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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-22
(45)【発行日】2023-08-30
(54)【発明の名称】太陽光発電シートの設置構造
(51)【国際特許分類】
   H02S 20/10 20140101AFI20230823BHJP
   H01L 31/048 20140101ALI20230823BHJP
   E01C 9/00 20060101ALI20230823BHJP
   E04D 13/18 20180101ALI20230823BHJP
【FI】
H02S20/10 K
H01L31/04 560
E01C9/00 ETD
E04D13/18
【請求項の数】 8
(21)【出願番号】P 2022132424
(22)【出願日】2022-08-23
(62)【分割の表示】P 2022048274の分割
【原出願日】2022-03-24
【審査請求日】2022-08-23
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000002174
【氏名又は名称】積水化学工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000796
【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】稲森 大貴
(72)【発明者】
【氏名】横田 生吹樹
【審査官】吉村 庄太郎
(56)【参考文献】
【文献】特開2013-185336(JP,A)
【文献】特開2011-124320(JP,A)
【文献】特開2002-359387(JP,A)
【文献】特表2019-534398(JP,A)
【文献】特開2012-238827(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2020/0336098(US,A1)
【文献】特開2013-038228(JP,A)
【文献】特開2004-316080(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
H02S 20/10
H01L 31/04
H10K 30/50
E01C 9/00
E04D 13/18
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
地面又は建造物の床面である設置面と、
前記設置面の上側に設けられる太陽光発電シートとを備え、
前記太陽光発電シートの表面は、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜しており、
前記太陽光発電シートの表面の臨界表面張力γcは、20以上45以下であり、
前記太陽光発電シートは、発電部と、バックシートと、バリアシートと、封止剤と、封止縁材とを備え、前記発電部は、光起電力効果を利用した光電変換素子であり、太陽光を受けることで発電を行う発電セルを備え、前記太陽光発電シートの表面は、前記バリアシートの表面によって構成され、前記バックシートは、前記太陽光発電シートの表面とは反対側に配置され、前記発電部及び前記封止剤は、前記バックシートと前記バリアシートとの間に配置され、前記封止縁材は、前記バックシートの外周縁と前記バリアシートの外周縁との間を封止することを特徴とする前記太陽光発電シートの設置構造。
【請求項2】
地面又は建造物の床面である設置面と、
前記設置面の上側に設けられる太陽光発電シートとを備え、
前記太陽光発電シートの表面は、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜しており、
前記太陽光発電シートの表面の臨界表面張力γcは、20以上45以下であり、
前記太陽光発電シートの曲げ強さは、50MPa以上であり、
前記太陽光発電シートは、前記設置面に固定されることを特徴とする太陽光発電シートの設置構造。
【請求項3】
前記設置面は、道路を構成する舗装体の表面、又は、建造物の屋根材の表面であることを特徴とする請求項2に記載の太陽光発電シートの設置構造。
【請求項4】
前記太陽光発電シートの表面には、溝が形成されており、
前記溝は、前記太陽光発電シートの表面が傾斜する方向に延びている請求項1乃至3のいずれかに記載の太陽光発電シートの設置構造。
【請求項5】
前記太陽光発電シートは、ペロブスカイト化合物を含む複数の発電セルを有する、請求項1乃至4のいずれかに記載の太陽光発電シートの取付構造。
【請求項6】
前記太陽光発電シートの表面が傾斜する方向に対して垂直な前記太陽光発電シートの断面において、前記太陽光発電シートの表面は、下側へ窪む円弧状を呈する請求項1乃至5のいずれかに記載の太陽光発電シートの設置構造。
【請求項7】
前記設置面上に設置される支持部材をさらに備え、
前記支持部材は、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜する表面を有しており、
前記太陽光発電シートは、前記支持部材の表面上に設置される請求項1乃至6のいずれかに記載の太陽光発電シートの設置構造。
【請求項8】
