JPWO2015129177A1

JPWO2015129177A1 - 太陽電池モジュール

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Publication number: JPWO2015129177A1
Application number: JP2016505023A
Authority: JP
Inventors: 圭祐小川; 祐石黒; 幸弘吉嶺; 淳平入川
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2015-02-10
Publication date: 2017-03-30
Anticipated expiration: 2035-02-10
Also published as: WO2015129177A1; JP6531953B2; US20160336470A1

Abstract

太陽電池モジュール１０は、太陽電池１１と、太陽電池１１の受光面側に設けられた第１保護部材１２と、太陽電池１１の裏面側に設けられた第２保護部材１３と、当該各保護部材の間に設けられ太陽電池１１を封止する封止層３０とを備える。封止層３０の太陽電池１１よりも第１保護部材１２側に位置する受光面側領域３１には、特定波長の光を吸収して当該波長を変換する波長変換物質３３、及び紫外線を選択的に吸収する紫外線吸収物質３４が含有されている。

Description

本開示は、太陽電池モジュールに関する。

特定波長の光を吸収して当該波長を変換する波長変換物質を備えた太陽電池モジュールが知られている。かかる太陽電池モジュールによれば、入射光のうち発電に対する寄与が少ない波長域の光を発電に対する寄与が大きな波長域の光に変換することが可能である。例えば、特許文献１は、保護ガラスと太陽電池との間に、波長変換物質を含有しない第１の封止層と、波長変換物質を含有する第２の封止層とを備えた太陽電池モジュールを開示している。

ＷＯ２０１１／１４８９５１

ところで、太陽電池モジュールの構成材料は、入射光に含まれる紫外線に長期間曝されることで劣化する。ゆえに、太陽電池モジュールには、紫外線による劣化を抑制する機能が求められている。また当然ながら、太陽電池モジュールには、光電変換効率のさらなる向上が求められている。

特許文献１の太陽電池モジュールでは、波長変換物質がある程度の紫外線を吸収するものと想定されるが、紫外線による劣化の抑制について十分考慮されておらず、耐久性向上の観点から改良の余地がある。また、光電変換効率のさらなる向上も望まれる。

本開示に係る太陽電池モジュールは、太陽電池と、太陽電池の受光面側に設けられた第１保護部材と、太陽電池の裏面側に設けられた第２保護部材と、当該各保護部材の間に設けられ太陽電池を封止する封止層とを備え、封止層の太陽電池よりも第１保護部材側に位置する受光面側領域には、特定波長の光を吸収して当該波長を変換する波長変換物質、及び紫外線を選択的に吸収する紫外線吸収物質が含有されている。

本開示によれば、紫外線によるダメージを受け難く、且つ光電変換効率が高い太陽電池モジュールを提供することができる。

第１実施形態である太陽電池モジュールの断面図である。図１のＡ部拡大図である。図１のＢ部拡大図である。第１実施形態である封止層の断面図である。第２実施形態である封止層の断面図である。第２実施形態である封止層における光の透過率と波長との関係を示す図である。第３実施形態である封止層の断面図である。第３実施形態の変形例を示す図である。

以下、図面を参照しながら、実施形態の一例について詳細に説明する。
実施形態において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された構成要素の寸法比率などは、現物と異なる場合がある。具体的な寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。

本明細書において、太陽電池モジュール及び太陽電池の「受光面」とは光が主に入射する面を意味し（５０％超過〜１００％の光が受光面から入射する）、「裏面」とは受光面と反対側の面を意味する。また、「第１の部材上に第２の部材を設ける」等の記載は、特に限定を付さない限り、第１及び第２の部材が直接接触して設けられる場合のみを意図しない。即ち、この記載は、第１及び第２の部材の間に他の部材が存在する場合を含む。

＜第１実施形態＞
以下、図１〜図４を参照しながら、第１実施形態である太陽電池モジュール１０について詳細に説明する。図１は太陽電池モジュール１０の断面図、図２は図１のＡ部拡大図である。図３は、図１のＢ部拡大図であって、比較として従来の構造を右に示す。図３では、各保護部材、導線１４、及び太陽電池１１の電極を省略している。図４は、封止層３０の断面図である。図４においても導線１４を省略している。図３及び図４では、説明の便宜上、波長変換物質３３を○、紫外線吸収物質３４を●で示す。

図１に示すように、太陽電池モジュール１０は、太陽電池１１と、太陽電池１１の受光面側に設けられた第１保護部材１２と、太陽電池１１の裏面側に設けられた第２保護部材１３とを備える。太陽電池１１は、第１保護部材１２及び第２保護部材１３により挟持されると共に、各保護部材の間に設けられた封止層３０により封止されている。詳しくは後述するように、封止層３０の受光面側領域３１には、特定波長の光を吸収して当該波長を変換する波長変換物質３３、及び紫外線を選択的に吸収する紫外線吸収物質３４が含有されている。封止層３０は、充填剤層（充填剤）とも呼ばれる。

