JP2006049487A

JP2006049487A - 太陽電池モジュール

Info

Publication number: JP2006049487A
Application number: JP2004226756A
Authority: JP
Inventors: Makoto Sasaoka; 誠笹岡
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 2004-08-03
Filing date: 2004-08-03
Publication date: 2006-02-16

Abstract

【課題】本発明における目的は、光起電力素子の光入射側に少なくとも透明な表面材を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールの非発電領域に入射した太陽光線を発電領域に導き、モジュール効率を向上した太陽電池モジュールを提供することにある。
【解決手段】光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に設けられた透明な表面材を少なくとも有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールは発電領域と非発電領域を有しており、表面材は非発電領域内において非受光面側に複数のプリズムレンズを有しており、該プリズムレンズが表面材に垂直入射した太陽光線を1/2以上の割合で光起電力素子の方向に全反射する指向性を有するものであることを特長とする太陽電池モジュール。
【選択図】図１

Description

本発明は光起電力素子の光入射側に少なくとも透明な表面材を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールの非発電領域に入射した太陽光線を発電領域に導き、モジュール効率を向上する太陽電池モジュールに関する。

光起電力素子を応用した太陽電池は、電卓、腕時計など民生機器用の電源として広く応用されており、また、石油、石炭などのいわゆる化石燃料の代替電力用として実用化可能な技術として注目されている。

光起電力素子は半導体のｐｎ接合、ｐｉｎ接合、ショットキー接合等の半導体接合部に発生する拡散電位を利用した技術であり、シリコンなどの半導体が太陽光線を吸収し、電子と正孔の光キャリヤーが生成し、該光キャリヤーを前記接合部の拡散電位により生じた内部電界でドリフトさせ、外部に取り出すものである。

光起電力素子の構造は、例えばアモルファスシリコン太陽電池の場合、図17（ａ）に示すように、基板上304に下部電極305、薄膜のアモルファスシリコンからなるｐ型半導体層309、ｉ型半導体層308、ｎ型半導体層307を積層して構成される。また、変換効率を向上させるために前記ｐｉｎ接合を２つ以上直列に積層するいわゆるタンデムセルやトリプルセル等もある。

前記半導体の光入射側及び裏面側には上部電極306及び下部電極305の一対の電極が設けられる。アモルファスシリコン太陽電池においては一般的に半導体自体のシート抵抗が高いため、半導体全面にわたる透明な上部電極を必要とし、通常は、ＳｎＯ₂，ＩＴＯのような透明導電膜を設ける。該透明導電膜は反射防止膜の役目も果たす。

更に、前記上部電極の表面上には、電流を集める為の細い金属からなる集電電極504が配設される。更に、前記集電電極によって集められた電流を集めるために、バスバー電極と呼ばれる電極が形成される。バスバー電極は、前記集電電極に比べてより太い金属で作製される。

また、結晶シリコン太陽電池の場合、図17（ｂ）に示すように、下部電極305上にｐ型拡散層402、ｐ型半導体層309、ｎ型半導体層307、反射防止膜401を積層して構成される。ｎ型半導体層上には集電電極504が設けられ、集電電極と下部電極の一対の電極により発電した電力を外部に取り出している。

上記の様に作製した光起電力素子は直列化して光起電力素子群とした後、真空ラミネーターのような公知の装置を用いて、図18の様に裏面材105/封止材106/光起電力素子群109/封止材106/表面材104と積層した後、真空中で加熱圧着することで太陽電池モジュール101を成形する。

この時、裏面材として既存の屋根材である瓦材やスレート材等を用いることで、あるいは裏面材として金属鋼板を用い、太陽電池モジュールを成形後に周囲をプレス成形やローラーフォーム成形することで、屋根材一体型太陽電池モジュールとすることができる。

この屋根材一体型太陽電池モジュールは既存の屋根材と同寸法規格で作ることで、既存の屋根材と互換性を有し、設置コストや意匠性の面で優れるため非常に人気が高い（特許文献１参照）。
特開平０９−１０７１１９号公報

