JP6140563B2

JP6140563B2 - 太陽電池、太陽電池モジュールおよびその設置方法

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Inventors: 航加藤; 正明小畑
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Description

本発明は、太陽電池、太陽電池モジュールおよびその設置方法に関するものである。

太陽電池は、太陽の光を直接電気エネルギーに変換できるという特徴から、クリーン且つ無尽蔵なエネルギーの利用手段として注目されており、火力発電や原子力発電に代わる新しい電力源として、ますます期待が高まっている。

図４は、従来から知られている太陽電池の一例を示す断面模式図である。太陽電池は、太陽光Ｉが入射する受光面側から、透光性基板１０４、受光面側封止層１０６、光電変換素子１０１、裏面側封止層１０７、反射層１０８およびカバー層１０５がこの順に積層された構成となっており、光電変換素子１０１は受光面側電極および裏面側電極（図示せず）を備えている。

太陽電池の性能は、一般に、太陽電池に入射した光（太陽光）が電気に変換された割合である変換効率で表される。変換される光のエネルギーは、太陽電池内部の光電変換素子１０１に吸収された光のエネルギーであり、変換効率は、太陽光に含まれる光の波長領域に対する、光電変換素子１０１が効率よく吸収できる光の波長領域の割合に大きく依存し、光電変換素子１０１に用いられる半導体材料の種類によって大きく異なってくる。

太陽電池用の光電変換素子１０１には、主としてシリコンおよび化合物半導体が単結晶および多結晶を含む結晶質やアモルファス（非晶質）の形で用いられているが、いずれも変換効率が低く、発電コストが高いことが課題となっている。

これは、光電変換素子１０１が吸収して電気エネルギーに変換可能な光が、光電変換素子１０１の材料の物性であるバンドギャップにより決定される限られた波長領域の光のみであることに起因する。

太陽光は、紫外光、可視光および赤外光を含む幅広い波長領域を有するが、各種半導体材料からなる光電変換素子１０１が吸収して電気エネルギーに変換可能な光は、３５０〜１２００ｎｍの波長領域の光のみであり、それ以外の波長領域の光は、ほとんど発電に寄与しないことが知られている。

上記の問題に対して、太陽電池を構成する透光性基板１０４や封止層１０６、１０７に、入射光を吸収して入射光とは異なる波長の光を放出する蛍光体材料等を塗布または含有させ、波長変換機能を持たせた構成とすることによって、太陽光のうち光電変換素子１０１が吸収できない波長領域（非有効波長領域）の光を光電変換素子１０１が吸収可能な波長領域（有効波長領域）の光に変換して光の利用効率を高め、太陽電池の変換効率を向上させる試みが行われている（たとえば、特許文献１、２を参照）。

また、反射層１０８を設けず、透光性を有するカバー層１０５を用いて、カバー層１０５側からも光が入射する両面受光が可能な構造にすることで、太陽光を太陽電池の表裏の両面で効率的に受光するとともに、その傾斜角を最適化することによって光の利用効率を高めたり（たとえば、特許文献３を参照）、中間部材の両側に太陽電池素子を配置したものを透光性の表面部材および裏面部材の間に配置し、太陽電池の変換効率を向上させる（たとえば、特許文献４を参照）方法が開示されている。

国際公開第２０１１／１５５６１４号公報特開２０１２−１２９３９１号公報特開２００５−２２３１６４号公報国際公開第２００５／０７４０３９号公報

しかしながら、特許文献１および２に記載された波長変換機能を備える太陽電池は、太陽光は太陽に面する一方側の受光面からのみ入射する構造となっており、受光面から入射する光は効率良く利用できるが、他方側の裏面から入射する光は利用できず、また、特許文献３および４のような構造では、波長変換機能を有さないため、太陽電池の設置面積当たりの発電量が低くなるという問題があり、幅広い波長領域の光の活用と、裏面から入射する光の活用との両方を実現することは難しかった。

本発明は、両面受光が可能であると共に、波長変換層によって変換された光を最大限に活用可能な、より高い変換効率の太陽電池、太陽電池モジュールおよびその設置方法を提供することを目的とする。

