(57)【要約】【課題】外光を利用して効率よく発電を行うことが可能な導光体を提供する。【解決手段】導光体４は、第１透明層５と、第１透明層５の内部に分散された光機能材料８と、を備え、光機能材料８の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、光機能材料８の発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、波長λ１における第１透明層５の屈折率をｎ１（λ１）とし、波長λ２における第１透明層５の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、ｎ１（λ１）とｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たす。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１透明層と、
前記第１透明層の内部に分散された光機能材料と、を備え、
前記光機能材料の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、前記光機能材料の発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、前記波長λ１における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ１）とし、前記波長λ２における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、前記ｎ１（λ１）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たす導光体。
【請求項２】
第１透明層と、
前記第１透明層の内部に分散された複数種類の光機能材料と、を備え、
前記複数種類の光機能材料のうちいずれか１種類の光機能材料の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、前記複数種類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をλ２とし、前記波長λ１における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ１）とし、前記波長λ２における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、前記ｎ１（λ１）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たす導光体。
【請求項３】
前記複数種類の光機能材料のうち任意の光機能材料の発光スペクトルのピーク波長をλ１としたときに、前記ｎ１（λ１）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たす請求項２に記載の導光体。
【請求項４】
前記複数種類の光機能材料の間でエネルギー移動が生じ、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光が放射される請求項３に記載の導光体。
【請求項５】
前記第１透明層の一面側に第２透明層が設けられ、
前記波長λ１における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ１）とし、前記波長λ２における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、前記ｎ２（λ１）と前記ｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たす請求項１ないし４のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項６】
前記ｎ２（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たす請求項５に記載の導光体。
【請求項７】
前記第１透明層の一面側に第２透明層が設けられ、
前記波長λ１における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ１）とし、前記波長λ２における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、前記ｎ２（λ１）と前記ｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＞ｎ２（λ２）の関係を満たし、
前記ｎ２（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たす請求項１ないし４のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項８】
前記第１透明層の他面側に第３透明層が設けられ、
前記波長λ２における前記第３透明層の屈折率をｎ３（λ２）としたときに、前記ｎ３（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たす請求項５ないし７のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項９】
第１透明層と、
前記第１透明層の内部に分散された光機能材料と、
前記第１透明層の一面側に設けられた第２透明層と、を備え、
前記光機能材料の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、前記光機能材料の発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、前記波長λ１における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ１）とし、前記波長λ２における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、前記ｎ２（λ１）と前記ｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たす導光体。
【請求項１０】
第１透明層と、
前記第１透明層の内部に分散された複数種類の光機能材料と、
前記第１透明層の一面側に設けられた第２透明層と、を備え、
前記複数種類の光機能材料のうちいずれか１種類の光機能材料の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、前記複数種類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をλ２とし、前記波長λ１における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ１）とし、前記波長λ２における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、前記ｎ２（λ１）と前記ｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たす導光体。
【請求項１１】
前記複数種類の光機能材料のうち任意の光機能材料の発光スペクトルのピーク波長をλ１としたときに、前記ｎ２（λ１）と前記ｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たす請求項１０に記載の導光体。
【請求項１２】
前記複数種類の光機能材料の間でエネルギー移動が生じ、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光が放射される請求項１１に記載の導光体。
【請求項１３】
前記波長λ１における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ１）とし、前記波長λ２における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、前記ｎ１（λ１）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たす請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項１４】
前記波長λ１における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ１）とし、前記波長λ２における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、前記ｎ１（λ１）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＞ｎ１（λ２）の関係を満たす請求項９ないし１２のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項１５】
前記ｎ２（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たす請求項１３又は１４に記載の導光体。
【請求項１６】
前記第１透明層の他面側に第３透明層が設けられ、
前記波長λ２における前記第３透明層の屈折率をｎ３（λ２）としたときに、前記ｎ３（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たす請求項９ないし１５のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項１７】
前記第１透明層と前記第２透明層との間に第３透明層が設けられ、
前記波長λ２における前記第３透明層の屈折率をｎ３（λ２）としたときに、前記ｎ３（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たす請求項９ないし１５のいずれか１項に記載の導光体。
【請求項１８】
前記波長λ１における前記第３透明層の屈折率をｎ３（λ１）としたときに、前記ｎ３（λ１）と前記ｎ２（λ１）と前記ｎ１（λ１）が、ｎ２（λ１）≦ｎ３（λ１）≦ｎ１（λ１）の関係を満たす請求項１７に記載の導光体。
【請求項１９】
請求項１ないし１８のいずれか１項に記載の導光体と、
前記導光体から射出された光を受光する太陽電池素子と、を備えている太陽電池モジュール。
【請求項２０】
前記導光体の光入射面は平坦な面である請求項１９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２１】
前記導光体は、平坦な板状の部材として構成され、
前記太陽電池素子は、光射出面である前記導光体の端面から射出された前記蛍光を受光する請求項２０に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２２】
前記導光体の光入射面の少なくとも一部は屈曲又は湾曲した面である請求項１９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２３】
前記導光体は、湾曲した板状の部材として構成され、
前記太陽電池素子は、光射出面である前記導光体の端面から射出された前記蛍光を受光する請求項２２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２４】
前記導光体は、筒状の部材として構成され、
前記太陽電池素子は、光射出面である前記導光体の端面から射出された前記蛍光を受光する請求項２２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２５】
前記導光体は、柱状の部材として構成され、
前記太陽電池素子は、光射出面である前記導光体の端面から射出された前記光を受光する請求項２２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２６】
前記導光体と前記太陽電池素子とを１組とする単位ユニットが、互いに隣接して複数組設置され、前記複数組の単位ユニットが紐状の連結部材で互いに柔軟に連結されている請求項２５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２７】
前記導光体と前記太陽電池素子とを１組とする単位ユニットが、互いに隣接して複数組設置され、前記複数組の単位ユニットが互いに間隔を空けて連結されている請求項２５に記載の太陽電池モジュール。
【請求項２８】
請求項１９ないし２７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュールを備えている太陽光発電装置。
【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。
【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として、特許文献１に記載の太陽光発電装置が知られている。特許文献１の太陽光発電装置は、導光体の内部に蛍光体を分散させ、導光体の一主面から入射した外光を蛍光体で吸収させる。蛍光体から放射された蛍光は導光体の内部を伝播し、導光体の端面から射出され、太陽電池素子に入射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開昭５８−４９８６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
蛍光体を用いて効率よく発電を行うためには、蛍光体から放射された蛍光をいかにロスなく導光体の端面まで伝播させるかが重要となる。蛍光を導光体の内部に閉じ込める効率は導光体の屈折率で決定され、導光体の屈折率が大きくなるほど蛍光の閉じ込め効率は大きくなる。よって、蛍光の閉じ込め効率を高くするためには、屈折率の大きい導光体を用いることが有効となるが、導光体の屈折率を大きくすると導光体の表面反射が大きくなり、外光が十分に導光体の内部に入射されなくなる。
【０００５】
本発明の目的は、外光を利用して効率よく発電を行うことが可能な導光体、太陽電池モジュールおよび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】
【０００６】
本発明の第１の形態の導光体は、第１透明層と、前記第１透明層の内部に分散された光機能材料と、を備え、前記光機能材料の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、前記光機能材料の発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、前記波長λ１における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ１）とし、前記波長λ２における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、前記ｎ１（λ１）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たす。
【０００７】
