(57)【要約】  【課題】  製造が容易で調光の自由度を大きくし、配線の複雑さを軽減し、かつ外光を拡散することで明暗の少ない採光が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。  【解決手段】  透光性絶縁基板とベース基板と太陽電池素子とからなる太陽電池モジュールであって、前記ベース基板は表面で受光した光を背面に通過させる複数の透光孔を有し、ベース基板上に太陽電池素子を複数載置し、かつ前記太陽電池素子上に透光性絶縁基板を配したので、太陽電池素子の載置が簡単で、かつ透光性を有するようでできるとともに、その形状の自由度が向上する。また、ベース基板の透光孔のサイズかつ／または数量により採光量が変更されることとしたので、透光性絶縁基板と太陽電池素子の大きさによる採光量の制限を少なくできる。また、ベース基板に太陽電池素子接続用の電極及び出力配線を一体的に構成したので、太陽電池素子の枚数に関わり無く配線の複雑さを低減する。  【選択図】  図１
2005217130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池素子が載置されたベース基板の太陽電池素子側を表面側とし、前記太陽電池素子を載置したベース基板の表面側に受光面側充填材と、透光性絶縁基板とを重ねるように順次配設して成る太陽電池モジュールであって、前記ベース基板に光を透過させるための複数の透光孔を設けるとともに、前記ベース基板の表面に前記太陽電池素子のベース基板側の電極と接続するための電極を設けたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記ベース基板の裏面側にさらに順次裏面側充填材と透光性絶縁基板を配設したことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばビルの窓に設置される採光型太陽電池モジュールとして好適に適用可能な太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題への関心の高まりとともに、自然エネルギーを利用した新エネルギー技術が注目されている。そのひとつとして、太陽エネルギーを利用したシステムの関心が高く、太陽光発電システムの住宅やビルなどへの普及が加速されてきている。
【０００３】
太陽光発電システムは、その主要な構成要素である太陽電池モジュールにより太陽光エネルギーを電力に変換して利用することができるため、住宅やビルなどの建造物の太陽光照射面に配置される。一般に住宅などにおいては屋根上のように周囲に遮蔽物のない場所があるので、その太陽光を受光可能な方角に太陽光発電装置の発電部である太陽電池モジュールを配するようにしているが、公共施設、産業施設などのビルのように屋上に給水タンクや通信施設、空調施設などが配されていることが多い場所においては、太陽電池モジュールに前述した設備の影がかからない場所は非常に限られたスペースである。そこで屋根の上だけにとどまらず、太陽光が照射される方角の壁面へ太陽電池モジュールを搭載する方法が試みられており、既に建材一体型の太陽電池モジュールなどが商品化されている。
【０００４】
しかし、ビルなどの建築物の壁面面積の半分近くは採光などの目的で窓が配されていることが多く、そのために建材一体型（壁面型）であっても壁面への取り付け面積は限られており、しかも建材一体型の太陽電池モジュールの施工性を向上させようと1枚あたりの大きさを大きくしてしまうと、必ずしも全ての場所で面積が合うとは限らないため、配置できない場所が生じるなどの制限が生じてしまい、壁面面積を有効に発電面積とすることができない。一方、発電面積を多く取れるようにするためには専用設計とするか、太陽電池モジュールを小型化すればよいが、汎用性が無い、施工工数が増加するなどの問題が生じてしまう。
【０００５】
そこで、壁面とともに太陽光が照射される窓に対しても太陽電池モジュールを設置する試みがなされている。特に、建築物の設計において意匠上の理由や採光上の理由などにより、壁面部の窓の面積が大きい場合では、太陽電池モジュールを窓へ設置することは発電面積を確保するのに有効である。
【０００６】
