発電糸，その製造方法及び装置，太陽電池
【課題】大面積化が可能で生産性に優れた柔軟性のある太陽電池を提供する。
【解決手段】太陽光が発電層２４に入射すると、光による電子の励起によって電子−ホール対が形成され、ホールはｐ型シリコン層２２ｐからヨコ糸２０に達し、電子はｎ型シリコン層２２ｎからタテ糸３０に達する。これにより、ヨコ糸２０とタテ糸３０との間に起電力が得られる。ヨコ糸２０とタテ糸３０を生地のように織り込んで太陽電池１０が形成されているため、極めて大面積のものを簡便に得ることができ、柔軟性にも富む。
【解決手段】太陽光が発電層２４に入射すると、光による電子の励起によって電子−ホール対が形成され、ホールはｐ型シリコン層２２ｐからヨコ糸２０に達し、電子はｎ型シリコン層２２ｎからタテ糸３０に達する。これにより、ヨコ糸２０とタテ糸３０との間に起電力が得られる。ヨコ糸２０とタテ糸３０を生地のように織り込んで太陽電池１０が形成されているため、極めて大面積のものを簡便に得ることができ、柔軟性にも富む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電糸，その製造方法及び装置，太陽電池に関し、特に太陽電池の大面積化に好適な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
大面積化を目的とした太陽電池としては、適宜のプラスチックフィルム基材上に、金属電極を挟んで、プラズマＣＶＤによるシリコンの低温成膜，水素化やフッ素化による未結合手の安定化処理を行なってアモルファスシリコンによるＰＩＮ接合を形成し、その上に透明導電膜を介して集電用電極を形成したシート型の太陽電池が知られているが、大型のシートに一括して発電層を成膜するため、大面積の太陽電池を得るためには製造装置が大型化し、価格面でも不利となる。また、プラスチックフィルム基材を使用しており、柔軟性を有しているが、基材の耐熱性の低さ故に膜質を低下させ、その結果として発電効率が劣化する恐れがある。
【０００３】
このようなシート型の太陽電池に対し、下記特許文献１には、石英管などの透明材料からなる管の内面に透明導電層および色素増感多孔質半導体層を順次設け、管の中央部に棒状の対極を挿入し、管の両端部と対極との間を封止部材により封止し、色素増感多孔質半導体層と対極との間の空間に電解質層を封入した色素増感光電変換素子が開示されており、ガラス基板上に並べることで光電変換素子モジュールとなる。また、下記特許文献２には、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層により構成されるｐｎ接合層の主面に沿った方向に、ｐ電極及びｎ電極をそれぞれ形成した光電変換素子が開示されており、渦巻き状や同心形状に形成される。
【特許文献１】特開２００７−０１２５４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２７３４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１記載の背景技術では、石英管の内側に発電層を形成し、その中に電極を挿通しており、構造が複雑で、大面積化に好適とはいえない。また、前記特許文献２記載の背景技術では、テープ状となっており、特許文献１の手法よりも大面積化に向いているものの、限界がある。
【０００５】
本発明は、以上のような点に着目したもので、その目的は、大面積化が可能で生産性に優れた太陽電池を提供することである。他の目的は、柔軟性に優れた太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の発電糸は、糸の長手方向に連続して発電層を形成したことを特徴とする。本発明の太陽電池は、前記発電糸を使用した織物もしくは編物として構成される。前記発電糸は、電極糸を連続的に移送する途中に、ガス状や液体状の原料をＣＶＤ（常圧−ＣＶＤや低圧−ＣＶＤ），プラズマ熱分解，電子線熱分解などの方法で発電層を形成することで得られる。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、糸に発電層を形成したので、大面積化が可能で、生産性にも優れた太陽電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１には、本発明の一実施例が示されている。同図(A)は斜視図であり、これを矢印ＦＡ方向から見ると同図(B)のようになる。これらの図において、本実施例の太陽電池１０は、ヨコ糸２０とタテ糸３０を生地のように織り込んだ構成となっている。これらのうち、ヨコ糸２０，タテ糸３０としては、アルミニウム，銅，ニッケル，クロム，すず，鉄，銀，金，白金，パラジウム，などの金属線やその合金，炭素繊維，導電性ポリマーなどが使用される。必要があれば、複数本の糸を撚った撚糸として形成してもよい。ヨコ糸２０の表面には、ｐ型シリコン層２２ｐ，ｎ型シリコン層２２ｎが積層形成されており、これらによって発電層２４が形成されている。これらヨコ糸２０及び発電層２４によって発電糸２６が構成されており、タテ糸３０は電極糸として作用する。ヨコ糸２０とタテ糸３０が交差する部位では、ヨコ糸２０とタテ糸３０の間に発電層２４が挟まれた構成となり、ｐｎ接合型の太陽電池となる。
【００１０】
本実施例の作用を説明すると、太陽光などの光が発電層２４に入射すると、光による電子の励起によって電子−ホール対が形成される。これらのうち、ホールはｐ型シリコン層２２ｐからヨコ糸２０に達し、電子はｎ型シリコン層２２ｎからタテ糸３０に達する。これにより、ヨコ糸２０とタテ糸３０との間に起電力が得られるようになる。なお、発電層２４における発電の原理は、一般的に知られているものである。
【００１１】
ところで、本実施例によれば、ヨコ糸２０とタテ糸３０を生地のように織り込んで太陽電池１０が形成されている。このため、極めて大面積のものを簡便に得ることができる。また、従来の太陽電池では、入射する光を有効に活用するために表面に凹凸を形成するテクスチャ構造が知られているが、本実施例によれば、ヨコ糸２０の周面の全体に発電層２４が形成されているので、太陽光がいずれの方向から入射しても多重反射により効果的に発電を行なうことができる。また、全体が生地となっているので、極めて柔軟性に富むという利点もある。
【００１２】
以上のように、本実施例によれば、以下のような効果が得られる。
(1)シリコンによる発電層を細い糸に成膜することから、製造装置を小型化することができる。また、糸を流しながら連続成膜が可能となり、生産性が向上する。
(2)布状とした太陽電池を、縫製で繋ぎ合わせることもできるため、製造装置の大型化を招くことなく大面積化が可能となり、かつ、発電糸の状態で多くの機能が完結しているので、太陽電池としての大型化と製造工程内の不良率の相関関係を抑制することができる。
(3)起電力取出し用の糸を多数設けることができ、導体抵抗による発電電力の損失が低減され、高効率となる。
(4)発電糸がほぼ全方位からの光に対して発電可能なため、テクスチャ構造の代わりにすることができ、散乱光や反射光も発電に用いることができるため、発電効率が向上する。
(5)繊維のため、金属や炭素繊維等の材料を用いてもプラスチックフィルム以上の柔軟性が得られる。また、金属や炭素繊維等の高耐熱材料を用いており、成膜温度を上げることが可能となって、太陽電池としての生地の柔軟性も維持できる。
【実施例２】
【００１３】
