(57)【要約】【課題】太陽電池モジュールの発電効率を向上する。【解決手段】少なくとも、受光面から見て太陽電池素子、熱を太陽電池素子で発電可能な波長の光に変換する熱光変換層をこの順番に設けたことを特徴とする太陽電池モジュールとすることで、従来、熱として発電に寄与しなかった太陽光エネルギーを発電に利用可能とし高効率な太陽電池モジュールを実現するとともに、太陽エネルギー発電装置の大型化、複雑化を招くことなく高効率な太陽エネルギー発電装置を実現した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも、受光面から見て太陽電池素子、熱光変換層をこの順番に設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記熱光変換層が、複数種の半導体を積層してなる量子井戸構造を有するスラブと、前記スラブと異なる屈折率を有し前記量子井戸の複数のサブバンドの間の遷移エネルギーを含むようなＴＭ偏波に関するフォトニックバンドギャップが形成されるように、該スラブ内に周期的に多数設けられた異屈折領域を含む２次元フォトニック結晶構造を有し、かつ、前記スラブ内に設けられた、前記異屈折率領域の点欠陥を含み、前記点欠陥はエネルギー差に対応する波長の光内部に存在可能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。
【請求項３】
前記熱光変換層は、熱を７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に変換することを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記太陽電池モジュールが裏面保護材を有し、前記裏面保護材が、少なくとも７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して反射機能を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記裏面保護材に酸化チタンが含まれることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記裏面保護材に含まれる酸化チタンが棒状酸化チタン、平均粒径０．３５μｍ以上０．７０μｍ以下の酸化チタンのいずれか、又は両方であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
請求項１〜請求項６に記載の太陽電池モジュールを備えたことを特徴とする太陽エネルギー発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽エネルギーを電気に変える発電装置に関する発明である。特に建物ごとに設置することもできる小規模発電に好適な、きわめて高い発電効率を有する太陽電池モジュール及び同太陽電池モジュールを用いた太陽エネルギー発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する意識の高まりとともに太陽エネルギーを利用した発電によるエネルギーの供給が注目され、また、実用化されている。実用化に際しては、より高い発電効率が求められるようになっている。
【０００３】
太陽エネルギーを利用した発電として代表的なものに太陽光エネルギーを直接電気に変換する太陽電池が利用されている。太陽光エネルギーを直接電気に変換する太陽電池の心臓部を構成する太陽電池素子は、単結晶、多結晶のシリコン素子（結晶系シリコン素子）を用いたものや、アモルファスシリコン、化合物半導体を用いたもの（薄膜系素子）、有機薄膜や色素増感を利用したもの（有機系）等が用いられる。太陽光が上記太陽電池素子に入射することにより発電する機能を有している。一般に太陽電池素子は、実用的な電気出力を発生させるために複数の太陽電池素子を接続し、太陽電池素子を保護するため、太陽電池モジュールを形成して使用される。
【０００４】
特許文献１には、裏面封止材及び裏面保護シートに酸化チタンを添加することにより近赤外領域の光を反射することによって、太陽電池素子において発電可能な波長の光を有効に活用し、また、蓄熱による発電効率の低下を防止する発明が記載されている。しかし、あくまで、太陽電池素子において利用可能な波長に限った話であり、太陽光の大部分の赤外線は、相変わらず発電に関与することはなく、それどころか、太陽電池素子の温度の上昇をもたらし太陽電池素子の発電効率の低下を招く、従ってその効果は、限定的なものであった。
【０００５】
特許文献２には、太陽光を熱源ととらえ発電を行う太陽熱発電装置が記載されている。通常、太陽熱を電気に変える際には、太陽光を集光してその熱で水など蒸発させることで蒸気タービンを回転させることによって発電する。蒸気発生装置、タービン、冷却装置などを必要とし、発電装置は規模の大きなものとなる。従って、大規模な発電には向くが、家庭ごとに設ける小規模な発電には不向きである。
【０００６】
特許文献３には、太陽光エネルギーを直接電気に変える太陽電池に加えて、温度差を電気に変えるゼーベック効果を利用した高効率な太陽光発電が記載されている。温度差を利用する発電は、高温部とともに低温部を設ける必要があるため、断熱や冷却の必要があり、装置が複雑になるとともに設置方法に制限が多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２５８８７９号公報
【特許文献２】特開２０１２−０４２０９３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３５６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
太陽エネルギーを利用した発電においては、発電効率が高いことが求められ、さまざまな工夫がなされてきた。また、長期間にわたり発電効率を維持することも重要である。特に住宅などに設置される太陽エネルギー発電においては、設置スペース、設置環境の関係から、大規模な発電装置は、不向きであり、また、長期間にわたり使用されることから、駆動部を必要としないメンテナンスの楽な太陽電池による発電が普及しつつある。
【０００９】
しかし、太陽電池による発電は、太陽光線の全波長について有効に電気に変換しているとは言えず、その大部分が熱となり利用されてこなかった。従って、発電効率において必ずしも満足のできるものではなかった。
【００１０】
前述したように、熱を利用する手段は存在していた。しかし、タービンによる発電は、大規模な発電設備には向くものの、蒸気発生装置、タービン、冷却装置と規模の面で大がかりになり、また重量面からも屋根の上などに設置するのは困難であり、また、循環系や駆動部を有するためにメンテナンスに手がかかる等、住宅などに設置するには不向きであった。
【００１１】
また、温度差を電気に変えるゼーベック効果を利用した熱の発電への利用についても、局所的な温度差を利用するため、断熱、もしくは、冷却によってある程度の温度差を設ける必要がる。また、ゼーベック効果を利用した発電素子は、発電素子としては温度差を電気に変える部位は極めて局所的であるため、熱設計的に制約が多く、熱のみで発電する場合は、装置の大型化、複雑化をともない。また、太陽電池による発電と併せて用いる際には構造の複雑化を招く。
【００１２】
本発明の課題は、太陽エネルギーを利用した発電において、小規模から大規模まで適用が可能であり、従来の太陽電池モジュールのメリットである住宅などにおける設置の容易さやメンテナンスの少なさを維持し、高効率な太陽電池モジュールを実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
以上の状況を鑑み、鋭意研究開発を進め、本願発明の請求項１は、少なくとも、受光面８から見て太陽電池素子２、熱光変換層６をこの順番に設けたことを特徴とする太陽電池モジュール１である。
【００１４】
本願発明において、熱光変換層６とは、熱を加えることにより、太陽電池素子２で発電可能な波長の光に変換する機能を有する層、もしくは、熱を加えることにより太陽電池素子２で発電可能な波長の光に変換する材料を含む層を示す。熱光変換層６は、単独物質よりなる層で当ててもよいし、複数の層構成よりなることにより熱により光を生じる機能を果たすものであってもよい、また、熱の吸収と伝達を担う部材と伝達された熱を光に変換する部材を２次元または、３次元的に配した構造体となっていてもよい。太陽電池素子２で発電可能な光の波長は、太陽電池素子２として何を使用するかによって異なるが、おおよそ３００ｎｍから１２００ｎｍであり、可視光のみならず、紫外線、赤外線を含む概念である。
