JP2013074167A - 太陽電池および太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】 光の透過率が高く、赤外線の光を遮蔽し、かつ高い発光強度を得ることのできる波長変換層を備えた太陽電池および太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】
光電変換素子７の受光面側に設けた波長変換層５が、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂５ａと、酸素空孔を有する酸化亜鉛の第１粒子５ｂと、亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の第２粒子５ｃとを含むことにより、発光強度を長期的に維持し、赤外線の光を遮蔽し、太陽電池の温度上昇を抑制することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、波長変換層を備えた太陽電池および太陽電池モジュールに関する。

太陽電池は、太陽の光を直接電気エネルギーに変換できるという特徴から、クリーン且つ無尽蔵なエネルギーの利用手段として注目されており、火力発電や原子力発電に代わる新しい電力源として、ますます期待が高まっている。

図４は、従来から知られている太陽電池の一例を示す断面模式図である。太陽電池は、太陽光１０１が入射する受光面側から、透光性基板１０３、受光面側封止層１０５、光電変換素子１０７、裏面側封止層１１１および裏面カバー層１１３がこの順に積層された構成となっており、光電変換素子１０７は受光面側電極および裏面側電極（図示せず）を備えている。太陽電池の性能は、一般に、太陽電池に入射した光（太陽の光）が電気に変換された割合である変換効率で表される。

変換される光のエネルギーは、太陽電池内部の光電変換素子（発電素子、例えば半導体材料）に吸収された光のエネルギーであり、変換効率は、この光電変換素子がどれだけ広い波長領域の光を効率よく吸収できるのかに大きく依存し、用いられる半導体材料の種類によって大きく異なってくる。

太陽電池用の光電変換素子としては、主としてシリコンおよび化合物半導体が単結晶および多結晶を含む結晶質やアモルファス（非晶質）の形で用いられているが、いずれも変換効率が低く、発電コストが高いことが課題となっている。

これは、光電変換素子が吸収して電気エネルギーに変換可能な光は、光電変換素子の材料の物性であるバンドギャップにより決定される限られた波長領域の光のみであることに起因する。太陽光は、紫外光、可視光及び赤外光を含む幅広い波長領域を有するが、例えば、シリコンからなる光電変換素子が吸収して電気エネルギーに変換できる光は４００〜１０００ｎｍの波長領域のみであり、それ以外の波長領域、特に太陽光に相当量含まれる近紫外線は、シリコン系などの光電変換素子において殆ど発電に寄与しないことが知られている。

上記の問題に対して、太陽電池を構成する封止層に、入射光を吸収してより長い波長の光を放出する蛍光体材料を含有させ、波長変換機能を持たせた構成とすることによって、太陽光中の紫外光を光電変換素子が吸収可能な波長領域に変換し、太陽電池の変換効率を向上させる試みが行われている。さらに希土類元素を含有しない蛍光体材料として、酸素空孔を有する酸化亜鉛が示されている（例えば、特許文献１、２を参照）。

特開平０７−２０２２４３号公報 特開２００６−２１６５６０号公報

しかしながら、上記特許文献１、２に記載されているような従来の波長変換層では、含まれる蛍光体材料の粒径が１μｍよりも小さいことから、可視光の透過率は高いものの、
蛍光体材料の発光強度が低いという問題があった。また、酸素空孔を有する酸化亜鉛の微粒子を蛍光体材料として用いると、太陽光を受光することによって、微粒子の表面から酸化が進行して酸素空孔が減少し、長期にわたって使用すると発光効率が低下してくるという問題があった。

また、シリコン系の太陽電池では、近赤外線や赤外線は波長が長く、光電変換素子で電力に変換できず熱として吸収されるため、光電変換素子の温度が上昇して変換効率が低下するという問題もあった。

従って、本発明は、長期的に高い発光強度を得ることのできる波長変換層を備えるとともに温度上昇を抑制できる太陽電池および太陽電池モジュールを得ることを目的とする。

本発明の太陽電池は、光電変換素子の受光面側に波長変換層を備え、該波長変換層が、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂と、酸素空孔を有し、平均粒子径が１．０〜５．０μｍである酸化亜鉛の第１粒子と、亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の第２粒子とを含み、該第２粒子は平均粒子径が前記第１粒子よりも小さく、前記樹脂を１００質量部としたとき、前記第１粒子の含有量が０．１〜３．０質量部、前記第２粒子の含有量が０．１〜０．５質量部であることを特徴とする。

