(57)【要約】【課題】長期の耐久性を有した意匠性を高める機能を有した太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】受光面側から、少なくとも、光透過性表面保護部材、選択反射層、表面側封止材シート、太陽電池セル、裏面側封止材シート、裏面保護部材を積層して積層体とし、当該積層体を加熱及び圧着して得られた太陽電池モジュールであって、前記選択反射層が、単分散コロイド粒子が周期的に配列したコロイド結晶で形成され、特定の波長帯の光を選択的に反射する機能を備えている。【選択図】図２
2012060048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面側から、少なくとも、光透過性表面保護部材、選択反射層、表面側封止材シート、太陽電池セル、裏面側封止材シート、裏面保護部材を積層して積層体とし、当該積層体を加熱及び圧着して得られた太陽電池モジュールであって、前記選択反射層が特定の波長帯の光を選択的に反射する機能を備えていることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記選択反射層が、単分散コロイド粒子が周期的に配列したコロイド結晶で形成されていることを特徴とする請求項１に記載する太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記単分散コロイド粒子の粒径が１００ｎｍより大きく５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載する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、太陽電池を備えた太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽光を利用するクリーンな発電技術として、太陽電池が近年注目を集めている。太陽電池には、結晶シリコン、非晶シリコン、化合物半導体、有機色素等多様な方式が存在する。中でも、結晶シリコン系太陽電池は耐候性、耐久性に優れ、比較的高い光電変換効率を有していので、一般に多く普及している。
【０００３】
従来の太陽電池モジュールは、発電効率を良くするため、入射光をできるだけ損失することなく内部に取り入れる必要があり、そのため、最表面がガラス板等の無色透明な部材で構成されているものが多く、発電素子であるセルの青から紫にかけての暗い単色がそのまま太陽電池モジュールの色となり、目視的な特徴を持つものは無かった。
【０００４】
太陽電池は、省エネルギーや環境保全の面で大きな注目を集めており、産業分野に限らず、近年では民生分野でもその利用が急がれている。具体的には、工場やオフィスビルの屋根や外壁、一般住宅の屋根、公園や道路の緑地帯以外にも様々な生活空間への設置が望まれている。しかしながら、上記した色彩の特徴から、設置場所の制約や外観上の違和感などの影響もあり、普及が遅れているのが実情である。
【０００５】
このような、外観上の違和感を解決するために、特許文献１には、外周面の少なくとも一部が太陽電池を備えた受光面である略柱状で、受光面以外の外周面に木質の部材が使われている太陽電池モジュールが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７７７８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記のような自然的な部材を利用する方法では、太陽電池モジュールの受光面はセルの色のままであり、利用拡大につながる長期信頼性と十分な意匠性が得られない問題があった。
【０００８】
本発明はこのような事情を鑑みてなされたものであり、長期の耐久性を有した意匠性を高める機能を有した太陽電池モジュールを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の請求項1に係る発明は、受光面側から、少なくとも、光透過性表面保護部材、選択反射層、表面側封止材シート、太陽電池セル、裏面側封止材シート、裏面保護部材を積層して積層体とし、当該積層体を加熱及び圧着して得られた太陽電池モジュールであって、前記選択反射層が特定の波長帯の光を選択的に反射する機能を備えていることを特徴とする太陽電池モジュールである。
【００１０】