本発明の第２の形態の導光体は、第１透明層と、前記第１透明層の内部に分散された複数種類の光機能材料と、を備え、前記複数種類の光機能材料のうちいずれか１種類の光機能材料の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、前記複数種類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をλ２とし、前記波長λ１における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ１）とし、前記波長λ２における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、前記ｎ１（λ１）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たす。
【０００８】
前記複数種類の光機能材料のうち任意の光機能材料の発光スペクトルのピーク波長をλ１としたときに、前記ｎ１（λ１）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たしてもよい。
【０００９】
前記複数種類の光機能材料の間でエネルギー移動が生じ、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光が放射されてもよい。
【００１０】
前記第１透明層の一面側に第２透明層が設けられ、前記波長λ１における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ１）とし、前記波長λ２における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、前記ｎ２（λ１）と前記ｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たしてもよい。
【００１１】
前記ｎ２（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たしてもよい。
【００１２】
前記第１透明層の一面側に第２透明層が設けられ、前記波長λ１における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ１）とし、前記波長λ２における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、前記ｎ２（λ１）と前記ｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＞ｎ２（λ２）の関係を満たし、前記ｎ２（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たしてもよい。
【００１３】
前記第１透明層の他面側に第３透明層が設けられ、前記波長λ２における前記第３透明層の屈折率をｎ３（λ２）としたときに、前記ｎ３（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たしてもよい。
【００１４】
本発明の第３の形態の導光体は、第１透明層と、前記第１透明層の内部に分散された光機能材料と、前記第１透明層の一面側に設けられた第２透明層と、を備え、前記光機能材料の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、前記光機能材料の発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、前記波長λ１における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ１）とし、前記波長λ２における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、前記ｎ２（λ１）と前記ｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たす。
【００１５】
本発明の第４の形態の導光体は、第１透明層と、前記第１透明層の内部に分散された複数種類の光機能材料と、前記第１透明層の一面側に設けられた第２透明層と、を備え、前記複数種類の光機能材料のうちいずれか１種類の光機能材料の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、前記複数種類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をλ２とし、前記波長λ１における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ１）とし、前記波長λ２における前記第２透明層の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、前記ｎ２（λ１）と前記ｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たす。
【００１６】
前記複数種類の光機能材料のうち任意の光機能材料の発光スペクトルのピーク波長をλ１としたときに、前記ｎ２（λ１）と前記ｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たしてもよい。
【００１７】
前記複数種類の光機能材料の間でエネルギー移動が生じ、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光が放射されてもよい。
【００１８】
前記波長λ１における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ１）とし、前記波長λ２における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、前記ｎ１（λ１）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たしてもよい。
【００１９】
前記波長λ１における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ１）とし、前記波長λ２における前記第１透明層の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、前記ｎ１（λ１）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＞ｎ１（λ２）の関係を満たしてもよい。
【００２０】
前記ｎ２（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たしてもよい。
【００２１】
前記第１透明層の他面側に第３透明層が設けられ、前記波長λ２における前記第３透明層の屈折率をｎ３（λ２）としたときに、前記ｎ３（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たしてもよい。
【００２２】
前記第１透明層と前記第２透明層との間に第３透明層が設けられ、前記波長λ２における前記第３透明層の屈折率をｎ３（λ２）としたときに、前記ｎ３（λ２）と前記ｎ１（λ２）が、ｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たしてもよい。
【００２３】
前記波長λ１における前記第３透明層の屈折率をｎ３（λ１）としたときに、前記ｎ３（λ１）と前記ｎ２（λ１）と前記ｎ１（λ１）が、ｎ２（λ１）≦ｎ３（λ１）≦ｎ１（λ１）の関係を満たしてもよい。
【００２４】
本発明の太陽電池モジュールは、本発明の導光体と、前記導光体から射出された光を受光する太陽電池素子と、を備えている。
【００２５】
前記導光体の光入射面は平坦な面であってもよい。
【００２６】
前記導光体は、平坦な板状の部材として構成され、前記太陽電池素子は、光射出面である前記導光体の端面から射出された前記蛍光を受光してもよい。
【００２７】
前記導光体の光入射面の少なくとも一部は屈曲又は湾曲した面であってもよい。
【００２８】
前記導光体は、湾曲した板状の部材として構成され、前記太陽電池素子は、光射出面である前記導光体の端面から射出された前記蛍光を受光してもよい。
【００２９】
前記導光体は、筒状の部材として構成され、前記太陽電池素子は、光射出面である前記導光体の端面から射出された前記蛍光を受光してもよい。
【００３０】
前記導光体は、柱状の部材として構成され、前記太陽電池素子は、光射出面である前記導光体の端面から射出された前記光を受光してもよい。
【００３１】
前記導光体と前記太陽電池素子とを１組とする単位ユニットが、互いに隣接して複数組設置され、前記複数組の単位ユニットが紐状の連結部材で互いに柔軟に連結されていてもよい。
【００３２】
前記導光体と前記太陽電池素子とを１組とする単位ユニットが、互いに隣接して複数組設置され、前記複数組の単位ユニットが互いに間隔を空けて連結されていてもよい。
【００３３】
本発明の太陽光発電装置は、本発明の太陽電池モジュールを備えている。
【発明の効果】
【００３４】
本発明によれば、外光を利用して効率よく発電を行うことが可能な導光体、太陽電池モジュールおよび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】
【００３５】
【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３】蛍光体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４】導光体の基材の屈折率の波長分散特性を示す図である。
【図５】基材として異常分散を示す基材を用いた場合と正常分散を示す基材を用いた場合の作用の違いを説明するための図である。
【図６】第２実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図７】第１透明層および第２透明層の屈折率の波長分散特性を示す図である。
【図８】第１透明層および第２透明層として異常分散を示すものを用いた場合と正常分散を示すものを用いた場合の作用の違いを説明するための図である。
【図９】第３実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図１０】蛍光体の吸収特性を示す図である。
【図１１】蛍光体の吸収特性を示す図である。
【図１２】蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１３】蛍光体の発光特性を示す図である。
【図１４】フェルスター機構の説明図である。
【図１５】フェルスター機構の説明図である。
【図１６】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。
【図１７】第４実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図１８】第１透明層、第２透明層および第３透明層の屈折率の波長分散特性を示す図である。
【図１９】第５実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２０】第１透明層および第２透明層の屈折率の波長分散特性を示す図である。
【図２１】第６実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２２】第１透明層および第２透明層の屈折率の波長分散特性を示す図である。
【図２３】第７実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２４】第１透明層、第２透明層および第３透明層の屈折率の波長分散特性を示す図である。
【図２５】第１透明層、第２透明層および第３透明層の屈折率の波長分散特性の変形例を示す図である。
【図２６】第１透明層、第２透明層および第３透明層の屈折率の波長分散特性の変形例を示す図である。
【図２７】第１透明層、第２透明層および第３透明層の屈折率の波長分散特性の変形例を示す図である。
【図２８】第８実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２９】第１透明層、第２透明層および第３透明層の屈折率の波長分散特性を示す図である。
【図３０】第１透明層、第２透明層および第３透明層の屈折率の波長分散特性の変形例を示す図である。
【図３１】第１透明層、第２透明層および第３透明層の屈折率の波長分散特性の変形例を示す図である。
【図３２】第１透明層、第２透明層および第３透明層の屈折率の波長分散特性の変形例を示す図である。
【図３３】第９実施形態の太陽電池モジュールの模式図である。
【図３４】第１０実施形態の太陽電池モジュールの模式図である。
【図３５】第１１実施形態の太陽電池モジュールの模式図である。
【図３６】太陽光発電装置の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
［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１の概略斜視図である。
【００３７】
太陽電池モジュール１は、導光体４（蛍光導光体）と、導光体４の第１端面４ｃから射出された光を受光する太陽電池素子６と、導光体４と太陽電池素子６とを一体に保持する枠体１０と、を備えている。
【００３８】
導光体４は、光入射面である第１主面４ａと、第１主面４ａと対向する第２主面４ｂと、光射出面である第１端面４ｃと、を備えている。
【００３９】
導光体４は、Ｚ軸に垂直な（ＸＹ平面と平行な）第１主面４ａ及び第２主面４ｂを有する略矩形の板状部材である。導光体４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からなる基材（透明基板）の内部に、光機能材料を分散させたものである。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が含まれている。蛍光体から放射された光は、導光体４の内部を伝播して第１端面４ｃから射出され、太陽電池素子６で発電に利用される。
【００４０】
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。
【００４１】
導光体４の第１主面４ａ及び第２主面４ｂは概ねＸＹ平面と平行な平坦な面である。導光体４の第１端面４ｃ以外の端面には、導光体４の内部から導光体４の外部に向けて進行する光（蛍光体から放射された光）を導光体４の内部に向けて反射する反射層９が、当該端面に空気層を介して又は当該端面に空気層を介さずに直接接触して設けられている。導光体４の第２主面４ｂには、導光体４の内部から導光体４の外部に向けて進行する光（蛍光体から放射された光）または第１主面４ａから入射したが光機能材料に吸収されずに第２主面４ｂから射出した光を導光体４の内部に向けて反射する反射層７が、第２主面４ｂに空気層を介して又は第２主面４ｂに空気層を介さずに直接接触して設けられている。
【００４２】
反射層７および反射層９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７および反射層９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７に散乱反射層を用いた場合には、太陽電池素子６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６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、マイクロ発砲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。
【００４３】
太陽電池素子６は、受光面を導光体４の第１端面４ｃと対向させて配置されている。太陽電池素子６は、第１端面４ｃと光学接着されていることが好ましい。太陽電池素子６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６として好適である。
