JP2009206160A - 太陽電池アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】屋内外での設置場所や向きに依存することなく、垂直に又は斜めから入射する光を効果的に利用して高出力の電気を長時間安定して発生できて光電変換効率が良く、強い光や熱に長期間曝されても黄変したり劣化したりせず耐光性や耐熱性に優れ、丈夫で耐擦傷性に優れ、寿命が長くて信頼性が高くて、簡易な構造であって、簡便に製造でき生産性が良く、安価な太陽電池アセンブリを提供する。
【解決手段】太陽電池アセンブリは、一方の半導体層３ａの表面が他方の半導体層３ｂで覆われ、他方の半導体層３ｂの欠落部分から一方の半導体層３ａが露出している光電変換素子３が、反射凹面２の底部又は上部に配置され、その他方の半導体層３ｂが電極を兼ねる反射凹面２に接触し、その一方の半導体層３ａに前記欠落部分を通じて電極エレメント７が接触しており、前記反射凹面２の少なくとも開放面が、光を透過する樹脂４で覆われている。
【選択図】図３

Description

本発明は、入射した光を光電変換素子に直接誘導したり反射させて誘導したりして、その光を電気に変換する太陽電池のアセンブリに関するものである。

太陽電池は、シリコン結晶半導体や有機半導体の光電変換素子が光を受けたときに、それの光起電力により電気を、発生させるものである。

太陽電池は、パネル板状のシリコン結晶半導体の光電変換素子を用いたものが汎用されている。この光電変換素子は、ヒ素を混入したｎ型シリコン結晶の薄膜に、ホウ素を含有させたｐ型シリコン結晶の薄膜を積層させ、両薄膜に電極を接続させたものが知られている。このような光電変換素子を、ガラス製カバーやアクリル樹脂又はエポキシ樹脂等の透明樹脂製カバーで被覆して、太陽電池アセンブリとしている。ガラス製カバーは重くて任意の形状に成形加工し難いうえ割れ易く、一方透明樹脂製カバーは耐光性・耐熱性・耐擦傷性に劣り、とりわけエポキシ樹脂製カバーは経時的に黄変して光の透過を妨害してしまう。しかも、入射光側の電極の所為でその光が遮られ十分に活用されない。さらに高純度のシリコン結晶の薄膜を積層させるのは煩雑で歩留まりが悪いうえコストがかかる。

凸レンズやフレネルレンズでパネル薄片状の光電変換素子に光を集束させる太陽電池アセンブリも知られている。このような太陽電池アセンブリは、レンズと光電変換素子との間の空気層の所為で光電変換素子の表面反射による光のロスを生じてしまう。

また、太陽電池アセンブリとして、特許文献１のように、光を反射する被覆層を設けた凹部内の支持体の底に、第１半導体層とその外方の第２半導体層とを有するほぼ球状の光電変換素子が、配置された光発電装置も、知られている。この太陽電池アセンブリは、反射光の一部を光電変換素子に集束させることができる。

しかし光が斜めから入射する場合、図６に示すように、支持体の縁の所為で影ができ、その凹部の底に在る光電変換素子に光が到達できない場合がある。また、反射光が光電変換素子へ向かず、利用できない場合もある。

特許第３４９０９６９号公報

本発明は前記の課題を解決するためになされたもので、屋内外での設置場所や向きに依存することなく、垂直に又は斜めから入射する光を効果的に利用して高出力の電気を長時間安定して発生できて光電変換効率が良く、強い光や熱に長期間曝されても黄変したり劣化したりせず耐光性や耐熱性に優れ、丈夫で耐擦傷性に優れ、寿命が長くて信頼性が高くて、簡易な構造であって、簡便に製造でき生産性が良く、安価な太陽電池アセンブリを提供することを目的とする。

前記の目的を達成するためになされた特許請求の範囲の請求項１に記載の太陽電池アセンブリは、一方の半導体層の表面が他方の半導体層で覆われ、他方の半導体層の欠落部分から一方の半導体層が露出している光電変換素子が、反射凹面の底部又はその上部に配置され、その他方の半導体層が電極に接続し、その一方の半導体層に前記露出部分を通じて電極エレメントが接続しており、前記反射凹面の少なくとも開放面が、光を透過する樹脂で覆われていることを特徴とする。

請求項２に記載の太陽電池アセンブリは、請求項１に記載されたもので、前記電極を兼ねる前記反射凹面に前記他方の半導体層が接触されつつ前記光電変換素子が配置されていることを特徴とする。

請求項３に記載の太陽電池アセンブリは、請求項１に記載されたもので、前記光電変換素子が、前記樹脂内に在り、球状、板状、柱状、直方体状、多角体状、円錐状、又は多角錐状であることを特徴とする。

請求項４に記載の太陽電池アセンブリは、請求項２に記載されたもので、前記反射凹面の複数が、連続的に連なり、それの夫々がひとつずつ前記太陽電池素子に接触し、前記反射凹面と前記電極エレメントとが絶縁されていることを特徴とする。

請求項５に記載の太陽電池アセンブリは、請求項１に記載されたもので、前記樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする。

