JP2005243675A - 太陽電池モジュール、電子機器および非接触記録情報媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】太陽電池モジュールであっても特定の文字、記号または図形のパターンを認識する技術が望まれていた。
【解決手段】太陽電池を特定の文字、記号または図形のパターンに形成しない部分を設けることで意匠性をもつことを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。これにより、太陽電池に特定の文字、記号または図形のパターンに形成しない部分を設けることで意匠性をもつこと特徴とする。太陽電池モジュールの中に光電変換層または光電変換層と電極を設けない太陽電池でない部分を作ることで、光電変換層がある部分との色合いの違いによって特定の文字、記号または図形のパターンを認識することができる。
特に、太陽電池が形成されていない部分の面積がモジュール全体の５０％以下であることを特徴とする太陽電池モジュールを提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は意匠性を具備することを特徴とする太陽電池モジュール等に関するものである。

太陽電池に特定の文字、記号または図形のパターン等の意匠性を持たせることは、太陽電池モジュールの付加価値を高める上で極めて重要である。屋根等に設ける電力用太陽電池モジュールにおいてはモジュール上に文字等を入れて広告塔の役目を果たさせたり、また携帯用電子機器に具備する民生用太陽電池においては文字や絵柄等を太陽電池上に入れることで商品の価値を大いに増すことができる。

従来ではセル表面に印刷等で文字や絵柄を設けたり、収集用電極を特定の文字、記号、または図形のパターンに形成していた（例えば特許文献１）。しかし、太陽電池表面を印刷パターンや収集用電極で過剰に覆ってしまうと、太陽電池内に暗電流が流れそれによってセル特性が悪化することが知られている。また、収集用電極を各文字、記号等のパターンとして用いると各文字や記号等のパターンがお互いに電気的に繋がっている必要があり、意匠性を設ける上で自由度が大きく失われる。

特許文献は以下の通り。
特開２００２−６４２１４号公報

請求項１に係る本発明では、太陽電池モジュールであっても特定の文字、記号または図形のパターンを認識することが求められていた。

また、請求項２に係る本発明では太陽電池モジュールの発電能力を大きく損なわずに太陽電池モジュールに意匠性を持たせることが求められていた。

また、従来は太陽電池を設けることでその太陽電池領域では意匠性を付与することが困難であり、これにより意匠性が著しく損なわれていた。請求項３に係る本発明では、意匠性に優れた電子機器やＩＣタグ等の非接触記録情報媒体を提供すること求められていた。

請求項１に係る本願発明は、太陽電池を特定の文字、記号または図形のパターンに形成しない部分を設けることで意匠性をもつことを特徴とする太陽電池モジュールを提供するものである。

これにより、太陽電池に特定の文字、記号または図形のパターンに形成しない部分を設けることで意匠性をもつこと特徴とする。太陽電池モジュールの中に光電変換層または光電変換層と電極を設けない太陽電池でない部分を作ることで、光電変換層がある部分との色合いの違いによって特定の文字、記号または図形のパターンを認識することができる。

請求項２に係る本願発明は、請求項１記載の太陽電池が形成されていない部分の面積がモジュール全体の５０％以下であることを特徴とする太陽電池モジュールを提供するものである。これにより太陽電池モジュールの発電能力を大きく損なわずに太陽電池モジュー
ルに意匠性を持たせることができる。

請求項３に係る本願発明は、請求項１または請求項２記載の太陽電池を動力として用いることを特徴とする電子機器を提供するものである。

請求項４に係る本願発明は、請求項１または請求項２記載の太陽電池を動力として用いることを特徴とする非接触記録情報媒体を提供するものである。

請求項３、４により太陽電池を動力源としても意匠性を失うことがなくなった。

以上、本発明によれば、太陽電池の特定の文字、記号または図形のパターンに形成しない部分を設けることで変換効率のロスが少なくかつ太陽電池モジュールに意匠性を付与することができるという利点がある。

