JP3102919U - Solar tile - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽光で発電ができるように、発電機能付きタイルを提供することである。また、現場で自在なセルの組み合わせで施工できるにすることで、汎用性の有るものとすることである。
【解決手段】窯業用無機質坏土の表面にガラス質コーティング剤を塗布して焼成されるタイル基盤と、ｎｉｐ構造またはｐｉｎ構造を持つシリコン層と、シリコン層の上下面に設けた透明導電膜と、反射防止保護膜と、シリコン層で発電した電気が透明導電膜を介して利用できるようにした給電部と、を備えている。ガラス質コーティング剤は、燐・珪酸塩ガラスであり、透明導電膜は、二酸化錫及び／又は二酸化インジウムである。また、太陽光の反射を防止するように、前記透明導電膜の上面には、酸化チタン及び酸化シリコンを含む反射防止保護膜を形成する。
【選択図】図１An object of the present invention is to provide a tile with a power generation function so that power can be generated by sunlight. In addition, it is intended to be versatile by being able to be constructed with any combination of cells on site.
Kind Code: A1 A tile base obtained by applying a glassy coating agent to the surface of an inorganic clay for ceramics and firing the same, a silicon layer having a nip structure or a pin structure, and transparent conductive films provided on upper and lower surfaces of the silicon layer. , An antireflection protective film, and a power supply unit that allows electricity generated by the silicon layer to be used via the transparent conductive film. The vitreous coating agent is phosphorus-silicate glass, and the transparent conductive film is tin dioxide and / or indium dioxide. Further, an anti-reflection protective film containing titanium oxide and silicon oxide is formed on the upper surface of the transparent conductive film so as to prevent reflection of sunlight.
[Selection diagram] Fig. 1

Description

本考案は、光を電気に変換する発電素子が組み込まれることにより、太陽光発電ができるようにしたタイルに関する。   The present invention relates to a tile capable of generating photovoltaic power by incorporating a power generating element for converting light into electricity.

太陽光を利用して発電する太陽電池は、発電素子（セル）に、単結晶シリコンセルや多結晶シリコンセル、もしくは、アモルファスシリコンセルが利用され、コストや発電効率が改善されている。また、一般家庭においては、太陽電池を壁もしくは屋根に設置することで、電気代が節約できることから、広く普及したものとなっている。発電素子を複数取り付けてパネル状に保持させることができるようにしたものとして、特表２００３−５０６８８４には、ソーラータイル組立体が開示されている。このソーラータイル組立体は、第１の電気コネクタを有する取り外し可能な外側パネルと、第２の電気コネクタを有する内側支持構造とを有し、第１の電気コネクタと第２の電気コネクタとの間の電気接続が外側パネル及び内側支持構造を接合することによって実現されるよう配置されるものであり、発電素子は、外側パネルに設けられている。しかし、このようなソーラータイル組立体においては、施工現場で、施工面の形状に合わせて施工することが難しく、また、建築物を構成する部材とはなりえないものとなっている。即ち、一般的に、太陽光を利用して発電可能に構成された太陽電池パネルにおいては、概ね、規格化されて構築物に取り付けられるものとなっていることから建築物の概観を損ねる場合もあり、取付箇所も限られていた。
特表２００３−５０６８８４号公報 2. Description of the Related Art As a solar cell that generates power using sunlight, a single-crystal silicon cell, a polycrystalline silicon cell, or an amorphous silicon cell is used as a power generation element (cell), so that cost and power generation efficiency are improved. Also, in general households, installing solar cells on a wall or a roof can save electricity bills, and thus have become widespread. JP-T-2003-506888 discloses a solar tile assembly as a device in which a plurality of power generating elements are attached and can be held in a panel shape. The solar tile assembly has a removable outer panel having a first electrical connector and an inner support structure having a second electrical connector, wherein the inner support structure has a first electrical connector and a second electrical connector. Are arranged to be realized by joining the outer panel and the inner support structure, and the power generating element is provided on the outer panel. However, in such a solar tile assembly, it is difficult to perform the construction according to the shape of the construction surface at the construction site, and it cannot be a member constituting a building. That is, in general, in a solar cell panel configured to be able to generate electricity using sunlight, the appearance of the building may be impaired because it is generally standardized and attached to the building. , The mounting location was also limited.
JP-T-2003-506888

