JP2015138829A - 太陽電池モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】高い開放電圧と高い短絡電流を両立させて出力特性の向上を図ったヘテロ接合を有する太陽電池素子を用いた太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】表面側が光入射面となるヘテロ接合を有する太陽電池素子１４及び太陽電池素子１４を封止する封止材１３を備える太陽電池モジュール１０において、太陽電池素子１４の開放電圧が７２０ｍＶ以上であり、封止材１３は、太陽電池素子１４の表面側に配設される波長変換層２７を有し、波長変換層２７は、励起光スペクトルのピーク波長が３８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下、蛍光スペクトルのピーク波長が４８０ｎｍ以上である波長変換剤２６を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、ヘテロ接合を有する太陽電池素子を備えた太陽電池モジュールに関する。

環境問題への関心の高まりからクリーンな発電手段として、また、操業安全性の高い発電手段として、太陽電池素子（光電変換素子）を備えた太陽電池モジュールへの関心が高まっている。太陽電池モジュールは、板状の太陽電池素子と、太陽電池素子を封止する封止材と、封止材の太陽光入射側面（表面）に積層される表面側透明保護部材と、封止材の裏面側に積層される裏面側保護部材を備えている。

太陽電池モジュールでは、限られた設置面積で効率よく太陽光を電力に変換する高い発電効率（光電変換効率）が求められている。このため、シリコン系の太陽電池素子では、ヘテロ接合を有する太陽電池素子が注目されている。ヘテロ接合を有する太陽電池素子では、例えばｎ型結晶シリコン基板とｐ型又はｎ型非晶質系シリコン系薄膜層との間に、真性非晶質系シリコン系薄膜層を積層し、真性非晶質系シリコン系薄膜層によりキャリアの再結合を抑制し、太陽電池素子における高い開放電圧を実現している（特許文献１参照）。

太陽電池素子の発電効率は、短絡電流（Ｉｓｃ）、開放電圧（Ｖｏｃ）及び曲線因子（ＦＦ）の積で算出される。ヘテロ接合を有する太陽電池素子の開放電圧及び曲線因子は、非晶質系シリコン系薄膜層を厚くすると増大する傾向にある。一方、非晶質系シリコン系薄膜層を厚くすると、この非晶質系シリコン系薄膜層による太陽光の吸収量（遮断量）が増加し、外部量子効率の低下、短絡電流の低下が生じる。このため、ヘテロ接合を有する太陽電池素子では、短絡電流を大きく低下させないために、非晶質系シリコン系薄膜層の厚さに制約が生じ、高い開放電圧の実現と高い短絡電流との実現を両立させることができないという本質的な問題が存在している。

特許第５０３１００７号公報

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ヘテロ接合を有する太陽電池素子を用い、高い開放電圧の実現と高い短絡電流の実現とを両立させて発電効率を向上させることが可能な太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

本発明者らは、前記課題を解決するために、ヘテロ接合を有する太陽電池素子において、各波長（Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ）に対する外部量子効率（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）における表面側の非晶質系シリコン系薄膜層の厚さ依存性を測定し（実施例及び図４参照）、このデータに基づき本発明の完成を導いた。すなわち、前記データによると、（１）３００〜６００ｎｍの波長範囲において、短波長になるにつれて外部量子効率は低下すること、（２）波長が３８０〜４５０ｎｍの範囲の光は、非晶質系シリコン系薄膜層の厚さ依存性（厚さの増加に伴う外部量子効率の低下量）が大きく、波長が４５０ｎｍを超える、特に４８０ｎｍ以上となると厚さ依存性は小さくなっていることがわかる。そこで発明者らは、外部量子効率が低くかつ厚さ依存性の大きい波長の光を、外部量子効率が高くかつ厚さ依存性が低い波長の光に変換することにより、非晶質系シリコン系薄膜層を厚くするデメリット（外部量子効率、短絡電流の減少）を効果的に抑制しつつ、非晶質系シリコン系薄膜層を厚くするメリット（開放電圧の増加）を得ることができることを見出し、本発明の完成に至った。さらには、短波長になるにつれて外部量子効率が大きく低下する範囲の中でも、地表への到達量の多い長波長側の光（３８０〜４５０ｎｍ）の光を長波長側へシフトすることで、より発電効率を高めることができる。

すなわち、前記目的に沿う本発明に係る太陽電池モジュールは、表面側が光入射面となる太陽電池素子及び該太陽電池素子を封止する封止材を備え、前記太陽電池素子が、ｎ型結晶シリコン系基板と、該ｎ型結晶シリコン系基板の前記表面側にこの順で積層される表面側非晶質系シリコン系薄膜層及び表面側透明導電性酸化物層と、前記ｎ型結晶シリコン系基板の裏面側にこの順で積層される裏面側非晶質系シリコン系薄膜層及び裏面側透明導電性酸化物層とを有し、前記表面側及び裏面側非晶質系シリコン系薄膜層のうちのいずれか一方がｎ型非晶質系シリコン系薄膜層を有し、他方がｐ型非晶質系シリコン系薄膜層を有する太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池素子の開放電圧が７２０ｍＶ以上であり、前記封止材は、前記太陽電池素子の前記表面側に配設される波長変換層を有し、該波長変換層は、励起光スペクトルのピーク波長が３８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下、蛍光スペクトルのピーク波長が４８０ｎｍ以上である波長変換剤を含む。

