(57)【要約】【課題】日照による温度上昇が抑制され、発電効率および信頼性に優れた太陽電池を得ること。【解決手段】透光性絶縁基板２の一面上に、透明電極層１１と半導体薄膜からなり光電変換を行う第１薄膜半導体層１２と裏面電極層１３とをこの順で有する薄膜太陽電池セルを備える太陽電池であって、前記透光性絶縁基板２における大気と接する他面に、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、算術平均粗さＲａが０．３以下、凹凸の平均間隔Ｓｍが５μｍ以上の凹凸が形成されている。【選択図】図２
2015023216.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性絶縁基板の一面上に、第１電極層と半導体薄膜からなり光電変換を行う光電変換層と第２電極層とをこの順で有する薄膜太陽電池セルを備える太陽電池であって、
前記透光性絶縁基板における大気と接する他面に、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、算術平均粗さＲａが０．３以下、凹凸の平均間隔Ｓｍが５μｍ以上の凹凸が形成されていること、
を特徴とする太陽電池。
【請求項２】
受光面側に配置される透光性絶縁基板と裏面側に配置される保護基板との間に封止材を介して太陽電池セルが狭持された太陽電池モジュールであって、
前記透光性絶縁基板における大気と接する他面に、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、算術平均粗さＲａが０．３以下、凹凸の平均間隔Ｓｍが５μｍ以上の凹凸が形成されていること、
を特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記保護基板における大気と接する面に、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、算術平均粗さＲａが０．３以下、凹凸の平均間隔Ｓｍが５μｍ以上の凹凸が形成されていること、
を特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
透光性絶縁基板の一面上に第１電極層と半導体薄膜からなり光電変換を行う光電変換層と第２電極層とをこの順で有する薄膜太陽電池セルを形成する太陽電池の製造方法であって、
前記透光性絶縁基板における大気と接する他面に、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、算術平均粗さＲａが０．３以下、凹凸の平均間隔Ｓｍが５μｍ以上の凹凸を形成すること、
を特徴とする太陽電池の製造方法。
【請求項５】
受光面側に配置される透光性絶縁基板と裏面側に配置される保護基板との間に封止材を介して太陽電池セルを封止する太陽電池モジュールの製造方法であって、
前記透光性絶縁基板における大気と接する他面に、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、算術平均粗さＲａが０．３以下、凹凸の平均間隔Ｓｍが５μｍ以上の凹凸を形成すること、
を特徴とする太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項６】
前記保護基板における大気と接する面に、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、算術平均粗さＲａが０．３以下、凹凸の平均間隔Ｓｍが５μｍ以上の凹凸を形成すること、
を特徴とする請求項５に記載の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、太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、化石燃料の使用に伴う二酸化炭素（ＣＯ２）等の排出による地球の温暖化、原子力発電所の事故や放射性廃棄物による放射能汚染など、地球環境とエネルギーに対する関心が急速に高まっている。このような状況の下、太陽の入射光を利用した光電変換素子である太陽電池は、無尽蔵かつクリーンなエネルギー源として世界中から期待されている。太陽電池モジュールは、複数の太陽電池素子を電気的に接続したものである。太陽電池素子としては、たとえば結晶シリコン系（たとえばシリコン単結晶、シリコン多結晶）、薄膜シリコン系（たとえばアモルファスシリコン薄膜、微結晶シリコン薄膜）、化合物系（たとえばＣｄＳ、ＣＩＳ）、有機系（たとえば色素増感）などの発電素子を用いた太陽電池素子などが挙げられる。
【０００３】
上記太陽電池素子は物理的衝撃に弱く、また野外に太陽電池を取り付けた場合には雨など外部環境から保護する必要がある。また、結晶シリコン系太陽電池の場合は、太陽電池素子１枚では発生する電気出力が小さいため、複数の太陽電池素子を直並列に接続して、実用的な電気出力が取り出せるように構成する必要がある。このため、通常は、直並列に接続された複数の太陽電池素子が、透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材とを用いて封止されて、太陽電池モジュールが形成されている。
【０００４】
また、薄膜シリコン系、化合物系および有機系の太陽電池の場合は、通常、薄膜により透光性基板上に形成されて直並列に接続された複数の発電素子が、結晶シリコン系太陽電池の場合と同様に透光性基板とエチレンビニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）などを主成分とする充填材とを用いて封止されて、太陽電池モジュールが形成されている。
【０００５】
このような太陽電池モジュールを実際に住宅の屋根やビルの屋上などの屋外に取り付けた場合、太陽光により太陽電池モジュールの温度が上昇する。太陽電池モジュールの温度が上昇すると、太陽電池素子の特性上、太陽電池素子（太陽電池モジュール）の出力電圧が低下し、発電効率が悪化する。特に、真夏の昼間では太陽電池モジュールの温度は８０℃近傍にもなる。この場合には、太陽電池モジュールの電気出力は、常温時に比べて２０％以上低下する、という問題がある。
【０００６】
このような問題に対して、たとえば単結晶半導体基板の光受光面となる一方の面に陽極酸化法によりポーラスシリコンを形成し、ポーラスシリコンの微細な表面の凹凸形状を介して素子内の熱を外部に放出することにより、光起電力素子の温度が上昇することに起因した光電変換効率の低下を抑制する方法が考案されている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、太陽電池モジュールの温度上昇を抑えるために、多数の抜き打ち片を有する金属製の放熱板が太陽電池モジュールに接するように取り付けられ、太陽電池モジュールの非受光面側（裏面側）の放熱効率を向上させ、温度上昇を抑える方法が考案されている（たとえば、特許文献２参照）。
【０００８】
しかしながら、光起電力素子は、通常、水分や外的な力から保護するために、一般的に熱伝導率が低い材料からなる封止材により該光起電力素子の表面が保護される。このため、特許文献１に記載された光起電力素子の場合も、光起電力素子の表面は封止材と接することとなり、光起電力素子からの放熱効果は少ない。
【０００９】
また、特許文献２に記載された光起電力素子の場合、放熱板はパネル裏面の放熱のみを促す。このため、パネルの表裏間の温度差を広げてしまい、パネルの表裏間の温度差で生じる歪による素子破壊が発生する。また、二十年以上に及ぶ太陽電池モジュールの使用期間において、金属からなる放熱板の腐食、太陽電池パネルと放熱板とを密着する接着剤の劣化などにより、光起電力素子と放熱板との密着が不完全なものになり、信頼性に問題が生じることが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特許第３１３３４９４号公報
