專利名稱：光再利用薄片、太陽能電池模塊及光源模塊的制作方法
技術領域：
本發明涉及具有形成在至少一個面上的凹凸結構，利用光的衍射、散射、折射或反射作用使光偏轉到特定方向，從而能夠再利用在現有技術中損失掉的光的光再利用薄片、 使用該光再利用薄片的太陽能電池模塊及光源模塊。本發明還涉及對使用了該光再利用薄片的LED或EL元件等發光元件的光進行再利用的薄片和使用該薄片的發光元件。本申請基于2008年11月19日申請的日本專利申請2008-295374號及2009年7 月7日申請的日本專利申請2009-160853號主張優先權，并在這里引用上述專利申請的內容。
背景技術：
近年來，隨著太陽能電池模塊的普及，太陽能電池模塊應用在各個領域中。例如，在臺式電子計算器等小型電子設備中搭載的比較小的設備中使用太陽能電池模塊，或作為家庭用而在住宅中安裝太陽能電池模塊，或在大規模發電設施中使用大面積太陽能電池發電系統，進而使用太陽能電池模塊作為人造衛星的電源(例如參照專利文獻1) O這種太陽能電池的發電量主要與光照射的面積成正比增加。因此，為了提高發電效率，除了改善封裝技術、制膜技術等制造技術以外，如何增大太陽能電池模塊的開口率(能夠發電的面積相對于整個面積的比例)是重要的課題。另外，通常，太陽能電池按照使用材料的種類，分類為結晶硅類、非結晶硅 (amorphous silicon)類、有機化合物類等，并且，在當前市場上廣泛流通的結晶硅類太陽能電池分類為單晶硅型和多晶硅型、非晶質硅型。相對于其他太陽能電池，單晶硅型或多晶硅型的太陽能電池由于基板的品質好， 因此具有比較容易提高發電效率的優點。但是，單晶硅型或多晶硅型的太陽能電池存在材料成本所占的比例高的問題(硅的成本高)。另外，將太陽能電池單元粘貼在模塊上的成本也加在制造成本上。因此，提出了使用薄膜硅太陽能電池單元的技術，其中，該薄膜硅太陽能電池單元是指，作為太陽能電池單元構成部件的硅的量少，能夠用CVD (Chemi cal Vapor Deposition 化學氣相沉積)法等技術來成膜的太陽能電池單元。但是，上述方式中，由于紅外光特別易于透過薄膜硅太陽能電池單元，因此光的吸收率低。因此，為了提高光的利用效率，提出了以下結構特意使入射的光散射，從而爭取透過薄膜硅太陽能電池單元的光的光程，由此提高光的利用效率。通常，對于非晶質硅太陽能電池，兩種結構為人們所知。作為第一結構，是在玻璃等透光性基板上形成SnA或ITO (氧化銦錫=Indium-TinOxide)等的透明電導膜，在透明電導膜上依次層疊非晶質半導體(Si)的ρ層、i層、η層的結構。另外，在該結構中，在由ρ層、i層及η層構成的層疊體上依次形成透明導電膜和背面電極。作為第二結構，是在金屬基板電極上依次層疊非晶質半導體(Si)的η層、i層、ρ 層而形成光電轉換活性層，在光電轉換活性層上層疊透明電導膜和背面電極的結構。特別地，第一結構具有以下優點。具體而言，由于按p-i-n層的順序形成非晶質半導體，所以能夠使透光性絕緣基板發揮作為太陽能電池的基底基板的功能，并且能夠使透光性絕緣基板發揮作為覆蓋太陽能電池表面的玻璃蓋片的功能。另外，由于研制出了由具有耐等離子性的Sr^2等構成的透明導電膜，因此能夠用等離子CVD法在透明導電膜上形成由非晶質半導體構成的光電轉換活性層。由于具有這種優點，因此目前大多使用上述第一結構。另外，作為形成由非晶質半導體構成的光電轉換活性層的方法，能夠使用等離子 CVD法或氣相沉積法，其中，該等離子CVD法是指使原料氣體輝光放電分解的方法，該氣相沉積法是指使用光CVD法的方法。