太陽電池モジュール
【課題】光電変換効率が高く、しかも、低コストで容易に製造することができる太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、平面形状が正方形の波長変換光学板５の厚み方向の一方の側に、同様な平面形状が正方形の太陽電池３を、透光性を有する光学接着剤で貼り合わせたものである。波長変換光学板５は、Ｔｂ添加の蛍光ガラス（Ｂ2Ｏ3・ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｌａ2Ｏ3・Ｔｂ3+）から構成されており、この波長変換光学板５は、その平面方向の全周の端面７が、太陽電池３側が広くなるように、平面方向に対して斜めに（例えば４５°傾斜して）切断されている。
【解決手段】太陽電池モジュール１は、平面形状が正方形の波長変換光学板５の厚み方向の一方の側に、同様な平面形状が正方形の太陽電池３を、透光性を有する光学接着剤で貼り合わせたものである。波長変換光学板５は、Ｔｂ添加の蛍光ガラス（Ｂ2Ｏ3・ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｌａ2Ｏ3・Ｔｂ3+）から構成されており、この波長変換光学板５は、その平面方向の全周の端面７が、太陽電池３側が広くなるように、平面方向に対して斜めに（例えば４５°傾斜して）切断されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池の光電変換効率を改善することができる太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽などの光によって発電を行う太陽電池は、光の全波長域に対して同一の発電効果をもつわけではなく、材料自体の特性によって最大効率の波長域がある程度限定される。従って、太陽電池の効率を追求する場合、どうしても利用できる波長域が狭くなる傾向がある。
【０００３】
そこで、最大効率の波長域が異なる材料の太陽電池を薄膜状にし複数層重ねることによって、利用できる波長域を広げようにした、所謂、複層太陽電池（タンデム型太陽電池）が提案されている。
【０００４】
また、（内部に蛍光物質を混入した）蛍光光学板を用いたり、蛍光色素をガラス基板に塗布した基板を用いて、光の波長変換により、発電効率の低い波長から発電効率の高い波長に変換して、太陽電池に入射させる構造の太陽電池モジュール（下記特許文献１参照）が提案されている。
【０００５】
更に、上述した波長変換が可能な光学板（波長変換光学板）の端面に太陽電池を貼り合わせ、その光学板の導波作用（全反射）によって、光学板端面の太陽電池に光を集中させる構造の太陽電池モジュール（下記特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平８−４１４７号公報
【特許文献２】特開昭５７−９５６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記複層太陽電池は、複層化に限界があり、また、Ｇｅ基板のようなコストが高い材料を使用する必要があり、更に、ＧａＡｓ膜を使用するため毒性の問題があり、しかも、多層膜を形成するため製造コストが高くつくという問題があった。
【０００８】
また、蛍光光学板や蛍光色素をガラス基板に塗布した光学板を太陽電池の上部に設置した太陽電池モジュールでは、太陽光が入射すると、波長変換された光の一部が下部の太陽電池に入射するが、端面方向に集光する光が多く、下部の太陽電池に入射する光の量が少ないという問題がある。
【０００９】
これを改善するために、光学板の端面に太陽電池を貼り付けた太陽電池モジュールが提案されているが、細長い太陽電池片に加工する必要があり、また、端面に貼り付けるための高度な技術が必要となり、製造コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、光電変換効率が高く、しかも、低コストで容易に製造することができる太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）請求項１の発明は、平板状の太陽電池と太陽光の波長を変換する波長変換光学板とを用いるとともに、該波長変換光学板の板厚方向に前記太陽電池を貼り合わせて積層した太陽電池モジュールにおいて、前記波長変換光学板にて波長変換された光が前記太陽電池側に入射するように、前記波長変換光学板の平面方向（即ち板厚方向と垂直の方向）における端部を、該平面方向に対して斜めに形成したことを特徴とする。
【００１２】
本発明は、波長変換光学板によって、特定波長域の光を別の波長の光（太陽電池における光電変換効率を上げるような光）に変換し、その変換した光を太陽電池に入射する構造を有している。
【００１３】
特に、本発明では、図１（ａ）に例示するように、波長変換光学板の端部（従って端面）が斜めに形成されているので、即ち平面方向に対して９０°を上回り且つ１８０°を下回る範囲（９０°＜傾斜角θ＜１８０°）で端面が傾斜するように形成（例えば斜めに切断）されているので、波長変換光学板内部で波長変換され集光された光は、板端面で好適に太陽電池側に反射し、太陽電池に入射する。そのため、太陽電池モジュール全体における光電変換効率が向上する。
【００１４】
例えば図４に示す様に、太陽電池がＳｉ太陽電池であれば、紫外から青色（３００ｎｍ〜５００ｎｍ）の光は分光感度が低いため、例えば蛍光色素を有した波長変換光学板にて、この領域の波長が分光感度の高い５００ｎｍ以上の波長に変換され、その変換されて集光された光は波長変換光学板の斜めの端部（端面）で反射され、反射された光は波長変換光学板の板厚方向（例えば下部）のＳｉ太陽電池に入射する。と同時に、外部より波長変換光学板の板厚方向の表面から入射した光は、青色（５００ｎｍ）以上の波長では、波長変換光学板にてほとんど吸収されず透過し、Ｓｉ太陽電池に入射する。更に、紫外から青色（３００ｎｍ〜５００ｎｍ）の光は、波長変換光学板中で青色（５００ｎｍ）以上の波長の光に変換され、そのままＳｉ太陽電池に入射する。この３つの効果を合成することで、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることができる。
【００１５】
しかも、本発明では、波長変換光学板の板厚方向に例えば通常のＳｉ太陽電池を（光学接着剤等で）貼り付けるだけで、発電効率が向上する効果が出るため、製造が容易であり、製造コストも低減できるという顕著な効果を奏する。
【００１６】
なお、前記太陽電池としては、例えば薄膜Ｓｉ、ＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、色素増感型、有機色素型などを用いることができる。
また、前記傾斜角θとしては、１２５°＜θ＜１４５°の範囲が一層好適である。
【００１７】
（２）請求項２の発明では、前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、平面であることを特徴とする。
本発明は、波長変換部光学板の端面の形状を例示したものである。この端面は、単一の平面で構成すると構造が簡単であるが、複数の平面（例えば斜面が外側に凸又は内側に凸となるような複数の平面）で構成してもよい。
【００１８】
（３）請求項３の発明では、前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、外側に凸に湾曲する曲面を有することを特徴とする。
本発明は、波長変換部光学板の端面の形状を例示したものである。これにより、集光能力が向上するという利点がある。
【００１９】
（４）請求項４の発明では、前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、外側に凹に湾曲する曲面を有することを特徴とする。
本発明は、波長変換部光学板の端面の形状を例示したものである。
【００２０】
（５）請求項５の発明では、前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面に、光を反射する反射膜を形成したことを特徴とする。
本発明では、波長変換光学板の端面に反射膜を備えているので、波長変換された光や波長変換光学板内で全反射された光が、斜めの端面でほぼ１００％反射されるため、効率よく太陽電池に集光される。
【００２１】
（６）請求項６の発明では、前記波長変換光学板の平面方向の端部に、前記端部を斜めに傾斜させるための三角柱状のガラス又は樹脂の部材を貼り合わせたことを特徴とする。
本発明では、波長変換光学板の平面方向における端面が平面方向に対して垂直な部材であっても、その端面に、三角柱状のガラス又は樹脂の光学部品（２面が垂直で、且つ、斜めとなる端面側が、平面、凸状、凹状に合わせて傾斜した光学部品）を張り合わせることにより、容易に端部が傾斜した波長変換部材を製造することができる。
【００２２】
なお、この光学部品としては、波長変換の能力があることが望ましいが無くても良い。
（７）請求項７の発明では、前記波長変換光学板の太陽光線の入射側の表面に、紫外線領域波長の光の反射を防止する紫外線反射防止膜を形成したことを特徴とする。
【００２３】
本発明では、波長変換光学板の表面に紫外線領域の波長（例えば３４０ｎｍ〜４００ｎｍ）の反射を防止する紫外線反射防止膜を形成してあるので、紫外線を効率よく波長変換光学板内に入射させることができ、波長変換を増大させることができる。
【００２４】
なお、紫外線反射防止膜の材料としては、例えばＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＡｌＯ2を用いることができる。
