(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部と、前記光電変換部上に設けられた保護層と、を備え、
前記保護層は、樹脂、及び、前記樹脂内に配置された、前記樹脂とは屈折率の異なる平均粒径６〜１５μｍの架橋アクリルビーズを含み、
前記保護層の表面粗さＲａが６８１〜３０００ｎｍである太陽電池。
【請求項２】
前記保護層は、前記樹脂１００重量部に対し前記ビーズを３〜４０重量部含む請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記保護層の厚みに対する前記ビーズの平均粒径の比が、０．０５〜０．５である請求項１又は２記載の太陽電池。
【請求項４】
前記樹脂は、飽和ポリエステルを主成分として含む請求項１〜３のいずれか一項記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、光電変換部と、この光電変換部を覆う保護層と備える太陽電池が知られている。
【０００３】
そして、特許文献１には、表面反射光を抑えるべく保護層の表面に凹凸を形成することが開示されている。また、特許文献２、３には、表面反射光を抑えるべく保護層中にビーズを含有させることが開示されている。また、特許文献４、５には、入射光の利用効率を高めるべく、保護層中に粒子を含有させることが開示されている。特許文献６，７には、太陽電池の外観品質を高めるべく、保護層に粒子を含有させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平８−１３９３４７号公報（特許３２８８８７６号公報）
【特許文献２】特開平１１−３３０５０８号公報（特許４１８９０５６号公報）
【特許文献３】特開平６−４５６２８号公報（特許３２７０９０１号公報）
【特許文献４】特開２００８−９１１６２号公報
【特許文献５】特開２００９−１６５５５号公報
【特許文献６】特開２００１−１８５７４６号公報
【特許文献７】特開平１１−３４０４９０号公報（特許３４６７４２４号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、最近では、保護層の粒子により光を散乱させることによって光電変換部のパターンを外部から視認しにくくなるようにして美観を向上させたいという要望がある一方、この場合でも散乱によって変換効率が低下することは抑制したいという要望もある。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、美観に優れ、かつ、変換効率が十分高い太陽電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る太陽電池は、光電変換部と、光電変換部上に設けられた保護層と、を備える。保護層は、樹脂、及び、樹脂内に配置された、樹脂とは屈折率の異なる平均粒径２〜１５μｍのビーズを含む。そして、保護層の表面粗さＲａが４００〜３０００ｎｍである。
【０００８】
本発明によれば、保護層内に所定の粒径のビーズを含み、保護層の表面粗さが適切に定められていることにより、保護層のヘイズ値が十分に高くなると共に、光電変換部への光の入射効率も十分高いままに維持される。
【０００９】
ここで、保護層は、樹脂１００重量部に対しビーズを３〜４０重量部含むことが好ましい。
【００１０】
また、ビーズは、架橋アクリルビーズであることが好ましい。
【００１１】
また、保護層の厚みに対するビーズの平均粒径の比が、０．０５〜０．５であることが好ましい。
【００１２】
また、保護層の樹脂は、飽和ポリエステルを主成分として含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、美観に優れ、かつ、変換効率が十分高い太陽電池が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態に係る太陽電池の概略断面図である。
【図２】図２は、図１の保護層の拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１６】
まず、本発明の太陽電池２００の一例について説明する。図１に示すように、本実施形態に係る太陽電池２００は、光電変換部１００及び保護層９を備える。光電変換部１００は、主として、基板１０、下部電極２０、光電変換層３０、絶縁樹脂層６、及び、透明電極層７、配線層８を有する。
【００１７】