本発明に係る太陽電池モジュールによれば、励起光スペクトルのピーク波長が３８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下、蛍光スペクトルのピーク波長が４８０ｎｍ以上である波長変換剤を用いることで、ヘテロ接合を有する太陽電池素子において、外部量子効率が低くかつ厚さ依存性の大きい波長（３８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下）の光を、外部量子効率が高くかつ厚さ依存性が低い波長（４８０ｎｍ以上）の光に変換することができる。従って、非晶質系シリコン系薄膜層を厚くすることによる外部量子効率や短絡電流の減少を効果的に抑えることができ、高い開放電圧の実現と高い短絡電流の実現とを両立させて発電効率を向上させることが可能となる。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記表面側非晶質系シリコン系薄膜層の厚さが、６ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることが好ましい。表面側非晶質系シリコン系薄膜層の厚さを前記範囲とすることで、開放電圧と短絡電流とをよりバランスよく高めることができる。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記表面側及び裏面側非晶質系シリコン系薄膜層のうちの少なくとも一方が、前記ｎ型結晶シリコン系基板に直接積層される真性非晶質系シリコン系薄膜層をさらに有することが好ましい。このように真性非晶質系シリコン系薄膜層を設けることで、キャリアの再結合を抑制し、発電効率をより高めることができる。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記表面側非晶質系シリコン系薄膜層が前記ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層を有し、該ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層が前記ｎ型結晶シリコン系基板に直接積層される第１層、及び該第１層よりも電気抵抗が低い第２層を有することが好ましい。このようにすることで、ｎ型結晶シリコン系基板とｎ型非晶質系シリコン系薄膜層との接合界面のパッシベーション性能が高まることなどにより、開放電圧とフィルファクターとをより高め、発電効率をより高めることができる。

本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記封止材が前記太陽電池素子の前記裏面側に配設される裏面側封止層を有し、該裏面側封止層が紫外線吸収剤を含むことが好ましい。また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記封止材がシリコーン樹脂及びアイオノマー樹脂からなる群より選択される少なくとも一種の樹脂を含むことが好ましい。また、本発明に係る太陽電池モジュールにおいて、前記封止材の前記裏面側に配設される裏面側保護部材をさらに備え、該裏面側保護部材が、ガラス又は前記表面側に耐紫外線樹脂層を有する樹脂シートであることが好ましい。
本発明に係る太陽電池モジュールの波長変換層に含まれる波長変換剤の励起光スペクトルのピークは３８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下であり、紫外線を積極的に吸収、除去するものではない。そのため、裏面側封止層に紫外線吸収剤を含ませたり、封止材に紫外線耐性の強いシリコーン樹脂及びアイオノマー樹脂からなる群より選択される少なくとも一種の樹脂を含ませたり、裏面側保護部材にガラス又は光入射面側に耐紫外線樹脂層を有する樹脂シートを用いることで、長期に使用した際の紫外線による劣化等を抑制することができる。

ここで、「非晶質系」とは、非晶質のみならず、微結晶を含む意味である。「微結晶」とは、ラマン分光法により結晶ピークが観察されるものを意味する。「シリコン系」とは、シリコン（Ｓｉ）以外に、シリコンと同様に半導体特性を有するシリコン化合物（例えば、ＳｉＣ、ＳｉＧｅ等）を含む意味である。真性非晶質系シリコン系薄膜層における「真性」とは、不純物が意図的にドープされていないことをいい、原料に本来含まれる不純物や製造過程において非意図的に混入した不純物が存在するものも含む意味である。波長変換剤の励起光スペクトル及び吸収スペクトルは、波長変換剤を構成する基材中での測定値である。表面側非晶質系シリコン系薄膜層や裏面側非晶質系シリコン系薄膜層等は、単層で形成されていてもよいし、ドーパントの有無やドーパント量等が異なる層からなる複数層で形成されていてもよい。

本発明に係る太陽電池モジュールによれば、ヘテロ接合を有する太陽電池素子を用い、高い開放電圧の実現と高い短絡電流の実現とを両立させて発電効率を向上させることが可能となる。

本発明の一実施の形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。 同太陽電池モジュールの太陽電池素子の断面図である。 実施例１の太陽電池モジュール及び太陽電池素子のＩｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ及びＥｆｆを示すグラフである。 製造例で得た各太陽電池素子の波長と外部量子効率との関係の表面側非晶質系シリコン系薄膜層依存性を示すグラフである。 比較例１の太陽電池モジュール及び太陽電池素子のＩｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ及びＥｆｆを示すグラフである。 比較例２の太陽電池モジュール及び太陽電池素子のＩｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ及びＥｆｆを示すグラフである。 膜厚測定方法を示す模式図である。

