JPH082282Y2 - 太陽電池付瓦 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、建築物の屋根や壁面等に取付けられて防水
作用をするとともに、太陽エネルギーを用いて発電を行
う太陽電池付瓦に関するものである。

〔従来の技術〕

従来より、太陽電池を瓦に取付けて発電を行う太陽電
池付瓦は存在する。しかし、このような太陽電池付瓦に
用いられる太陽電池は、耐候性、耐熱性等の点から、結
晶系の太陽電池がほとんどであり、その場合、コストを
低く抑えることは、不可能であった。

また、コストの低いアモルファスシリコン系の太陽電
池を用いた場合には、結晶系のものを利用したときに比
較して、耐熱性に乏しいという弱点がある。

これは、アモルファスシリコンの半導体層に取付けら
れた裏面電極が単体金属である場合、その金属成分が熱
によって半導体層に拡散する為に、アモルファスシリコ
ンの性能が劣化することに起因するものである。この金
属成分の半導体層中への拡散速度は、結晶系に比べると
アモルファスシリコンの方が大幅に大きく、劣化もより
顕著である。

〔考案が解決しようとする問題点〕

そしてこの金属成分の拡散を防止するため、例えば特
開昭58-92281号に開示されているように、太陽電池を構
成する半導体層と裏面電極層との間にシリサイド層を介
在させる方法が提案されている。しかしながら、シリサ
イドとは言うまでもなくシリコンと金属との金属間化合
物であり、太陽電池の裏面電極にあって、シリコン中へ
の金属成分の拡散を防止するという効果が得られること
は確かである。しかしながら、シリサイドは金属とシリ
コンとが反応して生成されるため、例えばある組成のシ
リサイドを蒸着法やスパッタリング法等でシリコン太陽
電池セル上に被着する場合、太陽電池を構成しているシ
リコンとの反応がさらに進行することもあり、シリコン
と金属の組成が蒸着材料の組成に対してズレてしまう可
能性がある。またこのことは裏面電極の被着時のみなら
ず、太陽電池が高温になった場合にも発生する可能性も
ある。このような現象が発生すると、太陽電池セルとシ
リサイド層、ひいてはその上に設ける裏面電極との間の
接触抵抗にばらつきが生じてしまうことになる。また裏
面電極を形成する前に、新たな工程も必要となるので、
低コスト化の観点から好ましくない。

従って、建築物の屋根や壁面等に取付けた際、夏期等
には直射日光により高温となるので、太陽電池の劣化の
速度が速くなることから、依然寿命が短くなってしまう
という懸念がある。

そしてこの問題は屋根瓦において特に顕著に現れるこ
とになる。即ち、屋根の構造から明らかなように、瓦と
屋根との間には特別な空間を設けることはできず、通常
の太陽電池アレイのように裏面側に開放空間が確保でき
ないことから、この温度上昇は一層顕著なものとなる。

また一方では、アモルファスシリコン太陽電池の場
合、スティブラロンスキー効果によって光照射時間とと
もに出力は低下する（以下光劣化と記す）が、太陽電池
の温度を高温に保持することができれば、この光劣化を
低減できるという利点もある。

しかしながら、太陽電池の温度を高温にすることは、
前述の金属拡散の影響によって好ましくなく、アモルフ
ァスシリコン太陽電池にあっては、その利点を屋根瓦と
して生かすことはできなかった。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は上記問題点に鑑みてなされたものであり、コ
ストの低いアモルファスシリコンを利用した場合にあっ
ても、裏面電極の金属成分が半導体層に拡散することが
なく、太陽電池の金属拡散による劣化の速度を遅らせる
とともに光劣化を抑制し、もって寿命が長く且つエネル
ギー変換効率の高い太陽電池付瓦を提供することを目的
とするものである。

そして上記本考案の目的を達成する為に、表面部分が
透明板でなる瓦本体に、裏面電極と太陽電池セルよりな
る太陽電池を、受光面を前記瓦本体の透明板にのぞませ
て内装させた太陽電池付瓦において、 太陽電池セルとして、少なくとも受光面側がアモルフ
ァスシリコンカーバイドでなるPIN接合のアモルファス
シリコン太陽電池を利用するとともに、 裏面電極として、金属拡散防止膜を兼ねたアルミニウ
ム合金を利用したことを特徴とする太陽電池付瓦を構成
するものである。