また、本発明の太陽電池は、光電変換素子の受光面側に波長変換層を備え、該波長変換層が、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂と、酸素空孔を有し、平均粒子径が１．０〜５．０μｍである酸化亜鉛の第１粒子とを含んでおり、受光面側に位置する第１の波長変換層と、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂と、亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の第２粒子とを含んでおり、光電変換素子側に位置する第２の波長変換層とを有することを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールは、上記のいずれかの太陽電池の複数個を、配線を介して電気的に接続してなることを特徴とする。

本発明によれば、長期的に高い発光強度を得ることのできる波長変換層を備えるとともに温度上昇を抑制できる太陽電池および太陽電池モジュールを得ることができる。

本発明の第一実施形態である太陽電池の積層状態を示す概略断面図である。 本発明の第二実施形態である太陽電池の積層状態を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態である太陽電池モジュールの（ａ）概略断面図および（ｂ）受光面側平面図である。 従来の太陽電池の積層状態を示す概略断面図である。

本発明の第一実施形態である太陽電池について、図１を基に説明する。本実施形態における太陽電池は、太陽光１が入射する受光面側から、板状の透光性基板３、波長変換材を含む波長変換層５、透明樹脂層６、光電変換素子７、裏面側封止層１１および裏面側カバー層１３がこの順に積層された構成となっている。光電変換素子７は受光面側電極および裏面側電極（図示せず）を備えている。

本実施形態の太陽電池においては、波長変換層５は、波長変換材として、酸素空孔を有する酸化亜鉛の第１粒子５ｂと、亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の第２粒子
５ｃとが、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂５ａ中に分散しているものである。なお、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とするとは、樹脂５ａ中にエチレン−酢酸ビニル共重合体が９０質量％以上含まれている場合をいう。

第１粒子５ｂは、紫外線の領域である波長３００〜３９０ｎｍの光を吸収して、可視光の領域である波長４５０〜５５０ｎｍの波長に変換する機能を有する。第１粒子５ｂの平均粒子径は、１．０〜５．０μｍの範囲であり、さらには１．０〜２．０μｍであることが望ましい。第１粒子５ｂの平均粒子径をこのような範囲とすることにより、野外で太陽光に曝されて第１粒子５ｂの表面が酸化しても、粒子内部まで酸素空孔量が減少するのを抑制し、高い発光強度を長期間維持することができる。

第１粒子５ｂの平均粒子径が１．０μｍよりも小さい場合には、第１粒子５ｂの発光強度が大きく低下するとともに、野外で太陽光に曝されることにより表面酸化が進行し、粒子内部の酸素空孔量が減少して、長期にわたって使用するとさらに発光強度が低下するおそれがある。一方、５．０μｍよりも大きい場合には、波長変換層５における可視光の透過率が大きく低下する。

波長変換層５における第１粒子５ｂの含有量は、１００質量部の樹脂５ａに対して０．１〜３．０質量部の比率であり、さらには１．０〜２．５質量部とすることが望ましい。第１粒子５ｂの含有量をこのような比率とすることにより、波長変換層５における可視光の透過率および発光強度を高めることができる。第１粒子５ｂの含有量が、０．１質量部よりも少ない場合には、波長変換材としての絶対量が少ないために発光強度が弱くなり、３．０質量部よりも多い場合には、波長変換層５における光の透過率が低下する。

第２粒子５ｃは、紫外線の領域である波長３００〜３９０ｎｍの光を吸収して、可視光の領域である波長４５０〜５５０ｎｍの波長に変換するとともに、近赤外線の領域である波長１１００〜２５００ｎｍの光を遮蔽する機能を有する。第２粒子５ｃの平均粒子径は、第１粒子５ｂよりも小さいものである。第２粒子５ｃの平均粒子径を、第１粒子５ｂよりも小さくすることにより、第１粒子５ｂによる紫外線の吸収を阻害することなく、第１粒子５ｂで吸収しきれない紫外線を吸収するとともに、近赤外線を効率よく反射することができる。第２粒子５ｃの平均粒子径は、０．０５〜０．５μｍ、さらには０．１〜０．４μｍであることが望ましく、このような範囲とすることにより、電子雲の振動に起因して１１００ｎｍ以上の波長域の近赤外線を効率よく反射して遮蔽することができる。

