(57)【要約】【課題】セル間領域への入射光の発電への寄与割合の増大をはかり、発電効率の高い太陽電池モジュールを得ること。【解決手段】太陽電池モジュール１の受光面側封止材４ａにおいて、セル間領域ＲIに蛍光体粒子２ｂを分散させた波長変換層２を形成する。蛍光体粒子２ｂは特定の波長域の光を吸収し、より長い波長の光を放出する材料を利用する。この波長変換層２の太陽電池セルに対向する端面２Ｔが太陽電池セル６の受光面６Ａを向くように傾斜している。かかる構成により、隣接する太陽電池セル６相互のセル間領域ＲIに入射した光を波長変換し、さらに波長変換層２を導波路として用いることで入射光をセル上へと集光することができる。【選択図】図１
2015115368.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の太陽電池セルと、
前記太陽電池セルの受光面を被う受光面側封止材と、
前記太陽電池セルの受光面に対向する面である裏面側を被う裏面側封止材とを備え、一体的に封止された太陽電池モジュールであって、
前記受光面側封止材は、
隣接する前記太陽電池セルのセル間領域に配され、
前記太陽電池セルの受光面を向くように斜めに形成された傾斜端面を有する波長変換層と、
前記波長変換層に当接すると共に、前記太陽電池セルの受光面側に当接する受光面側封止層とを具備したことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記波長変換層の前記傾斜端面の中心を通る法線が、太陽電池セルの前記受光面の中心を通るように形成された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】
前記波長変換層は、熱可塑性樹脂からなる母材と、波長変換機能を有する機能性粒子とで構成され、
前記受光面側封止層は、前記波長変換層に隣接し前記母材よりも高屈折率を有する高屈折率封止材を有することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記受光面側封止層は、前記太陽電池セルの最表面層を構成する反射防止膜または透光性導電膜の屈折率よりも小さいことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記波長変換層は、前記セル間領域に相当する領域で、前記母材よりも低い屈折率を有する低屈折率封止材と当接することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記波長変換層は、前記セル間領域において、第１の母材中に受光面支持板に当接する第１の波長変換層と、前記第１の波長変換層に当接し、前記第１の母材よりも高屈折率を有する第２の母材中に蛍光体粒子が分散され、前記第１の波長変換層よりも発光波長の大きな、第２の波長変換層とを有することを特徴とする請求項２から５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記波長変換層は、底面に光を反射する反射板または反射膜を備えたことを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記太陽電池モジュールは、周縁部を覆うフレームと前記波長変換層端の界面に反射板を備えたことを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
複数の太陽電池セルと、
透光性基板と、
前記太陽電池セルの受光面を被う受光面側封止材と、
前記太陽電池セルの受光面に対向する面である裏面側を被う裏面側封止材と、
バックシートとを備え、一体的に封止された太陽電池モジュールであって、
前記透光性基板は、
隣接する前記太陽電池セルのセル間領域に配され、
前記太陽電池セルの受光面を向くように斜めに形成された傾斜端面を有する波長変換層を具備したことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項１０】
凹構造を有するシート上の受光面側封止材に蛍光体粒子を分散させた液状またはゲル状樹脂材料を流しこむことで、傾斜端面をもつ波長変換層を有するシート状の受光面側封止材を形成する工程と、
前記傾斜端面が前記太陽電池セルの受光面を向くように、前記受光面側封止材と、裏面側封止材との間に太陽電池セルを挟み、積載体を形成する工程と、
前記積載体を加熱加圧し、ラミネート処理を行う工程と、
を含むことを特徴とする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、太陽電池モジュール及びその製造方法に係り、特に波長変換型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、Ｓｉ結晶系の太陽電池モジュールは複数枚の太陽電池セルから構成され、セル上に入射した光を電力に変換する。これらのセルはモジュールの水平面内で互いに１〜４ｍｍ程度の隙間を設けて配置され、タブ線で電気的に接続されている。そのためモジュール表面にはセルが存在せず直接発電に寄与しない領域が存在する。例えば、１台のモジュールが５０枚のセルから構成され、各セルは４ｍｍの等間隔を空けて１０枚ずつ５列並べられているとする。加えて、各セルは１５６ｍｍ四方の正方形の角を落とした八角形状であると仮定すると、セルの隙間領域（以下セル間領域という）はモジュール表面積のおよそ１５％を占める。セル間領域を削減し、太陽電池モジュールの変換効率を向上させるためにはセル間隔の縮小が有効である。しかしながら、現実にはタブ線の応力が増大しセル割れや配線剥離が生じるため、セル間隔を狭めることは容易ではない。
