JP2018536993A - 光起電力デバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、２８０〜１０００ｎｍの間に含まれる波長λ１の入射放射Φ１を電気へと変換することが意図される光起電力デバイスであって、（ｉ）２つの主要面ｆ１およびｆ２を有し、面ｆ１は、それを介して入射放射がアセンブリ中に貫入するものであり、かつ上記入射放射Φ１に対して透明であるガラスシートと；シートの主要面ｆ２を被覆し、かつ波長λ１の上記入射放射Φ１を吸収し、そしてそれをλ１より長く、かつ８００〜１４００ｎｍの間に含まれる波長λ２で再放出することができる発光素子が分散されたマトリックスを含んでなる機能層を含んでなるアセンブリ、ならびに（ｉｉ）波長λ２の再放出された放射が到達し、かつ波長λ２に対して感応性である、少なくとも１つの光起電力電池を含んでなる光起電力デバイスに関する。このデバイスにおいて、ガラスシートは、３ｍ−１より低い波長λ２における吸収係数を有する。そのようなデバイスは、建築分野において太陽エネルギーの収穫に適用可能である。【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、太陽（または光起電力）電池の手段によって、入射放射、特に太陽放射を電気に変換することができるデバイス、より特に、より効果的に、これらの電池による使用のための入射放射を収集および集中させる、この種類のデバイスに関する。特に本発明は、１つまたはそれ以上の光起電力電池、および入射放射に対して透明である少なくとも１つのガラスシートと、入射放射を吸収し、そしてそれをより長い波長で再放出することができる発光素子が分散されたマトリックスとのアセンブリを含み、新規放射の波長が、その面積がそれぞれの主要面の面積よりもはるかに小さい（発生面積＜＜＜収集面積）、１つまたはそれ以上の光起電力電池の感応性の領域に入る、光起電力（ＰＶ）デバイスに関する。

そのようなデバイスは、本質的に、それのみではないが、建築分野における太陽エネルギーの収穫（「建築物一体型光起電力」または「ＢＩＰＶ」型のデバイス）に適用可能である。

放射を集中させるためのデバイスは、非常に長い間知られており、そして、例えば、いくつかは、欧州特許第０００４２４２Ｂ１号明細書、独国特許第２６２８２９１号明細書および米国特許第４１２７４２５号明細書において、すでに記載されている。

加えて、“Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ”ｖｏｌｕｍｅ １５，ｎｏ．１０ ｐａｇｅｓ ２２９９−２３００に発表されたＥ．ＷＥＢＥＲおよびＪ．ＬＡＭＢＥによる論文において、その上面がガラスまたはプラスチック製の窓であり、そしてその下面が鏡である閉鎖容器に配置された放射収集器が記載される。

欧州特許第０００４２４２Ｂ号明細書には、放射（λ１）が、発光カスケードにおいて機能し、かつ波長（λ１）の範囲におけるエネルギーを吸収し、そしてそれをより長い波長（λ２）の範囲において再放出することができる物質が分散されたマトリックスを通過する、太陽放射の集中器が記載される。後者の範囲は、太陽光起電力電池の最適な感応性の領域に対応し、そこに上記放射が到達し、したがって、その有用なエネルギーが増幅される。上記マトリックスは閉鎖容器に位置し、その少なくとも一部は、それを介して上記放射が上記マトリックスを通過する前に貫入し、閉鎖容器の外側の側面において第１の屈折率（ｎ１）と、上記マトリックスの側面において第２の屈折率（ｎ２）を有する物質から形成される。上記第２の屈折率は、上記第１の屈折率に対して可能な限り高く、上記閉鎖容器の残りの部分は、閉鎖容器中に位置する光起電力電池に到達する上記放射に対して不透明である。

独国特許第２６２８２９１号明細書は、入射光が、周囲媒体よりも高屈折率であり、かつ「蛍光中心」を含有する、透明または「集中器」層において捕捉され；次いで、再放出される光が、従来の太陽電池に向けられる、太陽エネルギーを電力に変換するためのデバイスを記載している。

