(57)【要約】【課題】太陽電池を窓に設置した場合や、ロールスクリーンに設置した場合であっても屋内への十分な採光が可能であり、かつ太陽光を電気エネルギーに変換するという太陽電池本来の機能を十分に発揮することができる太陽電池モジュールを提供することを課題とする。【解決手段】少なくとも入射光側から太陽電池素子、空気と屈折率の異なる導光層が積層された太陽電池モジュールであって、  前記太陽電池モジュールは、前記導光層の入射光側に位置する反射部、および、前記太陽電池素子が積層されていない透光性の周縁部を備えており、  前記周縁部は、入射光の進行方向を転換し導光層に入射光を導くことができる採光手段を備え、  前記反射部は、前記採光手段により進行方向を転換され、太陽電池素子の裏面に向かって進行する入射光を反射することができることを特徴とする太陽電池モジュールにより課題を解決する。【選択図】図２
2012044024.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも入射光側から太陽電池素子、空気と屈折率の異なる導光層が積層された太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池モジュールは、前記導光層の入射光側に位置する反射部、および、前記太陽電池素子が積層されていない透光性の周縁部を備えており、
前記周縁部は、入射光の進行方向を転換し、導光層に入射光を導くことができる採光手段を備え、
前記反射部は、前記採光手段により進行方向を転換され、前記太陽電池素子の裏面に向かって進行する入射光を反射することができることを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記反射部は、可視光領域の波長の光反射率が７５％以上であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記太陽電池素子は、上部電極、光電変換層、および下部電極を備えており、
前記反射部が、前記下部電極であることを特徴とする、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】
前記太陽電池素子は、可視光領域の波長の光透過率が５％以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記太陽電池素子は、長さ方向の一辺が１８ｃｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記太陽電池モジュールは、厚さが３ｍｍ以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項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する。
【背景技術】
【０００２】
近年、エコロジーに対する人々の意識が高まり、クリーンなエネルギーである太陽電池に対する期待が益々大きくなってきている。特に、住宅の瓦屋根の上や、建築物の屋上や壁などに設置される例も年々増加してきた。
【０００３】
太陽電池は通常、光を遮ってしまうので、受光面とは反対側の面には光が透過しない。そのため、太陽電池を窓に設置したり、ロールスクリーンに設置したりすると、屋内は暗くなってしまう。このような課題に対し、例えば、特許文献１にはシースルー型（透過型）太陽電池が提案されている。
特許文献１で提案されているシースルー型太陽電池は、光を屋内に透過するものの、太陽光を電気エネルギーに変換する変換効率が低い問題点があった。また、光の透過により、太陽電池が着色してしまう問題点もあった。
【０００４】
一方、特許文献２には、屋根に設置する太陽電池パネルとして、透光性の板材に小片形状に成形された太陽電池セルが交互に間隔をあけて縦方向および横方向に多数配設され、各々の太陽電池セルの隙間を透光部として外部からの光を内部に導光可能とすることが提案されている。
しかしながら、小片の太陽電池セルが複数存在することから、電気接続の数も多くなり、製造効率に劣る問題点があった。また、内部に十分な明るさを得るためには、開口率を高くする必要があり、太陽電池セルの面積が小さくなるため太陽電池本来の発電能力が不十分であるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平０３−４４９７４号公報
【特許文献２】特開２００９−２８７１６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、太陽電池を窓に設置した場合や、ロールスクリーンに設置した場合であっても屋内への十分な採光が可能であり、かつ太陽光を電気エネルギーに変換するという太陽電池本来の機能を十分に発揮することができる太陽電池モジュールを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を重ね、太陽電池素子が積層されていない透光性の周縁部に、入射光の進行方向を転換し太陽電池素子の裏面領域に導光することができる採光手段を備えることで、課題を解決できることに想到し、本発明を完成させた。
本発明は、少なくとも入射光側から太陽電池素子、および空気と屈折率の異なる導光層が積層された太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池モジュールは、前記導光層の入射光側に位置する反射部、および、前記太陽電池素子が積層されていない透光性の周縁部を備えており、
前記周縁部は、入射光の進行方向を転換し、導光層に入射光を導くことができる採光手
段を備え、
前記反射部は、前記採光手段により進行方向を転換され、前記太陽電池素子の裏面に進行する入射光を反射することができることを特徴とする太陽電池モジュールである。
【０００８】
また、前記反射部は、可視光領域の波長の光反射率が７５％以上であることが好ましい態様である。
【０００９】
また、前記太陽電池素子は、上部電極、光電変換層、および下部電極を備えており、前記反射部が、前記下部電極であることが好ましい態様である。
【００１０】
また、前記太陽電池素子は、可視光領域の波長の光透過率が５％以下であることが好ましい態様である。
