シースルー型光電変換装置およびそれを用いた建材
【課題】 発電効率を低下させることなく、高い電磁波シールド性を持つシースルー型光電変換装置を提供する。
【解決手段】 前面透明導電層３と裏面電極層５とで挟持された光電変換層４を有し、該光電変換層４には光が通過する開口部９が形成され、少なくとも該開口部９を覆う位置に対応して裏面透明導電層７が配設されている。
【解決手段】 前面透明導電層３と裏面電極層５とで挟持された光電変換層４を有し、該光電変換層４には光が通過する開口部９が形成され、少なくとも該開口部９を覆う位置に対応して裏面透明導電層７が配設されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に関し、特に、発電と採光との機能を合わせ持つシースルー型光電変換装置およびそれを用いた建材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する意識の高まりやシステムの低価格化などにより、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電システムの普及が急激に拡大している。現在普及している太陽光発電システム用の太陽電池モジュール（光電変換装置）の主な形態は、以下の２種類に大別される。
【０００３】
すなわち、単結晶シリコンや多結晶シリコンに代表されるような、バルク結晶の太陽電池セルを複数枚接続して構成した結晶系太陽電池モジュールの形態と、アモルファスシリコンや微結晶シリコンに代表されるような、基板上に光電変換層を薄膜として形成した薄膜太陽電池モジュールの形態とである。前者の結晶系太陽電池モジュールは、通常は、単位面積当りの発電量を高めるために、結晶太陽電池セルを隙間なく並べてガラスで封止してモジュール化する場合が多いが、セル間隔を広げて配置することで光透過性のあるシースルー型モジュールとすることもできる。
【０００４】
後者の薄膜太陽電池モジュールの代表的な構造としては、サブストレート型とスーパーストレート型との２種類が挙げられる。一般的なサブストレート型の構造は、図４（ａ）に示すように、不透光性基板１０１上に、裏面電極層１０２、光電変換層１０３、透明導電層１０４、およびグリッド電極１０５が、この順に積層されている。この場合、上記グリッド電極１０５側が光の入射面となる。
【０００５】
これに対し、スーパーストレート型の構造は、図４（ｂ）に示すように、透光性基板１０６上に、透明導電層１０７、光電変換層１０８、および裏面電極層１０９が、この順に積層されている。この場合、上記透光性基板１０６側が光の入射面となる。
【０００６】
一般的には、このスーパーストレート型は、上記サブストレート型と異なり基板が透光性基板１０６であるため、光電変換層１０８および裏面電極層１０９の光透過率を上げることで、透光性基板１０６側（光入射面側）から薄膜太陽電池モジュールに入射した光の一部を、裏面電極層１０９を通過して薄膜太陽電池モジュールの裏側へ透過させることができる。
【０００７】
また、図４（ａ）に示す上記サブストレート型においても、不透光性基板１０１の代わりに透光性基板を使用したり、不透光性基板１０１に光を透過する開口部を形成したりことで、光透過性のある薄膜太陽電池モジュールを作製することができる。このように光が薄膜太陽電池モジュールの裏側へ透過する薄膜太陽電池モジュールをシースルー型薄膜太陽電池モジュールという。
【０００８】
上記のように、光電変換層および裏面電極層の光透過率を上げる手段として、透光性基板上に透明導電層、光電変換層、および裏面電極層を、この順に積層させて、光電変換層と裏面電極層とに複数の透孔や切り溝を形成し、該透孔や切り溝を介した光透過を利用するシースルー型薄膜太陽電池モジュールも知られている。このようなシースルー型結晶系太陽電池モジュールおよびシースルー型薄膜太陽電池モジュールは、発電と採光との機能を合わせ持っている。
【０００９】
さらに、特許文献１には、図５に示すように、透光性基板１１０の少なくとも一部の裏面の表面領域上に、それぞれ透明前面電極層１１１と光電変換ユニット層１１２と裏面電極層１１３とを備える複数の薄膜太陽電池単位セルが集積された集積型太陽電池構造を有しているシースルー型薄膜太陽電池モジュールが開示されている。なお、複数の各薄膜太陽電池単位セルの裏面は、接着層１１５を介して透明フィルム１１６により封止されている。
【００１０】
そして、該集積型太陽電池モジュールの構造の少なくとも一部において、透明前面電極層１１１が露出された光透過窓部（シースルー部）１１４を構成し、該露出された透明前面電極層１１１は、上記集積型のシースルー型薄膜薄膜太陽電池モジュールの構造における、上記薄膜太陽電池単位セル間の電気の流れを確保している。この特許文献１に記載のシースルー型薄膜太陽電池モジュールは、簡便な方法で作製でき、光透過窓部１１４を任意のパターンに形成することができるという利点がある。
【００１１】
ここまでの説明では、シースルー型薄膜太陽電池モジュール（シースルー型光電変換装置）を発電デバイスという側面からみた場合について述べてきた。これに対して、以下、シースルー型薄膜太陽電池モジュールを建材という側面からみた場合について説明する。
【００１２】
シースルー型薄膜太陽電池モジュールは、例えば建築物の窓や壁など、建築デザインとの調和が要求される用途で有用である。特に、近年オフィスビルなどにおいて外壁の一部または全部（全面）がガラスで覆われた建築デザインが増えている。このような建築デザインに、シースルー型薄膜太陽電池モジュールを建材としてガラスの代わりに使用することで、ビルの壁全体のスペースを発電に利用できると同時に、適度な遮光性のある窓として快適なオフィス環境をつくることができる。
【００１３】
このように、シースルー型薄膜太陽電池モジュールを建材という側面からみた場合、標準的なガラス建材と同様に、防振性、防音性、断熱性、耐火性、および紫外線遮光性など、用途に応じて様々な機能が要求される。
【００１４】
これらの様々な機能に加えて、近年、新たに建材に要求されるようになった機能として、電磁波に対するシールド性（電磁波シールド）が挙げられる。近年、ＯＡ機器の誤動作、および携帯電話等の通信手段の電磁環境の悪化などに対処するため、建材の電磁波シールドに対する需要は高まってきている。
【００１５】
特に、１９９９年に周波数２．４ＧＨｚ帯域の無線ＬＡＮに関する国際規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｂの策定を受けて無線ＬＡＮの本格普及が始まると共に、通信品質や情報セキュリティ性の向上といった従来とは異なる側面から電磁波シールドの重要性がより一層増してきた。
【００１６】
さらに、周波数５ＧＨｚ帯域の無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａについても、当初は使用場所が限定されていたが、２００２年８月から屋内外での利用が認められて本格的な普及が始まろうとしている。また、高周波の１９ＧＨｚ帯域については、ＲＣＲ ＳＴＤ−３４という２５Ｍｂｐｓの高速通信用国内規格が近年策定されている一方、６０ＧＨｚ帯域については、ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ７４という１５６Ｍｂｐｓ以上の高速通信用国内規格が近年策定されている。従って、今後これらの帯域を利用した無線通信機器が増加していくものと予想される。
【００１７】
以下、上記無線ＬＡＮの普及とともに重要性が増してきた電磁波シールドについて、さらに詳細に説明する。
【００１８】
上記ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ準拠の無線ＬＡＮおよびbluetooth通信（以下、まとめて「無線ＬＡＮ」という）は、ＩＳＭ帯（Industrial Scientific Medical Band：産業科学医療バンド）という２．４ＧＨｚ〜２．４９７ＧＨｚの帯域使用に限定されている。該帯域は、アマチュア無線、電子レンジ、ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System：道路交通情報通信システム）、および移動衛星通信などの多くのシステムが既に共用している帯域であるため、電波干渉やノイズが発生しやすい。
【００１９】
したがって、屋内で無線ＬＡＮを使う利用者にとって、屋内における無線ＬＡＮ相互の通信の伝送速度や接続の安定性の向上を図るために、無線ＬＡＮ以外のＩＳＭ帯域の電波が屋外から屋内へ侵入することを防ぐことが必要である。
【００２０】
また、既に混雑している上記ＩＳＭ帯域のような帯域以外の高周波帯域についても、今後の無線ＬＡＮの普及とともに無線ＬＡＮ通信同士の干渉の問題が増加すると考えられる。例えば、最近のオフィス環境においては、２つ以上の異なる無線ＬＡＮ通信セグメントが近接して存在するという状況もしばしばある。そして、同じ周波数帯域を利用する互いに異なる無線ＬＡＮ通信セグメント同士が、相互干渉することを防ぐためにも、電磁波シールドは有用である。
【００２１】
また、無線ＬＡＮにおいては、本質的に電波の外部漏洩による情報セキュリティの脆弱化が避けられない。したがって、無線ＬＡＮ通信の屋内から屋外への電波漏洩を物理的にシールドすることは、ＬＡＮ環境のセキュリティ性向上のために非常に有用な手段である。
【００２２】
以上述べたように、電磁波シールド性を有する建材は、電磁波伝播の観点から屋内外を切り分けることができるため、屋内から屋外への不要電波の漏洩および屋外から屋内への不要電波の侵入を防止することにより、屋内の無線通信環境を良好にすることができる。
【特許文献１】特開２００２−２９９６６３号公報（平成１４年１０月１１日 公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、上記した従来の光電変換装置では、発電効率を低下させることなく、高い電磁波シールド性を持たせることは困難であるという問題が生じる。
【００２４】
この問題を特許文献１に示すシースルー型薄膜太陽電池モジュールを例に説明する。一般に、高いシールド性を持たせるためには、シースルー型薄膜太陽電池のモジュールの全面にわたって高い導電性を有する必要がある。しかしながら、図５に示す光透過窓部１１４では導電性を有する層が透明前面電極層１１１の１層であり、該透明前面電極層１１１に利用される透明導電膜の導電性は金属等と比較すると低いため、電磁波シールド性は高くない。
【００２５】
そこで、同図に示す透明前面電極層１１１の膜厚を増加させることにより、光透過窓部１１４を含む全体の導電性を向上させることが考え得る。しかしながら、この膜厚の増加によって、上記透明前面電極層１１１における光吸収が増加して透光性基板１１０側から光電変換ユニット層１１２に到達する光量が減少し、該透明前面電極層１１１の光透過率が低下するため、発電効率の低下を招いてしまう。
【００２６】
一方、光電変換ユニット層１１２に到達する光量に関係しない裏面電極層１１３の膜厚を増加させて光透過窓部１１４以外の部分の導電性を向上させることは可能であるが、光透過窓部１１４を介した電磁波の透過を低減することはできない。
【００２７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電効率を低下させることなく、高い電磁波シールド性を持つシースルー型光電変換装置およびそれを用いた建材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明のシースルー型光電変換装置は、上記課題を解決するために、１対の電極層で挟持された光電変換層を有し、該光電変換層には光が通過する開口部が形成され、少なくとも該開口部を覆う位置に対応して透明導電層が配設されていることを特徴としている。
