(57)【要約】【課題】光反射率を確実に低減でき、全体を一体的にモジュール化して太陽電池の強度の向上と太陽電池同士の組み立てや接続を容易にする。【解決手段】本発明に係る太陽電池モジュール２は、光電変換部３の半導体面４ａに受光して電気出力を発生する太陽電池であり、受光半導体面４ａに樹脂を密着させて太陽電池を内蔵するように樹脂モールド体２４を形成し、この樹脂モールド体２４を高屈折率の透明樹脂から形成して受光半導体面４ａにおける光反射率Ｒを低減させる。樹脂モールド体２４によりモジュール全体の耐久性が向上し、太陽電池の相互接続も容易になる。樹脂モールド体２４の受光表面に反射防止用回折テクスチュア２６を形成して、その格子間隔ｄを反射モードがほぼゼロになるように設計してこの面での光反射率をほぼゼロにし、またハードコート層２８により反射防止用回折テクスチュア２６の構造を保護している。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換部の半導体面に受光して電気出力を発生する太陽電池において、受光半導体面に樹脂を密着させて太陽電池を内蔵するように樹脂モールド体を形成し、この樹脂モールド体を高屈折率の透明樹脂から形成して受光半導体面における光反射率を低減させることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記樹脂モールド体の受光表面に入射光の反射を防止する反射防止用回折テクスチュアを形成した請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記反射防止用回折テクスチュアの表面にハードコート層を形成した請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記光電変換部を構成する半導体が単結晶シリコン、多結晶シリコン又はアモルファスシリコンで構成される請求項１、２又は３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記太陽電池のｐ電極とｎ電極に電気的に導通するｐ電極端子とｎ電極端子を樹脂モールド体の内部に一体に封止し、ｐ電極端子とｎ電極端子の端部が樹脂モールド体の表面から外部に突出している請求項１、２又は３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
光電変換部の表面に形成されたｐ電極とｎ電極の各々に導通するようにｐ電極端子とｎ電極端子を接続して太陽電池を構成し、この太陽電池を金型内部の型空間に配置してｐ電極端子とｎ電極端子の端部を金型の外側に突出するように設定し、太陽電池の受光面側の金型の内面は反射防止用回折テクスチュア形成用のテクスチュア面に形成されており、樹脂注入口から高屈折率の透明樹脂を注入して太陽電池を内蔵するように樹脂モールド体を成形する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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は光を電気に変換する太陽電池に関し、更に詳細には、太陽電池を金型内でインサート成形することにより太陽電池を樹脂モールド体に内蔵し、樹脂モールド体を高屈折率の樹脂で成形することにより、樹脂モールド体と受光半導体の界面における光反射率を低減させて光電変換効率を増大化させた太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、太陽電池は光エネルギーを電気エネルギーに変換する光電変換部から構成される。この光電変換部には半導体から構成され、ｐｎ接合構造、ｐｉｎ接合構造、ヘテロ接合構造、金属・半導体接触構造、多重接合構造、その他の構造が含まれる。
【０００３】
