JP5549327B2 - 円筒状の金型、光再利用シート、及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Description
このような太陽電池は、主に光が照射される面積に比例して発電量が増加する。したがって、発電効率を向上させるには封止技術、製膜技術等の製造技術を改善することに加え、いかにして太陽電池モジュールの開口率(全面積に対する発電可能な面積の割合)を大きくするかが重要な課題となっている。
そこで、太陽電池セルの構成部材であるシリコンの量が少なく、CVD等の技術により、成膜することができるような薄膜シリコンの太陽電池セルが用いられるようになってきている。
一般に、非晶質シリコン太陽電池(非晶質Si太陽電池とも呼ぶ。)には、2種類の構造のものがある。一つは、ガラス等の透光性基板上に、SnO2やITO等の透明電導膜が形成され、その上に非晶質半導体(Si)のp層、i層、n層がこの順に積層されて成る構造のものである。もう一つは、金属基板電極の上に、非晶質半導体(Si)のn層,i層,p層がこの順に積層されて光電変換活性層が形成され、更にその上に透明電導膜が積層され成る構造のものである。
非晶質Si太陽電池は100℃〜200℃程度の比較的低温で形成できる。このため、非晶質Si太陽電池を形成するための基板として、様々な材質の基板を用いることが可能であるが、通常よく用いられるものはガラス基板やステンレス基板である。
また、特許文献3には、V溝の周期構造により、光を再帰反射し、光の利用効率を上げるような特許が公開されており、V溝頂角は、50度から90度が望ましいとの記述がある。また、V溝の周期のピッチとしては、10μmから20μmが望ましいとの記述がある。
しかし、集光システムとしてレンズ等を用いた場合には、住宅の屋根等への設置が困難で設置場所が限られるなどの問題があった。
そこで、通常の太陽電池モジュールと同様の形態でセルにより多くの光を入射するものが知られている。このような太陽電池モジュールで用いられるような裏面材は、円筒状の金型の表面に凹凸形状を形成し、その凹凸形状をシートに転写して成型することによって作製することができる。
次に、請求項3に記載した発明は、請求項2に記載した構成に対し、上記傾斜部に形成した複数の溝は、隣り合う溝の頂点の段差Tgと頂点間の軸方向距離Tpとの比(Tg/Tp)が、下記式を満足することを特徴とするものである。
次に、請求項7に記載した発明は、太陽電池セルの背面側に請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載した光再利用シートを配置したことを特徴とする太陽電池モジュールを提供するものである。
また、上記光再利用シートを用い、LEDやEL素子等の発光素子の光を再利用することにより光の利用効率を向上し、発光効率の良い発光素子を提供することができる。
まず、図1を用いて、本発明に係る円筒状の金型を構成するロール金型について説明する。
本実施形態のロール金型Sは、円筒状の胴からなる金型本体S1と、成型装置に取り付けるための軸部S3とを備える。金型本体S1の表面のうち、左右両端部を除いた部分が成型部となる。その成型部に後述のように型としての凹凸形状が形成されている。また、上記軸部S3は、金型本体S1の両端面から金型本体S1と同軸に突出している。
また金型本体S1表面に形成する凹凸形状は、地金の上に銅やニッケルを鍍金して、切削の下地層を形成し、その下地層を切削することによって形成することができる。また、この切削の後に耐擦傷性及び離型性を向上させるためにクロム鍍金を施すこともできる。
ここで、本実施形態では、転写する溝がプリズム状となるように、溝部は、V溝の周期構造で形成されていて、V溝頂角は50度以上90度以下が好ましい。
上記帯状溝部B1とひだ部P1との間には、図3に示すように、帯状溝部B1からひだ部P1に向けて段階的若しくは連続的に径が変化する傾斜部T1を有する。
その傾斜部T1に対し、図7に示すように、円周方向に延びる溝が軸方向に沿って複数形成しておくと良い。
1/300 ≦(Tg/Tp)≦ 1/3
金型Sは、通常複数回使用されるものであるため、使用期間と使用期間の間に保管期間がある。この保管期間に金型S表面の凹凸形状を傷付けないように、保管の際には図2のように軟包材等のカバーC0を金型Sの上に巻いておく。さらに、図2のように、ラック500に軸部S3を掛けて横架させて、凹凸形状に加重が掛からないようにして保管する。
これを防止するために、本実施形態では、金型S表面にひだ部P1を形成していることで、軸方向溝を形成して、カバーC0が円周方向に滑ることを防止する。
上述のように、図4のように上述の金型Sを用いることにより、紫外線硬化性樹脂や熱硬化性樹脂をシート状に成型をすることができる。成型したフィルムなどのシート状部材60の凹凸形状は、金型Sの凹凸形状とは逆形状となるため、金型Sでの凹状の帯状溝部B1が、シート状部材60での凸状の帯状溝部B2となる。図4に示すシート状部材60は、透明基材上に構造層3が積層した構造となっている。
