JP2016058697A - 太陽電池モジュール及び壁面形成部材 - Google Patents

Abstract

【課題】発電面積の急激な低下を抑えつつ、採光機能も得られる太陽電池モジュール及び壁面形成部材を提供する。
【解決手段】第１透光性絶縁基板１０と、第２透光性絶縁基板１１と、第１透光性絶縁基板１０と第２透光性絶縁基板１１に挟まれた光電変換素子１２を備え、光電変換素子１２は、第１透光性絶縁基板１０側から、第１透明電極層２０、光電変換層２１、第２透明電極層２２の順に積層されたものであり、光電変換層２１は、光を照射したときに光エネルギーを電気エネルギーに変換可能であって、かつ、光の一部を透過するものであり、光電変換素子１２は、第１透光性絶縁基板１０を平面視したときに、少なくとも光電変換層２１が除去された開口部を有し、第１透光性絶縁基板１０側から光を照射したときに、開口部の内部を経由して通過し、第２透光性絶縁基板１１に至る光路を備えている構成とする。
【選択図】図８

Description

本発明は、両面を受光面とする太陽電池モジュールに関する。また、本発明は、当該太陽電池モジュールを用いた窓等の壁面形成部材に関する。

近年、環境負荷の低いエネルギー源として太陽電池モジュールが注目されている。
この太陽電池モジュールは、光エネルギーを電気エネルギーに変換可能な光電変換装置である。
太陽電池モジュールは、透明電極層と、裏面電極層と、当該２つの電極層に挟まれた半導体接合等からなる光電変換層を備えている。そして、この太陽電池モジュールは、光電変換層に光を照射することにより発生するキャリア（電子及び正孔）を電極層により収集して外部回路に取り出すことが可能となっている。
また、この太陽電池モジュールは、裏面電極層として光沢のある金属を使用することで、光電変換層を通過した光も裏面電極層で反射させて、光電変換層で回収することによって光電変換層での発電量の向上が図られている。

従来の太陽電池モジュールは、太陽光に対して十分な入射面積を確保するために、地面に対して平行かやや傾斜した姿勢で設置されている。そのため、移住環境において、太陽電池モジュールの設置位置は、平坦な地面や屋根に限られていた。
しかしながら、一般の建物において屋根の面積は限られているため、屋根の全面に太陽電池を取り付けると、増設できないという問題があった。そのため、太陽電池モジュールの普及とともに、新たな太陽電池モジュールの設置場所の模索がなされていた。

そこで、特許文献１では、太陽電池モジュールの設置場所として窓に着目しており、窓として使用可能な太陽電池（太陽電池モジュール）が提案されている。
この特許文献１の太陽電池は、裏面電極層として透明電極を使用することによって、発電部位でも、室内空間に太陽光を取り込める構造となっている。

特開２００１−３２００６８号公報 特開２００５−３１１２９２号公報

ところで、特許文献１の太陽電池によれば、発電部分から光を取り出せるため、建物の窓に使用した場合に、室内空間に光を取り込むことができる。
しかしながら、特許文献１の太陽電池では、光の一部が光電変換層での光電変換に使用されるため、通常の窓に比べて光の取り込み量が小さく、使用者によっては採光量が十分でないと感じる場合がある。また、通常の窓の採光量に近づけるためには、太陽光をできる限り建物内部に採光できることが好ましい。

そこで、上記した問題に鑑み、従来に比べて発電面積の急激な低下を抑えつつ、高い採光性が得られる太陽電池モジュール及び壁面形成部材を提供することを目的とする。

上記した課題を解決するための請求項１に記載の発明は、第１透光性絶縁基板と、第２透光性絶縁基板と、前記第１透光性絶縁基板と第２透光性絶縁基板に挟まれた光電変換素子を備える太陽電池モジュールにおいて、前記光電変換素子は、第１透光性絶縁基板側から、第１透明電極層、光電変換層、第２透明電極層の順に積層されたものであり、前記光電変換層は、光を照射したときに光エネルギーを電気エネルギーに変換可能であって、かつ、光の一部を透過するものであり、前記光電変換素子は、第１透光性絶縁基板を平面視したときに、少なくとも光電変換層が除去された開口部を有し、第１透光性絶縁基板側から光を照射したときに、前記開口部の内部を経由して通過し、第２透光性絶縁基板に至る光路を備えていることを特徴とする太陽電池モジュールである。

ここでいう「透光性」とは、光の少なくとも一部を透過する機能をいい、具体的には、光透過率が３０パーセント以上１００パーセント以下のものをいう。すなわち、防眩処理が施された基板であっても、光を３０パーセント以上透過すれば、本明細書の透光性に該当する。