なお、第２粒子５ｃの平均粒子径が０．０５μｍよりも小さい場合は、紫外線領域での吸収が不十分で、紫外線が波長変換層５を通過しやすくなり、たとえば透明樹脂層６や裏面側封止層１１において２重結合部の解離による黄変や、酢酸の遊離が発生するなどの劣化の可能性が高まって、太陽電池の長期信頼性が低下することが懸念される。

波長変換層５における第２粒子５ｃの含有量は、１００質量部の樹脂５ａに対して０．１〜０．５質量部の比率であり、さらには０．２〜０．４質量部とすることが望ましい。第２粒子５ｃの含有量をこのような比率とすることにより、第１粒子５ｂで吸収しきれない紫外光を吸収して、太陽電池の構成要素のうち裏面側封止層１１等の紫外線に弱い部分の劣化を抑制するとともに、光電変換素子７がシリコン系の場合、電力に変換できない波長域の近赤外線を遮蔽し、温度上昇を抑制することができる。第２粒子５ｃの含有量が０．１質量部よりも少ない場合には、紫外線領域での吸収が不十分で、紫外線が波長変換層を通過するため、たとえば透明樹脂層６や裏面側封止層１１において２重結合部の解離による黄変や、酢酸の遊離が発生するなどの劣化が生じて、太陽電池の長期信頼性が低下してしまう。一方、０．５質量部よりも多い場合には、可視光に波長変換されるべき紫外線を第２粒子５ｃが過剰に吸収してしまうため、太陽電池の変換効率が低下する。

さらに、酸化亜鉛とエチレン−酢酸ビニル共重合体とは、屈折率差が少ないことから、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂５ａ中に、第１粒子５ｂおよび第２粒子５ｃが分散している場合、樹脂５ａと第１粒子５ｂおよび第２粒子５ｃとの界面における光の散乱が抑制されるため、紫外光の吸収率が高く、また、波長変換層５における可視光の透過率を高めることができる。

波長変換層５の厚さは、波長変換層５表面の第１粒子５ｂによる凹凸が基板との密着性に影響しない程度に厚く、可視光域の光が充分に透過する厚みであればよく、たとえば０．００３〜０．３ｍｍの範囲とすればよい。

次に、本実施形態の太陽電池を構成する各部材について説明する。

透光性基板３としては、耐候性および機械的強度の点で、ガラスや、ポリカーボネート等の樹脂などからなる基板が用いられ、その厚さは、３〜５ｍｍ程度であることが望ましい。

透明樹脂層６は、光電変換素子７の表面の凹凸を吸収して、透光性基板３と光電変換素子７とを、波長変換層５および透明樹脂層６を介して密着させるために設けられているもので、光電変換素子７の表面の凹凸が、波長変換層５により充分吸収可能な程度に軽微である場合は、図２に示すように透明樹脂層６を省略して、波長変換層５と光電変換素子７とを直接接合することもできる。

波長変換層５、透明樹脂層６および裏面側封止層１１には、上述のように、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂が用いられ、光電変換素子７への接着性、耐久性および加工性の点で、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）やシリコーンなどが１０質量％以下の割合で含まれていてもよい。なお、本実施形態に用いるエチレン−酢酸ビニル共重合体としては、紫外線吸収剤を含まないものが望ましい。紫外線吸収剤は、太陽電池の構成要素のうち、たとえば透明樹脂層６や裏面側封止層１１のように紫外線に弱い部分が劣化するのを防ぐために用いられるものであり、本実施形態においては、波長変換材が紫外光を吸収するため、紫外線吸収剤は必要としない。なお、紫外線吸収剤を含む材料を用いた場合、波長変換材が吸収すべき紫外光を紫外線吸収剤が吸収することにより、波長変換材の紫外光吸収率や発光強度が低下する恐れがある。また、波長変換層５、透明樹脂層６および裏面側封止層１１の厚さは合計で０．４〜１ｍｍ程度がよい。