【０００３】
一方、セル間領域に入射した光は全く発電に寄与しないわけではない。太陽電池モジュールにおいて、上述のセル間領域に入射した光の一部はバックシートで反射され、さらに受光面側の透光性基板と空気層界面にて再度反射されることで太陽電池セルの表面へと入射する（以下間接入射光と呼ぶ）。この効果により太陽電池セルのセル間領域への入射光の一部を発電に利用することができる。太陽電池セルへの間接入射光を増加させるためには、セル間領域に入射した光をなるべく拡散させ、透光性基板表面での反射光量を増加させる技術が求められる。そのため、例えば特許文献１ではバックシートに凹凸を形成することで拡散反射率を増大させた構造を有するモジュールが提案されている。また特許文献２では、セル間領域の受光面側封止材に三角形の凹み構造を備え、この層を周囲の封止材と屈折率の異なる層（例えば空気層）とするモジュール構造が開示されている。この空気層で入射光を屈折・拡散させることにより間接入射光を増加させている。さらにまた、特許文献３では、太陽電池セルの受光面側に波長変換層を設け、かつ波長変換層の側端に至る光を反射させる斜面をもつようにした構成も開示されている。上記の例のように、モジュール変換効率向上を目的としたセル間領域への入射光を有効活用する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−７９７７２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２９２７３号公報
【特許文献３】特開２０１２−２１６６２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の技術によれば、セル間領域への入射光の有効活用が検討されているものの、概ね波長４００ｎｍ以下の紫外光はほとんど発電に利用されてこなかった。その理由は以下の２点である。
【０００６】
１つ目は封止材及びバックシートによる光損失である。太陽電池モジュールは、太陽電池セルが両面を厚さ０．５ｍｍ程度の封止材により前面の透光性基板と背面のバックシート間に封止された構造である。また、透光性基板の厚みは３．２ｍｍである。そのため、セルに垂直に入射した光が直接セルに入射するまでの光路長は約３．７ｍｍであるのに対し、間接入射光の光路長は１１．７ｍｍ以上と３倍以上長くなる。また、バックシートでの光の透過や吸収により１０％以上の光損失が発生する。これらの各部材による吸収・透過損失のため、セル間領域への入射光のうち特に吸収・散乱の影響を受けやすい短波長光がセルへと到達する割合は著しく減少する。
【０００７】
２つ目は太陽電池セルの波長毎の分光感度の違いによるものである。太陽電池セルの分光感度は全波長域で一定ではなく、太陽電池素子の材料特性によって変化する。特にヘテロ接合型単結晶Ｓｉ太陽電池セルでは紫外光から近紫外光のような短波長領域の光の発電への寄与は可視光の半分程度またはそれ以下となる。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、セル間領域に入射した光が間接的に太陽電池セルへと入射するまでの光路長を削減すると同時に、太陽電池セルの発電に適した波長へと変換することで変換効率の高い太陽電池モジュール及びその製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは受光面側のセル間領域に波長変換層を備え、この層に入射した光をセル分光感度がより高い波長の光へと変換する機能を有する。この波長変換層は端面が太陽電池セルの受光面を向くように斜めに形成された傾斜端面を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によればセル間領域に入射した紫外光を波長変換層でセルの分光感度が高い波長の光に変換することができる。さらに波長変換層を導波路として利用することで、セル間領域に入射した光を波長変換層内で反射させ、セル上へと集光することが可能となる。この効果により本発明の太陽電池モジュールにおいてセル間領域に入射した光は、従来のバックシートでの反射による間接入射光と比較してセルまでの光路長が大幅に削減される。従って上記構成によれば、上述の波長変換作用と集光作用の相乗効果が得られるため、太陽電池モジュールの変換効率向上に非常に有効である。
【００１１】
加えて、バックシートまで到達する紫外光を低減することが可能となるため紫外線によるバックシートの黄変などの劣化現象を防止することができる。これにより太陽電池モジュールの長寿命化・高信頼性化にも寄与することができる。または、バックシート側での紫外線対策の必要性が軽減されるためバックシートの低コスト化を図ることができ、太陽電池モジュールの低価格化を実現可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本実施の形態１の太陽電池モジュールを示す図であり、（ａ）は、太陽電池モジュールの断面模式図、（ｂ）は、ここで用いられている太陽電池セルの断面模式図である。
【図２】図２は、波長変換層内部での光の振る舞いを模式的に示す図である。
【図３】図３（ａ）および（ｂ）は、本実施の形態１の太陽電池モジュールで用いられる受光面側封止材の製造工程を示す図である。
【図４】図４は、本実施の形態１の太陽電池モジュールの分解斜視図である。
【図５】図５は、本実施の形態１の太陽電池モジュールの変形例を示す断面模式図である。
【図６】図６は、本実施の形態１の太陽電池モジュールの他の変形例を示す断面模式図である。
