JP2015011060A - Condenser - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、例えば太陽光等の光を集光する集光器に関する。 The present invention relates to a condenser that collects light such as sunlight.
環境への関心が高まる中、太陽光の利用が注目されている。太陽光を利用するためには、太陽光を効率よく集光する技術が必要となる。太陽光を集光する技術として、蛍光物質を含む透明媒質から成る蛍光集光板に太陽光を入射させ、入射した太陽光を蛍光物質で波長変換し、波長変換後の光を蛍光集光板内で全反射させながら端面に導く技術が提案されている（特許文献１参照）。 The use of sunlight has been attracting attention as environmental concerns have increased. In order to use sunlight, a technique for efficiently collecting sunlight is required. As a technology for concentrating sunlight, sunlight is incident on a fluorescent light collecting plate made of a transparent medium containing a fluorescent material, and the wavelength of the incident sunlight is converted with the fluorescent material, and the light after wavelength conversion is converted into the fluorescent light collecting plate. A technique for guiding the light to the end face while totally reflecting has been proposed (see Patent Document 1).
また、光透過性を有する部材とその中に分散された粒子とから成る集光光学素子が提案されている（特許文献２参照）。この集光光学素子は、その内部において入射光を粒子で散乱させ、端面に集光する。 A condensing optical element composed of a light-transmitting member and particles dispersed therein has been proposed (see Patent Document 2). This condensing optical element scatters incident light with particles inside and collects it on the end face.
特許文献１記載の技術では、蛍光物質による変換において集光効率が低下してしまう。また、特許文献２記載の技術では、粒子で散乱された散乱光が、粒子の存在する集光光学素子内を進行するため、粒子による散乱光の吸収が顕著となり、集光効率が低下してしまう。本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、集光効率が高い集光器を提供することを目的とする。 In the technique described in Patent Document 1, the light collection efficiency is reduced in the conversion by the fluorescent material. In the technique described in Patent Document 2, the scattered light scattered by the particles travels in the condensing optical element where the particles are present, so that the absorption of the scattered light by the particles becomes remarkable, and the condensing efficiency decreases. End up. This invention is made | formed in view of the above point, and it aims at providing the collector with high condensing efficiency.
本発明の集光器は、第１の透明媒質及びその中に分散した微粒子を含む散乱層と、散乱層における一方の側に設けられ、第２の透明媒質を含む光透過層と、散乱層における前記一方とは反対側に設けられた散乱層側光反射層とを備え、微粒子の屈折率は第１の透明媒質の屈折率より大きく、第２の透明媒質の屈折率は第１の透明媒質の屈折率より大きいことを特徴とする。 The light collector of the present invention includes a first transparent medium and a scattering layer containing fine particles dispersed therein, a light transmission layer provided on one side of the scattering layer and including a second transparent medium, and a scattering layer And a scattering layer side light reflecting layer provided on the opposite side to the one of the first transparent medium, the refractive index of the fine particles is larger than the refractive index of the first transparent medium, and the refractive index of the second transparent medium is the first transparent medium. It is characterized by being larger than the refractive index of the medium.
本発明の集光器は以下のようにして集光を行う。光透過層を透過した光は、散乱層に入射する。散乱層に入射した光は、微粒子により多方向に散乱される。散乱光のうち、光透過層の方向に進む光は、光透過層に入る。また、散乱光のうち、散乱層側光反射層の方向に進む光は、散乱層側光反射層で反射し、散乱層を透過して、光透過層に入る。よって、微粒子により散乱された散乱光の大部分は、結局、光透過層に入る。 The collector of the present invention collects light as follows. The light transmitted through the light transmission layer enters the scattering layer. Light incident on the scattering layer is scattered in multiple directions by the fine particles. Of the scattered light, light traveling in the direction of the light transmission layer enters the light transmission layer. Of the scattered light, light traveling in the direction of the scattering layer side light reflection layer is reflected by the scattering layer side light reflection layer, passes through the scattering layer, and enters the light transmission layer. Therefore, most of the scattered light scattered by the fine particles eventually enters the light transmission layer.
光透過層に入った光は、光透過層の両側の界面における反射を繰り返しながら光透過層内を進み、光透過層の端面に至り、集光器の外側に射出される。
上記の集光の過程において、蛍光物質等の使用は必須ではないので、蛍光物質の使用による集光効率の低下を抑制できる。
The light that has entered the light transmission layer travels through the light transmission layer while repeating reflection at the interfaces on both sides of the light transmission layer, reaches the end face of the light transmission layer, and is emitted to the outside of the light collector.
