(57)【要約】  この光収集装置（２０）は、少なくとも１つの光収集素子（３０）、及び前記光収集素子（３０）に関連して、前記装置に光が入射する側に位置する散乱層（２）を具備する。この散乱層（２）は、透明な繊維構造体（３）及び前記繊維構造体の繊維をカプセル化するための透明媒体（４）を有し、前記繊維構造体の繊維の屈折率と、前記カプセル化媒体の屈折率との差の絶対値は、０．０５以上である。【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１つの光収集素子（３０；１３０；２３０；２４０）を具備する光収集装置（２０；１２０；２２０）であって、前記光収集素子（３０；１３０；２３０）に関連して、前記装置に光が入射する側に位置する散乱層（２；１０２；２０２）をさらに具備し、前記散乱層（２；１０２；２０２）は、透明な繊維構造体（３；１０３；２０３）及び前記繊維構造体の繊維をカプセル化するための透明媒体（４；１０４；２０４）を有し、前記繊維構造体の繊維の屈折率（ｎ３）と、前記カプセル化媒体の屈折率（ｎ４）との差の絶対値が０．０５以上であることを特徴とする、光収集装置（２０；１２０；２２０）。
【請求項２】
前記カプセル化媒体（４；１０４；２０４）が、ポリマー材料であることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記カプセル化媒体（４；１０４；２０４）が、ポリマー積層中間層により形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記カプセル化媒体が、前記装置（２０；１２０）の前面基材（１；１０１）により形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
【請求項５】
前記繊維構造体（３；１０３；２０３）が、ガラス繊維を含むことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。
【請求項６】
前記繊維構造体（３；１０３；２０３）が、ポリマー繊維を含むことを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置。
【請求項７】
前記繊維構造体（３；１０３；２０３）が、１０〜５００ｇ／ｍ２、好ましくは１０〜１００ｇ／ｍ２の単位面積当り質量を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の装置。
【請求項８】
前記繊維構造体（３；１０３；２０３）が、１〜２０マイクロメートル、好ましくは５〜１５マイクロメートルの直径を有する繊維を含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
前記散乱層（２；１０２；２０２）は、８０％以上の全光線透過率及び４０％以上のヘイズ値を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１０】
前記繊維構造体（３；１０３；２０３）が、不織ベールであることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１１】
前記散乱層（２；１０２；２０２）が、前記光収集素子（３０；１３０；２３０）の前面電極（５；１０５；２０５）に面して位置していることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
前記装置の光収集素子が、光起電セル（３０；１３０；２３０；２４０）であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
第一の吸収スペクトルを有する吸収材料を含む第一の光起電セル（２３０）、及び前記第一の吸収スペクトルと少なくとも部分的に別個である第二の吸収スペクトルを有する吸収材料を含む第二の光起電セル（２４０）を具備し、前記第一の光起電セル（２３０）と前記第二の光起電セル（２４０）との間に前記散乱層（２０２）が挿入されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
透明基材（１；１０１）を具備する光収集素子（３０；１３０）用のカバー、特に光起電セル用のカバーであって、透明な繊維構造体（３；１０３）及び前記繊維構造体の繊維をカプセル化するための透明媒体（４；１０４）を有する散乱層（２；１０２；２０２）を具備し、前記繊維構造体の繊維の屈折率（ｎ３）と、前記カプセル化媒体の屈折率（ｎ４）との差の絶対値が０．０５以上であることを特徴とする、光収集素子（３０；１３０）用のカバー、特に光起電セル用のカバー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光収集装置、例えば光起電モジュールに関する。また、本発明は光収集素子用のカバー、例えば光起電セル用のカバーに関する。
