(57)【要約】基板（１）、発電層（２）及び保護層（４）を含む発電建材において、発電層（２）は基板（１）上に設けられ、保護層（４）は発電層（２）上に覆われる。基板（１）は、ガラス、金属板、セメント系板材、軟質プラスチックフィルム、タイル又は瓦である。保護層（４）は、３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲で、加重平均透過率が０％〜７９％である。基板の表面をクリーニングするステップ１）と、太陽電池を基板に付着して、正負極を引き出すステップ２）と、太陽電池に保護層を塗布するステップ３）と、を含む発電建材の製造方法。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電建材であって、
基板、発電層及び保護層を含み、
前記発電層は前記基板上に設けられ、前記保護層は前記発電層上に覆われ、
前記基板は、ガラス、金属板、セメント系板材、軟質プラスチックフィルム、タイル又は瓦であり、
前記保護層は、３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲で、加重平均透過率が０％〜７９％であることを特徴とする発電建材。
【請求項２】
前記基板は、０．０１ｍｍ〜５ｃｍの厚さを有する、ことを特徴とする請求項１に記載の発電建材。
【請求項３】
前記発電層は、セレン化銅インジウムガリウム薄膜太陽電池、ヒ化ガリウム太陽電池、結晶性シリコン太陽電池、シリコン系薄膜太陽電池、テルル化カドミウム薄膜太陽電池、有機太陽電池、銅亜鉛スズ硫黄薄膜太陽電池又はペロブスカイト薄膜太陽電池の構造を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の発電建材。
【請求項４】
前記保護層の材質は、無機ケイ酸塩材料又は無機有機複合材料である、ことを特徴とする請求項１に記載の発電建材。
【請求項５】
前記保護層の厚さは、０．０１〜５ｍｍである、ことを特徴とする請求項１に記載の発電建材。
【請求項６】
前記発電建材は、前記発電層と前記保護層との間に位置する封止層をさらに含み、
前記封止層の材料は、エチレン−オクテン共重合体又はエチレン−酢酸ビニル共重合体を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の発電建材。
【請求項７】
前記封止層の厚さは、０．０５ｍｍ〜３ｍｍである、ことを特徴とする請求項６に記載の発電建材。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発電建材の製造方法であって、
発電層を基板に付着して、正負極を引き出すか、又は、基板上に発電層を直接製造して、正負極を引き出すステップ１）と、
室温で液体状態である保護層の材料を塗布し、室温で８〜１２時間硬化させて、強固なエナメル保護層を形成するステップ２）と、を含むことを特徴とする発電建材の製造方法。
【請求項９】
前記発電層を製造する前に、前記基板に研磨及びクリーニングを行い、
処理された基板は、表面粗さが１００ｎｍ未満であり、接触角が５〜１５°である、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ステップ１）は、前記正負極を引き出した後、封止層をその上に形成するステップをさらに含む、ことを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
太陽光発電建材であって、
表面層、発電層及び基板層を含み、
前記表面層は、前記発電層の表面に直接液体を塗装して硬化させることにより得られるものであり、３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲で加重平均透過率が１０％〜８５％である、ことを特徴とする太陽光発電建材。
【請求項１２】
前記表面層の厚さは、０．０１〜５ｍｍである、ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽光発電建材。
【請求項１３】
前記表面層は、３００ｎｍ〜１３００ｎｍの前記波長範囲で前記加重平均透過率が４５％〜７５％であり、ヘイズが１０％〜９９％である、ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽光発電建材。
【請求項１４】
前記表面層の原料は、硬化母液と顔料フィラーを含む、ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽光発電建材。
【請求項１５】
前記表面層の前記原料には、ナノ粒子、量子ドット及びグラフェンのうちの１種又は複数種がさらに含まれる、ことを特徴とする請求項１４に記載の太陽光発電建材。
【請求項１６】
前記発電層と前記基板層との組み合わせは、結晶性シリコン太陽電池モジュール又は薄膜太陽電池モジュールである、ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽光発電建材。
【請求項１７】
前記発電層は、太陽電池層と保護層を含む、ことを特徴とする請求項１１に記載の太陽光発電建材。
【請求項１８】
前記基板層は、ガラス、金属板、軟質プラスチックフィルム及びタイルのうちの１種又は複数種を含み、
前記発電層の太陽電池層は、セレン化銅インジウムガリウム太陽電池、ヒ化ガリウム太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、テルル化カドミウム太陽電池、染料増感太陽電池、銅亜鉛スズ硫黄太陽電池又はペロブスカイト太陽電池を含む、ことを特徴とする請求項１１又は１７に記載の太陽光発電建材。
【請求項１９】
前記保護層は、セラミックスフィルム、エチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリエチレン−ブテン共重合体、シリカゲル、ポリエチレン、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、パーフルオロエチレンプロピレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート、無機ガラス、有機ガラス及びポリカーボネートのうちの１種又は複数種を含み、
前記保護層はセラミックスフィルムだけであり、又は、
前記保護層がエチレン−酢酸ビニル共重合体、ポリビニルブチラール、ポリエチレンオキシド及びシリカゲルのうちの１種又は複数種を含む場合、前記保護層は、フロントフィルムをさらに含み、
前記フロントフィルムは、無機ガラス及び／又は高分子材料を含む、ことを特徴とする請求項１７に記載の太陽光発電建材。
【請求項２０】
前記高分子材料は、有機ガラス、ポリカーボネート、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフッ化ビニリデン膜、パーフルオロエチレンプロピレン共重合体、ポリエチレンテレフタレート及びポリエチレンテレフタレート／ポリエチレンのうちの１種又は複数種を含む、ことを特徴とする請求項１９に記載の太陽光発電建材。
【請求項２１】
太陽光発電建材の製造方法であって、
発電層を基板層に付着して、正負極を引き出すか、前記基板層上に前記発電層を直接製造して、前記正負極を引き出すか、又は結晶性シリコン太陽電池モジュール又は薄膜太陽電池モジュールを直接利用するステップ１）と、
前記発電層の表面に液体を直接塗装して、次に硬化させることにより、前記発電層上に表面層を製造するステップ２）と、を含む、太陽光発電建材の製造方法。
【請求項２２】
前記表面層は、硬化温度−１０℃〜１００℃、硬化時間０．２ｓ〜４８ｈである、ことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
本願は、２０１８年２月８日に提出した第２０１８１０１２８５１６．２号という中国特許出願を優先権として主張し、この特許出願の内容の全ては参照としてここに援用される。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、建物分野に属し、具体的には、発電建材及びその製造方法、並びに太陽光発電建材及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
