(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に形成された太陽電池素子を有する太陽電池モジュールの製造工程に於いて、前記基板はその表面に凹凸を有し、該凹凸の平均的な高さと平均的な周期との比が０．２以上であり、前記太陽電池素子の一部の面内に引張り方向の変形歪みを生じさせる工程を含み、該変形歪みを生じさせる工程は前記歪みの最大値として６％を許容してなされるものであり、前記変形歪みを生じさせる工程は太陽電池素子への損傷を防止する手段を有することを特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２】
前記太陽電池素子は前記基板上に少なくとも半導体層及び電極層を形成する工程により得られることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記半導体層は薄膜半導体であることを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項４】
前記薄膜半導体は非晶質半導体、多結晶半導体、化合物半導体の何れかであることを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項５】
前記薄膜半導体は非晶質シリコン、多結晶シリコン、ＣｕＩｎＳｅ，ＣｄＳの何れかであることを特徴とする請求項３乃至４のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記基板は可塑性基板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項７】
前記可塑性基板は金属材料であることを特徴とする請求項６に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項８】
前記金属材料はステンレス鋼、アルミニウム、銅の何れかであることを特徴とする請求項７に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項９】
前記基板はその表面に凹凸形状を形成する為に形成された凹凸層、又は光の反射率を改善する為に設けられた層を含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１０】
前記太陽電池モジュールの製造工程は前記太陽電池素子の表面又は裏面又はその両方を封止する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１１】
前記太陽電池モジュールの製造工程は複数の前記太陽電池素子を相互に電気的に接続する工程を含むことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１２】
太陽電池素子の前記形成工程と太陽電池素子に変形歪みを生じさせる前記工程との間に、前記太陽電池素子を適切な形状に分割する工程を有することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１３】
変形歪みを生じさせる前記工程の後に太陽電池素子を相互に電気的に接続する前記工程を有することを特徴とする請求項１２に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１４】
太陽電池素子を相互に電気的に接続する前記工程の後に、前記太陽電池素子の表面又は裏面又はその両方を封止する工程を有することを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１５】
太陽電池素子への損傷を防止する前記手段が、前記太陽電池素子の表面への保護材料の配置であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１６】
前記保護材料がラバーシートであることを特徴とする請求項１５に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１７】
太陽電池素子への損傷を防止する前記手段が、静水圧による変形加工であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１８】
