JP2015195397A - 太陽電池モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の太陽電池モジュールの構造を図1に示す。太陽電池モジュール1は太陽光が入射する側に設置する前面ガラス2、封止材(透明樹脂)3、太陽電池セル(太陽電池素子)4、及びバックシート5からなり、前面ガラス2の太陽光が入射する側には反射防止膜6が形成されている。反射防止膜はあることが望ましいが、なくてもよい。前面ガラス2はその成分がガラスのほか、ポリカーボネート、アクリル、ポリエステル、フッ化ポリエチレンなど太陽光の入射を妨げないよう透明であれば、これらの材料のものを用いることもできる。
<ポリマー表面コート発光材料>
波長変換材料として蛍光体材料を用いる場合、蛍光体の大きさが数μmの大きさであると、蛍光体による反射によって太陽電池セルに向かわずに太陽光が入射する側に反射する光の成分が生じる。この場合には波長変換材料として設置した蛍光体材料により、太陽光の成分が入射する側に反射して太陽電池の発電に寄与しない。
太陽電池の量子効率は一般に青色光から近紫外光になり、入射する光の波長が短波長になるにつれて低下する。一方、波長変換材料としては蛍光体の量子効率は0.7〜0.9程度のものが用いられる。太陽光スペクトル強度のある300nm以上に励起帯がある蛍光体の長波長側の励起端波長を変化させた場合の発電電力増加分を試算した結果を図8に示す。ここで、励起端波長とは励起スペクトルにおける長波長側の励起強度が立ち上がる波長のことであり、励起スペクトルのピーク強度の10%となる波長を示すこととする。
<波長変換材料に用いる蛍光体組成>
波長変換材料としては、500nm以下の近紫外光〜青色光を500nm〜1100nmの緑色光〜近赤外光に光変換して太陽電池セルに入射させることのできる材料が好ましい。特に太陽光スペクトル強度のある300nm以上に励起帯があり、量子効率が0.7以上あり、励起端波長が410〜600nmにある材料が好ましい。特に励起端波長が430〜500nmにある材料が最も好ましい。さらに、輝度寿命及び耐湿性の点から、各種ディスプレイ、ランプ、及び白色LED等に用いられる無機蛍光体材料が好ましい。ただし、励起帯が近紫外光〜青色光に分布しているものに限る。本発明では、このような観点から励起帯が近紫外光〜青色光に存在し、さらに光変換効率の高い蛍光体材料組成を選定した。
ただし、Σfi=Nである。本発明の蛍光体では励起帯波長が波長変換材料として適合しているため、太陽電池用波長変換材料として優れた効果を得ることができる。
<波長変換材料の作製>
実施形態1による、ポリマーで表面コートされた蛍光体である波長変換材料を作製した。ポリマーの原料としてメタクリル酸メチルモノマーを用いる。蛍光体はBaMgAl10O17:Eu,Mn(粒径6μm)を用い、蛍光体表面を疎水性とするためヘキサメチルジシラザンに浸して乾燥した。メタクリル酸メチルモノマーに疎水処理した蛍光体を投入し、さらに反応開始剤としてV-65を少量投入した。蛍光体と反応開始剤を投入したメタクリル酸メチルモノマーに、さらに界面活性剤を投入し、超音波洗浄機にて分散した。作製したメタクリル酸メチルモノマー溶液に純水を投入して反応溶液とした。回転羽根付きの温度制御炉に反応溶液を容器に入れて投入し、窒素を流しながら温度を54℃に保って反応させて、冷却後水洗、乾燥を行って、本発明に用いる波長変換材料を作製した。
<太陽電池モジュールの作製>
次に、前記波長変換材料を用いて太陽電池モジュールを作製した。以下は第1の実施形態による太陽電池モジュールである。透明樹脂(EVA)に有機過酸化物、架橋助剤及び接着向上材を少量添加し、1.0重量%の割合で(Ba,Ca,Sr)MgAl10O17:Eu,Mn蛍光体をアクリル樹脂で表面コートした波長変換材料を混合して、80℃に加熱したロールミルを用いて混練した後、2枚のポリエチレンテレフタレート間にプレスを用いて挟んで、厚さ500μmのEVAを主成分とした封止材3を作製した。また、前記蛍光体組成は1種または複数種の組成を混合して用いてもよい。次に、この封止材3を室温まで放冷し、ポリエチレンテレフタレートフィルムを剥がして、前面ガラス2、太陽電池セル4、バックシート5と共に図1のように積層して、150℃に設定した真空ラミネータで予備圧着した。予備圧着された積層物を155℃のオーブンで30分間加熱し、架橋及び接着を行って太陽電池パネル1を作製した。本発明では波長変換材料として励起帯の適合した蛍光体を用いており、さらに光変換効率の高い波長変換材料を用いており、太陽電池パネルの電流量が大きく、波長変換材料を用いない場合に比べて電流量が10%増加した。
2 前面ガラス
3 封止材
4 太陽電池素子
5 バックシート
6 反射防止膜
7 波長変換材料
71 蛍光体
72 ポリマー
8 波長変換膜
9 集光レンズ
10 支持枠
11 基板
Claims (3)
- 反射防止膜を有する前面ガラスの前記反射防止膜とは逆側に封止材が形成され、
前記封止材は太陽電池素子を封止しており、
前記封止材はEVAを主成分としており、前記封止材にはアクリルで被覆された蛍光体が混練されており、
前記蛍光体は、MMgAl10O17:Eu,Mnであり、MはBa,Sr,Caの一種または複数種の元素であり、
前記封止材の屈折率をa、前記蛍光体の屈折率をbとし、前記アクリル樹脂の屈折率をcとするとき、a<c<bの関係を有することを特徴とする太陽電池モジュール。 - 反射防止膜を有する前面ガラスの前記反射防止膜とは逆側に封止材が形成され、
前記封止材は太陽電池素子を封止しており、
前記封止材はEVAを主成分としており、前記封止材にはアクリルで被覆された蛍光体が混練されており、
前記蛍光体の母体材料が(Ba、Sr)2SiO4、(Ba、Sr、Ca)2SiO4、Ba2SiO4、Sr3SiO5、(Sr、Ca、Ba)3SiO5、(Ba、Sr、Ca)3MgSi2O8、Ca3Si2O7、Ca2ZnSi2O7、Ba3Sc2Si3O12、Ca3Sc2Si3O12のいずれかを含み
前記封止材の屈折率をa、前記蛍光体の屈折率をbとし、前記アクリル樹脂の屈折率をcとするとき、a<c<bの関係を有することを特徴とする太陽電池モジュール。 - 請求項1または2に記載の太陽電池モジュールにおいて、
前記蛍光体の平均粒径が1μm以上、50μm以下であることを特徴とする太陽電池モジュール。
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