JP2013069726A - 波長変換部材およびそれを用いた太陽光発電モジュール - Google Patents
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Abstract
【解決手段】波長変換層1と波長変換層1を被覆したバリア層2を設けた波長変換部材であって、波長変換層1が蛍光発光材料を含有し、バリア層2がポリシラザン含有液の塗布膜に改質処理を施した層である。
【選択図】図1
Description
1、波長変換層と前記波長変換層を被覆したバリア層を設けた波長変換部材であって、前記波長変換層が蛍光発光材料を含有し、前記バリア層がポリシラザン含有液の塗布膜に改質処理を施した層であることを特徴とする波長変換部材。
2、前記改質処理が波長200nm以下の真空紫外光を照射する改質処理であることを特徴とする前記1に記載の波長変換部材。
3、前記ポリシラザン含有液の塗布膜の改質処理を施した層が複数の層からなることを特徴とした前記1または2に記載の波長変換部材。
4、前記蛍光発光材料を含有する波長変換層が異なる蛍光発光材料からなる複数層で構成されていることを特徴とする前記1〜3のいずれか1項に記載の波長変換部材。
5、前記1〜4のいずれか1項に記載の波長変換部材を用いた太陽光発電モジュール。
本願発明における波長変換部材とは、蛍光発光材料を含む波長変換層とポリシラザン含有液の塗布膜に改質処理を施したバリア層で前記波長変換層を被覆した部材である。
本願発明における波長変換層は、蛍光発光材料を含有していれば特に制限はないが、例えば、蛍光発光材料とバインダーで構成される。蛍光発光材料のみで構成されていても構わない。
本願発明における蛍光発光材料は、太陽光発電モジュールの発電効率を高くできるように、感度特性に合わせて発光する材料であれば特に限定されず、例えば無機酸化物蛍光発光体、量子ドット蛍光発光体、有機蛍光発光色素、有機蛍光発光錯体、高分子蛍光発光体等が挙げられ、これらを単独で使用してもよく、また、2種以上併用してもよい。特に、波長特性を制御しやすい無機酸化物蛍光発光体、有機蛍光発光色素、有機蛍光発光錯体であることが好ましく、平板状無機蛍光発光体が上下方向への発光が多いためより好ましい。
本願発明における無機酸化物蛍光発光体は、酸化物系の母結晶中に賦活剤として発光イオンを含有したものを表す。無機酸化物蛍光発光体の材料としては、光を吸収して蛍光を発する材料であれば、特に限定はされないが、例えば、母結晶となる酸化物としては、Mg、K、Ca、Sr、Y、Ba、Zn、Ga、In、Al、La、Gd、V、B、P、Siの酸化物やこれらの複合酸化物をあげることができる。
[青色発光蛍光体化合物]
Sr4Al14O25:Eu2+
BaMgAl10O17:Eu2+
Ca2B5O9Cl:Eu2+
[緑色発光蛍光体化合物]
Y2SiO5:Ce3+,Tb3+
Ba2SiO4:Eu2+
Gd2O2S:Tb
La2O2S:Tb
Y3Al3O12:Ce3+
Sr3Y2Ge3O12:Ce3+
YVO4:Bi3+
[赤色発光蛍光体化合物]
Y2O2S:Eu3+
Y2O2S:Eu3+,Bi3+
La2O2S:Eu3+
YVO4:Eu3+
YVO4:Eu3+,Bi3+
Y2O3:Eu3+
Y2O3:Eu3+、Bi3+
La2O3:Eu3+
Y2SiO5:Eu3+
Ba3MgSi2O8:Ce、Mn
Ba2SrMgSi2O8:Ce,Mn。
本願発明における無機酸化物蛍光発光体の製法としては、従来公知の固相法、液相法、噴霧熱分解法、水熱合成法等、種々の製法を適用することができるが、特に、無機酸化物蛍光発光体の粒径のそろった小さい粒子を得るには液相法、噴霧熱分解法、水熱合成法を適用することが好ましく、液相法の中でも反応晶析法により合成する方法が最も好ましい。
