JPWO2015194096A1 - 太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法 - Google Patents

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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、太陽電池11を封止する充填材14とを備える。充填材14は、太陽電池11と第1保護部材12の間に配置された充填材14a、及び太陽電池11と第2保護部材13の間に配置された充填材14bを含み、充填材14aには波長変換物質30が含有されている。太陽電池モジュール10は、式1の条件を満たす。[式1]EQE(λ2)×(1−0.46n-2.8)×η≧EQE(λ1)

Description

本開示は、太陽電池モジュール及び太陽電池モジュールの製造方法に関する。
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、光電変換層での光電変換効率が低い波長領域の光を光電変換効率の高い波長領域の光に変換する基体表面波長変換膜を備えた太陽電池モジュールを開示している。
国際公開第2011/155614号パンフレット
ところで、波長変換物質に吸収された光の全てが太陽電池に入射するわけではない。例えば、波長変換物質の内部量子効率は100%ではないため、吸収された光の一部は波長変換されない。また、波長変換物質は等方的に発光するため、波長変換された光の一部は太陽電池と反対方向に進んでモジュール外に抜けてしまう。したがって、かかる光の損失を考慮して太陽電池モジュールを構築しなければ、入射光の利用効率を十分に改善することができず、場合によっては光電変換効率を低下させることになりかねない。
本開示に係る太陽電池モジュールの一態様は、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、太陽電池と第1保護部材の間に配置された第1充填材、及び太陽電池と第2保護部材の間に配置された第2充填材を含み、太陽電池を封止する充填材と、第1充填材に含有される、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と、を備え、式1の条件を満たす。
[式1]EQE(λ2)×(1−0.46n-2.8)×η≧EQE(λ1
ここで、EQE(λ1)は波長変換物質の吸収波長の長波長端(λ1)における当該モジュールの外部量子効率、EQE(λ2)は波長変換物質の発光のピーク波長(λ2)における当該モジュールの外部量子効率、nは第1充填材の屈折率、ηは波長変換物質の量子効率である。
本開示に係る太陽電池モジュールの製造方法の一態様は、太陽電池、第1保護部材、及び第2保護部材を準備する第1の工程と、太陽電池を封止する、第1及び第2充填材を準備する第2の工程と、第1保護部材、第1充填材、太陽電池、第2充填材、第2保護部材の順に重ね合わせ、各部材をラミネートする第3の工程と、を含み、第1充填材には、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が添加されており、第2の工程では、上記の式1に基づいて、第1充填材に添加する波長変換物質を選択する。
本開示によれば、入射光の利用効率が改善され、光電変換効率が向上した太陽電池モジュールを提供することができる。
実施形態の一例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(電極及び配線材は省略)。 本開示の実施形態の一例である太陽電池モジュールの外部量子効率を示す図である。 実施形態の一例である太陽電池モジュールにおいて、モジュールの外部量子効率と波長変換物質の吸収・発光波長との関係を説明するための図である。 実施形態の一例である太陽電池モジュールにおいて、モジュールの外部量子効率と波長変換物質の吸収・発光波長との関係を説明するための図である。 実施形態の他の一例である太陽電池モジュールの断面図である。 実施形態の他の一例である太陽電池モジュールにおいて、モジュールの外部量子効率と波長変換物質の吸収・発光波長との関係を説明するための図である。
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、太陽電池、光電変換部の「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。また、「略**」との記載は、「略同一」を例に挙げて説明すると、全く同一はもとより、実質的に同一と認められるものを含む意図である。
図1は、実施形態の一例である太陽電池モジュール10の断面図である。
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、各保護部材の間に設けられ、太陽電池11を封止する充填材14とを備える。充填材14は、太陽電池11と第1保護部材12との間に配置された充填材14aと、太陽電池11と第2保護部材13との間に配置された充填材14bとを含む。本実施形態では、各保護部材の間に複数の太陽電池11が配置され、太陽電池11同士を接続する配線材15が設けられている。
