(57)【要約】【課題】頻繁に行われる脱着作業によって取付け穴周辺の各種部材や保護層、樹脂等が剥離してしまうことがなく、取付けの信頼性が高い光電変換モジュールを提供することにある。【解決手段】光電変換素子８が内部に埋め込まれた可撓性を有する透光性基体９と、前記透光性基体９の受光面側に設けられた透光性の第１の保護層１０と、前記透光性基体９の受光面と反対側の面に設けられた第２の保護層１１と、前記透光性基体９の外周部に埋め込まれるとともに外部取付け用の取付け穴１３が形成されている補強部材１２とを具備している光電変換モジュールを提供する。【選択図】  図１
2007300086.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
導電性基板の一主面に多数個の一方導電型の結晶半導体粒子が下部を接合され、それらの隣接するもの同士の間に絶縁物質が介在するとともに上部が前記絶縁物質から露出するように配置されて、これら結晶半導体粒子に他方導電型の半導体部及び透光性導体層が形成され、前記透光性導体層上に集電極が形成された光電変換素子と、前記光電変換素子が内部に埋め込まれた可撓性を有する透光性基体と、該透光性基体の受光面側に設けられた透光性の第１の保護層と、前記透光性基体の受光面と反対側の面に設けられた第２の保護層と、前記透光性基体の外周部に埋め込まれるとともに外部取付け用の取付け穴が形成されている補強部材とを具備していることを特徴とする光電変換モジュール。
【請求項２】
複数の半導体層が積層された半導体層部と、該半導体層部の受光面側に設けられる受光面電極部と、前記半導体層部の裏面側に設けられる裏面電極部とを備え、前記受光面電極部上に集電極が形成された光電変換素子と、該光電変換素子が内部に埋め込まれた可撓性を有する透光性基体と、該透光性基体の受光面側に設けられた透光性の第１の保護層と、前記透光性基体の受光面と反対側の面に設けられた第２の保護層と、前記透光性基体の外周部に埋め込まれるとともに外部取付け用の取付け穴が形成されている補強部材とを具備していることを特徴とする光電変換モジュール。
【請求項３】
前記補強部材は、一部が外部に露出しているとともにその露出部に前記取付け穴が形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の光電変換モジュール。
【請求項４】
前記透光性基体は形状が長方形であるとともに、前記集電極が前記長方形の対向する２辺に平行に形成されており、前記補強部材は長板状であるとともに前記透光性基体の前記集電極に平行な対向する２辺に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の光電変換モジュール。
【請求項５】
前記補強部材は前記透光性基体の外周部において、該外周部の前記集電極の配設方向の両端部間に亘って埋め込まれていることを特徴とする請求項４記載の光電変換モジュール。
【請求項６】
前記集電極は導電板から成ることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の光電変換モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、家屋の屋根等に設置される太陽電池等の光電変換モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の光電変換モジュールとして、例えば特許文献１には、電気絶縁性を有するフィルム基板上に形成された太陽電池を、電気絶縁性の保護材により封止するために、太陽電池の受光面側及び非受光面側の双方に保護層を設けた太陽電池モジュールにおいて、太陽電池の側方に保護層を延長して非発電領域を形成し、非発電領域に、太陽電池モジュール設置用の取付け穴を設けた構成とすることにより、軽量、フレキシブル性及びモジュール強度を維持でき、設置が容易でかつ全体としてコスト低減を図ることができる太陽電池モジュールが提案されている。
【０００３】
また、特許文献２には、光起電力素子の受光面及び非受光面を樹脂で被覆保護した太陽電池モジュールであって、光起電力素子に重畳しないように、光起電力素子の周辺部に設けられた貫通孔を備える板状の補強材を有し、貫通穴に対応する位置に、樹脂を貫通する穴を設けた構成とすることにより、軽量で、紐等で簡単に設置固定することができる太陽電池モジュールの固定用の貫通孔部の強度が、長期使用に耐えられるようにすることができる太陽電池モジュールが提案されている。
【特許文献１】特開２００１−７３７５号公報
【特許文献２】特開２００２−１４１５４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、家屋の屋根等に光電変換モジュールを設置する場合、光電変換モジュールの脱着作業が頻繁に行われる場合がある。その場合、上記特許文献１，２のように、樹脂から成る部材に貫通穴を設けて取付け穴とすると、頻繁に行われる脱着作業によって取付け穴周辺の保護層や樹脂が剥離してしまい、光電変換モジュールの取付けの信頼性が低下するという問題があった。
【０００５】
