JP2012204598A - Solar cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池に関し、特に、太陽光の少なくとも一部を透過するシースルー型の太陽電池に関する。 The present invention relates to a solar cell, and more particularly, to a see-through solar cell that transmits at least part of sunlight.
近年、太陽電池の普及が進み、様々なところで太陽電池が使用されるようになっている。例えば、野菜や果物等の植物を育成する温室の天井面に、植物の育成に必要な波長の太陽光を透過する太陽電池を配置し、該太陽電池で発電された電気を温室の電源として使用することが提案されている(特許文献1参照)。 In recent years, solar cells have been widely used, and solar cells have been used in various places. For example, a solar cell that transmits sunlight of a wavelength necessary for plant growth is placed on the ceiling surface of a greenhouse that grows plants such as vegetables and fruits, and electricity generated by the solar cell is used as a power source for the greenhouse. It has been proposed (see Patent Document 1).
また、太陽電池の表面は外気に曝されるため塵埃が付着し、表面が汚れてくる。太陽電池の表面が汚れると、太陽光が遮られるため発電量が低下する。これを防止するため、太陽電池の表面に透明性に優れる空気触媒(例えば、リン酸チタニア)を塗布し、太陽電池表面の防汚性を向上させることが提案されている(特許文献2参照)。 Further, since the surface of the solar cell is exposed to the outside air, dust adheres and the surface becomes dirty. When the surface of the solar cell becomes dirty, the amount of power generation decreases because sunlight is blocked. In order to prevent this, it has been proposed to improve the antifouling property of the solar cell surface by applying an air catalyst (eg, titania phosphate) excellent in transparency to the surface of the solar cell (see Patent Document 2). .
特許文献1の提案では、植物の育成に必要な光を、太陽電池を透過させて温室内へ導入している。しかしながら、特許文献1では、太陽電池の裏面が温室内の大気と接する構造となっており、しかも、殺菌作用のある紫外光が太陽電池の透明電極層、光電変換層およびこれらを保護するカバーガラスなどにより吸収され該太陽電池の裏面側には届かず、太陽電池の裏面にカビ等の菌類が繁殖して裏面が汚れ、植物の育成に必要な光が遮られることにより植物の育成が阻害される虞がある。
特許文献2の提案では、太陽電池裏面の汚れについては考慮されておらず、太陽電池の表面に空気触媒を塗布しているため、太陽電池裏面のカビ等の繁殖を抑制することはできない。
そして、上記カビ等による汚れを除去するために除菌剤等の塩素系薬品を使用した場合は、この薬品が植物に悪影響を及ぼす虞がある。さらに、抗菌剤として銀(Ag)を裏面に塗布することも考えられるが、銀により太陽電池を透過した太陽光が反射または吸収されてしまうため、温室内へ植物の育成に必要な光が遮られてしまい、植物の育成が阻害されてしまう。
本発明は、上記の事情に対処してなされたもので、太陽光の透過率の低下を抑制できる太陽電池を提供することを目的とする。
In the proposal of
In the proposal of Patent Document 2, the dirt on the back surface of the solar cell is not taken into consideration, and the air catalyst is applied to the surface of the solar cell, so that propagation of mold or the like on the back surface of the solar cell cannot be suppressed.
When a chlorinated chemical such as a disinfectant is used to remove dirt caused by the mold, the chemical may adversely affect the plant. In addition, silver (Ag) may be applied to the back surface as an antibacterial agent. However, since sunlight transmitted through the solar cell is reflected or absorbed by the silver, light necessary for growing plants in the greenhouse is blocked. And the growth of the plant will be hindered.
This invention is made | formed in response to said situation, and it aims at providing the solar cell which can suppress the fall of the transmittance | permeability of sunlight.
本発明の太陽電池は、太陽光の少なくとも一部を透過するシースルー型の太陽電池であって、太陽光の少なくとも一部を電気に変換する光電変換層と、光電変換層の太陽光入射側に設けられた表面保護材と、光電変換層の太陽光入射側とは反対側に設けられた裏面保護材と、光電変換層と表面保護材との間に設けられた第1の透明導電膜層と、光電変換層と裏面保護材との間に設けられた第2の透明導電膜層と、を備え、裏面保護材の太陽光入射側とは反対側に酸素又は水分の少なくとも一方と反応して有機物を分解する空気触媒層が形成されていることを特徴とする。 The solar cell of the present invention is a see-through solar cell that transmits at least a part of sunlight, and includes a photoelectric conversion layer that converts at least a part of sunlight into electricity, and a sunlight incident side of the photoelectric conversion layer. The provided surface protective material, the back surface protective material provided on the side opposite to the sunlight incident side of the photoelectric conversion layer, and the first transparent conductive film layer provided between the photoelectric conversion layer and the surface protective material And a second transparent conductive film layer provided between the photoelectric conversion layer and the back surface protective material, and reacts with at least one of oxygen or moisture on the side opposite to the sunlight incident side of the back surface protective material. An air catalyst layer for decomposing organic substances is formed.
