JP2014236123A - Solar battery module and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、太陽電池モジュールおよびその製造方法に関する。 The present invention relates to a solar cell module and a manufacturing method thereof.
近年、太陽電池の低コスト化、高効率化を両立するための検討が精力的に行われている。特に、薄膜太陽電池に関し、ガラス等の安価な透光性基体上に低温プロセスを用いて良質の半導体層を形成する方法が低コストの実現可能な方法として期待されている。また、太陽電池モジュールに関する研究が精力的になされており、モジュールの集電極や封止に使用される領域、またセル分離に使用される領域などの太陽電池の発電に寄与しない非発電領域に入射した光を発電領域へ導き、モジュール発電効率を改善することが検討されている。 In recent years, vigorous studies have been made to achieve both low cost and high efficiency of solar cells. In particular, for thin film solar cells, a method of forming a high-quality semiconductor layer on an inexpensive translucent substrate such as glass using a low-temperature process is expected as a low-cost feasible method. In addition, research on solar cell modules has been conducted energetically, and they are incident on non-power generation areas that do not contribute to solar power generation, such as areas used for collecting and sealing modules and areas used for cell separation. It has been studied to improve the module power generation efficiency by guiding the emitted light to the power generation area.
特に、建材一体型モジュールのような小面積の太陽電池モジュールでは、発電領域の面積に対する非発電領域の面積の割合が高く、非発電領域に入射した光を収集し有効利用できれば発電効率の改善が期待できる。非発電領域に入射した光を収集するため、光入射面に形成した構造によって非発電領域に入射した光を有効利用する検討がなされている。 In particular, in a solar cell module with a small area such as a building material integrated module, the ratio of the area of the non-power generation area to the area of the power generation area is high, and if light incident on the non-power generation area can be collected and effectively used, the power generation efficiency can be improved. I can expect. In order to collect the light incident on the non-power generation region, studies have been made to effectively use the light incident on the non-power generation region by the structure formed on the light incident surface.
例えば特許文献1では、透光性基板と裏面保護シートの間に太陽電池セルを有する太陽電池モジュールに関し、透光性基板の光入射面側において非発電領域に凹凸構造を形成することにより、非発電領域へ入射した光の収集効果を向上させる旨が記載されている。また特許文献2では、透光性基板の光入射面側にプリズム構造を形成し集光効率を向上させる旨が記載されている。 For example, Patent Document 1 relates to a solar battery module having a solar battery cell between a translucent substrate and a back surface protective sheet, by forming a concavo-convex structure in a non-power generation region on the light incident surface side of the translucent substrate. It describes that the collection effect of light incident on the power generation region is improved. Patent Document 2 describes that a prism structure is formed on the light incident surface side of the translucent substrate to improve the light collection efficiency.
一方、裏面保護シートに関する研究もなされており、特許文献3などのように、一般的に微細凹凸構造を有する散乱板が用いられている。また特許文献4では、裏面材として外周部と格子部を用い、格子部として銀、アルミニウムなどを用いた凹凸付きの金属膜反射層が用いられている。 On the other hand, research on the back surface protection sheet has also been made, and a scattering plate having a fine concavo-convex structure is generally used as in Patent Document 3 and the like. Moreover, in patent document 4, the metal film reflective layer with an unevenness | corrugation which used an outer peripheral part and a grating | lattice part as a back surface material, and used silver, aluminum, etc. as a grating | lattice part is used.
特許文献1,2では、裏面保護シートとして、金属、有機樹脂、セラミックスや、屋根材である瓦材やスレート材などを用いているものの、裏面保護シートに関する詳細な検討はなされていない。また透光性基板の凹凸構造についても具体的な構造や大きさについては何ら検討されておらず、非発電領域へ入射した光の収集効果の点では課題が残る。 In Patent Documents 1 and 2, although metal, organic resin, ceramics, a roof material such as a tile material or a slate material is used as the back surface protection sheet, no detailed study on the back surface protection sheet has been made. In addition, regarding the uneven structure of the translucent substrate, no specific structure or size has been studied, and there remains a problem in terms of the effect of collecting light incident on the non-power generation region.
また本発明者らの検討によれば、特許文献1,2に記載されているように、裏面保護シートとして、アルミニウムなどの金属を用いた場合、一般的にRa≧50nm程度であるため、また特許文献3のような、凹凸付きの散乱板や白板を用いた場合、光を特定の方向へ収集する効果が低いため、非発電領域へ入射した光の収集効果が必ずしも十分でないことがわかった。 Further, according to the study by the present inventors, as described in Patent Documents 1 and 2, when a metal such as aluminum is used as the back surface protection sheet, generally, Ra ≧ 50 nm. It was found that when an uneven scattering plate or white plate as in Patent Document 3 is used, the effect of collecting light entering a non-power generation region is not necessarily sufficient because the effect of collecting light in a specific direction is low. .
また特許文献4などでは、裏面保護シートの内側の一部に凹凸構造を付けており、位置あわせ精度や封止時の防水性確保の点で課題が残る。また、特許文献4では外周領域の裏面保護シートとして白色反射層を用いる旨が記載されている。外周部においては、光を収集する方向、つまり非発電領域から発電領域へ向かう方向が限定されているにもかかわらず、白色反射層を用いると高い光の収集効果が期待できない。 Moreover, in patent document 4, etc., the uneven | corrugated structure is attached to a part of inner side of a back surface protection sheet, and the subject remains in the point of the waterproofing ensuring at the time of a positioning precision and sealing. Patent Document 4 describes that a white reflective layer is used as a back surface protection sheet in the outer peripheral region. In the outer periphery, although the light collecting direction, that is, the direction from the non-power generation region to the power generation region is limited, a high light collection effect cannot be expected when the white reflective layer is used.
本発明はこのような従来技術の問題に鑑みなされたものであり、本発明では透光性基板の光入射面側に所定の凹凸構造を形成し、裏面保護シートとして鏡面反射シートを用いることにより、非発電領域に入射した光を効果的に収集することができる。その結果、太陽電池のモジュール変換効率をより向上させることを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. In the present invention, a predetermined concavo-convex structure is formed on the light incident surface side of the translucent substrate, and a specular reflection sheet is used as the back surface protection sheet. The light incident on the non-power generation region can be collected effectively. As a result, it aims at improving the module conversion efficiency of a solar cell more.
すなわち、本発明は以下に関する。 That is, the present invention relates to the following.
透光性基板と裏面保護シートの間に太陽電池セルを有する太陽電池モジュールであって、前記透光性基板の光入射面側表面における少なくとも非発電領域に凹凸構造を有し、前記凹凸構造は、複数の傾斜面から構成される凹凸部を複数有し、前記複数の凹凸部のうちの、ある凹凸部の頂点を含み、前記透光性基板表面に垂直な断面において、前記傾斜面が前記透光性基板の表面となす傾斜角の最小角度と最大角度を各々θ1とθ2としたとき、30°<θ1<60°、30°<θ2を満たし、前記裏面保護シートは、光入射面側表面の算術平均粗さRaが40nm以下、拡散反射率が10%以下、かつ反射率が90%以上である太陽電池モジュール。 A solar cell module having a solar cell between a translucent substrate and a back surface protective sheet, wherein the translucent substrate has a concavo-convex structure in at least a non-power generation region on a light incident surface side surface, and the concavo-convex structure is , Having a plurality of concavo-convex portions composed of a plurality of inclined surfaces, including the apex of a certain concavo-convex portion among the plurality of concavo-convex portions, in a cross section perpendicular to the translucent substrate surface, the inclined surface is the When the minimum angle and the maximum angle of the inclination angle formed with the surface of the translucent substrate are θ1 and θ2, respectively, 30 ° <θ1 <60 ° and 30 ° <θ2 are satisfied. A solar cell module having an arithmetic average roughness Ra of 40 nm or less, a diffuse reflectance of 10% or less, and a reflectance of 90% or more.
前記凹凸構造は、凹凸部の高低差が0.5μm以上1mm以下を満たすことが好ましい。 In the concavo-convex structure, it is preferable that the height difference of the concavo-convex portion satisfies 0.5 μm or more and 1 mm or less.
前記凹凸部は、前記傾斜角の最小角度と最大角度を各々θ1、θ2としたとき、θ1<θ2を満たすことが好ましい。 The uneven portion preferably satisfies θ1 <θ2 when the minimum angle and the maximum angle of the inclination angle are θ1 and θ2, respectively.
前記凹凸部は、前記傾斜角の最大角度が80°≦θ2≦90°を満たすことが好ましい。 The uneven portion preferably has a maximum inclination angle of 80 ° ≦ θ2 ≦ 90 °.
前記透光性基板の光入射面側表面における非発電領域において、前記凹凸部は、発電領域側に最大角度θ2を満たす最大傾斜面が形成され、前記最大傾斜面よりも前記発電領域から離れた領域に、最小角度θ1を満たす最小傾斜面が形成されていることが好ましい。 In the non-power generation region on the light incident surface side surface of the translucent substrate, the uneven portion is formed with a maximum inclined surface that satisfies the maximum angle θ2 on the power generation region side, and is farther from the power generation region than the maximum inclined surface. It is preferable that a minimum inclined surface satisfying the minimum angle θ1 is formed in the region.
前記凹凸構造が、前記透光性基板の光入射面側表面における発電領域にも形成されていることが好ましい。 It is preferable that the uneven structure is also formed in a power generation region on the light incident surface side surface of the translucent substrate.
裏面保護シートの光入射側の表面に銀を有することが好ましい。 It is preferable to have silver on the light incident side surface of the back surface protection sheet.
前記非発電領域の面積が、前記発電領域の面積の3%以上であることが好ましい。 The area of the non-power generation region is preferably 3% or more of the area of the power generation region.
前記凹凸構造は、四角錐または四角錐の反転形状の集合より構成されることが好ましい。 The concavo-convex structure is preferably composed of a quadrangular pyramid or a collection of inverted shapes of quadrangular pyramids.
本発明によれば、透光性基板の光入射面側表面に所定の凹凸構造を形成し、かつ、所定の裏面保護シートを用いることによって、発電効率の向上した太陽電池モジュールを作製することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to produce a solar cell module with improved power generation efficiency by forming a predetermined concavo-convex structure on the light incident surface side surface of a translucent substrate and using a predetermined back surface protective sheet. It becomes possible.
以下、本発明に係る太陽電池モジュールの代表的な態様を説明する。 Hereinafter, typical aspects of the solar cell module according to the present invention will be described.
図1に本発明の一実施形態に係る太陽電池モジュールの代表的な模式図を示している。本実施形態の太陽電池モジュールは、太陽電池セル2の光入射面側に透光性基板1、裏面側に裏面保護シート4を有する。 FIG. 1 shows a typical schematic diagram of a solar cell module according to an embodiment of the present invention. The solar cell module of this embodiment has a translucent substrate 1 on the light incident surface side of the solar cells 2 and a back surface protection sheet 4 on the back surface side.
透光性基板1は、光入射面側の非発電領域に凹凸構造5を有する。太陽電池セル2は、セル透明基板2−1の裏面側(光入射面とは反対側)に透明電極2−2、光電変換ユニット2−3、2−4、2−5、裏面電極2−6を有する。前記透光性基板1と裏面保護シート4の間に、封止材料3により該太陽電池セル2が封止されることにより太陽電池モジュールが作製される。 The translucent substrate 1 has a concavo-convex structure 5 in a non-power generation region on the light incident surface side. The solar battery cell 2 has a transparent electrode 2-2, photoelectric conversion units 2-3, 2-4, 2-5, and a back electrode 2- on the back surface side (the side opposite to the light incident surface) of the cell transparent substrate 2-1. 6. A solar battery module is manufactured by sealing the solar battery cell 2 with the sealing material 3 between the translucent substrate 1 and the back surface protective sheet 4.
