(57)【要約】【課題】  本発明は、光利用効率が高く、発電効率の高い薄膜太陽電池モジュールを提供するものである。【解決手段】  本発明の薄膜太陽電池モジュールは、透明基板、表面透明電極層、薄膜半導体光電変換ユニット、透明導電層からなる裏面電極層、透明接着性シート、および高反射プラスチックフィルムを含む高反射性フィルムをこの順に積層して構成され、高反射プラスチックフィルムの波長４００〜６００nmにおける反射率が８０％以上のものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板、表面透明電極層、薄膜半導体光電変換ユニット、透明導電層からなる裏面電極層、透明接着性シート、および高反射プラスチックフィルムを含む高反射性フィルムをこの順に積層して構成され、高反射プラスチックフィルムの波長４００〜６００nmにおける反射率が８０％以上である薄膜太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記高反射プラスチックフィルムの光沢度が４０以下である請求項１に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記高反射プラスチックフィルムの白色度が二波長法で１００以上である請求項１又は２に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記高反射性フィルムの透明接着性シートとの接着面とは反対側の面に、さらに接着シートを介してガラス板または耐候性樹脂板を貼り付けた請求項１〜３のいずれかに記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記透明接着シートおよび／または前記接着シートの材質がエチレン−ビニルアセテート共重合体である請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記透明接着シートおよび／または前記接着シートの材質がポリビニルブチラールである請求項１〜４のいずれかに記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記高反射性フィルムの前記透明接着シートおよび／または前記接着シートとの接着面に接着改善層が設けられており、接着改善層がエチレンエチレンービニルアセテート共重合体と相溶性のある相溶性樹脂層と接着層との積層体であり、接着層が高反射性フィルムに面するように設けられ、かつ、相溶性樹脂層の膜厚が０．２μｍ以上２μｍ以下である請求項５に記載の薄膜太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記高反射性フィルムが、高反射プラスチックフィルム、水蒸気バリア層、および高耐候性フィルムをこの順に積層して構成されたものであり、高耐候性フィルムを反射プラスチックフィルムよりも薄膜太陽電池モジュールの外側方向になるように設けられた請求項１〜７のいずれかに記載の薄膜太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、薄膜半導体を光電変換層として持つ、薄膜太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、クリ−ンエネルギ−として太陽電池が急速に普及しつつある。一般に最も普及している太陽電池モジュ−ルは、結晶シリコン太陽電池素子などの太陽電池素子を使用しているが、近年、より資源面での制約が少なく低発電コストが見込めることから、薄膜半導体を用いた薄膜太陽電池の開発が盛んに行われている。
【０００３】
図２に示すように、従来の薄膜太陽電池は、一般にガラスなどの透明で絶縁性の基板１１上に順に積層された表面透明電極層１２、１以上の半導体薄膜光電変換ユニット１３、及び裏面電極層１４とを含んでいる。そして１つの薄膜光電変換ユニットはｐ型層１３１とｎ型層１３３でサンドイッチされたｉ型層１３２からなる。ｐ型層とｎ型層は逆の場合もある。近年もっとも開発が行われているのはシリコンを主成分とするもので、非晶質シリコン系、結晶質シリコン系、および両者を積層し直列に重ねたハイブリッド型がある。