続いて、添付した図面を参照しながら本発明を具体化した実施の形態について説明する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る太陽電池モジュール１０は、太陽光が入射する側に設けられた光入射側透明保護部材１１と裏面側保護部材１２との間に封止材１３を介して複数の太陽電池素子１４が並べて（直列に接続されて）挟持されて構成されている。太陽電池素子１４を直列接続して使用することで、発電電圧を高めることができる。

封止材１３に封止された太陽電池素子１４は、図２に示すように、板状の多層構造体である。太陽電池素子１４は、表面側（図２における上側）が光（太陽光）入射面となる。太陽電池素子１４は、ｎ型結晶シリコン系基板１５と、ｎ型結晶シリコン系基板１５の表面側にこの順で積層されるｎ型非晶質系シリコン系薄膜層１６、１７（第１層１６及び第２層１７）及び表面側透明導電性酸化物層１８とを有する。また、太陽電池素子１４は、ｎ型結晶シリコン系基板１５の裏面側にこの順で積層される真性非晶質系シリコン系薄膜層１９、ｐ型非晶質系シリコン系薄膜層２０、及び裏面側透明導電性酸化物層２１を有する。ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層１６、１７が２層で表面側非晶質系シリコン系薄膜層を構成し、真性非晶質系シリコン系薄膜層１９及びｐ型非晶質系シリコン系薄膜層２０が２層で裏面側非晶質系シリコン系薄膜層を構成している。更に、太陽電池素子１４は、表面側透明導電性酸化物層１８の表面側（太陽光入射側）に配設される第１の集電極２２と、裏面側透明導電性酸化物層２１の裏面側に配設される第２の集電極２３とを有する。なお、太陽電池素子１４の開放電圧は７２０ｍＶ以上であり、７２８ｍＶ以上がより好ましい。なお、太陽電池素子１４の開放電圧の上限はヘテロ接合型の性能上、例えば７３２ｍVとすることができ、より具体的には例えば厚さ１７０μmで比抵抗１Ωｃｍの基板（ｎ型非晶質系シリコン系基板１５）を用いた場合、７４０ｍＶとすることができる。

ｎ型結晶シリコン系基板１５としては、ｎ型のシリコン系結晶体の基板であれば特に限定されず公知のものを用いることができる。ｎ型結晶シリコン系基板１５は、単結晶であっても、多結晶であってもよいが、単結晶が好ましい。

ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層１６、１７（表面側非晶質系シリコン系薄膜層）は、ｎ型結晶シリコン系基板１５の表面に積層されている。ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層１６、１７は、ｎ型結晶シリコン系基板１５の表面に直接積層される第１層１６と、第１層１６の表面に積層される第２層１７とから構成されている。第２層１７の電気抵抗は第１層１６の電気抵抗よりも低い。すなわち、第１層１６及び第２層１７共にｎ型非晶質系シリコン系薄膜層であるが、第２層１７のドーパント量は、第１層１６のドーパント量よりも多い。このような多層構造にすることで、ｎ型結晶シリコン系基板１５とｎ型非晶質系シリコン系薄膜層１６、１７との接合界面のパッシベーション性能を高めることができる。

表面側非晶質系シリコン系薄膜層であるｎ型非晶質系シリコン系薄膜層１６、１７の厚さ（第１層１６と第２層１７との合計の厚さ）としては、特に限定されないが、６ｎｍ以上１２ｎｍ以下が好ましく、７ｎｍ以上がより好ましく、８ｎｍ以上がさらに好ましく、９ｎｍ以上が特に好ましい。このような範囲の厚さとすることで、開放電圧と短絡電流とをよりバランスよく高めることができる。第１層１６の厚さとしては、例えば、３ｎｍ以上９ｎｍ以下が好ましく、４ｎｍ以上がより好ましく、５ｎｍ以上がさらに好ましく、６ｎｍ以上が特に好ましい。第２層１７の厚さとしては、例えば１ｎｍ以上５ｎｍ以下とすることができる。

ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層１６、１７は、化学気相成長法（例えば、プラズマＣＶＤ法等）などの公知の方法により製膜することができる。プラズマＣＶＤ法によりｎ型非晶質系シリコン系薄膜層１６、１７を形成する場合、原料ガスとしては、例えば、ＳｉＨ_４とＨ_２とＰＨ_３との混合ガスを用いることができる。第１層１６を形成するときの、ＰＨ_３／（ＳｉＨ_４＋ＰＨ_３）の混合比Ａとしては、１００ｐｐｍ以上２０００ｐｐｍ以下程度とすることができる。第２層１７を形成するときの、ＰＨ_３／（ＳｉＨ_４＋ＰＨ_３）の混合比Ｂとしては、４０００ｐｐｍ以上２００００ｐｐｍ以下程度とすることができる。混合比Ｂは混合比Ａの２倍以上５０倍以下とすることができ、５倍以上２０倍以下が好ましい。

