(57)【要約】【課題】受光面に太陽電池素子の色で２色以上を付与して、特定の文字、記号または図形のパターン等の意匠性を持たせて、付加価値を上げ、工業的に安価に作製できる太陽電池モジュール及びその製造方法の提供にある。【解決手段】受光面に２種類以上の色を持つ単位太陽電池素子が特定の文字、記号または図形のパターンを形成するようにモザイク状に並べられていて、前記単位太陽電池素子が受光面側から透明基板７上に形成された透明導電膜でなる透明電極層６、色素が吸着された多孔質酸化物半導体５と電解質溶液４を有する光電変換層、導電性の裏面基板１が順に積層されてなる色素増感型太陽電池９である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面に２種類以上の色を持つ単位太陽電池素子が特定の文字、記号または図形のパターンを形成するようにモザイク状に並べられていることを特徴とする意匠性を備えた太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記単位太陽電池素子が非単結晶シリコン太陽電池、非単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池、化合物半導体太陽電池、色素増感太陽電池のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の意匠性を備えた太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記単位太陽電池素子の面積が太陽電池モジュール全体の面積の１／８以下であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項記載の意匠性を備えた太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記単位太陽電池素子が、受光面側から透明基板上に形成された透明導電膜、色素が吸着された多孔質酸化物半導体と電解質を有する光電変換層、導電性基板が順に積層されてなる色素増感型太陽電池であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の意匠性を備えた太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記色素増感太陽電池の多孔質酸化物半導体層が、亜鉛、ニオブ、錫、チタン、バナジウム、インジウム、タングステン、タンタル、ジルコニウム、モリブデン、マンガンから選ばれる少なくとも１種類以上の金属の酸化物を含むことを特徴とする請求項４記載の意匠性を備えた太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記請求項４記載の電解質に代え、有機系ホール輸送層が用いられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の意匠性を備えた太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記請求項４記載の電解質に代え、無機系ｐ型半導体が用いられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の意匠性を備えた太陽電池モジュール。
【請求項８】
２種類以上の色を持つ太陽電池素子を特定の文字、記号または図形のパターンを形成するようにモザイク状に並べ、太陽電池モジュールの受光面に表示機能をもたせることを特徴とする意匠性を備えた太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、受光面に意匠性を備えた太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池に特定の文字、記号または図形のパターン等の意匠性を持たせることは、太陽電池モジュールの付加価値を高める上で極めて重要である。屋根等に設ける電力用太陽電池モジュールにおいてはモジュール上に文字等を入れて広告塔の役目を果たさせたり、また携帯用電子機器に具備する民生用太陽電池においては文字や絵柄等を太陽電池上に入れることで商品の付加価値を上げることができる。
【０００３】
