JP2015195712A

JP2015195712A - 太陽電池装置

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Publication number: JP2015195712A
Application number: JP2015064863A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　聡; Satoshi Sato; 聡佐藤; 勝矢船山; Katsuya Funayama
Original assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Current assignee: Mitsubishi Chemical Corp
Priority date: 2014-03-27
Filing date: 2015-03-26
Publication date: 2015-11-05
Anticipated expiration: 2035-03-26
Also published as: JP6458591B2

Abstract

【課題】本発明は、外観に優れ、施工性に優れた太陽電池装置を提供することを課題とする。
【解決手段】可撓性を有する基材を備えた太陽電池モジュールと、前記基材の外周の少なくとも二箇所に対向するように設けられ、基材よりも厚い固定部と、前記固定部を収納する開口部を有する、長尺の枠材と、前記枠材の開口部との間に、前記基材の厚さよりも距離が長く、前記固定部の厚さよりも距離が短い、前記枠材の長さ方向に連なる空隙を形成する係止材を有し、前記基材が前記枠材の開口部縁端に接触し、前記固定部が前記枠材内壁及び前記係止材に接触することにより、前記基材の外周が前記枠材に係止された、太陽電池装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池装置に関する。

近年、太陽電池の設置方法の開発が盛んに行われている。太陽電池を簡便に設置するために様々な方法が開発されており、例えば、特許文献１に開示される、基礎の上に架台を設け、枠材で形状を保持された太陽電池モジュールを架台に設置する方式や、特許文献２に開示される様な、シート状の太陽電池を、ワイヤー等を用いて地面に直接設置する方式が知られている。

特開２０１４−２５２７６号公報特開２０１１−２２２５５８号公報

太陽電池を斜面等に設置する場合、特許文献１に開示される方式は、基礎工事を必要とするため斜面等に設置するのは困難であり、また、枠材で保持された太陽電池モジュールを用いるため、太陽電池モジュールの重量が重くなり、架台に設置する際の施工の負荷が大きいといった問題がある。また、シート状の太陽電池を地面に直接設置する方式の場合、地面に凹凸があると太陽電池が損傷を受けやすいといった問題がある。
すなわち、本発明は、設置が容易で、地面の形状によらず設置できる太陽電池装置を提供することを課題とする。

本発明者らは、鋭意検討を重ねた結果、シート状の太陽電池を、特定の方式で設置することにより、上記課題を解決し、本発明を完成させた。すなわち、本発明は以下を要旨とする。

［１］可撓性を有する基材を備えた太陽電池モジュールと、
前記基材の外周の少なくとも二箇所に対向するように設けられ、基材よりも厚い固定部と、
前記固定部を収納する開口部を有する、長尺の枠材と、
前記枠材の開口部との間に、前記基材の厚さよりも距離が長く、前記固定部の厚さよりも距離が短い、前記枠材の長さ方向に連なる空隙を形成する係止材を有し、
前記基材が前記枠材の開口部縁端に接触し、前記固定部が前記枠材内壁及び前記係止材に接触することにより、前記基材の外周が前記枠材に係止された、
太陽電池装置。
［２］前記係止材が前記枠材と前記係止剤とで形成される空隙の距離を変化できる、［１］に記載の太陽電池装置。
［３］前記基材が四角形であって、該四角形の四辺に固定部を有する、［１］または［２］に記載の太陽電池装置。
［４］前記太陽電池モジュールが薄膜太陽電池モジュールである、［１］〜［３］のいずれか１に記載の太陽電池装置。
［５］前記固定部が、前記基材の外縁に沿って形成された筒状の空間の内部に、筒状の部材を備えることにより形成された、［１］〜［４］のいずれか１に記載の太陽電池装置。

本発明により、効率的に運搬でき、外観に優れ、施工性に優れた太陽電池装置を提供することができる。

本発明に係る太陽電池モジュール、基材および固定部の一実施態様の平面模式図である。本発明に係る太陽電池モジュール、基材および固定部の一実施態様の断面模式図である。本発明に係る枠材および係止材の一実施態様の断面模式図である。本発明に係る係止構造の一実施態様を表す、枠材の断面模式図である。本発明の太陽電池装置の一実施態様の模式図である。本発明に係る太陽電池モジュールの平面模式図である。

以下、本発明の実施の形態を図１〜図５を参照して詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定されない。