太陽電池モジュール10は、詳しくは後述するように、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30(図2参照)を備える。波長変換物質30は、充填材14aに含有されている。波長変換物質30は、充填材14bに含有されていてもよいが、波長変換物質30の利用効率を考慮して、充填材14aにおける波長変換物質30の濃度を充填材14bにおける当該物質の濃度よりも高くすることが好ましい。
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。第2保護部材13には、例えば樹脂フィルムを用いることができる。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50〜300μm程度である。
充填材14は、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。充填材14は、封止剤とも呼ばれる。充填材14は、例えば充填材14a,14bをそれぞれ構成する2枚の樹脂シートを用いて、ラミネート工程により形成される。充填材14の厚みは、特に限定されないが、好ましくは充填材14a,14bのそれぞれの厚みが100〜600μm程度である。波長変換物質30は、少なくとも充填材14a中に添加される。
充填材14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。
配線材15は、例えば接着剤により太陽電池11の電極に取り付けられる。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、配線材15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。配線材15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の裏面とにそれぞれ取り付けられる。
太陽電池11、第1保護部材12、第2保護部材13、及び充填材14は、太陽電池パネルを構成する。太陽電池パネルは、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り、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。太陽電池パネルの裏側には、例えば出力用配線材が引き込まれる端子ボックスが設けられる。太陽電池モジュール10は、太陽電池パネルの端縁部に取り付けられるフレームを備えることが好ましい。
図2は、図1のA部拡大図であって、太陽電池11及び充填材14を拡大して示す。
図2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)。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。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。
上記電極は、導電性フィラーと、当該フィラーを結着するバインダ樹脂とで構成されることが好適である。導電性フィラーには、例えば銀(Ag)、銅(Cu)、ニッケル(Ni)等の金属粒子やカーボン、又はこれらの混合物などが用いられる。バインダ樹脂には、例えばエポキシ樹脂やシリコーン樹脂、ウレタン樹脂等に、必要により硬化剤を混合した硬化型樹脂が用いられる。これらのうち、導電性フィラーにAg粒子、バインダ樹脂にエポキシ樹脂をそれぞれ用いることが特に好ましい。
光電変換部20は、例えば半導体の基板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。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(In23)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。
具体的には、基板21にn型単結晶シリコン基板を適用した構造が挙げられる。光電変換部20は、例えば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。
上記非晶質シリコン層は、CVDにより形成されることが好適である。CVDによるi型非晶質シリコン層の積層工程では、シランガス(SiH4)を水素(H2)で希釈した原料ガスを使用することが好ましい。n型非晶質シリコン層の場合は、例えばシラン(SiH4)にホスフィン(PH3)を添加し、水素(H2)で希釈したものを原料ガスとして使用する。p型非晶質シリコン層の場合は、例えばホスフィン(PH3)の代わりに、ジボラン(B26)をドーピングガスとして使用する。当該非晶質シリコンと単結晶シリコンをハイブリッド化したヘテロ接合太陽電池は、例えばバンドギャップが1.7eVである。以下、当該ヘテロ接合太陽電池を「a−Si:Hセル」という。
