JP2013038323A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成で容易に製造できるとともに、太陽電池の温度上昇を効果的に抑制して、発電効率に優れた太陽電池モジュールを提供すること。
【解決手段】光が第１の太陽電池１１に入射する経路に、（赤外線回折格子９を配置しない場合に比べて）第１の太陽電池１１に入射する赤外線の入射角が大きくなるように、赤外線回折格子９を配置したので、第１の太陽電池１１の温度上昇を抑制することができる。これにより、特別な冷却システムを用いることなく、従来より簡易な構成で、高い発電効率を実現することができる。また、第１の太陽電池１１より赤外線の感度の高い第２の太陽電池１３を、赤外線回折格子９による赤外線の回折側に配置したので、第２の太陽電池１３には、多くの赤外線が入射する。第２の太陽電池１３は、赤外線の感度が高い太陽電池であるので、極めて効率よく発電ができるという顕著な効果を奏する。
【選択図】図２
【解決手段】光が第１の太陽電池１１に入射する経路に、（赤外線回折格子９を配置しない場合に比べて）第１の太陽電池１１に入射する赤外線の入射角が大きくなるように、赤外線回折格子９を配置したので、第１の太陽電池１１の温度上昇を抑制することができる。これにより、特別な冷却システムを用いることなく、従来より簡易な構成で、高い発電効率を実現することができる。また、第１の太陽電池１１より赤外線の感度の高い第２の太陽電池１３を、赤外線回折格子９による赤外線の回折側に配置したので、第２の太陽電池１３には、多くの赤外線が入射する。第２の太陽電池１３は、赤外線の感度が高い太陽電池であるので、極めて効率よく発電ができるという顕著な効果を奏する。
【選択図】図２
Description
この発明は、太陽電池の温度上昇を抑制して、発電効率（変換効率）を改善することができる太陽電池モジュールに関するものである。
従来、太陽光などの光によって発電を行う太陽電池においては、その発電効率を高めるために、各種の工夫がなされている。
例えば、太陽電池は、光の全波長域に対して同一の発電効率を持つわけではなく、材料自体の特性によって最大効率の波長域が異なるので、最大効率の波長域が異なる材料の太陽電池を薄膜状にして複数層重ねることによって、利用できる波長域を広げるようにした、所謂、複層太陽電池（タンデム太陽電池）が開発されている。
例えば、太陽電池は、光の全波長域に対して同一の発電効率を持つわけではなく、材料自体の特性によって最大効率の波長域が異なるので、最大効率の波長域が異なる材料の太陽電池を薄膜状にして複数層重ねることによって、利用できる波長域を広げるようにした、所謂、複層太陽電池（タンデム太陽電池）が開発されている。
また、蛍光光学板等の波長変換板や蛍光色素をガラス基板に塗布した部材を用い、波長変換により太陽光を発電効率の低い波長から発電効率の高い波長に変換し、太陽電池に入射するようにした構造の太陽電池モジュールが提案されている（下記特許文献１参照）。
更に、波長変換板の端面に太陽電池を貼り合わせ、波長変換板の導波作用（全反射）により、側面の太陽電池に光が入射するようにした構造の太陽電池モジュールも提案されている（下記特許文献２参照）。
しかしながら、上述した様に、利用できる波長域を広げたり、波長変換を行ったり、太陽光を効率よく集光して、太陽電池の発電効率を改善しようとした場合でも、太陽電池の温度が上昇した場合には、発電効率が低下してしまうという問題があった。
特に、シリコン系の太陽電池（Ｓｉ太陽電池）の場合には、温度上昇に伴って発電効率が大きく低下するので、その対策が望まれていた。
この対策として、即ち、Ｓｉ太陽電池の温度上昇を抑制するために、例えばＳｉ太陽電池に隣接して冷却システムを構成する方法などが考えられるが、その場合には、太陽電池モジュールの構造が複雑になったり、コストが上昇するなどの問題があるので、必ずしも十分ではない。
この対策として、即ち、Ｓｉ太陽電池の温度上昇を抑制するために、例えばＳｉ太陽電池に隣接して冷却システムを構成する方法などが考えられるが、その場合には、太陽電池モジュールの構造が複雑になったり、コストが上昇するなどの問題があるので、必ずしも十分ではない。
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、簡易な構成で容易に製造できるとともに、太陽電池の温度上昇を効果的に抑制して、発電効率に優れた太陽電池モジュールを提供することである。
（１）請求項１の発明は、赤外線を含む光を受光して発電する第１の太陽電池を備えた太陽電池モジュールにおいて、前記光が前記第１の太陽電池に入射する経路に、前記赤外線を回折する赤外線回折格子を配置するとともに、該赤外線回折格子を配置しない場合に比べて前記第１の太陽電池に入射する赤外線の入射角が大きくなるように、該赤外線回折格子を配置したことを特徴とする。
本発明では、第１の太陽電池の受光側に赤外線回折格子を配置するとともに、赤外線回折格子を配置しない場合に比べて第１の太陽電池に入射する赤外線の入射角が大きくなるように、赤外線回折格子を配置しているので、赤外線回折格子を配置しない場合に比べて赤外光が第１の太陽電池に入射しにくくなり、よって、第１の太陽電池の温度上昇を抑制することができる。
例えば太陽光が第１の太陽電池に入射する構成を考えた場合、その太陽光のうちの赤外線は、温度上昇に大きく関与するものであるので、赤外線が第１の太陽電池にそのまま入射した場合には、第１の太陽電池の温度が上昇し易い。
そこで、本発明では、赤外線が第１の太陽電池に入射する入射角が大きくなるように（即ち赤外線が第１の太陽電池に入射しにくいように）設定しているので、第１の太陽電池の温度上昇を効果的に抑制できる。
