(57)【要約】  導光体１４は、第１主面１４ａと、第１端面１４ｃを有し、少なくとも一つの光機能材料１２，１８を含み、前記少なくとも一つの光機能材料が、光を異方的に発する第１光機能材料１２を含み、少なくとも前記第１光機能材料から放射された光を伝播させ前記端面から射出させるよう構成されており、前記第１光機能材料は、前記第１光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と前記第１主面の法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている。
2013069785.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１主面と、第１端面を有し、
少なくとも一つの光機能材料を含み、
前記少なくとも一つの光機能材料が、光を異方的に発する第１光機能材料を含み、
少なくとも前記第１光機能材料から放射された光を伝播させ前記端面から射出させるよう構成されており、
前記第１光機能材料は、前記第１光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と前記第１主面の法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている導光体。
【請求項２】
前記第１光機能材料は、前記第１主面から入射した外光の一部を吸収する請求項１に記載の導光体。
【請求項３】
さらに、入射した外光の一部を等方的に吸収する第２光機能材料を含む請求項１または２に記載の導光体。
【請求項４】
前記第２光機能材料は、光を等方的に吸収する性質を有する材料、もしくは光を異方的に吸収する性質を有するが前記導光体に含まれる材料に対して配向しにくくランダムな状態の光機能材料、のいずれかである請求項３に記載の導光体。
【請求項５】
前記光機能材料を複数含み、
前記第１光機能材料は、前記複数の光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料を含む請求項１ないし４のいずれか一項に記載の導光体。
【請求項６】
前記第１光機能材料は、前記第１主面の法線方向から見て、前記第１光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が前記端面を向くように配向されている請求項１ないし５のいずれか一項に記載の導光体。
【請求項７】
前記第１光機能材料が、二色性蛍光色素からなる光機能材料を含む請求項１ないし６のいずれか一項に記載の導光体。
【請求項８】
前記二色性蛍光色素が、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素を含む請求項７に記載の導光体。
【請求項９】
さらに、前記第１主面側に設けられ、前記導光体の外部から入射する外光を拡散させる拡散板を含む請求項１ないし８のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項１０】
前記複数の光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料から放射された光を、前記第１端面から射出させる請求項３ないし９のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項１１】
前記光機能材料のうち、前記最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料以外の１又は複数の光機能材料には、蛍光量子収率が８０％以下の光機能材料が含まれている請求項３ないし１０のいずれか一項に記載の導光体。
【請求項１２】
前記最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料の蛍光量子収率は、前記導光体に含まれる他のいずれの光機能材料の蛍光量子収率よりも高い請求項１１に記載の導光体。
【請求項１３】
さらに、前記導光体の内部を伝播する光を反射する反射層を含む請求項１ないし１２のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項１４】
さらに、前記導光体と前記反射層の間に位相差板を含む請求項１３に記載の導光体。
【請求項１５】
前記位相差板は、１／４λ板である請求項１４に記載の導光体。
【請求項１６】
請求項１ないし１５のいずれか一項に記載の導光体と、
前記導光体の前記第１端面から射出された前記光を受光する第１太陽電池素子と、を備えている太陽電池モジュール。
【請求項１７】
前記光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料の発光スペクトルのピーク波長における前記第１太陽電池素子の分光感度は、前記導光体に備えられた他のいずれの光機能材料の発光スペクトルのピーク波長における前記第１太陽電池素子の分光感度よりも大きい請求項１６に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１８】
さらに、第３主面と第２端面を有し、前記第２主面側に配置され、前記第２主面から透過した光を前記第３主面から入射し、伝播させて前記第２端面から射出する第２導光体と、前記第２端面に設けられて前記第２端面から射出された光を受光する第２太陽電池素子と、を備える請求項１６または１７に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１９】
前記異方性光機能材料は、前記第１主面の法線方向から見て、前記異方性光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が前記第１端面を向くように配向されている請求項１８に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２０】
前記第２導光体は、前記第４主面に設けられた傾斜面で光を反射して伝播させ、前記第２端面から射出する形状導光体である請求項１８または１９に記載の太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導光体、太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置に関する。
本願は、２０１１年１１月１１日に、日本に出願された特願２０１１−２４７４７０号及び２０１１年１２月２２日に、日本に出願された特願２０１１−２８１５０２に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
導光体の端面に太陽電池素子を設置し、導光体の内部を伝播した光を太陽電池素子に入射させて発電を行う太陽光発電装置が知られている。【０００３】
特許文献１では、導光体の一主面から入射した太陽光の一部を導光体の内部に伝播させて太陽電池素子に導く構成となっている。導光体の表面には蛍光体が塗布されており、導光体に入射した太陽光によって蛍光体が励起される。蛍光体から放射された光（蛍光）は導光体の内部を伝播し、太陽電池素子に入射して発電が行われる。【０００４】
特許文献２では、導光体の一主面から入射した太陽光の一部を導光体の内部に伝播させて光電変換部に導く構成となっている。導光体の内部には指ｓ向性発光粒子が分散されている。導光体に入射した太陽光は、指向性発光粒子により、光電変換部の方向に指向性を持つように変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平３−２７３６８６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２２５６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１では、蛍光体の励起に用いられる太陽光は、導光体に入射する太陽光のうちのごく僅かである。導光体に入射した太陽光の大部分は導光体を透過し、発電に寄与しない。
特許文献２では、導光体に入射した太陽光が１種類の指向性発光粒子により変換される構成である。そのため、発電に利用することができる波長域が限られてしまう。
また、特許文献２では、発光光の指向性（異方性）を利用しているが、この構成では吸収指向性の影響があり、垂直に近い角度の入射光が透過してしまう。
よって、これら特許文献１、２では、発電効率の高い太陽光発電装置を提供することができない。【０００７】
本発明の態様における目的は、光の取り出し効率が高い導光体、発電効率の高い太陽電池モジュールおよびこれを用いた太陽光発電装置を提供することにある。
また、本発明の他の態様における目的は、光の取り出し効率が高く発電効率が高い太陽電池モジュールと、これを用いた太陽光発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様における導光体は、第１主面と、第１端面を有し、少なくとも一つの光機能材料を含み、前記少なくとも一つの光機能材料が、光を異方的に発する第１光機能材料を含み、少なくとも前記第１光機能材料から放射された光を伝播させ前記端面から射出させるよう構成されており、前記第１光機能材料は、前記第１光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と前記第１主面の法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている。【０００９】
本発明の一態様における導光体において、前記第１光機能材料は、前記第１主面から入射した外光の一部を吸収してもよい。【００１０】
本発明の一態様における導光体は、さらに入射した外光の一部を等方的に吸収する第２光機能材料を含んでもよい。【００１１】
本発明の一態様における導光体において、前記第２光機能材料は、光を等方的に吸収する性質を有する材料、もしくは光を異方的に吸収する性質を有するが前記導光体に含まれる材料に対して配向しにくくランダムな状態の光機能材料、のいずれかであってもよい。【００１２】
本発明の一態様における導光体は、前記光機能材料を複数含み、前記第１光機能材料は、前記複数の光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料を含んでもよい。【００１３】
本発明の一態様における導光体において、前記第１光機能材料は、前記第１主面の法線方向から見て、前記第１光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が前記端面を向くように配向されていてもよい。【００１４】
本発明の一態様における導光体において、前記第１光機能材料が、二色性蛍光色素からなる光機能材料を含んでもよい。【００１５】
本発明の一態様における導光体において、前記二色性蛍光色素が、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素を含んでもよい。【００１６】
本発明の一態様における導光体は、さらに、前記第１主面側に設けられ、前記導光体の外部から入射する外光を拡散させる拡散板を含んでもよい。【００１７】
本発明の一態様における導光体は、前記複数の光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料から放射された光を、前記第１端面から射出させてもよい。【００１８】
本発明の一態様における導光体において、前記複数の光機能材料のうち、前記最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料以外の１又は複数の光機能材料には、蛍光量子収率が８０％以下の光機能材料が含まれていてもよい。【００１９】
本発明の一態様における導光体において、前記最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料の蛍光量子収率は、前記導光体に含まれる他のいずれの光機能材料の蛍光量子収率よりも高くてもよい。【００２０】
本発明の一態様における導光体において、前記光機能材料が、無機材料からなる光機能材料を含んでいてもよい。【００２１】
本発明の一態様における導光体において、前記無機材料からなる光機能材料が、量子ドットからなる光機能材料を含んでいてもよい。【００２２】
本発明の一態様における導光体において、前記光機能材料が、有機無機ハイブリッド蛍光体からなる光機能材料をふくんでいてもよい。【００２３】
本発明の一態様における導光体は、さらに、前記導光体の内部を伝播する光を反射する反射層を含んでいてもよい。【００２４】
本発明の一態様における導光体において、前記反射層は、入射した光を散乱反射する散乱反射層であってもよい。【００２５】
本発明の一態様における導光体は、さらに、前記導光体と前記反射層の間に位相差板を含んでもよい。【００２６】
本発明の一態様における導光体において、前記位相差板は、１／４λ板であってもよい。【００２７】
本発明の一態様における導光体は、透明導光体と、前記透明導光体の内部に分散された前記複数の光機能材料と、を含んでもよい。【００２８】
本発明の一態様における導光体は、透明導光体と、前記透明導光体の有する第３主面に設けられ、内部に前記複数の光機能材料が分散された光機能材料層と、を含んでもよい。【００２９】
本発明の一態様における導光体は、さらに、剥離可能な粘着層を含み、前記透明導光体と前記光機能材料層とは、前記粘着層で接着されていてもよい。【００３０】
本発明の他の態様における太陽電池モジュールは、導光体と、前記導光体の前記第１端面から射出された前記光を受光する第１太陽電池素子と、を備えている。【００３１】
本発明の他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料の発光スペクトルのピーク波長における前記第１太陽電池素子の分光感度は、前記導光体に備えられた他のいずれの光機能材料の発光スペクトルのピーク波長における前記第１太陽電池素子の分光感度よりも大きくてもよい。【００３２】
本発明の他の態様における太陽電池モジュールは、さらに、第３主面と第２端面を有し、前記第２主面側に配置され、前記第２主面から透過した光を前記第３主面から入射し、伝播させて前記第２端面から射出する第２導光体と、前記第２端面に設けられて前記第２端面から射出された光を受光する第２太陽電池素子と、を備えてもよい。【００３３】
本発明の一態様における導光体において、前記第２導光体は、前記第３主面と対向する第４主面を有し、前記第２導光体において、前記伝播させ端面から射出させるとは、前記第３主面で反射させ端面から射出させる、前記第４主面で反射させ端面から射出させる、前記第３主面と前記第４主面との間で反射させながら端面から射出させる、もしくは前記第３主面及び前記第４主面のいずれにも入射させることなく端面から射出させる、のいずれかであってもよい。【００３４】
本発明の他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記異方性光機能材料は、前記第１主面の法線方向から見て、前記異方性光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が前記第１端面を向くように配向されていてもよい。【００３５】
本発明の他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第２導光体は、前記第４主面に設けられた傾斜面で光を反射して伝播させ、前記第２端面から射出する形状導光体であってもよい。【００３６】
本発明の他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第２導光体の前記第４主面側には、前記第２導光体の前記第４主面側から透過した光を反射する反射層が設けられていてもよい。【００３７】
本発明の他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第１太陽電池素子と前記第２太陽電池素子とは、共通の太陽電池素子によって構成されていてもよい。【００３８】
本発明のさらに他の態様における太陽光発電装置は、前記太陽電池モジュールを備える。【００３９】
本発明のさらに他の態様における導光体は、第１主面と、端面を有し、複数の光機能材料を含み、前記複数の光機能材料が、少なくとも光を異方的に発する第１光機能材料と、光を等方的に吸収する第２光機能材料と、を含み、前記第１主面に入射した外光の一部を前記複数の光機能材料によって吸収し、少なくとも前記第１光機能材料から放射された光を伝播させ前記端面から射出させるよう構成されており、前記第１光機能材料は、前記第１光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と前記第１主面の法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている。【００４０】
本発明のさらに他の態様における導光体は、前記第１主面と対向する第２主面を有し、前記伝播させ端面から射出させるとは、前記第１主面で反射させ前記端面から射出させる、前記第１主面と対向する第２主面で反射させ前記端面から射出させる、前記第１主面と前記第２主面との間で反射させながら前記端面から射出させる、もしくは前記第１主面及び前記第２主面のいずれにも入射させることなく前記端面から射出させる、のいずれかであってもよい。【００４１】
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記第２光機能材料とは、光を等方的に吸収する性質を有する材料、もしくは光を異方的に吸収する性質を有するが前記導光体に含まれる材料に対して配向しにくくランダムな状態の光機能材料、のいずれかであってもよい。【００４２】
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記第１光機能材料は、前記複数の光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料を含んでもよい。【００４３】
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記第１光機能材料は、前記第１主面の法線方向から見て、前記第１光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が前記端面を向くように配向されていてもよい。【００４４】
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記第１光機能材料が、二色性蛍光色素からなる光機能材料を含んでもよい。【００４５】
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記二色性蛍光色素が、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素を含んでもよい。【００４６】
本発明のさらに他の態様における導光体は、さらに、前記第１主面側に設けられ、前記導光体の外部から入射する外光を拡散させる拡散板を含んでもよい。【００４７】
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記複数の光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料から放射された光を、前記端面から射出させてもよい。【００４８】
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記複数の光機能材料のうち、前記最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料以外の１又は複数の光機能材料には、蛍光量子収率が８０％以下の光機能材料が含まれていてもよい。【００４９】
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料の蛍光量子収率は、前記導光体に含まれる他のいずれの光機能材料の蛍光量子収率よりも高くてもよい。【００５０】
本発明のさらに他の態様における導光体は、前記光機能材料が、無機材料からなる光機能材料を含んでもよい。【００５１】
本発明の一態様における導光体において、前記光機能材料が、有機無機ハイブリッド蛍光体からなる光機能材料をふくんでいてもよい。【００５２】
本発明のさらに他の態様における導光体は、前記無機材料からなる光機能材料が、量子ドットからなる光機能材料を含んでもよい。【００５３】
本発明のさらに他の態様における導光体は、さらに前記導光体の内部を伝播する光を反射する反射層を含んでもよい。【００５４】
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記反射層は、入射した光を散乱反射する散乱反射層であってもよい。【００５５】
本発明のさらに他の態様における導光体は、さらに前記導光体と前記反射層の間に位相差板を含んでもよい。【００５６】
本発明のさらに他の態様における導光体において、前記位相差板は、１／４λ板であってもよい。【００５７】
本発明のさらに他の態様における導光体は、透明導光体と、前記透明導光体の内部に分散された前記複数の光機能材料と、を含んでもよい。【００５８】
本発明のさらに他の態様における導光体は、透明導光体と、前記透明導光体の有する第３主面に設けられ、内部に前記複数の光機能材料が分散された光機能材料層と、を含んでもよい。【００５９】
