JP5755163B2

JP5755163B2 - 光電変換モジュール

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Publication number: JP5755163B2
Application number: JP2012039222A
Authority: JP
Inventors: 雄介安野; 昌大横田; 貴寛北野; 伸起堀内
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2012-02-24
Filing date: 2012-02-24
Publication date: 2015-07-29
Anticipated expiration: 2032-02-24
Also published as: JP2013175601A

Description

本発明は光電変換モジュールに関する。

近年、エネルギー問題や環境問題の深刻化に伴い、光エネルギーを電気エネルギーに直接変換する太陽光発電が注目を集めている。

この太陽光発電に使用される光電変換モジュールでは、ガラスなどの基板上に配された光電変換部から得られた電力を、配線導体等を介して外部に取り出している。このような光電変換モジュールには、基板に貫通孔が設けられている。配線導体は、光電変換モジュール内の正極および負極にそれぞれ接続されるとともに、貫通孔を通って光電変換モジュールの裏面側に導出されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１１−１２４４３５号公報

光電変換モジュールは、屋外に設置した場合、風圧または積雪等で荷重がかかると、光電変換モジュールに撓みが生じる。このような撓みが生じると、該撓みにより発生した応力が基板の貫通孔の周辺部に集中し、貫通孔の周辺部を基点として基板にクラックまたは割れ等が発生する場合があった。

本発明の一つの目的は、耐荷重性を向上させて、信頼性の高い光電変換モジュールを提供することにある。

本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールでは、基板と該基板上に設けられた光電変換部とを有する正方形状または長方形状の光電変換パネルを備えている。さらに、本実施形態では、前記光電変換パネルの対向する一対の辺に設置のための固定部を有している。さらに、前記基板は、上下面にわたる貫通孔が設けられており、該貫通孔は、前記基板の上面および下面の少なくとも一方の開口部が楕円状である。そして、前記貫通孔は、前記開口部の長軸方向が前記一対の辺の少なくとも一方と交差するように設けられている。

本発明の一実施形態に係る光電変換モジュールによれば、基板に設けられた貫通孔の楕円状の開口部における長軸方向を、固定部を有する一対の辺の少なくとも一方と交差するようにすることにより、光電変換モジュールに撓みが生じても、貫通孔の周辺部を基点として基板に生じ得るクラックまたは割れ等の発生を低減できる。

本発明の一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの光電変換部の一例を示すものであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。本発明の一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの表面側（受光面側）からみた斜視図である。図２に示した光電変換モジュ−ルの裏面側（非受光面側）からみた斜視図である。図２のＡ−Ａ部の断面図である。本実施形態に係る光電変換モジュールを架台に設置する様子の一例を示すものであり、（ａ）は、光電変換モジュールを架台に設置する前の状態を示す斜視図であり、（ｂ）は、光電変換モジュールを架台に設置した後の状態を示す斜視図である。（ａ）は本発明の一実施形態に係る光電変換モジュ−ルの貫通孔の近傍における基板の平面模式図であり、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。（ａ）は光電変換モジュールの撓んだ状態を示す模式図であり、（ｂ）は、光電変換モジュールが撓んだ場合の貫通孔にかかる応力の様子を示す模式図である。本発明の他の実施形態に係る光電変換モジュ−ルの貫通孔の近傍における基板の平面模式図である。本発明の他の実施形態に係る光電変換モジュ−ルの貫通孔の近傍における基板の平面模式図である。

本発明の光電変換モジュ−ルの実施形態の一例について、図面を参照しつつ説明する。

まず、光電変換モジュ−ルの一部である光電変換部について説明する。なお、各図には、後述する光電変換セルの配列方向をＸ軸とする右手系のＸＹＺ座標が付している場合がある。

＜光電変換部＞
光電変換部１は、基板２の一主面（上面２ａ）上に設けられている。そして、この光電変換部１は、下部電極３と、光吸収層４およびバッファ層５を備えた光電変換層と、透光性導電層６および集電電極７を備えた上部電極とを有する。この光電変換部１では、下部電極３および上部電極で挟まれた光吸収層４およびバッファ層５によって光電変換が行なわれる。

