(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光起電力素子の一方の面に基板が積層され、更に、該光起電力素子の基板と反対側の面、または両方の面に、少なくとも封止用のカバーフィルムが積層されてなる太陽電池モジュールにおいて、該光起電力素子が、少なくともＴｉＯ2微粒子の表面に色素増感剤を担持させてなるＴｉＯ2コロイド発電層を備えた有機太陽電池であり、該光起電力素子は該基板の一方の面にのみ積層され、該光起電力素子の両側の電極に透明電極が用いられると共に、該基板および該カバーフィルムが透明フィルムで形成され、且つ、該基板の透明フィルムがポリアミドイミドであって、両面から入射する光を発電に利用することを特徴とする透明フィルム型太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記カバーフィルムに用いられる透明フィルムの表面もしくはその内面側に、光反射防止のための微細な凹凸加工、または、金属化合物或いは金属の薄膜形成加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の透明フィルム型太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記カバーフィルムに用いられる透明フィルムが、耐候性を兼ね備えた耐候性透明フィルムであって、且つ、その積層面に予め熱接着性樹脂層が積層されていることを特徴とする請求項１または２に記載の透明フィルム型太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記透明フィルム型太陽電池モジュールが、収納および引き出し自在なように、ロール形状、または連結された短冊形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の透明フィルム型太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、透明フィルム型太陽電池モジュールに関し、更に詳しくは、両面から入射する光を有効に発電に利用できるようにして発電効率を高め、且つ、悪天候の際などには、容易にコンパクトに収納でき、余計な劣化を防止できるようにした透明フィルム型太陽電池モジュールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、太陽電池およびそのシステム技術の開発が積極的に進められ、太陽電池は、クリーンなエネルギー源として、住宅発電用途にも、その需要が見込まれるようになっている。
また、太陽電池は、その実際の使用にあたって、そのままでは屋外などの環境下で腐食などの影響を受けやすいため、外側をパッケージ保護すること、即ち、モジュール化することが行われている。
そして、太陽電池モジュールは、建物で使用する場合、例えば、屋根に屋根一体型、または屋根上設置型などの形式で、保護ガラス、アルミフレーム、およびモジュール用架台などを用いて固定する方法が採られている。
【０００３】
しかし、このような方法で設置される太陽電池モジュールは、その前面側から入射する光を有効に発電に利用するため、背面側には光反射層が設けられ、背面が完全に遮光されているため、背面側から入る反射もしくは輻射光を利用できないという問題があった。また、一旦設置された太陽電池モジュールは、簡単には取り外しができないため、発電に適さない悪天候の時でも設置されたままであり、風雨、雪、霰などに曝されて、太陽電池モジュールが劣化或いは破損することを避けられない問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、太陽電池モジュールを、その両面から入射する光を有効に発電に利用できるようにして、発電効率を向上させ、また、発電に適さない悪天候の時には、容易にケース内などに収納できるようにして、余分な劣化や損傷を受けることを防止し、長期に渡って安全に使用することができるという、性能、長期安定性と共に、加工性、使用適性に優れた太陽電池モジュールを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、以下の本発明により解決することができる。即ち、請求項１に記載した発明は、光起電力素子の一方の面に基板が積層され、更に、該光起電力素子の基板と反対側の面、または両方の面に、少なくとも封止用のカバーフィルムが積層されてなる太陽電池モジュールにおいて、該光起電力素子が、少なくともＴｉＯ2微粒子の表面に色素増感剤を担持させてなるＴｉＯ2コロイド発電層を備えた有機太陽電池であり、該光起電力素子は該基板の一方の面にのみ積層され、該光起電力素子の両側の電極に透明電極が用いられると共に、該基板および該カバーフィルムが透明フィルムで形成され、且つ、該基板の透明フィルムがポリアミドイミドであって、両面から入射する光を発電に利用することを特徴とする透明フィルム型太陽電池モジュールからなる。
