JP3746411B2

JP3746411B2 - 太陽電池パネルおよびその製造方法

Info

Publication number: JP3746411B2
Application number: JP2000045676A
Authority: JP
Inventors: 敬大内田
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 2000-02-23
Filing date: 2000-02-23
Publication date: 2006-02-15
Anticipated expiration: 2020-02-23
Also published as: JP2001237449A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一般に、太陽電池パネルに関するものであり、より特定的には、太陽光発電システムに使用され、発電機能に加えて、光の一部を裏面側へ透過させる採光機能をも有する光透過型の太陽電池モジュールを縦横方向に配列させてアレイ構成した太陽電池パネルに関する。この発明は、また、そのような太陽電池パネルの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の太陽電池パネルにおいては、使用されている太陽電池モジュールの表面色が、たとえば、結晶系の場合は、黒や青紫、アモルファス系の場合は、茶色等に限定されていて、そのパネル面が１色で構成されているのが通常である。その結果、そのような太陽電池モジュールで構成した太陽電池パネルは、非常に殺風景で、味気ない印象しか、人に与えず、無味乾燥なものとなっているという問題点があった。
【０００３】
そこで、特開平８−１０７２３０号公報には、反射防止膜の厚みや屈折率を変えたり、または反射防止膜を多数形成することにより、太陽電池モジュールの表面色をさまざまなものにし、パネル面に文字や図形等を表示した太陽電池パネルが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように受光面の反射防止膜の屈折値の最適値をずらす、ということは、発電効率の低下を避けることができない。また、発電機能に加えて、採光機能を有した光透過型の太陽電池モジュールを用いた太陽電池パネルを窓や屋根等に設置させる場合、裏面は屋内から見えるため、特にパネル表面側よりも、裏面側のデザインが重視されてくる。しかし、裏面色は１色で、開口率も１種類に限定され、採光機能のみに留まっているのが現状である。
【０００５】
それゆえに、この発明の目的は、パネル表面側よりも裏面側のデザインが重視されてくる光透過型の太陽電池モジュールを用いた太陽電池パネルにおいて、パネル裏面をデザイン的に構成することができるように改良された太陽電池パネルを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る太陽電池パネルは、光透過型の太陽電池モジュールを多数縦横方向に配列させてアレイ構成したものである。上記太陽電池モジュールは、発電領域内に透光性開口部を設けた太陽電池を複数個まとめ、裏面側を透明な封止材料で覆ってなる。その太陽電池モジュールのそれぞれにおいて、透光性開口部の前記太陽電池モジュールに対する面積比である開口率は１〜５０％の範囲に選ばれており、開口率を異ならせることにより、当該太陽電池パネルの裏面に、文字、図形、模様等を表示する。複数の太陽電池モジュールに対して、同じ開口率を有する太陽電池モジュール同士を直列に接続したものを一つのモジュール群として、異なる開口率ごとにモジュール群を形成することによって複数のモジュール群を構成している。
【０００８】
この発明の好ましい実施態様によれば、太陽電池モジュールの前記裏面が異なる色に着色され、着色された太陽電池モジュールを、当該太陽電池パネルの裏面に、文字、図形、模様等が表示されるように、配列している。
【０００９】
この発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記着色は、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の群からなる手段により行なわれている。
【００１０】
（ａ）上記太陽電池に含まれている裏面電極層上に形成された着色レジスト膜。
【００１１】
（ｂ）上記太陽電池モジュールの裏面に塗装された塗料。
（ｃ）上記太陽電池モジュールの裏面に固着された着色フィルム。
