(57)【要約】【課題】従来有効に利用されていなかった一部の入射光を、光電変換膜に誘導して入射光の利用率を高めることにより、変換効率を向上させた太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】本発明にかかる太陽電池モジュールは、光透過性絶縁基板１上に、テクスチャ構造を有する光透過性導電膜２、光電変換膜３、裏面電極膜４が順次積層され、該光電変換膜３および裏面電極膜４が光透過方向に欠落している部分を有する薄膜太陽電池において、該欠落部分に光反射性絶縁膜５が形成されている。また、上記欠落部分のみならず、該欠落部分を含めた太陽電池裏面全体に光反射性絶縁膜を形成してもよい。さらに、上記光反射性絶縁膜に代えて、光透過性導電膜以下の屈折率を有する光透過性絶縁膜と光反射性膜を形成してもよい。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光透過性絶縁基板上に、テクスチャ構造を有する光透過性導電膜、光電変換膜、裏面電極膜が順次積層され、該光電変換膜および裏面電極膜が光透過方向に欠落している部分を有する薄膜太陽電池において、該欠落部分に光反射性絶縁膜を形成したことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
光透過性絶縁基板上に、テクスチャ構造を有する光透過性導電膜、光電変換膜、裏面電極膜が順次積層され、該光電変換膜および裏面電極膜が光透過方向に欠落している部分を有する薄膜太陽電池において、該欠落部分を含めた太陽電池の裏面全体に光反射性絶縁膜を形成したことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項３】
光反射性絶縁膜に代えて、光透過性導電膜より低い屈折率を有する光透過性絶縁膜を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
光反射性絶縁膜に代えて、光透過性導電膜の屈折率以下の屈折率を有する光透過性絶縁膜を形成し、その表面に光反射性膜を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
光反射性絶縁膜が、光電変換膜が感度を有する範囲の波長のすべてまたはその一部を反射する反射スペクトルを有する膜である請求項１、請求項２、または請求項４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、入射光の一部を反射させ従来利用されていなかった光を有効活用することにより、薄膜太陽電池の光電変換効率を高めた太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、薄膜太陽電池の集積モジュールには、膜面から光を入射するタイプと基板面から光を入射するタイプがある。前者は表面の樹脂膜に直接紫外線が入ることや汚れの付着等耐久性の点で問題があり、現在は後者が主流となっている。
【０００３】
基板面から光を入射するタイプの代表的構造の断面を図４に示す。従来、図４に示すように、セル集積のために光電変換膜３および裏面電極膜４の一部を取り除いているため、入射光（図４にＡと示した入射光）が発電に関与することなくモジュール裏面に逃げていた。また、図５に示すように、モジュール裏面にバックシートを張ったモジュールでは、この逃げた光を反射して活用しようとしているが、開口部がバックシートの貼り付けに使用する接着樹脂（一般に光透過性）厚みに対して十分広くない場合、テクスチャ構造を有する裏面電極膜４による反射によって、反射光の大部分が裏面電極膜４の背面に閉じ込められてしまい、反射光の利用効率が低かった。
【０００４】
また、モジュール化の際に必要なスペースの確保のため、端子取り出しのためおよびセル連結のために、光電変換膜の一部には光電変換に寄与しない領域が存在し、その部分に入射した光（図４にＢと示した入射光）は発電に寄与することなく失われていた。
【０００５】