【図７】図７は、本実施の形態２の太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｅ）は、本実施の形態２の太陽電池モジュールの製造工程を示す断面模式図である。
【図９】図９は、本実施の形態３の太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図１０】図１０は、本実施の形態４の太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図１１】図１１（ａ）〜（ｃ）は、本実施の形態４の太陽電池モジュールで用いられる受光面側封止材の製造工程を示す断面模式図である。
【図１２】図１２は、本実施の形態５の太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図１３】図１３は、本実施の形態６の太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図１４】図１４は、本実施の形態６の太陽電池モジュールに用いられる透光性基板の断面模式図である。
【図１５】図１５は、本実施の形態７の太陽電池モジュールの分解斜視図である。
【図１６】図１６は、本実施の形態８の太陽電池モジュールの分解斜視図である。
【図１７】図１７は、本実施の形態８の太陽電池モジュールの要部拡大模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明にかかる太陽電池モジュール及びその製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。また、以下に示す図面においては、理解の容易のため、各部材の縮尺が実際とは異なる場合がある。各図面間においても同様である。また、平面図であっても、図面を見易くするためにハッチングを付す場合がある。
【００１４】
実施の形態１．
（波長変換型太陽電池モジュールの構成）
まず、本実施の形態１の太陽電池モジュールの構成を説明する。図１（ａ）は、本実施の形態１の太陽電池モジュール１の断面模式図、図１（ｂ）は、ここで用いられている太陽電池セル６の断面模式図である。この太陽電池モジュール１は、複数の太陽電池セル６と、太陽電池セル６の受光面６Ａを被う受光面側封止材４ａと、太陽電池セルの受光面６Ａに対向する面である裏面６Ｂを被う裏面側封止材４ｂとを備え、一体的に封止されている。受光面側封止材４ａは、隣接する太陽電池セル６のセル間領域に配され、太陽電池セル６に対向する面が太陽電池セル６の受光面６Ａに対して斜めに形成されている波長変換層２と、波長変換層２に当接すると共に、太陽電池セルの受光面側に当接する受光面側封止層とを具備している。この波長変換層２は太陽電池セル６に対向する端面２Ｔが太陽電池セルの受光面を向くように斜めに形成された傾斜端面を形成しているこの太陽電池モジュール１はさらに受光面側封止材４ａ及び裏面側封止材４ｂの外側を、透光性基板５とバックシート８とによって挟持されている。太陽電池セルは複数枚が１ｍｍ以上の間隔を空けて配置され、インターコネクタ７により電気的に接続されている。ここでは受光面側封止材４ａと裏面側封止材４ｂは、同一樹脂で構成され溶融して硬化され封止材４を形成している。
【００１５】
隣接する太陽電池セル６相互のセル間領域ＲIにおいて、受光面側封止材４ａの一部領域に母材２ａ中に蛍光体粒子２ｂを分散させた波長変換層２を形成する。この波長変換層の厚み方向の面（以下端面１６とする）は太陽電池モジュールの水平面に対し傾斜するように設計されている。この条件を満たす構造の一例を挙げると、図１に示すように波長変換層２の断面構造は台形状となる。
【００１６】
波長変換層２は、熱可塑性樹脂からなる母材２ａと波長変換材料の機能性粒子としての蛍光体粒子２ｂとの混合物で構成されている。波長変換材料は波長３００〜４００ｎｍ程度の光を、波長４００〜９００ｎｍ程度の光に変換するダウンシフト材料である。
【００１７】
これらの波長変換材料は、アクリル樹脂やシリコーン樹脂などの透光性ポリマー材料中に分散してもよい。適当な溶媒を用いて溶液とし、スパッタ法、印刷法、スプレー塗布法等によって形成することができる。さらに、蛍光体粒子２ｂの波長変換層２内での密度は必ずしも均一でなくてもよい。波長変換層２内部において透光性基板５に近い領域で蛍光体粒子２ｂの密度を高くし、底面付近の濃度を下げることで、全体としての蛍光体使用量、あるいは屈折率の変化による集光性の制御を図ることができる。
【００１８】
波長変換材料は波長３００〜４００ｎｍ程度の光を、波長４００〜９００ｎｍ程度の光に変換するもので、例えば、励起波長が紫外光に近い３００〜５００ｎｍ程度にあり、発光波長が可視光の５００〜７００ｎｍ程度にあるＣａＡｌＳｉＮ3：Ｅｕ2+  を用いる。また、これ以外の無機蛍光剤として酸化亜鉛（ＺｎＯ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）；Ｅｒ3+  、Ｙｂ3+  、Ｈｏ3+、Ｐｒ3+  、Ｅｕ3+  などの希土類元素を含む希土類含有ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）などの希土類錯体を含む、無機蛍光剤を用いてもよい。また、有機蛍光体、有機金属錯体など、必要に応じて適宜蛍光体を選択することが可能である。つまり波長変換層は特定波長域の光を吸収し、吸収した光よりも長い波長の光を放出する無機蛍光体、有機蛍光体、有機金属錯体、希土類錯体などの蛍光物質を透光性の高い樹脂・ガラス・フィルムなどに分散させることで形成することができる。
【００１９】
太陽電池セル６は受光面６Ａの表面と裏面６Ｂの表面とに集電電極６６ａ，６６ｂを備え、配列されて隣り合う太陽電池セル６の電極間はインターコネクタ７で直列接続されている。