【００４４】
図１では、太陽電池素子６を導光体４の１つの端面のみに設置した例を示したが、太陽電池素子６は導光体４の複数の端面に設置してもよい。太陽電池素子６を導光体４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反射層９を設置することが好ましい。
【００４５】
枠体１０は、導光体４の第１主面４ａと対向する面に光Ｌを透過する透過面１０ａを備えている。透過面１０ａは枠体１０の開口部であってもよく、枠体１０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。枠体１０の透過面１０ａとＺ方向から見て重なる部分の導光体４の第１主面４ａが、導光体４の光入射面である。また、導光体４の第１端面４ｃが導光体４の光射出面である。導光体４は、光入射面から入射した外光の一部を光機能材料によって吸収し、光機能材料から放射された光を光入射面よりも面積の小さい光射出面に集光して外部に射出する。
【００４６】
図２は、太陽電池モジュール１の断面図である。
【００４７】
本実施形態の場合、導光体４の内部には、光機能材料として、橙色光を吸収して赤色の蛍光Ｌ１を放射する蛍光体８が分散されている。導光体４は、蛍光体を含まない透明な基材５と、基材５の内部に分散された蛍光体８と、を含んで構成されている。基材５は、蛍光体を含まない透明層であるが、導光板４の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で製造されたものであっても基材５として使用可能である。
【００４８】
図３は、蛍光体８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３の横軸は光の波長であり、縦軸は規格化された光の強度である。
【００４９】
蛍光体８は、例えば、BASF社製Lumogen F RED（商品名）である。蛍光体８の混合比率は、基材５に対する体積比率で例えば０．０２％程度である。蛍光体８の吸収スペクトルのピーク波長λ１は概ね５８０ｎｍであり、発光スペクトルのピーク波長λ２は概ね６１０ｎｍである。蛍光体８の発光スペクトルのピーク波長λ２はストークスシフトの影響により吸収スペクトルのピーク波長λ１よりも長波長側にずれている。なお、蛍光体８としてはBASF社製Lumogen F RED（商品名）に限らず、公知の様々な蛍光体を使用することができる。蛍光体８は、導光体４の光入射面に入射した外光Ｌ（例えば、太陽光）の一部を吸収し、波長変換して導光体４の内部を伝播させることができるものであればよく、BASF社製Lumogen F RED（商品名）以外の蛍光体の一例としては、特開２００４−４５２４８号公報や特開２０１０−２６３１１５号公報に記載された蛍光体などが挙げられる。
【００５０】
図４は、基材５の屈折率ｎ１の波長分散特性を示す図である。図４中、符号ｎ０は、導光体４の外部の媒質（例えば空気）の屈折率を示している。
【００５１】
本実施形態では、蛍光体８の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、蛍光体８の発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、波長λ１における基材５の屈折率をｎ１（λ１）とし、波長λ２における基材５の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、ｎ１（λ１）とｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たすものとされている。波長λ１と波長λ２との間の波長領域では、例えば、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ１が大きくなるような波長分散特性（異常分散）を示すものが好適である。本実施形態の場合、基材５しては波長λ１と波長λ２を含む広い波長領域で異常分散を示す部材が好適に用いられるが、基材５の屈折率の波長分散特性はこれに限らず、少なくとも上記の特性、すなわち、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たすものであればよい。なお、異常分散とは、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ１が大きくなるような波長分散特性をいう。波長λが大きくなるほど屈折率ｎ１が小さくなるような波長分散特性は正常分散という。異常分散を示す部材としては、例えば、特開２００３−３４４６０５号公報、特開２００６−２８７２４３号公報、特開平６−６４９４２号公報、特開平８−２５８２０８号公報などに記載されるような公知の部材が利用できる。
【００５２】
図５は、基材５として異常分散を示す基材５Ａを用いた場合と正常分散を示す基材５Ｂを用いた場合の作用の違いを説明するための図である。
【００５３】
基材５の屈折率ｎ１は、基材５に外光Ｌが入射する際の表面反射率Ｒや、蛍光体８から放射された蛍光Ｌ１を基材５の内部に閉じ込める際の閉じ込め効率ηｔｒａｐに影響を与える。表面反射率Ｒは、基材５の表面に入射した光Ｌのうち基材５の表面で反射される光の割合を示すものであり、閉じ込め効率ηｔｒａｐは、全方向に放射される蛍光Ｌ１のうち全反射によって基材５の内部に閉じ込められる蛍光の割合を示すものである。表面反射率Ｒと閉じ込め効率ηｔｒａｐは、式（１）および式（２）によって表される。式（１）および式（２）において、ｎは基材の屈折率、θ１は光の入射角、θ２は光の屈折角である。
【００５４】
【数１】
2015099807.tif 000003
【００５５】
【数２】
2015099807.tif 000004
【００５６】
太陽電池モジュール１では、外光Ｌを効率よく導光体４の内部に取り込み、且つ、蛍光体８から放射された蛍光Ｌ１を無駄なく太陽電池素子６に導くことが、発電効率を向上させる上で重要となる。しかし、式（１）および式（２）に示すように、表面反射率Ｒを小さくして外光Ｌを効率よく基材５の内部に取り込もうとすると、基材５の屈折率ｎ１は小さくする必要があり、閉じ込め効率ηｔｒａｐを大きくして蛍光体８からの蛍光Ｌ１を無駄なく太陽電池素子６に導こうとすると、基材５の屈折率ｎ１は大きくする必要がある。
【００５７】
一般に透明な部材の屈折率は、図４に示すような異常分散ではなく、波長が大きくなるほど屈折率が小さくなるような正常分散の波長分散特性を示す。図５（Ｂ）に示すように、正常分散を示す部材を基材５Ｂとして用いると、蛍光体８の吸収波長λ１では屈折率ｎ１が大きくなり、蛍光体８の発光波長λ２では屈折率ｎ１が小さくなる。そのため、表面反射率Ｒ（反射光Ｌｒ）が大きくなり、十分に蛍光体８に外光Ｌを吸収させることができなくなる。また、閉じ込め効率ηｔｒａｐが小さくなるので、基材５Ｂから漏れ出す蛍光Ｌ１が多くなり、太陽電池素子６に十分な光量の蛍光Ｌ１を入射させることができなくなる。すなわち、蛍光体８の発光波長λ２における屈折率ｎ１が小さくなると、基材５Ｂの表面で蛍光が全反射する際の臨界角が小さくなるので、基材５Ｂの表面に小さい入射角で入射した蛍光Ｌ１を全反射させることができない。このような蛍光Ｌ１は基材５Ｂを透過して外部に漏れ出すので、結果として、太陽電池素子６に入射する蛍光Ｌ１の光量が低下する。
【００５８】
一方、図５（Ａ）に示すように、基材５Ａとして図４のような波長分散特性（異常分散）を示すものを用いると、蛍光体８の吸収波長λ１では屈折率ｎ１が小さくなり、蛍光体８の発光波長λ２では屈折率ｎ１が大きくなる。そのため、表面反射率Ｒ（反射光Ｌｒ）が小さくなり、十分に蛍光体８に外光Ｌを吸収させることができるようになる。また、閉じ込め効率ηｔｒａｐが大きくなるので、基材５Ａから漏れ出す蛍光Ｌ１が少なくなり、太陽電池素子６に十分な光量の蛍光Ｌ１を入射させることが可能となる。すなわち、蛍光体８の発光波長λ２における屈折率ｎ１が大きくなると、基材５Ａの表面で蛍光Ｌ１が全反射する際の臨界角が小さくなるので、基材５Ａの表面に小さい入射角で入射した蛍光Ｌ１を全反射させることが可能となる。その結果、基材５Ａから漏れ出す蛍光Ｌ１の光量が低下し、太陽電池素子６に入射する蛍光Ｌ１の光量が増加する。
【００５９】
以上のように本実施形態の太陽電池モジュール１では、蛍光体８を分散させる導光体の基材５として、蛍光体８の吸収波長λ１において相対的に小さい屈折率を示し、蛍光体８の発光波長λ２において相対的に大きい屈折率を示すものを用いている。そのため、導光体４に入射した外光Ｌを効率よく蛍光体８に吸収させることができ、且つ、蛍光体８から放射された蛍光Ｌ１を無駄なく太陽電池素子６に導くことができる。よって、外光Ｌを利用して効率よく発電を行うことが可能な太陽電池モジュール１を提供することができる。
【００６０】
なお、図１および図２では、導光体４を太陽電池モジュール１に組み込んだ状態を示しているため、導光体４として実際に使用する部分のみを示し、太陽電池モジュール１に組み込む前の付帯的な構成については図示を省略している。実際には、導光体４には、図１および図２に示した構成以外にも、導光体４の光入射面４ａを保護する保護フィルムなどが付帯的に設けられており、導光体４はそのような構成を具備した状態で提供される場合がある。このような保護フィルムとしては、屈折率が正常分散を示す透明な部材が用いられる場合がある。本実施形態では、導光体４の光入射側の最表面を構成する透明層が異常分散を示す層として構成されているが、導光体単体として流通する場合には、必ずしもそのような状態で流通する必要はない。そのため、導光体単体として販売、流通（実施）させる段階では、光入射側の最表面の透明層が正常分散を示す層である導光体の構成が排除されるものではない。このような構成も本発明の技術的範囲に含まれる。
【００６１】
［第２実施形態］
図６は、第２実施形態の太陽電池モジュール１１の断面図である。導光体１２以外の構成は、第１実施形態の太陽電池モジュール１と同じである。よって、ここでは導光体１２の構成を中心に説明する。また、第１実施形態の太陽電池モジュール１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。
【００６２】
導光体１２は、透明導光体１４と、透明導光体１４の第１主面１４ａに接着された蛍光フィルム１３と、を備えている。蛍光フィルム１３と透明導光体１４は、外光Ｌの入射側から順に配置されている。蛍光フィルム１３の透明導光体１４とは反対側の第１主面１３ａは導光体１２の光入射面であり、蛍光フィルム１３の第１端面１３ｃおよび透明導光体１４の第１端面１４ｃは導光体１２の光射出面である。太陽電池素子６の受光面は、光射出面である蛍光フィルム１３の第１端面１３ｃおよび透明導光体１４の第１端面１４ｃに対向させて配置されている。
【００６３】
蛍光フィルム１３は、蛍光体を含まない透明な基材１５と、基材１５の内部に分散された蛍光体８と、を含んで構成されている。蛍光フィルム１３は、第１主面１２ａに入射した外光Ｌ（例えば太陽光）の一部を蛍光に変換し、透明導光体１４に向けて放射する。蛍光フィルム１３から放射された蛍光の一部は、蛍光フィルム１３および透明導光体１４の内部を全反射しながら伝播する。蛍光フィルム１３の第１端面１３ｃおよび透明導光体１４の第１端面１４ｃから射出された蛍光は、太陽電池素子６に入射し、発電に利用される。
【００６４】
基材１５および透明導光体１４は、蛍光体を含まない透明層である。しかし、蛍光フィルム１３および透明導光体１４の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で製造されたものであっても基材１５および透明導光体１４として使用可能である。以下、蛍光フィルム１３の基材１５を第１透明層と呼び、透明導光体１４を第２透明層と呼ぶことがある。第２透明層は、第１透明層の一面側に設けられた透明層である。
【００６５】
図７は、第１透明層１５の屈折率ｎ１および第２透明層１４の屈折率ｎ２の波長分散特性を示す図である。本実施形態の場合、第１透明層１５と第２透明層１４は同じ材料で形成されており、第１透明層１５と第２透明層１４の屈折率ｎ１，ｎ２は同じ波長分散特性を示す。
【００６６】
本実施形態では、蛍光体８の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、蛍光体８の発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、波長λ１における第１透明層１５の屈折率をｎ１（λ１）とし、波長λ１における第２透明層１４の屈折率をｎ２（λ１）とし、波長λ２における第１透明層１５の屈折率をｎ１（λ２）とし、波長λ２における第２透明層１４の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、ｎ１（λ１）、ｎ２（λ１）、ｎ１（λ２）およびｎ２（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）、且つ、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たすものとされている。波長λ１と波長λ２との間の波長領域では、例えば、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ１，ｎ２が大きくなるような波長分散特性（異常分散）を示す。第１透明層１５および第２透明層１４としては波長λ１と波長λ２を含む広い波長領域で異常分散を示す部材が好適に用いられる。このような部材としては、第１実施形態に示したものと同様の部材が利用可能である。
【００６７】
図８は、第１透明層１５および第２透明層１４として異常分散を示すもの（第１透明層１５Ａおよび第２透明層１４Ａ）を用いた場合と正常分散を示すもの（第１透明層１５Ｂおよび第２透明層１４Ｂ）を用いた場合の作用の違いを説明するための図である。
【００６８】
図８（Ｂ）に示すように、正常分散を示す部材を第１透明層１５Ｂおよび第２透明層１４Ｂとして用いると、蛍光体８の吸収波長λ１では屈折率ｎ２が大きくなり、蛍光体８の発光波長λ２では屈折率ｎ２が小さくなる。そのため、表面反射率Ｒ（反射光Ｌｒ）が大きくなり、十分に蛍光体８に外光Ｌを吸収させることができなくなる。また、閉じ込め効率ηｔｒａｐが小さくなるので、第１透明層１５Ｂおよび第２透明層１４Ｂから漏れ出す蛍光Ｌ１が多くなり、太陽電池素子６に十分な光量の蛍光Ｌ１を入射させることができなくなる。すなわち、蛍光体８の発光波長λ２における屈折率ｎ２が小さくなると、第１透明層１５Ｂおよび第２透明層１４Ｂの表面で蛍光Ｌ１が全反射する際の臨界角が小さくなるので、第１透明層１５Ｂおよび第２透明層１４Ｂの表面に小さい入射角で入射した蛍光Ｌ１を全反射させることができない。このような蛍光Ｌ１は第１透明層１５Ｂおよび第２透明層１４Ｂを透過して外部に漏れ出すので、結果として、太陽電池素子６に入射する蛍光Ｌ１の光量が低下する。
【００６９】
