JP2006066619A - 光源一体型太陽電池モジュールおよびそれを用いた発電発光ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】発電効率の低下を最小限に留めつつ、表面側および裏面側から均一な輝度の面発光を得ることができる意匠性の高い光源一体型太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】光源一体型太陽電池モジュールは、表面および裏面を有する光透過型の太陽電池と、太陽電池の裏面側を覆うように設けられた光透過型の面発光体とを備え、太陽電池は表面側から入射する光を利用して電力を発生し、面発光体は太陽電池で発生した電力を利用してその両面から面発光し、面発光体の両面から面発光される光のうち太陽電池の裏面と隣接する面発光体の一方の面から面発光された光は太陽電池を透過して太陽電池の表面側へ出射され、他方の面から面発光された光は太陽電池の裏面側へ出射されることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、光源一体型モジュールおよびそれを用いた発電発光ユニットに関し、詳しくは、発電機能と発光機能を併せ持つ太陽電池モジュールとそれを用いた発電発光ユニットに関する。

一般的な太陽電池パネルは、パネルを構成する太陽電池モジュールの表面色が、例えば、結晶系の場合は黒や青紫、アモルファス系の場合は茶色等に限定されており、パネル面が単一色となっている。その結果、太陽電池パネルの表情が、非常に殺風景で味気ないものとなっている。
そこで、太陽電池モジュールの表面や裏面を任意の色に着色し、色の異なる太陽電池モジュールを組合せることにより所望の文字や図形等の模様を表示するように構成された太陽電池パネルが提案されるに至っている。例えば、次のようなものが一般に知られている。

反射防止膜の厚み、積層数、屈折率等を調整することによって表面に所望の色が与えられた太陽電池モジュールを用い、表面色の異なる複数の太陽電池モジュールを組合せて文字や図形等を表示した太陽電池パネル（例えば、特許文献１参照。）

裏面側の透光性封止材料が所望の色に着色された光透過型の太陽電池モジュールを用い、裏面側の色が異なる複数の太陽電池モジュールを組合せて文字、図形、模様等を表示した太陽電池パネル（例えば、特許文献２参照）。

一方、太陽電池と光源を一体化し、昼間に蓄えた電力を夜間の照明に利用するものも提案されている。例えば、次のようなものが知られている。

透光性基板上に順に積層された透光性発光層および太陽電池と、太陽電池によって発電された電力を蓄える蓄電池と、太陽電池から蓄電池への充電と蓄電池から透光性発光層への給電を制御する制御部とを備え、太陽電池は透光性基板および透光性発光層を介して入射する光を受けて発電し、透光性発光層から発せられた光は透光性基板を介して外部へ出射される発光装置（例えば、特許文献３参照）。

面状発光する発光パネルと、発光パネルの周囲を囲う枠状の太陽電池と、太陽電池によって発電された電力を蓄える蓄電池と、太陽電池から蓄電池への充電と蓄電池から発光パネルへの給電を制御する制御部と、発光パネル、太陽電池、蓄電池および制御部を収容するケーシングとを備える発光装置（例えば、特許文献４参照）。

基板の一方表面に太陽電池と発光素子が配設され、他方表面に発光素子を発光させるための電子回路群が配設され、太陽電池、発光素子および電子回路群が基板に形成されたスルーホールを介して電気的に接続されてなる発光装置（特許文献５参照）。

光透過型太陽電池の裏面側に複数の発光素子を分散させて配置し、光透過型太陽電池の裏面側から発光を得る発光装置（非特許文献１参照）。
特開平８−１０７２３０号公報 特開２００１−２３７４４９号公報 特開昭５９−２１７９９１号公報 特開昭６０−７８４７７号公報 特開２００１−３５１４１８号公報 シャープ株式会社ホームページ、"２００４年７月２９日ニュースリリース「光る太陽電池「Lumiwall（ルミウォール）とソーラー街路灯を新発売」"、［online］、［平成１６年８月２３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.sharp.co.jp/corporate/news/040729-a.html＞

太陽電池モジュールの表面や裏面に所望の色を与え、異なる色の太陽電池モジュールを組合せて任意の模様を表示した太陽電池パネルの場合、昼間の明るい時間帯でしか模様の表示効果が得られない。また、表示できる模様は1種類に限られる。

一方、太陽電池と光源を一体化した発光装置において、太陽電池の光入射面上に透光性発光層が配設されたものでは、透光性発光層による入射光の損失が生じるため、太陽電池の発電効率が低下する。
また、太陽電池と、発光パネル又は発光素子等の光源が同一面上で重ならないように配設されている発光装置では、発電効率の低下は生じないものの、太陽電池が配置された領域からは発光を取り出せず、全面発光とならないことから認識性、意匠性に課題が残る。

一方、光透過型太陽電池の裏面側に発光素子を分散させて配置したものでは、裏面側から面発光が得られるが、昼間に裏面側から見た際に発光素子の配置された箇所が点状の影となるため、発光素子の存在を視認できないことからより意匠性の高いものが望まれていた。
また、夜間には発光素子の配置箇所の輝度が非配置箇所より明るくなるため、より均一な輝度の面発光が得られるものが望まれていた。
さらには、設置箇所や用途の多用化に対応するために、太陽電池の裏面側だけでなく表面側も面発光させることができるものが望まれていた。