本願発明における有機蛍光発光色素は、特に限定されないが、例えば、アリールアミン誘導体、アントラセン誘導体(フェニルアントラセン誘導体)、ペンタセン誘導体、アゾール誘導体(オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾアザトリアゾール誘導体)、チオフェン誘導体(オリゴチオフェン誘導体)、カルバゾール誘導体、ジエン系(シクロペンタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体)、スチリル誘導体、(ジスチリルベンゼン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ジスチリルアリーレン誘導体、スチルベン誘導体)、シロール誘導体、スピロ化合物、トリフェニルアミン誘導体、トリフマニルアミン誘導体、ピラゾロキノリン誘導体、ヒドラゾン誘導体、ピラゾール誘導体(ピラゾリン誘導体)、ピリジン環化合物、ピロール誘導体(ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体)、フルオレン誘導体、フェナントロリン誘導体、ピレン誘導体(フェナントレン誘導体)、ペリノン誘導体、ペリレン誘導体、フェニレン化合物、ローダミン類、クマリン誘導体、ナフタルイミド誘導体、ベンゾオキサジノン誘導体、キナゾリノン誘導体、キノフタロン誘導体、ルブレン誘導体、キナクリドン誘導体、シアニン系化合物を1種類以上含む有機蛍光発光色素が挙げられる。
本願発明における有機蛍光発光錯体は、配位結合や水素結合によって、一種以上の発光中心に、配位子が配位して形成された分子性化合物を指す。特に限定はされないが、錯体の発光中心には、例えば、遷移金属元素、典型元素、非典型元素等が用いられる。配位子には、蛍光発光する構造体を用いても良い。これらの錯体は、発光中心を1分子以上含んでもよく、種類も一種類以上含んでも良い。典型元素ではBeが、非典型元素ではBが、遷移金属元素ではAl、Fe、Cu、Zn、Ru、Ir、Pt、Au、Re、Os等が含まれている錯体は、配位子を交換することで所望の発光特性を持たせることができ、比較的安価に入手することができるため好ましい。更に、遷移金属元素中の希土類であるGd、Yb、Y、Eu、Tb、Yb、Nd、Er、Sm、Dy、Ce等の何れかが含まれている錯体は、励起光と放出光との重なりが小さく、配位子に強く依存しない半値幅の狭い発光を持つため好ましい。特に、Eu錯体は量子収率も高くより好ましい。中でも特に、Eu(TTA)3phen(販売元:東京化成工業株式会社)は、量子収率も高く、励起光と放出光と波長の差が非常に大きく重なりが無く、励起光の帯域が広いため好ましい。
本願発明における量子ドット蛍光発光体は、原子が数百個から数千個集まったナノスケールの塊で、3次元全ての方向から電子を閉じ込めた構造を有したものを指す。量子ドット蛍光発光体は、粒径を変更することで任意の吸収・励起・放出光特性を付与することができ、且つ粒径が小さく入射光を散乱させないため好ましい。種類は特に限定されないが、例えば、Cd、Se、Te、Pb等の何れかの組み合わせからなるコア層と、Zn、S等からなるシェル層からなるコアシェル構造体や、Cd、Se、Te、Pb、Zn、S等の何れかの組み合わせからなる構造体が用いることができる。量子ドット蛍光発光体の例としては、CdSe/ZnSコアシェルエヴィドット、PbSコアエヴィドット(販売元:オーシャンフォトニクス株式会社)、Qdot ナノクリスタル(販売元:ライフテクノロジーズジャパン株式会社)等が挙げられる。
