WO2015190047A1 - 太陽電池モジュール - Google Patents

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wavelength
electrode
adhesive
sealing layer
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直人 今田
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • H01L31/054—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means
    • H01L31/055—Optical elements directly associated or integrated with the PV cell, e.g. light-reflecting means or light-concentrating means where light is absorbed and re-emitted at a different wavelength by the optical element directly associated or integrated with the PV cell, e.g. by using luminescent material, fluorescent concentrators or up-conversion arrangements
    • 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

  • This disclosure relates to a solar cell module.
  • Patent Document 1 discloses a solar cell module including a first sealing layer that does not contain a wavelength conversion substance and a second sealing layer that contains a wavelength conversion substance between a protective glass and a solar cell. Is disclosed.
  • the solar cell module it is required to further improve the utilization efficiency of incident light and improve the photoelectric conversion efficiency.
  • a solar cell module includes a plurality of solar cells in which electrodes are formed on a photoelectric conversion unit, a wiring material that is attached to electrodes by an adhesive and connects adjacent solar cells, and a solar cell A first protection member provided on the light receiving surface side, a second protection member provided on the back surface side of the solar cell, and a sealing layer provided between the protection members and sealing the solar cell.
  • at least one of the electrode and the adhesive, and the sealing layer contain a wavelength conversion substance that absorbs light of a specific wavelength and converts the wavelength.
  • the utilization efficiency of incident light can be improved and the photoelectric conversion efficiency can be improved.
  • FIG. 3 is a sectional view taken along line AA in FIG. 2. It is the B section enlarged view of FIG.
  • the “light receiving surface” of a solar cell module, a solar cell, or a photoelectric conversion unit means a surface on which light is mainly incident (over 50% to 100% of light is incident from the light receiving surface).
  • the “back surface” means the surface opposite to the light receiving surface.
  • descriptions such as “providing the second member on the first member” do not intend only when the first and second members are provided in direct contact unless specifically limited. That is, this description includes a case where another member exists between the first and second members.
  • the description of “substantially **” is intended to include not only exactly the same, but also those that are recognized as being substantially the same, with “substantially identical” as an example.
  • Drawing 1 is a sectional view of solar cell module 10 which is an example of an embodiment.
  • the solar cell module 10 includes a plurality of solar cells 11, a first protection member 12 provided on the light receiving surface side of the solar cell 11, a second protection member 13 provided on the back surface side of the solar cell 11, and each protection.
  • the sealing layer 14 provided between the members and sealing the solar cell 11 is provided.
  • the solar cell 11 has an electrode formed on the photoelectric conversion unit 20.
  • the solar cell module 10 includes a wiring member 15 that connects solar cells 11 arranged adjacent to each other.
  • the wiring member 15 is attached to the electrode of the solar cell 11 with an adhesive 16 (see FIGS. 3 and 4 described later).
  • the plurality of solar cells 11 are arranged on substantially the same plane. Adjacent solar cells 11 are connected in series by a wiring member 15, whereby a string of solar cells 11 is formed.
  • the wiring member 15 is bent in the thickness direction of the module between adjacent solar cells 11, and is attached to the light receiving surface of one solar cell 11 and the back surface of the other solar cell 11 using an adhesive 16.
  • At least one of the electrode and the adhesive 16 and the sealing layer 14 contain a wavelength conversion substance 30 that absorbs light of a specific wavelength and converts the wavelength. ing.
  • the solar cell 11, the first protective member 12, the second protective member 13, and the sealing layer 14 constitute a solar cell panel.
  • the solar cell panel is a plate-like body in which the strings of the solar cells 11 are sandwiched between the protective members, and has, for example, a substantially rectangular shape in plan view (when viewed from a direction perpendicular to the light receiving surface).
  • a terminal box into which an output wiring material is drawn is provided on the back side of the solar cell panel.
  • the solar cell module 10 includes a frame that is attached to an edge portion of the solar cell panel.
  • a light-transmitting member such as a glass substrate, a resin substrate, or a resin film can be used.
  • a glass substrate from the viewpoints of fire resistance, durability, and the like.
  • the thickness of the glass substrate is not particularly limited, but is preferably about 2 to 6 mm.
  • the same transparent member as the first protective member 12 may be used, or an opaque member may be used.
  • a resin film is used as the second protective member 13.
  • the resin film is not particularly limited, but is preferably a polyethylene terephthalate (PET) film. From the standpoint of reducing moisture permeability, the resin film may be formed with an inorganic compound layer such as silica or a metal layer such as aluminum when light incidence from the back side is not assumed.
  • the thickness of the resin film is not particularly limited, but is preferably about 50 to 300 ⁇ m.
  • the sealing layer 14 serves to prevent moisture or the like from coming into contact with the solar cell 11.
  • the sealing layer 14 is also called a filler layer (filler).
