(57)【要約】  集光式太陽電池モジュールが少なくとも１つの太陽電池と少なくとも１つの集光器とを含む。この少なくとも１つの集光器は、約１．０２〜約２０００ｓｕｎに等価の太陽エネルギーを太陽電池上に集光する能力を有し、かつ、アイオノマー組成物を含む。このアイオノマー組成物は、そのクリープ開始温度がそのピーク融解温度よりかなり高いアイオノマーを含む、あるいはそのようなアイオノマーから製造される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の太陽電池と、
少なくとも１つの集光器と、
を含む集光式太陽電池モジュールであって、
前記集光器が、約１．０２〜約２０００ｓｕｎの太陽エネルギーを前記太陽電池上に集光する能力を有し、
前記少なくとも１つの集光器はアイオノマー組成物を含み、前記アイオノマー組成物は、アイオノマーを含みあるいはアイオノマーから調製され、前記アイオノマーはクリープ開始温度およびピーク融解温度を有し、前記クリープ開始温度が前記ピーク融解温度より少なくとも５℃高い、
集光式太陽電池モジュール。
【請求項２】
前記太陽電池が、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、多（マルチ）結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ）、多（ポリ）結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）、リボンシリコン、およびＧａＡｓベースの太陽電池からなる群から選択されるウエハベースの太陽電池である、請求項１に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項３】
前記太陽電池が、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化銅インジウム（ＣＩＳ）、二セレン化銅インジウム／ガリウム（ＣＩＧＳ）、光吸収色素、および有機半導体ベースの太陽電池からなる群から選択される薄膜太陽電池である、請求項１に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項４】
前記集光器が、反射光学系として、屈折光学系として、あるいは反射および屈折光学系の両者として作用する、請求項１に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項５】
前記反射光学系が、前記アイオノマー組成物を含み、かつ、反射鏡、反射放物面、反射皿、および直線状の放物線トラフからなる群から選択される、請求項４に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項６】
前記屈折光学系が、前記アイオノマー組成物を含み、かつ、屈折レンズおよびダイクロイックフィルターからなる群から選択される、請求項４に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項７】
前記屈折レンズが撮像光学系に由来する、請求項６に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項８】
前記屈折レンズが、成形された入射封止層、収束レンズを含むカバースライド、収束レンズを含むカバーガラス、収束レンズ、単レンズ、合成レンズ、両凸レンズ、平凸レンズ、正メニスカスレンズ、平凹レンズ、非球面レンズ、膨張レンズ、フレネルレンズ、リニアフレネルレンズ、直線状の湾曲型フレネルレンズ、点焦点フレネルレンズ、セグメント化されたフレネルレンズ、およびこれらのレンズの任意の２つ以上の組合せからなる群から選択される、請求項６に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項９】
前記屈折レンズの少なくとも一部分が反射防止被膜でコーティングされる、請求項６に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項１０】
前記反射防止被膜が、ＭｇＦ2と、フルオロポリマーと、フルオロエラストマーと、ＭｇＦ2、前記フルオロポリマーおよび前記フルオロエラストマーの２つまたは３つの混合物とから選択される材料を含む、請求項９に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項１１】
１つまたは複数の太陽電池と、少なくとも１つの集光器とを含む集光式太陽電池モジュールであって、
（Ａ）前記集光器が、約１．０２〜約２０００ｓｕｎの太陽エネルギーを前記太陽電池上に集光する能力を有し、
（Ｂ）前記少なくとも１つの集光器はアイオノマー組成物を含み、前記アイオノマー組成物は、アイオノマーを含みあるいはアイオノマーから調製され、前記アイオノマーは、カルボキシレート基およびカチオンを含み、かつ前駆物質のα−オレフィンカルボン酸コポリマーの中和生成物であり、前記前駆物質のα−オレフィンカルボン酸コポリマーは、（ｉ）２〜１０個の炭素を有するα−オレフィンの共重合ユニットと、（ｉｉ）３〜８個の炭素を有するα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の共重合ユニットであって、前記α−オレフィンカルボン酸コポリマーの全重量を基準として約１８〜約３０重量％のα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の共重合ユニットと、を含み、前記前駆物質のα−オレフィンカルボン酸コポリマー中に存在する前記カルボン酸基の全含有量の約５％〜約９０％が、アイオノマーを形成するために中和されている、集光式太陽電池モジュール。
【請求項１２】
前記前駆物質のα−オレフィンカルボン酸コポリマーが、約２０〜約２５重量％の前記α，β−エチレン性不飽和カルボン酸の共重合ユニットを含み、あるいは、前記前駆物質のα−オレフィンカルボン酸コポリマー中に存在する前記カルボン酸基の全含有量の約２０％〜約５５％が中和されている、請求項１１に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項１３】
前記アイオノマーが、ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８に従って１９０℃および２．１６ｋｇの重量において測定されて、約０．７５〜約２０ｇ／１０分間のメルトフローレートを有し、前記前駆物質のα−オレフィンカルボン酸コポリマーが、約１〜約１０００ｇ／１０分間のメルトフローレートを有する、請求項１１に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項１４】
前記カチオンが、ナトリウムイオン、亜鉛イオン、またはナトリウムおよび亜鉛の両イオンを包含する、請求項１１に記載の集光式太陽電池モジュール。
【請求項１５】
前記カチオンが、約５５〜約７０当量％のナトリウムイオンと、補足的に約３０〜約４５当量％の亜鉛イオンとを含む、請求項１４に記載の集光式太陽電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は少なくとも１つの集光器を含む集光式太陽電池モジュールに関する。この集光器は、アイオノマー組成物を含み、あるいはアイオノマー組成物から製造され、そのアイオノマー組成物は、アイオノマーを含む、あるいはアイオノマーから製造される。
【背景技術】
【０００２】
本明細書においては、本発明が属する分野の技術の現状をより完全に記述するため、いくつかの特許文献および刊行された図書を引用する。これらの特許文献および刊行図書のそれぞれの全開示内容は、参照によって本願に組み込まれる。
【０００３】
可視光から電気を生成する太陽電池は、再生可能かつ持続可能なエネルギー源の必要性から、その利用が急速に拡大している。太陽電池は、２つのタイプ、すなわちバルクまたはウエハベースの太陽電池と薄膜太陽電池とに分類できる。太陽電池および光起電力装置に関する包括的な記述が、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」、Ａｎｔｏｎｉｏ  ＬｕｑｕｅおよびＳｔｅｖｅｎ  Ｈｅｇｅｄｕｓ編、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ発行（２００３年、Ｈｏｂｏｋｅｎ、ニュージャージー州）に見られる。
【０００４】
特に、集光式太陽電池モジュールは、太陽電池上に集められ、そして投射される光の量を増大することによって、通常の太陽電池モジュールの効率を改善する。このような集光式太陽電池モジュールは、所与の面積を照らす太陽光を捕捉して、それを、表面積がより小さい太陽電池上に投射するために、反射または屈折光学系のような集光器を含んでいる。
【０００５】
各太陽電池上に投射される光の量が増大すると、太陽電池が生成する電気の量が増大する。例えば、比較的低効率の集光式太陽電池モジュールは約１．０２〜１０ｓｕｎの集光率をもたらす能力を有するが、比較的高効率の集光式太陽電池モジュールは約２００ｓｕｎ以上の集光率を有することが可能である。
【０００６】
さらに、集光器は、通常シリコン製またはＧａＡｓのような高効率のＩＩＩ〜Ｖ族の材料製である太陽電池よりも、一般的に安価である。従って、集光式太陽電池モジュールの使用は、経済的な効率をももたらす。
【０００７】
いくつかの集光器および集光式太陽電池モジュールが開発されてきた。それらは次のような文献に記載されているが、これらに限定されない。最初に、光を太陽電池に再導入するためのエンボス加工された溝を含む封止層が、米国特許第５，１１０，３７０号明細書、同第５，２２８，９２６号明細書および同第５，５５４，２２９号明細書に記載されている。収束レンズが、米国特許第４，０５３，３２７号明細書、同第４，１８８，２３８号明細書、同第４，２５３，８８０号明細書、同第４，３３１，８２９号明細書、同第４，３７９，２０２号明細書、同第４，８３６，８６１号明細書、同第５，０９６，５０５号明細書、同第５，１１６，４２７号明細書、同第５，１６７，７２４号明細書、同第５，１２３，９６８号明細書、同第６，１１１，１９０号明細書および同第６，７００，０５４号明細書と、米国特許出願公開第２００８／００８７３２３号明細書と、欧州特許第０５８１８８９号明細書と、国際公開第２００７／０４４３８４号パンフレットとに記載されている。集光カバーガラスが、米国特許第５，９５９，７８７号明細書および同第６，０９１，０２０号明細書と、米国特許出願公開第２００６／０２８３４９７号明細書と、欧州特許第０２５５９００号明細書とに記載されている。フレネルレンズが、米国特許第３，１２５，０９１号明細書、同第４，５４５，３６６号明細書、同第４，８４８，３１９号明細書、同第５，１１８，３６１号明細書、同第５，２１７，５３９号明細書、同第５，４９６，４１４号明細書、同第５，４９８，２９７号明細書および同第５，５７８，１３９号明細書と、米国特許出願公開第２００３／０２０１００７号明細書および同第２００４／０１１２４２４号明細書と、欧州特許第１８９２７７１号明細書と、国際公開第２００６／１２０４７５号パンフレットおよび同第２００７／０４１０１８号パンフレットとに記載されている。さらに、米国特許第５，３４４，４９７号明細書、同第５，５０５，７８９号明細書および同第６，０７５，２００号明細書は、集光式太陽電池モジュールにおける直線状の湾曲型線焦点フレネルレンズの利用を記載している。米国特許第４，０６９，８１２号明細書および同第６，０３１，１７９号明細書は、集光式太陽電池モジュールにおける曲線プリズム状のフレネル型レンズの利用を記載している。米国特許出願公開第２００３／００７５２１２号明細書は、放物線型反射式集光器と直列に組み合わせたフレネル型屈折集光器の利用を記載している。米国特許出願公開第２００５／００８１９０８号明細書は、ミニチュアの光起電力デバイスアレイに対する集光器用小型レンズの利用を記載している。最後に、収束レンズを組み込んだ一体型集光式太陽電池モジュールが、米国特許出願公開第２００５／００８１９０９号明細書、同第２００６／０２８３４９５号明細書、同第２００７／００５６６２６号明細書、同第２００８／００５３５１５号明細書および同第２００７／００９５３８６号明細書と、国際公開第２００７／０９３４２２号パンフレットとに記載されている。