【０００４】
これら薄膜太陽電池は、低コスト化を実現するために極力光電変換ユニットを形成する各層の厚さ特にｉ型層の厚さを薄くした方がよいが、薄くすると光吸収量が低下するため裏面電極層１４を裏面透明導電層１４１と銀などの高反射金属層１４２の２層を用いて透過した光を光電変換ユニットに戻したり、入射側の表面透明電極層１２や裏面電極層１４に凹凸を設けて光を拡散させて光路長を長くして吸収量を増加させることが検討されている（特許文献１）。
【０００５】
しかしながら、この構成にはいくつかの問題点があることが特許文献２において指摘されている。第１に、裏面電極に用いられる金属である銀やアルミニウムは、太陽電池モジュールが長期間屋外で使用する用途であるにも関わらず水蒸気や酸素に弱く、水蒸気や酸素のバリアが不完全だったり使用中にバリアが破れたりした場合に性能低下につながることである。第２に、ガラス基板に表面透明電極層、シリコン系光電変換ユニット、裏面透明電極層まではプラズマＣＶＤで作製できるが、金属層は一般にスパッタリング装置を必要とし、追加の装置が必要なことである。第３に、金属反射層が最適な性能を発揮するためには、裏面透明導電層１４１最適な厚さである必要がある。この要求はかなり厳密で、透明導電層１４１を成膜するときの制御には細心の注意が必要である。このような精密な制御は一般にコスト上昇要因になりうる。第４に、透明導電層１４１と金属層１４２の良好な密着は容易ではなく、太陽電池の長期信頼性に問題を引き起こすことがある。
【０００６】
そこで、特許文献２では、図３のように、裏面電極を透明導電層１７のみとし、その裏側に高反射絶縁層１８を配している。金属を使わないことで上記４つの問題点を解決している。
【特許文献１】特開２００１−７３６１号公報
【特許文献２】国際公開第２００５−０７６３７０号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２において高反射絶縁層は、白色顔料をポリマー等に混ぜて塗布したり、ＰＶＦフィルムからなる白色フィルムをＥＶＡ（エチレンビニルアセテート）で貼り付けたり、白色のＥＶＡを用いたりしている。これらは白色で散乱反射性を持つが、それらの性能は十分とはいえない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題を解決するために、次のような手段を採用するものである。すなわち、本発明の薄膜太陽電池モジュールは、
透明基板、表面透明電極層、薄膜半導体光電変換ユニット、透明導電層からなる裏面電極層、透明接着性シート、および高反射プラスチックフィルムを含む高反射性フィルムをこの順に積層して構成され、高反射プラスチックフィルムの波長４００〜６００nmにおける反射率が８０％以上のものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、特に光吸収量が高められることで、光電変換効率の高い薄膜太陽電池モジュールを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の薄膜太陽電池モジュールに関して、図面を参照しながら詳しく説明する。
【００１１】
図１は、本発明の薄膜太陽電池モジュールの基本構成の概略断面図である。透明絶縁基板２１上に、表面透明電極層２２、光電変換ユニット２３，裏面透明導電層（すなわち裏面電極層）２４，を順に成膜し、さらに透明接着性シート２５を介して高反射性フィルム２６を貼り付けた構成である。
【００１２】
透明絶縁基板２１は、高透明で絶縁性を持ち、その上に成膜する各薄膜を堆積することが可能であれば特に制限はないが、通常は透明ガラス基板が用いられる。
【００１３】
透明絶縁基板２１上には、表面透明電極層２２が形成される。既存の酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、インジウムドープ酸化錫（ＩＴＯ）などから選ばれた１以上の透明導電性酸化物を含む層が好適に用いられる。ここで、表面透明電極層２２は、入射光を光電変換ユニットに閉じこめるように作用するように、微細な凹凸表面構造を有していることが好ましい。