【００１５】
加えて、本願発明の請求項２は、前記熱光変換層６が、複数種の半導体を積層してなる量子井戸構造を有するスラブ１０と、前記スラブ１０と異なる屈折率を有し前記量子井戸の複数のサブバンドの間の遷移エネルギーを含むようなＴＭ偏波に関するフォトニックバンドギャップが形成されるように、該スラブ内に周期的に多数設けられた異屈折領域１３を含む２次元フォトニック結晶構造を有し、かつ、前記スラブ内に設けられた、前記異屈折率領域１３の点欠陥１５を含み、前記点欠陥１５はエネルギー差に対応する波長の光内部に存在可能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１である。
【００１６】
加えて、本願発明の請求項３は、前記熱光変換層６は、熱を７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に変換することを特徴とする請求項１、又は請求項２に記載の太陽電池モジュール１である。
【００１７】
加えて、本願発明の請求項４は、前記太陽電池モジュール１が裏面保護材を有し、前記裏面保護材が、少なくとも７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して反射機能を有することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール１である。
【００１８】
なお、本発明において裏面保護材の用語は、太陽電池素子の受光面より裏面側に配された層を包括する用語であり、現在一般的な太陽電池モジュール１でいえば、裏面封止材５、裏面保護シート６（バックシートともいう）などを含むものである。
【００１９】
加えて、本願発明の請求項５は、前記裏面保護材に酸化チタンが含まれることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールである。
【００２０】
加えて、本願発明の請求項６は、前記裏面保護材に含まれる酸化チタンが棒状酸化チタン、平均粒径０．３５μｍ以上０．７０μｍ以下の酸化チタンのいずれか、又は両方であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールである。
【００２１】
なお棒状酸化チタンとは、その粒子形状が、平均長軸長が１．０μｍ以上６．０μｍ以下、平均短軸長が０．２μｍ以上１．０μｍ以下の酸化チタンとして定義される酸化チタンを示す名称である。
【００２２】
加えて、本願発明の請求項７は、請求項１〜請求項６に記載の太陽電池モジュール１を備えたことを特徴とする太陽エネルギー発電装置である。
【発明の効果】
【００２３】
請求項１に記載の本発明によれば、太陽光にて発電する太陽電池モジュール１において、太陽電池素子２が発電に利用できなかった波長の光により発生する熱を、前記太陽電池素子２が発電可能な波長の光に変換することにより、きわめて高い発電効率を実現可能な太陽電池モジュール１とすることができる。さらに、熱を直接光に変換するため、熱の供給があれば冷却の必要がないため、従来の太陽電池モジュール１と同様に簡便に設置が可能である。さらに駆動部などは存在しないためメンテナンスに優れる。
【００２４】
さらに、請求項２に記載の構成要件を備えることにより、冷却部を必要としない、従って、設置異方法に制約が少なく、熱が光に高効率に変換できるとともに、光が狭い波長範囲に選択的に発光させることが可能となる。従って、太陽電池素子２の種類により最も効率良い波長に変換することができ、しいては高い発電効率の太陽電池モジュール１とすることができる。
【００２５】
さらに、請求項３に記載の構成要件を備えることにより、熱が光に変換させる際に単結晶シリコン太陽電池素子、多結晶シリコン太陽電池素子にて、発電効率が高い波長の光に変換されるため著しい発電効率の向上が実現できる。
【００２６】
さらに、請求項４に記載の構成要件を備えることにより、太陽電池素子２にて発電効率の高い波長の光を反射することにより再度太陽電池素子２に照射することにより、発電効率を向上することができる。
【００２７】
さらに、請求項５に記載の構成要件を備えることにより、発電に有効な波長の光を高い反射率で反射できる。また、長期間の使用に対して安定な太陽光発電モジュール１とすることができる。
【００２８】
さらに、請求項６に記載の構成要件を備えることにより、酸化チタンの中でも特に、単結晶シリコン太陽電池や多結晶シリコン太陽電池素子において変換効率が高い７００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長の光を高い反射率で反射することにより高い発電効率を実現する。また、棒状酸化チタンは、ルチル型結晶構造を有することから光触媒作用が小さく、長期の使用においても裏面保護材を分解、変質することがなく長期間安定して用いることができる太陽光発電モジュール１とすることができる。
【００２９】
さらに、請求項７に記載の構成要件を備えることにより、
従来の太陽光に含まれる太陽電池素子２の発電可能波長のみにより発電する太陽光発電装置と比較して、従来熱として太陽電池素子２の発電に利用できなかった波長の太陽光が、発電に有効に使用できることにより発電効率がきわめて高い発電装置である。さらに、太陽光発電モジュール１として、冷却を必要としないため従来の太陽電池モジュール１と同等に使用することが可能であり、装置が複雑化したり大規模になったりすることがない。・
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一形態である第一の形態の太陽電池モジュールの模式的断面図である。
【図２】本発明の一形態である第二の形態の太陽電池用モジュールの模式的断面図である。
【図３】量子井戸とフォトニック結晶を利用した熱光変換層の一形態を示す図面である。      （ａ）量子井戸とフォトニック結晶を利用した熱光変換層の一形態の模式的斜視図である。      （ｂ）量子井戸とフォトニック結晶を利用した熱光変換層の一形態の第一半導体層と第二半導体層のバンドギャップを説明した断面方向の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて以下に詳しく説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の目的の範囲内において、適宜変更を加えて実施することができる。
【００３２】
［太陽電池モジュールの構成］
まず、図１、図２に本実施形態の太陽電池モジュール１を示す。
【００３３】
本発明における太陽電池モジュール１の構成は、少なくとも、受光面８から見て太陽電池素子２、熱を太陽電池素子２で発電可能な波長の光に変換する熱光変換層６をこの順番に設けたことを必須の構成要件とする。
【００３４】
現実的には、太陽電池素子２と熱光変換層６の間に他の機能層を設けても問題はない。本願発明の太陽電池モジュール１においては、熱光変換層６に熱が供給されること、熱光変換層６より発生する光（紫外線、可視光線、赤外線を含む、以下同）が、間接的、直接的に太陽電池素子２に入射することが阻害されない構造を有していればよい。
【００３５】
さらに、太陽電池素子２が片面のみの入射光によって発電するタイプか、両面ともに入射光により発電可能なタイプであるか等のタイプの違いや、太陽電池素子２の大きさの違いに応じて、また、熱光変換層６の発光の特性、波長による光の透過率などの条件時に応じて発電効率、コストに応じて、光の反射部、光の透過部を随意に組み合わせても良い。
【００３６】
図１は、現行の太陽電池モジュール１に対して最も簡便に本願発明を適用した場合の一実施形態を示している。太陽電池素子２として、現在主流の単結晶シリコン太陽電池素子や多結晶シリコン太陽電池素子を利用した、受光面８から透明表面基板３、表面封止材４、太陽電池素子２、裏面封止材５、裏面保護シート７の順に積層した一般的な太陽電池モジュール１の構成に対して、裏面封止材５と裏面保護シート７の間に熱光変換層６を設けている。
【００３７】
