JP2008177181A - 集光シート型太陽電池 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の集光型太陽電池には、集光効率の限界と太陽光線追従性の困難、さらには設置スペースの制約等の問題点があるため、これらを適正化し、生産性が良好で、安価な集光シート型太陽電池を開発する。
【解決手段】透明層１１と反射層１２から成る複合シート（集光シート）１０の内部に棒状又は球状の光電変換素子１３を配置して太陽電池を構成する。太陽光線の当たる受光面から順に透明層１１、太陽電池素子１３、散乱反射層１２となるように配置する。このため、透明層１１に進入した光は、直接、または反射層１２で反射された後に光電変換素子１３に到達するだけではなく、大気と透明層の界面で反射し、透明層１１に閉じ込められたものも光電変換素子１３に容易に到達する。
【選択図】図２

Description

本発明は、集光シートを用いた太陽電池に関する。詳しくは、本発明は、進入した光の多くを閉じこめる機能を有するため、太陽光等の集光に好適に使用し得るプラスチックシートの内部に光電変換素子を配置した太陽電池に関する。

近年、太陽電池は地球環境保全の点から再生型の発電方式として注目されている。しかし、太陽光のエネルギー密度が低いこと、太陽電池を使って太陽光を電力に変換する効率が未だ高くないこと、光電変換素子のコストが高いことなどから、太陽電池による発電は、採算を取れるほどの経済性がなく、本格的に普及するには至っていない。このため、太陽光のエネルギー密度を上げるための集光方法の検討や、発電効率の高い光電変換素子の開発、さらには光電変換素子のコストダウン等が鋭意検討されている。

このうち発電効率の高い光電変換素子として開発が進められているものに、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、アモルファスシリコン型、化合物型（III−Ｖ族、II−VI族など）、色素増感型、有機半導体型、更にそれらの複合型等の光電変換素子がある。

また、発電効率の向上、使い易さ、コストダウン等を追求するため、一般的なシート状の他、球状、棒状、薄膜シート状等、様々な形状の光電変換素子の開発が進められている。

例えば特許文献１及び２には、球状の光電変換素子を凹凸のある支持体に並べた太陽電池が開示されている。この方式の太陽電池は、太陽光が光電変換素子に到達する角度の影響を受けにくいため、設置場所の制約が少ない。また、光電変換素子に直接到達する光だけではなく、支持体の凹部内面で反射されたものも光電変換素子に到達するため、発電効率を高めることができる。さらには、半導体ウエハから製造する光電変換素子などに比べ、使用する半導体量を低減できるため、製造コストを抑えることが可能である。しかし、この方式では、光照射時に発生される光起電力を取り出すために、光電変換素子や支持体に微細な加工を施す必要があるため、生産性が悪く、広く普及するに至っていない。

棒状の光電変換素子を用いた太陽電池としては、線引法や引上法によってシリコン結晶を棒状に作成したもの（特許文献３）、導体のワイヤー表面にアモルファスシリコンを形成したもの（特許文献４）がある。この方式は、受光効率が高く、また、規則的な配列を容易に得ることができるため、半導体ウエハから切り出すシート状の光電変換素子よりも安価に製造することが可能である。しかし、この方式においても、光照射時に発生される光起電力を取り出すために、光電変換素子や支持体に微細な加工を施す必要があり、生産性が悪いことから、広く普及するに至っていない。

太陽光のエネルギー密度を上げるための集光方式としては、集光レンズ方式、反射鏡方式、プリズム方式等が検討されている。この方式は、より多くの、又、エネルギー密度の高い太陽光を光電変換素子に導き、効率の良い発電を行うことを目的としている。

最も一般的な集光方式として、フルネルレンズを使ったものがある（特許文献５，６，７）。この方式はフルネルレンズの焦点位置に光電変換素子を配置することにより、太陽光のエネルギー密度を高めることができる。しかし、太陽光線の方角を正確に追尾するための装置が必要で、設置場所にも制約がある。反射鏡を用いたシステムも同様の制約が考えられる。

また、断面が三角形状やくさび形などのプリズムを用い、反射と全反射を利用して太陽光を集光するものがある（特許文献８，９，１０，１１，１２，１３）。しかし、プリズムに進入する太陽光線の角度に制約があり、また、集光効率や製造コストなどの問題がある。