この光電変換部１は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、複数の光電変換セル１ａ、１ｂが電気的に接続されるような態様を成している。具体的には、一方の光電変換セル１ａの上部電極（集電電極７）と、一方の光電変換セル１ａに隣り合う他方の光電変換セル１ｂの下部電極３とが電気的に接続されている。これにより、隣接する光電変換セル１ａ、１ｂは、図１中のＸ方向に沿って直列接続され、基板２上で集積化されている。

また、光電変換部１には、この光電変換部１で得られた電気出力を外部に導出するための出力電極８（出力電極８Ａ、８Ｂ）がそれぞれ設けられている。

次に、光電変換部１の各部材について説明する。

下部電極３は、一方向（図１（ａ）のＸ方向）に互いに間隔をあけて基板２の一主面上に複数配置されている。本実施形態では、図１（ｂ）に示すように、上記間隔に対応する分離溝Ｐ１によって互いに離間した３つの下部電極３が設けられている。なお、下部電極３の個数については、図１（ａ）、（ｂ）に示したものに限られない。

このような下部電極３は、モリブデン（Ｍｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）または金（Ａｕ）等の金属またはこれらの合金を含む薄膜であればよい。また、これらの金属が積層されてなる構造体であってもよい。この下部電極３は、例えば、基板２上にスパッタリング法または蒸着法等を利用して、厚さ０．２〜１μｍ程度に形成すればよい。

光吸収層４は、下部電極３上に配置されている。光吸収層４は、例えば、化合物半導体を含んでいる。このような化合物半導体としては、例えば、カルコゲン化合物半導体が挙げられる。カルコゲン化合物半導体は、カルコゲン元素である硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）またはテルル（Ｔｅ）を含むものである。カルコゲン化合物半導体としては、例えば、Ｉ−III−VI化合物半導体がある。I−III−VI化合物半導体とは、Ｉ−Ｂ族元素（１１族元素ともいう）、III−Ｂ族元素（１３族元素ともいう）およびVI−Ｂ族元素（１６族元素ともいう）の化合物半導体である。そして、このようなI−III−VI化合物半導体は、カルコパイライト構造を有し、カルコパイライト系化合物半導体とも呼ばれる（ＣＩＳ系化合物半導体ともいう）。I−III−VI化合物半導体としては、例えば、二セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ_２）、二セレン化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２）、二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）_２）、二イオウ化銅インジウム・ガリウム（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓ_２）または薄膜の二セレン・イオウ化銅インジウム・ガリウム層を表面層として有する二セレン化銅インジウム・ガリウム等の多元化合物半導体薄膜がある。なお、光吸収層４が含む化合物半導体は、上記したＩ−III−VI化合物半導体だけでなく、例えば、銅（Ｃｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、錫（Ｓｎ）および硫黄（Ｓ）を含む、ＣＺＴＳ系のものであってもよい。このようなＣＺＴＳ系化合物半導体としては、例えば、Ｃｕ_２ＺｎＳｎＳ_４が挙げられる。ＣＺＴＳ系化合物半導体は、I−III−VI化合物半導体のようにレアメタルを使用していないため、材料を確保しやすい。また、光吸収層４は、例えば、ｐ型の導電型を有し、厚さが１〜３μｍ程度である。

光吸収層４は、例えばスパッタリング法、蒸着法等といった真空プロセスによって形成される。また、光吸収層４は、塗布法あるいは印刷法と称されるプロセスによっても形成される。塗布法あるいは印刷法では、例えば、光吸収層４に主として含まれる元素の錯体溶液が下部電極３の上に塗布され、その後、乾燥および熱処理が行われる。

バッファ層５は、光吸収層４の＋Ｚ側の主面の上に設けられており、光吸収層４の第１導電型とは異なる第２導電型（ここではｎ型の導電型）を有する半導体を主に含む。なお、導電型が異なる半導体とは、伝導担体（キャリア）が異なる半導体である。また、光吸収層４の導電型がｎ型であり、バッファ層５の導電型がｐ型であってもよい。ここでは、バッファ層５と光吸収層４との間にヘテロ接合領域が形成されている。このため、各光電変換セルでは、ヘテロ接合領域を形成する光吸収層４とバッファ層５とにおいて光電変換が生じ得る。

