(57)【要約】【課題】  入光部や集光部表面の汚染を防ぎ、長期的に発電効率の低下を抑制することを可能にする太陽電池パネルを提供することを目的とする。【解決手段】  入射側表面に防汚コートを有する太陽光入射部と、太陽電池セルと、を具備し、前記防汚コートが、アルミナ粒子または酸化シリコン粒子の少なくともいずれか一方を含有する膜であって、水との接触角が９０度以上であり、膜厚１μｍ以下であることを特徴としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
入射側表面に防汚コートを有する太陽光入射部と、
太陽電池セルと、を具備し、
前記防汚コートは、アルミナ粒子または酸化シリコン粒子の少なくともいずれか一方を含有する膜であって、
水との接触角が９０度以上であり、
膜厚１μｍ以下である表面防汚コート付太陽電池パネル。
【請求項２】
入射側表面に防汚コートを有する太陽光集光部と、
太陽電池セルと、を具備し、
前記防汚コートは、アナターゼ型酸化チタン粒子を含有する膜であって、
膜厚５μｍ以下である表面防汚コート付太陽電池パネル。
【請求項３】
前記防汚コートは、その気孔率が５％以下である請求項１または２に記載の表面防汚コート付太陽電池パネル。
【請求項４】
前記防汚コートは、前記アルミナ粒子または前記酸化シリコン粒子の少なくともいずれか一方の平均粒子径が１００ｎｍ以下である請求項１または３に記載の表面防汚コート付太陽電池パネル。
【請求項５】
前記防汚コートは、前記アナターゼ型酸化チタン粒子の平均粒子径が１μｍ以下である請求項２または３に記載の表面防汚コート付太陽電池パネル。
【請求項６】
前記防汚コートは、その表面が１００ｎｍ以下の突起を有する請求項１、３、４のいずれか一つに記載の表面防汚コート付太陽電池パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は表面防汚コートを施した太陽電池パネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、脱石油エネルギーの流れを受け、世界的に太陽光発電システムの導入が急増しており、発電出力が１ＭＷを超えるメガソーラーといわれる大規模な太陽光発電システムが各国に建設されている。
【０００３】
メガソーラーは、長期間使用すると、太陽電池パネルの太陽光入射部に、有機物や砂のような無機物による汚れが堆積し、発電効率の低下を招くことがある。発電効率には長期間の安定した発電が求められ、入光部の汚れが発電効率に直接的に影響するため表面状態の清浄度が重要である。また、発電効率を向上させる太陽光発電パネルとして集光型太陽電池が注目されているが、特にレンズやミラーといった集光部の汚れが発電効率に直接的に影響するため表面状態の清浄度がますます重要となる。
【０００４】
そこで入光部や集光部表面に撥水性の有機膜を形成すること等でその解決を図るものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。しかしながら、これらの有機膜は、長期間野外におかれ風雨や紫外線といった環境にさらされる太陽電池パネルの撥水膜としては、まだ満足いくものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−２４８０００  公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、入光部や集光部表面の汚染を防ぎ、長期的に発電効率の低下を抑制することを可能にする表面防汚コートを施した太陽電池パネルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を達成するために、実施形態の表面防汚コート付太陽電池パネルは、入射側表面に防汚コートを有する太陽光入射部と、太陽電池セルと、を具備し、前記防汚コートは、アルミナ粒子または酸化シリコン粒子の少なくともいずれか一方を含有する膜であって、水との接触角が９０度以上であり、
