特開 2024-128684 太陽電池モジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024128684

(43)【公開日】2024-09-24

(54)【発明の名称】太陽電池モジュール

(51)【国際特許分類】

   H10K 39/10 20230101AFI20240913BHJP

   H10K 30/88 20230101ALI20240913BHJP

   H10K 30/40 20230101ALI20240913BHJP

【ＦＩ】

H10K39/10

H10K30/88

H10K30/40

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023037809

(22)【出願日】2023-03-10

(71)【出願人】

【識別番号】000000941

【氏名又は名称】株式会社カネカ

(74)【代理人】

【識別番号】100131705

【弁理士】

【氏名又は名称】新山 雄一

(74)【代理人】

【識別番号】100145713

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 竜太

(72)【発明者】

【氏名】小島 広平

(72)【発明者】

【氏名】中村 淳一

(72)【発明者】

【氏名】寺下 徹

【テーマコード（参考）】

5F251

【Ｆターム（参考）】

5F251AA20

5F251CA37

5F251CB14

5F251CB15

5F251FA02

5F251FA03

5F251FA04

5F251JA02

5F251JA30

(57)【要約】

【課題】窓に配設した場合に圧迫感及び閉塞感を与えにくい採光可能な太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】本発明の一態様に係る太陽電池モジュール１は、ペロブスカイト太陽電池セル１０と、前記ペロブスカイト太陽電池セル１０の表面側を覆う表面保護部材３０と、前記ペロブスカイト太陽電池セル１０の裏面側を覆う裏面保護部材４０と、前記ペロブスカイト太陽電池セル１０と前記表面保護部材３０の間に平面視で前記ペロブスカイト太陽電池セル１０の外側を覆うよう配置される黒色の表側着色材５０と、前記ペロブスカイト太陽電池セル１０と前記裏面保護部材４０の間に平面視で前記ペロブスカイト太陽電池セル１０の外側を覆うよう配置され、前記表側着色材５０よりも明るい色を有する裏側着色材６０と、前記表面保護部材３０と前記裏面保護部材４０の間に充填される封止材７０と、を備える。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ペロブスカイト太陽電池セルと、
前記ペロブスカイト太陽電池セルの表面側を覆う表面保護部材と、
前記ペロブスカイト太陽電池セルの裏面側を覆う裏面保護部材と、
前記ペロブスカイト太陽電池セルと前記表面保護部材の間に平面視で前記ペロブスカイト太陽電池セルの外側を覆うよう配置される黒色の表側着色材と、
前記ペロブスカイト太陽電池セルと前記裏面保護部材の間に平面視で前記ペロブスカイト太陽電池セルの外側を覆うよう配置され、前記表側着色材よりも明るい色を有する裏側着色材と、
前記表面保護部材と前記裏面保護部材の間に充填される封止材と、
を備える、太陽電池モジュール。

【請求項2】

前記表側着色材と前記裏側着色材の色差ΔＥは、３０以上である、請求項１に記載の太陽電池モジュール。

【請求項3】

前記ペロブスカイト太陽電池セルは、受光側から順に、透明な基材層、透明導電性酸化物からなる第１電極層、ペロブスカイト化合物を含む光電変換層及び金属を含む第２電極層を有し、前記光電変換層及び前記第２電極層を除去した複数のスリットが形成されている、請求項１又は２に記載の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、太陽電池モジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

透明な板状の表面保護部材と、裏面側の板状又はシート状の裏面保護部材との間に太陽電池セルを配置し、表面保護部材と裏面保護部材の間に封止材を充填した太陽電池モジュールが利用されている。このような太陽電池モジュールにおいて、表面保護部材と太陽電池セルの間に、太陽電池セルの外側の領域を覆う遮光フィルムを配設し、太陽電池セルの電極や太陽電池セルを接続する接続部材が見えないようにすることが提案されている（例えば特許文献１参照）。

