JP2006013173A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池素子の面積を大きくした場合であっても集電極の抵抗増加の影響を回避し、高い効率の太陽電池モジュールを得る。
【解決手段】主タブ９ａは、太陽電池素子Ｘ１の表側主電極７ａと、この太陽電池素子Ｘ１と隣接する太陽電池素子Ｘ２の裏側主電極６とをそれぞれ電気的に接続する。また、副タブ９ｂは、主タブ９ａよりも長さが短くかつ本数が少なくなるように設けられ、主タブ９ａが接続されていない太陽電池素子Ｘ１の残りの表側主電極７ａと、太陽電池素子Ｘ２の残りの裏側主電極６とを電気的に接続する。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の間隔で太陽電池素子が配列されて構成された太陽電池モジュールにおいて、太陽電池素子から出力を取り出し、各太陽電池素子同士を電気的に接続するための電極とタブ（リード線）の構造に関するものである。

太陽電池は入射した光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。太陽電池のうち主要なものは使用材料の種類によって結晶系、アモルファス系、化合物系等に分類される。このうち、現在市場で流通しているのはほとんどが結晶系シリコン太陽電池である。この結晶系シリコン太陽電池はさらに単結晶型、多結晶型に分類される。単結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質がよいために高効率化が容易であるという長所を有する反面、基板の製造が高コストになるという短所を有する。これに対して多結晶型のシリコン太陽電池は基板の品質が劣るために高効率化が難しいという短所はあるものの、低コストで製造できるという長所がある。また、最近では多結晶シリコン基板の品質の向上やセル化技術の進歩により、研究レベルでは１８％程度の変換効率が達成されている。

一方、量産レベルの多結晶シリコン太陽電池は低コストであったため、従来から市場に流通してきたが、近年環境問題が取りざたされる中でさらに需要が増してきており、低コストでより高い変換効率が求められるようになった。

特許文献１に記載されている太陽電池素子の一般的な構造を図８に示す。図８（ａ）は、断面構造を示す図であり、図８（ｂ）は表面（受光面）から見た図、図８（ｃ）は裏面（非受光面）から見た図である。１０１は例えばｐ型シリコンの半導体基板、１０２は半導体基板１０１の表面側にリン原子等が高濃度に拡散され、半導体基板１０１との間にｐｎ接合を形成した逆導電型拡散領域、１０３は窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる反射防止膜である。さらに、半導体基板１０１の表面側には表側主電極１０７ａと表側集電極１０７ｂとからなる表側電極１０７を設けるとともに、裏面側にはアルミニウム等のｐ型半導体不純物を多量に含んだｐ^＋領域である裏面電界領域１０４と、アルミニウムからなる裏側集電極１０５、銀を主成分とする裏側主電極１０６とを設けている。

表側電極１０７は、図８（ｂ）に示されるように、太陽電池素子表面から電流を効率よく拾うために表側主電極１０７ａから細い表側集電極１０７ｂを形成する。そして表側集電極１０７ｂはなるべく電気抵抗を小さくする方が有利であるから、表側主電極１０７ａとこの表側集電極１０７ｂとは直角を成して格子状に形成されるのが一般的である。そして、これらはスクリーン印刷法等により銀ペースト等を塗布した後、焼成することで形成される。また、表側電極１０７は反射防止膜１０３の電極に相当する部分をエッチング除去して、この部分に表側電極１０７を形成する場合と、もしくは反射防止膜１０３の上から直接、表側電極１０７を焼き付けて形成する場合とがある。

非受光面側は、図８（ｃ）に示すように、スクリーン印刷法等によりアルミニウム粉末を含んだ金属ペーストを塗布した後、７００〜８００℃で焼成することにより、シリコンの半導体基板１０１のシリコン中にアルミニウムが拡散して、ｐ型半導体不純物を多量に含んだｐ^＋領域である裏面電界領域１０４が形成される。裏面電界領域１０４は発生したキャリアが非受光面で再結合することを防ぐ効果がある。

なおこの、裏面電界領域１０４は半導体基板１の裏面略全面に形成されることが多く、これを形成するのと同時に、シリコン中に拡散しなかったアルミニウム等を主体とする裏側集電極１０５を非受光面に残し、これを裏側電極の一部として使用する場合が多い。非受光面にもタブを接続する必要があるが、このアルミニウムペーストの焼成による電極は非常に脆いため、接続しても十分な密着強度が得られにくい。そこで通常は、非受光面に対してアルミニウムより半田濡れ性のよい、例えば銀粉末を含んだ金属ペーストを印刷、焼成して裏側主電極１０６を形成し、この部分にタブを接続する手法がとられる。

そして上述のようにして作製された銀を主成分とする表側電極１０７、裏側主電極１０６の表面には、銀の酸化を防止して接続性をよくするために、半田が被覆されることが多い。

上述の裏面電界領域１０４によって、太陽電池素子で発生したキャリアを電界効果（ＢＳＦ効果）により効率よく収集し、太陽電池素子の変換効率を向上させることができる。

また通常、太陽電池素子一枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して太陽電池モジュールを構成し、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。太陽電池モジュールの一例として、図７に、太陽電池素子Ｘを組み合わせて構成した一般的な太陽電池モジュールを示す。