本願発明における高分子蛍光発光体は、分子内の主鎖あるいは側鎖に、上述の有機蛍光色素や有機蛍光錯体を導入されたものや、2量体、3量体やそれ以上に連なった重合体やデンドリマー等が用いられ、各々が任意に導入された共重合体でもよい。例えば、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリシラン誘導体、ポリアセチレン誘導体、ポリフルオレノン誘導体、ポリキノキサリン誘導体、ポリチオフェン誘導体及びそれらの共重合体等が挙げられる。
本願発明の波長変換層に用いられるバインダーとしては、波長変換層に用いられる発光蛍光材料との親和性が良ければ、特に限定されない。有機バインダー、無機バインダー、有機無機ハイブリッドバインダーなどいずれも利用可能だが、太陽光発電モジュールに用いられる場合には、耐候性の観点から無機系のバインダーであることが好ましい。無機系のバインダーの具体例としては、サポナイト、ヘクトライト、モンモリロナイトなどのスメクタイト群、バーミキュライト群、カオリナイト、ハロイサイトなどのカオリナイト−蛇紋石群、セピオライトなどの天然粘土鉱物の他、コロイダルシリカ、コロイダルアルミおよびこれらの変性物や合成無機高分子化合物などが挙げられる。
本願発明の波長変換部材に用いられる基材は透明基材である。透明基材としては、高い光透過性を有していればそれ以外に特に制限はない。例えば、軽量性と柔軟性の観点から透明樹脂フィルムや薄膜ガラスを用いることが好ましい。
本願発明におけるバリア層は、ポリシラザン含有液を塗布し、塗布膜を形成した後、熱や紫外線照射等で改質処理を施した層のことである。なかでも後ほど述べる高屈折率化による光閉じ込め効果が高くなることから真空紫外光で改質処理する方法がより好ましい。
アンカーコート層に用いられるアンカーコート剤としては、ポリエステル樹脂、イソシアネート樹脂、ウレタン樹脂、アクリル樹脂、エチレンビニルアルコール樹脂、ビニル変性樹脂、エポキシ樹脂、変性スチレン樹脂、変性シリコン樹脂、及びアルキルチタネート等を一又は二種以上併せて使用することができる。
本発明に用いられる平滑層は突起等が存在する透明樹脂フィルム支持体の粗面を平坦化し、あるいは、透明樹脂フィルム支持体に存在する突起により透明無機化合物層に生じた凹凸やピンホールを埋めて平坦化するために設けられる。このような平滑層は、基本的には感光性材料、または、熱硬化性材料を硬化させて作製される。
本発明に係る上層のバリア層または単層のバリア層は、前記した波長変換層の上かまたは下記する下層バリア層の上にポリシラザン化合物を含有する塗布液を積層塗布することにより形成される。 塗布方法としては、任意の適切な方法が採用され得る。
本発明で用いられる「ポリシラザン化合物」とは、珪素−窒素結合を持つポリマーで、Si−N、Si−H、N−H等からなるSiO2、Si3N4および両方の中間固溶体SiOxNy等のセラミック前駆体無機ポリマーである。
イドロジェンポリシロキサンが好ましい。メチル・ハイドロジェンポリシロキサンとしては、モメンティブ社製のTSF484を挙げることができる。
本願発明におけるポリシラザン含有塗布膜の改質方法としては、熱または紫外線照射による改質方法等が好ましい。特に、バリア層表面によりNの多いSi層を形成することができ、表面高屈折率になることから波長が200nm以下の真空紫外線を照射する方法がより好ましい。
本発明において、好ましい方法として、真空紫外線照射による改質処理が挙げられる。真空紫外線照射による処理は、化合物内の原子間結合力より大きい100〜200nmの光エネルギーを用い、原子の結合を光量子プロセスと呼ばれる光子のみによる作用により、直接切断しながら活性酸素やオゾンによる酸化反応を進行させることで、比較的低温で、膜の形成を行う方法である。なかでもエキシマ光が特に好ましい。
