(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
温度差を利用して発電する発電積層フィルムであって、
紫外線硬化インキを含有したＮ型材料と、前記紫外線硬化インキを硬化させる紫外線を透過する第１フィルムからなるＮ型フィルムと、
紫外線硬化インキを含有したＰ型材料と、前記紫外線硬化インキを硬化させる紫外線を透過する第２フィルムからなるＰ型フィルムと、
前記Ｎ型フィルムを一方の主面に、前記Ｐ型フィルムを他方の主面に紫外線硬化型接着材を介して接着させた絶縁フィルムと、
を備え、前記Ｎ型フィルムと前記Ｐ型フィルムの間に前記絶縁フィルムが形成され絶縁され、前記Ｎ型フィルムと前記Ｐ型フィルムの温度差により前記絶縁フィルムに絶縁破壊を生じさせて前記Ｎ型フィルムと前記Ｐ型フィルムの間に直流電流を流して発電させることを特徴とする発電積層フィルム。
【請求項２】
前記第１フィルムは、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂フィルムを用いたことを特徴とする請求項１に記載の発電積層フィルム。
【請求項３】
前記絶縁フィルムは、ポリエチレンフィルム又はポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムを用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の発電積層フィルム。
【請求項４】
前記第２フィルムは、ポリエチレンフィルム又はポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムを用いたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発電積層フィルム。
【請求項５】
前記請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発電積層フィルムを製造する発電積層フィルムの製造方法において、
紫外線硬化インキを含有するＮ型材料のペーストを前記紫外線硬化インキを硬化させる紫外線を透過する第１フィルムに印刷したＮ型フィルムの形成工程と、
紫外線硬化インキを含有するＰ型材料のペーストを前記紫外線硬化インキを硬化させる紫外線を透過する第２フィルムに印刷したＰ型フィルムの形成工程と、
絶縁フィルムの一方の主面に紫外線硬化型接着剤を介して前記Ｎ型フィルムと、前記絶縁フィルムの他方の主面に紫外線硬化型接着剤を介して前記Ｐ型フィルムを積層し、紫外線を照射して接着する接着工程と、
からなることを特徴とする発電積層フィルムの製造方法。
【請求項６】
前記Ｎ型材料のペーストを第１フィルムに印刷した後、フィルム面に圧着させることを特徴とする請求項５に記載の発電積層フィルムの製造方法。
【請求項７】
前記Ｐ型材料のペーストを第２フィルムに印刷した後、フィルム面に圧着させることを特徴とする請求項５又は６に記載の発電積層フィルムの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に熱電効果を利用して発電する発電積層フィルムおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化や炭素系エネルギー資源の枯渇などを解決するための再生可能エネルギー、又は原子力発電に代替するクリーンエネルギーなどの開発及び実用化が急務となっている。クリーンエネルギーの一例として太陽光発電がある。太陽光発電には光合成の原理を利用した太陽電池がある。太陽光の一部の可視光域６８０ｎｍ〜７００ｎｍ波長を吸収する色素としては、Ｒｅｄ  ｄｙｅ（Ｎ７１９）とＢｌａｃｋ  ｄｙｅ（Ｎ７４９）が知られている。図６はＲｅｄ  ｄｙｅ（Ｎ７１９）とＢｌａｃｋ  ｄｙｅ（Ｎ７４９）色素の波長域を示すグラフである。同図横軸は波長域（ｎｍ）を示し、縦軸は、吸収強度（ε×１０−３Ｍ−１ｃｍ−１）を示している。ラインＡは太陽光の波長域を示している。ラインＢは可視光５４０ｎｍにピークを有する色素Ｒｅｄ  ｄｙｅの波長域を示している。またラインＣは可視光６００ｎｍ付近に吸収のピークを有し、８００ｎｍまで吸収が広がった色素ｂｌａｃｋ  ｄｙｅの波長域を示している。図示のように太陽光の一部の可視光域６８０ｎｍ〜７００ｎｍ波長を吸収する色素Ｒｅｄ  ｄｙｅ及び色素ｂｌａｃｋ  ｄｙｅは波長強度が低く、効率良く電気エネルギーに変換することができない。このように従来、光合成の基本原理による太陽電池は、熱エネルギーとしての変換効率が悪かった。
