(57)【要約】【課題】波長変換ナノ粒子の凝集が少なく、可視光に対する透明性が高い波長変換材及びその波長変換材を用いた太陽電池モジュール並びにその波長変換材の製造方法を提供すること。【解決手段】波長変換ナノ粒子５とバインダとアクリレートモノマー９等から混合材料を作成し、混合材料から印刷層１１を形成し、印刷層１１に光を照射してネットワーク構造体７を形成し、その後固化して波長変換材１を製造する。従って、この波長変換材１では、内部に形成されたネットワーク構造体７によって、複数の波長変換ナノ粒子５が複数の領域に区分されて分散している。つまり、波長変換材１の内部の多数の波長変換ナノ粒子５は、ネットワーク構造体５により、いくつかの領域に区分されており、波長変換ナノ粒子５が過度に凝集したものでなく、全体的に広く分散している。そのため、可視光に対する透明性が高い。【選択図】 図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸収した光とは異なる波長の光を発生する複数の波長変換ナノ粒子（５）を含む波長変換材（１）において、
前記波長変換材（１）の内部に、前記複数の波長変換ナノ粒子（５）を複数の領域に区分する網目状の連続体であるネットワーク構造体（７）を備えたことを特徴とする波長変換材。
【請求項２】
前記ネットワーク構造体（７）は、有機物からなることを特徴とする請求項１に記載の波長変換材。
【請求項３】
前記有機物は、光重合性モノマーであることを特徴とする請求項２に記載の波長変換材。
【請求項４】
前記光重合性モノマーは、アクリレートモノマーであることを特徴とする請求項３に記載の波長変換材。
【請求項５】
前記有機物は、ジスルフィド構造を有することを特徴とする請求項２に記載の波長変換材。
【請求項６】
前記ジスルフィド構造を有する有機物は、オクタデシルジスルフィドであることを特徴とする請求項５に記載の波長変換材。
【請求項７】
前記波長変換ナノ粒子（５）は、特定の波長の光を発生する発光中心となる金属イオンを無機ナノ粒子にドープした波長変換ナノ粒子（５）であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の波長変換材。
【請求項８】
太陽電池の受光側に、前記請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長変換材（１）を備えたことを特徴とする太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記請求項１〜７のいずれか１項に記載の波長変換材（１）の製造方法であって、
前記吸収した光とは異なる波長の光を発生する複数の波長変換ナノ粒子（５）と、前記ネットワーク構造体（７）を形成するための構造前駆体と含む材料を作成する第１工程と、
前記材料中にて、前記構造前駆体から前記ネットワーク構造体（７）を形成することにより、前記複数の波長変換ナノ粒子（５）を複数の領域に区分する第２工程と、
前記ネットワーク構造体（７）によって複数の領域に区分された材料を固化して前記波長変換材（１）を作成する第３工程と、
を有することを特徴とする波長変換材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸収した光とは異なる波長の光を発生する波長変換材と、この波長変換材を太陽電池に組み合わせた太陽電池モジュールと、波長変換材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸収した光とは異なる波長の光を発生する波長変換材として、吸収した光とは異なる波長の光を発生する色素材料を添加した波長変換材が知られている。
この種の波長変換材は、例えば、太陽電池の表面に配置されて入射光の波長を変換することにより、太陽電池の効率を向上させることができる。
【０００３】
しかし、従来の色素材料は、耐久性に問題があるため、この色素材料に代えて、無機ナノ粒子（波長変換ナノ粒子）を用いた波長変換材の研究が行われている。
例えば、波長変換ナノ粒子としては、ＣｄＳを含むものが提案されているが、Ｃｄは廃棄処理を誤ると環境に悪影響を与えるため、ＺｎＳｅ等を使用して波長変換ナノ粒子を製造することが提案されている。
【０００４】
この種の製造方法では、有機溶媒中で波長変換ナノ粒子を製造しているため、その有機溶媒の廃棄処理を誤るとＰＲＴＲ法に抵触する可能性がある。そこで、水系溶媒中で波長変換ナノ粒子を製造することが提案されている（非特許文献１参照）。
【０００５】
また、この水系溶媒などを利用する技術では、波長変換ナノ粒子が分散した溶液を固化することにより、波長変換材を製造していた。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Narayan Pradhan,David M. Battaglia,Yongcheng Liu, and Xiaogang Peng,Nano Lett., Vol.7,No.2,2007,312-317