バッファ層５は、化合物半導体を主に含む。バッファ層５に含まれる化合物半導体としては、例えば硫化カドミウム（ＣｄＳ）、硫化インジウム（Ｉｎ_２Ｓ_３）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化インジウム（Ｉｎ_２Ｓｅ_３）、Ｉｎ（ＯＨ，Ｓ）、（Ｚｎ，Ｉｎ）（Ｓｅ，ＯＨ）および（Ｚｎ，Ｍｇ）Ｏ等が挙げられる。また、バッファ層５が１Ω・ｃｍ以上の抵抗率を有していれば、リ−ク電流の発生が低減され得る。なお、バッファ層５は、例えば、ケミカルバスデポジション（ＣＢＤ）法等によって形成され得る。

また、バッファ層５は、光吸収層４の一主面の法線方向（＋Ｚ方向）に厚さを有する。この厚さは、例えば、１０〜２００ｎｍに設定される。バッファ層５の厚さが１００〜２００ｎｍであれば、バッファ層５の上に透光性導電層６がスパッタリング法等で形成される際に、バッファ層５においてダメージが生じ難くなる。

透光性導電層６は、バッファ層５の＋Ｚ側の主面の上に設けられており、例えば、ｎ型の導電型を有する透明の導電層（透明導電層とも言う）である。この透光性導電層６は、光吸収層４において生じた電荷を取り出す電極（取出電極とも言う）として働く。透光性
導電層６は、バッファ層５よりも低い抵抗率を有する材料を主に含む。透光性導電層６には、いわゆる窓層と呼ばれるものが含まれてもよいし、窓層と透明導電層とが含まれてもよい。

透光性導電層６は、禁制帯幅が広く且つ透明で低抵抗の材料を主に含んでいる。このような材料としては、例えば酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化亜鉛の化合物、錫が含まれた酸化インジウム（ＩＴＯ）および酸化錫（ＳｎＯ_２）等の金属酸化物半導体等が挙げられる。酸化亜鉛の化合物は、アルミニウム、ボロン、ガリウム、インジウムおよびフッ素のうちの何れか１つの元素等が含まれたものである。

透光性導電層６は、スパッタリング法、蒸着法または化学的気相成長（ＣＶＤ）法等によって形成され得る。透光性導電層６の厚さは、例えば、０．０５〜３．０μｍである。ここで、透光性導電層６が、１Ω・ｃｍ未満の抵抗率と、５０Ω／□以下のシート抵抗とを有していれば、透光性導電層６を介して光吸収層４から電荷が良好に取り出され得る。

バッファ層５および透光性導電層６は、光吸収層４が吸収し得る光の波長帯域に対して、光を透過させ易い性質（光透過性とも言う）を有していてもよい。これにより、光吸収層４における光の吸収効率の低下が低減され得る。また、透光性導電層６の厚さが０．０５〜０．５μｍであれば、透光性導電層６における光透過性が高められると同時に、光電変換によって生じた電流が良好に伝送され得る。さらに、透光性導電層６の絶対屈折率とバッファ層５の絶対屈折率とが略同一であれば、透光性導電層６とバッファ層５との界面で光が反射することで生じる入射光のロスが低減され得る。

集電電極７は、透光性導電層６の＋Ｚ側の主面（一主面とも言う）の上に設けられている線状部７ａと、接続部７ｂを有している。そして、例えば、光電変換セル１ａの透光性導電層６によって集められた電荷は、線状部７ａによってさらに集められ、接続部７ｂを介して隣接する光電変換セル１ｂに伝達され得る。

この線状部７ａが設けられることで、透光性導電層６における導電性が補われるため、透光性導電層６の薄層化が可能となる。これにより、電荷の取り出し効率の確保と、透光性導電層６における光透過性の向上とが両立し得る。なお、線状部７ａが、例えば、銀等の導電性が優れた金属を主に含んでいれば、光電変換部１における変換効率が向上し得る。なお、線状部７ａに含まれる金属としては、例えば銅、アルミニウムおよびニッケル等が挙げられる。

また、線状部７ａの幅は、５０〜４００μｍであれば、隣接する光電変換セル１ａおよび光電変換セル１ｂ間における良好な導電が確保されつつ、光吸収層４への光の入射量の低下が低減され得る。１つの光電変換セルに複数の線状部７ａが設けられる場合、該複数の線状部７ａの間隔は、例えば、２．５ｍｍ程度であればよい。

