(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を提供する。  【解決手段】  光電変換セル７の受光面側に波長変換層５を備えた太陽電池であって、前記波長変換層５は、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂層５ａと、該樹脂層中に分散されたＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）またはＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）で表されるいずれかの複合酸化物の粒子５ｂとを含み、前記波長変換層５の平均厚みが０．０３〜１．０ｍｍであり、前記複合酸化物は、粒子の平均粒子径が１０．０〜２３．０μｍであるとともに、前記樹脂層１００質量部に対し、０．５〜８０．０質量部含まれている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
光電変換セルの受光面側に波長変換層を備えた太陽電池であって、前記波長変換層は、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂層と、該樹脂層中に分散されたＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）またはＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）で表されるいずれかの複合酸化物の粒子とを含み、前記波長変換層の平均厚みが０．０３〜１．０ｍｍであり、
前記複合酸化物は、粒子の平均粒子径が１０．０〜２３．０μｍであるとともに、
前記樹脂層１００質量部に対し、０．５〜８０．０質量部含まれていることを特徴とする太陽電池。
【請求項２】
ＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒまたはＢａ）で表される前記複合酸化物は、粒子の平均粒子径が１０．０〜２０．０μｍであり、前記樹脂層を１００質量部としたときの含有量が５０．０〜８０．０質量部であるとともに、前記波長変換層の平均厚みが０．０３〜０．６ｍｍ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】
Ｍ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒまたはＢａ）で表される前記複合酸化物は、粒子の平均粒子径が１０．０〜２０．０μｍであり、前記樹脂層を１００質量部としたときの含有量が４．８〜８０．０質量部であるとともに、前記波長変換層の平均厚みが０．０３〜０．６ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池。
【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２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１００の受光面側から透光性基板１０１、受光面側封止層１０３、光電変換セル１０５、裏面電極層１０７、裏面側封止層１０９および裏面カバー層１１１がこの順に積層された構成となっている。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（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セル（発電素子）である、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、この光電変換セルがどれだけ吸収することができるかに大きく依存するため、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セルとしては、主として、シリコンや化合物半導体が用いられており、更に、これらの素子は、単結晶および多結晶を含む結晶質とアモルファス（非晶質）質とがある。
【０００６】
しかし、現状において、太陽電池の普及の足枷となっている問題点の１つは、変換効率が低く、発電コストが依然として高いことである。
【０００７】
これは、太陽光を有効に用いることが未だできていないことに大きな理由がある。太陽光は、紫外光、可視光及び赤外光を含む広い波長領域を有しているが、これらの光が太陽電池に入射しても、光電変換セルが吸収できる領域の波長のみが電気のエネルギーに変換されるにすぎないからである。
【０００８】
すなわち、吸収される波長域の光は、用いられる光電変換セルの材料の物性（バンドギャップ）により決定されるため、太陽光線の分光放射照度分布に対して、例えば、シリコンからなる光電変換セルの分光感度は４００〜１０００ｎｍにあり、広い波長の範囲にわたって太陽光を十分に吸収することができない。
【０００９】
特に、太陽光に相当量含まれる近紫外線に対して、シリコン系などの光電変換セルは殆ど発電に寄与しないことが知られている。このため、シリコン系の光電変換セルを用いた太陽電池を屋外に設置し、発電を行った場合、太陽光の一部のみしか電力として変換していないこととなる。
【００１０】
上記の問題に対して、太陽電池を構成する封止層に、入射した光を吸収し、吸収した光を、吸収した光の波長より長い波長の光に変換する蛍光体材料を有する波長変換機能を持たせた構成とすることによって、光電変換セルが吸収する光の波長の範囲を広げ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】
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−２１８３７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記特許文献１に記載の太陽電池は、封止層に含まれる蛍光体材料の粒径が１μｍ以下と小さいことから、光の透過率は高いものの、蛍光体材料としての発光強度が低いという問題があった。
