JP2010192797A

JP2010192797A - 太陽電池用集光シートおよびその製造方法ならびに太陽電池

Info

Publication number: JP2010192797A
Application number: JP2009037609A
Authority: JP
Inventors: Koji Ichikawa; 浩二市川
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2010-09-02

Abstract

【課題】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、一般的なプラスチックフィルムを用いた汎用性のある太陽電池の集光効率を向上させる太陽電池用集光シートおよびその製造方法を提供するものである。
【解決手段】透明フィルムに、凹型のお椀形状の受光部と、該受光部の中心に透明な柱とを設けてなる集光部を、複数配列させたことを特徴とする太陽電池用集光シートであり、前記透明な柱は、上部と下部の太さが異なり、先端が前記受光部より外方に飛び出さない長さで、多角形の柱であることを特徴とする太陽電池用集光シートである。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池の表面に、集光効率を向上させるための、太陽電池用集光シートと、その製造方法に関するものである。

近年、将来の需給が懸念され、かつ地球温暖化現象の原因となる二酸化炭素排出の問題がある石油などの化石燃料の代替エネルギー源として太陽電池が注目されている。

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、光電変換素子のコストダウン等が検討されている。

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り、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。

しかし、これらの方式では、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。

また、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おり、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（特許文献１）。

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（特許文献２、３）があり、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、進入してくる太陽光線の角度や、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、集光効率や製造コストなどの問題がある。

特開２００８−１７７１８１号公報特開２００２−２８９８９８号公報特開２００４−２１４４７０号公報

本発明は、上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、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、一般的なプラスチックフィルムを用いた汎用性のある太陽電池の集光効率を向上させることが可能となる、太陽電池用集光シートおよびその製造方法を提供するものである。

本発明の請求項１に係わる発明は、透明フィルムに、凹型のお椀形状の受光部と、該受光部の中心に透明な柱とを設けてなる集光部を、複数配列させたことを特徴とする太陽電池用集光シートである。

本発明の請求項２に係わる発明は、前記透明な柱は、上部と下部の太さが異なり、先端が前記受光部より外方に飛び出さない長さであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池用集光シートである。

本発明の請求項３に係わる発明は、前記透明な柱は、多角形の柱であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池用集光シートである。

本発明の請求項４に係わる発明は、前記受光部の開口部を透明フィルムで封止したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池用集光シートである。

本発明の請求項５に係わる発明は、前記透明フィルムは、片面に防汚及び撥水効果を有する処理コート層を有していることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池用集光シートである。

本発明の請求項６に係わる発明は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池用集光シートを太陽電池パネルの最表面上に設けたことを特徴とする太陽電池である。

本発明の請求項７に係わる発明は、前記太陽電池用集光シートを、光硬化型接着剤層を介して太陽電池パネルの最表面上に設けたことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池である。

本発明の請求項８に係わる発明は、加熱処理により軟化させた透明フィルムを、凹型のお椀形状受光部形状の成形部を多数配列させた金型により成型し、前記受光部の中心に透明な柱を設けることを特徴とする太陽電池用集光シートの製造方法である。

本発明の請求項９に係わる発明は、前記金型は、ロール状金型であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池用集光シートの製造方法である。

請求項１に記載の発明による太陽電池用集光シートを用いると、透明フィルムに、凹型のお椀形状の集光部に入射された太陽光を太陽電池受光面へ取り入れるのと合わせて、お椀形状の集光面で反射された太陽光を、お椀形状の中心部に設けた透明な柱にて、入射させて太陽光を屈折させて取り入れ、更に太陽電池受光面へ取り入れることで、集光効率を向上させることができる。更に、入射光の方向が移動した場合においても、お椀形状の中心部に設けた透明な柱により、集光効率を向上し続けることができる。

また、請求項２に記載の発明によれば、中心部に設けた透明な柱の、上部と下部の太さが異なっていることで、太陽光の入射を妨げることがなく、光を進行させ取り込むことができる。