米国特許第４１２７４２５号明細書は、発光平面層と、側面の１つに配置された太陽電池とから構成され、層が、１種またはそれ以上の発光剤が分散されたマトリックスによって形成される、放射を収集するためのデバイスを記載する。他の側面および下面は、鏡で被覆されていてもよい。上面の放射入射は吸収され、そして４πの角度で再放出される。次いで、連続内反射によって、望ましい波長の高い光束は、電池で被覆された端部に送られる。発光平面層は、発光剤が分散されたガラスまたはポリマーから形成されてよい。これらの発光剤は、そのエネルギーが、太陽電池が感応性である範囲の近位である光を直接放出し得；それらは、カスケード機構の手段によっても、この光を放出し得る。加えて、米国特許第４７２７４２５号明細書のデバイスにおいて、１つまたはそれ以上の光起電力電池は、端面の面積を増加させ、より大きい面積の電池を使用することが可能となり、したがって、増加した発生面積を得ること可能となるように拡張された発光層の端面上に配置される。

従来技術の全てのデバイスにおいて、入射放射の吸収および／または新規放射の再放出は、少なくとも一部は可視域において生じ、したがって、デバイスに、建築用途においてしばしば望ましくない透過および／または吸収における色を与える。加えて、これらの既知のデバイスは、非常にわずかな面積（約１００ｃｍ^２）のみ、および／または非常に低いか中程度の効率を有し、そして／または経時的に比較的不安定であり（特に有機発光団の使用のため）、そして／または可視において十分透明ではない。

全てのこれらの既知のデバイスを、建築用途において実際に想定するために、それらのサイズを、典型的に約１ｍ×２ｍ、またはさらに２ｍ×４ｍまで（あるいはさらに）増加させることは極めて重要である。次いで、そのような寸法は、既知のデバイスが考慮される場合、デバイスの材料中での吸収による再放出された放射のエネルギーの有意な損失を生じ、したがって、デバイスの出力は極めて減少する。

ガラスがそのようなデバイスにおける透明材料の選択肢であると考えられる場合、そして特に建築用途のために十分大きいサイズを達成するためにつや出し領域が十分増加される場合、再放出された放射の吸収のこの影響が重要であることは明確である。

加えて、上記の理由で可視域を回避するために、吸収および／または再放出された放射が、ＵＶまたは近赤外域に位置することは有利であろう。より長い波長への変換に関しては、再放出された放射のために近赤外域を使用することは賢明であろう。したがって、「透明」ガラスと呼ばれる従来のソーダ石灰ガラスが、そのようなデバイスにおける透明材料として考えられる場合、それは、波長８５０ｎｍにおいて３０ｍ^−１の吸収係数を有する。そのような吸収係数の結果は、ガラスを通して２．３ｃｍのみの移動後、再放出された放射の５０％がすでに再吸収され、そして、ガラスを通して５．３ｃｍのみの移動後、最初に再放出された放射の１％未満が残るということである。「超透明」ソーダ石灰ガラスと呼ばれるものは、低い鉄含有量を有し、そのため、波長８５０ｎｍにおいて４ｍ^−１の吸収係数を有する。そのような吸収係数の結果は、ガラスを通して２３ｃｍのみの移動後、再放出された放射の５０％がすでに再吸収され、そして、ガラスを通して１１５ｃｍの移動後、最初に再放出された放射の１％未満が残るということである。