【0003】

窓等に一部の光を透過する太陽電池モジュールを配設し、光電変換と同時に室内への採光を可能にすることも検討されている。一部の光を透過する太陽電池モジュールとしては、一部の波長域の光だけを吸収し、他の波長域の光を透過するペロブスカイト太陽電池セルを使用するものが考えられる。ペロブスカイト太陽電池セルは、短波長域の光を吸収して光電変換するが、長波長域の可視光を透過し得る。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０－２０９４７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

窓に配設される採光可能な太陽電池モジュールでは、裏面保護部材にも配線材を隠す遮光領域を設けることが考えられる。このような太陽電池モジュールを室内側から見た場合、遮光領域の幅が大きく、屋外の景色が見える領域が小さく感じられるため、圧迫感又は閉塞感を与えやすい。

【0006】

本発明は、窓に配設した場合に圧迫感及び閉塞感を与えにくい採光可能な太陽電池モジュールを提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一態様に係る太陽電池モジュールは、ペロブスカイト太陽電池セルと、前記ペロブスカイト太陽電池セルの表面側を覆う表面保護部材と、前記ペロブスカイト太陽電池セルの裏面側を覆う裏面保護部材と、前記ペロブスカイト太陽電池セルと前記表面保護部材の間に平面視で前記ペロブスカイト太陽電池セルの外側を覆うよう配置される黒色の表側着色材と、前記ペロブスカイト太陽電池セルと前記裏面保護部材の間に平面視で前記ペロブスカイト太陽電池セルの外側を覆うよう配置され、前記表側着色材よりも明るい色を有する裏側着色材と、前記表面保護部材と前記裏面保護部材の間に充填される封止材と、を備える。

【0008】

上述の太陽電池モジュールにおいて、前記表側着色材と前記裏側着色材の色差ΔＥは、３０以上であってもよい。

【0009】

上述の太陽電池モジュールにおいて、前記ペロブスカイト太陽電池セルは、受光側から順に、透明な基材層、透明導電性酸化物からなる第１電極層、ペロブスカイト化合物を含む光電変換層及び金属を含む第２電極層を有し、前記光電変換層及び前記第２電極層を除去した複数のスリットが形成されていてもよい。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、窓に配設した場合に圧迫感及び閉塞感を与えにくい採光可能な太陽電池モジュールを提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールを示す平面図である。

【図2】図１の太陽電池モジュールのＸ－Ｘ線断面図である。

【図3】図１の太陽電池モジュールのＹ－Ｙ線断面部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、便宜上、ハッチングや部材符号等を省略する場合もあるが、かかる場合、他の図面を参照するものとする。また、図面における種々部材の寸法は、便宜上、見やすいように調整されている。

【0013】

図１は、本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュール１の平面図である。図２は、図１の太陽電池モジュール１のＸ－Ｘ線断面図である。図３は、図１の太陽電池モジュール１のＹ－Ｙ線断面部分拡大図である。

【0014】

太陽電池モジュール１は、複数のペロブスカイト太陽電池セル１０と、複数のペロブスカイト太陽電池セル１０を接続する配線材２０と、複数のペロブスカイト太陽電池セル１０の表面側（受光面側）を覆う表面保護部材３０と、複数のペロブスカイト太陽電池セル１０の裏面側を覆う裏面保護部材４０と、ペロブスカイト太陽電池セル１０と表面保護部材３０の間に配置される表側着色材５０と、ペロブスカイト太陽電池セル１０と裏面保護部材４０の間に配置される裏側着色材６０と、表面保護部材３０と裏面保護部材４０の間に充填される封止材７０と、を備える。

【0015】

ペロブスカイト太陽電池セル１０は、基材層１１、第１電極層１２、光電変換層１３及び第２電極層１４をこの順番に有する構成とされ得る。本実施形態のペロブスカイト太陽電池セル１０は、受光側に基材層１１が配置され、少なくとも光電変換層１３及び第２電極層１４を除去した複数のスリット１５が形成されている。

