(57)【要約】  このモジュール２０は、光透過性の第１，第２基板２１，２２と、複数のクラスター３０とを備え、このクラスター３０は、複数のロッド形の太陽電池セル３２と、複数の太陽電池セル３２の第１電極３７が電気的に並列接続された複数の導電被膜３１と、複数の太陽電池セル３２の第２電極３８が電気的に並列接続された複数の導電部材４８と、導電被膜３１と導電部材４８を介して並列接続された複数のバイパスダイオード４０と、導電被膜３１を所定方向に隣接するクラスター３０の導電部材４８に電気的に接続する複数の導電接続部材５０とを有する。クラスター３０を六角形状や直線状パターンに構成し、複数配設することで、採光率と発電能力の比率選択性の許容幅を向上させることができ、窓材としての意匠性を高め得ることができる。
2010016099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロッド形の太陽電池セルにより発電する採光型太陽電池モジュールにおいて、
光透過性の第１基板と、
導電方向を第１基板と直交方向に揃え且つ複数クラスターにグループ化された複数のロッド形の太陽電池セルと、
前記第１基板の内面に複数クラスターに対応させて形成され、各クラスターの複数の太陽電池セルの第１電極が電気的に並列接続された複数の導電被膜と、
前記複数クラスターの各々における複数の太陽電池セルの第２電極が電気的に並列接続された複数の導電部材と、
前記複数のクラスターの各々における導電被膜と、所定方向に隣接するクラスターの導電部材に電気的に接続する複数の導電接続部材と、
前記第１基板に対して複数の太陽電池セルを挟んで平行に配置された光透過性の第２基板と、
前記第１，第２基板との間に充填されて複数の太陽電池セルと複数の導電部材と複数の導電接続部材を埋め込んだ状態にモールドする光透過性の合成樹脂モールド材と、
を備えたことを特徴とする採光型太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第１基板の一端部に前記採光型太陽電池モジュールの正極端子を設け、第１基板の他端部に前記採光型太陽電池モジュールの負極端子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記太陽電池セルは、ｐ形又はｎ形のロッド状半導体と、このロッド状半導体の表層部に形成された部分円筒状のｐｎ接合と、ロッド状半導体の軸心を挟んで対向するように形成されて前記ｐｎ接合の両端に接合された１対の帯状電極とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記複数クラスターに対応する複数のバイパスダイオードであって、前記複数の導電被膜及び導電部材を介して並列接続された複数のバイパスダイオードを備えたことを特徴とする請求項３に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記太陽電池セルは、逆電流をバイパスするバイパス機能を有することを特徴とする請求項３に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記各クラスターにおける複数の太陽電池セルは六角形の６辺上に配設され、複数のクラスターが複数行複数列のマトリックス状に配設されたことを特徴とする請求項４に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記各行又は各列のクラスターの複数の太陽電池セルは、前記導電接続部材を介して直列接続され、前記複数列又は複数行のクラスターの各々における複数の導電被膜を電気的に接続する架橋導電被膜を設けたことを特徴とする請求項６に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記導電接続部材は、前記導電部材の一端部に連なる導電部材延長部とこの導電部材延長部の端部に接続された導電接続片とを有することを特徴とする請求項７に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項９】
各クラスターの複数の太陽電池セルは１直線状に配設されたことを特徴する請求項１〜３の何れかに記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記第１，第２基板は、透明なガラス板で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記導電被膜により採光が遮断されない採光領域の全体の面積に占める比率が５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１２】
複数枚の前記採光型太陽電池モジュールを金属製の外周フレームに組み付けることで複数行又は複数列に配設したことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記複数の導電被膜の下地に着色及びパターン化した図柄のセラミック膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は採光型太陽電池モジュールに関し、特に、複数のロッド形の太陽電池セルを含むクラスターを複数形成し、これら複数のクラスターを複数行複数列のマトリックス状など様々なパターンに配設し、且つ１対の光透過性の基板に一体的に組み込んだ採光型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、採光可能な窓材に太陽電池セルを組み込んだ種々の太陽電池モジュール或いは太陽電池パネルが既に実用化されている。一般的に、ウェハ状のシリコン結晶から製造された平板状のシリコン太陽電池セルを、２枚のガラス板と重ね合わせて作るシリコン型太陽電池モジュール（或いはパネル）がある。このモジュールは、太陽電池セルを適当な間隔を空けて平面状に並べ、リボン状の導体で各セルを結線したものを、２枚のガラス板の間にＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂を用いて隙間を埋め込むようにして張り合わせたものである。【０００３】
また、アモルファスと微結晶を組み合わせた薄膜型太陽電池モジュールがある。このモジュールを窓材に形成する為には、先ず、ガラス基板上に透明電極膜ＴＣＯ（ＳｎＯ２）を成膜し、セル電極部分を作るためレーザ光を用いて分離分割する。次いで、シリコン薄膜、アモルファスシリコン（ａ-Ｓｉ）、シリコン薄膜微結晶を順次積層し、レーザ光でこの発電層を一定のピッチで分離分割する。さらに、裏面全体に電極となる金属薄膜を全面に被着し、再度レーザ光で金属層を絶縁分離して小さな薄膜太陽電池セルを一度に多数個直列接続する。【０００４】
これら上記の太陽電池モジュールにおいては、受光面が太陽電池セルの片面に限られたものであり、モジュール周囲の光の利用範囲が狭く発電能力が低いものである。また、シリコン型太陽電池モジュールにおいては、大きなサイズの平板型太陽電池セルにより採光率を悪化させてしまう。さらに、薄膜型太陽電池モジュールにおいては、ガラス基板に薄膜を製造することに困難が伴うものである。【０００５】
特許文献１には、半導体材料の加工ロスを少なくするため小径のロッド状結晶を作成し、適当な長さに切断した後、ロッド状半導体表面に沿って一定の深さに形成した部分円筒状のｐｎ接合と、そのロッド状半導体の表面の中央部に１対の小さな帯状の正，負電極を互いに中心を挟んで対向するように設けた構造のロッド形の太陽電池セルが開示されているが、このセルはミラー集光器の焦点に取り付けて使用するため、受光する光はミラーの前方に限られている。また、本願発明者も特許文献２にあるような、一部に平坦面を形成したロッド形の太陽電池セルを提案している。このロッド形の太陽電池セルは、単独で軸に対して３６０°の全入射光を受光するように作られている。そのため、上記のシリコン型太陽電池セルや薄膜型太陽電池セルと比較して、小型なものであって容易に且つ安価に製造できるものである。【０００６】
このロッド形の太陽電池セルが組み込まれたモジュールは、特許文献１のようにミラー集光器を組み付けたものと異なりセルの表面が円柱面であるため、ロッドの中心軸に対してほぼ３６０°の範囲にわたって受光でき、直射光のほか、反射光、散乱光が多い環境でその効果を十分に発揮する。例えば、透明なパッケージ内に収めた場合では、その内部の反射光及び散乱光も発電に寄与でき、窓を兼ねた太陽電池モジュールをビルなどの建物に垂直に設置した場合、地面や周囲の建物などの反射光も吸収して発電することができる。太陽の直射光は、時間と共に入射角が変化するが受光面が円柱面状であるため、平面型や特許文献１と比較すると入射方向に依存せずに比較的安定した発電も期待できる。
【特許文献１】米国特許第３１３４９０６号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００７／１４４９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１の太陽電池セルは、集光機能がある支持台に水平或いは垂直に固定され、この支持台が等間隔に配設されるので、受光角度が限定的であり窓材に組み込むことは実質的に困難であり、意匠性が欠如するという問題がある。また、上記特許文献２の太陽電池セルは、直線状に且つ密接状態に配設されるため、意匠性の向上を図る上では問題がある。例えば、上記の特許文献２のロッド形の太陽電池モジュールが組み込まれた窓材の場合では、太陽電池セルが密接状態に配設されているので、窓材としての採光率と太陽電池モジュールとしての発電能力を適宜設定する設計の自由度が狭くなり、太陽電池セルにより視界が遮られてしまい意匠性を高めることができない、などの問題がある。【０００８】
本発明は、窓材としての意匠性を向上させ得る採光型太陽電池モジュールを提供すること、窓材としての採光率を高め得る採光型太陽電池モジュールを提供すること、などである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る採光型太陽電池モジュールは、複数のロッド形の太陽電池セルにより発電する採光型太陽電池モジュールにおいて、光透過性の第１基板と、導電方向を第１基板と直交方向に揃え且つ複数クラスターにグループ化された複数のロッド形の太陽電池セルと、前記第１基板の内面に複数クラスターに対応させて形成され、各クラスターの複数の太陽電池セルの第１電極が電気的に並列接続された複数の導電被膜と、前記複数クラスターの各々における複数の太陽電池セルの第２電極が電気的に並列接続された複数の導電部材と、前記複数のクラスターの各々における導電被膜と、所定方向に隣接するクラスターの導電部材に電気的に接続する複数の導電接続部材と、前記第１基板に対して複数の太陽電池セルを挟んで平行に配置された光透過性の第２基板と、前記第１，第２基板との間に充填されて複数の太陽電池セルと複数の導電部材と複数の導電接続部材を埋め込んだ状態にモールドする光透過性の合成樹脂モールド材と、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の採光型太陽電池モジュールによれば、複数クラスターの各々が、複数のロッド形の太陽電池セルを有するので、各クラスターがセルの配設パターンを自由に形成することができる。このため、窓材としての意匠性を向上することができる。このクラスターが複数配設されているので、一定の配置パターンを太陽電池モジュールに付与することができ、意匠性を向上することができる。また、ロッド形の太陽電池セルは非常に小さいため窓材に適用されても採光性を確保することができる。【００１１】