Since the use of a fluorescent material or the like is not indispensable in the above-described light collection process, it is possible to suppress a decrease in light collection efficiency due to the use of the fluorescent material.
また、微粒子で散乱された散乱光は、光透過層内を進んで端面に至るので、微粒子による散乱光の吸収を抑制でき、その結果、集光器の集光効率が向上する。 In addition, since the scattered light scattered by the fine particles travels through the light transmission layer and reaches the end face, absorption of the scattered light by the fine particles can be suppressed, and as a result, the light collection efficiency of the condenser is improved.
本発明の実施形態を説明する。第１の透明媒質は、例えば、太陽光の波長領域のうちの全部又は一部の波長の光を透過させる媒質である。ここで、透過させるとは、全てを透過させるものだけではなく、一部を透過させるものであってもよい。第１の透明媒質は、例えば、空気や各種透明樹脂により構成できる。第１の透明媒質の屈折率は１．０〜１．４の範囲内であることが好ましい。この範囲内であることにより、集光効率を一層向上させることができる。 An embodiment of the present invention will be described. A 1st transparent medium is a medium which permeate | transmits the light of all or one part wavelength within the wavelength range of sunlight, for example. Here, “transmitting” means not only transmitting all but also transmitting part. The first transparent medium can be composed of, for example, air or various transparent resins. The refractive index of the first transparent medium is preferably in the range of 1.0 to 1.4. By being in this range, the light collection efficiency can be further improved.
散乱層の膜厚は１μｍ〜１ｍｍの範囲が好ましい。この範囲内であることにより、集光効率を一層向上させることができる。
微粒子の材質は特に限定されず、例えば、シリコン、ＳｉＣ、ＴｉＯ２等が挙げられる。微粒子の平均粒径は、例えば、１０ｎｍ〜２μｍとすることができる。この範囲内であることにより、太陽光の波長領域の光を効率よく分散させることができる。微粒子の形状は特に限定されず、例えば、球形、楕円形、矩形、棒状、ランダムな形状等とすることができる。微粒子の屈折率は、３〜４の範囲が好ましい。この範囲内であることにより、効率的に光を散乱させることができる。
The thickness of the scattering layer is preferably in the range of 1 μm to 1 mm. By being in this range, the light collection efficiency can be further improved.
The material of the fine particles is not particularly limited, and examples thereof include silicon, SiC, TiO 2 and the like. The average particle diameter of the fine particles can be, for example, 10 nm to 2 μm. By being within this range, light in the wavelength region of sunlight can be efficiently dispersed. The shape of the fine particles is not particularly limited, and may be, for example, a sphere, an ellipse, a rectangle, a rod, or a random shape. The refractive index of the fine particles is preferably in the range of 3-4. By being in this range, light can be efficiently scattered.
第２の透明媒質は、例えば、太陽光の波長領域のうちの全部又は一部の波長の光を透過させる媒質である。第２の透明媒質は、例えば、各種透明樹脂により構成できる。第２の透明媒質の屈折率は第１の透明媒質の屈折率より大きく、１．３〜１．７の範囲内であることが好ましい。この範囲内であることにより、集光効率を一層向上させることができる。光透過層の膜厚は、０．５〜５ｍｍの範囲が好ましい。この範囲内であることにより、集光効率を一層向上させることができる。 The second transparent medium is, for example, a medium that transmits light of all or part of the wavelength range of sunlight. The second transparent medium can be composed of various transparent resins, for example. The refractive index of the second transparent medium is preferably larger than the refractive index of the first transparent medium and is in the range of 1.3 to 1.7. By being in this range, the light collection efficiency can be further improved. The thickness of the light transmission layer is preferably in the range of 0.5 to 5 mm. By being in this range, the light collection efficiency can be further improved.
散乱層側光反射層７、及び光透過層側光反射層９は、太陽光の波長領域のうちの全部又は一部の波長の光を反射させる層である。散乱層側光反射層７、及び光透過層側光反射層９は例えば、金属（例えばアルミニウム）から成る膜とすることができる。散乱層側光反射層７、及び光透過層側光反射層９の膜厚は、０．５μｍ以上であることが好ましい。０．５μｍ以上であることにより、光を一層透過させにくくなる。 The scattering layer side light reflection layer 7 and the light transmission layer side light reflection layer 9 are layers that reflect light of all or part of the wavelength range of sunlight. The scattering layer side light reflection layer 7 and the light transmission layer side light reflection layer 9 can be, for example, films made of metal (for example, aluminum). The film thicknesses of the scattering layer side light reflection layer 7 and the light transmission layer side light reflection layer 9 are preferably 0.5 μm or more. By being 0.5 μm or more, it becomes more difficult to transmit light.