通過使用這些方法，能夠形成大面積的薄膜。另外，非晶質Si太陽能電池能夠在100°C至200°C左右的比較低的溫度下形成。因此，就為了形成非晶質Si太陽能電池而使用的基板而言，能夠使用各種材質的基板。通常，常被使用的基板是玻璃基板或不銹鋼基板。另外，在非晶質Si太陽能電池中，將光轉換為電的轉換效率達到最大時的硅的光吸收層膜厚為500nm左右。因此，為了提高轉換效率，增大光在光吸收層膜厚內的吸收量較為重要。為了提高轉換效率，現有技術通過在玻璃基板的表面上形成具有凹凸的透明導電膜或在不銹鋼基板的表面上形成具有凹凸的金屬膜，以此增加光在光吸收層中的光程。在使用這種方法制造出的太陽能電池中，光吸收層中的光程增加，與在光吸收層的表面未形成凹凸的平坦的基板上形成非晶質Si太陽能電池的結構相比，光的使用效率將顯著提高。可是，就在玻璃基板的表面上形成凹凸的一般的方法而言，可列舉出使用常壓CVD 法來形成作為透明電極的SnA膜的方法。另外，就在不銹鋼等金屬基板上形成凹凸的方法而言，采用在通過蒸鍍法或濺射法形成Ag時調整形成條件或在形成Ag后進行熱處理的方法。如上所述的薄膜太陽能電池，具有在透光性絕緣基板上依次形成透明導電膜、氫化非晶硅碳(a-SiC :H)p層、氫化非晶硅(a-Si :H)i層、氫化非晶硅(a_Si :H)n層、透明導電膜及背面電極的結構。而且，如前所述，在玻璃基板的表面上形成有凹凸形狀，由此，層疊在玻璃基板表面的上部的透明導電膜、光電轉換活性層及透明導電膜的各層均具有凹凸結構。當在可撓性基板或輕質基板上形成薄膜太陽能電池等半導體元件時，一直采用具
5有高耐熱性的聚酰亞胺樹脂。專利文獻2等中公開了在這種樹脂上形成凹凸的方法。另外，在專利文獻3中，公開了使用V形溝的周期結構來使光回射，從而提高光的利用效率的技術，并公開了希望V形溝的頂角為50度至90度。另外，公開了希望V形溝周期的間距為10 μ m至20 μ m。另外，若使太陽能電池單元401的配置間隔變狹，則將產生漏電流。因此，需要彼此相鄰的太陽能電池單元401之間的區域(間隔G)。例如，如圖39所示，在太陽能電池模塊400的背面配置背面部件402的結構為人們所知(專利文獻4)。根據該結構，對入射到太陽能電池模塊400的光HO中的入射到彼此相鄰的太陽能電池單元401之間區域的光H1，通過背面部件402使光Hl發生反射或散射，從而得到光H2。并且，通過使光H2入射到太陽能電池單元401中，從而對光進行再利用。但是，在這種結構中，未能得到足夠的發電效率。另外，在圖39中，附圖
標記403是填充層，在該填充層403內，隔開規定間隔排列有多個太陽能電池單元401。現有技術文獻專利文獻專利文獻1 日本特開2001-295437號公報；專利文獻2 日本特開平4-6U85號公報；專利文獻3 日本特開平11-274533號公報；專利文獻4 日本特開平11-307791號公報。
發明內容
發明所要解決的問題如上所述，想要提高現有太陽能電池模塊的每單位面積的發電效率的期望較強烈，但由于存在損失掉的光，因此未能得到足夠的發電效率。另外，在上述現有的方法中，使入射到相鄰的太陽能電池單元之間區域的光在背面部件上進行反射等，從而再利用損失掉的光。但是，在該方法中，還未達到充分再利用損失掉的光的程度。因此，迫切希望進一步切實地再利用該損失掉的光，從而謀求發電效率的