このような採光が可能な太陽電池モジュールはライトスルーモジュールなどと称されるものである。
【０００７】
図８は従来の板状太陽電池素子を用いた採光用太陽電池モジュールにおける採光時の影を示す斜視図、図９は従来の板状太陽電池を用いた採光用太陽電池モジュールで、太陽電池素子一枚あたりの大きさを小さくした際に、採光時の影が斑にならないことを示す斜視図、図１０は従来の板状太陽電池素子を用いた採光用太陽電池モジュールの断面図、図１１は従来の板状太陽電池素子を用いた採光用太陽電池モジュールが採光を行なっていることを説明するモジュールの断面図、図１２従来の板状太陽電池素子を用いた採光用太陽電池モジュールの一例である。
【０００８】
図１０に示すように、ガラスやポリカーボネイトなどの透光性絶縁基板２５および２７の間に太陽電池素子２６をシリコン樹脂やＥＶＡ樹脂などの充填材２８でモールドし、その外周辺に鉄やアルミニウムなどの外枠２９を配して強度を向上させるようにしたものである。このような構造にすることにより、図１１のように、外部からの光３３は太陽電池素子間の間隙３０を通って室内に入り込むので、採光性がよく、しかも発電にも寄与できる。
【０００９】
なお、図１２、図１３に示すように、太陽電池素子間の間隙３０を大きくすれば、発電面積は少なくなるが、採光面積は大きくできるので、採光に必要な面積と発電面積の配分は設計時に決定される。このとき、太陽電池素子が大きいほど太陽電池素子間の配線量を少なくできるので、採光用太陽電池モジュールの製造が容易になるが、反面、太陽電池素子と透光性絶縁基板の面積の違いにより余白が生じてしまうが、余分な光の侵入を屋内側にブラインドなどを設けて調整するようにしてもよい。また、図８のような室内への太陽電池素子の影３１が斑になるのを防ぐために、図９のように、太陽電池素子を小さくして間隙による採光を分散させ明暗が斑にならないようにする方法もある。これらの従来の採光用太陽電池モジュールは複数の太陽電池素子を透光性絶縁基板上に採光目的のための間隙を設けながら配列し、配列された各々の太陽電池素子間を直列に配線して太陽電池モジュール内の回路を形成した後に、充填材および透光性絶縁基板で太陽電池素子を挟み込み絶縁し、最後に外枠で囲い込んで完成する。
【００１０】
また、配線取り出し用のジャンクションボックスを建築材の中に配することができるようにして外部から隠し、窓の外観（意匠性）を向上さ素子方法も考案されている（例えば、特許文献１を参照）
また、採光量を調整するために、透光性絶縁基板上に透明導電膜、薄膜光電変換膜および裏面電極膜を積層して該裏面電極膜及び該薄膜光電変換膜を部分的に除去した採光するために設けられた太陽電池素子間の隙間に、動作可能な遮光部材を移動させて透光性開口部に入射した光の透過光量を調整するという方法も考案されている。（例えば特許文献２を参照）
【特許文献１】特開２００１−３３９０８８号公報
【特許文献２】特開２００２−３１４１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記の従来技術においては、太陽電池素子の面積がある程度決まっており、採光性の調節（調光）は素子間隔を調整することによってなされている。しかし、この方法ではあらかじめ決まっている窓の面積内で、太陽電池素子の間隔を調整する程度の自由度しかなく、求められる調光を全て満足することはできなかった。
【００１２】
また、太陽電池素子一枚あたりの面積を変化させ（小さくし）て、それを並べることで外光の取り入れ具合を変える方法では、素子一枚の面積やその配置間隔を変えることで任意の外光の透過量を作ることができるが、反面、透過量を多く（明るく）しようとするほど、素子間隔を大きくするために太陽の直射などの防眩効果が損なわれるなどの問題や、一枚の窓に用いる素子の枚数が増え、同時に配線が極めて複雑になるという問題がある。
【００１３】
また、透光性絶縁基板上に透明導電膜、薄膜光電変換膜および裏面電極膜を積層して該裏面電極膜及び該薄膜光電変換膜を部分的に除去した採光するために設けられた素子間の隙間に、動作可能な遮光部材を移動させて透光性開口部に入射した光の透過光量を調整するという提案においては、太陽電池モジュール一体型の窓材に遮光部材も一体的に組み込むため厚みが大きくなり、重量増や体積増によって施工時や輸送時の取扱いが困難になるといった問題がある。
