太陽電池モジュール
【課題】容易に製造できるとともに、発電効率が優れた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では、入射した光（太陽光）は、保護ガラス１１を介して波長変換層９に入射する。この波長変換層９に入射した光のうち、波長４００ｎｍ以下の光（紫外線）は、ナノ粒子に吸収され、波長５８５ｎｍ付近の光に変換される。そして、波長変換された光は封止材層７を介して太陽電池７に入射する。また、波長変換されない光は、そのまま太陽電池７に入射する。つまり、波長変換層９によって、紫外線等の短波長の光が、太陽電池７で効率的に利用できる長波長に光に変換されるので、光の有効利用ができ、発電効率が高いという顕著な効果を奏する。
【解決手段】太陽電池モジュール１では、入射した光（太陽光）は、保護ガラス１１を介して波長変換層９に入射する。この波長変換層９に入射した光のうち、波長４００ｎｍ以下の光（紫外線）は、ナノ粒子に吸収され、波長５８５ｎｍ付近の光に変換される。そして、波長変換された光は封止材層７を介して太陽電池７に入射する。また、波長変換されない光は、そのまま太陽電池７に入射する。つまり、波長変換層９によって、紫外線等の短波長の光が、太陽電池７で効率的に利用できる長波長に光に変換されるので、光の有効利用ができ、発電効率が高いという顕著な効果を奏する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池の発電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】
従来、太陽電池モジュールとして、バックシートと保護ガラスの間に太陽電池を挟み、太陽電池を封止材で封止した構造のものが知られている。
この種の太陽電池モジュールにおいては、紫外線も発電に有効に利用したいという要望があり、そのため、近年では、紫外線スペクトル域までの光エネルギーを有効に利用する目的で、保護ガラスとバックシートとの間に、エチレン−酢酸ビニル共重合体からなる封止層を設け、この封止層内に太陽電池を配置した技術が提案されている。この技術では、波長３６０ｎｍにおける光透過率を４０％以上とすることにより、発電効率が向上し、３６０ｎｍにおける光透過率を７０％以下にすることにより、紫外線による封止材の劣化を防ぐことができる（特許文献１参照）。
【０００３】
また、これとは別に、有機材料からなる太陽電池は、紫外線によって劣化するという問題がある。この対策として、紫外線をカットして、耐光性を向上するだけではなく、エネルギー効率の高い帯域に発光する光変換膜を用いることで、発電効率を改善する技術が提案されている。具体的には、光変換膜の蛍光体の材料として、光吸収波長＜３７０ｎｍに相当するＥｇ＜３．３５ｅＶを条件として、ＺｎＳｅやＣｄＳなどを用い、発光波長は、結晶欠陥による発光の波長としている（特許文献２参照）。
【０００４】
更に、近年では、短波長の光を有効に利用するために、太陽電池の入力側に、波長変換層を配置するとともに、共鳴エネルギーによって発光させるために、波長変換層に入力量子ドットと出力量子ドットを含む構成が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３５６１０号公報
【特許文献２】特開平１１−３４５９９３号公報
【特許文献３】特開２００９−２２３３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１の技術では、市場で一般的に使用されるＳｉ結晶太陽電池（以下Ｓｉ太陽電池と記す）の場合には、波長３６０ｎｍの発電効率が非常に低いため、紫外線の透過率を上げても、発電効率の向上はそれほど期待できないという問題がある。
【０００７】
また、前記特許文献２の技術では、光変換膜として無機薄膜を使用するので、バンドギャップが固定のため、吸収波長を正確に合わせることができない。また、発光起点が、無機薄膜成型時に生成した多数の欠陥であるため、エネルギー変換効率が悪く、輝度は低いという問題がある。更に、ＺｎＳｅやＣｄＳは、薄膜では発光させるのが難しいという問題がある。その理由は、内部の欠陥が、無機発光化し、熱として損失するためである。従って、紫外線による有機劣化の防止機能はあるが、太陽電池の発電効率の向上への寄与は殆ど期待できない。
【０００８】
更に、前記特許文献３の技術では、量子ドットによって波長変換しているが、その際には、入力量子ドットと出力量子ドットを両方ドープする必要がある。この２種類の量子ドットの場合、共鳴によってエネルギーを伝播させる必要があるので、数ｎｍの間隔で均一に分散させないと、十分にエネルギーの伝播が起きない。従って、原料コストのアップや、製造の難しさがあり、実用化するのは難しい。
【０００９】
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、容易に製造できるとともに、発電効率が優れた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】
【００１０】
（１）請求項１の発明は、太陽電池と該太陽電池の受光面側に配置された透光性を有する保護板とを備えた太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池と前記保護板との間に、光の波長を変換する波長変換層を備え、且つ、該波長変換層には、所定の波長を吸収するナノ粒子が分散して配置されるとともに、該ナノ粒子には、前記吸収される波長より長波長の光を発光する発光中心となる元素を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、波長変換層には、（所定の波長を吸収する）ナノ粒子が分散して配置され、且つ、ナノ粒子には（吸収される波長より長波長の光を発光する）発光中心となる元素を含んでいる。
【００１２】
従って、この波長変換層に光が入射した場合には、波長の短い例えば紫外線などの光を、（発光中心の元素の種類に対応した）それより波長の長い光に変換することができる。つまり、本発明では、通常、Ｓｉ太陽電池等の太陽電池では有効利用できない紫外線等の短波長の光を、有効利用できる長波長の光に変換できるので、発電効率を高めることができるという顕著な効果を奏する。
【００１３】
また、本発明は、従来の様に、入力量子ドット及び出力量子ドットを調整する様な複雑な構成では無いので、その製造が容易であるという利点がある。
ここで、ナノ粒子とは、ナノレベル（例えば粒径１〜２０ｎｍ）の量子ドットの性質を有するものである。なお、原子のド・ブロイ波長に相当する大きさの粒状の構造を作ると、電子はその領域に閉じこめられ電子の状態密度は離散化されるが、３次元全ての方向から閉じ込めたものが、量子ドットである。
【００１４】
（２）請求項２の発明では、前記ナノ粒子の粒径は、１〜２０ｎｍの範囲であることを特徴とする。
ナノ粒子の粒径（直径）は、１〜２０ｎｍであり、量子ドットとしての性質を有する。
【００１５】
また、後述する様に、ナノ粒子の粒径と吸収する光の波長とに相関関係があることは知られており、ナノ粒子の粒径を制御することにより、吸収する光の波長を設定することが可能である。
【００１６】
具体的には、ナノ粒子の粒径を１〜２０ｎｍとすることにより、吸収する光の波長を紫外線等の短波長（例えば５００ｎｍ未満）に設定することが可能である。
（３）請求項３の発明では、前記波長変換層により、波長５００ｎｍ未満の光を吸収し、吸収した光の波長以上の光に変換することを特徴とする。
【００１７】
本発明では、図３に示す様に、Ｓｉ太陽電池では利用し難い波長５００ｎｍ未満の光を吸収し、Ｓｉ太陽電池で利用し易い波長、例えば５００ｎｍ以上の光に変換するので、特にＳｉ太陽電池において、発電効率が向上するという利点がある。
【００１８】
（４）請求項４の発明では、前記ナノ粒子は、バンドギャップが２．４８ｅＶ以上の材料からなることを特徴とする。
本発明は、バルク結晶より高いバンドギャップを有するナノ粒子を用いることにより、吸収する光の波長を例えば５００ｎｍ未満の様に短くすることができる。
【００１９】
その理由は、量子効果により、サイズが小さくなるほどバンドギャップエネルギーが高くなるためである。
（５）請求項５の発明では、前記ナノ粒子は、無機材料からなることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、ナノ粒子の材料を例示したものである。