社会の継続的な発展に伴い、エネルギーに対する需要も持続的に高まり、世界の化石燃料は徐々に枯渇しており、環境汚染はますます深刻になっている。クリーンで再生可能なエネルギーの開発は国際的に認められる。
【０００４】
ただし、従来技術の制限により、太陽電池は、設置対象となる建物環境と適切に統合できない。一方では、太陽電池の設置のために、元の建物の外部構造又は追加の設備を変更又は追加する場合が多く、他方では、太陽電池の設置そのものは、建物自体の芸術的価値や外観性に悪影響を与えてしまう。
【０００５】
ＣＮ２７３０９８２Ｙという中国の登録実用新案は、ソーラータイルを開示する。その技術的手段としては、窯業用無機質坏土の表面にガラス質コーティング剤を塗布して焼成されるタイル基盤と、前記タイル基盤の表面に設けた光を電気に変換する発電素子層と、前記発電素子層の上下面に設けた透明導電膜と、前記発電素子層で発電した電気が前記透明導電膜を介して利用できるようにした給電部と、を備える。その発電層は、ｎ型シリコン層−ｉ型シリコン層−ｐ型シリコン層の構造又はｐ型シリコン層−ｉ型シリコン層−ｎ型シリコン層の構造を有するシリコン層である。そのガラス質コーティング剤は、燐・珪酸塩ガラスまたは硼・珪酸塩ガラスであってもよい。そして、太陽光の反射を防ぐために、前記透明導電膜の上に酸化チタンと酸化ケイ素を含有する反射防止保護膜が形成されている。
【０００６】
しかしながら、上記ソーラータイルには次の欠点がある。１．シリコン系太陽電池は環境からの影響が受けられやすいため、一般に太陽光発電分野では、屋外で使用するために、特殊な高分子材料を用いて封止することが必要となり、このタイルの透明導電膜へ反射防止保護膜を追加することで電池を保護することが難しくなり、太陽光発電業界の関連基準を満たさないことになる。２．上記した表面の反射防止保護膜が透明材料であるため、ほとんどの光は、直接に、電池の表面に入射し、反射された色は電池自体の色になり、この結果、色が単一であり、建物の外面の質感を実現できなくなる。
【０００７】
ＣＮ１０１７５５３４３Ａという中国発明特許は、太陽電池を含むタイルの製造方法を開示する。前記方法には、
１以上の貫通穴（２ｃ）と０．５質量％以下の吸水率とを有するセラミック基材本体（２）を製造し、
３質量％〜６質量％の湿分を有するアトマイズセラミック粉を３５〜６０ＭＰａの圧力でプレス操作する工程と、
乾燥操作する工程、及び
１１００℃〜１２５０℃の最高温度の焼成操作する工程、を含む工程と、
該セラミック基材本体（２）の表面（２ａ）上に、
ＡｇまたはＡｇ−Ａｌで作られた導電層（６）、ｎ型の層（１１）、光活性層（１２）、及びｐ型の層（１３）を連続して含む複数の活性層（７）、及び格子状構造を有する導電性材料の層（９）、を直接堆積する工程と、
該導電性コネクタ（５）が該導電層（６）と電気的に接続するように、該穴（２ｃ）内に、導電性コネクタ（５）を収容する工程と、を含む。
該表面（２ａ）の反対側の該セラミック基材本体（２）の表面（２ｂ）が含まれる（該表面（２ａ）の反対側の該セラミック基材本体（２）の表面（２ｂ）に、該導電性コネクタ（５）と電気的に接触させて設置されるべき電気及び／または電子デバイス（４）を適用する工程とを含む）。太陽光が入射する側の保護層には、ガラス状エナメル、ポリカーボネート、フッ素化ポリマー、ポリクロロトリフルオロエチレン、及びポリメチルメタクリレートとポリビニルフルオライドとの組み合わせによって構成される群に含まれる材料の１つから作られる。その保護層には以下の欠点がある。
【０００８】
１）前記太陽電池は、ＣＶＤ法、好ましくはプラズマ強化ＣＶＤ法（ＰＥＣＶＤ）によってセラミック基体に堆積する必要があり、性能に優れた太陽電池は、厳格な成膜条件が必要とされる。明らかなように、セラミック基体材料に対しては、真空条件下で直接成膜することが難しく、その含水量が０．５ｗｔ％以下であるにもかかわらず、高性能太陽電池の製造にとって主な障害となっている。
２）前記保護層がガラス状エナメルとされる場合、ガラス状エナメルの焼成温度が５００〜９００℃であるので、比較的低い温度で表面に透明エナメル層を形成しても、発電層に不可逆的なダメージを与えてしまう。
３）形成された保護層が薄いと、電極層の色も視認可能になり、その結果、太陽電池と周辺環境の調和が取れなくなり、さらに、その使用環境が制限される。その他の有機高分子材料は長時間屋外環境に晒されると劣化しやすく、光透過率や防水性能が低下し、発電効率に大きな影響を与えたり、建物の表面から脱落して電極層の本来の色が視認可能になったりするおそれがある。
【０００９】
一方、現在利用され得る新エネルギーには、風力エネルギー、太陽エネルギー、海洋エネルギー、地熱エネルギーなどがある。それらの生産場所は、すべて人口密度が低くエネルギー消費が少ない郊外、砂漠や海であり、人口密度が大きくエネルギー消費が多い都市では新しいエネルギーは珍しい。その理由としては、１つは、新しいエネルギー分布が分散しているということである。たとえば、風力エネルギー、海洋エネルギー、地熱エネルギーが集中した区域は人間の居住に適さない。もう１つは、新しいエネルギーの利用形態が十分ではなく、合理的ではないということである。たとえば、太陽エネルギーの場合、広く分布しており、人口密度の高い都市でも大量の利用可能な太陽エネルギーがある。現在、都市と太陽エネルギーを組み合わせる主な方法は、建材一体型太陽電池（ＢＩＰＶ）であるが、従来のＢＩＰＶで使用される太陽光発電モジュールは、一般に濃い青、灰色や黒色であり、その色、質感、テクスチャには美しさが不十分である。また、建物と高度に統合することは困難であり、建物の外観性への要件を満たすことができず、これらの欠点によって、建物における太陽光発電モジュールの幅広い使用が制限されてしまう。
【００１０】
以上に鑑み、ＣＮ２００４２００８５９６１という中国特許出願では、結晶性シリコン太陽電池がさまざまな色を示すように、さまざまな厚さと種類の光学反射防止膜が使用されている。ＣＮ２０１０２０２７２０８９という中国特許出願では、ガラス基板と透明導電膜の間に光学誘電膜層を追加することで、光学誘電膜層、透明ガラス基板、透明導電膜、アモルファスシリコン膜により、太陽光を選択的に反射・吸収できるパッシブフィルターシステムが構成される。入射角が変化すると、カーテンウォールガラスの色が変化し、つまり、正面と側面から見たカーテンウォールガラスの色が異なる。ＣＮ２０１２２０２００５６８という中国特許出願では、電池シートを変更せずに、ＥＶＡ又はＰＶＢ接着膜の色を変更することで、建物の色に合わせる。
【００１１】
上記特許らによれば、太陽光発電モジュールに多彩なカラーが現れ、太陽光発電モジュールの適用範囲を広げることができるが、これらの太陽光発電モジュールの質感がガラスに似ており、質感やテクスチャが単一である。これらの欠点により、建物分野での太陽光発電モジュールは、その応用が依然として制限される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来技術における太陽電池の様々な欠陥に対して、本発明は、基板が柔軟に選択でき、保護層の材料組成を改良することで、より良く環境に合わせ、実用範囲が幅広い発電建材を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
まず、本発明は、
基板、発電層及び保護層を含み、
前記発電層は基板上に設けられ、前記保護層は発電層上に覆われ、
前記基板は、ガラス、金属板、セメント系板材、プラスチックフィルム、タイル又は瓦であり、
前記保護層は、３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長で、加重平均透過率が０％〜７９％である発電建材を提供する。
【００１４】
