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公開番号2025157907
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-16
出願番号2024060260
出願日2024-04-03
発明の名称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 20230101AFI20251008BHJP()
要約【課題】光電変換効率が高い太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】光入射側から、トップセル10を個数n_top直列接続したトップモジュールと、ミドルセル12とボトムセル14を積層して直列接続したミドル/ボトム積層セルを個数n_mb直列接続したミドル/ボトムモジュールを、ミドル/ボトムモジュールを光入射側にして積層し、トップモジュールとミドル/ボトムモジュールを直列接続し、個数n_topと個数n_mbの比n_mb/n_topは、トップモジュールの最大出力動作電流J_MPP ^(top)とミドル/ボトムモジュールの最大出力動作電流J_MPP ^(mb)が2|J_MPP ^(top)-J_MPP ^(mb)|/|J_MPP ^(top)+J_MPP ^(mb)|<0.3を満たすように構成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
バンドギャップが各々異なる太陽電池セルであるトップセル、ミドルセル及びボトムセルを組み合わせた太陽電池モジュールであって、
光入射側から、前記トップセルを個数ｎ
top
直列接続したトップモジュールと、前記ミドルセルと前記ボトムセルを積層して直列接続したミドル／ボトム積層セルを個数ｎ
mb
直列接続したミドル／ボトムモジュールを、前記ミドル／ボトムモジュールを光入射側にして積層し、
前記トップモジュールと前記ミドル／ボトムモジュールを直列接続し、
前記個数ｎ
top
と前記個数ｎ
mb
の比ｎ
mb
／ｎ
top
は、前記トップモジュールの最大出力動作電流Ｊ
MPP
(top)
と前記ミドル／ボトムモジュールの最大出力動作電流Ｊ
MPP
(mb)
が２｜Ｊ
MPP
(top)
－Ｊ
MPP
(mb)
｜／｜Ｊ
MPP
(top)
＋Ｊ
MPP
(mb)
｜＜０．３を満たすように設定されていることを特徴とする太陽電池モジュール。
続きを表示（約 2,100 文字）【請求項２】
請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記トップセルのバンドギャップＥ
g
(top)
は、１．６ｅＶ以上２．４ｅＶ以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルは、結晶シリコンセル、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ
2
セル、有機無機ハイブリッドペロブスカイトセルの少なくとも１つであることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項４】
請求項３に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルが結晶シリコンセルである場合、
前記ミドルセルのバンドギャップＥ
g
(mid)
は、前記トップセルのバンドギャップＥ
g
(top)
に対して、０．３０Ｅ
g
(top)
＋０．８８±０．１ｅＶを満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項５】
請求項３に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルがＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ
2
セルである場合、
前記ミドルセルのバンドギャップＥ
g
(mid)
は、前記トップセルのバンドギャップＥ
g
(top)
に対して、０．３１Ｅ
g
(top)
＋０．８６±０．１ｅＶを満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項６】
請求項３に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルが有機無機ハイブリッドペロブスカイトセルである場合、
前記ミドルセルのバンドギャップＥ
g
(mid)
は、前記トップセルのバンドギャップＥ
g
(top)
に対して、０．３３Ｅ
g
(top)
＋０．８９±０．１ｅＶを満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項７】
請求項３に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルが結晶シリコンセルである場合、
前記個数ｎ
top
と前記個数ｎ
mb
の比ｎ
mb
／ｎ
top
は、前記トップセルのバンドギャップＥ
g
(top)
に対して、｛２．４１（Ｅ
g
(top)
）
2
－７．１３Ｅ
g
(top)
＋５．６３｝×０．７５から｛２．４１（Ｅ
g
(top)
）
2
－７．１３Ｅ
g
(top)
＋５．６３｝×１．２５を満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項８】
請求項３に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルがＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ
2
セルである場合、
前記個数ｎ