ここで、第１の太陽電池への赤外線の入射角が大きくなると、第１の太陽電池に入射する赤外線が少なくなる理由は、赤外線の入射角が大きくなると、赤外線は第１の太陽電池の表面で反射し易くなるからである。また、赤外線の入射角が大きくなると、（第１の太陽電池で受光する）単位面積当たりの赤外線量が小さくなるからである。
これにより、特別な冷却システムを用いることなく、従来より簡易な構成で、高い発電効率を実現することができる。
ここで、前記赤外線回折格子とは、入射した赤外線を所定方向に回折して出射する部材であり、この部材としては、例えば（赤外線の）ホログラムが挙げられる。
ここで、前記赤外線回折格子とは、入射した赤外線を所定方向に回折して出射する部材であり、この部材としては、例えば（赤外線の）ホログラムが挙げられる。
また、前記赤外線の入射角とは、第１の太陽電池の表面における法線となす角である。
前記第１の太陽電池としては、温度上昇によって発電効率が低下する太陽電池、例えば波長が４００〜１１００ｎｍの可視光から近赤外における発電効率が高いシリコン系の太陽電池（例えば結晶質のＳｉ太陽電池などが挙げられる。
前記第１の太陽電池としては、温度上昇によって発電効率が低下する太陽電池、例えば波長が４００〜１１００ｎｍの可視光から近赤外における発電効率が高いシリコン系の太陽電池（例えば結晶質のＳｉ太陽電池などが挙げられる。
更に、前記赤外線の波長としては、１１００〜２０００ｎｍの範囲が挙げられる（なお、以下では境界値の波長１１００ｎｍは赤外線とする）。
なお、前記光としては、太陽光などのように、赤外線や可視光以外に、紫外線等の可視光以外の波長の電磁波を含むものが挙げられる（以下同様）。
なお、前記光としては、太陽光などのように、赤外線や可視光以外に、紫外線等の可視光以外の波長の電磁波を含むものが挙げられる（以下同様）。
（２）請求項２の発明では、前記第１の太陽電池に加え、該第１の太陽電池より赤外線の感度の高い第２の太陽電池を備え、前記赤外線回折格子による赤外線の回折側に、前記第２の太陽電池を配置したことを特徴とする。
本発明では、第１の太陽電池より赤外線の感度の高い第２の太陽電池を、赤外線回折格子によって回折した赤外線が向く側（回折側）に配置したので、第２の太陽電池には、多くの赤外線が入射する。
つまり、回折によって第１の太陽電池への赤外線の入射角が大きくなっているので、赤外線は第１の太陽電池の表面や後述する波長変換板の内表面や保護板の内表面で反射し易く、赤外線の回折側に導かれ易くなっている。従って、赤外線の回折側に、第２の太陽電池を配置することにより、赤外線を効率よく第２の太陽電池に入射させることができる。
しかも、この第２の太陽電池は、赤外線の感度が高い太陽電池、即ち、赤外線により（第１の太陽電池より）効率良く発電することができる太陽電池であるので、この第２の太陽電池に多くの赤外線が入射することにより、極めて効率よく発電ができるという顕著な効果を奏する。
また、一般的に、赤外線に感度の高い太陽電池は高価であるが、本発明では、赤外線回折格子による赤外線の回折側に第２の太陽電池を配置することにより、効率良く赤外線を集光することができるので、第２の太陽電池の使用量を抑制でき、これにより、低コストを実現できる。
ここで、前記赤外線の回折側とは、赤外線が回折によって曲げられる側であり、特定の回折方向に限定される訳ではなく、回折によって曲げられる側であればよい。
なお、前記第２の太陽電池は、第１の太陽電池に比べて、赤外線によって効率よく発電ができるものであり、例えばＧｅを主成分とするＧｅ太陽電池やＩｎＧａＡｓ系太陽電池が挙げられる。なお、Ｇｅ太陽電池としては、例えばｐ型Ｇｅ（Ｂドープ）基板に、ｎ型Ｇｅ（Ｐドープ）を拡散形成したものが挙げられる。
なお、前記第２の太陽電池は、第１の太陽電池に比べて、赤外線によって効率よく発電ができるものであり、例えばＧｅを主成分とするＧｅ太陽電池やＩｎＧａＡｓ系太陽電池が挙げられる。なお、Ｇｅ太陽電池としては、例えばｐ型Ｇｅ（Ｂドープ）基板に、ｎ型Ｇｅ（Ｐドープ）を拡散形成したものが挙げられる。
（３）請求項３の発明では、前記太陽電池モジュールは平板状であり、該太陽電池モジュールの平面方向における端面に、前記第２の太陽電池を備えたことを特徴とする。
本発明は、好ましい太陽電池モジュールの構成及び第２の太陽電池の配置を例示したものである。
本発明は、好ましい太陽電池モジュールの構成及び第２の太陽電池の配置を例示したものである。
ここでは、第２の太陽電池は、平板状の太陽電池モジュールの平面方向における端面に配置されているので、高価な第２の太陽電池の使用量を最小限にできるとともに、高い発電効率にて発電することができる。つまり、太陽電池モジュール内で集光された赤外線等をその端面に配置された第２の太陽電池で受光するので、少ない受光面積であっても、効率よく発電することができる。
（４）請求項４の発明では、前記赤外線回折格子による赤外線の回折角を、該赤外線が入射する赤外線回折格子の表面における位置（表面が広がる面における位置）によって異なるように設定したことを特徴とする。
このように、赤外線の回折角が赤外線回折格子の表面における（平面的な）位置によって異なるように設定することにより、第１の太陽電池の温度上昇の防止や第２の太陽電池による発電の効率の向上を実現するように、最も好ましい位置に、第１の太陽電池や第２の太陽電池を配置することができる。
例えば赤外線が入射しにくい位置に第１の太陽電池を配置したり、逆に、赤外線が入射し易い位置に第２の太陽電池を配置することができる。
（５）請求項５発明では、前記第１の太陽電池は平板状であり、前記赤外線回折格子による赤外線の回折角を、前記第１の太陽電池の平面方向における中央に近いほど大きくなるように設定したことを特徴とする。
（５）請求項５発明では、前記第１の太陽電池は平板状であり、前記赤外線回折格子による赤外線の回折角を、前記第１の太陽電池の平面方向における中央に近いほど大きくなるように設定したことを特徴とする。