【００２９】
上述したように、発電と採光との機能を合わせ持つシースルー型光電変換装置に高い電磁波シールド性を持たせるためには、光電変換装置全体にわたって高い導電性を有する必要があり、そのためには、電極層の膜厚を増加させる必要がある。しかし、既に述べた理由により、この膜厚の増加が、発電効率を低下させることなく、かつ、高い電磁波シールド性を持たせることを阻害していた。
【００３０】
これに対して、上記構成によれば、上記透明導電層は光電変換層に対する光入射に関係のない位置に配設されるため、光電変換層に到達する光量が減少しない。従って、このような透明導電層を設けたことによって、発電効率の低下が生じない。
【００３１】
さらに、透明導電層は、少なくとも光電変換層の開口部を覆うような位置に対応して配設されている。従って、開口部に対応した部分の導電性を向上させることができ、開口部を介した電磁波の透過を防ぐことができる。すなわち、開口部においても高い電磁波シールド性を持たせることができる。
【００３２】
従って、発電効率を低下させることなく、高い電磁波シールド性を持つシースルー型光電変換装置を提供することができる。
【００３３】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記開口部が上記１対の電極層のうちの少なくとも一方の電極層に連続して形成されていることが好ましい。該構成によれば、開口部を通過した後の光および／または通過する前の光が電極層によって遮断されることがなく、容易に、シースルー型光電変換装置の裏面側（光入射側とは反対側）へ透過させることができ、採光性能を高めることができる。
【００３４】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記透明導電層は、上記光電変換層に対して光入射側とは反対側に形成されていることが好ましい。上記構成によれば、透明導電層を上記開口部だけでなく光電変換装置全面に対して配設した場合であっても、光電変換層へ到達する光量には影響を与えることがない。従って、高い発電効率を保つことができる。
【００３５】
また、本発明の光電変換装置では、上記開口部の最大対角寸法が、０．６μｍ以上０．９ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、最大対角寸法とは、例えば開口部の形状が円形の場合には直径を、楕円形の場合は長径を、多角形の場合は最長の対角線寸法をいう。上記構成によれば、開口部において、波長１．２μｍ以下の光の透過を損なうことがなく、かつ５ＧＨｚ以下の周波数帯域の電磁波に対して３０ｄＢ以上のシールド効果を得ることができる。
【００３６】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記透明導電層のシート抵抗が、０．２Ω／□以上６Ω／□以下であることが好ましい。上記構成によれば、光透過率が高く、かつ３０ｄＢから６０ｄＢのシールド効果をもつ透明導電層を得ることができる。
【００３７】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記光電変換層に対して光入射側とは反対側に透光性基板が配されており、上記透明導電層は該透光性基板上に形成されていることが好ましい。上記構成によれば、光電変換層が透光性基板により保持されるので、光透過率を下げることなく、シースルー型光電変換装置全体の強度を高めることができる。
【００３８】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記１対の電極層のうちの上記透明導電層と上記光電変換層との間にある電極層と、該透明導電層とは電気的に絶縁されていることが好ましい。上記構成によれば、上記透明導電層が電位的に光電変換層側から独立しているため、上記光電変換層が複数の太陽電池単位セルの集積構造を有する構成であっても上記透明導電層適用することができる。したがって、集積型太陽電池モジュールにおいても、発電効率を低下させることなく電磁波シールド性を高めることができる。
【００３９】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記１対の電極層のうちの上記光電変換層の光入射側とは反対側に形成されている電極層と、該光電変換層との間に、さらなる導電層が設けられていることが好ましい。１対の電極層のうち、光入射側と反対側に形成されている電極層は、光電変換層から電極を取り出す役割に加えて、光電変換層において光電変換に利用されなかった光を反射して再び光電変換層に戻して変換効率を上げる役割を有している。従って、上記構成のように、該電極層と光電変換層との間に導電層を設けておけば、上記の反射率をさらに高めることができ、変換効率をさらに上げることができる。
【００４０】
また、本発明の建材では、上記したいずれかのシースルー型光電変換装置を用いてなることが好ましい。上記構成によれば、高い電磁波シールド性を有するシースルー型光電変換装置を建材として用いるので、不要電波の侵入および漏洩を防止した無線通信環境を実現することができる。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように本発明のシースルー型光電変換装置は、１対の電極層で挟持された光電変換層を有し、該光電変換層には光が通過する開口部が形成され、少なくとも該開口部を覆う位置に対応して透明導電層が配設されている。
【００４２】
従って、発電効率を低下させることなく、高い電磁波シールド性を持つシースルー型光電変換装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の一実施形態について図１乃至図３に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００４４】
図１は、本実施の形態のシースルー型薄膜太陽電池（シースルー型光電変換装置；以下、単に「光電変換装置」と称する）１を示す断面図である。
【００４５】
光電変換装置１は、同図に示すように、前面透光性基板２、前面透明導電層（電極層）３、光電変換層４、裏面電極層（電極層）５、裏面透光性基板（透光性基板）６、裏面透明導電層（透明導電層）７、および絶縁層８を有している。なお、説明の便宜上、光電変換層４に対して、光入射側を前面といい、その反対側を裏面という。また、シースルー型薄膜太陽電池は光透過性を有するため両面から光が入射することができるが、便宜上、太陽に面する側など、ヨリ入射光量の多い側を光入射側と記載することとする。
【００４６】
具体的には、光電変換装置１は、前面透光性基板２の一方の面に形成された前面透明導電層３上の少なくとも一部に、光電変換層４および裏面電極層５がこの順で積層されて形成されている。なお、光電変換装置１は、前面透光性基板２側から入射し光電変換層４に到達した太陽光（光）により発電する一方、太陽光の一部が光電変換装置１の裏面側へ透過するいわゆるシースルー型の光電変換装置である。このため、光電変換装置１は、裏面側へ太陽光が透過できるように、上記光電変換層４に開口部９が設けられており、これにより光電変換装置１の裏面側でも採光することができる。
【００４７】
上記前面透光性基板２および裏面透光性基板６は、互いに対向して配されており、上記光電変換層４などの他の部材を両側から挟持している。なお、前面透光性基板２および裏面透光性基板６は、光電変換装置１の構造支持体としていずれか一方が適当な強度を有していれば、一方のみでもよく、必ずしも両方を有している必要はない。ただし、光電変換装置１の耐候性、長期信頼性、および外部からの機械的衝撃に対する耐性向上の観点からは、前面透光性基板２と裏面透光性基板６との両方を有していることが好ましい。
【００４８】
また、前面透光性基板２および裏面透光性基板６は、必ずしも透光性の基板である必要はなく、不透光性基板であっても、貫通孔を形成する等の方法にて光透過性を持たせたものであれば、光電変換装置１の基板として適用可能である。
【００４９】
前面透光性基板２および裏面透光性基板６には、安価なガラスが用いられる場合が多いが、光電変換装置１の全体を構造的に支持できるものであれば、安価なガラスに限定されない。例えばポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、およびＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）などの耐熱性の高分子フィルムなどを用いてもよい。また、光電変換装置１を屋外で使用する場合には、強化ガラスを用いるか、または、合わせガラス構造、複層ガラス構造などを用いると、風圧、降雹に対する強度が確保できるのでより望ましい。
【００５０】
また、前面透光性基板２および裏面透光性基板６は、適当な強度および重量などを備えるために、板厚が例えば０．１ｍｍ〜３０ｍｍ程度であることが適当である。さらに、これらの基板の利用形態に応じて、これらの基板と絶縁膜、導電膜、およびバッファ層等またはこれらが組み合わされたものを用いてもよい。
【００５１】
上記前面透明導電層３は、上記前面透光性基板２の光入射側と反対側の面上に形成されており、前面透光性基板２の全面に形成されていてもよいし、一部分に形成されていてもよい。前面透明導電層３は、上記光電変換層４で発生した電力を取り出すための電極の役割を有している。そのため、前面透明導電層３には、抵抗損失をの低減のために高い導電性が要求され、かつ、光電変換層４への光入射量を高めるために高い光透過性が要求される。このため、それらを満たす材料として、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、およびＩＴＯなどを用いる場合が多いが、これらの材料にガリウムやアルミニウムなどの不純物を含有させて、さらに導電率を向上させたものを用いてもよい。
【００５２】
前面透明導電層３は、スパッタ法、真空蒸着法、ＥＢ蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、および電析法などにより前面透光性基板２上に形成することができる。
【００５３】
導電性の観点からは、前面透明導電層３のシート抵抗が小さいほど、光電変換層４からの電流取り出しにおけるシリーズ抵抗損失が低減し、かつ、前面透明導電層３による電磁波シールドのシールド効果は大きくなるので好ましい。そして、一般的に、前面透明導電層３のシート抵抗は、前面透明導電層３の膜厚の増加に反比例して減少する。すなわち、前面透明導電層３の膜厚を増加させると、前面透明導電層３のシート抵抗が小さくなり好ましい。
【００５４】
しかしながら、前面透明導電層３のシート抵抗を小さくするために、無制限に前面透明導電層３の膜厚を増加させると、同時に前面透明導電層３の光透過率の低下を招く。そして、前面透明導電層３の光透過率が低下すると、結果として、光電変換装置１の変換効率が低下するという問題が生じる。
【００５５】
従って、導電性だけでなく、光透過性すなわち変換効率の観点も考慮に入れると、前面透明導電層３のシート抵抗は、上述の材料で適切な光透過率を確保できるように、下限を５Ω／□程度とする場合が多い。また、前面透明導電層３の膜厚は、特に限定されるものではないが、導電性および光透過性の観点から１０ｎｍ〜２μｍ程度とするのが好ましい。
【００５６】
