(57)【要約】本発明の、建築物及び工作物用の両面型光起電モジュールは、光透過性基材シートと、光活性構造体と、光透過性基材の表面に配置された少なくとも１つの反射要素を有する。この少なくとも１つの反射要素は、光透過性基材を通過した太陽放射の一部を光活性構造体へ向けて反射する。したがって、光活性構造体には、当該モジュールに直接的に入射した太陽放射と、反射要素で反射された太陽放射との両方が入射する。このことにより、太陽放射の電気エネルギーへの変換効率を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
建築物及び工作物用の両面型光起電モジュールであって、
太陽放射源に向けて配向される第１の主面及び建物等の外面または内部空間に向けて配向される第２の主面を有する光透過性基材シートと、
第１及び第２の活性面を有し、１または複数の材料層から単独でまたは組み合わせて構成され、かつ前記光透過性基材の前記第１の主面上に配置される光活性構造体と、
前記光透過性基材シートを通過した太陽放射の一部を前記光活性構造体へ向けて反射すべく、前記光透過性基材シートの前記第２の主面上に配置された少なくとも１つの反射要素とを含み、
前記光活性構造体の前記第１の活性面に太陽放射が直接的に入射し、前記光活性構造体の第２の活性面に前記少なくとも１つの反射要素で反射された光が入射するように構成したことを特徴とするモジュール。
【請求項２】
請求項１に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記光活性構造体による放射エネルギーの変換によって生成された直流電流を収集するためのデバイスをさらに含むことを特徴とするモジュール。
【請求項３】
請求項２に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記直流電流を交流電流に変換するためのインバータをさらに含むことを特徴とするモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記光透過性基材がガラスを含むことを特徴とするモジュール。
【請求項５】
請求項４に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記ガラス基材が低鉄含有量のソーダライムシリカガラスを含むことを特徴とするモジュール。
【請求項６】
請求項１に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記少なくとも１つの反射要素が、１０％以上の反射率を有する金属または金属酸化物のフィルムを含むことを特徴とするモジュール。
【請求項７】
請求項６に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記金属または金属酸化物のフィルムが、クロム、アルミニウム、銀及びシリカから成る群より選択されることを特徴とするモジュール。
【請求項８】
建築物及び工作物用の両面型光起電モジュールであって、
第１及び第２の主面を各々有し、互いに平行に配置された第１及び第２の光透過性基材シートと、
２つの主面を有し、前記第１及び第２の光透過性基材シートの間に配置され、かつ前記第１の光透過性基材シートの前記第２の主面及び前記第２の光透過性基材シートの前記第１の主面に対して結合された光透過性ポリマー材料シートと、
前記光透過性ポリマー材料の前記主面の少なくとも一方に配置され光活性構造体を形成する光活性材料と、
前記光透過性基材シートを通過した太陽放射の一部を前記光活性構造体へ向けて反射すべく、前記第２の光透過性基材シートの前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に配置された少なくとも１つの反射要素とを含み、
前記光活性構造体を、当該モジュールに直接的に入射した太陽放射及び前記少なくとも１つの反射要素から供給された前記太陽放射の反射成分の両方によって駆動するように構成したことを特徴とするモジュール。
【請求項９】
請求項８に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記光透過性基材がガラスを含むことを特徴とするモジュール。
【請求項１０】
請求項８に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記被覆された光透過性ポリマー材料が、ポリビニルブチラール、ポリ塩化ビニル、ＥＶＡ及びマイラー（商標名）から成る群より選択されることを特徴とするモジュール。
【請求項１１】
請求項８に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記少なくとも１つの反射要素が、１０％以上の反射率を有する金属または金属酸化物のフィルムを含むことを特徴とするモジュール。
【請求項１２】
請求項１１に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記少なくとも１つの反射要素が、５０％以上の反射率を有する金属または金属酸化物のフィルムを含むことを特徴とするモジュール。