また、本発明の請求項２に係る発明は、前記選択反射層が、単分散コロイド粒子が周期的に配列したコロイド結晶で形成されていることを特徴とする請求項１に記載する太陽電
池モジュールである。
【００１１】
また、本発明の請求項３に係る発明は、前記単分散コロイド粒子の粒径が１００ｎｍより大きく５００ｎｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載する太陽電池モジュールである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の太陽電池モジュールは、光透過性表面保護部材と太陽電池セルとの間の表面側封止材シート中に、可視光に近い領域での特定の波長帯の光を選択的に反射する機能を備えた選択反射層を有しているため、見る角度によって青、緑、黄、赤と着色して見え、意匠性の向上を図ることができる。また、選択反射層として、構成している粒子に色はついていなくとも、コロイド結晶の幾何学的な構造に起因する構造色によって色付いて見えることで、染料や顔料等の色素を使う着色で問題となる退色や有害性（シックハウス症候群等）が問題になることが無い。そのため、設置環境の自由度が増し、太陽電池モジュールとしての長期間の使用においても、長期の耐久性を有した意匠性を高める機能を維持できる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の太陽電池モジュールの、一実施形態の概略構成を断面で示す説明図である。
【図２】本発明に係る、コロイド結晶による光の反射（Ｂｒａｇｇ反射）を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の太陽電池モジュールを、その一実施形態に基づいて、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付け、重複する説明は省略する。
【００１５】
本発明の太陽電池モジュールの構成は、図１に示す通り、受光面側から、少なくとも、光透過性表面保護部材１、選択反射層４、表面側封止材シート１１、太陽電池セル３、裏面側封止材シート１２、裏面保護部材２からなり、これを積層して積層体として、この積層体を加熱及び圧着して得られる。図１では、太陽電池セルの配線や取り出し端子、外枠フレームは省略している。本発明の太陽電池モジュールの特徴は、選択反射層４が単分散コロイド粒子５が周期的に配列したコロイド結晶で形成されていることを特徴としている。この選択反射層４は可視光領域周辺の特定の波長の光を選択的に反射する機能を備えており、見る角度によって、様々に色付いて見える。
【００１６】
本発明に係る、選択反射層４の主材料である単分散コロイド粒子５としては、分散媒中で安定に分散するものであれば特に限定されず、例えばポリスチレン、ポリビニルトルエン、ポリメチルメタアクリレート、ブタジエン／スチレン共重合体、ジビニルベンゼン／スチレン共重合体等の有機高分子粒子、あるいは、シリカ、チタニア、ジルコニア等の金属酸化物粒子、さらには、金、銀などの金属粒子を用いることができる。さらに、各種ブロック共重合体が形成するミセル粒子を用いることも可能である。
【００１７】
本発明に使用されるコロイド単分散粒子の大きさは、好ましくは１００〜５００ｎｍである。この大きさは、コロイド結晶を光学素子として用いる場合に有用である。コロイド単分散粒子がコロイド結晶として周期的に配列する際、可視光周辺の光の波長と同程度の周期を有する場合、その周期と同程度の光を選択的にブラッグ反射（Ｂｒａｇｇ反射）し、美しく光ることになる。
【００１８】
本発明に係る、選択反射層は数百ナノメートルオーダーでの三次元周期構造を有している。コロイド結晶の作製には、引き上げ法、毛管法、電気泳動法、溶液流動法などが提案されているが、本発明においては、太陽電池モジュールへの適用を考えて以下に記載するせん断流動によるコロイド結晶化による。
【００１９】
本発明に使用される単分散コロイド粒子の分散系は、粒子間の静電気的相互作用が十分に大きくない場合は、粒子が無秩序に分散した状態をとる。本発明では、まず、この無秩序分散状態の溶液に、適当な条件下でせん断流動を与える。せん断流動により、分散系中で微粒子が規則配列し、コロイド結晶化が生じる。このせん断流動によるコロイド結晶化は、粒子間の静電気的相互作用によるコロイド結晶化とは本質的に異なる現象である。ここで、せん断流動を止めると、せん断流動により生じたコロイド結晶は、一旦、無秩序分散状態に戻るが、さらに、この無秩序分散状態のコロイド粒子を十分に静置することにより、無秩序分散状態のコロイド粒子を再びコロイド結晶化させ、大きなドメインを有するコロイド結晶を得ることができる。