本実施形態では、複数の太陽電池１１が略同一平面上に配置されている。隣り合う太陽電池１１同士は、導線１４によって直列に接続され、これにより太陽電池１１のストリングが形成される。導線１４は、隣り合う太陽電池１１の間でモジュールの厚み方向に曲がり、一方の太陽電池１１の受光面と他方の太陽電池１１の裏面とに接着剤等を用いてそれぞれ取り付けられる。導線１４の一部は、ストリングの端から延出して、出力用の配線材（図示せず）に接続される。当該配線材は、例えば第２保護部材１３の裏側に引き出されて端子ボックス（図示せず）に引き込まれる。

太陽電池１１、第１保護部材１２、第２保護部材１３、及び封止層３０は、太陽電池パネル１５を構成する。太陽電池パネル１５は、上記のように太陽電池１１のストリングが各保護部材により挟まれた板状体であって、例えば平面視（受光面に対して垂直な方向から見た場合）において略矩形形状を有する。第２保護部材１３は、例えば太陽電池パネル１５の側面１５ａまで回り込み、側面１５ａを覆っていてもよい。側面１５ａとは、太陽電池パネル１５の厚み方向に沿った面である。

第１保護部材１２には、例えばガラス基板や樹脂基板、樹脂フィルム等の透光性を有する部材を用いることができる。これらのうち、耐火性、耐久性等の観点から、ガラス基板を用いることが好ましい。ガラス基板の厚みは特に限定されないが、好ましくは２〜６ｍｍ程度である。

第２保護部材１３には、第１保護部材１２と同じ透明な部材を用いてもよいし、不透明な部材を用いてもよい。本実施形態では、第２保護部材１３として樹脂フィルムを用いる。樹脂フィルムは特に限定されないが、好ましくはポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムである。水分透過性を低くする等の観点から、樹脂フィルムには、シリカ等の無機化合物層や、裏面側からの光の入射を想定しない場合にはアルミニウム等の金属層が形成されていてもよい。樹脂フィルムの厚みは特に限定されないが、好ましくは１００〜３００μｍ程度である。

太陽電池モジュール１０は、太陽電池パネル１５の端縁部に取り付けられるフレーム１６を備えることが好適である。フレーム１６は、太陽電池パネル１５の端縁部を保護すると共に、太陽電池モジュール１０を屋根等に設置する際に利用される。フレーム１６は、例えばステンレスやアルミニウム等の金属製であって、中空構造の本体部と、太陽電池パネル１５の端縁部が嵌め込まれる凹部とを有する。フレーム１６の凹部と太陽電池パネル１５との隙間には、例えばシリコーン樹脂系接着剤等の接着剤１７が充填される。

図２に示すように、太陽電池モジュール１０は、太陽電池パネル１５の側面１５ａを覆って設けられた反射体１８を備えることが好適である。反射体１８は、波長変換物質３３により波長変換された光を反射し、太陽電池パネル１５の端縁部から抜ける光をパネル内に閉じ込めて太陽電池１１に入射する光を増加させる役割を果たす。一般的に、反射体１８は、波長変換された光以外の光も反射する。特定波長の光を吸収した波長変換物質３３は等方的に発光するため、反射体１８の設置は、波長変換物質３３を備えた太陽電池モジュール１０において特に有効である。

反射体１８は、側面１５ａの略全域を覆うと共に、太陽電池パネル１５の端縁部に位置する第１保護部材１２の受光面及び第２保護部材１３の裏面を覆うことが好適である。但し、各保護部材上における反射体１８の設置は、フレーム１６に覆われた部分に限定することが好ましい。反射体１８は、例えば白色顔料等を含有する樹脂シートであり、太陽電池パネル１５の端縁部に貼り付けられる。或いは、太陽電池パネル１５の端縁部又はフレーム１６の凹部に白色ペイントを用いて塗膜を形成し、当該塗膜を反射体１８としてもよい。また、接着剤１７に白色顔料等を添加し、反射体１８として機能させてもよい。

図３に示すように、太陽電池１１は、太陽光を受光することでキャリアを生成する光電変換部２０を備える。光電変換部２０は、生成したキャリアを収集する電極として、光電変換部２０の受光面上に形成される受光面電極と、裏面上に形成される裏面電極とを有する（いずれも図示せず）。各電極には、導線１４が電気的に接続される。但し、太陽電池１１の構造はこれに限定されず、例えば光電変換部２０の裏面上のみに電極が形成された構造であってもよい。なお、裏面電極は受光面電極よりも大面積に形成されることが好ましく、電極面積が大きい方の面（又は電極が形成される面）が太陽電池１１の「裏面」であるといえる。

光電変換部２０は、例えば半導体基板２１と、当該基板上に形成された非晶質半導体層２２，２３と、当該非晶質半導体層上に形成された透明導電層２４，２５とを有する。半導体基板２１を構成する半導体としては、結晶系シリコン（ｃ‐Ｓｉ）、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）、インジウム燐（ＩｎＰ）等が例示できる。非晶質半導体層２２，２３を構成する非晶質半導体としては、ｉ型非晶質シリコン、ｎ型非晶質シリコン、ｐ型非晶質シリコン等が例示できる。透明導電層２４，２５は、酸化インジウム（Ｉｎ₂Ｏ₃）や酸化亜鉛（ＺｎＯ）等の金属酸化物に、錫（Ｓｎ）やアンチモン（Ｓｂ）等をドープした透明導電性酸化物から構成されることが好ましい。

