JPH05251723A

JPH05251723A - 集積型太陽電池モジュール

Info

Publication number: JPH05251723A
Application number: JP4082699A
Authority: JP
Inventors: Hideo Yamagishi; 英雄山岸; Atsuo Ishikawa; 敦夫石川; Takashi Fujiwara; 敬史藤原; Yoshihisa Owada; 善久太和田
Original assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Current assignee: Kanegafuchi Chemical Industry Co Ltd
Priority date: 1992-03-03
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1993-09-28

Abstract

(57)【要約】【目的】光電変換効率を損なうことなく、白色光と赤
色光の透過比を所望の割合に調整することにより、適度
の採光が得られる集積型太陽電池モジュールを提供す
る。【構成】一部が直列接続された、ｐｉｎ接合の非晶質
半導体層３からなる光電変換体がガラス基板１上に配設
されてなる太陽電池モジュールであって、非晶質半導体
層３を透光性を有する電極２，６で挾むとともに、それ
らの電極の一方の非晶質半導体３側に金属薄膜４を形成
したものである。好ましい実施例においては、裏面薄膜
電極６および非晶質半導体層３の一部が除去されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、太陽光などの光を電気
に変換する集積型太陽電池モジュールの構造に関する。
さらに詳しくは、建築材料や自動車などの応用分野に用
いられる透光性の屋外用集積型太陽電池モジュールに関
する。

【０００２】

【従来の技術】最近の集積型太陽電池モジュールの高性
能化に伴い、集積型太陽電池モジュールが各方面におい
て利用されるようになってきている。その一例として、
集積型太陽電池モジュールが建築物や自動車のガラスの
一部として用いられ、電源としての機能と共に、採光の
ためのいわゆる窓として兼用されている。この場合、集
積型太陽電池モジュールに入射された光の一部が、光電
変換のために用いられ、更に一部がモジュールを透過し
て採光に用いられることになる。採光に用いるには、集
積型太陽電池モジュールの一部を透明にして採光する場
合と、太陽電池を半透明にする場合がある。前者の場
合、光が透過する部分の半導体層を除去することにな
り、集積型太陽電池モジュールの光電変換効率を低下さ
せることになる。しかしながら、反面半導体層が除去さ
れた部分は、白色光を透過することになり大きな違和感
はなくなる。後者の場合には、半導体層で吸収されない
光を透過することになり、変換効率の低下は最小限に押
さえられる。しかしながら、透過後の光は特定波長の光
を多く含むので、室内や車内での違和感を生じさせる。
特に、非晶質シリコン太陽電池の場合には赤色光が多く
含まれるため、内部が赤くなり好ましくない。この対策
として、両者の特徴を生かし、変換効率の低下を最小限
にして、透過光の違和感をなるべく低減する方法が提案
されている（特開平３−１４９８０９号）。この方法で
は、半導体層の透過光と半導体層除去部分の透過光を組
み合わせて採光することにより、電力消費設備がある程
度の消費電力を必要とする場合でも、それほど大きな違
和感をともなうことなく採光が可能になる。この時の透
過光の色調は、半導体層除去部分の面積を変えることに
よって可能である。しかしながら、前述したように、除
去部分の面積を大きくすればその割合に対応して光電変
換に寄与する部分の面積が低下することになり、モジュ
ールの変換効率を低下させることになる。また、集積の
ための半導体層の除去部分を用いて採光する場合には、
除去部分の面積を大きくしすぎると透過光の縞が気にな
ってくる。このため、この方法には適用の限界があり、
必ずしも自由に２種類の透過光の比を変えることができ
ないという問題点を有している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる従来技
術の問題点に鑑みなされたものであって、光電変換効率
を損なうことなく、白色光と赤色光の透過比を所定の割
合に調整することにより、適度の採光が得られる集積型
太陽電池モジュールを提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、基板側薄膜電
極と、該薄膜電極上に形成されたｐｉｎ接合からなる非
晶質半導体と、該非晶質半導体上に形成された裏面薄膜
電極とからなる、複数の光電変換体がガラス基板上に配
設され、該光電変換体の一部が直列接続されてなる集積
型太陽電池モジュールであって、前記基板側薄膜電極お
よび前記裏面薄膜電極が透光性を有し、前記基板側薄膜
電極および前記裏面薄膜電極のいずれかが、前記非晶質
半導体側に形成された金属薄膜と、透明導電膜とからな
る積層体とされていることを特徴とする集積型太陽電池
モジュールに関する。

