JP2009246108A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】細線電極上に形成した気泡では、細線電極上に入射した光を十分に光電変換部へ導くことができず、太陽電池モジュールの出力を向上させることが困難であった。
【解決手段】太陽電池と、太陽電池の光入射側に設けられた封止材と、を備え、太陽電池は、光電変換部と、光電変換部の受光面上に一方向に延在するように形成された細線電極と、を含むと共に、細線電極の受光面と封止材との間には、封止材の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率層が細線電極の受光面を覆うように設けられ、低屈折率層は、一方向と直交する他方向における断面において、中央部が突出し、且つ、光電変換部の受光面に向かって傾斜する傾斜面を有することで、光を効率よく光電変換部の受光面へ導くことができるため、発電に寄与することができなかった光を有効に利用できるので、出力の向上した太陽電池モジュールを提供することができる。
【選択図】図４
【解決手段】太陽電池と、太陽電池の光入射側に設けられた封止材と、を備え、太陽電池は、光電変換部と、光電変換部の受光面上に一方向に延在するように形成された細線電極と、を含むと共に、細線電極の受光面と封止材との間には、封止材の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率層が細線電極の受光面を覆うように設けられ、低屈折率層は、一方向と直交する他方向における断面において、中央部が突出し、且つ、光電変換部の受光面に向かって傾斜する傾斜面を有することで、光を効率よく光電変換部の受光面へ導くことができるため、発電に寄与することができなかった光を有効に利用できるので、出力の向上した太陽電池モジュールを提供することができる。
【選択図】図４
Description
本発明は、封止材により封止された複数の太陽電池を有する太陽電池モジュールに関する。
太陽電池モジュール１は、図１０の概念的な断面図に示すように、配線材２によって互いに電気的に接続された複数の太陽電池３、３…を、受光面保護部材１０３と裏面保護部材１０４との間に封止材１０５によって封止することにより構成されている。
太陽電池３は、図１１の受光面側から見た平面図に示すように、光電変換機能を有する光電変換部５と光電変換部５の受光面に設けられた集電電極４とを有している。集電電極４は、光電変換部５の受光面の略全域にわたって互いに平行に設けられた複数のライン状の細線電極４Ａと、この細線電極４Ａの長手方向と直交する方向に延在するように設けられた接続電極４Ｂとを有している。そして、配線材２は接続電極４Ｂ上に接着材により接着され、隣り合う複数の太陽電池３、３・・・が電気的に接続されている。
太陽電池モジュール１は、光電変換部５に光を入射させることにより発電する。この際、太陽電池３の光電変換部５に入射する光の一部は、光電変換部５の受光面側に設けられた集電電極４により遮光されるため、発電に寄与しない。そこで、光電変換部５に入射する光を増加させるために、細線電極４Ａ上の封止材１０５内に気泡を形成し、集電電極４に入射する光を屈折させ、光電変換部５へ光を導く構造が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００６−４０９３７号公報
従来の太陽電池モジュール１では、細線電極４Ａに発泡剤を添加し、太陽電池モジュール１を作成する際に加えられる熱により、発泡剤を気化させ、気泡を封止材１０５内に形成している。
しかしながら、この方法では気泡を細線電極４Ａ上に均一に形成することが困難であるという課題があった。このため、細線電極４Ａ上に入射した光を十分に光電変換部５へ導くことができず、太陽電池モジュール１の出力を向上させることが困難であった。
そこで、本発明は、上記の問題を鑑みてなされたものであり、出力が向上した太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
本発明の一の特徴に係る太陽電池モジュールは、太陽電池と、太陽電池の光入射側に設けられた封止材と、を備え、太陽電池は、光電変換部と、光電変換部の受光面上に一方向に延在するように形成された細線電極と、を含むと共に、細線電極の受光面と封止材との間には、封止材の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率層が細線電極の受光面を覆うように設けられ、低屈折率層は、一方向と直交する他方向における断面において、中央部が突出し、且つ、光電変換部の受光面に向かって断面が幅広となるように傾斜する傾斜面を有すること要旨とする。
本発明の一の特徴において、低屈折率層は、細線電極の下部表面を露出するように上部上に設けられた第１低屈折率層と、細線電極の下部表面上及び第１屈折率層上に跨って設けられた第２低屈折率層とを有してもよい。
本発明の一の特徴において、細線電極と前記封止材との間に、一方向と直交する方向に延在するように配された配線材を有し、低屈折率層は、配線材から露出する細線電極の表面を覆うように設けられてもよい。
本発明の一の特徴に係る太陽電池モジュールは、配列方向に沿って配列された複数の太陽電池と、配列方向に延在し、隣接して配置された太陽電池を電気的に接続する配線材と、配線材により配線された複数の太陽電池の光入射側に設けられた封止材と、を備え、太陽電池は、光電変換部を含むと共に、配線材の受光面と封止材との間には、封止材の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率層が配線材の受光面を覆うように設けられ、低屈折率層は、配列方向と直交する方向における断面において、中央部が突出し、且つ、光電変換部の受光面に向かって断面が幅広となるように傾斜する傾斜面を有することを要旨とする。
