(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太陽電池モジュールを提供する。【解決手段】太陽電池モジュール１は、外部から入射した光を蛍光体８によって吸収し、蛍光体８から放射された蛍光を内部で伝播させる導光体４と、導光体４の光入射面４ａと対向する面４ｃに設置された太陽電池素子６と、を備えている。導光体４には、太陽電池素子６の受光面６ａと対向する対向領域４Ｔと、対向領域４Ｔの周囲の周辺領域４Ｆと、が備えられており、導光体４の少なくとも周辺領域４Ｆの一部に、蛍光体８が備えられている。【選択図】図１
2013254854.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部から入射した光を蛍光体によって吸収し、前記蛍光体から放射された蛍光を内部で伝播させる導光体と、前記導光体の光入射面と対向する面に設置された太陽電池素子と、を備え、前記導光体には、前記太陽電池素子の受光面と対向する対向領域と、前記対向領域の周囲の周辺領域と、が備えられており、前記導光体の少なくとも前記周辺領域の一部に、前記蛍光体が備えられている太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記導光体の前記対向領域の少なくとも一部には、前記蛍光体が備えられていない請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記導光体の前記対向領域には前記蛍光体が備えられており、前記対向領域の前記蛍光体の濃度は前記周辺領域の前記蛍光体の濃度よりも薄くなっている請求項１に記載の太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記導光体の前記周辺領域の厚みは、前記太陽電池素子に近付くにつれて大きくなっている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記導光体の前記光入射面と対向する面には、複数の前記太陽電池素子が設置されている請求項１ないし４のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記導光体の前記光入射面と対向する面のうち前記太陽電池素子が設置される部分以外の部分には、前記蛍光を反射する反射層が設けられている請求項１ないし５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記導光体の前記光入射面と隣接する端面には、前記蛍光を反射する反射層が設けられている請求項１ないし６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記導光体が、前記蛍光体を含む層と、前記蛍光体を含まない層とを積層して形成されている請求項１ないし７のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記導光体には、前記蛍光体として、複数種類の蛍光体が備えられている請求項１ないし８のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記複数種類の蛍光体のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい蛍光体の発光スペクトルのピーク波長における前記太陽電池素子の分光感度は、他の蛍光体の発光スペクトルのピーク波長における前記太陽電池素子の分光感度よりも大きい請求項９に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１１】
前記導光体の前記光入射面の法線方向から見て、前記導光体の前記周辺領域のうち前記蛍光体が備えられた領域の面積が、前記導光体の前記対向領域のうち前記蛍光体が備えられていない領域の面積よりも大きい請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
【請求項１２】
請求項１ないし１１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、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、太陽電子素子とその受光面の入射側に配置された導光体とからなる。導光体は、太陽電池素子の受光面に対向する対向領域と、その周辺部の周辺領域とを備えた透明板からなり、対向領域に入射した光は導光体を透過して太陽電子素子に入射し、周辺領域に入射した光は導光体の内部を伝播して対向領域から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２００３−２１８３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の太陽光発電装置では、周辺領域に入射した光を導光体の内部に取り込むために、周辺領域の表面に光導入手段として凹凸面を形成している。凹凸面に入射した光は、凹凸部で屈折若しくは反射され、導光体の内部に導入される。導光体の内部に導入された光のうち臨界角以上の角度で導光体の内部に入射した光が導光体の内部を伝播して太陽電池素子に入射するが、凹凸部で屈折若しくは反射される角度は導光体への光の入射角によって変化するため、散乱光のように様々な角度で導光体に光が入射する場合には、その一部しか発電に利用することができない。そのため、曇りの日のように光が雲に散乱されて様々な角度で導光体に光が入射する場合には、効率のよい発電を行うことが難しい。
【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】
本発明の太陽電池モジュールは、外部から入射した光を蛍光体によって吸収し、前記蛍光体から放射された蛍光を内部で伝播させる導光体と、前記導光体の光入射面と対向する面に設置された太陽電池素子と、を備え、前記導光体には、前記太陽電池素子の受光面と対向する対向領域と、前記対向領域の周囲の周辺領域と、が備えられており、前記導光体の少なくとも前記周辺領域の一部に、前記蛍光体が備えられている。
【０００７】
前記導光体の前記対向領域の少なくとも一部には、前記蛍光体が備えられていなくてもよい。
【０００８】
前記導光体の前記対向領域には前記蛍光体が備えられており、前記対向領域の前記蛍光体の濃度は前記周辺領域の前記蛍光体の濃度よりも薄くなっていてもよい。
【０００９】
前記導光体の前記周辺領域の厚みは、前記太陽電池素子に近付くにつれて大きくなっていてもよい。
【００１０】
前記導光体の前記光入射面と対向する面には、複数の前記太陽電池素子が設置されていてもよい。