【0016】

基材層１１は、ペロブスカイト太陽電池セル１０の強度を担保する板状又はシート状の構造部材である。本実施形態において、基材層１１は、透明であり、例えばポリイミド、ポリアミド、ポリエチレンテレフタレート等の樹脂又はガラスから形成され得る。

【0017】

第１電極層１２は、光電変換層１３で生成された第１の電荷を収集して外部に出力する。本実施形態において、第１電極層１２は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ：Transparent Conductive Oxide）から形成される。第１電極層１２を形成する透明導電性酸化物としては、例えば、酸化インジウム、酸化スズ、酸化亜鉛、酸化チタン及びそれらの複合酸化物等を用いることができる。これらの中でも、酸化インジウムを主成分とするインジウム系複合酸化物が好ましい。高い導電率と透明性の観点からは、インジウム酸化物が特に好ましい。さらに、信頼性又はより高い導電率を確保するために、インジウム酸化物にドーパントを添加することが好ましい。ドーパントとしては、例えば、Ｓｎ、Ｗ、Ｚｎ、Ｔｉ、Ｃｅ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ａｌ、Ｇａ、Ｇｅ、Ａｓ、Ｓｉ、Ｓ等が挙げられる。特に好適な例として、インジウム酸化物にスズが添加されたＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が広く知られている。第１電極層１２は、例えばスパッタリング法、真空蒸着法などの方法で積層され得る。

【0018】

第１電極層１２の厚みの下限としては、５ｎｍが好ましく、１０ｎｍがより好ましい。一方、第１電極層１２の厚みの上限としては、２００ｎｍが好ましく、１００ｎｍがより好ましい。第１電極層１２の厚みを前記下限以上とすることによって、電気抵抗を小さくすることができるのでペロブスカイト太陽電池セル１０の光電変換効率を向上できる。また、第１電極層１２の厚みを前記上限以下とすることによって、不必要なコスト増や可撓性の低下を防止できる。第１電極層１２は、例えば多結晶ＩＴＯ層と非晶質ＩＴＯ層との積層構造等の多層構造を有してもよい。

【0019】

光電変換層１３は、ペロブスカイト化合物を含み、入射光を吸収して光キャリア（電子及び正孔）を生成する。光電変換層１３に含まれるペロブスカイト化合物としては、１価の有機アンモニウムイオン及びアミジニウム系イオンのうちの少なくとも１種を含む有機原子Ａ、２価の金属イオンを生成する金属原子Ｂ、及びヨウ化物イオンＩ、臭化物イオンＢｒ、塩化物イオンＣｌ、及びフッ化物イオンＦのうちの少なくとも１種を含むハロゲン原子Ｘを含み、ＡＢＸ_３で表される化合物を用いることができる。中でも、光電変換層１３を蒸着法（ドライプロセス）により形成する場合、有機原子ＡとしてはメチルアンモニウムＭＡ（ＣＨ_３ＮＨ_３）が好ましく、金属原子Ｂとしては鉛Ｐｂが好ましく、ハロゲン原子Ｘとしてはヨウ化物Ｉ、臭化物イオンＢｒ及び塩化物イオンＣｌのうちの少なくとも１つが好ましい。

【0020】

具体的に、好ましいペロブスカイト化合物としては、メチルアンモニウムハロゲン化鉛ＭＡＰｂＸ_３（ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＸ_３）、ＭＡＰｂＩ_３、ＭＡＰｂＢｒ_３、ＭＡＰｂＣｌ_３等が挙げられる。なお、ハロゲン原子Ｘとしては複数種類を含んでもよい。ヨウ化物Ｉと他のハロゲン原子Ｘとを含むペロブスカイト化合物としては、例えばメチルアンモニウムヨウ化鉛ＭＡＰｂＩ_ｙＸ_{（３－ｙ）}（ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＩ_ｙＸ_{（３－ｙ）}）、ＭＡＰｂＩ_ｙＢｒ_{（３－ｙ）}、ＭＡＰｂＩ_ｙＣｌ_{（３－ｙ）}等が挙げられる（ｙは任意の正の整数）。