図７に示すように、ある太陽電池素子の表側電極と隣接する太陽電池素子の裏側電極とが例えば銅箔等からなるタブ９によって半田接続され、電気的に接続されている。そして、ガラス等からなる透光性パネル１０と、裏面保護材１２との間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）等を主成分とする充填材１１で気密に封入されて、太陽電池モジュールを構成している。太陽電池モジュールの出力は、出力配線１３を経て端子ボックス１４に接続されている。そしてこの端子ボックスからさらに外部の負荷に接続されている。

図９は、二枚の太陽電池素子Ｘがタブ９によって接続される状態を示す図である。図９は隣接する太陽電池素子Ｘ同士を二枚並べて裏面側から見た図であり、図９（ａ）はタブ接続前、図９（ｂ）はタブ接続後である。なお、説明のため左側の太陽電池素子Ｘは、太陽電池素子Ｘを透かして表側主電極１０７ａが見える状態であり、表側集電極１０７ｂ、裏側電極については省略している。図に示すように、一方の太陽電池素子の表側主電極１０７ａと他方の太陽電池素子の裏側主電極１０６とがタブ９によって、覆うように半田接続されている。このように表側主電極１０７ａと、裏側主電極１０６とは、いずれも直線状であり、互いにタブ９によって接続されている。
特開平８−２７４３５６号公報

現在市場に流通している太陽電池素子のほとんどの電極は、コスト上の理由からスクリーン印刷及び焼成により形成されている。例えば、スクリーン印刷による電極では１０ｃｍ×１０ｃｍの太陽電池素子の場合、通常は２本の主電極を有する。受光面側の場合、図８（ｂ）に示すように、二本の表側主電極１０７ａに対して略直角に交わる複数の表側集電極１０７ｂが太陽電池素子の表面全面を覆うように設けられている。

近年、低コスト化への要請が高まり、太陽電池素子の大面積化が検討されている。面積を大きくすればそれだけ同じ枚数を作製したときにできる太陽電池の出力の電流値を大きくできることがその理由である。しかしながら、太陽電池素子を大面積化すると、逆に集電極の長さは長くなり、電気抵抗が高くなる。

さらに、太陽電池素子の効率を向上させるためには、これらの受光面側に形成した集電極は入射する光の損失を少なくするためにできるだけ細くする方が有利である。しかしながら、通常、集電極を細くすれば電気抵抗が高くなるが、スクリーン印刷による電極形成の場合、電気抵抗が高くなった分を補償するために電極の厚みを大きくすることが困難である。

このように、太陽電池モジュールの効率を向上させるため、太陽電池素子の面積を大きくしたり、集電極を細くしたりすると、集電極の抵抗が増加して特性は悪化するが、この集電極の抵抗を低減するのは技術的な限界がある。そこで通常の太陽電池素子では、このような集電極の抵抗が素子の特性を大きく悪化させないレベルとなるように、太陽電池素子の面積と集電極の幅との間に妥協点が見出されて決定されている。

発明者は、集電極の抵抗増加の影響を回避するため、主電極の本数を増やすことによって、集電極の距離を短くし、抵抗を小さくする方法について検討を行った。しかし、主電極の本数を増やすと、太陽電池素子同士をタブによって接続して太陽電池モジュールを形成する場合に非常に手間がかかり、さらに材料の使用量がかさむため、コストもアップしてしまうという問題があった。

上述に鑑み、本発明の目的は、主電極の本数を増やした太陽電池素子同士を接続する際に、接続の手間やコストの増大を抑止した太陽電池モジュールを提供することにある。

本発明の請求項１に係る太陽電池モジュールは、受光面と非受光面とを有し、所定間隔で配列された複数枚の太陽電池素子であって、前記受光面側に設けられた、電流を集めるための表側集電極と前記表側集電極が接続され外部に出力を取り出すための三本以上の直線状の表側主電極とを含む表側電極と、前記非受光面側に設けられた、電流を集めるための裏側集電極と前記裏側集電極が接続され外部に出力を取り出すための複数の裏側主電極とを含む裏側電極と、を備えた複数枚の太陽電池素子と、前記複数枚の太陽電池素子より選ばれた第一太陽電池素子の表側主電極と、前記複数枚の太陽電池素子より選ばれ、かつ前記第一太陽電池素子と隣接する第二太陽電池素子の裏側主電極とをそれぞれ電気的に接続する複数の主タブと、前記第一太陽電池素子の残りの表側主電極と、前記第二太陽電池素子の裏側電極とを電気的に接続する、前記主タブよりも、長さが短くかつ本数が少ない副タブと、を具備している。すなわち、太陽電池素子同士を接続するタブとして、主タブと、この主タブよりも長さが短く本数が少ない副タブを組み合わせて用いるようにし、主タブは表側主電極と裏側主電極同士を接続し、副タブは表側主電極と裏側電極（裏側主電極及び／又は裏側集電極）同士を接続するようにしている。このように、太陽電池素子同士を電気的に接続するための役割の大部分を主タブに担わせるとともに、副タブを主タブよりも本数が少なくなるようにして補助的に用いることによって、太陽電池素子同士の電気的な接続に対して、実質的に悪影響を与えることが少ない。また、このような副タブは長さを短くしても影響が小さいので、接続の手間を大いに省くことができるとともに、タブの材料を使う量を少なくすることができ、コストの削減にもなる。