なお、線状部７ａの表面が、光吸収層４が吸収し得る波長領域の光を反射する性質を有していれば、光電変換部１がモジュ−ル化された際に、線状部７ａの表面で反射した光が、モジュール内で再び反射して光吸収層４に入射し得る。これにより、光電変換部１における変換効率が向上し得る。このような線状部７ａは、例えば、透光性の樹脂に光反射率の高い銀等の金属粒子が添加されたペーストを用いて形成すればよい。また、アルミニウム等の光反射率の高い金属が線状部７ａの表面に蒸着されることによっても実現できる。

接続部７ｂは、光吸収層４およびバッファ層５を分離する分離溝Ｐ２内に配置されている。この接続部７ｂは、線状部７ａと電気的に接続している。そして、例えば、光電変換セル１ａ内に位置する接続部７ｂは、分離溝Ｐ２を通って隣の光電変換セル１ｂから延伸
されている下部電極３に接続するような垂下部を有している。これにより接続部７ｂは、図１（ａ）において、光電変換セル１ａの上部電極（透光性導電層６および線状部７ａ）と、光電変換セル１ｂの下部電極３とを電気的に接続できる。なお、図１（ａ）、（ｂ）では、透光性導電層６に電気的に接続された光電変換セル１ａの線状部７ａと光電変換セル１ｂの下部電極３とを直に接続しているが、この形態に限られない。接続部７ｂは、例えば、分離溝Ｐ２に配置されるバッファ層５および透光性導電層６の少なくとも一方を介して光電変換セル１ａの上部電極と光電変換セル１ｂの下部電極３とを電気的に接続する形態であってもよい。

接続部７ｂは、線状部７ａと同様の材質、方法で作製してもよい。そのため、接続部７ｂは、線状部７ａの形成と同時に行なってもよい。また、接続部７ｂは、線状部７ａの一部であってもよい。

出力電極８Ａ、８Ｂは、各光電変換セルで光から変換された電流を外部に出力するものである。出力電極８Ａおよび出力電極８Ｂは、一方が正極であり、他方が負極である。本実施形態では、光電変換部１の一端側に出力電極８Ａ、他端側に出力電極８Ｂがそれぞれ設けられている。すなわち、出力電極８Ａおよび出力電極８Ｂは、光電変換部１と電気的に接続されているといえる。具体的に、本実施形態において、出力電極８Ａは、光電変換セル１ａの一端側（−Ｘ方向）に位置する下部電極３の一部が延在された部位に相当する。一方で、出力電極８Ｂは、光電変換セル１ｂの他端側（＋Ｘ方向）に位置する下部電極３の一部が延在された部位に相当する。なお、本実施形態において、出力電極８Ａおよび出力電極８Ｂは、下部電極３の一部を延在させて形成しているが、これに限られない。出力電極８Ａおよび出力電極８Ｂは、例えば、光電変換セルの上部電極の一部を延在させて形成してもよい。また、光電変換セルが３個以上配列されるような場合は、光電変換部１の一端に位置する光電変換セルに出力電極８Ａが設けられ、光電変換部１の他端に位置する光電変換セルに出力電極８Ｂが設けられる。

次に、光電変換部１の製造方法の一例について説明する。

まず、基板２の外周部から内側に３〜２０ｍｍ程度を除く略全面にモリブデン等の金属をスパッタリング法で成膜し、下部電極３を形成する。次いで、下部電極３の所望の位置にＹＡＧ（イットリウム、アルミニウム、ガーネット）レーザ等を照射して分割溝Ｐ１を形成し、下部電極３をパターニングする。次に、パターニングされた下部電極３上に光吸収層４をスパッタリング法、蒸着法または印刷法等を用いて成膜する。次いで、光吸収層４上にバッファ層５をケミカルバスデポジション法（ＣＢＤ法）等で成膜する。

次に、スパッタリング法または有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等でバッファ層５上に透光性導電層６を成膜する。次いで、メカニカルスクライビング等で分割溝Ｐ２を形成して、光吸収層４、バッファ層５および透光性導電層６をパターニングする。次に、透光性導電層６上にスクリーン印刷法等で金属ペーストを塗布した後、焼成して集電電極７を形成する。次いで、メカニカルスクライビング等でＹ方向に沿って分割溝Ｐ３を形成してパターニングを行なうことにより、Ｘ方向に配列する複数の光電変換セルを形成することによって、光電変換部１が形成される。