太陽電池に使用される半導体には、単結晶シリコン、単結晶ゲルマニウム、多結晶シリコン、微結晶シリコン、アモルファスシリコン、アモルファスＳｉＣなどのＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＳ２などの化合物半導体、フタロシアニンやポリアセチレンなどの有機半導体がある。
【０００４】
太陽電池の動作原理をｐｎ接合型太陽電池で説明する。ｐｎ接合構造を有した光電変換部はｐ型半導体とｎ型半導体を積層して構成され、そのｐｎ接合部には電界が形成される。この太陽電池に太陽光などの光が照射されると、半導体中で光エネルギーにより電子と正孔が形成される。
【０００５】
光励起された電子がｐｎ接合部の電界に進入すると、電界との相互作用により電子は正に帯電しているｎ型半導体に流入し、逆に正孔は負に帯電しているｐ型半導体に流れ込む。ｐ型半導体の表面に正孔を集電するｐ電極を取り付け、ｎ型半導体の表面に電子を集電するｎ電極を夫々取り付けて外部回路に接続すると、外部回路に電流が流れる。
【０００６】
従って、光が照射される限り、太陽電池は外部回路に電流を流し続けることができる。しかし、光から電気へのエネルギー変換効率は一般的に小さく、８〜１０％程度に過ぎない。この変換効率を増大させるために種々の改良が行なわれてきている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
改良点の一つは、半導体中への光入射率を増加させてエネルギー変換効率を上昇させることである。換言すれば、半導体の受光面における光反射率をできるだけ低下させる技術の開発が必要となる。光反射率の低減に関しては種々の技術開発が行なわれてきた。
【０００８】
図６は反射防止膜を形成した従来のｐｎ接合型太陽電池の縦断面図である。太陽電池２２はｎ型半導体４とｐ型半導体６を接合して構成され、ｐｎ接合部８に電界が発生する。ｎ型半導体４の表面には光反射率を低減させるために透明導電膜である反射防止膜４０が形成されている。
【０００９】
反射防止膜４０の表面には電子を集電する櫛状のｎ電極１０が形成される。ｎ電極１０が形成されていない反射防止膜４０の開口領域が光入射用の受光面４０ａとなる。ｐ型半導体６の表面にはｐ電極が形成されている。
【００１０】
反射防止膜４０は光透過性と導電性を有する必要性から透明導電膜から構成され、例えば、ＺｎＯ系透明導電膜、Ｉｎ２Ｏ３−ＺｎＯ系透明導電膜、Ｇａ添加ＺｎＯ膜、銀添加ＩＴＯ膜、Ｉｎ４Ｓｎ３Ｏ１２透明導電膜、ＩｎＧａＺｎＯ４透明導電膜などが利用される。
【００１１】
しかし、これらの透明導電膜を反射防止膜４０として利用した場合に、透明導電膜材料の屈折率が比較的大きいために、反射防止膜４０とｎ型半導体４との界面（半導体受光面）４ａにおける光反射率は低減できるが、大気（空気）と反射防止膜４０の界面（反射防止膜面）４０ａにおける光反射率が比較的大きくなり、反射防止膜としては不十分であった。つまり、入射光Ｌに対する光反射率Ｒが比較的大きくなっている。
【００１２】
図７は反射防止テクスチュアを形成した従来のｐｎ接合型太陽電池の縦断面図である。このｐｎ接合型太陽電池はｎ型半導体４の表面に反射防止用のギザギザ構造を形成し、このギザギザ構造を反射防止テクスチュア４２としている。他の符号は図６と同一の部材を指称しているので説明を省略する。
【００１３】
この反射防止テクスチュア４２は断面形状において多数の逆三角形の谷間４２ａを有している。この逆三角形の谷間４２ａに入射光Ｌが進入すると、その表面で多重反射しながら入射光が谷底に収斂してゆくため、後方への光反射率Ｒを確実に低下させることができる。
【００１４】
この反射防止テクスチュア４２は確かに有効な反射防止効果を有するが、ｎ型半導体４の表面にこのような多数の微細構造を形成するには高度の技術が必要であり、太陽電池の価格を高騰させる原因となっていた。
【００１５】