【００１１】
前記導光体の前記光入射面と対向する面のうち前記太陽電池素子が設置される部分以外の部分には、前記蛍光を反射する反射層が設けられていてもよい。
【００１２】
前記導光体の前記光入射面と隣接する端面には、前記蛍光を反射する反射層が設けられていてもよい。
【００１３】
前記導光体が、前記蛍光体を含む層と、前記蛍光体を含まない層とを積層して形成されていてもよい。
【００１４】
前記導光体には、前記蛍光体として、複数種類の蛍光体が備えられていてもよい。
【００１５】
前記複数種類の蛍光体のうち最も発光スペクトルのピーク波長が大きい蛍光体の発光スペクトルのピーク波長における前記太陽電池素子の分光感度は、他の蛍光体の発光スペクトルのピーク波長における前記太陽電池素子の分光感度よりも大きくてもよい。
【００１６】
前記導光体の前記光入射面の法線方向から見て、前記導光体の前記周辺領域のうち前記蛍光体が備えられた領域の面積が、前記導光体の前記対向領域のうち前記蛍光体が備えられていない領域の面積よりも大きくてもよい。
【００１７】
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】
【００１８】
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】
【００１９】
【図１】第１実施形態の太陽電池モジュールの平面図および断面図である。
【図２】太陽電池モジュールの作用を説明する図である。
【図３】日射強度と太陽電池素子の変換効率との関係を示す図である。
【図４】第２実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図５】太陽電池モジュールの作用を説明する図である。
【図６】第３実施形態の太陽電池モジュールの平面図および断面図である。
【図７】太陽電池モジュールの作用を説明する図である。
【図８】第４実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図９】第５実施形態の太陽電池モジュールの平面図および断面図である。
【図１０】第６実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図１１】第７実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図１２】第８実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図１３】第９実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図１４】第１０実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図１５】第１１実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図１６】第１２実施形態の太陽電池モジュールに用いられる導光体の断面図である。
【図１７】蛍光体の吸収特性を示す図である。
【図１８】蛍光体の吸収特性を示す図である。
【図１９】蛍光体の発光特性を示す図である。
【図２０】蛍光体の発光特性を示す図である。
【図２１】フェルスター機構の説明図である。
【図２２】フェルスター機構の説明図である。
【図２３】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２４】第１３実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２５】第１４実施形態の太陽電池モジュールの断面図である。
【図２６】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】
【００２０】
［第１実施形態］
図１（ａ）は、第１実施形態の太陽電池モジュール１の平面図である。図１（ｂ）は、太陽電池モジュール１の断面図である。
【００２１】
太陽電池モジュール１は、導光体４と、導光体４の光入射面４ａと対向する面４ｂに設置された太陽電池素子と６と、を備えている。
【００２２】
導光体４は、厚みが一定の略矩形の板状部材である。導光体４の第１主面４ａは、外部から光が入射する光入射面であり、導光体４の第２主面４ｂのうち太陽電池素子６が設置されている部分は、太陽電池素子６に光を射出する光射出面４ｃである。
【００２３】
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８を分散させたものである。光機能材料８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。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。
【００２４】
本実施形態の場合、導光体４の母材としてＰＭＭＡが用いられ、光機能材料として、BASF社製のLumogen Red 305（商品名）が用いられている。Lumogen Red 305（商品名）は、５７８ｎｍに発光スペクトルのピーク波長を有する蛍光体である。導光体４には、光機能材料８として、１種類の蛍光体のみが備えられているが、幅広い波長の光を吸収するために、複数種類の蛍光体が導光体４に備えられていてもよい。
【００２５】
導光体４は、太陽電池素子６の受光面６ａと対向する対向領域４Ｔと、対向領域４Ｔの周囲の周辺領域４Ｆと、を備えている。周辺領域４Ｆの少なくとも一部には、光機能材料８が備えられている。
【００２６】
本実施形態の場合、周辺領域４Ｆ全体に光機能材料８が設けられており、対向領域４Ｔには光機能材料８が全く設けられていないが、導光体４の構成はこれに限定されない。例えば、周辺領域４Ｆの一部のみに光機能材料８が設けられていてもよく、対向領域４Ｔの一部に光機能材料８が設けられていてもよい。
【００２７】
太陽電池素子６は、受光面を導光体４の光射出面４ｃと対向させて配置されている。太陽電池素子６は、透明な接着剤によって光射出面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。
【００２８】
太陽電池素子６は、光射出面４ｃから入射する光のスペクトルに応じた分光感度を有するものが選択される。例えば、導光体４の光入射面４ａの法線方向から見て、導光体４の周辺領域４Ｆのうち光機能材料８が備えられた領域の面積が、導光体４の対向領域４Ｔのうち光機能材料８が備えられていない領域の面積よりも大きい場合には、対向領域４Ｔを透過して直接太陽電池素子６に入射する光の光量よりも周辺領域４Ｆから太陽電池素子６に入射する蛍光の光量のほうが多くなる。よって、この場合には、蛍光のスペクトルに適した分光感度を有する太陽電池が選定される。この場合、太陽電池素子６は、狭い波長領域の光に対して高い分光感度を有していればよいため、仮にタンデム型の太陽電池を用いる場合でも、作製すべき半導体層の数を少なくすることができ、構成が簡単になる。