次に、Ｘ方向における両端に位置する光電変換セル（本実施形態では光電変換セル１ａおよび光電変換セル１ｂ）について、例えばブレードおよびホイールブラシ等などを用いて光吸収層４、バッファ層５、透光性導電層６および集電電極７等を２〜７ｍｍ程度の幅で削り取り、下部電極３の一部を延在させる。これにより、光電変換セル１ａの一端部に出力電極８Ａを形成し、光電変換セル１ｂの他端部に出力電極８Ｂが形成される。

＜光電変換パネル及び光電変換モジュール＞
光電変換モジュールＭは、図２、図３および図４に示すように、光電変換部１、基板２、被覆部材９、保護部材１０および配線導体１１を備える光電変換パネルＰと、端子ボックス１２とを備えている。

基板２は、光電変換部１を支持する機能を有している。また、基板２の材質としては、例えば厚さ１〜３ｍｍ程度の青板ガラス（ソーダライムガラス）または硼珪酸ガラス等が挙げられる。また、基板２の形状は、正方形状または長方形状の平板であればよい。

基板２の一主面を上面２ａとして光電変換部１が形成され、上面部と対向する他主面が下面２ｂとなり、下面２ｂが光電変換パネルＰの非受光面となる。

被覆部材９は、図４に示すように、基板２の上面２ａおよび保護部材１０の対向する一主面間に充填されている。この被覆部材９は、光電変換部１を保護するとともに、基板２および保護部材１０を接着する機能を有している。また、被覆部材９は、光電変換部１を覆うように配置されている。このような被覆部材９としては、例えば共重合したエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）を主成分とする樹脂が挙げられる。なお、ＥＶＡには、樹脂の架橋を促進すべく、トリアリルイソシアヌレート等の架橋剤が含まれていてもよい。

保護部材１０は、被覆部材９と接触するように設けられており、光電変換部１等を外部から保護する機能を有している。この保護部材１０の大きさおよび形状は、基板２とほぼ同等のものである。保護部材１０は、光透過率と必要な強度の点から、例えば、風冷強化した白板ガラス等を用いることができる。そして、本実施形態において、保護部材１０の＋Ｚ方向側の表面が光電変換パネルＰの受光面となる。

配線導体１１は、出力電極８と電気的に接続されており、光電変換部１の電気出力を出力電極８を介して外部に導く機能を有している。本実施形態において、配線導体１１Ａは、出力電極８Ａと電気的に接続されている。一方で、配線導体１１Ｂは、出力電極８Ｂと電気的に接続されている。

配線導体１１は、例えば厚み０．３〜２ｍｍ程度の銅、銀もしくはアルミニウム、またはこれら金属を含む合金や積層体などの金属箔で作製され、その幅は例えば出力電極８Ａ、８Ｂの幅の５０％〜９０％程度にすればよい。

配線導体１１は、半田を介して出力電極８に接続されている。この半田は、亜鉛（Ｚｎ）およびアンチモン（Ｓｂ）の少なくとも一方を含んでいる。このような半田としては、例えば錫（Ｓｎ）を８０〜９０重量％程度、亜鉛またはアンチモンを１０〜２０重量％程度含むものが挙げられる。また、半田の他の組成としては、例えば錫を８０〜９０重量％程度、亜鉛を１〜１０重量％程度およびアンチモンを１〜１０重量％含むものであってもよい。この半田は、配線導体１１が接着される出力電極８の表面に予め塗布しておいてもよい。また、配線導体１１は、半田と接する表面に、亜鉛およびアンチモンの少なくとも一方を含む被覆層をメッキまたはディッピング等の方法で形成しておいてもよい。また被覆層は、半田と接着する面以外の表面に被覆されていてもよい。

配線導体１１Ａおよび配線導体１１Ｂは、図２または図４に示すように、基板２に設けられた貫通孔１３を介して基板２の裏面側に引き出され、端子ボックス１２内まで延びている。