【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、従来技術においては、波長変換ナノ粒子が分散した溶液を固化することによって波長変換材を作製するので、固化する過程で多くの波長変換ナノ粒子が凝集し、可視光に対する透明性が低下するという問題があった。
【０００８】
特に、太陽電池に波長変換材を利用する場合には、可視光に対する透明性が低下すると、太陽電池に入射する可視光が減少するので、発電能力が低下するという問題があった。
本発明は、前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、波長変換ナノ粒子の凝集が少なく、可視光に対する透明性が高い波長変換材、及びその波長変換材を用いた太陽電池モジュール、並びにその波長変換材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、吸収した光とは異なる波長の光を発生する複数の波長変換ナノ粒子を含む波長変換材に関するものであり、特に、その波長変換材の内部には、複数の波長変換ナノ粒子を複数の領域に区分する網目状の連続体であるネットワーク構造体を備えている。
【００１０】
つまり、本発明の波長変換材においては、その内部に波長変換ナノ粒子が複数含まれているが、それらの波長変換ナノ粒子は、ネットワーク構造体により、いくつかの領域に区分（分離）されている。そのため、この波長変換材は、従来のように波長変換ナノ粒子が過度に凝集したものでなく、全体的に広く分散しているので、可視光に対する透明性が高い。
【００１１】
その結果、例えばこの波長変換材を太陽電池と組み合わせて使用する場合には、可視光に対する（波長変換材の）透過性が高く、よって、太陽電池に入射する可視光が多いので、太陽電池の発電能力が高いという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の波長変換材の内部構造を模式的に示す説明図である。
【図２】波長変換材に含まれる波長変換ナノ粒子の機能を示す説明図である。
【図３】（ａ）は、アクリレートモノマーを示す化学式、（ｂ）はアクリルポリマーを示す化学式である。
【図４】実施例１における波長変換ナノ粒子の製造方法を示す説明図である。
【図５】実施例１の波長変換材の製造方法を示す説明図である。
【図６】太陽電池モジュールを示す斜視図であるである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明の波長変換材及び太陽電池モジュール並びに波長変換材の製造方法の実施形態について説明する。
［実施形態］
・本発明の波長変換材においては、ネットワーク構造体は、複数の波長変換ナノ粒子を複数の領域に区分することができる網目状の連続体であり、このネットワーク構造体は、例えば有機物から構成することができる。
【００１４】
この有機物としては、光重合性モノマー（例えばアクリレートモノマー）や、ジスルフィド構造を有する有機物（例えばオクタデシルジスルフィド）を用いることができる。つまり、ネットワーク構造体としては、光重合性モノマー同士が結合した構造や、ジスルフィド構造を有する化合物同士が結合した構造を採用できる。
【００１５】
なお、光重合性モノマーであるアクリレートモノマーとしては、例えばアクリル酸を用いることができる。
・波長変換ナノ粒子としては、例えば特定の波長の光を発生する発光中心となる金属イオンを無機ナノ粒子にドープした波長変換ナノ粒子を用いることができる。例えばＺｎＳｅ系やＺｎＳｅＳ系の無機ナノ粒子中に、発光中心となる金属イオン（例えばＭｎイオン）をドープした構成を採用できる。
【００１６】
なお、波長変換ナノ粒子としては、例えば１０ｎｍ以下の各種の波長変換ナノ粒子を用いることができる。
・波長変換材において、波長変換ナノ粒子及びネットワーク構造体を含む母材としては、例えばアクリル等の透光性を有する各種の樹脂や、水ガラス等の透光性を有する各種のガラスを採用できる。
【００１７】
・また、太陽電池の受光側に、上述した波長変換材を配置することによって、太陽電池モジュールを構成することができる。
・上述した波長変換材を製造する場合には、吸収した光とは異なる波長の光を発生する複数の波長変換ナノ粒子と、ネットワーク構造体を形成するための構造前駆体と含む材料を作成する第１工程と、材料中にて、構造前駆体からネットワーク構造体を形成することにより、複数の波長変換ナノ粒子を複数の領域に区分する第２工程と、ネットワーク構造体によって複数の領域に区分された材料を固化して前記波長変換材を作成する第３工程と、を有する波長変換材の製造方法を採用できる。
【００１８】
ここで、ネットワーク構造体を形成するための材料である構造前駆体としては、前記光重合性モノマー（例えばアクリレートモノマー）や、ジスルフィド構造を有する有機物（例えばオクタデシルジスルフィド）を用いることができる。
