(57)【要約】【課題】従来の光起電力装置では、ガラス基板上に太陽電池セルが形成されるため、軽量化が図り難いという問題があった。【解決手段】本発明の光起電力装置では、絶縁性フィルム基板１上に裏面電極１０、半導体光活性層１１、透明表面電極７及び集電配線層８が形成される。直列接続領域Ｗ２、Ｗ３を利用して、孔２、９が形成されることで、シースルー構造が実現される。この構造により、光起電力装置６の軽量化が実現される。更に、孔２、９の形成領域では、裏面電極１０と透明表面電極７とがショートすることなく、光起電力装置６は、製品品質に優れた構造となる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性フィルム基板と、前記絶縁性フィルム基板上に形成された裏面電極層と、前記裏面電極層を被覆するように前記絶縁性フィルム基板上に形成された半導体光活性層と、前記半導体光活性層上に形成された透光性表面電極層とを有する光起電力装置において、
前記半導体光活性層及び前記透光性表面電極層は、第１のスリットにより複数のセル領域に区分され、前記裏面電極層は、第２のスリットにより前記セル領域に対応した複数の裏面電極に区分され、
隣り合う一方の前記セル領域に対応する前記裏面電極は、隣り合う他方の前記セル領域側まで延在し、前記裏面電極の延在領域と前記他方のセル領域の前記透光性表面電極層とが交差する直列接続領域とを有し、
少なくとも前記絶縁性フィルム基板を貫通する孔は、前記直列接続領域内を貫通することを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】
前記孔は、前記直列接続領域に位置する前記裏面電極、前記半導体光活性層及び前記透光性表面電極を貫通し、前記孔は、前記直列接続領域に複数配置されることを特徴とする請求項１に記載の光起電力装置。
【請求項３】
前記裏面電極の延在領域上の前記半導体光活性層には、第３のスリットが形成され、前記第３のスリットは導電性材料により埋設され、前記裏面電極の延在領域と前記他方のセル領域の前記透光性表面電極層とは、前記導電性材料を介して電気的に接続することを特徴とする請求項２に記載の光起電力装置。
【請求項４】
前記第１のスリット、前記第２のスリット及び前記第３のスリットは、前記絶縁性フィルム基板の長手方向に一定間隔で配置されることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の光起電力装置。
【請求項５】
前記孔は、絶縁性樹脂により埋設されることを特徴とする請求項４に記載の光起電力装置。
【請求項６】
前記第１のスリットは、絶縁性樹脂で埋設されることを特徴とする請求項５に記載の光起電力装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の光起電力装置が、窓ガラスに設置されることを特徴とする車輌。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フィルム素材を用いたシースルー型の光起電力装置およびその光起電力装置が窓ガラスに設置された車載に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の薄膜太陽電池の一実施例として、図５に示す構造が知られている。図５は、薄膜太陽電池の断面図である。
【０００３】
図示の如く、透明電極層４２が、ガラス基板４１上に形成される。透明電極層４２は、例えば、酸化スズからなり、レーザースクライブにより短冊状に加工される。非晶質光電変換ユニット層４３と結晶質光電変換ユニット層４４が、透明電極層４２上に形成される。同様に、非晶質光電変換ユニット層４３と結晶質光電変換ユニット層４４もレーザースクライブにより短冊状に加工される。そして、裏面電極層４５が、銀層等を堆積して、形成される。裏面電極層４５もレーザースクライブにより短冊状に加工される。