(57)【要約】【課題】  アップコンヴァージョン膜層が液体状であれば、透明絶縁膜と光反射層の間に留めておくための端面の封止が必要となる。封止を行うと部材と工程が増えるため、製造コストが高くなるという問題があった。【解決手段】  液体アップコンヴァージョン混合物を形成する工程と、溶媒に液体アップコンヴァージョン液体とを混合し撹拌する撹拌工程とを用いて、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを形成する。これにより、液体状のアップコンヴァージョン混合物を低コストで用いることが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アップコンヴァージョン混合物を形成する工程と、
溶媒とアップコンヴァージョン液体とを混合し撹拌する撹拌工程とを有する液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルの形成方法。
【請求項２】
受光面側から、受光面側保護層と太陽電池セルと裏面側封止層と裏面保護層とをこの順に有する太陽電池モジュールであって、
前記太陽電池セルの裏面側に請求項１記載の方法で形成した液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いたアップコンヴァージョン層を有する太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記太陽電池セルと前記裏面側封止層の間に前記アップコンヴァージョン層を有する請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記太陽電池セルと前記裏面保護層との間に、
前記裏面側封止層と前記アップコンヴァージョン層とアップコンヴァージョン層封止層とを有する請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
少なくとも光スイッチ層とカラーフィルタ層と反射層とを有する表示装置であって、
前記カラーフィルタ層の前記反射層とは逆側に請求項１記載の方法で形成した液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いたアップコンヴァージョン層を有する表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルの製造方法、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いたアップコンヴァージョン層を有する太陽電池モジュールおよび表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地球環境への負荷低減が重要視される中、太陽光エネルギを直接電気エネルギに光電変換する太陽電池へ大きな期待が寄せられている。太陽電池にはさまざまな種類があるが、現在のところ主流はシリコン系の太陽電池である。
【０００３】
シリコン系の太陽電池は、分光感度が高い波長領域が限られており、太陽光を十分に活用できていないという課題が指摘されていた。この課題を解決する手段の１つとして、長い波長の光を吸収して、より短い波長の光を発光することによって光の波長を変換するアップコンヴァージョンが検討されている。
【０００４】
さまざまな種類のアップコンヴァージョン機能を有する固体の光変換要素が検討されているが、現在のところ十分な量子効率が得られていない。このような状況の中、液体の光変換要素が提案されている。
【０００５】
特許文献１に、三重項−三重項消滅過程を示す組み合わせである有機光増感分子および有機発光分子を、イオン液体中に溶解および／または分散させて成る光変換要素、および光変換要素を用いたアップコンヴァージョン膜層を配置した太陽電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＷＯ２０１２／０５０１３７Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、透明絶縁膜と光反射層との間に光変換要素を用いたアップコンヴァージョン膜層を配置した太陽電池が一例として開示されている。しかしながら、液体状の光変換要素を具体的にどのように配置するのかという点については開示されていない。また、アップコンヴァージョン膜層が液体状であれば、透明絶縁膜と光反射層の間に留めておくための端面の封止が必要となる。封止を行うと部材と工程が増えため、製造コストが高くなるという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る液体アップアップコンヴァージョンマイクロカプセルの形成方法は、液体アップコンヴァージョン混合物を形成する工程と、溶媒に液体アップコンヴァージョン液体とを混合し撹拌する撹拌工程とを有することを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る太陽電池モジュールは、受光面側から、受光面側保護層と太陽電池セルと裏面側封止層と裏面保護層とをこの順に有しており、太陽電池セルの裏面側に液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いたアップコンヴァージョン層を有することを特徴としている。上記液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルは、液体アップコンヴァージョン混合物を形成する工程と、溶媒に液体アップコンヴァージョン液体とを混合し撹拌する撹拌工程を経て形成される。