従来、セル表面に印刷等で文字や絵柄を設けたり、収集用電極を特定の文字、記号、または図形のパターンに形成していたものがある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、太陽電池表面を印刷パターンや収集用電極で過剰に覆ってしまうと、太陽電池内に暗電流が流れ、それによってセル特性が悪化することが知られている。また、収集用電極を各文字、記号等のパターンとして用いると、各文字や記号等のパターンがお互いに電気的に繋がっている必要があり、意匠性を設ける上で自由度が大きく失われるという問題点があった。
【０００５】
また、色素増感型太陽電池の構成要素である多孔性半導体層をガラスフリットなどの材料で所定のパターンに仕切ることにより、受光面に任意の文字や記号あるいは図形や絵などを描くことができるカラー太陽電池がある（例えば、特許文献２参照。）。
【０００６】
以下に、上記先行技術文献を示す。
【特許文献１】特開２００２−６４２１４号公報
【特許文献２】特開２００２−７５４７２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、上記の従来技術においては所定のパターンに多孔性半導体層を除去する行程、多孔性半導体層を除去した部分に隔壁を形成する行程等複雑な工程を有するために工業的に安価に作製することはできなかった。
【０００８】
本発明は、かかる従来技術の問題点を解決するものであり、その課題とするところは、太陽電池モジュールにおいて、受光面に太陽電池素子そのものの色で２色以上を付与することにより、特定の文字、記号または図形のパターン等の意匠性を持たせて、太陽電池モジュールの付加価値を上げ、工業的に安価に作製できる太陽電池モジュールおよびその製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に於いて上記課題を達成するために、まず請求項１の発明では、受光面に２種類以上の色を持つ単位太陽電池素子が特定の文字、記号または図形のパターンを形成するようにモザイク状に並べられていることを特徴とする意匠性を備えた太陽電池モジュールとしたものである。
【００１０】
また、請求項２の発明では、前記単位太陽電池素子が非単結晶シリコン太陽電池、非単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池、化合物半導体太陽電池、色素増感太陽電池のいずれかであることを特徴とする請求項１記載の意匠性を備えた太陽電池モジュールとしたものである。
【００１１】
また、請求項３の発明では、前記単位太陽電池素子の面積が太陽電池モジュール全体の面積の１／８以下であることを特徴とする請求項１乃至２のいずれか１項記載の意匠性を備えた太陽電池モジュールとしたものである。
【００１２】
また、請求項４の発明では、前記単位太陽電池素子が、受光面側から透明基板上に形成された透明導電膜、色素が吸着された多孔質酸化物半導体と電解質を有する光電変換層、導電性基板が順に積層されてなる色素増感型太陽電池であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の意匠性を備えた太陽電池モジュールとしたものである。
【００１３】
また、請求項５の発明では、前記色素増感太陽電池の多孔質酸化物半導体層が、亜鉛、ニオブ、錫、チタン、バナジウム、インジウム、タングステン、タンタル、ジルコニウム、モリブデン、マンガンから選ばれる少なくとも１種類以上の金属の酸化物を含むことを特徴とする請求項４記載の意匠性を備えた太陽電池モジュールとしたものである。
【００１４】
また、請求項６の発明では、前記請求項４記載の電解質に代え、有機系ホール輸送層が用いられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の意匠性を備えた太陽電池モジュールとしたものである。
【００１５】
また、請求項７の発明では、前記請求項４記載の電解質に代え、無機系ｐ型半導体が用いられていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の意匠性を備えた太陽電池モジュールとしたものである。
【００１６】
さらにまた、請求項８の発明では、２種類以上の色を持つ太陽電池素子を特定の文字、記号または図形のパターンを形成するようにモザイク状に並べ、太陽電池モジュールの受光面に表示機能をもたせることを特徴とする意匠性を備えた太陽電池モジュールの製造方法としたものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以上の構成であるから、下記に示す如き効果がある。
【００１８】