【００１３】
従って、本発明は、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を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の太陽電池は、光電変換セルの受光面側に波長変換層を備えた太陽電池であって、前記波長変換層は、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂層と、該樹脂層中に分散されたＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）またはＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）で表されるいずれかの複合酸化物の粒子とを含み、前記波長変換層の平均厚みが０．０３〜１．０ｍｍであり、前記複合酸化物は、粒子の平均粒子径が１０．０〜２３．０μｍであるとともに、前記樹脂層１００質量部に対し、０．５〜８０．０質量部含まれていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、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を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の太陽電池の一実施形態の積層状態を示す概略断面図である。
【図２】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】
【００１７】
図１は、本発明の太陽電池の一実施形態の積層状態を示す概略断面図である。本実施形態の太陽電池は、太陽光１の受光面側から板状の透光性基板３、波長変換層５、光電変換セル７、裏面電極層９、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。なお、図示していないが、光電変換セル７は、太陽電池内に複数配置され、これらはインターコネクタにより電気的に接続されている。
【００１８】
本実施形態の太陽電池においては、波長変換層５が、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂層５ａと、該樹脂層中に分散されているＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）またはＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）で表されるいずれかの複合酸化物の粒子５ｂとを含んで構成されている。
【００１９】
また、波長変換層の平均厚みが０．０３〜１．０ｍｍであり、複合酸化物の粒子５ｂは、その平均粒子径が１０．０〜２３．０μｍであり、さらには、フロント側封止層５中の樹脂層５ａを１００質量部としたときの複合酸化物の含有量が０．５〜８０．０質量部である。
【００２０】
ここで、複合酸化物の粒子５ｂを構成しているＭＡｌ２Ｏ４およびＭ２ＳｉＯ４は、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。また、エチレ
ン−酢酸ビニル共重合体を主成分とするとは、樹脂層５ａ中にエチレン−酢酸ビニル共重合体が９０質量％以上含まれている場合をいう。
【００２１】
本実施形態の太陽電池によれば、波長変換層５が、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂層５ａと、該樹脂層中に分散されているＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）またはＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）で表されるいずれかの複合酸化物の粒子５ｂとを含んで構成されていることから、紫外線の領域である波長３００〜３９０ｎｍの光を吸収して、可視光の領域である波長４００〜９００ｎｍの波長に変換する機能を有している。
【００２２】
また、波長変換層５の平均厚みが０．０３〜１．０ｍｍであり、複合酸化物の粒子５ｂの平均粒子径が１０．０〜２３．０μｍであり、また、波長変換層５中に含まれる複合酸化物の含有量が樹脂層５ａを１００質量部としたときに０．５〜８０．０質量部であることから、波長変換層５における光の透過率および蛍光強度を高めることが可能となる。
【００２３】
これに対し、波長変換層５中に含まれる複合酸化物の粒子５ｂの平均粒子径が１０．０μｍよりも小さい場合には、波長変換層５における複合酸化物粒子５ｂからの蛍光強度が大きく低下するおそれがある。
【００２４】
一方、複合酸化物の粒子５ｂの平均粒子径が２３．０μｍよりも大きい場合には、蛍光強度が大きく低下するとともに、波長変換層５における光の透過率も低下してしまう。
【００２５】
また、波長変換層５中に含まれている複合酸化物の含有量が、樹脂層５ａを１００質量部としたときの割合で、０．５質量部よりも少ない場合には、波長変換の機能を有する材料が少なくなるために、波長変換層５の全体における複合酸化物粒子５ｂからの蛍光強度が弱いものとなる。
【００２６】
一方、波長変換層５中に含まれている複合酸化物の含有量が樹脂層５ａを１００質量部としたときの割合で、８０．０質量部よりも多い場合には、緻密且つ滑らかな膜状の波長変換層５を形成できなくなる。
【００２７】
さらに、波長変換層５の平均厚みが０．０３ｍｍよりも薄い場合には、波長変換層５に微粒の複合酸化物の粒子を用いなければならないことから高い蛍光強度を得ることが困難となる。
【００２８】
