(57)【要約】【課題】発電効率を向上させることができる太陽電池モジュールおよび太陽電池セルを提供する。【解決手段】本発明の一の態様によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セル２と、照射された光によって励起し、前記照射された光より長い波長の光であって太陽電池セル２が電気エネルギーに変換可能な波長の光を放射する、Ｍｎ４＋、Ｆｅ３＋およびＣｒ３＋からなる群から選択される１以上の遷移金属イオンを含む蛍光体６とを具備することを特徴とする太陽電池モジュール１が提供される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セルと、
照射された光によって励起し、前記照射された光より長い波長の光であって前記太陽電池セルが電気エネルギーに変換可能な波長の光を放射する、Ｍｎ４＋、Ｆｅ３＋およびＣｒ３＋からなる群から選択される１以上の遷移金属イオンを含む蛍光体と
を具備することを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記蛍光体が波長６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下に発光ピークを有する、請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記蛍光体が波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光で励起する、請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記太陽電池セルが結晶シリコンを備えている、請求項１ないし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】
第１および第２の保護部材と、前記第１の保護部材と前記第２の保護部材との間に配置され、かつ前記太陽電池セルを封止する封止材とをさらに備え、
前記蛍光体が、前記第１の保護部材の表面上、前記第２の保護部材の表面上、前記第１の保護部材内、前記第２の保護部材内、および前記第１の保護部材と前記第２の保護部材との間の箇所の少なくともいずれかに設けられている、請求項１ないし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】
光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セル本体と、
照射された光によって励起し、前記照射された光より長い波長の光であって前記太陽電池セル本体が電気エネルギーに変換可能な波長の光を放射する、Ｍｎ４＋、Ｆｅ３＋およびＣｒ３＋からなる群から選択される１以上の遷移金属イオンを含む蛍光体と
を具備することを特徴とする太陽電池セル。
【請求項７】
前記蛍光体が波長６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下に発光ピークを有する、請求項６に記載の太陽電池セル。
【請求項８】
前記蛍光体が波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光で励起する、請求項６または７に記載の太陽電池セル。
【請求項９】
前記太陽電池セル本体が結晶シリコンを備えている、請求項６ないし８のいずれか１項に記載の太陽電池セル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽電池モジュールおよび太陽電池セルに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代のクリーンエネルギーシステムの一つとして太陽電池が注目されている。太陽電池は、無尽蔵に供給される太陽光エネルギーを直接電気エネルギーに変換することができるとともに二酸化炭素を排出せずに発電できるという利点を有する。
【０００３】
太陽電池としては、例えば結晶シリコンを用いた太陽電池が広く用いられている。このような結晶シリコン太陽電池においては、波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の分光感度が極めて低いため、主に分光感度が高い波長５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の光を電気エネルギーに変換して、発電している。
【０００４】
一方、このような分光感度の低い波長領域の光に着目して、希土類元素で賦活された蛍光体を用いて、発電効率を高める技術が開発されている（例えば、特許文献１〜５参照）。具体的には、この技術は希土類元素で賦活された蛍光体を用いて波長２００ｎｍ以上の光を吸収して、励起させて波長５００ｎｍ以上６００ｎｍ未満の光を放射させることにより、発電効率の向上を図るものである。