表面側透明導電性酸化物層１８は、例えば、インジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ ＴｉｎＯｘｉｄｅ：ＩＴＯ）、タングステンドープインジウム酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｏｘｉｄｅ：ＩＷＯ）、セリウムドープインジウム酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｃｅｒｉｕｍ Ｏｘｉｄｅ：ＩＣＯ）、ＩＺＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ）、ＡＺＯ（アルミドープＺｎＯ）、ＧＺＯ（ガリウムドープＺｎＯ）等の公知のものを用いることができる。これらの中でも、良好な導電性と透光性とを両立させることができるなどの点から、ＩＷＯが好ましい。また、第１の透明導電性酸化物層１８の厚さは例えば８０ｎｍ以上１２０ｎｍ以下とすることができる。表面側透明導電性酸化物層１８の厚さを８０〜１２０ｎｍの範囲に調節することにより、透光性と集電性とを両立させることができる。

表面側透明導電性酸化物層１８の成膜方法としては、特に制限されず、例えばスパッタリング法、真空蒸着法、イオンプレーティング法（反応性プラズマ蒸着法）等、公知の方法を用いることができるが、イオンプレーティング法を用いることが好ましい。高エネルギー粒子が生じないイオンプレーティング法により形成することにより、ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層１６、１７（表面側非晶質系シリコン系薄膜層）の表面劣化を抑制することができ、良好な品質を維持したｎ型非晶質系シリコン系薄膜層１６、１７を利用することができ、発電効率を高めることができる。また、イオンプレーティング法を用いることで、密着性の高い表面側透明導電性酸化物層１８を形成でき、このことも発電効率を高める原因になっていると考えられる。

真性非晶質系シリコン系薄膜層１９は、ｎ型結晶シリコン系基板１５の裏面側に直接積層されている。真性非晶質系シリコン系薄膜層１９の厚さは、特に限定されないが、３ｎｍ以上１０ｎｍ以下とすることができる。真性非晶質系シリコン系薄膜層１９は、例えば、化学気相成長法（例えば、プラズマＣＶＤ法等）などの公知の方法により製膜することができる。プラズマＣＶＤ法により、真性非晶質系シリコン系薄膜層１９を形成する場合、原料ガスとしては、例えば、ＳｉＨ_４とＨ_２との混合ガスを用いることができる。

ｐ型非晶質系シリコン系薄膜層２０は、真性非晶質系シリコン系薄膜層１９の裏面側に積層されている。ｐ型非晶質系シリコン系薄膜層２０の厚さとしては、特に限定されないが、例えば１ｎｍ以上１０ｎｍ以下程度である。ｐ型非晶質系シリコン系薄膜層２０は、化学気相成長法（例えば、プラズマＣＶＤ法等）などの公知の方法により製膜することができる。プラズマＣＶＤ法によりｐ型非晶質系シリコン系薄膜層２０を形成する場合、原料ガスとしては、例えば、ＳｉＨ_４とＨ_２とＢ_２Ｈ_６との混合ガスを用いることができる。

裏面側透明導電性酸化物層２１は、ｐ型非晶質系シリコン系薄膜層２０の裏面側に積層されている。裏面側透明導電性酸化物層２１を形成する材料、厚さ、製膜方法等は、表面側透明導電性酸化物層１８と同様である。

第１、第２の集電極２２、２３は、互いに平行に形成される複数のバスバー電極、及びこれらのバスバー電極に直交し、互いに平行に形成される複数のフィンガー電極を有する。バスバー電極及びフィンガー電極は、それぞれ線状又は帯状であり、導電性材料から形成されている。この導電性材料としては、銀ペースト等の導電性接着剤や、銅線等の金属導線を用いることができる。各バスバー電極の幅としては、例えば０．５ｍｍ以上２ｍｍ以下程度であり、各フィンガー電極の幅としては、例えば１０μｍ以上３００μｍ以下程度である。また、各フィンガー電極間の間隔としては、例えば０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下程度である。第１、第２の集電極２２、２３の配設は公知の方法で行うことができ、第１、第２の集電極２２、２３の形成に導電性接着剤を用いる場合、スクリーン印刷やグラビアオフセット印刷等の印刷法を採用することができる。また、第１、第２の集電極２２、２３として金属導線を用いる場合、導電性接着剤や低融点金属（半田等）により第１、第２の透明導電性酸化物層１８、２１上に固定することができる。

封止材１３は、太陽電池素子１４の表面（太陽光入射面）側に密着して積層される波長変換層２７と、太陽電池素子１４の裏面側に密着して積層される裏面側封止層２８とを有する。

波長変換層２７は、基材樹脂中に分散して存在する波長変換剤２６を含む。波長変換剤２６の励起光（吸収）スペクトルのピーク波長は３８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下（好ましくは３８５ｎｍ以上４２０ｎｍ以下、より好ましくは３９０ｎｍ以上４１０ｎｍ以下）であり、蛍光スペクトルのピーク波長は４８０ｎｍ以上（好ましくは４８５ｎｍ以上５５０ｎｍ以下、より好ましくは４９０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下）である。前述のように、このような特性を有する波長変換剤２６を用いることで、ヘテロ接合を有する太陽電池素子１４において外部量子効率が低くかつ厚さ依存性の大きい波長（３８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下）の光を、外部量子効率が高くかつ厚さ依存性が低い波長（４８０ｎｍ以上）の光に変換することができる。また、波長変換剤２６のストークスシフトとしては、５０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましく、８０ｎｍ以上２００ｎｍ以下が好ましい。

