JP6434481B2 - 光電変換モジュール - Google Patents

Description

本発明は、光電変換モジュールおよび光電変換装置に関する。

近年、地球温暖化防止の観点から、発電時に二酸化炭素の排出の無い太陽電池が注目され
ている。最近では、国からの補助金制度が開始され、また、太陽電池自体の価格も低下し
ているため、大規模な太陽光発電施設だけでなく、住宅の屋根や屋外に設けて発電すると
いうように、一般家庭にも広く普及している。

そのため、太陽電池の発電量を増加させる様々な方法が提案されている。その中の１つと
して、光電変換セルの設けられていない領域に入射される光を、光電変換セルに導くこと
により、太陽電池の発電量を増加させる方法が考えられている。

上記方法としては、例えば特許文献１に、光電変換セルの隙間に光反射部分を設け、光電
変換セルを覆う状態に透光性基板を設けることにより、光電変換セルの設けられていない
、光電変換セルの隙間に入射した光を、まず光反射部分により反射し、さらに透光性基板
を用いて反射することにより、光電変換セルに導く方法が提案されている。

特開平１１−２９８０２９号公報

しかし、特許文献１のように、光電変換セルの隙間に入射される光を、二度の反射により
光電変換セルに導く方法では、透光性基板界面での全反射を用いて二度目の反射を行うた
め、光反射部分により反射された光の大部分は外部に出てしまう（つまり、透光性基板で
反射されない）。したがって、光電変換セルの隙間に入射された光が発電に寄与する割合
は微々たるものである。

本発明は、このような技術的背景のもとでなされたものである。したがって、その目的は
、光電変換セルの設けられていない領域に入射される光を高い効率で光電変換できる、高
い発電量の光電変換モジュールを提供することを課題とする。

上記目的を達成するために、本発明者は、入射光を光電変換セルに導くための反射部材を
設ける箇所に着目した。具体的には、光電変換セルの設けられていない領域である、光電
変換セルの隙間または光電変換セルの外周に、頂部が光電変換セルの表面より入射光側と
なる、すなわち光電変換セルの表面より高い位置に頂部を有するように反射部材を設けれ
ばよい。これにより、光電変換セルの隙間や光電変換セルの外周に入射する、本来なら発
電に寄与しない光を、反射部材により反射させて光電変換セルに導くことができる。また
、反射部材の頂部が光電変換セル表面より入射光側にある、すなわち光電変換セルの表面
より高い位置に頂部を有するため、太陽光を１回の反射により光電変換セルに導くことが
できる。

すなわち、本発明の一態様は、保護層と、保護層上に設けられた光電変換セルと、光電変
換セルの隙間または光電変換セル外周の保護層上に設けられた反射部材とを含み、反射部
材の頂部から保護層に対して垂直に切断した断面形状が光入射方向に頂部を有する、すな
わち光電変換セルの表面より高い位置に頂部を有する略三角形状であり、反射部材の表面
は７０％以上の可視光反射率および７０％以上の赤外光反射率を有しており、反射部材の
頂部が光電変換セル表面より高い位置にあることを特徴とする光電変換モジュールである
。

上記本発明の一態様によれば、本来なら発電に寄与しない入射光を反射部材により反射さ
せ、一度の反射により光電変換セルに導くことができる。これにより、高い発電量の光電
変換モジュールを提供できる。

また、本発明の一態様は、保護層と、保護層上に設けられた光電変換セルと、光電変換セ
ルを覆う封止層と、封止層上に設けられた反射部材とを含み、反射部材の頂部から保護層
に対して垂直に切断した断面形状が光入射方向に頂部を有する、すなわち光電変換セルの
表面より高い位置に頂部を有する略三角形状であり、反射部材の表面は７０％以上の可視
光反射率および７０％以上の赤外光反射率を有しており、光電変換セルの隙間または光電
変換セルの外周と反射部材が重畳することを特徴とする光電変換モジュールである。

上記本発明の一態様によれば、反射部材が光電変換セルと重畳して設けられても、封止層
により光電変換セルと反射部材を絶縁状態に保てる。これにより、高い発電量の光電変換
モジュール、歩留まりを低下させることなく提供できる。

また、本発明の一態様は、反射部材の頂部および頂部から最も近い底辺端部を結ぶ直線と
、保護層の交差角度が４５°超かつ９０°未満であることを特徴とする光電変換モジュー
ルである。

上記本発明の一態様によれば、反射部材により反射した入射光を、光電変換セルに効率良
く導くことができる。このため、高い発電量の光電変換モジュールを提供できる。

また、本発明の一態様は、光電変換セルと反射部材の重畳する面積が、光電変換セルの隙
間および光電変換セルの外周と反射部材が重畳する面積よりも小さいことを特徴とする光
電変換モジュールである。

上記本発明の一態様によれば、反射部材と光電変換セルが重畳することにより生じる発電
量の低下分より、反射部材を設けることより生じる発電量の増加分が大きくなる。このた
め、高い発電量の光電変換モジュールを提供できる。