（６）請求項６の発明では、前記ナノ粒子は、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化亜鉛カドミウム（ＺｎＣｄＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）のいずれか１種からなることを特徴とする。
【００２１】
本発明は、ナノ粒子の材料として好ましいものを例示したものである。
（７）請求項７の発明では、前記ナノ粒子は、セレン化亜鉛硫化物（ＺｎＳｅＳ）の混晶、セレン化カドミウム硫化物（ＣｄＳｅＳ）の混晶、セレン化亜鉛カドミウム硫化物（ＺｎＣｄＳｅＳ）の混晶のいずれか１種からなることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、ナノ粒子の材料として好ましいものを例示したものである。
（８）請求項８の発明では、前記発光中心となる元素は、Ｍｎ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｃｕ、Ｔｂのいずれか１種であることを特徴とする。
【００２３】
本発明は、発光中心となる好ましい元素を例示したものである。これらの元素を用いることにより、長波長（例えば５００ｎｍ以上）の発光が可能であるので、特に太陽電池としてＳｉ太陽電池を用いる場合には、効率の良い発電が可能である。つまり、図３に示す様に、Ｓｉ太陽電池は、波長４００ｎｍ以上の光を効率よく電気に変換できるので、この長波長の発光が可能な元素を用いることにより、効率よく発電を行うことができる。
【００２４】
（９）請求項９の発明では、前記太陽電池は、その周囲を透光性を有する樹脂材料で封止されていることを特徴とする。
本発明では、太陽電池の周囲を透光性の樹脂材料で隙間無く封止することができる。
【００２５】
（１０）請求項１０の発明では、前記波長変換層の光の透過率は、波長５００ｎｍ以上の光においては９０％以上であることを特徴とする。
本発明では、波長変換層の光の透過率は、波長５００ｎｍ以上の光においては９０％以上であり、波長変換層にて長波長（例えば５００ｎｍ以上）に変換された光は、効率よく太陽電池に入力する。よって、発電効率が高いという利点がある。
【００２６】
特に、Ｓｉ太陽電池を用いる場合には、波長４００ｎｍ以上の光を効率よく電気に変換できるので、この長波長の光の透過率が高いことは、発電のために好ましいものである。
（１１）請求項１１の発明では、前記波長変換層を構成する基材は、透光性を有する樹脂又はガラスからなることを特徴とする。
【００２７】
本発明は、波長変換層を構成する基材（ナノ粒子を添加する基材）を例示したものである。
（１２）請求項１２の発明では、前記透光性を有する樹脂は、エチレン−酢酸ビニル重合体又はシリコーン樹脂であることを特徴とする。
【００２８】
本発明は、波長変換層を構成する透光性を有する樹脂を例示したものである。
（１３）請求項１３の発明では、前記波長変換層は、透光性を有するフィルム、プレート板、コーティング膜のいずれか１種であることを特徴とする。
【００２９】
本発明は、波長変換層を例示したものである。
（１４）請求項１４の発明では、前記保護板及び／又は波長変換層の平面方向における側端部は、平面方向に対して斜面となるように構成されていることを特徴とする。
【００３０】
本発明では、保護板や波長変換層の側端部が斜面とされているので、保護板や波長変換層内にて反射して側方に至る光が、効率よく太陽電池側に入射することができる。これにより、発電効率が高まるという利点がある。
【００３１】
（１５）請求項１５の発明では、前記斜面に、光の反射膜が形成されていることを特徴とする。
本発明では、保護板や波長変換層の側端部の斜面に反射膜が形成されているので、保護板や波長変換層内にて反射して側方に至る光が、効率よく太陽電池側に入射することができる。これにより、一層発電効率が高まるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】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２】実施例１の太陽電池モジュールの平面図である。
【図３】実施例１で用いる太陽電池の分光感度特性を示すグラフである。
【図４】（ａ）は実施例１の波長変換層の形成方法を示す説明図、（ｂ）は実施例２の波長変換層の形成方法を示す説明図、（ｃ）〜（ｅ）は他の波長変換層の形成方法を示す説明図である。
【図５】実施例１の波長変換層の形成方法を詳細に示す説明図である。
【図６】実施例１の太陽電池モジュールの製造手順を分解して示す説明図である。
【図７】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である。
【図８】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である。
【図９】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である。
【図１０】（ａ）は太陽電池モジュールの性能試験に用いる太陽電池モジュールの製造手順を示す説明図、（ｂ）はその太陽電池モジュールを破断して示す説明図、（ｃ）はその実験方法を示す説明図である。
【図１１】実験に用いる比較例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１２】実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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】
【００３４】
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１及び図２に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１は、平面形状が正方形で板状の部材であり、バックシート３の受光側（図１の上方）の表面に、透明な封止材層５内に封止された太陽電池７を備えるとともに、太陽電池７の受光側の表面に光の波長を変換する波長変換層９を備え、更に、波長変換層９の受光側の表面に透明な保護ガラス１１を備えたものである。
【００３５】
以下、各構成について説明する。
前記バックシート３は、例えば（ポリエチレンテレフタレートなどの）プラスチック系の板状の部材である。
【００３６】
前記封止材層５は、太陽電池７の下側の下封止材層１３と上側の上封止材層１５とからなり、例えば、エチレン−酢酸ビニル重合体又はシリコーン樹脂から構成されている。
前記太陽電池７は、平面形状が正方形であり、バンドギャップ１．１ｅＶのＳｉ単結晶太陽電池（Ｓｉ太陽電池）である。この太陽電池７は、図３に示す様な分光特性を有している。なお、各太陽電池７は、直列に接続されている。
【００３７】
前記保護ガラス１１は、例えば白板ガラスからなる透明な板材である。
前記波長変換層９は、親水性透明樹脂中に、例えばプルラン（グルコース多糖類）に、量子ドットであるナノ粒子が均一に分散されたシートであり、波長５００ｎｍ以上の光の９０％以上が透過可能な透光性を有している。
【００３８】
このナノ粒子は、直径がナノレベル（例えば１〜２０ｎｍ）で、その内部に発光中心となる元素（ドーパント）を含むものであり、５００ｎｍ未満の光を吸収して、それ以上の波長の光（例えば５００ｎｍ以上の光）を発光可能なものである。
【００３９】
つまり、ナノ粒子のバンドギャップ（具体的には粒径：直径）を規定することにより、所定の波長の光を吸収するとともに、所定の波長の光を発光できるように、発光中心となる元素（ドーパント）を含んでいる。
【００４０】
ここでは、例えば直径３ｎｍの例えばセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）からなるナノ粒子を用いるとともに、その内部には、発光中心となるドーパントとして、例えばＭｎが含まれている。これにより、波長４００ｎｍ以下の紫外線等の光を吸収して、５８５ｎｍ付近で発光することができる。なお、ナノ粒子を構成する材料（例えばＺｎＳｅ）のバルク結晶のバンドキャップは２．４８ｅＶ以上である。
【００４１】