しかしながら、既存の屋根材と同寸法規格で作られた太陽電池モジュールは、光起電力素子のサイズとの兼ね合いから、図2にある様に光起電力素子群109と太陽電池モジュール101端部との間に非発電領域404（デッドゾーン）が生じてしまい、当部に到達した太陽光線は発電に寄与せず、モジュール効率（モジュール面積あたりの出力）を低下させる最も大きな原因となっている。

そして太陽電池モジュール内に占める非発電領域の割合は、場合によっては数十％にも及ぶ。

これらを改善する方法として、特開平11−307791（三洋電機）が開示されている。特開平11−307791は太陽電池モジュールの表面から裏面までを透過性の有する材料で形成し、光起電力素子と光起電力素子の間に入射した太陽光線を、裏面に形成した凹凸部で反射し、再び光起電力素子へ導くというものである。

しかしながら、特開平11−307791で挙げている凹凸構造は、凹凸構造で反射された太陽光線に指向性が無く、光起電力素子群と太陽電池モジュール端部との間の非発電領域から入射した太陽光線を、光起電力素子群へ効率良く導くような、反射面での指向性を必要とするケースには不向きであった。

以上の様に従来の方式では、光起電力素子の光入射側に少なくとも透明な表面材を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールの非発電領域に入射した太陽光線を効率良く発電領域に導き、モジュール効率を向上するには不十分であった。

本発明者は上記課題を解決するために鋭意研究開発を重ねた結果、以下の様な太陽電池モジュールを提案する。

即ち本発明は、光起電力素子の光入射側に少なくとも透明な表面材を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールは発電領域と非発電領域を有しており、表面材は非発電領域内において非受光面側に複数のプリズムレンズを有しており、該プリズムレンズが表面材に垂直入射した太陽光線を1/2以上の割合で光起電力素子の方向に全反射する指向性を有するものであることを特長とする。

本発明により光起電力素子の光入射側に少なくとも透明な表面材を有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールの非発電領域に入射した太陽光線を発電領域に導き、モジュール効率を向上した太陽電池モジュールを提供することができた。

本発明は、上記の問題を解決するため鋭意検討した結果完成したものであり、以下にその作用について説明する。

（１）光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に設けられた透明な表面材を少なくとも有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールは発電領域と非発電領域を有しており、表面材は非発電領域内において非受光面側に複数のプリズムレンズを有しており、該プリズムレンズが表面材に垂直入射した太陽光線を1/2以上の割合で光起電力素子の方向に全反射する指向性を有する構成とした。

これによりプリズムレンズに到達した光は、図1にあるように、プリズムレンズ103と空気層505との屈折率差によりプリズムレンズのプリズム面で全反射し、かつ隣接するプリズムレンズで屈折することで受光面405方向かつ発電領域403側に全反射され（図１中のａ）、更に表面材104の受光面405側で非受光面406方向かつ発電領域403側に全反射され（図１中のｂ）、表面材の内部を発電領域の方向へ進んでいく。そして太陽光線はこれらを1回から数回繰り返した後に効率良く光起電力素子へ導かれる。

そのため従来は無駄にしていた太陽光線を有効利用でき、モジュール効率（モジュール面積あたりの出力）が向上する。

またプリズムレンズでの全反射が指向性を有するため、発電領域から離れた非発電領域に入射した太陽光線も発電領域に効率良く導けるため、特開平11−307791（三洋電機）の様な指向性を有さない反射に対して、非発電領域に入射する太陽光線を有効活用でき、モジュール効率を向上できる。

（２）またプリズムレンズが、プリズムレンズの頂角からの法線と発電領域側のプリズム面とのなす角度θ1および、プリズムレンズの頂角からの法線ともう一方のプリズム面とのなす角度θ2がそれぞれ次の式を満たし、かつプリズム面が接する媒質の屈折率がプリズムレンズの屈折率より低くなる構成とした。