端子ボックス１２は、光電変換パネルＰの非受光面側に接着剤等で接着されている。本実施形態において、端子ボックス１２は基板２の下面２ｂに接着されている。端子ボック
ス１２は、光電変換部１で得られた出力を外部に取り出すものである。端子ボックス１２は、例えば箱体と、該箱体内に配置されるターミナル板と、箱体の外部へ電力を導出する出力ケーブルとを有している。箱体の材料としては、例えば、変性ポリフェニレンエーテル樹脂（変性ＰＰＥ樹脂）またはポリフェニレンオキサイド樹脂（ＰＰＯ樹脂）等が挙げられる。

貫通孔１３は、基板２の上下面にわたるように設けられている。すなわち、貫通孔１３は、基板２の上面２ａから下面２ｂに向かって形成されている。貫通孔１３は、光電変換部１を基板２上に形成する前に予め設けてもよいし、光電変換部１を形成した後に設けてもよい。なお、基板２が青板ガラスである場合、貫通孔１３は、ドリル等を用いた機械加工法およびＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザなどによるレーザ加工法等で形成できる。貫通孔１３の構成については、後述する。

＜光電変換モジュールの設置＞
次に、光電変換モジュールＭの設置について説明する。光電変換モジュールＭは、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、正方形状または長方形状の光電変換パネルＰの一対の辺１４（辺１４ａ、辺１４ｂ）が固定部１５（固定部１５ａ、固定部１５ｂ）で固定されている。

架台２０は、光電変換モジュールＭを屋根等に設置するための部材である。架台２０は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、脚部レール２１と、角度調整レール２２と、載置レール２３とを有している。これらの部材は、互いに溶接またはネジ等の締結部材で固定されている。光電変換モジュールＭは、水平面に対して所定の角度で架台２０に取り付けられる。このような架台２０は、例えば、鋼材に溶融亜鉛メッキ等を施したものが用いられる。

光電変換モジュールＭは、図５（ｂ）に示すように、対向する一対の辺１４ａ、１４ｂをそれぞれ載置レール２３上に載置した後、辺１４ａおよび辺１４ｂの上方から固定部材２４を配置し、ボルトやナットなどの締結部材によって固定部材２４と載置レール２３とを固定する。これにより、光電変換モジュールＭは、載置レール２３と固定部材２４との間に位置する光電変換パネルＰの２箇所の固定部１５ａおよび固定部１５ａで架台２０に固定される。一方で、光電変換モジュールＭの光電変換パネルＰは、辺１４ａおよび辺１４ｂと直交する一対の辺に固定部１５が設けられていない。このような固定部材２４は、例えば、ステンレス等の金属で構成されている。なお、光電変換モジュールＭは、対向する一対の辺１４ａおよび辺１４ｂの部位で固定されているが、この形態に限られない。例えば、光電変換モジュールＭは、辺１４ａおよび辺１４ｂに代えて、辺１４ａおよび辺１４ｂに直交する一対の辺で固定されていてもよい。

＜光電変換パネルの貫通孔＞
貫通孔１３は、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、平面視して開口部１３ａが楕円状を成している。すなわち、貫通孔１３は、基板２の上面２ａにおける開口部１３ａの形状が楕円状である。それゆえ、貫通孔１３の開口部１３ａは長軸１３ｂを有している。

本実施形態において、貫通孔１３は、開口部１３ａの長軸方向が固定部１５（固定部１５ａおよび固定部１５ｂ）によって固定されている一対の辺１４（辺１４ａおよび辺１４ｂ）と交差するように設けられている。例えば、光電変換モジュールＭでは、図６（ｂ）に示すように、開口部１３ａの長軸１３ｂの方向を示す点線（以下、長軸方向１６）が辺１４ｂに対して角度Ｄ（９０度）で交差している。

次に、本実施形態に係る光電変換モジュールの作用効果について図７を参照しつつ説明
する。図７（ａ）は、例えば、風圧等によって光電変換モジュールＭの受光面（保護部材１０の上面）に荷重がかかり、光電変換モジュールＭが撓む様子を示している。このとき、光電変換モジュールＭは、固定部１５ａ、１５ｂを支点として、非受光面側（基板２の下面２ｂ側）に突出するように変形する。また、図７（ｂ）では、図７（ａ）で示したように、光電変換モジュールＭに撓みが発生した場合の貫通孔１３の周辺部に作用する応力の様子を示している。光電変換モジュールＭに撓みが生じると、図７（ｂ）に示すように、貫通孔１３には、引っ張り応力または圧縮応力等が作用する。これにより、これら応力の働く方向に対して垂直な方向（垂直方向Ｖ）に沿って、貫通孔１３を基点として基板２にクラック等が発生しやすくなる。すなわち、上記した撓みが発生した場合、光電変換モジュールＭは、固定部１５で固定された辺１４と略平行な方向に沿って上記したクラック等が発生（進行）しやすい。そのため、例えば、貫通孔１３の開口部１３ａの形状が辺１４と略平行な方向（垂直方向Ｖと同じ方向）に位置する辺を有する多角形状であると、当該辺に沿ってクラックが進行しやすくなる。また、開口部１３ａが多角形状であると、開口部１３ａの角部に上記した応力がより集中しやすくなる。

