(57)【要約】【課題】電極等の無効領域による損失を大幅に低減し、且つ、降雨によって汚れを洗い流す作用を阻害しないことによって、長期的に屋外に設置した後もその効果が滅失しない太陽電池を提供すること。【解決手段】光電変換を行う光起電力素子と、該光起電力素子上に形成され光電変換によって発生した電力を収集又は送電する電極と、該光起電力素子と該電極とを封止する封止部材とを有する太陽電池を、前記電極の直上以外の領域において平面であって、該電極の直上において前記封止部材の光入射面に突起部を設けて構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換を行う光起電力素子と、該光起電力素子上に形成され光電変換によって発生した電力を収集又は送電する電極と、該光起電力素子と該電極とを封止する封止部材とを有する太陽電池において、
前記電極の直上以外の領域において平面であって、該電極の直上において前記封止部材の光入射面に突起部を設けて成ることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記電極及び前記突起部が線状であることを特徴とする請求項１記載の太陽電池。
【請求項３】
前記突起部が逆Ｖ字型の凸断面であることを特徴とする請求項１又は２記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、より詳しくはより安価で高性能な太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する影響が少ないエネルギー源を求める動きが大きくなってきているが、そうした中で最も注目されているのは太陽光発電技術である。
【０００３】
太陽光発電技術としては、より安価な製造方法を求めるコストダウン技術、より安定した発電性能を求める高信頼性技術等があるが、最も重要な技術は光電変換効率を向上させることである。
【０００４】
光電変換効率を高くすることによって、同じ大きさの太陽電池素子であっても出力電力を大きくすることができるため、太陽電池素子そのものの単位出力当りのコスト（一般にワット単価と呼ばれている）を下げられるだけでなく、太陽電池素子以外の被覆材料費用やフレーム材料費用、更には固定部材費用、工事費用、電力変換装置（一般に、インバータやパワーコンディショナ等と呼ばれている）の費用に関して、単位出力当たりのコストを小さく抑えることが可能となる。
【０００５】
こうした考え方に基づき、従来より発電の主体を成す光起電力素子の光電変換効率を向上させるために、半導体材料や不純物材料の選択や濃度、或は処理条件等に関して様々な技術改良が加えられてきている。
【０００６】
しかしながら、光起電力素子そのものの性能向上と同時に、光起電力素子を太陽電池として使用するに当たって発生してしまう損失の低減も必要である。このような損失の１つに電極部の影に起因する損失（影損失）がある。この様子を図４を用いて説明する。
【０００７】
図４において、１１０１は光１１０５を受けて発電を行う主体である上記光起電力素子、１１０２は上記光起電力素子１１０１において発電された電力を収集するための電極１１０２である。上記光起電力素子１１０１及び電極１１０２は、屋外に設置された際の耐久性を高める目的でＥＶＡ等の樹脂である封止部材１１０３中に封入されている。
【０００８】
ここで、電極１１０２は導電性材料、例えば金属粒子を樹脂バインダー中に練り込んでペースト状にした導電性ペーストと呼ばれる材料を使用しているために光透過性が低い。従って、垂直に入射してきた光１１０５のうち、電極１１０２で覆われている光起電力素子１１０１の影部１１１１に向かってくる光１１１２は、上記電極１１０２に吸収され、光起電力素子１１０１に到達しない。即ち、この部分は発電に寄与せず影損失となる。
【０００９】
又、このような損失を極力小さくする目的で、特許文献１や特許文献２では、上記被覆材の表面形状を改良している。この両者の機能並びに問題点を図５〜図８を用いて説明する。
【００１０】
図５において、１１０１，１１０２，１１０３はそれぞれ図１１で説明したのと同じ光起電力素子、電極、封止部材である。上記２つの提案によれば、上記封止部材１１０３の表面に、電極１１０２の直上にＶ字型の溝１２０４を形成する。溝は斜面１２０４ａ並びに斜面１２０４ｂによって形成されている。
【００１１】
光１２０５のうち、斜面１２０４ａに入射した光１２０７ａは、斜面１２０４ａの有する傾斜によって屈折して１２０７ｂで示す経路を辿り、電極１１０２に到達することなく光起電力素子１１０１に到達する。