この時、受光面８から照射された太陽光の大部分は、太陽電池素子２に照射され太陽電池素子２に吸収される波長は直接太陽電池素子２において従来通り発電に寄与する。さらに、発電に関与しなかった太陽光の一部は、熱となり熱光変換層６にて太陽電池素子２にて発電可能な波長を含む波長の光として、直接、又は、間接的に太陽電池素子２に照射され発電に寄与する。そして、この熱から熱光変換層６にて変換された発電可能な波長の光にて太陽電池素子２にて発電された分だけ、従来の太陽電池モジュール１より発電効率が向上する。
【００３８】
本構造においては、太陽電池素子２は両面とも入射光から発電可能な両面受光型太陽電池素子２であることにより効果的に発電効率が向上する。また、裏面保護シート７の少なくとも一つの層に酸化チタンを混入することにより、熱光変換層６の非受光面側に生じた、変換光を太陽電池素子２に高い反射率することでより発電効率を向上させることができる。
【００３９】
さらに、本実施形態において、太陽電池素子２の間隙に相当する位置の透明表面基板３に、受光面側を吸光層とし裏面側を反射層する層を設けることで太陽電池素子２に直接入射しない部位の光を熱に変えて熱光変換層６に伝えるとともに、熱光変換層６で発生した光が太陽電池素子２の間隙から外部に出てしまうのを防止し効率的に太陽電池素子２に入射するようにすることでさらに発電効率の向上を図ることもできる。
【００４０】
さらに本実施例において太陽電池素子２が受光面側からの入射光に対してのみ発電機能を有する場合には、太陽電池素子の非受光面側に反射層を設けることで熱光変換層６によって生じた変換光を有効に太陽電池素子２の受光面側に入射するようにすることもできる。
【００４１】
図２は、本願発明の一実施形態を示している。
受光面８から透明表面基板３、表面封止材４、太陽電池素子２、裏面封止材５、裏面保護シート７の順に積層した一般的な太陽電池モジュール１の構成に対して、太陽電池素子２と裏面封止材５の間に熱光変換層６を設けている。この際、熱光変換層６が受光面側に選択的に変換光を放出するものである場合や、変換光を透過するものである場合には、図２にあるように連続した層としてもよい。また、変換光が熱光変換層６の両側に放出される場合、さらに熱光変換層６が変換光を透過しない場合には、熱光変換層６は例えば太陽電池素子２の存在する部位のみに選択的に設けるなどしてもよい。
【００４２】
さらに太陽電池の形態によっては、集電シート等の配線層が形成されていてもよい。
【００４３】
[熱光変換層]
本願発明の熱光変換層６としては、熱を太陽電池素子２が発電可能な波長の光に変換する機能が求められる。太陽電池素子２の発電に利用可能という点からいえば、熱から変換される光の波長は、３００ｎｍから１２００ｎｍの波長域を含んでいる必要がある。現在、熱を光に変換する際に短波長の光への変換は極めて効率が悪く、現実に太陽電池モジュール１としての発電効率の向上に資する点を考慮し、さらに、現在普及している結晶系シリコン太陽電池素子の分光感度を考え合わせれば、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光が含まれることが望ましい。
【００４４】
例えばいわゆる黒体の一種であるカーボンファイバー黒体などは、２００ｎｍから２００μｍまでの紫外線から縁紫外線までの光を吸収するとともに黒体放射によりプランクの法則に従った、波長分布の電磁波(光)を放出することが知られている。従って、熱光変換層６の材料としては、カーボンファイバー黒体の使用が可能である。
【００４５】
さらに、近年、量子井戸構造とフォトニック結晶を応用して、熱をきわめて狭い波長分布の特定波長の光に変換する物質（以下、狭帯域人工物質と記載）が見出されている（特開２００８−５３１３４号公報参照）。
【００４６】
この狭帯域人工物質は、熱をきわめて高い効率で特定波長の波長範囲の光に変換することが可能であり本願発明の熱光変換層６としてきわめて有効に適用することができる。狭帯域人工物質は,黒体に比べ帯域幅は３０分の１程度と極めて狭く、且つピーク強度は４倍以上とすることができることがわかっており、熱を太陽電池素子２の発電効率が高い波長の光に高い変換率で変換することが可能である。従って、この狭帯域人工物質を熱光変換層６材料とすることで、きわめて高い発電効率の向上が実現できる。
【００４７】
本狭帯域人工物質は、複数種の半導体を積層してなる量子井戸構造を有するスラブ１０と、前記スラブ１０と異なる屈折率を有し前記量子井戸の複数のサブバンドの間の遷移エネルギーを含むようなＴＭ偏波に関するフォトニックバンドギャップが形成されるように、該スラブ内に周期的に多数設けられた異屈折率領域１３と、前記スラブ１０内に設けられた、前記異屈折率領域１３の点欠陥１５から成り、エネルギー差に対応する波長の光内部に存在可能な点欠陥１５とを備えることを特徴とする2次元フォトニック結晶であり、例えば、図３（ａ）のような構造物である。
【００４８】
スラブ１０は量子井戸と言われる構造を導入し電子系と光の相互作用が特定波長のみで起こるように制御し、電子遷移の波長が連続ではなく離散化されるように調整した(図３（ｂ）参照)。さらにフォトニック結晶と呼ばれる周期的な屈折率分布を持つ人為的な結晶構造を導入し、上記離散化された電子の遷移波長のみで光が強い共振作用を起こす、すなわち限定され得た波長域のみで、電子と光の強い相互作用が起こる構造とすることにより、熱から太陽電池素子２の発電効率の良い波長を選択的に、高い効率で得ることができる。
【００４９】
具体的には、図３の（ａ）に示したように例えば、ＧａＮを第一半導体１１とし、ＡｌＧａＮを第二半導体１２として複数層積層することにより量子井戸を形成し、離散化された電子遷移の波長が１０００ｎｍ程度となるように調整した。また、この波長域で強い共振作用を得るために適切な周期で異屈折領域である空孔１３を設けることにより量子井戸構造に直接フォトニック結晶構造を形成した。また、周期的に点欠陥１５を設けることにより非常に強度の強い１０００ｎｍの波長の赤外線をスラブ１０表面から得ることができた。１０００ｎｍの波長の赤外線は、単結晶シリコン太陽電池素子または多結晶シリコン太陽電池素子においてきわめて分好感度の高い波長域であり、発電効率の向上に有効な波長の光である。
【００５０】
このように形成された狭帯域人工物質は、そのまま、熱光変換層６として利用することにより太陽電池モジュール１の発電効率の向上に寄与できる。また、フォトニック結晶構造が有効作用する程度の大きさで粉砕し、樹脂などに混入することにより熱光変換層６とすることも可能である。
【００５１】
[太陽電池素子]
本発明における太陽電池素子２は、太陽光が上記太陽電池素子２に入射することにより発電する機能を有する素子である。単結晶、多結晶のシリコン太陽電池素子（結晶系シリコン太陽電池素子）を用いたものや、アモルファスシリコン、化合物半導体を用いたもの（薄膜系太陽電池素子）、有機薄膜や色素増感を利用したもの（有機系太陽電池素子）などがある。これらの太陽電池素子２は、いずれも本願の太陽電池素子２として利用が可能である。
【００５２】
現在の技術を考慮すると、熱光変換層６による熱の光への変換は、波長が短い領域の光に変換するよりも比較的波長が長い赤外線の領域の波長の光への変換の方か効率よく変換できる。この点を考慮すると太陽電池素子２として分光感度において７００ｎｍから１１００ｎｍにピークを有し、本願発明において発電効率の向上に有利な太陽電池素子２として、単結晶シリコン太陽電池素子、多結晶シリコン太陽電池素子等の結晶系シリコン太陽電池素子、特に単結晶シリコン太陽電池素子が好適である。
【００５３】
さらに、本構成において、熱光変換層６より発せられる光を効率的に発電に利用できる点で両面採光素子であることが好ましい。両面受光型素子は、一例として、基板としてソーラーグレードの単結晶Ｐ型シリコン基板（１２５ｍｍ角、厚さ２４０μｍ）の両面に微細なピラミッド形状のテクスチャーを形成し表面にリン拡散によるＮ+Ｐ接合を形成し、他方の面にボロン拡散による裏面電解（ＢＳＦ：Ｂａｃｋ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｆｉｅｌｄ）を形成し、表面、裏面共にグリッド状電極を形成することで作製できる。
【００５４】
[裏面保護材]
本発明において裏面保護材は、太陽電池モジュール１において、太陽電池素子２の（受光面８から見て）下に位置する層の総称であり、結晶系シリコン太陽電池を用いた太陽電池モジュール１において、裏面封止材５、裏面保護シート７などを例示することができる。これらの層は、複数の層から成っていてもよいし、単独の層から成っていてもよい。また、太陽電池素子２の形態によっては、集電シートの形態をとってもよい。