【００１２】
（ｄ）上記太陽電池モジュールの裏面に固着されたエチレン−酢酸ビニル（以下ＥＶＡという）フィルム。
【００１３】
この発明のさらに好ましい実施態様によれば、複数のモジュール群同士は並列に接続されている。
【００１５】
この発明の他の局面に係る太陽電池パネルの製造方法においては、発電領域内に透光性開口部を設けた太陽電池を複数個まとめ、裏面を透明な封止材料で覆ってなる、複数個の光透過型の太陽電池モジュールを準備する第１工程と、複数個の太陽電池モジュールを、縦横方向に配列させてアレイ構成する第２工程と、を備えた太陽電池パネルの製造方法において、まず、太陽電池モジュールのそれぞれにおいて、透光性開口部の太陽電池モジュールに対する面積比である開口率を１〜５０％の範囲に選ぶ。そして、開口率が異なる複数個の太陽電池モジュールを、当該太陽電池パネルの裏面に、文字、図形、模様等が表示されるようにするとともに、複数個の太陽電池モジュールに対して、同じ開口率を有する太陽電池モジュール同士を直列に接続したものを一つのモジュール群として、異なる開口率ごとにモジュール群を形成することによって複数のモジュール群からアレイ構成を行なう。
【００１７】
この発明の好ましい実施態様によれば、複数個の太陽電池の表面側を透明な封止材料で覆い、裏面側を異なる色に着色する工程と、裏面の色が異なる複数個の太陽電池モジュールを、当該太陽電池パネルの裏面に、文字、図形、模様等が表示されるように縦横方向に配列させてアレイ構成する工程とを含む。
【００１８】
この発明のさらに好ましい実施態様によれば、上記着色は、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の群から選ばれる方法により行なわれている。
【００１９】
（ａ）上記太陽電池に含まれている裏面電極層上に着色レジスト膜を形成する方法。
【００２０】
（ｂ）上記太陽電池モジュールの裏面に塗料を塗装する方法。
（ｃ）上記太陽電池モジュールの裏面に着色フィルムを固着する方法。
【００２１】
（ｄ）上記太陽電池モジュールの裏面に、ＥＶＡフィルムを固着する方法。
【００２２】
この発明のさらに好ましい実施態様によれば、複数のモジュール群同士を並列に接続する工程を、さらに含む。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本実施の形態では、透明基板上に少なくとも透明電極層、光電変換層および裏面電極層を、この順で積層させ、発電領域内に透光性開口部を設けた複数の太陽電池セルを形成し、透明な裏面封止材料で覆った光透過型太陽電池モジュールを多数縦横方向に配列させてアレイ構成した太陽電池パネルにおいて、裏面色が異なる色に着色された太陽電池モジュールを組合わせてパネル裏面に文字や図形や模様等を表示している。本実施の形態によれば、裏面の着色を任意の色とすることができるので、十分なデザインを表現することができる。もちろん、裏面への着色なので発電効率を低下させることはない。
【００２４】
また、透明基板上に少なくとも透明電極層、光電変換層および裏面電極層をこの順で積層させ、発電領域内に透光性開口部を設けた複数の太陽電池セルを形成し、透明な裏面封止材料で覆った光透過型太陽電池モジュールを多数縦横方向に配列させてアレイ構成した太陽電池パネルにおいて、上記開口率が１〜５０％である開口率の異なる太陽電池モジュールを組合わせて、パネル裏面に文字や図形や模様等を表示している。
【００２５】
本発明によれば、開口率を大きくすると採光率が高くなり、裏面色が明るい（薄い）色に、開口率を小さくすると採光率が低くなり、裏面色が暗い（濃い）色に見えることを利用し、裏面色を１色に限定して、グラデーション等のデザインを表現することができる。
【００２６】
さらに、上記開口率が１〜５０％である開口率の異なった光透過型太陽電池モジュールを多数縦横方向に配列させてアレイ構成した太陽電池パネルにおいて、裏面色が異なる色に着色された太陽電池モジュールを組合わせてパネル裏面に文字や図形や模様等を表示している。
【００２７】
本実施の形態によれば、モジュールの裏面色と開口率を任意に変化させることによって、多種の異なった原色とその濃淡を組合わすことが可能となり、より緻密なフルカラーでのデザインを表現することができる。
【００２８】