図1においては、透光性基板1として、前記透光性基板1の光入射面側の非発電領域に凹凸構造5を形成したものを用いている。なお、本発明においては、図1のように、基板の一主面側(上側)を光入射側、裏面電極側(下側)を裏面側ともいう。また、発電層が形成された領域を「発電領域」、発電層が形成されていない領域を「非発電領域」という。 In FIG. 1, a light-transmitting substrate 1 having a concavo-convex structure 5 formed in a non-power generation region on the light incident surface side of the light-transmitting substrate 1 is used. In the present invention, as shown in FIG. 1, one main surface side (upper side) of the substrate is also referred to as a light incident side, and the back electrode side (lower side) is also referred to as a back side. In addition, a region where the power generation layer is formed is referred to as a “power generation region”, and a region where the power generation layer is not formed is referred to as a “non-power generation region”.
(透光性基板)
上記透光性基板1については、紫外〜赤外の波長範囲で透明であれば特に制限されないが、耐熱性に優れるという観点からガラス基板などを使用することが好ましい。ガラス基板としては無アルカリガラスやソーダライムガラスなどが挙げられるが、特にこれらの種類に限定されるものではない。無アルカリガラスやソーダライムガラスを使う場合、屈折率1.50〜1.55のガラス基板がコストと透過率の観点から好ましい。
(Translucent substrate)
The translucent substrate 1 is not particularly limited as long as it is transparent in the ultraviolet to infrared wavelength range, but a glass substrate or the like is preferably used from the viewpoint of excellent heat resistance. Examples of the glass substrate include alkali-free glass and soda lime glass, but are not particularly limited to these types. When alkali-free glass or soda lime glass is used, a glass substrate having a refractive index of 1.50 to 1.55 is preferable from the viewpoint of cost and transmittance.
上記透光性基板1の光入射面側の非発電領域上に凹凸構造5を形成する方法としては、特に限定されないが、凹凸構造の形成されたフィルムを基材に接着する方法や、透光性基板1の光入射面側表面自体に凹凸構造を形成する方法が挙げられる。基材としては、前記透光性基板1と同様な材料を用いることができる。また凹凸構造が形成されたフィルムの材料は、透光性の材料であれば任意の材料を用いることができるが、シクロオレフィンポリマーやポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリメタクリレート(PMMA)が、光吸収が少ない点や加工性に優れている点から望ましい。 A method for forming the concavo-convex structure 5 on the non-power generation region on the light incident surface side of the translucent substrate 1 is not particularly limited. However, a method of adhering a film having the concavo-convex structure to a substrate, And a method of forming a concavo-convex structure on the light incident surface side surface of the conductive substrate 1. As the base material, the same material as that of the translucent substrate 1 can be used. Any material can be used as the material for the film on which the concavo-convex structure is formed as long as it is a translucent material. However, cycloolefin polymer, polyethylene terephthalate (PET), and polymethacrylate (PMMA) absorb light. It is desirable from the viewpoint of fewer points and excellent workability.
上記フィルム材料を、フィルムが軟化する温度まで加熱後、所望の凹凸構造の逆のパターンを有する金型を押し付け、圧力を保ったまま冷却することにより、金型の凹凸構造をフィルム表面に転写し、凹凸構造を形成することができる。加熱する温度は、フィルムの材料によって異なるが、圧力によりフィルム厚が変わらない温度が好ましく、150℃以下が好ましい。フィルム厚はフィルムの体積をフィルムの面積で除算した厚さであり、フィルム表面の凹凸を平均した厚さである。PMMAフィルムの場合は130℃程度に加熱することが好ましい。また、金型を押し付ける圧力は、形成する凹凸構造の大きさおよび加熱温度にもよるが、1MPa以下の圧力が好ましく0.5MPa以下がより好ましい。また、上記の好ましい温度範囲で、凹凸構造を正確に転写するためには、0.1MPa以上が好ましい。また、フィルム作製時に凹凸構造を形成してもよい。 After the film material is heated to a temperature at which the film softens, a mold having the reverse pattern of the desired concavo-convex structure is pressed and cooled while maintaining the pressure, thereby transferring the concavo-convex structure of the mold to the film surface. An uneven structure can be formed. The heating temperature varies depending on the material of the film, but is preferably a temperature at which the film thickness does not change with pressure, and is preferably 150 ° C. or lower. The film thickness is a thickness obtained by dividing the volume of the film by the area of the film, and is an average thickness of the film surface unevenness. In the case of a PMMA film, it is preferable to heat to about 130 ° C. Moreover, although the pressure which presses a metal mold | die depends on the magnitude | size of the uneven structure to form and heating temperature, the pressure of 1 MPa or less is preferable and 0.5 MPa or less is more preferable. Further, in order to accurately transfer the concavo-convex structure within the above preferable temperature range, 0.1 MPa or more is preferable. Moreover, you may form an uneven | corrugated structure at the time of film preparation.
凹凸構造が形成されたフィルムを光入射面に接着する方法としては、フィルムおよび基材の屈折率に近い屈折率に調整されたUV硬化接着剤やアクリル系接着剤を用いる方法が挙げられる。また、実験的に凹凸構造の効果を確認する目的では、屈折率が調整されたオイルで光入射面に凹凸構造を貼り付ける方法によっても、評価することができる。 Examples of a method for adhering a film having a concavo-convex structure to a light incident surface include a method using a UV curable adhesive or an acrylic adhesive adjusted to a refractive index close to the refractive index of the film and the substrate. Further, for the purpose of experimentally confirming the effect of the concavo-convex structure, it can also be evaluated by a method of attaching the concavo-convex structure to the light incident surface with oil whose refractive index is adjusted.
透光性基板1自体に凹凸構造を形成する方法としては、例えば、所望の凹凸構造の逆のパターンを有する金型を用いて形成する方法などが挙げられる。具体的には、透光性基板として熱可塑性樹脂などの低融点材料やガラスなどの高融点材料を用い、金型の温度を設定することで、凹凸構造を形成することができる。
また、凹凸構造は、アクリル樹脂やポリカーボネートなどの樹脂材料を押し出し成形で形成する方法、また、樹脂材料をキャスト法により成形して形成する方法などにより形成することができる。
Examples of the method for forming the concavo-convex structure on the translucent substrate 1 itself include a method using a mold having a reverse pattern of a desired concavo-convex structure. Specifically, the concavo-convex structure can be formed by using a low-melting-point material such as thermoplastic resin or a high-melting-point material such as glass as the light-transmitting substrate and setting the mold temperature.
The uneven structure can be formed by a method of forming a resin material such as acrylic resin or polycarbonate by extrusion molding, a method of forming a resin material by casting, or the like.
金型を形成する方法としては、例えば、単結晶シリコン基板をアルカリ処理して該基板に凹凸構造を作ることにより作製することが出来る。また、メッキ製膜したニッケルをダイヤモンドバイトで研削加工することによって作製することもできる。金型には公知の離型剤を用いて表面処理することで、パターン形成時の不良が低減し、凹凸構造を精度よく転写可能であり、また複数回使用時の金型の耐久性が向上する。 As a method for forming a mold, for example, a single crystal silicon substrate can be manufactured by alkali treatment to form an uneven structure on the substrate. It can also be produced by grinding nickel plated with a diamond bite. Surface treatment using a known mold release agent for the mold reduces defects during pattern formation, enables accurate transfer of uneven structures, and improves the durability of the mold when used multiple times. To do.
結晶シリコンの異方性エッチングで四角錐型の金型を作製する場合には、板厚700μm程度の単結晶シリコンウェハを、KOHなどのアルカリ水溶液でエッチングする方法が利用できる。アルカリ水溶液による結晶シリコンのエッチング速度は、結晶面によって異なり、(111)面のエッチング速度は遅い。したがって、(100)面を表面に持つ単結晶シリコン基板をアルカリ水溶液でエッチングすると、基板表面に(111)面で構成された四角錐型のピラミッドがランダムに形成される。形成されるピラミッドの大きさは、エッチング時間や温度、微粒子等の添加剤によって制御することができる。 In the case of producing a quadrangular pyramid mold by anisotropic etching of crystalline silicon, a method of etching a single crystal silicon wafer having a thickness of about 700 μm with an alkaline aqueous solution such as KOH can be used. The etching rate of crystalline silicon with an alkaline aqueous solution varies depending on the crystal plane, and the etching rate of the (111) plane is slow. Therefore, when a single crystal silicon substrate having a (100) plane is etched with an alkaline aqueous solution, a quadrangular pyramid composed of (111) planes is randomly formed on the substrate surface. The size of the pyramid formed can be controlled by an etching time, temperature, additives such as fine particles.
金型の材質は、特に限定されないが、熱による劣化や変形が少なく、複数回の成形処理に耐えられる材質のものが好ましく、例えばシリコンやニッケル、モリブデンなどの金属材料も使用可能である。光で硬化する場合には高透過性ガラスの金型を使用することで対応することが可能となる。 The material of the mold is not particularly limited, but is preferably a material that is less susceptible to heat deterioration and deformation and can withstand a plurality of molding processes. For example, metal materials such as silicon, nickel, and molybdenum can be used. In the case of curing with light, it is possible to cope with the problem by using a highly transparent glass mold.
本発明においては、透光性基板1の光入射面側表面は、少なくとも非発電領域に所定の凹凸構造を有する。このような透光性基板1を用いることにより、非発電領域に入射した光を凹凸構造により異方性散乱し、さらに裏面保護シートで反射することにより効果的に発電領域へ収集することが期待できる。 In the present invention, the light incident surface side surface of the translucent substrate 1 has a predetermined uneven structure at least in the non-power generation region. By using such a translucent substrate 1, it is expected that the light incident on the non-power generation region is anisotropically scattered by the concavo-convex structure and further reflected by the back surface protection sheet to be effectively collected in the power generation region. it can.
ここで、本発明においては、凹凸構造は、少なくとも非発電領域に形成されていればよいが、光収集効果をより向上させる観点から、非発電領域の90%以上に形成されていることが好ましく、95%以上に形成されていることがより好ましく、100%即ち全面に形成されていることが特に好ましい。 Here, in the present invention, the concavo-convex structure may be formed at least in the non-power generation region, but is preferably formed in 90% or more of the non-power generation region from the viewpoint of further improving the light collection effect. , More preferably 95% or more, and particularly preferably 100%, that is, the entire surface.
本発明においては、凹凸構造は、複数の凹凸部により形成することができる。凹凸部の高低差は、0.5μm以上が好ましく、1μm以上がより好ましい。上記の範囲とすることにより、入射光を高い効率で異方性散乱することができる。また、凹凸構造をフィルムに形成する場合には、1mm以下が好ましく、50μm以下がより好ましい。上記の範囲とすることで、フィルムのコストを抑えることができる。 In the present invention, the concavo-convex structure can be formed by a plurality of concavo-convex portions. The height difference of the uneven portion is preferably 0.5 μm or more, and more preferably 1 μm or more. By setting it as the above range, incident light can be anisotropically scattered with high efficiency. Moreover, when forming an uneven | corrugated structure in a film, 1 mm or less is preferable and 50 micrometers or less are more preferable. By setting it as said range, the cost of a film can be suppressed.
