集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラス、それを用いた集光型太陽光発電装置用光学素子および集光型太陽光発電装置
【課題】集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラスであって、耐候性に優れ、かつ、複雑な形状に容易に加工することが可能なガラス、それを用いた集光型太陽光発電装置用光学素子、および、集光型太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラスであって、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｌｉ２Ｏ ０．１％以上およびＺｒＯ２ ０．１％以上を含有することを特徴とするガラス。
【解決手段】集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラスであって、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｌｉ２Ｏ ０．１％以上およびＺｒＯ２ ０．１％以上を含有することを特徴とするガラス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラス、それを用いた集光型太陽光発電装置用光学素子および集光型太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集光型太陽光発電装置において、集光レンズと太陽電池セルとの間にガラス製の光学素子が設けられている。光学素子は、集光レンズによって集光された光を、内表面で全反射して太陽電池セルに伝える。光学素子に用いられる材質として、特許文献１にはホウ珪酸ガラス、特許文献２にはケイ酸塩ガラスが開示されている。光学素子は、一般に台形錐や円錐等の形状を有しており、インゴット状のガラス材料に対し研削、研磨加工を施すことにより作製される。
【０００３】
ところで、集光型太陽光発電装置は主に屋外で使用されるため、それに用いられる光学素子には優れた耐候性が要求される。例えば、特許文献３には、光学素子の側面にフッ素樹脂製の薄膜を設ける方法が提案されており、それにより、光学素子の表面が水滴等により白濁して、そこから光の一部が漏れ出ることを防ぐことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１３８０９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９９５８８号公報
【特許文献３】特開２００６−２７８５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
集光型太陽光発電装置に用いられる従来のガラス製の光学素子は耐候性が不十分であり、長期間屋外で使用すると、表面変質等の不具合が発生しやすかった。したがって、光学素子に対して、さらなる耐候性の向上が求められている。
【０００６】
なお、集光型太陽光発電装置において、さらなる発電効率の向上や小型化を図るため、光学素子の形状は、端部を曲面にしたり多角錐形状にするなど、複雑な形状が要求されることが今後予想される。しかしながら、切削や研磨加工ではこのような複雑な形状を達成することが困難であり、コスト面でも不利である。
【０００７】
以上に鑑み、本発明は、集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラスであって、耐候性に優れ、かつ、複雑な形状に容易に加工することが可能なガラス、それを用いた集光型太陽光発電装置用光学素子、および、集光型太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラスであって、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｌｉ２Ｏ ０．１％以上およびＺｒＯ２ ０．１％以上を含有することを特徴とするガラスに関する。
【０００９】
上記組成を有するガラスからなる光学素子であれば、耐候性に優れ、長期間屋外で使用しても、表面変質等の不具合が生じにくい。また、低軟化点または低粘度を達成しやすいため、溶融や成形に適しており、金型の形状を適宜選択することにより、複雑な形状を有する光学素子を容易に作製することが可能となる。
【００１０】
第二に、本発明のガラスは、さらに、質量％で、ＣａＯ ０〜２０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜２０％、ＭｇＯ ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜２０％およびＴｉＯ２ ０〜１０％を含有することが好ましい。
【００１１】
第三に、本発明のガラスは、さらに、質量％で、Ｂｉ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＷＯ３を０〜２０％含有することを特徴とすることが好ましい。
【００１２】
第四に、本発明のガラスは、さらに、質量％で、ＣｅＯ２＋Ｐｒ２Ｏ３＋Ｎｄ２Ｏ３＋Ｅｕ２Ｏ３＋Ｔｂ２Ｏ３＋Ｅｒ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ５を０〜５％含有することが好ましい。
【００１３】
第五に、本発明のガラスは、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
第六に、本発明のガラスは、鉛成分、ヒ素成分およびフッ素成分を実質的に含有しないことが好ましい。
【００１５】
当該構成により、環境負荷の小さいガラスとすることができる。ここで、「鉛成分、ヒ素成分およびフッ素成分を実質的に含有しない」とは、これらの成分を意図的に添加しないという意味であり、不可避的不純物の混入まで排除するものではない。具体的には、これらの成分の含有量が各々０．１％未満であることを意味する。
【００１６】
第七に、本発明のガラスは、３０〜３００℃における平均線熱膨張係数が１２０×１０−７／℃以下であることが好ましい。
【００１７】
当該構成により、成形後の冷却時や、屋外で使用した際の温度変化による破損を抑制することができる。
【００１８】
第八に、本発明のガラスは、１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が１３００℃以下であることが好ましい。
【００１９】
当該構成によれば、溶融性や成形性を向上できる。
【００２０】
第九に、本発明のガラスは、軟化点が７５０℃以下であることが好ましい。
【００２１】
当該構成によれば、成形時における金型の劣化を抑制することができる。
【００２２】
第十に、本発明のガラスは、肉厚１０ｍｍかつ波長４００ｎｍにおける内部透過率が９０％以上であることが好ましい。
【００２３】
当該構成を満たすガラスからなる光学素子を用いることにより、集光型太陽光発電装置の発電効率を向上させることができる。
【００２４】
第十一に、本発明のガラスは、肉厚１０ｍｍかつ波長３００ｎｍにおける内部透過率が４０％以下であることが好ましい。
【００２５】
第十二に、本発明は、前記いずれかのガラスからなる集光型太陽光発電装置用光学素子に関する。
【００２６】