本発明の一の特徴において、低屈折率層は、配線材の受光面の中央部に設けられた第１低屈折率層と、配線材の受光面の周辺部と第１低屈折率層とを覆う第２低屈折率層とからなってもよい。
本発明の一の特徴において、第１低屈折率層の屈折率は、第２低屈折率層の屈折率よりも小さくてもよい。
本発明の一の特徴において、低屈折率層は有機材料及び無機材料を含む材料からなってもよい。
本発明によれば、出力の向上した太陽電池モジュールを提供することができる。
次に、図面を用いて、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。従って、具体的な寸法等は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。
《第１実施形態》
まず、図１から図５を用いて本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１について説明する。
（太陽電池モジュールの構成）
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の構成を示す概念的な断面図である。太陽電池モジュール１は、配列方向Ｙに沿って配列された複数の太陽電池３、３…と、受光面保護部材１０３と、封止材１０５と、裏面保護部材１０４とを有する。そして、隣り合う太陽電池３、３は、配列方向Ｙに沿って延在する配線材２により電気的に接続されている。
《第１実施形態》
まず、図１から図５を用いて本発明の第１実施形態に係る太陽電池モジュール１について説明する。
（太陽電池モジュールの構成）
図１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の構成を示す概念的な断面図である。太陽電池モジュール１は、配列方向Ｙに沿って配列された複数の太陽電池３、３…と、受光面保護部材１０３と、封止材１０５と、裏面保護部材１０４とを有する。そして、隣り合う太陽電池３、３は、配列方向Ｙに沿って延在する配線材２により電気的に接続されている。
配線材２は銅箔等の金属材料からなり、表面は金属材料が露出しても良いし、錫メッキ等の導電性の材料で覆われていてもよい。配線材２は接着材によって光電変換部５の受光面上に形成された接続電極４Ｂ上に接着されている。接着材としては、半田等の溶融性金属材料や導電性樹脂接着材等の導電性接着材を用いることができる。また、配線材２と接続電極４Ｂとを直接接触させることにより直接電気的な接続を行い、機械的な接続を接着材により行っても良い。この場合、接着材は導電性のもの以外に絶縁性のものを用いることができる。
太陽電池３の光入射側には、透光性を有する受光面保護部材１０３が、透光性を有する封止材１０５よって接着されている。このように受光面保護部材１０３と封止材１０５とを配することにより太陽電池３及び配線材２の光入射側には封止材１０５が配される。受光面保護部材１０３は、例えば、ガラス、透光性プラスチック等の透光性を有する材料を用いて構成されている。
また、太陽電池３の裏面側には、裏面保護部材１０４が封止材１０５によって接着されている。裏面保護部材１０４は、例えば、ＰＥＴ等の樹脂フィルム或いはＡｌ箔を樹脂フィルムでサンドイッチした構造の積層フィルム等からなる。
封止材１０５は例えば、ＥＶＡ、ＰＶＢ等の透光性を有する樹脂であり、太陽電池セル３を封止する機能も有している。
さらに、裏面保護部材１０４の例えば裏面には図示しない電力取り出し用の端子箱が配されている。さらに太陽電池モジュールの外周部には、必要に応じて枠体が取り付けられている。
このような太陽電池モジュール１を製造するにあたっては、まず、受光面保護部材１０３、封止材１０５、複数の太陽電池３、封止材１０５、裏面保護部材１０４を順次積層して積層体を作成する。次に、積層体の上下から圧力を加えながら加熱し、太陽電池モジュール１を作成する。
（太陽電池の構成）
図２（ａ）は本実施形態に係る太陽電池３を受光面側からみた平面図である。太陽電池３は、図２（ａ）に示すように、光電変換部５と、この光電変換部５の受光面Ｓ上に形成された集電電極４とを有している。光電変換部５は、ｐｎ接合やｐｉｎ接合等の半導体接合を有する半導体材料から構成される。半導体材料としては、単結晶半導体シリコン、多結晶シリコンといった結晶系シリコン半導体や、ＧａＡｓ等の化合物半導体、非晶質シリコン系薄膜半導体や化合物系薄膜半導体等、その他周知の半導体材料からなる半導体材料を用いることができる。また、上記半導体材料との間で半導体接合を形成する材料としては、結晶系半導体、非晶質系半導体、化合物半導体或いはその他周知の半導体材料を用いることができる。
図２（ａ）は本実施形態に係る太陽電池３を受光面側からみた平面図である。太陽電池３は、図２（ａ）に示すように、光電変換部５と、この光電変換部５の受光面Ｓ上に形成された集電電極４とを有している。光電変換部５は、ｐｎ接合やｐｉｎ接合等の半導体接合を有する半導体材料から構成される。半導体材料としては、単結晶半導体シリコン、多結晶シリコンといった結晶系シリコン半導体や、ＧａＡｓ等の化合物半導体、非晶質シリコン系薄膜半導体や化合物系薄膜半導体等、その他周知の半導体材料からなる半導体材料を用いることができる。また、上記半導体材料との間で半導体接合を形成する材料としては、結晶系半導体、非晶質系半導体、化合物半導体或いはその他周知の半導体材料を用いることができる。