太陽電池素子に変形歪みを生じさせる前記工程に於いて、前記引張り方向への変形歪みを変形領域内にて平均化する手段を有することを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項１９】
前記変形歪みを変形領域内にて平均化する手段が、前記太陽電池素子の表面への潤滑剤の配置であることを特徴とする請求項１８に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２０】
前記潤滑剤を前記太陽電池素子の裏面側に配置することを特徴とする請求項１９に記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項２１】
前記潤滑剤がシリコンオイルであることを特徴とする請求項１９乃至２０のいずれかに記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は二次曲面をなす太陽電池モジュールの製造法に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
人類のこれからのエネルギー源として、その使用の結果発生する二酸化炭素のために地球の温暖化をもたらすと言われる石油や石炭、不測の事故によりまたは正常な運転時においてすら放射線による危険が皆無とは言えない原子力に全面的に依存していくことには問題が多い。
【０００３】
太陽電池は太陽光をエネルギー源としており地球環境に対する影響が極めて少ないので、これから一層の普及が期待されている。太陽電池で大規模な発電を行うには、そのための専用のサイトに、同一の形状の大面積の太陽電池モジュールを多数設置すればよい。太陽電池は日射のある所なら何処ででも、どの様な規模ででも使用できる。建物の南向きの屋根、自動車の車体、船舶の船体などに取り付けることによって、様々な使い方ができる。この様な用途には様々の形態の太陽電池モジュールが用意されている事が望ましい。
【０００４】
建物の屋根に用いた例としては日本家屋の瓦の表面に設けた太陽電池がある。この場合瓦の表面は複雑な曲面となっており、一般に広く用いられている単結晶シリコンや多結晶シリコンの技術では、その上に太陽電池を設けることができない。そこで原料ガスのグロー放電分解によってアモルファス−シリコン（ａ−Ｓｉ）の薄膜を瓦の上に堆積する技術が開発された。しかし１枚の瓦から実用的な電圧を取り出すためには、さらにａ−Ｓｉや電極の薄膜を短冊状に分割し直列接続する必要がある。そのためにレーザービームを用いるパターニング技術が開発された。しかし、この様な方法では同一規格の太陽電池を大量に生産するのでないかぎり、品種ごと各工程ごとに多種多様な治工具が必要となり、生産の効率が悪い。一方最近では建築の個性化が進み、屋根の形状も一様ではなく複雑な曲面が用いられるようになっており、様々の形態の太陽電池を、効率よく生産する必要がでてきた。
【０００５】
また、この２−３年世界各地また日本国内でも、太陽電池によって駆動される自動車（いわゆるソーラーカー）のレースが行なわれ、社会一般のソーラーカーにたいする関心の深さが伺われる。今の所平板状の太陽電池パネルをそのまま用いている例が多い。ソーラーカーを実用化するにはできるだけ車体全体に太陽電池を設けて大きな出力を得ることが望ましく、車体のデザインにあわせた自由な曲面を持つ太陽電池パネルがこれから必要になると考えられる。また駆動源として太陽電池を用いていなくても、駐車中のバッテリーの放電防止、車内の換気等の電源として太陽電池を用いる事はすでに実用化されている。この場合でも車体に一体化して組み込むためには、違和感がないような曲面形状とする必要がある。
【０００６】
