WO2010084837A1 - 太陽電池 - Google Patents

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WO2010084837A1
WO2010084837A1 PCT/JP2010/050484 JP2010050484W WO2010084837A1 WO 2010084837 A1 WO2010084837 A1 WO 2010084837A1 JP 2010050484 W JP2010050484 W JP 2010050484W WO 2010084837 A1 WO2010084837 A1 WO 2010084837A1
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WO
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solar cell
center line
pitch
power generation
cell
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PCT/JP2010/050484
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English (en)
French (fr)
Inventor
菅　義訓
Original Assignee
トヨタ自動車株式会社
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L31/00—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/0547—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means comprising light concentrating means of the reflecting type, e.g. parabolic mirrors, concentrators using total internal reflection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L31/04—Semiconductor devices sensitive to infrared radiation, light, electromagnetic radiation of shorter wavelength or corpuscular radiation and specially adapted either for the conversion of the energy of such radiation into electrical energy or for the control of electrical energy by such radiation; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof adapted as photovoltaic [PV] conversion devices
    • H01L31/042—PV modules or arrays of single PV cells
    • H01L31/048—Encapsulation of modules
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/52—PV systems with concentrators

Definitions

  • the present invention relates to a solar cell that generates electricity by effectively using sunlight, which is an alternative energy to petroleum.
  • a plurality of solar power generation cells made of polycrystalline or single crystal crystalline silicon connected in series are sandwiched and sealed with resin or glass.
  • flat cell strings are formed.
  • a plurality of cells are arranged at substantially equal intervals in the vertical or horizontal arrangement direction, and a front plate made of transparent resin or glass is arranged on the front side of the cell string.
  • the above-mentioned transparent resin or glass located between the back side and front side front plate of the plurality of cells included in the cell strings constitutes the back plate, and a plurality of sunlight is emitted on the back side of the back plate.
  • a reflector for condensing the cells is provided.
  • this reflector for example, a configuration is proposed in which a reflector having a bellows-like wavefront as described in Patent Documents 1 to 3 is provided.
  • such a solar cell has a structure in which cells are arranged in parallel at substantially equal intervals in the arrangement direction and a reflection plate is provided on the back side, so that the light reflectance of the reflection plate is increased for the purpose of increasing the efficiency of power generation.
  • the difference between the black surface of the cell and the silver white color of the reflector is conspicuous because the scattered light generated when the sunlight incident from the front plate is reflected by the reflector on the back side is reflected at various angles. Invite.
  • the appearance, aesthetics, and design of the solar cell as a whole are impaired.
  • solar cells are assumed to be mounted on the roofs of houses and on the roofs of automobiles, it is assumed that they will impair the merchantability of solar cells and houses and vehicles equipped with solar cells. There is also a risk.
  • an object of the present invention is to provide a solar cell capable of reflecting sunlight more appropriately.
  • the solar cell according to the present invention is: A front plate, Solar power generation means arranged on the back side of the front plate and arranged in a direction of arrangement at a predetermined pitch, Reflection means for reflecting sunlight on the back surface of the solar power generation means; Including The reflecting means includes a reflector and a back plate; The reflector is When viewed from the front direction of the photovoltaic power generation means and the vertical direction perpendicular to the arrangement direction, a peak portion protruding to the front side and a valley portion recessed to the back side with a half pitch half the pitch as one cycle.
  • the position of the center line in the arrangement direction of the solar power generation means and the position in the arrangement direction of the center line between the adjacent solar power generation means are matched with the position in the arrangement direction of the mountain portion, Forming a first R-machined portion on the peak corresponding to the center line;
  • a first radius constituting the first R processed portion is larger than 0.05 mm and smaller than 1/5 of the pitch; It is characterized by.
  • the solar cell constitutes a front plate, a sealing material, a plurality of cells as the solar power generation means, a sealing material, and the reflection means in order from the incident direction of sunlight, that is, from the front side to the back side. It is preferable to include a back plate. Further, the solar cell is a basic material that is also formed after the laminate molding the reflecting plate that also constitutes the reflecting means, for example, a reflective film deposited with Ag, a high reflectivity Al substrate, a high reflectivity white foam resin It is preferable to include a film or the like.
  • the cell is preferably a double-sided light-receiving type cell having a bifaciality, that is, a power generation performance ratio with respect to the front of the back surface of 0.7 or more.
  • the R processing means that a ridge portion or a corner portion formed by intersecting lines of two planes having different perpendicular directions is chamfered by an appropriate means such as cutting to form a curved surface having a certain radius. Point to.
  • the peak portion includes the first R processed portion, and the first R Due to the fact that the first radius constituting the processed portion is a value larger than 0.05 mm and smaller than 1/5 of the pitch, the following effects are obtained. That is, avoiding multiple scattering of sunlight by the mountain portion, even when the solar cell is irradiated with sunlight, prevents the appearance of the shining and shining in stripes, and mounting the solar cell The merchantability of homes and automobiles can be improved.
  • the reflected light rebounds at the peak portion increases, and when the first radius is 0.05 mm or less, the range in which the reflected light is scattered increases and the striped bright lines increase. .
  • the present invention has been made based on this finding.
  • the reason why the first radius constituting the first R processed portion is preferably larger than 0.05 mm and smaller than 1/5 of the pitch will be described below.
  • One of the causes of unsightly striped bright lines when the solar cell is viewed from the front side is the generation of sunlight that jumps out of the module along the optical path indicated by the arrow in FIG. This is a phenomenon that is particularly likely to occur when the magnification is increased in order to reduce the cost, and has the dilemma that the appearance deteriorates if the cells are made fine so as to reduce the cost.
  • the conditions for preventing the generation of sunlight in such an optical path are required to satisfy the following formula (1).
  • the cell in FIG. 9 is arranged at the center of the thickness t.
  • the pitch of the cell arrangement is P
  • the condensing magnification is a
  • the incident angle of obliquely incident sunlight is s
  • the refractive index of the transparent material constituting the module is n
  • the reflection plate that is, the front plate of the mirror or the An inclination angle with respect to a plane formed by the cells is ⁇ .
  • Equation 1 The function on the left side of the relationship shown in Equation 1 is a decreasing function of ⁇ with respect to sunlight incident from an oblique direction.
  • the first radius in the vicinity of the first R processed portion is made as large as possible ( ⁇ This means that it is possible to suppress the loss of light that causes striped glare that occurs in the mode as shown in FIG.
  • the sunlight reflected at a location far from the cell like the first R processed portion needs to be incident on the cell of the solar cell through a total reflection process on the surface of the front plate.
  • the reflector that is, the mirror
  • the sunlight converted by the reflecting plate only needs to satisfy the total reflection condition. That is, it is necessary to satisfy the relationship of the following formula 2.
  • Equation 2 The function on the left side of the relationship shown in Equation 2 is an increase function of ⁇ . In other words, it is better to make the first radius near the first R processed portion as small as possible (narrow the region where ⁇ is small). This means that it becomes possible to suppress the loss of light that causes glare that occurs in a mode such as 13.
  • the first radius of the first R processed portion there is an optimum range for the first radius of the first R processed portion, and practically not a narrow range limited by the above-described model formulas of Equations 1 and 2, but appearance quality and
  • the first radius is determined from the balance of optical efficiency. Specifically, it is preferably at least greater than 0.05 mm and less than 1/5 of the pitch P.
  • the sunlight reflected by the reflector is not condensed on the back surface of the solar power generation means. It is possible to avoid generation of lost light that leaks out through the front plate. That is, even when the solar cell is irradiated with sunlight, the light collecting performance can be improved and the power generation efficiency can be increased.
  • the solar cell is highly bi-functional, and the reflector is located directly below the center line in the arrangement direction of the solar power generation means, that is, on the back side.
  • the following functions and effects can be obtained by positioning the portion having the thinnest thickness in the front direction of the crest and the back plate. That is, when the solar cell is viewed from the outside, a black appearance is visually recognized by the effect that the back surface of the photovoltaic power generation means is reflected on the reflector, and the solar cell is glaring to the outside. It is possible to avoid giving the sensation and improve the appearance of the solar cell and provide a high-class feeling.
  • the numerical limitation of the first radius constituting the first R processed portion is, in place of the above-described 0.05 mm and less than 1/5 of the pitch, further drawing out the effect of suppressing diffracted light,
  • the pitch P is greater than 0.10 mm and less than 1/8 of the pitch P.
  • the numerical value limitation of the first radius be greater than 0.15 mm and less than 1/15 of the pitch P in order to completely eliminate the glare caused by the diffraction phenomenon and keep the module strength high.
  • a center line peak / valley pitch which is a distance in the arrangement direction between the peak corresponding to the center line and the adjacent valley is large, Is preferably characterized.
