JP3475486B2

JP3475486B2 - 非晶質シリコン系太陽電池パネル

Info

Publication number: JP3475486B2
Application number: JP08851994A
Authority: JP
Inventors: 良夫松村; 輝樹廿日岩; 竹治山脇
Original assignee: Kaneka Corp
Current assignee: Kaneka Corp
Priority date: 1994-04-26
Filing date: 1994-04-26
Publication date: 2003-12-08
Anticipated expiration: 2018-12-08
Also published as: JPH07297435A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は光照射による出力の劣化
現象を抑制することのできる非晶質シリコン系太陽電池
パネルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】非晶質半導体太陽電池は薄膜化が容易で
あることから、安価な太陽電池として実用化が期待され
ている。その中でも代表的な非晶質シリコン系太陽電池
は、低温で形成することが可能で、且つ基板の選択自由
度が高いことから、次世代の太陽電池として注目されて
いる。このような非晶質シリコン太陽電池は、透光性基
板上に透明導電膜／ｐ−ｉ−ｎ非晶質シリコン層／金属
電極層を順次堆積した積層体からなる太陽電池素子の裏
面側を、充填材やバックシートで封入して太陽電池パネ
ルを構成し、これにアルミウム等のフレームを取り付け
たモジュールとして屋外で設置使用されている。この太
陽電池パネルは、図６に示すように、透光性基板１上に
透明導電膜／ｐ−ｉ−ｎ非晶質シリコン層／金属電極層
を順次堆積した積層体からなる光電変換領域１５を設
け、さらにエチレンビニルアセテート（以下ＥＶＡと称
す）やポリビニルブチラール（以下ＰＶＢと称す）の充
填材１７で封入するとともに、テドラー等のバックシー
ト１９によって裏面を保護し、一方受光面側には接着材
３３を介して透光性を有するカバー部材３５を設けた構
造が一般的である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】非晶質シリコン太陽電
池は、上述のように多くの利点を有してはいるが、一方
でステブラーロンスキー効果（以下これを光劣化と称
す）という重大な問題点をも有している。これは太陽光
に暴露することによって、光電変換効率が約２５％程度
低下してしまう現象であり、光電変換層内で発生した電
子と正孔が再結合するときに発生するエネルギーによっ
て、準安定状態にある結合手が切断されて不結合手とな
り、電子や正孔の捕獲割合が増大することによるものと
考えられている。この光劣化を解決するために、従来か
ら種々の方法が提案されてきた。例えば太陽電池素子を
多層に設け、上層と下層とで電流バランスを取りながら
膜厚を薄くし、光電変換層内の電界強度を高めて前記捕
獲割合を低減せんとする方法などがその代表的なもので
ある。しかしながら、このような方法を用いても依然と
して光劣化は存在しており、根本的解決を見ていないの
が現状である。そしてこのような光劣化現象が、非晶質
シリコン太陽電池の屋外用途における実用化を遅らせる
一因となっている。

【０００４】また一方で、光劣化によって低下した光電
変換効率は、８０℃〜９０℃以上の温度における熱処理
によって改善されることが知られており、３０℃の温度
上昇につき、約８％光劣化率が小さくなる。従って、太
陽電池の温度を上記温度に上昇させることができれば、
光劣化率は１０％以下まで改善することができる。さら
に、非晶質シリコン太陽電池の開放電圧の温度依存性
は、結晶系シリコン太陽電池の約半分であり、結晶系シ
リコン太陽電池に比べると、温度上昇による出力低下の
影響が少ない。例えば、結晶系シリコン太陽電池では、
１℃温度が上昇するとその最大出力電力は０．５〜０．
７％減少するが、非晶質シリコン太陽電池では、０．２
〜０．３％である。従って、非晶質シリコン太陽電池で
は、太陽電池温度を高温に保つことで、光劣化の改善効
果を十分に得ることができる。しかしながら、従来の太
陽電池パネルにおいては、使用中の素子温度を上記温度
以上に上昇させることは不可能であった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、このような光
劣化現象を抑制する非晶質シリコン系太陽電池パネル構
造を提供するものである。なお以下、本発明の説明で
は、透光基板上に光電変換領域となる非晶質シリコン系
半導体層を少なくとも形成し、必要に応じて裏面側を充
填材およびバックシートの少なくともいずれかで封入し
た状態のものを太陽電池素子と称し、この太陽電池素子
に断熱材を密着させたものを太陽電池パネルと表現する
ものとする。そしてこのような本発明は、透光基板上に
非晶質シリコン系半導体層を形成した太陽電池素子の受
光面とは反対側の面に、断熱材を密着させた太陽電池パ
ネルであって、断熱材を２層構造とし、第１の断熱材を
太陽電池素子の受光面とは反対側の面に接着し、第１お
よび第２の断熱材間に防水シートを介在させた状態で両
断熱材を密着させた非晶質シリコン系太陽電池パネルと
することを、その特徴としている。また、太陽電池素子
からの出力線を、前記第１の断熱材を貫通し、前記防水
シートを貫通することなく配線してなることが効果的で
ある。さらに、第１および第２の断熱材間の境界を傾斜
させ、出力線の部分への水分の侵入を防止してなること
も好ましい。加えて、透光性を有するカバー部材を、太
陽電池素子の受光面側に太陽電池素子との間に間隙をあ
けて設けたり、このカバー部材を、太陽電池素子の受光
面側に太陽電池素子と密着状態で設けると、太陽電池パ
ネルの保護機能となる。