【０００５】本発明においては、前記非晶質半導体の一
部が除去され、それにより白色光が前記除去された部分
を透過できるのが好ましく、前記透光性を有する薄膜電
極が、金属酸化物からなるのが好ましい。そして、前記
金属酸化物が、ドープされた酸化錫（ドーパント：Ｆ，
Ｓｂ）、酸化亜鉛（ドーパント：Ａｌ，Ｂ）または酸化
インジウム（ドーパント：Ｓｎ）であるのがさらに好ま
しい。

【０００６】また、前記積層体を形成する金属薄膜の膜
厚が０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下でり、透明導電膜の膜
厚が５０ｎｍ以上であり、前記積層体全体のシート抵抗
が５０Ω／□以下であるのが好ましく、前記積層体を形
成する金属薄膜が、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ａ
ｇまたはこれらの複数の金属の合金であるのが好まし
い。

【０００７】さらに、本発明においては、前述の積層体
を有する集積型太陽電池モジュールが、少なくとも２枚
以上板厚２ｍｍ以上のガラス板に貼合わされてなるのが
好ましく、そして、前記ガラス板が曲面に形成されてな
るのが、さらに好ましい。

【０００８】その上、本発明においては、前記光電変換
体が非晶質シリコン系太陽電池であるのが好ましく、ま
た、前記非晶質半導体層の一部の除去が、レーザー光照
射による熱蒸発を利用してなされてなるのが好ましい。

【０００９】

【作用】本発明は、前述した自然光と半導体層を透過し
た光の両者を利用して採光に用いる透光性集積型太陽電
池モジュールに関する。両者の光の混合比の調整は、半
導体層を挟む薄膜電極の少なくとも一方を透明導電膜と
金属薄膜の複層膜（積層体）にすることにより、半導体
層を透過する光を制御することにより可能となる。特
に、金属薄膜の膜厚を変えることにより自由度の大きい
調整が可能になる。この際、注意しなければならないこ
とは、金属薄膜は光を吸収するということである。その
ため、一般的には集積型太陽電池モジュールの光の入射
側とは反対側の電極を積層体とするのが好ましい。とい
うのは、半導体層を透過してきた光は、基本的には光電
変換に殆ど寄与していない光であることによる。そのた
め、金属薄膜の挿入し、電極を積層体として透過光の制
御を行っても、太陽電池モジュールの効率を低下させる
ことがない。その際、金属層の膜厚を厚くすれば、この
層での反射光が大きくなり、光電変換効率は通常の透明
導電膜だけを用いている透光性太陽電池より高くなる。

【００１０】ところで、発生された電力の有効利用の点
から、このような太陽電池の電極層の抵抗値は低い方が
好ましいのはいうまでもない。そして、この抵抗値の低
減化は、透明導電膜層の膜厚を厚くすることで可能にな
る。また、透明導電膜と光電変換を行う半導体層とのオ
ーミック接合を確保することでも可能となる。しかる
に、この透明導電膜には金属酸化物が一般的に用いられ
ているので、透明導電膜と半導体層とのオーミック接合
を確保できない場合が多い。しかしながら、本発明にお
いては、透明導電膜と半導体層の間に適正な金属薄膜が
介装されているので、半導体層と透明導電膜とのオーミ
ック接合が確保される。

【００１１】なお、ここで半導体としては、アモルファ
スシリコン、微結晶シリコン、多結晶シリコンが望まし
い。また、シリコンはＣ，Ｓｎ，Ｇｅなどを含む合金で
もよい。

