JP3591281B2 - 光電変換装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射した光を半導体接合などの光電変換機能を利用して電気エネルギーに変換するが、同時に光の一部を裏側へ透過させる採光機能も有する光透過型の光電変換装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
光電変換装置は基板とその上に形成された少なくとも第１の電極、光電変換層および第２の電極の積層からなる光電変換素子からなっている。窓や屋根に光電変換装置を設置して電力を得ると同時に、屋内への採光も必要とする場合もあり、光の一部を裏側へ透過させる採光可能な光電変換装置を光透過型の光電変換装置という。
【０００３】
従来の光透過型の光電変換装置としては、ガラス基板上に形成された光電変換素子間に隙間を設けまたはその一部を除去して、光を透過させるタイプが知られている。図８は従来のガラス基板を用いた光透過型の光電変換装置を示し、（ａ）は透視平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。ガラス基板１ｇ上に透明である第１電極１ｂ、光電変換層１ｐおよび金属からなる不透明な第２電極が少しずつずらして形成さており、光電変換素子は直列接続されている。この光電変換装置では基板側から受光する。光透過のため光電変換層１ｐおよび第２電極の一部が除去され窓Ｗとされている。
【０００４】
また、基板の受光の反対面（裏面とする）にも裏面電極を有し、基板を貫通する孔を介して光電変換素子の直列接続を形成してあり、この貫通孔を採光窓とするタイプ（例えば同出願人の特開平６−３４２９２４号公報に開示）もある。この中の典型例を次に説明する。
図９は従来の貫通孔と裏面電極を有する光透過型の光電変換装置を示し、（ａ）は透視平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸに沿っての断面図である。フレキシブルなプラスチック基板１ａの１方の面（表面とする）には第１電極層１ｂ、光電変換層１ｐおよび透明電極層である第３電極層１ｃが積層されており、パターニングライン１ｉにより複数の単位太陽電池に分離されている。裏面には第１接続電極層１ｄおよび第２接続電極層１ｅが積層されており、パターニングライン１ｊにより分離され各単位太陽電池に対応する裏面電極とされている。基板には直列孔ｈ１および集電孔ｈ２が開けられていて、集電孔ｈ２の内壁面では第２電極層１ｃと第２接続電極層１ｃとが重なり導通し、直列孔ｈ１内壁面では第１電極層１ｂと第１接続電極層１ｄが重なり導通し、直列孔での導通により隣接する単位太陽電池の直列接続がなされている。
【０００５】
上記の直列孔ｈ１および集電孔ｈ２（総称を接続孔とする）が光を透過させている。フレキシブルな基板の厚さは１０〜２００μｍ であり、これらの孔はその内壁面上で裏表の電極が重ねられて導通を図るため直径０．５ｍｍ以上が適している。集電孔ｈ２は光電変換領域（第１電極、光電変換層および第２電極の積層部分）内にあるため、採光量の必要性に応じて多数設けることが可能であり、採光量の大部分を賄っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このような光透過型光電変換装置が窓や屋根等に設置された場合、裏面は屋内からみえるため、屋内または室内のデザイン上光電変換装置の裏面の色は重要な因子となる。
従来のガラス基板上に光電変換素子を有するタイプの光透過型の光電変換装置において裏面を着色しようとする場合、裏面を全面塗装着色すると、透過光が得られなくなるので、全面塗装した後透光部分の塗装を除去するか、透光部分には塗装しないなどと製造工程は煩雑となっていて、実用的ではなかった。
【０００７】
また、既に接続孔である貫通孔を有する光電変換装置であってもさらに採光量を必要とする場合もあり、これに対応して接続孔を増加させることは製造方法工程を複雑化するので必ずしも好ましいことではない。
本発明の目的は、光透過型の光電変換装置裏面の着色がなされ、屋内または室内のデザインが容易な、また製造工程も簡易な光透過型光電変換装置およびその製造方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明によれば、絶縁性のフレキシブル基板上に少なくとも第１の電極、光電変換層および第２の電極の積層からなる光電変換素子が形成されてなり、前記フレキシブル基板の、前記光電変換素子が形成された受光面の反対側面である裏面に、裏面電極を有する光電変換装置において、前記光電変換装置には基板を貫通する貫通孔が開けられており、前記裏面電極は、着色された導電性塗料からなることとする。
【００１２】
本発明によれば、光電変換装置の貫通孔は光を透過させることができ、また裏面の着色は任意の色とすることができるので、十分な採光量と室内または屋内のデザインの自由度を有する。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下実施例により本発明を詳細に説明する。