【背景技術】
【０００２】
知られているように、光収集素子として光起電モジュールは、光エネルギーを電気的エネルギーに変換することができる少なくとも１つの光起電セルを具備する。光起電セルは、エネルギー変換できる材料、及びその材料のいずれかの面の２つの導電接点又は電極を通常は具備する。
【０００３】
セルに光が入射する側に位置することを意図されている光起電セルの前面電極は、特に透明伝導性酸化物（又はＴＣＯ）層、又は透明金属コーティング（透明伝導性コーティング又はＴＣＣ）に基づいて形成される。通常、この前面電極は、光起電モジュールの前面基材、又はグレージング機能（ｇｌａｚｉｎｇ  ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を有する基材と組み合わされる。これは、光起電セルへの良好な光透過性を可能としながら、光起電セルの機械的保護を確実にする。
【０００４】
光起電モジュールのエネルギー変換効率は、各光起電セルのエネルギー変換材料に到達する光の量に直接的に影響される。それゆえ、この効率を向上させるために、エネルギー変換材料に到達するモジュールへの入射光の量を最大化することが必要である。このために、公知の第一の方策は、その少なくとも前面をテクスチャ化することによって空気／前面基材界面でのモジュールへの入射光の反射を制限して、前面基材の透過特性を向上させることにある。ここで、この前面は、光起電モジュールに光が入射する側に位置することが意図されている面である。公知の他の１つの方策は、前面の電極がＴＣＯに基づいて形成される光起電セルをモジュールが具備する場合に、ＴＣＯ層の前面基材とは反対側の表面に微細テクスチャを与えることにある。この微細テクスチャ化の結果、ＴＣＯ層は、入射光を捕捉し、それによりセルのエネルギー変換材料による光の吸収確率を向上させる。しかし、そのようなテクスチャ化した前面基材又は微細テクスチャ化したＴＣＯ層を組み込んだ光起電モジュールの効率は、限定的なものに留まっている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は従来技術の装置よりも良好なエネルギー変換効率を有する光収集装置、特に光起電モジュールを与えることによって、これらの欠点を特に改良することを意図している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的のために、本発明に１つの主題は、少なくとも１つの光収集素子を具備する光収集装置であって、上記光収集素子に関して、上記装置に光が入射する側に位置する散乱層をさらに具備し、この散乱層は、透明な繊維構造体、及びその繊維構造体の繊維をカプセル化するための透明媒体を有し、かつその繊維構造体の繊維の屈折率と、カプセル化媒体の屈折率との差の絶対値が０．０５以上であることを特徴とする、光収集装置である。
【０００７】
この明細書を通じて、屈折率の数値は、５５０ｎｍで測定されたものである。
【０００８】
本発明の文脈において、用語「透明」は、少なくともその装置の光収集素子に用いる波長の範囲において、透明であることをいう。例を挙げると、多結晶シリコン系の光起電セルを有する光起電モジュールの場合、各透明構造体又は媒体は、このタイプのセルで用いられる波長である４００ｎｍ〜１２００ｎｍの間の波長範囲で有利には透明である。
【０００９】
また、表現「繊維構造体の繊維をカプセル化する」によって、繊維構造体の繊維の少なくとも一部がコーティングされているということが理解されるべきである。それゆえ、散乱層においては、繊維の材料とカプセル化媒体の材料との間に界面が存在している。
【００１０】
散乱層は、上記収集素子に関して、装置に光が入射する側に、すなわち上記収集素子の前に位置する。通常は、本発明の文脈において、光収集装置の背面−前面方向は、その装置によって収集することを意図した光の伝搬方向とは反対である。
【００１１】
本発明による光起電モジュールに関して、光収集素子は、光起電セルであり、かつ散乱層は、このセルの前に位置する。繊維構造体の繊維の屈折率とカプセル化媒体の屈折率との比較的大きな差によって、散乱層は、セルのエネルギー変換材料による光の吸収確率を向上させる光捕捉効果と、大きい角度の入射光の透過率を向上させる角度ヘイズ効果（ａｎｇｌｅ  ｈａｚｅ  ｅｆｆｅｃｔ）とによって、光起電セルのエネルギー変換材料に光を導く様式を改良することができる。
【００１２】
こうして、本発明による光起電モジュールに関して、本発明により規定される散乱層を具備しない従来技術のモジュールと比較すると、同じ厚みのエネルギー変換材料に対して、モジュールのエネルギー変換効率を向上させることができるか、エネルギー変換材料の厚みを減らしても、すなわちモジュールのコストを低下させても、同じエネルギー変換効率を維持することができる。