上記光電変換層４は、上記前面透明導電層３上の少なくとも一部に形成されていればよい。光電変換層４は、１対の電極層（前面透明導電層３・裏面電極層５）で挟持されている。光電変換層４は、通常、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層を有するｐｎ接合により形成されるか、またはｐ型半導体層、ｉ型半導体層、およびｎ型半導体層を有するｐｉｎ接合により形成される。しかし、これらに限られず、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とのどちらか一方のみを有するショットキー接合、またはその他公知の半導体接合により形成されていてもよい。また、上記ｉ型半導体層は、光電変換機能を損なわない限り、弱いｐ型またはｎ型の導電型を示すものであってもよい。さらに、光電変換層４を上記各半導体接合のうち２つ以上の接合を積層させることにより光電変換装置１を多接合型太陽電池としてもよい。
【００５７】
上記各半導体層を構成する材料としては、例えばシリコン等の元素半導体、シリコンに炭素やゲルマニウムまたはその他の不純物が添加されたシリコン合金、ガリウム砒素やリン化インジウムなどのIII−V族化合物半導体、テルル化カドミウムや硫化カドミウムなどのII−VI族化合物半導体、銅−インジウムーガリウムーセレンなどの多元系化合物半導体、または酸化チタン等の多孔質膜に色素等を吸着させたものなどが挙げられる。
【００５８】
また、上記ｐ型半導体層は、上記半導体層に、ボロン、アルミニウム等のｐ導電型となる不純物原子がドープされたものであってもよい。また、上記ｎ型半導体層は、上記半導体層に、リン、窒素等のｎ導電型となる不純物原子がドープされたものであってもよい。これらの半導体層の製法としては、ＣＶＤ法、ＥＢ蒸着法、真空蒸着法、ゾルゲル法、ならびに上記の半導体を含有する懸濁液を塗布、乾燥および焼成する方法等が挙げられる。また、光電変換層４の膜厚は、特に限定されるものではないが、変換機能を損なわず、製造コストを低減するという観点から、０．１μｍ〜１００μｍ程度が望ましい。
【００５９】
上記裏面電極層５は、上記光電変換層４上に設けられており、上記前面透明導電層３と同様に、上記上記光電変換層４で発生した電力を取り出すための電極である。したがって、前面透明導電層３と同様の材料を使用してもよい。さらに、裏面電極層５は、電極としての機能のほかに、光電変換層４に入射した光のうち光電変換に利用されずに光電変換層４の裏面側に洩れてきた光を反射するような材料を用いることにより、再度光を光電変換層４に戻して変換効率を高める光閉じ込め機能を持たせることができるのでより好ましい。
【００６０】
このように光を反射させる材料として、可視光反射率の高い銀、アルミニウム、チタン、およびパラジウム等の金属材料やその合金が用いられ、これらの材料が、スパッタリング法、真空蒸着法、および電子ビーム蒸着法等により光電変換層４の上に形成される。裏面電極層５の膜厚は、特に限定されるものではないが、適切なシート抵抗が得られるように０．１μｍ〜１０μｍ程度とするのがよい。
【００６１】
また、図２に示すように、裏面電極層５の可視光反射率を上げる目的で、裏面電極層５と上記光電変換層４との間に、上記前面透明導電層３と同様の材料からなる裏面導電層（導電層）１０を配してもよい。なお、裏面導電層１０は、必ずしも透明である必要はない。
【００６２】
ところで、導電性の高い金属からなる裏面電極層５は、完全導体板に近似可能であり、全帯域の電磁波をほぼ完全にシールドすることができる。しかし、導電性の高い金属は総じて可視光反射率が高く光をほとんど透過しないため、裏面電極層５を比較的厚い金属層で構成して光電変換装置１の全面にわたって設けた場合には、シースルー型薄膜太陽電池本来の機能である光透過性を損なうことになる。
【００６３】
そこで、光電変換装置１では、光透過性を維持するために、前面透光性基板２上に、光電変換層４および裏面電極層５を部分的に設けている。すなわち、図１に示すように、前面透光性基板２側から入射する光（太陽光）の一部を光電変換装置１の裏面側（裏面透光性基板６側）に透過させるために、光電変換層４に開口部９を設けている。さらに、該開口部９は裏面電極層５にも連続して形成されている。
【００６４】
また、裏面電極層５として透明導電層を用いたり、金属であっても光透過性を有するように非常に薄い電極層を用いたりする場合等には、裏面電極層５には開口部９を設けなくともよく、この場合でも光電変換装置１に光透過性を持たせることができる。また、前面透明導電層３に開口部９を連続して形成してもよいし、裏面電極層５および前面透明導電層３に開口部９を連続して形成してもよい。
【００６５】
開口部９は、例えば前面透明導電層３の上に光電変換層４および裏面電極層５を順次積層したのち、エッチングまたはレーザ等により光電変換層４および裏面電極層５を除去することにより形成することができる。この形成方法に限られず、開口部９は、前面透明導電層３の上に開口部９を被覆するマスクを形成して、前面透明導電層３の全面に光電変換層４および裏面電極層５を順次積層したのちに、上記マスクを除去するなど他の方法により形成してもよい。
【００６６】
また、開口部９の形状としては、例えば円形、楕円形、および多角形などを用いることができるが、円形または四角形は、作製が容易なので特に好適である。
【００６７】
上記したように、裏面電極層５は導体板に近似したものであるので、ほぼ完全に電磁波をシールドすることができる。これに対して、開口部９を設けると、光透過率は向上するが、電磁波のシールド性は低下する。その理由を以下説明する。
【００６８】
開口部９は、電磁波にとってスロットアンテナとして振舞うと考えられる。このため、該開口部９の最大対角寸法を半波長とする電磁波より十分長い波長の電磁波は大きく減衰するため開口部９を通過できないが、開口部９の最大対角寸法を半波長とする電磁波、およびそれより短い波長の電磁波は、ほとんど減衰せずに開口部９を透過する。そこで、開口部形成による電磁波シールド性の低下を抑えるため、本実施の形態の開口部９は、以下のような特徴を有している。
【００６９】
上記のように開口部９を有する裏面電極層５は、開口部９の寸法に対して入射する電磁波が長波長であるほど大きく減衰するハイパスフィルタとして作用する。ここで、開口部９の最大対角寸法とは、開口部９が例えば円形の場合は直径を、楕円形の場合は長径を、多角形の場合は最長の対角線寸法をいう。なお、開口部９の形状はこれに限られないが、可視光透過性の高い形状であることが好ましい。
【００７０】
上記の開口部９の最大対角寸法をＬ［ｍ］、電磁波の波長をλ［ｍ］とすると、電磁波の減衰率を示す入射電界強度Ｅｉ［Ｖ／ｍ］と透過電界強度Ｅｔ［Ｖ／ｍ］との比は、下記の式（１）に示すように表される。
【００７１】
λ／２≧Ｌ のとき Ｅｉ／Ｅｔ＝λ／（２Ｌ） …（１）
すなわち、最大対角寸法を半波長とする電磁波は減衰しないが、それより長波長の電磁波は、その波長λに比例して減衰率Ｅｉ／Ｅｔが増加する。一般的に、電磁遮蔽材の電磁シールド効果ＳＥは、下記の式（２）に示すように、上記減衰率Ｅｉ／Ｅｔをデシベル換算した値で表される。
【００７２】
ＳＥ［ｄＢ］＝２０・ｌｏｇ（Ｅｉ／Ｅｔ） …（２）
したがって、上記の式（１）および式（２）より、裏面電極層５の開口部９のシールド効果ＳＥは、下記の式（３）で表される。
【００７３】
ＳＥ［ｄＢ］＝２０・ｌｏｇ（λ／（２Ｌ）） …（３）
このような開口部９のシールド効果ＳＥを利用すれば、裏面電極層５に開口部９を有する光電変換装置１において開口部９の寸法を適正な範囲に設定することで、特定帯域の電磁波のシールド効果ＳＥを向上させることができる。ここで、無線ＬＡＮに使用する帯域は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａが５．１５ＧＨｚ〜５．２５ＧＨｚ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂが２．４ＧＨｚ〜２．４９７ＧＨｚであるので、上記開口部９の最大対角寸法Ｌの下限値は、５．２５ＧＨｚ以下の帯域で高いシールド効果を得られるような寸法にするとよい。
【００７４】
上記無線ＬＡＮの通信環境の確保のためには、ＤＵ比（希望波対干渉波強度比）を２５ｄＢとれば充分であるといわれている。しかし、上記の式（３）に示すように、高周波数側、すなわち短波長側ではシールド効果が小さくなるので、より好ましくは、遮蔽したい帯域の上限である５．２５ＧＨｚにおけるシールド効果ＳＥを３０ｄＢ確保できるように、開口部９の最大対角寸法Ｌの上限値を設定するとよい。最大対角寸法Ｌを０．９ｍｍとすれば、上記の式（３）より、波長０．０５７ｍの５．２５ＧＨｚの電磁波に対して３０ｄＢのシールド効果を得ることができる。
【００７５】
このように、開口部９の最大対角寸法Ｌを０．９ｍｍ以下にすれば、５．２５ＧＨｚ以下の帯域の電磁波に対して３０ｄＢ以上のシールド効果を得ることができる。
【００７６】
これに対して、開口部９の最大対角寸法を０．９ｍｍから限りなく小さくしていくと、開口部９が透過できる電磁波の波長の上限が下がり、波長０．３μｍ〜１．２μｍの太陽光スペクトルの領域（紫外から可視および赤外領域まで）の電磁波、すなわち光透過をも遮ることになる。光電変換装置１の重要な機能の一つである採光性（光透過性）を低下させないために、すなわち、波長１．２μｍ以下の電磁波に対してシールド効果が作用しないように、開口部９の最大対角寸法Ｌの下限値を設定する必要がある。
【００７７】
最大対角寸法Ｌを０．６μｍとすれば、上記の式（３）より、波長１．２μｍ以下の電磁波に対するシールド効果はゼロとなる。このように、開口部９の最大対角寸法Ｌの下限値を０．６μｍとすれば、波長１．２μｍ以下の光透過性が向上するため、採光性の高い光電変換装置１を得ることができる。
【００７８】
ここで、特に注目すべきは、光電変換装置１は、図１に示すように、裏面透光性基板６の一方の表面に裏面透明導電層７が形成されていることである。図１に示すように、裏面透光性基板６から見て前面透光性基板２側の面に裏面透明導電層７が形成されていてもよいし、裏面透光性基板６から見て前面透光性基板２とは反対側の面に形成されていてもよいが、光電変換装置１の外部からの機械的衝撃による裏面透明導電層７の損傷を防ぎ耐候性を向上させるためには、前面透光性基板２側の面に裏面透明導電層７が形成されていることが好ましい。
【００７９】
なお、裏面透明導電層７には、光透過性の高い材料であればどのようなものでも用いることができるが、上記の前面透明導電層３と同様の材料を用いることが好ましい。また、金属であっても、光透過性を有するように非常に薄く形成することで、上記裏面透明導電層７として用いることができる。
【００８０】
また、裏面透明導電層７と上記裏面電極層５との間および開口部９は、後述する絶縁層８により封止されていることが望ましい。該絶縁層８により、前面透光性基板２上に前面透明導電層３、光電変換層４および裏面電極層５が形成されたものと、裏面透光性基板６上に裏面透明導電層７を形成されたものを一体化することができる。ただし、例えば特許文献１に記載のような集積型太陽電池構造を有さない場合は、必ずしも裏面電極層５と裏面透明導電層７とを電気的に絶縁する必要がないので、絶縁層８以外を適用することも可能である。
【００８１】
上述したように、従来のシースルー型薄膜太陽電池（光電変換装置）では、発電効率を低下させることなく、電磁波シールド性を向上させることが困難であった。一般に、シースルー型光電変換装置のシールド性を向上させるためには、開口部９を含むシースルー型薄膜太陽電池のモジュール全体にわたって導電性を高める必要がある。したがって、上記開口部９を介した電磁波の伝播を低減するために、従来のシースルー型光電変換装置では、透明前面電極層（本実施の形態では前面透明導電層３）の膜厚を増加させる必要があり、これに伴い、光電変換層に到達する入射光量の減少にともなう発電効率の低下が生じる。