図2に示すように、太陽電池11の受光面側に配置される充填材14aは、波長変換物質30を含有している。充填材14aは、さらに紫外線吸収物質31を含有することが好適である。本実施形態では、充填材14a中に波長変換物質30及び紫外線吸収物質31が略均一に分散している。但し、例えば太陽電池11の近傍よりも第1保護部材12の近傍において波長変換物質30の濃度を高くし、紫外線吸収物質31の濃度を低くする等、封止層14a中で各物質の不均一な濃度分布を設けてもよい。
波長変換物質30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30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30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。詳しくは後述するが、好ましい吸収波長、変換波長(発光波長)は、太陽電池11の種類によって変化する。
紫外線吸収物質31は、紫外線を選択的に吸収する物質であって、波長変換物質30のような波長変換機能を有さない。即ち、紫外線吸収物質31は、紫外線を吸収するのみで発光しない物質であって、波長変換物質30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31は、光電変換効率を損なうことなく、太陽電池モジュール10を構成する樹脂材料の劣化を抑制するため、特に波長350nm以下の紫外線を多く吸収することが好ましい。
紫外線吸収物質31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30に比べて安価であるため、波長変換物質30及び紫外線吸収物質31を併用することにより、高機能製品を安価に提供できる。
ここで、図3〜図5を参照しながら、上記ヘテロ接合を有する太陽電池11(a−Si:Hセル)と波長変換物質30の好適な組み合わせについて詳説する。
図3は、a−Si:Hセルを備える太陽電池モジュール10z(波長変換物質30を含有しない状態)の各波長における外部量子効率(EQE)を示している。実線は紫外線吸収物質31を含む場合、一点鎖線は紫外線吸収物質31を含まない場合の外部量子効率をそれぞれ示す(図4,5,7についても同様)。図3は、波長変換物質30を含有しない状態の外部量子効率を示しているが、波長変換物質30の吸収端より長波長領域では、波長変換物質30の有無で外部量子効率は変化しない(即ち、当該吸収端の外部量子効率について議論する場合は、波長変換物質30の有無は不問である)。
上記外部量子効率の測定条件は下記の通りである。
・装置:分光感度測定装置
・測定領域等:太陽電池が配置された領域に対して第1保護部材側から光を照射。波長を変えながら入射フォトン数一定の条件下で測定。
なお、太陽電池モジュールの外部量子効率は、主に太陽電池11の構造(ヘテロ型、拡散型等)や構成材料(基板を構成する半導体等)などに依存する。
太陽電池モジュール10は、式1の条件を満たすものであることが好適である。
[式1]EQE(λ2)×(1−0.46n-2.8)×η≧EQE(λ1
ここで、EQE(λ1)は波長変換物質30の吸収波長の長波長端(λ1)における太陽電池モジュール10の外部量子効率、EQE(λ2)は波長変換物質30の発光のピーク波長(λ2)における太陽電池モジュール10の外部量子効率である。nは波長変換物質30の発光のピーク波長における充填材14aの屈折率(以下、単に「充填材14aの屈折率」という)である。ηは波長変換物質30の量子効率を示す。吸収波長の長波長端(λ1)は、例えば波長変換物質30を含む充填材14aの透過率が85%以上になる波長である。
式1は、波長変換物質30の添加により発生する入射光の損失を考慮して導かれたものである。かかる入射光の損失は(1−0.46n-2.8)×ηで表される。以下、(1−0.46n-2.8)×ηを「α」と略記する場合がある。波長変換物質30の量子効率ηは、波長変換物質30に吸収された光の一部が波長変換されないことによる損失を考慮している。0.46n-2.8は、波長変換物質30が等方的に発光することに起因して発生する損失分である。即ち、波長変換された光の一部が太陽電池11と反対方向に進み、第1保護部材12等で太陽電池11側に反射されずモジュール外に抜けることによって発生する損失である。これは、モジュール内部に閉じ込められる光の割合をフレネルの式を用いて計算した結果から導かれたものである。
太陽電池モジュール10は、式1の条件を満たすことにより、波長変換物質30の吸収波長において外部量子効率が向上し、入射光の利用効率が改善される。つまり、式1の条件を満たす場合、波長変換物質30の添加による効果が当該物質の添加による損失を上回る。一方、式1の条件を満たさない場合は、波長変換物質30の利用効率が低下する。例えば、EQE(λ1)よりもEQE(λ2)×αが大幅に小さい場合、波長変換物質30の添加による損失が当該物質の添加による効果を上回り、かえって光電変換効率を低下させることがある。