本発明の課題は、頻繁に行われる脱着作業によって取付け穴周辺の各種部材や保護層、樹脂等が剥離してしまうことがなく、取付けの信頼性が高い光電変換モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、光電変換モジュールにおいて、光電変換素子が内部に埋め込まれた透光性基体の外周部に埋め込まれるとともに、取付け穴が形成された補強部材を具備することにより、取付けの信頼性が高い光電変換モジュールを提供できることを見出して、本発明を完成させるに至った。
【０００７】
すなわち、本発明の光電変換モジュールは、以下の構成を有する。
【０００８】
（１）導電性基板の一主面に多数個の一方導電型の結晶半導体粒子が下部を接合され、それらの隣接するもの同士の間に絶縁物質が介在するとともに上部が前記絶縁物質から露出するように配置されて、これら結晶半導体粒子に他方導電型の半導体部及び透光性導体層が形成され、前記透光性導体層上に集電極が形成された光電変換素子と、前記光電変換素子が内部に埋め込まれた透光性を有する透光性基体と、該透光性基体の受光面側に設けられた透光性の第１の保護層と、前記透光性基体の受光面と反対側の面に設けられた第２の保護層と、前記透光性基体の外周部に埋め込まれるとともに外部取付け用の取付け穴が形成されている補強部材とを具備していることを特徴とする光電変換モジュール。
【０００９】
（２）  複数の半導体層が積層された半導体層部と、該半導体層部の受光面側に設けられる受光面電極部と、前記半導体層部の裏面側に設けられる裏面電極部とを備え、前記受光面電極部上に集電極が形成された光電変換素子と、該光電変換素子が内部に埋め込まれた透光性を有する透光性基体と、該透光性基体の受光面側に設けられた透光性の第１の保護層と、前記透光性基体の受光面と反対側の面に設けられた第２の保護層と、前記透光性基体の外周部に埋め込まれるとともに外部取付け用の取付け穴が形成されている補強部材とを具備していることを特徴とする光電変換モジュール。
【００１０】
（３）前記補強部材は、一部が外部に露出しているとともにその露出部に前記取付け穴が形成されていることを特徴とする（１）または（２）に記載の光電変換モジュール。
【００１１】
（４）前記透光性基体は形状が長方形であるとともに、前記集電極が前記長方形の対向する２辺に平行に形成されており、前記補強部材は長板状であるとともに前記透光性基体の前記集電極に平行な対向する２辺に設けられていることを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載の光電変換モジュール。
【００１２】
（５）前記補強部材は前記透光性基体の外周部において、該外周部の前記集電極の配設方向の両端部間に亘って埋め込まれていることを特徴とする（４）に記載の光電変換モジュール。
【００１３】
（６）前記集電極は導電板から成ることを特徴とする（１）乃至（５）のいずれかに記載の光電変換モジュール。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の光電変換モジュールは、上記（１）、（２）によれば、内部に光電変換素子が埋め込まれた透光性基体と、該透光性基体の受光面に設けられた透光性の第１の保護層と、透光性基体の非受光面に設けられた第２の保護層と、透光性基体の外周部に埋め込まれた補強部材とを具備していることから、透光性基体の側面すなわち光電変換モジュールの側面と取付け穴との間の距離を極力短くすることができ、機械的荷重負荷に耐え得るコンパクトな光電変換モジュールを提供することが可能となる。また、曲面に光電変換モジュールを沿わせて設置する際、光電変換モジュールの取り付け穴間も補強材料で曲面に押し付けられるために、曲面との間に隙間が発生せず、風に耐えうる光電変換モジュールを提供することが可能となる。
【００１５】
また、上記（３）によれば、補強部材が、透光性基体の側面から外部に突出している部位に取付け穴が形成されていることにより、透光性基体の側面すなわち光電変換モジュールの側面と取付け穴との間の距離を極力短くすることができ、その結果、補強部材の外部に突出した部位の機械的強度を大きくして、頻繁に行われる光電変換モジュールの脱着作業によって取付け穴周辺の各種部材、保護層、樹脂等が剥離してしまうことがなくなる。また、家屋の屋根等の曲面に光電変換モジュールを沿わせて設置する際に、光電変換モジュールの補強部材の外部に突出した部位が適度に変形して曲面に沿うように押し付けられるために、第２の保護層（特に第２の保護層の端部）と曲面との間や補強部材と曲面との間に隙間が発生しにくくなり、その結果、風雨（特に風）に長期間耐え得る耐候性の高い光電変換モジュールを提供することが可能となる。
【００１６】
また、上記（４）、(５)によれば、前記透光性基体は、形状が長方形であるとともに集電極が前記長方形の対向する２辺に平行に形成されており、前記補強部材は長板状であるとともに前記透光性基体の前記集電極に平行な対向する２辺に設けられていることにより、平面や曲面への光電変換モジュールの取り付けに際して、補強部材が曲げやたわみを抑えるため、前記集電極の断線や破損を防止できる。なお、この場合、集電極は、例えば隣接する光電変換素子の集電極に電気的に直列等に接続されるものである。
【００１７】