第十三に、本発明は、太陽電池と、太陽電池に集光する集光光学系とを備え、集光光学系が前記いずれかの光学素子を有することを特徴とする集光型太陽光発電装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電装置の模式的概念図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００２９】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率等は、現実の物体の寸法の比率等とは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００３０】
（集光型太陽光発電装置）
図１は、本実施形態に係る光学素子を備えた集光型太陽光発電装置の模式的概念図である。
【００３１】
集光型太陽光発電装置１は、太陽電池５と、太陽電池５に太陽光を集光する集光光学系２とを備える。集光光学系２は、集光部材３と光学素子４とを有する。集光部材３は、太陽光等の光を集光する。集光部材３は、例えば凸レンズや正の光学的パワーを有するフレネルレンズ等により構成することができる。
【００３２】
光学素子４は、集光部材３と太陽電池５との間に配されている。集光部材３により集光された光は、光学素子４の端面４１（図２を参照）から光学素子４内に入射する。光学素子４は、集光部材３により集光された光を均質化し、太陽電池５の受光面５０に導く。具体的には、光学素子４に入射した光は、光学素子４の側面４３ａ〜４３ｄにおいて反射されることにより均質化されながら光学素子４内を伝搬する。そして、光学素子４内を伝搬した光は、光学素子４の端面４２から均質化された面状光として受光面５０に向けて出射される。
【００３３】
光学素子４の端面４２には、受光面５０が端面４２に対向するように太陽電池５が配されている。光学素子４の端面４２から出射した光は太陽電池５に入射する。そして、太陽電池５において、光エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００３４】
なお、太陽電池５の種類は特に限定されない。太陽電池５は、例えば、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、薄膜太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、色素増感型太陽電池、有機半導体太陽電池等により構成することができる。
【００３５】
（光学素子）
図２は、本実施形態に係る光学素子の模式的斜視図である。次に、図２を参照しながら、光学素子４の具体的構成について説明する。
【００３６】
光学素子４は、集光部材３側から太陽電池５側に向かって先細る形状を有する。光学素子４の表面４０は、光入出面を構成している２つの端面４１，４２と、光反射面を構成している側面４３ａ〜４３ｄとを有する。端面４１，４２は、互いに対向している。側面４３ａ〜４３ｄは、端面４１，４２を接続している。尚、光学素子４の形状は、円錐状や角錐状であっても構わない。また、端面４１，４２の形状は、平面もしくは曲面のどちらでもよい。また、光学素子４の角部や稜線部に対しＲ面取り加工が施されていてもよく、それにより、外部からの衝撃による破損を抑制することができる。
【００３７】
光学素子４を構成するガラスは、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ ０．１％以上およびＺｒＯ２ ０．１〜１０％を含有する。以下に、各成分の含有量を上記のように特定した理由を詳述する。なお、特に断りがない場合、以下の「％」は「質量％」を意味する。
【００３８】
ＳｉＯ２はガラス骨格を構成する成分であり、失透を抑制するとともに耐候性を向上させる効果がある。また、アッベ数を高める効果がある。ＳｉＯ２の含有量は３０〜８０％、４０〜７５％、４５〜７０％、４５〜６５％、特に４５〜６０％であることが好ましい。ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、軟化点が高くなったり、屈折率が低下する傾向がある。一方、ＳｉＯ２が少なすぎると、ガラスが不安定になって耐失透性が低下したり、分相するとともに耐酸性や耐水性等の耐候性が低下しやすくなる。また、熱膨張係数が大きくなって、耐熱衝撃性が低下するおそれがある。
【００３９】
Ｂ２Ｏ３もガラス骨格を構成する成分であり、失透を抑制するとともに耐候性を向上させる効果がある。Ｂ２Ｏ３の含有量は０〜４０％、２．５〜３０％、特に５〜２０％であることが好ましい。Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、耐候性が低下したり、屈折率が低下する傾向がある。
【００４０】
Ａｌ２Ｏ３もガラス骨格を構成する成分であり、失透を抑制するとともに耐候性を向上させる効果がある。Ａｌ２Ｏ３の含有量は０〜３０％、２．５〜２５％、特に５〜２０％であることが好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、屈折率が低下するとともに耐候性が低下する傾向がある。
【００４１】
Ｌｉ２Ｏは融剤として作用し、軟化点を低下させる効果の大きい成分である。Ｌｉ２Ｏの含有量は０．１％以上、１％以上、特に２％以上であることが好ましい。Ｌｉ２Ｏの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。なお、Ｌｉ２Ｏの含有量が多すぎると、耐酸性や耐水性等の耐候性が低下する傾向がある。また、熱膨張係数が大きくなって、耐熱衝撃性が低下するおそれがある。したがって、Ｌｉ２Ｏの含有量は２０％以下、特に１５％以下であることが好ましい。
【００４２】
ＺｒＯ２は耐酸性や耐水性等の耐候性を飛躍的に向上させる効果がある成分である。ＺｒＯ２の含有量は０．１％以上、特に１％以上であることが好ましい。ＺｒＯ２の含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。なお、上限は特に限定されないが、ＺｒＯ２の含有量が多すぎると、粘度が高くなって失透しやすくなるため、１５％以下、１０％以下、特に５％以下であることが好ましい。
【００４３】
光学素子４を構成するガラスは、上記成分に加えて、さらに、ＣａＯ ０〜２０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜２０％、ＭｇＯ ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ２ ０〜１０％を含有することができる。
【００４４】
ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯおよびＺｎＯは融剤として作用して軟化点を低下させるとともに、液相温度を低下させる効果がある。その含有量は各々０〜２０％、特に０．１〜１０％であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、耐酸性や耐水性等の耐候性が低下しやすくなる。
【００４５】
なお、軟化点を低下させる効果を十分に得るとともに、良好な耐候性を確保するためには、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯおよびＺｎＯの合量を適宜調整することが好ましい。具体的には、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯは０．１〜５０％、１〜４０％、特に３〜３５％であることが好ましい。これらの成分の合量が少なすぎると、軟化点を低下させる効果が得られにくくなり、一方、多すぎると、耐候性が低下しやすくなる。
【００４６】
