JP2015153836A - 太陽電池モジュール、太陽光発電装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、高い発光効率を確保しつつ軽量化を図ることのできる太陽電池モジュール、太陽光発電装置を提供する。
【解決手段】本発明の太陽電池モジュール１０は、保持基板１と、保持基板１に対向配置される光透過性を有するバンドパスフィルター２と、保持基板１に設けられ外部から入射した光を散乱させる蛍光体層３と、保持基板１とバンドパスフィルター２との間に設けられ、蛍光体層３によって散乱された散乱光を導光させる空隙層４と、光受光面５Ａが空隙層４内に露出しており散乱光を受光する太陽電池素子５と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、太陽電池モジュール、太陽光発電装置に関するものである。

従来、有機蛍光体を備える集光方式を用いた太陽電池モジュールとして、特許文献１に記載の太陽電池モジュールが知られている。特許文献１に記載の太陽電池モジュールは、主面から入射した光の一部を蛍光体において吸収し、蛍光体から放射された光を伝搬させて端面から射出する蛍光導光体と、蛍光導光体の端面に配置され、蛍光体から放射された光を受光する太陽電池素子と、を備えている。

国際公開第２０１２／１１５２４８号

特許文献１に記載されているような有機蛍光体を備える集光方式の場合、一般的に、蛍光体が導光体中に分散されている。蛍光体から放射された光は導光体内を伝搬して太陽電池素子へと入射するため、導光途中で、蛍光体自身に蛍光が吸収（自己吸収）されてしまうおそれがある。蛍光体による自己吸収を最小限に抑えるために、導光体中に分散させる蛍光体の含有濃度を低くするとともに、導光体の厚みを厚くする対策が施されている。こうすることで、光路長を変化させることなく自己吸収を抑えることができる。しかしながら、導光体を厚くするとモジュール全体が重くなるという問題がある。

本発明の一つの態様は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、高い発光効率を確保しつつ軽量化を図ることのできる太陽電池モジュール、太陽光発電装置を提供することを目的の一つとしている。

上記の目的を達成するために、本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、上記課題を解決するために、第１基板と、前記第１基板に対向配置される光透過性を有する第２基板と、前記第１基板に設けられ外部から入射した光を散乱させる光散乱層と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、前記光散乱層によって散乱された散乱光を導光させる空隙層と、光受光面が前記空隙層内に露出しており前記散乱光を受光する受光部と、を備えている特徴とする。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記受光部が光電変換素子である構成としてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記光散乱層が、前記第２基板の外部から入射した前記光の一部を吸収して前記光とは異なる波長の光を射出する蛍光体層より構成されている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記蛍光体層は、多数の蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子同士の間に保たれた空隙と、からなる構成としてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記第２基板が、特定波長の光を透過させるバンドパスフィルターからなる構成としてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記第１基板と前記第２基板との間に間隔を保持するスペーサーが配置されている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記第１基板と前記第２基板との周縁部どうしを接続する壁が設けられている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記壁の内面に前記光散乱層が設けられている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記光散乱層が、前記第２基板の外部から入射した前記光の一部を吸収して前記光とは異なる波長の光を射出する蛍光体層より構成されていてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記蛍光体層は、多数の蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子同士の間に保たれた空隙と、からなる構成としてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記第１基板あるいは前記第２基板の一面に複数の前記受光部が配置されており、且つ少なくとも一部の前記受光部が概ね均等に配置されている構成としてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた前記空隙層の厚みが、前記受光部どうしの間の距離の２０分の１より厚い構成としてもよい。

本発明の一つの態様の太陽電池モジュールは、上記の太陽電池モジュールを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、高い発光効率を確保しつつ軽量化を図ることのできる太陽電池モジュール、太陽光発電装置を提供することができる。

第１実施形態である太陽電池モジュールを示す断面図。 第１実施形態である太陽電池モジュールを示す断面斜視図。 第１実施形態における蛍光体層の概略構成を示す図。 空隙寸法の測定方法を示す説明図、（ａ）は、蛍光体層の断面の走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）、（ｂ）は蛍光体領域を定義した図、（ｃ）は蛍光体領域と空隙領域とを二値化して示した図、（ｄ）は（ｃ）に円領域を充填した様子を示す図。 膜厚の異なる蛍光体層の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図。 蛍光体層の全光線反射率スペクトルを示す図。 バンドパスフィルターに対する光の入射角度θの定義を示す図。 バンドパスフィルターに対する光の入射角度θが０°の場合の反射特性を示す図。 バンドパスフィルターに対する光の入射角度θが略９０°の場合の反射特性を示す図。 太陽電池モジュールにおいて太陽光スペクトルのうち蛍光体層が吸収する波長域を説明するための図。 太陽電池素子の光電力変換効率の波長依存性を示す図。 緑色無機蛍光体積層膜の発光スペクトルを示す図。 赤色無機蛍光体積層膜の発光スペクトルを示す図。 （Ａ）、（Ｂ）は、太陽電池モジュールの各寸法を定義する単位ユニットについて説明するための図。 蛍光体の発光における太陽電池素子への入射効率と、太陽電池素子の配置位置とについて示すグラフ。 第２実施形態の太陽電池モジュールの全体構成を示す斜視図。 第２実施形態における太陽電池素子の配置状態を示す図。 第２実施形態における単位ユニットの定義を説明するための図。 第３実施形態の太陽電池モジュールの全体構成を示す斜視図。 （Ａ）は、第３実施形態における太陽電池素子の配置状態を示す平面図、（Ｂ）は、第３実施形態における太陽電池モジュールの各寸法を定義する単位ユニットについて説明するための図。 （Ａ）、（Ｂ）は、第４実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に７個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図。 （Ａ）、（Ｂ）は、第５実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に５個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図。 （Ａ）、（Ｂ）は、第５実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に５個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図。 （Ａ）、（Ｂ）は、第５実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に５個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図。 （Ａ）、（Ｂ）は、第８実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に４個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図。 （Ａ）、（Ｂ）は、第９実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に４個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図。 実施例１における太陽電池モジュールの構成を示す図。 膜厚の異なる３種類の蛍光体層の光学スペクトルを示す図であって、（Ａ）は吸収スペクトルを示す図、（Ｂ）は発光スペクトル及び励起スペクトルを示す図。 赤色発光無機蛍光体の励起スペクトル、発光スペクトルを示す図。 実施例３の太陽電池モジュールの構成を示す斜視図。 （Ａ）は、実施例４における太陽電池モジュールの構成を示す斜視図、（Ｂ）は平面図。 実施例５の太陽電池モジュールの構成を示す斜視図。 実施例１〜７、比較例１，２における太陽電池モジュールの特性を示す図。 太陽光発電装置の概略構成図。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態である太陽電池モジュールを示す断面図である。図２は、第１実施形態である太陽電池モジュールを示す断面斜視図である。図３は、第１実施形態における蛍光体層の概略構成を示す図である。

図１及び図２に示すように、太陽電池モジュール１０は、保持基板（第１基板）１、バンドパスフィルター（第２基板）２、蛍光体層（光散乱層）３、空隙層４および太陽電池素子（受光部）５を主として構成されている。

具体的に、太陽電池モジュール１０は、一面１ａに蛍光体層３及び太陽電池素子（光電変換素子）５を有する保持基板１と、蛍光体層３と、これらに対向して配置されるバンドパスフィルター２と、がスペーサー６及び壁部７を介して互いに対向配置されて構成されている。また、保持基板１とバンドパスフィルター２と壁部７とによって囲まれた空間には、空隙層４が存在する構成となっている。
このような太陽電池モジュール１０では、バンドパスフィルター２を透過してモジュール内に入射した太陽光が蛍光体層３において散乱され、太陽電池素子５の光受光面５Ａに入射する。

太陽電池モジュール１０は、平面視でほぼ正方形を呈し、例えば、１辺が４０ｃｍ、厚み２５ｍｍの大きさを有した光電変換素子である。

（保持基板）
保持基板１は、一面１ａ側に蛍光体層３を保持するものである。保持基板１の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の金属板が挙げられる。保持基板１として、アルミニウム（Ａｌ）、銀（Ａｇ）等の光反射率の高い金属板を用いた場合、保持基板１の一面１ａが反射面となる。

その他、保持基板１の一面１ａに反射層を設けることで、保持基板１に反射性を付与してもよい。反射層として、例えば、一面１ａに直接形成されたＥＳＲ（Enhanced Specular Reflector）フィルム等の光反射率の高い誘電体多層膜を用いてもよい。ＥＳＲフィルムを用いれば、可視光下において、９８％以上の高い反射率を実現することができる。その他、高い反射性を有する基板として、古河電工社製のマイクロ発泡ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の光拡散反射性を有する基板を用いてもよい。

また、光拡散反射性の高い材料として、セラミックス（非金属無機材料）基板を用いても良い。例えば、アルミナを主成分とするセラミックスは拡散反射率が高い事で知られている。

また、ガラス等の透明材料、またはＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル、などの有機材料であっても、蛍光体層３を保持する機能を有しているため、保持基板１として用いることができる。

（蛍光体層）
蛍光体層３は、保持基板１の一面１ａと壁部７の内面７ａを覆うようにして設けられている。本実施形態における蛍光体層３は、太陽電池素子５を保持基板１上に実装させるための開口３Ａを有する。開口３Ａは、保持基板１の一面１ａにおける中央部分（太陽電池素子５の実装領域）をマスキングすることによって形成される。

蛍光体層３を構成する蛍光体は、任意の波長帯域の光を吸収し、これより長波長の発光を生じる光変換材料とする。本実施形態における蛍光体層３は、図３に示すように、１種類の蛍光体材料から成る蛍光体粒子１２と、蛍光体粒子１２どうしの間に保たれた粒子間空隙（空隙）１３と、から構成されており、多数の蛍光体粒子１２が何層にも積層した層構造とされている。

多数の蛍光体粒子１２どうしは、互いに接触している部分の少なくとも一部に設けられた不図示の接着剤を介して接着されている。また、蛍光体粒子１２どうしの間に形成される粒子間空隙１３には、低屈折媒質が満たされている。低屈折媒質としては気体（屈折率が概ね１．０である媒体）であればよく、一例として空気、窒素、アルゴン、またはこれらの混合ガスが挙げられる。

また、粒子間空隙１３は真空であっても良い。例えば、ＪＩＳ規格による低真空：真空度が１００パスカル以上、中真空：真空度が０．１〜１００パスカル、高真空：真空度が１０^−５〜０．１パスカル、超高真空：真空度が１０^−５パスカル以下など、いずれの真空状態であってもよい。

