(57)【要約】      （修正有）【課題】変換効率を損なわず、受光面側に文字、図形等のパターンを形成することのできる太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１１０は、受光面側から表面保護層１１、蛍光発光層１２、受光面側封止層１３、太陽電池セル１５、裏面側封止層１７、裏面保護層１８の順に配置しており、蛍光発光層１２は、４００ｎｍ以下の波長の光を可視光領域の波長に変換する機能を有する層であって、蛍光発光層の開口部で特定のパターンを形成する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
受光面側から表面保護層、蛍光発光層、受光面側封止層、太陽電池セル、裏面側封止層、裏面保護層をこの順に有する太陽電池モジュールであって、
前記蛍光発光層は、４００ｎｍ以下の波長の光を可視光領域の波長に変換する機能を有し、
前記蛍光発光層は開口部を有し、
前記蛍光発光層の開口部によりパターンが形成された太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記蛍光発光層は、４００ｎｍ以下の波長の光を可視光領域の波長に変換する蛍光物質を添加したもの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】
前記蛍光発光層は前記表面保護層と一体的に形成されてい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４】
前記蛍光発光層に形成された前記パターンは、複数の開口部がドット状に並んだもの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５】
請求項１〜４のいずれかに記載の太陽電池モジュールを少なくとも１個含むことを特徴とする太陽光発電システム。
【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及び太陽光発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境への負荷低減が重要視される中、太陽光エネルギを直接電気エネルギに光電変換する太陽電池へ大きな期待が寄せられている。太陽電池にはさまざまな種類があるが、現在のところ主流は結晶シリコン系の太陽電池である。
【０００３】
結晶シリコン系の太陽電池は、分光感度が高い波長領域が限られており、太陽光に含まれる紫外領域の光は十分に光電変換できないという問題があった。この問題を解決するために、紫外領域の光を太陽電池の分光感度が高い領域の波長の光に変換する波長変換層を有する太陽電池モジュールが提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１では太陽電池セルの受光面上に、最外層となる表面保護層、波長変換層、封止樹脂層が設けられた構造が開示されている。より具体的には、波長変換層として、透明樹脂に蛍光体物質を溶解あるいは分散し、フィルム状に成型した波長変換フィルムを用いた構造が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２ではガラスからなるフロントカバー、変換剤及びＥＶＡからなる２枚の封止材に介在された太陽電池セル、バックカバーをこの順に積層した太陽電池モジュールが開示されている。より具体的には、受光面側のフロントカバーと太陽電池セルの間に、光を吸収して吸収した波長よりも長い波長の光に変換する波長変換機能を有する封止材を配置した構造が示されている。
【０００６】
また、特許文献３では、波長変換層と受光面側封止層との間にバリアー層を設けることで、長期信頼性を改善できる例が示されている。
【０００７】
また、特許文献４では、波長変換層に用いる波長変換型封止材について示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１３−４８０６号公報
【特許文献２】特開平７−２０２２４３号公報
【特許文献３】特開２０１５−６０９４５号公報
【特許文献４】ＷＯ２０１５−０６４６９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
太陽電池モジュールは、太陽光を電気に変換する光電変換機能を有するが、付加価値をつけることが難しかった。例えば、太陽電池モジュール表面に所望の文字、図形等のパターンが形成できれば、付加価値をつけることは可能であるが、太陽電池セルの受光面側にこのようなパターンを形成すると、太陽電池において最も重要な機能である変換効率を損なうことになってしまい、これまで使用されてこなかった。
【００１０】
