JP2010147454A - 太陽電池モジュール用光再利用シート及び太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】本来は損失となってしまう光を有効に再利用して、光の利用効率を向上できる太陽電池モジュールを提供する。
【解決手段】光再利用シート20を有する太陽電池モジュール200において、光再利用シート20は基材2と反射形成層3を備え、反射形成層3の上面には、複数の反射用の凹部201が前面板22の光入射面110と平行な平面Pと平行な面に沿い形成される。凹部201は、光入射面110と平行な平面Pと平行な面での断面積が凹部201の突出方向で前面板22側に近づくにしたがい拡大される形状を呈する湾曲状の反射面を構成した。
【選択図】図1
【解決手段】光再利用シート20を有する太陽電池モジュール200において、光再利用シート20は基材2と反射形成層3を備え、反射形成層3の上面には、複数の反射用の凹部201が前面板22の光入射面110と平行な平面Pと平行な面に沿い形成される。凹部201は、光入射面110と平行な平面Pと平行な面での断面積が凹部201の突出方向で前面板22側に近づくにしたがい拡大される形状を呈する湾曲状の反射面を構成した。
【選択図】図1
Description
本発明は、少なくとも一方の面に凹凸構造を有し、前記凹凸構造によって光の回折、散乱、屈折、あるいは反射作用によって特定方向に光を偏向し、本来は損失となってしまう光を再利用することができる、太陽電池モジュール用の光再利用シートに関する。
近年、太陽電池モジュールの普及は大きな広がりを見せ、電卓等の小型電子機器に搭載される比較的小さなものから、家庭用として住宅に取り付けられる太陽電池モジュールや大規模な発電施設に用いられる大面積の太陽電池発電システム、さらには人工衛星の電源まで、様々な分野で利用が促進されている(例えば、特許文献1参照)。
このような太陽電池は、主に光が照射される面積に比例して発電量が増加する。したがって、発電効率を向上させるには封止技術、製膜技術等の製造技術を改善することに加え、いかにして太陽電池モジュールの開口率(全面積に対する発電可能な面積の割合)を大きくするかが重要な課題となっている。
また、特に単結晶シリコンや多結晶のシリコンからなる太陽電池セルでは、そのシリコンのコストが高いという問題がある。また、それを貼り付けるためのコストも加算されてくる。
そこで、太陽電池セルの構成部材であるシリコンの量が少なく、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等の技術により、成膜することができる薄膜シリコンの太陽電池セルが用いられるようになってきている。
また、特に単結晶シリコンや多結晶のシリコンからなる太陽電池セルでは、そのシリコンのコストが高いという問題がある。また、それを貼り付けるためのコストも加算されてくる。
そこで、太陽電池セルの構成部材であるシリコンの量が少なく、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等の技術により、成膜することができる薄膜シリコンの太陽電池セルが用いられるようになってきている。
しかし、上述の方式は特に赤外の光が薄膜シリコンの太陽電池セルを透過しやすいため光の吸収率が低い。そこで、光の利用効率を上げるために、あえて入射する光を散乱させて、薄膜シリコンの太陽電池セルを透過する光の光路長を稼ぐことにより光の利用効率を向上させる。
一般に、非晶質シリコン太陽電池には、2種類の構造のものがある。一つは、ガラス等の透光性基板上に、SnO2やITO(酸化インジウムスズ)等の透明電導膜が形成され、その上に非晶質半導体(Si)のp層、i層、n層がこの順に積層されて成る構造のものである。もう一つは、金属基板電極の上に、非晶質半導体(Si)のn層,i層,p層がこの順に積層されて光電変換活性層が形成され、更にその上に透明電導膜が積層されて成る構造のものである。
特に、前者の構造のものでは、非晶質半導体をp−i−n層の順に形成するのに、透光性絶縁基板が太陽電池表面カバーガラスを兼ねることができること、また、SnO2等の耐プラズマ性透明電導膜が開発されて、この上に非晶質半導体光電変換活性層をプラズマCVD法で形成することが可能になったことなどから、現在多く用いられている。
特に、前者の構造のものでは、非晶質半導体をp−i−n層の順に形成するのに、透光性絶縁基板が太陽電池表面カバーガラスを兼ねることができること、また、SnO2等の耐プラズマ性透明電導膜が開発されて、この上に非晶質半導体光電変換活性層をプラズマCVD法で形成することが可能になったことなどから、現在多く用いられている。
なお、非晶質半導光電変換活性層の形成に、原料ガスのグロー放電分解によるプラズマCVD法や、光CVD法による気相成長法を用いることができ、これらの方法によれば大面積の薄膜形成が可能であるという利点もある。
また、非晶質Si太陽電池は、100℃〜200℃程度の比較的低温で形成できるので、その非晶質Si太陽電池を形成するための基板として、様々な材質の基板を用いることが可能であるが、通常よく用いられるものはガラス基板やステンレス基板である。
また、非晶質Si太陽電池は、光を電気に代える変換効率が最大となるときのシリコンの光吸収層の膜厚が500nm程度であるため、その変換効率を向上させるには光吸収層の膜厚内で光の吸収量を増大させることが重要なポイントとなる。そのため、ガラス基板上の表面に凹凸のある透明導電膜を形成したり、ステンレス基板上の表面に凹凸のある金属膜を形成したりすることにより、光吸収層中での光の光路長を増加させることが従来より行われてきた。
このような方法において、光吸収層中での光路長を増加させた太陽電池の場合、その表面に凹凸がない平坦な基板上に非晶質Si太陽電池を形成した場合と比較して、光の利用効率が顕著に向上する。
また、非晶質Si太陽電池は、100℃〜200℃程度の比較的低温で形成できるので、その非晶質Si太陽電池を形成するための基板として、様々な材質の基板を用いることが可能であるが、通常よく用いられるものはガラス基板やステンレス基板である。
また、非晶質Si太陽電池は、光を電気に代える変換効率が最大となるときのシリコンの光吸収層の膜厚が500nm程度であるため、その変換効率を向上させるには光吸収層の膜厚内で光の吸収量を増大させることが重要なポイントとなる。そのため、ガラス基板上の表面に凹凸のある透明導電膜を形成したり、ステンレス基板上の表面に凹凸のある金属膜を形成したりすることにより、光吸収層中での光の光路長を増加させることが従来より行われてきた。
このような方法において、光吸収層中での光路長を増加させた太陽電池の場合、その表面に凹凸がない平坦な基板上に非晶質Si太陽電池を形成した場合と比較して、光の利用効率が顕著に向上する。
ところで、ガラス基板の表面上に凹凸を形成する一般的な方法としては、常圧CVD法により透明電極であるSnO2膜を形成する方法があげられる。また、ステンレス等の金属基板上に凹凸を形成する方法としては、Agを蒸着法やスパッタリング法により形成する際に、その形成条件を調整したり、Agの形成後に熱処理を行ったりする方法が用いられていた。
上述のような薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板の上に、透明導電膜、水素化アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC:H)p層、水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)i層、水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)n層、透明導電膜、及び裏面電極が順次形成されて構成されるものである。そして、前述のようにして、透明導電膜の表面に凹凸形状が形成され、これにより、その上部に形成された各層が凹凸構造を有するというものである。
上述のような薄膜太陽電池は、透光性絶縁基板の上に、透明導電膜、水素化アモルファスシリコンカーバイド(a−SiC:H)p層、水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)i層、水素化アモルファスシリコン(a−Si:H)n層、透明導電膜、及び裏面電極が順次形成されて構成されるものである。そして、前述のようにして、透明導電膜の表面に凹凸形状が形成され、これにより、その上部に形成された各層が凹凸構造を有するというものである。
薄膜太陽電池等の半導体素子を可撓性基板あるいは軽量基板上に形成する場合、耐熱性の高いポリイミド樹脂が用いられてきた。このような樹脂に凹凸を形成する方法は、特許文献2等に開示されている。
また、特許文献3には、V溝の周期構造により、光を再帰反射し、光の利用効率を上げるような技術が開示されており、V溝頂角は、50度から90度が望ましいとの記述がある。また、V溝の周期のピッチとしては、10μmから20μmが望ましいとの記述がある。
また、太陽電池セル401の配置間隔を狭くするとリーク電流が生じてしまうため、隣り合う太陽電池セル401の間の領域が必要となる。
例えば、図23に示すように、太陽電池モジュール400に入射する光H0のうち、この領域に入射する光H1を、裏面材402を太陽電池モジュール400の背面に配置することにより裏面材402にて光H1を反射、あるいは散乱し、光H2として再利用するもの(特許文献4、特許文献5、特許文献6)が知られている。しかし、まだ十分な発電効率は得られていない。なお、図23において、符号403は充填層であり、この充填層403内には、複数の太陽電池セル401が一定の間隔を離して配列されている。
また、特許文献3には、V溝の周期構造により、光を再帰反射し、光の利用効率を上げるような技術が開示されており、V溝頂角は、50度から90度が望ましいとの記述がある。また、V溝の周期のピッチとしては、10μmから20μmが望ましいとの記述がある。
また、太陽電池セル401の配置間隔を狭くするとリーク電流が生じてしまうため、隣り合う太陽電池セル401の間の領域が必要となる。
例えば、図23に示すように、太陽電池モジュール400に入射する光H0のうち、この領域に入射する光H1を、裏面材402を太陽電池モジュール400の背面に配置することにより裏面材402にて光H1を反射、あるいは散乱し、光H2として再利用するもの(特許文献4、特許文献5、特許文献6)が知られている。しかし、まだ十分な発電効率は得られていない。なお、図23において、符号403は充填層であり、この充填層403内には、複数の太陽電池セル401が一定の間隔を離して配列されている。
上述のように、従来の太陽電池モジュールの単位面積当たりの発電効率を上げようという要望は多いが、まだ十分とはいえない。
その理由としては、光を再帰反射して利用する場合、適切な角度に再帰反射させないため、再帰反射した光の多くが損失となるためである。
例えば、特許文献3のようにV溝頂角は50度から90度にした場合は、図4(b)に示すように、光H1はV溝の周期構造にて多重反射して、入射した位置に戻ったり、あるいは太陽電池セルの非有効領域に入射したりし、光の利用効率向上に寄与しない。
また、特許文献6のように、光拡散層あるいはマイクロレンズアレイによって光を散乱する場合は、散乱によって様々な角度で再起反射され、その多くは、図4(b)や図4(c)のように、入射した位置に戻ったり、あるいは太陽電池セルの非有効領域に入射したりして、光の利用効率向上に寄与しない。
そのため、入射した光H1を単純に偏向したり、散乱したりするだけでは、偏向、散乱された光の多くは光の利用効率向上に寄与しない。
このように従来の太陽電池モジュールは、単位面積当たりの発電効率を上げようという要望は多いが、損失となってしまう光があるため、まだ十分とはいえない。
その理由としては、光を再帰反射して利用する場合、適切な角度に再帰反射させないため、再帰反射した光の多くが損失となるためである。
例えば、特許文献3のようにV溝頂角は50度から90度にした場合は、図4(b)に示すように、光H1はV溝の周期構造にて多重反射して、入射した位置に戻ったり、あるいは太陽電池セルの非有効領域に入射したりし、光の利用効率向上に寄与しない。
また、特許文献6のように、光拡散層あるいはマイクロレンズアレイによって光を散乱する場合は、散乱によって様々な角度で再起反射され、その多くは、図4(b)や図4(c)のように、入射した位置に戻ったり、あるいは太陽電池セルの非有効領域に入射したりして、光の利用効率向上に寄与しない。
そのため、入射した光H1を単純に偏向したり、散乱したりするだけでは、偏向、散乱された光の多くは光の利用効率向上に寄与しない。
このように従来の太陽電池モジュールは、単位面積当たりの発電効率を上げようという要望は多いが、損失となってしまう光があるため、まだ十分とはいえない。
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであって、本来は損失となってしまう光を有効に再利用することによって、光の利用効率を向上できるようにした太陽電池モジュール用の光再利用シートを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために本発明は、光が入射する光入射面を有する透明な前面板と、
前記前面板の前記光入射面と反対の面に積層され、前記前面板を透過した光が透過する充填層と、 前記充填層内に埋設され、前記前面板と対向する面に受光面を有するとともに、前記充填層を透過する光を前記受光面で受光して電気エネルギに変換する太陽電池セルとを備えた太陽電池モジュールにおいて、 前記充填層の前記太陽電池セルの前記受光面と反対の面に積層され、前記太陽電池セルの前記受光面で受光されずに前記充填層を透過する光を前記前面板に向けて反射し前記前面板の前記光入射面の界面で前記太陽電池セルの前記受光面に向け反射させるための、反射形成層を有する光再利用シートであって、
前記反射形成層と前記充填層との界面で少なくとも前記充填層を透過して前記反射形成層に達する光の到達箇所に複数の反射用の凹部が前記界面に沿い形成され、 前記凹部は、該凹部の前記前面板と平行な面での断面積が前記凹部の深さ方向で該凹部の底部から前記前面板側に近づくにしたがい拡大される湾曲形状を呈し、 前記凹部の表面に反射面が形成されて、かつ、前記凹部が一方向に延在する帯状であり、前記延在する方向と前記太陽電池セルの辺方向とが斜めに交差して配置する ことを特徴とする光再利用シートである。
前記前面板の前記光入射面と反対の面に積層され、前記前面板を透過した光が透過する充填層と、 前記充填層内に埋設され、前記前面板と対向する面に受光面を有するとともに、前記充填層を透過する光を前記受光面で受光して電気エネルギに変換する太陽電池セルとを備えた太陽電池モジュールにおいて、 前記充填層の前記太陽電池セルの前記受光面と反対の面に積層され、前記太陽電池セルの前記受光面で受光されずに前記充填層を透過する光を前記前面板に向けて反射し前記前面板の前記光入射面の界面で前記太陽電池セルの前記受光面に向け反射させるための、反射形成層を有する光再利用シートであって、
前記反射形成層と前記充填層との界面で少なくとも前記充填層を透過して前記反射形成層に達する光の到達箇所に複数の反射用の凹部が前記界面に沿い形成され、 前記凹部は、該凹部の前記前面板と平行な面での断面積が前記凹部の深さ方向で該凹部の底部から前記前面板側に近づくにしたがい拡大される湾曲形状を呈し、 前記凹部の表面に反射面が形成されて、かつ、前記凹部が一方向に延在する帯状であり、前記延在する方向と前記太陽電池セルの辺方向とが斜めに交差して配置する ことを特徴とする光再利用シートである。