本考案は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、タイルに発電機能を備えることができるようにすることである。また、太陽電池パネルのように、取付け設置するタイプと異なり、現場で自在なセルの組み合わせで施工できるようにすることで、汎用性の有るものとすることである。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to enable a tile to have a power generation function. In addition, unlike a type in which a solar cell panel is mounted and installed, it is possible to use a combination of cells that can be freely installed on site, thereby providing versatility.

本考案のソーラタイルは、窯業用無機質坏土の表面にガラス質コーティング剤を塗布して焼成されるタイル基盤と、前記タイル基盤の表面に設けた光を電気に変換する発電素子層と、前記発電素子層の上下面に設けた透明導電膜と、前記発電素子層で発電した電気が前記透明導電膜を介して利用できるようにした給電部と、を備えてタイルを構成し、前記タイルを複数個建築物に貼り付けて各タイルの給電部を接続することにより、前記タイルで太陽光発電するようにしたことを特徴とする。前記発電素子層は、ｎｉｐ構造またはｐｉｎ構造を持つシリコン層であり、前記ガラス質コーティング剤は、燐・珪酸塩ガラスまたは硼・珪酸塩ガラスであり、前記透明導電膜は、二酸化錫及び／又は二酸化インジウムであることを特徴とする。さらに、太陽光の反射を防止するように、前記透明導電膜の上面には、酸化チタン及び酸化シリコンを含む反射防止保護膜が形成され、前記給電部は、前記透明導電膜を繋ぐリード線もしくは導電性目地であることを特徴とする。   The solar tile of the present invention is a tile base that is formed by applying a vitreous coating agent to the surface of an inorganic clay for ceramics and firing the same, a power generation element layer that converts light provided on the surface of the tile base into electricity, and the power generation element. A tile comprising: a transparent conductive film provided on upper and lower surfaces of an element layer; and a power supply unit that allows electricity generated by the power generation element layer to be used through the transparent conductive film. It is characterized in that solar power is generated by the tiles by attaching the power supply unit of each tile by attaching the tile to an individual building. The power generation element layer is a silicon layer having a nip structure or a pin structure, the vitreous coating agent is phosphorus-silicate glass or boro-silicate glass, and the transparent conductive film is tin dioxide and / or tin dioxide. It is characterized by being indium dioxide. Further, an anti-reflection protective film containing titanium oxide and silicon oxide is formed on the upper surface of the transparent conductive film so as to prevent reflection of sunlight, and the power supply unit is provided with a lead wire connecting the transparent conductive film or It is a conductive joint.

タイル基盤の表面に、光を電気に変換する発電素子層（ｎｉｐ構造またはｐｉｎ構造を持つシリコン層）と、発電素子層の上下面に設けた透明導電膜と、給電部とを備えることにより、発電機能を備えたタイルになる。
また、ガラス質コーティング剤を、燐・珪酸塩ガラス素材とし、透明導電膜を二酸化錫及び／又は二酸化インジウムの複合体とすることにより、透明導電膜を介して、発電素子で発生した電気が効率良く得られるものとなる。
反射防止保護膜は、透明導電膜を保護し、且つ、太陽光の反射を防止するので、シリコン層が光を効率良く電気に変換するものとなる。
発電機能を備えたタイルは、建築物を構成する構成部材となり、建築物の一部分となることから、建築物の概観を損ねることがない発電装置となる。
発電機能を備えたタイルは、好適なサイズとすることにより、タイルを貼る施工現場において、自在に組み合わせで施工できるものとなる。
太陽光の露光面に施工されたタイルは、それぞれのタイル間を給電部（導電性の目地もしくはリード線）で繋ぐことにより、必要な電力が供給できるものとなる。 By providing a power generation element layer (a silicon layer having a nip structure or a pin structure) for converting light into electricity, a transparent conductive film provided on upper and lower surfaces of the power generation element layer, and a power supply unit on the surface of the tile base, It becomes a tile with a power generation function.
In addition, by using a vitreous coating agent as a phosphorus-silicate glass material and a transparent conductive film as a composite of tin dioxide and / or indium dioxide, electricity generated in the power generation element can be efficiently generated through the transparent conductive film. It can be obtained well.
Since the antireflection protective film protects the transparent conductive film and prevents reflection of sunlight, the silicon layer efficiently converts light into electricity.
The tile having the power generation function becomes a constituent member of the building and becomes a part of the building, so that the power generation device does not impair the appearance of the building.
By setting the tile having the power generation function to a suitable size, the tile can be freely combined and constructed at the construction site where the tile is to be attached.
The tiles constructed on the exposed surface of sunlight can supply necessary power by connecting the tiles with a power supply unit (conductive joint or lead wire).