本発明はかかる問題を解決すべく創案されたもので、その目的は変換効率を損なわず、受光面側に文字、図形等のパターンを形成することのできる太陽電池モジュールを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の太陽電池モジュールは、受光面側から表面保護層、蛍光発光層、受光面側封止層、太陽電池セル、裏面側封止層、裏面保護層をこの順に有する太陽電池モジュールであって、蛍光発光層は、４００ｎｍ以下の波長の光を可視光領域の波長に変換する機能を有し、蛍光発光層は開口部を有し、蛍光発光層の開口部によりパターンが形成されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、変換効率を損なわず、表面に文字、図形等のパターンを形成することのできる太陽電池モジュール及び太陽光発電システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態１に係る太陽電池モジュールの模式図である。
【図２】本発明の実施形態１に係る太陽電池モジュール本体の断面構成を示す模式図である。
【図３】本発明の実施形態１および２に係る太陽電池モジュールの断面模式図である。
【図４】本発明の実施形態２に係る太陽電池モジュールの模式図である。
【図５】本発明の実施形態２に係る太陽電池モジュールの断面構成を示す模式図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る太陽光発電システムの模式である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
[実施形態１]
実施形態１に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照し説明すれば以下のとおりである。
図１は、本実地形態の太陽電池モジュールを受光面側からみた様子を示す模式図である。太陽電池モジュール１００は、太陽電池モジュール本体１１０と太陽電池モジュール本体１００の周縁部を覆う枠体３１からなる。太陽電池モジュール本体１１０には、複数の太陽電池セル１４が配置されている。太陽電池モジュール本体１１０の受光面側に文字パターン１２０が形成された。後で詳しく説明するが、文字パターン１２０は、蛍光発光層の配置されていない領域にあたる。
【００１５】
図２は、本実施形態の太陽電池モジュール本体の断面構成を示す模式図である。太陽電池モジュール本体１１０は、受光面側から、表面保護層１１、蛍光発光層１２、受光面側封止層１３、配線シート付太陽電池セル１６、裏面側封止層１７、裏面保護層１８を有する。配線シート付太陽電池セル１６は、太陽電池セル１４と配線シート１５からなる。太陽電池セル１４として、ｐ型、ｎ型の電極が太陽電池セルの裏面側に形成されたバックコンタクト型太陽電池セルを用いた。太陽電池セル１４の電極は、配線シート１５に形成された配線と電気的に接続されている。さらに隣接する太陽電池セル同士は、配線シート１５に形成された配線により、直列接続されている。尚、本明細書においては、太陽電池セルの光入射側を受光面側とし、受光面の反対側を裏面側とした。
図２においては記載を省略しているが、太陽電池モジュールとして十分な出力電力を得るために、複数の太陽電池セル１４を配線シート１５に形成された配線により直列に電気的に接続した。さらに、太陽電池モジュールは、正極側と負極側の２個の引出し電極を有しており、それぞれの引出し電極の一端は太陽電池セルと電気的に接続し、引き出し電極の逆側の一端は端子ボックスに電気的に接続した。
【００１６】
表面保護層１１として厚さ約３ｍｍのガラス基板を用い、蛍光発光層１２として厚さ約０．４ｍｍの蛍光物質を添加したエチレンー酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を用いた。蛍光物質は、３００〜４５０ｎｍの波長領域の光を吸収し、結晶シリコン太陽電池セルに対してより分光感度が高い波長領域の光に変換する機能を有している。
【００１７】
本実施形態においては蛍光発光層１２として、主成分となるＥＶＡに、蛍光物質としてベンゾトリアゾール誘導体を添加したが、これに限定されるものではない。蛍光物質としては有機蛍光材料が望ましく、特にベンゾトリアゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体が好ましい。また、添加する蛍光物質は一種類である必然性はなく、複数種類を添加してもよい。さらに、本実施形態においては、蛍光発光層１２の主成分となる樹脂としてＥＶＡを用いたが、アイオノマー樹脂、等の樹脂を用いることもできる。蛍光発光層１２として紫外線を可視光に変換する波長変換材料以外の蛍光材料を使用することもできるが、その場合、太陽電池モジュールの変換効率は低下する。蛍光発光層１２として紫外線を可視光に変換する波長変換材料を用いることで、変換効率を向上させながら、意匠性も付加できる効果が得られる。蛍光発光層１２を配置することで、太陽電池モジュールの変換効率向上は１．５〜２％向上する。文字、図形等のパターンを形成するため、蛍光発光層１２に穴加工を実施し、図１で示したようなパターン１２０を形成した。太陽光下において、蛍光発光層１２は紫外線により青く発光するため、太陽電池モジュール全体としては青に近い色になり、蛍光発光層１２のないパターン１２０の部分は黒に近い色となるため、パターンとして認識できる。このとき、何も加工をしていない場合に対して、パターンの太陽電池モジュールの受光面に対する面積比率に応じて、太陽電池モジュールの変換効率向上は小さくなる。
