(57)【要約】【課題】太陽光の透過率の低下を抑制できる太陽電池を提供すること。【解決手段】本願発明の太陽電池は、太陽光の少なくとも一部を透過するシースルー型の太陽電池であって、太陽光の少なくとも一部を電気に変換する光電変換層と、光電変換層の太陽光入射側に設けられた表面保護材と、光電変換層の太陽光入射側とは反対側に設けられた裏面保護材と、光電変換層と表面保護材との間に設けられた第１の透明導電膜層と、光電変換層と裏面保護材との間に設けられた第２の透明導電膜層と、を備え、裏面保護材の太陽光入射側とは反対側に酸素又は水分の少なくとも一方と反応して有機物を分解する空気触媒層が形成されていることを特徴とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽光の少なくとも一部を透過するシースルー型の太陽電池であって、
前記太陽光の少なくとも一部を電気に変換する光電変換層と、
前記光電変換層の前記太陽光入射側に設けられた表面保護材と、
前記光電変換層の前記太陽光入射側とは反対側に設けられた裏面保護材と、
前記光電変換層と前記表面保護材との間に設けられた第１の透明導電膜層と、
前記光電変換層と前記裏面保護材との間に設けられた第２の透明導電膜層と、を備え、
前記裏面保護材の前記太陽光入射側とは反対側に酸素又は水分の少なくとも一方と反応して有機物を分解する空気触媒層が形成されていることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
温室の屋根に配設されることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記表面保護材及び前記裏面保護材は、ポリイミドからなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池。
【請求項４】
前記表面保護材及び前記裏面保護材は、ガラス基板からなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の太陽電池。
【請求項５】
前記光電変換層は、膜厚が１５０〜６００ｎｍの薄膜アモルファスシリコンからなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項６】
前記第２の透明導電膜層は、ＩＴＯ、ＳｎＯ２およびＺｎＯのいずれかからなることを特徴とする請求項５に記載の太陽電池。
【請求項７】
前記太陽光の少なくとも一部を透過させる貫通孔又はスリットが前記光電変換層に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の太陽電池。
【請求項８】
前記表面保護材と前記第１の透明導電膜層との間、又は、前記裏面保護材と前記第２の透明導電膜層との間に設けられた封止材をさらに備えたことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の太陽電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池に関し、特に、太陽光の少なくとも一部を透過するシースルー型の太陽電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、太陽電池の普及が進み、様々なところで太陽電池が使用されるようになっている。例えば、野菜や果物等の植物を育成する温室の天井面に、植物の育成に必要な波長の太陽光を透過する太陽電池を配置し、該太陽電池で発電された電気を温室の電源として使用することが提案されている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、太陽電池の表面は外気に曝されるため塵埃が付着し、表面が汚れてくる。太陽電池の表面が汚れると、太陽光が遮られるため発電量が低下する。これを防止するため、太陽電池の表面に透明性に優れる空気触媒（例えば、リン酸チタニア）を塗布し、太陽電池表面の防汚性を向上させることが提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−２１３６８４号公報