前記設置面は、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜しており、 前記太陽光発電シートは、前記設置面上に設置される請求項1乃至7のいずれかに記載の太陽光発電シートの設置構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地面又は建造物の床面である設置面の上に太陽光発電シートが設けられる太陽光発電シートの設置構造に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献1には、光発電モジュールと、透光性支持部材と、透光性を有する表面保護層とを備える太陽光電池パネルが開示されている。当該太陽光電池パネルは、硬質舗装体の上側に設けられるものであって、硬質舗装体は、道路の路面に用いられる材料で構成される。光発電モジュールは、光を電気エネルギーに変換する部材であり、硬質舗装体に固定される。透光性支持部材は、光発電モジュールの光入射面に固定される。表面保護層は、母材樹脂に微粒子が混入された構造を有しており、透光性支持部材の表面側に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開2021-101478号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで太陽光発電シートを、地面(道路を構成する舗装体の表面等)や建造物の床面(屋根の表面等)の上側に設ける場合には、太陽光発電シートの発電効率を維持することと、歩行者或いは車両のスリップを防止することとを両立することが望まれる。これに関して、特許文献1には、表面保護層の表面に露出した微粒子によってスリップを防止することは開示されているものの、表面保護層に付着した雨水等の水分を除去することについては開示されていない。水分が表面保護層に付着し続ける場合には、水分が蒸発することで、水分に含まれていた汚れが表面保護層に付着した状態になり、当該汚れが太陽光を遮ることで発電効率が低下する。また、微粒子が付着した表面保護層にあっては、粒子を起点として汚れが付着しやすいため美感が低下しやすい。
【0005】
本発明は、上記事項に鑑みてなされたものであって、その目的は、地面又は建造物の床面である設置面の上側に太陽光発電シートが設けられる太陽光発電シートの設置構造であって、太陽光発電シートの表面上に落下した水分を除去できることで、水分に含まれる汚れが太陽光発電シートの表面に付着することを抑制できるとともに、太陽光発電シートの表面で歩行者或いは車両がスリップすることを防止可能な太陽電池モジュールの設置構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本発明は、次の項に記載の主題を包含する。
【0007】
項1.地面又は建造物の床面である設置面と、
前記設置面の上側に設けられる太陽光発電シートとを備え、
前記太陽光発電シートの表面は、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜しており、 前記太陽光発電シートの表面の臨界表面張力γcは、20以上45以下であることを特徴とする前記太陽光発電シートの設置構造。
【0008】
項2.前記太陽光発電シートの表面には、溝が形成されており、
前記溝は、前記前記太陽光発電シートの表面が傾斜する方向に延びている項1に記載の太陽光発電シートの設置構造。
【0009】
項3.前記太陽光発電シートは、ペロブスカイト化合物を含む複数の発電セルを有する、項1又は2に記載の太陽光発電シートの取付構造。
【0010】
項4.前記太陽光発電シートの表面が傾斜する方向に対して垂直な前記太陽光発電シートの断面において、前記太陽光発電シートの表面は、下側へ窪む円弧状を呈する項1乃至3のいずれかに記載の太陽光発電シートの設置構造。
【0011】
項5.前記設置面上に設置される支持部材をさらに備え、
前記支持部材は、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜する表面を有しており、 前記太陽光発電シートは、前記支持部材の表面上に設置される項1乃至4のいずれかに記載の太陽光発電シートの設置構造。
【0012】
項6.前記設置面は、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜しており、
前記太陽光発電シートは、前記設置面上に設置される項1乃至4のいずれかに記載の太陽光発電シートの設置構造。
【発明の効果】
【0013】
本発明に係る太陽光発電シートの設置構造によれば、太陽光発電シートの表面に落下した雨水等の水分を除去できることで、水分に含まれる汚れが太陽光発電シートの表面に付着することを抑制できるとともに、太陽光発電シートの表面で歩行者或いは車両がスリップすることを防止可能である。
【図面の簡単な説明】
【0014】
図1図1(A)は、本発明の第一実施形態に係る太陽光発電シートの設置構造を示す概略平面図であり、図1(B)は、図1(A)におけるa-a線概略断面図である。
図2図2(A)は、図1(A)におけるb-b線概略断面図である。図2(B)は、図2(A)のc部分の拡大図である。図2(C)は、図2(A)のd-d線に沿って発電部を切断した状態を示す断面図である。
図3図3(A)は、本発明の第二実施形態に係る太陽光発電シートの設置構造を示す概略平面図であり、図3(B)は、図3(A)におけるa-a線概略断面図である。