上記発電建材のより好ましい形態として、前記基板は、０．０１ｍｍ〜５ｃｍの厚さを有するようにしてもよい。勿論、さらに好ましくは、基板の厚さが０．０１ｍｍ〜０．５ｍｍである場合、軽量で可撓性及び屈曲性を有する発電建材を製造できる。その基板の厚さが０．５ｍｍ〜５ｃｍである場合、一般又は特殊用途の発電建材を製造できる。
【００１５】
上記発電建材のより好ましい形態として、前記発電層は、セレン化銅インジウムガリウム（ＣＩＧＳ）薄膜太陽電池、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）太陽電池、結晶性シリコン太陽電池、シリコン系薄膜太陽電池、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）薄膜太陽電池、有機太陽電池（ＯＰＶ）、銅亜鉛スズ硫黄（ＣＺＴＳ）薄膜太陽電池又はペロブスカイト薄膜太陽電池の構造を有する。
【００１６】
上記発電建材では、光透過率が７９％以下であっても電流を発生させることができる。特に、透過率が極端に低い場合にも、電流を発生させることができる。
【００１７】
前記保護層の材質は、無機ケイ酸塩材料又は無機有機複合材料である。
【００１８】
上記発電建材のより好ましい形態として、前記保護層の厚さは、０．０１〜５ｍｍである。
【００１９】
上記発電建材のより好ましい形態として、前記発電建材は、発電層と保護層の間に位置する封止層をさらに含み、前記封止層の材料は、エチレン−オクテン共重合体又はエチレン−酢酸ビニル共重合体を含む。
【００２０】
上記発電建材のより好ましい形態として、前記封止層の材料は、エチレン−オクテン共重合体又はエチレン−酢酸ビニル共重合体と保護層の間に位置するエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）材料をさらに含む。
【００２１】
上記発電建材のより好ましい形態として、前記封止材料の厚さは、０．０５ｍｍ〜３ｍｍである。
【００２２】
前記封止層は、必要に応じて設けることができ、本発明の実施例では、使用される封止層の材料は、いずれも省略することができる。前記封止層は、太陽電池の寿命をさらに延ばすことができる。
【００２３】
前記保護層は、３００〜１３００ｎｍでの加重平均透過率が０％〜７９％である。当業者は、必要に応じて、それについてさらに改良することができる。たとえば、保護層を製造する原料に特定の成分を添加又はドープすることにより、特定の波長で保護層に吸収を持たせるか、又は高透過率を維持させ、それにより、可視波長範囲で保護層が透明又は半透明になり、又は所定の透過率（たとえば５０％）の特徴を有するようにする。より具体的な波長範囲については、３００〜３６０、３６０〜４００、４００〜５００、５００〜６００、６００〜７００、７００〜７６０、７６０〜８６０、８６０〜１３００ｎｍを選択でき、また、原料組成を変更することで、保護層がさまざまな色を示せるようにする。
【００２４】
上記発電建材のより好ましい形態として、前記発電層の表面に厚さ１０ｎｍ以下のグラフェン膜がさらにある。前記グラフェン膜により、発電層の性能をさらに向上できる。
【００２５】
前記発電建材は、下記性能を有する。
１）軽くて薄い。基板、保護層及び発電層に共に、薄い材料を使用する場合、発電建材全体の厚さは、最小で２８μｍであり得る。
２）可撓性及び屈曲性を有する。基板、保護層及び発電層に共に、軽くて薄い材料を使用する場合、本発明の発電建材は、柔軟性及び屈曲性の特性を有し、具体的には、その曲率半径が２０ｍｍ以下であり得る。
３）光電変換効率が高い。本発明の発電建材の光電変換効率は、１４％より大きい。
４）弱光効果が良好である。本発明の太陽電池は、弱光環境（たとえば、曇りの日や雨天、又は室内の照明条件）でも、通常の太陽光照射に比べて発電効率は低いが、発電可能である。保護層として可視光透過率１０％の材料を使用しても、蓄電モジュールと組み合わせることで、ＬＥＤランプ／量子ドット発光ユニットとしての機能を実現できる。
【００２６】
本発明はまた、タイルを基板とする発電建材を提供し、前記タイルは、建物の外面を装飾するために使用され、また道路建設にも使用されることができる。エネルギー貯蔵ユニットと組み合わせると、街灯やフットランプに電力を供給することができる。
【００２７】
上記発電建材のより好ましい形態として、前記太陽電池は絶縁密封層をさらに含む。前記絶縁密封層の材質は、エチレン−オクテン共重合体（ＰＯＥ）又はエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）であってもよい。
【００２８】
本発明は、また、
発電層を基板に付着して、正負極を引き出す（形成する）か、又は基板上に発電層を直接製造して、正負極を引き出すステップ１）と、
室温で液体状態である保護層の材料を塗布し、室温で０．５〜１２時間硬化させて、強固なエナメル保護層を形成するステップ２）と、を含む上記発電建材の製造方法を提供する。
【００２９】
上記方法のより好ましい形態として、ステップ１）は、正負極を引き出した後、封止層をその上に形成するステップをさらに含む。
【００３０】
上記方法のより好ましい形態として、発電層を製造する前に、前記基板に研磨及びクリーニングを行い、処理された基板は、表面粗さが１００ｎｍ未満であり、接触角が５〜１５°である。
【００３１】
本発明の建物分野に用いられる発電建材は、下記有益な効果を有する。
１、基板が入手されやすく、特別な要求がなく、製品の製造に影響しない。
２、真空システムを必要とせず、通常の大気雰囲気で直接製造でき、そして専用装置を必要としない。
３、建材と太陽光発電との組み合わせは、大規模での生産が容易であり、コストの点で優位性がある。
【００３２】
一方、従来技術における太陽電池の様々な欠陥に対して、本発明はまた、建物分野で使用される太陽光発電建材を提供する。このような太陽光発電建材による質感やテクスチャは、ガラスの質感やテクスチャに加えて、一般的な大理石や花崗岩などの天然石と同じ風合いを表現できる。このような太陽光発電建材の表面層の材料に配合を変えることにより、期待されるカラフルな外観、豊富な質感やテクスチャを建材に付与することができる。このような太陽光発電建材は、建物の外観やスタイルを損なうことなく、建物において太陽光照射を十分に活用することができ、応用の見通しが期待できる。
【００３３】
本発明の建物分野で使用される太陽光発電建材の技術案は、具体的には、以下のとおりである。
【００３４】
本発明は、表面層、発電層及び基板層を含む太陽光発電建材を提供する。
【００３５】
前記表面層は、発電層の表面に液体を直接塗装して硬化させることにより得られるものであり、３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲で加重平均透過率が１０％〜８５％である。
【００３６】
好ましくは、前記表面層の厚さは、０．０１〜５ｍｍである。
【００３７】
好ましくは、表面層の厚さ、原料の配合及び製造プロセスを調整することによって、前記表面層は、３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲で加重平均透過率が４５％〜７５％であり、ヘイズが１０％〜９９％である。
【００３８】
好ましくは、本発明で製造された太陽光発電建材の表面層は、吸水率が８％以下であり、凍結解凍サイクルを５０回繰り返しても損傷がなく、破裂やクラックがなく、人工気候老化耐性が６００ｈ以上である。しかも、耐汚染性が２０％以下であり、耐薬品性が基準を満たし、耐スクラブ性が１０００回以上であり、表面層と発電層との間の付着力が１ＭＰａ以上であり、表面層のモース硬度が３以上であり、建物分野における表面層の性能要件を満たしている。
【００３９】
好ましくは、前記発電層と基板層との組み合わせは、結晶性シリコン太陽電池モジュール又は薄膜太陽電池モジュールである。
【００４０】
好ましくは、前記結晶性シリコン太陽電池モジュールは、基板、接着膜、太陽電池層及び保護層を含み、前記薄膜太陽電池モジュールは基板、太陽電池層及び保護層を含む。
【００４１】
好ましくは、前記発電層は、薄膜太陽電池層及び保護層である。
【００４２】
好ましくは、前記太陽電池層及び基板層は、本技術分野で公知のものである。