基板１０の材料は、特に限定されず、例えば、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、ＰＩ（ポリイミド）、ポリアミド等の樹脂フィルムを挙げられる。基板１０は、可撓性であることができるし、剛性を有していてもよい。
【００１８】
下部電極２０は、基板１０上に設けられている。下部電極２０の材料は導電材料であれば特に限定されないが、光を反射させるべく、アルミニウム、チタン、銀、ステンレス等の金属が挙げられる。下部電極２０は、複数の金属層の積層体でもよい。下部電極２０は、例えばスパッタリング法により形成できる。
【００１９】
光電変換層３０は、下部電極２０上に設けられ、アモルファスシリコン系の太陽電池であれば、例えば、ｎ型アモルファスシリコン薄膜３０ｎ、ｉ型アモルファスシリコン薄膜３０ｉ、及び、ｐ型アモルファスシリコン薄膜３０ｐを下から順に有する。光電変換層３０は、プラズマＣＶＤ、スパッタリング等の公知の方法により形成できる。光電変換層３０は、上述のタイプに限定されず、他のタイプの光電変換層であっても構わない。
【００２０】
透明電極層７は、光電変換層３０上に形成されている。透明電極層７の材料としては、例えばＩＴＯ（酸化インジウム−スズ化合物）が挙げられる。透明電極層７は、スパッタリング等の公知の方法により製造できる。
【００２１】
光電変換層３０、下部電極２０及び透明電極層７には、レーザ等により形成された開口ｈ１及びｈ２が形成されている。開口ｈ１は、ユニットセルを形成すべく、下部電極２０、光電変換層３０、透明電極層７の積層構造を水平方向に分離し、互いに絶縁させるものである。
【００２２】
開口ｈ１には絶縁樹脂層６が埋め込まれている。絶縁樹脂層６は、例えば、絶縁インクを用いたスクリーン印刷法により形成することができる。例えば、絶縁インクとしては、特許第３５９４７１１号に示されるような、フェノキシ樹脂またはエポキシ樹脂と多官能イソシアネート化合物との混合物に有機溶剤を加えたもの、特開平１１−１４０１４７に示されるような、飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、及びポリアミド樹脂の１種以上とメラミン樹脂との混合物に有機溶剤を加えたものを例示できる。有機溶剤としては、上記樹脂を溶解可能なものであればよく、例えば、シクロヘキサノン、イソホロン、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルピロリドン、ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセテート等が挙げられる。これらは単独で用いても、混合して用いても良い。このような絶縁インクを、所望の位置にスクリーン印刷後、オーブンで加熱乾燥することにより、絶縁樹脂層６を形成できる。
【００２３】
開口ｈ２は、開口ｈ１に近接してレーザ等により形成されている。
【００２４】
配線層８は、開口ｈ２を充填すると共に、近接する開口ｈ１を充填する絶縁樹脂層６の頂部を乗り越えて隣接するユニットセルｕの透明電極層７の上の一部にまで伸びている。これにより、各セルｕが電気的に直列に接続されている。
【００２５】
配線層８は、導電性であれば特に限定されないが、カーボンブラック、グラファイト、銀等の導電性粒子が樹脂中に分散した導電インキを用いると、スクリーン印刷により容易に形成できて好ましい。
【００２６】
さらに、このような光電変換部１００の上には、保護層９が全面に渡って形成されている。
【００２７】
以下に、図２を参照して、保護層９について詳しく説明する。保護層９は、樹脂９４及び複数のビーズ９２を含む。
【００２８】
樹脂９４は、ビーズ９２の屈折率と異なる屈折率を有すれば特に限定されない。好ましい樹脂は、飽和ポリエステル、エポキシ系樹脂、フェノキシ樹脂、あるいはウレタン樹脂を主成分（最大重量成分）として含むものであるが、オレフィン系樹脂、ビニル系樹脂、アクリル系樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリアミド樹脂、ケトン樹脂、アルキド樹脂、ロジン系樹脂、石油樹脂、マレイン酸樹脂、ブチラール樹脂、テルペン樹脂、クロマン−インデン樹脂等の樹脂も主成分として使用可能である。これらの樹脂は単独で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。
樹脂９４は、上述の主成分以外に、添加成分を有していてもよい。添加成分としては、消泡剤等が挙げられる。
【００２９】
ビーズ９２は、球状粒子であれば特に限定されない。球状粒子は、容易に樹脂層中で分散させることができ、表面の凹凸も形成しやすい。