なお、ナノ粒子としては、各種の無機材料を採用でき、前記セレン化亜鉛以外に、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化亜鉛カドミウム、硫化亜鉛、硫化カルシウム、さらに、セレン化亜鉛硫化物の混晶、セレン化カドミウム硫化物の混晶、セレン化亜鉛カドミウム硫化物の混晶などを採用できる。
また、発光中心となる元素としては、Ｍｎ以外に、発光波長に応じて、Ｅｕ（発光波長６９０ｎｍ）、Ｙｂ（発光波長９００ｎｍ）、Ｅｒ（発光波長１５００ｎｍ）、Ｃｕ（発光波長４５０ｎｍ）、Ｔｂ（発光波長５５０ｎｍ）などを採用できる。
【００４２】
なお、ナノ粒子の粒径を規定することにより、吸収する光の波長を設定できることは、例えば「L. E. Brus, J. Chem. Phys. Vol. 80, p.4403 (1984)」等に記載の様に、公知であり、以下に、ナノ粒子の粒径と吸収する光の波長との関係について簡単に説明する。
【００４３】
光学遷移エネルギー（Ｅ（Ｒ））とナノ粒子の粒子半径（Ｒ）との間には、下記式（１）の関係がある。
【００４４】
【数１】
【００４５】
Ｅｇ：バルク結晶におけるバンドギャップエネルギー
Ｒ ：粒子半径
μ ：電子・正孔の換算質量
ｈ ：プランク定数
ε ：誘電率
ｅ ：電気素量
つまり、この式（１）から、粒子半径Ｒとそのナノ粒子における光学遷移エネルギーＥ（Ｒ）が決まる。エネルギーと波長の関係式は、Ｅ＝１２４０／λで与えられる。ただし、Ｅの単位はｅＶ（電子ボルト）、波長λの単位はｎｍ（ナノメートル）である。
【００４６】
ｂ）次に、本実施例の太陽電池モジュール１の製造方法を説明する。
・まず、波長変換層９を形成するためのフィルムの製造方法について説明する。
＜ナノ粒子溶液の合成＞
まず、図４（ａ）に示す様に、Ｚｎイオン源とＳｅイオン源とＭｎイオン源とを用いて、ＭｎをドーピングしたＺｎＳｅナノ粒子を、水熱合成法で作製する。
【００４７】
詳しくは、図５に示す様に、まず、Ｚｎイオン源と有機系配位子（ＮアセチルＬシステイン：ＮＡＣ）を、モル比で１：５（詳しくは４．８）に配合した溶液（１）を作製する。
【００４８】
次に、Ｍｎイオン源と有機系配位子を、モル比で１：１に配合した溶液（２）を作製する。
次に、溶液（１）と溶液（２）を、９９：１で、ｐＨ１．５〜２の間に保ちながら、混合して、Ｍｎ濃度１％の溶液（３）を作る。
【００４９】
次に、この溶液（３）に、ＮａＯＨを添加して、ｐＨ８．５としての溶液（４）をつくる。
次に、この溶液（４）に、Ｓｅイオン源を加え、ＺｎＭｎＳｅのプリサーカー溶液（５）をつくる。なお、この溶液（５）のｐＨは、ｐＨ１０．５程度にすることが好ましい。また、Ｚｎ：Ｓｅのモル比は、ＺｎＳｅナノ粒子作製時と同じ、１：０．６である。
【００５０】
次に、この溶液（５）１０ミリリットルを、オートクレーブ反応容器に入れ、２００℃、２気圧に保持し、数分から３０分程度加熱することにより、直径数ｎｍ〜８ｎｍ程度のＺｎＳｅ：Ｍｎナノ粒子を合成する。
【００５１】
なお、ナノ粒子の粒径を、例えば１〜２０ｎｍの範囲に調節する場合には、加熱時間によって制御すればよい。
＜バインダ混合＞
次に、前記図４（ａ）に示す様に、上述の様に合成されたナノ粒子溶液に、バインダとして親水性透明樹脂、例えばプルラン（グルコース多糖類）を、ナノ粒子：親水性透明樹脂＝１：１の割合となる様に混合して、ペースト状の混合樹脂材料を作製する。ここでは、ナノ粒子が親水性のため、親水性樹脂のバインダを採用したが、ナノ粒子が疎水性ならば、疎水性樹脂のバインダ、例えば、シリコーン樹脂などを採用するのが好ましい。
【００５２】
＜印刷によるフィルム化＞
次に、同図に示す様に、前記混合樹脂材料を用いて基台２１上にスクリーン印刷を行って、印刷層２３を形成し、その印刷層２３を乾燥して、ナノ粒子を含む（波長変換層９を形成する）フィルム２５を完成した。
【００５３】
・次に、前記フィルム２５等を用いた太陽電池モジュール１の製造方法について説明する。
図６に示す様に、下側より、バックシート３、下封止材層１３、太陽電池７、上封止材層１５、（波長変換層９の）フィルム２５、保護ガラス１１を積層して配置し、高温プレスを行い、熱硬化封止を行って、太陽電池モジュール１を完成する。
【００５４】
ｃ）次に、本実施例による作用効果について説明する。
本実施例の太陽電池モジュール１では、前記図１の上方から入射した光（太陽光）は、保護ガラス１１を介して波長変換層９に入射する。この波長変換層９に入射した光のうち、波長４００ｎｍ以下の光（紫外線）は、ナノ粒子に吸収され、波長５８５ｎｍ付近の光に変換される。そして、波長変換された光は封止材層７を介して太陽電池７に入射する。また、波長変換されない光は、そのまま太陽電池７に入射する。
【００５５】
つまり、本実施例では、波長変換層９によって、紫外線等の短波長の光が、太陽電池７で効率的に利用できる長波長の光に変換されるので、光の有効利用ができ、発電効率が高いという顕著な効果を奏する。
【００５６】
また、波長変換層９自身の光の透過率も高いので、具体的には、波長５００ｎｍ以上の光の透過率が９０％以上であるので、波長変換された光が効率的に太陽電池７に入射し、よって、その点からも発電効率が高いという利点がある。
【００５７】
更に、本実施例の太陽電池モジュール１は、高い発電効率を有するとともに、その製造が容易であるという利点がある。
なお、本実施例以外に、ナノ粒子として、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化亜鉛カドミウム、硫化亜鉛、硫化カルシウム、セレン化亜鉛硫化物の混晶、セレン化カドミウム硫化物の混晶、セレン化亜鉛カドミウム硫化物の混晶のいずれか１種を採用するとともに、発光中心となる元素として、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｃｕ、Ｔｂのいずれか１種を採用した波長変換層を備えた太陽電池モジュールでも、同様な効果を得られる。
【実施例２】
【００５８】
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図７に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール３１は、下側から、バックシート３３と、封止材層３５と、太陽電池３７と、波長変換層３９と、保護ガラス４１とが積層されたものである。
【００５９】
特に、本実施例では、波長変換層３９は、波長変換材料と封止材料とからなる。
この波長変換層３９を形成する場合には、例えばエチレン−酢酸ビニル重合体又はシリコーン樹脂からなるペースト状の封止材料中に、前記実施例１と同様な（ナノ粒子を含む）混合樹脂材料を入れて複合材料を作製し、この複合材料を、例えば（太陽電池７の表面を含む）封止材層３５の表面に塗布し（後に波長変換層３９となる）複合材料層を作製する。或いは、保護ガラス４１の表面に塗布して同様な複合材料層を形成する。
【００６０】
そして、この複合材料層や各部材を、前記実施例１と同様に積層して、高温プレスして、（波長変換層３９を形成するとともに）太陽電池モジュール３１を完成する。
本実施例は、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、太陽電池３７の表面などに複合材料を塗布するので、太陽電池３７の表面やその周囲に隙間ができにくいという利点がある。
【実施例３】
【００６１】
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図８に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール５１は、下側から、バックシート５３と、下封止材層５５と、太陽電池５７と、上封止材層５９と、波長変換層６１と、保護ガラス６３とが積層されたものである。
【００６２】
特に、本実施例では、波長変換層６１は、前記図４（ｂ）に示す様に、保護ガラス６３の表面に、前記ナノ粒子を含む混合樹脂材料を滴下し、保護ガラス６３を回転させることによりスピンコートし、その後乾燥したものである。
【００６３】
なお、他の方法として、図４（ｄ）に示す様に、混合樹脂材料に用いるバインダとしてゾルゲルガラスを用い、その混合樹脂材料を保護ガラス６３の表面に塗布して硬化させてコーティングする方法を採用できる。
【００６４】
本実施例は、前記実施例１と同様な効果を奏する。
【実施例４】
【００６５】