一方、図８（Ａ）に示すように、第１透明層１５および第２透明層１４として異常分散を示すものを用いると、蛍光体８の吸収波長λ１では屈折率ｎ２が小さくなり、蛍光体８の発光波長λ２では屈折率ｎ２が大きくなる。そのため、表面反射率Ｒ（反射光Ｌｒ）が小さくなり、十分に蛍光体８に外光Ｌを吸収させることができるようになる。また、閉じ込め効率ηｔｒａｐが大きくなるので、第１透明層１５Ａおよび第２透明層１４Ａから漏れ出す蛍光Ｌ１が少なくなり、太陽電池素子６に十分な光量の蛍光Ｌ１を入射させることが可能となる。すなわち、蛍光体８の発光波長λ２における屈折率ｎ２が大きくなると、第１透明層１５Ａおよび第２透明層１４Ａの表面で蛍光Ｌ１が全反射する際の臨界角が小さくなるので、第１透明層１５Ａおよび第２透明層１４Ａの表面に小さい入射角で入射した蛍光Ｌ１を全反射させることが可能となる。その結果、第１透明層１５Ａおよび第２透明層１４Ａから漏れ出す蛍光Ｌ１の光量が低下し、太陽電池素子６に入射する蛍光Ｌ１の光量が増加する。
【００７０】
また、本実施形態の場合、第１透明層１５Ａと第２透明層１４Ａは同じ材料で形成されているので、蛍光体８から放射された蛍光Ｌ１は第１透明層１５Ａと第２透明層１４Ａとの界面で表面反射されることなく第１透明層１５Ａと第２透明層１４Ａの内部を伝播する。蛍光体８から放射された蛍光Ｌ１は第１透明層１５Ａ（蛍光フィルム１３）に閉じ込められることがないため、蛍光体８の自己吸収による光のロスが低減される。
【００７１】
以上のように本実施形態の太陽電池モジュールによれば、第１実施形態の効果に加えて、蛍光体８の自己吸収によるロスを低減できるという効果が得られる。よって、さらに効率よく発電を行うことが可能な太陽電池モジュール１１が提供される。
【００７２】
なお、本実施形態では、第１透明層１５と第２透明層１４を同じ材料で形成したが、第１透明層１５と第２透明層１４は必ずしも同じ材料で形成される必要はない。第１透明層１５と第２透明層１４が異なる材料で形成されていても、ｎ１（λ２）とｎ２（λ２）が十分に近ければ、蛍光体８から放射された蛍光を第１透明層１５と第２透明層１４に跨って伝播させることができる。例えば、ｎ１とｎ２がいずれも異常分散を示すものである場合、あるいは、ｎ１が異常分散を示しｎ２が正常分散を示すものであっても、ｎ１（λ２）とｎ２（λ２）が十分に近い場合には、上述した効果が得られる。この場合、ｎ１（λ２）とｎ２（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たすものとすれば、第１透明層１５と第２透明層１４との界面での表面反射が低減し、蛍光体８から放射された蛍光が第１透明層１５から第２透明層１４に取り込まれ易くなる。
【００７３】
また、本実施形態では、導光体１２を蛍光フィルム１３と透明導光体１４の２層で構成したが、導光体１２の構成はこれに限定されない。１層以上の他の透明層（第３透明層：屈折率ｎ３）を第１透明層１５と第２透明層１４との間、第１透明層１５の第２透明層１４とは反対の面側、あるいは、第２透明層１４の第１透明層１５とは反対の面側に設けてもよい。この場合も、ｎ１（λ２）、ｎ２（λ２）およびｎ３（λ２）の屈折率が十分に近ければ、蛍光体８から放射された蛍光を第１透明層１５、第２透明層１４および第３透明層に跨って伝播させることができる。例えば、第３透明層として、屈折率ｎ３が異常分散を示すものを用いれば、ｎ１（λ２）、ｎ２（λ２）およびｎ３（λ２）が互いに接近するので、上述の効果が得られ易くなる。
【００７４】
第３透明層は、第１透明層１５の第２透明層１４とは反対の面側に設けてもよい。この場合、第３透明層は異常分散を示すものが好ましいが、反射防止層として一般に利用される透明層であれば、正常分散を示すものであっても利用可能である。
【００７５】
［第３実施形態］
図９は、第３実施形態の太陽電池モジュール１６の断面図である。導光体１７以外の構成は、第１実施形態の太陽電池モジュール１と同じである。よって、ここでは導光体１７の構成を中心に説明する。また、第１実施形態の太陽電池モジュール１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。
【００７６】
本実施形態の場合、導光体１７（基材５）の内部には、光機能材料として、互いに吸収波長域の異なる複数種類の蛍光体（図９では例えば第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃ）が分散されている。第１蛍光体８ａは、紫外光を吸収して青色の蛍光を放射し、第２蛍光体８ｂは、青色光を吸収して緑色の蛍光を放射し、第３蛍光体８ｃは、緑色光を吸収して赤色の蛍光を放射する。第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃは、屈折率が異常分散を示す透明な基材５の内部に分散されている。第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃの混合比率は以下の通りである。なお、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃの混合比率は基材５に対する体積比率で示している。
【００７７】
第１蛍光体８ａ：BASF社製Lumogen F Violet 570（商品名）  ０．０２％
第２蛍光体８ｂ：BASF社製Lumogen F Yellow 083（商品名）  ０．０２％
第３蛍光体８ｃ：BASF社製Lumogen F Red 305（商品名）  ０．０２％
【００７８】
導光体１７は、光入射面である第１主面１７ａと、第１主面１７ａと対向する第２主面１７ｂと、光射出面である第１端面１７ｃと、を備えている。太陽電池素子６は、受光面を導光体１７の第１端面１７ｃと対向させて配置されている。導光体１７の第１端面１７ｃ以外の端面には、導光体１７の内部から導光体１７の外部に向けて進行する光（蛍光体から放射された光）を導光体１７の内部に向けて反射する反射層９が、当該端面に空気層を介して又は当該端面に空気層を介さずに直接接触して設けられている。導光体１７の第２主面１７ｂには、導光体１７の内部から導光体１７の外部に向けて進行する光（蛍光体から放射された光）または第１主面１７ａから入射したが光機能材料に吸収されずに第２主面１７ｂから射出した光を導光体１７の内部に向けて反射する反射層７が、第２主面１７ｂに空気層を介して又は第２主面１７ｂに空気層を介さずに直接接触して設けられている。
【００７９】
図１０ないし図１３は、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃの発光特性及び吸収特性を示す図である。図１０において、「第１蛍光体」は、第１蛍光体８ａ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し、「第２蛍光体」は、第２蛍光体８ｂ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し、「第３蛍光体」は、第３蛍光体８ｃ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。図１１において、「第１蛍光体＋第２蛍光体＋第３蛍光体」は、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃ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。図１２において、「第１蛍光体」は、第１蛍光体８ａの発光スペクトルであり、「第２蛍光体」は、第２蛍光体８ｂの発光スペクトルであり、「第３蛍光体」は、第３蛍光体８ｃの発光スペクトルである。図１３において、「第１蛍光体＋第２蛍光体＋第３蛍光体」は、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃを含む導光体の第１端面から射出される光のスペクトルである。
【００８０】
図１０及び図１１に示すように、第１蛍光体８ａは、概ね４２０ｎｍ以下の波長の光を吸収し、第２蛍光体８ｂは、概ね４２０ｎｍ以上５２０ｎｍ以下の波長の光を吸収し、第３蛍光体８ｃは、概ね５２０ｎｍ以上６２０ｎｍ以下の波長の光を吸収する。第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃ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３７％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３７％は導光体に含まれる第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃに吸収される。
【００８１】
図１２に示すように、第１蛍光体８ａの発光スペクトルは、４３０ｎｍにピーク波長を有し、第２蛍光体８ｂの発光スペクトルは、５２０ｎｍにピーク波長を有し、第３蛍光体８ｃ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１３に示すように、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃを含む導光体の第１端面から射出される光のスペクトルは、第３蛍光体８ｃ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８ａの発光スペクトルのピーク波長（４３０ｎｍ）及び第２蛍光体８ｂ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。
【００８２】
第１蛍光体８ａに対応する発光スペクトルのピーク及び第２蛍光体８ｂ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。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８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃ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。
【００８３】
ここで、図１４及び図１５を用いてフェルスター機構について説明する。図１４（ａ）は、フォトルミネッセンスによるエネルギー移動を示す図であり、図１４（ｂ）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。図１５（ａ）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り、図１５（ｂ）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。
【００８４】
図１４（ｂ）に示すように、有機分子や無機ナノ粒子の蛍光体では、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（３）のようになる。
【００８５】
【数３】
2015099807.tif 000005
【００８６】
なお、式（３）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。
【００８７】
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。
【００８８】
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１５（ａ）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１５（ｂ）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。
【００８９】
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１０及び図１２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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
通常、２種類の蛍光体を混入した場合には、図１４（ａ）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。
【００９４】
一方、図１４（ｂ）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。
【００９５】
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。
【００９６】
図１６は、太陽電池素子６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。
【００９７】
導光体１７の第１端面１７ｃから射出される光Ｌ１のスペクトルは、第３蛍光体８ｃの発光スペクトルと概ね一致する。よって、太陽電池素子６は、第３蛍光体８ｃ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１６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、太陽電池素子６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。
【００９８】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１６では、光入射面１７ａ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８ａ、第２蛍光体８ｂ、第３蛍光体８ｃ）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８ｃ）から放射された光Ｌ１を光入射面１７ａよりも面積の小さい導光体１７の第１端面１７ｃに集光させて太陽電池素子６に入射させている。そのため、太陽電池素子６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、発電効率の高い太陽電池モジュールが提供される。
【００９９】
［第４実施形態］
図１７は、第４実施形態の太陽電池モジュール１８の断面図である。導光体１９以外の構成は、第３実施形態の太陽電池モジュール１６と同じである。よって、ここでは導光体１９の構成を中心に説明する。また、第３実施形態の太陽電池モジュール１６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。
【０１００】
導光体１９は、透明導光体２２と、透明導光体２２の第１主面２２ａに接着された蛍光フィルム２０と、蛍光フィルム２０の第１主面２０ａを覆う透明保護膜２１と、を備えている。透明保護膜２１と蛍光フィルム２０と透明導光体２２は、外光Ｌの入射側から順に配置されている。透明保護膜２１の蛍光フィルム２０とは反対側の第１主面２１ａは導光体１９の光入射面であり、透明保護膜２１の第１端面２１ｃ、蛍光フィルム２０の第１端面２０ｃおよび透明導光体２２の第１端面２２ｃは導光体１９の光射出面である。太陽電池素子６の受光面は、光射出面である透明保護膜２１の第１端面２１ｃ、蛍光フィルム２０の第１端面２０ｃおよび透明導光体２２の第１端面２２ｃに対向させて配置されている。
【０１０１】