【特許文献２】特許第４２０６２６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、日照による温度上昇が抑制され、発電効率および信頼性に優れた太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュールおよ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】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池は、透光性絶縁基板の一面上に、第１電極層と半導体薄膜からなり光電変換を行う光電変換層と第２電極層とをこの順で有する薄膜太陽電池セルを備える太陽電池であって、前記透光性絶縁基板における大気と接する他面に、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、算術平均粗さＲａが０．３以下、凹凸の平均間隔Ｓｍが５μｍ以上の凹凸が形成されていること、を特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、日照による温度上昇が抑制され、発電効率および信頼性に優れた太陽電池が得られる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる集積型薄膜太陽電池モジュールの概略構造を示す図であり、受光面側から見た上面図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態１にかかるモジュールの概略構造を模式的に示す要部断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態１にかかるモジュールを構成する薄膜太陽電池セルの詳細構造を示す要部断面図である。
【図４】図４は、受光面側保護部材である透光性絶縁基板の受光側面が平坦面とされた集積型薄膜太陽電池モジュールの概略構造を模式的に示す断面図である。
【図５】図５は、結晶シリコン系太陽電池モジュールの発電効率のモジュール温度依存性を示す特性図である。
【図６】図６は、サンプル基板（透光性絶縁基板）の表面の凹凸形状データを示す図である。
【図７】図７は、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）の該一面（凹凸面）の表面積の、凹凸が形成されない他面（フラット面）の表面積に対する面積比を示す特性図である。
【図８】図８は、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）の該一面（凹凸面）の表面積の、凹凸が形成されない他面（フラット面）の表面積に対する面積比を示す特性図である。
【図９】図９は、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）の放熱効果を示す特性図である。
【図１０】図１０は、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）の凹凸面と凹凸が形成されていない透光性絶縁基板（フラット基板）のフラット面との表面積比と、図９に示した実験における上昇温度（Ｔ−Ｔ０）（℃）との関係を示す特性図である。
【図１１】図１１は、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）の該一面（凹凸面）の表面積の、凹凸が形成されないフラット基板のフラット面に対する表面積比と、外気への対流熱伝達率との関係を示す特性図である。
【図１２】図１２は、静止大気中での対流熱伝達率と透光性絶縁基板の一面側に形成された凹凸のＳｍとの関係を示す特性図である。
【図１３−１】図１３−１は、対流熱伝達率Ｃと透光性絶縁基板の一面側に形成された凹凸のアスペクト比との関係を示す特性図である。
【図１３−２】図１３−２は、図１３−１に示す各基板の対流熱伝達率Ｃと凹凸のアスペクト比との詳細を示す図である。
【図１４−１】図１４−１は、図１０〜図１３−２で示したフラット基板および基板Ａ〜基板Ｅの光透過率を示す図である。
【図１４−２】図１４−２は、図１４−１に示す各基板の光透過率の詳細を示す図である。
【図１５−１】図１５−１は、凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）のＲａ値と４点曲げ試験による強度との関係を示す特性図である。
【図１５−２】図１５−２は、図１５−１に示す特性値の詳細を示す図である。
【図１６】図１６は、実験結果における凹凸形状の特徴に基づいて求めた実施の形態１にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板における凹凸形状の条件を示す特性図である。
【図１７】図１７は、実施の形態１にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板を備えたモジュールの他の例を示す図であり、薄膜半導体層が２層積層されたモジュールの概略構成を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態２にかかる集積型太陽電池モジュールの概略構成を示す図であり、受光面側から見た上面図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態２にかかるモジュールの概略構造を模式的に示す要部断面図であり、図１８におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図２０】図２０は、本発明の実施の形態３にかかる集積型太陽電池モジュールの概略構成を示す図であり、受光面側から見た上面図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態４にかかる集積型太陽電池モジュールの概略構成を示す図であり、受光面側から見た上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明にかかる太陽電池およびその製造方法、太陽電池モジュールおよ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、本発明は以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。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。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる集積型薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ場合がある）１の概略構造を示す図であり、受光面側から見た上面図である。図２は、実施の形態１にかかるモジュール１の概略構造を模式的に示す要部断面図であり、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図３は、実施の形態１にかかるモジュールを構成する薄膜太陽電池セルの詳細構造を示す要部断面図である。
【００１７】
実施の形態１にかかるモジュール１は、モジュール１の受光面側（光入射側）に配置された受光面側保護部材であるガラスもしくは透明なフィルム等の透光性を有する長方形状の透光性絶縁基板（以下、基板と呼ぶ場合がある）２と、モジュール１の裏面側（光入射側と反対側）に配置された裏面側保護部材であるガラスもしくは透明なフィルム等の透光性を有する長方形状の透光性絶縁基板７との間に、充填材（封止材）８が狭持されている。そして、透光性絶縁基板２と充填材（封止材）８との間に集積型薄膜太陽電池が封止されている。モジュール１の外周縁部では、透光性絶縁基板２と透光性絶縁基板７との間において、充填材（封止材）８の外周側がシール材９によりシールされている。モジュール１においては、透光性絶縁基板２側から光が入射される。
【００１８】
受光面側保護部材である透光性絶縁基板２は、放熱効果を向上させるためにモジュール１の外側である受光面側の一面側の全面には所定の条件を満たす凹凸１０が形成され、モジュール１の内側であって受光面側と反対側の他面側は平坦面とされている。ここで、本実施の形態にかかる凹凸１０が形成された透光性絶縁基板２における凹凸形状の条件は、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、Ｒａが０．０６２５μｍ〜０．３μｍ、Ｓｍが５μｍ〜２４μｍである。Ｒａは凹凸深さを表す算術平均粗さを示し、Ｓｍは凹凸ピッチを表す粗さ曲線要素の平均長さ（凹凸の平均間隔）を示している。凹凸１０の条件の詳細については、後述する。
【００１９】
透光性絶縁基板２は、このような条件の凹凸１０が形成されることにより、透光性絶縁基板が外気と接する面の熱容量を冷却流体である外気に対して相対的に小さくさせて、対流熱伝達率を増大することでモジュール１の受光面側の冷却効果を高め、放熱しやすい構造の太陽電池モジュールを実現している。
【００２０】