蛍光体粒子１２は、有機蛍光体、無機蛍光体に関わらず、球形や不定形の粒状体に形成したものであればよく、それぞれの蛍光体粒子１２は、互いに異なる形状であっても、同じ形状であっても良い。また、それぞれの蛍光体粒子１２は、互いに異なる寸法であっても、同じ寸法であっても良い。

蛍光体粒子１２は、紫外光、青色光を吸収して緑色の蛍光を放射する。本実施形態では、蛍光体粒子１２としてＳｒＳｉ_２(Ｏ，Ｃｌ)_２Ｎ_２: Ｅｕ^２＋を用いる。蛍光体粒子１２は、概ね６００ｎｍ以下の波長の光を吸収する。蛍光体粒子１２の発光スペクトルは、６１０ｎｍにピーク波長を有する。

本実施形態における蛍光体層３は、紫外光または可視光を吸収して可視光または赤外光を発光して放射する光機能材料からなる。
蛍光体層３を構成する蛍光体粒子１２の材料としては、有機蛍光体材料が挙げられる。
このような有機蛍光体材料としては、クマリン系色素、ペリレン系色素、フタロシアニン系色素、スチルベン系色素、シアニン系色素、ポリフェニレン系色素，キサンテン系色素，ピリジン系色素、オキサジン系色素、クリセン系色素、チオフラビン系色素、ペリレン系色素、ピレン系色素、アントラセン系色素、アクリドン系色素、アクリジン系色素、フルオレン系色素、ターフェニル系色素、エテン系色素、ブタジエン系色素、ヘキサトリエン系色素、オキサゾール系色素、クマリン系色素、スチルベン系色素、ジ−およびトリフェニルメタン系色素、チアゾール系色素、チアジン系色素、ナフタルイミド系色素、アントラキノン系色素等が好適に使用され、具体的には、３−（２’−ベンゾチアゾリル）−７−ジエチルアミノクマリン（クマリン６）、３−（２’−ベンゾイミダゾリル）−７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン７）、３−（２’−Ｎ−メチルベンゾイミダゾリル）−７−Ｎ，Ｎ−ジエチルアミノクマリン（クマリン３０）、２，３，５，６−１Ｈ，４Ｈ−テトラヒドロ−８−トリフルオロメチルキノリジン（９，９ａ，１−ｇｈ）クマリン（クマリン１５３）などのクマリン系色素や、クマリン色素系染料であるベーシックイエロー５１や、ソルベントイエロー１１、ソルベントイエロー１１６などのナフタルイミド系色素や、ローダミンＢ、ローダミン６Ｇ、ローダミン３Ｂ、ローダミン１０１、ローダミン１１０、スルホローダミン、ベーシックバイオレット１１、ベーシックレッド２などのローダミン系色素、１−エチル−２−〔４−（ｐ−ジメチルアミノフェニル）−１，３−ブタジエニル〕ピリジニウム−パークロレート（ピリジン１）などのピリジン系色素、さらには、シアニン系色素、あるいはオキサジン系色素などが用いられる。

あるいは、蛍光体材料として、無機蛍光体材料を用いることもできる。
無機蛍光体材料の青色蛍光体としては、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｓｎ^４＋、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、ＳｒＧａ_２Ｓ_４：Ｃｅ^３＋、ＣａＧａ_２Ｓ_４：Ｃｅ^３＋、（Ｂａ、Ｓｒ）（Ｍｇ、Ｍｎ）Ａｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ、Ｃａ、Ｂａ_２、０ Ｍｇ）_１０（ＰＯ_４）_６Ｃ_ｌ２：Ｅｕ^２＋、ＢａＡｌ_２ＳｉＯ_８：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、（Ｓｒ，Ｃａ，Ｂａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、ＢａＭｇ_２Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋、（Ｂａ，Ｃａ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、Ｂａ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_３ＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋などが挙げられる。

また、無機系蛍光体材料の緑色蛍光体としては、（ＢａＭｇ）Ａｌ_１６Ｏ_２７：Ｅｕ^２＋，Ｍｎ^２＋、Ｓｒ_４Ａｌ_１４Ｏ_２５：Ｅｕ^２＋、（ＳｒＢａ）Ａｌ_１２Ｓｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋、（ＢａＭｇ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｙ_２ＳｉＯ_５：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋、Ｓｒ_２Ｐ_２Ｏ^７−Ｓｒ_２Ｂ_２Ｏ_５：Ｅｕ^２＋、（ＢａＣａＭｇ）_５（ＰＯ_４）_３Ｃｌ：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２Ｓｉ_３Ｏ_８−２ＳｒＣｌ_２：Ｅｕ^２＋、Ｚｒ_２ＳｉＯ_４、ＭｇＡｌ_１１Ｏ_１９：Ｃｅ^３＋，Ｔｂ^３＋、Ｂａ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、（ＢａＳｒ）ＳｉＯ_４：Ｅｕ^２＋、（Ｓｉ，Ａｌ)_６(Ｏ，Ｎ)_８:Ｅｕ^２＋、Ｃａ_３(Ｓｃ，Ｍｇ)_２Ｓｉ_３Ｏ_１２:Ｃｅ^３＋、ＳｒＳｉ_２(Ｏ，Ｃｌ)_２Ｎ_２: Ｅｕ^２＋等が挙げられる。

また、無機系蛍光体材料の赤色蛍光体としては、Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、ＹＡｌＯ_３：Ｅｕ^３＋、Ｃａ_２Ｙ_２（ＳｉＯ_４）_６：Ｅｕ^３＋、ＬｉＹ_９（ＳｉＯ_４）_６Ｏ_２：Ｅｕ^３＋、ＹＶＯ_４：Ｅｕ^３＋、ＣａＳ：Ｅｕ^３＋、Ｇｄ_２Ｏ_３：Ｅｕ^３＋、Ｇｄ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ^３＋、Ｙ（Ｐ，Ｖ）Ｏ_４：Ｅｕ^３＋、Ｍｇ_４ＧｅＯ_５．５Ｆ：Ｍｎ^４＋、Ｍｇ_４ＧｅＯ_６：Ｍｎ^４＋、Ｋ_５Ｅｕ_２．５（ＷＯ_４）_６．２５、Ｎａ_５Ｅｕ_２．５（ＷＯ_４）_６．２５、Ｋ_５Ｅｕ_２．５（ＭｏＯ_４）_６．２５、Ｎａ_５Ｅｕ_２．５（ＭｏＯ_４）_６．２５、（Ｓｒ，Ｃａ）ＡｌＳｉＮ_３:Ｅｕ^２＋、ＣａＡｌＳｉＮ_３:Ｅｕ^２＋、ＳｒＳｉＮ_２:Ｅｕ^２＋、ＳｒＡｌＳｉＮ_３:Ｅｕ^２＋、Ｃａ_２Ｓｉ_５Ｎ_８:Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２Ｓｉ_５Ｎ_８:Ｅｕ^２＋、Ｂａ_２ＡｌＳｉ_５Ｎ_８:Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２Ｓｉ_３Ｏ_２Ｎ_４:Ｅｕ^２＋、Ｓｒ_２Ｓｉ_３Ａｌ_２Ｏ_２Ｎ_６:Ｅｕ^２＋、ＳｒＳｃ_２Ｏ_４:Ｅｕ^２＋、(Ｓｒ，Ｂａ)_３ＳｉＯ_５:Ｅｕ^２＋、Ｍｇ_２ＴｉＯ_４:Ｍｎ^２＋等が挙げられる。

無機系蛍光体材料は、必要に応じて表面改質処理を施してもよく、その方法としてはシランカップリング剤等の化学的処理によるものや、サブミクロンオーダーの粒子等の添加による物理的処理によるもの、更にそれらの併用によるもの等が挙げられる。励起光による劣化、発光による劣化等の安定性を考慮すると、一般的には無機材料を使用する方が好ましい。

なお、各種染料（直接染料、酸性染料、塩基性染料、分散染料など）も、蛍光性があれば本発明の蛍光体層３として使用可能である。

蛍光体層３の屈折率は、無機蛍光体材料の場合、屈折率が概ね１．８またはそれ以上の高い屈折率を有するものが一般的である。例えば、ＹＡＧ：Ｃｅ，ＴＡＧ：Ｃｅ，Ａｌ_２Ｏ_３：Ｃｅの屈折率が概ね１．８である。また、有機蛍光体材料の場合、屈折率が概ね１．７またはそれ以上の高い屈折率を有するものが一般的である。例えば、Ｃ_２０Ｈ_１８Ｎ_２Ｏ_２Ｓ（クマリン６）の屈折率は概ね１．６９である。

蛍光体粒子１２を構成する蛍光体材料は、前述の有機蛍光体、無機蛍光体のどちらでも良いが、無機蛍光体である事がより好ましい。その理由は、無機蛍光体は一般にストークスシフトが大きく（吸収帯域と発光帯域の差異が大きい）、発光に対する自己吸収率が小さいからである。また、無機蛍光体は、屈折率ｎが１．８以上（ｎ＞１．８）と大きい。
以上の理由から、図３のように複数の蛍光体粒子１２を積層した蛍光体層３（蛍光体粒子１２どうしの間に、気体が充填された粒子間空隙１３を有した層）とすることで、蛍光体層３による発光の波長帯の拡散反射率が大きくなる。つまり、蛍光体層３が蛍光体自身（蛍光体粒子１２）から放射された発光に対して高反射な拡散反射膜となる。

蛍光体粒子１２の平均粒径は、無機蛍光体、有機蛍光体に関わらず、粒径は１μｍ以上程度であることが望ましい。平均粒径が１μｍ以下であると、蛍光体層３の発光効率が急激に低下する場合がある。粒径が小さいと十分に励起光を吸収できない。また、平均空隙寸法も粒径に伴い小さくなると想定され、平均空隙寸法が発光主波長より小さくなると、蛍光体層３で散乱が小さくなり、発光波長の拡散反射率（全光線反射率）が低下するおそれがある。

一方で、蛍光体粒子１２が十分に積み重なっていない場合には、蛍光体層３が十分に励起光を吸収できないため蛍光体層３からの発光量が減少する。その結果、蛍光体層３における発光量の低下を招く。

蛍光体層３の膜厚は、５０μｍ以上が好ましい。蛍光体層３の膜厚を５０μｍ以上にすることで、太陽光を十分に吸収することができる。また、蛍光体層３の膜厚を２００μｍ以上にすれば、保持基板１の材質に依らず、全光線反射率が一定となる。さらに、蛍光体層３の膜厚が４００μｍ以上あれば、蛍光体層３の全光線反射率が最大値となる。なお、４００μｍ以上の膜厚であっても蛍光体層３における全光線反射率は飽和する。