  • the valley portion of the reflector plate is more than an intermediate point between the center line between the solar power generation means adjacent to each other and the center line in the arrangement direction of the solar power generation means. It will be arranged in a direction closer to the center line. For this reason, when sunlight is incident on the solar cell at a shallow angle, the incident sunlight is first configured between the peak and the valley corresponding to the center line of the reflector. It can be reflected by one reflecting surface. Further, the reflected sunlight is reflected by a second reflecting surface configured between the valley portion of the reflector and the valley portion that coincides with the center line, and the sun is reflected through a two-stage reflection process. Light can be properly and accurately guided and condensed by the back surface of the solar power generation means.
  • the solar cell According to the solar cell, sunlight incident at a shallow angle such as in the morning, dusk, and winter can be more effectively concentrated on the back surface of the solar power generation means. Thus, it is possible to maintain and secure higher light collection performance and power generation efficiency. Moreover, the energy intensity can be increased by increasing the integrated intensity of the power generation amount in the solar cell over time.
  • the solar cell even if the interval between the plurality of solar power generation means arranged at the pitch in the arrangement direction, that is, the pitch is made larger, incident sunlight is scattered and reflected by the mountain portion. It is prevented from being leaked to the outside without being condensed on the back surface of the solar power generation means by being reflected by the valley portion. For this reason, it is possible to prevent generation of lost light as much as possible, increase the concentration factor and the concentration performance, and reduce the proportion of the area occupied by the solar power generation means when the solar cell is viewed from the front. Thus, the cost can be reduced.
  • a second radius constituting the second R processed portion is larger than the first radius; Is preferably characterized.
  • the solar cell when the incident sunlight reaches the valley, it is more effectively converted in a direction directed to the back surface of the photovoltaic power generation unit by preventing being scattered and reflected by the valley. Can be done. For this reason, when the solar cell is viewed obliquely from the outside, it is possible to avoid giving a sensation of sensation to a person who visually recognizes the solar cell from the outside, and to improve the appearance of the solar cell. Can be provided.
  • the pitch An inclination angle formed by the reflector with the arrangement direction when viewed from the vertical direction; The thickness in the front direction of the front surface of the front plate and the peak portion corresponding to the center line of the reflection plate; Concentration magnification obtained by dividing the pitch by the length in the arrangement direction of the solar power generation means,
  • the predetermined function defined by the total light reflectance of the reflecting plate is a lower limit of a value obtained by subtracting 15 degrees from the value of the inclination angle at the maximum value when the inclination angle is changed from 0 degree to 90 degrees.
  • the inclination angle is larger than the lower limit value and smaller than the upper limit value; Is preferably characterized.
  • the light energy I (z, ⁇ ) incident on the cell of the double-sided light receiving solar cell per unit cell of the reflector, which is a condensing element constituting the solar power generation means, is In the panel formed by the solar cell that is installed so as to have an optimum angle at the time of south-central time, it is expressed by the following relational expression (3).
  • the elevation angle of incident sunlight be z
  • incident light energy in consideration of the Fresnel loss incident on the unit region of the front plate be i (z).
  • an arbitrary inclination angle of the light collecting mirror which is the reflection plate is set as ⁇
  • a pitch of arrangement of the cells is P
  • a light collecting magnification is a
  • a reflectance of the light collecting mirror is r.
  • Equation 3 the total integrated intensity Itot of light energy that pours from sunlight during the day and reaches the cell is expressed by the relational expression shown in Equation 4 below.
  • the total integrated intensity Inoc of the light energy that reaches the cell per the same module area in a standard solar cell module that does not have a light collecting element, that is, the reflector is expressed by the following relational expression (5).
  • ⁇ ( ⁇ ) is a value obtained by dividing Itot by Inoc, and is expressed by the relational expression shown in Equation 6.
  • Equation 6 The relational expression shown in Equation 6 can be used as the predetermined function. It can be seen that the light collection efficiency can be maximized by selecting the value ⁇ max of the inclination angle ⁇ at which the efficiency ⁇ ( ⁇ ) gives the maximum value as the inclination angle ⁇ of the reflector, that is, the light collecting mirror. Practically, the angle of inclination of the reflector, that is, the condensing mirror is determined while taking into consideration the restrictions on the installation angle, orientation, and appearance of the solar cell with respect to the house or vehicle.
  • the angle of 15 degrees in Equation 7 is preferably 10 degrees in order to improve the conversion efficiency in an area where there is a lot of direct light. Further, in order to realize high conversion efficiency including diffused light flux, it is most preferably 7 degrees.
  • the total light reflectance of the reflecting plate is, for example, a value at a wavelength of 550 nm.
  • the sunlight reflected through the reflector is uniformly irradiated on the back surface of the solar power generation means, and the intensity of the sunlight irradiated on the back surface is determined by the portion in the back surface. It is possible to prevent the occurrence of unevenness by preventing variation, and to avoid a decrease in power generation efficiency due to unevenness of the intensity of irradiated sunlight.
  • the total reflected light by the snell side on the surface of the front plate can also be efficiently used, it is not condensed on the back surface of the solar power generation means of the solar cell, and the outside of the solar cell.
  • the sunlight that leaks out of the solar cell is kept small regardless of the installation orientation of the solar cell in a house or an automobile, and power generation efficiency can be kept high throughout the year.
  • the solar cell since it is possible to reduce the unevenness of the intensity of sunlight at each position in the back surface of the solar power generation means, the light collecting property is increased, that is, the light collecting is performed. It is possible to prevent the thermal deterioration of the resin constituting the sealing material as much as possible. For this reason, it can prevent that a peeling generate
  • a solar cell capable of reflecting sunlight more appropriately can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing an embodiment of a solar cell according to the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an embodiment of the solar cell according to the present invention.
  • a solar cell (module) 1 shown in FIG. 1 includes a front plate 2, cell strings 3, a sealing material 4, a back plate 4, and a mirror 5.
  • the front plate 2 is made of a glass material or synthetic resin that transmits sunlight, and constitutes the outermost layer side substrate on which sunlight enters.
  • the size of the front plate 2 is 150 mm ⁇ 150 mm and the thickness is 2 mm.
  • a glass material various things, such as white board glass, heat-resistant glass, tempered glass, double tempered glass, heat ray reflective glass, can be used, for example.
  • the synthetic resin for example, a polycarbonate resin or the like can be used as the synthetic resin.
  • the cell strings 3 are formed by arranging a plurality of solar power generation cells 3a made of polycrystalline or single crystal silicon at the same pitch P, here 30 mm, in the horizontal direction in FIG. 3a are arranged in parallel at substantially equal intervals. A plurality of these three cells 3a are connected in series. More specifically, a 2 mm wide nickel-plated copper interconnector is soldered using tin-silver-copper lead-free solder, and three output connections are made in the state where output terminals (not shown) are drawn out.
  • the cell strings 3 are formed in a flat plate shape by sandwiching the plurality of cells 3a and the output terminals vertically with resin or glass.
  • the cell 3a constitutes a solar power generation means.
  • the cell 3a uses a p-type silicon wafer as a substrate, and has n + / p / p + junction structure in which n layers and p layers are formed by phosphorus diffusion and boron diffusion (ratio of power generation efficiency of both front and back surfaces) ) Is 0.85, the cell size is 15 mm ⁇ 125 mm, the thickness is 200 ⁇ m, and the surface conversion efficiency is 15.0%.
  • the surface of the cell 3a is subjected to antireflection processing and texturing processing using an optical thin film, and the cell 3a has a structure that reduces power generation loss due to surface reflection loss.
  • the sealing material (not shown) is a sealing resin film sealed between the cell strings 3 and the front plate 2 and between the cell strings 3 and the back plate 4.
  • the sealing resin film is made of, for example, EVA (Ethylene Vinyl Acetate Copolymer), and a gap between the cell strings 3 and the front plate 2 and between the cell strings 3 and the back plate 4. The formation of voids in the gaps is prevented.
  • the sealing resin film crosslinks and cures each of the cell strings 3, the front plate 2, the back plate 4 and the EVA resin at a predetermined pressure and temperature to form the cell strings 3, the front plate 2, and the back plate 4. On the other hand, it joins firmly.
  • joining by EVA crosslinking is a joining method that does not require an intermediate material such as an adhesive, but of course, joining using an adhesive may also be used.
  • the back plate 4 is configured to transmit sunlight and to be able to join a mirror 5 having a bellows-like wavefront shape on the back side.
  • the size of the back plate 4 is 150 mm ⁇ 150 mm, and the thickness is 10 mm.
  • the back plate 4 having the optical element shape corresponding to the cell 3a is formed.
  • the mirror 5 constitutes a reflector having a bellows-like wavefront shape.
  • the reflector 5 is laminated on the back side of the back plate 4 to a thickness of 120 nm by sputtering, and further laminated.
  • the back surface of the reflecting film is coated with an acrylic resin paint as an overcoat layer.
  • the mirror 5 has a bellows-like wavefront shape, and has a function of reflecting sunlight incident from the front plate 2 and condensing sunlight on the plurality of cells 3 a included in the cell strings 3.