本発明の請求項２に係る太陽電池モジュールは、請求項１に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記裏側集電極は、前記第二太陽電池素子の非受光面側の略全面に設けられ、前記複数の主タブと前記第二太陽電池素子の前記裏側主電極とが接続される接合部長さは、前記副タブと前記第二太陽電池素子の前記裏側電極とが接続される接合部長さよりも大きくなるようにしている。裏側集電極は非受光面側の略全面に設けられているので、裏側電極（裏側集電極とこれが接続された裏側主電極）はいずれの箇所も低抵抗となる。したがって、複数設けられた主タブと、このように低抵抗となった太陽電池素子の裏側主電極とが接続される接合部長さを大きくすれば、太陽電池素子同士を電気的に接続するための役割の大部分を主タブに担わせる作用をさらに強化することができる。そして、主タブよりも本数が少ない副タブについては、太陽電池素子の裏側電極と接続される接合部長さを短くしても影響が小さいので、接続の手間を省き、タブの材料を使う量を減らしてコスト削減効果をさらに高めることができる。

本発明の請求項３に係る太陽電池モジュールは、請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記第一太陽電池素子の受光面以外の箇所で、前記複数の主タブと前記副タブとを電気的に接続している。そのため、太陽電池素子への光の入射を妨げることなく、タブによる接続抵抗を下げることができるので、高い効率を得ることができる。

本発明の請求項４に係る太陽電池モジュールは、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記複数枚の太陽電池素子を構成する任意の太陽電池素子において、前記表側主電極は、その本数をｎ_１とし、この太陽電池素子の受光面を２ｎ_１等分し、全体と１としたときに（１）式を満たす位置に設けられている。
ｍ_１／２ｎ_１・・・（１） （ｍ_１：１以上２ｎ_１−１以下の奇数すべて）
さらに、本発明の請求項５に係る太陽電池モジュールは、請求項４に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記裏側主電極は、その本数をｎ_２（ただしｎ_１＞ｎ_２）とし、この太陽電池素子の非受光面を２ｎ_２等分し、全体と１としたときに（２）式を満たす位置で、かつ前記表側主電極と略同一方向となるように設けられている。
ｍ_２／２ｎ_２・・・（２） （ｍ_２：１以上２ｎ_２−１以下の奇数すべて）
これらの関係を満たす位置に、表側と裏側の主電極を設けたので、直線状の各主電極の両側に形成される領域の大きさをほぼ均等にすることができる。これらの領域は各主電極に接続される集電極を設ける領域となる。したがって、ほぼ等しい大きさの領域に設けられた集電極から各主電極に対してバランス良く集電することができる。

本発明の請求項６に係る太陽電池モジュールは、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記副タブと接続された前記第二太陽電池素子の前記裏側電極は裏側主電極である。このように裏側集電極が接続された裏側主電極に副タブが接続されているので、副タブに対して電流を十分に集めて流すことが可能となる。

本発明の請求項７に係る太陽電池モジュールは、請求項６に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記複数枚の太陽電池素子を構成する任意の太陽電池素子において、受光面に対して略直交する方向から、この太陽電池素子が透明であると見なして上面視したときに、前記受光面側に設けられた前記表側主電極と、非受光面側に設けられた前記裏側主電極とが、互いに略同一方向に重なって視認されるようにしている。これは、どの太陽電池素子をとっても、表側主電極と裏側主電極とが、太陽電池素子の表裏のほぼ面対称となる位置に同じ方向に同じ間隔で設けられていることを意味するので、太陽電池素子同士をタブによって接続することが極めて容易となる。

本発明の請求項８に係る太陽電池モジュールは、請求項６又は請求項７に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記表側主電極及び前記裏側主電極はいずれも三本であって、外側の二本に前記複数の主タブが接続され、中央の一本に前記副タブが接続されている。この構成は本発明の最も基本的な構成であり、簡単な構成で本発明の効果を十分に得ることができる。特に、主タブを外側の二本、副タブを中央の一本としたので、隣接する太陽電池素子同士をこれらのタブによって電気的に接続したときに、電流の偏りが少なく、接続の均一性に優れたものとなる。

本発明の請求項９に係る太陽電池モジュールは、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記副タブと接続された前記第二太陽電池素子の前記裏側電極が裏側集電極である。このように副タブと裏側集電極とを直接接続するようにしたので、非受光面側に設ける裏側主電極は、主タブの本数に等しくなり、副タブの本数だけ裏側主電極を少なくすることができる。

本発明の請求項１０に係る太陽電池モジュールは、請求項９に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記表側主電極は三本かつ前記裏側主電極は二本であって、前記表側主電極の外側の二本に前記複数の主タブが接続され、前記表側主電極の中央の一本に前記副タブが接続された。この構成は本発明の最も基本的な構成であり、簡単な構成で本発明の効果を十分に得ることができる。特に、主タブを外側の二本、副タブを中央の一本としたので、隣接する太陽電池素子同士をこれらのタブによって電気的に接続したときに、電流の偏りが少なく、接続の均一性に優れたものとなる。