また、本発明の一態様は、反射部材を自在に着脱できることを特徴する光電変換モジュー
ルである。

上記本発明の一態様によれば、経時劣化や破損により性能が低下した反射部材の交換を行
うことができる。このため、発電量の低下が抑制された光電変換モジュールを提供できる
。

また、本発明の一態様は、光源の位置を逐次追尾して、光電変換モジュールの角度を自動
制御する機能を有することを特徴とする、光電変換装置である。

上記本発明の一態様によれば、反射部材の影が光電変換セルにかかることによる発電量の
低下を抑制できる。このため、高い発電量の光電変換装置を提供できる。

なお、本明細書において、「Ａの上にＢが形成されている」、あるいは、「Ａ上にＢが形
成されている」、と明示的に記載する場合は、Ａの上にＢが直接接して形成されているこ
とに限定されない。直接接してはいない場合、つまり、ＡとＢとの間に別の対象物が介在
する場合も含むものとする。ここで、Ａ、Ｂは、対象物（例えば装置、素子、回路、配線
、電極、端子、膜、または層など）であるとする。

したがって、例えば、層Ａの上または層Ａ上に層Ｂが形成されていると明示的に記載され
ている場合は、層Ａの上に直接接して層Ｂが形成されている場合と、層Ａの上に直接接し
て別の層（例えば層Ｃや層Ｄなど）が形成されていて、その上に直接接して層Ｂが形成さ
れている場合とを含むものとする。なお、別の層（例えば層Ｃや層Ｄなど）は、単層でも
よいし、複層でもよい。

また、本明細書において、「Ａの周囲をＢで覆う」、と明示的に記載する場合においても
、上記と同様に、Ａの外周にＢが直接接して形成されている場合と、Ａの外周とＢとの間
に別の対象物が介在する場合を含むものとする。

また、本明細書において「光電変換層」とは、光電効果（内部光電効果）を発現する半導
体の層を含む他、内部電界や半導体接合を形成するために接合された不純物半導体層を含
めたものをいう。すなわち、光電変換層とは、ｐｎ接合を代表とする、キャリア濃度が異
なる複数の半導体層を接合した半導体層が含まれる。

また、本明細書において「光電変換セル」とは、発電に寄与する一つの光電変換セルのこ
とを示し、例えば、ｐｎ接合が形成された半導体層と上下の電極を含んだ構成がある。ま
た、「光電変換モジュール」とは、複数の光電変換セルが接続配線により電気的に直列接
続および／または並列接続された構成のことを示す。また、「光電変換装置」とは、光電
変換モジュールに加えて光電変換モジュールを駆動する機構を含んだ構成のことを示す。

また、本明細書において「第１」、「第２」、「第３」又は「第４」等の数詞の付く用語
は、要素を区別するために便宜的に用いているものであり、数的に限定するものではなく
、また配置及び段階の順序を限定するものでもない。

また、本明細書において、光電変換セルに直接入射される光を「直接入射光」と呼称し、
反射部材等を介して光電変換セルに間接的に入射される光を「間接入射光」と呼称する。

また、本明細書において、「可視光反射率がＸ％以上」という表現が用いられているが、
これは、可視光領域全域において反射率Ｘ％以上である必要はなく、一部の可視光領域に
おいて反射率がＸ％以上であればよい。また、「赤外光反射率がＹ％以上」という表現に
ついても同様である。

本発明によれば、光電変換セルの設けられていない領域に入射される光も光電変換できる
、高い発電量の光電変換モジュールを提供できる。また、発電量の低下が抑制された光電
変換モジュールを提供できる。さらに、高い発電量の光電変換装置を提供できる。

実施の形態に係わる光電変換モジュールの構成を説明する図。 実施の形態に係わる光電変換セルの構成を説明する図。 実施の形態に係わる反射部材の構成を説明する図。 実施の形態に係わる光電変換モジュールの効果を説明する図。 実施の形態に係わる光電変換モジュールの構成を説明する図。 実施の形態に係わる光電変換セルの構成を説明する図。 実施の形態に係わる光電変換モジュールの効果を説明する図。 本発明に係る光電変換モジュールを用いた、光電変換装置の形態を説明する図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、本発明は以下の説明に限定さ
れず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し
得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、本発明は以下に示す実施の形態の
記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する発明の構成において
、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、
その繰り返しの説明は省略する。

（実施の形態１）
本実施の形態では、開示する発明の一態様に係る光電変換モジュールについて、図１乃至
図４を用いて説明する。

＜本実施の形態における光電変換モジュールの構成＞
図１および図２に本実施の形態における光電変換モジュールの構成図の一例を示す。図１
（Ａ）は、同一基板上に複数の光電変換セルが設けられ、複数の光電変換セルが直列接続
および／または並列接続された光電変換モジュールの平面模式図の一例である。また、図
１（Ａ）中の一点鎖線Ｘ１−Ｘ２に対応する断面の模式図を図１（Ｂ）に示す。なお、図
２（Ａ）では、煩雑になることを避けるため、光電変換モジュールの構成要素の一部（例
えば、保護基板１０２ａなど）を省略している。