【００２９】
図２は、太陽電池モジュール１の作用を説明する図である。
【００３０】
導光体４の対向領域４Ｔに入射した光Ｌは、対向領域４Ｔを透過し、太陽電池素子６に入射する。対向領域４Ｔには光機能材料８が含まれていないので、光Ｌは光機能材料８によって吸収されることなく太陽電池素子６に入射する。よって、対向領域４Ｔに入射した光Ｌを効率よく発電に利用することができる。
【００３１】
導光体４の周辺領域４Ｆに入射した光Ｌは、光機能材料８を励起する。光機能材料８から放射された光Ｌ１（蛍光）は、導光体４の内部を伝播し、光射出面４ｃから太陽電池素子６に入射する。光機能材料８は、あらゆる方向から入射した光を吸収するため、周辺領域４Ｆに垂直に入射した光だけでなく、斜めに入射した光も発電に利用することができる。よって、昼間と夕方のように時間帯によって光Ｌの入射角が異なっていたり、雲によって光が散乱されて光Ｌの入射角度が不規則になっていた場合でも、効率のよい発電が可能となる。
【００３２】
図３は、日射強度と太陽電池素子６の変換効率との関係を示す図である。図３中、実線は、対向領域４Ｔの周囲に周辺領域４Ｆを設けた場合の太陽電池素子６の変換効率を示している。点線は、対向領域４Ｔの周囲に周辺領域４Ｆを設けない場合の太陽電池素子６の変換効率を示している。
【００３３】
点線で示すように、太陽電池素子６の変換効率は、日射強度が強い領域では概ね一定の値を示し、日射強度が弱い領域では日射強度の低下とともに大きく低下する。よって、周辺領域４Ｆを設けずに、直接太陽電池素子６に入射する光のみを発電に利用すると、太陽電池素子６に入射する光の強度がそれほど大きくならないため、日射強度によって変換効率が変動しやすくなる。
【００３４】
一方、実線で示すように、周辺領域４Ｆを設けた場合には、太陽電池素子６に入射する光の強度は、周辺領域４Ｆから集光された光の強度のぶんだけ強くなるため、太陽電池素子６の変換効率は日射強度によって変動しにくくなる。よって、曇りの日や夕暮れ時などでも効率のよい発電を行うことが可能となる。
【００３５】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１では、太陽電池素子６の周囲に周辺領域４Ｆを設け、周辺領域４Ｆに入射した光Ｌを蛍光に変換して太陽電池素子６に入射させている。そのため、太陽電池素子６に直接入射する光Ｌだけでなく、太陽電池素子６の周辺部に入射した光も発電に利用することができる。また、光機能材料８はあらゆる方向から入射した光Ｌを吸収するため、曇りの日のように雲によって散乱された光が導光体４に入射する場合でも、効率のよい発電を行うことが可能となる。
【００３６】
なお、本実施形態では、導光体４を厚みが一定の板状部材としたが、導光体４の構成はこれに限らない。例えば、厚みが一定のフィルム状の部材、あるいは、厚みが部分的に異なる板状若しくはフィルム状の部材を導光体４として用いてもよい。また、本実施形態では、導光体４の平面形状を略矩形したが、導光体４の構成はこれに限らない。例えば、平面形状が円、楕円、多角形など、矩形以外の任意の形状の板状若しくはフィルム状の部材を導光体４として用いてもよい。
【００３７】
［第２実施形態］
図４は、第２実施形態の太陽電池モジュール１０の断面図である。
【００３８】
本実施形態において第１実施形態と異なる点は、周辺領域５Ｆの導光体５の厚みが、太陽電池素子６に近付くにつれて大きくなっている点である。なお、対向領域５Ｔの導光体５の厚みは一定である。
【００３９】
本実施形態の場合、光射出面５ｃを除く導光体５の第２主面５ｂは、光入射面５ａに対して一定の角度で傾斜しているが、導光体５の構成はこれに限定されない。例えば、光射出面５ｃを除く導光体５の第２主面５ｂの一部若しくは全部が湾曲していてもよい。
【００４０】
図５（ｂ）は、太陽電池モジュール１０の作用を説明する図である。図５（ａ）は、比較例として、導光体の厚みが一定の場合（第１実施形態の導光体４を用いた場合）の太陽電池モジュールの作用を説明する図である。
【００４１】
図５（ａ）に示すように、導光体４の周辺領域４Ｆに入射した光は、光機能材料８で吸収されて光Ｌ１（蛍光）に変換される。光Ｌ１は全方位に放射されるが、臨界角よりも小さい角度で導光体４の主面（図５（ａ）では第２主面４ｂ）に入射した光Ｌ１は、全反射されずに導光体４の外部に漏れ出す。
【００４２】
図５（ｂ）に示すように、導光体５が平板ではなく、太陽電池素子設置部（対向領域）に向かって肉厚となるように第２主面５ｂ側に傾斜がつけられていると、光機能材料８から太陽電池素子側に放射された蛍光の多くが全反射条件を満たすようになる。そのため、導光体を平板状に形成した場合に比べて、より多くの光を太陽電池素子に入射させることができる。
【００４３】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１０では、導光体５の第２主面５ｂに設けられた傾斜面によって、光機能材料８から放射された光Ｌ１を効率よく太陽電池素子６に入射させることができる。よって、効率のよい発電が可能となる。
【００４４】
［第３実施形態］
図６（ａ）は、第３実施形態の太陽電池モジュール１１の平面図である。図６（ｂ）は、太陽電池モジュール１１の断面図である。
【００４５】
本実施形態において第1実施形態と異なる点は、導光体４の光入射面４ａと対向する面（第２主面４ｂ）に、複数の太陽電池素子６が設置されている点である。
【００４６】
本実施形態の場合、例えば、４つの太陽電池素子６が導光体４の光入射面４ａ側から見て正方格子状に配置されているが、太陽電池素子６の数や配置はこれに限定されない。例えば、５以上の太陽電池素子６を導光体４の光入射面４ａ側から見て長方格子状、斜方格子状若しくは六方格子状に配置してもよい。また、太陽電池素子６のピッチ（隣接する２つの太陽電池素子６の中心間の距離）を導光体５の中央部と周辺部で異ならせてもよい。
【００４７】
図７（ａ）および図７（ｂ）は、太陽電池モジュール１１の作用を説明する図である。
【００４８】