本発明の太陽電池は、いずれも透光性を有する第１の表面部材および第２の表面部材の間に、第１の光電変換素子、波長変換層および第２の光電変換素子がこの順に配置され、前記第１の表面部材と前記第１の光電変換素子との間に第１の封止層を備えており、該第１の封止層の前記第１の光電変換素子側の面が、凸凹からなる第１の二次元周期構造を有するとともに、該第１の二次元周期構造のピッチが、３００〜３０００ｎｍの範囲であることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールは、上述の太陽電池の複数個を用い、配線を介して前記第１の光電変換素子同士および前記第２の光電変換素子同士をそれぞれ電気的に接続してなることを特徴とする。

本発明の太陽電池モジュールの設置方法は、上述の太陽電池モジュールの水平面に対する傾斜角度を５０〜９０°とすることを特徴とする。

本発明によれば、両面受光が可能であると共に、波長変換層によって変換された光を最大限に活用可能な、より高い変換効率の太陽電池、太陽電池モジュールおよびその設置方法を提供できる。

（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施形態である太陽電池の積層状態を示す概略断面図である。（ａ）は二次元周期構造の一例を模式的に示す斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図および（ｃ）は二次元周期構造の別の例の断面模式図である。本発明の一実施形態である太陽電池モジュールの（ａ）は概略断面図、および（ｂ）は第１の表面部材側からみた平面図である。従来の太陽電池の積層状態を示す概略断面図である。

本発明の一実施形態である太陽電池について説明する。本実施形態の太陽電池は、図１（ａ）に示すように、第１の光電変換素子１と第２の光電変換素子２とが、波長変換層３を介して対向するように配置されたものである。

このような構成を有する太陽電池においては、第１の光電変換素子１側および第２の光電変換素子２側のいずれからも受光することができる。たとえば、設置した太陽電池の裏面には、夏季における太陽高度の低い朝夕などに太陽光Ｉ’が照射される。また、ビルの壁面や屋上などに太陽電池を設置した場合には、ビルの壁面や屋上によって反射した光Ｉ’などが太陽電池の裏面に照射される。本実施形態の太陽電池では、これらの太陽電池の裏面に照射された光Ｉ’を有効に活用することができる。さらに、道路脇の防音壁や落下防止柵等の、設置向きが限定される上に様々な方向を向くことが想定される場所に使用した場合にも、従来の片面受光型の太陽電池では得られなかった高い出力特性を得ることができる。

第１の光電変換素子１および第２の光電変換素子２（以下、まとめて単に光電変換素子という場合もある）は、光起電力を有する基材の両主面に電極（図示せず）を設けたものである。基材は例えば０．３〜０．４ｍｍの板状であることが好ましいが、例えば（半）球状型や薄膜型などの形態をとっても構わない。基材には、単結晶シリコンや多結晶シリコン、アモルファスシリコン等のシリコン系材料のほか、ＣＩＧＳ化合物系、ＣｄＴｅ化合物、有機系、色素増感型材料等のいずれを用いてもよい。なお、第１の光電変換素子１と第２の光電変換素子２とに、同種の材料を用いてもよいし、異なる材料としてもよい。

太陽光Ｉは、３００〜３０００ｎｍの領域の様々な波長を有する光で構成され、その波長により、可視光領域（下界が３６０〜４００ｎｍ、上界が７６０〜８３０ｎｍの範囲）を中心に、その下界よりも短い波長の近紫外光領域、その上界よりも長い波長の近赤外領域、および赤外光領域に分類される。

光電変換素子の変換効率の高い波長領域、すなわち有効波長領域は、例えば単結晶および多結晶シリコン太陽電池では４００〜１１００ｎｍ、ＣＩＧＳ化合物系およびＣｄＴｅ化合物系太陽電池では４００〜１２００ｎｍ、アモルファスシリコン、有機系、および色素増感型太陽電池では３５０〜７５０ｎｍであることが知られており、その大半は可視光領域と重複している。

このような太陽電池において、第１の光電変換素子１側から入射した太陽光Ｉのうち、第１の光変換素子１が吸収して電気エネルギーに変換可能な波長領域、すなわち有効波長領域の光は、直接第１の光電変換素子１に入射し、電気エネルギーに変換される。

