(57)【要約】【課題】高い発電効率を得ることが可能な太陽電池モジュール及び太陽光発電装置を提供する。【解決手段】光入射面と、光入射面よりも面積の小さい光射出面と、を有し、光入射面から入射した外光の一部を１又は複数の光機能材料によって吸収し、１又は複数の光機能材料で吸収された光とは異なる光に変換して光射出面から射出させる集光板と、集光板の光射出面から射出された光を受光する太陽電池素子と、光入射面に入射した光のうち１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光を吸収し、１又は複数の光機能材料のいずれかによって吸収される光に変換して射出する波長変換体と、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光入射面と、前記光入射面よりも面積の小さい光射出面と、を有し、前記光入射面から入射した外光の一部を１又は複数の光機能材料によって吸収し、前記１又は複数の光機能材料で吸収された光とは異なる光に変換して前記光射出面から射出させる集光板と、
前記集光板の前記光射出面から射出された光を受光する太陽電池素子と、
前記光入射面に入射した光のうち前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光を吸収し、前記１又は複数の光機能材料のいずれかによって吸収される光に変換して射出する波長変換体と、
を含む太陽電池モジュール。  
【請求項２】
前記波長変換体は、前記集光板の前記光入射面とは反対側の面の側に配置されている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記波長変換体は、前記集光板の前記光入射面とは反対側の面の側に空気層を介して配置されている請求項２に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記波長変換体は、無機波長変換材料からなる複数の粒子を含む請求項２又は３に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記１又は複数の光機能材料のいずれかの吸収スペクトルのピーク波長と前記波長変換体の発光スペクトルのピーク波長とが概ね一致している請求項１から４までのいずれか一項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、太陽電池モジュール及び太陽光発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集光板の端面に太陽電池セルを設置し、集光板の内部を伝播した光を太陽電池セル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に記載の太陽光エネルギー変換器が知られている。この太陽光エネルギー変換器は、集光板内に入射した太陽光によって蛍光体を発光させ、蛍光体から放射された蛍光を集光板の端面に設置された太陽電池セルに伝播させることで発電している。
【０００３】
一方、特許文献２及び特許文献３には、導光体の内部に複数の蛍光体を分散させ、導光体に入射した光を、当該光よりも太陽電池素子において分光感度の高い光に変換し太陽電池素子に入射させる構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５８−４９８６０号公報
【特許文献２】国際公開第２０１２／６３６５１号
【特許文献３】国際公開第２０１２／１１５２４８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、太陽光スペクトルは２８０ｎｍ〜４０００ｎｍの波長域を有する。特許文献１〜３においては、蛍光体によって、太陽光スペクトルのうち３００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の光を吸収することができるが、６００ｎｍを超える波長域の光を吸収することはできない。そのため、太陽光スペクトルのうち６００ｎｍを超える波長域の光は、導光体を透過し、発電に寄与しない。よって、特許文献１〜３では、高い発電効率を得ることはできない。
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、高い発電効率を得ることが可能な太陽電池モジュール及び太陽光発電装置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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
（１）すなわち、本発明の第一の態様に係る太陽電池モジュールは、光入射面と、前記光入射面よりも面積の小さい光射出面と、を有し、前記光入射面から入射した外光の一部を１又は複数の光機能材料によって吸収し、前記１又は複数の光機能材料で吸収された光とは異なる光に変換して前記光射出面から射出させる集光板と、前記集光板の前記光射出面から射出された光を受光する太陽電池素子と、前記光入射面に入射した光のうち前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光を吸収し、前記１又は複数の光機能材料のいずれかによって吸収される光に変換して射出する波長変換体と、を含むことを特徴とする。
【０００８】
（２）上記（１）に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体は、前記集光板の前記光入射面とは反対側の面の側に配置されていてもよい。
【０００９】
（３）上記（２）に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体は、前記集光板の前記光入射面とは反対側の面の側に空気層を介して配置されていてもよい。
【００１０】
（４）上記（２）又は（３）に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体は、無機波長変換材料からなる複数の粒子を含んでいてもよい。
【００１１】
（５）上記（４）に記載の太陽電池モジュールでは、互いに隣り合う２つの前記粒子の間には空隙が形成されていてもよい。
【００１２】
（６）上記（２）から（５）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体の前記集光板の側とは反対側には反射板が配置されていてもよい。
【００１３】
（７）上記（６）に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体は、前記反射板の前記集光板の側の面に形成されていてもよい。
【００１４】
（８）上記（２）から（７）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体は、前記光入射面に入射した光のうち前記集光板を通過した光の少なくとも一部を散乱してもよい。
【００１５】
（９）上記（１）に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体は、前記集光板の内部に含まれていてもよい。
【００１６】
（１０）上記（９）に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体の少なくとも一部は、有機波長変換材料からなる複数の粒子を含んでいてもよい。
【００１７】
（１１）上記（９）又は（１０）に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体の少なくとも一部は、無機波長変換材料からなる複数の粒子を含んでいてもよい。
【００１８】
（１２）上記（１）から（１１）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記１又は複数の光機能材料のいずれかの吸収スペクトルのピーク波長と前記波長変換体の発光スペクトルのピーク波長とが概ね一致していてもよい。
【００１９】
（１３）上記（１２）に記載の太陽電池モジュールでは、前記複数の光機能材料は、互いに異なる複数種類の光機能材料であり、前記複数種類の光機能材料のうち少なくとも一種の光機能材料の吸収スペクトルのピーク波長と前記波長変換体の発光スペクトルのピーク波長とが概ね一致していてもよい。
【００２０】
（１４）上記（１２）又は（１３）に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体は、互いに異なる複数種類の波長変換体であり、前記複数種類の波長変換体のうち少なくとも一種の波長変換体の発光スペクトルのピーク波長と前記１又は複数の光機能材料のいずれかの吸収スペクトルのピーク波長とが概ね一致していてもよい。
【００２１】
（１５）上記（１）から（１４）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体は、前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光の少なくとも一部を、前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光よりも短波長の光に変換してもよい。
【００２２】
（１６）上記（１５）に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体のいずれかによって吸収される光の波長域は、前記１又は複数の光機能材料のいずれかによって吸収される光の波長域よりも長波長であってもよい。
【００２３】
（１７）上記（１６）に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体は、前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光と相互作用する発光中心を有し、前記発光中心は、基底状態との間に、前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光が有するエネルギー以下のエネルギーギャップを持つ第１の励起状態を有していてもよい。
【００２４】
（１８）上記（１７）に記載の太陽電池モジュールでは、前記発光中心は、基底状態との間に、前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光が有するエネルギーよりも高いエネルギーギャップを持つ第２の励起状態を有していてもよい。
【００２５】
（１９）上記（１８）に記載の太陽電池モジュールでは、前記第１の励起状態は、基底状態との間の電子遷移が禁制であってもよい。
【００２６】
（２０）上記（１９）に記載の太陽電池モジュールでは、前記発光中心は、開殻ｆ電子を有する元素を含んでいてもよい。
【００２７】
（２１）上記（２０）に記載の太陽電池モジュールでは、前記元素は、希土類元素であってもよい。
【００２８】
（２２）上記（２０）又は（２１）に記載の太陽電池モジュールでは、前記元素は、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、又はＨｏ（ホルミウム）であってもよい。
【００２９】
（２３）上記（１６）から（２２）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記波長変換体は、増感剤を含んでいてもよい。
【００３０】
（２４）上記（２３）に記載の太陽電池モジュールでは、前記増感剤は、Ｙｂ（イッテルビウム）であってもよい。
【００３１】
（２５）本発明の第一の態様に係る太陽光発電装置は、上記（１）から（２４）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュールを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明によれば、高い発電効率を得ることが可能な太陽電池モジュール及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】
【００３３】
【図１】第１実施形態に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図２】第１実施形態に係る太陽電池モジュールを示す平面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】多光子励起蛍光体の発光中心のエネルギーダイアグラムの一例を示す図である。
【図５】多光子励起蛍光体のエネルギーダイアグラムの一例を示す図である。
【図６】比較例１に係る太陽電池モジュールの作用を説明するための図である。
【図７】比較例１に係る太陽電池モジュールにおいて太陽光スペクトルのうち集光板が吸収する波長域を説明するための図である。
【図８】太陽電池素子の変換効率の波長依存性を示す図である。
【図９】比較例１に係る太陽電池モジュールにおいて太陽光スペクトルのうち蛍光体が吸収できる最大波長と太陽電池素子のバンドギャップに相当する波長との関係を示す図である。
【図１０】第１実施形態に係る太陽電池モジュールの作用を説明するための図である。
【図１１】第１実施形態に係る太陽電池モジュールにおいて太陽光スペクトルのうち蛍光体が吸収する波長域と波長変換体が変換する波長域とを説明するための図である。
【図１２】蛍光体の吸収スペクトルを説明するための図である。
【図１３】波長変換体が有機波長変換材料からなる層である場合における全反射を説明するための図である。
【図１４】波長変換体が無機波長変換材料からなる複数の粒子を含む場合における表面散乱を説明するための図である。
【図１５】波長変換体が有機波長変換材料からなる層である場合における光透過を説明するための図である。
【図１６】波長変換体が無機波長変換材料からなる複数の粒子を含む場合における表面反射を説明するための図である。
【図１７】第１実施形態に係る太陽電池モジュールにおいて集光板における光透過を説明するための図である。
【図１８】比較例２に係る太陽電池モジュールにおいて単結晶型太陽電池における光透過を説明するための図である。
【図１９】比較例３に係る太陽電池モジュールにおいて多結晶型太陽電池における光透過を説明するための図である。
【図２０】ＩＴＯ（ＩＴＯ膜）の透過スペクトルを示す図である。
【図２１】アクリル（ＰＭＭＡ）の透過スペクトルを示す図である。
【図２２】第１実施形態に係る集光板の透過スペクトルを示す図である。
【図２３】比較例２に係る太陽電池モジュールにおける単結晶型太陽電池の断面図である。
【図２４】第２実施形態に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図２５】太陽光のスペクトル（エアマス１．５）を示す図である。
