JP5476290B2 - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
本発明は、波長変換膜の技術に関し、特に、蛍光体が近紫外光〜青色光を照射されることによって励起し、発光を起こして波長変換を行い、太陽電池の変換効率を向上させる技術関する。
太陽電池の量子効率は、一般に紫外光〜青色光の領域では緑色光〜近赤外光の領域に比べて低い。従って、太陽電池に到達する光の波長成分のうち、紫外光〜青色光の波長の光を緑色光〜近赤外光の光に波長変換することによって、太陽電池の量子効率の高い波長領域の光を増加させて、太陽電池の効率を向上することができる。従来から太陽電池に光が到達する経路中に波長変換膜を設置することにより、太陽電池の効率が向上することが知られている。
例えば、「特許文献１」では、蛍光着色剤を波長変換材料として用いている。また、「特許文献２」では、希土類錯体含有ＯＲＭＯＳＩＬ複合体を用いている。また、「非特許文献１」では、有機金属錯体を用いている。しかしながら、上記の蛍光着色剤及び有機金属錯体では耐久性が不充分であるため、長期間にわたる太陽電池用波長変換材料としての機能の保持が困難である。また、「特許文献３」では蛍光体を用いた太陽電池用波長変換材料が記載されているが、「特許文献３」では具体的な効率向上量の数値は記載されていない。また、「特許文献４」には、吸収した光の波長よりも長い波長の光に変換する変換材を有する封止剤で単結晶シリコンを挟持する構成が記載されているが、蛍光体等の波長変換材の具体的な構成は記載されていない。また、「特許文献５」では発光材料に配向を設けることにより発光材料からの光を太陽電池内部に閉じ込める工夫を施すことが記載されている。しかしながら、発光材料の長さの記載はなく、発光材料の組成も記載されておらず、配向を設ける製造方法も記載されていない。
第５８回錯体化学討論会予稿集１ＰＦ−０１１
太陽電池用の波長変換材料には有機金属錯体及び無機系化合物である蛍光体を太陽電池用波長変換材料として用いる取組みがなされている。しかしながら、従来の波長変換材料では発光材料から発せられる光の方向が等方的であるため、太陽電池セルに向かわずに太陽光が入射する側に透過する光の成分が大きい。そのため、従来の波長変換材料では太陽電池の光電変換効率を十分向上するには至っておらず、光電変換効率をさらに向上することが求められている。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、波長変換材料から発せられる光のうち太陽電池セルに向かう光の量を増加し、太陽電池の光電変換効率を向上することができる技術を提供することにある。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。すなわち、本発明の一つの実施の形態における太陽電池モジュールは、前面ガラス、透明樹脂、太陽電池セル及びバックシートを有している。また、前記前面ガラスは太陽電池用の半強化ガラスであり、反射防止膜を有している場合がある。
前記透明樹脂には、近紫外光〜青色光で励起されることにより可視光〜近赤外光を発光する蛍光体が混入されている。本発明における波長変換材料は、針状の形態を有している蛍光体か、蛍光体が封止された針状の樹脂である。この波長変換材料が針状であるので、波長変換材料からの出射光は異方性を有している。
針状の蛍光体あるいは、蛍光体が封止された針状の樹脂を太陽電池セルの主面に対して寝せる方向に配置することによって、太陽電池セルに向かう光量を大きくすることが出来る。すなわち、上述のような波長変換膜を太陽電池に用いることによって、光電変換効率の高い太陽電池モジュールを作製することができる。
本発明によれば、蛍光体等で波長変換を受けた出射光が、電池セル側へ向かう量を大きくすることが出来るので、太陽電池の光変換効率を向上させることが出来る。
＜太陽電池モジュールの構造＞
本発明の太陽電池モジュールの構造を図１に示す。太陽電池モジュール１は太陽光が入射する側に設置する前面ガラス２、封止材（透明樹脂）３、太陽電池セル４、及びバックシート５からなり、前面ガラス２の太陽光が入射する側には反射防止膜６が形成されている。反射防止膜はあることが望ましいが、無くてもよい。前面ガラス２はその成分がガラスのほか、ポリカーボネート、アクリル、ポリエステル、フッ化ポリエチレンなど太陽光の入射を妨げないよう透明であれば、これらの材料のものを用いることもできる。
本発明の太陽電池モジュールの構造を図１に示す。太陽電池モジュール１は太陽光が入射する側に設置する前面ガラス２、封止材（透明樹脂）３、太陽電池セル４、及びバックシート５からなり、前面ガラス２の太陽光が入射する側には反射防止膜６が形成されている。反射防止膜はあることが望ましいが、無くてもよい。前面ガラス２はその成分がガラスのほか、ポリカーボネート、アクリル、ポリエステル、フッ化ポリエチレンなど太陽光の入射を妨げないよう透明であれば、これらの材料のものを用いることもできる。