次に、図２を参照しながら、実施例２について説明する。なお、上述した実施例と対応する構成要素には同一の符号を用いることとする（以下の実施例においても同様）。本実施例の発電糸４０は、上述した実施例１の発電糸２６の表面に透明電極層４２を形成した構成となっている。このため、タテ糸３０は、透明電極層４２と接触するようになる。前記透明電極層４２は、例えば、透明導電性有機化合物（ポリアセチレンやポリチオフェン類）もしくは透明導電性無機化合物（ＩＴＯ，ＳｎＯ２，ＺｎＯ等）で構成される。本実施例によれば、発電層２４によって発電された電荷が透明電極層４２で集められるようになり、電池としての内部抵抗が低減されるようになる。
【実施例３】
【００１４】
次に、図３を参照しながら、実施例３について説明する。上述したように、電力は、ヨコ糸２０とタテ糸３０から取り出すことができるが、織物の状態ではヨコ糸２０が連続している。このため、大面積の場合にヨコ糸２０の両端から電力を取り出そうとすると、全長の電気抵抗が大きくなってしまう。そこで本実施例では、図３(A)，(B)に示すように、発電糸４０の発電層２４及び透明電極層４２を周期的に部分除去し、ヨコ糸２０を露出させる。そして、この露出部５２にタテ糸５０を編み込むようにすれば、タテ糸５０がヨコ糸２０に電気的に接触し、タテ糸３０とタテ糸５０との間に発電層２４が挟まれるようになる。タテ糸３０とタテ糸５０は、交互であってもよいし、図３(C)に示すように、タテ糸３０の複数本置きにタテ糸５０を配置するようにしてもよい。また、図３(D)に示すように、タテ糸５０を２本連続して配置し、次に複数本のタテ糸３０を配置するようにしてもよい。このようにすれば、タテ糸３０，５０から発電電力を取り出すことができ、ヨコ糸２０から発電電力を引き出す場合と比較して電気抵抗が低減され、効率よく発電電力を取り出すことができる。
【実施例４】
【００１５】
次に、図４も参照しながら、上述した発電糸２６，４０の製造方法，製造装置の実施例について説明する。同図に示すように、発電糸の製造装置は、低圧−ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vaper Deposition）装置１００，１２０，１３０を連続的に配置した構成となっている。低圧−ＣＶＤ装置１００内は、入口と出口にそれぞれオリフィスやゴムのコロ（以下「オリフィス」と総称する）１０２，１０４が形成されており、外気の流入を減少させながら反応室１０６に連通している。装置全体は、例えば、アルミ合金管やニッケル合金管により、直径１０ｍｍ，長さ１０ｍ程度の大きさに、円筒状に形成されている。
【００１６】
反応室１０６の中央付近には原料ガス１０８が供給されており、反応室１０６の両端から真空ポンプ１１０によって外部に排気される構造となっている。また、反応室１０６の外側には、プラズマ生成コイル（インダクティブカップリングプラズマ用コイル）１１２（１１２ａ〜１１２ｄ）が巻回されている。低圧−ＣＶＤ装置１２０，１３０についても、原料ガスが異なるものの、基本的な構造は同様となっている。
【００１７】
次に、本実施例の動作を説明すると、ヨコ糸２０は、低圧−ＣＶＤ装置１００の入口オリフィス１０２から反応室１０６内に挿通される。一方、反応室１０６内は、真空ポンプ１１０によって真空引きされるとともに、例えばシランとジボランの混合ガスが原料ガス１０８として供給され、低圧の原料ガス１０８によって満たされる。この状態でプラズマ生成コイル１１２に対する通電を行なうと、生じた磁場による誘導電流がガス中に流れてプラズマが生成され、原料ガスの分解反応が生ずる。これにより、ヨコ糸２０の表面上にｐ型シリコン層２２ｐが成膜される。
【００１８】
次に、表面にｐ型シリコン層２２ｐが形成されたヨコ糸２０は、低圧−ＣＶＤ装置１００の出口オリフィス１０４から出て次の低圧−ＣＶＤ装置１２０に送られる。低圧−ＣＶＤ装置１２０では、原料ガス１２８として、例えばシランとホスフィンの混合ガスが供給され、同様にプラズマ反応による成膜が行なわれる。これにより、ヨコ糸２０の表面上のｐ型シリコン層２２ｐ上に、ｎ型シリコン層２２ｎが成膜される。以上の工程により、図１に示した発電糸２６が得られる。
【００１９】
次に、同様にして、低圧−ＣＶＤ装置１３０によって、ヨコ糸２０の発電層２４上に、透明電極層４２を形成する。原料ガス１３８としては、例えば、亜鉛アルコキシドのガス及び薄い霧を使用する。これにより、図２に示した発電糸４０が得られる。
【００２０】
次に、図３に示した露出部５２を発電糸４０に形成する手法について説明する。上述したように、ｐ型シリコン層２２ｐ，ｎ型シリコン層２２ｎ，透明電極層４２は、いずれもプラズマ生成コイル１１２の磁界によって原料ガスのプラズマを発生させることで形成される。従って、プラズマ生成コイル１１２への通電を停止すれば、磁界が発生せず、成膜を止めることができる。そこで、ヨコ糸２０の移送に同期して、プラズマ生成コイル１１２への通電停止部位を順次移動することで、成膜が行なわれない箇所を形成することができる。具体的には、プラズマ生成コイル１１２ａに対する通電を停止すると、その付近のヨコ糸２０にはｐ型シリコン層２２ｐは形成されない。この部位が移動すると、今度はプラズマ生成コイル１１２ｂに対する通電が停止する。すると、同様にｐ型シリコン層２２ｐは形成されない。この部位が移動すると、今度はプラズマ生成コイル１１２ｃに対する通電が停止する。このような動作を、プラズマ生成コイル１１２ａ〜１１２ｄに対して順次行なうとともに、低圧−ＣＶＤ装置１００，１２０，１３０でも順次行なうことで、ヨコ糸２０の表面に成膜が行なわれない露出部５２が形成される。
【００２１】
このように、本実施例によれば、低圧−ＣＶＤ装置を直列に設け、ヨコ糸２０を移送することとしたので、簡便な構成でありながら、発電糸を連続的に効率よく製造することができる。
【実施例５】
【００２２】
次に、図５を参照しながら、発電糸２６，４０の製造方法，製造装置の他の実施例について説明する。上述したＣＶＤ装置は低圧下で成膜を行なったが、本実施例は大気圧下で成膜を行なうようにした例である。図５(A)に示すように、プラズマ熱分解装置２００の下部には原料２０２を蓄積するタンク２０４が設けられており、その上部中央は熱分解室２０６が設けられており、更にプラズマ生成コイル２０８が巻回されている。
【００２３】
タンク２０４には、例えば原料２０２としてポリシラン液や有機シリコン化合物等が入れられており、タンク上部の空間にはドライ窒素，アルゴン，もしくはそれらのガスに水素やフッ素を混合したもの，が充填されている。また、熱分解室２０６は、例えば、アルミ合金やニッケル合金によって、直径１０ｍｍ，長さ１０ｍ程の管状に形成されている。プラズマ熱分解装置２００には、更に同様の構成のプラズマ熱分解装置２１０，２２０が連続して設けられている。
【００２４】
本実施例によれば、ヨコ糸２０は、プラズマ熱分解装置２００のタンク２０４の原料２０２内を通過する。これによって、ヨコ糸２０の外周表面にホウ素含むポリシラン液が付着する。このヨコ糸２０が熱分解室２０６に送られると、プラズマ生成コイル２０８の磁界に基づくプラズマ発光による光化学的な分解と熱分解が行われ、ヨコ糸２０の表面にｐ型シリコン層２２ｐが形成される。次に、ヨコ糸２０は、次のプラズマ熱分解装置２１０に送られる。このプラズマ熱分解装置２１０では、タンク２０４内に、原料としてリン，砒素，アンチモンの何れかを含むポリシラン液が入れられており、これらのプラズマ発光熱分解によってｎ型シリコン層２２ｎが形成される。更に、次のプラズマ熱分解装置２２０では、タンク２０４内に、原料として亜鉛アルコキシドのアルコール溶液やそれを加水分解したゾル・ゲル水溶液が入れられており、これらのプラズマ発光熱分解によって透明電極層４２が形成される。このように、本実施例では、大気圧塗布熱分解法によって、発電層２４や透明電極層４２がヨコ糸２０に形成される。