光機能材料８から放射された光Ｌ１（蛍光）はあらゆる方向に向かう。導光体４には複数の太陽電池素子６が配置されているため、光Ｌ１は長い距離を伝播することなく何れかの太陽電池素子６に入射する。導光体４の内部を光Ｌ１が長い距離伝播すると、導光体４の基材による吸収や光機能材料８による自己吸収の影響によって、光Ｌ１の一部がロスされる。しかし、本実施形態のように光Ｌ１の伝播距離を短くすれば、このようなロスを少なくすることができ、効率のよい発電が可能となる。
【００４９】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１１によれば、導光体４を光Ｌ１が伝播する際の光Ｌ１のロスを低減し、効率のよい発電を行うことが可能な太陽電池モジュールが提供される。
【００５０】
［第４実施形態］
図８は、第４実施形態の太陽電池モジュール１２の断面図である。
【００５１】
本実施形態において第３実施形態と異なる点は、周辺領域１３Ｆの導光体１３の厚みが、太陽電池素子６に近付くにつれて大きくなっている点である。なお、対向領域１３Ｔの導光体１３の厚みは一定である。
【００５２】
本実施形態の場合、光射出面１３ｃを除く導光体１３の第２主面１３ｂは、太陽電池素子６の近傍に位置する部分が光入射面１３ａに対して一定の角度で傾斜しており、隣接する２つの太陽電池素子６の中間に位置する部分が光入射面１３ａと平行になっているが、導光体１３の構成はこれに限定されない。例えば、光射出面１３ｃを除く導光体１３の第２主面１３ｂの一部若しくは全部が湾曲していてもよい。
【００５３】
本実施形態の太陽電池モジュール１２では、導光体１３の第２主面１３ｂに設けられた傾斜面によって、光機能材料８から放射された光Ｌ１を効率よく太陽電池素子６に入射させることができる。よって、効率のよい発電が可能となる。
【００５４】
［第５実施形態］
図９（ａ）は、第５実施形態の太陽電池モジュール１４の平面図である。図９（ｂ）は、太陽電池モジュール１４の断面図である。
【００５５】
本実施形態において第1実施形態と異なる点は、導光体４の光入射面４ａと隣接する端面４ｄに、光機能材料８から放射された光Ｌ１（蛍光）を反射する反射層９が設けられている点である。
【００５６】
本実施形態の場合、導光体４の４つの端面４ｄ全てに反射層９が設けられている。反射層９は、端面４ｄに空気層を介さずに直接接触して設けられていてもよく、端面４ｄに空気層を介して設けられていてもよい。
【００５７】
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。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。
【００５８】
反射層９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Ｌ１を導光体４の内部に向けて反射する。そのため、導光体４の端面４ｄから外部に漏れ出す光Ｌ１を少なくし、太陽電池素子６に効率よく光Ｌ１を入射させることができる。
【００５９】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１４によれば、導光体４の端面４ｄから漏れ出す光Ｌ１を低減し、効率よく発電を行うことが可能な太陽電池モジュールが提供される。
【００６０】
［第６実施形態］
図１０は、第６実施形態の太陽電池モジュール１５の断面図である。
【００６１】
本実施形態において第1実施形態と異なる点は、導光体４の光入射面４ａと対向する面（第２主面４ｂ）のうち太陽電池素子６が設置される部分（光射出面４ｃ）以外の部分に、光機能材料８から放射された光Ｌ１（蛍光）を反射する反射層７が設けられている点である。
【００６２】
本実施形態の場合、導光体４の光射出面４ｃ以外の第２主面４ｂの全面に反射層７が設けられている。反射層７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てもよく、第２主面４ｂに空気層を介して設けられていてもよい。
【００６３】
反射層７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。
【００６４】
反射層７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Ｌ１を導光体４の内部に向けて反射する。そのため、導光体４の第２主面４ｂから外部に漏れ出す光Ｌ１を少なくし、太陽電池素子６に効率よく光Ｌ１を入射させることができる。
【００６５】
また、反射層７は、光入射面４ａから入射したが光機能材料８に吸収されずに第２主面４ｂから射出した光Ｌを導光体４の内部に向けて反射する。そのため、光入射面４ａから直接入射した光Ｌと反射層７で反射された光Ｌの双方を光機能材料８に吸収させることができる。よって、光機能材料８の濃度を薄くしても、光入射面４ａから入射した光Ｌを効率よく光Ｌ１（蛍光）に変換することができる。
【００６６】
導光体４に用いる光機能材料８としては、蛍光量子収率が高いものが望ましいが、蛍光量子収率の高い光機能材料８は、ストークスシフトが小さいため、自身が発光した光Ｌ１を吸収してしまう自己吸収の問題が生じる。よって、含有されている光機能材料８の濃度が高いほど自己吸収による光Ｌ１のロスは大きくなる。
【００６７】
本実施形態では、第２主面４ｂに反射層７を設置しているため、導光体４に含有されている光機能材料８の濃度を薄くしても光Ｌを十分に吸収することができる。光機能材料８の濃度を薄くすることで、自己吸収による光Ｌ１のロスが低減され、効率のよい発電が可能となる。
【００６８】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１４によれば、反射層７によって導光体４の第２主面４ｂから漏れ出す光Ｌ１を低減し、且つ、光機能材料による自己吸収を抑制可能なことから、効率のよい発電が可能となる。
【００６９】
［第７実施形態］
図１１は、第７実施形態の太陽電池モジュール１６の断面図である。
【００７０】
本実施形態において第６実施形態と異なる点は、周辺領域５Ｆの導光体５の厚みが、太陽電池素子６に近付くにつれて大きくなっている点である。
【００７１】
本実施形態の場合、光射出面５ｃを除く導光体５の第２主面５ｂは、光入射面５ａに対して一定の角度で傾斜しているが、導光体５の構成はこれに限定されない。例えば、光射出面５ｃを除く導光体５の第２主面５ｂの一部若しくは全部が湾曲していてもよい。
【００７２】
本実施形態の太陽電池モジュール１６では、導光体５の第２主面５ｂに設けられた傾斜面によって、光機能材料８から放射された光Ｌ１を効率よく太陽電池素子６に入射させることができる。よって、効率のよい発電が可能となる。
【００７３】
［第８実施形態］
図１２は、第８実施形態の太陽電池モジュール１７の断面図である。
【００７４】
