JP2011127198A - 太陽電池カバー、その製造方法及び融雪方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】太陽電池カバー100は、透光性基板102と、発熱層としての透明導電膜104と、光触媒性薄膜106とを積層して構成され、光触媒性薄膜106は、成膜プロセス領域で、チタンで構成されたターゲットをスパッタし、膜原料物質を付着させるスパッタ工程と、反応プロセス領域で、少なくとも反応性ガスのプラズマを膜原料物質に接触させ第1の薄膜を生成する反応工程と、成膜プロセス領域と反応プロセス領域の間で第1の薄膜が形成された基板を移動させ、スパッタ工程及び反応工程を複数回繰り返し第2の薄膜を形成する薄膜堆積工程と、第2の薄膜に対し、不活性ガスを反応性ガスの導入流量と少なくとも同一流量で積極的に混合した混合ガスのプラズマを接触させるプラズマ後処理工程によって形成される。
【選択図】図1
Description
図1に示すように、本実施形態に係る太陽電池カバー100は、透光性基板102を有する。透光性基板102の表面の少なくとも一部(好ましくは全部)には、発熱層としての透明導電膜104が積層してある。透明導電膜104の上には、光触媒性薄膜106が積層してある。
透光性基板102の形成材料としては、ガラス及び合成樹脂が使用される。透光性基板102に使用される合成樹脂としては、例えばポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、フッ素系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、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等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリスルホン系樹脂、アセタール系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられる。これらの樹脂の中でも、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂又はポリエステル系樹脂が特に好ましい。
透明導電膜104は、電流が導通されることで発熱し、その結果、光触媒性薄膜106の外面に積雪している雪を融雪させる加熱手段としての機能を有する。
光触媒性薄膜106は、一旦、発現した光触媒作用を速やかに消失させることが可能であり、本実施形態では酸化チタンで構成してある。
次に、太陽電池カバー100の光触媒性薄膜106の好ましい成膜方法の一例を説明する。まず、この方法を実現可能な一例としての装置の構成例を説明する。
図2及び図3に示すように、成膜装置1は、略直方体状の中空体である真空容器11を有する。真空容器11には排気用の配管15aが接続され、この配管には容器11内排気のための真空ポンプ15が接続されている。真空ポンプ15は、例えば、ロータリポンプやターボ分子ポンプ(TMP)などで構成される。真空容器11内には回転ドラム13が配設されている。回転ドラム13(基体保持手段)は、その外周面に成膜対象としての基板Sを真空容器11内で保持可能な筒状部材で構成されている。本実施形態の回転ドラム13は、筒方向に延びる回転軸線Zが真空容器11の鉛直方向(Y方向)へ向くように真空容器11内に配設される。回転ドラム13は、モータ17を駆動させることにより軸線Zを中心に回転する。
次に、成膜装置1を用いた成膜方法の一例を説明する。
(1)一度励起状態になり光触媒作用を発現した酸化チタン光触媒が、その後に暗所放置しても長期間にわたり光触媒作用を発現し続けるのは、光触媒作用を発現する起源と考えられる、薄膜表面(以下「膜表面」という。)に存在する活性電子(e− )と活性正孔(h+ )の存在寿命が長いためである。
(2)そして、この膜表面に存在する活性電子と活性正孔の寿命を短くすることができれば、膜表面に発現している光触媒作用を速やかに消失させることができるのではないか。
太陽電池の一例としての太陽電池モジュール200は、図4及び図5に示すように、入射面側光透過性基材201の裏面201Aに充填剤層202を介して例えば6×6列の太陽電池セル204が積層されるとともに、これらの太陽電池セル204に裏面側光透過性基材としてのバックガラス206が積層され、そして、各太陽電池セル204に接続された端子ボックス208がバックガラス206の裏面206Aに固定されることにより構成されている。
入射面側光透過性基材201は、図1に示す太陽電池カバー100の透光性基材102と同様の材質で構成することができる。なお、太陽電池カバー100の透光性基材102を、上記入射面側光透過性基材201に用いてもよい。この場合、太陽電池カバー100の透光性基材102がモジュール200の入射面側光透過性基材として機能する。