図3に示すように、a−Si:Hセルの場合、波長650nm〜1000nmの範囲で外部量子効率が高くなっている。一方、波長650nmよりも短波長側、波長1000nmよりも長波長側では、外部量子効率が低下している。ゆえに、太陽電池11がa−Si:Hセルである場合、波長変換物質30の吸収波長は650nm未満、発光波長は650nm〜1000nmであることが好ましい。さらに式1の条件を考慮すると、吸収波長の長波長端(λ1)が350nm〜500nm、発光のピーク波長(λ2)が長波長端(λ1)に20nmを加えた値〜1000nmであることが好ましい。発光のピーク波長(λ2)は、外部量子効率が最大となる650nm〜1000nmの範囲にあることが好ましい。但し、充填材14の吸収や裏面反射率、薄型基板によるSiの吸収減、透明導電層によるフリーキャリアの吸収、裏面パッシベーション等の影響(いずれも図示していない)を考慮すると、ピーク波長(λ2)は650nm〜900nmであることが特に好ましい。
波長変換物質30は、紫外線を吸収紫外線によるモジュール構成材料(例えば、電極を構成するエポキシ樹脂)の劣化を抑制するため、少なくとも紫外線の一部を吸収して、より長波長の光に変換することが好ましい。また、波長変換物質30が紫外線を吸収して波長変換すれば、透明導電層24,25やヘテロ接合層による入射光の吸収も抑制される。変換波長(発光波長)としては、上記のように650nm〜1000nmの範囲が好ましい。即ち、太陽電池モジュール10の構築にあたっては、まず発光のピーク波長(λ2)を650nm〜1000nmの範囲に設定し、次に式1の条件を満たすように吸収波長の長波長端(λ1)を設定することが好適である。
図4は、a−Si:Hセルを備える太陽電池モジュール10において、式1の条件を満たす具体例の1つを示す図である(後述の図5についても同様)。図4に示す例では、充填材14aに含有される波長変換物質30の量子効率ηが0.8、充填材14aの屈折率nが1.5(即ち、0.46n-2.8=0.15)である。そして、波長変換物質30の吸収波長の長波長端(λ1)が440nmであり、発光のピーク波長(λ2)が650nmである。この場合、式1の条件が満たされ、EQE(λ2)×(1−0.46n-2.8)×η=EQE(λ1)となる。
図4に示す例において、波長変換物質30の量子効率ηが1である場合、吸収波長の長波長端(λ1)を500nm以下に設定すれば、式1の条件が満たされる。即ち、ηが1に近づくほど吸収波長の長波長端(λ1)を長波長側にシフトさせることができる。他方、ηが小さくなるほど長波長端(λ1)を短波長側にシフトさせる必要がある。
図4に示す例では、紫外線吸収物質31(例えば、トリアジン系化合物(BASF社製のTinuvin1600等))を含む場合、当該物質を含まない場合と比較して、モジュールの外部量子効率が波長400nm付近から低下し始め、波長350nm付近で略0となっている。即ち、Tinuvin1600により、波長350nm以下の入射光が殆ど吸収される。波長変換物質30と紫外線吸収物質31を併用する場合、両物質は紫外線の吸収において競合するため、波長変換物質30の吸収波長は紫外線吸収物質31の吸収波長に応じて設定することが好ましい。
a−Si:Hセルを備える太陽電池モジュール10において、紫外線吸収物質31としてTinuvin1600を用いる場合、充填材14aを2つの層に分けて、例えば第1保護部材12側に波長変換物質30を含有する層を、太陽電池11側に紫外線吸収物質31を含有する層をそれぞれ設けることもできる。
図5に示す例では、波長変換物質30の量子効率ηを1、充填材14aの屈折率nを1.5(即ち、0.46n-2.8=0.15)としている。波長変換物質30の吸収波長の長波長端(λ1)は420nmであり、発光のピーク波長(λ2)は450nmである。この場合も、式1の条件が満たされ、EQE(λ2)×(1−0.46n-2.8)×η=EQE(λ1)となる。
式1の条件を満たす場合、波長変換物質30の添加により太陽電池モジュール10の外部量子効率が向上するため、EQE(λ1)の下限値は特に限定されない。図4及び図5に示すように、波長変換物質30を効率良く利用して太陽電池モジュール10の外部量子効率を向上させるためには、EQE(λ2)×α=EQE(λ1)の条件が最適である。ここで、EQE(λ2)×αとEQE(λ1)が等しいとは、実質的に等しいと認められる範囲を含む意図であり、具体的には両値の差が±5%程度であればよい。
太陽電池11がa−Si:Hセルである場合、式1の条件を満たす波長変換物質30の具体例としては、TBPe(2,5,8,11-Tetra-tert-butylperylene)、BCzVBi(4,4'-Bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl)などが挙げられる。封止層14aにおける波長変換物質30の濃度は特に限定されないが、無機系波長変換物質の場合は、例えば0.1重量%〜15重量%である。有機系波長変換物質の場合は、例えば0.02重量%〜2.0重量%である。