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏは融剤として作用して軟化点を低下させるとともに、液相温度を低下させる効果がある。その含有量は各々０〜２０％、特に０．１〜１０％であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、耐酸性や耐水性等の耐候性が低下しやすくなる。また、熱膨張係数が大きくなって耐熱衝撃性が低下するおそれがある。
【００４７】
なお、軟化点を十分に低下させる効果を得るとともに、良好な耐候性および耐熱衝撃性を確保するためには、アルカリ金属酸化物成分であるＬｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合量を適宜調整することが好ましい。具体的には、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏは０．１〜３０％、１〜２５％、特に３〜２０％であることが好ましい。これらの成分の合量が少なすぎると、軟化点を低下させる効果が得られにくくなり、一方、多すぎると、耐候性が低下しやすくなったり、熱膨張係数が大きくなって耐熱衝撃性が低下しやすくなる。
【００４８】
ＴｉＯ２は融剤として作用して軟化点を低下させるとともに、紫外線による着色を抑制する効果や、耐酸性や耐水性等の耐候性を向上させる効果がある。ＴｉＯ２の含有量は０〜１０％、特に０．１〜５％であることが好ましい。ＴｉＯ２の含有量が多すぎると、透過率曲線において、紫外領域の透過率が長波長側にシフトして着色が起こりやすくなったり、屈折率が高くなる傾向がある。
【００４９】
なお、Ｂｉ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５およびＷＯ３の合量を適宜調整することにより、紫外線による着色を効果的に抑制することができる。具体的には、Ｂｉ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＷＯ３は０〜２０％、０〜１０％、０．１〜８％、特に１〜５％であることが好ましい。これらの成分の合量が多すぎると、可視域の透過率が低下するおそれがある。
【００５０】
また、低粘度かつ耐侯性に優れたガラスとするには、以下のように各成分の合量や比率を調整することが好ましい。
【００５１】
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２は３５〜８０％、特に３７〜７５％であることが好ましい。これらの成分の合量が多すぎると、粘度が高くなりやすく、一方、少なすぎると、耐侯性に劣る傾向がある。
【００５２】
（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／ＺｒＯ２は、質量比で、７００以下、特に６５０以下であることが好ましい。当該比率が大きすぎると、耐侯性に劣る傾向がある。
【００５３】
ＢａＯ＋ＺｎＯが１．５〜４０％、特に２〜３０％であることが好ましい。これらの成分の合量が少なすぎると、粘度が高くなる傾向があり、一方、多すぎると、耐侯性に劣る傾向がある。
【００５４】
（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／Ｌｉ２Ｏは、質量比で、７００以下、特に６００以下であることが好ましい。当該比率が大きすぎると、粘度が高くなる傾向がある。
【００５５】
（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ｌｉ２Ｏは、質量比で、０．１〜１００、特に０．２〜５０であることが好ましい。当該比率が小さすぎると、熱膨張係数が大きくなって耐熱衝撃性が低下するおそれがある。また、粘度が高くなる傾向がある。一方、当該比率が大きすぎると、耐侯性に劣る傾向がある。
【００５６】
光学素子４を構成するガラスは、上記成分に加えて、さらに、質量％の合量で、ＣｅＯ２＋Ｎｄ２Ｏ３＋Ｐｒ２Ｏ３＋Ｅｕ２Ｏ３＋Ｔｂ２Ｏ３＋Ｅｒ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ５を０〜５％を含有することができる。
【００５７】
ＣｅＯ２、Ｐｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ５は、可視〜紫外域付近の光を照射することにより強い発光が生じる成分であり、これらの成分を添加することにより、太陽電池セルへの光照射量が増大して発電効率が向上することが期待できる。具体的には、ＣｅＯ２＋Ｐｒ２Ｏ３＋Ｎｄ２Ｏ３＋Ｅｕ２Ｏ３＋Ｔｂ２Ｏ３＋Ｅｒ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ５は０〜５％、０．１〜３％、特に０．１〜１％であることが好ましい。
【００５８】
鉛成分（例えばＰｂＯ）、ヒ素成分（Ａｓ２Ｏ３）およびフッ素成分（例えばＦ２）は、環境上の理由から、実質的なガラスへの導入は避けるべきである。よって、光学素子４を構成するガラスはこれらの成分を実質的に含有しないことが好ましい。
【００５９】
また、着色成分であるＦｅ２Ｏ３を多く含有すると、透過率が低下して発電効率低下の原因になる。よって、Ｆｅ２Ｏ３の含有量は０．１％以下、０．０５％以下、特に０．０１％以下であることが好ましい。
【００６０】
上記成分以外に、清澄剤、酸化剤または還元剤としてＳｂ２Ｏ３、ＳＯ３、ＮＯ３およびカーボン等を合量で１％以下添加することができる。
【００６１】
本発明のガラスの屈折率（ｎｄ）は特に限定されないが、例えば１．５〜１．７、特に１．５〜１．６であることが好ましい。屈折率が低すぎると、光学素子４の側面４３ａ〜４３ｄにおいて、光が外部に漏れやすくなる。一方、屈折率が高すぎると、光学素子４の端面４１において光が反射して光学素子４の内部に入射しにくくなる。
【００６２】
光学素子４の表面４０の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定される算術表面粗さ（Ｒａ）で２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、特に１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６３】
光学素子４は、３０〜３００℃における平均線熱膨張係数が１２０×１０−７／℃以下、１１０×１０−７／℃以下、特に１００×１０−７／℃以下であることが好ましい。平均線熱膨張係数が高すぎると、成形後の冷却時や、屋外で使用した際の温度変化に対応できず、破損するおそれがある。なお、下限については特に限定されないが、現実的には３０×１０−７／℃以上、特に５０×１０−７／℃以上である。
【００６４】
光学素子４は、１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が１３００℃以下、特に１２００℃以下であることが好ましい。１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が高すぎると、溶融性及び成形性が低下し、溶融時における耐火物あるいは成形時における金型が劣化しやすくなる。
【００６５】
光学素子４は、軟化点が７５０℃以下、７００℃以下、特に６５０℃以下であることが好ましい。軟化点が高すぎると、成形時に金型が劣化しやすくなる。
【００６６】
光学素子４は、肉厚１０ｍｍかつ波長４００ｎｍにおける内部透過率が９０％以上、９２．５％以上、特に９５％以上であることが好ましい。内部透過率が低すぎると、集光型太陽光発電装置の発電効率に劣る傾向がある。
【００６７】