ところで曲面を大別すると、図１３に示す様に平面から面内の部分的な圧縮や引張なしに整形できる円筒面や円錐面と、図１４に示すように平面から整形するとどうしても部分的な圧縮や引張を伴なう球面をはじめとする二次曲面とがある。従来、曲面をなす太陽電池を製造するためには、瓦の例で説明したように、あらかじめ所望の形状に整形された基板上にａ−Ｓｉ等の薄膜半導体を堆積するのが一般的であった。しかし基板としてステンレス・スチールやアルミニウムのような可塑性のある金属の薄いシートを用いると、太陽電池をその上に形成した後、基板ごと湾曲させると、円筒面や円錐面には整形する事ができる。しかし二次曲面に整形する場合には、基板に圧縮や引張の変形を生じ薄膜半導体にストレスが加わり、膜に亀裂が入ったり、膜剥れがおこるため、この様な整形は事実上不可能であると考えられてきた。
【０００７】
本発明は、以上の様な現状に鑑み、二次曲面を含む様々な形状をなす太陽電池モジュールを効率的に生産する方法を提供し、太陽電池のより広範な実用化に寄与する事を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、以上の如き目的を解決するものとして、
可塑性を持ち、その表面に凹凸を持ち、凹凸の平均的な高さが凹凸の平均的な周期の１／５以上である基板上に半導体層及び電極層を堆積して太陽電池を形成した後、これを適切な形状に分割し、かくして得られた各々の太陽電池素子の面内のどの部分に於ても加工に伴う伸び変形の割合が６％以下となるように所望の二次曲面に変形加工し、しかる後に各太陽電池素子を相互に電気的に接続することを特徴とする、二次曲面をなす太陽電池モジュールの製造法、
が提供される。尚、各太陽電池素子を相互に電気的に接続した後に表面または／及び裏面を封止することができる。
【０００９】
図１は本発明製造法の概略を示す図である。先ず（ａ）で示されるように長尺または大面積の太陽電池１０１を形成し、次にこれを（ｂ）で示されるように適宜の大きさに分割して太陽電池素子１０２を得て、次に（ｃ）で示されるように各太陽電池素子１０２を二次曲面その他の所望の形状に整形し、次に（ｄ）で示されるように各太陽電池素子１０２を適宜組み合わせて電気的に接続し太陽電池モジュール１０３を形成する。
【００１０】
既に説明したように、平面状の太陽電池を二次曲面に整形すると、面内に引張の変形が起こる。典型的な例として図２に示すように、円形の太陽電池２０１の周囲を固定し背後から型２０２で押して球面状に整形する場合について述べる。ここで整形される部分は半径がｒの円形領域、整形後の球面の曲率半径はＲとする。整形によって円の半径方向に沿った引張の力が働く。伸びの変形の割合は図３からわかるように円形領域の円周の部分で最大となり、その大きさＫはほぼ次のようになる：
Ｋ＝１／ｃｏｓ（ｓｉｎ-1（ｒ／Ｒ））−１
＝ｓｅｃ（ｓｉｎ-1（ｒ／Ｒ））−１
≒（ｒ／Ｒ）2／２
例えば、半径５ｃｍの太陽電池を曲率半径２０ｃｍの球面に変形すると、Ｋは３％であるが、この曲率半径を１０ｃｍにするとＫは１２．５％にもなる。そこで太陽電池を変形させた時の特性の変化を調べた。
【００１１】
（実験１）
電界研磨処理を施し鏡面仕上げしたステンレス基板上に後で説明する方法で有効長１０ｃｍのａ−Ｓｉ太陽電池を形成し特性を測定した。ついで引張試験機にかけ長手の方向に徐々に引き伸ばしながら特性の変化を測定した。図４に測定の結果を示す。ここにＡで示されるように、変形の割合Ｋが１．５％までは、変換効率には影響が見られなかったが、２．０％以上では顕著に変換効率が低下した。特性の低下が見られた太陽電池を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察してみると表面に細かいひびや膜のはがれがみられた。
【００１２】
（実験２）
カーボランダムの砥粒でステンレスの基板の表面を摺って微細な凹凸面とした。砥粒として最も粗い８０番から最も細かい２０００番までを用い、圧力もコントロールして様々な凹凸の形状を持つ基板を作った。これらの凹凸の形状は表面粗さ計及びＳＥＭにより評価した。これらの各種の基板に実験１と同様の太陽電池を形成し、同様の測定を行った。各々の太陽電池について変換効率が維持された最大の伸び変形の割合ｋを表１に示す：
【００１３】
【表１】
0003651907.tif 000002
この結果から、凹凸の平均的な高さと凹凸の平均的な周期との割合が１／５以上であると、ｋを６％程度まで大きくできる事がわかる。実験１と同様にして得られた図４のＢ参照。
【００１４】
（実験３）