そして、透明電極層４２と裏面電極層４５とは、溝４６、４７を利用して、電気的に接続する（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００１−３０８３６２号公報（第４−５頁、第２図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の薄膜太陽電池では、ガラス基板４１上に透明電極層４２、非晶質光電変換ユニット層４３、結晶質光電変換ユニット層４４及び裏面電極層４５が形成される。この構造により、ガラス板４１を用いることで光の透光性に優れるが、軽量化が図り難いという問題がある。そして、車輌等の窓ガラスに薄膜太陽電池を設置する場合には、窓ガラスに、更に、ガラスを貼り合わせることとなり、車輌の総重量を軽減し難いという問題がある。また、薄膜太陽電池に衝撃が加わることで、ガラス基板４１が破砕し、飛び散り、安全性にも問題がある。
【０００５】
また、従来の薄膜太陽電池では、非晶質光電変換ユニット層４３、結晶質光電変換ユニット層４４及び裏面電極層４５を貫通する分割溝４８、４９が形成される。そして、薄膜太陽電池は、薄い非晶質光電変換ユニット層４３と結晶質光電変換ユニット層４４との上下面を透明電極層４２と裏面電極層４５とで挟み込む構造である。そして、シースルー型の薄膜太陽電池とするためには、図面中央のセル領域に複数の孔（開口率を増大させ、視認性の向上の為）を形成する必要がある。この孔を形成する際のバリや静電気による絶縁破壊により、透明電極層４２と裏面電極層４５とがショートすることがある。このセル構造では、透明電極層４２と裏面電極層４５には異なる電位が印加されるため、そのセル領域は機能しなくなるという問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した各事情に鑑みて成されたものであり、本発明の光起電力装置では、絶縁性フィルム基板と、前記絶縁性フィルム基板上に形成された裏面電極層と、前記裏面電極層を被覆するように前記絶縁性フィルム基板上に形成された半導体光活性層と、前記半導体光活性層上に形成された透光性表面電極層とを有する光起電力装置において、前記半導体光活性層及び前記透光性表面電極層は、第１のスリットにより複数のセル領域に区分され、前記裏面電極層は、第２のスリットにより前記セル領域に対応した複数の裏面電極に区分され、隣り合う一方の前記セル領域に対応する前記裏面電極は、隣り合う他方の前記セル領域側まで延在し、前記裏面電極の延在領域と前記他方のセル領域の前記透光性表面電極層とが交差する直列接続領域とを有し、少なくとも前記絶縁性フィルム基板を貫通する孔は、前記直列接続領域内を貫通することを特徴とする。従って、本発明では、直列接続領域を利用してシースルー用の孔が形成されることで、製品品質に優れた光起電力装置が実現できる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、太陽電池セルの有効領域間に無効領域が配置され、絶縁性フィルム基板上に有効領域と無効領域とが交互に配置される。そして、無効領域には、貫通孔が配置され、シースルー構造が実現される。
【０００８】
また、本発明では、太陽電池セルの支持基板として絶縁性フィルム基板が用いられる。この構造により、ガラス基板の場合と比較して軽量化、安全性が向上される。
【０００９】
また、本発明では、太陽電池セルの無効領域が、太陽電池セル間の直列接続領域であり、シースルー用の孔を配置する領域として用いられる。この構造により、直列接続領域で隣り合う太陽電池セルの電極間が、ショートすることを防止できる。
【００１０】
また、本発明では、絶縁性フィルム基板を用いた太陽電池セルが車輌の窓ガラスに設置されることで、車輌の総重量を軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の第１の実施の形態である光起電力装置について、図１〜図３を参照し、詳細に説明する。図１（Ａ）は、本実施の形態の光起電力装置に用いる絶縁性フィルム基板を説明するための平面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）に示す絶縁性フィルム基板のＡ−Ａ線方向を説明するための断面図である。図２（Ａ）は、本実施の形態の光起電力装置を説明するための平面図である。図２（Ｂ）は、光起電力装置を構成する電極構造を説明するための断面図である。図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示す光起電力装置を構成する個々の太陽電池セルを説明するための平面図である。図３（Ｂ）は、図２（Ａ）に示す光起電力装置を構成する個々の太陽電池セルを説明するための斜視図である。