一方、シート表面に微小な半円柱状、半球状の突起を配置した集光器を用いたものが特許文献１４に開示されている。また、光電変換素子と表面シートの中間にプリズム状の構造を持ち、この部分に光電変換素子からの反射光を閉じこめるという機能を持ったもの特許文献１５に開示されている。しかし、これらの集光方式では十分な集光効率が期待できず、また、製造コストなどの問題もある。

特許第３４９０９６９号公報 特開２００１−３３９０８６号公報 特開平０６−１８１３２４号公報 特開２０００−１９６１２４号公報 特開２００２−２８９８９７号公報 特開２００２−２８９８９８号公報 特開２００４−２１４４７０号公報 特開昭５４−１８７６２号公報 特開平６−２７５８５９号公報 特開平７−１２２７７１号公報 特開２００４−４７７５２号公報 特開平１０−３３５６８９号公報 特開平１０−２２１５２８号公報 特開２０００−３１５１５号公報 特開２０００−３２３７３４号公報

このように、上述した従来の集光型太陽電池には、集光効率の限界と太陽光線追従性の困難、さらには設置スペースの制約等の問題点があり、これらを適正化し、生産性が良好で、安価な集光シート型太陽電池を開発すべき課題が存在する。

上記課題は、以下に記載する本発明によって解決される。
即ち、本発明の集光シート型太陽電池は、
a)反射層と透明層とを有するプラスチックシートと、
b)前記プラスチックシートの内部に配置された棒状の光電変換素子と
を有することを特徴とする。

また、本発明の別の集光シート型太陽電子は、
a)反射層と透明層とを有するプラスチックシートと、
b)前記プラスチックシートの内部に配置された球状の光電変換素子と
を有することを特徴とする。

本発明に係る集光シート型太陽電池は、光閉じ込め効果を備えたプラスチック複合シートの内部に光電変換素子を配置することで、受光面からプラスチック複合シート内部に進入した光をできるだけ多く電力に変換することができる。また、本発明の太陽電池は、容易に面積を大きくすることができるため、製造コストを抑えることができる。
この場合、複合シートの内部に複数の光電変換素子を配置することにより、これら複数の光電変換素子を一体的に扱うことができるため、設置、運搬等の際の取り扱いが容易となる。

大気よりも屈折率の高い樹脂層に進入した光のうち、大気とこの樹脂層との界面に臨界角より大きい角度で入射するものは樹脂層側に反射され、樹脂層内部に閉じ込められる。しかし実際は、大気と樹脂層の界面に入射する光のほとんどが臨界角より小さい角度で入射するため、樹脂層内部に効率よく光を閉じ込めることは出来ない。つまり、樹脂層に大気よりも屈折率の高い樹脂を用いたり、表面にプリズムや様々な形状の凹凸を設けただけでは、大気と樹脂層の界面にあらゆる角度から進入する光を、樹脂層内部に効率よく閉じこめることは困難なのである。

そこで、本発明者が鋭意検討した結果、図１に示す例の通り、透明層１１の片面に散乱反射機能を備える反射層１２を設けることにより、反射層１２の表面で反射した光が、進入角度と異なる角度で反射し、大気と透明層の界面で臨界角より大きい角度で反射する確率が高まり、このため透明層内により多くの光を閉じ込めることが出来るシート１０を見出した。
前記シート１０は、熱可塑性樹脂から成る、光を散乱反射させる層を基材とし、この散乱反射層１２の上に、熱可塑性樹脂から成る透明層１１を積層した構造を持つ。

本発明の集光シート型太陽電池は、図２に示すように、透明層１１と反射層１２から成る複合シート（集光シート）１０の内部に棒状又は球状の光電変換素子１３を配置して構成される。太陽電池１４は、太陽光線の当たる受光面から順に透明層１１、光電変換素子１３、散乱反射層１２となるよう配置される。このため、透明層１１に進入した光は、直接、または反射層１２で反射された後に光電変換素子１３に到達するだけではなく、大気と透明層の界面で反射し、透明層１１に閉じ込められたものも光電変換素子１３に容易に到達する。
また、本発明の集光シート型太陽電池１４は、図３に示すように、集光シート１０の内部に、複数の棒状または球状の光電変換素子１３を配置して構成される。このような構成により、より多くの太陽光を光電変換素子１３で電力に変換することができる。