また、図１（Ａ）中の二点鎖線で囲まれた部分（ａ部分）の拡大図を図２（Ａ）に示すと
共に、図２（Ａ）の一点鎖線Ｙ１−Ｙ２に対応する断面の模式図を図２（Ｂ）に示す。

なお、保護層上に設ける光電変換セルの個数や面積、光電変換セル同士の直列接続あるい
は並列接続の方法、光電変換モジュールからの電力の取り出し方法などは任意であり、所
望の電力（および電流、電圧）や設置場所などに応じて、実施者が適宜設計すればよい。

本実施の形態の光電変換モジュール１００は、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように
、保護層１０２と、所定の間隔を隔てて配置された光電変換セル１０４と、接続配線１０
６と、光電変換セル１０４の隙間や光電変換セル１０４の外周に設けられた反射部材１０
８と、光電変換セル１０４および反射部材１０８を覆う封止層１１０を含んで構成される
。

保護層１０２は、少なくとも保護基材１０２ａを有しており、さらに保護基材１０２ａに
接して保護樹脂１０２ｂを有していてもよい。保護基材１０２ａとしては、例えば、エチ
レンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリエ
ーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート樹脂（ＰＥＮ）、ポリビニル
アルコール樹脂（ＰＶＡ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）
、ＡＢＳ樹脂などの各種プラスチック基板、または、表面に絶縁膜が形成されたアルミ基
板、ステンレス基板、銅基板などの金属基板、または、青板ガラス、白板ガラス、鉛ガラ
ス、強化ガラス、セラミックガラスなどの各種ガラス基板、または、石英基板、セラミッ
ク基板、サファイヤ基板などを用いることができる。なお、上記以外でも、本発明の一態
様である光電変換モジュールの作製プロセスに耐えうる基材であれば特に限定されない。
また、保護層１０２側からも光が入射する場合は、保護基材１０２ａとして、可視光透過
率が８０％以上、より望ましくは９０％以上の透光性を有する基材を用いることが好まし
い。

保護樹脂１０２ｂとしては、例えば、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリエチレ
ンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリエチレン
ナフタレート樹脂（ＰＥＮ）、ポリビニルアルコール樹脂（ＰＶＡ）、ポリカーボネート
樹脂（ＰＣ）、ナイロン樹脂、アクリル樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリエーテル
エーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリスルホン樹脂（ＰＳ
Ｆ）、ポリエーテルイミド樹脂（ＰＥＩ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、ポリブチレ
ンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、
ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、ポリイソブチレン樹脂（ＰＩＢ）、塩素化ポリエーテ
ル樹脂（ＣＰ）、メラミン樹脂（ＭＦ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、塩化ビニリデン樹脂（
ＰＶＤＣ）ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、フェノール樹
脂（ＰＦ）、フラン樹脂（ＦＦ）、不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、酢酸セルロース樹
脂（ＣＡ）、ユリア樹脂（ＵＦ）、キシレン樹脂（ＸＲ）、ジアリルフタレート樹脂（Ｄ
ＡＰ）、ポリ酢酸ビニル樹脂（ＰＶＡｃ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、フッ素樹脂、Ａ
ＢＳ樹脂などの各種有機樹脂材料を用いることができる。なお、上記以外でも、本発明の
一態様である光電変換モジュールの作製プロセスに耐えうる樹脂材料であれば特に限定さ
れない。また、保護層１０２側からも光が入射する場合は、保護樹脂１０２ｂとして、可
視光透過率が８０％以上、より望ましくは９０％以上の透光性を有する樹脂材料を用いる
ことが好ましい。

光電変換セル１０４の形状や設置状態は特に限定されないが、保護層１０２上に複数枚の
光電変換セル１０４を設けた際に生じる光電変換セル１０４間の隙間が小さくなるように
設置することが望ましい。しかし、例えば、単結晶シリコンウエハを用いて作製する光電
変換セルでは、シリコンインゴットをスライスして作製した丸形シリコンウエハの端部の
一部を除去した多角形状の単結晶シリコンウエハを用いる。このため、光電変換セルを保
護層上に効率的に設けた場合でも隙間が生じる。この隙間に対して、図１（Ａ）のように
反射部材１０８を設けることで、発電に寄与しない面積を減らし、光電変換モジュールの
発電量を増加させることができる。

光電変換セル１０４は、図２（Ｂ）に示すとおり、外部から入射される光エネルギー（例
えば太陽光など）を受光して、電気エネルギーに変換する機能を有する光電変換層１１２
と、光電変換層１１２の一面に接して設けられた第１の電極１１４と、光電変換層１１２
の他の一面に接して設けられた導電防止層１１６と、導電防止層１１６を貫通し光電変換
層１１２と電気的に接続された第２の電極１１８を含んだ構造である。また、光電変換セ
ル１０４は、第１の電極１１４と保護層の間に設けられた第１の導電性材料１２０および
、第２の電極と電気的に接続された第２の導電性材料１２２を介して、接続配線１０６に
より電気的に接続されている。なお、接続配線１０６の一部は、外部装置（例えば、パワ
ーコンディショナーや蓄電装置など）と光電変換モジュールを接続する外部接続端子とし
ても機能する。

