(57)【要約】【課題】特定の色を呈するＰＶの変換可能な波長範囲を広くする。【解決手段】光発電装置１０は、発電層１００、光学機能層２００及び保護層３００を備えている。発電層１００、光学機能層２００及び保護層３００は、互いに重なっており、順に並んでいる。特に、発電層１００は、基板１１０、平坦化層１２０、バリア層１３０、第１電極１４０、光電変換層１５０及び第２電極１６０を光学機能層２００から順に含んでいる。光学機能層２００は、互いに積層された複数の誘電体層を含んでいる。つまり、光学機能層２００は、誘電体ミラーとして機能している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発電層と、
前記発電層と重なり、互いに積層された複数の誘電体層を含む光学機能層と、
を備える光発電装置。
【請求項２】
請求項１に記載の光発電装置において、
前記光学機能層の光入射側に位置する偏向層を備える光発電装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の光発電装置において、
前記発電層及び前記光学機能層は、水平方向から傾いて設置されている光発電装置。
【請求項４】
請求項２に記載の光発電装置において、
偏向層は回折格子であり、入射角が変わる場合、少なくとも光入射角の面と回折格子を構成する向きが直角である回折格子を配置することを特徴とする光発電装置。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の光発電装置において、
前記発電層及び前記光学機能層は、光の入射角が０度を超えて設置される光発電装置。
【請求項６】
請求項１又は２に記載の光発電装置において、
前記発電層は前記光学機能層の入射角０度における反射・透過特性の変化点より短波長側にも発電特性を有していることを特徴とする光発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、光発電装置として、ＯＰＶ（Ｏｒｇａｎｉｃ  ＰｈｏｔｏＶｏｌｔａｉｃ）が開発されている。ＯＰＶは、有機材料からなる光電変換層を有している。さらに、例えば特許文献１に記載されているように、特定の色を呈するＯＰＶが開発されている。特に特許文献１では、ＯＰＶのセルを覆うバリア層がカラーフィルターとして機能している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１９２１９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、特定の色を呈するＰＶについて検討した。特に、本発明者は、特定の色を呈する光発電装置の変換可能な波長範囲を広くすることを検討した。
【０００５】
具体的には、特定の色を呈するＰＶは、薄膜多層誘電体層を利用し可視光線の波長帯域の一部の波長を各層で反射し、又は吸収することで当該色を呈している。この場合、ＰＶは、上記反射吸収特性と発電特性が一致することが困難で、反射又は吸収される光を電気的エネルギーに有効に変換することができていないといえる。
【０００６】
特に銀色や白が実現できれば、他のフィルターの利用も考慮すると金属光沢をふくめたほとんどの色が実現できる。また壁などの色は正面から見た色であり、正面からの光の反射によるものが主たる光源である。
【０００７】
本発明の目的の一例は、特定の色を呈するＰＶの変換可能な波長範囲を広くすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様によれば、
発電層と、
前記発電層と重なり、互いに積層された複数の誘電体層を含む光学機能層と、
を備える光発電装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の上述した一態様によれば、角度を有する入射光で特定の色を呈するＰＶの変換可能な波長範囲を広くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態１に係る光発電装置を示す断面図である。
【図２】発電層の分光感度スペクトルと光学機能層の反射率スペクトルの関係の一例を説明するための図である。
【図３】実施形態２に係る光発電装置を示す断面図である。
【図４】可視光反射／近赤外透過フィルムと、赤外線発太陽電池の分光感度を並べた例を示す。
【図５】角度依存性測定方法の図を示す。
【図６】（ａ）は、赤外線発電太陽電池の角度依存性の実測値と理論値を示し、（ｂ）は、赤外線発電太陽電池に可視光反射・赤外線透過フィルムを使用した場合の実測値とフィルムを付けていない場合の理論値を示す。
【図７】光学機能層の光入射側に１μｍピッチの回折格子を設置した場合の実測値を示す。