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図９に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール７１は、下側から、バックシート７３と、下封止材層７５と、太陽電池７７と、上封止材層７９と、波長変換層８１と、保護ガラス８３とが積層されたものである。
【００６６】
特に、本実施例では、波長変換層８１及び保護ガラス８３の外周側の側面は、波長変換層８１及び保護ガラス８３内で反射して側面に至る光が太陽電池７７側に反射する様に、斜め（例えば平面方向に対して４５〜６０°傾斜する範囲）にカットされており、その斜面には、光を反射する反射層８５が形成されている。
【００６７】
この反射層８５は、金属の反射テープにより構成されている。なお、反射層８５としては、例えばアルミニウムからなる光を反射する薄膜の反射膜を、例えば蒸着やスパッタにより形成してもよい。
【００６８】
本実施例は、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、波長変換層８１及び保護ガラス８３の側面に斜めの反射層８５が形成されているので、波長変換層８１及び保護ガラス８３内にて反射して側方に至る光が、効率よく太陽電池７７に入射するという利点がある。
【００６９】
＜実験例＞
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
本実験例では、本発明品として、図１０（ａ）、（ｂ）に示す太陽電池モジュール９１を１０個作製した。この太陽電池モジュール９１は、太陽電池（Ｓｉ太陽電池）９３とその受光側の構造とを、透明なシリコーン樹脂からなる接着層９４によって貼り合わせたものである。
【００７０】
詳しくは、太陽電池モジュール９１は、下側より、太陽電池９３、接着層９４、白板ガラス９５、ナノ粒子を含む波長変換層９７、保護ガラス９８、光の反射を防止する反射防止層９９を備えるとともに、斜めに傾斜した側面に反射テープ１０１を貼り付けたものである。
【００７１】
そして、図１０（ｃ）に示す様に、この太陽電池モジュール９１に対して、およそ３ ０〜３５ｃｍの間隔をあけて、白色灯によって１００ｍＷ／ｃｍ2の光源で光を照射し た。そして、その時に太陽電池９３によって発生する電流及び電圧から、太陽電池９３ の出力を求めた。その結果を図１２に示す。
【００７２】
また、図１１（ａ）に示す様に、本発明の範囲外の比較例１の太陽電池モジュール１１１を１０個作製した。この太陽電池モジュール１１１は、太陽電池１１３の上に、透明なシリコーン接着剤（接着層）１１５を用いて白板ガラス１１７を貼り付け、この白板ガラス１１７の表面に反射防止層１１９を形成するとともに、斜めの側面に反射テープ１２１を貼り付けたものである。
【００７３】
そして、この太陽電池モジュール１１１を用いて、前記本発明品と同様にて太陽電池１１３の出力を求めた。その結果を同じく図１２に示す。
更に、図１１（ｂ）に示す様に、本発明の範囲外の比較例２の太陽電池モジュール１３１を５個作製した。この太陽電池モジュール１３１は、太陽電池１３３の上に、透明なシリコーン接着剤（接着層）１３５を用いて白板ガラス１３７を貼り付け、この白板ガラス１３７の表面に透明な樹脂からなるバインダ層１３９を介して保護ガラス１４０を貼り合わせ、その上に反射防止層１４１を積層するとともに、斜めの側面に反射テープ１４３を貼り付けたものである。
【００７４】
そして、この太陽電池モジュール１３１を用いて、前記本発明品と同様にて太陽電池１３３の出力を求めた。その結果を同じく図１２に示す。
図１２から明らかな様に、本発明品の太陽電池モジュール９１は、太陽電池出力が約１５３０ｍＷと高いものであったが、比較例１の太陽電池モジュール１１１は、太陽電池出力が約１４８５ｍＷと低く、また、比較例２の太陽電池モジュール１３１は、太陽電池出力が約１４５５ｍＷと低く好ましくない。
【００７５】
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。
（１）例えば、前記実施例１〜４の太陽電池モジュールの保護ガラスの表面に、例えば無機多層膜や表面粗度からなる反射防止層を設けてもよい。
【００７６】
（２）また、波長変換層の形成方法としては、前記図４（ｃ）に示す様に、ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ法を採用できる。この方法は、ロールで巻き付けられるシートに、波長変換層となる材料をスプレイによって噴霧してシートに塗布し、シート上に波長変換層を形成するものである。
【００７７】
（３）更に、前記図４（ｅ）に示す様に、保護ガラスの上に波長変換層を形成するとともに、この波長変換層の上に薄い保護ガラスを形成してもよい。
（４）例えば太陽光以外の光も利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１、３１、５１、７１、９１、１１１、１３１…太陽電池モジュール
３、３３、５３、７３…バックシート
５、１３、１５、３５、５５、５９、７５、７９…封止材層
７、３７、５７、７７、９３、１１３、１３３…太陽電池
９、３９、６１、８１、９７…波長変換層
１１、４１、６３、８３、９８、１４０…保護ガラス
８５、１０１、１２１、１４３…反射層（反射テープ）
９９、１１９、１４１…反射防止層
【技術分野】
【０００１】
この発明は、太陽電池の発電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】
従来、太陽電池モジュールとして、バックシートと保護ガラスの間に太陽電池を挟み、太陽電池を封止材で封止した構造のものが知られている。
この種の太陽電池モジュールにおいては、紫外線も発電に有効に利用したいという要望があり、そのため、近年では、紫外線スペクトル域までの光エネルギーを有効に利用する目的で、保護ガラスとバックシートとの間に、エチレン−酢酸ビニル共重合体からなる封止層を設け、この封止層内に太陽電池を配置した技術が提案されている。この技術では、波長３６０ｎｍにおける光透過率を４０％以上とすることにより、発電効率が向上し、３６０ｎｍにおける光透過率を７０％以下にすることにより、紫外線による封止材の劣化を防ぐことができる（特許文献１参照）。
【０００３】
また、これとは別に、有機材料からなる太陽電池は、紫外線によって劣化するという問題がある。この対策として、紫外線をカットして、耐光性を向上するだけではなく、エネルギー効率の高い帯域に発光する光変換膜を用いることで、発電効率を改善する技術が提案されている。具体的には、光変換膜の蛍光体の材料として、光吸収波長＜３７０ｎｍに相当するＥｇ＜３．３５ｅＶを条件として、ＺｎＳｅやＣｄＳなどを用い、発光波長は、結晶欠陥による発光の波長としている（特許文献２参照）。
【０００４】
更に、近年では、短波長の光を有効に利用するために、太陽電池の入力側に、波長変換層を配置するとともに、共鳴エネルギーによって発光させるために、波長変換層に入力量子ドットと出力量子ドットを含む構成が提案されている（特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３５６１０号公報
【特許文献２】特開平１１−３４５９９３号公報
【特許文献３】特開２００９−２２３３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献１の技術では、市場で一般的に使用されるＳｉ結晶太陽電池（以下Ｓｉ太陽電池と記す）の場合には、波長３６０ｎｍの発電効率が非常に低いため、紫外線の透過率を上げても、発電効率の向上はそれほど期待できないという問題がある。
【０００７】
また、前記特許文献２の技術では、光変換膜として無機薄膜を使用するので、バンドギャップが固定のため、吸収波長を正確に合わせることができない。また、発光起点が、無機薄膜成型時に生成した多数の欠陥であるため、エネルギー変換効率が悪く、輝度は低いという問題がある。更に、ＺｎＳｅやＣｄＳは、薄膜では発光させるのが難しいという問題がある。その理由は、内部の欠陥が、無機発光化し、熱として損失するためである。従って、紫外線による有機劣化の防止機能はあるが、太陽電池の発電効率の向上への寄与は殆ど期待できない。
【０００８】
更に、前記特許文献３の技術では、量子ドットによって波長変換しているが、その際には、入力量子ドットと出力量子ドットを両方ドープする必要がある。この２種類の量子ドットの場合、共鳴によってエネルギーを伝播させる必要があるので、数ｎｍの間隔で均一に分散させないと、十分にエネルギーの伝播が起きない。従って、原料コストのアップや、製造の難しさがあり、実用化するのは難しい。