【００８２】
しかしながら、光電変換装置１のように、裏面透光性基板６の一方の面に裏面透明導電層７を形成すれば、開口部９については前面透明導電層３および裏面透明導電層７の２層に高い導電性を持たせることができる。さらに、開口部９以外の部分についても、前面透明導電層３、裏面電極層５および裏面透明導電層７の３層に高い導電性を持たせることができる。また、前面透明導電層３は、光電変換層４へ入射光を透過させる役割を持っているが、裏面透明導電層７は、光電変換層４からみて入射光と反対側の面に存在するため、その膜厚や光透過率が直接的に太陽電池の発電効率に悪影響を与えることがない。したがって、前面透明導電層３の膜厚を増加させることなく、光電変換装置１全体にわたって高い導電性を持たせることができるので、発電効率の低下を招くことなく、光電変換装置１の全面にわたって電磁波に対する高いシールド効果を得ることができる。これにより、不要電波の侵入および漏洩を防ぎ、屋内の無線ＬＡＮの通信環境を良好にすることができる。
【００８３】
また、裏面透明導電層７は、必ずしも前面透光性基板２全面を覆うように設けられる必要はなく、図２に示すように、開口部９のみを覆うような位置に対応して設けられていてもよい。
【００８４】
同図に示すように、開口部９のみを覆うような位置に対応して裏面透明導電層７を設けた場合でも、開口部９については、前面透明導電層３および裏面透明導電層７の２層に高い導電性を持たせることができ、結果として、特に高い電磁波シールド性が要求される開口部を含む光電変換装置１全体として高い導電性を持たせることができる。
【００８５】
以下、裏面透明導電層７の電磁波シールド効果について、詳細に説明する。導電性媒質内を伝播する電磁波は、伝播距離に対してその電界強度が指数関数的に減衰するが、その振幅が１／ｅになる距離δを表皮深さと呼び、下記の式（４）により求めることができる。
【００８６】
【数１】
【００８７】
ただし、ｆは電磁波の周波数［Ｈｚ］、μは導電性媒質の透磁率［Ｈ／ｍ］、σは導電性媒質の導電率［Ｓ／ｍ］である。導電性媒質の透磁率μは、該導電性媒質が上述の材料のような非磁性体の場合は、真空の透磁率（４π×１０−７［Ｈ／ｍ］）が適用できる。
【００８８】
したがって、上記の式（４）の示すところは、自由空間から電磁波が導電性媒質に入射した際に、電磁波が導電性媒質内に侵入できる表皮深さは、電磁波の周波数が高ければ高いほど、また、導電性媒質の導電率が高ければ高いほど小さくなるということである。換言すれば、導電性の電磁遮蔽材は、入射する電磁波に対して、所定周波数以上の帯域を減衰させるローパスフィルタとして作用する。上記効果を表皮効果と呼び、導電性媒質の厚さｄが表皮深さδより小さい場合、表皮効果による電磁波のシールド効果ＳＥは、下記の式（５）で表される。
【００８９】
ＳＥ＝２０ｌｏｇ（１＋Ｚ０／（２Ｒｓ）） …（５）
ただし、Ｚ０は空間の波動インピーダンス［Ω］で、下記の式（６）で表される定数である。
【００９０】
【数２】
【００９１】
また、Ｒｓは導電性媒質のシート抵抗［Ω／□］である。図３は、上記の式（５）の関係をグラフ化したものである。同図において、縦軸はシールド効果ＳＥ[ｄＢ]を横軸はシート抵抗Ｒｓ[Ω／□]としている。同図によれば、電磁遮蔽材のシート抵抗Ｒｓが小さければ小さいほど、シールド効果ＳＥは大きくなることがわかる。したがって、上述のように、無線ＬＡＮの通信環境の確保のためには、３０ｄＢのシールド効果を得られるように導電性媒質のシート抵抗を設定するとよい。したがって、上記の式（５）によれば、裏面透明導電層７のシート抵抗Ｒｓを６Ω／□以下にすれば、３０ｄＢ以上のシールド効果を得ることができる。
【００９２】
さらに、裏面透明導電層７のシート抵抗Ｒｓを０．２Ω／□にすれば、式（５）によりシールド効果は６０ｄＢとなる。このとき、上述の開口部９を有する裏面電極層５のシールド効果３０ｄＢと合わせると９０ｄＢのシールド効果を有し、電波暗室レベルの高いシールド性能を実現できる。したがって、透明導電層の膜厚増加による透過率の低下を抑えるためシールド効果の上限を９０ｄＢとし、シート抵抗Ｒｓは０．２Ω／□を下限値とすることが望ましい。
【００９３】
また、図１にハッチングにて示すように、開口部９では前面透明導電層３と裏面透明導電層７との間は、絶縁層８で封止されている一方、開口部９以外では、裏面透明導電層７と裏面電極層５との間は、絶縁層８で封止されている。また、図２に示すように、開口部９を覆うように設けられた裏面透明導電層７は前面透明導電層３と絶縁層８により封止されている。
【００９４】
該絶縁層８には、絶縁性、透明性および耐候性が高い透明樹脂として、エチレンー酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ樹脂）、またはポリビニルブチラールなどが好適に用いられる。また、裏面透明導電層７と裏面電極層５とが電気的に接触しない場合は、絶縁層８に空気層やその他の気体を封入した層を用いることができる。この場合、断熱性や防音性の高い太陽電池モジュールを得ることができる。
【００９５】
さらに、絶縁層８として適正な誘電率を有する誘電体層を用いることで、電波吸収機能を持たせることもできる。その際、誘電体層として、例えば誘電率２．７のポリカーボネート等を用いるとよい。
【００９６】
なお、裏面透明導電層７を裏面透光性基板６における裏面電極層５とは反対側に配した場合には、裏面透明導電層７と裏面電極層５とが裏面透光性基板６によって絶縁させるため、絶縁層８は不要となる。
【００９７】
また、図示しないが、前面透明導電層３に開口部を設けてもよい。この場合も、裏面透明導電層７の膜厚を増加させることによって、電磁波シールド性を高めることができる。
【００９８】
また、光電変換装置１を、例えば建築物の窓にガラスの代わりに、すなわち建材（不図示）として用いてもよい。
【００９９】
また、上記光電変換装置１では、薄膜太陽電池の場合について説明したが、これに限られず、例えば結晶系太陽電池を適当な間隔で並べてガラスで封止したものであってもよい。
〔実施例〕
以下、本発明の具体的な実施例を示す。前面透光性基板２として板厚１．８ｍｍの青板ガラス板を用い、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により青板ガラス板上に膜厚８００ｎｍの酸化亜鉛の前面透明導電層３を形成した。
【０１００】
その後、前面透明導電層３を形成したガラス板を濃度０．５％の塩酸に浸して前面透明導電層３のエッチングを行ったところ、エッチング後の前面透明導電層３のシート抵抗は１６Ω／□、膜厚の平均値は、３５０ｎｍであった。また、前面透明導電層３が形成された前面透光性基板２の光透過率は８５％であった。
【０１０１】
こうして得られた前面透明導電層３上に、高周波プラズマＣＶＤ法を用いてｐ型シリコン層、ｉ型シリコン層、およびｎ型シリコン層からなる光電変換層４を、合計膜厚（前面透光性基板２、前面透明導電層３および光電変換層４を合わせた膜厚）が２μｍとなるように堆積した。
【０１０２】
その後、レーザスクライブにより光電変換層４に前面透明導電層３が露出するような開口部９を形成したのち、開口部９の領域をマスクして光電変換層４に裏面電極層５を堆積させた。
【０１０３】
該開口部９の形状は、対角寸法が０．６ｍｍの正方形であり、開口部９は、青板ガラス板（前面透光性基板２）の全面積に対して開口率が３０％となるように形成した。
【０１０４】
裏面電極層５は、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、膜厚５０ｎｍの酸化亜鉛の層と膜厚５００ｎｍの銀の層をこの順で堆積させた。
【０１０５】
裏面透光性基板６は、上記前面透光性基板２と同様にガラス板の上に酸化亜鉛の裏面透明導電層７を形成したものを用いた。裏面透明導電層７の膜厚は２μｍ、シート抵抗は２．５Ω／□であり、裏面透明導電層７が形成された裏面透光性基板６の光透過率は８０％であった。
【０１０６】
前面透明導電層３、光電変換層４、および裏面電極層５が形成された前面透光性基板２と裏面透光性基板６は、裏面電極層５と裏面透明導電層７が対面するように積層され、両者の間の透明封止樹脂としてはＥＶＡ樹脂を用いた。
【０１０７】
このようにして作製したシースルー型薄膜太陽電池について、米国軍用規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８５に準じてシールド効果を測定したところ、２．４ＧＨｚ、５、２５ＧＨｚにおけるシールド効果は、それぞれ６５ｄＢ、７０ｄＢであり、良好な電磁遮蔽性能を示した。
【０１０８】
なお、前面透光性基板２上に形成される前面透明導電層３をレーザスクライブ等により複数の領域に分割したのち、各領域上に光電変換層４および裏面電極層５を積層した集積型太陽電池構造としてもよい。
【０１０９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、ＧＨｚの電磁波に対して高い遮蔽能力を有するシースルー型光電変換装置であり、特に、建物の窓や天窓に建材として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施形態のシースルー型光電変換装置を示す断面図である。
【図２】図１に示すシースルー型光電変換装置の変形例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の裏面透明導電層のシールド効果を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、従来のサブストレート型の薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は、従来のスーパーストレート型の薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図５】従来のシースルー型薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１ シースルー型光電変換装置（光電変換装置）
３ 前面透明導電層（電極層）
４ 光電変換層
５ 裏面電極層（電極層）
６ 裏面透光性基板（透光性基板）
７ 裏面透明導電層（透明導電層）
９ 開口部
１０ 裏面導電層（導電層）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電変換装置に関し、特に、発電と採光との機能を合わせ持つシースルー型光電変換装置およびそれを用いた建材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境に対する意識の高まりやシステムの低価格化などにより、太陽エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽光発電システムの普及が急激に拡大している。現在普及している太陽光発電システム用の太陽電池モジュール（光電変換装置）の主な形態は、以下の２種類に大別される。
【０００３】
すなわち、単結晶シリコンや多結晶シリコンに代表されるような、バルク結晶の太陽電池セルを複数枚接続して構成した結晶系太陽電池モジュールの形態と、アモルファスシリコンや微結晶シリコンに代表されるような、基板上に光電変換層を薄膜として形成した薄膜太陽電池モジュールの形態とである。前者の結晶系太陽電池モジュールは、通常は、単位面積当りの発電量を高めるために、結晶太陽電池セルを隙間なく並べてガラスで封止してモジュール化する場合が多いが、セル間隔を広げて配置することで光透過性のあるシースルー型モジュールとすることもできる。
【０００４】