本発明の上記の構成に加えて、次のような種々の構成を採用してもよい。
（１）前記第１基板の一端部に前記採光型太陽電池モジュールの正極端子を設け、第１基板の他端部に前記採光型太陽電池モジュールの負極端子を設ける。
（２）前記太陽電池セルは、ｐ形又はｎ形のロッド状半導体と、このロッド状半導体の表層部に形成された部分円筒状のｐｎ接合と、ロッド状半導体の軸心を挟んで対向するように形成されて前記ｐｎ接合の両端に接合された１対の帯状電極とを有する。
（３）前記複数クラスターに対応する複数のバイパスダイオードであって、前記複数の導電被膜及び導電部材を介して並列接続された複数のバイパスダイオードを備える。
（４）前記太陽電池セルは、逆電流をバイパスするバイパス機能を有する。
（５）前記各クラスターにおける複数の太陽電池セルは六角形の６辺上に配設され、複数のクラスターが複数行複数列のマトリックス状に配設される。
（６）前記各行又は各列のクラスターの複数の太陽電池セルは、前記導電接続部材を介して直列接続され、前記複数列又は複数行のクラスターの各々における複数の導電被膜を電気的に接続する架橋導電被膜を設ける。
（７）前記導電接続部材は、前記導電部材の一端部に連なる導電部材延長部とこの導電部材延長部の端部に接続された導電接続片とを有する。
（８）各クラスターの複数の太陽電池セルは１直線状に配設される。
（９）前記第１，第２基板は、透明なガラス板で構成される。
（１０）前記導電被膜により採光が遮断されない採光領域の全体の面積に占める比率が５０％以上である。
（１１）複数枚の前記採光型太陽電池モジュールを金属製の外周フレームに組み付けることで複数行又は複数列に配設する。
（１２）前記複数の導電被膜の下地に着色及びパターン化した図柄のセラミック膜を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る採光型太陽電池モジュールが組み込まれた太陽電池パネルの裏面図である。
【図２】採光型太陽電池モジュールの一部切欠き正面図である。
【図３】太陽電池パネルの側面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】複数のクラスターの導電被膜が配設された第１基板の正面図である。
【図７】複数のクラスターが複数行複数列のマトリックス状に配設され、配線された第１基板の正面図である。
【図８】図７の縦断面図である。
【図９】図８の要部拡大図である。
【図１０】図８の要部拡大図である。
【図１１】ロッド形の太陽電池セルの斜視図である。
【図１２】ロッド形の太陽電池セルの断面図である。
【図１３】実施例２に係る太陽電池モジュールの複数のクラスターが１直線状に配設され配線された第１基板の正面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。
【図１５】図１３のＸＶ−ＸＶ線断面図である。
【図１６】実施例３に係る太陽電池セルの断面図である。
【図１７】太陽電池セルの要部拡大断面図である。
【図１８】太陽電池セルの等価回路図である。
【符号の説明】
【００１３】
１            太陽電池パネル
３            外周フレーム
２０，２０Ａ  採光型太陽電池モジュール
２１          第１基板
２２，２２Ａ  第２基板
２３          正極端子
２４          負極端子
２７          モールド材
２９，２９Ａ  セラミック膜
３０，３０Ａ  クラスター
３１，３１Ａ  導電被膜
３２，３２Ａ，３２Ｂ ロッド形の太陽電池セル
３３          ロッド状半導体層
３４          平坦面
３５          拡散層
３６          ｐｎ接合
３７          第１電極
３８          第２電極
３９          反射防止膜
４０，４０Ａ  バイパスダイオード
４８，４８Ａ  導電部材
５０，５０Ａ  導電接続部材
５１，５１Ａ  導電被膜延長部
５３，５３Ａ         導電接続片
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
先ず、本発明が適用される太陽電池パネル１について説明する。
図１〜図５に示すように、太陽電池パネル１は、窓材として構成されるものであって、外周フレーム３と、３枚の採光型太陽電池モジュール２０とから構成されている。３枚の採光型太陽電池モジュール２０（以下、モジュールとする）を、長手方向を横向きにし、同一平面上に３行１列のマトリックス状に配設して外周フレーム３に組み付ける。【００１６】
外周フレーム３とモジュール２０との隙間、及び上下に隣り合うモジュール２０との隙間には、シーリング材１５（例えば、シリコン樹脂）が充填され、雨や有害なガスが内部に侵入するのを防止する。尚、モジュール２０の枚数を３枚に限定する必要はなく、外周フレーム３のサイズを変更し、複数枚のモジュール２０を外周フレームに組み付けることで複数行又は複数列に配設することも可能である。【００１７】
図３〜図５に示すように、外周フレーム３は、アルミ製のものであって、上下１対の水平フレーム５ａ，５ｂと左右１対の垂直フレーム６ａ，６ｂとから構成されている。上側の水平フレーム５ａには、水平フレーム５ａの長手方向に沿って延設された導電性の内部端子８ａと、この内部端子８ａの両端部に接続された左右１対の出力端子９ａと、これら出力端子９ａを外周フレーム３から絶縁する絶縁部材１１ａと、内部端子８ａを下側に付勢するリーフバネ１２と、モジュール２０を上側からバックアップし且つ内部端子８ａを水平フレーム５ａから絶縁するバックアップ部材１３ａとを備えている。【００１８】
下側の水平フレーム５ｂには、水平フレーム５ｂの長手方向に沿って延設された導電性の内部端子８ｂと、この内部端子８ｂの両端部に接続された左右１対の出力端子９ｂと、出力端子９ｂを外周フレーム３から絶縁する絶縁部材１１ｂと、モジュール２０を下側からバックアップし且つ内部端子８ｂを水平フレーム５ｂから絶縁するバックアップ部材１３ｂとを備えている。尚、外周フレーム３を構成する素材は、アルミに限らず種々の金属製の材料が適用可能である。【００１９】
上側及び下側の出力端子９ａ，９ｂは、金属製の細長い薄板状のもので、一端部が内部端子８ａ，８ｂの左右両端部に夫々一体的に接続され、他端部が外周フレーム３からパネル１の裏側に向けて突出されている。リーフバネ１２により、上側の出力端子９ａの内部端子８ａが上段モジュール２０の負極端子２４に押圧されると共に、上段モジュール２０の正極端子２３が中段モジュール２０の負極端子２４に押圧され、中段モジュール２０の正極端子２３が下段モジュール２０の負極端子２４に押圧され、電気的に確実に接続される。下段モジュール２０の下側の出力端子９ｂの内部端子８ｂは、モジュール２０の自重により正極端子２３に押圧されることで、電気的に確実に接続される。隣り合うモジュール２０間の電気的な接続は、上段モジュール２０の自重により上段の正極端子２３が中段モジュール２０の負極端子２４に押圧接触し、中段の正極端子２３が下段モジュール２０の負極端子２４に押圧接触することでも接続される。【００２０】
次に、３枚の採光型太陽電池モジュール２０について説明するが、これら３枚のモジュール２０は全て同様の構造を有するので、１枚のモジュール２０についてのみ説明する。
図６〜図１２に示すように、このモジュール２０は、複数のロッド形の太陽電池セル３２により発電するものであって、光透過性の第１基板２１と、この第１基板２１上に複数行複数列のマトリックス状に配設された複数の六角形状のクラスター３０と、第１基板２１に対して複数の太陽電池セル３２を挟んで平行に配置された光透過性の第２基板２２と、基板２１，２２との間に充填されて複数のクラスター３０を埋め込んだ状態にモールドする光透過性の合成樹脂モールド材２７を備えている。【００２１】
次に、第１基板２１と第２基板２２について説明する。
第１基板２１は、周縁を面取りされた透明なガラスで構成され、例えば、厚さ２．８ｍｍ，縦２１０ｍｍ，横２９７ｍｍに加工されたものである。第１基板２１の下端部に外部接続用の断面逆Ｌ字状の正極端子２３（正極バンバー）を設け、第１基板２１の上端部に外部接続用の断面Ｌ字状の負極端子２４（負極バンバー）を設けている（図８参照）。この正極端子２３には、複数の導電被膜３１に連続する複数の正極側導電被膜２３ａが接続され、負極端子２４には、複数の負極側導電被膜２４ａが接続されている。【００２２】
第２基板２２は、第１基板２１と同様に、周辺を面取りされた透明なガラスで構成され、例えば、厚さ２．８ｍｍ，縦２１０ｍｍ，横２９７ｍｍに加工されたものである。基板２１，２２との隙間に充填される合成樹脂モールド材２７は、例えばＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂が使用される。【００２３】
このように、光透過性の合成樹脂モールド材２７が、基板２１，２２との間に充填されて複数の太陽電池セル３２と複数の導電部材３１と複数のバイパスダイオード４０と複数の導電接続部材５０を埋め込んだ状態にモールドし一体化されるため、太陽電池セル３２が保護されると共に振動や機械的衝撃が強化され、モジュール２０全体の破損を防止することができ、安全性を高めることができる。また、通常使われている合わせガラス、網入りガラスと同様、万一破損した場合でも破片が飛び散るのが防げる。【００２４】
ここで、このモジュール２０の製造方法を簡単に説明する。
第１基板２１の上に複数のクラスター３０を夫々設け、シート状のモールド材２７を複数のクラスター３０の上に載置し、その上に第２基板２２を積み重ねて公知のラミネータ装置に収容する。このラミネータ装置は、伸縮性を持つ膜によって上下に仕切られた真空室を有する。下側は、プレートを通じて試料を加熱するヒータを有する。第２基板２２を積み重ねた試料を加熱プレート上に置いて膜で仕切られた上下の空間のガスを排気しながらモールド材２７を１５０℃程度で加熱し熱溶融する。【００２５】
その後、真空にした膜の上側の真空室のみ空気を導入すると仕切り膜によって基板２１，２２の両面が導入した空気圧で押圧される。そして、そのまま冷却してモールド材２７（ＥＶＡ樹脂）を固化させる。この熱溶融と硬化によって固体で乳白色であったモールド材２７は透明化し、基板２１，２２間の複数のクラスター３０は接着し、両側がガラスで挟まれた一体化されたモジュール２０が完成する。【００２６】
次に、クラスター３０の構造について説明する。
但し、複数のクラスター３０は同じ構造のものであるため、１つのクラスター３０について説明する。図２，図６〜図１０に示すように、クラスター３０は、六角形状に形成されたものであって、第１基板２１上に形成された導電被膜３１と、１４個の太陽電池セル３２と、バイパスダイオード４０と、導電接続部材５０と、これら太陽電池セル３２とバイパスダイオード４０とを電気的に接続する導電部材４８とから構成されている。【００２７】