光電変換部５の受光面Ｓ上に形成された集電電極４は、図２（ａ）の平面図に示すように、光入射によって光電変換部５で生成された電子・正孔のキャリアを集める複数本の細線状の細線電極４Ａ、４Ａ…と、配線材２が接続される接続電極４Ｂ、４Ｂを有する。接続電極４Ｂ、４Ｂは、細線電極４Ａ、４Ａ…により集められたキャリアを集電するバスバー電極としても機能する。接続電極４Ｂ、４Ｂは配列方向Ｙに沿って延在するよう形成されている。そして、細線電極４Ａは太陽電池３の配列方向Ｙと直交する方向Ｘに沿って延在し、互いに略平行で略均等な間隔で配列されている。なお、太陽電池３の裏面に設けられる電極は、受光面の集電電極４と同じ構造を有しても良いし、他の形状であっても良い。
集電電極４は、例えば、エポキシ樹脂をバインダー、導電性粒子をフィラーとした熱硬化型の導電性ペーストより形成される。また、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池などの場合には、これに限らず、銀、アルミニウムなどの金属粉末とガラスフリットと、有機質ビヒクルなどから構成される、焼成型ペーストを用いてもよい。また、銀、アルミニウムなどの一般的な金属材料を用いて形成しても良い。また、熱硬化型の導電性ペーストや焼成型ペーストはスクリーン印刷等の方法により形成される。
図２（ｂ）は図２（ａ）に示す配列方向ＹにおけるＡ−Ａ間の要部拡大断面図である。図２（ｂ）に示すように、細線電極４Ａは、通常スクリーン印刷法により、方向Ｘと直交する配列方向Ｙにおける断面において、中央部が突出し、且つ、光電変換部５の受光面Ｓに向かって断面が幅広となるように傾斜する傾斜面４Ｓを有するように形成される。また、細線電極４Ａは、幅ａが約５０μｍ〜１５０μｍ、厚みｂが約５μｍ〜５０μｍの寸法に形成される。尚、細線電極４Ａの寸法、本数は、光電変換部５の寸法、物性等を考慮して適宜設定される。
（低屈折率層の形成）
図３（ａ）は細線電極４Ａと低屈折率層８の配置関係を説明するための平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す領域αに示す範囲の要部拡大であり、図３（ｃ）は図３（ａ）に示す配列方向ＹにおけるＢ−Ｂ間の要部拡大断面図である。同図に示すように、本実施形態にあっては、低屈折率層８が方向Ｘに沿って延在する細線電極４Ａの受光面である傾斜面４Ｓ上に設けられる。このとき、接続電極４Ｂ上には前述の配線材２が配列方向Ｙに沿って延在するように接続されるので、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、接続電極４Ｂ上及び接続電極４Ｂ近傍の細線電極４Ａ上には、低屈折率層８が設けられていない。従って、低屈折率層８は、配線材２から露出する細線電極４Ａ表面上に形成される。
図３（ｃ）に示すように、低屈折率層８は傾斜面４Ｓを有する細線電極４Ａの受光面を覆うように設けられる。従って、低屈折率層８は、配列方向Ｙに沿う断面において、細線電極４Ａと同様に受光面保護部材１０３側に向かって中央部が突出し、且つ、光電変換部５の受光面Ｓに向かって断面が幅広となるように傾斜する傾斜面８Ｓを有する。
図３（ａ）は細線電極４Ａと低屈折率層８の配置関係を説明するための平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）に示す領域αに示す範囲の要部拡大であり、図３（ｃ）は図３（ａ）に示す配列方向ＹにおけるＢ−Ｂ間の要部拡大断面図である。同図に示すように、本実施形態にあっては、低屈折率層８が方向Ｘに沿って延在する細線電極４Ａの受光面である傾斜面４Ｓ上に設けられる。このとき、接続電極４Ｂ上には前述の配線材２が配列方向Ｙに沿って延在するように接続されるので、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、接続電極４Ｂ上及び接続電極４Ｂ近傍の細線電極４Ａ上には、低屈折率層８が設けられていない。従って、低屈折率層８は、配線材２から露出する細線電極４Ａ表面上に形成される。
図３（ｃ）に示すように、低屈折率層８は傾斜面４Ｓを有する細線電極４Ａの受光面を覆うように設けられる。従って、低屈折率層８は、配列方向Ｙに沿う断面において、細線電極４Ａと同様に受光面保護部材１０３側に向かって中央部が突出し、且つ、光電変換部５の受光面Ｓに向かって断面が幅広となるように傾斜する傾斜面８Ｓを有する。
低屈折率層８は、封止材１０５の屈折率よりも小さい屈折率を有する。例えば封止材１０５として最も良く用いられるＥＶＡの屈折率は１．４５〜１．５０程度である。従って、封止材１０５としてＥＶＡを用いた場合、低屈折率層８は１．４５より小さい屈折率を有する。このような低屈折率層８は、例えばシリカナノ粒子を調合したシリコーン樹脂材料や、フッ素系高分子材料を使用して作成することができる。この方法で作成した低屈折率層８は、１．３２程度の屈折率を有する。
具体的に、シリカナノ粒子を用いた樹脂材料については、アルコキシシランを加水分解重縮合して得られるシリカゾルとアルコキシシラン、または、その部分加水分解分解物とを反応させ、シリカナノ粒子を含めることで作製することができる。また、アルコキシシランを同様に部分加水分解させたところにシリカナノ粒子を調合したり、シリコーン材料にシリカナノ粒子を混合したりすることによっても作製できる。このように、有機材料と無機材料とを混合したハイブリッド材料を用いることで、容易に低屈折率の層を作成することができる。
また、低屈折率層８作成の際に、シランカップリング材などを加えても良い。このようにすることで、低屈折率層８と細線電極４Ａ或いは封止材１０５との密着性を向上させることができるので、長期安定性を向上させる事ができる。
また、フッ素系高分子材料については例えば非結晶フッ素樹脂などの低屈折率材料（屈折率ｎ＝１．３４）などが利用できる。
これらの材料は取り扱いが容易であり、スクリーン印刷等の方法により容易に低屈折率層８を塗布・形成することができる。また、塗布量を制御することで厚みの制御を行うことができる。したがって、塗布する低屈折率材料の屈折率に応じ、低屈折率層８の寸法・形状の最適化が容易である。