この発明は以上のような事情を考慮してなされたものであり、発電効率の低下を最小限に留めつつ、表面側および裏面側から均一な輝度の面発光を得ることができる意匠性の高い光源一体型太陽電池モジュールおよびそれを用いた発電発光システムを提供するものである。

この発明は、表面および裏面を有する光透過型の太陽電池と、太陽電池の裏面側を覆うように設けられた光透過型の面発光体とを備え、太陽電池は表面側から入射する光を利用して電力を発生し、面発光体は太陽電池で発生した電力を利用してその両面から面発光し、面発光体の両面から面発光される光のうち太陽電池の裏面と隣接する面発光体の一方の面から面発光された光は太陽電池を透過して太陽電池の表面側へ出射され、他方の面から面発光された光は太陽電池の裏面側へ出射される光源一体型太陽電池モジュールを提供するものである。

この発明によれば、光透過型の太陽電池の裏面側に太陽電池の裏面側を覆うように光透過型の面発光体が配設されるので、光源による入射光の損失がなく、また、面発光体の両面から面発光された光のうち一方の面から発せられた光は太陽電池を透過して太陽電池の表面側へ出射され、他方の面から発せられた光は太陽電池に裏面側へ出射される。このため太陽電池の表面側および裏面側から均一な輝度の面発光を得ることができ、特に裏面側については極めて均一な輝度の面発光を得ることができる。
さらに、面発光体が光透過型であることから、昼間には発電を行いつつ太陽光をスムーズに透過させることができ、夜間には、例えば、面発光体の一方の面から発せられる光は屋外の照明や広告等の表示に、他方の面から発せられた光は屋外や屋内の照明等に利用することができる。
この結果、窓、天窓、透光性の屋根、表示板、照明、庭園灯等、様々な用途に利用できる認識性、意匠性および機能性に優れた光源一体型太陽電池モジュールを提供できる。

この発明による光源一体型太陽電池モジュールは、表面および裏面を有する光透過型の太陽電池と、太陽電池の裏面側を覆うように設けられた光透過型の面発光体とを備え、太陽電池は表面側から入射する光を利用して電力を発生し、面発光体は太陽電池で発生した電力を利用してその両面から面発光し、面発光体の両面から面発光される光のうち太陽電池の裏面と隣接する面発光体の一方の面から面発光された光は太陽電池を透過して太陽電池の表面側へ出射され、他方の面から面発光された光は太陽電池の裏面側へ出射されることを特徴とする。
この発明による光源一体型太陽電池モジュールにおいて、太陽電池としては、光透過型であれば特に限定されるものではなく、結晶系太陽電池又は薄膜系太陽電池のいずれであっても構わない。
また、太陽電池の形態としては、単一の太陽電池セルであってもよいし、複数の太陽電池セルが電気的に接続された太陽電池モジュールであってもよい。
また、面発光体としては、電力で両面に面発光できるものであればよく特に限定されないが、低消費電力で高輝度のものが好ましい。

この発明による光源一体型太陽電池モジュールにおいて、面発光体は、端面にＬＥＤ照明装置が配設された透光性の板状体からなっていてもよい。
このような構成によれば、透光性の板状体の端面にＬＥＤ照明装置が設けられることから、ＬＥＤ照明装置から発せられた光を透光性の板状体に導いて板状体の両面から面発光させることができる。
また、光源としてＬＥＤを用いることにより、低消費電力化、長寿命化、薄型軽量化を図ることができる。
また、ＬＥＤは、上記利点に加えて点滅動作等の制御が行い易いという利点もあり、この発明の光源一体型太陽電池モジュールの光源として好適である。
低消費電力化は太陽電池による発電量のみで十分な光度が得られることを意味し、長寿命化は光源一体型太陽電池モジュールのメンテナンスフリー化に寄与し、容易な制御性は表示体としてより多彩で高度なシステムを構築するうえで有利に作用する。

面発光体がＬＥＤ照明装置と透光性の板状体からなる上記構成において、ＬＥＤ照明装置は、ＲＧＢの３原色を発する複数のＬＥＤ素子を備えてもよい。
このような構成によれば、可視光領域のほぼ全域で単一光を発光できるようになるだけでなく、ＲＧＢの３原色を組合せることによってフルカラーの表示が可能になる。もちろん、ＲＧＢの３原色を同時点灯させて白色発光による夜間の照明効果を得ることも可能である。ＲＧＢのＬＥＤ素子は、各色の単色ＬＥＤ素子が規則的に配列されてもよいし、ＲＧＢの３素子を搭載したチップＬＥＤが用いられてもよい。

ＬＥＤ照明装置がＲＧＢの３原色を発する複数のＬＥＤ素子を備える上記構成において、ＬＥＤ照明装置はＬＥＤ素子を搭載する複数のＬＥＤ基板を備え、各ＬＥＤ基板はその発色を制御するための制御回路に接続されてもよい。
このような構成によれば、ＬＥＤ基板毎に発色を独立して制御できるので、ＬＥＤ基板の数を増やすことによって表示パターンを増やすことができ、より多彩で高度な表示が可能になる。

また、面発光体がＬＥＤ照明装置と透光性の板状体からなる上記構成において、板状体は、ガラスまたは透明樹脂からなる導光板であってもよい。
このような構成によれば、端面に配設されたＬＥＤ照明装置から発せられた光を効率よく板状体の両面から発光させることができる。また、導光板の加工方法により両面への発光比率、発光パターン、発光分布等を自由に設定することができる。