また、上記（６）によれば、集電極が導電板から成ることにより、従来の導電性ペースト等から成るバスバー電極及びフィンガー電極から成る集電極と比較して大幅に抵抗が小さくなり、集電性が格段に向上する。その結果、光電変換効率が大幅に向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の光電変換モジュールの一実施形態を図面に基づいて以下に詳細に説明する。
【００１９】
（第１の実施形態）
図１〜図４は本発明の光電変換モジュールについて第１の実施形態の例を示す断面図である。まず、図３において、１は一方の電極となる導電性基板、２は表層部に他方導電型の半導体層４が形成された結晶半導体粒子、３は一方導電型（以下第一導電型ともいう）の結晶半導体粒子（結晶半導体粒子自体）、４は他方導電型（以下第二導電型ともいう）の半導体層、５は絶縁物質、６は透光性導体層、７は他方の電極（集電極）、８は光電変換素子、９は透光性基体、１０は透光性の第１の保護層、１１は第２の保護層である。また、図１において、１２は補強部材、１３は取付け穴、１４は固定金具である。
【００２０】
図３（ａ）に示すように、他方の電極（集電極）７上には、結晶半導体粒子２に集光させる凹面鏡形状の光反射面を有するとともに光反射面の下端部に結晶半導体粒子２を露出させる開口が形成された光反射部材３０が設置されている。この場合、集電極７は導電板から成り、例えばＣｕ，Ａｌ，Ａｕ，Ａｇやそれらの合金等から成る、金属板、金属シート、金属箔等である。また集電極７は、結晶半導体粒子２を挿通させる多数の開口が形成された一枚のシート状のものであってもよい。集電極７は、銀含有エポキシ樹脂等から成る導電性接着剤によって、絶縁物質５上の透光性導体層６上に接着されている。光反射部材３０は、例えばポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート，アクリル樹脂，フッ素樹脂，オレフィン樹脂等の可撓性を有する樹脂から成る本体部と、本体部の凹面鏡形状の光反射面に形成されたＡｌ，Ａｇ，Ａｕ，Ｃｕ，Ｐｔ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ等から成る金属層や金属シートとを有する構成である。また光反射部材３０は、全体がＡｌ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｎｉ，Ｃｒ等の金属から成るものであってもよく、その場合光反射部材３０が集電極７を兼ねることもできる。また光反射部材３０は、多数の開口が形成された一枚のシート状のものであってもよい。
【００２１】
また、図３（ｂ）に示すように、光反射部材３０に代えて透光性集光層７ｂを設けた構成としてもよい。透光性集光層７ｂは、ポリカーボネート，ポリエチレンテレフタレート，アクリル樹脂，フッ素樹脂，オレフィン樹脂等の透光性樹脂等から成り、例えば各結晶半導体粒子２上において凸レンズ状に形成される。この場合、集電極は、透光性導体層６上に形成されたバスバー電極及びフィンガー電極から成るものであってもよい。
【００２２】
（光電変換素子）
光電変換素子８を成す導電性基板１は、アルミニウムの融点以上の融点を有し、塩基性水溶液と反応を起こす金属から成るものであればよく、例えばアルミニウム，アルミニウム合金、鉄，ニッケル合金等から成る。導電性基板１の材料がアルミニウム以外である場合、導電性基板１はその材料とアルミニウムから成る電極層（不図示）とを積層した構成とする。
【００２３】
結晶半導体粒子２は、第一導電型の結晶半導体粒子３の表面の下部を除いた部位に第一導電型とは第二導電型の半導体層４を形成する。この第一導電型の結晶半導体粒子３は、Ｓｉに、ｐ型を呈するＢ，Ａｌ，Ｇａ等、またはｎ型を呈するＰ，Ａｓ等が微量含まれて成るものである。結晶半導体粒子２の形状としては、多角形状のもの、球状，楕円体状等の曲面を有するもの等があり、粒径分布としては均一、不均一を問わないが、均一の場合は製造工程において粒径を揃えるための工程が必要になるため、より安価にするためには粒径が不均一の方が有利である。さらに、結晶半導体粒子２は、球状等の凸形の曲面を有するものとすることによって、光の光線角度の依存性を小さくすることができる。
【００２４】
第二導電型の半導体層４は、第一導電型の結晶半導体粒子３の表面に、ｎ型を呈するＰ，Ａｓ等、またはｐ型を呈するＢ，Ａｌ，Ｇａ等が含まれている材料を塗布するか或いはガスを用いて熱拡散等で第一導電型の結晶半導体粒子３の表面に形成する。
【００２５】
結晶半導体粒子２の粒径は０．２〜０．８ｍｍがよい。０．８ｍｍを超えると、本発明の光電変換モジュールにおける半導体の使用量が多くなり、従来の結晶板型の光電変換モジュールにおけるシリコン等の半導体の使用量と変わらなくなるため、結晶半導体粒子２を用いる利点がなくなる。また、０．２ｍｍよりも小さいと、導電性基板１への結晶半導体粒子２の組み込みがしにくくなるという問題が発生する。結晶半導体粒子２の粒径は、シリコン使用量を抑制するという観点から０．２〜０．６ｍｍがより好適である。
【００２６】
導電性基板１上に結晶半導体粒子２を多数配設した後、一定の荷重を掛けてアルミニウムから成る導電性基板１とシリコンから成る結晶半導体粒子２の共晶温度（５７７℃）以上に加熱することによって、導電性基板１と結晶半導体粒子２の合金層（不図示）を形成し、その合金層を介して導電性基板１と結晶半導体粒子２とを接合させる。