本実施形態では、半導体基板２１にｎ型単結晶シリコン基板を適用する。光電変換部２０は、ｎ型単結晶シリコン基板の受光面上にｉ型非晶質シリコン層、ｐ型非晶質シリコン層、透明導電層２４が順に形成され、基板の裏面上にｉ型非晶質シリコン層、ｎ型非晶質シリコン層、透明導電層２５が順に形成された構造を有する。或いは、ｐ型非晶質シリコン層がｎ型単結晶シリコン基板の裏面側に、ｎ型非晶質シリコン層が基板の受光面側にそれぞれ形成されていてもよい。即ち、光電変換部２０は、光学ギャップが互いに異なる半導体同士の接合（ヘテロ接合）を有する。ヘテロ接合を形成する非晶質シリコン層（厚み：数ｎｍ〜数十ｎｍ）は、一般的に波長６００ｎｍ以下の光を吸収する。

詳しくは後述するように、封止層３０に含有される波長変換物質３３は、ヘテロ接合層である非晶質半導体層２２，２３のバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を吸収して波長変換することが好適である。

以下、図３及び図４を適宜参照しながら、封止層３０の構成についてさらに詳説する。

封止層３０は、各保護部材と太陽電池１１との間に設けられ、太陽電池１１に水分等が接触することを防止する役割を果たす。封止層３０は、少なくとも受光面側領域３１に、波長変換物質３３及び紫外線吸収物質３４を含有する。図３及び図４に示すように、本実施形態では、裏面側領域３２にも紫外線吸収物質３４が含有されている。

ここで、受光面側領域３１とは、封止層３０の太陽電池１１よりも第１保護部材１２側に位置する領域である。裏面側領域３２とは、封止層３０の太陽電池１１よりも第２保護部材１３側に位置する領域である。封止層３０の各領域、特に受光面側領域３１における波長変換物質３３と紫外線吸収物質３４の好適な濃度分布については後述する。

封止層３０は、受光面側領域３１を構成する樹脂シート（以下「樹脂シート３１」という）と、裏面側領域３２を構成する樹脂シート（以下「樹脂シート３２」という）とを用いて、後述のラミネート工程により形成されることが好適である。図４では、受光面側領域３１と裏面側領域３２との界面を明示しているが、樹脂の種類やラミネート工程の条件によっては当該界面が確認できない場合がある。

封止層３０を構成する樹脂は、各保護部材及び太陽電池１１に対する密着性が良く、水分を透過し難いものが好ましい。具体的には、炭素数２〜２０のαオレフィンから選ばれる少なくとも１種を重合して得られるオレフィン系樹脂（例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレンとその他のαオレフィンとのランダム又はブロック共重合体など）、エステル系樹脂（例えば、ポリオールとポリカルボン酸又はその酸無水物・低級アルキルエステルとの重縮合物など）、ウレタン系樹脂（例えば、ポリイソシアネートと活性水素基含有化合物（ジオール、ポリオールリオール、ジカルボン酸、ポリカルボン酸、ポリアミン、ポリチオール等）との重付加物など）、エポキシ系樹脂（例えば、ポリエポキシドの開環重合物、ポリエポキシドと上記活性水素基含有化合物との重付加物など）、αオレフィンとカルボン酸ビニル、アクリル酸エステル、又はその他ビニルモノマーとの共重合体などが例示できる。

これらのうち、特に好ましくはオレフィン系樹脂（特に、エチレンを含む重合体）、及びαオレフィンとカルボン酸ビニルとの共重合体である。αオレフィンとカルボン酸ビニルとの共重合体としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）が特に好ましい。

封止層３０の厚みは、特に限定されないが、好ましくは受光面側領域３１、裏面側領域３２のそれぞれの厚みが１００〜６００μｍ程度である。太陽電池モジュール１０の構造や用途（使用環境）によっても異なるが、好ましくは受光面側領域３１に高架橋密度樹脂を用い、裏面側領域３２に低架橋密度の樹脂又は非架橋性の樹脂を用いる。

封止層３０の屈折率は、波長変換物質３３を含有する受光面側領域３１において、第１保護部材１２の最外層の屈折率よりも高くすることが好適である。即ち、第１保護部材１２がガラス基板である場合、受光面側領域３１の屈折率をガラス表面の屈折率よりも高くすることが好適である。受光面側領域３１の屈折率は、例えば樹脂成分の組成を適宜変更することにより調整可能である。特定波長の光を吸収した波長変換物質３３は等方的に発光するため、ガラスを透過してパネルから抜ける光も存在するが、当該屈折率の調整により、ガラス表面における全反射成分が増加して当該光の抜けを抑制することができる。

波長変換物質３３は、上記のように、特定波長の光を吸収して当該波長を変換する物質であって、発電に対する寄与の少ない波長域の光を発電に対する寄与が大きな波長域の光に変換する。波長変換物質３３は、例えば３８０ｎｍより短波長の光である紫外線を吸収して、より長波長（例えば、４００〜８００ｎｍ）の光に変換する。この場合、波長変換物質３３は、紫外線による構成材料の劣化抑制にも寄与する。