１．太陽電池装置１０
図１は、可撓性を有する基材を備えた太陽電池モジュール１の平面図である。太陽電池モジュール１と基材２とは、太陽電池モジュール裏面の全面で接着または融着されている。太陽電池モジュール１と基材２とは、固定されていれば必ずしも全面で接着されている必要はなく、その固定方法も限定されない。本発明において、可撓性を有するとは、対象物を曲率半径を通常直径１ｍ、好ましくは３０ｃｍ、より好ましくは１０ｃｍ、更に好ましくは３ｃｍ、特に好ましくは１ｃｍに曲げ、戻したときに対象物に損傷がないことをいう。基材２の材質は限定されないが、樹脂が好ましく、引っ張り強度が高い点でガラス繊維等を積層した樹脂が好ましい

太陽電池装置としての発電量を増加させるために、基材２のなるべく広い範囲に太陽電池モジュール１を設置することが好ましい。基材２の面積に対する太陽電池モジュール１の面積は、通常５０％以上、好ましくは６０％以上、より好ましくは７０％以上であって、通常９９％以下、好ましくは９５％以下、より好ましくは９０％以下である。
基材２の周縁には、固定部３が設けられている。固定部３は基材２の四辺に設けられているが、本発明を実施するにあたっては、前記基材２の周縁の少なくとも二箇所に、対向するように設けられていればよい。但し、太陽電池モジュールが基材と固定部を介して枠材に係止されるには、四辺に設けられているのが好ましい。

太陽電池モジュールが四角形の場合には、各固定部３の太陽電池モジュールの各辺と並行な方向の長さは、太陽電池モジュールの各辺の長さに対して、通常１０％以上、好ましくは３０％以上、より好ましくは５０％以上、更に好ましくは７０％以上であって、通常１２０％以下、好ましくは１１０％以下、より好ましくは１００％以下、更に好ましくは９５％以下である。

図２は、可撓性を有する基材を備えた太陽電池モジュール１の断面図である。固定部３は、基材２よりも厚く形成されている。具体的には、固定部３は基材２の厚さ方向の長さが基材２の厚さよりも長ければよい。図２において固定部３の断面形状は円であるが、固定部３が、枠材と係止材とに接触して係止される形状であれば、形状は限定されない。例えば、多角形でもよい。基材２と固定部３とは実質的に一体化していればその具体的構造は限定されないが、例えば、基材２の外縁に固定部３を接着または縫合してもよく、また、基材２の外縁に沿って基材２により形成された筒状の空間の内部に、筒状の部材を備えることにより、固定部３が形成されていてもよい。このとき、筒状の部材は基材２が枠材４に係止される強度を有するものであれば限定されず、金属、樹脂など任意に用いることができる。軽量である点で樹脂が好ましい。

図３は、枠材および係止材の断面図である。枠材４は固定部３を収納する開口部５を有する、開口部５の最小開口方向に対して直角の方向に長尺の部材である。係止材６は、図３においては、枠材の長尺方向に長尺の板状部材であるが、係止材６と枠材４の縁端（開口部を形成する箇所）との間に枠材の長さ方向に連なる空隙を形成するものであればその形状は限定されない。枠材４の断面における空隙の距離は、前記基材２の厚さよりも長く、前記固定部３の厚さよりも短い。係止材６は、枠材４の縁端との距離が可変であり、従って、前記空隙の距離が可変であるのが好ましい。図３においては、枠材と係止材と貫通するボルトと、ナットとにより、枠材４と係止材６とをそれぞれ固定することにより、枠材４の縁端と係止材６の縁端との距離を可変にしているが、この構造に限定されない。

枠材４および係止材６は、枠材４と係止材６とで固定部３を係止するだけの強度を有すれば、その材質や厚さは限定されず、金属、樹脂等を用いることができる。金属としてはアルミ、アルミ合金等、軽量で強度を有する金属が好ましい。

図４は、枠材４および係止材６が異なる二つの太陽電池モジュールの固定部３を係止した図である。前記基材２が前記枠材４の開口部縁端５−１に接触し、前記固定部３が前記枠材４の内壁及び前記係止材６に接触することにより、前記基材２の周縁が枠材４に係止されている。このような構造が基材２の外周の少なくとも二箇所に対向するように設けられていることで、太陽電池モジュール１を保持することができる。

また、係止材６が枠材４の開口部縁端５−１に対して距離を変化できることにより、基材２が熱や外力により膨潤し、太陽電池モジュール１が弛んだ場合であっても、係止材６を基材２を太陽電池モジュール１の外周方向に引っ張る方向に移動することにより、弛みを取ることができる。