（作用・効果）
以下に、本実施形態に係る太陽電池モジュールの作用・効果について説明する。
以下に、本実施形態に係る太陽電池モジュールの作用・効果について説明する。
図４は、本実施形態太陽電池モジュールにおける入射光の光路を説明するための模式図である。また図５は図４のＸで囲む領域の要部拡大図であり、図６は図４のＹで囲む領域の要部拡大図である。尚、比較のために、図５及び図６では本実施形態モジュールにおける光の光路を実線で、低屈折率層８を備えない比較モジュールにおける光の光路を破線で示している。
図４に示すように、受光面保護部材１０３を透過して細線電極４Ａに入射する光のうち、細線電極４Ａの頂部付近に入射する光Ｌ１は、本実施形態モジュール及び比較モジュールのいずれにおいてもそのまま受光面保護部材側１０３側に反射され、光電変換部５に入射することは殆どない。
図４に示すＸで囲む領域は、低屈折率層８の傾斜面８Ｓのうち頂部付近の領域である。この領域において傾斜面８Ｓに入射した光Ｌ２は、細線電極４Ａによって受光面保護部材１０３側に反射され、そして、空気と受光面保護部材１０３との屈折率の差によりその一部が再度光電変換部５側に反射されて光電変換部５に入射し、発電に寄与する。
また、図４に示すＹで囲む領域は、低屈折率層８の傾斜面８Ｓのうち光電変換部５の受光面Ｓ付近の領域である。この領域に入射した光は、細線電極４Ａにより反射される光Ｒ３と、低屈折率層８Ｓにより全反射される光Ｒａがある。低屈折率層８と封止材１０５との屈折率の関係から低屈折率層８に全反射条件を満たす臨界角より小さい角度で入射した光Ｌ３の一部は細線電極４Ａに到達し、傾斜面４Ｓにより反射され、光電変換部５に入射する。また、低屈折率層８に臨界角より大きい角度で入射した光Ｌａは、低屈折率層８Ｓの傾斜面８Ｓにより全反射され、光電変換部５に入射する。
図４に示すＸで囲む領域は、低屈折率層８の傾斜面８Ｓのうち頂部付近の領域である。この領域において傾斜面８Ｓに入射した光Ｌ２は、細線電極４Ａによって受光面保護部材１０３側に反射され、そして、空気と受光面保護部材１０３との屈折率の差によりその一部が再度光電変換部５側に反射されて光電変換部５に入射し、発電に寄与する。
また、図４に示すＹで囲む領域は、低屈折率層８の傾斜面８Ｓのうち光電変換部５の受光面Ｓ付近の領域である。この領域に入射した光は、細線電極４Ａにより反射される光Ｒ３と、低屈折率層８Ｓにより全反射される光Ｒａがある。低屈折率層８と封止材１０５との屈折率の関係から低屈折率層８に全反射条件を満たす臨界角より小さい角度で入射した光Ｌ３の一部は細線電極４Ａに到達し、傾斜面４Ｓにより反射され、光電変換部５に入射する。また、低屈折率層８に臨界角より大きい角度で入射した光Ｌａは、低屈折率層８Ｓの傾斜面８Ｓにより全反射され、光電変換部５に入射する。
以下に図４に示すＸ及びＹで囲まれた領域に入射した光について詳細に説明する。
図５に示すように、破線で示す比較モジュールの場合、領域Ｘに入射した光Ｌ２は直進して細線電極４Ａの傾斜面４Ｓに入射し、傾斜面４Ｓによって反射される。反射光Ｒ２１は、封止材１０５と受光面保護部材１０３の屈折率が略等しいために封止材１０５及び受光面保護部材１０３内をそのまま直進し、受光面保護部材１０３と空気との界面に入射角θ１で入射する。そして、この界面に入射した光のうち入射角θ１が全反射条件を満たす臨界角より大きい光は界面で光電変換部５側に全反射され、入射角θ１が臨界角より小さい光は界面で屈折して大部分が空気中に放射されるなどして、発電に寄与することがない。ここで、受光面保護部材１０３がガラスである場合、ガラスの屈折率は約１．５なので空気の屈折率を約１．０とすると臨界角は約４８．２°となる。
一方、実線で示す本実施形態モジュールの場合、領域Ｘに入射した光Ｌ２は、封止層１０５と低屈折率層８の屈折率差により、封止層１０５と低屈折率層８との界面で屈折する。このとき低屈折率層８が封止層１０５の屈折率よりも小さい屈折率を有するので、屈折角は入射角よりも大きくなる。このため屈折した光は、破線で示す比較モジュールに比べ、光電変換部５側で細線電極４Ａの傾斜面４Ｓに到達する。このため細線電極４Ａへの入射角は、破線で示す比較モジュールの入射角に比べ大きくなる。そして、傾斜面４Ｓによって反射される。このときの反射角も、本実施形態モジュールの方が大きくなる。反射光Ｒ２２は、低屈折率層８と封止材１０５との界面で再度屈折し、そして封止材１０５及び受光面保護部材１０３内をそのまま直進し、受光面保護部材１０３と空気との界面に入射角θ２で入射する。そして、界面に入射した光のうち入射角θ２が前述の臨界角より大きい光は界面で光電変換部５側に全反射され、入射角θ２が臨界角より小さい光は界面で屈折して大部分が空気中に放射されるなどして、発電に寄与することがない。
このとき、本実施形態モジュールと比較モジュールとを対比すると、本実施形態モジュールでは比較モジュールに比べ光電変換部５側で細線電極４Ａの傾斜面４Ｓに到達すると共に、そのときの入射角が比較モジュールの入射角よりも大きく、また傾斜面４Ｓでの反射角も本実施形態モジュールの方が大きい。このため、本実施形態モジュールにおいて反射光Ｒ２２が受光面保護部材１０３と空気との界面に入射するときの入射角θ２が、比較モジュールにおける入射角θ１よりも大きくなる。従って、本実施形態によれば細線電極４Ａの傾斜面４Ｓで反射され、受光面保護部材１０３と空気との界面に到達する光のうち、界面への入射角が全反射条件を満たす光の割合が、比較モジュールよりも増加する。このため本実施形態によれば、受光面保護部材１０３と空気との界面で全反射され、再度光電変換部５に入射する光を比較モジュールに比べ大きくすることができるので、光の有効利用を図ることができる。