  • the plurality of solar power generation cells 3a of the cell strings 3 perform solar power generation based on the collected sunlight that is incident from the front plate 2 and reflected by the mirror 5, and a predetermined output terminal is connected to a predetermined output terminal. Generate voltage.
  • the cell strings 3 and the back plate 4 are arranged so that the center line A in the arrangement direction of the adjacent cells 3a coincides with the portion having the smallest thickness in the front direction of the back plate 4. Furthermore, after laminating and stacking the back plate 4 to which the mirror 5 is attached, the sealing material, the cell strings 3, the sealing material, and the front plate 2 in this order, the diaphragm type vacuum dry laminator is used for 135 degrees for 15 minutes. Vacuum dry lamination is performed under the hot press conditions.
  • the solar cell 1 is comprised by these things.
  • the mirror 5 forms a peak at the center line A in the arrangement direction of two adjacent cells 3a, and also forms a peak at the center line B in the arrangement direction of the cells 3a.
  • a trough is formed at an intermediate point in the arrangement direction of A and the center line B.
  • the mirror 5 has a peak portion protruding to the front side with a half pitch 1 / 2P, which is half the pitch P, as one cycle when viewed from the vertical direction perpendicular to the front direction and the arrangement direction of the cells 3a as shown in FIG. And a valley recessed on the back surface side to form a bellows-like wavefront shape.
  • the position of the peak portion of the mirror 5 in the arrangement direction is matched with the position of the center line B in the arrangement direction of the cells 3a and the position of the center line A between the adjacent cells 3a in the arrangement direction, and also coincides with the center line A.
  • the 1st R process part 5a is formed in the peak part to perform.
  • the groove portion corresponding to the back plate 4 of the first R processed portion 5a is formed by milling using an R bite.
  • FIG. 2 is a schematic view showing one embodiment of a solar cell according to the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing a position embodiment of a conventional solar cell.
  • the first R processed portion 5a has the above R value, as shown in FIG. 12, the loss of light that escapes from the module across the cell, or the module without satisfying the total reflection condition as shown in FIG. Lost light escaping to the outside is also kept to a minimum.
  • the solar cell 1 of the first embodiment is of a double-sided light receiving type with high biferency, and the mirror is provided directly below the center line B in the arrangement direction of the cells 3a, that is, on the back side. 5 is located, and the portion of the back plate 4 with the smallest thickness in the front direction is located.
  • the mirror 5 is caused to visually recognize the black appearance by the effect that the back surface of the cell 3a is reflected, and the person who visually recognizes the solar cell 1 from the outside is glaring. It is possible to prevent the perception of the sensation and to improve the appearance of the solar cell 1 and to provide a high-class feeling.
  • 1st radius R1 which comprises the 1st R process part 5a is replaced with the above-mentioned more than 0.05 mm and less than 1/5 of the pitch P, and 1 of pitch P is larger than 0.10 mm. It is preferable to be less than / 8. Furthermore, it is preferable to be greater than 0.15 mm and less than 1/15 of the pitch P. Thereby, the workability in processing the first R processed portion 5a into the mirror 5 having the bellows-like wavefront shape can be improved.
  • FIG. 4 is a schematic view showing one embodiment of a solar cell according to the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing an embodiment of the solar cell according to the present invention
  • FIG. 6 is a schematic diagram showing an embodiment of the solar cell according to the present invention
  • FIG. 7 is a schematic diagram showing the operational effects of one embodiment of the solar cell according to the present invention
  • FIG. 8 is a schematic diagram showing the operational effects of one embodiment of the solar cell according to the present invention.
  • the peak formed by the mirror 5 is formed so as to coincide with the center line A in the arrangement direction of the adjacent cells 3a and the center line B in the arrangement direction of the cells 3a, and the valley is adjacent. It arranges so that it may be located between the mountain parts.
  • the center line peak / valley pitch Q1 5.0 mm, which is the separation distance between the peaks and valleys located on the center line B, is set to be the separation in the arrangement direction between the peaks and valleys located on the center line A.
  • the first radius R1 constituting the R processed portion 5a is set larger than 1.0 mm.
  • the first R processed portion 5a is provided, as shown in FIG. Scattering can be prevented, and generation of striped bright lines can be prevented as much as possible as shown in FIG.
  • the solar cell 21 of the second embodiment the following effects can be obtained. That is, the incident sunlight is prevented from being scattered and reflected by the trough when it reaches the trough provided with the second R processed portion 5b constituted by the second radius R2 larger than the first radius R1, The directivity direction of the reflected sunlight can be effectively converted by the direction directed to the back surface of the cell 3a.
  • the second reflecting surface 5d formed between the valley portion located on the center line B of the cell 3a and the adjacent peak portion of the mirror 5 in the first embodiment shown in FIG. 4 is directed to the upper right or upper left.
  • the reflecting surface is formed and the extending range extends from both sides of the center line B of the cell 3a to both ends of the cell 3a, the following effects can be obtained. That is, it is derived that sunlight incident at a shallow angle is reflected and is not guided to the back surface of the cell 3a, but passes through the back plate 4 and the front plate 2 and goes outside.
  • both ends of the extended range of the second reflecting surface 5d are positioned closer to the center line B than both ends of the cell 3a by setting the center line mountain valley pitch Q1 ⁇ the center line mountain valley pitch Q2.
  • the angle formed with respect to the arrangement direction of the first reflecting surfaces 5c formed between the peak portions coincident with the center line A and the adjacent valley portions is larger than that of the first reflecting surface 5c shown in FIG. Can also be a shallow angle.
  • the light beam A incident on the first reflecting surface 5c adjacent to the center line A as shown in FIG. 6 is guided to the reflecting surface adjacent to the center line B, and the second light beam adjacent to the center line B is guided.
  • the light can be reflected by the reflecting surface 5d and guided to the back surface of the cell 3a by the double reflection structure.
  • the appearance of the solar cell 21 is avoided by avoiding giving a glare to the person viewing the solar cell 21 from the outside. It can be made good and have a high-class feeling.
  • the solar cell 21 of Example 2 sunlight incident at a shallow angle such as in the morning, dusk, and winter can be more effectively condensed on the back surface of the cell 3a.
  • the energy efficiency can be increased by increasing the integrated intensity in the time transition and seasonal transition of the power generation amount in the solar cell 21.
  • the solar cell 21 of the present Example 2 even when the interval between the plurality of cells 3a arranged at the pitch P in the arrangement direction, that is, the pitch P, is made larger than that of the Example 1, it was incident. Sunlight is prevented from being scattered and reflected by the peaks, and is prevented from leaking outside without being condensed on the back surface of the cell 3a by being reflected by the valleys or the second reflecting surface 5d. Can do. Thereby, generation of lost light is prevented as much as possible, and both the magnification ratio and the light collection performance are improved, and the projected area of the entire solar cell 21 of the projected area of the cell 3a when the solar cell 21 is viewed from the front. The cost of the solar cell 21 itself can be reduced by reducing the ratio occupied by the solar cell 21 itself.
  • Example 2 the inclination angle with respect to the arrangement direction of the first reflecting surfaces 5c adjacent to the center line A is not defined, but the inclination angle may be limited to a numerical value.
  • the third embodiment will be described below.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing an embodiment of the solar cell according to the present invention
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing an embodiment of the solar cell according to the present invention.
  • a solar cell (module) 31 shown in FIG. 9 includes a front plate 2, cell strings 3, a sealing material 4, a back plate 4, and a mirror 5. Since the basic configuration of each component is the same as that shown in the second embodiment, a duplicate description is omitted, and only differences from the second embodiment will be described in detail.
  • the inclination angle ⁇ is not less than the value obtained by subtracting 15 degrees from the value ⁇ max and not more than the value obtained by adding 15 degrees to the value ⁇ max.
  • the value of 15 degrees is more preferably 10 degrees, and further preferably 7 degrees.
  • the solar cell 31 shown in the third embodiment in addition to obtaining the same functions and effects as those shown in the second embodiment, the following functions and effects can be obtained. That is, the sunlight reflected through the mirror 5 is uniformly irradiated on the back surface of the cell 3a, and the intensity of the sunlight irradiated on the back surface of the cell 3a varies depending on the portion in the back surface, resulting in uneven intensity. Is prevented from occurring. Thereby, it can avoid beforehand that the cell 3a resulting from the bias
  • the total reflection light by the snell side on the surface of the front plate 2 can also be used efficiently, it is not condensed on the back surface of the cell 3a of the solar cell 31, but leaks out of the solar cell 31. Therefore, the solar light is kept small regardless of the installation direction on the roof of the house to which the solar cell 31 is applied or on the roof of the automobile, and the power generation efficiency can be kept high throughout the year.
  • the unevenness of the intensity of sunlight at each position within the back surface of the cell 3 a can be reduced. Can be prevented as much as possible from occurring.
  • Comparative Examples 1 to 3 have the following specifications.