波長変換剤２６は、前記吸収及び蛍光特性を有する成分であれば特に限定されず、公知の蛍光物質を用いることができる。例えば、ナフタルイミド系色素、ペリレン系色素、ベンゾトリアゾール系色素、ベンゾチアゾール系色素等の有機蛍光材料、ユーロピウム錯体等の有機金属錯体、その他無機蛍光材料等を挙げることができる。波長変換剤２６は、1種又は２種以上を混合して用いることができる。

波長変換層２７における波長変換剤２６の含有量としては、特に限定されないが、基材樹脂１００質量部に対して、例えば０．００１〜３質量部程度である。波長変換層２７の平均の厚さは、特に限定されないが、例えば０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることができる。波長変換層２７には、酸化防止剤、可塑剤等の他の成分がさらに含有されていてもよい。ここで、波長変換層２７においては紫外線吸収剤（例えば、２００ｎｍ以上３７０ｎｍ未満の波長領域に吸収スペクトルのピークを有する化合物）を実質的に含有していないことが好ましい。具体的な波長変換層２７における紫外線吸収剤の含有量の上限値は、基材樹脂１００質量部に対して、１質量部が好ましく、０．１質量部が好ましく、０．０１質量部以下がより好ましく、０．００１質量部がさらに好ましい。波長変換層２７自体の吸収スペクトルにおいても、２００ｎｍ以上３７０ｎｍ未満、好ましくは３００ｎｍ以上３７０ｎｍ未満の波長領域に吸収スペクトルのピークが表れないことが好ましい。紫外線吸収剤が含まれると波長変換剤２６の変換量（変換効率）が低下しやすくなる。そこで、紫外線吸収剤を実質的に用いないことで、波長変換剤２６を効果的に機能させることができる。

裏面側封止層２８は、基材樹脂中に分散して存在する紫外線吸収剤を含むことが好ましい。紫外線吸収剤としては、ベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤、ヒドロキシフェニルトリアジン系紫外線吸収剤、ベンゾフェノン系紫外線吸収剤、ベンゾエート系紫外線吸収剤等の公知のものを挙げることができる。

封止材１３（波長変換層２７及び裏面側封止層２８）の基材樹脂としては、十分な透光性及び密着性を有するものであれば特に限定されず、エチレンビニルアセテート等の公知のものを用いることができる。なお、この基材樹脂として、シリコーン樹脂及びアイオノマー樹脂からなる群より選択される少なくとも一種を用いるとよい。これらの樹脂を用いることで、紫外線耐性を高めることができる。

光入射側透明保護部材１１は、封止材１３の太陽光入射側に積層されている。光入射側透明保護部材１１は、太陽光の反射を防止するＡＲコート層（反射防止膜）２４と、ＡＲコート層２４の裏面側に密接して配置される透明な前面ガラス２５を有している。ＡＲコート層２４は、太陽電池モジュール１０による太陽光の照り返しを防止する機能を有する。ＡＲコート層２４は、例えばフッ化マグネシウムの蒸着膜である。前面ガラス２５は、太陽光入射側の外部から太陽電池素子１４に向けて水や粉塵等の異物が浸入することを防止する機能を有し、太陽電池モジュール１０（太陽電池素子１４）の光電変換効率を高める。

裏面側保護部材１２は、裏面側封止層２８の裏面に密接して積層されている。裏面側保護部材１２は、太陽電池モジュール１０の裏面側の外部から太陽電池素子１４に向けて水や粉塵等の異物が浸入することを防止する機能を有している。裏面側保護部材１２には、例えば、ポリエチレンテレフタレートフィルム等の公知の樹脂シート、ガラス等を用いることができる。なお、樹脂シートとして、光入射面側に耐紫外線樹脂層を有する単層、好ましくは多層の樹脂シートを用いることができる。耐紫外線樹脂層とは、紫外線耐性が高い樹脂を含む層（紫外線耐性が高い樹脂から形成されている層）をいう。耐紫外線が高い樹脂とは、ポリエチレンテレフタレートよりも紫外線耐性が高い樹脂とし、具体的には、ポリフッ化ビニル、シリコーン樹脂、アイオノマー樹脂等を挙げることができる。これらの中でもポリフッ化ビニルが好ましい。光入射面にポリフッ化ビニルにより形成された耐紫外線樹脂層を有する部材としては、デュポン社製のテドラー（登録商標）等を挙げることができる。裏面側保護部材１２に、ガラス又は光入射面側に耐紫外線樹脂層を有する樹脂シートを用いることで、太陽電池モジュール１０の紫外線耐性を高めることができる。

このように構成された太陽電池モジュール１０によれば、ヘテロ接合を有する太陽電池素子１４を用い、高い開放電圧の実現と高い短絡電流の実現とを両立させて発電効率を向上させることが可能となる。

本発明は前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲でその構成を変更することもできる。例えば、太陽電池素子は真性非晶質系シリコン系薄膜層を有していなくてもよいし、ｎ型結晶シリコン系基板の両面に真性非晶質系シリコン系薄膜層を設けてもよい。また、表面側非晶質系シリコン系薄膜層がｐ型非晶質系シリコン系薄膜層を有し、裏面側非晶質系シリコン系薄膜層がｎ型非晶質系シリコン系薄膜層を有していてもよい。