また、肉厚１０ｍｍかつ波長３００ｎｍにおける内部透過率が４０％以下、３０％以下、２０％以下、１０％以下、特に０％であることが好ましい。さらに、肉厚１０ｍｍかつ波長３１５ｎｍにおける内部透過率が６０％以下、４０％以下、２０％以下、特に０％であることが好ましい。波長３００ｎｍまたは３１５ｎｍにおける内部透過率が高すぎると、光学素子を透過する紫外線量が多くなり、その結果、光学素子周辺に使用される樹脂製接着剤が劣化しやすくなる。
【００６８】
以下、光学素子４の製造方法の一例について説明する。
【００６９】
（光学素子の製造方法）
光学素子４は、機械研磨による研磨加工またはプレス成形により得られる。プレス成形は、溶融ガラスを直接金型に流し込み、加圧成形を行うダイレクトプレスや、一旦ガラス化して得られた成形体を再加熱し、軟化変形させるリヒートプレス等が挙げられる。特に上下面が曲面形状であったり、複雑な形状の光学素子を得る場合は、機械研磨よりプレス成型が有利である。
【００７０】
プレス成型により光学素子４を作製する場合、低軟化点あるいは低粘度のガラスを用いることで、金型の劣化を抑制することができる。
【００７１】
プレス成型後、例えば火炎研磨を行なうことにより、容易に良好な表面粗さを得ることができる。また、光学素子４の稜線部や角部に対し、Ｒ面取り加工を施してもよい。
【００７２】
なお、本実施形態では、光学素子４が角錐台形状である場合について説明したが、この構成に限定されず、太陽電池への集光が可能な形状を有するものであれば特に限定されない。また端面４１，４２は平面状でなくてもよく、凸状や凹状であってもよい。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００７４】
表１〜５は本発明の実施例（Ｎｏ．１〜３２および３６〜４３）および比較例（Ｎｏ．３３〜３５）をそれぞれ示している。
【００７５】
【表１】
【００７６】
【表２】
【００７７】
【表３】
【００７８】
【表４】
【００７９】
【表５】
【００８０】
各試料は次のようにして調製した。
【００８１】
まず、表に示す各組成になるようにガラス原料を調合し、白金ルツボを用いて１０００〜１４００℃で４時間溶融した。溶融後、ガラス融液をカーボン板上に流し出し、さらにアニール後、各測定に適した試料を作製した。
【００８２】
得られた試料について、熱膨張係数、軟化点、１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度、内部透過率を測定した。また、耐侯性について評価した。結果を表１〜５に示す。
【００８３】
表から明らかなように、実施例であるＮｏ．１〜３２および３６〜４３の試料は、熱膨張係数が１１９×１０−７／℃以下、軟化点が７３０℃以下、１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が１２９５℃以下、肉厚１０ｍｍかつ波長４００ｎｍにおける内部透過率９０．３％以上と、各特性に優れていた。また、いずれも良好な耐失透性を示していた。
【００８４】
一方、比較例であるＮｏ．３３の試料は軟化点が７６５℃と高く、リヒートプレス成形に適していなかった。また、１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が１３００℃を超えており、ダイレクトプレス成形に適していなかった。Ｎｏ．３４の試料は耐候性に劣っており、長期間屋外で使用するのが困難であると考えられえる。また、肉厚１０ｍｍかつ波長４００ｎｍにおける内部透過率が８６％と低く、太陽電池の発電効率に劣ると考えられる。Ｎｏ．３５の試料は熱膨張係数が１２９×１０−７／℃と高いため、プレス成形時や屋外での使用において、破損が生じやすいと考えられる。また、耐候性にも劣っていた。
【００８５】
なお、各特性は以下の方法により測定および評価した。
【００８６】
熱膨張係数は熱膨張測定装置（ｄｉｌａｔｏ ｍｅｔｅｒ）を用いて測定した。
【００８７】
軟化点はＡＳＴＭ ３３８−９３に基づくファイバー法により測定した。
【００８８】
１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度は白金球引き上げ法により測定した。
【００８９】
内部透過率は、まず分光光度計（株式会社島津製作所製ＵＶ−３１００）を用いて、厚さ５ｍｍ±０．１ｍｍおよび１０ｍｍ±０．１ｍｍの光学研磨された各試料について、波長２００〜８００ｎｍの範囲における表面反射損失を含む透過率を０．５ｎｍ間隔で測定し、得られた測定値から波長４００ｎｍ、３１５ｎｍおよび３００ｎｍにおける内部透過率を算出した。また、内部透過率が０％となる波長を読み取った。
【００９０】
耐候性は、試料を温度８５℃および相対湿度８５％の恒温恒湿槽に２０００時間放置した後、試料表面を顕微鏡で観察し、表面に白濁や析出物が確認されなかったものを「○」、白濁や表面析出物が確認されたものを「×」として評価した。
【符号の説明】
【００９１】
１…集光型太陽光発電装置
２…集光光学系
３…集光部材
４…光学素子
４０…表面
４１、４２…端面
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ…側面
５…太陽電池
５０…受光面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラス、それを用いた集光型太陽光発電装置用光学素子および集光型太陽光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集光型太陽光発電装置において、集光レンズと太陽電池セルとの間にガラス製の光学素子が設けられている。光学素子は、集光レンズによって集光された光を、内表面で全反射して太陽電池セルに伝える。光学素子に用いられる材質として、特許文献１にはホウ珪酸ガラス、特許文献２にはケイ酸塩ガラスが開示されている。光学素子は、一般に台形錐や円錐等の形状を有しており、インゴット状のガラス材料に対し研削、研磨加工を施すことにより作製される。
【０００３】
ところで、集光型太陽光発電装置は主に屋外で使用されるため、それに用いられる光学素子には優れた耐候性が要求される。例えば、特許文献３には、光学素子の側面にフッ素樹脂製の薄膜を設ける方法が提案されており、それにより、光学素子の表面が水滴等により白濁して、そこから光の一部が漏れ出ることを防ぐことが可能となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−３１３８０９号公報
【特許文献２】特開２０１０−１９９５８８号公報
【特許文献３】特開２００６−２７８５８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
集光型太陽光発電装置に用いられる従来のガラス製の光学素子は耐候性が不十分であり、長期間屋外で使用すると、表面変質等の不具合が発生しやすかった。したがって、光学素子に対して、さらなる耐候性の向上が求められている。
【０００６】
なお、集光型太陽光発電装置において、さらなる発電効率の向上や小型化を図るため、光学素子の形状は、端部を曲面にしたり多角錐形状にするなど、複雑な形状が要求されることが今後予想される。しかしながら、切削や研磨加工ではこのような複雑な形状を達成することが困難であり、コスト面でも不利である。
【０００７】