本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子同士を接続するタブとして、主タブと、この主タブよりも長さが短く本数が少ない副タブを組み合わせて用いるようにし、主タブは表側主電極と裏側主電極同士を接続し、副タブは表側主電極と裏側電極（裏側主電極及び／又は裏側集電極）同士を接続するようにしている。このように、太陽電池素子同士を電気的に接続するための役割の大部分を主タブに担わせるとともに、副タブを主タブよりも本数が少なくなるようにして補助的に用いることによって、太陽電池素子同士の電気的な接続に対して、実質的に悪影響を与えることが少ない。また、このような副タブは長さを短くしても影響が小さいので、接続の手間を大いに省くことができるとともに、タブの材料を使う量を少なくすることができ、コストの削減にもなる。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき詳細に説明する。

図６は本発明の太陽電池モジュールに用いることができる太陽電池素子を示す図であり、（ａ）はその断面構造、図６（ｂ）は表面から見た図、図６（ｃ）は裏面から見た図である。

図中、１は例えばｐ型シリコンの半導体基板、２は半導体基板１の表面側にリン原子等が高濃度に拡散され、半導体基板１との間にｐｎ接合を形成した逆導電型拡散領域、３は窒化シリコン膜や酸化シリコン膜等からなる反射防止膜である。さらに、半導体基板１の表面側には表側電極７を設けるとともに、裏面側にはアルミニウム等のｐ型半導体不純物を多量に含んだｐ^＋領域である裏面電界領域４と、アルミニウムからなる裏面集電極５、銀を主成分とする裏側主電極６とを設けている。

半導体基板１は単結晶もしくは多結晶のシリコン基板であり、一主面である受光面（表面）と、他の一主面である非受光面（裏面）とを備えている。この基板はｐ型、ｎ型いずれでもよい。単結晶シリコンの場合は引き上げ法等によって形成され、多結晶シリコンの場合は鋳造法等によって形成される。多結晶シリコンは、大量生産が可能で製造コスト面で単結晶シリコンよりもきわめて有利である。引き上げ法や鋳造法によって形成されたインゴットを１５ｃｍ×１５ｃｍ程度の大きさに切断して、３００μｍ程度の厚みにスライスして、シリコン基板となる。なお、以下の説明は、入手が容易であり太陽電池としての製造方法も確立しているホウ素をドープしたｐ型の多結晶のシリコン基板１を用いた例によって行う。

シリコン基板１の表面側には、シリコン基板１の導電型と逆の導電型を有する半導体不純物、例えばリン等が高濃度に拡散された逆導電型拡散領域２が形成され、シリコン基板１との間にｐｎ接合を形成している。また、シリコン基板１の表面側には反射防止膜３、表側電極７が設けられている。

シリコン基板１の裏面側には、ｐ型を呈するシリコン基板１の不純物（ホウ素）と同じ導電型を有する半導体不純物、例えばアルミニウムが高濃度に拡散された裏面電界領域４が形成され、裏側主電極６が設けられている。

表側電極７は、図６（ｂ）に示されるように、格子状に形成されるのが一般的であり、スクリーン印刷法等により銀ペースト等を塗布した後、焼成することで形成される。また、表側電極７は反射防止膜３の電極に相当する部分をエッチング除去して、この部分に表側電極７を形成する場合と、もしくは反射防止膜３の上から直接、表側電極７を焼き付けて形成する場合とがある。

裏面側は、図６（ｃ）に示すように、スクリーン印刷法等によりアルミニウム粉末を含んだ金属ペーストを塗布した後、７００〜８００℃で焼成することにより、シリコンの半導体基板１のシリコンにアルミニウムが拡散して、ｐ型半導体不純物を多量に含んだｐ^＋領域である裏面電界領域４が形成される。これは光の照射により基板内部で発生したキャリアの収集効率を向上させるための電界を形成するものであり、発生したキャリアが裏面で再結合することを防ぐ効果がある。そして、太陽電池素子で発生したキャリアを電界効果（ＢＳＦ効果）により効率よく収集し、太陽電池素子の変換効率を向上させることができ、長波長側の感度を向上させる効果も有する。なお、この感度の違いは基板の厚みやドーピング濃度等、太陽電池素子の各パラメータによって変化する。

なお、この裏面電界領域４は半導体基板１の裏面略全面に形成することが望ましく、さらにこれを形成するのと同時に、シリコンと未反応のアルミニウム等を主体とする裏側集電極５を裏面に残して使用することが多い。この場合、裏側集電極５を形成するアルミニウムより半田濡れ性のよい、例えば銀粉末を含んだ金属ペーストを印刷、焼成して裏側主電極６を形成し、後述するタブ９との接続に用いる。

また、このアルミニウムは焼成時の収縮により、時として基板の反りの原因になることがある。その場合にはアルミニウムを除去して形成した裏面電界領域４のみを残すこともできる。ただし、この場合には裏側主電極６とともに裏側集電極５も銀ペーストによって形成する。