【００１１】
また、前記太陽電池素子は、長さ方向の一辺が１８ｃｍ以上であることが好ましい態様であり、前記太陽電池モジュールは、厚さが３ｍｍ以下であることが好ましい態様である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の構成により、太陽電池素子の裏側領域に光を導くことができるため、太陽電池モジュールを窓に設置した場合や、ロールスクリーンに設置した場合であっても屋内への十分な採光が可能となり、かつ太陽光を電気エネルギーに変換するという太陽電池本来の機能を十分に発揮することができる。
【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実施態様の模式図である。
【図２】本発明の太陽電池モジュールの実施態様の模式図である。
【図３】本発明の太陽電池モジュールの第一実施形態を表す模式図である。
【図４】本発明の太陽電池モジュールの第二実施形態を表す模式図である。
【図５】本発明の太陽電池モジュールの第三実施形態を表す模式図である。
【図６】本発明の太陽電池モジュールの第四実施形態を表す模式図である。
【図７】本発明の太陽電池モジュールの第五実施形態を表す模式図である。
【図８】本発明の太陽電池モジュールの第六実施形態を表す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の太陽電池モジュールは、少なくとも入射光側から太陽電池素子、および空気と屈折率の異なる導光層が積層された太陽電池モジュールである。そして、導光層の入射光側に位置する反射部、および、太陽電池素子が積層されていない透光性の周縁部を備えている。また、該周縁部には、入射光の進行方向を転換し、導光層に入射光を導くことができる採光手段を備えており、該反射部は、該採光手段により進行方向を転換され、太陽電池素子の裏面に進行する入射光を反射することができる。以下、本発明の太陽電池モジュールの構成について、詳細に説明する。
【００１５】
＜太陽電池素子＞
本発明の太陽電池モジュールが備える太陽電池素子は、入射される太陽光に基づき発電を行う素子である。この太陽電池素子は、光エネルギーを電気エネルギーに変換することができ、変換によって得られた電気エネルギーを外部に取り出せるものであれば、特に限定されない。通常、入射光側から上部電極、光電変換層、および下部電極を備え、発電素子基材上に積層することで、太陽電池素子を構成する。また、太陽電池素子は、太陽電池を保護するために通常封止層でその回りを被覆されている。
【００１６】
太陽電池素子としては、一対の電極で光電変換層を挟んだもの、一対の電極で光電変換層と他層（バッファ層等）との積層体を挟んだもの、そのようなものを複数個、直列接続したものを用いることができる。
光電変換層としては様々なものを採用することができるが、薄膜単結晶シリコン、薄膜多結晶シリコン、アモルファスシリコン、微結晶シリコン、球状シリコン、無機半導体材料、有機色素材料、または有機半導体材料からなる層であることが好ましい。これらの材料を用いることで、発電効率が比較的高く、薄い（軽量な）太陽電池素子を実現できる。さらに、効率を上げる観点から、これらを積層したＨＩＴ型、タンデム型でもよい。
【００１７】
光電変換層を薄膜多結晶シリコン層とした場合、太陽電池素子は間接光学遷移を利用するタイプの素子となる。そのため、光電変換層を薄膜多結晶シリコン層とする場合には、光吸収を増加させるために、後述する発電素子基材又はその表面に凸凹構造を形成するなど十分な光閉じ込め構造を設けておくことが好ましい。
【００１８】
光電変換層をアモルファスシリコン層とした場合、可視域での光学吸収係数が大きく、厚さ１μｍ程度の薄膜でも太陽光を十分に吸収できる太陽電池素子を実現できる。しかも、アモルファスシリコンは、非結晶質の材料であるが故に、変形にも耐性を有している。そのため、光電変換層をアモルファスシリコン層とした場合、特に軽量な、変形に対してもある程度の耐性を有する太陽電池モジュールを実現できる。
【００１９】
光電変換層を無機半導体材料（化合物半導体）層とした場合、発電効率が高い太陽電池素子を実現することが出来る。なお、発電効率（光電変換効率）の観点からは、光電変換層をＳ、Ｓｅ、Ｔｅなどカルコゲン元素を含むカルコゲナイド系発電層とすることが好ましく、Ｉ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体系（カルコパイライト系）発電層としておくことがより好ましく、Ｉ族元素としてＣｕを用いたＣｕ−ＩＩＩ−ＶＩ２族半導体系発電層、特に、ＣＩＳ系半導体〔ＣｕＩｎ（Ｓｅ1-yＳy）2；０≦ｙ≦１〕層やＣＩＧＳ系半導体〔Ｃｕ（Ｉｎ1-xＧａx）（Ｓｅ1-yＳy）2；０＜ｘ＜１、０≦ｙ≦１〕〕層としておくことが、好ましい。
【００２０】
光電変換層として、酸化チタン層及び電解質層などからなる色素増感型発電層を採用しても、発電効率が高い太陽電池素子を実現することができ、有機半導体層（ｐ型の半導体とｎ型の半導体を含む層）を採用することもできる。なお、有機半導体層を構成し得るｐ型の半導体としては、テトラベンゾポルフィリン、テトラベンゾ銅ポルフィリン、テトラベンゾ亜鉛ポリフィリン等のプルフィリン化合物；フタロシアニン、銅フタロシアニン、亜鉛フタロシアニン等のフタロシアニン化合物；テトラセンやペンタセンのポリアセン；セキシチオフェン等のオリゴチオフェン及びこれら化合物を骨格として含む誘導体が例示できる。さらに、有機半導体層を構成し得るｐ型の半導体として、ポリ（３−アルキルチオフェン）などを含むポリチオフェン、ポリフルオレン、ポリフェニレンビニレン、ポリトリアリルアミン、ポリアセチレン、ポリアニリン、ポリピロール等の高分子等も例示できる。
【００２１】
また、有機半導体層を構成し得るｎ型の半導体としては、フラーレン（Ｃ６０、Ｃ７０、Ｃ７６）；オクタアポフィリン；上記ｐ型半導体のパーフルオロ体；ナフラレンテトラカルボン酸無水物、ナフラレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等の芳香族カルボン酸無水物やそのイミド化合物；及び、これら化合物を骨格として含む誘導体などを例示できる。
