(57)【要約】【課題】可撓性太陽電池モジュールにおいて、耐候性および水蒸気バリア性の向上と光電変換効率の向上とを低コストで両立することを可能とする。【解決手段】可撓性の絶縁性基板１０上に複数形成された、裏面電極層２０、光電変換層３０および透明電極層５０を含む光電変換素子６と、透光性および耐候性を確保するように、光電変換素子６を被覆する有機絶縁性保護膜３とを備える可撓性太陽電池モジュール１において、光電変換素子６の受光側の透光性を確保するように、無機絶縁性保護膜６０を有するものであり、無機絶縁性保護膜６０が、最も外気側の層をシリコン酸窒化物層６１とする層構造を有するように構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可撓性の絶縁性基板上に複数形成された、裏面電極層、光電変換層および透明電極層を含む光電変換素子と、該光電変換素子の光電変換機能により生じた電流或いは起電力を取り出すための端子部と、透光性を確保するように前記光電変換素子を被覆する有機絶縁性保護膜と、前記光電変換素子および前記端子部を接続するリード線とを備える可撓性太陽電池モジュールにおいて、
前記光電変換素子の受光側の透光性を確保するように、前記透明電極層上に無機絶縁性保護膜を有するものであり、
該無機絶縁性保護膜が、最も外気側の層をシリコン酸窒化物層とする層構造を有することを特徴とする可撓性太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記シリコン酸窒化物層の屈折率が、１．５０から１．９０であることを特徴とする請求項１に記載の可撓性太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記層構造が、シリコン窒化物層を含有するものであることを特徴とする請求項１または２に記載の可撓性太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記層構造が、前記光電変換素子側から順次シリコン窒化物層およびシリコン酸窒化物層を備える２層構造であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の可撓性太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記層構造が、前記光電変換素子側から順次シリコン酸窒化物層、シリコン窒化物層およびシリコン酸窒化物層を備える３層構造であることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の可撓性太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記層構造が、シリコン酸窒化物層からなる１層構造であり、
該シリコン酸窒化物層が、外気側から前記光電変換素子側へいくにつれて屈折率が連続的に高くなるように形成されたものであることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載の可撓性太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記有機絶縁性保護膜が、エチレンをコモノマー成分とするビニル共重合ポリマーであり、屈折率が１．３５から１．５０である樹脂からなることを特徴とする請求項１から６いずれかに記載の可撓性太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記透明電極層が、屈折率が１．９０から２．００であるアルミニウム及び/又はガリウム含有酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項１から７いずれかに記載の可撓性太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記光電変換層の主成分が、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であることを特徴とする請求項１から８いずれかに記載の可撓性太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記光電変換層の主成分が、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることを特徴とする請求項９に記載の可撓性太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記光電変換層の主成分が、
Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、
Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、
Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることを特徴とする請求項１０に記載の可撓性太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、可撓性の絶縁性基板上に裏面電極層と光電変換層と透明電極層との積層構造を有する光電変換素子を備える可撓性太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、太陽電池用基板としてはガラス基板が主に使用されているが、可撓性（フレキシビリティー）を有する金属基板を用いることが検討されている。金属基板を用いた太陽電池は、基板の軽量性および可撓性という特徴から、ガラス基板を用いたものに比較して、広い用途へ適用できる可能性がある。さらに、金属基板は高温プロセスにも耐えうるという点で、光電変換特性が向上し太陽電池のさらなる光電変換効率の向上が期待できる。