裏面側保護部材である透光性絶縁基板７は、透光性絶縁基板２と同一形状を有する。すなわち、透光性絶縁基板７は、放熱効果を向上させるためにモジュール１の外側である受光面側の一面側の全面には所定の条件を満たす凹凸１０が形成され、モジュール１の内側であって受光面側と反対側の他面側は平坦面とされている。ここで、本実施の形態にかかる凹凸１０が形成された透光性絶縁基板７における凹凸形状の条件は、透光性絶縁基板２と同様にアスペクト比が０．１以上、０．４７未満、Ｒａが０．０６２５μｍ〜０．３μｍ、Ｓｍが５μｍ〜２４μｍである。
【００２１】
透光性絶縁基板７は、このような条件の凹凸１０が形成されることにより、透光性絶縁基板が外気と接する面の熱容量を冷却流体である外気に対して相対的に小さくさせて、対流熱伝達率を増大することでモジュール１の裏面側の冷却効果を高め、放熱しやすい構造の太陽電池モジュールを実現している。
【００２２】
なお、透光性絶縁基板７は日射を直接受けないため、モジュール１における受光面側に求められる高い透光性が不要である。また、モジュール１の裏面側の温度は、日射を直接受ける受光面側よりも低くなる。このため、透光性絶縁基板７には、受光面側の透光性絶縁基板２よりも透光性が劣り、また透光性絶縁基板２よりも熱膨張係数の大きい、安価な透光性絶縁基板を用いることも可能である。
【００２３】
ただし、透光性絶縁基板２と透光性絶縁基板７とに用いる透光性絶縁基板の材質が異なる場合は、モジュール１における受光面側の外気温度におけるモジュール１の表面温度に対する透光性絶縁基板２の熱膨張量と、モジュール１における裏面側の外気温度におけるモジュール１の表面温度に対する透光性絶縁基板７の熱膨張量と、の差が最小になるように透光性絶縁基板の材質が選択されることが好ましい。
【００２４】
充填材（封止材）８は、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ethylene-vinylacetate  copolymer：ＥＶＡ）のほか、ポリビニルブチラール（Polyvinyl  butylal：ＰＶＢ）などを主成分とする透光性を有する樹脂が用いられる。
【００２５】
集積型薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板２における凹凸１０が形成されていない他面上に短冊状（矩形形状）の薄膜太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ場合がある）３が複数形成されており、これらのセル３が矩形形状の短辺方向（直列接続方向）に電気的に直列接続されたセル群を有する。
【００２６】
また、モジュール１におけるセル３の直列接続方向における一端（図１中の左端）には、モジュール１で発生した電力を取り出すための取り出し電極として左側の取り出し電極５Ｌが、他端（図１中の右端）には右側の取り出し電極５Ｒが形成されている。そして、この取り出し電極５（取り出し電極５Ｌ、取り出し電極５Ｒ）に接続されたバスバー配線６により、モジュール１で発生した電力が外部に取り出される構造になっている。すなわち、セル３を直列に接続した両端で、セル群（多接合型薄膜太陽電池）の左側の取り出し電極５Ｌが太陽電池のマイナス極、右側の取り出し電極５Ｒが太陽電池のプラス極になるようにして、発電した電気を取り出す。
【００２７】
さらに、モジュール１の絶縁性を保つために、透光性絶縁基板２におけるセル３の形成面の外周縁部には外周縁部膜除去領域４が設けられている。このように、モジュール１の基本的な外観構造は、一般的な薄膜太陽電池モジュールと同様の構造となっている。
【００２８】
なお、図１では、透光性絶縁基板２、充填材（封止材）８を透過して見ている。また、図１では、シール材９を省略している。図２では、外周縁部膜除去領域４、取り出し電極５およびバスバー配線６を省略している。
【００２９】
薄膜太陽電池セル３は、受光面側の一面側に凹凸１０が形成された透光性絶縁基板２の他面上に第１電極である透明電極層１１、半導体薄膜からなり光電変換を行う光電変換層である第１薄膜半導体層１２および第２電極である裏面電極層１３がこの順で積層されて構成されている。透明電極層１１は、光透過性を有している透明導電膜が用いられ、たとえば酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）等の導電性金属酸化物からなり、ＣＶＤ（Chemical  vapor  deposition）法、スパッタリング法、蒸着法等の方法を用いて形成される。
【００３０】
第１薄膜半導体層１２は、たとえば不純物がドープされたシリコンからなるｐ型半導体薄膜層１２ａと、たとえばシリコンからなる真性（ｉ型）半導体薄膜層１２ｂと、たとえば不純物がドープされたシリコンからなるｎ型半導体薄膜層１２ｃとが積層されてｐｉｎ接合を有する半導体積層膜により構成される。また、第１薄膜半導体層１２は、たとえば不純物がドープされたＣｄＴｅからなるｐ型半導体薄膜層と、たとえばドープされたＣｄＴｅからなるｎ型半導体薄膜層とが積層されてｐｎ接合を有する半導体積層膜により構成されてもよい。そして、第１薄膜半導体層１２は、これらの半導体積層膜が複数重なった積層構造を有してもよい。このような第１薄膜半導体層１２は、たとえばＣＶＤ法により形成される。
【００３１】
裏面電極層１３は、透光性および導電性を有する透明導電膜１３ａと、金属からなる反射電極１３ｂとから構成されている。ここで、透明導電膜１３ａには、たとえば酸化スズ（ＳｎＯ２）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ＩＴＯ、またはこれらの組み合わせを用いることができる。また、反射電極１３ｂには、銀（Ａｇ）、アルミニウム（Ａｌ）などを用いることができる。 透明導電膜１３ａは、たとえばＡｇなどの反射電極１３ｂの金属が第１薄膜半導体層１２に拡散することを防止する効果を有する。反射電極１３ｂは、必ずしも導電性を有する必要はなく、光反射特性に優れた材料であればよい。
【００３２】
透光性絶縁基板２上に形成された透明電極層１１には、透光性絶縁基板２の長手方向と略平行な方向に延在するとともに透光性絶縁基板２に達するストライプ状の第１の溝Ｄ１が形成されている。この第１の溝Ｄ１の部分に第１薄膜半導体層１２が埋め込まれることで、透明電極層１１が隣接するセル３に跨るようにセル毎に分離されて形成されている。
【００３３】
また、透明電極層１１上に形成された第１薄膜半導体層１２には、第１の溝Ｄ１に隣接して第１の溝Ｄ１とは異なる箇所において透光性絶縁基板２の長手方向と略平行な方向に延在するとともに透明電極層１１に達するストライプ状の第２の溝Ｄ２が形成されている。この第２の溝Ｄ２の部分に裏面電極層１３が埋め込まれることで、裏面電極層１３が透明電極層１１に接続される。そして、該透明電極層１１が隣接するセル３に跨っているため、隣り合う２つのセル３の一方の裏面電極層１３と他方の透明電極層１１とが電気的に接続されている。
【００３４】
また、裏面電極層１３および第１薄膜半導体層１２には、第２の溝Ｄ２に隣接して第１の溝Ｄ１および第２の溝Ｄ２とは異なる箇所で、透明電極層１１に達するストライプ状の第３の溝Ｄ３が形成されて、各セル３が分離されている。このように、セル３の透明電極層１１が、隣接するセル３の裏面電極層１３と接続することによって、隣接するセル３が電気的に直列接続している。
【００３５】
このモジュール１において透光性絶縁基板２の受光面（セル３が形成されていない側の面）から太陽光が入射すると、第１薄膜半導体層１２で自由キャリアが生成され、電流が発生する。各セル３で発生した電流は透明電極層１１と裏面電極層１３とを介して隣接するセル３に流れ込み、モジュール１全体の発電電流を生成する。
【００３６】
なお、本実施の形態では、モジュール１の外周にフレームを用いないフレームレス構造について示しているが、太陽電池モジュールの物理強度をより強化すること、または屋外に取り付ける設置場所との兼ね合いでフレームがある方が望ましい場合は、モジュール１の外周にフレームを取り付けてもよい。フレームは、太陽電池モジュールに必要な強度やコストを考慮して選択されればよい。通常、一般的にはフレームとしてアルミニウムの押出成形品が用いられ、その表面にアルマイト処理やクリア塗装が施される。
【００３７】
そして、モジュール１は、セル群が形成された透光性絶縁基板２上に充填材（封止材）８、シール材９、透光性絶縁基板７を積層し、ラミネーターと呼ばれる装置で全体を加熱しながら押圧して一体化することにより形成される。
【００３８】
ここで、比較のため、受光面側保護部材である透光性絶縁基板の受光側面が平坦面とされた集積型薄膜太陽電池モジュールを示す。図４は、受光面側保護部材である透光性絶縁基板の受光側面が平坦面とされた集積型薄膜太陽電池モジュール（以下、モジュールと呼ぶ場合がある）１０１の概略構造を模式的に示す断面図である。