蛍光フィルム２０は、蛍光体を含まない透明な基材２３と、基材２３の内部に分散された複数の光機能材料（図１７では、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃ）と、を含んで構成されている。蛍光フィルム２０は、第１主面２０ａに入射した外光Ｌ（例えば太陽光）の一部を蛍光に変換し、透明導光体２２および透明保護膜２１に向けて放射する。蛍光フィルム２０から放射された蛍光の一部は、透明保護膜２１、蛍光フィルム２０および透明導光体２２の内部を全反射しながら伝播し、光入射面よりも面積の小さい光射出面（透明保護膜２１の第１端面２１ｃ、蛍光フィルム２０の第１端面２０ｃおよび透明導光体２２の第１端面２２ｃ）に導かれる。透明保護膜２１の第１端面２１ｃ、蛍光フィルム２０の第１端面２０ｃおよび透明導光体２２の第１端面２２ｃから射出された蛍光は、太陽電池素子６に入射し、発電に利用される。
【０１０２】
透明保護膜２１、基材２３および透明導光体２２は、蛍光体を含まない透明層である。しかし、透明保護膜２１、蛍光フィルム２０および透明導光体２２の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で製造されたものであっても透明保護膜２１、基材２３および透明導光体２２として使用可能である。以下、蛍光フィルム２０の基材２３を第１透明層と呼び、透明保護膜２１を第２透明層と呼び、透明導光体２２を第３透明層と呼ぶことがある。
【０１０３】
図１８は、第１透明層２３の屈折率ｎ１、第２透明層２１の屈折率ｎ２および第３透明層２２の屈折率ｎ３の波長分散特性を示す図である。本実施形態の場合、第１透明層２３と第２透明層２１と第３透明層２２は同じ材料で形成されており、第１透明層２３、第２透明層２１および第３透明層２２の屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３は同じ波長分散特性を示す。
【０１０４】
本実施形態では、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃのうち少なくとも１種類の蛍光体（以下、特定の蛍光体ということがある）の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、第３蛍光体８ｃの発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、波長λ１における第１透明層２３の屈折率をｎ１（λ１）とし、波長λ１における第２透明層２１の屈折率をｎ２（λ１）とし、波長λ１における第３透明層２２の屈折率をｎ３（λ１）とし、波長λ２における第１透明層２３の屈折率をｎ１（λ２）とし、波長λ２における第２透明層２１の屈折率をｎ２（λ２）とし、波長λ２における第３透明層２２の屈折率をｎ３（λ２）としたときに、ｎ１（λ１）、ｎ２（λ１）、ｎ３（λ１）、ｎ１（λ２）、ｎ２（λ２）およびｎ３（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）、且つ、ｎ３（λ１）＜ｎ３（λ２）の関係を満たすものとされている。波長λ１と波長λ２との間の波長領域では、例えば、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ１，ｎ２，ｎ３が大きくなるような波長分散特性（異常分散）を示す。第１透明層２３、第２透明層２１および第３透明層２２としては波長λ１と波長λ２を含む広い波長領域で異常分散を示す部材が好適に用いられる。このような部材としては、第１実施形態に示したものと同様の部材が利用可能である。
【０１０５】
本実施形態の太陽電池モジュール１８では、蛍光フィルム２０の外光入射側に透明保護膜２１が配置されている。しかし、透明保護膜２１として屈折率が異常分散を示すものを用いているため、少なくとも前記特定の蛍光体の吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム２０の内部に取り込むことができ、且つ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を無駄なく太陽電池素子６に導くことができる。よって、外光Ｌを利用して効率よく発電を行うことが可能な太陽電池モジュール１８を提供することができる。この場合、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃのうち任意の蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長をλ１としたときに、ｎ１（λ１）、ｎ２（λ１）、ｎ３（λ１）、ｎ１（λ２）、ｎ２（λ２）およびｎ３（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）、且つ、ｎ３（λ１）＜ｎ３（λ２）の関係を満たすものとすれば、全ての蛍光体の吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム２０の内部に取り込むことができ、さらに効率のよい発電が可能となる。
【０１０６】
また、本実施形態の場合、第１透明層２３、第２透明層２１および第３透明層２２は同じ材料で形成されているので、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光は第１透明層２３と第２透明層２１との界面および第１透明層２３と第３透明層２２との界面で表面反射されることなく第１透明層２３、第２透明層２１および第３透明層２２の内部を伝播する。第３蛍光体８ｃから放射された蛍光は第１透明層２３（蛍光フィルム２０）に閉じ込められることがないため、第３蛍光体８ｃの自己吸収による光のロスが低減される。よって、さらに効率よく発電を行うことが可能な太陽電池モジュール１８が提供される。
【０１０７】
なお、本実施形態では、第１透明層２３、第２透明層２１および第３透明層２２を同じ材料で形成したが、第１透明層２３、第２透明層２１および第３透明層２２は必ずしも同じ材料で形成される必要はない。第１透明層２３、第２透明層２１および第３透明層２２が異なる材料で形成されていても、ｎ１（λ２）、ｎ２（λ２）およびｎ３（λ２）が十分に近ければ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を第１透明層２３、第２透明層２１および第３透明層２２に跨って伝播させることができる。例えば、ｎ１，ｎ２およびｎ３がいずれも異常分散を示すものである場合、あるいは、ｎ２が異常分散を示しｎ１およびｎ３が正常分散を示すものであっても、ｎ１（λ１）、ｎ２（λ１）およびｎ３（λ１）が十分に近く、且つ、ｎ１（λ２）、ｎ２（λ２）およびｎ３（λ２）が十分に近い場合には、上述した効果が得られる。この場合、ｎ２（λ２）とｎ１（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たし、ｎ３（λ２）とｎ１（λ２）が、ｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たすものとすれば、第１透明層２３と第２透明層２１との界面および第１透明層２３と第３透明層２２との海面での表面反射が低減し、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光が第１透明層２３から第２透明層２１および第３透明層２２に取り込まれ易くなる。
【０１０８】
［第５実施形態］
図１９は、第５実施形態の太陽電池モジュール２４の断面図である。導光体２５以外の構成は、第４実施形態の太陽電池モジュール１８と同じである。よって、ここでは導光体２５の構成を中心に説明する。また、第４実施形態の太陽電池モジュール１８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。
【０１０９】
導光体２５は、蛍光フィルム２０と、蛍光フィルム２０の第１主面２０ａに接着された透明導光体２６と、を備えている。透明導光体２６と蛍光フィルム２０は、外光Ｌの入射側から順に配置されている。透明導光体２６の蛍光フィルム２０とは反対側の第１主面２６ａは導光体２５の光入射面であり、透明導光体２６の第１端面２６ｃおよび蛍光フィルム２０の第１端面２０ｃは導光体２５の光射出面である。太陽電池素子６の受光面は、光射出面である透明導光体２６の第１端面２６ｃおよび蛍光フィルム２０の第１端面２０ｃに対向させて配置されている。
【０１１０】
蛍光フィルム２０の基材２３および透明導光体２６は、蛍光体を含まない透明層である。しかし、蛍光フィルム２０および透明導光体２６の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で製造されたものであっても基材２３および透明導光体２６として使用可能である。以下、蛍光フィルム２０の基材２３を第１透明層と呼び、透明導光体２６を第２透明層と呼ぶことがある。
【０１１１】
図２０は、第１透明層２３の屈折率ｎ１および第２透明層２６の屈折率ｎ２の波長分散特性を示す図である。本実施形態の場合、第１透明層２３と第２透明層２６は同じ材料で形成されており、第１透明層２３および第２透明層２６の屈折率ｎ１，ｎ２は同じ波長分散特性を示す。
【０１１２】
本実施形態では、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃのうちの少なくとも１種類の蛍光体（以下、特定の蛍光体ということがある）の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、第３蛍光体８ｃの発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、波長λ１における第１透明層２３の屈折率をｎ１（λ１）とし、波長λ１における第２透明層２６の屈折率をｎ２（λ１）とし、波長λ２における第１透明層２３の屈折率をｎ１（λ２）とし、波長λ２における第２透明層２６の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、ｎ１（λ１）、ｎ２（λ１）、ｎ１（λ２）およびｎ２（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）、且つ、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たすものとされている。波長λ１と波長λ２との間の波長領域では、例えば、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ１，ｎ２が大きくなるような波長分散特性（異常分散）を示す。第１透明層２３、第２透明層２１および第３透明層２２としては波長λ１と波長λ２を含む広い波長領域で異常分散を示す部材が好適に用いられる。このような部材としては、第１実施形態に示したものと同様の部材が利用可能である。
【０１１３】
本実施形態の太陽電池モジュール２４では、蛍光フィルム２０の外光入射側に透明導光体２６が配置されている。しかし、透明導光体２６として屈折率が異常分散を示すものを用いているため、少なくとも前記特定の蛍光体の吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム２０の内部に取り込むことができ、且つ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を無駄なく太陽電池素子６に導くことができる。よって、外光Ｌを利用して効率よく発電を行うことが可能な太陽電池モジュール２４を提供することができる。この場合、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃのうち任意の蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長をλ１としたときに、ｎ１（λ１）、ｎ２（λ１）、ｎ１（λ２）およびｎ２（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）、且つ、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たすものとすれば、全ての蛍光体の吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム２０の内部に取り込むことができ、さらに効率のよい発電が可能となる。
【０１１４】
また、本実施形態の場合、第１透明層２３および第３透明層２６は同じ材料で形成されているので、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光は第１透明層２３と第２透明層２６との界面で表面反射されることなく第１透明層２３および第２透明層２６の内部を伝播する。第３蛍光体８ｃから放射された蛍光は第１透明層２３（蛍光フィルム２０）に閉じ込められることがないため、第３蛍光体８ｃの自己吸収による光のロスが低減される。よって、さらに効率よく発電を行うことが可能な太陽電池モジュール２４が提供される。
【０１１５】
なお、本実施形態では、第１透明層２３および第２透明層２６を同じ材料で形成したが、第１透明層２３および第２透明層２６は必ずしも同じ材料で形成される必要はない。第１透明層２３および第２透明層２６が異なる材料で形成されていても、ｎ１（λ２）およびｎ２（λ２）が十分に近ければ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を第１透明層２３および第２透明層２６に跨って伝播させることができる。例えば、ｎ１およびｎ２がいずれも異常分散を示すものである場合、あるいは、ｎ２が異常分散を示しｎ１が正常分散を示すものであっても、ｎ１（λ１）およびｎ２（λ１）が十分に近く、且つ、ｎ１（λ２）およびｎ２（λ２）が十分に近い場合には、上述した効果が得られる。この場合、ｎ１（λ２）とｎ２（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たすものとすれば、第１透明層２３と第２透明層２６との界面での表面反射が低減し、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光が第１透明層２３から第２透明層２６に取り込まれ易くなる。
【０１１６】
［第６実施形態］
図２１は、第６実施形態の太陽電池モジュール２７の断面図である。導光体２８以外の構成は、第４実施形態の太陽電池モジュール１８と同じである。よって、ここでは導光体２８の構成を中心に説明する。また、第４実施形態の太陽電池モジュール１８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。
【０１１７】
導光体２８は、透明導光体２９と、透明導光体２９の第１主面２９ａに接着された蛍光フィルム２０と、を備えている。蛍光フィルム２０と透明導光体２９は、外光Ｌの入射側から順に配置されている。蛍光フィルム２０の透明導光体２９とは反対側の第１主面２０ａは導光体２８の光入射面であり、蛍光フィルム２０の第１端面２０ｃおよび透明導光体２９の第１端面２９ｃは導光体２８の光射出面である。太陽電池素子６の受光面は、光射出面である蛍光フィルム２０の第１端面２０ｃおよび透明導光体２９の第１端面２９ｃに対向させて配置されている。
【０１１８】
蛍光フィルム２０は、第１主面２０ａに入射した外光Ｌ（例えば太陽光）の一部を蛍光に変換し、透明導光体２９に向けて放射する。蛍光フィルム２０から放射された蛍光の一部は、蛍光フィルム２０および透明導光体２９の内部を全反射しながら伝播し、光入射面よりも面積の小さい光射出面（蛍光フィルム２０の第１端面２０ｃおよび透明導光体２９の第１端面２９ｃ）に導かれる。蛍光フィルム２０の第１端面２０ｃおよび透明導光体２９の第１端面２９ｃから射出された蛍光は、太陽電池素子６に入射し、発電に利用される。