タイル生地の上に、燐・珪酸塩ガラス素材からなるガラス質コーティング剤を塗布してタイル基盤とし、その上面で、太陽光を電気に変換する発電素子層を透明導電膜（二酸化錫及び／又は二酸化インジウム）で挟み込み形成し、最上面に反射防止保護膜を形成することにより効率の良い電力が得られるソーラタイルとした。   On the tile fabric, a vitreous coating agent made of a phosphor silicate glass material is applied to form a tile base, and on the upper surface thereof, a power generation element layer for converting sunlight into electricity is formed of a transparent conductive film (tin dioxide and / or tin dioxide). (Indium dioxide), and an anti-reflection protective film was formed on the uppermost surface to obtain a solar tile capable of obtaining efficient power.

図１は、本考案のソーラタイル１０の断面を説明する説明図である。このソーラタイル１０は、タイル基盤が、タイル片１と、その表面に形成されるガラス質コーティング層２とで構成され、その上に、下面側透明導電膜３ａ、発電素子層としてのシリコン層（ｎ型シリコン層４、ｉ型シリコン層５、ｐ型シリコン層６）、上面側透明導電膜３ｂが積層され、さらに、反射防止保護膜８がコーティングされ、全体的に厚さ４〜１３ｍｍ程度で形成される。この厚さは、タイル基盤の厚さであり、その上に形成される透明導電膜（３ａ、３ｂ）、シリコン層（４，５、６）、反射防止保護膜８の各厚さは極めて薄い薄層として形成される。   FIG. 1 is an explanatory view illustrating a cross section of the solar tile 10 of the present invention. In this solar tile 10, a tile base is composed of a tile piece 1 and a vitreous coating layer 2 formed on the surface thereof, on which a lower transparent conductive film 3a and a silicon layer (n) as a power generation element layer are formed. Type silicon layer 4, i-type silicon layer 5, p-type silicon layer 6), upper transparent conductive film 3b, and anti-reflection protective film 8 are coated, and the entire thickness is about 4 to 13 mm. Is done. This thickness is the thickness of the tile base, and the thicknesses of the transparent conductive films (3a, 3b), the silicon layers (4, 5, 6), and the antireflection protective film 8 formed thereon are extremely small. Formed as a thin layer.