請求項６に記載の太陽電池アセンブリは、請求項１に記載されたもので、前記反射凹面の内部が、前記シリコーン樹脂で充填されて封止されていることを特徴とする。

請求項７に記載の太陽電池アセンブリは、請求項１に記載されたもので、前記樹脂が、前記反射凹面と反対側の光入射部位で平面状、凸状、フレネルレンズ状、又はプリズム状に、成形されていることを特徴とする。

請求項８に記載の太陽電池アセンブリは、請求項１に記載されたもので、前記樹脂が、光散乱剤を含有していることを特徴とする。

請求項９に記載の太陽電池アセンブリは、請求項１に記載されたもので、前記樹脂の光入射面が、ナノメートルオーダーの凹凸が付されて粗らされていることを特徴とする。

請求項１０に記載の太陽電池アセンブリは、請求項１〜１０の何れかに記載されたもので、前記樹脂又はレンズの光入射面が、ポリパラキシリレン類の皮膜、又はフッ素含有樹脂の皮膜で被覆されていることを特徴とする。

本発明の太陽電池アセンブリは、入射光を光電変換素子へ照射させ、また、光電変換素子の支持体で遮られる斜めからの入射光を屈折させつつ、その素子に直接照射しなかった入射光を反射凹面でこの素子に向けて反射させて、効率よく光電変換して電気を発生させることができるものである。特に反射凹面が椀状であってその底部又は上部に球状、板状、柱状、直方体状、多角体状、円錐状、又は多角錐状の小さな光電変換素子が配置されていると、多方向からの入射光を方向に依存することなく光電変換素子へ誘導できるので、棒状の大きな光電変換素子やシート状の広い光電変換素子のように入射方向に依存する場合よりも、格段に光電効率が良い。また、椀状の反射凹面と光電変換素子の位置関係によってはその椀の縁で遮られてしまう斜めからの入射光を屈折させて、反射凹面の底部に在る光電変換素子へ効率よく到達させることができる。

この太陽電池アセンブリは、反射凹面が軽くて耐光性・耐熱性・耐擦傷性に優れ任意の形状に成形できる樹脂、特にシリコーン樹脂で充填されて封止され、光電変換素子と反射凹面とが確りと繋ぎ留められたものであるから、振動や高温に曝されたり擦られたりすることによっても、破損しない。しかも封止により空気との屈折率が相違する樹脂により、斜めに入射した光を屈折させて、光電変換素子へ直接到達させたり深く大きな反射凹面で反射させて間接的に光電変換素子へ到達させたりして、効率的に光電変換させることができる。

シリコーン樹脂は、屈折率が比較的高く、透明性に優れ、経時的に黄変したり変質したりする劣化を惹き起こさないので、入射光の損失が少ない。また、シリコーン樹脂が、太陽光のような様々な波長の光に対する高い透過率を有し、しかも赤外線や紫外線等の光、水、熱、振動に対し安定であるから、太陽電池アセンブリは、風雨や長期間の強い日差しに曝されても、劣化せず、耐光性・耐候性・耐熱性のような耐久性に優れ、寿命が長く、信頼性がある。

このシリコーン樹脂が、硬質のシリコーン樹脂で成形されたものであっても、軟質のシリコーン樹脂のゲルやゴムで成形されたものであっても、優れた光透過性を示すので、この太陽電池アセンブリは、光の損失が少ない。

このシリコーン樹脂は、それの液状原料組成物を反射凹面の内面部内に流し込んで硬化させて形成されるから、反射凹面や光電変換素子との密着性に優れ、隙間なく充填されている。そのため、反射効率が低下しない。太陽電池アセンブリは、その外面を触っても、反射凹面に直接触せず、手垢で反射凹面が汚されないので、取扱い易い。また、シリコーン樹脂が静電気を帯び難く塵や埃と相互作用し難いから、太陽電池アセンブリは、汚れ難い。

さらにシリコーン樹脂が軟質のゲル又はゴムであると、フレキシブルであり、部材毎の膨張率の相違に基づく熱による変形を吸収し、又、人為的な曲げによる応力を吸収するから、太陽電池アセンブリは、曲げられても破損しない。シリコーン樹脂が硬質の樹脂であると、太陽電池アセンブリは、堅固で頑丈となる。

反射凹面を覆っているその樹脂が光散乱剤を有していると、その樹脂に入射した光を散乱させて効率よく光電変換素子へ照射させることができる。また反射凹面を覆っているその樹脂の光入射面が、微細なナノメートルオーダーの凹凸を付して粗らされていると、入射角度が変わっても樹脂の光入射面で全反射しないから、多方向から光を効率よく入射させて光電変換素子へ照射させることができる。

発明を実施するための好ましい形態

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明するが、本発明の範囲はこれらの実施の形態に限定されるものではない。

本発明の太陽電池アセンブリの実施の形態の一例を示す図１を参照しながら説明する。

太陽電池アセンブリ１は、図１に示すように、反射凹面２の複数が平面上に最密充填状態で整然と並び、それらの各々の底部に光電変換素子３が配置され、夫々の反射凹面２の開放面側の内部がシリコーン樹脂で充填されて封止されたものである。

反射凹面２は、反射性に優れた金属製で、例えば金属メッキ層を有するものである。反射凹面２の形状は、それの各上端面が、六角形となっており、それの底部近傍が、入射光を反射させて光電変換素子３に集束させる放物曲面、双曲面、楕円曲面のような曲面となっているものである。この反射凹面２の複数が、互いに上端面の六角形の辺を接するように、整然と並べられていることにより、それらの上端面があたかも蜂の巣状のようになっている。