【０１１９】
透明導光体２９は、蛍光体を含まない透明層である。しかし、透明導光体２９の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で製造されたものであっても透明導光体２９として使用可能である。以下、蛍光フィルム２０の基材２３を第１透明層と呼び、透明導光体２９を第２透明層と呼ぶことがある。
【０１２０】
図２２は、第１透明層２３の屈折率ｎ１および第２透明層２９の屈折率ｎ２の波長分散特性を示す図である。
【０１２１】
第１透明層２３では、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃのうちの少なくとも１種類の蛍光体（以下、特定の蛍光体ということがある）の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、第３蛍光体８ｃの発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、波長λ１における第１透明層２３の屈折率をｎ１（λ１）とし、波長λ２における第１透明層２３の屈折率をｎ１（λ２）としたときに、ｎ１（λ１）とｎ１（λ２）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たすものとされている。波長λ１と波長λ２との間の波長領域では、例えば、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ１が大きくなるような波長分散特性（異常分散）を示す。第１透明層２３としては波長λ１と波長λ２を含む広い波長領域で異常分散を示す部材が好適に用いられる。このような部材としては、第１実施形態に示したものと同様の部材が利用可能である。
【０１２２】
一方、第２透明層２９では、波長λ１における第２透明層２９の屈折率をｎ２（λ１）とし、波長λ２における第２透明層２９の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、ｎ２（λ１）とｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）≧ｎ２（λ２）、且つ、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たすものとされている。波長λ１と波長λ２との間の波長領域では、例えば、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ２が小さくなるような波長分散特性（正常分散）を示す。一般的な透明部材はこのような正常分散を示すため、第２透明層２９としてはＰＭＭＡ樹脂などの一般的な公知の透明部材を用いることができる。
【０１２３】
本実施形態の太陽電池モジュール２７では、第２透明層２９の屈折率が正常分散を示すものとなっている。しかし、ｎ２（λ２）がｎ１（λ２）と同じかそれよりも大きいため、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光は第１透明層２３と第２透明層２９との界面で表面反射されることなく第１透明層２３および第２透明層２９の内部を伝播する。第３蛍光体８ｃから放射された蛍光は第１透明層２３（蛍光フィルム２０）に閉じ込められることがないため、第３蛍光体８ｃの自己吸収による光のロスが低減される。また、ｎ１は異常分散を示すため、少なくとも特定の蛍光体の吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム２０の内部に取り込むことができ、且つ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を無駄なく太陽電池素子６に導くことができる。よって、本実施形態においても、効率よく発電を行うことが可能な太陽電池モジュール２７が提供される。この場合、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃのうち任意の蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長をλ１としたときに、ｎ１（λ１）およびｎ２（λ１）が、ｎ１（λ１）＜ｎ１（λ２）の関係を満たすものとすれば、全ての蛍光体の吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム２０の内部に取り込むことができ、さらに効率のよい発電が可能となる。
【０１２４】
［第７実施形態］
図２３は、第７実施形態の太陽電池モジュール５０の断面図である。導光体５１以外の構成は、第４実施形態の太陽電池モジュール１８と同じである。よって、ここでは導光体５１の構成を中心に説明する。また、第４実施形態の太陽電池モジュール１８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。
【０１２５】
導光体５１は、透明導光体５３と、透明導光体５３の第１主面５３ａに接着された蛍光フィルム５２と、蛍光フィルム５２の第１主面５２ａを覆う透明保護膜２１と、を備えている。透明保護膜２１と蛍光フィルム５２と透明導光体５３は、外光Ｌの入射側から順に配置されている。透明保護膜２１の蛍光フィルム５２とは反対側の第１主面２１ａは導光体５１の光入射面であり、透明保護膜２１の第１端面２１ｃ、蛍光フィルム５２の第１端面５２ｃおよび透明導光体５３の第１端面５３ｃは導光体５１の光射出面である。太陽電池素子６の受光面は、光射出面である透明保護膜２１の第１端面２１ｃ、蛍光フィルム５２の第１端面５２ｃおよび透明導光体５３の第１端面５３ｃに対向させて配置されている。
【０１２６】
蛍光フィルム５２は、蛍光体を含まない透明な基材５４と、基材５４の内部に分散された複数の光機能材料（図２３では、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃ）と、を含んで構成されている。蛍光フィルム５２は、第１主面５２ａに入射した外光Ｌ（例えば太陽光）の一部を蛍光に変換し、透明導光体５３および透明保護膜２１に向けて放射する。蛍光フィルム５２から放射された蛍光の一部は、透明保護膜２１、蛍光フィルム５２および透明導光体５３の内部を全反射しながら伝播し、光入射面よりも面積の小さい光射出面（透明保護膜２１の第１端面２１ｃ、蛍光フィルム５２の第１端面５２ｃおよび透明導光体５３の第１端面５３ｃ）に導かれる。透明保護膜２１の第１端面２１ｃ、蛍光フィルム５２の第１端面５２ｃおよび透明導光体５３の第１端面５３ｃから射出された蛍光は、太陽電池素子６に入射し、発電に利用される。
【０１２７】
透明保護膜２１、基材５４および透明導光体５３は、蛍光体を含まない透明層である。しかし、透明保護膜２１、蛍光フィルム５２および透明導光体５３の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で製造されたものであっても透明保護膜２１、基材５４および透明導光体５３として使用可能である。以下、蛍光フィルム５２の基材５４を第１透明層と呼び、透明保護膜２１を第２透明層と呼び、透明導光体５３を第３透明層と呼ぶことがある。
【０１２８】
図２４は、第１透明層５４の屈折率ｎ１、第２透明層２１の屈折率ｎ２および第３透明層５３の屈折率ｎ３の波長分散特性を示す図である。本実施形態の場合、第１透明層５４と第３透明層５３は同じ材料で形成されており、第１透明層５４と第３透明層５３の屈折率ｎ１，ｎ３は同じ波長分散特性を示す。
【０１２９】
第２透明層２１では、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃのうち少なくとも１種類の蛍光体（以下、特定の蛍光体ということがある）の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、第３蛍光体８ｃの発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、波長λ１における第２透明層２１の屈折率をｎ２（λ１）とし、波長λ２における第２透明層２１の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、ｎ２（λ１）とｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たすものとなっている。波長λ１と波長λ２との間の波長領域では、例えば、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ２が大きくなるような波長分散特性（異常分散）を示す。第２透明層２１としては波長λ１と波長λ２を含む広い波長領域で異常分散を示す部材が好適に用いられる。このような部材としては、第１実施形態に示したものと同様の部材が利用可能である。
【０１３０】
一方、第１透明層５４と第３透明層５３では、波長λ１における第１透明層５４の屈折率をｎ１（λ１）とし、波長λ１における第３透明層５３の屈折率をｎ３（λ１）とし、波長λ２における第１透明層５４の屈折率をｎ１（λ２）とし、波長λ２における第３透明層５３の屈折率をｎ３（λ２）としたときに、ｎ１（λ１）、ｎ１（λ２）、ｎ３（λ１）、ｎ３（λ２）が、ｎ１（λ１）≧ｎ１（λ２）、ｎ３（λ１）≧ｎ３（λ２）、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）、且つ、ｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を満たすものとなっている。波長λ１と波長λ２との間の波長領域では、例えば、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ１，ｎ３が小さくなるような波長分散特性（正常分散）を示す。一般的な透明部材はこのような正常分散を示すため、第１透明層５４と第３透明層５３としてはＰＭＭＡ樹脂などの一般的な公知の透明部材を用いることができる。
【０１３１】
本実施形態の太陽電池モジュール５０では、第１透明層５４および第３透明層５３の屈折率が正常分散を示すものとなっている。しかし、ｎ２（λ２）がｎ１（λ２）と同じかそれよりも大きく、且つ、ｎ３（λ２）がｎ１（λ２）と同じであるため、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光は第１透明層５４と第２透明層２１との界面および第１透明層５４と第３透明層５３との界面で表面反射されることなく第１透明層５４、第２透明層２１および第３透明層５３の内部を伝播する。第３蛍光体８ｃから放射された蛍光は第１透明層５４（蛍光フィルム５２）に閉じ込められることがないため、第３蛍光体８ｃの自己吸収による光のロスが低減される。
【０１３２】
また、ｎ２は異常分散を示すため、少なくとも前記特定の蛍光体の吸収波長の光を効率よく第２透明層２１の内部に取り込むことができる。ｎ２（λ１）は導光体の外部の屈折率（例えば空気の屈折率）ｎ０とｎ１（λ１）との間の値をとるため、第２透明層２１の内部に取り込まれた外光は、第２透明層２１を介さずに直接導光体の外部から第１透明層５４に外光を入射させる場合に比べて、表面反射によるロスが少ない状態で第１透明層５４の内部に取り込まれる。
【０１３３】
以上のように本実施形態においても前記特定の蛍光体の吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム５２の内部に取り込むことができ、且つ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を無駄なく太陽電池素子６に導くことができる。よって、効率よく発電を行うことが可能な太陽電池モジュール５０が提供される。この場合、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃのうち任意の蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長をλ１としたときに、ｎ１（λ１）、ｎ２（λ１）、ｎ３（λ１）、ｎ１（λ２）、ｎ２（λ２）およびｎ３（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たすものとすれば、全ての蛍光体の吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム２０の内部に取り込むことができ、さらに効率のよい発電が可能となる。
【０１３４】
［第７実施形態の変形例］
図２５ないし図２７は、ｎ１，ｎ２およびｎ３の波長分散特性の変形例を示す図である。
【０１３５】
図２４では、第１透明層５４および第３透明層５３を同じ材料で形成したが、第１透明層５４および第３透明層５３は必ずしも同じ材料で形成される必要はない。以下、ｎ１，ｎ２およびｎ３の波長分散特性のバリエーションを説明する。
【０１３６】
図２５は、図２４と同様に、ｎ２が異常分散を示し、ｎ１およびｎ３が正常分散を示す例である。図２５の例では、第１透明層５４と第３透明層５３は異なる材料で形成されており、ｎ１およびｎ３の波長分散特性は必ずしも一致しない。また、ｎ１（λ２）やｎ３（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を必ずしも満たしていない。蛍光体から放射された蛍光を効率よく第２透明層２１および第３透明層５３に取り込むためには、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）あるいはｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たすことが好ましい。ただし、ｎ２（λ２）＜ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ３（λ２）＜ｎ１（λ２）の関係を満たすものであっても、ｎ１（λ２）およびｎ３（λ２）がｎ２（λ２）に十分近ければ、第１透明層５４と第２透明層２１との界面および第１透明層５４と第３透明層５３との界面での表面反射を低減することができる。
【０１３７】
図２６は、ｎ１およびｎ２が異常分散を示し、ｎ３が正常分散を示す例である。図２６の例では、第１透明層５４と第２透明層２１は同じ材料で形成されていてもよく、異なる材料で形成されていてもよい。図２６の例では、ｎ１（λ２）やｎ３（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を必ずしも満たしていない。蛍光体から放射された蛍光を効率よく第２透明層２１および第３透明層５３に取り込むためには、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）あるいはｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たすことが好ましい。ただし、ｎ２（λ２）＜ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ３（λ２）＜ｎ１（λ２）の関係を満たすものであっても、ｎ１（λ２）およびｎ３（λ２）がｎ２（λ２）に十分近ければ、第１透明層５４と第２透明層２１との界面および第１透明層５４と第３透明層５３との界面での表面反射を低減することができる。図２６の例では、ｎ１，ｎ２がいずれも異常分散を示すため、ｎ１（λ１）とｎ２（λ１）の屈折率差およびｎ１（λ２）とｎ２（λ２）の屈折率差が小さくなり易い。よって、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃの吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム５２の内部に取り込むことができ、且つ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を第１透明層５４および第２透明層２１に跨って伝播させることができる。