【００５５】
いずれにしても、現在使用が検討されている材料をそのまま使用することが可能である。
【００５６】
裏面保護層を構成する層のいずれかに、熱光変換層６より(受光面８から見て)下の層に熱光変換層６で熱から変換した光、特に結晶系シリコン太陽電池素子において発電に有効な７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して反射機能を付与することにより、より優れた発電効率の向上が可能である。
【００５７】
これは、熱光変換層６において熱から変換された光は、熱光変換層６に用いた材料の性格により、一方にのみ発生する場合を除いて、上下両方に放出されることが一般的である。従って、太陽電池素子２側に放射された光は、太陽電池素子２に吸収され発電効率の向上に貢献するが、太陽電池素子２とは反対側に放射された光は、太陽電池素子２に至ることなく無駄になってしまう。従って、７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して反射機能を付与することにより、この太陽電池素子２とは反対側に放射される光を太陽電池素子２に到達せしめることにより有効に利用することが可能となる。
【００５８】
具体的に反射機能を付与する方法としては、裏面保護層を構成する一部の層に７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して反射機能を有する層を追加することによって実現できる。７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して反射機能を有する層を形成する材料としては、アルミニウムや銀などの金属、発泡樹脂や空洞含有ＰＥＴフィルム等の空隙や気泡を含む樹脂層、酸化チタンなど７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して高い反射率を有する無機化合物、及びこれらを含有させた有機フィルムなどが例示できる。
【００５９】
また、新た層を追加するのではなく、従来の層構成に前述の７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して反射機能を有する層を形成する材料を添加しても良い。また、従来の材料をこれらの７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して反射機能を有する層を形成する材料により代替してもよい。
【００６０】
７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して反射機能を有する層を形成する材料としては、以下に限定されるものではないが、反射率の高さ、安定性の観点から、酸化チタンを含有させることが好ましい。形状は球形、棒状、針状、鱗片状、不定形など特に限定されるものではない。また、粒子は表面処理されていても良い。
【００６１】
特に、本実施態様においては、太陽電池モジュール１の光に対する耐久性の観点から光触媒活性が低いルチル型の酸化チタンであることが望ましい。結晶系シリコン太陽電池素子２において優れた発電効率を示す７００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の波長の光に対して非常に高い反射率を示すことから、平均粒径０．３５μｍ以上０．７０μｍ以下の酸化チタン、及び、平均長軸長が１．０μｍ以上６．０μｍ以下、平均短軸長が０．２μｍ以上１．０μｍ以下の酸化チタンである棒状酸化チタン（石原産業製  タイペークＰＦＲ４０４）が好ましく用いられる。
【００６２】
二酸化チタンの表面処理は、二酸化チタンについては、無機処理されていてもよく、更に必要に応じて有機処理を行なってもよい。一般的にまず無機処理を行い、次いで有機処理を行うことができる。
【００６３】
無機処理剤としては、アルミナ、シリカ、チタン化合物、ジルコニウム（Ｚｒ）、亜鉛、マグネシウム等の金属化合物、カルシウム化合物、リン化合物等が挙げられる。これらは１種あるいは２種以上の組み合わせで使用できる。これらの無機処理剤の処理量は、二酸化チタンの粒子径（比表面積）によっても異なるが、二酸化チタン１００重量部に対して、０．１重量部以上１５．０重量部が好ましい。０．１重量部未満であると表面活性により樹脂劣化を引き起こし、１５．０重量部を超えると反射率が著しく低下する問題がある。尚、本発明における処理とは、二酸化チタンの表面を被覆することをいう。
【００６４】
二酸化チタンの無機処理剤による表面処理は、従来公知の方法を用いることができる。例えば、二酸化チタンのスラリーに無機表面処理剤として水溶性アルミニウム塩および必要に応じて他の水溶性金属塩を加え、引き続きスラリー中のｐＨを調整することにより難溶性酸化物水和物等で二酸化チタン顔料の表面処理する方法が挙げられる。
【００６５】
無機処理剤のうちアルミナとはアルミニウムの酸化物のことであり、水溶性アルミニウム塩が好ましく用いられる。具体例としてはアルミン酸ナトリウム等が挙げられる。硫酸または塩素等を添加することによりアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）を二酸化チタン顔料に表面処理することもできる。また、シリカの表面処理剤としては、例えばケイ酸ナトリウム等が挙げられ、二酸化チタン顔料にシリカ（ＳｉＯ2）を表面処理することができる。
【００６６】
二酸化チタンは前述の無機処理に次いで、更にポリオール系有機処理剤および必要に応じてその他の有機処理剤で処理する事ができる。これらの有機処理剤の処理量は、二酸化チタン１００重量部に対して、０．１重量部以上１．０重量部以下が好ましい。０．１重量部未満であると分散性が低下し、１．０重量部を超えると成型品表面に有機処理剤がブリードし、加工性をそこなう。
【００６７】
有機処理剤としては、トリメチロールプロパンなどのポリオール系の有機処理剤が挙げられる。また、その他の有機処理剤としては、トリエタノールアミンの有機酸塩などのアルカノールアミン系、アルキルクロロシランなどのシリコン系などが挙げられる。
【００６８】
ポリオール系の有機処理剤としては、分子内に水酸基を２〜４個含有する炭素元素数１０個以下の炭化水素化合物が好ましい。例えばトリメチロールエタン、トリメチロールプロパン、ペンタエリスリトール等が挙げられる。これらは１種あるいは２種以上の組み合わせで使用できる。アルカノールアミン系有機処理剤としては、トリエタノールアミン、トリメチロールアミン、トリプロパノールアミンの有機酸塩等が挙げられる。これらは１種あるいは２種以上の組み合わせで使用できる。シリコン系としてはジメチルポリシロキサン、Ｈ−シロキサン、アルコキシシラン類等が挙げられる。これらは１種あるいは２種以上の組み合わせで使用できる。
【００６９】
二酸化チタンの有機処理剤による表面処理は、従来公知の方法を用いることができる。例えば二酸化チタンを粉砕機で粉砕する際、有機処理剤のアルコール溶液を添加し、加熱しながらアルコールを蒸発させ表面処理する方法等が挙げられる。また、簡便な方法としては、二酸化チタン粉末をヘンシェルミキサー等で撹拌・混合しながら有機処理剤のアルコール溶液を滴下・混合し、加熱しながらアルコールを蒸発させ表面処理する方法等がある。
【００７０】
［裏面封止材］
本発明に用いられる裏面封止材５は、裏面保護シート７との接着性を有し、太陽電池素子２の裏面の平滑性を保持するための熱可塑性を有し、太陽電池の保護の点で耐スクラッチ性、衝撃吸収性を有し、かつ、耐熱性、耐光性、耐水性等の耐候性を有するものであれば特に限定されない。
【００７１】
