(57)【要約】【課題】受光面から集電電極を排除して光利用効率を上昇させるるなど、従来の太陽電池の特性を顕著に改善することが可能な新規な太陽電池構造を提供すること。【解決手段】主平面と側面及び裏面を有するテープ状基材の少なくとも前記主平面及び／又は裏面に発電層と透明電極層を含む太陽電池層が形成されており、前記透明電極層に対する不透明集電電極がテープ状基材の側面に形成されているか又は太陽電池層に対して光入射裏面側に形成されている、テープ状太陽電池。【選択図】　　　図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主平面と側面及び裏面を有するテープ状基材の少なくとも前記主平面及び／又は裏面に発電層と透明電極層を含む太陽電池層が形成されており、前記透明電極層に対する不透明集電電極がテープ状基材の側面に形成されているか又は太陽電池層の透明電極層に対して光入射裏面側に形成されていることを特徴とするテープ状太陽電池。
【請求項２】
主平面と側面及び裏面を有するテープ状透明基材の裏面に透明電極層と発電層を含む太陽電池層が形成されており、前記透明電極に対する不透明集電電極は前記テープ状基材の側面に形成されていることを特徴とするテープ状太陽電池。
【請求項３】
前記テープ状基材が透明基材であり、その主平面及び裏面にバンドギャップが異なる発電層と透明電極層を含む第１及び第２の太陽電池層がそれぞれ形成されている３端子又は４端子構造タンデム型太陽電池であって、前記主平面側の第１の太陽電池層は２層の透明電極層を有し、それらの透明電極層に対する不透明集電電極は前記テープ状基材の側面に形成され、前記裏面側の第２の太陽電池層は発電層の光入射側に透明電極層を有し、その透明電極層に対する不透明集電電極は前記テープ状基材の側面に形成されていることを特徴とするテープ状タンデム型太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はテープ状太陽電池に係り、より詳しくは太陽電池にテープ状基材を用い、集電電極をテープ状基材の側面に光入射方向に対して垂直方向に延在する層として形成することにより、太陽光入射を阻害する集電電極の面積を最小限にし、光利用効率を向上させたテープ状太陽電池を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在実用されている太陽電池は殆どがシリコンの単結晶又は多結晶ウェハあるいはアモルファスシリコンを利用した平面型電池であり、例えば、ステンレス、樹脂などの不透明基板表面に下部電極層、その上にシリコンｐｉｎ構造などの発電層を形成し、その上に透明導電層を形成した後、透明導電層表面に集電電極を走らせて集電構造を形成してなるもの、あるいは、透明なガラス基板に多数のストライプ状の透明電極層を形成し、その上にストライプ状の発電層、さらにその上に端部を透明電極に接続したストライプ状の裏面電極（集電電極）を積層してガラス基板側から光入射させる構造である。
【０００３】
これらの太陽電池は、重量が重い、一般に剛体構造である、集電電極（金属）が光入射を遮断するためあるいは透明電極と裏面電極の接続部分が光を利用しないために光利用効率に制約があるなどの特徴を有する。
【０００４】
これに対して、繊維状太陽電池が提案されており、繊維状太陽電池は布状に織ることによりモジュールの大面積化が容易である、柔軟性があり、様々な使用環境に適応できる、軽量化できる、製造装置を小型化できるので製造コストを低減できるなどの利点があるが、実用化はされていない。その理由としては、繊維状太陽電池でも集電電極（金属）を繊維の周りに螺旋状に巻いて形成するので遮光されて光利用効率に制約がある、裏面に太陽光が入射しないので起電力が半減する、これを避けるためには反射板を設ける必要がある、平板構造におけるタンデム型素子の作製が困難であるなどがある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記のような従来の太陽電池の問題点を解決し、従来の太陽電池の特性を改善する新規な太陽電池構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明はテープ状のセル構造にあり、この新規な構造の太陽電池によれば上記課題が解決される。具体的には下記にある。
【０００７】
