(57)【要約】【課題】発光素子を配した発光型太陽電池モジュールにおいて、受光面全体があたかも発光しているかのような印象が得られるようにする。【解決手段】太陽電池モジュール１Ａは、透光性絶縁基板１１、透光性導電層１２、光電変換層１３および裏面電極層１４を含む薄膜太陽電池アセンブリ１０と、発光素子２２およびこの発光素子２２が実装される回路基板２１を含む発光素子アセンブリ２０とを備える。発光素子アセンブリ２０は、その発光面が薄膜太陽電池アセンブリ１０の受光面とは反対側の主面と相対するように配置され、薄膜太陽電池アセンブリ１０には、発光素子２２が配置された部分に相対する部分の投光用窓部１８が設けられている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透光性絶縁基板、透光性導電層、光電変換層および裏面電極層を含む薄膜太陽電池アセンブリと、
発光素子およびこの発光素子が実装される回路基板を含む発光素子アセンブリとを備え、
前記発光素子アセンブリは、その発光面が前記薄膜太陽電池アセンブリの受光面とは反対側の主面と相対するように配置され、
前記発光素子が配置された部分に相対する部分の前記光電変換層および前記裏面電極層が切り欠かれることにより、前記発光素子から出射される光を透過する投光用窓部が前記薄膜太陽電池アセンブリに設けられている、太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記投光用窓部は、前記発光素子から出射された光のうち、少なくとも前記発光素子の指向角で定義される角度範囲内において出射された光が透過する大きさを有している、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記発光素子は、前記回路基板上にアレイ状に複数配置され、
前記投光用窓部は、前記複数の発光素子のそれぞれに対応して個別に設けられている、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記発光素子は、前記回路基板上にアレイ状に複数配置され、
前記投光用窓部は、アレイ状に配置された前記複数の発光素子のうちの行毎または列毎に対応してストライプ状に設けられている、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記発光素子が配置されていない部分に相対する部分の前記光電変換層および前記裏面電極層の一部が切り欠かれることにより、前記受光面に照射された光の一部が透過する採光用窓部が前記薄膜太陽電池アセンブリに設けられている、請求項１から４のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記薄膜太陽電池アセンブリと前記発光素子アセンブリとが、透光性の接着剤で接着されている、請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記透光性の接着剤は、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂を主成分として含む接着剤である、請求項６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記薄膜太陽電池アセンブリと前記発光素子アセンブリとがこれらの端部においてスペーサを介して接合されることにより、前記薄膜太陽電池アセンブリと前記発光素子アセンブリとの間に空気層が設けられている、請求項１から５のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記回路基板が、透光性の基板である、請求項１から８のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記回路基板は、ガラス基板またはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）基板である、請求項９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記発光素子アセンブリは、前記発光素子が実装された前記回路基板を複数有するとともに、これら複数の回路基板を支持する背面側支持基板を前記複数の回路基板の前記発光面側とは反対側に有している、請求項１から９のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記背面側支持基板が、透光性の板状部材からなる、請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記薄膜太陽電池アセンブリは、前記透光性絶縁基板を複数有するとともに、これら複数の透光性絶縁基板を支持する前面側支持基板を前記受光面側に有している、請求項１から１２のいずれかに記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記前面側支持基板が、透光性の板状部材からなる、請求項１３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記薄膜太陽電池アセンブリと前記発光素子アセンブリとが、枠体を介して固定されている、請求項１から１４のいずれか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、太陽電池モジュールに関し、特に、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の発光素子を配することによって照明性や表示性、装飾性等を持たせた発光型太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、小型照明や案内標識、イルミネーション等に使用可能な照明装置と、太陽光を受光することによって発電が可能な太陽電池とを組合わせた複合装置が種々提案されている。このような複合装置を利用すれば、昼間においては太陽電池として当該装置が利用でき、夜間においては照明装置や表示装置あるいは広告媒体として当該装置が利用できる。
【０００３】