実施例１
光電変換装置の基板裏面を塗装により着色した場合である。
図２はこの実施例で用いた貫通孔と裏面電極を有する光電変換装置を示し、（ａ）は透視平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。基板１ａはポリイミド、アラミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＥＳ（ポリエチレンサルフェート）またはポリカーボネート等の樹脂からなる厚さ１０〜２００μｍ の絶縁性でフレキシブルなフィルムまたはシートであり、直列孔ｈ１および集電孔ｈ２が開けられている。直列孔ｈ１の内壁では第１電極１ｂと第１接続電極１ｄは重なって導通している。集電孔ｈ２の内壁では第１電極１ｂと第１接続電極１ｄは入り込まず導通してない。この第１電極層１ｂ上にはアモルファスシリコンのｐｎ接合やｐｉｎ接合等よりなる光電変換層１ｐが形成され、同時に直列孔ｈ１の反対側（裏面）外周部にも光電変換層１ｄは回り込んでいる。光電変換層１ｄの形成の後に第２電極層１ｅとして透明電極層が形成される。その後、第１接続電極層１ｄの上部に第２接続電極層１ｅが直列孔ｈ１とその周縁部を除いて形成される。
【００１５】
そして、レーザ加工により形成されたパターニングライン１ｉは受光面の光電変換素子（第１電極層、光電変換層および第１電極層の積層部）を個別化分離している。また、裏面のパターニングライン１ｊは第１および第２接続電極層を個別化分離し素子の直列接続を形成し、また配線に必要な領域を形成している。第１接続電極層および第２接続電極層など基板の受光側の反対面の電極を裏面電極と総称する。
【００１６】
図１は本発明に係る着色された光電変換装置の断面図である。上記（図２）の光電変換装置を形成した後に、基板１ａの裏面に塗装を施し、黒色の着色材２で着色した。塗料はシリコン系またはエポキシ系の絶縁性樹脂であり、基板両側端部の配線接続部を除きロールコータにより、一括して塗装、乾燥した。ロールコータによる塗装は、貫通孔の直径（０．５〜２ｍｍ）の１／１００程度の厚さの塗料膜を一定に供給し、塗料膜を基板に転写するので、塗料が貫通孔を塞ぐことはなく、貫通孔の断面積が光透過面積となる。
【００１７】
この実施例では、黒色に着色をした例を記載したが、デザイン上の要求に従い他の色や多色とすることには何の問題もない。また、この実施例では、着色のために、シリコーン系やエポキシ系の樹脂の例を出したが、塗布乾燥ができるものであれば、ポリイミド系樹脂塗料、フェノール系樹脂塗料、バイロン系樹脂塗料、ポリイミドアミド系樹脂塗料、フッ素系樹脂塗料または無機系塗料等も用いることができる。
【００１８】
塗装方法として、ロールコーターを用いた例を示したが、上記のいずれの塗料を用いた場合でも、印刷やスプレーなど、貫通孔の直径よりかなり薄い膜厚の塗料膜を形成することができる塗装方法を利用することができる。
同様に、従来の技術で説明した図８の光電変換装置においてガラス基板に換えてフレキシブル基板を用い、光電変換素子部に光透過用の孔を開けておき、素子の形成された面を塗装着色することもできる。開孔方法については実施例４に準ずる。また直列接続部の抵抗を増加させないように、光透過用の孔は直列接続の行われる隣接素子の電極の重なり部などには開孔しないことが好ましい。図３は本発明に係る裏面電極を有しない光電変換装置を示し、（ａ）は透視平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。貫通孔ｈ３を開孔後、塗装して着色材２とした。フレキシブル基板１ａ以外は図７に同じ符号を用いている。
実施例２
着色は第２接続電極層自体を着色された導電塗料を用いて形成することもでき、この場合は光電変換装置形成後では着色を行う必要はない。
【００１９】
第２接続電極層（図２における１ｅ）を第２接続電極層のパターンの印刷により形成した。印刷電極としては、例えば炭素、ニッケル、モリブデン等の黒色金属をフィラーとして含むものであれば暗色の上がりとなり、室内光が反射せず光電変換装置の景色が観やすくなる。
実施例３
図４はガラス板により被覆された本発明に係る光透過型の光電変換モジュールの断面図である。実施例１の光電変換装置１を所定面積だけ裁断し、透明なＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）等の熱接着性の樹脂フィルム３を接着材として用い２枚の透明なガラス５の間に封止して、平面を保持し光電変換モジュールとした。このモジュールを例えば天窓などにはめ込むことができる。
実施例４
図５は本発明に係る着色後開孔された光電変換装置の断面図である。実施例１（図１）の既に着色材２が形成された光電変換装置にさらに光透過用の貫通孔ｈ３を開け、採光量を増加させた。貫通孔ｈ３の位置や数は任意にできるので、着色のみならず、貫通孔ｈ３が室内からみた点光源となり光によるデザインも行えるようになった。
【００２０】