【００１３】
本発明の有利な特徴によると、繊維構造体の繊維をカプセル化するための媒体は、ポリマー材料である。特に、カプセル化媒体を、例えば、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、エチレンビニルアセテート（ＥＶＡ）、ポリウレタン、アイオノマー又はポリオレフィン系接着剤に基づくポリマー積層中間層（ｐｏｌｙｍｅｒｉｃ  ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ  ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ）によって形成することができる。変化形として、カプセル化媒体を、上記収集装置の熱可塑性ポリマー製の前面基材によって形成することができる。適切な透明熱可塑性ポリマーの例としては、特に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（ＰＥＮ）、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリメチルメタクリレート、ポリアミド、ポリイミド、フルオロポリマー、例えばエチレンテトラフルオロエチレン（ＥＴＦＥ）及びポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）がある。
【００１４】
織物構造又は不織構造のいずれかを有する繊維構造体の繊維は、カプセル化媒体を機械的に補強する役割を担う。特に、カプセル化媒体が、積層中間層又は上記収集装置の前面基材である場合、結果としてこの中間層又は基材の剛性は向上する。それゆえ、本発明の光起電モジュールは、向上した機械的特性を有し、特に許容荷重の点で向上した機械的特性を有する。これは、厳格な機械的試験、例えば風や雪の荷重に対するモジュールの抵抗性を評価するＩＥＣ標準によって与えられる機械的試験に合格させることを可能とする。カプセル化媒体を、ガラス基材を前面に置くことを意図したモジュールの積層中間層にする場合、繊維構造体による機械的補強に起因する中間層の向上した剛性は、中間層の前面で比較的薄いガラスを用いることを可能とし、それゆえモジュールの厚み及び重量を小さくすることができる。
【００１５】
本発明の有利な特徴によると、繊維構造体は、ガラス繊維及び／又はポリマー繊維を有する。ガラス繊維の場合、繊維を構成するガラスは、任意の種類の繊維化可能なガラス、特にＥ−ガラスとなることができる。ポリマー繊維の場合、これらは特にポリエステル繊維、又はポリオレフィンの繊維、例えばポリエチレン若しくはポリプロピレンの繊維となることができる。有利には、繊維構造体は、１０〜５００ｍ２／ｇ、好ましくは１０〜１００ｍ２／ｇの単位面積当り質量を有し、かつ１〜２０マイクロメートル、好ましくは５〜１５マイクロメートルの直径の繊維を有することができる。好ましくは、繊維構造体は、１０マイクロメートル〜１ミリメートルの厚みを有する。
【００１６】
実際には、散乱層のヘイズ及び光透過特性を、繊維構造体の単位面積当り質量、繊維構造体の繊維の直径、繊維構造体の繊維の組成、カプセル化媒体の組成から特に、１以上のパラメーターを変えることによって調節することができる。本発明に従って、繊維構造体の繊維の組成を、繊維構造体の繊維の屈折率とカプセル化媒体の屈折率との差が０．０５以上になるように、適合させる。本発明の１つの有利な特徴によると、散乱層は、全光線透過率が８０％以上を有し、かつヘイズの値が４０％以上を有する。この明細書においては、直接光の透過率と拡散光の透過率を含む、素子の全光線透過率は、ＩＳＯ９０５０：２００３標準に従って測定される。さらに、素子のヘイズ値は、パーセントで表され、光を屈折させるこの要素の能力を表わす値を意味すると理解される。この明細書において、ヘイズ値は、ＡＳＴＭ  Ｄ１００３標準に従ったヘイズ計を用いて測定される。
【００１７】
繊維構造体は、不織構造体又は織物構造体であってよい。不織構造体に関しては、繊維を通常入り混じらせるが、織物構造体に関しては、繊維を縦糸と横糸の方向で整列させる。これら両方の場合で、繊維構造体は、カプセル化媒体に機械的補強を与える役割を担う。繊維構造体が織物状の場合、機械的補強は、横糸及び縦糸方向で特に実質的である。有利な実施態様では、繊維構造体は、ベール（ｖｅｉｌ）であり、散乱層内で繊維のランダムな分布を確保する。通常は、用語「ベール」は、完全に分散したフィラメントから形成した不織物を意味すると理解される。このようなベールを用いると、散乱層の特性は、特にヘイズ及び光透過性において、実質的に均質となる。
【００１８】