たとえば、特開昭６０−７８４７７号公報（特許文献１）に開示の照明パネルにおいては、発光面と受光面とが同一面となるようにパネル状の発光体の発光面の近傍に太陽電池の受光面が配置されている。また、特開２００１−３５１４１８号公報（特許文献２）に開示の太陽光発電利用発光モジュールにおいては、発電部とこの発電部の起電力により発光する発光部とを一枚の平板状の基板に実装している。また、特開２００５−７９１６９号公報（特許文献３）に開示の太陽光発電装置においては、太陽電池の結晶シリコンセルの間に発光素子を並べるとともに、これら発光素子の配置位置に対応した位置に発光素子から投光される光を透過する孔を形成してなる遮光性シートまたは遮光板を配置している。
【特許文献１】特開昭６０−７８４７７号公報
【特許文献２】特開２００１−３５１４１８号公報
【特許文献３】特開２００５−７９１６９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、上記特許文献１ないし３に開示の複合装置においては、いずれも結晶性シリコンを太陽電池として利用することを前提としたものであり、そのため、発光素子が受光面にまばらに配置されることになり、その照明性、表示性、装飾性はいずれも不十分なものとなってしまう。その結果、小型照明や案内標識、イルミネーション等として利用する際の照明性、表示性、装飾性等の機能は非常に低いものになってしまうという問題があった。
【０００５】
具体的には、上記特許文献１に開示の照明パネルにあっては、パネル状の発光体の発光面の近傍に太陽電池の受光面が配置されるので、受光面の周辺部のみが発光することになり、照明性や表示性、装飾性等に劣るものとなってしまう。
【０００６】
また、上記特許文献２に開示の太陽光発電利用発光モジュールにあっては、発電部とこの発電部の起電力により発光する発光部とを一枚の平板状の基板に実装するために、発電部は基板の表面に実装し、発光部は基板の裏面に実装することとしている。そして、発光部から出射される光が発光モジュールの前面側に照射されるようにするために、基板の発光部が実装された位置にスルーホールを設ける構成としている。そのため、発光部の搭載箇所が受光面の周辺部に制約されることになり、上記特許文献１に開示の照明パネル同様、受光面の周辺部のみが発光することになり、照明性や表示性、装飾性等に劣るものとなってしまう。
【０００７】
また、上記特許文献３に開示の太陽光発電装置においては、発光素子から出射される光の広がりを遮光性シートまたは遮光板にて強制的に制限しているため、受光面全体が発光しているような印象は得られず、あくまでもドット状の表現が得られるに過ぎないという問題があった。したがって、照明性や表示性、装飾性等に劣るものとなっていた。
【０００８】
そこで、本発明は、上述の問題点を解決すべくなされたものであり、発光素子を配した発光型太陽電池モジュールにおいて、受光面全体があたかも発光しているかのような印象が得られるようにすることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に基づく太陽電池モジュールは、透光性絶縁基板、透光性導電層、光電変換層および裏面電極層を含む薄膜太陽電池アセンブリと、発光素子およびこの発光素子が実装される回路基板を含む発光素子アセンブリとを備えている。上記発光素子アセンブリは、その発光面が上記薄膜太陽電池アセンブリの受光面とは反対側の主面と相対するように配置されている。上記薄膜太陽電池アセンブリには、上記発光素子が配置された部分に相対する部分の上記光電変換層および上記裏面電極層を切り欠くことによって上記発光素子から出射される光を透過する投光用窓部が設けられている。
【００１０】
このように構成することにより、発光素子から出射された光が薄膜太陽電池アセンブリに設けられた投光用窓部を介して太陽電池モジュールの外部へと導出されることになる。そのため、発光素子を密に配置することにより、太陽電池モジュールの受光面全体があたかも発光しているかのような印象を与えることが可能になる。したがって、照明性や表示性、装飾性等に優れた発光型太陽電池モジュールとすることができる。また、その場合にも、発光素子を配置する密度を調節することによって照明効率と発電効率とを使用条件等を考慮して適宜設定することができるため、太陽電池モジュールの出力落ちを必要最小限に抑えることが可能である。
【００１１】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記発光素子から出射された光のうちの少なくとも上記発光素子の指向角で定義される角度範囲内において出射された光が透過する大きさに、上記投光用窓部が形成されていることが好ましい。
【００１２】
このように構成することにより、発光素子から出射された光をより効率的に太陽電池モジュールの外部へと導くことが可能になり、照明効率を高く維持することが可能になる。
【００１３】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記発光素子が上記回路基板上にアレイ状に複数配置されていることが好ましく、その場合に、上記投光用窓部が上記複数の発光素子のそれぞれに対応して個別に設けられていることが好ましい。
【００１４】
このように構成することにより、太陽電池モジュールの出力落ちを必要最小限に抑えることが可能になる。
【００１５】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記発光素子が上記回路基板上にアレイ状に複数配置されていることが好ましく、その場合に、上記投光用窓部がアレイ状に配置された上記複数の発光素子のうちの行毎または列毎に対応してストライプ状に設けられていることが好ましい。
【００１６】
このように構成することにより、太陽電池モジュールの製造時における投光用窓部の形成を容易に行なうことが可能になり、安価に製作が可能な発光型太陽電池モジュールとすることができる。
【００１７】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記薄膜太陽電池アセンブリに、上記発光素子が配置されていない部分に相対する部分の上記光電変換層および上記裏面電極層の一部を切り欠くことによって上記受光面に照射された光の一部が透過する採光用窓部が設けられていることが好ましい。
