(57)【要約】  【課題】  光の透過率が高くかつ高い発光強度を得ることのできる波長変換層を備えた太陽電池および太陽電池モジュールを提供する。  【解決手段】  光電変換素子７の受光面側に厚さが０．５ｍｍ以下の波長変換層５を備え、該波長変換層５が、０．１から１．０ｍ２／ｇの比表面積を有する蛍光体粒子５ｂを含むことにより、蛍光体粒子５ｂが分散されている樹脂５ａと蛍光体粒子５ｂの界面の面積を低減し、界面における可視光の散乱を低減することができ、波長変換層５における可視光の透過率が向上するとともに、発光強度を高めることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換素子の受光面側に厚さが０．５ｍｍ以下の波長変換層を備え、該波長変換層が、０．１から１．０ｍ２／ｇの比表面積を有する蛍光体粒子を含むことを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
前記蛍光体粒子が、ＭＡｌ２Ｏ４：ＥｕまたはＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕで表されるいずれかの複合酸化物（ただし、Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、ＭｇおよびＢａのうちの少なくとも１種）であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【請求項３】
前記波長変換層は、ポリスチレン、ポリカーボネート、またはこれらの誘導体を含む樹脂と、該樹脂中に含まれている前記蛍光体粒子とを有することを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池。
【請求項４】
複数の光電変換素子と、
隣接する一方の前記光電変換素子と他方の前記光電変換素子とを直列または並列に接続する配線と、
前記複数の光電変換素子の受光面側に設けられた請求項１乃至３のいずれかに記載の波長変換層と、を備えることを特徴とする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、波長変換層を備えた太陽電池および太陽電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
太陽電池は、太陽の光を直接電気エネルギーに変換できるという特徴から、クリーン且つ無尽蔵なエネルギーの利用手段として注目されており、火力発電や原子力発電に代わる新しい電力源として、ますます期待が高まっている。
【０００３】
図４は、従来から知られている太陽電池の一例を示す断面模式図である。太陽電池は、太陽光１０１が入射する受光面側から、透光性基板１０３、受光面側封止層１０５、光電変換素子１０７、裏面側封止層１１１および裏面カバー層１１３がこの順に積層された構成となっており、光電変換素子１０７は受光面側電極および裏面側電極（図示せず）を備えている。太陽電池の性能は、一般に、太陽電池に入射した光（太陽の光）が電気に変換された割合である変換効率で表される。
【０００４】
変換される光のエネルギーは、太陽電池内部の光電変換素子（発電素子、例えば半導体材料）に吸収された光のエネルギーであり、変換効率は、この光電変換素子がどれだけ広い波長領域の光を効率よく吸収できるのかに大きく依存し、用いられる半導体材料の種類によって大きく異なってくる。
【０００５】
太陽電池用の光電変換素子としては、主としてシリコンおよび化合物半導体が単結晶および多結晶を含む結晶質やアモルファス（非晶質）の形で用いられているが、いずれも変換効率が低く、発電コストが高いことが課題となっている。
【０００６】
これは、光電変換素子が吸収して電気エネルギーに変換可能な光は、光電変換素子の材料の物性であるバンドギャップにより決定される限られた波長領域の光のみであることに起因する。太陽光は、紫外光、可視光及び赤外光を含む幅広い波長領域を有するが、例えば、シリコンからなる光電変換素子が吸収して電気エネルギーに変換できる光は４００〜１０００ｎｍの波長領域のみであり、それ以外の波長領域、特に太陽光に相当量含まれる近紫外線は、シリコン系などの光電変換素子において殆ど発電に寄与しないことが知られている。