なお、このようにして作製された銀を主成分とする表側電極７、裏側主電極６の表面には、銀の酸化を防止して接続性をよくするために、半田が被覆されることが多い。

また通常、一枚の太陽電池素子では発生する電気出力が小さいため、複数枚の太陽電池素子を直並列に接続して太陽電池モジュールを構成し、実用的な電気出力が取り出せるようにする必要がある。これは、太陽電池の負荷の使用目的に応じて組み合わされ、破損から保護するために太陽電池素子を樹脂、ガラス等で封止してモジュール化されたものである。

本発明の太陽電池モジュールの一例として、図７を用いて説明する。この図は従来の一般的な太陽電池モジュールの説明において使用したものであるが、本発明は、太陽電池素子の電極部分とタブの構造に特徴があるため、太陽電池モジュールの構造としては特に変化はない。

図７に示すように、複数の太陽電池素子が所定間隔で配列されている。そして、一つの太陽電池素子の表側電極と隣接する太陽電池素子の裏側電極とが、例えば銅箔等からなるタブ９によって半田接続され、直並列に電気的に接続されている。タブ９は、通常、厚さ０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度、幅２ｍｍ程度の銅箔の全面を半田被覆したものを、所定の長さに切断し、ホットエアーなどによって半田を溶融させて電極と接続する。

このようにして接続された太陽電池素子群は、ガラス等からなる透光性パネルと、裏面保護材１２との間にエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）等を主成分とする充填材１１で気密に封入されて、太陽電池モジュールを構成している。太陽電池モジュールの出力は、出力配線１３を経て端子ボックス１４に接続されている。そしてこの端子ボックス１４からさらに外部の負荷（不図示）に接続されている。

本発明の太陽電池モジュールと太陽電池素子は、以上のような構造を有しているが、以下、本発明に係る太陽電池モジュールの電極とタブの構造について、さらに詳しく説明する。

図１は、本発明に係る太陽電池モジュールにおける太陽電池素子が本発明に係るタブによって接続される一例を示す模式図である。図１は、本発明の太陽電池モジュール中から選択された、隣接する太陽電池素子Ｘ１（第一太陽電池素子）と太陽電池素子Ｘ２（第二太陽電池素子）とを並べて裏面側から見た図であり、図１（ａ）はタブ接続前、図１（ｂ）はタブ接続後である。また、図１（ｃ）は図１（ｂ）のＡ−ａ方向からみた断面構造図である。なお、説明のため左側の太陽電池素子Ｘ１は、太陽電池素子を透かして表側主電極７ａが見える状態とし、表側集電極７ｂ、裏側電極については省略しているが、太陽電池素子Ｘ１、Ｘ２とも、表面側及び裏面側の電極形状は、図６（ｂ）、図６（ｃ）で示された形状と同じである。

図１（ａ）に示すように、この例では、左側に示す太陽電池素子Ｘ１の受光面側には、表側電極７として、表側主電極７ａが三本設けられている。右側に示す太陽電池素子Ｘ２の非受光面側には、裏側電極として裏側主電極６が三本設けられ、さらに電流を集めるための裏側集電極５が略全面に設けられている。表側主電極７ａ、裏側主電極６はいずれも直線状であり、各集電極によって集めた太陽電池素子の出力を取り出すことができるようになっている。

図１（ｂ）、図１（ｃ）にはタブ接続後の状態を示す。図に示すように、本発明に係るタブ９としては、主タブ９ａと副タブ９ｂとがあり、主タブ９ａは、太陽電池素子Ｘ１の表側主電極７ａと、この太陽電池素子Ｘ１と隣接する太陽電池素子Ｘ２の裏側主電極６とをそれぞれ電気的に接続する。また、副タブ９ｂは、主タブ９ａよりも長さが短くかつ本数が少なくなるように設けられ、主タブ９ａが接続されていない太陽電池素子Ｘ１の残りの表側主電極７ａと、太陽電池素子Ｘ２の残りの裏側主電極６とを電気的に接続している。

このように、太陽電池素子同士を電気的に接続するための役割の大部分を主タブ９ａに担わせるとともに、副タブ９ｂを主タブ９ａよりも本数が少なくなるようにして補助的に用いることによって、太陽電池素子同士の電気的な接続に対して、実質的に悪影響を与えることが少ない。また、このような副タブ９ｂは長さを短くしても影響が小さいので、短くした分だけ接続の手間を省くことができるとともに、タブの材料を使う量を少なくすることができ、コストの削減にもなる。

上述したように、タブは銅箔に半田を被覆したものが一般的に用いられているが、この銅箔は厚みを増すことが容易であって、モジュールの抵抗を下げることが可能なため、タブの本数を少なくするほうがコスト削減には有利である。

なお、この図に示した例では、主タブ９ａは２本、副タブ９ｂは１本であるが、この構成は本発明の最も基本的な構成であり、簡単な構成で本発明の効果を十分に得ることができる。特に、主タブ９ａを外側の二本、副タブ９ｂを中央の一本としたので、隣接する太陽電池素子同士をこれらのタブによって電気的に接続したときに、電流の偏りが少なく、接続の均一性に優れたものとなる。