【００２７】
導電性基板１と結晶半導体粒子２とを接合させた後、導電性基板１とｐｎ接合部（第一導電型の結晶半導体粒子３と第二導電型の半導体層４との接合部）とを分離するために、例えば結晶半導体粒子２の表面の一部（上部）をレジスト層等で覆ってエッチングし、導電性基板１と結晶半導体粒子２上の半導体層４とを分離する。
【００２８】
絶縁物質５は、光電変換素子８の正極と負極の分離を行うための絶縁材料からなり、例えばＳｉＯ2，Ｂ2Ｏ3，Ａｌ2Ｏ3，ＣａＯ，ＭｇＯ，Ｐ2Ｏ5，Ｌｉ2Ｏ，ＳｎＯ，ＺｎＯ，ＢａＯ，ＴｉＯ2等を含む低温焼成用ガラス、上記材料の１種以上をフィラーとして含むガラス組成物、またはシリコーン樹脂等の樹脂から成る絶縁材料を用いることができる。
【００２９】
上記の絶縁材料を結晶半導体粒子２の上から塗布して、アルミニウムとシリコンの共晶温度である５７７℃以下の温度で加熱することによって、導電性基板１とｐｎ接合部との分離部に絶縁材料を充填して絶縁物質５を形成する。加熱温度が５７７℃を超えると、アルミニウムとシリコンとの合金層が溶融し始めるために、導電性基板１と結晶半導体粒子２との接合及び導電性基板１と半導体層４の分離が不安定となり、結晶半導体粒子２が導電性基板１から離脱して発電電流を取り出せなくなる場合がある。絶縁物質５を形成した後、結晶半導体粒子２の表面を洗浄するために、フッ酸を含む洗浄液で洗浄する。
【００３０】
半導体層４が形成されているかまたは結晶半導体粒子２として外郭に第二導電型の元素を微量含んでいる場合、結晶半導体粒子２上（半導体層４上）及び絶縁物質５の表面に、他方の電極を兼ねる透光性導体層６を形成する。透光性導体層６は、ＳｎＯ2，Ｉｎ2Ｏ3，ＩＴＯ，ＺｎＯ等から選ばれる１種または複数種の酸化物系膜等から成り、スパッタリング法、気相成長法または塗布焼成法等で形成される。透光性導体層６は、膜厚を適宜に選べば反射防止膜としての効果も有するものとなる。
【００３１】
結晶半導体粒子２同士の直列抵抗値を小さくするために、絶縁物質５上の透光性導体層６上にさらに上部電極として、集電極７を設けて結晶半導体粒子２で光電変換された出力電流を集電する。集電極７は、Ｃｕ等から成る厚み数１０μｍの金属箔から成るものが用いられる。または、透光性導体層６上に上部電極として、一定間隔をおいて形成されたフィンガー電極から成るパターン電極を設け、さらにバスバー電極を設けて結晶半導体粒子２同士の間を接続してもよい。フィンガー電極の材料は、金属、ガラスに金属粉末を含有させたガラス−金属混合材料、樹脂に金属粉末を含有させた樹脂−金属混合材料で形成したものでもよい。バスバー電極は、銅の芯材の表面をハンダでコートしたもの等が主に用いられる。
【００３２】
なお、集光性を高めた集光構造とするために、光電変換素子８の上に全体にわたって光電変換素子８の凹凸に沿うように透明樹脂層を形成しても良い。その際、光電変換素子８と第１の保護層１０との間に、集光構造を維持するために耐熱性の樹脂フィルム（不図示）を設けても良い。
【００３３】
（光電変換モジュール）
次に、図１に示すように、透明で耐候性のある樹脂からなる第１の保護層１０と、耐候性のある樹脂からなる第２の保護層１１と、透明で弾力性のある材料からなる可撓性を有する透光性基体９とを用いて、上記で得られた光電変換素子８及び予め外部取付け用の取付け穴１３を形成した補強部材１２を、図２のように配置して挟み込み、ラミネーターでラミネートすることで光電変換モジュールを作製することができる。
【００３４】
透光性基体９は、光学的に透明で柔軟性のある材料からなり、その材料としてはエチレン酢酸ビニル重合体（ＥＶＡ），ポリオレフィン，フッ素樹脂がある。
【００３５】
第１の保護層１０は、光学的に透明で耐候性のある樹脂からなり、ポリフッ化ビニル（ＰＶＦ），エチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリ４フッ化エチレン（ＰＴＦＥ），４フッ化エチレン−パーフロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ），４フッ化エチレン−６フッ化プロピレン共重合体（ＦＥＰ），ポリ３フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂を用いることができる。
【００３６】
第２の保護層１１は、耐候性のある材料からなっていれば良く、例えばポリフッ化ビニル（ＰＶＦ），エチレン−４フッ化エチレン共重合体（ＥＴＦＥ），ポリ３フッ化塩化エチレン（ＰＣＴＦＥ）等のフッ素樹脂やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の樹脂、或いはこれらの樹脂フィルムを使ってアルミニウム箔や金属酸化膜を挟んで張り合わせたシート、ステンレススチール等の金属シート等から成る。
【００３７】
（補強部材）
補強部材１２は、図１，２に示すように、光電変換モジュールの外周部に設けられて、取付け穴１３にネジ等の取付け金具１４を挿通させて光電変換モジュールを家屋の屋根や壁面等に固定するものであり、補強部材１２の一部は光電変換モジュールの内部に埋め込まれており、取付け穴１３は補強部材１２を貫通して設けられる。
