(57)【要約】【課題】波長変換材を有する太陽光パネルにおいてガラスなどの表面保護層と封止剤との密着性をよくするとともに全体としての光の透過性をよくすることを目的とする。【解決手段】ガラスなどで構成された表面保護層２と、ＥＶＡなどから構成された封止層３と、太陽電池セル４とを設けてなる太陽光パネル１において、表面保護層２と封止層３との間に、封止層３と表面保護層２を密着させるためのメッシュ状もしくは間欠的に形成された穴などからなる貫通部６２ａを有する波長変換フィルム６１を設ける。そして、封止層３を形成するシートを溶解させて太陽電池セル４を封止させて表面保護層２と密着させる際に、その波長変換フィルム６１の貫通部６２ａから封止剤を溶出させて表面保護層２との密着性を高める。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面保護層と封止層との間に設けられ、太陽電池セルに照射される光の波長を変換する波長変換材を含有させてなる波長変換フィルムにおいて、
表面保護層と封止層を密着させるための貫通する貫通部と、波長変換材を含有させた非貫通部とを設けるようにしたことを特徴とする波長変換フィルム。
【請求項２】
前記波長変換フィルムが、前記貫通部と非貫通部によってメッシュ状に構成されるものである請求項１に記載の波長変換フィルム。
【請求項３】
隣接する太陽電池セルと太陽電池セルの隙間に、太陽電池セルの上方よりも相対的に大きな面積の非貫通部を有するように構成した請求項１に記載の波長変換フィルム。
【請求項４】
前記波長変換フィルムが、表面保護層の縁部よりも内側に縁部を有するようにしたものである請求項１に記載の波長変換フィルム。
【請求項５】
表面保護層と封止層と太陽電池セルとを設けてなる太陽光パネルにおいて、
表面保護層と封止層との間に、封止層と表面保護層を密着させるための上下方向に貫通した貫通部を有するように波長変換層を設けるようにしたことを特徴とする太陽光パネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、太陽光パネルに使用される波長変換フィルム、および、そのフィルムが使用される太陽光パネルに関するものであり、より詳しくは、波長変換フィルムによって波長変換層を形成し、発電効率を向上させるようにした太陽光パネルなどに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、太陽光発電は、紫外光〜青色光の領域では発電効率が低いと言われている。そのため、近年では太陽光に含まれる紫外線領域の光を、発電効率のよい波長領域の光に変換させる波長変換材を設けるようにした方法が各種提案されている（特許文献１など）。このような波長変換材を設けるようにすれば、従来発電に寄与しない波長の光を発電に寄与させることができ、発電効率を向上させることができるようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４２３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、このような波長変換材を設けるようにする場合、次のような問題を生じる。
【０００５】
まず、第一に、一般的な太陽光パネルは、表面にガラスなどの表面保護層を設けるとともに、その下に封止剤で構成された封止層や太陽電池セルなどを設け、この封止剤によって太陽電池セルを封止させるとともに表面保護層との密着性を高めて耐候性を高めるようにしている。
【０００６】
しかるに、このような構造において、表面保護層と封止剤との間に波長変換層を設けると、封止剤と表面保護層との密着性が悪くなってしまい、表面保護層が封止層から剥離してしまう可能性がある。
【０００７】
また、封止剤と太陽電池セルの間に波長変換層を設けた場合、封止剤と表面保護層との密着性はよくなるが、封止剤による紫外線吸収によって本来波長変換すべき波長の光が波長変換材に届かなくなってしまう。
【０００８】
さらには、波長変換材そのものは光の透過性が悪いため、紫外線の波長を変換させたとしても、濃度や粒子径によっては、本来の光そのものが太陽電池セルに届かなくなってしまい、全体としての発電効率が悪くなってしまう可能性もある。
【０００９】
そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、太陽光パネルの表面保護層との密着性をよくするとともに、全体としての光の透過性をよくする波長変換フィルムおよびこの波長変換フィルムを使用した太陽光パネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