本発明によれば、太陽光の透過率の低下を抑制できる太陽電池を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the solar cell which can suppress the fall of the transmittance | permeability of sunlight can be provided.
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。 Hereinafter, details of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態)
図1は、実施形態に係る温室1の外観図である。図2は、実施形態に係る温室1の断面図である。温室1は、フレーム10と、フレーム10を支える土台11と、温室1の壁面を形成する透明パネル12と、温室1の屋根に配設され太陽光L1により発電する複数の太陽電池モジュール13と、太陽電池モジュール13で発電される電気を蓄電し、必要に応じて所望の電圧に変換して放電する蓄放電装置14、及び温室1内を温調するファンやエアコンディショナ等の空調設備15と、温室1内の植物の生長や開花周期を制御したり、夜間照明を提供するための照明装置16とを備える。
(Embodiment)
FIG. 1 is an external view of a
透明パネル12は、太陽光L1を透過させる透明材料(例えば、ガラスやプラスチック)からなる。
The
太陽電池モジュール13は、植物が光合成をするために必要な光L2を温室1内へ導入する必要があることから、太陽光L1の一部を透過させるものであることが好ましい。太陽電池モジュール13の設置方向は、日当たりを考慮して、真南とすることが好ましい。また、太陽電池モジュール13の設置角度は、日本国内の場合は20°〜35°程度とするのが好ましい。なお、太陽電池モジュール13の構成については、図3を参照して後述する。
Since the
蓄放電装置14は、太陽電池モジュール13で発電された電気の蓄放電が可能な蓄電池(例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等)と、該蓄電池から放電される電気を所望の電圧に昇圧又は降圧するDC−DCコンバータや直流を交流に変換するDC−ACコンバータ等を備えた変換回路とを備える。蓄放電装置14の蓄電池に蓄えられた電気は、必要に応じて空調設備15や照明装置16へ供給される。
The storage /
照明装置16は、蛍光灯や発光ダイオード(LED)で構成される。なお、消費電力を抑制する観点からは発光効率の高い発光ダイオードを用いることが好ましい。
The
なお、図1,図2には図示していないが、温室1の壁面や屋根に複数の通気孔または通気窓を設けるようにしてもよいし、温室1内に自動散水システムを設けてもよい。
また、植物の栽培方法としては、地面もしくは多層栽培棚で栽培することが可能であり、その際にも土耕法、気耕法、水耕法等を選択できる。
Although not shown in FIGS. 1 and 2, a plurality of ventilation holes or ventilation windows may be provided on the wall or roof of the
Moreover, as a cultivation method of a plant, it is possible to grow on the ground or a multi-layer cultivation shelf, and also in this case, a soil cultivation method, an air cultivation method, a hydroponics method, or the like can be selected.
(太陽電池モジュール13)
上述したように、この実施形態では、太陽光の一部、特に、植物の育成に必要な波長帯域の光を透過させる太陽電池を太陽電池モジュール13として使用することが好ましい。光合成を行なうクロロフィルaは、テトラピロールに由来した430nm(B帯)と622nm(Q帯)に鋭い吸収帯を持つ。したがって、430nmまたは622nm付近の波長を透過するものが好ましい。このような太陽電池として、太陽電池モジュール13の光電変換層を150nm〜600nm程度に非常に薄くしたシースルー型太陽電池が知られている。
(Solar cell module 13)
As described above, in this embodiment, it is preferable to use, as the
図3は、本実施形態に係る太陽電池モジュール13の断面図の一例である。図3には、光電変換層としてアモルファスシリコン薄膜を用いたシースルー型太陽電池における太陽電池モジュール13の断面図を示した。以下、図3を参照して、光電変換層としてアモルファスシリコン薄膜を用いたシースルー型太陽電池における太陽電池モジュール13の構成について説明する。
FIG. 3 is an example of a cross-sectional view of the
図3に示すように、太陽電池モジュール13は、表面ガラス基板101(表面保護材)と、太陽光入射側に配置されたITO(錫をドープした酸化インジウム)、SnO2(酸化錫(II))、ZnO(酸化亜鉛)等からなる透明表面電極(透明導電膜)102(第1の透明導電膜層)と、太陽光の少なくとも一部を電気に変換するアモルファスシリコン層103(光電変換層)と、太陽光入射側と反対の裏面側に配置されたITOやSnO2、ZnO等からなる透明裏面電極(透明導電膜)104(第2の透明導電膜層)と、EVA(エチレン酢酸ビニル)やPVB(ポリビニルブチラール)等の樹脂フィルムからなる封止材105と、太陽光入射側と反対の裏面側に配置された裏面ガラス基板106(裏面保護材)を備え、裏面保護材である裏面ガラス基板106の太陽光入射側と反対の裏面側に、酸素又は水分の少なくとも一方と反応して有機物を分解する空気触媒層107が形成された構成を有する。なお、図3では封止剤105を透明裏面電極104と裏面ガラス基板106との間に設けた例を示したが、封止材105を透明裏面電極104と裏面ガラス基板106との間ではなく、表面ガラス基板101と透明表面電極102との間に設けてもよい。
As shown in FIG. 3, the
(アモルファスシリコン層103)