【０００７】
上記の問題に対して、太陽電池の透光性基板等に、入射光を吸収してより長い波長の光を放出する蛍光体材料を塗布または含有させ、波長変換機能を持たせた構成とすることによって、太陽光中の紫外光を光電変換素子が吸収可能な波長領域に変換し、太陽電池の変換効率を向上させる試みが行われている（例えば、特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１８５２４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載の太陽電池は、透光性基板に含まれる蛍光体材料の平均粒径が２００ｎｍ以下と小さいことから、可視光の透過率は高いものの、蛍光体材料の発光強度が低いという問題があった。
【００１０】
従って、本発明は、可視光の透過率が高く、かつ発光強度が高い波長変換層を備えた太陽電池および太陽電池モジュールを得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の太陽電池は、光電変換素子の受光面側に厚さが０．５ｍｍ以下の波長変換層を備え、該波長変換層が、０．１から１．０ｍ２／ｇの比表面積を有する蛍光体粒子を含むことを特徴とする。
【００１２】
本発明の太陽電池モジュールは、複数の光電変換素子と、隣接する一方の前記光電変換素子と他方の前記光電変換素子とを直列または並列に接続する配線と、前記複数の光電変換素子の受光面側に設けられた前記波長変換層と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、可視光の透過率が高く、かつ発光強度が高い波長変換層を備えた太陽電池および太陽電池モジュールを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態である太陽電池の積層状態を示す概略断面図である。
【図２】本発明の別の実施形態である太陽電池の積層状態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の一実施形態である太陽電池モジュールの（ａ）概略断面図および（ｂ）受光面側平面図である
【図４】従来の太陽電池の積層状態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態である太陽電池について、図１を基に説明する。本実施形態における太陽電池は、太陽光１が入射する受光面側から、板状の透光性基板３、波長変換層５、透明樹脂層６、光電変換素子７、裏面側封止層１１および裏面側カバー層１３がこの順に積層された構成となっている。光電変換素子７は受光面側電極および裏面側電極（図示せず）を備えている。
【００１６】
本実施形態の太陽電池においては、波長変換層５は、厚さが０．５ｍｍ以下であり、樹脂５ａに０．１〜１．０ｍ２／ｇの比表面積を有する蛍光体粒子５ｂが分散されたものである。波長変換層５の厚さが０．５ｍｍ以下と薄いことにより、樹脂５ａに光が吸収されることよる光電気変換効率の低下を抑えることができ、蛍光体粒子５ｂの比表面積が０．１〜１．０ｍ２／ｇであることにより、波長変換層５における光の透過率を高めることが可能となる。
【００１７】
これに対し、波長変換層５中に含まれる蛍光体粒子５ｂの比表面積が１．０ｍ２／ｇよりも大きい場合には、樹脂５ａと蛍光体粒子５ｂとの界面の面積が増加し、界面による光の散乱が増大して、波長変換層５における光の透過率が大きく低下する。
【００１８】
一方、蛍光体粒子５ｂの比表面積が０．１ｍ２／ｇよりも小さい場合には、蛍光体粒子５ｂの粒径が大きくなりすぎ、樹脂５ａ中に均一に分散できない恐れがある。
【００１９】
なお、波長変換層５中に含まれる蛍光体粒子５ｂの比表面積は、太陽電池を解体して波長変換層５の一部を切り出し、樹脂５ａの成分を、溶剤で溶解したり４００〜７００℃の温度で熱分解する等して除去した後、ガス吸着法や水銀圧入法により測定できる。
【００２０】
蛍光体粒子５ｂは、紫外光を吸収して可視光に変換し放出する機能を有する。波長変換層５中にこのような蛍光体粒子５ｂを含有させることにより、光電変換素子７では吸収で