【００３８】
光電変換モジュールを設置する方法は、取付け穴１３を通してクギ，ネジ，ワイヤー等の取付け金具１４を使って行うものであり、これにより被設置部に比較的容易に固定することが可能となる。
【００３９】
光電変換モジュールの設置状態の評価方法として、機械的荷重試験（ＪＩＳ  Ｃ  ８９９０（ＩＥＣ  ６１２１５））があり、この試験において２４００Ｐａの荷重に耐える必要がある。補強部材１２を有していない光電変換モジュール（図５、図６）を試験した場合、取付け穴１３の強度が不足するために機械的荷重試験で取付け穴１３がちぎれて取付け金具１４から光電変換モジュールが脱落した。また、補強部材１２を光電変換モジュールの端部の上から重ねて取付け金具１４で固定（不図示）した場合にも、取付け穴１３がちぎれて補強部材１２を取付け金具１４がすりぬけて光電変換モジュールが被設置部から脱落した。
【００４０】
そこで、本発明においては、補強部材１２を光電変換モジュールの内部に設け、取付け穴１３は補強材料１２を貫通して設けることとし、取付け穴１３を介して取付け金具１４で固定することによって、光電変換モジュールの脱落が無く機械的荷重試験に耐えうる構成とした。
【００４１】
また、光電変換モジュールを家屋の屋根等の曲面１５に設置する際、補強部材１２を用いないと、曲面１５に光電変換モジュールを沿わせて設置しても、図７に示すように、光電変換モジュール下面（特にその端部）と曲面１５との間や光電変換モジュールの取付け穴１３と曲面１５との間に隙間が発生し易くなり、その隙間に耐風試験の際に風が入り込んで、取付け穴１３がちぎれて取付け金具１４から光電変換モジュールが外れ易くなる。一方、本発明のように補強部材１２を用いることによって、光電変換モジュールの端部を曲面１５に密着させることができ、風が入り込むことを抑えることができる。
【００４２】
補強部材１２の一部を透光性基体９端部の内部に設ける方法としては、例えば図１，２のように、光電変換モジュールをラミネーターを用いて作製する際に、補強部材１２の一部が第１の保護層１０の端部と第２の保護層１１の端部との間に配置されるとともに光電変換素子８（数枚から数十枚程度）と接触しないようにして配置し、その状態で透光性基体９となる透明樹脂等の充填剤を第１の保護層１０と第２の保護層１１との間に流し込み、その充填剤を固化させることによって作製することができる。そして、図２のように、第１の保護層１０、透光性基体９、補強部材１２及び第２の保護層１１をラミネートする。
【００４３】
また、補強部材１２の一部を透光性基体９端部の内部に設ける他の方法として、固体の透光性基体９の側面に、補強部材１２の一部を嵌め込むための溝を予め設けておく方法を用いてもよい。
【００４４】
補強部材１２の材質としては、金属、樹脂がよいが、金属の場合でより好適なものとして錆びないもの或いは防錆処理を施したものがよく、例えばアルミニウム，ＳＵＳ（ステンレススチール），ガルバニウム鋼板，真鍮等の金属がある。また、樹脂の場合であれば、ラミネート時の温度（９０〜１３０℃）に一時的に耐え得るものであればよく、例えばポリカーボネート，ガラスエポキシ樹脂等の樹脂がある。
【００４５】
なお、補強部材１２の透光性基体９の端部内部に埋め込まれる幅は、小さすぎると取付け穴１３における引っ張り強度が不足し、また広すぎると光電変換モジュール自体の面積が広くなってしまうことから、上記の幅としては３〜１０ｍｍ程度がよい。
【００４６】
補強部材１２の厚みについては、薄すぎると、補強部材１２の強度が不足して容易に変形するため曲面１５への補強部材１２の押付効果がなくなり、また厚すぎると、光電変換モジュール自体の厚みが厚くなり重量化してしまうことから、上記の厚みとしては０．２〜２ｍｍ程度がよい。
【００４７】
また、補強部材１２の剛性については、大きすぎると曲面への取り付けが困難となり、また小さすぎると取り扱い時に曲げ等の力が加わると光電変換素子８等の破損が生じるので、曲げ弾性率は２０００〜４０００ＭＰａであるのがよい。強度の面から、引っ張り強度は４０〜１００ＭＰａであるのがよい。
【００４８】
補強部材１２の形状は、図２のように、補強部材１２を必ずしも光電変換モジュールの１つの側面全体に配置する必要はなく、取付け穴１３の強度と曲面１５への押付効果が得られれば、光電変換モジュールの１つの側面の一部に、取付け穴１３及びその周囲部分から成る小形の補強部材１２を配置してもよい。
【００４９】
補強部材１２の取付け穴１３は、その個数が少なすぎると、光電変換モジュールの固定が不安定となり、また個数が多すぎると、光電変換モジュールの固定作業が煩雑になることから、取付け穴１３の個数は４〜８個程度がよい。
【００５０】
なお、光電変換モジュールは、その平面視形状が四角形である場合、その角はＣ面或いはＲ面となるように面取りされていてもよい。ここで、Ｃ面取りとは、交差する角の面部分を４５ーでカットする加工で、Ｒ取りとは、交差する角の面部分を丸形状にする加工である。
【００５１】
（第２の実施形態）