【００２０】
なお、後述するように、１２個の太陽電池セル６を直列接続した太陽電池モジュール１を示す図であるが、個数及び配置は任意に変更可能であり、並列接続を組み合わせてもよい。また、図には示さないが、太陽電池モジュール１の裏面側に電力を取り出すためのリード線が、太陽電池モジュール１の両端に接続される。
【００２１】
透光性基板５としてのガラス板としては例えば、ソーダ石灰ガラスなどの材料を用いることができる。屋外で使用する太陽電池モジュールでは、受光面側保護材として熱強化又は化学強化したガラス板を用いるとよい。ガラス板のサイズは太陽電池セル６の数により種々に変更可能であるが、典型的な厚みは０．５〜３ｍｍなどである。バックフィルム８は水分の浸入などにより太陽電池セル６が劣化しないように透湿性の低いフィルム、又は表側と同様なガラス板を用いる。太陽電池セル６及びそれらの隙間を通過した光を太陽電池セル６側に反射させるために、バックフィルム８として白色や金属色の光反射性の材料を用いてもよい。封止材４としては透光性のＥＶＡ、又はシリコーン樹脂などを用いることができる。インターコネクタ７は、たとえば、はんだで被覆した銅線などを用いることができる。
【００２２】
図１（ｂ）は本発明の実施の形態１による太陽電池モジュール１で用いられる太陽電池セル６の概略構成を示す断面図である。ｎ型半導体基板は、単結晶シリコン、多結晶シリコンなどの結晶シリコン、化合物半導体等からなる薄い半導体基板である。本実施の形態では、ｎ型単結晶シリコン基板６１を用いている。結晶シリコンの場合、典型的な基板サイズは１０〜１５ｃｍ角の略正方形、厚みは０．１〜０．３ｍｍなどである。
【００２３】
ｎ型単結晶シリコン基板６１の両側の表面にｉ型非晶質シリコン層６２ａ，６２ｂが形成されている。ｉ型非晶質シリコン層６２ａ上にはｎ型単結晶シリコン基板６１と逆導電型の不純物を含むｐ型非晶質シリコン層６３が形成されている。ｐ型非晶質シリコン層６３が形成されている側と反対側の基板表面に形成されたｉ型非晶質シリコン層６２ｂ上にはｎ型単結晶シリコン基板６１と同じ導電型の不純物を含むｎ型非晶質シリコン層６４が形成されている。ｐ型非晶質シリコン層６３、ｎ型非晶質シリコン層６４上に透光性電極６５ａ，６５ｂが形成されている。透光性電極６５ａ上には集電電極６６ａが、また透光性電極６５ｂ上には集電電極６６ｂが形成されている。集電電極６６ａは太陽電池セル６の受光面６Ａの表面に形成された細線状の電極であり、集電電極６６ｂは太陽電池セル６の裏面６Ｂの表面全面に形成された電極である。集電電極６６ａ，６６ｂはｎ型単結晶シリコン基板６１の両面に銀又は銅などの金属微粒子と樹脂を混合した金属ペーストの印刷等で形成することができ、蒸着法、スパッタ法などの成膜技術、めっき法などで形成され、ｎ型単結晶シリコン基板６１面内で発生した電流を収集する。集電電極６６ａは、図のように直線状に伸びた細線が間隔をあけて平行に並んだグリッド状のパターンとすると良いが、網の目状又は樹枝状としてもよい。集電電極６６ａは、その形状からグリッド電極、フィンガー電極とも呼ばれることがある。
【００２４】
ｎ型単結晶シリコン基板６１は図１（ｂ）に示すように両面に反射防止用の微細な凹凸が形成されている。図ではｎ型単結晶シリコン基板６１の両面を凹凸としたが、裏側に平坦層を形成してもよく、また両側を平坦としてもよい。
【００２５】
続いて、本実施の形態の太陽電池モジュールの機能及び効果を説明する。まず、図１において、セル間領域への入射光Ｌ1は透光性基板５を透過し、波長変換層２へ入射する。この光のうち波長変換される特定波長域の光（例えば、波長３００ｎｍから４００ｎｍの紫外光）は、蛍光体粒子２ｂに吸収され、より長波長（例えば波長５００ｎｍ）の蛍光Ｌ2として放出される。太陽電池セル６として単結晶Ｓｉヘテロ接合セルを用いた場合、波長３００ｎｍの光に対し量子効率は２０％以下である一方、波長５００ｎｍの光に対しては８０％以上となる。このように紫外光を波長変換することで、セル間領域ＲIに入射した光による発電効率を大幅に向上させることができる。
【００２６】
また、市販されている太陽電池モジュールの大多数にはエチレン‐酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を主成分とした封止材が用いられている。このような封止材にはＥＶＡの紫外光劣化を防止するために、紫外光吸収剤が添加されていることが多い。そのため、ＥＶＡは波長４００ｎｍ以下の波長の光に対して透過率が非常に低く、波長３００ｎｍの光に対しては透過率がほぼ０％となる。
【００２７】
一方、波長変換層２の母材２ａとしてシリコーンを用いるとすると、シリコーンの透過率は波長３００ｎｍの光に対しても約９０％と高い透過率を示す。このように、波長変換層２をセル間領域ＲIに形成したことで、従来は封止材に吸収されていた紫外光を発電に適した波長に変換した上でセルまで到達させることが可能となる。これにより太陽電池セル６への入射光が増加し、太陽電池モジュール１の発電効率が向上する。
【００２８】
例えば、太陽電池モジュールにおいて太陽電池セル６の存在しない面積を全体の１６％と仮定し、この領域に入射した波長３００〜４００ｎｍの光を５００ｎｍの光に変換したと仮定すると、０．３ポイント程度の変換効率改善を見込むことができる。
【００２９】
波長変換層２内部での光の振る舞いを図２に模式的に示す。上述のように波長変換層２に入射した光のうち波長の短い光は蛍光体に吸収され、より長い波長の光（蛍光Ｌ2）として放出される。この時、蛍光体粒子２ｂは光の入射方向に関わらず、蛍光Ｌ2を全方位に向けて放出する。波長変換層２の底面に対し、垂直に放出された光は波長変換層２底面を透過して、封止材４を介してバックシート８へと入射する。バックシート８で反射された光の一部は透光性基板５により全反射され太陽電池セル６へと入射する（間接入射光）。
