(57)【要約】【課題】アモルファスシリコンや微結晶シリコンを光電変換層とした薄膜太陽電池や半導体層表面に色素を担持させて構成した電極を用いた色素増感太陽電池では、太陽光から電気への変換効率の低さが太陽電池普及への最大の問題となっている。本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、一般的なプラスチックフィルムを用いた汎用性のある太陽電池の光電変換率を向上させる太陽電池を提供するものである。【解決手段】一方の面に光電変換層、及び他方の面に金属電極層が形成されたフレキシブルな基板を、１周以上渦巻き状に周回させ、前記光電変換層と金属電極層を接触させた筒体を、その底面がパネル基板に接するように、パネル基板上に複数配列させた筒体集合体を配置させたことを特徴とする太陽電池。【選択図】図１
2010258139.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に光電変換層、及び他方の面に金属電極層が形成されたフレキシブルな基板を、１周以上渦巻き状に周回させ、前記光電変換層と金属電極層を接触させた筒体を、その底面がパネル基板に接するように、パネル基板上に複数配列させた筒体集合体を配置させたことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記光電変換層は、ｐｎ接合体からなり、太陽光入射側に禁制帯幅の大きい方の短波長高エネルギー側の素子からなるストライプ状光電変換層を、パネル基板側に禁制帯幅の小さい方の長波長低エネルギー側の素子からなるストライプ状光電変換層を、周回方向に設けたことを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記筒体集合体の上面に、さらに、マイクロレンズアレイシートを貼り合わせたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
渦巻き状に周回させる際に、前記筒体の、中心部に透過性を有する透明樹脂柱が挿入されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項５】
前記筒体は、多角形状であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレキシブル基板を用いて、光電変換率を向上させることを可能とした太陽電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、将来の需給が懸念され、かつ地球温暖化現象の原因となる二酸化炭素排出の問題がある石油などの化石燃料の代替エネルギー源として太陽電池が注目されている。
【０００３】
その最も期待が高い太陽電池についてみると、現在、商品化されているものは主に、光エネルギーを電力に変換する光電変換層に半導体であるｐｎ接合を用いており、このｐｎ接合を構成する半導体として一般的にはシリコンが最もよく用いられている。
【０００４】
シリコンとしては光電変換効率の点から単結晶シリコンを用いることが好ましいが、使用されるシリコンは非常に高純度である必要があり、不純物を取り除くための精製工程に多大なエネルギーと複雑な工程を要するため、製造にコストがかかることなどの問題があり、太陽電池システム全体としては非常に高価なものになっている。
【０００５】
上記問題を解決するために、低コスト化を実現するのに有利な材料としてアモルファスシリコンや微結晶シリコンを光電変換層とした薄膜太陽電池も実用化されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００６】
また、一般に太陽電池には、単結晶シリコン太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池の他に、化合物半導体太陽電池などが知られているが、製造コストや原材料コストの抑制が難しく、太陽電池普及の妨げになっていた。一方、半導体層表面に色素を担持させて構成した電極を用いた色素増感太陽電池が、低コスト、高変換効率という特徴を有していることが知られている。
【０００７】
しかしながら、表面積に対して、光電変換率が低いため、多くの太陽電池においては、平板上に積層をおこない、光電変換率を向上させるために、大面積化、薄膜化となっているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特公昭５３−０３７７１８号公報
【特許文献２】特開２００４−３３５７３４号公報
【特許文献３】特開２００１−３４５４５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、上述したアモルファスシリコンや微結晶シリコンを光電変換層とした薄膜太陽電池や半導体層表面に色素を担持させて構成した電極を用いた色素増感太陽電池では、太陽光から電気への変換効率の低さが太陽電池普及への最大の問題となっている。
【００１０】
