JPH10275925A

JPH10275925A - 光起電力装置

Info

Publication number: JPH10275925A
Application number: JP9095278A
Authority: JP
Inventors: Masaki Shima; 正樹島
Original assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Current assignee: Sanyo Electric Co Ltd
Priority date: 1997-03-28
Filing date: 1997-03-28
Publication date: 1998-10-13
Anticipated expiration: 2017-03-28
Also published as: JP3209701B2

Abstract

(57)【要約】【課題】各光起電力素子の発電層に非晶質半導体を用
いた電力用のアモルファス太陽電池装置等のモジュール
構成の光起電力装置において、光照射に伴う特性劣化を
抑制して長時間経過後のエネルギー変換効率を向上す
る。【解決手段】光照射による特性劣化が各光起電力素子
の温度（基板温度）に依存することに着目し、電熱線等
の発熱体６又はポリプロピレン等の蓄熱材を、各光起電
力素子（サブモジュール１）に熱を与える給熱体として
備え、各光起電力素子を高温に保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、アモルファス太陽
電池のサブモジュール等の複数の光起電力素子を接続し
たモジュール構成の光起電力装置に関し、詳しくはその
光照射に伴う特性劣化の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、水素化アモルファスシリコン（ａ
−Ｓｉ：Ｈ）に代表される薄膜の非晶質半導体は、安価
かつ容易に大面積化できる利点がある。

【０００３】そして、光起電力装置の１例である電力用
の太陽電池装置には、各太陽電池（光起電力素子）を、
発電層にａ−Ｓｉ：Ｈ等の非晶質半導体を用いた集積型
のサブモジュールにより形成し、大面積化を図るように
したアモルファス太陽電池装置がある。

【０００４】この電力用の太陽電池装置は、例えばスー
パーストレート方式の場合、その断面図である図１２及
び平面図である図１３に示すように、集積型構造の各サ
ブモジュール１をバスバー等の接続線（インターコネク
タ）２により直列接続して形成される。

【０００５】そして、直列接続された各サブモジュール
１は、光入射側の支持体及び受光面保護体としてのガラ
ス基板３と樹脂材の裏面板４との間に位置し、その間に
注入して充填されたＰＶＢ（ＰｏｌｙＶｉｎｙｌＢ
ｕｔｙｌｏｌ），ＥＶＡ（ＥｔｈｙｌｅｎｅＶｉｎｙ
ｌＡｃｅｔａｔｅ）等の封止材により封止される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前記従来の電力用のア
モルファス太陽電池装置等のこの種光起電力装置におい
ては、ステブラー・ロンスキー（Ｓｔａｅｂｌｅｒ−Ｗ
ｒｏｎｓｋｉ）効果（以下Ｓ−Ｗ効果という）と呼ばれ
る、現在の技術では完全には避けることができない、光
照射による変換効率の初期劣化が生じ、この初期劣化に
より長時間経過後の変換効率の向上が妨げられる問題点
があり、この光劣化をどのように改善するかが重要な課
題の１つである。

【０００７】本発明は、発電層に非晶質半導体を用いた
この種光起電力装置において、光照射に伴う特性劣化が
各光起電力素子の温度（基板温度）に依存することに着
目して前記特性劣化を抑制するようにし、長時間経過後
の変換効率の向上を図ることを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、発電層に非晶質半導体を用いた光起電
力素子を複数個配列して接続したモジュール構成の光起
電力装置において、電熱線等の発熱体又はポリプロピレ
ン等の蓄熱材を、各光起電力素子に熱を供給する給熱体
として備える。

【０００９】したがって、発熱体又は蓄熱材によりサブ
モジュール等の各光起電力素子の動作中の温度が高く保
たれる。

【００１０】そして、各光起電力素子の動作中の温度が
高くなると、前記のＳ−Ｗ効果による光照射に伴う特性
劣化が抑制され、安定化後の変換効率が向上する。

【００１１】そして、発熱体又は蓄熱材は、各光起電力
素子より光入射側に各光起電力素子間の接続線を覆うよ
うに設けることが好ましい。

【００１２】この場合、発熱体又は蓄熱材により、各光
起電力素子の受光の妨げにならないようにして光照射に
伴う非晶質半導体特有の特性劣化が抑制され、同時に、
発熱体又は蓄熱材により各光起電力素子間の接続線が覆
い隠される利点もある。また、発熱体又は蓄熱材は、各
光起電力素子より裏面側に設けてもよい。