集光手段は、例えば、周知のレンズ、反射鏡等で構成することができる。
本発明の集光器は、太陽光（例えば、３００ｎｍ〜１０μｍの波長領域の光）の集光に用いることができるし、それ以外の光の集光にも用いることができる。本発明の集光器は、例えば、太陽電池、自動車等の技術分野に用いることができる。
＜第１の実施形態＞
１．集光器１の構成
集光器１の構成を図１〜図２に基づいて説明する。集光器１は、図１に示すように矩形板状の形状を有する。また、集光器１は、図２に示すように、散乱層３、光透過層５、散乱層側光反射層７、光透過層側光反射層９、及びレンズ１１を備える。
The light condensing means can be constituted by, for example, a known lens, a reflecting mirror, or the like.
The concentrator of the present invention can be used for collecting sunlight (for example, light in a wavelength region of 300 nm to 10 μm), and can also be used for collecting other light. The concentrator of the present invention can be used in technical fields such as solar cells and automobiles.
<First Embodiment>
1. The structure of the collector 1 The structure of the collector 1 is demonstrated based on FIGS. 1-2. The collector 1 has a rectangular plate shape as shown in FIG. As shown in FIG. 2, the condenser 1 includes a scattering layer 3, a light transmission layer 5, a scattering layer side light reflection layer 7, a light transmission layer side light reflection layer 9, and a lens 11.
散乱層３は、可視光に対して透明なアモルファスフッ素樹脂（旭硝子株式会社製のＣＹＴＯＰ（商品名））中に、多数のシリコン微粒子１２が分散したものである。このシリコン微粒子１２は、ＮａＢｏｎｄ社製のＳｉナノパウダー５０ｎｍであって、その平均粒径は５０ｎｍである。なお、平均粒径は、サンプリングによるＳＥＭ観察法で測定した値である。 The scattering layer 3 is obtained by dispersing a large number of silicon fine particles 12 in an amorphous fluororesin (CYTOP (trade name) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.) transparent to visible light. The silicon fine particles 12 are 50 nm of Si nanopowder manufactured by NaBond, and the average particle size thereof is 50 nm. In addition, an average particle diameter is the value measured by the SEM observation method by sampling.
シリコン微粒子１２は、散乱層３のうち、後述する光取込部１３に対向する領域（図２において光取込部１３の下側の領域）に選択的に分散している。ここで、選択的に分散しているとは、光取込部１３に対向する領域に存在するシリコン微粒子１２の数が、それ以外の領域に存在するシリコン微粒子１２の数に比べて十分に大きい、あるいは、光取込部１３に対向する領域のみにシリコン微粒子１２が存在することをいう。散乱層３の膜厚は１μｍである。アモルファスフッ素樹脂は第１の透明媒質の一実施形態である。 The silicon fine particles 12 are selectively dispersed in a region of the scattering layer 3 that faces a light capturing unit 13 described later (a region below the light capturing unit 13 in FIG. 2). Here, being selectively dispersed means that the number of silicon fine particles 12 existing in a region facing the light capturing unit 13 is sufficiently larger than the number of silicon fine particles 12 existing in other regions. Alternatively, it means that the silicon fine particles 12 exist only in the region facing the light capturing portion 13. The film thickness of the scattering layer 3 is 1 μm. The amorphous fluororesin is an embodiment of the first transparent medium.
シリコン微粒子１２の屈折率は、３．９２（光の波長が０．６３μｍの場合）、３．４８（光の波長が１．５μｍの場合）であり、アモルファスフッ素樹脂の屈折率は１．３５である。よって、シリコン微粒子１２の屈折率はアモルファスフッ素樹脂の屈折率より大きい。 The refractive index of the silicon fine particles 12 is 3.92 (when the wavelength of light is 0.63 μm) and 3.48 (when the wavelength of light is 1.5 μm), and the refractive index of the amorphous fluororesin is 1.35. It is. Therefore, the refractive index of the silicon fine particles 12 is larger than the refractive index of the amorphous fluororesin.
光透過層５は、散乱層３における一方の側（図２における上側）に設けられた層であって、可視光に対して透明なＰＭＭＡ(ポリメチルメタクリレート)から成る。光透過層５の膜厚は１ｍｍである。ＰＭＭＡの屈折率は１．４８であり、散乱層３を構成するアモルファスフッ素樹脂の屈折率より大きい。ＰＭＭＡは第２の透明媒質の一実施形態である。 The light transmission layer 5 is a layer provided on one side (the upper side in FIG. 2) of the scattering layer 3 and is made of PMMA (polymethyl methacrylate) that is transparent to visible light. The film thickness of the light transmission layer 5 is 1 mm. The refractive index of PMMA is 1.48, which is larger than the refractive index of the amorphous fluororesin constituting the scattering layer 3. PMMA is an embodiment of the second transparent medium.