【請求項１３】
建築物及び工作物用の両面型光起電モジュールであって、
互いに平行に配置された第１及び第２の実質的に透明なガラスシート及び該両シートの間に配置され結合されたポリマー性光活性構造体から形成された積層体と、
第１及び第２の主面を有し、前記積層体と互いに平行にかつ互いに離間して配置された、少なくとも１つの第３のガラスシートと、
前記積層体及び前記少なくとも１つの第３のガラスシートの間に空間を画定するスペーサ要素と、
前記積層体及び前記スペーサ要素を通過した太陽放射の一部を前記光活性構造体へ向けて反射すべく、前記少なくとも１つの第３の光透過性基材シートの前記第１及び第２の主面の少なくとも一方に配置された少なくとも１つの反射要素とを含み、
前記光活性構造体を、当該モジュールに直接的に入射した太陽放射及び前記少なくとも１つの反射要素から供給された前記太陽放射の反射成分の両方によって駆動するように構成したことを特徴とするモジュール。
【請求項１４】
請求項１３に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記少なくとも１つの反射要素が実質的に光不透過性であることを特徴とするモジュール。
【請求項１５】
請求項１３に記載の両面型光起電モジュールであって、
前記少なくとも１つの反射要素が光透過性であることを特徴とするモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は両面型光起電モジュールに関する。より詳細には、本発明は、変換効率を向上させた両面型光起電モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
両面型光起電モジュールに関する特許文献としては、例えば以下のものがある。
【０００３】
米国特許出願第2006/0272698号（特許文献１）には、平面とパターンが形成された面とを有する第１の光学的カバーを含むエネルギー変換システムが記載されている。前記パターンが形成された面は、前記平面から太陽エネルギーを受け取り、太陽エネルギーを集中させて導くように構成されている。このシステムは、第２の光学的カバーと光起電層をさらに含む。光起電層は、、前記第１の光学的カバーの前記パターンが形成された面と第２の光学的カバーとの間に配置されており、前記パターンが形成された面から太陽エネルギーを受け取って、電気エネルギーに変換するとされている。
【０００４】
米国特許出願第2007/0107773号（特許文献２）には、第１の面及び第２の面を有する半導体層と、前記半導体層の前記第１の面に形成された第１の不動態層及びと前記半導体層の前記第２の面に形成された第２の不動態層と、前記第１及び第２の不動態層上に形成され、前記半導体層に選択的に結合された複数のメタライゼーションとを有する両面型太陽電池を含む両面型光起電構造体が記載されている。前記メタライゼーションの少なくともいくつかは、比較的大きな高さ及び比較的小さい幅を有し、前記第１及び第２の不動態層から上方に延在するとされている。
【０００５】
米国特許出願第2008/0041436号（特許文献３）には、導電性の光反射コアと、複数の半導体層と、電流収集用の表面電極システムと、反射防止層とを含む両面型光起電デバイスが記載されている。
【０００６】
米国特許出願第2008/0066801号（特許文献４）には、実質的に矩形の光起電モジュールから作製された軽量型の光起電システムが記載されている。前記光起電モジュールは、軽量の支持ボードと、基板上に行列状に配置された光起電パネルと、前記システムを保持するために基板に取り付けられたとき前記行列の１つに沿って延在する少なくとも１つテンションワイヤとから構成されている。光起電パネルは、光起電パネルをフレーム上に保持するクランピングストリップによって前記支持ボードを前記パネルに接続するフレーム間のタブテーリングによって互いに接続されている。
【０００７】
米国特許出願第2008/0257399号（特許文献５）には、薄膜太陽電池及びその製造方法が記載されている。この太陽電池は、第１及び第２の透明基板と、第１及び第２の太陽電池モジュールと、絶縁層とを含む。前記第１の太陽電池モジュールは、前記第１の透明基板上に形成されており、前記第１の太陽電池モジュールの電極の１つ及び光反射層としての金属層を有している。前記絶縁層は、前記第１の太陽電池モジュールの前記金属層上に形成されるとされている。前記第２の太陽電池モジュールは、前記絶縁層と前記第２の透明基板との間に形成されるとされている。
【０００８】
米国特許出願第2008/0257400号（特許文献６）には、互いに実質的に平行な内側主面と外側主面を有し、光学的に透明であり、かつ前記内側主面上に透過回折格子を有する第１の基板と、互いに実質的に平行な内側主面と外側主面を有し、前記内側主面上に反射回折格子を有する第２の基板と、前記透過回析格子及び前記反射回折格子の間に介在され、前記両格子に対して垂直に配向された少なくとも１つの太陽電池とを含むホログラフィック的に強化された太陽光電池モジュールが記載されている。
【０００９】