本発明の構成によれば、第１透光性絶縁基板、第１透明電極層、光電変換層、第２透明電極層、及び第２透光性絶縁基板のいずれもが光を透過するので、第１透光性絶縁基板側から光が入射しても、第２透光性絶縁基板側から光が入射しても、光電変換層で光を回収でき、発電することができる。そのため、従来のような片面のみ受光可能な太陽電池モジュールに比べて、受光面積が増加し、光電変換層への光取り込み量が増加する。そのため、一般的に結晶シリコン系太陽電池に比べて発電効率が劣るとされている薄膜太陽電池であってもより多くの電気を取り出すことができる。
また、本発明の構成によれば、第１透光性絶縁基板、第１透明電極層、光電変換層、第２透明電極層、及び第２透光性絶縁基板のいずれもが光を透過するので、発電部分でも採光することが可能である。そのため、本発明の太陽電池モジュールによれば、発電面積を確保しつつ、採光性を維持できるため、窓やベランダの手すり、バルコニーの手すりといった屋根以外の場所でも設置可能である。
さらに本発明の構成によれば、少なくとも光電変換層が除去された開口部を有しており、発電部分を通過する光路に加えて、第１透光性絶縁基板側から光を照射したときに、開口部の内部を経由して通過し、第２透光性絶縁基板に至る光路を備えているので、光電変換層で光が消費されることによる光量不足を補うことができるので、通常の窓の採光量に近づけることができる。

ここで、上記の発明の構成によれば、開口部を設けることによって、採光量の増加が可能となる。
しかしながら、開口部では光電変換層が存在しないため、この開口部では、発電できず、発電可能な発電面積が小さくなるという問題がある。

ところで、太陽電池モジュールの中には、いわゆる集積型と呼ばれる基板上に複数の光電変換素子が積層された太陽電池モジュールが存在する（例えば、特許文献２）。
この集積型の太陽電池モジュールは、光電変換素子を複数の溝によって複数の小片に分離して区画されている。この溝は、光電変換素子を区画するのに必然的に形成されるものであり、もともと発電しない部位である。
そこで、本発明者は、この溝に注目し、この溝で開口部を形成することで実質的な発電面積の低下を抑制することを試みた。

すなわち、請求項２に記載の発明は、前記光電変換素子を複数の小片に分割する素子分離溝を有し、前記素子分離溝は、前記開口部の少なくとも一部を形成するものであり、前記複数の小片は、それぞれ電気的に直列接続又は並列接続されており、第１透光性絶縁基板側から光を照射したときに、前記素子分離溝の内部を経由して通過し、第２透光性絶縁基板に至る光路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールである。

本発明の構成によれば、素子分離溝によって開口部を形成するため、実質的な発電面積の低下を抑制できる。すなわち、本発明の構成によれば、従来の太陽電池モジュールと同程度の発電効率を維持しつつ、採光機能に優れた太陽電池モジュールとなる。

ところで、特許文献２に記載の太陽電池モジュールでは、隣接する光電変換素子の小片同士を直列接続し、各小片において電圧を順次加算させている。
具体的には、光電変換素子の光電変換層に電極層同士を接続する接続溝を形成し、当該接続溝を経由して隣接する光電変換素子の小片の透明電極層と裏面電極層を接続している。すなわち、この接続溝は、隣接する光電変換素子の小片間を電気的に直列接続するために必要な溝であり、もともと発電しない部位である。
そこで、本発明者は、この接続溝に注目し、この接続溝で開口部を形成することで実質的な発電面積の低下を抑制することを試みた。

すなわち、請求項３に記載の発明は、前記光電変換素子を複数の小片に分割する素子分離溝と、前記光電変換層を部分的に除去した電極接続溝を有し、前記電極接続溝は、前記開口部の少なくとも一部を形成するものであり、前記光電変換素子は、一の小片の第２透明電極層の一部が前記電極接続溝に進入して、他の小片の第１透明電極層に接することによって、前記一の小片と他の小片が電気的に直列接続されており、第１透光性絶縁基板側から光を照射したときに、前記電極接続溝の内部を経由して通過し、第２透光性絶縁基板に至る光路を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュールである。

特許文献２に代表される従来の太陽電池モジュールは、上記したように裏面電極層に光沢のある金属が使用されているため、裏面電極層が形成されている部位では、光を透過することはない。そのため、接続溝が形成されていても、その接続溝には裏面電極層の一部が充填されているため、その接続溝から採光することはできなかった。
一方、本発明の構成によれば、裏面電極層が第１透明電極層又は第２透明電極層であり透明であるから、電極接続溝を開口部の一部として使用することができる。
すなわち、本発明の構成によれば、開口部の少なくとも一部を、電極接続溝で形成しているので、開口部の形成による大幅な発電面積の低下を防止することができる。
また、本発明の構成によれば、光電変換素子は、素子分離溝によって複数の小片に区画され、この複数の小片のうち、一の小片と他の小片が電極接続溝を介して電気的に直列接続されている。そのため、一の小片で発生した電流が他の小片に伝わって流れていくため、各小片において電圧を順次加算させることができる。そのため、太陽電池モジュール全体での発電量を向上させることができる。

請求項４に記載の発明は、第１透光性絶縁基板を平面視したときに、前記開口部の開口面積は、第１透光性絶縁基板の面積の２０パーセント以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュールである。

本発明の構成によれば、発電部位でも採光可能であるため、低い開口率でも十分に採光機能を発揮することができる。

請求項５に記載の発明は、フィルム状の封止部材を有し、前記封止部材は、光電変換素子を封止するものであって、かつ、弾性を有し、前記封止部材は、その大部分が光電変換素子と第２透光性絶縁基板との間に配されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュールである。