0°≦ θ1 ＜60°
（90−プリズムレンズの臨界角−15）° ＜ θ2 ≦（90−プリズムレンズの臨界角）°
これにより表面材104に垂直入射した太陽光線108は、プリズムレンズ103のモジュール端部504側のプリズム面409で必ず全反射し、効率良く光起電力素子102へ導くことができる（図3 A部詳細図のａ）。

また表面材104に垂直入射し、光起電力素子102側のプリズム面408に到達した太陽光線は光起電力素子の方向に導かれないため（図3 Ａ部詳細図のｂ）、θ1は60°未満とすることが好ましく、θ1≒0°とすることがより好ましい。

（３）またプリズムレンズのプリズム面が接する媒質が空気となる構成とした。

これにより、表面材に垂直入射した太陽光線のプリズム面での反射率が最大となり、より効率良く太陽光線を光起電力素子へ導くことができる。

（４）またプリズムレンズ103が、光起電力素子102の方向に対して垂直となる様に構成した。（図5中のａ参照）
これにより、太陽電池モジュールのどのプリズムレンズに太陽光線が入射しても、太陽光線を光起電力素子へ導くことができる。

（５）またプリズムレンズを表面材と同材料とすることで、表面材に加工性の良い材料、例えば樹脂等を用いた場合、低コストで本構成を実現できる。

（６）またプリズムレンズを表面材と別部材とし、表面材の表面に凹凸部を接着する構成とすることで、表面材に加工性の悪い材料、例えばガラス等を用いた場合、低コストで本構成を実現できる。

（７）また光起電力素子が光閉じ込め構造を有する構成とした。

これにより、光起電力素子へ到達した太陽光線が、光起電力素子の内部で反射し、再び光起電力素子外へ出ていき、効果が半減することを防ぐことができる。

次に本発明の実施形態例を詳細に説明する。

まず、本発明の太陽電池モジュールを図１を用いて詳述する。

図1(ａ)は本発明の太陽電池モジュールの外観図であり、図１(ｂ)はＡ−Ａ´断面図である。

太陽電池モジュール101は、裏面材105/封止材106/光起電力素子102/封止材106/表面材104の積層構造からなる。

太陽電池モジュール101は、発電領域403と非発電領域404を有しており、非発電領域内において表面材104は非受光面406側に複数のプリズムレンズ103を有しており、表面材104に垂直入射しプリズムレンズ103に到達した太陽光線108は、プリズムレンズで全反射及び屈折することで発電領域（光起電力素子）へ導かれる。

また、太陽電池モジュールは、光起電力素子で発電した電力を外部へ導くためのリード線及び、端子取り出し箱を裏面に備える。（図示せず。）
以下に各項目ごとに説明を加える。

《非発電領域と発電領域》
本発明における非発電領域とは、太陽電池モジュールを光入射側から見て、バスバー電極、光起電力素子間のギャップ、太陽電池モジュールにおける光起電力素子群より外のデッドゾーン等、当部に光が到達しても発電に寄与しないエリアを言う。

図2は屋根材一体型太陽電池モジュール内における非発電領域を示す図である。図中の斜線部が非発電領域404である。

また、本発明における発電領域とは、太陽電池モジュールを光入射側から見て非発電領域以外のエリア、即ち太陽光線が入射した際に起電力が発生するエリアを言う。

《光起電力素子》
本発明における光起電力素子は特に限定はなく、
単結晶、薄膜単結晶、多結晶、薄膜多結晶、アモルファス太陽電池等を用いることができる。

《光起電力素子群》
本発明における光起電力素子群とは、太陽電池モジュール内において、所望の電圧、電流を得るために、いくつかの光起電力素子を直列接続あるいは並列接続したものである。

《表面材》
本発明における表面材としては、太陽電池モジュールの最表面に設けられ、太陽光線が入射する「受光面」と、受光面と対向する面である「非受光面」から構成される。