（８）請求項８の発明は、前記波長変換光学板の前記太陽電池側に、乱反射のためのテクスチャ（表面形状の構成）を形成したことを特徴とする。
【００２５】
本発明では、波長変換光学板の太陽電池側（例えば下面）に、波長変換光学板内における反射することを防止するために（即ち乱反射させるために）、例えば表面を荒らす加工を施している。従って、波長変換光学板の例えば下面から太陽電池への光の入射光量を増加できる。
【００２６】
（９）請求項９の発明では、前記波長変換光学板の前記太陽電池側に、前記波長変換光学板にて波長変換された光の反射を防止する反射防止膜を形成したことを特徴とする。
本発明では、波長変換光学板の太陽電池側（例えば下面）に、波長変換光学板内における反射を防止するために反射防止膜を形成している。従って、波長変換光学板の例えば下面から太陽電池への光の入射光量を増加できる。
【００２７】
（１０）請求項１０の発明では、前記波長変換光学板は、透明なガラス又は樹脂からなり、前記ガラス又は樹脂中に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する蛍光物質を含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明では、図１（ｂ）に例示する様に、透明なガラス又は樹脂中に、不純物として蛍光物質（蛍光色素）が混入されている。従って、波長変換光学板に入射した光が、蛍光物質に当たると、発電に好適な波長（例えば５００ｎｍ〜８００ｎｍ）を有する蛍光を発生する。よって、発電効率を向上させることができる。
【００２９】
なお、ガラス及び樹脂としては、無色透明が最も好ましいが、色がついていてもよい。
また、ガラスとしては、例えばシリカ、酸化ホウ素系ガラスを採用でき、樹脂としては、例えばアクリル、ポリカーボネイトを採用できる。
【００３０】
（１１）請求項１１の発明では、前記波長変換光学板は、透明なガラス又は樹脂からなる基板を備えるとともに、該基板の太陽電池側と反対側の表面に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する蛍光物質を含む蛍光物質層を形成したことを特徴とする。
【００３１】
本発明は、ガラス又は樹脂の基板の表面に、例えば蛍光物質を塗布して蛍光物質層を形成したものである。
本発明では、太陽光が基板表面の蛍光物質に当たって発生した蛍光（例えば紫外線領域の波長の光が変換された可視光）は、透明な基板に入射し、基板内部で集光されて基板端部で反射されて、太陽電池に入射する。
【００３２】
本発明では、基板自体に波長変換機能が無くても良いので、比較的低コストで太陽電池モジュールを製造できるという利点がある。
（１２）請求項１２の発明では、前記蛍光物質が、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｄｙのうち、少なくとも１種（無機蛍光物質）からなることを特徴とする。
【００３３】
本発明は、例えば図１（ｃ）に示す様に、蛍光物質（即ち光が当たると蛍光を発生する蛍光活性物質）を例示したものである。この蛍光物質を使用することにより、太陽光を安定して波長変換することができる。
【００３４】
なお、これらの無機物質はガラス内で金属イオンとして存在する。また、樹脂内では、例えば酸化物粒子に添加された金属イオンとして存在する。
（１３）請求項１３の発明では、前記蛍光物質が、半導体ナノ蛍光物質であり、該半導体ナノ蛍光物質が、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅのうち、少なくとも１種であることを特徴とする。
【００３５】
本発明は、例えば図１（ｄ）に示す様に、蛍光物質を例示したものである。なお、半導体ナノ蛍光物質（ナノサイズ粒子）としては、例えば粒径１ｎｍ〜８ｎｍのサイズの粒子を採用できる。
【００３６】
本発明では、量子サイズ効果により、バンドギャップが広がり、好適に紫外光を吸収し、高輝度の可視光を発光させる効果がある。
（１４）請求項１４の発明では、前記蛍光物質が、有機蛍光物質であり、前記波長変換光学板が、透明な樹脂からなることを特徴とする。
【００３７】
本発明は、蛍光物質を例示したものである。本発明では、波長変換効率（内部量子率）が高く、比較的低コストにて製造できる。
なお、有機蛍光物質（有機蛍光色素）としては、例えばLumogen（商品名：BASF社製）を採用できる。
【００３８】
（１５）請求項１５の発明は、前記波長変換光学板は、透明な樹脂中に有機蛍光物質を含む基板を備えるとともに、該基板の太陽電池側と反対側の表面に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する無機蛍光物質を含む無機蛍光物質層を形成したことを特徴とする。
【００３９】
基板中の有機蛍光物質は、太陽光の紫外線により劣化し易いが、本発明では、有機蛍光物質を含む基板の（太陽光の入射側の）表面に、例えば無機蛍光物質の塗布により無機蛍光物質層が形成されているので、紫外線は無機蛍光物質層で遮られて、有機蛍光物質に到達しにくい。よって、有機蛍光物質の劣化を防止できる。
【００４０】
しかも、紫外線が無機蛍光物質により例えば青色等の光に波長変換される場合には、その波長変換された光を利用して、更に有機蛍光物質によって例えば緑色等の光に波長変換することができる。よって、効率よく発電を行うことができる。
【００４１】
なお、無機蛍光物質としては、前記請求項１１、１２の蛍光物質を用いることができ、有機蛍光物質としては、前記請求項１３に例示されている材料を使用できる。
また、上述した波長変換光学板の平面形状が、３角形以上の多角形である場合には、太陽電池モジュールを効率よく配置することができるので好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）請求項１の太陽電池モジュールを例示した説明図、（ｂ）請求項１０の太陽電池モジュールを例示した説明図、（ｃ）請求項１２の太陽電池モジュールを例示した説明図、（ｄ）請求項１３の太陽電池モジュールを例示した説明図である。
【図２】実施例１の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を示す説明図である。
【図３】（ａ）実施例１の太陽電池モジュールの斜視図、（ｂ）実施例２の太陽電池モジュールの平面図である。
【図４】実施例１の太陽電池の分光感度特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）実施例２の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｂ）実施例３の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｃ）実施例４の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｄ）実施例５の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｅ）実施例６の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図である。
【図６】（ａ）実施例７の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｂ）実施例８の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｃ）実施例９の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｄ）実施例１０の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図である。
【図７】（ａ）実施例１１の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｂ）実施例１２の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｃ）実施例１２の太陽電池モジュールによる発電の原理を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
次に、本発明の太陽電池モジュールの実施例について、いくつかの具体的な例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００４４】
ａ）まず、本実施例の太陽電池モジュールの構成について説明する。
図２及び図３に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１は、平面形状が正方形の波長変換光学板５の厚み方向の一方の側（図２下側）に、同様な平面形状が正方形の太陽電池３を、透光性を有する光学接着剤（例えば光学シリコン樹脂接着剤）で貼り合わせたものである。
【００４５】
このうち、前記太陽電池３は、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚み２００ｎｍのＳｉ単結晶電池であり、図４に示す様な分光特性（分光感度特性）を有している。同図に示すように、この太陽電池３は、４００ｎｍ以下の紫外光領域ではほとんど発電しないことがわかる。なお、同図では、実線で分光感度特性を示し、破線で太陽光のエネルギー分布を模式的に示してある。
【００４６】
特に、本実施例では、前記波長変換光学板５は、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚み３ｍｍの透明な平板であり、その平面方向（板厚方向と垂直の方向）の全周の端面（４辺）７は、太陽電池３側が広くなるように、平面方向に対して斜めに（例えば４５°傾斜して）切断されている。