以上に鑑み、本発明は、集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラスであって、耐候性に優れ、かつ、複雑な形状に容易に加工することが可能なガラス、それを用いた集光型太陽光発電装置用光学素子、および、集光型太陽光発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラスであって、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｌｉ２Ｏ ０．１％以上およびＺｒＯ２ ０．１％以上を含有することを特徴とするガラスに関する。
【０００９】
上記組成を有するガラスからなる光学素子であれば、耐候性に優れ、長期間屋外で使用しても、表面変質等の不具合が生じにくい。また、低軟化点または低粘度を達成しやすいため、溶融や成形に適しており、金型の形状を適宜選択することにより、複雑な形状を有する光学素子を容易に作製することが可能となる。
【００１０】
第二に、本発明のガラスは、さらに、質量％で、ＣａＯ ０〜２０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜２０％、ＭｇＯ ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜２０％およびＴｉＯ２ ０〜１０％を含有することが好ましい。
【００１１】
第三に、本発明のガラスは、さらに、質量％で、Ｂｉ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＷＯ３を０〜２０％含有することを特徴とすることが好ましい。
【００１２】
第四に、本発明のガラスは、さらに、質量％で、ＣｅＯ２＋Ｐｒ２Ｏ３＋Ｎｄ２Ｏ３＋Ｅｕ２Ｏ３＋Ｔｂ２Ｏ３＋Ｅｒ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ５を０〜５％含有することが好ましい。
【００１３】
第五に、本発明のガラスは、Ｆｅ２Ｏ３の含有量が５００ｐｐｍ以下であることが好ましい。
【００１４】
第六に、本発明のガラスは、鉛成分、ヒ素成分およびフッ素成分を実質的に含有しないことが好ましい。
【００１５】
当該構成により、環境負荷の小さいガラスとすることができる。ここで、「鉛成分、ヒ素成分およびフッ素成分を実質的に含有しない」とは、これらの成分を意図的に添加しないという意味であり、不可避的不純物の混入まで排除するものではない。具体的には、これらの成分の含有量が各々０．１％未満であることを意味する。
【００１６】
第七に、本発明のガラスは、３０〜３００℃における平均線熱膨張係数が１２０×１０−７／℃以下であることが好ましい。
【００１７】
当該構成により、成形後の冷却時や、屋外で使用した際の温度変化による破損を抑制することができる。
【００１８】
第八に、本発明のガラスは、１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が１３００℃以下であることが好ましい。
【００１９】
当該構成によれば、溶融性や成形性を向上できる。
【００２０】
第九に、本発明のガラスは、軟化点が７５０℃以下であることが好ましい。
【００２１】
当該構成によれば、成形時における金型の劣化を抑制することができる。
【００２２】
第十に、本発明のガラスは、肉厚１０ｍｍかつ波長４００ｎｍにおける内部透過率が９０％以上であることが好ましい。
【００２３】
当該構成を満たすガラスからなる光学素子を用いることにより、集光型太陽光発電装置の発電効率を向上させることができる。
【００２４】
第十一に、本発明のガラスは、肉厚１０ｍｍかつ波長３００ｎｍにおける内部透過率が４０％以下であることが好ましい。
【００２５】
第十二に、本発明は、前記いずれかのガラスからなる集光型太陽光発電装置用光学素子に関する。
【００２６】
第十三に、本発明は、太陽電池と、太陽電池に集光する集光光学系とを備え、集光光学系が前記いずれかの光学素子を有することを特徴とする集光型太陽光発電装置に関する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施形態に係る集光型太陽光発電装置の模式的概念図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る光学素子の模式的斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
【００２９】
また、実施形態等において参照する各図面において、実質的に同一の機能を有する部材は同一の符号で参照することとする。また、実施形態等において参照する図面は、模式的に記載されたものであり、図面に描画された物体の寸法の比率等は、現実の物体の寸法の比率等とは異なる場合がある。図面相互間においても、物体の寸法比率等が異なる場合がある。具体的な物体の寸法比率等は、以下の説明を参酌して判断されるべきである。
【００３０】
（集光型太陽光発電装置）
図１は、本実施形態に係る光学素子を備えた集光型太陽光発電装置の模式的概念図である。
【００３１】
集光型太陽光発電装置１は、太陽電池５と、太陽電池５に太陽光を集光する集光光学系２とを備える。集光光学系２は、集光部材３と光学素子４とを有する。集光部材３は、太陽光等の光を集光する。集光部材３は、例えば凸レンズや正の光学的パワーを有するフレネルレンズ等により構成することができる。
【００３２】
光学素子４は、集光部材３と太陽電池５との間に配されている。集光部材３により集光された光は、光学素子４の端面４１（図２を参照）から光学素子４内に入射する。光学素子４は、集光部材３により集光された光を均質化し、太陽電池５の受光面５０に導く。具体的には、光学素子４に入射した光は、光学素子４の側面４３ａ〜４３ｄにおいて反射されることにより均質化されながら光学素子４内を伝搬する。そして、光学素子４内を伝搬した光は、光学素子４の端面４２から均質化された面状光として受光面５０に向けて出射される。
【００３３】
光学素子４の端面４２には、受光面５０が端面４２に対向するように太陽電池５が配されている。光学素子４の端面４２から出射した光は太陽電池５に入射する。そして、太陽電池５において、光エネルギーが電気エネルギーに変換される。
【００３４】
なお、太陽電池５の種類は特に限定されない。太陽電池５は、例えば、単結晶シリコン太陽電池、多結晶シリコン太陽電池、薄膜太陽電池、アモルファスシリコン太陽電池、色素増感型太陽電池、有機半導体太陽電池等により構成することができる。
【００３５】
（光学素子）
図２は、本実施形態に係る光学素子の模式的斜視図である。次に、図２を参照しながら、光学素子４の具体的構成について説明する。
【００３６】
光学素子４は、集光部材３側から太陽電池５側に向かって先細る形状を有する。光学素子４の表面４０は、光入出面を構成している２つの端面４１，４２と、光反射面を構成している側面４３ａ〜４３ｄとを有する。端面４１，４２は、互いに対向している。側面４３ａ〜４３ｄは、端面４１，４２を接続している。尚、光学素子４の形状は、円錐状や角錐状であっても構わない。また、端面４１，４２の形状は、平面もしくは曲面のどちらでもよい。また、光学素子４の角部や稜線部に対しＲ面取り加工が施されていてもよく、それにより、外部からの衝撃による破損を抑制することができる。
【００３７】
光学素子４を構成するガラスは、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜３０％、Ｌｉ２Ｏ ０．１％以上およびＺｒＯ２ ０．１〜１０％を含有する。以下に、各成分の含有量を上記のように特定した理由を詳述する。なお、特に断りがない場合、以下の「％」は「質量％」を意味する。
【００３８】