ブライトアニール（ＢＡ）処理ステンレス基板に平均の厚さが５０００Åのアルミニウム層をスパッタリング法にて形成した。堆積時の基板温度を高くすると、凹凸の構造が発達する。基板温度を変えて様々な凹凸を持つアルミニウム層を堆積し、その上にアルミニウムと半導体層との反応を防止するために、厚さ１０００Åの酸化亜鉛層を堆積した。このように用意した基板の上に実験１と同じ方法でａ−Ｓｉの太陽電池を形成し、同様の測定を行った。表２に各基板の凹凸の形状と変換効率を維持できる最大の伸び変形の割合ｋを示した：
【００１５】
【表２】
0003651907.tif 000003
この結果から、実験２とほぼ同様に、凹凸の平均的な高さと凹凸の平均的な周期との割合が１／５以上であれば、ｋを６％程度まで大きくできる事がわかる。
【００１６】
以上の説明及び実験１〜３の基礎的な検討の結果を確認するため、以下の様に、実際に平面状の太陽電池を球面状に整形し太陽電池の変換効率との関係を調べた。
【００１７】
（実験４）
図２に示した装置を用いて太陽電池を裏面からプレスした。ここで整形を受ける部分は半径５cmの円形である。曲率半径の異なる型を用意した。また基板としては実験１で用いた電解研磨処理ステンレス及び実験３で用意した基板３−３を用いた。表３に各太陽電池の変換効率を示す。また同表に曲率半径から推定される最大の伸び変形の割合Ｋを示す：
【００１８】
【表３】
0003651907.tif 000004
この結果から、予想通り、基板３−３を用いた場合にはＫ＝６％が良好な変換効率を維持できる上限であった。これに対し電解研磨処理ステンレス基板ではＫ＝１．５％が上限であった。
【００１９】
（実験５）
実験４に於いては太陽電池が基板の凸の面になるように整形された。これに対して太陽電池が基板の凹の面になる様に整形するための装置の例を図５に示す。実験４で用いたと同様の装置を用いたでのでは型が太陽電池５０１の表面に接触し、表面を傷める恐れがあるので、ここでは静水圧５０２を用いている。整形を受ける部分の半径は５cmであり、静水圧の大きさを変えて曲率半径を変えた。また実験４と同じ２種類のステンレス基板を用いた。表４に各太陽電池の変換効率、及び推定される最大の伸び変形の割合Ｋを示す：
【００２０】
【表４】
0003651907.tif 000005
この結果から、太陽電池が凹の面になる場合でも実験４とほぼ同様の、変換効率を維持できる最大の伸び変形の割合ｋが得られた。
【００２１】
（実験６）
厚さが０．２mmのアルミニウムのシートに高さが０．２mm、隣接する突起の間の距離が０．８mmのエンボス加工を施した。この基板に１０００Å厚の酸化亜鉛層をスパッタリング法により堆積した。この上にａ−Ｓｉの太陽電池を形成した。これに対して図２に示す装置を用い裏面から球面に整形した。整形をうける部分は直径５cmの円形であり曲率半径は１３．５cmであった。同じ太陽電池を図５に示す装置で表面から静水圧をかけ球面に加工した。整形を受ける部分は半径５cmの円形であり曲率半径は１３．５cmであった。いずれも、変換効率を維持できる最大の伸び変形の割合ｋは６％であった。直径５cmの整形していない太陽電池と比較したところ変換効率には全く差が認められなかった。
【００２２】
以上の実験から次の結論が得られる：
（１）可塑性のある基板上に堆積された薄膜半導体による太陽電池は、ある範囲で二次曲面への変形加工が可能である；
（２）加工を受ける面内での、許容される最大の伸び変形の割合ｋは、基板表面の凹凸の形状に依存する；
（３）表面が鏡面仕上げされいてる場合にはｋの上限は１．５％、凹凸の平均的な高さと凹凸の平均的な周期との割合が１／５以上であるとｋの上限は６％である。
【００２３】
ところで、重要な多くの応用に必要となるサイズの太陽電池においては、十分な凹凸のある基板を用いた場合でも、曲率半径はあまり小さくはできない。例えば、１ｍ角の太陽電池を考えてみると、その対角線方向の長さは約１．４ｍ、従ってｒ＝０．７ｍであるから、ｋ＝６％として許される最小の曲率半径Ｒは２ｍとなる。一方、１０cm角の太陽電池を用いるとＲは２０cmまで許されることになる。そこでサイズが大きな割に小さな曲率半径が求められる場合には、変形加工の終った小型の太陽電池を複数個電気的に接続し、全体を一体に保てばよい。そして、太陽電池の表面及び電気的接続部を保護するための封止を行なえばよい。これが、本発明である。ただし、ここで重要なことは二次曲面への変形加工が電気的接続及び封止の後に行なわれたのでは、太陽電池の受ける変形は一枚の基板を変形加工したのと同じになってしまい、部分的に変形の割合が許容される上限を越えてしまうことである。