【００４３】
好ましくは、前記基板層は、ガラス、金属板、軟質プラスチックフィルム又はタイルのうちの１種を含み、発電層は基板層上に直接堆積される。
【００４４】
好ましくは、前記発電層に使用される薄膜太陽電池は、セレン化銅インジウムガリウム太陽電池、ヒ化ガリウム太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、テルル化カドミウム太陽電池、染料増感太陽電池、銅亜鉛スズ硫黄太陽電池又はペロブスカイト太陽電池を含む。
【００４５】
好ましくは、前記表面層の原料は、硬化母液と顔料フィラーを含む。
【００４６】
好ましくは、前記表面層の原料は、ナノ粒子、量子ドット又はグラフェンのうちの１種又は複数種をさらに含む。
【００４７】
好ましくは、前記ナノ粒子、量子ドット又はグラフェンは、表面層の原料の０．０５％〜０．５％を占める。
【００４８】
さらに好ましくは、前記ナノ粒子は、無機光拡散剤及び／又は有機光拡散剤を含む。
【００４９】
好ましくは、表面層を製造するための原料は、母液を主成分、顔料を補助成分とする。
【００５０】
好ましくは、重量部基準で、使用される母液は１４０〜２００部、顔料は５〜１５部である。
【００５１】
さらに好ましくは、重量部基準で、前記母液は、脱イオン水６００〜８００部、架橋剤０．１〜１部、セルロース２〜５部、分散剤０．５〜３部、多機能助剤０．５〜３部、殺菌剤１〜４部、成形剤１５〜３０部、エチレングリコール２〜６部、成膜助剤８〜１０部、ソープフリー重合シリコンアクリルエマルジョン１５〜２８部、コア−シェル構造が共重合してなる自己架橋シリコーンアクリルエマルジョン７０〜１１０部及びシリコングラフトアクリルエマルジョン５０〜１１０部を含む。
【００５２】
さらに好ましくは、前記顔料は無機顔料５〜１５部を含み、前記無機顔料は天然鉱物顔料及び／又は人工顔料を含む。天然鉱物顔料は、緑青、カーボンブラック、雲母、珊瑚及び雄黄のうちの１種又は複数種を含む。人工顔料は、弁柄、黄色酸化鉄、チタン白、クロムイエロー及びアイアンブルーのうちの１種又は複数種を含む。
【００５３】
さらに好ましくは、重量部基準で、前記顔料は有機顔料であってもよい。有機顔料は５〜１５部であり、前記有機顔料は、アゾ顔料、フタロシアニン顔料、トリアリールメタン顔料及び多環式顔料のうちの１種又は複数種を含む。
【００５４】
さらに好ましくは、前記表面層の原料は砂利粉末をさらに含み、前記砂利粉末は石英砂、カオリン、大理石粉末及び白大理石粉末のうちの１種又は複数種を含む。
【００５５】
好ましくは、重量部基準で、使用される母液は１４３〜２９６部であり、顔料は１〜１０部である。
【００５６】
さらに好ましくは、前記母液は、水ガラス３０〜９０部、フィラー９０〜１６０部、消泡剤０．１〜０．５部、増粘剤３〜５部、成膜助剤１〜５部、硬化剤５〜９部及び水１４〜２７部を含む。使用される液体材料の硬化機序については、空気中で二酸化炭素を吸収してアモルファスケイ酸塩を形成し、徐々に乾燥して硬化する。
【００５７】
さらに好ましくは、前記水ガラスは、ケイ酸ナトリウム及び／又はケイ酸カリウムを含む。前記フィラーは、ホワイトカーボンブラック、カオリン、重質炭酸カルシウム、軽質炭酸カルシウム、ウォラストナイト粉末、滑石粉末、石英粉末、雲母粉末、ケイ酸アルミニウム、沈降性硫酸バリウム及びベントナイトのうちの１種又は複数種を含む。前記消泡剤は、低級アルコール類、鉱物油類及びシリコン樹脂のうちの１種又は複数種を含む。前記増粘剤は、シリカゲル、メチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースのうちの１種又は複数種を含む。前記成膜助剤はテキサノールを含み、前記硬化剤はビニルトリアミン及び／又はｍ−フェニレンジアミンｍ−ＰＤＡを含む。
【００５８】
さらに好ましくは、前記顔料は無機顔料及び／又は有機顔料を含み、無機顔料は天然鉱物顔料及び／又は人工顔料を含む。天然鉱物顔料は、緑青、カーボンブラック、雲母、珊瑚及び雄黄のうちの１種又は複数種を含み、人工顔料は弁柄、黄色酸化鉄、チタン白、クロムイエロー、アイアンブルー、パールシルバー及びパールゴールドのうちの１種又は複数種を含む。前記有機顔料は、アゾ顔料、フタロシアニン顔料、トリアリールメタン顔料及び多環式顔料のうちの１種又は複数種を含む。
【００５９】
好ましくは、重量部基準で、使用される母液は７５〜１１５部であり、顔料は１〜５部である。
【００６０】
さらに好ましくは、重量部基準で、前記母液は基材、フィラー、助剤を含み、基材は５０〜７０部であり、フィラーは５〜１５部であり、助剤は３〜６部である。
【００６１】
さらに好ましくは、前記基材はフルオロカーボン樹脂を含み、顔料は天然鉱物顔料及び／又は人工顔料を含む。天然鉱物顔料は、緑青、カーボンブラック、雲母、珊瑚及び雄黄のうちの１種又は複数種を含む。人工顔料は、弁柄、黄色酸化鉄、チタン白、クロムイエロー及びアイアンブルーのうちの１種又は複数種を含む。フィラーは、ホワイトカーボンブラック、カオリン、炭酸カルシウム、ウォラストナイト粉末、滑石粉末、石英粉末、雲母粉末、ケイ酸アルミニウム、沈降性硫酸バリウム及びベントナイトのうちの１種又は複数種を含む。助剤は、湿潤剤、分散剤、消泡剤、成膜助剤、防カビ剤及び増粘剤を含む。
【００６２】
好ましくは、前記湿潤剤はグリセリン及び／又はジメチルスルホキシドを含み、分散剤はポリカルボン酸ナトリウム塩及び／又はポリアクリル酸アンモニウム塩を含む。前記消泡剤は、乳化シリコンオイル、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンペンタエリスリトールエーテル及びポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエーテルのうちの１種又は複数種を含む。前記成膜助剤はテキサノールを含み、前記防カビ剤はプロピオン酸カルシウム、過硫酸アンモニウム及びｏ−フェニルフェノールのうちの１種又は複数種を含む。前記増粘剤は、シリカゲル、メチルセルロース及びヒドロキシプロピルメチルセルロースのうちの１種又は複数種を含む。
【００６３】
好ましくは、使用される顔料は、感温変色顔料及び／又はフォトクロミック顔料を含む。
【００６４】
好ましくは、前記太陽光発電建材の保護層は、セラミックスフィルム、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、ポリエチレン−ブテン共重合体（ＰＯＥ）、シリカゲル、ポリエチレン（ＰＥ）、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、パーフルオロエチレンプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、ポリフッ化ビニリデン膜（ＰＶＤＦ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、無機ガラス、有機ガラス（ＰＭＭＡ）及びポリカーボネート（ＰＣ）のうちの１種又は複数種を含む。
【００６５】
前記保護層はセラミックスフィルムだけであり、前記保護層に使用されるセラミックスフィルムは酸化物、窒化物及びフッ化物のうちの１種又は複数種を含む。前記酸化物は、酸化ケイ素、酸化亜鉛及び酸化チタンのうちの１種又は複数種を含む。前記窒化物は、窒化アルミニウム及び／又は窒化ケイ素を含み、前記フッ化物はポリテトラフルオロエチレンを含む。
【００６６】
前記保護層が接着膜、即ちＥＶＡ、ＰＶＢ、ＰＯＥ及びシリカゲルのうちの１種又は複数種を含む場合、前記保護層はフロントフィルムをさらに含み、
フロントフィルムは、ガラス及び／又は高分子材料を含む。
【００６７】
好ましくは、前記高分子材料は、ＰＭＭＡ、ＰＣ、ＥＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＦＥＰ、ＰＥＴ及びＰＥＴ／ＰＥのうちの１種又は複数種を含む。
【００６８】
好ましくは、前記セラミックスフィルムの厚さは、０．４〜１０００μｍである。
【００６９】
好ましくは、前記セラミックスフィルムは、スパッタリング法、化学気相堆積法により製造され得る。