また、施工の際には、固定部３を枠材４の内部に収納することで太陽電池モジュールの仮止めを行い、必要な範囲に太陽電池モジュールを仮置きした後に係止材により係止することができるため、施工の効率が向上するという効果も有する。

図５は、本発明の太陽電池装置１０の一例の平面図である。枠材４は、複数の四角形を形成するように設置されている。太陽電池装置１０の設置領域の形成にあたり、枠材４は、複数の部材を嵌合して形成しても、一体の部材として形成されていても良い。施工性が高い点で、複数の部材を嵌合して形成する枠材４を順次形成し、太陽電池モジュール１を枠材４の形成に従って順次設置するのが好ましい。また、太陽電池モジュール１は対向する一対の枠材４で固定することができ、設置の簡便さの点で好ましい。
一方、太陽電池モジュール１の四辺、すなわち二対の枠材４で固定すると太陽電池モジュール１を強固に固定することができる点で好ましい。この場合、太陽電池装置の最外周を構成する枠体は、一の固定部３を収納するが、それ以外の枠体は二の固定部３を収納する。なお、図５においては四角形の太陽電池モジュール１０を固定する態様を示しているが、太陽電池モジュール１の形状により枠材４の設置方法は任意に設定することができる。

２．太陽電池モジュール１
太陽電池モジュール１の種類は限定されず、基材２と固定できるものであれば任意に用いることができるが、好適に用いられる太陽電池モジュール１の一例として、薄膜太陽電池モジュールを説明する。

図５は、表面保護層１１および裏面保護層１２により、薄膜太陽電池素子１３、及び前記薄膜太陽電池素子１３に電気的に接続された集電線１４を挟持した、可撓性を有する薄膜太陽電池モジュールである。
可撓性を有する薄膜太陽電池モジュールは、曲げた後も太陽電池素子の発電特性が実質的に低下しないことが好ましい。また、その際に表面にしわができないことが好ましい。以下、本発明の各構成について詳細に説明する。

２−１．表面保護層１１
薄膜太陽電池モジュールの表面保護層は、薄膜太陽電池素子の受光量を低減させない点から、全光線透過率は、通常８０％以上、好ましくは９０％以上である。上限は特に限定されないが、通常９９％以下である。全光線透過率の測定は、例えば、ＪＩＳＫ７３６１−１により行う。

表面保護層の材質としては、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）等のアクリル樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等のポリエステル、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂、ポリスチレン、環状ポリオレフィン、ポリブチレン、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）等のポリオレフィン、等が挙げられる。好ましくは、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂が挙げられる。

薄膜太陽電池モジュールは光を受けて熱せられることが多いため、表面保護層も熱に対する耐性を有することが好ましい。この観点から、表面保護層の構成材料の融点は、通常８５℃以上、好ましくは１００℃以上、より好ましくは１２０℃以上であり、通常３５０℃以下、好ましくは３００℃以下、より好ましくは２８０℃以下である。

表面保護層の厚さは通常０．０２ｍｍ以上である。好ましくは０．０３ｍｍ以上であり、より好ましくは０．０５ｍｍ以上である。一方上限は特段限定されないが、通常２ｍｍ以下、好ましくは１ｍｍ以下、より好ましくは０．５ｍｍ以下、更に好ましくは０．３ｍｍ以下である。上記範囲とすることで、耐衝撃性と柔軟性を両立することができる。

また、本発明の太陽電池モジュールでは、表面保護層の外側（太陽光側）に更に表面保護シートを備えてもよい。本発明において表面保護シートを備えることは表面保護層の傷つきや劣化を抑制し、全光線透過率を維持するため好ましい。表面保護シートを構成する材料は、耐候性フィルムが好ましく、通常使用される公知のものを使用することができる。

耐候性フィルムの材料となる樹脂としては、例えばエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、シリコーン、ポリエチレンテレフタレート、ポリアミド等が挙げられる。これらの中でもエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体が好ましい。
耐候性フィルムの厚さは特に制限されないが、通常１０μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上であり、通常２００μｍ以下、好ましくは１５０μｍ以下である。

表面保護シートと表面保護層との間に接着層を備えてもよい。接着層の材質等は特に制限されないが、通常例えば、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）樹脂、マレイン酸またはシラン等で変性した変性ポリエチレン樹脂、変性ポリプロピレン樹脂、またエポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤等の、光透過性の材料が用いられる。接着層の厚さは特に制限されないが例えば２００〜５００μｍが好ましい。接着層は、表面保護シートと表面保護層との接着以外の層の接着にも用いることができる。