【００１４】
表面透明電極層２２上には、少なくとも１つの光電変換ユニット２３が積層される。光電変換ユニット２３は、図１では一組のｐ型層２３１，ｉ型層２３２，ｎ型層２３３から成っているが、ｐ型層とｎ型層は逆にすることもできるし、半導体の種類によってはｉ型層を使用しない場合もある。
【００１５】
光電変換ユニットがシリコン系薄膜から成る場合、光電変換ユニット２３には、非晶質シリコンまたは微結晶シリコンからなる薄膜が一般に用いられる。非晶質シリコン薄膜は、通常水素で未結合手が終端された水素化非晶質シリコンと呼ばれ、微結晶シリコンは部分的に非晶質シリコンを含んだ微細な結晶質シリコンを含んだ薄膜である。本発明の太陽電池モジュールの光電変換ユニット２３としては前記のようなシリコン薄膜を１組用いても良いし、図４のようにバンドギャップの異なる複数の光電変換ユニットを積層することでより幅広い光スペクトルを高効率に光電変換するように構成しても良い。
【００１６】
ｐ型層２３１は例えば導電型決定不純物原子であるボロンがドープされたｐ型シリコン系薄膜が用いられるが、他には導電型不純物決定原子としてはアルミニウム等でもよく、材料としては非晶質シリコンまたは非晶質シリコンカーバイドや非晶質シリコンゲルマニウム等、あるいは多結晶もしくは部分的に非晶質を含む微結晶構造のシリコンまたはその合金材料、あるいは他の半導体を用いることもできる。ｉ型層２３２は、実質的に真性半導体の光電変換層であり、例えば非晶質シリコンまたは非晶質シリコンカーバイド、微結晶シリコン、多結晶シリコンなどが一般的に用いられる。ｎ型層２３３としては、例えば導電性決定不純物原子であるリンがドープされたｎ型シリコン系薄膜が用いられる。
【００１７】
光電変換ユニット２３の上に、裏面電極層２４として、既存の酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化錫（ＳｎＯ２）、インジウムドープ酸化錫（ＩＴＯ）などから選ばれた１以上の透明導電性酸化物を含む層が形成される。この裏面電極層２４は、材料としては表面透明電極層２２と同様であるが、より厚く成膜され、その厚みは０．５μｍ〜５μｍが好ましい。この際、図２の従来の薄膜太陽電池モジュールにおける裏面電極層１４と同等か、それ以上の導電性を持つように構成することが好ましい。また、裏面電極層２４の表面は、表面透明電極層２２と同様、裏面電極層２４の表面に到達した光を散乱するように凹凸構造を有していることが好ましい。
【００１８】
ここで、表面透明電極層２２，裏面電極層２４は、低圧ＣＶＤ法、スパッタ法などの公知の成膜技術で形成することができる。また、光電変換ユニット２３は、プラズマＣＶＤ法などの公知の半導体成膜技術で形成することができる。
【００１９】
次に、裏面電極層２４まで形成した透明絶縁基板２１に対して、透明接着シート２５を用いて高反射性フィルム２６を貼り付ける。
【００２０】
透明接着シートは、公知のエチレンービニルアセテート共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、アイオノマー樹脂などを用いることができるが、透明性、耐久性などや太陽電池に対する実績から考えて、ＥＶＡまたはＰＶＢを用いることが好ましい。
【００２１】
高反射性フィルム２６は、前述のように、従来は白色のＰＶＦフィルムが用いられてきたが、本発明では高反射プラスチックフィルムを用いる。
【００２２】
本発明にかかる高反射プラスチックフィルムは光の反射率が高いフィルムである。具体的には波長４００〜６００ｎｍでの反射率が８０％以上のフィルムである。反射率は好ましくは４００〜９００ｎｍで９５％以上である。
【００２３】
また、高反射プラスチックフィルムは光をよく散乱することが好ましい。光を散乱する方が光電変換ユニットへ戻る光が大きな角度で光電変換ユニットへ入射することになり、見かけ上光電変換ユニットの層厚さが大きくなったような効果が得られる。具体的には、光沢度が低い方が好ましく、光沢度は４０以下が好ましい。
