JP2014078583A - 光透過型太陽電池モジュール及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外光の極めて弱い夜間でも屋内から屋外の景観が観察できる光透過性太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】透明絶縁基板１上に透明表面電極層４、光電変換層５、裏面金属電極層６及び裏面保護層８が順次積層されてなる単位電池セル２と、単位電池セル２の複数を離間して配置することで形成される離間領域からなる採光部３とで構成される太陽光透過型太陽電池モジュール１０であって、裏面金属電極層６の裏面保護層８側の表面に反射防止層７が形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は光透過型太陽電池モジュール及びその製造方法に関する。

近年、環境に対する意識の高まりやシステムの低価格化に伴い、太陽光エレルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電システムの普及が急激に拡大している。また、このような太陽光発電システムの普及に伴い、従来の発電機能に加えて、用途に応じて採光性や意匠性等の所謂デザイン性についても求められるようになった。

従来、太陽光発電システムに用いられる太陽電池モジュールの主な形態は、以下の２種類に大別される。

一つは、単結晶シリコンや多結晶シリコンに代表されるような、バルク結晶の太陽電池セルを複数枚接続して構成した結晶系太陽電池モジュールの形態と、もう一つは、アモルファスシリコンや微結晶シリコンに代表されるような、基板上に光電変換層を薄膜として形成した薄膜太陽電池モジュールの形態である。

前者の結晶系太陽電池モジュールは、一般的には、単位面積当りの発電量を高めるために、結晶系の太陽電池セルを隙間なく並べてガラスで封止することでモジュール化する。

従って、前者の結晶系太陽電池モジュールに採光性（透過性）を付与する方法としては、結晶系の各太陽電池セル間に隙間を与えて配置することで可能である。しかしながら、この方法では高価な結晶系シリコンを用いているため、採光性（透過性）が得られても発電効率や価格面で問題がある。

また、後者の薄膜太陽電池モジュールは、一般的には、光透過性基板に表面電極層、光電変換層、裏面電極層が順次積層された構造で形成されている。

上記のような薄膜太陽電池モジュールに採光性（透過性）を付与する方法としては、例えば、以下の特許文献１，２の提案が知られている。

特許文献１では、透光性基板上に透明な表面電極層、光電変換層及び裏面電極層を順次に積層して太陽電池セルを形成し、表面電極層から光電変換層を通って裏面電極層を透過する透光部を設け、裏面電極層を透光性の封止材で覆う構成が提案されている。

また、特許文献２では、矩形平面形状を有する透光性基板の少なくとも一部の表面領域上に、それぞれほぼ長方形の平面形状を有する複数の薄膜太陽電池セルを互いに離間させて有し、隣り合う太陽電池セルが、それらの間に該基板の表面を露出させて光透過窓部を規定するように、その長方形の長辺同士を実質的に互いに平行にしてほぼ一定の間隔で離間して配置され、隣り合う太陽電池セルの間には、透明封止樹脂が充填されている構造が提案されている。

上記の特許文献１、２で提案されている太陽電池モジュールを屋内と屋外との境界に用いた場合、前記裏面電極層は屋内側に配置される。また、通常、太陽電池モジュールは発電効率を上げるために、裏面電極層には高い光の反射性が付与されている。従って、外光が強い日中は、透光部から透過する屋内での光の量が少なくても、裏面電極層で反射される光が屋内に侵入することはなく、その結果、屋内から屋外を観察することができる。し
かしながら、相対的に屋内の光が外光より強い夜間では、屋内の光が裏面電極層で反射されるため屋外を観察することが難しいという問題がある。

特開２００２−４３５９４号公報 特開２００２−２９９６６６号公報

本発明は、外光の極めて弱い夜間でも屋内から屋外の景観が観察できる光透過性太陽電池モジュールを提供することを目的としている。

本発明の請求項１に係る発明は、透明絶縁基板上に透明表面電極層、光電変換層、裏面金属電極層及び裏面保護層が順次積層されてなる単位電池セルと、該単位電池セルの複数を離間して配置することで形成される離間領域からなる採光部とで構成される太陽光透過型太陽電池モジュールであって、
前記裏面金属電極層の前記裏面保護層側の表面に反射防止層が形成されていることを特徴とする光透過型太陽電池モジュールである。

また、請求項２に係る発明は、前記裏面金属電極層が銀または銀の合金からなり、前記反射防止層が銀の硫化物からなることを特徴とする請求項１に記載の光透過型太陽電池モジュールである。