また、この発明による光源一体型太陽電池モジュールにおいて、面発光体は太陽電池の裏面を封止してもよい。
このような構成によれば、面発光体が通常の裏面封止材の役割を兼ねるので、モジュールの軽量化、製造工程の簡略化、低コスト化を図ることができる。

また、この発明による光源一体型太陽電池モジュールは、任意の図柄が印刷された印刷フィルムを更に備え、印刷フィルムは太陽電池と面発光体との間に挟まれるように配設されてもよい。
このような構成によれば、任意の図柄が印刷された印刷フィルムが太陽電池と面発光体との間に挟まれることにより、印刷フィルムに印刷内容がそのまま表現され、昼夜を通して広告板や表示板として機能させることができる。なお、上記構成において「任意の図柄」とは、例えば、文字、図形、模様、絵、イラスト、写真等のあらゆる図柄を意味する。

この発明による光源一体型太陽電池モジュールにおいて、太陽電池は光電変換を行う光電変換層を有し、光電変換層はその一部に光源から発せられた光を裏面側から表面側へ透過させる開口部が形成されていてもよい。
このような構成によれば、光電変換層の一部に開口部が形成されるという、簡易な構造で光透過型の太陽電池を得ることができる。この場合、太陽電池全体の透過率は、太陽電池全体の面積に対する開口部の比率によって決定されるので、太陽電池全体の透過率の設定も容易になる。この開口部は、例えば、レーザ加工によって容易に形成でき、均一な輝度の全面発光を得るためには、なるべく、多数の開口部を均一な分布で形成することが好ましい。

太陽電池の光電変換層に開口部が形成される上記構成において、太陽電池は、アモルファスシリコンからなる光電変換層と、微結晶シリコンからなる光電変換層が積層されたタンデム構造を有していてもよい。
このような構成によれば、光電変換層がアモルファスシリコンのみからなるシングル構造に比べ、変換効率が約１．５倍程度向上すると共に、太陽電池の色合いが茶色から黒に近い色となり、表示体のバックカラーとしてより意匠性に優れたものとなる。

また、太陽電池の光電変換層に開口部が形成される上記構成において、開口部は、太陽電池の全体の面積に占める比率が５〜３０％の範囲内となるように形成されていてもよい。
このような構成によれば、太陽電池の発電量と、面発光体の消費電力とのバランスをとりつつ、面発光体から発せられた光を効率良く太陽電池の表面側へ透過させると共に、面発光体の他方の面（すなわち光源一体型太陽電池モジュールの裏面側）へ適当な光量の太陽光を透過させることができる。
すなわち、開口率が５％より小さい場合には、面発光体から発せられた光を透過させる面積が小さくなり過ぎ表面側へ効率良く光を透過させることができなくなると共に、昼間に面発光体の他方の面へ透過する光量も不十分となる。一方、開口率が３０％より大きい場合には、光電変換に寄与する面積が少なくなり過ぎ、発電効率が低下して面発光体の発光に必要な電力をまかなうことができなくなる恐れがある。

また、太陽電池の光電変換層に開口部が形成される上記構成において、太陽電池は複数の集積型太陽電池セルを互いに隣接するように配列した太陽電池モジュールであって、隣接する一対の集積型太陽電池セルはそれらの一部が太陽電池全体の透過率と同程度の透過率を有するフィルムで覆われていてもよい。
つまり、通常の集積型太陽電池セルは、光電変換層の存在する非透明部分と光電変換層の存在しない透明部分とから構成されるので、このような集積型太陽電池セルからなる太陽電池モジュールの背面側を照らすと、隣接するセルの透明部分に対応する箇所の輝度がその他の部分よりも高くなり、均一な輝度の全面発光が得られにくくなる。
しかしながら、上述のように構成すれば、隣接する一対の集積型太陽電池セルはそれらの一部、すなわちそれらの透明部分が太陽電池全体の透過率と同程度の透過率を有するフィルムによって覆われるので、太陽電池全体の透過率を一様に整えることができ、均一な輝度の全面発光が得られ易くなる。
なお、フィルムとしては、モジュール作製工程における温度プロセスに耐え得る耐熱性と、使用環境における耐候性を備えたものであればよく、特に限定されないが、光電変換層の色合いと同系の色合いを有するものであることが意匠上の観点からみて好ましい。

また、この発明による光源一体型太陽電池モジュールは、充電・放電回路および２次電池を更に備えてもよい。
このような構成によれば、モジュール単体での独立運転が可能となり、設置箇所の範囲が広がり、さらには設置工事も単純化される。
特に、天窓のような小面積の部分へ設置する場合や、上述の印刷フィルムを設けて広告板や表示板として用いる場合には、モジュール単体で設置される可能性が高く、上記構成はこれらの場合に特に有用である。

この発明は別の観点からみると、平面状又は曲面状に配列された複数の光源一体型太陽電池モジュールを備え、各光源一体型太陽電池モジュールが上述のこの発明による光源一体型太陽電池モジュールからなる発電発光システムを提供するものでもある。
このような発電発光システムによれば、昼間に発電し蓄えた電力を利用し、夜間にシステム全体で文字、図形、模様等を表示できる。
この発明による発電発光システムは、特に、大面積表示システムとして有用であり、店舗や企業の看板として好適に機能できる。
面発光体は各太陽電池モジュールの裏面側に設けられるので、太陽電池モジュールの発電効率を低下させる恐れもなく、また、表面側からはその存在を視認できないことから外観上の美観にも優れる。