【００２２】
また、有機半導体層の具体的な構成例としては、ｐ型半導体とｎ型半導体が層内で相分離した層（ｉ層）を有するバルクヘテロ接合型、それぞれｐ型半導体を含む層（ｐ層）とｎ型半導体を含む層（ｎ層）を積層した積層型（ヘテロｐｎ接合型）、ショットキー型お
よびそれらの組み合わせを挙げることができる。
【００２３】
太陽電池素子の各電極は、導電性を有する任意の材料を１種又は２種以上用いて形成することができる。電極材料（電極の構成材料）としては、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属、あるいはそれらの合金；酸化インジウムや酸化錫等の金属酸化物、あるいはその合金（ＩＴＯ：酸化スズインジウム）；ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン等の導電性高分子およびそれらにドーパントを含有させたもの；金属粒子、カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ等の導電性粒子をポリマーバインダー等のマトリクスに分散した導電性の複合材料などが挙げられる。
【００２４】
電極材料は、正孔又は電子を捕集するのに適した材料としておくことが好ましい。なお、正孔の捕集に適した電極材料（つまり、高い仕事関数を有する材料）としては、金、ＩＴＯ等を例示できる。また、電子の捕集に適した電極材料（つまり、低い仕事関数を有する材料）としては、銀、アルミニウムを例示できる。
【００２５】
太陽電池素子の各電極の厚さ及び発電層の厚さは、必要とされる出力等に基づき、決定することが出来る。
さらに電極に接するように補助電極を設置してもよい。特に、ＩＴＯなど導電性のやや低い電極を用いる場合には効果的である。補助電極材料としては、導電性が良好ならば上記金属材料と同じ材料を用いることができ、銀、アルミニウム、銅が例示される。
【００２６】
また、本発明の太陽電池モジュールは、後述するように導光層の入射光側に位置し、太陽電池素子の裏側に進行する入射光を反射することができる反射部を有する。下部電極の材料を、入射光を反射可能なものとすることで、別途反射部を備える必要がなくなり、経済的にも好ましい。また、下部電極の材料が、入射光を反射しないものであったとしても、入射光を反射し得る補助電極を設置することもできる。入射光を反射することができる下部電極、または補助電極の材料としては、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、ニッケル、銅、チタン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ナトリウム等の金属、あるいはそれらの合金が挙げられ、なかでも反射率の高さから銀、アルミニウムであることが好ましい。
【００２７】
上記太陽電池素子は、通常基材上に形成される。基材としては、特段限定無く用いることができるが、機械的強度が比較的に高く、耐候性、耐熱性、耐薬品性等に優れ、且つ軽量なものであることが望まれる。また基材は、変形に対して或る程度の耐性を有するものであることも望まれる。
そのため、基材としては、金属箔や、融点が８５〜３５０℃の樹脂フィルム、幾つかの金属箔／樹脂フィルムの積層体を採用しておくことが好ましい。
基材として使用し得る金属箔としては、アルミニウム、ステンレス、金、銀、銅、チタン、ニッケル、鉄、それらの合金からなる箔を、例示できる。
【００２８】
また、融点が８５〜３５０℃の樹脂フィルムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリアセタール、アクリル樹脂、ポリアミド樹脂、ＡＢＳ樹脂、ＡＣＳ樹脂、ＡＥＳ樹脂、ＡＳＡ樹脂、これらの共重合体、ＰＶＤＦ、ＰＶＦなどのフッ素樹脂、シリコーン樹脂、セルロース、ニトリル樹脂、フェノール樹脂、ポリウレタン、アイオノマー、ポリブタジエン、ポリブチレン、ポリメチルペンテン、ポリビニルアルコール、ポリアリレート、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルスルホン、ポリイミドなどからなるフィルムを、例示できる。なお、発電素子基材として使用する樹脂フィルムは、上記のような樹脂中に、ガ
ラス繊維、有機繊維、炭素繊維等を分散させたフィルムであってもよい。
【００２９】
上記太陽電池素子は、太陽電池素子の保護のために、通常封止層でその回りを被覆されている。なお、上記「被覆」とは発電部材の少なくとも一部を覆っていればよく、全被覆でなくともよい。また、封止層は発電部材の受光面側及びその裏側のどちらかを被覆することでもよく、両面を被覆してもよいが、両面を被覆することが耐衝撃性の観点から好ましい。さらには設置する形態にもよるが、耐電圧の観点でも両面を被覆することが好ましい
【００３０】
封止層としては、日射透過率が比較的高い樹脂材料、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、プロピレン・エチレン・α−オレフィン共重合体などのポリオレフィン樹脂、ブチラール樹脂、スチレン樹脂、エポキシ樹脂、（メタ）アクリル樹脂、ウレタン樹脂、シリコーン樹脂、合成ゴム等を使用することができ、これらの１種以上の混合体、若しくは共重合体を使用できる。
【００３１】
耐衝撃性、耐電圧性の観点からは、封止層は、厚い方が良い。ただし、封止層の厚さを厚くすると、モジュール重量が増える／製造コストが上昇する／モジュールの可撓性が失われるといった問題が生じてしまうため、封止層としては、その厚さが、通常３０μｍ以上、好ましくは１２０μｍ以上、より好ましくは１５０μｍ以上であることが好ましい。上限としては通常８００μｍ以下、好ましくは７００μｍ以下、さらに好ましくは６００μｍ以下のものを使用すべきである。上記範囲とすることで、耐衝撃性、帯電圧性、コスト面、および可撓性の観点から好ましい。
【００３２】
本発明の太陽電池素子は、可視光領域の波長の光透過率が５％以下であることが好ましく、３％以下であることがより好ましい。光透過率が高いシースルー型の太陽電池モジュールは、既に述べたように太陽光を電気エネルギーに変換する変換効率が低い。そのため、光透過率が上記範囲の場合には、太陽光を電気エネルギーに変換するという太陽電池本来の機能を十分に発揮することができるため好ましい。