本実施形態において第１実施形態と異なる点は、導光体２０が、光機能材料を含む第１の層１９と、光機能材料を含まない第２の層１８とを積層して形成されている点である。
【００７５】
本実施形態の場合、第１の層１９は、蛍光体を含まない透明基材と、透明基材の内部に分散された光機能材料と、を含む蛍光フィルムである。光機能材料としては、第１実施形態と同様のもの（導光体２０の外部から入射した光を蛍光に変換するもの）が用いられる。第２の層１８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板状の透明導光体である。
【００７６】
透明基材および透明導光体は、光機能材料を含まない透明層であるが、波長変換を目的として意図的に光機能材料を分散したものでなければ、若干の光機能材料を含み、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基材および透明導光体として使用可能である。
【００７７】
第１の層１９と第２の層１８は、粘着剤によって剥離可能に接着されている。第１の層１９は、破損、劣化、又は異物（砂埃や鳥の糞など）の付着などが生じた場合に、第２の層１８から剥離して交換される。
【００７８】
第１の層１９と第２の層１８は外光入射側からこの順に配置されている。第１の層１９の第２の層１８と反対側の面は導光体２０の第１主面２０ａであり、第２の層１８の第１の層１９とは反対側の主面は導光体２０の第２主面である。太陽電池素子６は、導光体２０の第２主面２０ｂに設置されている。導光体２０の第１主面２０ａは、外部から光が入射する光入射面であり、導光体２０の第２主面２０ｂのうち太陽電池素子６が設置されている部分は、太陽電池素子６に光を射出する光射出面２０ｃである。
【００７９】
導光体２０は、太陽電池素子６の受光面と対向する対向領域２０Ｔと、対向領域２０Ｔの周囲の周辺領域２０Ｆと、を備えている。周辺領域２０Ｆの少なくとも一部には、第１の層１９が設置されている。
【００８０】
本実施形態の場合、第１の層１９には、太陽電池素子６の受光面と同じ大きさの開口部が形成されており、第１の層１９は周辺領域２０Ｆ全体に設けられているが、第１の層１９の構成はこれに限定されない。例えば、第１の層１９の開口部を太陽電池素子６の受光面よりも大きくしてもよいし、太陽電池素子６の受光面よりも小さくしてもよい。
【００８１】
第１の層１９から放射された光（蛍光）は、第１の層１９および第２の層１８の内部を伝播し、光射出面２０ｃから太陽電池素子６に入射する。光は、光機能材料を含む第１の層１９と光機能材料を含まない第２の層１８の双方を通って太陽電池素子６に入射するため、導光体全体が光機能材料を含む層で形成されている場合に比べて、光機能材料による自己吸収を抑制することができる。
【００８２】
導光体２０の対向領域２０Ｔに入射した光は、第１の層１９の開口部および第２の層１８を通過して太陽電池素子６に入射する。対向領域２０Ｔには光機能材料が含まれていないので、外部から入射した光は光機能材料によって吸収されることなく太陽電池素子６に入射する。よって、対向領域２０Ｔに入射した光を効率よく発電に利用することができる。
【００８３】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール１７によれば、導光体２０を第１の層１９と第２の層１８の２層構造によって形成しているので、導光体２０を光が伝播する際の光のロスを低減し、効率のよい発電を行うことが可能となる。
【００８４】
また、第１の層１８と第２の層１９が粘着剤によっては栗可能に接合されているので、第１の層１９破損、劣化、又は異物の付着（砂埃や鳥の糞など）などが生じ発電効率が低下した場合には、第１の層１９のみを第２の層１８から剥がして交換することができる。よって、導光体全体を交換する場合に比べて、保守の費用を少なくすることができる。
【００８５】
［第９実施形態］
図１３は、第９実施形態の太陽電池モジュール２１の断面図である。
【００８６】
本実施形態において第８実施形態と異なる点は、導光体２５が、光機能材料を含まない第１の層２４と光機能材料を含む第２の層２３と、光機能材料を含まない第３の層２２とを積層して形成されている点である。
【００８７】
本実施形態の場合、太陽電池素子の設置部をマスクした透明なＰＭＭＡ基板に、トルエン溶媒中に光機能材料を分散させた溶液を塗布することで、上記の層状構造（第１の層２４、第２の層２３および第３の層２２）を形成している。溶液中の光機能材料は、ＰＭＭＡ基板の内部に浸透し、ＰＭＭＡ基板の厚み方向の特定領域に選択的に光機能材料の層（第２の層２３）を形成する。光機能材料の層の上下には、光機能材料が殆ど含まれない透明な層（第１の層２４および第３の層２２）が形成される。
【００８８】
第１の層２４と第２の層２３と第３の層２２は外光入射側からこの順に配置されている。第１の層２４の第２の層２３と反対側の面は導光体２５の第１主面２５ａであり、第３の層２２の第２の層２３とは反対側の主面は導光体２５の第２主面である。太陽電池素子６は、導光体２５の第２主面２５ｂに設置されている。導光体２５の第１主面２５ａは、外部から光が入射する光入射面であり、導光体２５の第２主面２５ｂのうち太陽電池素子６が設置されている部分は、太陽電池素子６に光を射出する光射出面２５ｃである。
【００８９】
導光体２５は、太陽電池素子６の受光面と対向する対向領域２５Ｔと、対向領域２５Ｔの周囲の周辺領域２５Ｆと、を備えている。周辺領域２５Ｆの少なくとも一部には、第２の層２３が設置されている。
【００９０】
本実施形態の場合、第２の層２３には、太陽電池素子６の受光面と同じ大きさの開口部が形成されており、第２の層２３は周辺領域２５Ｆ全体に設けられているが、第２の層２３の構成はこれに限定されない。例えば、第２の層２３の開口部を太陽電池素子６の受光面よりも大きくしてもよいし、太陽電池素子６の受光面よりも小さくしてもよい。
【００９１】
第２の層２３から放射された光（蛍光）は、第１の層２４、第２の層２３および第３の層２２の内部を伝播し、光射出面２５ｃから太陽電池素子６に入射する。光は、光機能材料を含む第２の層２３と光機能材料を含まない第１の層２４および第３の層２２の双方を通って太陽電池素子６に入射するため、導光体全体が光機能材料を含む層で形成されている場合に比べて、光機能材料による自己吸収を抑制することができる。
【００９２】
導光体２５の対向領域２５Ｔに入射した光は、第１の層２４、第２の層２３の開口部および第３の層２２を通過して太陽電池素子６に入射する。対向領域２５Ｔには光機能材料が含まれていないので、外部から入射した光は光機能材料によって吸収されることなく太陽電池素子６に入射する。よって、対向領域２５Ｔに入射した光を効率よく発電に利用することができる。