また、表面材には光透過性、耐候性があり、汚れが付着しにくいことが要求される。

材料としては透光性のあるガラスや有機樹脂等を使用できる。

ガラスの場合、種類は特に限定しないが、青色領域の光の透過率や機械強度などの観点から、白板強化ガラスが好ましい。

有機樹脂の場合、種類は特に限定しないが、光の透過率や耐候性や汚れの付着しにくさなどの観点から、ポリエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）、ポリ３フッ化エチレン、ポリフッ化ビニルなどのフッ素樹脂、アクリル樹脂やポリカーボネート樹脂やシリコーン樹脂等が好ましい。

また上記材料中に紫外線吸収剤等の添加剤を入れることで、太陽電池モジュール内部の材料劣化を抑えることができる。

また光の伝達はＬ(発電領域からの距離)/ｔ(表面材の板厚)に依存し、Ｌ/ｔが小さい程効果を有するため、発電領域から同距離はなれた表面材に入射した太陽光線をより効率良く光起電力素子へ導くためには、表面材の厚さｔをより厚くする必要がある。

図7は、Ｌ/ｔと本発明の効果との関係を表したものである。Ｌ/ｔ及びθ1、θ2を変数にとり、評価尺度としてＰ1/Ｐ0を用いた。Ｐ1は光起電力素子102からＬ1離れた場所から太陽光線108が入射（表面材に対して垂直入射）した際に光起電力素子に到達するエネルギ量、Ｐ0は、光起電力素子102の直上から太陽光線108が入射（表面材に対して垂直入射）した際に光起電力素子に到達するエネルギ量である。Ｐ1/Ｐ0が大きい程、非発電領域に入射した太陽光線の有効利用度が高いことを示しており、Ｌ/ｔが大きくなるほどＰ1/Ｐ0が低減する様子を表している。

《裏面材》
本発明における裏面材としては特に限定はなく、金属、有機樹脂、セラミックスや、屋根材である瓦材やスレート材等への応用もいうまでもなく可能である。また数種の材料からなる複合材等を用いることも可能である。また、板状のもの、フィルム上のもの、コーティング等、様々な形状のものを用いることができる。

また、光起電力素子の裏面は大概が導電物であることを考慮すると、裏面材は絶縁材であることが好ましい。

かかる効果は、裏面材と光起電力素子間に絶縁シートを配することでも得られ、裏面材に金属鋼板等を用いる際には有効である。

また、表面材に設けられたプリズムレンズの全反射を利用して太陽光線を光起電力素子へ導くため、プリズムレンズと裏面材とが接さない構造が必要である。

《封止材》
本発明における封止材は、光起電力素子や表面材や裏面材との接着性、耐候性、緩衝効果の点でEVA（エチレンビニールアセテート）やEEA（エチレンエチルアクリレート）,PVB（ポリビニルブチラール）等が好適に用いることができ、機械的特性を向上させるため、ガラス不織布やシリカ等の補強材と合わせて使用される。またこれらの樹脂に公知の紫外線吸収剤を加えることで耐候性を向上させても良い。

封止の方法としては、例えば真空ラミネーターのような公知の装置を用いて、表面材/封止材/光起電力素子（光起電力素子群）/封止材/裏面材を真空中で加熱圧着する方法がよく知られている。

また、表面材に設けられたプリズムレンズの全反射を利用して太陽光線を光起電力素子へ導くため、プリズムレンズと封止材とが接さない構造、もしくはプリズムレンズと封止材とが接する場合は、プリズムレンズの屈折率＞封止材の屈折率とし、プリズムレンズでの光の全反射を妨げない構造とする必要がある。

《リード線と端子取出し箱》
本発明におけるリード線とは、光起電力素子で発電した電力を外部へ導くためのものであり、光起電力素子の出力端子に接続される。リード線の片端にコネクタ等を設けることで、隣接する太陽電池モジュールとの直列化が容易になる。

リード線としては特に制限されないが、使用環境に応じて要求される耐熱性・耐寒性・機械的強度・電気絶縁性・耐水性・耐油性・耐摩耗性・耐酸性・耐アルカリ性を有するものを選択する必用がある。例えば、ＩＶ、ＫＩＶ、ＨＫＩＶ，架橋ポリエチレン、フッ素ゴム、シリコーンゴム、フッ素樹脂等の絶縁電線があげられる。リード線としては電線以外にも、銅タブ、銅線等も使用できる。また、使用状況により耐傷性、耐摩耗性がより求められる際はケーブル構造のものが望ましい。