また、太陽光Ｉに含まれる有効波長領域以外の光、すなわち非有効波長領域の光は、第１の光電変換素子１で電気エネルギーに変換されずに通過し、波長変換層３に入射する。

波長変換層３には、蛍光体材料等の波長変換材料が含まれている。波長変換材料は、紫外光変換型と赤外光変換型の２種に大別される。紫外光変換型とは、非有効波長領域の光のうち、紫外光領域の光の吸収により励起されて、吸収した光の波長よりも長い波長、すなわち光電変換効率の高い可視光領域の波長の光を発するものであり、一般的に用いられる蛍光、蓄光物質を採用できる。具体的にはインドシアニングリーン、ローダミン等の有機物や、中心金属として希土類金属、配位子として芳香環類似の共役系部位を有する配位子を有する有機金属錯体、各種希土類をドープした酸化物や複合酸化物などの無機物が挙げられる。

赤外光変換型とは、非有効波長領域の光のうち、赤外光領域の光子を複数、同時あるいは逐次的に吸収し、ある電子状態から多段階励起を経て上方の準位から発光することで、吸収した光の波長よりも短い波長、すなわち光電変換効率の高い可視光領域の波長の光を放出するものであり、無機系材料の場合、希土類ドープ結晶やガラス等の材料、たとえば
ＬｉＫＹＦ_５：Ｐｒ^３＋やＹ_２Ｏ_３：Ｐｒ^３＋などが知られている。

また、有機系材料であれば三重項―三重項消滅を利用するフタロシアニン誘導体、ポルフィリン誘導体などの光吸収色素と、ペリレンやルブレンなどの発光性分子とを組み合わせたものが知られている。

なお、これらの波長変換材料の形態は特に限定するものではなく、粒子状、マトリックス状、フィルム状等の種々の形態として使用できる。特に粒子状の場合は、波長変換材料との屈折率の差が小さい透明な樹脂と混合して使用されることが多く、光透過性および波長変換特性に優れるという点で、ナノ粒子を用いることが好ましい。

波長変換層３に入射した非有効波長領域の光のうち、波長変換層３で波長変換可能な光は、波長変換層３において有効波長領域の光に変換され、放出される。このとき、波長変換層３の第１の光電変換素子１側に放出された光は第１の光電変換素子１に再度入射して電気エネルギーに変換されるが、波長変換された光は等方的に放出されるため、波長変換層３の第１の光電変換素子１とは反対側にも放出される。

本実施形態においては、波長変換層３の第１の光電変換素子１側とは反対側に第２の光電変換素子２が位置することにより、波長変換層３の第１の光電変換素子１とは反対側に放出された光も、第２の光電変換素子に入射して電気エネルギーに変換することができる。

一方、第２の光電変換素子２側には、太陽光や反射光（Ｉ’）が入射する。ここでも第１の光電変換素子１側に太陽光Ｉが入射したときと同様なことが起きる。

すなわち、第２の光電変換素子２が吸収して電気エネルギーに変換可能な有効波長領域の光は、直接第２の光電変換素子２に入射し、電気エネルギーに変換される。また、Ｉ’に含まれる有効波長領域以外の光、すなわち非有効波長領域の光は、第２の光電変換素子２で電気エネルギーに変換されずに通過し、波長変換層３に入射する。

波長変換層３に入射した非有効波長領域の光のうち、波長変換層３で波長変換可能な光は、波長変換層３において有効波長領域の光に変換され、等方的に放出される。このとき、波長変換層３の第２の光電変換素子２側に放出された光は第２の光電変換素子２に再度入射して電気エネルギーに変換され、第１の光電変換素子１側に放出された光は第１の光電変換素子１に入射して電気エネルギーに変換される。

このように、本実施形態では、第１の光電変換素子１と第２の光電変換素子２とを、波長変換層３を介して対向するように配置することにより、両面受光を可能とするとともに、波長変換層３によって変換された光を、反射層を設けることなく比較的単純な構造により最大限に活用することができる。

また、両面受光型の太陽電池の場合、太陽光を直接受光する側の光電変換素子と反射光や散乱光を受光する側の光電変換素子とではその発電量に差が生じる。したがって、第１の光電変換素子１の出力と第２の光電変換素子２の出力とを別々に取り出すとともに、第１の光電変換素子１と第２の光電変換素子２とは電気的に絶縁されている、すなわち波長変換層３が絶縁性を有することが好ましい。