【００２０】
本発明に使用される単分散粒子溶液の分散媒は、単分散粒子が安定に分散するものであれば特に限定されず、水や各種有機溶媒が用いられる。
【００２１】
また、本発明に使用される単分散粒子溶液は、この溶液を増粘させる成分を含むことが好ましい。分散液に増粘成分を添加すると、せん断流動を止めた後に生じる結晶化が促進される傾向がある。増粘成分としては、分散安定性を損なわないものが選択され、例えば各種重合度のポリエチレングリコール、ポリビニルアルコール、ポリアクリルアミドなどの高分子を用いることができる。
【００２２】
ここで、単分散粒子溶液にせん断流動を与える方法としては、例えば回転型粘度計の各種測定セルを用いた場合と同様な方法がある。
【００２３】
具体的には、通常の粘度測定の場合と同様に、各種測定セルと同様の容器に、単分散粒子溶液を導入し、せん断速度や付与時間などを設定し、粘度計と同様に動作させることでせん断流動を付与することがきる。せん断流動は、流れと垂直方向に流速の値が変化する。このため、セルと同様の容器形状は、容器空間内においてせん断速度が一様となるコーンプレートセルやクエットセルと同様の形状が好ましい。
【００２４】
また、単分散粒子溶液にせん断流動を与える他の方法として、いくつかの既存の塗布方法を用いることができる。塗布方法として単分散粒子溶液に適当なせん断流動が発生するものが選択され、例えば、マイクログラビアコータ、スロットダイコータ、及びナイフコータなどの塗布方法を用いることができる。
【００２５】
せん断流動停止後の再結晶化は、付与したせん断流動の履歴に依存する。通常、再結晶化はせん断流動停止後、数秒〜数分で生じる。本発明では、十分大きなドメインを有するコロイド結晶を得るために、好ましくは、１０分ないし１時間静置する。
【００２６】
単分散粒子溶液の結晶状態の変化は、透明なセルを用い試料の反射特性などを調べることで評価可能である。例えば、微粒子分散液に光を照射すると、粒子が規則配列している場合、通常の結晶と同様にブラッグ反射を起こす。
【００２７】
図２に、微粒子分散液のブラッグ反射のモデル図を示す。
【００２８】
図２において、５は単分散コロイド粒子、矢印６，７は、各々、角度θ0における入射光及び反射光を示す。
【００２９】
ブラッグ反射におけるピーク波長λpは、結晶系が立方晶である場合、下記式（１）及び式（２）で表される。
λｐ＝２ｄｈｋｌｎＤｓｉｎθ・・・（１）
１／ｄ２ｈｋｌ＝ｈ２／ａ２＋ｋ２／ｂ２＋ｌ２／ｃ２・・・（２）
式中、ｎＤは分散液の平均反射率、θは入射角、ｄｈｋｌは（ｈｋｌ）面における面間隔、ａ、ｂ、ｃは粒子の体積濃度により決定される立方晶系セルの格子定数を示す。
【００３０】
このことから、再結晶されたコロイド結晶試料の反射スペクトルを測定することにより、配列規則構造の評価が可能である。それらの相対強度は、結晶の配向性により変化し、配向性が良好な場合すなわちドメインが大きい場合は、いくつかのピークが消失する場合がある。消失するピークにより配向についての情報を知ることができる。なお、反射ピーク波長が可視領域に生じる場合には、コロイド結晶試料の発色の鮮明度の差異として目視で確認することができる。
【００３１】
この再結晶化により生じたコロイド結晶を、透明かつ適当な形状を有するせん断セル様容器内に収容することにより、コロイド結晶素子が得られる。
【００３２】
本発明に使用される単分散粒子溶液には、ゲル化可能なバインダ成分を添加することができる。バインダ成分を添加することにより、単分散粒子溶液を再結晶化させた後、バインダ成分をゲル化させ得る。これにより、コロイド粒子は、コロイド結晶状態を保ったままゲル中に固定されるため、振動や温度変化などの外乱に対する安定性が向上する。また、セルからコロイド結晶を取出すことが可能となる。
【００３３】