【０００８】
集光式太陽電池モジュールに用いる集光器は、多くの場合、ガラス製またはプラスチック製、例えば、ポリカーボネート製、およびポリ（メチルメタクリレート）のようなアクリル樹脂製である。例えば、アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリカーボネート、あるいはメタクリレートスチレンコポリマーをフレネルレンズ用の材料として利用することが、米国特許第４，０６９，８１２号明細書、同第４，１８８，２３８号明細書、同第４，５４５，３６６号明細書および同第５，４９８，２９７号明細書に記載されており、アクリル樹脂を収束レンズ用の材料として利用することが、米国特許第６，７００，０５４号明細書に記載されている。これらの光学的プラスチックおよびその特性に関する包括的な記述が、「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」、Ｍ．Ｗｅｂｅｒ編、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ発行（Ｂｏｃａ  Ｒａｔｏｎ、２００２年）に見られる。
【０００９】
しかし、ガラスおよびアクリル樹脂は、低コストの溶融加工法によっては容易には集光器に成形し得ない点が注目される。さらに、太陽電池の有用な寿命は約２０〜３０年であるが、ポリカーボネート製の集光器は、この期間、例えば風化などの環境ストレスに耐え得ない場合が多い。応力による過度の変形のような機械的な不具合も問題である。従って、ポリカーボネートおよび他の熱可塑性材料の劣化が太陽電池モジュールの有用な寿命を制限することになる。
【００１０】
このため、集光式太陽電池モジュールに包含される集光器に用いるための新しい材料の開発の必要性が依然として存在する。この材料は、溶融加工法によって容易に成形できることが望ましい。また、集光器は、太陽電池モジュールの有用な寿命を制限しないような期間の間、安定であることが望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書においては、少なくとも１つの太陽電池と、少なくとも１つの集光器とを含む集光式太陽電池モジュールが提供される。この少なくとも１つの集光器は、アイオノマー組成物を含み、太陽電池上に、約１．０２〜約２０００ｓｕｎに等価の太陽エネルギーを集光する能力を有する。そのアイオノマー組成物は、そのクリープ開始温度がそのピーク融解温度よりかなり高いアイオノマーを含む、あるいは、そのようなアイオノマーから製造される。
【００１２】
本発明を特徴付ける新規性のこれらおよび他の種々の利点および特徴は、本明細書に添付されかつ本明細書の一部分を構成する特許請求の範囲において、具体的に指摘されている。しかし、本発明と、その利点と、それを用いることによって得られる対象物とをさらによく理解するために、本明細書の別の一部分を構成する図面と、本発明の好ましい実施形態が説明されかつ記述される以下の記述説明とが参照されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】集光式太陽電池モジュールの断面図である。
【図２】第２の集光式太陽電池モジュールの斜視図である。
【図３】第３の集光式太陽電池モジュールの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下の定義は、特定の例において別の内容に限定されない限り、本明細書全体にわたって使用されるものとして当該用語に適用される。
【００１５】
本明細書で使用する技術的および科学的な用語は、本発明が属する分野の当業者たる者が共通して理解するものと同じ意味を有する。競合する場合は、本明細書が、本明細書における定義を含めて優先する。
【００１６】
本明細書で用いる「補足的に（ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｉｌｙ）」という用語は、合計すると１００％になる数のことを言う。
【００１７】
本明細書で用いる用語としての「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ／ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む、包含する（ｉｎｃｌｕｄｅｓ／ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、「含有する（ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ）」、「を特徴とする（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｅｄ  ｂｙ）」、「有する（ｈａｓ／ｈａｖｉｎｇ）」、あるいはこれらの任意の他の変形句は、非限定的な包摂を意味するように意図されている。例えば、要素のリストを含むプロセス、方法、製品または装置は、それらの要素のみに必ずしも限定されるのではなく、明示的には列挙されていない他の要素、あるいは、そのようなプロセス、方法、製品または装置には本来固有の他の要素を包含することができる。
【００１８】
移行句としての「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ）」は、請求項において、特定されない一切の要素、ステップまたは成分を排除し、その請求項が、列挙される材料以外の材料を、通常それに含まれる不純物を除いて含むことを禁止する。「からなる」の句が、前提部の直後ではなく請求項の本体部の文節に出てくる場合は、その文節に述べられる要素のみを制限する。すなわち、他の要素は、その請求項全体からは排除されない。
【００１９】
移行句としての「から実質的に構成される（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」は、請求項の範囲を、規定される材料またはステップと、特許請求される本発明の基本的かつ新規の特徴に実質的な影響を及ぼさない材料またはステップとに限定する。請求項の「から実質的に構成される」の規定は、「からなる」の書式で記述されるクローズドクレームと、「を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」の書式で書かれる完全オープンクレームとの間の中間的な位置を占める。場合によって用いる本明細書規定の添加物であって、そのような添加物に適切な濃度レベルの添加物と、微少量の不純物とは、「から実質的に構成される」の用語によっては、組成物から排除されない。
【００２０】
組成物、プロセス、構造体、あるいは、組成物、プロセスまたは構造体の一部分が、本明細書において、「を含む」のようなオープンエンドの用語を用いて記述される場合は、別に陳述しない限り、その記述は、その組成物、そのプロセス、その構造体の要素、あるいは、その組成物、そのプロセスまたはその構造体の一部分の要素「から実質的に構成される」、あるいは、そのような要素「からなる」実施形態をも包含する。
【００２１】
本明細書に記述する組成物、プロセスまたは構造体の種々の要素および構成要素に関して、冠詞「ａ」または「ａｎ」を用いることがある。これは単に便宜上のためであり、その組成物、プロセスまたは構造体の一般的な意味を与えるためである。この記述は、その要素または構成要素の「１つまたは少なくとも１つ」を包含する。さらに、本明細書で用いる単数の冠詞は、複数が排除されることが特定文脈から明らかでない限り、複数の要素または構成要素の記述をも包含する。
【００２２】
「約（ａｂｏｕｔ）」という用語は、量、寸法、調合処方、パラメータ、他の量、および特性が、正確でなくかつ正確である必要がなく、公差、変換率、数値の丸め、測定誤差など、および当業者に知られる他の因子を反映して、近似的なものでよく、および／または、所望に応じて大きくまたは小さくすることができることを意味する。一般的に、量、寸法、調合処方、パラメータ、あるいは他の量または特性は、明示的にそうであると述べられていてもいなくても、「約」または「近似的（ａｐｐｒｏｘｉｍａｔｅ）」である。
【００２３】
本明細書で用いる用語の「または、あるいは（ｏｒ）」は包含的である。すなわち、「Ａまたは、あるいはＢ」という語句は、「Ａ、Ｂ、あるいは、ＡおよびＢの両者」を意味する。排他的な「または、あるいは」は、本明細書においては、例えば「ＡまたはＢのいずれか（ｅｉｔｈｅｒ  Ａ  ｏｒ  Ｂ）」および「ＡまたはＢのどちらか（ｏｎｅ  ｏｆ  Ａ  ｏｒ  Ｂ）」のような用語で指示される。
【００２４】
さらに、本明細書において言及される範囲は、別の内容に明示的に述べられない限り、その終端点を包含する。さらにまた、量、濃度、あるいは他の値またはパラメータが、ある１つの範囲、１つ以上の好ましい範囲、あるいは、好ましい上限値および好ましい下限値のリストとして与えられる場合は、これは、任意の範囲上限または好ましい上限値と、任意の範囲下限または好ましい下限値との任意の組合せから形成されるすべての範囲を、そのような組合せが個別に記述されているか否かには関係なく特定して開示しているものと理解されるべきである。本発明の範囲は、範囲を規定する時に列挙される特定の値に制限されるものではない。
【００２５】
本明細書において、材料、方法または機械設備が、「当業者に知られる（ｋｎｏｗｎ  ｔｏ  ｔｈｏｓｅ  ｏｆ  ｓｋｉｌｌ  ｉｎ  ｔｈｅ  ａｒｔ）」、「従来型の（ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ）」、あるいはこれらの類義語または語句と共に記述される場合は、これらの用語は、この記述によって、本願の出願時において慣用されている材料、方法および機械設備が包括されることを意味する。また、現在では慣用されていないが、当分野において類似目的に適していると認められることになるような材料、方法および機械設備も包括される。
【００２６】
特に別の形に述べられない限り、すべての百分率、部、比、および類似の量は、重量基準で規定される。
【００２７】