また、外方に飛び出さない長さにすることにより、連続的に形成したのちに、集光シートをロール状に巻き取ることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、中心部に設けた透明な柱が、多角形の柱であることより、集光面から反射して漏れてきた太陽光を、更に乱反射や散乱させないように、太陽光を取り入れ、屈折させることができる。

また、請求項４に記載の発明によれば、お椀形状内に雨水が入らないようにすることができる。更に、シートを設置する際に、中心部に設ける透明な柱の破損を防ぐことができる。

また、請求項５に記載の発明によれば、片面を防汚及び撥水効果を有する処理コートを施していることにより、シート表面に付着する汚れを防ぐことができる。

また、請求項６に記載の発明によれば、入射させて太陽光を屈折させて取り入れ、更に太陽電池受光面へ取り入れることで、集光効率を向上させることができる。更に、入射光の方向が移動した場合においても、お椀形状の中心部に設けた透明な柱により、集光効率を向上し続けることができる。

また、請求項７に記載の発明によれば、光硬化型接着層を用いることにより、熱収縮を極力抑えることができ、集光シートの形状を損なうことがなく、短時間にて硬化することにより連続的に加工することができる集光シートの形状を損なうことなく

また、請求項８に記載の発明によれば、ロール表面に、前記形状を成形した金型ロールにて、加熱処理により軟化させたフィルムに転写させることにより、凹型のお椀形状の集光部と中心部に設ける透明な柱を同時に形成することができる。

また、請求項９に記載の発明によれば、透明フィルムに、連続的に転写させて形成することにより、容易に、大量に、同一形状を有するシートを加工することができる。

よって、本発明による太陽電池用集光シートを用いれば、集光効率を向上させることができるのと、容易且つ大量に製造することができる。

本発明の太陽電池用集光シートの一実施例を示す工程説明図である。本発明の太陽電池用集光シートの一実施例を示す断面図である。本発明の集光部分の一実施例を示す断面図である。本発明の太陽電池用集光シートの製造方法の一実施例を示す説明図である。本発明の入射による集光状態の一実施例を示す概略図である。本発明の集光部の中心部に設ける透明な柱の一実施例を示す平面図である。

以下に本発明を実施するための形態について図を用いて説明する。

図１に示すように、集光部（１）の逆形状を形成している金型（９）で、熱により軟化している基材に形状を転写させ、その後、成形された基材を金型（９）より剥離し、剥離した表面の平坦部に接着剤（５）（なお、貼り合わせるための、接着剤（５）は、主基材フィルム（３）の耐溶剤性や基材厚みを考慮して、光硬化性接着剤（５ａ）又は、熱架橋性接着剤（５ｂ）のどちらにするかを選定することが望ましい。）を塗布したのちに、フィルムの表面に防汚及び撥水（６）処理を施した表面基材フィルム（４）を、貼り合わせ、（なお、表面基材フィルム（４）については、太陽光の入射を妨げないことを考慮して、フィルム厚みが４０ｕｍ以下で、透過率が高い材質で、あることが望ましい。）基材裏面に太陽電池の最表面に、貼り合わせるための粘着材付フィルム（２０）を貼り付けておく構成となっている。

また、本発明において用いる主基材（３）は、プラスチックフィルムとし、例えばポリメチルメタクリレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリエチレンサルファイド、ポリエーテルスルホン、ポリオレフィン、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を用いることができるが、太陽電池のパネル最表面に使用する環境、寿命の観点から耐光性、耐熱性を伴う基材であれば何ら制限されるものではない。

また、本発明における集光部のお椀形状の中心部に設ける透明な柱は、図３（ａ）または、図３（ｃ）の形状の様に、下部よりも上部の方の狭くなっている形状となっており入射させて太陽光を屈折させて取り入れるのと、容易に加工し易いことより望ましいが、反射された光を、更に太陽電池受光面へ取り入れる形状としては、図３（ｂ）の形状の様に、上部よりも下部の方が狭くなっている方が、更に集光効率を向上させる（図５参照）ことが可能となる。