【００１３】この場合、光入射側に設ける場合のような
発熱体又は蓄熱材の形状や配置等の制約がなく、例えば
各光起電力素子の裏面側全体に発熱体又は蓄熱材を配設
して特性劣化の抑制効果を向上し得る。

【００１４】さらに、発熱体又は蓄熱材を各光起電力素
子より光入射側或いは裏面側に設ける場合、発熱体又は
蓄熱材は、各光起電力素子を包むように封止材を充填し
た封止部内に設けることが実用的である。

【００１５】つぎに、各光起電力素子に一層効果的に給
熱する場合は、発熱体又は蓄熱材を、各光起電力素子の
基板内又は基板表面に設けることが好ましい。

【００１６】このとき、各光起電力素子の基板は、透光
性で発電層より光入射側にあってもよく、発電層の裏面
側にあってもよい。

【００１７】さらに、各光起電力素子が集積型のサブモ
ジュール構成に形成される場合には、受光の妨げになら
ないように、発熱体又は蓄熱材を、光起電力素子の基板
内又は基板表面の透明電極除去部分の位置に設けること
が好ましい。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態につき、図１
ないし図１１を参照して説明する。（第１の形態）まず、本発明の実施の第１の形態につ
き、図１〜図５を参照して説明する。図１，図２は図１
２，図１３と同様のスーパーストレート方式のアモルフ
ァス太陽電池装置（太陽電池モジュール）に適用した場
合の断面図，平面図であり、それらの図面において、図
１２，図１３と同一符号は同一もしくは相当するものを
示し、６は封止部５の各サブモジュール１より光入射側
に設けられた発熱体であり、例えばニクロム線等の電熱
線からなり、各サブモジュール１の受光の妨げにならな
いように、各サブモジュール１間の接続線２の上部に接
続線２に直交するように配設されて接続線２を覆い隠し
ている。

【００１９】ところで、各サブモジュール１は、ステン
レス，ガラス等の基板上に太陽電池を形成する，いわゆ
るステンレス基板タイプ（逆タイプ）又はガラス基板の
光入射面と反対側の面を太陽電池形成面とする，いわゆ
るガラス基板タイプ（順タイプ）のいずれであってもよ
く、例えばガラス基板タイプの場合、図３の断面図に示
すように、ガラス基板７の太陽電池形成面（裏面）に、
表面電極（ＴＣＯ）としてのＩＴＯ等の金属酸化物膜の
透明電極８が、一部を溝状に除去しセル毎に分割して設
けられる。

【００２０】さらに、各セルの透明電極８の膜面上に非
晶質半導体部９，裏面金属電極１０が積層形成され、各
セルが裏面電極１０を介して直列接続される。

【００２１】また、各セルの非晶質半導体部９は発電層
が単層構造，複数層の積層構造のいずれであってもよ
く、各サブモジュール１がａ−Ｓｉ：Ｈ／ａ−Ｓｉ：Ｈ
の２層のタンデム構造の逆タイプの太陽電池に形成され
る場合、図４の拡大断面図に示すように、ｐ型ａ−Ｓ
ｉ：Ｈのｐ層，発電層である真性ａ−Ｓｉ：Ｈのｉ層，
ｎ型ａ−Ｓｉ：Ｈのｎ層が、表面電極８の側から、第１
のｐｉｎ接合を形成するｐ層，ｉ層，ｎ層，第２のｐｉ
ｎ接合を形成するｐ層，ｉ層，ｎ層の順に形成される。

【００２２】なお、図４から明らかなように、透明電極
８はｉ層に効果的に光閉じ込めが行なわれるようにその
裏面がピラミッド形状に加工され、いわゆるテクスチャ
構造に形成される。