光電変換素子７は、光起電力を有する基材に受光面側電極および裏面電極を設けたものである。基材としては、単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などが用いられ、その厚みは０．３〜０．４ｍｍ程度であるのが良いが、球状型や薄膜型などの形態をとっても構わない、また、アモルファスシリコンや化合物系材料、有機系材料などを用いることもできる。受光面電極および裏面電極は、導電性を有する材料で構成されており、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材料や半田等の合金材料、カーボン材料、導電性酸化物材料およびこれらをフィラーとして含む導電性樹脂材料等から適宜選択される。

裏面側カバー層１３としては、水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートや、アルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが好適に用いられる。

本発明の第二実施形態である太陽電池について、図２を基に説明する。第二実施形態における波長変換層５は、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂５ａ中に、酸素空孔を有する酸化亜鉛の第１粒子５ｂを分散させた、受光面側に位置する第１の波長変
換層５Ａと、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂５ａ中に、亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の第２粒子５ｃおよび酸素空孔を有する酸化亜鉛の第３粒子５ｄを分散させた、光電変換素子７側に位置する第２の波長変換層５Ｂとからなる２層構造となっている。なお、本実施形態では第２の波長変換層５Ｂに第３粒子を含んでいるが、第２の波長変換層５Ｂに第３粒子を含まない場合も本発明の範囲に属する。

第１の波長変換層５Ａ中の第１粒子５ｂは、紫外線の領域である波長３００〜３９０ｎｍの光を吸収して、可視光の領域である波長４５０〜５５０ｎｍの波長に変換する機能を有する。第１粒子５ｂの平均粒子径は１．０〜５．０μｍであり、さらには１．０〜２．０μｍであることが望ましい。受光面側に位置する第１の波長変換層５Ａに、このような平均粒子径を有する第１粒子５ｂが分散していることにより、野外で太陽光に曝されて第１粒子５ｂの表面が酸化しても、粒子内部まで酸素空孔量が減少するのを抑制し、高い発光強度を長期間維持することができるとともに、入射した紫外線が発光強度の小さい第２粒子５ｃに吸収される前に第１粒子５ｂに吸収され、第１粒子５ｂの発光強度のロスを抑えることができる。なお、第１粒子５ｂの平均粒子径が１．０μｍよりも小さい場合には、第１粒子５ｂの発光強度が大きく低下するとともに、長期にわたって使用するとさらに発光強度が低下するおそれがある。一方、５．０μｍよりも大きい場合には、波長変換層５における可視光の透過率が大きく低下する。

第１の波長変換層に含まれる第１粒子５ｂの含有量は、樹脂５ａを１００質量部としたとき、０．１〜３．０質量部、さらには１．０〜２．５質量部とすることが望ましい。第１粒子５ｂの含有量をこのような比率とすることにより、第１の波長変換層５Ａにおける可視光の透過率および発光強度を高めることができる。

第２の波長変換層５Ｂに含まれる第２粒子５ｃは、紫外線の領域である波長３００〜３９０ｎｍの光を吸収して、可視光の領域である波長４５０〜５５０ｎｍの波長に変換するとともに、近赤外線の領域である波長１１００〜２５００ｎｍの光を遮蔽する機能を有する。第２粒子５ｃの平均粒子径は、第１の波長変換層５Ａに含まれる第１粒子５ｂの平均粒子径よりも小さいことが望ましい。これにより、第１の波長変換層５Ａにおいて第１粒子５ｂの間を透過した紫外線を、第２の波長変換層５Ｂに含まれる第２粒子５ｃにより効率的に吸収するとともに、近赤外線を効率よく反射することができる。第２粒子５ｃの平均粒子径は、特に、０．０５〜０．５μｍ、さらには０．１〜０．４μｍであることが望ましく、このような範囲とすることにより、電子雲の振動に起因して１１００ｎｍ以上の波長域の近赤外線を効率よく反射して遮蔽することができる。なお、第２粒子５ｃの平均粒子径が０．０５μｍよりも小さい場合は、紫外線領域での吸収が不十分で、紫外線が波長変換層５を通過しやすくなり、たとえば透明樹脂層６や裏面側封止層１１において２重結合部の解離による黄変や、酢酸の遊離が発生するなどの劣化の可能性が高まって、太陽電池の長期信頼性が低下することが懸念される。

第２の波長変換層５Ｂにおける第２粒子の含有量は、第１の波長変換層５Ａと第２の波長変換層５Ｂとの厚み比率に応じて適宜調整すればよいが、１００質量部の樹脂５ａに対して、０．２〜１．０質量部、さらには０．４〜０．８質量部とすることが望ましい。