【００１９】
・また、構造前駆体からネットワーク構造体を形成する方法としては、例えば光や加熱による処理を採用できる。
例えば、構造前駆体が光重合性モノマー（例えばアクリレートモノマー）である場合には、光を照射することによって、光重合を行って連続体であるポリマーとする（即ちネットワーク構造体）とすることができる。
【００２０】
また、例えば、構造前駆体がジスルフィド構造を有する有機物（例えばオクタデシルジスルフィド）である場合には、所定の温度（ポリマー化する温度）に調節することによって、連続体であるポリマー（即ちネットワーク構造体）とすることができる。
【実施例１】
【００２１】
以下に、本発明の波長変換材及びその製造方法の具体的な実施例について説明する。
ａ）まず、実施例１の波長変換材の構成について説明する。
図１に模式的に示す様に、本実施例１の波長変換材１は、可視光が透過する透光性を有するとともに、入射する光の波長変換を行う部材（例えば板材）であり、固化された母材３中に、波長変換を行う多数の無機ナノ粒子（波長変換ナノ粒子）５が含まれるとともに、その波長変換ナノ粒子５を多数の領域に区分するネットワーク構造体７を備えている。
【００２２】
このうち、前記母材３は、例えばアクリル等の透光性の樹脂からなる。なお、母材３の材料をガラスとしてもよい。
前記波長変換ナノ粒子５は、吸収した光とは異なる波長の光を発生する（詳しくは紫外光を可視光に変換する）粒径が例えば１０ｎｍ以下のナノレベルの粒子である。この波長変換ナノ粒子５としては、例えばＺｎＳｅ系（又はＺｎＳｅＳ系）の無機ナノ粒子中に、発光中心の金属イオンであるＭｎイオンをドープした波長変換ナノ粒子を用いることができる。
【００２３】
なお、この波長変換ナノ粒子としては、例えばＥｇ＝３ｅＶ、粒径が例えばφ３ｎｍの紫外光を可視光に変換する粒子を用いることができる（図２参照）。
前記ネットワーク構造体７は、光重合性モノマーであるアクリレートモノマー（例えば図３（ａ）参照）が重合してポリマー化（例えば図３（ｂ）参照）された連続体（アクリルポリマー）であり、１又は複数個の波長変換ナノ粒子５の周囲を区分して囲むような網目構造を有している。
【００２４】
つまり、本実施例では、前記図１に示す様に、母材３中の全体にわたって、網目が連続したような（即ち網目状の連続体である）ネットワーク構造体７が広がっており、このネットワーク構造体７の各網目によって、多数の波長変換ナノ粒子５は複数の小さな領域に区分されて分散している。
【００２５】
なお、前記波長変換ナノ粒子５は、単一の粒子として分散しているもの以外に、数個が凝集して例えば直径２０〜１００ｎｍの微小凝集体となっているものもある。
ｂ）次に、本実施例の波長変換材１の製造方法について説明する。
＜波長変換ナノ粒子５の製造方法＞
最初に、波長変換ナノ粒子５の製造方法について説明する。
【００２６】
図４（ａ）に示すように、まず、Ｚｎイオン源（例えば、過塩素酸亜鉛）とＮ−アセチル−Ｌ−システイン（以下、ＮＡＣという）とを１：４．８のモル比で含む水溶液と、Ｍｎイオン源（例えば、過塩素酸マンガン）とＮＡＣとを１：１のモル比で含む水溶液とを混合した。なお、前者の水溶液と後者の水溶液とは１０：１の割合で混合し、混合後の水溶液全体に対するＭｎの濃度が２ｍｏｌ％となるようにした。
【００２７】
次に、図４（ｂ）に示すように、その水溶液にＮａＯＨを添加することによってｐＨ８．５に調整した。
次に、図４（ｃ）に示すように、Ｓｅイオン源（例えばＮａＨＳｅ）を１．２ｍｍｏｌ添加した。なお、このときのＺｎ：Ｓｅのモル比は（１：０．６）である。また、この水溶液、即ち、ＺｎＭｎＳｅの前駆体では、金属原子にＮＡＣのＳＨ基が配位し、ＮＡＣのカルボキシル基が水系溶媒への溶解を促進しているものと推定される。
【００２８】
次に、前記水溶液に、更にＮａＯＨを添加することによって、図４（ｄ）に示すように、ｐＨ１０．５に調整した後、高圧下（例えば６気圧）で２００℃に加熱することによって、波長変換ナノ粒子（ＺｎＳｅ：Ｍｎ）５を製造した。なお、加熱時間は１０分とした。
＜波長変換材１の製造方法＞
次に、波長変換ナノ粒子５を含む波長変換材１の製造方法について説明する。
【００２９】
まず、図５に模式的に示す様に、上述した波長変換ナノ粒子５を含む溶液と、高い透明性をもつ多糖類（例えばプルランなど）、もしくは高分子（例えばポリグリシドール、ポリアクリルアミドなど）からなるバインダと、光重合性モノマーのアクリレートモノマー（例えばアクリル酸）９とを混合するとともに、周知の光重合開始剤を加えて、ペースト状の混合材料を作成した。
【００３０】
なお、この混合材料のうち、バインダが母材３を構成する材料であり、アクリレートモノマーが、ネットワーク構造体７を構成する材料である。
また、混合材料の混合量としては、質量比として、例えば溶液：バインダ：アクリレートモノマー＝１０：１０：１を採用できる。
【００３１】
次に、前記混合材料を、スクリーン印刷によって、基板上に印刷して印刷層１１を形成した。