【００９３】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール２１によれば、導光体２５を第１の層２４と第２の層２３と第３の層２２の３層構造によって形成しているので、導光体２５を光が伝播する際の光のロスを低減し、効率のよい発電を行うことが可能となる。
【００９４】
［第１０実施形態］
図１４は、第１０実施形態の太陽電池モジュール２６の断面図である。
【００９５】
本実施形態において第８実施形態と尾となる点は、導光体２９が、光機能材料を含む第１の層２７と、光機能材料を含まない第２の層２８とを積層して形成されている点と、導光体２９の光入射面２９ａと隣接する端面（第１の層２７および第２の層２８の端面）に、光機能材料から放射された光（蛍光）を反射する反射層９が設けられている点である。
【００９６】
第１の層２７は、第８実施形態の第１の層１９と同じ構成であり、第２の層２８は、第８実施形態の第２の層１８と同じ構成である。本実施形態では、第２の層２８と第１の層２７が外光入射側からこの順に配置されている点が、第８実施形態と異なる。
【００９７】
第１の層２７と第２の層２８は、粘着剤によって剥離可能に接着されている。第１の層２７は、破損、劣化、又は異物（砂埃や鳥の糞など）の付着などが生じた場合に、第２の層２８から剥離して交換される。
【００９８】
第２の層２８の第１の層２７と反対側の面は導光体２９の第１主面２９ａであり、第１の層２７の第２の層２８とは反対側の主面および第２の層２８の光入射面２９ａと対向する主面のうち第１の層２７から露出している部分は導光体２９の第２主面である。太陽電池素子６は導光体２９の第２主面２９ｂに設置されている。導光体２９の第１主面２９ａは、外部から光が入射する光入射面であり、導光体２９の第２主面２９ｂのうち太陽電池素子６が設置されている部分は、太陽電池素子６に光を射出する光射出面２９ｃである。
【００９９】
導光体２９は、太陽電池素子６の受光面と対向する対向領域２９Ｔと、対向領域２９Ｔの周囲の周辺領域２９Ｆと、を備えている。周辺領域２９Ｆの少なくとも一部には、第１の層２７が設置されている。
【０１００】
本実施形態の場合、第１の層２７には、太陽電池素子６の受光面と同じ大きさの開口部が形成されており、第１の層２７は周辺領域２９Ｆ全体に設けられているが、第１の層２７の構成はこれに限定されない。例えば、第１の層２７の開口部を太陽電池素子６の受光面よりも大きくしてもよいし、太陽電池素子６の受光面よりも小さくしてもよい。
【０１０１】
第１の層２７から放射された光（蛍光）は、第１の層２７および第２の層２８の内部を伝播し、光射出面２９ｃから太陽電池素子６に入射する。光は、光機能材料を含む第１の層２７と光機能材料を含まない第２の層２８の双方を通って太陽電池素子６に入射するため、導光体全体が光機能材料を含む層で形成されている場合に比べて、光機能材料による自己吸収を抑制することができる。
【０１０２】
導光体２９の対向領域２９Ｔに入射した光は、第２の層２８および第１の層２７の開口部を通過して太陽電池素子６に入射する。対向領域２９Ｔには光機能材料が含まれていないので、外部から入射した光は光機能材料によって吸収されることなく太陽電池素子６に入射する。よって、対向領域２９Ｔに入射した光を効率よく発電に利用することができる。
【０１０３】
導光体２９の４つの端面には、第５実施形態で説明した反射層９が設けられている。反射層９は、導光体２９の端面に空気層を介さずに直接接触して設けられていてもよく、導光体２９の端面に空気層を介して設けられていてもよい。反射層９は、導光体２９の内部から導光体２９の外部に向けて進行する光を導光体２９の内部に向けて反射する。そのため、導光体２９の端面から外部に漏れ出す光を少なくし、太陽電池素子６に効率よく光を入射させることができる。
【０１０４】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール２６よれば、導光体２９を第１の層２７と第２の層２８の２層構造によって形成しているので、導光体２９を光が伝播する際の光のロスを低減し、効率のよい発電を行うことが可能となる。また、反射層９を導光体２９の端面に設けているので、導光体２９の端面から漏れ出す光を低減し、さらに効率のよい発電が可能となる。
【０１０５】
［第１１実施形態］
図１５は、第１１実施形態の太陽電池モジュール３０の断面図である。
【０１０６】
本実施形態において第１０実施形態と異なる点は、導光体３３の光入射面３３ａと対向する面（第２主面３３ｂ）のうち太陽電池素子６が設置される部分（光射出面３３ｃ）以外の部分に、光機能材料から放射された光（蛍光）を反射する反射層７が設けられている点である。なお、図１５では、導光体３３の端面に反射層が設けられていないが、導光体３３の端面に第１０実施形態と同様の反射層９を設けてもよい。
【０１０７】
導光体３３は、光機能材料を含む第１の層３１と、光機能材料を含まない第２の層３２とを積層して形成されている。第１の層３１は、第１０実施形態の第１の層２７と同じ構成であり、第２の層３２は、第１０実施形態の第２の層２８と同じ構成である。
【０１０８】
第１の層３１と第２の層３２は、粘着剤によって剥離可能に接着されている。第１の層３１は、破損、劣化、又は異物（砂埃や鳥の糞など）の付着などが生じた場合に、第２の層３２から剥離して交換される。
【０１０９】
第２の層３２の第１の層３１と反対側の面は導光体３３の第１主面３３ａであり、第１の層３１の第２の層３２とは反対側の主面および第２の層３２の光入射面３３ａと対向する主面のうち第１の層３１から露出している部分は導光体３３の第２主面である。太陽電池素子６は導光体３３の第２主面３３ｂに設置されている。導光体３３の第１主面３３ａは、外部から光が入射する光入射面であり、導光体３３の第２主面３３ｂのうち太陽電池素子６が設置されている部分は、太陽電池素子６に光を射出する光射出面３３ｃである。
【０１１０】
導光体３３は、太陽電池素子６の受光面と対向する対向領域３３Ｔと、対向領域３３Ｔの周囲の周辺領域３３Ｆと、を備えている。周辺領域３３Ｆの少なくとも一部には、第１の層３１が設置されている。
【０１１１】
本実施形態の場合、第１の層３１には、太陽電池素子６の受光面と同じ大きさの開口部が形成されており、第１の層３１は周辺領域３３Ｆ全体に設けられているが、第１の層３１の構成はこれに限定されない。例えば、第１の層３１の開口部を太陽電池素子６の受光面よりも大きくしてもよいし、太陽電池素子６の受光面よりも小さくしてもよい。
【０１１２】