【発明の効果】
【００１０】
液体アップコンヴァージョン混合物を形成する工程と、溶媒と液体アップコンヴァージョン液体とを混合し撹拌する撹拌工程とを用いて、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを形成することにより、液体状の液体アップコンヴァージョン混合物を低コストで用いることが可能となる。
【００１１】
また太陽電池セルの裏面側に液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いたアップコンヴァージョン層を配置することにより、高効率で製造コストの安い太陽電池モジュールを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１を示すものであって、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルの製造方法を模式的に示すものである。
【図２】本発明の実施形態５を示すものであって、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いた太陽電池モジュールを模式的に示すものである。
【図３】本発明の実施形態６を示すものであって、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いた太陽電池モジュールを模式的に示すものである。
【図４】本発明の実施形態７を示すものであって、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いた表示装置を模式的に示すものである。
【図５】本発明の実施形態８の別の例を示すものであって、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いた表示装置を模式的に示すものである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
【００１４】
［実施形態１］
実施形態１に係る液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルの製造方法について図面を参照し説明すれば以下の通りである。
【００１５】
図１は、本実施形態の液体マイクロカプセルの製造方法を示す模式図である。
【００１６】
まず、液体アップコンヴァージョン混合物形成工程Ｓ１（Ｓはステップ）において、液体アップコンヴァージョン混合物を形成した。イオン液体である１−ブチルー２,３―ジメチルイミダゾリウム  ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドに、有機増感分子であるメソ−テトラフェニルーテトラベンゾポルフィリンパラジウムを１×１０−５ｍｏｌ／ｌ、有機発光分子としてペリレンを１×１０−３ｍｏｌ／ｌ添加し、溶解することで形成した。高い量子効率１０％が達成できた。
【００１７】
本実施形態で形成した液体アップコンヴァージョン混合物は、溶媒となるイオン液体に有機増感分子と有機発光分子を添加したものである。イオン液体として、１−ブチルー２,３―ジメチルイミダゾリウム  ビス（トリフルオロメチルスルホニル）イミドを用い、有機増感分子として、メソ−テトラフェニルーテトラベンゾポルフィリンパラジウムを用い、有機発光分子として、ペリレンを用いた。有機増感分子で吸収された１個のフォトンの励起エネルギは、有機発光分子に伝達され、有機発光分子は励起三重項状態になる。励起三重項状態になった有機発光分子は、一対で衝突して、波動関数の重なりによって励起電子状態が伝達される機構であるデクスター機構でエネルギを伝達し、1個のフォトンを発生する。生成されたフォトンのエネルギは入射したフォトンのエネルギより大きくなる。発生した１個のフォトンは、励起された２個の有機発光分子によって発生するためである。よって、長い波長の光を吸収して、より波長の短い光に変換することができる。
【００１８】
励起された有機発光分子同士が衝突する必要があるため、液体アップコンヴァージョン混合物は、液体状である必要がある。溶媒としてイオン液体を用いたのは、蒸気圧が低く化学的に安定であるためである。
【００１９】
次に、撹拌工程Ｓ２において、ＰＶＡ溶液に液体アップコンヴァージョン混合物を５ｗｔ％添加し、撹拌した。撹拌は、超音波をあてながら、スターラで撹拌することを約４時間行った。ＰＶＡ溶液は、純水に株式会社クラレ製のボパールＰＶＡ−２５０Ｃを５ｗｔ％加え、加熱撹拌することで溶解し作成したものである。ＰＶＡ溶液には、マツモトファインケミカル株式会社製のオルガチックスＴＣ−３１０などの架橋剤を適量添加しても良い。架橋剤を添加するとＰＶＡ溶液の安定性が向上し、マイクロカプセルが壊れにくくなる。
【００２０】
撹拌により乳化がおこり、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルが形成された。液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルの直径は、約３μｍ〜１０μｍであった。本明細書における液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルとは、液体アップコンヴァージョン混合物の液滴を示している。