また、本実施形態によれば受光量の多い側の光電変換素子に入射した光の一部が、波長変換層３を介して透過光や波長変換された光として受光量の少ない側の光電変換素子に入射して、光電変換素子間の受光量の差を低減することができる。これにより、第１の光電
変換素子１と第２の光電変換素子２との発電量の差が低減され、より安定した出力が得られる。

波長変換層３は、赤外光変換機能を有することが好ましい。換言すれば、波長変換層３は、赤外光領域の波長を有する光を、第１の光電変換素子１および第２の光電変換素子２のうち少なくともいずれか一方により電気エネルギーに変換可能な波長の光に変換する機能を有する材料を含むことが好ましい。先に述べたように、波長変換材料は紫外光変換型と赤外光変換型の２種に大別されるが、紫外光は光電変換素子が吸収して電気エネルギーに変換できない波長領域であるとともに、太陽電池の構成要素を劣化させる原因となるため、通常は紫外線吸収材等を用いて光電変換素子への入射を抑制している。一方、赤外光は光電変換素子を透過して波長変換層３に入射し、この赤外光を波長変換層３において有効波長領域の光に変換して放出することにより、第１の光電変換素子１および第２の光電変換素子２において電気エネルギーに変換することが可能となる。例えば、第１の光電変換素子１を、有効波長領域が４００〜１１００ｎｍの結晶質シリコン製とした場合には、波長変換層３には１１００ｎｍ以上の光を有効波長領域に変換する材料を用いればよい。

このように、第１の光電変換素子１と第２の光電変換素子２の間に配置された波長変換層３において、赤外光を有効波長領域の光に変換することにより、赤外光を最大限に有効活用できる。さらに、赤外光が太陽電池内部で熱に変換されると太陽電池の温度が上昇し、太陽電池の変換効率が低下するが、このように赤外光を波長変換層３により熱ではなく有効波長領域の光に変換することにより、太陽電池の温度上昇を抑制し、高い変換効率を維持することができる。

なお、紫外光変換型の波長変換材料を、第１の光電変換素子１および第２の光電変換素子２の、波長変換層３とは反対側の面すなわち太陽光ＩやＩ’が入射する面に配置することで、光電変換素子への紫外光の入射を抑制するとともに紫外光を有効波長領域の光に変換して有効活用することもできる。

以上、本発明の主構成要素である第１の光電変換素子１、第２の光電変換素子２および波長変換層３について詳述してきたが、一般に、太陽電池は図１（ｂ）および（ｃ）に示すようにこれらの主構成要素を第１の表面部材４および第２の表面部材５の間に封止して用いられる。両面受光型の太陽電池である本実施形態においては、第１の表面部材４および第２の表面部材５はいずれも透光性を有している。

第１の表面部材４としては通常透光性基板が用いられ、第１の表面部材４と第１の光電変換素子１との間には第１の封止層６を備えている。このとき、第１の封止層６における第１の光電変換素子１側の面（６Ａ）が、図２（ａ）〜（ｃ）に例示するような微細な凹凸からなる二次元周期構造を有していることが好ましい。なお、本発明における微細な凹凸からなる二次元周期構造とは、材料表面に３００〜３０００ｎｍの範囲のピッチ（ｐ）を有する突起や窪みなどの凹凸が形成されたものである。このように入射光の波長よりも短い周期構造は、モスアイ構造（蛾の目構造）とも呼ばれ、その大きさや形態、製法などについて種々の報告がなされている。

図２（ａ）〜（ｃ）に例示するような微細な凹凸からなる二次元周期構造は、光がその二次元周期構造を有する界面を通過する際、二次元周期構造のピッチ（ｐ）よりも長い波長の光の散乱を低減する効果を持つ。これは、媒質Ａ側から媒質Ｂ側に入射する光に対して、媒質Ａと媒質Ｂとの中間の屈折率を持つ物質が媒質Ａと媒質Ｂとの間に存在するのと同様の効果を及ぼして、反射率が低下するためである（図２（ａ）を参照）。さらに、図２（ａ）および（ｂ）における矩形の凸部Ｓを、図２（ｃ）に示すような先端に行くほど幅ｗが小さくなるような錐形（円錐、四角錐、多角錐など）にすることによって、媒質Ａ
と媒質とＢの間で屈折率が緩やかに変化するようになり、反射率がさらに低下することが知られている。なお、錐形とした場合の先端の形状は、尖っていてもよいし、丸められたものであってもよい。