【図２６】４種類の蛍光体のそれぞれの吸収スペクトル及び４種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルを示す図である。
【図２７】４種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルを示す図である。
【図２８】４種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルを、太陽光スペクトル及び４種類の蛍光体を混在した集光板の透過スペクトルと共に示す図である。
【図２９】多光子励起蛍光体としてＮａＹＦ４：Ｅｒ，Ｙｂを用いたときの発光スペクトル及び励起スペクトルを示す図である。
【図３０】多光子励起蛍光体としてＮａＹＦ４：Ｅｒ，Ｙｂを用いたときの発光スペクトルと４種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルとの関係を示す図である。
【図３１】３種類の蛍光体のそれぞれの吸収スペクトル及び３種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルを示す図である。
【図３２】３種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルを示す図である。
【図３３】３種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルを、太陽光スペクトル及び３種類の蛍光体を混在した集光板の透過スペクトルと共に示す図である。
【図３４】多光子励起蛍光体としてＧｄ２（ＷＯ４）３：Ｔｍ，Ｙｂを用いたときの発光スペクトル及び励起スペクトルを示す図である。
【図３５】多光子励起蛍光体としてＧｄ２（ＷＯ４）３：Ｔｍ，Ｙｂを用いたときの発光スペクトルと３種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルとの関係を示す図である。
【図３６】第３実施形態に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図３７】第４実施形態に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図３８】第５実施形態に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図３９】第６実施形態に係る太陽電池モジュールを示す断面図である。
【図４０】太陽光発電装置の概略構成図である。
【図４１】５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルを、太陽光スペクトル及び５種類の蛍光体を混在した集光板の透過スペクトルと共に示す図である。
【図４２】多光子励起蛍光体としてPhosphor Technology Ltd（英国）社製のものを用いたときの発光スペクトル、吸収スペクトル及び吸収エネルギーのスペクトルを、太陽光スペクトル、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルと共に示す図である。
【図４３】多光子励起蛍光体としてＥｒ３＋単独付活したものを用いたときの発光スペクトル、吸収スペクトル及び吸収エネルギーのスペクトルを、太陽光スペクトル、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルと共に示す図である。
【図４４】多光子励起蛍光体としてＹｂ３＋，Ｅｒ３＋共付活したものを用いたときの発光スペクトル、吸収スペクトル及び吸収エネルギーのスペクトルを、太陽光スペクトル、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルと共に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
[第１実施形態]
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜図２３を用いて説明する。
尚、以下の全ての図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。
【００３５】
図１は、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１を示す断面図である。
【００３６】
図１に示すように、太陽電池モジュール１は、集光板２と、太陽電池素子３と、波長変換体７と、反射板８と、を備えている。
【００３７】
集光板２は、第１主面２ａと、第２主面２ｂと、端面２ｃと、を有している。第１主面２ａは、光入射面である。第２主面２ｂは、第１主面２ａとは反対側の面である。端面２ｃは、光射出面である。
【００３８】
集光板２は、透明基材２０中に、蛍光体２１を分散させた蛍光集光板である。透明樹脂２０は、ＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂などの透明性の高い有機材料、もしくはガラスなどの透明性の無機材料からなる。ＰＭＭＡ樹脂としては、三菱レイヨン社製のアクリライト（登録商標）は広い波長域に対して高い透光性を有することから好適である。
【００３９】
本実施形態では、透明基材２０としてＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．４９）を用いる。集光板２は、このＰＭＭＡ樹脂中に蛍光体２１を分散させて形成されている。なお、この集光板２の屈折率は、分散させている蛍光体２１の量が少ないため、ＰＭＭＡ樹脂と同程度の１．５０となっている。
【００４０】
蛍光体２１は、紫外光または可視光を吸収して可視光または赤外光を発光し放射する光機能材料である。光機能材料としては、有機蛍光体が挙げられる。
このような有機蛍光体としては、クマリン系色素、ペリレン系色素、フタロシアニン系色素、スチルベン系色素、シアニン系色素、ポリフェニレン系色素，キサンテン系色素，ピリジン系色素、オキサジン系色素、クリセン系色素、チオフラビン系色素、ペリレン系色素、ピレン系色素、アントラセン系色素、アクリドン系色素、アクリジン系色素、フルオレン系色素、ターフェニル系色素、エテン系色素、ブタジエン系色素、ヘキサトリエン系色素、オキサゾール系色素、クマリン系色素、スチルベン系色素、ジ−およびトリフェニルメタン系色素、チアゾール系色素、チアジン系色素、ナフタルイミド系色素、アントラキノン系色素等が好適に使用され、具体的には、３−（２’−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２’−ベンゾイミダゾリル）−７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）、３−（２’−Ｎ−メチルベンゾイミダゾリル）−７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン３０）、２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフルオロメチルキノリジン（９，９ａ，１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）などのクマリン系色素や、クマリン色素系染料であるベーシックイエロー５１や、ソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６などのナフタルイミド系色素や、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン３Ｂ、ローダミン１０１、ローダミン１１０、スルホローダミン、ベーシックバイオレット１１、ベーシックレッド２などのローダミン系色素、１−エチル−２−〔４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル〕ピリジニウム−パークロレート（ピリジン１）などのピリジン系色素、さらには、シアニン系色素、あるいはオキサジン系色素などが用いられる。
【００４１】
なお、蛍光体として無機蛍光体を用いることもできる。
さらに、各種染料（直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など）も、蛍光性があれば本発明の蛍光体として使用可能である。
【００４２】
本実施形態の場合、集光板２の内部には、１種類の蛍光体２１が分散されている。蛍光体２１は、橙色光を吸収して赤色の蛍光を放射する。本実施形態では、蛍光体２１としてBASF社製LumogenＲ３０５（商品名）を用いる。蛍光体２１は、概ね６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する。蛍光体２１の発光スペクトルは、６１０ｎｍにピーク波長を有する。
【００４３】
なお、１種類の蛍光体を用いる場合に限らず、複数種類（２種類もしくは３種類以上）の蛍光体を用いてもよい。
【００４４】
蛍光体を二種以上併用する場合、これら蛍光体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蛍光体から放射された光を、太陽電池素子への射出光とするように構成してもよい。
【００４５】
フェルスター機構は、光の発生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、光の発生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、エネルギー移動効率はほぼ１００％にすることが可能であり、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。エネルギーのロスを抑制して効率よく発電を行うためには、例えば、併用する蛍光体の透明基材中での密度を高くすればよい。
【００４６】
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。したがって、蛍光体以外に、このような非発光体を光機能性材料として、透明基材中に分散させてもよい。
【００４７】
太陽電池素子３は、受光面が集光板２の端面２ｃに対向して配置されている。太陽電池素子３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、太陽電池素子３として好適である。特に、蛍光体２１の発光スペクトルのピーク波長（６１０ｎｍ）において高効率を示す化合物系太陽電池であるＧａＡｓ太陽電池が望ましい。他にも、化合物系太陽電池として、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）２、ＣｕＩｎＳ２、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等を用いてもよい。また、量子ドット太陽電池として、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ等を用いてもよい。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。
【００４８】
太陽電池素子３は、集光板２の端面２ｃに透明接着剤６により接合されている。透明接着剤６は、エチレン・酢酸ビニル共重合体（ＥＶＡ）、エポキシ系接着剤、シリコーン系接着剤、ポリイミド系接着剤等の熱硬化性接着剤が好適である。なお、透明接着剤６の屈折率は、集光板２と同程度の１．５０となっている。尚、透明接着剤６の代わりに、液状又はゲル状の光学接触材料を用いてもよい。例えば、光学接触材料は、液浸レンズを有する光学顕微鏡に使用される光学オイル（イマージョンオイル：屈折率１．５１）などの透明性を有し、且つ、集光板２と略同じ屈折率を有する材料であってもよい。
【００４９】
次に、集光板２及び太陽電池素子３の保持状態の一例を、図２及び図３を用いて説明する。
図２は、第１実施形態に係る太陽電池モジュール１を示す平面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００５０】
図２に示すように、集光板２は平面視矩形の板部材である。集光板２のサイズは、一例として、長辺の長さが１００ｃｍ程度、短辺の長さが９０ｃｍ程度、厚みが４ｍｍ程度である。
【００５１】
太陽電池素子３は、集光板２の４つの端面２ｃに設置されている。なお、太陽電池素子３の設置数はこれに限らず、太陽電池素子３を集光板２の１ないし３つの端面２ｃに設置してもよい。
【００５２】
太陽電池素子３を集光板２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を設置することが好ましい。  
【００５３】
反射層としては、ＥＳＲ（Enhanced Specular Reflector）反射フィルム（３Ｍ社製）等の誘電体多層膜からなる反射層を用いることができる。本材料を用いれば、可視光下において９８％以上の高い反射率を実現できる。なお、反射層としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の金属膜からなる反射層を用いてもよい。
【００５４】
フレーム４は、平面視矩形枠状である。フレーム４は、集光板２を保持するものである。フレーム４は、太陽電池素子３を覆って形成されている。フレーム４の肉厚は２ｍｍ程度である。フレーム４の形成材料は、Ａｌ等の金属である。この他にも、フレーム４の形成材料としては種々の材料を用いることができる。特に、高強度かつ軽量な材料を用いることが好ましい。
【００５５】
図２及び図３に示すように、位置規制部材５は、第１主面２ａの法線方向から見て、集光板２とフレーム４とが重なる部分に設けられている。位置規制部材５は、集光板２とフレーム４との相対位置を規制するものである。具体的には、位置規制部材５は、第１主面２ａに平行な方向と第１主面２ａに垂直な方向における集光板２とフレーム４との相対位置を規制する。
【００５６】
集光板２には、貫通孔２０ｈが設けられている。位置規制部材５の貫通部材としてネジを用いる。ネジ５は、フレーム４に固定されている。
【００５７】
ネジ５の形成材料は金属を用いる。この他にも、ネジ５の形成材料としては種々の材料を用いることができる。特に、高強度を得る観点からステンレス鋼（ＳＵＳ）等の合金を用いることが好ましい。
【００５８】
図２に示すように、フレーム４は、集光板２の各辺ごとに分割されている。フレーム４は、第１サブフレーム４１と、第２サブフレーム４２と、を有する。第１サブフレーム４１は、集光板２の短辺に沿って配置されている。第１サブフレーム４１は、互いに対向する２つの短辺にそれぞれ１つずつ、計２つ配置されている。第２サブフレーム４２は、集光板２の長辺に沿って配置されている。第２サブフレーム４２は、互いに対向する２つの長辺にそれぞれ１つずつ、計２つ配置されている。