【００１２】
又同様に、斜面１２０４ｂに入射した光１２０６ａは、斜面１２０４ｂの有する傾斜によって屈折して１２０６ｂで示す経路を辿り、電極１１０２に到達しないで光起電力素子１１０１に到達する。
【００１３】
従って、図４で電極に到達して損失となっていた光も含めて、光起電力素子１１０１に到達して発電に寄与できるために損失とはならない。
【００１４】
【特許文献１】特開平６−１０４４７３号公報
【特許文献２】ＵＳＰ５，１１０，３７０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、上記提案は電極による影損失を削減できるという効果を有するが、太陽電池が長期に亘って屋外に設置されることを考えると、必ずしも大きな効果を発揮しない。
【００１６】
即ち、屋外に設置されることによって、図６に示すように、被覆材表面１２０４ａ，１２０４ｂには汚れ１３１１ａ，１３１１ｂが付着する。こうした汚れは、時間の経過と共に堆積し、付着面が平面であれば降雨によって除去されることが知られているが、被覆材１１０３の表面に形成された溝１２０４があるために、降雨時には、図７示すように、溝１２０４内部に堆積していた汚れ１３１１ｂのみならず、降雨によって除去された汚れ１３１１ａが矢印１４１２のように流入し、混濁液１４１１が溝１２０４内部に滞留することとなる。
【００１７】
更に、降雨が終わり混濁液１４１１中の水分が蒸発した後には、図８に示すように、汚れ皮膜１５１１が形成されることになる。
【００１８】
容易に想像できるように、設置初期に思惑通りに機能していた溝１２０４の内側表面１２０４ａ，１２０４ｂが、不透明な汚れ皮膜１５１１が形成されたことによって、溝１２０４内に入射した光１２０６ａ，１２０７ａは表面を通過できずに吸収されてしまい、全くの損失となる。このときの影損失は、溝１２０４の幅が電極１１０２の幅よりも大きい場合、図１１で示された状態の影損失よりもむしろ大きくなる場合さえある。
【００１９】
即ち、図５〜図８で示されるような溝による損失低減方法は、設置時には効果を持つものの時間の経過と共に効力を失い、最悪の場合には逆効果となり得る。
【００２０】
又、特許文献１や特許文献２による溝構造では、光起電力１１０１上に形成された（高さを有する）電極と形成された溝１２０４とが上下に重なって存在するために、機械的な外力や化学的なアタックに対して弱くなってしまい、耐久性に問題が発生し易い。即ち、曲げによる応力集中に伴うクラックの発生や樹脂封止の太陽電池において特に注意すべき耐スクラッチ性能（鋭利な刃先による加重引っ掻きに対する強さ）の低下、水分や酸性雨等の浸入による電極の腐食等である。
【００２１】
従って、本発明における目的は、電極等の無効領域による損失を大幅に低減し、且つ、降雨によって汚れを洗い流す作用を阻害しないことによって、長期的に屋外に設置した後もその効果が滅失しない太陽電池を提供することにある。更に、機械的、化学的な耐久性を高めた太陽電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、光電変換を行う光起電力素子と、該光起電力素子上に形成され光電変換によって発生した電力を収集又は送電する電極と、該光起電力素子と該電極とを封止する封止部材とを有する太陽電池を、前記電極の直上以外の領域において平面であって、該電極の直上において前記封止部材の光入射面に突起部を設けて構成したことを特徴とする。
【００２３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記電極及び前記突起部が線状であることを特徴とする。
【００２４】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記突起部が逆Ｖ字型の凸断面であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、電極の直上以外の領域において平面であって、該電極の直上において該封止部材の光入射面に突起部を有することにより、電極に向かう光を選択的に光起電力素子の電極を有しない部分に進路変更することができるため、電極による影損失を大幅に低減できる。
【００２６】
又、前記光の進路変更を行う部分が突起部であることにより、降雨時の雨水が滞留することがなく、長期的な屋外設置においても上述の影損失低減効果が失われることがない。
【００２７】
更に、前記被覆材の光入射面が上記電極の直上以外の領域において平面であることによって、汚れと共に上記突起から流れ降りる雨水が滞りなく太陽電池外に流出できるため、突起部以外の場所で汚れの皮膜が形成されることがなく、従って、太陽電池の光電変換効率を損なうことがない。