また、本発明における集光部のお椀形状の中心部に設ける透明な柱が、曲面形状（円形状）である場合は、集光面から反射してきた太陽光が、中心部に設けた透明な柱の曲面に当たり、更に、乱反射や散乱してしまい、中心部に設けた透明な柱内に取り入れ難くなる。しかし、中心部に設ける透明な柱が、図６（ａ）〜（ｃ）の形状である場合は、集光面から反射してきた太陽光が、中心部に設けた透明な柱の平面に当たり、透明な柱内で屈折して太陽電池受光面に取り入れ易くなり、集光効率を向上させることが可能となる。

実施例として、図４に示すよう、主基材（３）となるフィルムを、加熱ゾーン（１１）に通過させて軟化させるが、軟化が不足している場合には、加熱補助ロール（１０）の温度を上昇させて、加工適正とする軟化状態になるように通過させる。

次に、ロールの表面にお椀型集光部（１）の逆形状を有する表面にあらかじめ成形させた形状転写ロール（９）に主基材となるフィルム（３）を通過させることにより、所望のお椀型集光部（１）とお椀形状の中心部に透明な柱（２）を形成させることができる。

主基材加工と同時に、表面基材フィルム（４）の表面に、塗布部（１４）にて、公知とされている塗布方式である、ロールコーティング方式、マイクロリバース方式、ダイコーティング方式、スプレーコーティング方式などのいずれかの方式により、防汚及び撥水層（６）を塗布し、オーブン（１３）または露光部（１９）を通過させることにより、硬化形成させる。

その後、塗布処理の反対面に光硬化性接着剤付フィルム（１７ｂ）の剥離フィルム（１８）を剥がしながら光硬化性粘着材（１７ａ）をニップロール（１５）により貼り付ける。

次に、成形された主基材フィルムの成形表面に、処理済の表面基材フィルム（４）をニップロール（１５）により貼り合わせ、露光部（１９）を通過させることにより、強固に貼り付ける。

その後、太陽電池パネル表面に貼り合わせるための粘着材付フィルム（２０）の剥離フィルム（１８）を剥がしながら、成形された主基材フィルム（３）の裏面に、加圧ロール（１６）により貼り合わせることにより、太陽電池用集光シートのロール状態を製造することができる。

その後、太陽電池受光面の大きさに合わせて、断裁することにより、太陽電池用集光シートを製造することができた。

１お椀型集光部（集光部）
２透明な柱
３主基材または主基材フィルム
４表面基材フィルム
５接着剤
５ａ熱架橋性接着剤
５ｂ光硬化性接着剤
６防汚及び撥水層
７透明柱（多角形錐または多角形柱）
８透明柱（逆多角形錐または多角形柱）
９形状転写ロール（金型）
１０加熱補助ロール
１１加熱ゾーン（加熱炉）
１２押さえロール
１３オーブン
１４防汚及び撥水材塗布部
１５ニップロール
１６加圧ロール
１７ａ光硬化性接着剤
１７ｂ光硬化性接着剤付フィルム
１８剥離フィルム
１９露光部
２０粘着材付フィルム

Claims

透明フィルムに、凹型のお椀形状の受光部と、該受光部の中心に透明な柱とを設けてなる集光部を、複数配列させたことを特徴とする太陽電池用集光シート。
前記透明な柱は、上部と下部の太さが異なり、先端が前記受光部より外方に飛び出さない長さであることを特徴とする請求項１記載の太陽電池用集光シート。
前記透明な柱は、多角形の柱であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の太陽電池用集光シート。
前記受光部の開口部を透明フィルムで封止したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の太陽電池用集光シート。
前記透明フィルムは、片面に防汚及び撥水効果を有する処理コート層を有していることを特徴とする請求項４に記載の太陽電池用集光シート。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池用集光シートを太陽電池パネルの最表面上に設けたことを特徴とする太陽電池。
前記太陽電池用集光シートを、光硬化型接着剤層を介して太陽電池パネルの最表面上に設けたことを特徴とする請求項６に記載の太陽電池。
加熱処理により軟化させた透明フィルムを、凹型のお椀形状受光部形状の成形部を多数配列させた金型により成型し、前記受光部の中心に透明な柱を設けることを特徴とする太陽電池用集光シートの製造方法。
前記金型は、ロール状金型であることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池用集光シートの製造方法。