そしてこのアルミニウム合金としては、0.1〜20原子
％程度のAg、Cu、Cr、Niを含有したものが良い。

〔作用〕

本考案に係る太陽電池付瓦は、上述のような構成から
なり、瓦本体の太陽電池部分に太陽光の照射があるよう
に、建築物の屋根や壁面等に敷設して、防水作用をする
とともに、太陽電池から電気的に接続した配線によっ
て、電力を取り出し、直接または蓄電池に充電する等し
て、電源の供給を行うものである。

そして裏面電極としてアルミニウム合金を用いると、
アルミニウムとシリコン以外の他の金属成分とによって
合金が形成されることにより、アルミニウムとシリコン
との間の合金化が抑制され、これによってアルミニウム
のシリコン中への拡散が抑制されることになる。これ
は、アルミニウムがシリコンに対して、シリサイド形成
金属ではなく共晶形成金属であり、裏面電極の被着時や
太陽電池使用時の温度では、シリコンと直接反応して金
属間化合物を形成しないこと、および予め合金化したも
のを被着することによってシリコンに対して極めて安定
的な組成となり、高温下でもシリコン中への拡散が発生
しなくなるという作用によるものである。

そしてこの結果、使用中における高温下においても、
金属拡散による特性劣化が発生せず、太陽電池が高温に
なることによって、光劣化の抑制効果という利点のみが
得られることになる。

〔実施例〕

本考案の詳細を図示した実施例に基づいて説明する。

第１図は本考案に係る太陽電池付瓦の実施例の正面
図、第２図は第１図の太陽電池付瓦のＡ−Ａ断面図であ
る。

図中１は、強化ガラスでなる瓦本体であり、該瓦本体
１の裏面には、略長方形状に凹部２を有し、適所に取付
け用貫通孔３を有するものである。

４は太陽電池であり、該太陽電池４は前記瓦本体１の
凹部２に内装可能な略長方形状にされ、エチレン−酢酸
ビニル共重合体等のシート状接着剤５によって、瓦本体
１の凹部２内に取付けられ、裏面には保護用の耐候性フ
ィルム６が接着されてなるものである。

瓦本体１は、凹部２に対応する表面部分が透光性の透
明板であればよいもので、強化ガラスの他にも硬質合成
樹脂等が採用され、また、この凹部２に対応する表面部
分以外の部分をセラミックスにしたもの等、特に限定さ
れるものではなく、更に形状も屋根または壁面等に敷設
可能であれば図例のものに限定されるものではない。

第３図は、本考案に係る太陽電池付瓦の他の実施例の
縦断面図である。図例のものは、前述の実施例と同様に
強化ガラスでなる瓦本体１の裏面にエチレン−酢酸ビニ
ル共重合体等のシート状接着剤５を用いて、太陽電池４
を取付けるとともに、外表面には保護用の耐候性フィル
ム６を接着している。

この実施例においても前述と同様に、瓦本体１とし
て、少なくとも太陽電池４が取付けられる部分が透明板
でなるものであればよく、強化ガラス、硬質合成樹脂
等、特に限定されるものではない。

ここで用いられる太陽電池４について、断面図を用い
て詳しく説明する。

第４図は太陽電池４の断面図であり、即ち、受光面側
のガラス基体７を全体の支持体とするスーパーストレー
ト型の太陽電池である。

８はITOまたはSnO₂等でなる透明導電膜、９は太陽電
池セル、11はアルミニウム合金による裏面電極である。
そして裏面電極に用いるアルミニウム合金としては、0.
1〜20原子％程度のAg、Cu、Cr、Ni等の金属元素を含有
した合金を利用し、この裏面電極に金属拡散防止膜の機
能を兼ねさせたものである。