本明細書で用いる「コポリマー（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）」という用語は、２つ以上のコモノマーの共重合から得られる共重合ユニットを含むポリマーのことを言う。この点に関して、本明細書においては、コポリマーを、その構成成分のコモノマーに言及して、あるいは、その構成成分のコモノマーの量に言及して記述する場合がある。例えば、「エチレンおよび１５重量％のアクリル酸を含むコポリマー」または類似の記述がその例である。このような記述は、それが、共重合ユニットとしてのコモノマーに言及していないという点、また、それが、コポリマーに対する従来の命名法、例えば、国際純正・応用化学連合（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  ａｎｄ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：ＩＵＰＡＣ）の命名法を含んでいないという点、さらに、それが、プロダクト・バイ・プロセスの用語法を用いていないという点で、あるいは他の理由から、非公式なものと考えることができる。しかし、本明細書で用いる記述、すなわち、その構成成分のコモノマーに言及した、あるいはその構成成分のコモノマーの量に言及したコポリマーの記述は、そのコポリマーが、特定されたコモノマーの共重合ユニットを（量が特定される場合は、その特定される量において）含有することを意味する。コポリマーは、限定された状況においてそうであると明示的に述べられない限り、所与のコモノマーを所与の量において含有する反応混合物の生成物ではないことは、当然の結論であることが分かる。
【００２８】
「ジポリマー（ｄｉｐｏｌｙｍｅｒ）」という用語は、２つのモノマーから実質的に構成されるポリマーのことを言い、「ターポリマー（ｔｅｒｐｏｌｙｍｅｒ）」という用語は、３つのモノマーから実質的に構成されるポリマーのことを言う。
【００２９】
本明細書で用いる「酸のコポリマー（ａｃｉｄ  ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）」という用語は、α−オレフィンと、α、β−エチレン性不飽和カルボン酸と、場合によっては他の適切なコモノマー、例えばα、β−エチレン性不飽和カルボン酸エステルとの共重合ユニットを含むポリマーのことを言う。
【００３０】
最後に、本明細書で用いる「アイオノマー（ｉｏｎｏｍｅｒ）」という用語は、カチオンを伴うカルボン酸塩、例えば、カルボン酸アンモニウム、アルカリ金属カルボン酸塩、アルカリ土類金属カルボン酸塩、遷移金属カルボン酸塩、および／またはこれらのカルボン酸塩の混合物のようなカルボン酸塩であるイオン基を含むポリマーのことを言う。このようなポリマーは、一般的に、本明細書で定義されるような酸のコポリマーである前駆体または親ポリマーのカルボン酸基を、例えば塩基と反応させて部分的にまたは完全に中和することによって製造される。本明細書において記述するアイオノマーの例は、亜鉛／ナトリウム混合アイオノマー（または亜鉛／ナトリウム中和混合アイオノマー）、例えば、エチレンおよびメタクリル酸のコポリマーであって共重合されたメタクリル酸ユニットのカルボン酸基のすべてまたは一部分がカルボン酸亜鉛およびカルボン酸ナトリウムの形であるコポリマーである。
【００３１】
最後に、本明細書で用いる「太陽電池（ｓｏｌａｒ  ｃｅｌｌ）」という用語は、光を電気エネルギーに変換する能力を有する任意の物品のことを言い、本明細書で用いる「集光器（ｌｉｇｈｔ  ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｎｇ  ａｒｔｉｃｌｅ）」という用語は、大きい面積を照らす光を捕捉して、その光を、より小さい面積に投射し、導き、屈折させ、または焦点合わせする能力を有する任意の光学系のことを言う。
【００３２】
本明細書においては集光式太陽電池モジュールが提供されるが、この集光式太陽電池モジュールは、１つ以上の集光器と、光がその集光器によって太陽電池上に集光されるように配置される１つまたは複数の太陽電池とを含む。この集光器はアイオノマー組成物を含む。太陽電池は、集光式太陽電池モジュールの中に組み込まれるさらに簡単な太陽電池モジュールの一部であってもよい。適切な太陽電池モジュールおよび集光式太陽電池モジュールが、前記に引用した「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｓｃｉｅｎｃｅ  ａｎｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ」に記載されている。
【００３３】
ここで、図面を参照するが、図面においては、類似の参照番号は、図面全体を通して対応する構造部分を指す。特に図１を参照すると、１つの適切な集光式太陽電池モジュール１００が１つ以上の太陽電池１０を含んでいる。太陽電池１０には、場合によっては、熱シンク２０を備えることができる。図１に表現される熱シンク２０は、通常金属製の伝熱フィンを含んでおり、その大きな表面積によって熱が大気に伝達される効率が高められる。太陽電池モジュール１００においては、他の形式の熱シンク、例えば、冷却水または空気流れを用いることもできる。
【００３４】
なお図１を参照すると、太陽電池モジュール１００は、基板３０と、少なくとも１つのレンズ４０とをさらに含む。レンズ４０は集光器であり、これは、例えば、接着剤によって、あるいは１つ以上のクランプまたはフレームのような機械的手段によって基板３０に装着することができる。代替方式として、レンズ４０および基板３０を一体的に形成してもよい。レンズおよび基板用の適切な材料は、透明なものであり、かつ、運転条件の下で太陽電池モジュール１００の使用期間、安定なものである。基板３０およびレンズ４０を一体形成しない場合は、基板３０用の材料としてガラスが好ましい。
【００３５】
図１には、さらに、光線５０が表現されており、この光線５０は、同時に、レンズ４０によって太陽電池１０上に投射される入射光の角度θを表現している。角度θは、レンズ４０がない場合に太陽電池１０上に投射されるであろう入射光の角度である角度θ'より明らかに大きい。実際、太陽電池モジュール１００は比較的低い集光率を有するように設計されている。例えば、この構造または類似の構造を有する太陽電池モジュールは、その太陽電池を照らす光を１．０１〜１０倍だけ増大することが予期される。
【００３６】
ここで図２に目を移すと、第２の集光式太陽電池モジュール２００が表現されている。この太陽電池モジュール２００も、１つ以上の太陽電池１０と、場合によっては、図示のようなフィン、冷却水、空気流れ、あるいは他の任意の適切な形式の熱除去方式を含むことができる熱シンク２０とを含む。太陽電池モジュール２００は、さらに、図においてはフレネルレンズとして表現されているレンズ２４０、好ましくは可撓性のフレネルレンズを含む。このレンズは、１つ以上の支持体２１０によって所定位置に保持される。好ましい支持体２１０は、例えば、金属、プラスチック、木材またはガラスのような剛性材料製である。
【００３７】
レンズ２４０は集光器である。支持体２１０は、接続具２２０を介して直接または間接的に太陽電池１０に連結される。さらに、支持体２１０は直接、または第２接続具２３０を介して間接的に、レンズ２４０に連結される。このタイプの太陽電池に関する他の形態も可能である。例えば、太陽電池１０を長方形プリズムの底面に装着することが可能であろう。この場合、プリズムの４つの壁面は支持体２１０として機能し、その上面はレンズ２４０に置き換えられる。
【００３８】
太陽電池モジュール２００は、中程度の集光率を有するように設計される。例えば、この構造または類似の構造を有する太陽電池モジュールは、その太陽電池を照らす光を１０〜２００倍だけ増大することが予期される。このレベルの効率を達成するために、太陽電池モジュール２００は、太陽の径路を追尾するように、例えば１軸または２軸の追跡装置を有する形態に製作することができる。
【００３９】
ここで図３に目を移すと、第３の集光式太陽電池モジュール３００が、１つ以上の太陽電池１０と、場合によっては熱シンク（図示せず）とを含む。太陽電池１０は、支持構造３１０に連結される装着部３２０に、恒久的にまたは交換可能に固定される。好ましい支持構造３１０は、例えば、金属、プラスチック、木材またはガラスのような剛性材料製である。支持構造３１０の内面は、太陽電池１０上により多くの光を投射するように、好ましくは反射表面としてもよい。支持構造３１０には、１次光学系３３０および２次光学系３４０も連結される。１次光学系３３０および２次光学系３４０の少なくともいずれかが集光器である。しかし、１次光学系３３０および２次光学系３４０の両者を集光器とすることが望ましい。さらに、２次光学系３４０は、通常太陽電池１０と直接接触している。
【００４０】
太陽電池モジュール３００は、高い集光率を有するように設計される。例えば、この構造または類似の構造を有する太陽電池モジュールは、その太陽電池を照らす光を２００〜２０００倍だけ増大することが予期される。このレベルの効率を達成するために、太陽電池モジュール３００は、太陽の径路を追尾するように、例えば高精度の２軸追跡装置を有する形態に製作することができる。
【００４１】
本明細書に記載する集光式太陽電池モジュールに使用するのに適した太陽電池には、ウエハベースの太陽電池および薄膜太陽電池が包含されるが、これらに限定されない。モジュールにおいて多数の太陽電池を用いる場合は、太陽電池を電気的に相互接続することが望ましい。以下に述べる太陽電池材料の２種類以上の組合せを含む多接合型太陽電池も集光式太陽電池モジュールに用いることができる。
【００４２】
単結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、多（ポリ）結晶シリコン（ｐｏｌｙ−Ｓｉ）または多（マルチ）結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ）、およびリボンシリコンが、ウエハベースの太陽電池の形成に最も一般的に用いられる材料である。さらに、ＧａＡｓのような高効率のＩＩＩ〜Ｖ族の太陽電池材料をウエハベースの太陽電池に使用してもよい。ウエハベースの太陽電池から作製される太陽電池モジュールは、多くの場合、一緒にハンダ付けされる一連の自立型ウエハ（またはセル）を含む。ウエハは、一般的に、約１８０〜約２４０μｍの厚さを有する。このような太陽電池のパネルは、太陽電池層と呼称され、個別のセルユニットを接続するクロスリボンのような電気結線と、一端がセルに接続され、他端がモジュールから出て行くバスバーとをさらに含むことができる。この太陽電池層は、続いてさらに、封止層および保護層に積層され、２５〜３０年までの間使用し得る耐候性のモジュールが形成される。一般的に、ウエハベースの太陽電池から作製される太陽電池モジュールは、前面の受光側から裏面の非受光側への位置的な順序で、（１）入射層と、（２）前面（入射）封止層と、（３）太陽電池層と、（４）裏面封止層と、（５）裏面層とを含む。
【００４３】
薄膜太陽電池は、一般的に、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（ｍｉｃｒｏｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ  ｓｉｌｉｃｏｎ：μｃ−Ｓｉ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化銅インジウム（ＣｕＩｎＳｅ2またはＣＩＳ）、二セレン化銅インジウム／ガリウム（ＣｕＩｎxＧａ(1-x)Ｓｅ2またはＣＩＧＳ）、光吸収色素、および有機半導体を包含する材料から形成される。いくつかの適切な薄膜太陽電池が、例えば、米国特許第５，５０７，８８１号明細書、同第５，５１２，１０７号明細書、同第５，９４８，１７６号明細書、同第５，９９４，１６３号明細書、同第６，０４０，５２１号明細書、同第６，１３７，０４８号明細書および同第６，２５８，６２０号明細書と、米国特許出願公開第２００７／０２９８５９０号明細書、同第２００７／０２８１０９０号明細書、同第２００７／０２４０７５９号明細書、同第２００７／０２３２０５７号明細書、同第２００７／０２３８２８５号明細書、同第２００７／０２２７５７８号明細書、同第２００７／０２０９６９９号明細書および同第２００７／００７９８６６号明細書とに記載されている。