【００１２】
図１（Ａ）に示す如く、絶縁性フィルム基板１は、ポリエチレンナフタレート、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリビニルプチラール、ポリイミド等の耐熱性に優れたフィルム素材からなる。絶縁性フィルム基板１には、例えば、紙面Ｙ軸方向（基板１の短辺方向）に一定間隔に複数の孔２が形成される。そして、その紙面Ｙ軸方向の孔２からなる列は、紙面Ｘ軸方向（基板の長辺方向）にも一定間隔で形成される。そのＸ軸方向の間隔は、絶縁性フィルム基板１上に形成される個々の太陽電池セルの大きさに応じて決められる。尚、絶縁性フィルム基板１として、ポリイミド等の不透明素材が用いられる場合には、特に、シースルー効果が得られる。
【００１３】
また、絶縁性フィルム基板１上に形成される太陽電池セルの面積に対する孔２の総面積、つまり、開口率は、例えば、１０．０％となるように、孔２の径や総数は決められる。尚、開口率は、その使用方法、例えば、視認性を重視する使用方法の場合や光起電力装置として高出力を重視する使用方法の場合等に応じて、任意の設計変更が可能である。
【００１４】
図１（Ｂ）に示す如く、絶縁性フィルム基板１は、５〜３００μｍ程度の厚みを有し、太陽電池セルを形成するための支持基板として用いられる。そして、絶縁性フィルム基板１は、フィルム素材からなることで、ガラス基板の場合と比較して、光起電力装置の軽量化や小型化が実現される。また、絶縁性フィルム基板１は、ガラス基板のように割れることはなく、安全性も向上される。そして、絶縁性フィルム基板１には、紙面Ｘ軸方向の両端にリード端子３、４が、例えば、Ａｇペースト等の導電性接着剤５により固着される。リード端子３、４は、それぞれ絶縁性フィルム基板１上に形成される透明表面電極７（図２（Ｂ）参照）、裏面電極１０（図２（Ｂ）参照）と接続する。
【００１５】
図２（Ａ）に示す如く、絶縁性フィルム基板１上には、裏面電極１０（図２（Ｂ）参照）、半導体光活性層１１（図２（Ｂ）参照）、透明表面電極７及び集電配線層８が形成され、光起電力装置６が形成される。そして、裏面電極１０、半導体光活性層１１及び透明表面電極７を貫通する孔９が、例えば、紙面Ｙ軸方向（基板の短辺方向）に一定間隔に複数形成される。そして、複数の孔９からなる列は、紙面Ｘ軸方向（基板の長辺方向）にも一定間隔で形成される。上述したように、孔９は、絶縁性フィルム基板１の孔２（図１（Ａ）参照）に対応して連続して形成され、光起電力装置６のシースルー構造が実現される。そして、孔２、９が、絶縁性フィルム基板１や半導体光活性層１１等に対し、その全面に均等配置されることで、光起電力装置６越しの背景に偏りがなく、その視認性が向上される。尚、集電配線層８は、図示する位置に配置される場合でも、配置されない場合でもよい。
【００１６】
図２（Ｂ）に示す如く、裏面電極１０が、絶縁性フィルム基板１上に形成される。裏面電極１０の膜厚は、例えば、０．０５〜１．０μｍである。そして、裏面電極１０は、タングステン、アルミニウム、チタン、ニッケル、銅等の金属膜からなる。尚、裏面電極１０は、酸化インジウムスズ等からなる透明電極を組み合わせたものでもよい。
【００１７】
半導体光活性層１１が、裏面電極１０を被覆するように、絶縁性フィルム基板１上に形成される。半導体光活性層１１の膜厚は、例えば、０．３〜１．０μｍである。そして、半導体光活性層１１は、アモルファスシリコン、アモルファスシリコンカーバイト、アモルファスシリコンゲルマニウム等を用いて形成され、半導体光活性層１１には、ＰＮ接合やＰＩＮ接合が形成される。
【００１８】