アモルファスシリコン層103は、厚みが150〜600nm程度の光電変換層である。太陽電池モジュール13に入射した光は、このアモルファスシリコン層103において電気に変換される。アモルファスシリコン層103は、アモルファスシリコンのp型層103a、アモルファスシリコンのi型層103b及びアモルファスシリコンのn型層103cが積層されたpin構造を有する。
(Amorphous silicon layer 103)
The
なお、光電変換層として微結晶シリコン薄膜太陽電池を用いた場合には、図3に示したアモルファスシリコン層103が微結晶シリコン層と置き換わる。この場合にも、微結晶シリコン層は、微結晶シリコンのp型層、微結晶シリコンのi型層及び微結晶シリコンのn型層が積層されたpin構造となる。
Note that when a microcrystalline silicon thin film solar cell is used as the photoelectric conversion layer, the
シースルー型太陽電池は、光電変換層が非常に薄いため入射する太陽光の一部は太陽電池モジュール13を透過する。すなわち、太陽光のうちの一部が発電に利用され、残りは、太陽電池モジュール13を透過して温室1内へ入射するため、生育に必要な光を温室1内の植物へ供給することができる。
In the see-through solar cell, since the photoelectric conversion layer is very thin, part of the incident sunlight passes through the
なお、太陽光の透過量が少ない場合には、図4に示すように、レーザ等によりアモルファスシリコン層103を貫通する孔又はスリット(溝)103dを複数設けて太陽光の透過率を向上させてもよい。
When the amount of transmitted sunlight is small, as shown in FIG. 4, a plurality of holes or slits (grooves) 103d penetrating the
また、図3に示した表面ガラス基板101及び裏面ガラス基板106をポリイミドフィルムと置き換えてもよい。表面ガラス基板101及び裏面ガラス基板106をポリイミドフィルムと置き換えることで柔軟性を有するフレキシブルな太陽電池モジュール13とすることができ温室1の曲面や丸みのある箇所にも太陽電池モジュール13を配設することを可能となる。さらに、太陽電池モジュール13が軽量化されるため、太陽電池モジュール13を支えるフレーム10や土台11を簡略なものとすることができ、温室1の作製コストを抑制することができる。
Further, the
(透明裏面電極104)
シースルー型太陽電池は、光電変換層を透過した太陽光を太陽電池モジュールの裏面側に透過させる。このため、光電変換層下面側に設ける裏面電極は、ITOやSnO2、ZnO等の透明電極材料を用いる必要がある。しかしながら、これら透明電極材料は、可視光領域の光は透過させるものの、紫外光領域の光は吸収してしまう。このため、太陽電池モジュール13の裏面側には紫外光領域の光が届かない。
(Transparent back electrode 104)
The see-through solar cell transmits sunlight that has passed through the photoelectric conversion layer to the back surface side of the solar cell module. Therefore, the back surface electrode provided on the photoelectric conversion layer lower surface, it is necessary to use an ITO or a transparent electrode material of SnO 2, ZnO and the like. However, these transparent electrode materials transmit light in the visible light region but absorb light in the ultraviolet light region. For this reason, light in the ultraviolet region does not reach the back side of the
(空気触媒層107)
空気触媒層107は、温室1の屋根に配設される太陽電池モジュール13の裏面にカビ等の菌類が繁殖しないように形成される。このような空気触媒としては、リン酸チタニア(TiXPO4)を使用することが好ましい。リン酸チタニアは、空気中に含まれる酸素や水分と反応を起こして活性酸素と呼ばれるOH(水酸化ラジカル)、O-(スーパーオキサンドアニオン)を生成して、有機物である菌類のえさや菌類自体を分解する。
(Air catalyst layer 107)
The
上述したように、太陽電池モジュール13は、透明電極材料により殺菌作用のある紫外光を透過しないため、太陽電池モジュール13の裏面にカビ等の菌類が繁殖して、紫外光のみならず植物の育成に必要な光が遮られてしまう。そこで、この実施形態に係る太陽電池モジュール13では、裏面に空気触媒層107として有機物を分解するリン酸チタニア層を形成し、カビ等の菌類の繁殖を抑制している。
As described above, since the
有機物を分解する触媒としては、一般的には、光触媒であるチタニア(TiO2)が用いられることが多いが、本実施形態では、紫外光の届かない裏面に使用するため、有機物の分解に紫外光を必要とするチタニアを用いることはできない。 In general, titania (TiO 2 ), which is a photocatalyst, is often used as a catalyst for decomposing organic substances. However, in this embodiment, ultraviolet light is used for decomposition of organic substances because it is used on the back side where ultraviolet light does not reach. Titania that requires light cannot be used.
