧として印加されるように、接続されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記各ダイオード部の第３電極層は、前記絶縁性基板、前記第１電極層、前記光電変換層を貫通する第１貫通孔を通り前記第１電極層と絶縁された導体により前記第２電極層と接続されると共に、前記絶縁性基板を貫通する第２貫通孔を通り前記第２電極層と絶縁された導体により、隣接する太陽電池セルの前記第１電極層と接続されて、複数の前記太陽電池セルが直列接続されており、
   前記第４電極層は、前記第１貫通孔では、前記第１電極層、前記第２電極層、及び前記第３電極層と絶縁されており、前記第２貫通孔では、前記第１電極層及び前記第３電極層と絶縁された導体により、隣接する太陽電池セルの前記第２電極層と接続されている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記太陽電池セルの前記第２貫通孔周辺であって、前記第２電極層が形成されていない領域に、前記透明性を有する導電材料で構成された導体層が形成されており、該導体層により、前記第４電極層と、隣接する太陽電池セルの前記第２電極層とが接続されている、請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記第２貫通孔周辺の前記第２電極層が形成されていない領域に、前記第２電極層側から非透過の材料が配設されている請求項２又は３に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記各ダイオード部の第３電極層は、前記絶縁性基板を貫通する第１貫通孔を通って、対応する位置にある太陽電池セルの第１電極層と接続され、前記各ダイオード部の第４電極層は、前記絶縁性基板を貫通する第２貫通孔を通って、隣接する太陽電池セルの第１電極層と接続されている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記各ダイオードの前記半導体層は、対応するダイオードの前記第３電極層の一部または全面に形成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記各ダイオードは、個々の太陽電池セルの間隔毎に複数に分かれるか、あるいは複数個ずつの太陽電池セルの間隔毎に複数に分かれて形成されている請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記光電変換層と前記半導体層とが同じ材料で構成されている請求項１〜７のいずれか1項に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記光電変換層が、シリコン系材料及び化合物系材料から選ばれる半導体材料で構成されている請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
10. 絶縁性基板に第２貫通孔を形成する工程１と、
    前記工程１を行った後、前記第２貫通孔を形成した絶縁性基板の受光面側に第１電極層を形成し、非受光面側に第３電極層を形成すると共に、前記第２貫通孔の内壁で、前記第１電極層と前記３電極層とを接続させる工程２と、
    前記工程２を行った後、前記絶縁性基板、前記第１電極層及び前記第３電極層を貫通する第１貫通孔を形成する工程３と、
    前記工程３を行った後、前記絶縁性基板の受光面側の前記第１電極層上に、前記第２貫通孔において前記第２電極層と第３電極層とを絶縁させつつ、光電変換層及び透明性を有する第２電極層を形成すると共に、前記第１貫通孔の内壁で、前記第３電極層を、前記第１電極層と絶縁させつつ、前記第２電極層と接続させる工程４と、
    前記工程４を行った後、前記絶縁性基板の非受光面側の前記第３電極層上に、半導体層及び第４電極層を形成する工程５と、
    前記工程５を行った後、前記第４電極層を、前記第２貫通孔の内壁で、前記第１電極層及び前記第３電極層と絶縁させつつ、前記第２電極層と接続させる工程６と、
    少なくとも前記工程４を行った後、前記絶縁性基板の受光面側の積層体を複数に分断する工程７と、
    少なくとも前記工程４を行った後、前記絶縁性基板の非受光面側のうち、少なくとも前記第３電極層を複数に分断する工程８と、
    少なくとも前記工程５を行った後、前記工程８の分断位置と整合する位置において、前記半導体層と前記第４電極層を複数に分断する工程９とを備えることを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
11. 前記工程８を、前記工程４と前記工程５との間に行って、前記第３電極層を複数に分断し、
    前記工程９を、少なくとも前記工程５を行った後に行い、前記半導体層と前記第４電極層との積層体を、分断された前記第３電極層の間隔毎に複数に分かれるか、あるいは、複数個ずつの第３電極層の間隔毎に複数に分かれるように複数に分断する請求項１０に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
12. 前記工程５を行った後、前記工程８と前記工程９とを同時に行い、前記工程８の分断箇所と、前記工程９の分断箇所を同じにして、前記第３電極層と前記半導体層と前記第４電極層との積層体を複数に分断する請求項１０に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
13. 前記工程４を行った後、少なくとも前記工程７と前記工程８とを実施し、その後、前記工程６を行う前に、分断した太陽電池セル毎に逆バイアスを印加する工程を実施する請求項１０に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
14. 前記工程５の際に、前記第１貫通孔の近傍の前記第３電極層上にマスクを配設し、前記半導体層と前記第４電極層の形成を、前記第３電極層と前記第４電極層の絶縁を確保しつつ行う請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
15. 前記半導体層形成時に使用するマスク面積よりも、前記第４電極層形成時に使用するマスク面積の方が大きい請求項１４に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
16. 前記工程６において、透明性を有する導電材料を用いて前記第２電極層と前記第４電極層とを接続する請求項１０〜１５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
17. 前記工程６において、前記第２貫通孔周辺の受光面側であって、前記第２電極層が形成されていない領域に、前記透明性を有する導電材料で構成された導体層を形成し、該導体層により、前記第４電極層と、隣接する太陽電池セルの前記第２電極層とを接続する、請求項１６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
18. 少なくとも前記工程６を行った後、前記第２貫通孔周辺の前記第２電極層が形成されていない領域に、前記第２電極層側から非透過の材料を配設する請求項１０〜１７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールの製造方法。