本実施の形態における光電変換層１１２は、図２（Ｂ）に示すように、光電変換層１１２
の中心に位置する第１の半導体層１１２ａ、第１の半導体層１１２ａの一面に形成された
第２の半導体層１１２ｂおよび、第１の半導体層１１２ａの他の一面に形成された第３の
半導体層１１２ｃの三層から成る構造である。

第１の半導体層１１２ａとしては、例えば、結晶シリコン（単結晶シリコン、多結晶シリ
コン、微結晶シリコンなど）、または非晶質シリコンを用いることができる。または、結
晶シリコンと非晶質シリコンとを含有する材料、あるいは、窒素又は炭素を含有するシリ
コン材料などを用いることができる。

第２の半導体層１１２ｂおよび第３の半導体層１１２ｃは、第１の半導体層１１２ａに熱
拡散法、イオンドーピング法などにより導電型を付与する不純物元素を添加することで形
成することができる。なお、ｐ型を付与する不純物としては、周期表第１３元素であるボ
ロンまたはアルミニウムなどが挙げられる。また、ｎ型を付与する不純物としては、周期
表第１５元素であるリン、砒素、またはアンチモンなどが挙げられる。

また上記形成方法以外にも、ＰＥＣＶＤ法、熱ＣＶＤ法またはスパッタ法を用いて、第１
の半導体層１１２ａ、第２の半導体層１１２ｂおよび第３の半導体層１１２ｃを積層して
、光電変換層１１２を形成してもよい。

本実施の形態における光電変換層１１２は、第１の半導体層１１２ａとしてｐ型の単結晶
シリコンウエハを用い、第１の半導体層１１２ａの一面に、ｐ型を付与する不純物元素を
添加して第２の半導体層１１２ｂを形成し、第１の半導体層１１２ａの他の一面に、ｎ型
を付与する不純物元素を添加して第３の半導体層１１２ｃを形成した３層構造である。

なお、光電変換層１１２の構造は上記構造に限らず、ｐ型半導体層とｎ型半導体層を、そ
れぞれ少なくとも１層以上含んで構成された、光電効果を有する層であればよい。また、
シリコン材料に依らず、ＣＩＧＳ（Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２）、ＣｄＴｅなどの化合物
半導体、あるいは、ＩＩＩ族からＶ族の元素を含む化合物半導体を用いて形成してもよい
。

第１の電極１１４としては、例えば、アルミニウム、銀、ニッケル、銅、錫、チタン、モ
リブデン、タングステン、タンタル、又はクロムなどの金属材料や、これらの金属材料を
含む合金やペースト材料を、印刷法、蒸着法またはスパッタ法など用いて単層または積層
で形成して用いることができる。

導電防止層１１６としては、例えば、酸化シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコン又
は窒化酸化シリコン、酸化チタンを、化学気相成長法（ＣＶＤ法）またはスパッタ法など
を用いて単層または積層で形成して用いることができる。なお、導電防止層１１６は、入
射光の反射を防止する、反射防止膜としての機能を有することが好ましい。これにより、
導電防止層１１６で生じる入射光の反射が抑制され、光電変換モジュールの発電量を増加
させることができる。

第２の電極１１８、第１の導電性材料１２０および第２の導電性材料１２２としては、例
えば、ニッケル、アルミニウム、銀、はんだを含有するペースト材料や鉛フリーはんだな
どを、印刷法、滴下法や塗布法などにより形成すればよい。なお、図２（Ｂ）において、
第２の電極１１８は導電防止層１１６に埋め込まれた状態に形成されている（以下、埋め
込み電極と呼称する）。このような埋め込み電極の作製方法の一例としては、導電防止層
１１６上に第２の電極１１８を印刷法、滴下法や塗布法などにより形成した後に加熱処理
を行い、第２の電極１１８の成分を導電防止層１１６中に拡散して貫通させる方法（ファ
イヤースルー、焼成貫通とも呼ばれる）がある。

接続配線１０６としては、例えば、錫メッキ銅線、はんだメッキ銅線、アルミ箔、銀箔、
銅箔、ニッケル箔または錫箔などの金属箔を用いることができる。また、ニッケル、アル
ミニウム、銀、はんだなどを含有するペースト材料やはんだなどを、印刷法や滴下法など
により導線として形成することも可能である。なお、接続配線１０６は、第１の導電性材
料１２０および第２の導電性材料１２２により、光電変換セル１０４と接着されることが
好ましい。

反射部材１０８としては、保護層１０２と直接接しない面（図１（Ｂ）での斜面部分に相
当する）に、入射光を反射する材質が形成され、頂部および底辺端部を結ぶ直線と、保護
層の交差角度（図３（Ａ）の角θ）が４５°超かつ９０°未満であることを特徴とする。
例えば、図３（Ａ）のように、反射部材１０８全体が反射材料２００で形成された構造を
用いることができる。なお、図３（Ａ）乃至図３（Ｄ）に示す構造物は、全て反射部材１
０８の一例を表したものである。