かかる課題を解決するため、太陽電池アレイのセル間に絶縁剤を充填することによりモジュールの変換効率を上げる手法が提案されている（特開昭６３−２７１９７８号公報）が、かかる手法は絶縁材からの散乱光に依存した手法であり、光の利用効率の向上が少なかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、従来有効に利用されていなかった入射光（漏れ入射光）を、光反射性の膜または屈折率の高い膜を用いて、光電変換膜に誘導することにより、入射光の利用率を向上させることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明にかかる太陽電池モジュールは、光透過性絶縁基板上に、テクスチャ構造を有する光透過性導電膜、光電変換膜、裏面電極膜が順次積層され、該光電変換膜および裏面電極膜が欠落している部分を有する薄膜太陽電池において、該欠落部分に光反射性絶縁膜を形成したことを特徴とするものであり、かかる光反射性絶縁膜によって上記漏れ入射光を反射させる。このとき、光透過部分である光透過導電膜および光電変換膜はテクスチァ構造を有するため、光反射性絶縁膜によって反射された光は、光透過性絶縁基板および光透過性導電膜内に閉じ込められ、モジュール外に逃げることなく光電変換膜へと導かれる。
【０００８】
また、本発明にかかる太陽電池モジュールは、上記欠落部分のみではなく、該欠落部分を含めた太陽電池の裏面全体に光反射性絶縁薄膜を形成したものであってもよい。かかる場合も、上記と同様の機能を有する。
【０００９】
本願発明において、該光電変換膜および裏面電極膜が欠落している部分という場合には、一度形成された光電変換膜および裏面電極膜が部分的に除去された場合および最初から部分的に光電変換膜および裏面電極膜が形成されていない場合の双方の場合が含まれる
また、本発明にかかる太陽電池モジュールは、上記光反射性絶縁薄膜に代えて、光透過性導電膜より低い屈折率を有する光透過性絶縁膜を用いたものでもよく、光反射性絶縁薄膜に代えて、光透過性導電膜の屈折率以下の屈折率を有する光透過性絶縁膜を形成し、その表面に光反射性絶縁膜を形成したものであってもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明における光反射性絶縁膜とは、入射光を反射して光電変換膜に導ける性質を有する絶縁性の膜を意味し、かかる性質を有する膜であれば、有機物、無機物を問わず、特に制限なく使用できる。光反射性絶縁膜として、光電変換膜が感度を有する範囲の波長のすべてまたはその一部を反射する反射スペクトルを有する膜を使用することは、入射光の利用効率を向上させる観点から、好ましい態様である。たとえば、光電変換膜としてシリコンを使用する場合は、シリコンの光吸収領域である波長１０００ｎｍ以下の光のすべてまたはその一部を反射する光反射性絶縁膜を使用するのが好ましい。さらに、光源として太陽光を用いる場合は、太陽光は４００〜７００ｎｍの可視光領域に大きな放射スペクトルを有することから、かかる領域の波長の反射スペクトルを有する有色膜が好ましい。特に、白色膜はより好ましい。可視光領域波長の光の大部分を反射する性質を有するからである。
【００１１】
また、光反射性絶縁膜の形成方法には特に制限がなく、たとえば薄膜状の有機物または有機物を必要部分に付着等することにより、または有機塗料または無機塗料を必要部分に塗布することにより形成することができる。光反射性絶縁膜の膜厚には、特に制限はないが、０．０１μｍ〜１００μｍが好ましい。０．０１μｍ未満であると光反射強度が低下し、１００μｍを超えると膜の剥離等の問題が発生しやすいからである。
【００１２】
ここで、本発明における光電変換膜とは、光エネルギーを電気エネルギーに変換する性質を有する膜をいい、かかる性質を有する膜であれば、有機物、無機物を問わず、特に制限なく使用できる。太陽電池用の光電変換薄膜としては、アモルファスシリコン、多結晶シリコン等が一般的に用いられている。光電変換膜の膜厚には、特に制限はないが、０．２μｍ〜１０μｍが好ましい。０．２μｍ未満であると十分な光吸収量が得られず光電変換効率が低下し、１０μｍを超えると今度は光吸収層内部の電界の低下により光電変換効率が低下するからである。