図4図3(A)におけるb-b線概略断面図である。
図5図5(A)は、本発明の第三実施形態に係る太陽光発電シートの設置構造を示す概略平面図であり、図5(B)は、図5(A)におけるa-a線概略断面図である。
図6図5(A)におけるb-b線概略断面図である。
図7図7(A)は、本発明の第一実施形態の変形例に係る太陽光発電シートの設置構造を示す概略平面図であり、図7(B)は、図7(A)におけるa-a線概略断面図である。
図8図8(A)は、本発明の第二実施形態の変形例に係る太陽光発電シートの設置構造を示す概略平面図であり、図8(B)は、図8(A)におけるa-a線概略断面図である。
図9図9(A)は、本発明の第三実施形態の変形例に係る太陽光発電シートの設置構造を示す概略平面図であり、図9(B)は、図9(A)におけるa-a線概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0015】
<第一実施形態>
以下、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【0016】
図1(A)は、本発明の第一実施形態に係る太陽光発電シート4の設置構造1を示す概略平面図であり、図1(B)は、図1(A)におけるa-a線概略断面図である。図2(A)は、図1(A)におけるb-b線概略断面図である。図2(B)は、図2(A)のc部分の拡大図である。図2(C)は、図2(A)のd-d線に沿って発電部を切断した状態を示す断面図である。
【0017】
第一実施形態に係る設置構造1は、設置面2と、支持部材3と、太陽光発電シート4とを備える。支持部材3及び太陽光発電シート4は、設置面2の上側に設けられる。
【0018】
設置面2は、地面又は建造物の床面であり、人が歩行し得る場所や、車両が通過し得る場所に設けられる。上記の地面には道路を構成する舗装体の表面が含まれる。上記の建造物の床面には、建造物の屋根材の表面が含まれる。屋根材としては、例えば、折板屋根、スレート屋根、ルーフデッキ、瓦棒葺き、立平葺き等に用いられる屋根材が挙げられる。屋根は、縦葺きであってもよいし、横葺きであってもよい。
【0019】
(支持部材31)
支持部材3は、設置面2上に設置されるものであり、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜する表面5を有する。図示例では、支持部材3が三角形の横断面を有するものとされて当該三角形の斜面によって上記の表面5が構成されているが、支持部材3の構造は、「水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜する表面」を備える限り、特に限定されない。また支持部材3は、例えば、コンクリート、樹脂、及び金属等から形成されるが、支持部材3の材料も、特に限定されない。また支持部材3は、図示しない固定材を用いて設置面2に固定されるが、固定材も特に限定されず、固定材として、例えば、ボルト、ねじ、クリップ、接着剤、磁石、ピン、ネイル、重石等を使用できる。
【0020】
(太陽光発電シート4)
図2(A)は、太陽光発電シート4の断面図である。図2(B)は、図2(A)のc部分の拡大図である。太陽光発電シート4は、シート状を呈しており、太陽光を受けることで発電を行うことができる。本明細書でいう「シート状」は、その物体の厚さが、平面視における外縁の間の最大長さに対して、10%以下である形状を意味する。平面視における形状が矩形状である場合、「平面視における外縁の間の最大長さ」は、対角線の長さを意味する。また、平面視における形状が円形状である場合、「平面視における外縁の間の最大長さ」は、直径の長さを意味する。本明細書では、膜状、箔状、フィルム状等も、「シート状」に含まれる。
【0021】
本実施形態に係る太陽光発電シート4は、平面視略矩形状に形成されている。ただし、本発明では、太陽光発電シート4の形状としては、例えば、平面視略円形状、平面視楕円形状、平面視多角形状等であってもよく、特に制限はない。
【0022】
太陽光発電シート4は、臨界表面張力γcが20以上45以下である表面6を有する。上述した「水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜する支持部材3の表面5」の上に太陽光発電シート4が設置されることで、太陽光発電シート4の表面6も水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜するものとされる。なお太陽光発電シート4の表面6は、支持部材3の表面5と平行であってもよいが、平行でなくてもよい。
【0023】
太陽光発電シート4は、図示しない固定材を用いて支持部材3の表面5に固定される。固定材としては、太陽光発電シート4を固定できれば、特に制限はなく、例えば、ボルト、ねじ、クリップ、接着剤、磁石、ピン、ネイル、重石等が挙げられる。防水性の観点から、穴を空けることを要しない、接着剤、磁石、又は重石が用いられること好ましい。また、施工性及び取付け強度の観点から、ボルト、ねじが用いられることが好ましい。
【0024】
図2に示すように、太陽光発電シート4は、バックシート10と、発電部11と、バリアシート12と、封止剤13と、封止縁材14とを備える。発電部11及び封止剤13は、バックシート10とバリアシート12との間に配置される。封止縁材14は、バックシート10の外周縁15とバリアシート12の外周縁16との間を封止する。