赤外線回折格子は、第１の太陽電池の受光側に配置されるので、このように、赤外線の回折角を、第１の太陽電池の中央に近いほど大きくなるように設定することにより、第１の太陽電池に赤外線が入射しにくくなるので、第１の太陽電池の温度上昇を効果的に抑制できる。また、これにより、赤外線が第２の太陽電池に入射し易くなるので、第２の太陽電池の発電効率が向上するという利点がある。
（６）請求項６の発明では、前記第１の太陽電池は平板状であり、その板厚方向の両側から光を受光して発電が可能な両面受光太陽電池であることを特徴とする。
本発明では、第１の太陽電池は両面受光太陽電池であるので、周囲の光を効率よく利用して発電を行うことができる。
本発明では、第１の太陽電池は両面受光太陽電池であるので、周囲の光を効率よく利用して発電を行うことができる。
（７）請求項７の発明では、前記第１の太陽電池の受光側（即ち光を受光する経路）に、光の波長を前記第１の太陽電池による発電が可能な又は一層効率よく発電が可能な波長に変換する波長変換部材を備えたことを特徴とする。
本発明では、波長変換部材によって波長を、第１の太陽電池によって発電できる又はより効率よく発電できる波長に変換することにより、第１の太陽電池では、（波長変換しない場合比べて）効率よく発電することができる。
この波長変換部材としては、紫外線を可視光に変換する部材を採用できる。
前記波長変換部材としては、（波長変換を行う物質が添加された）透光性を有するフィルム、ガラス板、樹脂材等が挙げられる。フィルムの基材としては、例えば透光性を有するシリコーン樹脂等の樹脂を採用でき、ガラスとしては、例えばシリカ、酸化ホウ素系ガラスを採用でき、樹脂としては、例えばアクリル、ポリカーボネイトを採用できる。
前記波長変換部材としては、（波長変換を行う物質が添加された）透光性を有するフィルム、ガラス板、樹脂材等が挙げられる。フィルムの基材としては、例えば透光性を有するシリコーン樹脂等の樹脂を採用でき、ガラスとしては、例えばシリカ、酸化ホウ素系ガラスを採用でき、樹脂としては、例えばアクリル、ポリカーボネイトを採用できる。
なお、波長変換を行う物質として、有機蛍光物質又は無機蛍光物質が挙げられる。有機蛍光物質としては、例えばペリレン、ナフタルイミド、Ａｌｑ３等が挙げられ、無機蛍光物質としては、例えばＹ2Ｏ3：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＳｅ：Ｍｎ、ＺｎＯ：Ｌｉ−Ｙｂ等が挙げられる。
（８）請求項８の発明では、前記第１の太陽電池の受光側（即ち光を受光する経路）に、透光性を有する保護板と充填材とを備えるとともに、該保護板と充填材との間に、光の波長を前記第１の太陽電池による発電が可能な又は一層効率よく発電が可能な波長に変換する波長変換層を備えたことを特徴とする。
本発明では、波長変換層によって波長を、第１の太陽電池によって発電できる又はより効率よく発電できる波長に変換することにより、第１の太陽電池では、（波長変換しない場合に比べて）効率よく発電することができる。
前記波長変換層としては、前記波長変換を行う物質を含む材料を塗布してなる塗布層を採用できる。この材料としては、例えば有機蛍光物質（＋樹脂バインダー）又は無機蛍光物質（＋樹脂バインダー）が挙げられる。有機蛍光物質としては、例えばペリレン、ナフタルイミド、Ａｌｑ３等が挙げられ、無機蛍光物質としては、例えばＹ2Ｏ3：Ｅｕ、ＺｎＳ：Ｍｎ、ＺｎＳｅ：Ｍｎ、ＺｎＯ：Ｌｉ−Ｙｂ等が挙げられる。
次に、本発明の太陽電池モジュールの実施例について、いくつかの具体的な例を挙げて説明する。
ａ）まず、本実施例の太陽電池モジュールの構成について説明する。
図１及び図２に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１は、平面形状が長方形で板状の部材であり、その受光側（図２の上側）から、光（例えば太陽光）の波長を変換する波長変換板３と、透明な封止材層５と、バックシート７とを備えるとともに、封止材層５の内部には、４枚の赤外線回折格子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ（９と総称する）と、左右一対の第１の太陽電池１１ａ、１１ｂ（１１と総称する）と、中央の第２の太陽電池１３ａとを備えている。
図１及び図２に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール１は、平面形状が長方形で板状の部材であり、その受光側（図２の上側）から、光（例えば太陽光）の波長を変換する波長変換板３と、透明な封止材層５と、バックシート７とを備えるとともに、封止材層５の内部には、４枚の赤外線回折格子９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ（９と総称する）と、左右一対の第１の太陽電池１１ａ、１１ｂ（１１と総称する）と、中央の第２の太陽電池１３ａとを備えている。
なお、前記部材３、５、７、９、１１は、板厚方向に対して垂直の方向（平面方向）に対して、それぞれ平行に配置されている。
また、図１に示す様に、太陽電池モジュール１の平面方向において、同図上下方向の端部、詳しくは、波長変換板３と封止材層５との積層体６における一対の端部には、側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃ（１３ａも含め１３と総称する）を備えている。また、前記一対の端部に対して平面方向において直交する他の一対の端部（同図左右方向の端部）には、Ａｌ反射膜１５ａ、１５ｂ（１５と総称する）が形成されている。
また、図１に示す様に、太陽電池モジュール１の平面方向において、同図上下方向の端部、詳しくは、波長変換板３と封止材層５との積層体６における一対の端部には、側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃ（１３ａも含め１３と総称する）を備えている。また、前記一対の端部に対して平面方向において直交する他の一対の端部（同図左右方向の端部）には、Ａｌ反射膜１５ａ、１５ｂ（１５と総称する）が形成されている。