【００３９】
モジュール１０１は、モジュール１０１の受光面側（光入射側）に配置された受光面側保護部材であるガラスもしくは透明なフィルム等の透光性を有する長方形状の透光性絶縁基板（以下、基板と呼ぶ場合がある）１０２と、モジュール１０１の裏面側（光入射側と反対側）に配置された裏面側保護部材である長方形状の透光性絶縁基板１０７との間に、充填材（封止材）１０８が狭持されている。ここで、透光性絶縁基板１０２と透光性絶縁基板１０７とは、共に両面が平坦面とされている。
【００４０】
そして、透光性絶縁基板１０２と充填材（封止材）１０８との間に集積型薄膜太陽電池が封止されている。モジュール１０１の外周縁部では、透光性絶縁基板１０２と透光性絶縁基板１０７との間がシール材１０９によりシールされている。モジュール１０１においては、透光性絶縁基板１０２側から光が入射される。
【００４１】
モジュール１０１は、透光性絶縁基板１０２における受光面側と反対側の他面上に短冊状（矩形形状）の薄膜太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ場合がある）１０３が複数形成されており、これらのセル１０３が矩形形状の短辺方向（直列接続方向）に電気的に直列接続されたセル群を有する。
【００４２】
薄膜太陽電池セル１０３は、透光性絶縁基板１０２の他面上に第１電極である透明電極層１１１、光電変換層である薄膜半導体層１１２および第２電極である裏面電極層１１３がこの順で積層されて構成されている。透明電極層１１１、薄膜半導体層１１２および裏面電極層１１３は、それぞれ透明電極層１１、第１薄膜半導体層１２および裏面電極層１３と同様の材料および構造で構成される。
【００４３】
モジュール１０１では、裏面側保護部材である透光性絶縁基板１０７に、湿度を通さないアルミニウム箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂などが用いられる。そして、セル群が形成された透光性絶縁基板１０２上に充填材（封止材）１０８、シール材１０９、透光性絶縁基板１０７を積層し、ラミネーターと呼ばれる装置で全体を加熱しながら押圧して一体化することによりモジュール１０１が形成される。
【００４４】
図２および上記の説明に示すように、実施の形態１にかかるモジュール１は、図４に示すモジュール１０１と、セルの構造は同様の構造となっている。一方、モジュール１は、セルが形成される透光性絶縁基板１０２の代わりに、モジュール１の外側である受光面側の一面側には所定の条件を満たす凹凸１０が形成され、モジュール１の内側であって受光面側と反対側の他面側は平坦面とされている透光性絶縁基板２を用いることを特徴としている。さらに、モジュール１は、透光性絶縁基板１０７の代わりに、モジュール１の外側である受光面側の一面側には所定の条件を満たす凹凸１０が形成され、モジュール１の内側であって受光面側と反対側の他面側は平坦面とされている透光性絶縁基板７を用いることを特徴としている。
【００４５】
つぎに、上述した実施の形態１にかかるモジュール１において表面に凹凸１０が形成された透光性絶縁基板２の放熱効果について、具体的な実験結果に基づいて説明する。太陽電池は、温度が低温になると出力が上がり、高温になると出力が下がるという特性がある。一般論として結晶系シリコン太陽電池では、モジュール温度が１℃高くなるごとに、出力が０．４〜０．５％程度低下すると言われている。
【００４６】
図５は、結晶シリコン系太陽電池モジュールの発電効率のモジュール温度依存性を示す特性図である。図５では、住宅用太陽電池モジュールとして一般的な結晶シリコン系太陽電池モジュールに、一定条件の光を照射したときの温度（℃）と最大出力（％）との関係を示している。国際基準によって、太陽電池モジュールのカタログ性能は２５℃で計測することになっている。図５では、モジュール温度が２５℃のときの最大出力を基準（＝１００％）として規格化して、最大出力をプロットしている。また、モジュール温度は、太陽電池モジュールの周辺の温度である。
【００４７】
図５に示されるように、一般的な結晶シリコン系太陽電池モジュールは、同じ強さの光を同じ面積で受けた場合でも、モジュール温度によって出力が変化し、モジュール温度が上がるにしたがって、ほぼ直線的に出力が下がる特性を示す。そして、モジュール温度が２５℃よりも下がるとカタログ性能よりも出力が増え、モジュール温度が２５℃よりも上がるとカタログ性能よりも出力が減ることになる。
【００４８】
本実施の形態にかかるモジュール１では、透光性絶縁基板の放熱性を向上させてモジュール温度の上昇を抑えるために、たとえば熱放射率の大きい被膜を透光性絶縁基板表面に形成する方法、透光性絶縁基板の表面にブラスト加工による凹凸または放熱用のフィンを形成することにより表面積を大きくして熱放射率を増大する方法などの一般的な方法は用いていない。すなわち、本実施の形態にかかるモジュール１では、透光性絶縁基板の放熱性を向上させてモジュール温度の上昇を抑えるために、透光性絶縁基板が外気と接する面の熱容量を冷却流体である外気に対して相対的に小さくさせて、対流熱伝達率を増大することで冷却効果を高め、放熱しやすい構造の太陽電池モジュールを実現している。
【００４９】
図６は、サンプル基板（透光性絶縁基板）の表面の凹凸形状データを示す図である。図６において、Ｒａは凹凸深さを表す算術平均粗さを示し、Ｓｍは凹凸ピッチを表す粗さ曲線要素の平均長さ（凹凸の平均間隔）を示している。ＲａおよびＳｍの単位は、ともにμｍである。サンプル基板（透光性絶縁基板）としては、表面に凹凸が形成されていない透光性絶縁基板（フラット基板）と、一面側に凹凸が形成された基板Ａ〜基板Ｅとの、６種類の基板を用意した。
【００５０】
ＲａおよびＳｍは、サンプル基板のサイズ５ｍｍ×５ｍｍ内の１０箇所における倍率５０００倍の断面ＳＥＭ像を画像処理した後、処理画像から断面形状をデジタルトレースし、その断面形状データを元にＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に従ってＲａおよびＳｍを算出したものの１０点平均値である。アスペクト比は、４Ｒａ／Ｓｍの関係式より算出した。凹凸が形成されていないフラット基板は、倍率５０００倍の視野内で表面に凹凸が認められず、Ｒａ、Ｓｍ、アスペクト比ともに算出できなかった。このような形状をフラットと記すこととする。
【００５１】
図７は、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）の該一面（凹凸面）の表面積の、凹凸が形成されない他面（フラット面）の表面積に対する面積比を示す特性図である。図７では、一般的に太陽電池モジュールに用いられる透光性絶縁基板（基板サイズ１１００ｍｍ×１４００ｍｍ）の一面側に凹凸を形成し、他面側には凹凸を形成せずにフラット面とした透光性絶縁基板について示した。
【００５２】
また、図７では、Ｒａ＝０．２５μｍの凹凸をＳｍを変化させて形成した場合、およびＳｍ＝７．５μｍの凹凸をＲａを変化させて形成した場合について示した。すなわち、図７では、Ｒａ＝０．２５μｍを示すプロットについては横軸がＳｍとなり、Ｓｍ＝７．５μｍを示すプロットについては横軸がＲａとなる。また、縦軸は、凹凸基板における凹凸形成面のフラット面に対する表面積比を、フラット面の表面積を基準（＝１）として規格化して示した。表面積は、表面の凹凸形状が一辺の長さがＳｍ／２、高さが２Ｒａの四角錐から成ると仮定して算出した。
【００５３】
図７に示されるように、ある固定された面積内に凹凸を形成して表面積を増加させる場合は、Ｒａが大きくなるほど（Ｓｍ固定）、またＳｍが小さくなるほど（Ｒａ固定）、表面積は大きくなる。
【００５４】
図８は、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）の該一面（凹凸面）の表面積の、凹凸が形成されない他面（フラット面）の表面積に対する面積比を示す特性図である。凹凸基板とフラット基板との面積は同じである。図８では、図６に示した透光性絶縁基板（基板サイズ５ｍｍ×５ｍｍ）の一面側に凹凸を形成し、他面側には凹凸を形成せずにフラット面とした透光性絶縁基板（基板Ａ〜基板Ｅ）について示した。また、図８では、Ｒａ＝０．２５μｍの場合の凹凸形状を四角錐と仮定して、凹凸をＳｍを変化させて形成した場合について算出した表面積も併せて示した。すなわち、図８では横軸にＳｍ（μｍ）を示した。また、図８では縦軸に、凹凸基板における凹凸面の表面積のフラット面に対する面積比を、フラット面の表面積を基準（＝１）として規格化して示した。