【0025】
太陽光発電シート4の曲げ強さは、50MPa以上であり、より好ましくは100MPa以上である。また、太陽光発電シート4の曲げ強さは、150MPa以下であり、より好ましくは130MPa以下である。太陽光発電シート4の曲げ強さの大きさの設定は、主に、バックシート11及びバリアシート17の曲げ強さによって実現され得る。バックシート11及びバリアシート17については、後ほど詳述する。太陽光発電シート4の曲げ強さが、50MPa以上150MPa以下に設定されることで、施工性を良好にしながら、ひび割れ等の破損が生じることを抑制できる。本明細書でいう「曲げ強さ」は、例えば、JIS 7171に準拠する測定方法で測定される。
【0026】
本明細書において「太陽光発電シート4」には、複数の発電セル11を有する太陽光発電シートモジュール、複数の太陽光発電シートモジュールを有する太陽光発電シートストリング、及び複数の太陽光発電シートストリングを有する太陽光発電シートアレイを含む。
【0027】
(バックシート10)
バックシート10は、太陽光発電シート4の表面6(受光面)とは反対側に配置される。バックシート10は、太陽光発電シート4において支持部材3の表面5に対向する面を構成する。バックシート10は、水蒸気に対するバリア性能、及び外力に対する保護性能を有する。バックシート10は、透光性があってもよいが、必ずしも透光性は必要ではない。
【0028】
本明細書でいう「透光性がある」とは、光の透過率が、入射前の光のピーク波長に対して、10%以上であることを意味する。
【0029】
バックシート10は、可撓性を有する。バックシート10に用いられる材料としては、縦弾性係数が100MPa以上10000MPa以下であることが好ましく、より好ましくは、1000MPa以上5000MPa以下である。バックシート10の材料として、具体的には、例えば、プラスチックフィルム、プラスチック基板等が挙げられる。
【0030】
バックシート10の厚さは、50μm以上であることが好ましく、より好ましくは、100μm以上であり、より好ましくは、200μm以上である。また、バックシート10の厚さは、1000μm以下であることが好ましく、より好ましくは、800μm以下であり、より好ましくは、600μm以下である。バックシート10の厚さが50μm以上1000μm以下であることにより、太陽光発電シート4としての曲げ強さを、50MPa以上150MPa以下に設定しやすい。
【0031】
(発電部11)
発電部11は、光起電力効果を利用した光電変換素子であり、太陽光を受けることで発電を行う発電セル110を備える。本実施形態では、発電部11は、複数の発電セル110が太陽光発電シート1の面方向(例えば太陽光発電シート1の長手方向或い幅方向)に配置された光電変換ユニットから構成される。なお、発電部11は一つの発電セル110によって構成されてもよい。
【0032】
図3(A)に示すように、発電セル110は、透光性基材20と、透光性導電層21と、発電層22と、電極23と、を備える。透光性基材20、透光性導電層21、発電層22、及び電極23は、バリアシート12からバックシート10に向かう方向に沿って、この順で積層されている。すなわち、透光性基材20がバリアシート12に対向し、電極23がバックシート10に対向するように配置される。
【0033】
(透光性基材20)
透光性基材20は、透光性導電層21、発電層22、及び電極23を支持する。透光性基材20は、透光性を有する。透光性基材20の透光性は、光の透過率が、入射前の光のピーク波長に対して、10%以上であればよいが、好ましくは、50%以上であり、より好ましくは、80%以上である。本明細書では、光の透過率が、入射前の光のピーク波長に対して、80%以上であることを、「透明」であるとする。
【0034】
透光性基材20の材料としては、例えば、無機材料、有機材料、金属材料等が挙げられる。無機材料としては、例えば、石英ガラス、無アルカリガラス等が挙げられる。有機材料としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート(PET; polyethylene terephthalate)、ポリエチレンナフタレート(PEN; polyethylene naphthalene)、ポリエチレン、ポリイミド、ポリアミド、ポリアミドイミド、液晶ポリマー、シクロオレフィンポリマー等のプラスチック、高分子フィルム等が挙げられる。金属材料としては、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、シリコン等が挙げられる。
【0035】
透光性基材20の厚さは、透光性導電層21、発電層22及び電極23を支持することができれば、特に制限はなく、例えば、30μm以上300μm以下が挙げられる。
【0036】
透光性基材20は、発電セル11の製造過程で必要になる基材であり、必ずしも必要な構成ではない。透光性基材20は、例えば、太陽光発電シート4の製造途中にだけ利用されてもよく、製造後又は製造途中に取り除かれてもよい。なお、取り除かれる場合、透光性基材20に代えて、透光性を有さない基材を用いてもよい。
【0037】
(透光性導電層21)
透光性導電層21は、導電性を有する層であり、カソードとして機能する。透光性導電層21は、透光性を有する。透光性導電層21は、透明であることが好ましい。