次に、領域Ｙに入射した光の光路について説明する。図６に示すように、破線で示す比較モジュールの場合、入射光Ｌ３は直進して細線電極４Ａの傾斜面４Ｓに入射し、反射光Ｒ３１が光電変換部５に入射する。
一方、実線で示す本実施形態モジュールの場合、領域Ｙに入射した光Ｌ３は、封止層１０５と低屈折率層８の屈折率差により屈折する。このとき低屈折率層８が封止層１０５の屈折率よりも小さい屈折率を有するので、屈折角は入射角よりも大きくなる。このため屈折した光は、破線で示す比較モジュールに比べ、光電変換部５側で細線電極４Ａの傾斜面４Ｓに到達する。このため細線電極４Ａへの入射角は、破線で示す比較モジュールの入射角に比べ大きくなる。そして、傾斜面４Ｓによって反射される。このときの反射角も比較モジュールにおける反射角よりも大きい。そして、反射光Ｒ３２が光電変換部５に入射する。
本実施形態モジュールと比較モジュールとを対比すると、本実施形態モジュールでは比較モジュールに比べ光電変換部５側で細線電極４Ａの傾斜面４Ｓに到達すると共に、そのときの入射角が比較モジュールの入射角よりも大きく、また傾斜面４Ｓでの反射角も本実施形態モジュールの方が大きい。従って、本実施形態によれば反射光が光電変換部５の受光面Ｓに到達するまでの距離を、比較モジュールよりも短くすることができる。従って、本実施形態によれば、反射光が受光面Ｓに到達するまでに低屈折率層８或いは封止層１０５により吸収される光量を従来に比べ低減することができるので、光の有効利用を図ることができる。
以上のように、本実施形態によれば、従来発電に寄与することができなかった光を有効に利用できるので、出力の向上した太陽電池モジュールを提供することができる。
また、本実施形態では低屈折率層８を用いるため、太陽電池３と封止層１０５との界面に気泡が入り込むことがなく、気泡を用いた従来の太陽電池モジュールに比して信頼性に優れている。さらに、低屈折率層８にシランカップリング材などの封止層１０５との密着性を高める材料を添加することにより、低屈折率層８と封止層１０５との密着性を高めることができ、信頼性をより高めることができる。
《第２実施形態》
本発明の第２実施形態について、図７及び図８を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と同一又は類似の部分についての説明は省略する。
《第２実施形態》
本発明の第２実施形態について、図７及び図８を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と同一又は類似の部分についての説明は省略する。
（低屈折率層の構成）
図７は、本実施形態に係る低屈折率層８の効果を説明するための概略的な断面図である。また、図８は図７のＸで囲む領域に入射した光の要部拡大図である。比較のために、低屈折率層８を備えない比較モジュールにおける光の光路を図中に破線で示している。尚、比較モジュールにおける光の光路は前述の第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
図７は、本実施形態に係る低屈折率層８の効果を説明するための概略的な断面図である。また、図８は図７のＸで囲む領域に入射した光の要部拡大図である。比較のために、低屈折率層８を備えない比較モジュールにおける光の光路を図中に破線で示している。尚、比較モジュールにおける光の光路は前述の第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
本実施形態が第１実施形態と異なる点は、低屈折率層８が第１低屈折率層８ａと第２低屈折率層８ｂの２層を有する点にある。図７に示すように、第１低屈折率層８ａは、細線電極４Ａの下部表面を露出するように、細線電極４Ａの上部に形成されている。また、第２低屈折率層８ｂは、細線電極４Ａの下部表面上及び第１低屈折率層８ａの表面上に跨るよう形成されている。また、第２低屈折率層８ｂは封止材１０５の屈折率よりも小さい屈折率を有しており、第１低屈折率層８ａは第２低屈折率層８ｂの屈折率よりも小さい屈折率を有している。本実施形態にあってはこのように低屈折率層８を構成することにより、低屈折率層８の傾斜面８Ｓの傾きを、第１実施形態における傾斜面８Ｓの傾きよりも大きくしている。
図７に示すように、第１実施形態と同様にＸで囲む領域に入射する光のうち、細線電極４Ａの頂部付近に入射する光Ｌ１は、そのまま受光面保護部材側１０３側に反射され、光電変換部５に入射することは殆どない。
図８に示すように、Ｘで囲む領域において、傾斜面８Ｓに入射する入射光Ｌ２は、封止層１０５と第２低屈折率層８ｂの屈折率差により、封止層１０５及び第２低屈折率層８ｂの界面で屈折する。このとき第２低屈折率層８ｂが封止層１０５の屈折率よりも小さい屈折率を有するので、屈折角は入射角よりも大きくなる。次いで入射光Ｌ２は、第２低屈折率層８ｂと第１低屈折率層８ａの屈折率差により、第２低屈折率層８ｂ及び第１低屈折率層８ａの界面で屈折する。このとき第１低屈折率層８ａが第２低屈折率層８ｂの屈折率よりも小さい屈折率を有するので、入射角よりも屈折角が大きくなり、破線で示す比較モジュールに比べ、光電変換部５側で細線電極４Ａの傾斜面４Ｓに到達する。
以上の結果、本実施形態によれば、入射光Ｌ２が細線電極４Ａの傾斜面４Ｓに到達する位置を、第１実施形態よりも光電変換部５側に近づけることができ、またそのときの入射角を大きくすることができる。このため、本実施形態によれば細線電極４Ａの傾斜面４Ｓで反射される反射光Ｒ２２の反射角を第１実施形態よりも大きくすることができるので、反射光Ｒ２２が空気と受光面保護部材１０３との界面に入射する入射角θ２を第１実施形態よりも大きくすることができる。従って、本実施形態によれば細線電極４Ａの傾斜面４Ｓで反射され、受光面保護部材１０３と空気との界面に到達する光のうち、界面への入射角が全反射条件を満たす光の割合をさらに大きくすることができるので、光の有効利用をより一層図ることができる。