上記裏面封止材５としては、例えば、フッ素系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−アクリル酸又はメタクリル酸共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレンあるいはポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂をアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸等の不飽和カルボン酸で変性した酸変性ポリオレンフィン系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、その他等の樹脂の１種ないし２種以上の混合物を使用することができる。なお、裏面封止材５を構成する樹脂には、耐熱性、耐光性、耐水性等の耐候性等を向上させるために、その透明性を損なわない範囲で、例えば、架橋剤、熱酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、光酸化防止剤、その他等の添加剤を任意に添加し、混合することができる。裏面封止材５としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）系が好適に用いられる。なお、裏面封止材５の厚さは、２００μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、３５０μｍ以上６００μｍ以下がより好ましい。
【００７２】
さらに、裏面封止材５としては、複数のシートが積層された構成を有するものであっても良い。このような複数のシートが積層された構成としては、例えば、無機蒸着膜を有するガスバリア性シートが積層された構成や、強靭性シートが積層された構成を例示することができる。
【００７３】
［裏面保護シート］
本発明における裏面保護シート７は、バックシート（ＢＳ）とも呼ばれ、水分（水蒸気）の裏面封止材５への侵入を防止するという役割がある、１層又は２層以上の基材とから構成される。必要に応じて基材における層構成は太陽電池モジュール用裏面保護シートに要求される性能により種々の層の組み合わせを選択することができる。例えば、水蒸気バリア性が要求される場合には基材層中に水蒸気バリア層を設けることができる。
【００７４】
裏面保護シート７の一例としては、裏面保護シート基材に易接着層（プライマー層）を設けたものが好適である。裏面保護シート７と裏面封止材５との接着性を高め、長期にわたる過酷な環境での使用に耐えうるものである。
【００７５】
＜裏面保護シート基材＞
本発明の裏面保護シート７を構成する裏面保護シート基材は、該裏面保護シート中で支持体としての役目を有しているが、更にその使用目的により、強度、剛性、水蒸気バリア性、耐候性、耐熱性、耐加水分解性、光反射性、意匠性等の機能が必要とされる場合がある。
【００７６】
裏面保護シート基材は、その表面に上述の易接着層が形成されることにより、易接着性裏面保護シートとなる。裏面保護シート基材としては、樹脂をシート状に成型した樹脂シートが使用される。このような樹脂シートとしては、例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等、各種の樹脂シートを使用することができる。これらの樹脂シートの中でも、特に、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレンテレフタレート系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエチレンナフタレートが好ましく使用される。中でも、例えば、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート又は二軸延伸ポリプロピレン系樹脂のフィルム又はシートが特に好ましい。なお、本明細書では、これらの樹脂をシート状に加工したものの名称として樹脂シートという用語を使用するが、この用語は、樹脂フィルムも含む概念として使用される。これらは単独層であってもよく、従来公知の接着剤等で積層された複数層からなる積層体であってもよい。
【００７７】
裏面保護シート基材の表面のうち、太陽電池モジュール１において最外又は全体として外側に配置される層として遮光層を設けることができる。この遮光層を設けることにより、コストの観点から、幾分耐光性の低い樹脂シートを基材として使用することも可能となる。このようなシートとしては、例えばアルミ箔、アルミ蒸着フィルム、黒色や白色に着色されたポリエチレンテレフタレート樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン樹脂等が例示される。
【００７８】
又、裏面保護シート７の最外層には、フッ素フィルム等からなる耐候層を設けてもよい。具体例としては、白色フッ素フィルム、或いは、白色ポリエステルフィルム等を基材層の易接着層を設けた面と反対側の面に、ウレタン系接着剤を用いてドライラミネートすることによって耐候層を設けることができる。
【００７９】
裏面保護シート基材の厚さは、易接着性裏面保護シートに要求される厚さを考慮して適宜決定すればよい。一例として、裏面保護シート基材の厚さとしては、１０μｍ以上５００μｍ以下が挙げられるが、特に限定されない。
【００８０】
＜易接着層＞
易接着層はいわゆるプライマー層であり、裏面保護シート基材の少なくとも一方の最表面にポリイソシアネート化合物による架橋樹脂として形成されている。この易接着層は、ａ）架橋性主剤樹脂（以下単に主剤樹脂とも言う）と、ｂ）ポリイソシアネート化合物と、ｃ）シランカップリング剤と、ｄ）有機金属配位化合物とを含む混合物からなるコーティング液を、基材の表面に塗布し、塗布されたコーティング液から被膜を形成させる。
【００８１】
易接着層は、上記の裏面保護シート基材上に塗布されたコーティング液から溶剤を乾燥させ、コーティング液に含まれる主剤樹脂がポリイソシアネート化合物によって架橋されて形成される。コーティング液には主剤樹脂を溶解又は分散するための有機系の溶剤が含まれる。そして、塗布されたコーティング液は、溶剤を揮発させるために加熱される。その後、架橋反応を十分に行なわせるための養生期間として、例えば４０℃以上６０℃以下で３日から７日間放置される。
【００８２】
易接着層の厚さは、特に限定されず、易接着性裏面保護シートが適用される条件に合わせて適宜決定すればよい。易接着層の厚さとしては、０．１μｍ以上３０．０μｍ以下が好ましく、０．５μｍ以上５．０μｍ以下がより好ましい。易接着層の厚さが０．１μｍ以上であれば、十分な接着性を付与することができる。易接着層の厚さが３０．０μｍ以下であれば、耐ブロッキング性が良好な加工性を付与することができ、コストも抑えることがきる。
【００８３】
コーティング液は、主剤樹脂と、ポリイソシアネート化合物を含む硬化剤と、シランカップリング剤と、有機金属配位化合物とを含み、必要に応じて溶剤やその他の各種の添加剤を含む。ここで、主剤樹脂は、ポリイソシアネート化合物と反応することで架橋され高分子量化する。主剤と硬化剤については、使用の直前にこれらを混合する２液タイプであることが好ましい。なお、ポリイソシアネート化合物とは、１分子中に複数のイソシアネート基を含む化合物である。
【００８４】
ａ）架橋性主剤樹脂
架橋性主剤樹脂として用いることができるものとして、例えば、架橋性置換基含有アクリル樹脂、或いはポリオール系化合物、架橋性置換基含有ウレタン樹脂、架橋性置換含有フッ素樹脂、架橋性置換基含有ビニル樹脂、架橋性置換基含有オレフィン樹脂等が挙げられる。架橋樹脂が架橋アクリル樹脂の場合、例えば、主剤樹脂が架橋性置換基含有アクリル樹脂であり、これとポリイソシアネート化合物との反応によって架橋アクリル樹脂が得られる。又、架橋樹脂が架橋ウレタン樹脂の場合、例えば、主剤樹脂がポリオールであり、これとポリイソシアネート化合物（概念としてイソシアネート基末端のウレタンプレポリマーを含む）との反応によって架橋ウレタン樹脂が得られる。本明細書の以下の説明では、ポリイソシアネート化合物で架橋されて硬化する前の樹脂化合物のことを「架橋性主剤樹脂（又は単に主剤樹脂）」と呼び、易接着層に含まれる樹脂、すなわち硬化して易接着層を形成した樹脂と区別する。以下、各構成材料について説明する。
【００８５】
主剤樹脂の一例となる架橋性置換基含有アクリル樹脂（以下単に、アクリル樹脂とも言う。）について説明する。主剤樹脂として用いられるアクリル樹脂は、ポリイソシアネート化合物と反応するための架橋性置換基を複数有し、ポリイソシアネート化合物と反応して架橋されることにより、硬化して強固な被膜を形成する。ここで、架橋性置換基としては、水酸基、アミノ基、カルボキシル基等が挙げられる。主剤樹脂は、溶剤可溶性の樹脂又は溶剤に分散可能な樹脂から選択される。入手性及び架橋反応性の観点から、架橋性置換基は水酸基であることが好ましい。好ましい水酸基価の範囲は５から１００である。
【００８６】