以下、図面に示す実施例に基づいてこの発明を詳細に説明する。

実施例１
この発明の実施例１よる光源一体型太陽電池モジュールについて、図１〜１２に基づいて説明する。図１は実施例による光源一体型太陽電池モジュールの概略的な構成を示す正面図、図２は図１に示される光源一体型太陽電池モジュールの概略的な構成を示すＡ−Ａ断面図、図３は図２に示される光源一体型太陽電池モジュールの発電時の作用を示す説明図、図４は図２に示される光源一体型太陽電池モジュールの発光時の作用を示す説明図、図５は光源一体型太陽電池モジュールを構成する集積型薄膜太陽電池セルの平面図、図６は図５に示される集積型薄膜太陽電池セルのＢ−Ｂ要部断面図、図７は図５に示される集積型薄膜太陽電池セルのＣ−Ｃ要部断面図、図８はＬＥＤ照明装置を構成するＬＥＤ基板の平面図、図９および図１０は図５に示される集積型薄膜太陽電池セルの製造工程を示す工程図、図１１は太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図、図１２は光源一体型太陽電池モジュールの組立工程を示す説明図である。

光源一体型太陽電池モジュール
図１〜４に示されるように、実施例１による光源一体型太陽電池モジュール６０は、表面および裏面を有する光透過型の太陽電池モジュール１０と、太陽電池モジュール１０の裏面側に設けられた光透過型の面発光体５３とを備え、太陽電池モジュール１０は表面側から入射する太陽光１００を利用して電力を発生し、面発光体５３は太陽電池モジュール１０で発生した電力を利用してその両面からＬＥＤ光２００を面発光し、面発光体５３から面発光されたＬＥＤ光２００のうち太陽電池モジュール１０の裏面と隣接する面発光体５３の一方の面から面発光されたＬＥＤ光２００は太陽電池モジュール１０を透過して太陽電池モジュール１０の表面側へ出射され、他方の面から面発光されたＬＥＤ光２００は太陽電池モジュール１０の裏面側へ出射されるように構成されている。

図２に示されるように、面発光体５３は、太陽電池モジュール１０の裏面カバーガラス１５と、裏面カバーガラス１５の両側端面に取り付けられたＬＥＤ照明装置５０とから構成されている。ＬＥＤ照明装置５０は、その発光面側が裏面カバーガラス１５の側端面に向くように取り付けられ、図４に示されるようにＬＥＤ照明装置５０から発せられたＬＥＤ光２００は、裏面カバーガラス１５の側端面に入射して裏面カバーガラス１５の表面および裏面の両面から面発光される。つまり、裏面カバーガラス１５は、太陽電池モジュール１０の裏面側を封止する封止板としての役割と、ＬＥＤ照明装置５０から発せられた光を面発光させる導光板としての役割の両方を担っている。
これにより、図４に示されるように、ＬＥＤ照明装置５０から発せられたＬＥＤ光２００は太陽電池モジュールの表面側から出射されるだけでなく、太陽電池モジュールの裏面側からも面発光されることとなる。

図１に示されるように、太陽電池モジュール１０は、光透過型（シースルー型）の２つの集積型薄膜太陽電池セル２０から構成されている。図５〜７に示されるように、各集積型薄膜太陽電池セル２０はアモルファスシリコンからなる第１光電変換層２４と微結晶シリコンからなる第２光電変換層２５が積層されてなるタンデム型の光電変換層２６を有し、光電変換層２６にはＬＥＤ照明装置５０（図４参照）から発せられたＬＥＤ光２００（図４参照）を裏面側から表面側へ透過させるためのスリット状の開口部３０が形成されている。

この実施例において、各集積型薄膜太陽電池セル２０の全体の面積に占める開口部３０の面積比率は約１０％である。これは、各集積型薄膜太陽電池セル２０の全体としての光透過率が約１０％であることを意味している。このため、図１に示されるように、２つの集積型薄膜太陽電池セル２０が接する縁において、光電変換層２６が存在しない透明なトリミング部３２（図５参照）には、約１０％の光透過率を有する黒色ＰＥＴフィルム１４が配され、太陽電池モジュール１０の全体としての透過率が一様に保たれるように配慮されている。

図１に示されるように、各ＬＥＤ照明装置５０は、４つの縦長のＬＥＤ基板５１をそれらの長手方向に配置して構成されている。各ＬＥＤ基板５１（図８参照）は、それぞれモジュール枠１８内に収容されたＬＥＤ制御回路５４に接続されており、各ＬＥＤ基板５１毎に発光色の制御が可能な構成となっている。なお、モジュール枠１８内に収容されたＬＥＤ制御回路５４はシーリングによって防水処理されている。
以下、実施例による光源一体型太陽電池モジュールの作製方法について説明する。