以下、各構成について説明する。
図２に示す様に、前記波長変換板３は、太陽光のうちの紫外線を、第１の太陽電池１１の感度の高い可視光に波長変換する部材である。
図２に示す様に、前記波長変換板３は、太陽光のうちの紫外線を、第１の太陽電池１１の感度の高い可視光に波長変換する部材である。
この波長変換板３としては、例えばルミラスＧ９（商品名）からなる波長変換板を使用できる。この波長変換板は、Ｔｂ添加の蛍光ガラス（Ｂ2Ｏ3・ＣａＯ・ＳｉＯ2・Ｌａ2Ｏ3・Ｔｂ3+）から構成されており、光の波長４００ｎｍ以下の紫外線領域で光を吸収し、５４５ｎｍの波長で蛍光を示す。
また、これ以外に、波長変換光学板としては、例えばアクリル（ＰＭＭＡ）からなる透明な樹脂中に、例えばＬｕｍｏｇｅｎ（商品名：ＢＡＳＦ社製）からなる有機蛍光物資（有機蛍光色素）が混入されたものなどを利用できる。
前記封止材層５は、赤外線回折格子９と第１の太陽電池１１と中央の第２の太陽電池１３ａとを封止する透明な部材であり、例えば、エチレン−酢酸ビニル重合体又はシリコーン樹脂から構成されている。
詳しくは、封止材層５は、上側封止材層５ａ、中央封止材層５ｂ、下側封止材層５ｃの３層からなり、上側封止材層５ａと中央封止材層５ｂとの間に、赤外線回折格子９が配置され、中央封止材層５ｂと下側封止材層５ｃとの間に、第１の太陽電池１１及び中央の第２の太陽電池１３ａが配置されている。
前記バックシート７は、積層される部材を支える基材であり、例えばＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）のフッ素樹脂、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）にフッ素化合物をコーティングしたものなどを採用できる。
前記左右一対の第１の太陽電池１１は、中央の第２の太陽電池１３ａを挟んで、板厚方向と垂直の同一平面に配置された平面形状が長方形の部材であり、例えばバンドギャップ１．１ｅＶのＳｉ単結晶太陽電池（Ｓｉ太陽電池）である。
ここでは、一対の第１の太陽電池１１は、中央の第２の太陽電池１３ａを挟んで、左右方向に所定の間隔を介して、左右対称に配置されている。
この第１の太陽電池１１は、図３に示す様な分光特性（各波長の光に対する光の強度：分校放射照度）を有している。即ち、第１の太陽電池１１は、波長が０．４〜１．１μｍの光に対して感度を有し、その波長の光を受光して発電することができる。
この第１の太陽電池１１は、図３に示す様な分光特性（各波長の光に対する光の強度：分校放射照度）を有している。即ち、第１の太陽電池１１は、波長が０．４〜１．１μｍの光に対して感度を有し、その波長の光を受光して発電することができる。
なお、この一対の太陽電池１１及び中央の第２の太陽電池１３ａは、赤外線回折格子９に平行に配置されている。
図２に戻り、前記第２の太陽電池１３は、第１の太陽電池１１より赤外線の感度の高い太陽電池、即ち、赤外線により（第１の太陽電池１１より）効率良く発電することができる太陽電池である。
図２に戻り、前記第２の太陽電池１３は、第１の太陽電池１１より赤外線の感度の高い太陽電池、即ち、赤外線により（第１の太陽電池１１より）効率良く発電することができる太陽電池である。
この第２の太陽電池１３としては、波長１μｍ〜２μｍの光にて発電ができ、特に波長１〜１．６μｍの赤外線に感度の高い太陽電池が挙げられる。例えばＧｅを主成分とするＧｅ太陽電池、例えばｐ型Ｇｅ（Ｂドープ）基板に、ｎ型Ｇｅ（Ｐドープ）を拡散形成したものが挙げられる。
本実施例では、第２の太陽電池１３は、３箇所に分かれて配置されている。
具体的には、中央の第２の太陽電池１３ａは、短冊状であり、左右の第１の太陽電池１１に挟まれるとともに、この両第１の太陽電池１１と同一の平面に配置されている。
具体的には、中央の第２の太陽電池１３ａは、短冊状であり、左右の第１の太陽電池１１に挟まれるとともに、この両第１の太陽電池１１と同一の平面に配置されている。
一方、側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃは、波長変換板３と封止材層５との積層体６の側方（同図左右方向）に、前記積層体６からの反射光を受光できるように、板厚方向と平行に積層体６の端面を覆うように配置されている。
特に、本実施例では、一対の第１の太陽電池１１と中央の第２の太陽電池１３ａとの受光側に、若干の空間を介して、波長１．１〜２．０μｍの赤外線を所定方向に回折させるシート状の赤外線回折格子（ホログラム）９を備えている。この赤外線回折格子９は、赤外線以外の光、即ち波長４００〜１１００ｎｍの可視光（含む近赤外）及び波長３００〜４００ｎｍの紫外線はそのまま透過させる透光性を有している。
前記赤外線回折格子９は、同図の左側から、第１赤外線回折格子９ａ及びそれに隣接する第２赤外線回折格子９ｂと、第３赤外線回折格子９ｃ及びそれに隣接する第４赤外線回折格子９ｄとからなり、それらは同一平面に配置されている。
このうち、第１、第２の赤外線回折格子９ａ、９ｂは、（第１の赤外線回折格子９ａが無い場合に比べて）左側の第１の太陽電池１１ａに対する赤外線の入射角が大きくなるように赤外線を回折させるものである。この第１、第２の赤外線回折格子９ａ、９ｂは、左側の第１の太陽電池１１ａへの投影領域が、当該左側の第１の太陽電池１１ａの範囲に含まれるように、第１の太陽電池１１ａの真上（受光側）に配置されている。
同様に、第３、第４の赤外線回折格子９ｃ、９ｄは、右側の第１の太陽電池１１ｂに対する赤外線の入射角が大きくなるように赤外線を回折させるものである。この第３、第４の赤外線回折格子９ｃ、９ｄは、右側の第１の太陽電池１１ｂへの投影領域が、当該右側の第１の太陽電池１１ｂの範囲に含まれるように、第１の太陽電池１１ｂの真上（受光側）に配置されている。