すなわち、本発明は上記課題を解決するために、表面保護層と封止層との間に設けられ、太陽電池セルに照射される光の波長を変換する波長変換材を含有させてなる波長変換フィルムにおいて、表面保護層と封止層を密着させるために上下方向に貫通する貫通部と、波長変換材を含有する非貫通部とを設けるようにしたものである。
【００１１】
このように構成すれば、波長変換フィルムを表面保護層と封止層の間に挟み込むことで、貫通部から封止剤を溶出させることができ、表面保護層との密着性を高めることができるようになる。また、このような波長変換フィルムを表面保護層と封止層との間に設けるので、封止層で紫外線が吸収される前に紫外線領域の光を有効な波長領域の光に変換させることができるようになる。
【００１２】
また、このような発明において、波長変換フィルムを、前記貫通部と非貫通部によってメッシュ状に構成する。
【００１３】
このようにすれば、例えば、格子状のメッシュの貫通部から封止剤を溶出させることができるため、表面保護層との密着性を高めることができるようになる。
【００１４】
さらには、このような波長変換フィルムを設ける場合、太陽電池セルの上方における貫通部の面積を、隣接する太陽電池セルと太陽電池セルの隙間上方の貫通部の面積よりも相対的に大きくする。
【００１５】
このようにすれば、太陽電池セルの真上の波長変換材が相対的に少なくなるため、波長変換材による光の透過性が悪くなって発電効率が悪くなることがなくなる。また、その太陽電池セルの周辺に存在する波長変換材によって紫外線を有効な波長に変換することができるようになる。
【００１６】
また、波長変換フィルムを、表面保護層の縁部よりも内側に縁部を設けるようにする。
【００１７】
このようにすれば、表面保護層の縁を封止剤で密着させることができ、縁部からの水の浸入などを防止することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、表面保護層と封止層との間に設けられ、太陽電池セルに照射される光の波長を変換する波長変換材を含有させてなる波長変換フィルムにおいて、表面保護層と封止層を密着させるために上下方向に貫通する貫通部と、波長変換材を含有する非貫通部とを設けるようにしたので、波長変換フィルムを表面保護層と封止層の間に挟み込むことで貫通部から封止剤を溶出させることができる。これにより、表面保護層との密着性を高めることができるようになる。また、このような波長変換フィルムを表面保護層と封止層との間に設けるので、封止層で紫外線が吸収される前に紫外線領域の光を有効な波長領域の光に変換させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施の形態を示す太陽光パネルの断面概略図
【図２】同形態における各層を示す分解斜視図
【図３】同形態における種々の波長変換フィルムを示す図
【図４】同形態における種々の波長変換フィルムを示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
【００２１】
本発明の波長変換フィルム６１が使用される太陽光パネル１は、表面保護層２と封止層３との間に波長変換フィルム６１を設けて波長変換層６を形成できるようにしたものであって、特徴的には、その波長変換フィルム６１を貫通部６２ａと非貫通部６２ｂを有するようにメッシュ状に構成し、封止層３を加熱溶解させる際に、波長変換フィルム６１の貫通部６２ａから封止剤を溶出させて表面保護層２との密着性を高めるようにしたものである。以下、本実施の形態における波長変換フィルム６１が使用される太陽光パネル１の構造について説明する。
【００２２】
＜太陽光パネル１の構造＞
まず、太陽光パネル１の基本構造について説明する。太陽光パネル１は、図１や図２に示すように、太陽光が照射する側から、表面保護層２、封止層３、太陽電池セル４、バックシート５などを設け、この表面保護層２と封止層３との間にメッシュ状の波長変換フィルム６１からなる波長変換層６を形成するようにしたものである。また、それ以外に、必要に応じて、表面側に反射防止膜や撥水コートを設け、また、裏面側に放熱シートなどを設けるようにすることもできる。このうち、表面保護層２については、二酸化ケイ素を含むガラス、ポリカーボネート、アクリル、ポリエステル、フッ化ポリエチレンなどで構成することもできるが、ここでは、表面保護層２としてガラスを用いることとする。
【００２３】