以下、実施例及び比較例を挙げて、本発明の内容をより具体的に説明する。なお、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。

＜製造例＞太陽電池素子（光発電素子）の製造
ｎ型単結晶シリコン基板の光入射面側にn型非晶質系シリコン薄膜層（表面側非晶質系シリコン系薄膜層）、表面側透明導電性酸化物層を順に積層した。n型単結晶シリコン基板の裏面側に真性非晶質系シリコン薄膜層、p型非晶質系シリコン薄膜層、裏面側透明導電性酸化物層を順に積層した。真性非晶質系シリコン薄膜層とp型非晶質系シリコン薄膜層とが裏面側非晶質系シリコン系薄膜層となる。各非晶質系シリコン薄膜層はプラズマＣＶＤ法により、各透明導電性酸化物層はイオンプレーティング法により積層した。n型非晶質系シリコン薄膜層（表面側非晶質系シリコン系薄膜層）の膜厚を以下に示すように変えて複数の太陽電池素子（光発電素子）を製造した。
n型非晶質系シリコン薄膜層の原料ガスはＳｉＨ_４、ＰＨ_３及びＨ_２を使用した。n型非晶質系シリコン薄膜層は、ＰＨ_３のドープ量を変えて２段階成膜した。まずＰＨ_３の濃度をＰＨ_３／（ＳｉＨ_４＋ＰＨ_３）の式から算出して８００ｐｐｍとした低濃度ドープn型非晶質系シリコン薄膜層（第１層）を基板温度２００℃、膜厚２〜９ｎｍで成膜した。次にＰＨ_３の濃度をＰＨ_３／（ＳｉＨ_４＋ＰＨ_３）の式から算出して１００００ｐｐｍとした高濃度ドープn型非晶質系シリコン薄膜層（第２層）を基板温度２００℃、膜厚３ｎｍで成膜した。
真性非晶質系シリコン薄膜層の原料ガスはＳｉＨ_４及びＨ_２を使用した。基板温度２００℃、膜厚７ｎｍで成膜した。
ｐ型非晶質系シリコン薄膜層の原料ガスはＳｉＨ_４、Ｂ_２Ｈ_６及びＨ_２を使用した。p型非晶質系シリコン薄膜層は、Ｂ_２Ｈ_６の濃度をＢ_２Ｈ_６／（ＳｉＨ_４＋Ｂ_２Ｈ_６）の式から算出して８０００ｐｐｍとし、基板温度２００℃、膜厚４ｎｍで成膜した。
各透明導電性酸化物層の原料には、タングステンをドープしたインジウム酸化物を使用した。膜厚は１００ｎｍで成膜した。
次いで、表面側透明導電性酸化物層の表面及び裏面側透明導電性酸化物層の裏面にそれぞれ、集電極として、平行な複数のバスバー電極と、このバスバー電極にそれぞれ直交する複数のフィンガー電極とを形成した。この集電極は、銀ペーストを用いてスクリーン印刷により形成した。このようにして、実施例及び比較例で使用する太陽電池素子を得た。得られた太陽電池素子の短絡電流Ｉｓｃ、開放電圧Ｖｏｃ、曲線因子（フィルファクター：ＦＦ）及び変換効率Ｅｆｆを測定した（図３、図５、図６参照）。また、各太陽電池素子の３００〜６００ｎｍの範囲での外部量子効率を測定した。図４に表面側非晶質系シリコン系薄膜層の膜厚（表側膜厚）が異なる４つの太陽電池素子の量子効率のグラフを示す。

＜実施例１＞
作成した太陽電池素子を用いて単一の太陽電池素子を有する太陽電池モジュールを作成した。
光入射側から光入射側透明保護部材（ガラス）、表面側封止層（波長変換層）、太陽電池素子、裏面側封止層、裏面側保護部材（バックシート）の順に積層することにより、実施例１の太陽電池モジュールを作成した。
光入射側透明保護部材には、中島硝子工業株式会社の反射防止層がコートされた白板ガラスを使用した。表面側封止層には日東電工株式会社で作成された波長変換剤が含まれているエチレンビニルアセテートのシートを、裏面側封止層には紫外線吸収剤が含まれているエチレンビニルアセテートのシートを、裏面側保護部材には凸版印刷株式会社のＢＳ−ＴＸ−７０３１を使用した。表面側封止層に含まれている波長変換剤は、吸収ピークを３９８ｎｍに有し、発光（蛍光）ピークを４９４ｎｍ（量子効率９８％）に有する、日東電工株式会社が製造する発光性ベンゾチアジアゾール化合物である。

実施例１の太陽電池モジュールのＩｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ、及びＥｆｆを測定した。実施例１の太陽電池モジュールの測定値を太陽電池素子の測定値と共に図３に示す。