【００４４】
通常厚さが２μｍ未満の薄膜太陽電池は、ガラスまたは可撓性のフィルムから形成される表板または基板上に半導体層を堆積させることによって製造される。製造中、隣接セルを直接直列に相互接続することが可能なレーザスクライビング操作を含むことが一般的になっている。この場合は、セル間を別にハンダ付け結合する必要はない。しかし、ウエハセルの場合と同様に、薄膜太陽電池も、クロスリボンおよびバスバーのような電気結線をさらに含むことができる。また同様に、薄膜太陽電池は、環境において頑丈な耐候性のモジュールとするために、他の封止層および保護層にさらに積層される。
【００４５】
多層の堆積が実施される順序に応じて、薄膜太陽電池を、最終的には完成モジュールにおいて入射層として機能する表板の上に堆積させることができ、あるいは、完成モジュールにおいて最後の裏面層として機能する基板の上に堆積させることができる。従って、薄膜太陽電池から作製される太陽電池モジュールは、２つのタイプの構造のいずれかを有することができる。第１のタイプは、前面の受光側から裏面の非受光側への位置的な順序で、（１）表板およびその表板の非受光側に堆積される薄膜太陽電池の層を含む太陽電池層と、（２）（裏面の）封止層と、（３）裏面層とを包含する。第２のタイプは、前面の受光側から裏面の非受光側への位置的な順序で、（１）入射層と、（２）（前面のまたは入射層の）封止層と、（３）基板の受光側に堆積される薄膜太陽電池の層を含む太陽電池層とを包含することができる。
【００４６】
本明細書に記載する集光式太陽電池モジュールに用いるのに適した集光器は、約１．０２または１．０４〜約２０００、好ましくは約１．５〜約１７００ｓｕｎの集光能力を提供し得る任意の光学機器を包含する。さらに、この集光器は、以下に述べるアイオノマー組成物を含む。さらに具体的には、集光器の１つ以上の部品が、あるいは集光器が全体として、アイオノマー組成物を含むか、あるいはアイオノマー組成物から作製される。１つの好ましい集光器は、約２〜約１０ｓｕｎの集光能力を提供することができ、低効率の集光式太陽電池モジュールにおいて有用である。別の好ましい集光器は、約２００ｓｕｎ以上の集光能力、あるいは約５００〜約１０００ｓｕｎの集光能力を提供することができ、高効率の集光式太陽電池モジュールにおいて有用である。
【００４７】
集光器は任意の形式を有することができる。例えば、集光器は、反射光学系の形式、または屈折光学系の形式、または反射および屈折の両者によって作用する光学系の形式とすることができる。例えば、集光器を、反射鏡、反射放物面、反射皿、または直線状の放物線トラフを含む反射光学系の形式にすることができる。また代替的に、集光器を、屈折レンズ、あるいはダイクロイックフィルターのような２次集光器を含む屈折光学系の形式にすることができる。
【００４８】
屈折レンズは、撮像光学系に由来するものであっても、または非撮像光学系に由来するものであってもよい。さらに、屈折レンズは、成形された入射封止層、収束レンズを含むカバースライド、収束レンズを含むカバーガラス、収束レンズ、単レンズ、合成レンズ、両凸レンズ、平凸レンズ、正メニスカスレンズ、平凹レンズ、非球面レンズ、膨張レンズ、フレネルレンズ、リニアフレネルレンズ、直線状の湾曲型フレネルレンズ、点焦点フレネルレンズ、セグメント化フレネルレンズ、またはこれらの形態の任意の２つ以上の組合せとすることができる。
【００４９】
さらに、集光器の全部またはその一部分は反射防止被膜を含むことができる。特に、集光器の表面を、部分的にまたは完全に反射防止被膜でコーティングすることができる。屈折レンズには反射防止被膜を施すことが特に望ましいと言える。適切な反射防止被膜は、ＭｇＦ2、フルオロポリマー、フルオロエラストマー、およびこれらの材料の２つ以上の混合物から選択される材料から形成することができる。適切な反射防止被膜の例が次のような文献に記載されている。すなわち、まず、２００７年１１月３０日に出願された米国特許仮出願第６０／９９１，２９４号（代理人整理番号第ＦＬ０４４８号）明細書と、２００７年１２月１９日に出願された米国特許仮出願第６１／０１５，０６３号、同第６１／０１５，０７４号および同第６１／０１５，０８０号（それぞれ代理人整理番号第ＦＬ０４６１号、同第ＦＬ０４１９号および同第ＦＬ０４５８号）明細書と、２００７年８月１日に出願された米国特許出願第１１／８８８，３８２号および同第１１／８８８，３８３号（それぞれ代理人整理番号第ＦＬ０４０３号および同第ＦＬ０４０４号）明細書と、特にＪｏｓｅ  Ｍａｎｕｅｌ  Ｒｏｄｒｉｇｕｅｚ−Ｐａｒａｄａまたは特にＫｏｓｔａｎｔｉｎｏｓ  Ｋｏｕｒｔａｋｉｓによって出願された他の米国特許、例えば、２００６年１２月８日に出願された米国特許仮出願第６０／８７３，８６１号（代理人整理番号第ＣＬ３６１３号）明細書並びに２００８年１２月２２日に出願された米国特許仮出願第６１／１３９，６５７号および同第６１／１３９，６６１号（それぞれ代理人整理番号第ＣＬ４２７９号およびＣＬ４２８１号）明細書とに記載されており、さらに、上記の出願に対する優先権を主張する米国出願および国際出願と、上記の出願において引用される参照文献とに記載されている。
【００５０】
また好ましくは、反射光学系は、金属化処理、研磨、または、太陽電池上に反射される光の量を高める他の手段によって処理されてもよい。アイオノマー組成物を含む対象物を金属化処理するための適切な条件および装置が、２００８年３月１７日に出願された米国特許出願第１２／０７７，３０７号および２００９年７月２９日に出願された同第１２／５１１，６７８号（それぞれ代理人整理番号第ＡＤ７４６３号およびＰＰ００２２号）明細書に記載されている。また、反射光学系は、例えば二酸化チタン、ガラスビーズまたはアルミニウムフレークのような反射充填剤を含むアイオノマー組成物から製造することもできる。
【００５１】
重要なことであるが、集光器は、集光式太陽電池モジュールの受光側に用いることができる。この受光側は、モジュールの前面側、裏面側、あるいは裏面側および前面側の両者とすることができる。さらにまた重要なことであるが、集光器は、ガラスまたは１つ以上の他の前面シートをも包含する集光式太陽電池モジュールにおいて用いることができる。代替方式として、集光器そのものを、集光式太陽電池モジュールの裏面または前面シートとして用いることができる。
【００５２】
集光器が、厚さと、諸寸法と、例えば、凹面または凸面、セグメント化されているか否かなどの形状のタイプとを有するであろうことは明らかである。これらの特性は、よく知られた光学の原理に合致して決定され、所望の集光式太陽電池の要件に合うように調整される。特に、当業者は、例えば寸法およびエネルギー出力などの具体的な１組の設計要件を有する集光式太陽電池モジュールにおける所望の集光率を得るために、凸レンズの適切な焦点長さを決定すると共に、適切な屈折指標を有する材料を特定できる。上記に引用した「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ」を参照されたい。
【００５３】
１つの好ましい集光器は、米国特許第４，１７７，０８３号明細書に記載されるような、１／２反射器を備えた透明な半円錐体をシールすることによって形成される気密のエンクロージャを含む。この透明な半円錐体は本明細書に記載するアイオノマー組成物から作製される。２つの半円錐体は、例えば融合によってシールすることができる。
【００５４】
別の好ましい集光器は、米国特許第４，４４０，１５３号明細書に記載されるような、平面の入射表面と、その入射表面と反対側の曲線状の反射表面とを有する透明ブロックを含む。この透明ブロックは本明細書に記載するアイオノマー組成物から作製される。
【００５５】
さらに別の好ましい集光器は、米国特許第５，１１０，３７０号明細書、同第５，２２８，９２６号明細書および同第５，５５４，２２９号明細書に記載されるような、形状化された入射層の封止層を含む。この形状化された入射層の封止層は本明細書に記載するアイオノマー組成物から作製される。
【００５６】
さらに別の好ましい集光器は、米国特許第４，０５３，３２７号明細書、同第４，３７９，２０２号明細書、同第５，９５９，７８７号明細書および同第６，０９１，０２０号明細書と、米国特許出願公開第２００６／０２８３４９７号明細書と、欧州特許第０２５５９００号明細書とに記載されるようなカバースライドまたはカバーガラスを含む。このカバースライドまたはカバーガラスは本明細書に記載するアイオノマー組成物から作製される。
【００５７】
さらに別の好ましい集光器は、米国特許第４，１８８，２３８号明細書、同第４，２５３，８８０号明細書、同第４，３３１，８２９号明細書、同第４，８３６，８６１号明細書、同第５，０９６，５０５号明細書、同第５，１１６，４２７号明細書、同第５，１２３，９６８号明細書、同第５，１６７，７２４号明細書および同第６，７００，０５４号明細書と、米国特許出願公開第２００５／００８１９０８号明細書および同第２００８／００８７３２３号明細書と、欧州特許第０５８１８８９号明細書と、国際公開第２００７／０４４３８４号パンフレットとに記載されるような収束レンズを含む。この収束レンズは本明細書に記載するアイオノマー組成物から作製される。
【００５８】
さらに別の好ましい集光器は、２００８年１１月５日に出願された米国特許出願第１２／２６４，９８６号（代理人整理番号第ＣＬ４３８２号）明細書に記載されるような、テクスチャー加工された前面または裏面シートを含む。このテクスチャー加工された前面または裏面シートは本明細書に記載するアイオノマー組成物から作製される。
【００５９】
さらに別の好ましい集光器は、米国特許第３，１２５，０９１号明細書および同第６，１１１，１９０号明細書に記載されるような膨張レンズを含む。この膨張レンズは本明細書に記載するアイオノマー組成物から作製される。
【００６０】
さらに別の好ましい集光器は、米国特許第４，０６９，８１２号明細書、同第４，５４５，３６６号明細書、同第４，８４８，３１９号明細書、同第５，３４４，４９７号明細書、同第５，４９６，４１４号明細書、同第５，４９８，２９７号明細書、同第５，５０５，７８９号明細書、同第５，５７８，１３９号明細書、同第６，０３１，１７９号明細書および同第６，０７５，２００号明細書と、米国特許出願公開第２００３／０２０１００７号明細書とに記載されるような、複数の直線プリズムを包含し得る直線状の湾曲型フレネルレンズを含む。この直線状の湾曲型フレネルレンズは本明細書に記載するアイオノマー組成物から作製される。
【００６１】
さらに別の好ましい集光器は、米国特許第５，１１８，３６１号明細書および同第５，２１７，５３９号明細書と、米国特許出願公開第２００３／００７５２１２号明細書および同第２００４／０１１２４２４号明細書と、欧州特許第１８９２７７１号明細書と、国際公開第２００６／１２０４７５号パンフレットおよび同第２００７／０４１０１８号パンフレットとに記載されるようなフレネルレンズを含む。このフレネルレンズは本明細書に記載するアイオノマー組成物から作製される。