【００２４】
なお以上では二次曲面の例として球面を用いて説明したが、楕円面や双曲面等、面内の各部でまた方向によって、曲率半径の異なる様な複雑な曲面の場合も、伸び変形の割合の最大値が所定の値以下であればよい。
【００２５】
以下において本発明の太陽電池モジュールの製造法を詳しく説明する。
【００２６】
本発明に用いる基板材料は、可塑性を持っている必要があり、また半導体層の堆積時に高温に曝されるのでステンレス、アルミニウム、銅等の金属のシートが好適である。その表面をサンドブラスト処理、ディンプル処理、酸洗い等によって、必要な凹凸を形成する。またこの上に、Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｏ，Ｗ，Ａｌ，Ａｇ，Ｎｉ等の電極層を堆積してもよい。この様な金属の電極層は電気的な接触や光の反射率の改善の効果があり、また抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング法等での堆積の条件を選択する事によって、基板に必要とされる凹凸を形成することができる。
【００２７】
本発明で用いられる太陽電池の光電変換部材としての半導体層には、ｐｉｎ接合非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）、ｐｎ接合多結晶シリコン、ＣｕＩｎＳｅ2 ／ＣｄＳ等の化合物半導体が挙げられる。上記半導体層は、非晶質シリコンの場合、シランガス等のプラズマＣＶＤにより、多結晶シリコンの場合、溶融シリコンのシート化により、ＣｕＩｎＳｅ2 ／ＣｄＳの場合、電子ビーム蒸着、スパッタリング、電析（電解液の電気分解による析出）等の方法で、形成される。
【００２８】
本発明で用いられる太陽電池の透明電極に用いる材料としては、Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ，ＺｎＯ，ＴｉＯ2 ，Ｃｄ2 ＳｎＯ4 ，高濃度不純物ドープした結晶性半導体層等があり、形成方法としては抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング法、スプレー法、ＣＶＤ法、不純物拡散等がある。
【００２９】
次に半導体層としてａ−Ｓｉを用いた場合の、太陽電池モジュールの作製手順に付いて具体的に説明する。図６に示すようにステンレス基板６０１上に、Ａｌ層６０２をスパッタリング法により基板温度３５０度で膜厚５０００Å堆積し、ついで酸化亜鉛層６０３を１０００Å堆積する。この状態で凹凸の平均的な高さが２０００Å、凹凸の平均的な周期が９０００Å程度である。
【００３０】
ついでロール・ツー・ロール装置によってＳｉＨ4 ，ＰＨ3 （ｎ層用のドーパントガス），Ｂ2 Ｈ6 （ｐ層用のドーパントガス），Ｈ2 ガス等のプラズマＣＶＤにより、膜厚４０００Åのｐｉｎ接合の非晶質シリコン層６０４を形成する。図７にａ−Ｓｉ堆積用のロール・ツー・ロール装置の例を示す。７０１は基板の送り出し室で中にロール状に巻かれた長尺の基板７０２がセットされている。ここから送り出された基板はｎ層堆積室７０３、ｉ層堆積室７０７、ｐ層堆積室７０８を通過して基板の巻き取り室７０９の中のロール７１０に巻き取られる。各堆積室には、ｎ層堆積室７０３で例を示すように、電極７０４、高周波電源７０５、基板ヒーター７０６が設けられ、ａ−Ｓｉのｎ層、ｉ層、ｐ層が堆積されｐｉｎ接合が形成される。ここでまたｐｉｎ接合を２段、３段と積み重ねた構造のタンデム、トリプル型の太陽電池を作ることができ、高い電圧や高い信頼性を得られる。またＧｅＨ4 ガスを併用することによりａ−ＳｉＧｅを用いて、より変換効率の高い太陽電池とすることができる。
【００３１】