【００１８】
このように構成することにより、太陽電池モジュールに照射された太陽光の一部が採光用窓部を介して太陽電池モジュールの背面側に透過するようになるため、発光型太陽電池モジュールにおいてさらに採光の機能をもたせることが可能になる。
【００１９】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記薄膜太陽電池アセンブリと上記発光素子アセンブリとが透光性の接着剤で接着されていることが好ましく、特に、上記透光性の接着剤が、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）樹脂を主成分として含んだ接着剤であることが好ましい。
【００２０】
このように構成することにより、発光素子から出射される光が効率的に外部に導出されるようにしつつ、薄膜太陽電池アセンブリと発光素子アセンブリとを接合することが可能になる。また、ＥＶＡ樹脂を主成分として含む接着剤を使用することにより、高信頼性の一体型モジュールとすることができる。
【００２１】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記薄膜太陽電池アセンブリと上記発光素子アセンブリとがこれらの端部においてスペーサを介して接合されることにより、上記薄膜太陽電池アセンブリと上記発光素子アセンブリとの間に空気層が設けられていることが好ましい。
【００２２】
このように構成することにより、空気層によって断熱層を形成することが可能になるため、本発明に基づく太陽電池モジュールを特に複合ガラス型太陽電池モジュールとして利用する場合に、結露等の防止が可能になる。
【００２３】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記回路基板が透光性の基板であることが好ましく、特に、上記回路基板がガラス基板またはポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）基板であることが好適である。
【００２４】
このように構成することにより、回路基板を光が透過するようになるため、本発明に基づく太陽電池モジュールを特に採光型の太陽電池モジュールとして利用する場合に、採光量を増加させることが可能になる。
【００２５】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記発光素子アセンブリが、上記発光素子が実装された上記回路基板を複数有するとともに、これら複数の回路基板を支持する背面側支持基板を上記複数の回路基板の上記発光面側とは反対側に有していることが好ましい。
【００２６】
このように構成することにより、大面積の太陽電池モジュールを容易に製作することができるようになる。
【００２７】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記背面側支持基板が透光性の板状部材からなることが好ましい。
【００２８】
このように構成することにより、背面側支持基板を光が透過するようになるため、本発明に基づく太陽電池モジュールを特に採光型の太陽電池モジュールとして利用する場合に、採光量を増加させることが可能になる。
【００２９】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記薄膜太陽電池アセンブリが、上記透光性絶縁基板を複数有するとともに、これら複数の透光性絶縁基板を支持する前面側支持基板を上記受光面側に有していることが好ましい。
【００３０】
このように構成することにより、大面積の太陽電池モジュールを容易に製作することができるようになる。
【００３１】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記前面側支持基板が、光性の板状部材からなることが好ましい。
【００３２】
このように構成することにより、背面側支持基板を光が透過するようになるため、本発明に基づく太陽電池モジュールを特に採光型の太陽電池モジュールとして利用する場合に、採光量を増加させることが可能になる。
【００３３】
上記本発明に基づく太陽電池モジュールにあっては、上記薄膜太陽電池アセンブリと上記発光素子アセンブリとが枠体を介して固定されていることが好ましい。
【００３４】
このように構成することにより、薄膜太陽電池アセンブリと発光素子アセンブリとを別々に製作することが可能になるため、材料のロスを最小限に抑えることが可能になるとともに、薄膜太陽電池アセンブリおよび発光素子アセンブリのいずれか一方が破損した場合等に破損した方のアセンブリのみを交換することが可能になる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明によれば、受光面全体があたかも発光しているかのような印象が得られる発光型太陽電池モジュールとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照して詳細に説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールを前面側から見た場合の模式図である。また、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った模式断面図であり、図３は、図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式断面図である。
【００３７】
図１ないし図３に示すように、本実施の形態における太陽電池モジュール１Ａは、平面視略矩形状の板状の外形を有しており、前面側に薄膜太陽電池アセンブリ１０を有し、背面側に発光素子アセンブリ２０を有している。図２および図３に示すように、それぞれのアセンブリは、透光性の接着剤にて貼り合わされることによって一体化されており、そのため薄膜太陽電池アセンブリ１０と発光素子アセンブリ２０との間には、接着層３１が形成されている。
【００３８】