散乱層側光反射層７は、散乱層３のうち、光透過層５とは反対側の面３ａに設けられたアルミニウムの層である。散乱層側光反射層７は、面３ａの全体を覆っている。散乱層側光反射層７の膜厚は０．５μｍである。散乱層側光反射層７は、散乱層３内を進む光を反射する作用を奏する。 The scattering layer side light reflection layer 7 is an aluminum layer provided on the surface 3 a of the scattering layer 3 opposite to the light transmission layer 5. The scattering layer side light reflecting layer 7 covers the entire surface 3a. The film thickness of the scattering layer side light reflecting layer 7 is 0.5 μm. The scattering layer side light reflection layer 7 has an effect of reflecting light traveling in the scattering layer 3.
光透過層側光反射層９は、光透過層５のうち、散乱層３とは反対側の面５ａに設けられたアルミニウムの層である。光透過層５は、面５ａのうち、中央の領域は覆わず、残りの領域を覆っている。面５ａのうち、光透過層側光反射層９で覆われていない部分を、光取込部１３とする。光透過層側光反射層９の膜厚は０．５μｍである。光透過層側光反射層９は光透過層５内を進む光を反射する作用を奏する。 The light transmission layer side light reflection layer 9 is an aluminum layer provided on the surface 5 a of the light transmission layer 5 opposite to the scattering layer 3. The light transmission layer 5 does not cover the central region of the surface 5a but covers the remaining region. A portion of the surface 5 a that is not covered with the light transmission layer side light reflection layer 9 is referred to as a light capturing portion 13. The film thickness of the light transmission layer side light reflection layer 9 is 0.5 μm. The light transmission layer side light reflection layer 9 has an effect of reflecting light traveling in the light transmission layer 5.
レンズ１１は、光取込部１３と対向する部分に設けられている。レンズ１１は外部の光を集光し、光取込部１３に射出する。レンズ１１は集光手段の一実施形態である。
２．集光器１の製造方法
集光器１の製造方法を説明する。まず、フレキシブルな樹脂基材の上に、真空蒸着によりアルミニウム層を形成する。このアルミニウム層が散乱層側光反射層７となる。
The lens 11 is provided in a portion facing the light capturing unit 13. The lens 11 collects external light and emits it to the light capturing unit 13. The lens 11 is an embodiment of the light collecting means.
2. Manufacturing method of the concentrator 1 The manufacturing method of the concentrator 1 is demonstrated. First, an aluminum layer is formed on a flexible resin substrate by vacuum deposition. This aluminum layer becomes the scattering layer side light reflecting layer 7.
次に、散乱層側光反射層７の上に、シリコン微粒子１２を分散したアモルファスフッ素樹脂の懸濁液をスプレーやスピンコートで塗布し、ベーク（焼成）して乾燥させる。この工程で生じた層が散乱層３となる。 Next, an amorphous fluororesin suspension in which the silicon fine particles 12 are dispersed is applied on the scattering layer side light reflecting layer 7 by spraying or spin coating, and is baked (baked) and dried. The layer generated in this step is the scattering layer 3.
次に、散乱層３の上に、ＰＭＭＡのフィルムを、熱をかけながら圧接する。この工程で生じた層が光透過層５となる。
次に、光透過層５の上に、真空蒸着によりアルミニウム層を形成する。このアルミニウム層が光透過層側光反射層９となる。光透過層側光反射層９の形成時、光透過層５の一部をマスクで覆い、その部分にはアルミニウム層が形成されないようにしておく。この部分が光取込部１３となる。次に、樹脂基材を散乱層側光反射層７から取り外し、レンズ１１を取り付けて集光器１が完成する。
Next, a PMMA film is pressed onto the scattering layer 3 while applying heat. The layer generated in this step becomes the light transmission layer 5.
Next, an aluminum layer is formed on the light transmission layer 5 by vacuum deposition. This aluminum layer becomes the light transmission layer side light reflection layer 9. When forming the light transmission layer side light reflection layer 9, a part of the light transmission layer 5 is covered with a mask so that an aluminum layer is not formed on the part. This portion becomes the light capturing unit 13. Next, the resin base material is removed from the scattering layer side light reflecting layer 7 and the lens 11 is attached to complete the condenser 1.