上述の本発明に係る太陽電池モジュールでは、副タブ９ｂと裏側主電極６とを接続するようにしている。このように裏側集電極５が接続された裏側主電極６に副タブ９ｂが接続されているので、副タブ９ｂに対して電流を十分に集めて流すことが可能となる。また、図２に示すように、副タブ９ｂと裏側集電極５とを接続するようにしても良い。図２（ａ）はタブ接続前、図２（ｂ）はタブ接続後の模式図である。なお、裏側集電極５は通常、アルミニウムが用いられ、半田による接続性が悪いため、図２（ａ）に示すように、半田付け性の良好な銀などを含有する金属ペーストなどによって、裏側集電極５と電気的に導通させたタブ付ポイント５ａを形成し、これを介して副タブ９ｂを接続するようにすると良い。このように副タブ９ｂと裏側集電極５とを直接接続すれば、非受光面側に設ける裏側主電極６は、主タブ９ａの本数に等しくなり、副タブ９ｂの本数だけ裏側主電極６を少なくすることができる。したがって、タブの銅箔の使用量だけでなく裏側主電極６を形成する銀ペーストの使用量をも減らすことが可能である。

また、上述したように、裏側集電極５を太陽電池素子Ｘ２の非受光面側の略全面に設けた場合、裏側電極（裏側集電極５とこれが接続された裏側主電極６）はいずれの箇所も低抵抗となる。そして、図１（ｂ）より明らかなように、太陽電池素子Ｘ２において、副タブ９ｂよりも本数が多い主タブ９ａと裏側主電極６とが接続される接合部長さが、副タブ９ｂと裏側電極（裏側集電極５とこれが接続された裏側主電極６）とが接続される接合部長さよりも大きくなるようにしている。したがって、これらの相互作用によって、太陽電池素子同士を電気的に接続するための役割の大部分を主タブ９ａに担わせる作用をさらに強化することができる。そして、主タブ９ａよりも本数が少ない副タブ９ｂについては、太陽電池素子の裏側電極と接続される接合部長さを短くしても影響が小さいので、接続の手間を省き、タブの材料を使う量を減らしてコスト削減効果をさらに高めることができる。

また、本発明に係る太陽電池モジュールでは、図３に示すように太陽電池素子Ｘ１の受光面以外の箇所で、複数の主タブ９ａと副タブ９ｂとを、例えば、バイパスタブ９ｃによって電気的に接続することが望ましい。図３（ａ）は、図１（ｂ）に示す太陽電池素子Ｘ２に対してバイパスタブ９ｃを設けた例であり、図３（ｂ）は、図２（ｂ）に示す太陽電池素子Ｘ２に対してバイパスタブ９ｃを設けた例である。このようにすることによって、太陽電池素子への光の入射を妨げることなく、タブによる接続抵抗を下げることができ、ＦＦの低下を伴うことなく、タブの数を少なくし、高い効率を得ることができる。

また、主電極を設ける位置については、太陽電池素子を受光面に対して略直交する方向から、この太陽電池素子が透明であると見なして上面視したときに、受光面側に設けられた表側主電極７ａと、非受光面側に設けられた裏側主電極６とが、互いに略同一方向に重なって視認されるような位置に設けることが望ましい。これは、例えば、図１（ａ）の太陽電池素子Ｘ１、Ｘ２に示される関係である。すなわち、どの太陽電池素子をとっても、表側主電極７ａと裏側主電極６とが、太陽電池素子の表裏のほぼ面対称となる位置に同じ方向に同じ間隔で設けられていることを意味するので、直線状のタブを用いることができ、太陽電池素子同士をタブによって接続することが極めて容易となる。

さらにこの場合、裏側主電極６の位置としては、表側主電極７ａの陰に隠れる位置となる。裏側主電極６が設けられたこの箇所は、表側主電極７ａに対して光が当たったときに、ちょうど陰となって光生成キャリアの発生が少ない領域であるから、この部分に裏面電界領域４が存在していないために被る悪影響を抑えることができるという効果もある。

表側主電極については、次のような関係を満たす位置に設けるようにすると良い。すなわち、表側主電極７ａは、その本数をｎ_１とし、この太陽電池素子の受光面を２ｎ_１等分し、全体と１としたときに（１）式を満たす位置に設けられる。
ｍ_１／２ｎ_１・・・（１） （ｍ_１：１以上２ｎ_１−１以下の奇数すべて）
図４はこの（１）式の関係を説明するための模式図であり、図４（ａ）は表側主電極が三本の場合を示す。この場合、表側主電極は、その本数がｎ_１＝３であるから、この太陽電池素子の受光面を２ｎ_１＝６等分し、全体と１としたときに、この等分割したｍ_１／２ｎ_１を満たす位置、すなわち図中における、１／６、３／６、５／６の位置（枠線で囲っている）に設けられている（ｍ_１：１以上２ｎ_１−１＝５以下の奇数すべてなので、１、３、５の３つである）。このような関係を満たす位置に、表側主電極を設ければ、直線状の各主電極の両側に形成される領域の大きさがほぼ均等になる。これは図中に両矢印で示した通りである。これらの領域は各主電極に接続される集電極を設ける領域となる。したがって、ほぼ等しい大きさの領域に設けられた集電極から各主電極に対してバランス良く集電することができる。