さらに、酸化亜鉛とエチレン−酢酸ビニル共重合体とは、屈折率差が少ないことから、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂５ａ中に、第１粒子５ｂおよび第２粒子５ｃが分散している場合、樹脂５ａと第１粒子５ｂおよび第２粒子５ｃとの界面における光の散乱が抑制されるため、紫外光の吸収率が高く、また、波長変換層５における可視光の透過率を高めることができる。

第１の波長変換層５Ａおよび第２の波長変換層５Ｂを併せた波長変換層５の厚さは、第
一実施形態と同様に可視光域の光が充分に透過するという点から、たとえば０．００６〜０．３ｍｍの範囲とすればよい。

なお、第２の波長変換層５Ｂは、図２に示すように、第３粒子５ｄとして酸素空孔を有する酸化亜鉛をさらに含んでいることが望ましい。第２の波長変換層５Ｂに第３粒子５ｄを含む場合その平均粒子径は、１．０〜５．０μｍ、さらには１．０〜２．０μｍであることが望ましく、含有量は、１００質量部の樹脂５ａに対して０．１〜３．０質量部、さらには１．０〜２．５質量部とすることが望ましい。これにより、第１の波長変換層５Ａにおいて吸収しきれなかった紫外線を可視光域の光に変換することができる。

このように、紫外線の領域である波長３００〜３９０ｎｍの光を吸収して、可視光の領域である波長４５０〜５５０ｎｍの波長に変換する機能を有する第１粒子５ｂを含む第１の波長変換層５Ａと、紫外線の領域である波長３００〜３９０ｎｍの光を吸収して、可視光の領域である波長４５０〜５５０ｎｍの波長に変換するとともに、近赤外線の領域である波長１１００〜２５００ｎｍの光を遮蔽する機能を有する第２粒子５ｃを含む第２の波長変換層５Ｂとを積層することにより、より高い発光強度と可視光域の光の透過率を得られるとともに、赤外線の透過を抑制して太陽電池の温度上昇を抑制することができる。

なお、波長変換層５中に含まれる第１粒子５ｂ、第２粒子５ｃ（第１粒子５ｂおよび第２粒子５ｃをあわせて、単に蛍光体という場合もある）の平均粒子径は、たとえば以下のような手順で算出できる。太陽電池を解体して取り出した波長変換層５の一部をサンプルとして切り出して表面を研磨し、たとえばエネルギー分解型Ｘ線分析（ＥＤＳ）が可能な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いて、試料の研磨面の組織写真を撮影するとともに、元素分析で蛍光体粒子中のＡｌ元素の有無を確認して、第１粒子５ｂと第２粒子５ｃとを判別する。撮影した写真上で、第１粒子５ｂおよび第２粒子５ｃがそれぞれ３０〜５０個入る円を描き、円内および円周にかかった蛍光体粒子を選択して、各蛍光体粒子の輪郭を画像処理し、各蛍光体粒子の断面積を求める。さらに各蛍光体粒子の断面を円形と仮定して、求めた断面積から各蛍光体粒子の直径を算出し、平均値を求めることにより第１粒子５ｂと第２粒子５ｃそれぞれの平均粒子径を算出できる。

波長変換層５中に含まれている第１粒子５ｂおよび第２粒子５ｃの含有量は、たとえば、以下のようにして求められる。前述のように切り出した波長変換層５のサンプルから、樹脂５ａの成分を適当な溶剤に溶解させるなどして除去し、樹脂５を除去する前の波長変換層５のサンプルの重量と、得られた蛍光体の重量との比率から、蛍光体の含有量を求めることができる。さらに、前述のＳＥＭ写真を用いて、第１粒子５ｂの断面と第２粒子５ｃの断面の面積比から重量比を算出することにより、蛍光体の含有量から第１粒子５ｂおよび第２粒子５ｃの含有量を求めることができる。なお、第３粒子５ｄについても同様な方法で平均粒子径および含有量を求めることができる。

また、酸化亜鉛粒子中の酸素空孔の有無は、たとえば透過吸収分光法等により酸化亜鉛のエネルギー準位を測定し、酸素空孔に起因するエネルギー準位（波長４５０〜５５０ｎｍ）の有無により確認できる。また、酸素空孔の量は、たとえば光電子分光法等により、亜鉛と酸素のピーク強度比を測定することができる。