【０００３】
また冷暖房設備や、プラント設備から排気されていた排熱を利用して発電する方法がある。従来の温度差を利用して熱を電気に変換する熱電変換素子として特許文献１に開示の素子がある。この素子は、Ｐ型材料からなる薄膜のＰ型熱電素子と、Ｎ型材料からなる薄膜のＮ型熱電素子とで構成された熱電変換モジュールの両面に、２種類以上の熱伝導率の異なる材料で構成された柔軟性を有するフィルム状基板を設け、熱伝導率の高い材料が基板の一部分に位置するように構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９８１７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、光合成を基本原理とする太陽電池ではエネルギーの変換効率が悪く、再生エネルギーとしては実用的でない。そこで太陽光による発熱に着目し、温度差を利用して熱を電気に変換する発電方式であれば、光合成のような可視光域に係らず太陽光を最大限に活用することができる。
【０００６】
一方、特許文献１の発電素子は、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子とを直列接続となるように成膜している。このため、Ｐ型熱電素子とＮ型熱電素子が常に接続され電流が流れる状態となり、発電効率が悪くなるという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、上記従来技術の問題点を解決するため、薄膜のフィルムにＮ型材料及びＰ型材料を容易に形成することができる発電積層フィルム及びその製造方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の発電積層フィルムは、温度差を利用して発電する発電積層フィルムであって、紫外線硬化インキを含有したＮ型材料と、前記紫外線硬化インキを硬化させる紫外線を透過する第１フィルムからなるＮ型フィルムと、紫外線硬化インキを含有したＰ型材料と、前記紫外線硬化インキを硬化させる紫外線を透過する第２フィルムからなるＰ型フィルムと、前記Ｎ型フィルムを一方の主面に、前記Ｐ型フィルムを他方の主面に紫外線硬化型接着材を介して接着させた絶縁フィルムと、を備え、前記Ｎ型フィルムと前記Ｐ型フィルムの間に前記絶縁フィルムが形成され絶縁され、前記Ｎ型フィルムと前記Ｐ型フィルムの温度差により前記絶縁フィルムに絶縁破壊を生じさせて前記Ｎ型フィルムと前記Ｐ型フィルムの間に直流電流を流して発電させることを特徴としている。
【０００９】
この場合において、前記第１フィルムは、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂フィルムを用いるとよい。
また前記絶縁フィルムは、ポリエチレンフィルム又はポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムを用いるとよい。
前記第２フィルムは、ポリエチレンフィルム又はポリエチレンテレフタレート樹脂フィルムを用いるとよい。
【００１０】
本発明の発電積層フィルムの製造方法は、前記発電積層フィルムを製造する発電積層フィルムの製造方法において、紫外線硬化インキを含有するＮ型材料のペーストを前記紫外線硬化インキを硬化させる紫外線を透過する第１フィルムに印刷したＮ型フィルムの形成工程と、紫外線硬化インキを含有するＰ型材料のペーストを前記紫外線硬化インキを硬化させる紫外線を透過する第２フィルムに印刷したＰ型フィルムの形成工程と、絶縁フィルムの一方の主面に紫外線硬化型接着剤を介して前記Ｎ型フィルムと、前記絶縁フィルムの他方の主面に紫外線硬化型接着剤を介して前記Ｐ型フィルムを積層し、紫外線を照射して接着する接着工程と、からなることを特徴としている。
【００１１】
この場合において、前記Ｎ型材料のペーストを第１フィルムに印刷した後、フィルム面に圧着させるとよい。
また前記Ｐ型材料のペーストを第２フィルムに印刷した後、フィルム面に圧着させるとよい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の発電積層フィルム及びその製造方法によれば、薄膜のフィルムにＮ型材料及びＰ型材料を容易に形成することができる。これによりフィルムを平面箇所に限らず、曲面であっても配置させることができる。
