(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１および第２の面を有する透明絶縁基板と、
前記透明絶縁基板の前記第１の面上に形成された第１電極層と、
前記第１電極層上に形成された光半導体層と、
前記光半導体層上に形成された第２電極層と、
前記透明絶縁基板の光が入射される前記第２の面上においてガラスビーズを含有しかつ常温液状ガラスまたはシリカ系ゾルを硬化させて形成された無機系材料からなる光乱反射層と、
を備えた、太陽電池モジュール。
【請求項２】
透明絶縁基板の第１の面上に、第１電極層、光半導体層、および第２電極層を順次積層する工程と、
その後に、前記透明絶縁基板の光が入射される第２の面上に、無機系材料からなる光乱反射層を形成する工程とを備え、
前記光乱反射層を形成する工程は、前記透明絶縁基板の前記第２の面上に、ガラスビーズが混入された常温液状ガラスまたはシリカ系ゾルを塗布してから硬化させ、前記混入されたガラスビーズの分布により、前記光乱反射層の表面に凹凸形状を形成することを含む、
太陽電池モジュールの製造方法。
【請求項３】
前記透明絶縁基板の前記第２の面上に、前記ガラスビーズが混入された前記常温液状ガラスまたはシリカ系ゾルを塗布した後の前記硬化の前に、所定パターンを有する型を転写することによっても、前記光乱反射層の表面に凹凸形状を形成する、請求項２記載の太陽電池モジュールの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものであり、特に、太陽光発電に用いられる太陽電池モジュールおよびその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、クリーンエネルギの利用がますます叫ばれるようになり、それに伴い太陽電池の利用の促進が図られている。また、太陽電池の量産化に相まって、製造コストの低減化が進みつつある。太陽電池利用の形式としては、かつては、大規模に並べて行なった太陽電池発電所の形態や、人里離れた所での電源確保のための形態が主流であった。しかしながら、近年、市街地で住宅の屋根やビルの外壁に太陽電池モジュールパネルを取付けて電力を発生し、そのエネルギを従来の電力会社の電気と同様に利用することが主流となりつつある。
【０００３】
かかる太陽電池モジュールパネルは、表面カバーガラスと裏面カバーフィルムとの間に、複数の光起電力素子が樹脂で封止されたものである。表面カバーガラスとしては、かつては透明ガラスで鏡面をなすものが用いられていたため、光公害の問題が生じていた。この問題を解決するため、たとえばガラスをプレス加工して表面に特有の形状を形成した型板ガラスの利用が検討されている。また、特開平６−４５６２８号公報には、表面カバーガラス上に光散乱層を樹脂にて形成する構造が開示されている。
【０００４】
一方、太陽電池モジュールのコストを大幅に低減する構造として、表面カバーガラスと同じサイズの透明絶縁基板に、光の入射側から透明電極層、半導体層、裏面電極層をパターニングしながら順次形成して得られる、基板一体型薄膜系太陽電池モジュールが提案されている。この構造の特徴は、各光起電力素子の配線間、および素子とカバーガラスの間に充填する封止樹脂が必要ないことであり、コスト面の利点のみならず、表面カバーガラスにおける光の吸収によるエネルギ損失、ならびに樹脂の黄変による特性劣化がないことである。
【０００５】
図５は、従来の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。
図５を参照して、この太陽電池モジュールは、透明絶縁基板１と、透明絶縁基板１の光入射面と異なる面上に形成された透明電極層２と、透明電極層２上に形成された光半導体層３と、光半導体層３上に形成された裏面電極層４とを備えている。透明電極層２、光半導体層３、および裏面電極層４が順次積層されて構成される光半導体素子５は、複数の領域に分離され、各領域は互いに電気的に直列または並列に接続されている。
【０００６】