【０００６】

【作用】本発明は上述のような構成を有し、太陽電池パ
ネルとして、透光基板上に非晶質シリコン系半導体層を
形成した太陽電池素子の受光面とは反対側の面に、断熱
材を密着させた構造は、太陽電池パネルによって吸収さ
れた熱がパネルの裏面側からすぐに放熱することがなく
なり、太陽電池パネルの温度を、光劣化を回復させるに
足りる温度範囲に維持することになる。そして、上記構
成において太陽電池素子と断熱材との間に防水シートを
介装し、防水シートを介在させた状態で太陽電池素子と
断熱材とを密着させた構造は、太陽電池パネル自身の防
水性能を高めることにつながる。さらにこの断熱材を２
層構造とし、第１の断熱材を太陽電池素子の受光面とは
反対側の面に接着し、第１および第２の断熱材間に防水
シートを介在させた状態で両断熱材を密着させると、２
つの断熱材間に部分的に間隙を設けることができ、配線
等のスペースを提供することができる。加えて、太陽電
池素子の受光面側に設けた透光性を有するカバー部材
は、太陽電池パネルの保護機能を与える。

【０００７】

【実施例】以下、具体的実施例に基づき、本発明の詳細
を説明する。図１には、本発明の太陽電池パネルを用い
たモジュールの、代表的な構造例を示している。図例の
ものは、透光基板１上に非晶質シリコン系半導体層を形
成した太陽電池素子５の受光面とは反対側の面に、断熱
材７を密着させた太陽電池パネル９を、ブチルゴム１１
を用いて、アルミニウム製のフレーム１３に嵌入接着し
たものである。透光基板１としては強化ガラスや貼り合
わせガラス、またはその他一般的な透光基板が用いら
れ、ガラス成分が溶出しないよう、必要に応じて酸化ケ
イ素などを被着したものを用いても良い。太陽電池素子
５としては、例えば図２に示すように、透光基板１上に
透明導電膜／ｐ−ｉ−ｎまたはｎ−ｉ−ｐの非晶質シリ
コン層／金属電極層を順次堆積した積層体からなる光電
変換領域１５を形成し、その裏面側をＥＶＡ、ＰＶＢ、
ポリイソブチレン系樹脂等の充填材１７によって封入
し、さらに必要に応じてアルミニウム箔をサンドイッチ
したテドラー等のバックシート１９で裏面を保護する構
造としておく。

【０００８】ここで透明導電膜としては、従来の太陽電
池素子と同様に酸化錫や酸化インジウム錫が用いられ、
非晶質シリコン層としては、アモルファスシリコンカー
バイトとアモルファスシリコンによるヘテロ接合構造が
採用され、必要に応じて透明導電膜側や金属電極層側の
ｐ層やｎ層を、微結晶化させることも直列抵抗低減にお
いて効果的である。また、金属電極層としては、クロ
ム、アルミニウム、銀などの一般的な金属材料を、単層
や積層構造として用いる。そして特に素子温度が高温に
なることから、非晶質シリコン層との間での金属成分の
拡散を防止するため、非晶質シリコン層と金属電極層と
の間に、前述の透明導電膜やシリサイド層などによる金
属拡散防止層を介在させたり、この金属拡散防止層を介
在させずに、金属電極層としてクロムやモリブデンなど
のシリサイド形成金属を用いたり、これらシリサイド形
成金属と他の金属との積層構造とすることが効果的であ
る。また、入射光の閉じ込め効果の点からは、反射率の
点から銀を用いると特に効果が高い。さらに、充填材１
７としてＥＶＡ、ＰＶＢなどを用いる場合は、真空ラミ
ネート法によって封入し、ポリイソブチレン系樹脂の場
合は、これを加熱流動化して塗布すれば良い。