【００１４】
そこで、本発明は上記の問題を解決するものであり、製造が容易で調光の自由度を大きくし、配線の複雑さを軽減し、かつ外光を拡散することで明暗の少ない採光が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。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記目的を達成するために、本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子が載置されたベース基板の太陽電池素子側を表面側とし、前記太陽電池素子を載置したベース基板の表面側に受光面側充填材と、透光性絶縁基板とを重ねるように順次配設して成る太陽電池モジュールであって、前記ベース基板に光を透過させるための複数の透光孔を設けるとともに、前記ベース基板の表面に前記太陽電池素子のベース基板側の電極と接続するための電極を設けたことを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の他の太陽電池モジュールは、前記ベース基板の裏面側にさらに順次裏面側充填材と透光性絶縁基板を配設したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の太陽電池モジュールによれば、太陽電池素子が載置されたベース基板の太陽電池素子側を表面側とし、前記太陽電池素子を載置したベース基板の表面側に受光面側充填材と、透光性絶縁基板とを重ねるように順次配設して成る太陽電池モジュールであって、前記ベース基板に光を透過させるための複数の透光孔を設けるとともに、前記ベース基板の表面に前記太陽電池素子のベース基板側の電極と接続するための電極を設けたことで、透光孔の形状や大きさは任意であり、格子状のベース基板や円形の透光孔をもつベース基板としても良くまた、角形状や楕円なども可能であり、透光穴の形状は特に限定されないので、孔の形状や大きさを変えて採光に適した光透過通路とすることができる。すなわちベース基板の形状、ベース基板に設ける外光の採光孔の形状および大きさを変化さ素子ことで、調光が可能である。また、透光孔と透光孔の間隔を十分に狭く設計することができるので、背景技術で説明したような採光の際に発生する斑模様の影をつくらずに採光することが可能である。
【００１８】
また、ベース基板の設計を変化させるだけでボールソーラー素子（一般の太陽電池素子でも同様）の載置方法は変化せず、採光用太陽電池モジュール製造工程が難しくなるようなことはなく、また、採光の明るさを調光設備などを必要としない範囲とできる。ベース基板上の電極に直接太陽電池素子を載置することで同時に配線工程も行っていくため、太陽電池素子を配置したあとに各々を直列接続する場合に、太陽電池素子枚数の増加によって配線の工程が増加し、しかも太陽電池素子の接続配線の引き回しの際に太陽電池素子を破損させるといった製造工程の困難さも生じない。
【００１９】
ベース基板を分割して製造し、太陽電池モジュール内に複数のベース基板を配して同様の効果を得ることが可能であり、太陽電池素子の載置面積が大きくなった場合でも、製造設備等を大型化することなく大型モジュールへの対応ができる。
【００２０】
以上詳述したように、本発明の構成によれば、目的とする採光を極めて容易に得ることができ、調光の自由度を大きくし、配線の複雑さを軽減し、かつ製造装置の大型化が不要な太陽電池モジュールを提供することができる。
【００２１】
また、本発明の太陽電池モジュールによれば、前記ベース基板の裏面側にさらに順次裏面側充填材と透光性絶縁基板を配設したことで、太陽電池モジュール内に水分の浸入を完全に防ぐことができ、太陽電池モジュールの信頼性を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施形態の一例を球状の太陽電池素子であるボールソーラー素子（ＢＳＣ）を、光を透過させるための透光孔を有するベース基板上に配置して、この透光孔から採光を行う場合を例にとり、模式的に図示した図面に基づいて詳細に説明する。
【００２３】