（太陽電池素子）
太陽電池素子５は、蛍光体層３とバンドパスフィルター２との間の任意の場所に設置される。本実施形態では、光受光面５Ａをバンドパスフィルター２に向けた姿勢で、保持基板１の略中央に太陽電池素子５が配置されている。太陽電池素子５は、蛍光体層３に設けられた開口３Ａ内に配置され、光受光面５Ａとは反対側の面が保持基板１の一面１ａに接触した状態で固定されている。

具体的には、保持基板１の周縁に設けられた壁部７からの距離Ｌが、例えば２０ｃｍとなる位置に配置されている。太陽電池素子５は、平面視でほぼ正方形をなしており、例えば１辺が２０×２０ｃｍの大きさを有する。

太陽電池素子５としては、シリコン系太陽電池、化合物系太陽電池、量子ドット太陽電池、有機系太陽電池などの公知の太陽電池を使用することができる。中でも、化合物半導体を用いた化合物系太陽電池は、高効率な発電が可能であることから、太陽電池素子５として好適である。特に、蛍光体の発光スペクトルのピーク波長（６１０ｎｍ）において高効率を示す化合物系太陽電池であるＧａＡｓ太陽電池が望ましい。他にも、化合物系太陽電池として、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｓ，ＡｌＧａＡｓ、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）Ｓｅ_２、Ｃｕ（Ｉｎ，Ｇａ）（Ｓｅ，Ｓ）_２、ＣｕＩｎＳ_２、ＣｄＴｅ、ＣｄＳ等を用いてもよい。また、量子ドット太陽電池として、Ｓｉ、ＩｎＧａＡｓ等を用いてもよい。ただし、価格や用途に応じて、Ｓｉ系や有機系など他の種類の太陽電池を用いることもできる。

（バンドパスフィルター）
バンドパスフィルター２は、励起光を透過させ、かつ、励起光によって蛍光体層３に生じた蛍光を反射させる波長選択層である。バンドパスフィルター２は、太陽光の一部（蛍光体層３を励起させる励起光）を透過させるとともに、蛍光体層３から放出された光のピーク波長及びその周辺波長帯域の光を高反射させる機能を有している。
バンドパスフィルター２としては、例えば、無機蒸着フィルム、有機フィルム、コレステリック液晶フィルム等を用いることができる。

（スペーサー）
スペーサー６は、太陽電池素子５の平面視における４つの角部付近に配置され、蛍光体層３上に立設されている。スペーサー６としては、例えば、一般的な金属ネジや木ネジを用いることができる。その他にも、蛍光体層３とバンドパスフィルター２との間に一定の距離を保持できる部材であれば用いることが可能である。スペーサー６の材質に制約は無いが、一般的な合金・ステンレス材料の方が、表面反射、剛健さの点で望ましい。
スペーサー６を設けて、蛍光体層３（保持基板１）とバンドパスフィルター２との距離を一定に保持することで、これらの間に空隙層４を形成することが容易になる。

（壁部）
壁部７は、保持基板１及びバンドパスフィルター２の周縁に設けられ、保持基板１とバンドパスフィルター２との間の空隙層４を封止するものである。これにより、外部から空隙層４や蛍光体層３内に空気や酸素や水分が混入するのを防止することができ、ひいては、太陽電池素子５の寿命を向上させることができる。また、保持基板１とバンドパスフィルター２とを壁部７を介して接合することにより、モジュール全体の強度が増す。

壁部７の材料としては、保持基板１と同様に、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）等の金属板を用いてもよい。また、金属板の表面に反射層として、ＥＳＲ（Enhanced Specular Reflector）フィルム等を形成してもよい。これにより、可視光下において９８％以上の高い反射率を実現することができる。その他、高い反射性を有する基板として、古河電工社製のマイクロ発泡ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）等の光拡散反射性を有する基板を用いてもよい。

また、光拡散反射性の高い材料として、セラミックス（非金属無機材料）基板を用いても良い。例えば、アルミナを主成分とするセラミックスは拡散反射率が高い事で知られている。また、ガラス等の透明材料、またはＰＭＭＡ（ポリメタクリル酸メチル樹脂）等のアクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、塩化ビニル、などの有機材料を壁部７として用いることができる。

なお、壁部７の内面７ａには蛍光体層３を設けない構成としてもよいが、壁部７の内面７ａにも蛍光体層３を設けておく方が、光の取り出し効率の向上に有用である。

次に、蛍光体層３の形成方法の一例について述べる。
上述したように、蛍光体層３は、多数の蛍光体粒子１２と、これら蛍光体粒子１２どうしの間に形成された粒子間空隙１３とから構成され、粒子間空隙１３は低屈折媒質で満たされている。

まず、蛍光体粒子１２と、蛍光体粒子１２どうしを接着する接着層（不図示）を構成する各部材の原料となる熱分解性の樹脂と、溶媒と、を含む蛍光体層形成用の分散液を作製し、保持基板１の一面１ａ上に塗布する。

その後、塗布膜を熱処理することで、分散液中の溶媒が揮発し、分散液中の熱分解性の樹脂が分解して体積が縮小することで、蛍光体粒子１２どうしの間に粒子間空隙１３が形成される。また、蛍光体粒子１２どうしの間にわずかに残った樹脂成分が接着剤の役割を果たすこととなる。

塗布膜に対する熱処理温度は、蛍光体粒子１２の熱耐性の観点から、無機蛍光体を用いた場合は、４００〜５００℃で約１〜３時間の熱処理を施すことが望ましい。一方、有機蛍光体を用いた場合は、一般的に、有機蛍光体の熱耐性が２００℃以下であるため、有機蛍光体の熱処理温度は２００℃以下であることが望ましい。
したがって、有機蛍光体に用いる熱分解性樹脂の分解温度も２００℃以下のものを用いる事が望ましい。
また、有機蛍光体の場合には、不溶性の溶媒に分散することで、熱処理後、有機蛍光体粒子として蛍光膜を形成できる。

蛍光体層形成用分散液を保持基板１上へ塗布する方法としては、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法等の塗布法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法等の印刷法等による公知のウエットプロセスなどが好ましく採用できる。

次に、蛍光体層３において、粒子間空隙１３の空隙の考え方について、空隙寸法の測定方法の一例を示しつつ説明する。
図４は、空隙寸法の測定方法を示す説明図である。

図４（ａ）は、蛍光体層３の断面の走査型電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）である。蛍光体層３の断面は、保持基板１を蛍光体層３の厚み方向に対して垂直に切断することで得られる。走査型電子顕微鏡は、日立ハイテク製型番ＳＵ８０２０を用いたが、同等の性能を有する走査型電子顕微鏡であればよく、限定されるものではない。

また、図４（ａ）と同じ箇所における図４（ａ）に示された断面に対して９０度垂直方向、かつ蛍光体層３の厚み方向上方から撮像したＳＥＭ像も取得する。図４（ａ）及び図４（ａ）に対して９０度垂直方向から撮像したＳＥＭ像より、断面位置での蛍光体領域と空隙領域とを定義付けする。図４（ｂ）は蛍光体領域を定義した図である。図４（ｂ）においては、蛍光体領域９０１を黒線で囲んで示している。

図４（ｃ）では、前述した断面位置での蛍光体領域と空隙領域とをそれぞれ二値化し、蛍光体領域９０２を黒色、空隙領域９０３を白色で示している。図４（ｃ）にて定義した空隙領域を埋めるように、点線で示した円領域９０４を充填する。この時、大きな円領域９０４を先に充填し、次に小さな円領域９０４を充填する。こうして点線で示した円領域９０４を充填した様子を図４（ｄ）に示す。

図４（ｄ）に図示したそれぞれの円領域９０４の直径を蛍光体基板（蛍光体層３）における粒子間空隙１３の寸法と定義する。複数の粒子間空隙１３の寸法を測定して度数分布を求める。度数分布から求まる中央値（メディアン）を粒子間空隙１３の平均寸法と定義する。

上述した測定方法によって、５箇所の蛍光体層３の断面ＳＥＭ像を撮像し、合計５０個の粒子間空隙１３の寸法を測定して度数分布を求めた。度数分布から求めた中央値（メディアン）で定義される粒子間空隙１３の平均寸法は、約１２μｍであった。

次に、蛍光体層の特徴について述べる。
図５は、膜厚の異なる蛍光体層の吸収スペクトル及び発光スペクトルを示す図である。なお、横軸は波長［ｎｍ]であり、縦軸は吸収率［％］、発光強度［ａ．ｕ．］である。

図５に、膜厚（５０μｍ，１００μｍ，２００μｍ，４００μｍ）の異なる４種類の緑色無機蛍光体（組成ＳｒＳｉ_２（ｏ,Ｃｌ）_２Ｎ_２: Ｅｕ^２＋付活、根本特殊化学社製、品番：ＡＳＫ−２２）積層膜におけるそれぞれの吸収スペクトル、発光スペクトル（λｅｘ＝４５０ｎｍ）を示す。各膜厚の蛍光体層のピーク波長λｅｘは、５００〜６００ｎｍの波長域にある。

ここでは、金属基板の一面に膜厚の異なる蛍光体層が形成されたものを４つ用意した。なお、金属基板の一面にはガニゼンメッキ処理が施されている。
図５によれば、蛍光体層の膜厚が５０μｍ〜４００μｍの範囲内である場合、蛍光体層の膜厚に依らず、吸収スペクトルのピーク波長が略同じになる。各蛍光体層は、ともに吸収帯域より長波長側に発光帯域が存在し、吸収帯域と発光帯域との重なりが小さいという特徴を有する。

図６は、蛍光体層の全光線反射率スペクトルを示す図である。なお、横軸は蛍光体層の膜厚［μｍ］であり、縦軸は全光線反射率［％］である。
ここでは、金属基板上に蛍光体層を形成した場合、その他、２種類のガラス基板上に蛍光体層をそれぞれ形成した場合における全光線反射率を示している。
図６に示すように、蛍光体層における発光帯域を波長５００〜６００ｎｍと定義した場合、蛍光体層の膜厚が２００ｎｍ以上になると、全光線反射率は飽和して略同じになる。これは、反射成分は、蛍光体層の下の保持基板までは到達せずに、蛍光体層でほぼ全ての光が反射されていることを意味する。つまり、蛍光体層自体が、発光に対して高反射な拡散反射膜であると言える。

また、蛍光体層の膜厚が２００ｎｍの場合、発光帯域における全光線反射率は８０〜９０％である。

なお、「蛍光体層における全光線反射率」とは、蛍光体層に入射した光量のうち、蛍光体層（蛍光体粒子）において正反射される光量成分と、拡散反射される光量成分との総和のことである。