この発明の実施の形態について以下に述べる。本発明の太陽電池モジュールは半導体の光起電力効果を利用して発電するもの全てを含有しており、シリコンおよびゲルマニウムを主成分とする非単結晶太陽電池、化合物系半導体太陽電池、色素増感太陽電池、有機半導体太陽電池などが好適に用いられる。上記のシリコンおよびゲルマニウムを主成分とする非単結晶太陽電池においては、ｐｉｎ型（スーパーストレートタイプ）太陽電池、ｎｉｐ型（サブストレートタイプ）太陽電池のどちらの構成をとっても構わないし、いわゆるタンデム型、トリプル型太陽電池のように素子を複数個積層しても構わない。

また、太陽電池を特定の文字、記号または図形のパターンに形成しない部分を設ける方法としては、（１）特定の文字、記号または図形のパターン形状で基材に孔や溝を空ける（図１もしくは図２）、（２）特定の文字、記号または図形のパターン形状に透明電極、光電変換層、裏面電極がエッチングされている（図３もしくは図４）、（３）−１基材側から太陽光が入射される場合（スーパーストレート型）では特定の文字、記号または図形のパターン形状に光電変換層および裏面電極部分がエッチングされている（図５）、（３）−２基材の逆側から太陽光が入射される場合（サブストレート型）では特定の文字、記号または図形のパターン形状に光電変換層と透明電極がエッチングされている（図６）などが考えられる。

（１）の特定の文字、記号または図形のパターン形状で基材に孔や溝を空ける方法としては、ウエットエッチング、レーザースクライブ等が挙げられ、特にポリマーフィルム基材やアルミフォイル、薄ＳＵＳ（ステンレス）板を用いる場合にはパンチング等で極めて容易に加工が可能であるがこれらに限定されるわけではない。基材に穴や溝を形成してから透明電極、光電変換層、裏面電極を形成してもよいし、太陽電池を形成してから孔や溝を設けてもよい。

また（２）の特定の文字、記号または図形のパターン形状に透明電極、光電変換層、裏面電極がエッチングされている場合について説明する。図２のように基材側から太陽光が入射される場合（スーパーストレート型）においては基材上に透明導電膜を形成後、特定の文字、記号または図形のパターン形状のマスクで覆い、光電変換層、裏面電極を作製する。または、金属電極層、光電変換層をエッチングすることもできるが、これらに限定されるわけではない。図３のように基材の逆側から太陽光が入射される場合（サブストレート型）においては、基材上に裏面電極を作製後、特定の文字、記号または図形のパターン形状のマスクで覆い、光電変換層、透明電極を作製する。または、透明電極、光電変換層をエッチングすることもできるが、これらに限定されるわけではない。

また（２）の特定の文字、記号または図形のパターン形状に透明電極、光電変換層、裏面電極がエッチングされている場合について説明する。図３のように基材側から太陽光が入射される場合（スーパーストレート型）においては基材上に透明導電膜、光電変換層、裏面電極を形成後、透明導電膜、金属電極層、光電変換層をエッチングすることができる。もしくは、基材上に特定の文字、記号または図形のパターン形状のマスクを設けてから、透明導電膜、光電変換層、裏面電極を形成することもできるが、これらに限定されるわけではない。図４のように基材の逆側から太陽光が入射される場合（サブストレート型）においては、基材上に裏面電極、光電変換層、透明電極を作製後、裏面電極、光電変換層、透明電極を作製後をエッチングすることができる。もしくは、基材上に特定の文字、記号または図形のパターン形状のマスクを設けてから、裏面電極、光電変換層、透明導電膜を形成することもできるが、これらに限定されるわけではない。