工程１：集積型薄膜太陽電池セルの作製
まず、図９（ａ）に示されるように、絶縁性の透光性基板として厚さ１．８ｍｍのガラス基板２１を使用し、ガラス基板２１上（基板サイズ：５６０ｍｍ×９２５ｍｍ）に、透明導電膜２２として、熱ＣＶＤ法でＳｎＯ₂（酸化錫）を成膜する。
次に、図９（ｂ）に示されるように、ＹＡＧレーザの基本波を用いて透明導電膜２２のパターニングを行う。レーザ光をガラス基板２１側から入射させることにより、透明導電膜２２は短冊状に分離されて分離ライン２３が形成される。この後、得られたガラス基板基板２１を純水で超音波洗浄する。

次に、図９（ｃ）に示されるように、プラズマＣＶＤ装置により、第１光電変換層２４を形成する。第１光電変換層２４は、ａ−Ｓｉ：Ｈ ｐ層、ａ−Ｓｉ：Ｈ ｉ層、ａ−Ｓｉ：Ｈ ｎ層からなり、合計の厚みは０．２５μｍ程度である。
続いて、図９（ｄ）に示されるように、プラズマＣＶＤ装置により第２光電変換層２５を形成する。第２光電変換層２５は、μｃ−Ｓｉ：Ｈ ｐ層、μｃ−Ｓｉ：Ｈ ｉ層、μｃ−Ｓｉ：Ｈ ｎ層からなり、合計の厚みは１．６μｍ程度である。第１光電変換層２４と第２光電変換層２５のコンタクト性向上による特性向上を目的として間に透明中間膜を挿入しても構わない。
第１光電変換層２４と第２光電変換層２５によってタンデム型の光電変換層２６が構成される。

次に、図９（ｅ）に示されるように、ＹＡＧレーザの第２高調波を用いて、第１および第２光電変換層２４，２５をレーザを用いてパターニングする。レーザ光をガラス基板２１側から入射させることにより、第１および第２光電変換層２４，２５は短冊状に分離され、透明導電膜２２と後に形成する裏面電極層２８（図１０（ｆ）参照）とを電気的に接続するためのコンタクトライン２７が形成される。また、レーザとしてＹＡＧレーザの第２高調波を用いたが、ＹＡＧレーザの第３高調波を用いても構わない。

次に、図１０（ｆ）に示されるように、マグネトロンスパッタ装置により、ＺｎＯ（酸化亜鉛）層とＡｇ層を順に積層し裏面電極層２８を形成する。この際、ＺｎＯ層とＡｇ層の厚みはそれぞれ、５０ｎｍ、１２５ｎｍとする。ＺｎＯ層の代わりに、ＩＴＯやＳｎＯ₂等の透光性の高い導電性膜を用いてもよい。裏面電極層２８はＺｎＯ層等の透明導電膜を割愛した構成としても構わないが、高い変換効率を得るためには割愛しない方が好ましい。

次に、図１０（ｇ）に示されるように、裏面電極層２８をレーザを用いてパターニングする。レーザをガラス基板２１側から入射させることにより、裏面電極層２８は短冊状に分離され、分離ライン２９が形成される。この際、レーザによる透明導電膜２２へのダメージを避けるため、レーザには透明導電膜２２に対する透過性の良いＹＡＧレーザの第２高調波等を使用し、透明導電膜２２へのダメージを最小限に抑える加工条件を選択することが好ましい。

続いて、図１０（ｈ）に示されるように、マスク（図示せず）を用いてガラス基板２１側よりＹＡＧレーザの第２高調波をレーザ照射することにより開口部３０を作製する。なお、図１０（ｈ）の断面方向は、図５のＣ−Ｃ断面方向であり、図１０（ｇ）と図面上の断面方向が９０°異なっているため、図１０（ｇ）に表れていた分離ライン２９は図面に表れていない。開口部３０を形成する際のレーザ加工条件は、裏面電極層２８の分離ライン２９（図１０（ｇ）参照）形成時と同様に、透明導電膜２２にダメージを与えない条件を選択するのが好ましい。なお、開口部３０の幅は１２０μｍ、開口部３０のピッチは１．２７ｍｍとする。このように加工することにより、有効な発電領域に対する開口部３０の面積比率を約１０％とする。
最後にＰ側、Ｎ側の端子部にパルスヒート方式により、はんだメッキバスバーをそれぞれ８箇所はんだ付けして集電極３１（図５参照）を形成することにより、図５に示される集積型薄膜太陽電池セル２０が完成する。

このようにして作製された基板サイズ５６０ｍｍ×９２５ｍｍ、４８段集積、開口率１０％の集積型薄膜太陽電池セル２０の特性をソーラーシュミレーターＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）により測定する。その測定結果は、Ｉｓｃ：１．０８Ａ、Ｖｏｃ：６４．８Ｖ、Ｆ．Ｆ．：０．６８６、Ｐｍａｘ：４８．０Ｗである。モジュール化までに裏面電極層２８を構成するＡｇ層の酸化による変色を防止するために、ポリエチレンフィルムで裏面電極層２８を一時的に封止して保存する。

工程２：太陽電池モジュールの作製
この工程２では、工程１で作製された集積型薄膜太陽電池セル２０を２枚用いて３層合わせガラス構造の太陽電池モジュール１０（図１参照）を作製する。
まず、図１１（ａ）に示されるように、表面カバーガラス１１となる基板サイズ１１２０ｍｍ×９８３ｍｍ、厚さ８ｍｍの白板強化ガラスの上に接着層として、厚さ０．６ｍｍのＥＶＡシート１２を２枚重ねてセットする。その上に工程１で作製した集積型薄膜太陽電池セル２０を２枚並べてセットする。
並べられた２枚の集積型薄膜太陽電池セル２０の対向するＰ側およびＮ側の集電極３１（図１参照）を透明ＰＥＴ被覆バスバー１３（図１参照）にて直列結線し、さらに両端に位置する一方のセル２０のＰ側の集電極３１（図１参照）と他方のセル２０のＮ側の集電極３１（図１参照）に、端子取り出し線として透明ＰＥＴ被覆バスバー１３（図１参照）をはんだ付けする。