照射強度が高ければ、光子とポリシラザン内の化学結合が衝突する確率が増え、改質反応を短時間化することができる。また、内部まで侵入する光子の数も増加するため改質膜厚も増加および/または膜質の良化(高密度化)が可能である。但し、照射時間を長くしすぎると平面性の劣化やバリア性フィルムの他の材料にダメージを与える場合がある。一般的には、照射強度と照射時間の積で表される積算光量で反応進行具合を考えるが、酸化珪素の様に組成は同一でも、様々な構造形態をとる材料に於いては、照射強度の絶対値が重要になる場合もある。
照射時間は、任意に設定可能であるが、基板ダメージや膜欠陥生成の観点およびガスバリア性能のバラつき低減の観点から高照度工程での照射時間は0.1秒〜3分間が好ましい。より好ましくは0.5秒〜1分である。
本発明における、真空紫外光照射時の酸素濃度は10ppm〜50000ppm(5%)とすることが好ましい。より好ましくは、1000ppm〜30000ppm(3%)である。前記の濃度範囲より酸素濃度が高いと、酸素過多のガスバリア膜となり、ガスバリア性が劣化する。また前記範囲より低い酸素濃度の場合、大気との置換時間が長くなり生産性を落とすのと同時に、ロール・トゥ・ロールの様な連続生産を行う場合はウエッブ搬送によって真空紫外光照射庫内に巻き込む空気量(酸素を含む)が多くなり、多大な流量のガスを流さないと酸素濃度を調整できなくなってくる。
下層のバリア層としては、物理蒸着法や化学蒸着法でも良いが、光閉じ込め効果が高いことから、前記上層のバリア層と同様にポリシラザン含有液を塗布した後に真空紫外光で処理する層であることがより好ましい。
本願発明におけるバリア層には、上記説明した各化合物の他に、必要に応じて、酸化防止剤、可塑剤、マット剤、重合禁止剤、蛍光剤、着色剤、活性剤、防汚剤等の添加剤を加えることができる。 《太陽光発電モジュール》
本発明で使用可能な太陽電池の種類は特に制限されることはなく、結晶シリコン太陽電池・アモルファスシリコン太陽電池等のシリコン系太陽電池、GaAs・CdS/CdTeやCIS、CIGSなどの化合物半導体系の太陽電池、色素増感太陽電池・有機薄膜太陽電池等の有機太陽電池等、すべての太陽電池に適用することができる。
シリコン系太陽電池は、シリコンを用いた太陽電池のことで、200μm〜300μmの薄いシリコンの単結晶基板を用いる単結晶型や粒径が数mm程度の多結晶シリコン基板を用いる多結晶型の結晶シリコン太陽電池や、アモルファス(非晶質)シリコンや結晶シリコンを化学気相成長(CVD)法などでガラス等の基板上に数μmの非常に薄い膜を形成する薄膜シリコン太陽電池がある。
CdS/CdTe太陽電池は、透明ガラス基板の一方の面にCdS膜およびCdTe膜がこの順に形成されており、CdTe膜には集電体膜と正電極となるAgIn膜が形成されており、CdS膜には負電極となるAgIn膜が形成されている。
CdS膜は、CdS粉とCdCl2粉とを重量比で4:1のプロピレングリコールと水の混合溶液に、重量比で100:12:30の割合で分散してなるCdSペーストを透明ガラス基板に印刷し、乾燥を行った後、690℃の窒素ガス気流下で約60分加熱し焼結処理を行って作成した。
CdTe膜は、CdとTeを水中で粉砕し、乾燥した粉とCdCl2粉をエチレングリコールモノフェニルエーテルに、重量比で100:0.5:30の割合で分散してなるCdTeペーストを透明ガラス基板上に形成したCdS膜上に印刷し、乾燥を行った後、620℃の窒素ガス気流下で約20分加熱し焼結処理を行って作製した。
本実施例では、CdS膜、CdTe膜、集電体膜およびAgIn膜で構成される基本セルを印刷パターニングでガラス基板に4個直列に接続したCdS/CdTe太陽電池を用いた。CdS膜の膜厚は8〜10μmであり、CdTe膜の膜厚は15〜20μmである。