また、表面保護層は、ガスバリア性を有しているのが好ましい。
ガスバリア性を有する表面保護層で薄膜太陽電池素子１３を被覆することにより、太陽電池素子３を水及び酸素から保護し、発電能力を高く維持することができる。

ガスバリア性を有する表面保護層の防湿能力の程度は、薄膜太陽電池素子１３の種類等に応じて様々であるが、単位面積（１ｍ²）の１日あたりの水蒸気透過率が、通常１×１０^-1ｇ／ｍ²／ｄａｙ以下であることが好ましく、下限に制限はない。

酸素透過性の程度は、薄膜太陽電池素子１３の種類等に応じて様々であるが、単位面積（１ｍ２）の１日あたりの酸素透過率が、通常１×１０^-1ｃｃ／ｍ²／ｄａｙ／ａｔｍ以下であることが好ましく、下限に制限はない。

ガスバリア性を有する表面保護層の具体的な構成は、薄膜太陽電池素子１３を水から保護できる限り任意である。ただし、表面保護層を透過しうる水蒸気や酸素の量を少なくできるフィルムほど製造コストが高くなるため、これらの点を総合的に勘案して適切なものを使用することが好ましい。

ガスバリア性の点で好適な表面保護層としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）或いはポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）等の基材フィルムに酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）を真空蒸着したフィルム等が挙げられる。

なお、ガスバリア性を有する表面保護層は１種の材料で形成されていてもよく、２種以上の材料で形成されていてもよい。また、ガスバリアフィルム３は単層フィルムにより形成されていてもよいが、２層以上のフィルムを備えた積層フィルムであってもよい。

２−２．裏面保護層１２
裏面保護層としては、表面保護層と同様の層を用いることができる。
但し、裏面保護層は必ずしも透光性を有さなくてもよいことから、透光性と材質についてはその限りではなく、可撓性を有する限り材率は限定されない。
例えば、表面保護層に例示した樹脂以外の樹脂、金属箔、樹脂中に繊維等を分散させたフィルム、または樹脂含浸された織布または不織布等を用いることができる。

表面保護層に例示した樹脂以外の樹脂としては、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂、これらの共重合体、ＰＶＤＦ、シリコーン樹脂、セルロース、ニトリル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、アイオノマー、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、ポリビニルアルコール、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン等の樹脂が挙げられる。

金属箔としては、アルミニウム、ステンレス、金、銀、銅、チタン、ニッケル、鉄、それらの合金からなる箔が挙げられる。
繊維等を分散した樹脂、および樹脂含浸された織布または不織布の、樹脂としては、表面保護層に用いる樹脂が挙げられる。繊維としては、ポリエステル繊維、ポリプロピレン繊維、ガラス繊維、ナイロン繊維、セルロース繊維、炭素繊維、および／またはアクリル繊維、等が挙げられ、織布または不織布としては、これらの繊維からなる織布または不織布が挙げられる。

裏面保護層として表面保護層と同様の透光性の層を用いると、薄膜太陽電池素子が透光性を有する場合には、シースルーの太陽電池を提供することができる点で好ましい。
また、表面保護層と裏面保護層とは同一の材料、厚さであることが好ましい。製造過程における加熱や、薄膜太陽電池モジュールを使用する際の太陽光等により熱膨張するが、その際に生じる応力を相殺して、薄膜太陽電池モジュールの変形を抑制することができる。

２−３．薄膜太陽電池素子１３
薄膜太陽電池素子は、太陽光を電気に変換する薄膜太陽電池と、薄膜太陽電池の形状変化を抑制するための薄膜太陽電池基材から構成されている。
上記薄膜太陽電池素子は、表面保護層側から入射される太陽光に基づき発電を行う素子である。薄膜太陽電池素子の種類は、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、変換によって得られた電気エネルギーを外部に取り出せるものであれば、特に限定されない。

本発明においては薄膜太陽電池素子を用いることで、フレキシブル性を活かした用途、つまり曲げた状態で設置、曲げ延ばしして収納、設置状態で変形するような場所にも設置することができる。

薄膜太陽電池としては、一対の電極で発電層（光電変換層、光吸収層）を挟んだもの、一対の電極で発電層と他層（バッファ層等）との積層体を挟んだもの、そのようなものを複数個、直列接続したものを用いることができる。発電層に用いられる材料としては、薄膜単結晶シリコン、薄膜多結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、球状シリコン、無機半導体材料、有機色素材料、または有機半導体材料が挙げられる。これらの材料を用いることで、発電効率が比較的高く、薄い（軽量な）薄膜太陽電池を実現できる。さらに効率を上げる観点から、これらを積層したＨＩＴ型、タンデム型でもよい。