【００１２】

【実施例】以下、添付図面を参照しながら本発明を実施
例に基づいて説明するが、本発明はかかる実施例のみに
限定されるものではない。

【００１３】図１は本発明の一実施例の要部断面図、図
２〜７は本発明の一実施例の形成工程の説明図である。
図において、１はガラス基板、２は基板側薄膜電極、３
はｐｉｎ接合からなる非晶質半導体層、４は金属薄膜、
５は透明導電膜、６は積層体からなる裏面薄膜電極、Ａ
は主に白色光透過領域、Ｂは赤色光透過領域を示す。

【００１４】図１にその要部断面が示されている、本発
明の一実施例の集積型太陽電池モジュールは、ガラス基
板１上に、基板側薄膜電極２、ｐｉｎ接合からなる非晶
質半導体層３、金属薄膜４、透明導電膜５がこの順に積
層された構成とされている。そして、この金属薄膜４と
透明導電膜５とにより裏面薄膜電極６が構成されてい
る。

【００１５】ガラス基板１としては、従来より集積型太
陽電池モジュールに用いられているものを用いることが
でき、その材質等に特に限定はない。

【００１６】基板側薄膜電極２としては、透光性を有す
るものが用いられる。その具体例としては、ドープされ
た酸化錫（ドーパント：Ｆ，Ｓｂ）、酸化亜鉛（ドーパ
ント：Ａｌ，Ｂ）または酸化インジウム（ドーパント：
Ｓｎ）等の金属酸化物を挙げることができる。

【００１７】非晶質半導体層３を構成する、ｐ層、ｉ層
およびｎ層の材質、膜厚については、従来の集積型太陽
電池モジュールと同様であり、特に限定はない。

【００１８】本実施例においては、裏面薄膜電極６は、
金属薄膜４と透明導電膜５とからなる積層体とされてい
る。裏面薄膜電極６をかかる積層体とするのは、光吸収
係数の異なる材料を組合せることにより、集電効率を充
分に保ちながら赤色光を遮断するためである。かかる目
的のため、金属薄膜４としては、Ａｌ，Ｔｉ，Ｍｏ，Ｃ
ｒ，Ｐｄ，Ａｇまたはこれらを適当に組合せた合金が用
いられる。また、透明導電膜５としては、基板側薄膜電
極２に用いられたものと同種の金属酸化物が用いられ
る。その膜厚は、金属薄膜４が、０．５〜２０ｎｍの範
囲とされ、透明導電膜５が、５０ｎｍ〜１０００μｍの
範囲とされている。上限をこのようにするのは、１００
０μｍを超えると、コスト高を招来したりピーリングを
生ずる恐れがあるからである。さらに、積層体のシート
抵抗は、積層体とすることによる無用の抵抗増大による
光電変換効率の低下を防ぐため、５０Ω／□以下とされ
ている。

【００１９】なお、本実施例においては、裏面薄膜電極
６が積層体構造とされているが、基板側薄膜電極２が積
層体構造とされてもよい。しかしながら、半導体層３を
透過してきた光は、基本的には光電変換に殆ど寄与して
いない光であるので、入射光のエネルギを有効に活用す
る点から、裏面薄膜電極６が積層体構造とされるのが好
ましい。

【００２０】ところで、屋外用の電源としては、ガラス
板上に本発明の集積型太陽電池モジュールが複数貼付た
ものが用いられる。このガラス板の板厚は、２ｍｍ以上
であればよいが、強化のためおよび関連法規の規制によ
り３．２ｍｍ以上とされている。また、自動車用として
用いる場合には、このガラス板が曲面に構成されている
のが好ましい。

【００２１】次に、図２〜７を参照しながら、本発明の
一実施例の集積型太陽電池モジュールの形成方法につい
て説明する。

【００２２】ステップ１：ガラス基板１上に、従来の集
積型太陽電池モジュールと同様の条件でＣＶＤ法により
酸化錫の基板側薄膜電極２を製膜する。（図２参照）

【００２３】ステップ２：レーザスクライブにより、基
板側薄膜電極２を分離する。（図３参照）この際のレ
ーザスクライブの条件は、従来のものと同様とされ、ま
た分離幅は、従来のものと同様とされている。