【特許文献２】特開２００８−２０５０８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の提案では、植物の育成に必要な光を、太陽電池を透過させて温室内へ導入している。しかしながら、特許文献１では、太陽電池の裏面が温室内の大気と接する構造となっており、しかも、殺菌作用のある紫外光が太陽電池の透明電極層、光電変換層およびこれらを保護するカバーガラスなどにより吸収され該太陽電池の裏面側には届かず、太陽電池の裏面にカビ等の菌類が繁殖して裏面が汚れ、植物の育成に必要な光が遮られることにより植物の育成が阻害される虞がある。
特許文献２の提案では、太陽電池裏面の汚れについては考慮されておらず、太陽電池の表面に空気触媒を塗布しているため、太陽電池裏面のカビ等の繁殖を抑制することはできない。
そして、上記カビ等による汚れを除去するために除菌剤等の塩素系薬品を使用した場合は、この薬品が植物に悪影響を及ぼす虞がある。さらに、抗菌剤として銀（Ａｇ）を裏面に塗布することも考えられるが、銀により太陽電池を透過した太陽光が反射または吸収されてしまうため、温室内へ植物の育成に必要な光が遮られてしまい、植物の育成が阻害されてしまう。
本発明は、上記の事情に対処してなされたもので、太陽光の透過率の低下を抑制できる太陽電池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】
【０００６】
本発明の太陽電池は、太陽光の少なくとも一部を透過するシースルー型の太陽電池であって、太陽光の少なくとも一部を電気に変換する光電変換層と、光電変換層の太陽光入射側に設けられた表面保護材と、光電変換層の太陽光入射側とは反対側に設けられた裏面保護材と、光電変換層と表面保護材との間に設けられた第１の透明導電膜層と、光電変換層と裏面保護材との間に設けられた第２の透明導電膜層と、を備え、裏面保護材の太陽光入射側とは反対側に酸素又は水分の少なくとも一方と反応して有機物を分解する空気触媒層が形成されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明によれば、太陽光の透過率の低下を抑制できる太陽電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態に係る温室の外観図である。
【図２】実施形態に係る温室の断面図である。
【図３】実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図である。
【図４】実施形態に係る太陽電池モジュールの断面図（他の例）である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の詳細を、図面を参照して実施形態について説明する。
【００１０】
（実施形態）
図１は、実施形態に係る温室１の外観図である。図２は、実施形態に係る温室１の断面図である。温室１は、フレーム１０と、フレーム１０を支える土台１１と、温室１の壁面を形成する透明パネル１２と、温室１の屋根に配設され太陽光Ｌ１により発電する複数の太陽電池モジュール１３と、太陽電池モジュール１３で発電される電気を蓄電し、必要に応じて所望の電圧に変換して放電する蓄放電装置１４、及び温室１内を温調するファンやエアコンディショナ等の空調設備１５と、温室１内の植物の生長や開花周期を制御したり、夜間照明を提供するための照明装置１６とを備える。
【００１１】
透明パネル１２は、太陽光Ｌ１を透過させる透明材料（例えば、ガラスやプラスチック）からなる。
【００１２】
太陽電池モジュール１３は、植物が光合成をするために必要な光Ｌ２を温室１内へ導入する必要があることから、太陽光Ｌ１の一部を透過させるものであることが好ましい。太陽電池モジュール１３の設置方向は、日当たりを考慮して、真南とすることが好ましい。また、太陽電池モジュール１３の設置角度は、日本国内の場合は２０°〜３５°程度とするのが好ましい。なお、太陽電池モジュール１３の構成については、図３を参照して後述する。
【００１３】