後者の薄膜太陽電池モジュールの代表的な構造としては、サブストレート型とスーパーストレート型との２種類が挙げられる。一般的なサブストレート型の構造は、図４（ａ）に示すように、不透光性基板１０１上に、裏面電極層１０２、光電変換層１０３、透明導電層１０４、およびグリッド電極１０５が、この順に積層されている。この場合、上記グリッド電極１０５側が光の入射面となる。
【０００５】
これに対し、スーパーストレート型の構造は、図４（ｂ）に示すように、透光性基板１０６上に、透明導電層１０７、光電変換層１０８、および裏面電極層１０９が、この順に積層されている。この場合、上記透光性基板１０６側が光の入射面となる。
【０００６】
一般的には、このスーパーストレート型は、上記サブストレート型と異なり基板が透光性基板１０６であるため、光電変換層１０８および裏面電極層１０９の光透過率を上げることで、透光性基板１０６側（光入射面側）から薄膜太陽電池モジュールに入射した光の一部を、裏面電極層１０９を通過して薄膜太陽電池モジュールの裏側へ透過させることができる。
【０００７】
また、図４（ａ）に示す上記サブストレート型においても、不透光性基板１０１の代わりに透光性基板を使用したり、不透光性基板１０１に光を透過する開口部を形成したりことで、光透過性のある薄膜太陽電池モジュールを作製することができる。このように光が薄膜太陽電池モジュールの裏側へ透過する薄膜太陽電池モジュールをシースルー型薄膜太陽電池モジュールという。
【０００８】
上記のように、光電変換層および裏面電極層の光透過率を上げる手段として、透光性基板上に透明導電層、光電変換層、および裏面電極層を、この順に積層させて、光電変換層と裏面電極層とに複数の透孔や切り溝を形成し、該透孔や切り溝を介した光透過を利用するシースルー型薄膜太陽電池モジュールも知られている。このようなシースルー型結晶系太陽電池モジュールおよびシースルー型薄膜太陽電池モジュールは、発電と採光との機能を合わせ持っている。
【０００９】
さらに、特許文献１には、図５に示すように、透光性基板１１０の少なくとも一部の裏面の表面領域上に、それぞれ透明前面電極層１１１と光電変換ユニット層１１２と裏面電極層１１３とを備える複数の薄膜太陽電池単位セルが集積された集積型太陽電池構造を有しているシースルー型薄膜太陽電池モジュールが開示されている。なお、複数の各薄膜太陽電池単位セルの裏面は、接着層１１５を介して透明フィルム１１６により封止されている。
【００１０】
そして、該集積型太陽電池モジュールの構造の少なくとも一部において、透明前面電極層１１１が露出された光透過窓部（シースルー部）１１４を構成し、該露出された透明前面電極層１１１は、上記集積型のシースルー型薄膜薄膜太陽電池モジュールの構造における、上記薄膜太陽電池単位セル間の電気の流れを確保している。この特許文献１に記載のシースルー型薄膜太陽電池モジュールは、簡便な方法で作製でき、光透過窓部１１４を任意のパターンに形成することができるという利点がある。
【００１１】
ここまでの説明では、シースルー型薄膜太陽電池モジュール（シースルー型光電変換装置）を発電デバイスという側面からみた場合について述べてきた。これに対して、以下、シースルー型薄膜太陽電池モジュールを建材という側面からみた場合について説明する。
【００１２】
シースルー型薄膜太陽電池モジュールは、例えば建築物の窓や壁など、建築デザインとの調和が要求される用途で有用である。特に、近年オフィスビルなどにおいて外壁の一部または全部（全面）がガラスで覆われた建築デザインが増えている。このような建築デザインに、シースルー型薄膜太陽電池モジュールを建材としてガラスの代わりに使用することで、ビルの壁全体のスペースを発電に利用できると同時に、適度な遮光性のある窓として快適なオフィス環境をつくることができる。
【００１３】
このように、シースルー型薄膜太陽電池モジュールを建材という側面からみた場合、標準的なガラス建材と同様に、防振性、防音性、断熱性、耐火性、および紫外線遮光性など、用途に応じて様々な機能が要求される。
【００１４】
これらの様々な機能に加えて、近年、新たに建材に要求されるようになった機能として、電磁波に対するシールド性（電磁波シールド）が挙げられる。近年、ＯＡ機器の誤動作、および携帯電話等の通信手段の電磁環境の悪化などに対処するため、建材の電磁波シールドに対する需要は高まってきている。
【００１５】
特に、１９９９年に周波数２．４ＧＨｚ帯域の無線ＬＡＮに関する国際規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ｂの策定を受けて無線ＬＡＮの本格普及が始まると共に、通信品質や情報セキュリティ性の向上といった従来とは異なる側面から電磁波シールドの重要性がより一層増してきた。
【００１６】
さらに、周波数５ＧＨｚ帯域の無線ＬＡＮ規格であるＩＥＥＥ８０２．１１ａについても、当初は使用場所が限定されていたが、２００２年８月から屋内外での利用が認められて本格的な普及が始まろうとしている。また、高周波の１９ＧＨｚ帯域については、ＲＣＲ ＳＴＤ−３４という２５Ｍｂｐｓの高速通信用国内規格が近年策定されている一方、６０ＧＨｚ帯域については、ＡＲＩＢ ＳＴＤ−Ｔ７４という１５６Ｍｂｐｓ以上の高速通信用国内規格が近年策定されている。従って、今後これらの帯域を利用した無線通信機器が増加していくものと予想される。
【００１７】
以下、上記無線ＬＡＮの普及とともに重要性が増してきた電磁波シールドについて、さらに詳細に説明する。
【００１８】
上記ＩＥＥＥ８０２．１１ｂ準拠の無線ＬＡＮおよびbluetooth通信（以下、まとめて「無線ＬＡＮ」という）は、ＩＳＭ帯（Industrial Scientific Medical Band：産業科学医療バンド）という２．４ＧＨｚ〜２．４９７ＧＨｚの帯域使用に限定されている。該帯域は、アマチュア無線、電子レンジ、ＶＩＣＳ（Vehicle Information and Communication System：道路交通情報通信システム）、および移動衛星通信などの多くのシステムが既に共用している帯域であるため、電波干渉やノイズが発生しやすい。
【００１９】
したがって、屋内で無線ＬＡＮを使う利用者にとって、屋内における無線ＬＡＮ相互の通信の伝送速度や接続の安定性の向上を図るために、無線ＬＡＮ以外のＩＳＭ帯域の電波が屋外から屋内へ侵入することを防ぐことが必要である。
【００２０】
また、既に混雑している上記ＩＳＭ帯域のような帯域以外の高周波帯域についても、今後の無線ＬＡＮの普及とともに無線ＬＡＮ通信同士の干渉の問題が増加すると考えられる。例えば、最近のオフィス環境においては、２つ以上の異なる無線ＬＡＮ通信セグメントが近接して存在するという状況もしばしばある。そして、同じ周波数帯域を利用する互いに異なる無線ＬＡＮ通信セグメント同士が、相互干渉することを防ぐためにも、電磁波シールドは有用である。
【００２１】
また、無線ＬＡＮにおいては、本質的に電波の外部漏洩による情報セキュリティの脆弱化が避けられない。したがって、無線ＬＡＮ通信の屋内から屋外への電波漏洩を物理的にシールドすることは、ＬＡＮ環境のセキュリティ性向上のために非常に有用な手段である。
【００２２】
以上述べたように、電磁波シールド性を有する建材は、電磁波伝播の観点から屋内外を切り分けることができるため、屋内から屋外への不要電波の漏洩および屋外から屋内への不要電波の侵入を防止することにより、屋内の無線通信環境を良好にすることができる。
【特許文献１】特開２００２−２９９６６３号公報（平成１４年１０月１１日 公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
しかしながら、上記した従来の光電変換装置では、発電効率を低下させることなく、高い電磁波シールド性を持たせることは困難であるという問題が生じる。
【００２４】
この問題を特許文献１に示すシースルー型薄膜太陽電池モジュールを例に説明する。一般に、高いシールド性を持たせるためには、シースルー型薄膜太陽電池のモジュールの全面にわたって高い導電性を有する必要がある。しかしながら、図５に示す光透過窓部１１４では導電性を有する層が透明前面電極層１１１の１層であり、該透明前面電極層１１１に利用される透明導電膜の導電性は金属等と比較すると低いため、電磁波シールド性は高くない。
【００２５】
そこで、同図に示す透明前面電極層１１１の膜厚を増加させることにより、光透過窓部１１４を含む全体の導電性を向上させることが考え得る。しかしながら、この膜厚の増加によって、上記透明前面電極層１１１における光吸収が増加して透光性基板１１０側から光電変換ユニット層１１２に到達する光量が減少し、該透明前面電極層１１１の光透過率が低下するため、発電効率の低下を招いてしまう。
【００２６】
一方、光電変換ユニット層１１２に到達する光量に関係しない裏面電極層１１３の膜厚を増加させて光透過窓部１１４以外の部分の導電性を向上させることは可能であるが、光透過窓部１１４を介した電磁波の透過を低減することはできない。
【００２７】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電効率を低下させることなく、高い電磁波シールド性を持つシースルー型光電変換装置およびそれを用いた建材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明のシースルー型光電変換装置は、上記課題を解決するために、１対の電極層で挟持された光電変換層を有し、該光電変換層には光が通過する開口部が形成され、少なくとも該開口部を覆う位置に対応して透明導電層が配設されていることを特徴としている。
【００２９】
上述したように、発電と採光との機能を合わせ持つシースルー型光電変換装置に高い電磁波シールド性を持たせるためには、光電変換装置全体にわたって高い導電性を有する必要があり、そのためには、電極層の膜厚を増加させる必要がある。しかし、既に述べた理由により、この膜厚の増加が、発電効率を低下させることなく、かつ、高い電磁波シールド性を持たせることを阻害していた。
【００３０】
これに対して、上記構成によれば、上記透明導電層は光電変換層に対する光入射に関係のない位置に配設されるため、光電変換層に到達する光量が減少しない。従って、このような透明導電層を設けたことによって、発電効率の低下が生じない。
【００３１】
さらに、透明導電層は、少なくとも光電変換層の開口部を覆うような位置に対応して配設されている。従って、開口部に対応した部分の導電性を向上させることができ、開口部を介した電磁波の透過を防ぐことができる。すなわち、開口部においても高い電磁波シールド性を持たせることができる。
【００３２】
従って、発電効率を低下させることなく、高い電磁波シールド性を持つシースルー型光電変換装置を提供することができる。
【００３３】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記開口部が上記１対の電極層のうちの少なくとも一方の電極層に連続して形成されていることが好ましい。該構成によれば、開口部を通過した後の光および／または通過する前の光が電極層によって遮断されることがなく、容易に、シースルー型光電変換装置の裏面側（光入射側とは反対側）へ透過させることができ、採光性能を高めることができる。
【００３４】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記透明導電層は、上記光電変換層に対して光入射側とは反対側に形成されていることが好ましい。上記構成によれば、透明導電層を上記開口部だけでなく光電変換装置全面に対して配設した場合であっても、光電変換層へ到達する光量には影響を与えることがない。従って、高い発電効率を保つことができる。