【０００９】
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、容易に製造できるとともに、発電効率が優れた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】
【００１０】
（１）請求項１の発明は、太陽電池と該太陽電池の受光面側に配置された透光性を有する保護板とを備えた太陽電池モジュールにおいて、前記太陽電池と前記保護板との間に、光の波長を変換する波長変換層を備え、且つ、該波長変換層には、所定の波長を吸収するナノ粒子が分散して配置されるとともに、該ナノ粒子には、前記吸収される波長より長波長の光を発光する発光中心となる元素を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明では、波長変換層には、（所定の波長を吸収する）ナノ粒子が分散して配置され、且つ、ナノ粒子には（吸収される波長より長波長の光を発光する）発光中心となる元素を含んでいる。
【００１２】
従って、この波長変換層に光が入射した場合には、波長の短い例えば紫外線などの光を、（発光中心の元素の種類に対応した）それより波長の長い光に変換することができる。つまり、本発明では、通常、Ｓｉ太陽電池等の太陽電池では有効利用できない紫外線等の短波長の光を、有効利用できる長波長の光に変換できるので、発電効率を高めることができるという顕著な効果を奏する。
【００１３】
また、本発明は、従来の様に、入力量子ドット及び出力量子ドットを調整する様な複雑な構成では無いので、その製造が容易であるという利点がある。
ここで、ナノ粒子とは、ナノレベル（例えば粒径１〜２０ｎｍ）の量子ドットの性質を有するものである。なお、原子のド・ブロイ波長に相当する大きさの粒状の構造を作ると、電子はその領域に閉じこめられ電子の状態密度は離散化されるが、３次元全ての方向から閉じ込めたものが、量子ドットである。
【００１４】
（２）請求項２の発明では、前記ナノ粒子の粒径は、１〜２０ｎｍの範囲であることを特徴とする。
ナノ粒子の粒径（直径）は、１〜２０ｎｍであり、量子ドットとしての性質を有する。
【００１５】
また、後述する様に、ナノ粒子の粒径と吸収する光の波長とに相関関係があることは知られており、ナノ粒子の粒径を制御することにより、吸収する光の波長を設定することが可能である。
【００１６】
具体的には、ナノ粒子の粒径を１〜２０ｎｍとすることにより、吸収する光の波長を紫外線等の短波長（例えば５００ｎｍ未満）に設定することが可能である。
（３）請求項３の発明では、前記波長変換層により、波長５００ｎｍ未満の光を吸収し、吸収した光の波長以上の光に変換することを特徴とする。
【００１７】
本発明では、図３に示す様に、Ｓｉ太陽電池では利用し難い波長５００ｎｍ未満の光を吸収し、Ｓｉ太陽電池で利用し易い波長、例えば５００ｎｍ以上の光に変換するので、特にＳｉ太陽電池において、発電効率が向上するという利点がある。
【００１８】
（４）請求項４の発明では、前記ナノ粒子は、バンドギャップが２．４８ｅＶ以上の材料からなることを特徴とする。
本発明は、バルク結晶より高いバンドギャップを有するナノ粒子を用いることにより、吸収する光の波長を例えば５００ｎｍ未満の様に短くすることができる。
【００１９】
その理由は、量子効果により、サイズが小さくなるほどバンドギャップエネルギーが高くなるためである。
（５）請求項５の発明では、前記ナノ粒子は、無機材料からなることを特徴とする。
【００２０】
本発明は、ナノ粒子の材料を例示したものである。
（６）請求項６の発明では、前記ナノ粒子は、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、セレン化カドミウム（ＣｄＳｅ）、硫化カドミウム（ＣｄＳ）、セレン化亜鉛カドミウム（ＺｎＣｄＳｅ）、硫化亜鉛（ＺｎＳ）、硫化カルシウム（ＣａＳ）のいずれか１種からなることを特徴とする。
【００２１】
本発明は、ナノ粒子の材料として好ましいものを例示したものである。
（７）請求項７の発明では、前記ナノ粒子は、セレン化亜鉛硫化物（ＺｎＳｅＳ）の混晶、セレン化カドミウム硫化物（ＣｄＳｅＳ）の混晶、セレン化亜鉛カドミウム硫化物（ＺｎＣｄＳｅＳ）の混晶のいずれか１種からなることを特徴とする。
【００２２】
本発明は、ナノ粒子の材料として好ましいものを例示したものである。
（８）請求項８の発明では、前記発光中心となる元素は、Ｍｎ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｃｕ、Ｔｂのいずれか１種であることを特徴とする。
【００２３】
本発明は、発光中心となる好ましい元素を例示したものである。これらの元素を用いることにより、長波長（例えば５００ｎｍ以上）の発光が可能であるので、特に太陽電池としてＳｉ太陽電池を用いる場合には、効率の良い発電が可能である。つまり、図３に示す様に、Ｓｉ太陽電池は、波長４００ｎｍ以上の光を効率よく電気に変換できるので、この長波長の発光が可能な元素を用いることにより、効率よく発電を行うことができる。
【００２４】
（９）請求項９の発明では、前記太陽電池は、その周囲を透光性を有する樹脂材料で封止されていることを特徴とする。
本発明では、太陽電池の周囲を透光性の樹脂材料で隙間無く封止することができる。
【００２５】
（１０）請求項１０の発明では、前記波長変換層の光の透過率は、波長５００ｎｍ以上の光においては９０％以上であることを特徴とする。
本発明では、波長変換層の光の透過率は、波長５００ｎｍ以上の光においては９０％以上であり、波長変換層にて長波長（例えば５００ｎｍ以上）に変換された光は、効率よく太陽電池に入力する。よって、発電効率が高いという利点がある。
【００２６】
特に、Ｓｉ太陽電池を用いる場合には、波長４００ｎｍ以上の光を効率よく電気に変換できるので、この長波長の光の透過率が高いことは、発電のために好ましいものである。
（１１）請求項１１の発明では、前記波長変換層を構成する基材は、透光性を有する樹脂又はガラスからなることを特徴とする。
【００２７】
本発明は、波長変換層を構成する基材（ナノ粒子を添加する基材）を例示したものである。
（１２）請求項１２の発明では、前記透光性を有する樹脂は、エチレン−酢酸ビニル重合体又はシリコーン樹脂であることを特徴とする。
【００２８】
本発明は、波長変換層を構成する透光性を有する樹脂を例示したものである。
（１３）請求項１３の発明では、前記波長変換層は、透光性を有するフィルム、プレート板、コーティング膜のいずれか１種であることを特徴とする。
【００２９】
本発明は、波長変換層を例示したものである。
（１４）請求項１４の発明では、前記保護板及び／又は波長変換層の平面方向における側端部は、平面方向に対して斜面となるように構成されていることを特徴とする。
【００３０】
本発明では、保護板や波長変換層の側端部が斜面とされているので、保護板や波長変換層内にて反射して側方に至る光が、効率よく太陽電池側に入射することができる。これにより、発電効率が高まるという利点がある。
【００３１】
（１５）請求項１５の発明では、前記斜面に、光の反射膜が形成されていることを特徴とする。
本発明では、保護板や波長変換層の側端部の斜面に反射膜が形成されているので、保護板や波長変換層内にて反射して側方に至る光が、効率よく太陽電池側に入射することができる。これにより、一層発電効率が高まるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】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２】実施例１の太陽電池モジュールの平面図である。
【図３】実施例１で用いる太陽電池の分光感度特性を示すグラフである。
【図４】（ａ）は実施例１の波長変換層の形成方法を示す説明図、（ｂ）は実施例２の波長変換層の形成方法を示す説明図、（ｃ）〜（ｅ）は他の波長変換層の形成方法を示す説明図である。
【図５】実施例１の波長変換層の形成方法を詳細に示す説明図である。
【図６】実施例１の太陽電池モジュールの製造手順を分解して示す説明図である。
【図７】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である。