蓄放電装置１４は、太陽電池モジュール１３で発電された電気の蓄放電が可能な蓄電池（例えば、鉛蓄電池、リチウムイオン電池等）と、該蓄電池から放電される電気を所望の電圧に昇圧又は降圧するＤＣ−ＤＣコンバータや直流を交流に変換するＤＣ−ＡＣコンバータ等を備えた変換回路とを備える。蓄放電装置１４の蓄電池に蓄えられた電気は、必要に応じて空調設備１５や照明装置１６へ供給される。
【００１４】
照明装置１６は、蛍光灯や発光ダイオード（ＬＥＤ）で構成される。なお、消費電力を抑制する観点からは発光効率の高い発光ダイオードを用いることが好ましい。
【００１５】
なお、図１，図２には図示していないが、温室１の壁面や屋根に複数の通気孔または通気窓を設けるようにしてもよいし、温室１内に自動散水システムを設けてもよい。
また、植物の栽培方法としては、地面もしくは多層栽培棚で栽培することが可能であり、その際にも土耕法、気耕法、水耕法等を選択できる。
【００１６】
（太陽電池モジュール１３）
上述したように、この実施形態では、太陽光の一部、特に、植物の育成に必要な波長帯域の光を透過させる太陽電池を太陽電池モジュール１３として使用することが好ましい。光合成を行なうクロロフィルaは、テトラピロールに由来した４３０ｎｍ（B帯）と６２２ｎｍ（Q帯）に鋭い吸収帯を持つ。したがって、４３０ｎｍまたは６２２ｎｍ付近の波長を透過するものが好ましい。このような太陽電池として、太陽電池モジュール１３の光電変換層を１５０ｎｍ〜６００ｎｍ程度に非常に薄くしたシースルー型太陽電池が知られている。
【００１７】
図３は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１３の断面図の一例である。図３には、光電変換層としてアモルファスシリコン薄膜を用いたシースルー型太陽電池における太陽電池モジュール１３の断面図を示した。以下、図３を参照して、光電変換層としてアモルファスシリコン薄膜を用いたシースルー型太陽電池における太陽電池モジュール１３の構成について説明する。
【００１８】
図３に示すように、太陽電池モジュール１３は、表面ガラス基板１０１（表面保護材）と、太陽光入射側に配置されたＩＴＯ（錫をドープした酸化インジウム）、ＳｎＯ２（酸化錫（II））、ＺｎＯ（酸化亜鉛）等からなる透明表面電極（透明導電膜）１０２（第１の透明導電膜層）と、太陽光の少なくとも一部を電気に変換するアモルファスシリコン層１０３（光電変換層）と、太陽光入射側と反対の裏面側に配置されたＩＴＯやＳｎＯ２、ＺｎＯ等からなる透明裏面電極（透明導電膜）１０４（第２の透明導電膜層）と、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル）やＰＶＢ（ポリビニルブチラール）等の樹脂フィルムからなる封止材１０５と、太陽光入射側と反対の裏面側に配置された裏面ガラス基板１０６（裏面保護材）を備え、裏面保護材である裏面ガラス基板１０６の太陽光入射側と反対の裏面側に、酸素又は水分の少なくとも一方と反応して有機物を分解する空気触媒層１０７が形成された構成を有する。なお、図３では封止剤１０５を透明裏面電極１０４と裏面ガラス基板１０６との間に設けた例を示したが、封止材１０５を透明裏面電極１０４と裏面ガラス基板１０６との間ではなく、表面ガラス基板１０１と透明表面電極１０２との間に設けてもよい。
【００１９】
（アモルファスシリコン層１０３）
アモルファスシリコン層１０３は、厚みが１５０〜６００ｎｍ程度の光電変換層である。太陽電池モジュール１３に入射した光は、このアモルファスシリコン層１０３において電気に変換される。アモルファスシリコン層１０３は、アモルファスシリコンのｐ型層１０３ａ、アモルファスシリコンのｉ型層１０３ｂ及びアモルファスシリコンのｎ型層１０３ｃが積層されたｐｉｎ構造を有する。
【００２０】
なお、光電変換層として微結晶シリコン薄膜太陽電池を用いた場合には、図３に示したアモルファスシリコン層１０３が微結晶シリコン層と置き換わる。この場合にも、微結晶シリコン層は、微結晶シリコンのｐ型層、微結晶シリコンのｉ型層及び微結晶シリコンのｎ型層が積層されたｐｉｎ構造となる。
【００２１】
シースルー型太陽電池は、光電変換層が非常に薄いため入射する太陽光の一部は太陽電池モジュール１３を透過する。すなわち、太陽光のうちの一部が発電に利用され、残りは、太陽電池モジュール１３を透過して温室１内へ入射するため、生育に必要な光を温室１内の植物へ供給することができる。