【００２５】
図５(B)は、上述したプラズマ生成コイル２０８によるプラズマ発光熱分解の代わりに、電子線照射によって成膜を行うようにした例である。電子線熱分解装置２３０のタンク２３２内に適宜の原料を用意し、この中にヨコ糸２０を通す。そして、電子線照射装置２３４で電子線を照射することで、原料の電子線によって化学結合を直接切断させる反応と熱分解による補助反応が同時に起こり、ヨコ糸２０の表面に成膜が行われる。
【実施例６】
【００２６】
次に、図６を参照しながら、実施例６について説明する。この実施例は、上述した図３の実施例における発電糸４０の露出部５２を形成する他の手法を示すものである。まず、ヨコ糸２０に他の糸３００を撚ったものを得る（同図(A)及び(B)参照）。これは、ピッコ諸撚糸と呼ばれるものである。この状態で、ヨコ糸２０及び糸３００の表面に、上述した発電層２４を成膜する（同図(C)参照）。図２の実施例であれば、更に透明電極層４２を成膜する。その後、糸３００を剥がすようにすると、(D)に示すように、糸３００に形成された発電層２４が除去され、ヨコ糸２０が露出して露出部５２が形成される。糸３００を樹脂製とし、成膜後に溶剤にて溶かすようにしてもよい。前記糸３００の材料としては、例えば、ポリビニールアルコール，エチルセルロース，アクリル樹脂等が用いられ、ポリビニールアルコールの溶剤としては温水やアルコール、エチルセルロースの溶剤としてはアルコール、アクリル樹脂の溶剤としてはトルエン，酢酸エチル，アセトン等が用いられる。
【実施例７】
【００２７】
次に、図７を参照しながら、実施例７について説明する。本実施例は、ヨコ糸２０の各種の形態を示すものである。同図(A)は、上述した実施例におけるヨコ糸２０で、導体で形成した例である。同図(B)のヨコ糸２０Ａは、絶縁体２０Ａａの表面に導体層２０Ａｂを形成した例である。同図(C)のヨコ糸２０Ｂは、導体２０Ｂｂによって筒状ないしパイプ状に形成した例で、内部は空洞２０Ｂａとなっている。空洞２０Ｂａに例えば水を通すことでｐｎ接合部が冷却され、不純物半導体中の少数キャリアの熱励起による漏洩電流の低減化による光-電力変換効率改善といった効果が得られる。
【００２８】
同図(D)のヨコ糸２０Ｃは、導線２０Ｃａの表面にメッキ２０Ｃｂを施した例である。同図(E)のヨコ糸２０Ｄは、断面が楕円形の例である。同図(F)のヨコ糸２０Ｅは、断面が平らな板状の例である。もちろん、これらを組み合わせてもよい。例えば、同図(B)〜(D)を同図(E)〜(F)のような形状とするという具合である。本実施例は、タテ糸３０に対しても同様に適用可能である。
【００２９】
前記導体層２０Ａｂ，導体２０Ｂｂ，導線２０Ｃａ，ヨコ糸２０Ｄ及び２０Ｅとしては、例えば、アルミニウム，銅，ニッケル，クロム，すず，鉄，銀，白金，パラジウムなどの金属線やその合金、炭素繊維、導電性ポリマーなどが用いられる。また、前記絶縁体２０Ａａとしては、例えば、アルミナ長繊維，不純物の少ない炭素繊維，ガラス繊維，ポリエチレン，ポリイミド，ポリプロピレン，テフロン（登録商標）やナイロン６６等の化学繊維が用いられる。前記絶縁体２０Ａａを用いた図７(B)の構造においては、特に化学繊維を用いた場合、軽量である，打撃等の機械的衝撃に強い，熱衝撃に強い，屈曲性に富む，生産性に富む，低価格であるといった利点がある。更に、前記メッキ２０Ｃｂとしては、例えば、電気伝導を司る部分には銅や銀，Ｎｉメッキが用いられ、その表面が防食用の白金，パラジウム，Ｎｉ，金，銀等の薄いメッキ層で覆われて保護されるため、表面の酸化が抑制される。
【実施例８】
【００３０】
次に、図８を参照しながら、実施例８について説明する。上述した実施例は、いずれも、タテ糸とヨコ糸を利用して発電電力を取り出すようにしたものであるが、本実施例は、ヨコ糸のみ，あるいはタテ糸のみで発電起電力を取り出すことができる例である。同図(A)の発電糸５００は、導体５０２ｐの表面にｐ型シリコン層５０４ｐが形成されたｐ型原糸５０６ｐと、導体５０２ｎの表面にｎ型シリコン層５０４ｎが形成されたｎ型原糸５０６ｎを、それぞれ複数本撚ったもので、撚糸の外側には、真性半導体層のような透明絶縁層５０８が形成されている。発電糸５００は、タテ糸もしくはヨコ糸のみに使用して織ってもよいし、タテ糸及びヨコ糸の両方に発電糸５００を使用して織ってもよい。
【００３１】
本実施例によれば、ｐ型原糸５０６ｐとｎ型原糸５０６ｎを撚っているので、表面のｐ型シリコン層５０４ｐとｎ型シリコン層５０４ｎが接触してｐｎ接合が形成され、これが太陽電池として作用する。起電力は、ｐ型原糸５０６ｐの導体５０２ｐとｎ型原糸５０６ｎの導体５０２ｎから取り出される。
【００３２】
本実施例によれば、ｐｎ接合が各所に形成されるので、入射光を閉じ込める効果が得られ、テクスチャ構造を形成するための行為を行うことなく、良好に発電を行なうことができる。また、透明絶縁層５０８として真性半導体層を形成すれば、いわゆるｐｉｎ接合が形成されるようになり、この部分も発電に寄与する。
【００３３】
図８(B)の発電糸５１０は、導体５１２の表面にｐｎ接合などの発電層５１４を形成し、更に透明電極５１６を形成した発電原糸５１８を複数撚ったもので、導体５１２と透明電極５１６とによって発電層５１４の起電力が取り出される。この例も、タテ糸もしくはヨコ糸の一方もしくは両方に発電糸５１０を使用することができる。
【００３４】
図８(C)は、上述した実施例２の発電糸４０と本実施例の発電糸５３０とを利用して織ったものである。発電糸５３０は、タテ糸５３２の表面に、ｎ型シリコン層５３４ｎ及びｐ型シリコン層５３４ｐによる発電層５３６を形成し、更にその上に透明電極層５３８を形成した構成となっており、発電糸４０と比較してｐｎ接合が逆の関係となっている。このため、起電力の方向も逆となり、発電糸４０と発電糸５３０の接合部分では２つの太陽電池が直列に接続されたようになって、起電力が加算される。なお、透明電極層４２，５３８の一方又は両方を省略してもよい。前記導体５０２ｐ，５０２ｎ，５１２としては、例えば、アルミニウム，銅，ニッケル，クロム，すず，鉄，銀，金，白金，パラジウムなどの金属線やその合金、炭素繊維、導電性ポリマー等が用いられる。また、前記透明電極層４２，５３８としては、例えば、透明導電性有機化合物（ポリアセチレンやポリチオフェン類）や透明導電性無機化合物（ＩＴＯ，ＳｎＯ２，ＺｎＯ等）が用いられる。
【実施例９】
【００３５】
次に、図９を参照しながら、実施例９について説明する。上述した実施例では、図９(A)に示すように、発電糸４０の中心に導体によるヨコ糸２０があり、その表面に発電層２４や透明電極層４２が形成されている。しかし、同図(B)に示す発電糸６００のように、内側に発電層６０２を形成し、その表面に電極層６０４を形成するようにしてもよい。この例では、上述した図３のように発電層６０２に露出部（図示せず）を形成し、この露出部に導電性糸（図示せず）を当てるようにする。これにより、発電層６０２の起電力を、前記導電性糸と電極層６０４とから取り出すことができる。電極層６０４は、膜厚が薄ければ光学的に透明となる。電極層６０４が透明導電性有機化合物（ポリアセチレンやポリチオフェン類）や透明導電性無機化合物（ＩＴＯ，ＳｎＯ２，ＺｎＯ等）の場合は、膜厚を薄くすることなく、そのまま透明電極として利用することができる。
【００３６】