また、この太陽電池モジュールは、光半導体素子５を保護するため、充填樹脂６、および裏面カバーフィルム７により封止、保護されている。さらに、このように封止された太陽電池には、フレーム８が取付けられている。
【０００７】
このように構成される従来の太陽電池モジュールの製造工程には、プラズマＣＶＤ、スパッタ等の製膜工程の他、レーザ加工工程等が含まれる。そのため、従来の太陽電池モジュールにおいては、これらの工程を安定的に行なうため、一般に透明絶縁基板１の光入射面側の表面は、平坦な面に形成されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように構成される従来の基板一体型薄膜系太陽電池モジュールを屋根やビルの外壁に配設した場合、太陽と太陽電池モジュールとの角度によっては、太陽光が反射して隣接する家屋の中を照らしたり、あるいは、道路を走行中の自動車を強烈に照らす恐れがあり、一種の光公害や交通事故の原因となるという問題があった。
【０００９】
そこで、このような問題を解決するため、基板の表面を光を散乱する型板ガラスにすることが検討されているが、こうしたガラスを用いた場合、型板ガラスのテクスチャ仕様の細かな検討あるいは特別なレーザ加工条件が必要となり、これに伴うコストの増加が発生するという問題があった。
【００１０】
また、特開平６−４５６２８号公報に開示されるように、表面カバーガラス上に有機系樹脂を用いて光散乱層を形成した場合には、樹脂とガラスとの屈折率の相違から入射光が界面で反射されてしまうため、光入射量が減少してしまうという問題があった。さらに、長期間の使用における樹脂の劣化の問題もあった。
【００１１】
この発明の目的は、上述の問題点を解決し、光入射側における光の反射による光公害等が有効に防止された基板一体型太陽電池モジュールおよびそれを簡易かつ安価に製造する方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の一つの態様による太陽電池モジュールは、第１および第２の面を有する透明絶縁基板と、透明絶縁基板の第１の面上に形成された第１電極層と、第１電極層上に形成された光半導体層と、光半導体層上に形成された第２電極層と、透明絶縁基板の光が入射される第２の面上においてガラスビーズを含有しかつ常温液状ガラスまたはシリカ系ゾルを硬化させて形成された形成された無機系材料からなる光乱反射層と、を備えている。
【００１６】
本発明の他の態様による太陽電池モジュールの製造方法は、透明絶縁基板の第１の面上に、第１電極層、光半導体層、および第２電極層を順次積層する工程と、その後に、透明絶縁基板の光が入射される第２の面上に無機系材料からなる光乱反射層を形成する工程とを備え、光乱反射層を形成する工程は、透明絶縁基板の第２の面上に、ガラスビーズが混入された常温液状ガラスまたはシリカ系ゾルを塗布してから硬化させ、混入されたガラスビーズの分布により、光乱反射層の表面に凹凸形状を形成することを含む。
【００１９】
上記太陽電池モジュールの製造方法において、透明絶縁基板の第２の面上に、ガラスビーズが混入された常温液状ガラスまたはシリカ系ゾルを塗布した後の硬化前に、所定パターンを有する型を転写することによっても、光乱反射層の表面に凹凸形状を形成してもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による第１実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。
【００２１】
図１を参照して、この太陽電池モジュールは、透明絶縁基板１と、透明絶縁基板１の光入射面と異なる面上に形成された透明電極層２と、透明電極層２上に形成された光半導体層３と、光半導体層３上に形成された裏面電極層４とを備えている。透明電極層２、光半導体層３、および裏面電極層４が順次積層されて構成される光半導体素子５は、複数の領域に分離され、各領域は互いに電気的に直列または並列に接続されている。
【００２２】