【００５５】
ここで、Ｒａ＝０．２５μｍとは、図６に示した基板Ａ〜基板ＥのＲａの平均値である。図８に示されるように、表面に凹凸が形成された基板Ａ〜基板Ｅの透光性絶縁基板の凹凸面の面積比は、Ｒａ＝０．２５μｍの場合の計算値とほぼ同様の傾向を示している。この結果より、表面積が最も大きく、放熱効果が期待できるのは、Ｓｍ値が最も小さい基板Ａである。そして、図６に示されるように凹凸基板のアスペクト比が大きくなると、図８の縦軸のプラスの方向に面積比の値がシフトする。
【００５６】
図９は、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）の放熱効果を示す特性図である。図９の特性図の測定サンプルには、図６に示した条件で一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板の他面（フラット面）に黒色塗料を塗布した基板（基板Ａ〜基板Ｅ）と、一面側に黒色塗料を塗布した凹凸が形成されていない透光性絶縁基板（フラット基板）を用いた。黒色塗料は、基板表面で光を吸収しやすいように塗布されている。また、黒色塗料の他にも、黒色被膜の形成、黒色アルマイト処理を施してもよい。そして、基板Ａ〜基板Ｅおよびフラット基板について、ソーラーシミュレーターと呼ばれる装置で高圧キセノンランプを光源として測定サンプルに光照射した。また、黒色塗料が塗布された面が受光面になるようにして光照射した。
【００５７】
光照射は、地上で受ける太陽光（ＡＭ１．５Ｇ）に近似したスペクトル分布で、照射照度１ＳＵＮの光を照射した。そして、光照射した際の非受光面である黒色塗料が塗布されていない面の温度を熱電対で測定した。図９では、横軸に光照射時間ｔ（ｓｅｃ）を、縦軸に上昇温度（Ｔ−Ｔ０）（℃）を示した。上昇温度（Ｔ−Ｔ０）は、光照射による基板到達温度（Ｔ）−光照射前の基板初期温度（Ｔ０）である。
【００５８】
図９に示されるように、光照射時間が２５分（１５００秒）を過ぎると、基板の表面の温度上昇はほぼ飽和している。到達温度は、フラット基板＞基板Ａ＞基板Ｃ＞基板Ｂ＝基板Ｅ＞基板Ｄの順になった。
【００５９】
図１０は、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）の凹凸面と凹凸が形成されていない透光性絶縁基板（フラット基板）のフラット面との表面積比と、図９に示した実験における上昇温度（Ｔ−Ｔ０）（℃）との関係を示す特性図である。本実施の形態にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板の放熱促進効果が表面凹凸形成による透光性絶縁基板の表面積の増大による熱放射率の向上によるものであれば、表面積が大きくなるのに比例して熱損失量が増大し、上昇温度は低くなるはずである。しかし、図１０に示されるように、本実験結果は表面積に比例せず、極小値を有する変化を示した。そして、最も上昇温度が低くなる基板Ｄでは、フラット基板よりも約５℃基板温度が低い。この基板Ｄを太陽電池モジュールのカバーガラス基板に用いれば、パネル温度を５℃低くすることが可能である。これによって図５を元に算出すると、モジュール温度の上昇による出力低下を約２．５％（−０．５％×５（℃））抑制することができる。
【００６０】
上記実験結果より、本実施の形態にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板の放熱促進効果が透光性絶縁基板の表面積増大による熱の放射率向上ではないことが判明した。そこで、透光性絶縁基板の表面積と同様に放熱促進効果が期待できる流体（大気）と物体（ガラス基板表面）との間の熱移動能力を示す対流熱伝達率との関係について検討した。
【００６１】
図１１は、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）の該一面（凹凸面）の表面積の、凹凸が形成されないフラット基板のフラット面に対する表面積比と、外気への対流熱伝達率Ｃとの関係を示す特性図である。物質が熱損失によって冷却される際の全熱損失は、式（１）に示すように、対流による熱損失と放射による熱損失とからなる。
【００６２】
対流による熱損失は、式（２）で表される。対流熱伝達率とは、空気の移動（対流）によって生じる熱輸送による伝熱において、たとえば透光性絶縁基板と空気という２種類の物質間での熱エネルギーの伝え易さを表す値で、単位面積、単位時間、単位温度差あたりの伝熱量であり、数値が大きいほど熱エネルギーを伝え易い。放射による熱損失は、式（３）で表される。
【００６３】
Ｈｔｏｔａｌ＝ＨＣ＋ＨＲ                                            ・・・（１）
ＨＣ＝（Ｔ−Ｔ０）×Ｓ×Ｃ                                          ・・・（２）
ＨＲ＝｛（Ｔ＋２７３．１５）４−（Ｔ０＋２７３．１５）４｝×Ｓ×Ｒ×σ  
・・・（３）
Ｈｔｏｔａｌ［Ｗ]：全熱損失
ＨＣ［Ｗ］       ：対流による熱損失
ＨＲ［Ｗ］       ：放射による熱損失
Ｔ［℃］         ：透光性絶縁基板の温度
Ｔ０［℃］       ：大気雰囲気の温度（＝光照射前の基板初期温度）
Ｓ［ｍ２］       ：表面積
Ｃ［Ｗ／ｍ２Ｋ］ ：静止大気中での対流熱伝達率
Ｒ［Ｗ／ｍ２Ｋ］ ：物体の表面の放射率
σ               ：Ｓｔｅｆａｎ−Ｂｏｌｔｚｍａｎ定数（５．６７０５１×１０−８）
【００６４】
日射強度を１０００Ｗ／ｍ２と仮定し、太陽電池モジュールにおいて発電に使用された光量が２００Ｗ／ｍ２、放射による熱損失は、凹凸面（黒色処理面）の放射率が０．９、裏面の透光性絶縁基板面の放射率が０．８５として概算して２００Ｗ／ｍ２とした。この結果、対流による熱損失は、日射強度から発電に使用された光量と放射による熱損失を差し引いた６００Ｗ／ｍ２とした。物体表面の放射率と、物体がある雰囲気中の放射率を同じとした。
【００６５】
図１０に示した結果より、本実施の形態にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板の放熱促進効果には放射による熱損失が寄与していないことが判明している。ここでは物体表面からの放射については周囲環境の影響を受けるため、熱損失は対流による熱損失のみであると仮定して効果を検証した。また表面積については、表面凹凸による表面積増加量は、太陽電池モジュール面積に対して微量（数％程度）であることから、太陽光の投影面積は同じであると仮定した。上記仮定のもとに上記熱計算式に従って、対流熱伝達率を算出した。
【００６６】
図１１に示されるように、基板Ｄの対流熱伝達率が最大値となり、面積比が最も大きい基板Ａの対流熱伝達率は最も小さい値になっている。凹凸が形成される透光性絶縁基板の面積が一定で、Ｒａもほぼ同様の値の場合、表面積が大きくなるほど凹凸ピッチ（Ｓｍ）は小さくなる（図７）。凹凸ピッチ（Ｓｍ）が小さくなると、次第に透光性絶縁基板の表面の凹凸の中に入り込んで透光性絶縁基板と接触している空気の対流速度が低下して、凹凸の中に入り込んでいる空気が置換し難くなり、この結果として対流熱伝達率が小さくなると考えられる。本実験結果が、表面積増大による放射率向上に依存しなかったのは、上記理由によるものと考えられる。
【００６７】
なお、図１１において、たとえば、図９の結果より得た各基板の上昇温度より、基板Ａとフラット基板との温度上昇（Ｔ−Ｔ０）の差は、０．６℃、基板Ｂとフラット基板との温度上昇（Ｔ−Ｔ０）の差は、２．６℃、基板Ｃとフラット基板との温度上昇（Ｔ−Ｔ０）の差は、２．２℃、基板Ｄとフラット基板との温度上昇（Ｔ−Ｔ０）の差は、４．６℃、基板Ｅとフラット基板との温度上昇（Ｔ−Ｔ０）の差は、２．６℃であり、概算により得た放射による熱損失量は２００Ｗ／ｍ２であることから、基板Ａの対流熱伝達率Ｃは２０．９４、基板Ｂの対流熱伝達率Ｃは２２．１０、基板Ｃの対流熱伝達率Ｃは２１．９８、基板Ｄの対流熱伝達率Ｃは２３．２６、基板Ｅの対流熱伝達率Ｃは２２．１０となる。
【００６８】
図１２は、静止大気中での対流熱伝達率Ｃと透光性絶縁基板の一面側に形成された凹凸のＳｍとの関係を示す特性図である。図１２では、横軸にＳｍ（μｍ）を、縦軸に対流熱伝達率Ｃ（Ｗ／ｍ２Ｋ）を示している。図１２の特性図の測定サンプルには、図６に示した条件で一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（基板Ａ〜基板Ｅ）と、凹凸が形成されていない透光性絶縁基板（フラット基板）を用いた。