しかし、電極層６０４が透明でないときは、太陽光が電極層６０４で反射されてしまうので、同図(C)に示す発電糸６１０のように、発電層６０２の表面の一部にのみ電極層６０４を形成する。発電層６０２の起電力の取り出し方は同図(B)と同様であり、発電層６０２の露出部と接触する導電性糸と、電極層６０４との間で取り出すようにする。なお、同図(B)及び(C)のいずれにおいても、電極層６０４を引き出すための導電性糸を設けるようにしてよい。前記電極６０４としては、例えば、アルミニウム，銅，ニッケル，クロム，すず，鉄，銀，金，白金，パラジウムなどの金属線やその合金、炭素繊維、導電性ポリマー等が用いられるが、特に、アルミニウムや銅の合金と炭素繊維を用いると、半導体の特性を劣化させ難いので都合がよい。
【００３７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した構成は一例であり、同様の作用を奏するように設計変更可能である。例えば、反射防止膜を設けるなど、公知の太陽電池に関する各種の技術を適用することを妨げるものではない。
(2)前記実施例では、発電層をｐｎ接合によって構成した場合を説明したが、他に、ショットキーバリアのような単層型としてもよいし、ｐｎ型やｐｉｎ型であっても、シリコン，ガリウムヒ素，カドミウムテルライトなど他の材料を使用してもよいし、同一材料であっても単結晶，多結晶，微結晶，アモルファスのいずれとしてもよい。異なる材料の発電層を積層したタンデム型でもよい。タンデム型の場合、太陽光利用波長が異なるため、より高効率発電になる。また、上記例の他、各種のタイプの太陽電池の形態を適用してよい。例えば、タテ糸とヨコ糸が発電層を有するときや、発電層を有する複数の糸を撚るときに、異なる材料の発電糸を使用し太陽光利用波長が異なる発電層が含まれるようにするという具合である。
【００３８】
(3)前記実施例では、タテ糸とヨコ糸を織るようにしたが、発電糸を編むようにして生地状にしてもよい。この場合糸は１本となる。その他、織り方，編み方など生地に関する公知の技術をそのまま適用してよい。例えば、生地としての強度を持たせるために、アクリルやポリカーボネート等の電気絶縁性を持つ糸を、タテ糸やヨコ糸に混ぜるという具合である。上述したタテとヨコの方向についても、前記実施例と逆であってもよい。更に、編み方や織り方の目を粗くすることで、太陽光の一部が太陽電池の生地を通過するようになり、例えばビニールハウスなどのビニールとしての用途にも適用可能となる。
(4)前記実施例は、本発明を太陽電池として使用した例であるが、光電変換全般に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、糸に発電層を形成したので、大面積化が可能で生産性に優れた光電変換生地を得ることができ、大面積の太陽電池に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１を示す図である。
【図２】本発明の実施例２を示す図である。
【図３】本発明の実施例３を示す図である。
【図４】本発明の実施例４を示す図である。
【図５】本発明の実施例５を示す図である。
【図６】本発明の実施例６を示す図である。
【図７】本発明の実施例７を示す図である。
【図８】本発明の実施例８を示す図である。
【図９】本発明の実施例９を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０：太陽電池
２０：ヨコ糸
２０Ａ：ヨコ糸
２０Ａａ：絶縁体
２０Ａｂ：導体層
２０Ｂ：ヨコ糸
２０Ｂａ：空洞
２０Ｂｂ：導体
２０Ｃ：ヨコ糸
２０Ｃａ：導線
２０Ｃｂ：メッキ
２０Ｄ：ヨコ糸
２０Ｅ：ヨコ糸
２２ｎ：ｎ型シリコン層
２２ｐ：ｐ型シリコン層
２４：発電層
２６，４０：発電糸
３０，５０：タテ糸
４２：透明電極層
５０：タテ糸
５２：露出部
１００，１２０，１３０：低圧−ＣＶＤ装置
１０２，１０４：オリフィス
１０６：反応室
１０８：原料ガス
１１０：真空ポンプ
１１２，１１２ａ〜１１２ｄ：プラズマ生成コイル
１２０，１３０：装置
１２８：原料ガス
１３８：原料ガス
２００：プラズマ熱分解装置
２０２：原料
２０４：タンク
２０６：熱分解室
２０８：プラズマ生成コイル
２１０：プラズマ熱分解装置
２１０，２２０：プラズマ熱分解装置
２３０：電子線熱分解装置
２３２：タンク
２３４：電子線照射装置
３００：糸
５００：発電糸
５０２ｎ：導体
５０２ｐ：導体
５０４ｎ：ｎ型シリコン層
５０４ｐ：ｐ型シリコン層
５０６ｎ：ｎ型原糸
５０６ｐ：ｐ型原糸
５０８：透明絶縁層
５１０：発電糸
５１２：導体
５１４：発電層
５１６：透明電極
５１８：発電原糸
５３０：発電糸
５３２：タテ糸
５３４ｎ：ｎ型シリコン層
５３４ｐ：ｐ型シリコン層
５３６：発電層
５３８：透明電極層
６００：発電糸
６０２：発電層
６０４：電極層
６１０：発電糸
【技術分野】
【０００１】
本発明は発電糸，その製造方法及び装置，太陽電池に関し、特に太陽電池の大面積化に好適な改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
大面積化を目的とした太陽電池としては、適宜のプラスチックフィルム基材上に、金属電極を挟んで、プラズマＣＶＤによるシリコンの低温成膜，水素化やフッ素化による未結合手の安定化処理を行なってアモルファスシリコンによるＰＩＮ接合を形成し、その上に透明導電膜を介して集電用電極を形成したシート型の太陽電池が知られているが、大型のシートに一括して発電層を成膜するため、大面積の太陽電池を得るためには製造装置が大型化し、価格面でも不利となる。また、プラスチックフィルム基材を使用しており、柔軟性を有しているが、基材の耐熱性の低さ故に膜質を低下させ、その結果として発電効率が劣化する恐れがある。
【０００３】
このようなシート型の太陽電池に対し、下記特許文献１には、石英管などの透明材料からなる管の内面に透明導電層および色素増感多孔質半導体層を順次設け、管の中央部に棒状の対極を挿入し、管の両端部と対極との間を封止部材により封止し、色素増感多孔質半導体層と対極との間の空間に電解質層を封入した色素増感光電変換素子が開示されており、ガラス基板上に並べることで光電変換素子モジュールとなる。また、下記特許文献２には、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層により構成されるｐｎ接合層の主面に沿った方向に、ｐ電極及びｎ電極をそれぞれ形成した光電変換素子が開示されており、渦巻き状や同心形状に形成される。
【特許文献１】特開２００７−０１２５４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２７３４９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１記載の背景技術では、石英管の内側に発電層を形成し、その中に電極を挿通しており、構造が複雑で、大面積化に好適とはいえない。また、前記特許文献２記載の背景技術では、テープ状となっており、特許文献１の手法よりも大面積化に向いているものの、限界がある。
【０００５】
本発明は、以上のような点に着目したもので、その目的は、大面積化が可能で生産性に優れた太陽電池を提供することである。他の目的は、柔軟性に優れた太陽電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するため、本発明の発電糸は、糸の長手方向に連続して発電層を形成したことを特徴とする。本発明の太陽電池は、前記発電糸を使用した織物もしくは編物として構成される。前記発電糸は、電極糸を連続的に移送する途中に、ガス状や液体状の原料をＣＶＤ（常圧−ＣＶＤや低圧−ＣＶＤ），プラズマ熱分解，電子線熱分解などの方法で発電層を形成することで得られる。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、糸に発電層を形成したので、大面積化が可能で、生産性にも優れた太陽電池を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【０００９】