【００２８】
加えて、突起部以外の被覆材の光入射面に入射した光が屈折や散乱によって電極に到達することがなく、影損失低減の効果が損なわれない。
【００２９】
更に、電極の直上の被覆材を厚肉にすることができるため、上述の機械的な外力や化学的なアタックに対しての強度を向上させることができる。
【００３０】
又、前記電極及び突起部が線状であることにより、電極の集電機能、送電機能が最も発揮し易い形状でありながら、その電極の形状に応じて影損失を大きく削減することが可能となる。
【００３１】
又、上記突起部が逆Ｖ字型の凸断面であることにより、上記光の進路変更機能を完全に行うことが可能となり、電極の影損失を事実上根絶することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明において使用する各手段及び有すべき構造上の特徴に関して説明する。
（光起電力素子）
光起電力素子とは、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する素子であり、太陽光等の光を受けて電力を発生するよう構成された素子であって、具体的にはシリコン、ガリウム砒素、カドミウムテルル、銅インジウムセレナイド、等の光起電力素子が用い得るが、上に挙げたものには限定されず、同様の機能を実現するものは全て含み得る。
【００３３】
素子の構造としては、上記素子材料を単体或は金属や樹脂基板上に配置したものと、ガラス等の透光性基板上にＣＶＤ等の成膜技術を用いて発電機能を有する半導体層（アモルファスシリコン等の薄膜）を形成することで、光入射面の格別の封止を不要としたもの（透明基板一体型）がある。
（電極）
電極とは、上記光起電力素子の表面に配設され、発電された電力を効率良く収集したり隣接する光起電力素子や太陽電池の外に送電したりするための導電材料である。電極には印刷電極やワイヤー電極等がある。
【００３４】
印刷電極の場合は、銅、銀等の金属やカーボン等の導電性粒子と樹脂やガラスフリット等の固着材料、溶剤、増粘剤等と混ぜ合わせ（導電性ペーストと呼ぶ）、スクリーン印刷等のパタニング手法を用いて所望のパタンを形成し、樹脂ペーストの場合は乾燥・架橋を行い、ガラスペーストの場合は溶融固着を行うことで、一般に線状の導電体パタンを形成して電極と成す。印刷グリッドのアスペクト比（高さ／幅の比）がは０．３以下程度であって、導電性ペースト自体の導電性がさほど高くないことも合わせて、導電性（低抵抗）を確保しようとすると大きな影損失が発生する傾向がある。
【００３５】
又、ワイヤー電極の場合は、銅、銀等の金属やカーボン等の細線の外周に固着用の上記導電性ペーストを予め被覆して電極用ワイヤーを作製し、上記電極用ワイヤーを上記光起電力素子上に配置して加熱することで上記細線と光起電力素子表面間の固着を行うことによって電極を作製する。円形や正方形断面のワイヤーを使用すれば、アスペクト比を１．０前後まで高めることができ、細線材料として高導電性金属を用いることで、小さな影損失で高い導電性（低抵抗）が実現できるが、反面、電極の高さが高くなるため、耐スクラッチ性や耐湿性を確保するために被覆材料が必要となることがある。
【００３６】
その他の電極としては、フォトリソグラフィー技術を用いて形成された極めて細い電極があるが、製造コストが高いため、宇宙用太陽電池等の特殊な用途に限られている。
【００３７】
又、レーザースクライブと呼ばれる、半導体層や絶縁層を形成する工程とレーザーエネルギによって半導体層や絶縁層を線状或は点状に溶発させる工程とを繰り返して所望の接続を形成する方法で直列接続を行う方法がある。この方法によって形成される無効領域（発電に寄与しない領域）に関しても、電力の収集・送電に使用される導電性材料という意味から広義の電極に含めて考えることが可能である。
【００３８】
又、光起電力素子に導電性を有する貫通穴（スルホール）を設けて表面に発生する電流を裏面へ導く、所謂スルホールコンタクトの場合には、上記貫通穴内部及び穴周辺部に形成された導体部が電流の送電を担う意味で電極と呼び得る。
【００３９】
電極の形状としては、印刷電極、ワイヤー電極、フォトリソグラフィー電極、レーザースクライブ電極等の場合にはその機能上及び製造上、線状の電極とするのが好ましく、スルホール電極の場合には点状の電極となる。
（被覆材）