本発明の構成によれば、光電変換素子がフィルム状の封止部材に封止されるため、封止部材による厚みの増加量が小さく、その分、第１透光性絶縁基板や第２透光性絶縁基板の厚みを厚くすることができる。そのため、例えば、太陽電電池モジュールを窓等に設けた場合であって、かつ、台風等の強風に晒された場合でも、耐えることができる程度の十分な剛性を太陽電池モジュールに備えさせることができる。また、逆に封止部材による厚みの増加量が小さいので、太陽電池モジュールの厚みを薄くすることも可能である。
さらに、本発明の構成によれば、封止部材が弾性を有しているため、例えば、窓等に使用する場合であって、第１透光性絶縁基板や第２透光性絶縁基板を固定金具で挟んで固定する場合でも、第１透光性絶縁基板や第２透光性絶縁基板が固定金具から受ける押圧力を封止部材で和らげることができ、光電変換素子への損傷を防止することができる。

ところで、太陽電池モジュールを窓やベランダ等の手すりに使用した場合、太陽電池モジュールの片面が他の建物や道路等側に配されることになる。そのため、太陽電池モジュールの表面を形成する基板が鏡の役割を果たして太陽光を反射し、近隣の住民や通行人から「眩しさ」や「ぎらつき」などを指摘される事態が生じる場合がある。

そこで、請求項６に記載の発明は、光電変換素子を基準として前記第１透光性絶縁基板の外側の主面には、凹凸が形成されており、前記外側の主面の算術平均粗さは、０．２５μｍ以上１．２５μｍ以下であり、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準ずる６０度鏡面光沢度が８パーセント以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュールである。

本発明の構成によれば、第１透光性絶縁基板の外側面に凹凸が形成されて防眩処理が施されている。そのため、例えば、太陽電池モジュールを窓等に使用する場合であっても、第１透光性絶縁基板を建物の外側（他の建物や道路等側）に配することによって、太陽光が第１透光性絶縁基板で反射されることによる「眩しさ」や「ぎらつき」の発生を防止できる。

上記の発明は、第１透光性絶縁基板がガラス製であってもよい。

この発明によれば、表面加工が施しやすく、凹凸を形成しやすい。

ところで、オフィスビル等の建物では、建物内部が昼夜問わず、蛍光灯等の照明装置により、照らされている場合がある。
しかしながら、従来の太陽電池モジュールでは、片面受光であったため、太陽光のみで発電され、照明装置による光は発電に利用されていなかった。

そこで、請求項７に記載の発明は、請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池モジュールを使用する壁面形成部材であって、建物の外壁面を形成する壁面形成部材において、前記太陽電池モジュールは、建物の内外の空間を区切るように配されており、建物の内部空間側に第２透光性絶縁基板が配され、建物の外部空間側に第１透光性絶縁基板が配されており、前記光電変換層は、分光感度が異なる２つの光電変換ユニットを有し、前記２つの光電変換ユニットの内、吸収波長のピークが５５０ｎｍに近い光電変換ユニットが第２透光性絶縁基板側に位置していることを特徴とする壁面形成部材である。

一般的な蛍光灯等の照明装置は、自然光に近づけるために、５５０ｎｍ付近での放射スペクトル強度が高い。
そこで、本発明の構成によれば、吸収波長が５５０ｎｍに近いピークをもつ光電変換ユニットを内部空間側に配している。そのため、室内空間内の照明装置による光を効率よく電気に変換することができる。

本発明の太陽電池モジュール及び壁面形成部材によれば、従来に比べて発電面積の急激な低下を抑えつつ、採光機能も得られる。

本発明の第１実施形態の太陽電池モジュールの設置状態を模式的に表す斜視図である。 図１の太陽電池モジュール近傍を抜き出した概念図である。 図２の太陽電池モジュールの分解斜視図である。 図３の太陽電池モジュールの要部の平面図である。 図４の太陽電池モジュールのＡ−Ａ断面図である。 図４の太陽電池モジュールのＢ−Ｂ断面図である。 図５の太陽電池モジュールの要部を表す説明図であり、電流の流れを矢印で示している。 図５及び図６において太陽光の光路を表す説明図であり、（ａ）は図５に対応し、（ｂ）は図６に対応する。 図５及び図６において太陽光の光路を表す説明図であり、（ａ）は図５に対応し、（ｂ）は図６に対応する。 一般的な蛍光灯の放射スペクトルと各光電変換ユニットの分光感度の関係を表す説明図である。 本発明の他の実施形態の太陽電池モジュールの設置状態を模式的に表す斜視図である。 本発明の他の実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。

以下、本発明の実施形態について詳細に説明する。
なお、以下の説明において、特に断りがない限り、太陽電池モジュール１の上下の位置関係は、図２の姿勢を基準に説明する。

第１実施形態の太陽電池モジュール１は、図１に示されるように、オフィスビル等の建物の嵌め込み窓として好適に使用されるものである。
太陽電池モジュール１は、図２に示されるように、縦姿勢で建物の壁５０に取り付けられ、建物の外壁面の一部を形成する壁面形成部材である。
すなわち、太陽電池モジュール１は、通常使用時において、床面に対して垂直方向（鉛直方向）に立ち上がっており、建物内部の室内空間５１と、建物外部の外部空間５２とに区切っている。

