(57)【要約】【課題】シリコン薄膜の熱劣化を抑制して、効率よく太陽光を直接に電力に変換すると共に熱エネルギーにも変換することができるようにした太陽エネルギー変換装置を提供する。【解決手段】表面側の保護部材１とシリコン薄膜を備えた光電変換層３とこの光電変換層の表面側及び裏面側の電極２、５とを有する薄膜シリコン太陽電池モジュールＭと、集熱パネルＨとを備え、この裏面側の電極を透明電極５で構成すると共に、この裏面側の電極と集熱板との間に、特定波長以上の光を透過する断熱材４を介在させてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側の保護部材とシリコン薄膜を備えた光電変換層とこの光電変換層の表面側及び裏面側の電極とを有する薄膜シリコン太陽電池モジュールと、集熱パネルとを備え、この裏面側の電極を透明電極で構成すると共に、この裏面側の電極と集熱板との間に、特定波長以上の光を透過する断熱材を介在させてなることを特徴とする太陽エネルギー変換装置。
【請求項２】
前記断熱材は、無アルカリガラス、白板ガラス及びソーダガラスのいずれかで構成されることを特徴とする請求項１記載の太陽エネルギー変換装置。
【請求項３】
前記断熱材が裏面側の保護部材を兼用し、両保護部材間に光電変換層を配置して熱可塑性樹脂製の充填剤を加熱し、冷却固化させて封止したことを特徴とする請求項１または請求項２記載の太陽エネルギー変換装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリコン薄膜を用いた太陽電池モジュールと集熱板とを一体に設けて、太陽光を直接に電力に変換すると共に熱エネルギーにも変換することができるようにした太陽エネルギー変換装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、上記種の太陽エネルギー変換装置は例えば特許文献１で知られている。このものは、太陽光の入射側から、ガラス製の保護部材と、互いに接続部材で接続された太陽電池セルを接着剤層で封止してなる太陽電池モジュールと、集熱板とを順次積層して構成されている。
【０００３】
ところで、近年、太陽電池として、アモルファス（非晶質）シリコン薄膜を利用したもの（所謂薄膜シリコン太陽電池）が普及している（例えば特許文献２参照）。この薄膜シリコン太陽電池は、例えば、受光面側となる表面側の保護部材たるガラス基板の片面に透明電極層（ＴＣＯ）を第１電極として成膜する。このガラス基板に透明電極層を成膜した方向を下として、この透明電極層下面にアモルファスシリコン薄膜を備えた光電変換層と、この光電変換層下面に第２電極としてＡｇ膜等とが積層される。次に、例えば、レーザー光により、所謂スクライブライン（溝）を形成して多数の平面視矩形の薄膜シリコン太陽電池セルとする（これにより、複数の薄膜シリコン太陽電池セルが同一平面内に列設される）。そして、金属製の薄板からなる一方向に長手の接続部材により第２電極を互いに電気的に直列接続する。
【０００４】
次に、上記ガラス基板の下側に充填剤を介して裏面側の保護部材を対向配置し、この充填剤を加熱し、冷却固化させて封止することで太陽電池モジュールが得られる。裏面側の保護部材としては、放熱性の高いアルミ箔をシート状の樹脂で両側からラミネート加工したシート等が用いられる。充填剤としては、比較的容易に熱硬化するシート状のＥＶＡ（エチレン-酢酸ビニル共重合樹脂）等の熱可塑性樹脂が通常用いられる。
【０００５】
そして、上記光電変換層にて太陽光を直接的に電力に変換するだけでなく、この太陽光を熱エネルギーにも変換しようする場合、上記の特許文献１のものを適用して、太陽光の入射側から薄膜シリコン太陽電池モジュールと、集熱板とを順次積層して構成することが考えられる。然し、シリコン薄膜は熱でその特性が劣化し易いことが知られている。このため、薄膜シリコン太陽電池モジュールと集熱板とを単に積層しただけでは、集熱板からの伝熱でシリコン薄膜が昇温されて熱劣化し、発電効率が著しく低下する虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平４−１２５１６３号