また、空気触媒であるリン酸チタニアは、有機バインダー(結合剤)を必要とせず、スプレーによる塗布や含浸により簡単に施工面(太陽電池モジュールの裏面)へ形成でき、養生を必要としないため施工コストを抑制することができる。さらに耐洗濯性や耐擦過性に優れ、色や触媒機能の経時変化が少ないといった利点も有する。 In addition, titania phosphate, which is an air catalyst, does not require an organic binder (binder), and can be easily formed on the work surface (back surface of the solar cell module) by spraying or impregnation, and does not require curing. Cost can be suppressed. Further, it has advantages such as excellent washing resistance and scratch resistance, and little change in color and catalyst function over time.
以上のように、この実施形態に係る温室1の太陽電池モジュール13は、裏面に空気触媒であるリン酸チタニア層が形成された構成を有するため、紫外光が届かない太陽電池モジュール13の裏面でも有機物を分解してカビ等の菌類の繁殖を抑制することができる。このため、太陽電池モジュール13の裏面にカビ等の菌類が繁殖して植物の育成に必要な光が遮られ太陽光の透過率が低下することを抑制でき、植物の育成が阻害される虞を低減することができる。また、除菌剤等の塩素系薬品を使用せずに済むので植物に悪影響を及ぼす虞もない。
As described above, the
1…温室、10…フレーム、11…土台、12…透明パネル、13…太陽電池モジュール、14…蓄放電装置、15…空調設備、16…照明装置、101…表面ガラス基板(表面保護材)、102…透明表面電極(第1の透明導電膜層)、103…アモルファスシリコン層(光電変換層)、104…透明裏面電極(第2の透明導電膜層)、105…封止材、106…裏面ガラス基板(裏面保護材)、107…空気触媒層。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記太陽光の少なくとも一部を電気に変換する光電変換層と、
前記光電変換層の前記太陽光入射側に設けられた表面保護材と、
前記光電変換層の前記太陽光入射側とは反対側に設けられた裏面保護材と、
前記光電変換層と前記表面保護材との間に設けられた第1の透明導電膜層と、
前記光電変換層と前記裏面保護材との間に設けられた第2の透明導電膜層と、を備え、
前記裏面保護材の前記太陽光入射側とは反対側に酸素又は水分の少なくとも一方と反応して有機物を分解する空気触媒層が形成されていることを特徴とする太陽電池。 A see-through solar cell that transmits at least part of sunlight,
A photoelectric conversion layer for converting at least part of the sunlight into electricity;
A surface protective material provided on the sunlight incident side of the photoelectric conversion layer;
A back surface protective material provided on the side opposite to the sunlight incident side of the photoelectric conversion layer;
A first transparent conductive film layer provided between the photoelectric conversion layer and the surface protective material;
A second transparent conductive film layer provided between the photoelectric conversion layer and the back surface protective material,
A solar cell, wherein an air catalyst layer that reacts with at least one of oxygen and moisture to decompose an organic substance is formed on a side opposite to the sunlight incident side of the back surface protective material.
Priority Applications (1)
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JP2011067755A JP2012204598A (en) | 2011-03-25 | 2011-03-25 | Solar cell |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2014131027A1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-08-28 | The Regents Of The University Of California | Transparent organic solar cells for agronomic applications |
JP2015029473A (en) * | 2013-08-02 | 2015-02-16 | 株式会社 林物産発明研究所 | Solar panel system provided with plant growth space |
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2011
- 2011-03-25 JP JP2011067755A patent/JP2012204598A/en not_active Withdrawn
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WO2014131027A1 (en) * | 2013-02-25 | 2014-08-28 | The Regents Of The University Of California | Transparent organic solar cells for agronomic applications |
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