本発明においては、光電変換素子は例えば図８に示すような薄膜型の光電変換素子２０でもよい。該光電変換素子２０は、複数の半導体層が積層された半導体層（すなわち、ｐ型を呈する半導体層１６とｎ＋型を呈する半導体層１７）と、ｐ＋型を呈する半導体及び一方の電極１８と、反射防止層１９と、他方の電極７（例えばフィンガー電極）とから構成される。
【００５２】
ｐ型を呈する半導体層１６は、Ｓｉにｐ型を呈するＢ，Ａｌ，Ｇａ等が微量元素含まれているものである。ｐ型を呈する半導体層１６上に、ｎ＋型を呈する半導体層１７を、ｎ型を呈するＰ，Ａｓ等が含まれている半導体材料を塗布するか或いはガスを用いて熱拡散等で形成することによって設ける。
【００５３】
ｐ＋型を呈する半導体及び一方の電極１８は、ｐ＋型を呈するＢ，Ａｌ，Ｇａ等を含む半導体材料を含有する半導体ペーストと、電極となる銀等を含む金属ペーストとを混合し塗布するか、半導体ペースト層と金属ペースト層とを積層して、焼成して形成する。
【００５４】
反射防止層１９は、ＳｉＯ2，ＳｉＮ等から選ばれる１種または複数種の酸化物系膜等から成り、スパッタリング法、気相成長法等で形成する。
【００５５】
他方の電極７は、例えば反射防止層１９をパターンエッチングした後に、導電性を呈する銀等を含む金属ペーストを塗布し焼成することで形成する。
【００５６】
なお、酸化防止のために、一方の電極１８及び他方の電極７上にハンダ層をコートしても良い。
【００５７】
一方の電極１８及び他方の電極７上にバスバー電極等の集電極を設けて、この集電極によって電極７同士を接続する。集電極は銅の芯材の表面をハンダでコートしたもの等が主に用いられる。その他の構成は図１〜図３のものと同様である。
【００５８】
（第３の実施形態）
本発明においては、図９に示すように、補強部材１２の一部を透光性基体９の端部の内部に埋め込んで設け、補強部材１２に設けた取付け穴１３及びその周囲部分が外部に露出するように設けてもよい。そして、前記取付け穴１３を介して取付け金具１４で固定することによって、光電変換モジュールの脱落が無く機械的荷重試験に耐え得る構成とすることができる。
【００５９】
補強部材１２の形状は、図１０（ａ），（ｃ）のように、光電変換モジュールの対向する２つの側面全面に亘って突出するように形成し、突出部分に取付け穴１３を設けてもよく、また図１０（ｂ）のように、取付け穴１３を設ける部分のみを光電変換モジュールの側面から突出させてもよい。また、補強部材１２を必ずしも光電変換モジュールの１つの側面全体に配置する必要はなく、取付け穴１３の強度と曲面１５への押付効果が得られれば、光電変換モジュールの１つの側面の一部に、取付け穴１３及びその周囲部分から成る小形の補強部材１２を配置してもよい。
【００６０】
ここでは、補強部材１２に設けた取付け穴１３及びその周囲部分を外部に露出するよう前記したように設けた以外は、上記した第１の実施形態の構成と同様である。
【００６１】
上記した第１〜３の実施形態において、光電変換素子８（２０）で発電した電流を集電するための集電極は、光電変換モジュールの側面に形成された補強部材１２の前記側面と平行に配設されていることが望ましい。これにより、平面や曲面へ光電変換モジュールを取り付ける際に、補強部材１２が曲げやたわみを抑えるため、前記集電極部７ａの断線や破損を防止できる。また、図４に示すように、集電極は、光電変換モジュールの曲げ方向（図４では横方向）に直交する方向（図４では上下方向）に延びるように形成され、かつ補強部材１２は集電極に平行に形成されていることが好ましい。例えば、箔状で長方形状の集電極は、１列に３個設けられた光電変換素子（光電変換セル）を直列に接続するために上下の基板に接続されることとなるが、補強部材１２の側面と平行に形成することにより、剥離される方向に力はかからない。この場合、集電極の光電変換素子８の継ぎ目部分の破損を有効に防止できる。また、集電極が光電変換モジュールの曲げ方向（図４では横方向）に平行な方向（図４では横方向）に延びるように形成され、かつ補強部材１２は集電極に平行に形成されていてもよく、この場合にも、補強部材１２が過剰な曲げや撓みを抑えるため、集電極の光電変換素子８の継ぎ目部分の破損を有効に抑制することができる。
【００６２】
なお、上述した光電変換素子を１つ設けるか、または複数を接続（直列、並列または直並列に接続）した光電変換モジュールとし、さらに光電変換モジュールを１つ設けるか、または複数を接続（直列、並列または直並列に接続）したものを発電手段として用い、この発電手段から直接直流負荷へ発電電力を供給するようにしてもよい。また、上述した発電手段をインバータ等の電力変換手段を介して発電電力を適当な交流電力に変換した後、この発電電力を商用電源系統や各種の電気機器等の交流負荷に供給することが可能な発電装置としてもよい。さらに、このような発電装置を日当たりのよい建物の屋根や壁面に設置する等して、各種態様の太陽光発電システム等の光発電装置として利用することも可能である。
【実施例１】
【００６３】
本発明の光電変換モジュールの実施例を図１〜４に基づき具体的に以下に説明する。
【００６４】
まず、光電変換素子８を以下のようにして作製した。多数の結晶半導体粒子２として、直径約０．２〜０．６ｍｍのｐ型の結晶シリコン粒子の表面にｎ型シリコン層４を形成したものを用い、一方の電極であるアルミニウムから成る導電性基板１上に結晶半導体粒子２を多数配設して、アルミニウムとシリコンの共晶温度である５７７℃以上の温度で約１０分加熱して結晶半導体粒子２を導電性基板１に接合した。