ゲル化の方法としては、熱の影響が小さく所要時間も短い光重合が好ましい。光重合を行うには、せん断流動を付与するセル様容器として少なくとも一部が透明な容器を用いることが好ましい。ゲル化成分としては、分散安定性を損なわないものが選択され、分散媒が水である場合は、例えばアクリルアミド、ビニルピロリドン、ヒドロキシエチル（メタ）アクリレート、メチレンビス（メタ）アクリルアミドなど、およびこれらの混合物等を使用することができる。粒子分散液に前記ゲル化成分と適当な光重合開始剤、例えば２，２’−３アゾビス［２−メチル−Ｎ−｛２−（１−ヒドロキシブチル）｝プロピオンアミド］等を添加し、透明セル様容器中で再結晶化させた後、ＵＶ照射することにより、ゲル化させることができる。このようにして得たコロイド結晶膜を選択反射層として用いる。
【００３４】
次に、本発明の太陽電池モジュール封止材シート（以下、単に封止材シートとする）１０について説明する。封止材シート１０は透明樹脂を含む。封止材シート１０の主材料である透明樹脂としては、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィン、アイオノマー、エチレン―酢酸ビニル共重合体、ポリフッ化ビニル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール、または、これらの共重合体を用いることができる。中でも、透明性の高いエチレン―酢酸ビニル共重合体が好ましく用いることができる。
【００３５】
透明樹脂には、透明性を損なわない範囲で強度を高めることを目的として、架橋剤を添加してもよい。架橋剤としては、１，１−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）シクロヘキサン、１，１−ジ（ｔ−ヘキシルパーオキシ）シクロヘキサン、ｎ−ブチル４，４−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）バレレート、ｔ−ブチルパーオキシ−３，５，５−トリメチルヘキサノエート、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔ−ブチルパーオキシ）ヘキサン、ｔ−ブチルクミルパーオキシド、２，２−ジ−（ｔ−ブチルパーオキシ）ブタン等が挙げられる。
【００３６】
また、透明樹脂には、上記架橋剤の他に架橋反応を促進するための添加剤を添加してもよい。添加剤としては、トリアリルイソシアヌレート、ジアリルフタレート、トリアリル
シアレート等が挙げられる。
【００３７】
また、透明樹脂には、上記以外にも、シランカップリング剤、紫外線吸収剤、酸化防止剤を添加してもよい。
【００３８】
密着性の向上のために用いられるシランカップリング剤としては、γ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、トリメトキシプロピルシラン、トリメトキシメチルシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、トリクロロプロピルシラン、トリエトキシフェニルシラン等が挙げられる。
【００３９】
耐光性の向上のために用いられる紫外線吸収剤としては、２−（５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）ベンゾトリアゾール、２−（３−ｔ−ブチル−５−メチル−２−ヒドロキシフェニル）−５−クロロベンゾトリアゾール、２−（４，６−ジフェニル−１，３，５−トリアジン−２−イル）−５−［（ヘキシル）オキシ］−フェノール、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、２−ヒドロキシ−４−ｎ−オクチルオキシベンゾフェノン等が挙げられる。
【００４０】
熱安定性の向上のために用いられる酸化防止剤としては、１，６−ヘキサンジオール−ビス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、ペンタエリスリチル−テトラキス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイト、２，４−ビス−（ｎ−オクチルチオ）−６−（４−ヒドロキシ−３，５−ジ−ｔ−ブチルアニリノ）−１，３，５−トリアジン、ビス（２，２，６，６−テトラメチル−４−ピペリジル）セバケート等が挙げられる。
【００４１】
上記透明樹脂、架橋剤等の添加剤を混合し、加熱溶融した樹脂組成物を、Ｔダイ法またはカレンダー法を用いて製膜し、封止材シートの製造を行う。この製膜工程の中で、熱溶融した状態の樹脂組成物を、表面に凹凸パターンが施されているロール（金属またはゴム製）に押し当てることで、成形された封止材シートの片面もしくは両面に該ロールの凹凸パターンを転写し、封止材シート表面にエンボス加工を施すことができる。