この重大問題を解決する１つの方法は、発生面積（したがって、光起電力電池の数および／またはサイズ）を増加させることであろう。従来のＰＶデバイスにおいて、発生面積を増加させることは、自動的に、デバイスの全費用における抜本的な増加を導き、そして潜在的に、マトリックスの主要面が（その端面の空間の不足のために）占拠されることを必要とし、したがって、必然的に、ＰＶデバイスの全体的外見に非常に影響を与え、それによって少なくとも部分的に、その透明度が失われる（それらの主要面上に配置された太陽電池に対応する不透明領域を含む従来のＢＩＰＶデバイスの場合）。米国特許第４７２７４２５号明細書のデバイスは、発光マトリックスの端面の厚さを具体的に、そして局所的に増加させ、したがって、太陽電池の面積を増加させることによって、この欠点を取り除くことを試みるが、（ｉ）費用に対する悪影響は以前の解決策に関してなお存在し、かつ（ｉｉ）端面の厚さの局所的増加は、それぞれおよび全ての種類の基体／マトリックスで容易に達成されることができない（そして確かに、ガラス製の透明マトリックスに関しては達成されない）。

したがって、効率的であり、可視において透明であり、そしてサイズが大きいＢＩＰＶ用途用のグレイジングユニットを光起電力市場に提供する必要がある。別の市場必要性は、可視において透明であり、かつ「自主的」、すなわち、機能するためにそれが必要とする全ての力／電気を生産することが可能である機能的グレイジングユニット（建築または自動車用途用）を提供することである。そのような機能的グレイジングユニットの一例は、検出器／センサーまたはエレクトロクロニック層を含む窓である。

本発明の目的は、その実施形態の少なくとも１つにおいて、従来技術のＰＶデバイスの欠点が修復されることを可能にする光起電力デバイスを提供することである。

特に、本発明の目的は、その実施形態の少なくとも１つにおいて、再放出された放射の吸収による損失が非常に減少することを可能にする光起電力デバイスを提供することである。

本発明の目的は、その実施形態の少なくとも１つにおいて、目に見えない再放出された放射を使用する光起電力デバイスを提供することでもある。

本発明の別の目的は、その実施形態の少なくとも１つにおいて、その主要面から見た時に、上記デバイスの透明度が維持されることを可能にする光起電力デバイスを提供することである。

最終的に、本発明の別の目的は、製造が高価ではない集中光起電力デバイスを提供することである。

本発明は、２８０〜１０００ｎｍの間に含まれる波長λ１の入射放射Φ１を電気へと変換することが意図される光起電力デバイスであって、
（ｉ）−２つの主要面ｆ１およびｆ２を有し、面ｆ１は、それを介して入射放射Φ１がアセンブリ中に貫入するものであり、かつ上記入射放射Φ１に対して透明であるガラスシートＶ１と；
−シートＶ１の主要面ｆ２を被覆し、かつ波長λ１の上記入射放射Φ１を吸収し、そしてそれをλ１より長く、かつ８００〜１４００ｎｍの間に含まれる波長λ２で再放出することができる発光素子が分散されたマトリックスを含んでなる機能層Ｆと
を含んでなるアセンブリ、ならびに
（ｉｉ）波長λ２の再放出された放射が到達し、かつ波長λ２に対して感応性である、少なくとも１つの光起電力電池（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・）
を含んでなり、ガラスシートＶ１が、３ｍ^−１より低い波長λ２における吸収係数を有する、光起電力デバイスに関する。

したがって、本発明は、完全に新規であり、かつ独創的なアプローチに基づく。本発明者は、実際に、波長λ２において高度に透過性である関連ガラスシートと、波長λ１の入射放射を吸収することが可能であり、かつそれをλ１より長く、かつ８００〜１４００ｎｍに位置する波長λ２で再放出することができる発光素子を含む機能層とをアセンブリにおいて組み合わせることによって、所望であれば、建築用途のために必要とされる透明性が達成されることを可能にし、かつその寸法が非常に大きい（約数メートル）場合でさえ、その効率を維持する、非常に効率的なＰＶデバイスを入手することが可能であることを実証した。