本発明のさらに他の態様における導光体は、さらに、剥離可能な粘着層を含み、前記透明導光体と前記光機能材料層とは、前記粘着層で接着されていてもよい。【００６０】
本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールは、前記導光体と、前記導光体の端面から射出された前記光を受光する太陽電池素子と、を備えている。【００６１】
本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記複数の光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料の発光スペクトルのピーク波長における前記太陽電池素子の分光感度は、前記導光体に備えられた他のいずれの光機能材料の発光スペクトルのピーク波長における前記太陽電池素子の分光感度よりも大きくてもよい。【００６２】
本発明のさらに他の態様における太陽光発電装置は、前記太陽電池モジュールを備えている。【００６３】
本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールは、第１主面と、第２主面と、第１端面を有し、光機能材料を含み、前記第１主面から入射した外光の一部を前記光機能材料によって吸収し、前記光機能材料から放射された光を伝播させて前記第１端面から射出する第１導光体と、第３主面と、第２端面とを有し、前記第１主面と反対側に位置する前記第２主面側に配置され、前記第２主面から透過した光を前記第３主面から入射し、伝播させて前記第２端面から射出する第２導光体と、前記第１端面に設けられて前記第１端面から射出された光を受光する第１太陽電池素子と、前記第２端面に設けられて前記第２端面から射出された光を受光する第２太陽電池素子と、を備える。前記光機能材料は、光を異方的に発する異方性光機能材料を含む。前記異方性光機能材料は、前記異方性光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と前記第１導光体における前記第１主面の法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている。【００６４】
本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第１導光体において、前記伝播させ端面から射出させるとは、前記第１主面で反射させ端面から射出させる、前記第２主面で反射させ端面から射出させる、前記第１主面と前記第２主面との間で反射させながら端面から射出させる、もしくは前記第１主面及び前記第２主面のいずれにも入射させることなく端面から射出させる、のいずれかであり、
前記第２導光体は、前記第３主面と対向する第４主面を有し、
前記第２導光体において、前記伝播させ端面から射出させるとは、前記第３主面で反射させ端面から射出させる、前記第４主面で反射させ端面から射出させる、前記第３主面と前記第４主面との間で反射させながら端面から射出させる、もしくは前記第３主面及び前記第４主面のいずれにも入射させることなく端面から射出させる、のいずれかであってもよい。【００６５】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記異方性光機能材料は、前記第１主面の法線方向から見て、前記異方性光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が前記第１端面を向くように配向されていいてもよい。【００６６】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記異方性光機能材料が、二色性蛍光色素からなる光機能材料を含んでもよい。【００６７】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいては、前記二色性蛍光色素が、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素を含んでいてもよい。【００６８】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記光機能材料が複数の光機能材料を含み、これら複数の光機能材料のうちの少なくとも一種が前記二色性蛍光色素からなってもよい。【００６９】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記二色性蛍光色素が、前記複数の光機能材料のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料であってもよい。【００７０】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記光機能材料が、前記二色性蛍光色素からなる光機能材料と、光を等方的に吸収する等方性光機能材料とを含んでもよい。【００７１】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記等方性光機能材料は、光を等方的に吸収する吸収等方性を有する材料、もしくは光を異方的に吸収する吸収異方性を有するが、前記第１導光体に含まれる材料に対して配向しにくく、ランダムな状態に配置された光機能材料であってもよい。【００７２】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記光機能材料が、前記二色性蛍光色素からなる複数の光機能材料を含んでもよい。【００７３】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第１導光体では、前記複数の光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料から放射された光を、前記第１端面から射出させてもよい。【００７４】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールは、さらに前記第１主面側には、前記第１導光体の外部から入射する外光を拡散させる拡散板を含んでもよい。【００７５】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第２導光体は、前記第３主面と前記第４主面に設けられた傾斜面とで光を反射して伝播させ、前記第２端面から射出する形状導光体であってもよい。【００７６】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールは、さらに前記第４主面側には、前記第４主面側から透過した光を反射する反射層を含んでもよい。【００７７】
また、本発明のさらに他の態様における太陽電池モジュールにおいて、前記第１太陽電池素子と前記第２太陽電池素子とは、共通の太陽電池素子によって構成されていてもよい。【００７８】
本発明のさらに他の態様における太陽光発電装置は、前記の太陽電池モジュールを備えている。
【発明の効果】
【００７９】
本発明の一態様によれば、光の取り出し効率が高い導光体、発電効率の高い太陽電池モジュールおよびこれを用いた太陽光発電装置を提供することができる。【００８０】
本発明の他の態様によれば、第１導光体の後方に第２導光体を配置した構造としているので、入射角度が深い光に関しては第１導光体で集光し、垂直に近い角度の入射光に関しては第２導光体で集光することができる。したがって、光の取り出し効率が高く発電効率が高い太陽電池モジュールを提供するとともに、これを用いた太陽光発電装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】第１実施形態の太陽電池モジュールの概略斜視図である。
【図２】太陽電池モジュールの断面図である。
【図３Ａ】二色性蛍光色素の特性を示す図である。
【図３Ｂ】二色性蛍光色素の特性を示す図である。
【図４】二色性蛍光色素の配向状態を示す図である。
【図５Ａ】二色性蛍光色素の作用を説明するための図である。
【図５Ｂ】二色性蛍光色素の作用を説明するための図である。
【図５Ｃ】二色性蛍光色素の作用を説明するための図である。
【図６】二色性蛍光色素の配向状態の他の例を示す図である。
【図７】第２実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図８】第２実施形態の太陽電池モジュールで用いられる第２光機能材料の発光スペクトルを示す図である。
【図９】第２実施形態の太陽電池モジュールで用いられる第２光機能材料の吸収スペクトルを示す図である。
【図１０】第２実施形態の太陽電池モジュールで用いられる第１光機能材料の発光スペクトル及び吸収スペクトルを示す図である。
【図１１】第３実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図１２】蛍光体の吸収特性を示す図である。
【図１３】蛍光体の吸収特性を示す図である。
【図１４】蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１５】蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１６Ａ】フォトルミネッセンス機構の説明図である。
【図１６Ｂ】フェルスター機構の説明図である。
【図１７Ａ】フェルスター機構の説明図である。
【図１７Ｂ】フェルスター機構の説明図である。
【図１８】アモルファスシリコン太陽電池の分光感度曲線を第１蛍光体の発光スペクトル、第２蛍光体の発光スペクトル及び第３蛍光体の発光スペクトルとともに示す図である。
【図１９】太陽電池素子として利用可能な種々の太陽電池の分光感度曲線を示す図である。
【図２０】図１９に示した種々の太陽電池のエネルギー変換効率を示す図である。
【図２１】第４実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２２】拡散板の作用を説明するための図である。
【図２３】第５実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２４】第６実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２５】第８実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２６】第９実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２７】第９実施形態の太陽電池モジュールで用いられる光機能材料の発光スペクトルおよび太陽電池素子の分光感度を示す図である。
【図２８】第１０実施形態の太陽電池モジュールで用いられる光機能材料の発光スペクトルおよび太陽電池素子の分光感度を示す図である。
【図２９】第１８実施形態の太陽電池モジュールに適用される導光体の断面図である。
【図３０】第１８実施形態の導光体の他の構成例を示す断面図である。
【図３１】導光体の要部の構成を示す断面図である。
【図３２】太陽光発電装置の概略構成図である。
【図３３】光機能材料の変形例を示す図である。
【図３４】第７実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図３５Ａ】１／４λ板の作用を説明するための太陽電池モジュールの断面図である。
【図３５Ｂ】１／４λ板の作用を説明するための太陽電池モジュールの断面図である。
【図３５Ｃ】１／４λ板の作用を説明するための太陽電池モジュールの断面図である。
【図３５Ｄ】１／４λ板の作用を説明するための太陽電池モジュールの断面図である。
【図３５Ｅ】１／４λ板の作用を説明するための太陽電池モジュールの断面図である。
【図３６】第１１実施形態の太陽電池モジュールの概略斜視図である。
【図３７】第１１実施形態の太陽電池モジュールの側断面図である。
【図３８Ａ】第２導光体の概略構成を示す模式図である。
【図３８Ｂ】第２導光体の概略構成を示す模式図である。
【図３９】第１２実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す側断面図である。
【図４０】第１３実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す側断面図である。
【図４１】第１４実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す側断面図である。
【図４２】光機能材料の作用を説明するための図である。
【図４３】第１５実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す側断面図である。
【図４４】拡散板の作用を説明するための図である。
【図４５】第１６実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す側断面図である。
【図４６】第１６実施形態の太陽電池モジュールの変形例を示す側断面図である。
【図４７】第１７実施形態の太陽電池モジュールの概略構成を示す側断面図である。
【図４８】第１９実施形態の太陽電池モジュールに適用される導光体の断面図である。
【図４９】第１９実施形態の導光体の他の構成例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
［第１実施形態］
図１は、第１実施形態の太陽電池モジュール１１の概略斜視図である。
【００８３】
太陽電池モジュール１１は、図１に示すように、導光体１４（蛍光導光体）と、太陽電池素子１６と、枠体１１０と、を備えている。太陽電池素子１６は、導光体１４の端面１４ｃから射出された光を受光する太陽電池素子１６。枠体１１０は、導光体１４と太陽電池素子１６とを一体に保持する枠体１１０。
【００８４】
導光体１４は、第１主面１４ａと、第２主面１４ｂと、端面１４ｃと、を備えている。第１主面１４ａは、外光Ｌが入射する光入射面である第１主面１４ａ。第２主面１４ｂは、第１主面１４ａと対向する。第２主面１４ｂ端面１４ｃは、光射出面である端面１４ｃ。
【００８５】
なお、本実施形態において、導光体１４の第１主面１４ａの面内に平行な方向をｘ軸方向、ｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向、第１主面１４ａと直交する方向（導光体１４の厚み方向）をｚ軸方向、と定義する。
【００８６】
導光体１４は、第１主面１４ａ及び第２主面１４ｂを有する略矩形の板状部材である。導光体１４の第１主面１４ａ及び第２主面１４ｂは平坦な面である。本実施形態において、導光体１４は、液晶性ポリマーからなる基材（透明基板）の内部に、複数の光機能材料を分散させたものである。複数の光機能材料のうち少なくとも１つの光機能材料は蛍光体である。蛍光体から放射された光は、導光体１４の内部を伝播して端面１４ｃから射出され、太陽電池素子１６で発電に利用される。
【００８７】
太陽電池素子１６は、受光面を導光体１４の４つの端面１４ｃと対向させて配置されている。
太陽電池素子１６は、端面１４ｃと光学接着されていることが好ましい。太陽電池素子１６としては、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。中でも、化合物半導体を用いた化合物系太陽電池は、高効率な発電が可能であることから、太陽電池素子１６として好適である。化合物系太陽電池としては、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２、ＣｕＩｎＳ２、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等が挙げられる。また、量子ドット太陽電池としては、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ等が挙げられる。
【００８８】
図１では、太陽電池素子１６を導光体１４の４つの端面に設置した例を示したが、太陽電池素子１６は導光体１４の４の端面のうち一部の端面に設置してもよい。太陽電池素子１６を導光体１４の一部の端面（１辺、２辺または３辺）に設置する場合には、太陽電池素子が設置されていない端面には、導光体１４の内部から導光体１４の外部に向けて進行する光を導光体１４の内部に向けて反射する反射層を設置することが好ましい。
【００８９】
枠体１１０は、導光体１４の第１主面１４ａと対向する面に光Ｌを透過する透過面１１０ａを備えている。透過面１１０ａは枠体１１０の開口部であってもよく、枠体１１０の開口部に嵌め込まれたガラス等の透明部材であってもよい。導光体１４の第１主面１４ａが光入射面である。
第１主面１４ａのうち枠体１１０の透過面１１０ａとＺ方向から見て重なる部分が光入射領域である。導光体１４の４つの端面１４ｃが導光体１４の光射出面である。
【００９０】
図２は、太陽電池モジュール１１の断面図である。
【００９１】
導光体１４の内部には、複数の光機能材料が含まれている。複数の光機能材料は、第１光機能材料１２と、第２光機能材料１８と、を含む。
【００９２】
第２光機能材料１８は、光を等方的に吸収する性質（吸収等方性）を有する材料である。
または、光を異方的に吸収する性質（吸収異方性）を有するが、導光体の形成材料に対して配向しにくく、ランダムな状態の光機能材料である。
【００９３】
第１光機能材料１２は、光を異方的に発光する性質（発光異方性）を有する材料である。
【００９４】
本実施形態の場合、導光体１４の内部には、光機能材料として、光を等方的に吸収する第２光機能材料１８と、光を異方的に発する第１光機能材料１２とが含まれている。
【００９５】
第２光機能材料１８としては、所定の吸収波長域の蛍光体を用いる。蛍光体１８は、外光を吸収して蛍光を放射する。蛍光体１８は、例えば、導光体１４を成型する際に混入される。
【００９６】
第１光機能材料１２としては、二色性蛍光色素からなる光機能材料を用いる。「二色性蛍光色素」とは、光を異方的に吸収する性質（吸収異方性）と光を異方的に発する性質（発光異方性）とを有する色素である。本実施形態においては、二色性蛍光色素からなる第１光機能材料として、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素を用いている。
【００９７】
なお、二色性蛍光色素としては、ポジ型二色性蛍光色素に限らず、種々の二色性蛍光色素を用いることができる。例えば、分子長軸の方向が発光強度の最も大きい方向であるネガ型二色性蛍光色素を用いることもできる。
【００９８】
図３Ａ及び図３Ｂは、二色性蛍光色素の特性を示す図である。図３Ａは、二色性蛍光色素の吸収特性を示す図である。図３Ｂは、二色性蛍光色素の発光特性を示す図である。なお、図３Ａ、図３Ｂにおいて、符号Ｖ１は二色性蛍光色素１２の分子長軸であり、符号Ｖ２は分子長軸Ｖ１と直交する軸である。
【００９９】
本実施形態の二色性蛍光色素１２は、図３Ａに示すように、吸収異方性を有している。例えば、二色性蛍光色素１２に対して下方から分子長軸Ｖ１に沿う方向に入射する光の吸収特性を見ると、二色性蛍光色素１２に入射する前と二色性蛍光色素１２を経由した後とにおいて吸収特性を示す曲線の高さがほとんど変化しない。二色性蛍光色素１２は、下方から分子長軸Ｖ１に沿う方向に入射する光をほとんど吸収しない。
一方、二色性蛍光色素１２に対して左側から分子長軸と直交する軸Ｖ２に沿う方向に入射する光の吸収特性を見ると、二色性蛍光色素１２に入射する前と二色性蛍光色素１２を経由した後とでは二色性蛍光色素１２を経由した後の方が吸収特性を示す曲線の高さが小さい。二色性蛍光色素１２は、左側から分子長軸と直交する軸Ｖ２に沿う方向に入射する光については大部分を吸収する。このように、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、分子長軸Ｖ１に沿う方向においては相対的に吸収特性が小さく、分子長軸と直交する軸Ｖ２に沿う方向においては相対的に吸収特性が大きい。
【０１００】
本実施形態の二色性蛍光色素１２は、図３Ｂに示すように、発光異方性を有している。分子長軸Ｖ１に沿う方向が発光強度の最も小さい方向となっている。一方、分子長軸と直交する軸Ｖ２に沿う方向が発光強度の最も大きい方向となっている。このように、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、分子長軸Ｖ１に沿う方向においては相対的に発光強度が小さく、分子長軸と直交する軸Ｖ２に沿う方向においては相対的に発光強度が大きい。
【０１０１】
図４は、二色性蛍光色素の配向状態を示す図である。なお、図４において、符号Ｖ１は二色性蛍光色素１２の分子長軸であり、符号Ｖ２は分子長軸Ｖ１と直交する軸である。
【０１０２】
本実施形態の二色性蛍光色素１２は、図４に示すように、分子長軸と直交する軸Ｖ２と導光体１４の第１主面１４ａとが平行になるように配向されている。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体１４の第１主面１４ａと平行になるように配向されている。
【０１０３】
なお、本実施形態の導光体１４は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面１４ａ及び第２主面１４ｂを有する略矩形の板状部材である。そのため、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、分子長軸と直交する軸Ｖ２と導光体１４の第２主面１４ｂとが平行になるように配向されている。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体１４の第２主面１４ｂと平行になるように配向されている。