以下、有機光電変換素子において好ましい構成として、それぞれの構成要素についてより詳細に説明する。 有機薄膜太陽電池に使われる有機物質は一般的に紫外線に弱く、通常は最外層に紫外線吸収剤を用いることが多く、紫外線領域の光を有効に利用できていない。そこで本発明における波長変換部材を用いると紫外線領域の光を有効活用できる。
基板は、順次積層された第1電極、好ましく用いられる第1の電荷輸送層、光電変換層、第2の電荷輸送層、及び第2電極を保持する部材である。本実施形態では、少なくとも第1電極または第2電極、更には両方の電極から光電変換される光が透過することが可能なように、光電変換すべき光の波長に対して透明な基板であることが望ましい。
第1電極は、陰極、陽極は特に限定せず、素子構成により選択することができる。光電変換層において光電変換される光を透過させることが可能な電極であることが好ましく、300〜800nmの光を透過する電極であることがより好ましい。材料としては、例えば、インジウムチンオキシド(ITO)、SnO2、ZnO等の透明導電性金属酸化物、金、銀、白金等の金属薄膜、金属ナノワイヤ、カーボンナノチューブ、導電性高分子を用いることができる。
対電極の第2電極は、金属(例えば、金、銀、銅、白金、ロジウム、ルテニウム、アルミニウム、マグネシウム、インジウム等)、炭素、あるいは第1電極の材料等を用いることができるが、これに限らない。
光電変換層は、光エネルギーを電気エネルギーに変換する層であって、p型半導体材料とn型半導体材料とを一様に混合したバルクヘテロジャンクション層を有して構成される。p型半導体材料は相対的に電子供与体(ドナー)として機能し、n型半導体材料は相対的に電子受容体(アクセプター)として機能する。ここで、電子供与体及び電子受容体は、“光を吸収した際に電子供与体から電子受容体に電子が移動し、正孔と電子のペア(電荷分離状態)を形成する電子供与体及び電子受容体”であり、電極のように単に電子を供与あるいは受容するものではなく、光反応によって、電子を供与あるいは受容するものである。
電荷輸送層としては、具体的には正孔輸送層、電子輸送層が挙げられる。
これらの層を構成する材料としては、例えば、正孔輸送層(電子ブロック層)としては、スタルクヴイテック製、商品名BaytronP等のPEDOT、ポリアニリン及びそのドープ材料、特開平5−271166号公報等に記載のトリアリールアミン系化合物、国際公開第06/19270号パンフレット等に記載のシアン化合物、また酸化モリブデン、酸化ニッケル、酸化タングステン等の金属酸化物等を用いることができる。
また、電子輸送層(正孔ブロック層)としては、オクタアザポルフィリン、p型半導体のパーフルオロ体(パーフルオロペンタセンやパーフルオロフタロシアニン等)、ナフタレンテトラカルボン酸無水物、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミド、ペリレンテトラカルボン酸無水物、ペリレンテトラカルボン酸ジイミド等のn型半導体材料、及び酸化チタン、酸化亜鉛、酸化ガリウム等のn型無機酸化物及びフッ化リチウム、フッ化ナトリウム、フッ化セシウム等のアルカリ金属化合物等を用いることができる。
太陽光利用率(光電変換効率)の向上を目的として、有機光電変換素子を積層したタンデム型の構成としてもよい。タンデム型構成の場合、基板上に順次透明電極、第1の光電変換層を積層した後、電荷再結合層を積層した後、第2の光電変換層、次いで対電極を積層することで、タンデム型の構成とすることができる。第2の光電変換層は、第1の光電変換層の吸収スペクトルと同じスペクトルを吸収する層でもよいし、異なるスペクトルを吸収する層でもよいが、好ましくは異なるスペクトルを吸収する層である。また、電荷再結合層の材料としては、透明性と導電性を併せ持つ化合物を用いた層であることが好ましく、ITO、AZO、FTO、酸化チタン等の透明金属酸化物、Ag、Al、Au等の非常に薄い金属層、PEDOT:PSS、ポリアニリン等の導電性高分子材料等が好ましい。