上記着色は裏面電極層上に塗布され乾燥させた着色レジスト膜によってなされているのが好ましい。レジスト膜の塗布工程は、光透過型太陽電池モジュールの製造工程において、透光性開口部をエッチング除去するためと裏面電極の酸化防止のための従来工程なので、レジストに顔料を加えた着色レジストによる着色は、製造工程を複雑化するものではない。
【００２９】
上記着色は、裏面に塗装された塗料によってなされていてもよい。塗料は色の種類が豊富であり、安価な上、簡易に着色が可能である。
【００３０】
また上記着色は、裏面に固着された着色フィルムによってなされていてもよい。着色フィルムの場合は、それ自体で裏面を封止できるため、合わせガラス等の構造にする必要がなく、軽量化が実現できる。
【００３１】
さらに、上記着色は裏面に固着されたＥＶＡフィルムによってなされていてもよい。ＥＶＡの使用は、モジュールの製造において、従来工程により、製造工程を複雑化するものではない。
【００３２】
また、開口率が異なるモジュールは、集積段数が等しい場合、動作電流が単一セル面積に比例して変化するために、開口率に応じて異なり、これらを直接接続すると、各モジュールの動作点が最大動作点からずれることになる。したがって、上記開口率が１〜５０％である開口率の異なった光透過型太陽電池モジュールを多数縦横方向に配列させてアレイ構成した太陽電池パネルにおいては、各モジュールの最大電力を得るために、上記開口率の同じモジュール同士を直列接続する。
【００３３】
また、上記開口率の同じモジュール同士を直列接続することにより、モジュール群を形成し、上記開口率の異なるモジュールのモジュール群同士を並列接続してもよい。
【００３４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図について説明する。
【００３５】
実施例１
本実施例１は、モジュールの裏面を、着色レジストにより、着色した場合である。
【００３６】
図１は、光透過型薄膜太陽電池の断面図である。太陽電池は、予め透明導電層２を形成したガラス基板１を備える。まず、ＹＡＧ基本波レーザを用いて、透明導電層２のパターニングを行なう。レーザ光をガラス面から入射させることにより、透明導電層２は短冊状に分離されて、透明導電層の分離ライン７が形成される。
【００３７】
この後、当該基板を純水で洗浄し、光電変換層３をプラズマＣＶＤ装置により形成する。
【００３８】
光電変換層は、ｐ層、ｉ層、ｎ層のアモルファスシリコンからなり、合計の膜厚は１００〜６００ｎｍ程度である。次に、ＹＡＧＳＨＧレーザにより、光電変換層３のパターニングを行なう。レーザ光を、ガラス面から入射させることにより、光電変換層３は短冊状に分離されて、光電変換層分離ライン８が形成される。
【００３９】
この後、透明電極層４と金属電極層５からなる裏面電極層をスパッタリング装置により形成する。透明電極層４は、ＺｎＯを１００ｎｍ、金属電極層５はＡｇを５００ｎｍ積層させて形成する。
【００４０】
次に、顔料により任意の色に着色された着色レジスト膜６を、裏面電極上に１〜１０μｍの厚さでスプレー方式で塗布し、乾燥炉で乾燥させた。
【００４１】
さらに、ＹＡＧＳＨＧレーザにより、裏面電極層のパターニングを行なった。レーザ光をガラス面から入射させることにより、裏面電極層４，５は、短冊状に分離されて裏面電極層分離ライン９が形成される。
【００４２】
その後、ＹＡＧＳＨＧレーザにより、発電領域内に透光性開口部１０を形成するためのパターニングを行なった。透光性開口部１０を不連続のライン形状にするために、マスクを用いて、レーザ光をガラス面から入射させた。これによって、透光性開口部１０が形成される。このときに、透光性開口部１０の本数や長さを変えることにより、開口率を自由に調節できる。本実施例では、開口率を１０％とした。次に、透光性開口部１０の形成後、酸系および硫化鉄系のエッチング液により、裏面電極膜の残滓を除去した。
【００４３】
その後、裏面側にＥＶＡを接着剤として、同サイズのガラスを裏板にして、ラミネートおよびキュア工程を経て、合わせガラス構造にした。端子は、＋極−極をそれぞれ基板の穴からとり、裏板に接着した端子ボックスを経由して、取出せるようにした。
【００４４】
最後に、周囲にブチルゴムを介して、ＳＵＳ製の枠１１を取付け、図２に示す、光透過型太陽電池モジュールを作製した。
【００４５】
レジスト塗布工程において、数種類の色の着色レジストを用いることにより、異なる裏面色を呈した光透過型太陽電池モジュールを数種類作製した。これにより作製したモジュール（ガラス基板サイズ：６５０ｎｍ×４５５ｎｍ）の初期特性の代表値は、ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）において、Ｉ_SC＝０．５４６［Ａ］、Ｖ_OC＝５４．２３７［Ｖ］、Ｆ．Ｆ．＝０．６０８、Ｐ_max＝１８．０１７Ｗであった。