【０１０４】
ここで、二色性蛍光色素１２を配向させるための方法について一例を挙げて説明する。
二色性蛍光色素１２を配向させるため、導光体の形成材料としては液晶高分子等を用いる。例えば、ＤＩＣ社製の液晶性ポリマー（ＵＣＬ０１８）を用いる。
先ず、ＵＣＬ０１８（ＤＩＣ社製高分子液晶）、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６（二色性蛍光色素）、ＦＣ−４４３０（界面活性剤）、及びトルエンを混合する。各材料の混合割合は、ＵＣＬ０１８（４０％）、Ｃｏｕｍａｒｉｎ６（０．４０％）、ＦＣ−４４３０（０．４０％）、トルエン（５９．２％）とする。
次に、生成した混合溶液を、基板上にスピンキャスト製法を用いて塗布する。塗布条件は２０ｓｅｃ、５００ｒｐｍで製膜し、厚さ１μmの膜を形成する。ただし、製膜条件はこれに限らず、回転時間、回転速度は適宜変更し、膜厚も蛍光色素の光の吸収量に合わせて変えることとする。ここではスピンキャスト製法についての一例の詳細を記載したが、製法はこれに限定せず、スリットコート、ディップコート、ロールコート、バーコート等の製法をとってもよい。
次に、混合溶液を塗布した基板を、ホットプレート上に載置し、処理温度５０℃、処理時間１ｍｉｎの条件で熱処理し、混合溶液中の溶媒を蒸発させる。
次に、処理温度を室温まで下げる。
次に、ＵＶランプを用いてｉ線（３６５ｎｍ）を照射し、処理時間２ｍｉｎで露光する。
以上の工程により、二色性蛍光色素１２を配向させることができる。
【０１０５】
ここで、二色性蛍光色素１２の配向状態を検証するための方法について一例を挙げて説明する。
先ず、二色性蛍光色素１２を含む導光体１４に対して各方向から所定の波長帯域の光を入射させ、光の入射方向によって光の吸収量が異なるところがあるか否かを検証する。光の吸収量が異なるところがある場合には、その光の波長を調べる。この光の波長が二色性蛍光色素１２の吸収波長となる。
次に、導光体１４に対して二色性蛍光色素１２の吸収波長に相当する光を入射させ、閉じ込め効率（二色性蛍光色素１２の光の吸収効率）が、等方発光していると仮定した場合に比べて、高い値を示していることを確認する。（等方発光している場合、導光体の屈折率が１．５のとき閉じ込め効率は７５%となる。）
次に、導光体１４に対して二色性蛍光色素１２の吸収波長以外の波長の光を入射させ、導光体１４の端面から射出される光が二色性蛍光色素１２の発光波長であることを確認する。
以上のフローにより、二色性蛍光色素１２の配向状態を検証することができる。
【０１０６】
図５Ａ〜図５Ｃは、二色性蛍光色素の作用を説明するための図である。図５Ａは、蛍光体１８（第２光機能材料）と二色性蛍光色素１２（第１光機能材料）との間でエネルギー移動が生じる様子を示した図である。図５Ｂおよび図５Ｃは、二色性蛍光色素１２が発した光が導光体１４の内部を伝播する様子を示した図である。なお、図５Ｃにおいて、符号θは、二色性蛍光色素１２が発する光の一部の光Ｌ１の進行方向と導光体１４の第２主面１４ｂの法線とのなす角度、符号θｍは、臨界角である。
【０１０７】
図５Ａに示すように、導光体１４の第１主面１４ａに入射した外光の一部は、蛍光体１８によって吸収される。蛍光体１８が外光の一部を吸収すると、蛍光体１８から二色性蛍光色素１２に向けて励起エネルギーが移動する。
【０１０８】
図５Ｂに示すように、二色性蛍光色素１２は、蛍光体１８からの励起エネルギーによって光を異方的に発する。本実施形態の二色性蛍光色素１２は、この二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体１４の第１主面１４ａと平行になるように配向されている。そのため、二色性蛍光色素１２が発する光のうち発光強度の最も大きい光は、太陽電池素子１６に直接導かれる。なお、二色性蛍光色素１２が蛍光体１８からの励起エネルギーによって光を異方的に発する機構については後述する。
【０１０９】
図５Ｃに示すように、二色性蛍光色素１２が発する光のうちの大部分の光は、導光体１４の第１主面１４ａまたは第２主面１４ｂへの入射角θが大きくなる。
【０１１０】
ここで、例えば導光体１４を構成する液晶性ポリマーの屈折率が１．５、空気の屈折率を１．０とすると、導光体１４の第２主面１４ｂにおける臨界角θｍ、すなわち導光体１４を構成する液晶性ポリマーと空気との界面における臨界角は、スネルの法則から４２°程度となる。二色性蛍光色素１２が発する光の一部の光Ｌ１が第２主面１４ｂに入射した際、第２主面１４ｂへの光Ｌ１の入射角が臨界角である４２°よりも大きい場合は全反射条件を満たすため、光Ｌは第２主面１４ｂで全反射する。その後、光Ｌが第１主面１４ａと第２主面１４ｂとの間で反射を繰り返し、太陽電池素子１６に導かれる。
【０１１１】
なお、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、この二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も小さい方向が導光体１４の第１主面１４ａと直交する。二色性蛍光色素１２が発する光のうち分子長軸に沿う方向からの光Ｌ２が第２主面１４ｂに入射した際、第２主面１４ｂへの光Ｌ２の入射角が臨界角である４２°よりも小さくなり、全反射条件を満たさなくなるため、光Ｌ２は外部空間に射出される。
【０１１２】
すなわち、二色性蛍光色素１２が発する光は、第１主面１４ａまたは第２主面１４ｂへの入射角が臨界角よりも大きい場合は導光体１４の内部に閉じ込められ、第１主面１４ａまたは第２主面１４ｂへの入射角が臨界角よりも小さい場合は外部に射出される。本実施形態において、二色性蛍光色素１２は、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体１４の第１主面１４ａと平行になるように配向されている。そのため、二色性蛍光色素１２が発する光のうちの大部分の光は、導光体１４の第１主面１４ａまたは第２主面１４ｂへの入射角θが大きくなり、全反射条件を満たすこととなる。よって、二色性蛍光色素１２が発する光のうちの大部分の光が、導光体１４の内部に閉じ込められ、外部に射出されることなく、太陽電池素子１６に導かれる。
【０１１３】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１１では、導光体１４の内部に、二色性蛍光色素１２が含まれており、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体１４の太陽電池素子１６が配置された端面を向くように配向されている。本実施形態においては、二色性蛍光色素１２が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が導光体１４の第１主面１４ａに平行であるため、導光体１４に入射した太陽光の大部分が太陽電池素子１６に直接導かれる。これにより、導光体１４に入射した太陽光の大部分が太陽電池素子１６に到達するまでに導光体１４を透過してしまうことが抑制される。よって、導光体１４に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。したがって、発電効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
【０１１４】
なお、本実施形態においては、分子長軸と直交する軸Ｖ２と導光体１４の第１主面１４ａとが平行になるように配向されている構成を例に挙げて説明したが、これに限らない。
【０１１５】
図６は、二色性蛍光色素の配向状態の他の例を示す図である。なお、図６において、符号Ｖ１は二色性蛍光色素１２の分子長軸であり、符号Ｖ２は分子長軸Ｖ１と直交する軸である。
【０１１６】
例えば、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、図６に示すように、分子長軸と直交する軸Ｖ２と導光体１４の第２主面１４ｂの法線とのなす角度θが臨界角θｍ以上となるように配向されていてもよい。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と導光体１４の第２主面１４ｂの法線のなす角度θが臨界角θｍ以上となるように配向されていればよい。
【０１１７】
なお、本実施形態の導光体１４は、第１主面１４ａ及び第２主面１４ｂを有する略矩形の板状部材である。そのため、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、分子長軸と直交する軸Ｖ２と導光体１４の第１主面１４ａの法線とのなす角度θが臨界角θｍ以上となるように配向されていてもよい。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と導光体１４の第１主面１４ａの法線のなす角度θが臨界角θｍ以上となるように配向されていればよい。
【０１１８】
このような配向状態においても、導光体１４に入射した太陽光の大部分が太陽電池素子１６に到達するまでに導光体１４を透過してしまうことが抑制される。よって、導光体１４に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
【０１１９】
例えば太陽電池モジュール１１を屋根などに設置して第１主面１４ａを上に向けて配置した場合に、分子長軸と直交する軸Ｖ２と導光体１４の第１主面１４ａとが平行になるように配向されている構成に比べて太陽光を吸収し易い構成とすることが可能となる。すなわち、図３９に示すように太陽Ｓの仰角θｓは日本の場合、季節によって約３０°〜約８０°と変わるが、方向としては分子を傾けて図６中に示した軸Ｖ２が太陽Ｓ方向に向くように配置することにより、太陽光を吸収し易くすることができる。
【０１２０】
また、本実施形態においては、導光体１４と太陽電池素子１６とを備えた太陽電池モジュール１１を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、太陽電池素子１６を備えていない構成、すなわち導光体１４のみの構成においても本実施形態を適用することができる。この構成によれば、端面からの光の取り出し効率が高い導光体１４を提供することができる。
【０１２１】
［第２実施形態］
図７は、第２実施形態の太陽電池モジュール１１Ａの断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ａの基本構成は第１実施形態と同様であり、導光体１４の内部に２種類の蛍光体（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ）が設けられている点が第１実施形態と異なる。図７において、第１実施形態の太陽電池モジュール１１と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１２２】
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ａにおいては、第２光機能材料１８として、互いに吸収波長域の異なる複数種類の蛍光体（図７では例えば第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ）を用いる。
第１蛍光体１８ａとしては、例えばBASF社製Lumogen F Violet 570（商品名）を用いることができる。
第２蛍光体１８ｂとしては、例えばBASF社製Lumogen F Yellow 083（商品名）を用いることができる。
【０１２３】
図８は、第２実施形態の太陽電池モジュール１１Ａで用いられる第２光機能材料（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ）の発光スペクトルを示す図である。
図９は、第２実施形態の太陽電池モジュール１１Ａで用いられる第２光機能材料（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ）の吸収スペクトルを示す図である。
【０１２４】
図８に示すように、第１蛍光体１８ａの発光スペクトル１１０１は、４３０ｎｍにピーク波長を有し、第２蛍光体１８ｂの発光スペクトル１１０２は、５００ｎｍにピーク波長を有する。
図９に示すように、第１蛍光体１８ａの吸収スペクトル１１１１は、３８０ｎｍにピーク波長を有し、第２蛍光体１８ｂの吸収スペクトル１１１２は、４８０ｎｍにピーク波長を有する。
【０１２５】
本実施形態の二色性蛍光色素１２は、第１蛍光体１８ａ及び第２蛍光体１８ｂからのエネルギー移動によって光を異方的に発する。
二色性蛍光色素１２としては、例えば下記の化学式（１）に示す材料を用いることができる。
【０１２６】
【化１】
2013069785.tif 000003
【０１２７】
以下、化学式（１）に示す材料の生成方法について説明する。
先ず下記の化学式（２）に示す材料を用意する。
【０１２８】
【化２】
2013069785.tif 000004
【０１２９】
次に、化学式（２）に示す材料を、
5-fromylthiophene-2-ylboronic acid,Pd(PPh3)2Cl2,2 M Na2CO3,benzene/EtOHにより化学反応させる。これにより、下記の化学式（３）に示す材料を生成する。
【０１３０】
【化３】
2013069785.tif 000005
【０１３１】
次に、化学式（３）に示す材料を、
arylmethyltriphenylphosphonium bromide,KOH,DMSOにより化学反応させる。これにより、本実施形態における化学式（１）に示す二色性蛍光色素１２を生成することができる。
【０１３２】
図１０は、第２実施形態の太陽電池モジュール１１Ａで用いられる第１光機能材料（二色性蛍光色素１２）の発光スペクトル及び吸収スペクトルを示す図である。なお、図１０において、記号Ｆ//は、二色性蛍光色素１２の分子長軸に平行な方向における発光特性である。記号Ｆ⊥は、二色性蛍光色素１２の分子長軸に直交する方向における発光特性である。記号ＮＦは、Ｆ//とＦ⊥の比（Ｆ//／Ｆ⊥）である。また、記号Ａ//は、二色性蛍光色素１２の分子長軸に平行な方向における吸収特性である。記号Ａ⊥は、二色性蛍光色素１２の分子長軸に直交する方向における吸収特性である。記号ＮＡは、Ａ//とＡ⊥の比（Ａ//／Ａ⊥）である。
【０１３３】
図１０に示すように、二色性蛍光色素１２の発光スペクトルは、分子長軸に平行な方向において（Ｆ//）、６４０ｎｍにピーク波長を有する。また、分子長軸に直交する方向において（Ｆ⊥）、６３０ｎｍにピーク波長を有する。
一方、二色性蛍光色素１２の吸収スペクトルは、分子長軸に平行な方向において（Ａ//）、５３０ｎｍにピーク波長を有する。また、分子長軸に直交する方向において（Ａ⊥）、５２０ｎｍにピーク波長を有する。
【０１３４】
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ａにおいても、導光体１４に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
さらに、本実施形態においては、導光体１４の内部に、複数種類（２種類）の第２光機能材料（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ）が含まれている。これにより、導光体１４に入射した太陽光を広い波長範囲で発電に利用することができる。
したがって、発電効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
【０１３５】
［第３実施形態］
図１１は、第３実施形態の太陽電池モジュール１１Ｂの断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｂの基本構成は第１実施形態と同様であり、導光体１４の内部に３種類の蛍光体（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃ）が設けられている点が第１実施形態と異なる。図１１において、第１実施形態の太陽電池モジュール１１と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１３６】
第２光機能材料１８としては、互いに吸収波長域の異なる複数種類の蛍光体（図１１では例えば第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃ）が分散されている。第１蛍光体１８ａは、紫外光を吸収して青色の蛍光を放射する。第２蛍光体１８ｂは、青色光を吸収して緑色の蛍光を放射する。第３蛍光体１８ｃは、緑色光を吸収して赤色の蛍光を放射する。第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃは、例えば、導光体を成型する際に混入される。第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃの混合比率は以下の通りである。なお、第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃの混合比率は導光体に対する体積比率で示している。
【０１３７】
第１蛍光体１８ａ：BASF社製Lumogen F Violet 570（商品名）０．０２％、第２蛍光体１８ｂ：BASF社製Lumogen F Yellow 083（商品名）０．０２％、第３蛍光体１８ｃ：BASF社製Lumogen F Red 305（商品名）０．０２％。
【０１３８】
本実施形態の二色性蛍光色素１２は、第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃからのエネルギー移動によって光を異方的に発する。
以下、二色性蛍光色素１２が蛍光体１８ａ，１８ｂ，１８ｃからの励起エネルギーによって光を異方的に発する機構について説明する。
【０１３９】
図１２ないし図１５は、第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃの発光特性及び吸収特性を示す図である。
図１２において、曲線１１２１は、第１蛍光体１８ａによって紫外光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示す。曲線１１２２は、第２蛍光体１８ｂによって青色光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示す。曲線１１２３は、第３蛍光体１８ｃによって緑色光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示す。曲線１１２４は、太陽光のスペクトルを示す。
図１３において、曲線１１２５は、第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃによって紫外光、青色光及び緑色光が吸収された後の太陽光のスペクトルを示す。曲線１１２４は、太陽光のスペクトルを示す。
図１４において、曲線１１２６は、第１蛍光体１８ａの発光スペクトルである。曲線１１２７は、第２蛍光体１８ｂの発光スペクトルである。曲線１１２８は、第３蛍光体１８ｃの発光スペクトルである。
図１５において、曲線１１２９は、第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃを含む導光体の端面から射出される光のスペクトルである。
【０１４０】
図１２及び図１３に示すように、第１蛍光体１８ａは、概ね４２０ｎｍ以下の波長の光を吸収する。第２蛍光体１８ｂは、概ね４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長の光を吸収する。第３蛍光体１８ｃは、概ね５２０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の光を吸収する。第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃによって、導光体に入射した太陽光のうち６２０ｎｍ以下の波長の光が概ね全て吸収される。太陽光のスペクトルにおいて波長が６２０ｎｍ以下の光の割合は４８％程度である。よって、導光体の光入射面に入射した光のうち４８％は導光体に含まれる第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃに吸収される。
【０１４１】
図１４に示すように、第１蛍光体１８ａの発光スペクトルは、４３０ｎｍにピーク波長を有する。第２蛍光体１８ｂの発光スペクトルは、５２０ｎｍにピーク波長を有する。第３蛍光体１８ｃの発光スペクトルは、６３０ｎｍにピーク波長を有する。
しかしながら、図１５に示すように、第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃを含む導光体の端面から射出される光のスペクトルは、第３蛍光体１８ｃの発光スペクトルのピーク波長（６３０ｎｍ）に対応する波長にのみピーク波長を有し、第１蛍光体１８ａの発光スペクトルのピーク波長（４３０ｎｍ）及び第２蛍光体１８ｂの発光スペクトルのピーク波長（５２０ｎｍ）に対応する波長にはピーク波長を有しない。
したがって、ここで用いた３種類の蛍光体間では、フェルスター機構による励起エネルギーの移動が起こり、最も蛍光スペクトルのピーク波長が大きい第３蛍光体から放射された蛍光が得られている。
【０１４２】