ここで、上記凹凸部の高低差は凹凸部の高低差の最大値を意味する。ここで、凹凸部は一つの頂点に対して、透光性基板に近づく方向または遠ざかる方向のどちらか一方のみの面で構成され、面の方向が逆になる領域は別の凹凸部を意味する。また、凹凸構造が、異なる形状の複数の凹凸部から構成される場合、ある領域内に存在する複数の凹凸部のうち無造作に選出した凹凸部の各々について高低差を求めた場合の平均高低差を意味するものとする。例えば、基板の表面を電子顕微鏡写真で観察し、無作為に5点の凹凸部を選出し、該凹凸部の各々につき高低差を求め、該高低差の平均高低差として求めることができる。 Here, the height difference of the uneven portion means the maximum value of the height difference of the uneven portion. Here, the concavo-convex part is composed of only one surface in either the direction approaching or moving away from the translucent substrate with respect to one vertex, and the region where the direction of the surface is reversed means another concavo-convex part. . In addition, when the concavo-convex structure is composed of a plurality of concavo-convex portions having different shapes, the average height difference when the height difference is obtained for each of the concavo-convex portions selected randomly among a plurality of concavo-convex portions present in a certain region. Means. For example, by observing the surface of the substrate with an electron micrograph, randomly selecting five uneven portions, determining the height difference for each of the uneven portions, and determining the average height difference of the height differences.
上記凹凸構造の形状は、一般的な凹凸構造を有するものであれば特に制限されず、例えばピラミッド型や逆ピラミッド型、ライン&スペース型などがある。また前記光入射面側の凹凸構造は周期構造であってもよいし、非周期構造であってもよい。すなわち凹凸構造の高さがランダムに分布した構造であってもよい。 The shape of the concavo-convex structure is not particularly limited as long as it has a general concavo-convex structure, and examples thereof include a pyramid type, an inverted pyramid type, and a line & space type. The uneven structure on the light incident surface side may be a periodic structure or an aperiodic structure. That is, a structure in which the height of the concavo-convex structure is randomly distributed may be used.
また本発明においては、前記凹凸構造が、透光性基板の光入射面側表面の発電領域上にも形成されていることがより好ましい。この場合、発電領域において光閉じ込め効果がより期待できる。生産性や、凹凸構造の形成の容易性の観点から、発電領域と非発電領域の凹凸構造を同時に形成することが好ましい。なお、発電領域上の凹凸構造は、前記非発電領域上の凹凸構造と同じ形状であっても良いし、異なる形状であってもよい。 In the present invention, it is more preferable that the concavo-convex structure is also formed on the power generation region on the light incident surface side surface of the translucent substrate. In this case, the light confinement effect can be expected more in the power generation region. From the viewpoint of productivity and ease of formation of the concavo-convex structure, it is preferable to form the concavo-convex structure in the power generation region and the non-power generation region at the same time. The uneven structure on the power generation region may have the same shape as the uneven structure on the non-power generation region, or may have a different shape.
ここで、本発明においては、図3に示すように、前記凹凸構造は、複数の傾斜面から構成される凹凸部を複数有する。すなわち、ある凹凸部は、複数の傾斜面により形成されている。この際、前記複数の凹凸部のうちの、ある凹凸部の頂点を含み、前記基板表面に垂直な断面において、前記凹凸部の前記傾斜面が前記基板の表面となす傾斜角の最小角度と最大角度を各々θ1とθ2としたとき30°<θ1<60°、30°<θ2を満たす。 Here, in the present invention, as shown in FIG. 3, the concavo-convex structure has a plurality of concavo-convex portions formed of a plurality of inclined surfaces. In other words, a certain uneven portion is formed by a plurality of inclined surfaces. At this time, a minimum angle and a maximum angle of inclination that the inclined surface of the uneven portion includes the apex of the uneven portion of the plurality of uneven portions, and the inclined surface of the uneven portion forms the surface of the substrate in a cross section perpendicular to the substrate surface. When the angles are θ1 and θ2, 30 ° <θ1 <60 ° and 30 ° <θ2 are satisfied.
ここで、「傾斜角の最小角度θ1」および「傾斜角の最大角度θ2」とは、凹凸構造を構成する、ある1つの凹凸部の頂点と、その頂点を囲む傾斜面上で最も傾斜角度が大きくなる方向をつなぐ辺(図3a、b右図における点線)とを通り、かつ、前記基板の表面に垂直な断面において、上記傾斜部の辺と、基板表面のなす角を傾斜角θとしたとき、該凹凸部を構成する複数の傾斜面の各々の傾斜角のうち、最も小さい角度および最も大きい角度を意味する。なお、ある凹凸部を構成する複数の傾斜面のうち、上記最小角度θ1および最大角度θ2を満たす傾斜面を各々、最小傾斜面および最大傾斜面という。 Here, “minimum angle θ1 of inclination angle” and “maximum angle θ2 of inclination angle” mean that the inclination angle is the most on the apex of a certain uneven part constituting the uneven structure and the inclined surface surrounding the apex. The angle formed between the side of the inclined portion and the substrate surface in the cross section passing through the side connecting the increasing directions (dotted lines in the right diagrams of FIGS. 3a and b) and perpendicular to the surface of the substrate is defined as the inclination angle θ. Sometimes, it means the smallest angle and the largest angle among the inclination angles of the plurality of inclined surfaces constituting the uneven portion. Of a plurality of inclined surfaces constituting a certain uneven portion, inclined surfaces satisfying the minimum angle θ1 and the maximum angle θ2 are referred to as a minimum inclined surface and a maximum inclined surface, respectively.
例えば、図3(a)のように、凹凸部が正四角錐の場合、4つの傾斜面のいずれも同じ角度となるため、θ1=θ2となる。一方、図3(b)のような形状の場合、4つの傾斜面の各々についてθを求め、その際の最も小さい角度をθ1、最も大きい角度をθ2とする。なお、凹凸部がn角錐(n≧3)の場合、n個の傾斜面の各々についてθを求めることにより、θ1とθ2を算出することができる。 For example, as shown in FIG. 3A, when the concavo-convex portion is a regular quadrangular pyramid, all four inclined surfaces have the same angle, so that θ1 = θ2. On the other hand, in the case of the shape as shown in FIG. 3B, θ is obtained for each of the four inclined surfaces, and the smallest angle at that time is designated as θ1, and the largest angle is designated as θ2. When the uneven portion is an n-pyramid (n ≧ 3), θ1 and θ2 can be calculated by obtaining θ for each of the n inclined surfaces.
また、凹凸構造が、異なる形状の複数の凹凸部から構成される場合、ある領域内に存在する複数の凹凸部のうち無造作に選出した凹凸部の各々についてθ1とθ2を求めた場合の平均角度(各々θ1aveとθ2ave)を意味するものとする。例えば、基板の表面を電子顕微鏡写真で観察し、無作為に5点の頂点を選出し、該頂点の各々につき、最小角度と最大角度を求め、該角度の平均値(各々θ1aveとθ2ave)を頂点の平均角度θとして求めることができる。 In addition, when the concavo-convex structure is composed of a plurality of concavo-convex portions having different shapes, an average angle when θ1 and θ2 are obtained for each of the concavo-convex portions selected randomly among a plurality of concavo-convex portions present in a certain region. (Θ1ave and θ2ave, respectively) are meant. For example, the surface of the substrate is observed with an electron micrograph, five vertices are randomly selected, the minimum angle and the maximum angle are obtained for each of the vertices, and average values of the angles (θ1ave and θ2ave, respectively) are obtained. It can be obtained as the average angle θ of the vertices.
この際、光閉じ込め効果をより向上させる観点から、隣り合う凹凸部のうち、一方の凹凸部のθ1を満たす傾斜面と、他方の凹凸部のθ2を満たす傾斜面が隣り合うことがより好ましい。 At this time, from the viewpoint of further improving the light confinement effect, it is more preferable that the inclined surface satisfying θ1 of one uneven portion and the inclined surface satisfying θ2 of the other uneven portion are adjacent to each other.
ここで、θ1=θ2を満たすものとしては、例えば、図3aに示すように、四角錐型のピラミッド構造がランダムに分布した構造などが挙げられる。四角錐型のピラミッド構造は、金型形成のコストや作製に要する時間を低減できる観点から、結晶シリコンの異方性エッチングなどにより金型を作製し、該金型を用いることにより形成することが好ましい。 Here, examples of satisfying θ1 = θ2 include a structure in which quadrangular pyramid pyramid structures are randomly distributed as shown in FIG. 3A. The quadrangular pyramid-shaped pyramid structure can be formed by fabricating a mold by anisotropic etching of crystalline silicon and using the mold from the viewpoint of reducing the cost of forming the mold and the time required for the fabrication. preferable.
中でも、本発明においては、図3bに示すように、θ1≠θ2、θ1<θ2を満たす、すなわち非対称形状とすることが好ましい。非対称形状とすることにより、入射光を所望の方向へ異方性散乱する確率は、図3aに示す対称形状と比較して最大で2倍となり、光収集効果の点でより好ましい。凹凸構造の断面構造を非対称形状とすることにより、より多くの光を所望の方向へ異方性散乱することができ、それにより、非発電領域に入射した光を発電領域へ伝播させることができる。 In particular, in the present invention, as shown in FIG. 3b, it is preferable to satisfy θ1 ≠ θ2 and θ1 <θ2, that is, an asymmetric shape. By using an asymmetric shape, the probability of anisotropic scattering of incident light in a desired direction is doubled at the maximum as compared with the symmetrical shape shown in FIG. 3a, which is more preferable in terms of the light collection effect. By making the cross-sectional structure of the concavo-convex structure an asymmetrical shape, more light can be anisotropically scattered in a desired direction, and light incident on the non-power generation region can be propagated to the power generation region. .
この際、発電領域への光の伝播効率の観点から、θ1は31°以上が望ましく、32°以上がより望ましい。また、透明電極による光吸収を抑制する観点から、58°以下が望ましく、55°以下がより望ましい。θ2については、光の伝播効率の観点から、80°以上90°以下が好ましく、85°以上90°以下がより好ましい。 At this time, from the viewpoint of light propagation efficiency to the power generation region, θ1 is preferably 31 ° or more, and more preferably 32 ° or more. Further, from the viewpoint of suppressing light absorption by the transparent electrode, it is desirably 58 ° or less, and more desirably 55 ° or less. θ2 is preferably 80 ° or more and 90 ° or less, and more preferably 85 ° or more and 90 ° or less from the viewpoint of light propagation efficiency.
また、図1(a)に示すように、前記透光性基板の光入射面側表面において、非発電領域における前記凹凸部は、太陽電池側に最大角度θ2を満たす最大傾斜面が形成され、前記最大傾斜面よりも太陽電池から離れた領域に、最小角度θ1を満たす最小傾斜面が形成されていることが好ましい。 Further, as shown in FIG. 1 (a), on the light incident surface side surface of the translucent substrate, the uneven portion in the non-power generation region is formed with a maximum inclined surface that satisfies the maximum angle θ2 on the solar cell side, It is preferable that a minimum inclined surface satisfying the minimum angle θ1 is formed in a region farther from the solar cell than the maximum inclined surface.