タイル基盤は、タイル生地の表面にガラス質コーティング剤が塗布され、これを１１５０±５０度Ｃで焼成することにより形成されるものであり、タイル生地は、窯業用無機質坏土を高圧プレスすることにより形成される。窯業用無機質坏土は、天然に産する石・粘土からなり、これをボールミルで微粉砕し、泥しょう状にしたものを、スプレードライヤーで噴霧乾燥したものであり、タイル生地は、この窯業用無機質坏土を金型に入れて約１５０〜３００ｋｇ／ｃｍ２の圧力でプレスして作られる。通常、タイルを製造する際には、タイル生地の表面に、釉薬（長石、石灰、粘土、顔料の泥しょうからなる）が噴霧され、これを焼成して製造される。しかし、本考案においては、上述したような釉薬を噴霧するのではなく、タイル生地の表面に燐・珪酸塩ガラスまたは硼・珪酸塩ガラスを噴霧して焼成しタイル基盤とするものである。 The tile base is formed by applying a vitreous coating agent to the surface of the tile cloth and firing it at 1150 ± 50 ° C. The tile cloth is obtained by press-pressing an inorganic kneaded clay for ceramic industry. Formed by Inorganic clay for ceramics consists of naturally occurring stones and clays, which are finely pulverized with a ball mill and made into a slurry, and then spray-dried with a spray dryer. It is made by putting the inorganic clay into a mold and pressing at a pressure of about 150 to 300 kg / cm 2 . Usually, when manufacturing a tile, glaze (composed of feldspar, lime, clay, and pigment slurry) is sprayed on the surface of the tile fabric and fired. However, in the present invention, instead of spraying the glaze as described above, the surface of the tile fabric is sprayed with phosphorus-silicate glass or boro-silicate glass and fired to form a tile base.

上述したようにして製造されたタイル基盤の上面には、ＳｎＯ２・Ｉｎ２Ｏ３からなる透明導電膜３ａが、スパッタ法やスプレー法等により膜厚１〜４μｍ程度の透明な薄膜として形成される。さらに、プラズマＣＶＤ装置や高周波（ＲＦ）スパッタリング装置を利用し、ｎ，ｉ，ｐの各型のシリコン層（非晶質半導体層）が形成される。このプラズマＣＶＤ装置は、基盤上にシリコンの薄層が形成できるものであり、高周波電力をアノード電極とカソード電極間にかけて、プラズマを発生させることができるものである。その他に、スプレー法により、ナノアモルファスシリコン粒子をスプレーして、ｎ，ｉ，ｐの各型のシリコン層を形成することもできる。また、例えば、ガスラインにより、シラン（ＳｉＨ４）とフォスフィン（ＰＨ３）を供給することにより、ガスがプラズマで分解されてｎ型のシリコンの薄層を形成し、同様に、ｉ型シリコン層は、ガスラインによりシラン（ＳｉＨ４）が供給されて形成され、ｐ型シリコン層は、シラン（ＳｉＨ４ ）、メタン（ＣＨ４ ）、ジボラン（Ｂ２ Ｈ６ ）、水素（Ｈ２ ）が供給されて形成されること等適宜実施できる。さらに、シリコン層の上面には、ＳｎＯ２・Ｉｎ２Ｏ３からなる透明導電膜３ｂが、膜厚１〜４μｍ程度の透明な薄膜として形成され、反射防止保護膜８は、前記透明導電膜３ｂの上面に形成される。リード線７は、透明導電膜（３ａ、３ｂ）に、電子ビーム装置等で電極が設けられることにより繋がれる。 On the upper surface of the tile substrate manufactured as described above, a transparent conductive film 3a made of SnO 2 .In 2 O 3 is formed as a transparent thin film having a thickness of about 1 to 4 μm by a sputtering method, a spray method, or the like. You. Further, n, i, and p types of silicon layers (amorphous semiconductor layers) are formed using a plasma CVD apparatus or a high frequency (RF) sputtering apparatus. This plasma CVD apparatus can form a thin layer of silicon on a substrate, and can generate plasma by applying high-frequency power between an anode electrode and a cathode electrode. In addition, it is possible to form n, i, and p types of silicon layers by spraying nano-amorphous silicon particles by a spray method. Also, for example, by supplying silane (SiH 4 ) and phosphine (PH 3 ) through a gas line, the gas is decomposed by plasma to form a thin layer of n-type silicon, and similarly, an i-type silicon layer Is formed by supplying silane (SiH 4 ) through a gas line, and the p-type silicon layer is supplied with silane (SiH 4 ), methane (CH 4 ), diborane (B 2 H 6 ), and hydrogen (H 2 ). It can be carried out as needed. Further, on the upper surface of the silicon layer, a transparent conductive film 3b made of SnO 2 .In 2 O 3 is formed as a transparent thin film having a thickness of about 1 to 4 μm. Formed on the upper surface of the substrate. The lead wires 7 are connected by providing electrodes to the transparent conductive films (3a, 3b) using an electron beam device or the like.