封止材３は保護材としての役割があり、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セル４を覆うように配置されている。また、封止材としては、ＥＶＡ（エチレン−ビニル酢酸共重合体）のほか、シリコンのポッテイング材、ポリビニルブチラールなどを用いることもできる。
太陽電池セル４としては、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、薄膜化合物半導体太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池等の様々な太陽電池セルを用いることができる。この太陽電池セル４は太陽電池モジュール１内に１つ乃至複数配置されており、複数配置される場合は電気的にインターコネクタで接続されている。バックシート５としては耐候性、高絶縁性、及び強度を持たせるため、金属層及びプラスチックフィルム層を含有することができる。
波長変換材料７は図１に示すように封止材３に混合して用いることができる。この場合には、封止材３が近紫外〜青色光を吸収して、緑色〜近赤外光を放出する波長変換層を構成している。また、波長変換膜を封止材３といっしょに太陽電池モジュールを作製するため、製造工程が簡素化できる。
前記波長変換層は、少なくとも太陽光が太陽電池セル４に入射する間に存在していればよく、少なくとも前面ガラス２の受光表面及び前面ガラス２と太陽電池セル４との間のいずれかにあればよい。また、波長変換層は太陽電池セルに入射する光のみ吸収できればよいので、少なくとも太陽電池セル４への太陽光の入射部に変換された光を供給することができる位置に存在していればよく、太陽電池モジュール１の表面積と同じ面積で均一に存在しなくともよい。
従って、太陽電池モジュールの構造としては、図１に示す構成のほか、図２に示すように封止材３の太陽電池セル側に波長変換層８を形成することができる。この場合には波長変換材料から放出された光の太陽電池セルまでの距離が短く、光の拡散を抑えることができる。また、図３に示すように反射防止膜６を設ける場合は、波長変換材料７を反射防止膜６に混練して用いることができる。この場合には、反射防止膜６といっしょに波長変換膜を作製するため、製造工程を簡素化できる。また、前面ガラス２による紫外光の吸収がない前面ガラスの表面に波長変換膜を形成するため、より多くの紫外光を可視光〜近赤外光に波長変換することができる。
図４に示すように反射防止膜６と前面ガラス２の間に波長変換材料７を有する波長変換膜８を形成することができる。この場合には前面ガラス２による紫外光の吸収がない表面に波長変換膜８を形成するため、より多くの紫外光を可視光〜近赤外に波長変換することができる。また、上記の構成に集光レンズ９、支持枠１０、基板１１などを用いて図５のように集光型太陽電池として使用することもできる。波長変換材料によってエネルギーの高い短波長の光をエネルギーの低い長波長の光に変換し、太陽電池セルのバンドギャップ以上の過剰なエネルギーが減少するため、集光型太陽電池として用いても太陽電池セルの温度上昇を抑えることができる。
以上のように光が太陽電池に到達するまでの経路中に、蛍光体を含む材料を設置した構造である太陽電池としては、前面ガラス２や封止材３の材料に混合する方法、適当な溶媒に波長変換材料７を配合して所望の箇所に塗布する方法などが考えられ、太陽電池セル４における太陽光の吸収を妨げず、波長変換材料７の機能を損なわない形態であれば、いずれの方法であってもよい。その中でも、図１に示す波長変換材料７を封止材３に混練して用いる方法は製造方法が簡素化でき、波長変換材料７を設置する方法として優れている。
＜異方発光材料を用いた波長変換膜＞
波長変換材料として蛍光体材料を用いる場合、蛍光体が球形であると、蛍光体からの発光は等方的であり、太陽電池セルに向かわずに太陽光が入射する側に透過する光の成分が生じる。図１に示すように、太陽電池セル４に垂直な線から４１．８°（sin-1(１/1.5)=41.8°）よりも低角度の光は屈折率の関係により太陽光が入射する側に透過して太陽電池の発電に寄与しない。この発電に寄与しない光の成分の割合は蛍光体７から発する光の１３％程度である。なお、本明細書では、波長変換材料７を発光材料ということもある。
波長変換材料として蛍光体材料を用いる場合、蛍光体が球形であると、蛍光体からの発光は等方的であり、太陽電池セルに向かわずに太陽光が入射する側に透過する光の成分が生じる。図１に示すように、太陽電池セル４に垂直な線から４１．８°（sin-1(１/1.5)=41.8°）よりも低角度の光は屈折率の関係により太陽光が入射する側に透過して太陽電池の発電に寄与しない。この発電に寄与しない光の成分の割合は蛍光体７から発する光の１３％程度である。なお、本明細書では、波長変換材料７を発光材料ということもある。
図１における４１．８°は、波長変換材料７から出射した光のうち、太陽電池セル４と逆側に向かう光が空気との界面において、全反射を起こさない角度である。つまり、波長変換材料７から出射した光が、界面において全反射すれば、ふたたび、太陽電池セル４の方向に向かうが、全反射しなければ図１における上方に出射して、発電に寄与しないことになる。