集光シートの面積は、光電変換素子の表面積の２倍以上が好ましく、更に好ましくは５倍以上である。２倍に満たないときには、集光シート型のコストメリットが得られない。

本発明における複合シートは、透明層と反射層との共押出、反射シート上に透明層を押出す押出ラミネーション、反射シートと透明シートの接着、反射シート上に透明層をコーティング、または蒸着等により形成されたものであってよく、特に限定されない。

本発明において反射層、および透明層に使用し得る熱可塑性樹脂の具体例としては、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、スチレン系樹脂、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、およびこれらを主たる成分とする共重合体、並びにこれらの混合物等を挙げることができるが、これらに限定されない。

とりわけ、本発明における透明層を構成する主たる熱可塑性樹脂としてアクリル樹脂及び／又はメタクリル樹脂を用いると、樹脂そのものの透明度が高いため、結果的に反射層界面での散乱反射も高くなる。更に、耐光性も優れており、原料樹脂も比較的安価に入手し得る。

アクリル樹脂又はメタクリル樹脂の具体例としては、例えば、アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルの単独重合体或いはアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルを５０重量％以上と、他の一種以上のビニル単量体との共重合体が挙げられる。なかでも、メタクリル酸エステルを５０重量％以上と、他の一種以上のビニル単量体との共重合体が好ましく、とりわけ、メタクリル酸アルキルエステルを５０重量％以上と、アクリル酸アルキルエステルを５０重量％以下と、メタクリル酸アルキルエステル及びアクリル酸アルキルエステルの少なくとも一方と共重合可能なビニル単量体の一種以上を４９重量％以下との共重合体が好ましい。共重合体に含まれるアクリル酸アルキルエステルは、０．１重量％〜４０重量％であることが好ましく、１重量％〜１５重量％であることがより好ましい。上記のアクリル樹脂又はメタクリル樹脂は、それぞれを単独で又はブレンドして使用してよい。

アクリル酸エステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸２−エチルヘキシル、アクリル酸２−ヒドロキシエチル等を挙げることができ、とりわけ、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルが好ましい。また、メタクリル酸エステルとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸２−エチルヘキシル、メタクリル酸２−ヒドロキシエチル等を挙げることができ、とりわけ、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルが好ましい。共重合可能な他のビニル単量体としては、上記のアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルのほか、例えば、アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和酸類、スチレン、α−メチルスチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、無水マレイン酸、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等を挙げることができる。

上記のアクリル樹脂又はメタクリル樹脂の重量平均分子量（Ｍｗ）は、４万〜４０万であることが好ましく、さらに好ましくは６万〜３０万である。Ｍｗが小さ過ぎると得られる複合シートの機械強度が十分でない場合がある。Ｍｗが大き過ぎると溶融粘度が高くなり、押出性能が低下する場合がある。

また、上記のアクリル樹脂又はメタクリル樹脂は、ゴム状重合体を含むものであってもよい。アクリル樹脂又はメタクリル樹脂へゴム状重合体を配合することにより、樹脂の粘性および靭性が向上するため、耐衝撃性の良好な複合シートが得られる。

本発明における反射層に反射シートを用いる場合、延伸シートでも無延伸シートでも良く、シート成形プロセスは限定されない。

前記反射層は、散乱反射性能の高い層から構成され、鏡面や金属面のような単純な全反射面に細かいスクラッチ（掻き傷線）を入れたものでも良いが、散乱反射層中に微細な気泡が含まれることが好ましい。また、気泡のうち８０％以上が０．１〜５０μｍの範囲の気泡径を有していることが好ましく、更には、シート中に含まれる気泡のうち８０％以上が０．４μｍ〜２０μｍの範囲の気泡径を有していることがより好ましい。気泡径が小さ過ぎる場合には、光干渉効果などを引き起こすため、十分な反射が得られない。逆に、気泡径が大き過ぎる場合には、進入した光が散乱反射する面積が小さくなるため、好ましくない。

前記反射層には、散乱反射特性を損なわない範囲内で、少量の、好ましくは０〜３重量％の範囲で、結晶化核剤、結晶化促進剤、気泡化核剤、抗酸化剤、安定剤、加工助剤、可塑剤、帯電防止剤、耐衝撃助剤、発泡剤、充填剤、艶消剤、離型剤、難燃剤、紫外線吸収剤、紫外線防止剤、顔料、染料、滑剤、蛍光増白剤などの各種添加剤が配合されていても良い。