波長変換物質３３は、紫外線を吸収して可視光を発光するものが好ましいが、可視光又は赤外光を吸収するものであってもよい。一般的に、波長変換物質３３は、短波長の光をより長波長の光に変換するが、長波長の光をより短波長の光に変換する所謂アップコンバージョン発光を起こすものであってもよい。好ましい変換波長は、太陽電池１１の種類によって変化する。

太陽電池１１がヘテロ接合層を有する場合、上記のように、波長変換物質３３は、ヘテロ接合層のバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を吸収して波長変換することが好適である。即ち、波長変換物質３３は、ヘテロ接合層に吸収される波長の光を変換することが好適である。本実施形態では、ヘテロ接合層である非晶質半導体層２２，２３が吸収する波長λαの光αを吸収して、当該半導体層に吸収されない波長λβの光βに変換可能な波長変換物質３３を用いることが好ましい（図３参照）。λαは、例えば６００ｎｍ以下である。一方、このような波長変換物質３３が存在しない封止層１００を用いた場合は、光αの一部は非晶質半導体層２２，２３に吸収される。

波長変換物質３３の具体例としては、半導体ナノ粒子（量子ドット）、発光性金属錯体、有機蛍光色素等が挙げられる。半導体ナノ粒子としては、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）、リン化インジウム（ＩｎＰ）等のナノ粒子が例示できる。発光性金属錯体としては、〔Ｉｒ（ｂｑｎ）₃〕（ＰＦ₆）₃、〔Ｉｒ（ｄｐｂｐｙ）₃〕（ＰＦ₆）₃等のＩｒ錯体、〔Ｒｕ（ｂｑｎ）₃〕（ＰＦ₆）₃、〔Ｒｕ（ｂｐｙ）₃〕（ＣｌＯ₄）₂等のＲｕ錯体、〔Ｅｕ（ＦＯＤ）₃〕ｐｈｅｎ、〔Ｅｕ（ＴＦＡ）₃〕ｐｈｅｎ等のＥｕ錯体、〔Ｔｂ（ＦＯＤ）₃〕ｐｈｅｎ、〔Ｔｂ（ＨＦＡ）₃〕ｐｈｅｎ等のＴｂ錯体などが例示できる。有機蛍光色素としては、ローダミン系色素、クマリン系色素、フルオレセイン系色素、ペリレン系色素等が例示できる。

紫外線吸収物質３４は、３８０ｎｍより短波長の光である紫外線を選択的に吸収する物質であって、波長変換物質３３のような波長変換機能を有さない。即ち、紫外線吸収物質３４は、紫外線を吸収するのみで発光しない物質である。また、紫外線吸収物質３４は、紫外線を選択的に吸収するため、例えば波長変換物質３３によって紫外域よりも長波長に変換された光を吸収しない。

紫外線吸収物質３４の具体例としては、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、サリシレート系化合物、シアノアクリルレート系化合物、ニッケル系化合物、トリアジン系化合物等が挙げられる。これらは、波長変換物質３３に比べて安価である。波長変換物質３３のみで紫外線をカットしようとした場合、大量の波長変換物質３３が必要で大幅なコスト増を招くが、波長変換物質３３及び紫外線吸収物質３４を併用することにより、高機能製品を安価に提供できる。

本実施形態では、各１種類の波長変換物質３３、紫外線吸収物質３４を用いるものとする。また、波長変換物質３３は、紫外線を吸収して可視域の光に変換するものとする。即ち、波長変換物質３３と紫外線吸収物質３４は、紫外線の吸収において競合する。

以下、封止層３０の各領域における波長変換物質３３と紫外線吸収物質３４の好適な濃度分布について詳説する。以下では、波長変換物質３３の濃度を「ρ₃₃」、紫外線吸収物質３４の濃度を「ρ₃₄」とする。

図３及び図４に示す例では、波長変換物質３３が受光面側領域３１のみに含有され、封止層３０の裏面側領域３２には含有されていない。一方、紫外線吸収物質３４は、受光面側領域３１及び裏面側領域３２の両方に含有されている。さらに、波長変換物質３３が第１領域３１ａのみに含有され、紫外線吸収物質３４が第２領域３１ｂのみに含有されている（図４参照）。ここで、第１領域３１ａとは、受光面側領域３１のうち、第１保護部材１２に隣接する領域である。第２領域３１ｂとは、受光面側領域３１のうち、太陽電池１１に隣接する領域である。第１領域３１ａと第２領域３１ｂとの境界は、受光面側領域３１の厚みの丁度中間とする。

受光面側領域３１におけるρ₃₃及びρ₃₄は、略均一であってもよいが（図３参照）、波長変換物質３３の利用効率向上等の観点から、好ましくは第１領域３１ａと第２領域３１ｂとで異なる（図４参照）。なお、図４は図面の明瞭化のために極端な例を示したものであり、波長変換物質３３及び紫外線吸収物質３４の濃度分布の好適な例は、図示したものに限定されない。