次に、導電被膜３１について説明する。
導電被膜３１は、第１基板２１の内面に六角形状に形成され、１４個の太陽電池セル３２の正電極３７とバイパスダイオード４０の負電極４５が導電性ペースト３１ｂを介して接続されている。導電被膜３１は、導電被膜３１の下端に形成された突出部３１ａを有している。この突出部３１ａには、列方向下側に隣接するクラスター３０の導電接続片５３が配設され、行方向に隣接するクラスター３０の導電被膜３１と電気的に接続する為の架橋導電被膜５５が接続されている。各列の最下段の導電被膜３１は、正極側導電被膜２３ａに接続される。複数の太陽電池セル３２は、導電被膜３１の六角形の６辺上に配設され、これら太陽電池セル３２のうち、左右両側の２つの長辺部には、３個の太陽電池セル３２が等間隔に夫々配設され、残りの４つの短辺部には、２つの太陽電池セル３２が夫々配設されている。上端の角部には、バイパスダイオード４０が配設される。尚、導電被膜３１により採光が遮断されない採光領域の全体の面積に占める比率が５０％以上である。【００２８】
この導電被膜３１は、先ず、導電被膜３１の下地として第１基板２１上に好みの色の顔料を混合したセラミックペーストをシルクスクリーン印刷して焼成し、セラミック膜２９を形成する。次いで、セラミック膜２９上にガラスフリットを含む銀ペーストをシルクスクリーン法で印刷し、５５０〜６２０℃の温度で焼成して導電被膜３１が形成される。この導電被膜３１の幅は２．４ｍｍ程度で太陽電池セル３２の直径よりも１．２〜２．４倍大きい。厚さは０．２５ｍｍ程度で使用状況に応じて厚さは０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で形成されても良い。尚、導電被膜３１と同時に正極側導電被膜２３ａと負極側導電被膜２４ａと後述する架橋導電被膜５５も同様に形成される。【００２９】
次に、ロッド形の太陽電池セル３２の構造について説明する。
図１１，図１２に示すように、ロッド形の太陽電池セル３２は、ｐ形のロッド状半導体３３と、このロッド状半導体３３の表面の一部を研磨加工された平坦面３４と、このロッド状半導体３３の円周表層部にｎ形拡散層３５を形成することで形成された部分円筒状のｐｎ接合３６と、ロッド状半導体３３の軸心を挟んで対向するように形成されてｐｎ接合３６の両端に接合された１対の帯状正，負電極３７，３８（第１，第２電極）と、この１対の帯状正，負電極３７，３８を除く部分に成膜された反射防止膜３９とを有する。この帯状正電極３７が導電被膜３１上に導電性ペースト３１ｂを介して接続され、帯状負電極３８が導電部材４８に導電性ペースト４８ａを介して接続されている。【００３０】
このロッド形の太陽電池セル３２の製造方法について簡単に説明する。
この太陽電池セルは、たとえば直径１〜２ｍｍ程度のロッド状のｐ形シリコン単結晶３３をシリコンの融液に接触させ、ゆっくりと上方向に引き上げる公知のＣＺ法でこれとほぼ同径のシリコン単結晶が作られている。このロッド状の長さ１００ｍｍ以上のｐ形シリコン単結晶３３を基材とし、この表面の一部に帯状ｐ形の平坦面３４を設ける。その後、平坦面３４とその縁を除いてｎ形不純物を表面から０．１μｍ程度の深さまで拡散しｎ形拡散層３５を形成する。これによって部分円筒状のｐｎ接合３６が形成する。【００３１】
次に、平坦面３４を含む円柱面全体にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）（必要に応じてシリコン窒化膜（ＳｉＮ））を成膜して反射防止膜３９とした後、平坦面３４の中央部とロッド軸と対称な円柱面の頂部に銀を含むペーストを帯状にプリントし、ガス雰囲気内で８００℃程度に加熱する。銀ペーストは、反射防止膜３９を貫通してそれぞれｐ形の平坦面、ｎ形層の表面と低抵抗接触する帯状正電極３７と帯状負電極３８を設ける。次に、化学的エッチング法により長さ５ｍｍの一定のピッチで溝幅０．２ｍｍ、深さ０．１ｍｍ程度の溝を設け、純水で洗浄した後、ロッド軸に対して垂直にダイサーで切断することでロッド形の太陽電池セル３２を製造する。【００３２】
ロッド形の太陽電池セル３２は、この太陽電池セル３２の直径に近い単結晶を作り太陽電池セル３２の長さで切断して作るため、原材料のロスを抑制することができる。受光面が円柱面状になっているため、軸方向に対称な受光感度が得られ、平面受光形太陽電池セルよりも受光範囲が広いこと、限定された投影断面積の中で受光面積が大きく取ることができる。尚、ロッド形のｎ形シリコン単結晶に部分円筒状のｐ形の拡散層を形成することでｐｎ接合を形成しても良い。【００３３】
この太陽電池セル３２によると、図１２に示すように、部分円筒状のｐｎ接合３６を有するため、平坦面３４と電極３７，３８を除き太陽光の直射角度によらず常に一定の受光断面積が得られ安定した出力が得られる。さらに、電極３７，３８が球の中心を挟んでｐ形、ｎ形表面の中央に設けられているため、電極３７，３８からｐｎ接合３６上の任意のａ，ｂ，ｃ点とを結ぶ距離の和は等しく、ａ，ｂ，ｃ点で吸収し発生したキャリアの移動距離は等しく、流れる電流分布はほぼ均一となり曲線因子（ＣｕｒｖｅＦｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）が大きくなる。また、受光範囲が３次元的であり直射光以外の反射光、拡散光をも同時に受光するため周囲の光の利用度も高く高出力が得られる。【００３４】
次に、バイパスダイオード４０について説明する。
図１０に示すように、バイパスダイオード４０は、その導電方向を第１基板２１に対して直交方向になるように導電被膜３１の上端の角部に固定され、１４個の太陽電池セル３２に導電被膜３１と導電部材４８を介して逆並列接続されている。このバイパスダイオード４０は、角柱状に形成され、ｎ形半導体４１にｐ形不純物を拡散しｐ形拡散層４２を形成することでｐｎ接合４３を形成し、ｎ形半導体４１の表面に負電極４５を、ｐ形拡散層４２の表面に正電極４６を夫々低抵抗接触させて設けたものである。尚、バイパスダイオード４０は円柱状に形成されたものであっても良い。【００３５】
このバイパスダイオード４０により、逆並列接続した同じクラスター３０内の１４個の太陽電池セル３２が日陰などにより遮光され機能が停止した場合に、この機能停止したクラスター３０内の太陽電池セル３２に他の正常に機能（発電）しているクラスター３０内の太陽電池セル３２が起因となって逆方向に電圧が印加されても、このバイパスダイオード４０が電流をバイパスすることで、逆並列接続した太陽電池セル３２の破壊や損傷から保護することができ、クラスター３０の部分遮光によるモジュール２０全体の出力減少を最低限に留めることができる。【００３６】
次に、導電部材４８について説明する。
図７〜図１０に示すように、導電部材４８は、銀メッキした銅合金から、導電被膜３１に対応する六角形状に形成された金属線であって、導電性ペースト４８ａを介して１４個の太陽電池セル３２の負電極３８とバイパスダイオード４０の正電極４６とを接続している。導電部材４８の上端部に後述する導電部材延長部５１が接続されている。この導電部材４８と導電被膜３１により、１４個の太陽電池セル３２が電気的に並列接続され、太陽電池セル３２に対してバイパスダイオード４０が電気的に逆並列接続され、１つの六角形状のクラスター３０が構成される。【００３７】
次に、複数のクラスター３０同士を電気的に接続する導電構造について説明する。
図７に示すように、複数のクラスター３０は、複数行複数列に配設され、各列の複数のクラスター３０における複数の導電被膜３１及び複数の導電部材４８は導電接続部材５０により直列接続され、各行の複数のクラスター３０における複数の導電被膜３１は架橋導電被膜５５により並列接続されている。つまり、複数のクラスター３０のうち各列のクラスター３０の複数群の太陽電池セル３２は、導電接続部材５０を介して直列接続され、各行のクラスター３０の複数群の太陽電池セル３２は、架橋導電被膜５５を介して並列接続されている。【００３８】
導電接続部材５０は、直線状の導電被膜延長部５１と、導電接続片５３とを有している。この導電被膜延長部５１は、金属製の薄板状に形成され、一端部が導電部材４８に連続し、他端部が導電接続片５３に導電性ペーストを介して接続されている。導電接続片５３は、角柱状の金属片であって、列方向上側のクラスター３０の導電被膜３１の突出部３１ａに導電性ペースト３１ｂを介して接続されている。各列の最上段の導電接続片５３は、負極側導電被膜２４ａに接続される。尚、導電接続片５３は、円柱状の金属片であっても良い。【００３９】
各行の複数の導電被膜３１を電気的に接続する架橋導電被膜５５が設けられている。この架橋導電被膜５５は、各クラスターの突出部３１ａ間に直線状に形成され、導電被膜３１と同様に銀ペーストから形成される。尚、架橋導電被膜５５は必ずしも直線状である必要はなく、ジグザグ状や曲線状のものであっても良い。各列の最も下側のクラスター３０の導電被膜３１は、正極側導電被膜２３ａを介して正極端子２３に接続され、最も上側のクラスター３０の導電部材４８は導電接続部材５０と負極側導電被膜２４ａ介して負極端子２４に接続されている。【００４０】
このように、複数のクラスター３０が、直列・並列接続されているので、一部のクラスター３０が機能停止した場合などにおいても、それら機能を停止したクラスター３０を迂回するように他のクラスターを通って電流が流れるため、その他の正常なクラスター３０の発電機能が停止したり低下したりすることがなく、このモジュール２０全体の出力低下に及ぼす影響を最低限に留めることができる。【００４１】
次に、このモジュール２０の出力について説明する。
ここで、例えば、３行３列のマトリックス状に配設された複数のクラスター３０が組み込まれたモジュールの出力について説明する。１個の太陽電池セル３２の開放電圧が例えば０．６Ｖである場合、正極端子２３と負極端子２４の間に３個のクラスター３０が直列接続されているので、１．８Ｖの電圧が発生する。そして各行の各クラスター３０の１個の太陽電池セル３２により発生する電流をＩとすると、３個のクラスター３０が並列接続されているので、正極端子２３から４２Ｉの電流が流出する。【００４２】
つまり、３枚のモジュール２０が組み付けられている太陽電池パネル１においては、５．４Ｖの電圧が発生し、正極端子２３から４２Ｉの電流が流出する。尚、モジュール２０の出力電圧を上げるには、クラスター３０の直列接続数を増やし、モジュール２０からの出力電流を上げる場合は、クラスター３０の並列接続数を増やすことで実現できる。パネル１においても同様で、出力電圧を上げるには、モジュール２０の直列接続数を増やし、モジュール２０からの出力電流を上げる場合も、モジュール２０の並列接続数を増やすことで実現できる。【００４３】
次に、この採光型太陽電池モジュール２０の効果について説明する。
このモジュール２０によれば、複数の太陽電池セル３２が吸収した光は発電に、複数の太陽電池セル３２間を透過した光は室内への採光とすることができる。モジュール２０としての発電量と採光量の比率は、第１基板２１に対する組み込んだ太陽電池セル３２全体の投影面積に対して依存する。つまり、強い陽射しを和らげる場合には、太陽電池セル３２の配置密度によって太陽電池セル３２全体の投影面積を増やし、発電量をふやすことができる。【００４４】