ＳｉＯ２はガラス骨格を構成する成分であり、失透を抑制するとともに耐候性を向上させる効果がある。また、アッベ数を高める効果がある。ＳｉＯ２の含有量は３０〜８０％、４０〜７５％、４５〜７０％、４５〜６５％、特に４５〜６０％であることが好ましい。ＳｉＯ２の含有量が多すぎると、軟化点が高くなったり、屈折率が低下する傾向がある。一方、ＳｉＯ２が少なすぎると、ガラスが不安定になって耐失透性が低下したり、分相するとともに耐酸性や耐水性等の耐候性が低下しやすくなる。また、熱膨張係数が大きくなって、耐熱衝撃性が低下するおそれがある。
【００３９】
Ｂ２Ｏ３もガラス骨格を構成する成分であり、失透を抑制するとともに耐候性を向上させる効果がある。Ｂ２Ｏ３の含有量は０〜４０％、２．５〜３０％、特に５〜２０％であることが好ましい。Ｂ２Ｏ３の含有量が多すぎると、耐候性が低下したり、屈折率が低下する傾向がある。
【００４０】
Ａｌ２Ｏ３もガラス骨格を構成する成分であり、失透を抑制するとともに耐候性を向上させる効果がある。Ａｌ２Ｏ３の含有量は０〜３０％、２．５〜２５％、特に５〜２０％であることが好ましい。Ａｌ２Ｏ３の含有量が多すぎると、屈折率が低下するとともに耐候性が低下する傾向がある。
【００４１】
Ｌｉ２Ｏは融剤として作用し、軟化点を低下させる効果の大きい成分である。Ｌｉ２Ｏの含有量は０．１％以上、１％以上、特に２％以上であることが好ましい。Ｌｉ２Ｏの含有量が少なすぎると、上記効果が得られにくくなる。なお、Ｌｉ２Ｏの含有量が多すぎると、耐酸性や耐水性等の耐候性が低下する傾向がある。また、熱膨張係数が大きくなって、耐熱衝撃性が低下するおそれがある。したがって、Ｌｉ２Ｏの含有量は２０％以下、特に１５％以下であることが好ましい。
【００４２】
ＺｒＯ２は耐酸性や耐水性等の耐候性を飛躍的に向上させる効果がある成分である。ＺｒＯ２の含有量は０．１％以上、特に１％以上であることが好ましい。ＺｒＯ２の含有量が少なすぎると、前記効果が得られにくくなる。なお、上限は特に限定されないが、ＺｒＯ２の含有量が多すぎると、粘度が高くなって失透しやすくなるため、１５％以下、１０％以下、特に５％以下であることが好ましい。
【００４３】
光学素子４を構成するガラスは、上記成分に加えて、さらに、ＣａＯ ０〜２０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜２０％、ＭｇＯ ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜２０％、ＴｉＯ２ ０〜１０％を含有することができる。
【００４４】
ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯおよびＺｎＯは融剤として作用して軟化点を低下させるとともに、液相温度を低下させる効果がある。その含有量は各々０〜２０％、特に０．１〜１０％であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、耐酸性や耐水性等の耐候性が低下しやすくなる。
【００４５】
なお、軟化点を低下させる効果を十分に得るとともに、良好な耐候性を確保するためには、ＣａＯ、ＳｒＯ、ＢａＯ、ＭｇＯおよびＺｎＯの合量を適宜調整することが好ましい。具体的には、ＣａＯ＋ＳｒＯ＋ＢａＯ＋ＭｇＯ＋ＺｎＯは０．１〜５０％、１〜４０％、特に３〜３５％であることが好ましい。これらの成分の合量が少なすぎると、軟化点を低下させる効果が得られにくくなり、一方、多すぎると、耐候性が低下しやすくなる。
【００４６】
Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏは融剤として作用して軟化点を低下させるとともに、液相温度を低下させる効果がある。その含有量は各々０〜２０％、特に０．１〜１０％であることが好ましい。これらの成分の含有量が多すぎると、耐酸性や耐水性等の耐候性が低下しやすくなる。また、熱膨張係数が大きくなって耐熱衝撃性が低下するおそれがある。
【００４７】
なお、軟化点を十分に低下させる効果を得るとともに、良好な耐候性および耐熱衝撃性を確保するためには、アルカリ金属酸化物成分であるＬｉ２Ｏ、Ｎａ２ＯおよびＫ２Ｏの合量を適宜調整することが好ましい。具体的には、Ｌｉ２Ｏ＋Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏは０．１〜３０％、１〜２５％、特に３〜２０％であることが好ましい。これらの成分の合量が少なすぎると、軟化点を低下させる効果が得られにくくなり、一方、多すぎると、耐候性が低下しやすくなったり、熱膨張係数が大きくなって耐熱衝撃性が低下しやすくなる。
【００４８】
ＴｉＯ２は融剤として作用して軟化点を低下させるとともに、紫外線による着色を抑制する効果や、耐酸性や耐水性等の耐候性を向上させる効果がある。ＴｉＯ２の含有量は０〜１０％、特に０．１〜５％であることが好ましい。ＴｉＯ２の含有量が多すぎると、透過率曲線において、紫外領域の透過率が長波長側にシフトして着色が起こりやすくなったり、屈折率が高くなる傾向がある。
【００４９】
なお、Ｂｉ２Ｏ３、Ｌａ２Ｏ３、Ｇｄ２Ｏ５、Ｔａ２Ｏ５、ＴｉＯ２、Ｎｂ２Ｏ５およびＷＯ３の合量を適宜調整することにより、紫外線による着色を効果的に抑制することができる。具体的には、Ｂｉ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＷＯ３は０〜２０％、０〜１０％、０．１〜８％、特に１〜５％であることが好ましい。これらの成分の合量が多すぎると、可視域の透過率が低下するおそれがある。
【００５０】
また、低粘度かつ耐侯性に優れたガラスとするには、以下のように各成分の合量や比率を調整することが好ましい。
【００５１】
ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３＋ＺｒＯ２は３５〜８０％、特に３７〜７５％であることが好ましい。これらの成分の合量が多すぎると、粘度が高くなりやすく、一方、少なすぎると、耐侯性に劣る傾向がある。
【００５２】
（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／ＺｒＯ２は、質量比で、７００以下、特に６５０以下であることが好ましい。当該比率が大きすぎると、耐侯性に劣る傾向がある。
【００５３】
ＢａＯ＋ＺｎＯが１．５〜４０％、特に２〜３０％であることが好ましい。これらの成分の合量が少なすぎると、粘度が高くなる傾向があり、一方、多すぎると、耐侯性に劣る傾向がある。
【００５４】
（ＳｉＯ２＋Ａｌ２Ｏ３）／Ｌｉ２Ｏは、質量比で、７００以下、特に６００以下であることが好ましい。当該比率が大きすぎると、粘度が高くなる傾向がある。
【００５５】
（Ｎａ２Ｏ＋Ｋ２Ｏ）／Ｌｉ２Ｏは、質量比で、０．１〜１００、特に０．２〜５０であることが好ましい。当該比率が小さすぎると、熱膨張係数が大きくなって耐熱衝撃性が低下するおそれがある。また、粘度が高くなる傾向がある。一方、当該比率が大きすぎると、耐侯性に劣る傾向がある。
【００５６】
光学素子４を構成するガラスは、上記成分に加えて、さらに、質量％の合量で、ＣｅＯ２＋Ｎｄ２Ｏ３＋Ｐｒ２Ｏ３＋Ｅｕ２Ｏ３＋Ｔｂ２Ｏ３＋Ｅｒ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ５を０〜５％を含有することができる。
【００５７】