  • Comparative Example 1 the same cell string 3 as in Example 1 was used, and the amount of deviation in the arrangement direction of the crests of the back plate 4 with respect to the center line B of the cell 3a was 7 mm.
  • the second radius R2 is provided to the second radius R2 that constitutes the second radius machining portion 5b, and the condition of R2> R1 is not satisfied.
  • Example 1 and Example 2 showed extremely good results compared to Comparative Examples 1 to 3, and the diagonal appearance was also a comparative example. Compared to 1-3, the results are generally good.
  • Example 2 shows that the effect of suppressing the gap between glare is high. Also in the generation of stripe-like bright lines, both Example 1 and Example 2 can suppress the generation of stripe-like bright lines compared to Comparative Examples 1 to 3, and in particular, in Example 2, the stripe-like bright lines are reduced. It shows that the suppression effect is high.
  • both Example 1 and Example 2 can achieve better power generation efficiency than Comparative Examples 1 to 3, and in Example 2, in particular, High power generation efficiency can be realized.
  • a gap is provided only in the direction of the pitch P, and not only a one-dimensional light collecting mode, but also a direction at a pitch P2 in the direction perpendicular to the pitch P (the normal direction of the paper surface in FIG. 1). It may be a mode in which light is collected in a dimension and the utilization efficiency of the cell is increased.
  • the present invention relates to a solar cell, and provides a solar cell that can reflect sunlight more appropriately by relatively minor changes, and improves the power generation efficiency of the solar cell. Since the merchantability of houses and automobiles on which batteries are mounted can be enhanced, the present invention is useful when applied to solar cells used in various industrial fields.

Abstract

　本発明による太陽電池１は、前面板２と、前面板２の背面側に位置して所定のピッチＰで配列方向に配列された太陽光発電手段３ａと、太陽光発電手段３ａの背面に太陽光を反射する反射手段４、５とを含み、反射手段が反射板５と背面板４を含み、反射板５が、太陽光発電手段３ａの正面方向と配列方向に垂直な垂直方向から見て、ピッチＰの半分の半ピッチを一周期として正面側に突出する山部と背面側に窪む谷部を構成し、太陽光発電手段３ａの配列方向における中心線Ｂの位置及び隣接する太陽光発電手段３ａ間の中央線Ａの配列方向における位置を山部の配列方向における位置と一致させて、中央線Ａに一致する山部に第一Ｒ加工部５ａを形成して、第一Ｒ加工部５ａを構成する第一半径Ｒ１が０．０５ｍｍより大きくピッチＰの１／５より小さいことを特徴とする。

Description

太陽電池
　本発明は、石油代替エネルギーである太陽光を有効に活用して発電を行う太陽電池に関する。
　近年においては地球温暖化を誘発する主要因であると考えられる二酸化炭素の排出を削減する要請が高い。このため、石油や石炭を利用した火力による発電や内燃機関を用いた動力機関に替わる代替エネルギー源として、太陽光を有効に活用して発電を行う太陽電池に関する研究、開発が行われることが推奨されている。このような太陽電池は、エネルギー源として枯渇することがない太陽光を利用するものであって、二酸化炭素を排出することがないので、人工衛星用、自家発電用、商用電力供給用など様々な分野に適用可能なものとして、将来的に有用性が高まる可能性が高い。
　このような太陽電池の一般的な構造としては、例えば、多結晶又は単結晶の結晶シリコンよりなる太陽発電用のセルを複数個直列に接続したものを樹脂又はガラス等により挟持して封入して、平板状のセルストリングスを構成したものがある。このセルストリングス内において複数のセルを縦又は横の配列方向に略等間隔となるピッチにおいて配列して、そのセルストリングスの正面側には透明の樹脂又はガラス等からなる前面板を配置している。さらに、セルストリングスの含む複数のセルの背面側及び正面側の前面板との間に位置する前述した透明の樹脂又はガラス等は背面板を構成し、この背面板の背面側に太陽光を複数個のセルに対して集光する反射板が設けられる。この反射板として、例えば特許文献１～３に記載されているような蛇腹状の波面を備える反射板を設ける構成が提案されている。
特開２００１－１１９０５４号公報 特開平１１－３０７７９１号公報 特開平１１－０７４５５２号公報
　ところが、このような太陽電池においては、セルを配列方向に略等間隔で並列し、背面側に反射板を設ける構造であるため、発電の効率を高める目的で、反射板の光反射率を高くすればするほど、以下のような問題を生じる。すなわち、前面板から入射した太陽光が背面側の反射板により反射されて発生する散乱光が様々な角度に反射するため、セルの表面の黒色と、反射板の銀白色との差が際だつことを招く。これにより、太陽電池全体としての外観、美観、意匠性を損ねる事態を招く。特に、太陽電池は住宅の屋根上や自動車のルーフ上の人目に付きやすい場所に搭載されることが想定されるので、太陽電池及び太陽電池が搭載された住宅や自動車の商品性を損ねる自体を招くおそれもある。
　これに加えて、朝方や夕暮れ時の時間帯の日照条件においては、太陽電池の前面板のなす平面に対して極めて浅い角度で太陽光が入射することとなるので、光電変換効率の高いセルの特には背面に十分に太陽光を集光して行き届かせることが困難となる。このため、発電の効率が低下するという事態を招くおそれもある。また、四季のうち冬場における日照条件においては、太陽電池の前面板のなす平面に対して、日中を通して全ての昼間時間帯において太陽電池の前面板のなす平面に対して極めて浅い角度で太陽光が入射することとなる。これによっても、光電変換効率の高いセルの特には背面に十分に太陽光を集光して行き届かせることが困難となり、発電の効率が低下するという事態を招くおそれもある。
　このように従来技術における太陽電池においては、太陽光をセルにより効率的に導いて発電の効率を高めること、反射された太陽光を適切なものとして商品性を高めることの双方を満足させるにあたって、より適切に太陽光を反射することに適した太陽電池が十分に提供されていないという問題が生じていた。
　本発明は、上記問題に鑑み、より適切に太陽光を反射することができる太陽電池を提供することを目的とする。
　上記の問題を解決するため、本発明に係る太陽電池は、
　前面板と、
　前記前面板の背面側に位置して所定のピッチで配列方向に配列された太陽光発電手段と、
　前記太陽光発電手段の背面に太陽光を反射する反射手段と、
　を含み、
　前記反射手段が反射板と背面板を含み、
　前記反射板が、
　前記太陽光発電手段の正面方向と前記配列方向に垂直な垂直方向から見て、前記ピッチの半分の半ピッチを一周期として前記正面側に突出する山部と前記背面側に窪む谷部を構成し、
　前記太陽光発電手段の前記配列方向における中心線の位置及び隣接する前記太陽光発電手段間の中央線の前記配列方向における位置を前記山部の前記配列方向における位置と一致させて、
　前記中央線に一致する前記山部に第一Ｒ加工部を形成して、
　前記第一Ｒ加工部を構成する第一半径が０．０５ｍｍより大きく前記ピッチの１／５より小さいこと、
　を特徴とする。