被覆材とは上記光起電力素子、電極、並びにそれ以外の導体やバイパスダイオード等を含めて外環境から保護し、上述のような外部からのストレス（機械的外力や化学的アタック）の影響を受けにくくするために設けたものであって、具体的にはエチレン―ビニルアセテート（ＥＶＡ）樹脂が封止の主体として一般的に用いられ、受光面側の最表面にはガラスやフッ素樹脂フィルム等の耐候性・透光性に優れる部材が配される。上述の透明基板一体型の場合には、ガラス等の透明基板そのものが被覆材である。
（突起部）
本発明に係る突起部であって、電極に至る光を選択的に光起電力素子上に方向変更する機能を有し、上記被覆材の光入射面のうち上記電極の直上に形成される。突起部としてはそれ以外の被覆材の光入射面から突出していれば、入射項を突起部の中心に一旦集めてその後広がっていく状態を作り出すことができ、且つ、汚れの滞留を防止できるために好適に用い得る。逆Ｖ字型であれば、電極周辺に光が全く来ない領域を作り出せるという意味合いにおいて更に好ましい。
【００４０】
又、上述の電極の形態に合わせて線状、若しくは点状に形成するのが最大の効果が期待できるが、電極上に部分的に非連続に或は不完全に形成してもそれに応じた効果が期待できる。
【００４１】
実際に突起部の形成方法としては様々な方法が考え得るが、最表面がフッ素樹脂等の樹脂材料であって柔軟性を有する場合には、そして、上記被覆材にて上記光起電力素子、電極及びその他の部材を被覆する方法が真空ラミネートである場合には、ラミネートを行う際に上記突起に対応した凹部を有する押し型を用いて突起部を形成する方法が考えられる。
【００４２】
又、表面がガラス等の柔軟性の小さい材料である場合には、同じ材質、若しくは同等の透明性と屈折率を有する突起部を別途作製して貼設する方法を採り得る。
【００４３】
更に、前記被覆材の光入射面のうち電極の直上とは、光起電力素子の受光面の法線方向のうち光入射を主に期待している方向を上と呼んだ場合に、電極から上の方向となる上記被覆材の光入射面の部分を意味する。突起部の大きさ（幅）は電極の大きさ（幅）よりも大きいか同じであることが好ましいが、電極の大きさ（幅）よりも小さくてもそれに応じた効果は残る。
（平面）
上記突起部以外の被覆材の光入射面は、入射光がそのまま光起電力素子へ到達できるように平面であることが好ましい。上記突起部以外の被覆材の光入射面に、上記突起部と同様の突起部が形成されていたり、同様の突起部ではないが拡散性の表面になっていたりすると、非拡散時には１００％光起電力素子に到達できていた光の一部が電極に到達してしまうために影損失が増えてしまう。そうした意味で、上記突起部以外の被覆材の光入射面は平面であることが好ましく、更に非拡散性平面であれば一層好ましい。ここで言う平面とは、上述の意味合いから、透過光の方向を大きく変化させない面を意味し、多少の凹凸を含むものであっても上記平面に含まれる。具体的には、上記突起部の高さの１／１０以下の凹凸であれば本発明の意図を満足できる。
【００４４】
尚、上記平面の一部に別途の用をなす目的で溝、凹部、凸部等を設けざるを得ない場合が生じ得るが、その場合は、上記効果に大きな影響を与えない範囲内の面積（例えば、上記突起部以外の被覆財の光入射面の面積の１０％）以下程度であれば、本発明の主旨を損なわない。
【００４５】
以下本発明の実施の形態について説明する。
【００４６】
＜実施の形態１＞
図１に本発明の実施の形態１を示す。
【００４７】
図１は前項に記載した形態のうち、最も効果が高い逆Ｖ字型の線状の突起部を線状の電極の直上に形成した状態の断面図である。
【００４８】
図１において、１０１は光起電力素子、１０２はワイヤーを用いて形成された電極であって、１０２ａは電極の主要導電材料を成す銅ワイヤー、１０２ｂは上記銅ワイヤー１０２ａの外周に形成され上記銅ワイヤー１０２ａを光起電力素子１０１の表面に固着して、光起電力素子１０１の表面に発生する電流を上記銅ワイヤー１０２ａに伝達する機能を有する導電性接着剤である。又、１０３は被覆材であって、その主体は上述のＥＶＡ樹脂、最表面にはフッ素樹脂であるＥＴＦＥが使用されている。これらを合わせて被覆材１０３と呼ぶ。
【００４９】
被覆材１０３の表面には、本発明に係る突起部１０４が形成されている。上記電極１０２が線状に紙面と垂直に形成されているのに合わせて、上記突起部１０４も紙面と垂直に線状に形成されている。上記突起部１０４は第１の斜面１０４ａと第２の斜面１０４ｂのから成り、入射した光１０５のうち、斜面１０４ａに入射した光１０７ａは斜面１０４ａに角度をもって入射するため屈折し、光線１０７ｂで示されるように、電極１０２の位置を越えて反対側の光起電力素子１０１の表面に到達する。又、同様に、斜面１０４ｂに入射した光１０６ａは、斜面１０４ｂに角度をもって入射するため屈折し、光線１０６ｂで示されるように、電極１０２の位置を越えて反対側の光起電力素子１０１の表面に到達する。