さらにこの上に、図６に示す様に、膜厚７００ÅのＩＴＯ６０５を抵抗加熱蒸着で形成し透明な上部電極とする。ロール・ツー・ロール法によれば洗浄から少なくともこの工程までは長尺の基板に連続的に処理を行なうことができ極めて効率的な生産が行える。また本発明の場合、最終的にどの様な形状に加工される物でも少なくともこの工程までは共通でよく、より柔軟性に富んだ生産が可能となる。
【００３２】
次にＩＴＯのエッチング剤（ＦｅＣｌ3 ，ＨＣｌ）含有ペーストのスクリーン印刷によりＩＴＯ層の一部を除去し各太陽電池素子に分離する。さらに各太陽電池素子について銀や銅のペーストのスクリーン印刷やディスペンサー塗布により集電用の電極（図８の８０１参照）を形成する。これらは、太陽電池素子（図８の８０８参照）が曲面に整形され複数枚をつなぎあわせた時の事を考慮したパターンとする必要がある。次に、各太陽電池素子の配線接続部に位置するＩＴＯ層６０５／非晶質シリコン層６０４／酸化亜鉛層６０３／アルミニウム層６０２を除去し基板６０１面を露出させた後、ＩＴＯ層除去部分から切断して複数の太陽電池素子とする。切断線は通常曲線であり、種類が多いのでＹＡＧレーザー光による切断が好適である。ひき続き、基板の露出面に直列接続用の銅のテープ（図８の８０２参照）及び第１の出力端子（図８の８０７参照）を溶接する。
【００３３】
ついで、図８に示すように、所望の形状に変形加工された金属または成形された合成樹脂等のベース８０３に、接着剤のシート８００、複数の変形加工済みの太陽電池素子８０８を重ねて仮止めする。さらに集電電極パターン８０１上の要所に、銀ペーストをディスペンサーで流し、銅テープのバスバー８０４を配置する。バスバー８０４と隣の太陽電池素子の直列接続用の銅テープ８０２または第２の出力端子８０７’とをハンダ付する。なお図８においては各々の太陽電池を直列接続しているが、場合によっては並列接続であってもよい。
【００３４】
最後に、接着剤シート８０５とポリフッ化ビニリデンの如き耐候性に富むフィルム８０６を重ねラミネーターでラミネートし、出力端子８０７，８０７’にリード線をハンダで接続し、取り出し部をシリコーン樹脂でシールする。また表面の封止は弗素系樹脂の塗料の塗布による事もできる。
【００３５】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を説明する。
【００３６】
［実施例１］
本実施例は本発明により製造された太陽電池モジュールを建物の、屋根へ応用したものである。これまでも太陽電池の設置場所として屋根の上は利用されてきているが、従来の太陽電池は架台を介して屋根に取り付けるのが普通で、建物との一体感に乏しかった。また瓦等の屋根材と一体化した物も開発されているが、規格化されていない形状、特に複雑な曲面は構成し難く、年々多様化する建物のデザインには対応しきれなかったのが現状である。
【００３７】
図９は自由なデザインによる建物の一例であってほぼ円柱状の２階建てで、北側は切り落とされ玄関９０１となっている。１階２階とも周囲はほとんど大きな窓９０２になっている。１階部分及び２階部分の屋根とも全面的に二次曲面からなっている。全体としてスムーズで個性的な印象を与える建物で、景勝地のレストラン等として打って付けであるがさらに太陽電池によって所用電力を賄うことで環境保全に対する寄与を目的とする。そのため複雑な形状の屋根全体に太陽電池を敷き詰める事が望ましい。そこで前述の表面にアルミニウム層による凹凸を持つステンレス基板上に形成されたａ−Ｓｉ太陽電池を整形して用いる。もちろん整形の際に生じる伸びの変形の割合が６％を越えないように１枚１枚の太陽電池素子の切断の大きさや形状を設計する。
【００３８】
しかし、ここで同時に電力システムとしての設計も成されねばならない。ここでは、太陽電池素子としてｐｉｎ接合を３段積層したトリプル型のものを用いる。トリプル型では１枚の太陽電池素子の開放電圧は２．５Ｖでありこれを４段直列接続すると６Ｖの鉛蓄電池の充電用として適当である。１階の屋根を例に取れば９０３，９０４，９０５，９０６がそれにあたる。ここで９０３は伸びの割合が過大にならないよう２分割されているが、電気的には並列接続されている。さらに２枚の９０３，９０４，９０５，９０６は各々その出力電流が等しくなるように設計されねばならない。このように接続された台形状の太陽電池の６組によって１階部分の屋根が構成される。