【００３３】
＜導光層＞
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子の裏面（入射光側と反対の面）に、空気と屈折率の異なる透光性の導光層を備える。本発明における導光層は、後述する採光手段により進行方向を転換された入射光が通過する層である。そして、採光手段により進行方向を転換された入射光を太陽電池モジュールの裏側（入射光側と反対側）に光を射出する、光射出口の役割も有するものである。
【００３４】
また、導光層の屈折率は空気の屈折率と異なる。導光層の屈折率と空気の屈折率が異なる場合には、導光層と空気の界面に於いて、一定の入射角で導光層から空気との界面に入射する光については界面を通過できず全反射する。そのため、太陽電池素子の裏面領域のより中央部まで入射光を導光することができ、太陽電池モジュールの裏面全体を明るくすることができる。
【００３５】
導光層は、透光性であって、空気と屈折率が異なるのであれば、その材料は特段限定されない。
具体的には、各種の樹脂のフィルムおよびシートを使用することができる。例えば、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−スチレン共重合体（ＡＳ樹脂）、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体（ＡＢＳ樹脂）、エチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ樹脂）、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ（メタ）アクリル系樹脂、ポリカーボネート
系樹脂、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレート等のポリエステル系樹脂、各種のナイロン等のポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコーン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂、その他等の各種の樹脂のシートを導光層として使用することができる。
【００３６】
また、導光層は１層のみからなってもよく、２層以上を積層してもよい。１層の場合には、太陽電池素子の封止層と同一の材料とすることもできるが、封止層と屈折率が異なる導光層を備えることのほうが、その界面においても一定角度の入射光については全反射が行われるため好ましい。封止層が２層以上を積層したものである場合には、それぞれ屈折率の異なる層を積層することが好ましい。特に低屈折率層、高屈折率層、低屈折率層の順で積層された導光層の場合、入射光が一旦高屈折率層に入射すると、高屈折率層と低屈折率層との界面、および低屈折率層と空気との界面の両方の界面において、一定角度の入射光については全反射が生じ、太陽電池素子の裏面領域のより中心部まで入射光を導光することができ、太陽電池モジュールの裏面全体を明るくすることができるため好ましい。
【００３７】
導光層として、高屈折率層および低屈折率層を積層させる場合、その材料としては屈折率の大小関係を満たせば、上記例示した樹脂フィルムおよびシートを適宜用いることができる。高屈折層としては例えばエチレン−酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ樹脂）、ポリカーボネート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリイミドなどを用い、低屈折率層としてはテトラフルオロエチレン−エチレンの共重合体（ＥＴＦＥ）を含むフッ素系樹脂を用いることが挙げられる。また、導光層を積層する場合、低屈折率層の代わりに透光性の金属薄膜を用いることもできる。特に入射光のうち、一定割合のもののみ反射するハーフミラー機能を有する金属薄膜を用いることが好ましい。
【００３８】
導光層の層厚は、太陽電池モジュールの厚さに応じて適宜設定することができるが、厚みを厚くすることで機械的強度が高まる傾向にあり、薄くすることで柔軟性が高まる傾向にある。そのため、導光層の厚みは、通常１０μｍ以上、好ましくは３０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上であり、また、通常１５００μｍ以下、好ましくは１０００μｍ以下、より好ましくは６００μｍ以下である。また、導光層の成膜方法は特段限定されず、公知の方法により成膜すればよい。
【００３９】
＜周縁部＞
本発明の太陽電池モジュールは、太陽電池素子の周囲に、太陽電池素子が積層されていない透光性の周縁部を有する。すなわち周縁部は、封止層や表面保護層、導光層の一部などからなる。周縁部は、透光性を有するものであればその材料は特段制限されず、各種透明樹脂やガラスが用いられる。また、表面保護層を太陽電池モジュールの入射光側最外層に設ける場合には、表面保護層も透光性を有する樹脂やガラスである必要がある。太陽電池モジュールに可撓性を持たせ、軽量とする観点からは、表面保護層はＥＴＦＥなどの樹脂を採用することが好ましい。
【００４０】
太陽光の入射方向から見た場合、太陽電池モジュールの周縁部は、通常太陽電池素子が四辺形であれば、その４辺の周囲全てに存在することが好ましい。４辺の周囲全てに周縁部が存在することで、太陽電池モジュールの裏面への採光が、４辺の周囲全てから可能となるからである。
【００４１】
太陽電池モジュールの長さ方向における太陽電池素子と周縁部の存在割合は、太陽電池素子が大きすぎると周縁部からの採光が不十分となる傾向にあり、逆に太陽電池素子が小さすぎると、太陽電池の発電能力が低下することとなる。通常、太陽電池モジュールの長
さ方向における太陽電池素子と周縁部の存在割合（太陽電池素子：周縁部）が４０：６０以上９９：１以下の範囲であり、６０：４０以上の範囲であることが好ましく、９５：５以下の範囲であることが好ましい。
【００４２】
＜反射部＞