即ち、上記請求項１に係る発明によれば、受光面に２種類以上の色を持つ単位太陽電池素子が特定の文字、記号または図形のパターンを形成するようにモザイク状に並べられているので、受光面に表示機能をもた意匠性を備えた太陽電池モジュールとすることができる。
【００１９】
また、上記請求項２に係る発明によれば、単位太陽電池素子として非単結晶シリコン太陽電池、非単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池、化合物半導体太陽電池、色素増感太陽電池のいずれかを使用することによって、安価に作製できる意匠性を備えた太陽電池モジュールとすることができる。
【００２０】
また、上記請求項３に係る発明によれば、単位太陽電池素子の面積を太陽電池モジュール全体の面積の１／８以下とすることによって、多彩な意匠性が付与された太陽電池モジュールとすることができる。
【００２１】
また、上記請求項４に係る発明によれば、前記単位太陽電池素子が、受光面側から透明基板上に形成された透明導電膜、色素が吸着された多孔質酸化物半導体と電解質を有する光電変換層、導電性基板が順に積層されてなる色素増感型太陽電池であることによって、より容易に太陽電池素子に種々の色を付与することができる。
【００２２】
また、上記請求項５に係る発明によれば、上記色素増感太陽電池の多孔質酸化物半導体層が、亜鉛、ニオブ、錫、チタン、バナジウム、インジウム、タングステン、タンタル、ジルコニウム、モリブデン、マンガンから選ばれる少なくとも１種類以上の金属の酸化物を含むことによって、優れた光電変換特性を示す意匠性を備えた太陽電池モジュールとすることができる。
【００２３】
また、上記請求項６、７に係る発明によれば、色素増感型太陽電池を構成する電解質に代え、有機系ホール輸送層、または無機系ｐ型半導体を用いることによっても、より容易に太陽電池素子に種々の色を付与することができる。
【００２４】
さらにまた、上記請求項８に係る発明によれば、２種類以上の色を持つ太陽電池素子を特定の文字、記号または図形のパターンを形成するようにモザイク状に並べる意匠性を備えた太陽電池モジュールの製造方法とすることによって、太陽電池モジュールの受光面に表示機能を、容易にかつ安価にもたせられる意匠性を備えた太陽電池モジュールの製造方法を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下本発明を実施するための最良の形態を図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の色素増感太陽電池の一実施の形態の構成を示す模式断面図であり、図２は、本発明の色素増感太陽電池モジュールの一実施の形態を示す模式図である。
【００２７】
本発明は、図１に示すように、裏面に透明電極層が施されている透明基板（７）と、裏面に裏面電極層（２）と白金膜（３）が施された裏面基板（１）との間に、周囲の隔壁（８）に囲まれた色素増感剤が担持された多孔質酸化物半導体（５）と電界質溶液（４）が導入されている色素増感太陽電池（９）に関するものである。
【００２８】
まず、本発明の太陽電池の基材（板）としては、太陽光受光側は透明であって太陽光の受光を阻害せず、その表面に透明性導電膜および光電変換素子を形成することができる透明基板（７）としては、例えば、ポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、トリアセチルセルロース、ポリビニルフルオライドフィルム、エチレン-テトラフルオロエチレン共重合樹脂、耐候性ポリエチレンテレフタレート、耐候性ポリプロピレン、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネート、ポリイミド、透明性ポリイミド、フッ素系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリアクリル系樹脂、ガラスなどを使用することができるがこれらに限定されるものではない。
【００２９】
また太陽光を受光しない裏面基板（１）としては、透明である必要はなく、特に限定されないが、例えば、上記の透明基板（７）に加え、ＳＵＳ薄板、Ａｌフォイルなども使用することができる。これら基板は単独の基材として使用してもよいが、二種以上の基材を積層した複合基板として使用することもできる。
【００３０】
また、本発明において太陽光をより有効利用するために、光の干渉を利用した反射防止層（図示せず）が上記基板の層上あるは層間のいずれかに設けることも可能である。この