図２および図３に示すように、薄膜太陽電池アセンブリ１０は、前面側に位置する透光性絶縁基板１１と、透光性絶縁基板１１の背面側に設けられた透光性導電層１２と、透光性導電層１２の背面側に設けられた光電変換層１３と、光電変換層１３の背面側に設けられた裏面電極層１４とを含む。透光性絶縁基板１１は、平面視略矩形状の板状形状を有しており、この透光性絶縁基板１１の背面側に設けられた透光性導電層１２、光電変換層１３および裏面電極層１４は、それぞれ所定の形状にパターニングされ、これにより分離ラインと呼ばれる溝１５〜１７がそれぞれ所定位置に形成されている。
【００３９】
透光性導電層１２に設けられた溝１５は、光電変換層１３によって埋め込まれ、光電変換層１３に設けられた溝１６は、裏面電極層１４によって埋め込まれている。また、光電変換層１３および裏面電極層１４に連続して設けられた溝１７は、上述の接着層３１によって埋め込まれている。
【００４０】
以上により、光電変換層１３が透光性導電層１２および裏面電極層１４によって挟み込まれるとともに、透光性導電層１２とこれに隣接する裏面電極層１４とが溝１６が形成された部分において連結されることになり、溝１７によって分断された個々の光電変換層１３が直列に接続され、発電回路が形成されることになる。
【００４１】
一方、発光素子アセンブリ２０は、発光素子２２と、この発光素子２２が実装される回路基板２１とを含む。発光素子２２は、回路基板２１の前面側にアレイ状に配置されている（図１参照）。この発光素子２２が実装された回路基板２１の前面側は、上述の接着層３１によって覆われている。
【００４２】
図１および図３に示すように、アレイ状に配置された発光素子２２に相対する部分の薄膜太陽電池アセンブリ１０には、個々の発光素子２２に対応して投光用窓部１８が個別に設けられている。図３に示すように、投光用窓部１８は、薄膜太陽電池アセンブリ１０の光電変換層１３および裏面電極層１４を切り欠くことによって形成されており、この投光用窓部１８は、上述の接着層３１によって埋め込まれている。
【００４３】
以上のように構成することにより、発光素子２２の前面側には、透光性の接着層３１、透光性導電層１２および透光性絶縁基板１１のみが位置することになるため、発光素子２２から出射された光が薄膜太陽電池アセンブリ１０に設けられた投光用窓部１８を介して太陽電池モジュール１Ａの受光面側から太陽電池モジュール１Ａの外部へと導出されることになる。そのため、発光素子２２を密に配置することにより、太陽電池モジュール１Ａの受光面全体があたかも発光しているかのような印象を与えることが可能になる。ここで、本実施の形態における太陽電池モジュール１Ａにおいては、太陽電池として薄膜太陽電池を利用しているため、結晶性シリコンを利用した太陽電池よりも大幅に発光素子２２を密に配置することが可能である。したがって、上記構成を採用することにより、照明性や表示性、装飾性等に優れた発光型太陽電池モジュールとすることができる。
【００４４】
図４は、本実施の形態における太陽電池モジュールにおいて照明効率の向上を図る場合に、投光用窓部をどの程度の大きさとすることが好ましいかを説明するための模式図である。
【００４５】
発光素子２２をＬＥＤにて構成した場合には、図４に示すように、一般に光が効率的に照射される方向を規定する指向角θが存在する。この指向角θは、ＬＥＤから出射される光の輝度のピーク値に対する比が０．３を下回らないこととなる範囲を規定するものであり、光軸Ａを中心とした所定の角度範囲を規定するものである。照明効率の向上を図る場合には、投光用窓部１８の大きさをこの指向角θで定義される角度範囲内において出射された光が透過する大きさ以上とすることが好ましい。
【００４６】
すなわち、図４に示すように、投光用窓部１８の幅Ｘとしては、ＬＥＤを点光源と想定した場合に、発光位置Ｐ（ここではＬＥＤの輝度が最も強い点を発光位置とする）から出射される光のうち指向角θで表わされる領域の両端部を通過する光が透光性導電層１２に到達する地点である地点Ｐ１および地点Ｐ２の間の距離ｘを用いて、Ｘ≧ｘで表わされる条件を満たすこととすることが好ましい。ここで、地点Ｐ１および地点Ｐ２の間の距離ｘは、発光位置Ｐと透光性導電層１２との間の距離Ｚを用いて、ｘ＝２Ｚｔａｎ（θ／２）で表わされる。そのため、投光用窓部１８の幅Ｘとしては、Ｘ≧２Ｚｔａｎ（θ／２）の条件を満たせばよいことになる。
【００４７】
上記条件を満たすように投光用窓部１８を設定することにより、高い照明効率を実現することが可能になる。なお、薄膜太陽電池アセンブリ１０と発光素子アセンブリ２０の組付け精度を考慮した場合には、上記条件よりも多少マージンを大きくとっておくことが好ましい。
【００４８】
本発明者は、上述の構成の発光型太陽電池モジュールを実際に試作し、試作した発光型太陽電池モジュールを発光させた場合にどのように見えるかについて検証を行なった。以下においては、これを実施例として詳細に説明する。
【００４９】
図５ないし図８は、本実施の形態に基づく実施例において、太陽電池モジュールを実際に試作した際の製造過程を示す図である。また、図９は、本実施例に係る発光素子アセンブリの回路構成を示す図である。
【００５０】
まず、図５に示すように、透光性絶縁基板１１としてサイズ６５０ｍｍ×９１０ｍｍ角、厚さ４．０ｍｍのガラス基板を使用し、このガラス基板上に透光性導電層１２として熱ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法にてＳｎＯ2（酸化錫）膜を成膜した。次に、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザの基本波（波長１０６４ｎｍ）を用いてＳｎＯ2膜のパターニングを行なった。その際、レーザ光はガラス基板側から照射させ、ＳｎＯ2膜を短冊状に分離することにより、溝１５としての分離ラインを形成した。その後、ＳｎＯ2膜が成膜されたガラス基板を純水で超音波洗浄した。
【００５１】
次に、図６に示すように、ＳｎＯ2膜上に光電変換層１３としてプラズマＣＶＤ法にて水素化非晶質シリコン膜を成膜した。ここで、水素化非晶質シリコン膜としては、ｐ型アモルファスシリコンカーバイド、ｉ型アモルファスシリコン、ｎ型アモルファスシリコンの３層構造として形成し、その合計膜厚は１００ｎｍ〜６００ｎｍ程度に調整した。なお、この他にも、光電変換層１３をアモルファスシリコンのタンデム構造としてもよいし、アモルファスシリコンおよび微結晶シリコンからなるタンデム構造等としてもよい。その際の厚みは適宜変更可能である。