【０００９】そして図１に示すように、太陽電池素子５
と断熱材７との間に防水シート２１を介装し、防水シー
ト２１を介在させた状態で太陽電池素子５と断熱材７と
を密着させることで、太陽電池パネル９自身の防水性能
を向上させることができる。この断熱材７の材料として
は、断熱性、保温性、蓄熱性に優れた、例えばポリスチ
レンフォーム、ポリエチレンフォーム、硬質ポリウレタ
ンフォーム、軟質ポリウレタンフォーム、硬質塩化ビニ
ルフォーム、ユリアフォーム、フェノールフォーム、ラ
バーフォーム、ポリプロピレン、ポリエチレンテレフタ
レート、パーライト、バーミキュライト、泡ガラスなど
の発泡・多孔質材料や、アスベスト、ロックウール、グ
ラスウール、セラミックファイバー、動植物繊維、軟質
繊維材、炭素質繊維、チタン酸カリウム繊維などの繊維
材料や、ケイ酸カルシウム、塩基性炭酸マグネシウム、
けいそう土、けいそう土質断熱れんが、耐火断熱れん
が、キャスタブル耐火断熱材、コルク、炭素粉末などの
粒・粉状材料や、アルミニウム箔などからなる多層箔材
料や、硬質フォームラバー、発泡クロロプレンゴムなど
の発泡ゴム材料や、軽量気泡コンクリートや、発泡アル
ミニウムなどを用いることが可能であり、比較的硬質で
保形性を有し、軽量で加工性の良いものが適している。
また、防水シート２１の材料としては、特殊ゴム化アス
ファルトコンパウンドやポリイソブチレンなどを採用す
ることが好適であり、粘着材をコーティングしておくと
太陽電池素子５、防水シート２１、断熱材７との間の密
着固定が容易となる。なお、断熱材７が十分な防水機能
を有している場合は、防水シート２１は特に設けなくて
も良い。そして本図例においては、端子ボックス２３か
ら導出した出力線２５、２５は防水シート２１、断熱材
７を貫通した構造であるが、これとは別に、受光面内に
おいて防水シート２１を貫通しない構造として、続く図
３のものがある。

【００１０】図３は、出力線２５、２５が防水シート２
１を貫通しない構造を示し、断熱材７を第１の断熱材２
７と第２の断熱材２９の２層構造とし、第１の断熱材２
７を太陽電池素子５の受光面とは反対側の面に接着する
とともに、第１および第２の断熱材２７、２９間に防水
シート２１を介在させた状態で、両断熱材２７、２９を
密着させている。そして２つの断熱材２７、２９間に間
隙部３１を設けておき、この間隙部３１に出力線２５、
２５を挿通させている。この構造では、出力線２５、２
５は受光面内において、第１の断熱材２７のみを貫通し
ている。従って、防水シート２１を、この間隙部３１に
おける第２の断熱材２９側に設けることで、出力線２
５、２５が防水シート２１を貫通することがなくなる。
また、図示するように、第１および第２の断熱材２７、
２９間の境界を必要に応じて傾斜させておくことで、出
力線２５の部分への水分の侵入を防止することができ
る。そして続く図４に示すように、出力線２５、２５を
太陽電池パネル９の一端側に引き出す為、上記間隙部３
１を一方向に延設し、この中を挿通させた出力線２５、
２５を太陽電池パネル９の一端側から取り出せば良い。
図例では、太陽電池パネル９をフレーム１３に固定する
ためのブチルゴム１１の部分において、第２の断熱材２
９を貫通させているが、フレーム１３を貫通させてフレ
ーム１３上に端子を取り付けても良く、本例に何ら限定
されるものではない。

【００１１】そして本発明においても、必要に応じて前
述の図６に示したように、受光面側に接着材３３を介し
て、太陽電池素子５と密着状態で透光性を有するカバー
部材３５を設けておけば良い。またこれとは別に、カバ
ー部材３５を太陽電池素子との間に間隙をあけて設けて
も良い。この場合には、本図における接着材３３部分が
間隙となる。

【００１２】このような本発明の太陽電池パネル９に、
フレーム１３を取り付けたモジュールを屋外に設置し、
その温度と光電変換効率の変化を調べたところ、従来で
あれば太陽電池パネルの温度は、夏期においては最高で
も気温より約３０℃の上昇に止まっていたものが、本発
明では気温に対して４０℃〜５０℃の上昇となり、夏期
において８０℃〜１００℃となった。これにより、従来
は約１５〜２５％の光劣化であったものが、本発明では
約９％となり、大きな改善効果が確認された。