針状蛍光体または蛍光体を針状樹脂中に封止した波長変換材料は発光の方向性を持たせることができる。すなわち、波長変換材料の形状が縦長の場合には横方向に向かう光の成分の割合よりも縦方向に向かう光の成分の割合のほうが大きい。これは、無機蛍光体の屈折率が１．５〜２．０程度と封止材の屈折率（１．５）よりも大きいためである。図８は蛍光体が針状の樹脂に封止された例を示す。
従って、縦長の蛍光体材料または蛍光体を針状樹脂中に封止した波長変換材料を４１．８°よりも高角度に配列させる、つまり、太陽光が入射する面と平行な方向に波長変換材料の長軸を沿わせる。これによって、発光材料から生じる光において太陽電池セルに向かわない光の成分を大幅に低減することができる。
ここで、針状蛍光体または蛍光体を針状樹脂に封止した発光材料の縦の長さ、すなわち長径をa、横の長さすなわち短径をbとするとa＞bであり、波長変換膜の厚さをcとするとa＞cが好ましく、４１．８°よりも高角度に針状蛍光体及び蛍光体を針状樹脂に封止した発光材料を設置するにはa＞1.34cとする。なお、針状蛍光体または蛍光体を針状樹脂に封止した発光材料の長径ａと短径ｂの比ａ＞２ｂであることがより好ましい。
このような構成とすることによって、封止材の原料と針状蛍光体または蛍光体を針状樹脂に封止した発光材料を混練して膜状に成形することにより、容易に所望の角度で発光材料が混合された波長変換膜を製造することができる。この場合には４１．８°〜９０°の角度で発光材料がランダムに封止材中に設置される。
また、針状蛍光体または蛍光体を針状樹脂中に封止した発光材料を混合した波長変換膜は１層でもよく、または重ねて多層構造とすることもできる。多層構造とすれば、針状蛍光体及び蛍光体を針状樹脂に封止した発光材料の長径aが短い場合にも波長変換膜１層の厚さを薄くして、それらを重ねて多層構造とすることにより、封止材の機能を損ねることなく太陽電池セルを保護する厚さを確保することができる。また、蛍光体を封止する針状樹脂は、アクリル酸エステルまたはメタクリル酸エステルの重合体が好ましいが、シリコン樹脂、あるいはガラスなどの透明な素材であり、波長変換の機能を損ねない透明な材料であればよい。
以上で述べた針状の蛍光体または、蛍光体を封止した針状樹脂の長径ａあるいは短径ｂは個々の粒子によって異なるので、後で示す統計的な処理を施した場合の径である。
＜波長変換材料としての励起端波長、粒径、添加濃度＞
太陽電池の量子効率は一般に青色光から近紫外光になり、入射する光の波長が短波長になるにつれて低下する。一方、波長変換材料としては蛍光体の量子効率は０．７〜０．９程度のものが用いられる。太陽光スペクトル強度のある３００ｎｍ以上に励起帯がある蛍光体の長波長側の励起端波長を変化させた場合の発電電力増加分を試算した結果を図６に示す。ここで、励起端波長とは励起スペクトルにおける長波長側の励起強度が立ち上がる波長のことであり、励起スペクトルのピーク強度の１０％となる波長を示すこととする。
太陽電池の量子効率は一般に青色光から近紫外光になり、入射する光の波長が短波長になるにつれて低下する。一方、波長変換材料としては蛍光体の量子効率は０．７〜０．９程度のものが用いられる。太陽光スペクトル強度のある３００ｎｍ以上に励起帯がある蛍光体の長波長側の励起端波長を変化させた場合の発電電力増加分を試算した結果を図６に示す。ここで、励起端波長とは励起スペクトルにおける長波長側の励起強度が立ち上がる波長のことであり、励起スペクトルのピーク強度の１０％となる波長を示すこととする。
波長変換による発電電力の増加は量子効率０．６〜０．９では励起端波長が３５０〜６７０nmで見られる。発電電力の増加は励起端波長が４３０〜５００nmの時に最も大きい。すなわち、波長変換材料の量子効率が０．６〜０．９であれば、励起端波長が４３０〜５００nmの範囲の波長変換材料を用いることで、太陽電池の発電電力を最大限向上することができ、量子効率が０．７〜０．９であれば、励起端波長が４５０〜５００nmの範囲の波長変換材料を用いることで、太陽電池の発電電力を最大限向上することができる。また、波長変換材料の量子効率が０．７以上の場合には、励起端波長がさらに４１０〜６００ｎｍのものを用いても、従来の有機錯体（量子効率０．６程度）を用いた波長変換の場合より太陽電池の発電電力を向上することができる。
一方、蛍光体では光学散乱による損失もあり、その程度は粒径と添加濃度に関係する。波長変換材料の粒径と光散乱強度の関係は、太陽光の波長を５００nmとすると、光散乱強度はミー散乱によりその半分の２５０nmの粒径で最大となる。光散乱強度と粒径の関係を図７に示す。２５０nmより小さい粒径では散乱強度はレイリー散乱に支配され粒径が小さいほど散乱強度は減少し、また２５０nmより大きい粒径では幾何光学散乱に支配され、粒径が大きいほど光散乱強度は低下する。粒径が小さいと光散乱強度は低下するが、蛍光体の発光強度が低下するため、また、粒径が大きすぎると添加濃度を多くする必要があり、封止材の機能を損ねるため、１０nm〜２０μｍの粒径範囲が適当である。この範囲は、ミー散乱による散乱ピークである粒径２５０ｎｍを含んでいるが、蛍光体の発光効率を加味して設定した値である。