第１蛍光体１８ａに対応する発光スペクトルのピーク及び第２蛍光体１８ｂに対応する発光スペクトルのピークが消失した原因は、フォトルミネッセンス（Photoluminescence ;PL）による蛍光体間のエネルギー移動や、フェルスター機構（蛍光共鳴エネルギー移動）による蛍光体間のエネルギー移動などが挙げられる。フォトルミネッセンスによるエネルギー移動は、一の蛍光体から放射された蛍光が他の蛍光体の励起エネルギーとして利用されることにより生じるものである。フェルスター機構は、このような光の発光及び吸収のプロセスを経ずに、近接した２つの蛍光体の間で励起エネルギーが電子の共鳴により直接移動するものである。
【０１４３】
本実施形態の二色性蛍光色素１２は、第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃからのエネルギー移動によって光を異方的に発する。本実施形態において、第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃから二色性蛍光色素１２へのエネルギー移動としては、フォトルミネッセンスによるエネルギー移動、フェルスター機構よるエネルギー移動、のいずれも採用することができる。
【０１４４】
フェルスター機構による蛍光体間のエネルギー移動は、光の発光及び吸収のプロセスを介さずに行われるため、最適条件ではエネルギーのロスが小さい。よって、太陽電池モジュールの発電効率の向上に寄与する。本実施形態では、エネルギーロスを抑制して効率よく発電を行うために、第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂおよび第３蛍光体１８ｃの密度を高くし、蛍光体間でフェルスター機構によるエネルギー移動が行われるようにしている。
【０１４５】
ここで、図１６Ａ〜図１７Ｂを用いてフェルスター機構について説明する。図１６Ａは、フォトルミネッセンスによるエネルギー移動（フォトルミネッセンスによる色変換）を示す図である。図１６Ｂは、フェルスター機構によるエネルギー移動（エネルギー移動による色変換）を示す図である。図１７Ａは、フェルスター機構によるエネルギー移動の発生機構を説明するための図である。図１７Ｂは、フェルスター機構によるエネルギー移動を示す図である。
【０１４６】
図１６Ｂに示すように、有機分子、無機ナノ粒子、または有機無機ハイブリットの蛍光体では、励起状態にある分子Ａから基底状態の分子Ｂに対してフェルスター機構によってエネルギー移動が生じることがある。蛍光体では、分子Ａが励起されたときに、分子Ｂにエネルギー移動を起こすと、分子Ｂが発光する。このエネルギー移動は、分子間の距離と分子Ａの発光スペクトルと分子Ｂの吸収スペクトルに依存する。分子Ａをホスト分子、分子Ｂをゲスト分子とするとき、エネルギー移動するときの速度定数ｋH→G（移動確率）は式（１）のようになる。
【０１４７】
【数１】
2013069785.tif 000006
【０１４８】
なお、式（１）において、νは振動数、ｆ′Ｈ（ν）はホスト分子Ａの発光スペクトル、ε（ν）はゲスト分子Ｂの吸収スペクトル、Ｎはアボガドロ定数、ｎは屈折率、τ０はホスト分子Ａの蛍光寿命、Ｒは分子間距離、Ｋ２は遷移双極子モーメント（ランダム時２／３）である。
【０１４９】
速度定数が大きいと、蛍光体間でエネルギー移動が生じやすくなる。大きな速度定数を得るためには、以下の条件が満たされることが望ましい。
［１］ホスト分子Ａの発光スペクトルとゲスト分子の吸収スペクトルの重なりが大きい。
［２］ゲスト分子Ｂの吸光係数が大きい。
［３］ホスト分子Ａとゲスト分子Ｂとの間の距離が小さい。
【０１５０】
上記［１］は、近接した２つの蛍光体間での共鳴のし易さを表すものである。例えば、図１７Ａに示すように、ホスト分子Ａの発光スペクトルのピーク波長とゲスト分子Ｂの吸収スペクトルのピーク波長とが近いと、フェルスター機構によるエネルギー移動が生じやすくなる。図１７Ｂに示すように、励起状態のホスト分子Ａの近くに基底状態のゲスト分子Ｂが存在すると、共鳴的性質によりゲスト分子Ａの波動関数が変化し、基底状態のホスト分子Ａと励起状態のゲスト分子Ｂができる。これにより、ホスト分子Ａとゲスト分子Ｂとの間でエネルギー移動が生じ、ゲスト分子Ｂが発光する。
【０１５１】
上記［３］において、フェルスター機構によるエネルギー移動が起こる分子間距離は、通常、１０ｎｍ程度である。条件が合えば、分子間距離が２０ｎｍ程度であってもエネルギー移動は起きる。上述した第１蛍光体、第２蛍光体及び第３蛍光体の混合比率であれば、蛍光体間の距離は２０ｎｍよりも短くなる。よって、フェルスター機構によるエネルギー移動は十分に生じうる。また、図１３及び図１５に示した第１蛍光体、第２蛍光体及び第３蛍光体の発光スペクトル及び吸収スペクトルは、上記［１］の条件を十分に満たしている。よって、第１蛍光体から第２蛍光体へのエネルギー移動、及び、第２蛍光体から第３蛍光体へのエネルギー移動が生じ、第１蛍光体、第２蛍光体、第３蛍光体の順にカスケード型のエネルギー移動が生じる。
【０１５２】
導光体では、３つの異なる発光スペクトルを有する蛍光体（第１蛍光体、第２蛍光体、第３蛍光体）を混入しているにもかかわらず、フェルスター機構によるエネルギー移動により、実質的には第３蛍光体の発光のみが生じる。第３蛍光体の発光量子効率は例えば９２％である。よって、導光体に第１蛍光体、第２蛍光体及び第３蛍光体を混入することで、６２０ｎｍまでの波長領域の光を吸収し、９２％の効率でピーク波長が６３０ｎｍの赤色の発光を生じさせることができる。
【０１５３】
このようなエネルギー移動現象は、有機の蛍光体に特有の現象で、一般的に無機の蛍光体では起こらないとされているが、量子ドットなどのいくつかの無機ナノ粒子の蛍光体においてはフェルスター機構により、無機材料間、或いは、無機材料と有機材料との間でエネルギー移動を生じるものが知られている。
【０１５４】
例えば、ＺｎＯ／ＭｇＺｎＯコア・シェル構造の２種類の異なったサイズの量子ドットの間でエネルギー移動が起こる。１：√２の寸法比を持つ量子ドットは共鳴する励起子準位を持つため、例えば半径３ｎｍ（発光スペクトルのピーク波長：３５０ｎｍ）と半径４．５ｎｍ（発光スペクトルのピーク波長：３５７ｎｍ）の２種類の量子ドットの間では、小さい量子ドットから大きい量子ドットへエネルギー移動が起こる。またＣｄＳｅ／ＺｎＳコア・シェル構造の２種類の異なったサイズの量子ドットの間でもエネルギー移動が起こる。また、直径８ｎｍないし９ｎｍのＭｎ２＋ドープＺｎＳｅ量子ドットは、４５０ｎｍと５８０ｎｍに発光ピークを持ち、色素分子である１’，３’−ｄｉｈｙｄｒｏ−１’，３’，３’−ｔｒｉｍｅｔｈｙｌ−６−ｎｉｔｒｏｓｐｉｒｏ[２Ｈ−１−ｂｅｎｚｏｐｙｒａｎ−‘２，２’−(２Ｈ]−ｉｎｄｏｌｅ] に紫外線を照射して得られる開環型のSpiropyran分子（SPO open; Merocynanine form）の光吸収スペクトルとよく一致し、量子ドットから色素分子へのエネルギー移動が起こる。一般に、無機の蛍光体は、有機の蛍光体に比べて耐光性が優れるため、長期間使用する場合に有利である。
【０１５５】
通常、２種類の蛍光体を混入した場合には、図１６Ａのように、まず蛍光体Ａがある効率で発光し、蛍光体Ｂに入射し、蛍光体Ｂで光の吸収及び発光のプロセスを経ることによって、蛍光体Ｂから光が放射される。このようなフォトルミネッセンスによるエネルギー移動は、蛍光体Ａにおける光の発光プロセス及び蛍光体Ｂにおける光の吸収プロセスでエネルギーのロスが生じ、エネルギー移動効率が小さい。
【０１５６】
一方、図１６Ｂに示したフェルスター機構によるエネルギー移動は、蛍光体間でダイレクトにエネルギーのみが移動するので、エネルギー移動効率はほぼ１００％にすることが可能であり、高効率にエネルギー移動を生じさせることができる。
【０１５７】
また、フェルスター機構によるエネルギー移動は、蛍光体のような発光材料だけでなく、外光によって励起されるが、光を発生せずに失活する非発光体においても生じる。最終的な発電量は、ゲスト分子の蛍光量子収率によって決まり、ホスト分子の蛍光量子収率には依存しない。よって、ゲスト分子のみを蛍光量子収率の高い蛍光体で構成し、ホスト分子を蛍光量子収率の低い蛍光体又は蛍光を発しない非発光体で構成しても、同じ発電量が得られる。よって、フォトルミネッセンスによりエネルギー移動を行う場合のように、全ての蛍光体に対して高い蛍光量子収率が求められる場合に比べて、ホスト分子の材料選択の幅が広がる。
【０１５８】
図１８は、太陽電池素子１６の一例であるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度曲線１１３４を、第１蛍光体の発光スペクトル１１３１、第２蛍光体の発光スペクトル１１３２および第３蛍光体の発光スペクトル１１３３とともに示す図である。
【０１５９】
導光体１４の端面１４ｃから射出される光Ｌ１のスペクトルは、第３蛍光体１８ｃの発光スペクトル１１３３と概ね一致する。よって、太陽電池素子１６は、第３蛍光体１８ｃの発光スペクトル１１３３のピーク波長（６３０ｎｍ）において高い感度を有するものであればよい。図１８に示すように、アモルファスシリコン太陽電池は６００ｎｍ付近の波長の光に対して最も高い分光感度を有する。第１蛍光体の発光スペクトル１１３１のピーク波長、第２蛍光体の発光スペクトル１１３２のピーク波長および第３蛍光体の発光スペクトル１１３３のピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度１１３４を比較すると、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第３蛍光体の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度は、導光体に備えられた他のいずれの蛍光体（第１蛍光体、第２蛍光体）の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度よりも大きい。そのため、太陽電池素子１６としてアモルファスシリコン太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
【０１６０】
太陽電池素子１６に適用する太陽電池の種類は、前記太陽電池素子に入射する光の波長に応じて決定される。図１８では、太陽電池素子１６としてアモルファスシリコン太陽電池を用いたが、太陽電池素子１６はこれに限られない。
【０１６１】
図１９は、太陽電池素子１６として利用可能な種々の太陽電池の分光感度曲線を示す図である。図２０は、これらの太陽電池のエネルギー変換効率ηλを示す図である。図１９において、符号１１４１は、単結晶シリコン太陽電池の分光感度曲線を示す。符号１１４２は、アモルファスシリコン太陽電池（単接合）の分光感度曲線を示す。符号１１４３は、ガリウムヒ素太陽電池（単接合）の分光感度曲線を示す。符号１１４４は、カドミウムテルル太陽電池の分光感度曲線を示す。符号１１４５は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２太陽電池の分光感度曲線を示す。図２０において、符号１１５１は、単結晶シリコン太陽電池のエネルギー変換効率ηλを示す。符号１１５２は、アモルファスシリコン太陽電池（単接合）のエネルギー変換効率ηλを示す。符号１１５３は、ガリウムヒ素太陽電池（単接合）のエネルギー変換効率ηλを示す。符号１１５４は、カドミウムテルル太陽電池のエネルギー変換効率ηλを示す。符号１１５５は、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２太陽電池のエネルギー変換効率ηλを示す。
【０１６２】
図１９および図２０に示した太陽電池では、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい第３蛍光体１８ｃの発光スペクトルのピーク波長（６３０ｎｍ）における太陽電池の分光感度およびエネルギー変換効率は、導光体１４に備えられた他のいずれの蛍光体（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ）の発光スペクトルのピーク波長における太陽電池の分光感度およびエネルギー変換効率よりも大きい。そのため、太陽電池素子１６として、これらの太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
【０１６３】
図１９および図２０は、太陽電池素子１６として利用可能な太陽電池の一例であり、これ以外の太陽電池を用いることも勿論可能である。太陽電池素子１６としては、色素増感型太陽電池や有機系太陽電池など、太陽光の全波長領域に対しては高い分光感度を有することはできないが、特定の狭い波長領域の光に対しては非常に高い分光感度を有するような太陽電池を積極的に使用することも可能である。
【０１６４】
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｂにおいても、導光体１４に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
さらに、本実施形態においては、導光体１４の内部に、複数種類（３種類）の第２光機能材料（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ、第３蛍光体１８ｃ）が含まれている。これにより、導光体１４に入射した太陽光を広い波長範囲で発電に利用することができる。
したがって、発電効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
【０１６５】
また、本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｂでは、第１主面１４ａに入射した外光Ｌの一部を複数の光機能材料（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ、第３蛍光体１８ｃ）によって吸収し、複数の光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい光機能材料（第３蛍光体１８ｃ）から放射された光を二色性蛍光色素１２により指向性を高めて導光体１４の端面１４ｃに集光させて太陽電池素子１６に入射させている。そのため、太陽電池素子１６としては、限定された狭い波長範囲において非常に高い分光感度を有する太陽電池を用いることができる。
【０１６６】
なお、本実施形態においては、導光体１４の内部に、３種類の第２光機能材料（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ、第３蛍光体１８ｃ）が含まれている構成を例に挙げたが、これに限らない。例えば、導光体１４の内部に、４種類以上の複数種類の第２光機能材料が含まれている構成においても本実施形態を適用可能である。
【０１６７】
［第４実施形態］
図２１は、第４実施形態の太陽電池モジュール１１Ｃの断面図である。本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｃの基本構成は第３実施形態と同様であり、導光体１４の第１主面１４ａ側に拡散板１３が設けられている点が第１実施形態と異なる。図２１において、第３実施形態の太陽電池モジュール１１Ｂと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１６８】
図２１に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｃにおいては、導光体１４の第１主面１４ａ側に、拡散板１３が空気層を介して設けられている。導光体１４と拡散板１３との間に空気層が存在することにより、二色性蛍光色素１２が発する光が導光体１４と空気層との界面で全反射条件を満たしやすくなる。
【０１６９】
なお、本実施形態においては、導光体１４の第１主面１４ａ側に拡散板１３が空気層を介して設けられているが、これに限らない。例えば、導光体１４の第１主面１４ａに拡散板１３が空気層を介さずに直接接触して設けられていてもよい。
【０１７０】
拡散板１３は、例えばアクリル樹脂等のバインダー樹脂の内部に多数のアクリルビーズ等の光散乱体が分散されて構成されている。拡散板１３の厚みは一例として２０μｍ程度であり、球状の光散乱体の球径は０．５μｍ〜２０μｍ程度である。拡散板１３は、外光を導光体１４の外部から導光体１４の内部に向けて等方的に拡散させる。
【０１７１】
なお、光散乱体は、これに限らず、アクリル系ポリマー、オレフィン系ポリマー、ビニル系ポリマー、セルロース系ポリマー、アミド系ポリマー、フッ素系ポリマー、ウレタン系ポリマー、シリコーン系ポリマー、イミド系ポリマーなどからなる樹脂片、ガラスビーズ等の適宜な透明の物質で構成されていてもよい。また、これら透明な物質以外でも、光の吸収の無い散乱体、反射体を用いることができる。個々の光散乱体の形状は、例えば、球形、楕円球形、平板形、多角形立方体など、各種形状に形成することができる。光散乱体のサイズも均一あるいは不均一になるように形成されていればよい。
【０１７２】
図２２は、拡散板の作用を説明するための図である。なお、図２２においては、便宜上、蛍光体の図示を省略している。
本実施形態の場合、図２２に示すように、導光体１４の第１主面１４ａ側には拡散板１３が配置されている。これにより、太陽電池モジュール１１Ｃ（拡散板１３）に対して垂直に入射する光は、拡散板１３で拡散した後、導光体１４の内部に入射する。このため、二色性蛍光色素１２には様々な角度の光が入射する。つまり、二色性蛍光色素１２が吸収しやすい方向の光の割合が拡散板がないときと比べて大きくなる。そのため、分子長軸Ｖ１に沿う方向においては相対的に吸収特性が小さく、分子長軸と直交する軸Ｖ２に沿う方向においては相対的に吸収特性が大きい吸収特性を有する二色性蛍光色素１２であっても、太陽電池モジュール１１Ａ（拡散板１３）に対して垂直に入射する光の一部を吸収することが可能となる。
【０１７３】
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｃでは、拡散板１３が設けられているため、第３実施形態の構成に比べて、導光体１４の第１主面１４ａに入射した外光の一部が二色性蛍光色素１２に吸収される割合が多くなる。二色性蛍光色素１２が外光の一部を吸収すると、光を異方的に発する。本実施形態の二色性蛍光色素１２においても、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が導光体１４の第１主面１４ａと平行になるように配向されているため、二色性蛍光色素１２が発する光のうち発光強度の最も大きい光は、太陽電池素子１６に直接導かれる。したがって、導光体１４に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
【０１７４】
［第５実施形態］
図２３は、第５実施形態の太陽電池モジュール１１Ｄの断面図である。本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｄの基本構成は第４実施形態と同様であり、導光体１４の第２主面１４ｂ側に反射層１５が設けられている点が第４実施形態と異なる。図２３において、第４実施形態の太陽電池モジュール１１Ｃと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１７５】
図２３に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｄにおいては、導光体１４の第２主面１４ｂ側に、反射層１５が空気層を介して設けられている。導光体１４と反射層１５との間に空気層が存在することにより、二色性蛍光色素１２が発する光が導光体１４と空気層との界面で全反射条件を満たしやすくなる。
【０１７６】
なお、本実施形態においては、導光体１４の第２主面１４ｂ側に反射層１５が空気層を介して設けられているが、これに限らない。例えば、導光体１４の第２主面１４ｂに反射層１５が空気層を介さずに直接接触して設けられていてもよい。
【０１７７】
反射層１５は、導光体１４の内部を伝播する光を反射する。また、第１主面１４ａから入射したが光機能材料に吸収されずに第２主面１４ｂから射出した光も導光体１４の内部に向けて反射する。
【０１７８】
反射層１５としては、銀やアルミニウムなどの金属膜からなる反射層や、ＥＳＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｓｐｅｃｕｌａｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）反射フィルム（３Ｍ社製）などの誘電体多層膜からなる反射層などを用いることができる。反射層１５は、入射した光を鏡面反射する鏡面反射層でもよいし、入射した光を散乱反射する散乱反射層でもよい。反射層１５に散乱反射層を用いた場合には、太陽電池素子１６の方向に直接向かう光の光量が増えるため、太陽電池素子１６への集光効率が高まり、発電量が増加する。また、反射光が散乱されるため、時間や季節による発電量の変化が平均化される。なお、散乱反射層としては、マイクロ発泡ＰＥＴ（ポリエチレン−テレフタレート）（古河電工社製）などを用いることができる。
【０１７９】