【００５０】
従って、上記の光線は、何れも上記突起部がなければ電極１０２へ到達して損失になっていた筈の光線であるが、上記突起部１０４の作用によって光起電力素子１０１に到達することで発電に寄与できるようになる。即ち、電極による影損失を廃絶或は低減できる。
【００５１】
一方、汚れの堆積に関して言えば、図２に示すように、突起部１０４の傾斜部１０４ａ，１０４ｂの表面に堆積した汚れは降雨時の雨水によって除去されるが、その時の混濁液は平面部１０３ａへ向かって矢印２１１ａ，２１１ｂのように流れて平面部１０３の雨水と共に流れ去り、従来技術で示されたように滞留することはなく、従って、変換効率に影響するような汚れ皮膜が形成されることはなく、上述の影損失低減効果は持続する。
【００５２】
勿論、汚れが雨水と共に完全に除去される訳ではなく、通常の平面の光入射面において残留する程度には残るが、それは、本発明の実施の有無に関係なく発生するものであるので、本発明の効果を阻害するものではない。
【００５３】
＜実施の形態２＞
図３に本発明の実施の形態２を示す。
【００５４】
本実施の形態は、逆Ｖ字型の突起部ではなく略半円形の突起部を使用した例である。
【００５５】
尚、図３において、実施の形態１と同じ部材に関しては機能も同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００５６】
被覆材１０３の光入射面上において、電極１０２の直上に、略円形断面の突起部３０４を形成する。突起部３０４は実施の形態１と同様に線状の電極１０２に対応して線状の突起部である。
【００５７】
上記突起部３０４は光学的な屈折力を有しており、所謂シリンドリカルレンズのように作用するので、光１０５のうち上記突起部３０４に入射した光３０６ａ，３０７ａは一旦上記突起部３０４と電極１０２の中間で略１点に集合した後に散開し、そのうちの一部３０６ｂは光起電力素子１０１に到達する。又、一部の光３０７ｂは電極１０２に到達し損失となる。ここで、封止材１０３の厚みを適切に選べば、突起３０４に入射した光のうちの多くの部分が光起電力素子１０１に到達できるようにできるため、上記突起３０４を有することによってワイヤー電極に到達して損失となる量を大きく削減することが可能となる。即ち、影損失を削減できる。
【００５８】
一方、降雨時の雨水の流れは実施の形態１と同様に、突起部３０４及びその周辺に滞留することはなく、平面部１０３ａの雨水と共に流れ去るので、汚れ皮膜を形成することもなく、上記で説明した影損失の低減効果は長期の屋外設置によっても滅失しない。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明は、長期的に屋外に設置した後もその効果が滅失せず、機械的、化学的な耐久性を高めた太陽電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明実施の形態１を説明する図である。
【図２】本発明の実施の形態１の雨水の流れ方を説明する図である。
【図３】本発明の実施の形態２を説明する図である。
【図４】従来の太陽電池における影損失を説明する図である。
【図５】先行技術における作用を説明する図である。
【図６】先行技術における汚れの堆積状態を説明する図である。
【図７】先行技術における雨水の滞留を説明する図である。
【図８】先行技術における汚れ皮膜の形成を説明する図である。
【符号の説明】
【００６１】
１０１，１１０１    光起電力素子
１０２，１１０２    電極
１０３，１１０３    被覆材
１０４，３０４      突起部
１０５，１１０５    光
２１１            雨水の流れ
１１１１          影部
１２０４          溝
１３１１ａ，１３１１ｂ    汚れ
１４１１          混濁液
１５１１          汚れ皮膜
【図１】
2005150346.tif 000003
【図２】
2005150346.tif 000004
【図３】
2005150346.tif 000005
【図４】
2005150346.tif 000006
【図５】
2005150346.tif 000007
【図６】
2005150346.tif 000008
【図７】
2005150346.tif 000009
【図８】
2005150346.tif 000010