【００５２】
つづいて、ＳｎＯ2膜に対する透過性に優れたＹＡＧレーザの第２高調波（５３２ｎｍ）を用いて水素化非晶質シリコン膜のパターニングを行なった。その際、レーザ光はガラス基板側から照射させ、水素化非晶質シリコン膜を短冊状に分離することにより、溝１６としての分離ラインを形成した。ここで、水素化非晶質シリコン膜のパターニングにＹＡＧレーザの第２高調波を使用する理由は、既にパターニングを行なったＳｎＯ2膜の破損を防止するためである。
【００５３】
次に、図７に示すように、水素化非晶質シリコン膜上に裏面電極層１４としてマグネトロンスパッタ法にてＺｎＯ（酸化亜鉛）膜／Ａｇ（銀）膜を成膜した。この際、ＺｎＯ膜／Ａｇ膜の厚みは、合計で３００ｎｍから１０００ｎｍ程度とした。裏面電極層１４としては、上記のＺｎＯ膜の代わりにＩＴＯ膜（インジウム錫酸化膜）やＳｎＯ2膜等の透光性に優れた膜を用いてもよいし、上記のＡｇ膜の代わりにＡｌ（アルミニウム）等の反射率の高い膜を用いてもよい。また、電子ビーム蒸着法等を用いて裏面電極層１４を形成することとしてもよい。
【００５４】
つづいて、ＳｎＯ2膜に対する透過性に優れたＹＡＧレーザの第２高調波を用いてＺｎＯ膜／Ａｇ膜および水素化非晶質シリコン膜のパターニングを行なった。その際、レーザ光はガラス基板側から照射させ、ＺｎＯ膜／Ａｇ膜および水素化非晶質シリコン膜を短冊状に分離することにより、溝１７としての分離ラインを形成した。ここで、ＺｎＯ膜／Ａｇ膜および水素化非晶質シリコン膜のパターニングにＹＡＧレーザの第２高調波を使用する理由は、既にパターニングを行なったＳｎＯ2膜の破損を防止するためである。
【００５５】
次に、所定の開口形状を有するマスクをガラス基板の前面側にセットし、ＳｎＯ2膜に対する透過性に優れたＹＡＧレーザの第２高調波を用いてＺｎＯ膜／Ａｇ膜および水素化非晶質シリコン膜に図８に示す如くの付加的なパターニングを行ない、投光用窓部１８を形成した。投光用窓部１８の形成にあたっては、上記のようにレーザ照射によって行なう他に、レジスト等を印刷してその後化学的なエッチング行なう方法など、公知の技術を利用してもよい。なお、薄膜太陽電池の出力落ちを最小限にするためには、投光用窓部１８を隣接する短冊状の太陽電池セルに対して均等に配置することが好ましい。
【００５６】
ここで、本試作においては、投光用窓部１８の大きさを、上記図４において説明した条件を満たすように形成した。すなわち、図４を参照して、投光用窓部１８の幅ＸがＸ≧２Ｚｔａｎ（θ／２）の条件を満たすように形成した。具体的には、発光素子２２として、指向角θ＝１２０°であるチップＬＥＤを使用し、発光位置Ｐと透光性導電層１２との距離Ｚを１．１ｍｍと設定したため、投光用窓部１８の幅Ｘは、Ｘ≧３．８１ｍｍの条件を満たす必要がある。この条件を満たすとともに、さらに薄膜太陽電池アセンブリと発光素子アセンブリとの組付け精度を考慮して、投光用窓部１８の形状を５．０ｍｍ角の矩形状とした。
【００５７】
なお、製造プロセス等、実際の製品設計を考慮した場合には、投光用窓部１８の幅Ｘの最小寸法としては、指向角θ＝８０°、発光位置Ｐと透光性導電層１２との距離Ｚ＝０．５ｍｍ程度の条件を考慮しておくことが必要であり、その場合の投光用窓部１８の幅Ｘは０．８３９１ｍｍとなる。これに、薄膜太陽電池アセンブリと発光素子アセンブリとの組付け精度を考慮すると、投光用窓部１８の幅Ｘの最小寸法としては概ねＸ＝２．００ｍｍ程度とすることが想定される。
【００５８】
上記投光用窓部の形成後、ガラス基板を３００ｍｍ角の矩形状に切断し、超音波洗浄を行なってその後乾燥させ、薄膜太陽電池アセンブリを得た。
【００５９】
上記工程とは別に、薄膜太陽電池のバックフィルムに使用するＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）／Ａｌ／ＰＥＴからなる３層フィルムを回路基板の基材として用い、これに発光素子としてのチップＬＥＤを実装することによって発光素子アセンブリを製作した。具体的には、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴからなる３層フィルムの両面に、厚み約１０μｍのアルミ箔を接着剤を用いて接着し、その上にレジスト材としての感光フィルムを貼着し、回路パターンの露光を行い、その後エッチングを行なうことによって感光フィルムを除去し、ＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴからなる３層フィルムの両面に必要な回路パターンを形成した。こうして得た回路基板にチップＬＥＤを３０ｍｍピッチで行列状に配置することにより、チップＬＥＤが１０個直列に配置されるとともに、８並列に接続された発光素子アセンブリを得た。
【００６０】
ここで、上記発光素子アセンブリの回路構成は、図９に示す如くとした。図９に示す電源２３としては電池を利用し、抵抗２４としてはチップ抵抗を利用した。なお、チップＬＥＤおよびチップ抵抗の実装には、実装用の銀ペーストを利用したが、実装用のアルミペースト等を利用することも可能である。
【００６１】
このようなプロセスを経て製作した薄膜太陽電池モジュールと発光素子アセンブリとを、透光性の接着剤としてのＥＶＡ樹脂を主成分として含む接着剤を利用して接着することにより、発光型太陽電池モジュールを得た。この際、ＥＶＡ樹脂を主成分として含む接着剤としては、１３０℃にて架橋する低温架橋型の接着剤を利用した。
【００６２】
本実施例においては、図１０に示すように、白色に発光するチップＬＥＤが搭載された太陽電池モジュール１Ａ′と、赤色に発光するチップＬＥＤが搭載された太陽電池モジュール１Ａ″とをそれぞれ複数個製作し、これらを行列状に配置することによって文字を表現することが可能な電光板とした。そして、夜間に、すべての太陽電池モジュールを点灯させて約１００ｍ離れた位置から視認したところ、個々の太陽電池モジュールの全体が発光しているように視認され、鮮明に文字を確認することが確認できた。
【００６３】
上記実施例においては、文字を表現する部分以外の余白の部分についても白色に発光する太陽電池モジュールを配置させているが、この余白の部分を発光させる必要がない場合には、この部分に非発光型の太陽電池モジュールを配置することとしてもよい。