本発明においては、本来は損失となってしまう光を有効に再利用することによって、光の利用効率を向上でき、太陽電池モジュールの発電効率を向上させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
(実施の形態1)
図1は本発明にかかる太陽電池モジュールの一実施の形態を示す断面図、図2は本実施の形態における光再利用シートの拡大断面図、図3は本実施の形態における光再利用シートの反射形成層に形成された反射用凹部の一例を示す一部の斜視図であり、各部の縮尺は実際とは一致しない。
太陽電池モジュール200は、図1に示すように、光再利用シート20と、充填層21と、前面板22を含んで構成され、これら光再利用シート20、充填層21、前面板22はこの順に積層されている。また、充填層21内には複数の太陽電池セル30が充填層21の平面方向と平行な方向に一定のピッチでマトリクス状に配列されている。
(実施の形態1)
図1は本発明にかかる太陽電池モジュールの一実施の形態を示す断面図、図2は本実施の形態における光再利用シートの拡大断面図、図3は本実施の形態における光再利用シートの反射形成層に形成された反射用凹部の一例を示す一部の斜視図であり、各部の縮尺は実際とは一致しない。
太陽電池モジュール200は、図1に示すように、光再利用シート20と、充填層21と、前面板22を含んで構成され、これら光再利用シート20、充填層21、前面板22はこの順に積層されている。また、充填層21内には複数の太陽電池セル30が充填層21の平面方向と平行な方向に一定のピッチでマトリクス状に配列されている。
前面板22は、太陽光や照明光などの光源Lの光を透過するもので、太陽電池セル30を衝撃、汚れ、水分の浸入等から保護するとともに、透過率が高い透明な材料から構成されている。
例えば、前面板22の材質には、強化ガラス、サファイアガラス等のガラス、あるいはPC(ポリカーボネート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)等の樹脂シートが使用される。また、前面板22の厚さは強化ガラスであれば約3〜6mm、樹脂シートであれば100μm〜3000μmのものが用いられる。
光再利用シート20は、図1、図2に示すように、基材2と、この基材2の上面に積層された反射形成層3とを備え、反射形成層3の上面には、複数の反射用の凹部201が前面板22の光入射面110と平行な平面Pと平行な面に沿い形成され、この凹部201は、光入射面110と平行な平面Pと平行な面での断面積が凹部201の深さ方向で前面板22側に近づくにしたがい拡大される形状を呈する湾曲状の反射面を構成している。そして、前面板22の光入射面110と平行な面Pと、凹部201の反射面とのなす角度θrが凹部201の深さ方向で前面板22側に近づくにしたがい大きくなるように構成されている。
さらに、凹部201の反射面は高反射率の金属反射層4で覆われている。また、反射層4の表面は反射面100となり、この反射面100上には充填層21が積層されている。
例えば、前面板22の材質には、強化ガラス、サファイアガラス等のガラス、あるいはPC(ポリカーボネート)、PEN(ポリエチレンナフタレート)等の樹脂シートが使用される。また、前面板22の厚さは強化ガラスであれば約3〜6mm、樹脂シートであれば100μm〜3000μmのものが用いられる。
光再利用シート20は、図1、図2に示すように、基材2と、この基材2の上面に積層された反射形成層3とを備え、反射形成層3の上面には、複数の反射用の凹部201が前面板22の光入射面110と平行な平面Pと平行な面に沿い形成され、この凹部201は、光入射面110と平行な平面Pと平行な面での断面積が凹部201の深さ方向で前面板22側に近づくにしたがい拡大される形状を呈する湾曲状の反射面を構成している。そして、前面板22の光入射面110と平行な面Pと、凹部201の反射面とのなす角度θrが凹部201の深さ方向で前面板22側に近づくにしたがい大きくなるように構成されている。
さらに、凹部201の反射面は高反射率の金属反射層4で覆われている。また、反射層4の表面は反射面100となり、この反射面100上には充填層21が積層されている。
この実施の形態1における凹部201は、図3に示すように、一方向に延在する帯状を呈し、この帯状の凹部201が前面板22の光入射面110と平行な面に沿って互いに平行に配列された構造のもの、または凹レンズ状のような独立した光学単位要素を二次元方向に一定のピッチまたはランダムに配列された構造のものから構成される。
また、充填層21は太陽電池セル30を封止するもので、この充填層21には、これに入射した光H0を透過させるため光線透過率が高い材料が用いられ、難燃性のEVA(エチレン・ビニル・アセテート)が広く使用されている。
また、充填層21は太陽電池セル30を封止するもので、この充填層21には、これに入射した光H0を透過させるため光線透過率が高い材料が用いられ、難燃性のEVA(エチレン・ビニル・アセテート)が広く使用されている。
図1に示すように、光源Lの光が太陽光・照明光の側Fより前面板22の光入射面110に垂直に入射する光H0は、前面板22に入射した後、前面板22を透過し、充填層21に向けて射出される。
なお、光入射面110の法線NGは、平面P上に前面板22を最も安定させた状態で置いた状態における平面Pの法線と平行な方向とする。また、光入射面110に垂直に入射する光とは、法線NGに平行に太陽電池モジュール200に入射する光のことである。
また、前面板22に入射した光H0のうち、充填層21を透過した光の一部は、太陽電池セル30へと出射される光H10となり、他の一部は光再利用シート20に向けて射出される光H1となる。
なお、光入射面110の法線NGは、平面P上に前面板22を最も安定させた状態で置いた状態における平面Pの法線と平行な方向とする。また、光入射面110に垂直に入射する光とは、法線NGに平行に太陽電池モジュール200に入射する光のことである。
また、前面板22に入射した光H0のうち、充填層21を透過した光の一部は、太陽電池セル30へと出射される光H10となり、他の一部は光再利用シート20に向けて射出される光H1となる。
太陽電池セル30は、光電効果により受光面Jに入射した光を電気エネルギに変換する機能を持ち、単結晶シリコン型、多結晶シリコン型、薄膜シリコン型、CISG(Cu・In・Ga・Seの化合物)系薄膜型など多くの種類が存在する。また、太陽電池セル30は、複数個を電極で接続し、モジュールを形成して用いられる。充填層21から太陽電池セル30に入射した光H10は、太陽電池セル30で電気エネルギに変換される。
通常、光入射面110に対し斜めに入射した光は、垂直に入射した光H0と比較して光入射面110で反射される割合が多く、太陽電池セル30に入射する光が少なく、発電に利用できる光が少ない。そのため、入射光H0が光入射面110に垂直に入射するとき、最も効率が高い。
そこで、入射光H0が光入射面110に垂直に入射するとき、すなわち太陽が光入射面110に対して略垂直方向の位置にあるときに、光効率を向上させることが、太陽電池モジュール全体の効率を向上させることに非常に影響する。
通常、光入射面110に対し斜めに入射した光は、垂直に入射した光H0と比較して光入射面110で反射される割合が多く、太陽電池セル30に入射する光が少なく、発電に利用できる光が少ない。そのため、入射光H0が光入射面110に垂直に入射するとき、最も効率が高い。
そこで、入射光H0が光入射面110に垂直に入射するとき、すなわち太陽が光入射面110に対して略垂直方向の位置にあるときに、光効率を向上させることが、太陽電池モジュール全体の効率を向上させることに非常に影響する。
そこで、本発明の実施の形態に使用される光再利用シート20は、入射光H0が光入射面110に垂直に入射する時に、最も光効率が向上することが可能な構成となっている。
光再利用シート20は、太陽電池セル30自体を透過した光や、太陽電池セル30の間に入射した光H1を光再利用シート20の反射面100で反射する機能を有する。反射面100で反射された光H2は前面板22と大気の間等の界面で再度反射され、太陽電池セル30の受光面Jに入射する光H3となり光電変換される。これにより、光再利用シート20が無い構造の太陽電池モジュールと比較して光利用効率が向上できる効果がある。
上述の光再利用の効果は、入射光H0が光入射面110に垂直または垂直に近い状態に入射するときに、反射された光H2が、最も効率良く光H3となって光電変換される構成となる。
光再利用シート20は、太陽電池セル30自体を透過した光や、太陽電池セル30の間に入射した光H1を光再利用シート20の反射面100で反射する機能を有する。反射面100で反射された光H2は前面板22と大気の間等の界面で再度反射され、太陽電池セル30の受光面Jに入射する光H3となり光電変換される。これにより、光再利用シート20が無い構造の太陽電池モジュールと比較して光利用効率が向上できる効果がある。
上述の光再利用の効果は、入射光H0が光入射面110に垂直または垂直に近い状態に入射するときに、反射された光H2が、最も効率良く光H3となって光電変換される構成となる。
図1に示す反射光H2の進む方向は、光再利用シート20の反射面100を構成する凹部201の構造により制御でき、多くの光を受光面Jに入射させることができる。
なお、図3〜図6において、法線Nは、反射面100上の任意の一点で、その点での接平面に垂直な直線である。また、図4において、シート法線NBとは、光再利用シート20のV字状凹凸構造の平面Pの方向に対して垂直な法線である。また、反射面100の角度θrは、この反射面100と平面Pとのなす角である。
なお、図3〜図6において、法線Nは、反射面100上の任意の一点で、その点での接平面に垂直な直線である。また、図4において、シート法線NBとは、光再利用シート20のV字状凹凸構造の平面Pの方向に対して垂直な法線である。また、反射面100の角度θrは、この反射面100と平面Pとのなす角である。
通常、シート法線NBは、入射面100の法線NGに対して平行になるように配置されるため、入射光H1は、シート法線NBに対して平行に入射する。
図1に示すように、隣り合う太陽電池セル30の間の太陽電池セル30が存在しない領域Rでは、光電変換が行われないが、この領域Rを透過して光再利用シート20に入射するH1を太陽電池セル30側の受光面J側に振り向けることにより上述の光H1を有効に利用することができる。
この場合、領域Rを透過して反射面100に入射し、反射面100で反射された光H2は、図4(a)に示すように、前面板22と大気との界面での入射角度θ2が十分に大きければ、前面板22と大気との界面で充分に反射し光H2として特定方向に反射されるため、反射光H2を太陽電池セル30の方向に効率的に入射させることができる。
上述する入射光H1と反射光H2のなす角度を大きくすれば、離れた太陽電池セル30の受光面Jにも反射光H2を入射させることができるため、太陽電池セル30から離れたところに入射した光H1であっても利用でき、太陽電池セルの受光面に入射する光が増え、結果として光の利用効率を上げることができる。
このためには、反射面100の角度θrを大きくすれば良く、入射光H1と反射光H2のなす角度が35度以上であれば、十分な効果が得られる。すなわち、反射面100の角度θrは、35度/2=17.5度以上であることが望ましい。
図1に示すように、隣り合う太陽電池セル30の間の太陽電池セル30が存在しない領域Rでは、光電変換が行われないが、この領域Rを透過して光再利用シート20に入射するH1を太陽電池セル30側の受光面J側に振り向けることにより上述の光H1を有効に利用することができる。
この場合、領域Rを透過して反射面100に入射し、反射面100で反射された光H2は、図4(a)に示すように、前面板22と大気との界面での入射角度θ2が十分に大きければ、前面板22と大気との界面で充分に反射し光H2として特定方向に反射されるため、反射光H2を太陽電池セル30の方向に効率的に入射させることができる。
上述する入射光H1と反射光H2のなす角度を大きくすれば、離れた太陽電池セル30の受光面Jにも反射光H2を入射させることができるため、太陽電池セル30から離れたところに入射した光H1であっても利用でき、太陽電池セルの受光面に入射する光が増え、結果として光の利用効率を上げることができる。
このためには、反射面100の角度θrを大きくすれば良く、入射光H1と反射光H2のなす角度が35度以上であれば、十分な効果が得られる。すなわち、反射面100の角度θrは、35度/2=17.5度以上であることが望ましい。
しかし、角度θrが30度より大きいと、図4(b)に示すように、反射層100に入射したH1は、最初に入射した凹凸構造の反射面100から、この反射面100と隣り合う反射面100aに向けて反射され、隣接する反射面100aに再度入射し、連続して反射層100,100aで反射した光H4となる。このように反射面100に入射した光が、隣接する反射面100aに再度入射し、連続して反射面100,100aで反射する現象を多重反射という。
多重反射した光H4は、前面板22と大気との界面において、光H4の入射角θ2が35度より小さくなるため、充分に反射されずに、一部の光が大気へと透過する光H5となり、光電効果に寄与しない損失光となってしまう。
しかるに、凹部201の反射面100の角度θrが30度以下であれば多重反射が生じないため、凹部201の反射面100の角度θrとしては、30度以下が望ましい。
多重反射した光H4は、前面板22と大気との界面において、光H4の入射角θ2が35度より小さくなるため、充分に反射されずに、一部の光が大気へと透過する光H5となり、光電効果に寄与しない損失光となってしまう。
しかるに、凹部201の反射面100の角度θrが30度以下であれば多重反射が生じないため、凹部201の反射面100の角度θrとしては、30度以下が望ましい。
また、凹部201の反射面100の角度θrが、17.5度より小さい場合には、図4(c)に示すように、凹部201の反射面100に入射した光H1は、図4(b)のように多重反射しないが、凹部201の反射面100で反射された光H2は、前面板22と大気との界面において、光H4の入射角θ2が35度より小さくなるため、充分に反射されずに大気へと透過する光H5となり、損失する光となってしまう。この場合、太陽電池モジュール200の互いに隣り合う太陽電池セル30の間の領域Rに垂直に入射する光H1を、太陽電池セル30の方向に充分に反射することできないため、太陽電池セルの受光面に入射する光が十分に得られない。
このため、凹部201の反射面100の角度θrが、17.5度以上であれば入射角θ2が35度より大きくなるため、凹部201の反射面100の角度θrとしては、17.5度以上が望ましい。
したがって、光再利用シート20の凹部201の構造は、図4(a)のように、その反射面100に入射して反射した後、多重反射が発生せず、かつ前面板22と大気との界面において充分に反射が発生する角度に設定することが好ましい。
また、凹部201の反射面100のうち、その反射面100の角度θ1が17.5度以上、30度以下の面積の割合は、その反射面100の角度θrが17.5度より小さく、30度より大きい面の面積の割合以上であることが望ましい。また、凹部201の反射面100のうち、その反射面100の角度θrが17.5度以上、30度以下の面の割合が、それ以外の角度の面積の割合より小さいと、十分な光を太陽電池セルの受光面に入射することができない。
このため、凹部201の反射面100の角度θrが、17.5度以上であれば入射角θ2が35度より大きくなるため、凹部201の反射面100の角度θrとしては、17.5度以上が望ましい。
したがって、光再利用シート20の凹部201の構造は、図4(a)のように、その反射面100に入射して反射した後、多重反射が発生せず、かつ前面板22と大気との界面において充分に反射が発生する角度に設定することが好ましい。