【０００３】
金属基板としてステンレス鋼板のような導電性基板を用いた場合には、受光側に対して反対側が化学的に安定で耐候性（耐水性、耐湿性、耐熱性および耐ＵＶ性等）および水蒸気バリア性に優れた太陽電池モジュールを形成することができる。したがって例えば図６に示すように、ステンレス鋼基板の上に裏面電極層、光電変換層、透明電極層を順次積層して光電変換素子を形成し、フッ素樹脂よりなる透光性表面保護フィルムを透光性の接着・充填材により受光側に接着して太陽電池モジュールの耐候性および水蒸気バリア性の向上を図っている。そして図７に示すように、さらに耐候性および水蒸気バリア性を向上させるために、水蒸気バリアフィルムを接着・充填材を介して表面保護フィルムと透明電極層との間に配置する方法も行われている。
【０００４】
また、図８に示すように、透明電極層上に直接ＳｉＯｘ（ｘは１以上）を形成し、その上に接着・充填材を用いて表面保護フィルムを接着することにより、太陽電池モジュールの耐候性および水蒸気バリア性を向上させる報告もある（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３０７６８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図６のような太陽電池モジュールでは、受光側を表面保護フィルム及び接着・充填材のみで覆うことになるため、耐候性および水蒸気バリア性が十分でなく水蒸気の透過を完全に抑制することができない。また図７のような太陽電池モジュールでは、水蒸気バリアフィルムが高価であるため低コスト化が難しい。更に図８のような太陽電池モジュールでは、十分な耐候性および水蒸気バリア性を確保することができても、ＳｉＯｘと透明電極層との屈折率の差が大きいためこれらの層の界面で入射光の反射が起きてしまい、光電変換効率が低下してしまう問題がある。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、可撓性太陽電池モジュールにおいて、透明電極層よりも外気側の膜の光学的な屈折率整合を行うことにより入射光の反射を防止し、耐候性および水蒸気バリア性の向上と光電変換効率の向上とを低コストで両立することを可能とする可撓性太陽電池モジュールを提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る可撓性太陽電池モジュールは、
可撓性の絶縁性基板上に複数形成された、裏面電極層、光電変換層および透明電極層を含む光電変換素子と、光電変換素子の光電変換機能により生じた電流或いは起電力を取り出すための端子部と、透光性を確保するように光電変換素子を被覆する有機絶縁性保護膜と、光電変換素子および端子部を接続するリード線とを備える可撓性太陽電池モジュールにおいて、
光電変換素子の受光側の透光性を確保するように、透明電極層上に無機絶縁性保護膜を有するものであり、
無機絶縁性保護膜が、最も外気側の層をシリコン酸窒化物層とする層構造を有することを特徴とするものである。
【０００９】
ここで、無機絶縁性保護膜の「層構造」とは、層の構成材料の組成に基づいて区別可能な層を１層以上有する構造を意味するものとする。つまり、２つの層の材料の構成元素が同一でも組成が異なる場合には、これらの層は異なるものとする。また、組成が連続的に変化している場合には、連続的に変化している領域では組成に基づいて明確に区別できないため、連続に変化している領域で１層とする。
【００１０】
さらに、本発明に係る可撓性太陽電池モジュールにおいて、シリコン酸窒化物層の屈折率は、１．５０から１．９０であることが好ましい。
【００１１】
また、層構造は、シリコン窒化物層を含有するものであることが好ましい。
【００１２】
さらに、層構造は、光電変換素子側から順次シリコン窒化物層およびシリコン酸窒化物層を備える２層構造であることが好ましく、或いは光電変換素子側から順次シリコン酸窒化物層、シリコン窒化物層およびシリコン酸窒化物層を備える３層構造であることが好ましい。
【００１３】
そして、層構造は、シリコン酸窒化物層からなる１層構造であり、
シリコン酸窒化物層が、外気側から光電変換素子側へいくにつれて屈折率が連続的に高くなるように形成されたものとすることもできる。
【００１４】
また、有機絶縁性保護膜は、エチレンをコモノマー成分とするビニル共重合ポリマーであり、屈折率が１．３５から１．５０である樹脂からなることが好ましく、透明電極層は、屈折率が１．９０から２．００であるアルミニウム及び/又はガリウム含有酸化亜鉛からなることが好ましい。
【００１５】
さらに、光電変換層の主成分は、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であることが好ましく、光電変換層の主成分は、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることがより好ましい。
【００１６】
また、光電変換層の主成分は、
Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、
Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、
Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。
【００１７】