（１）主平面と側面及び裏面を有するテープ状基材の少なくとも前記主平面及び／又は裏面に発電層と透明電極層を含む太陽電池層が形成されており、前記透明電極層に対する不透明集電電極がテープ状基材の側面に形成されているか又は太陽電池層の透明電極層に対して光入射裏面側に形成されていることを特徴とするテープ状太陽電池。
【０００８】
（２）主平面と側面及び裏面を有するテープ状透明基材の裏面に透明電極層と発電層を含む太陽電池層が形成されており、前記透明電極に対する不透明集電電極は前記テープ状基材の側面に形成されていることを特徴とするテープ状太陽電池。
【０００９】
（３）前記テープ状基材が透明基材であり、その主平面及び裏面にバンドギャップが異なる発電層と透明電極層を含む第１及び第２の太陽電池層がそれぞれ形成されている３端子又は４端子構造タンデム型太陽電池であって、前記主平面側の第１の太陽電池層は２層の透明電極層を有し、それらの透明電極層に対する不透明集電電極は前記テープ状基材の側面に形成され、前記裏面側の第２の太陽電池層は発電層の光入射側に透明電極層を有し、その透明電極層に対する不透明集電電極は前記テープ状基材の側面に形成されていることを特徴とするテープ状タンデム型太陽電池。
【００１０】
【発明の実施の形態】
テープ状基材は主平面と側面及び裏面を有する。テープ状基材は、主平面を有する点では従来の平面構造の太陽電池と同様であるが、軽量化、柔軟性（可撓性）の付与、小型製造装置に利用可能性などの利点を有する。また、円柱状繊維セルと比べても、並列配置しても繊維間の陰がなく、また同じ受光面積でも受光効率が僅かではあるが優れる特徴を有する。テープ状基材の最大の利点は、不透明集電電極を側面又は裏面に配置することにより、受光面における光遮断が最小限化され得ることである。
【００１１】
基材の材質は導体、絶縁体、半導体のいずれでもよく、また透明基材及び不透明基材のいずれでもよい。
【００１２】
テープ状基材の寸法は特に制限されないが、集電電極を側面又は裏面に形成して、透明導電膜の抵抗値が不所望に増大しない寸法が採用されることが望ましい。この観点からは、現在の透明導電膜及び発電層の性能を前提にした場合、幅が５００μｍ〜５ｍｍ程度が好ましく採用される。幅が５００μｍより小さいと機械的性質に劣る。テープ状基材の厚さは、少なくとも側面に集電電極を形成できる厚さを有すべきであり、また目的とする機械的性能に依存するが、５０〜５００μｍが好ましい。
【００１３】
発電層の構成は知られている構造のいずれでもよい。代表的には、Ｐ−Ｉ−Ｎ，Ｐ−Ｎ構造であるが、Ｐ−Ｉ−Ｎ−Ｐ−Ｉ−Ｎタンデム構造でもよい。半導体材料としてはシリコン、ゲルマニウム、カーボン（ダイヤモンド状カーボン、ダイヤモンドを含む）、炭化珪素、化合物半導体などのいずれでもよい。シリコン半導体、特にアモルファスシリコン半導体が好ましい。発電層の代表的な厚さは、限定されないが、典型的な例はＰ／Ｉ／Ｎ＝１００ｎｍ／５００ｎｍ／２００ｎｍ程度である。
【００１４】
発電層の少なくとも受光面側の電極には透明導電膜が用いられる。透明導電膜も知られており、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）が代表的であるが、限定されない。透明導電膜の厚さは、限定されないが、一般的には５０ｎｍ〜１μｍ程度である。
【００１５】
発電層の非受光面側の電極は、裏側にもう１つの発電層を配置し利用できる構成でなければ、不透明電極でよい。代表的には、アルミニウム、銅、ステンレスなどが用いられるが、限定されない。テープ状基材自体を金属製など導体で形成して、一方の電極として用いてもよい。
【００１６】
透明電極は比抵抗が小さくないので、透明電極側の集電電極として金属材料が用いられる。集電電極材料も、代表的にはアルミニウム、銅、ステンレスなどが用いられるが、限定されない。集電電極層の厚さは、限定されないが、一般的には１〜５μｍ程度である。
【００１７】
