説明

太陽電池パネル

【課題】 太陽電池パネルは、一般に黒色であり、デザイン的に劣っている。そこで、従来、太陽電池パネルを発色させる手段として、太陽光の可視光を反射・散乱させる場合もあったが、その結果、発電効率が低下することがあった。本発明の目的は、発電効率を低下させずに発色する太陽電池パネルを提供することである。
【解決手段】 赤外光を吸収し、可視光を放出することを特徴とする透明板で太陽電池を覆うものであり、これによって、発電に寄与しないエネルギー成分を用いて発色させるため、発電効率が低下することはない。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、太陽電池パネルの構造及び当該太陽電池パネルに使用される透明板に関する。
【背景技術】
【0002】
一般に、アモルファスシリコンや単結晶シリコンから成る太陽電池パネルは、太陽光を良く吸収するため、発電効率(すなわち、太陽光が照射する全パワーに対して、太陽電池によって発電される電力の割合)が20%を越えるものもある。
【0003】
ところが、アモルファスシリコンや単結晶シリコンから成る太陽電池パネルは、通常、全体が黒色でありデザイン上制約されるため、人目につく場所である一般住宅の屋根に並べる場合等には、外観上、美観を損なうことがあり、この結果、太陽電池パネルの普及が遅れる一因となっている。
【0004】
一方、太陽電池パネルに色を付ける試みが、従来、種々提案されている。例えば、特開昭60−148174号公報(特許文献1)には、可視光スペクトルの一部を選択的に反射する選択反射層を設けた太陽電池が開示されている。特許文献1のように、太陽光の可視スペクトルの一部を反射する選択反射膜をコーティングした場合、反射された可視光のスペクトルの色を観察者が見ることができ、この結果、色つきの太陽電池を得ることができる。
【0005】
更に、実公平7−29646号公報(特許文献2)には、太陽電池の発電に寄与する波長域の光を含む可視スペクトルにおける特定波長の光を四方に散乱させ、散乱光の一部を観察者に到達させると共に、特定波長以外の光を透過する波長選択散乱層を設けた太陽電池が開示されている。
【0006】
【特許文献1】特開昭60−148174号公報
【特許文献2】実公平7−29646号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1及び2に記載されたように、可視光スペクトルの一部を反射させたり、散乱させるために、選択反射層又は波長選択散乱層を設けた場合、可視光スペクトルの一部が太陽電池の発電に利用されない。このため、特許文献1及び2に示された技術では、原理的に発電効率が低下してしまうことが問題であった。
【0008】
本発明の目的は、原理的に発電効率を低下させることなく、発色する太陽電池パネルを提供することである。
【0009】
本発明の他の目的は、太陽電池の発電効率を低下させることの無い可視光透明板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
本発明に係る太陽電池パネルは、赤外光を吸収し、可視光を放出することを特徴とする透明板で太陽電池を覆った構成を備えている。すなわち、図3に示したように、太陽光スペクトルは、可視域から、1000nmより長い赤外までの広いスペクトルを含むが、図4に示した一般のシリコン太陽電池の感度特性と、図5に示したシリコン太陽電池の吸収スペクトルから判るように、1000nm以上の赤外光は太陽電池発電にはほとんど利用されていない。
【0011】
このことを利用して、本発明では、発電にほとんど利用されない1000nm以上の赤外光のエネルギーを可視光に変換する材料によって形成された透明板により太陽電池を覆うことにより、発電効率を全く落とさずに発色する太陽電池パネルが得られる。
【0012】
また、前記赤外光を吸収し可視光を放出する透明板として、特に、ランタノイド系列の原子(あるいはそのイオン)を2種以上含んだ材料、特に、ガラスが使用される。これによると、少なくとも2種の原子の内、一つの原子として、赤外光を効率良く吸収する原子を選び、他の原子として、可視光を発生する原子を選ぶことができる。なお、前記材料にドープさせるランタノイド系の原子は、発色動作を行う際は、イオンとして振舞うため、これらイオンを含んだ材料と表現することもできる。
【発明の効果】
【0013】
本発明によれば、太陽電池の動作に寄与しない赤外成分の太陽エネルギーを元に発色させることから、太陽電池の発電効率を低下させることはない。
【0014】
また、本発明によれば種々の発光パネルを実現できるので従来の黒色パネルに比して装飾的な観点からも優れた効果を有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0015】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【0016】
図1(a)及び(b)は、本発明の第1実施例である太陽電池パネル10の概観と、その動作原理を示す説明図である。図示された太陽電池パネル10は、アモルファスシリコンを用いた太陽電池12と、当該太陽電池12の上に貼り付けられた5mm程度の厚さの透明板11とを有している。透明板11はパイレックス(登録商標)ガラスから成り、ランタノイド系列の原子(ただしイオン化されている原子も含む。)として、イッテルビウム(Yb)とエルビウム(Er)との2種がドープされている。Ybは波長1000nm近傍の赤外光の光子を吸収する性質があり、太陽光L1が照射されると、それに含まれる赤外成分によって準安定状態に励起する。この準位は比較的長いため、基底準位に失活するまでに、さらに赤外光の光子を吸収することができ、さらに、可視光のエネルギーレベルに相当する高い準位に励起される。そこで、可視域に多くのエネルギー準位を有するエルビウムにエネルギー移乗でき、エルビウムが可視光L2を発光する。発生する可視光L2は、四方八方に放出されるため、太陽電池12と反対側に発散するため、色が着いて見えるが、太陽電池12側に進む可視光は、太陽電池の発電に利用される。
【0017】
次に、本発明の太陽電池パネルの第2実施例を図2を用いて説明する。図2(a)は太陽電池パネル20の概観を示す斜視図であり、図2(b)はその動作原理を説明する図である。図示された太陽電池パネル20は、単結晶シリコンを用いた太陽電池22と、当該太陽電池22の上に貼り付けられた透明板21とによって構成されている。図示された透明板21は、ソーダガラスから成り、ランタノイド系列の原子として、2種類のランタノイド系列の原子として、サマリウム(Sm)とユーロピウム(Eu)がドープされている。
【0018】
ここで、この実施例に係る太陽電池パネルの原理を説明すると、透明板21に太陽光L1にあたると、太陽光L1に含まれる赤外光を吸収したサマリウム(Sm)によってエネルギーをもった電子が生成し、これにより、ユーロピウム(Eu)が電子と再結合する際に可視光L2を発生する。これによって、太陽電池パネル20は発色して見える。この場合、本実施例におけるユーロピウム(Eu)の代わりに、セリウム(Ce)を用いてもよい。
【0019】
本発明の太陽電池パネルに適する透明板は図1、図2のどちらの原理のものを用いてもよいが、透明板に添加する原子の種類によって、発色が異なることから、太陽電池パネルを様々な色で発色させることができる。
【0020】
上記した実施例では、透明板としてガラスを用いた場合についてのみ説明したが、本発明に係る透明板はガラスに限定されることなく、例えば、透明なプラスチックによって形成されても良い。
【産業上の利用可能性】
【0021】
本発明に係る太陽電池パネルは、一般住宅用だけでなく、屋根よりも人目に付く垂直な壁に取り付けても、美的概観を損ねることはないため、特に高層ビルの壁に適する。また、自動車や列車のボディーなどにおいては、本来の塗装色と同様な色で発色する透明板を取り付けることで、美的概観を損ねることはない。
【0022】
また、可視光を発生する元素を適宜組み合わせ選択することにより種々の発光が可能な太陽電池パネルを実現することができるので、太陽電池という光・電気変換素子としての利用のみならず、建造物等にも装飾的な機能を持つ外壁材として積極的に利用することができる。
【0023】
以上のように、本発明は多くの需要が期待できるため、国全体における省エネ効果が著しく増大する。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1】(a)及び(b)は、それぞれ本発明の第1実施例に係る太陽電池パネルの概観と動作原理を示す説明図である。
【図2】(a)及び(b)は、それぞれ本発明の第2実施例に係る太陽電池パネルの概観と動作原理を示す説明図である。
【図3】太陽光スペクトルを示すグラフである。
【図4】シリコン太陽電池の感度特性を示すグラフである。
【図5】シリコン太陽電池の吸収特性を示すグラフである。
【符号の説明】
【0025】
10、20 太陽電池パネル
11、21 透明板
12、22 太陽電池
L1 太陽光
L2 可視光