次に、波長変換材料の封止材中への添加濃度としては、太陽光が入射する側に少なくとも１個の蛍光体粒子が存在し、封止材中に混合された蛍光体に太陽光がまんべんなく当たることが望ましい。添加濃度が過剰だと光学散乱が増加し、また添加濃度が過少だと波長変換されず素通りする光が増加する。そのため、平均粒径２．３μｍの蛍光体の場合の添加濃度は２重量％となる。また、平均粒径が５．８μｍの蛍光体の場合の添加濃度は５重量％となる。また、平均粒径が１．２μｍの蛍光体の場合には添加濃度は１重量％となる。従って、蛍光体の平均粒径が１〜５μｍの場合には、添加濃度は１〜５重量％となる。ただし、ここでは蛍光体の必要量を計算した結果であり、この量の前後で最適濃度が存在する。
従って、蛍光体の平均粒径をＡ（μｍ）とすれば、最適濃度範囲Ｂ（重量％）は最適濃度２Ａ／２．３の１／２００倍程度から効果が現れ始め、１０倍程度まで効果が見られる。従って、蛍光体の濃度は０．００４Ａ≦Ｂ≦８．７Ａの範囲で良好であり、光のストッピング及び光散乱を考慮すれば、より好ましくは最適濃度２Ａ／２．３の１／１００倍程度から５倍程度の範囲で波長変換の効果が高い。従って、蛍光体の濃度は０．００８Ａ≦Ｂ≦４．３Ａの範囲で最適になるものと考えられる。
＜波長変換材料＞
波長変換材料としては、５００ｎｍ以下の近紫外光〜青色光を５００ｎｍ〜１１００ｎｍの緑色光〜近赤外光に光変換して太陽電池セルに入射させることのできる材料が好ましい。特に太陽光スペクトル強度のある３００ｎｍ以上に励起帯があり、量子効率が０．７以上あり、励起端波長が４１０〜６００ｎｍにある材料が好ましい。励起端波長が４３０〜５００ｎｍにある材料が最も好ましい。さらに、輝度寿命及び耐湿性の点から、各種ディスプレイ、ランプ、及び白色ＬＥＤ等に用いられる無機蛍光体材料が好ましい。ただし、励起帯が近紫外光〜青色光に分布しているものに限る。
波長変換材料としては、５００ｎｍ以下の近紫外光〜青色光を５００ｎｍ〜１１００ｎｍの緑色光〜近赤外光に光変換して太陽電池セルに入射させることのできる材料が好ましい。特に太陽光スペクトル強度のある３００ｎｍ以上に励起帯があり、量子効率が０．７以上あり、励起端波長が４１０〜６００ｎｍにある材料が好ましい。励起端波長が４３０〜５００ｎｍにある材料が最も好ましい。さらに、輝度寿命及び耐湿性の点から、各種ディスプレイ、ランプ、及び白色ＬＥＤ等に用いられる無機蛍光体材料が好ましい。ただし、励起帯が近紫外光〜青色光に分布しているものに限る。
本発明では、このような観点から励起帯が近紫外光〜青色光に存在し、さらに光変換効率の高い蛍光体材料組成を選定した。このような蛍光体としては、ＭＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎであり、ＭはＢａ，Ｓｒ，Ｃａの一種または複数種の元素である蛍光体、または蛍光体の母体材料が（Ｂａ、Ｓｒ）２ＳｉＯ４、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４、Ｂａ２ＳｉＯ４、Ｓｒ３ＳｉＯ５、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）３ＳｉＯ５、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）３ＭｇＳｉ２Ｏ８、Ｃａ３Ｓｉ２Ｏ７、Ｃａ２ＺｎＳｉ２Ｏ７、Ｂａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２、Ｃａ３Ｓｃ２Ｓｉ３Ｏ１２のいずれかを含む蛍光体、あるいは蛍光体の母体材料がＭＡｌＳｉＮ３で表され、ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇのいずれか一種または複数種の元素である蛍光体などが挙げられる。また、発光中心元素としてはEu及びCeなどの希土類元素が用いられる。
また、本発明に用いられる蛍光体の平均粒径は１０ｎｍ〜２０μｍである。ここで、蛍光体の平均粒径は、以下のように規定することができる。粒子（蛍光体粒子）の平均粒径を調べる方法としては、粒度分布測定装置で測定する方法及び電子顕微鏡で直接観察する方法などがある。電子顕微鏡で調べる場合を例にとると、平均粒径は以下のように算出することができる。粒子の粒径の変量（・・・、０．８〜１．２μｍ、１．３〜１．７μｍ、１．８〜２．２μｍ、・・・、６．８〜７．２μｍ、７．３〜７．７μｍ、７．８〜８．２μｍ、・・・など）の各区間を階級値（・・・、１．０μｍ、１．５μｍ、２．０μｍ、・・・、７．０μｍ、７．５μｍ、８．０μｍ、・・・）で表し、これをｘｉとする。そして、電子顕微鏡で観察された各変量の度数をｆｉで示すことにすれば、平均値Ａは次のように表される。
Ａ＝Σｘｉｆｉ／Σｆｉ＝Σｘｉｆｉ／Ｎ
ただし、Σｆｉ＝Ｎである。本発明の蛍光体では励起帯波長が波長変換材料として適合しているため、太陽電池用波長変換材料として優れた効果を得ることができる。