反射材料２００に用いる材料としては、例えば、アルミ（Ａｌ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ
）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、プラチナ（Ｐｔ）、スズ（Ｓｎ）、銅（Ｃｕ）
、タングステン（Ｗ）や、これらの合金が挙げられる。また、反射率を高めるため、酸化
シリコン、酸化窒化シリコン、窒化シリコンまた窒化酸化シリコンなどで表面が覆われて
いてもよい。なお、反射材料２００は上記材料に限定されず、可視光反射率および赤外光
反射率が７０％以上の材料であれば特に限定はされない。

また、図３（Ｂ）のように、基材２０２の表面に反射材料２００が形成された構造を用い
てもよい。基材２０２の表面のみに反射材料２００を形成することで、反射部材１０８を
安価に作製できる。なお、反射材料２００の形成方法としては、スパッタ法、真空蒸着法
、化学気相成長法（ＣＶＤ）やメッキ処理などを用いることができる。また、反射材料２
００として機能する材料を、基材２０２の表面に直接塗布してもよい。

基材２０２に用いる材料としては、例えば、各種樹脂や各種ガラスなどの安価な材料を用
い、金型などの大量形成が可能な装置を用いて作製すればよい。これにより、反射部材１
０８の価格を安価にすることができるため、大幅なコスト上昇を伴うことなく光電変換モ
ジュールの発電量を増加することができる。

また、反射部材１０８は断面形状が略三角形状であればよいため、図３（Ｃ）のように、
全体が反射材料２００で形成され、表面に凹凸を有する構造や、図３（Ｄ）のように、表
面に凹凸を有する基材２０２の表面に反射材料２００を形成した構造としてもよい。

なお、本実施の形態では、図１（Ａ）のように光電変換セルの隙間部分と光電変換セルの
外周に設けられた反射部材１０８の形状が異なっているが、本発明は、これに限定される
ものではない。例えば、光電変換セルの隙間部分に設けられた形状の反射部材１０８を、
光電変換セルの外周に設けてもよい。

封止層１１０としては、少なくとも封止樹脂１１０ａを有しており、さらに封止樹脂１１
０ａに接して封止基材１１０ｂを有していてもよい。封止樹脂１１０ａとしては、例えば
、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）、
ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート樹脂（ＰＥＮ）、ポリ
ビニルアルコール樹脂（ＰＶＡ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ナイロン樹脂、アク
リル樹脂、ポリアクリルニトリル樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、
ポリスチレン樹脂（ＰＳ）、ポリスルホン樹脂（ＰＳＦ）、ポリエーテルイミド樹脂（Ｐ
ＥＩ）、ポリアリレート樹脂（ＰＡＲ）、ポリブチレンテレフタレート樹脂（ＰＢＴ）、
ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、
ポリイソブチレン樹脂（ＰＩＢ）、塩素化ポリエーテル樹脂（ＣＰ）、メラミン樹脂（Ｍ
Ｆ）、エポキシ樹脂（ＥＰ）、塩化ビニリデン樹脂（ＰＶＤＣ）ポリプロピレン樹脂（Ｐ
Ｐ）、ポリアセタール樹脂（ＰＯＭ）、フェノール樹脂（ＰＦ）、フラン樹脂（ＦＦ）、
不飽和ポリエステル樹脂（ＵＰ）、酢酸セルロース樹脂（ＣＡ）、ユリア樹脂（ＵＦ）、
キシレン樹脂（ＸＲ）、ジアリルフタレート樹脂（ＤＡＰ）、ポリ酢酸ビニル樹脂（ＰＶ
Ａｃ）、ポリエチレン樹脂（ＰＥ）、フッ素樹脂、ＡＢＳ樹脂などの各種有機樹脂材料を
用いることができる。なお、封止樹脂１１０ａは、可視光透過率が８０％以上、より望ま
しくは９０％以上の透光性を有する樹脂材料を用いることが好ましい。また、上記以外で
も、本発明の一態様である光電変換モジュールの作製プロセスに耐えうる樹脂材料であれ
ば特に限定されない。

また、上記樹脂材料を含んで形成される各種フィルムを、封止樹脂１１０ａとして用いて
もよい。その際は、光電変換セル１０４と封止層１１０の間になるべく隙間が発生しない
ように、図３（Ｅ）に示すように、反射部材１０８の形状と同様の凹部を封止樹脂１１０
ａに形成し、加熱処理による溶着などにより貼り合わせることが好ましい。または、上記
、凹部を設けた封止樹脂１１０ａに反射部材１０８を埋め込んでから、光電変換セル１０
４、保護層１０２と貼り合わせてもよい。