３．集光器１が奏する作用効果
レンズ１１に太陽光を照射すると、太陽光はレンズ１１で集光され、光取込部１３に入射する。その太陽光はさらに、光透過層５を透過し、散乱層３に入射する。散乱層３に入射した太陽光は、シリコン微粒子１２により多方向に散乱される。この散乱はレーリー散乱、もしくは共鳴散乱である。
3. Effects of the Concentrator 1 When the lens 11 is irradiated with sunlight, the sunlight is collected by the lens 11 and enters the light capturing unit 13. The sunlight further passes through the light transmission layer 5 and enters the scattering layer 3. Sunlight incident on the scattering layer 3 is scattered in multiple directions by the silicon fine particles 12. This scattering is Rayleigh scattering or resonance scattering.
特に、太陽光のうち、シリコン微粒子１２の粒径に応じて決まる特定の波長領域の光（以下、特定波長光とする）は、高効率でシリコン微粒子１２の横方向（図２における左右方向）に散乱される。なお、特定波長光については後述する。 In particular, light in a specific wavelength region determined in accordance with the particle size of the silicon fine particles 12 (hereinafter, referred to as specific wavelength light) in sunlight is highly efficient in the lateral direction of the silicon fine particles 12 (the horizontal direction in FIG. 2). Scattered. The specific wavelength light will be described later.
シリコン微粒子１２で散乱された太陽光のうち、光透過層５の方向に進む光は、光透過層５に入る。また、シリコン微粒子１２で散乱された太陽光のうち、散乱層側光反射層７の方向に進む光は、散乱層側光反射層７で反射し、散乱層３を透過して、光透過層５に入る。よって、シリコン微粒子１２で散乱された太陽光の大部分は、結局、光透過層５に入る。 Of the sunlight scattered by the silicon fine particles 12, the light traveling in the direction of the light transmission layer 5 enters the light transmission layer 5. Of the sunlight scattered by the silicon fine particles 12, the light traveling in the direction of the scattering layer side light reflection layer 7 is reflected by the scattering layer side light reflection layer 7, passes through the scattering layer 3, and passes through the light transmission layer. Enter 5. Therefore, most of the sunlight scattered by the silicon fine particles 12 eventually enters the light transmission layer 5.
光透過層５に入った太陽光は、光透過層側光反射層９での反射と、光透過層５／散乱層３の界面１５での反射とを繰り返しながら光透過層５内を進み、光透過層５の端面５ｂに至り、集光器１の外側に射出される。なお、上述したとおり、光透過層５の屈折率は散乱層３の屈折率より大きいので、光透過層５内を進む太陽光は、界面１５で反射する。以上の作用により、太陽光を集光し、端面５ｂから取り出すことができる。 Sunlight entering the light transmission layer 5 proceeds through the light transmission layer 5 while repeating reflection at the light transmission layer side light reflection layer 9 and reflection at the interface 15 of the light transmission layer 5 / scattering layer 3. It reaches the end face 5 b of the light transmission layer 5 and is emitted to the outside of the condenser 1. As described above, since the refractive index of the light transmission layer 5 is larger than the refractive index of the scattering layer 3, the sunlight traveling through the light transmission layer 5 is reflected at the interface 15. With the above action, sunlight can be collected and extracted from the end face 5b.
上記の集光の過程において、蛍光物質は使用されないので、蛍光物質の使用による集光効率の低下を抑制できる。
また、シリコン微粒子１２で散乱された散乱光は、シリコン微粒子１２が存在しない光透過層５内を進んで端面５ｂに至るので、シリコン微粒子１２による散乱光の吸収を抑制でき、その結果、集光器１の集光効率が向上する。
In the above condensing process, since no fluorescent material is used, it is possible to suppress a decrease in light collection efficiency due to the use of the fluorescent material.
Further, since the scattered light scattered by the silicon fine particles 12 travels through the light transmission layer 5 where the silicon fine particles 12 do not exist and reaches the end surface 5b, absorption of the scattered light by the silicon fine particles 12 can be suppressed, and as a result The light collection efficiency of the container 1 is improved.