【００２４】
さらに、高反射プラスチックフィルムは白色度が高いことが好ましい。白色度が高いと様々な波長の光を反射することができる。白色度は二波長法で１００以上が好ましい。
【００２５】
高反射プラスチックフィルムは、例えば、二軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレートなどのポリエステルフィルム、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンフィルム、ポリスチレンフィルム、ポリアミドフィルム、ポリ塩化ビニルフィルム、ポリカーボネートフィルム、ポリアクリルニトリルフィルム、ポリイミドフィルム等を用いることができるが、強度・価格・耐久性から考えて、ポリエステルフィルムであることが好ましい。ここでいうポリエステルフィルムとしては例えばポリエチレンテレフタレート、ポリプロピレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレン−２，６−ナフタレート、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート、１，４−シクロヘキサンジメタノール共重合ポリエチレンテレフタレートなどを用いることができる。特に二軸延伸ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は、安価であるため、非常に多岐にわたる用途に好ましく用いることができる。
【００２６】
次に、本発明の別の実施形態について説明する。図１の構成では高反射性フィルム２６の側からの水蒸気に対する耐性が不足する場合がある。その対策として、図５のように水蒸気等に対する耐性のある高耐候性フィルム２８を最外層に配し、その内側に水蒸気バリア層２７を配することが好ましい。高耐候性フィルムとしては、特に耐候性を向上させたポリエステルフィルムやフッ素樹脂系フィルムなどがあげられる。また、水蒸気バリア層２７としては、アルミニウムなどの金属蒸着層またはアルミナやシリカなどの無機酸化物蒸着層を形成したポリエステルフィルムや、アルミ箔などの金属箔を用いることができる。また、高反射性フィルム２６や高耐候性フィルム２８の上に直接金属薄膜や無機酸化物蒸着層を形成してもよい。価格が安く、太陽電池セルと外部との絶縁耐性を高く取りやすいことから、水蒸気バリア層２７としては、無機酸化物薄膜を形成したポリエステルフィルムが特に好ましい。かかる無機酸化物蒸着層は、具体的には、例えば酸化アルミニウム、酸化ケイ素などの無機酸化物を公知の物理的気相蒸着法、化学的気相蒸着法などから形成したものである。また、かかる無機酸化物蒸着層３３を形成した後に、さらに水蒸気バリア性を高めるため、または無機酸化物蒸着層を保護するための保護層を設けても良い。
【００２７】
また、高反射性フィルム２６，水蒸気バリア層２７，高耐候性フィルム２８は、相互に積層してから透明接着性シート２５を介して２１〜２５が積層された太陽電池セルに貼り付けることが好ましい。高反射性フィルム２６、水蒸気バリア層２７，高耐候性フィルム２８は、ドライラミネート等の公知のフィルム積層技術を用いて貼り合わせることができる。
【００２８】
また、別の方法として、図６のように高反射性フィルムの外側に接着シート３１を介してガラス板または耐候性樹脂板３２を貼り合わせることもできる。耐候性樹脂板は、本太陽電池モジュールが設置される期間に劣化しない材料からなるものであれば特に問わないが、例えば、アクリル、ポリカーボネート、フッ素樹脂等からなる厚さ１ｍｍ〜１００ｍｍ程度の樹脂板や、アルミ板、鋼板などの金属板に耐候性塗料を塗布したものを用いることができる。接着シート３１は、透明接着シート２５と同様の材料を用いることができるが、透明性は問わないので、透明でも白色でもかまわない。高反射性フィルム２６が紫外線に弱い場合は、ガラス板または耐候性樹脂板３２を通して散乱光が入射することを考慮すると、接着性シート３１は紫外線吸収剤を含むことが好ましい。図６の形態の太陽電池モジュールを作製する場合、２２〜２５を積層したガラスの上に、透明接着シート２５，高反射性フィルム２６，接着シート３１，ガラス板または耐候性樹脂板３２を順に載せて、ラミネータで一度に接着することができる。