また、この太陽電池モジュールは、光半導体素子５を保護するため、充填樹脂６、および裏面カバーフィルム７により封止、保護されている。さらに、このように封止された太陽電池には、透明絶縁基板１、充填樹脂６および裏面カバーフィルム７等を保持するとともに、屋根等の架台等に取付けるために用いられるフレーム８が取付けられている。
【００２３】
さらに、透明絶縁基板１の光入射面側には、本願発明の特徴である、無機系材料からなる光乱反射層１０が形成されている。光乱反射層１０の表面には、凹凸形状が形成されている。
【００２４】
光乱反射層１０としては、光入射面側から入射した光を乱反射するものであってもよいし、また、入射した光を一定の方向に反射するものであってもよい。
【００２５】
光乱反射層１０を構成する無機系材料としては、たとえば、無色透明の液状体や、この液状体にフィラーまたは増量材としてガラスビーズ等が混入されたものを硬化して形成する材料が用いられる。無色透明の液状体としては、十分な耐候性を有し、光の透過性が良く、透明絶縁基板１との屈折率が近似しており、硬化させるプロセスにおいて太陽電池素子を劣化させない温度、具体的には２００℃以下、より好ましくは１５０℃以下で硬化する材料が好ましく用いられる。無機系材料としてより具体的には、たとえば、シリコン系の樹脂であって硬化の際に加水分解によりガラスに変化する、ファイングラス・テクノロジー（株）製の常温液状ガラス「ヒートレスグラス」等が好ましく用いられる。
【００２６】
また、無機系材料に混入されるガラスビーズとしては、直径が数μｍ〜数１００μｍの大きさのものが用いられるが、コスト的な面とテクスチャを容易に得るために、１０μｍ前後〜２００μｍの大きさのものがより好ましく用いられる。具体的には、表面改質を目的としたシリコン充填材、たとえば、東芝製シリコーン「トスパル」やバリ取りを目的とした研磨用のビーズ等が好ましく用いられる。また、ビーズの形状としては、球状の他、ファイバの短繊維状のもの等、任意の形状のものを選択することが可能である。
【００２７】
このように透明絶縁基板の光入射面側に光乱反射層を形成することにより、太陽電池モジュールに入射した太陽光は、大部分においては発電に寄与することとなり、表面から反射される入射光の２〜４％程度の成分は不特定の方向に反射されるようになる。乱反射して散乱された太陽光は、平行光線ではない。そのため、太陽電池モジュールから反射された光は、全体としてぼやけた状態となり、直接太陽電池を見ても眩しく感じられるようなことがなくなる。
【００２８】
なお、この実施の形態による太陽電池モジュールにおいて、透明電極層２としては、ＩＴＯ、ＳｎＯ2 、またはこれらの積層体であるＩＴＯ／ＳｎＯ2 、あるいはＺｎＯ等の光を透過し得る材料が用いられる。
【００２９】
また、光半導体層３は、非晶質シリコンａ−Ｓｉ、水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ、水素化非晶質シリコンカーバイドａ−ＳｉＣ：Ｈ、非晶質シリコンナイトライド等の他、シリコンと炭素、ゲルマニウム、錫等の他の元素との合金からなる非晶質シリコン系半導体の非晶質または微結晶を、ｐｉｎ型、ｎｉｐ型、ｎｉ型、ｐｎ型、ＭＩＳ型、ヘテロ接合型、ホモ接合型、ショットキバリア型あるいはこれらを組合せた型などに合成した半導体層が用いられる。この他、光半導体層としては、ＣｄＳ系、ＧａＡｓ系、ＩｎＰ系等であってもよく、何ら限定されるものではない。
【００３０】
また、裏面電極層４としては、金属または金属および金属酸化物の複合膜等が用いられる。
【００３１】
さらに、充填樹脂６としては、シリコン、エチレンビニルアセテート、ポリビニルブチラール等が用いられ、また、裏面カバーフィルム７としては、フッ素系樹脂フィルムやポリエチレンテレフタレートあるいはアルミニウム等の金属フィルムやＳｉＯ2 等の薄膜をラミネートした多層構造のフィルム等が用いられる。
【００３２】
次に、図１に示す第１実施形態の太陽電池モジュールの製造方法について説明する。
【００３３】