本発明において、この特定のガラスシート−機能層のアセンブリは、この新規放射から最大限の利益を得るため、そしてそれから光起電力電池によって使用可能な最大限のエネルギーを収穫するために、発光素子によって等方性再放出された放射に対する非常に有効な導波管の役割を果たす。したがって、特定の利点が達成される：第１に、等しい力において、デバイスの出力が、従来技術のＰＶデバイスに対して改善され、それによって、デバイスの費用の減少が可能となり、そして／またはその上に電池を配置するためのアセンブリの端面上の十分な空間を見出すことが可能となり、それによって、建築用グレイジングユニットとして有用な「透明」デバイスを入手することが可能となるため、光起電力電池の数／面積が減少され得る。

本明細書を通して、範囲が示されるとき、終端値は含まれる。加えて、数範囲内の全ての整数値および副範囲は、明示されたかのように明白に含まれる。また、本明細書を通して、（例えば、ｐｐｍで）他に明白に指定されない限り、含有量値はパーセンテージにある。また、本明細書を通して、パーセンテージにおける全ての含有量値は、重量によるものであり、すなわち、ガラスの全重量と比較して表される。

本発明の他の特徴および利点は、次の記載、実施例および図面を読むことによって、いっそう明らかになるであろう。

本発明によるデバイスの概略図を示す。 図１のデバイスの異なる実施形態である。 図１のデバイスの異なる実施形態である。 図２のデバイスの異なる実施形態である。 図３のデバイスの異なる実施形態である。 図１のデバイスの異なる実施形態である。 図１のデバイスの異なる実施形態である。 図２のデバイスの異なる実施形態である。

図１（ａ）に例示される本発明によるアセンブリは、
−２つの主要面ｆ１およびｆ２を有し、面ｆ１は、それを介して入射放射がアセンブリ中に貫入するものであり、かつ上記入射放射Φ１に対して透明であるガラスシートＶ１と；
−シートＶ１の面ｆ２を被覆し、かつ上記波長λ１の入射放射Φ１を吸収し、そしてそれをλ１より長く、かつ８００〜１４００ｎｍの間に含まれる波長λ２で再放出することができる発光素子（ＬＥ）が分散されたマトリックスを含んでなる機能層Ｆと
を含んでなる。

図１に例示される本発明によるアセンブリは、２つの外部主要面ｆ１およびｆ３、ならびにアセンブリの端面に対応し、かつ上記主要面ｆ１およびｆ３の面積よりも有意に小さい面積を有する第２の面を含んでなる。

本発明によるガラスシートＶ１は、波長λ１の入射放射Φ１に対して透明である。入射放射Φ１に対して透明とは、本発明によると、ガラスシートが、波長λ１において１０％より高い透過率を有することを意味する。

ガラスシートＶ１は、フロート法、引上法または回転法、あるいは溶融ガラス組成物からガラスシートを製造するためのいずれかの他の既知の方法によって得られるガラスシートであってよい。好ましくは、ガラスシートＶ１はフロートガラスシートである。ガラスシートＶ１は、０．１〜２５ｍｍの範囲の厚さを有し得る。有利には、本発明によるガラスシートＶ１は、４〜１２ｍｍの厚さを有し得る。本発明によるガラスシートＶ１は、ベース組成物に関して様々な分類に属する可能性のあるガラスから製造される。したがって、ガラスは、ソーダ石灰−シリカ、アルミノシリケートまたはボロシリケート型などのガラスであることが可能である。好ましくは、ガラスシートＶ１のベース組成物は、ガラスの全重量によるパーセンテージで表される含有量で、
ＳｉＯ_２ ５５〜８５％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜３０％
Ｂ_２Ｏ_３ ０〜２０％
Ｎａ_２Ｏ ０〜２５％
ＣａＯ ０〜２０％
ＭｇＯ ０〜１５％
Ｋ_２Ｏ ０〜２０％
ＢａＯ ０〜２０％
を含んでなる。