【００２９】
図１、図５において、高反射性フィルム２６は透明接着シート２５と、図６においてはさらに接着シート３１と接着させているが、その接着力は強固な方が好ましく、そのために高反射性フィルムの表面に接着改善層（図示せず）を付与した方が好ましい。好ましい接着改善層４１は、エチレンービニルアセテート共重合体系の樹脂と相溶性のある相溶性樹脂層４２と接着層４３の積層体で構成するものである。図７において、接着層４３が高反射性フィルム２６上にコーティングされ、相溶性樹脂層４２がその上にコーティングされ、透明接着シート２５に相溶性樹脂層４２が直接接する。かかる接着性改善層を構成する相溶性樹脂層４２は、エチレンービニルアセテート共重合体系充填材層を構成する樹脂と相溶性があり、エチレンービニルアセテート共重合体系充填材層を構成する樹脂の軟化点以上で相溶性を生じるものであればよい。具体的には、エチレンービニルアセテート共重合体、エチレンービニルアセテート共重合体を基本構造として、アクリル、メタクリルモノマーなど第３成分を共重合した共重合ポリマーなどを使用することができる。特にエチレンービニルアセテート共重合体を水性エマルジョン化した塗料樹脂は、グラビアコーティングなどの生産性が高い塗工工程を採用することができるので、樹脂の使用量をより減量化できる利点があるので好ましい。
【００３０】
また、かかる接着層４３としては、公知のドライラミネート用接着剤を好ましく使用することができる。中でもエーテル系、ポリエステル系、ポリオール系などのウレタン系接着剤が、接着強度が高く、さらにその接着強度の恒温安定性、長期耐久性に優れることから好ましく使用される。その中でも塗工時直後に粘着性が低く、コーティングが容易であることからポリエステル系のウレタン系接着剤が特に好ましく使用される。
【００３１】
また、前記接着改善層４１を構成する相溶性樹脂層４２、接着層４３の形成方法としては、周知のウエットコート法、たとえばダイレクトグラビアコート法、リバースグラビアコート法などが用いられる。
【００３２】
かかる接着改善層４１の相溶性樹脂層４２の厚さは、接着強度が高く、強度塗剤コストが低く、加工速度が高くできることから、好ましくは０．２〜２μｍ、より好ましくは０．２〜１μｍの膜厚に制御するのがよい。かかる相溶性樹脂層４２の厚さは、さらに該高反射性フィルムの保存時のブロッキング、張り付きなどが起きない良好な保存性を保持する上から重要である。なお、図６のように高反射性フィルムの両側に接着シートを配する場合は、該接着改善層は両面に付与することが好ましい。
【実施例】
【００３３】
まず、本発明に用いる測定法について説明する。
【００３４】
（１）反射率
日立製分光光度計Ｕ−３４１０を用い、標準白色板用開口部と試験片開口部ともに標準白色板として酸化アルミナを用いて３００〜９００ｎｍで試験片開口部の傾斜角度を１０°付けて拡散反射率を測定し（Ｔ０）とし、そのときの反射率を１００％とした。その後、試験片開口部を試験片に取り替え３００〜９００ｎｍで拡散反射率を測定した。その後、下記式により、反射率（Ｒ）に換算した。
・Ｒ（％）＝Ｔ１／Ｔ０×１００  
Ｔ０：標準白色板の反射率  
Ｔ１：試験片の反射率。
【００３５】
（２）光沢度
スガ試験機製デジタル変角光沢計ＵＧＶ−４Ｄを用いて測定した。
【００３６】
（３）白色度
スガ試験機ＳＭカラーメーターを用いて測定した。
【００３７】
次に、図１に基づいて実施例を説明する。
【００３８】
（実施例１〜３，比較例１）
ガラス基板２１上に表面透明電極層２２として、厚さ約６００ｎｍのＳｎＯ２膜がＣＶＤ法にて形成された。次に表面透明電極層２２上に、プラズマＣＶＤ装置で基板全面に光電変換ユニット２３としてアモルファスシリコン系薄膜を形成する。ｐ型層２３１としてはｐ層のアモルファスＳｉＣ膜（膜厚約１５ｎｍ）、ｉ型層２３２はｉ層のアモルファスＳｉ膜（膜厚約５００ｎｍ）、ｎ型層２３３はｎ層のａ−Ｓｉ膜（膜厚約３ｎｍ）、である。次に、裏面透明導電層２４としてスパッタ法により基板全面にＺｎＯを膜厚約３μｍで形成し、太陽電池セルが完成する。