従って、本発明は、従来の反射防止膜や反射防止テクスチュアを使用しないで光反射率を確実に低減できる技術を開発し、しかも太陽電池の全体を一体的にモジュール化して太陽電池の強度の向上と太陽電池同士の組み立てや接続を容易化できる太陽電池モジュールを提供することを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記目的を達成するために為されたものであり、第１の発明は、光電変換部の半導体面に受光して電気出力を発生する太陽電池において、受光半導体面に樹脂が密着して太陽電池を内蔵するように樹脂モールド体を形成し、この樹脂モールド体を高屈折率の透明樹脂から形成して受光半導体面における光反射率を低減させた太陽電池モジュールである。樹脂モールド体を形成する樹脂の屈折率を比較的高く設定するから、受光半導体面における光反射率を低下でき、しかも大気と樹脂モールド体の界面における光反射率も比較的小さくできるから光電変換効率を大きくできる。また、太陽電池の全体を樹脂モールド体に内蔵して太陽電池モジュールにするから、太陽電池の機械的強度を強くでき、この太陽電池モジュールをワンタッチ式に複数個接続するだけで電気出力を簡単に増減調整することができる。
【００１７】
第２の発明は、樹脂モールド体の受光表面に入射光の反射を防止する反射防止用回折テクスチュアを形成するから、反射モードをゼロにするように格子間隔を小さく設計した回折テクスチュアを形成すると、樹脂モールド体表面での反射率はほぼゼロに設定でき、総合的に光反射率を低減して光電変換効率を増大化した太陽電池モジュールを提供できる。
【００１８】
第３の発明は、反射防止用回折テクスチュアの表面にハードコート層を形成するから、このハードコート層により反射防止用回折テクスチュアを有効に擦傷防止して耐久性を向上できる。
【００１９】
第４の発明は、光電変換部を構成する半導体が単結晶シリコン、多結晶シリコン又はアモルファスシリコンで構成されるから、シリコンの屈折率４．１と空気の屈折率１．０の間に屈折率を有する樹脂を選定すればよいから、多種類の樹脂から樹脂モールド体を構成することが可能になる。
【００２０】
第５の発明は、太陽電池のｐ電極とｎ電極に電気的に導通するｐ電極端子とｎ電極端子を樹脂モールド体の内部に一体に封止し、ｐ電極端子とｎ電極端子の端部が樹脂モールド体の表面から外部に突出している太陽電池モジュールであるから、電極端子を樹脂モールド体に強固に一体化でき、電極端子同士をワンタッチ式に連結するだけで複数個の太陽電池モジュールを組み合わせて電気出力を自在に設計することができる。
【００２１】
第６の発明は、光電変換部の表面に形成されたｐ電極とｎ電極の各々に導通するようにｐ電極端子とｎ電極端子を接続して太陽電池を構成し、この太陽電池をｐ電極端子とｎ電極端子の端部が金型の外側に突出するように金型内部の型空間に配置し、太陽電池の受光面側の金型の内面は反射防止用回折テクスチュア形成用のテクスチュア面に形成されており、樹脂注入口から高屈折率の透明樹脂を注入して太陽電池を内蔵するように樹脂モールド体を成形する太陽電池モジュールの製造方法であり、太陽電池を内蔵する樹脂モールド体を容易にインサート成形でき、太陽電池モジュールの量産を可能にする。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明者は、太陽電池の半導体表面における光反射率の低減化と太陽電池の耐久性の向上を鋭意研究した結果、太陽電池を包み込むように太陽電池の外周に樹脂モールド体を形成することを想到するに到った。
【００２３】
一般に、第１物質（屈折率ｎ１）と第２物質（屈折率ｎ２）の界面における垂直入射光の光反射率Ｒはフレネルの反射公式、Ｒ＝（ｎ１−ｎ２）２／（ｎ１＋ｎ２）２で与えられる。
【００２４】
シリコン太陽電池で計算すると、樹脂モールド体で保護されていない場合には、空気の屈折率ｎ１＝１．０、シリコンの屈折率ｎ２＝４．１から、光反射率Ｒ＝（１．０−４．１）２／（１．０＋４．１）２＝０．３７となり、受光半導体面で光反射率は３７％に達する。従って、光透過率は６３％と小さくなる。
【００２５】