【００５９】
ネジ穴４１ｈは、第１サブフレーム４１の貫通孔２０ｈに重なる部分に設けられている。第１サブフレーム４１の端部は、ネジ等の固定部材４３により第２サブフレーム４２の端部に固定されている。
【００６０】
図３に示すように、フレーム４は、天板部４ａと、底板部４ｂと、側壁部４ｃと、を備えている。ここでは、フレーム４の構成として、第１サブフレーム４１が、天板板４１ａと、底板部４１ｂと、側壁部４１ｃと、を備えている図を挙げて説明する。なお、第２サブフレーム４２の構成は、これと同様の構成を有する。
【００６１】
天板部４１ａは、太陽電池素子３を覆って形成されている。天板部４１ａの一端部は側壁部４１ｃに接続されている。天板部４１ａの他端部は集光板２の第１主面２ａの端部まで延在している。底板部４１ｂは、集光板２を挟んで天板部４１ａと対向して配置されている。底板部４１ｂの一端部は側壁部４１ｃに接続されている。底板部４１ｂの他端部は集光板２の貫通孔２０ｈを超える部分まで延在している。底板部４１ｂの集光板２の長手方向の長さは、天板部４１ａの集光板２の長手方向の長さよりも長くなっている。ネジ穴４１ｈは、底板部４１ｂにおいて天板部４１ａよりも延びている部分に設けられている。
【００６２】
底板部４１ｂにおいて、集光板２と反射板８との間にはスペーサー４５が設けられている。スペーサー４５の高さは、波長変換体７の厚みよりも大きい。スペーサー４５と集光板２との間には反射膜４６が設けられている。反射膜４６は、ＥＳＲを用いることができる。
【００６３】
フレーム４の内壁面４ｓと太陽電池素子３とが離間している。第１サブフレーム４１の内壁面４１ｓと太陽電池素子３の受光面とは反対側の面３ｓとの間には空間４０が設けられている。空間４０には空気層が介在している。
【００６４】
尚、フレーム４の構成については図３を用いて詳細に説明したが、これに限らない。図３で説明したフレーム４の構成は一例であり、この構成以外のフレームを用いた場合においても本発明を適用可能である。
【００６５】
図１に戻り、波長変換体７は、集光板２の第２主面２ｂの側に空気層９を介して配置されている。これにより、集光板２の屈折率と空気層９の屈折率との間の屈折率差が大きいため、集光板２を伝播する光が集光板２と空気層９との間の界面で全反射しやすくなり、光の損失を低減できる。例えば、集光板２の屈折率を１．５、空気層９の屈折率を１．０とすると、集光板２と空気層９との界面における臨界角は、Snellの法則から４２°程度となる。当該界面への光の入射角が臨界角である４２°よりも大きい間は臨界角条件を満たすため、光は当該界面で全反射する。
【００６６】
尚、波長変換体７は、集光板２の第２主面２ｂに接して配置されていてもよい。但し、光の損失を低減する観点からは、波長変換体７は、集光板２の第２主面２ｂの側に空気層９を介して配置されていることが好ましい。
【００６７】
波長変換体７は、集光板２の第１主面２ａに入射した光のうち蛍光体２１によって吸収されなかった光を吸収し、蛍光体２１によって吸収される光に変換して射出する。波長変換体７は、蛍光体２１によって吸収されなかった光の少なくとも一部を、蛍光体２１によって吸収されなかった光よりも短波長の光に変換する。波長変換体７によって吸収される光の波長域は、蛍光体２１によって吸収される光の波長域よりも長波長である。波長変換体７は、集光板２の第１主面２ａに入射した光のうち集光板２を透過した光の少なくとも一部を散乱する。
【００６８】
本実施形態に係る波長変換体７は、無機波長変換材料からなる複数の粒子７０を含む。互いに隣り合う２つの粒子７０の間には空隙７１が形成されている。例えば、粒子７０は、多光子励起蛍光体である。
【００６９】
波長変換体７の集光板２とは反対側には反射板８が配置されている。波長変換体７は、反射板８の集光板２の側の面に形成されている。
【００７０】
反射板８は、ＥＳＲを用いることができる。本材料を用いれば、可視光下において９８％以上の高い反射率を実現できる。なお、反射板８としては、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の金属板を用いてもよい。また、反射板８としては、古川電工社製のマイクロ発泡ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の拡散反射性を有するものを用いてもよい。
【００７１】
以下、多光子励起蛍光体の発光原理について図４及び図５を用いて説明する。
図４は、多光子励起蛍光体の発光中心のエネルギーダイアグラムの一例を示す図である。
【００７２】
多光子励起蛍光体（波長変換体）は、蛍光体２１によって吸収されなかった光と相互作用する発光中心を有する。多光子励起蛍光体は、無機材料、有機材料、ポリマー等の固体材料又は封止された液体材料である。多光子励起蛍光体は、光を吸収又は発光するイオン又は分子（発光中心）を有する。
【００７３】
図４に示すように、発光中心は、基底状態Ｅ０との間に、蛍光体２１によって吸収されなかった光が有するエネルギー以下のエネルギーギャップを持つ第１の励起状態Ｅ１を有する。発光中心は、基底状態Ｅ０との間に、蛍光体２１によって吸収されなかった光が有するエネルギーよりも高いエネルギーギャップを持つ第２の励起状態Ｅ２を有する。
【００７４】
発光中心は、先ず光を一度吸収して基底状態Ｅ０から第１の励起状態Ｅ１に励起される。次に、発光中心は、光を再度吸収して第１の励起状態Ｅ１から第２の励起状態Ｅ２に励起される。そして、第２の励起状態Ｅ２に存在する発光中心は、第２の励起状態Ｅ２から基底状態Ｅ０に遷移すると共に、吸収した二つの光よりも短波長の光を放出する。
尚、図４においては、光の吸収回数が２回の場合について示したが、３回以上の場合であってもよい。
【００７５】
第１の励起状態Ｅ１は、基底状態Ｅ０との間の電子遷移が禁制であってもよい。これにより、高量子収率で長波長光を短波長に変換（アップコンバージョン）することができる。その理由は以下の通りである。
【００７６】
高量子収率でアップコンバージョンするには、発光中心が一つ目の光を吸収した後、二つ目の光を吸収するまで、第１の励起状態Ｅ１に止まっている必要がある。そのためには、発光中心が第１の励起状態Ｅ１から基底状態Ｅ０に遷移することを抑制する必要があるからである。従って、基底状態Ｅ０と第１の励起状態Ｅ１との間の電子遷移は禁制であることが望ましい。
【００７７】
基底状態Ｅ０と第１の励起状態Ｅ１との間の電子遷移は禁制であることの例としては、ｓ−ｓ遷移（ｓ軌道同士の電子遷移）、ｓ−ｄ遷移（ｓ軌道とｄ軌道間の電子遷移）、ｐ−ｐ遷移（ｐ軌道同士の電子遷移）、ｐ−ｆ遷移（ｐ軌道とｆ軌道間の電子遷移）、ｄ−ｄ遷移（ｄ軌道同士の電子遷移）、ｆ−ｆ遷移（ｆ軌道同士の電子遷移）が挙げられる。
【００７８】
これらの中でも、ｄ−ｄ遷移、ｆ−ｆ遷移といった原子核付近に局在した軌道間の電子遷移であることが望ましい。その理由は、ｄ軌道、ｆ軌道は、ｓ軌道、ｐ軌道と比較して原子核付近に局在しており、結晶場による禁制の崩れが少ないため、第１の励起状態Ｅ１に長時間止まっていることが可能であるからである。また、特にｆ−ｆ遷移であることが好ましい。その理由は、ｆ−ｆ遷移はｄ−ｄ遷移よりも局在度がより高いからである。
【００７９】
尚、多光子励起蛍光体の発光原理の詳細については、非特許文献１：「Chemical Reviews 2004,vol.104,No.1」に記載されている。
【００８０】
発光中心は、開殻ｆ電子を有する元素を含んでいてもよい。開殻ｆ電子を有する元素は、例えばＥｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、又はＨｏ（ホルミウム）等の希土類元素である。その理由は、Ｅｒ３＋（エルビウムイオン）、Ｔｍ３＋（ツリウムイオン）、又はＨｏ３＋（ホルミウムイオン）等の開殻ｆ軌道を持つイオンはｆ−ｆ遷移による励起が可能であるからである。
【００８１】
図５は、多光子励起蛍光体のエネルギーダイアグラムの一例を示す図である。
図５の左段はＥｒ３＋単独付活の場合のエネルギーダイアグラムであり、図５の右段はＹｂ３＋，Ｅｒ３＋共付活の場合のエネルギーダイアグラムである。図５において、縦軸は波数[１０４ｃｍ−１]である。また、図５において、４Ｓ３／２、４ｌ９／２、４ｌ１５／２等の記号は、それぞれのエネルギー準位における電子配置を表す記号である。全軌道角運動量をＬ、全スピン角運動量をＳ、全角運動量をＪとしたときに、「２Ｓ＋１ＬＪ」と表される。
【００８２】
図５に示すように、ｆ軌道は、ｓ軌道、ｐ軌道及びｄ軌道よりも原子核付近に局在しており、結晶場による禁制の崩れが少ないため、第１の励起状態Ｅ１に長時間止まっていることが可能である。従って、基底状態Ｅ０と第１の励起状態Ｅ１との間の電子遷移としては、ｆ−ｆ遷移が最適である。
【００８３】
多光子励起蛍光体は、増感剤を含んでいてもよい。増感剤は、例えばＹｂ（イッテルビウム）である。多光子励起蛍光体がＹｂ３＋（イッテルビウムイオン）を有する場合、先ずＹｂ３＋を光で励起した後、Ｙｂ３＋から発光中心（例えば、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋、又はＨｏ３＋）にエネルギー移動をしてもよい。これにより、増感剤としてのＹｂ３＋の濃度と発光中心の濃度とをそれぞれ独立して最適化できるため、より量子収率が高い多光子励起蛍光体を作製することができる。
【００８４】
特に、Ｙｂ３＋の濃度を発光中心の濃度よりも高くすることで、Ｙｂ３＋で吸収した光をＹｂ３＋よりも濃度が低い発光中心に集めることができる。そのため、第１の励起状態Ｅ１から第２の励起状態Ｅ２への励起を生じやすくすることができ、その結果、量子収率を向上させることができる。
【００８５】
例えば、多光子励起蛍光体としては、表１に示す材料が用いられるが、これらに限られるものではない。  
【００８６】
【表１】
2015005604.tif 000003
【００８７】
尚、表１において、材料の欄の左側は母体結晶であり、材料の欄の右側は付活元素である。励起強度[ｍＷ]（励起密度[Ｗ／ｃｍ２]）、λｅｍｉ[ｎｍ]（発光スペクトルのピーク波長）、η[％]（発光フォトン数／吸収フォトン数）のそれぞれは、波長９８０ｎｍのレーザーを用いて多光子励起蛍光体の材料を励起したときの値である。
【００８８】
また、多光子励起蛍光体は、表１に示した無機材料でなくても、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋、又はＨｏ３＋を有する金属錯体を含むポリマーであったり、非特許文献２：「Chemical Physics letters 2011,vol.516,56」に示すようなイオン性流体を封止した層であったりしてもよい。
【００８９】
以下、図６〜図２３を用いて、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の作用を、比較例に係る太陽電池モジュール（比較例１、比較例２及び比較例３）と比較しつつ説明する。
【００９０】
先ず、本実施形態と比較例１とを対比して、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の作用を説明する。
【００９１】
図６は、比較例１に係る太陽電池モジュール２００１の作用を説明するための図である。
図６に示すように、比較例１に係る太陽電池モジュール２００１は、集光板２と、太陽電池素子３と、を備えている。太陽電池モジュール２００１は、波長変換体７及び反射板８を備えていない。
【００９２】
図７は、比較例１に係る太陽電池モジュール２００１において太陽光スペクトルのうち集光板２が吸収する波長域を説明するための図である。図７において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は強度[Ｗ／ｍ２／ｎｍ]である。
【００９３】
図７に示すように、太陽光のスペクトルＳｐ（エアマス１．５）の大部分は、３００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲の波長域に分布している。蛍光体２１の吸収スペクトルＳｐ１は、３００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の波長域に分布している。この場合、蛍光体２１が吸収できる最大波長（６００ｎｍ）よりも長波長の太陽光は発電に利用することができない。
【００９４】
図６及び図７に示すように、比較例１に係る太陽電池モジュール２００１においては、蛍光体２１によって、太陽光スペクトルのうち３００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の光Ｌ１を吸収することができるが、６００ｎｍを超える波長域の光Ｌ２を吸収することはできない。そのため、太陽光スペクトルのうち６００ｎｍを超える波長域の光Ｌ２は、集光板２を透過し、発電に寄与しない。よって、高い発電効率を得ることはできない。
【００９５】
また、蛍光体２１は、太陽光を吸収し、太陽電池素子３の光‐電力変換効率（光を電力に変換する効率、以下単に「変換効率」と称することがある。）が高い波長で発光する。そのため、蛍光体２１が吸収できる最大波長は、太陽電池素子３の変換効率の最大波長よりも小さくする必要がある。
【００９６】
図８は、太陽電池素子３の変換効率の波長依存性を示す図である。図８において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は変換効率[％]である。図８において、ＧａＡｓ太陽電池のバンドギャップに相当する波長（８７０ｎｍ）を波長λｇ１、ｃ-Ｓｉ太陽電池のバンドギャップに相当する波長（１１２０ｎｍ）を波長λｇ２とする。
【００９７】
図８に示すように、結晶シリコン（ｃ-Ｓｉ）太陽電池、ＧａＡｓ太陽電池、ＣｕＩｎＧａＳｅ系混晶太陽電池（ＣＩＧＳ太陽電池）、ＩｎＧａＰ太陽電池のいずれも、変換効率は各太陽電池素子の材料のバンドギャップで決まる波長で変換効率が最大となる。例えば、ｃ-Ｓｉ太陽電池の場合、バンドギャップに相当する波長λｇ（１１２０ｎｍ）よりも少し短波長側で変換効率が最大となる。ＧａＡｓ太陽電池の場合、バンドギャップに相当する波長λｇ１（８７０ｎｍ）付近で変換効率が最大となる。そして、それよりも長波長側は、急峻に低下し、それよりも短波長側は変換効率が緩慢に低下する。
【００９８】
図９は、比較例１に係る太陽電池モジュールにおいて太陽光スペクトルのうち蛍光体２１が吸収できる最大波長と太陽電池素子３のバンドギャップに相当する波長との関係を示す図である。図９において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は変換効率[％]である。
【００９９】