まず、透明絶縁基板１の光入射面と異なる面上に、透明電極層２、光半導体層３および裏面電極層４を順次形成する。これらの各層を、レーザスクライブ等のパターニング手段によって、複数の領域に分離する。たとえば、透明電極層２は、レーザ加工、エッチング、リフトオフ等の方法により、所定のパターン形状に形成する。また、裏面電極層４は、蒸着またはスパッタ法等により製膜した後、同様にレーザ加工、エッチング、リフトオフ等の方法により、所定のパターン形状に形成する。
【００３４】
このようにして、透明電極層２、光半導体層３および裏面電極層４からなる光半導体素子５を透明絶縁基板１上に形成した後、これらを保護するため、充填樹脂６で封止固着し、さらに裏面カバーフィルム７を装着する。
【００３５】
続いて、透明絶縁基板１の光入射面側に、本願発明の特徴である、光乱反射層１０を形成する。
【００３６】
図２および図３は、本発明による太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための断面図であって、光乱反射層１０の形成方法の一例を示す図である。
【００３７】
まず、図２を参照して、封止された太陽電池モジュールの透明絶縁基板１の光入射面上に、ガラスビーズ３０が混入された常温液状ガラスまたはシリカ系のゾル２０を塗布する。
【００３８】
このとき、ガラスビーズ３０のサイズが大きい場合には、図３に示すように、常温液状ガラスまたはシリカ系のゾル２０を硬化させる際に、ガラスビーズ３０の分布によって、光乱反射層１０の表面に凹凸形状が形成される。
【００３９】
また、図４は、本発明による太陽電池モジュールの製造方法の他の例を説明するための断面図であって、光乱反射層１０の形成方法の他の例を示す図である。
【００４０】
図４を参照して、常温液状ガラスまたはシリカ系のゾル２０を塗布した後、所定のパターン形状を有するクロスが巻き付けられたローラ９を、矢印Ａに示すように回転させながら矢印Ｂに示すように移動させて所定パターンを転写した後、常温液状ガラスまたはシリカ系のゾル２０を硬化させることにより、光乱反射層１０の表面に凹凸形状を形成することもできる。
【００４１】
なお、光乱反射層１０の光入射面に凹凸形状を形成する方法としては、上述したようなビーズを用いる方法、あるいは常温液状ガラスまたはシリカ系のゾルを塗布して型押し等により成形した後硬化させる方法等の他、常温液状ガラスまたはシリカ系のゾルを塗布する際のノズルの形状等の工夫によっても、表面を凹凸形状に成形することができる。
【００４２】
【実施例】
（実施例１）
図２および図３に示す方法により、図１に示す構造の太陽電池モジュールを作製した。
【００４３】
透明絶縁基板１としては、大きさが１２０ｃｍ×４０ｃｍ、厚さが５ｍｍのソーダライムガラスを用いた。この透明絶縁基板１の全面上に、熱ＣＶＤ法にて厚さが約１μｍのＳｎＯ2 層を形成した。形成したＳｎＯ2 層をレーザスクライブ法にてパターニングし、透明電極層２を形成した。次に、透明絶縁基板１および透明電極層２上に、プラズマＣＶＤ法により、ｐ型水素化非晶質シリコンカーバイドａ−ＳｉＣ：Ｈ層、ｉ型水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ層、およびｎ型水素化非晶質シリコンａ−Ｓｉ：Ｈ層を、それぞれ１５ｎｍ、３００ｎｍ、および３０ｎｍの厚さで形成した後、レーザスクライブ法にてパターニングし、光半導体層３を形成した。さらに、この上に、ＺｎＯ層およびＡｌ層をそれぞれ１０ｎｍおよび３００ｎｍの厚さで製膜し、同じく所定のパターニングを行ない、裏面電極層４を形成した。
【００４４】
このようにして、８ｍｍ幅の短冊状の光半導体素子５が４５個直列に接続された太陽電池素子群を得た。これに、真空ラミネート法を用いて、充填樹脂６としてＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合体）、裏面カバーフィルム７としてテドラ（Tedler）（登録商標）を用いて封止、保護し、太陽電池を得た。
【００４５】