次に、バンドパスフィルター２の特徴について述べる。
図７は、バンドパスフィルターに対する光の入射角度θの定義を示す図である。
図８は、バンドパスフィルターに対する光の入射角度θが０°の場合の反射特性を示す図であり、図９は、バンドパスフィルターに対する光の入射角度θが略９０°の場合の反射特性を示す図である。
なお、図８及び図９中において、横軸は波長［ｎｍ］、縦軸は吸収率［％］、発光強度［ａ.ｕ.]である。ここでの入射角度θが略９０°の場合は、入射角度θが「９０°未満であり、且つ限りなく９０°に近い角度」とする。

図８に示すように、バンドパスフィルター２に対する光の入射角度θが０°の場合、有限の幅を持つ高反射率帯域（波長λｂ０〜λｒ０）と、低反射率領域（高反射領域以外の波長帯あるいは高反射率帯域より短波長側（λ≦λｂ０）と長波長側（λｒ０≦λ））を有した矩形の反射率特性を有する。

ここでは、バンドパスフィルター２の光反射率が、全波長域における光反射率の最大値の９０％以上となる最小の波長をλｂ０とする。また、バンドパスフィルター２の光反射率が、全波長域における光反射率の最大値の９０％以上となる最大の波長をλｒ０とする。

図９に示すように、バンドパスフィルター２に対する光の入射角度θが９０°の場合、有限の幅を持つ高反射率帯域（波長λｂ９０〜λｒ９０）と、低反射率領域（高反射領域以外の波長帯あるいは高反射率帯域より短波長側（λ≦λｂ９０）と長波長側（λｒ９０≦λ））を有した矩形の反射率特性を有する。

ここでは、バンドパスフィルター２の光反射率が、全波長域における光反射率の最大値の９０％以上となる最小の波長をλｂ９０とする。また、バンドパスフィルター２の光反射率が、全波長域における光反射率の最大値の９０％以上となる最大の波長をλｒ９０とする。

蛍光体の発光スペクトルのピーク波長をλｐとする。また、蛍光体の発光スペクトルのピーク波長λｐにおける発光強度を１としたとき、発光強度が０．１になるとともに、ピーク波長λｐよりも短波長となる波長をλ１とする（λ１＜λｐ）。また、蛍光体の発光スペクトルのピーク波長λｐにおける発光強度を１としたとき、発光強度が０．１になるとともに、ピーク波長λｐよりも長波長となる波長をλ２とする（λｐ＜λ２）。

図８及び図９に示すように、バンドパスフィルター２の反射率特性には、光の入射角度に対する波長依存性が存在する。一般的に、バンドパスフィルター２に対する入射角度θが０°〜９０°に変化するに従って波長λｂ、λｒが短波長化し、ブルーシフトが生じる。すなわち、λｂ９０＜λｂ０、λｒ９０＜λｒ０となる。

バンドパスフィルター２の光学特性（反射特性）については、蛍光体層の光吸収特性及び発光特性と関連づけて設定する。すなわち、蛍光体層からの発光成分をバンドパスフィルター２において有効に反射させることが重要であるため、バンドパスフィルター２の特性は、下記の式（１）、式（２）を満たすように設計することが望ましい。

λｒ０≦λ１ …（１）
λ２≦λｂ９０ …（２）

図１０は、太陽電池モジュールにおいて太陽光スペクトルのうち蛍光体層が吸収する波長域を説明するための図である。図１０において、横軸は波長[ｎｍ]であり、横軸は太陽光強度［Ｗ／ｍ^２／ｎｍ］である。

図１０に示すように、太陽光のスペクトルＳｐ（エアマス１．５）の大部分は、３００ｎｍ〜１８００ｎｍの範囲の波長域に分布している。これに対して、蛍光体層の吸収スペクトルＳｐ１は、３００ｎｍ〜７００ｎｍの範囲の波長域に分布している。この場合、蛍光体層によって、太陽光スペクトルのうち３００ｎｍ〜７００ｎｍの波長域の光Ｌ１を吸収することはできるが、７００ｎｍを超える波長域の光Ｌ２を吸収することができない。

そのため、多くの太陽光を蛍光体層に吸収させるためには、バンドパスフィルター２の光反射率が９０％以上となる最小の波長λｂ０が、できるだけ長波帯域にあることが望ましい。すなわち、式（１）を満たした上で、図８に示した蛍光体層における最小吸収波長λ１と、バンドパスフィルター２における最大反射波長λｒ０との差異Δλ（Δλ＝λ１−λｒ０）を可能な限り小さく設計することが望ましい。具体的には、λ１＝λｒ０を満たすように設計することがより好ましい。

図１１は、太陽電池素子の光電力変換効率の波長依存性を示す図である。図１１において、横軸は波長［ｎｍ］であり、縦軸は光電力変換効率［％］である。

図１２は、緑色無機蛍光体（組成ＳｒＳｉ_２（Ｏ,Ｃｌ）_２Ｎ_２: Ｅｕ^２＋付活、根本特殊化学社製、品番：ＡＳＫ−２２）積層膜の発光スペクトルを示す図である。
図１３は、赤色無機蛍光体（組成ＣａＡｌＳｉＮ_３: Ｅｕ^２＋付活、三菱化学社製）積層膜の発光スペクトルを示す図である。
なお、図１２及び図１３において、横軸は波長［ｎｍ]であり、縦軸は吸収率［％］、発光強度［ａ．ｕ．］である。

図１２及び図１３において、緑色無機蛍光体及び赤色無機蛍光体の発光スペクトルのピーク波長をλｐとする。
また、緑色無機蛍光体及び赤色無機蛍光体の発光スペクトルの発光ピーク強度を１としたとき発光強度が０．１になるとともに、発光ピーク波長λｐよりも短波長となる波長をλ１とする（λ１＜λｐ）。
また、発光スペクトルの発光ピーク強度を１としたとき、発光強度が０．１になるとともに、発光ピーク波長λｐよりも長波長となる波長をλ２とする（λｐ＜λ２）。
また、発光スペクトルの発光ピーク強度を１としたとき、発光強度が０．５になるとともに、発光ピーク波長λｐよりも短波長となる波長をλ３とする（λ３＜λｐ）。
また、発光スペクトルの発光ピーク強度を１としたとき、発光強度が０．５になるとともに、発光ピーク波長λｐよりも長波長となる波長λ４とする（λｐ＜λ２）。

一般的に太陽電池の光電力変換効率は、短波長側から長波長側に行くにつれて光電力変換効率が高い。またある波長を境界にして、その波長より長波長で光電力変換効率が急激に低下し、光電力変換効率が０となる。これは太陽電池セルの材料固有のバンドギャップで決まる波長より短波長しか太陽電池セルが光を吸収しない為である。また、光電力変換効率が０となる波長の少し短波長側に光電力変換効率の変化量が極大となる波長が有り、一般的にはその波長で光電力変換効率が最大となる。（ＣＩＧＳの場合は例外である。）

図１１において、グラフの傾きが０となる波長（極大となる波長、または１次微分が０となる波長）、且つ、傾きが０となる波長が複数存在する場合は、その波長の中で最大の波長をλｘと定義する（図１１中に矢印で図示）。つまり、このピーク波長λｘより長波長側では太陽電池セルの発電効率が急激に低下する。

蛍光体の発光が太陽電池素子に入射して高い発電効率を得るためには、蛍光体の発光波長が少なくとも太陽電池素子のピーク波長λｘの周辺か、ピーク波長λｘよりも短波長である事が好ましい。より具体的に規定すれば、蛍光体の発光波長λ４が太陽電池素子のピーク波長λｘよりも短波長であることが好ましい。さらには、蛍光体の発光波長λ２が太陽電池素子のピーク波長λｘよりも短波長であることが好ましい。

本実施形態のように、空隙層４（バンドパスフィルター２と蛍光体層３とに囲まれた領域）における任意の場所に太陽電池素子５を配置し、蛍光体層３の発光を空隙層４により太陽電池素子５へ導光する場合、発電を目的とすることから、太陽電池素子５の光電力変換効率の特性と、蛍光体の光学特性、特に、蛍光体の発光スペクトル特性と、を関連付けて設計することが望ましい。

図１４（Ａ）、（Ｂ）は、太陽電池モジュールの各寸法を定義する単位ユニットについて説明するための図である。
太陽電池モジュール１０における太陽電池素子５の配置を説明する為に、図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、太陽電池モジュール１０の各寸法を定義する。ここで、単位面積（正方形）当たりに一つの太陽電池素子５（正方形）が配置された構成を単位ユニットＡとして考える。本実施形態では保持基板１上に一つの太陽電池素子５が配置された構成であるため、保持基板１（太陽電池モジュール１０）の幅Ｗを単位ユニットＡの単位幅Ｗｓ（Ｗ＝Ｗｓ）とする。太陽電池素子５の幅を単位ＰＶ幅Ｗｐｖとする。

図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、太陽電池素子５の光受光面５Ａの面積をＳｐｖ、蛍光体層３とバンドパスフィルター２との距離（空隙層４の厚さ）をｈ、太陽電池モジュール１０の面積（＝保持基板１の面積＝太陽電池素子５の形成面積と蛍光体層３の形成面積とを合計した面積）をＳとすると、単位ユニットＡの単位幅Ｗｓを、Ｗｓ＝√Ｓと定義する。また、太陽電池素子５の単位ＰＶ幅Ｗｐｖを、Ｗｐｖ＝√Ｓｐｖと定義する。

図１４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、保持基板１および太陽電池素子５が共に正方形の場合には、保持基板１の１辺の長さは単位幅Ｗｓと等しく、太陽電池素子５の１辺の長さは単位ＰＶ幅Ｗｐｖと等しい。

図１５は、蛍光体の発光における太陽電池素子５への入射効率と、太陽電池素子５の配置位置とについて示すグラフである。
図１４（Ａ）、（Ｂ）に示した太陽電池素子５のＷｐｖ（単位ＰＶ幅）と保持基板１の幅Ｗ（単位ユニットの単位幅Ｗｓ）との比（Ｗｐｖ／Ｗｓ）、空隙層４の厚さｈと保持基板１の単位幅Ｗｓとの比（ｈ／Ｗｓ）により、蛍光体からの発光がどの程度、太陽電池素子５へ入射するか光束追跡シミュレーションソフト（Light tools）を用いて試算した。試算に用いたパラメーターとして、蛍光体層３からの発光に対するバンドパスフィルター２の反射率を９８％、蛍光体層３の発光に対する全光線反射率を８５％とした。