【００４６】
なお、本実施例では、光電変換層がシングル構造である場合を例にしたが、この発明はこれに限られるものでなく、タンデム構造あるいはトリプル構造のように積層されたものでもよい。
【００４７】
また、レジストの塗布方法として、スプレー方式を用いたが、この発明はこれに限られるものでなく、ロールコータや印刷等の方法を用いてもよい。
【００４８】
また、透光性開口部の作製方法において、レジスト塗布、レーザパターニングおよびエッチング工程を用いたが、本発明はこの方法に限られるものではない。
【００４９】
このようにして、赤色の着色レジストを用いて作製した太陽電池モジュール１２を９０枚と、白色の着色レジストを用いて作製した太陽電池モジュール１２を３６０枚用いて、１５×３０に配列させてアレイ構成した太陽電池パネルを設置した。
【００５０】
図３は、このようにして形成された太陽電池パネルの裏面図である。裏面に文字を表示すことができた。
【００５１】
実施例２
着色レジストとして緑色のものを用いた点および以下の点を除いて、実施例１と同様である。透光性開口部の本数を変更して、開口率を、５，１０，１５，２０，３０％のモジュールを、それぞれ、４５，９０，９０，９０，４５枚作製した。このようにして作製された太陽電池モジュール１２を、３６０枚用いて、１０×３０に配列させてアレイ構成した太陽電池パネルを設置した。
【００５２】
図４は、このように構成された太陽電池パネルの裏面図である。裏面に模様を表示することができた。開口率が１％未満だと模様がきれいに現われなかった。また、５０％を超えると、発電量が小さいという問題があった。
【００５３】
実施例３
着色レジストとして、緑色、青色および黄色のものを用いた点および以下の点を除いて、実施例１と同じである。透光性開口部の本数を変更して、開口率を５，１０，１５，２０％のものをそれぞれ作製した。このようにして作製した太陽電池モジュール１２を３６０枚用いて、１５×３０に配列させてアレイ構成した太陽電池パネルを設置した。
【００５４】
図５は、このように構成された太陽電池パネルの裏面図である。裏面に文字と模様を表示することができた。
【００５５】
上記実施例１〜３において、太陽電池モジュール裏面への着色方法として着色レジストを用いた場合を例示したが、この発明はこれに限られるものでなく、上記着色は、裏面に塗装された塗料によってなされてもよい。また、上記着色は裏面に固着された着色フィルムによってなされてもよい。また、上記着色は、裏面に固着されたＥＶＡフィルムによってなされてもよい。
【００５６】
上記実施例２，３においては、開口率の異なった数種類の太陽電池モジュールを用いて、太陽電池アレイを構成することになるが、開口率が異なるモジュールは集積段数が等しい場合は、動作電流が、単一セル面積に比例して、変化するために、開口率に応じて動作電流が異なり、これらを直列接続すると、各モジュールの動作点が最大動作点からずれることになる。したがって、上記開口率の異なった光透過型太陽電池モジュールを多数縦横方向に配列させてアレイ構成した太陽電池パネルにおいては、各モジュールの最大電力を得るために、上記開口率の同じモジュール同士を直列接続し、モジュール群を形成し、開口率の異なるモジュール群同士を並列接続することが最適である。
【００５７】
また、図６に示すように、開口率の異なった太陽電池モジュール１２１，１２２，１２３を縦横に自由に配置することも可能で、配線１４によって、同じ開口率のモジュール同士を直列に接続し、モジュール群１４１（３個の太陽電池モジュール１２１，１２１，１２１同士を配線１４で接続してなるもの）、モジュール群１４２（３個の太陽電池モジュール１２２，１２２，１２２同士を配線１４で接続してなるもの）およびモジュール群１４３（３個の太陽電池モジュール１２３，１２３，１２３同士を配線１４で接続してなるもの）を形成し、それらを並列に接続する。このようにして、自由に文字等が表示できるパネルができた。