また、凹部201の反射面100のうち、その反射面100の角度θ1が17.5度以上、30度以下の面積の割合は、その反射面100の角度θrが17.5度より小さく、30度より大きい面の面積の割合以上であることが望ましい。また、凹部201の反射面100のうち、その反射面100の角度θrが17.5度以上、30度以下の面の割合が、それ以外の角度の面積の割合より小さいと、十分な光を太陽電池セルの受光面に入射することができない。
なお、反射面100を有する凹部201は、微視的な凸状となっているが、光の波長の10倍程度までは、ミー散乱の領域といわれ散乱領域となり、可視光領域が460nmから780nmであることより、7.8μm以下の粗さの面状態は滑らかとなるようなスムージング処理を行い、法線Nを求めることができる。この計測方法としては、レーザー顕微鏡を用いることが望ましい。また、光学顕微鏡や電子顕微鏡による断面計測も用いることができる。また、この時、シート法線NBは、光再利用シート20をおいた試料台に垂直な線とみなせる。
反射面100の角度θrは、その値がより大きい方が、反射面100で反射した光H2が前面板22と大気との界面に入射した際に、入射角θ2がより大きくなり充分に反射する確率が高くなるため好ましい。しかし図4(b)に示すように、単純に反射面100の角度θrを大きくした場合、多重反射が発生し、反射面100で反射した光H2が前面板22と大気との界面で充分に反射せずに透過し、損失となる。そこで、角度θrの値を大きくし、かつ、多重反射が発生しないことを両立する方法として、図5及び図6に示す方法がある。
本発明の実施の形態1について、図2及び図5を参照して説明する。
図2は本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態1における光再利用シートの拡大断面図、図5は本実施の形態2における光再利用シートの説明図である。
本実施の形態1における光再利用シート20は、図2及び図5に示すように、基材2と、この基材2の上面に積層された反射形成層3とを備え、反射形成層3の上面には、複数の反射用の凹部201が前面板22の光入射面110と平行な平面Pと平行な面に沿い形成され、この凹部201は、該凹部201の前面板22と平行な面Pでの断面積が凹部201の深さ方向で凹部201の底部201aから凹部201の頂部201b、すなわち前面板22側に近づくにしたがい拡大される形状を呈する湾曲状の反射面を構成し、さらに、前面板22の光入射面110と平行な面Pと、凹部201の反射面とのなす角度が、すなわち底部201a側の角度θrbが小さく、頂部201b側の角度θrtが大きくなるように、凹部201の深さ方向で凹部201の底部201aから凹部201の頂部201bに行くににしたがい大きくなるように構成されている。
さらに、凹部201の反射面は高反射率の金属反射層4で覆われている。また、反射層4の表面は反射面100となり、この反射面100上には図1に示す充填層21が積層される構造になっている。なお、図5において、Nbは凹部201の底部201a近傍における法線であり、Ntは凹部201の頂部201b近傍における法線である。
図2は本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態1における光再利用シートの拡大断面図、図5は本実施の形態2における光再利用シートの説明図である。
本実施の形態1における光再利用シート20は、図2及び図5に示すように、基材2と、この基材2の上面に積層された反射形成層3とを備え、反射形成層3の上面には、複数の反射用の凹部201が前面板22の光入射面110と平行な平面Pと平行な面に沿い形成され、この凹部201は、該凹部201の前面板22と平行な面Pでの断面積が凹部201の深さ方向で凹部201の底部201aから凹部201の頂部201b、すなわち前面板22側に近づくにしたがい拡大される形状を呈する湾曲状の反射面を構成し、さらに、前面板22の光入射面110と平行な面Pと、凹部201の反射面とのなす角度が、すなわち底部201a側の角度θrbが小さく、頂部201b側の角度θrtが大きくなるように、凹部201の深さ方向で凹部201の底部201aから凹部201の頂部201bに行くににしたがい大きくなるように構成されている。
さらに、凹部201の反射面は高反射率の金属反射層4で覆われている。また、反射層4の表面は反射面100となり、この反射面100上には図1に示す充填層21が積層される構造になっている。なお、図5において、Nbは凹部201の底部201a近傍における法線であり、Ntは凹部201の頂部201b近傍における法線である。
本実施の形態1に示す光再利用シート20において、前面板22の光入射面110に垂直に入射する入射光H0のうち、凹部201の底部201a近傍に入射する光H1bは、図5(a)に示すように、角度θrbの反射面100に入射して反射し、光H2bとなる。この光H2bは、入射した反射層100と隣り合う凹部201の反射層100に入射することなく、前面板22と大気との界面に入射角度θ2bで入射して、充分に反射する。
また、凹部201の頂部201b近傍に入射する光H1tは、角度θrtの反射面100に入射して反射し、光H2tとなる。この光H2tは、入射した反射層100と隣り合う凹部201の反射層100に入射することなく、前面板22と大気との界面に入射角度θ2tで入射して、充分に反射する。この時、角度θrtは、角度θrbより値が大きいため、前面板22と大気との界面に入射角度θ2tも、入射角度θ2bより大きくなり、前面板22と大気との界面での充分な反射が発生する確率が高くなり、より効率よく光を利用することが可能となる。
また、凹部201の頂部201b近傍に入射する光H1tは、角度θrtの反射面100に入射して反射し、光H2tとなる。この光H2tは、入射した反射層100と隣り合う凹部201の反射層100に入射することなく、前面板22と大気との界面に入射角度θ2tで入射して、充分に反射する。この時、角度θrtは、角度θrbより値が大きいため、前面板22と大気との界面に入射角度θ2tも、入射角度θ2bより大きくなり、前面板22と大気との界面での充分な反射が発生する確率が高くなり、より効率よく光を利用することが可能となる。
上述の効果を有する形状は下記の式を満たす。
θrb<θrm<θrt 数式1
tan(90°―2θrb)×S/2>d 数式2
ここで、θrbは、前面板22から最も離れた位置、すなわち周期構造断面の谷部近傍の反射面100の角度である。θrtは、前面板22から最も近い位置、すなわち周期構造断面の頂部近傍の反射面100の角度である。θrmは、θrbとθrtとの間に位置する反射面100の角度である。また、Sは凹部201の配列ピッチ、dは凹部の深さである。
数式1を満たすことで、入射した光が構造層のより頂部に近い位置に入射することで、反射層100で反射し、前面板22と大気との境界に入射する入射角度が、より大きくなるので、前面板22と大気との境界にて充分に反射する確率が高くなり好ましい。
数式2を満たすことで、図5(b)より、光H1bと、反射面100の法線Nbとがなす角度θ1bは、反射面100の角度θrbと等しいので、反射面100で反射した光H2bと、平面方向とのなす角度は90°―2θrbとなる。数式2を満たす形状では、周期構造断面の谷部近傍に垂直入射した光は多重反射することなく、反射されるため、効率良く太陽電池セル30の受光面Jに偏向されるため好ましい。
反射面の形状は、図5に示したような、曲線の形状に限定しない。例えば、断面が2辺以上の多角形状にて形成される多角形状でもよい。あるいは、上述の多角形状と曲線を組み合わせた形状でもよい。
θrb<θrm<θrt 数式1
tan(90°―2θrb)×S/2>d 数式2
ここで、θrbは、前面板22から最も離れた位置、すなわち周期構造断面の谷部近傍の反射面100の角度である。θrtは、前面板22から最も近い位置、すなわち周期構造断面の頂部近傍の反射面100の角度である。θrmは、θrbとθrtとの間に位置する反射面100の角度である。また、Sは凹部201の配列ピッチ、dは凹部の深さである。
数式1を満たすことで、入射した光が構造層のより頂部に近い位置に入射することで、反射層100で反射し、前面板22と大気との境界に入射する入射角度が、より大きくなるので、前面板22と大気との境界にて充分に反射する確率が高くなり好ましい。
数式2を満たすことで、図5(b)より、光H1bと、反射面100の法線Nbとがなす角度θ1bは、反射面100の角度θrbと等しいので、反射面100で反射した光H2bと、平面方向とのなす角度は90°―2θrbとなる。数式2を満たす形状では、周期構造断面の谷部近傍に垂直入射した光は多重反射することなく、反射されるため、効率良く太陽電池セル30の受光面Jに偏向されるため好ましい。
反射面の形状は、図5に示したような、曲線の形状に限定しない。例えば、断面が2辺以上の多角形状にて形成される多角形状でもよい。あるいは、上述の多角形状と曲線を組み合わせた形状でもよい。
ここで重要な点は、凹部201の底部201a近傍に入射する光H1bが多重反射せずに、反射面の角度θrmが、太陽光・照明光の側Fに近づくにつれて値が大きくなる構造とすることである。そのための条件を下記の式に示す。
tan(90°−2θrm)(S/2+t)>d−T 数式3
なお、数式3において、θrmは、凹部201の頂部201b付近における反射面100と前面板22の光入射面と平行な面Pとのなす角度、Sは凹部201の配列ピッチ、dは凹部の深さ、Tは凹部201の底部201a付近における法線Nbの位置から凹部201の頂部201b付近における法線Nmの位置との間の高さをそれぞれ表している。
数式3を満たすことで、反射面100に入射して、反射・偏向された光H2mは、偏向方向での最も近い距離にある凹部201の頂部201bまで進行した場合、すなわち平面Pに平行方向の距離(S/2+t)進行した場合に、最も近い距離にある凹部201の頂部201bよりも前面板22側を通過するため、多重反射が発生しない。
tan(90°−2θrm)(S/2+t)>d−T 数式3
なお、数式3において、θrmは、凹部201の頂部201b付近における反射面100と前面板22の光入射面と平行な面Pとのなす角度、Sは凹部201の配列ピッチ、dは凹部の深さ、Tは凹部201の底部201a付近における法線Nbの位置から凹部201の頂部201b付近における法線Nmの位置との間の高さをそれぞれ表している。
数式3を満たすことで、反射面100に入射して、反射・偏向された光H2mは、偏向方向での最も近い距離にある凹部201の頂部201bまで進行した場合、すなわち平面Pに平行方向の距離(S/2+t)進行した場合に、最も近い距離にある凹部201の頂部201bよりも前面板22側を通過するため、多重反射が発生しない。
また17.5°≦θrb<θrm<θrt<45°であることが好ましい。
反射面100の角度θrを17.5度以上にすることで、反射面100のどの位置に入射した場合でも、反射面100で反射した光H2は、前面板22と大気との境界において、充分な大きさの入射角度θ2となり、充分な反射が発生して効率良く太陽電池セル30の受光面Jに偏向されるため好ましい。
反射面100の角度θrが45度以上となると、反射面100で反射した光H2は、前面板22と平行方向に、あるいは前面板22側の反対側に偏向されてしまうため、反射面100の角度θrは45度未満が好ましい。
反射面100の角度θrを17.5度以上にすることで、反射面100のどの位置に入射した場合でも、反射面100で反射した光H2は、前面板22と大気との境界において、充分な大きさの入射角度θ2となり、充分な反射が発生して効率良く太陽電池セル30の受光面Jに偏向されるため好ましい。
反射面100の角度θrが45度以上となると、反射面100で反射した光H2は、前面板22と平行方向に、あるいは前面板22側の反対側に偏向されてしまうため、反射面100の角度θrは45度未満が好ましい。
(実施の形態2)
図6は本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態2における光再利用シートの拡大断面図である。
この実施の形態2に示す光再利用シート20は、上記実施の形態1の変形例を示すものであり、上記実施の形態1と異なる点は、実施の形態1に示す場合と逆の構造に、すなわち太陽電池セルを埋設する充填層側に光透過性の基材2を配置し、この基材2の充填層と反対の下面に反射形成層3を積層して設け、この反射形成層3の基材2と反対の下面には、上記実施の形態2に示す凹部201と逆形状で、かつ同一傾斜角度で凹状に湾曲する反射面を有する複数の反射用凹部204を前面板の光入射面と平行な平面Pと平行な面に沿い形成し、さらに、これら凹部204の反射面を高反射率の反射層4で覆うように構成したところにある。この場合、反射層4と凹部204との界面が反射面100となる。
このような実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様な作用効果が得られることは勿論である。
また、図6のような形状にした場合、図2と比較して、構造層の頂部6の形状がより鈍角となるため、形状を成型しやすく、また成型後の傷、摩擦などに対する耐性が向上するためハンドリング性が向上するため好ましい。
図6は本発明にかかる太陽電池モジュールの実施の形態2における光再利用シートの拡大断面図である。
この実施の形態2に示す光再利用シート20は、上記実施の形態1の変形例を示すものであり、上記実施の形態1と異なる点は、実施の形態1に示す場合と逆の構造に、すなわち太陽電池セルを埋設する充填層側に光透過性の基材2を配置し、この基材2の充填層と反対の下面に反射形成層3を積層して設け、この反射形成層3の基材2と反対の下面には、上記実施の形態2に示す凹部201と逆形状で、かつ同一傾斜角度で凹状に湾曲する反射面を有する複数の反射用凹部204を前面板の光入射面と平行な平面Pと平行な面に沿い形成し、さらに、これら凹部204の反射面を高反射率の反射層4で覆うように構成したところにある。この場合、反射層4と凹部204との界面が反射面100となる。
このような実施の形態2においても、上記実施の形態1と同様な作用効果が得られることは勿論である。
また、図6のような形状にした場合、図2と比較して、構造層の頂部6の形状がより鈍角となるため、形状を成型しやすく、また成型後の傷、摩擦などに対する耐性が向上するためハンドリング性が向上するため好ましい。
(実施の形態3)
図7は本発明にかかる太陽電池モジュールを構成する光再利用シートと太陽電池セルとの配置関係を示す説明用平面図である。
本実施の形態3において、太陽電池モジュールを構成する複数の矩形状太陽電池セル30は、図7に示すように、平面方向に一定のピッチでマトリクス状に配列される。そして、光再利用シート20において、互いに隣り合う太陽電池セル30間や太陽電池セル30が存在しない領域122には、上記実施の形態で述べた反射面を有し、かつ光再利用シート20の長尺方向に延在する帯状の凹部201が光再利用シート20の幅方向(光再利用シート20の短尺方向)に一定のピッチで平行に配設されている。この場合、領域122Xにおける凹部201に入射した光の光利用効率は良い。
なお、図7において、矢印Nは帯状凹部201の反射面に対する法線であり、矢印H2は凹部201の反射面から太陽電池セル30への光の反射方向を示している。
図7は本発明にかかる太陽電池モジュールを構成する光再利用シートと太陽電池セルとの配置関係を示す説明用平面図である。
本実施の形態3において、太陽電池モジュールを構成する複数の矩形状太陽電池セル30は、図7に示すように、平面方向に一定のピッチでマトリクス状に配列される。そして、光再利用シート20において、互いに隣り合う太陽電池セル30間や太陽電池セル30が存在しない領域122には、上記実施の形態で述べた反射面を有し、かつ光再利用シート20の長尺方向に延在する帯状の凹部201が光再利用シート20の幅方向(光再利用シート20の短尺方向)に一定のピッチで平行に配設されている。この場合、領域122Xにおける凹部201に入射した光の光利用効率は良い。