【００４７】
前記波長変換光学板５は、例えばルミラスＧ９（商品名）からなり、Ｔｂ添加の蛍光ガラス（Ｂ2Ｏ3・ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｌａ2Ｏ3・Ｔｂ3+）から構成されている（図１（ｃ）参照）。この波長変換光学板５は、光の波長４００ｎｍ以下の紫外線領域で光を吸収し、５４５ｎｍの波長で蛍光を示す。
【００４８】
ｂ）次に、本実施例の太陽電池モジュール１の機能を説明する。
本実施例では、前記図２に示す様に、外部から太陽電池モジュール１に入射した太陽光の一部は、波長変換光学板５にて５４５ｎｍの蛍光を発生し、その光（蛍光）は、波長変換光学板５内にて反射して集光され、波長変換光学板５の４５°に傾斜した斜めの端面７に入射して反射し（破線Ａ）、波長変換光学板５の下面９より太陽電池３に入射する。と同時に、外部から太陽電池モジュール１に入射した全反射条件の入射光（蛍光でない光）も、同様に端面７にて反射し、太陽電池３に入射する。これらの効果により、この部分の光電変換量は向上する。
【００４９】
また、波長変換光学板５にて発生した５４５ｎｍの蛍光のうち、端面７に入射しない光は（破線Ｂ）、そのまま、太陽電池３に入射するので、光電変換量がわずかに向上する。
更に、この波長変換光学板５を構成するガラスは透明であるため、可視光から赤外光の多くは波長変換光学板５を透過し（実線Ｃ）、太陽電池３に入射して光電変換される。
【００５０】
従って、本実施例では、この３つの光電変換が合成されることにより、太陽電池３単体では変換効率１７．５％の太陽電池３の変換効率が２１％に向上した。
また、本実施例の太陽電池モジュール１を製造する場合は、太陽電池３の厚み方向に、端面７を斜めにカットした波長変換光学板５を貼り合わせればよく、従来に比べて非常に製造が簡単であり、特殊な治具等もいらないため、コストが安くなるという利点がある。
【００５１】
ｃ）なお、本実施例の変形例としては、下記の構成を採用できる。
・波長変換光学板５に太陽電池３を貼り合わせた後に、端面７を斜めにカットしてもよい。
【００５２】
・波長変換光学板５を斜めにカットする方法も、例えば通常のように板材をカッタ等で切断したり、表面研磨により成形する手法などを採用できる。或いは、ガラス製の波長変換光学板５を成形する際に、目的とする形状の型枠に入れて成形してもよい。
【００５３】
・前記蛍光物質としては、前記図１（ｄ）に例示する様に、例えば半導体ナノ蛍光物質など各種の蛍光物質を用いることができる。
【実施例２】
【００５４】
次に、実施例２について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図５（ａ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１１は、前記実施例１と同様に、端面１５が斜めに切断された波長変換光学板１７の板厚方向に、太陽電池１３が貼り付けられたものである。
【００５５】
本実施例の波長変換光学板１７は、例えばアクリル（ＰＭＭＡ）からなる透明な樹脂中に、例えばLumogen（商品名：BASF社製）からなる有機蛍光物資（有機蛍光色素）が混入されたものである。
【００５６】
本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏する。
なお、前記有機蛍光色素以外に、無機の蛍光物質（例えば半導体ナノ蛍光物質）を用いることができる。
【００５７】
また、透明な樹脂ではなく、透光性のある色のついた樹脂を用いることも可能である。
【実施例３】
【００５８】
次に、実施例３について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図５（ｂ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール２１は、前記実施例１と同様に、端面２５が斜めに切断された波長変換光学板２７の板厚方向に、太陽電池２３が貼り付けられたものである。
【００５９】
本実施例の波長変換光学板２７は、例えば高屈折率ガラス（屈折率１.７）からなる光学ガラス板２９の上部表面に、有機蛍光色素を塗布して透光性の表面層３１を形成したものである。
【００６０】
この有機蛍光色素としては、例えばＰｔ（ＴＰＢＰ）を使用する。この有機蛍光色素は、６００ｎｍ以下で光を吸収し、約８００ｎｍで発光するため、Ｓｉ単結晶からなる太陽電池２３の分光特性において、より発電量の多い光の波長領域を使用することができる。
【００６１】
また、本実施例は、基板（光学ガラス板２９）自体に波長変換機能が無くても良いので、比較的低コストで太陽電池モジュール２１を製造できるという利点がある。
なお、光学ガラス板２９の表面に塗布する蛍光物質としては、前記有機蛍光色素以外に、例えば半導体ナノ蛍光物質など各種の蛍光物質を用いることができる。
【実施例４】
【００６２】
次に、実施例４について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図５（ｃ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール４１は、前記実施例１と同様に、端面４５が斜めに切断された波長変換光学板４７の板厚方向に、太陽電池４３が貼り付けられたものである。
【００６３】
本実施例では、前記波長変換光学板４７の太陽光線の入射側の表面に、紫外線領域波長（例えば３００ｎｍ〜４００ｎｍ）の光の反射を防止する透光性の紫外線反射防止膜４９が形成されている。
【００６４】
この紫外線反射防止膜４９は、例えばＴｉＯ2膜、ＳｉＯ2膜からなり、例えば真空蒸着法により、交互に積層させて形成する。
本実施例では、波長変換光学板４７の表面に紫外線反射防止膜４９を形成してあるので、紫外線を効率よく波長変換光学板４７内に入射させることができ、よって、波長変換を増大させることができる。
【実施例５】
【００６５】
次に、実施例５について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図５（ｄ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール５１は、前記実施例１と同様に、端面５５が斜めに切断された波長変換光学板５７の板厚方向に、太陽電池５３が貼り付けられたものである。
【００６６】
本実施例では、波長変換光学板５７の太陽電池５３側に、乱反射のためのテクスチャ（表面形状）５９が形成されている。
具体的には、波長変換光学板５７の下面に、波長変換光学板５７内にて光が全反射することを防止するために（即ち乱反射させるために）、表面を荒らす加工を施している。
【００６７】
従って、本実施例では、波長変換光学板５７の下面から太陽電池５３への光の入射光量を増加できる。
【実施例６】
【００６８】
次に、実施例６について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図５（ｅ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール６１は、前記実施例１と同様に、端面６５が斜めに切断された波長変換光学板６７の板厚方向に、太陽電池６３が貼り付けられたものである。
【００６９】
本実施例では、波長変換光学板６７の太陽電池６３側に、波長変換光学板６７内にて波長変換された光（蛍光波長の光）の全反射を防止する反射防止膜６９が形成されている。
この反射防止膜６９は、例えばＴｉＯ2膜、ＳｉＯ2膜からなり、例えば真空蒸着法により、交互に積層させて形成する。
【００７０】
従って、本実施例では、前記実施例５と同様に、波長変換光学板６７の下面から太陽電池６３への光の入射光量を増加できる。
【実施例７】
【００７１】
次に、実施例７について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図６（ａ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール７１は、前記実施例１と同様に、波長変換光学板７５の板厚方向に、太陽電池７３が貼り付けられたものである。
【００７２】
本実施例では、波長変換光学板７５の平面方向（同図左右方向）における端面７７が、外側に凸に湾曲する曲面に形成されている。
本実施例では、同図の曲面の上下の開始点を結んだ線分は平面方向に対して傾斜しており、これにより、端面が平面方向に対して垂直な場合に比べて（更に、端面が平面である場合に比べて）、集光能力が向上するという利点がある。
【実施例８】
【００７３】
次に、実施例８について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図６（ｂ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール８１は、前記実施例１と同様に、波長変換光学板８５の板厚方向に、太陽電池８３が貼り付けられたものである。
【００７４】
本実施例では、波長変換光学板８５の平面方向（同図左右方向）における端面８７が、外側に凹（内側に凸）に湾曲する曲面に形成されている。
本実施例では、同図の曲面の上下の開始点を結んだ線分は平面方向に対して傾斜しており、これにより、端面が平面方向に対して垂直な場合に比べて、集光能力が向上するという利点がある。
【実施例９】
【００７５】
次に、実施例９について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図６（ｃ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール９１は、前記実施例１と同様に、波長変換光学板９５の板厚方向に、太陽電池９３が貼り付けられたものである。