なお、裏側主電極についても、表側主電極と同数とするときは、上述したように太陽電池素子を受光面に対して略直交する方向から、この太陽電池素子が透明であると見なして上面視したときに、受光面側に設けられた表側主電極７ａと、非受光面側に設けられた裏側主電極６とが、互いに略同一方向に重なって視認されるような位置に設けることが望ましい。これによって、上述したように直線状のタブを用いることができ、太陽電池素子同士をタブによって接続することが極めて容易となる効果が得られ、同時に、（１）式を満たす位置となるので、各主電極に対してバランス良く集電することができる効果も合わせて得ることができるからである。

また、裏側主電極については、図２に示すように、副タブ９ｂと裏側集電極５とを接続した場合、その本数を少なくすることができるが、この場合においても、太陽電池素子を受光面に対して略直交する方向から、この太陽電池素子が透明であると見なして上面視したときに、受光面側に設けられた表側主電極７ａと、非受光面側に設けられた裏側主電極６とが、互いに略同一方向に重なって視認されるような位置に設ければ、太陽電池素子同士をタブによって接続することが容易となる効果が得られる。しかしながら、この場合、次のような関係を満たす位置に設けても良い。すなわち、裏側主電極６は、その本数をｎ_２とし、この太陽電池素子の非受光面を２ｎ_２等分し、全体と１としたときに（２）式を満たす位置で、かつ表側主電極７ａと略同一方向となるように設けられる。
ｍ_２／２ｎ_２・・・（２） （ｍ_２：１以上２ｎ_２−１以下の奇数すべて）
図４（ｂ）は裏側主電極が二本の場合を説明する。この場合、裏側主電極は、その本数がｎ_２＝２であるから、この太陽電池素子の非受光面を２ｎ_２＝４等分し、全体と１としたときにｍ_２／２ｎ_２を満たす位置、すなわち図中における、１／４、３／４の位置（枠線で囲っている）に設けられている（ｍ_２：１以上２ｎ_２−１＝３以下の奇数すべてなので、１、３の２つである）。このような関係を満たす位置に、裏側主電極を設ければ、直線状の各主電極の両側に形成される領域の大きさがほぼ均等になる。これは図中に両矢印で示した通りである。これらの領域は各主電極に接続される集電極を設ける領域となる。したがって、ほぼ等しい大きさの領域に設けられた集電極から各主電極に対してバランス良く集電することができる。

図５に、表側主電極が図４（ａ）、裏側主電極が図４（ｂ）に示した状態のときに、本発明に係るタブによって太陽電池素子同士が接続される例を示す。図５（ａ）はタブ接続前、図５（ｂ）はタブ接続後である。この図５に示したように、主電極が図４に示したケースでは、表側主電極７ａと裏側主電極６とを結ぶタブとして、変形した形状の主タブ９ｄを用いる必要があるため、太陽電池素子同士のタブ接続する容易性には欠けるが、上述のように表側主電極７ａと裏側主電極６との双方において、それぞれ良好な電気的特性を得ることができる。

以上のようにして本発明の太陽電池モジュールを実現することができるが、本発明の実施形態は上述の例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得る。

通常スクリーン印刷による電極では１０ｃｍ×１０ｃｍの太陽電池素子で、２本の主電極を持つ。これ以上の大きさでは他の直列抵抗成分との兼ね合いになるが、必要に応じ、３本にしたほうが良い場合が出てくる。これはあくまでも他の直列抵抗成分との兼ね合いによってそのボトルネック部分が集電極にある場合に効いてくるものであり、他の部分がボトルネックになる場合にはその必要はない。したがって本発明は太陽電池素子の面積によって制限されるものではない。

例えば、上述の説明では、表側主電極が３本とした例によって説明したが、これに限るものではなく、４本以上であっても構わない。このような、受光面側の表側主電極の本数は、他の直列抵抗成分との兼ね合いによって定まり、直列抵抗のボトルネック部分がこの表側集電極にある場合に本数を増加させれば、抵抗低減に効果がある。これはシミュレーションを行ったり、実際に試作したりすることによって決定することができる。

本発明に係るタブによって太陽電池素子同士が接続される一例を示す模式図であり、（ａ）はタブ接続前、（ｂ）はタブ接続後を示す。また、（ｃ）は（ｂ）のＡ−ａ方向からみた断面構造図である。 本発明に係るタブによって太陽電池素子同士が接続される別の例を示す模式図であり、（ａ）はタブ接続前、（ｂ）はタブ接続後を示す。 （ａ）、（ｂ）は、本発明に係るタブによって太陽電池素子同士が接続されるさらに別の例を示す模式図である。 主電極を設ける位置を説明するための模式図であり、（ａ）は表側主電極が三本の場合、（ｂ）は裏側主電極が二本の場合である。 主電極が図４に示した状態のときに、本発明に係るタブによって太陽電池素子同士が接続される例を示す模式図であり、（ａ）はタブ接続前、（ｂ）はタブ接続後を示す。 本発明の太陽電池モジュールに用いられる太陽電池素子を示す図であり、（ａ）は断面構造図、（ｂ）は表面から見た図、（ｃ）は裏面から見た図である。 一般的な太陽電池モジュールの断面構造図である。 一般的な太陽電池素子を示す図であり、（ａ）は断面構造図、（ｂ）は表面から見た図、（ｃ）は裏面から見た図である。 一般的な太陽電池モジュールにおけるタブによって太陽電池素子同士が接続される例を示す模式図であり、（ａ）はタブ接続前、（ｂ）はタブ接続後を示す。