なお、第１、第２赤外線回折格子９ａ、９ｂと第３、第４赤外線回折格子９ｃ、９ｄとの間には、中央の第２の太陽電池１３ａの幅に対応する間隔が設けられている。
従って、中央の第２の太陽電池１３ａは、赤外線回折格子９の真下（同図下方）ではなく、赤外線回折格子９の回折側（詳しくは左右方向の斜め下方）に配置されていることになり、同様に、側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃも、赤外線回折格子９の真下（同図下方）ではなく、赤外線回折格子９の回折側（詳しくは左右方向）に配置されていることになる。
従って、中央の第２の太陽電池１３ａは、赤外線回折格子９の真下（同図下方）ではなく、赤外線回折格子９の回折側（詳しくは左右方向の斜め下方）に配置されていることになり、同様に、側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃも、赤外線回折格子９の真下（同図下方）ではなく、赤外線回折格子９の回折側（詳しくは左右方向）に配置されていることになる。
ｂ）以下、この赤外線回折格子９の特性について、更に詳しく説明する。
例えば太陽電池モジュール１の上方（同図上方）より太陽光が入射した場合を考えると、第１の赤外線回折格子９ａは、同図の右側にゆくほど（即ち左側の第１の太陽電池１１ａの中心に近いほど）回折角が大きくなるように構成されている。
例えば太陽電池モジュール１の上方（同図上方）より太陽光が入射した場合を考えると、第１の赤外線回折格子９ａは、同図の右側にゆくほど（即ち左側の第１の太陽電池１１ａの中心に近いほど）回折角が大きくなるように構成されている。
つまり、第１の赤外線回折格子９ａにて回折した赤外線が、同図下方の第１の太陽電池１１ａに入射しにくく、且つ、側方（同図左側）の第２の太陽電池１３ｂに入射し易いように設定されている。
なお、赤外線の回折角が大きくなるほど、第１の太陽電池１１ａへの入射角が大きくなり、赤外光が第１の太陽電池１１ａ内に入射しにくくなる。
具体的には、下記の回折の式（１）に示す様に、回折格子周期ｄと回折角β等の関係があるので、この式（１）に基づいて、「同図の右側にゆくほど回折角が大きくなる」ように、回折角を設定する。
ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍλ ・・・（１）
ここで、ｄ：開口の間隔（回折格子周期）
α：入射角（入射光と回折格子法線とのなす角）
β：回折角（回折光と回折格子法線とのなす角）
ｍ：回折次数（０、±１、±２・・）
λ：波長
例えば、垂直入射（α＝０）で、回折次数ｍを１とすると、βｓｉｎ-1（λ／ｄ）となるので、例えば波長λを１．５μｍ、回折格子間隔ｄを２μｍとすると、回折角βは４９度となる。また、回折格子間隔ｄを３μｍとすると、回折角βは３０度となる。
具体的には、下記の回折の式（１）に示す様に、回折格子周期ｄと回折角β等の関係があるので、この式（１）に基づいて、「同図の右側にゆくほど回折角が大きくなる」ように、回折角を設定する。
ｄ（ｓｉｎα＋ｓｉｎβ）＝ｍλ ・・・（１）
ここで、ｄ：開口の間隔（回折格子周期）
α：入射角（入射光と回折格子法線とのなす角）
β：回折角（回折光と回折格子法線とのなす角）
ｍ：回折次数（０、±１、±２・・）
λ：波長
例えば、垂直入射（α＝０）で、回折次数ｍを１とすると、βｓｉｎ-1（λ／ｄ）となるので、例えば波長λを１．５μｍ、回折格子間隔ｄを２μｍとすると、回折角βは４９度となる。また、回折格子間隔ｄを３μｍとすると、回折角βは３０度となる。
例えば、図４に密度分布ホログラムを示す様に、赤外線回折格子９の回折格子周期が設定されている。この図４は、第１の赤外線回折格子９ａについて、図２の左右方向における回折格子周期の変化を示しており、右側の波が密となっている部分では、回折格子周期が小さく（よって回折角が大きく）、左側の波が粗となって部分では、回折格子周期が大きく（よって回折角が小さく）なっている。
図２に戻り、同様に、第２の赤外線回折格子９ｂにて回折した赤外線が、同図下方の第１の太陽電池１１ａに入射しにくく、且つ、中央の第２の太陽電池１３ｂに入射し易いように設定されている。つまり、第２の赤外線回折格子９ｂは、同図の左側にゆくほど（即ち左側の第１の太陽電池１１ａの中心に近いほど）回折角が大きくなるように構成されている。
また、同様に、第３の赤外線回折格子９ｃにて回折した赤外線が、同図下方の第１の太陽電池１１ｂに入射しにくく、且つ、中央の第２の太陽電池１３ｂに入射し易いように設定されている。つまり、第３の赤外線回折格子９ｃは、同図の右側にゆくほど（即ち右側の第１の太陽電池１１ｂの中心に近いほど）回折角が大きくなるように構成されている。
更に、同様に、第４の赤外線回折格子９ｄにて回折した赤外線が、同図下方の第１の太陽電池１１ｂに入射しにくく、且つ、同図右側の第２の太陽電池１３ｃに入射し易いように設定されている。つまり、第４の赤外線回折格子９ｃは、同図の左側にゆくほど（即ち右側の第１の太陽電池１１ｂの中心に近いほど）回折角が大きくなるように構成されている。
なお、３枚の第１の太陽電池１１と３枚の太陽電池１３とは、それぞれ太陽電池１１、１３が順次接続されるようにして、直列に電気的に接続されている。
ｃ）次に、本実施例の太陽電池モジュール１の製造方法について簡単に説明する。
ｃ）次に、本実施例の太陽電池モジュール１の製造方法について簡単に説明する。
本実施例の太陽電池モジュール１を製造する場合には、下側より、バックシート７、下側封止材層５ｃ、一対の第１の太陽電池１１及び中央の第２の太陽電池１３ａ、中央封止材層５ｂ、赤外線回折格子９、上側封止材層５ａ、波長変換板３の順番で、各部材を積層するとともに、その積層した部材の側方に、側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃを配置する。