発電層を薄膜多結晶シリコン層とした場合、薄膜太陽電池は間接光学遷移を利用するタイプの素子となる。そのため、発電層を薄膜多結晶シリコン層とする場合には、光吸収を増加させるために、後述する薄膜太陽電池基材又はその表面に凸凹構造を形成するなど十分な光閉じ込め構造を設けておくことが好ましい。

発電層をアモルファスシリコン層とした場合、可視域での光学吸収係数が大きく、厚さ１μｍ程度の薄膜でも太陽光を十分に吸収できる太陽電池素子を実現できる。しかも、アモルファスシリコンは、非結晶質の材料であるが故に、変形にも耐性を有している。そのため、発電層をアモルファスシリコン層とした場合、特に軽量な、変形に対してもある程度の耐性を有する太陽電池モジュールを実現できる。

発電層を無機半導体材料（化合物半導体）層とした場合、発電効率が高い薄膜太陽電池を実現することが出来る。なお、発電効率（光電変換効率）の観点からは、発電層をＳ、Ｓｅ、Ｔｅなどカルコゲン元素を含むカルコゲナイド系発電層とすることが好ましく、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体系（カルコパイライト系）発電層としておくことがより好ましく、Ｉ族元素としてＣｕを用いたＣｕ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体系発電層、特に、ＣＩＳ系半導体〔ＣｕＩｎ（Ｓｅ１−ｙＳｙ）２；０≦ｙ≦１〕層やＣＩＧＳ系半導体〔Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓｅ１−ｙＳｙ）２；０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１〕〕層としておくことが、好ましい。

発電層として、酸化チタン層及び電解質層などからなる色素増感型発電層を採用しても、発電効率が高い薄膜太陽電池を実現することができる。
発電層として有機半導体層（ｐ型の半導体とｎ型の半導体を含む層）を採用することもできる。有機半導体層は、形成が効率的に行える点や、発電層が多様な色を有するため意匠性に優れる点で好ましい。
上記理由によりこれらの前記薄膜太陽電池素子が、発電層として有機半導体層を採用した有機薄膜太陽電池素子であるのが好ましい。
以下有機半導体層について説明する。

有機半導体層の具体的な構成例としては、ｐ型半導体とｎ型半導体が層内で相分離した層（ｉ層）を有するバルクヘテロ接合型、それぞれｐ型半導体を含む層（ｐ層）とｎ型半導体を含む層（ｎ層）を積層した積層型（ヘテロｐｎ接合型）、ＰＩＮ型、ショットキー型およびそれらの組み合わせを挙げることができる。中でも、バルクヘテロ接合型が好ましい。

ｐ型半導体化合物とは、その膜が正孔を輸送できるｐ型半導体として動作する材料であるが、π共役高分子材料やπ共役低分子有機化合物などが好ましく用いられ、一種の化合物でも複数種の化合物の混合物でもよい。共役高分子材料は単一あるいは複数のπ共役モノマーを重合したものであり、そのモノマーとしては、置換基を有してもよいチオフェン、フルオレン、カルバゾール、ジフェニルチオフェン、ジチエノチオフェン、ジチエノシロール、ジチエノシクロヘキサン、ベンゾチアジアゾール、チエノチオフェン、イミドチオフェン、ベンゾジチオフェン等が挙げられ、分子量は1万以上の材料である。これらのモノマーは直接結合するか、ＣＨ＝ＣＨやＣ三Ｃ、ＮやＯを介して結合していてもよい。低分子有機半導体材料としてはペンタセンやナフタセン等の縮合芳香族炭化水素、チオフェン環を４個以上結合したオリゴチオフェン類、ポルフィリン化合物やテトラベンゾポルフィリン化合物及びその金属錯体、並びにフタロシアニン化合物及びその金属錯体等、が挙げられる。

ｎ型半導体化合物としては、特段の制限はないが、フラーレン化合物及びその誘導体、縮合環テトラカルボン酸ジイミド類が挙げられる。フラーレンとしてはＣ６０又はＣ７０等があげられ、そのフラーレンの２個の炭素に置換基を付加したもの、４個の炭素に置換基を付加したもの、さらには６個の炭素に置換基を付加したものが挙げられる。フラーレン化合物は、塗布法に適用できるようにするためには、当該フラーレン化合物が何らかの溶媒に対して溶解性が高く溶液として塗布可能であることが好ましい。
発電層に有機半導体層を使用する場合には、正孔取出層および／または電子取出層を積層するのが好ましい。