このようにした太陽電池を用いて、太陽電池付瓦を構
成した場合、金属拡散防止膜を特に設ける必要もなく、
金属成分が半導体層に熱拡散することを低減でき、アモ
ルファスシリコン太陽電池の金属拡散による劣化の進行
を抑制するとともに、太陽電池の温度を高温に保持でき
ることから光劣化も抑制することができる。

また本考案の太陽電池セル９は、PIN接合型のアモル
ファスシリコン太陽電池を用い、第５図の説明用断面図
に示すように、ｐ型アモルファスシリコンカーバイド9
a、ｉ型アモルファスシリコン9b及びｎ型アモルファス
シリコン9cのPIN接合からなるもので、高温下にあって
も、エネルギー変換効率を高める為に、受光面側のｐ型
層を光学的禁制帯幅の大きいアモルファスシリコンカー
バイドにしたものである。

ここでは、スーパーストレート型の太陽電池を用いて
いるが、裏面電極11側に合成樹脂、ガラス、金属等でな
る支持体を取付けたサブストレート型の太陽電池であっ
てもよい。

次いで本考案に係る太陽電池付瓦の敷設状態を、第６
図、第７図に示している。

第６図は本考案に係る太陽電池付瓦１を屋根下地材上
に敷設した状態の側面図、第７図は本考案に係る太陽電
池付瓦を敷設した状態の正面図である。

即ち、少なくとも太陽電池４面が露出するようにして
一部を重ね、取付け用貫通孔３に釘またはボルト等によ
って屋根下地材12に取付けて、敷設することによって、
外装材として防水機能を果たすとともに、太陽電池４か
ら電気的に端子を取り出して、太陽電池４が太陽光から
変換する電気エネルギーを直接または蓄電池に充電する
等して、電力の供給を行うことを可能にするものであ
る。

また、ここで太陽電池４として、結晶系の太陽電池に
比較してコストの低いアモルファスシリコン太陽電池を
利用してなる為に、コストが比較的低くでき、また、裏
面電極11にアルミニウム合金を用いている為に、裏面電
極11が安定的な合金組成となり、アモルファスシリコン
中に金属成分が熱拡散することを低減することができ
る。このことから夏期の直射日光下にあって高温になる
屋根または壁面等に敷設しても太陽電池セル９の劣化の
進行を抑制することが可能となって、寿命の長いものが
得られるとともに、太陽電池セル９の受光面側をｐ型ア
モルファスシリコンカーバイド9aで形成した為に、エネ
ルギー変換効率の高いものを提供することができるもの
である。

すなわち、シリサイドとは言うまでもなくシリコンと
金属との金属間化合物であり、太陽電池の裏面電極にあ
って、単体の金属に比べてシリコン中への金属成分の拡
散を防止する効果において優れてはいる。しかしなが
ら、シリサイドは金属とシリコンとが反応して生成され
るため、例えばある組成のシリサイドを蒸着法やスパッ
タリング法等でシリコン太陽電池セル上に被着する場
合、シリコンとの反応がさらに進行することもあり、シ
リコンと金属の組成が蒸着材料の組成に対してズレてし
まう可能性がある。またこのことは被着時のみならず、
太陽電池が高温になった場合にも発生する可能性もあ
る。このような現象が発生すると、太陽電池セルとシリ
サイド層、ひいてはその上に設ける裏面電極との間の接
触抵抗にばらつきが生じてしまうことになる。また裏面
電極を形成する前に、新たな工程も必要となる。

これに対してアルミニウム合金の場合、特に本願では
Ag、Cu、Cr、Niとシリコン以外の物質を用いるので、蒸
着材料としてアルミニウムと上記金属とで所望の組成の
合金を予め準備しておけば、蒸着時に太陽電池セルにお
けるシリコンとシリサイドを形成することはなくなり、
上述のような裏面電極の接触抵抗のばらつきを生むこと
が無くなるのである。そして、前述のように特別な工程
を新たな設ける必要もない。

そして図６からも明らかなように、屋根にあっては太
陽電池付瓦１と屋根下地材12との間に、構造上特別な空
間を設けることができず、従って通気が行われないこと
から太陽電池が高温になり、本考案を極めて効果的に適
用することができる。従って、使用中における高温下に
おいても、金属拡散による特性劣化が発生しないことか
ら、太陽電池が高温になることによる光劣化の抑制効果
という利点のみが得られることになる。