波長変換物質３３及び紫外線吸収物質３４が、第１領域３１ａ及び第２領域３１ｂに存在する場合、第１領域３１ａにおけるρ₃₄に対するρ₃₃の比率（ρ₃₃／ρ₃₄）が、第２領域３１ｂにおける当該比率よりも高いことが好適である。例えば、第１領域３１ａ及び第２領域３１ｂにおいてρ₃₃＜ρ₃₄とすることもできるが、この場合、少なくとも上記関係を満たすことが好適である。

ρ₃₃は、第１領域３１ａにおいて、ρ₃₄よりも高いことがさらに好適である。また、ρ₃₄は、第２領域３１ｂにおいて、ρ₃₃よりも高いことがさらに好適である。第１領域３１ａにおいてρ₃₃＞ρ₃₄、且つ第２領域３１ｂにおいてρ₃₃＜ρ₃₄とすることにより、波長変換物質３３をより効果的に利用することができる。即ち、波長変換物質３３による紫外線の吸収が、紫外線吸収物質３４によって妨げられることをさらに抑制できる。また、波長変換物質３３が変換できなかった紫外線は、第２領域３１ｂに多く含まれる紫外線吸収物質３４によって吸収することができる。

例えば、受光面側領域３１においてρ₃₃を略同一とし、ρ₃₄を第１領域３１ａよりも第２領域３１ｂで高くしてもよい（換言すると、ρ₃₄を第２領域３１ｂよりも第１領域３１ａで低くする）。また、受光面側領域３１においてρ₃₄を略同一とし、ρ₃₃を第１領域３１ａよりも第２領域３１ｂで低くしてもよい（換言すると、ρ₃₃を第２領域３１ｂよりも第１領域３１ａで高くする）。

ρ₃₃は第２領域３１ｂよりも第１領域３１ａで高く、且つρ₃₄は第１領域３１ａよりも第２領域３１ｂで高いことが特に好適である。即ち、受光面側領域３１において、波長変換物質３３と紫外線吸収物質３４のいずれにも不均一な濃度分布が存在する。各物質の濃度勾配は、受光面側領域３１の厚み方向に対して互いに逆の関係にあることが好ましい。例えば、ρ₃₃を第１保護部材１２から太陽電池１１に近づくほど次第に又は段階的に低くしてもよい。また、ρ₃₄を第１保護部材１２から太陽電池１１に近づくほど次第に又は段階的に高くしてもよい。

具体的に、第１領域３１ａにおけるρ₃₃は、波長変換物質３３が半導体ナノ粒子や発光性金属錯体等の無機系化合物である場合、第１領域３１ａの総重量に対して０．１〜１５重量％であることが好ましく、１．５〜１０重量％であることがより好ましい。波長変換物質３３が有機蛍光色素等の有機系化合物である場合は、第１領域３１ａの総重量に対して０．０２〜２．０重量％であることが好ましく、０．０５〜０．８重量％であることがより好ましい。第１領域３１ａにおけるρ₃₄は、第１領域３１ａの総重量に対して０〜０．０５重量％であることが好ましく、０〜０．０２重量％であることがより好ましい。

第２領域３１ｂにおけるρ₃₃は、波長変換物質３３が無機系化合物である場合、第２領域３１ｂの総重量に対して０〜１．５重量％であることが好ましく、０〜０．１重量％であることがより好ましい。波長変換物質３３が有機系化合物である場合は、第２領域３１ｂの総重量に対して０〜０．０５重量％であることが好ましく、０〜０．０２重量％であることがより好ましい。第２領域３１ｂにおけるρ₃₄は、第２領域３１ｂの総重量に対して０．００２〜５重量％であることが好ましく、０．００５〜３重量％であることがより好ましい。

裏面側領域３２におけるρ₃₄は、例えば第２領域３１ｂにおけるρ₃₄と略同一とすることができる。裏面側領域３２では受光面側領域３１よりも紫外線量が少ないため、好ましくは、裏面側領域３２におけるρ₃₄＜第２領域３１ｂにおけるρ₃₄とする。

なお、封止層３０には、波長変換物質３３、紫外線吸収物質３４の他に、酸化防止剤や難燃剤が添加されていてもよい。裏面側からの光の入射を想定しない場合には、裏面側領域３２に酸化チタン等の顔料が添加されていてもよい。

上記構成を備えた太陽電池モジュール１０は、導線１４により接続された太陽電池１１のストリングを、第１保護部材１２、第２保護部材１３、及び封止層３０を構成する樹脂シートを用いてラミネートすることにより製造できる。ラミネート装置では、例えばヒーター上に、第１保護部材１２、樹脂シート３１、太陽電池１１のストリング、樹脂シート３２、第２保護部材１３が順に積層される。この積層体は、例えば真空状態で１５０℃程度に加熱される。その後、大気圧下でヒーター側に各構成部材を押し付けながら加熱を継続し、樹脂シートの樹脂成分を架橋させることにより、太陽電池パネル１５が得られる。最後に、反射体１８、端子ボックス、フレーム１６等を太陽電池パネル１５に取り付けて太陽電池モジュール１０が得られる。