また（３）の特定の文字、記号または図形のパターン形状に透明電極、光電変換層、裏面電極がエッチングされている場合について説明する。図５のように基材側から太陽光が入射される場合（スーパーストレート型）においては基材上に透明導電膜を形成後、特定の文字、記号または図形のパターン形状のマスクで覆い、光電変換層、裏面電極を作製する。または、金属電極層、光電変換層をエッチングすることもできるが、これらに限定されるわけではない。図６のように基材の逆側から太陽光が入射される場合（サブストレート型）においては、基材上に裏面電極を作製後、特定の文字、記号または図形のパターン形状のマスクで覆い、光電変換層、透明電極を作製する。または、透明電極、光電変換層をエッチングすることもできるが、これらに限定されるわけではない。

またの特定の文字、記号または図形のパターン形状に透明電極、光電変換層、裏面電極がエッチングされている場合について説明する。図２のように基材側から太陽光が入射される場合（スーパーストレート型）においては基材上に透明導電膜を形成後、特定の文字、記号または図形のパターン形状のマスクで覆い、光電変換層、裏面電極を作製する。または、金属電極層、光電変換層をエッチングすることもできるが、これらに限定されるわけではない。図３のように基材の逆側から太陽光が入射される場合（サブストレート型）においては、基材上に裏面電極を作製後、特定の文字、記号または図形のパターン形状のマスクで覆い、光電変換層、透明電極を作製する。または、透明電極、光電変換層をエッチングすることもできるが、これらに限定されるわけではない。

以上のようにして太陽電池を特定の文字、記号または図形のパターン形状に取り除くことで図７のように意匠性のある太陽電池モジュールを実現することができる。

また太陽電池の受光領域を遮ることなく用いて、高い変換効率を出すためには、光電変換層等が設けられていない特定の文字、記号または図形のパターン形状の部分の面積がモジュール全体の面積の５０％以下であることが必要である。好ましくは８０％以上である。

透明電極は、厚さ１０〜５００ｎｍの酸化スズ、酸化インジウム、酸化亜鉛等の酸化物、もしくは厚さ５〜１５ｎｍの金、白金、パラジウム、銀およびこれらの合金等の金属薄膜などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。これらの透光性の導電膜は入射太陽光を良く透過し、かつ表面抵抗の小さい層が好ましく、厚さ５〜１５ｎｍの金、白金層、厚さ３０〜２００ｎｍのスズドープ酸化インジウム層が好ましい。透明電極はスパッタ法、真空蒸着法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法、ゾルゲル法、印刷法等で堆積させる。

また透明電極上に金属等によるグリッド電極を形成することもできる。この場合、グリ
ッド電極はスクリーン印刷法、真空蒸着法、スパッタ法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法、ゾルゲル法等で作製することができる。

裏面電極としては、鉄、クロム、チタン、タンタル、ニオブ、モリブデン、ニッケル、アルミニウム、コバルト等の金属、ニクロム、ステンレス等の合金からなる金属薄膜が用いられるがこれらに限定されるものではない。これらの金属層は、真空蒸着、スパッタリング、イオンプレーティング法、印刷法、メッキ法の手段によって設ける。またこれらの金属層と光電変換層との間に厚さ２ｎｍ〜５００ｎｍの透明な電極を設けることも可能である。また裏面電極として透明導電性酸化物薄膜を用いて太陽電池モジュール全面に透視性をもたせる、いわゆる“シースルー型太陽電池”モジュールとすることも可能である。

本発明の太陽電池モジュールの基材としては絶縁性材料、導電性材料のどちらであっても構わないし、また可撓性、非可撓性のどちらでも可能である。具体的にはガラス、石英、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、ポリイミド、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ＳＵＳ薄板、Ａｌフォイルなどを使用することができるが、これらに限定されるわけではない。これらは単独の基材として使用してもよいが、二種以上を積層した複合基材を使用することもできる。

また太陽電池の耐候性をあげるために、上記の層上あるは層間のいずれかに設けガスバリアー層を設けることも可能である。ケイ素酸化物（ＳｉＯｘ）、ケイ素窒化物（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）のいずれかの単独、もしくは二種以上の混合系の蒸着層、または無機−有機のハイブリッドコート層のうちのいずれか一種、または二種以上を組み合わせた複合層を好適に使用できる。