反射防止保護膜８は、透明導電膜を保護し、且つ、太陽光の反射を防止するように形成されるものであり、酸化チタンと酸化シリコンを９．２Ｖｏｌ％含む。因みに、二酸化チタンは不透明粒子であるが、水酸化チタンのゾル溶液を粒径約５０ｎｍ以下に結晶化させることにより、これを分散させた反射防止保護膜８では全体として十分透明なものとなる。この反射防止保護膜８は、噴霧装置により噴霧して形成されるものであり、その噴霧液の組成は、上述した酸化チタンと酸化シリコンを９．２Ｖｏｌ％と、更に、スプレー化剤（２―エチルー１−ヘキサノール）４０Ｖｏｌ％、溶剤（ブチルアセテート）２０Ｖｏｌ％、レベリング剤（イソプロパノール）３０．８Ｖｏｌ％とを含む。   The antireflection protective film 8 is formed so as to protect the transparent conductive film and prevent reflection of sunlight, and contains 9.2% by volume of titanium oxide and silicon oxide. Incidentally, titanium dioxide is an opaque particle, but by crystallizing a sol solution of titanium hydroxide to a particle diameter of about 50 nm or less, the antireflection protective film 8 in which this is dispersed becomes sufficiently transparent as a whole. The anti-reflection protective film 8 is formed by spraying with a spray device. The composition of the spray liquid is 9.2 Vol% of the above-described titanium oxide and silicon oxide, and further includes a spraying agent (2- Ethyl-1-hexanol) 40 Vol%, solvent (butyl acetate) 20 Vol%, leveling agent (isopropanol) 30.8 Vol%.

図２は、建築物にソーラタイル１０を施工した部分であり、隣り合うソーラタイル１０がリード線７（７ａもしくは７ｂ）で連結されていることを示したものである。この図に示すように、モルタルまたはコンクリートで形成された建築物の壁面には、タイルを１枚ずつ貼付けることにより、壁面が所定出力の太陽光発電システムの出力部となる。出力される電圧は、連結されるソーラタイル１０の枚数に比例するが、二次電池に充電することにより、常時、必要な電力が得られるようになる。ソーラタイル１０の発電力は、例えば、タイルの１枚のサイズが１０ｃｍ×１０ｃｍであった場合、約１．３Ｗ程度である。   FIG. 2 shows a portion where a solar tile 10 is constructed on a building, and shows that adjacent solar tiles 10 are connected by a lead wire 7 (7a or 7b). As shown in this figure, by attaching tiles one by one to a wall surface of a building made of mortar or concrete, the wall surface becomes an output unit of a photovoltaic power generation system having a predetermined output. The output voltage is proportional to the number of connected solar tiles 10, but the required power can be always obtained by charging the secondary battery. The power generated by the solar tile 10 is, for example, about 1.3 W when the size of one tile is 10 cm × 10 cm.

ソーラタイル１０を連結する給電部は、上述したリード線７に限定されることなく、タイル間の目地を埋める目地剤（図省略）として構成することもできる。この場合、前記目地剤を、例えば、シリコンゴムに銀パウダーを１０％から２０％混入することにより導電性を備えたものとして形成する。これにより、導電性目地剤を目地に施工した場合には、隣り合うソーラタイル１０を電気的に繋ぐことになる。尚、建造物の壁面にタイルを施工する場合、前もってタイルを貼り付けて一体化したパネルを製造し、このパネルを壁面に固定するようにし、施工効率を向上させてもよい。   The power supply unit that connects the solar tiles 10 is not limited to the above-described lead wire 7 and may be configured as a joint filler (not shown) that fills joints between tiles. In this case, the jointing agent is formed as having conductivity by mixing silver powder in silicon rubber at 10% to 20%, for example. Thus, when the conductive joint agent is applied to the joint, the adjacent solar tiles 10 are electrically connected. When a tile is constructed on a wall surface of a building, a tile may be attached in advance to produce an integrated panel, and this panel may be fixed to the wall surface to improve construction efficiency.