図９に示すように、例えば、蛍光体２１が吸収できる最大波長（６００ｎｍ）を波長λｍ、ＧａＡｓ太陽電池のバンドギャップに相当する波長（８７０ｎｍ）を波長λｇ１、ｃ-Ｓｉ太陽電池のバンドギャップに相当する波長（１１２０ｎｍ）を波長λｇ２とする。この場合、波長λｍは、波長λｇ１及びλｇ２よりも短波長としなければならない。波長λｇ１及びλｇ２は、太陽電池の材料で決まる値である。そのため、波長λｍを長波長化するには限界がある。
【０１００】
図１０は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の作用を説明するための図である。
図１０に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール１は、集光板２と、太陽電池素子３と、波長変換体７と、反射板８と、を備えている。波長変換体７は、集光板２の第２主面２ｂの側に空気層９を介して配置されている。波長変換体７は、反射板８の集光板２の側の面に形成されている。
【０１０１】
図１１は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１において太陽光スペクトルのうち集光板２が吸収する波長域と波長変換体７が変換する波長域とを説明するための図である。図１１において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は強度[Ｗ／ｍ２／ｎｍ]である。
【０１０２】
図１１に示すように、太陽光のスペクトルＳｐ（エアマス１．５）の大部分は、３００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲の波長域に分布している。蛍光体２１の吸収スペクトルＳｐ１は、３００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の波長域に分布している。この場合、蛍光体２１が吸収できる最大波長（６００ｎｍ）よりも長波長の太陽光は発電に利用することができない。
【０１０３】
図１０及び図１１に示すように、蛍光体２１によって、太陽光スペクトルのうち３００ｎｍ〜６００ｎｍの波長域の光Ｌ１を吸収することができるが、６００ｎｍを超える波長域の光Ｌ２を吸収することはできない。そのため、太陽光スペクトルのうち６００ｎｍを超える波長域の光Ｌ２は、集光板２を透過する。この波長域の光Ｌ２は、比較例１において全く利用されていなかったものである。
【０１０４】
しかし、本実施形態に係る太陽電池モジュール１においては、波長変換体７の吸収スペクトルＳｐ２が６００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲の波長域の少なくとも一部に存在している。そのため、波長変換体７によって、集光板２を透過した光Ｌ２の一部が吸収され、蛍光体２１によって吸収可能な光Ｌ３に変換して射出される。その結果、波長変換体７によって変換された光Ｌ３が蛍光体２１によって吸収されることにより、比較例１において全く利用されていなかった光が発電に寄与できるようになる。
【０１０５】
本実施形態においては、比較例１に係る太陽電池モジュール２００１に、波長変換体７及び反射板８を付加するだけで、その他の構成を大きく変更することなく、発電量を増加させることができる。
【０１０６】
尚、本実施形態においては、波長変換体７が発光する光Ｌ３の波長域と、蛍光体２１が吸収する波長域とがなるべく重なっていることが好ましい。例えば、蛍光体２１の吸収スペクトルのピーク波長と、波長変換体７の発光スペクトルのピーク波長とが概ね一致するようにする。ここで、「概ね一致する」とは次のように定義される。
【０１０７】
「概ね一致する」とは、波長変換体７の発光スペクトルのピーク波長が、以下に示す「第一の波長範囲」に含まれていることを意味する。
「第一の波長範囲」は「波長３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で、蛍光体２１の吸収スペクトルのピーク波長における吸光度（又は吸光度）を１としたとき、蛍光体２１の吸光度（又は吸収率）が０．１以上である波長域」と定義する。
【０１０８】
図１２は、蛍光体の吸収スペクトルを説明するための図である。図１２において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は吸光度[a.u.]である。また、蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長をλｐとする。また、蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長λｐにおける吸光度を１としたとき、吸光度が０．５になる波長を０．５λ１，０．５λ２（ただし、０．５λ１＜λｐ＜０．５λ２）、吸光度が０．１になる波長を０．１λ１，０．１λ２（ただし、０．１λ１＜λｐ＜０．１λ２）とする。
【０１０９】
例えば、図１２の場合、「第一の波長範囲」は、０．１λ１≦λ≦０．１λ２である。ここで、蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長λｐは、波長３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で、蛍光体２１の吸光度が最も大きくなる波長である。「第一の波長範囲」は蛍光体２１の吸収帯域であるので、波長変換体７の発光を吸収することが可能である。
【０１１０】
また、波長変換体７の発光スペクトルのピーク波長が、以下に示す「第二の波長範囲」に含まれていることがさらに好ましい。
「第二の波長範囲」は「波長３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で、蛍光体２１の吸収スペクトルのピーク波長における吸光度（又は吸光度）を１としたとき、蛍光体２１の吸光度（又は吸収率）が０．５以上である波長域」と定義する。
【０１１１】
例えば、図１２の場合、「第二の波長範囲」は、０．５λ１≦λ≦０．５λ２である。「第二の波長範囲」は蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長λｐの半値全幅の範囲であり、蛍光体２１の吸収ピーク波長λｐの近傍であるため、波長変換体７の発光をより効率よく十分に吸収することが可能である。
【０１１２】
また、波長変換体７は、無機波長変換材料からなっていてもよいし、有機波長変換材料からなっていてもよいが、無機波長変換材料からなる複数の粒子の積層膜であることが好ましい。さらに好ましくは、互いに隣り合う２つの粒子の間に空隙（空気又は低屈折媒質）が形成されていることが望ましい。
以下、その理由について図１３〜図１６を用いて説明する。
【０１１３】
図１３は、波長変換体２０７が有機波長変換材料からなる層である場合における全反射を説明するための図である。
図１４は、波長変換体７が無機波長変換材料からなる複数の粒子７０を含む場合における表面散乱を説明するための図である。
【０１１４】
図１３に示すように、太陽電池モジュール１０１は、波長変換体２０７が有機波長変換材料からなる層である。太陽電池モジュール１０１の場合、波長変換体２０７からの発光光のうち波長変換体２０７と空気層９との屈折率差で決まる臨界角以上の発光成分は、波長変換体２０７と空気層９との界面において全反射する。そのため、波長変換体２０７からの発光光を十分に上方に取り出すことができないおそれがある。
【０１１５】
図１４に示すように、太陽電池モジュール１は、波長変換体７が無機波長変換材料からなる複数の粒子７０を含む。互いに隣り合う２つの粒子７０の間には空隙７１が形成されている。一般に、無機波長変換体の屈折率は１．８以上の高屈折率である。そのため、太陽電池モジュール１の場合、粒子７０から等方発光した光が粒子７０と空隙７１との界面で屈折、反射し、その結果光散乱性を有する。そのため、粒子７０から等方発光した光は周辺の粒子７０と空隙７１で構成される波長変換体７を進むうちに、散乱され、上方に取り出され易くなる。
【０１１６】
図１５は、波長変換体２０７が有機波長変換材料からなる層である場合における光透過を説明するための図である。
図１６は、波長変換体７が無機波長変換材料からなる複数の粒子７０を含む場合における表面反射を説明するための図である。
【０１１７】
図１５に示すように、太陽電池モジュール１０１の場合、波長変換体２０７は太陽光の波長域（３００ｎｍ〜６００ｎｍ）の成分（蛍光体２１によって吸収される光）を透過する。そのため、波長変換体２０７に入射した光は、反射板８の表面で反射する。
【０１１８】
これに対し、太陽電池モジュール１の場合、図１６に示すように、波長変換体７には粒子７０と空隙７１との界面が複数存在する。そのため、蛍光体２１によって吸収される光が集光板２を透過しても、集光板２を透過した光の大部分は、波長変換体７に深く入射することができず、波長変換体７の表面近傍で反射する。従って、反射板８の反射率が低くても、反射板８が反射性材料でなくても、反射板８が設けられていなくても、高い反射率を実現することができる。
【０１１９】
次に、本実施形態と比較例２及び比較例３を対比して、本実施形態に係る太陽電池モジュール１の作用を説明する。
【０１２０】
図１７は、本実施形態に係る太陽電池モジュール１において集光板２における光透過を説明するための図である。
【０１２１】
図１７に示すように、太陽光スペクトルのうち６００ｎｍを超える波長域の光Ｌ１０（集光板２に含まれる蛍光体によって吸収されない波長域の光）は、集光板２を透過する。光Ｌ１０に対する集光板２の透過率は、比較例２及び比較例３に係る透過率よりも高い。以下、その理由について説明する。
【０１２２】
本実施形態に係る太陽電池モジュール１においては、光Ｌ１０に対して集光板２はほとんど吸収帯域を有さない。また、光Ｌ１０が集光板２を透過する際に透過する界面は第１主面２ａ及び第２主面２ｂの二つの界面のみである。集光板２の屈折率は１．５程度であるため、空気との屈折率差により決まる界面での表面反射率は、比較例２及び比較例３に係る表面反射率よりも小さい。
【０１２３】
図１８は、比較例２に係る太陽電池モジュール３００１において単結晶型太陽電池３００３における光透過を説明するための図である。
【０１２４】
図１８に示すように、比較例２に係る太陽電池モジュール３００１は、表面電極３００２と、単結晶型太陽電池３００３と、透明電極３００４と、波長変換体３００５と、を備えている。
【０１２５】
表面電極３００２は、光反射性を有する電極である。表面電極３００２は、単結晶型太陽電池３００３の光入射面にメッシュ状に配置されている。単結晶型太陽電池３００３は、例えば、単結晶シリコン太陽電池である。透明電極３００４は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide、インジウム錫酸化物）である。透明電極３００４は、単結晶型太陽電池３００３の光入射面とは反対側の面の全体に配置されている。波長変換体３００５は、透明電極３００４の単結晶型太陽電池３００３とは反対側の面に形成されている。
【０１２６】
比較例２に係る太陽電池モジュール３００１においては、光Ｌ１０に対する単結晶型太陽電池３００３の透過率は、表面電極３００２の開口率に依存する。また、多層構造（表面電極３００２、単結晶型太陽電池３００３及び透明電極３００４の積層構造）であるため、光Ｌ１０が単結晶型太陽電池３００３を透過する際に透過する界面が多い。また、シリコン（Ｓｉ）等の太陽電池に用いられる半導体材料の屈折率は、集光板２の屈折率と比較してはるかに高い。例えば、シリコンの屈折率は約３．８＠６３０ｎｍである。そのため、光Ｌ１０に対する単結晶型太陽電池３００３の透過率は、光Ｌ１０に対する集光板２の透過率よりも小さいと考えられる。
【０１２７】
図１９は、比較例３に係る太陽電池モジュール４００１において多結晶型太陽電池４００３における光透過を説明するための図である。
【０１２８】
図１９に示すように、比較例３に係る太陽電池モジュール４００１は、単結晶型太陽電池３００３に替えて多結晶型太陽電池４００３を備えている点で、比較例２に係る太陽電池モジュール３００１と異なる。その他の構成は、比較例２と同様であるため、比較例２と同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【０１２９】
多結晶型太陽電池４００３は、例えば、多結晶シリコン太陽電池である。多結晶型太陽電池４００３は、多結晶間の界面４００３ａが多い。
【０１３０】
比較例３に係る太陽電池モジュール４００１においては、光Ｌ１０に対する多結晶型太陽電池４００３の透過率は、表面電極３００２の開口率に依存する。また、多層構造であるため、光Ｌ１０が多結晶型太陽電池４００３を透過する際に透過する界面が多い。また、シリコン（Ｓｉ）等の太陽電池に用いられる半導体材料の屈折率は、集光板２の屈折率と比較してはるかに高い。さらに、多結晶型太陽電池４００３であるため、多結晶間の界面４００３ａが多い。
そのため、光Ｌ１０に対する多結晶型太陽電池４００３の透過率は、光Ｌ１０に対する集光板２の透過率よりも小さいと考えられる。
【０１３１】
また、比較例２及び比較例３に係る太陽電池モジュール３００１，４００１のそれぞれにおいては、太陽電池の裏面電極を透明電極にする必要があるが、太陽電池用として求められる高移動度を有し且つ低いシート抵抗及び高い赤外透明性を兼ね備えた透明電極は現時点で得られていない。例えば、代表的な透明導電膜であるＩＴＯは、１０００ｎｍよりも長波長領域では透過率が急激に低下する。
【０１３２】
また、太陽電池用としては大面積化を図る必要があるが、太陽電池の裏面電極として透明電極を用いることは、太陽電池の裏面電極として金属材料を用いる構成と比較して、大幅なコストアップとなる。例えば、ＩＴＯはインジウム（Ｉｎ）が希少元素であり、供給不安定の懸念がある。
【０１３３】
また、ＩＴＯは、低抵抗率を有する透明導電膜として一般的である。ＩＴＯの場合、伝導率を増加させるためにキャリア濃度が高く製造されている。物質には、物質固有のプラズマ周波数があり、それよりもエネルギーの低い光は反射される。プラズマ周波数はキャリア濃度と相関がある。ＩＴＯの場合、プラズマ周波数は近赤外領域に存在し、それよりもエネルギーの低い光（長波長光）は反射される。従って、ＩＴＯのように伝導率の高い（キャリア濃度の高い）材料は、プラズマ反射の影響により近赤外〜赤外波長域の透過率が低いのが一般的である。
【０１３４】
以下、参考のために、一般的なＩＴＯ（ＩＴＯ膜）の透過スペクトル、アクリル（ＰＭＭＡ）の透過スペクトル及び本実施形態に係る集光板２の透過スペクトルのそれぞれについて、図２０〜図２２を用いて説明する。
【０１３５】
図２０は、一般的なＩＴＯ（ＩＴＯ膜）の透過スペクトル示す図である。