本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、一般的なプラスチックフィルムを用いた汎用性のある太陽電池の光電変換率を向上させることが可能な太陽電池を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の請求項１に係わる発明は、一方の面に光電変換層、及び他方の面に金属電極層が形成されたフレキシブルな基板を、１周以上渦巻き状に周回させ、前記光電変換層と金属電極層を接触させた筒体を、その底面がパネル基板に接するように、パネル基板上に複数配列させた筒体集合体を配置させたことを特徴とする太陽電池である。
【００１２】
本発明の請求項２に係わる発明は、前記光電変換層は、ｐｎ接合体からなり、太陽光入射側に禁制帯幅の大きい方の短波長高エネルギー側の素子からなるストライプ状光電変換層を、パネル基板側に禁制帯幅の小さい方の長波長低エネルギー側の素子からなるストライプ状光電変換層を、周回方向に設けたことを特徴とする請求項１記載の太陽電池である。
【００１３】
本発明の請求項３に係わる発明は、前記筒体集合体の上面に、さらに、マイクロレンズアレイシートを貼り合わせたことを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池である。
【００１４】
本発明の請求項４に係わる発明は、渦巻き状に周回させる際に、前記筒体の、中心部に透過性を有する透明樹脂柱が挿入されていることを特徴とする請求項１記載の太陽電池である。
【００１５】
本発明の請求項５に係わる発明は、前記筒体は、多角形状であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池である。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１に記載の発明による太陽電池を用いると、フレキシブルな基板に光電変換層と金属電極層を形成し、１周以上渦巻き状に周回させることで、両層が接触させた筒体をパネル基板上に配列させ、筒体集合体を配置させることで、従来の平板上に積層する太陽電池と同様な機能を得ることができる。
【００１７】
また、配列や筒体の直径及び高さにより、太陽電池の大きさや形状を自由に設定することができるのと、光電変換率を筒体の個数により設定させることができるのと、筒体とすることにより、上面からの力に対して、強度を増すことができる。
【００１８】
また、請求項２に記載の発明によれば、光電変換層を太陽光入射側に禁制帯幅大きい方の短波長高エネルギー側の素子からパネル基板側に禁制帯幅小さい方の長波長低エネルギー側の素子になる順に、ストライプ状に配列することにより、太陽光の波長幅を全域で吸収させ得ることができる。
【００１９】
また、ストライプ状光電変換層を周回方向に形成することにより、従来の製造方法である平板上に積層する状態と同様な機能を、縦置きとする筒体内に形成することができる。
【００２０】
また、請求項３に記載の発明によれば、半円球形状、又は三角形状のレンズ構造のマイクロレンズアレイシートと貼り付けることにより、筒上部の表面積より漏れていた太陽光及び、表面より反射して漏れた太陽光を、隣り合うレンズ体が吸収することにより、集光効率を向上させ、筒内に入射される光量が更に増加させることができる。
【００２１】
また、請求項４に記載の発明によれば、渦巻き状の筒体中心部に、透過性の有する透明樹脂柱を置くことにより、フレキシブル基板を巻き上げる際に、加工し易く、且つ、同一形状を再現させることができるのと、中心部からも入射光を補うことが可能となる。
【００２２】
また、請求項５に記載の発明によれば、多角形状に筒体を形成し、配列させることにより、隙間がなくなり太陽光の漏れが少なくなるのと、隙間が無いことより、外部応力の影響を受け難くすることができる。
【００２３】
よって、本発明による太陽電池を用いれば、光電変換率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の太陽電池の筒体集合体の製造方法の一実施例を示す説明図である。
【図２】本発明のｐｎ接合光電変換層を構成する筒体の一実施例を示す概略図である。
【図３】本発明の集合体の他の構成の一実施例を示す説明図である。
【図４】本発明の筒体の集合体配列の一実施例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明を実施するための形態について図を用いて説明する。
【００２６】
図１（ａ）に示すように、ｐｎ接合光電変換層は、フレキシブル基板（２）上に、異なるバンドギャプをもつ複数の半導体からなる、個々の光電変換層（３、４、５）を並べ、前記フレキシブル基板の長辺方向（６）に対して、ストライプ状に形成し、短辺方向（７）に対して、禁制帯幅の大きい方の短波長高エネルギー光電変換層（３）から、禁制帯幅の中間の中波長中エネルギー光電変換層（４）から、禁制帯幅の小さい方の長波長低エネルギー光電変換層（５）と並ぶように形成させる。
【００２７】
また、本発明において用いるフレキシブル基板（２）は、プラスチックフィルムとし、例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース等を用いることができるが、絶縁性、透明性のある基材であれば何ら制限されるものではない。さらには、太陽電池を使用する環境、寿命の観点から耐光性、耐熱性を伴う基材が好ましい。
【００２８】