図１は本発明に係る採光用太陽電池モジュールの実施形態の一例における部品構成と組み合わせ状態を示す斜視図、図２は本発明に係る採光用太陽電池モジュールＫの実施形態の一例を示す図１の発電部１０である。
【００２４】
図１に示すように本発明の太陽電池モジュールＫは、図２に示すようなベース基板４上に太陽電池素子２を載置した発電部１０を透光性絶縁基板１に重ね合わせ、外枠８で囲い固定したものである。
【００２５】
図２に示すように、発電部１０は採光孔９を有し、格子状を成すベース基板４上に太陽電池素子２を載置してベース基板４上の下部電極７と、上部電極を形成して取り出し電極であるＡｇフィンガ電極６を形成する。
【００２６】
図３はこの採光用太陽電池モジュールＫの断面図を示す。
【００２７】
採光用太陽電池モジュールＫは、透過性絶縁基板１、太陽電池素子であるボールソーラー素子２、充填材３、ベース基板４、上部電極５、上部取り出し電極６、下部電極７、外枠８とから成る。ボールソーラー素子２は半円球状をした太陽電池素子であり、ベース基板４が下部電極７の役割を兼ね、ベース基板４と接触しないボールソーラー素子表面において、上部電極５とのコンタクトを得ることで太陽電池素子として作動する。前記ベース基板４は格子状を成し、表面で受光した光を背面に通過させる複数の透光孔９を有している。
【００２８】
透光性絶縁基板１は、入射光である太陽光を十分に透過させる性質をもつ基板であり、ガラスやポリカーボネイト、アクリルなどの材質で作られる。ベース基板４は、ボールソーラー素子もしくは板状の太陽電池素子を載置さ素子ための基板である。ベース基板４は下部電極７をその表面もしくは内部に有し、載置されたボールソーラー素子２や板状の太陽電池素子に対して電極として接続させることができる。ベース基板４と太陽電池素子２の載置構造は、アルミニウムなどの導電性基板をベース基板４としたものの上、もしくはガラスエポキシや透明樹脂などの絶縁性基板に金属パターンを埋め込むか薄膜として製膜したベース基板４上に、ボールソーラー素子や板状の太陽電池素子を載置して電極として接続するなどの方法がある。ベース基板４は表面で受光した光を背面に通過させるために複数の透光孔９を持つが、その透光孔９の形状や大きさは任意であり、格子状のベース基板や円形の透光孔をもつベース基板としても良く、また、６角形状や楕円なども可能であり、透光孔の形状は特に限定されないので、孔の形状や大きさを変えて採光に適した光透過通路とすることができる。透光性絶縁基板１とベース基板４の間に位置し、ベース基板４上に載置される太陽電池素子２は、ボールソーラー素子や一般的な多結晶太陽電池、単結晶太陽電池に限らず、化合物太陽電池や有機太陽電池などでも構成されうる。モジュール外枠８には鉄やステンレス、アルミニウムなどの外枠が用いられ、太陽電池モジュールの固定や補強、外力により破損することを防ぐ役割を果たす。
【００２９】
なお、ベース基板４表面、もしくは内部に構成されている下部電極７は大きく分けて３種類の形状が考えられる。
【００３０】
図４は本発明に係る採光用太陽電池モジュールＫのベース基板および下部電極の構造を示す断面図であり、４ａ、４ｂ、４ｃはそれぞれ異なる位置に下部電極が配置されているベース基板を示している。
【００３１】
図４ａは絶縁性ベース基板４上に導電性薄膜７ａが施されている状態の実施例を示す断面図である。Ａｌ基板と絶縁性の基板が積み重ねられている状態もこれに含まれる。図４ｂはベース基板４の内部に下部電極７ｂが内蔵されている状態の実施例を示す断面図である。これは導電性材料を絶縁性材料で挟み込み、太陽電池素子とのコンタクト部のみを載置面に露出させるものである。また、図４ｃに示すベース基板４において、下部電極７ｃを太陽電池素子２接合面と反対側に接合し、絶縁性基板上の太陽電池素子載置位置にのみコンタクト部を露出させる。しかし、この方法はさらに絶縁性コーティングを施して導電性基板の裏面に絶縁を施す必要があるので、実質的には図４ｂの方法と同じであるといえる。
【００３２】