封止基材１１０ｂとしては、各種ガラス基板や、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥ
Ｔ）、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリエチレンナフタレート樹脂（ＰＥＮ）
、ポリビニルアルコール樹脂（ＰＶＡ）、ポリカーボネート樹脂（ＰＣ）、ポリエチレン
樹脂（ＰＥ）、ＡＢＳ樹脂などの各種プラスチック基板を用いることができる。

光電変換セル１０４の周囲を封止樹脂１１０ａおよび保護樹脂１０２ｂで覆うことにより
、外部から光電変換セルへの気体成分、水分およびゴミの侵入を抑制することができる。
さらに、外部から光電変換セルへの物理的な衝撃を低減することができる。このため、光
電変換セル１０４の性能劣化を抑制できる。

なお、封止層１１０は、可視光透過率および赤外光透過率が８０％以上、より望ましくは
９０％以上の透光性を有することが好ましい。

＜本実施の形態における光電変換モジュールの効果＞
本実施の形態の構成を有する光電変換モジュールに対して、外部から光が入射された際の
入射光の進行経路を図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示す。光電変換セルの隙間や光電変換
セルの外周への入射光４００は、反射部材１０８の斜面で反射され、光電変換セル１０４
に導かれる。本実施の形態に記載した構成の光電変換モジュール１００では、反射部材１
０８の頂部が、光電変換セル１０４表面より光入射方向側にある、すなわち光電変換セル
１０４の表面より高い位置に頂部を有するため、入射光は反射部材１０８の斜面での反射
により光電変換セル１０４に到達する。光電変換セルの隙間や光電変換セルの外周への入
射光４００を、光電変換セル１０４へ効果的に導くために、反射部材１０８における頂部
および底辺端部を結ぶ直線と、保護層との交差角度（図３（Ａ）のθ部分）を、４５°超
かつ９０°未満とすればよい。

なお、図４（Ａ）と比較して、図４（Ｂ）のように反射部材１０８の傾斜角度を大きくす
ることにより、入射光が封止層１１０中を通過する距離を短縮することができる。封止層
１１０は材料により異なるものの、紫外光領域、可視光領域、赤外光領域の光を少なから
ず吸収する性質を有するため、入射光４００が封止層１１０中を通過する距離を短縮する
ことにより、封止層１１０による光吸収損失を抑制し、光電変換モジュール１００の発電
量を増加することができる。なお、図４（Ａ）および図４（Ｂ）では、反射部材１０８は
封止層１１０の表面から露出しない状態に設けられているが、特にこれに限定されること
はない。

以上のように、光電変換モジュールに本実施の形態の構成を用いることにより、効率の高
い光電変換モジュールを提供できる。

なお、本実施の形態のように、反射部材１０８の頂部が光電変換セル１０４の表面より入
射光側になるように、すなわち光電変換セル１０４の表面より高い位置に頂部を有するよ
うに設けられた光電変換モジュールでは、入射光の角度により光電変換セル１０４の一部
が反射部材１０８の影に覆われ、発電量が減少する可能性がある。

光電変換セル１０４の一部が反射部材１０８の影に覆われないようにするため、本実施の
形態に記載された光電変換モジュール１００を用いて光電変換装置を作製する際は、光電
変換装置に、光源の位置を逐次追尾して光電変換モジュール１００の角度を自動的に制御
する機能を加えることが好ましい。これにより、反射部材１０８の影に起因した光電変換
装置の発電量低下を抑制することができる。このような光源追尾機能としては、例えば、
光電変換モジュールにフォトセンサーなどの光量検出機能を有する装置（以下、光量検出
装置と呼称する）を２つ以上設け、各光量検出装置の検出量を比較して光電変換モジュー
ル１００を最適な角度（つまり、反射部材１０８の陰が極力発生しない角度）に制御する
方法などがある。なお、光源追尾機能については上記の例に限定されることはなく、既知
の様々な技術を使用できる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１にて記載した本発明の一態様とは一部の構成が異なる光
電変換モジュールについて、図５乃至図７を用いて説明する。

＜本実施の形態における光電変換モジュールの構成＞

図５に本実施の形態における光電変換モジュールの構成図を示す。図５（Ａ）は本実施の
形態における光電変換モジュールの上面図であり、同一基板上に複数の光電変換セルが設
けられ、複数の光電変換セルが直列接続および／または並列接続された光電変換モジュー
ルの平面の模式図である。また、図５（Ａ）中の一点鎖線Ｚ１−Ｚ２に対応する断面の模
式図の一例を図５（Ｂ）に示す。なお、図５（Ａ）中の二点鎖線で囲まれた部分（ａ部分
）については、図２（Ａ）と同じであるため、ここでは説明を省略する。

本実施の形態の光電変換モジュール５００は、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように
、保護層１０２と、所定の間隔を隔てて配置された光電変換セル１０４と、接続配線１０
６と、光電変換セル１０４を覆う状態に設けられた封止層１１０と、光電変換セル１０４
の隙間や光電変換セル外周の封止層１１０上に設けられた反射部材１０８を含んで構成さ
れる。なお、各構成要素の詳細については実施の形態１と同じであるため、ここでは説明
を省略する。