この場合、光収集効果がより期待できる。中でも、図4に示すような太陽電池を用いる場合、発電領域の両側の非発電領域における凹凸部が、図1(c)に示すように、いずれも、太陽電池側に最大傾斜面、前記最大傾斜面よりも離れた領域に最小傾斜面を有することが好ましい。すなわち、最大傾斜面および最小傾斜面と、発電領域との距離を各々L2およびL1としたとき、L1>L2を満たすことが好ましい。 In this case, the light collection effect can be expected more. In particular, when a solar cell as shown in FIG. 4 is used, as shown in FIG. 1 (c), the uneven portions in the non-power generation region on both sides of the power generation region both have a maximum inclined surface on the solar cell side, the maximum It is preferable to have the minimum inclined surface in a region farther than the inclined surface. That is, it is preferable that L1> L2 is satisfied when the distances between the maximum slope and the minimum slope and the power generation region are L2 and L1, respectively.
ここで、ある凹凸部における傾斜面と発電領域の距離は、図3(c)に示すように、θを測定した傾斜面の前記基板表面に垂直な断面における傾斜面の辺と基板表面に平行な方向との交点と、発電領域と、の最も近い距離を意味する。すなわち、複数の凹凸部がランダムに形成されている場合は、上述のように、平均値を求めることにより算出することができる。すなわち、例えば、基板の表面を電子顕微鏡写真で観察し、無作為に5点の頂点を選出し、該頂点の各々につき、最大傾斜面および最小傾斜面と、発電領域との距離(L2およびL1)を求めて、該距離の平均値(各々L2aveとL1ave)を平均距離として求めることができる。 Here, as shown in FIG. 3C, the distance between the inclined surface in a certain uneven portion and the power generation region is parallel to the side of the inclined surface and the substrate surface in a cross section perpendicular to the substrate surface of the inclined surface where θ is measured. It means the closest distance between the intersection with the correct direction and the power generation area. That is, when a plurality of uneven portions are randomly formed, the average value can be calculated as described above. That is, for example, the surface of the substrate is observed with an electron micrograph, and five vertices are selected at random, and the distance (L2 and L1) between the maximum inclined surface and the minimum inclined surface and the power generation region for each of the apexes. ) And the average value of the distances (L2ave and L1ave, respectively) can be obtained as the average distance.
本発明においては、裏面保護シートとして、鏡面反射シートを用い、かつ光入射側の透光性基板の表面凹凸を上記構造とすることにより、従来の拡散板を用いた場合に比べて非発電領域からの光収集効果がより期待できる。 In the present invention, a specular reflection sheet is used as the back surface protection sheet, and the surface unevenness of the light-transmitting substrate on the light incident side has the above-described structure, so that a non-power generation region compared with the case where a conventional diffusion plate is used. The light collection effect from can be expected more.
凹凸構造5の屈折率は光の反射を抑制する観点から、500nmの波長で測定される値として1.47〜1.57が好ましく、1.50〜1.55の範囲にあることがより好ましい。上記の屈折率とすることで、特に、基材上に凹凸構造を形成したものを用いる場合、凹凸構造と基材との界面での反射による発電効率の低下を抑制することができる。この際、基材と凹凸構造の屈折率差が小さいものを用いることがより好ましい。 The refractive index of the concavo-convex structure 5 is preferably 1.47 to 1.57, more preferably 1.50 to 1.55 as a value measured at a wavelength of 500 nm, from the viewpoint of suppressing light reflection. . By using the above refractive index, particularly when a substrate having a concavo-convex structure formed thereon is used, a decrease in power generation efficiency due to reflection at the interface between the concavo-convex structure and the substrate can be suppressed. At this time, it is more preferable to use a material having a small difference in refractive index between the substrate and the concavo-convex structure.
(太陽電池セル)
以下に、太陽電池セル2として、薄膜シリコン系太陽電池を用いた場合について図1〜2に基づいて説明するが、以下に限定されない。
(Solar cell)
Although the case where a thin film silicon-type solar cell is used as the photovoltaic cell 2 is demonstrated based on FIGS. 1-2 below, it is not limited to the following.
セル透明基板2−1としては、上述のように、透光性基板1と同様の材料を用いることができる。この際、セル透明基板2−1は、透光性基板1を兼ねていてもよい。すなわち、透光性基板1の一部に、後述の光電変換ユニット等を形成しても良い。 As the cell transparent substrate 2-1, the same material as that of the translucent substrate 1 can be used as described above. At this time, the cell transparent substrate 2-1 may also serve as the translucent substrate 1. That is, you may form the below-mentioned photoelectric conversion unit etc. in a part of translucent board | substrate 1. FIG.
本実施形態においては、前記セル透明基板2−1の一主面上に透明電極2−2が形成される。透明電極は、350〜1500nmの波長領域において高い透明性を示し、且つ導電性のものであれば制限なく使用可能であるが、光電変換装置の作製時にかかる熱履歴の観点から、酸化物を用いることが好ましく、特には酸化亜鉛を主成分とする透明導電性酸化物や、酸化インジウム、インジウム−錫複合酸化物、インジウム−モリブデン複合酸化物、インジウム−チタン複合酸化物などが使用できる。ここで「主成分とする」とは、ある成分を50%より多く含むことを意味し、70%以上含むことが好ましく、90%以上含むことがより好ましい。 In the present embodiment, a transparent electrode 2-2 is formed on one main surface of the cell transparent substrate 2-1. The transparent electrode is highly transparent in the wavelength range of 350 to 1500 nm and can be used without limitation as long as it is conductive, but an oxide is used from the viewpoint of the thermal history applied when manufacturing the photoelectric conversion device. In particular, a transparent conductive oxide mainly composed of zinc oxide, indium oxide, indium-tin composite oxide, indium-molybdenum composite oxide, indium-titanium composite oxide, or the like can be used. Here, “main component” means that a certain component is contained in an amount of more than 50%, preferably 70% or more, more preferably 90% or more.
透明電極2−2は、膜厚が150〜2000nmであることが好ましい。この範囲の膜厚とすることで、導電性と透明性に優れた透明導電層を形成することができる。中でも透明電極層での抵抗損を抑制する観点から700nm以上がより好ましく、透明電極層での光吸収をより抑える観点から、1500nm以下が好ましい。 The transparent electrode 2-2 preferably has a film thickness of 150 to 2000 nm. By setting it as the film thickness of this range, the transparent conductive layer excellent in electroconductivity and transparency can be formed. Among these, 700 nm or more is more preferable from the viewpoint of suppressing resistance loss in the transparent electrode layer, and 1500 nm or less is preferable from the viewpoint of further suppressing light absorption in the transparent electrode layer.
ここで、本実施形態のように、薄膜シリコン系太陽電池を用いる場合、2つ以上の異なる光電変換ユニットより形成することが好ましい。「2つ以上の異なる光電変換ユニット」とは、バンドギャップが異なる2つ以上の光電変換ユニットを意味し、通常、i型半導体層のバンドギャップを意味する。これにより広い波長領域の光を吸収することが可能となる。 Here, like this embodiment, when using a thin film silicon-type solar cell, it is preferable to form from two or more different photoelectric conversion units. “Two or more different photoelectric conversion units” means two or more photoelectric conversion units having different band gaps, and usually means a band gap of an i-type semiconductor layer. This makes it possible to absorb light in a wide wavelength region.
光電変換ユニット2−3、2−4、2−5としては、具体的には、p−i−n接合からなるシリコン半導体積層構造体を用い、このような光電変換ユニットを2層以上、直列接続となるように配置して構成することが好ましい。 Specifically, as the photoelectric conversion units 2-3, 2-4, and 2-5, a silicon semiconductor laminated structure including a pin junction is used, and two or more such photoelectric conversion units are connected in series. It is preferable to arrange and configure the connection.
各々の半導体層は、プラズマCVD法により好適に作製することができる。プラズマCVD法とは、シランガスをシリコン材料として用い、プラズマエネルギーを利用してシリコンを形成する方法であり、p型層やn型層の製膜には、それぞれジボランやホスフィンなどのガスを適量添加することで可能となる。 Each semiconductor layer can be suitably manufactured by a plasma CVD method. The plasma CVD method is a method in which silane gas is used as a silicon material and silicon is formed using plasma energy. A proper amount of gas such as diborane or phosphine is added to the p-type layer and n-type layer, respectively. This is possible.
上記のように2つ以上の光電変換ユニットを直列接続する場合には、ワイドバンドギャップの光入射側光電変換ユニット2−3を光入射側に配置し、その上にナローバンドギャップの裏面側光電変換ユニット2−5を配置することが好ましい。光電変換ユニット2としては、非単結晶シリコンを用いることが好ましく、中でも多結晶シリコンや非晶質シリコンを好ましく用いることができる。この際、p/i/nで結晶構造が異なってもかまわない。なお、非晶質あるいは結晶質のシリコン系材料としては、半導体を構成する主要元素としてシリコンのみを用いる場合だけでなく、炭素、酸素、窒素、ゲルマニウムなどの元素をも含む合金材料であってもよい。 When two or more photoelectric conversion units are connected in series as described above, a wide band gap light incident side photoelectric conversion unit 2-3 is arranged on the light incident side, and a narrow band gap back surface photoelectric conversion is formed thereon. It is preferable to arrange the units 2-5. As the photoelectric conversion unit 2, it is preferable to use non-single crystal silicon, and among them, polycrystalline silicon and amorphous silicon can be preferably used. At this time, the crystal structure may be different depending on p / i / n. Note that the amorphous or crystalline silicon-based material is not only a case where only silicon is used as a main element constituting a semiconductor, but also an alloy material including elements such as carbon, oxygen, nitrogen, and germanium. Good.
この場合、例えば、光入射側光電変換ユニット2−3として非晶質シリコンからなる光電変換ユニットを、裏面側光電変換ユニット2−5として微結晶シリコンからなる光電変換ユニットを配置することができる。上記光入射側光電変換ユニット2−3や裏面側光電変換ユニット2−5以外に、例えば光入射側光電変換ユニットと裏面側光電変換ユニットの間に、さらに1つ以上の光電変換ユニット2−4を配置してもかまわない。 In this case, for example, a photoelectric conversion unit made of amorphous silicon can be arranged as the light incident side photoelectric conversion unit 2-3, and a photoelectric conversion unit made of microcrystalline silicon can be arranged as the back surface side photoelectric conversion unit 2-5. In addition to the light incident side photoelectric conversion unit 2-3 and the back surface side photoelectric conversion unit 2-5, for example, one or more photoelectric conversion units 2-4 between the light incident side photoelectric conversion unit and the back surface side photoelectric conversion unit. May be arranged.
これら複数の光電変換ユニット間には、透明中間層を形成し、光の反射と透過を選択的に行う層を設けることができる。これにより、上記の例では光入射側光電変換ユニット2−3に取り込まれる光をより多くすることができ、さらに透過した光で裏面側光電変換ユニット2−5の発電に寄与することができる。なお本発明における「結晶質」は、多結晶及び微結晶を包含する。また、用語「結晶質」及び「微結晶」は、部分的に非晶質を含むものをも意味するものとする。 A transparent intermediate layer can be formed between the plurality of photoelectric conversion units, and a layer that selectively reflects and transmits light can be provided. Thereby, in said example, more light can be taken in into the light-incidence side photoelectric conversion unit 2-3, and the light which permeate | transmitted can contribute to the electric power generation of the back surface side photoelectric conversion unit 2-5. The “crystalline” in the present invention includes polycrystals and microcrystals. In addition, the terms “crystalline” and “microcrystal” are intended to mean those partially containing an amorphous material.