図１５に示すシミュレーションの試算結果から、太陽電池素子５と保持基板１との単位幅比（Ｗｐｖ／Ｗｓ）が１に近づく（大きくなる）ほど、太陽電池素子５に対する蛍光体層３の発光の入射効率が高まっていることが分かる。また、空隙層４の厚さと保持基板１の単位幅との比（ｈ／Ｗｓ）が１に近づく（大きくなる）ほど、太陽電池素子５に対する蛍光体層３から放射された光の入射効率が高まっていることが分かる。

蛍光体層３から放射された光は、バンドパスフィルター２と蛍光体層３との間で反射しながら、空隙層４中を導光するが、蛍光体層３が拡散反射性を有するため、放射光が一定方向に直線的に導光しない。このため、従来の構成のように導光板の端面に光が集光するのではなく、蛍光体層３からの放射光（拡散光）が空隙層４中を充満する。したがって、保持基板１の周縁に太陽電池素子５を設けるよりも、保持基板１の略中央に配置する方が好ましい。

太陽電池素子５を複数備える場合も、蛍光体層３からの発光がどこか一部に集光するのではなく、空隙層４の内部をそれぞれの拡散光が充満するため、複数の太陽電池素子５を均等に配置することが好ましい。

また、空隙層４の厚さが厚い方が太陽電池素子５への光の入射効率が高くなる点については、次のように考察することができる。
例えば、バンドパスフィルター２及び蛍光体層３の反射率がともに１００％未満であるため、蛍光体層３とバンドパスフィルター２との間での反射回数が多いと反射光量が減少する。また、空隙層４の厚さが薄いと、蛍光体層３から射出した蛍光が太陽電池素子５まで到達するまでに要する反射回数が、確率的に多くなる。空隙層４の厚さが厚いと、蛍光体層３から射出した蛍光が太陽電池素子５まで到達するまでに要する反射回数が、確率的に少なくなる。したがって、太陽電池素子５に対する入射効率を高めるためには、空隙層４の厚みを厚くすることが好ましい。本実施形態の構成によれば、空隙層４の重量は非常に小さいことから、空隙層４を厚くしてもモジュール全体の重量が大きく増加することはない。

上述したような構成をなす太陽電池モジュール１０では、バンドパスフィルター２を透過した太陽光の一部が蛍光体層３に吸収されて発光する。その発光は、バンドパスフィルター２と蛍光体層３との間で反射され、空隙層４を導光し、太陽電池素子５の光受光面５Ａからに入射する。本実施形態の構成では、蛍光体層３から放射された光が空隙層４内を導光する。つまり、導光領域に蛍光体粒子１２が存在しないため、蛍光体粒子１２による自己吸収が生じない。これにより、太陽電池素子５への入射効率が向上する。

また、導光領域に空隙層４を設けたことにより、従来の導光板方式よりも著しく軽量化することが可能である。また、設計要因として、空隙層４の厚みを変化させてもモジュール全体の重量は殆ど増加しないことから、導光板の厚みを厚くすることで蛍光体の自己吸収を抑えていた従来の構成に比べて格段に軽量化され、設計自由度が増す。

以下に、保持基板１上における複数の太陽電池素子５の配置例を具体的に示す各実施形態について述べる。なお、以下に説明する各実施形態の基本構成は上記第１実施形態と略同様であるため、以下の説明では、第１実施形態と異なる部分について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１〜図１５と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態の太陽電池モジュール２０について説明する。以下に示す本実施形態の太陽電池モジュール２０の基本構成は、上記第１実施形態と略同様であるが、本実施形態においては、複数の太陽電池素子５を備える点において異なっている。

図１６は、第２実施形態の太陽電池モジュール２０の全体構成を示す斜視図である。図１７は、第２実施形態における太陽電池素子５の配置状態を示す図である。なお、図１６及び図１７においてはスペーサーの図示を省略している。図１８（Ａ），（Ｂ）は、単位ユニットの定義を示す図である。

図１６及び図１７に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール２０は、複数の太陽電池素子５を備えている。複数の太陽電池素子５は、保持基板１の一面１ａに互いに等間隔で配置されている。具体的には、保持基板１の隣り合う２辺に沿って３個ずつ、合計９個の太陽電池素子５が配置されている。

次に、「単位ユニット」を以下の様に定義する。
図１７及び図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、保持基板１上に配置されたすべての太陽電池素子５の光受光面５Ａの総面積をＳｐｖとし、太陽電池モジュール２０の面積（＝保持基板１の面積＝保持基板１上におけるすべての太陽電池素子５の形成面積と蛍光体層３の形成面積とを合計した面積）をＳとする。また、太陽電池モジュール２０に備えられた太陽電池素子５の数をＮとする。

幅Ｗを有する太陽電池モジュール２０（保持基板１）における単位面積当たりの幅、つまり単位幅Ｗｓを、Ｗｓ＝√（Ｓ／Ｎ）と定義する。また、太陽電池素子５の単位面積当たりの幅、つまり単位ＰＶ幅Ｗｐｖを、Ｗｐｖ＝√（Ｓｐｖ／Ｎ）と定義する。
このとき、単位幅Ｗｓを１辺とする正方形を「単位ユニットＡ」、「単位ユニットＡ」の面積を「単位面積Ｗｓ^２」、単位ＰＶ幅Ｗｐｖを１辺とする正方形を「単位ＰＶ」と定義する。

つまり、図１８（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各単位ユニットＡにおいて、単位ユニットＡの単位幅Ｗｓは、太陽電池モジュール２０（保持基板１）の単位面積当たりの幅Ｗに対応する。また、単位ＰＶ幅Ｗｐｖは１つの太陽電池素子５の幅に対応する。また、蛍光体層３とバンドパスフィルター２との距離（空隙層４の厚さ）をｈで表すことができる。

ここで、「単位ユニットＡ」、「単位ＰＶ」、「単位幅Ｗｓ」、「単位ＰＶ幅Ｗｐｖ」と実際の太陽電池モジュール２０との関係を考察する。

図１７に示す様に本実施形態の太陽電池モジュール２０に複数備えられた太陽電池素子５は、保持基板１上にいずれも互いに等間隔で配置されている。そのため、図１７に示す符号Ａが前述の「単位ユニット」と等しい。つまり太陽電池モジュール２０は単位ユニットＡが９個配列して成る。さらに、太陽電池モジュール２０に配置された太陽電池素子５は正方形である為、太陽電池素子５の１辺の長さは「単位ＰＶ幅Ｗｐｖ」と等しい。

また、隣り合う太陽電池素子５との距離ｄは「単位幅Ｗｓ」に等しい。（ここで、隣り合う太陽電池素子５との距離ｄとは、それぞれの太陽電池素子５において、最近接する太陽電池素子５との中心間の距離と定義する。）つまり、太陽電池素子５が均一に配置されている程、隣り合う太陽電池素子５との距離ｄが「単位幅Ｗｓ」に近くなる。言い代えれば、隣り合う太陽電池素子５との距離ｄと「単位幅Ｗｓ」の差異が小さい程、太陽電池素子５が均一配置されている事を示す。

太陽電池モジュール２０に太陽電池素子５を複数備えている場合、前述の図１５に示すシミュレーションの試算結果より、隣り合う太陽電池素子５との距離ｄが上記定義の「単位幅Ｗｓ」に凡そ等しい事が好ましい。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態の太陽電池モジュール３０について説明する。
以下に示す本実施形態の太陽電池モジュール３０の基本構成は、上記第２実施形態と略同様であるが、上記第２実施形態では太陽電池モジュール３０は単位ユニットＡが９個配列して成る構成を有していたのに対し、本実施形態では、太陽電池モジュール３０に９個以上の太陽電池素子５が配置されており、単純な単位ユニットＡの配列ではない点が、先の実施形態とは異なっている。

図１９は、第３実施形態の太陽電池モジュールの全体構成を示す斜視図である。図２０（Ａ）は、第３実施形態における太陽電池素子の配置状態を示す平面図である。図２０（Ｂ）は、第３実施形態における太陽電池モジュールの各寸法を定義する単位ユニットについて説明するための図である。
なお、図１９及び図２０（Ａ）ではスペーサーの図示を省略し、図２０（Ａ）においてはバンドパスフィルターについての図示も省略している。

図１９及び図２０（Ａ）に示すように、本実施形態の太陽電池モジュール３０は、幅Ｗ（保持基板１の一辺の長さ）が１２００ｍｍの正方形で、単位ＰＶ幅Ｗｐｖが１００ｍｍの太陽電池素子５を１８個有する構成である。

また、隣り合う太陽電池素子５の間隔が全て等しく、且つ概ね均等に配置されている。太陽電池素子５が、どの程度概ね均等に配置されているかについて、上述した通り、最も近接する太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄと「単位幅Ｗｓ」の差異を求め考察する。本実施形態において最近接する太陽電池素子５とは、保持基板１の各辺に対して斜めに方向に隣り合う太陽電池素子５どうしのことである。

図２０（Ａ）に示すように、保持基板１上に設けられたすべての太陽電池素子５の光受光面５Ａの総面積Ｓｐｖは、１８００００ｍｍ^２（縦１００ｍｍ×横１００ｍｍ×１８個）である。太陽電池モジュール３０の面積（＝保持基板１の面積＝保持基板１上におけるすべての太陽電池素子５の形成面積と蛍光体層３の形成面積とを合計した面積）Ｓは、１４４００００ｍｍ^２（１２００ｍｍ×１２００ｍｍ）である。太陽電池モジュール３０に備えられた太陽電池素子５の数Ｎは１８個（Ｎ＝１８）である。

図２０（Ｂ）に示すように、本実施形態における単位ユニットＡの単位幅Ｗｓは、Ｗｓ＝√（Ｓ／Ｎ）と定義されるので、Ｗｓ＝√（１４４００００／１８）＝２８２．８４ｍｍである。また、太陽電池素子５の単位ＰＶ幅Ｗｐｖは、Ｗｐｖ＝√（Ｓｐｖ／Ｎ）と定義されるので、Ｗｐｖ＝√（１８００００／１８）＝１００ｍｍである。

本実施の形態においては、最近接する太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄが全て等しい。つまり保持基板１の各辺に対して斜め方向で隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄが全て等しく、その距離ｄは２８２．８４ｍｍである。このように、保持基板１の各辺に対して斜め方向に隣り合う太陽電池素子５の中心間の距離ｄと、図２０（Ｂ）に示した単位ユニットＡにおける単位幅Ｗｓとが等しいことから、本実施形態の複数の太陽電池素子５は保持基板１上において完全に均等に配置されていると言える。

