JP2014103300A

JP2014103300A - 光発電装置

Info

Publication number: JP2014103300A
Application number: JP2012255118A
Authority: JP
Inventors: Kimikazu HASHIMOTO; 公一橋本; Masazumi Ouchi; 正純大内
Original assignee: Choshu Industry Co Ltd
Current assignee: Choshu Industry Co Ltd
Priority date: 2012-11-21
Filing date: 2012-11-21
Publication date: 2014-06-05

Abstract

【課題】発電効率を低下させないで、比較的安価に製造できる光発電装置（ソーラバッテリ）を提供する。
【解決手段】表裏に透明導電酸化物１８が形成され、光照射によって電力を発生する光発電素子１１と、光発電素子１１の表裏に設けられた集電部材とを有する光発電装置１０において、表側の集電部材に、表側の透明導電酸化物１８上に所定ピッチで平行に張られた金属導体線２７のみを用い、金属導体線２７と透明導電酸化物１８とは導電性接着剤（例えば、銀ペースト）２８を用いて接合されている。
【選択図】図１

Description

本発明はヘテロ接合光発電装置に適用し、金属（例えば、銀）ペーストの使用量がより少なく、更に直列抵抗降下による電力損失の解消、及び受光面積の拡大による発電効率の向上を図る光発電装置に関する。

現在、地球温暖化対策として世界全体で大幅なＣＯ_２排出量削減が唱えられ、ＣＯ_２等のガスを発生しないクリーンなエネルギー源として光発電装置が注目されている。その中で、発電効率の高いヘテロ接合の光発電装置が広く用いられている。なお、この光発電装置は、複数の光発電素子（ヘテロジャンクション光発電素子）１１を有し、光発電素子１１は、図５に示すように、ｎ型単結晶シリコン基板（ｃ−Ｓｉ）１２の一面（上面）に、真性アモルファスシリコン層（ｉ層）１３を介してｐ型非晶質シリコン系薄膜層１４を、ｎ型単結晶シリコン基板（ｃ−Ｓｉ）１２の他面（下面）に真性アモルファスシリコン層（ｉ層）１５を介してｎ型非晶質シリコン系薄膜層１６を備え、ｐ型非晶質シリコン系薄膜層１４の上及びｎ型非晶質シリコン系薄膜層１６の下にそれぞれ透明導電酸化物（Transparent Conductive Oxide）１８、１９を有している。

図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、透明導電酸化物１８、１９の表面には、発生した電力を集めるためのフィンガー電極２１とこのフィンガー電極２１に接続されるバスバー電極２２が設けられている（特許文献１、２参照）。そして、このフィンガー電極２１（通常の幅が５０〜１００μｍ）とバスバー電極２２（通常の幅が０．５〜２ｍｍ）はスクリーン印刷によって同時に形成される。なお、複数の光発電素子１１はインターコネクター２５を介して直列に接続され、全体の光発電装置の発電電圧を高めている。

特開２００５−３１７８８６号公報特開２０１２−５４４４２号公報

しかしながら、フィンガー電極２１及びバスバー電極２２は銀ペーストによって構成され、インターコネクター２５は金属であるので、非透光性であり、発電に有効な光を遮蔽する。更に、フィンガー電極２１の幅は５０〜１００μｍ程度で細くしているが、同一断面積では通常の金属導体（例えば、銅）等より電気抵抗が大きく抵抗損が発生する。従って、フィンガー電極２１とバスバー電極２２の断面積を大きくすることが光発電装置セル（光発電素子１１）の効率を増加させることになる。そこで、複数回スクリーン印刷を行って、比較的幅が狭い状態で、フィンガー電極２１及びバスバー電極２２の厚み（高さ）を増すことも可能であるが、銀ペーストの量が増加して原料高となってしまうという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、発電効率を低下させないで、比較的安価に製造できる光発電装置を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る光発電装置は、表裏に透明導電酸化物が形成され、光照射によって電力を発生する光発電素子と、該光発電素子の表裏に設けられた集電部材とを有する光発電装置において、
表側の前記集電部材に、表側の前記透明導電酸化物上に所定ピッチで平行に張られた金属導体線のみを用い、該金属導体線と前記透明導電酸化物とは導電性接着剤を用いて接合されている。従って、この発明においては、従来のフィンガー電極は用いられておらず、光発電素子の表側の集電部材は平行配置された金属導体線のみが用いられている。

第２の発明に係る光発電装置は、第１の発明に係る光発電装置において、前記金属導体線のピッチは１５ｍｍ以下でかつ前記金属導体線を接合する前記導電性接着剤の幅の９倍以上のピッチで配置されている。ここで、金属導体線は良導体の必要があり、光発電装置全体を安価にする場合は、銅線（銅合金線を含む）又はアルミニウム線（アルミ合金線を含む）を使用するのが好ましい。また、金属導体線として、銀線又は銀でコートされた銅線を使用することもできる。