また、請求項３に係る発明は、透明絶縁基板上に透明表面電極層、光電変換層、裏面金属電極層及び裏面保護層が順次積層されてなる光透過型太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記透明絶縁基板上に透明表面電極層、光電変換層及び裏面金属電極層を順次積層する工程と、
複数の前記単位電池セルを離間して配置して採光部を形成する工程と、
前記裏面金属電極層の前記裏面保護層側の表面に反射防止層を形成する工程と、
前記裏面保護層を積層する工程からなることを特徴とする光透過型太陽電池モジュールの製造方法である。

本発明の請求項１によれば、透明絶縁基板上に透明表面電極層、光電変換層、裏面金属電極層及び裏面保護層が順次積層されてなる光透過型太陽電池モジュールであって、前記裏面金属電極層の前記光電変換層側と反対側の表面に反射防止層を形成することによって、前記裏面金属電極層の光の反射を制御することができる。すなわち、前記モジュールを屋内と屋外の境界に設置した場合、外光の強い昼間は、前記金属電極層に到達した光は反射され、前記採光部から侵入した光により屋内から屋外を観察することができる。一方、外光の極めて弱い夜間は、屋内の光が前記金属電極層に形成された反射防止層により光の反射が抑制され、屋内の弱い光でも採光部を経て屋外の景観を観察することができる。

また、本発明の請求項２によれば、前記裏面金属電極層が銀または銀の合金からなることにより、簡便な装置で銀の硫化物として黒色系の反射防止層が容易に形成できる。これにより屋内の光が前記裏面金属電極層で反射されることが抑制でき、前記モジュールを屋内と屋外の境界に設置しても、昼夜を問わず屋内から屋外の景観を観察することができる。

上記に説明したごとく、本発明によれば、低価格でデザインに応じて適切な位置に採光部を設けることができる光透過性太陽電池モジュールを提供することができる。

本発明の実施の形態に係る光透過型太陽電池モジュールの概略平面図である。 図１の線Ｘ−Ｙに沿った概略断面図である。

本発明は、ガラス基板などの透明絶縁基板上に透明表面電極層、光電変換層、裏面金属電極層及び裏面保護層が順次積層されてなる単位電池セルと、該単位電池セルの複数を離間して配置することで形成される離間領域からなる採光部とで構成される太陽光透過型太陽電池モジュールであって、
前記裏面金属電極層の前記裏面保護層側の表面に反射防止層が形成されていることを特徴とする光透過型太陽電池モジュールである。

以下、本発明の実施の形態について図を参照にして説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る光透過型太陽電池モジュール１０の概略平面図を示している。すなわち、本発明は透明絶縁基板１の一方の面上、複数の単位太陽電池セル２が隣接する単位セルと離間して配置されており、前記離間が採光部（透過部）３となる光透過型太陽電池モジュール１０である。

図２は、図１の線Ｘ−Ｙに沿った概略断面図であり、図２に基づいて本発明に係る単位太陽電池セルについて具体的に説明する。

前記太陽電池セル２は、ガラス基板などの透明絶縁基板１の上に、透明表面電極層４、光電変換層５、裏面金属電極層６及び裏面保護層８が順次積層されてなる光透過型太陽電池モジュールであって、前記裏面金属電極層６の前記光電変換層５側と反対側の表面に部分的に反射防止層７を形成することで、前記裏面金属電極層６の光の反射を制御することを特徴とする光透過型太陽電池モジュール１０である。

前記透明絶縁基板１としては、強化ガラス、サファイアガラス等のガラス、あるいはポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂シートを用ことができる。ガラスであれば３〜６ｍｍ、樹脂シートであれば１００〜３０００μｍの厚さが好ましい。

また、前記透明表面電極層４としては、酸化スズ（ＳｎＯ_２）や酸化インジウム（ＩＴＯ）等をスパッタリング等の薄膜形成方法にて形成することができる。

また、前記光電変換層５としては、例えば非結晶半導体（Ｓｉ）のｐ層、ｉ層、ｎ層がプラズマＣＶＤ法等により順次積層されて成る構造のものであるが、特に限定するものではない。

また、前記裏面金属電極層６としては、その全面または一部に反射防止層７が形成しやすい銀または銀の合金が好ましい。例えば、前記反射防止層７の形成方法としては、銀または銀の合金と硫化ナトリウムとの反応により硫化銀を得ることで得られる。なお、本発明に係る反射防止層としては、反射率が１％以下と定義する。

前記裏面金属電極層６の全面に前記反射防止層７を形成方法としては、例えば前記硫化
ナトリウム水溶液に前記裏面金属電極層６を浸漬することで形成できる。また、前記裏面金属電極層６の一部に反射防止層７を形成する方法としては、前記裏面金属電極層６の表面にレジストをパターン形成し、その後に硫化ナトリウムに浸漬し、洗浄、乾燥後、レジストを剥離することで形成できる。銀または銀の合金と硫化ナトリウム水溶液との反応から形成される反射防止層７は、硫化ナトリウム水溶液の濃度、温度、浸漬時間により調整できるが特に限定するものではない。また、硫化水素による気相処理によっても反射防止層７を得ることができる。