開孔は着色材２と光電変換素子とに同時に行った。貫通孔を形成する手段としては、パンチやドリルなど様々な方法を利用可能であるが、加工方法によっては加工端部で電極層が破損し光電変換素子内のリークが発生することがあるので、工具の選択や加工速度などを最適化する必要がある。パンチを用いた開孔が最も歩留りが良かった。
【００２１】
上記のリークを防止するために、予め第１電極（図２、１ｂ）の開孔に当たる部分を除去し、貫通孔が加工される第１電極部を光電変換素子の電気サーキットから絶縁しておくことも可能である。
この他にも、実施例１ないし実施例３のように裏面に着色された光電変換装置にも、この開孔方法を適用でき同じように採光量の増加を図ることができることは明らかである。
実施例５
図６は本発明に係る着色フィルムを有する光電変換装置の断面図である。
【００２２】
着色フィルム４を光電変換装置の裏面にＥＶＡフィルム３を用いて接着し、その後、着色フィルム４、ＥＶＡフィルム３および基板１ａに同時に光透過用の貫通孔ｈ３を開けた。
実施例４と同様に、任意の位置に任意の数開孔することができ前工程に独立して、採光量を調整することができる。
実施例６
図７は本発明に係る着色されたＥＶＡフィルムを有する光電変換モジュールの断面図である。着色フィルムを用いずに、着色されたＥＶＡフィルム３ａを着色材として用いた場合である。この場合はＥＶＡフィルムを接着材として用い、ガラス板５または透明な保護フィルムなどに光電変換装置を接着してモジュール化する必要がある。
【００２３】
このような着色フィルムまたは着色ＥＶＡフィルムによる着色は実施例１の裏面電極のない構成の光電変換装置（図３）にも適用できことは明らかである。
このような製造方法によれば、貫通孔を光電変換領域内の任意の位置に形成することが可能となるため、窓、屋根等に適用可能な光透過型の光電変換装置を形成することができる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、絶縁性のフレキシブル基板上に少なくとも第１の電極、光電変換層および第２の電極の積層からなる光電変換素子が形成されてなり、前記フレキシブル基板の、前記光電変換素子が形成された受光面の反対側面である裏面に、裏面電極を有する光電変換装置において、前記光電変換装置には基板を貫通する貫通孔が開けられており、前記裏面電極は、着色された導電性塗料からなることとしたので、貫通孔を透過した光が着色される。したがって、太陽光を屋内に採光すると同時に、光電変換装置の裏側を、室内または屋内のデザインに対して違和感が生じないように、また積極的にデザインできるようになる。
【００２５】
さらに、光透過孔の配列も自由にできるので、室内から観て発光する光源によるデザインも可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る着色された光電変換装置の断面図である。
【図２】この実施例で用いた貫通孔と裏面電極を有する光電変換装置を示し、（ａ）は透視平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。
【図３】本発明に係る裏面電極を有しない光電変換装置を示し、（ａ）は透視平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。
【図４】ガラス板により被覆された本発明に係る光透過型の光電変換モジュールの断面図である。
【図５】本発明に係る着色後開孔された）電変換装置の断面図である。
【図６】本発明に係る着色フィルムを有する光電変換装置の断面図である。
【図７】本発明に係る着色されたＥＶＡフィルムを有する光電変換モジュールの断面図である。
【図８】従来のガラス基板を用いた光透過型の光電変換装置を示し、（ａ）は透視平面図であり、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸ断面図である。
【図９】従来の貫通孔と裏面電極を有する光透過型の光電変換装置を示し、（ａ）は透視平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＸＸに沿っての断面図である。
【符号の説明】
ｈ１ 直列孔
ｈ２ 集電孔
ｈ３ 光透過用貫通孔
１ａ フレキシブル基板
１ｂ 第１電極
１ｐ 光電変換層
１ｃ 第２電極
１ｄ 第１接続電極
１ｅ 第２接続電極
１ｇ ガラス板
１ｉ パターニングライン
１ｊ パターニングライン
２ 着色材
３ ＥＶＡフィルム
３ｃ 着色ＥＶＡフィルム
４ 着色フィルム
５ ガラス板

Claims (1)

1. 絶縁性のフレキシブル基板上に少なくとも第１の電極、光電変換層および第２の電極の積層からなる光電変換素子が形成されてなり、前記フレキシブル基板の、前記光電変換素子が形成された受光面の反対側面である裏面に、裏面電極を有する光電変換装置において、前記光電変換装置には基板を貫通する貫通孔が開けられており、前記裏面電極は、着色された導電性塗料からなることを特徴とする光電変換装置。

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