図１には、本発明の一実施例が示されている。同図(A)は斜視図であり、これを矢印ＦＡ方向から見ると同図(B)のようになる。これらの図において、本実施例の太陽電池１０は、ヨコ糸２０とタテ糸３０を生地のように織り込んだ構成となっている。これらのうち、ヨコ糸２０，タテ糸３０としては、アルミニウム，銅，ニッケル，クロム，すず，鉄，銀，金，白金，パラジウム，などの金属線やその合金，炭素繊維，導電性ポリマーなどが使用される。必要があれば、複数本の糸を撚った撚糸として形成してもよい。ヨコ糸２０の表面には、ｐ型シリコン層２２ｐ，ｎ型シリコン層２２ｎが積層形成されており、これらによって発電層２４が形成されている。これらヨコ糸２０及び発電層２４によって発電糸２６が構成されており、タテ糸３０は電極糸として作用する。ヨコ糸２０とタテ糸３０が交差する部位では、ヨコ糸２０とタテ糸３０の間に発電層２４が挟まれた構成となり、ｐｎ接合型の太陽電池となる。
【００１０】
本実施例の作用を説明すると、太陽光などの光が発電層２４に入射すると、光による電子の励起によって電子−ホール対が形成される。これらのうち、ホールはｐ型シリコン層２２ｐからヨコ糸２０に達し、電子はｎ型シリコン層２２ｎからタテ糸３０に達する。これにより、ヨコ糸２０とタテ糸３０との間に起電力が得られるようになる。なお、発電層２４における発電の原理は、一般的に知られているものである。
【００１１】
ところで、本実施例によれば、ヨコ糸２０とタテ糸３０を生地のように織り込んで太陽電池１０が形成されている。このため、極めて大面積のものを簡便に得ることができる。また、従来の太陽電池では、入射する光を有効に活用するために表面に凹凸を形成するテクスチャ構造が知られているが、本実施例によれば、ヨコ糸２０の周面の全体に発電層２４が形成されているので、太陽光がいずれの方向から入射しても多重反射により効果的に発電を行なうことができる。また、全体が生地となっているので、極めて柔軟性に富むという利点もある。
【００１２】
以上のように、本実施例によれば、以下のような効果が得られる。
(1)シリコンによる発電層を細い糸に成膜することから、製造装置を小型化することができる。また、糸を流しながら連続成膜が可能となり、生産性が向上する。
(2)布状とした太陽電池を、縫製で繋ぎ合わせることもできるため、製造装置の大型化を招くことなく大面積化が可能となり、かつ、発電糸の状態で多くの機能が完結しているので、太陽電池としての大型化と製造工程内の不良率の相関関係を抑制することができる。
(3)起電力取出し用の糸を多数設けることができ、導体抵抗による発電電力の損失が低減され、高効率となる。
(4)発電糸がほぼ全方位からの光に対して発電可能なため、テクスチャ構造の代わりにすることができ、散乱光や反射光も発電に用いることができるため、発電効率が向上する。
(5)繊維のため、金属や炭素繊維等の材料を用いてもプラスチックフィルム以上の柔軟性が得られる。また、金属や炭素繊維等の高耐熱材料を用いており、成膜温度を上げることが可能となって、太陽電池としての生地の柔軟性も維持できる。
【実施例２】
【００１３】
次に、図２を参照しながら、実施例２について説明する。なお、上述した実施例と対応する構成要素には同一の符号を用いることとする（以下の実施例においても同様）。本実施例の発電糸４０は、上述した実施例１の発電糸２６の表面に透明電極層４２を形成した構成となっている。このため、タテ糸３０は、透明電極層４２と接触するようになる。前記透明電極層４２は、例えば、透明導電性有機化合物（ポリアセチレンやポリチオフェン類）もしくは透明導電性無機化合物（ＩＴＯ，ＳｎＯ２，ＺｎＯ等）で構成される。本実施例によれば、発電層２４によって発電された電荷が透明電極層４２で集められるようになり、電池としての内部抵抗が低減されるようになる。
【実施例３】
【００１４】
次に、図３を参照しながら、実施例３について説明する。上述したように、電力は、ヨコ糸２０とタテ糸３０から取り出すことができるが、織物の状態ではヨコ糸２０が連続している。このため、大面積の場合にヨコ糸２０の両端から電力を取り出そうとすると、全長の電気抵抗が大きくなってしまう。そこで本実施例では、図３(A)，(B)に示すように、発電糸４０の発電層２４及び透明電極層４２を周期的に部分除去し、ヨコ糸２０を露出させる。そして、この露出部５２にタテ糸５０を編み込むようにすれば、タテ糸５０がヨコ糸２０に電気的に接触し、タテ糸３０とタテ糸５０との間に発電層２４が挟まれるようになる。タテ糸３０とタテ糸５０は、交互であってもよいし、図３(C)に示すように、タテ糸３０の複数本置きにタテ糸５０を配置するようにしてもよい。また、図３(D)に示すように、タテ糸５０を２本連続して配置し、次に複数本のタテ糸３０を配置するようにしてもよい。このようにすれば、タテ糸３０，５０から発電電力を取り出すことができ、ヨコ糸２０から発電電力を引き出す場合と比較して電気抵抗が低減され、効率よく発電電力を取り出すことができる。
【実施例４】
【００１５】
次に、図４も参照しながら、上述した発電糸２６，４０の製造方法，製造装置の実施例について説明する。同図に示すように、発電糸の製造装置は、低圧−ＣＶＤ（Low Pressure Chemical Vaper Deposition）装置１００，１２０，１３０を連続的に配置した構成となっている。低圧−ＣＶＤ装置１００内は、入口と出口にそれぞれオリフィスやゴムのコロ（以下「オリフィス」と総称する）１０２，１０４が形成されており、外気の流入を減少させながら反応室１０６に連通している。装置全体は、例えば、アルミ合金管やニッケル合金管により、直径１０ｍｍ，長さ１０ｍ程度の大きさに、円筒状に形成されている。
【００１６】
反応室１０６の中央付近には原料ガス１０８が供給されており、反応室１０６の両端から真空ポンプ１１０によって外部に排気される構造となっている。また、反応室１０６の外側には、プラズマ生成コイル（インダクティブカップリングプラズマ用コイル）１１２（１１２ａ〜１１２ｄ）が巻回されている。低圧−ＣＶＤ装置１２０，１３０についても、原料ガスが異なるものの、基本的な構造は同様となっている。
【００１７】
次に、本実施例の動作を説明すると、ヨコ糸２０は、低圧−ＣＶＤ装置１００の入口オリフィス１０２から反応室１０６内に挿通される。一方、反応室１０６内は、真空ポンプ１１０によって真空引きされるとともに、例えばシランとジボランの混合ガスが原料ガス１０８として供給され、低圧の原料ガス１０８によって満たされる。この状態でプラズマ生成コイル１１２に対する通電を行なうと、生じた磁場による誘導電流がガス中に流れてプラズマが生成され、原料ガスの分解反応が生ずる。これにより、ヨコ糸２０の表面上にｐ型シリコン層２２ｐが成膜される。
【００１８】
次に、表面にｐ型シリコン層２２ｐが形成されたヨコ糸２０は、低圧−ＣＶＤ装置１００の出口オリフィス１０４から出て次の低圧−ＣＶＤ装置１２０に送られる。低圧−ＣＶＤ装置１２０では、原料ガス１２８として、例えばシランとホスフィンの混合ガスが供給され、同様にプラズマ反応による成膜が行なわれる。これにより、ヨコ糸２０の表面上のｐ型シリコン層２２ｐ上に、ｎ型シリコン層２２ｎが成膜される。以上の工程により、図１に示した発電糸２６が得られる。