【００７６】
本実施例では、波長変換光学板９５は、端面が平面方向に対して垂直な（波長変換機能を有する）波長変換基板９７と、波長変換基板９７の平面方向の端部（周囲の４辺）に貼り合わされた（波長変換性能を有しない）三角柱形状の透明なガラス部材９９とから構成されている。
【００７７】
本実施例では、波長変換光学板９５を製造する際には、波長変換光基板９７として、その端面が平面方向に対して垂直な部材を用い、その端面に（３辺が平面の）三角柱形状のガラス部材（即ち、垂直な端面側と太陽電池９３側の２面が垂直で、且つ、斜めとなる端面側が平面状の部品）９９を貼り付ければよいため、端面１００が傾斜した波長変換光学板９５の製造が容易であるという利点がある。
【００７８】
なお、ガラス部材９９として、波長変換機能を有する部材を用いてもよい。また、ガラス部材９９ではなく、透光性（例えば透明）を有する同様な形状の樹脂部材を用いてもよい。
【００７９】
なお、前記実施例７の様に、端部が凸状の波長変換光学板を製造する際には、三角柱形状の部材として、２辺が垂直で他の１辺が凸状となった部材を用いることができる。
同様に、前記実施例８の様に、端部が凹状の波長変換光学板を製造する際には、三角柱形状の部材として、２辺が垂直で他の１辺が凹状となった部材を用いることができる。
【実施例１０】
【００８０】
次に、実施例１０について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図６（ｄ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１０１は、前記実施例１と同様に、波長変換光学板１０５の板厚方向に、太陽電池１０３が貼り付けられたものである。
【００８１】
本実施例では、波長変換光学板１０５の平面方向における斜めの端面１０７に、光を反射する反射膜１０９が形成されている。
この反射膜１０９は、厚み１００ｎｍのＡｌからなり、スパッタ又は蒸着により形成することができる。
【００８２】
このような反射膜１０９を備えていることにより、波長変換された光や波長変換光学板１０５内で全反射された光が、斜めの端面１０７でほぼ１００％反射されるため、効率よく太陽電池１０３に集光される。
【００８３】
つまり、このような構造にすることにより、集光入射する蛍光光量、全反射光量が増えるので、合計の変換効率は１７．５％から２２％に増加する。
【実施例１１】
【００８４】
次に、実施例１１について説明するが、実施例１０と同様な内容の説明は省略する。
図７（ａ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１１１は、前記実施例１０と同様に、波長変換光学板１１５の板厚方向に、太陽電池１１３が貼り付けられ、更に、波長変換光学板１１５の平面方向における斜めの端面１１７に、光を反射する反射膜１１９が形成されている。
【００８５】
本実施例では、波長変換光学板１１５中に、例えば無機蛍光物質が含まれており、また、波長変換光学板１１５の入射側の外側表面に、例えば無機蛍光物質が塗布されて形成された蛍光物質層１２１を備えている。
【００８６】
更に、本実施例では、蛍光物質層１２１の表面に、例えば透明なガラス又は樹脂からなる保護板１２３が、光学接着剤によって貼り付けられている。
つまり、本実施例では、蛍光物質層１２１を覆うように、保護板１２３が貼り付けられているので、蛍光物質層１２１が剥離し難いという利点がある。
【実施例１２】
【００８７】
次に、実施例１２について説明するが、実施例１０と同様な内容の説明は省略する。
図７（ｂ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１３１は、前記実施例１０と同様に、波長変換光学板１３５の板厚方向に、太陽電池１３３が貼り付けられ、更に、波長変換光学板１３５の平面方向における斜めの端面１３７に、光を反射する反射膜１３９が形成されている。
【００８８】
本実施例では、波長変換光学板１３５中に、例えば青色の光を緑色の光に変換する有機蛍光物質が含まれており、また、波長変換光学板１３５の入射側の外側表面に、例えば紫外線を青色の光に変換する無機蛍光物質が塗布されて形成された無機蛍光物質層１４１を備えている。
【００８９】
従って、本実施例では、図７（ｃ）に模式的に示す様に、太陽光の紫外線は、波長変換光学板１３５の表面の無機蛍光物質によって青色の光に変換される。その青色の光（及び太陽光中の青色の光）は、波長変換光学板１３５中の有機蛍光物質によって緑色の光に変換される。その緑色の光（及び太陽光中の赤色の光）は、太陽電池１３３に入射する。これにより、太陽光が効率よく電気に変換される。
【００９０】
また、有機蛍光物質は、紫外線によって劣化し易いが、本実施例では、有機蛍光物質を含む波長変換光学板１３５は、その表面が無機蛍光物質層１４１で覆われているので、紫外線が有機蛍光物質にまで到達し難い。よって、有機蛍光物質が劣化し難いという利点がある。
【００９１】
なお、以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の具体的な実施例に限定されず、本発明の範囲内でこの他にも種々の形態で実施することができる。
例えば太陽光以外の光も利用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１、１１、２１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１３１…太陽電池モジュール
３、１３、２３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、１０３、１１３、１３３…太陽電池
５、１７、２７、４７、５７、６７、７５、８５、９５、１０５、１１５、１３５…波長変換光学板
７、１５、２５、４５、５５、６５、７７、８７、１００、１１７、１３７…端面
２９…基板
４９…紫外線反射防止膜
５９…テクスチャ
６９…反射防止膜
９７…波長変換基板
９９…ガラス部材
１０９、１１９、１３９…反射膜
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池の光電変換効率を改善することができる太陽電池モジュールに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
太陽などの光によって発電を行う太陽電池は、光の全波長域に対して同一の発電効果をもつわけではなく、材料自体の特性によって最大効率の波長域がある程度限定される。従って、太陽電池の効率を追求する場合、どうしても利用できる波長域が狭くなる傾向がある。
【０００３】
そこで、最大効率の波長域が異なる材料の太陽電池を薄膜状にし複数層重ねることによって、利用できる波長域を広げようにした、所謂、複層太陽電池（タンデム型太陽電池）が提案されている。
【０００４】
また、（内部に蛍光物質を混入した）蛍光光学板を用いたり、蛍光色素をガラス基板に塗布した基板を用いて、光の波長変換により、発電効率の低い波長から発電効率の高い波長に変換して、太陽電池に入射させる構造の太陽電池モジュール（下記特許文献１参照）が提案されている。
【０００５】
更に、上述した波長変換が可能な光学板（波長変換光学板）の端面に太陽電池を貼り合わせ、その光学板の導波作用（全反射）によって、光学板端面の太陽電池に光を集中させる構造の太陽電池モジュール（下記特許文献２参照）が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公平８−４１４７号公報
【特許文献２】特開昭５７−９５６７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記複層太陽電池は、複層化に限界があり、また、Ｇｅ基板のようなコストが高い材料を使用する必要があり、更に、ＧａＡｓ膜を使用するため毒性の問題があり、しかも、多層膜を形成するため製造コストが高くつくという問題があった。
【０００８】
また、蛍光光学板や蛍光色素をガラス基板に塗布した光学板を太陽電池の上部に設置した太陽電池モジュールでは、太陽光が入射すると、波長変換された光の一部が下部の太陽電池に入射するが、端面方向に集光する光が多く、下部の太陽電池に入射する光の量が少ないという問題がある。
【０００９】
これを改善するために、光学板の端面に太陽電池を貼り付けた太陽電池モジュールが提案されているが、細長い太陽電池片に加工する必要があり、また、端面に貼り付けるための高度な技術が必要となり、製造コストが高くなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、光電変換効率が高く、しかも、低コストで容易に製造することができる太陽電池モジュールを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）請求項１の発明は、平板状の太陽電池と太陽光の波長を変換する波長変換光学板とを用いるとともに、該波長変換光学板の板厚方向に前記太陽電池を貼り合わせて積層した太陽電池モジュールにおいて、前記波長変換光学板にて波長変換された光が前記太陽電池側に入射するように、前記波長変換光学板の平面方向（即ち板厚方向と垂直の方向）における端部を、該平面方向に対して斜めに形成したことを特徴とする。
【００１２】
本発明は、波長変換光学板によって、特定波長域の光を別の波長の光（太陽電池における光電変換効率を上げるような光）に変換し、その変換した光を太陽電池に入射する構造を有している。
【００１３】
