(57)【要約】【課題】本発明は、発電効率を向上させるために太陽電池素子の温度上昇を高めて、アニール効果を促進させる薄膜太陽電池を提供することを主目的とする。【解決手段】本発明は、太陽電池素子の非受光面側に真空層を設けて、高い断熱効果を確保した薄膜太陽電池を提供することにより上記目的を達成するものである。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンを主成分とする半導体層を有する太陽電池素子の非受光面側に順次積層された充填材層と裏面保護層とを封止するラミネート工程において、ラミネートと同時に芯材を真空封止することにより、真空層が形成されていることを特徴とする薄膜太陽電池。
【請求項２】
前記太陽電池素子は、透明電極層、シリコンを主成分とする半導体層、裏面電極層が順次積層されていることを特徴とする請求項１記載の薄膜太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、薄膜太陽電池に関し、さらに詳しくはシリコンを主成分とする半導体層を有する太陽電池素子からなる薄膜太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題に対する意識の高まりから、クリーンなエネルギー源としての太陽電池
が注目されている。中でもアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）に代表される薄膜半導体にて構成される薄膜太陽電池は、薄型で軽量、製造コストの安さ、大面積化が容易であることなどから、今後の太陽電池の主流となると考えられ、電力供給用以外に、建物の屋根や窓などにとりつけて利用される業務用，一般住宅用にも需要が広がってきている。
【０００３】
薄膜太陽電池は、基板の一面上に光電変換層が両面に電極層を備えて形成される。この電極層のうち、光の入射側に存在するものは、ＩＴＯあるいはＺｎＯなどの透明導電材料よりなる透明電極層である。
【０００４】
薄膜太陽電池では、太陽電池素子の温度が高い方がアニール効果により発電効率を向上させることができるので、太陽電池をフレームとの間に断熱材を設けてフレームへの熱の伝導を抑制する方法が開示されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−１０３０８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、太陽電池モジュールの裏面側に断熱部材を設置する場合、モジュール作成工程が増加し、コストダウンが図れないという問題があった。
【０００７】
また、太陽電池モジュールと断熱材との接着性が良好ではないので、長期間屋外に設置しておく場合には、大気中の水分が太陽電池モジュール内に浸入してしまい、発電効率が低下してしまうという事が問題となっていた。
【０００８】
本発明はこのような状況下になされたもので、発電効率を向上させるために太陽電池素子の温度上昇を高めて、アニール効果を促進させる薄膜太陽電池を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者らは、シリコンを主成分とする半導体層を有する太陽電池素子の非受光面側に順次積層された充填材層と裏面保護層とを封止するラミネート工程において、ラミネートと同時に芯材を真空封止することにより、真空層を形成することで、高い断熱効果を得ることを見出し、発明を完成するに至った。
【００１０】
（１）本発明は、シリコンを主成分とする半導体層を有する太陽電池素子の非受光面側に順次積層された充填材層と裏面保護層とを封止するラミネート工程において、ラミネートと同時に芯材を真空封止することにより、真空層が形成されていることを特徴とした薄膜太陽電池である。
【００１１】
（２）また本発明は、前記太陽電池素子は、透明電極層、シリコンを主成分とする半導体層、裏面電極層が順次積層されていることを特徴とする（１）項に記載の薄膜太陽電池である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、太陽電池素子の非受光面側に真空層を設けることで、高い断熱効果を確保した薄膜太陽電池を提供することを主目的とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態の構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の薄膜太陽電池の一実施態様について説明する。
【００１５】
［薄膜太陽電池］
まず、図１に示す本発明の薄膜太陽電池の一実施形態について説明する。本実施形態の薄膜太陽電池１は、後述する本発明の裏面一体化シートの製造方法の一実施態様によって製造される。本発明の薄膜太陽電池は透明基体２上に、透明電極層３、シリコンを主成分とする半導体層４、裏面電極層５、充填材層６、裏面保護層８が順次積層されており、充填材層６と裏面保護層８が芯材を有する真空層７介して接合されている。以下、これらの部材について説明する。
【００１６】
［透明基体］