次に、透明絶縁基板１の素子形成面と異なる光入射面側に、直径約１０μｍのガラスビーズ３０を混入した常温液状ガラス２０を刷毛にて塗布した後、乾燥して硬化させることによって、光乱反射層１０を形成した。得られた光乱反射層１０は、ガラスビーズ３０の面内分布により、約９μｍの凹凸テクスチャの梨地状の表面を有していた。
【００４６】
なお、この実施例では、常温液状ガラス２０としては、ファイングラス・テクノロジー（株）製「ヒートレスグラス  ＧＳ−６００−１−Ａ」を用いた。「ヒートレスグラス」の硬化には、２０℃で２時間、または６０℃〜１８５℃で１０分〜５０分の乾燥が必要となるが、本実施例では、８０℃で３０分乾燥させた。
【００４７】
このようにして得られた光乱反射層を有する太陽電池モジュールは、表面での反射光が拡散され、太陽の映り込みがなくなっていた。
【００４８】
（実施例２）
図４に示す方法により、図１に示す構造の太陽電池モジュールを作製した。
【００４９】
裏面封止を完了した状態の太陽電池の透明絶縁基板１の素子形成面と異なる光入射面に、ガラスビーズを混入していない常温液状ガラス２０を塗布し、僅かに固化した状態で、ローラに所定のパターン形状を有するテフロンコートしたガラスクロスを巻付け、これを表面に押し当ててパターンを転写し、光乱射層１０を形成した。
【００５０】
なお、常温液状ガラスとしては、実施例１と同様のファイングラス・テクノロジー（株）製「ヒートレスグラス  ＧＳ−６００−１−Ａ」を用いた。また、常温液状ガラスには、たとえば直径約５μｍのガラスビーズを混入してもよい。
【００５１】
得られた光乱反射層１０は、布目状のパターンの表面を有していた。
このようにして得られた光乱反射層を有する太陽電池モジュールは、表面での反射光が拡散され、太陽の映り込みがなくなっていた。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による太陽電池モジュールは、透明絶縁基板の光入射面に無機系材料からなる光乱反射層を備えているため、光の反射による光公害等の問題が有効に防止される。特に、本発明によれば、光乱反射層は、透明絶縁基板と屈折率の近い無機系材料からなっているため、入射光量が減少することもなく、太陽光を有効に利用することができる。さらに、無機系材料は従来の樹脂のような劣化の問題も少ないため、耐候性の点でも優れた太陽電池モジュールが得られる。
【００５３】
また、本発明による太陽電池モジュールの製造方法は、透明絶縁基板の表面に素子部分を形成後、光乱反射層を形成するようにしたため、基板として高価な型板ガラス等を用いることなく、太陽電池モジュールの外観を、映り込みや光公害を防止するように改善できる。また、最後に光乱反射層を形成するようにすることにより、従来の基本的な太陽電池モジュールの製造工程を何ら変化させることなく、上記外観の改善を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。
【図２】本発明による太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【図３】本発明による太陽電池モジュールの製造方法の一例を説明するための断面図である。
【図４】本発明による太陽電池モジュールの製造方法の他の例を説明するための断面図である。
【図５】従来の太陽電池モジュールの概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１  透明絶縁基板
２  透明電極層
３  光半導体層
４  裏面電極層
５  光半導体素子
６  充填樹脂
７  裏面カバーフィルム
８  フレーム
９  ローラ
１０  光乱反射層
２０  常温液状ガラスまたはシリカ系のゾル
３０  ガラスビーズ
なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
【図１】
0004189056.tif 000002
【図２】
0004189056.tif 000003
【図３】
0004189056.tif 000004
【図４】
0004189056.tif 000005
【図５】
0004189056.tif 000006