【００７０】
好ましくは、前記表面層、発電層及び第１基板を組み合わせたものは、第２基板上に貼り合せられるようにしてもよく、第２基板はガラス、金属板、セメント系板材、木材板、竹材板、石材板、コンクリート板、プラスチック板、タイル又は瓦のうちの１種又は複数種を含む。
【００７１】
本発明による太陽光発電建材の製造方法は、発電層を基板層に付着して、正負極を引き出すか、基板層上に発電層を直接製造して、正負極を引き出すか、又は結晶性シリコン電池モジュール又は薄膜太陽電池モジュールを直接利用するステップ１）と、
発電層の表面に液体を直接塗装して、次に硬化させることにより、発電層上に表面層を製造するステップ２）と、を含む。
【００７２】
好ましくは、ステップ１）では、前記基板は、ロード→洗剤とロールブラシによる洗浄→洗剤とロールブラシによる洗浄→超音波洗浄→ＢＪスプレー→純水スプレー→純水リンス→エアナイフ乾燥→アンロードの手順に従って洗浄される。
【００７３】
洗浄機の各部のプロセスパラメータは次のとおりである。（１）ロールスクラブ部：ロールブラシの回転速度は４００ｒ／ｍｉｎであり、上下のスプレー水圧は１．０〜１．３ＭＰａに制御され、脱イオン水に対する洗浄剤の体積比は１：９である。（２）ブラッシング部：ロールブラシの回転速度は３００ｒ／ｍｉｎであり、上下のスプレー水圧は０．５〜１．０ＭＰａに制御される。（３）超音波洗浄部：超音波周波数は１８ｋＨｚに固定されており、超音波洗浄部では基板ガラスが必ず水に浸漬される。（４）ＢＪスプレー部：ＢＪノズルは伝動方向に対して３０°となる必要があり、水圧は２ＭＰａの間に制御され、ガス圧は３ＭＰａより大きい必要がある。（５）純水スプレー部：上下のスプレー圧力は０．５〜１．２ＭＰａに制御される。（６）純水リンス部：上下のスプレー圧力は０．５〜１．１ＭＰａの間に制御される。（７）エアナイフ部：エアナイフの圧力は、０．４ＭＰａより高い。（８）静電気除去：基板を風乾させた後、静電気を除去する必要がある。
【００７４】
好ましくは、前記表面層は、手動スプレーコート、自動スプレーコート、刷毛塗り、スピンコート、プリント、印刷、フローコート、ロールコート、ドクターブレードコート又は塗布の方法により液体状態の材料を発電層上に製造することができる。
【００７５】
好ましくは、ステップ２）では、前記硬化温度は−１０℃〜１００℃であり、硬化時間は０．２ｓ〜４８ｈである。
【００７６】
一部の方法では、表面層の材料の製造に高温条件が必要であるが、高温により太陽光発電モジュールが損なわれる。本発明では、表面層の材料に配合を改良することで、−１０℃〜１００℃での表面層の材料の硬化が可能になる。さらに、表面層の厚さ及び配合を制御することにより、表面層に高透過率を維持させることができる。
【００７７】
上記製造方法は、全体的に低温で行われており、高温処理を必要としないため、エネルギー消費を効果的に削減でき、電池が損傷しないことも確保できる。
【発明の効果】
【００７８】
従来技術に比べて、本発明の建物分野で使用される太陽光発電建材の利点は以下のとおりである。
１）本発明は、太陽電池の表面上に表面層を製造することで、太陽電池の表面が従来の建材の質感を示すことを可能にし、太陽電池は発電を確保しながら高い変換効率を維持する。
２）本発明で使用される表面層の硬化温度は、−１０℃〜１００℃である。このため、太陽光発電モジュールに損傷を与えることがなく、太陽光発電モジュールに高硬度の表面層を形成することができる。
３）本発明で製造された表面層は、太陽光発電モジュールと強固に結合できるだけでなく、良好な耐摩耗性も有する。
４）本発明で製造された表面層は、良好な耐候性を有し、建物の外壁において何十年にもわたって利用できる。
５）本発明で製造された表面層は、緻密性及び耐食性が強く、したがって、表面層に包まれた太陽電池を外界から効果的に隔離することができる。
６）本発明で製造された発電建材は、安定的な性能、鮮やかな色及び良好な装飾性を有し、応用の見通しが期待できる。
７）本発明による発電建材は、太陽光を利用して発電する機能に加えて、光学調整機能を有する材料を表面層として使用することで、従来の太陽光発電モジュールの鏡面反射によるフラッシュや眩暈などの光害を完全に解消する。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】図１は、新型発電建材の断面構造図である。この図において、１は基板材料（タイル、セメント基材、金属板、プラスチックフィルム、瓦など）、２は発電層、３は封止層、４は保護層（釉薬）である。
【図２】図２は、さまざまなエナメル保護層の３００ｎｍ〜１３００ｎｍ波長範囲での透過率曲線である。
【図３】図３は、発電建材のＩ−Ｖ曲線である。
【図４】図４は、本発明の太陽光発電建材の構造図（セラミックスフィルムを含む）である。１は表面層、２は発電層、３は基板層である。
【図５】図５は、図４に示す太陽光発電建材の側面構造図である。１は表面層、２−１はセラミックスフィルム、２−２は太陽電池層、２＊２は負電極面、２＊３は正電極面、ｅ１は引出負電極、ｅ２は引出正電極である。
【図６】図６は、本発明の太陽光発電建材の構造図（フロントフィルムと接着膜を含む）である。１は表面層、２は発電層、３は基板層である。
【図７】図７は、図６に示す太陽光発電建材の側面構造図である。１は表面層、２−１はフロントフィルム、２−２は接着膜、２−３は太陽電池層、２＊２は負電極面、２＊３は正電極面、ｅ１は引出負電極、ｅ２は引出正電極である。
【図８】図８は、本発明の太陽光発電建材の構造図（セラミックスフィルムと接着膜を含む）である。１は表面層、２は発電層、３は基板層である。
【図９】図９は、図８に示す太陽光発電建材の側面構造図である。１は表面層、２−１はセラミックスフィルム、２−２は太陽電池層、３−１は接着膜、３−２は基板、２＊２は負電極面、２＊３は正電極面、ｅ１は引出負電極、ｅ２は引出正電極である。
【図１０】図１０は、本発明の太陽光発電建材の構造図（フロントフィルムと２層の接着膜を含む）である。１は表面層、２は発電層、３は基板層である。
【図１１】図１１は、図１０に示す太陽光発電建材の側面構造図である。１は表面層、２−１はフロントフィルム、２−２は接着膜、２−３は太陽電池層、３−１は接着膜、３−２は基板、２＊３は負電極面、２＊４は正電極面、ｅ１は引出負電極、ｅ２は引出正電極である。
【図１２】図１２は、本発明の太陽光発電建材の構造図（セラミックスフィルムと２層の接着膜を含む）である。１は表面層、２は発電層、３は第１基板層、４は第２基板層である。
【図１３】図１３は、図１２に示す太陽光発電建材の側面構造図である。１は表面層、２−１はセラミックスフィルム、２−２は太陽電池層、３−１は接着膜、３−２は第１基板、４−１は接着膜、４−２は第２基板、２＊２は負電極面、２＊３は正電極面、ｅ１は引出負電極、ｅ２は引出正電極である。
【図１４】図１４は、本発明の太陽光発電建材の構造図（フロントフィルムと３層の接着膜を含む）である。１は表面層、２は発電層、３は第１基板層、４は第２基板層、２−１はフロントフィルム、２−２は接着膜、２−３は太陽電池層、３−１は接着膜、３−２は第１基板、４−１は接着膜、４−２は第２基板、２＊３は負電極面、２＊４は正電極面、ｅ１は引出負電極、ｅ２は引出正電極である。
【図１５】図１５は、図１４に示す太陽光発電建材の側面構造図である。１は表面層、２−１はフロントフィルム、２−２は接着膜、２−３は太陽電池層、３−１は接着膜、３−２は第１基板、４−１は接着膜、４−２は第２基板、２＊３は負電極面、２＊４は正電極面、ｅ１は引出負電極、ｅ２は引出正電極である。
【図１６】図１６は、本発明の実施例６の表面層の３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲での透過率曲線であり、加重平均透過率が８５％である。
【図１７】図１７は、本発明の実施例７の表面層の３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲での透過率曲線であり、加重平均透過率が３５％である。