ＣｅＯ２、Ｐｒ２Ｏ３、Ｎｄ２Ｏ３、Ｅｕ２Ｏ３、Ｔｂ２Ｏ３、Ｅｒ２Ｏ３、Ｙ２Ｏ３およびＹｂ２Ｏ５は、可視〜紫外域付近の光を照射することにより強い発光が生じる成分であり、これらの成分を添加することにより、太陽電池セルへの光照射量が増大して発電効率が向上することが期待できる。具体的には、ＣｅＯ２＋Ｐｒ２Ｏ３＋Ｎｄ２Ｏ３＋Ｅｕ２Ｏ３＋Ｔｂ２Ｏ３＋Ｅｒ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ５は０〜５％、０．１〜３％、特に０．１〜１％であることが好ましい。
【００５８】
鉛成分（例えばＰｂＯ）、ヒ素成分（Ａｓ２Ｏ３）およびフッ素成分（例えばＦ２）は、環境上の理由から、実質的なガラスへの導入は避けるべきである。よって、光学素子４を構成するガラスはこれらの成分を実質的に含有しないことが好ましい。
【００５９】
また、着色成分であるＦｅ２Ｏ３を多く含有すると、透過率が低下して発電効率低下の原因になる。よって、Ｆｅ２Ｏ３の含有量は０．１％以下、０．０５％以下、特に０．０１％以下であることが好ましい。
【００６０】
上記成分以外に、清澄剤、酸化剤または還元剤としてＳｂ２Ｏ３、ＳＯ３、ＮＯ３およびカーボン等を合量で１％以下添加することができる。
【００６１】
本発明のガラスの屈折率（ｎｄ）は特に限定されないが、例えば１．５〜１．７、特に１．５〜１．６であることが好ましい。屈折率が低すぎると、光学素子４の側面４３ａ〜４３ｄにおいて、光が外部に漏れやすくなる。一方、屈折率が高すぎると、光学素子４の端面４１において光が反射して光学素子４の内部に入射しにくくなる。
【００６２】
光学素子４の表面４０の表面粗さは、ＪＩＳ Ｂ０６０１で規定される算術表面粗さ（Ｒａ）で２００ｎｍ以下、１００ｎｍ以下、５０ｎｍ以下、２０ｎｍ以下、特に１０ｎｍ以下であることが好ましい。
【００６３】
光学素子４は、３０〜３００℃における平均線熱膨張係数が１２０×１０−７／℃以下、１１０×１０−７／℃以下、特に１００×１０−７／℃以下であることが好ましい。平均線熱膨張係数が高すぎると、成形後の冷却時や、屋外で使用した際の温度変化に対応できず、破損するおそれがある。なお、下限については特に限定されないが、現実的には３０×１０−７／℃以上、特に５０×１０−７／℃以上である。
【００６４】
光学素子４は、１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が１３００℃以下、特に１２００℃以下であることが好ましい。１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が高すぎると、溶融性及び成形性が低下し、溶融時における耐火物あるいは成形時における金型が劣化しやすくなる。
【００６５】
光学素子４は、軟化点が７５０℃以下、７００℃以下、特に６５０℃以下であることが好ましい。軟化点が高すぎると、成形時に金型が劣化しやすくなる。
【００６６】
光学素子４は、肉厚１０ｍｍかつ波長４００ｎｍにおける内部透過率が９０％以上、９２．５％以上、特に９５％以上であることが好ましい。内部透過率が低すぎると、集光型太陽光発電装置の発電効率に劣る傾向がある。
【００６７】
また、肉厚１０ｍｍかつ波長３００ｎｍにおける内部透過率が４０％以下、３０％以下、２０％以下、１０％以下、特に０％であることが好ましい。さらに、肉厚１０ｍｍかつ波長３１５ｎｍにおける内部透過率が６０％以下、４０％以下、２０％以下、特に０％であることが好ましい。波長３００ｎｍまたは３１５ｎｍにおける内部透過率が高すぎると、光学素子を透過する紫外線量が多くなり、その結果、光学素子周辺に使用される樹脂製接着剤が劣化しやすくなる。
【００６８】
以下、光学素子４の製造方法の一例について説明する。
【００６９】
（光学素子の製造方法）
光学素子４は、機械研磨による研磨加工またはプレス成形により得られる。プレス成形は、溶融ガラスを直接金型に流し込み、加圧成形を行うダイレクトプレスや、一旦ガラス化して得られた成形体を再加熱し、軟化変形させるリヒートプレス等が挙げられる。特に上下面が曲面形状であったり、複雑な形状の光学素子を得る場合は、機械研磨よりプレス成型が有利である。
【００７０】
プレス成型により光学素子４を作製する場合、低軟化点あるいは低粘度のガラスを用いることで、金型の劣化を抑制することができる。
【００７１】
プレス成型後、例えば火炎研磨を行なうことにより、容易に良好な表面粗さを得ることができる。また、光学素子４の稜線部や角部に対し、Ｒ面取り加工を施してもよい。
【００７２】
なお、本実施形態では、光学素子４が角錐台形状である場合について説明したが、この構成に限定されず、太陽電池への集光が可能な形状を有するものであれば特に限定されない。また端面４１，４２は平面状でなくてもよく、凸状や凹状であってもよい。
【実施例】
【００７３】
以下、本発明について、具体的な実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。本発明は、以下の実施例に何ら限定されるものではない。本発明の要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能である。
【００７４】
表１〜５は本発明の実施例（Ｎｏ．１〜３２および３６〜４３）および比較例（Ｎｏ．３３〜３５）をそれぞれ示している。
【００７５】
【表１】
【００７６】
【表２】
【００７７】
【表３】
【００７８】
【表４】
【００７９】
【表５】
【００８０】
各試料は次のようにして調製した。
【００８１】
まず、表に示す各組成になるようにガラス原料を調合し、白金ルツボを用いて１０００〜１４００℃で４時間溶融した。溶融後、ガラス融液をカーボン板上に流し出し、さらにアニール後、各測定に適した試料を作製した。
【００８２】
得られた試料について、熱膨張係数、軟化点、１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度、内部透過率を測定した。また、耐侯性について評価した。結果を表１〜５に示す。
【００８３】
表から明らかなように、実施例であるＮｏ．１〜３２および３６〜４３の試料は、熱膨張係数が１１９×１０−７／℃以下、軟化点が７３０℃以下、１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が１２９５℃以下、肉厚１０ｍｍかつ波長４００ｎｍにおける内部透過率９０．３％以上と、各特性に優れていた。また、いずれも良好な耐失透性を示していた。
【００８４】
一方、比較例であるＮｏ．３３の試料は軟化点が７６５℃と高く、リヒートプレス成形に適していなかった。また、１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が１３００℃を超えており、ダイレクトプレス成形に適していなかった。Ｎｏ．３４の試料は耐候性に劣っており、長期間屋外で使用するのが困難であると考えられえる。また、肉厚１０ｍｍかつ波長４００ｎｍにおける内部透過率が８６％と低く、太陽電池の発電効率に劣ると考えられる。Ｎｏ．３５の試料は熱膨張係数が１２９×１０−７／℃と高いため、プレス成形時や屋外での使用において、破損が生じやすいと考えられる。また、耐候性にも劣っていた。
【００８５】
なお、各特性は以下の方法により測定および評価した。
【００８６】
熱膨張係数は熱膨張測定装置（ｄｉｌａｔｏ ｍｅｔｅｒ）を用いて測定した。
【００８７】
軟化点はＡＳＴＭ ３３８−９３に基づくファイバー法により測定した。
【００８８】
１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度は白金球引き上げ法により測定した。
【００８９】