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｄによれば、反射層１５により、導光体１４の内部から導光体１４の外部に向けて進行する光、第１主面１４ａから入射し光機能材料に吸収されずに第２主面１４ｂから射出した光が導光体１４の内部に向けて反射される。そのため、導光体１４に入射した太陽光の大部分が太陽電池素子１６に到達するまでに外部に漏れてしまうことが抑制される。よって、導光体１４に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
【０１８０】
また、反射層１５に散乱反射層を用いることにより、反射光が散乱されるため、導光体１４の第１主面１４ａに入射した外光の一部が二色性蛍光色素１２に吸収される割合が多くなる。
二色性蛍光色素１２が外光の一部を吸収すると、光を異方的に発し、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい光は太陽電池素子１６に直接導かれる。したがって、導光体１４に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
【０１８１】
［第６実施形態］
図２４は、第６実施形態の太陽電池モジュール１１Ｅの断面図である。本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｅの基本構成は第５実施形態と同様であり、導光体１４の第２主面１４ｂ側に拡散板１３が設けられている点が第５実施形態と異なる。図２４において、第５実施形態の太陽電池モジュール１１Ｄと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１８２】
図２４に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｅにおいては、導光体１４の第２主面１４ｂ側に、反射層１５が空気層を介して設けられている。つまり、本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｅは、第３実施形態の構成において、第４実施形態に係る導光体１４の第１主面１４ａ側に拡散板１３が設けられた構成と、第５実施形態に係る導光体１４の第２主面１４ｂ側に反射層１５が設けられた構成とが組み合わされた構成となっている。
【０１８３】
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｅにおいても、導光体１４に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる、といった上記第４実施形態及び第５実施形態と同様の効果を奏する。なお、本実施形態においては、拡散板１３及び反射層１５が設けられているため、前記効果は顕著なものとなる。
【０１８４】
［第７実施形態］
図３４は、第７実施形態の太陽電池モジュール１１Ｈの断面図である。本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｈの基本構成は第５実施形態と同様であり、導光体１４の第２主面１４ｂと反射層１５との間に１／４λ板１９が設けられている点が第５実施形態と異なる。図３４において、第５実施形態の太陽電池モジュール１１Ｄと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１８５】
図２４に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｅにおいては、導光体１４の第２主面１４ｂと反射層１５との間に、それぞれ空気層を介して１／４λ板１９が設けられている。つまり、１／４λ板１９は、空気層を介して導光体１４の第２主面１４ｂと隣接する。１／４λ板１９は、空気層を介して反射層１５と隣接する。
【０１８６】
導光体１４の第２主面１４ｂと反射層１５との間に、１／４λ板１９を設けた場合の光の伝播について図３５Ａ〜図３５Ｅを参照して説明する。
【０１８７】
導光体１４は、二色性蛍光色素１２が垂直配向しているため、Ｚ軸と平行に入射した光に対しては偏光板として機能しないが、Ｚ軸に対して斜めに入射した光に対しては偏光板として機能する。そのため図３５Ａおよび図３５Ｂに示すように、非偏光である太陽光Ｌが導光体１４を透過すると、直線偏光Ｌ１１となる。直線偏光Ｌ１１は、図３５Ｃに示すように、１／４λ板１９を透過することで円偏光Ｌ１２となる。円偏光Ｌ１２は、図３５Ｄに示すように、反射層１５で反射され、円偏光１２とは旋光方向が異なる円偏光Ｌ１３となる。図３５Ｅに示すように、円偏光Ｌ１３が再度１／４λ板１９に入射することで直線偏光Ｌ１４となるが、直線偏光Ｌ１４は、直線偏光Ｌ１１とは偏向方向が異なる（理想的には９０°異なる）。したがって、導光体１４から射出され１／４λ板１９を介することなく反射層１５で反射した光と比較して、直線偏光Ｌ１４は、二色性蛍光色素１２に吸収されやすくなる。
【０１８８】
なお、本実施形態においては１／４λ板１９を用いたが、本実施形態はこれに限定されず、その他の位相差板を用いてもよい。例えば、１／４λ板１９の代わりに、１／８λ板、５／８λ板、３／４λ板等を用いてもよい。
【０１８９】
また第５実施形態と同様に、反射層１５は、散乱反射層であってもよい。
【０１９０】
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｈにおいても、導光体１４に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる、といった上記第４実施形態及び第５実施形態と同様の効果を奏する。なお、本実施形態においては、反射層１５及び１／４λ板１９が設けられているため、前記効果は顕著なものとなる。
【０１９１】
［第８実施形態］
図２５は、第８実施形態の太陽電池モジュール１１Ｆの断面図である。本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｆの基本構成は第３実施形態と同様であり、導光体１４の内部に２種類の二色性蛍光色素（第１二色性蛍光色素１１２ａ、第２二色性蛍光色素１１２ｂ）が設けられている点が第３実施形態と異なる。図２５において、第３実施形態の太陽電池モジュール１１Ｂと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１９２】
第３実施形態の太陽電池モジュール１１Ｂでは、第１主面１４ａに入射した外光Ｌの一部を複数の第２光機能材料（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ、第３蛍光体１８ｃ）によって吸収し、複数の第２光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせていた。そして、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第２光機能材料（第３蛍光体１８ｃ）から放射された光を二色性蛍光色素１２（第１光機能材料）により指向性を高めて導光体１４の端面１４ｃに集光させて太陽電池素子１６に入射させていた。
【０１９３】
これに対し、本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｆでは、第１主面１４ａに入射した外光Ｌの一部を複数の第２光機能材料（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ、第３蛍光体１８ｃ）によって吸収し、複数の第２光機能材料の一部の第２光機能材料の間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせている。そして、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第２光機能材料から放射された光を第１二色性蛍光色素１１２ａ（第１光機能材料）により指向性を高めて導光体１４の端面１４ｃに集光させて太陽電池素子１６に入射させている。さらに、複数の第２光機能材料の残りの一部の第２光機能材料の間でフォトルミネッセンス機構によるエネルギー移動を生じさせている。そして、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第２光機能材料から放射された光を第２二色性蛍光色素１１２ｂ（第１光機能材料）により指向性を高めて導光体１４の端面１４ｃに集光させて太陽電池素子１６に入射させている。すなわち、本実施形態においては、フェルスター機構によるエネルギー移動及びフォトルミネッセンス機構によるエネルギー移動の双方のエネルギー移動を生じさせている。
【０１９４】
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｆにおいても、導光体１４に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる、といった第３実施形態と同様の効果を奏する。さらに、本実施形態においては、２種類の二色性蛍光色素１１２ａ，１１２ｂを用いることで、フェルスター機構によるエネルギー移動に加えてフォトルミネッセンス機構によるエネルギー移動により第１主面１４ａに入射した外光のエネルギーを伝播することを可能にしている。
したがって、発電効率の高い太陽電池モジュールを提供することができる。
【０１９５】
［第９実施形態］
図２６は、第９実施形態の太陽電池モジュール１１Ｇの断面図である。
図２７は、第９実施形態の太陽電池モジュール１１Ｇで用いられる光機能材料の発光スペクトルおよび太陽電池素子の分光感度を示す図である。
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｇの基本構成は第１実施形態と同様であり、導光体１４の内部に２種類の蛍光体（第１蛍光体１８ｄ、第２蛍光体１８ｅ）が設けられている点が第１実施形態と異なる。図２６において、第１実施形態の太陽電池モジュール１１と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１９６】
第３実施形態の太陽電池モジュール１１Ｂでは、導光体１４に備えられる複数の第２光機能材料として、いずれも蛍光量子収率の高い３つの蛍光体（第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ、第３蛍光体１８ｃ）を用いた。それに対して、本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｇでは、導光体に備えられる複数の第２光機能材料として、蛍光量子収率の低い第１蛍光体１８ｄと、蛍光量子収率の高い第２蛍光体１８ｅが用いられている。第１蛍光体１８ｄはホスト分子であり、第２蛍光体１８ｅはゲスト分子であり、第１蛍光体１８ｄと第２蛍光体１８ｅとの間でフェルスター機構によるエネルギー移動が生じ、実質的に、ゲスト分子である第２蛍光体１８ｅのみが発光する。本実施形態においては、第２蛍光体１８ｅから放射された光を二色性蛍光色素１２（第１光機能材料）により指向性を高めて導光体１４の端面１４ｃに集光させて太陽電池素子１６に入射させている。
【０１９７】
第１蛍光体１８ｄは、例えばＮＰＢ（N,N-di(naphthalene-1-yl)-N,N-diphenyl-benzidene）である。第１蛍光体１８ｄの蛍光量子収率は４２％であり、第１蛍光体１８ｄの発光スペクトルのピーク波長１１６１は４３０ｎｍである。第２蛍光体１８ｅは、例えばルブレンである。第２蛍光体１８ｅの蛍光量子収率は１００％近い高い蛍光量子収率であり、第２蛍光体１８ｅの発光スペクトル１１６２のピーク波長は５６０ｎｍである。第１蛍光体１８ｄに対して第２蛍光体１８ｅの含有量は２％とされている。本実施形態の導光体は、例えば、厚さ２ｍｍのガラス基板などからなる透明導光体の第１主面に、第１蛍光体１８ｄと第２蛍光体１８ｅとを含む光機能材料層を５μｍの厚みで成膜し、光機能材料層の表面に透明保護膜としてパリレンを１μｍの厚みで成膜することにより形成される。
【０１９８】
太陽電池素子１６としては、アモルファスシリコン太陽電池が用いられている。第１蛍光体１８ｄおよび第２蛍光体１８ｅの発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度１１６３を比較すると、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第２蛍光体１８ｅの発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度は、第１蛍光体１８ｄの発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度よりも大きい。そのため、太陽電池素子１６としてアモルファスシリコン太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
【０１９９】
本実施形態の太陽電池モジュール１１Ｇにおいては、ホスト分子である第１蛍光体１８ｄの蛍光量子収率は４２％と非常に小さいが、フェルスター機構によるエネルギー移動では、最終的な発電量は、ゲスト分子の蛍光量子収率によって決まり、ホスト分子の蛍光量子収率には依存しない。よって、ゲスト分子のみを蛍光量子収率の高い蛍光体で構成すれば、ホスト分子を蛍光量子収率の低い蛍光体で構成しても、同じ発電量が得られる。一般に、蛍光体は発光体として利用されるので、蛍光量子収率の低い蛍光体は使用することができないが、本実施形態のように、発光させずにエネルギーのみをダイレクトに移動させる場合には、蛍光量子収率が低くても、最終的な発電量は変わらないので、使用することが可能となる。一般に、蛍光量子収率の高い蛍光体は、価格が高く、耐光性が低く、寿命の短いものが多いので、保守の費用が高くなる。一方で蛍光量子収率の低い蛍光体は、価格が低く、材料も豊富で、耐光性が高く、寿命の長いものが多いので、保守の費用を少なくすることができる。
【０２００】
第１蛍光体１８ｄとしては、蛍光量子収率が９０％未満のもの、より好ましくは、蛍光量子収率が８０％以下のものを用いることが好ましい。一般に、太陽電池の寿命は変換効率が初期値の９０％になるまでの時間とされていることから、導光体においても蛍光体の発光強度が１０％落ちるまでの時間を寿命とみなすことができる。蛍光体は、通常、発光体としての利用が前提となるので、蛍光量子収率としては、１００％〜９０％の高い蛍光量子収率が求められる。よって、蛍光体の寿命は、蛍光量子収率が初期値から１０％落ちるまでの時間、すなわち、蛍光量子収率が９０％から８１％になるまでの時間とみなすことができる。よって、蛍光量子収率が８０％以下の蛍光体は、通常は使用されることはなく、このような蛍光体が存在したとしても、性能の悪い蛍光体として安価に入手することができる。よって、このような蛍光量子収率の低い蛍光体を用いれば、発電効率の高い太陽電池モジュールを安価に提供することができる。
【０２０１】
本実施形態では、第１蛍光体１８ｄの一例としてＮＰＢを用いたが、第１蛍光体１８ｄはこれに限定されない。他の材料としては、N,N’-bis(3-methylphenyl)-N,N’-diphenyl- [1,1’-biphenyl]-4,4’-diamine (TPD)、4,4’-bis-[N-(1-naphthyl)-N-phenylamino]-biphenyl) (a-NPD)、4,4’-bis-[N-(9-phenanthyl)-N-phenylamino]-biphenyl (PPD)、N,N,N’,N’-tetra-tolyl-1,1’-cyclohexyl-4,4’-diamine (TPAC)、1,1,4,4-tetraphenyl-1,3-butadiene（TPB）、TACP, Poly(N-vinylcarbazole) (PVK)、4,4',4''-tri(N-carbazolyl)triphenylamine (TCTA)、1,3,5-tris[4-(3-methylphenylphenylamino)phenyl]benzene(m-MTDAPB)、1,3,5-tris[N-(4-diphenylaminophenyl)phenylamino]benzene (p-DPA-TDAB)、4,4,4''-tris(3-methylphenylphenylamino)triphenylamine (m-MTDATA)、4,4',4''-tris(1-naphthylphenylamino)triphenylamine (1-TNATA)、4,4',4''-tris(2-naphthylphenylamino)triphenylamine (2-TNATA)、1,3,5-tris(4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazolyl)benzene (TPOB)、tri(p-terphenyl-4-yl)amine (p-TTA)、bis{4-[bis(4-methylphenyl)amino]phenyl}oligothiophene (BMA-nT)、2,5-bis{4-[bis(4-methylphenyl)amino]phenyl}thiophene (BMA-1T)、5,5''-bis{4-[bis(4-methylphenyl)amino]phenyl}-2,2'-bithiophene (BMA-2T)、5,5''-bis{4-[bis(4-methylphenyl)amino]phenyl}-2,2':5',2''-terthiophene (BMA-3T)、5,5'''-bis{4-[bis(4-methylphenyl)amino]phenyl}-2,2':5',2'':5'',2''-quaterthiophene (BMA-4T)、
2-(4-biphenyl)-5-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazole (PBD)、2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP)、4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen)、2,9-bis(naphthalen-2-yl)-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (NBphen)、1,3-bis[2-(4-tert-butylphenyl)-1,3,4-oxadiazo-5-yl]benzene (OXD-7)、3-(4-biphenyl)-4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole (TAZ)、4,4'-bis(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)biphenyl (BTB)、2,5-Bis(1-naphthyl)-1,3,4-oxadiazole (BND)、4,4'-bis(carbazol-9-yl)biphenyl (CBP)、2,2',7,7'-tetrakis(carbazol-9-yl)-9,9-spirobifluorene (Spiro-CBP)、1,3,5-tris(carbazol-9-yl)benzene (TCP), 1,3-bis(carbazol-9-yl)benzene (MCP)、
4,4'-di(triphenylsilyl)-biphenyl (BSB)、1,4-bis(triphenylsilyl)benzene (UGH-2)、1,3-bis(triphenylsilyl)benzene (UGH-3)などの有機蛍光体や、ZnO、CdSe、 ZnSe、 AlN, GaN, InN, InP, GaP, GaAs, ZnS, CdSなどで構成される量子ドットからなる無機蛍光体などが挙げられるが、これらに限定されるものでもない。本実施形態において、有機無機ハイブリット蛍光体（例えば有機金属錯体）を用いてもよい。
【０２０２】
本実施形態では、ホスト分子を１種類の第２光機能材料（第１蛍光体１８ｄ）のみで構成したが、２種類以上の第２光機能材料をホスト材料として用いることもできる。その場合、最終的な発電量は、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい第２光機能材料の蛍光量子収率によって決まる。そのため、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい第２光機能材料の蛍光量子収率は、導光体に備えられた他のいずれの第２光機能材料の蛍光量子収率よりも高いことが望ましい。
【０２０３】
［第１０実施形態］
図２８は、第１０実施形態の太陽電池モジュールで用いられる光機能材料の発光スペクトルおよび太陽電池素子の分光感度を示す図である。
【０２０４】
第９実施形態の太陽電池モジュールでは、ホスト分子として、蛍光量子収率が４２％の第１蛍光体１８ｄが用いられていた。それに対して、本実施形態の太陽電池モジュールでは、ホスト分子として、蛍光量子収率が３％の第１蛍光体が用いられている。第１蛍光体は、蛍光量子収率が非常に低く、実質的に光を発しない非発光体とみなすことができる。第１蛍光体はホスト分子であり、第２蛍光体はゲスト分子であり、第１蛍光体と第２蛍光体との間でフェルスター機構によるエネルギー移動が生じ、実質的に、ゲスト分子である第２蛍光体のみが発光する。
【０２０５】