図２１は、アクリル（ＰＭＭＡ）の透過スペクトルを示す図である。
図２２は、本実施形態に係る集光板２の透過スペクトルを示す図である。
図２０〜図２２において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は透過率[％]である。
【０１３６】
図２０に示すように、ＩＴＯの透過スペクトルは、波長６００ｎｍ付近で透過率が最大となる。そして、それよりも長波長側及び短波長側においては、透過率が低下する。特に、１０００ｎｍよりも長波長領域では透過率が急激に低下していることが分かる。
【０１３７】
図２１では、本実施形態に係る集光板２の透明基材２０として厚みを変えたＰＭＭＡの透過スペクトルを比較例としての無機ガラスの透過スペクトルとともに示している。ＰＭＭＡの厚みは、２ｍｍ、３ｍｍ、６ｍｍとした。
【０１３８】
図２１に示すように、ＰＭＭＡの透過スペクトルは、厚み２ｍｍ、３ｍｍ、６ｍｍのそれぞれにおいて、４５０ｎｍ〜１１００ｎｍの範囲の波長域で透過率が最大となる。この範囲の波長域においては、ＰＭＭＡの透過率は、厚み２ｍｍ、３ｍｍ、６ｍｍのそれぞれにおいて、無機ガラスの透過率よりも高い。
【０１３９】
図２２に示すように、本実施形態に係る集光板２の透過スペクトルは、６５０ｎｍ以上の長波長域において透過率が最大となる。  
【０１４０】
次に、比較例２及び比較例３に係る構成（シリコン太陽電池の裏面電極を透明電極とした構成）が本実施形態に係る構成と比較して劣る点について、必要に応じて図２３を参照しつつ説明する。
【０１４１】
シリコンは吸収係数が小さいため、シリコンに太陽光を十分に吸収させるためには、シリコンの厚みを厚くする必要がある。しかし、シリコンの厚みを厚くするとコストアップになる。そのため、裏面電極として反射性の高いＡｇを用いたり、シリコン表面にテクスチャー構造を設けて光閉じ込め効果を大きくしたりして、シリコンの厚みをできるだけ薄くし、コストアップを最小限に抑えるように工夫されている。しかし、裏面電極を透明にした場合には、裏面電極からの反射が得られない。そのため、シリコンに太陽光を十分に吸収させるためには、裏面電極からの反射が得られる従来よりもシリコンの厚みを厚くする必要が生じるため、コストアップになるとともに、重量が重くなってしまう。
【０１４２】
また、シリコン太陽電池は、表面電極、ｎ型シリコン層（以下ｎ層と称する。）、ｉ型シリコン層（以下ｉ層と称する。）、ｐ型シリコン層（以下ｐ層と称する。）、裏面電極の積層構造から成る。シリコン太陽電池は、積層方向に対して非対称である。
これにより、光を表面側（表面電極側）から照射する場合と、光を裏面側（裏面電極側）から照射する場合とで、光電力変換効率が異なる場合がある。
そのため、シリコン太陽電池においては、光を表面側（表面電極側）から照射する場合と比較して、光を裏面側（裏面電極側）から照射する場合の光電力変換効率が低下する場合がある。その要因は、例えば、次のような理由による。
【０１４３】
一般に、シリコン太陽電池は、ｐ型基板上にｎ層を形成して作製される。この理由は、少数キャリアの拡散長が正孔よりも電子の方が大きいため、ｎ層をできるだけ薄くしたいからである。例えば、図２３に示すようなｐ型シリコン基板上にｎ層を形成したシリコン太陽電池を考える。
【０１４４】
図２３は、比較例２に係る太陽電池モジュール３００１における単結晶シリコン太陽電池３００３の断面図である。
【０１４５】
図２３に示すように、単結晶シリコン太陽電池３００３は、光入射面から順にｎ層３００３ｎ、ｉ層３００３ｉ及びｐ層３００３ｐを備えている。
【０１４６】
単結晶シリコン太陽電池３００３に光Ｌ１０が入射した場合、ｎ層３００３ｎ、ｉ層３００３ｉ及びｐ層３００３ｐの全ての層でキャリア（電子−正孔）が発生する。発生したキャリアを電流として取り出すには、キャリアが電極まで運ばれなくてはならない。キャリアが電極に到達する前に再結合してしまうと、電流として取り出すことができない。
【０１４７】
ｉ層３００３ｉで発生したキャリアは内部電界により電荷分解され、効率良く電流として取り出すことができる。しかし、ｎ層３００３ｎやｐ層３００３ｐで発生したキャリアは、電界が無いため、キャリアの拡散により輸送されて電流として取出される。多数キャリア（ｐ層であれば正孔、ｎ層であれば電子）の場合は、電極まで到達するまでに再結合したとしても電流低下に大きな影響を及ぼさないが、少数キャリア（ｐ層であれば電子、ｎ層であれば正孔）の場合は、電極まで到達するまでに再結合すると電流低下に大きな影響を与える。
【０１４８】
従って、ｉ層３００３ｉから少数キャリアの拡散長以下の距離にあるキャリアしかｉ層３００３ｉに輸送されない。つまり、ｉ層３００３ｉからキャリアの拡散長よりも離れた場所で発生したキャリアは、再結合のため、電流として十分に取り出すことができない。単結晶シリコン太陽電池３００３の場合は、ｐ層３００３ｐの下部（例えば図２３中のキャリア発生領域ＣＡ２）がそれに該当する。
【０１４９】
前述した通り、一般的な単結晶シリコン太陽電池３００３は、太陽光入射面より、表面電極３００２、ｎ層３００３ｎ、ｉ層３００３ｉ、ｐ層３００３ｐ、裏面電極の積層構造を構成し、その中でｐ層３００３ｐの厚さが相対的に最も厚い。図２３に示すように、ｉ層３００３ｉは太陽光入射面から浅い領域に存在する。
【０１５０】
例えば、光入射面から光Ｌ１０が入射した場合、光入射面から浅い領域を中心に、つまりｉ層３００３ｉ近傍（例えば図２３中のキャリア発生領域ＣＡ１）を中心に多くのキャリアが発生する。前述の通り、ｉ層３００３ｉ近傍に発生したキャリアは効率よく電流として取り出すことができる。
一方、波長変換体３００５から波長変換された光が裏面電極３００４側から単結晶シリコン太陽電池３００３に入射する場合、光入射面から浅い領域を中心に、つまり、ｐ層３００３ｐの下部（例えば図２３中のキャリア発生領域ＣＡ２）を中心に多くのキャリアが発生する。前述の通り、ｐ層３００３ｐの下部に発生したキャリアは、その「キャリアが発生した位置とｉ層３００３ｉまでの距離」が「キャリアの拡散長」よりも大きい場合、電流として取り出すことはできない。
【０１５１】
キャリアが発生する位置（入射面からの深さ）は、入射光の波長に依存し、一義的に決められることができないが、単結晶シリコン太陽電池３００３の積層構造の非対称性に由来して、表面電極３００２側から入射した場合と裏面電極３００４側から入射した場合とで効率の差異が生じる事が少なくとも推定できる。
【０１５２】
これに対し、本実施形態における太陽電池モジュール１によれば、集光板２のいずれの面から光が入射しても蛍光体２１がその入射光を吸収する。入射光を吸収した蛍光体２１は発光し、その発光は集光板中を導光した後で、必ず太陽電池素子３の表面に入射する。そのため、本実施形態における太陽電池モジュール１によれば、集光板２のいずれの面から光が入射してもその光電力変換効率は変わらない。
つまり、本実施形態における太陽電池モジュール１は、その形状、構造の対称性に由来して、集光板２のいずれの面から光が入射してもその光電力変換効率は変わらない特長を有する。
【０１５３】
以上説明したように、本実施形態における太陽電池モジュール１によれば、波長変換体７によって、集光板２に入射した光のうち蛍光体２１によって吸収されずに集光板２を透過した光が吸収され、蛍光体２１によって吸収可能な光に変換して射出される。そのため、波長変換体７によって変換された光が蛍光体２１によって吸収されることにより、従来導光体を透過し発電に寄与しなかった光が発電に寄与できるようになる。従って、本実施形態によれば、高い発電効率を得ることができる。
【０１５４】
また、本実施形態によれば、波長変換体７が集光板２の第２主面２ｂの側に配置されているため、集光板２に入射した光のうち集光板２を透過した光を波長変換体７によって十分に吸収することができ、蛍光体２１によって吸収可能な光に変換して射出することができる。
【０１５５】
仮に、波長変換体７が集光板２の内部に配置されていると、集光板２の導光特性が低下するおそれがある。これに対し、本実施形態によれば、波長変換体７が集光板２の外部（第２主面２ｂの側）に配置されているため、集光板２の導光特性が低下することを回避することができる。
【０１５６】
また、本実施形態によれば、波長変換体７が集光板２の第２主面２ｂの側に空気層９を介して配置されているため、集光板２の屈折率と空気層９の屈折率との間の屈折率差が大きい。そのため、集光板２を伝播する光が集光板２と空気層９との間の界面で全反射しやすくなり、光の損失を低減できる。
【０１５７】
また、本実施形態によれば、波長変換体７が無機波長変換材料からなる複数の粒子７０を含むため、集光板２に入射した光のうち集光板２を透過した光を複数の粒子７０によって十分に吸収することができ、蛍光体２１によって吸収可能な光に変換して射出することができる。
【０１５８】
また、本実施形態によれば、互いに隣り合う２つの粒子７０の間には空隙７１が形成されているため、粒子７０から等方発光した光が粒子７０と空隙７１との界面で屈折、反射し、その結果光散乱性を有する。そのため、粒子７０から等方発光した光は周辺の粒子７０と空隙７１で構成される波長変換体７を進むうちに、散乱され、上方に取り出され易くなる。従って、波長変換体７によって蛍光体２１に吸収可能に変換された光が集光板２に向けて射出され易くなる。
【０１５９】
また、本実施形態によれば、波長変換体７の集光板２の側とは反対側に反射板８が配置されているため、集光板２を透過した光がさらに波長変換体７を透過しても、波長変換体７によって蛍光体２１に吸収可能に変換した光が集光板２の側とは反対側に向かっても、これらの光は反射板８の表面で反射される。従って、光の損失を低減できる。
【０１６０】
また、本実施形態によれば、波長変換体７が反射板８の集光板８の側の面に形成されているため、集光板２を透過した光がさらに波長変換体７を透過しても、波長変換体７によって蛍光体２１に吸収可能に変換した光が集光板２の側とは反対側に向かっても、これらの光はその直後に反射板８の表面で反射される。従って、光の損失をより確実に低減できる。また、波長変換体７を反射板８を基板として形成することができるため、波長変換体７が無機波長変換材料からなる複数の粒子７０を含む場合、波長変換体７を反射板８と離間して形成するよりも作製し易い。
【０１６１】
また、本実施形態によれば、波長変換体７が集光板２を透過した光（図１０中のＬ１及びＬ２）の少なくとも一部を散乱するため、蛍光体２１によって吸収される光（図１０中のＬ１）が集光板２を透過しても、透過した光（可視光）（図１０中のＬ１）は波長変換体７によって散乱され、再び集光板２に返される。従って、光の損失を低減できる。
【０１６２】
[第２実施形態]
図２４は、第２実施形態に係る太陽電池モジュール２０１を示す断面図である。
【０１６３】
図２４に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール２０１の基本構成は第１実施形態と同様であり、集光板２０２が複数種類の蛍光体（例えば本実施形態では第１蛍光体１２１及び第２蛍光体１２２の２種類の蛍光体）を含む点が第１実施形態と異なる。そのため、本実施形態では、太陽電池モジュール２０１の基本構成の説明は省略する。
【０１６４】
本実施形態の場合、集光板２０２の内部には、第１蛍光体１２１及び第２蛍光体１２２の２種類の蛍光体が分散されている。第１蛍光体１２１は、青色〜緑色光を吸収して緑色の蛍光を放射する。第２蛍光体１２２は、緑色〜橙色光を吸収して橙色の蛍光を放射する。本実施形態では、第１蛍光体１２１としてＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ  Ｇｒｅｅｎ（商品名）、第２蛍光体１２２としてＢＡＳＦ社製Ｌｕｍｏｇｅｎ  Ｆ  Ｏｒａｎｇｅ（商品名）を用いる。第１蛍光体１２１は、概ね４００ｎｍ〜５００ｎｍの波長の光を吸収する。第１蛍光体１２１の発光スペクトルは、４９０ｎｍにピーク波長を有する。第２蛍光体１２２は、概ね４５０ｎｍ〜５５０ｎｍの波長の光を吸収する。第２蛍光体１２２の発光スペクトルは、５４０ｎｍにピーク波長を有する。
【０１６５】
２種類の蛍光体１２１，１２２は互いに吸収スペクトルのピーク波長が異なっている。２種類の蛍光体１２１，１２２のうち少なくとも一種の蛍光体のスペクトルのピーク波長と波長変換体７の発光スペクトルのピーク波長とは概ね一致している。例えば、蛍光体１２１の吸収スペクトルのピーク波長と、波長変換体７の発光スペクトルのピーク波長とが概ね一致するようにする。ここで、「概ね一致する」とは次のように定義される。
【０１６６】
「概ね一致する」とは、波長変換体７の発光スペクトルのピーク波長が、以下に示す「第一の波長範囲」に含まれていることを意味する。
「第一の波長範囲」は「波長３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で、蛍光体１２１の吸収スペクトルのピーク波長における吸光度（又は吸光度）を１としたとき、蛍光体１２１の吸光度（又は吸収率）が０．１以上である波長域」と定義する。
【０１６７】
例えば、図１２の場合、「第一の波長範囲」は、０．１λ１≦λ≦０．１λ２である。ここで、蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長λｐは、波長３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で、蛍光体１２１の吸光度が最も大きくなる波長である。「第一の波長範囲」は蛍光体１２１の吸収帯域であるので、波長変換体７の発光を吸収することが可能である。
【０１６８】
また、波長変換体７の発光スペクトルのピーク波長が、以下に示す「第二の波長範囲」に含まれていることがさらに好ましい。
「第二の波長範囲」は「波長３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で、蛍光体１２１の吸収スペクトルのピーク波長における吸光度（又は吸光度）を１としたとき、蛍光体１２１の吸光度（又は吸収率）が０．５以上である波長域」と定義する。
【０１６９】
例えば、図１２の場合、「第二の波長範囲」は、０．５λ１≦λ≦０．５λ２である。「第二の波長範囲」は蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長λｐの半値全幅の範囲であり、蛍光体１２１の吸収ピーク波長λｐの近傍であるため、波長変換体７の発光をより効率よく十分に吸収することが可能である。
【０１７０】
本実施形態における太陽電池モジュール２０１によれば、波長変換体７によって、集光板２に入射した光のうち第１蛍光体１２１及び第２蛍光体１２２のいずれによっても吸収されずに集光板２を透過した光が吸収され、第１蛍光体１２１又は第２蛍光体１２２のいずれかによって吸収可能な光に変換して射出される。そのため、波長変換体７によって変換された光が第１蛍光体１２１又は第２蛍光体１２２のいずれかによって吸収されることにより、発電に寄与できるようになる。従って、本実施形態によれば、高い発電効率を得ることができる。