また、第１実施形態と同様に図７に示すＹで囲む領域に入射する光のうち、第２低屈折率層８ｂと封止材１０５との屈折率の関係から全反射条件を満たす臨界角より小さい角度で入射した光は入射光Ｌ３で示すように細線電極４Ａの傾斜面４Ｓにより反射され、光電変換部５に入射する。また、臨界角より大きい角度で入射した光は入射光Ｌａで示すように第２低屈折率層８ｂの傾斜面８Ｓにより全反射され、光電変換部５に入射する。このとき、第１低屈折率層８ａの形成により低屈折率層８の傾斜面８Ｓの傾斜をさらに急峻にできるため、反射光が光電変換部５の受光面Ｓに到達するまでの距離を第１実施形態よりもさらに短くすることができる。よって、反射光が受光面Ｓに到達するまでに第２低屈折率層８ｂ或いは封止層１０５により吸収される光量を第１実施形態よりもさらに低減することができる。
以上のように、本実施形態によれば、従来発電に寄与することができなかった光をより一層有効に利用できるので、出力の向上した太陽電池モジュールを提供することができる。
また、本実施形態では低屈折率層８を用いるため、太陽電池３と封止層１０５との界面に気泡が入り込むことがなく、気泡を用いた従来の太陽電池モジュールに比して信頼性に優れている。
《第３実施形態》
本発明の第３実施形態について、図９を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と同一又は類似の部分についての説明は省略する。
また、本実施形態では低屈折率層８を用いるため、太陽電池３と封止層１０５との界面に気泡が入り込むことがなく、気泡を用いた従来の太陽電池モジュールに比して信頼性に優れている。
《第３実施形態》
本発明の第３実施形態について、図９を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、上記第１実施形態と同一又は類似の部分についての説明は省略する。
（太陽電池モジュールの形成）
図９（ａ）は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの受光面側の平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すＣ−Ｃ間の要部拡大断面図である。
図９（ａ）は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの受光面側の平面図であり、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すＣ−Ｃ間の要部拡大断面図である。
本実施形態が第１及び第２実施形態と異なる点は、低屈折率層８を配線材２上に設けた点にある。
図９（ａ）に示すように、配線材２は太陽電池３の配列方向Ｙに沿って配されている。そして、図９（ｂ）に示すように、接続電極４Ｂ上に配線材２が接続されている。
また、図９（ｂ）に示すように、配線材２は銅等の金属材料からなる芯材２ｂと、この芯材２ｂの表面を覆う錫や半田等の導電層２ａとを有している。導電層２ａは、例えばディップ法によって形成することができる。このような配線材２の導電層２ａは、封止材１０５側から芯材２ｂ側に向かって幅広となる傾斜面を有する。従って、導電層２ａの受光面を覆うように形成した低屈折率層８は、配列方向Ｙと直交する方向Ｘに沿う断面おいて、中央部が突出し、且つ、光電変換部５の受光面Ｓに向かって断面が幅広となるように傾斜する傾斜面８Ｓを有している。
低屈折率層８はディスペンサー等により配線材２上に塗布することができる。この時、配線材の中央部と配線材の全域とを２回に分けて低屈折率層８を塗布することで、配列方向Ｙと直交する方向Ｘに沿う断面おいて、中央部が突出し、且つ、光電変換部５の受光面Ｓに向かって断面が幅広となるように傾斜する傾斜面８Ｓを形成することができる。なお、配線材２上への低屈折率層８の形成は、接続電極４Ｂと配線材２とを接続後に行っても良いし、接続前に行っても良い。
本実施形態においても、配線材２における導電層２ａの受光面で反射された反射光のうち、受光面保護部材１０３側に反射され、受光面保護部材１０３と空気との界面で全反射され、再度光電変換部５に入射する光の割合を大きくすることができるので、光の有効利用を図ることができる。
また、導電層２ａの受光面で反射された反射光のうち、光電変換部５側に反射された反射光が受光面Ｓに到達するまでの距離を短くすることができるので、低屈折率層８或いは封止層１０５により吸収される光量を比べ低減することができ、光の有効利用を図ることができる。
以上の結果、本実施形態によっても光電変換部に入射する光量を増やすことができるので、出力の向上した太陽電池モジュールを提供することができる。
さらに、本実施形態では低屈折率層８を用いるので、気泡を用いた従来の太陽電池モジュールに比して信頼性に優れている。
（変形例）
以上説明したように、本実施形態によれば出力特性が向上し、信頼性の優れた太陽電池モジュールを提供することができる。
（変形例）
以上説明したように、本実施形態によれば出力特性が向上し、信頼性の優れた太陽電池モジュールを提供することができる。
尚、本発明に係る太陽電池モジュールは、第１〜第３実施形態で説明した構成に限定されるものではない。例えば、第３実施形態の配線材２上に低屈折率層８を備える構成において、低屈折率層８を第２実施形態と同様に第１低屈折率層８ａと第２低屈折率層８ｂとの２層構造としても良い。
また、配線材２上及び細線電極４Ａ上の両方に低屈折率層８を設けても良い。
また、これに限らず、本発明の趣旨を損なわない範囲で種々の変形が可能である。