本実施の形態の光電変換モジュール５００では、図５（Ｂ）に示すように反射部材１０８
が封止層１１０上に設けられた構造となる。

光電変換セル１０４は図２（Ｂ）に示すとおり、表面に第２の電極１１８、第２の導電性
材料１２２および接続配線１０６が設けられている。このため、光電変換セル１０４の表
面は導電性を有している。また、反射部材１０８は、反射材料２００としてアルミなどの
導電性を有する材料が用いられた場合、表面は導電性を有することとなる。したがって、
実施の形態１のように、光電変換セルの隙間や光電変換セルの外周に反射部材１０８を設
ける場合は、反射部材１０８と光電変換セル１０４が接触しないように、反射部材１０８
と光電変換セル１０４の間にスペースを確保して設置する必要がある。

本実施の形態では、光電変換セル１０４上に封止層１１０を設け、封止層１１０上に反射
部材１０８を設けているため、反射部材１０８が光電変換セル１０４と重畳した状態に設
けられても、光電変換セル１０４と反射部材１０８を絶縁状態に保てる。このため、本実
施の形態に示す光電変換モジュール５００では、図５（Ａ）および図５（Ｂ）のように、
光電変換セル１０４の隙間面積と反射部材１０８の底面積を同じにすることが可能となる
。これにより、光電変換モジュールの作製歩留まりを低下させることなく、光電変換モジ
ュールの発電量を増加させることができる。

なお、本実施の形態よりも光電変換セルの隙間部分が大きい他の光電変換モジュールと反
射部材を共用する場合、図６に示すように、光電変換セル１０４の隙間面積よりも、底面
積の大きい反射部材１０８を、本実施の形態の光電変換モジュールに用いる必要が生じる
場合がある。この場合、光電変換セル１０４と反射部材１０８が重畳する面積をα、光電
変換セル１０４の隙間や外周と反射部材１０８が重畳する面積をβとすると、α＜βとす
ることにより、光電変換モジュール５００の発電量を増加させることができる。このよう
に、複数の光電変換モジュールで反射部材を共用することができるため、反射部材の作製
コストを低減できる。

なお、反射部材１０８を封止層１１０上に設ける方法としては、例えば、両面テープなど
の接着テープや各種接着剤を用いて固定すればよく、好ましくは耐水性を有していること
が望まれる。また、反射部材１０８の底面と封止層１１０の表面の両方が高い平滑性を有
しており、両者を押し当てて接着できる（真空接着ともいわれる）場合は、接着テープや
接着剤を必ずしも用いる必要はない。

また、反射部材１０８は、固定後においても実施者が必要に応じて着脱可能な状態に設け
てもよい。これにより、経時劣化や破損により性能が低下した反射部材１０８の交換を行
うことができるため、光電変換モジュール５００の発電量低下を抑制することができる。
なお、着脱可能な状態に設ける方法としては、例えば、封止層１１０に変形や亀裂などの
ダメージを与えない程度の物理的な力で剥離することの可能な、弱粘着の接着剤および接
着テープ、特定波長の光を照射することにより粘着性が低下する接着剤および接着テープ
などを用いることができる。

＜本実施の形態における光電変換モジュールの効果＞
本実施の形態の構成を有する光電変換モジュール５００に対して、外部から光が入射され
た際の入射光の進行経路を図７（Ａ）および図７（Ｂ）に示す。光電変換セル１０４の隙
間や光電変換セル１０４の外周への入射光４００が、反射部材１０８の斜面で反射され、
光電変換セル１０４に導かれる。本実施の形態に記載した構成の光電変換モジュール５０
０では、反射部材１０８の頂部が、光電変換セル１０４の表面より光入射方向側にある、
すなわち光電変換セル１０４の表面より高い位置に頂部を有するため、入射光は反射部材
１０８の斜面での反射のみにて光電変換セル１０４に到達する。

また、図７（Ａ）と比較して、図７（Ｂ）のように反射部材１０８の傾斜角度を大きくす
ることにより、入射光４００が封止層１１０中を通過する距離を短縮することができる。
封止層１１０は材料により異なるものの、紫外光領域、可視光領域、赤外光領域の光を少
なからず吸収する性質を有するため、入射光が封止層１１０中を通過する距離を短縮する
ことにより、光電変換モジュール５００の発電量を増加することができる。

以上のように、光電変換モジュールに本実施の形態の構成を用いることにより、効率の高
い光電変換モジュールを提供できる。

なお、本実施の形態のように、反射部材１０８の頂部が光電変換セル１０４の表面より入
射光側になるように、すなわち光電変換セル１０４の表面より高い位置に頂部を有するよ
うに設けられた光電変換モジュール５００では、入射光の角度により光電変換セルの一部
が反射部材１０８の影に覆われ、発電量が減少する可能性があるため、実施の形態１と同
様に、光源追尾機能を加えることが望ましい。