【００２３】ところで、上記透明電極８の製造には、例
えば図５の連続式の反応装置が用いられる。

【００２４】この図５の反応装置は、基板の取入れ部
（取入れ室）１１，反応室１２，基板の取出し部（取出
し室）１３が大気圧で連通し、取入れ部１１と反応室１
２の間，反応室１２と取出し部１３の間は、それぞれ窒
素（Ｎ₂）シャワーのカーテン（シャッタ）１４で仕切
られている。

【００２５】さらに、取入れ部１１，取出し部１３は乾
燥空気導入ダクト１５を介して低湿度化装置１６に接続
され、運転中はこの装置１６からダクト１５を介して取
入れ部１１，取出し部１３に湿度３５％以下，温度２１
〜２７℃の低湿度空気が供給され、取入れ部１１，反応
室１２，取出し部１３が低湿度に保たれる。

【００２６】そして、ガラス基板７は、ベルトコンベア
等に載置されて取入れ部１３から反応室１２，取出し部
１３に移動し、反応室１２において、各原料ガス導入口
部１７からＳｎＣｌ₄を導入することにより、基板７に
ＳｎＯ₂からなる透明電極８が形成される。

【００２７】そして、プラズマＣＶＤ法による非晶質半
導体部９の形成後、この半導体部９の表面（裏面）に裏
面金属電極１０の形成及びパターニングの処理が施され
て各サブモジュール１が形成される。

【００２８】なお、各サブモジュール１は、具体的に
は、例えばつぎの（ｉ），（ii），（iii）の条件で形
成される。

【００２９】（ｉ）透明電極８は約７０００Åの膜厚の
酸化錫である。（ii）非晶質半導体部９において、両ｐｉｎ接合部のｐ
層の膜厚は１００Å，ｎ層の膜厚は１５０Åであり、第
１のｐｉｎ接合のｉ層の膜厚は９００Å，第２のｐｉｎ
接合のｉ層の膜厚は３５００Åである。（iii）裏面金属電極１０は銀である。

【００３０】このようにして形成された各サブモジュー
ル１は接続線２により直列に接続され、ガラス基板３と
裏面板４との間の封止部５に発熱体６とともに封入され
る。

【００３１】そして、この太陽電池装置が屋根等に設置
されて使用される際、発熱体６は外部接続リード（図示
せず）を介して外部の直流又は交流の電源に接続され、
この電源から給電されて発熱する。

【００３２】この発熱で生じた熱が各サブモジュール１
に伝わり、各サブモジュール１の動作中のモジュール温
度（基板温度）が例えば６０℃〜７０℃程度の高温に保
たれる。

【００３３】そして、各サブモジュール１が動作中に高
温に保たれると、Ｓ−Ｗ効果による光照射時の劣化が抑
制されて長時間経過後のエネルギー変換効率が向上す
る。

【００３４】このとき、発熱体６がサブモジュール１間
の各接続線２を覆い隠すため、発熱体６の表面の色，模
様等を適当に選定することにより、サブモジュール１間
の煩雑な接続線２が隠れて目立たなくなり、意匠的効果
が生じる等の利点もある。

【００３５】（第２の形態）つぎに、本発明の実施の第
２の形態について図６を参照して説明する。図６におい
て、図１と同一符号は同一もしくは相当するものを示
し、図１と異なる点は発熱体６がガラス基板３の光入射
面（表面）にほぼ図２のパターンで設けられた点であ
る。

【００３６】このとき、発熱体６は第１の形態の場合と
同様、各サブモジュール１間の接続線２を覆い隠す。

【００３７】本形態の場合、発熱体６を封止部５に封入
する第１の形態の場合より極めて簡単に発熱体６を設け
て第１の形態と同様の効果が得られる。

【００３８】（第３の形態）つぎに、本発明の実施の第
３の形態について、図７を参照して説明する。図７にお
いて、図１と同一符号は同一もしくは相当するものを示
し、図１と異なる点は、発熱体６を同図のものより幅広
に形成し、封止部５の各サブモジュール１より裏面側に
設けた点である。

【００３９】すなわち、各サブモジュール１より裏面側
に発熱体６を設ける場合は、発熱体６が各サブモジュー
ル１の裏面に重なっても各サブモジュール１の受光の妨
げにはならない。