【０１７１】
なお、本実施形態では、複数種類の蛍光体として２種類の蛍光体を用いる場合を挙げて説明したが、これに限らず、３種類以上の複数種類の蛍光体を用いてもよい。
【０１７２】
例えば４種類の蛍光体を用いる場合、第１蛍光体としては、緑色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Green（商品名）を用いる。第２蛍光体としては、橙色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Orange（商品名）を用いる。第３蛍光体としては、赤色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Red（商品名）を用いる。第１蛍光体、第２蛍光体及び第３蛍光体のそれぞれの濃度は、透明基材２０（ＰＭＭＡ樹脂）の重量に対して、０．０２ｗｔ％である。
第４蛍光体としては、近赤外発光蛍光体である「Perylene perinone」を用いる。「Perylene perinone」については、非特許文献「APPLIED OPTICS/Vol.50,No.2/10 January 2011」に記載されている。第４蛍光体の濃度は、透明基材２０（ＰＭＭＡ樹脂）の重量に対して、０．００５ｗｔ％である。また、透明基材２０の板厚は４ｍｍである。
以下、４種類の蛍光体を用いる場合について図２５〜図３０を用いて説明する。
【０１７３】
先ず、太陽光のスペクトル（エアマス１．５）について図２５を用いて説明する。
図２５は、太陽光のスペクトル（エアマス１．５）を示す図である。図２５において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は強度[ｍＷ／ｃｍ２／ｎｍ]である。
【０１７４】
図２５に示すように、太陽光のスペクトル（エアマス１．５）は、可視波長域内にピーク波長を有する。太陽光のスペクトル（エアマス１．５）のピーク波長は、概ね５００ｎｍである。太陽光のスペクトル（エアマス１．５）の波長域は、概ね２８０ｎｍ〜４０００ｎｍの範囲に存在する。
【０１７５】
次に、４種類の蛍光体の吸収特性、集光板の吸収特性について図２６及び図２７を用いて説明する。
図２６は、４種類の蛍光体のそれぞれの吸収スペクトル及び４種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルを示す図である。図２６において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は吸光度[a.u.]である。図２６において、「Ｇ」は緑色発光蛍光体の吸収スペクトル、「Ｏ」は橙色発光蛍光体の吸収スペクトル、「Ｒ」は赤色発光蛍光体の吸収スペクトル、「ＮＩＲ」は近赤外発光蛍光体の吸収スペクトル、「Ｂｌｅｎｄ」は上記４種類の蛍光体を混合した集光板の吸収スペクトルである。
【０１７６】
図２６に示すように、４種類の蛍光体は、互いに吸収スペクトルのピーク波長が異なる。緑色発光蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長は概ね４７５ｎｍである。橙色発光蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長は概ね５２５ｎｍである。赤色発光蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長は概ね５７５ｎｍである。近赤外発光蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長は概ね６２５ｎｍである。
【０１７７】
４種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルの形状は、緑色発光蛍光体の吸収スペクトルの形状、橙色発光蛍光体の吸収スペクトルの形状、赤色発光蛍光体の吸収スペクトルの形状及び近赤外発光蛍光体の吸収スペクトルの形状を覆うような形状となっている。
【０１７８】
図２７は、４種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルを示す図である。図２７において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は吸収率[％]である。
【０１７９】
図２７に示すように、４種類の蛍光体を混在した集光板は、２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の波長域で、概ね１００％の吸収率を有する。図２６及び図２７に示したように、集光板の内部に４種類の蛍光体を分散させることにより、特定の波長域の光を吸収可能な集光板を得ることができる。
【０１８０】
次に、４種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルについて図２８を用いて説明する。
図２８は、４種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルＳｑ１を、太陽光のスペクトルＳｐ（エアマス１．５）及び４種類の蛍光体を混在した集光板の透過スペクトルＳｔ１と共に示す図である。図２８において、横軸は波長[ｎｍ]であり、左側の縦軸は強度[ｍＷ／ｃｍ２／ｎｍ]であり、右側の縦軸は透過率[％]である。尚、透過スペクトルＳｔ１は、表面反射率３．９％も非透過成分として含めている。
【０１８１】
図２８に示すように、４種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルＳｑ１は、太陽光のスペクトルＳｐと透過スペクトルＳｔ１との掛け合わせによって得られる。４種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルＳｑ１は、６００ｎｍ〜４０００ｎｍの範囲の波長域に存在する。図２８では、便宜上、１０００ｎｍまでの範囲を示している。
【０１８２】
次に、多光子励起蛍光体としてＮａＹＦ４：Ｅｒ，Ｙｂを用いたときの発光特性及び励起特性について図２９を用いて説明する。
図２９は、多光子励起蛍光体としてＮａＹＦ４：Ｅｒ，Ｙｂを用いたときの発光スペクトルＳｒ１及び励起スペクトルＳｕ１を示す図である。図２９において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は強度[a.u.]である。
【０１８３】
図２９に示すように、発光スペクトルＳｒ１のピーク波長は概ね５５０ｎｍである。励起スペクトルＳｕ１は９３０ｎｍ〜９６０ｎｍの範囲の波長域に存在する。尚、励起スペクトルＳｕ１と吸収スペクトルとはほぼ同等とみなすことができる。多光子励起蛍光体が無機波長変換材料からなる粒子の場合、吸収スペクトルを直接測定することは困難であるからである。
【０１８４】
次に、多光子励起蛍光体としてＮａＹＦ４：Ｅｒ，Ｙｂを用いたときの発光特性と４種類の蛍光体を混在した集光板の吸収特性との関係について図３０を用いて説明する。
図３０は、多光子励起蛍光体としてＮａＹＦ４：Ｅｒ，Ｙｂを用いたときの発光スペクトルＳｒ１と４種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルＳａ１との関係を示す図である。図３０において、横軸は波長[ｎｍ]であり、左側の縦軸は集光板の吸収率[％]であり、右側の縦軸は多光子励起蛍光体の発光強度[a.u.]である。
【０１８５】
図３０に示すように、発光スペクトルＳｒ１のピーク波長は概ね５５０ｎｍである。吸収スペクトルＳａ１は、２００ｎｍ〜６００ｎｍの範囲の波長域で、概ね１００％の吸収率を有する。多光子励起蛍光体の発光スペクトルＳｒ１と集光板の吸収スペクトルＳａ１とが重なっているため、多光子励起蛍光体からの発光を集光板で十分に吸収することができる。
【０１８６】
また、３種類の蛍光体を用いる場合、第１蛍光体としては、緑色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Green（商品名）を用いる。第２蛍光体としては、橙色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Orange（商品名）を用いる。第３蛍光体としては、赤色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Red（商品名）を用いる。第１蛍光体、第２蛍光体及び第３蛍光体のそれぞれの濃度は、透明基材２０（ＰＭＭＡ樹脂）の重量に対して、０．０２ｗｔ％である。
以下、３種類の蛍光体を用いる場合について図３１〜図３５を用いて説明する。
【０１８７】
先ず、３種類の蛍光体の吸収特性、集光板の吸収特性について図３１及び図３２を用いて説明する。
図３１は、３種類の蛍光体のそれぞれの吸収スペクトル及び３種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルを示す図である。図３１において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は吸光度[a.u.]である。図３１において、「Ｇ」は緑色発光蛍光体の吸収スペクトル、「Ｏ」は橙色発光蛍光体の吸収スペクトル、「Ｒ」は赤色発光蛍光体の吸収スペクトル、「Ｂｌｅｎｄ」は上記３種類の蛍光体を混合した集光板の吸収スペクトルである。
【０１８８】
図３１に示すように、３種類の蛍光体は、互いに吸収スペクトルのピーク波長が異なる。緑色発光蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長は概ね４７５ｎｍである。橙色発光蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長は概ね５２５ｎｍである。赤色発光蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長は概ね５７５ｎｍである。
【０１８９】
３種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルの形状は、緑色発光蛍光体の吸収スペクトルの形状、橙色発光蛍光体の吸収スペクトルの形状及び赤色発光蛍光体の吸収スペクトルの形状を覆うような形状となっている。
【０１９０】
図３２は、３種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルを示す図である。図３２において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は吸収率[％]である。
【０１９１】
図３２に示すように、３種類の蛍光体を混在した集光板は、２００ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲の波長域で、概ね１００％の吸収率を有する。図３１及び図３２に示したように、集光板の内部に３種類の蛍光体を分散させることにより、特定の波長域の光を吸収可能な集光板を得ることができる。
【０１９２】
次に、３種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルについて図３３を用いて説明する。
図３３は、３種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルＳｑ２を、太陽光のスペクトルＳｐ（エアマス１．５）及び３種類の蛍光体を混在した集光板の透過スペクトルＳｔ２と共に示す図である。図３３において、横軸は波長[ｎｍ]であり、左側の縦軸は強度[ｍＷ／ｃｍ２／ｎｍ]であり、右側の縦軸は透過率[％]である。尚、透過スペクトルＳｔ２は、表面反射率３．９％も非透過成分として含めている。
【０１９３】
図３３に示すように、３種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルＳｑ２は、太陽光のスペクトルＳｐと透過スペクトルＳｔ２との掛け合わせによって得られる。３種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルＳｑ２は、５５０ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の波長域に存在する。
【０１９４】
次に、多光子励起蛍光体としてＧｄ２（ＷＯ４）３：Ｔｍ，Ｙｂを用いたときの発光特性及び励起特性について図３４を用いて説明する。
図３４は、多光子励起蛍光体としてＧｄ２（ＷＯ４）３：Ｔｍ，Ｙｂを用いたときの発光スペクトルＳｒ２及び励起スペクトルＳｕ２を示す図である。図３３において、横軸は波長[ｎｍ]であり、縦軸は強度[a.u.]である。
【０１９５】
図３４に示すように、発光スペクトルＳｒ２のピーク波長は概ね４６５ｎｍである。励起スペクトルＳｕ２は９５０ｎｍ〜１０５０ｎｍの範囲の波長域に存在する。
【０１９６】
次に、多光子励起蛍光体としてＧｄ２（ＷＯ４）３：Ｔｍ，Ｙｂを用いたときの発光特性と３種類の蛍光体を混在した集光板の吸収特性との関係について図３５を用いて説明する。
図３５は、多光子励起蛍光体としてＧｄ２（ＷＯ４）３：Ｔｍ，Ｙｂを用いたときの発光スペクトルＳｒ２と３種類の蛍光体を混在した集光板の吸収スペクトルＳａ２との関係を示す図である。図３５において、横軸は波長[ｎｍ]であり、左側の縦軸は集光板の吸収率[％]であり、右側の縦軸は多光子励起蛍光体の発光強度[a.u.]である。
【０１９７】
図３５に示すように、発光スペクトルＳｒ２のピーク波長は概ね４６５ｎｍである。吸収スペクトルＳａ２は、２００ｎｍ〜５４０ｎｍの範囲の波長域で、概ね１００％の吸収率を有する。多光子励起蛍光体の発光スペクトルＳｒ２と集光板の吸収スペクトルＳａ２とが重なっているため、多光子励起蛍光体からの発光を集光板で十分に吸収することができる。
【０１９８】
[第３実施形態]
図３６は、第３実施形態に係る太陽電池モジュール３０１を示す断面図である。
【０１９９】
図３６に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール３０１の基本構成は第１実施形態と同様であり、波長変換体３０７が集光板３０２の内部に含まれている点が第１実施形態と異なる。そのため、本実施形態では、太陽電池モジュール３０１の基本構成の説明は省略する。
【０２００】