なお、図7において、矢印Nは帯状凹部201の反射面に対する法線であり、矢印H2は凹部201の反射面から太陽電池セル30への光の反射方向を示している。
(実施の形態4)
図8は本発明にかかる太陽電池モジュールを構成する光再利用シートと太陽電池セルとの配置関係の他の例を示す説明用平面図である。
本実施の形態4において、太陽電池モジュールを構成する複数の矩形状太陽電池セル30は、図8に示すように、平面方向に一定のピッチでマトリクス状に配列される。そして、光再利用シート20において、互いに隣り合う太陽電池セル30間や太陽電池セル30が存在しない領域122には、上記実施の形態で述べた反射面を有する帯状の凹部201が光再利用シート20の長尺方向と交差する斜め方向に延在して一定のピッチで平行に配列されている。
なお、図8において、矢印N1は凹部201の反射面に対する法線であり、矢印H2は凹部201の反射面から太陽電池セル30への光の反射方向を示している。
このように構成された太陽電池モジュールにおいては、帯状凹部の帯状方向と太陽電池セル30の辺方向とを任意の角度を有して交差して配列することで、図7と比較して、領域Yに入射した光を、凹部201の反射面で反射した光H2として太陽電池セル30に変更することが可能となるため、より効率的に偏向することが可能となる。
図8は本発明にかかる太陽電池モジュールを構成する光再利用シートと太陽電池セルとの配置関係の他の例を示す説明用平面図である。
本実施の形態4において、太陽電池モジュールを構成する複数の矩形状太陽電池セル30は、図8に示すように、平面方向に一定のピッチでマトリクス状に配列される。そして、光再利用シート20において、互いに隣り合う太陽電池セル30間や太陽電池セル30が存在しない領域122には、上記実施の形態で述べた反射面を有する帯状の凹部201が光再利用シート20の長尺方向と交差する斜め方向に延在して一定のピッチで平行に配列されている。
なお、図8において、矢印N1は凹部201の反射面に対する法線であり、矢印H2は凹部201の反射面から太陽電池セル30への光の反射方向を示している。
このように構成された太陽電池モジュールにおいては、帯状凹部の帯状方向と太陽電池セル30の辺方向とを任意の角度を有して交差して配列することで、図7と比較して、領域Yに入射した光を、凹部201の反射面で反射した光H2として太陽電池セル30に変更することが可能となるため、より効率的に偏向することが可能となる。
(実施の形態5)
図9は本発明にかかる太陽電池モジュールを構成する光再利用シートと太陽電池セルとの配置関係を示す更に他の説明用平面図である。
本実施の形態5において、太陽電池モジュールを構成する複数の矩形状太陽電池セル30は、図9に示すように、平面方向に一定のピッチでマトリクス状に配列される。そして、光再利用シート20において、互いに隣り合う太陽電池セル30間や太陽電池セル30が存在しない領域122には、上記実施の形態で述べた反射曲面を有する帯状の凹部からなる反射部120が配設されている。
なお、図9において、矢印Nは帯状凹部の反射曲面に対する法線であり、矢印H2は凹部の反射面から太陽電池セル30への光の反射方向を示している。
このように構成された太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セル30の位置に併せて、太陽電池セル30の周りを囲むように反射部120を配列することにより、反射部120で反射した光H2を太陽電池セル30により効率的に偏向することが可能となる。
図9は本発明にかかる太陽電池モジュールを構成する光再利用シートと太陽電池セルとの配置関係を示す更に他の説明用平面図である。
本実施の形態5において、太陽電池モジュールを構成する複数の矩形状太陽電池セル30は、図9に示すように、平面方向に一定のピッチでマトリクス状に配列される。そして、光再利用シート20において、互いに隣り合う太陽電池セル30間や太陽電池セル30が存在しない領域122には、上記実施の形態で述べた反射曲面を有する帯状の凹部からなる反射部120が配設されている。
なお、図9において、矢印Nは帯状凹部の反射曲面に対する法線であり、矢印H2は凹部の反射面から太陽電池セル30への光の反射方向を示している。
このように構成された太陽電池モジュールにおいては、太陽電池セル30の位置に併せて、太陽電池セル30の周りを囲むように反射部120を配列することにより、反射部120で反射した光H2を太陽電池セル30により効率的に偏向することが可能となる。
(実施の形態6)
図10は本発明にかかる太陽電池モジュールを構成する光再利用シートと太陽電池セルとの配置関係の他の例を示す説明用平面図である。
本実施の形態6において、太陽電池モジュールを構成する複数の矩形状太陽電池セル30は、図10に示すように、平面方向に一定のピッチでマトリクス状に配列される。そして、光再利用シート20において、互いに隣り合う太陽電池セル30間や太陽電池セル30が存在しない領域122には、上記実施の形態で述べた反射面を有する帯状の凹部が互いに交差するように配列してからなる反射部120が設けられている。
なお、図10において、矢印N1、N2は互いに交差する凹部の反射面に対する法線であり、矢印H2は互いに交差する凹部の反射面から太陽電池セル30への光の反射方向を示している。また、帯状の凹部が互いに交差する角度は、適宜設定してよく、30度〜90度が好ましい。
図10は本発明にかかる太陽電池モジュールを構成する光再利用シートと太陽電池セルとの配置関係の他の例を示す説明用平面図である。
本実施の形態6において、太陽電池モジュールを構成する複数の矩形状太陽電池セル30は、図10に示すように、平面方向に一定のピッチでマトリクス状に配列される。そして、光再利用シート20において、互いに隣り合う太陽電池セル30間や太陽電池セル30が存在しない領域122には、上記実施の形態で述べた反射面を有する帯状の凹部が互いに交差するように配列してからなる反射部120が設けられている。
なお、図10において、矢印N1、N2は互いに交差する凹部の反射面に対する法線であり、矢印H2は互いに交差する凹部の反射面から太陽電池セル30への光の反射方向を示している。また、帯状の凹部が互いに交差する角度は、適宜設定してよく、30度〜90度が好ましい。
このように、光再利用シート20において、帯状の凹部が互いに交差するように配列されてなる反射部120を構成した場合、矩形状を呈する太陽電池セル30の一辺と、帯状の凹部とが交差する配置関係となり、凹部の反射面で反射した光H2が太陽電池セル30に対して偏向するように配置することが好ましい。
また、帯状の凹部が図10に示すように配置された場合、図9と比較して、凹部の形状を面内で均一に形成した光再利用シート20を使用することが可能となり、太陽電池セル30とのアライメントが簡便となるため、製造工程の簡略化が可能となる。
また、帯状の凹部が図10に示すように配置された場合、図9と比較して、凹部の形状を面内で均一に形成した光再利用シート20を使用することが可能となり、太陽電池セル30とのアライメントが簡便となるため、製造工程の簡略化が可能となる。
(実施の形態7)
図11は本発明にかかる光再利用シートを構成する反射用凹部の配列例を示す一部の拡大斜視図である。
この実施の形態7における光再利用シート20の反射部120は、図11に示すように、上記実施の形態で述べた反射面を有する帯状の第1凹部101を複数、その幅方向に互いに連接させて平行に配列したものと、第1凹部101より長い帯状の第2凹部102とを交差して組み合わせることで構成される。なお、図11において、矢印N1、N2は互いに交差する第1凹部101と第2凹部102の反射面に対する法線である。
この実施の形態7における反射部120の第1凹部101と第2凹部102との交差角度は、適宜設定してよく、30度〜90度が好ましい。
図11は本発明にかかる光再利用シートを構成する反射用凹部の配列例を示す一部の拡大斜視図である。
この実施の形態7における光再利用シート20の反射部120は、図11に示すように、上記実施の形態で述べた反射面を有する帯状の第1凹部101を複数、その幅方向に互いに連接させて平行に配列したものと、第1凹部101より長い帯状の第2凹部102とを交差して組み合わせることで構成される。なお、図11において、矢印N1、N2は互いに交差する第1凹部101と第2凹部102の反射面に対する法線である。
この実施の形態7における反射部120の第1凹部101と第2凹部102との交差角度は、適宜設定してよく、30度〜90度が好ましい。
(実施の形態8)
図12は本発明にかかる光再利用シートを構成する反射形成層及びこれに形成された反射用凹部の配列例を示す一部の拡大断面図である。
この実施の形態7において、形成された反射用凹部は、図12(b)及び(c)に示すように、独立した光学単位要素5、例えば反射面100を有する略円錐形状のマイクロレンズ5Aの組み合わせで構成されており、このような光学単位要素5を反射形成層3上にその上面に沿い二次元方向に一定のピッチまたはランダムなピッチで配列することにより、光再利用シート20が構成される。
図12(b)に示す光学単位要素5Aは、直径がDで、基部から頂部までの高さがdの凸型の円錐形状に形成され、その外側面は二次曲線状に湾曲する反射面100を構成している。そして、光学単位要素5Aの基部側における反射面100の平面Pとのなす角度θrb、光学単位要素5Aの頂部側における反射面100の平面Pとのなす角度θrm、θrtを光学単位要素5Aの基部から頂部に行くに従い大きくなるように設定する。
このような光学単位要素5Aにおいては、図5に示す場合と同様に、光学単位要素5Aの基部5Ab近傍に入射する光は、角度θrbの反射面100に入射して反射し、図5に示す光H2bと同様な反射光となる。また、この反射光は、入射した反射面100と隣り合う反射面100に入射することなく、図5に示す前面板の光反射面と大気との界面に入射角度θ2bで入射して、充分に反射されることになる。
この場合、角度θrm、θrtは、角度θrbより値が大きいため、前面板の光入射面と大気との界面への入射角度も角度θrb場合よりも大きくなり、前面板の光入射面と大気との界面での充分に反射が発生する確率が高くなり、より効率よく光を利用することが可能となる。
また、このように独立した光学単位要素5を二次元方向に配列してなる光再利用シート20では、帯状の凹部を図3または図11に示すように配列する場合とで比較して、光学単位要素5の反射面100に入射して反射された光H2は全周方向に偏光されるため、図7〜図10に示すような太陽電池セルとのアライメントが必要なく、製造工程の簡略化および太陽電池セルとのアライメント不良による光利用効率の低減を防止することが可能となる。
図12は本発明にかかる光再利用シートを構成する反射形成層及びこれに形成された反射用凹部の配列例を示す一部の拡大断面図である。
この実施の形態7において、形成された反射用凹部は、図12(b)及び(c)に示すように、独立した光学単位要素5、例えば反射面100を有する略円錐形状のマイクロレンズ5Aの組み合わせで構成されており、このような光学単位要素5を反射形成層3上にその上面に沿い二次元方向に一定のピッチまたはランダムなピッチで配列することにより、光再利用シート20が構成される。
図12(b)に示す光学単位要素5Aは、直径がDで、基部から頂部までの高さがdの凸型の円錐形状に形成され、その外側面は二次曲線状に湾曲する反射面100を構成している。そして、光学単位要素5Aの基部側における反射面100の平面Pとのなす角度θrb、光学単位要素5Aの頂部側における反射面100の平面Pとのなす角度θrm、θrtを光学単位要素5Aの基部から頂部に行くに従い大きくなるように設定する。
このような光学単位要素5Aにおいては、図5に示す場合と同様に、光学単位要素5Aの基部5Ab近傍に入射する光は、角度θrbの反射面100に入射して反射し、図5に示す光H2bと同様な反射光となる。また、この反射光は、入射した反射面100と隣り合う反射面100に入射することなく、図5に示す前面板の光反射面と大気との界面に入射角度θ2bで入射して、充分に反射されることになる。
この場合、角度θrm、θrtは、角度θrbより値が大きいため、前面板の光入射面と大気との界面への入射角度も角度θrb場合よりも大きくなり、前面板の光入射面と大気との界面での充分に反射が発生する確率が高くなり、より効率よく光を利用することが可能となる。
また、このように独立した光学単位要素5を二次元方向に配列してなる光再利用シート20では、帯状の凹部を図3または図11に示すように配列する場合とで比較して、光学単位要素5の反射面100に入射して反射された光H2は全周方向に偏光されるため、図7〜図10に示すような太陽電池セルとのアライメントが必要なく、製造工程の簡略化および太陽電池セルとのアライメント不良による光利用効率の低減を防止することが可能となる。
(実施の形態9)
図13は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の変形例を示す説明図である。
図13に示す光学単位要素5Bは、直径がDで、深さがdの凹型の円錐形状に形成され、その内側面は二次曲線状に湾曲する反射面100に構成されている。そして、光学単位要素5Bの底部5Bb側における反射面100の平面Pとのなす角度θrb、光学単位要素5Bの開口5Bt側における反射面100の平面Pとのなす角度θrm、θrtを光学単位要素5Bの底部5Bbから開口5Btに行くに従い大きくなるように設定する。
このような光学単位要素5Bにおいては、図5に示す場合と同様に、光学単位要素5Bの底部5Bb近傍に入射する光は、角度θrbの反射面100に入射して反射し、図5に示す光H2bと同様な反射光となる。また、この反射光は、入射した反射面100と隣り合う反射面100に入射することなく、図5に示す前面板の光反射面と大気との界面に入射角度θ2bで入射して、充分に反射されることになる。
この場合、角度θrm、θrtは、角度θrbより値が大きいため、前面板の光入射面と大気との界面への入射角度も角度θrb場合よりも大きくなり、前面板の光入射面と大気との界面での充分に反射が発生する確率が高くなり、より効率よく光を利用することが可能となる。
図12(b)の光学単位素子5A、および、図13の光学単位素子5Bの形状は、開口部が略円形状、略楕円形状、多角形で、かつ、凹状に湾曲した多角凹レンズ部を隙間無く配置することで形成してもよい。
図13は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の変形例を示す説明図である。
図13に示す光学単位要素5Bは、直径がDで、深さがdの凹型の円錐形状に形成され、その内側面は二次曲線状に湾曲する反射面100に構成されている。そして、光学単位要素5Bの底部5Bb側における反射面100の平面Pとのなす角度θrb、光学単位要素5Bの開口5Bt側における反射面100の平面Pとのなす角度θrm、θrtを光学単位要素5Bの底部5Bbから開口5Btに行くに従い大きくなるように設定する。
このような光学単位要素5Bにおいては、図5に示す場合と同様に、光学単位要素5Bの底部5Bb近傍に入射する光は、角度θrbの反射面100に入射して反射し、図5に示す光H2bと同様な反射光となる。また、この反射光は、入射した反射面100と隣り合う反射面100に入射することなく、図5に示す前面板の光反射面と大気との界面に入射角度θ2bで入射して、充分に反射されることになる。