また、作製した有機光電変換素子が環境中の酸素、水分等で劣化しないために、公知の手法によって封止することが好ましい。例えば、アルミまたはガラスでできたキャップを接着剤によって接着することによって封止する手法、アルミニウム、酸化ケイ素、酸化アルミニウム等のガスバリア層が形成されたプラスチックフィルムと有機光電変換素子上を接着剤で貼合する手法、ガスバリア性の高い有機高分子材料(ポリビニルアルコール等)をスピンコートする方法、ガスバリア性の高い無機薄膜(酸化ケイ素、酸化アルミニウム等)を直接堆積する方法、及びこれらを複合的に積層する方法等を挙げることができる。
〔試料1の作製〕
[波長変換層1]
40℃に加温した純水250mlに硝酸イットリウム(Y(NO3)3・6H2O)65.5gと硝酸ユーロピウム(Eu(NO3)3・6H2O)4.0gを加え、よく撹拌して完全に溶解させ、アンモニアでpH8に調製した液をA液とする。次いで、40℃に加温した純水250ml中にシュウ酸((COOH)2・2H2O)34.0gを加え、よく撹拌して完全に溶解させた液をB液とする。
トルエン 70g
メチルエチルケトン 10g
ポリメチルメタクリレート 20g
蛍光発光材料1 5g
[バリア層1]
前記波長変換層1上に、下記ポリシラザン化合物を含有するバリア層形成用塗布液1を、ワイヤレスバーを用いて、乾燥後の膜厚が200nmとなる条件で塗布し、100℃で2分乾燥した後、下記の改質処理条件で真空紫外線照射を行って、バリア層1を形成した。
無触媒のパーヒドロポリシラザンを20質量%含むジブチルエーテル溶液(AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製アクアミカ NN120−20)と、アミン触媒を固形分で5質量%含有するパーヒドロポリシラザンの20質量%ジブチルエーテル溶液(AZエレクトロニックマテリアルズ(株)製アクアミカ NAX120−20)を、アミン触媒が固形分として1質量%になるように調整した後、総固形分量が5質量%になるようにジブチルエーテルで希釈して、バリア層形成用塗布液1を作製した。
実質的に水蒸気を除去し、酸素濃度が0.1%に維持されるように窒素と酸素を適量供給した装置チャンバー内に、バリア層を形成した試料を80℃、移動速度0.6mm/minで供給し、172nmの真空紫外線を照射する二重管構造を有するXeエキシマランプを照射距離3mm、最大照度90mW/cm2、積算照射エネルギー2000mJ/cm2になるようにして改質処理した。
バリア層付PENフィルムのバリア層側に、それぞれ、インジウム・スズ酸化物(ITO)透明導電膜を150nm堆積したもの(シート抵抗10Ω/□)を、通常のフォトリソグラフィー技術と湿式エッチングとを用いて2mm幅にパターニングし第1の電極を形成した。パターン形成した第1の電極を、界面活性剤と超純水による超音波洗浄、超純水による超音波洗浄の順で洗浄後、窒素ブローで乾燥させ、最後に紫外線オゾン洗浄を行った。この透明基板上に、導電性高分子であるBaytron P4083(スタルクヴィテック社製)を(平均)膜厚が30nmになるように塗布乾燥した後、150℃で30分間熱処理させ正孔輸送層を製膜した。
次に太陽光発電素子の上に、波長変換層1とバリア層1を積層したシクロオレフィンポリマーフィルムをエポキシ系光硬化型接着剤で貼り合わせて、太陽光発電モジュール試料1を作製した。
試料1のポリシラザンの改質を、真空紫外線の代わりに電気炉で150℃30分間加熱した以外は同様にして、太陽光発電モジュール試料2を作製した。