太陽電池モジュール１は、薄膜太陽電池であり、図３に示されるように、第１透光性絶縁基板１０と、第２透光性絶縁基板１１に複数の薄膜で形成された光電変換素子１２が挟まれたものである。
そして、太陽電池モジュール１は、図４に示されるように、光電変換素子１２が複数の小片４７に分割されており、複数の小片４７が直列及び／又は並列接続されてモジュール化されたものである。
太陽電池モジュール１は、図２に示されるように建物の壁５０に取り付けたときに、外部空間５２側（外側）から室内空間５１側（内側）に向けて、第１透光性絶縁基板１０、光電変換素子１２、封止部材１３、及び第２透光性絶縁基板１１の順に積層されている。

第１透光性絶縁基板１０は、図３に示されるように、面状に広がりをもった透光性基板であり、発電に電気的に寄与しない絶縁基板である。
具体的には、第１透光性絶縁基板１０は、板状のガラス基板であり、少なくともの片側の主面に防眩処理がされたものである。
本実施形態の第１透光性絶縁基板１０は、太陽電池モジュール１を建物に取り付けたときに外部空間５２側の面である外側主面に、図５，図６から読み取れるように凹凸１５が形成されている。
第１透光性絶縁基板１０の外側主面の算術平均粗さは、光の正反射光を抑制する観点から０．２５μｍ以上であることが好ましい。
また、凹凸１５を形成する凸部及び凹部の側面による光の散乱光を抑制する観点から１．２５μｍ以下であることが好ましい。

第１透光性絶縁基板１０は、太陽電池モジュール１を組み立てたときに、ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準ずる６０度鏡面光沢度が８パーセント以下であることが好ましい。
この範囲であれば、直接反射による眩しさやぎらつきを抑制できる。

第１透光性絶縁基板１０の平均厚みは、第２透光性絶縁基板１１との剛性や設置環境等によって適宜設計されるが、１ｍｍ以上１ｃｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば、太陽電池モジュール１を窓として使用する際に十分な強度を持たせることができる。

第１透光性絶縁基板１０は、平面視すると、多角形状又は円形状をしている。本実施形態の第１透光性絶縁基板１０は、図４のように、四角形状をしており、２組の対向する２辺を備えている。
すなわち、第１透光性絶縁基板１０は、一方向（縦方向）に直線状に延びた平行に延びた縦辺１６，１７と、縦辺１６，１７に対して直交する方向（横方向）に直線状に平行に延びた横辺１８，１９を備えている。

光電変換素子１２は、光エネルギーを電気エネルギーとして取り出す半導体素子であり、図５，図６から読み取れるように、２つの透明電極層２０，２２に光電変換層２１が挟まれたものである。
具体的には、光電変換素子１２は、第１透光性絶縁基板１０側から第１透明電極層２０、光電変換層２１、第２透明電極層２２の順に積層されている。

第１透明電極層２０は、透明導電膜であり、透光性と導電性を有した層である。
第１透明電極層２０の構成材料としては、透光性と導電性を有していれば、特に限定されるものではなく、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化錫（ＳｎＯ₂）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明導電性酸化物で形成されている。
なお、第１透明電極層２０は、上記した透明導電性酸化物にドーピング剤を添加したものであってもよい。

光電変換層２１は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する機能を備えた層であり、少なくともＰＩＮ構造又はＰＮ構造を有した半導体層である。
光電変換層２１は、一又は複数の光電変換ユニットから形成されている。

本実施形態の光電変換層２１は、図６の拡大図のように、主に結晶シリコン層から形成される結晶系光電変換ユニット２５と、主に非晶質シリコン層から形成される非晶質系光電変換ユニット２６が接続層２７で接続されたタンデム構造が採用されている。そして、光電変換層２１は、いずれの光電変換ユニット２５，２６もＰＩＮ接合を備えている。
ここでいう「結晶」とは、非晶質以外のものを表す。すなわち、微結晶や多結晶等を含む概念である。

結晶系光電変換ユニット２５は、図６の拡大図のように、第１透明電極層２０側から、ｐ型結晶シリコン系半導体層３０、ｉ型結晶シリコン系半導体層３１、及びｎ型結晶シリコン系半導体層３２がこの順に積層されて形成されるものである。

非晶質系光電変換ユニット２６は、第１透明電極層２０側（接続層２７側）から、ｐ型非晶質シリコン系半導体層３５、ｉ型非晶質シリコン系半導体層３６、及びｎ型非晶質シリコン系半導体層３７がこの順に積層されて形成されるものである。

接続層２７は、各光電変換ユニット２５，２６を接続する層である。

第２透明電極層２２は、透明導電膜であり、透光性と導電性を有した層である。
第２透明電極層２２の構成材料としては、透光性と導電性を有していれば、特に限定されるものではなく、例えば、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化錫（ＳｎＯ₂）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の透明導電性酸化物で形成されている。なお、第２透明電極層２２は、上記した透明導電性酸化物にドーピング剤を添加したものであってもよい。

封止部材１３は、図５，図６に示されるように、光電変換素子１２を封止する部材であって、第２透光性絶縁基板１１からの押圧力を緩和させる部材である。
封止部材１３は、透光性、ガス封止性及び弾性を有した絶縁フィルムである。
封止部材１３の材質は、上記の機能を備えていれば特に限定されないが、例えば、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）等熱可塑樹脂に架橋剤を添加したものなどが採用できる。
本実施形態の封止部材１３は、ＥＶＡを採用しており、接着機能も備えている。すなわち、本実施形態の封止部材１３は、光電変換素子１２と第２透光性絶縁基板１１を互いに接着可能となっている。