封止層３は、太陽電池セル４を封止して保護する役割を担うものであって、表面保護層２との密着性の高い素材や、透明性、柔軟性、引張強度、耐候性などを有する素材で構成される。この封止層３としては、代表的なものとして、ＥＶＡ（エチレン酢酸ビニル共重合樹脂）などを用いる。このＥＶＡは、ガラスとの密着性が高く、柔軟性・低温特性を有し、成形加工性に優れるとともに、耐水性や耐紫外線性にも優れる性質を有しているため、現在では太陽光パネルに最もよく使用されている。このＥＶＡを用いる場合は、紫外線吸収剤を含有させるようにして太陽電池セル４を保護するようにしてもよい。また、封止層３としては、これ以外に、フッ素系樹脂、アイオノマー樹脂、エチレン−アクリル酸またはメタクリル酸共重合体、ポリエチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、ポリエチレン等のポリオレフィン系樹脂をアクリル酸等の不飽和カルボン酸で変性した酸変性ポリオレフィン系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、シリコン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリル系樹脂などを用いることができる。
【００２４】
太陽電池セル４は、シリコン系、化合物系、有機系などの太陽電池セルを用いることができるが、ここでは、結晶シリコン系として単結晶シリコンや多結晶シリコンなどの太陽電池セル４を用いる場合について説明する。この太陽電池セル４は、太陽光パネル１内にアレイ状に複数配置され、図１に示すように、隣接する太陽電池セル４の上面と下面に跨ってリードフレーム４１を接続させている。このとき、上下左右に隣接する太陽電池セル４との間には、隙間４３が形成されることになる。
【００２５】
バックシート５は、封止層３の下面側に設けられるもので、耐久性、耐候性、バリア性を有し、また、電気絶縁性、封止剤との高い密着性能を有する素材で構成される。このようなバックシート５としては、例えば、封止層３に接する上面側から順に、接着性樹脂層、ＰＥＴ層、フッ素フィルム層を積層させた一枚のフィルムで構成されたものを用いることができる。また、このフッ素フィルムをフッ素コーティングに代えたものや、これ以外に、中間層にバリアフィルムやアルミ箔などを設けるようにしたものを用いてもよい。さらには、本出願人が先に提案する特開２０１３−８０８８０号公報に開示されるように、表面に複数の凸部を有するポリオレフィン系樹脂を有し、これに耐電圧フィルムおよび裏面側樹脂フィルムを順に備えたものも用いることができる。
【００２６】
そして、このような構成において、封止層３とガラスなどで構成された表面保護層２との間に波長変換フィルム６１によって構成された波長変換層６を設けるようにする。
【００２７】
この波長変換層６は、微細粒状の波長変換材６４を樹脂に混合させた波長変換フィルム６１で形成されるものであって、短波長の光（近紫外光〜青色光）を吸収して長波長の光（緑色〜近赤外光）に変換させる機能を有する。この波長変換材６４としては、粒状の蛍光体を用い、例えば、ＭＭｇＡｌ10Ｏ17：Ｅｕ、Ｍｎであり、ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａの一種または複数種の元素である蛍光体、または、蛍光体の母体材料が（Ｂａ、Ｓｒ）2ＳｉＯ4、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）2ＳｉＯ4、Ｂａ2ＳｉＯ4、Ｓｒ3ＳｉＯ5、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ）3ＳｉＯ5、（Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ）3ＭｇＳｉ2Ｏ8、Ｃａ3Ｓｉ2Ｏ7、Ｃａ2ＺｎＳｉ2Ｏ7、Ｂａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12、Ｃａ3Ｓｃ2Ｓｉ3Ｏ12のいずれかを含む蛍光体、あるいは蛍光体の母体材料がＭＡｌＳｉＮ3で表され、ＭはＢａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇのいずれか一種または複数種の元素である蛍光体などを用いることができる。また、この蛍光体の平均粒子径としては、光散乱強度や添加濃度との関係を考慮して、１μｍ〜５０μｍ程度としておくのが好ましい。
【００２８】
このような蛍光体から構成された波長変換材６４については、封止剤の中に一体的に混合させておいてもよいが、封止剤に一体的に混合させた場合、波長変換材６４がガラス面側に偏ってしまうとガラスとの密着性が悪くなり、また、太陽電池セル４の真上に蛍光体が多く存在することになるため、光の透過性が悪くなって発電効率が悪くなる可能性がある。また、波長変換材６４が太陽電池セル４側に偏ってしまうと、封止剤による紫外線吸収によって、本来変換すべき紫外線が波長変換材６４に届かなくなる。このため、この実施の形態では、波長変換材６４を混合させた波長変換フィルム６１に上下方向に貫通する貫通部６２ａと波長変換材６４を含有する非貫通部６２ｂを設け、これを封止層３の表面に積層してその貫通部６２ａから封止剤を溶出させるとともに、その貫通部６２ａから太陽光を直接太陽発電セルに入射させ、非貫通部６２ｂで波長変換を行うようにしている。