バリア層の形成を、公知の真空蒸着法により、酸化珪素を主成分とする無機膜を40nmの膜厚で下層バリア層を形成した後、試料1のバリア層1の形成方法で上層バリア層を形成した以外は同様にして太陽光発電モジュール試料3を作製した。
試料3の下層バリア層を下記バリア層3の形成方法で形成した以外は同様にして太陽光発電モジュール試料4を作製した。
27.12MHzの高周波電源、電極間距離20mmの真空プラズマCVD装置を用いて、シランガスを流量として7.5sccm、アンモニアガスを流量として50sccm、水素ガスを流量として200sccmの条件で真空チャンバー内へ導入し、成膜開始時の基材温度を100℃で、ガス圧4Paで窒化珪素を主成分とする無機膜30nmを形成した後、ガス圧を30Paに変更して、窒化珪素を主成分とする無機膜30nm、全膜厚60nmのバリア層3を形成した。
試料3の下層バリア層を試料1のバリア層1と同様に形成した以外は同様にして太陽光発電モジュール試料5を作製した。
試料5の波長変換層1を下記波長変換層2に変更した以外は同様にして太陽光発電モジュール試料6を作製した。
前記試料1の蛍光発光材料1の代わりに蛍光発光材料1の作製で用いたY字型反応装置へのA液とB液の供給速度を蛍光発光材料の粒径が110nmになるように変化させて作製した蛍光発光材料2を用いた以外は同様にして、波長変換層2を作製した。
試料5の波長変換層1を下記波長変換層3に変更した以外は同様にして太陽光発電モジュール試料7を作製した。
前記試料1の波長変換層1における蛍光発光材料塗布液1の代わりに、下記蛍光発光材料塗布液3を用いた以外は同様にして、波長変換層3を作製した。
トルエン 70g
メチルエチルケトン 10g
ポリメチルメタクリレート 20g
有機蛍光染料(ルモゲンFオレンジ240、BASF社製) 1.2g
〔試料8の作製〕
試料7で作成した波長変換層3の上層に試料1の波長変換層1を用いた波長変換上層を設けた以外は同様にして、太陽光発電モジュール試料8を作製した。
試料8の波長変換上層を下記波長変換層4に変更した以外は同様にして太陽光発電モジュール試料9を作製した。
前記試料1の波長変換層1における蛍光発光材料1の代わりに、下記蛍光発光材料4を用いた以外は同様にして、波長変換層4を作製した。
40℃に保温した低分子量ゼラチン(平均分子量約1万)10% 溶液400mlを激しく攪拌している中に、硝酸イットリウム0.171mol、硝酸ユーロピウム0.009mol、硝酸ビスマス0.005molを純水に溶解した40℃保温溶液300mlと、シュウ酸0.27molを純水に溶解した40℃保温溶液300mlを同時に等速で10分間かけて添加し、得られた白色沈殿物をろ過・乾燥した後、1050℃で3時間焼成して蛍光発光材料4を得た。得られた粒子は厚みが0.6μm、投影面積径が3μmの四角平板状であった。
試料1のバリア層1を試料3のバリア層2に変更した以外は同様にして太陽光発電モジュール試料10を作製した。
試料6のバリア層1、3の代わりに、波長変換層上層に厚み50μmのポリ塩化ビニリデンフィルムと厚み50μmのナイロン6フィルムをラミネート装置で加熱被覆した以外は同様にして太陽光発電モジュール試料11を作製した。
4,4,4−トリフルオロ−1−(チエニル)−1,3−ブタンジオン(TTA)200mgを7mlのエタノールに溶解し、ここへ1Mの水酸化ナトリウム1.1mlを加え混合した。7mlのエタノールに溶かした62mgの1,10−フェナントロリンを先の混合溶液に加え、1時間攪拌した後、EuCl3・6H2O 103mgの3.5ml水溶液を加え、沈殿物を得る。これを濾過分離し、エタノールで洗浄し、乾燥する。ヘキサン−エチルアセテートにより再結晶精製をし、蛍光発光粒子Eu(TTA)3Phenを得た。次いで、テトラエトキシシラン(TEOS)/水/エタノール/ジメチルホルムアミド(DMF)/アンモニアをモル比で1/35/75/4/4で混合したゾルゲル溶液中に、上記で得られた蛍光発光粒子Eu(TTA)3PhenをTEOS1モルに対して1/160モル混合し、10分間攪拌を行った。次に、ガラス基板上にキャスト法で塗布して、120℃、1時間の条件で加熱処理を行い、保護被覆蛍光発光材料を作製した。