【0021】

ペロブスカイト化合物を含む光電変換層１３は、ペロブスカイト化合物がメチルアンモニウムハロゲン化鉛（ＭＡＰｂＸ_３（ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＸ_３））である場合、光電変換層１３は、ハロゲン化鉛（ＰｂＸ_２）材料及びハロゲン化メチルアンモニウム（ＭＡＸ）材料を順に製膜し、これらの材料の薄膜を反応温度で反応させることにより形成され得る。例えば、ペロブスカイト化合物がメチルアンモニウムヨウ化鉛（ＭＡＰｂＩ_ｙＸ_{（３－ｙ）}（ＣＨ_３ＮＨ_３ＰｂＩ_ｙＸ_{（３－ｙ）}））である場合、光電変換層１３は、例えばハロゲン化鉛（ＰｂＸ２）材料及びヨウ化メチルアンモニウム（ＭＡＩ）材料を順に製膜し、これらの材料の薄膜を反応温度で反応させることにより形成される。また、光電変換層１３は、例えば液相の塗膜内でペロブスカイト化合物を合成するゾルゲル法、予め合成されたペロブスカイト化合物を含む溶液を塗布する塗布法等の方法によっても形成され得る。

【0022】

光電変換層１３の厚みとしては、形成材料等にもよるが、光の吸収率を大きくしつつ、生成する電荷の移動距離を小さくするために、１００ｎｍ以上２０００ｎｍ以下とすることが好ましい。

【0023】

第２電極層１４は、第１電極層１２と対をなす電極である。第２電極層１４は、透明導電性酸化物によって形成されてもよいが、金属を含む導電性材料から形成されることが好ましい。具体的には、第２電極層１４は、金属又は金属粒子をバインダで結合した組成物から形成され得る。このように、裏面側に金属により導電性を担保する第２電極層１４を配置することによって、ペロブスカイト太陽電池セル１０の集電抵抗を低減できる。また、金属を含む材料から形成される第２電極層１４は、光電変換層１３を透過した光を反射して光電変換層１３に再度入射させることにより光電変換効率を向上できる。第２電極層１４は、スパッタリング、めっき等の方法により金属を積層することによって、又は金属粒子を含む導電性組成物の塗工及び焼成によって形成することができる。

【0024】

第２電極層１４の厚みの下限としては、５ｎｍが好ましく、１０ｎｍがより好ましい。一方、第２電極層１４の厚みの上限としては、２００ｎｍが好ましく、１００ｎｍがより好ましい。第２電極層１４の厚みを前記下限以上とすることによって、集電抵抗を十分に小さくできる。また、第２電極層１４の厚みを前記上限以下とすることによって、スリット１５の形成が容易となる。

【0025】

スリット１５は、光を吸収する層を除去するよう形成され、全波長域の光を透過することにより、太陽電池モジュール１の採光性（裏面側への光透過率）を向上する。また、多数の細いスリット１５が平行に並んで形成されることによって、太陽電池モジュール１の裏面側の観者は個々のスリット１５を意識せず、太陽電池モジュール１を通して外側の景色をより明確に視認できるようになる。

【0026】

スリット１５の幅の下限としては、１０μｍが好ましく、１００μｍがより好ましい。一方、スリット１５の幅の上限としては、１０ｍｍが好ましく、１ｍｍがより好ましい。スリット１５の幅を前記下限以上とすることによって、スリット１５の幅の誤差に起因する光透過量のバラツキを相対的に小さくできるので、均等に採光できる。また、スリット１５の幅を前記上限以下とすることによって、個々のスリット１５が目立たないようにできる。スリット１５のピッチとしては、得ようとする採光率に応じて適宜設計されるが、例えば１００μｍ以上、１ｍｍ以下とされ得る。