【００３９】
この太陽電池セルに後に電気特性を測定できるように配線を施したものを真空ラミネータの熱板上に置き、裏面透明導電層の上に厚さ０．４ｍｍのＥＶＡシートと、表１の高反射性フィルムＡを重ねてセットした。熱板を１５０℃に設定し昇温した後、真空引きを行い、その後高反射性フィルムＡの上からダイヤフラムシートを介して１気圧でプレスを行い、ＥＶＡシートを溶融状態にして太陽電池セルと高反射性フィルムＡを接着した。冷却後取り出し、接着後のＥＶＡシートが透明接着シート２５、高反射性フィルムＡが高反射性フィルム２６となり、太陽電池モジュールが完成した。
【００４０】
この太陽電池モジュールについて、ＡＭ１．５、１００ｍＷ／ｃｍ２の基準太陽光と同等のソーラーシミュレータで光照射を行いながら電流・電圧特性を測定し、短絡電流（Ｉｓｃ）の値で評価した。
【００４１】
高反射フィルムＡの特性および結果を表１に示す。同様にして、フィルムＢ〜Ｄを用いて作製した結果も表１に示す。
【００４２】
（実施例と比較例の比較）
実施例１のフィルムＡと比較例１のフィルムＢを比較すると、反射率では実施例１が広い波長に渡って高く、白色度にも優れている。光沢度ではフィルムＢの方が小さい値であるが、短絡電流値からフィルムＡの方が優れていることがわかり、反射率および白色度が高いフィルムを用いることが効果的であることがわかる。
【００４３】
また、フィルムＡと実施例２のフィルムＣを比較すると、光沢度と白色度の差は小さいが、反射率はＣの方が高く、その結果が高い短絡電流値に現れている。
【００４４】
フィルムＣと実施例３のフィルムＤを比較すると、反射率と白色度は同程度だが、光沢度が大きく異なり、その結果が短絡電流値の差となって現れている。
【００４５】
以上をまとめて考察すると、反射率は高い方がよく、少なくとも４００〜６００ｎｍでの反射率が８０％以上、より好ましくは４００〜９００ｎｍで９５％以上が好ましい。光沢度は４０を超えると短絡電流が低下することから、光沢度は４０以下が好ましい。白色度は１００を下回ると短絡電流が低下することから、白色度は１００以上が好ましい。
【００４６】
【表１】
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【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の薄膜太陽電池モジュールの基本構成の概略断面図
【図２】従来の薄膜太陽電池モジュールの概略断面図
【図３】別の従来の薄膜太陽電池モジュールの概略断面図
【図４】光電変換ユニットの別の例
【図５】本発明の薄膜太陽電池モジュールの別の実施形態の概略断面図
【図６】本発明の薄膜太陽電池モジュールのさらに別の実施形態の概略断面図
【図７】高反射性フィルムに付与する接着改善層の構成の一例
【図８】実施例１の高反射性フィルムＡと比較例１の反射性フィルムＢの分光反射率測定結果
【図９】実施例２，３の高反射性フィルムＣと高反射性フィルムＤの分光反射率測定結果
【符号の説明】
【００４８】
１  太陽電池モジュール
１１、２１  透明絶縁基板
１２、２２  表面透明電極層
１３、２３  光電変換ユニット
２３Ａ  第１光変換ユニット
２３Ｂ  第２光変換ユニット
１３１、２３１  ｐ型層
１３２、２３２  ｉ型層
１３３、２３３  ｎ型層
１４  裏面電極層
１４１  裏面透明導電層
１４２  高反射金属層
１５  封止樹脂
１６  バックシート
１７  裏面透明導電電極層
１８  高反射絶縁層
２４  裏面透明導電層（裏面電極層）
２５  透明接着性シート
２６  高反射性フィルム
２７  水蒸気バリア層
２８  高耐候性フィルム
３１  接着シート
３２  ガラス板または耐候性樹脂板
４１  接着改善層
４２  相溶性樹脂層
４３  接着層
【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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