符号の説明

１・・・半導体基板（シリコン基板）
２・・・逆導電型拡散領域
３・・・反射防止膜
４・・・裏面電界領域
５・・・裏側集電極
５ａ・・・タブ付ポイント
６・・・裏側主電極
７・・・表側電極
７ａ・・・表側主電極
７ｂ・・・表側集電極
９・・・タブ
９ａ・・・主タブ
９ｂ・・・副タブ
９ｃ・・・バイパスタブ
９ｄ・・・変形した形状の主タブ
１０・・・透光性パネル
１１・・・充填材
１２・・・裏面保護材
１３・・・出力配線
１４・・・端子ボックス
１０１・・・半導体基板
１０２・・・逆導電型拡散領域
１０３・・・反射防止膜
１０４・・・裏面電界領域
１０５・・・裏側集電極
１０６・・・裏側主電極
１０７・・・表側電極
１０７ａ・・・表側主電極
１０７ｂ・・・表側集電極
Ｘ・・・太陽電池素子
Ｘ１・・・太陽電池素子（第一太陽電池素子）
Ｘ２・・・太陽電池素子（第二太陽電池素子）

Claims (10)

1. 受光面と非受光面とを有し、所定間隔で配列された複数枚の太陽電池素子であって、
   前記受光面側に設けられた、電流を集めるための表側集電極とこの表側集電極が接続され外部に出力を取り出すための三本以上の直線状の表側主電極とを含む表側電極と、前記非受光面側に設けられた、電流を集めるための裏側集電極とこの裏側集電極が接続され外部に出力を取り出すための複数の裏側主電極とを含む裏側電極と、を備えた複数枚の太陽電池素子と、
   前記複数枚の太陽電池素子より選ばれた第一太陽電池素子の表側主電極と、前記複数枚の太陽電池素子より選ばれ、かつ前記第一太陽電池素子と隣接する第二太陽電池素子の裏側主電極と、をそれぞれ電気的に接続する複数の主タブと、
   前記第一太陽電池素子の残りの表側主電極と、前記第二太陽電池素子の裏側電極とを電気的に接続する、前記主タブよりも、長さが短くかつ本数が少ない副タブと、
   を具備した太陽電池モジュール。
2. 前記裏側集電極は、前記第二太陽電池素子の非受光面側の略全面に設けられ、
   前記複数の主タブと前記第二太陽電池素子の前記裏側主電極とが接続される接合部長さは、前記副タブと前記第二太陽電池素子の前記裏側電極とが接続される接合部長さよりも大きくなるようにした請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記第一太陽電池素子の受光面以外の箇所において、前記複数の主タブと前記副タブとを電気的に接続した請求項１又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記複数枚の太陽電池素子を構成する任意の太陽電池素子において、
   前記表側主電極は、その本数をｎ_１とし、この太陽電池素子の受光面を２ｎ_１等分し、全体と１としたときに（１）式を満たす位置に設けられた請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
   ｍ_１／２ｎ_１・・・（１） （ｍ_１：１以上２ｎ_１−１以下の奇数すべて）
5. 前記裏側主電極は、その本数をｎ_２（ただしｎ_１＞ｎ_２）とし、この太陽電池素子の非受光面を２ｎ_２等分し、全体と１としたときに（２）式を満たす位置で、かつ前記表側主電極と略同一方向となるように設けられた請求項４に記載の太陽電池モジュール。
   ｍ_２／２ｎ_２・・・（２） （ｍ_２：１以上２ｎ_２−１以下の奇数すべて）
6. 前記副タブと接続された前記第二太陽電池素子の前記裏側電極が裏側主電極である請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記複数枚の太陽電池素子を構成する任意の太陽電池素子において、受光面に対して略直交する方向から、この太陽電池素子が透明であると見なして上面視したときに、前記受光面側に設けられた前記表側主電極と、非受光面側に設けられた前記裏側主電極とが、互いに略同一方向に重なって視認される請求項６に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記表側主電極及び前記裏側主電極はいずれも三本であって、外側の二本に前記複数の主タブが接続され、中央の一本に前記副タブが接続された請求項６又は請求項７に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記副タブと接続された前記第二太陽電池素子の前記裏側電極が裏側集電極である請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記表側主電極は三本かつ前記裏側主電極は二本であって、前記表側主電極の外側の二本に前記複数の主タブが接続され、前記表側主電極の中央の一本に前記副タブが接続された請求項９に記載の太陽電池モジュール。
    
    

Images