なお、端面５ｂは、集光器１の四方の全てにおいて開放されていてもよい。この場合、四方の全てにおいて、端面５ｂから集光した太陽光を取り出すことができる。また、集光器１の四方のうち、一部は、図３に示すように、端面反射層１７により覆われていてもよい。この端面反射層１７は膜厚０．５μｍのアルミニウム層であり、太陽光を反射する。この場合、端面反射層１７が設けられている端面５ｂにおいては太陽光が反射し、その反射した太陽光は、端面反射層１７が設けられていない端面５ｂから取り出される。 Note that the end face 5b may be opened in all four sides of the condenser 1. In this case, sunlight collected from the end face 5b can be taken out in all four directions. Moreover, as shown in FIG. 3, a part of the four sides of the light collector 1 may be covered with an end face reflection layer 17. The end face reflection layer 17 is an aluminum layer having a film thickness of 0.5 μm and reflects sunlight. In this case, sunlight is reflected on the end surface 5b where the end surface reflection layer 17 is provided, and the reflected sunlight is extracted from the end surface 5b where the end surface reflection layer 17 is not provided.
集光器１は、太陽光、その中でもシリコン微粒子１２の平均粒径に対応する特定波長光を効率よく集光することができる。このことは、以下のシミュレーションにより裏付けられる。シミュレーションは、粒径１００ｎｍのシリコン微粒子に一定方向から単色光を入射し、散乱光を生じさせた場合の、散乱光の角度依存性を求めるものである。 The concentrator 1 can efficiently condense sunlight, in particular, specific wavelength light corresponding to the average particle diameter of the silicon fine particles 12. This is supported by the following simulation. The simulation is to determine the angle dependency of scattered light when monochromatic light is incident on silicon fine particles having a particle diameter of 100 nm from a certain direction to generate scattered light.
図４（ａ）〜（ｃ）はシミュレーションの結果を示す。図４（ａ）〜（ｃ）ともに、単色光の入射方向は左方向である。図４（ａ）は入射光の波長が５００ｎｍの場合であり、図４（ｂ）は入射光の波長が５３０ｎｍの場合であり、図４（ｃ）は入射光の波長が５５０ｎｍの場合である。 4A to 4C show simulation results. 4A to 4C, the incident direction of monochromatic light is the left direction. 4A shows a case where the wavelength of incident light is 500 nm, FIG. 4B shows a case where the wavelength of incident light is 530 nm, and FIG. 4C shows a case where the wavelength of incident light is 550 nm. .
入射光の波長が５３０ｎｍの場合は特異的に共鳴効果が高まり、横方向への散乱が非常に強くなった。この５３０ｎｍの波長の光は、特定波長光に該当する。一方、入射光の波長が５００ｎｍ、５５０ｎｍの場合は後方散乱が強くなる。５００ｎｍ、５５０ｎｍの波長の光は、特定波長光に該当しない。 When the wavelength of the incident light was 530 nm, the resonance effect was specifically increased, and the lateral scattering became very strong. This light having a wavelength of 530 nm corresponds to specific wavelength light. On the other hand, when the wavelength of incident light is 500 nm and 550 nm, backscattering becomes strong. Light having wavelengths of 500 nm and 550 nm does not correspond to specific wavelength light.
このシミュレーション結果から、集光器１のシリコン微粒子１２は、その粒径に応じて決まる特定波長光を横方向に強く散乱し、その結果として、太陽光、その中でも特定波長光を効率よく集光することができることが確認できた。 From this simulation result, the silicon fine particles 12 of the condenser 1 strongly scatter the specific wavelength light determined in accordance with the particle size in the lateral direction, and as a result, efficiently collect sunlight and the specific wavelength light among them. I can confirm that I can do it.
シリコン微粒子の粒径と、特定波長光の波長とは、一定の関係がある。シミュレーションによって算出した、その関係を図５に示す。図５の横軸はシリコン微粒子の粒径（ｎｍ）であり、縦軸は光の波長（ｎｍ）である。図５において両矢印で示す範囲が、特定波長光の波長範囲である。よって、シリコン微粒子の粒径を調整することで、シリコン微粒子で横方向に強く散乱し、効率よく集光できる光の波長領域を調整することができる。
＜第２の実施形態＞
１．集光器１の構成
集光器１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、散乱層３の構成において相違する。以下ではその相違点を中心に説明する。散乱層３は、図６に示すように、５つの区分層１９、２１、２３、２５、２７が積層した構造を有する。各区分層は、アモルファスフッ素樹脂（旭硝子株式会社製のＣＹＴＯＰ（商品名））中に、多数のシリコン微粒子１２が分散したものであるという点では共通するが、それぞれが含有するシリコン微粒子１２の平均粒径において相違する。
There is a fixed relationship between the particle size of the silicon fine particles and the wavelength of the specific wavelength light. The relationship calculated by simulation is shown in FIG. The horizontal axis in FIG. 5 is the particle size (nm) of the silicon fine particles, and the vertical axis is the wavelength (nm) of light. In FIG. 5, the range indicated by the double arrow is the wavelength range of the specific wavelength light. Therefore, by adjusting the particle size of the silicon fine particles, it is possible to adjust the wavelength region of light that can be strongly scattered by the silicon fine particles in the lateral direction and efficiently collected.