このモジュール２０によれば、複数のクラスター３０を配置するパターンを自由に設定することができるため、複数のクラスター３０でもって意匠性の高い種々の模様を構成することができる。しかも、上記導電被膜３１の下地として第１基板２１の表面に好みの色の顔料を混合したセラミックペーストをシルクスクリーン印刷して焼成し、セラミック膜２９を形成することにより基板２１の下面（室内側）からみてカラフルな美しい模様を形成することも可能である。また、セラミック膜２９により太陽電池セル３２や導電被膜３１を見えにくくすることができる。このため、光発電機能以外に建材としての意匠性の高いモジュールを実現することができる。さらに、セラミック膜２９を形成することで、導電皮膜３１との密着性を向上すると共にガラス基板２１の強度を向上することができる。【００４５】
このモジュール２０によれば、複数行複数列のマトリックス状に配設された六角形状のクラスター３０が幾何学的な図柄を表現すると共に太陽光発電と採光を調和させた窓材として利用でき、六角形状のクラスター３０のサイズ、及びこれらクラスター３０の間隔は、意匠性、光透過率、発電出力を考慮した設計を可能とする。【００４６】
このモジュール２０によれば、導電被膜３１と導電接続部材５０と架橋導電被膜５５による配線は、第１基板２１の垂直方向から見て太陽電池セル３２が隠れる程度の幅を持たせ、この配線の図柄あるいは絵柄が強調できるようにし、モジュール２０の裏側から見た意匠性を高めるようにすると共に、表面から入射した光を反射させて太陽電池セル３２の受光量を増やして出力を高めることができる。【００４７】
このモジュール２０によれば、複数の太陽電池セル３２と、複数の導電被膜３１のサイズは、従来の平板型太陽電池セルや薄膜太陽電池セルと比較すると、小さくかつ細かく分散して配置できるため、それ自体が大きな視野の妨げにならず均一な採光性と違和感のない内外の景観が見られるシースルー型の太陽電池モジュールとして利用できる。【００４８】
このモジュール２０によれば、光透過性の基板２１，２２の間に複数の太陽電池セル３２を埋め込み、このモジュール２０を窓材として使用することで、独立した太陽電池パネルを用いて発電する場合と比較して、ガラスなどの部材費用や設置にかかる諸費用を低減できる。また、第１基板２１上に、複数のロッド形の太陽電池セル３２や複数の導電被膜３１の部品を形成し、その上に第２基板２２を積載するので、第２基板２２には部品を形成する必要がなく組立が容易になる。
【実施例２】
【００４９】
この実施例２は、前記実施例１の複数のクラスター３０における複数のロッド形の太陽電池セルの配置を変更した採光型太陽電池モジュール２０Ａの例を示すものであり、前記実施例１と異なる構成についてのみ説明する。
図１３〜図１５に示すように、このクラスター３０Ａは、横方向に１直線状に形成されたものであって、第１基板２１の内面に形成された導電被膜３１Ａと、複数のロッド形の太陽電池セル３２Ａと、バイパスダイオード４０Ａと、導電接続部材５０Ａの導電接続片５３Ａと、これら太陽電池セル３２Ａとバイパスダイオード４０Ａと導電接続片５３Ａとを電気的に接続する導電部材４８Ａから構成されている。【００５０】
導電被膜３１Ａは、１直線状のものであって、太陽電池セル３２の直径より大きいサイズの幅を有する線状導電被膜６６と、線状導電被膜６６と同一線上に形成され且つ電気的に切り離された角形導電被膜６５とを有している。この角形導電被膜６５は、最上段と最下段の角形導電被膜６５を除いて導電被膜延長部５１Ａの端部と一体的に形成されている。導電被膜３１Ａは、縦方向に一定の間隔おきに複数本平行に第１基板２１上に形成されている。尚、第２基板２２Ａの内面側の周辺部分２２ａは、サンドブラスト加工により粗面にしたすりガラス状に形成され、モジュール２０Ａの表面から正極端子２３及び負極端子２４、バイパスダイオード４０Ａや導電接続片５３Ａが見えにくい状態にされている。【００５１】
各クラスター３０Ａの複数の太陽電池セル３２Ａは、線状導電被膜６６上に中心寄りに等間隔に配設されて、この太陽電池セル３２Ａの正電極３７が接続されている。線状導電被膜６６の外寄りには、バイパスダイオード４０Ａが配設されて、このバイパスダイオード４０Ａの負電極４５が接続されている。角形導電被膜６５に導電接続片５３Ａが配設され接続されている。導電部材４８Ａは１直線状に形成され、この導電部材４８Ａに、太陽電池セル３２Ａの負電極３８とバイパスダイオード４０Ａの正電極４６と導電接続片５３Ａとが電気的に接続されている。【００５２】
次に、複数のクラスター３０Ａ同士を電気的に接続する導電構造について説明する。
この複数のクラスター３０Ａは、導電部材延長部５１Ａと導電接続片５３Ａとを有する導電接続部材５０Ａを介して上側から下側に向けて直列接続されている。最上段のクラスター３０Ａの角形導電被膜６５は導電被膜延長部５１ｂを介して負極端子２４に接続され、最下段のクラスター３０Ａの線状導電被膜６６は導電被膜延長部５１ａを介して正極端子２３に接続されている。【００５３】
次に、このモジュール２０Ａの効果について説明する。
このモジュール２０Ａは、光が透過できるように太陽電池セル３２Ａを固着した１直線状の導電被膜３１Ａを間隔を設けて形成し、この導電被膜部分３１Ａを除いた透過部分の面積によって窓材としての採光率を決めることができる。表面または裏面から導電被膜３１Ａと導電部材４８Ａにより意匠性のあるパターンが見られ、且つ太陽光を含む外来光を効率よく吸収し発電する太陽電池パネル１として利用できる。尚、その他の効果は、前記実施例１と同様であるので説明を省略する。
【実施例３】
【００５４】
この実施例４は、前記実施例１〜２のロッド形の太陽電池セル３２，３２Ａの代わりに本実施例の太陽電池セル３２Ｂを採用してもよい。また、この場合、前記バイパスダイオードを太陽電池セル３２と置き替えることができる。図１６〜図１８に示すように、この太陽電池セル３２Ｂは、ロッド状のｐ形シリコン単結晶７１と、シリコン単結晶７１の一端部に形成された平坦面７２と、この平坦面７２を除いてシリコン単結晶７１の表面部に形成されたｎ＋拡散層７３と、シリコン単結晶７１の中心を挟んで対向する帯状正電極７５，帯状負電極７６と、帯状正電極７５のシリコン単結晶７１側の内面部に形成されたｐ＋拡散層７７と、太陽電池セル３２Ｃの表面のうちの正電極７５及び負電極７６以外の部分を覆う反射防止膜７８とを備えている。【００５５】
シリコン単結晶７１の表面部には、光起電力を発生可能なｐｎ接合として機能するｐｎ＋７４接合が形成されており、このｐｎ＋接合７４は、平坦面７２を除く、シリコン単結晶７１の表面から一定の深さ位置に実質的に部分円筒状に形成されている。ｐｎ＋接合７４の両端には、帯状の１対の電極７５，７６が接続されている。正電極７５の外周近傍部のうちの帯状正電極７５よりもシリコン単結晶側７１部分には、トンネル効果によるバックワードダイオード特性を有するｐ＋ｎ＋接合７９が２本の直線状に形成されている。つまり、この太陽電池セル３２Ｂの等価回路は、図１８のようになる。【００５６】
このモジュールによると、並列接続された複数行のうちの１行のクラスターの一部又は全部の太陽電池セル３２Ｂが影に入って、太陽電池セル３２Ｂに逆電圧が印加されても、その行の太陽電池セル３２Ｂのｐ＋ｎ＋接合７９を通ってバイパス電流が流れる（図１８参照）。従って、複数のクラスターをメッシュ状の直列並列回路により電気的に接続してなるモジュールにおいて、どのようなパターンの影が発生しても、発電電力をロスなく、取り出すことが可能になり、個々の太陽電池セルに悪影響が生ずることもない。また、バイパスダイオードを必要としないので、太陽電池セル数も増えモジュールの出力を高めることができる。【００５７】
次に、前記実施例を部分的に変更した種々の変更形態について説明する。
［１］このモジュールの出力電力と採光率（あるいは遮光率）の割合は、主として使用する複数の太陽電池セルの出力電力及びその使用数と、光透過性の第1基板上に設けた複数の導電被膜による遮光総面積に依存するので、窓材としての意匠性を高め付加価値を上げるため、複数の太陽電池セルの配置や使用数は、第1基板上の導電被膜の図柄あるいは絵柄に対応して種々設計することができる。
［２］このモジュールは、この採光型太陽電池パネル以外にも、利用が期待される窓材を含む建材、例えば、ガラス窓、アトリウム、トップライト、カーテンウォール、ファサード、キャノピー、ルーバー、ダブル・スキンの外面、バルコニーの手摺、高速道路や鉄道の防音壁などに適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
採光型太陽電池モジュールにおいて、複数のロッド形の太陽電池セルを含んだクラスターを複数配設し、各クラスターを六角形状または１直線状に構成し、複数のクラスター配設することで、採光率と発電能力の比率選択性の許容幅を向上させることができ、窓材としての意匠性を高め得ることができる。
【図１】
2010016099.tif 000003
【図２】
2010016099.tif 000004
【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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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年5月15日(2009.5.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｐ形又はｎ形のロッド状半導体と、このロッド状半導体の表層部に形成された部分円筒状のｐｎ接合と、ロッド状半導体の軸心を挟んで対向するように形成されて前記ｐｎ接合の両端に接合された１対の帯状の第１，第２電極とを夫々有する複数のロッド形の太陽電池セルにより発電する採光型太陽電池モジュールにおいて、
光透過性の第１基板と、
導電方向を第１基板と直交方向に揃え且つ複数行複数列のマトリックス状に配設された複数のクラスターに夫々同じ配置パターンとなるようにグループ化された複数のロッド形の太陽電池セルと、
前記第１基板の内面に複数のクラスターに対応させて形成され、複数のクラスターの各々における複数の太陽電池セルの第１電極が電気的に並列接続された複数の導電被膜と、
前記複数のクラスターの各々における複数の太陽電池セルの第２電極が電気的に並列接続された複数の導電部材と、
前記複数のクラスターに対応する複数のバイパスダイオードであって、各クラスターにおける、前記導電被膜及び導電部材を介して複数の太陽電池セルと並列接続された複数のバイパスダイオードと、
前記複数のクラスターの各々における導電被膜を、所定方向に隣接するクラスターの導電部材に電気的に接続する複数の導電接続部材と、
前記第１基板に対して複数の太陽電池セルを挟んで平行に且つ前記複数の導電部材と間隔を空けて配置された光透過性の第２基板と、
前記第１，第２基板との間に充填されて複数の太陽電池セルと複数の導電部材と複数の導電接続部材を埋め込んだ状態に封止する光透過性の合成樹脂モールド材と、