【図８】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である。
【図９】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である。
【図１０】（ａ）は太陽電池モジュールの性能試験に用いる太陽電池モジュールの製造手順を示す説明図、（ｂ）はその太陽電池モジュールを破断して示す説明図、（ｃ）はその実験方法を示す説明図である。
【図１１】実験に用いる比較例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１２】実験結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
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】
【００３４】
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１及び図２に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１は、平面形状が正方形で板状の部材であり、バックシート３の受光側（図１の上方）の表面に、透明な封止材層５内に封止された太陽電池７を備えるとともに、太陽電池７の受光側の表面に光の波長を変換する波長変換層９を備え、更に、波長変換層９の受光側の表面に透明な保護ガラス１１を備えたものである。
【００３５】
以下、各構成について説明する。
前記バックシート３は、例えば（ポリエチレンテレフタレートなどの）プラスチック系の板状の部材である。
【００３６】
前記封止材層５は、太陽電池７の下側の下封止材層１３と上側の上封止材層１５とからなり、例えば、エチレン−酢酸ビニル重合体又はシリコーン樹脂から構成されている。
前記太陽電池７は、平面形状が正方形であり、バンドギャップ１．１ｅＶのＳｉ単結晶太陽電池（Ｓｉ太陽電池）である。この太陽電池７は、図３に示す様な分光特性を有している。なお、各太陽電池７は、直列に接続されている。
【００３７】
前記保護ガラス１１は、例えば白板ガラスからなる透明な板材である。
前記波長変換層９は、親水性透明樹脂中に、例えばプルラン（グルコース多糖類）に、量子ドットであるナノ粒子が均一に分散されたシートであり、波長５００ｎｍ以上の光の９０％以上が透過可能な透光性を有している。
【００３８】
このナノ粒子は、直径がナノレベル（例えば１〜２０ｎｍ）で、その内部に発光中心となる元素（ドーパント）を含むものであり、５００ｎｍ未満の光を吸収して、それ以上の波長の光（例えば５００ｎｍ以上の光）を発光可能なものである。
【００３９】
つまり、ナノ粒子のバンドギャップ（具体的には粒径：直径）を規定することにより、所定の波長の光を吸収するとともに、所定の波長の光を発光できるように、発光中心となる元素（ドーパント）を含んでいる。
【００４０】
ここでは、例えば直径３ｎｍの例えばセレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）からなるナノ粒子を用いるとともに、その内部には、発光中心となるドーパントとして、例えばＭｎが含まれている。これにより、波長４００ｎｍ以下の紫外線等の光を吸収して、５８５ｎｍ付近で発光することができる。なお、ナノ粒子を構成する材料（例えばＺｎＳｅ）のバルク結晶のバンドキャップは２．４８ｅＶ以上である。
【００４１】
なお、ナノ粒子としては、各種の無機材料を採用でき、前記セレン化亜鉛以外に、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化亜鉛カドミウム、硫化亜鉛、硫化カルシウム、さらに、セレン化亜鉛硫化物の混晶、セレン化カドミウム硫化物の混晶、セレン化亜鉛カドミウム硫化物の混晶などを採用できる。
また、発光中心となる元素としては、Ｍｎ以外に、発光波長に応じて、Ｅｕ（発光波長６９０ｎｍ）、Ｙｂ（発光波長９００ｎｍ）、Ｅｒ（発光波長１５００ｎｍ）、Ｃｕ（発光波長４５０ｎｍ）、Ｔｂ（発光波長５５０ｎｍ）などを採用できる。
【００４２】
なお、ナノ粒子の粒径を規定することにより、吸収する光の波長を設定できることは、例えば「L. E. Brus, J. Chem. Phys. Vol. 80, p.4403 (1984)」等に記載の様に、公知であり、以下に、ナノ粒子の粒径と吸収する光の波長との関係について簡単に説明する。
【００４３】
光学遷移エネルギー（Ｅ（Ｒ））とナノ粒子の粒子半径（Ｒ）との間には、下記式（１）の関係がある。
【００４４】
【数１】
【００４５】
Ｅｇ：バルク結晶におけるバンドギャップエネルギー
Ｒ ：粒子半径
μ ：電子・正孔の換算質量
ｈ ：プランク定数
ε ：誘電率
ｅ ：電気素量
つまり、この式（１）から、粒子半径Ｒとそのナノ粒子における光学遷移エネルギーＥ（Ｒ）が決まる。エネルギーと波長の関係式は、Ｅ＝１２４０／λで与えられる。ただし、Ｅの単位はｅＶ（電子ボルト）、波長λの単位はｎｍ（ナノメートル）である。
【００４６】
ｂ）次に、本実施例の太陽電池モジュール１の製造方法を説明する。
・まず、波長変換層９を形成するためのフィルムの製造方法について説明する。
＜ナノ粒子溶液の合成＞
まず、図４（ａ）に示す様に、Ｚｎイオン源とＳｅイオン源とＭｎイオン源とを用いて、ＭｎをドーピングしたＺｎＳｅナノ粒子を、水熱合成法で作製する。
【００４７】
詳しくは、図５に示す様に、まず、Ｚｎイオン源と有機系配位子（ＮアセチルＬシステイン：ＮＡＣ）を、モル比で１：５（詳しくは４．８）に配合した溶液（１）を作製する。
【００４８】
次に、Ｍｎイオン源と有機系配位子を、モル比で１：１に配合した溶液（２）を作製する。
次に、溶液（１）と溶液（２）を、９９：１で、ｐＨ１．５〜２の間に保ちながら、混合して、Ｍｎ濃度１％の溶液（３）を作る。
【００４９】
次に、この溶液（３）に、ＮａＯＨを添加して、ｐＨ８．５としての溶液（４）をつくる。
次に、この溶液（４）に、Ｓｅイオン源を加え、ＺｎＭｎＳｅのプリサーカー溶液（５）をつくる。なお、この溶液（５）のｐＨは、ｐＨ１０．５程度にすることが好ましい。また、Ｚｎ：Ｓｅのモル比は、ＺｎＳｅナノ粒子作製時と同じ、１：０．６である。
【００５０】
次に、この溶液（５）１０ミリリットルを、オートクレーブ反応容器に入れ、２００℃、２気圧に保持し、数分から３０分程度加熱することにより、直径数ｎｍ〜８ｎｍ程度のＺｎＳｅ：Ｍｎナノ粒子を合成する。
【００５１】
なお、ナノ粒子の粒径を、例えば１〜２０ｎｍの範囲に調節する場合には、加熱時間によって制御すればよい。
＜バインダ混合＞
次に、前記図４（ａ）に示す様に、上述の様に合成されたナノ粒子溶液に、バインダとして親水性透明樹脂、例えばプルラン（グルコース多糖類）を、ナノ粒子：親水性透明樹脂＝１：１の割合となる様に混合して、ペースト状の混合樹脂材料を作製する。ここでは、ナノ粒子が親水性のため、親水性樹脂のバインダを採用したが、ナノ粒子が疎水性ならば、疎水性樹脂のバインダ、例えば、シリコーン樹脂などを採用するのが好ましい。
【００５２】
＜印刷によるフィルム化＞
次に、同図に示す様に、前記混合樹脂材料を用いて基台２１上にスクリーン印刷を行って、印刷層２３を形成し、その印刷層２３を乾燥して、ナノ粒子を含む（波長変換層９を形成する）フィルム２５を完成した。
【００５３】
・次に、前記フィルム２５等を用いた太陽電池モジュール１の製造方法について説明する。
図６に示す様に、下側より、バックシート３、下封止材層１３、太陽電池７、上封止材層１５、（波長変換層９の）フィルム２５、保護ガラス１１を積層して配置し、高温プレスを行い、熱硬化封止を行って、太陽電池モジュール１を完成する。
【００５４】
ｃ）次に、本実施例による作用効果について説明する。
本実施例の太陽電池モジュール１では、前記図１の上方から入射した光（太陽光）は、保護ガラス１１を介して波長変換層９に入射する。この波長変換層９に入射した光のうち、波長４００ｎｍ以下の光（紫外線）は、ナノ粒子に吸収され、波長５８５ｎｍ付近の光に変換される。そして、波長変換された光は封止材層７を介して太陽電池７に入射する。また、波長変換されない光は、そのまま太陽電池７に入射する。
【００５５】
つまり、本実施例では、波長変換層９によって、紫外線等の短波長の光が、太陽電池７で効率的に利用できる長波長の光に変換されるので、光の有効利用ができ、発電効率が高いという顕著な効果を奏する。