本発明における端子取出し箱とは、光起電力素子とリード線の接続部分の機械的な保護と防水性の確保のために設けられるものであり、光起電力素子とリード線の接続箇所を覆う状態で裏面材上等に取り付けられる。

端子取出し箱としては特に制限されないが、使用環境に応じて要求される耐熱性・耐寒性・機械的強度・電気絶縁性・耐水性・耐油性・耐摩耗性・耐酸性・耐アルカリ性を有するものを選択する必要がある。上記の要素を考慮すると端子取出し箱の材料としてはプラスチックが好ましく、例えば、ノリル、ポリカーボネート、ポリアミド、ポリアセタール、変性ＰＰＥ、ポリエステル、ポリアリレート、不飽和ポリエステル、フェノール樹脂、エポキシ樹脂などエンジニアリング・プラスチック等を用いることができる。

《プリズムレンズ》
本発明におけるプリズムレンズとは、表面材の非受光面側に設けられ、当部に到達した太陽光線を以下の条件で全反射及び屈折するものである。

（１）プリズムレンズで全反射した太陽光線は、隣接するプリズムレンズで屈性した後、受光面方向かつ光起電力素子側へ導かれる。

（２）プリズムレンズで全反射した太陽光線は、隣接するプリズムレンズで屈折した後、表面材の受光面で再び全反射する角度で表面材の受光面に導かれる。

（３）表面材に垂直入射した太陽光線を1/2以上の割合で光起電力素子の方向に全反射する
ここで本発明で言う「指向性を有する」とは、表面材に垂直入射した太陽光線がプリズムレンズで全反射する際、プリズムレンズに到達した太陽光線の1/2以上が表面材の内部を一方向（例えば光起電力素子のある方向）へ導かれる状態を言い、光起電力素子へ到達する太陽光線の量とは異なる。即ち、入射した太陽光線の1/2以上が表面材の内部を一方向に伝達し、表面材の受光面及び非受光面で全反射を繰り返しながら光起電力素子へ導かれる。

この時、受光面及び非受光面に到達した太陽光線の一部は表面材の外へ逃げ、光起電力素子へ導かれない。

またプリズムレンズは図3にある様に二つのプリズム面408,409で構成され、プリズム面の頂角407からの法線と光起電力素子側のプリズム面408とのなす角度θ1および、プリズムレンズの頂角407からの法線とモジュール端部504側のプリズム面409とのなす角度θ2が、それぞれ次の式を満たすよう構成されている。

0°≦ θ1 ＜60°
（90−プリズムレンズの臨界角−15）°＜ θ2 ≦（90−プリズムレンズの臨界角）°（本発明における臨界角とは図6のθｃをいう））
θ1が上記角度をなす理由は、発電領域側のプリズム面が太陽光線を光起電力素子側に全反射することに寄与せず、当部に入射した太陽光線は図3のｂの様に損失となるため、θ1は60°未満にすることが好ましく、θ1を限りなく0°に近づけることで当部での損失を低減できる。

但し、表面材を射出成形等で作製する場合は、発電領域側のプリズム面に数度の抜き勾配を設けることで生産性が向上するため製造方法に応じて適宜設定する。

θ2が上記角度をなす理由は、表面材に垂直入射した太陽光線が、プリズムレンズのモジュール側のプリズム面で必ず全反射するためのものであり、θ2を（90−プリズムレンズの臨界角）度より大きくした場合、プリズム面に到達した太陽光線は全反射せず透過してしまう。

またθ2を（90−プリズムレンズの臨界角）度よりあまり小さくした場合、プリズム面で全反射した太陽光線は表面材の受光面側とは反対の方向に導かれ、光起電力素子へ到達する太陽光線の量が低下する。

表面材に垂直入射した太陽光線を、プリズムレンズの発電領域側とは反対側のプリズムレンズで全反射させた後に、光起電力素子へ導く際に、最も効率の良い条件は、θ2が（90−プリズムレンズの臨界角）度の時である。