【特許文献２】特開２０１０−１４７３０７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、シリコン薄膜の熱劣化を抑制して、効率よく太陽光を直接に電力に変換すると共に熱エネルギーにも変換することができるようにした太陽エネルギー変換装置を提供することをその課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の太陽エネルギー変換装置は、表面側の保護部材とシリコン薄膜を備えた光電変換層とこの光電変換層の表面側及び裏面側の電極とを有する薄膜シリコン太陽電池モジュールと、集熱パネルとを備え、この裏面側の電極を透明電極で構成すると共に、この裏面側の電極と集熱板との間に、特定波長以上の光を透過する断熱材を介在させてなることを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、特定波長（例えば、３００〜２５００ｎｍ）の光を透過する断熱材を介在させたため、表面側の保護部材側から太陽エネルギー変換装置に入射した太陽光のうち例えば１２００ｎｍ程度までの波長帯域の光は、光電変換層にて直接的に電力に変換され、特定波長までの太陽光のうち発電に寄与しないものが当該断熱材で吸収されるようになる。そして、断熱材を通過した特定波長以上の太陽光が集熱パネルに到達し、熱エネルギーに変換され、熱を熱電素子で電気に変換したり、または、熱としてそのまま取り出される。この場合、断熱材により集熱パネルから光電変換層への伝熱が遮断され、光電変換層のシリコン薄膜が必要以上に昇温されることはない。このように本発明では、シリコン薄膜の熱劣化を抑制して、効率よく太陽光を直接に電力に変換すると共に熱エネルギーにも変換することができる。なお、本発明において、特定波長は、太陽熱パネル表面に施されたメッキ材料の吸収波長を考慮して適宜決定されるものである。
【００１０】
本発明においては、前記断熱材は、無アルカリガラス、白板ガラス及びソーダガラスのいずれかで構成されることが好ましい。これにより、特定波長以上の光のみを透過すると共に、集熱板から薄膜シリコン太陽電気セルへの伝熱を確実に遮断する断熱材を実現できる。
【００１１】
また、本発明においては、前記断熱材が裏面側の保護部材を兼用し、両保護部材間に光電変換層を配置して熱可塑性樹脂製の充填剤を加熱し、冷却固化させて封止したことが好ましい。これによれば、部品点数を少ない太陽エネルギー変換装置が実現でき、低コスト化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態の太陽電池モジュールの構成を模式的に示す部分断面図。
【図２】断熱材の特定波長領域における透光率を測定した結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、薄膜シリコン太陽電池モジュールの光電変換層としてアモルファス（非晶質）シリコン薄膜を利用したものを例に本発明の実施形態の太陽エネルギー変換装置を説明する。
【００１４】
図１に示すように、太陽エネルギー変換装置ＭＨは、薄膜シリコン太陽電池モジュールＭと集熱パネルＨとを積層して構成されている。薄膜シリコン太陽電気モジュールＭは、表面側の保護部材たるガラス基板１を備え、太陽光が入射する入射面側となる。この入射面側を「上」とし、ガラス基板１の下面には、表面側の電極を構成する透明電極層２が、スパッタリング法や蒸着法等で成膜されている。透明電極層２としては、後述の如く、集熱パネルＨにて、使用する波長の太陽光を効率よく取り込むことができるように、例えば酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンを主成分とした材料で、シート抵抗が３０〜６０Ω／□の範囲のものが用いられる。透明電極層２の下面には、光電変換層３が積層されている。なお、本実施形態では、太陽熱パネル表面に施されたメッキ材料の吸収波長を考慮して、特定波長を３００〜２５００ｎｍとした。
【００１５】
光電変換層３は、例えば、ｐ型アモルファスシリコン膜３１とｎ型アモルファスシリコン膜３２との間にｉ型アモルファスシリコン膜３３を挟んだｐｉｎ接合構造のものである。なお、光電変換層３の構成はこれに限定されるものではなく、ｐｎ接合構造のものでもよい。そして、光電変換層３に太陽光が入射すると、電子とホールが生じて、ｐ型アモルファスシリコン膜３１とｎ型アモルファスシリコン膜３２との電位差によって移動し、これが連続的に繰り返されることで表面側及び裏面側の両電極間に電位差が生じる。
【００１６】