充填剤層202は、カバー100及びバックガラス206間における太陽電池セル204の周囲に充填されており、入射面側光透過性基材201及びバックガラス206の接着性や、太陽電池セル204を保護するための耐スクラッチ性、衝撃吸収性等を有している。なお、太陽電池セル204の表面に積層される充填剤層202は、上記諸機能に加え、太陽光を透過する透明性を有している。
太陽電池セル204は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する光起電力素子である。各太陽電池セル204は、略同一平面内に敷設され、直列又は並列に配線されている。太陽電池セル204としては、例えば単結晶シリコン型太陽電池素子、多結晶シリコン型太陽電池素子等の結晶シリコン太陽電子素子、シングル接合型やタンデム構造型等からなるアモルファスシリコン太陽電池素子、ガリウムヒ素(GaAs)やインジウム燐(InP)等の第3〜第5族化合物半導体太陽電子素子、カドミウムテルル(CdTe)や銅インジウムセレナイド(CuInSe2 )等の第2〜第6族化合物半導体太陽電子素子等を使用することができ、それらのハイブリット素子も使用することができる。なお、複数枚の太陽電池セル54間にも充填剤層202が隙間なく充填されている。
バックガラス206は、裏面側透光性基材として機能する。なお、バックガラス206の代わりに、板状のガラス、フイルム状の有機材料や無機材料を用いてもよい。
太陽電池モジュール200の製造方法としては、特に限定されるもではないが、一般的には、まず、入射面側光透過性基材201、充填剤層202、複数枚の太陽電池セル204及びバックガラス206をこの順に積層する工程と、次に、それらを真空吸引により一体化して加熱圧着する真空加熱ラミネーション法等により一体成形するラミネート工程とを有している。上記太陽電池モジュール200の製造方法において、各層間の接着性等を目的として、加熱溶融型接着剤、溶剤型接着剤、光硬化型接着剤等を塗工すること、又は、各積層対向面にコロナ放電処理、オゾン処理、低温プラズマ処理、グロー放電処理、酸化処理、プライマーコート処理、アンダーコート処理、アンカーコート処理等を施すこともできる。
太陽電池モジュール200は、例えば図6に示すように、多雪地帯の家屋、特にその南面に傾斜を付けて設置することができる(例えば南向きの屋根300の上など)。こうしたモジュール200の表面に雪が積もった場合、モジュール200内のセル204に太陽光が入射せず、その後の発電を行うことはできない。
以上説明した実施形態は、上記発明の理解を容易にするために記載されたものであって、上記発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、上記発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
図2及び図3に示す成膜装置1を用い、(1)まず、基板Sの表面に、酸化亜鉛(ZnO)の透明導電性薄膜(第1薄膜)を形成した。基板Sとして、ガラス性基板であるBK7を用いた。成膜は以下の条件で行った。なお、成膜レートは0.45nm/sとした。
・基板温度:室温、
・ターゲット29a,29b:亜鉛(Zn)、
・ターゲットに供給される電力(スパッタ電力):3.0kW、
・電極21a,21bに印加する交流電圧の周波数:40kHz、
・アルゴンガスの導入流量:250sccm。
・高周波電源89からアンテナ85a,85bに供給される電力(プラズマ処理電力):2kW、
・アンテナ85a,85bに印加する交流電圧の周波数:13.56MHz、
・酸素ガスの導入流量:80sccm、
・アルゴンガスの導入流量:0sccm。
・基板温度:室温、
・ターゲット49a,49b:チタン(Ti)、
・ターゲットに供給される電力(スパッタ電力):5.0kW、
・電極41a,41bに印加する交流電圧の周波数:40kHz、
・アルゴンガスの導入流量:500sccm。
・高周波電源89からアンテナ85a,85bに供給される電力(プラズマ処理電力):3kW、
・アンテナ85a,85bに印加する交流電圧の周波数:13.56MHz、
・酸素ガスの導入流量:200sccm、
・アルゴンガスの導入流量:500sccm。
プラズマ後処理を行わなかった以外は、実施例1と同様の方法で、基板Sの最表面に酸化チタン薄膜を形成した。
実施例1及び比較例1で得られた酸化チタン薄膜の光触媒作用の発現と消失のサイクル評価を行った。この評価は、作成した酸化チタン薄膜に対して、水の接触角の経時変化を調べることにより行った。
酸素ガスの導入流量は200sccmのままで、反応プロセス領域60へのアルゴンガスの導入流量を、200sccm、400sccm、600sccm、800sccmとした以外は、実施例1と同様の条件で、基板Sの最表面に、厚み180nm(全成膜時間45分(成膜15分+後処理30分))の酸化チタン薄膜を形成した。