このような微細な凹凸からなる二次元周期構造を、第１の封止層６の６Ａ面に、３００〜３０００ｎｍのピッチ（ｐ）、すなわち太陽光の波長領域と同程度のピッチ（ｐ）で第１の二次元周期構造として形成することにより、太陽電池に入射した太陽光Ｉの、６Ａ面における散乱を低減し、第１の光電変換素子１に入射する光量を増大することができ、太陽光の利用効率を向上することができる。なお、微細な凹凸の形状は、例えば椀状（ドーム状）や円錐状、角錐状の突起や窪み、波型状等、種々の形状があるが、そのピッチ（ｐ）や凹凸の高低差（ｈ）が太陽光の波長領域と同等な３００〜３０００ｎｍの範囲であれば特に制限するものではない。微細な凹凸のピッチ（ｐ）と高低差（ｈ）の比率（ｈ／ｐ）については、ｈ／ｐを０．２〜５の範囲とすることで、充分な散乱抑制効果が得られるとともに、凹凸の形成工程や太陽電池の組み立て工程等における凹凸の変形や破損の発生を抑えることができ、好ましい。なお、本願の各断面図は模式的なものであり、凹凸の大きさや各層の厚さは実際の寸法関係を反映したものではない。

第１の封止層６の６Ａ面に、このような微細な凸凹からなる第１の二次元周期構造を形成するには、ＣＶＤ法、スパッタ法、エッチング法、研磨法、転写法等の公知の方法を利用すればよい。

第２の表面部材５としては、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの透明なシートや、第１の表面部材４と同様な透光性を有するガラス製やポリカーボネート等の樹脂からなる透光性基板が用いられる。また、図１（ｃ）に示すように第２の表面部材５と第２の光電変換素子２との間に第２の封止層７を備えていてもよい。

ここで、図１（ｂ）のように第２の表面部材５と第２の光電変換素子２とが直接接している場合には、第２の表面部材５における第２の光電変換素子２側の主面（５Ａ）に、上述のような微細な凹凸からなる第２の二次元周期構造を有していることが好ましい。また、図１（ｃ）のように第２の表面部材５と第２の光電変換素子２との間に第２の封止層７を備える場合には、第２の封止層７における第２の光電変換素子２側の面（７Ａ）に、同様に微細な凹凸からなる第２の二次元周期構造を有していることが好ましい。このような構成とすることにより、太陽電池に入射した光Ｉ’の、５Ａ面または７Ａ面における散乱を低減し、第２の光電変換素子２に入射する光量を増大することができ、入射光の利用効率を向上することができる。

なお、６Ａ面および５Ａ面または７Ａ面における二次元周期構造のピッチ（ｐ１）は、紫外光領域の波長よりも大きくすることが好ましい。これにより、電気エネルギーに変換できない波長領域であるとともに太陽電池の構成要素を劣化させる原因となる紫外光を、６Ａ面および５Ａ面または７Ａ面で散乱させて、太陽電池に紫外光が入射する量を低減できる。

二次元周期構造のピッチは、６Ａ面においては紫外光領域の波長の上限近傍、または第１の光電変換素子１が電気エネルギーに変換可能な波長の下限近傍とすることが好ましい。また、５Ａ面または７Ａ面においては、紫外光領域の波長の上限近傍、または第２の光電変換素子２が電気エネルギーに変換可能な波長の下限近傍とすることが好ましい。これにより、光電変換素子に入射し、電気エネルギーに変換されずに光電変換素子を通過する紫外光が、６Ａ面および５Ａ面または７Ａ面において散乱されることにより低減され、太陽電池を構成する材料の紫外光による劣化を抑制することができるとともに、第１の光電変換素子１における有効波長領域の光の６Ａ面における散乱や、第２の光電変換素子２に
おける有効波長領域の光の５Ａ面または７Ａ面における散乱を抑制することができる。