本発明の太陽電池モジュールは、導光層の入射光側に位置し、太陽電池素子の裏面に進行する入射光を反射することができる反射部を備える。反射部は、後述する採光手段により方向転換され、導光層に導かれた入射光が、再び太陽電池素子側に戻ることを防ぐことができる。そのため、太陽電池素子と同様の幅で反射部を備えることが好ましい。
反射部は、導光層の入射光側に位置し、太陽電池素子の裏面に進行する入射光を反射することができれば、その構造は特段限定されない。具体的には、太陽電池素子と導光層の間にアルミニウムや銀などの光を反射する金属薄膜を設けることや、下部電極の材料を、入射光を反射可能なものとすることが挙げられる。下部電極の材料を、入射光を反射可能なものとする場合には、別途反射部を備える必要がなくなり、経済的にも好ましい。また、下部電極の材料が、入射光を反射しないものであったとしても、入射光を反射し得る補助電極を設置し、本発明の反射部とすることもできる。入射光を反射することができる下部電極、または補助電極の材料としては、アルミニウム、銀、金、銅、ニッケルなどが挙げられ、アルミニウム箔であることが好ましい。
【００４３】
反射部は、可視光領域の波長の光反射率が７５％以上であることが好ましく、８５％以上であることがより好ましい。反射部の、可視光領域の波長の光反射率が７５％以上の場合には、後述する採光手段で方向転換された入射光が、再び太陽電池素子側にもどることを十分に防ぐことができるため、太陽電池素子の裏面領域のより中央部まで入射光を導光することができ、太陽電池モジュールの裏面全体を明るくすることができる。
また、反射部の厚さは特段限定されないが、通常２ｎｍ以上、好ましくは５ｎｍ以上である。一方上限値は、通常２００μｍ以下であり、１００μｍ以下であることが好ましい。上記範囲の場合には、十分に入射光を反射可能であり、かつ太陽電池モジュールの可撓性を阻害しないため好ましい。
【００４４】
＜採光手段＞
本発明の太陽電池モジュールは、上記太陽電池素子が積層されていない透光性の周縁部に、入射光の進行方向を転換し導光層に入射光を導くことができる採光手段を備えることを特徴としている。本発明においては、太陽電池素子が積層されていない透光性の周縁部に採光手段を備えることで、太陽電池モジュールの周縁部に入射する入射光を、太陽電池素子の裏面領域へ導光することができ、太陽電池モジュールの裏面全体を明るくすることが可能となる。従来の技術では、周縁部からの入射光をそのまま透過させたのみでは、太陽電池モジュールの裏面のうち周縁部付近を明るくすることが可能であるが、太陽電池モジュール裏面領域全体を明るくすることは困難であった。また、太陽電池として期待される発電効率を上げるためには、太陽電池素子部分に十分な面積が必要であったため、周縁部の面積が相対的に小さくならざるを得ない。そうすると、周縁部と太陽電池モジュールの裏面中央付近との距離が長くなり、太陽電池モジュールの裏面中央付近は非常に暗い状態となっていた。本発明の構成を有することで、太陽電池の発電効率を下げることなく、周縁部の光を太陽電池素子の中心部付近にまで導くことが可能となった。
【００４５】
本発明の採光手段としては、入射光の進行方向を転換し、導光層に入射光を導くことができる限り、その手段は限定されない。具体的には、光散乱を生じさせることが可能な無機フィラーを、太陽電池モジュールの周縁部に配置することで、無機フィラーに衝突した入射光を散乱させ、方向転換させることができる。
配置する無機フィラーの種類は、光散乱を生じさせることができるものであれば特段限定されず、酸化チタン、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、二酸化ジルコニウム、酸化亜鉛
、酸化マグネシウムなどの金属酸化物、炭酸カルシウム、炭酸バリウム、炭酸マグネシウム、硫酸バリウム、水酸化アルミニウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウム等の金属塩、が挙げられる。このうち、入射光を効率良く散乱させる観点から、無機フィラーとしては酸化アルミニウム、および酸化チタンが好ましい。
【００４６】
採光手段として、無機フィラーを配置する場合、採光機能を発現できればフィラーの形状・サイズは特に限定されないが、フィラーのアスペクト比は通常１．０以上６０以下、好ましくは３０以下、より好ましくは２０以下である。アスペクト比が上記範囲である場合には、入射光を効率的に導光層へ導くことが可能となる。
加えて、フィラーの一次粒子径は通常０．１μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは０．５μｍ以上３０μｍ以下である。一次粒子径が上記範囲であることで、散乱光強度および入射光の反射率がより好ましい値となり、太陽電池モジュールの裏面領域への光の導光量が大きくなり好ましい。
【００４７】
本発明において一次粒子とは、粒子間の界面が明瞭に観察することができる粒子のことであり、複数の一次粒子が凝集したバルク状粒子は除かれる。また、一次粒子径とは、ＳＥＭなどの電子顕微鏡観察により計測した一次粒子の粒子径をいい、観察する方向によって面積が異なる粒子の場合には、面積が最大となる方向から観察した際の長軸の長さを、一次粒子径とする。また、ＳＥＭなどの電子顕微鏡観察により計測した一次粒子の短軸長さ（一次粒子径に垂直で最も長い部分の長さ）を一次粒子厚とし、一次粒子径を一次粒子厚で除することで、アスペクト比を算出することができる。
【００４８】
無機フィラーを周縁部に配置する場合、無機フィラーの充填量は、採光手段が配置されている領域中の特定の体積、例えば０．１ｍｍ3に対し、０．５体積％以上５０体積％以下であることが好ましく、１体積％以上３０体積％以下であることがより好ましい。無機フィラーの充填量が上記範囲である場合には、採光手段によって入射光を十分に導光層へ導くことができ、好ましい。
【００４９】
上記無機フィラーを配置する場合には、太陽電池素子が積層されていない透光性の周縁部であれば、太陽電池素子を封止する封止層に配置してもよく、導光層に配置してもよい。導光層に配置することが、効率良く入射光を太陽電池モジュールの裏面領域に導くことができることから好ましい。
【００５０】