第１蛍光体は、例えばＴＰＤＳ（N,N,N’,N’-tetra-tolyl-1,1’-diphenylsulphide-4,4’-diamine）である。第１蛍光体の蛍光量子収率は３％であり、第１蛍光体の発光スペクトル１１７１のピーク波長は４２０ｎｍである。本実施形態の第２蛍光体は、第８実施形態の第２蛍光体と同じルブレンである。符号１１７２は、第２蛍光体の発光スペクトルを示す。第１蛍光体に対して第２蛍光体の含有量は３％とされている。本実施形態の導光体は、例えば、厚さ２ｍｍのガラス基板などからなる透明導光体の第１主面に、第１蛍光体と第２蛍光体とを含む光機能材料層を５μｍの厚みで成膜し、光機能材料層の表面に透明保護膜としてパリレンを１μｍの厚みで成膜することにより形成される。
【０２０６】
太陽電池素子としては、アモルファスシリコン太陽電池が用いられている。第１蛍光体および第２蛍光体の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度１１７３を比較すると、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第２蛍光体の発光スペクトル１１７２のピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度１１７３は、導光体に備えられた他のいずれの蛍光体（第１蛍光体）の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度よりも大きい。そのため、太陽電池素子としてアモルファスシリコン太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
【０２０７】
本実施形態によれば、第１蛍光体（例えばＴＰＤＳ）のように蛍光量子収率の低い蛍光体は安価に入手でき、耐光性が高いので、発電効率の高い太陽電池モジュールを安価に提供できる。
【０２０８】
［第１１実施形態］
図３６は、第１１実施形態の太陽電池モジュール２１の概略斜視図である。
図３６において、第１実施形態の太陽電池モジュール１１と共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２０９】
太陽電池モジュール２１は、第１導光体（蛍光導光体）２２と、第２導光体（形状導光体）２３と、第１太陽電池素子１６と、第２太陽電池素子２５と、枠体２６と、を備えている。第１太陽電池素子１６は、第１導光体２２の第１端面２２ｃから射出された光を受光する。以下、「出射」という表現も、「射出」と同様の意味で使うものとする。第２太陽電池素子２５は、第２導光体２３の第２端面２３ｃから射出された光を受光する。枠体２６は、これら第１導光体２２、第２導光体２３、第１太陽電池素子１６、第２太陽電池素子２５を一体に保持する。  なお、本実施形態では、第１導光体２２の第１主面２２ａの面内に平行な方向をｘ軸方向、第１主面２２ａの面内に平行な方向で、かつｘ軸方向と直交する方向をｙ軸方向、前記第１主面２２ａと直交する方向（第１導光体２２の厚み方向）をｚ軸方向、と定義する。  
【０２１０】
第１導光体２２は、第１主面２２ａと、第２主面２２ｂと、第１端面２２ｃと、を備えている。第１主面２２ａは、外光Ｌが入射する光入射面である。第２主面２２ｂは、第１主面２３ａの反対側に位置する。第１端面２２ｃは、光射出面である。第２導光体２３は、前記第１導光体２２の第２主面２２ｂ側に配置される。第２導光体２３は、第１主面２３ａと、第２主面２３ｂと、第２端面２３ｃと、を備えている。第１主面２３ａは、前記第２主面２２ｂから透過してきた光を入射する光入射面である。第２主面２３ｂは、第１主面２３ａの反対側に位置する。第２端面２３ｃは、光射出面である。第１導光体２２と第２導光体２３とは、第１導光体２２の第２主面２２ｂと第２導光体２３の第１主面２３ａとが対向するように、第１導光体２２及び第２導光体２３よりも屈折率の小さい空気層Ｋ（低屈折率層）を介してＺ方向に積層されている。
【０２１１】
第１導光体２２の第１主面２２ａと第２導光体２３の第１主面２３ａとは、互いに同じ方向（光入射側：−Ｚ方向）を向いて配置されている。このように第１導光体２２と第２導光体２３とを光Ｌの入射方向に沿って積層することで、前段側（光Ｌが入射する側に近い側）の第１導光体２２で取り込めなかった光を後段側（光Ｌが入射する側から遠い側）の第２導光体２３で取り込むことが可能になっている。
【０２１２】
また、第１導光体２２の第１端面２２ｃと第２導光体２３の第２端面２３ｃは、互いに同じ向きを向いている。第１導光体２２の第１端面２２ｃと第２導光体２３の第２端面２３ｃとは、ＸＺ平面と平行な同一平面上に配置されている。これによって第１導光体２２の第１端面２２ｃから射出された光を受光する第１太陽電池素子１６と第２導光体２３の第２端面２３ｃから射出された光を受光する第２太陽電池素子２５とは、一箇所に配置されるようになっている。なお、これら太陽電池素子１６、２５は、対応する端面２２ｃ（２３ｃ）に光学接着されているのが好ましい。
【０２１３】
第１導光体２２は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面２２ａ及び第２主面２２ｂを有する略矩形の板状部材である。第１導光体２２の第１主面２２ａ及び第２主面２２ｂは概ねＸＹ平面と平行な平坦な面である。本実施形態において、第１導光体２２は、図３７に示すように液晶性ポリマーからなる透明基材の内部に異方性光機能材料１２を分散させたものである。
【０２１４】
異方性光機能材料１２は、第１実施形態の第１光機能材料１２と同じものを用いることができる。つまり、異方性光機能材料１２は、光を異方的に発光する性質（発光異方性）を有する材料であり、本実施形態では二色性蛍光色素が用いられている。二色性蛍光色素とは、光を異方的に吸収する性質（吸収異方性）と光を異方的に発する性質（発光異方性）とを共に有する色素である。本実施形態では、二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）として、分子長軸と直交する方向が発光強度の最も大きい方向であるポジ型二色性蛍光色素が用いられている。
【０２１５】
なお、二色性蛍光色素としては、ポジ型二色性蛍光色素に限らず、種々の二色性蛍光色素を用いることができる。例えば、分子長軸の方向が発光強度の最も大きい方向であるネガ型二色性蛍光色素を用いることもできる。
このような二色性蛍光色素は、例えば紫外光又は可視光を吸収して可視光又は赤外光を放射するものであり、この二色性蛍光色素から放射された光は、第１導光体２２の内部を伝播して第１端面２２ｃから射出され、第１太陽電池素子１６で発電に利用される。
【０２１６】
本実施形態の異方性光機能材料１２として用いる二色性蛍光色素は、上述の図３に示す特性を有する。  また、本実施形態の二色性蛍光色素は、第１実施形態の二色性蛍光色素と同様の配光状態を示す。具体的には、二色性蛍光色素は、図４で示すような配向状態を示す。なお、図４で示す導光体１４、第１主面１４ａ、第２主面１４ｂは、それぞれ本実施形態の第１導光体２２、第１主面２２ａ、第２主面２２ｂに対応する。  本実施形態の二色性蛍光色素１２は、図４に示すように、分子長軸と直交する軸Ｖ２と第１導光体２２の第１主面２２ａとが平行になるように配向されている。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が、第１導光体２２の第１主面２２ａと平行になるように配向されている。
【０２１７】
なお、本実施形態の第１導光体２２は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面２２ａ及び第２主面２２ｂを有する略矩形の板状部材である。そのため、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、分子長軸と直交する軸Ｖ２と第１導光体２２の第２主面２２ｂとが平行になるように配向されている。つまり、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が、第１導光体２２の第２主面２２ｂとも平行になるように配向されている。
【０２１８】
二色性蛍光色素１２を配向させるための方法および二色性蛍光色素１２の配向状態を検証するための方法は、第１実施形態に記載された方法と同様である。
【０２１９】
図５Ｂに示すように、二色性蛍光色素１２は、第１主面２２ａから入射した外光の励起エネルギーによって光を異方的に発する。本実施形態の二色性蛍光色素１２は、前記二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が第１導光体２２の第１主面２２ａと平行になるように配向されている。そのため、二色性蛍光色素１２が発する光のうち発光強度の最も大きい光は、第１太陽電池素子１６に直接導かれる。
【０２２０】
図５Ｃに示すように、二色性蛍光色素１２が発する光のうちの大部分の光は、第１導光体２２の第１主面２２ａまたは第２主面２２ｂへの入射角θが大きくなる。
ここで、例えば第１導光体２２を構成する液晶性ポリマーの屈折率が１．５、空気の屈折率が１．０とすると、第１導光体２２の第１主面２２ａにおける臨界角θｍ、すなわち第１導光体２２を構成する液晶性ポリマーと空気との界面における臨界角は、スネルの法則から４２°程度となる。二色性蛍光色素１２が発する光の一部の光Ｌ１が第１主面２２ａに入射した際、第１主面２２ａへの光Ｌ１の入射角が臨界角である４２°よりも大きい場合は全反射条件を満たすため、光Ｌは第１主面２２ａで全反射する。その後、光Ｌ１は第１主面２２ａと第２主面２２ｂとの間で反射を繰り返し、第１太陽電池素子１６に導かれる。
【０２２１】
なお、本実施形態の二色性蛍光色素１２は、この二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も小さい方向が第１導光体２２の第１主面２２ａ、第２主面２２ｂとそれぞれ直交する。二色性蛍光色素１２が発する光のうち分子長軸に沿う方向からの光Ｌ２が第２主面２２ｂに入射した際、第２主面２２ｂへの光Ｌ２の入射角が臨界角である４２°よりも小さくなり、全反射条件を満たさなくなるため、光Ｌ２は第２導光体２３側に射出される。
【０２２２】
すなわち、二色性蛍光色素１２が発する光は、第１主面２２ａまたは第２主面２２ｂへの入射角が臨界角よりも大きい場合は第１導光体２２の内部に閉じ込められ、第１主面２２ａまたは第２主面２２ｂへの入射角が臨界角よりも小さい場合は外部に射出される。本実施形態において二色性蛍光色素１２は、この二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が第１導光体２２の第１主面２２ａと平行になるように配向されている。そのため、二色性蛍光色素１２が発する光のうちの大部分の光は、第１導光体２２の第１主面２２ａまたは第２主面２２ｂへの入射角θが大きくなり、全反射条件を満たすこととなる。よって、二色性蛍光色素１２が発する光のうちの大部分の光が、第１導光体２２の内部に閉じ込められ、外部に射出されることなく、第１太陽電池素子１６側に伝播する。
【０２２３】
ここで、「伝播する」とは、第１主面２２ａで反射して第１端面２２ｃに達する場合、第２主面２２ｂで反射して第１端面２２ｃに達する場合、第１主面２２ａと第２主面２２ｂの両方で反射しながら第１端面２２ｃに達する場合、もしくはどの主面１４ａ、１４ｂにも当たることなく第１端面２２ｃに達する場合のいずれかを意味している。
【０２２４】
図３６、図３７に示すように第１導光体２２の第１端面２２ｃ以外の端面には、異方性光機能材料１２（二色性蛍光色素）から放射された（発せられた）光（蛍光）を反射する反射層２８が設けられている。
反射層２８としては、銀やアルミニウムなどの金属膜からなる反射層や、ＥＳＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）反射フィルム（３Ｍ社製）などの誘電体多層膜からなる反射層などを用いることができる。反射層２８は、入射した光を鏡面反射する鏡面反射層でもよいし、入射した光を散乱反射する散乱反射層でもよい。
【０２２５】
第２導光体２３は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面２３ａ及び該第１主面２３ａと反対の側の第２主面２３ｂを有する略矩形の板状部材である。第２導光体２３としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。
【０２２６】
第２導光体２３の第２主面２３ｂには、Ｘ方向に延びる複数の溝Ｔが設けられている。溝Ｔは、ＸＹ平面と平行な面に対して斜めに傾斜した傾斜面Ｔ１と、傾斜面Ｔ１と交差する面Ｔ２と、を有するＶ字状の溝である。図３６では、図面を簡略化するために、溝Ｔを数本しか記載していないが、実際には、幅１００μｍ程度の細かい溝Ｔが多数本形成されている。溝Ｔは、例えば、金型を用いて樹脂（例えばポリメタクリル酸メチル樹脂：ＰＭＭＡ）を射出成形することで形成されている。
【０２２７】
傾斜面Ｔ１は、図３８Ａに示すように第１主面２３ａから入射した光Ｌ２（第１導光体２２から透過してきた光Ｌ２）を全反射して光の進行方向を第２端面２３ｃに向かう方向に変更する反射面である。第１主面２３ａに対して垂直に近い角度で入射した光Ｌ２は、傾斜面Ｔ１で反射して第２導光体２３の内部を概ねＹ方向に伝播する。このような構成のもとに、第２導光体２３は第２主面２３ｂに設けられた傾斜面Ｔ１で光を反射して伝播させ、第２端面２３ｃから射出する形状導光体となっている。
第２導光体２３の第２主面２３ｂには、このような溝Ｔが、傾斜面Ｔ１と面Ｔ２とが互いに接するようにＹ方向に複数設けられている。第２主面２３ｂに設けられた複数の溝Ｔの形状及び大きさは、全て同じである。
【０２２８】
なお、図３８Ａに示した例では、傾斜面Ｔ１の傾斜角θは３０°であり、１本の溝ＴのＹ方向の幅ｗは１００μｍであり、溝ＴのＺ方向の深さｄは９０μｍであり、第２導光体２３の屈折率は１．５である。ただし、傾斜角θ、溝Ｔの幅ｗ、溝Ｔの深さｄ、及び第２導光体２３の屈折率は、これらに限定されないのはもちろんである。
例えば、図３８Ｂに示すように溝Ｔを左右対称のＶ字状とし、傾斜角θを４０°としてもよい。その場合には、第２端面２３ｃと反対の側の端面２３ｄにも第２太陽電池素子２５を配設するのが好ましい。また、第２太陽電池素子２５に代えて反射層を設けるようにしてもよい。
【０２２９】
なお、本実施形態では、図示しないものの、第２導光体２３の第２端面２３ｃ（２３ｄ）以外の端面、すなわち第２太陽電池素子２５が配置されない端面には、この端面から第２導光体２３の外部に漏れ出す光を第２導光体２３の内部に反射する反射層が設けられている。これら反射層としては、前記の反射層２８と同様のものが用いられる。
また、第１導光体２２と第２導光体２３とは、図３７に示すようにこれらの間に空気層Ｋを介在させているが、これらの間は接着等によって接していてもよい。ただし、第１導光体２２と第２導光体２３との間に空気層Ｋを介在させれば、二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）が発する光が、第１導光体２２と空気層との界面で全反射条件を満たしやすくなり、好ましい。
【０２３０】
第１太陽電池素子１６、第２太陽電池素子２５としては、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、量子ドット太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。中でも、化合物半導体を用いた化合物系太陽電池や量子ドット太陽電池は、高効率な発電が可能であることから、これら太陽電池素子４、５として好適である。化合物系太陽電池としては、ＩｎＧａＰ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２、ＣｕＩｎＳ２、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等が挙げられる。また、量子ドット太陽電池としては、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ等が挙げられる。
【０２３１】
ただし、価格や用途に応じて、Ｓｉ系や有機系など他の種類の太陽電池を用いることもできる。また、第１太陽電池素子１６と第２太陽電池素子２５とは、各導光体１４、２３から射出される光の波長域に対応して、より高い効率で光電変換できる太陽電池素子を適宜選択して用いるのが好ましい。ただし、同一種類の太陽電池素子を用いてもよいのはもちろんである。
【０２３２】
図３６に示すように枠体２６は、アルミニウム等のフレームからなり、第１導光体２２の第１主面２２ａを外部に臨ませ、その状態で第１導光体２２、第２導光体２３の四周を保持するとともに、第１太陽電池素子１６、第２太陽電池素子２５も導光体１４、２３とともに保持している。
第１導光体２２の第１主面２２ａを外部に臨ませる開口部２６ａには、ガラス等の透明部材が嵌め込まれていてもよい。このような構成のもとに第１導光体２２は、枠体２６から外部に臨む第１主面２２ａが光入射面となっている。また、第１導光体２２の第１端面２２ｃと第２導光体２３の第２端面２３ｃが光射出面となっている。
【０２３３】
以上のように本実施形態の太陽電池モジュール２１では、第１導光体２２の内部に二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）が含まれており、この二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が第１導光体２２の第１太陽電池素子１６が配置された第１端面２２ｃを向くように配向されている。すなわち、二色性蛍光色素１２が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が第１導光体２２の第１主面２２ａに平行となり、したがってこの発光強度の最も大きい方向と第１導光体２２における第１主面２２ａの法線とのなす角度が臨界角以上になるように配向されている。
【０２３４】
よって、本実施形態の太陽電池モジュール２１にあっては、比較的大きい（深い）入射角で第１導光体２２に入射した外光（太陽光）の大部分を第１端面２２ｃ側に伝播させ、第１太陽電池素子１６に導くことができる。また、垂直に近い角度（小さい入射角）で第１導光体２２に入射した光に関しては、二色性蛍光色素１２の吸収異方性のため吸収できず、透過して第２主面２２ｂから射出する光もあるものの、この第２主面２２ｂから射出した光は第２導光体２３で集光し、第２太陽電池素子２５に導くことができる。すなわち、第２導光体２３に入射してくる光の角度は垂直光が主になるので、形状導光体である第２導光体２３の傾斜面Ｔ１の角度などを適宜に設定することで、より集光効率を高めることができる。したがって、本実施形態の太陽電池モジュール２１によれば、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
【０２３５】
なお、本実施形態では、図３６に示したように第１導光体２２に対して第１太陽電池素子１６を一つの端面（第１端面２２ｃ）のみに設置した例を示したが、第１太陽電池素子１６は第１導光体２２の４つの端面のうち、複数（２ないし４）の端面に設置してもよい。
【０２３６】
また、本実施形態では、第２導光体２３として、その第２主面２３ｂに設けられた傾斜面Ｔ１で光を反射して伝播させ、第２端面２３ｃから射出する形状導光体を用いているが、このような形状導光体に代えて、後述するような蛍光体を分散させた蛍光導光体を用いてもよい。なお、蛍光導光体としては、蛍光体として二色性蛍光色素を用いたものも使用可能である。ただし、その場合には、二色性蛍光色素を第１導光体２２と同じ方向に配向させることなく、すなわち二色性蛍光色素が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が第２導光体２３の第１主面２３ａに平行となることなく、発光強度の最も大きい方向がある程度第１主面２３ａ側に向くように配向させるのが好ましい。
【０２３７】
［第１２実施形態］
図３９は、第１２実施形態の太陽電池モジュール２１Ａの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ａが図３６、図３７等に示した第１１実施形態の太陽電池モジュール２１と異なるところは、第１１実施形態の太陽電池モジュール２１ではその第１導光体２２の二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）を、前記二色性蛍光色素１２が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が第１導光体２２の第１主面２２ａと平行になるように配向させたのに対し、本実施形態では、発光強度の最も大きい方向が第１導光体２２の第１主面２２ａと非平行になるように配向させた点である。
【０２３８】
二色性蛍光色素１２の配向は、前述したように配向材（液晶性ポリマー）の作用によって所定方向に配向させる。しかし、この配向材による配向制御が所望の方向（二色性蛍光色素１２が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が第１導光体２２の第１主面２２ａと平行になる方向）とならずに、少し傾いて配向する場合がある。本実施形態は、このように二色性蛍光色素１２が発する光のうち発光強度の最も大きい方向が第１導光体２２の第１主面２２ａと平行にならずに、少し傾いて配向している場合である。
【０２３９】