[第４実施形態]
次に、本発明の第４実施形態における太陽電池モジュールの構成について説明する。
図２１（Ａ）、（Ｂ）は、第４実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に７個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図である。なお、図２１（Ａ）では保持基板上の構成を示し、バンドパスフィルター及びスペーサーなどの図示を省略している。

図２１（Ａ）に示すように、太陽電池モジュール４０は、幅Ｗ（保持基板１の一辺の長さ）が６００ｍｍの正方形で、単位ＰＶ幅Ｗｐｖが１００ｍｍの太陽電池素子５を７個有する構成である。保持基板１上には、７個の太陽電池素子５が概ね均等に配置されている。隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄは全て等しく、ｄ＝２００ｍｍである。また、図２１（Ｂ）に示すように、太陽電池モジュール４０における単位ユニットＡは、単位幅Ｗｓが２２６．７８ｍｍの正方形である。

ここで、「保持基板１上に複数の太陽電池素子５が概ね均等に配置されている」ことについて、隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄが「０．７×Ｗｓ≦ｄ≦１．３×Ｗｓ」の範囲内である」と定義する（定義１）。
これによれば、０．７×２２６．７８≦ｄ≦１．３×２２６．７８
→１５９≦ｄ（＝２００）≦２９５となり、本実施形態はこれを満たすため、保持基板１上に７個の太陽電池素子５が概ね均等に配置されていると言える。

[第５実施形態]
次に、本発明の第５実施形態の太陽電池モジュールの構成について説明する。
図２２（Ａ）、（Ｂ）は、第５実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に５個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図である。なお、図２２（Ａ）では保持基板上の構成を示し、バンドパスフィルター及びスペーサーなどの図示を省略している。

図２２（Ａ）に示すように、太陽電池モジュール５０は、幅Ｗ（保持基板１の一辺の長さ）が６００ｍｍの正方形で、単位ＰＶ幅Ｗｐｖが１００ｍｍの太陽電池素子５を５個有する構成である。保持基板１上には、５個の太陽電池素子５が概ね均等に配置されている。隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄは全て等しく、ｄ＝２８２．８４ｍｍである。また、図２２（Ｂ）に示すように、太陽電池モジュール４０における単位ユニットＡは、単位幅Ｗｓが２６８．３３ｍｍの正方形である。
本実施形態における隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄは、上記した定義によれば、１８８ｍｍ≦ｄ（＝２８２．８４ｍｍ）≦３４９ｍｍを満たすため、保持基板１上に５個の太陽電池素子５が概ね均等に配置されていると言える。

[第６実施形態]
次に、本発明の第６実施形態の太陽電池モジュールの構成について説明する。
図２３（Ａ）、（Ｂ）は、第６実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に４個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図である。なお、図２３（Ａ）では保持基板上の構成を示し、バンドパスフィルター及びスペーサーなどの図示を省略している。

図２３（Ａ）に示すように、太陽電池モジュール６０は、幅Ｗ（保持基板１の一辺の長さ）が６００ｍｍの正方形で、単位ＰＶ幅Ｗｐｖが１００ｍｍの太陽電池素子５を４個有する構成である。保持基板１上には、４個の太陽電池素子５が概ね均等に配置されている。隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄは全て等しく、ｄ＝２８２．８４ｍｍである。また、図２３（Ｂ）に示すように、太陽電池モジュール６０における単位ユニットＡは、単位幅Ｗｓが３００ｍｍの正方形である。
本実施形態における隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄは、上記した定義１によれば、２１０ｍｍ≦ｄ（＝２８２．８４ｍｍ）≦３９０ｍｍを満たすため、保持基板１上に４個の太陽電池素子５が概ね均等に配置されていると言える。

[第７実施形態]
次に、本発明の第７実施形態の太陽電池モジュールの構成について説明する。
図２４（Ａ）、（Ｂ）は、第７実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に７個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図である。なお、図２４（Ａ）では保持基板上の構成を示し、バンドパスフィルター及びスペーサーなどの図示を省略している。

図２４（Ａ）に示すように、太陽電池モジュール７０は、幅Ｗ（保持基板１の一辺の長さ）が６００ｍｍの正方形で、単位ＰＶ幅Ｗｐｖが１００ｍｍの太陽電池素子５を７個有する構成である。保持基板１上には、７個の太陽電池素子５のうち、一部の太陽電池素子５どうしが概ね均等に配置されている。隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄ１〜ｄ４はそれぞれ異なっており、ｄ１＝２００ｍｍ、ｄ２＝２０５．５５ｍｍ、ｄ３＝２４９．９２ｍｍ、ｄ４＝３００．５９ｍｍ、となっている。また、図２４（Ｂ）に示すように、太陽電池モジュール７０における単位ユニットＡは、単位幅Ｗｓが２２６．７８ｍｍの正方形である。

本実施形態における隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄ１〜ｄ４のうち、距離ｄ１〜ｄ３は、１５９ｍｍ≦ｄ１〜ｄ３≦２９５ｍｍを満たしている。このように、本実施形態では、一部の太陽電池素子５が保持基板１上に概ね均等に配置された構成となっている。

[第８実施形態]
次に、本発明の第８実施形態の太陽電池モジュールの構成について説明する。
図２５（Ａ）、（Ｂ）は、第８実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に４個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図である。なお、図２５（Ａ）では保持基板上の構成を示し、バンドパスフィルター及びスペーサーなどの図示を省略している。

図２５（Ａ）に示すように、太陽電池モジュール８０は、幅Ｗ（保持基板１の一辺の長さ）が６００ｍｍの正方形で、単位ＰＶ幅Ｗｐｖが１００ｍｍの太陽電池素子５を４個有する構成である。隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄは全て等しく、ｄ＝１５０ｍｍである。また、図２５（Ｂ）に示すように、太陽電池モジュール８０における単位ユニットＡは、単位幅Ｗｓが３００ｍｍの正方形である。

本実施形態における隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄは、ｄ（＝１５０ｍｍ）≦２１０ｍｍとなり、上記した定義１を満たしていない。このため、４つの太陽電池素子５は、保持基板１上に概ね均等に配置された構成にはなっていない。

[第９実施形態]
次に、本発明の第９実施形態の太陽電池モジュールの構成について説明する。
図２６（Ａ）、（Ｂ）は、第９実施形態の太陽電池モジュールの構成を説明するための図であって、（Ａ）は保持基板上に４個の太陽電池素子が配置された状態を示す図、（Ｂ）は設定する単位ユニットについて説明するための図である。なお、図２６（Ａ）では保持基板上の構成を示し、バンドパスフィルター及びスペーサーなどの図示を省略している。

図２６（Ａ）に示すように、太陽電池モジュール９０は、幅Ｗ（保持基板１の一辺の長さ）が６００ｍｍの正方形で、単位ＰＶ幅Ｗｐｖが１００ｍｍの太陽電池素子５を４個有する構成である。隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄは全て等しく、ｄ＝４００ｍｍである。また、図２６（Ｂ）に示すように、太陽電池モジュール９０における単位ユニットＡは、単位幅Ｗｓが３００ｍｍの正方形である。

本実施形態における隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄは、３９０ｍｍ≦ｄ（＝４００ｍｍ）となり、上記した定義１を満たしていない。このため、４つの太陽電池素子５は、保持基板１上に概ね均等に配置された構成にはなっていない。

図１５に示した１個の太陽電池素子５を備えた太陽電池モジュールのシミュレーション結果は、複数の太陽電池素子５を備える太陽電池モジュールのシミュレーション結果に置き換えて考えることができる。図１５中における「保持基板の幅Ｗ」を「単位ユニットの単位幅Ｗｓ」に置き換えると、単位ユニットの単位幅Ｗｓ、太陽電子素子の単位ＰＶ幅Ｗｐｖ、空隙層４の厚さｈ、および入射効率の間には、図１５に示すような相関関係が有ると考えられる。

さらに言えば、複数の太陽電池素子５が均等に配置された太陽電池モジュールでは、単位ユニットの単位幅Ｗｓが隣り合う太陽電池素子の中心間の距離ｄに近い値を持つ。よって、図１５中における「単位ユニットの単位幅Ｗｓ」を「隣り合う太陽電池素子５の中心間の距離ｄ」に置き換えれば、複数の太陽電池素子５が均等に配置された太陽電池モジュールにおいても、隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄ、太陽電池素子５の単位ＰＶ幅Ｗｐｖ、空隙層４の厚さｈ、および入射効率の間に図１５と同様の相関関係があると考えられる。これによると、空隙層４の厚みは、隣り合う太陽電池素子５どうしの間の距離の２０分の１より厚いことが好ましく、図１５に示すように、隣り合う太陽電池素子５どうしの中心間の距離ｄに対して空隙層４の厚みｈは、ｈ／ｄ≧０．０５であることが好ましい。

以下、実施例１〜７により本発明についてより詳細に説明する。ただし、本発明は以下に示す各実施例に何ら限定されるものではない。

図２７は、実施例１における太陽電池モジュールの構成を示す図である。
本実施例における太陽電池モジュール１０１は、保持基板（第１基板）１、バンドパスフィルター（第２基板）２、蛍光体層（光散乱層）３、空隙層４および太陽電池素子（受光部）５を主として構成されている。本実施例では、保持基板１の中央に一つの太陽電池素子５を備える。

（太陽電池モジュール１０１の仕様）
・モジュールサイズ：４０ｃｍ×４０ｃｍ×２．５ｃｍ（空隙層４の厚さ：２．０ｃｍ）
・太陽電池素子のサイズ：２０ｃｍ×２０ｃｍ×厚み０．４ｃｍ
・緑色無機蛍光体：ＳｒＳｉ_２（Ｏ,Ｃｌ）_２Ｎ_２: Ｅｕ^２＋（根本特殊化学社製）
・発光波長５４１ｎｍ
・重量：６８０ｇ
（同サイズの結晶シリコン（ｃ-Ｓｉ）太陽電池モジュールとの重量比：３４％、同サイズのｉ−ＯＰＴ太陽電池モジュールとの重量比：４９％）
・入射効率（蛍光体層からの発光のうち、太陽電池素子に入射する割合）：３６％
なお、入射効率は、太陽電池素子の配置や空隙層の厚みによって変化する。

太陽電池モジュール１０１の単位体積当たりの発電量［ｍＷ／ｃｍ^２］は、「太陽電池素子５の発電量［ｍＷ］／太陽電池素子５（光受光面５Ａ）の面積［ｃｍ^２］」で求められる。