現行の集電電極は不透明金属材料製であるため遮光が起きて、あるいはアモルファスシリコンのストライプ状パターンの電池でもストライプ状パターンの間に発電層のない部分が必要であるために、太陽電池の光利用効率を低下させる原因になっている。これに対して、本発明のテープ状基材を用いる場合には、受光面側の透明導電層に対する不透明集電電極を、テープ状基材の側面又は裏面に配置することにより、不透明集電電極を受光面から排除でき、遮光面積を最小限化することが可能にされる。不透明集電電極をテープ状基材の側面に配置した場合には、不透明集電電極層は受光面に対して垂直に配向するので、遮光面積は不透明集電電極層の断面厚さ（例えば１〜５μｍ程度；実質的に無視できる厚さ）まで減少させることができる。また、不透明集電電極をテープ状基材の裏面に配置すれば、受光面における遮光面積はゼロにすることができる。またテープ状太陽電池間の絶縁は例えば数μｍ程度の厚さの絶縁層で覆っておけばよいので、実質的に無視できる。
【００１８】
図面を参照して、本発明に基づく太陽電池の構成の例を説明する。
【００１９】
図１は、金属製テープ状基材１ａの受光面側に発電層３及び透明導電層４を積層し、発電層３及び透明導電層４を金属製テープ状基材１ａの側面まで延長させた上で、集電電極６をその側面に形成した構成である。金属製テープ状基材１ａは反射層の役割を持たせることが可能である。集電電極６は、テープ太陽電池の主平面に対して垂直方向に配向されているので、遮光面積は最小限である。
【００２０】
図２は、図１と同様であるが、発電層３及び透明導電層４を金属製テープ状基材１ａの裏面まで延長させた上で、集電電極６をその裏面に形成した構成である。集電電極６は、テープ太陽電池の主平面に対して裏面に形成されているので、遮光面積は実質的にゼロである。
【００２１】
図３は、透明又は不透明樹脂製テープ状基材１ｂの受光面側に金属製電極層２、発電層３及び透明導電層４を積層し、発電層３及び透明導電層４を金属製テープ状基材１ｂの側面まで延長させた上で、集電電極６をその側面に形成した構成である。金属製電極層２は反射層の役割を持たせることが可能である。テープ状基材１ｂは絶縁体であるから、非受光面側に電極が必要であるが、不透明電極でもよいので、金属製電極を用いることができる。図３の構成の変形として、基材側の電極も透明電極で形成し、透明電極をテープ状基材の側面まで延長させてその側面に集電電極を形成してもよい。
【００２２】
図４は、透明ガラス又は樹脂製テープ状基材１ｃの裏側ではあるが、受光面側に透明導電層４、発電層３及び金属製電極層２を積層し、透明導電層４及び発電層３を金属製テープ状基材１ｃの側面まで延長させた上で、集電電極６をその側面の透明導電層４に接触するように形成した構成である。金属製電極層２は反射層として機能させることが可能である。この場合の集電電極は透明電極層４に先立ってテープ状基材１ｃの裏面に形成しておき、その上に透明導電層４を形成する。この構成は、透明ガラス又は樹脂製テープ状基材１ｃが、基材としての役割とともに保護層の役割もすることができるので、好ましい構成である。
【００２３】
図５及び図６は、透明テープ状基材１ｃを用い、透明テープ状基材１ｃの全周に内側透明導電層４ｂ、発電層３及び外側透明導電層４ｃを積層したもので、図５では内側透明導電層４ｂ及び外側透明導電層４ｃの両方の集電電極をテープ状基材１ｃの側面に形成した構成、図６は内側透明導電層４ｂの集電電極をテープ状基材１ｃの側面に形成し、外側透明導電層４ｃの集電電極は非受光面側最外層に形成した構成である。集電電極による遮光を最小限にしながら、漏れた太陽光を再度利用できる構成である。
【００２４】
図７は透明ガラス又は樹脂製テープ状基材１ｃを用い、その両主平面にそれぞれバンドギャップが異なる２つの太陽電池を形成したものであり、太陽光のエネルギーを最大限に利用するタンデム型太陽電池の構成例である。テープ状基材１ｃの受光面側の第１の太陽電池は、テープ状基材１ｃの主平面上に透明電極層４、発電層３及び透明導電層４の積層体を形成し、その積層体をテープ状基材１ｃの１方の側面まで延長させた上で、集電電極６をその側面に形成している。テープ状基材１ｃの受光面裏側の第２の太陽電池は、テープ状基材１ｃの裏面側の主平面に透明電極層４及び発電層３を積層し、それらをテープ状基材１ｃのもう１方の側面まで延長させた上で、その側面で透明電極層４に対して集電電極６を形成するとともに、発電層３の裏面に金属電極層２を形成している。裏面の金属電極層２は反射層としての機能も有する。図７の構成は、第１及び第２の太陽電池にバンドギャップの異なる発電層を用いる４端子タンデム型を想定しているが、図７と同じ構成で、第１及び第２の太陽電池にバンドギャップが同じ発電層を用いることも可能であることは明らかである。
【００２５】