  • the sealing layer 14 includes a sealing layer 14 a disposed between the solar cell 11 and the first protective member 12, and a sealing layer 14 b disposed between the solar cell 11 and the second protective member 13. It is preferable to include.
  • the sealing layer 14 is formed by a laminating process described later using, for example, two resin sheets that respectively form the sealing layers 14a and 14b.
  • the resin constituting the sealing layer 14 preferably has good adhesion to each protective member and the solar cell 11 and hardly permeates moisture.
  • an olefin resin obtained by polymerizing at least one selected from ⁇ -olefins having 2 to 20 carbon atoms (eg, polyethylene, polypropylene, random or block copolymers of ethylene and other ⁇ -olefins, etc.
  • Ester resins for example, polycondensates of polyols and polycarboxylic acids or acid anhydrides / lower alkyl esters thereof
  • urethane resins for example, polyisocyanates and active hydrogen group-containing compounds (diols, polyolreols, Dicarboxylic acids, polycarboxylic acids, polyamines, polythiols, etc.)
  • epoxy resins eg, polyepoxide ring-opening polymers, polyepoxides and active hydrogen group-containing compounds
  • ⁇ Olefin and vinyl carboxylate, acrylic ester, or other vinyl And a copolymer of Rumonoma can be exemplified.
  • olefin resins particularly polymers containing ethylene
  • copolymers of ⁇ -olefin and vinyl carboxylate are particularly preferable.
  • ethylene-vinyl acetate copolymer (EVA) is particularly preferable.
  • the thickness of the sealing layer 14 is not particularly limited, but preferably the thickness of each of the sealing layers 14a and 14b is about 100 to 600 ⁇ m. As will be described in detail later, the wavelength converting substance 30 is added to at least the resin constituting the sealing layer 14a.
  • FIG. 2 is a view of the solar cell 11 as seen from the light receiving surface side.
  • the solar cell 11 includes a photoelectric conversion unit 20 that generates carriers by receiving sunlight.
  • the photoelectric conversion unit 20 has, for example, a shape in which four corners of a substantially square shape in plan view are cut obliquely.
  • the photoelectric conversion unit 20 includes a light receiving surface electrode formed on the light receiving surface of the photoelectric conversion unit 20 and a back electrode formed on the back surface as electrodes for collecting the generated carriers.
  • Solar cell 11 includes, for example, finger electrode 23 and bus bar electrode 25 as the light receiving surface electrode, and includes finger electrode 24 and bus bar electrode 26 as the back electrode.
  • the structure of the solar cell 11 is not limited to this,
  • the metal layer formed on the back surface of the photoelectric conversion part 20 is good also as a back surface electrode.
  • the back electrode is preferably formed in a larger area than the light receiving surface electrode, and the surface with the larger electrode area can be said to be the “back surface” of the solar cell 11.
  • the photoelectric conversion unit 20 includes, for example, a semiconductor substrate and an amorphous semiconductor layer formed on the substrate.
  • the semiconductor constituting the semiconductor substrate include crystalline silicon (c-Si), gallium arsenide (GaAs), indium phosphide (InP), and the like.
  • the amorphous semiconductor constituting the amorphous semiconductor layer include i-type amorphous silicon, n-type amorphous silicon, and p-type amorphous silicon.
  • transparent conductive layers 21 and 22 are formed on the photoelectric conversion unit 20.
  • the transparent conductive layers 21 and 22 are made of, for example, a transparent conductive oxide obtained by doping metal oxide such as indium oxide (In 2 O 3 ) or zinc oxide (ZnO) with tin (Sn) or antimony (Sb). Composed.
  • the transparent conductive layers 21 and 22 are formed over a wide range excluding a region having a predetermined width along the edge, for example, on each of the light receiving surface and the back surface of the photoelectric conversion unit 20.
  • an n-type single crystal silicon substrate is applied to the semiconductor substrate.
  • an i-type amorphous silicon layer and a p-type amorphous silicon layer are sequentially formed on a light-receiving surface of an n-type single crystal silicon substrate, and an i-type amorphous silicon layer is formed on the back surface of the substrate. It has a structure in which n-type amorphous silicon layers are sequentially formed.
  • the p-type amorphous silicon layer may be formed on the back surface side of the substrate, and the n-type amorphous silicon layer may be formed on the light receiving surface side of the substrate.
  • the photoelectric conversion unit 20 has a junction (heterojunction) between semiconductors having different optical gaps.
  • An amorphous silicon layer (thickness: several to several tens of nm) forming a heterojunction generally absorbs light having a wavelength of 600 nm or less.
  • the finger electrodes 23 are thin wire electrodes that collect carriers through the transparent conductive layer 21, and a plurality (for example, 50) of finger electrodes 23 are formed on the transparent conductive layer 21.