【００３０】
一方、蛍光体粒子２ｂからの発光のうち、臨界角以上の角度で放出された光は図２の矢印のように波長変換層２内部で全反射を繰り返し、およそ７０〜８０％が端面２Ｔ方向へと集光される。望ましくは、この端面２Ｔの中心を通る法線が、太陽電池セル６の受光面６Ａの中心を通るように形成すると、より多くの光を集光することができる。この波長変換層２の端面集光性から、端面２Ｔを太陽電池セル６の方向へと向くように傾斜させることにより、セル間領域ＲIへの入射光を積極的に太陽電池セル６の方向へと集光することが可能となる。これにより従来の間接入射光と比較してセルまでの光路長を３分の１以下とすることが可能である。
【００３１】
また、Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ  Ｖｉｏｌｅｔ  ５７０を蛍光体として用いた場合、その最大量子効率（ＣＨ2Ｃｌ2中）は９４％であることから、蛍光体での波長変換に伴う光損失は１０％程度以下である。一方、バックシート８による透過・吸収損失は十数％程度存在するが、これは蛍光体による光吸収・及び損失と比較し同等以上である。
【００３２】
上記の理由からセル間領域ＲIへの入射光をバックシート８で反射させるよりも、波長変換層２を利用する本実施の形態１の構造を採用することで光損失が大幅に軽減可能である。このように端面２Ｔが傾斜した波長変換層２を導入することで波長変換効果に加えて光の進行方向を制御することができるという点が本実施の形態の太陽電池モジュールの顕著な効果である。
【００３３】
以上のように本発明のモジュール構造を用いることで、波長変換作用と集光作用が相乗効果として作用するため、太陽電池モジュールの発電効率向上に非常に有効である。
【００３４】
また、バックシート８に紫外光が到達するとシートが黄変するなどの劣化が生じ、モジュール発電性能の低下を引き起こす。ところが本実施の形態の太陽電池モジュール１のようにセル間領域ＲIに紫外光を可視光に変換する波長変換層２を設けることでバックシート８に照射される紫外光を低減することができる。これは太陽電池モジュール１の高寿命化に寄与するものである。または、バックシート８の紫外光耐性が不要となるためモジュール製造コストの低減が可能である。
【００３５】
このように本実施の形態は太陽電池モジュールの高効率化に加え、高寿命化にも有効である。
【００３６】
次に本実施の形態１の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。まず、太陽電池セル６どうしをインターコネクタ７で接続する。インターコネクタ７の接続には、低融点のはんだなどを用いる。なお、隣接する２つの太陽電池セル６を接続するインターコネクタ７は、太陽電池セル上で集電電極６６ａと垂直に配置されたバス電極とインターコネクタ７とを接続することによって電気的導通を確保している。次に、図４にラミネート工程前の分解斜視図を示すように、ガラス板からなる透光性基板５、波長変換層２を含む受光面側封止材４ａ、インターコネクタ７で相互に接続した太陽電池セル６、裏面側封止材４ｂ、バックフィルム８を順に積み重ねて、真空中で加熱するとともに押圧する封止処理を行う。受光面側封止材４ａ、裏面側封止材４ｂは溶融して受光面側の透光性基板５と裏面側のバックフィルム８との間の隙間を埋めて、太陽電池セル６を固定する。このようにして図１（ａ）に示した太陽電池モジュール１が完成する。
【００３７】
以下詳細に説明する。波長変換層２の製造方法を以下に示す。まず図３（ａ）に示すように所望の波長変換層２の形状に相当する凹構造を有する受光面側封止材４ａを形成する。凹構造はシート状の封止材を物理的に切削するか、溶融押出成形法または押し出しラミネート法などを用いてあらかじめ凹構造を有するシートとして作製する。受光面側封止材４ａは太陽電池セル６を封止可能な熱可塑性樹脂または熱硬化性透光性樹脂で、厚みが０．１〜１ｍｍ、融点が１００〜１８０℃であることが好ましい。このような材料として例えば、ＥＶＡ、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、アイオノマー、ポリオレフィン、などを主成分とした封止材が利用可能である。
【００３８】
続いて蛍光体粒子２ｂを液状またはゲル状の透光性樹脂材料からなる母材２ａ中に分散させる。製造プロセスを既存のものとなるべく揃えるためには、熱硬化温度がモジュールに使用する受光面側封止材４ａと同等または以下であることが好ましい。蛍光体粒子２ｂを分散させるための母材２ａとなるゲル材料として例えばシリコーン樹脂を用いることができる。また、蛍光体粒子２ｂを均一に母材２ａ中に分散させるために、予めアセトン・エタノール・トルエンなどの揮発性を有する有機溶媒に蛍光体粒子２ｂを分散させた後、母材２ａと混合しても構わない。ただし、用いる有機溶媒が母材２ａの熱硬化を妨げない材料でなければならない。
【００３９】
蛍光体粒子２ｂとしてＬｕｍｏｇｅｎ  Ｆ  Ｖｉｏｌｅｔ  ５７０を用い、母材２ａにシリコーン樹脂を用いた場合、蛍光体粒子２ｂの量はシリコーンの重量比に対し０．０１〜０．０５％であることが好ましい。これ以上の濃度を添加すると蛍光体粒子２ｂが放出した光を再度吸収してしまう多重吸収の影響が強まり、透過率が減少する。
【００４０】