<Second Embodiment>
1. Configuration of the collector 1 The configuration of the collector 1 is basically the same as that of the first embodiment. However, in the present embodiment, the configuration of the scattering layer 3 is different. Hereinafter, the difference will be mainly described. As shown in FIG. 6, the scattering layer 3 has a structure in which five division layers 19, 21, 23, 25, and 27 are stacked. Each divided layer is common in that a large number of silicon fine particles 12 are dispersed in an amorphous fluororesin (CYTOP (trade name) manufactured by Asahi Glass Co., Ltd.). Different in particle size.
区分層１９、２１、２３、２５、２７におけるシリコン微粒子１２の平均粒径は、それぞれ、２１５ｎｍ、１８５ｎｍ、１６０ｎｍ、１３５ｎｍ、２０ｎｍである。すなわち、光透過層５に近い区分層であるほど、その区分層に含まれるシリコン微粒子１２の平均粒径が大きい。 The average particle diameters of the silicon fine particles 12 in the sorting layers 19, 21, 23, 25, and 27 are 215 nm, 185 nm, 160 nm, 135 nm, and 20 nm, respectively. That is, the closer to the light transmission layer 5, the larger the average particle size of the silicon fine particles 12 included in the layer.
２．集光器１の製造方法
集光器１は前記第１の実施形態の場合と同様の方法で製造することができる。ただし、散乱層３は、区分層ごとに形成する。すなわち、まず、散乱層側光反射層７の上に、平均粒径２０ｎｍのシリコン微粒子１２を分散したアモルファスフッ素樹脂の懸濁液をスプレーやスピンコートで塗布し、ベークして乾燥させて区分層２７を形成する。以下同様に、区分層２５、２３、２１、１９を一層ずつ形成し、散乱層３を完成する。
2. Manufacturing method of the concentrator 1 The concentrator 1 can be manufactured by the method similar to the case of the said 1st Embodiment. However, the scattering layer 3 is formed for each division layer. That is, first, an amorphous fluororesin suspension in which silicon fine particles 12 having an average particle diameter of 20 nm are dispersed is applied on the scattering layer side light reflecting layer 7 by spraying or spin coating, and baked and dried to separate the layer. 27 is formed. Similarly, the dividing layers 25, 23, 21, 19 are formed one by one to complete the scattering layer 3.
３．集光器１が奏する作用効果
集光器１は、前記第１の実施形態の場合と略同様の作用効果を奏することができる。さらに、集光器１は、区分層１９、２１、２３、２５、２７が、それぞれ異なる平均粒径のシリコン微粒子１２を含有しているので、各区分層が、それぞれ異なる波長の特定波長光を散乱し、集光することができる。そのため、集光器１は、より広い波長領域の太陽光を集光することができる。
3. The effect which the collector 1 produces | generates The collector 1 can show | play the effect substantially the same as the case of the said 1st Embodiment. Further, in the collector 1, the segment layers 19, 21, 23, 25, and 27 contain silicon fine particles 12 having different average particle sizes, so that each segment layer emits specific wavelength light having a different wavelength. Can be scattered and collected. Therefore, the collector 1 can collect sunlight in a wider wavelength region.
また、光透過層５に近い区分層であるほど、その区分層に含まれるシリコン微粒子１２の平均粒径が大きいので、光取込部１３から入射した太陽光は、散乱層３のうち、奥側（散乱層側光反射層７に近い側）の区分層まで効率よく到達することができる。
＜第３の実施形態＞
１．集光器１の構成
集光器１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様である。ただし、本実施形態では、図７に示すように、光透過層側光反射層９を備えず、光透過層５の面５ａは全面にわたって開放されている。また、集光器１はレンズ１１も備えていない。また、シリコン微粒子１２は、散乱層３の全体にわたって分散されている。
Further, the closer to the light transmission layer 5, the larger the average particle diameter of the silicon fine particles 12 contained in the division layer, so that the sunlight incident from the light capturing unit 13 is the back of the scattering layer 3. The partition layer on the side (the side close to the scattering layer side light reflection layer 7) can be efficiently reached.
<Third Embodiment>
1. Configuration of the collector 1 The configuration of the collector 1 is basically the same as that of the first embodiment. However, in this embodiment, as shown in FIG. 7, the light transmission layer side light reflection layer 9 is not provided, and the surface 5a of the light transmission layer 5 is open over the entire surface. Further, the condenser 1 does not include the lens 11. Further, the silicon fine particles 12 are dispersed throughout the scattering layer 3.