光電変換素子３は、略球状である例を示したが、真球状、板状、柱状、直方体状、多角体状、円錐状、又は多角錐状であってもよい。光電変換素子３は、図２に示すように、反射凹面の上部に配置され、電極線に接続されていてもよい。

太陽電池アセンブリ１の断面図である図３に示すように、光電変換素子３は、内部の略球状のｐ型シリコン半導体３ａとその周りを覆ってＰＮ接合しているｎ型シリコン半導体３ｂとからなる。ｎ型シリコン半導体３ｂの下端が研磨されて欠落しており、そこからｐ型シリコン半導体３ａが露出している。ｎ型シリコン半導体３ｂは、負電極を兼ねる反射凹面２のみに接続し、一方ｐ型シリコン半導体３ａは、反射凹面２の底に開いた穴を介して正電極である電極エレメント７のみに接続している。両電極である反射凹面２と電極エレメント７とは、その間で積層されている絶縁体層５で、隔離され絶縁されている。

反射凹面２の開放面側の内部は、透明樹脂のシリコーン樹脂であるポリジメチルシロキサンで充填されて光電変換素子３を埋没しており、それによって封止されている。反射凹面２の内部に形成されたこのシリコーン樹脂４は、その反射凹面２の内面側を埋め尽くしてその凹形状に符合し、入射部位で平面状になっている。また場合によっては中央が盛り上っている凸状としてもよく、中央が退けた凹状としてもよい。

半導体３ａ・３ｂは、多結晶であるシリコン結晶であってもよいが、有機半導体であってもよい。

太陽電池アセンブリ１は、図１及び図３を参照しながら説明すると、以下のようにして製造される。先ず、金属板を加圧プレスして、整然と並んだ複数の反射凹面２にする部材を形成する。その凹面２の内部の開放面の表面で十分に光を反射するように、そのおもて面側に金属メッキを施し、反射凹面２の底をくり抜く。一方、そのうら面側に絶縁体層５を付し、反射凹面２の底よりもやや小さめの同心円にくり抜く。球状ｐ型シリコン結晶の周りをｎ型シリコン結晶で薄膜したシリコン球を作製する。このシリコン球の一部を平坦に研磨して、外周のｎ型シリコン半導体３ｂを欠落させその欠落部分から内部のｐ型シリコン半導体３ａを露出させる。その露出部分に正電極エレメント７を付す。ｎ型シリコン半導体３ｂを、負電極を兼ねる反射凹面２のみに接触させて接着固定する。正電極エレメント７と、絶縁体層５を覆うように付された通電エレメント６とを接触させる。反射凹面２の内面部内にシリコーン樹脂の原料組成物を流し込んで充填し、加熱して硬化させると、その原料組成物が硬化してシリコーン樹脂４を形成し、終には太陽電池アセンブリ１が得られる。

この太陽電池アセンブリ１は、以下のようにして使用される。図３(A)のようにこの太陽電池アセンブリ１の光電変換素子３に向けて光例えば太陽光１０を入射させる。例えば真上からの入射太陽光１０ｂは真直ぐにシリコーン樹脂４を透過し光電変換素子３の頂部に垂直に入射する。その真上よりもやや外れた入射太陽光１０ｃはシリコーン樹脂４を透過し光電変換素子３の側面表面で反射し、さらに反射凹面２でも反射し光電変換素子３の底部近傍表面へ略垂直に入射する。その真上よりもかなり外れた入射太陽光１０ａはシリコーン樹脂４を透過し反射凹面２で反射し、光電変換素子３の側面表面へ略垂直に入射する。このようにして、太陽電池アセンブリ１へ入射した光は、ｎ型シリコン半導体３ｂとｐ型シリコン半導体３ａとのＰＮ接合界面に効率よく到達し、光起電力が生じ、回路にすると、光電流が流れる。

また、図３(B)のようにこの太陽電池アセンブリ１の光電変換素子３に向けて斜めから太陽光１０が入射した場合も同様である。例えば入射太陽光１０ｄは、シリコーン樹脂４の界面で屈折し、反射凹面２で反射し、シリコーン樹脂４の界面で全反射して、光電変換素子３に到達する。入射太陽光１０ｅは、シリコーン樹脂４の界面で屈折し、反射凹面２で反射し、光電変換素子３に到達する。入射太陽光１０ｆは、シリコーン樹脂４の界面で屈折し、光電変換素子３に到達する。従って、入射太陽光１０を無駄なく光電変換に利用することができる。一方、図６のようにシリコーン樹脂で封止していない本発明を適用外の太陽電池アセンブリの場合は、シリコーン樹脂が無いのでその界面で全反射することができず、入射太陽光１０ｄとは異なり外部に拡散してしまう。