【０１３８】
図２７は、ｎ１，ｎ２およびｎ３がいずれも異常分散を示す例である。図２７の例では、第１透明層５４、第２透明層２１および第３透明層５３は異なる材料で形成されており、これらの屈折率の波長分散特性は必ずしも一致しない。図２７の例では、ｎ１（λ２）やｎ３（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を必ずしも満たしていない。蛍光体から放射された蛍光を効率よく第２透明層２１および第３透明層５３に取り込むためには、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）あるいはｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）の関係を満たすことが好ましい。ただし、ｎ２（λ２）＜ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ３（λ２）＜ｎ１（λ２）の関係を満たすものであっても、ｎ１（λ２）およびｎ３（λ２）がｎ２（λ２）に十分近ければ、第１透明層５４と第２透明層２１との界面および第１透明層５４と第３透明層５３との界面での表面反射を低減することができる。図２７の例では、ｎ１，ｎ２およびｎ３がいずれも異常分散を示すため、ｎ１（λ１）、ｎ２（λ１）およびｎ３（λ１）の屈折率差、ｎ１（λ２）、ｎ２（λ２）およびｎ３（λ２）の屈折率差が小さくなり易い。よって、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃの吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム５２の内部に取り込むことができ、且つ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を第１透明層５４、第２透明層２１および第３透明層５３に跨って伝播させることができる。
【０１３９】
なお、第７実施形態およびその変形例では、導光体の内部に複数種類の光機能材料（例えば、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ、第３蛍光体８ｃ）が含まれている例を示したが、この構成は一例であり、光機能材料は必ずしも複数種類分散されている必要はない。第１実施形態や第２実施形態のように１種類の光機能材料（例えば、蛍光体８）のみを分散させる構成も第７実施形態およびその変形例に適用することができる。その場合も、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【０１４０】
［第８実施形態］
図２８は、第８実施形態の太陽電池モジュール５５の断面図である。導光体５６以外の構成は、第７実施形態の太陽電池モジュール５０と同じである。よって、ここでは導光体５６の構成を中心に説明する。また、第７実施形態の太陽電池モジュール５０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。
【０１４１】
導光体５６は、蛍光フィルム５２と、蛍光フィルム５２の第１主面５２ａに接着された透明導光体５７と、透明導光体５７の第１主面５７ａを覆う透明保護膜２１と、を備えている。透明保護膜２１と透明導光体５７と蛍光フィルム５２は、外光Ｌの入射側から順に配置されている。透明保護膜２１の透明導光体５７とは反対側の第１主面２１ａは導光体５６の光入射面であり、透明保護膜２１の第１端面２１ｃ、透明導光体５７の第１端面５７ｃおよび蛍光フィルム５２の第１端面５２ｃは導光体５６の光射出面である。太陽電池素子６の受光面は、光射出面である透明保護膜２１の第１端面２１ｃ、透明導光体５７の第１端面５７ｃおよび蛍光フィルム５２の第１端面５２ｃに対向させて配置されている。
【０１４２】
本実施形態の導光体５６は、透明導光体５７がフィルム状の導光体として構成され、蛍光フィルム５２と透明保護膜２１との間に配置されている点が、第７実施形態の導光体５１と異なる。
【０１４３】
透明保護膜２１、透明導光体５７および基材５４は、蛍光体を含まない透明層である。しかし、透明保護膜２１、透明導光体５７および蛍光フィルム５２の内部での波長変換を目的として意図的に蛍光体を分散したものでなければ、若干の蛍光体を含み、完全に透明ではない材料で製造されたものであっても透明保護膜２１、透明導光体５７および基材５４として使用可能である。以下、蛍光フィルム５２の基材５４を第１透明層と呼び、透明保護膜２１を第２透明層と呼び、透明導光体５７を第３透明層と呼ぶことがある。
【０１４４】
図２９は、第１透明層５４の屈折率ｎ１、第２透明層２１の屈折率ｎ２および第３透明層５７の屈折率ｎ３の波長分散特性を示す図である。本実施形態の場合、第１透明層５４と第３透明層５７は同じ材料で形成されており、第１透明層５４と第３透明層５７の屈折率ｎ１，ｎ３は同じ波長分散特性を示す。
【０１４５】
第２透明層２１では、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃのうち少なくとも１種類の蛍光体（以下、特定の蛍光体ということがある）の吸収スペクトルのピーク波長をλ１とし、第３蛍光体８ｃの発光スペクトルのピーク波長をλ２とし、波長λ１における第２透明層２１の屈折率をｎ２（λ１）とし、波長λ２における第２透明層２１の屈折率をｎ２（λ２）としたときに、ｎ２（λ１）とｎ２（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たすものとなっている。波長λ１と波長λ２との間の波長領域では、例えば、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ２が大きくなるような波長分散特性（異常分散）を示す。第２透明層２１としては波長λ１と波長λ２を含む広い波長領域で異常分散を示す部材が好適に用いられる。このような部材としては、第１実施形態に示したものと同様の部材が利用可能である。
【０１４６】
一方、第１透明層５４と第３透明層５７では、波長λ１における第１透明層５４の屈折率をｎ１（λ１）とし、波長λ１における第３透明層５７の屈折率をｎ３（λ１）とし、波長λ２における第１透明層５４の屈折率をｎ１（λ２）とし、波長λ２における第３透明層５７の屈折率をｎ３（λ２）としたときに、ｎ１（λ１）、ｎ１（λ２）、ｎ３（λ１）、ｎ３（λ２）が、ｎ１（λ１）≧ｎ１（λ２）、ｎ３（λ１）≧ｎ３（λ２）、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）、且つ、ｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を満たすものとなっている。波長λ１と波長λ２との間の波長領域では、例えば、波長λが大きくなるほど屈折率ｎ１，ｎ３が小さくなるような波長分散特性（正常分散）を示す。一般的な透明部材はこのような正常分散を示すため、第１透明層５４と第３透明層５７としてはＰＭＭＡ樹脂などの一般的な公知の透明部材を用いることができる。
【０１４７】
本実施形態の太陽電池モジュール５５でも、ｎ２（λ２）がｎ１（λ２）と同じかそれよりも大きく、且つ、ｎ３（λ２）がｎ１（λ２）と同じであるため、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光は第１透明層５４と第３透明層５７との界面および第３透明層５７と第２透明層２１との界面で表面反射されることなく第１透明層５４、第２透明層２１および第３透明層５７の内部を伝播する。第３蛍光体８ｃから放射された蛍光は第１透明層５４（蛍光フィルム５２）に閉じ込められることがないため、第３蛍光体８ｃの自己吸収による光のロスが低減される。
【０１４８】
また、ｎ２は異常分散を示すため、少なくとも前記特定の蛍光体の吸収波長の光を効率よく第２透明層２１の内部に取り込むことができる。ｎ２（λ１）は導光体の外部の屈折率（例えば空気の屈折率）ｎ０とｎ３（λ１）との間の値をとるため、第２透明層２１の内部に取り込まれた外光は、第２透明層２１を介さずに直接導光体の外部から第３透明層５７に外光を入射させる場合に比べて、表面反射によるロスが少ない状態で第３透明層５７の内部に取り込まれる。また、第３透明層５７の内部に取り込まれた外光は、ｎ３（λ１）とｎ１（λ１）が同じであるため、第３透明層５７と第１透明層５４との界面で表面反射されることなく第１透明層５４の内部に取り込まれる。
【０１４９】
よって、本実施形態においても前記特定の蛍光体の吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム５２の内部に取り込むことができ、且つ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を無駄なく太陽電池素子６に導くことができる。よって、効率よく発電を行うことが可能な太陽電池モジュール５５が提供される。この場合、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃのうち任意の蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長をλ１としたときに、ｎ１（λ１）、ｎ２（λ１）、ｎ３（λ１）、ｎ１（λ２）、ｎ２（λ２）およびｎ３（λ２）が、ｎ２（λ１）＜ｎ２（λ２）の関係を満たすものとすれば、全ての蛍光体の吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム２０の内部に取り込むことができ、さらに効率のよい発電が可能となる。
【０１５０】
［第８実施形態の変形例］
図３０ないし図３２は、ｎ１，ｎ２およびｎ３の波長分散特性の変形例を示す図である。
【０１５１】
図２９では、第１透明層５４および第３透明層５７を同じ材料で形成したが、第１透明層５４および第３透明層５７は必ずしも同じ材料で形成される必要はない。以下、ｎ１，ｎ２およびｎ３の波長分散特性のバリエーションを説明する。
【０１５２】
図３０は、図２９と同様に、屈折率ｎ２が異常分散を示し、ｎ１およびｎ３が正常分散を示す例である。図３０の例では、第１透明層５４と第３透明層５７は異なる材料で形成されており、ｎ１およびｎ３の波長分散特性は必ずしも一致しない。また、ｎ１（λ２）やｎ３（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を必ずしも満たしていない。蛍光体から放射された蛍光を効率よく第２透明層２１および第３透明層５７に取り込むためには、ｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）あるいはｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を満たすことが好ましい。ただし、ｎ３（λ２）＜ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ２（λ２）＜ｎ３（λ２）の関係を満たすものであっても、ｎ１（λ２）およびｎ３（λ２）がｎ２（λ２）に十分近ければ、第１透明層５４と第３透明層５７との界面および第３透明層５７と第２透明層２１との界面での表面反射を低減することができる。
【０１５３】
図３１は、ｎ２およびｎ３が異常分散を示し、ｎ１が正常分散を示す例である。図３１の例では、第３透明層５７と第２透明層２１は同じ材料で形成されていてもよく、異なる材料で形成されていてもよい。図３１の例では、ｎ１（λ２）やｎ３（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を必ずしも満たしていない。蛍光体から放射された蛍光を効率よく第２透明層２１および第３透明層５７に取り込むためには、ｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）あるいはｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を満たすことが好ましい。ただし、ｎ３（λ２）＜ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ２（λ２）＜ｎ３（λ２）の関係を満たすものであっても、ｎ１（λ２）およびｎ３（λ２）がｎ２（λ２）に十分近ければ、第１透明層５４と第３透明層５７との界面および第３透明層５７と第２透明層２１との界面での表面反射を低減することができる。図３１の例では、ｎ２およびｎ３がいずれも異常分散を示すため、ｎ２（λ１）とｎ３（λ１）の屈折率差およびｎ２（λ２）とｎ３（λ２）の屈折率差が小さくなり易い。よって、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃの吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム５２の内部に取り込むことができ、且つ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を第２透明層２１および第３透明層５７に跨って伝播させることができる。
【０１５４】
図３２は、ｎ１，ｎ２およびｎ３がいずれも異常分散を示す例である。図３２の例では、第１透明層５４、第２透明層２１および第３透明層５７は異なる材料で形成されており、これらの屈折率の波長分散特性は必ずしも一致しない。図３２の例では、ｎ１（λ２）やｎ３（λ２）が、ｎ２（λ２）≧ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を必ずしも満たしていない。蛍光体から放射された蛍光を効率よく第２透明層２１および第３透明層５７に取り込むためには、ｎ３（λ２）≧ｎ１（λ２）あるいはｎ２（λ２）≧ｎ３（λ２）の関係を満たすことが好ましい。ただし、ｎ３（λ２）＜ｎ１（λ２）、あるいは、ｎ２（λ２）＜ｎ３（λ２）の関係を満たすものであっても、ｎ１（λ２）およびｎ３（λ２）がｎ２（λ２）に十分近ければ、第１透明層５４と第３透明層５７との界面および第３透明層５７と第２透明層２１との界面での表面反射を低減することができる。図３２の例では、ｎ１，ｎ２およびｎ３がいずれも異常分散を示すため、ｎ１（λ１）、ｎ２（λ１）およびｎ３（λ１）の屈折率差、ｎ１（λ２）、ｎ２（λ２）およびｎ３（λ２）の屈折率差が小さくなり易い。よって、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃの吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム５２の内部に取り込むことができ、且つ、第３蛍光体８ｃから放射された蛍光を第１透明層５４、第２透明層２１および第３透明層５７に跨って伝播させることができる。
【０１５５】