ガラス繊維の不織ベールは、通常バインダーを有し、これは繊維を結着し、そしてそのベールに容易に取り扱うことを可能にするための十分な剛性を与える。このバインダーは、繊維を結着することができる少なくとも１種のポリマーを通常含み、透明であるものが選択され、そして当業者に知られたあらゆる適切な種類であってよい。ベール中のバインダーの存在は、ベールの取扱い性を向上させることによって、本発明による光収集装置の産業的生産において有利とすることができる。しかし、散乱層を通過する光が、繊維とカプセル化媒体との間の界面に効果的にあたるように、このバインダーは、ベールのガラス繊維の限られた表面のみを被覆する必要がある。本発明の的確な実施のために、バインダーは、好ましくはガラス繊維ベールの約５〜３０重量％、より好ましくは５〜２０重量％となる。
【００１９】
本発明の有利な特徴によると、散乱層は、光収集素子の前面電極に面して位置する。この装置の光収集素子は、光起電セルとなることができる。
【００２０】
本発明による光収集装置の有利な実施態様では、この装置は、第一の吸収スペクトルを有する吸収材料を含む第一の光起電セル、上記第一の吸収スペクトルに対して少なくとも部分的に別個である第二の吸収スペクトルを有する吸収材料を含む第二の光起電セル、上記第一の光起電セルと上記第二の光起電セルとの間に挿入されている散乱層を具備する。
【００２１】
また、本発明の他の１つの主題は、光収集素子用のカバー、特に光起電セル用のカバーであり、このカバーは透明基材及び散乱層を具備し、この散乱層は、透明な繊維構造体及び繊維構造体の繊維をカプセル化するための透明媒体を有し、その繊維構造体の繊維の屈折率とそのカプセル化媒体の屈折率との差の絶対値は０．０５以上である。
【００２２】
このカバーの散乱層は、基材の１つの表面に面して位置する。変化形として、基材が熱可塑性ポリマーで作られている場合、このカバーの散乱層を、基材に組み込むことができ、この場合、その基材の少なくとも一部は、繊維構造体の繊維をカプセル化するための媒体を形成している。
【００２３】
本発明の特徴及び利点は、本発明による光収集装置の以下の三つの実施態様の記載から明らかとなるであろう。これは、添付の図面を参照して単に例として与える。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の第一の実施態様による光起電ソーラーモジュールの概略的な断面図である。
【図２】本発明の第二の実施態様による光起電ソーラーモジュールに関する、図１に類似する断面図である。
【図３】本発明の第三の実施態様による光起電ソーラーモジュールに関する、図１に類似する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１に示す光起電ソーラーモジュール２０は、ｐ−ｎ接合を形成している多結晶シリコンウェハーからなる光起電セル３０を具備する。また、図１から分かるように、このモジュール２０は、グレージング機能を有する前面基材１及び支持機能を有する背面基材８を具備する。モジュール２０に太陽光が入射する側に位置することが意図されている前面基材１は、非常に低い含有量の酸化鉄を有する特に透明なガラス、又は透明な熱可塑性ポリマーで特に作製することができる。
【００２６】
背面基材８は、透明か不透明かいずれかの任意の適切な材料で作製され、モジュール２０の内側に向いた表面に、すなわち、太陽光がモジュールに入射する側に、光起電セル３０の背面電極を形成する導電性層７を保持する。例を挙げると、層７は、金属層であり、特に銀又はアルミニウムで作製される。
【００２７】
背面電極を形成する層７上には、通常の場合、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換することができる多結晶シリコンウェハー６が配置されている。ウェハー６上には、セル３０の前面電極を形成する透明導電性層５が配置されている。そうして光起電セル３０は、層５、６及び７の積層によって形成される。この例では、セル３０の前面電極を形成する層５は、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）に基づく層である。変化形として、層５を、他のドープ透明伝導酸化物（ＴＣＯ）に基づく層、又は透明金属コーティング（ＴＣＣ）、例えば銀に基づく積層体とすることができる。
【００２８】
散乱層２は、前面電極を形成する層５と前面基材１との間に位置することができる。この散乱層２は、屈折率ｎ３が約１．５７であるＥ−ガラス繊維の透明なベール３、及び屈折率ｎ４が約１．４８であるＰＢＶ製の透明マトリクス４を有することができ、このマトリックスは、ベール３をカプセル化する。そして、ベール３の繊維とマトリックス４との屈折率の差は、約０．０９である。ベール３に用いることができるガラス繊維ベールの例は、Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｆａｂｒｉｃｓにより販売されているＵ５０型のベールであり、これは５０ｇ／ｍ２の坪量（ｇｒａｍｍａｇｅ）又は単位面積当り質量を有する。