特に、本発明では、図１（ａ）に例示するように、波長変換光学板の端部（従って端面）が斜めに形成されているので、即ち平面方向に対して９０°を上回り且つ１８０°を下回る範囲（９０°＜傾斜角θ＜１８０°）で端面が傾斜するように形成（例えば斜めに切断）されているので、波長変換光学板内部で波長変換され集光された光は、板端面で好適に太陽電池側に反射し、太陽電池に入射する。そのため、太陽電池モジュール全体における光電変換効率が向上する。
【００１４】
例えば図４に示す様に、太陽電池がＳｉ太陽電池であれば、紫外から青色（３００ｎｍ〜５００ｎｍ）の光は分光感度が低いため、例えば蛍光色素を有した波長変換光学板にて、この領域の波長が分光感度の高い５００ｎｍ以上の波長に変換され、その変換されて集光された光は波長変換光学板の斜めの端部（端面）で反射され、反射された光は波長変換光学板の板厚方向（例えば下部）のＳｉ太陽電池に入射する。と同時に、外部より波長変換光学板の板厚方向の表面から入射した光は、青色（５００ｎｍ）以上の波長では、波長変換光学板にてほとんど吸収されず透過し、Ｓｉ太陽電池に入射する。更に、紫外から青色（３００ｎｍ〜５００ｎｍ）の光は、波長変換光学板中で青色（５００ｎｍ）以上の波長の光に変換され、そのままＳｉ太陽電池に入射する。この３つの効果を合成することで、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることができる。
【００１５】
しかも、本発明では、波長変換光学板の板厚方向に例えば通常のＳｉ太陽電池を（光学接着剤等で）貼り付けるだけで、発電効率が向上する効果が出るため、製造が容易であり、製造コストも低減できるという顕著な効果を奏する。
【００１６】
なお、前記太陽電池としては、例えば薄膜Ｓｉ、ＣＩＧＳ、ＣｄＴｅ、ＧａＡｓ、色素増感型、有機色素型などを用いることができる。
また、前記傾斜角θとしては、１２５°＜θ＜１４５°の範囲が一層好適である。
【００１７】
（２）請求項２の発明では、前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、平面であることを特徴とする。
本発明は、波長変換部光学板の端面の形状を例示したものである。この端面は、単一の平面で構成すると構造が簡単であるが、複数の平面（例えば斜面が外側に凸又は内側に凸となるような複数の平面）で構成してもよい。
【００１８】
（３）請求項３の発明では、前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、外側に凸に湾曲する曲面を有することを特徴とする。
本発明は、波長変換部光学板の端面の形状を例示したものである。これにより、集光能力が向上するという利点がある。
【００１９】
（４）請求項４の発明では、前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、外側に凹に湾曲する曲面を有することを特徴とする。
本発明は、波長変換部光学板の端面の形状を例示したものである。
【００２０】
（５）請求項５の発明では、前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面に、光を反射する反射膜を形成したことを特徴とする。
本発明では、波長変換光学板の端面に反射膜を備えているので、波長変換された光や波長変換光学板内で全反射された光が、斜めの端面でほぼ１００％反射されるため、効率よく太陽電池に集光される。
【００２１】
（６）請求項６の発明では、前記波長変換光学板の平面方向の端部に、前記端部を斜めに傾斜させるための三角柱状のガラス又は樹脂の部材を貼り合わせたことを特徴とする。
本発明では、波長変換光学板の平面方向における端面が平面方向に対して垂直な部材であっても、その端面に、三角柱状のガラス又は樹脂の光学部品（２面が垂直で、且つ、斜めとなる端面側が、平面、凸状、凹状に合わせて傾斜した光学部品）を張り合わせることにより、容易に端部が傾斜した波長変換部材を製造することができる。
【００２２】
なお、この光学部品としては、波長変換の能力があることが望ましいが無くても良い。
（７）請求項７の発明では、前記波長変換光学板の太陽光線の入射側の表面に、紫外線領域波長の光の反射を防止する紫外線反射防止膜を形成したことを特徴とする。
【００２３】
本発明では、波長変換光学板の表面に紫外線領域の波長（例えば３４０ｎｍ〜４００ｎｍ）の反射を防止する紫外線反射防止膜を形成してあるので、紫外線を効率よく波長変換光学板内に入射させることができ、波長変換を増大させることができる。
【００２４】
なお、紫外線反射防止膜の材料としては、例えばＴｉＯ2、ＳｉＯ2、ＺｒＯ2、ＡｌＯ2を用いることができる。
（８）請求項８の発明は、前記波長変換光学板の前記太陽電池側に、乱反射のためのテクスチャ（表面形状の構成）を形成したことを特徴とする。
【００２５】
本発明では、波長変換光学板の太陽電池側（例えば下面）に、波長変換光学板内における反射することを防止するために（即ち乱反射させるために）、例えば表面を荒らす加工を施している。従って、波長変換光学板の例えば下面から太陽電池への光の入射光量を増加できる。
【００２６】
（９）請求項９の発明では、前記波長変換光学板の前記太陽電池側に、前記波長変換光学板にて波長変換された光の反射を防止する反射防止膜を形成したことを特徴とする。
本発明では、波長変換光学板の太陽電池側（例えば下面）に、波長変換光学板内における反射を防止するために反射防止膜を形成している。従って、波長変換光学板の例えば下面から太陽電池への光の入射光量を増加できる。
【００２７】
（１０）請求項１０の発明では、前記波長変換光学板は、透明なガラス又は樹脂からなり、前記ガラス又は樹脂中に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する蛍光物質を含むことを特徴とする。
【００２８】
本発明では、図１（ｂ）に例示する様に、透明なガラス又は樹脂中に、不純物として蛍光物質（蛍光色素）が混入されている。従って、波長変換光学板に入射した光が、蛍光物質に当たると、発電に好適な波長（例えば５００ｎｍ〜８００ｎｍ）を有する蛍光を発生する。よって、発電効率を向上させることができる。
【００２９】
なお、ガラス及び樹脂としては、無色透明が最も好ましいが、色がついていてもよい。
また、ガラスとしては、例えばシリカ、酸化ホウ素系ガラスを採用でき、樹脂としては、例えばアクリル、ポリカーボネイトを採用できる。
【００３０】
（１１）請求項１１の発明では、前記波長変換光学板は、透明なガラス又は樹脂からなる基板を備えるとともに、該基板の太陽電池側と反対側の表面に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する蛍光物質を含む蛍光物質層を形成したことを特徴とする。
【００３１】
本発明は、ガラス又は樹脂の基板の表面に、例えば蛍光物質を塗布して蛍光物質層を形成したものである。
本発明では、太陽光が基板表面の蛍光物質に当たって発生した蛍光（例えば紫外線領域の波長の光が変換された可視光）は、透明な基板に入射し、基板内部で集光されて基板端部で反射されて、太陽電池に入射する。
【００３２】
本発明では、基板自体に波長変換機能が無くても良いので、比較的低コストで太陽電池モジュールを製造できるという利点がある。
（１２）請求項１２の発明では、前記蛍光物質が、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｄｙのうち、少なくとも１種（無機蛍光物質）からなることを特徴とする。
【００３３】
本発明は、例えば図１（ｃ）に示す様に、蛍光物質（即ち光が当たると蛍光を発生する蛍光活性物質）を例示したものである。この蛍光物質を使用することにより、太陽光を安定して波長変換することができる。
【００３４】
なお、これらの無機物質はガラス内で金属イオンとして存在する。また、樹脂内では、例えば酸化物粒子に添加された金属イオンとして存在する。
（１３）請求項１３の発明では、前記蛍光物質が、半導体ナノ蛍光物質であり、該半導体ナノ蛍光物質が、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅのうち、少なくとも１種であることを特徴とする。
【００３５】
本発明は、例えば図１（ｄ）に示す様に、蛍光物質を例示したものである。なお、半導体ナノ蛍光物質（ナノサイズ粒子）としては、例えば粒径１ｎｍ〜８ｎｍのサイズの粒子を採用できる。
【００３６】
本発明では、量子サイズ効果により、バンドギャップが広がり、好適に紫外光を吸収し、高輝度の可視光を発光させる効果がある。
（１４）請求項１４の発明では、前記蛍光物質が、有機蛍光物質であり、前記波長変換光学板が、透明な樹脂からなることを特徴とする。
【００３７】
本発明は、蛍光物質を例示したものである。本発明では、波長変換効率（内部量子率）が高く、比較的低コストにて製造できる。
なお、有機蛍光物質（有機蛍光色素）としては、例えばLumogen（商品名：BASF社製）を採用できる。
【００３８】
（１５）請求項１５の発明は、前記波長変換光学板は、透明な樹脂中に有機蛍光物質を含む基板を備えるとともに、該基板の太陽電池側と反対側の表面に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する無機蛍光物質を含む無機蛍光物質層を形成したことを特徴とする。
【００３９】
基板中の有機蛍光物質は、太陽光の紫外線により劣化し易いが、本発明では、有機蛍光物質を含む基板の（太陽光の入射側の）表面に、例えば無機蛍光物質の塗布により無機蛍光物質層が形成されているので、紫外線は無機蛍光物質層で遮られて、有機蛍光物質に到達しにくい。よって、有機蛍光物質の劣化を防止できる。