【００３０】
ビーズ９２の材質としては、樹脂９４と屈折率が異なる材料であれば特に限定されないが、架橋アクリル樹脂、架橋スチレン樹脂、架橋ウレタン樹脂、及びシリコーン樹脂が好ましく、架橋アクリル樹脂が特に好ましい。ガラス等に比べて樹脂製のビーズは、樹脂９４と密度が近いため、保護層９中において良好な分散が得やすい。また、架橋アクリル樹脂は、保護層形成用の塗料に含まれる、樹脂を溶解可能な溶媒による膨潤が特に少なく、溶媒の乾燥後もその表面形状が安定しているため好ましい。また、架橋アクリル樹脂は、光透過率に優れるため、樹脂に分散させた場合に、入射光のロスが少ない。
【００３１】
ビーズの平均粒径は、２〜１５μｍである。この範囲の平均粒径のビーズを用いると、下記のような表面粗さの保護層９が得られやすい。平均粒径は、レーザー回折型粒度測定装置により得られた体積基準の粒度分布におけるｄ５０として測定することができる。ビーズの平均粒径は、特に６〜１５μｍが好ましい。
【００３２】
樹脂９４とビーズ９２との屈折率が互いに異なっていることで出射光の散乱が生じ、太陽電池２００の美観を向上することができるが、その屈折率差は、例えば５５０ｎｍの波長において、０．０５以上であればよい。
【００３３】
保護層９は、樹脂９４を１００重量部に対しビーズ９２を３〜４０重量部含むことが好ましく、７〜３６重量部がより好ましい。
【００３４】
また、保護層９の平均厚みに対するビーズ９２の平均粒径の比が、０．０５〜０．５であることが好ましい。保護層９の平均厚みは、例えば、４〜６０μｍとすることができる。
【００３５】
さらに、保護層９の表面の表面粗さＲａは、４００〜３０００ｎｍとされている。表面粗さＲａとは、（ＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４）により定義される算術平均粗さＲａである。
【００３６】
このような保護層９は、樹脂、ビーズ、及び、溶媒を混合した塗料を作製し、光電変換部１００上に塗布し、乾燥させることにより、容易に形成できる。溶媒としては、例えば、シクロヘキサノン、イソホロン、γ−ブチロラクトン、Ｎ−メチルピロリドン、テルピネオール、オクタン、イソオクタン、デカン、イソデカン、デカリン、ベンゼン、トルエン、キシレン、ブチルカルビトールアセテート、ブチルセロソルブアセテート等が挙げられる。これらの溶媒は単独で用いてもよいし、２種以上を併用してもよい。  
【００３７】
特に、スクリーン印刷で保護層９を形成することが好適である。例えば、スクリーンメッシュの目開きは１５０〜３００μｍとすることができ、スクリーンメッシュの材質はステンレス、ポリエステル、ナイロン等とすることができ、塗料の塗布厚みは５〜５０μｍとすることができる。
【００３８】
塗料の塗布後に塗布膜を乾燥すると、ビーズの影響により、表面に上述の表面粗さの凹凸を有し、しかも、内部に上記の粒径のビーズが分散した保護層９を得ることができる。
【００３９】
続いて、本は実施形態の作用について説明する。本実施形態では、図１の上方から光が入射した場合に、入射光は、保護層９、透明電極層７を通過して光電変換層３０に到達し、光電変換が行われて、下部電極２０及び透明電極層７間に電圧が発生する。
【００４０】
このとき、光電変換層３０から保護層９を通して外部に出射される光が好適に保護層９で散乱されるため、光電変換層３０の配線パターン等が外部から視認し難くなり、太陽電池２００の美観が向上する。また、保護層９を設けてもなお入射光の光電変換層３０への入射効率が高く維持され、変換効率が十分に高くなる。
【００４１】
この理由としては、保護層９の表面に適切な範囲の凹凸が形成されていること、及び、保護層９内に好適な大きさのビーズが含まれていることによるものと考えられる。
このような太陽電池２００は、特に、時計の文字盤に配置される太陽電池として好適である。
【００４２】
なお、本発明は上記実施形態に限られずさまざまな変形態様が可能である。
【００４３】
例えば、太陽電池２００の光電変換部１００の構成は上記に限定されず、様々な形態のものを利用できる。
【００４４】
例えば、基板１０を貫通するように開口ｈ２を形成して、背面から電極を取り出すようにしてもよい。
【００４５】
さらに、配線層８と光電変換層３０との色調差をさらに小さくする為に、配線層８上に、光電変換層３０の色調と同等の色調を有する絶縁インキを印刷し乾燥を行うことも可能である。
【実施例】
【００４６】
（参考例１）
１．ポリエチレンナフタレート基板（基板）上にアルミニウムとステンレスの積層体から成る下部電極をスパッタリングで形成した。