透明電極2−2と光電変換ユニット2−3の間には、電気的なコンタクトの改善を目的とした層を設けることができる。この層としては、光電変換ユニットよりもバンドギャップの広い半導体層を用いると、透明電極層と光電変換層の界面付近での電子−正孔の再結合を抑制できる。その結果、光電変換層で生成した電子−正孔を電極に効率よく取り出すことが可能となり、結果として変換効率を向上することが可能となり好ましい。この様な半導体としては例えばp型シリコンカーバイドなどが挙げられる。 A layer intended to improve electrical contact can be provided between the transparent electrode 2-2 and the photoelectric conversion unit 2-3. When a semiconductor layer having a wider band gap than the photoelectric conversion unit is used as this layer, electron-hole recombination in the vicinity of the interface between the transparent electrode layer and the photoelectric conversion layer can be suppressed. As a result, the electron-hole generated in the photoelectric conversion layer can be efficiently taken out to the electrode, and as a result, the conversion efficiency can be improved, which is preferable. An example of such a semiconductor is p-type silicon carbide.
こうして設けられた光電変換ユニット2−3、2−4、2−5上に裏面電極2−6を形成する。裏面電極2−6は、透明導電性酸化物層と裏面金属電極層の2層を設けることができるが、さらに他の層を設けて、2層以上の層で形成することもできる。 A back electrode 2-6 is formed on the photoelectric conversion units 2-3, 2-4, and 2-5 thus provided. The back electrode 2-6 can be provided with two layers of a transparent conductive oxide layer and a back metal electrode layer, but it can also be formed of two or more layers by providing other layers.
透明導電性酸化物層は、光電変換ユニット2−3、2−4、2−5を形成するシリコンと、裏面金属電極層2−6を形成する金属原子の相互拡散を抑制する為に用いられる。また光の干渉を起こすことで、任意の波長の光を強めて、光電変換特性を向上させるために用いられる。透明導電性酸化物層としては、例えば酸化インジウムや酸化亜鉛、酸化チタンなどを含有するものを用いることができる。 The transparent conductive oxide layer is used to suppress mutual diffusion of silicon forming the photoelectric conversion units 2-3, 2-4, and 2-5 and metal atoms forming the back surface metal electrode layer 2-6. . Further, it is used for enhancing the photoelectric conversion characteristics by intensifying light of an arbitrary wavelength by causing light interference. As the transparent conductive oxide layer, for example, a layer containing indium oxide, zinc oxide, titanium oxide or the like can be used.
透明導電性酸化物層は、膜厚を25〜120nmの範囲で設けることが好ましい。さらには30〜85nmの範囲が光学的に好ましい。この範囲の膜厚とすることで、光学的な効果や、導電性・コストの面で好ましいだけでなく、裏面金属電極層に用いる金属原子と、光電変換ユニット2−3、2−4、2−5を形成するシリコン原子との原子拡散を抑制するバリア層の役割を果たすことができるため好ましい。 The transparent conductive oxide layer is preferably provided in a thickness range of 25 to 120 nm. Furthermore, the range of 30 to 85 nm is optically preferable. By setting the film thickness within this range, not only is it preferable in terms of optical effects, conductivity and cost, but also metal atoms used for the back surface metal electrode layer and photoelectric conversion units 2-3, 2-4, 2 Since it can play the role of the barrier layer which suppresses atomic diffusion with the silicon atom which forms -5, it is preferable.
裏面金属電極層2−6は、充分に導電性が高く、且つ光電変換ユニット2−3、2−4、2−5を通過してきた光を反射して、再び光電変換ユニット2−3、2−4、2−5に入れるために、反射率が高いものが好ましい。このような材料として例えば銀やアルミニウムなどが挙げられる。 The back surface metal electrode layer 2-6 has sufficiently high conductivity, reflects light that has passed through the photoelectric conversion units 2-3, 2-4, and 2-5, and again photoelectric conversion units 2-3, 2 and 2 In order to be included in -4 and 2-5, those having a high reflectance are preferable. Examples of such a material include silver and aluminum.
裏面金属電極層の膜厚は、裏面まで到達した光を反射して再度光電変換ユニットへ送り返す効果を有効に機能させる観点から、150nm以上が好ましく、200以上nmがより好ましい。また、裏面金属電極層に使用する金属コストを抑制する観点から300nm以下が好ましい。 The film thickness of the back surface metal electrode layer is preferably 150 nm or more, and more preferably 200 nm or more, from the viewpoint of effectively functioning the effect of reflecting the light reaching the back surface and sending it back to the photoelectric conversion unit again. Moreover, 300 nm or less is preferable from a viewpoint of suppressing the metal cost used for a back surface metal electrode layer.
なお、本発明における光収集効果は、基板の光入射面に形成した凹凸構造と裏面保護シートによるものであるので、太陽電池セルは特に限定されず、薄膜シリコン太陽電池や結晶シリコン太陽電池、化合物太陽電池であってもかまわない。 In addition, since the light collection effect in this invention is based on the uneven structure and back surface protection sheet which were formed in the light-incidence surface of a board | substrate, a photovoltaic cell is not specifically limited, A thin film silicon solar cell, a crystalline silicon solar cell, a compound It may be a solar cell.
このようにして作製した光電変換ユニットを、直列又は並列に電気的に接続し、複数の薄膜太陽電池素子からなる太陽電池モジュールを作製する。太陽電池モジュールでは、その電極層や半導体層を水分や酸素等から保護することや外部と電気的に絶縁することなどを目的として、この太陽電池素子全体を、充填材料である封止樹脂3と裏面保護シート4により封止した構造になっている。 The photoelectric conversion units thus produced are electrically connected in series or in parallel to produce a solar cell module composed of a plurality of thin film solar cell elements. In the solar cell module, for the purpose of protecting the electrode layer and the semiconductor layer from moisture, oxygen, etc., and electrically insulating from the outside, the entire solar cell element is formed with a sealing resin 3 as a filling material. The structure is sealed with the back surface protective sheet 4.
上記封止樹脂3 として用いられる樹脂としては、主としてEVA(エチレン・ビニルアセテート共重合体)を用いるが、PVB(ポリビニルブチラール)、PIB(ポリイソブチレン) 、及びシリコーン樹脂等を用いることもできる。この際、封止樹脂3は、図1に示すように、太陽電池セルと裏面保護シート4の間(すなわち太陽電池セルの裏面側)にのみ配置しても良いし、太陽電池セルと透光性基板の間(すなわち太陽電池セルの光入射側)にも配置しても良い。 As the resin used as the sealing resin 3, EVA (ethylene / vinyl acetate copolymer) is mainly used, but PVB (polyvinyl butyral), PIB (polyisobutylene), silicone resin, and the like can also be used. At this time, as shown in FIG. 1, the sealing resin 3 may be disposed only between the solar battery cell and the back surface protection sheet 4 (that is, the back surface side of the solar battery cell). May also be disposed between the conductive substrates (that is, the light incident side of the solar battery cell).
(裏面保護シート)
前記裏面保護シートとしては一般的に、セル側から順に、表面層(白色の樹脂フィルム)/基材層(PETフィルムなど)/裏面層(樹脂フィルムに金属を製膜した防水層や、テフロン(登録商標)フィルム)を有する白色バックシートや、黒色の樹脂フィルムをセル側の表面層とした黒色バックシートが用いられている。
(Back protection sheet)
Generally as said back surface protection sheet, it is the surface layer (white resin film) / base material layer (PET film etc.) / Back surface layer (the waterproof layer which formed the metal in the resin film, Teflon (in order from a cell side), (Registered trademark) film) or a black backsheet having a black resin film as a cell-side surface layer.
しかしながら、白色バックシートは、バックシートに入射した光を拡散反射するため、凹凸構造で異方性散乱された光がバックシートに到達した際に光を望ましい方向へ高い割合で反射することができない。また、裏面保護シートを黒色バックシートにすると、反射は最小となり、バックシートに入射した光は失われる。また、金属板を用いた場合、通常Ra=50nm程度のアルミニウム箔などが用いられているが、この場合、光の反射角に広がりが生じ、所望の方向へ反射する光の割合が少なくなるといった問題点がある。 However, since the white backsheet diffusely reflects the light incident on the backsheet, when the light that is anisotropically scattered by the concavo-convex structure reaches the backsheet, it cannot reflect the light in a desired direction at a high rate. . Further, when the back surface protection sheet is a black back sheet, reflection is minimized and light incident on the back sheet is lost. In addition, when a metal plate is used, an aluminum foil of about Ra = 50 nm is usually used, but in this case, the reflection angle of light is widened, and the proportion of light reflected in a desired direction is reduced. There is a problem.
一方、本発明においては、前記裏面保護シート4として、鏡面反射性のシートを用い、かつ光入射面側に所定の凹凸構造を有する透光性基板を用いることにより、凹凸構造で異方性散乱された光を所望の方向へ高い反射率で反射し、光を発電領域へと効果的に伝播させることが期待できる。裏面保護シート4は高い反射率を有することが好ましく、反射率は90%以上であることが好ましい。 On the other hand, in the present invention, a specular reflective sheet is used as the back surface protection sheet 4 and a translucent substrate having a predetermined concavo-convex structure on the light incident surface side is used. It can be expected that the reflected light is reflected with high reflectivity in a desired direction and the light is effectively propagated to the power generation region. The back surface protective sheet 4 preferably has a high reflectance, and the reflectance is preferably 90% or more.
本発明においては、前記裏面保護シートの、光入射面側表面の算術平均粗さRaは40nm以下である。算術平均粗さが40nm以下であれば、容易に拡散反射率を10%以下とすることができる。ここで、拡散反射率とは、反射光のうち入射角の角度と反射角の角度が±2.5度以上離れた方向へ反射する光の入射光に対する割合である。裏面保護シートの算術平均粗さが40nm以下であり高い反射率を有する場合、裏面保護シートに入射した光は鏡面反射する。 In this invention, arithmetic mean roughness Ra of the light-incident surface side surface of the said back surface protection sheet is 40 nm or less. If the arithmetic average roughness is 40 nm or less, the diffuse reflectance can be easily reduced to 10% or less. Here, the diffuse reflectance is the ratio of the incident light to the incident light that is reflected in a direction in which the angle of the incident angle and the angle of the reflection angle are separated by ± 2.5 degrees or more. When the arithmetic average roughness of the back surface protective sheet is 40 nm or less and has a high reflectance, the light incident on the back surface protective sheet is specularly reflected.
前記裏面保護シートは、鏡面加工された金属シートが望ましく、金属の単層シートとしては、鏡面加工されたアルミニウム製の反射シートが価格の低さと反射率の高さから特に好ましい。また、金属の積層シートや表面粗さの小さなフィルム等へ金属を製膜した表面が好ましく、銀を製膜した表面が反射率の高さから特に好ましい。また、金属をメッキ製膜した表面、さらに誘電体ミラーを用いることもできる。前記裏面保護シートが鏡面反射することにより、前記光入射面側の凹凸構造によって異方性散乱された光を効率的に発電領域へ伝播させることができる。 The back protective sheet is preferably a mirror-finished metal sheet, and as the metal single-layer sheet, a mirror-finished aluminum reflective sheet is particularly preferred because of its low price and high reflectance. Moreover, the surface which formed the metal into the metal lamination sheet, the film with small surface roughness, etc. is preferable, and the surface which formed silver into the film is especially preferable from the high reflectance. Further, a metal-plated surface and a dielectric mirror can also be used. When the back surface protection sheet is specularly reflected, the light that is anisotropically scattered by the uneven structure on the light incident surface side can be efficiently propagated to the power generation region.