シリコーン樹脂４としてポリジメチルシロキサンの例を示したが、ポリジフェニルシロキサンであってもよく、それらの混合物であってもよい。シリコーン樹脂４中のフェニル基の量が多くなると屈折率が低下してしまうため、ポリジメチルシロキサンであることが好ましい。このシリコーン樹脂４は、硬質であってショアＤ硬度が１０〜８０であることが好ましい。シリコーン樹脂４がこのように硬いと、そこに傷が付き難く、塵埃が付着し難く、耐光性・耐候性・耐熱性に優れた耐久性の良いものとなる。シリコーン樹脂４は、架橋密度を変えることによって、ゲル状やゴム状の軟質にしてもよい。

このようなシリコーン樹脂４は、例えばシリコーン樹脂の原料組成物を硬化させることにより得ることができる。シリコーン樹脂の原料組成物としては、特に、液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物が好ましい。液状の付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物は、無溶媒であるため発泡することなく表面も内部も均一に硬化させることができるので好適である。

上記付加反応硬化型のシリコーン樹脂の原料組成物としては、熱硬化により透明なシリコーン樹脂を形成するものであれば特に制限されないが、例えば、オルガノポリシロキサンをベースポリマーとし、オルガノハイドロジェンポリシロキサン及び白金系触媒等の重金属系触媒を含むものが挙げられる。

上記オルガノポリシロキサンとしては、下記平均単位式
Ｒ_ａＳｉＯ_{（４−ａ）／２}
（式中、Ｒは非置換又は置換一価炭化水素基で、好ましくは炭素数１〜１０、特に１〜８のものである。ａは０．８〜２、特に１〜１．８の正数である。）
で示されるものが挙げられる。ここで、Ｒとしてはメチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基等のアルキル基、ビニル基、アリル基、ブテニル基等のアルケニル基、フェニル基、トリル基等のアリール基、ベンジル基等のアラルキル基や、これらの炭素原子に結合した水素原子の一部又は全部がハロゲン原子で置換されたクロロメチル基、クロロプロピル基、３，３，３−トリフルオロプロピル基等のハロゲン置換炭化水素基、或いはシアノ基で置換された２−シアノエチル基等のシアノ基置換炭化水素基などが挙げられ、Ｒは同一であっても異なっていてもよいが、Ｒとしてフェニル基を含むもの、特に、全Ｒのうち５〜８０モル％がフェニル基であるものが、耐熱性及び透明性の点から好ましい。

また、Ｒとしてビニル基等のアルケニル基を含むもの、特に全Ｒのうちの１〜２０モル％がアルケニル基であるものが好ましく、中でもアルケニル基を１分子中に２個以上有するものが好ましく用いられる。このようなオルガノポリシロキサンとしては、例えば、末端にビニル基等のアルケニル基を有するジメチルポリシロキサンやジメチルシロキサン・メチルフェニルシロキサン共重合体等の末端アルケニル基含有ジオルガノポリシロキサンが挙げられ、特に、常温で液状のものが好ましく用いられる。

一方、オルガノハイドロジェンポリシロキサンとしては、３官能以上（即ち、１分子中にケイ素原子に結合する水素原子（Ｓｉ−Ｈ基）を３個以上有するもの）が好ましく、例えば、メチルハイドロジェンポリシロキサン、メチルフェニルハイドロジェンポリシロキサン等が挙げられ、特に、常温で液状のものが好ましい。また、触媒としては、白金、白金化合物、ジブチル錫ジアセテートやジブチル錫ジラウリレート等の有機金属化合物、又はオクテン酸錫のような金属脂肪酸塩などが挙げられる。これらオルガノハイドロジェンポリシロキサンや触媒の種類や量は、架橋度や硬化速度を考慮して適宜決定すればよい。

シリコーン樹脂は、特開2004-221308号公報、特開2006-328102号公報、特開2006-328103号公報、特開2006-324596号公報に記載されたものであってもよい。

また、上記成分以外に、得られるシリコーン樹脂４の強度や透明度を損なわない程度に充填剤、耐熱材、可塑剤等を添加してもよい。

上記シリコーン樹脂の原料組成物としては、信越化学工業株式会社製のＫＪＲ６３２等の市販品を用いることができる。

前記シリコーン樹脂４は、その原料組成物を成形してシリコーン樹脂成形体とする従来公知の方法により得ることができ、例えば、注型成形等により成形することができる。なお、シリコーン樹脂４の硬度は、ＪＩＳ Ｋ ７２１５（プラスチックのデュロメーター硬さ試験方法）の方法により測定されるショアＤ硬度で、２０°〜９０°、特に５０°〜８０°であることが好ましい。

ポリジメチルシロキサンで成形したシリコーン樹脂４の透過率は約９４％、ポリジフェニルシロキサンで成形したシリコーン樹脂４の透過率は約９２％であり、エポキシ樹脂で成形した場合の透過率９２％と同等である。シリコーン樹脂４は、ポリジメチルシロキサンのような硬いシリコーン樹脂であると、膨張し難いうえ、紫外線などの低波長側で劣化し難く、光学特性を維持するのに適切であるため、一層好ましい。シリコーン樹脂４は、ショアＤ硬度を５０°〜７０°程度とすることがより一層好ましい。