【００６５】
その後、結晶半導体粒子２の上部のみをレジスト層で覆い、フッ酸硝酸の混酸でエッチングしてｐｎ分離を行った。レジスト層の除去後、樹脂からなる絶縁物質５をｐｎ分離部に充填した。
【００６６】
次に、結晶半導体粒子２の上部表面を洗浄して、他方の電極である透光性導体層６としてＩＴＯ膜を８０ｎｍの厚みに形成した。その上に熱硬化性のエポキシ樹脂と銀粉とを混合した導電性ペーストでフィンガー電極を形成し、２００℃で硬化させた。さらに、銅リボンからなるバスバー電極を透光性導体層６と導電性基板１に取り付け、隣接する結晶半導体粒子２同士を接続し、光電変換素子８を作製した。
【００６７】
また、図８に示す光電変換素子２０を以下のようにして作製した。まず、ｐ型を呈する半導体１６をＰが含まれているガス中に曝して一方の主面にＰを熱拡散させることで、ｎ＋型を呈する半導体層１７を形成した。
【００６８】
次に、半導体１６の他方の主面にＡｌ粉を含む金属ペーストを塗布し焼成し、及び電極となる銀等を含むペーストを塗布焼成してｐ＋型を呈する半導体及び一方の電極１８を形成した。
【００６９】
その後、半導体１６の一方の主面をフッ酸で処理した後に、半導体層１７上にＳｉＮを気相成長法等で形成して反射防止層１９とした。形成した反射防止層１９をパターンエッチングした後に、導電性を呈する銀等を含む金属ペーストを塗布し焼成することで他方の電極７を形成した。
【００７０】
次に、一方の電極１８及び他方の電極７上にハンダ層をコートした後、一方の電極１８及び他方の電極７上に銅の芯材の表面をハンダ層でコートしたバスバー電極を設けてフィンガー電極同士の間を接続して、各光電変換素子間を接続し、光電変換素子２０を作製した。
【００７１】
次に、上記で得られた光電変換素子８を用いて、図１における第１の保護層１０として透明ＰＶＦフィルム、第２の保護層１１として白色ＰＶＦフィルムを用い、透光性基体９にエチレン酢酸ビニル重合体（ＥＶＡ）を用いて、光電変換素子８及び予め取付け穴１３を形成した長さ４０ｍｍ、幅１０ｍｍの補強部材１２を図２のように配置して挟み込み、ラミネーターでラミネートすることで光電変換モジュールを作製した。前記光電変換モジュールは、補強部材１２の構成材料、及び取付け穴１３の位置として光電変換モジュールの端面からの距離を表１に示す組合せとし、試料Ｎｏ．１〜１６の光電変換モジュールを作製した。
【００７２】
なお、試料Ｎｏ．１３，１４は補強部材１２を用いなかった試料であり、試料Ｎｏ．１５，１６は補強部材１２を光電変換モジュール内部ではなく、光電変換モジュールの上から重ねて取付け金具１４で固定した試料である。
【００７３】
（評価試験及び評価結果）
次に、得られた光電変換モジュールの試料Ｎｏ．１〜１６を用いて、以下の機械的荷重試験を行った。
【００７４】
まず、前記光電変換モジュールのみを固定台に取付け穴１３を介してネジで固定した。そして、補強部材１２部以外は固定台がないように固定し、光電変換モジュール全面に２４００Ｐａの圧力がかかるように砂袋を乗せて、光電変換モジュールの固定台からの脱落状況を調べた。
【００７５】
その結果を表１に示す。表１で、機械的荷重試験結果は、○は固定台からの脱落なし、×は固定台からの脱落を示す。
【表１】
2007300086.tif 000003
【００７６】
表１に示すように、補強部材１２を用いなかった試料Ｎｏ．１３，１４では、機械的荷重試験で脱落防止のためには取付け穴１３の光電変換モジュール端面からの距離が８ｍｍ程度必要であった。また、補強部材１２を光電変換モジュールの上から重ねて取付け金具１４で固定した試料Ｎｏ．１５，１６では、取付け穴１３の光電変換モジュール端面からの距離が７ｍｍ程度必要であった。これに対して、本発明の範囲内の条件にある試料Ｎｏ．１〜１２では各種の補強部材１２を用いることによって光電変換モジュールの端面からの埋め込まれている幅の距離は１ｍｍ以上であれば機械的荷重試験で脱落することはなかった。
【００７７】
また、直径３００ｍｍの円筒状の曲面１５に光電変換モジュールを固定した場合、試料Ｎｏ．１５，１６では光電変換モジュールと曲面１５との隙間は５ｍｍ程度発生するが、本発明の範囲内の条件にある試料Ｎｏ．１〜１２ではどれも隙間は発生しなかった。
【００７８】
また、本発明の光電変換モジュールでは、いずれもバスバー電極の断線及び破損は生じなかった。
【実施例２】
【００７９】
本発明の光電変換モジュールの他の実施例を図９，１０に基づき具体的に以下に説明する。
【００８０】
まず、前記実施例１で作製した光電変換素子８を用いて、第１の保護層１０として透明ＰＶＦフィルム、第２の保護層１１として白色ＰＶＦフィルムを用い、透光性基体９にエチレン酢酸ビニル重合体（ＥＶＡ）を用いて、前記光電変換素子８及び予め取付け穴１３を形成した長さ４０ｍｍ、幅１５ｍｍの補強部材１２を図１０（ａ），（ｂ），（ｃ）のように配置して挟み込み、ラミネーターでラミネートすることで光電変換モジュールを作製した。
【００８１】