正孔取出層の材料は、ポリチオフェン、ポリピロール、又はポリアニリンなどに、スルホン酸及び／又はハロゲンなどがドーピングされた導電性ポリマーや、酸化モリブデンや酸化ニッケルのような、仕事関数の大きな金属酸化物が用いられる。

電子取出層の材料は特に限定されないが、具体的には、無機化合物又は有機化合物が挙げられる。無機化合物としては、ＬｉＦ等のアルカリ金属の塩や酸化チタン（ＴｉＯｘ）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）のようなｎ型の酸化物半導体が挙げられる。有機化合物としては、バソキュプロイン（ＢＣＰ）、バソフェナントレン（Ｂｐｈｅｎ）のようなフェナントレン誘導体や、Ｐ＝ＯあるいはＰ＝Ｓ構造を有するホスフィン化合物が挙げられ、中でも、リン原子に芳香族炭化水素基又は芳香族複素環基ホスフィン化合物が好ましい。

薄膜太陽電池の各電極は、導電性を有する任意の材料を１種又は２種以上用いて形成することができる。電極材料（電極の構成材料）としては、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属、あるいはそれらの合金；酸化インジウムや酸化錫等の金属酸化物、あるいはその合金（ＩＴＯ：酸化スズインジウム）；ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子；そのような導電性高分子に、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸、ＦｅＣｌ３等のルイス酸、ヨウ素等のハロゲン原子、ナトリウム、カリウム等の金属原子などのドーパントを含有させたもの；金属粒子、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ等の導電性粒子をポリマーバインダー等のマトリクスに分散した導電性の複合材料などが挙げられる。

電極材料は、正孔又は電子を捕集するのに適した材料としておくことが好ましい。なお、正孔の捕集に適した電極材料（つまり、高い仕事関数を有する材料）としては、金、ＩＴＯ等を例示できる。また、電子の捕集に適した電極材料（つまり、低い仕事関数を有する材料）としては、銀、アルミニウムを例示できる。

薄膜太陽電池の各電極は、発電層とほぼ同サイズのものであっても、発電層よりも小さなものであっても良い。ただし、薄膜太陽電池の，受光面側（耐候層側）の電極を、比較的に大きなもの（その面積が、発電層面積に比して十分に小さくないもの）とする場合には、当該電極を、透明な（透光性を有する）電極、特に、発電層が効率良く電気エネルギーに変換できる波長の光の透過率が比較的に高い（例えば、５０％以上）電極、としておくべきである。なお、透明な電極材料としては、ＩＴＯ、ＩＺＯ（酸化インジウム−亜鉛酸化物）等の酸化物；金属薄膜などを、例示できる。

薄膜太陽電池の各電極の厚さ及び発電層の厚さは、必要とされる出力等に基づき、決定することが出来る。さらに電極に接するように補助電極を設置してもよい。特に、ＩＴＯなど導電性のやや低い電極を用いる場合には効果的である。補助電極材料としては、導電性が良好ならば上記金属材料と同じ材料を用いることができるが、銀、アルミニウム、銅が例示される。

上記薄膜太陽電池基材は、その一方の面上に、薄膜太陽電池が形成される部材である。そのため薄膜太陽電池基材は、機械的強度が比較的に高く、耐候性、耐熱性、耐薬品性等に優れ、且つ軽量なものであることが望まれる。また、薄膜太陽電池基材は、変形に対して或る程度の耐性を有するものであることも望まれる。そのため、薄膜太陽電池基材としては、金属箔や、融点が８５〜３５０℃の樹脂フィルム、幾つかの金属箔／樹脂フィルムの積層体を採用することが好ましく、薄膜太陽電池基材が樹脂フィルム、すなわち樹脂基材であることがより好ましいい。

薄膜太陽電池基材（又は、その構成要素）として使用し得る金属箔としては、アルミニウム、ステンレス、金、銀、銅、チタン、ニッケル、鉄、それらの合金からなる箔を、例示できる。

また、融点が８５〜３５０℃の樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、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、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアセタール、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂、これらの共重合体、ＰＶＤＦ、ＰＶＦなどのフッ素樹脂、シリコーン樹脂、セルロース、ニトリル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、アイオノマー、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、ポリビニルアルコール、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホンなどからなるフィルムを、例示できる。なお、薄膜太陽電池基材として使用する樹脂フィルムは、上記のような樹脂中に、ガラス繊維、有機繊維、炭素繊維等を分散させたフィルムであってもよい。