このうち気泡化核剤として機能する無機微粒子としては、それ自体を核として孔を形成し得るものが好ましく、例えば炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、酸化チタン（アナターゼ型、ルチル型）、酸化亜鉛、硫酸バリウム、硫化亜鉛、塩基性炭酸錫、雲母チタン、酸化アンチモン、酸化マグネシウム、リン酸カルシウム、シリカ、アルミナ、マイカ、タルク、カオリンなどを用いることができる。これらの中で、４００〜７００ｎｍの可視光域において吸収の少ない炭酸カルシウム、硫酸バリウムを用いることが特に好ましい。可視光域に吸収があると、散乱反射が低下する問題が発生することがある。

シート中に気泡を形成させる手段は特に限定されないが、主原料となる熱可塑性樹脂に非相溶な樹脂をブレンドし、延伸により両樹脂の界面を剥離させて微細な気泡を形成させる方法や、主原料となる熱可塑性樹脂中に無機粒子をブレンドし、延伸により樹脂と無機粒子の界面を剥離させて微細な気泡を形成させる方法、熱可塑性樹脂シート中に二酸化炭素を含浸し、加熱処理により気泡を形成させる方法、押出機内で熱可塑性樹脂中に気体を溶解し、シート中に微細な気泡を形成させる方法が好ましい。なかでも、押出機内で熱可塑性樹脂中に気体を溶解し、シート中に微細な気泡を形成させる方法がより好ましい。微細な気泡が形成させることにより、より散乱反射の高いシートが得られるだけではなく、より安価にシートを作ることができる。

押出機内で熱可塑性樹脂中に溶解する気体としては、例えば二酸化炭素、窒素、ブタン、ヘリウム、アルゴン等が挙げられる。その中でも二酸化炭素、窒素は、ガス透過率が低く、安価で安全に取り扱える点で好ましく、これらを単独で、或いは組み合わせて使用すると良い。

本発明における光電変換素子とは、半導体の光起電力効果を利用して発電するものを意味しており、シリコン（単結晶系、多結晶系、アモルファス系）太陽電池、化合物半導体（III−Ｖ族、II−VI族、その他）太陽電池、色素増感太陽電池、有機半導体太陽電池などが挙げられる。

前記光電変換素子は、複合シートの内部に配置される。複合シートの透明層に進入した光は、直接、または反射層で反射された後に光電変換素子に到達するだけではなく、大気と透明層の界面で反射し、透明層に閉じ込められたものも光電変換素子に容易に到達する。従って、より多くの太陽光を光電変換素子で電力に変換することができる。この場合、前記光電変換素子は、透明層と反射層の間に挟まれるように配置されることが好ましい。透明層に進入した光をより効率よく光電変換素子に集めることができる。また、複合シートの内部に容易に光電変換素子を配置することができるため、集光シート型太陽電池の生産効率を高め、生産コストを抑えることが可能となる。

前記光電変換素子は、棒状または球状のものが用いられる。棒状の光電変換素子の断面形状は、円形状、楕円形状、多角形状等、様々な形状にすることができるが、円形状にすることが好ましい。また、球状の光電変換素子には、真円球状の他、楕円球状、扁平球状、或いはこれら球状に近似する多面体状の光電変換素子が含まれる。これらは、複合シート内部に進入した光の受光効率が高く、また、規則的な配列を容易に得ることができるからである。また、シリコンウエハから切り出すシート状の光電変換素子よりも安価に製造することが可能である。

棒状の光電変換素子は、シリコン型（単結晶、多結晶、アモルファス）、化合物型（III−Ｖ族、II−VI族など）、色素増感、有機半導体、更にそれらの複合型等の半導体層を持つものであれば、特に製法は限定されないが、芯となる導線の周囲に半導体層を設けたものが好ましい。その手段は特に限定されないが、スクリーン印刷、蒸着、スパッタリング、ＣＶＤ法などが好ましい。

芯となる導線の周囲にシリコン型半導体層を設ける場合、導線−ｎ型半導体層−ｐ型半導体層もしくは導線−ｐ型半導体層−ｎ型半導体層のいずれの構成でもよく、いずれの半導体層も単結晶系，多結晶系、アモルファス系のいずれでもよい。