図6は、実施形態の他の一例である太陽電池モジュール10xの断面図である。
図6に示すように、太陽電池モジュール10xでは、太陽電池の構造が、太陽電池モジュール10の場合と異なっている。図6に示す太陽電池11xの光電変換部40は、p型単結晶シリコン基板41と、当該基板にリン(P)を高温で拡散して形成されたn型層42とを有する。光電変換部40の受光面上及び裏面上には、電極43,44がそれぞれ形成されている。このような太陽電池11xは、一般的に拡散セルと呼ばれている。
図7は、上記拡散セルを備える太陽電池モジュール10xにおいて、式1の条件を満たす具体例の1つを示す図である(波長変換物質30の量子効率ηは1、充填材14aの屈折率nは1.5である)。図7に示すように、上記拡散セルの場合、波長430nm〜1000nmの範囲で外部量子効率が高くなっている。一方、波長430nmよりも短波長側、波長1000nmよりも長波長側では、外部量子効率が低下している。ゆえに、波長変換物質30の吸収波長は430nm未満、発光波長は430nm〜1000nmであることが好ましい。そして、式1の条件等を考慮すると、吸収波長の長波長端(λ1)が350nm〜390nmであり、発光のピーク波長(λ2)が長波長端(λ1)に20nmを加えた値(例えば、430nm)〜1000nmであることが好ましい。
図7に示す例では、波長変換物質30の吸収波長の長波長端(λ1)が390nmであり、発光のピーク波長(λ2)が430nmである。この場合、式1の条件が満たされ、EQE(λ2)×(1−0.46n-2.8)×η=EQE(λ1)となる。発光のピーク波長(λ2)が430nmである場合、吸収波長の長波長端(λ1)を390nm以下に設定すれば式1の条件が満たされる。
上記拡散セルを用いる場合、式1の条件を満たす波長変換物質30の具体例としては、DPAVB(4-(Di-p-tolylamino)-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene)などが挙げられる。なお、ヘテロ接合を有するバンドギャップ2.2eV〜3.0eVのSiC系セルも、上記拡散セルと類似した外部量子効率カーブを示す。
上記構成を備えた太陽電池モジュール10は、各構成部材を積層して熱圧着するラミネート工程を経て製造することが好適である。太陽電池モジュール10の製造過程では、まず、太陽電池11(a−Si:Hセル)が作製される。a−Si:Hセルは、従来公知の方法により作製できる。太陽電池11の電極上には配線材15が取り付けられ、複数の太陽電池11が直列に接続されて、太陽電池11のストリングが作製される。
次に、第1保護部材12上に充填材14aを構成する樹脂シートを積層し、その上に太陽電池11のストリングを積層する。さらに、太陽電池11のストリング上に充填材14bを構成する樹脂シートを積層し、その上に第2保護部材13を積層する。なお、少なくとも充填材14aを構成する樹脂シートには、波長変換物質30が添加されている。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、太陽電池パネルが得られる。最後に、太陽電池パネルにフレーム等を取り付けて太陽電池モジュール10が製造される。
つまり、太陽電池モジュール10の製造工程には、下記の工程が含まれる。
(1)太陽電池11、第1保護部材12、及び第2保護部材13を準備する第1の工程
(2)太陽電池11を封止する充填材14a,14bを準備する第2の工程
(3)第1保護部材12、充填材14a、太陽電池11、第2充填材14b、第2保護部材13の順に重ね合わせ、各部材をラミネートする第3の工程
第2の工程では、式1に基づいて波長変換物質30を選択する。
[式1]EQE(λ2)×(1−0.46n-2.8)×η≧EQE(λ1
式1の条件を満たす波長変換物質30を選択して、充填材14aに添加することにより、波長変換物質30の吸収波長において外部量子効率が向上し、入射光の利用効率を改善することができる。a−Si:Hセルでは、上記のように、波長650nm〜1000nmの範囲で外部量子効率が高く、波長650nmよりも短波長側、波長1000nmよりも長波長側では、外部量子効率が低下している(図3参照)。ゆえに、発光波長が650nm〜1000nmの範囲にある波長変換物質30を用いることが好ましい。発光のピーク波長(λ2)は650nm〜1000nmの範囲にあることが好ましい。
発光のピーク波長(λ2)を650nm〜1000nmとする場合、例えば吸収波長の長波長端(λ1)が350nm〜500nmの範囲にある波長変換物質30を用いることにより、式1の条件を満たすことができる。具体的には、波長変換物質30の量子効率ηが0.8、発光のピーク波長(λ2)が650nm、充填材14aの屈折率nが1.5である場合、波長変換物質30の吸収波長の長波長端(λ1)は440nm以下であることが要求される。第2の工程では、EQE(λ2)×(1−0.46n-2.8)×η=EQE(λ1)となるように、波長変換物質30(吸収波長の長波長端(λ1)が440nmに近い値である波長変換物質30)を選択することが特に好適である。