より好ましくは、ガラスシートＶ１のベース組成物は、ガラスの全重量によるパーセンテージで表される含有量で、
ＳｉＯ_２ ５５〜７８％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１８％
Ｂ_２Ｏ_３ ０〜１８％
Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％
ＣａＯ ０〜１５％
ＭｇＯ ０〜１０％
Ｋ_２Ｏ ０〜１０％
ＢａＯ ０〜５％
を含んでなる。

最も好ましくは、そしてより低い製造費用の理由のため、本発明によるガラスシートＶ１は、ソーダ石灰−シリカガラスのシートである。有利には、本発明によると、ガラスシートＶ１のベース組成物は、ガラスの全重量によるパーセンテージで表される含有量で、
ＳｉＯ_２ ６０〜７５％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜６％
Ｂ_２Ｏ_３ ０〜４％
ＣａＯ ０〜１５％
ＭｇＯ ０〜１０％
Ｎａ_２Ｏ ５〜２０％
Ｋ_２Ｏ ０〜１０％
ＢａＯ ０〜５％
を含んでなる。

そのベース組成物に加えて、ガラスシートＶ１は、望ましい効果が得られるように調節された性質および量の他の成分を含んでなってよい。

本発明によれば、ガラスシートＶ１は、（「透明」または「超透明」とさえ呼ばれるガラスなどの）通常のガラスと比較して、８００〜１４００ｎｍの間に含まれる波長λ２において有利に非常に低い吸収係数を有する。

用途のために興味深い特定の波長において、赤外線域におけるガラスの良好な透過率を定量化するために、本開示において、興味深い波長、すなわち、発光素子の再放出の波長（特に、８００〜１４００ｎｍに延在する近赤外波長の範囲）における吸収係数が使用されるであろう。吸収係数は、所与の媒体中を電磁気放射が移動した光路の吸光度対長さの比率によって定義される。それはｍ^−１で表される。したがって、それは、材料の厚さに依存しないが、吸収された放射の波長および材料の化学性質の作用である。

ガラスに関して、選択された波長λにおける吸収係数（μ）は、透過率（Ｔ）の測定から、そして材料（ｔｈｉｃｋ＝厚さ）の屈折率ｎから計算され得、ｎ、ρおよびＴの値は、選択された波長λ次第である：
式中、ρ＝（ｎ−１）^２／（ｎ＋１）^２である。

特に、本発明のガラスシートＶ１は、３ｍ^−１より低い波長λ２における吸収係数を有する。好ましくは、ガラスシートＶ１は、２ｍ^−１より低い、またはさらに１．５ｍ^−１より低い、なおより好ましくは、１ｍ^−１より低い、またはさらに０．８ｍ^−１より低い波長λ２における吸収係数を有する。

波長λ２において非常に透明であるガラスシートを得る本発明において提案された１つの方法は、ガラスの組成物において、含有量の特定の範囲に存在する低い鉄および低いクロム含有量の両方を組み合わせることからなる。

したがって、本発明の一実施形態によれば、ガラスシートＶ１は、有利に、ガラスの全重量によるパーセンテージで表される含有量で、
全鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３の形態で表される） ０．００２〜０．０６％；
Ｃｒ_２Ｏ_３ ０．０００１〜０．０６％
を含んでなる組成物を有する。

低い鉄およびクロム含有量を組み合わせるそのようなガラス組成物は、８００〜１４００ｎｍ範囲の透過率に関して特に良好な性能を実証し、そして可視において高い透明度を示すが、非常に顕著ではない色彩を示し、「超透明」ガラスと呼ばれる。これらの組成物は、参照によって本特許出願書に組み込まれる国際特許出願第２０１４１２８０１６Ａ１号パンフレット、同第２０１４１８０６７９Ａ１号パンフレット、同第２０１５０１１０４０Ａ１号パンフレット、同第２０１５０１１０４１Ａ１号パンフレット、同第２０１５０１１０４２Ａ１号パンフレット、同第２０１５０１１０４３Ａ１号パンフレットおよび同第２０１５０１１０４４Ａ１号パンフレットに記載される。