【００６２】
さらに別の好ましい集光器は、米国特許出願公開第２００５／００８１９０９号明細書、同第２００６／０２８３４９５号明細書、同第２００７／００５６６２６号明細書、同第２００８／００５３５１５号明細書および同第２００７／００９５３８６号明細書と、国際公開第２００７／０９３４２２号パンフレットとに記載されるような収束レンズを含み、この収束レンズは本明細書に記載するアイオノマー組成物から作製される。
【００６３】
さらにこれに関連して、集光器を、自立型にするかあるいは基板によって支持することができる。例えば、ポリアクリレート製のフレネルレンズは、十分な厚さがあれば、基板を必要としない。代わりの方式として、フレネルレンズの有用な寿命を延長するために、大気に曝露されるフレネルレンズの側に、例えばガラスシートの基板を用いることが望ましい場合がある。基板を用いる他の理由としては、集光器に対する構造上の支持の寸法的な安定性を付与することが含まれる。さらに、基板は、例えば集光器の目的に応じて、透明または不透明にすることができる。屈折式の集光器用としては、明らかに透明な基板が好ましい。しかし、反射式の集光器の場合は、透明な基板が必要であるとは言えず、不透明な基板が好ましい場合がある。
【００６４】
適切な基板には、木材と、金属と、ガラスと、ポリスチレン、ポリアクリレート、ポリエステルおよびポリカーボネートのような有機ポリマーと、スレート、花こう岩または大理石のような無機物質と、コンクリートと、有機／無機組成物等が包含されるが、これらに限定されない。基板の厚さは最終用途の必要性に従って選択される。例えば、数百分の１センチメートルの厚さのポリエステルフィルムは、可撓なフレネルレンズ用の適切な基板とすることができ、０．５センチメートル以上の厚さの構造的な金属壁は曲線状のミラーで内張りすることができる。
【００６５】
集光器は任意の適切な方法で製造することができる。例えば、それは、射出成形法、射出オーバーモールド法、押出し法、キャストフィルムまたはシート法、インフレーションフィルムまたはシート法、あるいは異形押出し法によって形成することができる。曲げ、スタンピング、機械加工などの２次成形法も、集光器の形成に用いることができる。集光器の形成には、２つ以上の方法または２次成形法を用いることが必要または望ましい場合がある。適切な製造方法に関するさらなる情報は、２００９年１１月２５日に出願された米国特許仮出願第６１／ＸＸＸ，ＸＸＸ号（代理人整理番号第ＰＰ０１２８号）明細書に見られる。
【００６６】
本明細書に記載する集光器はアイオノマー組成物を含み、この組成物はアイオノマーを含む。アイオノマーは、太陽電池の封止材料に使用し得るものとして知られる熱可塑性のイオン性コポリマーである。例えば、米国特許第５，４７６，５５３号明細書、同第５，４７８，４０２号明細書、同第５，７３３，３８２号明細書、同第５，７４１，３７０号明細書、同第５，７６２，７２０号明細書、同第５，９８６，２０３号明細書、同第６，１１４，０４６号明細書、同第６，１８７，４４８号明細書、同第６，３５３，０４２号明細書、同第６，３２０，１１６号明細書および同第６，６６０，９３０号明細書と、米国特許出願公開第２００３／００００５６８号明細書、同第２００５／０２７９４０１号明細書、同第２００８／００１７２４１号明細書、同第２００８／００２３０６３号明細書、同第２００８／００２３０６４号明細書および同第２００８／００９９０６４号明細書とを参照されたい。アイオノマーは、その清澄度を制御し得る点および処理が容易である点に加えて、安定な機械的特性を有しており、これによって集光器における利用に適したものになっている。
【００６７】
特に、ほとんどの熱可塑性材料は、示差走査熱量測定法（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  ｓｃａｎｎｉｎｇ  ｃａｌｏｒｉｍｅｔｒｙ：ＤＳＣ）によって測定されるピーク融解温度（Ｔｍ）とクリープとの間の相関関係によって特徴付けられる。従って、約６０℃未満のＴｍを有する材料は、太陽電池モジュールにおける集光器に用いるための適切な候補材料とは見做されてこなかった。相対的に低いＴｍを有する材料は、クリープ開始温度が低く、クリープレベルが高いという特徴をも有するであろうと想定されているのである。この特性は、太陽電池モジュールが使用されるであろう期間および条件において、受け入れ難い大きな変形をもたらすであろう。変形した集光器は効率的には機能しなくなり、従って、太陽電池の発電量が低下するであろう。
【００６８】
意外なことに、この相関関係は、好ましいアイオノマーに対しては、同じ厳密性をもって当てはまらない。実際、好ましいアイオノマーは、Ｔｍとクリープ開始温度との間において、符号反転した顕著な差を有するという特徴を備えている。例えば、６０℃〜１１０℃の範囲のピーク融解温度を有するアイオノマーのような材料は、ピーク融解温度よりも低い温度、例えば４５℃〜８５℃の範囲の温度でクリープをも生じるであろうと予想される。実際、ほとんどのポリマーは、その融点以下の温度において軟化し始める。また、クリープの程度および速度は、アイオノマーが上記の長期間の安定性の要件に適合することを妨げるであろうとも予想される。
【００６９】
ところが、有利なことに、アイオノマーのクリープ開始温度はピーク融解温度よりも高いのである。好ましいアイオノマーにおいては、クリープ開始温度は、ピーク融解温度より、少なくとも５℃、少なくとも８℃または少なくとも１０℃高い。
【００７０】
理論にとらわれることを望むわけではないが、アイオノマーのポリエチレンの部分が、Ｔｍより高い温度において存続する結晶化度を有すると仮定される。この仮定は、アイオノマーの特性において知られる傾向、例えば、酸濃度の低下（ポリエチレン濃度の補足的な増大）とＴｍの増大との間のよく確立された相関関係と整合する。すなわち、アイオノマーは、熱力学的に定義されかつ熱分析的に測定されるその融点を超えても、完全に液化されるわけではなくアモルファスになるのでもない。さらに、この仮定から考えると、その結晶化度を高める傾向を有するアイオノマーの任意の物理的特徴、あるいは、高温における３次構造の持続性を促進する傾向を有するアイオノマーの任意の物理的特徴は、Ｔｍとクリープ開始温度との間の差異をも広げるであろう。
【００７１】
また、印加されるかなり大きな力または荷重の下におけるクリープと、自己応力または低応力の下におけるクリープとを区別することが重要である。後者においては、材料に加えられる僅かな荷重は、その自重の力またはごく小さな付加力である。さらに、Ｔｍを超える温度におけるアイオノマーのレオロジー的な性質は、ずり減粘（ｓｈｅａｒ  ｔｈｉｎｎｉｎｇ）材料の性質に近づくと仮定される。特に、アイオノマーに小さい力を加えた場合、大きな力を印加することによって生じる変形に比べて、比例的な値よりも遥かに小さい変形しか生じない可能性がある。その結果、好ましいアイオノマーの自己応力または低応力の下でのクリープは、他の熱可塑性材料のそれに比べて、予期しないほど低減されることになる。
【００７２】
従って、直感には反するが、好ましいアイオノマーは、そのＴｍより高い温度においてクリープのレベルが低いのである。好ましいアイオノマーは、このクリープレベルおよびクリープ開始温度のために、集光式太陽電池モジュールにおいて長期間使用するのに適した材料の範囲内に明確に入れられる。
【００７３】
ここで、記述を化学的な組成に転じると、適切なアイオノマーは、２〜１０個の炭素原子を有するα−オレフィンの共重合ユニットと、３〜８個の炭素を有するα，β−エチレン性不飽和カルボン酸の共重合ユニットとを含む前駆物質の酸のコポリマーを中和した誘導体である。アイオノマーは、前駆物質の酸のコポリマーの全重量を基準として、４０重量％〜９０重量％の共重合α−オレフィンと、１０重量％〜６０重量％の共重合カルボン酸とを含む。アイオノマーは、好ましくは、６５〜９０重量％または７０〜８５重量％の共重合α−オレフィンと、１０〜３５重量％または１５〜３０重量％の共重合カルボン酸とを含み、さらに好ましくは、７５％〜８０％の共重合α−オレフィンと、２０％〜２５％の共重合カルボン酸とを含む。
【００７４】
適切なα−オレフィンコモノマーには、エチレン、プロピレン、１−ブテン、１−ペンテン、１−ヘキセン、１−ヘプテン、３−メチル−１−ブテン、４−メチル−１−ペンテンなど、およびこれらの２つ以上の混合物が包含され得るが、これらに限定されない。α−オレフィンはエチレンであることが望ましい。
【００７５】
適切なα，β−エチレン性不飽和カルボン酸コモノマーには、アクリル酸、メタクリル酸、イタコン酸、マレイン酸、無水マレイン酸、フマル酸、モノメチルマレイン酸、およびこれらの２つ以上の混合物が包含され得るが、これらに限定されない。α，β−エチレン性不飽和カルボン酸は、アクリル酸、メタクリル酸、およびこれらの２つ以上の混合物から選択するのが望ましい。
【００７６】
前駆物質の酸のコポリマーは、さらに、２〜１０個の炭素、あるいは好ましくは３〜８個の炭素を有する不飽和カルボン酸のような、あるいはそれらの誘導体のような他の１つ以上のコモノマーの共重合ユニットを含むことができる。適切な酸の誘導体には、酸無水物、アミド、およびエステルが包含される。いくつかの適切な前駆物質の酸のコポリマーは不飽和カルボン酸のエステルをさらに含む。不飽和カルボン酸の適切なエステルの例として、２００９年１１月２日に出願された米国特許出願第１２／６１０，６７８号（代理人整理番号ＰＰ００１９号）明細書に記載されているエステルが包含されるが、これらに限定されない。好ましいコモノマーの例には、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレート、グリシジルメタクリレート、酢酸ビニル、およびこれらの２つ以上の混合物が包含されるが、これらに限定されない。しかし、前駆物質の酸のコポリマーは、他のコモノマーを組み入れないことが望ましい。
【００７７】
低ヘーズの集光器が望ましい場合は、前駆物質の酸のコポリマーが、ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８の方法に従って１９０℃および２．１６ｋｇにおいて測定されるメルトフローレート（ＭＦＲ）として、約１〜約１０００ｇ／１０分間、好ましくは約２０〜約９００ｇ／１０分間、さらに好ましくは約６０〜約７００ｇ／１０分間、さらに一層好ましくは約１００〜約５００ｇ／１０分間、まださらに一層好ましくは約１５０〜約３００ｇ／１０分間、最も好ましくは約２００〜約２５０ｇ／１０分間のＭＦＲを有することができる。前駆物質の酸のコポリマーのＭＦＲを、さらに好ましいＭＦＲ範囲および最も好ましいＭＦＲ範囲にすることによって、結果的に得られるアイオノマーが、高い中和度と、さらに、低ヘーズと、高い清澄度と、後続のシート製造法または射出成形法における優れた処理性とを有することが可能になる。
【００７８】
しかし、ある程度の、もしくはかなりの程度のヘーズレベルが許容される場合は、前駆物質の酸のコポリマーは、ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８の方法に従って１９０℃および２．１６ｋｇにおいて測定されるメルトフローレートとして、好ましくは約６０ｇ／１０分間以下、さらに好ましくは約４５ｇ／１０分間以下、さらに一層好ましくは約３０ｇ／１０分間以下、最も好ましくは約２５ｇ／１０分間以下のメルトフローレートを有する。さらに、一般的には、低いメルトインデックスが低クリープに有利である。