まず、透明基体２について説明する。本実施形態の薄膜太陽電池１に使用される透明基体２としては、例えば、ガラス、サファイア、チタニア等の無機材料；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、ポリエーテルスルホン、ポリイミド、ナイロン、ポリスチレン、ポリビニルアルコール、エチレンビニルアルコール共重合体、フッ素樹脂フィルム、塩化ビニル、ポリエチレン、セルロース、ポリ塩化ビニリデン、アラミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリカーボネート、ポリアリレート、ポリノルボルネン等の有機材料；紙、合成紙等の紙材料；ステンレス、チタン、アルミニウム等の金属に、絶縁性を付与するために表面をコート或いはラミネートしたもの等の複合材料；などが挙げられる。なお、基板の材料は、１種を用いてもよく、２種以上を任意の組み合わせ及び比率で併用しても良い。また、これら有機材料あるいは紙材料に炭素繊維を含ませ、機械的強度を補強させても良い。金属基板の場合は、例えば、ステンレス、アルミニウムなどの工業的に安定して供給され、安価で加工し易い材質が好ましい。また、形状については、作製上も、製品としての取扱の上でも使いやすい角型にしても良いし、工業的規模で連続生産する場合は、金属基板は、シート状に形成された長尺基板であって、ロール状に巻き取ることができ、充分に柔軟であることが望ましい。また、絶縁性基板としては、耐熱性、加工性の点からガラスやセラミックスが好適に用いられる。ガラス基板の場合、透明性が良く、成膜中や、使用中に半導体層と反応しない材質が好ましい。セラミックス基板の場合には、アルミナ、ジルコニアなどのいわゆるニューセラミックスが好適に用いられる。プラスチックの基板としてはポリエステル、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリアミド等が好適に用いられる。これらの基板材料の表面処理は、照射された光を有効に光電変換するためと、半導体としての接合を良くすることに重要な工程であり、所望に応じて平滑な面にしたり、粗面にしたりして、必要に応じて機械的な研磨や電解研磨等の処理をして用いる。
【００１７】
［透明電極層・裏面電極層］
次に、透明電極層３、裏面電極層５について説明する。本実施形態の薄膜太陽電池１に使用される透明電極層３、裏面電極層５に用いる材料としては、Ｉｎ2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2 ，Ｉｎ2 Ｏ3 −ＳｎＯ2 ，ＺｎＯ，ＴｉＯ2 ，Ｃｄ2 ＳｎＯ4 ，高濃度不純物をドープした結晶性半導体層などがあり、その形成方法としては、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，不純物拡散法などがある。
【００１８】
［半導体層］
次に、半導体層４について説明する。本実施形態の薄膜太陽電池１に使用される半導体層４には、ｐｉｎ接合非晶質シリコン，ｐｎ接合多結晶シリコン，ＣｕＩｎＳｅ2 ／Ｃｄｓなどの化合物半導体が挙げられる。上記半導体層は、それが非晶質シリコンの場合、シランガスなどを用いたプラズマＣＶＤ法により、また、多結晶シリコンの場合、溶融シリコンのシート化により、更には、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）などの方法で、積層、形成される。
【００１９】
［充填材層］
次に、充填材層６について説明する。本実施形態の薄膜太陽電池１に使用される充填材層６を構成する樹脂は、特に限定されないが、熱可塑性を有し、かつシート状に加工したときに柔軟性を示すものであることが好ましい。このような樹脂としては、例えば、ＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）系の樹脂、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）系の樹脂、シリコーン系の樹脂、ポリエチレン系の樹脂等が例示される。これらの樹脂は、必要とされる性能に応じて、１種又は２種以上を混合して使用することができる。
【００２０】
ポリエチレン系の樹脂としては、充填材に柔軟性を付与する観点から、エチレンとα−オレフィンとの共重合体が好ましく使用される。このような樹脂としては、メタロセン系直鎖状低密度ポリエチレンが挙げられる。メタロセン系直鎖状低密度ポリエチレンは、シングルサイト触媒であるメタロセン触媒を用いて合成されるものである。このようなポリエチレン系樹脂は、側鎖の分岐が少なく、コモノマーの分布が均一である。このため、分子量分布が狭く、密度が小さいポリエチレン系樹脂とすることができ、シートに柔軟性を付与することができる。反りの抑制の観点からは、密度が０．８７０〜０．８９０ｇ／ｃｍ３の範囲であるメタロセン系直鎖状低密度ポリエチレンであることが好ましく、α−オレフィンが炭素数６から８であることが好ましい。
【００２１】
上記ポリエチレン系の樹脂は、更に、α−オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物
をコモノマーとして共重合してなるシラン共重合体を含むことが好ましい。α−オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物とをコモノマーとして共重合してなるシラン共重合体は、例えば、特開２００３−４６１０５号公報に記載されているものである。当該共重合体を太陽電池モジュールの充填材の成分として使用することにより、強度、耐久性等に優れ、かつ、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、その他の諸適性に優れ、さらに、太陽電池モジュールを製造する加熱圧着等の製造条件に影響を受けることなく極めて優れた熱融着性を示し、安定的に、低コストで、種々の用途に適する太陽電池モジュール１０を製造することができる。このようなシラン共重合体は、少なくともα−オレフィンとエチレン性不飽和シラン化合物とをコモノマーとし、必要に応じて、さらにその他の不飽和モノマーをコモノマーとして共重合して得られる共重合体であり、さらにその変性体又は縮合体も含むものである。