膜厚１μｍ以下であることを特徴としている。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施例１による防汚コートの膜厚と初期発電量の関係を示す図。
【図２】実施例１による防汚コートの水の接触角と、設置１ヵ月後の発電量の関係を示す図。
【図３】実施例２による防汚コートの膜厚と表面状態をとの関係を示す表。
【図４】実施例３による防汚コートの気孔率と初期発電量の関係を示す図。
【図５】実施例４による防汚コートの気孔率と発電量の関係を示す図。
【図６】実施例５による防汚コートの酸化シリコン粒子の平均粒径と初期発電量の関係を示す図。
【図７】実施例６による防汚コートの酸化チタン粒子の平均粒径と発電量の関係を示す図。
【図８】実施例７による防汚コートの突起の高さと、設置１ヵ月後の発電量の関係を示す図。
【図９】実施例８による防汚コートの酸化チタン粒子の結晶系と発電量の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、発明を実施するための実施形態について説明する。
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態の太陽光パネルは、入射側表面に防汚コートを有する太陽光入射部と、太陽電池セルとを具備している。特にメガソーラーのような大量の太陽光パネルが使用されている発電システムに適したものである。すなわち、住宅用途のように太陽光パネルが少ない場合には、各太陽光パネル表面を清掃することで、表面に付着した汚れを取り除くことが可能であるが、太陽光パネル枚数が増えると、メンテナンスの面などから現実的ではないからである。
【００１１】
さて、上記太陽光入射部は、基材がガラスであり、後述の太陽電池セルを保護する高い透過率と、低い反射率を伴ったいわゆるカバーガラスである。入射部表面には防汚コートが施される。
【００１２】
また、太陽電池セルは、例えば、シリコン単結晶型やアモルファスシリコン単結晶型のシリコン型太陽電池、ガリウム砒素型の太陽電池、色素増感型太陽電池等であり、公知の太陽電池セルである。    
さて、入射部表面に施される防汚コートは、酸化シリコンまたはアルミナの少なくともいずれか一方を含有する膜であり、水との接触角が９０度以上であり、膜厚１μｍ以下であることが好ましい。通常、太陽光パネルは１０〜３０度の傾斜をつけて設置されるが、本実施形態によれば、水との接触角が９０度以上であることで、入射部に付着する有機物などを雨水によって洗い流すことができる。水との接触角は、防汚コートを形成する際、カバーガラスをＳｉ（ＯＨ）４などの溶液に浸漬させるが、その溶液の温度によって制御することができる。すなわち、溶液の温度が高ければ、接触角が大きくなり、逆に温度が低ければ、接触角は小さくなる。ちなみに、接触角を９０度以上とするには、溶液の温度は７０度以上が望ましい。また、防汚コートの膜厚は１μｍを超えると、入射部の透光性が低下し、太陽電池パネルの発電量を維持できず、好ましくない。膜厚は溶液への浸漬時間によって制御することができる。すなわち、浸漬時間が長ければ膜厚は大きくなり、逆に時間が短ければ膜厚は小さくなる。
【００１３】
また、防汚コートは、気孔率が５％以下であることが好ましい。気孔率が５％を超えると、気孔どうしが連結した、いわゆる開気孔となり、太陽光の散乱が増大し、発電量が低下するためである。
【００１４】
さらに、防汚コートは、含有するアルミナ粒子および／または酸化シリコン粒子の平均粒子径が１００ｎｍ以下であることが望ましい。平均粒子径が１００ｎｍを超えると、粒子による散乱が大きくなることで、透光性が減少し発電量が低下するためである。
【００１５】