米国特許出願第2009/0120486号（特許文献７）には、動作位置に載置されており、光から電気を生成するように構成された上向き光起電面及び下向き光起電面を各々有する第１及び第２の太陽電池パネルが記載されている。下向き光起電面は、反射面の上方に離間配置されている。前記第１及び第２のパネルは、第１の方向に、前記第１のパネルの前記第１の方向の幅の約２５〜１００％の長さの間隔距離で互いに離間されている。下向きに導かれる光線の一部は、前記両パネルの上向きの光起電面に入射するとされている。また、他の下向きの光線は前記第１及び第２のパネルの間を通過することができ、反射面によって上向きに反射され、前記パネルの下向きの光起電面に入射するとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許出願第2006/0272698号明細書
【特許文献２】米国特許出願第2007/0107773号明細書
【特許文献３】米国特許出願第2008/0041436号明細書
【特許文献４】米国特許出願第2008/0066801号明細書
【特許文献５】米国特許出願第2008/0257399号明細書
【特許文献６】米国特許出願第2008/0257400号明細書
【特許文献７】米国特許出願第2009/0120486号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、両面型モジュールの両方の面が太陽放射供給源に曝されない用途において、少なくとも１つの反射要素を利用することによって太陽放射を電気エネルギーに従来の光起電モジュールよりも効率的に変換することができる、改良された両面型光起電モジュールに関する。
【００１２】
より詳細には、本発明の光起電（ＰＶ）モジュールは、第１及び第２の主面を有する太陽放射に対して実質的に透明な基材シート（例えば、ソーダライムシリカガラス）を含む。前記光透過性基材の第１の主面上に光活性材料が配置される。光活性材料は、前記第１の主面に接着された被覆ポリマーフィルムの形態であり得る。あるいは、光活性材料は、前記第１の主面上に配置された多層薄膜コーティングスタックであり得る。前記光透過性基材の第２の主面上に高反射性の材料を配置することにより、太陽放射の一部を反射し、光透過性基材シートへ戻す少なくとも１つの反射要素が形成される。
【００１３】
他の実施形態では、本発明のＰＶモジュールは、上述のような２つのガラスシートの間に配置されたＰＶ材料を有する積層構造体であり得る。あるいは、本発明のＰＶモジュールは、２つの光透過性材料シートの間に光活性コーティングを配置して構成した積層アセンブリと少なくとも１つのガラスシートとがスペーサ／空気／真空領域を介して互いに離間され、（前記積層構造体に対して）積層されていないガラスシートの１つの主面上に反射材料が配置された断熱ガラス（ＩＧ）ユニットであり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の上記の及び他の利点は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、当業者には容易に明らかとなるであろう。
【００１５】
【図１】当該技術分野で公知の従来の両面型ＰＶモジュールを示す。
【図２】本発明による両面型ＰＶモジュールのモノリシック型の実施形態を示す。
【図３】本発明による両面型ＰＶモジュールの積層構造体型の実施形態を示す。
【図４】本発明による両面型ＰＶモジュールの断熱（ＩＧ）ガラスユニット型の実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、少なくとも１つの反射要素を利用して太陽放射を電気エネルギーに従来の光起電モジュールよりも効率的に変換する。改良された両面型光起電モジュール１０に関する。
【００１７】
より具体的には、本発明の光起電（ＰＶ）モジュールは、太陽放射に対して実質的に透明な１または複数の基材シート１２、例えばソーダライムシリカガラス、好ましくは低吸収性（高透過性）の低鉄ソーダライムシリカガラスを含む。少なくとも１つのガラスシート１２の第１の主面１４上に光活性材料１６が配置される。光活性材料１６は、第１の主面１４に接着された被覆ポリマーフィルムの形態であり得る。あるいは、光活性材料１６は、例えば、化学気相堆積法、真空スパッタリング法または他の適切は堆積方法によって第１の主面１４上に配置された多層薄膜コーティングスタックであり得る。少なくとも１つのガラスシート１２の第２の主面１８上に、選択された光活性材料のバンドギャップを超える太陽電磁放射に対して高い反射率を有する反射層２０が配置される。この反射層２０は、前記放射に対して７５％またはそれ以上の、さらに限定すれば８５％またはそれ以上の反射率を有することが好ましい。反射層２０は、例えば、金属や金属酸化物などの薄膜、従来のガラスミラー、または研磨された金属シートから形成することができる。
【００１８】