この第１の特定の実施形態によれば、組成物は、好ましくは、ガラスの全重量に関する重量で０．００２％〜０．０６％の範囲のクロム（Ｃｒ_２Ｏ_３の形態で表される）含有量を含んでなる。そのようなクロム含有量は、８００〜１４００ｎｍの範囲におけるガラスシートの透過率をさらに改善させることが可能である。

本発明の別の実施形態によれば、ガラスシートＶ１は、有利に、ガラスの全重量によるパーセンテージで表される含有量で、
全鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３の形態で表される） ０．００２〜０．０６％；
Ｃｒ_２Ｏ_３ ０．００１５〜１％
Ｃｏ ０．０００１〜１％
を含んでなる組成物を有する。

クロムおよびコバルトをベースとするそのようなガラス組成物は、美しさ／色に関して興味深い可能性を生じながら、８００〜１４００ｎｍの範囲における透過率に関して特に良好な性能を示した。これらの組成物は、参照によって本特許出願に組み込まれる欧州特許出願第１３１９８４５４．４号明細書に記載されている。

クロムの代わりに、ガラス組成物において、低い鉄含有量および１種またはそれ以上の他の成分を特定の量で組み合わせる他の解決策によって、その美しさおよび色に影響をほとんど与えないか、または与えない、８００〜１４００ｎｍの範囲において非常に透明なガラスシートを得ることが可能となる。そのような組成物は、参照によって本特許出願に組み込まれる欧州特許出願第１３１９３３４５．９号明細書に記載されている。

ガラスシートＶ１は、好ましくは、２０％より高い波長λ１における透過率を有する。好ましくは、ガラスシートＶ１は、３０％より高い、またはなお良好には４０％より高い波長λ１における透過率を有する。より好ましくは、ガラスシートＶ１は、５０％より高い、またはさらには６０％より高い波長λ１における透過率を有する。最も好ましくは、ガラスシートＶ１は、７０％より高い、またはさらには８０％より高い波長λ１における透過率を有する。もちろん、λ１におけるシートＶ１の透過率が高いほど、本発明のデバイスの全出力への利点が大きいことは明白であろう。

有利には、ガラスシートＶ１は、好ましくは、１０％より高い、またはなお良好には２０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。好ましくは、ガラスシートＶ１は、３０％より高い、またはなお良好には４０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。より好ましくは、ガラスシートＶ１は、５０％より高い、またはさらには６０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。最も好ましくは、ガラスシートＶ１は、７０％より高い、またはさらには８０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。これは、建築分野において、特に美的グレイジングユニットとして、本発明によるデバイスを使用することが可能となるという利点を有する。

本発明のデバイスにおいて、本発明による光起電力電池は、図１（ｂ）に例示されるように、（ｉ）アセンブリの１つまたはそれ以上の端面上（Ｃ１）、および／または（ｉｉ）主要面ｆ１上（Ｃ２）、および／または（ｉｉｉ）主要面ｆ３上（Ｃ３）に配置されてよい。

本発明によるデバイスの一実施形態によれば、光起電力電池は、アセンブリの１つまたはそれ以上の端面上（Ｃ１）にのみ配置される。これは、その美しさが太陽電池の光景によって悪化せず、したがって、建築用グレイジングユニットとして有用であるデバイスを得るために特に有利である。

本発明による光起電力電池は、有利には、結晶シリコン電池または「ＣＩＧＳ」電池として既知の電池、あるいは波長λ２に感応性である他のいずれかの種類の光起電力電池であってよい。

図２に例示された本発明の一実施形態によれば、デバイスは、機能層Ｆを被覆し、かつ３ｍ^−１より低い波長λ２における吸収係数を有するガラスシートＶ２も含んでなる。これによって、ＰＶデバイスの良好な機能またはその性能に影響を与えることなく、アセンブリはより堅実かつ耐久性になり、機能層は完全にガラスによって外部環境から保護される。