【図１８】図１８は、本発明の実施例８の表面層の３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲での透過率曲線であり、加重平均透過率が５２％である。
【図１９】図１９は、本発明の実施例９の表面層の３００ｎｍ〜１３００ｎｍの波長範囲での透過率曲線であり、加重平均透過率が１０％である。
【発明を実施するための形態】
【００８０】
以下、図面を参照しながら本発明をさらに解釈して説明するが、本発明を解釈するためにのみ使用され、限定するものではない。
【００８１】
図１には、新型発電建材が示されている。
【００８２】
この発電建材は、基板材料１、薄膜太陽電池、ストリップ２及び保護層４（エナメルフィルム）を下から上へ含む。
【００８３】
前記基板材料は、ガラス、タイル、セメント基材、金属板、プラスチックフィルム、瓦などの材料とされてもよい。
【００８４】
前記薄膜太陽電池は、複数の太陽電池のコア構造であり得る。具体的には、ＣＩＧＳ薄膜太陽電池、ＧａＡｓ薄膜太陽電池、アモルファスシリコン薄膜太陽電池、ＣｄＴｅ薄膜太陽電池、ＯＰＶ薄膜太陽電池、ＣＺＴＳ薄膜太陽電池又はペロブスカイト薄膜太陽電池の構造を有することができる。
【００８５】
前記保護層の膜は、最も好ましくは厚さ０．０１〜５ｍｍの膜であり、膜が厚すぎると、優れた保護効果を奏する一方、保護層の透過率を大幅に低下させる。
【００８６】
前記膜はエナメル膜であってもよく、発電建材には光沢釉、半光沢釉、マット釉及び貫入釉が使用可能であり、そして必要に応じてエナメル膜にさまざまな色を付与することができる。本分野の常法によれば、保護層は、太陽光が最大限に透過するように、できるだけ透明である。本発明では、エナメル層を導入し、エナメル層を選択的に着色することにより、発電建材を周囲の環境に統合できるようにし、これにより、太陽電池の用途が広がる。
【００８７】
本発明において使用されるエナメル膜は、最も好ましくは無機ケイ酸塩材料又は無機有機複合材料である。その組成には、Ｏ、Ｎａ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｓ、Ｓｉ、Ａｌ、Ｃａ、Ｃｏ、Ｋ、Ｚｒ、Ｂａ、Ｐ及びＢなどの元素のうちの複数種を含む。前記エナメル膜は、これらの元素（たとえば、酸化物又はケイ酸ナトリウム、水酸化マグネシウム、炭酸カリウムなどの対応する塩）を含む原料を低温で反応させて釉薬を形成することにより形成され得る。
【００８８】
釉薬０．０５ＭｇＳＯ４・０．０５ＣａＯ・０．１５ＺｒＯ・０．７０Ｎａ２ＳｉＯ３・０．０５Ａｌ２（ＳＯ４）３の調製を例にすると、上記釉薬の原料組成の配合比に応じて各種原料を正確に秤量し、３０〜３５ｗｔ％重量部の水を加えて、３６〜４０ｈボールミルし、細度が２５０メッシュの釉薬の篩上物が０．０１５％未満となると、合格した研磨釉薬を得る。
【００８９】
前記原料としては、ケイチタン酸ナトリウム、石英砂、長石粉末、炭酸ナトリウム、硝酸ナトリウム３．７〜４．０部、氷晶石、二酸化ジルコニウム、リン酸アルミニウム、硝酸コバルト、硝酸ニッケル、酸化亜鉛、炭酸バリウムなどの原料をさまざまな酸化物の由来とすることもできる。
【００９０】
前記研磨材が高温（たとえば８００〜８５０℃）で焼結され、急冷及び破砕をされると、エナメル釉薬が得られる。その釉薬は、インクジェットプリント又は直接スプレーコートに適するように、ボールミルで粉末砕してより細かい粒子にすることができる。
【００９１】
利用し得るほかの釉薬の組成として、０．０６ＭｇＳＯ４・０．１０ＣａＯ・０．１２ＺｒＯ・０．６４Ｎａ２ＳｉＯ３・０．０５Ａｌ２（ＳＯ４）３・０．０３Ｃｏ２Ｏ３、又は０．０６ＢａＳＯ４・０．１１ＣａＯ・０．１３ＴｉＯ２・０．６５Ｎａ２ＳｉＯ３・０．０４Ａｌ２（ＳＯ４）３・０．０１Ｃｏ２Ｏ３、０．１０ＢａＳＯ４・０．１０ＴｉＯ２・０．７５Ｋ２ＳｉＯ３・０．０４Ａｌ２（ＳＯ４）３・０．０１Ｃｏ２Ｏ３、又は０．０６ＭｇＳＯ４・０．１０ＴｉＯ２・０．１２ＺｒＯ・０．６０５Ｋ２ＳｉＯ３・０．０８５Ａｌ２（ＳＯ４）３・０．０３ＣｏＣｌ２、又は０．０８ＢａＯ・０．１０Ｇａ２Ｏ３・０．１２ＺｒＯ・０．５６５Ｋ２ＳｉＯ３・０．０８５Ａｌ２（ＳＯ４）３・０．０３ＣｏＣｌ２・０．０２Ｂ２Ｏ３などが挙げられる。
【００９２】
以下の実施例では、いわゆる水性釉薬は、上記材料のいずれか１種であってもよい。
【００９３】
特定の波長範囲で透過させるために、上記膜にさまざまなドーパントを添加してもよい。たとえば、添加される紫外光吸収剤は、２−（２’−ヒドロキシ−５’−メチル）−ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔｅｒｔ−ブチル−５’−メチル）−５−クロロ−ベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−３’５’−ジ−ｔｅｒｔ−ブチル）−５−クロロ−ベンゾトリアゾール、２’−（２’−ヒドロキシ−３’−ｔｅｒｔ−ブチル−５’−メチルフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（２’−ヒドロキシ−５’−ｔｅｒｔ−オクチル）−ベンゾトリアゾールから選ばれる１種又は複数種のベンゾトリアゾール系紫外線吸収剤である。それにより、紫外光を吸収でき、インジウムスズ酸化物、スズアンチモン酸化物、三酸化タングステン、三酸化モリブデン、タングステンブロンズ又は酸素欠陥がある硫化銅のうちの１種又は複数種を添加することにより、近赤外光が調整され、フラーレン誘導体ＰＣ６１ＢＭ又はＰＣ７１ＢＭ（ＣＮ１０６０２５０８０Ａ参照）又は他の着色材料を添加することにより、可視光吸収が調整され得る。
【００９４】
前記膜は、含フッ素高分子化合物であってもよく、前記含フッ素高分子化合物は、典型的にはポリテトラフルオロエチレンである。保護層として厚さが０．０１〜１ｍｍの含フッ素高分子化合物を用いる場合、光透過性を確保できるだけでなく、太陽電池の外観を変えることができる。
【００９５】
前記保護層の膜の３００〜１３００ｎｍでの透過率は０％〜７９％であり、当業者は、必要に応じて、それについてさらに改良することができる。たとえば、膜に特定の成分を添加又はドープすることにより、特定の波長で吸収を前記保護層に持たせるか、高透過率を維持させる。図２に示すエナメル層の材料の吸収スペクトルを参照すると、３００〜４００、４００〜５００、５００〜６００、６００〜７００、７００〜７６０、７６０〜８６０、８６０〜１３００ｎｍのさまざまな波長範囲のうち、少なくとも１箇所で透過率が０〜７９％であり、被膜の種類が変化するに伴い、可視光及び７６０〜１３００ｎｍの光の透過率は上から下に向かうに従って低くなっている。
【００９６】
図３は発電建材のＩ−Ｖ効率曲線図であり、この発電建材は図１に示す構造を有する。図３から分かるように、小面積の発電建材の変換効率は、１４％より大きい。
【００９７】
実施例１
発電建材は、基板が厚さ０．２ｍｍの可撓性ステンレス箔であり、基板上に発電電極層が設けられているとともに、導線引出電極が設けられている。電池層上に保護層が設けられており、保護層の材質は水性釉薬であり、水性釉薬は、可溶性シリコン無機金属塩を含むことができ、その厚さが０．１ｍｍであり、大理石模様をしている。
その製造方法は、具体的には、以下のとおりである。
可撓性ステンレス箔基板を洗浄した後、マグネトロンスパッタリング装置に入れた。ステンレス鋼中の元素が太陽電池に拡散するのを防ぐために、まず、０．５μｍのＷＴｉバリア層をスパッタリングした。作動ガスはＡｒガスであり、スパッタリング圧は０．７Ｐａであり、終極圧力は２．０×１０−３Ｐａであり、基板はスパッタリングするときに加熱されない。３サブ層プロセスでＭｏ膜を製造し、１層目のスパッタリング圧は１．５Ｐａ、２層目のスパッタリング圧は０．６Ｐａ、３層目のスパッタリング圧は１．５Ｐａとした。Ｍｏ膜上に２μｍのＣＩＧＳ薄膜を、スパッタリング圧０．７Ｐａ、終極圧力１．５×１０−３Ｐａのスパッタリング法で成膜し、次にセレン化アニール処理を行った。セレン化した膜を硫酸カドミウム、チオ尿素及びアンモニアの混合溶液に入れ、７０℃で５０ｎｍＣｄＳを堆積させた。次に、再びスパッタリングチャンバーに膜を置き、作動ガスはＯ２＋Ａｒ、スパッタリング圧は０．７Ｐａ、終極圧力は２．０×１０−３Ｐａ、スパッタリング中の基板温度は２００℃とし、真性ＺｎＯ膜及びＡＺＯ膜をそれぞれ堆積させた。最後に、Ｎｉ−Ａｌグリッドを蒸発法によって堆積させ、可撓性薄膜太陽電池パネルを製造した。