前記透光性基板1の光入射面表面から前記裏面保護シートまでの距離は、光収集効率の観点から1mm以上が好ましく、3mm以上がより好ましい。また、重量を低く抑える観点および光吸収を少なくする観点から10mm以下が好ましく7mm以下がより好ましい。ここで「透光性基板1の光入射面側表面」とは、凹凸構造の凸部の頂点のうち、裏面保護シートと最も離れた表面を意味する。 The distance from the light incident surface of the translucent substrate 1 to the back surface protective sheet is preferably 1 mm or more, and more preferably 3 mm or more from the viewpoint of light collection efficiency. Moreover, 10 mm or less is preferable and 7 mm or less is more preferable from the viewpoint of suppressing weight and reducing light absorption. Here, “the light incident surface side surface of the translucent substrate 1” means the surface farthest from the back surface protective sheet among the vertices of the convex portions of the concavo-convex structure.
上記のようにして、本発明における太陽電池モジュールを作製することができる。本発明の太陽電池モジュールは、特に、建材一体型太陽電池モジュールとして用いることが好ましい。建材一体型太陽電池モジュールなどの、発電以外の機能を特色とする太陽電池モジュールでは、一般に発電に特化した太陽電池モジュールと比較して小面積であり、また発電領域に対する非発電領域の面積が大きくなる。このような太陽電池モジュールに本発明を適用することで、これまで発電に寄与してこなかった非発電領域に入射した光を有効利用することができ、発電効率の向上がより期待できる。
本発明による光収集効果により効果的にモジュール効率を上げる観点から、発電領域に対する非発電領域の割合は3%以上が好ましく、10%以上がより好ましい。
As described above, the solar cell module according to the present invention can be manufactured. The solar cell module of the present invention is particularly preferably used as a building material integrated solar cell module. Solar cell modules featuring functions other than power generation, such as building material integrated solar cell modules, generally have a smaller area than solar cell modules specialized for power generation, and the area of the non-power generation region relative to the power generation region growing. By applying the present invention to such a solar cell module, it is possible to effectively use light incident on a non-power generation region that has not contributed to power generation so far, and further increase in power generation efficiency can be expected.
From the viewpoint of effectively increasing the module efficiency by the light collection effect according to the present invention, the ratio of the non-power generation area to the power generation area is preferably 3% or more, and more preferably 10% or more.
以下に、実施例をもって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
(シミュレーション1)
ガラス面上に形成した凹凸構造の形状と、光収集効率との関係を検討するため、レイトレーシング法による3次元光シミュレーションを行った。シミュレーションした構造はガラス板上に断面が直角三角形である同一形状の凹凸構造(θ2=90°で固定)を同じ向きで並べた構造とした。ガラスの板厚は3mmである。裏面保護シートが完全拡散反射する場合と、裏面保護シートが鏡面反射する場合の2種類について行い、さらに凹凸構造の傾斜角を8水準変えた。以上の構造に光がガラス面の上側から垂直に入射するとし、幅10mmのガラス板の側面まで到達した光が収集されたとした。シミュレーションの結果を以下の表1に示す。表では最も光収集効率の高かった、傾斜角34°で裏面が鏡面反射する場合のシミュレーション結果に対する、他条件での計算結果の相対比を示す。
(Simulation 1)
In order to examine the relationship between the shape of the concavo-convex structure formed on the glass surface and the light collection efficiency, a three-dimensional light simulation by the ray tracing method was performed. The simulated structure was a structure in which concave and convex structures having the same shape with a right-angled cross section (fixed at θ2 = 90 °) were arranged in the same direction on a glass plate. The glass plate thickness is 3 mm. The case where the back surface protective sheet was completely diffusely reflected and the case where the back surface protective sheet was specularly reflected were performed, and the inclination angle of the uneven structure was changed by 8 levels. It is assumed that light is incident on the above structure vertically from the upper side of the glass surface, and the light reaching the side surface of the glass plate having a width of 10 mm is collected. The simulation results are shown in Table 1 below. The table shows the relative ratio of the calculation result under other conditions to the simulation result when the back surface is specularly reflected at an inclination angle of 34 °, which has the highest light collection efficiency.
シミュレーションの結果から、裏面が鏡面反射する場合、光収集率は傾斜角により大きく変化し、傾斜角が32°から55°において高い値を示すことがわかる。中でも、32°から40°がより高い値を示した。最も光収集率が高くなる傾斜角34°では、裏面が完全拡散反射する場合の2倍以上の光収集率となった。 From the simulation results, it can be seen that when the back surface is specularly reflected, the light collection rate varies greatly depending on the tilt angle, and shows a high value when the tilt angle is 32 ° to 55 °. Among them, 32 ° to 40 ° showed a higher value. At an inclination angle of 34 ° where the light collection rate is the highest, the light collection rate is more than twice that when the back surface is completely diffusely reflected.
(シミュレーション2)
表面に凹凸構造を形成したガラスの、ガラス板厚と光収集効率との関係を検討するため、レイトレーシング法による3次元光シミュレーションを行った。シミュレーションした構造はシミュレーション1での凹凸構造傾斜角34°で裏面が鏡面反射する構造とガラスの厚みのみが異なる構造とし、ガラスの厚みは4水準変えて計算した。シミュレーションの結果を以下の表2示す。表では最も光収集効率の高かった、ガラスの厚みが3mmである場合のシミュレーション結果に対する、他条件での計算結果の相対比を示す。
(Simulation 2)
In order to examine the relationship between the glass plate thickness and the light collection efficiency of the glass having a concavo-convex structure formed on the surface, a three-dimensional light simulation by the ray tracing method was performed. The simulated structure is a structure in which the back surface is specularly reflected at an inclination angle of 34 ° in the simulation 1 and only the thickness of the glass is different. The results of the simulation are shown in Table 2 below. The table shows the relative ratio of the calculation result under other conditions to the simulation result when the glass thickness is 3 mm, which has the highest light collection efficiency.
シミュレーションの結果から、ガラスの厚みが厚いほど光収集効率が高くなることがわかる。 From the simulation results, it can be seen that the thicker the glass, the higher the light collection efficiency.
(実施例1)
まず、以下のようにして実施例1における太陽電池セル2を作製した。
Example 1
First, the solar battery cell 2 in Example 1 was produced as follows.
3.2mm厚の白板ガラスから成る透光性基板(屈折率1.52)のヘーズを分光光度計(パーキンエルマー製Lambda950)で測定したところ、1%であった。なお、本実施例では透光性基板1とセル透明基板2−1は一致する。 The haze of a translucent substrate (refractive index 1.52) made of white glass having a thickness of 3.2 mm was measured with a spectrophotometer (Lambda 950 manufactured by PerkinElmer) and found to be 1%. In this embodiment, the translucent substrate 1 and the cell transparent substrate 2-1 coincide.
セル透明基板2−1の一主面上に、0.9μmの膜厚を有するSnO2からなる透明導電膜を熱CVD法により形成した。透明導電膜を製膜後、レーザ加工機(芝浦メカトロニクス製2波長レーザ装置)によりYVO4の基本波レーザ(波長1064nm)をガラス面側から照射し、透明導電膜の一部を除去することにより、透明電極2−2を形成した。 On one main surface of the cell transparent substrate 2-1, a transparent conductive film made of SnO2 having a thickness of 0.9 μm was formed by a thermal CVD method. After forming the transparent conductive film, by irradiating YVO4 fundamental wave laser (wavelength 1064 nm) from the glass surface side with a laser processing machine (Shibaura Mechatronics 2-wavelength laser device), and removing a part of the transparent conductive film, A transparent electrode 2-2 was formed.
透明電極2−2上に、第1の光電変換ユニットとしての非晶質シリコン薄膜光電変換ユニット2−3、第2の光電変換ユニットとして非晶質シリコン薄膜光電変換ユニット2−4、第3の光電変換ユニットとして微結晶シリコン薄膜光電変換ユニット2−5をこの順序で形成した。これらの光電変換ユニット2−3,2−4,2−5のそれぞれについて、それぞれに対応するp型層、ノンドープの光電変換層、およびn型層を、この順序でプラズマCVD法によって形成した。 On the transparent electrode 2-2, an amorphous silicon thin film photoelectric conversion unit 2-3 as a first photoelectric conversion unit, an amorphous silicon thin film photoelectric conversion unit 2-4 as a second photoelectric conversion unit, a third A microcrystalline silicon thin film photoelectric conversion unit 2-5 was formed in this order as a photoelectric conversion unit. For each of these photoelectric conversion units 2-3, 2-4, and 2-5, a p-type layer, a non-doped photoelectric conversion layer, and an n-type layer corresponding to each of the photoelectric conversion units 2-3, 2-4, and 2-5 were formed in this order by the plasma CVD method.
第1の光電変換ユニット2−3に含まれるノンドープの非晶質シリコン光電変換層は200℃の下地温度のもとでRFプラズマCVD法によって堆積し、その膜厚は250nmとした。また、第2の光電変換ユニット2−4に含まれるノンドープの非晶質SiGe光電変換層は200℃の下地温度のもとでRFプラズマCVD法によって堆積し、その膜厚は150nmとした。第3の光電変換ユニット2−5に含まれるノンドープの微結晶シリコン光電変換層は180℃の下地温度のもとでRFプラズマCVD法によって堆積し、その膜厚は2.0μmとした。 The non-doped amorphous silicon photoelectric conversion layer included in the first photoelectric conversion unit 2-3 was deposited by an RF plasma CVD method at a base temperature of 200 ° C., and the film thickness was 250 nm. The non-doped amorphous SiGe photoelectric conversion layer included in the second photoelectric conversion unit 2-4 was deposited by RF plasma CVD under a base temperature of 200 ° C., and the film thickness was 150 nm. The non-doped microcrystalline silicon photoelectric conversion layer included in the third photoelectric conversion unit 2-5 was deposited by an RF plasma CVD method at a base temperature of 180 ° C., and the film thickness was set to 2.0 μm.
光電変換ユニット2−3,2−4,2−5形成後、透明導電性酸化物層として、スパッタ法にてZnO層を90nm形成後、レーザ加工機(芝浦メカトロニクス製2波長レーザ装置)によりYVO4の第二高調波レーザ(波長532nm)をガラス面側から照射し、光電変換ユニットの一部を除去することにより、透明導電膜の一部を露出させた。次にスパッタ法にて裏面電極層2−6として金属電極膜である銀層を250nm形成し、金属電極膜を含む裏面電極2−6を形成した。 After forming the photoelectric conversion units 2-3, 2-4, and 2-5, a 90 nm ZnO layer is formed as a transparent conductive oxide layer by sputtering, and then YVO4 is formed by a laser processing machine (two-wavelength laser device manufactured by Shibaura Mechatronics). A second harmonic laser (wavelength 532 nm) was irradiated from the glass surface side, and a part of the transparent conductive film was exposed by removing a part of the photoelectric conversion unit. Next, 250 nm of a silver layer, which is a metal electrode film, was formed as the back electrode layer 2-6 by sputtering, and a back electrode 2-6 including the metal electrode film was formed.