図３に示される範囲においてヘテロ接合を有する太陽電池素子は、光入射側に存在するn型非晶質系シリコン薄膜層の膜厚を厚くすればするほどＶｏｃとＦＦが増加していることがわかる。これはシリコンへテロ接合特有の現象であり、ＶｏｃとＦＦとを向上させるという観点からは厚い膜厚が好ましいといえる。しかし一方で、Ｉｓｃは膜厚の増加とともに減少してしまっている。そのためn型非晶質系シリコン薄膜の膜厚に制約が生じていることがわかる。すなわち、太陽電池素子においては、膜厚の増大に対してＩｓｃの減少とＶｏｃ及びＦＦの増大とが相反して発生する結果、膜厚８ｎｍ付近でＥｆｆの最大値が現れる。

次に、作成した太陽電池素子と実施例１の太陽電池モジュールの特性値の違いを以下に説明する。Ｉｓｃが太陽電池素子に比べて太陽電池モジュールで向上している理由は、太陽電池素子単体に比べモジュールは屈折率整合性に優れているためである。加えて波長変換剤が太陽電池素子に照射された光のうち、外部量子効率が低い領域の波長を量子効率の高い領域の波長へと変換させているためである。ＦＦが太陽電池素子に比べてモジュールで低下している理由は、モジュールでは測定時にインターコネクタの抵抗が測定値に加わるためである。

ここで、太陽電池素子と太陽電池モジュールにおける膜厚増大時のＩｓｃの減少率（傾き）が異なっていることがわかる。これもまたヘテロ接合を有する太陽電池素子特有の現象であり、実施例１で用いた波長変換剤の吸収（励起光）スペクトルと蛍光スペクトルと、太陽電池素子の外部量子効率の膜厚依存性（図４）から説明できる。実施例１で用いた波長変換剤の吸収スペクトルのピーク値は３９８ｎｍ、蛍光スペクトルのピーク値は４９５ｎｍである。３９８ｎｍと４９５ｎｍにおいて太陽電池素子の膜厚ごとの外部量子効率の値を比較すると、３９８ｎｍのときの膜厚に対する外部量子効率の変化量は、４９５ｎｍのときの膜厚に対する外部量子効率の変化量に比べて大きい。このため、実施例１の波長変換剤を使用した太陽電池モジュールと太陽電池素子単体と比較した場合、モジュールの膜厚に対するＩｓｃの減少率は小さくなる。

＜比較例１＞他の波長変換剤を用いた太陽電池モジュール
比較例１で用いた波長変換剤は、吸収ピークを３４４ｎｍに有し、発光ピークを４１５ｎｍ（量子効率９８％）に有する、日東電工株式会社が製造する発光性ベンゾトリアゾール化合物である。

比較例１の太陽電池モジュールのＩｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ、及びＥｆｆを測定した。比較例１の太陽電池モジュールの測定値を太陽電池素子の測定値と共に図５に示す。図５に示されている比較例１の太陽電池モジュールと太陽電池素子との特性値の違いを以下に説明する。

Ｉｓｃが太陽電池素子に比べて太陽電池モジュールで向上している理由は、実施例１と同様の理由である。ＦＦ低下の理由も実施例１と同様の理由である。ここで、比較例１では実施例１とは異なり太陽電池素子とモジュールでＩｓｃの減少率が変化していない（太陽電池素子とモジュールとで傾きが同様）。この理由は、比較例１で用いた波長変換剤の吸収スペクトル及び蛍光スペクトルと、太陽電池素子の外部量子効率の膜厚依存性（図４）から説明できる。比較例１で用いた波長変換剤の吸収スペクトルのピーク値は３４６ｎｍ、蛍光スペクトルのピーク値は４１５ｎｍである。３４６ｎｍと４１５ｎｍとにおいて太陽電池素子の膜厚ごとの量子効率の値を比較すると、両方の波長において膜厚に対する外部量子効率の変化量に変化がないことがわかる。そのため、比較例１の波長変換剤を使用したモジュールと太陽電池素子単体とを比較した場合では、膜厚によってＩｓｃの減少率は変わらない。

＜比較例２＞波長変換剤を用いていない太陽電池モジュール
表面側封止層に波長変換剤を含有させなかったこと以外は実施例１と同様にして、比較例２の太陽電池モジュールを作成した。

比較例２の太陽電池モジュールのＩｓｃ、Ｖｏｃ、ＦＦ、及びＥｆｆを測定した。比較例２の太陽電池モジュールの測定値を太陽電池素子の測定値と共に図６に示す。図６に示されている比較例２の太陽電池モジュールと太陽電池素子との特性値の違いを以下に説明する。

Ｉｓｃが太陽電池素子に比べてモジュールで向上している理由は、太陽電池素子単体に比べてモジュールは屈折率整合性に優れているためである。波長変換剤が含まれていないため、実施例１や比較例１と比較してＩｓｃの向上が少ない。ＦＦが低下している理由は実施例１や比較例１と同様の理由である。比較例２でも比較例１と同様に、太陽電池素子とモジュールでＩｓｃの減少率は変わらない。これは太陽電池素子とモジュールの違いが、ガラスと表面側封止材があるかないかの違いしかないためである。