【００２２】
なお、太陽光の透過量が少ない場合には、図４に示すように、レーザ等によりアモルファスシリコン層１０３を貫通する孔又はスリット（溝）１０３ｄを複数設けて太陽光の透過率を向上させてもよい。
【００２３】
また、図３に示した表面ガラス基板１０１及び裏面ガラス基板１０６をポリイミドフィルムと置き換えてもよい。表面ガラス基板１０１及び裏面ガラス基板１０６をポリイミドフィルムと置き換えることで柔軟性を有するフレキシブルな太陽電池モジュール１３とすることができ温室１の曲面や丸みのある箇所にも太陽電池モジュール１３を配設することを可能となる。さらに、太陽電池モジュール１３が軽量化されるため、太陽電池モジュール１３を支えるフレーム１０や土台１１を簡略なものとすることができ、温室１の作製コストを抑制することができる。
【００２４】
（透明裏面電極１０４）
シースルー型太陽電池は、光電変換層を透過した太陽光を太陽電池モジュールの裏面側に透過させる。このため、光電変換層下面側に設ける裏面電極は、ＩＴＯやＳｎＯ２、ＺｎＯ等の透明電極材料を用いる必要がある。しかしながら、これら透明電極材料は、可視光領域の光は透過させるものの、紫外光領域の光は吸収してしまう。このため、太陽電池モジュール１３の裏面側には紫外光領域の光が届かない。
【００２５】
（空気触媒層１０７）
空気触媒層１０７は、温室１の屋根に配設される太陽電池モジュール１３の裏面にカビ等の菌類が繁殖しないように形成される。このような空気触媒としては、リン酸チタニア（ＴｉＸＰＯ４）を使用することが好ましい。リン酸チタニアは、空気中に含まれる酸素や水分と反応を起こして活性酸素と呼ばれるOH（水酸化ラジカル）、O-（スーパーオキサンドアニオン）を生成して、有機物である菌類のえさや菌類自体を分解する。
【００２６】
上述したように、太陽電池モジュール１３は、透明電極材料により殺菌作用のある紫外光を透過しないため、太陽電池モジュール１３の裏面にカビ等の菌類が繁殖して、紫外光のみならず植物の育成に必要な光が遮られてしまう。そこで、この実施形態に係る太陽電池モジュール１３では、裏面に空気触媒層１０７として有機物を分解するリン酸チタニア層を形成し、カビ等の菌類の繁殖を抑制している。
【００２７】
有機物を分解する触媒としては、一般的には、光触媒であるチタニア（ＴｉＯ２）が用いられることが多いが、本実施形態では、紫外光の届かない裏面に使用するため、有機物の分解に紫外光を必要とするチタニアを用いることはできない。
【００２８】
また、空気触媒であるリン酸チタニアは、有機バインダー（結合剤）を必要とせず、スプレーによる塗布や含浸により簡単に施工面（太陽電池モジュールの裏面）へ形成でき、養生を必要としないため施工コストを抑制することができる。さらに耐洗濯性や耐擦過性に優れ、色や触媒機能の経時変化が少ないといった利点も有する。
【００２９】
以上のように、この実施形態に係る温室１の太陽電池モジュール１３は、裏面に空気触媒であるリン酸チタニア層が形成された構成を有するため、紫外光が届かない太陽電池モジュール１３の裏面でも有機物を分解してカビ等の菌類の繁殖を抑制することができる。このため、太陽電池モジュール１３の裏面にカビ等の菌類が繁殖して植物の育成に必要な光が遮られ太陽光の透過率が低下することを抑制でき、植物の育成が阻害される虞を低減することができる。また、除菌剤等の塩素系薬品を使用せずに済むので植物に悪影響を及ぼす虞もない。
【符号の説明】
【００３０】
１…温室、１０…フレーム、１１…土台、１２…透明パネル、１３…太陽電池モジュール、１４…蓄放電装置、１５…空調設備、１６…照明装置、１０１…表面ガラス基板（表面保護材）、１０２…透明表面電極（第１の透明導電膜層）、１０３…アモルファスシリコン層（光電変換層）、１０４…透明裏面電極（第２の透明導電膜層）、１０５…封止材、１０６…裏面ガラス基板（裏面保護材）、１０７…空気触媒層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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