プライマー層は、カプロラクトン変性ポリエステルジオ−ルとジイソシアネートから得られるウレタンプレポリマー、又は、少なくともカプロラクトン変性ポリエステルジオ−ルと、ポリカーボネートジオ−ル、アクリルジオール、及びポリエーテルジオールから選択される１種又は２種以上を含むジオール成分と、ジイソシアネートから得られるウレタンプレポリマー、を含むウレタン系プレポリマーをイソシアネート系架橋剤で架橋硬化して形成されたポリウレタン樹脂からなる層であることを特徴とする。
【００８７】
アクリル樹脂としては、一種又は二種以上のアクリル酸化合物と架橋性置換基を有するモノマーとを共重合させたものや、一種又は二種以上のアクリル酸化合物と架橋性置換基を有するモノマーと、一種又は二種以上のエチレン性モノマーとを共重合させたものが使用される。ここで、アクリル酸樹脂を得るために使用するモノマーとして、上記のモノマーに加えて、アクリル酸樹脂に耐光性を付与するための置換基を有するモノマーを使用してもよい。
【００８８】
このようなアクリル樹脂としては、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシエチル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシプロピル、（メタ）アクリル酸−２−ヒドロキシ−３−フェノキシプロピル、エチレングリコールモノ（メタ）アクリレート、プロピレングリコールモノ（メタ）アクリレート等のヒドロキシル基を有する（メタ）アクリル化合物と、（メタ）アクリル酸若しくはアルキル基としてメチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ｔ−ブチル基、２−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基等を有するアルキル（メタ）アクリレート系モノマーと、を共重合させたものが挙げられる。又、共重合のために使用されるモノマーとして、更に、（メタ）アクリルアミド、Ｎ−アルキル（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジアルキル（メタ）アクリルアミド（アルキル基としては、メチル基、エチル基、ｎ−プロピル基、ｉ−プロピル基、ｎ−ブチル基、ｉ−ブチル基、ｔ−ブチル基、２−エチルヘキシル基、シクロヘキシル基等が挙げられる）、Ｎ−アルコキシ（メタ）アクリルアミド、Ｎ，Ｎ−ジアルコキシ（メタ）アクリルアミド（アルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、ブトキシ基、イソブトキシ基等が挙げられる）、Ｎ−メチロール（メタ）アクリルアミド、Ｎ−フェニル（メタ）アクリルアミド等のアミド基含有モノマー、グリシジル（メタ）アクリレート、アリルグリシジルエーテル等のグリシジル基含有モノマー、スチレン、α−メチルスチレン、ビニルメチルエーテル、ビニルエチルエーテル、マレイン酸、アルキルマレイン酸モノエステル、フマル酸、アルキルフマル酸モノエステル、イタコン酸、アルキルイタコン酸モノエステル、（メタ）アクリロニトリル、塩化ビニリデン、エチレン、プロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、ブタジエン等のエチレン性不飽和結合を有する各種の化合物を使用してもよい。これらの中でも（メタ）アクリル酸メチルとアクリル酸２−エチルヘキシルとの共重合体、少なくとも（メタ）アクリル酸メチルとアクリル酸２−エチルヘキシルと水酸基含有（メタ）アクリレートからなる共重合体が好適に使用される。又、このような樹脂の好ましい質量平均分子量としては、１０００以上３０００００以下が挙げられる。
【００８９】
従来、アクリル樹脂によるプライマー用途においては、耐ブロッキング性の観点から、アクリル樹脂のガラス転移点（Ｔｇ）は５０℃以上であることが好ましく、Ｔｇが５０℃未満であると接着性はあっても耐ブロッキング性が低下するので好ましくなかった。しかしながら、易接着層の形成に、シランカップリング剤と有機金属配位化合物とを併用する本発明の裏面保護シート７においては、易接着層の形成に、従来よりも低Ｔｇ、例えば、Ｔｇが５０℃未満のアクリル樹脂を主剤樹脂として用いた場合であっても、充分な耐ブロッキング性を備える好ましい裏面保護シート７を製造することができる。本発明においては、アクリル樹脂のＴｇは、２５℃以上７０℃以下が好ましく、より好ましくは、３０℃以上７０℃以下である。Ｔｇが２５℃未満であると、シランカップリング剤と有機金属配位化合物とを併用したとしても、耐ブロッキング性が低下するので好ましくない。一方、Ｔｇが７０℃を超えると接着性が低下するので好ましくない。
【００９０】
主剤樹脂の一例となる架橋ウレタン樹脂について説明する。この場合の主剤樹脂は、ポリイソシアネート化合物と反応するための水酸基を複数有し、ポリイソシアネート化合物と反応して架橋されることにより、硬化して強固な被膜を形成する。主剤樹脂は、溶剤可溶性の樹脂又は溶剤に分散可能な樹脂から選択される。主剤樹脂としては従来のポリオール系化合物を使用することができる。例えば、ポリエーテル系ポリオール、ポリエステル系ポリオール、ポリカーボネート系ポリオール等が挙げられ、単独若しくは複数種使用される。これらの中でもポリカーボネート系ポリオールが好ましく用いられ、特に常温で液体のポリカーボネート系ポリオールが好ましい。ウレタン結合中に反応性基として活性水素基を有するため、他の樹脂と比較すると低い水酸基価で架橋することができる。好ましい水酸基価の範囲は０から５０である。
【００９１】
更に、ポリアミン、ポリアミンのアルキレンオキシド付加物、アミド基含有ポリオール、ポリカルボン酸等が、本願発明の趣旨に反しない範囲で含有されていてもよい。上記ポリアミンとしては、エチレンジアミン、トリメチレンジアミン、テトラメチレンジアミン、ペンタメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、エタノールアミン、プロパノールアミン等の脂肪族ポリアミン、１，３−又は１，４−ビス（アミノメチル）シクロヘキサン、４，４'−、２，４'−又は２，２'−ジシクロヘキシルメタンジアミン、イソホロンジアミン、ノルボルナンジアミン等の脂環族ポリアミン、ｍ−又はｐ−キシリレンジアミン、１，３−又は１，４−テトラメチルキシリレンジアミン等の芳香脂肪族ポリアミン、２，４−又は２，６−トリレンジアミン、４，４'−、２，４'−又は２，２'−ジアミノジフェニルメタン等の芳香族ポリアミンが例示できる。又、前記アミド基含有ポリオールとしては、ヒドロキシアルキルアミド等が例示できる。前記ポリカルボン酸としては、イソフタル酸、テレフタル酸、２，６−ナフタレンジカルボン酸、パラフェニレンジカルボン酸、トリメリット酸、ピロメリット酸等の芳香族ポリカルボン酸、１，３−シクロヘキサンジカルボン酸、１，４−シクロヘキサンジカルボン酸等の脂環族ポリカルボン酸、マロン酸、コハク酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、ドデカンジオン酸等の脂肪族ポリカルボン酸が例示できる。
【００９２】
ここで、特に裏面保護シート７の基材としてポリプロピレン樹脂を用いる場合、易接着層を形成する架橋樹脂が架橋アクリル樹脂であると、充分な接着性を得ることができないが、そのような場合であっても架橋ウレタン樹脂を用いることにより、高い接着性を得ることができる。これにより、ポリプロピレン樹脂を基材とする裏面保護シート７と裏面封止材５との間の接着性を易接着層に付与することができる。
【００９３】
ｂ）ポリイソシアネート化合物
次に、ポリイソシアネート化合物について説明する。ポリイソシアネート化合物は、１分子中にイソシアネート基を２個以上有する化合物である。上記のように、ポリイソシアネート化合物は、主剤樹脂を架橋して硬化（高分子量化）させ、易接着層に含まれる樹脂を形成させる。このとき、ポリイソシアネート化合物は、主剤樹脂とともに易接着層に含まれる樹脂の一部となる。ポリイソシアネート化合物としては、例えば、脂肪族系、脂環式系、芳香族系、芳香族−脂肪族系等が挙げられるが、易接着層が長期間に亘って外部環境に曝されることに伴う着色を抑制するという観点からは、脂肪族系、脂環式系のポリイソシアネート化合物が好ましく使用される。
【００９４】