【００４０】そして、発熱体６の面積が広くなる程、そ
の発熱量が多くなって各サブモジュール１が高温になる
ため、この形態においては、発熱体６を封止部５の各サ
ブモジュール１より裏面側に設け、その幅を第１，第２
の形態より広くする。

【００４１】この場合、各サブモジュール１が一層高温
に保たれて、長時間経過後のエネルギー変換効率が一層
向上する。

【００４２】なお、発熱体６の形状，配置等はどのよう
であってもよく、例えば発熱体６が封止部５の全平面を
１枚でカバーする面状発熱体又は一定間隔に配列された
多数の線状発熱体であってもよく、また、発熱体６を第
１の形態と同じ幅に形成して封止部５の接続線２の裏面
側に設けてもよい。

【００４３】（第４の形態）つぎに、本発明の実施の第
４の形態について、図８を参照して説明する。図８にお
いて、図７と異なる点は、発熱体６を裏面板４の裏面に
一体に設けた点である。

【００４４】この場合は、発熱体６の加熱により裏面板
４の裏面全体から各サブモジュール１に熱が伝わり、第
３の形態の場合と同様の効果が得られる。

【００４５】（第５の形態）つぎに、本発明の実施の第
５の形態について、図９を参照して説明する。この形態
にあっては、図９に示すように発熱体６を各サブモジュ
ール１のガラス基板７の光入射側の表面に貼付けて設け
る。

【００４６】このとき、発熱体６は各太陽電池セルの受
光の妨げにならないように、図３の透明電極８のセル毎
の分割溝（透明電極切除部分）の位置に沿うように配置
されて直列に接続される。

【００４７】したがって、この形態の場合は、各サブモ
ジュール１がそれぞれのガラス基板７の表面の発熱体６
から給熱され、前記第１ないし第４の形態の場合より高
温に保たれる利点がある。

【００４８】（第６の形態）つぎに、本発明の実施の第
６の形態について、図１０を参照して説明する。図１０
において、図９と異なる点は、発熱体６をガラス基板７
内に封入して設けた点である。

【００４９】そして、この形態の場合は、発熱体６が封
入されたガラス基板７を用いることにより、発熱体６の
貼付け等の工程を省いて前記第５の形態と同様の効果が
得られる。

【００５０】（実験結果）つぎに、発熱体６によるエネ
ルギー変換効率の向上を示す実験結果について、図１１
を参照して説明する。まず、各サブモジュール１の光劣
化の基板温度依存性を測定するため、非晶質半導体部９
と同条件，すなわち前記（ii）の形成条件で形成したａ
−Ｓｉ／ａ−Ｓｉの２層タンデム構造のセル面積１cm²
の太陽電池につき、そのエネルギー変換効率の光照射時
の基板温度依存性を測定したところ、図１１の結果が得
られた。

【００５１】図１１において、横軸は光照射時間の対数
であり、縦軸は測定した変換効率を初期変換効率で除算
して規格化した変換効率である。

【００５２】また、×，○，＋，□は基板温度（セル温
度）を３０℃，４８℃，６５℃，８０℃にしたときの測
定値のプロットである。なお、光照射強度は１２５ｍＷ
／cm²，光照射時には太陽電池は開放状態とした。

【００５３】そして、図１１から明らかなように、発電
層に非晶質半導体を用いたサブモジュール１等のこの種
光起電力素子は、光照射時の基板温度が高いと、Ｓ−Ｗ
効果による光照射時の初期劣化が抑制され、長時間経過
後のエネルギー変換効率が向上することが確かめられ
た。

【００５４】つぎに、サブモジュール１と同じ形成条
件，すなわち前記（ｉ），（ii），（iii）の形成条件
でセル面積１２００cm²のａ−Ｓｉ／ａ−Ｓｉタンデム
構造のシングルセル・サブモジュール構造の太陽電池モ
ジュールを作成し、この太陽電池モジュールのガラス基
板の光入射側表面に、太さ０．５ｍｍのニクロム線から
なる発熱体６を貼付けたものを本発明モジュールとし、
発熱体６を貼付けないものを従来例モジュールとし、本
発明モジュールは発熱体６を給電加熱しながら両モジュ
ールにつき、１２５ｍＷ／cm²，開放状態の条件で光を
照射したところ、つぎの表１の測定結果が得られた。