透明表面電極７が、半導体光活性層１１上に形成される。透明表面電極７の膜厚は、例えば、０．０３〜１．０μｍである。そして、透明表面電極７は、酸化亜鉛、酸化インジウムスズ、酸化スズ等からなる。尚、透明表面電極７は、透光性に優れた膜であればよく、必ずしも、無色透明である必要はない。
【００１９】
第１のスリット１２が、例えば、レーザースクライブにより、半導体光活性層１１と透明表面電極７とを貫通するように形成される。第１のスリット１２は、図２（Ａ）に示すように、例えば、紙面Ｙ軸方向に延在し、紙面Ｘ軸方向に一定間隔で配置されることで、半導体光活性層１１と透明表面電極７とを短冊状に区分する。そして、第１のスリット１２により、半導体光活性層１１と透明表面電極７とは、紙面Ｘ軸方向へと複数の太陽電池セルとして区分される。
【００２０】
第１のスリット１２と裏面電極１０との間には絶縁性樹脂１３が形成され、第１のスリット１２内に導電性材料が埋設した場合でも、隣り合う太陽電池セルにおいて、裏面電極１０と透明表面電極７とがショートすることが防止される。尚、第１のスリット１２は空間状態のままでもよく、あるいは、第１のスリット１２内に絶縁性樹脂等が埋設される場合でもよい。
【００２１】
第２のスリット１４が、例えば、レーザースクライブにより、裏面電極１０を貫通するように形成される。第２のスリット１４は、図２（Ａ）に示すように、例えば、紙面Ｙ軸方向に延在し、紙面Ｘ軸方向に一定間隔で配置されることで、裏面電極１０を短冊状に区分する。そして、区分された複数の裏面電極１０は、それぞれ上記太陽電池セルに対応し、透明表面電極７と裏面電極１０とにより半導体光活性層を挟み込む構造となる。一方、区分された裏面電極の一部は、隣り合う太陽電池セルまで延在し、隣り合う太陽電池セルの透明表面電極７の一部と対向する領域を有する。尚、詳細は後述するが、この対向領域は、隣り合う太陽電池セルが直列接続するための領域となる。
【００２２】
第２のスリット１４は、第２のスリット１４上に形成される絶縁性樹脂１５により埋設され、隣り合う太陽電池セル間がショートすることが防止される。尚、第２のスリット１４により、絶縁性フィルム基板１上に一体に形成された裏面電極層が、個々の裏面電極１０へと区分される。
【００２３】
第３のスリット１６が、例えば、レーザースクライブにより、半導体光活性層１１を貫通するように形成される。第３のスリット１６は、図２（Ａ）に示すように、例えば、紙面Ｙ軸方向に延在し、紙面Ｘ軸方向に一定間隔で配置される。そして、第３のスリット１６は、裏面電極１０上に形成された導電性樹脂１７上に配置される。第３のスリット１６は、透明表面電極７を構成する材料により埋設され、透明表面電極７と導電性樹脂１７とは電気的に接続する。その結果、隣り合う太陽電池セル間の裏面電極１０と透明表面電極７とが電気的に接続し、絶縁性フィルム基板１上の複数の太陽電池セル同士が直列接続される。そして、絶縁性フィルム基板１上に配置される太陽電池セルの数により光起電力装置６の所望の出力が実現される。
【００２４】
尚、第３のスリット１６は、導電性部材により埋設されていればよく、透明表面電極７と導電性樹脂１７とが、第３のスリット１６を利用して電気的に接続していればよい。
【００２５】
この構造により、第１のスリット１４により区分される個々の太陽電池セル（領域Ｗ１と領域Ｗ２とを合わせた領域）では、有効領域（領域Ｗ１）と無効領域（領域Ｗ２）とを有する。有効領域は、太陽光等の光エネルギーを光電流へと変換する領域である。一方、無効領域は、光エネルギーを光電流へと変換しない領域であり、隣り合う太陽電池セルが、直列接続するための直列接続領域として機能する。尚、領域Ｗ３は、領域Ｗ１の隣に位置する太陽電池セルの無効領域であり、以下、領域Ｗ２、Ｗ３は、直列接続領域と呼ぶ。そして、図３（Ａ）及び（Ｂ）を用いて説明するが、直列接続領域Ｗ２、Ｗ３は、孔９が形成される領域となる。
【００２６】
図３（Ａ）に示す如く、集電配線層８が、例えば、銀層からなり、透明表面電極７上に形成される。集電配線層８は、主に、直列接続領域Ｗ２、Ｗ３上である紙面Ｙ軸方向（基板の短辺方向）に延在する主配線層１８、１９と、主配線層１８、１９から紙面Ｘ軸方向（基板の長辺方向）に延在する枝配線層２０〜２３とを有する。集電配線層８は、その材料より遮光膜となるため、太陽電池セル上に位置する枝配線層２０〜２３は、櫛歯形状となり、太陽電池セルで発生する光電流を効率的に収集する。