〔考案の効果〕

本考案に係る太陽電池付瓦は、以上のようにしてな
り、太陽電池セルと裏面電極との間に、金属拡散防止膜
を形成した太陽電池を利用している為に、コストの比較
的低いアモルファスシリコン太陽電池を用いた場合に
も、裏面電極の金属成分が半導体内に熱拡散することを
低減でき、夏期の直射日光下においても、太陽電池の劣
化を防ぐことが可能となり、寿命の長い、またコストの
低い太陽電池付瓦を提供できるものである。

すなわち本考案では、太陽電池の裏面電極に特にAg、
Cu、Cr、Niとアルミニウムとの合金材料を用いるので、
蒸着材料としてアルミニウムと上記金属とで所望の組成
の合金を予め準備しておけば、蒸着時に太陽電池セルに
おけるシリコンとシリサイドを形成することはなくな
り、裏面電極との接触抵抗の経時変化を生むことが無く
なるのである。しかも、特別な工程を新たに設ける必要
もない。

このように本願は、太陽光発電の普及という命題のも
と、一般家庭の屋根上への高効率、高信頼性のキアモル
ファスシリコン太陽電池瓦の搭載を実現させるものであ
る。すなわち屋根上という、裏面に開放空間が確保でき
ない特殊環境は、太陽電池の温度を極めて上昇させてし
まうため、アモルファスシリコンの使用が大きく制限さ
れることになるが、本考案の構成においては、裏面電極
にアルミニウム合金を用いることで、従来のシリサイド
層を用いた太陽電池による太陽電池アレイよりも、より
過酷な使用条件に耐えうる太陽電池付瓦が実現できる。
従って、使用中における高温下においても、金属拡散に
よる特性劣化が発生しないことから、太陽電池が高温に
なることによる光劣化の抑制効果という利点のみが得ら
れることになる。

そしてさらに太陽電池セルとして、少なくとも受光面
側がアモルファスシリコンカーバイドでなるPIN接合を
用いるので、家庭用の使用に耐えうる変換効率が実現で
き、この高効率がアルミニウム合金の裏面電極によっ
て、長期に渡って維持することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る太陽電池付瓦の正面図、第２図は
本考案に係る太陽電池付瓦のＡ−Ａ断面図、第３図は本
考案に係る太陽電池付瓦の他の実施例の縦断面図、第４
図は本考案に係る太陽電池付瓦に用いられる太陽電池の
断面図、第５図は本考案に係る太陽電池付瓦に用いられ
る太陽電池セルの説明用断面図、第６図は本考案に係る
太陽電池付瓦を屋根下地材上に敷設した状態の側面図、
第７図は本考案に係る太陽電池付瓦を敷設した状態の正
面図である。 1:瓦本体、2:凹部、3:取付け用貫通孔、4:太陽電池、5:
シート状接着剤、6:耐候性フィルム、7:ガラス基体、8:
透明導電膜、9:太陽電池セル、11:裏面電極、12:屋根下
地材、13:裏面電極。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭58−98986（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−92281（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−216588（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−145637（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−54346（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭50−148832（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭10−7708（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭13−16146（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭55−26413（ＪＰ，Ｙ２) 実公 昭55−50263（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】表面部分が透明板でなる瓦本体に、裏面電
   極と太陽電池セルよりなる太陽電池を、受光面を前記瓦
   本体の透明板にのぞませて内装させた太陽電池付瓦にお
   いて、 太陽電池セルとして、少なくとも受光面側がアモルファ
   スシリコンカーバイドでなるPIN接合のアモルファスシ
   リコン太陽電池を利用するとともに、 裏面電極として、金属拡散防止膜を兼ねたアルミニウム
   合金を利用したことを特徴とする太陽電池付瓦。
2. 【請求項２】前記アルミニウム合金が、Ag、Cu、Cr、Ni
   のいずれかの金属元素を、0.1〜20原子％含有したもの
   であることを特徴とする、実用新案登録請求の範囲第１
   項記載の太陽電池付瓦。