【００５８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明に係る光透過型太陽電池パネルによれば、太陽光を屋内に採光すると同時に、裏面色が異なる光透過型の太陽電池モジュール、または開口率の異なる光透過型の太陽電池モジュールを組合わせて、パネル裏面に文字や図形等を表示したことにより、バラエティに富んだデザインを、上記パネル裏面に構成することができる。ひいては、人の目を和ませたり、宣伝や広告のための看板等のさまざまな工夫が可能な、ディスプレイ機能を付加した多機能な太陽電池パネルを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】光透過型薄膜太陽電池の概略断面図である。
【図２】光透過型太陽電池モジュールの正面図である。
【図３】実施例１に係る太陽電池パネルの裏面図である。
【図４】実施例２に係る太陽電池パネルの裏面図である。
【図５】実施例３に係る太陽電池パネルの裏面図である。
【図６】本発明に係る太陽電池パネルにおける、太陽電池モジュールの接続の様子を示す図である。
【符号の説明】
１２太陽電池モジュール、１３太陽電池パネル。

Claims

光透過型の太陽電池モジュールを多数縦横方向に配列させてアレイ構成したものであり、
前記太陽電池モジュールは、発電領域内に透光性開口部を設けた太陽電池を複数個まとめ、裏面側を透明な封止材料で覆ってなるものであり、
前記太陽電池モジュールのそれぞれにおいて、前記透光性開口部の前記太陽電池モジュールに対する面積比である開口率は１〜５０％の範囲に選ばれており、
前記開口率を異ならせることにより、当該太陽電池パネルの裏面に、文字、図形、模様等を表示し、
複数の前記太陽電池モジュールに対して、同じ開口率を有する太陽電池モジュール同士を直列に接続したものを一つのモジュール群として、異なる前記開口率ごとに前記モジュール群を形成することによって複数の前記モジュール群を構成した、太陽電池パネル。
前記太陽電池モジュールの前記裏面が異なる色に着色され、着色された前記太陽電池モジュールを、当該太陽電池パネルの裏面に、文字、図形、模様等が表示されるように、配列している、請求項１記載の太陽電池パネル。
前記着色は、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の群からなる手段により行なわれている、請求項２に記載の太陽電池パネル。
（ａ）前記太陽電池に含まれている裏面電極層上に形成された着色レジスト膜。
（ｂ）前記太陽電池モジュールの裏面に塗装された塗料。
（ｃ）前記太陽電池モジュールの裏面に固着された着色フィルム。
（ｄ）前記太陽電池モジュールの裏面に固着されたエチレン−酢酸ビニルフィルム。
複数の前記モジュール群同士は並列に接続された、請求項１〜３のいずれかに記載の太陽電池パネル。
発電領域内に透光性開口部を設けた太陽電池を複数個まとめ、裏面を透明な封止材料で覆ってなる、複数個の光透過型の太陽電池モジュールを準備する第１工程と、
複数個の前記太陽電池モジュールを、縦横方向に配列させてアレイ構成する第２工程と、を備えた太陽電池パネルの製造方法において、
前記太陽電池モジュールのそれぞれにおいて、前記透光性開口部の前記太陽電池モジュールに対する面積比である開口率を１〜５０％の範囲に選び、
前記開口率が異なる複数個の前記太陽電池モジュールを、当該太陽電池パネルの裏面に文字や、図形や模様等が表示されるようにするとともに、複数個の前記太陽電池モジュールに対して、同じ開口率を有する太陽電池モジュール同士を直列に接続したものを一つのモジュール群として、異なる前記開口率ごとに前記モジュール群を形成することによって複数の前記モジュール群から前記アレイ構成を行ったことを特徴とする、太陽電池パネルの製造方法。
複数個の前記太陽電池の表面側を透明な封止材料で覆い、裏面側を異なる色に着色する工程と、
前記裏面の色が異なる複数個の前記太陽電池モジュールを、当該太陽電池パネルの裏面に、文字、図形、模様等が表示されるように縦横方向に配列させて前記アレイ構成する工程と
を含む、請求項５に記載の太陽電池パネルの製造方法。
前記着色は、下記（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）の群から選ばれる方法により行なわれている、請求項６に記載の太陽電池パネルの製造方法。
（ａ）前記太陽電池に含まれている裏面電極層上に着色レジスト膜を形成する方法。
（ｂ）前記太陽電池モジュールの裏面に塗料を塗装する方法。
（ｃ）前記太陽電池モジュールの裏面に着色フィルムを固着する方法。
（ｄ）前記太陽電池モジュールの裏面に、エチレン−酢酸ビニルフィルムを固着する方法。
複数の前記モジュール群同士を並列に接続する工程を、さらに含む、請求項５〜７のいずれかに記載の太陽電池パネルの製造方法。