図７では、１つのテープ状基材１ｃを用いたが、第１の太陽電池と第２の太陽電池のそれぞれを別の透明テープ状基材を用いて作製し、それらを貼り合わせて、図７に相当する構成の太陽電池を製造することができる。
【００２６】
以上、図１〜７を用いて本発明のテープ状太陽電池の構成例を示したが、これらはあくまでも例示であり、これらに限定されるものではない。
【００２７】
テープ状基材の側面に集電電極を形成する方法は特に限定されないが、図８に示すように、複数のテープ状基材１０を積層し固定１２して、テープ状基材１０の側面に対してスパッタ、蒸着、ＣＶＤなどの方法で電極材料１１を堆積させる方法が簡便である。電極材料が裏面に回りこむことを避けるべき場合には、表面側から斜め蒸着あるいはスパッタ法を利用することが薦められる。図８の例では右側がテープ基材の主平面側とする。
【００２８】
【発明の効果】
本発明のテープ状太陽電池は、織布あるいは編組して布帛状にして大面積化が容易である。
【００２９】
本発明の従い、不透明集電電極をテープ状基材の側面又は発電層の裏面側に設ければ、主平面の受光積を遮光する面積が最小限化されるので、太陽光の利用効率が顕著に改善される。従来の太陽電池の代表としてストライプ型アモルファスシリコンと比較すると、セルピッチ８ｍｍ（受光面幅７６００μｍ）、非受光面幅例えば４００μｍ程度であるから、本発明の太陽電池を受光面幅５００μｍ、側面集電電極層部厚さ１〜５μｍとすれば、光利用効率は７６００／８０００＝９５．０％から５００／５０５−−＝９９．０％以上へ約４％以上の改良が得られる。また、集電電極が遮光阻害をしないので、発電層の受光面幅を狭くして集電電極を高密度に配置しても、従来と同様以上の光利用効率を実現できるが、その場合には発電層の受光面幅が狭い分だけ透明電極層の電気抵抗が小さいので透明電極層の厚さを薄くでき、高価な透明導電層の材料費を節約できる効果を得ることもできる。
【００３０】
また、本発明のテープ状太陽電池は、軽量性に優れる、柔軟性（可撓性）を有するという特徴も有することができる。テープ状基材を樹脂で構成すれば、軽量性、柔軟性（可撓性）に優れることは明らかである。このように、軽量、柔軟性のテープ状太陽電池は、そのまま織布あるいは編組して布帛状にして利用できるし、あるいは何らかの支持体（支持体も可撓性を有しあるいは有していないことができる）に固定させて使用してもよい。軽量、柔軟性に優れるので、形状適合性、運搬性に優れており、例えば、登山用途（テントなど）、気球表面に設置して気象観測用途など各種の用途に有用であると考えられる。
【００３１】
また、テープ状太陽電池は小型の製造装置で製造できる可能性を提供するので、簡易な製造を可能にする。コストダウンの可能性もある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例であって、金属製テープ状基材の受光面側に発電層を形成し、集電電極を側面に形成したセル構造の例である。
【図２】本発明の実施例であって、金属製テープ状基材の受光面側に発電層を形成し、集電電極を裏面に形成したセル構造の例である。
【図３】本発明の実施例であって、樹脂製テープ状基材の受光面側に発電層を形成し、テープ状基材の側面に集電電極６を形成したセル構造例である。
【図４】本発明の実施例であって、透明テープ状基材の裏側ではあるが、受光面側に発電層３を形成し、集電電極６をその側面に形成したセル構造例である。
【図５】本発明の実施例であって、透明テープ状基材の全周に発電層を形成したセル構造例である。
【図６】本発明の実施例であって、透明テープ状基材の全周に発電層を形成したセル構造例である。
【図７】本発明の実施例であって、透明テープ状基材の両主平面にそれぞれバンドギャップが異なる２つの太陽電池を形成したセル構造例である。
【図８】テープ状基材の側面に電極層を堆積する方法を示す。
【符号の説明】
１ａ…金属製テープ状基材
１ｂ…樹脂製テープ状基材
１ｃ…透明ガラス又は樹脂製テープ状基材
２…金属電極層
３…発電層
４…透明導電層
４ｂ…内側透明導電層
４ｃ…外側透明導電層
６…集電電極
１０…テープ状基材
１１…電極材料
【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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