受光面側領域３１における波長変換物質３３及び紫外線吸収物質３４の濃度勾配は、例えば樹脂シート３１として、波長変換物質３３、紫外線吸収物質３４の含有量が異なる複数の樹脂シートを用いることにより形成できる。具体例としては、ラミネート工程において、波長変換物質３３のみを含有する樹脂シートを第１保護部材１２側に配置し、紫外線吸収物質３４のみを含有する樹脂シートを太陽電池１１側に配置することが挙げられる。

以上のように、上記構成を備えた太陽電池モジュール１０によれば、紫外線によるダメージを受け難く、且つ高い光電変換効率を得ることができる。即ち、太陽電池モジュール１０では、封止層３０における波長変換物質３３及び紫外線吸収物質３４の濃度分布を工夫することにより、紫外線による構成材料の劣化を抑制しながら波長変換物質３３の効率的な利用を可能にした。また、波長変換物質３３と紫外線吸収物質３４の併用により、耐久性に優れると共に光電変換効率が改善された高機能製品を安価に提供することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図５及び図６を参照しながら、第２実施形態について詳細に説明する。図５は、図４と同様の封止層４０の断面図である（紫外線吸収物質３４を省略）。図６は、封止層４０における光の透過率と波長との関係を示す図である。図６では、比較として第１波長変換物質３３ｘ、第２波長変換物質３３ｙの各々のみを含有する封止層の場合を右に示す。以下では、第１実施形態との相違点を主に説明するものとし、第１実施形態と同様の構成要素には同じ符号を用いて重複する説明を省略する。

第２実施形態は、封止層４０の構成が、第１実施形態の封止層３０と異なる。具体的には、封止層４０に２種類の第１波長変換物質３３ｘ、第２波長変換物質３３ｙが含有されている点で、１種類の波長変換物質３３を含有する封止層３０と異なる。図５では、紫外線吸収物質３４を省略しているが、封止層４０における紫外線吸収物質３４の好適な濃度分布は、例えば第１実施形態の第１領域３１ａのρ₃₄と同様である。

図５に示すように、第１波長変換物質３３ｘ及び第２波長変換物質３３ｙは、封止層４０の受光面側領域４１に含有されている。第２波長変換物質３３ｙは、第１波長変換物質３３ｘよりも長波長の光を吸収して波長変換する物質である。第１波長変換物質３３ｘ及び第２波長変換物質３３ｙは、少なくとも最大吸収波長が互いに重なっていないことが好ましい。また、少なくとも第１波長変換物質３３ｘの最大発光波長と、第２波長変換物質３３ｙの最大吸収波長とが重なっていないことが好ましい。勿論、第２波長変換物質３３ｙにより吸収される紫外線等を第１波長変換物質３３ｘが略吸収せず、且つ第１波長変換物質３３ｘにより波長変換された光を第２波長変換物質３３ｙが略吸収しないことが特に好ましい。

第１波長変換物質３３ｘ及び第２波長変換物質３３ｙは、上記の関係を満たす組み合わせであれば個々の物質は特に限定されず、例えば波長変換物質３３と同様の物質を用いることができる。好適な組み合わせの例としては、第１波長変換物質３３ｘにペリレン系色素を用い、第２波長変換物質３３ｙにフルオレセイン系色素を用いることが挙げられる。第１波長変換物質３３ｘ及び第２波長変換物質３３ｙには、互いに同種の物質（例えば、ペリレン系色素）であって波長変換特性（吸収波長、発光波長）が異なるものを適用してもよい。

図６に示すように、２種類の第１波長変換物質３３ｘ、第２波長変換物質３３ｙを用いることで、例えば発電に対する寄与が少なく構成材料を劣化させる紫外線の変換効率が向上する。第１波長変換物質３３ｘのみを含有する封止層の場合は、例えば可視域に近い紫外線を十分に変換できない場合がある。一方、第２波長変換物質３３ｙのみを含有する封止層の場合は、例えば短波長の紫外線の一部を変換することが困難である。第１波長変換物質３３ｘと第２波長変換物質３３ｙを併用することにより、両者を単独で用いた場合の不都合を解消することができる。

以下、封止層４０の各領域における第１波長変換物質３３ｘと第２波長変換物質３３ｙの好適な濃度分布について詳説する。以下では、第１波長変換物質３３ｘの濃度を「ρ_33x」、第２波長変換物質３３ｙの濃度を「ρ_33y」とする。

図５に示す例では、第１波長変換物質３３ｘ及び第２波長変換物質３３ｙは、受光面側領域４１のみに含有されている。但し、第１波長変換物質３３ｘ、第２波長変換物質３３ｙは、裏面側領域４２に含有されていてもよい。例えば、裏面側領域４２には、各物質が略同一の濃度で含有されていてもよい。或いは、裏面側領域４２では、ρ_33x＜ρ_33yであってもよいし、第２波長変換物質３３ｙのみが含有されていてもよい。