【００２９】
図１に概略的に示されるように、ポリマーマトリックス４は、ベール３をカプセル化し、ベールと実質的に同じ厚みを有する。しかし、ポリマーマトリックス４は、ベール３の厚みより大きな厚みを有してもよく、ベール３は、ポリマーマトリックス４の一部のみでカプセル化されてもよい。ベール３は、ＰＶＢマトリックス４を機械的に補強し、それによって散乱層２は、散乱層２と同じ厚みを有し、かつＰＶＢのみで作製された層よりも高い剛性を有する。
【００３０】
ベール３の繊維とカプセル化マトリックス４との屈折率の差が比較的大きいと、ベールの繊維とマトリックスとの界面で光が強く散乱され、これは散乱層２の高いヘイズ値をもたらす。したがって、散乱層２は、４０％超の高いヘイズ値と、８０％超の高い全光線透過率との両方を有する。実際には、散乱層２のヘイズ及び光線透過率の特性を特に、ベール３の単位面積当たり質量、ベール３の繊維の直径、ベール３の繊維の組成、ポリマーマトリックス４の組成のうちの、１以上のパラメーターを変えることによって調節することができ、そうしてヘイズと光線透過との間の有利な折衷を与える散乱層２を得るようにする。
【００３１】
光起電セル３０の前面に位置する散乱層２の高いヘイズは、主に２つの効果によって、モジュールに入射する高い割合の光を、エネルギー変換材料６で吸収することを促進する。
【００３２】
第一の効果は、散乱層２による、光捕捉効果又は光線捕捉効果である。特に、ベール３の繊維と層４との間の界面での強い散乱に起因して、層２及び下層５、６での光の光路が長くなり、それにより層２の背面に位置するウェハー６の光起電半導体材料による光の吸収確率が高くなる。それゆえ、散乱層２は、光がエネルギー変換材料６によって吸収されるまで、光をモジュール２０内に維持しかつ向けるある程度の誘導材として機能する。
【００３３】
第二の効果、又は「角度ヘイズ」効果は、散乱層２と、第一の実施態様においては前面電極５であるモジュールの下層との間の界面で、光線の大きい入射角に関して、反射が低下することに対応する。ベール３の繊維とマトリックス４との間の界面での散乱に起因して、モジュール２０への大きい入射角を有する光線は、散乱層２内で「まっすぐにされ（ｓｔｒａｉｇｈｔｅｎ  ｕｐ）」て、それにより光線は、比較的小さい入射角でモジュールの下層５に入る。９０度に近い大きい入射角の範囲は、散乱層２と下層５との界面での反射を促進するので、層２での散乱によって光線をまっすぐにすることは、反射のかなりの低減をもたらす。それゆえ、比較的幅広い範囲の角度の入射光を、エネルギー変換材料６に輸送し、それによってエネルギー変換材料６によって吸収されるモジュール２０への入射光の量を増やす。
【００３４】
散乱層の高い全光線透過率と組み合わせて、これらの２つの効果は、散乱層を有さない従来技術の同様の光起電モジュールと比較して、光起電モジュール２０のエネルギー変換効率を高める役割を果たす。
【００３５】
図２に示す第二の実施態様では、第一の実施態様のものと類似の要素は、同じ参照番号を有するが、１００を足している。この第二の実施態様の光起電ソーラーモジュール１２０は、多結晶シリコンウェハーを具備するセルの代わりに、薄膜光起電セル１３０を具備する点で、モジュール２０とは異なっており、その吸収層は、銅、インジウム及びセレンを含有する黄銅鉱（ｃｈａｌｃｏｐｙｒｉｔｅ）化合物に基づいていており、ＣＩＳ吸収層と呼ばれる。随意に、ガリウムをそのようなＣＩＳ吸収層に添加して、ＣＩＧＳ吸収層とすることができ、又他には、アルミニウム若しくは硫黄をそこに添加することもできる。
【００３６】
第二の実施態様によるモジュール１２０は、グレージング機能を有する前面基材１０１及び支持機能を有する背面基材１０８を具備する。背面基材１０８は、モジュール１２０の内側に向いた表面に、モジュールの光起電セル１３０の背面電極を形成する導電性層１０７を保持する。例を挙げると、層１０７は、モリブデンに基づく。背面基材１０８がガラス製で、背面電極１０７がモリブデン製の場合、層（図示せず）、特に窒化ケイ素Ｓｉ３Ｎ４に基づく層は、アルカリバリアを形成するために、有利には背面基材１０８と層１０７との間に位置する。
【００３７】
層１０７上には、黄銅鉱化合物、特にＣＩＳ又はＣＩＧＳに基づく吸収材の層１０６が配置されている。これは太陽エネルギーを電気エネルギーに変換することができる。吸収層１０６上には、硫化カドミウムＣｄＳの層（図示せず）が配置されており、これはドープしていない真性酸化亜鉛（ＺｎＯ）の層（これも図示せず）と随意に組み合わされる。そしてセル１３０の前面電極を形成する透明導電性層１０５が配置されている。モジュール１２０の光起電セル１３０は、こうして層１０５、１０６及び１０７の積層体により形成される。この例では、セル１３０の前面電極を形成する層１０５は、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）に基づく層である。変化形として、層５は、他の１つのドープした透明伝導性酸化物（ＴＣＯ）又は透明金属コーティング（ＴＣＣ）、例えば銀に基づく積層体となることができる。