ここで、本発明の実施形態における構成要素である太陽電池素子の一例であるボールソーラー素子について説明する。ボールソーラー素子は、球状シリコンにｎドープ層もしくはpドープ層を作成しｐｎ接合ダイオードを形成したものに、下部電極および上部電極を形成することで、太陽電池素子として機能する。従来の太陽電池素子はｐ型シリコン半導体表面にｎ型層を形成し、ｐｎ接合を形成している場合が多い。ｐｎ接合のｐ層には下部電極（＋電極）として、ｎ層に上部電極（−電極）をそれぞれ形成する。上部電極としては一般的に透明導電性薄膜であるＩＴＯが用いられており、他にもＺｎＯ、ＳｎＯ２による透明導電膜も用いられている。製膜方法は蒸着、スパッタ、ＣＶＤなど様々な方法が試みられている。上部取り出し電極（フィンガ電極）には一般的にＡｇペーストをもちいた線状の電極がもちいられており、太陽電池素子の受光面上に形成される上部電極である透明導電膜から電流を収集する役割を果たしている。上部取り出し電極は、透明導電膜上にパターニングされたあと焼成を経てコンタクトがなされる。下部電極については、アルミニウム基板やアルミペーストを用いて電流を取り出すのが一般的である。球状シリコンの大きさは特に決まっていないが、一般的にボールソーラー素子は一素子の大きさを従来のシリコンウエハ太陽電池比べて小さくすることが容易であるという特徴を有している。これは、従来のシリコンウエハ太陽電池素子の小型化の製造工程が鋳造したシリコン結晶インゴットをスライスしてウエハにし、更にレーザカットして小型化していくという工程を経るのに対して、ボールソーラー素子は溶融したシリコンを球状にして生成（結晶化）し、得られた微小球状シリコンをそのまま用いて太陽電池素子を作製するからである。図１の実施形態でもボールソーラー素子の大きさは従来の太陽電池素子と比較して十分小さいものとして描画している。
【００３３】
以上の要素により図１の採光用太陽電池モジュールＫが構成されている。
【００３４】
図５〜図７は本発明の採光用太陽電池モジュールが組み立てられる様子を示す斜視図である。
【００３５】
一例として、図５に示すように、四角形の採光孔９が設けられている格子状のベース基板４を用いる場合を例として説明を行う。このベース基板４の形状、ベース基板４に設ける外光の採光孔の形状および大きさを変化させることで、調光が可能である。
【００３６】
図６に示すように、格子状のベース基板４上に球状シリコンを用いて作製された太陽電池素子であるボールソーラー素子２を載置する。載置が完了し、下部電極７と接触していないボールソーラー素子２の受光面表面に上部電極である透明導電膜５を蒸着などにより形成した後、上部取り出し電極６を配置し焼成して、透光性絶縁基板１と充填材３を重ねて、最後に外枠８をはめ込み図７に示すように完成に至る。
【００３７】
また、本発明の太陽電池モジュールの他の例として、上記のベース基板の裏面側にさらに順次裏面側充填材と透光性絶縁基板とを配設した太陽電池モジュールとしてもよい。
【００３８】
ベース基板の裏面側に順次裏面側充填材と透光性絶縁基板とを配設したことで、太陽電池モジュールに外部から水分の浸入を完全にシャットアウトすることができ、太陽電池モジュールの信頼性を高めることができる。
【００３９】
さらに、上記の実施例として、主にベース基板上にボールソーラー素子を載せた太陽電池モジュールについて述べたが、板状の太陽電池素子、その他の太陽電池素子でもかまいません。
【００４０】
本発明では上述のように、調光は採光孔９の形状および大きさによって設計される。従来の採光用太陽電池モジュールでは、背景で紹介したように要求される調光を全て満足できなかったが、今回の実施例では太陽電池素子２は透光性絶縁基板１の寸法に比べて十分小さいため、採光孔９の大きさ、形状を適切に設計することにより任意の調光が得られるので、すなわち採光用太陽電池モジュールＫは調光の自由度が従来の手法と比較して非常に高い。また、透光孔と透光孔の間隔を十分に狭く設計することができるので、背景技術で説明したような採光の際に発生する斑模様の影をつくらずに採光することが可能である。また、従来の採光用太陽電池モジュールでは調光のために太陽電池素子の形状もしくは大きさを変化させるという大変面倒かつ慎重な製造工程や、透光性絶縁基板と太陽電池素子の組み合わせが良くなくて透光面積が必要以上に大きくなりブラインドなどの二次的な調光設備を必要とするといった問題が発生していたが、本発明の採光用太陽電池モジュールＫでは、ベース基板４の設計を変化させるだけでボールソーラー素子２（一般の太陽電池素子でも同様）の載置方法は変化せず、採光用太陽電池モジュール製造工程が難しくなるようなことはなく、また、採光の明るさを調光設備などを必要としない範囲とできる。