【００６９】
図１２に示されるように、Ｓｍが５μｍ以上になると、フラット基板の熱伝達率Ｃ（２０．６２）よりも熱伝達率Ｃが１以上大きくなる。また、対流熱伝達率Ｃはフラット基板よりも最大で２．６４Ｗ／ｍ２Ｋ大きくなり（基板Ｄ）、基板表面温度が４．６℃低下することになる（図９の上昇温度の飽和値におけるフラット基板−基板Ｄ）。したがって、太陽電池モジュールの最大出力をフラット基板よりも２．３％（−０．５％×４．６（℃））向上させることが可能である。
【００７０】
図１３−１は、対流熱伝達率Ｃと透光性絶縁基板の一面側に形成された凹凸のアスペクト比との関係を示す特性図である。図１３−１では、横軸に透光性絶縁基板の一面側に形成された凹凸のアスペクト比を、縦軸に対流熱伝達率Ｃ（Ｗ／ｍ２Ｋ）を示している。図１３−１の特性図の測定サンプルには、図６に示した条件で一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板（基板Ａ〜基板Ｅ）と、凹凸が形成されていない透光性絶縁基板（フラット基板）を用いた。図１３−２は、図１３−１に示す各基板の対流熱伝達率Ｃと凹凸のアスペクト比との詳細を示す図である。アスペクト比は、凹凸形状データ（Ｒａ、Ｓｍ）よりアスペクト比＝４Ｒａ／Ｓｍの関係式より算出した。
【００７１】
図１３−１に示されるように、対流熱伝達率Ｃは、アスペクト比が０．２〜０．３付近で極大値を持ち、アスペクト比が０または０．５に近づくほど小さくなり、アスペクト比が０．５を超えると、一面側に凹凸が形成された透光性絶縁基板の温度はフラット基板と同様の温度まで上昇する。このことより、凹凸形状による放熱促進効果は、アスペクト比が０より大きく、０．５より小さいときに得られることがわかる。そしてこの結果より、アスペクト比が０．０５〜０．４７の範囲内であれば、対流熱伝達率Ｃをフラット基板よりも最大で２．６４Ｗ／ｍ２Ｋ（基板Ｄ）大きくすることが可能であり、モジュールの最大出力を従来品よりも最大で２．３％（基板Ｄ）向上させることが可能である。
【００７２】
また、上述したように、結晶系シリコン太陽電池では、モジュール温度が１℃高くなるごとに、出力が０．５％程度低下する。ここで、発明者の行った実験では、基板Ａは、温度がフラット基板よりも０．６℃低くなっており、対流熱伝達率Ｃが２０．９５（≒２１）であったことから、フラット基板の対流熱伝達率Ｃが２０．６２であるので、透光性絶縁基板の対流熱伝達率Ｃが２０．９５（≒２１）以上であれば、０．５℃以上のモジュール温度の低減効果が得られる。したがって、アスペクト比は、０．４７未満であることが好ましい（図１３−１）。
【００７３】
これらのことは、透光性絶縁基板の表面に凹凸を形成して対流熱伝達率の増大を図る場合、ただ単に凹凸深さ（Ｒａ）を深くしたり、凹凸ピッチ（Ｓｍ）を細かくして表面積を大きくするだけでは効果がなく、放熱促進効果が得られる最適凹凸形状があることを示唆している。したがって、好ましい凹凸形状は、凹凸を形成した透光性絶縁基板の表面積がフラット基板（表面形状がＲａ、Ｓｍ、アスペクト比ともにフラット）に対して１．００１以上、１．０３未満であり（図１１）、アスペクト比が０．４７未満である（図１３−１）。アスペクト比は、０．１２〜０．４２であるとなお好ましい（図１３−１）。
【００７４】
図１４−１は、図１０〜図１３−２で示したフラット基板および基板Ａ〜基板Ｅの光透過率を示す。図１４−１では、横軸に光の波長（ｎｍ）を、縦軸に光透過率（％）を示している。光透過率は、光入射面であり、かつ凹凸形状が形成されている透光性絶縁基板の表面の光反射率（Ｒｔｏｔａｌ）を測定し、下記の式（４）に従って計算して得た基板内へ透過する透過率（Ｔｔｏｔａｌ）を示す。図１４−２は、図１４−１に示す各基板の光透過率の詳細を示す図である。
【００７５】
Ｔｔｏｔａｌ＝１００−Ｒｔｏｔａｌ          ・・・（４）
Ｔｔｏｔａｌ［％］：基板内を通過する光の全透過率
Ｒｔｏｔａｌ［％］：基板表面の全反射率
【００７６】
光透過率は、凹凸が形成されたいずれの透光性絶縁基板も、４００ｎｍ〜１２００ｎｍの全ての波長域の光に対して、フラット基板よりも高透過率であった。このことから、透光性絶縁基板の表面に凹凸を形成することにより該透光性絶縁基板の表面で光が散乱して目視的には透光性絶縁基板が白濁して見えるが、該透光性絶縁基板内へ取り込まれる光の透過率は低下せず、太陽電池内に取り込む光量も凹凸が成されていないフラット基板と比較して低下していないことがわかる。
【００７７】
図１５−１は、凹凸が形成された透光性絶縁基板（凹凸基板）のＲａ値と４点曲げ試験による強度との関係を示す特性図である。図１５−１では、横軸にＲａ（μｍ）を、縦軸に４点曲げ強度（ＭＰａ）を示している。図１５−２は、図１５−１に示す特性値の詳細を示す図である。４点曲げ試験による強度とは、「エッジ強度」と呼ばれるガラスの端部分の強度のことで、切断の良し悪しや研磨処理の違いによる差を調べる評価法である。基板サイズ：１０×７５ｍｍ、Ｃ面♯８００処理をしたガラス基板に所定の凹凸加工を施し、「ＪＩＳ  Ｒ  １６０１  ファインセラミックスの曲げ強さ試験方法」に準じた４点曲げ試験によって強度を測定した。
【００７８】
図１５−１および図１５−２に示されるように、本実施の形態にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板は、Ｒａが大きくなると強度が低下し、Ｒａが０．３μｍ近傍を超えると、強度が急激に低下した。これは、透光性絶縁基板の厚さが薄くなるとともに、表面の凹凸の凹部が応力集中源となり、実際の負荷応力よりもはるかに大きな応力が凹部に発生し、物理的衝撃に対する耐久性が低下するためである。また、透光性絶縁基板は、主にフッ素系の溶液またはガスによってエッチングされて凹凸が形成されるが、エッチングレートは非常に遅く、数百ｎｍ〜数μｍ以上の凹凸を形成するのは困難である。これらの要因より、本実施の形態にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板で実施し得るＲａ値は、おおよそ０．３μｍ以下が好ましい。
【００７９】
図１６は、上記実験結果における凹凸形状の特徴に基づいて求めた実施の形態１にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板における凹凸形状の条件を示す特性図である。図１６では、横軸にアスペクト比を、縦軸にＳｍ（μｍ）を示している。図１６では、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、Ｒａが０．３μｍ以下、Ｓｍが５μｍ以上の条件を満たすアスペクト比、Ｒａ、Ｓｍの有効範囲を示している。図１６より、本実施の形態にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板における凹凸形状の条件は、アスペクト比が０．１以上、０．４７未満、Ｒａが０．０６２５μｍ〜０．３μｍ、Ｓｍが５μｍ〜２４μｍとなる。
【００８０】
つぎに、本実施の形態にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板の表面の凹凸形成方法について述べる。透光性絶縁基板は、単独でガラスを形成できるガラス形成酸化物（たとえば、酸化ケイ素、酸化ホウ素）、ガラス化はしないが、ガラスに取り込まれることによりネットワークの切断が起こり、ガラスの性質に大きな影響を与える網目修飾酸化物（たとえば、酸化ナトリウム（Ｎａ２Ｏ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化マグネシウム（Ｍｇ２Ｏ）などのアルカリ酸化物やアルカリ土類酸化物）単独ではガラス化しにくいが、いくつかの成分を混ぜ合わせるとガラス化する中間酸化物（たとえば、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化鉛（ＰｂＯ））から成る。
【００８１】
フッ化水素がこのような透光性絶縁基板と接触すると、基板表面で骨格成分であるＳｉＯ２と反応し、下記の式（５）に従ってヘキサフルオロケイ酸（Ｈ２ＳｉＦ６）を生成する。透光性絶縁基板中に含まれる網目修飾酸化物もフッ化水素と反応すると、下記の式（６）、式（７）、式（８）に従ってフルオロケイ酸塩（Ｎａ２ＳｉＦ６、ＣａＳｉＦ６、ＭｇＳｉＦ６）と水（Ｈ２Ｏ）を生成する。このフルオロケイ酸塩は、水に難溶かつ不揮発性であるため透光性絶縁基板の表面に残留し、フルオロケイ酸塩がマスクとなってＨＦとＳｉＯ２の反応を阻害し、ＳｉＯ２とＨＦとの反応が進まなくなる。透光性絶縁基板の表面のフルオロケイ酸塩の残留分布によって、ＳｉＯ２とＨＦとの反応の進度が速い領域と、遅い領域とが発生することにより、透光性絶縁基板の表面に凹凸が形成される。