高屈折率の透明樹脂の一例としてポリカーボネイト樹脂を用いて樹脂モールド体を形成すると、樹脂の屈折率ｎ３は１．５９であるから、樹脂と半導体の界面での光反射率Ｒは、Ｒ＝（１．５９−４．１）２／（１．５９＋４．１）２＝０．１９となる。従って、樹脂モールド体を形成することによって、光反射率を３７％から１９％まで低減することができる。
【００２６】
本発明では、ポリカーボネイト樹脂以外に高屈折率ｎの透明樹脂として、例えばアクリル樹脂（ｎ＝１．４９）、塩化ビニール樹脂（ｎ＝１．５２）、ポリプロピレン樹脂（ｎ＝１．４８）、ポリエチレン樹脂（ｎ＝１．５４）等があり、その他の公知の高屈折率透明樹脂を利用することができる。
【００２７】
空気層と樹脂モールド体との界面における光反射率は反射防止用回折テクスチュアの構造によりほぼゼロにすることができる。この反射防止用回折テクスチュアは回折格子として機能し、樹脂モールド体の受光面に回折格子を形成することによって構成される。
【００２８】
反射防止用回折テクスチュアは小さな直線状の傷を等間隔に樹脂モールド体の受光面に刻設したもので、その格子間隔ｄをｄ＜０．５（μｍ）程度に設計すると、回折格子の反射モードをほぼゼロにすることができる。従って、この反射防止用回折テクスチュアに入射した全ての光は前方へと回折進入することになる。
【００２９】
従って、反射防止用回折テクスチュアに入射した光の全ては樹脂モールド体を透過して半導体の受光面に到達する。受光半導体面での光反射率は、前述したポリカーボネイト樹脂では１９％であるから、約８１％の光を半導体の内部に透過させることができ、太陽電池の光電変換率を増大化できる。
【００３０】
樹脂モールド体は金型の中に太陽電池を装填してインサート成形により製造されるから、受光面側の金型の内面に反射防止用回折テクスチュアの構造を形成することにより、インサート成形において樹脂モールド体の受光面に自動的に形成することができる。
【００３１】
本発明に係る太陽電池に用いられる半導体は、シリコン半導体、ゲルマニウム半導体などのＩＶ属半導体、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＣｄＳ、ＣｄＴｅ、Ｃｕ２Ｓ、ＣｕＩｎＳｅ２、ＣｕＩｎＳ２などの化合物半導体、フタロシアニンやポリアセチレンなどの有機半導体などから広範囲に選択される。
【００３２】
以下に、本発明に係る太陽電池モジュールの実施形態を図面に従って詳細に説明する。
【００３３】
図１は本発明に係る太陽電池モジュールの第１実施形態の縦断面図である。太陽電池モジュール２は、太陽電池と、この太陽電池を内部に埋め込んで形成した樹脂モールド体２４から構成されている。この実施形態では太陽電池としてｐｎ接合型太陽電池を用いているが、他の太陽電池を使用できることは云うまでもない。
【００３４】
この太陽電池の光電変換部３は、ｎ型半導体４とＰ型半導体６をｐｎ接合部８にて接合した構造を有している。ｎ型半導体４の表面には櫛状のｎ電極１０が形成され、ｎ電極１０が形成されていない表面は入射光を受ける受光半導体面４ａとなる。ｐ型半導体の裏面には、例えばアルミニウムを蒸着したｐ電極１２が形成されている。
【００３５】
ｐ電極１２は導電性を有した基板１４に接触配置され、この基板１４の左右には基板端部１６、１６が形成されている。基板端部１６、１６にはｐ電極端子１８、１８が電気的に導通して固定されている。この例では、ｐ電極端子１８はリード線を導通接続して構成され、その端部１８ａ、１８ａを外部に突出させて配置している。
【００３６】
この太陽電池は樹脂モールド体２４に一体的に内蔵されている。樹脂モールド体２４は太陽電池の表面に密着している。従って、機械的強度が弱い太陽電池は樹脂モールド体２４により保護されており、その機械的耐久性は極めて高く設計されている。
【００３７】
樹脂モールド体２４の受光面２４ａには反射防止用回折テクスチュア２６が形成され、その上にハードコート層２８を形成して反射防止用回折テクスチュア２６の擦傷耐性を増強している。ハードコート層２８の屈折率はできるだけ小さく設定されているから、ハードコート層２８の表面における光反射率は極めて小さくなる。