【００６４】
なお、上述の本実施の形態における太陽電池モジュール１Ａにおいては、発光素子２２が配置された部分に相対する部分の光電変換層１３および裏面電極層１４を切り欠くことによって投光用窓部１８を構成した場合を例示して説明を行なったが、これら光電変換層１３および裏面電極層１４に加えて発光素子２２が配置された部分に相対する部分の透光性導電層１２をもさらに切り欠く構成としてもよい。
【００６５】
また、上述の本実施の形態における太陽電池モジュール１Ａにおいては、投光用窓部１８の形状を矩形状とした場合を例示したが、真円形状や楕円形状、三角形等としてもよい。しかしながら、組付けの際の位置精度を考慮した場合には、上述のように矩形状とすることが好ましい。
【００６６】
（実施の形態２）
図１１は、本発明の実施の形態２における太陽電池モジュールを前面側から見た場合の模式図であり、図１２は、本実施の形態における太陽電池モジュールの一部分の模式断面図である。なお、上述の実施の形態１における太陽電池モジュールと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。
【００６７】
本実施の形態における太陽電池モジュール１Ｂは、上述の実施の形態１における太陽電池モジュール１Ａにおいて、太陽電池セルの形成後にガラス基板を複数個に切断せずにそのまま薄膜太陽電池アセンブリとして完成させ、その背面側に６枚の発光素子アセンブリを貼り付けたものである。すなわち、図１１に示すように、薄膜太陽電池アセンブリ１０の背面側には、６枚の発光素子アセンブリ２０が並べて配置されている。図１２に示すように、個々の発光素子アセンブリ２０の回路基板２１の発光面側とは反対側の面には、接着層２６を介して背面側支持基板２７が接着されている。これにより、背面側支持基板２７によって個々の回路基板２１が背面側から支持されることになる。
【００６８】
このような構造を採用することにより、大型の薄膜太陽電池アセンブリに対しても発光素子アセンブリを容易に貼り付けることができるため、大面積の太陽電池モジュールを容易に製作することが可能になる。したがって、大型の発光型太陽電池モジュールを安価に提供することが可能になる。
【００６９】
本発明者は、上述の構成の発光型太陽電池モジュールを実際に試作し、試作した発光型太陽電池モジュールを発光させた場合にどのように見えるかについて検証を行なった。具体的には、背面側支持基板２７としてＰＥＴ／Ａｌ／ＰＥＴからなる３層の板状部材を利用し、これをＥＶＡを主成分として含む接着剤を用いて回路基板２１の背面側に接着した。回路基板２１には、様々な色に発光可能なチップＬＥＤを実装し、これらチップＬＥＤの発光を制御する制御回路を接続することにより、文字などの表現が可能になることを確認できた。なお、発光素子としてＲＧＢのチップＬＥＤを利用した場合には、グラデーション等の表現も可能になることを確認した。
【００７０】
（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３における太陽電池モジュールを前面側から見た場合の模式図であり、図１４は、本実施の形態における太陽電池モジュールの一部分の模式断面図である。なお、上述の実施の形態２における太陽電池モジュールと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。
【００７１】
本実施の形態における太陽電池モジュール１Ｃは、上述の実施の形態２における太陽電池モジュール１Ｂを２つ準備し、これらを前面側支持基板に貼り付けたものである。すなわち、図１３および図１４に示すように、太陽電池モジュール１Ｂの受光面側である前面側に前面側支持基板３３を配置し、この前面側支持基板３３と太陽電池モジュール１Ｂとが透光性の接着層３２を介して接着されることにより、２つの太陽電池モジュール１Ｂが前面側支持基板３３によって支持されるように構成したものである。
【００７２】
このような構造を採用することにより、大面積の太陽電池モジュールを容易に製作することが可能になる。したがって、大型の発光型太陽電池モジュールを安価に提供することが可能になる。たとえば、前面側支持基板３３としてガラス基板を用いれば、１ｍ×１ｍ角以上の発光型太陽電池モジュールとすることも可能である。
【００７３】
（実施の形態４）
図１５は、本発明の実施の形態４における太陽電池モジュールを前面側から見た場合の模式図であり、図１６は、本実施の形態における太陽電池モジュールの図１５中に示すＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った模式断面図である。なお、上述の実施の形態１における太陽電池モジュールと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。
【００７４】
図１５および図１６に示すように、本実施の形態における太陽電池モジュール１Ｄは、上述の実施の形態１における太陽電池モジュール１Ａと投光用窓部１８の形状が異なる点において相違する。すなわち、上述の実施の形態１における太陽電池モジュール１Ａは、アレイ状に配置された発光素子２２に対応して個別に投光用窓部１８が形成された場合を例示したものであるが、本実施の形態における太陽電池モジュール１Ｄにおいては、アレイ状に配置された発光素子２２の行毎に対応してストライプ状に投光用窓部１８が形成されている。投光用窓部１８の形成には、マスクを用いないレーザー走査による加工が好適である。また、発光素子２２が実装される回路基板２８としては、表面に回路パターンが形成された透光性の絶縁基板を用いた。
【００７５】
このように構成することにより、投光用窓部の形成のためにマスクを必要としないため投光用窓部の形成が容易となり、安価に発光型太陽電池モジュールを提供することが可能になる。また、発光素子が実装される回路基板が透光性であるため回路基板を光が透過するようになり、採光型の太陽電池モジュールとして利用することが可能になる。
【００７６】