【００８２】
ＳｉＯ２＋６ＨＦ  →Ｈ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ               ・・・（５）
Ｈ２ＳｉＦ６＋Ｎａ２Ｏ  →Ｎａ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ       ・・・（６）
Ｈ２ＳｉＦ６＋ＣａＯ  →ＣａＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ           ・・・（７）
Ｈ２ＳｉＦ６＋Ｍｇ２Ｏ  →Ｍｇ２ＳｉＦ６＋２Ｈ２Ｏ       ・・・（８）
【００８３】
透光性絶縁基板の表面にフッ化水素水溶液中で上記のような反応を施すことにより、該透光性絶縁基板の表面に凹凸を形成することが可能である。凹凸のピッチ（Ｓｍ）や深さ（Ｒａ）は、反応槽中のフッ化水素濃度や温度、水溶液の攪拌速度などによりコントロールできる。また、フルオロケイ酸塩を形成して凹凸を形成するマスクの役割をするナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）の濃度を低くすると、Ｒａ値は小さくなり、上記イオン濃度を高くしていくと次第にＲａ値が大きくなると共に、Ｓｍ値が小さくなる。上記のように、エッチング液組成によっても凹凸形状をコントロールできる。
【００８４】
また、フッ化水素ガスによる気相反応によっても同様に透光性絶縁基板の表面に凹凸を形成することができる。凹凸のピッチ（Ｓｍ）や深さ（Ｒａ）は、ガス流量、圧力、温度によってコントロールできる。また、水（水蒸気）やアルコールガスを添加することにより気相中でフッ化水素酸を生成させて透光性絶縁基板と反応させると、より反応が促進されてエッチング処理時間が短縮し、形成できる凹凸形状も多様化する。また、フルオロケイ酸塩を形成して凹凸を形成するマスクの役割をするナトリウムイオン（Ｎａ＋）、カルシウムイオン（Ｃａ２＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）を反応相中で生成するような、たとえば、ビスシクロペンタジエニルマグネシウムなど有機金属化合物材料ガスを添加してもよい。
【００８５】
図１７は、実施の形態１にかかる凹凸が形成された透光性絶縁基板を備えたモジュールの他の例を示す図であり、薄膜半導体層が２層積層されたモジュールの概略構成を示す断面図である。図１７に示すモジュールでは、光電変換層である第１薄膜半導体層１２上に中間層１５を介して光電変換層である第２薄膜半導体層１４が積層されている。第２薄膜半導体層１４は、たとえば不純物がドープされたシリコンからなるｐ型半導体薄膜層１４ａと、たとえばシリコンからなる真性（ｉ型）半導体薄膜層１４ｂと、たとえば不純物がドープされたシリコンからなるｎ型半導体薄膜層１４ｃとが積層されてｐｉｎ接合を有する半導体積層膜により構成される。また、第２薄膜半導体層１４は、たとえば不純物がドープされたＣｄＴｅからなるｐ型半導体薄膜層と、たとえばドープされたＣｄＴｅからなるｎ型半導体薄膜層とが積層されてｐｎ接合を有する半導体積層膜により構成されてもよい。そして、第２薄膜半導体層１４は、これらの半導体積層膜が複数重なった積層構造を有してもよい。このような第２薄膜半導体層１４は、たとえばＣＶＤ法により形成される。
【００８６】
上述したように、実施の形態１にかかる集積型薄膜太陽電池は、セル３が形成された透光性絶縁基板２の受光面側にアスペクト比が０．１以上、０．４７未満、Ｒａが０．０６２５μｍ〜０．３μｍ、Ｓｍが５μｍ〜２４μｍとなる凹凸が形成される。これにより、透光性絶縁基板２が外気と接する面の熱容量を冷却流体である外気に対して相対的に小さくさせて、対流熱伝達率を増大することで集積型薄膜太陽電池の受光面側の冷却効果を高め、放熱しやすい構造の集積型薄膜太陽電池を実現している。
【００８７】
なお、上記においては、集積型薄膜太陽電池について示しているが、集積型ではない薄膜太陽電池セル単体においても、上記の効果が得られる。
【００８８】
また、実施の形態１にかかるモジュール１は、透光性絶縁基板２の受光面側にアスペクト比が０．１以上、０．４７未満、Ｒａが０．０６２５μｍ〜０．３μｍ、Ｓｍが５μｍ〜２４μｍとなる凹凸が形成される。これにより、透光性絶縁基板２は、透光性絶縁基板２が外気と接する面の熱容量を冷却流体である外気に対して相対的に小さくさせて、対流熱伝達率を増大することでモジュール１の受光面側の冷却効果を高め、放熱しやすい構造の太陽電池モジュールを実現している。
【００８９】
また、実施の形態１にかかるモジュール１は、透光性絶縁基板７の裏面側にアスペクト比が０．１以上、０．４７未満、Ｒａが０．０６２５μｍ〜０．３μｍ、Ｓｍが５μｍ〜２４μｍとなる凹凸が形成される。これにより、透光性絶縁基板７は、透光性絶縁基板７が外気と接する面の熱容量を冷却流体である外気に対して相対的に小さくさせて、対流熱伝達率を増大することでモジュール１の裏面側の冷却効果を高め、放熱しやすい構造の太陽電池モジュールを実現している。
【００９０】
また、実施の形態１にかかるモジュール１は、一般的なモジュール構造のままで、放熱しやすい構造の太陽電池モジュールを得ることができる。また、実施の形態１にかかるモジュール１は、空冷するためのファンや放熱板など、モジュールを冷却するための部材の追加を必要としないため低コストで実現可能であり、さらに冷却ファンのように空冷のために電力を必要としない。
【００９１】
したがって、実施の形態１にかかるモジュール１によれば、光受光面側および裏面側の双方の透光性基板に上述した放熱促進構造を備えることにより、モジュール１の表裏の温度差から生じる歪に起因したセル３の破壊が防止され、日照によるセル３の温度上昇を抑えてセル３の温度上昇による発電出力低下を防止できる。これにより、真夏時など気温の高いときでも発電効率に優れた、信頼性の高い太陽電池モジュールを実現できる。
【００９２】
実施の形態２．
図１８は、実施の形態２にかかる集積型太陽電池モジュールの概略構成を示す図であり、受光面側から見た上面図である。図１９は、実施の形態２にかかるモジュールの概略構造を模式的に示す要部断面図であり、図１８におけるＢ−Ｂ断面図である。実施の形態２にかかるモジュールは、複数の結晶系太陽電池セル（以下、セルと呼ぶ場合がある）２１が接続配線２２によって電気的に直列配線接続された太陽電池ストリングを備える。そして、太陽電池ストリングが実施の形態１と同様の形状を有する透光性絶縁基板２と透光性絶縁基板７との間に狭持された充填材（封止材）８の中に封止されている。このモジュールでは、透光性絶縁基板２側から光が入射する。
【００９３】
セル２１は、たとえば厚み０．３ｍｍ程度の単結晶シリコン基板または多結晶シリコン基板を用いて構成され、セル２１の大きさは、たとえば多結晶シリコン太陽電池素子でおよそ１５０ｍｍ角程度である。そして、隣接するセル２１の電極が、ハンダメッキなどを施した銅箔などの接続配線２２で電気的に直列配列に接続されている。さらに、モジュールから所定の電気出力が発生するように、図示しない出力端子を設けて太陽電池ストリングが構成される。そして、透光性絶縁基板２上に充填材（封止材）８、シール材９、太陽電池ストリング、充填材（封止材）８、透光性絶縁基板７を積層し、ラミネーターと呼ばれる装置で全体を加熱しながら押圧して一体化することによりモジュールが形成される。
【００９４】
以上のような実施の形態２にかかるモジュールは、実施の形態１と同様の形状を有する透光性絶縁基板２と透光性絶縁基板７とを備えるため、上述した実施の形態１と同様にセル２１の温度上昇を抑える効果が得られる。
【００９５】
すなわち、実施の形態２にかかるモジュールは、透光性絶縁基板２の受光面側にアスペクト比が０．１以上、０．４７未満、Ｒａが０．０６２５μｍ〜０．３μｍ、Ｓｍが５μｍ〜２４μｍとなる凹凸が形成される。これにより、透光性絶縁基板２は、透光性絶縁基板２が外気と接する面の熱容量を冷却流体である外気に対して相対的に小さくさせて、対流熱伝達率を増大することでモジュールの受光面側の冷却効果を高め、放熱しやすい構造の太陽電池モジュールを実現している。
【００９６】