ソーラタイルが施工される箇所は、通常のタイルが施工できる場所であれば同様に施工できるものであり、建築物における壁面が好適である。しかし、壁面に限定されることなく、屋根や路面など太陽光が得られる箇所であれば、どこでも施工可能である。   The place where the solar tile is constructed can be constructed in the same manner as long as a normal tile can be constructed, and a wall surface in a building is preferable. However, the present invention is not limited to the wall surface, and can be applied to any location where sunlight can be obtained, such as a roof or a road surface.

ソーラタイルの断面を説明する説明図である。It is explanatory drawing explaining the cross section of a solar tile. 建築物における壁面に施工されたソーラタイルを示したものである。It shows a solar tile constructed on a wall surface of a building.

符号の説明Explanation of reference numerals

１ タイル片
２ ガラス質コーティング層
３ａ、３ｂ 透明導電膜
４ ｎ型シリコン層
５ ｉ型シリコン層
６ ｐ型シリコン層
７、７ａ、７ｂ リード線
８ 反射防止保護膜
１０ ソーラタイル REFERENCE SIGNS LIST 1 tile piece 2 glassy coating layer 3 a, 3 b transparent conductive film 4 n-type silicon layer 5 i-type silicon layer 6 p-type silicon layer 7, 7 a, 7 b lead wire 8 anti-reflective protective film 10 solar tile

Claims (6)

窯業用無機質坏土の表面にガラス質コーティング剤を塗布して焼成されるタイル基盤と、
前記タイル基盤の表面に設けた光を電気に変換する発電素子層と、
前記発電素子層の上下面に設けた透明導電膜と、
前記発電素子層で発電した電気が前記透明導電膜を介して利用できるようにした給電部と、を備えてタイルを構成し、前記タイルを複数個建築物に貼り付けて各タイルの給電部を接続することにより、前記タイルで太陽光発電するようにしたことを特徴とするソーラタイル。 A tile base that is coated with a vitreous coating agent on the surface of the ceramic inorganic clay and fired,
A power generation element layer that converts light into electricity provided on the surface of the tile base,
A transparent conductive film provided on the upper and lower surfaces of the power generation element layer,
A power supply unit that allows electricity generated by the power generation element layer to be used through the transparent conductive film, and comprising a tile, a plurality of the tiles are attached to a building, and the power supply unit of each tile is formed. A solar tile, wherein solar power is generated by the tile when connected. 前記発電素子層は、ｎｉｐ構造またはｐｉｎ構造を持つシリコン層であることを特徴とする請求項１に記載のソーラタイル。   The solar tile according to claim 1, wherein the power generation element layer is a silicon layer having a nip structure or a pin structure. 前記ガラス質コーティング剤は、燐・珪酸塩ガラスまたは硼・珪酸塩ガラスであることを特徴とする請求項１または２に記載のソーラタイル。   3. The solar tile according to claim 1, wherein the vitreous coating agent is phosphorus-silicate glass or boro-silicate glass. 4. 前記透明導電膜は、二酸化錫及び／又は二酸化インジウムであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のソーラタイル。   4. The solar tile according to claim 1, wherein the transparent conductive film is tin dioxide and / or indium dioxide. 太陽光の反射を防止するように、前記透明導電膜の上面には、酸化チタン及び酸化シリコンを含む反射防止保護膜が形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載のソーラタイル。   5. The anti-reflection protective film containing titanium oxide and silicon oxide is formed on the upper surface of the transparent conductive film so as to prevent reflection of sunlight. Solar tiles. 前記給電部は、前記透明導電膜を繋ぐリード線もしくは導電性目地であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のソーラタイル。   The solar tile according to any one of claims 1 to 5, wherein the power supply unit is a lead wire or a conductive joint connecting the transparent conductive film.
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