きない紫外光を、吸収可能な可視光に変換し、太陽電池の変換効率を向上することができる。このような蛍光体粒子５ｂとしては、ＭＡｌ２Ｏ４：ＥｕまたはＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕで表されるいずれかの複合酸化物（ただし、Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、ＭｇおよびＢａのうちの少なくとも１種）を用いることが好ましい。ここで、ＭＡｌ２Ｏ４およびＭ２ＳｉＯ４は、蛍光体粒子５ｂの母結晶を構成するものであり、Ｅｕは賦活剤として含まれているものである。これらの複合酸化物は、紫外光の領域である波長３００〜３９０ｎｍの光を吸収し、可視光の領域である波長４００〜９００ｎｍの光に変換して放出する。さらに、これらの複合酸化物は、屈折率が比較的小さく樹脂５ａとの屈折率差が少ないことから、樹脂５ａ中に蛍光体粒子５ｂとして分散している場合、樹脂５ａと蛍光体粒子５ｂとの界面における光の散乱が抑制されるため、紫外光の吸収率が高く、また、波長変換層５における可視光の透過率を高めることができる。
【００２１】
なお、波長変換層５における蛍光体粒子５ｂの含有量は、１００体積部の樹脂５ａに対して蛍光体粒子５ｂが０．５〜３０体積部であることが好ましい。蛍光体粒子５ｂの含有量をこのような体積比率とすることにより、光電変換素子７への可視光の透過を妨げることなく、充分な波長変換機能を有する波長変換層５とすることができる。波長変換層５における蛍光体粒子５ｂの含有量は、たとえば、以下のようにして求められる。波長変換層５の一部をサンプルとして切り出し、たとえばガス置換法から求められる比重と波長変換層５のサンプルの重量とから波長変換層５のサンプルの体積を算出する。その後、波長変換層５のサンプルから、樹脂５ａの成分を溶剤で溶解したり４００〜７００℃の温度で熱分解する等して除去し、得られた蛍光体粒子５ｂの比重と重量を測定して、波長変換層５のサンプル中に含まれていた蛍光体粒子５ｂの体積を算出する。樹脂５ａを除去する前の波長変換層５のサンプルの体積と、波長変換層５のサンプルから樹脂５ａを除去した後に残留した蛍光体粒子５ｂの体積との比率から、樹脂５ａに対する蛍光体粒子５ｂの体積比率を求めることができる。
【００２２】
蛍光体粒子５ｂを分散させる樹脂５ａとしては、溶剤を使わずに比較的低い温度で加工できるという点から、エチレン−酢酸ビニル共重合体等が使用可能であるが、前述の複合酸化物との屈折率差がより小さく、蛍光体粒子５ｂとの界面における光の散乱をさらに低減できるポリスチレン、ポリカーボネート、またはこれらの誘導体であることが好ましい。
【００２３】
透光性基板３としては、耐候性および機械的強度の点で、ガラスや、ポリカーボネート等の樹脂などからなる基板が用いられ、その厚さは、３〜５ｍｍ程度であることが望ましい。
【００２４】
透明樹脂層６は、光電変換素子７の表面の凹凸を吸収して、透光性基板３と光電変換素子７とを、波長変換層５および透明樹脂層６を介して密着させるために設けられているもので、光電変換素子７の表面の凹凸が、波長変換層５により充分吸収可能な程度に軽微である場合は、図２に示すように透明樹脂層６を省略して、波長変換層５と光電変換素子７とを直接接合することもできる。
【００２５】
透明樹脂層６および裏面側封止層１１には、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂が用いられ、光電変換素子７への接着性、耐久性および加工性の点で、ポリビニルブチラール（ＰＶＢ）やシリコーンなどが１０質量％以下の割合で含まれていてもよい。なお、本実施形態に用いるエチレン−酢酸ビニル共重合体としては、紫外線吸収剤を含まないものが望ましい。紫外線吸収剤は、太陽電池の構成要素のうち紫外線に弱い部分が劣化するのを防ぐために用いられるものであり、本実施形態においては、蛍光体粒子５ｂが紫外光を吸収するため、紫外線吸収剤は必要としない。なお、紫外線吸収剤を含む材料を用いた場合、蛍光体粒子が吸収すべき紫外光を紫外線吸収剤が吸収することにより、蛍
光体粒子の紫外光吸収率や発光強度が低下する恐れがある。なお、波長変換層５、透明樹脂層６および裏面側封止層１１の厚さは合計で０．４〜１ｍｍ程度がよい。
【００２６】