【００４７】
２．次にＰＩＮ接合から成るアモルファスシリコン層（光電変換層）をプラズマＣＶＤで下部電極上に形成した。
【００４８】
３．次に、アモルファスシリコン層上に透明電極としてＩＴＯ（酸化インジウム−スズ化合物）をスパッタリングにより成膜した。
【００４９】
４．次にＹＡＧレーザを用いて、下部電極、アモルファスシリコン層、及び、透明電極をレーザ加工して開口ｈ１を形成し、セルの分断を行った。さらに、下部電極との導通を取るための開口ｈ２も形成した。
【００５０】
５．次に、絶縁インクを用いてスクリーン印刷により絶縁樹脂層用インクを印刷し、印刷後１６０℃オーブンで加熱乾燥し、ユニットセルを分断する絶縁樹脂層を形成した。
【００５１】
６．次にカーボンブラックを分散した導電インキを用いて、スクリーン印刷で、配線層を形成した。印刷後、１６０℃オーブンで加熱乾燥した。これにより、光電変換部が完成した。
【００５２】
７．次に、保護層用塗料を調整した。具体的には、１５０重量部の溶剤（γ−ブチロラクトン１００重量部及びブチルセロソルブアセテート５０重量部）に対して、飽和ポリエステル樹脂（バイロン２００（ＴＯＹＯＢＯ））１００重量部を攪拌機で攪拌しながら加えた。飽和ポリエステル樹脂が完全に溶解した後、消泡剤２．５部と架橋アクリルビーズ  Ｊ−４ＰＹ（根上工業；平均粒径２．２μｍ）５０重量部を攪拌しながらさらに添加し混合した。その後、硬化剤としてｎ−ブチル化メラミン樹脂（三井化学  ユーバン２１Ｒ）を４０重量部加え、混合後の溶液を保護層用塗料とした。
【００５３】
８．次に、調整した保護層用塗料をスクリーン印刷で光電変換部の表面全面に渡って印刷し、乾燥した。このようにして、ユニットセルが５セル直列接続され、各ユニットセルの有効面積が４０ｍｍ２の太陽電池を作製した。
【００５４】
９．このようにして製造した太陽電池を、蛍光灯２００ｌｘ（ルクス）照度のもと、電流電圧特性を測定し、動作電圧２．６Ｖでの動作電流値（Ｉｏｐ）を比較した。
【００５５】
（実施例２）
保護層用塗料のビーズを、架橋アクリルビーズＧ−４００透明（根上工業；平均粒径１４μｍ）とする以外は、参考例１と同様とした。
【００５６】
（実施例３）
保護層用塗料のビーズを、架橋アクリルビーズＧ−８００透明（根上工業；平均粒径６μｍ）とする以外は、参考例１と同様とした。
【００５７】
（実施例４）
保護層用塗料のビーズを２５重量部とする以外は、実施例３と同様とした。
【００５８】
（実施例５）
保護層用塗料のビーズを１０重量部とする以外は、実施例３と同様とした。
【００５９】
（比較例１）
保護層用塗料の架橋アクリルビーズを、微粉末シリカ（エボニック社製平均粒径１６ｎｍ）１０部とする以外は、実施例５と同様とした。
【００６０】
（評価）
保護層形成前の太陽電池の動作電流値と、保護層形成後の動作電流値とを測定し、その差を計算した。
【００６１】
また、保護層の厚み、保護層の表面の表面粗さＲａ、保護層のヘイズ値を測定した。
【００６２】
表面粗さＲａは、Ｄｅｋｔａｋ  ６Ｍ（アルバック（株））、ｓｔｙｌｕｓ径１２．５μｍ、測定レンジ２６２０ＫＡ、触針圧  ３ｍｇによりＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に基づく算術平均粗さＲａを測定した。
【００６３】
ヘイズの測定はＵ−４０００形、自記分光光度計（Ｈｉｔａｃｈｉ）で、ＪＩＳ  Ｋ７１０５に示されるように、積分球を用いて、拡散透過率（Ｔｄ）と全光線透過率（Ｔｔ）の比で算出した。算出した波長は人間の視感度曲線のピークである、５５０ｎｍで比較を行った。
Ｈ＝（Ｔｄ／Ｔｔ）×１００
Ｈ：ヘイズ（％）、Ｔｄ：拡散透過率（％）、Ｔｔ：全光線透過率（％）
なお、ヘイズが５５％以上であれば配線パターンを見え難くして美観を向上させる効果は十分あるが、ヘイズが７０％以上であれば配線パターンが殆ど見え難くなり、より美観に優れる。
【００６４】
これらの結果を表１に示す。
【表１】
0005501786.tif 000002
【００６５】
比較例１では、保護層形成前後で、Ｉｏｐ値が０．３μＡ低下した。これに対して、実施例では、保護層形成前後でのＩｏｐ値の低下が少なくなった。粒径が６μｍ以上のものが、特に、Ｉｏｐ値低下抑制の効果が顕著であった。
【符号の説明】
【００６６】
９…保護層、９４…樹脂、９２…ビーズ、１００…光電変換部、２００…太陽電池。
【図１】
0005501786.tif 000003
【図２】
0005501786.tif 000004