封止部材１３の平均厚みは、第１透光性絶縁基板１０の厚み等によって適宜設計されるが、太陽電池モジュール１を組み立てた状態、すなわち、接着状態において、十分に封止する観点から０．２ｍｍ以上であることが好ましい。
また、封止部材１３の平均厚みは、接着状態において、第２透光性絶縁基板１１からの押圧力を十分に緩和させ、光電変換素子１２の損傷を防ぐ観点から０．３ｍｍ以上であることがより好ましい。
封止部材１３の平均厚みは、接着状態において、窓としての採光性を確保する観点から０．８ｍｍ以下であることが好ましい。

第２透光性絶縁基板１１は、面状に広がりをもった透光性基板であって、発電に電気的に寄与しない絶縁基板である。
具体的には、第２透光性絶縁基板１１は、第１透光性絶縁基板１０と同様、板状のガラス基板であるが、第１透光性絶縁基板１０とは異なり、片面に防眩処理が施されていない。

第２透光性絶縁基板１１の平均厚みは、第１透光性絶縁基板１０との剛性や設置環境等によって適宜設計されるが、１ｍｍ以上１ｃｍ以下であることが好ましい。この範囲であれば、太陽電池モジュール１に十分強度を持たせることができる。

続いて、太陽電池モジュール１の構造について説明する。

太陽電池モジュール１は、図５，図６に示されるように、深さの異なる複数の溝によって、各層が複数に区切られて、複数の小片に分割されている。
具体的には、太陽電池モジュール１は、図５に示される横方向断面において、部分的に第１透明電極層２０を除去した第１電極分離溝４０と、部分的に光電変換層２１を除去した電極接続溝４１（開口部）と、部分的に光電変換層２１及び第２透明電極層２２を除去した第１素子分離溝４２（開口部）を有している。また、太陽電池モジュール１は、図６に示される縦方向断面において、部分的に光電変換層２１と第２透明電極層２２を除去した第２素子分離溝４３（開口部）を有している。そして、太陽電池モジュール１は、これらの溝によって複数の区画に分離されて、光電変換素子１２が複数の小片４７に分割されている。

各溝について詳説すると、第１電極分離溝４０は、図５に示されるように第１透光性絶縁基板１０上に積層された第１透明電極層２０を分離する溝である。
第１電極分離溝４０は、第１透光性絶縁基板１０を平面視したときに、第１透光性絶縁基板１０の縦辺１６，１７と平行となっており、縦方向に直線状に延びている。
また、図５のように太陽電池モジュール１を断面視すると、第１電極分離溝４０内には、光電変換層２１の一部が進入しており、光電変換層２１が直接第１透光性絶縁基板１０に接触して第１分離部４５を形成している。すなわち、第１分離部４５は、横方向に隣接する第１透明電極層２０を物理的に複数の小片に分離している。
第１電極分離溝４０の溝幅は、３０μｍ以上８０μｍ以下であることが好ましい。
このような範囲であれば、隣接する第１透明電極層２０の小片を電気的に分離でき、短絡を防止することができる。

電極接続溝４１は、図５に示されるように、光電変換素子１２のうち、光電変換層２１のみを複数の領域に分離する溝である。
電極接続溝４１は、第１透光性絶縁基板１０を平面視したときに、第１電極分離溝４０と平行となっており、縦方向に直線状に連続的又は間欠的に延びている。
また、図５に示されるように太陽電池モジュール１を断面視すると、電極接続溝４１内には、第２透明電極層２２の一部が進入しており、第２透明電極層２２が直接第１透明電極層２０と接触して電極接続部４６を形成している。
すなわち、この電極接続部４６は、図７に示されるように一の小片４７ａの第２透明電極層２２ａと、当該一の小片４７ａと横方向に隣接する小片４７ｂの第１透明電極層２０ｂとを電気的に接続している。
そのため、各小片４７の光電変換層２１で発生した電流は、図７の矢印に示されるように第２透明電極層２２ｂ側から光電変換層２１ｂを介して第１透明電極層２０ｂ側に向かって流れるが、第１透明電極層２０ｂが電極接続部４６によって第２透明電極層２２ａと電気的に接続されているので、小片４７ｂで発生した電流が隣の小片４７ａの第２透明電極層２２ｂに流れる。このように、横方向に隣接する小片４７ａ，４７ｂは電気的に直列接続されているため、横方向に隣接する小片４７ａ，４７ｂ間を電流が流れていき、電圧が加算されていく。

ここで、一般的に透明導電膜は、金属に比べて導電率が低い。そのため、効率よく電流を取り出すためには、第２透明電極層２２と第１透明電極層２０の接触面積が問題となる。
この観点から、電極接続溝４１の溝幅は、６０μｍ以上であることが好ましい。
このような範囲であれば、第２透明電極層２２と第１透明電極層２０間での十分な電通をとることができる。
電極接続溝４１の溝幅を広くすることによって、光透過性は確保することができるが、同等以上の効果を第１素子分離溝４２の溝幅を広くすることによって得ることができる。したがって、電極接続溝４１の溝幅は、十分な電通を確保できる９０μｍ以上であることがより好ましい。
電極接続溝４１の溝幅は、１２０μｍ以下であることが好ましい。
このような範囲であれば、発電面積の減少を抑制することができる。