本発明における採光手段の別の具体的態様としては、上記導光層の太陽電池素子側の面であって、太陽電池素子が積層されていない部分、すなわち周縁部に該当する部分を粗らす態様が挙げられる。該部分を粗らすことで、入射光が導光層の表面において散乱され、導光層に入射光を導くことができる。
導光層の表面は、入射光が散乱する程度に粗らされていれば良く、その程度は特段限定されないが、粗さの度合いが大きい程、入射光の散乱の度合いが大きくなり好ましい。具体的には、導光層の該表面部分のＪＩＳ  Ｂ  ０６０１における算術平均粗さＲａが１０ｎｍ以上であることが好ましく、５０ｎｍ以上であることがより好ましい。導光層の該部分の算術平均粗さＲａは、導光層の該部分を研磨することなどにより調整することができる。
【００５１】
本発明の採光手段は、太陽電池モジュールの長さ方向における配置位置は周縁部であるが、太陽電池モジュールの厚さ方向（入射光と平行方向）においての配置位置としては、入射光を導光層における太陽電池素子の裏面へ導くことができる位置であれば特段限定されない。入射光を効率良く導光層へ入射させるためには、導光層中に採光手段を配置することが好ましく、また、導光層ではなく封止層に配置する場合であっても、太陽電池素子よりも導光層側に配置することが好ましい。
【００５２】
上記説明した２つの態様以外にも、入射光を導光層へ方向転換することができる手段であれば具体的な態様は特段限定されず、また、組み合わせが可能であれば２つ以上の態様を組み合わせることもできる。
【００５３】
加えて、本発明の採光手段として、導光層における太陽電池素子側の面と略垂直に存在する側面、および導光層の太陽電池素子側の面と反対の面のうち、太陽電池素子が積層されていない裏面周縁部に、反射板を設けることが好ましい。
入射光は、採光手段によりその方向を転換され、一部が導光層の側面から射出されることになる。しかしながら、導光層の側面から入射光が射出されても、太陽電池モジュールの裏面領域の明るさに寄与することはなく、入射光を十分に活用できていないこととなる。そのため、導光層の側面に反射板を設けることで、側面方向に向かった入射光を再度導光層における太陽電池素子中心部分に導くことができ、太陽電池モジュールの裏面領域により多くの入射光を導くことができる。
【００５４】
また、入射光のうち一部は、採光手段によっても散乱されず、そのまま太陽電池モジュールの周縁部から太陽電池モジュールの裏面へ射出されるものも存在する。周縁部から射出する入射光は、太陽電池モジュールの裏面領域全体を明るくすることへの寄与は小さく、周縁部で入射光が射出することで、太陽電池モジュールの裏面領域へ到達する入射光が減少し、全体として十分な明るさが得られない傾向にある。そのため、採光手段として、導光層の太陽電池素子と反対の面のうち、太陽電池素子が積層されていない裏面周縁部に反射板を設けることが好ましい。裏面周縁部への反射板の設置は、裏面周縁部から光が射出しないように配置すればよいため、導光層が複数層積層されたものである場合には、必ずしも最外層に反射板を設ける必要は無い。
反射板は、効率的に入射光を反射できれば形状、設置向きともに特に限定されるものではない。形状としては、平面、凸形状、凹形状が例示される。さらに設置向きとしては、かかる反射板が、導光層側面および裏面周縁部に平行に設置する態様、傾斜して設置する態様が例示される。
【００５５】
上記反射板としては、少なくとも入射光の一部を反射することが可能であれば、特段限定無く用いることができる。また、可視光領域の波長の光反射率が７５％以上であることが好ましく、８０％以上であることがより好ましく、８５％以上であることがさらに好ましい。このような反射板としては、アルミニウム、銀、金、白金などの金属、酸化ニッケル、酸化アルミニウム、酸化リチウム、フッ化セシウム等の金属酸化物等の蒸着膜またはスパッタ膜を用いることができ、反射率やコスト面から、アルミニウム箔を用いることが好ましい。
【００５６】
また、採光手段は、太陽電池モジュールの長さ方向（入射光と垂直方向）における配置位置としては、太陽電池素子の４辺の周囲全てに周縁部が存在する場合には、その周縁部全て、即ち太陽電池モジュールの４辺全てに採光手段を配置することで、入射光を最も効率良く、多量に太陽電池モジュールの裏面領域に導くことができるが、必要となる光量と周縁部の面積との兼ね合いで、採光手段の配置位置を決定することができる。
【００５７】
本発明の太陽電池モジュールは、それぞれの層を積層させることで製造することができる。積層方法は、公知ラミネート装置を用いればよい。本発明の太陽電池モジュールは、軽量で十分な可撓性を有するため、３ｍｍ以下の厚みであることが好ましい。また、本発明の太陽電池素子は、長さ方向の一辺が１８ｃｍ以上であることが好ましい。
【００５８】
以下、図を参照して、本発明の実施形態を説明するが、本発明が以下に説明する具体的な実施態様のみに限定されないことはいうまでもない。
【００５９】
＜本発明の基本的な構成＞
図１は、本発明の太陽電池モジュールの基本的な態様を示した概略図であり、図２は、本発明の入射光の進行方向について示した概略図である。まず図１及び図２で、本発明の概略を詳細に説明する。
【００６０】
図１は、本発明の構成を詳しく示した概略図である。本発明の太陽電池モジュールは、少なくとも入射光１側から太陽電池素子２、空気と屈折率の異なる透光性の導光層３が積層されている。
太陽電池素子２は光を電気に変換できる素子であれば特段の限定はされない。通常樹脂基板２ｄ上に下部電極２ｃ、光電変換層２ｂ、および上部電極２ａを積層することで構成される。そして、太陽電池素子２は、その保護のために、封止層９で保護することが一般的である。
【００６１】
太陽電池素子２と導光層３の間には、入射光１のうち、採光手段５により進行方向が転換され、太陽電池素子の裏面に進行する入射光を反射することができる反射部６を備えている。図中では、反射部６は封止層９と導光層３の間に積層されるように配置されているが、導光層３よりも入射光側に位置していれば、太陽電池素子２と封止層９の間に積層されていても、封止層９と導光層３の間に積層されていても良い。
また、太陽電池モジュールの長さ方向には、太陽電池素子２が積層されていない透光性の周縁部４を備えている。図１では周縁部４は２箇所表示されているが、太陽電池素子２の周囲を一周するように周縁部は形成される。