また、芯となる導線の周囲に化合物型半導体層を設ける場合、導線−ｎ型半導体層−ｐ型半導体層もしくは導線−ｐ型半導体層−ｎ型半導体層のいずれの構成でもよい。ｎ型半導体層は、ＩｎＡｓ、ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2、ＣｕＩｎＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳなどから成るグループから選ばれた１種類からなり、ｐ型半導体層は、ＡｌＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳまたはそれに類似する化合物半導体のグループから選ばれた１種類である。

図４に示すように、本発明における棒状の光電変換素子１３は、その端部１３ａを複合シート１０の外部に出すように配置されることが好ましい。
光電変換素子によって光から変換された電気を取り出すためには、光電変換素子１３に電極を設けなければならないが、光電変換素子の端部を複合シートの外部に出すように配置することによって、容易に電極を設けることが可能となり、集光シート型太陽電池の生産効率を高めることができる。

光電変換素子の芯材として、モリブデン、タングステン、銅、鉄、クロム、ニッケルのいずれかを含む導体を用いることが好ましい。芯材の周囲に半導体層を設ける際に障害を起こす可能性が低く好適である。

本発明における球状の光電変換素子は、ｎ型半導体層とｐ型半導体層で構成される。ｐ型半導体層、ｎ型半導体層のいずれかが球状の光電変換素子の外層になる構成であればよく、いずれの半導体層も、単結晶系、多結晶系、アモルファス系のいずれであってもよい。球状の光電変換素子を作成する方法は特に限定されない。

上記構成の球状の光電変換素子は、表皮部分を研削してして内部の半導体層の一部を露出させることにより、両半導体層間から光起電力を取り出すことができる。
図５に示す例のように、研削面が反射層と透明層との境界に面するように集光シートの内部に前記光電変換素子を配置し、反射層と透明層との境界に予め設けられた導電パターンとｎ型半導体層及びｐ型半導体層とを接続すれば光電変換素子によって光から変換された電気を容易に取り出すことができる。
尚、集光シートの内部に光電変換素子を配置した後、同一工程で集光シートと光電変換素子とを研削し、露出した半導体層に導体を接続するようにしても良い。

前記球状の光電変換素子のｎ型半導体層は、ＩｎＡｓ、ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2、ＣｕＩｎＳ、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳなどから成るグループから選ばれた１種類からなり、ｐ型半導体層は、ＡｌＧａＡｓ、ＣｕＩｎＳｅ2、Ｃｕ（ＩｎＧａ）Ｓｅ2、ＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＡｌＧａＰ、ＣｄＴｅ、ＣｄＳまたはそれに類似する化合物半導体のグループから選ばれた１種類である。

本発明における集光シート型太陽電池の透明層表面には、図６に示す例のように、コーティング層１５を設けることが望ましい。コーティング層１５の種類やコーティング方法は、その目的に応じて選択すれば良く、特には限定されないが、防汚層やハードコート層を設けることが好ましい。

前記防汚層は、本発明の効果を妨げない範囲で、その材料や、防汚層を設ける手段は特に限定されないが、Ｒｆ−（ＯＣ3Ｆ6）ｎ−Ｏ−（ＣＦ2）ｍ−（ＣＨ2）l−Ｏ−（ＣＨ2）s−Ｓｉ（ＯＲ3）3で示されるパーフルオロポリエーテル基含有シランカップリング剤からなることが好ましい。防汚層がこのような材料で形成されることで、複合シート表面の透明性を保ちつつ、シート表面に汚れが付着しにくくなり、また付着しても容易に洗い流すことができる。

また、前記防汚層には、本発明の効果を妨げない範囲であれば、光触媒作用をもつ光活性物質を用いることができる。この物質により、防汚層の表面に付着した塵埃を光の作用によって分解し、低分子化し、粘着性を破壊し、雨・霧で洗い流すことで表面を清浄に保つことを容易にする。光活性物質としてはＴｉＯ2、ＺｎＯ、ＳｒＴｉＯ3、ＣｄＳ、ＣａＰ、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＢａＴｉＯ3、Ｋ2ＴｉＯ3、Ｋ2ＮｂＯ3、Ｆｅ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ3、ＷＯ3、ＳｎＯ2、Ｂｉ2Ｏ3、ＮｉＯ、Ｃｕ2Ｏ、ＳｉＣ、ＳｉＯ2、ＭｏＳ2、ＩｎＰｂ、ＲｕＯ2、ＣｅＯ2などや、これらにＰｔ、Ｒｈ、ＲｕＯ2、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｎｉ、Ｆｅなどの金属及び／又はこれらの金属酸化物とを混合した組成物を使用できる。