【０００６】
このような構成を採ることにより、太陽電池モジュールの前面および背面の両面から入射する光を発電に利用できるため、発電効率を一層向上させることができる。
また、太陽電池モジュールの基板およびカバーフィルムに、透明フィルムが用いられているので、屈曲性があり、ロール状などに巻き上げ可能な太陽電池モジュールとすることができる。
【０００７】
請求項２に記載した発明は、前記カバーフィルムに用いられる透明フィルムの表面もしくはその内面側に、光反射防止のための微細な凹凸加工、または、金属化合物或いは金属の薄膜形成加工が施されていることを特徴とする請求項１記載の透明フィルム型太陽電池モジュールからなる。
【０００８】
上記微細な凹凸加工は、例えば、熱エンボス法、または紫外線硬化性樹脂コートなどの手段により加工することができ、また、金属化合物の薄膜形成加工は、Ｍg Ｆ2 、Ｚn Ｓ、Ｓn Ｏ2 、Ｃr2Ｏ3 などの微粒子を用いた薄膜コートにより加工することができ、また、金属を用いる場合は、Ａl などを透明性を損なわない程度に薄く蒸着することにより加工することができる。
【０００９】
このような構成を採ることにより、前記請求項１に記載した発明の作用効果に加えて、カバーフィルムで反射される光を少なくすることができるので、外部から入射する光を有効に利用することができ、太陽電池モジュールの発電効率を一層向上させることができる。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、前記カバーフィルムに用いられる透明フィルムが、耐候性を兼ね備えた耐候性透明フィルムであって、且つ、その積層面に予め熱接着性樹脂層が積層されていることを特徴とする請求項１または２に記載の透明フィルム型太陽電池モジュールからなる。
【００１１】
このような構成を採ることにより、前記請求項１または２に記載した発明の作用効果に加えて、先ず、カバーフィルムが透明であると同時に耐候性を備えているため、屋外の環境下においても劣化を生じにくく、太陽電池モジュールの耐久性を向上させることができる。
また、カバーフィルムの積層面に予め熱接着性樹脂層が積層されているため、光起電力素子に積層する際、別々にフィルムを用意して積層する必要がなく、工程が簡略化されると同時に、真空加熱圧着時の部材セッティングなどに要する時間も短縮でき、太陽電池モジュールの生産性を向上させることができる。
【００１６】
上記有機太陽電池は、例えば、透明フィルムまたは耐候性透明フィルムを基板として、その上に透明導電層（透明電極）、前記Ｔi Ｏ2 コロイド発電層、透明導電層（透明電極）を順に積層して形成することができる。尚、前記Ｔi Ｏ2 コロイド発電層には、電気伝導性の高い電解質液を保持させるが、これを導電性樹脂に代えることもできる。
【００１７】
このような構成を採った場合も、上記有機太陽電池を薄型で柔軟性を有するように形成することができるので、前記請求項１乃至３のいずれかに記載した発明の作用効果に加えて、そのモジュール化に際して、ロール形式で連続的に加工することが可能であり、生産性を向上させることができ、また、作製された透明フィルム型太陽電池モジュールも屈曲などに対する安定性に優れているため、巻き取り形式の透明フィルム型太陽電池モジュールとしても問題なく使用することができる。
【００１８】
そして、請求項４に記載した発明は、前記透明フィルム型太陽電池モジュールが、収納および引き出し自在なように、ロール形状、または連結された短冊形状に形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の透明フィルム型太陽電池モジュールである。
【００１９】
このような構成を採ることにより、前記請求項１乃至３のいずれかに記載した発明の作用効果に加えて、透明フィルム型太陽電池モジュールを、ロールカーテン式、アコーデオンカーテン式、ブラインド式などのように、その収納と引き出しを自由に行える形状に作製することができる。従って、このような透明フィルム型太陽電池モジュールを、ビルの屋上や外壁、一般家屋の屋根、アーケードの屋根、乗り物の屋根などに設置することにより、その両面から入射する光を有効に発電に利用できると共に、発電に適さない悪天候の時には、容易に収納することができるので、余分な劣化や損傷を防止することができ、長期に渡って安全に使用することができるようになる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の透明フィルム型太陽電池モジュールの材料およびその製造方法など実施の形態について説明する。