【００３８】
ハードコート層２８に光が入射すると、ハードコート層２８による光反射率は小さいから、殆んどの入射光が樹脂モールド体受光面２４ａに到達する。この受光面２４ａには反射防止用回折テクスチュア２６が形成されている。反射防止用回折テクスチュア２６の格子間隔ｄは反射モードをゼロにするように極めて小さく設計されているから、入射光の全ては樹脂モールド体２４の内部に進行する。
【００３９】
樹脂モールド体２４を透過する光はｎ型半導体４の受光半導体面４ａに到達する。樹脂モールド体２４を形成する樹脂は屈折率が高いから、この受光半導体面４ａにおける光反射率は小さく、入射光は効率的に光電変換部３に進入する。
【００４０】
半導体の中で生成された電子はｎ型半導体４に移動し図示しないｎ電極端子に集電される。また半導体中で生成された正孔はｐ型半導体６に移動し、ｐ電極１２からｐ電極端子へと移動する。
【００４１】
図２は第１実施形態に用いられる基板の一例の断面図である。この基板１４は、プラスチック基板１４ａの上にＣｕ層１４ｂとＡｌ層１４ｃを形成して構成されている。従って、ｐ電極１２とＡｌ層１４ｃは電気的に導通しており、ｐ電極端子１８は基板端部１８ａのＡｌ層１４ｃと電気的に接続されることになる。
【００４２】
図３は図１のＡ−Ａ線折曲断面図である。ｎ電極１０の両端にはｎ電極端子２０が接続され、その端部２０ａは樹脂モールド体２４の外側に突出して配置される。この例では、ｎ電極端子２０としてリード線が使用されている。
【００４３】
この太陽電池モジュール２では、ｐ電極端子１８の端部１８ａとｎ電極端子２０の端部２０ａが樹脂モールド体２４の外側に突出している。従って、２個の太陽電池モジュール２、２を接続して電気出力を増大させるには、ｎ電極端子１８とｐ電極端子２０を相互にワンタッチ接続するだけでよい。更に、接続数を増やす場合も同様である。
【００４４】
図４は本発明に係る太陽電池モジュールの第１実施形態の製造工程図である。（４Ａ）では太陽電池２２を配置している。この太陽電池２２にはｐｎ接合型太陽電池を示しているが、他の構造の太陽電池であってもよいことは云うまでもない。（４Ｂ）では、太陽電池２２にｐ電極端子１８を接続する。
【００４５】
（４Ｃ）では、この太陽電池２２を金型２９の中に配置している。金型２９は上金型３０と下金型３２を上下に重ねて構成され、内部に形成された型空間３４の所要位置に太陽電池２２を固定する。上金型３０の内面にはテクスチュア面３０ｂが形成されている。
【００４６】
電極端子１８、１８は電極端子孔３６、３６に配置され、注入口２９ａから型空間３４に樹脂が注入される。（４Ｄ）では、金型２９を取り去った後に太陽電池モジュール２が形成される。太陽電池２２を内蔵した樹脂モールド体２４が形成される。樹脂モールド体２４の表面には反射防止用回折テクスチュア２６が上金型３０のテクスチュア面３０ｂの転写により形成される。
【００４７】
（４Ｅ）では、反射防止用回折テクスチュア２６の表面にハードコート層２８が形成され、反射防止用回折テクスチュア２６の構造を保護している。ハードコート層２８は、ハードコート液を反射防止用回折テクスチュア２６の表面に塗着して形成したり、蒸着などの方法で形成される。このようにして、本発明に係る太陽電池モジュール２が完成される。
【００４８】
図５は本発明に係る太陽電池モジュールの第２実施形態の縦断面図である。この第２実施形態はｐ電極端子１８及びｎ電極端子２０としてコネクタを使用した太陽電池モジュール２を示しており、リード線を使用した第１実施形態と比べて太陽電池モジュール２の相互接続が容易化されている。それ以外の構造は第１実施形態と同様であるから、他の説明を省略する。
【００４９】
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における種々の変形例、設計変更等をその技術的範囲内に包含するものであることは云うまでもない。