【００２７】
図３（Ｂ）に示す如く、直列接続領域Ｗ２、Ｗ３には、絶縁性フィルム基板１を貫通する孔２及び裏面電極１０、半導体光活性層１１及び透明表面電極７を貫通する孔９が配置される。そして、絶縁性フィルム基板１上に裏面電極１０、半導体光活性層１１、透明表面電極７及び集電配線層８を形成した後に、孔２、９は、例えば、パンチにより絶縁性フィルム基板１、裏面電極１０、半導体光活性層１１及び透明表面電極７を一括して開口することで形成される。そのため、孔２、９は、１回のパンチング工程によりその表面から裏面側まで打ち抜かれるため、連続した孔として形成される。尚、孔２、９の打ち抜き方向は、裏面側から表面側への場合でもよい。
【００２８】
上述したように、直列接続領域Ｗ２、Ｗ３は、隣り合う太陽電池セルの有効領域間に配置された無効領域である。更に、直列接続領域Ｗ２、Ｗ３は、隣り合う太陽電池セルの裏面電極１０と透明表面電極７とが接続する領域である。この構造により、孔２、９を形成する際に、パンチの鋭利な刃により、裏面電極１０と透明表面電極７とが、発生したバリにより導通した場合でも問題とならない。同様に、太陽電池セルは、薄い半導体光活性層１１の上下面を裏面電極１０と透明表面電極７にて挟み込むことで構成されるため、静電気による絶縁破壊も問題となる。しかしながら、上記直列接続領域Ｗ２、Ｗ３では、絶縁破壊に起因して、裏面電極１０と透明表面電極７とが導通した場合でも問題とならない。
【００２９】
尚、無効領域が増大することで、太陽電池セルとして機能する有効領域が減少し、光起電力装置６としての出力が低下するが、シースルー構造としての開口率との兼ね合いにより、無効領域の面積は、任意の設計変更が可能である。
【００３０】
また、図示していないが、集電配線層８が形成された透明表面電極７上には、保護用の樹脂層として、透光性に優れた絶縁樹脂層が形成される場合でもよい。そして、上記絶縁性樹脂が、光起電力装置６の孔２、９内を埋設し、第１のスリット１２上を被覆することで、太陽電池セルへの水分の浸入が防止される。尚、光起電力装置６自体が、防水パッケージに封入された状態にて使用される場合には、上記絶縁樹脂層が形成される場合でも、形成されない場合でもよい。
【００３１】
上述したように、本実施の形態では、絶縁性フィルム基板１に複数の孔２が形成され、その孔２を介してシースルー構造を実現する場合について説明したが、その構造に限定するものではない。例えば、絶縁性フィルム基板１として、耐熱性を有し、高い透光性を有するフィルム、例えば、透明フィルムを用いる場合でもよい。この場合には、絶縁性フィルム基板１を貫通する孔を形成することなく、従来のガラス基板を用いた構造のように、ガラス基板上の膜のみをエッチング加工し、シースルー構造を実現することができる。
【００３２】
また、本実施の形態では、光起電力装置に対し、孔２、９を形成することでシースルー構造を実現する場合について説明したが、その構造に限定するものではない。例えば、裏面電極１０が透明電極として形成されることで、少なくとも絶縁性フィルム基板１に孔２が形成されることで、シースルー構造が実現される場合でもよい。
【００３３】
また、本実施の形態では、孔２、９は、例えば、パンチにより絶縁性フィルム基板１、裏面電極１０、半導体光活性層１１及び透明表面電極７を一括して開口することで形成される場合について説明したが、その場合に限定するものではない。例えば、孔２、９は、レーザーにより一括して開口される場合でもよい。この場合には、孔２、９が、パンチにて形成される場合よりも加工精度がよく、直列接続領域Ｗ２、Ｗ３の幅を狭めることができる。そして、絶縁性フィルム基板１上に占める無効領域の面積が低減され、光起電力装置６の出力を低下させることなく、光起電力装置の小型化が実現される。
【００３４】