本明細書における元素の族の記載は、短周期型周期表に基づくものである。また、光電変換層の「主成分」とは、含量７５質量％以上の成分を意味するものとする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る可撓性太陽電池モジュールは、最も外気側の層をシリコン酸窒化物層とする層構造を有する無機絶縁性保護膜を透明電極層上に備えている。シリコン酸窒化物（ＳｉＯｘＮｙ：ｘおよびｙは１以上）の屈折率は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）の屈折率１．４６からシリコン窒化物（ＳｉＮｙ）の屈折率２．００の間で適宜調整可能である。したがって、シリコン酸窒化物層を用いて有機絶縁性保護膜と透明電極層との間の屈折率を光学的に整合させることにより、入射光の反射を防止することができ、モジュールの光電変換効率を向上させることができる。また、低コストで形成することができかつ絶縁性が高いシリコン酸窒化物層を透明電極層上に形成することにより、水蒸気バリアフィルムを用いずにモジュールの耐候性および水蒸気バリア性を低コストで向上させることができる。この結果、可撓性太陽電池モジュールにおいて、耐候性および水蒸気バリア性の向上と光電変換効率の向上とを低コストで両立することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る可撓性太陽電池モジュール（集積型）を示す概略断面図
【図２】第１の実施形態に係るモジュールの層構成を示す概略断面図
【図３】本発明に係る可撓性太陽電池モジュール（セル・ストリングス接続型）を示す概略断面図
【図４】第２の実施形態に係るモジュールの層構成を示す概略断面図
【図５】第３の実施形態に係るモジュールの層構成を示す概略断面図
【図６】従来例のモジュールの層構成を示す概略断面図（その１）
【図７】従来例のモジュールの層構成を示す概略断面図（その２）
【図８】従来例のモジュールの層構成を示す概略断面図（その３）
【図９】多重反射を生じる膜構成を示す概略断面図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明するが、本発明はこれに限られるものではない。なお、視認しやすくするため、図中の各構成要素の縮尺等は実際のものとは適宜異ならせてある。
【００２１】
「可撓性太陽電池モジュール」
＜可撓性太陽電池モジュールの第１の実施形態＞
まず、本実施形態に係る可撓性太陽電池モジュール１の構成について説明する。図１は、本発明に係る可撓性太陽電池モジュール（集積型）を示す概略断面図である。また、図２は、本実施形態に係る可撓性太陽電池モジュールの領域Ａにおける層構成を示した概略断面図である。
【００２２】
図１に示すように、可撓性太陽電池モジュール１は、バックシート２と、バックシート２上に配置された集積型の太陽電池セル６と、太陽電池セル６の周囲を充填する接着・充填材（封止樹脂）５そしてバックシート２上を覆う表面保護フィルム４からなる有機絶縁性保護膜３と、太陽電池セル６により作り出した電流或いは起電力を取り出す端子部８と、太陽電池セル６により作り出した電流或いは起電力を端子部８へ導くリード線７とを備えている。そして、本実施形態の太陽電池モジュール１の具体的な層構成は、図２に示すように太陽電池モジュール１の受光側から、
表面保護フィルム４（有機絶縁性保護膜３）
接着・充填材５（有機絶縁性保護膜３）
シリコン酸窒化物層６１（無機絶縁性保護膜６０）
低抵抗透明電極層５１（透明電極層５０）
高抵抗透明電極層５２（透明電極層５０）
バッファ層４０
光電変換層３０
裏面電極層２０
可撓性金属基板１０
接着・充填材５
バックシート２
となっている。ここで、図１の透明電極層５０は、図２ではより詳細に低抵抗透明電極層５１と高抵抗透明電極層５２とに別けて記載されている。また、図１では省略されているバッファ層４０が、図２では光電変換層３０と高抵抗透明電極層５２との間に記載されている。
【００２３】
（バックシート）
バックシート２は、太陽電池セル６を外気環境から保護し劣化を防ぐためのシートである。バックシート２は、太陽電池セル６を接着・充填材５で封止後、接着・充填材５と一体複合化される。バックシート２の表面は直接屋外に暴露されるため、バックシート２には、耐候性、水蒸気バリア性、電気絶縁性、機械的特性（引張強度、伸び、引裂き強度等）および耐薬品性等が要求される。したがって、これらの要求を満たすために、フッ素樹脂フィルム、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）樹脂フィルムを用いることが好ましい。また、いくつかの材料を組み合わせた複合フィルムを使用することがより好ましく、このような複合フィルムとしては、ＰＶＦ（ポリフッ化ビニル）／接着剤／ＰＥＴ／接着剤／ＥＶＡ（エチレンビニルアセテート） 、コーティング／ＰＥＴ／接着剤／ＥＶＡ 、コーティング／アルミホイル／接着剤／ＰＥＴ／接着剤／ＥＶＡ 、ＰＥＴ／接着剤／シリカ蒸着ＰＥＴ／接着剤／ＥＶＡ等が挙げられる。
【００２４】
（太陽電池セル）
太陽電池セル６は、直列に接続された複数の光電変換素子（基板から透明電極層までの構造）を含む、太陽電池モジュールの基本構成となるものである。この太陽電池セル６の大きさは、一般的にセルピッチ３〜１０ｍｍ、セル幅１００〜１０００ｍｍ程度である。図１に示すように、太陽電池セル６は、大面積の可撓性金属基板１０と、裏面電極層２０と、光電変換層３０と、透明電極層５０と、無機絶縁性保護膜６０とを備えるものである。そして、太陽電池セル６は、複数の開溝部を有することにより、ある光電変換素子の上部電極５０が、隣接する光電変換素子の下部電極２０に直列接続した構造となっている。