この場合、角度θrm、θrtは、角度θrbより値が大きいため、前面板の光入射面と大気との界面への入射角度も角度θrb場合よりも大きくなり、前面板の光入射面と大気との界面での充分に反射が発生する確率が高くなり、より効率よく光を利用することが可能となる。
図12(b)の光学単位素子5A、および、図13の光学単位素子5Bの形状は、開口部が略円形状、略楕円形状、多角形で、かつ、凹状に湾曲した多角凹レンズ部を隙間無く配置することで形成してもよい。
(実施の形態10)
図14(a),(b)は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の他の例を示す説明図である。
図14(a)に示す光学単位要素5は、長軸a、短軸bを有する楕円錐形状に形成され、その側面は、例えば図12(b)の光学単位素子5A、および、図13の光学単位素子5Bに示すような反射面を有している。
このような光学単位要素5を複数個、その長軸aが互いに平行になるように一定のピッチで配列することにより光再利用シートを構成する。
このように光学単位要素5を楕円錐形状にすることより、その反射面で反射される光を任意の方向に強く偏向することが可能である。特に開口部を楕円形状にした場合、楕円形状の長軸aと略直交した方向に強く偏向することが可能となる。このため、楕円形状の長軸aと略直交した方向を太陽電池セルに向けることで、光の利用効率を向上することが可能となる。
図14(a),(b)は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の他の例を示す説明図である。
図14(a)に示す光学単位要素5は、長軸a、短軸bを有する楕円錐形状に形成され、その側面は、例えば図12(b)の光学単位素子5A、および、図13の光学単位素子5Bに示すような反射面を有している。
このような光学単位要素5を複数個、その長軸aが互いに平行になるように一定のピッチで配列することにより光再利用シートを構成する。
このように光学単位要素5を楕円錐形状にすることより、その反射面で反射される光を任意の方向に強く偏向することが可能である。特に開口部を楕円形状にした場合、楕円形状の長軸aと略直交した方向に強く偏向することが可能となる。このため、楕円形状の長軸aと略直交した方向を太陽電池セルに向けることで、光の利用効率を向上することが可能となる。
図14(b)に示す光学単位要素5は、長軸a、短軸bを有する楕円錐形状に形成され、その側面は、例えば図12(b)の光学単位素子5A、および、図13の光学単位素子5Bに示すような反射面を有している。
このような光学単位要素5を複数個、その長軸aが互いに平行しない、かつ不均一なピッチで配列することにより光再利用シートを構成する。
このように光学単位要素5を配列することで、長軸a方向の面内バラツキを統計的に制御し、これにより、全周方向の任意の範囲における反射光を強く偏向することが可能である。
このような光学単位要素5を複数個、その長軸aが互いに平行しない、かつ不均一なピッチで配列することにより光再利用シートを構成する。
このように光学単位要素5を配列することで、長軸a方向の面内バラツキを統計的に制御し、これにより、全周方向の任意の範囲における反射光を強く偏向することが可能である。
(実施の形態11)
図15は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の更に他の例を示す説明図である。
この実施の形態11に示す光学単位要素5は、開口部が略円形でドーム形状または略円錐形状のマイクロレンズから構成され、この光学単位要素5を複数、比較的密にかつ幾何学的に配置する。具体的には、互いに隣接する3個の各光学単位要素5の頂部6(光学単位要素5が例えば図13の光学単位素子5Bの場合は、底部6、以下同じ)間を結ぶ線S(S:光学単位要素5の配列ピッチに相当する)が正三角形格子パターンを呈するように配置されている。この配置パターンは、光学単位要素5の頂部6間のピッチS及び隣接する光学単位要素5間の距離Mは全て一定であり、これにより、マイクロレンズからなる光学単位要素5を最も密に配設することができる。
図15は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の更に他の例を示す説明図である。
この実施の形態11に示す光学単位要素5は、開口部が略円形でドーム形状または略円錐形状のマイクロレンズから構成され、この光学単位要素5を複数、比較的密にかつ幾何学的に配置する。具体的には、互いに隣接する3個の各光学単位要素5の頂部6(光学単位要素5が例えば図13の光学単位素子5Bの場合は、底部6、以下同じ)間を結ぶ線S(S:光学単位要素5の配列ピッチに相当する)が正三角形格子パターンを呈するように配置されている。この配置パターンは、光学単位要素5の頂部6間のピッチS及び隣接する光学単位要素5間の距離Mは全て一定であり、これにより、マイクロレンズからなる光学単位要素5を最も密に配設することができる。
(実施の形態12)
図16は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の更に他の例を示す説明図である。
この実施の形態11に示す光学単位要素5は、開口部が略円形でドーム形状または略円錐形状のマイクロレンズから構成され、この光学単位要素5を複数、光学単位要素5のピッチS及び隣り合う光学単位要素5間の距離Mをランダムにして配置する。ここで、「ランダム」とは、光再利用シートの任意の領域において、光学単位要素5の頂部6間のピッチS及び光学単位要素5間の距離Mについて規則性を実質的に持たないことを意味する。したがって、任意の領域における微小領域において光学単位要素5の配置に規則性を有していても、任意の領域全体において光学単位要素5の配置について規則性を持たないものもここでいう「ランダム」に含まれる。
図16は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の更に他の例を示す説明図である。
この実施の形態11に示す光学単位要素5は、開口部が略円形でドーム形状または略円錐形状のマイクロレンズから構成され、この光学単位要素5を複数、光学単位要素5のピッチS及び隣り合う光学単位要素5間の距離Mをランダムにして配置する。ここで、「ランダム」とは、光再利用シートの任意の領域において、光学単位要素5の頂部6間のピッチS及び光学単位要素5間の距離Mについて規則性を実質的に持たないことを意味する。したがって、任意の領域における微小領域において光学単位要素5の配置に規則性を有していても、任意の領域全体において光学単位要素5の配置について規則性を持たないものもここでいう「ランダム」に含まれる。
上述のように、ランダムにすることで、前面板の光入射面に入射光が入射する時の反射を防ぐためにテクスチャ構造を設けた場合、光再利用シートの構造と、前面板のテクスチャ構造との干渉による明暗縞を防ぐことが可能となる。
また、図15に示すように、開口部が円形状の光学単位要素5を正三角形格子パターンで配列した場合、光学単位要素5の頂部6間のピッチS及び光学単位要素5間の距離Mが面内でわずかなバラツキが発生した場合、光再利用シート全体としたムラとして視認されてしまう。これは、非常に均一に配置した構造がある場合に、わずかな距離のバラツキが強調されて視認されてしまうためである。図16のように、ランダムで配置することで、上述のようなムラの視認を防ぐことが可能となる。
また、図15に示すように、開口部が円形状の光学単位要素5を正三角形格子パターンで配列した場合、光学単位要素5の頂部6間のピッチS及び光学単位要素5間の距離Mが面内でわずかなバラツキが発生した場合、光再利用シート全体としたムラとして視認されてしまう。これは、非常に均一に配置した構造がある場合に、わずかな距離のバラツキが強調されて視認されてしまうためである。図16のように、ランダムで配置することで、上述のようなムラの視認を防ぐことが可能となる。
(実施の形態13)
図17(a)〜(c)は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の更に他の例を示す説明図である。
図17(a)に示す光学単位要素5は、開口部が正六角形で略六角錐形状のマイクロレンズから構成され、この光学単位要素5を複数、互いに密接するハニカム形状に配列したものである。
また、図17(b)に示す光学単位要素5は、開口部が正四角形で略四角錐形状のマイクロレンズから構成され、この光学単位要素5を複数、互いに密接するマトリクス状に配列したものである。
さらに、図17(c)に示す光学単位要素5は、開口部が正三角形で略三角錐形状のマイクロレンズから構成され、この光学単位要素5を複数、互いに密接するマトリクス状に配列したものである。なお。図17において、符号6は光学単位要素5の頂部を表している。
図17(a)〜(c)は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の更に他の例を示す説明図である。
図17(a)に示す光学単位要素5は、開口部が正六角形で略六角錐形状のマイクロレンズから構成され、この光学単位要素5を複数、互いに密接するハニカム形状に配列したものである。
また、図17(b)に示す光学単位要素5は、開口部が正四角形で略四角錐形状のマイクロレンズから構成され、この光学単位要素5を複数、互いに密接するマトリクス状に配列したものである。
さらに、図17(c)に示す光学単位要素5は、開口部が正三角形で略三角錐形状のマイクロレンズから構成され、この光学単位要素5を複数、互いに密接するマトリクス状に配列したものである。なお。図17において、符号6は光学単位要素5の頂部を表している。
(実施の形態14)
図18は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の更に他の例を示す説明図である。
図18に示す実施の形態では、開口部が正八角形で略八角錐形状のマイクロレンズからなる光学単位要素5aと、開口部が正四角形で略四角錐形状のマイクロレンズからなる光学単位要素5bとから構成され、この光学単位要素5aと5bを複数、互いに密接するマトリクス状に配列したものである。なお。図18において、符号6は光学単位要素5a、5bの頂部を表している。
図18は、本発明における光再利用シートの反射形成層に形成される光学単位要素の更に他の例を示す説明図である。
図18に示す実施の形態では、開口部が正八角形で略八角錐形状のマイクロレンズからなる光学単位要素5aと、開口部が正四角形で略四角錐形状のマイクロレンズからなる光学単位要素5bとから構成され、この光学単位要素5aと5bを複数、互いに密接するマトリクス状に配列したものである。なお。図18において、符号6は光学単位要素5a、5bの頂部を表している。
この実施の形態に示す光学単位要素5または光学単位要素5aと5bは、図17に示すように、開口部を多角形状にして光学単位要素を隙間なく配置することが好ましい。隙間なく配置することで、入射させる光を太陽電池セル側に偏向しない光学単位要素間の平坦部をほぼ無くすことが可能となる。このため、より光利用効率を高めることが可能となる。また、光学単位要素が隙間無く配置することで、平坦部で発生するわずかな距離のバラツキが強調されて視認されるムラの発生を防止することが可能となる。
隙間なく配置する方法としては、開口部を、正六角形、正方形、正三角形にすることで、底面の形状を同一にして配置することが可能となる。開口部の形状を同一にすることで、光学単位要素の寸法、形状を同一にすることが可能となるため、ムラが生じない光再利用シートを作成することが可能となるので、好ましい。
特に開口部を正六角形にした場合、開口部同士の連結部の形状が直線状ではなく、より複雑なジクザグ形状にすることができるため、前面板22に光H0の入射時の反射を防ぐために、テクスチャ構造を設けた場合に、光再利用シート20の構造と、前面板22のテクスチャ構造との干渉による明暗縞を防ぐことが可能となる。
また、図18に示すように、開口部を異なる多角形の光学単位要素5aと5bを組み合わせて隙間なく配置してもよい。
なお、光学単位要素は、凹部だけでなく、略円錐形状、略多角錐形状である凸部を配列して、凸部の組み合わせで所望の凹部を形成してもよい。
隙間なく配置する方法としては、開口部を、正六角形、正方形、正三角形にすることで、底面の形状を同一にして配置することが可能となる。開口部の形状を同一にすることで、光学単位要素の寸法、形状を同一にすることが可能となるため、ムラが生じない光再利用シートを作成することが可能となるので、好ましい。
特に開口部を正六角形にした場合、開口部同士の連結部の形状が直線状ではなく、より複雑なジクザグ形状にすることができるため、前面板22に光H0の入射時の反射を防ぐために、テクスチャ構造を設けた場合に、光再利用シート20の構造と、前面板22のテクスチャ構造との干渉による明暗縞を防ぐことが可能となる。
また、図18に示すように、開口部を異なる多角形の光学単位要素5aと5bを組み合わせて隙間なく配置してもよい。
なお、光学単位要素は、凹部だけでなく、略円錐形状、略多角錐形状である凸部を配列して、凸部の組み合わせで所望の凹部を形成してもよい。
(実施の形態15)
図19(a)〜(b)は、本発明にかかる太陽電池モジュールの光再利用シートの更に他の実施の形態を示す拡大断面図である。
図19(a)に示す光再利用シート20は、基材2と、この基材2の上面に積層された反射形成層3とを備え、この反射形成層3は、光の反射性能及び耐熱性能を向上させる散乱反射体を含有して構成される。そして、反射形成層3の上面には、図2に示す場合と同様な帯状の複数の反射用凹部202が基材2の上面に沿い平行に配列して形成され、この凹部202は湾曲状の反射面100を有している。
このような構造の光再利用シート20においては、図2に示す光再利用シート20と比較して、反射層4を省略でき、かつ、図5に示す場合と同様な作用効果が得られる。
図19(a)〜(b)は、本発明にかかる太陽電池モジュールの光再利用シートの更に他の実施の形態を示す拡大断面図である。
図19(a)に示す光再利用シート20は、基材2と、この基材2の上面に積層された反射形成層3とを備え、この反射形成層3は、光の反射性能及び耐熱性能を向上させる散乱反射体を含有して構成される。そして、反射形成層3の上面には、図2に示す場合と同様な帯状の複数の反射用凹部202が基材2の上面に沿い平行に配列して形成され、この凹部202は湾曲状の反射面100を有している。
このような構造の光再利用シート20においては、図2に示す光再利用シート20と比較して、反射層4を省略でき、かつ、図5に示す場合と同様な作用効果が得られる。
図19(b)に示す光再利用シート20は、上記図19(a)に示す光再利用シートの変形例を示すもので、上記図19(a)に示す光再利用シートと異なる点は、図19(a)に示す光再利用シートと場合と逆の構造、すなわち太陽電池セルを埋設する充填層側に光透過性の基材2を配置し、この基材2の充填層と反対の下面に散乱反射体を含有する反射形成層3を積層して設け、この反射形成層3の基材2と反対の下面には、上記図19(a)に示す光再利用シートの凹部202と逆形状で、かつ同一傾斜角で凹状に湾曲する反射面100を有する帯状の複数の反射用凹部204が基材2の下面に沿い平行に配列して形成されている。
このような構造の光再利用シート20においては、図6に示す光再利用シート20と比較して、反射層4を省略でき、かつ、図5に示す場合と同様な作用効果が得られる。
このような構造の光再利用シート20においては、図6に示す光再利用シート20と比較して、反射層4を省略でき、かつ、図5に示す場合と同様な作用効果が得られる。
なお、上記図19(a)〜(b)に示す光再利用シート20において、反射形成層3の上面または下面に形成される凹部、または凹状のマイクロレンズからなる独立した光学単位要素から構成し、これら凹状の光学単位要素を反射形成層3の上面または下面に沿い二次元方向に一定のピッチまたはランダムなピッチで配列することにより光再利用シートを構成するようにしてもよい。