蛍光発光光層１２に小さな穴をドット状に多数開口することにより、パターン１２０を形成した。小さな穴を多数開口することにより、太陽電池モジュールの製造を容易にすることが可能となった。パターン２０の形に開口部をつくることも可能であるが、パターン１２０の蛍光発光層１２に対する面積比率が大きくなると、シートとして取扱いにくくなる場合があった。小さな穴を多数開口することにより、蛍光発光層１２をシートとして容易に取り扱うことができることになったためである。
【００１８】
受光面側封止層１３として厚さ約０．４ｍｍのＥＶＡを用い、太陽電池セル１４として単結晶シリコンウエハを用いて作製したバックコンタクト型太陽電池セルを用いた。受光面側封止層１３には蛍光物質は添加していない。受光面側封止層１３としては、可視光領域の透過率が高く、蛍光発光層１２で波長変換した可視光領域の光が太陽電池セル１４にできるだけ多く到達する材料が望ましい。本実施形態においては受光面側封止層としてＥＶＡを用いたが、アイオノマー樹脂等の樹脂を用いることもできる。太陽電池セル１４としては、グリッド電極を受光面側に形成した単結晶シリコンセルや多結晶シリコンセルを用いても良い。また、ガラスやフィルム上に形成された薄膜系太陽電池を用いることも可能である。
【００１９】
蛍光発光層１２は屋外で紫外線により青く発光するため、太陽電池セル表面色が青に近い色であれば、蛍光発光層１２の有無でコントラストが付き難くなる。よって、太陽電池セル１４は黒に近い色であることが望ましい。また、受光面側にグリッド電極があるとグリッド電極で光が乱反射しコントラストが付き難くなるため、グリッド電極のないバックコンタクト型太陽電池セルが望ましい。
【００２０】
さらに、裏面側封止層１７として厚さ約０．４ｍｍのＥＶＡを用い、裏面保護層１８としてＰＥＴ/Ａｌ/ＰＥＴ構造のバックシートを用いた。裏面側封止層１７は太陽電池セルの受光面とは逆側の裏面側に配置されるものであり、太陽電池セル１４及び裏面保護層１８との高い接着強度を有する材料を用いることが望ましい。本実施形態においては裏面側封止層１７として紫外線吸収剤を添加したＥＶＡを用いたが、ＥＶＡに限定されるもので
はなくアイオノマー樹脂等の材料を用いることも可能である。本発明において、紫外線吸収剤とは、３００〜４５０ｎｍに吸収波長ピークを有するものであって、蛍光物質以外のものをいう。紫外線吸収剤は、照射光中の紫外線を吸収して分子内で熱エネルギへと変換するものであり、紫外線によって高分子中の光劣化開始の活性種が励起されることを防止する機能を有する。本実施形態においてはベンゾフェノン系の紫外線吸収剤を用いたが、これに限定されるものではない。
【００２１】
図３を用いて、本実施形態における太陽電池モジュールの製造方法について簡単に説明する。図３（ａ）は、図２のように配置した部材をラミネートし一体化した太陽電池モジュール本体１１０の断面模式図である。蛍光発光層１２が無い場合と同様の製造プロセスで製造することが可能であり、わざわざ別の製造プロセスを検討する必要がないという利点を有する。図３（ｂ）は、太陽電池モジュール１００の断面模式図である、一体化した太陽電池モジュール本体１１０の周縁部に緩衝剤３０、枠体３１を配置し、太陽電池モジュール１００を製造する。
【００２２】
本実施形態の太陽電池モジュールを屋外においたところ、快晴の日には図１に示したパターン２０が明確に確認できた。曇りの日には紫外線量が約60％、雨の日には約30％になるため、快晴の日よりもパターン１２０は視認しにくくなる傾向が見られた。また、朝、夕は紫外線を含む太陽光量が少なくなるので、パターン１２０は視認しにくくなる傾向が見られた。屋内では紫外線がほとんど当たらないので、形成したパターン２０はほとんど見えなかった。
本実施形態で説明した構造により、変換効李が高く、表面に所望のパターンを有する太陽電池モジュールを提供すること可能となった。
［実施形態２］
実施形態２に係る太陽電池モジュールについて、図面を参照し説明する。実施形態１と異なる点は、表面保護層上に蛍光発光層を予め形成した後で、部材を載置し封止した点である。実施形態１と重複する箇所については説明を省略する。
【００２３】
図４に、本実施形態の太陽電池モジュールを受光面側からみた模式を示す。太陽電池セル２４を含む太陽電池モジュール２００の受光面側に、波の模様のパターン２２０が形成されている。