　なお、前記太陽電池は、太陽光の入射方向から順につまり前面側から背面側に、前面板、封止材、前記太陽光発電手段である複数のセル、封止材、前記反射手段を構成する背面板を含むことが好ましい。さらに前記太陽電池は、同じく前記反射手段を構成する前記反射板を前記ラミネート成形後に構成する基本材料である、例えばＡｇを蒸着した反射膜、高反射率のＡｌ基板、高反射率の白色発泡樹脂フィルム等を含むことが好ましい。
　ここで、前記セルは両面受光型でありバイフェイシャリティすなわち背面の正面に対する発電性能比率が０．７以上のものが好ましくは用いられる。また、Ｒ加工とは、異なる垂線方向を有する二つの平面の交線により構成される稜部又は隅部を、切削等の適宜の手段により面取りして、ある半径を有する曲面状とすることを指す。（rounded with a radius of A mm）
　本発明の前記太陽電池によれば、前記反射板の屈曲部位を構成する前記山部に太陽光が入射されても、前記山部が前記第一Ｒ加工部を備えており、前記第一Ｒ加工部を構成する前記第一半径が０．０５ｍｍより大きく前記ピッチの１／５より小さい値であることに起因して以下の作用効果が得られる。すなわち、前記山部により太陽光を多重散乱させることを回避して、前記太陽電池に太陽光が照射された場合でも、縞状に光り輝いて外観を損ねることを防止して、前記太陽電池を搭載した住宅や自動車の商品性を高めることができる。なお、前記第一半径が前記ピッチの１／５以上となると反射光の前記山部における跳ね返りが大きくなり、０．０５ｍｍ以下となると反射光の散乱する範囲が大きくなり縞状の輝線が増加する。本発明はこの知見に基づいてなされたものである。
　なお、前記第一Ｒ加工部を構成する前記第一半径が０．０５ｍｍよりも大きく、前記ピッチの１／５より小さい範囲が良い理由について以下に述べる。前記太陽電池を前面から見たときに、見苦しい縞状の輝線が発生する原因の一つに、図１２の矢印に示される光路でモジュール外に飛び出す太陽光が発生することが挙げられる。これはコストを下げようと集光倍率を上げた場合に、特に発生し易い現象であり、低コスト化を果たそうとセルを細かくすると外観が悪化するというジレンマを抱えている。
　このような光路での太陽光を発生させないための条件は、以下に示す数１の関係を満足することが必要となる。ここで、図９におけるセルが厚みｔの中心部に配置されるとする。また、セルの配置のピッチをＰ、集光倍率をａ、斜め入射する太陽光の入射角度をｓ、モジュールを構成する透明材質の屈折率をｎ、前記反射板すなわちミラーの前記前面板又は前記セルの構成する平面に対する傾斜角度をφとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 　数１に示す関係の左辺の関数は斜め方向から入射した太陽光に対してφの減少関数であり、これは言い換えれば前記第一Ｒ加工部付近の前記第一半径を出来るだけ大きくとる（φが小さい領域を広くとる）方が図１２のようなモードで発生する縞状のギラツキ原因となる損失光を抑制することが可能になるということになる。
　一方、前記第一Ｒ加工部の様にセルから遠く離れた箇所で反射される太陽光は、前記前面板の表面で全反射過程を経て前記太陽電池の前記セルに入射する必要がある。しかしながら前記反射板つまりミラーによって方向を変換される反射光の径路によっては、図１３の様にモジュール外に飛び出す損失光となる光束も存在し、これも上記とは別なモードの外観悪化要因である。このようなモードでの外観悪化を抑制するためには、前記反射板によって変換される太陽光が全反射条件を満足すればよい。すなわち以下に示す数２の関係を満足することが必要となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 　数２に示す関係の左辺の関数はφの増加関数であり、これは言い換えれば前記第一Ｒ加工部付近の前記第一半径を出来るだけ小さくとる（φが小さい領域を狭くする）方が図１３のようなモードで発生するギラツキ原因となる損失光を抑制することが可能になるということになる。
　このように、前記第一Ｒ加工部の前記第一半径には最適な範囲が存在し、実用的には上記の数１及び数２のモデル式で限定される狭い範囲ではなく、外観品質と光学的な効率のバランスから前記第一半径が決定される。具体的には、少なくとも０．０５ｍｍより大きく前記ピッチＰの１／５未満とすることが好ましい。
　これとともに、前記太陽電池の前記前面板のなす平面に対して浅い角度で太陽光が入射する場合でも、前記反射板により反射された太陽光が前記太陽光発電手段の背面に集光されずに前記前面板を介して外部に漏れて出てしまう損失光が発生することを回避することができる。つまり、前記太陽電池に太陽光が照射された場合でも、集光性能を高めて発電効率を高めることができる。
　また、本発明の前記太陽電池によれば、前記太陽電池がバイフェリシャリティの高いものであって、前記太陽光発電手段の前記配列方向における前記中心線の真下つまり背面側に、前記反射板の前記山部と前記背面板の正面方向の厚みが最も薄い部分を位置させていることにより以下の作用効果が得られる。つまり、前記太陽電池を外部から視認した場合に、前記反射板に前記太陽光発電手段の背面が裏映りする効果によって黒色の外観を視認させることとなり、前記太陽電池を外部から視認する者にぎらついた感覚を付与することを回避して、前記太陽電池の外観を良好なものとし高級感を具備させることができる。
　なお、前記第一Ｒ加工部を構成する前記第一半径の数値限定は、上述した０．０５ｍｍより大きく前記ピッチの１／５未満とすることに換えて、さらに回折光を抑える効果を引き出し、正面から視た外観をも最適にするためには０．１０ｍｍより大きく前記ピッチＰの１／８未満とすることが好ましい。さらに前記第一半径の数値限定は、回折現象によるギラツキ感を完全に無くし、モジュール強度も高く保つためには０．１５ｍｍより大きく前記ピッチＰの１／１５未満とすることが極めて好ましい。
　ここで、前記太陽電池において、
　前記垂直方向から見て、
　前記中心線と一致する前記山部と隣接する前記谷部との前記配列方向における間隔である中心線山谷ピッチに比べて、
　前記中央線と一致する前記山部と隣接する前記谷部との前記配列方向における間隔である中央線山谷ピッチが大きいこと、
　を特徴とすることが好ましい。
　前記太陽電池によれば、前記反射板の前記谷部が、隣接する前記太陽光発電手段の間の前記中央線と前記太陽光発電手段の前記配列方向の前記中心線との中間点よりも前記中心線よりに接近する方向に偏って配置されることとなる。このため、前記太陽電池に浅い角度で太陽光が入射した場合に、入射された太陽光をまず前記反射板の前記中央線に一致する前記山部と前記谷部との間に構成される第一の反射面により反射することができる。さらに、反射された前記太陽光を前記反射板の前記谷部と前記中心線に一致する前記谷部との間に構成される第二の反射面により反射して、二段階の反射過程を通じて太陽光を前記太陽光発電手段の背面により適切かつ的確に誘導して集光することができる。
　つまり、前記太陽電池によれば、朝方や夕暮れ時、冬場等の浅い角度で入射される太陽光をより効果的に前記太陽光発電手段の背面に集光することができるため、一日及び四季を通じてより高い集光性能と発電効率を維持して確保することを可能とすることができる。また、前記太陽電池における発電量の時間推移における積分強度を高めて、エネルギー効率を高めることができる。
　さらに、前記太陽電池によれば、前記配列方向に前記ピッチにおいて配列される複数の前記太陽光発電手段の間隔すなわち前記ピッチをより大きくしても、入射された太陽光が前記山部により散乱反射されることを防止し、前記谷部により反射されて前記太陽光発電手段の背面に集光されずに外部に漏れて出てしまうことを防止している。このため、損失光を発生することを極力防止して、集光倍率及び集光性能を高めて、前記太陽電池を正面から見た場合の前記太陽光発電手段の占有する面積の割合を低減して、低コスト化を図ることもできる。
　加えて、前記太陽電池において、
　前記中心線に一致する前記山部と隣接する前記谷部に第二Ｒ加工部を形成するとともに、
　前記第二Ｒ加工部を構成する第二半径が前記第一半径よりも大きいこと、
　を特徴とすることが好ましい。
　前記太陽電池によれば、入射された太陽光が前記谷部に到達した場合に前記谷部により散乱反射されることを防止して前記太陽光発電手段の背面に指向する方向により効果的に変換されることとすることができる。このため、前記太陽電池を外部から斜めに視認した場合に、前記太陽電池を外部から視認する者にぎらついた感覚を付与することを回避して、前記太陽電池の外観を良好なものとし高級感を具備させることができる。
　さらに、前記太陽電池において、
　前記ピッチと、
　前記垂直方向から見て前記反射板が前記配列方向となす傾斜角度と、
　前記前面板の正面と前記反射板の前記中央線に一致する山部との正面方向における厚みと、
　前記ピッチを前記太陽光発電手段の前記配列方向の長さで除した集光倍率と、
　前記反射板の全光線反射率と、により定められる所定関数が、前記傾斜角度が０度から９０度まで変化させた場合にとる最大値における前記傾斜角度の値から１５度を減じた値を下限値とし、前記最大値における前記傾斜角度の値に１５度を加えた値を上限値として、
　前記傾斜角度が前記下限値より大きく前記上限値より小さいこと、
　を特徴とすることが好ましい。