【００４０】
しかも、紫外線が無機蛍光物質により例えば青色等の光に波長変換される場合には、その波長変換された光を利用して、更に有機蛍光物質によって例えば緑色等の光に波長変換することができる。よって、効率よく発電を行うことができる。
【００４１】
なお、無機蛍光物質としては、前記請求項１１、１２の蛍光物質を用いることができ、有機蛍光物質としては、前記請求項１３に例示されている材料を使用できる。
また、上述した波長変換光学板の平面形状が、３角形以上の多角形である場合には、太陽電池モジュールを効率よく配置することができるので好適である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】（ａ）請求項１の太陽電池モジュールを例示した説明図、（ｂ）請求項１０の太陽電池モジュールを例示した説明図、（ｃ）請求項１２の太陽電池モジュールを例示した説明図、（ｄ）請求項１３の太陽電池モジュールを例示した説明図である。
【図２】実施例１の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を示す説明図である。
【図３】（ａ）実施例１の太陽電池モジュールの斜視図、（ｂ）実施例２の太陽電池モジュールの平面図である。
【図４】実施例１の太陽電池の分光感度特性を示すグラフである。
【図５】（ａ）実施例２の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｂ）実施例３の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｃ）実施例４の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｄ）実施例５の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｅ）実施例６の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図である。
【図６】（ａ）実施例７の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｂ）実施例８の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｃ）実施例９の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｄ）実施例１０の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図である。
【図７】（ａ）実施例１１の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｂ）実施例１２の太陽電池モジュールを板厚方向に切断した状態を模式的に示す説明図、（ｃ）実施例１２の太陽電池モジュールによる発電の原理を模式的に示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
次に、本発明の太陽電池モジュールの実施例について、いくつかの具体的な例を挙げて説明する。
【実施例１】
【００４４】
ａ）まず、本実施例の太陽電池モジュールの構成について説明する。
図２及び図３に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１は、平面形状が正方形の波長変換光学板５の厚み方向の一方の側（図２下側）に、同様な平面形状が正方形の太陽電池３を、透光性を有する光学接着剤（例えば光学シリコン樹脂接着剤）で貼り合わせたものである。
【００４５】
このうち、前記太陽電池３は、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚み２００ｎｍのＳｉ単結晶電池であり、図４に示す様な分光特性（分光感度特性）を有している。同図に示すように、この太陽電池３は、４００ｎｍ以下の紫外光領域ではほとんど発電しないことがわかる。なお、同図では、実線で分光感度特性を示し、破線で太陽光のエネルギー分布を模式的に示してある。
【００４６】
特に、本実施例では、前記波長変換光学板５は、縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×厚み３ｍｍの透明な平板であり、その平面方向（板厚方向と垂直の方向）の全周の端面（４辺）７は、太陽電池３側が広くなるように、平面方向に対して斜めに（例えば４５°傾斜して）切断されている。
【００４７】
前記波長変換光学板５は、例えばルミラスＧ９（商品名）からなり、Ｔｂ添加の蛍光ガラス（Ｂ2Ｏ3・ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｌａ2Ｏ3・Ｔｂ3+）から構成されている（図１（ｃ）参照）。この波長変換光学板５は、光の波長４００ｎｍ以下の紫外線領域で光を吸収し、５４５ｎｍの波長で蛍光を示す。
【００４８】
ｂ）次に、本実施例の太陽電池モジュール１の機能を説明する。
本実施例では、前記図２に示す様に、外部から太陽電池モジュール１に入射した太陽光の一部は、波長変換光学板５にて５４５ｎｍの蛍光を発生し、その光（蛍光）は、波長変換光学板５内にて反射して集光され、波長変換光学板５の４５°に傾斜した斜めの端面７に入射して反射し（破線Ａ）、波長変換光学板５の下面９より太陽電池３に入射する。と同時に、外部から太陽電池モジュール１に入射した全反射条件の入射光（蛍光でない光）も、同様に端面７にて反射し、太陽電池３に入射する。これらの効果により、この部分の光電変換量は向上する。
【００４９】
また、波長変換光学板５にて発生した５４５ｎｍの蛍光のうち、端面７に入射しない光は（破線Ｂ）、そのまま、太陽電池３に入射するので、光電変換量がわずかに向上する。
更に、この波長変換光学板５を構成するガラスは透明であるため、可視光から赤外光の多くは波長変換光学板５を透過し（実線Ｃ）、太陽電池３に入射して光電変換される。
【００５０】
従って、本実施例では、この３つの光電変換が合成されることにより、太陽電池３単体では変換効率１７．５％の太陽電池３の変換効率が２１％に向上した。
また、本実施例の太陽電池モジュール１を製造する場合は、太陽電池３の厚み方向に、端面７を斜めにカットした波長変換光学板５を貼り合わせればよく、従来に比べて非常に製造が簡単であり、特殊な治具等もいらないため、コストが安くなるという利点がある。
【００５１】
ｃ）なお、本実施例の変形例としては、下記の構成を採用できる。
・波長変換光学板５に太陽電池３を貼り合わせた後に、端面７を斜めにカットしてもよい。
【００５２】
・波長変換光学板５を斜めにカットする方法も、例えば通常のように板材をカッタ等で切断したり、表面研磨により成形する手法などを採用できる。或いは、ガラス製の波長変換光学板５を成形する際に、目的とする形状の型枠に入れて成形してもよい。
【００５３】
・前記蛍光物質としては、前記図１（ｄ）に例示する様に、例えば半導体ナノ蛍光物質など各種の蛍光物質を用いることができる。
【実施例２】
【００５４】
次に、実施例２について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図５（ａ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１１は、前記実施例１と同様に、端面１５が斜めに切断された波長変換光学板１７の板厚方向に、太陽電池１３が貼り付けられたものである。
【００５５】
本実施例の波長変換光学板１７は、例えばアクリル（ＰＭＭＡ）からなる透明な樹脂中に、例えばLumogen（商品名：BASF社製）からなる有機蛍光物資（有機蛍光色素）が混入されたものである。
【００５６】
本実施例においても、前記実施例１と同様な効果を奏する。
なお、前記有機蛍光色素以外に、無機の蛍光物質（例えば半導体ナノ蛍光物質）を用いることができる。
【００５７】
また、透明な樹脂ではなく、透光性のある色のついた樹脂を用いることも可能である。
【実施例３】
【００５８】
次に、実施例３について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図５（ｂ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール２１は、前記実施例１と同様に、端面２５が斜めに切断された波長変換光学板２７の板厚方向に、太陽電池２３が貼り付けられたものである。
【００５９】
本実施例の波長変換光学板２７は、例えば高屈折率ガラス（屈折率１.７）からなる光学ガラス板２９の上部表面に、有機蛍光色素を塗布して透光性の表面層３１を形成したものである。
【００６０】
この有機蛍光色素としては、例えばＰｔ（ＴＰＢＰ）を使用する。この有機蛍光色素は、６００ｎｍ以下で光を吸収し、約８００ｎｍで発光するため、Ｓｉ単結晶からなる太陽電池２３の分光特性において、より発電量の多い光の波長領域を使用することができる。
【００６１】
また、本実施例は、基板（光学ガラス板２９）自体に波長変換機能が無くても良いので、比較的低コストで太陽電池モジュール２１を製造できるという利点がある。
なお、光学ガラス板２９の表面に塗布する蛍光物質としては、前記有機蛍光色素以外に、例えば半導体ナノ蛍光物質など各種の蛍光物質を用いることができる。
【実施例４】
【００６２】
次に、実施例４について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図５（ｃ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール４１は、前記実施例１と同様に、端面４５が斜めに切断された波長変換光学板４７の板厚方向に、太陽電池４３が貼り付けられたものである。