上記拡散セルを用いる場合も、式1の条件に基づいて波長変換物質30を選択する。上記拡散セルを用いる場合は、外部量子効率が高くなる波長範囲が、a−Si:Hセルを用いる場合と異なる。ゆえに、波長変換物質30の好適な発光のピーク波長(λ2)、吸収波長の長波長端(λ1)は、a−Si:Hセルの場合と異なる。太陽電池モジュールの構築にあたっては、まず発光のピーク波長(λ2)を外部量子効率が高くなる範囲に設定し、次に吸収波長の長波長端(λ1)が式1の条件を満たす範囲にある波長変換物質30を選択することが好適である。
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、14,14a,14b 充填材、15 配線材、20 光電変換部、21 基板、22,23 非晶質半導体層、24,25 透明導電層、30 波長変換物質、31 紫外線吸収物質

Claims (7)

  1. 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、
    前記太陽電池と前記第1保護部材の間に配置された第1充填材、及び前記太陽電池と前記第2保護部材の間に配置された第2充填材を含み、前記太陽電池を封止する充填材と、
    前記第1充填材に含有される、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と、
    を備え、式1の条件を満たす、太陽電池モジュール。
    [式1]EQE(λ2)×(1−0.46n-2.8)×η≧EQE(λ1
    ここで、EQE(λ1)は前記波長変換物質の吸収波長の長波長端(λ1)における当該モジュールの外部量子効率、EQE(λ2)は前記波長変換物質の発光のピーク波長(λ2)における当該モジュールの外部量子効率、nは前記第1充填材の屈折率、ηは前記波長変換物質の量子効率である。
  2. 前記太陽電池は、単結晶シリコン基板と、当該基板上に形成された非晶質シリコン層とを含む光電変換部を有する、請求項1に記載の太陽電池モジュール。
  3. 前記波長変換物質は、吸収波長の長波長端(λ1)が350nm〜500nmであり、発光のピーク波長(λ2)が650nm〜1000nmである、請求項2に記載の太陽電池モジュール。
  4. 単結晶シリコン基板、及び当該基板上に形成された非晶質シリコン層を含む光電変換部を有する太陽電池と、
    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、
    前記太陽電池と前記第1保護部材の間に配置された第1充填材、及び前記太陽電池と前記第2保護部材の間に配置された第2充填材を含み、前記太陽電池を封止する充填材と、
    前記第1充填材に含有される、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と、
    を備え、
    前記波長変換物質は、吸収波長の長波長端(λ1)が350nm〜500nmであり、発光のピーク波長(λ2)が前記吸収波長の長波長端(λ1)に20nmを加えた値〜1000nmである、太陽電池モジュール。
  5. 太陽電池、第1保護部材、及び第2保護部材を準備する第1の工程と、
    前記太陽電池を封止する、第1及び第2充填材を準備する第2の工程と、
    前記第1保護部材、前記第1充填材、前記太陽電池、前記第2充填材、前記第2保護部材の順に重ね合わせ、各部材をラミネートする第3の工程と、
    を含み、
    前記第1充填材には、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が添加されており、
    前記第2の工程では、式1に基づいて、前記第1充填材に添加する前記波長変換物質を選択する、太陽電池モジュールの製造方法。
    [式1]EQE(λ2)×(1−0.46n-2.8)×η≧EQE(λ1
    ここで、EQE(λ1)は前記波長変換物質の吸収波長の長波長端(λ1)における当該モジュールの外部量子効率、EQE(λ2)は前記波長変換物質の発光のピーク波長(λ2)における当該モジュールの外部量子効率、nは前記第1充填材の屈折率、ηは前記波長変換物質の量子効率である。
  6. 前記太陽電池は、単結晶シリコン基板と、当該基板上に形成された非晶質シリコン層とを含む光電変換部を有する、請求項5に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
  7. 前記波長変換物質は、吸収波長の長波長端(λ1)が350nm〜500nmであり、発光のピーク波長(λ2)が650nm〜1000nmである、請求項6に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
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