【００１９】
次に、同様にして、低圧−ＣＶＤ装置１３０によって、ヨコ糸２０の発電層２４上に、透明電極層４２を形成する。原料ガス１３８としては、例えば、亜鉛アルコキシドのガス及び薄い霧を使用する。これにより、図２に示した発電糸４０が得られる。
【００２０】
次に、図３に示した露出部５２を発電糸４０に形成する手法について説明する。上述したように、ｐ型シリコン層２２ｐ，ｎ型シリコン層２２ｎ，透明電極層４２は、いずれもプラズマ生成コイル１１２の磁界によって原料ガスのプラズマを発生させることで形成される。従って、プラズマ生成コイル１１２への通電を停止すれば、磁界が発生せず、成膜を止めることができる。そこで、ヨコ糸２０の移送に同期して、プラズマ生成コイル１１２への通電停止部位を順次移動することで、成膜が行なわれない箇所を形成することができる。具体的には、プラズマ生成コイル１１２ａに対する通電を停止すると、その付近のヨコ糸２０にはｐ型シリコン層２２ｐは形成されない。この部位が移動すると、今度はプラズマ生成コイル１１２ｂに対する通電が停止する。すると、同様にｐ型シリコン層２２ｐは形成されない。この部位が移動すると、今度はプラズマ生成コイル１１２ｃに対する通電が停止する。このような動作を、プラズマ生成コイル１１２ａ〜１１２ｄに対して順次行なうとともに、低圧−ＣＶＤ装置１００，１２０，１３０でも順次行なうことで、ヨコ糸２０の表面に成膜が行なわれない露出部５２が形成される。
【００２１】
このように、本実施例によれば、低圧−ＣＶＤ装置を直列に設け、ヨコ糸２０を移送することとしたので、簡便な構成でありながら、発電糸を連続的に効率よく製造することができる。
【実施例５】
【００２２】
次に、図５を参照しながら、発電糸２６，４０の製造方法，製造装置の他の実施例について説明する。上述したＣＶＤ装置は低圧下で成膜を行なったが、本実施例は大気圧下で成膜を行なうようにした例である。図５(A)に示すように、プラズマ熱分解装置２００の下部には原料２０２を蓄積するタンク２０４が設けられており、その上部中央は熱分解室２０６が設けられており、更にプラズマ生成コイル２０８が巻回されている。
【００２３】
タンク２０４には、例えば原料２０２としてポリシラン液や有機シリコン化合物等が入れられており、タンク上部の空間にはドライ窒素，アルゴン，もしくはそれらのガスに水素やフッ素を混合したもの，が充填されている。また、熱分解室２０６は、例えば、アルミ合金やニッケル合金によって、直径１０ｍｍ，長さ１０ｍ程の管状に形成されている。プラズマ熱分解装置２００には、更に同様の構成のプラズマ熱分解装置２１０，２２０が連続して設けられている。
【００２４】
本実施例によれば、ヨコ糸２０は、プラズマ熱分解装置２００のタンク２０４の原料２０２内を通過する。これによって、ヨコ糸２０の外周表面にホウ素含むポリシラン液が付着する。このヨコ糸２０が熱分解室２０６に送られると、プラズマ生成コイル２０８の磁界に基づくプラズマ発光による光化学的な分解と熱分解が行われ、ヨコ糸２０の表面にｐ型シリコン層２２ｐが形成される。次に、ヨコ糸２０は、次のプラズマ熱分解装置２１０に送られる。このプラズマ熱分解装置２１０では、タンク２０４内に、原料としてリン，砒素，アンチモンの何れかを含むポリシラン液が入れられており、これらのプラズマ発光熱分解によってｎ型シリコン層２２ｎが形成される。更に、次のプラズマ熱分解装置２２０では、タンク２０４内に、原料として亜鉛アルコキシドのアルコール溶液やそれを加水分解したゾル・ゲル水溶液が入れられており、これらのプラズマ発光熱分解によって透明電極層４２が形成される。このように、本実施例では、大気圧塗布熱分解法によって、発電層２４や透明電極層４２がヨコ糸２０に形成される。
【００２５】
図５(B)は、上述したプラズマ生成コイル２０８によるプラズマ発光熱分解の代わりに、電子線照射によって成膜を行うようにした例である。電子線熱分解装置２３０のタンク２３２内に適宜の原料を用意し、この中にヨコ糸２０を通す。そして、電子線照射装置２３４で電子線を照射することで、原料の電子線によって化学結合を直接切断させる反応と熱分解による補助反応が同時に起こり、ヨコ糸２０の表面に成膜が行われる。
【実施例６】
【００２６】
次に、図６を参照しながら、実施例６について説明する。この実施例は、上述した図３の実施例における発電糸４０の露出部５２を形成する他の手法を示すものである。まず、ヨコ糸２０に他の糸３００を撚ったものを得る（同図(A)及び(B)参照）。これは、ピッコ諸撚糸と呼ばれるものである。この状態で、ヨコ糸２０及び糸３００の表面に、上述した発電層２４を成膜する（同図(C)参照）。図２の実施例であれば、更に透明電極層４２を成膜する。その後、糸３００を剥がすようにすると、(D)に示すように、糸３００に形成された発電層２４が除去され、ヨコ糸２０が露出して露出部５２が形成される。糸３００を樹脂製とし、成膜後に溶剤にて溶かすようにしてもよい。前記糸３００の材料としては、例えば、ポリビニールアルコール，エチルセルロース，アクリル樹脂等が用いられ、ポリビニールアルコールの溶剤としては温水やアルコール、エチルセルロースの溶剤としてはアルコール、アクリル樹脂の溶剤としてはトルエン，酢酸エチル，アセトン等が用いられる。
【実施例７】
【００２７】
次に、図７を参照しながら、実施例７について説明する。本実施例は、ヨコ糸２０の各種の形態を示すものである。同図(A)は、上述した実施例におけるヨコ糸２０で、導体で形成した例である。同図(B)のヨコ糸２０Ａは、絶縁体２０Ａａの表面に導体層２０Ａｂを形成した例である。同図(C)のヨコ糸２０Ｂは、導体２０Ｂｂによって筒状ないしパイプ状に形成した例で、内部は空洞２０Ｂａとなっている。空洞２０Ｂａに例えば水を通すことでｐｎ接合部が冷却され、不純物半導体中の少数キャリアの熱励起による漏洩電流の低減化による光-電力変換効率改善といった効果が得られる。
【００２８】
同図(D)のヨコ糸２０Ｃは、導線２０Ｃａの表面にメッキ２０Ｃｂを施した例である。同図(E)のヨコ糸２０Ｄは、断面が楕円形の例である。同図(F)のヨコ糸２０Ｅは、断面が平らな板状の例である。もちろん、これらを組み合わせてもよい。例えば、同図(B)〜(D)を同図(E)〜(F)のような形状とするという具合である。本実施例は、タテ糸３０に対しても同様に適用可能である。
【００２９】
前記導体層２０Ａｂ，導体２０Ｂｂ，導線２０Ｃａ，ヨコ糸２０Ｄ及び２０Ｅとしては、例えば、アルミニウム，銅，ニッケル，クロム，すず，鉄，銀，白金，パラジウムなどの金属線やその合金、炭素繊維、導電性ポリマーなどが用いられる。また、前記絶縁体２０Ａａとしては、例えば、アルミナ長繊維，不純物の少ない炭素繊維，ガラス繊維，ポリエチレン，ポリイミド，ポリプロピレン，テフロン（登録商標）やナイロン６６等の化学繊維が用いられる。前記絶縁体２０Ａａを用いた図７(B)の構造においては、特に化学繊維を用いた場合、軽量である，打撃等の機械的衝撃に強い，熱衝撃に強い，屈曲性に富む，生産性に富む，低価格であるといった利点がある。更に、前記メッキ２０Ｃｂとしては、例えば、電気伝導を司る部分には銅や銀，Ｎｉメッキが用いられ、その表面が防食用の白金，パラジウム，Ｎｉ，金，銀等の薄いメッキ層で覆われて保護されるため、表面の酸化が抑制される。
【実施例８】
【００３０】