【００２１】
超音波をあてて攪拌する代わりに、コロイドミル、膜乳化を使用しても良い。膜乳化を用いた場合は、直径がよりそろった液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを形成することができる。
【００２２】
液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを含むＰＶＡ溶液を塗布し、乾燥することによって液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いたアップコンヴァージョン層を形成することができる。乾燥とは、ＰＶＡ液中の水分を除くことである。さらに、乾燥後、雰囲気を減圧して脱気することが望ましい。励起された蛍光体の溶存酸素による失活を防ぐためである。
【００２３】
また、異なる複数の液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルが含まれる液を作成することで、波長変換する光の波長領域を広げることが可能となる。
【００２４】
［実施形態２］
実施形態２に係る液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルの製造方法について説明すれば以下の通りである。実施形態１と異なる点は、撹拌工程において用いた溶液である。実施形態1と重複する点については説明を省略する。
【００２５】
本実施形態においては、光重合開始剤を添加したアクリルモノマーに、液体アップコンヴァージョン混合物を５０ｗｔ％混合して撹拌することで乳化し、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを製造した。
【００２６】
さらに、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを含むアクリルポリマーを基板に塗布した後、紫外線を照射することで、アップコンヴァージョン層を形成した。紫外線照射により硬化することができるため、耐熱性が低い基板上にも形成することが可能となる。
【００２７】
［実施形態３］
実施形態３に係る液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルの製造方法について説明すれば以下の通りである。実施形態１と異なる点は、液体アップコンヴァージョン混合物形成工程で用いた材料である。実施形態１と重複する点については説明を省略する。
【００２８】
本実施形態においては、液体アップコンヴァージョン混合物形成工程において、有機発光分子液体に有機増感分子を添加し溶解することにより、液体アップコンヴァージョン混合物を形成した。高い量子効率を実現するためには液体である必要があるが、有機発光分子液体が液体状であるので、溶媒が不要になるという利点を有している。具体的には、有機発光分子液体として分岐したアルキル鎖を持つ９，１０−ジフェニルアントラセンを用い、有機増感分子として分岐したアルキル鎖を持つＰｔ（II）ポルフィリンを用いた。また、有機発光分子液体に対し、０．０１ｍｏｌ％の有機増感分子を添加した。
【００２９】
本実施形態で説明した材料を用いることにより、発色団の周りのアルキル基が酸素の侵入を防ぐため、酸素による励起子の失活（クエンチング）が少ないので、膜を封止（パッシベージョン）することが容易になる。
【００３０】
さらに、撹拌工程において、溶媒とアップコンヴァージョン液体とを混合し撹拌した。マイクロカプセルとなる溶媒として、ＰＶＡ溶液を用いた。アップコンヴァージョン液体として液体アップコンヴァージョン混合物を用いた。ＰＶＡ溶液に液体アップコンヴァージョン混合物を５ｗｔ％添加し、撹拌することで、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを形成した。
【００３１】
［実施形態４］
実施形態４に係る液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルの製造方法について説明すれば以下の通りである。実施形態３と異なる点は、液体アップコンヴァージョン混合物形成工程において用いた有機増感分子である。実施形態３と重複する点については説明を省略する。
【００３２】
有機増増分子は、金属原子として原子番号が大きい重原子であるＰｔを使用して、重原子効果のスピン軌道相互作用により三重項を形成している。本実施形態においては、有機増感分子としてπ共役長を長くした材料を用いた。π共役長を長くすることにより、赤外領域の波長の光についてもアップコンヴァージョンを行うことが可能となった。具体的には、有機増感分子として面積を広げたポリフィリンであるテトラアントラセニルポリフィリンを用いた。ダイマー以上のπ共役長の長いポリフィリンを使用することもできる。本分子は実施例１の有機増感分子としても使用することができる。
【００３３】
液体アップコンヴァージョン混合物形成工程において、有機発光分子液体に有機増感分子を添加し溶解することにより、液体アップコンヴァージョン混合物を形成した。さらに、撹拌工程において、ＰＶＡ溶液に液体アップコンヴァージョン混合物を添加し、撹拌することで、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを形成した。