【０００５】
しかしながら、このような希土類元素で賦活された蛍光体を用いた場合であっても、有効に発電効率を向上させることができず、更なる発電効率の向上が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表昭６２−５０１３２０号公報
【特許文献２】特開昭６３−２００５７６号公報
【特許文献３】特開平７−２０２２４３号公報
【特許文献４】特開２００３−２１８３７９号公報
【特許文献５】特開２００６−３０３０３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものである。すなわち、発電効率を向上させることができる太陽電池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】
本発明の一の態様によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セルと、照射された光によって励起し、前記照射された光より長い波長の光であって前記太陽電池セルが電気エネルギーに変換可能な波長の光を放射する、Ｍｎ４＋、Ｆｅ３＋およびＣｒ３＋からなる群から選択される１以上の遷移金属イオンを含む蛍光体とを具備することを特徴とする太陽電池モジュールが提供される。この構成によれば、蛍光体が太陽電池セルの発電にほぼ寄与しない波長領域の光により励起して、太陽電池セルの発電に寄与する波長領域の光を放射するので、発電効率を向上させることができる。
【０００９】
本発明の他の態様によれば、光エネルギーを電気エネルギーに変換する太陽電池セル本体と、照射された光によって励起し、前記照射された光より長い波長の光であって前記太陽電池セル本体が電気エネルギーに変換可能な波長の光を放射する、Ｍｎ４＋、Ｆｅ３＋およびＣｒ３＋からなる群から選択される１以上の遷移金属イオンを含む蛍光体とを具備することを特徴とする太陽電池セルが提供される。この構成によれば、蛍光体が太陽電池セル本体の発電にほぼ寄与しない波長領域の光により励起して、太陽電池セル本体の発電に寄与する波長領域の光を放射するので、発電効率を向上させることができる。
【００１０】
上記蛍光体が波長６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下に発光ピークを有することが好ましい。この構成によれば、波長６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下の光は太陽電池セルの発電に最も寄与する光であるので、発電効率をより向上させることができる。
【００１１】
上記蛍光体が波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光で励起することが好ましい。この構成によれば、波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光は太陽電池セルの発電にほぼ寄与しない光であるので、この光を有効利用することにより、発電効率をより向上させることができる。
【００１２】
上記太陽電池セルまたは上記太陽電池セル本体が結晶シリコンを備えていることが好ましい。上記構成は、結晶シリコンを備えた太陽電池セルまたは太陽電池セル本体において、特に有効である。
【００１３】
上記太陽電池モジュールにおいては、第１および第２の保護部材と、前記第１の保護部材と前記第２の保護部材との間に配置され、かつ前記太陽電池セルを封止する封止材とをさらに備え、前記蛍光体が、前記第１の保護部材の表面上、前記第２の保護部材の表面上、前記第１の保護部材内、前記第２の保護部材内、および前記第１の保護部材と前記第２の保護部材との間の箇所の少なくともいずれかに設けられていることが好ましい。この構成によれば、実用的であり、かつ上記したような効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の一の態様による太陽電池モジュールおよび他の態様による太陽電池セルによれば、発電効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１の実施の形態に係る太陽電池モジュールの概略構成図である。
【図２】結晶シリコンのスペクトル感度特性を示したグラフである。
【図３】３ＭｇＯ・ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋蛍光体の励起スペクトルと発光スペクトルを表わしたグラフである。
【図４】ＬｉＡｌＯ２：Ｆｅ３＋蛍光体の励起スペクトルと発光スペクトルを表わしたグラフである。