北に面する部分９０７は日射が少ないので太陽電池を設置していないがデザイン上からは、外観の類似した屋根材を用いると良い。なお１日の時間帯によって６組の出力は各々異なるので、この６組にそれぞれ逆流防止用ダイオードを接続してから６組を並列接続するとよい。こうするとある時間帯に出力が小さい組は回路から電気的に切り放されて、電流がその組に流れ込む事によって生じるエネルギーのロスを防ぐことができる。二階部分の屋根に付いても同様である。モジュール化に際しての太陽電池の接続の仕方は、この他にも考え得るが、１組に直列接続された太陽電池素子には常に同程度に日照があるように配慮し、ある時間に出力の異なる可能性のある物の並列接続には十分な配慮が必要である。
【００３９】
このように接続した後、封止を行なう。封止の材料としては、商品名テドラー等の弗素系の樹脂フィルムが耐候性の点で優れているが、曲面の形状が複雑な場合には商品名スミフロン等の弗素系の塗料が使いやすい。
【００４０】
図９に示す構造の建物で、大きさが１階の床の直径で２０ｍ、２階の屋根の最上部までの高さで８ｍであるような場合では、最大出力が１５kWであり鉛蓄電池、インバーター等からなるシステムと組み合わせて所用の電力を賄うことができた。
【００４１】
［実施例２］
本実施例は本発明による太陽電池モジュールを、電気自動車の電源として用いた例である。ガソリン車やディーゼル車にくらべ電気自動車は排気ガスや騒音をほとんど出さない点から、特に都会地に於いては今後広く普及させるべきであるが、１度の充電で走行できる距離が限られるため、使いにくい点があった。太陽電池を用いることによりその距離を大幅に延ばすことができる。しかし従来の所謂ソーラーカーでは、ほとんどが平面状の太陽電気をそのまま用いたため、そのデザインは一般車とはかけ離れた物となり、広く一般に受け入れられていなかった。
【００４２】
図１０に自動車の車体全体に本発明の方法による太陽電池モジュール１００１を設けた例を示す。この例に於いては、車体のデザインは、一般車とほとんど変わらず、曲面を多用した物となっており、しかも様々な曲面を持つ車体全体に太陽電池が配されているため、どの様な向きに走行又は駐車していても日射があればそれを有効に利用することができ、日常の使用にあたって煩わしい注意が不必要となる。ここで用いる太陽電池は、サンドブラスト法によってその表面を凹凸面としたステンレス基板の上に形成したａ−Ｓｉ太陽電池である。それを整形にともなう伸び変形の割合が６％以下となるように、更に実施例１で説明したごとく直列接続される各太陽電池素子の出力電流が揃うように、適宜設計して切断、整形し、プレスされた屋根、ボンネット、ドア、側板等に貼りつけ、封止を行なう。また影になった部分でエネルギーのロスが生じるのを防ぐため、直列接続された太陽電池素子の組毎に逆流防止ダイオードを接続してから各組を並列接続すべきであることも実施例１と同じである。自動車の車体に貼りつける場合には、汚れの付着を除去するため、様々な物体によって擦られる機会が多い。そこで封止のための材料としてＡＢＳ樹脂等の強度の高い合成樹脂を用いる事が望ましい。こうして作られた１２００ccクラスの一般車並のサイズの小型電気自動車は晴天時に５００Ｗの出力があった。この車を毎日日当りのよい駐車場に止めることにより１日当り５０km程度の走行が可能であった。
【００４３】
［実施例３］
本実施例は文字が浮き彫りにされたディスプレー兼用の太陽電池モジュールの製造法である。ここでは実験６で説明したエンボス加工したアルミニウムを基板として用いる。この場合もロール・ツー・ロール法を適用して太陽電池を形成できるが、アルミニウムはステンレスより強度が劣るため張力のコントロールには細心の注意を払わなくてはならない。この上に実施例１，２と同様にａ−Ｓｉ太陽電池を形成した。この基板は表面の凹凸が比較的大きいためＩＴＯのエッチングやグリッド電極の形成にはスクリーン印刷より、ディスペンサーの使用が好ましい。
【００４４】