【0038】
透光性導電層21としては、例えば、酸化インジウムスズ(ITO; Indium Tin Oxide)、フッ素ドープ酸化スズ(FTO; F-doped Tin Oxide)、ネサ膜等の透明な材料が挙げられる。透光性導電層21は、透光性基板の表面5,6に対して、例えば、スパッタリング法、イオンプレーティング法、メッキ法、塗布法等により形成される。
【0039】
また、透光性導電層21としては、不透光性材料を用いつつ、光を透過可能なパターンを形成することで、透光性を有するように構成してもよい。不透光性材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、チタン、ニッケル、スズ、亜鉛、又はこれらを含む合金等が挙げられる。光を透過可能なパターンとしては、例えば、格子状、線状、波線状、ハニカム状、丸穴状等が挙げられる。
【0040】
透光性導電層21の厚さは、例えば、30nm以上300nm以下であることが好ましい。透光性導電層21が、30nm以上300nm以下であると、可撓性を高く保ちながら、良好な導電性を得ることができる。
【0041】
(発電層22)
発電層22は、光の照射によって光電変換を生じさせる層であり、光を吸収することで生成された励起子から、電子と正孔とを生じさせる。図3(B)に示すように、発電層22は、正孔輸送層221と、光電変換層222と、電子輸送層223と、を備える。正孔輸送層221、光電変換層222、及び電子輸送層223は、透光性導電層21から電極23に向かう方向に沿って、この順で積層されている。
【0042】
(正孔輸送層221)
正孔輸送層221は、光電変換層222で発生した正孔を、透光性導電層21へ抽出し、かつ光電変換層222で発生した電子が、透光性導電層21へ移動するのを妨げる。正孔輸送層221の材料としては、例えば、金属酸化物を用いることができる。金属酸化物としては、例えば、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化バナジウム、酸化亜鉛、酸化ニッケル、酸化リチウム、酸化カルシウム、酸化セシウム、酸化アルミニウム等が挙げられる。また、その他、デラフォサイト型化合物半導体(CuGaO2)、酸化銅、チオシアン酸銅(CuSCN)、五酸化バナジウム(V2O)、酸化グラフェン等が用いられてもよい。また、正孔輸送層221の材料として、p型有機半導体又はp型無機半導体を用いることもできる。
【0043】
正孔輸送層221の厚さは、例えば、1nm以上1000nm以下であることが好ましく、より好ましくは、10nm以上500nm以下であり、更に好ましくは、10nm以上50nm以下である。正孔輸送層221の厚さが、1nm以上1000nm以下であれば、正孔の輸送が実現できる。
【0044】
(光電変換層222)
光電変換層222(光活性層)は、吸収した光を光電変換する層である。光電変換層222の材料としては、吸収した光を光電変換することができれば特に制限はなく、例えば、アモルファスシリコン、ペロブスカイト、非シリコン系材料(半導体材料CIGS)等が用いられる。また、光電変換層222は、これらを複合したタンデム型の積層構造としてもよい。非シリコン系材料が用いられた光電変換層222は、銅(Cu)、インジウム(In)、ガリウム(Ga)、セレン(Se)を含む半導体材料CIGSが用いられており、光電変換層の厚さを薄くしやすい。
【0045】
以下では、光電変換層222の一例として、ペロブスカイトが用いられる光電変換層を挙げて説明する。ペロブスカイト化合物を含む光電変換層222は、入射光の角度に対する発電効率の依存性(以下、入射角依存性という場合がある)が比較的低いという利点がある。これにより、本実施形態では、より高い発電効率を得ることができる。
【0046】
ペロブスカイト化合物は、ペロブスカイト結晶構造体及びこれに類似する結晶を有する構造体である。ペロブスカイト結晶構造体は、組成式 ABX で表される。この組成式において、例えば、Aは有機カチオン、Bは金属カチオン、Xはハロゲンアニオンを示す。ただし、Aサイト、Bサイト及びXサイトはこれに限定されない。
【0047】
Aサイトを構成する有機カチオンの有機基としては、特に制限はなく、例えば、アルキルアンモニウム誘導体、ホルムアミジニウム誘導体等が挙げられる。Aサイトを構成する有機カチオンは、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
【0048】
Bサイトを構成する金属カチオンの金属としては、特に制限はなく、例えば、Cu、Ni、Mn、Fe、Co、Pd、Ge、Sn、Pb、Eu等が挙げられる。Bサイトを構成する金属カチオンは、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
【0049】
Xサイトを構成するハロゲンアニオンのハロゲンには、特に制限はなく、例えば、F、Cl、Br、I等が挙げられる。Xサイトを構成するハロゲンアニオンは、1種類であってもよいし、2種類以上であってもよい。
【0050】
光電変換層222の厚さは、例えば、1nm以上100000nm以下が好ましく、より好ましくは、5nm以上50000nm以下であり、更に好ましくは、10nm以上1000nm以下である。光電変換層222の厚さが、1nm以上100000nm以下であると、光電変換効率が向上する。