【００２２】
なお、他の充填材を構成する樹脂としては、酢酸ビニル含量が１５〜４５質量％のＥＶＡ（エチレン−酢酸ビニル共重合体）系の樹脂も柔軟性の点から好ましく用いられる。
【００２３】
［裏面保護層］
次に、裏面保護層８について説明する。本実施形態の薄膜太陽電池１に使用される裏面保護層８は、太陽電池モジュールに含まれる太陽電池素子に悪影響を与える水蒸気やガスが侵入することを防止するために設けられる。このため、裏面保護層８は、高い水蒸気バリア性や高いガスバリア性を有する素材から形成されることが好ましい。
【００２４】
裏面保護層８は、機械的あるいは化学的強度に優れ、具体的には、耐候性、耐熱性、耐水性、耐光性、耐風圧性、耐降雹性、耐薬品性、耐突き刺し性等の諸堅牢性に優れた樹脂シートである。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。
【００２５】
これらの樹脂シートの中でも、特に、２軸延伸ポリエチレンテレフタレート系樹脂、フッ素系樹脂のＥＴＦＥ（四フッ化エチレン・エチレン共重合体）やＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）のフィルム又はシートが好ましく使用される。
【００２６】
［真空層］
次に、真空層７について説明する。本実施形態の薄膜太陽電池１に使用される真空層７に使用する芯材としては断熱性、保温性及び畜熱性に優れた材料を用いる。例えば硬質ウレタンフォーム、スチレンフォーム、フェノールフォーム等の連続気泡体であれば、真空ラミネートした際に気泡に空気が溜まらずに真空状態とすることができるので好ましい。硬質ポリウレタンフォームは、ポリオールを基本原料として、発泡剤、整泡剤、反応触媒の存在下でイソシアネートを反応させて得られるものである。
【００２７】
ポリオールは、ｍ−トリレンジアミン（２，４−トリレンジアミン、２，６−トリレンジアミン）及びｏ−トリレンジアミン（２，３−トリレンジアミン、３，４−トリレンジアミン）からなる開始剤のプロピレンオキサイド付加物、他の開始剤は、２価アルコールのプロピレングリコール，ジプロピレングリコール、３価アルコールのグリセリン，トリメチロールプロパン、多価アルコールのジグリセリン，メチルグルコシド，ソルビトール，シュークローズ，アルキレンポリアミンのエチレンジアミン，ジエチレントリアミン、アルカノールアミンのモノエタノールアミン，ジエタノールアミン，イソプロパノールアミン、その他のジアミノジフェニルメタン，ビスフェノールＡ，ポリメチレンポリフェニルポリアミンを種々のアルキレンオキサイドで付加物としたポリオールを用いても良い。
【００２８】
イソシアネートは、ジフェニルメタンジイソシアネート多核体を主に使用される。ジフェニルメタンジイソシアネート多核体を用いたイソシアネートは、ポリエーテルポリオール溶液と粘度差が小さいので、ポリエーテルポリオールとの相溶性が向上する。ジフェニルメタンジイソシアネート多核体を用いることによって、初期反応は比較的速くなりゲル化や硬化が遅くなるので、脱型時のフォーム膨れ量が小さくなる。
【００２９】
また、発泡剤としては、炭化水素系発泡剤のシクロペンタン及び水を用いるのが好ましい。一般にシクロペンタンと水を多く用いれば容易に低密度化できるが、水が多いと気泡セル内の炭酸ガスの分圧が増加して膨れ量が大きくなり、シクロペンタンが多いと圧縮強度や寸法安定性が劣る。
【００３０】
反応触媒としては、テトラメチルヘキサメチレンジアミン，ペンタメチルジエチレントリアミン、３量化触媒を併用して高速反応化とキュアー性を高めることができる。それ以外に、第３級アミンのトリメチルアミノエチルピペラジン，トリエチレンジアミン，テトラメチルエチレンジアミン、３量化触媒のトリス（３−ジメチルアミノプロピル）ヘキサヒドロ−Ｓ−トリアジン、遅効性触媒のジプロピレングリコール，酢酸カリジエチレングリコール等、反応性が合致すれば使用することができる。
【００３１】
整泡剤としては、低表面張力の方が気泡セルの大きさがそろうので、フォームは一様に膨れ、一様な強度を有することができる。
【００３２】
次に、積層工程について述べる。
【００３３】
積層体は真空ラミネート装置に投入され、積層体を真空引きした状態で加圧加熱を行って積層体をラミネートする（ラミネート工程）。すなわち、積層体の構成部材である透明基体、透明電極層、シリコンを主成分とする半導体層、裏面電極層を有する太陽電池素子、充填材層、裏面保護層を真空引きした状態で貼り合せる。
【００３４】
また、充填材層と裏面保護層を真空引きした状態で貼り合わせる工程においては、ラミネートと同時に芯材を真空封止することにより、真空層を形成させる。
【符号の説明】
【００３５】
１  薄膜太陽電池
２  透明基体
３  透明電極層
４  半導体層
５  裏面電極層
６  充填材層
７  真空層
８  裏面保護層
９  フレーム
【図１】
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