二色性蛍光色素１２は、第１実施形態と同様に、図６に示すように配光されていてもよい。なお、図６の導光体１４、第１主面１４ａ、第２主面１４ｂは、それぞれ本実施形態の第１導光体２２、第１主面２２ａ、第２主面２２ｂに対応する。図６に示すように、分子長軸Ｖ１と直交する軸Ｖ２と、第１導光体２２の第１主面２２ａの法線とのなす角度θが、臨界角θｍ以上となるように配向されていれば、前記所望方向に対して少し傾いて配向されていてもよい。
【０２４０】
このように二色性蛍光色素１２を少し傾けて配向させた本実施形態では、例えば太陽電池モジュール２１Ａを屋根などに設置して第１主面２２ａを上に向けて配置した場合に、第１１実施形態に比べて太陽光を吸収し易く構成することが可能となる。すなわち、図３９に示すように太陽Ｓの仰角θｓは日本の場合、季節によって約３０°〜約８０°と変わるが、方向としては分子を傾けて図６中に示した軸Ｖ２が太陽Ｓ方向に向くように配置することにより、太陽光を吸収し易くすることができる。
【０２４１】
ただし、その場合には、二色性蛍光色素１２を傾けることで全反射せずに第２主面２２ｂ側から透過する光の量も増える。しかし、本実施形態では、第１導光体２２の後方（第２主面２２ｂ側）に第２導光体２３を備えているので、第２主面２２ｂから透過してきた光を第２導光体２３で集光し、第２太陽電池素子２５で発電することができる。なお、最も高効率なものは、二色性蛍光色素１２の発光プロフィールによって変わってくる。
【０２４２】
また、第１導光体２２を透過してきた光がある角度を持って第２導光体２３に入射するので、図３８Ａに示した第２導光体２３（形状導光体）の反射構造、すなわち溝Ｔの傾斜面Ｔ１の角度などをこれに合わせて形成することで、より集光効率を高めることができる。
よって、本実施形態の太陽電池モジュール２１Ａによれば、二色性蛍光色素１２を傾けることによる吸収量の増加と、閉じ込め率の低下を加味して分子長軸Ｖ１の傾きを決めることで、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
【０２４３】
なお、本実施形態においても、第１導光体２２に対してその複数の端面に第１太陽電池素子１６を設置してもよい。
また、第２導光体２３として、形状導光体に代えて蛍光体を分散させた蛍光導光体や、蛍光体として二色性蛍光色素を用いた導光体を用いることができる。
【０２４４】
［第１３実施形態］
図４０は、第１３実施形態の太陽電池モジュール２１Ｂの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ｂが図３６、図３７等に示した第１１実施形態の太陽電池モジュール２１と異なるところは、第１１実施形態の太陽電池モジュール２１ではその第１導光体２２の異方性光機能材料１２として一種類の二色性蛍光色素しか有していないのに対し、本実施形態では、第１導光体２２の異方性光機能材料１２として、互いに吸収波長域の異なる二種類（複数種）の二色性蛍光色素１２ａ、１２ｂ（異方性光機能材料１２）を有している点である。
【０２４５】
このように互いに吸収波長域の異なる二種類（複数種）の二色性蛍光色素１２ａ、１２ｂ（異方性光機能材料１２）を有しているため、第１導光体２２は広い波長範囲の光を吸収することができる。二色性蛍光色素１２ａ、１２ｂとしては、例えば上述の式（１）、式（２）に示す材料を用いることができる。
【０２４６】
ただし、式（１）中のＲはＨ（水素）である。
式（１）に示す二色性蛍光色素１２ａは、吸収波長が３９６ｎｍであり、蛍光波長が５２６ｎｍである。また、式（２）に示す二色性蛍光色素１２ｂは、吸収波長が５１６ｎｍであり、蛍光波長が６１７ｎｍである。
なお、式（１）中のＲを、Ｏ（ＣＨ２）７ＣＨ３に置換したものも用いることができる。
【０２４７】
また、第１導光体２２では、例えば二色性蛍光色素１２ａが吸収した光のエネルギーを、発光、吸収の繰り返しによって二色性蛍光色素１２ｂに移動させることができる。したがって、このエネルギーの移動を続けて起こさせることにより、二色性蛍光色素１２ｂによる異方性発光によって第１太陽電池素子１６に光を高い効率で導くことができる。
【０２４８】
さらに、第１導光体２２では、二色性蛍光色素１２ａが吸収した光を二色性蛍光色素１２ｂにエネルギー移動させることで、より高い効率で光を第１太陽電池素子１６に導くことができる。エネルギー移動として、特に光機能材料間のフェルスター機構によって励起エネルギーが移動することにより、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料で発光させることができる。
【０２４９】
複数種の光機能材料の間でエネルギー移動を生じさせる機構、特にフェルスター機構でエネルギー移動を生じさせる機構については、図１２ないし図１５で説明した通りである。なお３種類の一般的な（市販の）蛍光体を用いるものとして説明しているが、本実施形態においても適宜に選択した複数種の二色性蛍光色素１２を用いることで、同様のフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせることが可能である。また、第１導光体２２に二色性蛍光色素１２とともに他の光機能材料（蛍光体を含む）も含有させた場合にも、この光機能材料と二色性蛍光色素１２とによって、同様のフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせることが可能になる。
【０２５０】
図１２ないし図１５で説明した例において、第１導光体では、３つの異なる発光スペクトルを有する蛍光体（第１蛍光体、第２蛍光体、第３蛍光体）を混入しているにもかかわらず、フェルスター機構によるエネルギー移動により、実質的には第３蛍光体の発光のみが生じる。第３蛍光体の発光量子効率は例えば９２％である。よって、第１導光体に第１蛍光体、第２蛍光体及び第３蛍光体を混入することで、６２０ｎｍまでの波長領域の光を吸収し、９２％の効率でピーク波長が６３０ｎｍの赤色の発光を生じさせることができる。
【０２５１】
第１実施形態の図１６Ａおよび図１６Ｂで説明されているように、このようなエネルギー移動現象は、有機の蛍光体に特有の現象で、一般的に無機の蛍光体では起こらないとされているが、量子ドットなどのいくつかの無機ナノ粒子の蛍光体においてはフェルスター機構により、無機材料間、あるいは、無機材料と有機材料との間でエネルギー移動を生じるものが知られている。
【０２５２】
また、フェルスター機構によるエネルギー移動は、蛍光体のような発光材料だけでなく、外光によって励起されるが、光を発生せずに失活する非発光体においても生じる。最終的な発電量は、ゲスト分子の蛍光量子収率によって決まり、ホスト分子の蛍光量子収率には依存しない。よって、ゲスト分子のみを蛍光量子収率の高い蛍光体で構成し、ホスト分子を蛍光量子収率の低い蛍光体又は蛍光を発しない非発光体で構成しても、同じ発電量が得られる。よって、フォトルミネッセンスによりエネルギー移動を行う場合のように、全ての蛍光体に対して高い蛍光量子収率が求められる場合に比べて、ホスト分子の材料選択の幅が広がる。
【０２５３】
図１８は、第１太陽電池素子１６の一例であるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度曲線を第１蛍光体の発光スペクトル、第２蛍光体の発光スペクトルおよび第３蛍光体の発光スペクトルとともに示す図である。
【０２５４】
第１導光体２２の端面から射出される光Ｌ１のスペクトルは、第３蛍光体の発光スペクトルと概ね一致する。よって、太陽電池素子は、第３蛍光体の発光スペクトルのピーク波長（６３０ｎｍ）において高い感度を有するものであればよい。図１８に示すように、アモルファスシリコン太陽電池は６００ｎｍ付近の波長の光に対して最も高い分光感度を有する。第１蛍光体、第２蛍光体および第３蛍光体の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度を比較すると、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい第３蛍光体の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度は、導光体に備えられた他のいずれの蛍光体（第１蛍光体、第２蛍光体）の発光スペクトルのピーク波長におけるアモルファスシリコン太陽電池の分光感度よりも大きい。そのため、第１太陽電池素子１６としてアモルファスシリコン太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
【０２５５】
第１太陽電池素子１６に適用する太陽電池の種類は、前記太陽電池素子に入射する光の波長に応じて決定される。図１８では、第１太陽電池素子１６としてアモルファスシリコン太陽電池を用いたが、第１太陽電池素子１６はこれに限られない。
【０２５６】
図１９および図２０に示した太陽電池では、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい第３蛍光体の発光スペクトルのピーク波長（６３０ｎｍ）における太陽電池の分光感度およびエネルギー変換効率は、導光体に備えられた他のいずれの蛍光体（第１蛍光体、第２蛍光体ｂ）の発光スペクトルのピーク波長における太陽電池の分光感度およびエネルギー変換効率よりも大きい。そのため、第１太陽電池素子１６として、これらの太陽電池を用いれば、高い効率で発電を行うことができる。
【０２５７】
図１９および図２０は、第１太陽電池素子１６として利用可能な太陽電池の一例であり、これ以外の太陽電池を用いることももちろん可能である。第１太陽電池素子１６としては、色素増感型太陽電池や有機系太陽電池など、太陽光の全波長領域に対しては高い分光感度を有することはできないが、特定の狭い波長領域の光に対しては非常に高い分光感度を有するような太陽電池を積極的に使用することも可能である。
【０２５８】
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ｂにあっては、第１導光体２２の異方性光機能材料１２として、互いに吸収波長域の異なる二種類（複数種）の二色性蛍光色素１２ａ、１２ｂ（異方性光機能材料１２）を有しているので、第１導光体２２が広い波長範囲の光を吸収することができる。したがって、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
また、一の二色性蛍光色素１２ａが吸収した光のエネルギーを、発光、吸収の繰り返しによって他の二色性蛍光色素１２ｂに移動させることができ、したがってこのエネルギーの移動を続けて起こさせることにより、二色性蛍光色素１２ｂによる異方性発光によって第１太陽電池素子１６に光を高い効率で導くことができる。
さらに、複数種の二色性蛍光色素を適宜に選択し、フェルスター機構によるエネルギー移動が生じるように構成することで、最も発光スペクトルのピーク波長の大きい二色性蛍光色素から放射された光を第１導光体２２の第１端面２２ｃに射出させて第１太陽電池素子１６に入射させることができる。したがって、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
【０２５９】
なお、本実施形態においても、第１導光体２２に対してその複数の端面に第１の太陽電池素子４を設置してもよい。
また、第２導光体２３として、形状導光体に代えて蛍光体を分散させた蛍光導光体や、蛍光体として二色性蛍光色素を用いた導光体を用いることができる。
【０２６０】
［第１４実施形態］
図４１は、第１４実施形態の太陽電池モジュール２１Ｃの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ｃは、図３６、図３７等に示した第１１実施形態の太陽電池モジュール２１と以下の点で異なる。第１１実施形態の太陽電池モジュール２１ではその第１導光体２２の光機能材料として一種類の異方性光機能材料１２（二色性蛍光色素）しか有していない。一方で本実施形態では、第１導光体２２の光機能材料として、前記二色性蛍光色素からなる異方性光機能材料１２と、光を等方的に吸収する等方性光機能材料２９とを有している。なお、図４１では、等方性光機能材料２９を１種類しか示していないが、本実施形態は等方性光機能材料２９が複数種ある場合も含むものとする。
【０２６１】
等方性光機能材料２９は、光を等方的に吸収する性質（吸収等方性）を有する材料、もしくは光を異方的に吸収する性質（吸収異方性）を有するが、第１導光体２２の形成材料に対して配向しにくく、ランダムな状態に配置された光機能材料である。この等方性光機能材料２９としては、外光を吸収して蛍光を放射するもので、所定の吸収波長域の蛍光体が用いられる。ここで、蛍光体としては、有機蛍光体、無機蛍光体、有機無機ハイブリッド蛍光体（例えば有機金属錯体）等のいずれも使用可能である。
このような等方性光機能材料２９と前記二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）とは、例えば第１導光体２２を成型する際に混入され、ほぼ均一に分散されている。
【０２６２】
また、前記蛍光体（等方性光機能材料２９）としては、前記二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）との間で、前述したエネルギー移動を生じさせる性状のものが適宜選択され、好適に用いられる。その場合に、前記二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）は、複数種の光機能材料のうち、最も発光スペクトルのピーク波長が大きい光機能材料であるのが好ましい。図４２は、蛍光体２９（等方性光機能材料２９）と二色性蛍光色素１２（異方性光機能材料１２）との間でエネルギー移動が生じる様子を示した図である。図４２に示すように、第１導光体２２の第１主面２２ａに入射した外光の一部は、蛍光体２９によって吸収される。蛍光体２９が外光の一部を吸収すると、蛍光体２９から二色性蛍光色素１２に向けて励起エネルギーが移動する。
【０２６３】
これにより、二色性蛍光色素１２は第１１実施形態において図５Ｂに示したように、光を異方的に発する。本実施形態の二色性蛍光色素１２も、この二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が第１導光体２２の第１主面２２ａと平行になるように配向されている。そのため、二色性蛍光色素１２が発する光のうち発光強度の最も大きい光は、第１太陽電池素子１６に直接導かれる。
【０２６４】
なお、蛍光体（等方性光機能材料２９）としては、前記二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）との間、もしくは複数種の蛍光体（等方性光機能材料２９）間で、前述したフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせる性状のものが選択され、用いられるのがより好ましい。例えば、先に示した第１蛍光体（BASF社製Lumogen F Violet 570（商品名））、第２蛍光体（BASF社製Lumogen F Yellow 083（商品名））、第３蛍光体（BASF社製Lumogen F Red 305（商品名））を等方性光機能材料２９として用いることができる。これら第１蛍光体、第２蛍光体、および第３蛍光体を二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）とともに第１導光体２２に分散させることで、３種類の等方性光機能材料２９間でフェルスター機構によるエネルギー移動を生じさせ、これから得られた光を二色性蛍光色素１２で吸収させ、発光させるように構成するのが好ましい。
【０２６５】
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ｃにあっては、第１導光体２２の光機能材料として、二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）と等方性光機能材料２９とを併用したので、特に等方性光機能材料２９によってエネルギー移動を行わせることにより、広い波長域でかつ広角度の光を吸収することができる。したがって、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
【０２６６】
なお、本実施形態においては、前記等方性光機能材料２９として、外光を吸収して蛍光を放射する所定の吸収波長域の蛍光体を用いたが、本実施形態における等方性光機能材料としては、これに限定されない。本実施形態における等方性光機能材料として、蛍光、燐光のいずれの形態の発光をなす発光体を用いることができる。さらには、エネルギー移動を起こすものであれば、非発光の光機能材料であってもよい。ただし、蛍光スペクトルのピーク波長が最も大きい光機能材料については、蛍光体を用いるものとする。
【０２６７】
また、本実施形態においては、異方性光機能材料と等方性光機能材料とが別々の分子である例を挙げて説明したが、本実施形態である第１４実施形態又は前記第１１実施形態の変形例として、一つの分子の中に吸収部と発光部とが存在するような光機能材料（異方性光機能材料）を用いてもよい。発光部は、発光異方性を有し、端面に発光光が効率的に届くようなものである。吸収部は、光を等方的に吸収するもの、または、吸収異方性を有していても、発光部に対して垂直に配向するか、ランダムな状態となっているようなものである。このような光機能材料としては、例えば図３３に示すように、高分子の主鎖１１８１が発光部に相当し、側鎖１１８２が吸収部に相当するようなものが挙げられる。
【０２６８】
また、本実施形態においても、第１導光体２２に対してその複数の端面に第１太陽電池素子１６を設置してもよい。
また、第２導光体２３として、形状導光体に代えて蛍光体を分散させた蛍光導光体や、蛍光体として二色性蛍光色素を用いた導光体を用いることができる。
【０２６９】
［第１５実施形態］
図４３は、第５実施形態の太陽電池モジュール２１Ｄの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ｄが図３６、図３７等に示した第１１実施形態の太陽電池モジュール２１と異なるところは、図４３に示すように第１導光体２２の第１主面２２ａ側に拡散板１３が設けられている点である。
【０２７０】
拡散板１３は、第１導光体２２の第１主面２２ａ側に空気層を介して設けられたもので、第１導光体２２の外部から入射する外光を拡散させて第１導光体２２に入射させるものである。
第１導光体２２と拡散板１３との間に空気層が存在することにより、二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）が発する光が第１導光体２２と空気層との界面で全反射条件を満たしやすくなる。ただし、空気層を介在させることなく、拡散板１３を第１導光体２２の第１主面２２ａに直接当接させてもよく、接着等によって貼設してもよい。
【０２７１】
拡散板１３は、例えばアクリル樹脂等のバインダー樹脂の内部に多数のアクリルビーズ等の光散乱体が分散されて構成されたものである。この拡散板１３の厚みは例えば２０μｍ程度であり、球状の光散乱体の球径は０．５〜２０μｍ程度である。拡散板１３は、外光を第１導光体２２の外部から第１導光体２２の内部に向けて等方的に拡散させるようになっている。
【０２７２】
なお、光散乱体は、これに限らず、第１実施形態に記載されている光散乱体を用いることができる。
【０２７３】
図４４は、拡散板の作用を説明するための図である。
本実施形態の場合、図４４に示すように、第１導光体２２の第１主面２２ａ側には拡散板１３が配置されている。これにより、太陽電池モジュール２１Ｄ（拡散板１３）に対して垂直に入射する光は、拡散板１３で拡散した後、第１導光体２２の内部に入射する。このため、二色性蛍光色素１２には様々な角度の光が入射する。つまり、二色性蛍光色素１２が吸収しやすい方向の光の割合が、拡散板１３がないときと比べて多くなる。そのため、分子長軸Ｖ１に沿う方向においては相対的に吸収特性が小さく、分子長軸と直交する軸Ｖ２に沿う方向においては相対的に吸収特性が大きい吸収特性を有する二色性蛍光色素１２であっても、太陽電池モジュール２１Ｄ（拡散板１３）に対して垂直に入射する光の一部を吸収することが可能となる。
【０２７４】
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ｄにあっては、拡散板１３を設けているため、第１１実施形態に比べて、第１導光体２２の第１主面２２ａに入射した外光の二色性蛍光色素１２に吸収される割合が多くなる。二色性蛍光色素１２は外光を吸収すると光を異方的に発する。本実施形態の二色性蛍光色素１２においても、この二色性蛍光色素１２から発せられる光の発光強度の最も大きい方向が第１導光体２２の第１主面２２ａと平行になるように配向されているため、二色性蛍光色素１２が発する光のうち発光強度の最も大きい光は、第１太陽電池素子１６に直接導かれる。したがって、第１導光体２２に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。よって、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
【０２７５】
なお、本実施形態に係る拡散板１３については、第１１実施形態の太陽電池モジュール２１にのみ適用することなく、第１２実施形態〜第１４実施形態の各太陽電池モジュール２１Ａ〜２１Ｄに組み合わせて構成してもよい。
【０２７６】
［第１６実施形態］