【００２９】
このような波長変換層６を形成するための波長変換フィルム６１としては、次のようなものを用いることができる。
【００３０】
＜波長変換フィルム６１＞
【００３１】
まず、第一の実施の形態では、波長変換フィルム６１として、図３に示すように、波長変換材６４を混合させた糸状体６３を経糸および緯糸として織り込んだものを用いる。なお、本発明との関係において、この糸状体６３が非貫通部６２ｂを構成することになる。この糸状体６３を形成する場合、溶解させた樹脂に波長変換材６４を混合させ、これを射出成形させて糸状体６３を形成する。このとき、波長変換材６４を混合させるための樹脂としては、透明性が高く、しかも、封止剤を溶解させる際の加熱温度よりも融点の高いものを用いる。ここで、封止剤よりも融点が低いと、封止剤を溶解させる際に波長変換フィルム６１も一緒に溶解してしまい、比重の重い波長変換材６４が封止層３に混入してしまう可能性がある。そこで、このような混入を防止するために、封止剤を溶解させる際の加熱温度よりも融点の高い樹脂を用い、これによって、加熱時に波長変換フィルム６１を溶解させないようにする。また、この糸状体６３を織り込む場合には、図３（ａ）に示すように、各経糸および緯糸で所定の貫通部６２ａを有するように格子状に編み込む方法や、図３（ｂ）に示すように、太陽電池セル４の大きさに対応する大きさの貫通部６２ａを形成するように経糸や緯糸を編み込んで太陽電池セル４と太陽電池セル４の隙間４３に経糸や緯糸（非貫通部６２ｂ）を位置させる方法などを用いることができる。なお、太陽電池セル４と太陽電池セル４の間に糸状体６３を配置させる場合、波長変換材６４の法線方向の真下に太陽電池セル４は存在しないことになるが、実際には照射された光が、波長変換材６４で散乱し、太陽電池セル４に光が照射されることになる。
【００３２】
また、この波長変換フィルム６１の別の形態として、図３（ｃ）に示すように、太陽電池セル４の真上に一又は数本の経糸および緯糸を配置させるようにしてもよい。すなわち、相対的に太陽電池セル４と太陽電池セル４の隙間４３に多くの波長変換材６４を配置させ、逆に、相対的に太陽電池セル４の真上には少しの波長変換材６４（非貫通部６２ｂ）を配置させるようにすることもできる。
【００３３】
また、図３（ａ）〜（ｃ）では、波長変換材６４を混合させた糸状体６３で構成するようにしたが、図４に示すように、同様の材料で構成された一枚の樹脂シートに波長変換材６４を混合させるようにしてもよい。なお、本発明との関係において、この樹脂シートの存在する部分が非貫通部６２ｂを構成することになる。このように一枚の樹脂シートに波長変換材６４を混合させる場合は、糸状体６３を織り込んで樹脂シートを形成する場合のように織り込み部分に厚みができることがなく、封止の際に上下方向に空隙ができる可能性を低くできる。この樹脂シートを形成する場合、同様に、図４（ａ）に示すように、格子状に貫通部６２ａを形成して、その貫通部６２ａから下層の封止剤を溶出させる。この格子状の貫通部６２ａを形成する場合、太陽電池セル４よりも小さな貫通部６２ａを有するように貫通部６２ａを形成してもよく、あるいは、図４（ｂ）に示すように、太陽電池セル４を避けるように貫通部６２ａを形成してもよい。すなわち、太陽電池セル４と太陽電池セル４の間に多くの波長変換材６４を設けるようにする。あるいは、このような格子状の貫通部６２ａを形成することなく、例えば、図４（ｃ）に示すように、一枚のシートにパンチで間欠的に穴を開けて貫通部６２ａを形成することもできる。このような穴を開ける場合、図４（ｄ）に示すように、太陽電池セル４の真上に穴を開けていく方法などを用いることができる。
【００３４】
なお、このような波長変換フィルム６１を形成する場合、表面保護層２であるガラスの縁部２１よりも内側に端部もしくは端辺を位置させるようにしておき（図２参照）、下層の封止剤と表面保護層２とを縁部２１で密着させるようにしておく。
【００３５】
次に、このように構成された波長変換フィルム６１などを用いて太陽光パネル１を製造する方法について説明する。
【００３６】
まず、太陽光パネル１を製造する場合、隣接する太陽電池セル４の上面および下面にリードフレーム４１を接続し、これをアレイ状に配置する。また、これとともに、表面保護層２であるガラスに格子状の貫通部６２ａを有する波長変換フィルム６１を載せ、その上に封止剤のシートを積層する。そして、その上面にリードフレーム４１で接続された太陽光パネル１を配置する。このとき、波長変換フィルム６１の貫通部６２ａが太陽電池セル４の大きさに対応している場合は、太陽電池セル４をその貫通部６２ａに位置させるように配置する。そして、その上面に封止剤を構成するシートを載せ、さらに、その上面にバックシート５を載せる。