【００３４】
［実施形態５］
実施形態５に係る液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いたアップコンヴァージョン層を有する太陽電池モジュールについて説明すれば以下の通りである。
【００３５】
図２に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール１００は、受光面保護層１１、受光面側封止層１２、太陽電池セル１３、アップコンヴァージョン層１４、裏面側封止層１５、裏面保護層１６を有する。尚、太陽電池セルの光入射側を受光面側とし、受光面の反対側を裏面側とした。
【００３６】
図２においては記載を省略しているが、太陽電池モジュール１００として十分な出力電力を得るために複数の太陽電池セルを、内部配線を用いて直列に電気的に接続した。さらに、太陽電池モジュール１００は、正極側と負極側の２個の引出し電極を有しており、それぞれの引出し電極の一端は太陽電池セルと電気的に接続し、引き出し電極の逆側の一端は端子ボックスに電気的に接続した。
【００３７】
受光面保護層１１として厚さ約３ｍｍのガラス基板を用い、受光面側封止層１２としてＥＶＡ（エチレンー酢酸ビニル共重合体）を封止層として用いた。アイオノマー樹脂等の樹脂を用いてもよい。
【００３８】
太陽電池セル１３として多結晶シリコンウエハを用いて作製した結晶シリコン太陽電池セルを用いた。太陽電池セル１３としては、単結晶シリコンウエハを用いて作製した結晶シリコン太陽電池セルを用いても良い。また、アモルファス又は微結晶のシリコンを用いた薄膜シリコン太陽電池セルを用いても良い。この場合、受光面側封止層２２は不要となる。
【００３９】
アップコンヴァージョン層１４を、実施形態１で説明した液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを含む膜を太陽電池セル１３の上に塗布し乾燥することで形成した。厚さは約４ｍｍとした。裏面側封止層１５として厚さ約０．６ｍｍのＥＶＡを用い、裏面保護層１６として白ＰＥＴを用いた。
【００４０】
太陽電池セルの裏面側に、アップコンヴァージョン層を配置することで、太陽電池セルを透過した光を、より波長の短い光に変換し、太陽電池セルに戻すことが可能となる。よって、太陽電池セル１３に入射する分光感度の高い波長領域の光量が多くなり、太陽電池セルの短絡電流値が増加し、変換効率が上がるという効果を得ることができる。結果として、変換効率の高い太陽電池モジュールを得ることができた。
【００４１】
太陽電池セルの裏面側にのみに配置し、隣接する太陽電池セル間にはアップコンヴァージョン層を配置しないことほうがより望ましい。アップコンヴァージョン層１４は、太陽電池セルで吸収することのできる波長の光も吸収する場合がある。よって、太陽電池セル間にはアップコンヴァージョン層を配置せず、裏面保護層１６の反射等によって太陽セル１３の受光面側に光を戻すほうが、太陽電池セルの短絡電流値の増加につながるためである。
【００４２】
また、液体状のアップコンヴァージョン混合物をガラス基板の間に入れて太陽電池セルの裏面側に配置する必要がなく、端面を封止する必要もないため、低コストの太陽電池モジュールを形成することが可能となった。
【００４３】
さらに、アップコンヴァージョン層を裏面側封止層で覆うことにより、アップコンヴァージョン層を保護することが可能となった。
【００４４】
本実施形態においては、アップコンヴァージョン層を形成する際に、太陽電池セルの上に液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを含む液体を塗布し乾燥させる方法を用いたが、裏面側封止層に液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを含む液体を塗布し乾燥させる方法を用いてもよい。
【００４５】
［実施形態６］
実施形態６に係る液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いたアップコンヴァージョン層を有する太陽電池モジュールについて説明すれば以下の通りである。実施形態３の実施形態２と異なる点は、アップコンヴァージョン層を封止層ではさみこんで配置した点である。実施形態５と重複する点については説明を省略する。
【００４６】
図３に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール２００は、受光面側保護層２１、受光面側封止層２２、太陽電池セル２３、裏面側封止層２５、アップコンヴァージョン膜２４、アップコンヴァージョン膜封止層２７、裏面保護層２６を有する。アップコンヴァージョン層２４を封止層ではさみこむことにより、アップコンヴァージョン層のクラックの発生をおさえることが可能となった。太陽電池セルと裏面側封止層という応力係数の異なる層の間にはさみ込むより、同じ材料であるＥＶＡを用いた裏面側封止層とアップコンヴァージョン膜封止層の間にはさみこんだ方が、アップコンヴァージョン層へかかる応力が小さいためである。
【００４７】
本実施形態においては、受光面側封止層、裏面側封止層、アップコンヴァージョン膜封止層として、ＥＶＡを用いた場合について述べたが、オレフィン樹脂を用いてもよい。オレフィン樹脂を用いる場合、表面を改質してアップコンヴァージョン層との濡れ性を向上させることが望ましい。表面改質方法としては、例えば波長１７２ｎｍのエキシマＵＶを２Ｊ照射する方法を用いることができる。