【図５】Ａｌ２Ｏ３：Ｃｒ３＋蛍光体の発光スペクトルを表わしたグラフである。
【図６】第１の実施の形態に係る他の太陽電池モジュールの概略構成図である。
【図７】第１の実施の形態に係る他の太陽電池モジュールの概略構成図である。
【図８】第１の実施の形態に係る他の太陽電池モジュールの概略構成図である。
【図９】第２の実施の形態に係る太陽電池セルの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（第１の実施の形態）
以下、図面を参照して、本発明の第１の実施の形態を説明する。図１は本実施の形態に係る太陽電池モジュールの概略構成図である。図１に示されるように、本実施の形態における太陽電池モジュール１は、主に、太陽電池セル２、封止材３、第１の保護部材４、第２の保護部材５、および蛍光体６等から構成されている。
【００１７】
太陽電池セル２は、光エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。太陽電池セル２としては、例えば単結晶シリコンおよび多結晶シリコン等の結晶シリコンを備えた結晶シリコン太陽電池セル、薄膜太陽電池セル、あるいは化合物太陽電池セルが挙げられる。結晶シリコンの形状としては、例えば、板状、球状等が挙げられる。なお、本実施の形態では、太陽電池セル２として、結晶シリコン太陽電池セルを使用した例について説明する。
【００１８】
太陽電池セル２は太陽電池モジュール１内に少なくとも１つ以上あればよく、太陽電池セル２が太陽電池モジュール１内に複数存在している場合には、太陽電池セル２同士は電気的に直列に接続されている。
【００１９】
封止材３は、太陽電池セル２を封止している。封止材３の構成材料としては、エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、フッ素系樹脂、アイオノマー樹脂、シラン変性樹脂、エチレンアクリル酸共重合体、エチレンメタクリル酸共重合体、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、エポキシ樹脂等が挙げられる。
【００２０】
封止材３は、第１の保護部材４および第２の保護部材５の間に配置されている。第１の保護部材４および第２の保護部材５の構成材料としては、ガラス、ポリカーボネート、アクリル樹脂、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、フッ化ポリエチレン等が挙げられる。
【００２１】
第１の保護部材４および第２の保護部材５は、板状、シート状、フィルム状等のいずれであってもよく、また、第１の保護部材４および第２の保護部材５は、単層構造、２層以上の多層構造のいずれであってもよい。本実施の形態では、第１の保護部材４はガラス板からなる保護板であり、第２の保護部材５は樹脂フィルムからなるバックフィルムである。この場合、第１の保護部材１側から太陽電池モジュール１に光が入射する。なお、第１の保護部材４および第２の保護部材５をガラス板からなる保護板とし、第１の保護部材４および第２の保護部材５の両面側から太陽電池モジュール１に光を入射させることも可能である。
【００２２】
封止材３、第１の保護部材４、および第２の保護部材５は太陽電池セル２に入射する光を阻害しないため、透明であることが好ましい。
【００２３】
蛍光体６は、照射された光によって励起し、照射された光より長い波長の光であって太陽電池セル２が電気エネルギーに変換可能な波長の光を放射するものである。ここで、「太陽電池セルが電気エネルギーに変換可能な波長の光」とは、用いられる太陽電池セル２の種類によっても異なるが、例えば結晶シリコン太陽電池セルの場合には波長５００ｎｍ以上１１００ｎｍ以下の光のことを意味するものとする。
【００２４】
蛍光体６は、４価のマンガンイオン（Ｍｎ４＋）、３価の鉄イオン（Ｆｅ３＋）および３価のクロムイオン（Ｃｒ３＋）からなる群から選択される１以上の遷移金属イオンを含むものから構成されている。
【００２５】
蛍光体６は、波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光で励起するものが好ましい。この範囲が好ましいとしたのは、図２は結晶シリコンのスペクトル感度特性を示したグラフであるが、図２に示されるように結晶シリコン太陽電池においては波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光の分光感度が極めて低く、この波長領域の光は太陽電池の発電にほぼ寄与していないからである。さらに、蛍光体６は、波長４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光で励起するものが特に好ましい。この範囲が特に好ましいとしたのは、波長４００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の太陽光スペクトルのエネルギーは波長２００ｎｍ以上４００ｎｍ未満の太陽光スペクトルのエネルギーよりも高いので、より高い発光強度を得ることができるからである。