  • the bus bar electrode 25 is an electrode that collects carriers from the finger electrode 23.
  • the wiring member 15 is attached on the bus bar electrode 25 along the longitudinal direction of the bus bar electrode 25 extending in a straight line (see FIGS. 3 and 4 to be described later).
  • a plurality of (for example, three) bus bar electrodes 25 are formed substantially parallel to each other with a predetermined interval, and the finger electrodes 23 are formed substantially orthogonal to the bus bar electrodes 25.
  • a plurality of (for example, 250) finger electrodes 24 and a plurality of (for example, three) bus bar electrodes 26 are also formed on the transparent conductive layer 22.
  • the arrangement of the back electrode is the same as that of the light receiving surface electrode.
  • the electrodes are preferably composed of a conductive filler and a binder resin that binds the filler.
  • a binder resin for example, a curable resin in which a curing agent is mixed as necessary with an epoxy resin, a silicone resin, a urethane resin, or the like is used.
  • the conductive filler for example, metal particles such as silver (Ag), copper (Cu), nickel (Ni), carbon, or a mixture thereof is used. Of these, Ag particles are preferred.
  • the width of the finger electrode 23 is preferably about 30 ⁇ m to 150 ⁇ m, more preferably about 40 ⁇ m to 100 ⁇ m, from the viewpoint of reducing light shielding loss.
  • the width of the bus bar electrode 25 is preferably about 50 ⁇ m to 300 ⁇ m, and more preferably about 80 ⁇ m to 150 ⁇ m.
  • the heights of the finger electrode 23 and the bus bar electrode 25 are 40 ⁇ m to 150 ⁇ m, preferably from the same level, from the viewpoint of reducing resistance loss.
  • the finger electrode 24 of the back electrode is, for example, wider than the finger electrode 23 and lower in height.
  • FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views taken along line AA in FIG. 2, and FIG. 4 is an enlarged view of a portion B in FIG. 3.
  • the wavelength conversion substance 30 is indicated by white circles.
  • the wiring material 15 is attached on the bus bar electrodes 25 and 26 via the adhesive 16.
  • the adhesive 16 it is preferable to use a thermosetting adhesive in which, for example, an epoxy resin, an acrylic resin, a urethane resin, or the like is mixed with a curing agent as necessary.
  • a resin preferably contains a conductive filler such as Ag particles.
  • a non-conductive thermosetting adhesive may be used from the viewpoint of manufacturing cost and light-shielding loss reduction.
  • Examples of the form of the adhesive 16 include a film form and a paste form.
  • the bus bar electrodes 25 and 26 are illustrated with the same width as the wiring member 15, but preferably, the width of the bus bar electrodes 25 and 26 is narrower than the width of the wiring member 15.
  • the adhesive 16 may be interposed only between the wiring member 15 and the bus bar electrodes 25 and 26, but a part of the adhesive 16 protrudes between these and adheres to the side surface of the wiring member 15. May be.
  • the protruding portion of the adhesive 16 is generally called a fillet.
  • the fillets are formed on both sides of the wiring member 15 in the width direction, for example, and enhance the adhesive force between the wiring member 15 and the solar cell 11. In particular, when a fillet is formed, it is preferable to add the wavelength converting material 30 into the adhesive 16.
  • the wavelength conversion material 30 is contained in at least one of the electrode and the adhesive 16 and the sealing layer 14 as described above. That is, the wavelength converting substance 30 is also present in a portion (under the wiring material 15) covered with the wiring material 15 that does not transmit light such as ultraviolet rays.
  • the wavelength converting material 30 is a material that absorbs light of a specific wavelength and converts the wavelength, and plays a role of converting light in a wavelength region that has a small contribution to power generation into light in a wavelength region that has a large contribution to power generation.
  • the wavelength converting substance 30 may be contained in one of the electrode and the adhesive 16, but is preferably contained in both the electrode and the adhesive 16.
  • the wavelength conversion material 30 for example, when light to be wavelength-converted enters the electrode or the like without hitting the wavelength conversion material 30 in the sealing layer 14. The wavelength of the light can be converted.
  • the wavelength converting substance 30 is contained in the sealing layer 14 a provided on the light receiving surface side of the solar cell 11.
  • the wavelength converting material 30 may be contained in the sealing layer 14b provided on the back side of the solar cell 11, but in consideration of the utilization efficiency of the wavelength converting material 30, the wavelength converting material 30 in the sealing layer 14a.
  • the concentration is preferably higher than the concentration of the substance in the sealing layer 14b.
  • the wavelength converting substance 30 is dispersed substantially uniformly in the sealing layer 14a, for example.