その後、それらを一体の保持した状態で、高温プレスを行い、熱硬化封止を行って一体化する。
その後、前記積層体６の側方の一対の端面（即ち側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃが形成されていない側の端面）に、Ａｌシート貼り付けたり、スパッタリングなどによってＡｌ反射膜１５を形成し、太陽電池モジュール１を完成する。
その後、前記積層体６の側方の一対の端面（即ち側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃが形成されていない側の端面）に、Ａｌシート貼り付けたり、スパッタリングなどによってＡｌ反射膜１５を形成し、太陽電池モジュール１を完成する。
ｄ）次に、本実施例の太陽電池モジュール１による光の経路について説明する。
本実施例の太陽電池モジュール１では、前記図２の上方から波長変換板３に太陽光が入射すると、その波長変換板３に入射した光（太陽光）のうち、波長４００〜１１００ｎｍの光（可視光）は、波長変換されず、そのまま又は赤外線回折格子９を透過して、第１の太陽電池１１及び中央の第２の太陽電池１３ａに入射する。
本実施例の太陽電池モジュール１では、前記図２の上方から波長変換板３に太陽光が入射すると、その波長変換板３に入射した光（太陽光）のうち、波長４００〜１１００ｎｍの光（可視光）は、波長変換されず、そのまま又は赤外線回折格子９を透過して、第１の太陽電池１１及び中央の第２の太陽電池１３ａに入射する。
また、波長変換板３に入射した光のうち、波長４００ｎｍ未満の光（紫外線）は、波長５４５ｎｍの光に変換される。そして、波長変換された光は第１の太陽電池１１及び中央の第２の太陽電池１３ａに入射する。
更に、第２、第３の赤外線回折格子９ｂ、９ｃに入射した波長１１００〜２０００ｎｍの赤外線は、第２、第３の赤外線回折格子９ｂ、９ｃにて、中央の第２の太陽電池１３ａ側などに回折され、第１の太陽電池１１の表面や波長変換板２の内側面等で反射を繰り返して集光され、主として中央の第２の太陽電池１３ａに入射する。
同様に、第１、第４の赤外線回折格子９ａ、９ｄに入射した波長１１００〜２０００ｎｍの赤外線は、第１、第４の赤外線回折格子９ａ、９ｄにて、それぞれ側方（近い方）の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃ側などに回折され、第１の太陽電池１１の表面や波長変換板２の内側面等で反射を繰り返して集光され、主としてそれぞれ側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃに入射する。
従って、第１の太陽電池１１では、主として、そのまま入射した可視光と紫外線が波長変換された可視光とによって発電が行われ、中央の第２の太陽電池１３ａでは、主として、そのまま入射した可視光と回折されて集光された赤外線によって発電が行われ、側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃでは、主として、回折されて集光された赤外線によって発電が行われる。
ｅ）次に、本実施例の太陽電池モジュール１の効果について説明する。
本実施例では、光（太陽光）が第１の太陽電池１１に入射する経路に、（赤外線回折格子９を配置しない場合に比べて）第１の太陽電池１１に入射する赤外線の入射角が大きくなるように、赤外線回折格子９を配置したので、第１の太陽電池１１の温度上昇を抑制することができる。これにより、特別な冷却システムを用いることなく、従来より簡易な構成で、高い発電効率を実現することができる。
本実施例では、光（太陽光）が第１の太陽電池１１に入射する経路に、（赤外線回折格子９を配置しない場合に比べて）第１の太陽電池１１に入射する赤外線の入射角が大きくなるように、赤外線回折格子９を配置したので、第１の太陽電池１１の温度上昇を抑制することができる。これにより、特別な冷却システムを用いることなく、従来より簡易な構成で、高い発電効率を実現することができる。
また、本実施例では、第１の太陽電池１１より赤外線の感度の高い第２の太陽電池１３を、赤外線回折格子９による赤外線の回折側に配置したので、第２の太陽電池１３には、多くの赤外線が入射する。
この第２の太陽電池１３は、赤外線の感度が高い太陽電池であるので、この第２の太陽電池１３に多くの赤外線が入射することにより、極めて効率よく発電ができるという顕著な効果を奏する。
また、一般的に、赤外線に感度の高い太陽電池は高価であるが、本実施例では、赤外線回折格子９によって回折した赤外線が向く側に第２の太陽電池１３を配置することにより、効率良く赤外線を集光することができるので、第２の太陽電池１３の使用量を抑制でき、これにより、低コストを実現できる。
つまり、本実施例では、平板状な太陽電池モジュール１の平面方向における端面に、側方の第２の太陽電池１３ｂ、１３ｃが配置されているので、高価な第２の太陽電池１３の使用量を最小限にできるとともに、高い発電効率にて発電することができる。
更に、本実施例では、赤外線の回折角を、第１の太陽電池１１の中央に近いほど大きくなるように設定することにより、第１の太陽電池１１に赤外線が入射しにくくなるので、第１の太陽電池１１の温度上昇を効果的に抑制できる。また、これにより、赤外線が第２の太陽電池１３に入射し易くなるので、第２の太陽電池１３の発電効率が向上するという利点がある。
その上、本実施例では、第１の太陽電池１１の受光側に、紫外線を第１の太陽電池１１の感度の高い可視光に変換する波長変換部材３を備えているので、第１の太陽電池１１では、効率よく発電することができる。