波長変換体３０７は、有機波長変換材料からなる複数の粒子３７０を含む。例えば、有機波長変換材料は、非特許文献「Journal of Applied Physics, Vol. 81, No. 6, 15 March 1997」に紹介されている「trans-4@p-~N-hydroxyethyl-N-methylamino!stryryl#-N-methylpyridinium iodide」という色素を用いることができる。
【０２０１】
本実施形態における太陽電池モジュール３０１によれば、波長変換体３０７によって、集光板３０２に入射した光のうち蛍光体２１によって吸収されなかった光が吸収され、蛍光体２１によって吸収可能な光に変換して射出される。そのため、波長変換体３０７によって変換された光が蛍光体２１によって吸収されることにより、発電に寄与できるようになる。従って、本実施形態によれば、高い発電効率を得ることができる。
また、波長変換体３０７によって変換された光が集光板３０２の内部で蛍光体２１に吸収されるため、蛍光体２１の励起が高い効率で行われる。
【０２０２】
[第４実施形態]
図３７は、第４実施形態に係る太陽電池モジュール４０１を示す断面図である。
【０２０３】
図３７に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール４０１の基本構成は第３実施形態と同様であり、波長変換体３０７と共に波長変換体４０７が集光板４０２の内部に含まれている点が第３実施形態と異なる。そのため、本実施形態では、太陽電池モジュール４０１の基本構成の説明は省略する。
【０２０４】
波長変換体４０７は、無機波長変換材料からなる複数の粒子４７０を含む。例えば、無機波長変換材料は、非特許文献「Nature Materials 2012, vol.11, p.842-843」に紹介されている「ＮａＹＦ４:Ｙｂ３＋, Ｅｒ３＋共付活ナノ粒子蛍光体にシアニン色素（IR-806）を修飾した」無機−有機ハイブリッド材料を用いることができる。
また、無機−有機ハイブリッド材料ではなくても、粒径がナノメートルオーダーサイズの無機アップコンバージョン蛍光体であっても集光板の内部に設置することで効果を得ることができる。例えば、代表的なナノ粒子アップコンバージョン蛍光体としては、ＮａＹＦ４：Ｙｂ３＋, Ｅｒ３＋やＮａＹＦ４：Ｙｂ３＋, Ｔｍ３＋等が挙げられる。
【０２０５】
２種類の波長変換体３０７，４０７は、互いに吸収スペクトルのピーク波長が異なっている。２種類の波長変換体３０７，４０７のうち少なくとも一種の波長変換体の発光スペクトルのピーク波長と蛍光体２１の吸収スペクトルのピーク波長とは概ね一致している。例えば、蛍光体２１の吸収スペクトルのピーク波長と、波長変換体３０７の発光スペクトルのピーク波長とが概ね一致するようにする。ここで、「概ね一致する」とは次のように定義される。
【０２０６】
「概ね一致する」とは、波長変換体３０７の発光スペクトルのピーク波長が、以下に示す「第一の波長範囲」に含まれていることを意味する。
「第一の波長範囲」は「波長３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で、蛍光体２１の吸収スペクトルのピーク波長における吸光度（又は吸光度）を１としたとき、蛍光体２１の吸光度（又は吸収率）が０．１以上である波長域」と定義する。
【０２０７】
例えば、図１２の場合、「第一の波長範囲」は、０．１λ１≦λ≦０．１λ２である。ここで、蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長λｐは、波長３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で、蛍光体２１の吸光度が最も大きくなる波長である。「第一の波長範囲」は蛍光体２１の吸収帯域であるので、波長変換体３０７の発光を吸収することが可能である。
【０２０８】
また、波長変換体３０７の発光スペクトルのピーク波長が、以下に示す「第二の波長範囲」に含まれていることがさらに好ましい。
「第二の波長範囲」は「波長３００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲で、蛍光体２１の吸収スペクトルのピーク波長における吸光度（又は吸光度）を１としたとき、蛍光体２１の吸光度（又は吸収率）が０．５以上である波長域」と定義する。
【０２０９】
例えば、図１２の場合、「第二の波長範囲」は、０．５λ１≦λ≦０．５λ２である。「第二の波長範囲」は蛍光体の吸収スペクトルのピーク波長λｐの半値全幅の範囲であり、蛍光体２１の吸収ピーク波長λｐの近傍であるため、波長変換体３０７の発光をより効率よく十分に吸収することが可能である。
【０２１０】
本実施形態における太陽電池モジュール４０１によれば、波長変換体３０７及び波長変換体４０７によって、集光板４０２に入射した光のうち蛍光体２１によって吸収されなかった光が吸収され、蛍光体２１によって吸収可能な光に変換して射出される。そのため、波長変換体３０７及び波長変換体４０７によって変換された光が蛍光体２１によって吸収されることにより、発電に寄与できるようになる。従って、本実施形態によれば、高い発電効率を得ることができる。
また、波長変換体３０７及び波長変換体４０７によって変換された光が集光板４０２の内部で蛍光体２１に吸収されるため、蛍光体２１の励起が高い効率で行われる。
【０２１１】
[第５実施形態]
図３８は、第５実施形態に係る太陽電池モジュール５０１を示す断面図である。
【０２１２】
図３８に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール５０１の基本構成は第１実施形態と同様であり、反射板８に替えて波長変換体７を支持する支持板５０８が設けられている点が第１実施形態と異なる。そのため、本実施形態では、太陽電池モジュール５０１の基本構成の説明は省略する。
【０２１３】
例えば、支持板５０８は、一般的な太陽電池モジュール用のバックシートである。具体的には、ＰＥＴフィルムを基材とし、その基材上に有機性薄膜を積層させたシートである。尚、透明性を有する物でも良いし、拡散反射性を有する物でもよい。
【０２１４】
本実施形態における太陽電池モジュール５０１によれば、反射板８が設けられていなくても、高い反射率を実現することができる。図１６に示したように、波長変換体７には粒子７０と空隙７１との界面が複数存在するため、蛍光体２１によって吸収される光が集光板２を透過しても、集光板２を透過した光の大部分は、波長変換体７に深く入射することができず、波長変換体７の表面近傍で反射するからである。
【０２１５】
[第６実施形態]
図３９は、第６実施形態に係る太陽電池モジュール６０１を示す断面図である。
【０２１６】
図３９に示すように、本実施形態に係る太陽電池モジュール６０１の基本構成は第５実施形態と同様であり、反射板８が支持板５０８の波長変換体７とは反対側に設けられている点が第５実施形態と異なる。そのため、本実施形態では、太陽電池モジュール６０１の基本構成の説明は省略する。
【０２１７】
本実施形態における太陽電池モジュール６０１によれば、集光板２を透過した光がさらに波長変換体７及び支持板５０８を透過しても、透過光は反射板８の表面で反射される。従って、光の損失を低減できる。
【０２１８】
［太陽光発電装置］
図４０は、太陽光発電装置１０００の概略構成図である。
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。
【０２１９】
太陽電池モジュール１００１は、太陽光を集光する集光部材（集光板）１００２と、集光部材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。このような太陽電池モジュール１００１としては、例えば、第１実施形態から第６実施形態で説明した太陽電池モジュールが好適に用いられる。
【０２２０】
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。
このような構成の太陽光発電装置１０００は、前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、高い発電効率を得ることが可能なものとなる。
【０２２１】
以上、図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されないことは言うまでもない。上記の実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
その他、太陽電池モジュールの各構成要素の形状、数、配置、材料、形成方法等に関する具体的な記載は、上記の実施形態に限定されることなく、適宜変更が可能である。
【実施例】
【０２２２】
以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０２２３】
本願発明者は、集光板を透過する太陽光エネルギー（以下、非利用エネルギーと称することがある。）の内、どの程度を波長変換体の発光エネルギー（以下、再利用エネルギーと称することがある。）に変換できるかを試算した。以下、図４１〜図４４及び表２を用いて説明する。
【０２２４】
[太陽電池モジュールの構成]
（１）集光板の板材料は、ＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．４９）を用いた。
（２）集光板は、一辺の長さが１００ｃｍ程度、厚みが４ｍｍ程度のサイズのものを用いた。
（３）蛍光体は有機蛍光体である４種類の蛍光体を用いた。第１蛍光体としては、緑色発光蛍光体（Ｇ）であるBASF社製Lumogen F Green（商品名）を用いた。第２蛍光体としては、橙色発光蛍光体（Ｏ）であるBASF社製Lumogen F Orange（商品名）を用いた。第３蛍光体としては、赤色発光蛍光体（Ｒ）であるBASF社製Lumogen F Red（商品名）を用いた。第１蛍光体、第２蛍光体及び第３蛍光体のそれぞれの濃度は、ＰＭＭＡ樹脂の重量に対して、０．０２ｗｔ％とした。
第４蛍光体としては、近赤外発光蛍光体（ＩＲ１）である「Perylene perinone」を用いた。「Perylene perinone」については、非特許文献「APPLIED OPTICS/Vol.50,No.2/10 January 2011」に記載されている。
第４蛍光体の濃度は、透明基材２０（ＰＭＭＡ樹脂）の重量に対して、０．００５ｗｔ％とした。
（４）太陽電池素子は、ＧａＡｓ太陽電池を用いた。ＧａＡｓ太陽電池の平均変換効率は２５％である。
【０２２５】
[計算パラメータ等]
（１）太陽光エネルギー利用効率は４６．２％とした。
（２）集光板の第１主面及び第２主面における表面透過率はそれぞれ９６％とした。
（３）蛍光体の量子効率は９８％とした。
（４）透明基材（ＰＭＭＡ樹脂）の透過率は９３．６％とした。
（５）蛍光体の自己吸収及び再発光効率は８７．２％とした。
（６）集光板の閉じ込め効率（全反射率）は７４．１％とした。
これらの計算パラメータから、太陽電池モジュールの変換効率は１２．５％となった。
【０２２６】
[非利用エネルギー]
上記計算パラメータのうち、太陽光エネルギー利用効率（４６．２％）をＫ１、表面透過率（９６％）をＫ２とすると、非利用エネルギーＥｐ[％]は、以下の式（１）により表される。
Ｅｐ＝（１００−Ｋ１）×（Ｋ２／１００）×（Ｋ２／１００）
上記式（１）より、非利用エネルギーは４９．６％と算出された。
【０２２７】
次に、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルについて図４１を用いて説明する。
図４１は、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルＳｑ３を、太陽光のスペクトルＳｐ（エアマス１．５）及び５種類の蛍光体を混在した集光板の透過スペクトルＳｔ３と共に示す図である。図４１において、横軸は波長[ｎｍ]であり、左側の縦軸は強度[ｍＷ／ｃｍ２／ｎｍ]であり、右側の縦軸は透過率[％]である。尚、透過スペクトルＳｔ３は、上記計算パラメータにより求められたものである。
【０２２８】
図４１に示すように、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルＳｑ３は、太陽光のスペクトルＳｐと透過スペクトルＳｔ３との掛け合わせによって得られる。５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルＳｑ３は、６５０ｎｍ〜１６００ｎｍの範囲の波長域に存在する。５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光のスペクトルＳｑ３の部分が、非利用エネルギーに相当する。
【０２２９】
[試算条件]
（１）波長変換体は、複数の多光子励起蛍光体を含み、反射板の集光板の側の面に塗布により形成されているものを用いた（第１実施形態に係る波長変換体７及び反射板８に相当）。
（２）多光子励起蛍光体は、Phosphor Technology Ltd（英国）社製の多光子励起蛍光体（製品名：PTIR545）を用いた。
（３）波長変換体の吸収率は８０％とした。
（４）波長変換体の量子効率は８０％とした。
（５）波長変換体から射出された光の集光板への入射率は、light toolsでの計算結果より、９４％とした。
【０２３０】
[試算結果]
試算結果を表２に示す。
【０２３１】
【表２】
2015005604.tif 000004
【０２３２】
表２に示すように、多光子励起蛍光体としてPhosphor Technology Ltd（英国）社製のものを用いたとき、
（１）波長変換体の発光エネルギー（再利用エネルギー）は１．１４％となった。
（２）変換効率の増加分は０．２８％となった。
【０２３３】
次に、多光子励起蛍光体としてPhosphor Technology Ltd（英国）社製のものを用いたときの発光特性及び励起特性について図４２を用いて説明する。
図４２は、多光子励起蛍光体としてPhosphor Technology Ltd（英国）社製のものを用いたときの発光スペクトルＳｒ１０、吸収スペクトルＳｕ１０及び吸収エネルギーのスペクトルＥｕ１０を、太陽光スペクトルＳｐ、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルＳｑ３と共に示す図である。図４２において、横軸は波長[ｎｍ]であり、左側の縦軸は強度[a.u.]であり、右側の縦軸は吸収率[％]である。
【０２３４】
図４２に示すように、発光スペクトルＳｒ１０のピーク波長は概ね５５０ｎｍである。吸収スペクトルＳｕ１０は９００ｎｍ〜１０００ｎｍの範囲の波長域に存在する。吸収スペクトルＳｕ１０のピーク波長は概ね９５０ｎｍ及び９８０ｎｍである。吸収エネルギーのスペクトルＥｕ１０は、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルＳｑ３と吸収スペクトルＳｕ１０との掛け合わせによって得られる。吸収エネルギーのスペクトルＥｕ１０の部分が吸収エネルギーに相当する。吸収エネルギーは１．６４％であった。