進一步提高。本發明是鑒于如上所述的問題而做出的，其目的在于，提供有效地再利用在現有技術中損失掉的光，從而能夠提高光的利用效率的光再利用薄片以及使用該光再利用薄片的太陽能電池模塊。特別地，本發明的目在于，提供一種具有提高光的利用效率所需的太陽能電池單元的寬度、彼此相鄰的太陽能電池單元的間隙G的間隔、光再利用薄片的位置、太陽能電池單元的位置、太陽能電池模塊的厚度及最佳的凹凸形狀的光再利用薄片，并提供使用該光再利用薄片的太陽能電池模塊。本發明的目的還在于，提供對LED或EL元件(所述LED或EL元件是使用了上述光再利用薄片的LED或EL元件)等發光元件的光進行再利用的薄片和使用該薄片的發光元件。用于解決問題的手段為了實現上述目的，本發明第一方式的光再利用薄片，包括凹凸形狀的反射面，且為了使入射到太陽能電池模塊的光反射到特定方向從而入射到太陽能電池單元或者為了使從光源模塊的發光元件出射的光反射而向特定方向出射，所述反射面形成為滿足以下數學式1。數學式1:
權利要求
1.一種光再利用薄片，其特征在于， 包括凹凸形狀的反射面；為了使入射到太陽能電池模塊的光反射到特定方向從而入射到太陽能電池單元或者為了使從光源模塊的發光元件出射的光反射而向特定方向出射，所述反射面形成為滿足以下數學式1， 數學式1: df—Z=O = Zy-cos ^--La;· sin ^-^(cos2 ^-sin2 ￠)這里，Lx表示太陽能電池單元或發光元件的橫向尺寸；Ly表示太陽能電池單元或發光元件的縱向尺寸；Φ表示反射面的凹凸形狀方向與太陽能電池單元或發光元件的橫向邊緣所形成的角度；A表示透過相鄰的太陽能電池單元之間并在光再利用薄片進行反射而入射到太陽能電池單元的受光面的光的最大寬度，或表示并未從發光元件向特定方向出射， 而在光再利用薄片上進行反射而向特定方向出射的光的最大寬度。
2.根據權利要求1所述的光再利用薄片，其特征在于，當所述太陽能電池單元或所述發光元件的所述橫向尺寸Lx和所述縱向尺寸Ly相同時，或者當長邊為短邊的2倍以下時，所述反射面形成為滿足Φ =45度士20度。
3.根據權利要求1所述的光再利用薄片，其特征在于，當所述太陽能電池單元或所述發光元件的所述橫向尺寸Lx和縱向尺寸Ly不同，且長邊為短邊的2以上時，所述反射面形成為滿足Φ = 60度士20度(Lx<Ly)或φ = 30度 ±20 度(Ly < Lx)。
4.根據權利要求1所述的光再利用薄片，其特征在于，當所述太陽能電子單元或所述發光元件的橫向或縱向的寬度與所述光的最大寬度A 相同時，若所述橫向的寬度與所述光的最大寬度A相同，所述反射面形成為Φ =0度，若所述縱向的寬度與所述光的最大寬度A相同，則所述反射面形成為Φ =90度。
5.一種太陽能電池模塊，其特征在于，包括 前面板，其用于光入射，填充層，其用于使透過所述前面板的光透過，太陽能電池單元，其具有受光面和與所述受光面相反的背面，并由所述填充層來固定， 由所述受光面接收從所述填充層透過的光，從而將光轉換成電，以及光再利用薄片，其配置成與所述太陽能電池單元的所述背面相對置，并且具有凹凸形狀的反射面，該反射面使透過彼此相鄰的所述太陽能電池單元之間的光反射，并且使所述太陽能電池單元接受所述光；所述光再利用薄片是權利要求1至權利要求4中任一項所述的光再利用薄片。