なお、薄膜太陽電池基材（又は、その構成要素）として使用する樹脂フィルムの融点が８５〜３５０℃の範囲である場合には、薄膜太陽電池基材の変形が生じず薄膜太陽電池との剥離が生じないため、好ましい。また、薄膜太陽電池基材（又は、その構成要素）として使用する樹脂フィルムの融点は、１００℃以上であることがより好ましく、１２０℃以上であることがさらに好ましく、１５０℃以上であることが特に好ましく、１８０℃以上であることが最も好ましい。また、当該樹脂フィルムの融点は、３００℃以下であることがより好ましく、２８０℃以下であることがさらに好ましく、２５０℃以下であることが特に好ましい。

２−４．集電線１４
本発明において集電線とは、太陽電池素子の電極と電気的に接続された導電性部材である。

集電線の材料としては、金属や合金などが挙げられ、中でも抵抗率の低い銅やアルミ、銀、金、ニッケルなどを用いることが好ましく、銅やアルミが安価であることから、特に好ましい。また、錆防止のため、集電線の周囲をスズや銀などでメッキしたり、表面を樹脂などでコートしてあったり、フィルムをラミネートしてあってもよい。集電線の形状としては、平角線、箔、平板、ワイヤー状のものがあるが、接着面積の確保などの理由から、平角線や、箔、平板状のものを用いることが好ましい。また、集電線を電気取出端子として使用することができるため、平板状であることがより好ましい。

なお、本発明でいう「箔」は厚みが１００μｍ未満のものをいい、「板」は厚みが１００μｍ以上のものをいう。また「平角線」とは、断面が円形のワイヤーを圧延して、断面の形状を四角形にしたものをいう。

また集電線は、導電性を有する限り特段の限定はされないが、接続する上部電極や下部電極よりも抵抗値が低いものが好ましく、特に、上部電極や下部電極より厚さを厚くすることによって、抵抗値を低減させることが好ましい。集電線の厚さとしては、５μｍ以上であることが好ましく、より好ましくは１０μｍ以上である。また、２ｍｍ以下であることが好ましく、より好ましくは１ｍｍ以下、さらに好ましくは３００μｍ以下、特に好ましくは２００μｍ以下である。集電線の厚さが上記下限以上であることで、集電線の抵抗値の上昇を抑制し、発電した電力を効率よく外部に取り出すことができる。また、上記上限以下であることで、薄膜太陽電池モジュールの重量が増加するとともに可撓性が減少したり、薄膜太陽電池モジュール表面に凹凸が発生しやすくなったり、生産コストが増加するなどの問題が生じる恐れがある。

また、集電線の幅は、通用０．５ｍｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上であり、通常５０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以下、より好ましくは１０ｍｍ以下である。集電線の幅が上記下限以上であることで、集電線の抵抗値の上昇を抑制し、発電した電力を効率よく取り出すことができる。また、集電線の機械強度を維持し、破断等を抑制することができる。上記上限以下であることで、モジュール全体における開口率を維持し、モジュールの発電量の低下を抑制することができる。

２−５．封止層
薄膜太陽陽電池素子と裏面保護層との間に少なくとも一層の封止層を有するのが好ましく、表面保護層と薄膜太陽電池素子との間、および薄膜太陽電池素子と裏面保護層との間に少なくとも一層の封止層を有するのがより好ましい。このような封止層を設けることで、上述した薄膜太陽電池素子を封止するとともに、耐衝撃性等を薄膜太陽電池モジュールに付与することができる。

本発明の薄膜太陽電池モジュールにおいては、薄膜太陽電池素子の上下を挟むように封止層が積層される態様が好ましい。

この封止層として積層される材料には、全光線透過率が比較的高い樹脂材料が好ましい。例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、プロピレン−エチレン−α−オレフィン共重合体などのポリオレフィン樹脂、ブチラール樹脂、スチレン樹脂、エポキシ樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコン樹脂、合成ゴム等を使用することができ、これらの１種以上の混合体、若しくは共重合体を使用できる。

