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公開番号2024058455
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-25
出願番号2022165822
出願日2022-10-14
発明の名称電圧整合タンデム太陽電池モジュール
出願人株式会社豊田中央研究所
代理人弁理士法人YKI国際特許事務所
主分類H10K 30/57 20230101AFI20240418BHJP()
要約【課題】二端子モジュール及び四端子モジュールと同等の変換効率が得られる電圧整合タンデム太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】複数のトップセルを集積させたトップモジュール200と、複数のボトムセルを集積させたボトムモジュール202とを積層し、トップモジュール200とボトムモジュール202とを並列に接続し、トップモジュール200に用いられる光電変換層のバンドギャップEg^(t)は1.5eV以上1.8eV以下であり、ボトムモジュール202に用いられる光電変換層のバンドギャップEg^(b)は1.0eV以上1.2eV以下であり、トップモジュール200を構成するトップセルの直列接続数n_tと、ボトムモジュール202を構成するボトムセルの直列接続数n_bが、(n_b/n_t)/(0.88×(Eg^(t)-0.68eV)/(Eg^(b)-0.60eV))が0.6以上2.0以下であることを満たすものとする。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
複数のトップセルを集積させたトップモジュールと、複数のボトムセルを集積させたボトムモジュールと、を積層し、前記トップモジュールと前記ボトムモジュールとを並列に接続した電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ
（ｔ）
は１．５ｅＶ以上１．８ｅＶ以下であり、
前記ボトムモジュールに用いられる光電変換層のバンドギャップＥｇ
（ｂ）
は１．０ｅＶ以上１．２ｅＶ以下であり、
前記トップモジュールを構成する前記トップセルの直列接続数ｎ
ｔ
と、前記ボトムモジュールを構成する前記ボトムセルの直列接続数ｎ
ｂ
が、（ｎ
ｂ
／ｎ
ｔ
）／（０．８８×（Ｅｇ
（ｔ）
－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ
（ｂ）
－０．６０ｅＶ））が０．６以上２．０以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
請求項１に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
（ｎ
ｂ
／ｎ
ｔ
）／（０．８８×（Ｅｇ
（ｔ）
－０．６８ｅＶ）／（Ｅｇ
（ｂ）
－０．６０ｅＶ））が０．８以上１．４以下であることを満たすことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項３】
請求項１に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
光入射側からみて前記トップモジュールと前記ボトムモジュールの大きさが同一であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項４】
請求項１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎ
ｔ
の前記トップセルを有するトップサブモジュールを２個並列に接続した構成であり、
前記ボトムモジュールは、２枚の基板の各々に形成された直列接続数ｎ
ｂ
／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項５】
請求項１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、直列接続数ｎ
ｔ
の前記トップセルを有するトップサブモジュールを１枚の基板に２個形成し、２個の前記トップサブモジュールを並列に接続した構成であり、
前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎ
ｂ
の前記ボトムセルを１枚の基板に形成した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項６】
請求項１～３のいずれか１項に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップモジュールは、直列接続数ｎ
ｔ
の前記トップセルを有するトップサブモジュールを基板に形成した構成であり、
前記ボトムモジュールは、直列接続数ｎ
ｂ
／２の前記ボトムセルを有するボトムサブモジュールを基板に２個形成し、２個の前記ボトムサブモジュールを直列に接続した構成である、
ことを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項７】
請求項１に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記トップセルは、有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。
【請求項８】
請求項１に記載の電圧整合タンデム太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルは、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ
２
太陽電池又は有機無機ハイブリッドペロブスカイト太陽電池であることを特徴とする電圧整合タンデム太陽電池モジュール。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧整合タンデム太陽電池モジュールに関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
太陽光エネルギーの利用は、カーボンニュートラルを実現するために必須の技術である。現在は、結晶シリコン太陽電池が広く普及しているが、さらに高い変換効率を得るために２種類のバンドギャップが異なる太陽電池を積層したタンデム太陽電池の開発が行われている。
【０００３】
トップセルとボトムセルを積層したタンデム太陽電池には、二端子モジュール、四端子モジュール、電圧整合（ＶＭ）モジュールの３種類がある（非特許文献１）。タンデム太陽電池に用いられるトップセルの材料には、バンドギャップの観点から有機無機ハイブリッドペロブスカイト（ＰＶＫ）が好適である。ボトムセルの材料には、結晶シリコン、ＰＶＫ、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ
２
（ＣＩＧＳ）が好適である。
【０００４】
これらの材料のうち、ＰＶＫ及びＣＩＧＳは薄膜材料であるので集積型太陽電池モジュールに用いることができる（特許文献１）。集積型太陽電池モジュールは、１枚の基板上に複数のセルが直列接続されたパターンが形成された太陽電池モジュールである。集積型太陽電池モジュールは、結晶シリコン太陽電池モジュールに比べて、軽量、フレキシブル、低製造コスト等の特長を備える。
【０００５】
また、ＰＶＫ材料は、その組成の調整によりバンドギャップを調整することができる。実際、ＰＶＫ材料を用いて１．１ｅＶ～１．８ｅＶの範囲で高い変換効率をもつ太陽電池が実現されている。ＣＩＧＳ材料についても組成の調整によりバンドギャップを１．０ｅＶ～１．２ｅＶの範囲で調整することができ、ＣＩＧＳ材料を用いて高い変換効率をもつ太陽電池が実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特表２０１１－５２６７３７号公報
【非特許文献】
【０００７】
H. Liu, et al., Cell Rep. Phys. Sci. 1, 100037 (2020)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
二端子モジュールで高い変換効率を得るためには、トップモジュールとボトムモジュールの電流整合が必要である。したがって、トップモジュールとボトムモジュールの材料のバンドギャップの組み合わせが制限される。また、二端子モジュールの太陽電池を日射スペクトルが変動する環境下で使用すると、トップモジュールとボトムモジュールの電流整合が破れるので変換効率が低下する。
【０００９】
四端子モジュールの場合、トップモジュールとボトムモジュールから電力が個別に出力されるので、電流整合の制約がない。したがって、二端子モジュールよりも高い変換効率となり得る。しかしながら、電圧の異なる２系統の電力が出力されるため、パワーコンディショナーが２系統必要になり、かつ配線が複雑になる。また、モジュールの重量増や高コストにつながる。
【００１０】
電圧整合モジュールでは、トップモジュール内及びボトムモジュール内のそれぞれの複数のセルの直列接続数を調節して、トップモジュールの電圧とボトムモジュールの電圧をおおよそ一致させる電圧整合を行い、両者を並列接続して電力を出力させる。そのため、出力は１系統（２端子）でありながら、四端子モジュールと比べて遜色ない高い変換効率となり得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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