次に、ガラス基板１に上記の如く所定の各層が積層されると、例えばレーザー光により、所謂スクライブライン（溝）が形成され（図示せず）、多数の平面視矩形の太陽電池セルとされる。この場合、複数の太陽電池セルが同一平面内に列設されたものとなる。なお、以上の各層の形成方法や分割方法等は公知であり、また、太陽電池モジュールの具体的な構造や作用も公知であるため、これ以上の詳細な説明は省略する。
【００１７】
光電変換層３の下面には、断熱材兼用の裏面側の保護部材４が設けられる。裏面側の保護部材４の上面には、裏面側の電極を構成する透明電極層５がスパッタリング法や蒸着法等で成膜され、互いに電気的に区画された太陽電池セルに夫々接触することで、表面側の電極２を介して互いに電気的に直列（及び／または並列）に接続される。この場合、透明電極層５としては、集熱パネルＨへの特定波長（３００〜２５００ｎｍ）の光の透過を許容するように、例えば酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化錫、酸化チタンを主成分とした材料で、シート抵抗が３０〜６０Ω／□の範囲のものが用いられる。また、裏面側の保護部材４としては、集熱パネルＨへの特定波長（２５００ｎｍ）以上の光の透過を許容すると共に、集熱パネルＨから光電変換層への伝熱を遮断するものであればよく、例えば、無アルカリガラス、白板ガラスまたはソーダガラス製で構成される。
【００１８】
ここで、公知の分光光度計にて無アルカリガラス、白板ガラスまたはソーダガラスの透過率を測定したところ、上記材料は全て２５００ｎｍ以上の波長の光であっても、９０％前後の透過率を有することが確認された（図２参照）。また、上記材料は、室温での熱伝導率が約１Ｗ／ｍＫであり、本発明の用途の断熱材として有効であることが確認された。そして、薄膜シリコン太陽電池モジュールＭとして構成する場合、充填剤６を介して両保護部材１、４を上下に重ね、この充填剤６を加熱し、冷却固化させて封止することで太陽電池モジュールＭが得られる。
【００１９】
裏面側の保護部材４の下面には、集熱パネルＨが設けられる。集熱パネルＨは、裏面側の保護部材４に密着されるカバーガラス７と、カバーガラス７の下側に図外のパッキンを介在させ所定間隔を存して配置され、２５００ｎｍ以上の波長の太陽光を吸収するように構成された公知の構造の集熱板８と、この集熱板８の下側に蛇行して配置される、銅管製の集熱パイプ９とから構成され、ケ−ス１０で覆ってなるものである。そして、集熱パネルＨで集熱した熱によって、集熱パイプ９が接続された図外の貯湯槽内の水を加熱したりすることができる。なお、集熱パネルＨは、上記のものに限定されるものでもなく、熱を熱電素子で電気に変換するもの等、他の公知のものを利用できる。
【００２０】
以上によれば、特定波長（例えば、３００〜２５００ｎｍ）の太陽光を透過する断熱材４を介在させたため、表面側の保護部材１側から太陽エネルギー変換装置ＭＨに入射した太陽光のうち例えば１２００ｎｍ程度までの波長帯域の光は、光電変換層３にて直接的に電力に変換され、特定波長までの太陽光のうち発電に寄与しないものが当該断熱材４で吸収されるようになる。そして、断熱材４を通過した特定波長以上の太陽光が集熱パネルＨに到達し、熱エネルギーに変換される。この場合、断熱材４により集熱パネルＨの集熱板８等から光電変換層３への伝熱が遮断され、光電変換層３のシリコン薄膜が必要以上に昇温されることはない。従って、光電変換層３の熱劣化を抑制して、効率よく太陽光を直接に電力に変換すると共に熱エネルギーにも変換することができる。また、断熱材４が裏面側の保護部材を兼用するため、部品点数の少ない太陽エネルギー変換装置が実現でき、低コスト化を図ることができる。
【００２１】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記のものに限定されるものではない。上記実施形態では、集熱パネルＨとしてカバーガラス７を設けたものを例に説明したが、断熱材４の板厚等を考慮して、薄膜シリコンへの伝熱が十分に抑制できるのであれば、カバーガラス７は省略することもできる。
【符号の説明】
【００２２】
ＭＨ…太陽エネルギー変換装置、Ｍ…薄膜シリコン太陽電池モジュール、Ｈ…集熱パネル、１…ガラス板（表面側の保護部材）、３…光電変換層、４…断熱材（裏面側の保護部材兼用）、２、５…透明電極層、６…充填剤。
【図１】
2013197392.tif 000003
【図２】
2013197392.tif 000004