【００１３】
また太陽光の発熱で発電することにより、光合成による太陽電池に比べて、熱エネルギーの変換効率を大幅に増加させることができる。
Ｎ型材料及びＰ型材料をフィルムに印刷した後、フィルム面に圧着させることにより、容易にＮ型フィルム及びＰ型フィルムを形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の発電積層フィルムの概略断面図である。
【図２】本発明の発電積層フィルムの一部を拡大した断面図である。
【図３】フィルムの紫外線の相対透過率と、紫外線硬化インキのモル吸収係数を示すグラフである。
【図４】本発明の発電積層フィルムの製造方法の説明図である。
【図５】本発明の発電積層フィルムの原理図である。
【図６】Ｒｅｄ  ｄｙｅ（Ｎ７１９）とＢｌａｃｋ  ｄｙｅ（Ｎ７４９）色素の波長域を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の発電積層フィルム及びその製造方法の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。本発明の発電積層フィルム１０は、熱電効果を利用して発電することができるフィルムである。熱電効果としては、トムソン効果、ペルティエ効果、ゼーベック効果等が知られている。基本構成としては、荷電子帯と伝導帯の間に禁制帯を持ち、電子が伝導電子になったり、荷電子になったりすることで、電気的、光学的、熱的性質が変化するものである。
【００１６】
図１は本発明の発電積層フィルムの概略断面図である。図２は本発明の発電積層フィルムの一部を拡大した断面図である。図示のように本発明の発電積層フィルム１０は、絶縁フィルム２０と、絶縁フィルム２０の一方の主面に形成されたＮ型フィルム３０と、絶縁フィルム２０の他方の主面に形成されたＰ型フィルム４０から構成されている。
【００１７】
絶縁フィルム２０は、電気絶縁物質から構成された薄膜のフィルムであり、本実施形態では一例として、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）フィルムを用いている。なお、絶縁フィルム２０は、耐候性、水蒸気バリアー性、耐熱性、低オリゴマー、機械的特定に優れた素材、電気絶縁性であり、紫外線硬化インキを硬化させる波長域の紫外線を透過することができれば、その他、ポリエチレン（ＰＥ）フィルムなどを適用することもできる。
【００１８】
Ｎ型フィルム３０は、Ｎ型材料３２が形成された第１フィルム３４からなる薄膜のフィルムである。Ｎ型材料３２は、Ｐ型Ｎ型半導体を構成するＮ型の熱伝導体である。Ｎ型材料３２は、電圧が印加されると伝導電子、自由電子の移動により電荷が運ばれる。価数の大きい元素をドーピングすることで形成できる。本実施形態のＮ型材料３２は、一例として、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）の結晶に砒素原子（５価原子）を混ぜることでＮ型となる。このシリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）の結晶に砒素を混ぜたものは微細な（球体直径が１μｍ〜１０００μｍ程）マイクロカプセル内に含有されており、このマイクロカプセルが紫外線硬化インキ中に混入している。
【００１９】
第１フィルム３４は、透明性、柔軟性、接着性、引張強度、耐候性、紫外線透過性を備えた薄膜のフィルムである。本実施形態の第１フィルム３４は、一例として、エチレン酢酸ビニル共重合樹脂（ＥＶＡ）フィルムを用いている。ＥＶＡを用いることにより屋外で使用された場合に変形、劣化等の変質を起こし難くすることができる。
【００２０】