上記反射層4は、非常に傷がつきやすいが、図6に示すように、粘・接着層5で別の基材(保護層6)によって封止することにより反射面を保護することができる。このとき溝の深さが30μmより大きいと、粘・接着層5を構成する粘・接着剤がうまく溝に入らず浮きの原因となり好ましくない。
1/300 ≦(Tg/Tp)≦ 1/3
上記シート状部材60は光再利用シート20を構成する。
さらに、反射層4に粘・接着層を介して保護層を積層しても良い。
図8の光再利用シート20は、透明基材と、上記円筒状の金型Sを用いて成型されたシート状部材60からなる構造層と、反射層4と、粘・接着層と、保護層とが順次積層されて構成されている場合の例である。
この図8のように、光再利用シート20を太陽電池セル30の背面(光源とは反対側)に配置することにより、太陽電池セル30に入射しない光を太陽電池セル30で再利用することが可能となる。すなわち、光再利用シート20を太陽電池セル30の背面に配置することにより、太陽電池セル30の周辺に入射した光は、太陽電池セル30の方向に再度入射させることができるため、太陽電池セル30の発電量を増加させることができる。
ここで、このような光再利用シート20を太陽電池セル30の背面に配置して太陽電池セル30に入射しない光を太陽電池セル30で再利用する際には、図9(a)のようにシート状部材60の溝の位置と太陽電池セル30の位置を合わせる必要がある。この際、シート状部材60の長手方向では、連続的に溝が形成されているため位置あわせが不要であるが、幅方向では位置合わせが必要となる。
また、帯状溝部B2では、溝を形成した傾斜部T2を有するため、溝の底部だけでなく傾斜部T2の光も有効に利用することができるため、より光を有効に利用することができる。
傾斜部T2は右上がりまたは左上がりの面を有しているが、全体としては一方向に傾斜して、帯状溝部B2と接している。このため、傾斜部T2で反射される光H2は、一部は、ロスとなる光H4となるが、一部は、太陽電池モジュール200の入射面110で反射し、太陽電池セル30に入射する光H3となる。このため、帯状溝部B1だけの場合と比較して、傾斜部T2を有することによって、さらに太陽電池セル30に多くの光を受光させることができる。
図11から分かるように、傾斜部T2の幅が5mmとすることによって、2.6倍まで太陽電池セル30に入射する光を増加させることができる。さらに、傾斜部T2の幅が10mmとすることにより、3.2倍まで太陽電池セル30に入射する光を増加させることができる。
なお、傾斜部T2は、図12に示すような鋸状のような形状のものとなる。
また、帯状溝部B2は、図13に示すような窪みB12を有するようものでも良い。
上述の凹凸形状を有する光再利用シート20は、図14に示すように、反射層4、構造層3、基材2から構成することができる。
また、図15のような、基材2を用いずに構造層3のみからなる光再利用シート20の作製方法としては、型を用いたプレス法・キャスティング法・射出成形法等により基材2と一体成形する方法が挙げられる。上述の方法によれば、シート形成と同時に、凹凸形状を形成することができる。
さらに、構造層3の厚さは、特には限定されないが、例えば3μm以上500μm以下である。
上述の製造法は、以下の材料との適性により適宜選択するのが良い。
構造層3を形成するポリマー組成物中には、ポリマー組成物の他に例えば散乱反射体、硬化剤、可塑剤、分散剤、各種レベリング剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、粘性改質剤、潤滑剤、光安定化剤等が適宜配合されてもよい。
水酸基過剰の条件で得られるポリエステルポリオールは、(c)例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、グリセリン、ペンタエリスリトール、シクロヘキサンジオール、水添ビスフェノルA、ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ハイドロキノンビス(ヒドロキシエチルエーテル)、トリス(ヒドロキシエチル)イソシヌレート、キシリレングリコール等の多価アルコールと、(d)例えばマレイン酸、フマル酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、トリメット酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸等の多塩基酸とを、プロパンジオール、ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、トリメチロールプロパン等の多価アルコール中の水酸基数が上記多塩基酸のカルボキシル基数よりも多い条件で反応させて製造することができる。
上述の有機ポリマーにはアルコキシ基を含有するものを用いるとよく、その含有量は特に限定されないが、散乱反射体1g当たり0.01mmol以上50mmol以下が好ましい。アルコキシ基により、ポリマー組成物との親和性や、ポリマー組成物中での分散性を向上させることができる。