保護層はインクジェットプリントにより形成され、使用されたエナメル層の原料は、酢酸コバルト、塩化鉄、クロム酸カリウム、及びオキシ塩化ジルコニウム八水和物を含む。従来の方法（水又はアルコール類溶媒で溶解して、ＯＰ、水性アクリルエマルションを加える）によって釉薬溶液とした後、釉薬の色に応じて釉薬をさまざまなプリンタに入れて、大理石模様に応じて直接プリントして、発電建材を得た。
発電建材は、大理石模様をしており、５００〜７００ｎｍでの可視光透過率が７１％であり、太陽光発電変換効率が１４．６％であった。
【００９８】
実施例２
発電建材は、基板が厚さ８．０ｍｍのタイルであり、基板上に電池層が設けられているとともに、導線引出電極が設けられている。電池層はＣｄＴｅ太陽電池の構造を持っており、具体的な製造プロセスは次のとおりであった。まず、洗浄した基板をスパッタリング装置に入れ、作動ガスをＡｒガス、スパッタリング圧を０．７Ｐａ、終極圧力を１．５×１０−３Ｐａとして、透明導電性酸化物であるインジウムスズ酸化物膜を基板上にスパッタリングにより堆積させた。続いて、スクリーン印刷法を用いてＣｄＳスラリーを薄膜状に塗布し、１２０℃で３時間ベークした後、Ｎ２雰囲気下、６５０℃の温度で２時間焼結した。次に、ＣｄＴｅ粉末を含むスラリーをＣｄＳに印刷し、１時間焼結した。最後に、炭素電極とＡｇスラリーをＣｄＴｅに引出電極として印刷した。電池層上に保護層が設けられており、保護層の材質は水性釉薬であり、水性釉薬は可溶性無機金属塩を含むことができ、その厚さが０．１ｍｍであり、大理石模様をしている。
釉薬溶液は、スプレーコート、スクリーン印刷、又はフローの方式で電池層の表面に塗布することができ、４５０〜７６０ｎｍでのその光透過率が５２％であり、得られる電池は、光電変換効率が１４．１％以上であり、建物の外壁に使用できる。
【００９９】
実施例３
発電建材は、基板が厚さ１．０ｃｍの窒化アルミニウムセラミックであり、基板上に電池層が設けられているとともに、導線引出電極が設けられている。電池層上に封止層と保護層が設けられており、保護層の材質はポリテトラフルオロエチレン層であり、その厚さが０．０５ｍｍであり、表面が濃い灰色であり、発電層の表面には４層以下のグラフェン層がある。
電池の製造については、実施例１を参照することができ、グラフェン層は低温の方式で形成可能であるが、発電層への悪影響を避けるために、グラフェン層は４００℃以下の低温で形成する。
本実施例で得られた電池は、４５０〜７６０ｎｍでの光透過率が２１％であり、光電変換効率が１４．０％以上であり、建物の外壁に使用できる。
【０１００】
実施例４
発電建材は、基板がポリイミド膜であり、基板上に電池層が設けられているとともに、導線引出電極が設けられている。電池層上に封止層と保護層が設けられており、保護層の材質はポリテトラフルオロエチレン層であり、その厚さが０．０５ｍｍであり、表面がベージュ色である。電池の製造については、実施例１を参照することができる。
本実施例で得られた電池は、５００〜７６０ｎｍでの光透過率が５００％であり、光電変換効率が１４．２％以上であった。
【０１０１】
実施例５
発電建材は、基板がエナメルであり、基板上に電池層が設けられているとともに、導線引出電極が設けられている。電池層上に保護層が設けられており、保護層の材質はポリテトラフルオロエチレン層であり、その厚さが０．６ｍｍであり、表面が白色である。電池の製造については、実施例１を参照することができ、電池の表面にグラフェンが製造され、グラフェンの層数が１５層以下である。グラフェン層は低温の方式で形成可能であるが、発電層への悪影響を避けるために、グラフェン層は４００℃以下の低温で形成する。
本実施例で得られた電池は、４５０〜７６０ｎｍでの光透過率が７６％であり、光電変換効率が１４．２％以上であった。
【０１０２】
実施例６
図４、５には、太陽光発電建材が示されている。
太陽光発電建材は、上から下へ表面層、発電層及び基板層を順次含む。
基板は、厚さ０．２ｍｍの可撓性ステンレス箔であり、その上に発電層が設けられているとともに、導線引出電極が設けられている。発電層上に表面層が設けられている。
発電層の製造方法は、具体的には、以下のとおりである。
可撓性ステンレス箔基板を洗浄した後、マグネトロンスパッタリング装置に入れた。ステンレス鋼中の元素が太陽電池に拡散するのを防ぐために、まず、１．０μｍのＷＴｉバリア層をスパッタリングした。作動ガスはＡｒガスであり、スパッタリング圧は０．７Ｐａであり、終極圧力は２．０×１０−３Ｐａであり、基板はスパッタリングするときに加熱されない。３サブ層プロセスでＭｏ膜を製造し、１層目のスパッタリング圧は１．５Ｐａ、２層目のスパッタリング圧は０．６Ｐａ、３層目のスパッタリング圧は１．５Ｐａとした。Ｍｏ膜上に１．２μｍのＣＩＧＳ薄膜を、スパッタリング圧０．７Ｐａ、終極圧力１．５×１０−３Ｐａのスパッタリング法で堆積させ、次にセレン化アニール処理を行った。セレン化した膜を硫酸カドミウム、チオ尿素及びアンモニアの混合溶液に入れ、７０℃で３０ｎｍＣｄＳを堆積させた。次に、再びスパッタリングチャンバーに膜を置き、作動ガスはＯ２＋Ａｒ、スパッタリング圧は０．７Ｐａ、終極圧力は２．０×１０−３Ｐａ、スパッタリング中の基板温度は２００℃とし、真性ＺｎＯ膜及びＡＺＯ膜をそれぞれ堆積させた。最後に、Ｎｉ−Ａｌグリッドを蒸発法によって堆積させ、可撓性薄膜太陽電池パネルを製造した。次に、厚さ１５μｍの窒化アルミニウムをＲＦスパッタリング法によって堆積させて、最終的に発電層を形成した。
表面層はプリント法によって製造され、母液を主成分、無機顔料を補助成分とした。重量部基準で、母液は１５５部、顔料は７部であり、顔料は同重量のチタン白粉末と弁柄粉末を用いる。前記母液は、脱イオン水７６４部、Ａ１５２２架橋剤０．４部、２５０ＨＢＲセルロース３部、５０４０分散剤１．５部、ＡＭＰ−９５多機能助剤１．５部、Ｍ３０殺菌剤２．５部、Ｒ１０３成形剤２１部、エチレングリコール４部、Ｃ−１２成膜助剤９．５部、シリコン光拡散剤０．１部、半導体酸化セリウム量子ドット０．０２部、グラフェン０．００１部、ソープフリー重合シリコンアクリルエマルジョン２１部、コア−シェル構造が共重合してなる自己架橋シリコンアクリルエマルジョン９０部、シリコングラフトアクリルエマルジョン７０部を含む。製造された表面層は、厚さ０．０１ｍｍ、硬化温度９０℃、硬化時間１ｈである。
図１６に示す太陽光発電建材の表面層の３００〜１３００ｎｍでの可視光透過率曲線から、加重平均透過率は８５％であった。
【０１０３】
実施例７
図６、７には、太陽光発電建材が示されている。
太陽光発電建材は、上から下へ表面層、発電層及び基板層を順次含む。
太陽光発電建材は、基板が厚さ２．０ｍｍのガラスであり、基板上に電池層が設けられているとともに、導線引出電極が設けられている。ＣＩＧＳ薄膜をＣｕ２（ＺｎＳｎ）（ＳＳｅ）４、膜の後処理プロセスをセレン化又は硫化に変更する以外、電池の製造プロセスは、実施例１と同様であった。電池層上にＥＶＡとガラスの保護層が設けられており、表面層は手動スプレーコート法で製造した。
重量部基準で、使用される母液は１８６部であり、顔料は５部である。使用される母液はケイ酸カリウム４５部、滑石粉末、炭酸カルシウム及びカオリンを２：１：１の重量比で混合したフィラー１３０部、シリコン樹脂０．２部、シリカゲル３部、テキサノール１部、ビニルトリアミン６部、水２０部、硫酸バリウムである光拡散剤０．２部を含む。顔料５部は、緑青と雄黄を１：３の重量比で混合したものであり、製造された表面層は、厚さ２ｍｍ、硬化温度２０℃、硬化時間２ｈである。
図１７に示す太陽光発電建材の表面層の３００〜１３００ｎｍでの可視光透過率曲線から、加重平均透過率は３５％であった。
【０１０４】
実施例８
図６、７には、太陽光発電建材が示されている。