top
と前記個数ｎ
mb
の比ｎ
mb
／ｎ
top
は、前記トップセルのバンドギャップＥ
g
(top)
に対して、｛２．３６（Ｅ
g
(top)
）
2
－６．９６Ｅ
g
(top)
＋５．４９｝×０．７５から｛２．３６（Ｅ
g
(top)
）
2
－６．９６Ｅ
g
(top)
＋５．４９｝×１．２５を満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項９】
請求項３に記載の太陽電池モジュールであって、
前記ボトムセルが有機無機ハイブリッドペロブスカイトセルである場合、
前記個数ｎ
top
と前記個数ｎ
mb
の比ｎ
mb
／ｎ
top
は、前記トップセルのバンドギャップＥ
g
(top)
に対して、｛２．１７（Ｅ
g
(top)
）
2
－６．４５Ｅ
g
(top)
＋５．０７｝×０．７５から｛２．１７（Ｅ
g
(top)
）
2
－６．４５Ｅ
g
(top)
＋５．０７｝×１．２５を満たすことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１０】
請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記トップセル及び前記ミドルセルは、有機無機ハイブリッドペロブスカイトセルであることを特徴とする太陽電池モジュール。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールに関する。
続きを表示（約 2,000 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。太陽電池を用いた太陽光発電は既に世の中に広く普及しているが、全発電量に占める割合は僅かである。したがって、光電変換効率（η
SC
）の向上が求められている。
【０００３】
太陽電池の光電変換効率（η
SC
）を向上させる最も確実な方法は、複数種の太陽電池セルを多接合化する技術である。例えば、バンドギャップが異なる３種類の太陽電池セル（バンドギャップが大きい順にトップセル、ミドルセル、ボトムセル）を積層して直列接続した直列３接合（３Ｓ）モジュール、ミドルセルとボトムセルを積層して直列接続した直列２接合モジュールとトップセルを直列接続したトップモジュールを積層すると共に並列接続した直列／並列３接合（３Ｓ／Ｐ）モジュールが提案されている。このようなモジュールの構成とすることによって光電変換効率（η
SC
）を高くすることができる。また、これらの太陽電池モジュールと電気化学リアクタを組み合わせることによって、電気化学反応デバイスの太陽光エネルギーから生成物の化学エネルギーへの変換効率（η
STC
）を高めることができる。（非特許文献１～３）
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
T. Takeda, et al., J. Appl. Phys. 127, 204503 (2020)
T. Takeda, et al., J. Appl. Phys. 132, 075002 (2022)
M. Yamaguchi, et at., J. Appl. Phys. 129, 240901 (2021)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
３Ｓモジュール、３Ｓ／Ｐモジュールのような太陽電池モジュールにより光電変換効率（η
SC
）を高めるためには、バンドギャップが２．２ｅＶ～２．３ｅＶ程度の材料を用いた高効率のトップセルが必要である。
【０００６】
しかしながら、一般的に、バンドギャップが大きい高効率の太陽電池セルを作製することは困難である。一方、バンドギャップが上記の適切な値よりも小さいトップセルを用いて太陽電池モジュールを構成すると、従来の直列２接合モジュール、電圧整合２接合モジュールよりも太陽電池モジュールの光電変換効率（η
SC
）や電気化学反応デバイスの変換効率（η
STC
）が低くなってしまう。
【０００７】
そこで、光電変換効率（η
SC
）がより高い太陽電池モジュールを提供できることが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の１つの態様は、バンドギャップが各々異なる太陽電池セルであるトップセル、ミドルセル及びボトムセルを組み合わせた太陽電池モジュールであって、光入射側から、前記トップセルを個数ｎ
top
直列接続したトップモジュールと、前記ミドルセルと前記ボトムセルを積層して直列接続したミドル／ボトム積層セルを個数ｎ
mb
直列接続したミドル／ボトムモジュールを、前記ミドル／ボトムモジュールを光入射側にして積層し、前記トップモジュールと前記ミドル／ボトムモジュールを直列接続し、前記個数ｎ
top
と前記個数ｎ
mb
の比ｎ
mb
／ｎ
top
は、前記トップモジュールの最大出力動作電流Ｊ
MPP
(top)
と前記ミドル／ボトムモジュールの最大出力動作電流Ｊ
MPP
(mb)
が２｜Ｊ
MPP
(top)
－Ｊ
MPP
(mb)
｜／｜Ｊ
MPP
(top)
＋Ｊ
MPP
(mb)
｜＜０．３を満たすように設定されていることを特徴とする太陽電池モジュールである。
【０００９】
ここで、前記トップセルのバンドギャップＥ
g
(top)
は、１．６ｅＶ以上２．４ｅＶ以下であることが好適である。
【００１０】
また、前記ボトムセルは、結晶シリコンセル、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ
2
セル、有機無機ハイブリッドペロブスカイトセルの少なくとも１つであることが好適である。
（【００１１】以降は省略されています）

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