導光体３３の第２主面３３ｂのうち光射出面３３ｃ以外の領域には、第６実施形態で説明した反射層７が設けられている。反射層７は、導光体３３の第２主面３３ｂに空気層を介さずに直接接触して設けられていてもよく、導光体３３の第２主面３３ｂに空気層を介して設けられていてもよい。
【０１１３】
反射層７は、導光体３３の内部から導光体３３の外部に向けて進行する光を導光体３３の内部に向けて反射する。そのため、導光体３３の端面から外部に漏れ出す光を少なくし、太陽電池素子６に効率よく光を入射させることができる。
【０１１４】
また、反射層７は、光入射面３３ａから入射したが第１の層３１に含まれる光機能材料に吸収されずに第２主面３３ｂから射出した光を導光体３３の内部に向けて反射する。そのため、光入射面３３ａから直接入射した光と反射層７で反射された光の双方を光機能材料に吸収させることができる。よって、光機能材料の濃度を薄くしても、光入射面３３ａから入射した光を効率よく蛍光に変換することができる。光機能材料の濃度を薄くすることで、自己吸収による光のロスが低減され、効率のよい発電が可能となる。
【０１１５】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール３０によれば、導光体３３を第１の層３１と第２の層３２の２層構造によって形成しているので、導光体３３を光が伝播する際の光のロスを低減し、効率のよい発電を行うことが可能となる。また、反射層７によって導光体３３の第２主面３３ｂから漏れ出す光を低減し、且つ、光機能材料による自己吸収を抑制可能なことから、さらに効率のよい発電が可能となる。
【０１１６】
［第１２実施形態］
図１６は、第１２実施形態の太陽電池モジュール３４に用いられる導光体３６の断面図である。
【０１１７】
本実施形態において第８実施形態と異なる点は、導光体３６に、光機能材料として、複数種類の光機能材料が備えられている点である。
【０１１８】
導光体３６は、光機能材料を含む第１の層３５と、光機能材料を含まない第２の層１８とを積層して形成されている。本実施形態の場合、第１の層３５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１６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。光機能材料が分散される基材は、第８実施形態で説明したものと同じである。
【０１１９】
第１の層３５と第２の層１８は、粘着剤によって剥離可能に接着されている。第１の層３５は、破損、劣化、又は異物（砂埃や鳥の糞など）の付着などが生じた場合に、第２の層１８から剥離して交換される。
【０１２０】
第１の層３５と第２の層１８は外光入射側からこの順に配置されている。第１の層３５の第２の層１８と反対側の面は導光体３６の第１主面３６ａであり、第２の層１８の第１の層３５とは反対側の主面は導光体３６の第２主面である。太陽電池素子６（図１２参照）は、導光体３６の第２主面３６ｂに設置されている。導光体３６の第１主面３６ａは、外部から光Ｌが入射する光入射面であり、導光体３６の第２主面３６ｂのうち太陽電池素子６が設置されている部分は、太陽電池素子６に光Ｌ１を射出する光射出面である。
【０１２１】
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、例えば以下の通りである。なお、第１蛍光体８ａ、第２蛍光体８ｂ及び第３蛍光体８ｃの混合比率は基材に対する体積比率で示している。
【０１２２】
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％
【０１２３】
図１７ないし図２０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１７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１８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１９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２０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。
【０１２４】
図１７及び図１８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。
【０１２５】
図１９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２０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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
ここで、図２１及び図２２を用いてフェルスター機構について説明する。図２１（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２１（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２２（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２２（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。
【０１２８】
図２１（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（１）のようになる。
【０１２９】
【数１】
2013254854.tif 000003
【０１３０】
なお、式（１）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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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２２（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２２（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。
【０１３３】
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１７及び図１９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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