【００６３】
本実施例では、前記波長変換光学板４７の太陽光線の入射側の表面に、紫外線領域波長（例えば３００ｎｍ〜４００ｎｍ）の光の反射を防止する透光性の紫外線反射防止膜４９が形成されている。
【００６４】
この紫外線反射防止膜４９は、例えばＴｉＯ2膜、ＳｉＯ2膜からなり、例えば真空蒸着法により、交互に積層させて形成する。
本実施例では、波長変換光学板４７の表面に紫外線反射防止膜４９を形成してあるので、紫外線を効率よく波長変換光学板４７内に入射させることができ、よって、波長変換を増大させることができる。
【実施例５】
【００６５】
次に、実施例５について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図５（ｄ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール５１は、前記実施例１と同様に、端面５５が斜めに切断された波長変換光学板５７の板厚方向に、太陽電池５３が貼り付けられたものである。
【００６６】
本実施例では、波長変換光学板５７の太陽電池５３側に、乱反射のためのテクスチャ（表面形状）５９が形成されている。
具体的には、波長変換光学板５７の下面に、波長変換光学板５７内にて光が全反射することを防止するために（即ち乱反射させるために）、表面を荒らす加工を施している。
【００６７】
従って、本実施例では、波長変換光学板５７の下面から太陽電池５３への光の入射光量を増加できる。
【実施例６】
【００６８】
次に、実施例６について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図５（ｅ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール６１は、前記実施例１と同様に、端面６５が斜めに切断された波長変換光学板６７の板厚方向に、太陽電池６３が貼り付けられたものである。
【００６９】
本実施例では、波長変換光学板６７の太陽電池６３側に、波長変換光学板６７内にて波長変換された光（蛍光波長の光）の全反射を防止する反射防止膜６９が形成されている。
この反射防止膜６９は、例えばＴｉＯ2膜、ＳｉＯ2膜からなり、例えば真空蒸着法により、交互に積層させて形成する。
【００７０】
従って、本実施例では、前記実施例５と同様に、波長変換光学板６７の下面から太陽電池６３への光の入射光量を増加できる。
【実施例７】
【００７１】
次に、実施例７について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図６（ａ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール７１は、前記実施例１と同様に、波長変換光学板７５の板厚方向に、太陽電池７３が貼り付けられたものである。
【００７２】
本実施例では、波長変換光学板７５の平面方向（同図左右方向）における端面７７が、外側に凸に湾曲する曲面に形成されている。
本実施例では、同図の曲面の上下の開始点を結んだ線分は平面方向に対して傾斜しており、これにより、端面が平面方向に対して垂直な場合に比べて（更に、端面が平面である場合に比べて）、集光能力が向上するという利点がある。
【実施例８】
【００７３】
次に、実施例８について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図６（ｂ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール８１は、前記実施例１と同様に、波長変換光学板８５の板厚方向に、太陽電池８３が貼り付けられたものである。
【００７４】
本実施例では、波長変換光学板８５の平面方向（同図左右方向）における端面８７が、外側に凹（内側に凸）に湾曲する曲面に形成されている。
本実施例では、同図の曲面の上下の開始点を結んだ線分は平面方向に対して傾斜しており、これにより、端面が平面方向に対して垂直な場合に比べて、集光能力が向上するという利点がある。
【実施例９】
【００７５】
次に、実施例９について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図６（ｃ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール９１は、前記実施例１と同様に、波長変換光学板９５の板厚方向に、太陽電池９３が貼り付けられたものである。
【００７６】
本実施例では、波長変換光学板９５は、端面が平面方向に対して垂直な（波長変換機能を有する）波長変換基板９７と、波長変換基板９７の平面方向の端部（周囲の４辺）に貼り合わされた（波長変換性能を有しない）三角柱形状の透明なガラス部材９９とから構成されている。
【００７７】
本実施例では、波長変換光学板９５を製造する際には、波長変換光基板９７として、その端面が平面方向に対して垂直な部材を用い、その端面に（３辺が平面の）三角柱形状のガラス部材（即ち、垂直な端面側と太陽電池９３側の２面が垂直で、且つ、斜めとなる端面側が平面状の部品）９９を貼り付ければよいため、端面１００が傾斜した波長変換光学板９５の製造が容易であるという利点がある。
【００７８】
なお、ガラス部材９９として、波長変換機能を有する部材を用いてもよい。また、ガラス部材９９ではなく、透光性（例えば透明）を有する同様な形状の樹脂部材を用いてもよい。
【００７９】
なお、前記実施例７の様に、端部が凸状の波長変換光学板を製造する際には、三角柱形状の部材として、２辺が垂直で他の１辺が凸状となった部材を用いることができる。
同様に、前記実施例８の様に、端部が凹状の波長変換光学板を製造する際には、三角柱形状の部材として、２辺が垂直で他の１辺が凹状となった部材を用いることができる。
【実施例１０】
【００８０】
次に、実施例１０について説明するが、実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図６（ｄ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１０１は、前記実施例１と同様に、波長変換光学板１０５の板厚方向に、太陽電池１０３が貼り付けられたものである。
【００８１】
本実施例では、波長変換光学板１０５の平面方向における斜めの端面１０７に、光を反射する反射膜１０９が形成されている。
この反射膜１０９は、厚み１００ｎｍのＡｌからなり、スパッタ又は蒸着により形成することができる。
【００８２】
このような反射膜１０９を備えていることにより、波長変換された光や波長変換光学板１０５内で全反射された光が、斜めの端面１０７でほぼ１００％反射されるため、効率よく太陽電池１０３に集光される。
【００８３】
つまり、このような構造にすることにより、集光入射する蛍光光量、全反射光量が増えるので、合計の変換効率は１７．５％から２２％に増加する。
【実施例１１】
【００８４】
次に、実施例１１について説明するが、実施例１０と同様な内容の説明は省略する。
図７（ａ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１１１は、前記実施例１０と同様に、波長変換光学板１１５の板厚方向に、太陽電池１１３が貼り付けられ、更に、波長変換光学板１１５の平面方向における斜めの端面１１７に、光を反射する反射膜１１９が形成されている。
【００８５】
本実施例では、波長変換光学板１１５中に、例えば無機蛍光物質が含まれており、また、波長変換光学板１１５の入射側の外側表面に、例えば無機蛍光物質が塗布されて形成された蛍光物質層１２１を備えている。
【００８６】
更に、本実施例では、蛍光物質層１２１の表面に、例えば透明なガラス又は樹脂からなる保護板１２３が、光学接着剤によって貼り付けられている。
つまり、本実施例では、蛍光物質層１２１を覆うように、保護板１２３が貼り付けられているので、蛍光物質層１２１が剥離し難いという利点がある。
【実施例１２】
【００８７】
次に、実施例１２について説明するが、実施例１０と同様な内容の説明は省略する。
図７（ｂ）に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１３１は、前記実施例１０と同様に、波長変換光学板１３５の板厚方向に、太陽電池１３３が貼り付けられ、更に、波長変換光学板１３５の平面方向における斜めの端面１３７に、光を反射する反射膜１３９が形成されている。
【００８８】
本実施例では、波長変換光学板１３５中に、例えば青色の光を緑色の光に変換する有機蛍光物質が含まれており、また、波長変換光学板１３５の入射側の外側表面に、例えば紫外線を青色の光に変換する無機蛍光物質が塗布されて形成された無機蛍光物質層１４１を備えている。
【００８９】
従って、本実施例では、図７（ｃ）に模式的に示す様に、太陽光の紫外線は、波長変換光学板１３５の表面の無機蛍光物質によって青色の光に変換される。その青色の光（及び太陽光中の青色の光）は、波長変換光学板１３５中の有機蛍光物質によって緑色の光に変換される。その緑色の光（及び太陽光中の赤色の光）は、太陽電池１３３に入射する。これにより、太陽光が効率よく電気に変換される。
【００９０】
また、有機蛍光物質は、紫外線によって劣化し易いが、本実施例では、有機蛍光物質を含む波長変換光学板１３５は、その表面が無機蛍光物質層１４１で覆われているので、紫外線が有機蛍光物質にまで到達し難い。よって、有機蛍光物質が劣化し難いという利点がある。
【００９１】