  • the sealing layer 14a may contain an ultraviolet absorbing material that absorbs ultraviolet rays and does not emit light. In this case, for example, even if the concentration of the wavelength conversion material 30 is higher in the vicinity of the first protective member 12 than in the vicinity of the solar cell 11, a non-uniform concentration distribution of the wavelength conversion material 30 may be provided in the sealing layer 14a. Good. Two or more kinds of wavelength converting substances 30 may be added to the sealing layer 14a, and a non-uniform concentration distribution of each wavelength converting substance 30 may be provided in the sealing layer 14a.
  • the wavelength converting substance 30 is contained in the finger electrode 23 and the bus bar electrode 25 which are light receiving surface electrodes formed on the light receiving surface side of the solar cell 11.
  • the wavelength converting substance 30 may be contained in the finger electrode 24 and the bus bar electrode 26 which are the back electrodes, but the concentration of the wavelength converting substance 30 in the light receiving surface electrode may be higher than the concentration of the substance in the back electrode. preferable.
  • the wavelength converting substance 30 is contained only in the light receiving surface electrode.
  • the wavelength converting material 30 is dispersed substantially uniformly in the finger electrode 23 and the bus bar electrode 25, for example.
  • the concentration of the wavelength converting substance 30 is preferably substantially the same in the finger electrode 23 and the bus bar electrode 25, particularly from the viewpoint of productivity.
  • the finger electrode 23 is exposed to more ultraviolet light than the bus bar electrode 25 covered with the wiring material 15. For this reason, when the solar cell module 10 is used for a long period of time, for example, the wavelength conversion substance 30 in the finger electrode 23 may be deactivated, and a concentration difference may be generated between the finger electrode 23 and the bus bar electrode 25.
  • the wavelength converting substance 30 is contained in the adhesive 16 provided on the light receiving surface side of the solar cell 11.
  • the wavelength conversion material 30 may be contained in the adhesive 16 provided on the back surface side of the solar cell 11, the concentration of the wavelength conversion material 30 in the adhesive 16 may be higher on the light receiving surface side than on the back surface side.
  • the wavelength converting material 30 is not contained in the adhesive 16 on the back surface side, and the wavelength converting material 30 is contained only in the adhesive 16 on the light receiving surface side.
  • the wavelength converting substance 30 is dispersed substantially uniformly in the adhesive 16 provided on the light receiving surface side, for example.
  • the concentration of the wavelength converting substance 30 may be different or the same in the finger electrode 23, the bus bar electrode 25, the adhesive 16, and the sealing layer 14a provided on the light receiving surface side of the solar cell 11. Good.
  • the wavelength conversion substance 30 may have substantially the same concentration in the adhesive 16 and the sealing layer 14a and lower concentration in the finger electrode 23 and the bus bar electrode 25.
  • the wavelength converting substance 30 absorbs ultraviolet light, for example, light having a shorter wavelength than 380 nm, and converts it into light having a longer wavelength (for example, 400 to 800 nm). In this case, the wavelength conversion substance 30 also contributes to suppression of deterioration of the constituent material due to ultraviolet rays.
  • the wavelength converting substance 30 preferably absorbs ultraviolet rays and emits visible light, but may absorb visible light or infrared light. Generally, the wavelength converting substance 30 converts short-wavelength light into longer-wavelength light. However, the wavelength-converting substance 30 may cause so-called up-conversion light emission that converts long-wavelength light into shorter-wavelength light. .
  • a preferable conversion wavelength varies depending on the type of the solar cell 11.
  • the wavelength conversion material 30 absorbs light having a wavelength having energy equal to or greater than the band gap of the heterojunction layer and converts the wavelength.
  • the wavelength conversion substance 30 converts light having a wavelength that is absorbed by the heterojunction layer.
  • a wavelength conversion material 30 that absorbs light having a wavelength ⁇ that is absorbed by an amorphous semiconductor layer and can convert it into light having a wavelength ⁇ that is not absorbed by the semiconductor layer is used.
  • the wavelength ⁇ is 600 nm or less.
  • the wavelength converting substance 30 include inorganic compounds such as semiconductor nanoparticles (quantum dots) and luminescent metal complexes, and organic compounds such as organic fluorescent dyes.
  • semiconductor nanoparticles include zinc oxide (ZnO), cadmium selenide (CdSe), cadmium telluride (CdTe), gallium nitride (GaN), yttrium oxide (Y 2 O 3 ), indium phosphide (InP), and the like. Particles can be exemplified.
  • Examples of the luminescent metal complex include Ir complexes such as [Ir (bqn) 3 ] (PF 6 ) 3 and [Ir (dpbpy) 3 ] (PF 6 ) 3 , [Ru (bqn) 3 ] (PF 6 ) 3 , Ru complexes such as [Ru (bpy) 3 ] (ClO 4 ) 2 , Eu complexes such as [Eu (FOD) 3 ] phen, [Eu (TFA) 3 ] phen, [Tb (FOD) 3 ] phen, [Tb Examples include Tb complexes such as (HFA) 3 ] phen.