【００２６】
蛍光体６は、波長６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下に発光ピークを有するものが好ましく、波長７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下に発光ピークを有するものが特に好ましい。ここで、本発明における「発光ピーク」とは、発光ピークが複数存在する場合には、最大の発光ピークを意味するものとする。上記範囲が好ましいとしたのは、図２に示されるように結晶シリコンは波長６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下、特に波長７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下で高い分光感度を示すからである。
【００２７】
Ｍｎ４＋を含む蛍光体としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３：Ｍｎ４＋、Ｍｇ２ＴｉＯ４：Ｍｎ４＋、ＬｉＡｌ５Ｏ８：Ｍｎ４＋、ＭｇＯ：Ｍｎ４＋、ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋、３ＭｇＯ・ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋、ＭｇＡｓ２Ｏ１１：Ｍｎ４＋等が挙げられる。例えば、３ＭｇＯ・ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋蛍光体は、図３に示されるように波長３２０ｎｍ付近の光で励起し、かつ波長６５０ｎｍ付近に発光ピークを有する。
【００２８】
Ｆｅ３＋を含む蛍光体としては、例えば、ＬｉＡｌＯ２：Ｆｅ３＋、ＬｉＡｌ５Ｏ８：Ｆｅ３＋、Ｃａ（ＰＯ３）２：Ｆｅ３＋、ＡｌＦ３：Ｆｅ３＋等が挙げられる。例えば、ＬｉＡｌＯ２：Ｆｅ３＋蛍光体は、図４に示されるように波長２４０ｎｍ付近の光で励起し、かつ波長７４０ｎｍ付近に発光ピークを有する。
【００２９】
Ｃｒ３＋を含む蛍光体としては、例えば、Ａｌ２Ｏ３：Ｃｒ３＋、Ｂｅ３Ａｌ２Ｓｉ６Ｏ１８：Ｃｒ３＋、ＭｇＡｌ２Ｏ４：Ｃｒ３＋、ＭｇＯ：Ｃｒ３＋、ＬｉＡｌ５Ｏ８：Ｃｒ３＋、Ｙ３Ａｌ５Ｏ１２：Ｃｒ３＋、Ｇｄ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒ３＋、Ｙ３Ｇａ５Ｏ１２：Ｃｒ３＋等が挙げられる。例えば、Ａｌ２Ｏ３：Ｃｒ３＋蛍光体は、図５に示されるように波長６９０ｎｍ付近に発光ピークを有する。
【００３０】
蛍光体６の中でも、Ｆｅ３＋を含む蛍光体は、波長７００ｎｍ以上８００ｎｍ以下に発光ピークを有するので、Ｆｅ３＋を含む蛍光体が特に好ましい。
【００３１】
図１においては、蛍光体６が第１の保護部材４に含有されている例について図示されているが、蛍光体６は、あらゆる方向に光を放射するので、蛍光体６が第１の保護部材４の表面上、第２の保護部材５の表面上、第１の保護部材４内、第２の保護部材５内、および第１の保護部材４と第２の保護部材５との間の箇所の少なくともいずれかに設けられていれば、特に蛍光体６の位置は限定されない。ただし、蛍光体６は太陽電池セル２より受光面側にあることが好ましい。
【００３２】
蛍光体６を第１の保護部材４の表面上、または第２の保護部材５の表面上に配置する場合において、第１の保護部材４および第２の保護部材５の「表面」とは、第１の保護部材４および第２の保護部材５における封止材３側の面とは反対側の面を意味するものとする。
【００３３】
蛍光体６は、第１の保護部材４に含有されている他、図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように第１の保護部材４の少なくともいずれかの片面または両面に蛍光体層として設けられていてもよい。なお、図示しないが、同様に第２の保護部材５の少なくともいずれかの片面または両面に蛍光体層として設けられていてもよい。
【００３４】
また、図７に示されるように蛍光体６は、封止材３に含有されていてもよい。さらに、図８に示されるように封止材３が第１の封止材３ａと第２の封止材３ｂとから構成されており、第１の封止材３ａと第２の封止材３ｂとの間に蛍光体６が蛍光体層として設けられていてもよい。なお、これらを組み合わせることも可能であることは言うまでもない。
【００３５】