　ここで、前記所定関数の導出方法及び数値限定の考え方について以下に説明する。前記太陽光発電手段を構成する集光素子である前記反射板の、単位ユニットである前記セル一枚あたりにおける両面受光型の前記太陽電池の前記セルに入射する光エネルギーＩ（ｚ，θ）は南中時刻に最適角度となるように設置した前記太陽電池が構成するパネルにおいて、以下に示す数３に示す関係式で表される。なお、入射太陽光の仰角をｚとし、前記前面板の単位領域に入射するフレネル損失を考慮した入射光エネルギーをｉ（ｚ）とする。また、前記反射板である集光用のミラーの任意の傾斜角度をθとして、なお、前記セルの配置のピッチをＰ、集光倍率をａ、前記集光ミラーの反射率をｒとしている。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
 　数３に従うと、日中に太陽光から降り注ぎ前記セルに到達する光エネルギーの全積分強度Ｉｔｏｔは、以下に示す数４に示す関係式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
 　また、集光素子すなわち前記反射板が存在しない標準的な太陽電池モジュールにおいて同一モジュール面積あたりに前記セルに到達する光エネルギーの全積分強度Ｉｎｏｃは、以下に示す数５に示す関係式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
 従って、光学的な効率をΩ（θ）とするとΩ（θ）は、ＩｔｏｔをＩｎｏｃで除した値となり、数６に示す関係式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
 　この数６に示す関係式を、前記所定関数として用いることができる。この効率Ω（θ）が最大値を与える傾斜角度θの値φｍａｘを前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度φとして選択することで集光効率を最も高められることが解る。実用的には前記太陽電池の住宅や車に対する設置角度や設置方位の制約、外観的な制約も勘案しつつ前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度は定められるため、本発明の前記反射板つまり集光用のミラーの傾斜角度φは、上記Ω（θ）が０度から９０度の間で与える最大値Ωｍａｘにおける傾斜角度θ＝値φｍａｘを規準として、以下に示す数７を満足することが好ましい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
 　なお、数７における１５度の角度は、直達光が多い地域での変換効率を向上させるため、好ましくは１０度とする。さらに、拡散光束を含めた高い変換効率を実現するために最も好ましくは７度とする。また、前記反射板の全光線反射率は、例えば波長が５５０ｎｍにおいての値を用いる。
　前記太陽電池によれば、前記反射板を介して反射された太陽光が前記太陽光発電手段の背面に均一に照射されて、前記背面に照射される太陽光の強度が前記背面内の部位によりばらつくことを防止してむらが発生することを防止して、照射される太陽光の強度の偏りに起因する発電効率の低下を招くことを回避することができる。
　これに加えて、前記前面板の表面でのスネル側による全反射光も効率よく利用可能となるため、前記太陽電池の前記太陽光発電手段の背面に集光されずに、前記太陽電池の外部に漏れて出てしまう太陽光が、前記太陽電池の住宅又は自動車等における設置方位に依らずに小さく留められ、一年を通じて発電効率を高く保つことができる。
　さらに、前記太陽電池によれば、前記太陽光発電手段の背面での背面内の位置毎の太陽光の強度の偏りを小さくすることができるので、集光性を高めることつまり集光化による前記封止材を構成する樹脂の熱劣化が生じることを極力防止することができる。このため、前記封止材と前記太陽光発電手段との間に剥離が発生することや、クラックが発生することを防止して、不具合が発生することを未然に防止することができる。これにより前記太陽電池を構成するモジュールの耐久寿命を、集光化を図らない通常のモジュールの耐久寿命と同等なものとすることができる。
　本発明によれば、より適切に太陽光を反射することができる太陽電池を提供することができる。
本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 従来の太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 本発明に係る太陽電池の一実施形態の効果を示す表である。 従来の太陽電池の一実施形態を示す模式図である。 従来の太陽電池の一実施形態を示す模式図である。
　以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照しながら説明する。
　図１は、本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図であり、図２は、本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。
　図１に示す太陽電池（モジュール）１は、前面板２と、セルストリングス３と、封止材４と、背面板４と、ミラー５とを含んで構成される。
　前面板２は、太陽光を透過するガラス材又は合成樹脂等により構成され、太陽光が入射する最外層側の基板を構成する。前面板２のサイズは、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み２ｍｍとしている。ガラス材としては例えば、白板ガラス、耐熱ガラス、強化ガラス、倍強化ガラス、熱線反射ガラス等の種々のものを用いることができる。また、合成樹脂としては、例えばポリカーボネート樹脂等を用いることができる。
　セルストリングス３は、多結晶又は単結晶の結晶シリコンよりなる複数の太陽発電用のセル３ａを、図１中横方向を配列方向として同一のピッチＰここでは３０ｍｍにて配列して、隣接するセル３ａがほぼ等間隔に並列される。これらの複数のここでは三個のセル３ａを複数個直列に接続する。より具体的には、幅２ｍｍのニッケルめっきを施した銅インターコネクタをスズ－銀－銅系の鉛フリー半田を用いて半田付けして、図示しない出力端子を引き出した状態において、三直列に接続された複数のセル３ａ及び出力端子を樹脂又はガラス等により上下方向に挟持されることにより、セルストリングス３は、平板状に構成される。セル３ａは、太陽光発電手段を構成する。
　セル３ａはｐ型シリコンウェーファーを基板とし、りん拡散とボロン拡散によってｎ層、ｐ層を形成したｎ＋／ｐ／ｐ＋なる接合構造を有するバイフェイシャリティ（正面と背面の両面の発電効率の比率）が０．８５であって、セルサイズが１５ｍｍ×１２５ｍｍ、厚み２００μｍであって表面変換効率が１５．０％である両面受光型のものである。セル３ａの表面には光学薄膜による反射防止加工とテクスチャーリング加工が施されており、セル３ａは、表面反射ロスによる発電量損失を減少させる構造を有している。
　ここでは図示しない封止材は、セルストリングス３と前面板２との間、及びセルストリングス３と背面板４との間にそれぞれ封入される封止樹脂フィルムである。封止樹脂フィルムは、例えばＥＶＡ（Ethylene　Vinyl　Acetate　Copolymer：エチレン－酢酸ビニル共重合体）により構成されて、セルストリングス３と前面板２との間の隙間及びセルストリングス３と背面板４との間の隙間に、空隙が生じることを防止する。これとともに、封止樹脂フィルムは、所定の圧力と温度により、セルストリングス３、前面板２、背面板４のそれぞれとＥＶＡ樹脂を架橋硬化させて、セルストリング３、前面板２、背面板４に対して強固に接合するものである。なお、ＥＶＡの架橋による接合とは、接着剤等の中間材を必要としない接合方法であるが、もちろん接着剤を用いた接合を用いてもよい。
　背面板４は、太陽光を透過するとともに、背面側に蛇腹状の波面形状を有するミラー５を接合可能なように構成される。背面板４のサイズは、１５０ｍｍ×１５０ｍｍ、厚み１０ｍｍであって、耐熱ガラス基板の背面側を、ダイヤモンドバイトを用いたエンドミル加工によって削り出し、さらにバフ研磨加工によって表面粗さＲｚ＝０．５μｍとなるように研磨して、セル３ａに対応する光学素子形状の形成された背面板４が作成される。
　ミラー５は、蛇腹状の波面形状を有する反射板を構成するものであって、ここでは、背面板４の背面側に、反射膜をスパッタリング加工により厚み１２０ｎｍの膜厚で積層してさらに、積層された反射膜の背面側にオーバーコート層としてアクリル樹脂塗料をコートすることにより構成される。ミラー５は、蛇腹状の波面形状を備えて、前面板２から入射する太陽光を反射するとともにセルストリングス３の備える複数のセル３ａに対して太陽光を集光する機能を備える。
　セルストリングス３の複数の太陽発電用のセル３ａは、前面板２から入射されてミラー５により反射された集光された太陽光に基づいて、太陽光発電を行い、図示しない出力端子に所定の電圧を発生する。
　セルストリングス３と背面板４とを、隣接するセル３ａの配列方向における中央線Ａと、背面板４の正面方向において最も厚みが薄くなる部分とを一致するように配置する。さらに、ミラー５が付着された背面板４と、封止材、セルストリングス３、封止材、前面板２の順序で積層して積み重ねた後、ダイアフラム型真空ドライラミネータにて１３５度、１５分間の熱プレス条件で真空ドライラミネートを行う。これらのことにより、太陽電池１は構成される。
　図１に示すように、ミラー５は、隣接する二つのセル３ａの配列方向における中央線Ａにおいて山部を構成し、セル３ａの配列方向における中心線Ｂにおいても山部を構成し、中央線Ａと中心線Ｂの配列方向における中間点において谷部を構成する。中央線Ａと中心線Ｂの配列方向における離隔距離はピッチＰの１／２であり、中央線Ａに一致する山部と谷部との配列方向における離隔距離＝中央線山谷ピッチはピッチＰの１／４である。谷部と中心線Ｂに一致する山部との配列方向における離隔距離＝中心線山谷ピッチはピッチＰの１／４である。