しかしθ2を（90−プリズムレンズの臨界角）度とした場合、図9のａにあるように表面材104に対して垂直入射する太陽光線108及び、図9のｂにあるように表面材に対して光起電力素子側とは反対側に倒れて入射する太陽光線には有効であるが、図9のｃにあるように表面材に対して光起電力素子側に倒れて入射する太陽光線には効果を有さない。

そのため、θ2を（90−プリズムレンズの臨界角）度より小さい角度とすることで、表面材104に対して垂直入射する太陽光線108に対しては効果が若干低下するものの（図10のａ）、表面材に対して光起電力素子とは反対側に倒れて入射する太陽光線に対しても（図10のｂ）、表面材に対して光起電力素子側に倒れて入射する太陽光線に対しても（図10のｃ）、効果を有する。

よって、θ2は使用用途に応じて上記範囲内で適宜設計することが好ましい。

図8は、θ1とθ2と本発明の効果との関係を表したものである。θ1及びθ2を変数にとり、評価尺度としてＰall/Ｐ0を用いた。

Ｐallは非発電領域Ｌ2(発電領域からの距離)全域にわたり太陽光線が入射（表面材に対して垂直入射）した際の光起電力素子に到達するエネルギの合計、Ｐ0は非発電領域Ｌ2と同サイズの発電領域Ｌ3の全域にわたり太陽光線が入射（表面材に対して垂直入射）した際の光起電力素子に到達するエネルギの合計である。

Ｐall/Ｐ0が大きい程、非発電領域に入射した太陽光線の有効利用度が高いことを示しており、θ1が0度、θ2が(90−プリズムレンズの臨界角)の時に本発明の効果が最大になることが表している。

例えばＬ2(発電領域からの距離)/ｔ(表面材の板厚)を7としたとき、Ｌ2全域にプリズムレンズを設けることで、Ｌ2全域に入射した太陽光線の約半分（最大値）を光起電力素子へ導けることを示している。これは、Ｌ4（発電領域からの距離がＬ2の半分）の全域に光起電力素子を敷き詰めることに相当し、従来は無駄にしていた非発電領域を有効活用できる。

またプリズムレンズのピッチや高さを光の波長の10倍程度以下にした場合、光の挙動が回折となり本発明の効果が得られなくなる。そのため、本発明のプリズムレンズのピッチや高さは、光の波長の10倍程度以上とすることが好ましい。

またプリズムレンズのプリズム面が接する媒質を空気とすることで、本発明の効果を最も得られる。この時、プリズム面に塵や埃等が付着すると、当部での全反射率が低下し効果が低減するため、プリズム面と接している空間層が外環境と遮断されている密閉空間であることが好ましい。

《プリズムレンズの製造方法》
プリズムレンズは表面材と同部材とする構成、あるいはプリズムレンズを表面材と別部材で作製し表面材に接着する構成がとりうる。

プリズムレンズを表面材と同部材とする場合は、以下の製造方法をとりうるが、これに限られたものでない。

（１）表面材を成形する際、プリズムレンズを同時に成形する。（インジェクション成形やコンプレッション成形等の一体成形）
（２）表面材を成形した後、切削あるいは研磨あるいは研削等の機械加工によりプリズムレンズを形成する。

（３）表面材を成形した後、熱プレスあるいは熱ローラあるいは金型（加熱したもの)等を押し付けることによりプリズムレンズを形成する。

プリズムレンズを表面材と別部材とする場合、以下の製造方法をとりうるが、これに限られたものでない。

（１）予めプリズムレンズを形成した透過性のある樹脂シートあるいは樹脂フィルムを接着剤あるいは粘着剤により取り付ける。

（２）表面材上のプリズムレンズを形成する部位に、透過性の有するシリコーンシーラント等を塗布し、シリコーンシーラントが硬化する前に、シリコーンシーラント表面にプリズムレンズ形状を転写する。