Ｐ型フィルム４０は、Ｐ型材料４２が形成された第２フィルム４４からなる薄膜のフィルムである。Ｐ型材料４２は、Ｐ型Ｎ型半導体を構成するＰ型の熱伝導体である。Ｐ型材料４２は、電圧が印加されると正孔の移動により電荷が運ばれる。正孔は正電荷を運ぶキャリアーであり、正電荷を持つ荷電粒子であるかのように振る舞う。価数の小さい元素をドーピングすることで形成できる。本実施形態のＰ型材料４２は、一例として、ホウ素（Ｂ）（３価原子）、窒化ガリウム（ＧａＮ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ２）、ヨウ化銀（ＡｇＩ２）等を用いることでＰ型となる。このホウ素（Ｂ）（３価原子）、窒化ガリウム（ＧａＮ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ２）、ヨウ化銀（ＡｇＩ２）等は微細な（球体直径が１μｍ〜１０００μｍ程）マイクロカプセル内に含有されており、このマイクロカプセルが紫外線硬化インキ中に混入している。
【００２１】
第２フィルム４４は、電気絶縁物質から構成された薄膜のフィルムであり、本実施形態では一例として、ポリエチレン（ＰＥ）フィルムを用いている。なお、絶縁フィルム２０は、耐候性、水蒸気バリアー性、耐熱性、低オリゴマー、機械的特定に優れた素材、電気絶縁性であり、紫外線硬化インキを硬化させる波長域の紫外線を透過することができれば、その他、ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）フィルムなどを適用することもできる。
【００２２】
図３はフィルムの紫外線の相対透過率と、紫外線硬化インキのモル吸収係数を示すグラフである。同グラフの横軸は波長（ｎｍ）を示し、右縦軸は絶縁フィルム及び第２フィルムの紫外線の相対透過率（％）を示し、左縦軸は紫外線硬化インキのモル吸収係数（ｌ／ｍｏｌ×ｃｍ）を示している（３００ｎｍ〜３２０ｎｍの重合開始剤）。図示のように、紫外線硬化インキのモル吸収係数のピークは、約３５０ｎｍ以下の波長域に表れている。そして絶縁フィルム２０（ポリエチレンテレフタレート樹脂（ＰＥＴ）フィルム）、第２フィルム４４（ポリエチレン（ＰＥ）フィルム）はいずれも、この波長域における相対透過率が５０％から８０％であり、紫外線硬化インキを硬化させるための紫外線を十分に透過することができる。また比較例として、ポリプロピレン樹脂（ＰＰ）フィルムは、３５０ｎｍ以下の透過率が著しく減少しているため、紫外線を透過しないため、インクを硬化させることができない。
【００２３】
絶縁フィルム２０の両主面にＮ型フィルム３０及びＰ型フィルム４０を接着する際には接着材１２を用いている。接着材１２は、導電性を備え、紫外線の照射によって硬化する紫外線硬化型の接着材である。
【００２４】
上記構成による本発明の発電積層フィルムの製造方法について以下説明する。図４は本発明の発電積層フィルムの製造方法の説明図である。発電積層フィルム１０の製造装置は次のように構成されている。絶縁フィルム２０と、第１フィルム３４と、第２フィルム４４は、ロール状に形成されている。そして絶縁フィルム２０を中心として、上下に第１フィルム３４と第２フィルム４４を配置、即ち、第１フィルム３４と第２フィルム４４の間に絶縁フィルム２０を挟むように配置している。
【００２５】
搬送路の上流側の絶縁フィルム２０と、下流側の発電積層フィルム１０の間には、第１フィルム３４と第２フィルム４４を積層させる第１ローラ５０と、紫外線硬化インキを硬化させる紫外線を照射可能な紫外線（ＵＶ）照射手段５２と、積層された発電積層フィルムを送り出す第２ローラ５４が形成されている。
【００２６】
第１フィルム３４のロールと第１ローラ５０の間には、Ｎ型材料３２の印刷ローラ６０と、第１フィルム３４の両主面から圧着する圧着ローラ６２が形成されている。
第２フィルム４４のロールと第１ローラ５０の間には、Ｐ型材料４２の印刷ローラ７０と、第２フィルム４４の両主面から圧着する圧着ローラ７２が形成されている。
【００２７】
絶縁フィルム２０のロールと第１ローラ５０の間には、接着材１２を絶縁フィルム２０の両主面に塗布可能な接着ローラ８０が形成されている。
絶縁フィルムのローラからシート状の絶縁フィルム２０が搬送路に供給されると共に、第１フィルム３４のロール及び第２フィルム４４のロールからそれぞれシート状の第１フィルム３４及び第２フィルム４４が搬送路に供給される。
絶縁フィルム２０は第１ローラ５０に供給されるまでに、接着ローラ８０を通り、両主面に接着材１２が塗布される。
【００２８】