受光面側領域４１におけるρ_33x及びρ_33yは、略均一であってもよいが、第２波長変換物質３３ｙの保護等の観点から、第１領域４１ａにおけるρ_33x／ρ_33yが、第２領域３１ｂにおけるρ_33x／ρ_33yよりも高いことが好適である。さらに、ρ_33xは第１領域４１ａにおいてρ_33yよりも高く、ρ_33yは第２領域４１ｂにおいてρ_33xよりも高いことが好適である。長波長の光を変換する第２波長変換物質３３ｙは、第１波長変換物質３３ｘと比べて短波長の光によりダメージを受け易いが、当該濃度分布とすることより、第２波長変換物質３３ｙの劣化を抑制することができる。即ち、第１波長変換物質３３ｘが第２波長変換物質３３ｙを劣化させる短波長の光を変換することにより、第２波長変換物質３３ｙが保護される。第１波長変換物質３３ｘが変換できない長波長の光は、第２領域４１ｂに多く含まれる第２波長変換物質３３ｙによって変換することができる。

例えば、受光面側領域４１においてρ_33xを略均一とし、ρ_33yを第１領域４１ａよりも第２領域４１ｂで高くしてもよい（換言すると、ρ_33xを第２領域４１ｂよりも第１領域４１ａで低くする）。また、受光面側領域４１においてρ_33yを略均一とし、ρ_33xを第１領域４１ａよりも第２領域４１ｂで低くしてもよい（換言すると、ρ_33xを第２領域４１ｂよりも第１領域４１ａで高くする）。

ρ_33xは第２領域４１ｂよりも第１領域４１ａで高く、且つρ_33yは第１領域４１ａよりも第２領域４１ｂで高いことが特に好適である。即ち、受光面側領域４１において、第１波長変換物質３３ｘと第２波長変換物質３３ｙのいずれにも不均一な濃度分布が存在する。各物質の濃度勾配は、受光面側領域４１の厚み方向に対して互いに逆の関係にあることが好ましい。例えば、ρ_33xを第１保護部材１２から太陽電池１１に近づくほど次第に又は段階的に低くしてもよい。また、ρ_33yを第１保護部材１２から太陽電池１１に近づくほど次第に又は段階的に高くしてもよい。

具体的に、第１領域４１ａにおけるρ_33xは、波長変換物質３３ｘが無機系化合物である場合、第１領域４１ａの総重量に対して０．１〜１５重量％であることが好ましく、１．５〜１０重量％であることがより好ましい。波長変換物質３３ｘが有機系化合物である場合は、第１領域４１ａの総重量に対して０．０２〜２．０重量％であることが好ましく、０．０５〜０．８重量％であることがより好ましい。第１領域４１ａにおけるρ_33yは、波長変換物質３３ｙが無機系化合物である場合、第１領域４１ａの総重量に対して０〜１．５重量％であることが好ましく、０〜０．１重量％であることがより好ましい。波長変換物質３３ｙが有機系化合物である場合は、第１領域４１ａの総重量に対して０〜０．０５重量％であることが好ましく、０〜０．０２重量％であることがより好ましい。

第２領域４１ｂにおけるρ_33xは、波長変換物質３３ｘが無機系化合物である場合、第２領域４１ｂの総重量に対して０〜１．５重量％であることが好ましく、０〜０．１重量％であることがより好ましい。波長変換物質３３ｘが有機系化合物である場合は、第２領域４１ｂの総重量に対して０〜０．０５重量％であることが好ましく、０〜０．０２重量％であることがより好ましい。第２領域４１ｂにおけるρ_33yは、波長変換物質３３ｙが無機系化合物である場合、第２領域４１ｂの総重量に対して０．１〜１５重量％であることが好ましく、１．５〜１０重量％であることがより好ましい。波長変換物質３３ｙが有機系化合物である場合は、第２領域４１ｂの総重量に対して０．０２〜２．０重量％であることが好ましく、０．０５〜０．８重量％であることがより好ましい。

なお、第１波長変換物質３３ｘの発光波長と、第２波長変換物質３３ｙの吸収波長との重なりが大きいものを使用する必要がある場合は、上述の濃度分布を逆にしてもよい。即ち、この場合は、第１領域４１ａにおけるρ_33x／ρ_33yを、第２領域３１ｂにおけるρ_33x／ρ_33yよりも低くすることにより、二重の波長変換を抑制して波長変換効率を高めることができる。

本実施形態では、２種類の第１波長変換物質３３ｘ、第２波長変換物質３３ｙを用いる場合を例示したが、３種類以上の波長変換物質を用いてもよい。

＜第３実施形態＞
以下、図７及び図８を参照しながら、第３実施形態について詳細に説明する。図７は、図４と同様の封止層５０の断面図である（紫外線吸収物質３４を省略）。図８は、封止層５０の変形例を示す図である。以下では、上記各実施形態との相違点を主に説明するものとし、上記各実施形態と同様の構成要素には同じ符号を用いて重複する説明を省略する。

第３実施形態は、封止層５０の構成が、第１及び第２実施形態の封止層と異なる。封止層５０は、１種類の波長変換物質３３を含有する点で封止層３０と共通するが、裏面側領域５２にも波長変換物質３３が含有されている点で封止層３０と異なる。受光面側領域５１における波長変換物質３３の濃度は、第１領域５１ａよりも第２領域５１ｂで低いことが好適である。図７及び図８では、紫外線吸収物質３４を省略しているが、封止層５０における紫外線吸収物質３４の好適な濃度分布は、例えば第１実施形態と同様である。