【００２４】ステップ３：分離された基板側薄膜電極２
の上に、プラズマＣＶＤ法により、ｐｉｎ接合からなる
非晶質シリコン半導体層３を形成する。（図４参照）
この際、ｐ層，ｉ層およびｎ層は、従来のものと同様の
条件の下で、従来のものと同様の膜厚で製膜される。

【００２５】ステップ４：基板側薄膜電極２に損傷を与
えないようにして、非晶質シリコン半導体層３をレーザ
スクライブにより分離する。（図５参照）分離線の位置
は、基板側薄膜電極の分離線から、従来のものと同様の
位置に設けられている。この際の、レーザスクライブの
条件は、従来のものと同様とされ、また分離幅は、従来
のものと同様とされている。

【００２６】ステップ５：分離された非晶質シリコン半
導体層３上に、裏面薄膜電極６を蒸着する。（図６参
照）この際、金属薄膜４は、従来のものと同様の条件
の下、従来のものと同様の膜厚で製膜される。また、透
明導電膜５は、従来のものと同様の条件の下、従来のも
のと同様の膜厚で製膜される。

【００２７】ステップ６：レーザスクライブにより、裏
面薄膜電極６および非晶質シリコン半導体層３を同時に
分離する。（図７参照）この際のレーザスクライブの
条件は、従来のものと同様とされ、また分離幅も、従来
のものと同様とされている。

【００２８】以下、より具体的な実施例に基づいて本発
明をより詳細に説明する。

【００２９】実施例および比較例１〜２厚さ１．１ｍｍ、４５ｃｍ×１５ｃｍの白板ガラス基板
上にＣＶＤ法により酸化錫（基板側薄膜電極）を４５０
ｎｍの膜厚になるように形成して集積型太陽電池モジュ
ール用の基板とした。このガラス基板上の酸化錫層を４
５ｃｍの長さ方向にＹＡＧレーザーの基本波を用いて１
ｃｍ間隔で電気的に分離した後、純水で超音波洗浄を行
った。そののち、その基板上に、基板温度２００℃、圧
力０．５〜１．０Ｔｏｒｒにて、ＳｉＨ₄，ＣＨ₄，Ｂ₂
Ｈ₆からなる混合ガス、ＳｉＨ₄，Ｈ₂からなる混合ガ
ス、ＳｉＨ₄，ＰＨ₃，Ｈ₂からなる混合ガスをこの順に
容量結合型グロー放電分解装置内で分解することによ
り、ｐ型非晶質シリコン半導体層、ｉ型非晶質シリコン
半導体層およびｎ型微結晶シリコン半導体層を、それぞ
れの膜厚が１５ｎｍ，４５０ｎｍおよび３０ｎｍになる
ように形成した。冷却後、酸化錫の分離部分より５０μ
ｍずらして非晶質半導体層を酸化錫にダメージがないよ
うにＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて分離した。そ
ののち真空中で２つの電子ビームを有する蒸着装置を用
いて室温で金属薄膜と透明導電膜の膜厚が５ｎｍと２５
０ｎｍになるようにＣｒとＩＴＯの薄膜層を製膜し裏面
薄膜電極を形成した。この様にして裏面薄膜電極が形成
された基板を蒸着装置から取り出した後、酸化錫にダメ
ージを与えないようにして、非晶質半導体層の分離部分
よりさらに５０μｍずらして非晶質半導体層を裏面薄膜
電極と同時に、ＹＡＧレーザーの第二高調波を用いて除
去し、集積型太陽電池モジュールを形成した。これらの
レーザースクライブによる分離幅は、酸化錫、非晶質半
導体層、裏面薄膜電極でそれぞれ約５０μｍ、１５０μ
ｍ、１５０μｍであった。得られた集積型太陽電池モジ
ュールをＡＭ−１１００ｍＷ／ｃｍ²の疑似太陽光の
照射下で測定したところ、約３．５ワットの出力が確認
された。Ｃｒがないことを除いてまったく同様の工程で
形成された集積型太陽電池モジュールの３．８ワット
（比較例１）、裏面電極としてＡｌ層単体（膜厚２００
ｎｍ）で形成した集積型太陽電池モジュール（比較例
２）の３．８ワットとほぼ同じ出力が得られた。疑似太
陽光を透過させ、２５ｃｍ下の白紙に写した透過光の赤
みは、比較例１よりも少なく、透過光量は、比較例２
（半導体層の赤色透過光を含まないもの）より大きいこ
とが確認された。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
太陽電池モジュールの光電変換効率を損なうことなく、
透過光の色調を制御できる透光性集積型太陽電池モジュ
ールの形成ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の要部断面図である。