光電変換素子７は、光起電力を有する基材に受光面側電極および裏面電極を設けたものである。基材としては、単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などが用いられ、その厚みは０．３〜０．４ｍｍ程度であるのが良いが、球状型や薄膜型などの形態をとっても構わない、また、アモルファスシリコンや化合物系材料、有機系材料などを用いることもできる。受光面電極および裏面電極は、導電性を有する材料で構成されており、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌ等の金属材料や半田等の合金材料、カーボン材料、導電性酸化物材料およびこれらをフィラーとして含む導電性樹脂材料等から適宜選択される。
【００２７】
裏面側カバー層１３としては、水分を透過しないようにアルミ箔を挟持した耐候性を有するフッ素系樹脂シートや、アルミナまたはシリカを蒸着したポリエチレンテレフタレ−ト（ＰＥＴ）シートなどが好適に用いられる。
【００２８】
図３（ａ）は、本発明の一実施形態である太陽電池モジュールについて示した概略断面図であり、太陽光１が入射する受光面側から、板状の透光性基板３、波長変換層５、透明樹脂層６、複数の光電変換素子７、裏面側封止層１１および裏面側カバー層１３がこの順に積層され、一方の光電変換素子７の受光面側電極（図示せず）と他方の光電変換素子７の裏面側電極（図示せず）とがインターコネクタ１５によって接続された構成となっている。なお、図３（ｂ）の受光面側の平面図では、複数の光電変換素子７およびインターコネクタ１５のみを示している。本実施形態では複数の光電変換素子７の受光面側に一層の波長変換層５を備えているが、複数の光電変換素子７の受光面側にそれぞれ個別に波長変換層５を設けることもできる。
【００２９】
インターコネクタ１５には、ハンダを被覆した銅箔等が好適に用いられる。
【００３０】
本実施形態の太陽電池の製造方法について、図１を基に説明する。波長変換層５を形成する材料として、ポリスチレン、ポリカーボネート、またはこれらの誘導体を主成分とする樹脂粉末と、ＭＡｌ２Ｏ４：ＥｕまたはＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕで表されるいずれかの複合酸化物粉末（Ｍは、Ｓｒ、Ｃａ、ＭｇおよびＢａのうちの少なくとも１種）とを用いる。樹脂粉末１００体積部に対し、複合酸化物粉末を０．５〜３０．０体積部の割合で配合し、必要に応じてトルエンなどの溶媒を添加して、樹脂粉末が溶解する程度に加熱したロールミルを用いて混合し、樹脂粉末と複合酸化物粉末の混合物である波長変換層用の前駆体ペースト（以下、単に前駆体ペーストともいう）を作製する。得られた波長変換層用の前駆体ペーストを、あらかじめ準備した例えばガラス製の透光性基板３の一方の主面上に、ロール印刷、スクリーン印刷、吹き付け等の周知の塗布方法により塗布し、溶媒を乾燥させることで、透光性基板３の主面上に、蛍光体粒子５ｂである複合酸化物粒子が樹脂５ａ中に分散した波長変換層５を形成する。
【００３１】
得られた波長変換層５の上に、透明樹脂層６、光電変換素子７、裏面側封止層１１および裏面側カバー層１３を順次図１のように重ね合わせ、得られた積層体を１００〜２２０℃の温度にて加熱圧着するとともに積層体中の樹脂成分を硬化させることにより、太陽電池を得る。なお、重ね合わせた各層間の密着性を向上するため、真空状態で加熱圧着して樹脂成分の硬化処理を行うことが好ましい。なお、このような低温での処理においては、波長変換層に含まれる蛍光体粒子の比表面積や樹脂との体積比率は、原料段階におけるそれと変わらない。
【００３２】
透明樹脂層６および裏面側封止層１１としては、たとえばエチレン−酢酸ビニル共重合体フィルムを用いる。光電変換素子７としては、たとえば光起電力を有する多結晶シリコ
ン基材に、たとえば受光面側電極および裏面側電極として、それぞれ金属Ａｇ粉末を含有する電極ペーストおよび金属Ａｌ粉末を含有する電極ペーストを用いて印刷し、焼き付けることで受光面側電極および裏面側電極を形成したものを用いる。裏面側カバー層１３としては、ポリエステル、ポリビニルブチラール、もしくはテフロン（登録商標)樹脂のシ
ートを用いる。
【００３３】