反射部６は、太陽電池素子２と面積が同様であることが好ましい。即ち周縁部４に反射部６が存在しない場合には、周縁部に入射する入射光の全てを利用することが可能であり、より多くの入射光を活用することができる。
【００６２】
周縁部４は、太陽電池モジュールの厚さ方向に一定の厚みを有するが、その厚み部分において、入射光１の進行方向を転換し導光層３に入射光を導くことができる採光手段５を備えている。採光手段においては、無機フィラー５ａの存在により、入射光１を散乱させることが可能となり、入射光１の一部を導光層のうち太陽電池素子２の裏面領域に入射光を導くことができる。
【００６３】
一方、導光層３における太陽電池素子面と略垂直に存在する側面には、反射板７を備えることが好ましい。このような構成を有することで、採光手段５により進行方向を転換した入射光のうち、導光層の側面方向に向かう入射光を反射することができ、再度採光手段５により進行方向を転換することで太陽電池モジュールの裏面領域により多くの入射光を導くことができる。
加えて、導光層３の太陽電池素子２側面と反対の面のうち、太陽電池素子２が積層されていない裏面周縁部に反射板７を設けることも好ましい。このような構成を有することで、入射光１のうち、採光手段５によっても散乱されずそのまま太陽電池モジュールの周縁部４から太陽電池モジュールの裏面へ射出される入射光を反射板７で反射し、再度採光手段５で入射光１の方向転換をすることができるため、太陽電池モジュールの裏面領域へ到達する入射光の量が増え、太陽電池モジュールの裏面全体を明るくすることができる。導光層３の裏面周縁部への反射板７の設置は、裏面周縁部から光が射出しないように配置すればよいため、導光層が複数層積層されたものである場合には、必ずしも最外層に反射板を設ける必要は無い。
【００６４】
次に図２を用いて、入射光の散乱について説明する。入射光１が採光手段に入射すると、配置された無機フィラーにより入射光が散乱し、四方八方にその進行方向を転換する。そしてその一部は、導光層の外気と接触する面、すなわち光の射出面に進行する。
ここで、図１における導光層３と空気との界面８においては、導光層３と空気の屈折率が異なることから、一定の入射角を有する入射光１のみが界面８から太陽電池モジュールの外へと射出する。図２では、入射光１がそのまま通過することができる界面１００と、入射光１が屈折率の差により反射する界面１０１とが存在する。ここでは、入射光１の界面への入射角により、界面８を通過するか、全反射するかが決まる。界面を通過せず、全反射した入射光１は、更に太陽電池素子の中心部に進み、導光層と封止層の界面や反射層６で再び反射され、その際光の反射角が変化し、導光層の長手方向における様々な箇所から入射光１を射出することができ、太陽電池モジュールの裏面全体を明るくすることが可能となる。
【００６５】
＜第一実施形態＞
図３に本発明の第一実施形態を示す。
本発明の第一実施形態は、入射光側の最外層に、表面保護層１０を備えている。表面保護層は本発明に必須の構成ではないが、表面保護層１０を備えることで、太陽電池素子１２を外的要因、損傷から保護することができるため好ましい。表面保護層１０としては、例えば、ソーダ石灰ガラス、白板ガラス、無アルカリガラスなどのガラスおよびこれらの強化ガラス；ポリメチルメタクリレート、架橋アクリレート等のアクリル樹脂；ビスフェノールＡポリカーボネート等の芳香族ポリカーボネート樹脂；ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等のポリエステル樹脂；ポリシクロオレフィン等の非晶性ポリオレフィン樹脂；エポキシ樹脂；ポリスチレン等のスチレン樹脂；ポリエーテルスルホン等のポリスルホン樹脂；ポリエーテルイミド樹脂；４−フッ化エチレン−パークロロアルコキシ共重合体（ＰＦＡ）、２−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）等のフッ素樹脂等の合成樹脂からなるものを採用することができる。太陽電池モジュールに可撓性を持たせる観点からは、アクリル樹脂、ポリエステル樹脂、フッ素系樹脂などを採用することが好ましく、耐候性の観点からは、ガラスや、フッ素系樹脂からなるものを用いることが好ましい。
【００６６】
反射部１６は、第一の実施形態においては、太陽電池素子１２と導光層１３の間に備えられ、太陽電池素子の裏面に進行する入射光を反射する。太陽電池素子１２は封止層により保護されており、反射部１６は太陽電池素子１２と直接積層せず、封止層および導光層１３と積層している。
【００６７】
導光層１３は、第一の実施形態においては、高屈折率層１３ａの両面を低屈折率層１３ｂで挟む構造を有している。このような構成を備えることで、導光層１３中においても高屈折率層１３ａと低屈折率層１３ｂとの界面で一定の入射角の入射光が反射し、入射光１が太陽電池素子の裏面領域全体へ行き渡り易くなり、太陽電池モジュールの裏面領域全体に光を導くことができるため好ましい。
導光層に高屈折率層及び低屈折率層を積層させる構成を採用する場合には、高屈折率層にて入射光の進行が十分に進むよう、その層厚の比（高屈折率層：低屈折率層）は１００：１〜５０：５０が好ましい。また、高屈折率層と低屈折率層の屈折率の差は、入射光が太陽電池素子の裏面領域全体へ行き渡り易くするため、０．０３以上であることが好ましく、０．０５以上であることがより好ましい。一方１．０以下であることが好ましく、０．８以下であることがより好ましい。
【００６８】
採光手段１５は、第一の実施形態においては、導光層１３、特に高屈折率層中１３ａに存在し、無機フィラーおよび反射板から構成される。無機フィラーにより入射光が四方八方に散乱し、そのうちの一部が導光層における太陽電池素子の裏面領域に進行する。加えて、導光層１３の側面と導光層１３の裏面における周縁部に反射板を備えているため、散乱した入射光のうち反射板に向かうものは反射板で反射され、その一部が導光層における太陽電池素子の裏面領域に進行し、また一部が再度無機フィラーによって散乱され、太陽
電池素子の裏面領域に進行するため、太陽電池モジュールの裏面領域から射出する光量が増大する。