本実施の形態によれば、Ｍｎ４＋、Ｆｅ３＋およびＣｒ３＋からなる群から選択される１以上の遷移金属イオンを含む蛍光体６を用いているので、太陽電池セル２の発電にほぼ寄与しない波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光により励起させ、太陽電池セル２の発電に最も寄与する波長６００ｎｍ以上９００ｎｍ以下に発光ピークを有する光を放射させることができる。これにより、太陽電池セル２により変換される電気エネルギーを増大させることができ、発電効率を向上させることができる。
【００３６】
一般に太陽電池モジュールの温度が上昇すると、発電効率が低下することが知られている。ここで、太陽電池セルが波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光を吸収し、太陽電池モジュールの温度が上昇することも考えられる。これに対し、太陽電池モジュール１によれば、蛍光体６が波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光により励起して、発光し、そして蛍光体６から発せられた光が太陽電池セル２により電気エネルギーに変換されるので、太陽電池セル２による波長２００ｎｍ以上５００ｎｍ未満の光の吸収を抑制することができる。これにより、太陽電池モジュール１の温度上昇を抑制することができ、発電効率の低下を抑制することができる。
【００３７】
（第２の実施の形態）
以下、本発明の第２の実施の形態について説明する。なお、第１の実施の形態と重複する内容については説明を省略するものとする。図９は第２の実施の形態に係る太陽電池セルの概略構成図である。
【００３８】
図９に示されるように太陽電池セル１０は、太陽電池セル本体１１と、太陽電池セル本体の受光面上に形成された蛍光体１２を備えている。太陽電池セル本体１１としては、例えば単結晶シリコンおよび多結晶シリコン等の結晶シリコンを備えた結晶シリコン太陽電池セル本体、薄膜太陽電池セル本体、あるいは化合物太陽電池セル本体が挙げられる。蛍光体１２は、蛍光体６と同じものであるので、具体的な説明は省略する。
【００３９】
本実施の形態においても、蛍光体１２を使用しているので、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００４０】
本発明は上記実施の形態の記載内容に限定されるものではなく、構造や材質、各部材の配置等は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【実施例】
【００４１】
以下、実施例および比較例を用いて本発明を具体的に説明する。本実施例においては、実施例として太陽電池セルの受光面上に上記実施の形態で説明した蛍光体を含む層を形成した試料を作製するとともに、比較例として太陽電池セルの受光面上に蛍光体を含まない層を形成した試料を作製し、発電効率の比較を行った。
【００４２】
試料
（実施例１）
エチレン酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）に、３ＭｇＯ・ＭｇＦ２・ＧｅＯ２：Ｍｎ４＋蛍光体を１０重量％加え、Ｍｎ４＋含有蛍光体を含むＥＶＡを作製した。そして、発電効率が１５％の結晶シリコン太陽電池セルの受光面に、Ｍｎ４＋含有蛍光体を含むＥＶＡを１００μｍ塗布して、試料を得た。
【００４３】
(実施例２)
蛍光体としてＬｉＡｌＯ２：Ｆｅ３＋を用い、かつＬｉＡｌＯ２：Ｆｅ３＋蛍光体の含有量を１重量％とした以外は、実施例１と同様の手法により試料を作製した。
【００４４】
(実施例３)
蛍光体としてＡｌ２Ｏ３：Ｃｒ３＋を用い、かつＡｌ２Ｏ３：Ｃｒ３＋蛍光体の含有量を１重量％とした以外は、実施例１と同様の手法により試料を作製した。
【００４５】
（比較例）
結晶シリコン太陽電池セルの受光面に、蛍光体を含まないＥＶＡを１００μｍ塗布して、試料を得た。
【００４６】
発電効率
このようにして得られた実施例１〜３および比較例の試料を用いて発電効率の比較を行ったところ、実施例１〜３の試料はいずれも比較例の試料に対して発電効率が１％向上していた。この結果から、Ｍｎ４＋を含む蛍光体、Ｆｅ３＋を含む蛍光体、Ｃｒ３＋を含む蛍光体を用いることにより、太陽電池の発電効率を高めることができることが確認された。
【符号の説明】
【００４７】
１…太陽電池モジュール、２…太陽電池セル、３…封止材、４…第１の保護部材、５…第２の保護部材、６…蛍光体、１０…太陽電池セル、１１…セル本体、１２…蛍光体。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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