【図８】（ａ）は、図７（ａ）の例を示し、（ｂ）は、図７（ｂ）の例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。尚、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１２】
（実施形態１）
図１は、実施形態１に係る光発電装置１０を示す断面図である。
【００１３】
図１を用いて、光発電装置１０の概要について説明する。光発電装置１０は、発電層１００、光学機能層２００及び保護層３００を備えている。発電層１００、光学機能層２００及び保護層３００は、互いに重なっており、順に並んでいる。特に、発電層１００は、基板１１０、平坦化層１２０、バリア層１３０、第１電極１４０、光電変換層１５０及び第２電極１６０を光学機能層２００から順に含んでいる。
【００１４】
光学機能層２００は、互いに積層された複数の誘電体層を含んでいる。つまり、光学機能層２００は、誘電体ミラーとして機能している。
【００１５】
上述した構成によれば、光発電装置１０が特定の色を呈するようにしつつ、光発電装置１０の変換可能な波長範囲を広くすることが可能となる。具体的には、上述した構成においては、光学機能層２００は、互いに積層された複数の誘電体層を含んでいる。したがって、光学機能層２００は、入射角ほぼ０°で光学機能層２００に入射する特定の波長帯域の光を反射することができる。さらに、光学機能層２００によって反射される光の波長帯域は、光学機能層２００への入射角が大きくなるにつれて、ブルーシフトによって短波長側に遷移する。したがって、入射角０°においては光学機能層２００によって反射される波長帯域の光であっても、入射角がある程度大きい場合は光学機能層２００を透過して発電層１００に入射することができる。つまり、光発電装置１０は、入射角０°において光学機能層２００によって反射される波長帯域の光であっても電気的エネルギーに変換することができ、これによって、光発電装置１０の変換可能な波長範囲が広くなっている。
【００１６】
次に、図１を用いて、光発電装置１０の詳細について説明する。
【００１７】
基板１１０は、透光性及び絶縁性を有している。一例において、基板１１０は、ガラス基板にすることができ、他の例において、基板１１０は、ＰＥＮ（Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｎａｐｈｔｈａｌａｔｅ）又はＰＥＴ（ＰｏｌｙＥｔｈｙｌｅｎｅ  Ｔｅｒｅｐｈｔｈａｌａｔｅ）等の樹脂基板にすることができる。
【００１８】
平坦化層１２０は、基板１１０の表面の凹凸を平坦化するために設けられている。このような凹凸を平坦化することで、平坦化層に積層される膜の平坦性が上がり、リークを防止することができる。特に基板１１０が樹脂基板であるとき、基板１１０の表面の凹凸をアルカリ性樹脂（平坦化層１２０）によって平坦化することができる。
【００１９】
バリア層１３０は、水分又は酸素の侵入を防止するために設けられている。特に基板１１０が樹脂基板であるとき、水分又は酸素が基板１１０を経由して侵入しやすい。バリア層１３０によって、このような水分又は酸素の侵入を防止することができる。一例において、バリア層１３０は、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｌａｙｅｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）膜、つまりＡＬＤによって堆積された層であり、他の例において、バリア層１３０は、金属薄膜層やＳｉＮ層である。
【００２０】
第１電極１４０は、透光性及び導電性を有している。一例において、第１電極１４０は、ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）又はＦＴＯ（ｆｌｕｏｒｉｎｅ−ｄｏｐｅｄ  ｔｉｎ  ｏｘｉｄｅ）等のＴＣＯ（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ  ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  ｏｘｏｄｅ）；ＰＥＤＯＴ：ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（３，４−ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｏｐｈｅｎｅ）: ｐｏｌｙ（ｓｔｙｒｅｎｅ  ｓｕｌｆｏｎａｔｅ））等の導電性ポリマー；又はＣＮＴ（ｃａｒｂｏｎ  ｎａｎｏｔｕｂｅ）を含んでいる。
【００２１】