試料Ｎｏ．１７〜２４は補強部材１２を図１０（ａ）の形状に、試料Ｎｏ．２５は補強部材１２を図１０（ｂ）の形状にして配置して挟み込み、ラミネーターでラミネートすることで光電変換モジュールを作製した。また、試料Ｎｏ．２６は補強部材１２を図１０（ｃ）の形状にして配置して挟み込み、ラミネーターでラミネートした後に、取付け穴１３周囲の、第１の保護層１０、透光性基体９、第２の保護層１１を除去することで光電変換モジュールを作製した。前記光電変換モジュールは、補強部材１２の構成材料、及び取付け穴１３の位置として光電変換モジュールの端面からの距離を表２に示す組合せとし、試料Ｎｏ．１７〜３４の光電変換モジュールを作製した。
【００８２】
なお、試料Ｎｏ．３１，３２は補強部材１２を用いなかった試料である。
【００８３】
（評価試験及び評価結果）
次に、得られた光電変換モジュールの試料Ｎｏ．１７〜３２を用いて、実施例１と同様にして機械的荷重試験を行った。その結果を表２に示す。表２で、機械的荷重試験結果は、○は固定台からの脱落なし、×は固定台からの脱落を示す。
【表２】
2007300086.tif 000004
【００８４】
表２に示すように、補強部材１２を用いなかった試料Ｎｏ．３１，３２では、機械的荷重試験で脱落防止のためには取付け穴１３の光電変換モジュール端面からの距離が８ｍｍ程度必要であった。
【００８５】
これに対して、試料Ｎｏ．１７〜２６では各種の補強部材１２を用いることによって光電変換モジュールの端面からの埋め込まれている幅の距離は３ｍｍ以上であれば機械的荷重試験で脱落することはなかった。
【００８６】
また、直径３００ｍｍの円筒状の曲面１５に光電変換モジュールを固定した場合、本発明の範囲外の条件の光電変換モジュールと曲面１５との隙間は５ｍｍ程度発生するが、本発明の範囲内の条件の光電変換モジュールではどれも隙間は発生しなかった。
【００８７】
また、本発明の光電変換モジュールでは、いずれもバスバー電極の断線及び破損は生じなかった。
【実施例３】
【００８８】
上記実施例２で作製した試料Ｎｏ．２０，２５及び２６を用いて、固定台に取付け穴１３を介してネジで脱着を１００回繰り返す試験を行い、剥離に対する強度を調べた。その結果を表３に示す。表３で、脱着試験は、○は補強部材の剥離なし、×は補強部材の剥離等の脱落が発生したものを示す。
【表３】
2007300086.tif 000005
【００８９】
表３に示すように、本発明の光電変換モジュールは、１００回の脱着操作によっても、取付け穴１３周辺の各種部材や保護層１０，１１等が剥離することはなく（○）、初期と比較して変化は見られなかった。
【００９０】
また、本発明の光電変換モジュールでは、いずれもバスバー電極の断線及び破損は生じなかった。
【００９１】
なお、本発明は以上の実施の形態及び実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を加えることは何ら差し支えない。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の光電変換モジュールの第１の実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の光電変換モジュールの上面図である。
【図３】（ａ），（ｂ）は図１の光電変換モジュールに用いられる光電変換素子の２例の一部断面図である。
【図４】図１の光電変換モジュールの曲面への設置状態を示す斜視図である。
【図５】比較例の光電変換モジュールの断面図である。
【図６】図５の光電変換モジュールの上面図である。
【図７】図５の光電変換モジュールの曲面への設置状態を示す斜視図である。
【図８】本発明の光電変換モジュールの第２の実施形態を示し、光電変換モジュールに用いられる光電変換素子の一部断面図である。
【図９】本発明の光電変換モジュールの第３の実施形態を示す断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は図９の光電変換モジュールの３例の上面図である。
【符号の説明】
【００９３】
１・・・・導電性基板
２・・・・結晶半導体粒子
３・・・・第一導電型の半導体
４・・・・第二導電型の半導体層
５・・・・絶縁物質
６・・・・透光性導体層
７・・・・他方の電極（集電極）
８・・・・光電変換素子
９・・・・透光性基体
１０・・・第１の保護層
１１・・・第２の保護層
１２・・・補強部材
１３・・・取付け穴
１４・・・取付け金具
１５・・・曲面
１６・・・ｐ型を呈する半導体
１７・・・ｎ＋型を呈する半導体層
１８・・・ｐ＋型を呈する半導体及び一方の電極
１９・・・反射防止層
２０・・・その他の光電変換素子の一例
２１・・・曲面との隙間
【図１】
2007300086.tif 000006
【図２】
2007300086.tif 000007
【図３】
2007300086.tif 000008
【図４】
2007300086.tif 000009
【図５】
2007300086.tif 000010
【図６】
2007300086.tif 000011
【図７】
2007300086.tif 000012
【図８】
2007300086.tif 000013
【図９】
2007300086.tif 000014
【図１０】
2007300086.tif 000015