封止層の厚さは、１層あたり、１００μｍ以上であることが好ましく、２００μｍ以上であることがより好ましく、３００μｍ以上であることが更に好ましい。一方、１０００μｍ以下であることが好ましく、８００μｍ以下であることがより好ましく、５００μｍ以下であることが更に好ましい。すなわち、好ましい態様である表面保護層と薄膜太陽電池素子との間、および薄膜太陽電池素子と裏面保護層との間に少なくとも一層の封止層を有する場合には、薄膜太陽電池モジュールあたりの封止層の厚さは、２００μｍ以上であることが好ましく、４００μｍ以上であることがより好ましく、６００μｍ以上であることが更に好ましい。一方、２０００μｍ以下であることが好ましく、１６００μｍ以下であることがより好ましく、１０００μｍ以下であることが更に好ましい。

封止層の厚さを上記範囲とすることで、適度な耐衝撃性を得ることができると共に、コストおよび重量の観点からも好ましく、発電特性も十分に発揮することができる。

太陽電池モジュールの封止層には、紫外線吸収剤が添加されていてもよい。そのような紫外線吸収剤としては、市販されているものを含め、特段の限定なく用いることができる。例えば、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物等が挙げられる。封止層に紫外線吸収剤を添加する場合には、封止層全量に対して０．０１重量％以上であることが好ましく、０．０５重量％以上であることがより好ましい。一方、この含有量は１重量％以下であることが好ましく、０．８重量％以下であることがより好ましく、０．６重量％以下であることが特に好ましい。０．０１重量％未満であると、紫外線吸収効果を発揮することが難しくなり、１重量％を超えるとブリードアウトの原因となるからである。

また、上記封止層がシランカップリング剤を含むことが好ましい。シランカップリング剤が含まれていることで、封止層とそれに接する層との接着性が向上する。シランカップリング剤としては、官能基としてアルキル基を有するものが好ましく例示でき、具体的には、エポキシ基、メタクリル基、ビニル基等が挙げられる。封止材とシランカップリング剤の重量比は、封止材の重量を１００としたとき、０．１〜２．０であることが好ましく、０．３〜１．０であることがより好ましく、０．５〜０．７であることが特に好ましい。このような範囲とすることで、接着性を好適なものとすることができる。ここでいうシランカップリング剤を含むとは、封止材にシランカップリング剤を添加ないしは混合することを意味し、シランカップリング剤は太陽電池モジュールの積層前に予め封止材に添加ないし混合しておいてもよいし、積層時に封止材に添加ないし混合してもよい。

２−６．その他の層
表面保護層と裏面保護層の間には、上記以外に紫外線カット層、ガスバリア層、ゲッター材層などの層を有しても良い。これらの層を形成する材料は公知の材料を用いることができ、大きさや厚さ等は、本発明の効果を奏する限り限定されない。

３．用途
本発明に係る太陽電池装置の用途に制限はなく、任意の用途に用いることができる。本発明に係る薄膜太陽電池を適用する分野の例を挙げると、土木用太陽電池装置、建材用太陽電池装置、インテリア用太陽電池装置、鉄道用太陽電池装置、船舶用太陽電池装置、宇宙機用太陽電池装置、家電用太陽電池装置、又は玩具用太陽電池等である。
中でも、本発明に係る太陽電池装置は軽量で施工性に優れることから、斜面に設置する土木用太陽電池装置として好適に用いることができる。

１０太陽電池装置
１太陽電池モジュール
２基材
３固定部
４枠材
５開口部
５−１開口部縁端
６係止材
１１表面保護層
１２裏面保護層
１３薄膜太陽電池素子
１４集電線

Claims

可撓性を有する基材を備えた太陽電池モジュールと、
前記基材の外周の少なくとも二箇所に対向するように設けられ、基材よりも厚い固定部と、
前記固定部を収納する開口部を有する、長尺の枠材と、
前記枠材の開口部との間に、前記基材の厚さよりも距離が長く、前記固定部の厚さよりも距離が短い、前記枠材の長さ方向に連なる空隙を形成する係止材を有し、
前記基材が前記枠材の開口部縁端に接触し、前記固定部が前記枠材内壁及び前記係止材に接触することにより、前記基材の外周が前記枠材に係止された、
太陽電池装置。
前記係止材が前記枠材と前記係止剤とで形成される空隙の距離を変化できる、請求項１に記載の太陽電池装置。
前記基材が四角形であって、該四角形の四辺に固定部を有する、請求項１または２に記載の太陽電池装置。
前記太陽電池モジュールが薄膜太陽電池モジュールである、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池装置。
前記固定部が、前記基材の外縁に沿って形成された筒状の空間の内部に、筒状の部材を備えることにより形成された、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池装置。