【００５６】
また、波長変換層９自身の光の透過率も高いので、具体的には、波長５００ｎｍ以上の光の透過率が９０％以上であるので、波長変換された光が効率的に太陽電池７に入射し、よって、その点からも発電効率が高いという利点がある。
【００５７】
更に、本実施例の太陽電池モジュール１は、高い発電効率を有するとともに、その製造が容易であるという利点がある。
なお、本実施例以外に、ナノ粒子として、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化亜鉛カドミウム、硫化亜鉛、硫化カルシウム、セレン化亜鉛硫化物の混晶、セレン化カドミウム硫化物の混晶、セレン化亜鉛カドミウム硫化物の混晶のいずれか１種を採用するとともに、発光中心となる元素として、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｃｕ、Ｔｂのいずれか１種を採用した波長変換層を備えた太陽電池モジュールでも、同様な効果を得られる。
【実施例２】
【００５８】
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図７に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール３１は、下側から、バックシート３３と、封止材層３５と、太陽電池３７と、波長変換層３９と、保護ガラス４１とが積層されたものである。
【００５９】
特に、本実施例では、波長変換層３９は、波長変換材料と封止材料とからなる。
この波長変換層３９を形成する場合には、例えばエチレン−酢酸ビニル重合体又はシリコーン樹脂からなるペースト状の封止材料中に、前記実施例１と同様な（ナノ粒子を含む）混合樹脂材料を入れて複合材料を作製し、この複合材料を、例えば（太陽電池７の表面を含む）封止材層３５の表面に塗布し（後に波長変換層３９となる）複合材料層を作製する。或いは、保護ガラス４１の表面に塗布して同様な複合材料層を形成する。
【００６０】
そして、この複合材料層や各部材を、前記実施例１と同様に積層して、高温プレスして、（波長変換層３９を形成するとともに）太陽電池モジュール３１を完成する。
本実施例は、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、太陽電池３７の表面などに複合材料を塗布するので、太陽電池３７の表面やその周囲に隙間ができにくいという利点がある。
【実施例３】
【００６１】
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図８に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール５１は、下側から、バックシート５３と、下封止材層５５と、太陽電池５７と、上封止材層５９と、波長変換層６１と、保護ガラス６３とが積層されたものである。
【００６２】
特に、本実施例では、波長変換層６１は、前記図４（ｂ）に示す様に、保護ガラス６３の表面に、前記ナノ粒子を含む混合樹脂材料を滴下し、保護ガラス６３を回転させることによりスピンコートし、その後乾燥したものである。
【００６３】
なお、他の方法として、図４（ｄ）に示す様に、混合樹脂材料に用いるバインダとしてゾルゲルガラスを用い、その混合樹脂材料を保護ガラス６３の表面に塗布して硬化させてコーティングする方法を採用できる。
【００６４】
本実施例は、前記実施例１と同様な効果を奏する。
【実施例４】
【００６５】
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図９に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール７１は、下側から、バックシート７３と、下封止材層７５と、太陽電池７７と、上封止材層７９と、波長変換層８１と、保護ガラス８３とが積層されたものである。
【００６６】
特に、本実施例では、波長変換層８１及び保護ガラス８３の外周側の側面は、波長変換層８１及び保護ガラス８３内で反射して側面に至る光が太陽電池７７側に反射する様に、斜め（例えば平面方向に対して４５〜６０°傾斜する範囲）にカットされており、その斜面には、光を反射する反射層８５が形成されている。
【００６７】
この反射層８５は、金属の反射テープにより構成されている。なお、反射層８５としては、例えばアルミニウムからなる光を反射する薄膜の反射膜を、例えば蒸着やスパッタにより形成してもよい。
【００６８】
本実施例は、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、波長変換層８１及び保護ガラス８３の側面に斜めの反射層８５が形成されているので、波長変換層８１及び保護ガラス８３内にて反射して側方に至る光が、効率よく太陽電池７７に入射するという利点がある。
【００６９】
＜実験例＞
次に、本発明の効果を確認するために行った実験例について説明する。
本実験例では、本発明品として、図１０（ａ）、（ｂ）に示す太陽電池モジュール９１を１０個作製した。この太陽電池モジュール９１は、太陽電池（Ｓｉ太陽電池）９３とその受光側の構造とを、透明なシリコーン樹脂からなる接着層９４によって貼り合わせたものである。
【００７０】
詳しくは、太陽電池モジュール９１は、下側より、太陽電池９３、接着層９４、白板ガラス９５、ナノ粒子を含む波長変換層９７、保護ガラス９８、光の反射を防止する反射防止層９９を備えるとともに、斜めに傾斜した側面に反射テープ１０１を貼り付けたものである。
【００７１】
そして、図１０（ｃ）に示す様に、この太陽電池モジュール９１に対して、およそ３ ０〜３５ｃｍの間隔をあけて、白色灯によって１００ｍＷ／ｃｍ2の光源で光を照射し た。そして、その時に太陽電池９３によって発生する電流及び電圧から、太陽電池９３ の出力を求めた。その結果を図１２に示す。
【００７２】
また、図１１（ａ）に示す様に、本発明の範囲外の比較例１の太陽電池モジュール１１１を１０個作製した。この太陽電池モジュール１１１は、太陽電池１１３の上に、透明なシリコーン接着剤（接着層）１１５を用いて白板ガラス１１７を貼り付け、この白板ガラス１１７の表面に反射防止層１１９を形成するとともに、斜めの側面に反射テープ１２１を貼り付けたものである。
【００７３】
そして、この太陽電池モジュール１１１を用いて、前記本発明品と同様にて太陽電池１１３の出力を求めた。その結果を同じく図１２に示す。
更に、図１１（ｂ）に示す様に、本発明の範囲外の比較例２の太陽電池モジュール１３１を５個作製した。この太陽電池モジュール１３１は、太陽電池１３３の上に、透明なシリコーン接着剤（接着層）１３５を用いて白板ガラス１３７を貼り付け、この白板ガラス１３７の表面に透明な樹脂からなるバインダ層１３９を介して保護ガラス１４０を貼り合わせ、その上に反射防止層１４１を積層するとともに、斜めの側面に反射テープ１４３を貼り付けたものである。
【００７４】
そして、この太陽電池モジュール１３１を用いて、前記本発明品と同様にて太陽電池１３３の出力を求めた。その結果を同じく図１２に示す。
図１２から明らかな様に、本発明品の太陽電池モジュール９１は、太陽電池出力が約１５３０ｍＷと高いものであったが、比較例１の太陽電池モジュール１１１は、太陽電池出力が約１４８５ｍＷと低く、また、比較例２の太陽電池モジュール１３１は、太陽電池出力が約１４５５ｍＷと低く好ましくない。
【００７５】
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。
（１）例えば、前記実施例１〜４の太陽電池モジュールの保護ガラスの表面に、例えば無機多層膜や表面粗度からなる反射防止層を設けてもよい。
【００７６】
（２）また、波長変換層の形成方法としては、前記図４（ｃ）に示す様に、ｒｏｌｌ ｔｏ ｒｏｌｌ法を採用できる。この方法は、ロールで巻き付けられるシートに、波長変換層となる材料をスプレイによって噴霧してシートに塗布し、シート上に波長変換層を形成するものである。
【００７７】
（３）更に、前記図４（ｅ）に示す様に、保護ガラスの上に波長変換層を形成するとともに、この波長変換層の上に薄い保護ガラスを形成してもよい。
（４）例えば太陽光以外の光も利用可能である。
【符号の説明】
【００７８】
１、３１、５１、７１、９１、１１１、１３１…太陽電池モジュール
３、３３、５３、７３…バックシート