通常、２種類の蛍光体を混入した場合には、図２１（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。
【０１３８】
一方、図２１（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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
図２３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。
【０１４１】
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２３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。
【０１４２】
以上のように、本実施形態の太陽電池モジュール３４では、光入射面３６ａ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３６ａよりも面積の小さい光射出面に集光させて太陽電池素子に入射させている。そのため、太陽電池素子としては、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。
【０１４３】
［第１３実施形態］
図２４は、第１３実施形態の太陽電池モジュール３７の断面図である。
【０１４４】
本実施形態において第１実施形態と異なる点は、導光体３８の対向領域３８Ｔに光機能材料８が備えられており、対向領域３８Ｔの光機能材料８の濃度が周辺領域３８Ｆの光機能材料８の濃度よりも薄くなっている点である。
【０１４５】
導光体３８を構成する基材および光機能材料８は、第１実施形態で説明したものと同じである。第１実施形態では、対向領域の少なくとも一部に、外光をそのまま太陽電池素子に透過させる透明領域が形成されていたが、本実施形態ではこのような透明領域がない。対向領域３８Ｔを光入射面３８ａ側見たときに、対向領域３８Ｔ全体に光機能材料８が分散されている。
【０１４６】
本実施形態の場合、対向領域３８Ｔ全体に均一な濃度で光機能材料８が分散されているが、対向領域３８Ｔの構成はこれに限定されない。例えば、対向領域３８Ｔの中央部と周縁部（周辺領域３８Ｆとの境界部）で光機能材料８の濃度を異ならせてもよい。
【０１４７】
本実施形態の太陽電池モジュール３７では、対向領域３８Ｔに入射した外光の一部が光機能材料８によって吸収され、蛍光に変換される。よって、外光と蛍光が混合した光が光射出面３８ｃから太陽電池素子６に入射する。この構成でも第１実施形態と同様の効果が得られる。
【０１４８】
［第１４実施形態］
図２５は、第１４実施形態の太陽電池モジュール３９の断面図である。
【０１４９】
本実施形態において第１実施形態と異なる点は、導光体４０の周辺領域４０Ｆの一部に光機能材料８が含まれていない透明領域が設けられている点である。
【０１５０】
本実施形態の場合、対向領域４０Ｔの近傍に、外光をそのまま透過させる透明領域が形成されている。よって、対向領域４０Ｔの近傍に入射した光のうち、光入射面４０ａに対して斜めに入射した光は、光機能材料８に吸収されることなく、光射出面４０ｃから太陽電池素子６に入射する。よって、発電に利用できる外光を増やすことができる。
【０１５１】
［変形形態］
本発明の太陽電池モジュールの好適な一例を第１実施形態ないし第１４実施形態に示したが、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されない。第１実施形態ないし第１４実施形態に示した構成は適宜組み合わせが可能であり、また、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で多様な変形が可能である。
【０１５２】
［太陽光発電装置］
図２６は、太陽光発電装置１０００の概略構成図である。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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、前述した実施形態の太陽電池モジュールが用いられる。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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】
【０１５７】
本発明は、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】
【０１５８】
１…太陽電池モジュール、４…導光体、４ａ…光入射面、４ｃ…光射出面、４Ｆ…周辺領域、４Ｔ…対向領域、５…導光体、５ａ…光入射面、５ｃ…光射出面、５Ｆ…周辺領域、５Ｔ…対向領域、６…太陽電池素子、６ａ…受光面、７…反射層、８，８ａ，８ｂ，８ｃ…光機能材料（蛍光体）、９…反射層、１０，１１，１２…太陽電池モジュール、１３…導光体、１３ａ…光入射面、１３ｃ…光射出面、１３Ｆ…周辺領域、１３Ｔ…対向領域、１４，１５，１６，１７…太陽電池モジュール、１８…光機能材料を含まない層、１９…光機能材料を含む層、２０…導光体、２０ａ…光入射面、２０ｃ…光射出面、２０Ｆ…周辺領域、２０Ｔ…対向領域、２１…太陽電池モジュール、２２…光機能材料を含まない層、２３…光機能材料を含む層、２４…光機能材料を含まない層、２５…導光体、２５ａ…光入射面、２５ｃ…光射出面、２５Ｆ…周辺領域、２５Ｔ…対向領域、２６…太陽電池モジュール、２７…光機能材料を含む層、２８…光機能材料を含まない層、２９…導光体、２９ａ…光入射面、２９ｃ…光射出面、２９Ｆ…周辺領域、２９Ｔ…対向領域、３０…太陽電池モジュール、３１…光機能材料を含む層、３２…光機能材料を含まない層、３３…導光体、３３ａ…光入射面、３３ｃ…光射出面、３３Ｆ…周辺領域、３３Ｔ…対向領域、３４…太陽電池モジュール、３５…光機能材料を含む層、３６…導光体、３６ａ…光入射面、３６Ｆ…周辺領域、３７…太陽電池モジュール、３８…導光体、３８ａ…光入射面、３８ｃ…光射出面、３８Ｆ…周辺領域、３８Ｔ…対向領域、３９…太陽電池モジュール、４０…導光体、４０ａ…光入射面、４０ｃ…光射出面、４０Ｆ…周辺領域、４０Ｔ…対向領域、Ｌ…外光、Ｌ１…蛍光
【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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