他の実施形態では、本発明のＰＶモジュール１０は、上述のような２つのガラスシート２２、２４の間に配置された光活性材料１６を有する積層構造体であり得る。あるいは、本発明のＰＶモジュール１０は、２つの光透過性材料シート２２、２４の間に光活性コーティング１６を配置して構成した積層アセンブリと少なくとも１つのガラスシート２６とがスペーサ／空気／真空領域２８を介して互いに離間され、ガラスシート２６の一方の主面上に反射材料が配置された断熱ガラス（ＩＧ）ユニットであり得る。積層アセンブリに対して離間配置されたガラスシート２６上に設けられた反射材料２０は、選択された光活性材料１６のバンドギャップにおいては太陽電磁放射に対する少なくとも適度な反射率、好ましくは少なくとも１５％の反射率を提供することが好ましい。反射層２０はまた、上記したような高い反射率であってもよい。反射材料２０は、第３の面（ＩＧユニットの内側を向く面）に設けることが好ましいが、第４の面（ＩＧユニットの外面となる面）に設けることもできる。いくつかの実施形態では、シート２２、２４、２６の各々を、ＩＧユニット全体が透明に維持されるように形成することが好ましい。
【００１９】
本発明のＰＶモジュール１０が、太陽放射に対して実質的に透明な材料（例えば低鉄ソーダライムシリカガラス）の単一シート１２である場合、酸化チタン、テルル化カドミウム、非晶質シリコンまたは結晶シリカなどの光活性材料１６が、単一シート１２の第１の主面１４、すなわち赤外放射線供給源に最も近い位置にある主面上に配置されることが好ましい。光活性材料１６が、前記基材に接着されたポリマー材料シート上に配置される場合、前記被覆ポリマー材料は、例えば、マイラー型（mylar-type）の熱反射フィルム、ＰＶＢ、ＰＶＣ、ＥＶＡなどであり得る。光活性材料１６が、上述の方法のうちの１つによって基板表面１４、１８上に直接的に配置される場合、本発明のＰＶモジュール１０は、様々なＣＶＤ及びスパッタリング被覆技術を含む任意の適切な方法によって積層させられた多層フィルムスタックの形態であり得る。
【００２０】
単一シート１２、すなわちモノリシック型の実施形態では、銀、クロムまたはアルミニウムなどの反射材料２０が、基材１２の第２の主面１８、すなわち赤外線放射供給源から最も離れた位置にある主面上に配置される。
【００２１】
反射層２０が、８５％またはそれ以上の反射率を有し、かつ光活性材料１６が一般的に７〜８％の変換効率を有する場合、モノリシック型の実施形態のＰＶモジュール１０により生成される電気エネルギーは、既知の両面型ＰＶモジュールよりも３〜５５％多くなると推定される。
【００２２】
本発明の両面型ＰＶモジュール１０が積層構造体である場合、モノリシック型の実施形態において上記したものと同じ材料の多くを利用することができる。前述したように、積層実施形態では、ＰＶ材料及び反射材料２０は、赤外線放射供給源に最も近い位置にあるガラスシートの赤外線透過性を維持する任意の適切な結合方法によって互いに接着結合された２つのガラスシートの間で保護されることが好ましい。積層実施形態では、本発明のＰＶモジュール１０の光吸収率または本発明のＰＶモジュール１０により生成される電気エネルギーは、既知の両面型ＰＶモジュールよりも３〜５５％多くなる（高くなる）ことが好ましい。当然ながら、光活性材料１６及び反射材料２０を、積層構造体の少なくとも２つのガラスシートの前述したのとは別の主面上に配置することも可能である。
【００２３】
本発明の両面ＰＶモジュール１０が断熱ガラスユニットである場合、２つまたはそれ以上のガラスシート２２、２４、２６は、互いに平行にかつ互いに離間して配置される。
【００２４】
図４に示すような構造では、光活性材料１６は、赤外線放射供給源に最も近い位置にあるガラスシートの第２の主面、すなわち互いに隣接して配置された２つのガラスシートの間の空間に露出する面上に配置することが好ましい。前述したように、反射材料２０は、前記２つのガラスシート間の隙間３０に露出された光活性材料１６と同じように、第２のガラスシートの第１の主面（第３の面）に配置されることが好ましい。この構造では、適切な光活性材料１６及び適切な反射材料２０には、例えば、本明細書において前述したものが含まれる。この構造では、本発明の両面ＰＶモジュール１０の光吸収率または本発明の両面ＰＶモジュール１０により生成される電気エネルギーは、既知の両面型ＰＶモジュールよりも２〜５０％多くなる（高くなる）と推定される。
【００２５】
実施例
【００２６】
本発明における反射要素の使用の利点を表１に示す。積層型の両面型ＰＶアセンブリに高反射性の反射要素を使用することにより、特に可視スペクトルにおいて、より具体的には５５０ｎｍにおいて、光吸収率が増加することが分かった。光活性要素としては、コナルカ社（Konarka）製のPower Plastic（登録商標）を使用した。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
特許法の規定に従って、本発明の好適な実施形態を表すと考えられるものについて説明した。しかし、本発明はその趣旨または範囲から逸脱することなく、具体的に例示および説明されたもの以外でも実施することができることに留意されたい。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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