また、このシリコーン樹脂４は、このようなシリコーン樹脂と同種で比較的低分子のオルガノポリシロキサンが架橋したシリコーン樹脂ゴムであってもよい。シリコーン樹脂ゴムであるシリコーン樹脂４を、１−ブロモプロパンやトリクロロエチレンのような有機溶媒で洗浄し、減圧し、又は例えば１５０〜２００℃、好ましくは１５０〜１７０℃に加熱し、シリコーン樹脂ゴム中の低分子シロキサンを揮発させる前処理が施されていることが好ましい。二次加硫処理や、溶媒抽出処理が施されていてもよい。

特に、シリコーン樹脂４がシリコーン樹脂ゴム製であると、水分や低分子シロキサンのような揮発成分が残存し易いので、それらを揮発させることが好ましい。

シリコーン樹脂４の屈折率は、空気との屈折率との差が０．０５以上であることが好ましい。シリコーン樹脂の屈折率が、１．４１〜１．５７であると好ましい。

シリコーン樹脂４として、反射凹面２の内面部内を丁度充填しその上部を平坦にした例を示したが、図４（Ａ）のように、さらにシリコーン樹脂４を、硬質又はゲル状若しくはゴム状の軟質であるシリコーン樹脂製の保護板８で覆ったものであってもよい。同図（Ｂ）のように、シリコーン樹脂４として、反射凹面２の内面部内を丁度充填しその上部を平坦にした下部シリコーン樹脂４ａの上を、硬質又はゲル状若しくはゴム状の軟質である平凸レンズ状の上部シリコーン樹脂４ｂで覆い一体化したものであってもよい。また、同図（Ｃ）のように、反射凹面２の内面部内を丁度充填しその上部を平坦にした下部シリコーン樹脂４ａの上を、硬質又はゲル状若しくはゴム状の軟質であるフレネルレンズである上部シリコーン樹脂４ｂで覆い一体化したものであってもよい。上部シリコーン樹脂４ｂは、その他の形状のレンズであってもよい。また、同時にシリコーン樹脂体４ａ・４ｂに各種形状のレンズを成形してもよい。シリコーン樹脂体で反射凹面２の内面部内を丁度充填する例を示したが、途中まで充填したものであってもよく、またその一部が各種形状のレンズで覆われたものであってもよい。

シリコーン樹脂４の光透過面の少なくとも一部が、ポリパラキシリレン類の皮膜、又はフッ素含有樹脂の皮膜で被覆されていてもよい。

シリコーン樹脂４が、摩擦係数や誘電率が小さいポリパラキシリレン類の被膜又はフッ素含有樹脂の被膜で、表面被覆されたものであると、強い太陽光に曝されたりそれによりシリコーン樹脂４表面で静電気、熱、又はプラズマが発生したりしても、シリコーン樹脂４の変質、シリコーン樹脂４表面の劣化等を起こし難い。そのため、シリコーン樹脂４が炎天下で太陽光等に長期間曝されても、黒ずんで汚れたり劣化したりする恐れがなく、光を効率よく透過させ、太陽電池アセンブリ１の寿命が一層延びる。しかも、ポリパラキシリレン類の被膜は、均質に蒸着されるうえ、熱安定性、光透過性、耐擦傷性、耐寒性、耐薬品性、耐紫外線性に優れるので、シリコーン樹脂４は、黄変等の劣化がなく、耐久性に優れる。さらに塵埃を寄せ付け難い。

シリコーン樹脂４は、入射部位が平面状、凸レンズ状、フレネルレンズ状、プリズムレンズ状であっても、この被膜で均質に被覆される。

さらにこの被膜は、ポリパラキシリレン類の被膜の光路距離に応じ、透過させるべき波長の表面反射を防止したり、特定の波長の透過を遮断したりする。

この被膜が施されたシリコーン樹脂４を有する太陽電池アセンブリ１は、光電変換素子３に十分な光量を入射させることができるので、光電変換効率が極めて良い。しかも長期間、黒ずむことなく安定して十分な光量を光電変換素子３に入射させることができるので、面倒な部品交換の必要がない。

例えば、シリコーン樹脂４は、塩素含有ポリパラキシリレンである「パリレンＣ」（日本パリレン株式会社製の商品名；パリレンは登録商標）の被膜で被覆される。より具体的には、以下のようにしてシリコーン樹脂４は被覆される。シリコーン樹脂４の表面に、「パリレンＣ」（日本パリレン株式会社製の商品名；パリレンは登録商標；-[(ＣＨ_２)-Ｃ_６Ｈ_３Ｃｌ-(ＣＨ_２)]_ｎ-）の被膜を形成する。例えば、「パリレンＣ」の原料ダイマーである粉末状のモノクロロパラキシリレン類二量体を気化室に入れ減圧下で加熱し、蒸発したダイマーを熱分解室に誘導し、反応性の高いパラキシリレンモノマーのラジカルとした後、シリコーン樹脂に蒸着させて重合させると、ポリパラキシリレン類の被膜が形成され、シリコーン樹脂４が得られる。