を備えたことを特徴とする採光型太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第１基板の一端部に前記採光型太陽電池モジュールの正極端子を設け、第１基板の他端部に前記採光型太陽電池モジュールの負極端子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記太陽電池セルは、逆電流をバイパスするバイパス機能を有することを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記各クラスターにおける複数の太陽電池セルは六角形の６辺上に配設され、複数のクラスターが複数行複数列のマトリックス状に配設されたことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記各行又は各列のクラスターの複数の太陽電池セルは、前記導電接続部材を介して直列接続され、前記複数列又は複数行のクラスターの各々における複数の導電被膜を電気的に接続する架橋導電被膜を設けたことを特徴とする請求項６に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記導電接続部材は、前記導電部材の一端部に連なる導電部材延長部とこの導電部材延長部の端部に接続された導電接続片とを有することを特徴とする請求項７に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項９】
各クラスターの複数の太陽電池セルは１直線状に配設されたことを特徴する請求項１又は２に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記第１，第２基板は、透明なガラス板で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記導電被膜により採光が遮断されない採光領域の全体の面積に占める比率が５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１２】
複数枚の前記採光型太陽電池モジュールを金属製の外周フレームに組み付けることで複数行又は複数列に配設したことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記複数の導電被膜の下地に着色及びパターン化した図柄のセラミック膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【手続補正書】
【提出日】平成23年2月14日(2011.2.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は採光型太陽電池モジュールに関し、特に、複数のロッド形の太陽電池セルを含むクラスターを複数形成し、これら複数のクラスターを複数行複数列のマトリックス状など様々なパターンに配設し、且つ１対の光透過性の基板に一体的に組み込んだ採光型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、採光可能な窓材に太陽電池セルを組み込んだ種々の太陽電池モジュール或いは太陽電池パネルが既に実用化されている。一般的に、ウェハ状のシリコン結晶から製造された平板状のシリコン太陽電池セルを、２枚のガラス板と重ね合わせて作るシリコン型太陽電池モジュール（或いはパネル）がある。このモジュールは、太陽電池セルを適当な間隔を空けて平面状に並べ、リボン状の導体で各セルを結線したものを、２枚のガラス板の間にＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂を用いて隙間を埋め込むようにして張り合わせたものである。
【０００３】
また、アモルファスと微結晶を組み合わせた薄膜型太陽電池モジュールがある。このモジュールを窓材に形成する為には、先ず、ガラス基板上に透明電極膜ＴＣＯ（ＳｎＯ２）を成膜し、セル電極部分を作るためレーザ光を用いて分離分割する。次いで、シリコン薄膜、アモルファスシリコン（ａ-Ｓｉ）、シリコン薄膜微結晶を順次積層し、レーザ光でこの発電層を一定のピッチで分離分割する。さらに、裏面全体に電極となる金属薄膜を全面に被着し、再度レーザ光で金属層を絶縁分離して小さな薄膜太陽電池セルを一度に多数個直列接続する。
【０００４】
これら上記の太陽電池モジュールにおいては、受光面が太陽電池セルの片面に限られたものであり、モジュール周囲の光の利用範囲が狭く発電能力が低いものである。また、シリコン型太陽電池モジュールにおいては、大きなサイズの平板型太陽電池セルにより採光率を悪化させてしまう。さらに、薄膜型太陽電池モジュールにおいては、ガラス基板に薄膜を製造することに困難が伴うものである。
【０００５】
特許文献１には、半導体材料の加工ロスを少なくするため小径のロッド状結晶を作成し、適当な長さに切断した後、ロッド状半導体表面に沿って一定の深さに形成した部分円筒状のｐｎ接合と、そのロッド状半導体の表面の中央部に１対の小さな帯状の正，負電極を互いに中心を挟んで対向するように設けた構造のロッド形の太陽電池セルが開示されているが、このセルはミラー集光器の焦点に取り付けて使用するため、受光する光はミラーの前方に限られている。また、本願発明者も特許文献２にあるような、一部に平坦面を形成したロッド形の太陽電池セルを提案している。このロッド形の太陽電池セルは、単独で軸に対して３６０°の全入射光を受光するように作られている。そのため、上記のシリコン型太陽電池セルや薄膜型太陽電池セルと比較して、小型なものであって容易に且つ安価に製造できるものである。
【０００６】
このロッド形の太陽電池セルが組み込まれたモジュールは、特許文献１のようにミラー集光器を組み付けたものと異なりセルの表面が円柱面であるため、ロッドの中心軸に対してほぼ３６０°の範囲にわたって受光でき、直射光のほか、反射光、散乱光が多い環境でその効果を十分に発揮する。例えば、透明なパッケージ内に収めた場合では、その内部の反射光及び散乱光も発電に寄与でき、窓を兼ねた太陽電池モジュールをビルなどの建物に垂直に設置した場合、地面や周囲の建物などの反射光も吸収して発電することができる。太陽の直射光は、時間と共に入射角が変化するが受光面が円柱面状であるため、平面型や特許文献１と比較すると入射方向に依存せずに比較的安定した発電も期待できる。
【特許文献１】米国特許第３１３４９０６号公報
【特許文献２】国際公開ＷＯ２００７／１４４９４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記特許文献１の太陽電池セルは、集光機能がある支持台に水平或いは垂直に固定され、この支持台が等間隔に配設されるので、受光角度が限定的であり窓材に組み込むことは実質的に困難であり、意匠性が欠如するという問題がある。また、上記特許文献２の太陽電池セルは、直線状に且つ密接状態に配設されるため、意匠性の向上を図る上では問題がある。例えば、上記の特許文献２のロッド形の太陽電池モジュールが組み込まれた窓材の場合では、太陽電池セルが密接状態に配設されているので、窓材としての採光率と太陽電池モジュールとしての発電能力を適宜設定する設計の自由度が狭くなり、太陽電池セルにより視界が遮られてしまい意匠性を高めることができない、などの問題がある。
【０００８】
本発明は、窓材としての意匠性を向上させ得る採光型太陽電池モジュールを提供すること、窓材としての採光率を高め得る採光型太陽電池モジュールを提供すること、などである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る採光型太陽電池モジュールは、複数のロッド形の太陽電池セルにより発電する採光型太陽電池モジュールにおいて、光透過性の第１基板と、導電方向を第１基板と直交方向に揃え且つ複数クラスターにグループ化された複数のロッド形の太陽電池セルと、前記第１基板の内面に複数クラスターに対応させて形成され、各クラスターの複数の太陽電池セルの第１電極が電気的に並列接続された複数の導電被膜と、前記複数クラスターの各々における複数の太陽電池セルの第２電極が電気的に並列接続された複数の導電部材と、前記複数のクラスターの各々における導電被膜と、所定方向に隣接するクラスターの導電部材に電気的に接続する複数の導電接続部材と、前記第１基板に対して複数の太陽電池セルを挟んで平行に配置された光透過性の第２基板と、前記第１，第２基板との間に充填されて複数の太陽電池セルと複数の導電部材と複数の導電接続部材を埋め込んだ状態にモールドする光透過性の合成樹脂モールド材と、を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の採光型太陽電池モジュールによれば、複数クラスターの各々が、複数のロッド形の太陽電池セルを有するので、各クラスターがセルの配設パターンを自由に形成することができる。このため、窓材としての意匠性を向上することができる。このクラスターが複数配設されているので、一定の配置パターンを太陽電池モジュールに付与することができ、意匠性を向上することができる。また、ロッド形の太陽電池セルは非常に小さいため窓材に適用されても採光性を確保することができる。
【００１１】
本発明の上記の構成に加えて、次のような種々の構成を採用してもよい。
（１）前記第１基板の一端部に前記採光型太陽電池モジュールの正極端子を設け、第１基板の他端部に前記採光型太陽電池モジュールの負極端子を設ける。
（２）前記太陽電池セルは、ｐ形又はｎ形のロッド状半導体と、このロッド状半導体の表層部に形成された部分円筒状のｐｎ接合と、ロッド状半導体の軸心を挟んで対向するように形成されて前記ｐｎ接合の両端に接合された１対の帯状電極とを有する。
（３）前記複数クラスターに対応する複数のバイパスダイオードであって、前記複数の導電被膜及び導電部材を介して並列接続された複数のバイパスダイオードを備える。
（４）前記太陽電池セルは、逆電流をバイパスするバイパス機能を有する。
（５）前記各クラスターにおける複数の太陽電池セルは六角形の６辺上に配設され、複数のクラスターが複数行複数列のマトリックス状に配設される。
（６）前記各行又は各列のクラスターの複数の太陽電池セルは、前記導電接続部材を介して直列接続され、前記複数列又は複数行のクラスターの各々における複数の導電被膜を電気的に接続する架橋導電被膜を設ける。
（７）前記導電接続部材は、前記導電部材の一端部に連なる導電部材延長部とこの導電部材延長部の端部に接続された導電接続片とを有する。
（８）各クラスターの複数の太陽電池セルは１直線状に配設される。
（９）前記第１，第２基板は、透明なガラス板で構成される。
（１０）前記導電被膜により採光が遮断されない採光領域の全体の面積に占める比率が５０％以上である。
（１１）複数枚の前記採光型太陽電池モジュールを金属製の外周フレームに組み付けることで複数行又は複数列に配設する。
（１２）前記複数の導電被膜の下地に着色及びパターン化した図柄のセラミック膜を形成する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１に係る採光型太陽電池モジュールが組み込まれた太陽電池パネルの裏面図である。
【図２】採光型太陽電池モジュールの一部切欠き正面図である。
【図３】太陽電池パネルの側面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】複数のクラスターの導電被膜が配設された第１基板の正面図である。