第１の表面部材４は、第１の光電変換素子１や第２の光電変換素子２、波長変換層３等の太陽電池を構成する各要素を保護するものであり、耐候性や機械的強度の点から、ガラス製やポリカーボネート等の樹脂製であることが好ましく、その厚さは３〜５ｍｍ程度とすることが好ましい。

第１の光電変換素子１および第２の光電変換素子２の両主面に設ける電極は、導電性を有する材料で構成されており、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材料や半田等の合金材料、カーボン材料、酸化インジウム錫（ＩＴＯ）などの導電性酸化物材料、およびこれらをフィラーとして含む導電性樹脂材料等から適宜選択することができる。

なお、光電変換素子に用いる電極は、太陽光Ｉ、Ｉ’や波長変換層３で有効波長領域に変換された光の光電変換素子への入射を妨げないように、少なくとも有効波長領域の光に対して透光性を有する材料を使用することが好ましい。また、透光性が低い材料の場合も、光電変換素子の表面を部分的に被覆する形状、例えばメッシュ状等とすることで適用可能である。

封止層６には、たとえばエチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂が用いられ、光電変換素子への接着性、耐久性および加工性の点で、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）やシリコーンなどが１０質量％以下の割合で含まれていてもよい。封止層７を備える場合も同様な材料を用いればよい。また、封止層６、７および波長変換層３の厚さは合計で０．４〜１ｍｍ程度がよい。

図３（ａ）は、本発明の一実施形態である太陽電池モジュールについて示した概略断面図であり、太陽光Ｉが入射する側から、板状の透光性基板である第１の表面部材４、第１の封止層６、複数の第１の光電変換素子１、波長変換層３、複数の第２の光電変換素子２、第２の封止層７、板状の透光性基板である第２の表面部材５の順で積層され、複数の第１の光電変換素子１（第１の光電変換素子１群）および複数の第２の光電変換素子２（第２の光電変換素子２群）はそれぞれインターコネクタ９によって電気的に接続された構成となっている。なお、図３（ｂ）の第１の表面部材４側からみた平面図では、第１の光電変換素子１群およびそれを接続するインターコネクタ９のみを示している。インターコネクタ９には、ハンダを被覆した銅箔等が好適に用いられる。

本実施形態の太陽電池モジュールは、水平面に対して５０〜９０°の傾斜角度で設置することが好ましい。このような傾斜角度とすることで、太陽光ＩおよびＩ’の一日当たりの受光量を増やすことができる。

本実施形態の太陽電池の製造方法について、図１（ｃ）を基に説明する。第１の光電変換素子１および第２の光電変換素子２としては、たとえば光起電力を有する多結晶シリコン基材の両主面にメッシュ状電極として、それぞれ金属Ａｇ粉末を含有する電極ペーストを用いて印刷し、焼き付けたものを用いる。

波長変換層３には、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂粉末と、赤外光変換型の蛍光体である希土類ドープ結晶やガラス等の材料、たとえばＬｉＫＹＦ_５：Ｐｒ^３＋やＹ_２Ｏ_３：Ｐｒ^３＋などの粉末とを用いる。樹脂粉末と蛍光体粉末を所定量配合し、必要に応じてトルエンなどの溶媒を添加して、樹脂粉末が溶解する程度に加熱したロールミルを用いて混合し、樹脂粉末と蛍光体粉末の混合物である波長変換層用の前駆体ペースト（以下、単に前駆体ペーストともいう）を作製する。得られた波長変換層用の前駆体ペーストを、２枚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム間に挟み、ロールプ
レス等を用いて波長変換層３となる所定厚さのシート状成形体を作製する。得られたシート状成形体からポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを剥がして得られたシートを波長変換層３として用いる。