また、本発明において用いるｐｎ接合光電変換層体（１）構成は、例えば図２に示すように、ｐ型半導体層（１１１）と、ｎ型半導体層（１１２）を、蒸着方法又はスパッタリング方法により成膜したｐｎ接合を少なくとも一つ有する太陽電池のｐｎ接合光電変換層である。なお、ｐ型半導体層とｎ型半導体層の間に、真性半導体層を備える場合も、ｐｎ接合の概念に含まれる。
【００２９】
次に、図１（ｂ）に示すように、前記ｐｎ接合光電変換層を、フレキシブル基板の長辺方向（６）に対して、透明樹脂柱（１５）を中心として、１周以上周回させるように巻き付けることで、金属電極層と半導体層の重ね合わさった、筒体（８）を形成させ、太陽光の入射光（１０）方向とストライプ状に形成させる。ここで、前記筒体（８）は、拡散方向を直交させるように配列させる。
【００３０】
また、前記筒体（８）は、円柱状や多角形柱状になるように、１周以上周回させ、渦巻状に巻き付けることが望ましい。
【００３１】
また、配列に際しては、図４に示すように、千鳥配列（１８）の集合体、又は、ハニカム（蜂の巣）配列（１９）の集合体、直列配列の集合体などの、いくつかの集合体の配置があるが、光電変換率を向上させるには、隙間がないハニカム（蜂の巣）配列（１９）とすることが望ましい。
【００３２】
次に、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すように、筒体（８）を配置させた集合体（９）の上面、すなわち、パネル基板と接する底面とは他方の底面に、半円球形状のマイクロレンズアレイシート（１１）、又は三角形状のレンズ構造のマイクロレンズアレイシート（１２）を、透過性樹脂接着剤（１３）を用いて貼り付けることにより、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示すように、筒上部の表面積より漏れていた太陽光及び、表面より反射（１４）して漏れた太陽光を隣り合うレンズ体が吸収することにより集光効率を向上させ、筒内に入射される光量が更に増加させることが可能となる。
【００３３】
次に、図１（ｄ）に示すように、筒体で光電変換させたのちに、集電をおこなうためのパネル基板（２０）の表面上に、前記筒体集合体（９）を接続させ、周囲を樹脂や強化硝子、金属枠で保護することにより、太陽電池を形成させる。
【実施例】
【００３４】
実施例として、フレキシブル基板の片面に、複数の半導体材料をｐｎ接合となるように、フレキシブル基板の長辺方向に対して、ストライプ状になるようにマスキングを用いて、順次スパッタリング法と蒸着法にて成膜し、短辺方向に対して、異なるバンドギャップが等間隔幅に並ぶように形成させる。
【００３５】
その時に用いた、ｐｎ接合構成は、スパッタリング法により、ＩＴＯからなる透明導電膜層、ＺｎＯからなるｎ型半導体層をそれぞれ形成する。形成されたフレキシブル基板を超音波洗浄機中で溶剤洗浄した後、純水洗浄及び乾燥をおこない、次に、ｎ型半導体層の表面をヨウ化カドミウム(CdI2 ) とチオウレア(CS(NH2 ) 2 ) のアンモニア水溶液に浸漬し、８０℃に加熱して溶液成長法により、硫化カドミウム(CdS) からなるバッファ層を堆積する。このバッファ層上に、銅(Cu)、インジウム(In)、セレン(Se)を共蒸着によりｐ型半導体層を形成させることにより光電変換層を設けた。
【００３６】
その後、ｐｎ接合構成となったフレキシブル基板の長辺方向に対して、六角形の透過率８０％以上の透明樹脂柱を中心として、巻き上げて渦巻状とした筒体を形成させ、太陽光の入射方向と渦巻状とした筒体の向きを直交させるように、ハニカム（蜂の巣配列）の集合体となるように筒体を配置させ、その集合体の上面に、半円球状のマイクロレンズ構造（ここでは、半円球状を用いたが、三角形や半楕円状（非球面）などの形状を用いてもよい。）のシートを、透過性樹脂接着剤を用いて貼り合わせて、光電変換率を向上させる筒体集合体を形成させたのちに、集電をおこなうためのパネル基板とを接合して、周囲を樹脂や強化硝子、金属枠で保護することにより、太陽電池を製造することができた。
【符号の説明】
【００３７】
１    ｐｎ接合光電変換層体
２    フレキシブル基板
３    短波長高エネルギー光電変換層
４    中波長中エネルギー光電変換層
５    長波長低エネルギー光電変換層
６    フレキシブル基板の長辺
７    フレキシブル基板の短辺
８    筒体（渦巻き構造体）
９    筒体集合体
１０    太陽光（入射光）
１１    半円球状のマイクロレンズアレイシート
１２    三角形状のマイクロレンズアレイシート
１３    透過性樹脂接着剤
１４    反射
１５    透明樹脂柱
１６    円形の渦巻き構造体（円形の筒体）
１７    六角形の渦巻き構造体（六角形の筒体）
１８    千鳥配列の集合体
１９    ハニカム（蜂の巣）配列の集合体
２０    集電をおこなうためのパネル基板
１１１  ｐ型半導体層
１１２  ｎ型半導体層
１１３  ｐ金属層
１１４  ｎ金属層
１１５  バンドギャップ
【図１】
2010258139.tif 000003
【図２】
2010258139.tif 000004
【図３】
2010258139.tif 000005
【図４】
2010258139.tif 000006