【００４８】
［実施形態７］
実施形態７に係る液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いたアップコンヴァージョン層を有する表示装置について説明すれば以下の通りである。
【００４９】
図４に示すように、本実施形態の表示装置３００は、光スイッチ層３１、カラーフィルタ層、光反射層３３、アップコンヴァージョン層３４からなる。カラーフィルタ層は、青色用カラーフィルタ層（Ｂ）３２１、緑色用カラーフィルタ層（Ｇ）３２２、赤色用カラーフィルタ層（Ｒ）３２３の３色のカラーフィルタで構成されている。実施形態１で説明した液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを含む膜を青色用カラーフィルタ層（Ｂ）３２１上に選択的に印刷塗布し乾燥することにより、アップコンヴァージョン層３４を形成した。また、アップコンヴァージョン層３４をパターンニングして形成しても良い。青色用カラーフィルタ層３２１上に、アップコンヴァージョン層を形成することで青の波長領域の光の反射率を向上させることが可能となった。
【００５０】
また、青色用カラーフィルタ層３２１の上に配置したアップコンヴァージョン層３４にＬｕｍｉｄｏｔ  ＣｄＳ−４４０量子ドット（ＳＩＧＭＡ−ＡＬＤＲＩＣＨ製）を組み合わせても良い。組み合わせることにより、近紫外線領域の光をダウンシフティングで青色に変換することが可能となり、青の波長領域の光の反射率をさらに向上させることが可能となる。組み合わせる方法としては、液体アップコンヴァージョン層３４に量子ドットを混入させる方法、量子ドットを分散させたプレポリマー溶液をアップコンヴァージョン層上に積層し重合させる方法等を用いることができる。
【００５１】
青以外のカラーフィルタ層についても同様である。
【００５２】
ここまで、３色いずれのカラーフィルタ層上にもアップコンヴァージョン層を配置する場合について述べたが、１色のカラーフィルタ上にのみ配置してもよい。例えば、青色用カラーフィルタ層上にのみ配置し青色の光量を向上させた場合、青色の面積を小さくすることで他２色とのバランスをとれば良い。
【００５３】
光反射層の代わりに発光層を用いることも可能である。発光層を用いた場合、青色用カラーフィルタ層上に、アップコンヴァージョン層を形成することで青の波長領域の光の透過率をさらに向上させることができる。
【００５４】
図５を用いて、液体アップコンヴァージョンマイクロカプセルを用いたアップコンヴァージョン層を有する表示装置の別の例について説明する。表示装置４００は、光スイッチ層４１、カラーフィルタ層、光反射層４３、アップコンヴァージョン層４４からなる。カラーフィルタ層は、アップコンヴァージョン層４４と光反射層４３の間と、アップコンヴァージョン層４４と光スイッチ層４１の間に配置した。アップコンヴァージョン層４４と光反射層４３の間に配置されたカラーフィルタ層は、青色用カラーフィルタ層（Ｂ）４２１、緑色用カラーフィルタ層（Ｇ）４２２、赤色用カラーフィルタ層（Ｒ）４２３の３色のカラーフィルタで構成されている。
【００５５】
アップコンヴァージョン層４４と光スイッチ層４１の間に配置したカラーフィルタは、必要とされない波長領域の光を吸収する機能を有するものである。例えば、青色用カラーフィルタ層４２１上に配置したアップコンヴァージョン層４４の上に配置したカラーフィルタ層４２４は、ダウンシフティング層からでた赤の波長領域の光を吸収する機能を有する。このような構成とすることにより、表示装置の色純度をさらに改善することが可能となる。
【００５６】
以上、実施形態１から実施形態７について具体的に説明を行ったが、本発明はそれらに限定されるものではない。上述した７つの実施形態それぞれに開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
【００５７】
なお、今回開示した実施形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、上記した実施形態のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５８】
１  ＰＶＡ溶液
２  液体アップコンヴァージョン混合物
３  液体アップコンヴァージョンマイクロカプセル
１１、２１  受光面側保護層
１２、２２  受光面側封止層
１３、２３  太陽電池セル
１４、２４、３４、４４  アップコンヴァージョン層
１５、２５  裏面側封止層
１６、２６  裏面保護層
２７  アップコンヴァージョン膜封止層
３１、４１  光スイッチ層
３２１、３２２、３２３、４２１、４２２、４２３、４２４、４２５、４２６  カラーフィルタ層
３３、４３  光反射層
１００、２００  太陽電池モジュール
３００、４００  表示装置
【図１】
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【図２】
2015122470.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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