なお、シリコーン樹脂４が「パリレンＣ」であるポリパラキシリレン類の被膜で蒸着された例を示したが、「パリレンＣ」に代えて、パラキシリレンダイマー（ＤＰＸ）から得られる「パリレンＮ」（日本パリレン株式会社製の商品名）、テトラクロロパラキシリレンダイマーから得られる「パリレンＤ」（日本パリレン株式会社製の商品名）を用いてもよい。この原料であるダイマーを低圧下で約６００℃に加熱して昇華させて、反応性の高いパラキシリレンラジカルガスを生成させ、蒸着させてポリパラキシリレン類の被膜を形成してもよい。中でも、「パリレンＣ」で、ポリパラキシリレン類の被膜が蒸着されていると一層好ましい。これらポリパラキシリレン類の屈折率ｎ_d ²³は、例えば「パリレンＮ」が１.６６１、「パリレンＣ」が１.６３９であり、シリコーン樹脂の屈折率１.４１〜１．５７やエポキシ樹脂の屈折率１.５５〜１.６１より、高い。そのため、可視光例えば波長λの光を透過させるシリコーン樹脂と、被膜素材のこれらパリレン及びλの整数倍となる光学距離とを適宜選択することにより、表面反射防止等の光学特性を調整できる。

ポリパラキシリレン類の被膜は、原料のダイマーの量や蒸着時間を調節することにより、均一に所望の厚さに調製できる。

このようなポリパラキシリレン類の蒸着によれば、基材であるシリコーン樹脂を加熱する必要がないので、シリコーン樹脂を熱変形させてしまう恐れがない。また、ジパラキシリレンラジカルのシリコーン樹脂への付着と重合とが同時に進行して蒸着されているため、製造工程が短く簡易である。

ポリパラキシリレン類は、蒸着によりシリコーン樹脂に付された例を示したが、ディッピング、スプレーコーティング、スピンコーティング、スパッタリング、塗布により付されていてもよい。

太陽電池アセンブリ１は、図５に示すように、反射凹面２が、金属層、又は該シリコーン樹脂との屈折率の異なる透明層であって、シリコーン樹脂４を被覆した一体型のものであってもよい。

反射凹面２を覆う樹脂４が、光散乱剤を含有していてもよい。光散乱剤は、例えばシリカ粉末や炭酸カルシウム粉末のような無機粉末、アクリル樹脂粉末のような有機粉末が挙げられる。中でも光散乱剤は、市販の多孔質シリカ、フュームドシリカ、高い光散乱係数を示す炭酸カルシウム粉末が好ましい。その平均粒径は、２００〜７０００ｎｍ程度であることが好ましい。

反射凹面２を覆う樹脂４が、ナノメートルオーダー、例えば５〜３０００ｎｍ、好ましくは５０〜２０００ｎｍ、より好ましくは７０〜１０００ｎｍ、より一層好ましくは２００〜８００ｎｍ、なお一層好ましくは４００〜５００ｎｍの表面粗さの凹凸が付されていてもよい。この範囲であると、表面の全反射が無くなり、光の入射効率が良くなる。入射面が、凸状、フレネルレンズ状、又はプリズム状等に、成形されていてもよい。

ナノメートルオーダーの凹凸は、反射凹面と反対側の入射部位で平面状、凸状、又はフレネルレンズ状に樹脂４で成形するのに用いられる金型に、電子ビームリソグラフィー処理、ブラスト処理、ナノメートルオーダー径の微粒子を含む組成物を吹付ける吹付塗装処理、ケミカルエッチング処理のような凹凸処理を施しておくことにより、形成することができる。特に樹脂４が、シリコーン樹脂であると、転写性が良いので、金型の凹凸を正確に反転して、樹脂４の入射部位にナノメートルオーダーの凹凸を形成することができる。

太陽電池アセンブリ１は、導光板や導光フィルムで覆われていてもよい。導光板や導光フィルムは、太陽電池アセンブリ１を覆いそれよりも広範囲に付されていることが好ましい。これにより、太陽電池アセンブリ１に直接、光が入射しなくても、導光板や導光フィルムに光が入射すると、効率よく光電変換できる。導光板や導光フィルムが、前記のようなナノメートルオーダーの凹凸を有していてもよい。導光板や導光フィルムの材質は、ポリアクリル樹脂、シリコーン樹脂、ポリエチレンテレフタレートのようなポリエステル樹脂、フッ素含有樹脂、ポリカーボネート樹脂が挙げられるが、特にポリアクリル樹脂、シリコーン樹脂が好ましい。折角入射した光が導光板や導光フィルムから遺漏しないように、導光板や導光フィルムの端面が、メッキや酸化チタン被膜で覆われていることが好ましい。太陽電池アセンブリ１は、導光板や導光フィルムを支持する部材を有していてもよい。

太陽電池アセンブリ１は、反射防止被膜で覆われていてもよい。

図３に示す本発明の太陽電池アセンブリを試作した例を以下に示す。

（実施例１）
金属板を加圧プレスし、最密充填状態に並んだ複数の反射凹面を有する支持体とした。その凹面２の表面に銀メッキを施し、反射凹面２の底をくり抜いた。一方、そのうら面側に絶縁体層５を付し、反射凹面２の底よりもやや小さめの同心円にくり抜いた。ｐ型シリコン結晶３ａをｎ型シリコン結晶３ｂで薄膜形成した市販の光電変換素子３を載置した。ｐ型シリコン結晶半導体３ａから延びた正電極エレメント７をくり抜いた穴から導出させ、ｎ型シリコン半導体３ｂを負電極を兼ねる反射凹面２の銀メッキのみに接触させて接着固定する。正電極エレメント７と、絶縁体層５を覆うように付された通電エレメント６とを接触させた。反射凹面２の内面部内にポリジメチルシロキサン原料組成物を流し込んで充填し、加熱して硬化させ、シリコーン樹脂４を形成し、太陽電池アセンブリ１を得た。