【図２】本発明の一実施例の形成工程の説明図の一部で
ある。

【図３】本発明の一実施例の形成工程の説明図の一部で
ある。

【図４】本発明の一実施例の形成工程の説明図の一部で
ある。

【図５】本発明の一実施例の形成工程の説明図の一部で
ある。

【図６】本発明の一実施例の形成工程の説明図の一部で
ある。

【図７】本発明の一実施例の形成工程の説明図の一部で
ある。

【符号の説明】

１ガラス基板２基板側薄膜電極３ｐｉｎ接合からなる非晶質半導体層４金属薄膜５透明導電膜６積層体からなる裏面薄膜電極Ａ主に白色光透過領域Ｂ赤色光透過領域

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板側薄膜電極と、該薄膜電極上に形成
されたｐｉｎ接合からなる非晶質半導体と、該非晶質半
導体上に形成された裏面薄膜電極とからなる、複数の光
電変換体がガラス基板上に配設され、該光電変換体の一
部が直列接続されてなる集積型太陽電池モジュールであ
って、前記基板側薄膜電極および前記裏面薄膜電極が透光性を
有し、前記基板側薄膜電極および前記裏面薄膜電極のいずれか
が、前記非晶質半導体側に形成された金属薄膜と、透明
導電膜とからなる積層体とされていることを特徴とする
集積型太陽電池モジュール。
【請求項２】前記非晶質半導体の一部が除去され、そ
れにより白色光が前記除去された部分を透過できること
を特徴とする請求項１記載の集積型太陽電池モジュー
ル。
【請求項３】前記透光性を有する薄膜電極が、金属酸
化物からなることを特徴とする請求項１または２記載の
集積型太陽電池モジュール。
【請求項４】前記金属酸化物が、ドープされた酸化
錫、酸化亜鉛または酸化インジウムであることを特徴と
する請求項３記載の集積型太陽電池モジュール。
【請求項５】前記積層体を形成する金属薄膜の膜厚が
０．５ｎｍ以上２０ｎｍ以下であり、透明導電膜の膜厚
が５０ｎｍ以上であり、前記積層体全体のシート抵抗が
５０Ω／□以下であることを特徴とする請求項１記載の
集積型太陽電池モジュール。
【請求項６】前記積層体を形成する金属薄膜が、Ａ
ｌ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｃｒ、Ｐｄ、Ａｇまたはこれらの複数
の金属の合金であることを特徴とする請求項１記載の集
積型太陽電池モジュール。
【請求項７】請求項５記載の集積型太陽電池モジュー
ルが、少なくとも２枚以上板厚２ｍｍ以上のガラス板に
貼合わされてなることを特徴とする集積型太陽電池モジ
ュール。
【請求項８】前記ガラス板が曲面に形成されてなるこ
とを特徴とする請求項７記載の集積型太陽電池モジュー
ル。
【請求項９】前記光電変換体が非晶質シリコン系太陽
電池であることを特徴とする請求項１記載の集積型太陽
電池モジュール。
【請求項１０】前記非晶質半導体層の一部の除去が、
レーザー光照射による熱蒸発を利用してなされてなるこ
とを特徴とする請求項２記載の集積型太陽電池モジュー
ル。