太陽光発電建材は、上から下へ表面層、発電層及び基板層を順次含む。
太陽光発電建材は、基板が厚さ８．０ｍｍのタイルであり、基板上に電池層が設けられているとともに、導線引出電極が設けられている。電池層はＣｄＴｅ太陽電池の構造を持っている。具体的な製造プロセスは次のとおりである。まず、洗浄した基板をスパッタリング装置に入れ、作動ガスをＡｒガス、スパッタリング圧を０．７Ｐａ、終極圧力を１．８×１０−３Ｐａとして、透明導電性インジウムスズ酸化物膜を基板上にスパッタリングにより堆積させた。続いて、スクリーン印刷法を用いてＣｄＳスラリーを薄膜状に塗布し、１００℃で２時間ベークした後、Ｎ２雰囲気下、６８０℃の温度で０．５時間焼結した。次に、ＣｄＴｅ粉末を含むスラリーをＣｄＳに印刷し、１時間焼結した。最後に、炭素電極とＡｇスラリーをＣｄＴｅに引出電極として印刷した。電池層上にＰＶＢとＥＴＦＥの保護層を設け、次に保護層上に表面層を製造し、表面層の厚さは０．１ｍｍとし、原料は以下のとおりである。
重量部基準で、使用される母液は１００部であり、顔料は５部である。前記母液原料は基材、フィラー、助剤を含み、基材は６０部、フィラーは１５部、助剤は３．８部である。前記基材はフルオロカーボン樹脂を含み、顔料は、天然鉱物顔料を用い、天然鉱物顔料は雲母、珊瑚という２種を含み、フィラーは、ウォラストナイト粉末、石英粉末及びベントナイトを１：１．５：０．８の重量比で含み、助剤はジメチルスルホキシド０．２部、ポリカルボン酸ナトリウム塩１．１部、乳化シリコンオイル０．３部、テキサノール１．５部、ｏ−フェニルフェノール０．２部、メチルセルロース０．５部を含む。
表面層を構成する液体原料をフロー法により電池層の表面に塗布し、硬化温度を１００℃、硬化時間を０．２ｓとした。図１８に示す表面層の３００〜１３００ｎｍでの可視光透過率曲線から、加重平均透過率は５２％であった。
【０１０５】
実施例９
図４、５には、太陽光発電建材が示されている。
太陽光発電建材は、上から下へ表面層、発電層及び基板層を順次含む。
太陽光発電建材は、基板が厚さ２０．０ｍｍの窒化アルミニウムセラミックであり、基板上にアモルファスシリコン電池である電池層が設けられているとともに、導線引出電極が設けられている。電池層上に保護層が設けられている。保護層の材質は、二酸化ケイ素セラミック膜であり、その厚さが５μｍであり、二酸化ケイ素は、真空チャンバーを２．０×１０−３Ｐａに引いた後働き始める反応性スパッタリングにより得られる。６００Ｗの定電力スパッタリング、０．６Ｐａのスパッタリング圧、スパッタリング雰囲気Ａｒ＋Ｏ２（Ａｒ：Ｏ２  ３：１）とし、ターゲット材は６Ｎ純度の単結晶シリコン、ターゲット−基板間距離は６０ｍｍである。
表面層は印刷方法によって製造され、重量部基準で、使用される母液は２４０部であり、顔料は１０部である。使用される母液はケイ酸ナトリウム７５部、ウォラストナイト粉末、ケイ酸アルミニウム及びカオリンを３：２：５の重量比で混合したフィラー１１２部、シリコン樹脂０．１部、メチルセルロース５部、テキサノール５部、ｍ−フェニレンジアミン６部、水１４部、シリコンの光拡散剤０．０５部を含む。顔料１０部は、フタロシアニン顔料であり、製造された表面層は、厚さ０．５ｍｍ、硬化温度−１０℃、硬化時間４８ｈである。
太陽光発電建材の表面層の３００〜１３００ｎｍでの可視光透過率曲線は図１９に示され、その加重平均透過率は４５％であった。
【０１０６】
実施例１０
図８、９には、太陽光発電建材が示されている。
太陽光発電建材は、上から下へ表面層、発電層及び基板層を順次含む。
太陽光発電建材は、ポリシリコンモジュール製品から選択され、その基板が吸水率１％未満のタイルであり、厚さが５ｍｍであり、発電層上に導線引出電極が設けられている。電池層上には保護層が設けられており、保護層は二酸化ケイ素セラミック膜である。
表面層は自動スプレーコート方法によって製造され、原料は母液と顔料を含み、重量部基準で、母液は７５部、顔料は１部である。前記母液原料は基材、フィラー、助剤を含み、基材は７０部、フィラーは１０部、助剤は６部である。前記基材はフルオロカーボン樹脂を用い、顔料は人工顔料を用い、人工顔料はアイアンブルーを用い、フィラーは石英粉末及び沈降性硫酸バリウムを含み、助剤はグリセリン０．４部、ポリカルボン酸ナトリウム塩１．０部、ポリオキシエチレンポリオキシプロピレンエーテル０．４部、テキサノール２部、過硫酸アンモニウム０．１部、ヒドロキシプロピルメチルセルロース０．６部を含む。
表面層を構成する液体原料をプリントの方式により電池層の表面に塗布し、表面層の厚さは０．３ｍｍ、硬化温度は５０℃、硬化時間は１ｓであった。表面層の３００〜１３００ｎｍでの可視光の加重平均透過率は４５％であった。
【０１０７】
実施例１１
図１０、１１には、太陽光発電建材が示されている。
太陽光発電建材は、上から下へ表面層、発電層及び基板層を順次含む。
太陽光発電建材は、市販されている単結晶性シリコン電池モジュールの製品とされる。その基板は、厚さ２ｍｍのガラスであり、発電層上に導線引出電極が設けられているとともに、保護層が設けられている。保護層はシリカゲルとフロントフィルムを含み、フロントフィルムはＥＴＦＥを用いる。
表面層はスピンコート方法によって製造され、原料は母液と顔料を含み、重量部基準で、使用される母液は１４０部であり、顔料は５部である。
前記母液は脱イオン水８００部、Ａ１５１架橋剤０．３部、２５０ＨＢＲセルロース２部、５０４０分散剤０．５部、ＡＭＰ−９５多機能助剤３部、Ｍ３０殺菌剤１部、Ｒ１０３成形剤１５部、エチレングリコール６部、Ｃ−１２成膜助剤８部、ナノ二酸化ケイ素光拡散剤０．１部、ソープフリー重合シリコンアクリルエマルジョン２８部、コア−シェル構造が共重合してなる自己架橋シリコンアクリルエマルジョン７０部、シリコングラフトアクリルエマルジョン１１０部を含み、顔料は、アゾ顔料であり、合計１部である。製造された表面層は、厚さ０．０５ｍｍ、硬化温度−１０℃、硬化時間３０ｈである。
３００〜１３００ｎｍでの光に対する本実施例で得られた電池の加重平均透過率は５５％であった。
【０１０８】
実施例１２
図１２、１３には、太陽光発電建材が示されている。
太陽光発電建材は、上から下へ表面層、発電層、第１基板層、第２基板層を順次含む。
太陽光発電建材の発電層は、単結晶性シリコン電池モジュールとされ、モジュールは瓦に貼り付けられ、電池モジュールに導線引出電極が設けられ、発電層上に表面層が設けられている。
表面層の製造方式は、実施例７を参照すればよい。
【０１０９】
実施例１３
図１４、１５には、太陽光発電建材が示されている。
太陽光発電建材は、上から下へ表面層、発電層、第１基板層、第２基板層を順次含む。
太陽光発電建材の発電層は、単結晶性シリコン電池モジュールとされ、モジュールは瓦に貼り付けられ、電池モジュールに導線引出電極が設けられ、発電層上に表面層が設けられている。
表面層の製造方式は、実施例９を参照すればよい。
【０１１０】
実施例１４
太陽光発電建材は、上から下へ表面層、発電層、第１基板層、第２基板層を順次含む。
発電層は、アモルファスシリコン薄膜電池モジュールとされ、モジュールはセメント系板材に貼り付けられ、電池モジュールに導線引出電極が設けられ、発電層上に表面層が設けられている。
表面層の製造方式は、実施例８を参照すればよい。
【０１１１】
なお、上記実施例は、本発明の技術的手段を説明するために過ぎず、限定するためではない。実施例を参照して本発明を詳細に説明してきたが、当業者が理解できるように、本発明の技術的手段に対する修正や均等置換が、すべて本発明の技術的手段の趣旨及び範囲を逸脱することなく、本発明の特許請求の範囲に含まれている。
【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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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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