【0051】
(電子輸送層223)
電子輸送層223は、光電変換層222で発生した電子を電極23へ抽出し、かつ光電変換層222で発生した正孔が、電極23へ移動するのを妨げる。電子輸送層223としては、例えば、ハロゲン化合物又は金属酸化物のいずれかを含むことが好ましい。
【0052】
ハロゲン化合物としては、例えば、ハロゲン化リチウム(LiF、LiCl、LiBr、LiI)、ハロゲン化ナトリウム(NaF、NaCl、NaBr、NaI)等が挙げられる。金属酸化物を構成する元素としては、チタン、モリブデン、バナジウム、亜鉛、ニッケル、リチウム、カリウム、セシウム、アルミニウム、ニオブ、スズ、バリウム等が挙げられる。また、電子輸送層223の材料として、n型有機半導体又はn型無機半導体を用いることもできる。
【0053】
電子輸送層223の厚さは、例えば、1nm以上1000nm以下であることが好ましく、より好ましくは、10nm以上500nm以下であり、更に好ましくは、10nm以上50nm以下である。電子輸送層223の厚さが、1nm以上1000nm以下であれば、電子の輸送が実現できる。
【0054】
(電極23)
電極23は導電性を有し、アノードとして機能する。電極23は、光電変換層222によって生じた光電変換に応じて、光電変換層222から電子を取り出すことができる。電極23は、透光性を有していてもよいし、不透光性材料で構成されてもよい。電極23の材料としては、例えば、白金、金、銀、銅、アルミニウム、ロジウム、インジウム、チタン、ニッケル、スズ、亜鉛、又はこれらを含む合金等が挙げられる。
【0055】
(バリアシート12)
バリアシート12は、太陽光発電シート4の厚さ方向において、バックシート10とは反対側に配置される。バリアシート12は、透光性を有しており、上述した「臨界表面張力γcが20以上45以下であり、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜する太陽光発電シート4の表面6」は、バリアシート12の表面によって構成される。バリアシート12は、透明であることが好ましい。バリアシート12は、水蒸気に対するバリア性能、及び外力に対する保護性能を有する。
【0056】
バリアシート12は、可撓性を有する。バリアシート12に用いられる材料としては、縦弾性係数が100Pa以上10000MPa以下であることが好ましく、より好ましくは、1000MPa以上5000MPa以下である。バリアシート12の材料として、具体的には、例えば、プラスチックフィルム、ビニルフィルム等が挙げられる。
【0057】
また、バリアシート12の厚さは、50μm以上であることが好ましく、より好ましくは、100μm以上であり、より好ましくは、200μm以上である。また、バリアシート12の厚さは、1000μm以下であることが好ましく、より好ましくは、800μm以下であり、より好ましくは、600μm以下である。バリアシート12の厚さが50μm以上1000μm以下であることにより、太陽光発電シート4としての曲げ強さを、50MPa以上150MPa以下に設定しやすい。
【0058】
(封止剤13)
封止剤13は、バリアシート12とバックシート10との間に発電層22を配置した状態で、バリアシート12とバックシート10との間に充填される。封止剤13は、発電層22に対して、発電層22の周囲から浸水するのを妨げる。封止剤13は、透光性を有しており、好ましくは、透明である。
【0059】
封止剤13として、例えば、エチレン酢酸ビニル(EVA; Ethylene-vinyl acetate)、ポリオレフィン、ブチルゴム、シリコーン樹脂、ポリビニルブチラール等を使用できる。
【0060】
(封止縁材14)
封止縁材14は、バックシート10とバリアシート12との間に複数の発電セル110及び封止剤13が配置された状態で、バックシート10の外周縁15とバリアシート12の外周縁16との間を封止する。太陽光発電シート4の外周縁17は封止縁材14の外周縁によって構成される。図2に示すように、封止縁材14は、第1接着部101と、第2接着部102と、第1接着部101と第2接着部102とをつなぐ封着部103と、を備える。第1接着部101は、バリアシート12の表面(図では上面)に接着される。第2接着部102は、バックシート10の裏面(図では下面)に接着される。第1接着部101、封着部103、及び第2接着部102は、一体に形成されている。
【0061】
封止縁材14の材料としては、例えば、ブチルゴム、シリコーンゴム等からなるテープ材が挙げられる。
【0062】
(太陽光発電シート4の作用)
太陽光発電シート4の表面6側(バリアシート12側)から太陽光発電シート4に光が照射されると、発電層22の光電変換層222が光を吸収して光電変換を行うことで、光電変換層222で電子と正孔とが生じる。当該電子が電子輸送層223を介して電極23(アノード)へ抽出され、正孔が正孔輸送層221を介して透光性導電層21(カソード)へ抽出されることで、透光性導電層21から電極23へと電流が流れる(すなわち発電が行われる)。
【0063】