こうして作られた太陽電池は柔軟性に富んでおり小さな圧力で成形加工できる。そのため太陽電池の表面をラバーシート等で保護すれば、表面側から型を当てて整形加工を施しても表面への損傷は避けることができ、また凸面と凹面が共存するような複雑な曲面への成形も容易に行える。作成された太陽電池１１０１を図１１に示す様な文字が浮き彫りにされた型１１０２の上に置いて表面から保護ラバー１１０３をあてラバーの上から静水圧１１０４をかけ太陽電池を整形した。その際ある程度の整形をした段階で一旦静水圧を加えるのをやめ、保護ラバーシートを太陽電池の表面から離して改めて敷きなおしてから再度静水圧を加えた。この工程を３回繰り返した。これは整形に伴う伸び変形によって太陽電池表面とラバーシートの表面との間に働くずれ応力を吸収するためである。また太陽電池の裏面と型との間にシリコンオイル１１０５を充填した。これによって整形時に太陽電池の裏面と型との間の滑りによって伸び変形が全体に分散し、整形の量が大きくとも各部分の伸び変形が平均化し太陽電池の特性への影響が少ない。伸び変形の割合は整形後のエンボスの突起の間隔により測定することできる。本実施例の場合ではどの部分も６％以下となっていた。
【００４５】
こうして作られた必要な種類の太陽電池を組み合わせ電気的に直列接続した後、全体を封止して図１２に示すようなディスプレーを完成した。このディスプレーは意外性に富んでおり、もちろん得られる電力によって夜間も照明１２０１ができるので、きわめて効果的である。
【００４６】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、用途により必要とされる曲率半径に応じて決められた或はそれ以下のサイズの太陽電池素子を組み合わせることにより、どのような大きな又どのように複雑な曲面を持つデザインの太陽電池モジュールでも作ることができる。また許される最大の伸び変形の割合ｋが大きく、一枚一枚が比較的大きな太陽電池の組合せでよい為、加工も容易である。さらに太陽電池の製造工程の途中までは平面状の基板を用いることができるので曲面状に加工するために新たに発生するコストを低く抑えることができる。
【００４７】
従って本発明は、建築物の屋根、自動車の車体、船舶の船体などに広く適用され得る太陽電池モジュールを合理的なコストで生産する方法を提供し、太陽電池の普及に大きな貢献を成し得るものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明製造法の概略説明図である。
【図２】太陽電池を凸の球面に整形するための装置の説明図である。
【図３】整形による伸び変形の割合Ｋの説明図である。
【図４】伸び変形の割合Ｋと変換効率との関係を示す説明図である。
【図５】太陽電池を凹の球面に整形するための装置の説明図である。
【図６】太陽電池の断面を示す説明図である。
【図７】ロール・ツー・ロール装置の説明図である。
【図８】本発明の太陽電池モジュールの構成の説明図である。
【図９】本発明により製造された太陽電池モジュールを建物の屋根に応用した例を示す説明図である。
【図１０】本発明により製造された太陽電池モジュールを自動車に応用した例を示す説明図である。
【図１１】太陽電池を整形する工程の説明図である。
【図１２】本発明による太陽電池モジュールをディスプレーに応用した例を示す説明図である。
【図１３】曲面整形の説明図である。
【図１４】二次曲面整形の説明図である。
【符号の説明】
１０１    太陽電池
１０２    太陽電池素子
１０３    太陽電池モジュール
２０１    太陽電池
２０２    整形用型
５０１    太陽電池
６０１    基板
６０２    アルミニウム層
６０３    酸化亜鉛層
６０４    ａ−Ｓｉ層
６０５    ＩＴＯ層
７０３    ｎ層堆積室
７０７    ｉ層堆積室
７０８    ｐ層堆積室
８００    接着剤のシート
８０１    集電電極
８０２    直列接続用の銅テープ
８０３    ベース
８０４    銅テープのバスバー
８０５    接着剤のシート
８０６    耐候性フィルム
８０７    第１の出力端子
８０７’  第２の出力端子
８０８    太陽電池素子
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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