【００７９】
前駆物質の酸のコポリマーは、米国特許第３，４０４，１３４号明細書、同第５，０２８，６７４号明細書、同第６，５００，８８８号明細書または同第６，５１８，３６５号明細書に記載されているように重合することができる。また、それは、米国特許第３，４０４，１３４号明細書および同第６，５１８，３６５号明細書に記載されるような任意の従来方式の手順で中和することができる。
【００８０】
集光器のアイオノマー組成物に有用なアイオノマーを得るためには、前駆物質の酸のコポリマーを、中和されていない前駆物質の酸のコポリマーについて計算または測定される前駆物質の酸のコポリマーの全カルボン酸含有量を基準として、約５％〜約９０％、好ましくは約１０％〜約６０％、あるいはさらに好ましくは約２０％〜約５５％、あるいはさらに一層好ましくは約３５％〜約５５％、あるいは最も好ましくは約４０％〜約５５％の程度まで中和するのが望ましい。さらに好ましい中和範囲および最も好ましい中和範囲まで中和することによって、低ヘーズ、高い清澄度、十分な耐衝撃性および良好な処理性などの１つ以上の望ましい特性を有するアイオノマーのシートまたは成形品を得ることが可能になる。しかし、低いクリープレベルには、一般的に高い中和度が有利である。
【００８１】
アイオノマーに用いるのに適したカチオンは、ポリマーの加工処理および太陽電池製造の条件の下で安定な任意のカチオンである。例えばアンモニウムカチオンが適している。金属イオンも好ましいカチオンである。金属イオンは、１価、２価、３価、多価またはこれらの混合物とすることができる。有用な１価の金属イオンには、ナトリウム、カリウム、リチウム、銀、水銀、銅などのイオン、およびこれらの混合物が包含されるが、これらに限定されない。有用な２価の金属イオンには、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリウム、銅、カドミウム、水銀、スズ、鉛、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛などのイオン、およびこれらの混合物が包含されるが、これらに限定されない。有用な３価の金属イオンには、アルミニウム、スカンジウム、鉄、イットリウムなどのイオン、およびこれらの混合物が包含されるが、これらに限定されない。有用な多価の金属イオンには、チタン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、タンタル、タングステン、クロム、セリウム、鉄などのイオン、およびこれらの混合物が包含されるが、これらに限定されない。金属イオンが多価である場合には、米国特許第３，４０４，１３４号明細書に記載されるように、ステアレート、オレエート、サリチレート、およびフェノレートのラジカルのような錯化剤を含み得ることが注目される。金属イオンは１価または２価の金属イオンであることが望ましい。１つの好ましいアイオノマーにおいては、金属イオンが、ナトリウム、リチウム、マグネシウム、亜鉛、カリウム、およびこれらの混合物から選択される。別の好ましいアイオノマーにおいては、金属イオンが、ナトリウム、亜鉛、およびこれらの混合物から選択される。水分の侵入に対する抵抗が必要な場合には、亜鉛が好ましいカチオンである。
【００８２】
集光器に用いるアイオノマーは、ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８の方法に従って１９０℃および２．１６ｋｇにおいて測定されるＭＦＲとして、０．７５〜約２０ｇ／１０分間、好ましくは約１〜約１０ｇ／１０分間、さらに好ましくは約１．５〜約５ｇ／１０分間、最も好ましくは約２〜約４ｇ／１０分間のＭＦＲを有することができる。意外なことに、これらのアイオノマーのいくつかは、例えばＭＦＲによって測定される等しい溶融粘度において、当分野に見られるものより、低い水分吸収と組み合わされた低いヘーズおよび高い清澄度を有する。一般的に、メルトインデックスが低いほど、クリープの低下が促進される。
【００８３】
いくつかの好ましいアイオノマー組成物は、低ヘーズで高い清澄度のアイオノマー製品に容易に加工処理可能である。特に、低ヘーズで高い清澄度のアイオノマー製品は、中和度の高い、例えば、上記の最も好ましい中和度である約４０〜約５５％のような高い中和度のアイオノマー組成物によって得られる。アイオノマーのＭＦＲは、その中和度が増大するにつれて減少する（アイオノマーがより高粘度になる）ことがよく知られている。本明細書に記載するように、高いＭＦＲの前駆物質の酸のコポリマーによって、結果として得られるアイオノマーが、シート形成または成形のような溶融加工法における良好な処理性を維持しながら高い中和度を達成することが可能になる。例えば、アイオノマーが約０．７５ｇ／１０分間以下のＭＦＲを有すると、押出しキャスティング法および射出成形法によって処理することは困難になる可能性があり、しかも、せん断応力によって発生する熱のために重大な熱劣化が生じることがある。シート形成および射出成形法の両者においてはリグラインドが普通であるので、アイオノマーを相対的に高いＭＦＲレベル（例えば、約０．７５ｇ／１０分間以上）に維持することが望ましい。
【００８４】
１つの好ましい集光器においては、アイオノマー組成物に用いられるアイオノマーが、前記に引用した米国特許出願第１２／６１０，６７８号（代理人整理番号ＰＰ００１９号）明細書、または、２００９年１１月２日に出願された同第１２／６１０，８８１号（代理人整理番号ＰＰ００５５号）明細書に記載される低ヘーズで高い清澄度のアイオノマーの中から選択される。
【００８５】
代替的に、集光器がある程度のヘーズレベルを有することが有利である場合がある。例えば、かなり高いレベルのヘーズを有するフレネルレンズは、ヘーズレベルが低いフレネルレンズよりも、より平等に太陽電池上に光を投射するであろう。一般的に、共重合酸の含有濃度が低いアイオノマー、あるいは、場合によって用いられる共重合エステルを含むアイオノマー、あるいは、多相反応条件（上記に引用した米国特許出願第１２／６１０，６７８号（代理人整理番号ＰＰ００１９号）明細書参照）の下で合成されるアイオノマーは、かなり高いヘーズレベルを有する傾向がある。多相反応条件の下での合成は類似のコモノマーの逐次反応を促進する。この方式において、ポリマー鎖の中に長いポリエチレンの連が形成され、この現象がポリエチレン部分の結晶化傾向を促進する。結晶化度の増大は、ヘーズの増大と、特にアイオノマーのＴｍより高い温度におけるクリープの低下とに有利である。さらに、ヘーズを増大する他の方策としては、アイオノマーのポリ（エチレン）部分の結晶化度を促進するためのアイオノマー組成物の徐冷と、中和度の低下と、アイオノマー組成物中に高ヘーズの他のポリマーを含ませることと、アイオノマー組成物への充填剤の添加とが包含される。
【００８６】
アイオノマー組成物は、さらに、１つ以上の添加剤を含むことができる。例えば、ジブチルスズジラウレートのような開始剤を、アイオノマー組成物中に、アイオノマー組成物の全重量を基準として約０．０１〜約０．０５重量％の濃度で存在させることもできる。望ましい場合には、さらに、反応に対する制御および安定性を強化する目的で、ヒドロキノン、ヒドロキノンモノメチルエーテル、ｐ−ベンゾキノンおよびメチルヒドロキノンのような抑制剤を添加することができる。抑制剤は、通常、組成物の全重量を基準として約５重量％未満の濃度で添加するのがよい。
【００８７】
アイオノマー組成物は、さらに、樹脂のメルトフローを効果的に低減する他の添加剤を含有することができ、この添加剤は、熱硬化性の製品の製造を可能にする任意の量において存在することができる。すなわち、開始剤および他のメルトフロー低減添加剤は、難加工性または溶融物において処理し得ないアイオノマー組成物をもたらさないような任意の量において存在することができる。このような添加剤を用いると、使用上限温度が高められ、クリープが低下し、さらに一般的に、それから作製される集光器の寸法的な安定性を向上させるであろう。通常、アイオノマー組成物の使用上限温度を約２０〜７０℃までだけ高めて、使用上限温度を１２０℃以上にすることができる。
【００８８】
代表的かつ有効なメルトフロー低減添加剤は、次のような有機過酸化物である。すなわち、２，５−ジメチルヘキサン−２，５−ジヒドロペルオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン−３，ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシド、ｔｅｒｔ−ブチルクミルペルオキシド、２，５−ジメチル−２，５−ジ（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ヘキサン、ジクミルペルオキシド、α，α’−ビス（ｔｅｒｔ−ブチル−ペルオキシイソプロピル）ベンゼン、ｎ−ブチル−４，４−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）バレレート、２，２−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）ブタン、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチル−ペルオキシ）シクロヘキサン、１，１−ビス（ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシ）−３，３，５−トリメチル−シクロヘキサン、ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシベンゾエート、ベンゾイルペルオキシドなど、およびこれらの混合物の組合せである。有機過酸化物は、約１００℃以上の温度で分解してラジカルを生成することが望ましい。さらに好ましいのは、有機過酸化物が、ブレンド操作のために改善された安定性が付与されるように、約７０℃以上において１０時間の半減期を呈するような分解温度を有することである。有機過酸化物は、アイオノマー組成物の全重量を基準として、約０．０１〜約１０重量％、あるいは好ましくは約０．５〜約３重量％の濃度で添加することができる。
【００８９】