次いで、図１１（ｂ）に示されるように、並べられ直列結線された集積型薄膜太陽電池セル２０の上に厚さ０．６ｍｍのＥＶＡシート１２をセットし、セットしたＥＶＡシート１２の上にサイズ９００ｍｍ×２０ｍｍの可視光透過率が１０％程度の黒色ＰＥＴフィルム１４を、集積型薄膜太陽電池セル２０どおしが接する縁における透明なトリミング部３２（図５参照）が遮蔽されるようにセットする。
次いで、図１１（ｃ）に示されるように、黒色ＰＥＴフィルム１４の上にさらにＥＶＡシート１２を重ね、最後に、裏面カバーガラス１５として基板サイズ１１２０ｍｍ×９８３ｍｍ、厚さ８ｍｍの白板強化ガラスをセットする。

続いて、図１１（ｄ）に示されるように、上記のようにセッティングが完了したモジュールをオートクレーブ方式により、真空度と温度を調整制御して、ＥＶＡを溶解、架橋させて一体化し、太陽電池モジュール１０を完成させる。
その後、はみ出した不要なＥＶＡ樹脂を端面処理により除去して、端子ボックス１６（図１参照）をシリコーン樹脂によりガラス端面に接着し、端子ボックス１６内でセルの端子取り出し線と外部のケーブル線１７（図１参照）をそれぞれはんだ付け結線することにより、図１に示される状態の太陽電池モジュール１０となる。なお、端子ボックス１６内は、浸水による短絡防止のため、ポッティング用シリコーン樹脂を充填する。

このようにして作製されるモジュールサイズ１１８０ｍｍ×９８３ｍｍ、使用セル２枚、開口率１０％の太陽電池モジュールの特性をソーラーシュミレーターＡＭ１．５（１００ｍＷ／ｃｍ²）により測定する。その測定結果は、Ｉｓｃ：０．９７２Ａ、Ｖｏｃ：１２８Ｖ、Ｆ．Ｆ．：０．６８６、Ｐｍａｘ：８５．３Ｗである。

工程３：ＬＥＤ照明装置の作製と設置
上述の通り、図１に示される各ＬＥＤ照明装置５０は、４つの縦長のＬＥＤ基板５１をそれらの長手方向に配置した構成となっている。図８に示される各ＬＥＤ基板５１としては、プリント配線Ａｌベース放熱基板を用い、ＬＥＤ素子５２としては６ｍｍ×７ｍｍ、厚み２．４ｍｍ、最大消費電力４００ｍＷのＲＧＢチップを搭載した大電流駆動が可能な超高輝度タイプのチップＬＥＤを用いる。各ＬＥＤ基板５１に搭載された１２個の上記チップＬＥＤは２０ｍｍ間隔で一列に接続され、各ＬＥＤ基板５１はそれぞれＬＥＤ制御回路５４（図１参照）に接続される。

図１および図１２に示されるように、各ＬＥＤ基板５１は、その発光面側が太陽電池モジュール１０の裏面カバーガラス１５の側端面に向くように、裏面カバーガラス１５の両側端面に４つずつ縦方向に設置される。この際、各ＬＥＤ基板５１からの発光が裏面カバーガラス１５の側端面からガラス内部に最大限取り込まれるように、適切な屈折率を有する樹脂で接着してもよい。
その後、太陽電池モジュール１０の周囲にモジュール枠１８を兼ねるアルミ製防水ケースを取り付ける。
図８に示される各ＬＥＤ基板５１には、上述の通りＬＥＤ素子５２として１２個のチップＬＥＤが搭載されるので、図１に示される光源一体型太陽電池モジュール６０には９６個のチップＬＥＤが使用され、１個のチップＬＥＤには、赤色、緑色、青色ともに８段階の階調をもたせるので、それらの組合せにより５１２色を表現できることとなる。
８つのＬＥＤ基板５１はそれぞれ独立して発光色が制御されるので、図１に示される光源一体型太陽電池モジュール６０は同時に８種類の色を表現できる。
以上の工程１〜３によって、図１および図２に示される光源一体型太陽電池モジュール６０が作製される。

実施例１による光源一体型太陽電池モジュール６０は、単体で使用される場合には充電・放電回路および二次電池と接続して用いられる。
昼間には図３に示されるように太陽光１００によって発電と蓄電を行いつつ光源一体型太陽電池モジュール６０の裏面側に太陽光１００を透過させることができ、夜間には図４に示されるように蓄電された電力を利用して同時に８種類の色のＬＥＤ光２００を光源一体型太陽電池モジュール６０の表面および裏面側から面発光させることができる。ＲＧＢの３色を同時点灯させれば白色の照明として利用することも可能である。