【００３５】
また、本発明の光電変換装置では、上記開口部の最大対角寸法が、０．６μｍ以上０．９ｍｍ以下であることが好ましい。ここで、最大対角寸法とは、例えば開口部の形状が円形の場合には直径を、楕円形の場合は長径を、多角形の場合は最長の対角線寸法をいう。上記構成によれば、開口部において、波長１．２μｍ以下の光の透過を損なうことがなく、かつ５ＧＨｚ以下の周波数帯域の電磁波に対して３０ｄＢ以上のシールド効果を得ることができる。
【００３６】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記透明導電層のシート抵抗が、０．２Ω／□以上６Ω／□以下であることが好ましい。上記構成によれば、光透過率が高く、かつ３０ｄＢから６０ｄＢのシールド効果をもつ透明導電層を得ることができる。
【００３７】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記光電変換層に対して光入射側とは反対側に透光性基板が配されており、上記透明導電層は該透光性基板上に形成されていることが好ましい。上記構成によれば、光電変換層が透光性基板により保持されるので、光透過率を下げることなく、シースルー型光電変換装置全体の強度を高めることができる。
【００３８】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記１対の電極層のうちの上記透明導電層と上記光電変換層との間にある電極層と、該透明導電層とは電気的に絶縁されていることが好ましい。上記構成によれば、上記透明導電層が電位的に光電変換層側から独立しているため、上記光電変換層が複数の太陽電池単位セルの集積構造を有する構成であっても上記透明導電層適用することができる。したがって、集積型太陽電池モジュールにおいても、発電効率を低下させることなく電磁波シールド性を高めることができる。
【００３９】
また、本発明のシースルー型光電変換装置では、上記１対の電極層のうちの上記光電変換層の光入射側とは反対側に形成されている電極層と、該光電変換層との間に、さらなる導電層が設けられていることが好ましい。１対の電極層のうち、光入射側と反対側に形成されている電極層は、光電変換層から電極を取り出す役割に加えて、光電変換層において光電変換に利用されなかった光を反射して再び光電変換層に戻して変換効率を上げる役割を有している。従って、上記構成のように、該電極層と光電変換層との間に導電層を設けておけば、上記の反射率をさらに高めることができ、変換効率をさらに上げることができる。
【００４０】
また、本発明の建材では、上記したいずれかのシースルー型光電変換装置を用いてなることが好ましい。上記構成によれば、高い電磁波シールド性を有するシースルー型光電変換装置を建材として用いるので、不要電波の侵入および漏洩を防止した無線通信環境を実現することができる。
【発明の効果】
【００４１】
以上のように本発明のシースルー型光電変換装置は、１対の電極層で挟持された光電変換層を有し、該光電変換層には光が通過する開口部が形成され、少なくとも該開口部を覆う位置に対応して透明導電層が配設されている。
【００４２】
従って、発電効率を低下させることなく、高い電磁波シールド性を持つシースルー型光電変換装置を提供することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
本発明の一実施形態について図１乃至図３に基づいて説明すると、以下の通りである。
【００４４】
図１は、本実施の形態のシースルー型薄膜太陽電池（シースルー型光電変換装置；以下、単に「光電変換装置」と称する）１を示す断面図である。
【００４５】
光電変換装置１は、同図に示すように、前面透光性基板２、前面透明導電層（電極層）３、光電変換層４、裏面電極層（電極層）５、裏面透光性基板（透光性基板）６、裏面透明導電層（透明導電層）７、および絶縁層８を有している。なお、説明の便宜上、光電変換層４に対して、光入射側を前面といい、その反対側を裏面という。また、シースルー型薄膜太陽電池は光透過性を有するため両面から光が入射することができるが、便宜上、太陽に面する側など、ヨリ入射光量の多い側を光入射側と記載することとする。
【００４６】
具体的には、光電変換装置１は、前面透光性基板２の一方の面に形成された前面透明導電層３上の少なくとも一部に、光電変換層４および裏面電極層５がこの順で積層されて形成されている。なお、光電変換装置１は、前面透光性基板２側から入射し光電変換層４に到達した太陽光（光）により発電する一方、太陽光の一部が光電変換装置１の裏面側へ透過するいわゆるシースルー型の光電変換装置である。このため、光電変換装置１は、裏面側へ太陽光が透過できるように、上記光電変換層４に開口部９が設けられており、これにより光電変換装置１の裏面側でも採光することができる。
【００４７】
上記前面透光性基板２および裏面透光性基板６は、互いに対向して配されており、上記光電変換層４などの他の部材を両側から挟持している。なお、前面透光性基板２および裏面透光性基板６は、光電変換装置１の構造支持体としていずれか一方が適当な強度を有していれば、一方のみでもよく、必ずしも両方を有している必要はない。ただし、光電変換装置１の耐候性、長期信頼性、および外部からの機械的衝撃に対する耐性向上の観点からは、前面透光性基板２と裏面透光性基板６との両方を有していることが好ましい。
【００４８】
また、前面透光性基板２および裏面透光性基板６は、必ずしも透光性の基板である必要はなく、不透光性基板であっても、貫通孔を形成する等の方法にて光透過性を持たせたものであれば、光電変換装置１の基板として適用可能である。
【００４９】
前面透光性基板２および裏面透光性基板６には、安価なガラスが用いられる場合が多いが、光電変換装置１の全体を構造的に支持できるものであれば、安価なガラスに限定されない。例えばポリイミド、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）、およびＰＥＳ（ポリエーテルスルフォン）などの耐熱性の高分子フィルムなどを用いてもよい。また、光電変換装置１を屋外で使用する場合には、強化ガラスを用いるか、または、合わせガラス構造、複層ガラス構造などを用いると、風圧、降雹に対する強度が確保できるのでより望ましい。
【００５０】
また、前面透光性基板２および裏面透光性基板６は、適当な強度および重量などを備えるために、板厚が例えば０．１ｍｍ〜３０ｍｍ程度であることが適当である。さらに、これらの基板の利用形態に応じて、これらの基板と絶縁膜、導電膜、およびバッファ層等またはこれらが組み合わされたものを用いてもよい。
【００５１】
上記前面透明導電層３は、上記前面透光性基板２の光入射側と反対側の面上に形成されており、前面透光性基板２の全面に形成されていてもよいし、一部分に形成されていてもよい。前面透明導電層３は、上記光電変換層４で発生した電力を取り出すための電極の役割を有している。そのため、前面透明導電層３には、抵抗損失をの低減のために高い導電性が要求され、かつ、光電変換層４への光入射量を高めるために高い光透過性が要求される。このため、それらを満たす材料として、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、およびＩＴＯなどを用いる場合が多いが、これらの材料にガリウムやアルミニウムなどの不純物を含有させて、さらに導電率を向上させたものを用いてもよい。
【００５２】
前面透明導電層３は、スパッタ法、真空蒸着法、ＥＢ蒸着法、ＣＶＤ法、ゾルゲル法、および電析法などにより前面透光性基板２上に形成することができる。
【００５３】
導電性の観点からは、前面透明導電層３のシート抵抗が小さいほど、光電変換層４からの電流取り出しにおけるシリーズ抵抗損失が低減し、かつ、前面透明導電層３による電磁波シールドのシールド効果は大きくなるので好ましい。そして、一般的に、前面透明導電層３のシート抵抗は、前面透明導電層３の膜厚の増加に反比例して減少する。すなわち、前面透明導電層３の膜厚を増加させると、前面透明導電層３のシート抵抗が小さくなり好ましい。
【００５４】
しかしながら、前面透明導電層３のシート抵抗を小さくするために、無制限に前面透明導電層３の膜厚を増加させると、同時に前面透明導電層３の光透過率の低下を招く。そして、前面透明導電層３の光透過率が低下すると、結果として、光電変換装置１の変換効率が低下するという問題が生じる。
【００５５】
従って、導電性だけでなく、光透過性すなわち変換効率の観点も考慮に入れると、前面透明導電層３のシート抵抗は、上述の材料で適切な光透過率を確保できるように、下限を５Ω／□程度とする場合が多い。また、前面透明導電層３の膜厚は、特に限定されるものではないが、導電性および光透過性の観点から１０ｎｍ〜２μｍ程度とするのが好ましい。
【００５６】
上記光電変換層４は、上記前面透明導電層３上の少なくとも一部に形成されていればよい。光電変換層４は、１対の電極層（前面透明導電層３・裏面電極層５）で挟持されている。光電変換層４は、通常、ｐ型半導体層およびｎ型半導体層を有するｐｎ接合により形成されるか、またはｐ型半導体層、ｉ型半導体層、およびｎ型半導体層を有するｐｉｎ接合により形成される。しかし、これらに限られず、ｐ型半導体層とｎ型半導体層とのどちらか一方のみを有するショットキー接合、またはその他公知の半導体接合により形成されていてもよい。また、上記ｉ型半導体層は、光電変換機能を損なわない限り、弱いｐ型またはｎ型の導電型を示すものであってもよい。さらに、光電変換層４を上記各半導体接合のうち２つ以上の接合を積層させることにより光電変換装置１を多接合型太陽電池としてもよい。
【００５７】
上記各半導体層を構成する材料としては、例えばシリコン等の元素半導体、シリコンに炭素やゲルマニウムまたはその他の不純物が添加されたシリコン合金、ガリウム砒素やリン化インジウムなどのIII−V族化合物半導体、テルル化カドミウムや硫化カドミウムなどのII−VI族化合物半導体、銅−インジウムーガリウムーセレンなどの多元系化合物半導体、または酸化チタン等の多孔質膜に色素等を吸着させたものなどが挙げられる。
【００５８】
また、上記ｐ型半導体層は、上記半導体層に、ボロン、アルミニウム等のｐ導電型となる不純物原子がドープされたものであってもよい。また、上記ｎ型半導体層は、上記半導体層に、リン、窒素等のｎ導電型となる不純物原子がドープされたものであってもよい。これらの半導体層の製法としては、ＣＶＤ法、ＥＢ蒸着法、真空蒸着法、ゾルゲル法、ならびに上記の半導体を含有する懸濁液を塗布、乾燥および焼成する方法等が挙げられる。また、光電変換層４の膜厚は、特に限定されるものではないが、変換機能を損なわず、製造コストを低減するという観点から、０．１μｍ〜１００μｍ程度が望ましい。
【００５９】
上記裏面電極層５は、上記光電変換層４上に設けられており、上記前面透明導電層３と同様に、上記上記光電変換層４で発生した電力を取り出すための電極である。したがって、前面透明導電層３と同様の材料を使用してもよい。さらに、裏面電極層５は、電極としての機能のほかに、光電変換層４に入射した光のうち光電変換に利用されずに光電変換層４の裏面側に洩れてきた光を反射するような材料を用いることにより、再度光を光電変換層４に戻して変換効率を高める光閉じ込め機能を持たせることができるのでより好ましい。
【００６０】
このように光を反射させる材料として、可視光反射率の高い銀、アルミニウム、チタン、およびパラジウム等の金属材料やその合金が用いられ、これらの材料が、スパッタリング法、真空蒸着法、および電子ビーム蒸着法等により光電変換層４の上に形成される。裏面電極層５の膜厚は、特に限定されるものではないが、適切なシート抵抗が得られるように０．１μｍ〜１０μｍ程度とするのがよい。