【図７】複数のクラスターが複数行複数列のマトリックス状に配設され、配線された第１基板の正面図である。
【図８】図７の縦断面図である。
【図９】図８の要部拡大図である。
【図１０】図８の要部拡大図である。
【図１１】ロッド形の太陽電池セルの斜視図である。
【図１２】ロッド形の太陽電池セルの断面図である。
【図１３】実施例２に係る太陽電池モジュールの複数のクラスターが１直線状に配設され配線された第１基板の正面図である。
【図１４】図１３のＸＩＶ−ＸＩＶ線断面図である。
【図１５】図１３のＸＶ−ＸＶ線断面図である。
【図１６】実施例３に係る太陽電池セルの断面図である。
【図１７】太陽電池セルの要部拡大断面図である。
【図１８】太陽電池セルの等価回路図である。
【符号の説明】
【００１３】
１            太陽電池パネル
３            外周フレーム
２０，２０Ａ  採光型太陽電池モジュール
２１          第１基板
２２，２２Ａ  第２基板
２３          正極端子
２４          負極端子
２７          モールド材
２９，２９Ａ  セラミック膜
３０，３０Ａ  クラスター
３１，３１Ａ  導電被膜
３２，３２Ａ，３２Ｂ ロッド形の太陽電池セル
３３          ロッド状半導体層
３４          平坦面
３５          拡散層
３６          ｐｎ接合
３７          第１電極
３８          第２電極
３９          反射防止膜
４０，４０Ａ  バイパスダイオード
４８，４８Ａ  導電部材
５０，５０Ａ  導電接続部材
５１，５１Ａ  導電被膜延長部
５３，５３Ａ         導電接続片
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態について図面に基づいて説明する。
【実施例１】
【００１５】
先ず、本発明が適用される太陽電池パネル１について説明する。
図１〜図５に示すように、太陽電池パネル１は、窓材として構成されるものであって、外周フレーム３と、３枚の採光型太陽電池モジュール２０とから構成されている。３枚の採光型太陽電池モジュール２０（以下、モジュールとする）を、長手方向を横向きにし、同一平面上に３行１列のマトリックス状に配設して外周フレーム３に組み付ける。
【００１６】
外周フレーム３とモジュール２０との隙間、及び上下に隣り合うモジュール２０との隙間には、シーリング材１５（例えば、シリコン樹脂）が充填され、雨や有害なガスが内部に侵入するのを防止する。尚、モジュール２０の枚数を３枚に限定する必要はなく、外周フレーム３のサイズを変更し、複数枚のモジュール２０を外周フレームに組み付けることで複数行又は複数列に配設することも可能である。
【００１７】
図３〜図５に示すように、外周フレーム３は、アルミ製のものであって、上下１対の水平フレーム５ａ，５ｂと左右１対の垂直フレーム６ａ，６ｂとから構成されている。上側の水平フレーム５ａには、水平フレーム５ａの長手方向に沿って延設された導電性の内部端子８ａと、この内部端子８ａの両端部に接続された左右１対の出力端子９ａと、これら出力端子９ａを外周フレーム３から絶縁する絶縁部材１１ａと、内部端子８ａを下側に付勢するリーフバネ１２と、モジュール２０を上側からバックアップし且つ内部端子８ａを水平フレーム５ａから絶縁するバックアップ部材１３ａとを備えている。
【００１８】
下側の水平フレーム５ｂには、水平フレーム５ｂの長手方向に沿って延設された導電性の内部端子８ｂと、この内部端子８ｂの両端部に接続された左右１対の出力端子９ｂと、出力端子９ｂを外周フレーム３から絶縁する絶縁部材１１ｂと、モジュール２０を下側からバックアップし且つ内部端子８ｂを水平フレーム５ｂから絶縁するバックアップ部材１３ｂとを備えている。尚、外周フレーム３を構成する素材は、アルミに限らず種々の金属製の材料が適用可能である。
【００１９】
上側及び下側の出力端子９ａ，９ｂは、金属製の細長い薄板状のもので、一端部が内部端子８ａ，８ｂの左右両端部に夫々一体的に接続され、他端部が外周フレーム３からパネル１の裏側に向けて突出されている。リーフバネ１２により、上側の内部端子８ａが上段モジュール２０の負極端子２４に押圧されると共に、上段モジュール２０の正極端子２３が中段モジュール２０の負極端子２４に押圧され、中段モジュール２０の正極端子２３が下段モジュール２０の負極端子２４に押圧され、電気的に確実に接続される。下段モジュール２０の下側の内部端子８ｂは、モジュール２０の自重により正極端子２３に押圧されることで、電気的に確実に接続される。隣り合うモジュール２０間の電気的な接続は、上段モジュール２０の自重により上段の正極端子２３が中段モジュール２０の負極端子２４に押圧接触し、中段の正極端子２３が下段モジュール２０の負極端子２４に押圧接触することでも接続される。
【００２０】
次に、３枚の採光型太陽電池モジュール２０について説明するが、これら３枚のモジュール２０は全て同様の構造を有するので、１枚のモジュール２０についてのみ説明する。
図６〜図１２に示すように、このモジュール２０は、複数のロッド形の太陽電池セル３２により発電するものであって、光透過性の第１基板２１と、この第１基板２１上に複数行複数列のマトリックス状に配設された複数の六角形状のクラスター３０と、第１基板２１に対して複数の太陽電池セル３２を挟んで平行に配置された光透過性の第２基板２２と、基板２１，２２との間に充填されて複数のクラスター３０を埋め込んだ状態にモールドする光透過性の合成樹脂モールド材２７を備えている。
【００２１】
次に、第１基板２１と第２基板２２について説明する。
第１基板２１は、周縁を面取りされた透明なガラスで構成され、例えば、厚さ２．８ｍｍ，縦２１０ｍｍ，横２９７ｍｍに加工されたものである。第１基板２１の下端部に外部接続用の断面逆Ｌ字状の正極端子２３（正極バンバー）を設け、第１基板２１の上端部に外部接続用の断面Ｌ字状の負極端子２４（負極バンバー）を設けている（図８参照）。この正極端子２３には、複数の導電被膜３１に連続する複数の正極側導電被膜２３ａが接続され、負極端子２４には、複数の負極側導電被膜２４ａが接続されている。
【００２２】
第２基板２２は、第１基板２１と同様に、周縁を面取りされた透明なガラスで構成され、例えば、厚さ２．８ｍｍ，縦２１０ｍｍ，横２９７ｍｍに加工されたものである。基板２１，２２との隙間に充填される合成樹脂モールド材２７は、例えばＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）樹脂が使用される。
【００２３】
このように、光透過性の合成樹脂モールド材２７が、基板２１，２２との間に充填されて複数の太陽電池セル３２と複数の導電被膜３１と複数のバイパスダイオード４０と複数の導電接続部材５０を埋め込んだ状態にモールドし一体化されるため、太陽電池セル３２が保護されると共に振動や機械的衝撃に対して強化され、モジュール２０全体の破損を防止することができ、安全性を高めることができる。また、通常使われている合わせガラス、網入りガラスと同様、万一破損した場合でも破片が飛び散るのが防げる。
【００２４】
ここで、このモジュール２０の製造方法を簡単に説明する。
第１基板２１の上に複数のクラスター３０を夫々設け、シート状のモールド材２７を複数のクラスター３０の上に載置し、その上に第２基板２２を積み重ねて公知のラミネータ装置に収容する。このラミネータ装置は、伸縮性を持つ膜によって上下に仕切られた真空室を有する。下側は、プレートを通じて試料を加熱するヒータを有する。第２基板２２を積み重ねた試料を加熱プレート上に置いて膜で仕切られた上下の空間のガスを排気しながらモールド材２７を１５０℃程度で加熱し熱溶融する。
【００２５】
その後、真空にした膜の上側の真空室のみ空気を導入すると仕切り膜によって基板２１，２２の両面が導入した空気圧で押圧される。そして、そのまま冷却してモールド材２７（ＥＶＡ樹脂）を固化させる。この熱溶融と硬化によって固体で乳白色であったモールド材２７は透明化し、基板２１，２２間の複数のクラスター３０は接着し、両側がガラスで挟まれた一体化されたモジュール２０が完成する。
【００２６】
次に、クラスター３０の構造について説明する。
但し、複数のクラスター３０は同じ構造のものであるため、１つのクラスター３０について説明する。図２，図６〜図１０に示すように、クラスター３０は、六角形状に形成されたものであって、第１基板２１上に形成された導電被膜３１と、１４個の太陽電池セル３２と、バイパスダイオード４０と、導電接続部材５０と、これら太陽電池セル３２とバイパスダイオード４０とを電気的に接続する導電部材４８とから構成されている。
【００２７】
次に、導電被膜３１について説明する。
導電被膜３１は、第１基板２１の内面に六角形状に形成され、１４個の太陽電池セル３２の正電極３７とバイパスダイオード４０の負電極４５が導電性ペースト３１ｂを介して接続されている。導電被膜３１は、導電被膜３１の下端に形成された突出部３１ａを有している。この突出部３１ａには、列方向下側に隣接するクラスター３０の導電接続片５３が配設され、行方向に隣接するクラスター３０の導電被膜３１と電気的に接続する為の架橋導電被膜５５が接続されている。各列の最下段の導電被膜３１は、正極側導電被膜２３ａに接続される。複数の太陽電池セル３２は、導電被膜３１の六角形の６辺上に配設され、これら太陽電池セル３２のうち、左右両側の２つの長辺部には、３個の太陽電池セル３２が等間隔に夫々配設され、残りの４つの短辺部には、２つの太陽電池セル３２が夫々配設されている。上端の角部には、バイパスダイオード４０が配設される。尚、導電被膜３１により採光が遮断されない採光領域の全体の面積に占める比率が５０％以上である。
【００２８】
この導電被膜３１は、先ず、導電被膜３１の下地として第１基板２１上に好みの色の顔料を混合したセラミックペーストをシルクスクリーン印刷して焼成し、セラミック膜２９を形成する。次いで、セラミック膜２９上にガラスフリットを含む銀ペーストをシルクスクリーン法で印刷し、５５０〜６２０℃の温度で焼成して導電被膜３１が形成される。この導電被膜３１の幅は２．４ｍｍ程度で太陽電池セル３２の直径よりも１．２〜２．４倍大きい。厚さは０．２５ｍｍ程度で使用状況に応じて厚さは０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲で形成されても良い。尚、導電被膜３１と同時に正極側導電被膜２３ａと負極側導電被膜２４ａと後述する架橋導電被膜５５も同様に形成される。
【００２９】
次に、ロッド形の太陽電池セル３２の構造について説明する。
図１１，図１２に示すように、ロッド形の太陽電池セル３２は、ｐ形のロッド状半導体３３と、このロッド状半導体３３の表面の一部を研磨加工された平坦面３４と、このロッド状半導体３３の円周表層部にｎ形拡散層３５を形成することで形成された部分円筒状のｐｎ接合３６と、ロッド状半導体３３の軸心を挟んで対向するように形成されてｐｎ接合３６の両端に接合された１対の帯状正，負電極３７，３８（第１，第２電極）と、この１対の帯状正，負電極３７，３８を除く部分に成膜された反射防止膜３９とを有する。この帯状正電極３７が導電被膜３１上に導電性ペースト３１ｂを介して接続され、帯状負電極３８が導電部材４８に導電性ペースト４８ａを介して接続されている。