ただし、Σｆｉ＝Ｎである。本発明の蛍光体では励起帯波長が波長変換材料として適合しているため、太陽電池用波長変換材料として優れた効果を得ることができる。
蛍光体が長径ａと短径ｂを持つ針状である場合、長径ａあるいは短径ｂ各々に対して、上記のような測定を行った平均粒径を用いる。つまり、本明細書における長径ａは平均長径ａのことであり、短径ｂは平均短径ｂのことである。そして、針状の蛍光体の粒径という場合は、（ａ＋ｂ）／２である。蛍光体を封止した針状樹脂における長径ａあるいは短径ｂも同様な統計処理をした値である。つまり、本明細書における蛍光体を封止した針状樹脂の長径ａは平均長径ａのことであり、短径ｂは平均短径ｂのことである。
＜波長変換型封止材シート及び太陽電池モジュールの作製＞
以上のような波長変換材料を用いて種々の太陽電池モジュールを作製した。以下にその実施例を示す
以上のような波長変換材料を用いて種々の太陽電池モジュールを作製した。以下にその実施例を示す
透明樹脂（ＥＶＡ）に有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材を少量添加し、０．５重量％の割合で（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体（粒径６μｍ）を封止した針状アクリル樹脂（縦の長さa=680μm、横の長さb=20μm）を混合して、８０℃に加熱したロールミルを用いて混練した後、２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで、厚さ500μmのＥＶＡを主成分とした封止材３を作製した。また、前記蛍光体組成は１種または複数種の組成を混合して用いてもよい。
次に、この封止材３を室温まで放冷し、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、前面ガラス２、太陽電池セル４、バックシート５と共に図１のように積層して、１５０℃に設定した真空ラミネータで予備圧着した。予備圧着された積層物を１５５℃のオーブンで３０分間加熱し、架橋及び接着を行って太陽電池パネル１を作製した。本発明では波長変換材料として励起帯の適合した蛍光体を用いており、さらに光変換効率の高い波長変換材料を用いており、さらに太陽電池セルに向かう光の量を増加させる方向に波長変換材料が設置されているため、太陽電池パネルの電流量が大きく、波長変換材料を用いない場合に比べて電流量が１０％増加した。
透明樹脂（ＥＶＡ）に有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材を少量添加し、１重量％の割合で（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体（粒径５０nm）を封止した針状アクリル樹脂（縦の長さa=200μm、横の長さb=20μm）を混合して、８０℃に加熱したロールミルを用いて混練した後、２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで、厚さ166μmのＥＶＡを主成分とした封止材３を作製した。また、前記蛍光体組成は１種または複数種の組成を混合して用いてもよい。
次に、この封止材３を室温まで放冷し、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、前面ガラス２、太陽電池セル４、バックシート５と共に封止材３を３枚重ねて多層構造とし、図１のように積層して、１５０℃に設定した真空ラミネータで予備圧着した。予備圧着された積層物を１５５℃のオーブンで３０分間加熱し、架橋及び接着を行って太陽電池パネル１を作製した。本発明では波長変換材料として励起帯の適合した蛍光体を用いており、さらに光変換効率の高い波長変換材料を用いており、さらに太陽電池セルに向かう光の量を増加させる方向に波長変換材料が設置されているため、太陽電池パネルの電流量が大きく、波長変換材料を用いない場合に比べて電流量が９％増加した。
透明樹脂（ＥＶＡ）に有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材を少量添加し、０．５重量％の割合で（Ｂａ，Ｃａ，Ｓｒ）ＭｇＡｌ１０Ｏ１７：Ｅｕ，Ｍｎ蛍光体（縦６０μｍ、横５μｍ）を混合して、８０℃に加熱したロールミルを用いて混練した後、２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで、厚さ５０μmのＥＶＡを主成分とした封止材３を作製した。また、前記蛍光体組成は１種または複数種の組成を混合して用いてもよい。
次に、この封止材３を室温まで放冷し、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、前面ガラス２、太陽電池セル４、バックシート５と共に封止材３を１０枚重ねて多層構造とし、図１のように積層して、１５０℃に設定した真空ラミネータで予備圧着した。予備圧着された積層物を１５５℃のオーブンで３０分間加熱し、架橋及び接着を行って太陽電池パネル１を作製した。本発明では波長変換材料として励起帯の適合した蛍光体を用いており、さらに光変換効率の高い波長変換材料を用いており、さらに太陽電池セルに向かう光の量を増加させる方向に波長変換材料が設置されているため、太陽電池パネルの電流量が大きく、波長変換材料を用いない場合に比べて電流量が１２％増加した。