（実施例２）
実施例１と同様にして、光電変換素子を載置した反射凹面部を、シリコーン封止材として無色透明シリコーンゲル（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＰＳ−１５００；屈折率１．５１）を用いてポッティングにより封止し、レンズ部材として無色透明シリコーンレジン（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＳＰ−Ｌ４００；屈折率１．４１）を用いてプレス成型により１７０℃×３０分で凸レンズを成形し、太陽電池を封止すると共にレンズ部を設けた。レンズ部の設置には、封止部を１５０℃で１０分間加熱して半硬化させ、予め金型を用いて成形したレンズを載せ、更に１５０℃で５０分間加熱し、封止材とレンズ部との接着を行った。

（実施例３）
実施例１と同様にして、光電変換素子を載置した反射凹面部を、シリコーン封止材として無色透明シリコーンゴム（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＰＳ−２４１０；屈折率１．４１）を用いてポッティングにより封止し、レンズ部材として無色透明シリコーンレジン（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＳＰ−Ｌ４００；屈折率１．４１）を用いてプレス成型により１７０℃×３０分でフレネルレンズを成形し、太陽電池を封止すると共にレンズ部を設けた。レンズ部の設置には、封止部を１５０℃で１０分間加熱して半硬化させ、予め金型を用いて成形したレンズを載せ、更に１５０℃で５０分加熱し、封止材とレンズと部の接着を行った。

（実施例４）
無色透明シリコーンゲル（信越化学工業株式会社製；ＬＳＰ−Ｌ５００；屈折率１．５１）を用いてコンプレッション成型により凸レンズを成形し、そのレンズ表面に化学蒸着法（ＣＶＤ）によりパラキシリレンコートを行い、コーティング皮膜付レンズを作製した。次に実施例１と同様にして、光電変換素子を載置した反射凹面部を、シリコーン封止材としてシリコーンゲル（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＰＳ−１５００；屈折率１．５１）を用いてポッティングにより空気層を排除して加熱し半硬化させて封止し、その上へパラキシリレンコートされたレンズを載せ、加熱して封止部とレンズとを接着させ、レンズ付き太陽電池を作製した。レンズ部の設置には、封止部を１５０℃で１０分間加熱して半硬化させ、予め金型を用いて成形したコーティング被膜付きレンズをその上に載せ、更に１５０℃で５０分間加熱し、封止材とレンズ部との接着を行った。

（実施例５）
無色透明シリコーンゲル（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＳＰ−Ｌ５００；屈折率１．５１）を用いてプレス成型によりレンズを成形し、更に表面に真空蒸着法によりフッ素コート（屈折率１．３）を行い、コーティング皮膜付レンズを作製した。次に、実施例４と同様にして、光電変換素子を載置した反射凹面部を、シリコーン封止材としてシリコーンゲル（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＰＳ−１５００；屈折率１．５１）を用いてポッティングにより空気層を排除して加熱し半硬化させて封止し、その上へフッ素コートされたレンズを載せ、加熱して封止部とレンズとを接着させ、レンズ付き太陽電池を作製した。レンズ部の設置には、封止部を１５０℃で１０分間加熱して半硬化させ、予め金型を用いて成形したレンズをその上に載せ、更に１５０℃で５０分間加熱し、封止材とレンズ部との接着を行った。

（実施例６）
実施例２中のシリコーン封止材として無色透明シリコーンゴム（信越化学工業株式会社社製；商品名ＬＰＳ−２４１０；屈折率１．４１）に変えて封止し、レンズを保護カバーに変えたこと以外は、実施例２と同様にして、太陽電池保護カバーと太陽電池素子との間の空気層を排除した。

（実施例７）
シリコーン封止材として無色透明シリコーンゲル（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＰＳ−１５００；屈折率１．５１）に変えて封止したこと以外は、実施例６と同様にして、太陽電池保護カバーと太陽電池素子との間の空気層を排除した。

（実施例８）
無色透明シリコーンゲル（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＳＰ−Ｌ５００；屈折率１．５１）を用いてプレス成型により凸レンズを成形し、更に表面に化学蒸着法（ＣＶＤ）によりパラキシリレンコートを行い、コーティング皮膜付レンズを作製した。次に、実施例４と同様にして、光電変換素子を載置した反射凹面を、シリコーン封止材としてシリコーンゲル（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＰＳ−１５００；屈折率１．５１）を用いてポッティングにより、空気層を排除して加熱し半硬化させて封止し、その上へパラキシリレンコートされたレンズを載せ、加熱して封止部とレンズを接着させ、レンズ付き太陽電池を作製した。レンズ部の設置には、封止部を１５０℃で１０分間加熱して半硬化させ、予め金型を用いて成形したレンズをその上に載せ、更に１５０℃で５０分間加熱し、封止材とレンズ部との接着を行った。