実施例２
この発明の実施例２による発電発光システムについて図１３に基づいて説明する。図１３は実施例２による発電発光システムの正面図である。
図１３に示される実施例２による発電発光システム７０は、上述の実施例１による光源一体型太陽電池モジュール６０を１２０台使用し、縦方向に８台、横方向に１５台アレイ状に配置し、８ｍ×１８ｍの大面積自発光型の発電発光システムを構築したものである。
発電発光システム７０全体で合計９６０枚のＬＥＤ基板５１（図９参照）が使用されるため、独立して制御できる領域は９６０箇所となり、それぞれＲＧＢの階調の組合せで５１２色を表現することができる。

実施例１による発電発光システムの全発電容量は、９．２ｋＷシステムに相当し、ＬＥＤ照明装置の最大消費電力の約２倍の容量を有しており、ＬＥＤ照明装置を駆動するのに必要となる電力を発電によって十分にまかなうことができる。
図示しないが、発電発光システム７０は、充電・放電回路を備えた充電・放電制御ユニット、二次電池および各光源一体型太陽電池モジュール６０の発光を統合的に制御する発光制御ユニットと接続して使用される。

このような発電発光システム７０は、昼間に蓄えた電力を利用し、夜間に各光源一体型太陽電池モジュール６０の表面側および裏面側を全面発光させることができる。各光源一体型太陽電池モジュール６０は、５１２色のなかから選択された８種類の色を同時に表示することができ、各光源一体型太陽電池モジュール６０の発光色を適宜設定制御することにより、所望の文字、図形、模様等を発光表示させることができる。もちろん、各光源一体型太陽電池モジュール６０についてＲＧＢを同時点灯させれば、大面積の白色照明装置としても利用可能である。

実施例３
この発明の実施例３による光源一体型太陽電池モジュールについて図１４および図１５に基づいて説明する。図１４は実施例３による光源一体型太陽電池モジュールの概略的な構成を示す正面図であり、図１５は実施例３による光源一体型太陽電池モジュールの電気的な構成を示すブロック図である。
図１４に示される実施例３による光源一体型太陽電池モジュール６１は、ＬＥＤ基板５１ａに搭載されるＬＥＤ素子５２（図８参照）として、６ｍｍ×５．７ｍｍ、厚み２．５ｍｍ、最大消費電力２００ｍＷの青紫色チップとＲＧＢ蛍光体からなる白色チップＬＥＤを用い、さらにモジュール枠１８ａの上部内に充電・放電コントローラー５５、リチウムイオン二次電池５６、およびＬＥＤ制御回路５４を収容し防水処理を施したものである。なお、実施例３による光源一体型太陽電池モジュール６１の電気的な構成は図１５のブロック図に示される通りである。
各白色ＬＥＤチップの発光制御は、実施例１のようにＬＥＤ基板５１単位ではなく、ＬＥＤ照明装置５０ａ単位として簡略化が図られているが、８段階の階調で発光制御することができる。その他の構成は実施例１による光源一体型太陽電池モジュール６０と同様である。

実施例３による光源一体型太陽電池モジュール６１は、モジュール枠１８ａの内部に充電・放電コントローラー５５およびリチウムイオン二次電池５６を備えたことにより、光源一体型太陽電池モジュール６１単体での発電、発光が可能となり、光源一体型太陽電池モジュール６１単体を独立して容易に設置できる。例えば、実施例３による光源一体型太陽電池モジュール６１を住宅等の天窓に設置した場合、昼間は太陽光を採光しつつ発電し、夜間は昼間に蓄電された電力を利用し白色の照明として利用できる。
なお、実施例３による光源一体型太陽電池モジュール６１の公称最大出力は７６．８Ｗであり、ＬＥＤ照明装置５０ａの最大消費電力の約４倍の出力があり、ＬＥＤ照明装置５０ａを駆動させるのに必要な電力を発電によって十分にまかなうことができ、実際に、昼間の充電により夜間に８時間以上発光させることができた。

実施例４
この発明の実施例４による光源一体型太陽電池モジュールについて、図１６および図１７に基づいて説明する。図１６は実施例４による光源一体型太陽電池モジュールの概略的な構成を示す正面図であり、図１７は図１６のＤ−Ｄ断面図である。
実施例４による光源一体型太陽電池モジュール６２は、実施例３による光源一体型太陽電池モジュール６１の裏面カバーガラス１５と太陽電池モジュール１０との間に任意の文字、図形、模様、写真等がカラー印刷された透明ＰＥＴフィルム１４ａを挟むように設けたものである。

詳しくは、太陽電池モジュールの作製工程において（実施例１の「工程２」参照）、透明なトリミング部を遮蔽するための黒色ＰＥＴフィルム１４の上に上記の透明ＰＥＴフィルム１４ａを載置し、その上にＥＶＡシート１２と裏面カバーガラス１５を順に重ね、ＥＶＡを溶解、架橋させて一体化することにより作製する。その他の構成は実施例３による光源一体型太陽電池モジュール６１と同様である。

実施例４による光源一体型太陽電池モジュール６２は、透明ＰＥＴフィルム１４ａに印刷された内容をそのまま表示できるため、光源一体型太陽電池モジュール６２単体で独立した広告板、表示板として昼夜を通して利用することができる。