先ず、光起電力素子を作製する際、基板に用いる透明フィルムとしては、透明性のほか、基板としての強度を有すると共に、その上に電極などを蒸着し、また、熱処理などを行うことから、耐熱性を有し、更に耐候性などにも優れることが好ましく、例えば、ポリアミドイミドフィルム、ポリアリレートフィルム、ポリエステルイミド・フッ素樹脂フィルム、フッ素樹脂系フィルム、ポリアミドフィルム、ポリエチレンナフタレートフィルム、ポリエーテルサルホンフィルムなどを使用することができる。
これらは単独のフィルムを用いてもよく、二種以上を積層した積層フィルムを用いてもよい。
尚、これらのフィルムの蒸着面には、必要に応じて蒸着用プライマーを塗布することができる。
【００２１】
次に、カバーフィルムに用いる透明フィルムは、太陽電池モジュールの最外層に使用することから、透明性と共に、特に耐候性が重要であり、また、水蒸気その他のガスバリヤー性、耐擦傷性、突き刺し強度などにも優れることが好ましい。
このような耐候性透明フィルムとしては、フッ素樹脂系フィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアリレートフィルム、ポリエーテルスルホンフィルム、ポリサルホンフィルム、ポリアクリロニトリルフィルム、セルロースアセテートフィルム、アクリル樹脂フィルム、耐候性ポリエチレンテレフタレートフィルム、耐候性ポリプロピレンフィルム、ガラス繊維強化ポリエステルフィルム、ガラス繊維強化アクリル樹脂フィルム、ガラス繊維強化ポリカーボネートフィルムなどを使用することができる。
この場合も、上記いずれか単独のフィルムを用いてもよく、また、二種以上を積層した積層フィルムを用いてもよい。
【００２２】
また、上記フィルムの耐候性を更に向上させるために、光酸化安定剤、紫外線吸収剤、光安定剤を添加することができる。例えば、紫外線吸収剤では、無機微粒子がよく、Ｃe Ｏ2 などの微粒子を好適に使用することができる。
更に、水蒸気その他のガスバリヤー性をレベルアップさせたい場合は、これらのフィルムに酸化珪素、酸化アルミニウムなどの無機酸化物の蒸着層を設けることもできる。
【００２３】
上記カバーフィルム（耐候性透明フィルム）を光起電力素子の外側に積層するためには、接着剤が必要であるが、その積層面は光起電力素子面または基板面であり、特に、光起電力素子面側は、凹凸形状であるため、その凹凸部を接着剤で埋めるようにして積層する必要がある。
従って、接着性、透明性、耐候性などのほか、充填材としての機能も備えた接着剤を用いることが必要であり、例えば、熱流動性に優れた熱接着性樹脂を必要な厚さで用いることが、性能、および生産性、経済性の点で好ましい。
【００２４】
このような熱接着性樹脂としては、エチレン−酢酸ビニル共重合体、シングルサイト触媒を用いて重合したエチレン・α−オレフィン共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタアクリル酸共重合体、線状低密度ポリエチレン、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂のほか、ポリスチレン系、ポリオレフィン系、ポリジエン系、ポリエステル系、ポリウレタン系、フッ素樹脂系、ポリアミド系のエラストマーなどを使用することができ、これらの中から、積層面の材質に応じて適するものを選択して使用することができる。
また、これらの熱接着性樹脂は、その耐候性を向上させるために、架橋剤、紫外線吸収剤、カップリング剤などを適宜混合して使用することができる。
【００２５】
上記のような熱接着性樹脂を用いて、カバーフィルムを光起電力素子に積層する方法としては、真空ラミネート法を用いることができる。
その場合、熱接着性樹脂を所要の厚さのフィルム状に製膜し、これを積層面の間に挿入して用いることもできるが、予めカバーフィルムに熱接着性樹脂を所要の厚さに積層して用いることが、生産性、経済性を向上できる点で好ましい。
カバーフィルムに熱接着性樹脂層を積層する方法は、予め製膜した熱接着性樹脂フィルムを真空加熱圧着して積層してもよく、ドライラミネーション法で貼り合わせてもよい。また、熱接着性樹脂を押し出しコート法、またはカレンダー法により製膜しながら積層することもできる。
【００２６】
【実施例】
以下に、図面を用いて本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明はこれらの図面に限定されるものではない。図１、図２は、それぞれ本発明の透明フィルム型太陽電池モジュールの一実施例の概略の構成を示す模式部分断面図である。また、図３は、参考例の透明フィルム型太陽電池モジュールに用いられる光起電力素子の一例の構成を示す模式断面図である。