  • Examples of organic fluorescent dyes include rhodamine dyes, coumarin dyes, fluorescein dyes, and perylene dyes.
  • the wavelength conversion substance 30 contained in the electrode, the adhesive 16, and the sealing layer 14 may be different types, but is preferably the same substance.
  • a stable wavelength conversion function can be maintained even when the wavelength conversion material 30 is diffused.
  • the same material does not mean that it is the same up to the production lot, and may be a material handled as the same product.
  • the solar cell module 10 having the above-described configuration can be manufactured through a laminating process in which the constituent members are stacked and thermocompression bonded.
  • the solar cell 11 is manufactured.
  • the photoelectric conversion part 20 of the solar cell 11 can be produced by a conventionally known method.
  • the electrode of the solar cell 11 is preferably formed by screen printing using a conductive paste.
  • the finger electrode 24 and the bus bar electrode 26 are formed using a conventionally known conductive paste
  • the finger electrode 23 and the bus bar electrode 25 are formed using a conductive paste to which the wavelength conversion material 30 is added.
  • the wiring material 15 is attached to the bus bar electrodes 25 and 26 of the solar cell 11 using the adhesive 16, and the solar cells 11 arranged adjacent to each other are connected in series to produce a string of the solar cells 11.
  • the adhesive 16 for example, an adhesive made of a film-like or paste-like thermosetting resin to which the wavelength conversion substance 30 is added is used. In the case of a film, it is disposed on the bus bar electrodes 25 and 26, and in the case of a paste, it is applied onto the bus bar electrodes 25 and 26 using a dispenser or the like.
  • the wiring member 15 is disposed on the adhesive 16 and thermocompression bonded. The heating temperature is set to a temperature at which the adhesive 16 is cured. At this time, for example, a part of the adhesive 16 is pushed out from below the wiring member 15 to form a fillet.
  • a resin sheet constituting the sealing layer 14a is laminated on the first protective member 12, and a string of the solar cells 11 is laminated thereon. Furthermore, the resin sheet which comprises the sealing layer 14b is laminated
  • the wavelength conversion substance 30 is contained in at least the resin sheet constituting the sealing layer 14a.
  • This laminated body is heated to about 150 ° C. in a vacuum state, for example. Thereafter, heating is continued while pressing each component member on the heater side under atmospheric pressure, and the resin component of the resin sheet is crosslinked to obtain a solar cell panel.
  • a solar cell module 10 is manufactured by attaching a frame or the like to the solar cell panel.
  • the wavelength conversion substance 30 is diffused in the electrode and / or the adhesive 16 using the thermal process of the laminate, and a desired structure in which the wavelength conversion substance 30 is contained in the electrode and / or the adhesive 16 is obtained. Is also possible.
  • the utilization efficiency of incident light can be improved and the photoelectric conversion efficiency can be improved.
  • a lot of incident light to be wavelength-converted is converted by the wavelength conversion material 30 included in the sealing layer 14 a, for example, and converted into light in a wavelength region that greatly contributes to power generation.
  • the light to be wavelength-converted may enter the finger electrode 23, the bus bar electrode 25, or the adhesive 16 without hitting the wavelength conversion material 30 in the sealing layer 14a.
  • the wavelength conversion substance 30 can be wavelength-converted by including the wavelength conversion material 30 in the finger electrode 23, the bus bar electrode 25, and the adhesive 16, and the wavelength conversion probability can be improved. it can.
  • the wavelength conversion material 30 in the sealing layer 14a may be inactivated due to the influence of ultraviolet rays or the like.
  • the wavelength conversion material 30 present under the wiring material 15 is removed from the sealing layer 14a. It diffuses in and suppresses the influence of the inactivation. That is, since the wavelength converting substance 30 existing under the wiring material 15 that is not easily exposed to ultraviolet rays is maintained for a long period of time, when the wavelength converting substance 30 in the sealing layer 14a is deactivated, An active wavelength converting substance 30 is supplied from below the material 15.