光再利用シート20において、反射層4を用いる場合にはその密接着性等を向上させるため、反射層4の蒸着対象面(構造層3の表面)に表面処理を施すとよい(図示せず)。このような表面処理としては、例えば(a)コロナ放電処理、オゾン処理、酸素ガス若しくは窒素ガス等を用いた低温プラズマ処理、グロー放電処理、化学薬品等を用いた酸化処理、及び(b)プライマーコート処理、アンダーコート処理、アンカーコート処理、蒸着アンカーコート処理などが挙げられる。これらの表面処理の中でも、反射層4との接着強度が向上し、緻密かつ均一な反射層4の形成に寄与するコロナ放電処理及びアンカーコート処理が好ましい。
上述のポリエステル系樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。これらのポリエステル系樹脂の中でも、耐熱性、耐候性等の諸機能面及び価格面のバランスが良好なポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。
このような特徴の光再利用シート20を用いた太陽電池モジュール200によれば、隣り合う太陽電池セル30の間の領域R1に入射する光を光再利用シート20の反射面100で反射し、太陽電池セル30に入射させることができる。これにより、隣り合う太陽電池セル30の間の領域R1に入射する光も利用することができ、太陽電池モジュール200の発電効率を向上させることが可能となる。
光再利用シート20は、図16のように光再利用シート20の反射面100の裏面を充填層側21に向けて配置することもできる。
また、図17のように、この光再利用シート20に10μmから30μmの金属層や10nmから100nmのシリカ層からなる保護層40を有したものを用いることができる。また耐久性を上げるために、PVF(ポリフッ化ビニル樹脂)を塗布または、ポリフッ化ビニル樹脂を有したシート状部材60を張り合わせて、太陽電池モジュール200を保護するようにしてもよい。このようにすることにより、太陽電池モジュール200をバックシートして用いることもできる。
図18に本発明の光源モジュール210に係る一様態の断面図を示す。光源モジュール210は、充填層21と、発光素子50と、光再利用シート20を有する。
発光素子50は、エレクトロルミネッセンスにより電気を光へと変換する機能を持ち、受発光面160から射出する。発光素子50は、LED、有機EL、無機EL等の固体の発光ダイオードが好ましく用いられる。
また、LEDやEL素子等の発光素子に用いる事によって、その発光効率を高めることができるため、消費電力を抑えることができるものである。
4 反射層
5 粘・接着層
6 保護層
20 光再利用シート
21 充填層
30 太陽電池セル
40 保護層
50 発光素子
60 シート状部材
200 太陽電池モジュール
B1 帯状溝部
B2 帯状溝部
S 金型
S1 金型本体
T1 傾斜部
T2 傾斜部
Tg 段差
Tp 距離
X1 交差部
Claims (7)
- 表面に凹凸形状が形成された円筒状の金型本体を備え、
上記凹凸形状として、軸方向に延びる溝が円周方向に沿って複数形成されたひだ部と、円周方向に延びる溝が軸方向に沿って複数形成された帯状溝部と、を有し、
上記帯状溝部の形成位置は、上記ひだ部の形成位置よりも小径であり、
上記帯状溝部とひだ部との間には、帯状溝部からひだ部に向けて段階的若しくは連続的に径が変化する傾斜部を有することを特徴とする円筒状の金型。 - 上記傾斜部に対し円周方向に延びる溝を軸方向に複数形成し、
上記傾斜部とひだ部の間に、軸方向に延びる溝と円周方向に延びる溝とが交差して形成された交差部を有することを特徴とする請求項1に記載した円筒状の金型。 - 上記傾斜部に形成した複数の溝は、隣り合う溝の頂点の段差Tgと頂点間の軸方向距離Tpとの比(Tg/Tp)が、下記式を満足することを特徴とする請求項2に記載した円筒状の金型。
1/300 ≦(Tg/Tp)≦ 1/3 - 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の円筒状の金型を用いて成型された構造層と、構造層の凹凸面に積層する反射層とを備えることを特徴とする光再利用シート。
- 請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の円筒状の金型を用いて成型された構造層と、構造層の凹凸面に積層する反射層と、反射層に粘・接着層を介して積層される保護層とを備えることを特徴とする光再利用シート。
- 巻取りロール状としたシート状部材の表面に対し、軸方向に延びる溝が円周方向に沿って複数形成されたひだ部と、円周方向に延びる溝が軸方向に沿って複数形成された帯状溝部と、を有することを特徴とする光再利用シート。
- 太陽電池セルの背面側に請求項4〜請求項6のいずれか1項に記載した光再利用シートを配置したことを特徴とする太陽電池モジュール。
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