裏面電極2−6を製膜後、レーザ加工機(芝浦メカトロニクス製2波長レーザ装置)によりYVO4の第二高調波レーザ(波長532nm)をガラス面側から照射し、光電変換ユニットおよび裏面電極の一部を除去することにより分離溝を形成し、複数の太陽電池が電気的に直列接続した集積型三接合型薄膜シリコン太陽電池セルを作製した。 After film formation of the back electrode 2-6, a second harmonic laser (wavelength of 532 nm) of YVO4 is irradiated from the glass surface side by a laser processing machine (two-wavelength laser device manufactured by Shibaura Mechatronics), and one of the photoelectric conversion unit and the back electrode An integrated three-junction thin film silicon solar cell in which a separation groove was formed by removing the portion and a plurality of solar cells were electrically connected in series was produced.
次に、作製したセルの周縁部に存在する、非発電領域に製膜された発電層をYVO4の基本波レーザ(波長1064nm)をガラス面側から照射し除去した。除去した領域は図4に示すような非発電領域2箇所である。除去後、セルを確認したところ、非発電領域は透明になっていた。 Next, the power generation layer formed in the non-power generation region existing in the peripheral portion of the fabricated cell was removed by irradiating the fundamental wave laser (wavelength 1064 nm) of YVO4 from the glass surface side. The removed regions are two non-power generation regions as shown in FIG. When the cell was confirmed after removal, the non-power generation area was transparent.
作製した太陽電池セルの裏面側に、封止樹脂3であるEVAと裏面保護シート4として高反射金属である銀で片面コートされたアルミニウム製の鏡面反射シート(alanod製MIRO−2 Silver)を重ね、真空ラミネータにより封止して三接合型薄膜シリコン太陽電池モジュールを作製した。この際、鏡面反射シートの銀側を光入射面側として使用した。使用した裏面保護シートは、反射率が94%であり拡散反射率は4%だった。 On the back side of the produced solar cell, EVA as the sealing resin 3 and an aluminum specular reflection sheet (alanod MIRO-2 Silver) coated on one side with silver, which is a highly reflective metal, are stacked as the back surface protection sheet 4. Then, a three-junction thin film silicon solar cell module was manufactured by sealing with a vacuum laminator. At this time, the silver side of the specular reflection sheet was used as the light incident surface side. The back surface protective sheet used had a reflectance of 94% and a diffuse reflectance of 4%.
この鏡面反射シートの光入射面側表面の表面粗さは、算術平均粗さ(Ra)で2.2nmだった。算術平均粗さの測定はAFM(パシフィックnanotech社製nano―R)を用いてJIS B 0601:2001に基づいて行った。観察した範囲は1μm四方である。 The surface roughness of the light incident surface side surface of this specular reflection sheet was 2.2 nm in terms of arithmetic average roughness (Ra). The arithmetic average roughness was measured based on JIS B 0601: 2001 by using AFM (Nano-R manufactured by Pacific Nanotech). The observed range is 1 μm square.
シート厚150μmのPMMAシート(屈折率1.50)を130度に加熱しながら金型に押し付け、PMMAシート表面に凹凸構造を成形した。成形に使用した金型はニッケルリンでメッキした金属板をダイヤモンドバイトにより研削加工して作製した。 A PMMA sheet having a sheet thickness of 150 μm (refractive index: 1.50) was pressed against a mold while being heated to 130 ° to form a concavo-convex structure on the surface of the PMMA sheet. The mold used for forming was prepared by grinding a metal plate plated with nickel phosphorus with a diamond tool.
凹凸構造は図1(c)に断面概略図を示すとおり、断面が直角三角形である同一形状を同じ向きで並べた構造であり、傾斜角(θ1)の異なる凹凸構造付きシートを7種類作製した。θ2はすべて90°である。図1(c)に示すように、発電領域側にθ2、発電領域から離れた領域にθ1が配置されるように、凹凸構造を形成した。凹凸構造付きPMMAシートをロールカッターで切断し、断面をSEM観察したところ、凹凸構造の高低差は40μmだった。シートの屈折率は1.52であり、太陽電池モジュールのガラス基板(基材)とほぼ等しいものを選んだ。 The concavo-convex structure is a structure in which the same shape whose cross section is a right triangle is arranged in the same direction as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 1C, and seven types of concavo-convex structure-attached sheets having different inclination angles (θ1) were produced. . All θ2 are 90 °. As shown in FIG. 1C, the concavo-convex structure was formed so that θ2 is arranged on the power generation region side and θ1 is arranged in a region away from the power generation region. When the PMMA sheet with a concavo-convex structure was cut with a roll cutter and the cross section was observed with an SEM, the height difference of the concavo-convex structure was 40 μm. The refractive index of the sheet was 1.52, and a sheet almost equal to the glass substrate (base material) of the solar cell module was selected.
作製した凹凸構造つきPMMAシートを、屈折率1.52に調整したオイルで太陽電池モジュールの光入射面側ガラス(基材)上に貼りつけ、凹凸構造5を有する透光性基板を作製した。シートを貼り付けた位置は図4に示す非発電領域のみであり、発電領域には貼り付けなかった。 The produced PMMA sheet with a concavo-convex structure was affixed on the light incident surface side glass (base material) of the solar cell module with oil adjusted to a refractive index of 1.52, and a translucent substrate having the concavo-convex structure 5 was produced. The position where the sheet was affixed was only the non-power generation area shown in FIG. 4 and was not affixed to the power generation area.
非発電領域は発電領域に対して面積比で25%である。シートを貼り付けた状態で光電変換特性評価を行った結果を以下に示す。表3では、凹凸構造付きPMMAシートなしの場合(比較例1−1)の光電変換特性に対する他条件での測定値の相対比を示す。 The non-power generation area is 25% in area ratio with respect to the power generation area. The results of the photoelectric conversion characteristic evaluation with the sheet attached are shown below. In Table 3, the relative ratio of the measured value in other conditions with respect to the photoelectric conversion characteristic in the case without the PMMA sheet with the uneven structure (Comparative Example 1-1) is shown.
実験の結果、凹凸構造の最小傾斜角θ1が30°より大きく、60°より小さい場合、短絡電流(Jsc)が向上することがわかった。短絡電流が向上する一方で開放電圧(Voc)および曲線因子(FF)はほぼ変わらなかった結果、発電効率(Eff)も向上した。 As a result of experiments, it was found that the short-circuit current (Jsc) is improved when the minimum inclination angle θ1 of the concavo-convex structure is larger than 30 ° and smaller than 60 °. While the short circuit current was improved, the open circuit voltage (Voc) and the fill factor (FF) were not substantially changed. As a result, the power generation efficiency (Eff) was also improved.
(実施例2)
実施例1と同じ方法で作製された太陽電池モジュールを使って、比較例1−1および実施例1−1と同様にして、各々比較例2−1および実施例2−1とした。
(Example 2)
Using the solar cell module produced by the same method as in Example 1, Comparative Example 2-1 and Example 2-1 were made in the same manner as Comparative Example 1-1 and Example 1-1, respectively.
実施例2−1と、裏面保護シートが白色バックシートで構成されている点のみが異なる太陽電池モジュールを作製し、比較例2−2とした。使用した白色バックシートは、反射率・拡散反射率ともに80%であった。比較例2−2の光電変換特性を測定後、非発電領域に凹凸構造付きPMMAシートをオイルで貼りつけ、比較例2−3とした。 A solar cell module that differs from Example 2-1 only in that the back surface protection sheet is composed of a white backsheet was produced as Comparative Example 2-2. The white backsheet used had 80% reflectance and diffuse reflectance. After measuring the photoelectric conversion characteristics of Comparative Example 2-2, a PMMA sheet with a concavo-convex structure was attached to the non-power generation region with oil to obtain Comparative Example 2-3.
実施例2−1と、裏面保護シートが圧延アルミニウムシートで構成されている点のみが異なる太陽電池モジュールを作製し、比較例2−4とした。圧延アルミニウムシートは、アルミニウムの薄板をローラで押し伸ばしたシートであり、使用した圧延アルミニウムシートの算術平均粗さは50nm、反射率は88%、拡散反射率は14%だった。比較例2−4の光電変換特性を測定後、非発電領域に凹凸構造付きPMMAシートをオイルで貼りつけ、比較例2−5とした。 A solar cell module that differs from Example 2-1 only in that the back surface protection sheet is formed of a rolled aluminum sheet was produced as Comparative Example 2-4. The rolled aluminum sheet was a sheet obtained by stretching a thin aluminum plate with a roller. The arithmetic average roughness of the used rolled aluminum sheet was 50 nm, the reflectance was 88%, and the diffuse reflectance was 14%. After measuring the photoelectric conversion characteristics of Comparative Example 2-4, a PMMA sheet with a concavo-convex structure was attached to the non-power generation region with oil to obtain Comparative Example 2-5.
光電変換特性を評価し、凹凸構造付きPMMAシートなしの場合(比較例2−1)の光電変換特性に対する他条件での測定値の相対比を表4に示す。 Table 4 shows the relative ratios of measured values under other conditions with respect to the photoelectric conversion characteristics when the photoelectric conversion characteristics are evaluated and the PMMA sheet with the uneven structure is not provided (Comparative Example 2-1).
比較例2−1と実施例2−1および比較例2−2と比較例2−3を比較すると、裏面保護シートが鏡面反射シートである実施例2−1の方が、白色バックシートである比較例2−3に比べて、短絡電流の増加率が高くなった。また実施例2−1と比較例2−3を比較すると、鏡面反射シートを用い、かつθ1=40°の凹凸構造を有する実施例2−1の方が、変換効率が約3%高くなった。 When Comparative Example 2-1 and Example 2-1 and Comparative Example 2-2 and Comparative Example 2-3 are compared, Example 2-1 in which the back surface protection sheet is a specular reflection sheet is a white back sheet. Compared with comparative example 2-3, the increase rate of the short circuit current became high. Further, when Example 2-1 and Comparative Example 2-3 were compared, the conversion efficiency of Example 2-1 using a specular reflection sheet and having a concavo-convex structure of θ1 = 40 ° was higher by about 3%. .
比較例2−1と実施例2−1および比較例2−4と比較例2−5を比較すると、
裏面保護シートが鏡面反射シートである実施例2−1の方が、圧延アルミニウムシートである比較例2−5に比べて、短絡電流の増加率が高くなった。また実施例2−1と比較例2−5を比較すると、鏡面反射シートを用い、かつθ1=40°の凹凸構造を有する実施例2−1の方が、変換効率が約1%高くなった。
Comparing Comparative Example 2-1 with Example 2-1 and Comparative Example 2-4 with Comparative Example 2-5,
In Example 2-1 in which the back surface protection sheet was a specular reflection sheet, the increase rate of the short circuit current was higher than that in Comparative Example 2-5 in which the rolled aluminum sheet was used. In addition, when Example 2-1 and Comparative Example 2-5 were compared, Example 2-1 using a specular reflection sheet and having a concavo-convex structure of θ1 = 40 ° increased the conversion efficiency by about 1%. .
以上より、本発明のような、裏面保護シートとして鏡面反射シートを用い、かつ所定の凹凸構造を有する基板を用いることにより、従来のものと比べて変換効率がより向上することがわかる。 From the above, it can be seen that the conversion efficiency is further improved as compared with the conventional one by using a specular reflection sheet as the back surface protection sheet and using a substrate having a predetermined uneven structure as in the present invention.