一方、波長変換層５の平均厚みが１．０ｍｍよりも厚くなると、透過率が大きく低下してしまう。
【００２９】
このため、本実施形態の太陽電池では、波長変換層５の平均厚みが０．０３〜１．０ｍｍであり、また、波長変換層５中に含まれる複合酸化物の粒子５ｂの平均粒子径は１０．０〜２３．０μｍであり、さらに、複合酸化物の含有量は樹脂層５ａを１００質量部としたときに０．５〜８０．０質量部であるのが良い。
【００３０】
本実施形態の太陽電池における波長変換層５を構成するＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒまたはＢａ）は、Ｂａ：０〜０．１９、Ｓｒ：０．８〜０．９９およびＥｕ：０．００８〜０．０１２のモル比であることが望ましく、また、Ｍ２ＳｉＯ４：Ｅｕは、Ｂａ：１．５〜１．９５、Ｓｒ：０〜０．４５およびＥｕ：０．０４〜０．０６のモル比であることが望ましい。
【００３１】
また、波長変換層５に用いる複合酸化物として、ＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、Ｓｒまた
はＢａ）を用いる場合、その平均粒子径が１０．０〜２０．０μｍであり、樹脂層５ａを１００質量部としたときの含有量が５０．０〜８０．０質量部であり、さらに、波長変換層５の平均厚みが０．０３〜０．６ｍｍであることが望ましい。
【００３２】
また、波長変換層５に用いる複合酸化物として、Ｍ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒまたはＢａ）を用いる場合には、その平均粒子径が１０．０〜２０．０μｍであり、樹脂層５ａを１００質量部としたときの含有量は４．８〜８０．０質量部であり、波長変換層５の平均厚みが０．０３〜０．６ｍｍであることが望ましい。
【００３３】
波長変換層５の平均厚みが上記範囲である場合において、それぞれの複合酸化物の粒子５ｂが上記の平均粒子径と含有量とを有するものであると、波長変換機能を有する材料として、さらに高い蛍光強度および透過率を得ることができる。
【００３４】
本実施形態の太陽電池を構成する波長変換層５としては、特に、複合酸化物の粒子が波長変換層５の厚み方向に１個だけ入り、二次元的に配列しているものがよい。
【００３５】
なお、波長変換層５の平均厚みは太陽電池を解体して部分的に切り出した試料の断面観察から等間隔に１０〜２０箇所測定した平均値より求める。
【００３６】
波長変換層５中に含まれる複合酸化物の粒子５ｂの平均粒子径は、太陽電池を解体して取り出した波長変換層５から、その一部を切り出し、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、その写真上で複合酸化物の粒子が３０〜５０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る。
【００３７】
波長変換層５中に含まれている複合酸化物の含有量は波長変換層５から切り出した試料の樹脂層を適当な溶剤に溶解させて、試料全体の質量に対し、残った複合酸化物の粒子の量を重量比として求める。
【００３８】
次に、本実施形態の太陽電池を構成する各部材について説明する。
【００３９】
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樹脂などからなる基板が用いられ、その厚さは、３ｍｍ〜５ｍｍ程度であることが望ましい。
【００４０】
波長変換層５および裏面側封止層１１は、上述のように、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする有機樹脂が用いられるが、光電変換セル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く、また、波長変換層５および裏面側封止層１１の厚さは０．４〜１ｍｍ程度が良い。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。紫外線吸収剤自体による紫外光の吸収ロスを低減でき、これにより、透過率と発光強度とをさらに高めることができるからである。
【００４１】
光電変換セル７は、単結晶シリコンや多結晶シリコン基板などからなり、その厚みは０．３〜０．４ｍｍ程度であるのが良い。
【００４２】
裏面電極層９は、Ａｇ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｌおよび半田から選ばれる１種の金属材料が工程に用いられる。
【００４３】
裏面側カバー層１３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）シートなどが好適なものとして用いられる。また、インターコネクタは、ハンダを被覆した銅箔等が好適に用いられる。
【００４４】
また、本実施形態の太陽電池を構成する波長変換層５は、樹脂層５ａを２層構造とし、各層に複合酸化物の粒子５ｂを分けて分散させたものであってもよく、この場合、１層当たりの受光面側封止層５の厚さが薄い場合に、樹脂層５ａ中に含ませる複合酸化物の粒子５ｂの分散性をより均一なものにでき、これにより波長変換層５の全体にわたる光の透過率と発光強度を高めることが可能となる。
【００４５】
次に、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。
【００４６】
波長変換層５には、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂粉末と、ＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）またはＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）で表されるいずれかの複合酸化物の粒子５ｂとを用いるが、この場合、複合酸化物の粒子を、樹脂粉末１００質量部に対し、０．５〜８０．０質量部の割合で配合して加熱したロールミルを用いて混合する。次に、混合した組成物を２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで所定厚さのシート状成形体を作製する。