【００５５】

【表１】

【００５６】この表１から明らかなように、本発明モジ
ュールは発熱体６の加熱によりその基板温度（モジュー
ル温度）が従来例モジュールより２０℃高い６５℃の高
温に保たれ、この結果、本発明モジュールは、劣化率が
従来例モジュールより低く抑えられ、長時間経過後のエ
ネルギー変換効率が向上することが判明した。

【００５７】ところで、前記各実施の形態において、発
熱体６の給電には商用交流電源を用いてもよいが、とく
に、このアモルファス太陽電池装置を屋根等に設置する
場合は、風力発電と併用してその発電出力を用いてもよ
く、また、太陽電池装置の裏側を吹き抜ける風、或いは
屋根面を加熱されながら移動する空気の上昇気流を利用
してダイナモを回転させ、その発電出力を用いてもよ
い。

【００５８】そして、発熱体６は電熱線以外のペルチェ
素子等の種々の発熱体であってもよく、その形状等は前
記各実施の形態のものには限られない。

【００５９】つぎに、前記各実施の形態において、発熱
体６の代わりにポリプロピレン等の蓄熱材を設けてもよ
い。

【００６０】この場合は、主に太陽熱により蓄熱材が暖
められ、その蓄熱エネルギーにより各サブモジュール１
が高温に保たれるため、蓄熱材への給電が不要で経済的
に発熱体６を設けた場合と同様の効果を得ることができ
る。

【００６１】つぎに、前記各実施の形態においては、光
起電力素子としての各サブモジュール１を、ａ−Ｓｉ：
Ｈ／ａ−Ｓｉ：Ｈの２層の発電層を有するタンデム構造
としたが、各サブモジュール１は、前記したように発電
層が３層以上の多層構造或いは単層構造であってもよ
い。

【００６２】さらに、各サブモジュール１は、光入射側
と反対側に基板が位置する前記のステンレス基板タイプ
であってもよい。

【００６３】つぎに、各サブモジュール１の発電層はａ
−Ｓｉ：Ｈ以外の非晶質半導体であってもよく、とく
に、発電層をａ−ＳｉＧｅ：Ｈにより形成した場合は、
発電層をａ−Ｓｉ：Ｈにより形成した場合よりさらに大
きな効果が得られた。

【００６４】そして、装置内の各光起電力素子は、集積
型のサブモジュールでなくてもよく、発電層に種々の非
晶質半導体を用いた単層，多層構造の種々の太陽電池素
子等であってよいのは勿論であり、本発明は、スーパー
ストレート方式の太陽電池モジュールだけでなく、裏面
板４をステンレス基板，ガラス基板としてその上に直接
太陽電池を形成するサブストレート方式，ガラス基板一
体型モジュール等の種々の方式の電力用をはじめとする
種々の用途の太陽電池モジュール等に適用することがで
きる。

【００６５】

【発明の効果】本発明は、以下に記載する効果を奏す
る。まず、電熱線等の発熱体６又はポリプロピレン等の
蓄熱材を、各光起電力素子（サブモジュール１）に熱を
供給する給熱体として備えたため、発熱体又は蓄熱材に
よりサブモジュール１等の各光起電力素子の動作中の温
度を高く保つことができ、光照射に伴う非晶質半導体特
有の特性劣化を抑制し、長時間経過後のエネルギー変換
効率を向上することができる。

【００６６】そして、発熱体又は蓄熱材を、各光起電力
素子より光入射側に各光起電力素子間の接続線を覆うよ
うに設けた場合は、発熱体又は蓄熱材により各光起電力
素子の受光の妨げにならないようにして光照射に伴う特
性劣化を抑制することができ、同時に、発熱体又は蓄熱
材により各光起電力素子間の接続線２が覆い隠されて意
匠的効果を奏する利点もある。