なお、以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の具体的な実施例に限定されず、本発明の範囲内でこの他にも種々の形態で実施することができる。
例えば太陽光以外の光も利用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
１、１１、２１、４１、５１、６１、７１、８１、９１、１０１、１１１、１３１…太陽電池モジュール
３、１３、２３、４３、５３、６３、７３、８３、９３、１０３、１１３、１３３…太陽電池
５、１７、２７、４７、５７、６７、７５、８５、９５、１０５、１１５、１３５…波長変換光学板
７、１５、２５、４５、５５、６５、７７、８７、１００、１１７、１３７…端面
２９…基板
４９…紫外線反射防止膜
５９…テクスチャ
６９…反射防止膜
９７…波長変換基板
９９…ガラス部材
１０９、１１９、１３９…反射膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平板状の太陽電池と太陽光の波長を変換する波長変換光学板とを用いるとともに、該波長変換光学板の板厚方向に前記太陽電池を貼り合わせて積層した太陽電池モジュールにおいて、
前記波長変換光学板にて波長変換された光が前記太陽電池側に入射するように、前記波長変換光学板の平面方向における端部を、該平面方向に対して斜めに形成したことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、平面であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、外側に凸に湾曲する曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、外側に凹に湾曲する曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面に、光を反射する反射膜を形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記波長変換光学板の平面方向の端部に、前記端部を斜めに傾斜させるための三角柱状のガラス又は樹脂の部材を貼り合わせたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記波長変換光学板の太陽光線の入射側の表面に、紫外線領域波長の光の反射を防止する紫外線反射防止膜を形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記波長変換光学板の前記太陽電池側に、乱反射のためのテクスチャを形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記波長変換光学板の前記太陽電池側に、前記波長変換光学板にて波長変換された光の反射を防止する反射防止膜を形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記波長変換光学板は、透明なガラス又は樹脂からなり、前記ガラス又は樹脂中に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する蛍光物質を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記波長変換光学板は、透明なガラス又は樹脂からなる基板を備えるとともに、該基板の太陽電池側と反対側の表面に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する蛍光物質を含む蛍光物質層を形成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記蛍光物質が、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｄｙのうち、少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記蛍光物質が、半導体ナノ蛍光物質であり、該半導体ナノ蛍光物質が、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅのうち、少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記蛍光物質が、有機蛍光物質であり、前記波長変換光学板が、透明な樹脂からなることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記波長変換光学板は、透明な樹脂中に有機蛍光物質を含む基板を備えるとともに、該基板の太陽電池側と反対側の表面に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する無機蛍光物質を含む無機蛍光物質層を形成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１】
平板状の太陽電池と太陽光の波長を変換する波長変換光学板とを用いるとともに、該波長変換光学板の板厚方向に前記太陽電池を貼り合わせて積層した太陽電池モジュールにおいて、
前記波長変換光学板にて波長変換された光が前記太陽電池側に入射するように、前記波長変換光学板の平面方向における端部を、該平面方向に対して斜めに形成したことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、平面であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、外側に凸に湾曲する曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面が、外側に凹に湾曲する曲面を有することを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記波長変換光学板の平面方向における斜めの端面に、光を反射する反射膜を形成したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記波長変換光学板の平面方向の端部に、前記端部を斜めに傾斜させるための三角柱状のガラス又は樹脂の部材を貼り合わせたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記波長変換光学板の太陽光線の入射側の表面に、紫外線領域波長の光の反射を防止する紫外線反射防止膜を形成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記波長変換光学板の前記太陽電池側に、乱反射のためのテクスチャを形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記波長変換光学板の前記太陽電池側に、前記波長変換光学板にて波長変換された光の反射を防止する反射防止膜を形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記波長変換光学板は、透明なガラス又は樹脂からなり、前記ガラス又は樹脂中に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する蛍光物質を含むことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記波長変換光学板は、透明なガラス又は樹脂からなる基板を備えるとともに、該基板の太陽電池側と反対側の表面に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する蛍光物質を含む蛍光物質層を形成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記蛍光物質が、Ｔｂ、Ｅｕ、Ｃｅ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｖ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｄｙのうち、少なくとも１種からなることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記蛍光物質が、半導体ナノ蛍光物質であり、該半導体ナノ蛍光物質が、ＣｄＴｅ、ＣｄＳｅ、ＺｎＳｅのうち、少なくとも１種であることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記蛍光物質が、有機蛍光物質であり、前記波長変換光学板が、透明な樹脂からなることを特徴とする請求項１０又は１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記波長変換光学板は、透明な樹脂中に有機蛍光物質を含む基板を備えるとともに、該基板の太陽電池側と反対側の表面に、入射した太陽光に応じて蛍光を発生する無機蛍光物質を含む無機蛍光物質層を形成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１６５７５４（Ｐ２０１１−１６５７５４Ａ）
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４３５５（Ｐ２０１０−２４３５５）
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年８月２５日（２０１１．８．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年２月５日（２０１０．２．５）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
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