ポリイソシアネート化合物の具体例としては、ヘキサメチレンジイソシアネート（ＨＤＩ）、２，２，４−トリメチルヘキサンジイソシアネート、リジンジイソシアネート等といった炭素数３〜１２の脂肪族イソシアネート；１，４−シクロヘキサンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート（ＩＰＤＩ）等といった炭素数５から１８の脂環式ジイソシアネート；これらのジイソシアネートの変性物（ビューレット、イソシアヌレート変性物等）等が挙げられる。これらは、単独で、又は２種以上を併用して使用することができる。又、架橋樹脂が架橋ウレタン樹脂の場合には末端にイソシアネート基を有するウレタンプレポリマーであってもよい。
【００９５】
ｃ）シランカップリング剤
次に、シランカップリング剤について説明する。易接着層には、裏面側封止材との高い接着性が求められるが、上記の主剤樹脂、硬化剤に加えて、更に、シランカップリング剤と有機金属配位化合物とを併用、添加するとこにより、易接着性裏面保護シートと封止材との接着性を高めることができ、特にポリエチレン系樹脂からなる封止材との接着性を顕著に高めることができる。又、併せて、易接着層の耐ブロッキング性を良好なものとすることもできる。
【００９６】
シランカップリング剤としては、３−アミノプロピルトリエトキシシラン、３−アミノプロピルトリメトキシシラン、３−フェニルアミノプロピルトリメトキシシラン等のアミノ系シランカップリング剤；ウレイドプロピルトリエトキシシラン等のウレイド系シランカップリング剤；ビニルエトキシシラン、ビニルメトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン等のビニル系シランカップリング剤；３−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、３−メタクリロキシプロピルメチルジメトキシシラン等のメタクリレート系シランカップリング剤；３−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、等のエポキシ系シランカップリング剤；３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン等のイソシアネート系シランカップリング剤；３−メルカプトプロピルメチルジメトキシシラン、３−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、６−メルカプトヘキサトリメトキシシラン等のメルカプト系シランカップリング剤；メチル基及びフェニル基含有メトキシシランオリゴマー、等のメチル／フェニル系シランカップリング剤；ポリエトキシジメチルシロキサン、ポリエトキシジメチルシロキサン等のポリマー型シランカップリング剤；Ｎ−（Ｎ−ベンジル−β−アミノエチル）−３−アミノプロピルトリメトキシシラン塩酸塩等のカチオン型シランカップリング剤等が挙げられる。又、シランカップリング剤をオリゴマー化したアルコキシオリゴマーを用いることもできる。これらの中でも、イソシアネート系シランカップリング剤、エポキシ系シランカップリング剤、メルカプト系シランカップリング剤、及びメチル／フェニル系シランカップリング剤を好ましく用いることができる。
【００９７】
ｄ）有機金属配位化合物
次に有機金属配位化合物について説明する。有機金属配位化合物はキレート化剤とも呼ばれ架橋剤として硬化に寄与すると推定される。特に上記シランカップリング剤と併用することで接着強度が著しく向上する。又、併せて、易接着層の耐ブロッキング性を良好なものとすることもできる。
【００９８】
有機金属配位化合物としては、例えば、チタンアセチルアセトネート、チタンオクチルグリコレート、チタントリエタノールアミネート、テトラ−ｎ−ブチルチタネート、アルミニウムアセチルアセトネート、アルミニウムビスエチルアセトアセテートモノアセチルアセトネート、アルミニウムイソプロピレートモノセカンダリーブチレート、アルミニウムアルキルアセトアセテートジイソプロピレート、アルミニウムトリスアセチルアセトネート、ジルコニウムアセチルアセトネート及びアセチルアセトンジルコニウムブチレート等が挙げられる。これらの中でも、アルミニウムトリスアセチルアセトネートを、アンチブロッキング性と封止材との密着性の点から好ましく用いることができる。
【００９９】
その他の添加剤は、易接着層に対して、耐候性、耐光性、耐熱性、耐湿性、難燃性等を付与するために必要に応じて添加される。又、添加剤は、コーティング液の安定性、塗工性、乾燥性、耐ブロッキング性等を向上させるためにも必要に応じて添加される。
【０１００】
その他の添加剤としては、分散剤、消泡剤、光安定化剤、紫外線吸収剤、熱安定剤、酸化防止剤等が例示される。これらは、公知のものを特に制限なく使用することができ、コーティング液や易接着層に求められる性能に応じて、適宜選択される。
【０１０１】
又、主に太陽電池モジュールの意匠性を高める観点から、各種の顔料を添加する場合も多い。特に白色顔料である酸化チタン、炭酸カルシウムや、黒色顔料であるカーボンブラックの他、チタンブラックやＣｕ−Ｍｎ系複合酸化物、Ｃｕ−Ｃｒ−Ｍｎ系複合酸化物等が通常配合される。
【０１０２】
［透明表面基板］
本発明における太陽電池モジュール１においては必要に応じて透明表面基板３を設けることができる。透明表面基板３としては、太陽光の透過性を有する基板であれば特に限定されず、例えば、ガラス板、フッ素系樹脂、ポリアミド系樹脂（各種のナイロン）、ポリエステル系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、アセタール系樹脂、素子ロース系樹脂等の各種の樹脂フィルムを用いることができる。また、透明表面基板３の厚みは、所望の強度を実現できる範囲内であれば特に限定されるものではないが、通常、１２μｍ以上７０００μｍ以下が好ましく、２５μｍ以上４０００μｍ以下がより好ましい。
【０１０３】
［表面封止材］
本発明における太陽電池モジュール１においては必要に応じて表面封止材４を設けることができる。表面封止材４としては、太陽光に対する透過性を有し、太陽電池素子２の裏面の平滑性を保持するための熱可塑性、太陽電池素子２の保護の点で耐スクラッチ性、衝撃吸収性を有し、かつ、上記透明表面基板３および太陽電池素子２に対して接着性を示すものであれば特に限定されない。このような表面封止材４を構成する材料の具体例としては、例えば、フッ素系樹脂、エチレン−酢酸ビニル共重合体、アイオノマー樹脂、エチレン−アクリル酸又はメタクリル酸共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、ポリエチレンあるいはポリプロピレン等のポリオレフィン系樹脂をアクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、フマール酸等の不飽和カルボン酸で変性した酸変性ポリオレンフィン系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、（メタ）アクリル系樹脂、その他等の樹脂の１種ないし２種以上の混合物を使用することができる。
なお、本発明においては、表面封止材４を構成する樹脂には、耐熱性、耐光性、耐水性等の耐候性等を向上させるために、その透明性を損なわない範囲で、例えば、架橋剤、熱酸化防止剤、光安定剤、紫外線吸収剤、光酸化防止剤、その他等の添加剤を任意に添加し、混合することができる。本発明においては、太陽光の入射側である表面封止材４としては、耐光性、耐熱性、耐水性等の耐候性を考慮すると、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、エチレン−酢酸ビニル系樹脂が望ましい素材である。
尚、上記の充填剤層の厚さは、２００μｍ以上１０００μｍ以下が好ましく、３５０μｍ以上６００μｍ以下がより好ましい。
【０１０４】
[太陽電池モジュールの製造方法]
本発明において透明表面基板３、表面封止材４、太陽電池素子２、裏面封止材５、熱光変換層６及び裏面保護シート７をこの順で積層した後、これらを加熱圧着する方法としては、上記各構成を密着できる方法であれば特に限定されず、一般的に公知の方法を用いることができる。このような方法としては、例えば、透明表面基板３、表面封止材４、太陽電池素子２、裏面封止材５、熱光変換層６、及び裏面保護シート７をこの順で積層した後、これらを一体として、真空吸引して加熱圧着するラミネーション法等を例示することができる。上記ラミネーション法を用いた際のラミネート温度は、通常、９０℃以上２３０℃以下が好ましく、１１０℃以上１９０℃以下がより好ましい。