次に、前記印刷層１１に光を照射して、アクリレートポリマーを光重合してポリマー化し、網目が連続した形状のネットワーク構造体７を形成した。
【００３２】
次に、印刷層１１を乾燥して固化し、波長変換材１を完成した。
ｃ）次に、本実施例の効果について説明する。
本実施例では、波長変換ナノ粒子５とバインダと（光重合性モノマーである）アクリレートモノマー９等から混合材料を作成し、この混合材料から印刷層１１を形成し、この印刷層１１に光を照射してネットワーク構造体７を形成し、その後固化して波長変換材１を製造する。
【００３３】
従って、この様にして製造された波長変換材１においては、その内部に形成されたネットワーク構造体７によって、複数の波長変換ナノ粒子５が複数の領域に区分されて分散している。
【００３４】
つまり、本実施例の波長変換材１においては、その内部の多数の波長変換ナノ粒子５は、ネットワーク構造体７により、いくつかの領域に区分（分離）されており、従来のように波長変換ナノ粒子５が特定箇所に過度に凝集したものでなく、全体的に広く分散している。そのため、可視光に対する透明性が高いという特徴がある。
【００３５】
具体的には、本実施例では、波長変換ナノ粒子５が複数個凝集した微小凝集体（２次凝集体）のうち、１００ｎｍ以下の微小凝集体が全体の９０％以上を占めている。なお、ここでは、この微小凝集体に単体の波長変換ナノ粒子５も含むものとする。
【００３６】
これにより、本実施例の波長変換材１は、可視光の高い透過率（例えば９０％以上の透過率）を実現している。
なお、ネットワーク構造を有しない従来品を調べたところ、１００ｎｍを超える２次凝集体は９０％を超えていた。そのため、光の透過率は３０％以下でああった。
【００３７】
ｄ）次に、本実施例の波長変換材１の適用例について説明する。
図６に示す様に、前記波長変換材１を太陽電池（例えばＳｉ太陽電池）２１の受光側に配置して太陽電池モジュール２３とすることができる。
【００３８】
この場合には、波長変換材１が可視光に対する透過性が従来より高いので、太陽電池２１に入射する可視光が多く、その結果、太陽電池２１の発電能力が向上するという効果を奏する。
【００３９】
なお、波長変換材１としては、１種類ではなく、波長変換の特性が異なる（即ち吸収する光と発生する光の波長が各波長変換材で異なる）波長変換材１を複数積層してもよい。
【実施例２】
【００４０】
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又は簡易化する。なお、同様な部材には同じ番号を付す。
本実施例では、ネットワーク構造体７を構成する材料（構造前駆体）として、ジスルフィド構造を有する物質を用いる。
【００４１】
具体的には、前記図５と同様にして、下記の手順によって、本実施例の波長変換材１を製造した。
まず、前記波長変換ナノ粒子５を含む溶液と、高い透明性をもつ多糖類（例えばプルランなど）、もしくは高分子（例えばポリグリシドール、ポリアクリルアミドなど）からなるバインダと、オクタデシルジスルフィド（Ｃ18Ｈ37Ｓ−ＳＨ37Ｃ18）とを混合して、ペースト状の混合材料を作成した。
【００４２】
なお、混合量としては、質量比として、例えば、溶液：バインダ：オクタデシルジスルフィド＝１０：１０：１を採用できる。
次に、２５℃の環境下で、前記混合材料を、スクリーン印刷によって、基板上に印刷して印刷層１１を形成した。
【００４３】
次に、前記印刷層１１を１０℃以下にまで冷却して３０分以上保持し、これによって、網目が連続した形状のネットワーク構造体７を形成した。
次に、印刷層１１を乾燥して固化し、波長変換材１を完成した。
【００４４】
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。
尚、本発明は前記実施例になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【００４５】
（１）例えば、前記実施例では、波長変化材の母材として樹脂を用いたが、例えば水ガラス等のガラスを用いてもよい。
この場合、波長変換材は、周知のゾルゲル法によって製造することができる。つまり、樹脂と同様に、ガラスが固化する前に、光照射又は温度変化によってネットワーク構造体を形成し、その後固化すればよい。
【００４６】
（２）また、前記実施例１では、アニオンとしてＳｅを用いたが、それとは異なり、例えばアニオンとしてＳｅとＳとの両方を用いていわゆる混晶半導体としての無機ナノ粒子（ＺｎＳｅＳ）をＭｎイオンでドープした波長変換ナノ粒子を製造してもよい。
【符号の説明】
【００４７】
１…波長変換材
５…波長変換ナノ粒子
７…ネットワーク構造体
２１…太陽電池
２３…太陽電池モジュール
【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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