図７に示すように、裏面側領域５２における波長変換物質３３の濃度は、太陽電池１１に隣接する第３領域５２ａよりも、第２保護部材１３に隣接する第４領域５２ｂで低いことが好適である（第３領域５２ａと第４領域５２ｂとの境界は、裏面側領域３２の厚みの丁度中間とする）。つまり、封止層５０では、第１保護部材１２側から第２保護部材１３側に向かって次第に又は段階的に波長変換物質３３の濃度が低下している。

これにより、波長変換物質３３の効率的な利用を図ることができる。即ち、第２保護部材１３に近づくほど波長変換物質３３により波長変換された光の割合が増加するため、そのような領域に波長変換物質３３が存在しても未変換光が波長変換物質３３に吸収される確率は低い。ゆえに、効果が小さな領域では波長変換物質３３の添加量を削減する。また、波長変換物質３３が１種類であっても、光の吸収波長の一部と発光波長の一部とが重なる場合があり、この場合には二重の波長変換を生じる可能性がある。即ち、波長変換された光の割合が多い領域では、波長変換物質３３の濃度を低くして二重の波長変換を抑制する。

図８に示す例では、裏面側領域５２ｚの第４領域５２ｂｚにおいて、第２保護部材１３の近傍のみに波長変換物質３３を含有しない領域５３が形成されている。領域５３は、例えば封止層５０と第２保護部材１３との接着性を高めるアンカーコート層として機能し、他の領域と組成が異なる樹脂シートを用いて形成することができる。また、図８に示す例では、受光面側領域５１における波長変換物質３３の濃度が略均一である。さらなる設計変更例として、領域５３のみが波長変換物質３３を含有せず、他の領域における波長変換物質３３の濃度を略均一にすることもできる。

１０太陽電池モジュール、１１太陽電池、１２第１保護部材、１３第２保護部材、１４導線、１５太陽電池パネル、１５ａ側面、１６フレーム、１７接着剤、１８反射体、２０光電変換部、２１半導体基板、２２，２３非晶質半導体層、２４，２５透明導電層、３０，４０，５０封止層、３１，４１，５１，６１受光面側領域、３１ａ，４１ａ，５１ａ第１領域、３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ第２領域、３２，４２，５２，５２ｚ，６２裏面側領域、３３波長変換物質、３３ｘ第１波長変換物質、３３ｙ第２波長変換物質、３４紫外線吸収物質、５２ａ第３領域、５２ｂ，５２ｂｚ第４領域、５３領域

Claims

太陽電池と、
前記太陽電池の受光面側に設けられた第１保護部材と、
前記太陽電池の裏面側に設けられた第２保護部材と、
前記各保護部材の間に設けられ、前記太陽電池を封止する封止層と、
を備え、
前記封止層の前記太陽電池よりも前記第１保護部材側に位置する受光面側領域には、特定波長の光を吸収して当該波長を変換する波長変換物質、及び紫外線を選択的に吸収する紫外線吸収物質が含有されている、太陽電池モジュール。
前記波長変換物質の少なくとも１種の濃度は、前記受光面側領域のうち前記第１保護部材に隣接する第１領域において、前記紫外線吸収物質の濃度よりも高く、
前記紫外線吸収物質の濃度は、前記受光面側領域のうち前記太陽電池に隣接する第２領域において、前記波長変換物質の少なくとも１種の濃度よりも高い、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
前記受光面側領域における前記波長変換物質の少なくとも１種の濃度は、前記第１保護部材に隣接する第１領域よりも、前記太陽電池に隣接する第２領域で低い、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
前記紫外線吸収物質の濃度は、前記第１領域よりも、前記第２領域で高い、請求項２又は３に記載の太陽電池モジュール。
前記波長変換物質は、第１波長変換物質と、前記第１波長変換物質よりも長波長の光を吸収して波長変換する第２波長変換物質とを含み、
前記第１波長変換物質の濃度は、前記第１領域において、前記第２波長変換物質の濃度よりも高く、
前記第２波長変換物質の濃度は、前記第２領域において、前記第１波長変換物質の濃度よりも高い、請求項２〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記波長変換物質は、さらに、前記封止層の前記太陽電池よりも前記第２保護部材側に位置する裏面側領域に含有され、
前記裏面側領域における前記波長変換物質の濃度は、前記太陽電池に隣接する第３領域よりも、前記第２保護部材に隣接する第４領域で低い、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池は、ヘテロ接合層を含み、
前記波長変換物質は、前記ヘテロ接合層のバンドギャップ以上のエネルギーを持つ波長の光を吸収して波長変換する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記封止層の前記波長変換物質を含有する領域の屈折率は、前記第１保護部材の最外層の屈折率よりも高い、請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
前記太陽電池、前記第１保護部材、前記第２保護部材、及び前記封止層から構成される太陽電池パネルの側面を覆って設けられ、前記波長変換物質により波長変換された光を反射する反射体を備えた、請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。