発電部11を構成する光電変換ユニットでは、各発電セル110の電極23(アノード)に延長部23aが設けられる(図2(C))。当該電極23の延長部23aは透光性導電層21(カソード)側へ延びる。隣り合う2つの発電セル110,110では、一方のセル110の電極23の延長部23aが、他方のセル110の透光性導電層21に接合される。この接合により、太陽光発電シート4に光が照射される間では、発電部11(光電変換ユニット)の一方側端にある透光性導電層21Aから、発電部11の他方側端にある電極23Aへと電流が流れる(図2(C)では電流の流れを矢印で示している)。当該電流は、図示しない配電線を介して取り出される。
【0064】
発電部11を上記の光電変換ユニットから構成することで、一部の発電セル110で不具合が生じても、発電部11からの電気取り出し量を安定化させることができる。
【0065】
なお各発電セル110の電極23(アノード)に延長部23aを設けることの代わりに、各発電セル110の透光性導電層21(カソード)に、電極23(アノード)側へ延びる延長部を設けてもよい。この場合、隣り合う2つの発電セル110,110では、一方のセル110の透光性導電層21の延長部が、他方のセル110の電極23に接合される。このようにしても上記と同様の効果が得られる。
【0066】
また発電部11に透光性基材20を設ける場合には、発電部11の製造を容易にする観点から、図2(C)に示すように、各発電セル110の透光性導電層21、発電層22及び電極23を、共通の透光性基材20に支持させることが好ましい。
【0067】
また発電部11が一つの発電セル110によって構成される場合には、電極23から透光性導電層21へと流れる電流が配電線を介して取り出される。
【0068】
なお太陽光発電シート1には、複数の発電部11が含まれていてもよい。この場合、複数の発電部11は、太陽光発電シート4の面方向に配置されて、直列又は並列に電気的に接続される。
【0069】
発電部11が光電変換ユニットから構成される場合には、複数の発電部11を直列に接続するために、隣り合う2つの発電部11,11において、一方の発電部11の端にある透光性導電層21Aと、他方の発電部11の端にある電極23Aとを、配電線を介して接続することが行われる。複数の発電部11を並列に接続する場合には、隣り合う2つの発電部11,11の端にある透光性導電層21A,21A同士と、上記隣り合う2つの発電部11,11の端にある電極23A,23A同士とを、それぞれ配電線を介して接続することが行われる。
【0070】
また発電部11が一つの発電セル110から構成される場合には、複数の発電部11を直列に接続するために、隣り合う2つの発電部11,11において、一方の発電部11の透光性導電層21と、他方の発電部11の電極23とを配電線を介して接続することが行われる。複数の発電部11を並列に接続する場合には、隣り合う2つの発電部11,11の透光性導電層21,21同士と、上記隣り合う2つの発電部11,11の電極23,23同士とを、それぞれ配電線を介して接続することが行われる。
【0071】
なお発電部11が、上記の光電変換ユニット及び一つの発電セル70のいずれから構成される場合においても、隣り合う発電部11,11の間の距離は、0mm超であればよく、好ましくは2mm以上であり、より好ましくは10mm以上であり、更に好ましくは、15mm以上である。また、隣り合う発電部11,11の間の距離は、100mm以下が好ましく、より好ましくは50mm以上であり、更に好ましくは、20mm以下である。
【0072】
(作用効果)
本実施形態に係る設置構造1によれば、太陽光発電シート4の表面6(バリアシート12の表面)が、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜し、且つ、太陽光発電シート4の表面6(バリアシート12の表面)が、臨界表面張力γcが20以上となる平滑性を有することで、太陽光発電シート4の表面6上に落下した雨水等の水分は、表面6の傾斜方向へ流れる。これにより、太陽光発電シート4の表面6から水分が除去されるので、水分に含まれる汚れが表面6に付着することを抑制できる。したがって上記の汚れによって太陽光が遮られることを抑制できるので、太陽光発電シート4の発電効率を維持できる。
【0073】
また太陽光発電シート4の表面6(バリアシート12の表面)が、臨界表面張力γcが45以下となる粗さを有することで、太陽光発電シート4の表面6で歩行者や車両がスリップすることを防止できる。
【0074】
また太陽光発電シート4が可撓性を有することで、太陽光発電シート4に人或いは車両等の重量が負荷された際に発電セル11が割れることを防止できる。
【0075】
以下、本発明の他の実施形態を説明する。なお以下では第一実施形態と相違する点を中心に説明し、第一実施形態と共通する点については同一の符号を付して説明を省略する。
【0076】
<第二実施形態>
図3(A)は、本発明の第二実施形態に係る太陽光発電シート4の設置構造30を示す概略平面図であり、図3(B)は、図3(A)におけるa-a線概略断面図である。図4は、図3(A)におけるb-b線概略断面図である。
【0077】
第二実施形態に係る設置構造30では、太陽光発電シート4の表面6(バリアシート12の表面)に溝31が形成される。溝31は、太陽光発電シート4の表面6が傾斜する方向(以下、「表面6の傾斜方向」と適宜記す)に延びる。第二実施形態に係る設置構造30によれば、太陽光発電シート4の表面6上の水分を溝31の案内で流しやすくすることができる。
【0078】