【００６７】また、発熱体又は蓄熱材を、各光起電力素
子より裏面側に設けた場合は、光入射側に設ける場合の
ような発熱体又は蓄熱材の形状や配置等の制約がなく、
例えば各光起電力素子の裏面側全体に発熱体又は蓄熱材
を配設して特性劣化の抑制効果を著しく向上することが
できる。

【００６８】さらに、発熱体又は蓄熱材を各光起電力素
子より光入射側或いは裏面側に設ける場合、発熱体又は
蓄熱材を、各光起電力素子を包むように樹脂材を充填し
た封止部５内に設けることにより、極めて実用的で長時
間経過後のエネルギー変換効率が向上した光起電力装置
を提供することができる。

【００６９】つぎに、発熱体又は蓄熱材を、各光起電力
素子の基板内に設けた場合は、発熱体又は蓄熱材から各
光起電力素子に直接給熱され、極めて効率よく各光起電
力素子の動作中の温度を高く保つことができ、長時間経
過後のエネルギー変換効率を一層向上することができ
る。

【００７０】この場合、各光起電力素子の基板は、透光
性で発電層より光入射側にあってもよく、発電層の裏面
側にあってもよい。

【００７１】さらに、各光起電力素子が集積型のサブモ
ジュール構成に形成される場合、発熱体又は蓄熱材を、
光起電力素子の基板内又は基板表面の透明電極除去部分
の位置に設けることにより、各光起電力素子の受光の妨
げにならないようにしてこの種サブモジュール構成の光
起電力装置のエネルギー変換効率を向上することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の１形態の太陽電池モジュールの
断面図である。

【図２】図１の太陽電池モジュールの平面図である。

【図３】図１のサブモジュールの断面図である。

【図４】図３の非晶質半導体部の拡大断面図である。

【図５】図１のサブモジュールの製造に用いられるプラ
ズマ反応装置の模式図である。

【図６】本発明の実施の第２の形態の太陽電池モジュー
ルの断面図である。

【図７】本発明の実施の第３の形態の太陽電池モジュー
ルの断面図である。

【図８】本発明の実施の第４の形態の太陽電池モジュー
ルの断面図である。

【図９】本発明の実施の第５の形態のサブモジュールの
斜視図である。

【図１０】本発明の実施の第６の形態のサブモジュール
の斜視図である。

【図１１】ガラス基板タイプの太陽電池モジュールのエ
ネルギー変換効率の光照射時の温度依存特性図である。

【図１２】従来例の太陽電池モジュールの断面図であ
る。

【図１３】図１２の太陽電池モジュールの平面図であ
る。

【符号の説明】

１光起電力素子としてのサブモジュール２接続線５封止部６発熱体７ガラス基板９非晶質半導体部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】発電層に非晶質半導体を用いた光起電力
素子を複数個配列して接続したモジュール構成の光起電
力装置において、発熱体又は蓄熱材を、前記各光起電力素子に熱を与える
給熱体として備えたことを特徴とする光起電力装置。
【請求項２】発熱体又は蓄熱材が、各光起電力素子よ
り光入射側に前記各光起電力素子間の接続線を覆うよう
に設けられたことを特徴とする請求項１記載の光起電力
装置。
【請求項３】発熱体又は蓄熱材が、各光起電力素子よ
り裏面側に設けられたことを特徴とする請求項１記載の
光起電力装置。
【請求項４】発熱体又は蓄熱材が、各光起電力素子を
包むように封止材を充填した封止部内に設けられたこと
を特徴とする請求項２又は請求項３記載の光起電力装
置。
【請求項５】発熱体又は蓄熱材が、各光起電力素子の
基板内又は基板表面に設けられたことを特徴とする請求
項１記載の光起電力装置。
【請求項６】各光起電力素子の基板が、透光性で発電
層より光入射側にあることを特徴とする請求項５記載の
光起電力装置。
【請求項７】各光起電力素子の基板が、発電層の裏面
側にあることを特徴とする請求項５記載の光起電力装
置。
【請求項８】各光起電力素子が集積型のサブモジュー
ル構成に形成され、発熱体又は蓄熱材が、前記光起電力
素子の基板内又は基板表面の透明電極除去部分の位置に
設けられたことを特徴とする請求項６又は請求項７記載
の光起電力装置。