【００６１】
また、図２に示すように、裏面電極層５の可視光反射率を上げる目的で、裏面電極層５と上記光電変換層４との間に、上記前面透明導電層３と同様の材料からなる裏面導電層（導電層）１０を配してもよい。なお、裏面導電層１０は、必ずしも透明である必要はない。
【００６２】
ところで、導電性の高い金属からなる裏面電極層５は、完全導体板に近似可能であり、全帯域の電磁波をほぼ完全にシールドすることができる。しかし、導電性の高い金属は総じて可視光反射率が高く光をほとんど透過しないため、裏面電極層５を比較的厚い金属層で構成して光電変換装置１の全面にわたって設けた場合には、シースルー型薄膜太陽電池本来の機能である光透過性を損なうことになる。
【００６３】
そこで、光電変換装置１では、光透過性を維持するために、前面透光性基板２上に、光電変換層４および裏面電極層５を部分的に設けている。すなわち、図１に示すように、前面透光性基板２側から入射する光（太陽光）の一部を光電変換装置１の裏面側（裏面透光性基板６側）に透過させるために、光電変換層４に開口部９を設けている。さらに、該開口部９は裏面電極層５にも連続して形成されている。
【００６４】
また、裏面電極層５として透明導電層を用いたり、金属であっても光透過性を有するように非常に薄い電極層を用いたりする場合等には、裏面電極層５には開口部９を設けなくともよく、この場合でも光電変換装置１に光透過性を持たせることができる。また、前面透明導電層３に開口部９を連続して形成してもよいし、裏面電極層５および前面透明導電層３に開口部９を連続して形成してもよい。
【００６５】
開口部９は、例えば前面透明導電層３の上に光電変換層４および裏面電極層５を順次積層したのち、エッチングまたはレーザ等により光電変換層４および裏面電極層５を除去することにより形成することができる。この形成方法に限られず、開口部９は、前面透明導電層３の上に開口部９を被覆するマスクを形成して、前面透明導電層３の全面に光電変換層４および裏面電極層５を順次積層したのちに、上記マスクを除去するなど他の方法により形成してもよい。
【００６６】
また、開口部９の形状としては、例えば円形、楕円形、および多角形などを用いることができるが、円形または四角形は、作製が容易なので特に好適である。
【００６７】
上記したように、裏面電極層５は導体板に近似したものであるので、ほぼ完全に電磁波をシールドすることができる。これに対して、開口部９を設けると、光透過率は向上するが、電磁波のシールド性は低下する。その理由を以下説明する。
【００６８】
開口部９は、電磁波にとってスロットアンテナとして振舞うと考えられる。このため、該開口部９の最大対角寸法を半波長とする電磁波より十分長い波長の電磁波は大きく減衰するため開口部９を通過できないが、開口部９の最大対角寸法を半波長とする電磁波、およびそれより短い波長の電磁波は、ほとんど減衰せずに開口部９を透過する。そこで、開口部形成による電磁波シールド性の低下を抑えるため、本実施の形態の開口部９は、以下のような特徴を有している。
【００６９】
上記のように開口部９を有する裏面電極層５は、開口部９の寸法に対して入射する電磁波が長波長であるほど大きく減衰するハイパスフィルタとして作用する。ここで、開口部９の最大対角寸法とは、開口部９が例えば円形の場合は直径を、楕円形の場合は長径を、多角形の場合は最長の対角線寸法をいう。なお、開口部９の形状はこれに限られないが、可視光透過性の高い形状であることが好ましい。
【００７０】
上記の開口部９の最大対角寸法をＬ［ｍ］、電磁波の波長をλ［ｍ］とすると、電磁波の減衰率を示す入射電界強度Ｅｉ［Ｖ／ｍ］と透過電界強度Ｅｔ［Ｖ／ｍ］との比は、下記の式（１）に示すように表される。
【００７１】
λ／２≧Ｌ のとき Ｅｉ／Ｅｔ＝λ／（２Ｌ） …（１）
すなわち、最大対角寸法を半波長とする電磁波は減衰しないが、それより長波長の電磁波は、その波長λに比例して減衰率Ｅｉ／Ｅｔが増加する。一般的に、電磁遮蔽材の電磁シールド効果ＳＥは、下記の式（２）に示すように、上記減衰率Ｅｉ／Ｅｔをデシベル換算した値で表される。
【００７２】
ＳＥ［ｄＢ］＝２０・ｌｏｇ（Ｅｉ／Ｅｔ） …（２）
したがって、上記の式（１）および式（２）より、裏面電極層５の開口部９のシールド効果ＳＥは、下記の式（３）で表される。
【００７３】
ＳＥ［ｄＢ］＝２０・ｌｏｇ（λ／（２Ｌ）） …（３）
このような開口部９のシールド効果ＳＥを利用すれば、裏面電極層５に開口部９を有する光電変換装置１において開口部９の寸法を適正な範囲に設定することで、特定帯域の電磁波のシールド効果ＳＥを向上させることができる。ここで、無線ＬＡＮに使用する帯域は、ＩＥＥＥ８０２．１１ａが５．１５ＧＨｚ〜５．２５ＧＨｚ、ＩＥＥＥ８０２．１１ｂが２．４ＧＨｚ〜２．４９７ＧＨｚであるので、上記開口部９の最大対角寸法Ｌの下限値は、５．２５ＧＨｚ以下の帯域で高いシールド効果を得られるような寸法にするとよい。
【００７４】
上記無線ＬＡＮの通信環境の確保のためには、ＤＵ比（希望波対干渉波強度比）を２５ｄＢとれば充分であるといわれている。しかし、上記の式（３）に示すように、高周波数側、すなわち短波長側ではシールド効果が小さくなるので、より好ましくは、遮蔽したい帯域の上限である５．２５ＧＨｚにおけるシールド効果ＳＥを３０ｄＢ確保できるように、開口部９の最大対角寸法Ｌの上限値を設定するとよい。最大対角寸法Ｌを０．９ｍｍとすれば、上記の式（３）より、波長０．０５７ｍの５．２５ＧＨｚの電磁波に対して３０ｄＢのシールド効果を得ることができる。
【００７５】
このように、開口部９の最大対角寸法Ｌを０．９ｍｍ以下にすれば、５．２５ＧＨｚ以下の帯域の電磁波に対して３０ｄＢ以上のシールド効果を得ることができる。
【００７６】
これに対して、開口部９の最大対角寸法を０．９ｍｍから限りなく小さくしていくと、開口部９が透過できる電磁波の波長の上限が下がり、波長０．３μｍ〜１．２μｍの太陽光スペクトルの領域（紫外から可視および赤外領域まで）の電磁波、すなわち光透過をも遮ることになる。光電変換装置１の重要な機能の一つである採光性（光透過性）を低下させないために、すなわち、波長１．２μｍ以下の電磁波に対してシールド効果が作用しないように、開口部９の最大対角寸法Ｌの下限値を設定する必要がある。
【００７７】
最大対角寸法Ｌを０．６μｍとすれば、上記の式（３）より、波長１．２μｍ以下の電磁波に対するシールド効果はゼロとなる。このように、開口部９の最大対角寸法Ｌの下限値を０．６μｍとすれば、波長１．２μｍ以下の光透過性が向上するため、採光性の高い光電変換装置１を得ることができる。
【００７８】
ここで、特に注目すべきは、光電変換装置１は、図１に示すように、裏面透光性基板６の一方の表面に裏面透明導電層７が形成されていることである。図１に示すように、裏面透光性基板６から見て前面透光性基板２側の面に裏面透明導電層７が形成されていてもよいし、裏面透光性基板６から見て前面透光性基板２とは反対側の面に形成されていてもよいが、光電変換装置１の外部からの機械的衝撃による裏面透明導電層７の損傷を防ぎ耐候性を向上させるためには、前面透光性基板２側の面に裏面透明導電層７が形成されていることが好ましい。
【００７９】
なお、裏面透明導電層７には、光透過性の高い材料であればどのようなものでも用いることができるが、上記の前面透明導電層３と同様の材料を用いることが好ましい。また、金属であっても、光透過性を有するように非常に薄く形成することで、上記裏面透明導電層７として用いることができる。
【００８０】
また、裏面透明導電層７と上記裏面電極層５との間および開口部９は、後述する絶縁層８により封止されていることが望ましい。該絶縁層８により、前面透光性基板２上に前面透明導電層３、光電変換層４および裏面電極層５が形成されたものと、裏面透光性基板６上に裏面透明導電層７を形成されたものを一体化することができる。ただし、例えば特許文献１に記載のような集積型太陽電池構造を有さない場合は、必ずしも裏面電極層５と裏面透明導電層７とを電気的に絶縁する必要がないので、絶縁層８以外を適用することも可能である。
【００８１】
上述したように、従来のシースルー型薄膜太陽電池（光電変換装置）では、発電効率を低下させることなく、電磁波シールド性を向上させることが困難であった。一般に、シースルー型光電変換装置のシールド性を向上させるためには、開口部９を含むシースルー型薄膜太陽電池のモジュール全体にわたって導電性を高める必要がある。したがって、上記開口部９を介した電磁波の伝播を低減するために、従来のシースルー型光電変換装置では、透明前面電極層（本実施の形態では前面透明導電層３）の膜厚を増加させる必要があり、これに伴い、光電変換層に到達する入射光量の減少にともなう発電効率の低下が生じる。
【００８２】
しかしながら、光電変換装置１のように、裏面透光性基板６の一方の面に裏面透明導電層７を形成すれば、開口部９については前面透明導電層３および裏面透明導電層７の２層に高い導電性を持たせることができる。さらに、開口部９以外の部分についても、前面透明導電層３、裏面電極層５および裏面透明導電層７の３層に高い導電性を持たせることができる。また、前面透明導電層３は、光電変換層４へ入射光を透過させる役割を持っているが、裏面透明導電層７は、光電変換層４からみて入射光と反対側の面に存在するため、その膜厚や光透過率が直接的に太陽電池の発電効率に悪影響を与えることがない。したがって、前面透明導電層３の膜厚を増加させることなく、光電変換装置１全体にわたって高い導電性を持たせることができるので、発電効率の低下を招くことなく、光電変換装置１の全面にわたって電磁波に対する高いシールド効果を得ることができる。これにより、不要電波の侵入および漏洩を防ぎ、屋内の無線ＬＡＮの通信環境を良好にすることができる。
【００８３】
また、裏面透明導電層７は、必ずしも前面透光性基板２全面を覆うように設けられる必要はなく、図２に示すように、開口部９のみを覆うような位置に対応して設けられていてもよい。
【００８４】
同図に示すように、開口部９のみを覆うような位置に対応して裏面透明導電層７を設けた場合でも、開口部９については、前面透明導電層３および裏面透明導電層７の２層に高い導電性を持たせることができ、結果として、特に高い電磁波シールド性が要求される開口部を含む光電変換装置１全体として高い導電性を持たせることができる。
【００８５】
以下、裏面透明導電層７の電磁波シールド効果について、詳細に説明する。導電性媒質内を伝播する電磁波は、伝播距離に対してその電界強度が指数関数的に減衰するが、その振幅が１／ｅになる距離δを表皮深さと呼び、下記の式（４）により求めることができる。
【００８６】
【数１】
【００８７】
ただし、ｆは電磁波の周波数［Ｈｚ］、μは導電性媒質の透磁率［Ｈ／ｍ］、σは導電性媒質の導電率［Ｓ／ｍ］である。導電性媒質の透磁率μは、該導電性媒質が上述の材料のような非磁性体の場合は、真空の透磁率（４π×１０−７［Ｈ／ｍ］）が適用できる。
【００８８】
したがって、上記の式（４）の示すところは、自由空間から電磁波が導電性媒質に入射した際に、電磁波が導電性媒質内に侵入できる表皮深さは、電磁波の周波数が高ければ高いほど、また、導電性媒質の導電率が高ければ高いほど小さくなるということである。換言すれば、導電性の電磁遮蔽材は、入射する電磁波に対して、所定周波数以上の帯域を減衰させるローパスフィルタとして作用する。上記効果を表皮効果と呼び、導電性媒質の厚さｄが表皮深さδより小さい場合、表皮効果による電磁波のシールド効果ＳＥは、下記の式（５）で表される。
【００８９】
ＳＥ＝２０ｌｏｇ（１＋Ｚ０／（２Ｒｓ）） …（５）
ただし、Ｚ０は空間の波動インピーダンス［Ω］で、下記の式（６）で表される定数である。
【００９０】
【数２】
【００９１】