一方、本実施形態では、開口部１３ａを楕円状とすることによって、垂直方向Ｖと略平行な辺および開口部１３ａの角部をなくすことができるため、上記応力によるクラックが発生しにくくなる。加えて、本実施形態では、長軸方向１６と辺１４ｂとが交差する貫通孔１３であるため、開口部１３ａにおける曲率が小さい２箇所の部位（第１曲率１３ａＡ）が同時に垂直方向Ｖ上に位置していない。これにより、比較的応力が集中しやすい曲率が小さい部位を、クラックの進行方向となりやすい垂直方向Ｖ上にそれぞれ並んで位置させないようにできるため、クラックの発生が低減される。さらに、貫通孔１３は、開口部１３ａの曲率が大きい部位（第２曲率１３ａＢ）が垂直方向Ｖと交差するように位置しているため、第２曲率１３ａＢに沿って進行するクラックの発生を低減できる。なお、開口部１３ａが真円状の貫通孔１３である場合、クラックの発生を低減すべく曲率を小さくしすぎると、貫通孔１３の径が大きくなり、基板２の強度が弱まる。加えて、貫通孔１３から外部の水分等が浸入しやすくなり、信頼性が低下する。一方で、開口部１３ａが真円状の貫通孔１３である場合、曲率を大きくすると、貫通孔１３の径が小さくなるため、配線導体１１を基板２の下面２ｂ側に導出しにくくなる。

このように、本実施形態では、上述した貫通孔１３とすることで、クラックの発生およびクラックの進行を低減することができるため、光電変換モジュールの信頼性が向上する。なお、本実施形態では、開口部１３ａの長軸方向１６が辺１４ｂにのみ交差しているが、この形態に限られない。例えば、開口部１３ａの長軸方向１６が辺１４ａと交差、または辺１４ａおよび辺１４ｂと交差する貫通孔１３であってもよい。また、貫通孔１３は、基板２の上面２ａだけでなく、下面２ｂに開口する部位も同様の楕円状であってもよい。また、貫通孔１３は、基板２の上面２ａおよび下面２ｂにそれぞれ開口する開口部が楕円状であってもよい。また、角度Ｄは、例えば、６０〜１２０度程度の範囲であればよい。このとき、角度Ｄが９０度であれば、貫通孔１３の第２曲率１３ａＢをより小さくできるため、クラックの進行をより低減しやすい。また、本実施形態において、貫通孔１３は２つ設けられているが、１つであってもよい。

貫通孔１３の開口部１３ａの大きさは、例えば、基板２の一辺が１００〜２００ｃｍである場合、長軸の長さが６〜１５ｍｍ、短軸の長さが３〜６ｍｍであればよい。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。

本実施形態では、少なくとも１つの貫通孔１３の長軸方向１６と少なくとも他の１つの貫通孔１３の長軸方向１６とが交差するように設けられている点で光電変換モジュールＭ
と相違する。より具体的に、本実施形態では、図８（ａ）に示すように、一方の貫通孔１３Ａの長軸方向１６Ａと他方の貫通孔１３Ｂの長軸方向１６Ｂとが交差するように設けられている。このような形態であれば、貫通孔１３Ａの長軸方向１６Ａと貫通孔１３Ｂの長軸方向１６Ｂとが一方向に並ばないため、各貫通孔１３に生じ得る応力の向きが異なりやすくなる。これにより、貫通孔１３Ａから貫通孔１３Ｂに向かって進行するクラックの発生をより低減できる。なお、本実施形態において、長軸方向１６Ａと辺１４ａとの成す角度Ｄ１および長軸方向１６Ｂと辺１４ｂとの成す角度Ｄ２は、それぞれ鋭角であるが、互いに鈍角であってもよい。また、図８（ｂ）に示すように、角度Ｄ１が直角であってもよい。また、角度Ｄ１および角度Ｄ２は、互いに同じ角度であってもよいし、異なる角度であってもよい。