（３）プリズムレンズを反転した形状を有する金型に紫外線硬化樹脂を流し込み、その上に表面材を配置した後、紫外線を照射することで表面材上にプリズムレンズを形成する。

《太陽電池モジュールの設置方向》
本発明の太陽電池モジュールは南面屋根に用いられることで効果を最も有する。

また、太陽を追尾する追尾架台上に設置することで、常に効果を得られる。

また、太陽電池モジュール上のプリズムレンズを設ける部位によっても効果を得られる季節や時間帯が異なる。

図11は、南面の屋根501に設置された太陽電池モジュール101であり、光起電力素子102の西側（ａ部）、光起電力素子102の南側（ｂ部）、光起電力素子102の東側（ｃ部）にそれぞれプリズムレンズを備えている。

この時、ａ部及びｃ部にあるプリズムレンズは太陽の季節変動に影響されること無く効果を得られるが、時刻変動の影響を受けやすく南中の前後数時間のみ効果を得られる。

また、ｂ部にあるプリズムレンズは太陽の時角に影響されること無く効果を得られるが、季節変動の影響を受けやすくある季節の前後数ヶ月のみ効果を得られる。

但し、ａ部、ｂ部、ｃ部の何れの領域にプリズムレンズを設けても、年間発電量の向上に寄与する。

以下に該請求項に沿った実施例について記載するが、本発明の実質的内容は下記実施例の具備する具体的な記述に限定されるものではない。

図12乃至図14に本実施例の第1の実施例を示す。

本実施例は、住宅の南面屋根に取り付けられる屋根材一体型太陽電池モジュールであり、表面材の材料としてアクリル樹脂を用い、表面材をインジェクション成形する際にプリズムレンズを同時に成形した。

図12は既存の屋根材502と混ぜ葺きした太陽電池モジュール101であり、既存の屋根材と同寸法規格で作製した。そのため、既存サイズの光起電力素子102を太陽電池モジュール101の内部に配置していくと光起電力素子の外側に非発電領域404（図中斜線部）が生じ、場合によっては太陽電池モジュール内に占める非発電領域の面積が数十％となる。

従来の太陽電池モジュールは、非発電領域に入射した太陽光線は発電に寄与せず、そのまま無駄にしていた。

以下、図13により詳細に説明する。

表面材104として耐候性及び透過性に優れるアクリル樹脂を用いた。

表面材はインジェクション成形により作製し、予めプリズムレンズを反転した形状を金型に作製しておくことで、プリズムレンズ103が表面材104と一体となった表面材を作製した。

次に、封止材106としてＥＶＡ、光起電力素子102としてアモルファスシリコン太陽電池、裏面材105としてステンレス鋼板を用い、表面材104/封止材106/光起電力素子102/封止材106/裏面材105と積層した後、真空ラミネータを用いて真空中で加熱圧着した。

次にローラフォームにより太陽電池モジュールの端部に接合部503を成形した。次にプリズムレンズ103と裏面材105との間に有する空間に塵や埃や水が浸入しないように当部をシール材301で封止し密閉空間とした。

最後に、裏面材105に光起電力素子で発電した電力を外部へ導くためのリード線及び端子取り出し箱を取り付け（図示せず）、屋根材一体型太陽電池モジュール作製した。

以上の様に作製した太陽電池モジュールは、従来の太陽電池モジュールでは有効活用されていなかった非発電領域に入射した太陽光線が、光起電力素子へ導かれるため年間発電量が増加する。

図14は各非発電領域404に入射した太陽光線が表面材の内部を進む向きを視覚化したものである。

図15乃至図16に本実施例の第2の実施例を示す。

本実施例は、住宅の南面屋根に取り付けられる屋根材一体型太陽電池モジュールであり、表面材として市販の白板強化ガラス板を用い、プリズムレンズの形状をした透過性のある樹脂シートを接着剤により表面材に取り付けた。