なお第二実施形態に係る設置構造30では、図3に示すように、「表面6の傾斜方向」における表面6の全長に亘って、溝31を形成することが好ましい。このようにすれば表面6の全長に亘って溝31の案内で水分を流すことができるので、表面6から水分を円滑に排出することができる。上記のように表面6の全長(バリアシート12の表面の全長)に溝31を形成する場合には、溝31に連通する溝を、封止縁材14に形成することが好ましい。このようにすることで、溝31に案内される水分を封止縁材14の溝を介して太陽光発電シート4の外側に円滑に排出できる。
【0079】
また図3に示すように、複数の溝31を上記表面6の傾斜方向と直交する方向に間隔をあけて形成することが好ましい。このようにすれば、溝31によって水分を案内可能な表面6の範囲を広げることができる。なお溝31の幅、深さ、及び数は、太陽光発電シート4の寸法等に応じて適宜設定され得る。溝31は汚れを集約し流す機能を有するため,太陽光発電シート4内の発電セル110の上に設けられない方が望ましい。すなわち、太陽光発電シート4内の隣り合う発電セル100と発電セル100との間や、発電セル100の1集合単位(光電変換ユニット)が複数設けられている場合は、隣り合う光電変換ユニットと光電変換ユニットの間、又は電気取り出しのための配電線等に設けられていることで、発電効率への低下をさらに防ぐことができる。
【0080】
<第三実施形態>
図5(A)は、本発明の第三実施形態に係る太陽光発電シートの設置構造40を示す概略平面図であり、図5(B)は、図5(A)におけるa-a線概略断面図である。図6は、図5(A)におけるb-b線概略断面図である。
【0081】
第三実施形態に係る太陽光発電シートの設置構造40では、「太陽光発電シート4の表面6が傾斜する方向に対して垂直な断面」において、太陽光発電シート4の表面6は、下側へ窪む円弧状を呈する(図6は、上記の「太陽光発電シート4の表面6が傾斜する方向に対して垂直な断面」を示す)。
【0082】
第三実施形態に係る設置構造40によれば、太陽光発電シート4の表面6上に落下した水分を、表面6の円弧の底部41近傍へ集めながら、表面6の傾斜方向に流すことができる。これにより、水分に含まれる汚れによって発電が阻害される太陽光発電シート4の範囲を確実に狭くすることができる。
【0083】
なお図5及び図6に示す例は、太陽光発電シート4の表面6を円弧状に加工するものであるが、円弧状に撓ませた太陽光発電シート4を支持部材3の表面5上に設置することで、太陽光発電シート4の表面6を下側に窪む円弧状としてもよい。
【0084】
<変形例>
本発明は、上記実施形態に限定されず、種々改変できる。
【0085】
例えば、図1及び図2に示した第一実施形態に係る太陽光発電システム1は図7に示すように変更され得る。また図3及び図4に示した第二実施形態に係る太陽光発電システム30は図8に示すように変更され得る。また図5及び図6に示した第三実施形態に係る太陽光発電システム40は図9に示すように変更され得る。図7図9に示す太陽光発電システム50,60,70では、図1図6に示した支持部材3が省略されて、太陽光発電シート4が設置面2上に設置されており、設置面2が水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜することで、設置面2上に設置される太陽光発電シート4の表面6も水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜するものとされる。太陽光発電シート4は、図示しない固定材を用いて設置面2に固定される。固定材としては、特に制限はなく、例えば、ボルト、ねじ、クリップ、接着剤、磁石、ピン、ネイル、重石等が挙げられる。上記変形例に係る太陽光発電システム50,60,70においても実施形態と同様の効果が得られる。
【0086】
上記実施形態では、太陽光発電シートの一形態として、ペロブスカイト化合物を含む光電変換層を有する太陽光発電シートを挙げて説明をしたが、本発明では、可撓性を有する太陽光発電シートであれば同等の効果を発揮することができる。また、本発明に係る太陽光発電シートとしては、光により発電
効果が得られる太陽電池だけでなく、光エネルギーを別のエネルギーに変換するシートであってもよい。例えば、太陽光発電シートとしては、光エネルギーを熱エネルギーに変換する光発熱シート(太陽光駆動型熱電変換デバイス)等であってもよい。
【符号の説明】
【0087】
1,30,40,50,60,70 設置構造
2 設置面
3 支持部材
4 太陽光発電シート
5 支持部材の表面
6 太陽光発電シートの表面
11 発電セル
31 溝
【要約】
【課題】太陽光発電シートの表面に落下した水分を除去できることで、水分に含まれる汚れが太陽光発電シートの表面に付着することを抑制できるとともに、太陽光発電シートの表面で歩行者或いは車両がスリップすることを防止可能な太陽電池モジュールの設置構造を提供する。
【解決手段】本発明に係る太陽光発電シートの設置構造1は、地面又は建造物の床面である設置面2と、設置面2の上側に設けられる太陽光発電シート4とを備える。太陽光発電シート4の表面6は、水平面に対して1.5°以上の角度で傾斜しており、太陽光発電シート4の表面6の臨界表面張力γcは、20以上45以下である。
【選択図】図1
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7
図8
図9