【００４７】
次に、シート状成形体からポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして波長変換層５となるシートを取り出し、透光性基板３、光電変換セル７、裏面電極層９、裏面側封止層１１および裏面側カバー層１３と共に、図１のように積層し、１００〜２００℃に設定した真空ラミネータを用いて予備加熱して積層体を作製する。
【００４８】
次に、この予備加熱された積層体を１００〜２２０℃の温度にて加熱して樹脂成分を硬化させることによって太陽電池を得る。
【実施例】
【００４９】
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、エチレン−酢酸ビニル共重合体からなる樹脂粉末と、ＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）またはＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒおよびＢａのうちの少なくとも１種）で表されるいずれかの複合酸化物の粒子とを準備した。
【００５０】
次に、樹脂粉末と複合酸化物の粒子とを、樹脂粉末１００質量部に対する割合として表１に示す量だけ配合し、加熱したロールミルを用いて混合して、樹脂粉末と複合酸化物の粒子とが混合された組成物を作製した。次に、この組成物を２枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んでシート状成形体を作製した。
【００５１】
次に、シート状成形体からポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、受光面側封止層となるシートを取り出し、次に、約１５０℃に設定した真空ラミネータを用いて加熱して波長変換層となるシートを作製した。
【００５２】
次に、作製した波長変換層となるシートについて、日本分光社製の分光蛍光光度計（ＦＰ−６５００）を用いて、波長３５０ｎｍの入射光を照射して蛍光発光スペクトルを測定した。蛍光強度は蛍光発光スペクトルの面積から求めた。
【００５３】
また、日立製作所製の分光光度計（Ｕ−２０１０）を用いて、波長３００〜８００ｎｍの光を照射して吸光度を測定した。透過率は吸光度より算出し波長３００〜８００ｎｍに
おける透過率の平均値として求めた。
【００５４】
波長変換層の平均厚みはシートの断面観察から等間隔に２０箇所測定した厚みの平均値より求めた。
【００５５】
波長変換層となるシート中に含まれる複合酸化物の粒子の平均粒子径は、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、その写真上で複合酸化物の粒子が約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。
【００５６】
また、波長変換層となるシート中に含まれている複合酸化物の含有量は、シートから切り出した試料の樹脂層を加熱したトルエンに溶解させて、試料全体の質量に対して残った複合酸化物の量を重量比として求めた。結果を表１に示す。
【００５７】
【表１】
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【００５８】
表１の結果から明らかなように、波長変換層の平均厚みが０．０３〜１．０ｍｍであり、平均粒子径が１０．０〜２３．０μｍである複合酸化物の粒子を、エチレン−酢酸ビニル共重合体を主成分とする樹脂層１００質量部に対し、０．５〜８０．０質量部含ませた
構成を有する試料（試料Ｎｏ．２〜６、９〜２２、２７〜３２、３４〜４７および４９）は、光の透過率が１８％以上であり、蛍光強度が２．２×１０−３以上であった。
【００５９】
波長変換層となるシートを構成するＭＡｌ２Ｏ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒまたはＢａ）の平均粒子径が１０．０〜２０．０μｍであるとともに、樹脂層を１００質量部としたときの含有量が５０．０〜８０．０質量部であり、かつ波長変換層の平均厚みが０．０３〜０．６ｍｍである試料（試料Ｎｏ．１５〜２２および２４）では、光の透過率が２１％以上であり、蛍光強度が６．０×１０−３以上であった。
【００６０】
また、波長変換層となるシートを構成するＭ２ＳｉＯ４：Ｅｕ（Ｍは、ＳｒまたはＢａ）の平均粒子径が１０．０〜２０．０μｍであるとともに、樹脂層を１００質量部としたときの含有量が４．８〜８０．０質量部であり、かつ波長変換層の平均厚みが０．０３〜０．６ｍｍである試料（試料Ｎｏ．３０、３１、４０〜４３、４５〜４７および４９）では、光の透過率が１９％以上であり、発光強度が３．８×１０−３以上であった。
【００６１】
これに対し、試料Ｎｏ．１、７、８、２３、２５、２６、３３、４８および５０〜５２では、光の透過率が１８％以上、蛍光強度が２．２×１０−３以上のいずれかの特性を満足しなかった。
【符号の説明】
【００６２】
１、１００・・・太陽光
３、１０１・・・透光性基板
５、１０３・・・波長変換層
５ａ・・・・・・樹脂層
５ｂ・・・・・・複合酸化物の粒子
７、１０５・・・光電変換セル
９、１０７・・・裏面電極層
１１、１０９・・裏面側封止層
１３、１１１・・裏面側カバー層
【図１】
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【図２】
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