本発明者は、上述の構成の発光型太陽電池モジュールを実際に試作した。回路基板としては基材に３００ｍｍ角の矩形状のガラス基板を用い、上述の実施の形態１における実施例と同様の回路を形成した。回路パターンの形成は、ガラス基板上に所定のマスクを用いてスパッタ装置でＣｒ（クロム：厚み０．１μｍ）膜、Ｃｕ（銅：厚み３．０μｍ）膜、Ａｇ（銀：０．２μｍ）膜の順で積層膜を形成することによって行なった。この際、積層する金属膜は、錫等その他金属を使用してもよい。また、成膜方法としては、スパッタでコンマ数ミクロンの膜を形成した後にめっきを用いて膜厚の増加を行なってもよいし、高温焼成型の銀ペーストを印刷することによって行なってもよい。チップＬＥＤやチップ抵抗の実装には、クリーム半田を使用した。前面側支持基板の接着には、ＥＶＡを主成分として含む接着剤を用いた。また、ストライプ状の投光用窓部の幅は、５ｍｍとした。
【００７７】
このようにして製作した発光型太陽電池モジュールを夜間に点灯させることにより、太陽電池モジュールの全体が発光しているように視認されることが確認できた。また、昼間においては、回路基板、背面側支持基板および前面側支持基板がそれぞれガラス基板にて形成されているため、太陽電池モジュールの前面側から入射した光がストライプ状の投光用窓部を経由して太陽電池モジュールの内部に進入し、チップＬＥＤが実装された部分を除いて太陽電池モジュールの背面側に透過することが確認された。すなわち、上記構成の発光型太陽電池モジュールとすることにより、採光型の太陽電池モジュールとしても機能することが確認された。
【００７８】
図１７および図１８は、本実施の形態における太陽電池モジュールの変形例を示す図である。ここで、図１７は、本変形例に係る太陽電池モジュールを前面側から見た模式図であり、図１８は、本変形例に係る太陽電池モジュールの図１７中に示すＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った模式断面図である。
【００７９】
図１７および図１８に示すように、本変形例に係る太陽電池モジュール１Ｅにあっては、投光用窓部１８が形成された部分以外の部分にスリット状の採光用窓部１９を形成したものである。このような太陽電池モジュールは、一般にシースルー型太陽電池と呼ばれる。採光用窓部１９の幅としては、０．０４ｍｍ〜１ｍｍ程度の幅で設定することが好ましい。また、採光用窓部１９の数は、太陽電池モジュールとしての出力や未栄え等を考慮して適宜設計すればよい。
【００８０】
図１９は、本実施の形態における太陽電池モジュールの他の変形例を示す図であり、本変形例に係る太陽電池モジュールを前面側から見た場合の模式図である。図１９に示す太陽電池モジュール１Ｆは、上記実施の形態１において試作した太陽電池モジュール１Ａをシースルー型太陽電池モジュールとしたもので、その構造は図１７および図１８において示した太陽電池モジュール１Ｅと近似しているが、投光用窓部１８がアレイ状に配置された発光素子２２に対応して個別に設けられている点において、図１７および図１８において示した太陽電池モジュール１Ｅと異なる。
【００８１】
（実施の形態５）
図２０は、本発明の実施の形態５における太陽電池モジュールの端部の構造を示す模式断面図である。なお、上述の実施の形態１における太陽電池モジュールと同様の部分については図中同一の符号を付し、その説明はここでは繰り返さない。
【００８２】
図２０に示すように、本実施の形態における太陽電池モジュール１Ｈの薄膜太陽電池アセンブリ１０は、薄膜太陽電池と、この薄膜太陽電池の背面側に接着剤を用いて接着された中間基板３５としての透光性絶縁基板とを含む。接着剤としては、透光性の接着剤が使用される。そのため、太陽電池セルは透光性を有する接着層３４によって封止されることになる。発光素子アセンブリ２０の回路基板２１としては、たとえばガラスエポキシ基板が使用され、この回路基板２１が背面側支持基板２７に接着層２６を介して接着されることにより、発光素子アセンブリ２０が形成されている。
【００８３】
本実施の形態における太陽電池モジュール１Ｈにおいては、このように形成された薄膜太陽電池アセンブリ１０と発光素子アセンブリ２０とが、端部において枠体としてのスペーサ兼接着層を介して固定される。具体的には、たとえば、乾燥剤４２を内包するスペーサ部材４１およびこれを取り巻くように設けられるシール材４３とによって接着固定され、さらにその外側には保護部材としての保護テープ４４が貼り付けられる。乾燥剤４２としては、合成ゼオライト等が好適であり、スペーサ部材４１としてはアルミニウム合金等が好適である。また、シール材４３としては、２層構造を採用する場合、１次シール材としてブチルやポリイソブチレン等、２次シール材としてホットメルトブチル、シリコーン等が好適である。また、保護テープ４４としては、ブチルテープや一般に建材用に用いられている防水テープ等が利用可能である。場合によっては、１次シール材や保護テープを廃止することも可能である。
【００８４】
以上のように、薄膜太陽電池アセンブリ１０と発光素子アセンブリ２０とが枠体としてのスペーサ兼接着層を介して接合されることにより、薄膜太陽電池アセンブリ１０と発光素子アセンブリ２０との間に空気層３６が形成されることになる。このように構成することにより、空気層３６によって断熱層を形成することが可能になるため、本実施の形態における太陽電池モジュール１Ｈを複合ガラス型太陽電池モジュールとして利用する場合に、結露等の防止が可能になる。
【００８５】
また、上記のように、薄膜太陽電池アセンブリ１０と発光素子アセンブリ２０とが枠体としてのスペーサ兼接着層にて介して接合されることにより、薄膜太陽電池アセンブリ１０と発光素子アセンブリ２０とを別々に製作することが可能になるため、材料のロスを最小限に抑えることが可能になるとともに、薄膜太陽電池アセンブリ１０および発光素子アセンブリ２０のいずれか一方が破損した場合等に、枠体としてのスペーサ兼接着層によるシールを切ることにより、破損した方のアセンブリのみを交換することが可能になる。
【００８６】
図２１は、本実施の形態に基づく変形例に係る太陽電池モジュールの端部の構造を示す模式断面図である。図２１に示すように、本変形例に係る太陽電池モジュール１Ｉにおいては、枠体４５のみで端部の封止および固定を実現している。すなわち、枠体４５に、薄膜太陽電池アセンブリ１０を挟み込んで保持する保持部４５ａ，４５ｂを設けるとともに、発光素子アセンブリ２０を挟み込んで保持する保持部４５ｃ，４５ｄを設けることにより、枠体のみでの固定を行なうことが可能になる。枠体としては、たとえばアルミニウム合金からなるもの等が利用可能である。