【００３０】
このロッド形の太陽電池セル３２の製造方法について簡単に説明する。
この太陽電池セルは、たとえば直径１〜２ｍｍ程度のロッド状のｐ形シリコン単結晶３３をシリコンの融液に接触させ、ゆっくりと上方向に引き上げる公知のＣＺ法でこれとほぼ同径のシリコン単結晶が作られている。このロッド状の長さ１００ｍｍ以上のｐ形シリコン単結晶３３を基材とし、この表面の一部に帯状ｐ形の平坦面３４を設ける。その後、平坦面３４とその縁を除いてｎ形不純物を表面から０．１μｍ程度の深さまで拡散しｎ形拡散層３５を形成する。これによって部分円筒状のｐｎ接合３６が形成する。
【００３１】
次に、平坦面３４を含む円柱面全体にシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）（必要に応じてシリコン窒化膜（ＳｉＮ））を成膜して反射防止膜３９とした後、平坦面３４の中央部とロッド軸と対称な円柱面の頂部に銀を含むペーストを帯状にプリントし、ガス雰囲気内で８００℃程度に加熱する。銀ペーストは、反射防止膜３９を貫通してそれぞれｐ形の平坦面３４、ｎ形拡散層３５の表面と低抵抗接触する帯状正電極３７と帯状負電極３８を設ける。次に、化学的エッチング法により長さ５ｍｍの一定のピッチで溝幅０．２ｍｍ、深さ０．１ｍｍ程度の溝を設け、純水で洗浄した後、ロッド軸に対して垂直にダイサーで切断することでロッド形の太陽電池セル３２を製造する。
【００３２】
ロッド形の太陽電池セル３２は、この太陽電池セル３２の直径に近い単結晶を作り太陽電池セル３２の長さで切断して作るため、原材料のロスを抑制することができる。受光面が円柱面状になっているため、軸方向に対称な受光感度が得られ、平面受光形太陽電池セルよりも受光範囲が広いこと、限定された投影断面積の中で受光面積が大きく取ることができる。尚、ロッド形のｎ形シリコン単結晶に部分円筒状のｐ形の拡散層を形成することでｐｎ接合を形成しても良い。
【００３３】
この太陽電池セル３２によると、図１２に示すように、部分円筒状のｐｎ接合３６を有するため、平坦面３４と電極３７，３８を除き太陽光の直射角度によらず常に一定の受光断面積が得られ安定した出力が得られる。さらに、電極３７，３８が球の中心を挟んでｐ形、ｎ形表面の中央に設けられているため、電極３７，３８からｐｎ接合３６上の任意のａ，ｂ，ｃ点とを結ぶ距離の和は等しく、ａ，ｂ，ｃ点で吸収し発生したキャリアの移動距離は等しく、流れる電流分布はほぼ均一となり曲線因子（ＣｕｒｖｅＦｉｌｌ Ｆａｃｔｏｒ）が大きくなる。また、受光範囲が３次元的であり直射光以外の反射光、拡散光をも同時に受光するため周囲の光の利用度も高く高出力が得られる。
【００３４】
次に、バイパスダイオード４０について説明する。
図１０に示すように、バイパスダイオード４０は、その導電方向を第１基板２１に対して直交方向になるように導電被膜３１の上端の角部に固定され、１４個の太陽電池セル３２に対して逆並列となるように導電被膜３１と導電部材４８に接続されている。このバイパスダイオード４０は、角柱状に形成され、ｎ形半導体４１にｐ形不純物を拡散しｐ形拡散層４２を形成することでｐｎ接合４３を形成し、ｎ形半導体４１の表面に負電極４５を、ｐ形拡散層４２の表面に正電極４６を夫々低抵抗接触させて設けたものである。尚、バイパスダイオード４０は円柱状に形成されたものであっても良い。
【００３５】
このバイパスダイオード４０により、逆並列接続した同じクラスター３０内の１４個の太陽電池セル３２が日陰などにより遮光され機能が停止した場合に、この機能停止したクラスター３０内の太陽電池セル３２に他の正常に機能（発電）しているクラスター３０内の太陽電池セル３２が起因となって逆方向に電圧が印加されても、このバイパスダイオード４０が電流をバイパスすることで、逆並列接続した太陽電池セル３２の破壊や損傷から保護することができ、クラスター３０の部分遮光によるモジュール２０全体の出力減少を最低限に留めることができる。
【００３６】
次に、導電部材４８について説明する。
図７〜図１０に示すように、導電部材４８は、銀メッキした銅合金から、導電被膜３１に対応する六角形状に形成された金属線であって、導電性ペースト４８ａを介して１４個の太陽電池セル３２の負電極３８とバイパスダイオード４０の正電極４６とを接続している。導電部材４８の上端部に後述する導電部材延長部５１が接続されている。この導電部材４８と導電被膜３１により、１４個の太陽電池セル３２が電気的に並列接続され、バイパスダイオード４０が導電被膜３１と導電部材４８に接続されて太陽電池セル３２に対して電気的に逆並列接続され、１つの六角形状のクラスター３０が構成される。
【００３７】
次に、複数のクラスター３０同士を電気的に接続する導電構造について説明する。
図７に示すように、複数のクラスター３０は、複数行複数列のマトリックス状に配設され、各列の複数のクラスター３０の各々における導電被膜３１は、図７において下方に隣接するクラスター３０の導電部材４８に導電接続部材５０を介して直列接続され、各行の複数のクラスター３０における複数の導電被膜３１は架橋導電被膜５５により並列接続されている。つまり、複数のクラスター３０のうち各列のクラスター３０の複数群の太陽電池セル３２は、導電接続部材５０を介して直列接続され、各行のクラスター３０の複数群の太陽電池セル３２は、架橋導電被膜５５を介して並列接続されている。
【００３８】
導電接続部材５０は、直線状の導電被膜延長部５１と、導電接続片５３とを有している。この導電被膜延長部５１は、金属製の薄板状に形成され、一端部が導電部材４８に連続し、他端部が導電接続片５３に導電性ペーストを介して接続されている。導電接続片５３は、角柱状の金属片であって、列方向上側のクラスター３０の導電被膜３１の突出部３１ａに導電性ペースト３１ｂを介して接続されている。各列の最上段の導電接続片５３は、負極側導電被膜２４ａに接続される。尚、導電接続片５３は、円柱状の金属片であっても良い。
【００３９】
各行の複数の導電被膜３１を電気的に接続する架橋導電被膜５５が設けられている。この架橋導電被膜５５は、各クラスターの突出部３１ａ間に直線状に形成され、導電被膜３１と同様に銀ペーストから形成される。尚、架橋導電被膜５５は必ずしも直線状である必要はなく、ジグザグ状や曲線状のものであっても良い。各列の最も下側のクラスター３０の導電被膜３１は、正極側導電被膜２３ａを介して正極端子２３に接続され、最も上側のクラスター３０の導電部材４８は導電接続部材５０と負極側導電被膜２４ａ介して負極端子２４に接続されている。
【００４０】
このように、複数のクラスター３０が、直列・並列接続されているので、一部のクラスター３０が機能停止した場合などにおいても、それら機能を停止したクラスター３０を迂回するように他のクラスターを通って電流が流れるため、その他の正常なクラスター３０の発電機能が停止したり低下したりすることがなく、このモジュール２０全体の出力低下に及ぼす影響を最低限に留めることができる。
【００４１】
次に、このモジュール２０の出力について説明する。
ここで、例えば、３行３列のマトリックス状に配設された複数のクラスター３０が組み込まれたモジュールの出力について説明する。１個の太陽電池セル３２の開放電圧が例えば０．６Ｖである場合、正極端子２３と負極端子２４の間に３個のクラスター３０が直列接続されているので、１．８Ｖの電圧が発生する。そして各行の各クラスター３０の１個の太陽電池セル３２により発生する電流をＩとすると、３個のクラスター３０が並列接続されているので、正極端子２３から４２Ｉの電流が流出する。
【００４２】
つまり、３枚のモジュール２０が組み付けられている太陽電池パネル１においては、５．４Ｖの電圧が発生し、出力端子９ｂから４２Ｉの電流が流出する。尚、モジュール２０の出力電圧を上げるには、クラスター３０の直列接続数を増やし、モジュール２０からの出力電流を上げる場合は、クラスター３０の並列接続数を増やすことで実現できる。パネル１においても同様で、出力電圧を上げるには、モジュール２０の直列接続数を増やし、モジュール２０からの出力電流を上げる場合も、モジュール２０の並列接続数を増やすことで実現できる。
【００４３】
次に、この採光型太陽電池モジュール２０の効果について説明する。
このモジュール２０によれば、複数の太陽電池セル３２が吸収した光は発電に、複数の太陽電池セル３２間を透過した光は室内への採光とすることができる。モジュール２０としての発電量と採光量の比率は、第１基板２１に対する組み込んだ太陽電池セル３２全体の投影面積に対して依存する。つまり、強い陽射しを和らげる場合には、太陽電池セル３２の配置密度によって太陽電池セル３２全体の投影面積を増やし、発電量をふやすことができる。
【００４４】
このモジュール２０によれば、複数のクラスター３０を配置するパターンを自由に設定することができるため、複数のクラスター３０でもって意匠性の高い種々の模様を構成することができる。しかも、上記導電被膜３１の下地として第１基板２１の表面に好みの色の顔料を混合したセラミックペーストをシルクスクリーン印刷して焼成し、セラミック膜２９を形成することにより基板２１の下面（室内側）からみてカラフルな美しい模様を形成することも可能である。また、セラミック膜２９により太陽電池セル３２や導電被膜３１を見えにくくすることができる。このため、光発電機能以外に建材としての意匠性の高いモジュールを実現することができる。さらに、セラミック膜２９を形成することで、導電皮膜３１との密着性を向上すると共にガラス基板２１の強度を向上することができる。
【００４５】
このモジュール２０によれば、複数行複数列のマトリックス状に配設された六角形状のクラスター３０が幾何学的な図柄を表現すると共に太陽光発電と採光を調和させた窓材として利用でき、六角形状のクラスター３０のサイズ、及びこれらクラスター３０の間隔は、意匠性、光透過率、発電出力を考慮した設計を可能とする。
【００４６】
このモジュール２０によれば、導電被膜３１と導電接続部材５０と架橋導電被膜５５による配線は、第１基板２１の垂直方向から見て太陽電池セル３２が隠れる程度の幅を持たせ、この配線の図柄あるいは絵柄が強調できるようにし、モジュール２０の裏側から見た意匠性を高めるようにすると共に、表面から入射した光を反射させて太陽電池セル３２の受光量を増やして出力を高めることができる。
【００４７】
このモジュール２０によれば、複数の太陽電池セル３２と、複数の導電被膜３１のサイズは、従来の平板型太陽電池セルや薄膜太陽電池セルと比較すると、小さくかつ細かく分散して配置できるため、それ自体が大きな視野の妨げにならず均一な採光性と違和感のない内外の景観が見られるシースルー型の太陽電池モジュールとして利用できる。
【００４８】
このモジュール２０によれば、光透過性の基板２１，２２の間に複数の太陽電池セル３２を埋め込み、このモジュール２０を窓材として使用することで、独立した太陽電池パネルを用いて発電する場合と比較して、ガラスなどの部材費用や設置にかかる諸費用を低減できる。また、第１基板２１上に、複数のロッド形の太陽電池セル３２や複数の導電被膜３１の部品を形成し、その上に第２基板２２を積載するので、第２基板２２には部品を形成する必要がなく組立が容易になる。
【実施例２】
【００４９】