また、反射形成層3に凹部を形成する方法として、平面スタンパやロールスタンパの凹凸形成面に熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等を塗布または注入し、その上に基材2を配置して、硬化処理後にスタンパから離型するといった方法が挙げられる。
また、反射形成層3に凹部を形成する方法として、平面スタンパやロールスタンパの凹凸形成面に熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹脂や電子線硬化型樹脂等を塗布または注入し、その上に基材2を配置して、硬化処理後にスタンパから離型するといった方法が挙げられる。
(実施の形態16)
図20(a)〜(b)は、本発明にかかる太陽電池モジュールの光再利用シートの更に他の実施の形態を示す拡大断面図である。
図20(a)〜(b)は、本発明にかかる太陽電池モジュールの光再利用シートの更に他の実施の形態を示す拡大断面図である。
図20(a)に示す光再利用シート20は、基材2を用いることなく、光の反射性能及び耐熱性能を向上させる散乱反射体を含有する反射形成層3のみから構成され、そして、反射形成層3の上面には、図19(a)に示す場合と同様な帯状の複数の反射用凹部202が平行に配列して形成され、この凹部202は湾曲状の反射面100を有している。
このような構造の光再利用シート20においては、図5に示す場合と同様な作用効果が得られる。
このような構造の光再利用シート20においては、図5に示す場合と同様な作用効果が得られる。
図20(b)に示す光再利用シート20は、上記図20(a)に示す光再利用シートの変形例を示すもので、基材2を用いることなく、光の反射性能及び耐熱性能を向上させる散乱反射体を含有する反射形成層3のみから構成され、そして、上記図20(a)に示す光再利用シートと異なる点は、反射形成層3の下面に、図20(a)に示す光再利用シートの凹部202と逆形状で、かつ同一傾斜角度で凹状に湾曲する反射面100を有する帯状の複数の反射用凹部204が平行に配列して形成されている。
このような構造の光再利用シート20においては、図5に示す場合と同様な作用効果が得られる。
このような構造の光再利用シート20においては、図5に示す場合と同様な作用効果が得られる。
上記図20(a)〜(b)に示すような基材2を用いずに反射形成層3のみからなる光再利用シート20の作製方法としては、金型を用いたプレス法・キャスティング法・射出成形法、押出成形法等により基材2と一体成形する方法が挙げられる。このように、シート形成と同時に、凹凸構造を形成する。
また、反射面100を構成する凹部のピッチとしては、300μm以下であることが望ましく、より望ましくは、200μm以下である。凹部のピッチが300μmより大きい場合には、反射面100を成型するときの凹部の底部の型に樹脂が十分に入らないため成型性が悪い。
したがって、凹部のピッチが200μm以下であれば比較的粘度の高い樹脂でも成型が可能となる。また、凹部及び凸部のピッチが小さすぎると型の作製が難しくなるため、25μm以上であることが望ましく、より望ましくは、50μm以上であることが望ましい。凹部のピッチが25μmより小さいと、金型を切削する時間が長くタクトが落ち生産効率が悪い。さらに、凹部のピッチが50μmより小さいと、反射面100を成形する際に樹脂がうまく溝に入らず凹部の底部及び凸部の先端部分の形状を金型どおり作製することができない。
また、反射形成層3の厚さは、特には限定されないが、例えば30μm以上、500μm以下である。
また、反射面100を構成する凹部のピッチとしては、300μm以下であることが望ましく、より望ましくは、200μm以下である。凹部のピッチが300μmより大きい場合には、反射面100を成型するときの凹部の底部の型に樹脂が十分に入らないため成型性が悪い。
したがって、凹部のピッチが200μm以下であれば比較的粘度の高い樹脂でも成型が可能となる。また、凹部及び凸部のピッチが小さすぎると型の作製が難しくなるため、25μm以上であることが望ましく、より望ましくは、50μm以上であることが望ましい。凹部のピッチが25μmより小さいと、金型を切削する時間が長くタクトが落ち生産効率が悪い。さらに、凹部のピッチが50μmより小さいと、反射面100を成形する際に樹脂がうまく溝に入らず凹部の底部及び凸部の先端部分の形状を金型どおり作製することができない。
また、反射形成層3の厚さは、特には限定されないが、例えば30μm以上、500μm以下である。
上述の製造法は、以下の材料との適性により適宜選択するのが良い。
反射形成層3を形成するポリマー組成物中には、ポリマー組成物の他に例えば散乱反射体、硬化剤、可塑剤、分散剤、各種レベリング剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、粘性改質剤、潤滑剤、光安定化剤等が適宜配合されてもよい。
上述のポリマー組成物としては、特に限定されるものではなく、例えばポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、アクリロニトリル−(ポリ)スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、リエチレンナフタレート系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられ、これらのポリマーを1種又は2種以上混合して使用することができる。
反射形成層3を形成するポリマー組成物中には、ポリマー組成物の他に例えば散乱反射体、硬化剤、可塑剤、分散剤、各種レベリング剤、紫外線吸収剤、抗酸化剤、粘性改質剤、潤滑剤、光安定化剤等が適宜配合されてもよい。
上述のポリマー組成物としては、特に限定されるものではなく、例えばポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリウレタン系樹脂、フッ素系樹脂、シリコン系樹脂、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、ポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、アクリロニトリル−(ポリ)スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)等のポリスチレン系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、リエチレンナフタレート系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられ、これらのポリマーを1種又は2種以上混合して使用することができる。
上述のポリウレタン系樹脂の原料であるポリオールとしては、例えば水酸基含有不飽和単量体を含む単量体成分を重合して得られるポリオールや、水酸基過剰の条件で得られるポリエステルポリオールなどが挙げられ、これらを単体で又は2種以上混合して使用することができる。
水酸基含有不飽和単量体としては、(a)例えばアクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アリルアルコール、ホモアリルアルコール、ケイヒアルコール、クロトニルアルコール等の水酸基含有不飽和単量体、(b)例えばエチレングリコール、エチレンオキサイド、プロピレングリコール、プロピレンオキサイド、ブチレングリコール、ブチレンオキサイド、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、フェニルグリシジルエーテル、グリシジルデカノエート、プラクセルFM−1(ダイセル化学工業株式会社製)等の2価アルコール又はエポキシ化合物と、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸との反応で得られる水酸基含有不飽和単量体などが挙げられる。これらの水酸基含有不飽和単量体から選択される1種又は2種以上を重合してポリオールを製造することができる。
水酸基含有不飽和単量体としては、(a)例えばアクリル酸2−ヒドロキシエチル、アクリル酸2−ヒドロキシプロピル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル、メタクリル酸2−ヒドロキシプロピル、アリルアルコール、ホモアリルアルコール、ケイヒアルコール、クロトニルアルコール等の水酸基含有不飽和単量体、(b)例えばエチレングリコール、エチレンオキサイド、プロピレングリコール、プロピレンオキサイド、ブチレングリコール、ブチレンオキサイド、1,4−ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、フェニルグリシジルエーテル、グリシジルデカノエート、プラクセルFM−1(ダイセル化学工業株式会社製)等の2価アルコール又はエポキシ化合物と、例えばアクリル酸、メタクリル酸、マレイン酸、フマル酸、クロトン酸、イタコン酸等の不飽和カルボン酸との反応で得られる水酸基含有不飽和単量体などが挙げられる。これらの水酸基含有不飽和単量体から選択される1種又は2種以上を重合してポリオールを製造することができる。
また、上述のポリオールは、アクリル酸エチル、アクリル酸n−プロピル、アクリル酸イソプロピル、アクリル酸n−ブチル、アクリル酸tert−ブチル、アクリル酸エチルヘキシル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸n−プロピル、メタクリル酸イソプロピル、メタクリル酸n−ブチル、メタクリル酸tert−ブチル、メタクリル酸エチルヘキシル、メタクリル酸グリシジル、メタクリル酸シクロヘキシル、スチレン、ビニルトルエン、1−メチルスチレン、アクリル酸、メタクリル酸、アクリロニトリル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、ステアリン酸ビニル、酢酸アリル、アジピン酸ジアリル、イタコン酸ジアリル、マレイン酸ジエチル、塩化ビニル、塩化ビニリデン、アクリルアミド、N−メチロールアクリルアミド、N−ブトキシメチルアクリルアミド、ジアセトンアクリルアミド、エチレン、プロピレン、イソプレン等から選択される1種又は2種以上のエチレン性不飽和単量体と、上述の(a)及び(b)から選択される水酸基含有不飽和単量体とを重合することで製造することもできる。
水酸基含有不飽和単量体を含む単量体成分を重合して得られるポリオールの数平均分子量は1000以上500000以下であり、好ましくは5000以上100000以下である。また、その水酸基価は5以上300以下、好ましくは10以上200以下、さらに好ましくは20以上150以下である。
水酸基過剰の条件で得られるポリエステルポリオールは、(c)例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、グリセリン、ペンタエリスリトール、シクロヘキサンジオール、水添ビスフェノルA、ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ハイドロキノンビス(ヒドロキシエチルエーテル)、トリス(ヒドロキシエチル)イソシヌレート、キシリレングリコール等の多価アルコールと、(d)例えばマレイン酸、フマル酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、トリメット酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸等の多塩基酸とを、プロパンジオール、ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、トリメチロールプロパン等の多価アルコール中の水酸基数が前記多塩基酸のカルボキシル基数よりも多い条件で反応させて製造することができる。
水酸基過剰の条件で得られるポリエステルポリオールは、(c)例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、ジプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、1,5−ペンタンジオール、ネオペンチルグリコール、ヘキサメチレングリコール、デカメチレングリコール、2,2,4−トリメチル−1,3−ペンタンジオール、トリメチロールプロパン、ヘキサントリオール、グリセリン、ペンタエリスリトール、シクロヘキサンジオール、水添ビスフェノルA、ビス(ヒドロキシメチル)シクロヘキサン、ハイドロキノンビス(ヒドロキシエチルエーテル)、トリス(ヒドロキシエチル)イソシヌレート、キシリレングリコール等の多価アルコールと、(d)例えばマレイン酸、フマル酸、コハク酸、アジピン酸、セバチン酸、アゼライン酸、トリメット酸、テレフタル酸、フタル酸、イソフタル酸等の多塩基酸とを、プロパンジオール、ヘキサンジオール、ポリエチレングリコール、トリメチロールプロパン等の多価アルコール中の水酸基数が前記多塩基酸のカルボキシル基数よりも多い条件で反応させて製造することができる。
上述の水酸基過剰の条件で得られるポリエステルポリオールの数平均分子量は500以上300000以下であり、好ましくは2000以上100000以下である。また、その水酸基価は5以上300以下、好ましくは10以上200以下、さらに好ましくは20以上150以下である。
当該ポリマー組成物のポリマー材料として用いられるポリオールとしては、上述のポリエステルポリオール、及び、上述の水酸基含有不飽和単量体を含む単量体成分を重合して得られ、かつ、(メタ)アクリル単位等を有するアクリルポリオールが好ましい。かかるポリエステルポリオール又はアクリルポリオールをポリマー材料とすれば耐候性が高く、反射形成層3の黄変等を抑制することができる。なお、このポリエステルポリオールとアクリルポリオールのいずれか一方を使用してもよく、両方を使用してもよい。
なお、上述のポリエステルポリオール及びアクリルポリオール中の水酸基の個数は、1分子当たり2個以上であれば特に限定されないが、固形分中の水酸基価が10以下であると架橋点数が減少し、耐溶剤性、耐水性、耐熱性、表面硬度等の被膜物性が低下する傾向がある。
当該ポリマー組成物のポリマー材料として用いられるポリオールとしては、上述のポリエステルポリオール、及び、上述の水酸基含有不飽和単量体を含む単量体成分を重合して得られ、かつ、(メタ)アクリル単位等を有するアクリルポリオールが好ましい。かかるポリエステルポリオール又はアクリルポリオールをポリマー材料とすれば耐候性が高く、反射形成層3の黄変等を抑制することができる。なお、このポリエステルポリオールとアクリルポリオールのいずれか一方を使用してもよく、両方を使用してもよい。
なお、上述のポリエステルポリオール及びアクリルポリオール中の水酸基の個数は、1分子当たり2個以上であれば特に限定されないが、固形分中の水酸基価が10以下であると架橋点数が減少し、耐溶剤性、耐水性、耐熱性、表面硬度等の被膜物性が低下する傾向がある。
反射形成層3を形成するポリマー組成物中に散乱反射体を反射性能、耐熱性能を向上させるため含有すると良い。
ポリマー組成物中に散乱反射体を含有することで、反射形成層3ひいては光再利用シート20の耐熱性が向上させることができ、かつ屈折率がポリマー組成物と大きく異なるものを用いれば、光を反射させることができる。
なお、これにより十分な反射率が得られる場合には、図19、図20に示すように金属反射層4を設けなくても良い。
ただし、過度に散乱反射体を含有すると、散乱反射した光は、多重反射し損失となるため、好ましくは、散乱反射した光の主光線は充分に反射しており、主光線以外の散乱光は主光線にたいして、5度未満のズレとなるようにすることが好ましい。