また、図９に示した形態は、長軸方向１６が交差する貫通孔１３の中心軸Ｃ同士を結ぶ仮想線ＣＬが、一対の辺１４（辺１４ａおよび辺１４ｂ）の少なくとも一方と交差している点で光電変換モジュールＭと相違する。より具体的に、本実施形態では、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、貫通孔１３Ｃの中心軸Ｃ１と貫通孔１３Ｄの中心軸Ｃ２とを結ぶ仮想線ＣＬが、辺１４ａおよび辺１４ｂと交差している。このとき、貫通孔１３Ｃの長軸方向１６Ｃおよび貫通孔１３Ｄの長軸方向１６Ｄも交差している。これにより、光電変換モジュールに撓みが生じても、辺１４ａおよび辺１４ｂの延在方向（上記した垂直方向Ｖ）に沿った方向と仮想線ＣＬが同じ方向に並ばない。その結果、仮想線ＣＬに沿ったクラックの進行を低減できる。なお、本実施形態では、図９（ａ）に示すように、長軸方向１６Ｃおよび長軸方向１６Ｄがそれぞれ辺１４ａおよび辺１４ｂに交差してもよいが、図９（ｂ）に示すように、一方の辺にのみ長軸方向が交差しているような貫通孔の組合せを採用することもできる。また、貫通孔１３の中心軸Ｃとは、貫通孔１３の長軸と短軸との交点を指す。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で多くの修正及び変更を加えることができる。例えば、光電変換モジュールは、上述のＣＩＳ系などのカルコパイライト系光電変換モジュールに限定されるものではなく、アモルファスシリコンや微結晶シリコンを使用した薄膜太陽電池、カドミウムおよびテルルよりなる光電変換部を有するＣｄＴｅ系の光電変換モジュールに適用できる。

Ｍ：光電変換モジュ−ル
Ｐ；光電変換パネル
１：光電変換部
１ａ、１ｂ：光電変換セル
２：基板
２ａ：基板の上面
２ｂ：基板の下面
３：下部電極
４：光吸収層
５：バッファ層
６：透光性導電層
７：集電電極
７ａ：線状部
７ｂ：接続部
８、８Ａ、８Ｂ：出力電極（電極）
９：被覆部材
１０：保護基板
１１、１１Ａ、１１Ｂ：配線導体
１２：端子ボックス
１３：貫通孔
１４、１４ａ、１４ｂ：辺
１５、１５ａ、１５ｂ：固定部
１６、１６Ａ〜１６Ｄ：長軸方向
２０：架台
２１：脚部レール
２２：角度調整レール
２３：載置レール
２４：固定部材
Ｃ、Ｃ１、Ｃ２：中心軸
Ｄ、Ｄ１、Ｄ２：角度
ＣＬ：中心軸を結ぶ仮想線
Ｐ１〜Ｐ３：分離溝

Claims

基板と該基板上に設けられた光電変換部とを有する正方形状または長方形状の光電変換パネルを備え、
該光電変換パネルの対向する一対の辺に設置のための固定部を有する光電変換モジュールであって、
前記基板は、上下面にわたる貫通孔が設けられており、
該貫通孔は、前記基板の上面および下面の少なくとも一方の開口部が楕円状であり、該開口部の長軸方向が前記一対の辺の少なくとも一方と交差するように設けられている、光電変換モジュール。
前記貫通孔は、前記開口部の長軸方向が前記一対の辺の少なくとも一方と直交するように設けられている、請求項１に記載の光電変換モジュール。
前記貫通孔は、複数設けられており、
少なくとも１つの前記貫通孔の長軸方向と少なくとも他の１つの前記貫通孔の長軸方向とが交差するように設けられている、請求項１または請求項２に記載の光電変換モジュール。
長軸方向が交差する前記貫通孔の中心軸同士を結ぶ仮想線が、前記一対の辺の少なくとも一方と交差している、請求項３に記載の光電変換モジュール。