実施例１は比較例１と比較すると、特定の波長変換剤を用いることで、膜厚増加に伴うＩｓｃの減少を抑え、膜厚の大きい太陽電池素子を用いた際のＥｆｆが高まることがわかる。すなわち、比較例１においては膜厚が７ｎｍを超えたあたりからＥｆｆはほぼ一定となっている（非常に小さい）が、実施例１においては、膜厚が７〜１０ｎｍの範囲でもＥｆｆは増加し、１０ｎｍあたりに２１．５％程度のピークがあることがわかる。

ここで、本実施例における各非晶質系シリコン薄膜層と透明導電性酸化物層の膜厚について説明する。平滑部５１と凹凸部５２を両方有する仮想的な基板５０を図７に示す。例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いることで、基板５０に垂直な厚さt、平面に垂直な厚さｔ’、凹凸部５２の角度αをそれぞれ測定することができる。本明細書において、平滑部５１に積層された非晶質系シリコン薄膜層５３の膜厚はｔを指し、凹凸部５２に積層された非晶質系シリコン薄膜層５３の膜厚はｔ’を指す。実際の作業では、測定時間の短縮が可能であり、かつ簡便である触針段差計等を用いた膜厚評価方法を用いるのが好ましい。例えば、ＫＯＨ又はＮａＯＨを４０〜５０℃に加熱した液で非晶質系シリコン薄膜層５３をウェットエッチングすることにより段差５４を形成させ、触針段差計を用いた膜厚評価方法によりｔが測定される。三角関数からｔ’＝ｔ×ｃｏｓαが成り立つので、測定されたｔにより、ｔ’が算出される。ＴＥＭ測定で得られたｔ’と、触針段差計を用いた膜厚評価方法により算出されたｔ’とは一致することが確認されたので、本実施例では触針段差計を用いた膜厚評価方法を採用した。なお、触針段差計は、あらかじめ段差をつけておいたサンプルの上を、針でサンプルに触れて水平に表面をなぞることによって、サンプルの段差に応じて針を上下させる測定方法である。

１０：太陽電池モジュール、１１：光入射側透明保護部材、１２：裏面側保護部材、１３：封止材、１４：太陽電池素子、１５：ｎ型結晶シリコン系基板、１６：ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層（第１層）、１７：ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層（第２層）、１８：表面側透明導電性酸化物層、１９：真性非晶質系シリコン系薄膜層、２０：ｐ型非晶質系シリコン系薄膜層、２１：裏面側透明導電性酸化物層、２２：第１の集電極、２３：第２の集電極、２４：ＡＲコート層、２５：前面ガラス、２６：波長変換剤、２７：波長変換層、２８：裏面側封止層、５０：基板、５１：平滑部、５２：凹凸部、５３：非晶質系シリコン薄膜層、５４：段差

Claims (7)

1. 表面側が光入射面となる太陽電池素子及び該太陽電池素子を封止する封止材を備え、
   前記太陽電池素子が、ｎ型結晶シリコン系基板と、該ｎ型結晶シリコン系基板の前記表面側にこの順で積層される表面側非晶質系シリコン系薄膜層及び表面側透明導電性酸化物層と、前記ｎ型結晶シリコン系基板の裏面側にこの順で積層される裏面側非晶質系シリコン系薄膜層及び裏面側透明導電性酸化物層とを有し、前記表面側及び裏面側非晶質系シリコン系薄膜層のうちのいずれか一方がｎ型非晶質系シリコン系薄膜層を有し、他方がｐ型非晶質系シリコン系薄膜層を有する太陽電池モジュールにおいて、
   前記太陽電池素子の開放電圧が７２０ｍＶ以上であり、
   前記封止材は、前記太陽電池素子の前記表面側に配設される波長変換層を有し、
   該波長変換層は、励起光スペクトルのピーク波長が３８０ｎｍ以上４５０ｎｍ以下、蛍光スペクトルのピーク波長が４８０ｎｍ以上である波長変換剤を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 請求項１記載の太陽電池モジュールにおいて、前記表面側非晶質系シリコン系薄膜層の厚さが、６ｎｍ以上１２ｎｍ以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。
3. 請求項１又は２記載の太陽電池モジュールにおいて、前記表面側及び裏面側非晶質系シリコン系薄膜層のうちの少なくとも一方が、前記ｎ型結晶シリコン系基板に直接積層される真性非晶質系シリコン系薄膜層をさらに有することを特徴とする太陽電池モジュール。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記表面側非晶質系シリコン系薄膜層が前記ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層を有し、該ｎ型非晶質系シリコン系薄膜層が前記ｎ型結晶シリコン系基板に直接積層される第１層、及び該第１層よりも電気抵抗が低い第２層を有することを特徴とする太陽電池モジュール。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記封止材が前記太陽電池素子の前記裏面側に配設される裏面側封止層を有し、該裏面側封止層が紫外線吸収剤を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記封止材がシリコーン樹脂及びアイオノマー樹脂からなる群より選択される少なくとも一種の樹脂を含むこと特徴とする太陽電池モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールにおいて、前記封止材の前記裏面側に配設される裏面側保護部材をさらに備え、
   該裏面側保護部材が、ガラス又は前記表面側に耐紫外線樹脂層を有する樹脂シートであることを特徴とする太陽電池モジュール。

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