２．集光器１が奏する作用効果
集光器１は、前記第１の実施形態の場合と略同様の作用効果を奏することができる。なお、光透過層５の屈折率は空気の屈折率より大きいので、光透過層５内を進む太陽光は、面５ａで反射する。そのため、光透過層５に入った太陽光は、面５ａでの反射と、界面１５での反射とを繰り返しながら光透過層５内を進み、光透過層５の端面５ｂに至り、集光器１の外側に射出される。
2. The effect which the collector 1 produces | generates The collector 1 can show | play the effect substantially the same as the case of the said 1st Embodiment. In addition, since the refractive index of the light transmission layer 5 is larger than the refractive index of air, the sunlight which passes through the inside of the light transmission layer 5 is reflected by the surface 5a. Therefore, the sunlight that has entered the light transmission layer 5 travels through the light transmission layer 5 while repeating the reflection at the surface 5a and the reflection at the interface 15, reaches the end surface 5b of the light transmission layer 5, and the light collector. 1 is injected outside.
尚、本発明は前記実施の形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
例えば、前記第１又は第２の実施形態において、散乱層３の全体にわたってシリコン微粒子１２が分散されていてもよい。
In addition, this invention is not limited to the said embodiment at all, and it cannot be overemphasized that it can implement with a various aspect in the range which does not deviate from this invention.
For example, in the first or second embodiment, the silicon fine particles 12 may be dispersed throughout the scattering layer 3.
また、前記第２の実施形態における区分層の数は５以外の複数（例えば、２、３、４、６・・）であってもよい。
また、前記第２の実施形態において、図８に示すように、光透過層５に近い区分層であるほど、その区分層に含まれるシリコン微粒子１２の平均粒径を小さくしてもよい。例えば、区分層１９、２１、２３、２５、２７におけるシリコン微粒子１２の平均粒径を、それぞれ、２０ｎｍ、１３５ｎｍ、１６０ｎｍ、１８５ｎｍ、２１５ｎｍとすることができる。この場合でも略同様の効果を奏することができる。
Further, the number of the division layers in the second embodiment may be a plurality other than five (for example, 2, 3, 4, 6,...).
Moreover, in the said 2nd Embodiment, as shown in FIG. 8, you may make the average particle diameter of the silicon fine particle 12 contained in the division layer so small that it is a division layer near the light transmission layer 5. FIG. For example, the average particle diameters of the silicon fine particles 12 in the division layers 19, 21, 23, 25, and 27 can be set to 20 nm, 135 nm, 160 nm, 185 nm, and 215 nm, respectively. Even in this case, substantially the same effect can be achieved.
１…集光器、３…散乱層、３ａ…面、５…光透過層、５ａ…面、５ｂ…端面、７…散乱層側光反射層、９…光透過層側光反射層、１１…レンズ、１２…シリコン微粒子、１３…光取込部、１５…界面、１７…端面反射層、１９、２１、２３、２５、２７…区分層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Condenser, 3 ... Scattering layer, 3a ... surface, 5 ... Light transmission layer, 5a ... surface, 5b ... End surface, 7 ... Scattering layer side light reflection layer, 9 ... Light transmission layer side light reflection layer, 11 ... Lens, 12 ... Silicon fine particle, 13 ... Light capturing part, 15 ... Interface, 17 ... End face reflection layer, 19, 21, 23, 25, 27 ... Partition layer
Claims (6)
前記散乱層における一方の側に設けられ、第２の透明媒質を含む光透過層と、
前記散乱層における前記一方とは反対側に設けられた散乱層側光反射層と、
を備え、
前記微粒子の屈折率は前記第１の透明媒質の屈折率より大きく、
前記第２の透明媒質の屈折率は前記第１の透明媒質の屈折率より大きいことを特徴とする集光器。 A scattering layer comprising a first transparent medium and fine particles dispersed therein;
A light transmissive layer provided on one side of the scattering layer and including a second transparent medium;
A scattering layer-side light reflecting layer provided on the opposite side of the scattering layer from the one side;
With
The refractive index of the fine particles is larger than the refractive index of the first transparent medium,
The concentrator characterized in that the refractive index of the second transparent medium is larger than the refractive index of the first transparent medium.
Priority Applications (1)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101846468B1 (en) * | 2016-08-18 | 2018-04-09 | 한국과학기술연구원 | Solar cell panel and the window having thereof |
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2013
- 2013-06-26 JP JP2013133944A patent/JP2015011060A/en active Pending
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