反射防止層は、光の干渉性を利用したもので、一般に目的の反射防止特性を得るために所定の光学膜厚ｎｄ（屈折率ｎ×形状膜厚ｄ）の層から構成されればよく、本発明において積層数は特に限定されるものではない。この反射防止膜として珪素酸化物や有機フッ素化合物等の低屈折率層を単層で設けることも可能であるが、通常は、コスト及び反射防止効果の面から１〜６層とすることが好ましい。
【００３１】
また、上記反射防止膜は真空蒸着法、反応性蒸着法、イオンビームアシスト蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、プラズマＣＶＤ法等の真空成膜プロセス、グラビアコートやスクリーンコート等のウェットコートと、熱乾燥法、熱硬化法、紫外線照射硬化法、電子線照射硬化法等を組み合わせた成膜プロセスによることができ、各々の薄膜の特性に最適な方法が適宜選択される。この他のいかなる成膜方法であっても構わない。
【００３２】
また、太陽電池素子の耐候性を上げるために、上記基板の層上あるは層間のいずれかにガスバリアー層として設けることも可能である。例えば、ケイ素酸化物（ＳｉＯｘ  ）、ケイ素窒化物（ＳｉＮｘ  ）、酸化アルミニウム（Ａｌｘ  Ｏｙ  ）のいずれかの単独、もしくは二種以上の混合系の蒸着層、または無機−有機のハイブリッドコート層のうちのいずれか一種、または二種以上を組み合わせた複合層を好適に使用することもできる。
【００３３】
上記、ケイ素酸化物（ＳｉＮｘ  ）、ケイ素窒化物（ＳｉＮｘ  ）、酸化アルミニウム（Ａｌｘ  Ｏｙ  ）などの蒸着層は蒸着法、スパッタ法、ＣＶＤ法、ディッピング法、ゾルゲル法などにより基材フィルム上に容易に形成することができる。このようなバリア層の厚さは５〜５００ｎｍの範囲が好ましく、３０〜１５０ｎｍの範囲が特に好ましい。
【００３４】
本発明の太陽電池素子とは、半導体の光起電力効果を利用して発電するもの全てを意味しており、非単結晶シリコン太陽電池、非単結晶シリコンゲルマニウム太陽電池、化合物半導体（３−５族、２−６族、その他）太陽電池、色素増感太陽電池、有機半導体太陽電池などが特に好適に用いられる。
【００３５】
また、透明電極層（６）や裏面電極層（２）を形成する透明導電膜としては、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム等が好適に使用されるがこれらに限定されるものではない。また必要に応じてこれらの材料にドーピングを施すこともできる。この透明導電膜の作製方法としては、蒸着法、スパッタ法、減圧ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition)法、常圧ＣＶＤ法、ゾルゲル法、熱分解スプレー法、電析法などが挙げられるがこれらに限定されるものではない。
【００３６】
また、これらの透明導電膜をエッチングすることによって、光閉じこめし易いような凸凹を形成することもできる。この場合、エッチャントの種類、濃度、またはエッチング時間等を適宜変更することにより、透明導電性の材料の表面形状を容易に制御できるので、所望の凸凹が容易に得られる。
【００３７】
また、光電変換素子として色素増感太陽電池を用いた場合には、導電性の透明電極層（６）や裏面電極層（２）の表面には、後述する電解質への電子供給を促進させるために、白金膜（３）や炭素膜等を形成することもできる。
【００３８】
上記色素増感太陽電池（９）の電解質溶液（４）は、一般に色素増感太陽電池において使用することのできるものであれば、特に限定されないが、酸化還元性のものが好ましく、例えばＬｉＩ、ＮａＩ、ＫＩ、ＣａＩ２  等の金属ヨウ化物とヨウ素の組み合わせおよびＬｉＢｒ、ＮａＢｒ、ＫＢｒ、ＣａＢｒ２  等の金属臭化物と臭素の組み合わせがある。その中でも特にＬｉＩとヨウ素の組み合わせが最も好ましい。この電解質は溶媒に溶解
した形態（例えば、酸化還元性電解液）で用いられる。
【００３９】
また、上記色素増感剤としては、金属錯体色素または有機色素が使用可能であり、金属錯体色素では、ルテニウム系色素が最も好ましく、特にルテニウム錯体であるルテニウムビピリジン色素およびルテニウムターピリジン色素有機色素が挙げられ、有機色素としてはアクリジン系、アゾ系、インジゴ系、キノン系、クマリン系、メロシアニン系、フェニルキサンテン系の色素が挙げられるがこれらに限定されるものではない。該色素は半導体表面に対する適当は結合基を有していることが好ましく、特に好ましい結合基としては、ＣＯＯＨ基、シアノ基、ＰＯ３  Ｈ２ 基、キレート化基が挙げられる。中でも
ＣＯＯＨ基、ＰＯ３  Ｈ２ 基が好ましい。
【００４０】