【００４１】
また、本発明においては上述のようにベース基板４上の下部電極７に直接太陽電池素子２を載置することで同時に配線工程も行っていくため、従来の採光用太陽電池モジュール製造工程にあるような太陽電池素子を配置したあとに各々を直列接続する場合に、太陽電池素子枚数の増加によって配線の工程が増加し、しかも太陽電池素子の接続配線の引き回しの際に太陽電池素子を破損さ素子といった製造工程の困難さも生じない。
【００４２】
また、背景技術で紹介した透光性絶縁基板上に透明導電膜、薄膜光電変換膜および裏面電極膜を積層して該裏面電極膜及び該薄膜光電変換膜を部分的に除去した採光するために設けられた素子間の隙間に、動作可能な遮光部材を移動させて透光性開口部に入射した光の透過光量を調整する方法では、その製造工程において一度透光性絶縁基板上に薄膜光電変換膜を形成している。これはすなわち、透光性絶縁基板の面積が大きくなっても同様の工程を行うためには、透光性絶縁基板も面積に対応したより大きな薄膜光電変換膜製膜装置が必要になることを意味する。しかし、本発明の採光用太陽電池モジュールでは、ベース基板上の下部電極に太陽電池素子を載置していくという工程は、ベース基板の大きさによらず同じであり、ベース基板４を分割して製造し、太陽電池モジュール内に複数のベース基板４を配して同様の効果を得ることが可能であり、太陽電池素子２の載置面積が大きくなった場合でも、製造設備等を大型化することなく大型モジュールへの対応ができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の採光用太陽電池モジュールＫの実施形態の一例を示す斜視図である。
【図２】本発明に係る採光用太陽電池モジュールＫの実施形態の一例を示す図１の発電部１０である。
【図３】本発明に係る採光用太陽電池モジュールＫの断面図である。
【図４】本発明に関わる採光用太陽電池モジュールＫのベース基板および下部電極の構造を示す断面図であり、４ａ、４ｂ、４ｃはそれぞれ異なる位置に下部電極が配置されているベース基板を示している。
【図５】本発明に関わる採光用太陽電池モジュールＫが完成に至るまでの経過を示す斜視図である。
【図６】本発明に係る採光用太陽電池モジュールＫが完成に至るまでの経過を示す斜視図である。
【図７】本発明に係る採光用太陽電池モジュールＫが完成に至るまでの経過を示す斜視図である。
【図８】従来の板状太陽電池素子を用いた採光用太陽電池モジュールにおける採光時の影を示す斜視図である。
【図９】従来の板状太陽電池を用いた採光用太陽電池モジュールで、太陽電池素子一枚あたりの大きさを小さくした際に、採光時の影が斑にならないことを示す斜視図である。
【図１０】従来の板状太陽電池素子を用いた採光用太陽電池モジュールの断面図である。
【図１１】従来の板状太陽電池素子を用いた採光用太陽電池モジュールが採光を行なっていることを説明するモジュールの断面図である。
【図１２】従来の板状太陽電池素子を用いた採光用太陽電池モジュールの一例である。
【図１３】従来の板状太陽電池素子を用いた採光用太陽電池モジュールの一例である。
【符号の説明】
【００４４】
Ｋ：採光用太陽電池モジュール
１：透光性絶縁基板
２：ボールソーラー素子（太陽電池素子）
３：充填材
４：ベース基板
５：上部電極
６：上部取り出し電極（フィンガ電極）
７、７ａ、７ｂ、７ｃ：下部電極
８：外枠
９：透光孔
１０：発電部
２５：透光性絶縁基板
２６：板状太陽電池素子
２７：透光性絶縁基板
２８：充填材
２９：外枠
３０：間隙
３１：太陽電池素子によって生じる影
３２：太陽電池素子が小さいため光の分散により緩和された影
３３：外部透過光
【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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【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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