また、本実施の形態では、絶縁性フィルム基板１の長辺方向に太陽電池セルが区分される場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、絶縁性フィルム基板１の長辺方向に太陽電池セルが区分される場合や絶縁性フィルム基板１の斜め方向に太陽電池セルが区分される場合でもよい。これらの場合でも、太陽電池セルの有効領域間に直列接続領域が配置され、その直列接続領域に孔が形成されることで、シースルー構造が実現される。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【００３５】
次に、本発明の第２の実施の形態である光起電力装置を設置した車輌について、図４を参照し、詳細に説明する。図４は、本実施の形態の光起電力装置を用いた車輌を説明するための斜視図である。
【００３６】
図示の如く、車輌３１には、フロント窓ガラス３２、サイド窓ガラス３３、３４、サンルーフ窓ガラス３５、リア窓ガラス（図示せず）等が配置される。そして、サイド窓ガラス３３、３４、サンルーフ窓ガラス３５等には、上記第１の実施の形態にて説明した光起電力装置６が設置される。この構造により、晴天時には、光起電力装置６が太陽光を受光し、車載用電力を発電する。その一方で、光起電力装置６はシースルー構造であり、サイド窓ガラス３３、３４、サンルーフ窓ガラス３５等からは車内へと採光し、また、車内の人は、光起電力装置６越しに外観を楽しむこともできる。そして、その車載用電力は、直接、車内のオーディオや車内ライト等の種々の駆動電力として用いることができる。その他にも、その車載用電力をバッテリに蓄電することで、雨天時等の太陽光が得られない場合でも蓄電した車載用電力を用いることができ、省エネ効果も得られる。尚、サイド窓ガラス３３に関しては、法令上問題とならない箇所に配置されるものとする。
【００３７】
また、光起電力装置６の開口率を調整することで、車外から内部を見え難くし、遮光効果や断熱効果が得られ、また、絶縁性フィルム基板の材料選択によりＵＶ効果を得ることもできる。
【００３８】
また、光起電力装置６は、絶縁性フィルム基板からなることで、ガラス基板の場合と比較して車体の軽量化が実現される。また、事故等により上記窓ガラスが割れた際には、そのガラス破片の飛散を防止し、車内の人の安全性も向上させる。
【００３９】
尚、本実施の形態では、車輌用窓に光起電力装置６を設置し、車載用電力として用いる場合について説明したが、この場合に限定するものではない。例えば、電車、飛行機、家屋、ビル等の窓に、同様に、本実施の形態の光起電力装置６を設置し、それぞれの電力として用いる場合でもよい。そして、これらの場合でも、絶縁性フィルム基板上に太陽電池セルを形成することで、ガラス基板の場合と比較して軽量化が実現でき、安全性も向上させることができる。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施の形態における光起電力装置に用いる絶縁性フィルム基板を説明するための（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図である。
【図２】本発明の実施の形態における光起電力装置を説明するための（Ａ）平面図、（Ｂ）断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における光起電力装置を構成する太陽電池セルを説明するための（Ａ）平面図（Ｂ）断面図である。
【図４】本発明の実施の形態における光起電力装置を搭載した車輌を説明するための斜視図である。
【図５】従来の実施の形態における薄膜太陽電池を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１    絶縁性フィルム基板
２    孔
６    光起電力装置
７    透明表面電極
８    集電配線層
９    孔
１０  裏面電極
１１  半導体光活性層
３１  車輌
【図１】
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【図２】
2010109207.tif 000004
【図３】
2010109207.tif 000005
【図４】
2010109207.tif 000006
【図５】
2010109207.tif 000007