前記ハードコート層を設けることにより、複合シートの表面を傷つきにくくすることができる。これにより、複合シート表面にできた傷などによる散乱反射を減らすことができ、より多くの太陽光を複合シート内部に導くことが可能となる。また、ハードコート層の屈折率を高くすれば光閉じ込め効果が増し、太陽電池素子により多くの光を集めることができる。一方、ハードコート層の屈折率を低くすればシート表面での反射を抑えることができ、より多くの太陽光を複合シート内部に導くことが可能となる。ハードコート層の材料、ハードコート層を設ける手段は、本発明の効果を妨げない範囲であれば特に限定されない。

本発明における集光シート型太陽電池の透明層表面には、多数の微細な凹凸模様が転写されていることが望ましい。このような凹凸模様によって、集光シート型太陽電池に降り注ぐ太陽光を、効率よく複合シート内部に取り込むことが可能となる。凹凸模様とは、複合シートの透明層の表面部分の断面形状が、三角形、台形、半円形など傾斜面を有する凸形（畝形）もしくは凹形を配列したもの、ピラミッド形などの角錐形、角錐の上部をカットした台形、ドーム形などの半球、或いは曲率をつけた半球状などの凸形もしくは凹形を配列したもの、またはこれらの複合模様などが好ましい。

特に、図７に示す例のようにピラミッド形など四角錐形の凸形もしくは凹形の配列１６で、対向する斜面同士のなす角度（頂角）が９０°のものが好ましい。また、凸形もしくは凹形のピッチを５〜１００μｍ、更には１０〜７５μｍとするのが好ましい。ピッチが５μｍよりも小さい場合は、凹凸形模様を複合シートに転写させることが非常に困難となり、複合シートの生産性が悪化する場合がある。また、ピッチが１００μｍよりも大きい場合は、集光シート型太陽電池に降り注ぐ太陽光を、効率よく複合シート内部に取り込むことができなくなる。

このような凹凸柄加工は、本発明の効果を妨げない範囲であれば特に限定されないが、表面に微細な模様を形成させたキャスティングロール上で透明シートまたは複合シートに模様を転写させる方法、または無地のキャスティングロールでシート化された透明シートまたは複合シートを一旦ロール状に巻き取った後、表面に微細な模様を形成したロール上で透明シートまたは複合シートに凹凸模様を転写させる方法などにより行うことができる。

本発明における集光シート型太陽電池の全体の厚み寸法は、１００〜５０００μｍであることが好ましく、５００〜１０００μｍがより好ましい。集光シート型太陽電池が薄過ぎる場合、光の閉じ込め効果が減少し発電性能が低下する。一方、集光シート型太陽電池が厚過ぎると、複合シートの生産性が悪化したり、複合シートと鋼板とのラミネート等の後加工が難しくなるなどの問題が発生する場合がある。

本発明おける集光シート型太陽電池は、透明層と接していない反射層の表面に金属板をラミネートしても良い。図８に示す例のように、反射層１２の外面全体に金属板１７をラミネートしても良く、或いは、図示しないが、反射層の底部のみや底部の周縁部のみにラミネートしても良い。本発明の集光シート型太陽電池は金属板をラミネートすることによって強度を高めることが可能となり、屋根材等の建築材料、自動車またはバス、船舶等の輸送機器の構成材料に使うことが出来る。
ラミネートする金属板や、集光シート型太陽電池を金属板にラミネートする方法は、本発明の効果を妨げない範囲であれば特に限定されない。

以下に本発明の実施例を図９に基づき詳細に説明するが、本発明はかかる実施例に限定されるものではない。

反射層１２は、次の方法で得た白色発泡シートを用いた。
予め１２０℃の条件で４時間加熱した光学用アクリル樹脂（住友化学（株）スミペックスＭＧＳＳ）をタンデム押出機に供給し、さらに押出機の機外に設置した高圧ガス供給装置から炭酸ガスを供給し、樹脂中に溶解、混錬させた。このときの炭酸ガスの供給量は、押出機の吐出量１４．７ｋｇ／時に対して、炭酸ガスの割合を０．３８ｋｇ／時とした。