《実施例》
以下、本発明に係る太陽電池モジュールについて、実施例を挙げて具体的に説明する。
《実施例》
以下、本発明に係る太陽電池モジュールについて、実施例を挙げて具体的に説明する。
本発明の実施例として、第１〜３実施形態に係わる太陽電池モジュールを以下のように作製した。以下の作製方法では、工程を工程１〜４に分けて説明する。
＜工程１＞光電変換部形成
まず、約１Ω・ｃｍの抵抗率と約２００μｍの厚みとを有する約１２５ｍｍ角のｎ型単結晶シリコン基板を準備した。次に、ＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板の上面上に、約５ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層と、約５ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層とをこの順序で形成した。
まず、約１Ω・ｃｍの抵抗率と約２００μｍの厚みとを有する約１２５ｍｍ角のｎ型単結晶シリコン基板を準備した。次に、ＣＶＤ法を用いて、ｎ型単結晶シリコン基板の上面上に、約５ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層と、約５ｎｍの厚みを有するｐ型非晶質シリコン層とをこの順序で形成した。
次に、ｎ型単結晶シリコン基板の裏面上に、ＣＶＤ法を用いて約５ｎｍの厚みを有するｉ型非晶質シリコン層と、約５ｎｍの厚みを有するｎ型非晶質シリコン層とをこの順序で形成した。
次に、スパッタ法を用いて、ｐ型非晶質シリコン層及びｎ型非晶質シリコン層の各々の上に、約１００ｎｍの厚みを有するＩＴＯ膜をそれぞれ形成した。
以上の工程により、実施例に係る太陽電池の光電変換部を作製した。
以上の工程により、実施例に係る太陽電池の光電変換部を作製した。
＜工程２＞集電電極形成
次に、光電変換部の受光面側及び裏面側に配されたＩＴＯ膜の表面に、夫々印刷法により、エポキシ系熱硬化型の銀ペーストを用いて、以下の形状を有する集電電極を形成した。
次に、光電変換部の受光面側及び裏面側に配されたＩＴＯ膜の表面に、夫々印刷法により、エポキシ系熱硬化型の銀ペーストを用いて、以下の形状を有する集電電極を形成した。
第１〜３実施形態の夫々に係わる実施例１〜３のサンプルについて、幅が約１００μｍ、厚みが約３０μｍの細線電極をピッチが約２ｍｍで夫々形成した。
また、第１〜３実施形態の夫々に係わる実施例１〜３のサンプルについて、長さが約１２２ｍｍ、幅が約１．０ｍｍ、厚みが約３０μｍのバスバー電極を接続電極４Ｂとして、細線電極４Ａと直交する方向に２本形成した。
＜工程４＞低屈折率層形成
実施例１及び２のサンプルについて、細線電極４Ａ上に低屈折率層を形成した。
実施例１及び２のサンプルについて、細線電極４Ａ上に低屈折率層を形成した。
実施例１のサンプルについて、低屈折率層８は、屈折率が約１．３４となるようにシリカナノ粒子をシリコーン樹脂に混入させたペースト状ものを細線電極４Ａ上にスクリーン印刷法により塗布し、その後、加熱乾燥させることにより形成した。このとき、低屈折率層８は、接続電極上及び接続電極近傍を除く細線電極４Ａ上に幅が約１５０μｍ、厚みが約２０μｍで形成した。
実施例２のサンプルについて、第１低屈折率層８ａとしては、シリコーン樹脂に混入させるシリカナノ粒子の量を第２低屈折率層８ｂよりも多くすることで、第２低屈折率層８ｂよりも低屈折率になるよう形成した。実施例２では、第１低屈折率層８ａの屈折率は１．２９のものを使用した。そして、第１低屈折率層８ａは、細線電極４Ａの下部表面を露出するように接続電極上及び接続電極近傍を除く細線電極４Ａ上に幅が約５０μｍ、厚みが約１０μｍで形成した。また、シリカナノ粒子入りシリコーン樹脂ペーストの粘度は、厚みを大きく塗布できるよう高めに設定した。次に、第２低屈折率層８ｂは、実施例１の低屈折率層８と同様のペーストを用いて、細線電極４Ａの下部表面及び第１低屈折率層８ａ上に跨って形成した。このとき、第２低屈折率層８ｂは、接続電極上及び接続電極近傍を除く細線電極４Ａ上に幅が約１５０μｍ、厚みが約２０μｍで形成した。
実施例３のサンプルについて、低屈折率層８は配線材接続後に形成するため後述する。
＜工程４＞配線材の接続
配線材２の材質としては銅を使用し、その表面に半田がコートされたものを使用した。配線材の幅は約１．５ｍｍである。
配線材２の材質としては銅を使用し、その表面に半田がコートされたものを使用した。配線材の幅は約１．５ｍｍである。
接続電極上に、ディスペンサー等により熱硬化型エポキシ系樹脂を含む樹脂型の接着材を塗布した。なお、接着材は、樹脂中に体積率約５％のニッケル粒子を含有させることにより、導電性を付与している。
そして、実施例１〜３の太陽電池の接続電極上に配された配線材を順次上下から加熱部で挟み、所定の圧力をかけながら加熱し、その後、接着材を硬化させること接着材により配線材２を接着した。
実施例３のサンプルについては、光電変換部の受光面の接続電極上に配された配線材２上に幅が約１．５ｍｍ、厚みが５０μｍとなるよう低屈折率層８を形成した。低屈折率層８は、屈折率が約１．３４となるようにシリカナノ粒子をシリコーン樹脂に混入させたペースト状ものを、配線材２上にディスペンサーにより塗布し、その後、加熱乾燥させることにより形成した。
＜工程５＞モジュール化
ガラス基板からなる表面保護部材の上に、ＥＶＡからなる封止材シートを載せた後、配線材２によって接続された複数の太陽電池を配置した。そして、その上に、更にＥＶＡからなる封止材シートを載せた後、ＰＥＴ／アルミニウム箔／ＰＥＴの３層構造を有する裏面保護部材を配置した。そして、周知のラミネート法を用いて一体化した後に、実施例に係る太陽電池モジュールを作製した。