【００２５】
大面積の可撓性金属基板１０は、金属基板表面を陽極酸化することにより陽極酸化膜（絶縁性酸化膜）が形成されたものである。このような金属基板は、高い絶縁性が確保できる。金属基板の材料としては、特に制限されるものではなく、陽極酸化により金属基板表面上に絶縁性の陽極酸化膜を形成することができる材料を使用することができる。具体的には、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｎｂ及びＴａ等、並びにそれらの合金が挙げられる。コストや太陽電池に要求される特性の観点から、Ａｌが最も好ましい。可撓性金属基板１０は、金属基板の両面側に陽極酸化膜が形成されたものでもよいし、金属基板の片面側のみに陽極酸化膜が形成されたものでもよい。陽極酸化は、必要に応じて洗浄処理・研磨平滑化処理等が施された金属基板を陽極とし、陰極と共に電解質に浸漬させ、陽極陰極間に電圧を印加することで実施できる。金属基板の厚みは特に制限されない。陽極酸化前の金属基板の厚みは、可撓性金属基板１０の機械的強度、薄型軽量化および材料特性の応力計算結果から適宜選択できるが、例えば０．０５〜０．６ｍｍが好ましく、０．１〜０．３ｍｍがより好ましい。なお、金属基板は、可撓性金属基板１０を構成する際に、陽極酸化、及び陽極酸化の事前洗浄や研磨により厚さが減少するため、それを見越した厚さとしておく必要がある。一方、陽極酸化膜の厚みは基板の絶縁性、機械的強度および材料特性の応力計算結果から適宜選択できるが、例えば０．１〜１００ｕｍが好ましい。
【００２６】
陽極酸化膜が微細孔を有する場合には、必要に応じて公知の封孔処理を施してもよい。封孔処理により、耐電圧性及び絶縁特性を向上させることが可能である。また、アルカリ金属イオンを含む材料を用いて封孔を行うと、ＣＩＧＳ等からなる光電変換層３０のアニール時にアルカリ金属イオン、好ましくはＮａイオンが光電変換層３０に拡散し、そのことにより光電変換層３０の結晶性が向上し、光電変換効率が向上する場合がある。可撓性金属基板１０の製造工程には、必須の工程以外の各種の工程が含まれていてもよい。例えばこのような工程として、付着している圧延油を除く脱脂工程、金属基板の表面のスマットを溶解するデスマット処理工程、金属基板の表面を粗面化する粗面化処理工程等が挙げられる。
【００２７】
裏面電極層２０及び透明電極層５０はいずれも導電性材料からなる。光入射側の透明電極層５０は透光性を有する必要がある。例えば、裏面電極層２０の材料としてＭｏを用いることができる。裏面電極層２０の厚みは１００ｎｍ以上であることが好ましく、０．４５〜１．０ｕｍであることがより好ましい。裏面電極層２０の成膜方法は特に制限されず、電子ビーム蒸着法やスパッタリング法等の気相成膜法が挙げられる。透明電極層５０の主成分としては、ＺｎＯ，ＩＴＯ，ＳｎＯ２，及びこれらの組合わせが好ましい。さらに、透明電極層５０は、ＣＩＧＳ等からなる光電変換層（Ｐ型）との接合形成が可能なもの（Ｎ型）であり、低コストが図れる観点から、屈折率が１．９０から２．００であるアルミニウム及び/又はガリウム含有酸化亜鉛からなることがより好ましい。透明電極層５０は、単層構造でもよいし、２層構造等の積層構造もよい。透明電極層５０の厚みは特に制限されず、０．１〜１ｕｍが好ましい。なお、光電変換層３０と透明電極層５０との間にバッファ層を挿入することが好ましい。バッファ層４０としては、ＣｄＳ，ＺｎＳ，ＩｎＳ，ＺｎＯ，ＺｎＭｇＯ，ＺｎＳ(Ｏ，ＯＨ) ，及びこれらの組合わせが好ましい。バッファ層４０の厚みは、１０〜５０ｎｍが好ましい。
【００２８】
光電変換層３０は、光吸収により電流を発生する層である。その主成分は特に制限されず、少なくとも１種のカルコパイライト構造の化合物半導体であることが好ましい。また、光電変換層３０の主成分は、Iｂ族元素とIIIｂ族元素とVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。
【００２９】
さらに光吸収率が高く、高い光電変換効率が得られることから、
光電変換層３０の主成分は、
Ｃｕ及びＡｇからなる群より選択された少なくとも１種のIｂ族元素と、
Ａｌ，Ｇａ及びＩｎからなる群より選択された少なくとも１種のIIIｂ族元素と、
Ｓ，Ｓｅ，及びＴｅからなる群から選択された少なくとも１種のVIｂ族元素とからなる少なくとも１種の化合物半導体であることが好ましい。
【００３０】
上記化合物半導体としては、
ＣｕＡｌＳ２，ＣｕＧａＳ２，ＣｕＩｎＳ２，
ＣｕＡｌＳｅ２，ＣｕＧａＳｅ２，ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ），
ＡｇＡｌＳ２，ＡｇＧａＳ２，ＡｇＩｎＳ２，
ＡｇＡｌＳｅ２，ＡｇＧａＳｅ２，ＡｇＩｎＳｅ２，
ＡｇＡｌＴｅ２，ＡｇＧａＴｅ２，ＡｇＩｎＴｅ２，
Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ），Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＡｌｘ）Ｓｅ２，Ｃｕ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ，Ｓｅ）２，
Ａｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）Ｓｅ２，及びＡｇ（Ｉｎ１−ｘＧａｘ）（Ｓ，Ｓｅ）２等が挙げられる。
【００３１】