次に、図８を参照しながら、実施例８について説明する。上述した実施例は、いずれも、タテ糸とヨコ糸を利用して発電電力を取り出すようにしたものであるが、本実施例は、ヨコ糸のみ，あるいはタテ糸のみで発電起電力を取り出すことができる例である。同図(A)の発電糸５００は、導体５０２ｐの表面にｐ型シリコン層５０４ｐが形成されたｐ型原糸５０６ｐと、導体５０２ｎの表面にｎ型シリコン層５０４ｎが形成されたｎ型原糸５０６ｎを、それぞれ複数本撚ったもので、撚糸の外側には、真性半導体層のような透明絶縁層５０８が形成されている。発電糸５００は、タテ糸もしくはヨコ糸のみに使用して織ってもよいし、タテ糸及びヨコ糸の両方に発電糸５００を使用して織ってもよい。
【００３１】
本実施例によれば、ｐ型原糸５０６ｐとｎ型原糸５０６ｎを撚っているので、表面のｐ型シリコン層５０４ｐとｎ型シリコン層５０４ｎが接触してｐｎ接合が形成され、これが太陽電池として作用する。起電力は、ｐ型原糸５０６ｐの導体５０２ｐとｎ型原糸５０６ｎの導体５０２ｎから取り出される。
【００３２】
本実施例によれば、ｐｎ接合が各所に形成されるので、入射光を閉じ込める効果が得られ、テクスチャ構造を形成するための行為を行うことなく、良好に発電を行なうことができる。また、透明絶縁層５０８として真性半導体層を形成すれば、いわゆるｐｉｎ接合が形成されるようになり、この部分も発電に寄与する。
【００３３】
図８(B)の発電糸５１０は、導体５１２の表面にｐｎ接合などの発電層５１４を形成し、更に透明電極５１６を形成した発電原糸５１８を複数撚ったもので、導体５１２と透明電極５１６とによって発電層５１４の起電力が取り出される。この例も、タテ糸もしくはヨコ糸の一方もしくは両方に発電糸５１０を使用することができる。
【００３４】
図８(C)は、上述した実施例２の発電糸４０と本実施例の発電糸５３０とを利用して織ったものである。発電糸５３０は、タテ糸５３２の表面に、ｎ型シリコン層５３４ｎ及びｐ型シリコン層５３４ｐによる発電層５３６を形成し、更にその上に透明電極層５３８を形成した構成となっており、発電糸４０と比較してｐｎ接合が逆の関係となっている。このため、起電力の方向も逆となり、発電糸４０と発電糸５３０の接合部分では２つの太陽電池が直列に接続されたようになって、起電力が加算される。なお、透明電極層４２，５３８の一方又は両方を省略してもよい。前記導体５０２ｐ，５０２ｎ，５１２としては、例えば、アルミニウム，銅，ニッケル，クロム，すず，鉄，銀，金，白金，パラジウムなどの金属線やその合金、炭素繊維、導電性ポリマー等が用いられる。また、前記透明電極層４２，５３８としては、例えば、透明導電性有機化合物（ポリアセチレンやポリチオフェン類）や透明導電性無機化合物（ＩＴＯ，ＳｎＯ２，ＺｎＯ等）が用いられる。
【実施例９】
【００３５】
次に、図９を参照しながら、実施例９について説明する。上述した実施例では、図９(A)に示すように、発電糸４０の中心に導体によるヨコ糸２０があり、その表面に発電層２４や透明電極層４２が形成されている。しかし、同図(B)に示す発電糸６００のように、内側に発電層６０２を形成し、その表面に電極層６０４を形成するようにしてもよい。この例では、上述した図３のように発電層６０２に露出部（図示せず）を形成し、この露出部に導電性糸（図示せず）を当てるようにする。これにより、発電層６０２の起電力を、前記導電性糸と電極層６０４とから取り出すことができる。電極層６０４は、膜厚が薄ければ光学的に透明となる。電極層６０４が透明導電性有機化合物（ポリアセチレンやポリチオフェン類）や透明導電性無機化合物（ＩＴＯ，ＳｎＯ２，ＺｎＯ等）の場合は、膜厚を薄くすることなく、そのまま透明電極として利用することができる。
【００３６】
しかし、電極層６０４が透明でないときは、太陽光が電極層６０４で反射されてしまうので、同図(C)に示す発電糸６１０のように、発電層６０２の表面の一部にのみ電極層６０４を形成する。発電層６０２の起電力の取り出し方は同図(B)と同様であり、発電層６０２の露出部と接触する導電性糸と、電極層６０４との間で取り出すようにする。なお、同図(B)及び(C)のいずれにおいても、電極層６０４を引き出すための導電性糸を設けるようにしてよい。前記電極６０４としては、例えば、アルミニウム，銅，ニッケル，クロム，すず，鉄，銀，金，白金，パラジウムなどの金属線やその合金、炭素繊維、導電性ポリマー等が用いられるが、特に、アルミニウムや銅の合金と炭素繊維を用いると、半導体の特性を劣化させ難いので都合がよい。
【００３７】
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることができる。例えば、以下のものも含まれる。
(1)前記実施例で示した構成は一例であり、同様の作用を奏するように設計変更可能である。例えば、反射防止膜を設けるなど、公知の太陽電池に関する各種の技術を適用することを妨げるものではない。
(2)前記実施例では、発電層をｐｎ接合によって構成した場合を説明したが、他に、ショットキーバリアのような単層型としてもよいし、ｐｎ型やｐｉｎ型であっても、シリコン，ガリウムヒ素，カドミウムテルライトなど他の材料を使用してもよいし、同一材料であっても単結晶，多結晶，微結晶，アモルファスのいずれとしてもよい。異なる材料の発電層を積層したタンデム型でもよい。タンデム型の場合、太陽光利用波長が異なるため、より高効率発電になる。また、上記例の他、各種のタイプの太陽電池の形態を適用してよい。例えば、タテ糸とヨコ糸が発電層を有するときや、発電層を有する複数の糸を撚るときに、異なる材料の発電糸を使用し太陽光利用波長が異なる発電層が含まれるようにするという具合である。
【００３８】
(3)前記実施例では、タテ糸とヨコ糸を織るようにしたが、発電糸を編むようにして生地状にしてもよい。この場合糸は１本となる。その他、織り方，編み方など生地に関する公知の技術をそのまま適用してよい。例えば、生地としての強度を持たせるために、アクリルやポリカーボネート等の電気絶縁性を持つ糸を、タテ糸やヨコ糸に混ぜるという具合である。上述したタテとヨコの方向についても、前記実施例と逆であってもよい。更に、編み方や織り方の目を粗くすることで、太陽光の一部が太陽電池の生地を通過するようになり、例えばビニールハウスなどのビニールとしての用途にも適用可能となる。
(4)前記実施例は、本発明を太陽電池として使用した例であるが、光電変換全般に適用可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、糸に発電層を形成したので、大面積化が可能で生産性に優れた光電変換生地を得ることができ、大面積の太陽電池に好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例１を示す図である。
【図２】本発明の実施例２を示す図である。
【図３】本発明の実施例３を示す図である。
【図４】本発明の実施例４を示す図である。
【図５】本発明の実施例５を示す図である。
【図６】本発明の実施例６を示す図である。
【図７】本発明の実施例７を示す図である。
【図８】本発明の実施例８を示す図である。
【図９】本発明の実施例９を示す図である。
【符号の説明】
【００４１】
１０：太陽電池
２０：ヨコ糸
２０Ａ：ヨコ糸
２０Ａａ：絶縁体
２０Ａｂ：導体層
２０Ｂ：ヨコ糸
２０Ｂａ：空洞
２０Ｂｂ：導体
２０Ｃ：ヨコ糸
２０Ｃａ：導線
２０Ｃｂ：メッキ
２０Ｄ：ヨコ糸
２０Ｅ：ヨコ糸
２２ｎ：ｎ型シリコン層
２２ｐ：ｐ型シリコン層
２４：発電層
２６，４０：発電糸
３０，５０：タテ糸
４２：透明電極層
５０：タテ糸
５２：露出部
１００，１２０，１３０：低圧−ＣＶＤ装置
１０２，１０４：オリフィス
１０６：反応室
１０８：原料ガス