1…成膜装置、11…真空容器、13…回転ドラム、S…基板、12,14,16…仕切壁、
20,40…成膜プロセス領域、
スパッタ源(21a,21b,41a,41b…マグネトロンスパッタ電極、23,43…交流電源、24,44…トランス、29a,29b,49a,49b…ターゲット)、
スパッタ用ガス供給手段(26,46…反応性ガスボンベ、28,48…不活性ガスボンベ、25,27,45,47…マスフローコントローラ)、
60…反応プロセス領域、
80…プラズマ源(81…ケース体、83…誘電体板、85a,85b…アンテナ、87…マッチングボックス、89…高周波電源)、反応処理用ガス供給手段(66…反応性ガスボンベ、68…不活性ガスボンベ、65,67…マスフローコントローラ)、
Claims (8)
- 透光性基板と、透明導電膜で構成される発熱層と、光触媒性薄膜とをこの順に積層してある太陽電池カバーにおいて、
前記光触媒性薄膜は、前記発熱層の表面に、下記(1)〜(4)の処理を施すことにより成膜されたものであることを特徴とする太陽電池カバー。
(1)真空容器の内部に形成された成膜プロセス領域で、チタン金属で構成されたターゲットをスパッタし、前記発熱層の表面に前記チタンで構成される膜原料物質を付着させるスパッタ工程、
(2)前記成膜プロセス領域とは離間して形成された反応プロセス領域で、少なくとも反応性ガスのプラズマを前記膜原料物質に接触させて第1の薄膜を生成させる反応工程、
(3)前記発熱層が形成された前記透光性基板を前記成膜プロセス領域と前記反応プロセス領域の間で移動させ、前記スパッタ工程及び前記反応工程を複数回繰り返し、前記第1の薄膜を複数回堆積させて第2の薄膜を形成する薄膜堆積工程、
(4)前記不活性ガスを前記反応性ガスに対して前記反応性ガスの導入流量と少なくとも同一流量で積極的に混合した混合ガスのプラズマを前記第2の薄膜に接触させるプラズマ後処理工程。 - 請求項1記載のカバーにおいて、
前記発熱層は、ZnO系の透明導電膜で形成してあり、厚みが300〜700nmであることを特徴とする太陽電池カバー。 - 請求項1又は2記載のカバーにおいて、
前記光触媒性薄膜は、厚みが50〜250nmであることを特徴とする太陽電池カバー。 - 透光性基板の表面に透明導電膜で構成された発熱層が積層してあり、前記発熱層の表面に光触媒性薄膜が積層してある太陽電池カバーを製造する方法であって、
前記透光性基板の表面に前記発熱層を成膜する第1の成膜工程と、
前記発熱層の表面に前記光触媒性薄膜を成膜する第2の成膜工程とを有し、
前記第2の成膜工程は、
真空容器の内部に形成された成膜プロセス領域で、チタン金属で構成されたターゲットをスパッタし、前記発熱層の表面に前記チタンで構成される膜原料物質を付着させるスパッタ工程と、
前記成膜プロセス領域とは離間して形成された反応プロセス領域で、少なくとも反応性ガスのプラズマを前記膜原料物質に接触させて第1の薄膜を生成させる反応工程と、
前記透光性基板を前記成膜プロセス領域と前記反応プロセス領域の間で移動させ、前記スパッタ工程及び前記反応工程を複数回繰り返し、前記第1の薄膜を複数回堆積させて第2の薄膜を形成する薄膜堆積工程と、
前記不活性ガスを前記反応性ガスに対して前記反応性ガスの導入流量と少なくとも同一流量で積極的に混合した混合ガスのプラズマを前記第2の薄膜に接触させるプラズマ後処理工程とを有することを特徴とする太陽電池カバーの製造方法。 - 請求項4記載の製造方法において、
前記後処理工程では、前記不活性ガスを前記反応性ガスの導入流量よりも多い流量で導入し、前記混合ガスのプラズマを発生させることを特徴とする太陽電池カバーの製造方法。 - 請求項4又は5記載の製造方法において、
前記後処理工程では、前記反応プロセス領域に、前記不活性ガスを前記反応性ガスの導入流量の少なくとも3倍の流量で導入し、前記混合ガスのプラズマを発生させることを特徴とする太陽電池カバーの製造方法。 - 直列又は並列に配線された複数枚の太陽電池セルをパッケージングし、ユニット化した太陽電池モジュールの受光面側に、請求項1〜3の何れか一項記載の太陽電池カバーをその透光性基板を積層するとともに、
前記太陽電池カバーの前記発熱層を電源に対して電気的に接続し、電力を供給することによって前記発熱層を発熱させ、
前記光触媒性薄膜の表面に堆積した雪を融雪することを特徴とする融雪方法。 - 請求項7記載の融雪方法であって、
前記発熱層を少なくとも1つの前記太陽電池セルに対して電気的に接続し、電力を供給することによって前記発熱層を発熱させることを特徴とする融雪方法。
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