シランは付着性および橋かけ結合を促進する添加剤である。アイオノマー組成物において有用なシランカップリング剤の例として次のような化合物が包含されるが、これらに限定されない。すなわち、Ｙ−クロロプロピルメトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、ビニルトリス（β−メトキシエトキシ）シラン、Ｙ−ビニルベンジルプロピルトリメトキシシラン、Ｎ−β−（Ｎ−ビニルベンジルアミノエチル）−Ｙ−アミノプロピルトリメトキシシラン、Ｙ−メタクリロキシプロピルトリメトキシシラン、ビニルトリアセトキシシラン、Ｙ−グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、Ｙ−グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、β−（３，４−エポキシシクロヘキシル）エチルトリメトキシシラン、ビニルトリクロロシラン、Ｙ−メルカプトプロピルトリメトキシシラン、Ｙ−アミノプロピルトリエトキシシラン、Ｎ−β−（アミノエチル）−Ｙ−アミノプロピルトリメトキシシランである。また、米国特許出願公開第２００７／０２６７０５９号明細書、同第２００８／０１０８７５７号明細書および同第２００８／０１６９０２３号明細書に記載されるシランカップリング剤も適している。さらに好ましいのは、ジメトキシシラン（例えば（ＣＨ3Ｏ）2ＳｉＲＲ’）、ジエトキシシラン（例えば（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）2ＳｉＲＲ’）、およびトリエトキシシラン（例えば（ＣＨ3ＣＨ2Ｏ）3ＳｉＲ）を包含するエトキシシランであり、さらに一般的には、ジアルコキシシラン（例えば（ＲＯ）（Ｒ’Ｏ）ＳｉＲ'’Ｒ''’）である。他の適切なシランは、米国特許出願公開第２００６／３５２，７８９号明細書および同第１９９９／３２０，９９５号明細書に記載されている。さらに、２種類以上の適切なシランを組み合わせてアイオノマー組成物に用いることができる。シランカップリング剤は、アイオノマー組成物中に、アイオノマー組成物の全重量を基準として、約０．０１〜約５重量％、あるいはさらに好ましくは約０．０５〜約１重量％の濃度で組み入れることが望ましい。
【００９０】
さらに、開始剤単独、過酸化物単独、シラン単独、あるいは、少なくとも１種類のシランと、少なくとも１種類の過酸化物と、少なくとも１種類の開始剤との２つ以上の組合せを、アイオノマー組成物に用いることができる。
【００９１】
これに関連して、また前記のように、寸法的な安定性が太陽電池の構成要素の重要な特性である。従って、いくつかのアイオノマー組成物においては、集光器の寸法的な安定性を高めるために橋かけ剤を用いることが望ましい。しかし、処理の簡素化および簡易化のために、橋かけ添加剤をアイオノマー組成物から省くことが望ましい場合がある。
【００９２】
注目すべき他の添加剤として、熱安定剤、ＵＶ吸収剤、およびヒンダードアミン光安定剤が包含される。適切で好ましい添加剤と、アイオノマー組成物における添加剤の濃度と、添加剤を組成物中に組み入れる方法とが、前記に引用した米国特許出願第１２／６１０，６７８号（代理人整理番号ＰＰ００１９号）明細書に詳細に記載されている。
【００９３】
アイオノマー組成物は、また、当分野で知られる１つ以上の他の添加剤を含有することもできる。これらの添加剤には次のようなものが包含されるが、これらに限定されず、すなわち、加工処理助剤、流動性強化剤、潤滑剤、顔料、染料、難燃剤、衝撃改質剤、成核剤、シリカのようなブロッキング防止剤、ＵＶ安定剤、分散剤、界面活性剤、キレート剤、他のカップリング剤、ガラス繊維のような補強添加剤、充填剤など、および、２つ以上の従来型添加剤の混合物または組合せである。これらの添加剤は、例えば、「Ｋｉｒｋ  Ｏｔｈｍｅｒ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ  ｏｆ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」、第５版、Ｊｏｈｎ  Ｗｉｌｅｙ  ａｎｄ  Ｓｏｎｓ発行（ニュージャージー州、２００４年）に記載されている。さらに、場合によって行うこのような従来型材料の組成物中への組み入れは、任意の既知の方法で実施できる。例えば、この組み入れを、乾式混合、種々の構成成分の混合物の押出し、マスターバッチ法などによって実施できる。これについても、上記の「Ｋｉｒｋ  Ｏｔｈｍｅｒ  Ｅｎｃｙｃｌｏｐｅｄｉａ」を参照されたい。
【００９４】
総括すれば、好ましい集光式太陽電池モジュールとして、次の１８項目の特徴の１つ以上を有するモジュールが包含される。
１．アイオノマーが、ＡＳＴＭ  Ｄ１２３８の方法に従って１９０℃および２．１６ｋｇにおいて測定されるメルトフローレートとして、約０．７５〜約２０ｇ／１０分間のメルトフローレートを有し、前駆物質のα−オレフィンカルボン酸コポリマーが、同様に測定されるメルトフローレートとして、約１〜約１０００ｇ／１０分間、または約６０〜約７００ｇ／１０分間のメルトフローレートを有する。
２．前駆物質のα−オレフィンカルボン酸コポリマー中に存在するカルボン酸基が、少なくとも部分的に中和されており、ナトリウム、リチウム、マグネシウム、亜鉛、およびカリウムからなる群から選択される１つ以上の金属イオンを含む。
３．前駆物質のα−オレフィンカルボン酸コポリマー中に存在するカルボン酸基が、中和されており、アイオノマー中のカルボン酸基の全モル数を基準として、約５〜約９５モル％、または約５５〜約７０モル％のナトリウムイオンと、残余の亜鉛イオンとの混合物を含む。
４．アイオノマーのクリープ開始温度がピーク融解温度より高い。
５．アイオノマーのクリープ開始温度が、ピーク融解温度より少なくとも５℃、少なくとも８℃、または少なくとも１０℃高い。
６．アイオノマー組成物が低ヘーズで高い清澄度のアイオノマーを含む。
７．アイオノマー組成物がかなり高いヘーズレベルを有する。
８．太陽電池が、ウエハベースの太陽電池および薄膜太陽電池からなる群から選択される。
９．ウエハベースの太陽電池が、結晶シリコン（ｃ−Ｓｉ）、多（マルチ）結晶シリコン（ｍｃ−Ｓｉ）、ＧａＡｓベースの太陽電池からなる群から選択される。
１０．薄膜太陽電池が、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）、微結晶シリコン（μｃ−Ｓｉ）、テルル化カドミウム（ＣｄＴｅ）、セレン化銅インジウム（ＣＩＳ）、二セレン化銅インジウム／ガリウム（ＣＩＧＳ）、光吸収色素、および有機半導体ベースの太陽電池からなる群から選択される。
１１．集光式太陽電池モジュールに用いられる集光器が、反射光学系または屈折光学系の形式であるか、あるいは反射および屈折光学系の組合せを含む。
１２．反射光学系が、アイオノマー組成物を含む反射鏡、アイオノマー組成物を含む反射放物面、アイオノマー組成物を含む反射皿、およびアイオノマー組成物を含む直線状の放物線トラフからなる群から選択される。さらに、屈折光学系が、アイオノマー組成物を含む屈折レンズ、およびアイオノマー組成物を含むダイクロイックフィルターのような２次集光器からなる群から選択される。
１３．反射光学系が、反射される光の量を高めるために金属化処理される。
１４．屈折レンズが撮像光学系に由来する。
１５．屈折レンズが、成形された入射封止層、収束レンズを含むカバースライド、収束レンズを含むカバーガラス、収束レンズ、単レンズ、合成レンズ、両凸レンズ、平凸レンズ、正メニスカスレンズ、平凹レンズ、膨張レンズ、フレネルレンズ、リニアフレネルレンズ、直線状の湾曲型フレネルレンズ、点焦点フレネルレンズ、およびこれらの２つ以上の組合せからなる群から選択される。
１６．屈折レンズが非撮像光学系に由来する。
１７．屈折レンズが反射防止被膜をも含む。
１８．反射防止被膜が、ＭｇＦ2、フルオロポリマー、フルオロエラストマー、およびこれらの混合物から選択される材料を含む。
【００９５】
以下の実施例は本発明をさらに詳細に記述するために提供される。これらの実施例は、本発明を実施するために現在考えられる好ましい態様を述べているが、これは例示用として意図されたものであり、本発明を制限する意図のものではない。
【実施例】
【００９６】
実施例Ｅ１〜Ｅ２５および比較例ＣＥ１〜ＣＥ４に使用したアイオノマー樹脂を表１に記載する。
【００９７】
【表１】
2012510182.tif 000003
1 列挙した値は、中和前のコポリマーの全重量を基準とした、共重合メタクリル酸の重量百分率である。コポリマーの残余の部分は共重合エチレンである。
2 ASTM D1238の方法に従って温度190℃および重量2.16 kgにおいて測定した。
【００９８】
比較例ＣＥ１〜ＣＥ３および実施例Ｅ１〜Ｅ７
いくつかのアイオノマー組成物を、溶融物の温度をアイオノマーの融点より約１０℃超高い１３０℃〜２００℃の範囲に維持しながら、１５０−６ＨＰＭ型射出成形機（Ｔａｙｌｏｒ’ｓ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｓｅｒｖｉｃｅｓ社、Ｍｏｕｎｔ  Ｇｉｌｅａｄ、オハイオ州）に供給した。成形サイクル時間は約９０秒であった。続いて、薄い長方形部品（１２５×７５×３ｍｍ）および厚い長方形部品（１２５×４５×２０ｍｍ）を型から取り出し、テーブルの上に載せて室温（約２２±３℃）まで空気冷却した。
【００９９】
薄い長方形部品のヘーズは、ＡＳＴＭ  Ｄ１００３−０７の方法に従って、ＨｕｎｔｅｒＬａｂ  ＣｏｌｏｒＱｕｅｓｔ  ＸＥヘーズメータ（Ｈｕｎｔｅｒ  Ａｓｓｏｃｉａｔｅｓ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ社、Ｒｅｓｔｏｎ、バージニア州）上で３ｍｍ厚さを通して測定した。測定値を、以下の表１の「ヘーズ（空気冷却）」として示す。厚い長方形部品は目視検査した。各サンプルの清澄度は、他のサンプルのそれに対して相対的にランク付けした。清澄度の格付けは１（最高清澄度）〜５（最低清澄度）の範囲である。結果は以下の表１に「清澄度（空気冷却）」として示す。
【０１００】
次に、薄い長方形部品を、空気オーブン内で１２５℃の温度に９０分間再加熱し、その部品を、制御された徐冷速度０．１℃／分で室温に冷却した。この条件は、厚い成形品が空気中で大気温度に冷却される場合の速度を模擬するように意図されたものである。再加熱された部品のヘーズを同じ方法でもう一度測定し、以下の表２に「ヘーズ（徐冷）」として示している。
【０１０１】
【表２】
2012510182.tif 000004
【０１０２】
比較例ＣＥ４および実施例Ｅ８〜Ｅ２５
種々のタイプのアイオノマー樹脂を、２５ｍｍ直径のＫｉｌｌｏｎ押出し機に、表３に示す温度条件において供給した。樹脂は、次の条件の下で、アイオノマーシートに押出しキャストした。最初に、ポリマーのスループットは、スクリュー速度を最高スループットに調整することによって制御した。押出し機は、２ｍｍの呼称間隙を備えた１５０ｍｍのスロットダイに材料供給する。キャストされたばかりのシートは、１０℃および１５℃の間の温度に保持されかつ１〜２ｒｐｍで回転する２００ｍｍ直径の研磨クロム急冷ロールの上に送られる。アイノマーシートは０．７６ｍｍ（０．０３０インチ）の呼称厚さを有していた。シートを押出しラインから取り外し、３００×３００ｍｍの正方形にカットした。アイオノマーシートの水分濃度は、約３５％の相対湿度（ＲＨ）を含む大気条件への曝露を最小化することによって、０．０６重量％未満に維持した。
【０１０３】
【表３】
2012510182.tif 000005
【０１０４】
各アイオノマーシートからガラスラミネートを調製した。アニール処理されたガラスシート（１００×１００×３ｍｍ）を、リン酸三ナトリウム(５ｇ／ｌ)の脱イオン水溶液で、５０℃において５分間洗浄し、続いて脱イオン水で完全にリンスして乾燥した。各アイオノマーシートの３枚の層を一緒に積み重ねて２枚のガラスシートの間に挟み込み、予備積層アセンブリを形成した。中間層の呼称厚さは２．２８ｍｍであった。
【０１０５】
予備積層アセンブリは、各層の相対的な位置決めを維持するためにいくつかの箇所をポリエステルテープで括り、層の内部からの空気除去を容易にするためにアセンブリの周囲をナイロン繊維の帯材で巻いた。このアセンブリを、ナイロンの真空バッグの内側に入れてシールし、バッグ内部の空気圧力が５０ミリバール絶対圧力未満に低下するように真空を印加した。次に、このバッグに入れたアセンブリを、温度が１２０℃に保持される対流空気オーブンの中に３０分間置き、続いて、冷却ファンを用いてアセンブリを室温近傍に冷却した。アセンブリを真空源から切り離し、バッグを取り除いて、完全に予備加圧したガラスおよび中間層のアセンブリを生成した。アセンブリは、その周囲を取り囲むように密封シールされていたが、いくつかの気泡を呈した。これは、特定の面積部分が完全には接合されていなかったことを示している。