この散乱反射体剤を構成する無機物としては、特に限定されるものではなく、無機酸化物が好ましい。この無機酸化物は、シリカ等も用いることができるが、ZnS等の金属化合物を用いることもできるが特に、TiO2、ZrO、Al2O3等の金属酸化物が望ましい。またシリカの中空粒子を用いることもできる。このうち、TiO2は、屈折率が高く、分散性も得られやすいため好ましい。また、散乱反射体の形状は、球状、針状、板状、鱗片状、破砕状等の任意の粒子形状でよく、特に限定されない。
ポリマー組成物中に散乱反射体を含有することで、反射形成層3ひいては光再利用シート20の耐熱性が向上させることができ、かつ屈折率がポリマー組成物と大きく異なるものを用いれば、光を反射させることができる。
なお、これにより十分な反射率が得られる場合には、図19、図20に示すように金属反射層4を設けなくても良い。
ただし、過度に散乱反射体を含有すると、散乱反射した光は、多重反射し損失となるため、好ましくは、散乱反射した光の主光線は充分に反射しており、主光線以外の散乱光は主光線にたいして、5度未満のズレとなるようにすることが好ましい。
この散乱反射体剤を構成する無機物としては、特に限定されるものではなく、無機酸化物が好ましい。この無機酸化物は、シリカ等も用いることができるが、ZnS等の金属化合物を用いることもできるが特に、TiO2、ZrO、Al2O3等の金属酸化物が望ましい。またシリカの中空粒子を用いることもできる。このうち、TiO2は、屈折率が高く、分散性も得られやすいため好ましい。また、散乱反射体の形状は、球状、針状、板状、鱗片状、破砕状等の任意の粒子形状でよく、特に限定されない。
散乱反射体の平均粒子径の下限としては、0.1μmが好ましく、上限としては30μmが好ましい。平均粒子径が0.1μmより小さいと光を十分に反射しない。また、平均粒子径が30μmより大きいと成型性が悪い。
また、散乱反射体のポリマー組成物100部に対する配合量の下限としては固形分換算で30部が好ましい。
一方、散乱反射体の上述の配合量の上限としては100部が好ましい。これは、無機充填剤の配合量が30部より少ないと、充填層21から反射形成層3に入射する光H1を十分に反射することができない。逆に、配合量が上述の範囲を越えると、成型性が悪い。
また、散乱反射体のポリマー組成物100部に対する配合量の下限としては固形分換算で30部が好ましい。
一方、散乱反射体の上述の配合量の上限としては100部が好ましい。これは、無機充填剤の配合量が30部より少ないと、充填層21から反射形成層3に入射する光H1を十分に反射することができない。逆に、配合量が上述の範囲を越えると、成型性が悪い。
上述の散乱反射体としては、その表面に有機ポリマーが固定されたものを用いるとよい。
このように有機ポリマー固定の散乱反射体を用いることで、ポリマー組成物での分散性やポリマー組成物との親和性の向上が図られる。この有機ポリマーについては、その分子量、形状、組成、官能基の有無等に関して特に限定はなく、任意の有機ポリマーを使用することができる。また有機ポリマーの形状については、直鎖状、分枝状、架橋構造等の任意の形状のものを使用することができる。
また、上述の有機ポリマーを構成する具体的な樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステルおよびこれらの共重合体やアミノ基、エポキシ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等の官能基で一部変性した樹脂等が挙げられる。中でも、(メタ)アクリル系樹脂、(メタ)アクリル−スチレン系樹脂、(メタ)アクリル−ポリエステル系樹脂等の(メタ)アクリル単位を含む有機ポリマーを必須成分とするものが被膜形成能を有し好適である。他方、上述のポリマー組成物と相溶性を有する樹脂が好ましく、従ってポリマー組成物と同じ組成であるものが最も好ましい。
このように有機ポリマー固定の散乱反射体を用いることで、ポリマー組成物での分散性やポリマー組成物との親和性の向上が図られる。この有機ポリマーについては、その分子量、形状、組成、官能基の有無等に関して特に限定はなく、任意の有機ポリマーを使用することができる。また有機ポリマーの形状については、直鎖状、分枝状、架橋構造等の任意の形状のものを使用することができる。
また、上述の有機ポリマーを構成する具体的な樹脂としては、例えば、(メタ)アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリ酢酸ビニル、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、ポリ塩化ビニリデン、ポリエチレンテレフタレート等のポリエステルおよびこれらの共重合体やアミノ基、エポキシ基、ヒドロキシル基、カルボキシル基等の官能基で一部変性した樹脂等が挙げられる。中でも、(メタ)アクリル系樹脂、(メタ)アクリル−スチレン系樹脂、(メタ)アクリル−ポリエステル系樹脂等の(メタ)アクリル単位を含む有機ポリマーを必須成分とするものが被膜形成能を有し好適である。他方、上述のポリマー組成物と相溶性を有する樹脂が好ましく、従ってポリマー組成物と同じ組成であるものが最も好ましい。
上述のポリマー組成物としてはシクロアルキル基を有するポリオールが好ましい。ポリマー組成物としてのポリオール中にシクロアルキル基を導入することで、ポリマー組成物の撥水性、耐水性等の疎水性が高くなり、高温高湿条件下での反射形成層3ひいては光再利用シート20の耐撓み性、寸法安定性等が改善される。また、反射形成層3の耐候性、硬度、肉持感、耐溶剤性等の塗膜基本性能が向上する。さらに、表面に有機ポリマーが固定された散乱反射体との親和性及び散乱反射体の分散性がさらに良好になる。
また、ポリマー組成物中には硬化剤としてイソシアネートを含有するとよい。このようにポリマー組成物中にイソシアネート硬化剤を含有することで、より一層強固な架橋構造となり、反射形成層3の被膜物性がさらに向上する。このイソシアネートとしては上述の多官能イソシアネート化合物と同様の物質が用いられる。中でも、被膜の黄変色を防止する脂肪族系イソシアネートが好ましい。
なお、散乱反射体は、内部に有機ポリマーを包含していてもよい。このことにより、散乱反射体のコアである無機物に適度な軟度および靱性を付与することができる。
また、ポリマー組成物中には硬化剤としてイソシアネートを含有するとよい。このようにポリマー組成物中にイソシアネート硬化剤を含有することで、より一層強固な架橋構造となり、反射形成層3の被膜物性がさらに向上する。このイソシアネートとしては上述の多官能イソシアネート化合物と同様の物質が用いられる。中でも、被膜の黄変色を防止する脂肪族系イソシアネートが好ましい。
なお、散乱反射体は、内部に有機ポリマーを包含していてもよい。このことにより、散乱反射体のコアである無機物に適度な軟度および靱性を付与することができる。
上述の有機ポリマーにはアルコキシ基を含有するものを用いるとよく、その含有量は特に限定されないが、散乱反射体1g当たり0.01mmol以上50mmol以下が好ましい。アルコキシ基により、ポリマー組成物との親和性や、ポリマー組成物中での分散性を向上させることができる。
上述のアルコキシ基は、微粒子骨格を形成する金属元素に結合したRO基を示す。このRは置換されていてもよいアルキル基であり、微粒子中のRO基は同一であっても異なっていてもよい。Rの具体例としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル等が挙げられる。散乱反射体を構成する金属と同一の金属アルコキシ基を用いるのが好ましく、散乱反射体がコロイダルシリカである場合には、シリコンを金属とするアルコキシ基を用いるのが好ましい。
また、有機ポリマーを固定した散乱反射体の有機ポリマーの含有率については、特に制限されないが、散乱反射体を基準にして0.5質量%以上50質量%以下が好ましい。
上述のアルコキシ基は、微粒子骨格を形成する金属元素に結合したRO基を示す。このRは置換されていてもよいアルキル基であり、微粒子中のRO基は同一であっても異なっていてもよい。Rの具体例としては、メチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、n−ブチル等が挙げられる。散乱反射体を構成する金属と同一の金属アルコキシ基を用いるのが好ましく、散乱反射体がコロイダルシリカである場合には、シリコンを金属とするアルコキシ基を用いるのが好ましい。
また、有機ポリマーを固定した散乱反射体の有機ポリマーの含有率については、特に制限されないが、散乱反射体を基準にして0.5質量%以上50質量%以下が好ましい。
光再利用シート20において、反射層4を用いる場合にはその密接着性等を向上させるため、反射層4の蒸着対象面(反射形成層3の表面)に表面処理を施すとよい(図示せず)。このような表面処理としては、例えば(a)コロナ放電処理、オゾン処理、酸素ガス若しくは窒素ガス等を用いた低温プラズマ処理、グロー放電処理、化学薬品等を用いた酸化処理、及び(b)プライマーコート処理、アンダーコート処理、アンカーコート処理、蒸着アンカーコート処理などが挙げられる。これらの表面処理の中でも、反射層4との接着強度が向上し、緻密かつ均一な反射層4の形成に寄与するコロナ放電処理及びアンカーコート処理が好ましい。
上述のアンカーコート処理に用いるアンカーコート剤としては、例えばポリエステル系アンカーコート剤、ポリアミド系アンカーコート剤、ポリウレタン系アンカーコート剤、エポキシ系アンカーコート剤、フェノール系アンカーコート剤、(メタ)アクリル系アンカーコート剤、ポリ酢酸ビニル系アンカーコート剤、ポリエチレンアルイハポリプロピレン等のポリオレフィン系アンカーコート剤、セルロース系アンカーコート剤などが挙げられる。これらのアンカーコート剤の中でも、反射層4の接着強度をより向上することができるポリエステル系アンカーコート剤が特に好ましい。
また、上述のアンカーコート剤のコーティング量(固形分換算)は、1g/m2以上、3g/m2以下が好ましい。アンカーコート剤のコーティング量が1g/m2より少ないと、反射層4の密着性向上効果が小さくなる。一方、当該アンカーコート剤のコーティング量が3g/m2より多いと、光再利用シート20の強度、耐久性等が低下するおそれがある。
また、上述のアンカーコート剤のコーティング量(固形分換算)は、1g/m2以上、3g/m2以下が好ましい。アンカーコート剤のコーティング量が1g/m2より少ないと、反射層4の密着性向上効果が小さくなる。一方、当該アンカーコート剤のコーティング量が3g/m2より多いと、光再利用シート20の強度、耐久性等が低下するおそれがある。
なお、上述のアンカーコート剤中には、密接着性向上のためのシランカップリング剤、ブロッキングを防止するためのブロッキング防止剤、耐候性等を向上させるための紫外線吸収剤等の各種添加剤を適宜混合することができる。かかる添加剤の混合量としては、添加剤の効果発現とアンカーコート剤の機能阻害とのバランスから0.1重量%以上10重量%以下が好ましい。上述の添加剤が、0.1重量%未満では、ブロッキングを十分に防止できず、耐候性が十分に得られず、10重量%より多いと、トップコート剤の機能を阻害してしまう。
反射層4は、光再利用シート20に入射する光を反射するものである。反射層4を形成する際には、反射形成層3の凹凸構造が形成された面に沿って金属を蒸着することで形成される。この反射層4の蒸着手段としては、反射形成層3に収縮、黄変等の劣化を招来することなく金属が蒸着できれば特に限定されるものではなく、(a)真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、イオンクラスタービーム法等の物理気相成長法(Physical Vapor Deposition法;PVD法)、(b)プラズマ化学気相成長法、熱化学気相成長法、光化学気相成長法等の化学気相成長法(Chemical Vapor Deposition法;CVD法)が採用される。これらの蒸着法の中でも、生産性が高く良質な反射層4が形成できる真空蒸着法やイオンプレーティング法が好ましい。
反射層4は、鏡面反射が発生することが好ましい。散乱反射と比較して、鏡面反射にすることで、反射する光に、充分な指向性を持たせることが可能なので、好ましい。
反射層4は、鏡面反射が発生することが好ましい。散乱反射と比較して、鏡面反射にすることで、反射する光に、充分な指向性を持たせることが可能なので、好ましい。
また、反射層4に用いられる金属としては、金属光沢を有しかつ蒸着が可能であれば特に限定されるものではなく、例えばアルミニウム(Al)、銀(Ag)ニッケル(Ni)、スズ(Sn)、ジルコニウム(Zr)等が挙げられる。中でも、反射性が高く、緻密な反射層4が比較的容易に形成されるアルミニウムが好ましい。
なお、反射層4は、単層構造でもよく、2層以上の多層構造でもよい。このように反射層4を多層構造とすることで、蒸着の際に懸かる熱負担の軽減により反射形成層3の劣化が低減され、さらに反射形成層3と反射層4との密着性等を改善することができる。このとき、金属膜の上に酸化金属層を設けても良い。また、上述の物理気相成長法及び化学気相成長法における蒸着条件は、反射形成層3や基材2の樹脂種類、反射層4の厚さ等に応じて適宜設計される。
また、反射層4の厚さの下限としては、10nmが好ましく、20nmが特に好ましい。一方、反射層4の厚さの上限としては、200nmが好ましく、100nmが特に好ましい。反射層4の厚さが10nm下限より小さいと、充填層21から反射層4に入射する光を十分に反射することができない。また、20nm以上の厚さであっても、上述の反射層4で反射される光は増えないため、20nmであれば十分な厚さといえる。一方、反射層4の厚さが200nmの上限を超えると、反射層4に目視でも確認できるクラックが発生し、100nm以下であれば、目視で確認できないようなクラックも発生しない。
また、反射層4の外面には、トップコート処理を施すとよい(図示せず)。このように反射層4の外面にトップコート処理を施すことで、反射層4が封止及び保護され、その結果、光再利用シート20のハンドリング性が良くなる。また、反射層4の経年劣化も抑えられる。
また、反射層4の厚さの下限としては、10nmが好ましく、20nmが特に好ましい。一方、反射層4の厚さの上限としては、200nmが好ましく、100nmが特に好ましい。反射層4の厚さが10nm下限より小さいと、充填層21から反射層4に入射する光を十分に反射することができない。また、20nm以上の厚さであっても、上述の反射層4で反射される光は増えないため、20nmであれば十分な厚さといえる。一方、反射層4の厚さが200nmの上限を超えると、反射層4に目視でも確認できるクラックが発生し、100nm以下であれば、目視で確認できないようなクラックも発生しない。
また、反射層4の外面には、トップコート処理を施すとよい(図示せず)。このように反射層4の外面にトップコート処理を施すことで、反射層4が封止及び保護され、その結果、光再利用シート20のハンドリング性が良くなる。また、反射層4の経年劣化も抑えられる。
上述のトップコート処理に用いるトップコート剤としては、例えばポリエステル系トップコート剤、ポリアミド系トップコート剤、ポリウレタン系トップコート剤、エポキシ系トップコート剤、フェノール系トップコート剤、(メタ)アクリル系トップコート剤、ポリ酢酸ビニル系トップコート剤、ポリエチレンアルイハポリプロピレン等のポリオレフィン系トップコート剤、セルロース系トップコート剤などが挙げられる。かかるトップコート剤の中でも、反射層4との接着強度が高く、反射層4の表面保護、欠陥の封止等に寄与するポリエステル系トップコート剤が特に好ましい。