【００１３】
本発明における光透過性導電膜とは、光電変換膜で生じた電流を取り出すために光電変換膜の光入射側に設けられた光透過性の電極を意味し、かかる性質を有する膜であれば特に制限はないが、一般にはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、錫酸化物（ＳｎＯ２）等が用いられる。光透過性導電膜の膜厚には、特に制限はないが、０．１μｍ〜２μｍが好ましい。０．１μｍ未満であると十分な導電性が得られず光電変換効率が低下し、２μｍを超えると光透過性導電膜での光吸収損失が大きくなって光電変換効率が低下するからである。
【００１４】
本発明における裏面電極膜とは、光電変換膜で生じた電流を取り出すために光電変換膜の裏面（光入射の反対側）に設けられた電極を意味し、光を透過する必要がないので、通常金属電極が用いられる。金属電極としては、通常０．１μｍ〜１μｍ程度の銀やアルミニウム等が用いられる。
【００１５】
本発明において、光反射性絶縁膜の代用として用いる光透過性絶縁膜は、入射光を透過する性質を有する絶縁性の膜であって、光透過性導電膜より低い屈折率を有していることが必要である。光透過性導電膜以上の屈折率では光透過性絶縁膜から入射光が漏れてしまうからである。光透過性絶縁膜であってもその屈折率が光透過性絶縁膜より低ければ、光透過性導電膜と光透過性絶縁膜との界面に形成されているテクスチャ構造によって、入射光が光透過性導電膜および光透過性絶縁基板内に封じ込められるからである。かかる性質を有するものであれば、有機物、無機物を問わず、特に制限なく使用できる。透明膜および半透明膜を含む。
【００１６】
本発明において、光透過性導電膜以下の屈折率を有する光透過性絶縁膜を用いる場合、該光透過性絶縁膜の表面にさらに反射膜を設けることも、入射光の漏れをいっそう少なくする観点から好ましい。この反射膜は、入射光を反射して光電変換膜に導ける性質を有する膜であれば足り、光反射性絶縁膜のみならず光反射性導電膜等も含まれる。特に、屈折率が光透過性導電膜に等しいを用いる場合は、入射光の漏れを防止するために反射膜は必要である。
【００１７】
本発明におけるテクスチャ構造とは、図１〜図５に示すように、光透過性導電膜、光電変換膜および裏面電極膜の表面形状が、微小な０．１μｍ〜１０μｍ程度の微小なビラミッドが多数集まった構造と採っていることをいう。織物の構造に似ているのことからテクスチャ構造と呼ばれる。光入射面がテクスチャ構造になっているときは反射光を低減させ、また光出射面がテクスチャ構造になっているときは、図１〜図３に示すように、テクスチャ表面での反射により再入射光と光透過性絶縁基板表面とのなす角が小さくなり、最初の光入射面である光透過性絶縁基板表面からの光の出射を低減させるため、入射光を光透過性導電膜および光電変換膜に閉じ込める働きを有する。
【００１８】
以下に、本発明にかかる太陽電池モジュールの実施形態について具体的に説明する。
【００１９】
（実施形態１）
図１に、本発明にかかる太陽電池モジュールの一実施形態の断面構造概略図を示す。光透過性絶縁基板１と光透過性導電膜２の部分には、０．５μｍの酸化ケイ素透明導電膜付き青板ガラス基板（１．８ｍｍ）（旭硝子社製Ｕタイプ透明導電膜付き青板ガラス基板）を用い、光透過性導電膜２部分にはヘイズ率２０％のテクスチャを形成した。光電変換膜３は、プラズマＣＶＤ装置を用いて、ｐ型アモルファスシリコン膜／ｉ型アモルファスシリコン膜／ｎ型アモルファスシリコン膜を順次積層することにより０．３μｍのシリコン膜を作成した。裏面電極膜４は、スパッタ装置を用いて、０．２μｍの酸化亜鉛／銀積層電極を作成した。
【００２０】
光電変換膜３および裏面電極膜４の一部欠落部は、光電変換膜３および裏面電極膜４を一度作成した後にレーザクライブ装置によって取り除いたり、または金属マスク法によって最初から作成しないことによって形成した。