第１素子分離溝４２は、図５に示されるように、光電変換層２１及び第２透明電極層２２の双方を複数の領域に分離する溝であり、光電変換素子１２を複数の小片４７に分割する溝である。
第１素子分離溝４２は、第１透光性絶縁基板１０を平面視したときに、第１電極分離溝４０と平行となっており、縦方向に直線状に延びている。
また、太陽電池モジュール１を断面視すると、第１素子分離溝４２内には、封止部材１３の一部が進入している。

第１素子分離溝４２の溝幅は、横方向に隣接する小片４７の第２透明電極層２２同士が接触することによる短絡を防止する観点から、５５μｍ以上であることが好ましい。
第１素子分離溝４２の溝幅は、小片４７の面積を十分に確保し、発電面積を確保する観点から、９５μｍ以下であることが好ましい。
第１素子分離溝４２の溝幅は、その内部を経由して光を取り出す観点から、溝幅を広くすることによって光透過性を上昇させることができるが、発電面積を確保する観点からは、溝幅が狭い方が好ましい。
本実施形態では、第１素子分離溝４２の溝幅は、光透過量と発電面積の関係を考慮し、どちらを優先するかによって溝幅を決定することが可能となっている。

第２素子分離溝４３は、図６に示されるように、光電変換層２１及び第２透明電極層２２を複数の領域に分離する溝であり、第１素子分離溝４２とともに光電変換素子１２を複数の小片４７に分割する溝である。
第２素子分離溝４３は、第１透光性絶縁基板１０を平面視したときに、横辺１８，１９と平行となっており、横方向に直線状に延びている。すなわち、第２素子分離溝４３は、第１電極分離溝４０、電極接続溝４１、及び第１素子分離溝４２のいずれとも直交している。

また、図６に示されるように太陽電池モジュール１を断面視すると、第２素子分離溝４３内には、封止部材１３の一部が進入している。

第２素子分離溝４３の溝幅は、発電状態で影がかかった状態で形成されるホットスポットの拡散を抑制する観点から、９０μｍ以上であることが好ましい。
第２素子分離溝４３の溝幅は、小片４７の面積を十分に確保し、発電面積を確保する観点から、１５０μｍ以下であることが好ましい。
第２素子分離溝４３の溝幅は、その内部を経由して光を取り出す観点から、溝幅を広くすることによって光透過性を上昇させることができるが、発電面積を確保する観点からは、溝幅が狭い方が好ましい。
本実施形態では、第２素子分離溝４３の溝幅は、光透過量と発電面積の関係を考慮し、どちらを優先するかによって溝幅を決定することが可能となっている。

また、太陽電池モジュール１は、第１透光性絶縁基板１０を平面視したときに、電極接続溝４１、第１素子分離溝４２、及び第２素子分離溝４３の開口面積の合計は、第１透光性絶縁基板の面積の０パーセントより大きく２０パーセント以下であることが好ましい。
この範囲であれば、発電面積の減少を抑えつつ、光透過性を確保することができる。

続いて、本実施形態の太陽電池モジュール１の採光機能について説明する。

本実施形態の太陽電池モジュール１は、主に窓として使用される太陽電池である。そのため、太陽電池モジュール１は、室内空間５１へ採光できることが求められる。
そこで、太陽電池モジュール１は、光電変換素子１２の電極層２０，２２としてともに透明導電膜を用いている。そのため、図８の実線矢印で示されるように、外部空間５２から第１透光性絶縁基板１０の入射した太陽光は、光電変換素子１２を通過して第２透光性絶縁基板１１から抜ける。
具体的には、第１透光性絶縁基板１０から入った太陽光は、第１透明電極層２０を通過して光電変換層２１で発電に消費され、残りの太陽光が第２透明電極層２２でほとんど反射されずに第２透光性絶縁基板１１に至る。そして、当該太陽光は、第２透光性絶縁基板１１を通過して室内空間５１に至る。
このように、太陽電池モジュール１は、外部空間５２からの太陽光を室内空間５１に至らすことができるため、窓としての採光機能を発揮することができる。

また、図８の破線矢印で示されるように、室内空間５１から第２透光性絶縁基板１１の入射した室内光は、光電変換素子１２の第２透明電極層２２でほとんど反射されずに、光電変換素子１２を通過して第１透光性絶縁基板１０から抜ける。
具体的には、第２透光性絶縁基板１１から入った太陽光は、第２透明電極層２２を通過して光電変換層２１で発電に消費され、残りの太陽光が第１透明電極層２０、第１透光性絶縁基板１０を通過して外部空間５２に至る。

以上のように、太陽電池モジュール１は、外部空間５２からの太陽光及び室内空間５１からの室内光の両方を発電に使用することができ、従来の薄膜太陽電池モジュールに比べて発電量を向上させることができる。

ここで、上記したように光電変換素子１２の電極層２０，２２として、透明導電膜を使用しているため、外部空間５２からの太陽光は室内空間５１に太陽光を取り入れることができる。
しかしながら、第１透光性絶縁基板１０の外側主面に防眩処理が施されていること及び光電変換層２１で消費されることから、通常のガラスからなる窓に比べると採光量が劣り、採光量が十分量に達しない場合がある。また、窓としての機能を重視する場合、採光量は多ければ多いほど好ましい。