透明樹脂（ＥＶＡ）に有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材を少量添加し、０．５重量％の割合で（Ｂａ、Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（縦６０μｍ、横５μｍ）を混合して、８０℃に加熱したロールミルを用いて混練した後、２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで、厚さ５０μmのＥＶＡを主成分とした封止材３を作製した。また、前記蛍光体組成は１種または複数種の組成を混合して用いてもよい。
次に、この封止材３を室温まで放冷し、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、前面ガラス２、太陽電池セル４、バックシート５と共に封止材３を１０枚重ねて多層構造とし、図１のように積層して、１５０℃に設定した真空ラミネータで予備圧着した。予備圧着された積層物を１５５℃のオーブンで３０分間加熱し、架橋及び接着を行って太陽電池パネル１を作製した。本発明では波長変換材料として励起帯の適合した蛍光体を用いており、さらに光変換効率の高い波長変換材料を用いており、さらに太陽電池セルに向かう光の量を増加させる方向に波長変換材料が設置されているため、太陽電池パネルの電流量が大きく、波長変換材料を用いない場合に比べて電流量が１０％増加した。
透明樹脂（ＥＶＡ）に有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材を少量添加し、０．５重量％の割合で（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（縦６０μｍ、横５μｍ）を混合して、８０℃に加熱したロールミルを用いて混練した後、２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで、厚さ５０μmのＥＶＡを主成分とした封止材３を作製した。また、前記蛍光体組成は１種または複数種の組成を混合して用いてもよい。
次に、この封止材３を室温まで放冷し、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、前面ガラス２、太陽電池セル４、バックシート５と共に封止材３を１０枚重ねて多層構造とし、図１のように積層して、１５０℃に設定した真空ラミネータで予備圧着した。予備圧着された積層物を１５５℃のオーブンで３０分間加熱し、架橋及び接着を行って太陽電池パネル１を作製した。本発明では波長変換材料として励起帯の適合した蛍光体を用いており、さらに光変換効率の高い波長変換材料を用いており、さらに太陽電池セルに向かう光の量を増加させる方向に波長変換材料が設置されているため、太陽電池パネルの電流量が大きく、波長変換材料を用いない場合に比べて電流量が１１％増加した。
透明樹脂（ＥＶＡ）に有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材を少量添加し、０．５重量％の割合でＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体（縦６０μｍ、横５μｍ）を混合して、８０℃に加熱したロールミルを用いて混練した後、２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで、厚さ５０μmのＥＶＡを主成分とした封止材３を作製した。また、前記蛍光体組成は１種または複数種の組成を混合して用いてもよい。
次に、この封止材３を室温まで放冷し、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、前面ガラス２、太陽電池セル４、バックシート５と共に封止材３を１０枚重ねて多層構造とし、図１のように積層して、１５０℃に設定した真空ラミネータで予備圧着した。予備圧着された積層物を１５５℃のオーブンで３０分間加熱し、架橋及び接着を行って太陽電池パネル１を作製した。本発明では波長変換材料として励起帯の適合した蛍光体を用いており、さらに光変換効率の高い波長変換材料を用いており、さらに太陽電池セルに向かう光の量を増加させる方向に波長変換材料が設置されているため、太陽電池パネルの電流量が大きく、波長変換材料を用いない場合に比べて電流量が８％増加した。
次に、前記波長変換材料を用いて太陽電池モジュールを作製した。透明樹脂（ＥＶＡ）に有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材を少量添加し、０．５重量％の割合で（Ｂａ、Ｓｒ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（粒径１０μｍ）を封止した針状アクリル樹脂（縦の長さa=680μm、横の長さb=20μm）を混合して、８０℃に加熱したロールミルを用いて混練した後、２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで、厚さ500μmのＥＶＡを主成分とした封止材３を作製した。また、前記蛍光体組成は１種または複数種の組成を混合して用いてもよい。