ガラス基板からなる表面保護部材の上に、ＥＶＡからなる封止材シートを載せた後、配線材２によって接続された複数の太陽電池を配置した。そして、その上に、更にＥＶＡからなる封止材シートを載せた後、ＰＥＴ／アルミニウム箔／ＰＥＴの３層構造を有する裏面保護部材を配置した。そして、周知のラミネート法を用いて一体化した後に、実施例に係る太陽電池モジュールを作製した。
このような工程を経ることにより、夫々、第１実施形態に係わる実施例１のサンプル、第２実施形態に係わる実施例２のサンプル、第３実施形態に係わる実施例３のサンプルを形成した。
（比較例）
低屈折率層８を形成しない以外は第１実施形態に係るサンプルと同一のサンプルを使用した。
低屈折率層８を形成しない以外は第１実施形態に係るサンプルと同一のサンプルを使用した。
（結果）
実施例１〜３及び比較例に係る太陽電池モジュールについて、モジュール出力電流の測定を行った。条件としては、ＪＩＳ Ｃ ８９１８で規定する、ＡＭ−１．５、放射強度１ｋＷ／ｍ２、モジュール温度２５℃の標準条件を使用した。表１に、比較例及び実施例１〜３の太陽電池モジュールの規格化モジュール電流を示す。規格化モジュール電流とは、比較例における太陽電池モジュールのモジュール電流を１として、規格化した値である。
実施例１〜３及び比較例に係る太陽電池モジュールについて、モジュール出力電流の測定を行った。条件としては、ＪＩＳ Ｃ ８９１８で規定する、ＡＭ−１．５、放射強度１ｋＷ／ｍ２、モジュール温度２５℃の標準条件を使用した。表１に、比較例及び実施例１〜３の太陽電池モジュールの規格化モジュール電流を示す。規格化モジュール電流とは、比較例における太陽電池モジュールのモジュール電流を１として、規格化した値である。
（その他の実施形態）
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
例えば、第１〜３実施形態において細線電極上又は配線材上のどちらかに低屈折率層の形成を行ったが、細線電極上と配線材上の両方に低屈折率層の形成を行ってもよい。この様な場合、さらに光を効率よく光電変換部の受光面へ導くことができるため、さらに太陽電池モジュールの特性を向上することができる。
１ 太陽電池モジュール
１０３ 受光面保護部材
１０４ 裏面保護部材
１０５ 封止層
２ 配線材
２ａ 芯材
２ｂ 導電層
３ 太陽電池
４ 集電電極
４Ａ 細線電極
４Ｂ 接続電極
５ 光電変換部
７ 接着材
８ 低屈折率層
８ａ 第１低屈折率層
８ｂ 第２低屈折率層
８Ｓ 傾斜面
Ｓ 光電変換部の受光面
１０３ 受光面保護部材
１０４ 裏面保護部材
１０５ 封止層
２ 配線材
２ａ 芯材
２ｂ 導電層
３ 太陽電池
４ 集電電極
４Ａ 細線電極
４Ｂ 接続電極
５ 光電変換部
７ 接着材
８ 低屈折率層
８ａ 第１低屈折率層
８ｂ 第２低屈折率層
８Ｓ 傾斜面
Ｓ 光電変換部の受光面
Claims (7)
- 太陽電池と、前記太陽電池の光入射側に設けられた封止材と、を備え、
前記太陽電池は、光電変換部と、前記光電変換部の受光面上に一方向に延在するように形成された細線電極と、を含むと共に、
前記細線電極の受光面と前記封止材との間には、前記封止材の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率層が前記細線電極の受光面を覆うように設けられ、
前記低屈折率層は、前記一方向と直交する他方向における断面において、中央部が突出し、且つ、前記光電変換部の受光面に向かって前記断面が幅広となるように傾斜する傾斜面を有することを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記低屈折率層は、前記細線電極の下部表面を露出するように上部上に設けられた第１低屈折率層と、
前記細線電極の前記下部表面上及び前記第１低屈折率層上に跨って設けられた第２低屈折率層とを有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 前記細線電極と前記封止材との間に、前記一方向と直交する方向に延在するように配された配線材を有し、
前記低屈折率層は、前記配線材から露出する前記細線電極の表面を覆うように設けられていることを特徴とする請求項１または２記載の太陽電池モジュール。 - 配列方向に沿って配列された複数の太陽電池と、
前記配列方向に延在し、隣接して配置された前記太陽電池を電気的に接続する配線材と、
前記配線材により配線された前記複数の太陽電池の光入射側に設けられた封止材と、を備え、
前記太陽電池は、光電変換部を含むと共に、
前記配線材の受光面と前記封止材との間には、前記封止材の屈折率よりも小さい屈折率を有する低屈折率層が前記配線材の受光面を覆うように設けられ、
前記低屈折率層は、前記配列方向と直交する方向における断面において、中央部が突出し、且つ、前記光電変換部の受光面に向かって前記断面が幅広となるように傾斜する傾斜面を有することを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記低屈折率層は、
前記配線材の受光面の前記中央部に設けられた第１低屈折率層と、
前記配線材の受光面の周辺部と前記第１低屈折率層とを覆う第２低屈折率層とからなる請求項４に記載の太陽電池モジュール。 - 前記第１低屈折率層の屈折率は、前記第２低屈折率層の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項２または５に記載の太陽電池モジュール。
- 前記低屈折率層は有機材料及び無機材料を含む材料からなる請求項１〜６いずれか記載の太陽電池モジュール。
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