【特許請求の範囲】
【請求項1】
赤外光を吸収し、可視光を放出する透明板と、当該透明板で覆われた太陽電池とを有することを特徴とする太陽電池パネル。
【請求項2】
前記透明板は、ランタノイド系列の原子あるいはイオンを2種以上含むことを特徴とする請求項1記載の太陽電池パネル。
【請求項3】
前記ランタノイド系列の原子あるいはイオンの2種は、サマリウム(Sm)とユーロピウム(Eu)、あるいは、それらのイオンであることを特徴とする請求項2記載の太陽電池パネル。
【請求項4】
前記ランタノイド系列の原子あるいはイオンの2種は、サマリウム(Sm)とセリウム(Ce)、あるいはそれらのイオンであることを特徴とする請求項2記載の太陽電池パネル。
【請求項5】
前記ランタノイド系列の原子あるいはイオンの2種は、イッテルビウム(Yb)とエルビウム(Er)、あるいはそれらのイオンであることを特徴とする前記請求項2記載の太陽電池パネル。
【請求項6】
赤外光を吸収し、可視光を放出する特性を有することを特徴とする太陽電池用透明板。
【請求項7】
ランタノイド系列の原子あるいはイオンを少なくとも2種含むことを特徴とする請求項6記載の太陽電池用透明板。
【請求項8】
パイレックス(登録商標)グラス、ソーダライムグラスを含むガラス板によって構成されていることを特徴とする請求項7記載の太陽電池用透明板。
【請求項9】
請求項7又は8において、前記ランタノイド系列の原子あるいはイオンは、Sm,Eu,Ce,Yb,及び、Erからなる群から選択されたものであることを特徴とする太陽電池用透明板。
【請求項10】
請求項6〜9のいずれかにおいて、太陽電池の表面に取り付けて使用されることを特徴とする太陽電池用透明板。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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