また、Ｒｓは導電性媒質のシート抵抗［Ω／□］である。図３は、上記の式（５）の関係をグラフ化したものである。同図において、縦軸はシールド効果ＳＥ[ｄＢ]を横軸はシート抵抗Ｒｓ[Ω／□]としている。同図によれば、電磁遮蔽材のシート抵抗Ｒｓが小さければ小さいほど、シールド効果ＳＥは大きくなることがわかる。したがって、上述のように、無線ＬＡＮの通信環境の確保のためには、３０ｄＢのシールド効果を得られるように導電性媒質のシート抵抗を設定するとよい。したがって、上記の式（５）によれば、裏面透明導電層７のシート抵抗Ｒｓを６Ω／□以下にすれば、３０ｄＢ以上のシールド効果を得ることができる。
【００９２】
さらに、裏面透明導電層７のシート抵抗Ｒｓを０．２Ω／□にすれば、式（５）によりシールド効果は６０ｄＢとなる。このとき、上述の開口部９を有する裏面電極層５のシールド効果３０ｄＢと合わせると９０ｄＢのシールド効果を有し、電波暗室レベルの高いシールド性能を実現できる。したがって、透明導電層の膜厚増加による透過率の低下を抑えるためシールド効果の上限を９０ｄＢとし、シート抵抗Ｒｓは０．２Ω／□を下限値とすることが望ましい。
【００９３】
また、図１にハッチングにて示すように、開口部９では前面透明導電層３と裏面透明導電層７との間は、絶縁層８で封止されている一方、開口部９以外では、裏面透明導電層７と裏面電極層５との間は、絶縁層８で封止されている。また、図２に示すように、開口部９を覆うように設けられた裏面透明導電層７は前面透明導電層３と絶縁層８により封止されている。
【００９４】
該絶縁層８には、絶縁性、透明性および耐候性が高い透明樹脂として、エチレンー酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ樹脂）、またはポリビニルブチラールなどが好適に用いられる。また、裏面透明導電層７と裏面電極層５とが電気的に接触しない場合は、絶縁層８に空気層やその他の気体を封入した層を用いることができる。この場合、断熱性や防音性の高い太陽電池モジュールを得ることができる。
【００９５】
さらに、絶縁層８として適正な誘電率を有する誘電体層を用いることで、電波吸収機能を持たせることもできる。その際、誘電体層として、例えば誘電率２．７のポリカーボネート等を用いるとよい。
【００９６】
なお、裏面透明導電層７を裏面透光性基板６における裏面電極層５とは反対側に配した場合には、裏面透明導電層７と裏面電極層５とが裏面透光性基板６によって絶縁させるため、絶縁層８は不要となる。
【００９７】
また、図示しないが、前面透明導電層３に開口部を設けてもよい。この場合も、裏面透明導電層７の膜厚を増加させることによって、電磁波シールド性を高めることができる。
【００９８】
また、光電変換装置１を、例えば建築物の窓にガラスの代わりに、すなわち建材（不図示）として用いてもよい。
【００９９】
また、上記光電変換装置１では、薄膜太陽電池の場合について説明したが、これに限られず、例えば結晶系太陽電池を適当な間隔で並べてガラスで封止したものであってもよい。
〔実施例〕
以下、本発明の具体的な実施例を示す。前面透光性基板２として板厚１．８ｍｍの青板ガラス板を用い、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により青板ガラス板上に膜厚８００ｎｍの酸化亜鉛の前面透明導電層３を形成した。
【０１００】
その後、前面透明導電層３を形成したガラス板を濃度０．５％の塩酸に浸して前面透明導電層３のエッチングを行ったところ、エッチング後の前面透明導電層３のシート抵抗は１６Ω／□、膜厚の平均値は、３５０ｎｍであった。また、前面透明導電層３が形成された前面透光性基板２の光透過率は８５％であった。
【０１０１】
こうして得られた前面透明導電層３上に、高周波プラズマＣＶＤ法を用いてｐ型シリコン層、ｉ型シリコン層、およびｎ型シリコン層からなる光電変換層４を、合計膜厚（前面透光性基板２、前面透明導電層３および光電変換層４を合わせた膜厚）が２μｍとなるように堆積した。
【０１０２】
その後、レーザスクライブにより光電変換層４に前面透明導電層３が露出するような開口部９を形成したのち、開口部９の領域をマスクして光電変換層４に裏面電極層５を堆積させた。
【０１０３】
該開口部９の形状は、対角寸法が０．６ｍｍの正方形であり、開口部９は、青板ガラス板（前面透光性基板２）の全面積に対して開口率が３０％となるように形成した。
【０１０４】
裏面電極層５は、ＤＣマグネトロンスパッタリング法により、膜厚５０ｎｍの酸化亜鉛の層と膜厚５００ｎｍの銀の層をこの順で堆積させた。
【０１０５】
裏面透光性基板６は、上記前面透光性基板２と同様にガラス板の上に酸化亜鉛の裏面透明導電層７を形成したものを用いた。裏面透明導電層７の膜厚は２μｍ、シート抵抗は２．５Ω／□であり、裏面透明導電層７が形成された裏面透光性基板６の光透過率は８０％であった。
【０１０６】
前面透明導電層３、光電変換層４、および裏面電極層５が形成された前面透光性基板２と裏面透光性基板６は、裏面電極層５と裏面透明導電層７が対面するように積層され、両者の間の透明封止樹脂としてはＥＶＡ樹脂を用いた。
【０１０７】
このようにして作製したシースルー型薄膜太陽電池について、米国軍用規格ＭＩＬ−ＳＴＤ−２８５に準じてシールド効果を測定したところ、２．４ＧＨｚ、５、２５ＧＨｚにおけるシールド効果は、それぞれ６５ｄＢ、７０ｄＢであり、良好な電磁遮蔽性能を示した。
【０１０８】
なお、前面透光性基板２上に形成される前面透明導電層３をレーザスクライブ等により複数の領域に分割したのち、各領域上に光電変換層４および裏面電極層５を積層した集積型太陽電池構造としてもよい。
【０１０９】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【０１１０】
本発明は、ＧＨｚの電磁波に対して高い遮蔽能力を有するシースルー型光電変換装置であり、特に、建物の窓や天窓に建材として利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明の実施形態のシースルー型光電変換装置を示す断面図である。
【図２】図１に示すシースルー型光電変換装置の変形例を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の裏面透明導電層のシールド効果を示すグラフである。
【図４】（ａ）は、従来のサブストレート型の薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図であり、（ｂ）は、従来のスーパーストレート型の薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【図５】従来のシースルー型薄膜太陽電池の概略構成を示す断面図である。
【符号の説明】
【０１１２】
１ シースルー型光電変換装置（光電変換装置）
３ 前面透明導電層（電極層）
４ 光電変換層
５ 裏面電極層（電極層）
６ 裏面透光性基板（透光性基板）
７ 裏面透明導電層（透明導電層）
９ 開口部
１０ 裏面導電層（導電層）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１対の電極層で挟持された光電変換層を有し、該光電変換層には光が通過する開口部が形成され、少なくとも該開口部を覆う位置に対応して透明導電層が配設されていることを特徴とするシースルー型光電変換装置。
【請求項２】
上記開口部が上記１対の電極層のうちの少なくとも一方の電極層に連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項３】
上記透明導電層は、上記光電変換層に対して光入射側とは反対側に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項４】
上記開口部の最大対角寸法が、０．６μｍ以上０．９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項５】
上記透明導電層のシート抵抗が、０．２Ω／□以上６Ω／□以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項６】
上記光電変換層に対して光入射側とは反対側に透光性基板が配されており、上記透明導電層は該透光性基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項７】
上記１対の電極層のうちの上記透明導電層と上記光電変換層との間にある電極層と、該透明導電層とは、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項８】
上記１対の電極層のうちの上記光電変換層の光入射側とは反対側に形成されている電極層と該光電変換層との間に、さらなる導電層が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置を用いてなることを特徴とする建材。
【請求項１】
１対の電極層で挟持された光電変換層を有し、該光電変換層には光が通過する開口部が形成され、少なくとも該開口部を覆う位置に対応して透明導電層が配設されていることを特徴とするシースルー型光電変換装置。
【請求項２】
上記開口部が上記１対の電極層のうちの少なくとも一方の電極層に連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項３】
上記透明導電層は、上記光電変換層に対して光入射側とは反対側に形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項４】
上記開口部の最大対角寸法が、０．６μｍ以上０．９ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項５】
上記透明導電層のシート抵抗が、０．２Ω／□以上６Ω／□以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項６】
上記光電変換層に対して光入射側とは反対側に透光性基板が配されており、上記透明導電層は該透光性基板上に形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項７】
上記１対の電極層のうちの上記透明導電層と上記光電変換層との間にある電極層と、該透明導電層とは、電気的に絶縁されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項８】
上記１対の電極層のうちの上記光電変換層の光入射側とは反対側に形成されている電極層と該光電変換層との間に、さらなる導電層が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか１項に記載のシースルー型光電変換装置を用いてなることを特徴とする建材。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−１７３４１２（Ｐ２００６−１７３４１２Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３６５０８７（Ｐ２００４−３６５０８７）
【出願日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１６日（２００４．１２．１６）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ
【出願人】（０００００５０４９）シャープ株式会社 (33,933)
【Ｆターム（参考）】
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