また、実施の形態２にかかるモジュールは、透光性絶縁基板７の裏面側にアスペクト比が０．１以上、０．４７未満、Ｒａが０．０６２５μｍ〜０．３μｍ、Ｓｍが５μｍ〜２４μｍとなる凹凸が形成される。これにより、透光性絶縁基板７は、透光性絶縁基板７が外気と接する面の熱容量を冷却流体である外気に対して相対的に小さくさせて、対流熱伝達率を増大することでモジュールの裏面側の冷却効果を高め、放熱しやすい構造の太陽電池モジュールを実現している。
【００９７】
また、実施の形態２にかかるモジュールは、一般的なモジュール構造のままで、放熱しやすい構造の太陽電池モジュールを得ることができる。また、実施の形態２にかかるモジュールは、空冷するためのファンや放熱板など、モジュールを冷却するための部材の追加を必要としないため低コストで実現可能であり、さらに冷却ファンのように空冷のために電力を必要としない。
【００９８】
したがって、実施の形態２にかかるモジュールによれば、光受光面側および裏面側の双方の透光性基板に上述した放熱促進構造を備えることにより、モジュールの表裏の温度差から生じる歪に起因したセル２１の破壊が防止され、日照によるセル２１の温度上昇を抑えてセル２１の温度上昇による発電出力低下を防止できる。これにより、真夏時など気温の高いときでも発電効率に優れた、信頼性の高い太陽電池モジュールを実現できる。
【００９９】
実施の形態３．
図２０は、実施の形態３にかかる集積型太陽電池モジュールの概略構成を示す図であり、受光面側から見た上面図である。実施の形態３にかかるモジュールは、実施の形態１にかかるモジュール１において、凹凸が形成された透光性絶縁基板が受光面側のみに配置された構成を有する。すなわち、実施の形態３にかかるモジュールは、実施の形態１において説明した凹凸が形成された透光性絶縁基板２が受光面側に配置された構成を有する。そして、裏面側保護部材には透光性絶縁基板３１が用いられている。ここで、透光性絶縁基板３１は、両面が平坦面（フラット面）とされている。
【０１００】
裏面側保護部材である透光性絶縁基板３１には、湿度を通さないアルミニウム箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂などが用いられる。そして、セル群が形成された透光性絶縁基板２上に充填材（封止材）８、シール材３２、透光性絶縁基板３１を積層し、ラミネーターと呼ばれる装置で全体を加熱しながら押圧して一体化することによりモジュールが形成される。
【０１０１】
実施の形態３にかかるモジュールの場合、透光性絶縁基板３１の強度が弱いため、モジュール外周にフレームを取り付けることが好ましい。フレームは、太陽電池モジュールに必要な強度やコストを考慮して選択されればよい。通常、一般的にはフレームとしてアルミニウムの押出成形品が用いられ、その表面にアルマイト処理やクリア塗装が施される。
【０１０２】
以上のような実施の形態３にかかるモジュールは、実施の形態１と同様の形状を有する透光性絶縁基板２を備えるため、上述した実施の形態１と同様に受光面側においてセル３の温度上昇を抑える効果が得られる。なお、実施の形態３にかかるモジュールは、実施の形態１の場合のように凹凸が形成された透光性絶縁基板をモジュールの両面側に用いた場合よりも、セル温度の上昇抑制効果は低下する。しかし、非受光面は、受光面よりも直接日照が当たらないので、温度上昇が少ない傾向にある。このことから、実施の形態３にかかるモジュールの構造でも充分にセル３の温度上昇を抑える効果を得ることができる。
【０１０３】
実施の形態４．
図２１は、実施の形態４にかかる集積型太陽電池モジュールの概略構成を示す図であり、受光面側から見た上面図である。実施の形態４にかかるモジュールは、実施の形態２にかかるモジュールにおいて、凹凸が形成された透光性絶縁基板が受光面側のみに配置された構成を有する。すなわち、実施の形態４にかかるモジュールは、実施の形態２において説明した凹凸が形成された透光性絶縁基板２が受光面側に配置された構成を有する。そして、裏面側保護部材には透光性絶縁基板３１が用いられている。ここで、透光性絶縁基板３１は、両面が平坦面（フラット面）とされている。
【０１０４】
裏面側保護部材である透光性絶縁基板３１には、湿度を通さないアルミニウム箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂などが用いられる。そして、透光性絶縁基板２上に充填材（封止材）８、シール材３２、太陽電池ストリング、充填材（封止材）８、透光性絶縁基板３１を積層し、ラミネーターと呼ばれる装置で全体を加熱しながら押圧して一体化することによりモジュールが形成される。
【０１０５】
実施の形態４にかかるモジュールの場合、透光性絶縁基板３１の強度が弱いため、モジュール外周にフレームを取り付けることが好ましい。フレームは、太陽電池モジュールに必要な強度やコストを考慮して選択されればよい。通常、一般的にはフレームとしてアルミニウムの押出成形品が用いられ、その表面にアルマイト処理やクリア塗装が施される。
【０１０６】
以上のような実施の形態４にかかるモジュールは、実施の形態１と同様の形状を有する透光性絶縁基板２を備えるため、上述した実施の形態１と同様に受光面側においてセル２１の温度上昇を抑える効果が得られる。なお、実施の形態４にかかるモジュールは、実施の形態２の場合のように凹凸が形成された透光性絶縁基板をモジュールの両面側に用いた場合よりも、セル温度の上昇抑制効果は低下する。しかし、非受光面は、受光面よりも直接日照が当たらないので、温度上昇が少ない傾向にある。このことから、実施の形態４にかかるモジュールの構造でも充分にセル２１の温度上昇を抑える効果を得ることができる。
【０１０７】
なお、上記の実施の形態のいずれにおいても、透光性絶縁基板の受光面領域（実際に発電に寄与する光の入射領域）のみに凹凸を形成して外周部は平坦な状態としてもよい。透光性絶縁基板の外周に凹凸を形成しないことによって、ガラスからなる透光性絶縁基板のエッジの強度低下を防止できることから、熱処理や組立時のハンドリング、モジュール枠の取り付け等に伴うストレスによる基板の破損が抑制される利点がある。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
以上のように、本発明にかかる太陽電池および太陽電池モジュールは、日照による温度上昇が抑制されて発電効率および信頼性に優れた太陽電池および太陽電池モジュールの実現に有用である。
【符号の説明】
【０１０９】
１  集積型薄膜太陽電池モジュール（モジュール）、２  透光性絶縁基板、３  薄膜太陽電池セル（セル）、４  外周縁部膜除去領域、５，５Ｌ，５Ｒ  取り出し電極、６  バスバー配線、７  透光性絶縁基板、８  充填材（封止材）、９  シール材、１０  凹凸、１１  透明電極層、１２  第１薄膜半導体層、１２ａ  ｐ型半導体薄膜層、１２ｂ  真性（ｉ型）半導体薄膜層、１２ｃ  ｎ型半導体薄膜層、１３  裏面電極層、１３ａ  透明導電膜、１３ｂ  反射電極、１４  第２薄膜半導体層、１４ａ  ｐ型半導体薄膜層、１４ｂ  真性（ｉ型）半導体薄膜層、１４ｃ  ｎ型半導体薄膜層、１５  中間層、２１  結晶系太陽電池セル（セル）、２２  接続配線、３１  透光性絶縁基板、３２  シール材、１０１  集積型薄膜太陽電池モジュール（モジュール）、１０２  透光性絶縁基板、１０３  薄膜太陽電池セル（セル）、１０７  透光性絶縁基板、１０９  シール材、１１１  透明電極層、１１２  薄膜半導体層、１１３  裏面電極層、Ｄ１  第１の溝、Ｄ２  第２の溝、Ｄ３  第３の溝。
【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１３−１】
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【図１３−２】
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【図１４−１】
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【図１４−２】
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【図１５−１】
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【図１５−２】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図１６】
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