光電変換層３０は、ＣｕＩｎＳｅ２（ＣＩＳ）、及び／又はこれにＧａを固溶したＣｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２（ＣＩＧＳ）を含むことが特に好ましい。ＣＩＳ及びＣＩＧＳはカルコパイライト結晶構造を有する半導体であり、光吸収率が高く、高い光電変換効率が報告されている。また、光照射等による効率の劣化が少なく、耐久性に優れている。ＣＩＧＳ層の成膜方法としては、多源同時蒸着法、セレン化法、スパッタ法、ハイブリッドスパッタ法、及びメカノケミカルプロセス法等を用いることができる。光電変換層３０の厚みは、５００〜５０００ｎｍが好ましい。
【００３２】
上記のような裏面電極層２０、光電変換層３０、バッファ層４０および透明電極層５０について好ましい組成の組合わせとしては、例えばＭｏ裏面電極層／ＣＩＧＳ光電変換層／ＣｄＳバッファ層／ＺｎＯ透明電極層が挙げられる。
【００３３】
無機絶縁性保護膜６０は、透光性を確保するように透明電極層５０上に形成されたものである。図１は、裏面電極層２０、光電変換層３０および透明電極層５０の側面にも無機絶縁性保護膜６０が形成されている態様を示しているが、側面部分の無機絶縁性保護膜６０は必ずしも必要ではない。無機絶縁性保護膜６０は、製造のコスト、耐候性、水蒸気バリア性および屈折率の観点から、最も外気側の層をシリコン酸窒化物層（ＳｉＯｘＮｙ：ｘおよびｙは１以上）とする層構造を有する。シリコン酸窒化物層の層厚は、例えば層構造が上記シリコン酸窒化物層の単層構造であれば、５０〜２０００ｎｍが好ましい。ここで、後述する有機絶縁性保護膜３（表面保護フィルム４および接着・充填材５）の屈折率の観点から、シリコン酸窒化物層の屈折率は、１．５０から１．９０であることが好ましい。また、耐候性および水蒸気バリア性の更なる向上の観点から、上記層構造は、シリコン窒化物層を含有するものであることが好ましい。
【００３４】
無機絶縁性保護膜６０の成膜方法は、特に制限されるものではないが、Ｐｌａｓｍａ  Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  （ＰＥＣＶＤ）によって成膜することが好ましい。またＰＥＣＶＤについて、直流（ＣＤ）プラズマ、低周波プラズマ、高周波（ＲＦ）プラズマ、パルス波プラズマ、３極構造プラズマ、マイクロ波プラズマ、ダウンストリームプラズマ、カラムナープラズマ、プラズマアシステッドエピタキシー等の低温プラズマ発生装置を用いることができる。プラズマの安定性の点から高周波（ＲＦ）プラズマ方式がより好ましい。原料ガスとしては、シラン(ＳｉＨ４)、ジシラン(Ｓｉ２Ｈ６)、ヘキサメチルジシロキサン（ＨＭＤＳＯ）、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）、ヘキサメチルジシラン、テトラメトキシシラン（ＴＭＯＳ）、テトラエトキシシラン（ＴＥＯＳ）等の有機シランモノマー単独または混合物を気化させたものや、Ｏ２、Ｎ２、Ａｒ、Ｈｅ、Ｈ２、ＮＯ２、ＮＨ３等のガスの混合ガスを用いることができる。これらの原料ガスを上記方式にてプラズマ化し、透明電極層５０の上に堆積させ、無機絶縁性保護膜６０であるシリコン酸窒化物層或いはシリコン窒化物層を形成する。
【００３５】
（その他の層）
太陽電池セル６或いは光電変換素子は必要に応じて、上記で説明した以外の任意の層を備えることができる。例えば、可撓性金属基板１０と裏面電極層２０との間、及び／又は裏面電極層２０と光電変換層３０との間に、必要に応じて、層同士の密着性を高めるための密着層（緩衝層）を設けることができる。また、必要に応じて、可撓性金属基板１０と裏面電極層２０との間に、アルカリイオンの拡散を抑制するアルカリバリア層を設けることができる。アルカリバリア層については、特開平８−２２２７５０号公報を参照されたい。
【００３６】
（有機絶縁性保護膜）
有機絶縁性保護膜３は、大面積の太陽電池セル６の周囲を充填する接着・充填材５と、バックシート２上を覆う表面保護フィルム４とから構成される。有機絶縁性保護膜３は、エチレンをコモノマー成分とするビニル共重合ポリマーであり、屈折率が１．３５から１．５０である樹脂からなることが好ましい。具体的には、接着・充填材５は、かかる部材の一つで、接着剤としての機能と、外部からの衝撃から太陽電池セル６を保護する機能を奏することが要求され、ＥＶＡ系、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）系、シリコーン系などの樹脂を用いることができる。接着・充填材５の厚さは、５０〜１０００ｕｍが好ましい。また、表面保護フィルム４としては、透明性、耐候性、接着性、水蒸気バリア性および耐衝撃性などの点から、ＥＴＦＥ（エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体）を用いることが好ましい。表面保護フィルム４の厚さは、１０〜１００ｕｍが好ましい。接着・充填材５および表面保護フィルム４は、太陽電池セル６を形成した後、真空ラミネータにより接着する。
【００３７】
（端子部およびリード線）
端子部８は、外部装置との電気的な接続を可能とするものであり、光電変換機能により生じる電流或いは起電力を当該外部装置に取り出すことを可能とする部分である。また、リード線７は、太陽電池セル６中に生じる電流或いは起電力を上記端子部８へ導くものである。
【００３８】
以下、本実施形態の作用を説明する。
太陽電池モジュール１の光電変換効率を向上させるためには、入射光が太陽電池セル６を構成する各層間で反射の無いように屈折率および層厚を最適な値とすることが必要とされる。図９に示すように受光側から屈折率をｎ２、ｎ１およびｎ０とし、対象層の層厚をｄ１とすると、垂直入射光に対して多重反射を考慮した時のエネルギー反射率Ｒ２０は、下記式（１）となる。