　つまり、ミラー５は、図１に示すようなセル３ａの正面方向と配列方向に垂直な垂直方向から見て、ピッチＰの半分の半ピッチ１／２Ｐを一周期として正面側に突出する山部と背面側に窪む谷部を構成して、蛇腹状の波面形状を構成する。
　さらに、ミラー５の山部の配列方向における位置を、セル３ａの配列方向における中心線Ｂの位置及び隣接するセル３ａ間の中央線Ａの配列方向における位置と一致させるとともに、中央線Ａに一致する山部に第一Ｒ加工部５ａを形成する。また、第一Ｒ加工部５ａを構成する第一半径Ｒ１が０．０５ｍｍより大きくピッチＰの１／５である１／５×Ｐより小さいものとし、ここではＲ１＝０．８ｍｍとしている。第一Ｒ加工部５ａの背面板４に対応する溝部分はＲバイトを用いたフライス加工によって形成されている。
　本実施例１の太陽電池１によれば、ミラー５の屈曲部位を構成する山部のうち中央線Ａに一致する山部付近に太陽光が入射されても、中央線Ａに位置する山部により太陽光を多重散乱させることを回避することができる。このことは、山部が第一Ｒ加工部５ａを備えていて第一Ｒ加工部５ａを形成する第一半径Ｒ１が０．０５ｍｍより大きくピッチＰの１／５より小さい値としていることに起因する。以下に、この多重散乱を防止する効果について図を用いて説明する。図２は、本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。図３は、従来の太陽電池の位置実施形態を示す模式図である。
　太陽電池１に太陽光が外部から入射されて、前面板２を透過して中心線Ａに位置するミラー５の山部に到達した場合に、第一Ｒ加工部５ａを備えていない鋭角形状を有する山部に太陽光が入射した場合には回折効果により反射光が広範囲に反射してしまう。そこで、図２に示すように、山部が上述した数値範囲の第一Ｒ加工部５ａを備えて山部における回折をなるべく小さなものとする。これにより、入射光Ｌ１に対して反射光Ｌ２～Ｌ４が広範囲の多方向に散乱することを防止して、外部からの視認者に対して縞状に光り輝いて外観を損ねることを防止し、太陽電池１を搭載した住宅や自動車の商品性を高めることができる。
　さらに、本実施例１の太陽電池１のミラー５の配列方向における山部と谷部の間に形成される平面に対して浅い角度で太陽光が入射する場合でも、図３に示すような谷部をセル３ａの中心線Ｂに一致させる従来技術においては、ミラー５により反射された太陽光がセル３ａの背面に集光されない。このため、ミラー５の有する山部と谷部の間に位置するＶ字を構成する二の反射面により入射された太陽光が反射されて、正面側から見てセル３ａが位置していない部分に位置する前面板２を介して外部に漏れて出て、所謂損失光が発生することを回避することができる。つまり、太陽電池１に浅い角度で太陽光が照射された場合でも、集光性能を高めて発電効率を高めることができる。
　更には第一Ｒ加工部５ａが上記のＲ値とされているため、図１２に示す如く、セルをまたいでモジュール外に逃げる損失光や、図１３に示す如く全反射条件を満たせずにモジュール外に逃げる損失光も最小限に留められる。
　また、本実施例１の太陽電池１によれば、太陽電池１がバイフェリシャリティの高い両面受光型のものであって、セル３ａの配列方向における中心線Ｂの真下つまり背面側に、ミラー５の山部を位置させ、背面板４の正面方向の厚みが最も薄い部分を位置させている。このため、太陽電池１を外部から視認した場合に、ミラー５にセル３ａの背面が裏映りする効果によって黒色の外観を視認させることを導いて、太陽電池１を外部から視認する者がぎらついた感覚を知覚することを防止して、太陽電池１の外観を良好なものとし高級感を具備させることができる。
　なお、第一Ｒ加工部５ａを構成する第一半径Ｒ１の数値限定は、上述した０．０５ｍｍより大きくピッチＰの１／５未満とすることに換えて、０．１０ｍｍより大きくピッチＰの１／８未満とすることが好ましい。さらに、０．１５ｍｍより大きくピッチＰの１／１５未満とすることが好ましい。このことにより第一Ｒ加工部５ａを蛇腹状の波面形状を有するミラー５に加工するにあたっての加工性を高めることができる。
　上述した実施例１においては、中央線Ａに位置する山部と谷部との配列方向の離隔距離である中央線山谷ピッチと、中心線Ｂに位置する山部と谷部との配列方向の離隔距離である中心線山谷ピッチを、ともに１／４Ｐとして等しくしたが、実施例１においては、以下の問題が残る。以下この問題について図を用いて説明する。図４は本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。
　図４に示すように、セル３ａの中心線Ｂに山部を位置させた場合に、この山部の右側に隣接する谷部との間に形成される右上に指向する反射面に太陽光が入射された場合、つまり、入射光束が前面板２、背面板４を透過しては浅い角度で入射した場合には以下の問題が生じる。つまり、反射面が右上又は左上に指向しており、この反射面がセル３ａの中心線Ｂから両側端を越える範囲にわたって延在されていることから、反射光束はセル３ａの背面には誘導されずに、背面板４、前面板２を透過して、外部に出て漏れることとなり、損失光となる。そこで、中央線山谷ピッチと中心線山谷ピッチとの寸法関係を変更することにより、損失光を削減して集光性能を高めることができる。以下それについての実施例２について述べる。
　図５は、本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図であり、図６は、本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。図７は、本発明に係る太陽電池の一実施形態による作用効果を示す模式図であり、図８は、本発明に係る太陽電池の一実施形態による作用効果を示す模式図である。
　図５に示す太陽電池（モジュール）２１は、前面板２と、セルストリングス３と、封止材４と、背面板４と、ミラー５とを含んで構成される。各構成要素の基本的構成は実施例１に示したものと同等であるため、重複する説明は割愛し、実施例１との相違点のみ詳細に説明する。
　図５に示すように、ミラー５の形成する山部は、隣接するセル３ａの配列方向における中央線Ａと、セル３ａの配列方向における中心線Ｂに一致するように形成され、谷部は隣接する山部の間に位置するように配列される。さらに、中心線Ｂに位置する山部と谷部との配列方向の離隔距離である中心線山谷ピッチＱ１＝５．０ｍｍを、中央線Ａに位置する山部と谷部との配列方向の離隔距離である中央線山谷ピッチＱ２＝１０．０ｍｍよりも大きくする。つまり、谷部を中央線Ａよりも中心線Ｂに近接するように、中央線Ａと中心線Ｂとの中間点から偏心させる。
　さらに、図５に示すように、ミラー５の形成する谷部は、第二Ｒ加工部５ｂを備えており、第二Ｒ加工部５ｂを構成する第二半径Ｒ２＝１．７ｍｍは、第一Ｒ加工部５ａを構成する第一半径Ｒ１＝１．０ｍｍよりも大きくする。
　以上述べた本実施例２の太陽電池２１によれば、実施例１に示したものと同様に、第一Ｒ加工部５ａを備えることにより、図７に示すように、山部による反射光が散乱することを防止して、図８に示すように、縞状輝線が発生することを極力防止することができる。これに加えて、本実施例２の太陽電池２１によれば、さらに以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、入射された太陽光が第一半径Ｒ１より大きい第二半径Ｒ２により構成される第二Ｒ加工部５ｂを備える谷部に到達した場合に谷部により散乱反射されることを防止して、反射された太陽光の指向方向がセル３ａの背面に指向する方向により効果的に変換されることとすることができる。
　さらに、図４に示した実施例１におけるミラー５の、セル３ａの中心線Ｂに位置する谷部と隣接する山部との間に形成される第二の反射面５ｄが右上又は左上に指向する反射面を形成して、その延在範囲がセル３ａの中心線Ｂの両側からセル３ａの両側端を越えていることにより以下の作用効果が得られる。つまり、浅い角度で入射した太陽光が反射されてセル３ａの背面に誘導されずに、背面板４及び前面板２を透過して外部に出てしまうことが導かれる。本実施例２においては第二の反射面５ｄの延在範囲の両端を、中心線山谷ピッチＱ１＜中央線山谷ピッチＱ２とすることにより、セル３ａの両側端より中心線Ｂに近接させて位置させることにより、図４に示したような浅い角度で入射された太陽光、つまり図６に示すような光束Ｂに示すように、セル３ａの背面により効果的に誘導することができる。
　加えて、中央線Ａに一致する山部と隣接する谷部との間に形成される第一の反射面５ｃの配列方向に対してなす角度が図４に示した第一の反射面５ｃよりも浅い角度とすることができる。このため、図６に示すような中央線Ａに隣接する第一の反射面５ｃに入射した光束Ａを、中心線Ｂに隣接する反射面に誘導して、中心線Ｂに隣接する第二の反射面５ｄにより反射して、二重反射構成によりセル３ａの背面に誘導し導くことができる。
　このことにより、本実施例２の太陽電池２１を外部から斜めに視認した場合に、太陽電池２１を外部から視認する者にぎらついた感覚を付与することを回避して、太陽電池２１の外観を良好なものとし高級感を具備させることができる。
　つまり、本実施例２の太陽電池２１によれば、朝方や夕暮れ時、冬場等の浅い角度で入射される太陽光をより効果的にセル３ａの背面に集光することができるため、一日及び四季を通じてより高い集光性能と発電効率を維持して確保することを可能とすることができる。さらに、太陽電池２１における発電量の時間推移、季節推移における積分強度を高めて、エネルギー効率を高めることができる。