【００８７】
また、図２２は、本実施の形態に基づく他の変形例に係る太陽電池モジュールの端部の構造を示す模式断面図である。図２２に示すように、本変形例に係る太陽電池モジュール１Ｊにおいては、枠体４５に上述の保持部４５ａ，４５ｄを設けるとともに、薄膜太陽電池アセンブリ１０と発光素子アセンブリ２０との間に保持部４５ｅを設け、この保持部４５ｅと保持部４５ｄとを貫通するように穴を設け、この穴にネジ等の締結部材４６を挿入して締め付けることにより、発光素子アセンブリ２０を枠体４５に強固に固定することが可能になる。
【００８８】
なお、今回開示した上記各実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではない。本発明の技術的範囲は特許請求の範囲によって画定され、また特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールを前面側から見た場合の模式図である。
【図２】図１に示すＩＩ−ＩＩ線に沿った模式断面図である。
【図３】図１に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った模式断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１における太陽電池モジュールにおいて照明効率の向上を図る場合に、投光用窓部をどの程度の大きさとすることが好ましいかを説明するための模式図である。
【図５】本発明の実施の形態１に基づく実施例において、太陽電池モジュールを実際に試作した際の製造過程を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１に基づく実施例において、太陽電池モジュールを実際に試作した際の製造過程を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１に基づく実施例において、太陽電池モジュールを実際に試作した際の製造過程を示す図である。
【図８】本発明の実施の形態１に基づく実施例において、太陽電池モジュールを実際に試作した際の製造過程を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態１に基づく実施例に係る発光素子アセンブリの回路構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態１に基づく実施例にて製作した電光板を前面側から見た場合の模式図である。
【図１１】本発明の実施の形態２における太陽電池モジュールを前面側から見た場合の模式図である。
【図１２】本発明の実施の形態２における太陽電池モジュールの一部分の模式断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態３における太陽電池モジュールを前面側から見た場合の模式図である。
【図１４】本発明の実施の形態３における太陽電池モジュールの一部分の模式断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態４における太陽電池モジュールを前面側から見た場合の模式図である。
【図１６】図１５中に示すＸＶＩ−ＸＶＩ線に沿った模式断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態４に基づく変形例に係る太陽電池モジュールを前面側から見た模式図である。
【図１８】図１７中に示すＸＶＩＩＩ−ＸＶＩＩＩ線に沿った模式断面図である。
【図１９】本発明の実施の形態４に基づく他の変形例に係る太陽電池モジュールを前面側から見た模式図である。
【図２０】本発明の実施の形態５における太陽電池モジュールの端部の構造を示す模式断面図である。
【図２１】本発明の実施の形態５に基づく変形例に係る太陽電池モジュールの端部の構造を示す模式断面図である。
【図２２】本発明の実施の形態５に基づく他の変形例に係る太陽電池モジュールの端部の構造を示す模式断面図である。
【符号の説明】
【００９０】
１Ａ〜１Ｊ  太陽電池モジュール、１０  薄膜太陽電池アセンブリ、１１  透光性絶縁基板、１２  透光性導電層、１３  光電変換層、１４  裏面電極層、１５〜１７  溝、１８  投光用窓部、１９  採光用窓部、２０  発光素子アセンブリ、２１，２８  回路基板、２２  発光素子、２３  電源、２４  抵抗、２６，３１，３２，３４  接着層、２７  背面側支持基板、３３  前面側支持基板、３５  中間基板、３６  空気層、４１  スペーサ部材、４２  乾燥剤、４３  シール材、４４  保護テープ、４５  枠体、４５ａ〜４５ｅ  保持部、４６  締結部材。
【図１】
2007173723.tif 000003
【図２】
2007173723.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2007173723.tif 000007
【図６】
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【図７】
2007173723.tif 000009
【図８】
2007173723.tif 000010
【図９】
2007173723.tif 000011
【図１０】
2007173723.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
2007173723.tif 000018
【図１７】
2007173723.tif 000019
【図１８】
2007173723.tif 000020
【図１９】
2007173723.tif 000021
【図２０】
2007173723.tif 000022
【図２１】
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【図２２】
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