実施例１による光源一体型太陽電池モジュールの概略的な構成を示す正面図である。 図１に示される光源一体型太陽電池モジュールの概略的なＡ−Ａ断面図である。 図２に示される光源一体型太陽電池モジュールの発電時の作用を示す説明図である。 図２に示される光源一体型太陽電池モジュールの発光時の作用を示す説明図である。 光源一体型太陽電池モジュールを構成する集積型薄膜太陽電池セルの平面図である。 図５に示される集積型薄膜太陽電池セルのＢ−Ｂ要部断面図である。 図５に示される集積型薄膜太陽電池セルのＣ−Ｃ要部断面図である。 ＬＥＤ照明装置を構成するＬＥＤ基板の平面図である。 集積型薄膜太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。 集積型薄膜太陽電池セルの製造工程を示す工程図である。 太陽電池モジュールの製造工程を示す工程図である。 光源一体型太陽電池モジュールの組立工程を示す説明図である。 実施例２による発電発光システムの正面図である。 実施例３による光源一体型太陽電池モジュールの概略的な構成を示す正面図である。 実施例３による光源一体型太陽電池モジュールの電気的な構成を示すブロック図である。 実施例４による光源一体型太陽電池モジュールの概略的な構成を示す正面図である。 図１６に示される光源一体型太陽電池モジュールの概略的なＤ−Ｄ断面図である。

符号の説明

１０・・・太陽電池モジュール
１１・・・表面カバーガラス
１２・・・ＥＶＡシート
１３・・・透明ＰＥＴ被覆バスバー
１４・・・黒色ＰＥＴフィルム
１４ａ・・・透明ＰＥＴフィルム
１５・・・裏面カバーガラス
１６・・・端子ボックス
１７・・・ケーブル線
１８・・・モジュール枠
２０・・・集積型薄膜太陽電池セル
２１・・・ガラス基板
２２・・・透明導電膜
２３・・・分離ライン
２４・・・第１光電変換層
２５・・・第２光電変換層
２６・・・光電変換層
２７・・・コンタクトライン
２８・・・裏面電極層
２９・・・分離ライン
３０・・・開口部
３１・・・集電極
３２・・・トリミング部
５０，５０ａ・・・ＬＥＤ照明装置
５１・・・ＬＥＤ基板
５２・・・ＬＥＤ素子
５４・・・ＬＥＤ制御回路
５５・・・充電・放電コントローラー
５６・・・リチウムイオン二次電池
６０，６１，６２・・・光源一体型太陽電池モジュール
７０・・・発電発光システム
１００・・・太陽光
２００・・・ＬＥＤ光

Claims (13)

1. 表面および裏面を有する光透過型の太陽電池と、太陽電池の裏面側を覆うように設けられた光透過型の面発光体とを備え、太陽電池は表面側から入射する光を利用して電力を発生し、面発光体は太陽電池で発生した電力を利用してその両面から面発光し、面発光体の両面から面発光される光のうち太陽電池の裏面と隣接する面発光体の一方の面から面発光された光は太陽電池を透過して太陽電池の表面側へ出射され、他方の面から面発光された光は太陽電池の裏面側へ出射される光源一体型太陽電池モジュール。
2. 面発光体は、端面にＬＥＤ照明装置が配設された透光性の板状体からなることを特徴とする特徴とする請求項１に記載の光源一体型太陽電池モジュール。
3. ＬＥＤ照明装置が、ＲＧＢの３原色を発する複数のＬＥＤ素子を備えることを特徴とする請求項２に記載の光源一体型太陽電池モジュール。
4. ＬＥＤ照明装置はＬＥＤ素子を搭載する複数のＬＥＤ基板を備え、各ＬＥＤ基板はその発色を制御するための制御回路に接続されることを特徴とする請求項３に記載の光源一体型太陽電池モジュール。
5. 板状体は、ガラスまたは透明樹脂からなる導光板であることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の光源一体型太陽電池モジュール。
6. 面発光体が太陽電池の裏面側を封止することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の光源一体型太陽電池モジュール。
7. 任意の図柄が印刷された印刷フィルムを更に備え、印刷フィルムは太陽電池と面発光体との間に挟まれるように配設されることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の光源一体型太陽電池モジュール。
8. 太陽電池は光電変換を行う光電変換層を有し、光電変換層はその一部に面発光体から発せられた光を裏面側から表面側へ透過させる開口部が形成されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つに記載の光源一体型太陽電池モジュール。
9. 太陽電池は、アモルファスシリコンからなる光電変換層と、微結晶シリコンからなる光電変換層が積層されたタンデム構造を有することを特徴とする請求項８に記載の光源一体型太陽電池モジュール。
10. 開口部は、太陽電池の有効発電領域に占める面積の比率が５〜３０％の範囲内となるように形成されることを特徴とする請求項８又は９に記載の光源一体型太陽電池モジュール。
11. 太陽電池は複数の集積型太陽電池セルを互いに隣接するように配列した太陽電池モジュールであって、隣接する一対の集積型太陽電池セルはそれらの一部が太陽電池全体の透過率と同程度の透過率を有するフィルムで覆われていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１つに記載の光源一体型太陽電池モジュール。
12. 充電・放電回路および２次電池を更に備えた請求項１〜１１のいずれか１つに記載の光源一体型太陽電池モジュール。
13. 平面状又は曲面状に配列された複数の光源一体型太陽電池モジュールを備え、各光源一体型太陽電池モジュールが請求項１〜１２のいずれか１つに記載の光源一体型太陽電池モジュールからなることを特徴とする発電発光システム。

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