第３の発明に係る光発電装置は、第２の発明に係る光発電装置において、前記金属導体線及び前記導電性接着剤によって生じる遮光率は１０％以下である。これによって、発電効率は維持される。

第４の発明に係る光発電装置は、第１〜第３の発明に係る光発電装置において、前記光発電素子の裏側に設けられた前記集電部材は金属シートからなっている。なお、この金属シートは導電性接着剤を用いて光発電素子の裏側に貼着されている。

そして、第５の発明に係る光発電装置は、第４の発明に係る光発電装置において、前記光発電素子の表側に配置されている前記金属導体線は、その一端部が折れ曲がって隣に配置される前記光発電素子の前記金属シートに接続されている。

本発明に係る光発電装置においては、従来、導電性接着剤（例えば、銀ペースト）を用いてフィンガー電極及びバスバー電極を構成し、このため多量の導電性接着剤を使用していたが、これらを省くことによって導電性接着剤の使用量が激減した。これによって、光発電装置の製造コストを下げることができた。

更に、従来のバスバー電極の代わりに、多数の金属導体線を用いることで、抵抗損の減少を図ることができる。

本発明の一実施の形態に係る光発電装置の平面図である。同側面図である。（Ａ）は同断面図、（Ｂ）は更に好ましい例の拡大断面図である。（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の他の実施の形態に係る光発電装置の断面図、同変形例の断面図である。従来例に係る光発電装置に用いる光発電素子の模式図である。（Ａ）は同光発電装置の平面図、（Ｂ）は同光発電装置の側面図である。

続いて、添付した図面を参照しながら、本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１、図２、図３（Ａ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る光発電装置１０は、直列に接続される光発電素子１１を有している。この光発電素子１１は図５に示す構造と同一で、中央にｎ型単結晶シリコン基板（ｃ−Ｓｉ）１２を、その上下に真性アモルファスシリコン層１３、１５を、更にその外側にそれぞれｐ型非晶質シリコン系薄膜層１４とｎ型非晶質シリコン系薄膜層１６を有し、上下面にはそれぞれ透明導電酸化物１８、１９を有している。

この光発電素子１１の表面に光（例えば、太陽光）を当てた場合、表裏の透明導電酸化物１８、１９の間に電位差を生じて電力が発生するが、一つの光発電素子１１の起電力は、約０．７Ｖと小さいので、複数の光発電素子１１を直列に接続し、所定の電圧を得るようにしている。これらの技術については、周知であるので、詳しい説明を省略する。

光発電素子１１の表裏には、透明導電酸化物１８、１９を有し、図１、図２に示すように、透明導電酸化物１８の表面には、金属導体線の一例である銅線２７（表側の集電部材を構成している）が所定間隔で平行に多数配置され、導電性接着剤（例えば、銀ペースト）２８を用いて透明導電酸化物１８に接合されている。導電性接着剤２８は非透光であるので、多数の銅線２７を用いると、透明導電酸化物１８の表面の遮光率が増加する（即ち、光線の透過率が悪くなる）。

図３に示すように、平行に張られた銅線２７のピッチをｐ、導電性接着剤２８の最大幅をｗとすると、遮光率は、（ｗ／ｐ）×１００（％）となるので、遮光率を１０％以下にするのが好ましい。また、銅線２７の直径ｄは１００〜５００μｍのものを使用するのが好ましく、銅線２７のピッチｐは１５ｍｍ以下とするのが好ましい。なお、銅線２７のピッチｐが１５ｍｍを超えると、透明導電酸化物１８の表面抵抗が効いて電圧降下が発生し、発電効率が下がる。なお、ピッチｐは導電性接着剤２８の幅ｗの９倍以上として光透過率を一定以上にしている。

また、遮光率が１０％を超えると、遮光率に比例して発電効率が下がるので、導電性接着剤２８の全体の面積は、従来のフィンガー電極及びバスバー電極を用いるタイプと同等若しくはそれ以下とするのが好ましい。

この実施の形態では、図３（Ａ）に示すように、銅線２７の周囲に導電性接着剤２８が比較的厚く塗布された素材を使用し、接合にあっては張設状態の複数の銅線２７を光発電素子１１の表面に被せるようにして接合したが、図３（Ｂ）に示すように、銅線２７の下部にのみ導電性接着剤２９を付着し、この状態で、銅線２７を光発電素子１１の上に被せるようにして接合することもできる。これによって、導電性接着剤２９の最大幅をｗ２とすると、遮光率が（ｗ２／ｐ）×１００（％）となるので、遮光率を下げることができ、場合によっては、銅線２７のピッチを狭めて、電力損失を減らした光発電素子とすることもできる。