【００３７】
そして、このように積層させたものをキュア炉に入れ、真空状態にして熱と圧力を掛けて半完成品の状態にする。このとき、キュア炉内では１５０℃前後で１０分〜１５分程度加熱する。
【００３８】
すると、太陽電池セル４の上下に設けられた封止剤が溶解し、太陽電池セル４を包み込むとともに、波長変換フィルム６１の貫通部６２ａや縁部２１の近傍から溶解した封止剤が表面保護層２に密着する。このとき、波長変換フィルム６１は溶解することなく、表面保護層２と封止剤との間に挟まれたままの状態となる。
【００３９】
そして、キュア炉を冷却させた後に一体化された半完成品を取り出し、図１に示すように、ガラスの縁部２１にフレーム７を取り付けるとともに、バックシート５に端子ボックス４２を取り付けて太陽光パネル１を完成させる。
【００４０】
このように構成された表面側から太陽光パネル１に光を照射させた場合、波長変換材６４の存在しない部分に入射した光は、そのまま太陽電池セル４に届いて発電を行うとともに、波長変換材６４の存在している部分に入射した光は、分散されて長波長の光に変換され、太陽電池セル４に届くようになる。このとき、太陽電池セル４と太陽電池セル４との間に照射した光は、本来発電に寄与することはないが、その部分に波長変換材６４を設けているため、分散された光によって発電効率を向上させることができるようになる。
【００４１】
このように上記実施の形態によれば、表面保護層２と封止層３との間に設けられ、太陽電池セル４に照射される光の波長を変換する波長変換材６４を含有させてなる波長変換フィルム６１において、表面保護層２と封止層３を密着させるための貫通する貫通部６２ａと、波長変換材６４を含有させてなる非貫通部６２ｂとを設けるようにしたので、波長変換フィルム６１を表面保護層２と封止層３の間に挟み込むことで貫通部６２ａから封止剤を溶出させることができ、表面保護層２との密着性を高めることができるようになる。また、このような波長変換フィルム６１を表面保護層２と封止層３との間に設けるので、封止層３で紫外線が吸収される前に紫外線領域の光を有効な波長領域の光に変換させることができるようになる。
【００４２】
また、波長変換フィルム６１を、前記貫通部６２ａと非貫通部６２ｂによってメッシュ状に構成したので、格子状のメッシュの貫通部６２ａから封止剤を溶出させることができ、表面保護層２との密着性を高めることができるようになる。
【００４３】
さらには、このような波長変換フィルム６１を設ける場合、太陽電池セル４の上方における貫通部６２ａの全体面積を、隣接する太陽電池セル４と太陽電池セル４の隙間上方における貫通部６２ａの全体面積よりも相対的に大きくしたので、太陽電池セル４の真上の波長変換材６４が相対的に少なくなるため、波長変換材６４による光の透過性が悪くなって発電効率が悪くなることがなくなる。また、その太陽電池セル４の周辺に存在する波長変換材６４によって紫外線を有効な波長に変換することができるようになる。
【００４４】
また、波長変換フィルム６１を、表面保護層２の縁部２１よりも内側に縁部を設けるようにしたので、表面保護層２の縁部２１を封止剤で密着させることができ、縁部２１からの水の浸入などを防止することができる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。
【００４６】
例えば、上記実施の形態では、波長変換層６を構成するための波長変換フィルム６１を形成する場合、封止剤よりも融点の高い樹脂に波長変換材６４を混合させるようにしたが、封止剤と同じ樹脂（ＥＶＡなど）に波長変換材６４を混合させるようにしてもよい。この場合、表面保護層２であるガラスを下面にして加熱溶解させるようにすると、比重の重い波長変換材６４がガラス表面側に移動するため、封止層３の奥方に波長変換材６４が混入してしまうことがない。
【００４７】
また、上記実施の形態では、貫通部６２ａとして格子状の穴を設けて構成するようにしたが、ストライプ状の貫通部を形成してもよい。すなわち、波長変換材６４を線状もしくは帯状にして封止層３と表面保護層２の間に配置するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４８】
１・・・太陽光パネル
２・・・表面保護層（２１  縁部）
３・・・封止層
４・・・太陽電池セル（４１  リードフレーム、４２  端子ボックス、４３  隙間）
５・・・バックシート
６・・・波長変換層（６１  波長変換フィルム、６２ａ  貫通部、６２ｂ、非貫通部、６３  糸状体、６４  波長変換材）
７・・・フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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