本実施例では、保持基板１として「拡散反射性を有する古河電工社製のマイクロ発泡ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）」を用いた。
また、光透過性を有するバンドパスフィルター２として、１ｍｍの透明アクリル板（ＰＭＭＡ樹脂［屈折率１．４９］）に、「波長４８０〜６５０ｎｍの全光線反射率（光入射角度＝０°）が９０％以上、波長３００〜４５０ｎｍ、及び波長７００ｎｍ〜８５０ｎｍの全光線反射率（光入射角度＝０°）が１５％以下である反射特性」を有する誘電体多層膜を貼り合わせた基板を用いた。

蛍光体層３を構成する蛍光体として、緑色無機蛍光体 ＳｒＳｉ_２（Ｏ,Ｃｌ）_２Ｎ_２: Ｅｕ^２＋（根本特殊化学社製）を用いた。蛍光体層３は、複数の蛍光体粒子から成り、蛍光体粒子と蛍光体粒子との間に粒子間空隙が形成されている。粒子間空隙には空気が満たされている。蛍光体粒子の平均粒径は約１５μｍ、蛍光体層３の膜厚は約４００μｍである。

保持基板１及び保持基板１上に設けられた蛍光体層３と、これらに対向配置されるバンドパスフィルター２と、の間には空隙層４が形成されている。この空隙層４には空気が満たされている。（構造上、空隙層４と粒子間空隙１３とは分離されていない為、粒子間空隙１３と空隙層４とには同一の気体が満たされていると考えられる。）空隙層４の層厚は２０ｍｍである。

保持基板１及び蛍光体層３とバンドパスフィルター２との間に設けられた空隙層４の層厚を一定に保つために、スペーサー６が設けられている。このスペーサー６として、ここではステンレス製の金属ネジを用いた。スペーサー６として用いる部材はネジに限定されることはなく、保持基板１とバンドパスフィルター２とを固定することができるとともに、相互間に一定の間隔を確保できる部材で有れば良い。

保持基板１とバンドパスフィルター２との周縁部どうしを接続する壁部７として、厚さ２ｍｍのアルミ板を用いた。壁部７として、その他、剛健かつ軽量な材料を用いてもよい。壁部７を設けることで、蛍光体層３や太陽電池素子５の劣化を防止することができる。
また、壁部７上にも保持基板１上に設けた蛍光体層３と同様の蛍光体層３を設けた。

保持基板１の中央部分に、ＧａＡｓ太陽電池素子からなる太陽電池素子５を設置した。太陽電池素子５は、保持基板１と接触して設置されており、その部分には予めマスキングすることで蛍光体層３を設けていない。

太陽電池素子５の光受光面５Ａは空隙層４に露出している。光受光面５Ａが空隙層４に露出していれば、太陽電池素子５を任意の位置に配置してもよいが、図２７に示すように、保持基板１の中央に設置する方が好ましい。その理由としては、バンドパスフィルター２を透過した太陽光を直接受光することができるので、発電に有用である。また、蛍光体層３からの発光が空隙層４中を拡散して導光するため（蛍光体層３が拡散反射性を有するため）、空隙層４の中央部分に光が集光し易いことが挙げられる。

また、太陽電池素子５は、半導体基板、表面電極及び裏面電極を備えており、裏面電極と表面電極のそれぞれがインターコネクトを介して外部接続用端子とリード線により接続されている。

図２８は、膜厚（５０μｍ，２００μｍ，４００μｍ）の異なる３種類の蛍光体層（無機蛍光体 ＳｒＳｉ_２（Ｏ,Ｃｌ）_２Ｎ_２: Ｅｕ^２＋（根本特殊化学社製））の光学スペクトルを示す図であって、（Ａ）は吸収スペクトルを示す図、（Ｂ）は発光スペクトル（励起波長：４５０ｎｍ）及び励起スペクトル（発光波長：５５０ｎｍ）を示す図である。
なお、図２８（Ａ）において、横軸は波長［ｎｍ]、縦軸は吸光度［％］であり、図２８（Ｂ）において、横軸は波長［ｎｍ]、縦軸は発光強度［ａ．ｕ．］である。

図２８（Ａ）によれば、蛍光体層３の膜厚に依らず、吸収スペクトルのピーク波長が略同じである。各蛍光体層３は、ともに吸収帯域より長波長側に発光帯域が存在し、吸収帯域と発光帯域との重なりが小さいという特徴を有する。
図２８（Ｂ）に示すように、蛍光体の一例であるＳｒＳｉ_２（Ｏ,Ｃｌ）_２Ｎ_２: Ｅｕ^２＋は、波長５４０ｎｍに発光ピークを有し、蛍光体層３に入射した太陽光のうち短波長の光によって、太陽電池素子５における吸収感度の高い長波長側で発光する。

次に、実施例２における太陽電池モジュール（不図示）について述べる。
ここでは、蛍光体層３を構成する蛍光体として、赤色発光無機蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ_３: Ｅｕ^２＋（三菱化学製）を用いた点において、実施例１とは異なる。

（太陽電池モジュール１０２の仕様）
・モジュールサイズ：４０ｃｍ×４０ｃｍ×２．５ｃｍ（空隙層の厚さ：２．０ｃｍ）
・太陽電池素子のサイズ：２０ｃｍ×２０ｃｍ
・赤色発光無機蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ_３: Ｅｕ^２＋（三菱化学製）
・発光波長６３９ｎｍ
・重量：６８０ｇ
（同サイズの結晶シリコン（ｃ-Ｓｉ）太陽電池モジュールとの重量比：３４％、同サイズのｉ−ＯＰＴ太陽電池モジュールとの重量比：４９％）
・入射効率：３６％

図２９は、赤色発光無機蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ_３: Ｅｕ^２＋（三菱化学製）の励起スペクトル（発光波長：６５０ｎｍ）、発光スペクトル（励起波長：４５０ｎｍ）を示す図である。
図２９に示すように、赤色発光無機蛍光体は波長６４０ｎｍに発光ピークを有する。このため、太陽光における可視光領域（４００〜７００ｎｍ）の光によって効率よく励起されて発光する。
なお、横軸は波長［ｎｍ]であり、縦軸は発光強度［ａ．ｕ．］である。

本実施例では、上記実施例１と蛍光体層の種類のみが異なり、他の構成は等しいことから、モジュール全体の重量や太陽電池素子による入射効率に変化は見られない。

次に、実施例３における太陽電池モジュール１０３について述べる。
図３０は、実施例３の太陽電池モジュールの構成を示す斜視図である。
本実施例は、図３０に示すように基本的な構成は先の実施例と略同様であるが、空隙層４の厚さを５．０ｃｍとした点において先の実施例とは異なっている。

（太陽電池モジュール１０３の仕様）
・モジュールサイズ：４０ｃｍ×４０ｃｍ×５．５ｃｍ（空隙層の厚さ：５．０ｃｍ）
・太陽電池素子のサイズ：２０ｃｍ×２０ｃｍ
・赤色発光無機蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ_３: Ｅｕ^２＋（三菱化学製）
・発光波長６３９ｎｍ
・重量：９４０ｇ
（同サイズの結晶シリコン（ｃ-Ｓｉ）太陽電池モジュールとの重量比：４７％、同サイズのｉ−ＯＰＴ太陽電池モジュールとの重量比：６７％）
・入射効率：５５％

本実施例では空隙層４の厚さを５ｃｍにした。これにより、上記実施例１、２では、蛍光体層３から放出された光が太陽電池素子５へ入射する入射効率が３６％だったのに対し、本実施例では５５％までＵＰした。空隙層４の厚さを厚くしたことで、蛍光体層３とバンドパスフィルター２との間を反射する回数が少なくなったため、光の損失が抑えられたと考えられる。

次に、実施例４における太陽電池モジュール１０４について述べる。
図３１（Ａ）は、実施例４における太陽電池モジュール１０４の構成を示す斜視図であり、図３１（Ｂ）は平面図である。
図３１（Ａ）に示すように、本実施例における太陽電池モジュール１０４の全体的なサイズは、縦４０ｃｍ、横４０ｃｍ、全体的な厚さ２．５ｃｍ（空隙層の厚さ２．０ｃｍ）となっているが、９個の太陽電池素子５を備えている。各太陽電池素子５のサイズは、８ｃｍ×８ｃｍである。

（太陽電池モジュール１０４の仕様）
・モジュールサイズ：４０ｃｍ×４０ｃｍ×２．５ｃｍ（空隙層の厚さ：２．０ｃｍ）
・一つの太陽電池素子のサイズ：８ｃｍ×８ｃｍ（合計９個）
・赤色発光無機蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ_３: Ｅｕ^２＋（三菱化学製）
・発光波長６３９ｎｍ
・重量：６８０ｇ
（同サイズの結晶シリコン（ｃ-Ｓｉ）太陽電池モジュールとの重量比：３６％、同サイズのｉ−ＯＰＴ太陽電池モジュールとの重量比：５１％）
・入射効率：７０％

図３１（Ｂ）に示すように、複数の太陽電池素子５を配置する場合は、各太陽電池素子５を等間隔に配置することで光の入射効率が高まるため、保持基板１における単位面積当たりに一つの太陽電池素子５が配置されている。本実施例における単位ユニットＡは、１３．３ｃｍ×１３．３ｃｍである。これにより、９つの単位ユニット（１３．３ｃｍ×１３．３ｃｍ×５．０ｃｍ）Ａの集合体とみなすことができる。

本実施例では、実施例１〜３の太陽電池素子に比べて小さいサイズの太陽電池素子を用いている。そのため、太陽電池素子の個数が増えてもモジュール全体の重量に変化はない。一方で、蛍光体層からの光を個々の太陽電池素子が受光することから、入射効率は７０％まで向上した。

次に、実施例５の太陽電池モジュール１０５について述べる。
図３２は、実施例５の太陽電池モジュールの構成を示す斜視図である。
本実施例における太陽電池モジュール１０５の基本的な構成は実施例４と略同様であるが、図３２に示すように空隙層の厚さを５．０ｃｍとした点において、実施形態４とは異なる。

（太陽電池モジュール１０５の仕様）
・モジュールサイズ：４０ｃｍ×４０ｃｍ×５．５ｃｍ（空隙層の厚さ：５．０ｃｍ）
・一つの太陽電池素子のサイズ：８ｃｍ×８ｃｍ（合計９個）
・赤色発光無機蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ_３: Ｅｕ^２＋（三菱化学製）
・発光波長６３９ｎｍ
・重量：９８０ｇ
（同サイズの結晶シリコン（ｃ-Ｓｉ）太陽電池モジュールとの重量比：４９％、同サイズのｉ−ＯＰＴ太陽電池モジュールとの重量比：７０％）
・入射効率：７６％