第１の表面部材４、第１の封止層６、第１の光電変換素子１、波長変換層３、第２の光電変換素子２、第２の封止層７および第２の表面部材５を、順次図１（ｃ）のように重ね合わせる。このとき、第１の表面部材４と第１の封止層６とを重ね合わせた後、第１の光電変換素子１を重ねる前に、第１の封止層６の表面に、いわゆるロールツーロール法や転写法等により、所望の微細な凸凹構造を形成することができる。第２の表面部材５と第２の封止層７についても同様な処理を行い、さらに第２の光電変換素子２を重ねた後、これらの光電変換素子側の面を、波長変換層３を介して対向するように重ね合わせることで、所定の箇所に微細な凹凸構造を有する積層体が得られる。得られた積層体は、１００〜２００℃の温度にて加熱圧着するとともに積層体中の樹脂成分を硬化させることにより、太陽電池を作製することができる。なお、重ね合わせた各層間の密着性を向上するため、真空状態で加熱圧着して樹脂成分の硬化処理を行うことが好ましい。また、光電変換素子と、それに隣接する層との界面に、例えばポリエチレンナフタレート樹脂等の透明性を有する樹脂層を配置しても良い。

第１の表面部材４および第２の表面部材５としては、たとえば強化ガラスを用いる。第１の封止層６および第２の封止層７としては、たとえばエチレン−酢酸ビニル共重合体フィルムを用いる。

なお、本実施形態では、樹脂粉末と蛍光体粉末との混合物である波長変換層用の前駆体ペーストを、２枚のポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルム間に挟み、ロールプレス等を用いて波長変換層３となる所定厚さのシート状成形体を予め作製したが、第１の表面部材４の上に配置した第１の光電変換素子１の主面上や、第２の表面部材５の上に配置した第２の光電変換素子２の主面上に、樹脂粉末と蛍光体粉末の混合物を塗布することで波長変換層３を形成してもよい。

以上、本発明の実施形態の一例である太陽電池および太陽電池モジュールについて説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で種々変更したものについても適用することができる。

１、１０１：（第１の）光電変換素子
２：第２の光電変換素子
３：波長変換層
４、１０４：第１の表面部材（透光性基板）
５、１０５：第２の表面部材（カバー層）
６、１０６：第１の封止層（受光面側封止層）
７、１０７：第２の封止層（裏面側封止層）
１０８：反射層
９：インターコネクタ
Ｉ：太陽光

Claims

いずれも透光性を有する第１の表面部材および第２の表面部材の間に、第１の光電変換素子、波長変換層および第２の光電変換素子がこの順に配置され、前記第１の表面部材と前記第１の光電変換素子との間に第１の封止層を備えており、該第１の封止層の前記第１の光電変換素子側の面が、凸凹からなる第１の二次元周期構造を有するとともに、該第１の二次元周期構造のピッチが、３００〜３０００ｎｍの範囲であることを特徴とする太陽電池。
前記波長変換層が、赤外光領域の波長を有する光を、前記第１の光電変換素子および前記第２の光電変換素子のうち少なくとも一方により電気エネルギーに変換可能な波長の光に変換する、赤外光変換機能を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
前記第１の二次元周期構造の前記ピッチが、紫外光領域の波長よりも大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
前記第１の二次元周期構造の前記ピッチが、紫外光領域の波長の上限近傍または前記第１の光電変換素子が電気エネルギーに変換可能な波長の下限近傍であることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
前記第２の表面部材の前記第２の光電変換素子側の面が、凸凹からなる第２の二次元周期構造を有するとともに、該第２の二次元周期構造のピッチが、３００〜３０００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池。
前記第２の表面部材と前記第２の光電変換素子との間に第２の封止層を備え、
該第２の封止層の前記第２の光電変換素子側の面が、凸凹からなる第２の二次元周期構造を有するとともに、該第２の二次元周期構造のピッチが、３００〜３０００ｎｍの範囲であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の太陽電池。
前記第２の二次元周期構造の前記ピッチが、紫外光領域の波長よりも大きいことを特徴とする請求項５または６に記載の太陽電池。
前記第２の二次元周期構造の前記ピッチが、紫外光領域の波長の上限近傍または前記第２の光電変換素子が電気エネルギーに変換可能な波長の下限近傍であることを特徴とする
請求項５または６に記載の太陽電池。
請求項１乃至８のいずれかに記載の太陽電池の複数個を用い、配線を介して前記第１の光電変換素子同士および前記第２の光電変換素子同士をそれぞれ電気的に接続してなることを特徴とする太陽電池モジュール。
請求項９に記載の太陽電池モジュールを、水平面に対して５０〜９０°の傾斜角度で設置することを特徴とする太陽電池モジュールの設置方法。