第１フィルム３４は、第１ローラ５０に供給されるまでに、まず印刷ローラ６０を通り、絶縁フィルム２０と接着する側にＮ型材料３２が塗布される。Ｎ型材料３２は、シリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）の結晶にヒ素原子を混ぜたものと、紫外線硬化インキとからなるペースト状の材料である。またシリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）の結晶に砒素を混ぜたものは微細なマイクロカプセル内に含有されており、このマイクロカプセルが紫外線硬化インキ中に混入している。ついで、第１フィルム３４は圧着ローラ６２を通る。このとき、シリコン（Ｓｉ）又はゲルマニウム（Ｇｅ）等が含有されたマイクロカプセルが破壊されてフィルム上に露出する。
【００２９】
一方、第２フィルム４４は、第１ローラ５０に供給されるまでに、まず印刷ローラ７０を通り、絶縁フィルム２０と接着する側にＰ型材料４２が塗布される。Ｐ型材料４２は、ホウ素（Ｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ２）、ヨウ化銀（ＡｇＩ２）等と、紫外線硬化インキとからなるペースト状の材料である。またホウ素（Ｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ２）、ヨウ化銀（ＡｇＩ２）等は微細なマイクロカプセル内に含有されており、このマイクロカプセルが紫外線硬化インキ中に混入している。ついで、第２フィルム４４は圧着ローラ７２を通る。このとき、ホウ素（Ｂ）、窒化ガリウム（ＧａＮ２）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ２）、ヨウ化銀（ＡｇＩ２）等が含有されたマイクロカプセルが破壊されてフィルム上に露出する。
【００３０】
そして第１ローラ５０により、絶縁フィルム２０と第１フィルム３４と第２フィルム４４が積層される。発電積層フィルム１０は、紫外線照射手段５２から照射された紫外線によって紫外線硬化インキ及び接着材が硬化して、第１フィルム３４にＮ型フィルム３０が形成され、第２フィルム４４にＰ型フィルム４０が形成されると共に、Ｎ型フィルム３０と絶縁フィルム２０とＰ型フィルム４０が積層された発電積層フィルム１０が形成される。発電積層フィルム１０は第２ローラ５４により排出された後、ロール状に形成される。
【００３１】
図５は本発明の発電積層フィルムの原理図である。図示のように発電積層フィルム１０は、Ｎ型フィルム３０とＰ型フィルム４０の間に絶縁フィルム２０が形成され絶縁された状態である。Ｎ型フィルム３０側から太陽光が照射されると、Ｐ型フィルム４０側へ放熱される温度差が生じると、絶縁破壊が生じてＮ型フィルム３０からＰ型フィルム４０へ直流電流が流れる。一例として、温度差が１００℃のとき、１ｃｍ２あたりの電圧３．７５Ｖの電圧を受けて１００ｍＡの電流が流れると想定する。そして太陽光が常時照射されている場合、温度は４５℃〜５０℃となる。このときの常温を２５℃とする。そうすると温度差は約２５℃〜３０℃となり、電流は１００ｍＡ／４で約２５ｍＡとなる。この他空調設備の排熱、紫外線照射装置の排熱等は、数十℃〜数百℃となる場合があり、この排熱を熱源として利用することができる。
【００３２】
このような本発明の発電積層フィルムによれば、薄膜のフィルムにＮ型材料及びＰ型材料を容易に形成することができる。これによりフィルムを平面箇所に限らず、曲面であっても配置させることができる。
【００３３】
また太陽光の発熱で発電することにより、光合成による太陽電池に比べて、熱エネルギーの変換効率を大幅に増加させることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１０………発電積層フィルム、１２………接着剤、２０………絶縁フィルム、３０………Ｎ型フィルム、３２………Ｎ型材料、３４………第１フィルム、４０………Ｐ型フィルム、４２………Ｐ型材料、４４………第２フィルム、５０………第１ローラ、５２………紫外線照射手段、５４………第２ローラ、６０………印刷ローラ、６２………圧着ローラ、７０………印刷ローラ、７２………圧着ローラ、８０………接着ローラ。
【図１】
0005946207.tif 000002
【図２】
0005946207.tif 000003
【図３】
0005946207.tif 000004
【図４】
0005946207.tif 000005
【図５】
0005946207.tif 000006
【図６】
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