上述のトップコート剤のコーティング量(固形分換算)は、3g/m2以上、7g/m2以下が好ましい。トップコート剤のコーティング量が3g/m2より小さいと、反射層4を封止及び保護する効果が小さくなるおそれがある。一方、当該トップコート剤のコーティング量が上7g/m2を超えても、上述の反射層4の封止及び保護効果があまり増大せず、かえって光再利用シート20の厚さが増大してしまう。
上述のトップコート剤のコーティング量(固形分換算)は、3g/m2以上、7g/m2以下が好ましい。トップコート剤のコーティング量が3g/m2より小さいと、反射層4を封止及び保護する効果が小さくなるおそれがある。一方、当該トップコート剤のコーティング量が上7g/m2を超えても、上述の反射層4の封止及び保護効果があまり増大せず、かえって光再利用シート20の厚さが増大してしまう。
なお、上述のトップコート剤中には、密接着性向上のためのシランカップリング剤、耐候性等を向上させるための紫外線吸収剤、耐熱性等を向上させるための無機フィラー等の各種添加剤を適宜混合することができる。かかる添加剤の混合量としては、添加剤の効果発現とトップコート剤の機能阻害とのバランスから0.1重量%以上10重量%以下が好ましい。上述の添加剤が、0.1重量%未満では、密接着性、耐候性、耐熱性が十分に得られず、10重量%より多いと、トップコート剤の機能を阻害してしまう。
上述の光再利用シート20を構成する基材2は、合成樹脂を材料とするシート成形により形成されている。かかる基材2に用いられる合成樹脂としては、屋外に設置されることを鑑み、耐水性、紫外線に対する耐久性等の耐候性を有しているものが望ましく、例えばポリエチレンテレフタレート樹脂(PET樹脂)等のポリエチレン系樹脂、ポリプロピレン系樹脂、メタクリル系樹脂、ポリメチルペンテン系樹脂、環状ポリオレフィン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、アクリロニトリル−(ポリ)スチレン共重合体(AS樹脂)、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン共重合体(ABS樹脂)、ポリ塩化ビニル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ(メタ)アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリイミド系樹脂、ポリアミドイミド系樹脂、ポリアリールフタレート系樹脂、シリコン系樹脂、ポリスルホン系樹脂、ポリフェニレンスルフィド系樹脂、ポリエーテルスルホン系樹脂、リエチレンナフタレート系樹脂、ポリエーテルイミド系樹脂、エポキシン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、アセタール系樹脂、セルロース系樹脂等が挙げられる。
上述の樹脂の中でも、高い耐熱性、強度、耐候性、耐久性、水蒸気等に対するガスバリア性等を有したものとして、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ乳酸系樹脂が好ましい。
上述の樹脂の中でも、高い耐熱性、強度、耐候性、耐久性、水蒸気等に対するガスバリア性等を有したものとして、ポリイミド系樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリエステル系樹脂、フッ素系樹脂、ポリ乳酸系樹脂が好ましい。
上述のポリエステル系樹脂としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート等が挙げられる。これらのポリエステル系樹脂の中でも、耐熱性、耐候性等の諸機能面及び価格面のバランスが良好なポリエチレンテレフタレートが特に好ましい。
また、上述のフッ素系樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体からなるペルフルオロアルコキシ樹脂(PFA)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー(FEP)、テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー(EPE)、テトラフルオロエチレンとエチレン又はプロピレンとのコポリマー(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂(PCTFE)、エチレンとクロロトリフルオロエチレンとのコポリマー(ECTFE)、フッ化ビニリデン系樹脂(PVDF)、フッ化ビニル系樹脂(PVF)等が挙げられる。これらのフッ素系樹脂の中でも、強度、耐熱性、耐候性等に優れるポリフッ化ビニル系樹脂(PVF)やテトラフルオロエチレンとエチレン又はプロピレンとのコポリマー(ETFE)が特に好ましい。
また、上述のフッ素系樹脂としては、例えばポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとの共重合体からなるペルフルオロアルコキシ樹脂(PFA)、テトラフルオロエチレンとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー(FEP)、テトラフルオロエチレンとペルフルオロアルキルビニルエーテルとヘキサフルオロプロピレンとのコポリマー(EPE)、テトラフルオロエチレンとエチレン又はプロピレンとのコポリマー(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン樹脂(PCTFE)、エチレンとクロロトリフルオロエチレンとのコポリマー(ECTFE)、フッ化ビニリデン系樹脂(PVDF)、フッ化ビニル系樹脂(PVF)等が挙げられる。これらのフッ素系樹脂の中でも、強度、耐熱性、耐候性等に優れるポリフッ化ビニル系樹脂(PVF)やテトラフルオロエチレンとエチレン又はプロピレンとのコポリマー(ETFE)が特に好ましい。
上述の環状ポリオレフィン系樹脂としては、例えばa)シクロペンタジエン(及びその誘導体)、ジシクロペンタジエン(及びその誘導体)、シクロヘキサジエン(及びその誘導体)、ノルボルナジエン(及びその誘導体)等の環状ジエンを重合させてなるポリマー、b)当該環状ジエンとエチレン、プロピレン、4−メチル−1−ペンテン、スチレン、ブタジエン、イソプレン等のオレフィン系モノマーの1種又は2種以上とを共重合させてなるコポリマー等が挙げられる。これらの環状ポリオレフィン系樹脂の中でも、強度、耐熱性、耐候性等に優れるシクロペンタジエン(及びその誘導体)、ジシクロペンタジエン(及びその誘導体)又はノルボルナジエン(及びその誘導体)等の環状ジエンのポリマーが特に好ましい。
なお、基材2の形成材料としては、上述の合成樹脂を1種又は2種以上混合して使用することができる。また、基材2の形成材料中には、加工性、耐熱性、耐候性、機械的性質、寸法安定性等を改良、改質する目的で、種々の添加剤等を混合することができる。この添加剤としては、例えば滑剤、架橋剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤、光安定化剤、充填材、強化繊維、補強剤、帯電防止剤、難燃剤、耐炎剤、発泡剤、防カビ剤、顔料等が挙げられる。上述の基材2の成形方法としては、特に限定されず、例えば押出し法、キャスト成形法、Tダイ法、切削法、インフレーション法等の公知の方法が採用される。
基材2を用いる場合には、その厚さは、25μm以上、500μm以下が好ましく、250μmが特に好ましい。基材2の厚さが25μmより薄いと、紫外線硬化樹脂等の硬化収縮の影響により、反射形成層3の塗工加工際にカールが発生し、太陽電池モジュール200に組み込む際に不具合が発生する。逆に、基材2の厚さが500μmを超えると、フィルム重量が増してしまい、太陽電池モジュール200の重量も増してしまう。250μm以下であれば、より軽量の太陽電池モジュール200を実現できる。
基材2を太陽電池モジュール200に組み込む際に、基材2は平坦な状態で組み込むことが好ましい。平坦な状態で組み込むことで、太陽電池モジュール200を略平坦な状態にすることが可能となり、太陽電池モジュール200の設置安定性が大きくなり好ましい。
基材2を用いる場合には、その厚さは、25μm以上、500μm以下が好ましく、250μmが特に好ましい。基材2の厚さが25μmより薄いと、紫外線硬化樹脂等の硬化収縮の影響により、反射形成層3の塗工加工際にカールが発生し、太陽電池モジュール200に組み込む際に不具合が発生する。逆に、基材2の厚さが500μmを超えると、フィルム重量が増してしまい、太陽電池モジュール200の重量も増してしまう。250μm以下であれば、より軽量の太陽電池モジュール200を実現できる。
基材2を太陽電池モジュール200に組み込む際に、基材2は平坦な状態で組み込むことが好ましい。平坦な状態で組み込むことで、太陽電池モジュール200を略平坦な状態にすることが可能となり、太陽電池モジュール200の設置安定性が大きくなり好ましい。
また、基材2、反射形成層3、基材2中に紫外線安定剤又は分子鎖に紫外線安定基が結合したポリマーを含有することも可能である。この紫外線安定剤又は紫外線安定基により、紫外線で発生するラジカル、活性酸素等が不活性化され、光再利用シート20の紫外線安定性、耐候性等を向上させることができる。この紫外線安定剤又は紫外線安定基としては、紫外線に対する安定性が高いヒンダードアミン系紫外線安定剤又はヒンダードアミン系紫外線安定基が好適に用いられる。
このような特徴の光再利用シート20を用いた太陽電池モジュール200によれば、隣り合う太陽電池セル30の間の領域Rに入射する光を光再利用シート20の反射面100で反射し、太陽電池セル30に入射させることができる。これにより、隣り合う太陽電池セル30の間の領域Rに入射する光も利用することができ、太陽電池モジュール200の発電効率を向上させることが可能となる。
このような特徴の光再利用シート20を用いた太陽電池モジュール200によれば、隣り合う太陽電池セル30の間の領域Rに入射する光を光再利用シート20の反射面100で反射し、太陽電池セル30に入射させることができる。これにより、隣り合う太陽電池セル30の間の領域Rに入射する光も利用することができ、太陽電池モジュール200の発電効率を向上させることが可能となる。
(実施の形態17)
図21は本発明にかかる太陽電池モジュールの他の実施の形態を示す断面図である。
図21において、図1と同様な構成要素には図1と同様な符号を付してその構成説明を省略し図1と異なる点を重点に説明すると、太陽電池モジュール200において、基材2に代えて、光再利用シート20に10μmから30μmのアルミ層や10nmから100nmのシリカ層からなるバリア層40を有したものを用いる。この場合、バリア層40の耐久性を上げるために、PVF(ポリフッ化ビニル樹脂)を塗布または、ポリフッ化ビニル樹脂を有したフィルムを張り合わせて、太陽電池モジュールを保護するようにしてもよい。このようにすることにより、太陽電池モジュール200をバックシートして用いることもできる。
図21は本発明にかかる太陽電池モジュールの他の実施の形態を示す断面図である。
図21において、図1と同様な構成要素には図1と同様な符号を付してその構成説明を省略し図1と異なる点を重点に説明すると、太陽電池モジュール200において、基材2に代えて、光再利用シート20に10μmから30μmのアルミ層や10nmから100nmのシリカ層からなるバリア層40を有したものを用いる。この場合、バリア層40の耐久性を上げるために、PVF(ポリフッ化ビニル樹脂)を塗布または、ポリフッ化ビニル樹脂を有したフィルムを張り合わせて、太陽電池モジュールを保護するようにしてもよい。このようにすることにより、太陽電池モジュール200をバックシートして用いることもできる。
(実施の形態18)
図22は本発明にかかる太陽電池モジュールの更に他の実施の形態を示す断面図である。
図22において、図1と同様な構成要素には図1と同様な符号を付してその構成説明を省略し図1と異なる点を重点に説明すると、太陽電池モジュール200における光再利用シート20の構成要素を図1に示す光再利用シート20の逆の配列構造にしたところにある。
すなわち、太陽電池セル30を埋設した充填層21の下面に光透過性の基材2を配置し、この基材2の充填層21と反対の下面に反射形成層3を積層して設け、この反射形成層3の基材2と反対の下面には、上記実施の形態1に示す凹部201と同形で、かつ同一傾斜角度で凹状に湾曲する反射面を有する複数の反射用凹部207を前面板の光入射面と平行な平面Pと平行な面に沿い形成し、さらに、これら凹部207の反射面を高反射率の反射層4で覆うように構成したところにある。
このように構成された光再利用シート20を有する太陽電池モジュール200においても図1に示す場合と同様な作用効果が得られる。
図22は本発明にかかる太陽電池モジュールの更に他の実施の形態を示す断面図である。
図22において、図1と同様な構成要素には図1と同様な符号を付してその構成説明を省略し図1と異なる点を重点に説明すると、太陽電池モジュール200における光再利用シート20の構成要素を図1に示す光再利用シート20の逆の配列構造にしたところにある。
すなわち、太陽電池セル30を埋設した充填層21の下面に光透過性の基材2を配置し、この基材2の充填層21と反対の下面に反射形成層3を積層して設け、この反射形成層3の基材2と反対の下面には、上記実施の形態1に示す凹部201と同形で、かつ同一傾斜角度で凹状に湾曲する反射面を有する複数の反射用凹部207を前面板の光入射面と平行な平面Pと平行な面に沿い形成し、さらに、これら凹部207の反射面を高反射率の反射層4で覆うように構成したところにある。
このように構成された光再利用シート20を有する太陽電池モジュール200においても図1に示す場合と同様な作用効果が得られる。
なお、本発明においては、図1及び図22に示す充填層21内に埋設された太陽電池セル30に代えて、充填層21内にLEDあるいはEL素子等の複数の発光素子を埋設して光再利用シート20と組み合わせることにより、これを照明モジュールとして使用することができる。
200……太陽電池モジュール、2……基材、3……反射形成層、4……反射層、5……光学単位要素、20光再利用シート、21…点充填層、22……前面板、30……太陽電池セル、100……反射面、201……凹部、202……凹部、204……凹部、207……凹部。
Claims (1)
- 光が入射する光入射面を有する透明な前面板と、
前記前面板の前記光入射面と反対の面に積層され、前記前面板を透過した光が透過する充填層と、
前記充填層内に埋設され、前記前面板と対向する面に受光面を有するとともに、前記充填層を透過する光を前記受光面で受光して電気エネルギに変換する太陽電池セルとを備えた太陽電池モジュールにおいて、
前記充填層の前記太陽電池セルの前記受光面と反対の面に積層され、前記太陽電池セルの前記受光面で受光されずに前記充填層を透過する光を前記前面板に向けて反射し前記前面板の前記光入射面の界面で前記太陽電池セルの前記受光面に向け反射させるための、反射形成層を有する光再利用シートであって、
前記反射形成層と前記充填層との界面で少なくとも前記充填層を透過して前記反射形成層に達する光の到達箇所に複数の反射用の凹部が前記界面に沿い形成され、
前記凹部は、該凹部の前記前面板と平行な面での断面積が前記凹部の深さ方向で該凹部の底部から前記前面板側に近づくにしたがい拡大される湾曲形状を呈し、
前記凹部の表面に反射面が形成されて、
かつ、前記凹部が一方向に延在する帯状であり、前記延在する方向と前記太陽電池セルの辺方向とが斜めに交差して配置する
ことを特徴とする光再利用シート。
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