続いて図３（ｂ）に示すように凹構造を形成したシート状の受光面側封止材４ａの凹部に、蛍光体を分散させたゲル状樹脂２Ｇを流しこみ、真空脱泡しながら過熱することで樹脂を仮硬化させる。仮硬化によって、再度温度が上がっても流動することがなくなる。このようにして波長変換層２と受光面側封止材４ａとを一体化させたシート状の波長変換機能を有する波長変換封止材３を作製することができる。この波長変換封止材３を用いて、図４に分解斜視図を示すように、積載体を形成し、ラミネーターにより太陽電池セル６を封止することで、波長変換型太陽電池モジュールを製造することができる。ここでは透光性基板５、シート状の波長変換封止材３、インターコネクタ７で相互接続のなされた太陽電池セル６、裏面側封止材４ｂ、バックシート８が順次積層されている。
【００４１】
なお、上記手法の変形例として、受光面側封止材４ａの凹構造へのゲル樹脂の流し込みは一度に行わなくてもよい。凹部に所望の量の樹脂材料を流し込み加熱により仮硬化させ、さらに蛍光体の濃度を変えた樹脂材料を流し込むという手順を繰り返すことで、波長変換層内部に蛍光体の濃度勾配を形成することが可能である。また、希土類金属錯体のように比較的密度の高い蛍光体を波長変換剤として用いる場合は、重力の影響により蛍光体が波長変換層底部に沈み、波長変換層内の蛍光体濃度が不均一となる可能性がある。しかしながら、上記のように複数回に分けてゲル材料を凹み構造に流し込むことにより、このような蛍光体の底部への堆積の影響を緩和することが出来る。
【００４２】
上記手法によれば波長変換層２と受光面側封止材４ａを一体化させたシート状の波長変換封止材３を用いることで、従来のラミネーターを用いた封止手法をそのまま適用可能となる。そのため本製造方法は低コストかつ量産性に優れた手法である。
【００４３】
なお、波長変換層２の断面構造は台形に限定されるわけではなく、例えば図５に変形例を示すように波長変換層２の厚み方向の面のうち一部分だけを傾斜させ、傾斜端面２ＴＳを構成しても良い。また、図６に他の変形例を示すように端面の形状は凸状曲面２ＴＲを構成してもよい。
【００４４】
加えて、波長変換層２の受光面の幅はセル間領域の幅と同一でなくてもよく、セル間領域の幅より小さくても、逆にセル上にはみ出した構造をとっても構わない。さらに、波長変換層２は透光性基板５と接していなくても構わないが、封止材による吸収の影響を除去するためには波長変換層２と透光性基板５は接していることが望ましい。
【００４５】
実施の形態２．
次に本発明の実施の形態２の太陽電池モジュール及びその製造方法について説明する。本実施の形態では、図７に示すように、波長変換層２をさらに、セル間領域に相当する領域で、母材２ａよりも低い屈折率を有する低屈折率封止材４ｌと当接するようにしたことを特徴とする。他部については、前記実施の形態１の太陽電池モジュールと同様であり、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。
【００４６】
本実施の形態のモジュール構造は図７に示すように、波長変換層２の傾斜した端面２Ｔに接し、太陽電池セル６の受光面６Ａと当接する領域に高屈折率封止材４ｈを配置する。波長変換に関与しない領域において、高屈折率封止材４ｈの屈折率は波長変換層２の母材２ａである樹脂材料の屈折率よりも大きく、太陽電池セル６の受光面６Ａ側の最表層の反射防止層または透光性電極６５ａを構成する透光性導電膜の屈折率よりも小さいことを特徴とする。波長変換層２の端面２Ｔに接する封止材の屈折率を波長変換層の母材よりも大きくすることで界面の反射率を低減することができる。さらに、高屈折率封止材４ｈの屈折率をセル最表層の屈折率よりも小さくすることで、セル・封止材界面での反射率を低減することができる。
【００４７】
例えば、波長変換層２の母材２ａを構成する樹脂材料として屈折率１．５のシリコーンを用い、セル表面には屈折率２．０の透光性導電膜からなる透光性電極６５ａが形成されている場合、高屈折率封止材４ｈの屈折率は両者の中間である１．７５程度であることが好ましい。また、封止材の屈折率制御の手法として酸化チタンや酸化亜鉛などの無機フィラー粉末材料を液状透光性樹脂に分散させる手法が挙げられる。さらに波長変換層２の底面に接し、太陽電池セル６の受光面６Ａと接しない領域に低屈折率封止材４ｌ（裏面側封止材）を形成してもよい。低屈折率封止材４ｌの材料は波長変換層２の母材２ａである樹脂材料の屈折率よりも小さいものを用いる。この構造により波長変換層２底面での界面反射率を増加させ光を波長変換層２内に閉じ込めることが可能になる。
【００４８】
以上の構造により波長変換層２の端面集光作用を向上させることができる。すなわち、蛍光体による波長変換作用を受けない波長の光に対しても、波長変換層２底面での界面反射率を増大させ、なおかつ端面２Ｔでの界面反射率を低減させることで太陽電池セル６への集光効果を向上させる。さらに、太陽電池セル６に接する封止材の屈折率を大きくしたことで、セル・封止材界面反射率も低減可能という相乗効果を有する。上記効果により、セルへの入射光量を増加させ、モジュールの発電効率を向上させることができるという利点を有する。
【００４９】
以下太陽電池モジュールの製造方法における封止工程の一例について詳細に説明する。まず、図８（ａ）に示すように太陽電池セル６を配置する領域に凹構造を有する低屈折率封止材４ｌを用意する。凹構造は実施の形態１で示したのと同様の手法で作製できる。次いで図８（ｂ）に示すようにこの低屈折率封止材４ｌ及びバックシート８を用いて太陽電池セル６の裏面６Ｂのみをラミネーターを用いて封止する。この時、セル表面を保護するため保護フィルム１７で太陽電池セル６表面を覆ってもよい。保護フィルム１７は太陽電池セル６を保護し、ラミネート後に封止材から剥離可能な材料であればよく、例えばテフロン（登録商標）シートを用いることができる。これを裏面封止モジュールＳｂとする。