図４（Ａ）には、本発明の他の実施の形態に係る光発電装置３２の一部断面を示すが、光発電素子１１の表面側には、金属導体線の一例である断面矩形の銅線３３が使用され、導電性接着剤３４は銅線３３の底部分のみにある。これによって、銅線３３の電気抵抗を下げると共に、導電性接着剤３４の幅を小さくして、遮光率を小さくしている。なお、断面矩形の銅線は、図４（Ｂ）に示すように、幅狭で高さの高いものがより効果的である。

図１、図２に示すように、光発電素子１１の裏側には、裏側の集電部材を構成するアルミ箔（金属シートの一例）３６が接合されている。この場合の接着剤にも銀ペーストを使用することができるが、他の安価な導電性接着剤でもよい。アルミ箔３６は光発電素子１１から一部突出して、その部分に、隣に配置される光発電素子１１の金属導体線（銅線２７、３３）が、その一端部を折り曲げて接合されている。この接合は、銀ペーストを用いてもよい。

この実施の形態においては、従来のように集電部材（即ち、バスバー電極）に導電性接着剤を用いておらず、金属導体線を用いているので、折り曲げることが可能となり、インターコネクター等が不要となり、より簡単に製造できる。

また、透明導電酸化物１９の表面に金属シートを貼らないで、導電材料をめっき又は真空蒸着して金属膜を形成することもできるが、この場合も、金属導体線の端部を金属膜に接合することは可能となる。

本発明の作用、効果を確認するために行った実施例を表１に示すが、本発明の一実施の形態は、Ｎｏ．４の形態に属する。Ｎｏ．１、２は従来のバスバー電極を有する場合、Ｎｏ３は、フィンガー電極はそのままで、インターコネクターの代わりに銅線を用いた場合を示す。光発電素子の開口率（１−遮光率）を約９０〜９２％として、電流（Ｉｓｃ）、電圧（Ｖｏｃ）、ＦＦ、効率（η）の値を示すが、本発明の一実施の形態に係る光発電装置であっても、性能は従来型の光発電装置と殆ど変わらない。一方、銀ペーストの使用量を０にすることによって、製造単価を下げることができる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、前記実施の形態においては、金属導体線として銅線を用いているが、アルミ線等を使用できる。更に、金属導体線の表面にはめっきを施すこともできる。また、導電性接着剤として銀ペーストを用いているが、他の導電性接着剤（ニッケル粉、銀コートされた銅粉を含有したもの）を使用することもできる。

また、前記実施の形態では、光入射側を上面として、ｐ型非晶質シリコン系薄膜層側から光を入射させるようにしていたが、逆に光入射側を下面として、ｎ型非晶質シリコン系薄膜層側から光を入射させる光発電素子を用いる場合も本発明は適用される。

１０：光発電装置、１１：光発電素子、１２：ｎ型単結晶シリコン基板、１３：真性アモルファスシリコン層、１４：ｐ型非晶質シリコン系薄膜層、１５：真性アモルファスシリコン層、１６：ｎ型非晶質シリコン系薄膜層、１８、１９：透明導電酸化物、２１：フィンガー電極、２２：バスバー電極、２５：インターコネクター、２７：銅線、２８、２９：導電性接着剤、３２：光発電装置、３３：銅線、３４：導電性接着剤、３６：アルミ箔

Claims

表裏に透明導電酸化物が形成され、光照射によって電力を発生する光発電素子と、該光発電素子の表裏に設けられた集電部材とを有する光発電装置において、
表側の前記集電部材に、表側の前記透明導電酸化物上に所定ピッチで平行に張られた金属導体線のみを用い、該金属導体線と前記透明導電酸化物とは導電性接着剤を用いて接合されていることを特徴とする光発電装置。
請求項１記載の光発電装置において、前記金属導体線のピッチは１５ｍｍ以下でかつ前記金属導体線を接合する前記導電性接着剤の幅の９倍以上のピッチで配置されていることを特徴とする光発電装置。
請求項２記載の光発電装置において、前記金属導体線及び前記導電性接着剤によって生じる遮光率は１０％以下であることを特徴とする光発電装置。
請求項１〜３のいずれか１項に記載の光発電装置において、前記光発電素子の裏側に設けられた前記集電部材は金属シートからなっていることを特徴とする光発電装置。
請求項４記載の光発電装置において、前記光発電素子の表側に配置されている前記金属導体線は、その一端部が折れ曲がって隣に配置される前記光発電素子の前記金属シートに接続されていることを特徴とする光発電装置。