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Abstract

　太陽電池モジュール１０は、光電変換部２０上に電極が形成された複数の太陽電池１１と、接着剤１６により電極に取り付けられ、隣接配置される太陽電池１１同士を接続する配線材１５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を封止する封止層１４とを備える。電極及び接着剤１６の少なくとも一方、及び封止層１４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３０が含有されている。

Description

太陽電池モジュール
　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。
国際公開第２０１１／１４８９５１号パンフレット
　ところで、太陽電池モジュールでは、入射光の利用効率をさらに改善して、光電変換効率を向上させることが求められている。
　本開示に係る太陽電池モジュールは、光電変換部上に電極が形成された複数の太陽電池と、接着剤により電極に取り付けられ、隣接配置される太陽電池同士を接続する配線材と、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、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、電極及び接着剤の少なくとも一方、及び封止層には、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含有されている。
　本開示に係る太陽電池モジュールによれば、入射光の利用効率を改善して、光電変換効率を向上させることができる。
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（電極、接着剤等は省略）。 実施形態の一例である太陽電池モジュールを構成する太陽電池を受光面側から見た図である（配線材等は省略）。 図２のＡＡ線断面図である。 図３のＢ部拡大図である。
　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。
　太陽電池モジュール１０は、複数の太陽電池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を封止する封止層１４とを備える。太陽電池１１は、光電変換部２０上に電極が形成されてなる。
　太陽電池モジュール１０は、隣接配置される太陽電池１１同士を接続する配線材１５を備える。配線材１５は、接着剤１６（後述の図３，４参照）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の裏面とに接着剤１６を用いてそれぞれ取り付けられる。
　太陽電池モジュール１０では、詳しくは後述するように、電極及び接着剤１６の少なくとも一方、及び封止層１４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３０が含有されている。
　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。
　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５０～３００μｍ程度である。
　封止層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。封止層１４は、充填剤層（充填剤）とも呼ばれる。封止層１４は、太陽電池１１と第１保護部材１２との間に配置される封止層１４ａと、太陽電池１１と第２保護部材１３との間に配置される封止層１４ｂとを含むことが好適である。封止層１４は、例えば封止層１４ａ，１４ｂをそれぞれ構成する２枚の樹脂シートを用いて、後述のラミネート工程により形成される。
　封止層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。
　封止層１４の厚みは、特に限定されないが、好ましくは封止層１４ａ，１４ｂのそれぞれの厚みが１００～６００μｍ程度である。詳しくは後述するように、少なくとも封止層１４ａを構成する樹脂中には、波長変換物質３０が添加される。
　図２は、太陽電池１１を受光面側から見た図である。
　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、例えば平面視略正方形状の四隅が斜めにカットされた形状を有する。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。
　太陽電池１１は、例えば受光面電極としてフィンガー電極２３及びバスバー電極２５を含み、裏面電極としてフィンガー電極２４及びバスバー電極２６を含む。なお、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の裏面上に形成した金属層を裏面電極としてもよい。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、例えば半導体基板と、当該基板上に形成された非晶質半導体層とを有する。半導体基板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。
　光電変換部２０上には、透明導電層２１，２２が形成されることが好適である。透明導電層２１，２２は、例えば、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。透明導電層２１，２２は、例えば光電変換部２０の受光面上及び裏面上の各々において、端縁に沿った所定幅の領域を除く広範囲に形成される。
　本実施形態では、半導体基板にｎ型単結晶シリコン基板が適用される。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。
　フィンガー電極２３は、透明導電層２１を介してキャリアを集める細線状の電極であって、透明導電層２１上に複数（例えば、５０本）形成される。バスバー電極２５は、フィンガー電極２３からキャリアを収集する電極である。直線状に延びたバスバー電極２５の長手方向に沿ってバスバー電極２５上に、配線材１５が取り付けられる（後述の図３，４参照）。例えば、バスバー電極２５は、所定の間隔をあけて互いに略平行に複数（例えば、３本）形成され、フィンガー電極２３は、バスバー電極２５に略直交して形成される。本実施形態では、透明導電層２２上にも複数（例えば、２５０本）のフィンガー電極２４と、複数（例えば、３本）のバスバー電極２６が形成される。裏面電極の配置は、受光面電極の場合と同様である。