【００５０】
続いて、受光面側の封止材として図８（ｃ）に示すように高屈折率封止材４ｈと波長変換層２を一体化させた受光面側シートＳａを実施の形態  １（図３）の手法で作製する。さらに、この受光面側シートの波長変換層２の底部を図８（ｄ）に示すように切削する。これを受光面側シートＳａとする。
【００５１】
最後に、図８（ｅ）に示すように受光面側シート１３と透光性基板５とを用いて裏面封止モジュールをラミネーターで封止する。このように、セル表裏の封止を２段階に分割することで、図７に示した太陽電池モジュール１を製造することができる。
【００５２】
このように、波長変換層と封止材を一体化させたシート状の波長変換封止材を用いることで、従来のラミネートプロセスを変更することなくセルの封止が可能となる。従ってこの方法は、低コストかつ量産性に優れた手法である。
【００５３】
以上のように、本実施の形態によれば、波長変換層２の端面２Ｔと封止材との界面での界面反射率を低減することができ、波長変換層２の端面２Ｔに集光された光を効率よく太陽電池セル６まで到達させることができる。これによりセルへの入射光量を増加させ、モジュールの発電効率を向上させることができるという利点を有する。
【００５４】
実施の形態３．
次に本発明の実施の形態３の太陽電池モジュールについて説明する。本実施の形態では、実施の形態２で示した太陽電池モジュールにおいて、図９に示すように、高屈折率封止材４ｈに波長変換機能を有する蛍光体粒子４ｒを分散させ、第２の波長変換層１４とする。つまり、本実施の形態では波長変換層として第１の波長変換層２と第２の波長変換層１４との２層構造で構成する。ここで第１の波長変換層２は実施の形態１で用いられた波長変換層と同一の構成をとっているため、ここでは同一符号とした。この第２の波長変換層１４の蛍光体粒子４ｒは第１の波長変換層２に含まれる蛍光体粒子２ｂよりも長波長の光を吸収し、さらに吸収した光を長波長側へ変換させる機能を有することを特徴とする。例えば第１の波長変換層２にＬｕｍｏｇｅｎ  Ｆ  Ｖｉｏｌｅｔ  ５７０を利用し、第２の波長変換層１４に波長変換領域がより長波長側であるＬｕｍｏｇｅｎ  Ｆ  Ｙｅｌｌｏｗ  ０８３（ＢＡＳＦ社）を利用するとする。これによりセル間に入射した紫外光はまず、第１の波長変換層２で波長変換される。さらにこの光は第２の波長変換層１４端面へと集光され、第２の波長変換層１４へと入射する。ここで再度波長変換され太陽電池セル６へと入射する。他部については、前記実施の形態１の太陽電池モジュールと同様であり、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。
【００５５】
以上説明してきたように、波長変換層を多層構造とすることで、入射光を太陽電池セルの分光感度が高い波長域に調節することができる。これにより太陽電池モジュールの変換効率を向上させることができる。
【００５６】
実施の形態４．
次に本発明の実施の形態４の太陽電池モジュールについて説明する。本実施の形態では、実施の形態１で示した太陽電池モジュールにおいて、図１０に示すように、波長変換層２の底面と封止材４との界面に光を反射させる機能を有するアルミニウムからなる反射板１３を備えることを特徴とする。他部については、前記実施の形態１の太陽電池モジュールと同様であり、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。
【００５７】
製造に際しては、図１１（ａ）から（ｃ）に示すように、実施の形態１で図３（ａ）に示したのと同様に、所望の波長変換層２の形状に相当する凹構造を有する受光面封止材４ａを形成する（図１１（ａ））。そしてこの凹構造の封止材の底面となる領域にアルミテープを貼り付けることで反射板１３を形成する（図１１（ｂ））。あるいはアルミニウムや銀など反射率の高い金属を凹構造の受光面側封止材４ａの底面に蒸着する、白色塗料を塗布するなどの手法によって反射膜として形成してもよい。その後、実施の形態１と同様にして、図１１（ｃ）に示すように凹構造を形成したシート状の受光面側封止材４ａの凹部に、蛍光体を分散させたゲル状樹脂２Ｇを流しこみ、真空脱泡しながら加熱することで樹脂を仮硬化させる。仮硬化によって、再度温度が上がっても流動することがなくなる。このようにして波長変換層２と受光面側封止材４ａとを一体化させたシート状の波長変換封止材３を作製することができる。この波長変換封止材３を用いて、積載体を形成し、ラミネーターにより太陽電池セル６を封止することで、波長変換型太陽電池モジュールを製造することができる。ここでは透光性基板５、シート状の波長変換封止材３、インターコネクタ７で相互接続のなされた太陽電池セル６、裏面側封止材４ｂ、バックシート８が順次積層される。
【００５８】
上記構造により、反射板１３の存在により波長変換層２の底面に到達した光を層内部に閉じ込める効果が増大する。特に、波長変換に関与していない波長の光を端面に集光する効果が著しく向上する。この効果により、封止材やバックシートでの、主として長波長光の損失を低減できるため、セルへの入射光量が増加し、太陽電池モジュールの変換効率が向上する。
【００５９】
加えてバックシート８に照射される光を完全に遮断可能であるため、バックシート８の紫外光劣化を防止しモジュール長寿命化やバックシート８のコスト低減に寄与することができる。
【００６０】
なお、この反射板は、実施の形態１の太陽電池モジュールだけでなく、実施の形態２，３の太陽電池モジュールにも適用可能である。
【００６１】
実施の形態５.