【0027】

ペロブスカイト太陽電池セル１０は、平面視でそれぞれ独立して電力を取り出す複数の領域、つまりサブセルに分割されていてもよい。また、ペロブスカイト太陽電池セル１０は、電荷輸送層、反射防止層等のさらなる層を有する構成とされてもよい。

【0028】

配線材２０は、ペロブスカイト太陽電池セル１０間を接続し、複数のペロブスカイト太陽電池セル１０から出力される電力を外部に導出する。配線材２０としては、例えば金属箔、金属線、金属編組線等が用いられ得る。また、配線材２０は、場所ごとに材質及び形状が異なってもよい。配線材２０は、採光を阻害しないよう、ペロブスカイト太陽電池セル１０に接続される部分を除いて、できるだけペロブスカイト太陽電池セル１０と重ならないように配置される。つまり、配線材２０は、主として平面視でペロブスカイト太陽電池セル１０の外側に延在するよう配置される。

【0029】

表面保護部材３０は、封止材７０を介してペロブスカイト太陽電池セル１０の表面を覆うことにより、ペロブスカイト太陽電池セル１０を保護する。表面保護部材３０は、板状又はシート状の材料から形成することができ、透光性、遮水性、耐傷性及び耐候性に優れることが好ましい。具体的には、表面保護部材３０の材質としては、例えばアクリル樹脂若しくはポリカーボネート樹脂等の透明樹脂、ガラスなどを挙げることができる。また、表面保護部材３０の表面は、光の反射を抑制するために、凹凸状に加工されたり、反射防止コーティング層で被覆されてもよい。

【0030】

裏面保護部材４０は、封止材７０を介して、ペロブスカイト太陽電池セル１０の裏面を覆うことによって、ペロブスカイト太陽電池セル１０を保護する。裏面保護部材４０は、表面保護部材３０と同様の板状の材料から形成することができる。

【0031】

表側着色材５０は、黒色の材料からなり、平面視でペロブスカイト太陽電池セル１０の外側を覆うよう配置される。表側着色材５０は、配線材２０等の美観を損ねる構成を表側から視認できないように覆い隠す。このため、表側着色材５０は、ペロブスカイト太陽電池セル１０の裏面側に光を透過する領域のみを開口するよう、ペロブスカイト太陽電池セル１０の外縁部に重複して配設されることが好ましい。したがって、表側着色材５０は、太陽電池モジュール１の外周部だけでなく、ペロブスカイト太陽電池セル１０の間にも延在するよう設けられ得る。

【0032】

表側着色材５０は、太陽電池モジュール１の外縁部を封止する部材と兼用されてもよく、遮光の機能のみを果たすために挿入されるシートであってもよく、表面保護部材３０の裏面に形成される塗膜として構成されてもよい。表側着色材５０の色（ＣＩＥ１９７６）としては、Ｌ＊、ａ＊、ｂ＊の各値がそれぞれ１０以下であることが好ましく、５以下であることがより好ましい。

【0033】

裏側着色材６０は、平面視でペロブスカイト太陽電池セル１０の外側を覆うよう配置される。表側着色材５０は、配線材２０等の美観を損ねる構成を裏側から視認できないように覆い隠す。裏側着色材６０は、平面視で表側着色材５０と重複するよう同一形状に形成されることが好ましい。