さらにまた、防汚コートは、その表面が１００ｎｍ以下の突起を有することが好ましい。１００ｎｍを超える突起を有すると、いわゆるロータス効果が低下し入射部表面の撥水性が低下することで、有機物等の付着後、その除去能力が維持できず、発電量が低下するためである。
【００１６】
（第２の実施形態）
本実施形態の太陽光パネルは、集光型太陽電池パネルであり、入射側表面に防汚コートを有する太陽光集光部と、太陽電池セルとを具備している。
【００１７】
さて、上記太陽光集光部は、ガラス製やプラスチック製のフレネルレンズ、反射鏡を用いた二段レンズなどである。集光部表面には防汚コートが施される。
【００１８】
また、太陽電池セルは、例えば、シリコン単結晶型やアモルファスシリコン単結晶型のシリコン型太陽電池、ガリウム砒素型の太陽電池、色素増感型太陽電池等であり、公知の太陽電池セルである。    
さて、入射部表面に施される防汚コートは、アナターゼ型酸化チタンを含有する膜であって、膜厚５μｍ以下であることが好ましい。バンドギャップが３．０ｅＶ（波長換算で４００ｎｍ）であるルチル型酸化チタンと比べて、アナターゼ型酸化チタンは、バンドギャップが３．２ｅＶ（波長換算で３８０ｎｍ）であり、太陽光に占める割合がより少ない３８０ｎｍ以下の波長で励起されるため、太陽電池セルの発電率低下を抑制しながら超親水性や酸化によって集光部表面の清浄性を維持することに適しているからである。集光型太陽パネルは、たとえば第１の実施形態の太陽光パネルに付着する汚れと同等サイズの汚れでも、集光の倍率に比例して、より大きな影響を及ぼす。よって集光型太陽パネルは雨水がなくとも表面の清浄度を維持すべく、酸化チタンの超親水性、酸化還元作用などのいわゆる光触媒効果を利用することが好ましい。
【００１９】
また、防汚コートの膜厚は５μｍを超えると、基材との熱膨張の違いで使用時に亀裂が入ったり、剥離が生じたりして好ましくない。
【００２０】
また、防汚コートは、気孔率が５％以下であることが好ましい。気孔率が５％を超えると、気孔どうしが連結した、いわゆる開気孔となり、太陽光の散乱が増大し、発電量が低下するためである。
【００２１】
さらに、防汚コートは、含有する酸化チタン粒子の平均粒子径が１μｍ以下であることが望ましい。平均粒子径が１μｍを超えると、酸化チタン粒子どうしの粒界や粒界３重点などに不純物やアモルファス相が存在することで、透光性が減少し、発電量が低下するためである。
【実施例】
【００２２】
以下、実施例を用いて本実施形態を説明する。
【００２３】
（実施例１）
太陽電池の入光部であるガラス（１００ｃｍ×１５０ｃｍ）をＳｉ（ＯＨ）４溶液中に浸漬し、攪拌しながら７０℃でガラス表面に酸化シリコンを成長させ、酸化シリコン膜を形成した。膜厚は、浸漬時間により制御した。このようにして作製した酸化シリコン膜付きのカバーガラスを、太陽電池パネルの入射光側に設置した。ここで、接触角は、Ｓｉ（ＯＨ）４溶液温度を変化させることで制御した。また、溶液をＡｌ（ＯＨ）３とし、表面に酸化アルミ膜を形成したカバーガラスを作成し、太陽電池パネルに設置した。
【００２４】
以上のようにして作成した太陽電池パネルの初期発電量を比較した。まず、酸化シリコン膜および酸化アルミ膜の膜厚と太陽電池パネルの初期発電量を比較した結果を図１に示す。図１より、膜厚が１μｍより大きい場合は、初期発電量が顕著に低下していることがわかる。膜厚が一定以上だと、入射光を吸収・散乱するため透過性が足りず、太陽電池セルに入射できない分が、発電に寄与しなかったためと思われる。なお、ここでは表面に何も形成されていないカバーガラスを用いた太陽電池パネルの初期発電量の値を１とし、相対発電量として初期発電量を規格化している。
【００２５】
続いて、酸化シリコン膜付きのパネルに関し、接触角と初期発電量について比較した結果を図２に示す。初期発電量と設置１ヵ月後の発電量を相対的に示している。図２より、接触角が９０度より小さい場合には、１ヵ月後の発電量が低下していることがわかる。これは、カバーガラスの清浄性が保たれず、汚染物が蓄積し、太陽電池セルに入射できない分が、発電に寄与しなかったためと思われる。