式（１）：Ｒ２０＝（ｎ０ｎ２−ｎ１２）２／（ｎ０ｎ２＋ｎ１２）２
ここで、ｎ１＝（ｎ０ｎ２）１／２のときｄ１＝λ／４の層厚とすれば無反射となる。したがって、例えば接着・充填材５をＥＶＡ（屈折率：１．４８）とし、低抵抗透明電極層５１をアルミニウム含有酸化亜鉛（２．００）とした場合、接着・充填材５と低抵抗透明電極層５１の間に挿入するシリコン酸窒化物層６１の屈折率を（１．４８×２．０）１／２＝１．７２とし、その層厚をλ＝１０００ｎｍに対して２５０ｎｍとすれば無反射状態が得られる。しかしながら、太陽光スペクトルは単色光ではないため、シリコン酸窒化物層６１の層厚はエネルギー強度のピークである５００〜７００ｎｍに対して１３０〜１８０ｎｍの層厚が好ましい。
【００３９】
以上のように、本実施形態に係る可撓性太陽電池モジュール１は、最も外気側の層をシリコン酸窒化物層６１とする層構造を有する無機絶縁性保護膜６０を透明電極層５０上に備えている。シリコン酸窒化物（ＳｉＯｘＮｙ：ｘおよびｙは１以上）の屈折率は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）の屈折率１．４６からシリコン窒化物（ＳｉＮｙ）の屈折率２．００の間で適宜調整可能である。したがって、シリコン酸窒化物層６１を用いて、有機絶縁性保護膜３と透明電極層５０との間の屈折率を光学的に整合させることにより、入射光の反射を防止することができ、モジュールの光電変換効率を向上させることができる。また、低コストで形成することができかつ絶縁性が高いシリコン酸窒化物層６１を透明電極層５０上に形成することにより、水蒸気バリアフィルム等を用いずにモジュールの耐候性および水蒸気バリア性を低コストで向上させることができる。この結果、可撓性太陽電池モジュールにおいて、耐候性および水蒸気バリア性の向上と光電変換効率の向上とを低コストで両立することが可能となる。
【００４０】
（第１の実施形態の設計変更）
以上では、シリコン酸窒化物層６１がすべて同じ組成によって形成された場合について説明したが、本発明はこれに限られない。すなわち、上記のシリコン酸窒化物層６１は連続的にその組成が変化するように形成してもよい。このとき、シリコン酸窒化物層６１の屈折率が、外気側から光電変換素子側へいくにつれて連続的に高くなるように形成する。このように形成することにより、有機絶縁性保護膜３と透明電極層５０との間の屈折率の光学的な整合性をより向上させることができる。また、無機絶縁性保護膜６０の層構造が複数のシリコン酸窒化物層を有する場合には、それぞれのシリコン酸窒化物層に同様のことが言える。
【００４１】
また、本発明に係る可撓性太陽電池モジュールは、図１に示したような集積型モジュールに限られず、図３に示すようなセル・ストリングス接続型モジュールにも適用することができる。ここで、図３に示すセル・ストリングス接続型モジュールは、図１の大面積の太陽電池セル６に代わって、可撓性金属基板１０’を含む複数の太陽電池セル６’を有する点、それらが直列にリード線７で接続されている点で、図１に示す集積型モジュールと異なる。したがって、その他の同様の構成要素には図１と同じ符号を付している。
【００４２】
可撓性太陽電池モジュール１’は、バックシート２と、バックシート２上に配置された複数の太陽電池セル６’と、複数の太陽電池セル６’の周囲を充填する接着・充填材（封止樹脂）５そしてバックシート２上を覆う表面保護フィルム４からなる有機絶縁性保護膜３と、太陽電池セル６’により作り出した電流或いは起電力を取り出す端子部８と、複数の太陽電池セル６’を繋ぎ、そして太陽電池セル６’により作り出した電流或いは起電力を端子部８へ導くリード線７とを備えている。太陽電池セル６’は図３に示すように、可撓性金属基板１０’と、裏面電極層２０と、光電変換層３０と、透明電極層５０と、無機絶縁性保護膜６０とを備えるものである。以上のようなセル・ストリングス接続型モジュールにおいても、領域Ｂにおける層構成に注目することにより、第１の実施形態と同様に本発明を適用することができる。
【００４３】
＜可撓性太陽電池モジュールの第２の実施形態＞
まず、本実施形態に係る可撓性太陽電池モジュールの構成について説明する。本実施形態に係る太陽電池モジュールは、無機絶縁性保護膜６０の層構造が光電変換素子側から順次シリコン窒化物層６２およびシリコン酸窒化物層６１を備える２層構造である点で、第１の実施形態と異なる。したがって、本発明に係る太陽電池モジュール全体の構成は、第１の実施形態で述べた図１と同様である。一方、図４は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの層構成を示した概略断面図である。
【００４４】
つまり、本実施形態の太陽電池モジュールの具体的な層構成は、図４に示すように太陽電池モジュールの受光側から、
表面保護フィルム４（有機絶縁性保護膜３）
接着・充填材５（有機絶縁性保護膜３）
シリコン酸窒化物層６１（無機絶縁性保護膜６０）
シリコン窒化物層６２（無機絶縁性保護膜６０）
低抵抗透明電極層５１（透明電極層５０）
高抵抗透明電極層５２（透明電極層５０）
バッファ層４０
光電変換層３０
裏面電極層２０
可撓性金属基板１０
接着・充填材５
バックシート２
となっている。
【００４５】
シリコン窒化物層６２は、耐候性および水蒸気バリア性が高く絶縁性の保護膜として優れている。しかし、シリコン窒化物層６２は、短波長側（４００ｎｍ以下）で透過率が低下し、また膜の応力が大きく下層の透明電極層５０および光電変換層３０等にストレスを与えて、性能低下、膜剥離およびクラック等の障害を引き起こす。したがって、シリコン窒化物層６２の層厚は薄くすることが好ましく、５０〜１０００ｎｍが好ましい。この場合、シリコン酸窒化物層６１の層厚は５０〜１０００ｎｍが好ましい。