上記、ケイ素酸化物（ＳｉＯｘ）、ケイ素窒化物（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（ＡｌｘＯｙ）などの蒸着層は蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ディッピング法、ゾルゲル法などにより基材フィルム上に容易に形成することができる。このようなバリア層の厚さは５〜５００ｎｍの範囲が適当であり、特に３０〜１５０ｎｍの範囲が好ましい。

また本発明の太陽電池モジュールは電力用太陽電池モジュールとして屋根の上などに設置し、社名や商品の広告として用いることもできる。また電子機器や非接触記録情報媒体およびＩＣタグ等の補助電源として用いて、それらに意匠性を付与することも効果的である。

ここに本発明の太陽電池モジュールを用いた電子機器、ＩＣタグなどの非接触記録情報媒体については、図面を参照しながら説明するが、これらに限定されるわけではない。図８は、本発明の意匠性を持つ太陽電池モジュールを具備した非接触型ＩＣカードの構成を示す図である。この構成は補助電源及び電源切替回路を有する以外は、通常の非接触型ＩＣカードと同様な構成である。すなわち、ＩＣ１０は、ユーザーのプログラムに従いデータ処理を行うＣＰＵ１４、プログラムを格納しているＲＯＭ１６、データを格納するＲＡＭ１７、動作されるためのクロック１５、データおよびアドレス等を伝達させるバス１３、アナログからデジタルに、デジタルからアナログに変復調させる変復調回路１１、変復調回路１１とバス１３の間でデータをパラレル／シリアル変換する入出力制御回路１２とから構成されている。

ＩＣ１０に電力を供給するに当たって、補助電源からの電力と電磁波から得られる電力を電源切替回路に接続して、電源を切り替えることができるようにする。電源の切替時には、瞬断が起こらないように配慮したダイオード４１、４２、および抵抗４３からなる電源切替回路４０を形成する。

アンテナ回路（共振回路）６０は、コイル６１と可変コンデンサー６２からなり、端末（リーダ／ライタ）から電磁波７０によってデータの送受信及び電気の供給を受けるための回路であり、受信した電磁波から得られる交流電圧を直流電圧に整流するダイオード５１、５２、５３、５４で構成されたブリッジ回路５０、この得られた電力を安定化させるための図２に示すような電源安定化回路３１を通し電源切替回路４０に接続する。

一方、太陽電池である補助電源２０からも電源切替回路４０に電力を供給できるようにダイオード４１を電圧安定化回路３１の出力に接続させておく。電磁波からの電力供給が少なくなったり或いは途切れた場合は、補助電源から電力を供給させる。このような構成にすることにより、変復調回路１１、ＣＰＵ１４、記憶素子１６、１７等に電力を供給することが可能で、情報の伝送が確実に行えるようになる。

この様な太陽電池モジュールは、情報記録媒体の駆動に役立つ配線が設けられるものであれば以上のような配線以外でも構わないものであり、ＩＣ、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の構成も上記以外の構成を持つものでも良い事は当然である。

図９に本発明の太陽電池を補助電源として用いた非接触型ＩＣカードの例を平面図で示す。非接触型ＩＣカード１０１内にはＩＣ２０が収納されており、ＩＣ１０等の駆動のための補助電源２０である太陽電池が太陽電池モジュール１０２内に設けられている。具体的には、この太陽電池モジュール１０２は星形部分を除いて補助電源２０である太陽電池となっており、この部分で起電した電力によりＩＣ１０などが駆動できる。

以下に本発明の意匠性を持つ太陽電池モジュールの作製方法を具体的に説明する。ただし、本発明はこれらに限定されるものではない。

まず、ポリカーボネートフィルム（厚さ１８０ｍｍ）上にスパッタ法でＩＴＯ（インジウムドープ酸化スズ膜）を膜厚２００ｎｍ設け、さらにプラズマＣＶＤ法でｐ型アモルファスシリコン膜、ｉ型アモルファスシリコン膜、ｎ型アモルファスシリコン膜を以下のような条件で作製した。