【００５０】
【発明の効果】
第１の発明によれば、受光半導体面に樹脂が密着するように太陽電池を内蔵する樹脂モールド体を形成するから、高屈折率の透明樹脂を用いることによって、受光半導体面における光反射率を低下させ、半導体への光透過率の増大化を通して光電変換効率を大きくできる。また、太陽電池の全体を樹脂モールド体に内蔵した太陽電池モジュールにするから、太陽電池の機械的強度を強くできると同時に、複数個の太陽電池モジュールを相互にワンタッチ式に接続するだけで電気出力を可変調製することができる。
【００５１】
第２の発明によれば、樹脂モールド体の受光面に回折格子となる反射防止用回折テクスチュアを形成するから、格子間隔を小さくして反射モードをゼロすれば、樹脂モールド体の表面反射率をほぼゼロに設定でき、総合的に光反射率を低減することによって太陽電池の光電変換効率を増大化することができる。
【００５２】
第３の発明によれば、反射防止用回折テクスチュアの表面にハードコート層を形成するから、反射防止用回折テクスチュアの擦傷耐性が向上し、太陽電池モジュールの寿命や耐久性を格段に向上させることができる。
【００５３】
第４の発明によれば、光電変換部を構成する半導体を単結晶シリコン、多結晶シリコン又はアモルファスシリコンで構成するから、現在汎用されているシリコン太陽電池のモジュール化を実現できる。屈折率４．１のシリコンと屈折率１．０の空気の中間の屈折率を有する樹脂を選定すればよいから、多種類の樹脂を使用した樹脂モールド体を提供できる。
【００５４】
第５の発明によれば、ｐ電極端子とｎ電極端子の端部を樹脂モールド体の表面から外部に突出させた太陽電池モジュールが提供される。従って、電極端子同士をワンタッチに連結することにより複数個の太陽電池モジュールを自在に組み合わせることができ、電気出力を自在に設計することが可能になる。
【００５５】
第６の発明によれば、ｐ電極端子とｎ電極端子の端部を金型の外側に突出するように太陽電池を金型内部の型空間に配置し、金型内面に反射防止用回折テクスチュア形成用のテクスチュア構造を形成しておけば、樹脂注入口から高屈折率の透明樹脂を注入するだけで樹脂モールド体を形成した太陽電池モジュールを製造でき、太陽電池モジュールをインサート成形により低価格で量産することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る太陽電池モジュールの第１実施形態の縦断面図である。
【図２】第１実施形態に用いられる基板の一例の断面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線折曲断面図である。
【図４】本発明に係る太陽電池モジュールの第１実施形態の製造工程図である。
【図５】本発明に係る太陽電池モジュールの第２実施形態の縦断面図である。
【図６】反射防止膜を形成した従来のｐｎ接合型太陽電池の縦断面図である。
【図７】反射防止テクスチュアを形成した従来のｐｎ接合型太陽電池の縦断面図である。
【符号の説明】
２は太陽電池モジュール、３は光電変換部、４はｎ型半導体、４ａは受光半導体面、６はｐ型半導体、８はｐｎ接合部、１０はｎ電極、１２はｐ電極、１４は基板、１４ａはプラスチック基板、１４ｂはＣｕ層、１４ｃはＡｌ層、１６は基板端部、１８はｐ電極端子、１８ａは端部、２０はｎ電極端子、２０ａは端部、２４は樹脂モールド体、２４ａは樹脂モールド体受光面、２６は反射防止用回折テクスチュア、２８はハードコート層、２９は金型、２９ａは注入口、３０は上金型、３０ｂはテクスチュア面、３２は下金型、３４は型空間、３６は電極端子孔、４０は反射防止膜、４０ａは反射防止膜面、４２は反射防止テクスチュア、４２ａは逆三角形の谷間、Ｌは入射光、Ｒは反射率。
【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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