本実施例では、空隙層４の厚さが上記実施例４の２．５倍の厚さとなっているが、モジュール全体の重量比は１．４４倍にしかなっていない。また、空隙層４を厚くしたことで、太陽電池素子５による入射効率は７６％まで向上した。この理由としては、空隙層４の厚さを厚くしたことで、蛍光体層３とバンドパスフィルター２との間を反射する回数が少なくなったため、光の損失が抑えられたと考えられる。

次に、実施例６の太陽電池モジュール（不図示）について述べる。
本実施例では、バンドパスフィルターの特性を最適化した。本実施例におけるバンドパスフィルターは、太陽光のうち、太陽電池モジュールの蛍光体から放出される光のピーク波長に近い波長の光を透過させる特性を有する。

・モジュールサイズ：４０ｃｍ×４０ｃｍ×５．５ｃｍ（空隙層の厚さ：５．０ｃｍ）
・一つの太陽電池素子のサイズ：８ｃｍ×８ｃｍ（合計９個）
・赤色発光無機蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ_３: Ｅｕ^２＋（三菱化学製）
・発光波長６３９ｎｍ
・重量：９８０ｇ
（同サイズの結晶シリコン（ｃ-Ｓｉ）太陽電池モジュールとの重量比：４９％、同サイズのｉ−ＯＰＴ太陽電池モジュールとの重量比：７０％）
・入射効率：７６％

本実施例では、バンドパスフィルターの特性を最適化してある。ここで、「バンドパスフィルターの最適化」とは、上述したようにΔλ＝λ１−λｒ０を最小化することである。このようにバンドパスフィルターを最適化することで、多くの太陽光を蛍光体層に吸収させることが可能となり、発電量が増加するという効果が得られる。

次に、実施例７の太陽電池モジュール（不図示）について述べる。
本実施例では、保持基板として配線基板を用いた点において実施例６とは異なっている。
配線基板としては、例えば、絶縁フィルム上に導電層を積層してなる可撓性の配線基板（Flexible printed circuits ;FPC）が挙げられる。このような配線基板は、例えば、銅箔などの導電層の上下面をポリイミドなどの絶縁フィルムで覆い、複数の太陽電池素子の各々と接続する部分の絶縁フィルムを除去して導電層を露出させたものが用いられる。

・モジュールサイズ：４０ｃｍ×４０ｃｍ×５．５ｃｍ（空隙層の厚さ：５．０ｃｍ）
・一つの太陽電池素子のサイズ：８ｃｍ×８ｃｍ（合計９個）
・赤色発光無機蛍光体ＣａＡｌＳｉＮ_３: Ｅｕ^２＋（三菱化学製）
・発光波長６３９ｎｍ
・重量：９８０ｇ
（同サイズの結晶シリコン（ｃ-Ｓｉ）太陽電池モジュールとの重量比：４９％、同サイズのｉ−ＯＰＴ太陽電池モジュールとの重量比：７０％）
・入射効率：７６％

［比較例１］
比較例１として、ｉ−ＯＰＴ太陽電池モジュール（導光板の厚さ：４ｍｍ）を挙げる。
・モジュールサイズ：４０ｃｍ×４０ｃｍ
・太陽電池素子のサイズ：１２．５ｃｍ×０．４ｃｍ（合計１２個）
・重量：１４００ｇ

［比較例２］
比較例２として、ｉ−ＯＰＴ太陽電池モジュール（導光板の厚さ：１０ｍｍ）を挙げる。
・モジュールサイズ：４０ｃｍ×４０ｃｍ
・太陽電池素子のサイズ：１２．５ｃｍ×０．４ｃｍ（合計１２個）
・重量：２４００ｇ

図３３は、実施例１〜７、比較例１、２における太陽電池モジュールの特性を示す図である。
実施例１〜７と比較例１（ｉ−ＯＰＴモジュール：導光板４ｍｍ）、比較例２（ｉ−ＯＰＴモジュール：導光板１０ｍｍ）とを対比して、本発明に係る太陽電池モジュールの特性を説明する。

実施例１〜７では、備える太陽電池素子５のサイズや個数等によってモジュール重量に若干の差が生じているものの、いずれも１０００ｇ以下の重さとなっている。
実施例１〜７および比較例１，２はいずれも同じモジュールサイズとなっているが、空隙層４を備えた実施例１〜７の構成は、導光板を備えた比較例１、２の構成よりもモジュール全体の重量が極めて軽い。１個の太陽電池素子５を備えた実施例１〜４では、太陽電池素子５の光受光面５Ａの面積Ｓｐｖが４００ｃｍ^２である。９個の太陽電池素子５を備えた実施例５〜７は、保持基板１上に配置されたすべての太陽電池素子５の光受光面５Ａの総面積Ｓｐｖが５７６ｃｍ^２である。これに対し、１２個の太陽電池素子５を備えた比較例１，２は、保持基板１上に配置されたすべての太陽電池素子５の光受光面５Ａの総面積Ｓｐｖが６０ｃｍ^２である。実施例１〜７の方が比較例１，２よりも太陽電池素子５の光受光面５Ａの総面積Ｓｐｖが大きいにも拘らず、モジュール重量が軽い。つまり、導光板の有無がモジュール重量に大きく関係していると言える。

さらに実施例５では、蛍光体の自己吸収を抑えるために空隙層４の厚さを実施例４における空隙層４の厚さの約２．５倍にしているが、それにも拘らず、実施例４及び実施例５のモジュール全体の重量比は１．３８倍にしかなっていない。

一方、ｉ−ＯＰＴ太陽電池モジュールの場合は、厚さ４ｍｍの導光板を備えたモジュール重量が１４００ｇであるのに対して、厚さ１０ｍｍの導光板を備えたモジュール重量は２４００ｇとなり、導光板を厚くすると重量が大きく増加してしまっている。
つまり、本発明にかかる空隙層４を備えた構成であれば、蛍光体層３による自己吸収を抑えて太陽電池素子における入射効率を向上させるために空隙層４の厚みを増加させたとしても、モジュール重量への影響が小さいことが分かる。
以上のことから、導光板を備えるｉ−ＯＰＴ構造に代えて、導光機能を果たす空隙層４を備えた上記実施例１〜７のような構成とすることでモジュール全体の大幅な軽量化が可能となる。

また、図３３に示すように、実施例１〜７の太陽電池モジュールでは、比較例１，２のｉ−ＯＰＴ構造における太陽電池モジュールの単位面積当たりの発電量と同程度か、それ以上の発電量が得られることが分かった。このように、実施例１〜７に示す太陽電池モジュールによれば、従来のｉ−ＯＰＴ構造の太陽電池モジュールと同等の発電効果を確保しつつ、モジュール全体の軽量化を実現することが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

上述した各実施形態では、保持基板上に蛍光体層を備えた太陽電池モジュールについて述べたが、本発明はこれに限らない。例えば、外部から入射した太陽光を散乱させて空隙層内を導光させることができれば、単なる光散乱層であっても構わない。

上述した各実施形態においては、保持基板１上に１個あるいは複数個の太陽電池素子５を備える構成について述べたが、保持基板１に対向して配置されるバンドパスフィルター２側に１個あるいは複数個の太陽電池素子５が配置された構成であってもよい。

［太陽光発電装置］
図３４は、太陽光発電装置１０００の概略構成図である。
太陽光発電装置１０００は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池モジュール１００１と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を交流電力に変換するインバータ（直流／交流変換器）１００４と、太陽電池モジュール１００１から出力された直流電力を蓄える蓄電池１００５と、を備えている。

太陽電池モジュール１００１は、太陽光を集光する集光部材（集光板）１００２と、集光部材１００２によって集光された太陽光によって発電を行う太陽電池素子１００３とを備えている。このような太陽電池モジュール１００１としては、例えば、上述した各実施形態及び各実施例で説明した太陽電池モジュールが好適に用いられる。

太陽光発電装置１０００は、外部の電子機器１００６に対して電力を供給する。電子機器１００６には、必要に応じて補助電力源１００７から電力が供給される。
このような構成の太陽光発電装置１０００は、前述した本発明に係る太陽電池モジュールを備えているため、高い発電効率を得ることが可能なものとなる。

本発明は、太陽電池モジュール及び太陽光発電装置に利用可能である。

１…保持基板（第１基板）、１ａ…一面、２…バンドパスフィルター、２…バンドパスフィルター（第２基板）、３…蛍光体層（光散乱層）、４…空隙層、５…太陽電池素子（受光部、光電変換素子）、５Ａ…光受光面、６…スペーサー、７ａ…内面、１０，２０，３０，１０１，１０２，１０３，１０４，１０５，１００１…太陽電池モジュール、１２…蛍光体粒子、１３…粒子間空隙（空隙）、Ｌ１，Ｌ２…光、１０００…太陽光発電装置

Claims (13)

1. 第１基板と、
   前記第１基板に対向配置される光透過性を有する第２基板と、
   前記第１基板に設けられ外部から入射した光を散乱させる光散乱層と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に設けられ、前記光散乱層によって散乱された散乱光を導光させる空隙層と、
   光受光面が前記空隙層内に露出しており前記散乱光を受光する受光部と、を備えている太陽電池モジュール。
2. 前記受光部が光電変換素子である請求項１に記載の太陽電池モジュール。
3. 前記光散乱層が、前記第２基板の外部から入射した前記光の一部を吸収して前記光とは異なる波長の光を射出する蛍光体層より構成されている請求項１または２に記載の太陽電池モジュール。
4. 前記蛍光体層は、多数の蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子同士の間に保たれた空隙と、からなる請求項１から３のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
5. 前記第２基板が、特定波長の光を透過させるバンドパスフィルターからなる請求項１から４のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
6. 前記第１基板と前記第２基板との間に間隔を保持するスペーサーが配置されている請求項１から５のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
7. 前記第１基板と前記第２基板との周縁部どうしを接続する壁が設けられている請求項１から６のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
8. 前記壁の内面に前記光散乱層が設けられている請求項７に記載の太陽電池モジュール。
9. 前記光散乱層が、前記第２基板の外部から入射した前記光の一部を吸収して前記光とは異なる波長の光を射出する蛍光体層より構成されている請求項８に記載の太陽電池モジュール。
10. 前記蛍光体層は、多数の蛍光体粒子と、前記蛍光体粒子同士の間に保たれた空隙と、からなる請求項８または９に記載の太陽電池モジュール。
11. 前記第１基板あるいは前記第２基板の一面に複数の前記受光部が配置されており、且つ少なくとも一部の前記受光部が概ね均等に配置されている請求項１から１０のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
12. 前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた前記空隙層の厚みが、前記受光部どうしの間の距離の２０分の１より厚い請求項１から１１のいずれか一項に記載の太陽電池モジュール。
13. 請求項１から１２のいずれか一項に記載の太陽電池モジュールを備えた太陽光発電装置。