試料1の蛍光発光材料1の代わりに上記作製した保護被覆蛍光発光材料を用いて、波長変換層を作製し、さらにバリア層を設けなかった以外は同様にして、太陽光発電モジュール試料12を作製した。
試料12の太陽光発電モジュール試料12のさらに最表面に3mm厚の保護ガラスを設けた以外は同様にして、太陽光発電モジュール13を作製した。
上記作成した各太陽光発電モジュールについて、下記の特性値の測定及び性能評価を行った。
(太陽発電効率)
上記方法で作製した太陽光発電モジュールについて、ソーラーシミュレーターにより、AM1.5Gフィルタ、100mW/cm2の強度の光を照射し、有効面積を4.0mm2にしたマスクを受光部に重ね、短絡電流密度Jsc(mA/cm2)及び開放電圧Voc(V)、フィルファクターFFをそれぞれ測定し、〔式1〕に従ってエネルギー変換効率η(%)を求め、太陽光発電モジュール1のエネルギー変換効率に対する相対値を求め表2に示した。
メタルハライドランプ方式の耐候性試験機(ダイプラ・ウィンテス社製)を使用し、試料面放射強度:2.16MJ/m2以下、ブラックパネル温度63℃、相対湿度:50%、照射時間500時間の条件で耐候性試験を行い、その後、温度85℃、湿度85%RH環境で3000時間保存した加速試験後の発電効率を初期の発電効率に対する残存比率を求め、下記の基準で評価した。
4:70%以上、90%未満
3:40%以上、70%未満
2:20%以上、40%未満
1:20%未満
評価結果を表2に示した。
表面硬度の評価にはスチールウールテスト(以下SW耐性)が用いられる。SW耐性はは、太陽光発電モジュール表面に、ヘイドン社製の荷重変動型摩擦摩耗試験システムHHS2000を用いて500gの荷重になるように設定しスピード500mm/ms、距離50mm、10往復を行い、傷を目視で評価した。なお、スチールウール#0000番を使用した。評価は下記の基準を用いて行い、結果を表2に示した。
○:1〜2本のわずかにキズがある
△:5〜10本のキズがはっきりわかる
×:SW往復部全体がキズで白くなる
2 バリア層
101 プラズマCVD装置
102 真空槽
103 カソード電極
105 サセプタ
106 熱媒体循環系
107 真空排気系
108 ガス導入系
109 高周波電源
160 加熱冷却装置
Claims (5)
- 波長変換層と前記波長変換層を被覆したバリア層を設けた波長変換部材であって、前記波長変換層が蛍光発光材料を含有し、前記バリア層がポリシラザン含有液の塗布膜に改質処理を施した層であることを特徴とする波長変換部材。
- 前記改質処理が波長200nm以下の真空紫外光を照射する改質処理であることを特徴とする請求項1に記載の波長変換部材。
- 前記ポリシラザン含有液の塗布膜の改質処理を施した層が複数の層からなることを特徴とした請求項1または2に記載の波長変換部材。
- 前記蛍光発光材料を含有する波長変換層が異なる蛍光発光材料からなる複数層で構成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の波長変換部材。
- 請求項1〜4のいずれか1項に記載の波長変換部材を用いた太陽光発電モジュール。
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