【００２６】
（実施例２）
集光型太陽電池の集光部であるアクリル製フレネルレンズ（１５０ｍｍ×１５０ｍｍ）に、Ｔｉ（ＯＨ）４をスピンコートにて塗布し、室温で７２時間乾燥し重合させることで酸化チタン膜を形成した。膜厚は、スピンコートにてよる塗布を繰り返すことで制御した。このようにして作製した酸化チタン膜付きフレネルレンズを、ＪＩＳＣ８９１７に準拠して−４０℃から９０℃の熱サイクルを連続して２００回繰り返す実験を実施した。結果を図３に示す。図３より、膜厚が５μｍより大きい場合には亀裂が発生することがわかる。
【００２７】
（実施例３）
実施例１と同様のプロセスにおいて、攪拌する速度を早くることで膜中に気泡を発生させ、気孔率を変化させた酸化シリコン膜をカバーガラス表面に形成した。得られたカバーガラスを実施例１と同様に、太陽電池パネルを組み、それぞれの初期発電量を比較した。結果を図４に示す。図４より、気孔率が５％を超えると発電量の低下を招くことがわかる。
【００２８】
（実施例４）
実施例２と同様のプロセスにおいて、乾燥する速度を早くすることで膜中に気泡を発生させ、気孔率を変化させた酸化チタン膜をフレネルレンズ表面に形成した。なお、評価として多結晶Ｓｉの太陽電池を用い、酸化チタン膜の気孔率が異なるフレネルレンズで集光率１０倍の集光型太陽電池を組み、発電量を比較した。結果を図５に示す。図５より、気孔率が５％を超えると発電量の低下を招くことがわかる。
【００２９】
（実施例５）
実施例１と同様のプロセスにおいて、酸化シリコン膜をカバーガラス表面に形成した後、さらに４００℃で熱処理を行い、酸化シリコン粒子を粒成長させた。平均粒径は、熱処理時間により制御した。なお、粒径はＳＥＭ観察により、粒子１００個の最大径の平均により算出した。以上のようにして作製した酸化シリコン膜付きカバーガラスを太陽電池に組み込み、初期発電量を比較した。結果を図６に示す。図６より、酸化シリコン粒子の平均粒径が１００ｎｍを超えると、発電量の低下が大きいことがわかる。
【００３０】
（実施例６）
実施例２と同様のプロセスにおいて、Ｔｉ（ＯＨ）４をガラス製フレネルレンズ表面に塗布し、室温で７２時間乾燥し重合させた後、さらに５００℃で熱処理を行い、酸化チタン粒子を粒成長させた。平均粒径は、熱処理時間により制御した。なお、粒径は実施例５と同様に算出した。以上のようにして作製した酸化チタン膜付きフレネルレンズを集光型太陽電池に組み込み、発電量を比較した。結果を図７に示す。図７より、酸化チタン粒子の平均粒径が１μｍを超えると、発電量の低下が大きいことがわかる。
【００３１】
（実施例７）
実施例１と同様のプロセスにおいて、Ｓｉ（ＯＨ）４溶液を用いてカバーガラス上に酸化シリコン膜を形成した。その際、浸漬時間を長くすることによって、表面の突起を１００ｎｍ以上に成長させた。評価は太陽電池パネル設置一ヶ月後の発電量を比較した。結果を図８に示す。図８より、表面の突起が１００ｎｍを越えると発電量が低下することがわかる。
【００３２】
（実施例８）
アナターゼ型およびルチル型の結晶構造を有する平均粒子径が５００ｎｍの酸化チタン粉末を用いて、純水中に濃度１０％にて分散させたＴｉ（ＯＨ）４溶液を実施例２と同様に、スピンコートにて塗布し乾燥させた。５００℃で熱処理を行い、ガラスレンズ上に酸化チタン膜を形成した。なお、この際の気孔率は３％であった。結果を図９に示す。図９より、アナターゼ型の結晶構造が発電量が大きいことがわかる。
【００３３】
なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の意図を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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