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）図５に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール２１は、前記実施例１と同様に、下側から、バックシート２３と、下側封止材層２５ｃと、一対の第１の太陽電池２７ａ、２７ｂ（２７と総称する）及び中央の第２の太陽電池２９ａと、中央封止材層２５ｂと、４枚の赤外線回折格子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ（３１と総称する）と、上側封止材層２５ａとを備えている。
ａ）図５に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール２１は、前記実施例１と同様に、下側から、バックシート２３と、下側封止材層２５ｃと、一対の第１の太陽電池２７ａ、２７ｂ（２７と総称する）及び中央の第２の太陽電池２９ａと、中央封止材層２５ｂと、４枚の赤外線回折格子３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ（３１と総称する）と、上側封止材層２５ａとを備えている。
なお、下側封止材層２５ｃと中央封止材層２５ｂと上側封止材層２５ａとからなる封止材層２５の平面方向における左右の側面に、一対の側方の第２の太陽電池２９ｂ、２９ｃが配置されている。
特に、本実施例では、封止材層２５の受光側（同図上側）には、透明なガラスからなる保護板３３が配置されるとともに、保護板３３の内側面（受光側と反対側：同図下側）には、紫外線を可視光に変換する波長変更層３５が形成されている。
なお、この波長変換層３５は、波長変換材料を塗布したフィルムから構成されている。
また、本実施例では、保護板３３の平面方向における両側面（同図左右）は、例えば内側に４５度傾くように斜めに形成されて、保護板３３は台形となっており、この斜面３３ａ、３３ｂには、Ａｌ反射膜３７ａ、３７ｂ（３７と総称する）が形成されている。
また、本実施例では、保護板３３の平面方向における両側面（同図左右）は、例えば内側に４５度傾くように斜めに形成されて、保護板３３は台形となっており、この斜面３３ａ、３３ｂには、Ａｌ反射膜３７ａ、３７ｂ（３７と総称する）が形成されている。
ｂ）本実施例では、保護板３３に入射した可視光は、波長変換層３５、封止材層２５、赤外線回折格子３１を透過して、第１の太陽電池２７に入射する。
また、紫外線は、波長変換層３５で可視光に波長変換され、その可視光は、そのまま、封止材層２５、赤外線回折格子３１を透過して、第１の太陽電池２７に入射したり、保護板３３の内側面やＡｌ反射膜３７等で反射して、封止材層２５等を透過して、第１の太陽電池２７に入射する。
また、紫外線は、波長変換層３５で可視光に波長変換され、その可視光は、そのまま、封止材層２５、赤外線回折格子３１を透過して、第１の太陽電池２７に入射したり、保護板３３の内側面やＡｌ反射膜３７等で反射して、封止材層２５等を透過して、第１の太陽電池２７に入射する。
更に、赤外線は、第２、第３の赤外線回折格子３１ｂ、３１によって、所定の回折角にて側方（同図左右方向）に回折され、第１の太陽電池２７の表面や保護板３３の内側面等で反射を繰り返して集光され、中央の第２の太陽電池２９ａや側方の第２の太陽電池２７ｂ、２７ｃに入射する。
従って、本実施例では、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、保護板３３の側面が傾斜しているので、太陽電池モジュール２１に入射した光は、斜面３３ａ、３３ｂに形成されたＡｌ反射膜３７ａ、３７ｂにて、第１の太陽電池２７ａ、２７ｂ側などに反射し、よって、発電効率が高いという利点がある。
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
ａ）図６に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール４１は、前記実施例１と同様に、その受光側（同図上側）から、波長変換板４３と、上側封止材層４５ａ及び中央封止材層４５ｂ及び下側封止材層４５ｃからなる封止材層４５と、バックシート４７とを備えている。
ａ）図６に示す様に、本実施例の太陽電池モジュール４１は、前記実施例１と同様に、その受光側（同図上側）から、波長変換板４３と、上側封止材層４５ａ及び中央封止材層４５ｂ及び下側封止材層４５ｃからなる封止材層４５と、バックシート４７とを備えている。
また、前記封止材層２５には、中央封止材層２５ｂと下側封止材層２５ｃとの間に、４枚の赤外線回折格子４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ（４９と総称する）が同一平面上に配置され、上側封止材層２５ａと中央封止材層２５ｂとの間に、一対の第１の太陽電池５１ａ、５１ｂ（５１と総称する）と３枚の第２の太陽電池５３ａ、５３ｂ、５３ｃ（５３と総称する）とが配置されている。
詳しくは、一対の第１の太陽電池５１の中央側のそれぞれの端部に重なるように（同図下側に）、中央の第２の太陽電池５３ａが配置され、また、一対の第１の太陽電池５１の外側のそれぞれの端部に重なるように（同図下側に）、側方の第２の太陽電池５３ｂ、５３ｃが配置されている。
なお、第１の太陽電池５１は、板厚方向の両側から可視光を受光して発電ができる両面受光太陽電池である。
ｂ）本実施例では、波長変換板４３に入射した可視光は、波長変換板４３、封止材層４５を透過して、（同図上側より）第１の太陽電池５１に入射する。なお、太陽電池モジュール４１内で反射した可視光は、（同図下側からも）第１の太陽電池５１に入射する。
ｂ）本実施例では、波長変換板４３に入射した可視光は、波長変換板４３、封止材層４５を透過して、（同図上側より）第１の太陽電池５１に入射する。なお、太陽電池モジュール４１内で反射した可視光は、（同図下側からも）第１の太陽電池５１に入射する。
また、紫外線は、波長変換板４３で可視光に波長変換され、その可視光は、そのまま、封止材層４５を透過して、第１の太陽電池５１に入射する。