図３（ａ）は、本発明の一実施形態である太陽電池モジュールについて示した概略断面図であり、太陽光１が入射する受光面側から、板状の透光性基板３、波長変換層５、透明樹脂層６、複数の光電変換素子７、裏面側封止層１１および裏面側カバー層１３がこの順に積層され、一方の光電変換素子７の受光面側電極（図示せず）と他方の光電変換素子７の裏面側電極（図示せず）とがインターコネクタ１５によって接続された構成となっている。なお、図３（ｂ）の受光面側の平面図では、複数の光電変換素子７およびインターコ
ネクタ１５のみを示している。本実施形態では複数の光電変換素子７の受光面側に一枚の波長変換層５を備えているが、複数の光電変換素子７の受光面側にそれぞれ個別に波長変換層５を設けることもできる。

インターコネクタ１５には、ハンダを被覆した銅箔等が好適に用いられる。

なお、図３（ａ）では、波長変換層５として第一実施形態にて示した波長変換層５を用いているが、第二実施形態にて示した波長変換層５も同様に適用可能である。

本実施形態の太陽電池の製造方法について、図１を基に説明する。波長変換層５には、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂粉末と、平均粒子径が１．０〜５．０μｍの酸素空孔を有する酸化亜鉛の粉末（以下、第１粉末ともいう）と、平均粒子径が０．０５〜０．５μｍのアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の粉末（以下、第２粉末ともいう）とを用いる。樹脂粉末１００質量部に対し、第１粉末および第２粉末を、それぞれ０．１〜３．０質量部および０．１〜０．５質量部の割合となるように配合し、必要に応じてトルエンなどの溶媒を添加して、樹脂粉末が溶解する程度に加熱したロールミルを用いて混合し、樹脂粉末と第１粉末、第２粉末の混合物である波長変換層用の前駆体ペースト（以下、単に前駆体ペーストともいう）を作製する。得られた波長変換層用の前駆体ペーストを、２枚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム間に挟み、ロールプレス等を用いて波長変換層５となる所定厚さのシート状成形体を作製する。

得られたシート状成形体からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを剥がして波長変換層５となるシートを取り出し、透光性基板３、透明樹脂層６、光電変換素子７、裏面側封止層１１および裏面側カバー層１３を順次図１のように重ね合わせ、得られた積層体を１００〜２２０℃の温度にて加熱圧着するとともに積層体中の樹脂成分を硬化させることにより、太陽電池を得る。なお、重ね合わせた各層間の密着性を向上するため、真空状態で加熱圧着して樹脂成分の硬化処理を行うことが好ましい。なお、このような低温での処理においては、波長変換層５に含まれる蛍光体の粒子径や樹脂との質量比率は、原料段階におけるそれと変わらない。

透光性基板３としては、たとえば強化ガラスを用い、透明樹脂層６および裏面側封止層１１としては、たとえばエチレン−酢酸ビニル共重合体フィルムを用いる。光電変換素子７としては、たとえば光起電力を有する多結晶シリコン基材に、たとえば受光面側電極および裏面側電極として、それぞれ金属Ａｇ粉末を含有する電極ペーストを用いて印刷し、焼き付けることで受光面側電極および裏面側電極を形成したものを用いる。裏面側カバー層１３としては、ポリエステル、ポリビニルブチラール、もしくは（テフロン（登録商標)）樹脂のシートを用いる。

なお、本実施形態では、樹脂粉末と蛍光体粉末との混合物である波長変換層用の前駆体ペーストを、２枚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム間に挟み、ロールプレス等を用いて波長変換層５となる所定厚さのシート状成形体を予め作製したが、樹脂粉末と複合酸化物粉末の混合物を透光性基板３の一方の主面上に塗布することで波長変換層５を形成して、図１のような太陽電池を作製しても構わない。また、図２に示した太陽電池は、第１の波長変換層５Ａおよび第２の波長変換層５Ｂとなる２枚のシート状成形体を、図１の波長変換層５となるシート状成形体と同様な方法で作製し、透光性基板３、透明樹脂層６、光電変換素子７、裏面側封止層１１および裏面側カバー層１３とともに順次図２のように重ね合わせ、得られた積層体を上記と同様な方法により加熱圧着して作製すればよい。