（実施例９）
レンズ金型は内面をサンドブラスト処理により表面を粗し、無色透明シリコーンゲル（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＳＰ−Ｌ５００；屈折率１．５１）を用いて、プレス成型により金型内面の凹凸転写させ、表面が粗れたレンズを成形し、更に表面に真空蒸着法によりフッ素コート（屈折率１．３）を行い、コーティング皮膜付レンズを作製した。次に、実施例５と同様にして、光電変換素子を載置した反射凹面部を、シリコーン封止材としてシリコーンゲル（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＰＳ−１５００；屈折率１．５１）を用いてポッティングにより空気層を排除して加熱し半硬化させ封止し、その上へフッ素コートされたレンズを載せ、加熱して封止部とレンズとを接着させ、レンズ付き太陽電池を作製した。レンズ部の設置には、封止部を１５０℃で１０分間加熱して半硬化させ、予め金型を用いて成形したレンズをその上に載せ、更に１５０℃で５０分間加熱し、封止材とレンズ部との接着を行った。

（実施例１０）
実施例２と同様にして、光電変換素子を載置した反射凹面部を、シリコーン封止材として無色透明シリコーンゴム（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＰＳ−２４１０；屈折率１．４１）を用いてポッティングにより封止し、レンズ部材として光拡散剤である炭酸カルシウムを０．１％分散させたシリコーンレジン（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＳＰ−Ｌ４００；屈折率１．４１）を用いてプレス成型により１７０℃で３０分間加熱して凸レンズを成形し、太陽電池を封止すると共にレンズ部を設けた。レンズ部の設置には、封止部を１５０℃で１０分間加熱して半硬化させ、予め金型を用いて成形したレンズを載せ、更に１５０℃で５０分間加熱し、封止材とレンズ部との接着を行った。

（実施例１１）
実施例２と同様にして、光電変換素子を載置した反射凹面部を、シリコーン封止材として光拡散剤である炭酸カルシウムを０．１％分散させたシリコーンゴム（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＰＳ−２４１０；屈折率１．４１）を用いてポッティングにより封止し、レンズ部材としてシリコーンレジン（信越化学工業株式会社製；商品名ＬＳＰ−Ｌ４００；屈折率１．４１）を用いてプレス成型により１７０℃で３０分間加熱して凸レンズを成形し、太陽電池を封止すると共にレンズ部を設けた。レンズ部の設置には、封止部を１５０℃で１０分間加熱して半硬化させ、予め金型を用いて成形したレンズを載せ、更に１５０℃で５０分間加熱し、封止材とレンズ部との接着を行った。

本発明の太陽電池アセンブリは、光電変換効率がよく小型で任意の形状の基板に備え付けることができるから、家屋の屋根、携帯電子機器、自動車、人工衛星等に搭載して用いることができる。

本発明を適用する太陽電池アセンブリの一形態を示す斜視図である。 本発明を適用する別な太陽電池アセンブリの形態を示す斜視図である。 本発明を適用する太陽電池アセンブリの断面図である。 本発明を適用する別な太陽電池アセンブリの形態を示す断面図である。 本発明を適用する別な太陽電池アセンブリの形態を示す断面図である。 本発明を適用外の太陽電池アセンブリを示す断面図である。

符号の説明

１は太陽電池アセンブリ、２は反射凹面、３は光電変換素子、３ａはｐ型シリコン半導体、３ｂはｎ型シリコン半導体、４はシリコーン樹脂、４ａは下部レンズとなるシリコーン樹脂、４ｂは上部レンズとなるシリコーン樹脂、５は絶縁体層、６は電通エレメント、７は電極エレメント、８は保護板、１０・１０ａ・１０ｂ・１０ｃ・１０ｄ・１０ｅ・１０ｆは太陽光、２０は太陽電池アセンブリ、２１は太陽光である。

Claims (10)

1. 一方の半導体層の表面が他方の半導体層で覆われ、他方の半導体層の欠落部分から一方の半導体層が露出している光電変換素子が、反射凹面の底部又はその上部に配置され、その他方の半導体層が電極に接続し、その一方の半導体層に前記露出部分を通じて電極エレメントが接続しており、前記反射凹面の少なくとも開放面が、光を透過する樹脂で覆われていることを特徴とする太陽電池アセンブリ。
2. 前記電極を兼ねる前記反射凹面に前記他方の半導体層が接触されつつ前記光電変換素子が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
3. 前記光電変換素子が、前記樹脂内に在り、球状、板状、柱状、直方体状、多角体状、円錐状、又は多角錐状であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
4. 前記反射凹面の複数が、連続的に連なり、それの夫々がひとつずつ前記太陽電池素子に接触し、前記反射凹面と前記電極エレメントとが絶縁されていることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池アセンブリ。
5. 前記樹脂が、シリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
6. 前記反射凹面の内部が、前記シリコーン樹脂で充填されて封止されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
7. 前記樹脂が、前記反射凹面と反対側の光入射部位で平面状、凸状、フレネルレンズ状、又はプリズム状に、成形されていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
8. 前記樹脂が、光散乱剤を含有していることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
9. 前記樹脂の光入射面が、ナノメートルオーダーの凹凸が付されて粗らされていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池アセンブリ。
10. 前記樹脂又はレンズの光入射面が、ポリパラキシリレン類の皮膜、又はフッ素含有樹脂の皮膜で被覆されていることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の太陽電池アセンブリ。

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