【００３８】
第一の実施態様に同様に、散乱層１０２は、前面電極を形成する層１０５と前面基材１０１との間に位置することができる。この散乱層１０２は、第一の実施態様の散乱層２と同様に、Ｅ−ガラス繊維で作製された透明なベール１０３、及びＰＶＢで作製されたカプセル化マトリックス１０４を有することができる。ＰＶＢカプセル化マトリックス、又は他の任意のポリマー積層中間層で作製された層を用いることは、前面基材１０１と背面基材１０８との間の位置にモジュール１２０の機能層を保持するために有利である。
【００３９】
上述したように、光起電セル１３０の前面に位置する散乱層１０２の高いヘイズ値のために、モジュール１２０のエネルギー変換効率は、散乱層を具備しない同様のモジュールの効率と比較して向上している。これは、上述の２つの効果、すなわち光線捕捉及び角度ヘイズによる。
【００４０】
図３に示す第三の実施態様において、第一の実施態様のものと類似の要素は、同じ参照番号を有するが、２００を足している。この第三の実施態様の光起電ソーラーモジュール２２０は、２つの光起電セル２３０及び２４０の重ね合せによって形成される「４端子直列セル」（ｆｏｕｒ−ｗｉｒｅ  ｔａｎｄｅｍ  ｃｅｌｌ）を具備する点で、上述のモジュールとは異なっている。
【００４１】
図３から分かるように、モジュール２２０は、グレージング機能を有する前面基材２０１及び支持機能を有する背面基材２０８を具備し、これらの間に、モジュールの機能層の積層体が位置する。モジュール２２０の前面に位置するセル２４０は、薄膜セルであり、その吸収層２１６は、アモルファスシリコンに基づいており、約３００ｎｍ〜６００ｎｍの間の波長範囲にある太陽スペクトルの高エネルギーフォトンを吸収する。モジュール２２０の背面に位置するセル２３０は、薄膜セルであり、その吸収層２０６は、ＣＩＧＳ吸収層であり、これは約５００ｎｍ〜１０００ｎｍの間の波長範囲で吸収する。前面セル２４０及び背面セル２３０の吸収スペクトルは、少なくとも部分的に別個であるため、前面セル２４０によってエネルギー変換に使われない部分のスペクトルは、背面セル２３０が使うことができる。この直列セルは、こうしてモジュール２２０による太陽光線の使用を最適化する。
【００４２】
モジュール２２０の前面で、前面基材２０１は、前面セル２４０を被覆する。これは、前面基材２０１から始めて連続して、セル２４０の前面電極を形成する透明導電性層２１５、アモルファスシリコンに基づく吸収層２１６、及びセル２４０の背面電極を形成する他の１つの透明導電性層２１７を具備する。例を挙げると、前面セル２４０の電極を形成する層２１５及び２１７のそれぞれが、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）に基づく層である。変化形として、２１５又は２１７の各層は、他の１つのドープ透明伝導性酸化物（ＴＣＯ）又は透明金属コーティング（ＴＣＣ）、例えば銀に基づく積層体となってもよい。
【００４３】
モジュール２２０の背面で、背面基材２０８は背面セル２３０を保持し、これは、背面基材２０８から始めて連続して、セル２３０の背面電極を形成する導電性層２０７、約５００ｎｍ〜４０００ｎｍの厚みを有するＣＩＧＳ吸収層２０６、ドープしていない真性酸化亜鉛ＺｎＯの層（図示せず）を随意に組み合わせた硫化カドミウムの層（図示せず）、及びセル２３０の前面電極を形成する透明導電性層２０５を具備する。例を挙げると、背面電極を形成する層２０７は、モリブデンに基づいており、かつ前面電極を形成する層２０５は、アルミニウムドープ酸化亜鉛（ＡＺＯ）に基づく層である。変化形として、層２０５を、他の１つのドープ透明伝導性酸化物（ＴＣＯ）又は透明金属コーティング（ＴＣＣ）、例えば銀に基づく積層体とすることができる。
【００４４】
この実施態様において、本発明に従って、散乱層２０２は、背面セル２３０の前面電極を形成する層２０５と前面セル２４０の背面電極を形成する層２１７との間で、背面セル２３０の前面に位置する。散乱層２０２は、第一の実施態様の散乱層２と同様に、Ｅ−ガラス繊維のベール２０３及びＰＶＢ製のカプセル化マトリックス２０４を有する。
【００４５】
上述したように、光線捕捉及び角度ヘイズの２つの効果を通じて、背面セル２３０の前面に位置する散乱層２０２は、モジュール２２０に入射する光線の、背面セルの吸収層２０６への誘導を改善する。そうして、散乱層２０２は、吸収層２０６に吸収されるモジュール２０２に入射する光の量を増やし、それによりモジュール２２０のエネルギー変換効率を向上させる。