５、１３、１５、３５、５５、５９、７５、７９…封止材層
７、３７、５７、７７、９３、１１３、１３３…太陽電池
９、３９、６１、８１、９７…波長変換層
１１、４１、６３、８３、９８、１４０…保護ガラス
８５、１０１、１２１、１４３…反射層（反射テープ）
９９、１１９、１４１…反射防止層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
太陽電池と該太陽電池の受光面側に配置された透光性を有する保護板とを備えた太陽電池モジュールにおいて、
前記太陽電池と前記保護板との間に、光の波長を変換する波長変換層を備え、
且つ、該波長変換層には、所定の波長を吸収するナノ粒子が分散して配置されるとともに、該ナノ粒子には、前記吸収される波長より長波長の光を発光する発光中心となる元素を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記ナノ粒子の直径は、１〜２０ｎｍの範囲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】
前記波長変換層により、波長５００ｎｍ未満の光を吸収し、吸収した光の波長以上の光に変換することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記ナノ粒子は、バンドギャップが２．４８ｅＶ以上の材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記ナノ粒子は、無機材料からなる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】
前記ナノ粒子は、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化亜鉛カドミウム、硫化亜鉛、硫化カルシウムのいずれか１種からなる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】
前記ナノ粒子は、セレン化亜鉛硫化物の混晶、セレン化カドミウム硫化物の混晶、セレン化亜鉛カドミウム硫化物の混晶のいずれか１種からなる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８】
前記発光中心となる元素は、Ｍｎ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｃｕ、Ｔｂのいずれか１種である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】
前記太陽電池は、その周囲を透光性を有する樹脂材料で封止されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記波長変換層の光の透過率は、波長５００ｎｍ以上の光においては９０％以上である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】
前記波長変換層を構成する基材は、透光性を有する樹脂又はガラスからなる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】
前記透光性を有する樹脂は、エチレン−酢酸ビニル重合体又はシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記波長変換層は、透光性を有するフィルム、プレート板、コーティング膜のいずれか１種であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記保護板及び／又は波長変換層の平面方向における側端部は、平面方向に対して斜面となるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記斜面に、光の反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１】
太陽電池と該太陽電池の受光面側に配置された透光性を有する保護板とを備えた太陽電池モジュールにおいて、
前記太陽電池と前記保護板との間に、光の波長を変換する波長変換層を備え、
且つ、該波長変換層には、所定の波長を吸収するナノ粒子が分散して配置されるとともに、該ナノ粒子には、前記吸収される波長より長波長の光を発光する発光中心となる元素を含むことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記ナノ粒子の直径は、１〜２０ｎｍの範囲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】
前記波長変換層により、波長５００ｎｍ未満の光を吸収し、吸収した光の波長以上の光に変換することを特徴とする請求項１又は２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記ナノ粒子は、バンドギャップが２．４８ｅＶ以上の材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記ナノ粒子は、無機材料からなる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】
前記ナノ粒子は、セレン化亜鉛、セレン化カドミウム、硫化カドミウム、セレン化亜鉛カドミウム、硫化亜鉛、硫化カルシウムのいずれか１種からなる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】
前記ナノ粒子は、セレン化亜鉛硫化物の混晶、セレン化カドミウム硫化物の混晶、セレン化亜鉛カドミウム硫化物の混晶のいずれか１種からなる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８】
前記発光中心となる元素は、Ｍｎ、Ｅｕ、Ｙｂ、Ｅｒ、Ｃｕ、Ｔｂのいずれか１種である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】
前記太陽電池は、その周囲を透光性を有する樹脂材料で封止されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記波長変換層の光の透過率は、波長５００ｎｍ以上の光においては９０％以上である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】
前記波長変換層を構成する基材は、透光性を有する樹脂又はガラスからなる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】
前記透光性を有する樹脂は、エチレン−酢酸ビニル重合体又はシリコーン樹脂であることを特徴とする請求項１１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記波長変換層は、透光性を有するフィルム、プレート板、コーティング膜のいずれか１種であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記保護板及び／又は波長変換層の平面方向における側端部は、平面方向に対して斜面となるように構成されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記斜面に、光の反射膜が形成されていることを特徴とする請求項１４に記載の太陽電池モジュール。
【図２】
【図１２】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１２−２２２１５２（Ｐ２０１２−２２２１５２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８６６０４（Ｐ２０１１−８６６０４）
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（５０６１２２３２７）公立大学法人大阪市立大学 (122)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月８日（２０１１．４．８）
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【出願人】（５０６１２２３２７）公立大学法人大阪市立大学 (122)
【Ｆターム（参考）】
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