図３０ないし図３２においては、ｎ３（λ１）とｎ２（λ１）とｎ１（λ１）が、ｎ２（λ１）≦ｎ３（λ１）≦ｎ１（λ１）の関係を満たすことが好ましい。これにより、第１透明層５４と第３透明層５７との界面および第３透明層５７と第２透明層２１との界面での表面反射が低減でき、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃの吸収波長の光を効率よく蛍光フィルム５２の内部に取り込むことが可能となる。
【０１５６】
なお、第８実施形態およびその変形例では、導光体の内部に複数種類の光機能材料（例えば、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ、第３蛍光体８ｃ）が含まれている例を示したが、この構成は一例であり、光機能材料は必ずしも複数種類分散されている必要はない。第１実施形態や第２実施形態のように１種類の光機能材料（例えば、蛍光体８）のみを分散させる構成も第８実施形態およびその変形例に適用することができる。その場合も、上述した効果と同様の効果を奏することができる。
【０１５７】
［第９実施形態］
図３３は、第９実施形態の太陽電池モジュール３２の模式図である。太陽電池モジュール３２では、第３実施形態の太陽電池モジュール１６と比較して、導光体３０と太陽電池素子３１の形状及び配置が異なる。よって、ここでは、導光体３０と太陽電池素子３１の形状及び配置について説明し、それ以外の構成については、詳細な説明は省略する。
【０１５８】
太陽電池モジュール３２では、導光体３０は、湾曲した板状の部材として構成され、太陽電池素子３１は、光射出面である導光体３０の湾曲した第１端面３０ｃから射出された光を受光するように構成されている。導光体３０は、例えば、厚みが一定の板状の部材をＹ軸と平行な軸の回りに湾曲させた形状を有する。導光体３０の第１主面３０ａと第２主面３０ｂのうち、外側に凸状に湾曲した第１主面３０ａが、外光（例えば太陽光）Ｌが入射する光入射面である。
【０１５９】
光入射面３０ａに入射した光Ｌは、導光体３０の内部に分散された図示略の複数の光機能材料によって吸収される。そして、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が生じ、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が、光入射面３０ａよりも面積の小さい光射出面３０ｃに集光して射出される。導光体３０の内部に分散される複数の光機能材料としては、例えば、図９ないし図１３に示した第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃが用いられている。
【０１６０】
太陽電池素子３１としては、第３実施形態と同じアモルファスシリコン太陽電池が用いられている。太陽電池素子３１は、受光面を導光体３０の第１端面３０ｃと対向させて配置されている。第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃの発光スペクトルのピーク波長における太陽電池素子３１の分光感度を比較すると、複数の光機能材料（第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ、第３蛍光体８ｃ）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（第３蛍光体８ｃ）の発光スペクトルのピーク波長における太陽電池素子３１の分光感度は、導光体３０に備えられた他のいずれの光機能材料（第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ）の発光スペクトルのピーク波長における太陽電池素子３１の分光感度よりも大きい。これにより、発電効率の高い太陽電池モジュール３２が提供される。
【０１６１】
太陽電池モジュール３２では、導光体３０の光入射面３０ａが湾曲した面となっている。そのため、昼間と夕方のように時間帯によって光Ｌの入射角が導光体３０の湾曲方向に沿って変化した場合でも、発電量は大きく変化しない。通常、太陽電池で発電を行う場合には、太陽電池の受光面が光の入射方向を向くように、追尾装置を設けて太陽電池の角度を２軸方向で制御することが行われるが、本実施形態のように、導光体３０の光入射面３０ａが様々な方向を向くように湾曲した形状となっている場合には、そのような追尾装置を設ける必要がない。仮に追尾装置を設ける場合でも、湾曲方向と直交する方向の角度制御のみでよいため、２軸方向で角度制御を行う場合に比べて追尾装置の構成を簡素化することができる。本実施形態の場合、導光体３０は一方向に湾曲した形状とされているが、導光体３０の形状はこれに限らない。例えば半球状や釣鐘状などのドーム形状とすることもできる。その場合には、追尾装置は不要になる。
【０１６２】
太陽電池モジュール３２では、導光体３０が湾曲しているため、導光体３０を、曲面形状に形成された建物の壁面や屋根に設置することができる。本実施形態の場合、導光体３０は一方向に湾曲した形状とされているが、導光体３０の形状はこのような単純な形状に限らない。例えば、瓦状の形状や波状の形状など、自由な形状に設計することができる。導光体３０を設置する場所に応じて、湾曲形状だけでなく、稜線を有して屈曲した屈曲形状を有していてもよい。湾曲した面や屈曲した面は、光入射面の少なくとも一部に設けられていればよく、それにより、上述した効果が得られる。
【０１６３】
［第１０実施形態］
図３４は、第１０実施形態の太陽電池モジュール３５の模式図である。太陽電池モジュール３５では、第３実施形態の太陽電池モジュール１６と比較して、導光体３３と太陽電池素子３４の形状及び配置が異なる。よって、ここでは、導光体３３と太陽電池素子３４の形状及び配置について説明し、それ以外の構成については、詳細な説明は省略する。
【０１６４】
太陽電池モジュール３５では、導光体３３は、Ｙ軸と平行な軸を中心軸とする筒状の部材として構成され、太陽電池素子３４は、光射出面である導光体３３の第１端面３３ｃから射出された光を受光するように構成されている。導光体３３は、例えば、厚みが一定の円筒状の形状を有する。導光体３３の外周面が第１主面３３ａであり、導光体３３の内周面が第２主面３３ｂである。導光体３３の第１主面３３ａと第２主面３３ｂのうち、外側に凸状に湾曲した第１主面３３ａが、外光（例えば太陽光）Ｌが入射する光入射面である。
【０１６５】
光入射面３３ａに入射した光Ｌは、導光体３３の内部に分散された図示略の複数の光機能材料によって吸収される。そして、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が生じ、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が、光入射面３３ａよりも面積の小さい光射出面３３ｃに集光して射出される。導光体３３の内部に分散される複数の光機能材料としては、例えば、図９ないし図１３に示した第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃが用いられている。
【０１６６】
太陽電池素子３４としては、第３実施形態と同じアモルファスシリコン太陽電池が用いられている。太陽電池素子３４は、受光面を導光体３３の第１端面３３ｃと対向させて配置されている。第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃの発光スペクトルのピーク波長における太陽電池素子３４の分光感度を比較すると、複数の光機能材料（第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ、第３蛍光体８ｃ）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（第３蛍光体８ｃ）の発光スペクトルのピーク波長における太陽電池素子３４の分光感度は、導光体３３に備えられた他のいずれの光機能材料（第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ）の発光スペクトルのピーク波長における太陽電池素子３４の分光感度よりも大きい。これにより、発電効率の高い太陽電池モジュール３５が提供される。
【０１６７】
太陽電池モジュール３５では、導光体３３の光入射面３３ａが湾曲した面となっている。そのため、昼間と夕方のように時間帯によって光Ｌの入射角が導光体３３の湾曲方向に沿って変化した場合でも、発電量は大きく変化しない。また、導光体３３が筒状に形成されているため、導光体３３を建物の柱や電柱などに設置することができる。本実施形態の場合、導光体３３は円筒状に形成されているが、導光体３３の形状はこのような形状に限らす、ＸＺ平面と平行な平面で切った断面が楕円や多角形など、導光体３３を設置する場所に応じて自由な形状に設計することができる。
【０１６８】
［第１１実施形態］
図３５は、第１１実施形態の太陽電池モジュール３８の模式図である。太陽電池モジュール３８では、第３実施形態の太陽電池モジュール１６と比較して、導光体３６と太陽電池素子３７の形状及び配置が異なる。よって、ここでは、導光体３６と太陽電池素子３７の形状及び配置について説明し、それ以外の構成については、詳細な説明は省略する。
【０１６９】
太陽電池モジュール３８では、導光体３６は、Ｙ方向に延びる柱状の部材として構成され、太陽電池素子３７は、光射出面である導光体３６の第１端面３６ｃから射出された光を受光するように構成されている。導光体３６は、例えば、Ｙ軸と平行な軸を中心軸とする円柱状の形状を有する。導光体３６の外周面が第１主面３６ａであり、該第１主面３６ａが、外光（例えば太陽光）Ｌが入射する光入射面である。
【０１７０】
太陽電池素子３７としては、第３実施形態と同じアモルファスシリコン太陽電池が用いられている。太陽電池素子３７は、受光面を導光体３６の第１端面３６ｃと対向させて配置されている。第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂおよび第３蛍光体８ｃの発光スペクトルのピーク波長における太陽電池素子３７の分光感度を比較すると、複数の光機能材料（第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ、第３蛍光体８ｃ）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（第３蛍光体８ｃ）の発光スペクトルのピーク波長における太陽電池素子３７の分光感度は、導光体３６に備えられた他のいずれの光機能材料（第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ）の発光スペクトルのピーク波長における太陽電池素子３７の分光感度よりも大きい。これにより、発電効率の高い太陽電池モジュール３８が提供される。
【０１７１】
図３５では、導光体３６と太陽電池素子３７とを１組とする単位ユニット３９がＸ方向に互いに隣接して８組設置されているが、単位ユニット３９の数はこれに限定されない。単位ユニット３９の数は１組でもよいし、８組以外の複数組でもよい。単位ユニット３９を複数組設けた場合には、平面への設置が可能となる。複数組の単位ユニット３９を紐状の連結部材４０で柔軟に連結した場合には、平面でない曲面などに自由に形を変えて設置することができとともに、簾のように必要なときに展開し、必要でないときに巻き取って収納するなどの調整が可能となる。また、複数組の単位ユニット３９を硬い棒状の連結部材４０などで互いに間隔を空けて連結した場合には、導光体３６間の空間を風が通るため、風圧を緩和することができ、太陽電池モジュールの架台の設置が簡単になる。
【０１７２】
なお、本実施形態の場合、導光体３６は円柱状に形成されているが、導光体３６の形状はこのような形状に限らす、ＸＺ平面と平行な平面で切った断面が楕円や多角形など、導光体３６を設置する場所に応じて自由な形状に設計することができる。
【０１７３】
太陽電池モジュール３８では、導光体３６の光入射面３６ａが湾曲した面となっている。そのため、昼間と夕方のように時間帯によって光Ｌの入射角が導光体３６の湾曲方向に沿って変化した場合でも、発電量は大きく変化しない。また、導光体３６が柱状に形成されているため、複数の導光体３６を並べて柔軟に連結することにより、平面上のみならず曲面上への設置が可能となり、また、簾のように展開／巻き取りが可能な構成を実現することができる。
【０１７４】
［太陽光発電装置］
図３６は、太陽光発電装置１０００の概略構成図である。
【０１７５】
太陽光発電装置１０００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１００１と、太陽電池モジュール１００１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）１００４と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を蓄える蓄電池１００５と、を備えている。
【０１７６】
太陽電池モジュール１００１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１００１としては、例えば、第１実施形態ないし第１１実施形態で説明した太陽電池モジュールが用いられる。
【０１７７】
太陽光発電装置１０００は外部の電子機器１００６に対して電力を供給する。電子機器１００６には、必要に応じて補助電力源１００７から電力が供給される。
【０１７８】
太陽光発電装置１０００は、上述した本発明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。
【産業上の利用可能性】
【０１７９】
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利用することができる。
【符号の説明】
【０１８０】
１…太陽電池モジュール、４…導光体、５…基材（第１透明層）、６…太陽電池素子、８，８ａ，８ｂ，８ｃ…蛍光体（光機能材料）、１１…太陽電池モジュール、１２…導光体、１４…透明導光体（第２透明層）、１５…基材（第１透明層）、１６…太陽電池モジュール、１７…導光体、１８…太陽電池モジュール、１９…導光体、２１…透明保護膜（第２透明層）、２２…透明導光体（第３透明層）、２３…基材（第１透明層）、２４…太陽電池モジュール、２５…導光体、２６…透明導光体（第２透明層）、２７…太陽電池モジュール、２８…導光体、２９…透明導光体（第２透明層）、３０…導光体、３０…光入射面、３０ｃ…光射出面、３１…太陽電池素子、３２…太陽電池モジュール、３３…導光体、３３ａ…光入射面、３３ｃ…光射出面、３４…太陽電池素子、３５…太陽電池モジュール、３６…導光体、３６ａ…光入射面、３６ｃ…光射出面、３７…太陽電池素子、３８…太陽電池モジュール、３９…単位ユニット、４０…連結部材、５０…太陽電池モジュール、５１…導光体、５３…透明導光体（第３透明層）、５４…基材（第１透明層）、５５…太陽電池モジュール、５６…導光体、５７…透明導光体（第３透明層）、１０００…太陽光発電装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【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３５】
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【図３６】
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