更に、赤外線は、波長変換板４３、封止材層４５、第１の太陽電池５１を透過し、第２、第３の赤外線回折格子４９ｂ、４９ｃによって、所定の回折角にて側方（同図左右方向）に回折され、バックシート４７で反射し集光され、中央の第２の太陽電池５３ａや側方の第２の太陽電池５３ｂ、５３ｃに入射する。
更に、赤外線は、波長変換板４３、封止材層４５、第１の太陽電池５１を透過し、第２、第３の赤外線回折格子４９ｂ、４９ｃによって、所定の回折角にて側方（同図左右方向）に回折され、バックシート４７で反射し集光され、中央の第２の太陽電池５３ａや側方の第２の太陽電池５３ｂ、５３ｃに入射する。
従って、本実施例では、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、第１の太陽電池５１は両面受光太陽電池であるので、周囲の光を効率よく利用して発電を行うことができ
なお、以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の具体的な実施例に限定されず、本発明の範囲内でこの他にも種々の形態で実施することができる。
なお、以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は上記の具体的な実施例に限定されず、本発明の範囲内でこの他にも種々の形態で実施することができる。
（１）例えば太陽光以外の光も利用可能である。
（２）波長変換板や波長変換層としては、周知の各種の材料を使用できる。
（２）波長変換板や波長変換層としては、周知の各種の材料を使用できる。
１、２１、４１…太陽電池モジュール
３、４３…波長変換板
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ…封止材層
７、２３、４７…バックシート
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、４９、４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ…赤外線回折格子
１１、１１ａ、１１ｂ、２７、２７ａ、２７ｂ、５１、５１ａ、５１ｂ…第１の太陽電池
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、２９、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、５３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ…第２の太陽電池
３３…保護板
３５…波長変換層
３、４３…波長変換板
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、２５、２５ａ、２５ｂ、２５ｃ、４５、４５ａ、４５ｂ、４５ｃ…封止材層
７、２３、４７…バックシート
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、３１、３１ａ、３１ｂ、３１ｃ、３１ｄ、４９、４９ａ、４９ｂ、４９ｃ、４９ｄ…赤外線回折格子
１１、１１ａ、１１ｂ、２７、２７ａ、２７ｂ、５１、５１ａ、５１ｂ…第１の太陽電池
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、２９、２９ａ、２９ｂ、２９ｃ、５３、５３ａ、５３ｂ、５３ｃ…第２の太陽電池
３３…保護板
３５…波長変換層
Claims (8)
- 赤外線を含む光を受光して発電する第１の太陽電池を備えた太陽電池モジュールにおいて、
前記光が前記第１の太陽電池に入射する経路に、前記赤外線を回折する赤外線回折格子を配置するとともに、
該赤外線回折格子を配置しない場合に比べて前記第１の太陽電池に入射する赤外線の入射角が大きくなるように、該赤外線回折格子を配置したことを特徴とする太陽電池モジュール。 - 前記第１の太陽電池に加え、該第１の太陽電池より赤外線の感度の高い第２の太陽電池を備え、
前記赤外線回折格子による赤外線の回折側に、前記第２の太陽電池を配置したことを特徴とする請求項１に記載の太陽電池モジュール。 - 前記太陽電池モジュールは平板状であり、該太陽電池モジュールの平面方向における端面に、前記第２の太陽電池を備えたことを特徴とする請求項２に記載の太陽電池モジュール。
- 前記赤外線回折格子による赤外線の回折角を、該赤外線が入射する赤外線回折格子の表面における位置によって異なるように設定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モジュール。
- 前記第１の太陽電池は平板状であり、前記赤外線回折格子による赤外線の回折角を、前記第１の太陽電池の平面方向における中央に近いほど大きくなるように設定したことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第１の太陽電池は平板状であり、その板厚方向の両側から光を受光して発電が可能な両面受光太陽電池であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第１の太陽電池の受光側に、光の波長を前記第１の太陽電池による発電が可能な又は一層効率よく発電が可能な波長に変換する波長変換部材を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
- 前記第１の太陽電池の受光側に、透光性を有する保護板と充填材とを備えるとともに、該保護板と充填材との間に、光の波長を前記第１の太陽電池による発電が可能な又は一層効率よく発電が可能な波長に変換する波長変換層を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の太陽電池モジュール。
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