次に、この封止材３を室温まで放冷し、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、前面ガラス２、太陽電池セル４、バックシート５と共に図１のように積層して、１５０℃に設定した真空ラミネータで予備圧着した。予備圧着された積層物を１５５℃のオーブンで３０分間加熱し、架橋及び接着を行って太陽電池パネル１を作製した。本発明では波長変換材料として励起帯の適合した蛍光体を用いており、さらに光変換効率の高い波長変換材料を用いており、さらに太陽電池セルに向かう光の量を増加させる方向に波長変換材料が設置されているため、太陽電池パネルの電流量が大きく、波長変換材料を用いない場合に比べて電流量が９％増加した。
透明樹脂（ＥＶＡ）に有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材を少量添加し、０．５重量％の割合で（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）２ＳｉＯ４：Ｅｕ蛍光体（粒径２０μｍ）を封止した針状アクリル樹脂（縦の長さa=680μm、横の長さb=30μm）を混合して、８０℃に加熱したロールミルを用いて混練した後、２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで、厚さ500μmのＥＶＡを主成分とした封止材３を作製した。また、前記蛍光体組成は１種または複数種の組成を混合して用いてもよい。
次に、この封止材３を室温まで放冷し、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、前面ガラス２、太陽電池セル４、バックシート５と共に図１のように積層して、１５０℃に設定した真空ラミネータで予備圧着した。予備圧着された積層物を１５５℃のオーブンで３０分間加熱し、架橋及び接着を行って太陽電池パネル１を作製した。本発明では波長変換材料として励起帯の適合した蛍光体を用いており、さらに光変換効率の高い波長変換材料を用いており、さらに太陽電池セルに向かう光の量を増加させる方向に波長変換材料が設置されているため、太陽電池パネルの電流量が大きく、波長変換材料を用いない場合に比べて電流量が１０％増加した。
透明樹脂（ＥＶＡ）に有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材を少量添加し、０．５重量％の割合でＣａＡｌＳｉＮ３：Ｅｕ蛍光体（粒径１５μｍ）を封止した針状アクリル樹脂（縦の長さa=680μm、横の長さb=20μm）を混合して、８０℃に加熱したロールミルを用いて混練した後、２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで、厚さ500μmのＥＶＡを主成分とした封止材３を作製した。また、前記蛍光体組成は１種または複数種の組成を混合して用いてもよい。
次に、この封止材３を室温まで放冷し、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、前面ガラス２、太陽電池セル４、バックシート５と共に図１のように積層して、１５０℃に設定した真空ラミネータで予備圧着した。予備圧着された積層物を１５５℃のオーブンで３０分間加熱し、架橋及び接着を行って太陽電池パネル１を作製した。本発明では波長変換材料として励起帯の適合した蛍光体を用いており、さらに光変換効率の高い波長変換材料を用いており、さらに太陽電池セルに向かう光の量を増加させる方向に波長変換材料が設置されているため、太陽電池パネルの電流量が大きく、波長変換材料を用いない場合に比べて電流量が９％増加した。
以上の実施例は、封止材料に波長変換材料を混合した場合である。ただし、波長変換材料７は、図３に示すように、反射防止膜６に混入して使用することが出来る。この場合、反射防止膜６の厚さをｄとし、波長変換材料７である針状蛍光体、あるいは、蛍光体を封止した針状樹脂の長径をａとし、短径をｂとした場合、ａ＞ｂ、より好ましくはａ＞２ｂであり、かつ、ａ＞ｄである。さらに、反射防止膜６の厚さｄとの関係は、a＞1.34ｄであることがより好ましい。
図４に示すように、反射防止膜６とは別に、波長変換材料７である針状蛍光体、あるいは、蛍光体を封止した針状樹脂を有する波長変換膜８を前面ガラスの２外側に配置する場合についても同様である。この場合、波長変換膜８の厚さをｄとすると、上記、反射防止膜６に波長変換材料７を混入した場合に説明したと同様な関係に、波長変換膜８および波長変換材料７を規定することによって太陽電池の変換効率を向上させることが出来る。