また、色素を吸着させる多孔質酸化物半導体層（５）としては、酸化チタン、酸化ニオブ、酸亜スズ、酸化亜鉛、酸化タングステン、チタン酸バリウム、硫化カドミウムなどが用いられ、またこれらを組み合わせて用いることもできる。
【００４１】
上記多孔質酸化物半導体層（５）を透明基板（７）上に形成する方法としては、１）蒸着法、スパッタ法等によるＰＶＤ法、２）原料ガスを用いたＣＶＤ法、３）半導体微粒子の分散液またはコロイド溶液を塗布し乾燥、焼成する方法等が挙げられるが、これらに限定されるものでは無い。また多孔質酸化物半導体（５）の膜厚は、１〜３０μｍの範囲が好ましく、３〜２０μｍの範囲がより好ましい。
【００４２】
上記多孔質酸化物半導体層（５）は、膜内の粒子同士を電気的にコンタクトさせ、また好ましい結晶構造を持たせるために、膜作成後に焼成することが望ましい。好ましい焼成温度は５０℃以上６００℃未満である。
【００４３】
上記の手法を用い、作製した２種類以上の色の単位太陽電池素子を所定のパターンを形成するように並べてモジュール化することで、受光面に意匠性を備えた太陽電池モジュールを作製することができる。すなわち、太陽電池モジュール全体の面積の１／８以下の大きさを持つ、単位太陽電池素子を所定のパターンを形成するように並べて、配線することで意匠性を備えた太陽電池モジュールを安価に提供できる。この際、直列に配線する単位太陽電池素子の電流は著しく異ならないようすることが、発電性能を高く保つために必要である。
【００４４】
以下に、本発明の具体的実施例について説明する。
【実施例１】
【００４５】
この実施例としては、黄色−黒色の縞模様を具体的な表示対象とした。図１に示すように、透明電極層（６）を形成する透明導電膜が形成された透明基板（７）として旭硝子社製Ｔｙｐｅ−Ｕ（青板ガラス上にフッ素ドープした酸化スズがコーティングされた基材）を用いた。この透明導電膜が形成された透明基板（７）を寸法１×１ｃｍに切断し、その透明導電膜側に所定の大きさで酸化チタン縣濁液を塗布して、予備乾燥後、４５０℃で３０分間焼成し、多孔質酸化物半導体層（５）を形成した。その後エポキシ樹脂で隔壁（８）を設け、続いてこの多孔質酸化物半導体層（５）に色素を担持し乾燥した。黒色色素としては〔tri(cyanato)-2,2',2''-terpyridyl-4,4',4''-tricarboxylate〕Ru（II）〕を、黄色色素としては〔perylene-bis(4-dicarboxylphenyl)-3,4,9,10-tetracarboxylicimide〕を用いて黒色と黄色のセルを各々作製した。ここで別に用意した旭硝子社製Ｔｙｐｅ−Ｕ（１×１ｃｍ）に白金を蒸着して白金膜（３）とし、上記の積層体と対向するように重ね合わせ、電極リードを引き出すと共に、周囲の端部をエポキシ系接着剤で電解質溶液（４）の注入口のみを残して封止し、接着剤の硬化後、その注入口からヨウ素電解質溶液を注入し、注入後、その注入口をシール材で封止し、図１の色素増感太陽電池（９）を作製
した。
【００４６】
上記の方法で黒色の単位太陽電池（１ｃｍ×１ｃｍ）を３６個、黄色の単位太陽電池（１ｃｍ×１ｃｍ）を３６個、各々作製し、黄色、黒色の単位太陽電池を９個ずつ直列に接続した。その直列接続された太陽電池群を、図２に示すように、黄色の単位太陽電池（１２）と、黒色の単位太陽電池（１４）を互い違いに並べ、並列接続することで、黄色と黒色の虎模様を持つ太陽電池モジュール（９）を作製した。
【００４７】
上記のように、二種類以上の色を有する太陽電池素子を、特定の文字、記号または図形のパターンを形成するようにモザイク状に並べることで、特殊な加工を行わなくても、太陽電池モジュールの受光面に表示機能をもたせることが可能となり、工業的に安価に作製することができるものであった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る太陽電池の一実施の形態を側断面で表した説明図である。
【図２】本発明の意匠性を備えた色素増感太陽電池モジュールの一実施の形態を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００４９】
１‥‥裏面基板
２‥‥裏面電極層
３‥‥白金膜
４‥‥電界質溶液
５‥‥多孔質酸化物半導体
６‥‥透明電極層
７‥‥透明基板
８‥‥隔壁
９‥‥色素増感太陽電池
１０‥‥意匠性を備えた色素増感太陽電池モジュール
１２‥‥黄色の単位太陽電池
１４‥‥黒色の単位太陽電池
【図１】
2006179380.tif 000003
【図２】
2006179380.tif 000004