【００４２】
次に、太陽電池モジュール２０の作製方法について説明する。図１に示すように光透過性表面保護部材１、選択反射層４、表面側封止材シート１１、太陽電池セル３（図示しない配線を備えている）、裏面側封止材シート１２、裏面保護部材２を積層した積層体を、上蓋側とラミネート室内でそれぞれ真空引き可能なラミネーター内に配置し、ラミネート室内の温度を例えば１５０℃に維持しながら上蓋とラミネート室内の両方で９０秒間真空引きを行い、前記積層体内部を脱気しながら仮接着する（真空脱気・仮接着）。
【００４３】
上記仮接着完了後、ラミネート室内の温度をそのまま１５０℃にし、ラミネーター上蓋側の真空状態を解除して、該上蓋によって該積層体に圧力がかかるようにし、１０分間熱と圧力を保持する。こうして表面側と裏面側の封止材シートを硬化して封止材１０とし１、積層体を太陽電池モジュール２０とする（本圧着）。
【００４４】
なお、上記した作製方法は一例であり、このほか、透明樹脂の種類によって、ラミネート時に仮接着工程を行わない場合や、キュア（硬化）が不要な場合がある。
【実施例】
【００４５】
以下に、本発明の具体的実施例について説明する。
【００４６】
＜実施例１＞
選択反射層として、ポリスチレン粒子単分散水溶液（ＪＳＲ社製ＩＭＭＵＴＥＸ  Ｇ０１０４、粒径２００ｎｍ、粒子濃度：１０質量％）を濃縮し、粒子濃度４５質量％（４４容量％）としたコロイド粒子の単分散粒子溶液（粘度；約２０ｍＰａｓ）にゲル化成分としてアクリルアミド、光重合開始剤として２，２’−３アゾビス［２−メチル−Ｎ−｛２−（１−ヒドロキシブチル）｝プロピオンアミド］を添加し、レオロジカ社製  ＶＡＲ−１００の石英ガラス製コーンプレートセル内に導入し、１００００秒-1のせん断流動を継続的に付与し、得られたコロイド結晶を、透明セル中で再結晶化させた後、ＵＶ照射し、ゲル化させ成形した。
【００４７】
透明樹脂としてＥＶＡ（酢酸ビニル単位の含有量が３０質量％）を１００質量部、架橋剤としてｔ−ブチルパーオキシ−２−エチルヘキシルモノカーボネートを０．６質量部、その他添加剤としてγ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシランを０．４質量部、トリアリルイソシアヌレートを０．６質量部、トリス（２，４−ジ−ｔ−ブチルフェニル）フォスファイトを０．１質量部添加し混合し、Ｔダイ法にて、１１０℃で溶融し、封止材シートを成形した。
【００４８】
白板ガラス（３ｍｍ厚）を光透過性表面保護部材１として使用し、フッ化ビニルポリマーフィルム（３８μｍ厚）を裏面保護部材２として使用し、上記のとおり作製した封止材シートを表面側封止材シート１１、裏面側封止材１２とし、光透過性表面保護部材１と表面側封止材シート１１のあいだに上記で作製した選択反射層４を配置し、表面側及び裏面側封止材シートの間に結晶シリコン系の太陽電池セル３を配置して、それぞれ積層体を形成した。その後、この積層体を真空ラミネーターにて１５０℃、９０秒で仮接着し、さらに、１５０℃、１０分間圧力をかけて本圧着し、表面側及び裏面側封止材シートを硬化して太陽電池モジュールを作成した。
【００４９】
以上のようにして作製した太陽電池モジュールは、選択反射層を有していない従来の太陽電池モジュールと略同じ発電効率を示すと共に、正面からは従来の太陽電池モジュールと同じように見えるが、見る角度が変わると青、緑、黄、赤と着色して見え、意匠性の向上を図ることができた。このような太陽電池は住宅用のみならず、携帯電話、自動車などの外観を重視するものにも利用することができる。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・光透過性表面保護部材    ２・・・裏面保護部材    ３・・・太陽電池セル    ４・・・選択反射層    ５・・・単分散コロイド粒子    ６・・・入射光及    
７・・・反射光    １０・・・封止材    １１・・・表面側封止材シート    
１２・・・裏面側封止材シート    ２０・・・太陽電池モジュール
【図１】
2012060048.tif 000003
【図２】
2012060048.tif 000004