内部透過率は、まず分光光度計（株式会社島津製作所製ＵＶ−３１００）を用いて、厚さ５ｍｍ±０．１ｍｍおよび１０ｍｍ±０．１ｍｍの光学研磨された各試料について、波長２００〜８００ｎｍの範囲における表面反射損失を含む透過率を０．５ｎｍ間隔で測定し、得られた測定値から波長４００ｎｍ、３１５ｎｍおよび３００ｎｍにおける内部透過率を算出した。また、内部透過率が０％となる波長を読み取った。
【００９０】
耐候性は、試料を温度８５℃および相対湿度８５％の恒温恒湿槽に２０００時間放置した後、試料表面を顕微鏡で観察し、表面に白濁や析出物が確認されなかったものを「○」、白濁や表面析出物が確認されたものを「×」として評価した。
【符号の説明】
【００９１】
１…集光型太陽光発電装置
２…集光光学系
３…集光部材
４…光学素子
４０…表面
４１、４２…端面
４３ａ、４３ｂ、４３ｃ、４３ｄ…側面
５…太陽電池
５０…受光面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラスであって、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｌｉ２Ｏ ０．１％以上およびＺｒＯ２ ０．１％以上を含有することを特徴とするガラス。
【請求項２】
さらに、質量％で、ＣａＯ ０〜２０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜２０％、ＭｇＯ ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜２０％およびＴｉＯ２ ０〜１０％を含有することを特徴とする請求項１に記載のガラス。
【請求項３】
さらに、質量％で、Ｂｉ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＷＯ３を０〜２０％含有することを特徴とする請求項１または２に記載のガラス。
【請求項４】
さらに、質量％で、ＣｅＯ２＋Ｐｒ２Ｏ３＋Ｎｄ２Ｏ３＋Ｅｕ２Ｏ３＋Ｔｂ２Ｏ３＋Ｅｒ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ５を０〜５％含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス。
【請求項５】
Ｆｅ２Ｏ３の含有量が０．１％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス
【請求項６】
鉛成分、ヒ素成分およびフッ素成分を実質的に含有しないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガラス。
【請求項７】
３０〜３００℃における平均線熱膨張係数が１２０×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガラス。
【請求項８】
１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が１３００℃以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のガラス。
【請求項９】
軟化点が７５０℃以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のガラス。
【請求項１０】
肉厚１０ｍｍかつ波長４００ｎｍにおける内部透過率が９０％以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のガラス。
【請求項１１】
肉厚１０ｍｍかつ波長３００ｎｍにおける内部透過率が４０％以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のガラス。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のガラスからなる集光型太陽光発電装置用光学素子。
【請求項１３】
太陽電池と、太陽電池に集光する集光光学系とを備え、集光光学系が請求項１２に記載の光学素子を有することを特徴とする集光型太陽光発電装置。
【請求項１】
集光型太陽光発電装置用光学素子に用いられるガラスであって、質量％で、ＳｉＯ２ ３０〜８０％、Ｂ２Ｏ３ ０〜４０％、Ａｌ２Ｏ３ ０〜２０％、Ｌｉ２Ｏ ０．１％以上およびＺｒＯ２ ０．１％以上を含有することを特徴とするガラス。
【請求項２】
さらに、質量％で、ＣａＯ ０〜２０％、ＳｒＯ ０〜２０％、ＢａＯ ０〜２０％、ＭｇＯ ０〜２０％、ＺｎＯ ０〜２０％、Ｎａ２Ｏ ０〜２０％、Ｋ２Ｏ ０〜２０％およびＴｉＯ２ ０〜１０％を含有することを特徴とする請求項１に記載のガラス。
【請求項３】
さらに、質量％で、Ｂｉ２Ｏ３＋Ｌａ２Ｏ３＋Ｇｄ２Ｏ５＋Ｔａ２Ｏ５＋ＴｉＯ２＋Ｎｂ２Ｏ５＋ＷＯ３を０〜２０％含有することを特徴とする請求項１または２に記載のガラス。
【請求項４】
さらに、質量％で、ＣｅＯ２＋Ｐｒ２Ｏ３＋Ｎｄ２Ｏ３＋Ｅｕ２Ｏ３＋Ｔｂ２Ｏ３＋Ｅｒ２Ｏ３＋Ｙ２Ｏ３＋Ｙｂ２Ｏ５を０〜５％含有することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のガラス。
【請求項５】
Ｆｅ２Ｏ３の含有量が０．１％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のガラス
【請求項６】
鉛成分、ヒ素成分およびフッ素成分を実質的に含有しないことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のガラス。
【請求項７】
３０〜３００℃における平均線熱膨張係数が１２０×１０−７／℃以下であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のガラス。
【請求項８】
１０２．０Ｐａ・ｓの粘度に相当する温度が１３００℃以下であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のガラス。
【請求項９】
軟化点が７５０℃以下であることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のガラス。
【請求項１０】
肉厚１０ｍｍかつ波長４００ｎｍにおける内部透過率が９０％以上であることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のガラス。
【請求項１１】
肉厚１０ｍｍかつ波長３００ｎｍにおける内部透過率が４０％以下であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載のガラス。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載のガラスからなる集光型太陽光発電装置用光学素子。
【請求項１３】
太陽電池と、太陽電池に集光する集光光学系とを備え、集光光学系が請求項１２に記載の光学素子を有することを特徴とする集光型太陽光発電装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−４７１６７（Ｐ２０１３−４７１６７Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６６７１（Ｐ２０１１−１９６６７１）
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月９日（２０１１．９．９）
【出願人】（０００２３２２４３）日本電気硝子株式会社 (1,447)
【Ｆターム（参考）】
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