【００２７】
図１において、透明フィルム型太陽電池モジュール１００は、前面側（図において上側）から、前面用カバーフィルム３、熱接着性樹脂層２a 、光起電力素子１０、基板用透明フィルム１、熱接着性樹脂層２b 、背面用カバーフィルム４が順に積層された構成である。
上記構成において、基板用透明フィルム１には、先に説明した透明フィルムを用いることができる。
また、前面用カバーフィルム３、および背面用カバーフィルム４も透明フィルムであり、先に挙げたような耐候性透明フィルムを用いることが好ましい。
【００２８】
熱接着性樹脂層２ａ、２ｂには、先に挙げた熱接着性樹脂を使用することができ、特に、光起電力素子１０の前面側に用いる熱接着性樹脂層２ａは、光起電力素子１０の表面の凹凸を埋める充填材を兼ねるため、必要な場合、背面側の熱接着性樹脂層２ｂよりも厚さを若干厚くすることができる。また、光起電力素子１０には、先に説明した有機太陽電池を用いることができる。
【００２９】
上記透明フィルム型太陽電池モジュール１００では、基板用透明フィルム１が光起電力素子１０の背面側に位置するように構成したが、基板用透明フィルム１が光起電力素子１０の前面側に位置するように構成することもできる。その場合には、光起電力素子１０の背面側（図において下側）が凹凸面となるため、背面側の熱接着性樹脂層２b を必要に応じて若干厚くして、凹部を埋められるようにする。
また、基板用透明フィルム１の外側に積層されるカバーフィルム、即ち、図１の場合、背面用カバーフィルム４は、基板用透明フィルム１に耐候性その他カバーフィルムとしての性能を兼備させることにより、これを省くこともできる。
【００３０】
このような透明フィルム型太陽電池モジュール１００の製造は、例えば、熱接着性樹脂層２a を予め積層した前面用カバーフィルム３と、熱接着性樹脂層２b を予め積層した背面用カバーフィルム４とを用意し、また、基板用透明フィルム１の上に光起電力素子１０を形成して、基板用透明フィルム１と一体化された光起電力素子１０を用意し、その光起電力素子１０の基板用透明フィルム１面に、前記背面用カバーフィルム４の熱接着性樹脂層２b 面を対向させ、また、光起電力素子１０面には、前記前面用カバーフィルム３の熱接着性樹脂層２a 面を対向させて重ね合わせ、真空ラミネート方式で、脱気（真空）、加熱、加圧して一体化させることにより、容易に製造することができる。
【００３１】
このようにして製造された透明フィルム型太陽電池モジュール１００は、柔軟性があり、ロール状に巻くことができる。
また、前面および背面の両面から光の透過が可能なように構成されているので、両面から入射する光を発電に利用することができ、発電効率を高めることができる。
【００３２】
図２に示した透明フィルム型太陽電池モジュール２００は、前記図１に示した透明フィルム型太陽電池モジュール１００の構成において、前面用カバーフィルム３の表面に、光反射防止加工を施して、光反射防止加工部５を設けると共に、透明フィルム型太陽電池モジュール２００の性能を一層向上させるために、背面用カバーフィルム４の内面側に、性能付与層６を追加して設けて構成したものである。
【００３３】
この性能付与層６は、例えば、透明フィルム型太陽電池モジュール２００の突き刺し強度を向上させる場合は、防湿性ナイロンフィルムなどの突き刺し強度に優れた透明フィルムをドライラミネーション法などで背面用カバーフィルム４の内面に積層すればよく、また、水蒸気その他のガスバリヤー性を向上させる場合は、酸化アルミニウムや酸化珪素の透明蒸着膜を背面用カバーフィルム４の内面に蒸着してもよく、或いはポリ塩化ビニリデンなどのハイバリヤー性樹脂の塗膜層やフィルムを積層してもよい。更に、これらの透明蒸着膜とハイバリヤー性樹脂層とを組み合わせて積層することもできる。
このような性能付与層６は、光起電力素子１０の片側だけでなく、両側、即ち、前面用カバーフィルム３側にも設けることができ、また、異なる種類の性能付与層６を複数重ねて設けることもできる。
【００３４】
このような構成を採ることにより、前記図１に示した透明フィルム型太陽電池モジュール１００の性能に加えて、発電効率を一層高められると同時に、性能付与層６の追加により、突き刺し強度や、水蒸気その他のガスバリヤー性などの性能を一層向上させることができる。
【００３５】
図３は、参考例の透明フィルム型太陽電池モジュールに用いる光起電力素子の一例の構成を示す模式部分断面図であり、前記図１、図２に示した透明フィルム型太陽電池モジュール１００、２００の光起電力素子１０の一例の構成を示す図でもある。図３に示した光起電力素子１０は、発電層に水素化アモルファスシリコンを用いた薄膜型太陽電池であり、主たる光入射側（図において上側）から、メッシュ状電極、透明電極、そして、ｐ層、ｉ層、ｎ層の順に形成されたアモルファスシリコン層（ａ−Ｓｉ層）、透明電極、メッシュ状電極が順に積層された構成である。