なお、本実施形態では、樹脂粉末と複合酸化物粉末の混合物を透光性基板３の一方の主面上に塗布することで波長変換層５を形成したが、樹脂粉末と複合酸化物粉末の混合物を２枚のポリエチレンテレフタレートフィルム間に挟み、ロールプレス等を用いて波長変換層５となる所定厚さのシート状成形体を予め作製し、これを図１のように積層して太陽電池を作製しても構わない。
【００３４】
以上、本発明の一実施形態である太陽電池および太陽電池モジュールについて説明したが、本発明はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲で種々変更したものについても適用することができる。
【実施例】
【００３５】
太陽電池を構成する波長変換層となるシートを以下のように作製し評価した。まず、波長変換層を形成する材料として、樹脂粉末と蛍光体粉末とを準備した。樹脂粉末および蛍光体粉末の種類を表１に示す。
【００３６】
次に、樹脂粉末と蛍光体粉末とを、樹脂粉末１００体積部に対して蛍光体粉末が表１に示す割合となるように配合し、さらにトルエンを加え、８０℃に加熱したロールミルを用いて混合して、樹脂粉末と蛍光体粉末の混合物である波長変換層用の前駆体ペーストを作製した。次に、５ｃｍ×５ｃｍ、厚さ２．５ｍｍの強化ガラス製透光性基板を準備し、作製した前駆体ペーストを透光性基板の一方の主面上に塗布し、溶媒を乾燥した後に冷却して、蛍光体粒子が樹脂中に分散した波長変換層を透光性基板上に形成した積層体を作製した。形成した波長変換層の厚さは、積層体断面のマイクロスコープ観察により測定し、表１に示した。
【００３７】
作製した波長変換層に含まれる蛍光体粒子の比表面積は、波長変換層を以下のように処理して蛍光体粒子を取り出した後に、ガス吸着法により測定した。まず、シートの一部を切り出し、トルエンを加えて加熱することで樹脂成分を溶解し、さらに濾過することで樹脂分が除去された蛍光体粒子を回収した。次に、回収した蛍光体粒子を更に大気雰囲気中、５００℃で熱処理することで、残留している樹脂成分を完全に除去した。波長変換層に含まれる蛍光体粒子の比表面積をガス吸着法にて測定した測定結果を表１に示す。
【００３８】
なお、波長変換層に含まれる蛍光体粒子の平均粒径は、シートの一部を切り出し、表面研磨を行った後、走査型電子顕微鏡を用いて、その表面の組織の写真を撮り、その写真上で蛍光体粒子が約３０個入る円を描き、円内および円周にかかった粒子を選択し、各粒子の輪郭を画像処理し、各粒子の面積を求め、同じ面積を持つ円に置き換えたときの直径を算出し、その平均値より求めた。蛍光体粒子の平均粒径を表１に示す。
【００３９】
次に、作製した積層体について、可視光域における光の透過率と、発光強度を評価した。可視光域における光の透過率は、日立製作所製の分光光度計（Ｕ−２０１０）を用いて、波長３００〜８００ｎｍの光を透光性基板側から積層体に照射して吸光度を測定し、透過率を算出してその平均値を可視光域における光の透過率として表１に記載した。発光強度は、日本分光社製の分光蛍光光度計（ＦＰ−６５００）を用いて、波長３５０ｎｍの光を透光性基板側から積層体に照射し、蛍光発光スペクトルを測定してその面積から発光強度を求め、表１に記載した。
【００４０】
【表１】
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【００４１】
表１の結果から明らかなように、試料Ｎｏ．１〜５、７、８、１２〜１８では、可視光域における光の透過率が３８％以上と高く、特に試料Ｎｏ．２〜５、７、８、１３〜１８では発光強度についても２０００を超える高い値を示した。
【００４２】
一方、試料Ｎｏ．６、９〜１１は、可視光域における光の透過率が２７％以下と低いものであった。
【符号の説明】
【００４３】
１、１０１・・・太陽光
３、１０３・・・透光性基板
５・・・・・・・波長変換層
５ａ・・・・・・樹脂
５ｂ・・・・・・蛍光体粒子
６・・・・・・・透明樹脂層
７、１０７・・・光電変換素子
１１、１１１・・裏面側封止層
１３、１１３・・裏面側カバー層
１５・・・・・・インターコネクタ
１０５・・・・・受光面側封止層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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