ｐ型アモルファスシリコン：ＳｉＨ₄流量：１０ＳＣＣＭ、Ｈ₂で希釈したＢ₂Ｈ₆ガス（Ｈ₂：９９％、Ｂ₂Ｈ₆ガス：１％）流量１０ＳＣＣＭ、ＣＨ₃流量：１０ＳＣＣＭ、動作圧力２５Ｐａ、投入電力１０Ｗ、励起周波数１３．５６ＭＨｚ、基板温度：１２５℃、膜厚２０ｎｍ
ｉ型アモルファスシリコン膜：ＳｉＨ₄流量：１０ＳＣＣＭ、Ｈ₂流量：１５０ＳＣＣＭ、動作圧力５０Ｐａ、投入電力５Ｗ、励起周波数５４．２４ＭＨｚ、基板温度：１２５℃、膜厚３００ｎｍ
ｎ型アモルファスシリコン膜：ＳｉＨ₄流量：１０ＳＣＣＭ、Ｈ₂で希釈したＰＨ₃ガス（Ｈ₂：９９％、ＰＨ₃ガス：１％）流量：２０ＳＣＣＭ、動作圧力２０Ｐａ、投入電力１０Ｗ、励起周波数５４．２４ＭＨｚ、基板温度：１２５℃、膜厚２５ｎｍ
その後、スパッタ法でＺｎＯ膜を３０ｎｍ成膜し、さらにＡｇを２００ｎｍ真空蒸着法で設ける。しかるのちに、パンチング法で特定の文字、記号または図形のパターン状に太陽電池部分とポリカーボネイトフィルム基材を同時に除去する（図１参照）。

まず、青板ガラス上にスパッタ法でＦをドープしたＳｎＯ₂を膜厚２００ｎｍ設け、さらにプラズマＣＶＤ法でｐ型アモルファスシリコン膜、ｉ型アモルファスシリコン膜、ｎ型アモルファスシリコン膜を以下のような条件で作製した。

ｐ型アモルファスシリコン：ＳｉＨ₄流量：１０ＳＣＣＭ、Ｈ₂で希釈したＢ₂Ｈ₆ガス（Ｈ₂：９９％、Ｂ₂Ｈ₆ガス：１％）流量１０ＳＣＣＭ、ＣＨ₃流量：１０ＳＣＣＭ、動作圧力２５Ｐａ、投入電力１０Ｗ、励起周波数１３．５６ＭＨｚ、基板温度：２００℃、膜厚２０ｎｍ
ｉ型アモルファスシリコン膜：ＳｉＨ₄流量：１０ＳＣＣＭ、Ｈ₂流量：１５０ＳＣＣＭ、動作圧力５０Ｐａ、投入電力５Ｗ、励起周波数５４．２４ＭＨｚ、基板温度：２２５℃、膜厚３００ｎｍ
ｎ型アモルファスシリコン膜：ＳｉＨ₄流量：１０ＳＣＣＭ、Ｈ₂で希釈したＰＨ₃ガス（Ｈ₂：９９％、ＰＨ₃ガス：１％）流量：２０ＳＣＣＭ、動作圧力２０Ｐａ、投入電力１０Ｗ、励起周波数５４．２４ＭＨｚ、基板温度：２５０℃、膜厚２５ｎｍ
その後、スパッタ法でＺｎＯ膜を３０ｎｍ成膜し、さらにＡｇを２００ｎｍ真空蒸着法で設けた後、レーザースクライブ法で裏面電極、光電変換層、透明導電膜を特定の文字、記号または図形のパターン状に取り除いた。（図３）

まず、青板ガラス上にスパッタ法でＦをドープしたＳｎＯ₂を膜厚２００ｎｍ設け、さらにプラズマＣＶＤ法でｐ型アモルファスシリコン膜、ｉ型アモルファスシリコン膜、ｎ型アモルファスシリコン膜を以下のような条件で作製した。