この実施例２は、前記実施例１の複数のクラスター３０における複数のロッド形の太陽電池セルの配置を変更した採光型太陽電池モジュール２０Ａの例を示すものであり、前記実施例１と異なる構成についてのみ説明する。
図１３〜図１５に示すように、このクラスター３０Ａは、横方向に１直線状に形成されたものであって、第１基板２１の内面に形成された導電被膜３１Ａと、複数のロッド形の太陽電池セル３２Ａと、バイパスダイオード４０Ａと、導電接続部材５０Ａの導電接続片５３Ａと、これら太陽電池セル３２Ａとバイパスダイオード４０Ａと導電接続片５３Ａとを電気的に接続する導電部材４８Ａから構成されている。
【００５０】
導電被膜３１Ａは、１直線状のものであって、太陽電池セル３２の直径より大きいサイズの幅を有する線状導電被膜６６と、線状導電被膜６６と同一線上に形成され且つ電気的に切り離された角形導電被膜６５とを有している。この角形導電被膜６５は、最上段と最下段の角形導電被膜６５を除いて導電被膜延長部５１Ａの端部と一体的に形成されている。導電被膜３１Ａは、縦方向に一定の間隔おきに複数本平行に第１基板２１上に形成されている。尚、第２基板２２Ａの内面側の周辺部分２２ａは、サンドブラスト加工により粗面にしたすりガラス状に形成され、モジュール２０Ａの表面から正極端子２３及び負極端子２４、バイパスダイオード４０Ａや導電接続片５３Ａが見えにくい状態にされている。
【００５１】
各クラスター３０Ａの複数の太陽電池セル３２Ａは、線状導電被膜６６上に中心寄りに等間隔に配設されて、この太陽電池セル３２Ａの正電極３７が接続されている。線状導電被膜６６の外寄りには、バイパスダイオード４０Ａが配設されて、このバイパスダイオード４０Ａの負電極４５が接続されている。角形導電被膜６５に導電接続片５３Ａが配設され接続されている。導電部材４８Ａは１直線状に形成され、この導電部材４８Ａに、太陽電池セル３２Ａの負電極３８とバイパスダイオード４０Ａの正電極４６と導電接続片５３Ａとが電気的に接続されている。
【００５２】
次に、複数のクラスター３０Ａ同士を電気的に接続する導電構造について説明する。
この複数のクラスター３０Ａは、導電部材延長部５１Ａと導電接続片５３Ａとを有する導電接続部材５０Ａを介して上側から下側に向けて直列接続されている。最上段のクラスター３０Ａの角形導電被膜６５は導電被膜延長部５１ｂを介して負極端子２４に接続され、最下段のクラスター３０Ａの線状導電被膜６６は導電被膜延長部５１ａを介して正極端子２３に接続されている。
【００５３】
次に、このモジュール２０Ａの効果について説明する。
このモジュール２０Ａは、光が透過できるように太陽電池セル３２Ａを固着した１直線状の導電被膜３１Ａを間隔を設けて形成し、この導電被膜部分３１Ａを除いた透過部分の面積によって窓材としての採光率を決めることができる。表面または裏面から導電被膜３１Ａと導電部材４８Ａにより意匠性のあるパターンが見られ、且つ太陽光を含む外来光を効率よく吸収し発電する太陽電池パネル１として利用できる。尚、その他の効果は、前記実施例１と同様であるので説明を省略する。
【実施例３】
【００５４】
この実施例３は、前記実施例１〜２のロッド形の太陽電池セル３２，３２Ａの代わりに本実施例の太陽電池セル３２Ｂを採用してもよい。また、この場合、前記バイパスダイオードを太陽電池セル３２と置き替えることができる。図１６〜図１８に示すように、この太陽電池セル３２Ｂは、ロッド状のｐ形シリコン単結晶７１と、シリコン単結晶７１の一端部に形成された平坦面７２と、この平坦面７２を除いてシリコン単結晶７１の表面部に形成されたｎ＋拡散層７３と、シリコン単結晶７１の中心を挟んで対向する帯状正電極７５，帯状負電極７６と、シリコン単結晶７１の平坦面７２の外面部に正電極７５に臨むように形成されたｐ＋拡散層７７と、太陽電池セル３２Ｂの表面のうちの正電極７５及び負電極７６以外の部分を覆う反射防止膜７８とを備えている。
【００５５】
シリコン単結晶７１の表面部には、光起電力を発生可能なｐｎ接合として機能するｐｎ＋７４接合が形成されており、このｐｎ＋接合７４は、平坦面７２を除く、シリコン単結晶７１の表面から一定の深さ位置に実質的に部分円筒状に形成されている。ｐｎ＋接合７４の両端には、帯状の１対の電極７５，７６が接続されている。正電極７５の近傍部のうちの帯状正電極７５よりもシリコン単結晶側７１部分には、トンネル効果によるバックワードダイオード特性を有するｐ＋ｎ＋接合７９が２本の直線状に形成されている。つまり、この太陽電池セル３２Ｂの等価回路は、図１８のようになる。
【００５６】
このモジュールによると、並列接続された複数行のうちの１行のクラスターの一部又は全部の太陽電池セル３２Ｂが影に入って、太陽電池セル３２Ｂに逆電圧が印加されても、その行の太陽電池セル３２Ｂのｐ＋ｎ＋接合７９を通ってバイパス電流が流れる（図１８参照）。従って、複数のクラスターをメッシュ状の直列並列回路により電気的に接続してなるモジュールにおいて、どのようなパターンの影が発生しても、発電電力をロスなく、取り出すことが可能になり、個々の太陽電池セルに悪影響が生ずることもない。また、バイパスダイオードを必要としないので、太陽電池セル数も増えモジュールの出力を高めることができる。
【００５７】
次に、前記実施例を部分的に変更した種々の変更形態について説明する。
［１］このモジュールの出力電力と採光率（あるいは遮光率）の割合は、主として使用する複数の太陽電池セルの出力電力及びその使用数と、光透過性の第1基板上に設けた複数の導電被膜による遮光総面積に依存するので、窓材としての意匠性を高め付加価値を上げるため、複数の太陽電池セルの配置や使用数は、第1基板上の導電被膜の図柄あるいは絵柄に対応して種々設計することができる。
［２］このモジュールは、この採光型太陽電池パネル以外にも、利用が期待される窓材を含む建材、例えば、ガラス窓、アトリウム、トップライト、カーテンウォール、ファサード、キャノピー、ルーバー、ダブル・スキンの外面、バルコニーの手摺、高速道路や鉄道の防音壁などに適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
採光型太陽電池モジュールにおいて、複数のロッド形の太陽電池セルを含んだクラスターを複数配設し、各クラスターを六角形状または１直線状に構成し、複数のクラスター配設することで、採光率と発電能力の比率選択性の許容幅を向上させることができ、窓材としての意匠性を高め得ることができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のロッド形の太陽電池セルにより発電する採光型太陽電池モジュールにおいて、
光透過性の第１基板と、
導電方向を第１基板と直交方向に揃え且つ複数クラスターにグループ化された複数のロッド形の太陽電池セルと、
前記第１基板の内面に複数クラスターに対応させて形成され、各クラスターの複数の太陽電池セルの第１電極が電気的に並列接続された複数の導電被膜と、
前記複数クラスターの各々における複数の太陽電池セルの第２電極が電気的に並列接続された複数の導電部材と、
前記複数のクラスターの各々における導電被膜を、所定方向に隣接するクラスターの導電部材に電気的に接続する複数の導電接続部材と、
前記第１基板に対して複数の太陽電池セルを挟んで平行に配置された光透過性の第２基板と、
前記第１，第２基板との間に充填されて複数の太陽電池セルと複数の導電部材と複数の導電接続部材を埋め込んだ状態にモールドする光透過性の合成樹脂モールド材と、
を備えたことを特徴とする採光型太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記第１基板の一端部に前記採光型太陽電池モジュールの正極端子を設け、第１基板の他端部に前記採光型太陽電池モジュールの負極端子を設けたことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記太陽電池セルは、ｐ形又はｎ形のロッド状半導体と、このロッド状半導体の表層部に形成された部分円筒状のｐｎ接合と、ロッド状半導体の軸心を挟んで対向するように形成されて前記ｐｎ接合の両端に接合された１対の帯状電極とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記複数クラスターに対応する複数のバイパスダイオードであって、前記複数の導電被膜及び導電部材を介して並列接続された複数のバイパスダイオードを備えたことを特徴とする請求項３に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記太陽電池セルは、逆電流をバイパスするバイパス機能を有することを特徴とする請求項３に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記各クラスターにおける複数の太陽電池セルは六角形の６辺上に配設され、複数のクラスターが複数行複数列のマトリックス状に配設されたことを特徴とする請求項４に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記各行又は各列のクラスターの複数の太陽電池セルは、前記導電接続部材を介して直列接続され、前記複数列又は複数行のクラスターの各々における複数の導電被膜を電気的に接続する架橋導電被膜を設けたことを特徴とする請求項６に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記導電接続部材は、前記導電部材の一端部に連なる導電部材延長部とこの導電部材延長部の端部に接続された導電接続片とを有することを特徴とする請求項７に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項９】
各クラスターの複数の太陽電池セルは１直線状に配設されたことを特徴する請求項１〜３の何れかに記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記第１，第２基板は、透明なガラス板で構成されたことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記導電被膜により採光が遮断されない採光領域の全体の面積に占める比率が５０％以上であることを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１２】
複数枚の前記採光型太陽電池モジュールを金属製の外周フレームに組み付けることで複数行又は複数列に配設したことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記複数の導電被膜の下地に着色及びパターン化した図柄のセラミック膜を形成したことを特徴とする請求項１に記載の採光型太陽電池モジュール。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１４】
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【国際調査報告】
2010016099.tif 000023
2010016099.tif 000024
2010016099.tif 000025
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