【００４６】
４端子直列セルを構成する２つのセルの間に散乱層が位置することは、モジュール２２０のエネルギー変換効率を向上させるために、より重要である。これは、モジュールの前方部分での光の喪失によってモジュールの中央領域に達することができる入射光の量が限定されているからである。これらの条件下では、モジュールの中央領域に到達する光の一部を、背面セル２３０の吸収層２０６に最適に導き、そうしてモジュール２２０による太陽光の利用の最適化を効果的にすることが重要である。
【００４７】
本発明による４端子直列セルの変化形（図示せず）は、黄銅鉱化合物に基づく背面セル２３０が、約６００ｎｍ〜１０００ｎｍの波長範囲での近赤外域で吸収する微結晶シリコンに基づくセルと置き換わる点のみ、上述のモジュール２２０と異なる。微結晶シリコンに基づくこのようなセルは、モジュールの背面セルから始めて連続して、背面電極を形成する導電性層、微結晶シリコンに基づく吸収層及び前面電極を形成する透明導電性層を具備する。例を挙げると、背面電極を形成する層は、金属層、特に銀又はアルミニウムの層であり、前面電極を形成する層は、ドープ透明伝導性酸化物（ＴＣＯ）又は透明金属コーティング（ＴＣＣ）に基づく層である。
【００４８】
上述したように、アモルファスシリコンに基づく前面セルの吸収スペクトルと、微結晶シリコンに基づく背面セルの吸収スペクトルとは、別個であり、前面セルでエネルギー変換に使われないスペクトルの部分を、背面セルで使うことができる。モジュール２２０を使用する場合に、前面セルと背面セルとの間に挿入される散乱層は、この直列モジュールによって太陽光を最適に利用するために、かつ散乱層を具備しない従来技術の同様のモジュールと比べてこのモジュールのエネルギー変換効率の改良を保証するために、重要である。
【００４９】
本発明は、少なくとも１つの光収集素子の前面に位置する上述の散乱層を組み込んだ光収集装置のみに向けられるのではなく、基材及び上述の散乱層を具備する光収集素子用のカバーにも向けられる。散乱層での機械的補強材として機能する繊維構造体のために、本発明のカバーは、繊維構造体を具備しない従来技術の基材より、高い剛性を有する。
【００５０】
上記の例は、高いヘイズと高い光透過との両方を備えた、少なくとも１つの光収集素子の前面に位置することが意図された複合散乱層を具備する、本発明による装置及びカバーの利点を示す。上述したように、光収集素子の前面に位置する散乱層の高いヘイズは、この装置への入射光のこの素子による大きな吸収を保証し、それによってこの素子を組み込んだ装置のエネルギー変換効率を高める。
【００５１】
それゆえ、本発明は、散乱層を具備しない従来技術の同様の装置と比較して、同じ厚みのエネルギー変換材料に対して装置のエネルギー変換効率を向上させるか、同じエネルギー変換効率に対してエネルギー変換材料の厚みを減らしてそして装置のコストを低減させるかのいずれかを、本発明の装置又は本発明のカバーを組み込んだ装置に関して、可能にする。
【００５２】
Ｅ−ガラス繊維のベール及びＰＶＢカプセル化マトリックスを有する上述の散乱層を具備する本発明の光起電モジュール２０、１２０又は２２０を製造する方法は、散乱層の一部をなすベールの形成、続いて散乱層の形成及びモジュールの構造体へのその挿入を含む。
【００５３】
ガラス繊維ベールは、「ドライ」プロセスを用いて形成されてもよく、又は「ウェット」プロセスを用いて形成されてもよい。ガラス繊維ベールを製造するためのこのようなプロセスは、当業者によく知られているので、本明細書では詳細には記載しない。調製したら、そのベールを、ＰＶＢ層に対して押し込むことによって埋め込む。そして、ＰＶＢ層及びＰＶＢ層に埋め込まれたベールを含む複合体を、通常の積層中間層に対する方法と同じ方法で、モジュールの積層構造中に置く。そして、この積層された構造体を、オーブン中で加熱して、モジュールの様々な構成層間に良好な接着を与える。
【００５４】
知られているように、本発明による光起電モジュールを、スーパーストレート（ｓｕｐｅｒｓｔｒａｔｅ）モードで作製することができ、すなわち前面基材から始めてデバイスの構成層を連続的に堆積することによって作製することができる。これは、特にシリコン又はテルル化カドミウムに基づく吸収体を有する薄膜光起電モジュールの場合に当てはまる。または、本発明による光起電モジュールは、サブストレート（ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）モードで作製することができ、すなわち背面基材にセルの構成層を連続的に堆積することよって作製することができる。これは、特に黄銅鉱化合物に基づく吸収体を有する薄膜光起電モジュールの場合に当てはまる。