ｐ型アモルファスシリコン：ＳｉＨ₄流量：１０ＳＣＣＭ、Ｈ₂で希釈したＢ₂Ｈ₆ガス（Ｈ₂：９９％、Ｂ₂Ｈ₆ガス：１％）流量１０ＳＣＣＭ、ＣＨ₃流量：１０ＳＣＣＭ、動作圧力２５Ｐａ、投入電力１０Ｗ、励起周波数１３．５６ＭＨｚ、基板温度：２００℃、膜厚２０ｎｍ
ｉ型アモルファスシリコン膜：ＳｉＨ₄流量：１０ＳＣＣＭ、Ｈ₂流量：１５０ＳＣＣＭ、動作圧力５０Ｐａ、投入電力５Ｗ、励起周波数５４．２４ＭＨｚ、基板温度：２２５℃、膜厚３００ｎｍ
ｎ型アモルファスシリコン膜：ＳｉＨ₄流量：１０ＳＣＣＭ、Ｈ₂で希釈したＰＨ₃ガス（Ｈ₂：９９％、ＰＨ₃ガス：１％）流量：２０ＳＣＣＭ、動作圧力２０Ｐａ、投入電力１０Ｗ、励起周波数５４．２４ＭＨｚ、基板温度：２５０℃、膜厚２５ｎｍ
その後、スパッタ法でＺｎＯ膜を３０ｎｍ成膜し、さらにＡｇを２００ｎｍ真空蒸着法で設けた後、レジストを塗布して金属電極層を塩化第二鉄（ＦｅＣｌ₂）でウエットエッチングし、さらに光電変換層をＣＦ₄でドライエッチングした（図５）。

本発明は意匠性を具備することを特徴とする太陽電池モジュールに関するものである。

本発明による意匠性を持った太陽電池モジュールの特定の文字、記号または図形のパターン部分の断面図である。 本発明による意匠性を持った太陽電池モジュールの特定の文字、記号または図形のパターン部分の断面図である。 本発明による意匠性を持った太陽電池モジュールの特定の文字、記号または図形のパターン部分の断面図である。 本発明による意匠性を持った太陽電池モジュールの特定の文字、記号または図形のパターン部分の断面図である。 本発明による意匠性を持った太陽電池モジュールの特定の文字、記号または図形のパターン部分の断面図である。 本発明による意匠性を持った太陽電池モジュールの特定の文字、記号または図形のパターン部分の断面図である。 本発明の意匠性を持つ太陽電池モジュールの一例を示す平面図である。 本発明の意匠性を持つ太陽電池モジュールを具備した非接触型ＩＣカードの構成を示すブロック図である。 本発明の太陽電池を補助電源として用いた非接触型ＩＣカードを示す平面図である。

符号の説明

１． 基材
２． 透明導電膜
３． 光電変換層
４． 裏面電極
５． 特定の文字、記号または図形のパターン部分
１０． ＩＣ
１１． 変復調回路
１２． 入出力制御回路
１３． バス
１４． ＣＰＵ
１５． クロック
１６． ＲＯＭ
１７． ＲＡＭ
２０． 補助電源
２１． 外部充電端子
３０． 蓄電コンデンサ
３１． 電圧安定回路
４０． 電源切替回路
４１． ダイオード
５０． ブリッジ回路
５１，５２，５３，５４． ダイオード
６０． アンテナ（共振回路）
６１． コイル
６２． 可変コンデンサ
７０． 電磁波
１０１． 非接触型ＩＣカード
１０２． 太陽電池モジュール

Claims (4)

1. 太陽電池を特定の文字、記号または図形のパターンに形成しない部分を設けることで意匠性をもつことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 請求項１記載の太陽電池が形成されていない部分の面積がモジュール全体の５０％以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。
3. 請求項１または請求項２記載の太陽電池を動力として用いることを特徴とする電子機器。
4. 請求項１または請求項２記載の太陽電池を動力として用いることを特徴とする非接触記録情報媒体。

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