これをスリット幅１５０mm、スリット間隙０．８mmのダイから吐出させてシート化したところ、平均厚み２３０μm、１００mm幅の白色発泡シートが得られた。

線状の光電変換素子１３を、白色発泡シート上にシートの長手方向に垂直になるよう５mm間隔で１０本並べ、光電変換素子１３の両端部を白色発泡シートにビニルテープで固定した。

光電変換素子１３を配置した白色発泡シート上に、透明樹脂を直接ラミネートする押出ラミネート法により、集光シート型太陽電池１４を得た。透明樹脂は、予め１２０℃の条件で４時間加熱した光学用アクリル樹脂（住友化学（株）スミペックスＭＧＳＳ）をスクリュー径３５mm、Ｌ／Ｄが３４の単軸押出機にて溶融、スリット幅１５０mm、スリット間隙０．８mmのダイからシート状に押し出し、冷却ドラム上で、光電変換素子を配置した白色発泡シートとラミネートした。このようにして作成した集光シート型太陽電池を、大きさ６０mm×６０mm、平均厚さ６００μmに切り出し、評価用サンプルを得た。

一方、比較のため、反射層を持たない集光シート型太陽電池を作成した。白色発泡シートを得る方法のうち、１段目押出機に炭酸ガスを供給しないこと以外は、同様の方法にて、大きさ６０mm×６０mm、平均厚さ６００μmの集光シート型太陽電池のサンプルを得た。

本実施例における集光シート型太陽電池の評価には太陽光シミュレーターを使用した。図９に示すように、透明層１１が上になるように評価用サンプル１４を置き、太陽光シミュレーター１８で照らして発電量を測定した。反射層１２を持たない比較用サンプルの発電量との比で評価したところ、１．５倍であることが確認できた。

本発明の集光シート型太陽電池は、その発電量、生産性、低コスト性などから、汎用太陽電池シート、太陽電池からなるロールスクリーン、太陽遠地ラミネート鋼板、太陽電池建築材料、太陽電池輸送機器などに適用可能であるが、その適用範囲はこれらに限られるものではない。

本発明の一実施形態における太陽電池に用いられる集光シートの概略説明図 集光シート内に１個の光電変換素子を配置して構成された集光シート型太陽電池の概略説明図 集光シート内に複数の光電変換素子を配置して構成された集光シート型太陽電池の概略説明図 棒状の光電変換素子を用いて構成された集光シート型太陽電池の概略説明図 球状の光電変換素子を用いて構成された集光シート型太陽電池の概略説明図 透明層表面にコーティング層を設けた集光シート型太陽電池の概略説明図 透明層表面に凹凸模様を設けた集光シート型太陽電池の概略説明図 反射層の外面に金属板をラミネートした集光シート型太陽電池の概略説明図 実施例１の実験の概略説明図

符号の説明

１０…集光シート
１１…透明層
１２…反射層
１３…光電変換素子
１４…集光シート型太陽電池
１５…コーティング層
１６…凹凸の配列
１７…金属板
１８…太陽光シミュレーター

Claims (9)

1. a)反射層と透明層とを有するプラスチックシートと、
   b)前記プラスチックシートの内部に配置された棒状の光電変換素子と
   を有することを特徴とする集光シート型太陽電池。
2. 前記棒状の光電変換素子は、その端部が前記プラスチックシートの外部に位置するように配置されていることを特徴とする請求項１記載の集光シート型太陽電池。
3. a)反射層と透明層とを有するプラスチックシートと、
   b)前記プラスチックシートの内部に配置された球状の光電変換素子と
   を有することを特徴とする集光シート型太陽電池。
4. 前記球状の光電変換素子は、第１導電型半導体層の表面に第２導電型半導体層が形成されて構成され、前記第１導電型半導体層が露出するように一部が除去されていることを特徴とする請求項３に記載の集光シート型太陽電池。
5. 前記光電変換素子は複数配置されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の集光シート型太陽電池。
6. 前記光電変換素子は、前記反射層と前記透明層との間に挟まれるように配置されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の集光シート型太陽電池。
7. 前記透明層の表面には多数の凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の集光シート型太陽電池。
8. 前記透明層の表面にはコーティング層が設けられていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の集光シート型太陽電池。
9. 前記透明層と接していない前記反射層の表面に金属板をラミネートしたことを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の集光シート型太陽電池。

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