　さらに、本実施例２の太陽電池２１によれば、配列方向にピッチＰにおいて配列される複数のセル３ａの間隔すなわちピッチＰを実施例１に比較してより大きくすることとしても、入射された太陽光が山部により散乱反射されることを防止し、谷部や第二の反射面５ｄにより反射されてセル３ａの背面に集光されずに外部に漏れて出てしまうことを防止することができる。これにより、損失光を発生することを極力防止して、集光倍率及び集光性能をともに高めて、太陽電池２１を正面から見た場合のセル３ａの投影面積の太陽電池２１全体の投影面積に対して占有する割合を低減して、太陽電池２１そのものの低コスト化を図ることもできる。
　上述した実施例２においては、中央線Ａに隣接する第一の反射面５ｃの配列方向に対する傾斜角度について規定していないが、この傾斜角度を数値限定することとしてもよい。以下それについての実施例３について述べる。
　図９は、本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図であり、図１０は、本発明に係る太陽電池の一実施形態を示す模式図である。
　図９に示す太陽電池（モジュール）３１は、前面板２と、セルストリングス３と、封止材４と、背面板４と、ミラー５とを含んで構成される。各構成要素の基本的構成は実施例２に示したものと同等であるため、重複する説明は割愛し、実施例２との相違点のみ詳細に説明する。
　図９に示すように、ミラー５は、太陽光の波長が５５０ｎｍにおける全光線反射率がｒであり、セル３ａの配列方向のセル幅がｘであり、ピッチＰをセル幅ｘで除した集光倍率がａ＝Ｐ／ｘであり、前面板の正面からミラー５の山部までの正面方向の厚みがｔであるものとする。さらに、図１０に示すように、ミラー５の中央線Ａに隣接する第一の反射面５ｃの、破線で示す配列方向に対する傾斜角度をφとし、この傾斜角度φをθとして所定関数Ωを数６で示すように定義する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
 　この数６で定義される所定関数Ωが、θを０度から９０度に変化させた場合に上に凸の変極点を有して最大値Ωｍａｘをとる場合に、この時の傾斜角度θ＝値φｍａｘを用いて、φを数７に示すように、数値限定することとする。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
 　すなわち、傾斜角度φを値φｍａｘから１５度を減じた値以上で、値φｍａｘに１５度を加えた値以下とする。なお、１５度という値はより好ましくは１０度とし、更に好ましくは７度とする。ここで、φｍａｘの導出にあたってはΩ（θ）のθに関する４次以上のテーラー展開を用いて、θ微分を用いてφｍａｘを算出することが、計算負荷が少なく実用的である。
　本実施例３に示した太陽電池３１によれば、実施例２に示したものと同様の作用効果を得ることに加えて、さらに以下のような作用効果を得ることができる。すなわち、ミラー５を介して反射された太陽光がセル３ａの背面に均一に照射されることを導いて、セル３ａの背面に照射される太陽光の強度が背面内の部位によりばらついて強度のむらが発生することを防止する。これにより、照射される太陽光の強度の偏りに起因するセル３ａひいては太陽電池３１全体の発電効率の低下を招くことを予め回避することができる。
　さらに、前面板２の表面でのスネル側による全反射光も効率よく利用可能となるため、太陽電池３１のセル３ａの背面に集光されずに、太陽電池３１の外部に漏れて出ることとなる太陽光が、太陽電池３１が適用される住宅の屋根上又は自動車のルーフ等における設置方位に依らずに小さく留められ、一年を通じて発電効率を高く保つことができる。
　加えて、太陽電池３１によれば、セル３ａの背面での背面内の位置毎の太陽光の強度の偏りを小さくすることができるので、集光性を高めることつまり集光化による封止材を構成する樹脂の熱劣化が生じることを極力防止することができる。
　このため、封止材とセル３ａとの間に剥離が発生することや、クラックが発生することを防止して、太陽電池３１内部における不具合が発生することを未然に防止することができる。このことにより、太陽電池３１を構成するモジュールの耐久寿命を、集光化が図られていない従前のモジュールの耐久寿命と同等なものとし、集光化をより有利に実行することができる。
　以下に上述した実施例１～２と従来技術である比較例１～３の相互間を比較して、太陽光照射下における正面及び斜めからの太陽電池を構成するモジュールの外観と、有効な発電エリアである９０ｍｍ×１２５ｍｍにおける、ソーラーシミュレータにより見積もった発電効率を図１１の表に示す。
　なお、比較例１～３については、以下に述べる諸元を有する。比較例１は、実施例１と同一のセルストリングス３を用いて、セル３ａの中心線Ｂに対して背面板４の山部の配列方向におけるずれ量が７ｍｍとしたものである。
　比較例２は、実施例１と同一のセルストリングス３を用いて、第一Ｒ加工部５ａの第一半径Ｒ１をピッチＰ＝３０ｍｍの１／５である６ｍｍを超える８．０ｍｍとし、谷部に第二Ｒ加工部５ｂを設けて第二Ｒ加工部５ｂを構成する第二半径Ｒ２を８．０ｍｍとして、Ｒ２＞Ｒ１の条件が成立しないものとしている。
　比較例３は、実施例２と同一のセルストリングス３を用いて、背面板４の最も厚みが厚くなる点が、セル３ａの中心線Ｂではなく、隣接するセル３ａの中央線Ａに接近するように偏在させている。つまり、中央線山谷ピッチＱ１＝５．０ｍｍ、中心線山谷ピッチＱ２＝１０．０ｍｍとして、中央線山谷ピッチＱ１＞中心線山谷ピッチＱ２の条件が成立しないものとしている。
　図１１の表に示すように、モジュール外観において、正面の外観においては実施例１及び実施例２はともに、比較例１～３に較べて極めて良好な結果を示し、斜め外観においても、比較例１～３に較べて概ね良好な結果を示している。特に実施例２においてぎらつき間を抑制する効果が高いことを示している。縞状輝線の発生においても、実施例１及び実施例２はともに、比較例１～３に較べて縞状輝線の発生を抑制することができており、特に、実施例２において縞状輝線を抑制する効果が高いことを示している。
　ソーラーシミュレータによる発電効率すなわち変換効率においても、実施例１及び実施例２はともに、比較例１～３に較べて良好な発電効率を実現することができており、特に実施例２においては、より高い発電効率を実現することができている。
　以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
　例えばピッチＰ方向にだけすき間を設け、一次元的に集光する態様だけでなく、ピッチＰと垂直な方向（図１における紙面の法線方向）に対してもピッチＰ２ですき間を設け、二次元的に集光を行いセルの利用効率を高める態様であっても良い。
　本発明は、太陽電池に関するものであり、比較的軽微な変更により、より適切に太陽光を反射することができる太陽電池を提供して、太陽電池の発電効率を向上するとともに、太陽電池及び太陽電池が搭載される住宅や自動車の商品性を高めることができるので、産業上様々な分野に用いられる太陽電池に適用して有益なものである。
　本国際出願は、２００９年１月２３日に出願された日本国特許出願２００９－０１３５０８に基づく優先権を主張するものであり、２００９－０１３５０８号の全内容をここに本国際出願に援用する。
　１　　　太陽電池（モジュール）
　２　　　前面板
　３　　　セルストリングス
　３ａ　　セル（太陽光発電手段）
　４　　　背面板
　５　　　ミラー（反射板、４＋５：反射手段）
　５ａ　　第一Ｒ加工部
　２１　　太陽電池（モジュール）
　５ｂ　　第二Ｒ加工部
　３１　　太陽電池（モジュール）

Claims (4)

  1. 　前面板と、前記前面板の背面側に位置して所定のピッチで配列方向に配列された太陽光発電手段と、前記太陽光発電手段の背面に太陽光を反射する反射手段とを含み、前記反射手段が反射板と背面板を含み、前記反射板が、前記太陽光発電手段の正面方向と前記配列方向に垂直な垂直方向から見て、前記ピッチの半分の半ピッチを一周期として前記正面側に突出する山部と前記背面側に窪む谷部を構成し、前記太陽光発電手段の前記配列方向における中心線の位置及び隣接する前記太陽光発電手段間の中央線の前記配列方向における位置を前記山部の前記配列方向における位置と一致させて、前記中央線に一致する前記山部に第一Ｒ加工部を形成して、前記第一Ｒ加工部を構成する第一半径が０．０５ｍｍより大きく前記ピッチの１／５より小さいことを特徴とする太陽電池。
  2. 　前記垂直方向から見て、前記中心線と一致する前記山部と隣接する前記谷部との前記配列方向における間隔である中心線山谷ピッチに比べて、前記中央線と一致する前記山部と隣接する前記谷部との前記配列方向における間隔である中央線山谷ピッチが大きいことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
  3. 　前記中心線に一致する前記山部と隣接する前記谷部に第二Ｒ加工部を形成するとともに、前記第二Ｒ加工部を構成する第二半径が前記第一半径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池。
  4. 　前記ピッチと、前記垂直方向から見て前記反射板が前記配列方向となす傾斜角度と、前記前面板の正面と前記反射板の前記中央線に一致する山部との正面方向における厚みと、前記ピッチを前記太陽光発電手段の前記配列方向の長さで除した集光倍率と、前記反射板の全光線反射率とにより定められる所定関数が、前記傾斜角度が０度から９０度まで変化させた場合にとる最大値における前記傾斜角度の値から１５度を減じた値を下限値とし、前記最大値における前記傾斜角度の値に１５度を加えた値を上限値として、前記傾斜角度が前記下限値より大きく前記上限値より小さいことを特徴とする請求項１～３の何れかに記載の太陽電池。
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