　電極（フィンガー電極２３，２４、バスバー電極２５，２６）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。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。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。これらのうち、Ａｇ粒子が好適である。詳しくは後述するように、電極を構成する樹脂中には、波長変換物質３０を添加することが好適である。
　フィンガー電極２３の幅は、遮光ロス低減等の観点から、３０μｍ～１５０μｍ程度が好ましく、４０μｍ～１００μｍ程度がより好ましい。バスバー電極２５の幅は、５０μｍ～３００μｍ程度が好ましく、８０μｍ～１５０μｍ程度がより好ましい。フィンガー電極２３及びバスバー電極２５の高さは、抵抗損失低減等の観点から、４０μｍ～１５０μｍであり、互いに同程度であることが好適である。裏面電極のフィンガー電極２４は、例えばフィンガー電極２３よりも幅が太く、高さが低い。
　以下、図３及び図４を参照しながら、波長変換物質３０を含む構成要素（封止層、電極、接着剤）について、さらに詳説する。図３は図２のＡＡ線断面図、図４は図３のＢ部拡大図であって、図３及び図４では波長変換物質３０を白丸で示している。
　図３及び図４に示すように、バスバー電極２５，２６上には、接着剤１６を介して配線材１５が取り付けられている。接着剤１６には、例えばエポキシ樹脂やアクリル樹脂、ウレタン樹脂等に、必要により硬化剤を混合した熱硬化型接着剤を用いることが好ましい。かかる樹脂にはＡｇ粒子等の導電性フィラーが含有されていることが好適であるが、製造コストや遮光ロス低減等の観点から、非導電性の熱硬化型接着剤でもよい。接着剤１６の形態としては、フィルム状やペースト状が例示できる。
　図３及び図４では、バスバー電極２５，２６を配線材１５と同一幅で図示しているが、好ましくは、バスバー電極２５，２６の幅は配線材１５の幅よりも狭い。また、接着剤１６は、配線材１５とバスバー電極２５，２６の間のみに介在していてもよいが、接着剤１６の一部がこれらの間からはみ出して配線材１５の側面に付着していてもよい。接着剤１６のはみ出した部分は、一般的にフィレットと呼ばれる。フィレットは、例えば配線材１５の幅方向両側に形成され、配線材１５と太陽電池１１との接着力を高める。特にフィレットが形成される場合は、波長変換物質３０を接着剤１６中に添加することが好ましい。
　太陽電池モジュール１０では、上記のように、電極及び接着剤１６の少なくとも一方、及び封止層１４に、波長変換物質３０が含有されている。即ち、波長変換物質３０は、紫外線等の光を透過しない配線材１５に覆われた部分（配線材１５の下）にも存在する。波長変換物質３０は、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役割を果たす。
　波長変換物質３０は、電極及び接着剤１６の一方に含有されていてもよいが、好ましくは電極及び接着剤１６の両方に含有されている。電極及び接着剤１６の少なくとも一方、好ましくは両方が波長変換物質３０を含むことにより、例えば波長変換されるべき光が封止層１４中の波長変換物質３０に当たることなく電極等に入射した場合に、当該光を波長変換することが可能となる。
　波長変換物質３０は、太陽電池１１の受光面側に設けられる封止層１４ａに含有されている。波長変換物質３０は、太陽電池１１の裏面側に設けられる封止層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、封止層１４ａにおける波長変換物質３０の濃度を、封止層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。
　波長変換物質３０は、例えば封止層１４ａ中に略均一に分散している。なお、封止層１４ａには、紫外線を吸収して発光しない紫外線吸収物質が含有されていてもよい。この場合、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の濃度を高くする等、封止層１４ａ中で波長変換物質３０の不均一な濃度分布を設けてもよい。また、２種類以上の波長変換物質３０を封止層１４ａに添加してもよく、封止層１４ａ中で当該各波長変換物質３０の不均一な濃度分布を設けてもよい。
　波長変換物質３０は、太陽電池１１の受光面側に形成される受光面電極であるフィンガー電極２３及びバスバー電極２５に含有されている。波長変換物質３０は、裏面電極であるフィンガー電極２４及びバスバー電極２６に含有されていてもよいが、受光面電極における波長変換物質３０の濃度は、裏面電極における当該物質の濃度よりも高いことが好ましい。特に好ましくは、受光面電極、裏面電極のうち、受光面電極のみに波長変換物質３０が含有される。
　波長変換物質３０は、例えばフィンガー電極２３及びバスバー電極２５中に略均一に分散している。波長変換物質３０の濃度は、特に生産性等の観点から、フィンガー電極２３及びバスバー電極２５において略同一であることが好ましい。なお、フィンガー電極２３は、配線材１５に覆われるバスバー電極２５よりも多くの紫外線に曝される。このため、太陽電池モジュール１０が長期に亘って使用されると、例えばフィンガー電極２３中の波長変換物質３０が不活性化して、フィンガー電極２３とバスバー電極２５とで濃度差が生じる場合がある。
　波長変換物質３０は、太陽電池１１の受光面側に設けられる接着剤１６に含有されている。波長変換物質３０は、太陽電池１１の裏面側に設けられる接着剤１６に含有されていてもよいが、接着剤１６における波長変換物質３０の濃度は、裏面側よりも受光面側で高いことが好ましい。特に好ましくは、裏面側の接着剤１６に波長変換物質３０が含有されず、受光面側の接着剤１６のみに波長変換物質３０が含有される。波長変換物質３０は、例えば受光面側に設けられる接着剤１６中に略均一に分散している。
　波長変換物質３０の濃度は、太陽電池１１の受光面側に設けられるフィンガー電極２３、バスバー電極２５、接着剤１６、及び封止層１４ａにおいて、互いに異なっていてもよく、互いに同一であってもよい。波長変換物質３０は、例えば接着剤１６及び封止層１４ａ中の濃度を略同一とし、フィンガー電極２３及びバスバー電極２５中の濃度をこれらより低くしてもよい。