以上、本発明の実施形態の例である太陽電池および太陽電池モジュールについて説明し
たが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で種々変更したものについても適用することができる。

太陽電池を構成する波長変換層となるシートを以下のように作製し評価した。まず、波長変換層を形成する材料として、エチレン−酢酸ビニル共重合体からなる樹脂粉末、酸素空孔を有する酸化亜鉛粉末である第1粉末、および亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸
化亜鉛粉末である第２粉末を準備した。第１粉末は平均粒径が０．０５から１０μｍ、第２粉末は平均粒径が０．０２から１．０μｍの範囲のものを準備した。第２粉末における亜鉛のアルミニウム置換量は、原子量比率：Ａｌ／（Ａｌ＋Ｚｎ）として表１に示した。なお、表1においては、酸素空孔を有する酸化亜鉛の第１粒子のみを含む第１の波長変換
層を受光面側として表記し、酸素空孔を有する酸化亜鉛の第１粒子と亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の第２粒子とを含む単層の波長変換層、および亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の第２粒子と酸素空孔を有する酸化亜鉛の第３粒子とを含む第２の波長変換層を光電変換素子側として表記した。

次に、樹脂粉末１００質量部に対して、第１粉末および第２粉末を、それぞれ表１に示す割合となるように配合し、８０℃に加熱したロールミルを用いて混合して、樹脂粉末と第１粉末および第２粉末の混合物である波長変換層用の前駆体ペーストを作製した。次に、この前駆体ペーストを２枚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム間に挟み、ロールプレスによりシート状成形体を作製した。

シート状成形体からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを剥がして約１５０℃に設定した真空ラミネータを用いて加熱し、波長変換層となる厚さ０．０５ｍｍのシート（以下、波長変換シートともいう）を作製した。２層構造の波長変換シートは、第１粒子のみを含有する第１の波長変換層となるシート状成形体および第２粒子と第３粒子とを含有する第２の波長変換層となるシート状成形体を、上記と同様にしてそれぞれ作製し、両者をポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムから剥がして重ね合わせ、真空ラミネータにて積層することにより厚さ０．１ｍｍの２層構造の波長変換シートを作製した。なお、２層構造の場合第１、第３粒子は同一の平均粒子径となるように作製した。

波長変換シート中に含まれる各粒子の平均粒子径は以下のようにして求めた。波長変換シートの一部を切り出して表面を研磨し、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）と電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）を用いて、研磨面の組織写真の撮影および元素マッピングを行い、さらにエネルギー分解型Ｘ線分析（ＥＤＳ）により粒子中のＡｌ元素の有無を確認した。撮影した写真上でＡｌ元素を含まない第１、第３粒子およびＡｌ元素を含む第２粒子がそれぞれ約３０個入る円を描き、円内および円周にかかった粒子を選択して、各粒子の輪郭を画像処理し、各粒子の断面積を求め、さらに各粒子の断面を円形と仮定して、求めた断面積から各粒子の直径を算出してそれぞれ平均値を求めることにより、第１および第３粒子の平均粒径および第２粒子の平均粒子径を求め、表２に示した。

次に、作製した波長変換シートについて、発光強度、可視光域における光の透過率、近赤外線および赤外線の透過率を評価した。

発光強度は、日本分光社製の分光光度計（Ｖ−５７０型）を用いて、波長３５０ｎｍの光を照射し、蛍光発光スペクトルを測定してその面積から発光強度Ｉ_ｂを求め、表２に記載した。

可視光域における光の透過率は、日立製作所製の分光光度計（Ｕ−２０１０型）を用いて、波長３００〜１１００ｎｍの光を照射して吸光度を測定し、透過率を算出して、波長
４００〜７００ｎｍにおける透過率の平均値として求め、表２に記載した。

近赤外線および赤外線の透過率は、日本分光社製の分光光度計（Ｖ−５７０型）と積分球装置（ＩＮＳ−４７０型）とを用いて、４００〜２０００ｎｍの波長域で拡散反射率を測定し、近赤外線である８００ｎｍおよび赤外線である１５００ｎｍにおける透過率を算出して表２に記載した。