以下、詳細に説明する。

表面材104として耐候性及び透過性に優れる白板強化ガラス板を用いた。

白板強化ガラス板は、切削等の機械加工によりプリズムレンズを成形することが困難であるため、本実施例では、板厚が一定の表面材104上に、プリズムレンズシート302を接着剤107により接着した。（図16のＣ部拡大図を参照）
プリズムレンズシート302は厚み1mmからなるアクリル樹脂製のシートで、表面に微細なプリズムレンズ103が形成されている。このプリズムレンズシートを定寸に切断した後、白板ガラス板上に透過性の有するＵＶ硬化型接着剤にて接着した。

この際、光起電力素子の発電領域上の封止材の厚みを厚くすることで、加熱圧着した太陽電池モジュールは、プリズムレンズ103と封止材106との間に空気層を有する構造となった。

次にローラフォームにより接合部503を成形した。次にプリズムレンズ103と封止材106との間に有する空間に塵や埃や水が浸入しないようにシール材301で封止し密閉空間とした。

以上の様に作製した太陽電池モジュールは、従来の太陽電池モジュールでは有効活用されていなかった非発電領域（光起電力素子と太陽電池モジュール間のデッドゾーン、バスバー電極303上）に入射する太陽光線を光起電力素子へ導けるため、年間発電量が増加する。

また従来の太陽電池モジュールに一般的に用いられていた白板強化ガラス板に、容易にプリズムレンズを形成することができ、低コストで本発明を実施できる。

本発明を説明する図。本発明を説明する図。『実施の形態』を説明する図。『実施の形態』を説明する図。『実施の形態』を説明する図。『実施の形態』を説明する図。『実施の形態』を説明する図。『実施の形態』を説明する図。『実施の形態』を説明する図。『実施の形態』を説明する図。『実施の形態』を説明する図。本発明第1の実施例を説明する図。本発明第1の実施例を説明する図。本発明第1の実施例を説明する図。本発明第2の実施例を説明する図。本発明第2の実施例を説明する図。光起電力素子の概略図。従来例を説明する図。

符号の説明

101 太陽電池モジュール
102 光起電力素子
103 プリズムレンズ
104 表面材
105 裏面材
106 封止材
107 接着材
108 太陽光線
109 光起電力素子群
301 シール材
302 プリズムレンズシート
303 バスバー電極
304 基板
305 下部電極
306 上部電極
307 ｎ型半導体層
308 ｉ型半導体層
309 ｐ型半導体層
401 反射防止膜
402 ｐ型拡散層
403 発電領域
404 非発電領域
405 受光面
406 非受光面
407 頂角
408 プリズム面
409 プリズム面
501 屋根材
502 既存の屋根材
503 接合部
504 モジュール端部
505 空気層

Claims

光起電力素子と、光起電力素子の光入射側に設けられた透明な表面材を少なくとも有する太陽電池モジュールにおいて、太陽電池モジュールは発電領域と非発電領域を有しており、表面材は非発電領域内において非受光面側に複数のプリズムレンズを有しており、該プリズムレンズが表面材に垂直入射した太陽光線を1/2以上の割合で光起電力素子の方向に全反射する指向性を有するものであることを特長とする太陽電池モジュール。
請求項１記載のプリズムレンズが、プリズムレンズの頂角からの法線と発電領域側のプリズム面とのなす角度θ1および、プリズムレンズの頂角からの法線ともう一方のプリズム面とのなす角度θ2が、
0°≦ θ1 ＜60°
（90−プリズムレンズの臨界角−15）° ＜ θ2 ≦（90−プリズムレンズの臨界角）°
を満たし、かつプリズム面が接する媒質の屈折率がプリズムレンズの屈折率より低いことを特徴とする太陽電池モジュール。
前記プリズムレンズのプリズム面が接する媒質が空気であることを特長とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
プリズムレンズが、発電領域の方向に対して垂直に設けられていることを特長とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
前記プリズムレンズが表面材と同部材であることを特長とする請求項１又は２太陽電池モジュール。
前記プリズムレンズが表面材と別部材であり、表面材の裏面に接着されていることを特長とする請求項１又は２記載の太陽電池モジュール。
前記光起電力素子が光閉じ込め構造を有することを特長とする請求項１又は２太陽電池モジュール。