図４５は、第６実施形態の太陽電池モジュール２１Ｅの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ｅが図３６、図３７等に示した第１１実施形態の太陽電池モジュール２１と異なるところは、図４４に示すように第２導光体２３の第２主面２３ｂ側に反射層１５が設けられている点である。
【０２７７】
反射層１５は、第２導光体２３の第２主面２３ｂ側に空気層を介して、あるいは接着層を介して設けられたもので、第２導光体２３を透過した光を第２導光体２３の内部に反射するものである。
反射層１５としては、前述した反射層２８と同様のものが用いられる。すなわち、銀やアルミニウムなどの金属膜からなる反射層や、ＥＳＲ（Ｅｎｈａｎｃｅｄ  Ｓｐｅｃｕｌａｒ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）反射フィルム（３Ｍ社製）などの誘電体多層膜からなる反射層などを用いることができる。
この反射層１５についても、入射した光を鏡面反射する鏡面反射層でもよいし、入射した光を散乱反射する散乱反射層でもよい。反射層１５に散乱反射層を用いた場合には、第１太陽電池素子１６の方向に直接向かう光の光量が増えるため、第１太陽電池素子１６への集光効率が高まり、発電量が増加する。また、反射光が散乱されるため、時間や季節による発電量の変化が平均化される。なお、散乱反射層としては、マイクロ発泡ＰＥＴ（ポリエチレン−テレフタレート）（古河電工社製）などを用いることができる。
【０２７８】
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ｅにあっては、反射層１５を設けたので、第２導光体２３の第２主面２３ｂから透過してきた光を再度第２導光体２３内に反射することができる。
したがって、第２導光体２３を通過させて主に反射光を第１導光体２２に再入射させ、ここで二色性蛍光色素１２（異方性光機能材料）に吸収させ、発光させて第１太陽電池素子１６に光を射出することができる。よって、第１導光体２２に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させ、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。
また、反射層１５として散乱反射層を用いれば、反射光を散乱させることができるため、第１導光体２２の第２主面２２ｂから再入射した光が二色性蛍光色素１２に吸収される割合を多くすることができる。
【０２７９】
なお、本実施形態に係る反射層１５については、第１１実施形態の太陽電池モジュール２１にのみ適用することなく、第１２実施形態〜第１５実施形態の各太陽電池モジュール２１Ａ〜２１Ｅに組み合わせて構成してもよい。
【０２８０】
さらに、第７実施形態で説明した１／４λ板１９を導光体１４の第２主面１４ｂと反射層１５との間に設けてもよい。この構成にすることで、第２導光体２３から射出され１／４λ板１９を介することなく反射層１５で反射した光と比較して、二色性蛍光色素１２に光が吸収されやすくなる。
【０２８１】
図４６は、第１５実施形態の太陽電池モジュール２１Ｅに第１６実施形態の反射層１５を組み合わせて構成した太陽電池モジュール２１Ｆの概略構成を示す側断面図である。
図４６に示すように第１導光体２２の第１主面２２ａ側に拡散板１３を設け、第２導光体２３の第２主面２２ｂ側に反射層１５を設けている。よって、この太陽電池モジュール２１Ｆにあっても、第５実施形態、第６実施形態で述べたように、第１導光体２２に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させ、光の取り出し効率を高くして高い発電効率を実現することができる。また、太陽電池モジュール２１Ｅにおいて、さらに１／４λ板１９を導光体１４の第２主面１４ｂと反射層１５との間に設けてもよい。
【０２８２】
［第１７実施形態］
図４７は、第１７実施形態の太陽電池モジュール２１Ｇの概略構成を示す側断面図である。
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ｇは、図３６、図３７等に示した第１１実施形態の太陽電池モジュール２１と以下の点で異なる。本実施形態では、図４７に示すように、第１導光体２２の第１端面２２ｃに設けられる第１太陽電池素子と第２導光体２３の第２端面２３ｃに設けられる第２太陽電池素子とを共通の太陽電池素子、すなわち単一の太陽電池素子２１２によって構成している。
【０２８３】
共通に用いる太陽電池素子２１２としては、前記の第１太陽電池素子１６、第２太陽電池素子２５として用いられる種々の太陽電池が使用可能である。すなわち、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、量子ドット太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。
なお、本実施形態においても、第１導光体２２と第２導光体２３とは、図４７に示すようにこれらの間に空気層が介在していてもよく、また、接着等によって接していてもよい。ただし、第１導光体２２と第２導光体２３との間に空気層を介在させれば、二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）が発する光が、第１導光体２２と空気層との界面で全反射条件を満たしやすくなり、好ましい。
【０２８４】
本実施形態の太陽電池モジュール２１Ｇにあっては、第１導光体２２の太陽電池素子と第２導光体２３の太陽電池素子とを共通化して単一の太陽電池素子２１２で構成している、全体の構成を簡素化してコストの低減化を図ることができる。
【０２８５】
なお、本実施形態においては、第１導光体２２として第１１実施形態に示したものを用いたが、これに代えて、第１２実施形態ないし第１４実施形態のいずれかの第１導光体２２を用いるようにしてもよい。また、第１５実施形態に示した拡散板１３、第１６実施形態に示した反射層１５のいずれか一方あるいは両方を備える構成としてもよい。
また、第２導光体２３として、形状導光体に代えて蛍光体を分散させた蛍光導光体や、蛍光体として二色性蛍光色素を用いた導光体を用いることができる。
【０２８６】
［第１８実施形態］
図２９は、第１８実施形態の太陽電池モジュールに適用される導光体１２４の断面図である。導光体１２４以外の構成は、第３実施形態の太陽電池モジュール１１Ｂと同じである。よって、ここでは導光体１２４の構成のみを説明する。また、第３実施形態の太陽電池モジュール１１Ｂと共通する構成については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０２８７】
導光体１２４は、透明導光体１２５と、透明導光体１２５の第１主面１２５ａに接着された蛍光フィルム１２６と、蛍光フィルム１２６の表面を覆う透明保護膜１２７と、を備えている。
【０２８８】
蛍光フィルム１２６は、内部に、前述した光機能材料として、第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃが分散されたフィルム状の光機能材料層である。蛍光フィルム１２６は、第１主面１２６ａに入射した外光（例えば太陽光）の一部を蛍光に変換し、透明導光体１２５に向けて放射する。蛍光フィルム１２６は、例えば、ＰＭＭＡ樹脂の内部に第１蛍光体１８ａ、第２蛍光体１８ｂ及び第３蛍光体１８ｃをそれぞれＰＭＭＡ樹脂に対する体積比率で０．２％混入し、２００μｍの厚みのフィルムに形成したものである。
【０２８９】
透明導光体１２５及び透明保護膜１２７としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。例えば、透明導光体１２５は、厚さ５ｍｍのアクリル板からなり、透明保護膜１２７は、厚さ２００μｍのＰＭＭＡ樹脂の膜からなる。図２９では、透明保護膜１２７と蛍光フィルム１２６と透明導光体１２５とをこの順に外光Ｌの入射側から配置しているが、図３０のように透明導光体１２５と蛍光フィルム１２６と透明保護膜１２７とをこの順に外光Ｌの入射側から配置してもよい。
【０２９０】
透明導光体１２５及び透明保護膜１２７は、光機能材料を含まない透明性の高い材料で構成されている。蛍光フィルム１２６から放射された蛍光（図１４に示した第３蛍光体１８ｃの発光スペクトルと概ね同じスペクトルの光）の一部は、透明導光体１２５及び透明保護膜１２７の内部を全反射しながら透明導光体１２５及び透明保護膜１２７の端面に向けて伝播する。透明導光体１２５及び透明保護膜１２７の端面から射出された光は、太陽電池素子に入射し、発電に利用される。
【０２９１】
蛍光フィルム１２６と透明導光体１２５とは、図３１に示すような剥離可能な粘着層１２８によって接着されている。蛍光フィルム１２６は、破損、劣化、又は異物（砂埃や鳥の糞など）の付着などが生じた場合に、透明導光体１２５から剥離して交換される。蛍光フィルム１２６と粘着層１２８と透明導光体１２５の屈折率はいずれも１．４９である。蛍光フィルム１２６から放射された蛍光は、蛍光フィルム１２６、粘着層１２８及び透明導光体１２５の内部をロスなく伝播する。このような粘着層１２８としては、例えば、パナック社製のゲルポリ（商品名）などが利用できる。
【０２９２】
上記構成の導光体１２４では、蛍光フィルム１２６と透明導光体１２５とが剥離可能な粘着層１２８で接着されている。そのため、蛍光フィルム１２６に破損、劣化、又は異物の付着（砂埃や鳥の糞など）などが生じ発電効率が低下した場合には、蛍光フィルム１２６のみを透明導光体１２５から剥がして交換することができる。よって、導光体全体を交換する場合に比べて、保守の費用を少なくすることができる。
【０２９３】
［第１９実施形態］
図４８は、第１９実施形態の太陽電池モジュールに適用される第１導光体２２０の概略構成を示す側断面図である。第１導光体２２０以外の構成は、第１１実施形態の太陽電池モジュール２１と同じである。よって、ここでは第１導光体２２０の構成のみを説明する。
【０２９４】
第１導光体２２０は、透明導光体２２１と、透明導光体２２１の第１主面２２１ａに接着された蛍光フィルム２２２と、蛍光フィルム２２２の表面を覆う透明保護膜２２３と、を備えている。
蛍光フィルム２２２は、その内部に、前記した異方性光機能材料１２として、二色性蛍光色素が分散されたフィルム状の光機能材料層である。なお、この蛍光フィルム２２２には、複数種の二色性蛍光色素（異方性光機能材料１２）が分散されていてもよく、また、異方性光機能材料１２に加えて、前記した等方性光機能材料２９が１種または複数種分散されていてもよい。
【０２９５】
蛍光フィルム２２２は、第１主面２２２ａに入射した外光（例えば太陽光）の一部を蛍光に変換し、透明導光体２２１に向けて放射するものである。この蛍光フィルム２２２は、例えば、ＰＭＭＡ樹脂の内部に二色性蛍光色素１２等が分散され、２００μｍ程度の厚みに形成されたものである。
【０２９６】
透明導光体２２１及び透明保護膜２２３としては、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料が用いられる。例えば、透明導光体２２１は、厚さ５ｍｍのアクリル板からなり、透明保護膜２２３は、厚さ２００μｍのＰＭＭＡ樹脂の膜からなる。図４８では、透明保護膜２２３と蛍光フィルム２２２と透明導光体２２１とをこの順に外光Ｌの入射側から配置しているが、図４９のように透明導光体２２１と蛍光フィルム２２２と透明保護膜２２３とをこの順に外光Ｌの入射側から配置してもよい。
【０２９７】
透明導光体２２１及び透明保護膜２２３は、光機能材料を含まない透明性の高い材料で構成されている。蛍光フィルム２２２から放射された蛍光の一部は、透明導光体２２１及び透明保護膜２２３の内部を全反射しながら透明導光体２２１及び透明保護膜２２３の端面に向けて伝播する。透明導光体２２１及び透明保護膜２２３の端面から射出された光は、第１太陽電池素子に入射し、発電に利用される。
【０２９８】
蛍光フィルム２２２と透明導光体２２１とは、第１８実施形態にて図３１に示すような剥離可能な粘着層１２８によって接着されている。つまり、図３１において、蛍光フィルム１２６と透明導光体１２５は、本実施形態の蛍光フィルム２２２と透明導光体２２１に相当する。蛍光フィルム２２２は、破損、劣化、又は異物（砂埃や鳥の糞など）の付着などが生じた場合に、透明導光体２２１から剥離して交換される。蛍光フィルム２２２と粘着層２２４と透明導光体２２１の屈折率はいずれも１．４９である。蛍光フィルム２２２から放射された蛍光は、蛍光フィルム２２２、粘着層２２４及び透明導光体２２１の内部をロスなく伝播する。このような粘着層２２４としては、例えば、パナック社製のゲルポリ（商品名）などが利用できる。
【０２９９】
前記構成の第１導光体２２０では、蛍光フィルム２２２と透明導光体２２１とが剥離可能な粘着層２２４で接着されている。そのため、蛍光フィルム２２２に破損、劣化、又は異物の付着（砂埃や鳥の糞など）などが生じ発電効率が低下した場合には、蛍光フィルム２２２のみを透明導光体２２１から剥がして交換することができる。よって、第１導光体全体を交換する場合に比べて、保守の費用を少なくすることができる。
【０３００】
［太陽光発電装置］
図３２は、太陽光発電装置１１０００の概略構成図である。
【０３０１】
太陽光発電装置１１０００は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池モジュール１１００１と、太陽電池モジュール１１００１から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ（直流／交流変換器）１１００４と、太陽電池モジュール１１００１から出力された直流電力を蓄える蓄電池１１００５と、を備えている。
【０３０２】
太陽電池モジュール１１００１は、太陽光を集光する導光体１００２と、導光体１００２によって集光された太陽光によって発電を行う太陽電池素子１００３と、を備えている。
太陽電池モジュール１１００１としては、例えば、第１実施形態ないし第１０実施形態で説明した太陽電池モジュールが用いられる。
【０３０３】
太陽光発電装置１１０００は外部の電子機器１１００６に対して電力を供給する。電子機器１１００６には、必要に応じて補助電力源１１００７から電力が供給される。
【０３０４】
太陽光発電装置１１０００は、上述した実施形態に係る太陽電池モジュールを備えているため、発電効率の高い太陽光発電装置となる。
【０３０５】
なお、本発明の態様における技術範囲は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の態様の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【０３０６】
例えば、導光体の第１主面と第２主面とが平行の場合に限らず、非平行の場合の構成においても本発明の態様を適用することができる。すなわち、第１光機能材料（異方性光機能材料）から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と導光体（第１導光体）の第１主面の法線とのなす角度が臨界角以上になっており、かつ、第１光機能材料から発せられる光の発光強度の最も大きい方向と導光体の第２主面の法線とのなす角度が臨界角未満になっている構成においても本発明の態様を適用することができる。このような構成においても、導光体に入射した太陽光の大部分を発電に寄与させることができる。
【０３０７】
例えば、導光体（第１導光体）の形成材料としては、液晶性ポリマーに限らず、アクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ガラスなどの透明性の高い有機材料もしくは無機材料を用いることもできる。
また、光機能材料としては、例えば、紫外光又は可視光を吸収して可視光又は赤外光を放射する蛍光体、または、紫外光又は可視光を吸収して励起されるが、光を放射せずに失活する非発光体が含まれていてもよい。なお、可視光は３８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長領域の光であり、紫外光は３８０ｎｍ未満の波長領域の光であり、赤外光は７５０ｎｍよりも大きい波長領域の光である。
【０３０８】
外光を有効に取り込めるように、導光体（第１導光体、第２導光体）の基材（透明基板）の材料は４００ｎｍ以下の波長に対して透過性を有することが望ましい。例えば、３６０ｎｍ以上８００ｎｍ以下の波長領域の光に対して９０％以上、より好ましくは９３％以上の透過率を有するものが好適である。例えば、シリコン樹脂基板や石英基板、或いは、ＰＭＭＡ樹脂基板においては三菱レイヨン社製の「アクリライト」（登録商標）は、広い波長領域に光に対して高い透明性を有することから、好適である。
【０３０９】
なお、上記実施形態においては、第１光機能材料と第２光機能材料とが別々の分子である例を挙げて説明したがこれに限らない。例えば、一つの分子の中に吸収部と発光部が存在するようなものも含む。発光部は、発光異方性を有し、端面に発光光が効率的に届くようなものである。吸収部は、光を等方的に吸収するもの、または、吸収異方性を有していても、発光部に対して垂直に配向するか、ランダムな状態となっているようなものである。例えば、図３３に示すように、高分子の主鎖１１８１が発光部に相当し、側鎖１１８２が吸収部に相当するようなものが挙げられる。
【産業上の利用可能性】
【０３１０】
本発明の態様は、太陽電池モジュールおよび太陽光発電装置に利用することができる。
【符号の説明】
【０３１１】
１１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ，１１Ｄ，１１Ｅ，１１Ｆ，１１Ｇ…太陽電池モジュール、１２…二色性蛍光色素（第１光機能材料）、１３…拡散板、１４…導光体、１４ａ…第１主面、１４ｂ…第２主面、１４ｃ…端面、１５…反射層、１６…太陽電池素子、１８，１８ａ，１８ｂ，１８ｃ…蛍光体（第２光機能材料）、１２４…導光体、１２５…透明導光体、１２５ａ…第１主面、１２６…蛍光フィルム（光機能材料層）、１２８…粘着層、１１０００…太陽光発電装置、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…光
【図１】
2013069785.tif 000007
【図２】
2013069785.tif 000008
【図３Ａ】
2013069785.tif 000009
【図３Ｂ】
2013069785.tif 000010
【図４】
2013069785.tif 000011
【図５Ａ】
2013069785.tif 000012
【図５Ｂ】
2013069785.tif 000013
【図５Ｃ】
2013069785.tif 000014
【図６】
2013069785.tif 000015
【図７】
2013069785.tif 000016
【図８】
2013069785.tif 000017
【図９】
2013069785.tif 000018
【図１０】
2013069785.tif 000019
【図１１】
2013069785.tif 000020
【図１２】
2013069785.tif 000021
【図１３】
2013069785.tif 000022
【図１４】
2013069785.tif 000023
【図１５】
2013069785.tif 000024
【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
2013069785.tif 000029
【図１９】
2013069785.tif 000030
【図２０】
2013069785.tif 000031
【図２１】
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【図２２】
2013069785.tif 000033
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
2013069785.tif 000036
【図２６】
2013069785.tif 000037
【図２７】
2013069785.tif 000038
【図２８】
2013069785.tif 000039
【図２９】
2013069785.tif 000040
【図３０】
2013069785.tif 000041
【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５Ａ】
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【図３５Ｂ】
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【図３５Ｃ】
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【図３５Ｄ】
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【図３５Ｅ】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８Ａ】
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【図３８Ｂ】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【国際調査報告】
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