また、前記保護層８としては、接着層としてエチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）やポリビニルブチラール（ＰＶＢ）が積層されたガラス基材や、透明なポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）やフッ素系樹脂からなるものを用いることができる。

次に、本発明に係る光透過型太陽電池モジュール１０の製造方法について以下に説明する。

ガラス基板などの透明絶縁基板１の上に、透明表面電極層４、光電変換層５、裏面金属電極層６を順次積層した後、ＹＡＧレーザー等により前記単位太陽電池セル２が離間するようにパターニングする。その後、前記裏面金属電極層６の一部にレジストにてパターニングするか、または前記裏面金属電極層６の全面を剥き出しで硫化ナトリウム水溶液に浸漬し、洗浄、乾燥、さらには必要に応じてレジスト剥離を行い反射防止層７を形成する。そして最後に、その全面に保護層８を積層することで本発明に係る光透過型太陽電池モジュール１０を作製することができる。

以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

＜実施例１＞
ガラス基板の一方の全面に、透明表面電極層としてＩＴＯをスパッタリング法により形成した。次に、前記透明表面電極層の上に、非結晶半導体（Ｓｉ）のｐ層、ｉ層、ｎ層をプラズマＣＶＤ法等により順次積層して光電変換層を形成した。その後、前記光電変換層の上に裏面金属電極層として膜厚３００ｎｍの銀の薄膜を形成した。

次に、レーザーエッチング法を用いて、前記ガラス基板上に複数の単位太陽電池セルが離間して配置されるように、前記ガラス基板上に形成した層透明電極、光電変換層及び裏面金属電極層を除去した。

次に、上記複数の単位太陽電池セルが離間して配置された上記ガラス基板を、温度２５℃、濃度１０％の硫化ナトリウム水溶液に１８０秒浸漬して、裏面金属電極層の全面に反射防止層を形成した。その後、洗浄、乾燥し、その全面にＥＶＡを接着層とする透明ＰＥＴからなる保護層を積層して光透過型太陽電池モジュールを作製した。

＜実施例２＞
複数の単位太陽電池セルが離間して配置された上記ガラス基板を、硫化水素の気相中に曝すことで裏面金属電極層の全面に硫化銀の反射防止層を形成した以外は、実施例１と同様にして光透過型太陽電池モジュールを作製した。

＜評価結果＞
実施例１，２で作製した光透過型太陽電池モジュールを、屋内と屋外との境界に設置し、夜間、屋内に設けた照明の下で、前記光透過型太陽電池モジュールを介して屋外を観察した結果、明白に屋外の景観を観察することができた。これにより、本発明に係る反射防止層の効果を確認することができた。

本発明に係る光透過型太陽電池モジュールは、発電効果に加えて透過性のある外装材として用いることができる。

１・・透明絶縁基板、２・・単位太陽電池セル、３・・採光部（透過部）、４・・透明表面電極層、５・・光電変換層、６・・裏面金属電極層、７・・反射防止層、８・・保護層、１０・・光透過型太陽電池モジュール

Claims (3)

1. 透明絶縁基板上に透明表面電極層、光電変換層、裏面金属電極層及び裏面保護層が順次積層されてなる単位電池セルと、該単位電池セルの複数を離間して配置することで形成される離間領域からなる採光部とで構成される太陽光透過型太陽電池モジュールであって、
   前記裏面金属電極層の前記裏面保護層側の表面に反射防止層が形成されていることを特徴とする光透過型太陽電池モジュール。
2. 前記裏面金属電極層が銀または銀の合金からなり、前記反射防止層が銀の硫化物からなることを特徴とする請求項１に記載の光透過型太陽電池モジュール。
3. 透明絶縁基板上に透明表面電極層、光電変換層、裏面金属電極層及び裏面保護層が順次積層されてなる単位電池セルと、概単位電池セルの複数を離間して配置することで形成される離間領域からなる採光部とで構成される太陽光透過型太陽電池モジュールの製造方法であって、
   前記透明絶縁基板上に透明表面電極層、光電変換層及び裏面金属電極層を順次積層する工程と、
   複数の前記単位電池セルを離間して配置して採光部を形成する工程と、
   前記裏面金属電極層の前記裏面保護層側の表面に反射防止層を形成する工程と、
   前記裏面保護層を積層する工程からなることを特徴とする光透過型太陽電池モジュールの製造方法。

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