【０１０５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。ができる。
【実施例】
【０１０６】
以下に本発明を実施例、比較例により説明するが、本発明はこれらの実施例に何ら限定されるものではない
【０１０７】
＜実施例１＞
透明表面基板３としてガラス基板を用い、表面封止材４として市販のＥＶＡ系封止材（株式会社ブリヂストン製  Ｓ１１）、太陽電池素子２として両面採光素子の単結晶シリコン太陽電池素子、裏面封止材５として市販のＥＶＡ系封止材（株式会社ブリヂストン製  Ｓ１１）を使用した。
【０１０８】
また、裏面保護シート７の裏面保護シート基材としては膜厚２５０μｍの透明ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムに遮光層として膜厚５０μｍ耐加水分解性白ＰＥＴフィルムをウレタン系接着剤（乾燥膜厚5μｍ）でドライラミネートしたものを用いた。裏面保護シート７の易接着層は以下の組成物を固形分濃度６０質量％に調整の上を裏面保護シート基材に塗布乾燥することにより乾燥膜厚１．０μｍとした。
・易接着層用組成物
架橋性主剤樹脂（架橋性置換基含有ポリカーボネート骨格ウレタン樹脂）：Ｔｇ約３０℃、水酸基価２０、数平均分子量１５０００・・・３８．０質量部
ポリイソシアネート化合物：（製品名「コロネートＨＸ」日本ポリウレタン工業株式会社製）・・・５．２質量部
有機金属配位化合物：アルミニウムトリスアセチルアセトネート（製品名アルミキレートＡ（Ｗ）、川研ファインケミカル社製）・・・２．９質量部
シランカップリング剤：３−イソシアネートプロピルトリエトキシシラン（製品名ＫＢＥ−９００７、信越シリコーン株式会社製）・・・４．３質量部
【０１０９】
熱光変換層６としては、ＧａＮを第一半導体１１とし、ＡｌＧａＮを第二半導体１２として複数層積層することにより量子井戸を形成し、離散化された電子遷移の波長が１０００ｎｍ程度となるように調整した。また、この波長域で強い共振作用を得るために適切な周期で空孔１３を設けることにより量子井戸構造に直接フォトニック結晶構造を形成した。また、周期的に点欠陥１５を設けることにより１０００ｎｍの光をスラブ１０表面から得ることができるように設計した。
【０１１０】
図１に記載の層構成で真空吸引して加熱圧着するラミネーション法にて実施例１に係る太陽電池モジュール１を作製した。
【０１１１】
＜実施例２＞
裏面保護シート基材として２５０μｍの透明ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの代わりに粒径０．５μｍ酸化チタンをポリエチレンテレフタレート樹脂１００重量部に対して二酸化チタンが１０重量部練りこんだ白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた以外は実施例1と同様にして実施例２に係る太陽電池モジュールを作製した。
【０１１２】
＜実施例３＞
裏面保護シート基材として２５０μｍの透明ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの代わりに棒状酸化チタン（石原産業製  タイペークＰＦＲ４０４）をポリエチレンテレフタレート樹脂１００重量部に対して二酸化チタンが１０重量部練りこんだ白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた以外は実施例1と同様にして実施例３に係る太陽電池モジュールを作製した。
【０１１３】
＜実施例４＞
裏面保護シート基材として２５０μｍの透明ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの代わりに酸化チタン（石原産業株式会社製タイペークＲ−８３０、粒径０．２５μｍ）をポリエチレンテレフタレート樹脂１００重量部に対して二酸化チタンが１０重量部練りこんだ白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用いた以外は実施例1と同様にして実施例４に係る太陽電池モジュールを作製した。
【０１１４】
＜実施例５＞
裏面保護シート基材の易接着層組成物として粒径０．５μｍ酸化チタンを主剤樹脂の重量に対して１５０重量部加えた以外は実施例1と同様にして実施例５に係る太陽電池モジュールを作製した。
【０１１５】
＜実施例６＞
裏面保護シート基材の易接着層組成物として棒状酸化チタン（石原産業製  タイペークＰＦＲ４０４）を主剤樹脂の重量に対して１５０重量部加えた以外は実施例1と同様にして実施例６に係る太陽電池モジュールを作製した。
【０１１６】
＜実施例７＞
裏面保護シート基材の易接着層組成物として酸化チタン（石原産業株式会社製タイペークＲ−８３０、粒径０．２５μｍ）を主剤樹脂の重量に対して１５０重量部加えた以外は実施例1と同様にして実施例７に係る太陽電池モジュールを作製した。
【０１１７】
＜比較例１＞
熱光変換層６を除いた以外は実施例１と同様にして比較例１に係る太陽電池モジュールを作製した。
【０１１８】
＜比較例２＞
裏面保護シート基材として２５０μｍの透明ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムの代わりに棒状酸化チタン（石原産業製  タイペークＰＦＲ４０４）をポリエチレンテレフタレート樹脂１００重量部に対して二酸化チタンが１０重量部練りこんだ白色ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）フィルムを用い、熱光変換層６を除いた以外は実施例１と同様にして比較例２に係る太陽電池モジュールを作製した。
【０１１９】
実施例１〜７、及び比較例１〜２に係る太陽電池モジュール１をモジュール温度７０℃、外気３０℃の雰囲気中で太陽光による発電効率（太陽光に対する素子出力電力への変換効率）を実測した。その結果、比較例１に係る太陽電池モジュールに対して、実施例１に係る太陽電池モジュールは、３．４％の発電効率の向上が見られた。また、比較例１に係る太陽電池モジュールに対して、実施例２に係る太陽電池モジュールは、６．５％の発電効率の向上が、実施例３に係る太陽電池モジュールは、６．３％の発電効率の向上が、実施例４に係る太陽電池モジュールは、６．１％の発電効率の向上が、実施例５に係る太陽電池モジュールは、５．３％の発電効率の向上が、実施例６に係る太陽電池モジュールは、５．５％の発電効率の向上が、実施例７に係る太陽電池モジュールは、５．２％の発電効率の向上が、それぞれ見られた。また、比較例１に係る太陽電池モジュールに対して比較例２に係る太陽電池モジュールは０．５％の発電効率の向上しか見られなかった。
【０１２０】
これら熱光変換層６を備えた実施例1〜７の太陽電池モジュールは、熱光変換層６を備えていない比較例１〜２の発電効率より大きく向上していることが明確となった。
【０１２１】
また、実施例１〜実施例７に係る太陽電池モジュール１を用いて、作製した太陽エネルギー発電装置は、従来の太陽電池モジュールを用いた装置と同様の構造が可能であった。さらに、長期間の使用に際しても、比較例１に係る太陽電池モジュールを用いた太陽エネルギー発電装置に対してメンテナンス無しでも発電効率の優位性を維持し続けた。
【産業上の利用可能性】
【０１２２】
太陽電池モジュールの発電効率の向上させることによって、装置の大型化、複雑化を招くことなく、建物ごとに設置するような小規模発電にも好適な発電効率の高い太陽エネルギー発電装置を実現できるものである。
【符号の説明】
【０１２３】
１    太陽電池モジュール
２    太陽電池素子
３    透明表面基板
４    表面封止材
５    裏面封止材（裏面保護材）
６    熱光変換層
７    裏面保護シート（裏面保護材）
１０  スラブ
１１  第一半導体
１２  第二半導体
１３  空孔（異屈折領域）
１４  格子点
１５  点欠陥
２１  第一のバンドギャップ
２２  第二のバンドキャップ
２３  伝導バンド
２４  サブバンドが形成される領域
【図１】
2014067968.tif 000003
【図２】
2014067968.tif 000004
【図３】
2014067968.tif 000005