図１に示す例において、光電変換層１５０は、有機材料からなっている。したがって、図１に示す例において、光発電装置１０は、ＯＰＶとして機能することができる。他の例において、光電変換層１５０は、屈曲可能な薄膜無機材料からなっていてもよく、例えば、ＣＩＧＳ（Ｃｏｐｐｅｒ  Ｉｎｄｉｕｍ  Ｇａｌｌｉｕｍ  Ｓｅｌｅｎｉｄｅ）からなっていてもよい。一例において、光電変換層１５０は、可視光線波長帯域よりも長い波長帯域、具体的には、赤外線波長帯域（７５０ｎｍ以上１５００ｎｍ以下の波長帯域）の光を電気的エネルギーに変換するようにしてもよい。
【００２２】
第２電極１６０は、光反射性及び導電性を有している。一例において、第２電極１６０は、金属、より具体的には、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）又はＡｕ（金）を含んでいる。
【００２３】
光学機能層２００は、交互に積層された複数の第１層（第１誘電体層）及び複数の第２層（第２誘電体層）を含んでおり、各第１層及び各第２層は、それぞれ、低屈折率層及び高屈折率層であり、つまり、各第１層の材料の屈折率は、各第２層の材料の屈折率より低くなっている。光学機能層２００に含まれる層数は、例えば、１００以上１０００以下とすることができる。
【００２４】
保護層３００は、透光性を有しており、発電層１００及び光学機能層２００を紫外線や物理的衝撃から保護するために設けられている。一例において、保護層３００は、ＴｉＯ２が塗布された熱硬化性樹脂又は光硬化性樹脂の硬化物からなっている。
【００２５】
次に、図１を用いて、光発電装置１０の動作の一例について説明する。図１に示す例では、光Ｌ１が、保護層３００を透過して光学機能層２００に入射角０°で入射しており、光Ｌ２が、保護層３００を透過して光学機能層２００に入射角θ（θ＞０°）で入射している。光Ｌ１の波長と光Ｌ２の波長は、互いに等しいものである。
【００２６】
図１に示すように、光Ｌ１は、光学機能層２００によって反射される。これに対して、光Ｌ２は、薄膜多層誘電体膜が有するブルーシフト効果によって光学機能層２００を透過して発電層１００に入射する。したがって、光発電装置１０は、薄膜多層誘電体層のブルーシフト効果が得られる波長において、光Ｌ１を特定の色を呈することに利用できるとともに、光Ｌ２を電気的エネルギーに変換することができる。
【００２７】
また薄膜多層誘電体に平坦性が高く、高い可視光反射率および高い赤外光透過率を有するものを用いることで、銀色が可能であり、さらにカラーフィルターを組み合わせることで、明るい金属光沢を有する高意匠性太陽電池が可能である。このカラーフィルターは保護層を兼ねてもよい。
【００２８】
次に、光発電装置１０の使用方法の一例について説明する。
【００２９】
一例において、光発電装置１０は、発電層１００、光学機能層２００及び保護層３００の各層が水平方向から傾くように設置させるようにしてもよい。この例においては、鉛直方向に沿って光発電装置１０に入射する光が、ある程度大きい入射角で光学機能層２００に入射する。したがって、鉛直方向に沿って光発電装置１０に入射する光の強度が高いとき、光発電装置１０の出力特性が高いものとなる。
【００３０】
入射光の角度を考慮し上記各層と常に角度を有するように設置させるとなおよい。たとえば、意匠性を求められる建材や装置、家具、事務機器、電気製品、移動体など幅広く利用できる。
【００３１】
図２は、発電層１００の分光感度スペクトルと光学機能層２００の反射率スペクトルの関係の一例を説明するための図である。
【００３２】
図２に示す例では、光発電装置１０の変換可能な波長範囲がブルーシフトによって広がっている。具体的には、光学機能層２００の反射率スペクトルは、光学機能層２００への入射角θが大きくなるにつれて、ブルーシフトによって、短波長側に遷移している。発電層１００の分光感度スペクトルは、光学機能層２００の反射率スペクトルよりも長波長側に位置している。光学機能層２００への入射角θが０°のとき、光学機能層２００の反射率スペクトルは、発電層１００の分光感度スペクトルの一部と重なっており、これにより、光発電装置１０の変換可能な波長範囲が光学機能層２００によって狭くなっている。これに対して、光学機能層２００への入射角θが増加すると、光学機能層２００の反射率スペクトルは、ブルーシフトによって、発電層１００の分光感度スペクトルから離れ、これにより、光発電装置１０の変換可能な波長範囲が広くなる。
【００３３】
図４は、可視光反射／近赤外透過フィルムと、赤外線発太陽電池の分光感度を並べた例を示す。
【００３４】
フィルムの特性は入射角０度で７００ｎｍあたりで反射、透過が分かれる。一方赤外線発電太陽電池は６５０ｎｍあたりから発電特性をもち、発電特性（出力電流）はいったん落ちるが７００ｎｍあたりからまた発電特性が大きくなる。この例では７００ｎｍ以下の波長帯域では発電はほとんど行われない。
【００３５】