そこで、本実施形態の太陽電池モジュール１は、図８の矢印で示される光電変換層２１を通過する光路に加えて、図９の矢印に示されるように、光電変換層２１を経由しない光路も備えている。
具体的には、太陽電池モジュール１は、電極接続溝４１、第１素子分離溝４２、及び第２素子分離溝４３の内部を経由する光路も備えている。
そのため、外部空間５２からの太陽光の一部を光電変換層２１で消費されて減衰させることなく、室内空間５１に取り入れることが可能となっており、室内空間５１への採光不足を補うことができる。
このように太陽電池モジュール１は、光電変換層２１を通過する光路に加えて、光電変換層２１を経由しない光路によっても採光可能であるため、窓として十分な採光機能を発揮することができる。

ところで、一般住宅等の建物の室内空間では、夜間になると、太陽光が得られないため、蛍光灯等の照明装置を使用して室内空間を照らす。また、オフィスビル等の建物の室内空間では、昼夜問わず、蛍光灯等の照明装置を使用して室内空間を照らすことが多い。
しかし、従来の太陽電池モジュールでは、片面のみ受光可能であったので、受光面を太陽に向けて使用されていた。そのため、従来の太陽電池モジュールの発電可能時間は、昼間に限られており、夜間等において室内空間の蛍光灯等の光を利用して発電することはできなかった。
一方、本実施形態の太陽電池モジュール１であれば、光電変換素子１２の電極層２０，２２がともに透明導電膜で形成されているため、太陽電池モジュール１の両面から受光することが可能である。そのため、たとえ夜間等でも室内空間５１内の照明装置の光を利用して発電することができる。

ここで、一般的に、太陽光や蛍光灯が放出する光の放射スペクトルは、図１０に示されるように、ともに５５０ｎｍ付近にピークトップを取ることが知られている。
また、一般的な非晶質シリコンを用いた太陽電池は、図１０に示されるように、３００〜６００ｎｍ付近の波長で主に吸収し、結晶シリコンを用いた太陽電池は、アモルファスシリコンを用いた太陽電池よりも長波長側の６００〜１０００ｎｍ付近の波長で主に吸収することが知られている。
従来、これらの太陽電池が接合された多接合型の太陽電池モジュールは、太陽光の光をより採光して発電効率を高めることに重きが置かれていた。
そのため、より光の取り込みを高める観点から、５５０ｎｍ付近に吸収波長を有する非晶質シリコンを用いた非晶質系光電変換ユニットを受光側（第１透光性絶縁基板１０側）に設け、その上に結晶シリコンを用いた結晶系光電変換ユニット２５を設けていた。
一方、本実施形態の太陽電池モジュール１は、上記したように夜間においても、高効率で発電するべく、室内空間５１側に非晶質系光電変換ユニット２６を設けており、外部空間５２側に結晶系光電変換ユニット２５を設けている。すなわち、５５０ｎｍ付近に主な吸収波長を取る非晶質系光電変換ユニット２６を室内空間側に設けている。そのため、本実施形態の太陽電池モジュール１によれば、夜間においても、高効率で発電することができる。

以上のように本実施形態の太陽電池モジュール１であれば、発電面積の急激な低下を抑えつつ、採光機能も得ることができる。

上記した実施形態では、溝の溝幅を大きくすることによって、光電変換素子１２の電極層２０，２２を透明にしたことによる採光機能を補填したが、本発明はこれに限定するものではなく、溝幅を狭めて、溝を介する採光機能を付加させなくてもよい。

上記した実施形態では、第２素子分離溝４３は、光電変換層２１及び第２透明電極層２２を除去し、縦方向に隣接する小片４７同士を第１透明電極層２０で接続することで電気的に並列接続としたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１透明電極層２０、光電変換層２１、及び第２透明電極層２２の三層を分離して形成してもよい。

上記した実施形態では、室内空間５１からの光による発電を効率よく行うために、室内空間５１側に非晶質系光電変換ユニット２６を設け、外部空間５２側に結晶系光電変換ユニット２５を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、室内空間５１側に結晶系光電変換ユニット２５を設け、外部空間５２側に非晶質系光電変換ユニット２６を設けてもよい。

上記した実施形態では、結晶系光電変換ユニット２５は、ｐ型結晶シリコン系半導体層３０、ｉ型結晶シリコン系半導体層３１、及びｎ型結晶シリコン系半導体層３２の三層によって形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各半導体層３０，３１，３２の間に合金層等の他の層が介在していてもよい。また、ｐ型結晶シリコン系半導体層３０及びｎ型結晶シリコン系半導体層３２の２層によって形成されていてもよい。
同様に上記した実施形態では、非晶質系光電変換ユニット２６は、ｐ型非晶質シリコン系半導体層３５、ｉ型非晶質シリコン系半導体層３６、及びｎ型非晶質シリコン系半導体層３７の三層によって形成されていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各半導体層３５，３６，３７の間に合金層等の他の層が介在していてもよい。また、ｐ型非晶質シリコン系半導体層３５及びｎ型非晶質シリコン系半導体層３７の２層によって形成されていてもよい。