【００４６】
以上のように、本実施形態に係る可撓性太陽電池モジュールでも、最も外気側の層をシリコン酸窒化物層６１とする層構造を有する無機絶縁性保護膜６０を透明電極層５０上に備えている。したがって、有機絶縁性保護膜３と透明電極層５０との間の屈折率を光学的に整合させることにより入射光の反射を防止することができ、モジュールの光電変換効率を向上させることができる。また、水蒸気バリアフィルムを用いずにモジュールの耐候性および水蒸気バリア性を低コストで向上させることができる。この結果、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、無機絶縁性保護膜６０が、シリコン窒化物層６２を有することでより耐候性および水蒸気バリア性を低コストでより向上させることができる。
【００４７】
＜可撓性太陽電池モジュールの第３の実施形態＞
まず、本実施形態に係る可撓性太陽電池モジュールの構成について説明する。本実施形態に係る太陽電池モジュールは、無機絶縁性保護膜６０の層構造が光電変換素子側から順次シリコン酸窒化物層６３、シリコン窒化物層６２およびシリコン酸窒化物層６１を備える３層構造である点で、第１の実施形態と異なる。したがって、本発明に係る太陽電池モジュール全体の構成は、第１の実施形態で述べた図１と同様である。一方、図５は、本実施形態に係る太陽電池モジュールの層構成を示した概略断面図である。
【００４８】
つまり、本実施形態の太陽電池モジュールの具体的な層構成は、図５に示すように太陽電池モジュールの受光側から、
表面保護フィルム４（有機絶縁性保護膜３）
接着・充填材５（有機絶縁性保護膜３）
シリコン酸窒化物層６１（無機絶縁性保護膜６０）
シリコン窒化物層６２（無機絶縁性保護膜６０）
シリコン酸窒化物層６３（無機絶縁性保護膜６０）
低抵抗透明電極層５１（透明電極層５０）
高抵抗透明電極層５２（透明電極層５０）
バッファ層４０
光電変換層３０
裏面電極層２０
可撓性金属基板１０
接着・充填材５
バックシート２
となっている。
【００４９】
シリコン窒化物層６２は、耐候性が高く絶縁性の保護膜として優れている。しかし前述したように、シリコン窒化物層６２は、膜の応力が大きく下層の透明電極層５０および光電変換層３０等にストレスを与えて、性能低下、膜剥離およびクラック等の障害を引き起こす。したがって本実施形態では、シリコン窒化物層６２が透明電極層５０および光電変換層３０に与える影響を軽減するために、シリコン窒化物層６２と透明電極層５０との間にさらにシリコン酸窒化物層６３を挿入している。この場合、シリコン酸窒化物層６１および６３の層厚は、それぞれ５０〜５００ｎｍが好ましい。
【００５０】
以上のように、本実施形態に係る可撓性太陽電池モジュールでも、最も外気側の層をシリコン酸窒化物層とする層構造を有する無機絶縁性保護膜を透明電極層上に備えている。したがって、有機絶縁性保護膜３と透明電極層５０との間の屈折率を光学的に整合させることにより入射光の反射を防止することができ、モジュールの光電変換効率を向上させることができる。また、水蒸気バリアフィルムを用いずにモジュールの耐候性および水蒸気バリア性を低コストで向上させることができる。この結果、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに、無機絶縁性保護膜６０が、シリコン窒化物層６２を有することにより耐候性および水蒸気バリア性を低コストでより向上させることができる。また、シリコン窒化物層６２と透明電極層５０との間にさらにシリコン酸窒化物層６３を挿入しているため、シリコン窒化物層６２が透明電極層５０および光電変換層３０等に与える影響を軽減でき、より安定した可撓性太陽電池モジュールを製造することが可能となる。
【実施例】
【００５１】
以下、本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。まず、実施例１、実施例２および比較例１について、水蒸気透過率の比較を行った。
【００５２】
（実施例１）
まず、透明電極層まで形成された太陽電池セルの基体をＰＥＣＶＤ成膜装置にセットし、成膜装置の全体を１×１０−３Ｐａとした後、成膜装置の成膜室にＳｉＨ４：ＮＨ３：Ｎ２：Ｎ２Ｏ＝１：２０：３０：１０の混合ガスを供給し、６．６×１０Ｐａとした。同時に高圧電源の周波数よりも高い１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）の電圧を５００ｗのパワーにて電極に印加して、プラズマを発生させた。このときの基板温度は２５０℃であり、２ｎｍ／ｓの成膜速度で５００秒成膜し、１０００ｎｍのＳｉＯＮ膜を形成した。このときの屈折率は１．７０となるように調整した。そして、受光側に膜厚３００ｕｍの接着・充填フィルム（ＥＶＡ）および膜厚５０ｕｍの表面保護フィルム（ＥＴＦＥ）を接着し、また可撓性金属基板側に膜厚３００ｕｍの接着・充填フィルム（ＥＶＡ）およびバックシートを接着した後、真空ラミネータを用いて１５０℃の温度で熱圧着した。このようにして図２と同様の層構成を有する可撓性太陽電池モジュールを得た。
【００５３】
（実施例２）