【００１３】また、本発明の太陽電池パネルは、図５に
示すようにフレーム１３を設けない構造とし、家屋等の
建築物の壁面パネルや屋根パネルとして使用することも
できる。この時も、図３のように２重構造の断熱材が使
用可能であることは、言うまでもないことである。

【００１４】

【発明の効果】本発明は上述のような構成を有し、太陽
電池パネルとして、透光基板上に非晶質シリコン系半導
体層を形成した太陽電池素子の、受光面とは反対側の面
に断熱材を密着させ、さらに断熱材を２層構造とし、第
１の断熱材を太陽電池素子の受光面とは反対側の面に接
着し、第１および第２の断熱材間に防水シートを介在さ
せた状態で両断熱材を密着させた構造としたため、使用
中において太陽電池パネルによって吸収された熱がパネ
ルの裏面側からすぐに放熱することがなくなり、太陽電
池の温度を８０℃以上の高温に維持できることから、光
劣化現象を大幅に抑制することができ、出力の長期安定
性に優れたものとなり、さらに２つの断熱材間に部分的
に間隙を設けることができ、配線等のスペースを確保す
ることができる。そして、上記構成において太陽電池素
子からの出力線を、前記第１の断熱材を貫通し、前記防
水シートを貫通することなく配線したり、あるいは第１
および第２の断熱材間の境界を傾斜させ、出力線の部分
への水分の侵入を防止してなる構造としているので、本
太陽電池パネルを住宅の壁面や屋根に設置した場合で
も、裏面側への水分の侵入が無くなることから、住宅用
建材に要求される防水機能を十分はたせることになる。
このように本発明の太陽電池パネルは、出力の長期安定
性と防水機能を、高い水準で両立させることができるも
のとなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の太陽電池パネルを用いた太陽電池モジ
ュールの構造例を表す断面説明図

【図２】本発明の太陽電池パネルに用いる太陽電池素子
の構造例を表す部分断面説明図

【図３】本発明の太陽電池パネルを用いた太陽電池モジ
ュールの別の構造例を表す断面説明図

【図４】図３の構造例における出力線の設置態様を表す
断面説明図

【図５】本発明の太陽電池パネルの構造例を表す断面説
明図

【図６】太陽電池パネルの受光面側に透光性を有するカ
バー部材を設けた構造例を表す部分断面説明図

【符号の説明】

１透光基板５太陽電池素子７断熱材９太陽電池パネル１１ブチルゴム１３フレーム１５光電変換領域１７充填材１９バックシート２１防水シート２３端子ボックス２５出力線２７第１の断熱材２９第２の断熱材３１間隙部３３接着剤３５カバー部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開平４−71276（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−34982（ＪＰ，Ａ) 特開平１−100975（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−68989（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−178（ＪＰ，Ａ) 特開平７−202230（ＪＰ，Ａ) 実開昭63−106150（ＪＰ，Ｕ) 実開昭59−168672（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H01L 31/04 - 31/078

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】透光基板上に非晶質シリコン系半導体層を
形成した太陽電池素子の受光面とは反対側の面に、断熱
材を密着させた太陽電池パネルであって、断熱材を２層
構造とし、第１の断熱材を太陽電池素子の受光面とは反
対側の面に接着し、第１および第２の断熱材間に防水シ
ートを介在させた状態で両断熱材を密着させたことを特
徴とする非晶質シリコン系太陽電池パネル。
【請求項２】太陽電池素子からの出力線を、前記第１の
断熱材を貫通し、前記防水シートを貫通することなく配
線してなる請求項１記載の非晶質シリコン系太陽電池パ
ネル。
【請求項３】第１および第２の断熱材間の境界を傾斜さ
せ、出力線の部分への水分の侵入を防止してなる請求項
２記載の非晶質シリコン系太陽電池パネル。
【請求項４】透光性を有するカバー部材を、太陽電池素
子の受光面側に太陽電池素子との間に間隙をあけて設け
た請求項１〜３のいずれか１項に記載の非晶質シリコン
系太陽電池パネル。
【請求項５】透光性を有するカバー部材を、太陽電池素
子の受光面側に太陽電池素子と密着状態で設けた請求項
１〜３のいずれか１項に記載の非晶質シリコン系太陽電
池パネル。