【００２４】
図５に、本実施形態の太陽電池モジュールの断面の模式図を示す。図５に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール２１０は、蛍光発光層付表面保護層２９、受光面側封止層２３、太陽電池セル２４、配線シート２５、裏面側封止層２７、裏面保護層２８を有する。蛍光発光層付表面保護層２９は、表面保護層２１と蛍光発光層２２からなり、蛍光発光層２２は表面保護層２１の裏面側にある。
【００２５】
本実施形態においては、蛍光発光層付表面保護層２９は、ガラス基板からなる表面保護層２１と、蛍光物質であるベンゾトリアゾール誘導体を添加したＥＶＡを主成分とする蛍光発光層２２からなる。また、受光面側封止層２３、太陽電池セル２４、配線シート２５、裏面側封止層２７、裏面保護層２８に関しては、実施形態１と同じ部材を使用した。
【００２６】
蛍光発光層２２はガラス基板からなる表面保護層２１にスクリーン印刷法を用いて印刷した。スクリーン印刷法に限るものではなく、他の方法を用いても良いことはいうまでもない。蛍光発光材料は、アクリル系、エポキシ系、フェノール系などの樹脂に混錬されており、印刷後は、数十度〜百数十度で樹脂が熱によって重合することで固着する。本実施形態では、透過率の高いアクリル系樹脂に蛍光発光材料を混錬したものを使用した。太陽電池用に一般的に使用されるガラス基板からなる表面保護層２１は、印刷面である受光面と反対側に比較的大きなエンボス加工が施されているため、通常とは表裏を逆に用いてほ
ぼフラットな面に対して蛍光発光層２２を印刷、硬化し、蛍光発光層付表面保護層２９を形成した。本実施形態では、前述した実施形態１に対して、複雑なパターンを自由に形成できる、蛍光発光層が溶融しないので寸法安定性に優れるといった優位性がある。このため、図４に示したような比較的複雑なパターンを形成することが可能となった。すなわち、変換効率が高く、表面に複雑な所望のパターンを有する太陽電池モジュールを提供することが可能となった。
［実施形態３］
実施形態３に係る太陽光発電システムについて、図６を参照し説明する。
図６に示すように、太陽光発電システムは、複数の太陽電池モジュール３００で形成される。そのため、本発明で可能となる意匠性を有する太陽電池モジュールも複数が固まって配置されることとなる。図６は、屋根に設置した太陽電池モジュール３００を組み合わせて、文字を表現した例である。文字の部分のみが太陽電池セルの黒に近い色となり、その周囲は蛍光発光により青に近い色に見える。時刻や天候により見え方が変わり、太陽光発電システムに特徴のある意匠性を持たせることが可能となる。
【００２７】
本実施形態で説明した構造により、変換効率が高く、表面に所望のパターンを有する太陽光発電システムを提供することが可能となった。つまり、複数の太陽電池モジュールからなる太陽光発電システムに意匠性を持たせることが可能となった。
［実施形態４］
実施形態４に係る太陽光発電システムについて説明する。実施形態４の実施形態３と異なる点は、パターンとなる部分に蛍光発光層を配置した点である。すなわちパターン以外の部分が、蛍光発光層の開口部となる。文字の部分のみが蛍光発光により青に近い色に見え、その他の部分が黒に近い色となる。太陽光発電システムの出力は、実施形態３の方が1
％程度有利になると考えられるが、太陽光発電システム全体は黒に近い色となる。太陽光発電システムを屋根に設置する場合、黒に近い色が好まれる傾向があり、設置者の選択肢を増やすことが可能となった。
【００２８】
本実施形態で説明した構造により、黒に近い色調を有し、変換効率が高く、表面に所望のパターンを有する太陽光発電システムを提供することが可能となった。
【００２９】
以上、実施形態１から実施形態４について具体的に説明を行ったが、本発明はそれらに限定されるものではない。上述した４つの実施形態それぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００３０】
なお、今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００３１】
１００、２００、３００  太陽電池モジュール
１１０、２１０  太陽電池モジュール本体
１２０、２２０、３２０  パターン
１１、２１  表面保護層
１２．２２  蛍光発光層
１３、２３  受光面側封止層
１４、２４  太陽電池セル
１５、２５  配線シート
１６    配線シート付太陽電池セル
１７、２７  裏面側封止層
１８、２８  裏面保護層
２９    蛍光発光層付表面保護層
３０    緩衝剤
３１    枠体
【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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