【０１０６】
次に、このアセンブリを空気オートクレーブの中に入れて、オートクレーブ内の温度および圧力を、１５分間にわたって大気条件から１３５℃および１３．８バールに高めた。この温度および圧力を３０分間保持し、続いて、温度を、２．５℃／分の冷却速度Ａで４０℃に下げた。同時に付随して、Ｇａｙ−Ｌｕｓｓａｃの法則の作用と１５分間にわたる換気とによって、オートクレーブ内部の圧力は大気圧に低下した。その後、同じラミネートをオーブン内で１２０℃に加熱し、その温度に２〜３時間維持し、続いて室温に徐冷し（例えば、０．１℃／分の冷却速度Ｂで）、ヘーズ試験にかけた。
【０１０７】
仕上げられたラミネートをオートクレーブから取り出し、そのヘーズを測定した。最初に、ガラスラミネートを、Ｗｉｎｄｅｘ（登録商標）ガラスクリーナおよびリントレス布を用いて徹底的に清浄化し、それらに、気泡と、光学的測定の精度と干渉する可能性がある他の欠陥とがないことを確認するため検査した。ラミネートのヘーズは、Ｇａｒｄｎｅｒヘーズメータ（ＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ  ＵＳＡ社、Ｃｏｌｕｍｂｉａ、メリーランド州）を用いて測定した。このヘーズメータは、グレージング材料のヘーズレベルを測定するための適切な方法および計器の設定を詳細に記述している米国規格（ＡＮＳＩ  Ｚ２６．１−１９６６）「高速道路走行用車両の安全グレージング材料に関する安全コード（Ｓａｆｅｔｙ  Ｃｏｄｅ  ｆｏｒ  Ｓａｆｅｔｙ  Ｇｌａｚｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  ｆｏｒ  Ｇｌａｚｉｎｇ  Ｍｏｔｏｒ  Ｖｅｈｉｃｌｅｓ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  ｏｎ  Ｌａｎｄ  Ｈｉｇｈｗａｙｓ）」の試験に関する節５．１７および５．１８と、図５および６とに適合している。計器が正しく校正されかつ適正に作動することを確実にするため、国立標準局（Ｎａｔｉｏｎａｌ  Ｂｕｒｅａｕ  ｏｆ  Ｓｔａｎｄａｒｄｓ［現在のＮＩＳＴ］）に跡付け得るヘーズ規格を用いた。ラミネートを測定した結果を表４に示す。
【０１０８】
この結果は、一般的に、冷却速度が低下すると、ヘーズが増大し、従ってラミネートの清澄度が低下することを表している。この結果は、また、高い酸濃度（すなわち、約１８〜約３０重量％、好ましくは約２０〜約２５重量％、さらに好ましくは約２１〜約２４重量％）と、相応する中和度とを有するアイオノマーが、酸濃度が低い（すなわち、１５重量％）アイオノマーに比べて低ヘーズもしくは良好な清澄度を呈することを表している。
【０１０９】
【表４】
2012510182.tif 000006
【０１１０】
実施例Ｅ２６〜Ｅ３２
２インチ×２インチ（５．１ｃｍ×５．１ｃｍ）寸法のフロートガラス（Ｋｒｙｓｔａｌ  Ｋｌｅａｒ  Ｓｏｌａｒ  Ｇｌａｓｓ（商標）、ＡＦＧ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ  Ｉｎｃ．社、Ｋｉｎｇｓｐｏｒｔ、テネシー州）のスライドを、３−アミノプロピルトリメトキシシランのエタノール溶液（１００ｇの９５％エタノールに約５滴、約０．０１％のアミノシラン濃度になる）に５分間浸漬した。スライドをその溶液から取り出し、イソプロパノールでリンスして、高圧の窒素ガス流れの下で乾燥した。この処理スライドを、さらに、オーブン内で１００℃において３０分間乾燥した。
【０１１１】
非コーティングフィルムを、Ｅ．Ｉ．ｄｕ  Ｐｏｎｔ  ｄｅ  Ｎｅｍｏｕｒｓ  ａｎｄ  Ｃｏ．社、Ｗｉｌｍｉｎｇｔｏｎ、デラウェア州（以下「ＤｕＰｏｎｔ」と表記する）から入手可能なＳｕｒｌｙｎ（登録商標）９１２０のシートから用意した。Ｓｕｒｌｙｎ（登録商標）シートを、真空の下で５０℃において４８時間乾燥し、続いて、ＸＲＬ−１２０型ホットロールラミネータ（Ｈｏｔ  Ｒｏｌｌ  Ｌａｍｉｎａｔｏｒ）（Ｗｅｓｔｅｒｎ  Ｍａｇｎｕｍ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ社、Ｅｌ  Ｓｅｇｕｎｄｏ、カリフォルニア州）を用いて１５５℃および１９ｐｓｉ（０．１３ＭＰａ）において、５ミル（０．１２７ｍｍ）の厚さにカレンダー処理した。カレンダー処理されたフィルムを２インチ×２インチ（５．１ｃｍ×５．１ｃｍ）寸法の正方形にカットした。
【０１１２】
コーティングフィルムを次の手順に従って用意した。まず、Ｓｕｒｌｙｎ（登録商標）９１２０のシートを真空の下で４０℃において２週間乾燥し、次に、それを、非コートフィルムの場合と同じ方法で５ミル（０．１２７ｍｍ）の厚さにカレンダー処理した。フルオロポリマーベースの反射防止被膜溶液を、２ｇのＶｉｔｏｎ（登録商標）ＧＦ−２００Ｓフルオロエラストマー（ＤｕＰｏｎｔ）と、０．２ｇのＩｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）−６５１（Ｃｉｂａ  Ｓｐｅｃｉａｌｔｙ  Ｃｈｅｍｉｃａｌｓ社）と、０．２ｇのトリアリルイソシアヌレート（Ａｌｄｒｉｃｈ社）とを３２ｇの酢酸プロピルに溶解して調製し、続いて、その溶液を、０．４５μｍのＴｅｆｌｏｎ（登録商標）ＰＴＦＥ膜フィルタによってろ過した。この反射防止被膜溶液を、カレンダー処理したＳｕｒｌｙｎ（登録商標）フィルムに、Ｍｉｎｉ−Ｌａｂｏ  ｃｏａｔｅｒ（Ｙａｓｕｉ  Ｓｅｉｋｉ（康井精機）  Ｃｏ．社、Ｂｌｏｏｍｉｎｇｔｏｎ、インディアナ州）を用いてコーティングした。この場合の操作条件は、＃２００ＭＧロールを、６．５ｒｐｍ、ライン速度＝０．５ｍ／分、乾燥機オフおよび空気流れなしにおいて用いるという条件である。コーティングは、薄膜分析器（Ｆｉｌｍｅｔｒｉｃｓ  Ｉｎｃ．社、Ｓａｎ  Ｄｉｅｇｏ、カリフォルニア州のＦ２０−ＥＸＲ型；Ｒｍｉｎ＝６４０〜６５０ｎｍ）を用いた分光反射率測定法によって測定した厚さとして一様であった。
【０１１３】
コーティングフィルムはコーティング処理後直ちに硬化処理した。最初に、４インチ×２４インチ（１０．２ｃｍ×６１．２ｃｍ）寸法のフィルムを、ホットプレート上で７５℃に加熱されたアルミニウムのサンプルホルダの上に載せた。このアセンブリを、ＳＢ６１４型のＢｅｎｃｈｔｏｐ  Ｃｏｎｖｅｙｏｒ  ＵＶ硬化ユニット（Ｆｕｓｉｏｎ  ＵＶ  Ｓｙｓｔｅｍｓ社、Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ、メリーランド州）に、０．７ｍｍ／分の速度で２度通した。放射の周波数および強度を表５に示す。硬化処理されたフィルムを２インチ×２インチ（５．１ｃｍ×５．１ｃｍ）寸法の正方形にカットし、大気条件の下で保管した。
【０１１４】
【表５】
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【０１１５】
Ｓｕｒｌｙｎ（登録商標）９１２０のフィルムを処理済みのフロートガラススライドのスズ側に対して積層して、予備積層アセンブリを作製した。この場合、コーティングされたＳｕｒｌｙｎ（登録商標）フィルムの非コーティング側をガラス側と接触させた。各予備積層アセンブリを真空下にあるサンプルホルダアセンブリの中に入れ、この装填済みサンプルホルダアセンブリを、１５０℃に加熱したＣａｒｖｅｒプレスの中に差し込んだ。プレスの温度が１５０℃に再安定した時に、サンプルホルダアセンブリに圧力（１０００ｐｓｉ（６．８９ＭＰａ）未満）を印加し、１５分間保持した。その後、加熱を中断し、プレスを水冷した。サンプルアセンブリが６０℃に冷却された後、それをプレスから取り出した。
【０１１６】
Ｓｕｒｌｙｎ（登録商標）／ガラスラミネートを、フレネルレンズパターンによってエンボス加工した。エンボス加工用のテンプレートをＳｕｒｌｙｎ（登録商標）層に当てがい、このアセンブリを、Ｃａｒｖｅｒプレス内で積層用の上記の手順に従って処理した。但し、圧力は５００ｐｓｉ（３．４５ＭＰａ）未満とし、それを５分間印加した。各実施例のエンボス加工に用いたテンプレートおよび温度を表６に示す。
【０１１７】
【表６】
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3 ABは、交互に並ぶ60および100マイクロメートルのピーク高さと基底とを備えた直線状の三角形の溝であって幅が500マイクロメートルの溝から構成されるパターンでエッチングしたアルミニウムブロックである。FLは、商業的に入手可能なプラスチックのポケットサイズのフレネルレンズである。
【０１１８】
実施例Ｎｏ．Ｅ２６、Ｅ２７、Ｅ２９およびＥ３０の表面パターンを、ＤｅｋＴａｋプロフィルメータ（Ｖｅｅｃｏ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．社、Ｐｌａｉｎｖｉｅｗ、ニューヨーク州）を用いて形状スキャンとして測定した。フレネルレンズ（エンボス加工前後）およびアルミニウムブロックの表面パターンも測定した。形状スキャンの条件は次のとおりである。すなわち、探針タイプ：半径、１２．５μｍ；スキャン長さ：５０００μｍ；解像度：１．１１１μｍ／サンプル；探針力：３ｍｇ；スキャン長さ：５０００μｍ；サンプル：４５００；時間：１５秒；測定範囲：２６２０ｋÅである。
【０１１９】
プロフィル測定の結果、アルミニウム型の逆構造が、Ｓｕｒｌｙｎ（登録商標）／ガラスの積層サンプル上に良好な精度で転写されたことが分かった。しかし、フレネルレンズの逆パターンは同じ程度の精度では転写されなかった。さらに、フレネルレンズの表面パターンには、エンボス加工後に歪みが観察された。フレネルレンズは、エンボス加工条件の下で歪みが生じる可能性があるポリ（メチルメタクリレート）または他の材料製であったと想定している。
【０１２０】
さらに、共焦点顕微鏡法によって、実施例Ｅ２７においてフレネルレンズパターンが伝達された精度を確認した。
【０１２１】
要約すると、実施例Ｅ２６〜Ｅ３２は、光学的なフレネルパターンを包含する微小パターンが、Ｓｕｒｌｙｎ（登録商標）／ガラスラミネート上に比較的低い圧力および温度で正確にエンボス加工できることを表している。
【０１２２】
以上、本発明の好ましい実施形態のいくつかを説明しかつ具体的に例示してきたが、本発明がこのような実施形態に限定されることは意図されていない。むしろ、次の点が理解されるべきである。すなわち、本発明の多数の特徴および利点を、本発明の構造および機能の詳細と共に以上の記述において述べてきたが、この開示は単に例示的なものであり、本発明の原理の範囲内で、添付の請求項が表現されている用語の広義の一般的な意味によって指示される全範囲まで、詳細において、特に、部品の形状、寸法および配置の点において、変更をなすことが可能であるという点である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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