まず、透明電極層まで形成された太陽電池セルの基体をＰＥＣＶＤ成膜装置にセットし、成膜装置の全体を１×１０−３Ｐａとした後、成膜装置の成膜室にＳｉＨ４：ＮＨ３：Ｎ２：Ｎ２Ｏ＝１：２０：３０：１０の混合ガスを供給し、６．６×１０Ｐａとした。同時に高圧電源の周波数よりも高い１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）の電圧を５００ｗのパワーにて電極に印加して、プラズマを発生させた。このときの基板温度は２５０℃であり、２ｎｍ／ｓの成膜速度で１００秒成膜し、２００ｎｍのＳｉＯＮ膜を形成した。その後、同一条件でＳｉＨ４：ＮＨ３：Ｎ２＝１：２０：３０の混合ガスでＳｉＮ膜を３００ｎｍ成膜し、更に同一条件でＳｉＯＮ膜を２００ｎｍ成膜して３層構造の無機絶縁性保護膜を得た。このとき、３層それぞれの屈折率は、受光側の層から１．７０、２．００および１．９０となるように調整した。そして、受光側に膜厚３００ｕｍの接着・充填フィルム（ＥＶＡ）および膜厚５０ｕｍの表面保護フィルム（ＥＴＦＥ）を接着し、また可撓性金属基板側に膜厚３００ｕｍの接着・充填フィルム（ＥＶＡ）およびバックシートを接着した後、真空ラミネータを用いて１５０℃の温度で熱圧着した。このようにして図５と同様の層構成を有する可撓性太陽電池モジュールを得た。
【００５４】
（比較例１）
透明電極層まで形成された太陽電池セルの基体について、受光側に膜厚３００ｕｍの接着・充填フィルム（ＥＶＡ）および膜厚５０ｕｍの表面保護フィルム（ＥＴＦＥ）を接着し、また可撓性金属基板側に膜厚３００ｕｍの接着・充填フィルム（ＥＶＡ）およびバックシートを接着した後、真空ラミネータを用いて１５０℃の温度で熱圧着した。このようにして図６と同様の層構成を有する可撓性太陽電池モジュールを得た。
【００５５】
（水蒸気透過率の測定）
上記の実施例１、実施例２および比較例１で得られたそれぞれの太陽電池モジュールについて、水蒸気バリア性の指標である水蒸気透過率の測定を行った。水蒸気透過率は、測定温度４０℃、湿度９０％Ｒｈの条件下で、水蒸気透過率測定装置（米国ＭＯＣＯＮ社製、商品名：ＰＥＲＭＡＴ ＲＡＮ−Ｗ ３／３１）を用いたモコン法によって測定した。
【００５６】
（測定結果）
測定の結果、実施例１および２の太陽電池モジュールの水蒸気透過率は、どちらも１０−２ｇ／ｍ２／ｄａｙ／ａｔｍ以下であった。一方、比較例の太陽電池モジュールの水蒸気透過率は、５ｇ／ｍ２／ｄａｙ／ａｔｍであった。したがって、この結果から本発明に係る太陽電池モジュールによって高い水蒸気バリア性を実現できることが実証された。
【００５７】
次に、実施例３から実施例５および比較例２について、光電変換効率の比較を行った。
【００５８】
（実施例３）
実施例１で得られた可撓性太陽電池モジュールを用いた。
【００５９】
（実施例４）
まず、透明電極層まで形成された太陽電池セルの基体をＰＥＣＶＤ成膜装置にセットし、成膜装置の全体を１×１０−３Ｐａとした後、成膜装置の成膜室にＳｉＨ４：ＮＨ３：Ｎ２：Ｎ２Ｏ＝１：２０：３０：１０の混合ガスを供給し、６．６×１０Ｐａとした。同時に高圧電源の周波数よりも高い１３．５６ＭＨｚの高周波（ＲＦ）の電圧を５００ｗのパワーにて電極に印加して、プラズマを発生させた。このときの基板温度は２５０℃であり、２ｎｍ／ｓの成膜速度で１００秒成膜し、２００ｎｍのＳｉＯＮ膜を形成した。その後、同一条件でＳｉＨ４：ＮＨ３：Ｎ２＝１：２０：３０の混合ガスでＳｉＮ膜を３００ｎｍ成膜して２層構造の無機絶縁性保護膜を得た。このとき、２層それぞれの屈折率は、受光側の層から１．７０、２．００となるように調整した。そして、受光側に膜厚３００ｕｍの接着・充填フィルム（ＥＶＡ）および膜厚５０ｕｍの表面保護フィルム（ＥＴＦＥ）を接着し、また可撓性金属基板側に膜厚３００ｕｍの接着・充填フィルム（ＥＶＡ）およびバックシートを接着した後、真空ラミネータを用いて１５０℃の温度で熱圧着した。このようにして図４と同様の層構成を有する可撓性太陽電池モジュールを得た。
【００６０】
（実施例５）
実施例２で得られた可撓性太陽電池モジュールを用いた。
【００６１】
（比較例２）
比較例１で得られた可撓性太陽電池モジュールを用いた。
【００６２】
（光電変換効率の測定）
上記の実施例３から実施例５および比較例２のそれぞれの太陽電池モジュールについて、光電変換効率の測定を行った。測定は、ライン検査用ロングパルスソーラシュミレータにて、照射強度ＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ２）、温度２５℃、光照射時間５００ｍｓｅｃの条件で行った。
【００６３】
（測定結果）
表１は光電変換効率の測定結果をまとめたものである。測定の結果、実施例３から実施例５および比較例２のそれぞれの太陽電池モジュールの光電変換効率は、１３．７％、１４．０％、１４．２％および１３．０％であった。この結果、本発明を適用し屈折率を光学的に整合させることにより光電変換効率が向上することが実証された。
【表１】
2010238863.tif 000003
【符号の説明】
【００６４】
１     可撓性太陽電池モジュール
２     バックシート
３     有機絶縁性保護膜
４     表面保護フィルム
５     接着・充填材
６     太陽電池セル
７     リード線
８     端子部
１０   可撓性金属基板
２０   裏面電極層
３０   光電変換層
４０   バッファ層
５０   透明電極層
６０   無機絶縁性保護膜
６１   シリコン酸窒化物層
【図１】
2010238863.tif 000004
【図２】
2010238863.tif 000005
【図３】
2010238863.tif 000006
【図４】
2010238863.tif 000007
【図５】
2010238863.tif 000008
【図６】
2010238863.tif 000009
【図７】
2010238863.tif 000010
【図８】
2010238863.tif 000011
【図９】
2010238863.tif 000012