しかし入射角３０度の場合薄膜多層誘電体のブルーシフト効果により、反射、透過の変化点が短波長側にシフトするため、６７０〜７００ｎｍあたりの波長も発電に利用することができる。図５は、角度依存性測定方法の図を示す。
【００３６】
図６（ａ）は、赤外線発電太陽電池の角度依存性の実測値と理論値を示す。角度が付くと照射面積が減るので、理論通りの減衰曲線を示す。
【００３７】
図６（ｂ）は、赤外線発電太陽電池に可視光反射・赤外線透過フィルムを使用した場合の実測値とフィルムを付けていない場合の理論値を示す。ブルーシフト効果により入射角が変化しても所定の角度範囲では出力特性に変化がないことがわかる。
【００３８】
以上、本実施形態によれば、光発電装置１０が特定の色を呈するようにしつつ、光発電装置１０の変換可能な波長範囲を広くすることが可能となる。
【００３９】
（実施形態２）
図３は、実施形態２に係る光発電装置１０を示す断面図である。本実施形態に係る光発電装置１０は、以下の点を除いて、実施形態１に係る光発電装置１０と同様である。
【００４０】
光発電装置１０は、光学機能層２００と保護層３００の間に偏向層４００を備えている。偏向層４００は、光学機能層２００の光入射側に位置している。なお、図３では、説明のため、偏向層４００は光学機能層２００から離間したように描写されているが、偏向層４００は光学機能層２００に接していてもよいし、又は光学機能層２００と偏向層４００の間に、光学機能層２００及び偏向層４００以外の層が位置していてもよい。さらに保護層３００と偏向層４００は兼ねてもよい。
【００４１】
偏向層４００は、偏向層４００を透過する光を偏向させるための偏向器として機能している。特に図３に示す例では、偏向層４００は、入射角ほぼ０°で偏向層４００に入射した光Ｌを偏向させて、光学機能層２００に対してある程度大きい入射角で入射する光を出射している。
【００４２】
一例において、偏向層４００は、回折格子によって光を偏向させてもよい。この例において、偏向層４００は、回折格子を有している。
【００４３】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、光学機能層の光入射側に１μｍピッチの回折格子を設置した場合の実測値を示す。図７（ａ）は入射角の方向と回折格子が直角の場合の例で図７（ｂ）は並行の場合の例である。図８（ａ）及び図８（ｂ）は、それぞれ、図７（ａ）の例及び図７（ｂ）の例を示す。
【００４４】
図７（ａ）では、入射角をもって光が入射するとある角度までＩＳＣが増加する。これは、回折格子のピッチが等価的に狭くなっているためと考えられる。
【００４５】
図７（ｂ）では、ある角度まで垂直入射の時と同じＩＳＣを示し、これは回折格子がない場合と比較し若干ＩＳＣが上がるが、同じような傾向を示す。
【００４６】
これから図７（ａ）及び図７（ｂ）のいずれの場合も回折格子の効果は大きいが、光の入射方向と回折格子の方向が直角であるとき効果がさらに有効である。
【００４７】
この例では平行線による１次元の回折格子の例を示したが、回折格子は格子状の２次元のものでもよい。また回折格子は丸や多角形のエンボス状のものでもよい。
【００４８】
他の例において、偏向層４００は、散乱又は拡散によって光を偏向させてもよい。この例において、偏向層４００は、光を散乱又は拡散させる材料を含んでいる。
【００４９】
上述した構成によれば、光発電装置１０の変換可能な波長範囲を広くすることが可能となる。具体的には、上述した構成においては、入射角０°において光学機能層２００によって反射される波長帯域の光が入射角０°で偏向層４００に入射しても、この光は、ある程度大きい入射角で光学機能層２００に入射する。この光は、ブルーシフトによって、光学機能層２００を透過することができる。したがって、光発電装置１０は、入射角０°で偏向層４００に入射する光であっても電気的エネルギーに変換することができる。
【００５０】
以上、図面を参照して本発明の実施形態について述べたが、これらは本発明の例示であり、上記以外の様々な構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００５１】
１０  光発電装置
１００  発電層
１１０  基板
１２０  平坦化層
１３０  バリア層
１４０  第１電極
１５０  光電変換層
１６０  第２電極
２００  光学機能層
３００  保護層
４００  偏向層
【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】
2018195711.tif 000007
【図６】
2018195711.tif 000008
【図７】
2018195711.tif 000009
【図８】
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