【００６９】
また、採光手段１５の周縁部における配置位置は、太陽電池素子１２および反射部１６よりも、太陽電池モジュールの厚さ方向下方（入射光の進行方向下方）に位置している。太陽電池素子１２および反射部１６よりも下方に採光手段１５を配置することで、採光手段により散乱された入射光のより多くが導光層内に留まることが可能となり、太陽電池モジュール裏面領域から射出する光量が増大する。
【００７０】
＜第二実施形態＞
図４に本発明の第二実施形態を示す。
第二実施形態は反射部を別途備える構成ではなく、太陽電池素子２２の下部電極が反射部を兼ねる構成となっている。そのため、反射部２６は、太陽電池モジュールにおいて比較的上方（入射光側）に存在する。採光手段２５が導光層２３よりも上方、すなわち封止層に存在したとしても、採光手段２５を反射部２６よりも下方に配置しているため、散乱した入射光を効率良く太陽電池モジュールの裏面領域に導くことができる。
【００７１】
また、導光層２３において太陽電池モジュールの厚さ方向上方側（入射光側）に配置される低屈折率層２３ｂは、太陽電池モジュールの長さ方向における面積が、太陽電池素子２２と同面積となっている。採光手段２５の無機フィラーが封止層に配置される場合、上方の低屈折率層２３ｂが周縁部にまで存在することで、封止層に配置された無機フィラーにより散乱された入射光が、低屈折率層と封止層の界面を通過する際に、一部の入射角を有する光が反射され、導光層に入射しなくなるためである。
【００７２】
＜第三実施形態＞
図５に本発明の第三実施形態を示す。
第三実施形態は、第二実施形態と同様、反射部を別途備える構成ではなく、太陽電池素子３２の下部電極が反射部３６を兼ねる構成となっている。
一方採光手段３５としては、無機フィラーを配置せず、導光層３３の太陽電池素子側の面（入射光側の面）における周縁部表面を粗らすことで、入射光を散乱させる構成を採用している。
【００７３】
また、導光層３３は、高屈折率層３３ａの太陽電池素子側の面（入射光側の面）において、封止層との間にスペースを設けるためのスペーサー３３ｃを配置し、スペーサーにより設けられたスペースには空気を充当させることで、低屈折率層３３ｂを構成する。このようなスペーサーの材質は特段限定されず、入射光を透過するものであっても反射するものであってもよい。透過するもの、例えば透過性の樹脂を用いる場合、その屈折率が高屈折率層の屈折率よりも小さい場合には、スペーサー自体も低屈折率層の役割を有することとなる。
【００７４】
＜第四実施形態＞
図６に本発明の第四実施形態を示す。
第四の実施形態は、第二、第三実施形態と同様、反射部を別途備える構成ではなく、太陽電池素子４２の下部電極が反射部４６を兼ねる構成となっている。
一方採光手段４５は、無機フィラーを導光層４３の太陽電池モジュール厚さ方向上部、すなわち封止層に配置することで、入射光を散乱させている。加えて、導光層４３の太陽電池モジュール厚さ方向上方面（入射光側面）の表面をテクスチャとすることで、無機フィラーにより散乱されなかった入射光を、導光層表面のテクスチャにより散乱させることができる。
【００７５】
なお、第四実施形態は、導光層４３を一層のみの構造としているため、導光層４３の太陽電池モジュール厚さ方向下方面と空気の界面において、導光層が複数層の場合と比較して、入射光が導光層から射出しやすくなっている。
【００７６】
＜第五実施形態＞
図７に本発明の第五実施形態を示す。
第五の実施形態は、反射部５６を太陽電池素子５２と導光層５３の間に設ける構成である。また、採光手段５５は無機フィラーを導光層５３に配置する構成である。
このような構成に加えて、無機フィラーを導光層５３における太陽電池素子５２の裏面領域に配置する構成を有する。このような構成により、太陽電池素子５２の裏面領域においても光の散乱が生じ、太陽電池モジュールの裏面領域に広く光を導くことができる。すなわち、低屈折率層を配置した場合と同様の効果が期待できるものである。
【００７７】
＜第六実施形態＞
図８に本発明の第六実施形態を示す。
第六の実施形態は、第二、第三、第五実施形態と同様、反射部を別途備える構成ではなく、太陽電池素子６２の下部電極が反射部６６を兼ねる構成となっている。
一方採光手段６５は、無機フィラーを導光層の太陽電池モジュール厚さ方向上部、すなわち封止層に配置することで、入射光を散乱させている。
また、導光層６３の太陽電池モジュール厚さ方向下部面（入射光面と反対の面）には、金属薄膜によりハーフミラー面が配置されている。ハーフミラー面は入射光のうち一定割合のもののみ反射する機能を有するため、採光手段６５で進行方向が転換された入射光のうち導光層と外気の界面に進行する入射光を、太陽電池素子６２の裏面領域中央部に導光することができる。
【００７８】
以上、第一の実施形態から第六の実施形態について図を用いて説明したが、これらの実施形態から当業者が適宜設計を変更したものについても、本発明の技術的範囲に含まれることはいうまでもない。
【符号の説明】
【００７９】
１    太陽光
２、１２、２２、３２、４２、５２、６２  太陽電池素子
２ａ  上部電極
２ｂ  光電変換層
２ｃ  下部電極
２ｄ  樹脂基板
３、１３、２３、３３、４３、５３、６３  導光層
１３ａ、２３ａ、３３ａ  高屈折率層
１３ｂ、２３ｂ、３３ｂ  低屈折率層
３３ｃ  スペーサー
４３ｄ  テクスチャ面
５３ｅ  無機フィラー
６３ｆ  ハーフミラー面
４  周縁部
５、１５、２５、３５、４５、５５、６５  採光手段
５ａ  無機フィラー
６、１６、２６、３６、４６、５６、６６  反射部
７  反射板
８  導光層と空気の界面
９  封止層
１００  入射光を通過させる界面
１０１  入射光を反射させる界面
【図１】
2012044024.tif 000003
【図２】
2012044024.tif 000004
【図３】
2012044024.tif 000005
【図４】
2012044024.tif 000006
【図５】
2012044024.tif 000007
【図６】
2012044024.tif 000008
【図７】
2012044024.tif 000009
【図８】
2012044024.tif 000010