実施の形態１〜４に示した波長変換型の太陽電池モジュール１において、図１２のようにモジュール外周部に形成され、モジュールの周縁部を覆うフレームと前記波長変換層端の界面に反射板２３を備えたことを特徴とする。図示しないが、フレーム内壁には緩衝材がもうけられており、フレーム２０の緩衝材に接する波長変換層外周部の端面に反射板２３を備えている。反射板は実施の形態４と同様に、アルミテープや鏡を貼り付けたり、白色塗料や白色接着剤を利用したりすることで形成することができる。
【００６２】
波長変換層２に入射した光は図２で示したように全反射を繰り返し、モジュールの水平方向に導光される。この作用により入射光の一部はモジュールの外周部に導光され、フレームとモジュール界面の緩衝材へと入射する。一般に緩衝材には黒色ゴムなど反射率の低い材料が用いられているため、端面方向に集光された光は緩衝材に吸収され、発電に寄与しなくなる。そこで波長変換層の外周部に反射板を形成することで、外周部に集光された光を反射させ、セル方向へと導くことができる。この効果により、セルへの入射光量が増加し太陽電池モジュールの発電電流量が増加する。
【００６３】
従来の太陽電池モジュールにおいても、バックシート及びガラスでの反射を介して入射光の一部がモジュール外周部に到達する。しかしながら、本実施の形態では波長変換層を導波路として利用するため、モジュール外周部に到達する光量は従来のモジュールと比較し増大する。上記の理由により、モジュール外周部に反射板を形成することにより生じる効果は、波長変換層と組み合わせることでより顕著になる。
【００６４】
実施の形態６.
本実施の形態では、端面が傾斜した波長変換層５２を図１３に示すように透光性基板５１のセル間領域ＲIに形成し、これを受光面側シート５０とすることを特徴とする。透光性基板５１としてガラス板や透光性樹脂フィルム、アクリル板などを用いることができる。
【００６５】
波長変換層の作製方法を図１４に示す。まず、蛍光体粒子５２ｂを分散させた透光性樹脂フィルム５２ａの端面を斜めに切断する。次に、この材料に蛍光体を含有せず、波長変換層の端面形状に対応するように製造した樹脂基板からなる透光性基板５１を光学接着剤等で貼り合わせるあるいは接合部をレーザ光などで加熱溶融させて張り合わせる。これにより、波長変換層と透光性基板を一体化することができる。
【００６６】
実施の形態１のように封止材の一部に波長変換層を形成する場合は、紫外光の一部は透光性基板５によって吸収される。一方、本実施の形態では透光性基板５１のセル間領域ＲIに波長変換層を備えるため、紫外光の損失が低減され波長変換可能な光量が増加するという利点を有する。なお、この例においては透光性基板をガラス基板で構成し、透光性樹脂フィルムを透光性のガラス基板で構成してもよい。
【００６７】
実施の形態７.
本実施の形態では、端面が傾斜した波長変換層２を図１５に示すように波長変換封止材３のセル間領域ＲIに縦横に形成したことを特徴とする。他部については、前記実施の形態１の太陽電池モジュールと同様であり、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。
【００６８】
かかる構成によれば、より多くの光を波長変換層２に取り込むことができ波長変換可能な光量が増加するという利点を有する反面、太陽電池セルに直接入射する光が一部遮光されるおそれがある。
【００６９】
実施の形態８.
本実施の形態では、端面が傾斜した波長変換層２を図１６に示すように波長変換封止材３のセル間領域ＲIに島状に形成したことを特徴とする。他部については、前記実施の形態１の太陽電池モジュールと同様であり、ここでは説明を省略する。同一部位には同一符号を付した。
【００７０】
かかる構成によれば、波長変換層２に取り込む光量は少なくなり、波長変換可能な光量は低下するが、太陽電池セルに直接入射する光が遮光される確率は低減される。
【００７１】
なお、図１７に要部拡大模式図を示すように、太陽電池モジュールにおける各太陽電池セル６の形状は、角部６Ｍを面取り部とすることで、八角形状をなす場合が多い。この場合は、セル間領域ＲIに島状に形成される波長変換層２は、外形を破線で示すように、太陽電池セル６の外形に沿うように若干の重なり部を持つような形状で形成されるのが望ましい。つまり、島状に形成される波長変換層２は、隣接する４つのセルの角部６Ｍのうち際近接の角部６Ｍが形成する多角形状をなすように形成されるのが望ましい。
【００７２】
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて複合させることができ、これらを組み合わせたものも実施の形態の特徴を含む限り実施形態の範囲に包含される。その他、実施の形態の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変形例を想到し得るものであり、それら変形例についても実施の形態の範囲に属するものとする。
【００７３】
例えば、上記実施の形態１から実施の形態８またはそれぞれに示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決できる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。更に、上記実施の形態１から実施の形態８にわたる構成要件を適宜組み合わせてもよい。
【００７４】
本発明のいくつかの実施の形態を説明したが、これらの実施の形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施の形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００７５】
１  太陽電池モジュール、２  波長変換層（第１の波長変換層）、２ａ  母材、２ｂ  蛍光体粒子、２Ｔ  端面、３  波長変換封止材、４  封止材、４ａ  受光面側封止材、４ｂ  裏面側封止材、５  透光性基板、６  太陽電池セル、６Ａ  受光面、６Ｂ  裏面、６Ｍ  角部、７  インターコネクタ、８  バックシート、Ｌ1  入射光、Ｌ2  蛍光、１３  反射板、４ｌ  低屈折率封止材、４ｈ  高屈折率封止材、１４  第２の波長変換層、１７  保護フィルム、２０  フレーム、２３  反射板、ＲI  セル間領域。
【図１】
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【図２】
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【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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