【００３６】
上記メッシュ状電極にはＡl などの金属を用いることができ、透明電極にはＩＴＯ、Ｓn Ｏ2 、Ｚn Ｏなどの薄膜層を用いることができる。
このような光起電力素子１０は、基板用透明フィルムの上に、各層をそれぞれに適した蒸着手段などを用いて順次積層して作製することができる。
このような構成を採ることにより、光起電力素子１０は、両面の電極が光の透過性を有しているので、両面から入射する光を発電に利用できるようになる。
【００３７】
以下に、試験例を挙げて本発明を更に具体的に説明する。
（参考例の透明フィルム型太陽電池モジュールの作製）
基板用透明フィルムとして、厚さ１００μｍのポリアミドイミドフィルム〔ＴＩ−５０００ 東レ（株）製〕を用い、その上にＰＶＤ法により、マスクをかけてＡl を蒸着して、Ａl のメッシュ状電極を形成し、加熱処理後、その上にＩＴＯをスパッタリングにより厚さ１０００Åに蒸着して透明電極を形成し、背面側電極とした。
【００３８】
次いで、その上にＲＦ（Radio Frequency ）電源を用いたＰＥ（Plasma enhanced ）−ＣＶＤ法により、アモルファスシリコン（ａ−Ｓi ）のｎ層を厚さ５００Å、ｉ層を厚さ４０００Å、ｐ層を厚さ２００Åに積層して発電層を形成し、更にその上に、前面側電極として、先ずＩＴＯをスパッタリングにより厚さ１０００Åに蒸着して透明電極を形成し、次いでその上にＰＶＤ法により、マスクをかけてＡl を蒸着して、Ａl のメッシュ状電極を形成して、背面側に基板用透明フィルムの付いた光起電力素子、即ち、薄膜型太陽電池を作製した。
【００３９】
次に、上記薄膜型太陽電池をモジュール化するため、前面用カバーフィルムと背面用カバーフィルムとに厚さ５０μｍのエチレン−テトラフルオロエチレン共重合体（以下、ＥＴＦＥ樹脂）フィルム（耐候性透明フィルム）を用い、前記薄膜型太陽電池の両面に、熱接着性樹脂層として厚さ１００μｍのエチレン−酢酸ビニル共重合体フィルムを挟んで重ね合わせて、真空ラミネート法で真空脱気後、１５０℃で２０分間加熱して一体化し、実施例の透明フィルム型太陽電池モジュールを作製した。
【００４０】
（比較用太陽電池モジュールの作製）
一方、比較用の太陽電池モジュールを作製するため、前記参考例の透明フィルム型太陽電池モジュールの構成において、基板用透明フィルムの上に形成したＡl のメッシュ状電極に代えて、Ａｇ電極を、ＰＶＤ法により全面に蒸着して形成し、更にその上にテクスチャ構造のＺｎＯ層をスパッタリングにより形成すると共に、背面用カバーフィルムを、厚さ５０μｍの白色顔料を練り込んだ白着色ＥＴＦＥ樹脂フィルムに変更したほかは、総て前記参考例の透明フィルム型太陽電池モジュールと同様に加工して、比較用の背面反射型（従来型）の太陽電池モジュールを作製した。
【００４１】
以上のように作製した実施例の透明フィルム型太陽電池モジュールと、比較用の従来型の太陽電池モジュールとを、フレームに取り付けて、ビルの屋上に水平面に対して３０°の角度で並べて設置し、コンクリート面からの輻射光が背面より入射する条件下で性能評価したところ、発電効率において１５％もの向上が確認できた。
【００４２】
【発明の効果】
以上、詳しく説明したように、本発明によれば、透明フィルム型太陽電池モジュールであって、前面および背面の両面から入射する光を有効に発電に利用できて、発電効率を高められ、且つ、薄型で柔軟性があり、ロール状に巻き上げることも可能で、発電に適さない悪天候の時には、容易にケース内などに収納することができ、余分な劣化や損傷を受けることがなく、長期に渡って安全に使用できるという、性能、長期安定性と共に、生産性、使用適性に優れた透明フィルム型太陽電池モジュールを提供できる効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透明フィルム型太陽電池モジュールの一実施例の構成を示す模式部分断面図である。
【図２】本発明の透明フィルム型太陽電池モジュールの別の一実施例の構成を示す模式部分断面図である。
【図３】  参考例の透明フィルム型太陽電池モジュールに用いる光起電力素子の一例の構成を示す模式部分断面図である。
【符号の説明】
１  基板用透明フィルム
２a 、２b   熱接着性樹脂層
３  前面用カバーフィルム
４  背面用カバーフィルム
５  光反射防止加工部
６  性能付与層
１０  光起電力素子
１００、２００  透明フィルム型太陽電池モジュール
【図１】
0004984197.tif 000002
【図２】
0004984197.tif 000003
【図３】
0004984197.tif 000004