(実施例3)
以上実施例1〜2は、非発電領域のみに凹凸構造を形成したが、以下の実施例3では太陽電池モジュールの光入射面全面に凹凸構造を形成した。すなわち発電領域上にも凹凸構造を形成した。なお、実施例3−2、比較例3−1および比較例3−3においては、発電領域上にも凹凸構造は形成されていなかった。
図1(b)に示すように、発電領域の一方の端部側にθ2、他方の端部側にθ1が配置されるように、凹凸構造を形成した。
Example 3
As described above, in Examples 1 and 2, the concavo-convex structure was formed only in the non-power generation region, but in Example 3 below, the concavo-convex structure was formed on the entire light incident surface of the solar cell module. That is, an uneven structure was also formed on the power generation region. In Example 3-2, Comparative Example 3-1 and Comparative Example 3-3, no concavo-convex structure was formed on the power generation region.
As shown in FIG. 1B, the concavo-convex structure was formed so that θ2 is arranged on one end side of the power generation region and θ1 is arranged on the other end side.
比較例1−1と、裏面保護シートが黒色バックシートで形成されている点のみがことなる方法で作製された太陽電池モジュールの、凹凸構造形成前のモジュールを比較例3−1とした。比較例3−1のモジュールで使用した黒色バックシートの反射率は5%、拡散反射率は2%だった。 The module before the formation of the concavo-convex structure of the solar cell module manufactured by a method that differs only in the comparative example 1-1 and the point that the back surface protective sheet is formed of a black backsheet was defined as a comparative example 3-1. The black backsheet used in the module of Comparative Example 3-1 had a reflectance of 5% and a diffuse reflectance of 2%.
比較例3−1の光電変換特性測定後、ランダムピラミッド形状の凹凸構造付きPMMAシートを粘着剤で粘着し、比較例3−2とした。ランダムピラミッド形状の凹凸構造付きPMMAシートは、実施例1の凹凸構造付きPMMAシートと同様の方法で作製したが、金型として単結晶シリコン基板をアルカリでエッチングした基板を使用した。形成したランダムピラミッド形状の凹凸構造付きPMMAシートをロールカッターで切断し、断面をSEMで観察したところ、凹凸部の高低差は10μmだった。 After measuring the photoelectric conversion characteristics of Comparative Example 3-1, a PMMA sheet with a concavo-convex structure having a random pyramid shape was adhered with an adhesive to obtain Comparative Example 3-2. The PMMA sheet with a concavo-convex structure in a random pyramid shape was produced by the same method as the PMMA sheet with a concavo-convex structure in Example 1, but a substrate obtained by etching a single crystal silicon substrate with an alkali was used as a mold. When the formed random pyramid-shaped PMMA sheet with an uneven structure was cut with a roll cutter and the cross section was observed with an SEM, the height difference of the uneven part was 10 μm.
比較例3−1と、裏面保護シートが鏡面反射シートである点のみが異なる太陽電池モジュールを作製し、比較例3−3とした。比較例3−3の光電変換特性測定後、実施例1と同じ工程で作製した断面が直角三角形である凹凸構造つきPMMAシートを基板の半分の大きさに切断し、切断した2枚を、図4に示す発電領域側にθ2を満たす最大傾斜面、最大傾斜面よりも発電領域から離れた領域にθ1を満たす最小傾斜面が配置されるように粘着剤(屈折率1.49)で粘着し、実施例3−1とした。 A solar cell module that differs from Comparative Example 3-1 only in that the back surface protective sheet is a specular reflection sheet was produced and referred to as Comparative Example 3-3. After measuring the photoelectric conversion characteristics of Comparative Example 3-3, the PMMA sheet with a concavo-convex structure whose cross section was a right triangle made in the same process as Example 1 was cut into half the size of the substrate, Adhere with an adhesive (refractive index 1.49) so that the maximum inclined surface satisfying θ2 is arranged on the power generation region side shown in FIG. 4 and the minimum inclined surface satisfying θ1 is arranged in a region farther from the power generation region than the maximum inclined surface. Example 3-1.
実施例3−1の光電変換特性測定後、凹凸構造付きPMMAシートを粘着剤ごと剥離し、実施例1−1と実施例2−1と同様にして非発電領域のみに凹凸構造付きPMMAシートを粘着剤で粘着し、実施例3−2とした。実施例3−2の光電変換特性を測定後、凹凸構造付きPMMAシートを粘着剤ごと剥離し、ランダムピラミッド形状の凹凸構造付きPMMAシートを粘着剤で粘着し、実施例3−3とした。 After measuring the photoelectric conversion characteristics of Example 3-1, the PMMA sheet with uneven structure was peeled together with the adhesive, and the PMMA sheet with uneven structure was applied only to the non-power generation region in the same manner as Example 1-1 and Example 2-1. It adhered with the adhesive and it was set as Example 3-2. After measuring the photoelectric conversion characteristics of Example 3-2, the PMMA sheet with a concavo-convex structure was peeled together with the adhesive, and the PMMA sheet with a concavo-convex structure having a random pyramid shape was adhered with the adhesive to obtain Example 3-3.
比較例3−3と、凹凸構造が反射防止用微粒子層である点のみが異なる太陽電池モジュールを作製し、比較例3−4とした。反射防止用微粒子層は、あらかじめ透光性基板1の光入射面にシリカ製の微粒子(平均粒子径100nm)を、オルトケイサンテトラエチル(TEOS)と混合後、バーコート法により塗布し、450℃で焼成することにより形成した。 A solar cell module different from Comparative Example 3-3 only in that the uneven structure is an antireflection fine particle layer was produced, and was designated as Comparative Example 3-4. The antireflection fine particle layer is prepared by previously mixing silica fine particles (average particle diameter of 100 nm) on the light incident surface of the translucent substrate 1 after mixing with orthokeisan tetraethyl (TEOS) by a bar coating method at 450 ° C. It was formed by firing.
以上作製した太陽電池モジュールの光電変換特性を凹凸構造付きPMMAシートなしで裏面保護シートが黒色バックシートの場合(比較例3−1)の光電変換特性に対する他条件での測定値の相対比で以下の表5に示す。 The photoelectric conversion characteristics of the solar cell module produced above are the following relative ratios of measured values under other conditions with respect to the photoelectric conversion characteristics when the back surface protective sheet is a black back sheet without the PMMA sheet with the uneven structure (Comparative Example 3-1). It shows in Table 5.
比較例3−2と実施例3−3の比較から、凹凸構造を光入射面全面に形成する場合、ランダムピラミッドである場合でも、裏面が鏡面反射シートであれば高い短絡電流向上効果が得られることがわかる。また、実施例3−1と実施例3−2との比較から非発電領域のみでなく、発電領域にも凹凸構造を形成した方が、より高い短絡電流向上効果が得られることがわかる。この短絡電流向上効果は、非発電領域からの光収集効果と、発電領域での反射防止効果が組み合わさったと考えられる。 From the comparison between Comparative Example 3-2 and Example 3-3, when the concavo-convex structure is formed on the entire surface of the light incident surface, a high short-circuit current improvement effect can be obtained even if it is a random pyramid if the back surface is a specular reflection sheet. I understand that. Moreover, it turns out from the comparison with Example 3-1 and Example 3-2 that the direction where a concavo-convex structure is formed not only in the non-power generation region but also in the power generation region provides a higher short-circuit current improvement effect. This short-circuit current improvement effect is considered to be a combination of the light collection effect from the non-power generation region and the antireflection effect in the power generation region.
また、実施例3−1と実施例3−3の比較では、ランダムピラミッドである実施例3−3に対し、実施例3−1のようにθ1<θ2である凹凸構造を、発電領域側にθ2を満たす最大傾斜面が向くように形成することにより、非発電領域からの高い光収集効果が表れることがわかる。実施例3−3と比較例3−4の比較から、ランダムピラミッドによる短絡電流の向上効果は、単純な反射防止効果による向上効果を大きく上回った。ランダムピラミッド構造により、反射防止効果のみでなく光収集が行われ、その結果高い短絡電流向上効果が得られたと考えられる。 Moreover, in the comparison between Example 3-1 and Example 3-3, the uneven structure with θ1 <θ2 as in Example 3-1 is formed on the power generation region side as compared with Example 3-3 which is a random pyramid. It can be seen that a high light collection effect from the non-power generation region appears by forming the maximum inclined surface satisfying θ2 to face. From the comparison between Example 3-3 and Comparative Example 3-4, the improvement effect of the short circuit current by the random pyramid greatly exceeded the improvement effect by the simple antireflection effect. It is considered that not only the antireflection effect but also light collection was performed by the random pyramid structure, and as a result, a high short-circuit current improvement effect was obtained.
以上のように、本発明のような透光性基板と裏面保護シートを用いることにより光収集効果が高く、反射防止効果も高い太陽電池モジュールを作製できることがわかった。 As described above, it was found that a solar cell module having a high light collection effect and a high antireflection effect can be produced by using a light-transmitting substrate and a back surface protective sheet as in the present invention.
1 透光性基板
2 太陽電池セル
2−1 セル透明基板
2−2 透明電極層
2−3 光電変換ユニット1
2−4 光電変換ユニット2
2−5 光電変換ユニット3
2−6 裏面電極
3 封止樹脂
4 裏面保護シート
5 凹凸構造
6 太陽光線
7 反射光
10 太陽電池モジュール
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Translucent board | substrate 2 Solar cell 2-1 Cell transparent substrate 2-2 Transparent electrode layer 2-3 Photoelectric conversion unit 1
2-4 Photoelectric conversion unit 2
2-5 Photoelectric conversion unit 3
2-6 Back surface electrode 3 Sealing resin 4 Back surface protection sheet 5 Concave and convex structure 6 Sun ray 7 Reflected light 10 Solar cell module
Claims (9)
前記透光性基板の光入射面側表面における少なくとも非発電領域に凹凸構造を有し、
前記凹凸構造は、複数の傾斜面から構成される凹凸部を複数有し、
前記複数の凹凸部のうちの、ある凹凸部の頂点を含み、前記透光性基板表面に垂直な断面において、前記凹凸部の前記傾斜面が前記透光性基板の表面となす傾斜角の最小角度と最大角度を各々θ1とθ2としたとき、30°<θ1<60°、30°<θ2を満たし、
前記裏面保護シートは、光入射面側表面の算術平均粗さRaが40nm以下、拡散反射率が10%以下、かつ反射率が90%以上である太陽電池モジュール。 A solar cell module having a solar cell between a translucent substrate and a back surface protective sheet,
Having a concavo-convex structure in at least the non-power generation region on the light incident surface side surface of the translucent substrate,
The concavo-convex structure has a plurality of concavo-convex parts composed of a plurality of inclined surfaces,
Among the plurality of concavo-convex portions, the minimum inclination angle formed by the inclined surface of the concavo-convex portion with the surface of the translucent substrate in a cross section including the apex of the concavo-convex portion and perpendicular to the translucent substrate surface. When the angle and the maximum angle are θ1 and θ2, respectively, 30 ° <θ1 <60 ° and 30 ° <θ2 are satisfied,
The back surface protection sheet is a solar cell module having an arithmetic average roughness Ra of the light incident surface side surface of 40 nm or less, a diffuse reflectance of 10% or less, and a reflectance of 90% or more.
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