上記した実施形態では、光電変換素子１２は、２つの光電変換ユニット２５，２６が接合されたものであったが、本発明はこれに限定されるものではなく、１つの光電変換ユニットのみを内蔵していてもよいし、３つ以上の光電変換ユニットを内蔵していてもよい。

上記した実施形態では、光電変換層２１で発電した電気を第１透明電極層２０及び第２透明電極層２２によって取り出していたが、本発明はこれに限定されるものではなく、各透明電極層２０，２２の表面に金属細線を形成し、これを補助電極として用いてもよい。

上記した実施形態では、太陽電池モジュールを窓として使用したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１１のようにベランダやバルコニーの手すりの一部として使用しても良い。

上記した実施形態では、封止部材としてシート状の部材を光電変換素子１２上にかぶせて封止性を高めたが、本発明はこれに限定されるものではなく、図１２に示されるように第１透光性絶縁基板１０と第２透光性絶縁基板１１を接着剤６０で接着することによって封止してもよい。

上記した実施形態では、第１電極分離溝４０、電極接続溝４１、及び第１素子分離溝４２が縦辺１６，１７と平行となっており、第２素子分離溝４３が横辺１８，１９と平行となっていたが、本発明はこれに限定されるものではなく、第１電極分離溝４０、電極接続溝４１、及び第１素子分離溝４２が横辺１８，１９と平行となっており、第２素子分離溝４３が縦辺１６，１７と平行となっていてもよい。要するに、太陽電池モジュール１の縦横の位置関係が逆転していてもよい。

１ 太陽電池モジュール（壁面形成部材）
１０ 第１透光性絶縁基板
１１ 第２透光性絶縁基板
１２ 光電変換素子
１３ 封止部材
１５ 凹凸
２０ 第１透明電極層
２１ 光電変換層
２２ 第２透明電極層
２５ 結晶系光電変換ユニット（光電変換ユニット）
２６ 非結晶系光電変換ユニット（光電変換ユニット）
４１ 電極接続溝（開口部）
４２ 第１素子分離溝（開口部）
４３ 第１素子分離溝（開口部）
５１ 室内空間（内部空間）
５２ 外部空間

Claims (7)

1. 第１透光性絶縁基板と、第２透光性絶縁基板と、前記第１透光性絶縁基板と第２透光性絶縁基板に挟まれた光電変換素子を備える太陽電池モジュールにおいて、
   前記光電変換素子は、第１透光性絶縁基板側から、第１透明電極層、光電変換層、第２透明電極層の順に積層されたものであり、
   前記光電変換層は、光を照射したときに光エネルギーを電気エネルギーに変換可能であって、かつ、光の一部を透過するものであり、
   前記光電変換素子は、第１透光性絶縁基板を平面視したときに、少なくとも光電変換層が除去された開口部を有し、
   第１透光性絶縁基板側から光を照射したときに、前記開口部の内部を経由して通過し、第２透光性絶縁基板に至る光路を備えていることを特徴とする太陽電池モジュール。
2. 前記光電変換素子を複数の小片に分割する素子分離溝を有し、
   前記素子分離溝は、前記開口部の少なくとも一部を形成するものであり、
   前記複数の小片は、それぞれ電気的に直列接続又は並列接続されており、
   第１透光性絶縁基板側から光を照射したときに、前記素子分離溝の内部を経由して通過し、第２透光性絶縁基板に至る光路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記光電変換素子を複数の小片に分割する素子分離溝と、前記光電変換層を部分的に除去した電極接続溝を有し、
   前記電極接続溝は、前記開口部の少なくとも一部を形成するものであり、
   前記光電変換素子は、一の小片の第２透明電極層の一部が前記電極接続溝に進入して、他の小片の第１透明電極層に接することによって、前記一の小片と他の小片が電気的に直列接続されており、
   第１透光性絶縁基板側から光を照射したときに、前記電極接続溝の内部を経由して通過し、第２透光性絶縁基板に至る光路を備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
4. 第１透光性絶縁基板を平面視したときに、前記開口部の開口面積は、第１透光性絶縁基板の面積の２０パーセント以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
5. フィルム状の封止部材を有し、
   前記封止部材は、光電変換素子を封止するものであって、かつ、弾性を有し、
   前記封止部材は、その大部分が光電変換素子と第２透光性絶縁基板との間に配されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
6. 光電変換素子を基準として前記第１透光性絶縁基板の外側の主面には、凹凸が形成されており、
   前記外側の主面の算術平均粗さは、０．２５μｍ以上１．２５μｍ以下であり、
   ＪＩＳ Ｚ ８７４１に準ずる６０度鏡面光沢度が８パーセント以下であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の太陽電池モジュールを使用する壁面形成部材であって、
   建物の外壁面を形成する壁面形成部材において、
   前記太陽電池モジュールは、建物の内外の空間を区切るように配されており、
   建物の内部空間側に第２透光性絶縁基板が配され、建物の外部空間側に第１透光性絶縁基板が配されており、
   前記光電変換層は、分光感度が異なる２つの光電変換ユニットを有し、
   前記２つの光電変換ユニットの内、吸収波長のピークが５５０ｎｍに近い光電変換ユニットが第２透光性絶縁基板側に位置していることを特徴とする壁面形成部材。

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