本発明は、薄膜多結晶シリコン太陽電池、薄膜化合物半導体太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池などの太陽電池モジュールに利用することができる。
１ 太陽電池モジュール
２ 前面ガラス
３ 封止材
４ 太陽電池セル
５ バックシート
６ 反射防止膜
７ 波長変換材料
８ 波長変換膜
９ 集光レンズ
１０ 支持枠
１１ 基板
２０ 蛍光体
３０ 針状樹脂。
２ 前面ガラス
３ 封止材
４ 太陽電池セル
５ バックシート
６ 反射防止膜
７ 波長変換材料
８ 波長変換膜
９ 集光レンズ
１０ 支持枠
１１ 基板
２０ 蛍光体
３０ 針状樹脂。
Claims (10)
- 太陽電池セルと前記太陽電池セルを保護する封止材シートを有する太陽電池モジュールであって、
前記封止材シートは、太陽光が入射する第１の主面と波長変換された光が出射する第２の主面を有し、
前記封止材シートには蛍光体が封止された針状樹脂が混合されており、前記封止材シートの厚さはｃであり、
前記針状樹脂の平均長径をａ、前記針状樹脂の平均短径をｂとした場合、a＞bであり、かつ、a＞cであり、
前記針状樹脂中に封止される蛍光体がMMｇAl10O17:Eu,Mnであり、MはBa, Sr, Caの一種または複数種の元素であり、
太陽光が入射する側から、前記封止材シート、前記太陽電池セルの順に積層されていることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記針状樹脂の平均長径をａ、前記針状樹脂の平均短径をｂとした場合、a＞２bであり、かつ、a＞cであることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 請求項１または２に記載の太陽電池モジュールであって、
前記針状樹脂の平均長径をa、前記封止材シートの厚さをcとしたとき、a＞1.34cであることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記封止材がエチレンー酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）を主成分とすることを特徴とする太陽電池に用いる太陽電池モジュール。 - 請求項４に記載の太陽電池モジュールであって、
前記封止材が有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材のいずれか一種または複数種の添加剤を混合したことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 外側表面に反射防止膜が形成された前面ガラスと、前記前面ガラスの内側において、前記前面ガラスと太陽電池セルとの間に保護封止材シートを有する太陽電池モジュールであって、
前記反射防止膜には蛍光体が封止された針状樹脂が混合されており、前記反射防止膜の厚さはｃであり、
前記針状樹脂の平均長径をａ、前記針状樹脂の平均短径をｂとした場合、a＞bであり、かつ、a＞ｃであり、
前記針状樹脂中に封止される蛍光体がMMｇAl10O17:Eu,Mnであり、MはBa, Sr, Caの一種または複数種の元素であり、
太陽光が入射する側から、前記前面ガラスに形成された反射防止膜、前記前面ガラス、前記保護封止材シート、前記太陽電池セルの順に積層されていることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 外側の面に波長変換膜が形成された前面ガラスと、前記前面ガラスの内側において、前記前面ガラスと太陽電池セルとの間に保護封止材シートを有する太陽電池モジュールであって、
前記波長変換膜は、太陽光が入射する第１の主面と波長変換された光が出射する第２の主面を有し、
前記波長変換膜には蛍光体が封止された針状樹脂が混合されており、前記波長変換膜の厚さはｃであり、
前記針状樹脂の平均長径をａ、前記針状樹脂の平均短径をｂとした場合、a＞bであり、かつ、a＞cであり、
前記針状樹脂中に封止される蛍光体がMMｇAl10O17:Eu,Mnであり、MはBa, Sr, Caの一種または複数種の元素であり、
太陽光が入射する側から、前記波長変換膜、前記前面ガラス、前記太陽電池セルの順に積層されていることを特徴とする太陽電池モジュール。 - 請求項１に記載の太陽電池モジュールであって、
前記針状樹脂の長軸と、太陽光が入射する面と垂直な方向との角度が４１．８度より大きいことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 請求項６に記載の太陽電池モジュールであって、
前記針状樹脂の長軸と、太陽光が入射する面と垂直な方向との角度が４１．８度より大きいことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 請求項７に記載の太陽電池モジュールであって、
前記針状樹脂の長軸と、太陽光が入射する面と垂直な方向との角度が４１．８度より大きいことを特徴とする太陽電池モジュール。
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