１１０：真空ポンプ
１１２，１１２ａ〜１１２ｄ：プラズマ生成コイル
１２０，１３０：装置
１２８：原料ガス
１３８：原料ガス
２００：プラズマ熱分解装置
２０２：原料
２０４：タンク
２０６：熱分解室
２０８：プラズマ生成コイル
２１０：プラズマ熱分解装置
２１０，２２０：プラズマ熱分解装置
２３０：電子線熱分解装置
２３２：タンク
２３４：電子線照射装置
３００：糸
５００：発電糸
５０２ｎ：導体
５０２ｐ：導体
５０４ｎ：ｎ型シリコン層
５０４ｐ：ｐ型シリコン層
５０６ｎ：ｎ型原糸
５０６ｐ：ｐ型原糸
５０８：透明絶縁層
５１０：発電糸
５１２：導体
５１４：発電層
５１６：透明電極
５１８：発電原糸
５３０：発電糸
５３２：タテ糸
５３４ｎ：ｎ型シリコン層
５３４ｐ：ｐ型シリコン層
５３６：発電層
５３８：透明電極層
６００：発電糸
６０２：発電層
６０４：電極層
６１０：発電糸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電層が長手方向に連続して形成されたことを特徴とする発電糸。
【請求項２】
少なくとも表面が導電性を有する電極糸の表面に、長手方向に連続して発電層を形成したことを特徴とする発電糸。
【請求項３】
前記発電層が、ｐ型シリコンとｎ型シリコンが積層形成されて構成されることを特徴とする請求項２記載の発電糸。
【請求項４】
請求項２又は３記載の発電層の表面に透明電極層を形成したことを特徴とする発電糸。
【請求項５】
前記透明電極層が、透明導電性有機化合物もしくは透明導電性無機化合物で構成されることを特徴とする請求項４記載の発電糸。
【請求項６】
前記透明導電性有機化合物が、ポリアセチレンもしくはポリチオフェン類であることを特徴とする請求項５記載の発電糸。
【請求項７】
前記透明導電性無機化合物が、ＩＴＯ，ＳｎＯ２，ＺｎＯのいずれかであることを特徴とする請求項５記載の発電糸。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれかに記載の発電糸を複数本撚って撚り糸としたことを特徴とする発電糸。
【請求項９】
少なくとも表面が導電性を有する第１の電極糸の表面に第１の半導体層が形成されており、少なくとも表面が導電性を有する第２の電極糸の表面に第２の半導体層が形成されており、第１及び第２の電極糸を撚って撚り糸としたときに、前記第１及び第２の半導体層が接触して発電層を形成することを特徴とする発電糸。
【請求項１０】
請求項１又は２記載の発電層が、太陽電池であることを特徴とする発電糸。
【請求項１１】
請求項２，４，又は８のいずれかに記載の発電糸と、他の導電性の電極糸を織って織物としたことを特徴とする太陽電池。
【請求項１２】
請求項４，８，又は９のいずれかに記載の発電糸を織って織物とするか、もしくは編んで編物としたことを特徴とする太陽電池。
【請求項１３】
一部に前記電極糸の露出部を形成した請求項４記載の発電糸と、前記露出部に当接する電極糸と、前記透明電極層に当接する電極糸とを、織って織物としたことを特徴とする太陽電池。
【請求項１４】
請求項２又は４の一方もしくは両方の発電糸を、タテ糸及びヨコ糸として織って織物としたときに、タテ糸及びヨコ糸のうちの一方の発電糸の起電力が他方の発電糸の起電力に加算されるように、前記発電糸に発電層を形成したことを特徴とする太陽電池。
【請求項１５】
請求項２又は４記載の発電糸を製造する製造方法であって、
前記電極糸を連続的に移送するとともに、移送途中に成膜装置を必要数配置し、これらによって前記発電層もしくは透明電極層を形成することを特徴とする発電糸の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５載の発電糸の製造方法で使用する装置であって、
ＣＶＤ，プラズマ熱分解，電子線熱分解のいずれかの方法で前記発電層もしくは透明電極層を形成することを特徴とする発電糸の製造装置。
【請求項１】
発電層が長手方向に連続して形成されたことを特徴とする発電糸。
【請求項２】
少なくとも表面が導電性を有する電極糸の表面に、長手方向に連続して発電層を形成したことを特徴とする発電糸。
【請求項３】
前記発電層が、ｐ型シリコンとｎ型シリコンが積層形成されて構成されることを特徴とする請求項２記載の発電糸。
【請求項４】
請求項２又は３記載の発電層の表面に透明電極層を形成したことを特徴とする発電糸。
【請求項５】
前記透明電極層が、透明導電性有機化合物もしくは透明導電性無機化合物で構成されることを特徴とする請求項４記載の発電糸。
【請求項６】
前記透明導電性有機化合物が、ポリアセチレンもしくはポリチオフェン類であることを特徴とする請求項５記載の発電糸。
【請求項７】
前記透明導電性無機化合物が、ＩＴＯ，ＳｎＯ２，ＺｎＯのいずれかであることを特徴とする請求項５記載の発電糸。
【請求項８】
請求項４〜７のいずれかに記載の発電糸を複数本撚って撚り糸としたことを特徴とする発電糸。
【請求項９】
少なくとも表面が導電性を有する第１の電極糸の表面に第１の半導体層が形成されており、少なくとも表面が導電性を有する第２の電極糸の表面に第２の半導体層が形成されており、第１及び第２の電極糸を撚って撚り糸としたときに、前記第１及び第２の半導体層が接触して発電層を形成することを特徴とする発電糸。
【請求項１０】
請求項１又は２記載の発電層が、太陽電池であることを特徴とする発電糸。
【請求項１１】
請求項２，４，又は８のいずれかに記載の発電糸と、他の導電性の電極糸を織って織物としたことを特徴とする太陽電池。
【請求項１２】
請求項４，８，又は９のいずれかに記載の発電糸を織って織物とするか、もしくは編んで編物としたことを特徴とする太陽電池。
【請求項１３】
一部に前記電極糸の露出部を形成した請求項４記載の発電糸と、前記露出部に当接する電極糸と、前記透明電極層に当接する電極糸とを、織って織物としたことを特徴とする太陽電池。
【請求項１４】
請求項２又は４の一方もしくは両方の発電糸を、タテ糸及びヨコ糸として織って織物としたときに、タテ糸及びヨコ糸のうちの一方の発電糸の起電力が他方の発電糸の起電力に加算されるように、前記発電糸に発電層を形成したことを特徴とする太陽電池。
【請求項１５】
請求項２又は４記載の発電糸を製造する製造方法であって、
前記電極糸を連続的に移送するとともに、移送途中に成膜装置を必要数配置し、これらによって前記発電層もしくは透明電極層を形成することを特徴とする発電糸の製造方法。
【請求項１６】
請求項１５載の発電糸の製造方法で使用する装置であって、
ＣＶＤ，プラズマ熱分解，電子線熱分解のいずれかの方法で前記発電層もしくは透明電極層を形成することを特徴とする発電糸の製造装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−２００１２６（Ｐ２００９−２００１２６Ａ）
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３８０６３（Ｐ２００８−３８０６３）
【出願日】平成２０年２月１９日（２００８．２．１９）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月３日（２００９．９．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月１９日（２００８．２．１９）
【出願人】（０００２０４２８４）太陽誘電株式会社 (964)
【Ｆターム（参考）】
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