【0034】

裏側着色材６０は、太陽電池モジュール１の外縁部を封止する部材と兼用されてもよく、遮光の機能のみを果たすシートであってもよく、裏面保護部材４０に形成される塗膜として構成されてもよい。裏側着色材６０は、表側着色材５０よりも明るい色を有する。つまり、裏側着色材６０は、表側着色材５０よりも明度Ｌ＊（ＣＩＥ１９７６）の値が大きい。これにより、太陽電池モジュール１の裏側の空間が表側の空間よりも暗い状態において、太陽電池モジュール１を裏側からみた場合に、表側の光を透過する太陽電池モジュール１と裏側着色材６０の色差が小さくなり、太陽電池モジュール１と裏側着色材６０の一体感が大きくなる。これにより、裏側着色材６０の存在感が小さくなるため、複数の太陽電池モジュール１を通して見える景色の一体感が大きくなる。したがって、太陽電池モジュール１を窓に配設した場合に、室内の人が窓の有効面積を大きく感じるため、圧迫感や閉塞感を低減し、解放感を向上できる。

【0035】

表側着色材５０と裏側着色材６０の色差ΔＥ（ＣＩＥ１９７６）の下限としては、３０が好ましく、４０がより好ましい。一方、表側着色材５０と裏側着色材６０の色差ΔＥの上限としては、７０が好ましく、６０がより好ましい。表側着色材５０と裏側着色材６０の色差ΔＥを前記下限以上とすることによって、表面側の空間が明るい場合の裏側着色材６０の存在感を十分に小さくできる。また、表側着色材５０と裏側着色材６０の色差ΔＥを前記上限以下とすることによって、つまり、裏側着色材６０の明度及び彩度を大きくし過ぎないことによって、裏面側の空間が明るい場合の裏側着色材６０が過度に目立たないようにできる。

【0036】

封止材７０は、ペロブスカイト太陽電池セル１０の受光側の面と表面保護部材３０との間、ペロブスカイト太陽電池セル１０の裏側の面と裏面保護部材４０との間、及びペロブスカイト太陽電池セル１０同士の隙間に充填される。封止材７０は、ペロブスカイト太陽電池セル１０と表面保護部材３０及び裏面保護部材４０とを接着すると共に、ペロブスカイト太陽電池セル１０の周囲の隙間をなくすことで、ペロブスカイト太陽電池セル１０に水分等が接触することを防止する。

【0037】

封止材７０としては、例えば、エチレン／酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エチレン／α－オレフィン共重合体、エチレン／酢酸ビニル／トリアリルイソシアヌレート（ＥＶＡＴ）、ポリビニルブチラート（ＰＶＢ）、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、又は、シリコーン樹脂等の透光性を有する樹脂が好適に用いられる。封止材７０は、製造段階ではペロブスカイト太陽電池セル１０の隙間に浸入する熱可塑性を有し、最終製品において熱可塑性を喪失するにより太陽電池モジュール１の温度が上昇しても形状を保持できる材料から形成されることが好ましい。つまり、封止材７０は、熱可塑性樹脂を主体とし、この熱可塑性樹脂の軟化点よりも高い温度で活性化し、熱可塑性樹脂を架橋して硬化させる架橋剤を含有する樹脂組成物によって形成されることが好ましい。

【0038】

以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１は、透光性を有する複数のペロブスカイト太陽電池セル１０と、黒色の表側着色材５０と、表側着色材５０よりも明るい色を有する裏側着色材６０と、を備える。このため、太陽電池モジュール１を窓等に配設し、室内からより明るい屋外を見た場合に、ペロブスカイト太陽電池セル１０とその周囲との一体感が大きく、複数のペロブスカイト太陽電池セル１０を一体的に見せることができるので、室内の人に圧迫感や閉塞感を与えにくい。

【0039】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の変更及び変形が可能である。

【符号の説明】

【0040】

１ 太陽電池モジュール
１０ ペロブスカイト太陽電池セル
１１ 基材層
１２ 第１電極層
１３ 光電変換層
１４ 第２電極層
１５ スリット
２０ 配線材
３０ 表面保護部材
４０ 裏面保護部材
５０ 表側着色材
６０ 裏側着色材
７０ 封止材

【図1】

【図2】

【図3】