【０２３５】
また、表２に示すように、多光子励起蛍光体としてＥｒ３＋単独付活した蛍光体を用いたとき、
（１）波長変換体の発光エネルギー（再利用エネルギー）は１．２１％となった。
（２）変換効率の増加分は０．３０％となった。
【０２３６】
次に、多光子励起蛍光体としてＥｒ３＋単独付活した蛍光体を用いたときの発光特性及び励起特性について図４３を用いて説明する。
図４３は、多光子励起蛍光体としてＥｒ３＋単独付活したものを用いたときの発光スペクトルＳｒ１１、吸収スペクトルＳｕ１１及び吸収エネルギーのスペクトルＥｕ１１を、太陽光スペクトルＳｐ、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルＳｑ３と共に示す図である。図４３において、横軸は波長[ｎｍ]であり、左側の縦軸は強度[a.u.]であり、右側の縦軸は吸収率[％]である。
【０２３７】
図４３に示すように、発光スペクトルＳｒ１１のピーク波長は概ね５５０ｎｍである。吸収スペクトルＳｕ１１は７８０ｎｍ〜８４０ｎｍの範囲の波長域に存在する。吸収スペクトルＳｕ１１のピーク波長は概ね８１０ｎｍである。吸収エネルギーのスペクトルＥｕ１１は、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルＳｑ３と吸収スペクトルＳｕ１１との掛け合わせによって得られる。吸収エネルギーのスペクトルＥｕ１１の部分が吸収エネルギーに相当する。吸収エネルギーは２．０６％であった。
【０２３８】
また、表２に示すように、多光子励起蛍光体としてＹｂ３＋，Ｅｒ３＋共付活したものを用いたとき、
（１）波長変換体の発光エネルギー（再利用エネルギー）は１．０５％となった。
（２）変換効率の増加分は０．２６％となった。
【０２３９】
次に、多光子励起蛍光体としてＹｂ３＋，Ｅｒ３＋共付活したものを用いたときの発光特性及び励起特性について図４４を用いて説明する。
図４４は、多光子励起蛍光体としてＹｂ３＋，Ｅｒ３＋共付活したものを用いたときの発光スペクトルＳｒ１２、吸収スペクトルＳｕ１２及び吸収エネルギーのスペクトルＥｕ１２を、太陽光スペクトルＳｐ、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルＳｑ３と共に示す図である。図４４において、横軸は波長[ｎｍ]であり、左側の縦軸は強度[a.u.]であり、右側の縦軸は吸収率[％]である。
【０２４０】
図４４に示すように、発光スペクトルＳｒ１２のピーク波長は概ね５５０ｎｍである。吸収スペクトルＳｕ１２は１０００ｎｍ〜１０６０ｎｍの範囲の波長域に存在する。吸収スペクトルＳｕ１２のピーク波長は概ね１０３０ｎｍである。吸収エネルギーのスペクトルＥｕ１２は、５種類の蛍光体を混在した集光板を透過する太陽光スペクトルＳｑ３と吸収スペクトルＳｕ１２との掛け合わせによって得られる。吸収エネルギーのスペクトルＥｕ１２の部分が吸収エネルギーに相当する。吸収エネルギーは１．４１％であった。
【０２４１】
以下、実施例及び比較例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【０２４２】
本願発明者は、本発明の太陽電池モジュールの効果を確認した。以下、確認結果について、表３を用いて説明する。
【０２４３】
[太陽電池モジュールの構成]
（１）集光板の板材料は、ＰＭＭＡ樹脂（屈折率１．４９）を用いた。
（２）集光板は、一辺の長さが１００ｃｍ程度、厚みが４ｍｍ程度のサイズのものを用いた。
（３）蛍光体は構成１から構成３の３種類とした。
（Ｉ）構成１は、４種類の蛍光体を用いた。
第１蛍光体としては、緑色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Green（商品名）を用いた。第２蛍光体としては、橙色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Orange（商品名）を用いた。第３蛍光体としては、赤色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Red（商品名）を用いた。第１蛍光体、第２蛍光体及び第３蛍光体のそれぞれの濃度は、ＰＭＭＡ樹脂の重量に対して、０．０２ｗｔ％とした。
第４蛍光体としては、近赤外発光蛍光体である「Perylene perinone」を用いた。「Perylene perinone」については、非特許文献「APPLIED OPTICS/Vol.50,No.2/10 January 2011」に記載されている。第４蛍光体の濃度は、ＰＭＭＡ樹脂の重量に対して、０．００５ｗｔ％とした。
（II）構成２は、３種類の蛍光体を用いた。
第１蛍光体としては、緑色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Green（商品名）を用いた。第２蛍光体としては、橙色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Orange（商品名）を用いた。第３蛍光体としては、赤色発光蛍光体であるBASF社製Lumogen F Red（商品名）を用いた。第１蛍光体、第２蛍光体及び第３蛍光体のそれぞれの濃度は、ＰＭＭＡ樹脂の重量に対して、０．０２ｗｔ％とした。
（III）構成３は、構成１と同様の４種類の蛍光体を用いた。
【０２４４】
[比較例]
太陽電池モジュールは、波長変換体及び反射板を備えていないものを用いた。太陽電池モジュールは、図６に記載の太陽電池モジュール２００１に相当する。
[比較例１]
蛍光体は構成１とした。
[比較例２]
蛍光体は構成２とした。
[比較例１]
蛍光体は構成３とした。
【０２４５】
[実施例]
太陽電池モジュールは、波長変換体及び反射板を備えているものを用いた。太陽電池モジュールは、図１に記載の太陽電池モジュール１に相当する。反射板としてはＥＳＲを用いた。
【０２４６】
[実施例１]
蛍光体は構成１とした。
波長変換体としては、ＮａＹＦ４：Ｅｒ，Ｙｂを用いた。
[実施例２]
蛍光体は構成２とした。
波長変換体としては、Ｇｄ２（ＷＯ４）３：Ｔｍ，Ｙｂを用いた。
[実施例３]
蛍光体は構成３とした。
波長変換体としては、（１）ＮａＹＦ４：Ｅｒ，Ｙｂ及び（２）Ｇｄ２（ＷＯ４）３：Ｔｍ，Ｙｂを混在させたものを用いた。
【０２４７】
各比較例及び各実施例について、太陽電池モジュールに対して１Ｓｕｎ（１００ｍＷ／ｃｍ２）の太陽光を垂直入射させ、発電量[Ｗ]及び変換効率[％]を求めた。その結果を表３に示す。
【０２４８】
【表３】
2015005604.tif 000005
【０２４９】
表３に示すように、「比較例１」では、発電量が９６[Ｗ]、変換効率が９．６[％]であった。これに対し、「実施例１」では、発電量が９８．３[Ｗ]（２．３Ｗ上昇）、変換効率が９．８[％]（０．２％上昇）であった。
「比較例２」では、発電量が７３．３[Ｗ]、変換効率が７．３[％]であった。これに対し、「実施例２」では、発電量が７７．８[Ｗ]（４．５Ｗ上昇）、変換効率が７．８[％]（０．５％上昇）であった。
「比較例３」では、発電量が９６[Ｗ]、変換効率が９．６[％]であった。これに対し、「実施例３」では、発電量が１０２．６[Ｗ]（６．６Ｗ上昇）、変換効率が１０．３[％]（０．７％上昇）であった。
【０２５０】
各比較例及び各実施例の結果から、波長変換体及び反射板を備えることにより、発電量及び変換効率を上昇できることが分かった。
【０２５１】
（１）光入射面と、前記光入射面よりも面積の小さい光射出面と、を有し、前記光入射面から入射した外光の一部を１又は複数の光機能材料によって吸収し、前記１又は複数の光機能材料で吸収された光とは異なる光に変換して前記光射出面から射出させる集光板と、前記集光板の前記光射出面から射出された光を受光する太陽電池素子と、前記光入射面に入射した光のうち前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光を吸収し、前記１又は複数の光機能材料のいずれかによって吸収される光に変換して射出する波長変換体と、を含む太陽電池モジュール。
【０２５２】
（２）前記波長変換体は、前記集光板の前記光入射面とは反対側の面の側に配置されている上記（１）に記載の太陽電池モジュール。
【０２５３】
（３）前記波長変換体は、前記集光板の前記光入射面とは反対側の面の側に空気層を介して配置されている上記（２）に記載の太陽電池モジュール。
【０２５４】
（４）前記波長変換体は、無機波長変換材料からなる複数の粒子を含んでいる上記（２）又は（３）に記載の太陽電池モジュール。
【０２５５】
（５）互いに隣り合う２つの前記粒子の間には空隙が形成されている上記（４）に記載の太陽電池モジュール。
【０２５６】
（６）前記波長変換体の前記集光板の側とは反対側には反射板が配置されている上記（２）から（５）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【０２５７】
（７）前記波長変換体は、前記反射板の前記集光板の側の面に形成されている上記（６）に記載の太陽電池モジュール。
【０２５８】
（８）前記波長変換体は、前記光入射面に入射した光のうち前記集光板を通過した光の少なくとも一部を散乱する上記（２）から（７）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【０２５９】
（９）前記波長変換体は、前記集光板の内部に含まれている上記（１）に記載の太陽電池モジュール。
【０２６０】
（１０）前記波長変換体の少なくとも一部は、有機波長変換材料からなる複数の粒子を含む上記（９）に記載の太陽電池モジュール。
【０２６１】
（１１）前記波長変換体の少なくとも一部は、無機波長変換材料からなる複数の粒子を含む上記（９）又は（１０）に記載の太陽電池モジュール。
【０２６２】
（１２）上記（１）から（１１）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュールでは、前記１又は複数の光機能材料のいずれかの吸収スペクトルのピーク波長と前記波長変換体の発光スペクトルのピーク波長とが概ね一致していてもよい。
【０２６３】
（１３）前記複数の光機能材料は、互いに異なる複数種類の光機能材料であり、前記複数種類の光機能材料のうち少なくとも一種の光機能材料の吸収スペクトルのピーク波長と前記波長変換体の発光スペクトルのピーク波長とが概ね一致している上記（１２）に記載の太陽電池モジュール。
【０２６４】
（１４）前記波長変換体は、互いに異なる複数種類の波長変換体であり、前記複数種類の波長変換体のうち少なくとも一種の波長変換体の発光スペクトルのピーク波長と前記１又は複数の光機能材料のいずれかの吸収スペクトルのピーク波長とが概ね一致している上記（１２）又は（１３）に記載の太陽電池モジュール。
【０２６５】
（１５）前記波長変換体は、前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光の少なくとも一部を、前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光よりも短波長の光に変換する上記（１）から（１４）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【０２６６】
（１６）前記波長変換体のいずれかによって吸収される光の波長域は、前記１又は複数の光機能材料のいずれかによって吸収される光の波長域よりも長波長である上記（１５）に記載の太陽電池モジュール。
【０２６７】
（１７）前記波長変換体は、前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光と相互作用する発光中心を有し、前記発光中心は、基底状態との間に、前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光が有するエネルギー以下のエネルギーギャップを持つ第１の励起状態を有する上記（１６）に記載の太陽電池モジュール。
【０２６８】
（１８）前記発光中心は、基底状態との間に、前記１又は複数の光機能材料のいずれによっても吸収されなかった光が有するエネルギーよりも高いエネルギーギャップを持つ第２の励起状態を有する上記（１７）に記載の太陽電池モジュール。
【０２６９】
（１９）前記第１の励起状態は、基底状態との間の電子遷移が禁制である上記（１８）に記載の太陽電池モジュール。
【０２７０】
（２０）前記発光中心は、開殻ｆ電子を有する元素を含む上記（１９）に記載の太陽電池モジュール。
【０２７１】
（２１）前記元素は、希土類元素である上記（２０）に記載の太陽電池モジュール。
【０２７２】
（２２）前記元素は、Ｅｒ（エルビウム）、Ｔｍ（ツリウム）、又はＨｏ（ホルミウム）である上記（２０）又は（２１）に記載の太陽電池モジュール。
【０２７３】
（２３）前記波長変換体は、増感剤を含む上記（１６）から（２２）までのいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
【０２７４】
（２４）前記増感剤は、Ｙｂ（イッテルビウム）である上記（２３）に記載の太陽電池モジュール。
【０２７５】
（２５）上記（１）から（２４）までのいずれか一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。
【産業上の利用可能性】
【０２７６】
本発明は、太陽電池モジュール及び太陽光発電装置に利用可能である。
【符号の説明】
【０２７７】
１，１０１，２０１，３０１，４０１，５０１，６０１…太陽電池モジュール、２，２０２，３０２…集光板、２ａ…第１主面（光入射面）、２ｃ…端面（光射出面）、３…太陽電池素子、７，２０７，３０７，４０７…波長変換体、８…反射板、９…空気層、２１…蛍光体（光機能材料）、７０，３７０，４７０…粒子、７１…空隙、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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【図３７】
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【図３８】
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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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