また、作製したシート状成形体を厚さ１ｍｍの金属アルミニウム板に真空ラミネータを用いて積層圧着した、金属アルミニウム板付き波長変換シートを信頼性評価用サンプルとして用いて、ソーラーシミュレーターにより疑似太陽光を照射し、それによる温度変化と、波長変換シートの発光強度の変化を評価した。温度変化は、室温の信頼性評価用サンプルの波長変換シート側に、ＡＭ１．５Ｇ（温帯の地上での平均的太陽光スペクトルの概形）の疑似太陽光を２０分間照射し、裏側の金属アルミニウム板の温度を測定して表２に記載した。発光強度の変化は、上記の疑似太陽光を３０００時間照射した後の発光強度Ｉ_ａを前述の測定方法により求め、疑似太陽光を照射する前の発光強度Ｉ_ｂとの強度比をＩ_ａ／Ｉ_ｂとして表２に記載した。

表２の結果から明らかなように、試料Ｎｏ．６〜９、１1〜１５、１９、２０、２２、
２３、２５では、可視光域における光の透過率が４７％以上、発光強度が５．０×１０^５を超える高い値を示すとともに、赤外線の透過が抑制され、疑似太陽光照射による温度上昇が抑制されていた。

一方、試料Ｎｏ．１および２では、赤外線の透過率が４０％以上と高く、疑似太陽光の照射により裏面の金属アルミニウム板の温度が６０℃以上となった。試料Ｎｏ．３〜５、１０、２１は発光強度が５×１０^５未満と低く、試料Ｎｏ．１６〜１８、２４は可視光域における光の透過率が３４％以下と低いものであった。

１、１０１・・・太陽光
３、１０３・・・透光性基板
５・・・・・・・波長変換層
５ａ・・・・・・樹脂
５ｂ・・・・・・酸素空孔を有する酸化亜鉛の粒子
５ｃ・・・・・・亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の粒子
５ｄ・・・・・・酸素空孔を有する酸化亜鉛の粒子
５Ａ・・・・第１の波長変換層
５Ｂ・・・・第２の波長変換層
６・・・・・・・透明樹脂層
７、１０７・・・光電変換素子
１１、１１１・・裏面側封止層
１３、１１３・・裏面側カバー層
１５・・・・・・インターコネクタ
１０５・・・・・受光面側封止層

Claims (9)

1. 光電変換素子の受光面側に波長変換層を備え、該波長変換層が、
   エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂と、
   酸素空孔を有し、平均粒子径が１．０〜５．０μｍである酸化亜鉛の第１粒子と、亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の第２粒子とを含み、該第２粒子は平均粒子径が前記第１粒子よりも小さく、前記樹脂を１００質量部としたとき、前記第１粒子の含有量が０．１〜３．０質量部、前記第２粒子の含有量が０．１〜０．５質量部であることを特徴とする太陽電池。
2. 光電変換セルの受光面側に波長変換層を備え、該波長変換層が、
   エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂と、酸素空孔を有し、平均粒子径が１．０〜５．０μｍである酸化亜鉛の第１粒子とを含んでおり、受光面側に位置する第１の波長変換層と、
   エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂と、亜鉛をアルミニウムで部分置換した酸化亜鉛の第２粒子とを含んでおり、光電変換素子側に位置する第２の波長変換層とを有することを特徴とする太陽電池。
3. 前記第２の波長変換層に含まれる前記第２粒子の平均粒子径が、前記第１の波長変換層に含まれる前記第１粒子の平均粒子径よりも小さいことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
4. 前記第１の波長変換層において、前記樹脂を１００質量部としたとき、前記第１粒子の含有量が０．１〜３．０質量部であることを特徴とする請求項２または３に記載の太陽電池。
5. 前記第２の波長変換層が、酸素空孔を有する酸化亜鉛の第３粒子をさらに含んでいることを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載の太陽電池。
6. 前記第２の波長変換層において、前記樹脂を１００質量部としたとき、前記第３粒子の含有量が０．１〜３．０質量部、前記第２粒子の含有量が０．２〜１．０質量部であることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
7. 前記第２粒子の平均粒子径が、０．０５〜０．５μｍであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の太陽電池。
8. 前記第１粒子の平均粒子径が１．０〜２．０μｍ、前記第２粒子の平均粒子径が、０．１〜０．４μｍであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の太陽電池。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載の太陽電池の複数個を、配線を介して電気的に接続してなることを特徴とする太陽電池モジュール。

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