6.一種光源模塊，其特征在于，包括 填充層，其用于使光透過，并具有出射面，發光元件，其具有發光面和與所述發光面相反的背面，由所述填充層來固定，并將電轉換為光，使所述光從所述發光面發出，從而使所述光在所述填充層的出射面上反射，以及光再利用薄片，其配置成與所述發光元件的所述背面相對置，并且具有凹凸形狀的反射面，該反射面使在所述填充層的所述出射面反射的光再次向所述出射面反射； 所述光再利用薄片是權利要求1至權利要求4中任一項所述的光再利用薄片。
7.一種太陽能電池模塊，其特征在于，包括 前面板，其用于光入射，填充層，其用于使透過所述前面板的光透過，太陽能電池單元，其具有受光面和與所述受光面相反的背面，并由所述填充層來固定， 由所述受光面接收從所述填充層透過的光，從而將光轉換成電，以及光再利用薄片，其配置成與所述太陽能電池單元的所述背面相對置，并且具有凹凸形狀的反射面，該反射面使所述太陽能電池單元的所述受光面未接受到的光反射；當用C表示所述光再利用薄片的所述反射面與所述太陽能電池單元的所述受光面之間的間隔，用β表示入射到所述光再利用薄片的光與在所述光再利用薄片上反射的光所形成的角，用G表示所述太陽能電池單元間隙的間隔時，所述反射面滿足以下數學式2， 數學式2: C · tan β < G
8.根據權利要求7所述的太陽能電池模塊，其特征在于，當用H表示所述太陽能電池模塊的所述入射面與所述光再利用薄片的所述反射面之間的間隔，用W表示所述太陽能電池單元的寬度時，所述光再利用薄片的所述反射面滿足以下數學式3或數學式4， 數學式3:(2H-C) · tan β K G 彡(2H-C) · tan β 數學式4:(2H-C) ‘ tan β < G。
9.根據權利要求7或權利要求8所述的太陽能電池模塊，其特征在于， 所述光再利用薄片的所述反射面滿足以下數學式5，數學式5:G = (2H-C) · tan β。
10.一種太陽能電池模塊，其特征在于，包括 前面板，其用于入射光，填充層，其用于使透過所述前面板的光透過，太陽能電池單元，其具有受光面和與所述受光面相反的背面，并由所述填充層固定，由所述受光面接收從所述填充層透過的光，從而將光轉換成電，以及光再利用薄片，其配置成與所述太陽能電池單元的所述背面相對置，并且具有凹凸形狀的反射面，該反射面使所述太陽能電池單元的所述受光面未接受到的光反射；當用C表示所述光再利用薄片的所述反射面與所述太陽能電池單元的所述受光面之間的間隔時，所述反射面滿足以下數學式6， 數學式6: C = 0。
全文摘要
本發明光再利用薄片包括用于使入射到太陽能電池模塊(200)的光反射從而入射到太陽能電池單元(1)中或使從光源模塊(300)的發光元件(50)出射的光反射的凹凸形狀的反射面(100)。這里，當用Lx表示太陽能電池單元(1)或發光元件(50)的橫向尺寸，用Ly表示太陽能電池單元(1)或發光元件(50)的縱向尺寸，用表示反射面(100)的凹凸形狀方向與太陽能電池單元(1)或發光元件(50)的橫向邊緣所形成的角度，用A表示透過相鄰的太陽能電池單元(1)之間后在光再利用薄片(12)上反射并入射到太陽能電池單元(1)的受光面(1a)的光的最大寬度或未從發光元件(50)向特定方向出射，而在光再利用薄片(12)上反射后向特定方向出射的光的最大寬度時，所述反射面(100)滿足以下數學式1。數學式文檔編號H01L33/00GK102217090SQ200980146248
公開日2011年10月12日 申請日期2009年11月19日 優先權日2008年11月19日
發明者L·M·穆里洛-莫拉, 本間英明, 諸永耕平, 高橋進 申請人:凸版印刷株式會社