（実施の形態３）
本実施の形態では、本発明に係る光電変換モジュールの使用形態の一例について説明する
。以下に、本発明に係る光電変換モジュールを有する装置の具体例に関して図８を参照し
て説明する。なお、本実施の形態では、具体例として光電変換モジュールが設けられた人
工衛星、および照明付き電柱についてのみ記載しているが、本発明に係る光電変換モジュ
ールを備え、かつ光電変換モジュールにより発電された電気を使用する或いは蓄える機能
を有しているものは、全て光電変換モジュールを有する装置とみなせる。

図８（Ａ）は人工衛星であり、光電変換モジュール８００、光電変換モジュール固定機構
８０１を有し、光電変換モジュール８００にて発電された電力を用いて、人工衛星ユニッ
ト８０２の一部または全部を動作させる。光電変換モジュール８００は、本明細書にて説
明した機構を有しており、入射光を効率的に光電変換できるため、高い発電量が得られる
。したがって、多くの電力を安定して得られるため、惑星調査等に必要な様々な機器を、
人工衛星ユニット８０２に組み込むことができる。なお、人工衛星のような過酷な環境下
で、本発明に係る光電変換モジュールを用いる場合は、実施の形態１のように、反射部材
が封止層により覆われる構造が好ましい。これにより、スペースデブリ（宇宙ゴミ）の衝
突などによる反射部材の劣化を抑制できる。

図８（Ｂ）は照明装置を備えた電柱であり、光電変換モジュール８１０、光電変換モジュ
ール固定機構８１１を有し、光電変換モジュール８１０にて発電された電力を用いて、照
明装置８１２を動作させる。また、照明装置８１２の動作に用いられなかった電力は、送
電線８１３を介して電力施設などに伝送される。光電変換モジュール８１０は本明細書に
て説明した機構を有しており、入射光を効率的に光電変換できるため、高い発電量が得ら
れる。したがって、多くの電力を安定して得られるため、高い光量を有する照明装置を取
り付け、夜間の安全性を向上させることができる。なお、照明装置を備えた電柱のような
、比較的メンテナンスが容易な環境下で、本発明に係る光電変換モジュールを用いる場合
は、実施の形態２のように、封止層上に反射部材を設ける構造が好ましい。これにより、
劣化した反射部材の交換が可能となり、光電変換モジュールの発電量の低下を抑制するこ
とができる。

１００ 光電変換モジュール
１０２ 保護層
１０２ａ 保護基材
１０２ｂ 保護樹脂
１０４ 光電変換セル
１０６ 接続配線
１０８ 反射部材
１１０ 封止層
１１０ａ 封止樹脂
１１０ｂ 封止基材
１１２ 光電変換層
１１２ａ 第１の半導体層
１１２ｂ 第２の半導体層
１１２ｃ 第３の半導体層
１１４ 第１の電極
１１６ 導電防止層
１１８ 第２の電極
１２０ 第１の導電性材料
１２２ 第２の導電性材料
２００ 反射材料
２０２ 基材
４００ 入射光
５００ 光電変換モジュール
８００ 光電変換モジュール
８０１ 光電変換モジュール固定機構
８０２ 人工衛星ユニット
８１０ 光電変換モジュール
８１１ 光電変換モジュール固定機構
８１２ 照明装置
８１３ 送電線

Claims (1)

1. 保護基材と、保護樹脂と、第１の接続配線と、第２の接続配線と、第１の導電性材料と、第２の導電性材料と、第１の光電変換セルと、第２の光電変換セルと、封止樹脂と、封止基材と、反射部材と、を有し、
   前記保護樹脂は、前記保護基材上に接して設けられ、
   前記第１の接続配線及び前記第２の接続配線は、前記保護樹脂上に接して設けられ、
   前記第１の導電性材料は、前記第１の接続配線上に接して設けられ、
   前記第１の光電変換セルは、前記第１の導電性材料上に接して設けられ、
   前記第２の光電変換セルは、前記第２の接続配線上に設けられ、
   前記第２の導電性材料は、前記第１の光電変換セル上に接して設けられ、
   前記第２の接続配線は、前記第２の導電性材料上に接して設けられ、且つ、前記第２の光電変換セルの下層に設けられ、
   前記封止樹脂は、前記第２の接続配線及び前記第２の光電変換セルに接して設けられ、
   前記封止基材は、前記封止樹脂上に接して設けられ、
   前記反射部材は、前記封止基材上に接して設けられ、
   前記反射部材は、前記第１の光電変換セル及び前記第２の光電変換セルとは重ならず、
   前記反射部材の断面形状は、略三角形状を有し、
   前記反射部材の表面は、凹凸を有し、
   太陽光は、前記反射部材の上方から入射され、
   前記第１の光電変換セル及び前記第２の光電変換セルは、第１の電極と、光電変換層と、導電防止層と、第２の電極と、を有し、
   前記光電変換層は、前記第１の電極上に接して設けられ、
   前記導電防止層は、前記光電変換層上に接して設けられ、
   前記第２の電極は、前記導電防止層上に接して設けられ、且つ、前記導電防止層を貫通して前記光電変換層と電気的に接続されることを特徴とする光電変換モジュール。

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