　波長変換物質３０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３０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。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。
　本実施形態では、太陽電池１１がヘテロ接合層（非晶質半導体層）を有するため、波長変換物質３０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３０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。例えば、非晶質半導体層が吸収する波長λαの光を吸収して、当該半導体層に吸収されない波長λβの光に変換可能な波長変換物質３０を用いる。波長λαは、６００ｎｍ以下である。
　波長変換物質３０の具体例としては、半導体ナノ粒子（量子ドット）、発光性金属錯体等の無機系化合物、有機蛍光色素等の有機系化合物が挙げられる。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、ペリレン系色素が例示できる。
　電極、接着剤１６、及び封止層１４に含有される波長変換物質３０は、それぞれ異なる種類であってもよいが、好ましくは同一物質である。同一物質を用いることにより、波長変換物質３０の拡散が生じた場合でも安定した波長変換機能を維持できる。ここで、同一物質とは、例えば波長変換物質３０が工業製品の場合、製造ロットまで同一であることを意味するものではなく、同一製品として取り扱われる物質であればよい。
　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できる。太陽電池モジュール１０の製造過程では、まず、太陽電池１１が作製される。太陽電池１１の光電変換部２０は、従来公知の方法により作製できる。太陽電池１１の電極は、導電性ペーストを用いたスクリーン印刷により形成されることが好ましい。例えば、フィンガー電極２４及びバスバー電極２６は、従来公知の導電性ペーストを用いて形成され、フィンガー電極２３及びバスバー電極２５は、波長変換物質３０を添加した導電性ペーストを用いて形成される。
　次に、太陽電池１１のバスバー電極２５，２６上に接着剤１６を用いて配線材１５を取り付け、隣接配置される太陽電池１１同士を直列接続して、太陽電池１１のストリングを作製する。接着剤１６には、例えば波長変換物質３０を添加したフィルム状やペースト状の熱硬化性樹脂からなる接着剤を用いる。フィルムの場合はバスバー電極２５，２６上に配置され、ペーストの場合はディスペンサ等を用いてバスバー電極２５，２６上に塗布される。配線材１５の取り付け工程では、接着剤１６上に配線材１５を配置して熱圧着する。加熱温度は、接着剤１６が硬化する温度に設定される。このとき、例えば接着剤１６の一部が配線材１５の下から押し出されてフィレットが形成される。
　次に、第１保護部材１２上に封止層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のストリング上に封止層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。封止層１４ａ，１４ｂを構成する樹脂シートのうち、少なくとも封止層１４ａを構成する樹脂シートには、波長変換物質３０が含有されている。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。
　なお、上記ラミネートの熱工程を利用して、電極及び／又は接着剤１６に波長変換物質３０を拡散させ、波長変換物質３０が電極及び／又は接着剤１６に含有された所望の構造を得ることも可能である。
　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、入射光の利用効率を改善して、光電変換効率を向上させることができる。太陽電池モジュール１０において、波長変換されるべき多くの入射光は、例えば封止層１４ａに含まれる波長変換物質３０によって波長変換され、発電に対する寄与が大きな波長域の光に変換される。しかし、波長変換されるべき光が封止層１４ａ中の波長変換物質３０に当たることなく、フィンガー電極２３、バスバー電極２５、又は接着剤１６に入射する場合がある。太陽電池モジュール１０では、フィンガー電極２３、バスバー電極２５、及び接着剤１６に波長変換物質３０を含有させることにより、そのような光を波長変換することが可能となり、波長変換確率を向上させることができる。
　また、太陽電池モジュール１０によれば、長期に亘って波長変換機能を維持することが可能になる。例えば、封止層１４ａ中の波長変換物質３０は紫外線等の影響で不活性化する場合があるが、太陽電池モジュール１０では、配線材１５の下に存在する波長変換物質３０が封止層１４ａ中に拡散して当該不活性化の影響を抑制する。即ち、紫外線に曝され難い配線材１５の下に存在する波長変換物質３０は長期に亘って活性が維持されるため、封止層１４ａ中の波長変換物質３０が不活性化したときに、配線材１５の下から活性な波長変換物質３０が供給される。
　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　封止層、１５　配線材、１６　接着剤、２０　光電変換部、２１，２２　透明導電層、２３，２４　フィンガー電極、２５，２６　バスバー電極、３０　波長変換物質

Claims (4)

  1. 　光電変換部上に電極が形成された複数の太陽電池と、
    　接着剤により前記電極に取り付けられ、隣接配置される前記太陽電池同士を接続する配線材と、
    　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、
    　前記電極及び前記接着剤の少なくとも一方、及び前記封止層には、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含有されている、太陽電池モジュール。
  2. 　前記電極は、導電性フィラーと、バインダ樹脂とで構成されている、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、前記電極及び前記接着剤の両方に含有されている、請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
  4. 　前記電極、前記接着剤、及び前記封止層に含有される前記波長変換物質は、同一物質である、請求項３に記載の太陽電池モジュール。
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