【００５５】
特に有利には、モジュールをサブストレートモードで作製し、かつ散乱層のポリマーマトリクスがポリマー積層中間層である場合、その散乱層は、モジュール内の光の誘導を改良し、かつモジュールの機械的接着を確保することを可能とする。
【００５６】
カプセル化媒体を透明熱可塑性ポリマーで形成し、かつ特に本発明によるモジュールのグレージング機能を与える前面基材の一部で形成する場合、モールドに繊維構造体を置き、そしてモールドに熱可塑性ポリマーを射出することによって、成形中に繊維構造体の繊維を熱可塑性基材中でカプセル化することができる。
【００５７】
カプセル化媒体中に繊維構造体を入れるために選択する技術にかかわらず、例えば繊維構造体への埋め込みによるか、又は上述の射出成形によるかにかかわらず、織物構造であろうと不織構造であろうと繊維構造体を用いることは、取扱い性及び製造を比較的容易にする。不織構造の繊維は、カプセル化媒体への繊維構造体への組込みの前に、絡み合わせ（ｅｎｔａｎｇｌｅｍｅｎｔ）によって、かつ／又はバインダーを用いて、共に結合される。
【００５８】
本発明は、記載された例及び示された例に限定されない。散乱層による光捕捉及び角度ヘイズについての上述の利点は、高いヘイズ及び高い光透過の両方を示す適切な特性を有する、透明な繊維構造体及び透明カプセル化媒体を備える任意の層によって得ることができる。本発明に従って、高いヘイズを得るための１つの条件は、繊維構造体の繊維の屈折率とカプセル化媒体の屈折率との差の絶対値を０．０５以上とすることに関する。
【００５９】
カプセル化媒体が、ポリマーマトリクスであり、特にこれが積層中間層又は熱可塑性基材によって形成される場合、このポリマーマトリクスは、繊維構造体の厚み以上の厚みを有することができる。特に、ポリマーマトリクスが繊維構造体の厚みより大きな厚みを有する場合、このマトリクスは、繊維構造体の片面又は両面を越えて拡がることができる。
【００６０】
上述したように、繊維構造体は、織物構造体又は不織構造体であってよい。繊維構造体を、散乱層の形成前に共に結合されていない繊維によって形成することができる。例えば、繊維構造体を、ポリマーマトリクス以外にバインダーを含まないベールのように絡み合わせながら、カプセル化媒体を形成するポリマーマトリクス中に堆積させ又は散布した繊維によって形成することができる。変化形では、カプセル化媒体を、ポリマーマトリクスの代りに、空気によって、又は適切な屈折率の液体によって形成することができる。
【００６１】
さらに、本発明は、散乱層が光起電セルの前面電極に面して位置する例に基づいて記載されている。変化形として、散乱層は、光起電セルの前面であるが、透明な中間層によってこのセルの前面電極から離れて位置してもよい。
【００６２】
第三の実施態様で示したように、本発明による装置は、複数の光収集素子を有することができる。この場合には、この装置は、この装置の収集素子の前面にそれぞれ位置している、透明な繊維構造体及び透明カプセル化媒体を有する散乱層を、複数組み込んでもよい。
【００６３】
特に、第三の実施態様では、光起電モジュール２２０は、背面セル２３０と前面セル２４０の間に位置する散乱層２０２とは別に、前面電極２１５と前面基材２０１との間に前面セル２４０の前面に位置する第二の散乱層を、具備してもよい。２つの散乱層を有するこのような構成は、前面セルの吸収層２１６及び背面セルの吸収層２０６への光の誘導を改良し、これはこのモジュールのエネルギー変換効率をさらに向上することを可能とする。
【００６４】
エネルギー変換効率を向上させる観点で、本発明による光収集装置は、１以上の散乱層に加えて、光の誘導を改良するための他の公知の手段、特にテクスチャ化した前面基材を組み込むこともでき、それにより空気と前面基材との界面における光の反射を制限することができる。
【００６５】
最後に、本発明は、上述の装置に限定されることなく、光収集素子を具備するあらゆる種類の装置に関して実施することができる。アモルファスシリコンか微結晶シリコンかにかかわらずシリコンに基づく吸収層、黄銅鉱化合物に基づく吸収層、特にＣＩＳ又はＣＩＧＳ型に基づく吸収層、又はテルル化カドミウムに基づく吸収層を有する薄膜光起電セルを具備する光起電モジュールに、特に本発明を適用することができる。ｐ−ｎ接合を形成している多結晶シリコンウェハー又は単結晶シリコンウェハーから形成される光起電セルを具備する光起電モジュールに、又は有機光起電セルを具備するモジュールに、本発明を適用することもできる。また、本発明は、光起電セル以外の収集素子を含む光収集装置、例えば熱太陽モジュールにも適用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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