【００２１】
光反射性絶縁膜５は、マスクと刷毛を用いて、アクリル系の白色塗料（アサヒペン社製）を光電変換膜３および裏面電極膜４の一部欠落部に選択的に塗布、乾燥して０．１μｍの膜とした。
【００２２】
かかるモジュール構成により、従来、光電変換膜を通らずにそのまま透過してしまう入射光（図４の入射光Ａ）が、形成された光反射性絶縁膜たる白色塗料薄膜によって反射され、光透過性導電膜との界面に形成されたテクスチャ構造によって反射光が光透過性導電膜および光透過性絶縁基板内に閉じ込められる。
【００２３】
また、従来、入射光（図４の入射光Ｂ）が光電変換に寄与することなく吸収されていた部分の光電変換膜をレーザークライブ装置を用いて取り除き、代わりに白色塗料薄膜を形成することにより、かかる入射光も光電変換膜へ導ける。
【００２４】
（実施形態２）
図２に、本発明にかかる太陽電池モジュールの別の一実施形態の断面構造概略図を示す。光透過性絶縁基板１、光透過性導電膜２、光電変換膜３および裏面電極膜４については、実施形態１と同様の手法で作製した。光反射性絶縁膜５を光電変換膜３および裏面電極膜４の欠落部分のみならず、当該欠落部分も含めて太陽電池裏面全体に形成した点で実施形態１と相違する。本実施形態においては、スプレーを用いて、上記白色塗料を太陽電池裏面全体に塗布、乾燥させた。
【００２５】
かかるモジュール構成により、実施形態１と同様に、図４における入射光Ａおよび入射光Ｂが光透過性導電膜に導かれる。
【００２６】
（実施形態３）
図３に、本発明にかかる太陽電池モジュールの別の一実施形態の断面構造概略図を示す。光透過性絶縁基板１、光透過性導電膜２、光電変換膜３および裏面電極膜４については、実施形態１と同様の手法で作製した。太陽電池裏面全面に、光透過性絶縁膜８として蒸着法により厚さ１００ｎｍのフッ化マグネシウム薄膜を形成し、さらに光反射性膜９として蒸着法により厚さ３００ｎｍのアルミニウム薄膜を形成した。
【００２７】
かかるモジュール構成により、入射光が光電変換膜を通らずにそのまま通過していた部分および太陽電池裏面全体に設けられた光反射膜９により入射光が反射され、光透過性導電膜の屈折率以下の屈折率を有する光透過性絶縁膜８の表面および裏面に形成されたテクスチャ構造によって、入射光が効果的に光電変換膜に導かれる。
【００２８】
実施形態３においては光反射膜９を用いたが、反射膜がない場合は、光透過性絶縁膜８表面および裏面に形成されたテクスチャ構造に由来する反射のみとなるが、それに応じた効果は得られる。
【００２９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【００３０】
【発明の効果】
上述のように、本発明にかかる太陽電池モジュールによると、従来有効に使用されずに失われていた入射光を、効果的に光電変換領域に導くことができるようになり、光の利用効率を上げることによりモジュール出力を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる太陽電池モジュールの一実施形態の断面構造概略図である。
【図２】本発明にかかる太陽電池モジュールの別の一実施形態の断面構造概略図である。
【図３】本発明にかかる太陽電池モジュールの別の一実施形態の断面構造概略図である。
【図４】従来の太陽電池モジュールの断面構造概略図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールの断面構造（バックシート付き）概略図である。
【符号の説明】
１　光透過性絶縁基板、２　光透過性導電膜、３　光電変換膜、４　裏面電極膜、５　光反射性絶縁膜、６　光透過性膜、７　バックシート、８　光透過性絶縁膜、９　光反射性膜、Ａ　裏面に透過して失われる入射光、Ｂ　光電変換に寄与しない部分で吸収され失われる入射光。
【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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