図２に例示されたデバイス実施形態において、光起電力電池は、（ｉ）アセンブリの１つまたはそれ以上の端面上（Ｃ１）、および／または（ｉｉ）外部主要面ｆ１上（Ｃ２）、および／または（ｉｉｉ）外部主要面ｆ３上（Ｃ３）に配置されてよい。好ましくは、光起電力電池は、図２においてアセンブリの１つまたはそれ以上の端面上（Ｃ１）にのみ配置される。

図３に例示され、かつ図１の実施形態の変形である本発明の一実施形態によると、デバイスは、上記機能層Ｆを被覆し、かつ外部面上に位置する鏡層Ｍを含んでなる。

図４および５において例示される本発明の実施形態は、それぞれ、図２および３の実施形態の変形である。

図４中、本発明によるデバイスは、
−機能層Ｆを被覆し、かつ３ｍ^−１より低い波長λ２における吸収係数を有するガラスシートＶ２と；
−上記ガラスシートＶ２を被覆し、かつ外部面上に位置する鏡層Ｍと
を含んでなる。

図３の変形を示す図５中、本発明によるデバイスは、
−ガラスシートＶ２’と；
−機能層Ｆを被覆し、かつ上記機能層ＦおよびシートＶ２’との間に挿入されたる鏡層Ｍと
を含んでなる。

図３、４および５の実施形態による鏡層Ｍは、例えば、「トリプル銀（ｔｒｉｐｌｅ ｓｉｌｖｅｒ）」（Ａｇ３）層と呼ばれるものか、または波長λ２を反射するいずれかの層であってよい。したがって、アセンブリの内部に向かっての反射が増加し、それによって、デバイスのＰＶ出力は改善する。

図３、４および５における実施形態によると、光起電力電池は、（ｉ）アセンブリの１つまたはそれ以上の端面上（Ｃ１）、および／または（ｉｉ）外部主要面ｆ１上（Ｃ２）に配置されてよい。好ましくは、光起電力電池は、図３、４または５において、アセンブリの１つまたはそれ以上の端面上（Ｃ１）にのみ配置される。

図６に例示される本発明の実施形態によると、本発明によるデバイスは、絶縁性の複数のグレイジングユニットを形成し、かつ
−（例えば、空気によって充てんされた）ガス充てんキャビティＬによって機能層Ｆから間隔をあけられた、少なくとも１つのガラスシートＶ２’と；
−上記ガラスシートＶ２’を被覆し、かつキャビティＬの側面において絶縁性の複数のグレイジングユニット内に位置する、太陽制御または低放射率（「低ｅ」）層である層Ｓと
を含んでなる。

図６に例示されたデバイス実施形態において、光起電力電池は、（ｉ）アセンブリの１つまたはそれ以上の端面上（Ｃ１）、および／または（ｉｉ）外部主要面ｆ１上（Ｃ２）、および／または（ｉｉｉ）面ｆ３上（Ｃ３）に配置されてよい。好ましくは、光起電力電池は、図６においてアセンブリの１つまたはそれ以上の端面上（Ｃ１）にのみ配置される。

図７に例示される本発明の別の実施形態によると、本発明によるデバイスは、
−機能層Ｆを被覆する低屈折率層Ｎと；
−低屈折率層Ｎを被覆する、太陽制御または低放射率（「低ｅ」）層Ｓと；
−層Ｓを被覆するガラスシートＶ２’と
をさらに含んでなる。

図７に例示されたデバイス実施形態において、光起電力電池は、（ｉ）アセンブリの１つまたはそれ以上の端面上（Ｃ１）、および／または（ｉｉ）外部主要面ｆ１上（Ｃ２）、および／または（ｉｉｉ）面ｆ３上に配置されてよく、次いで電池は、層Ｎの材料中にカプセル化される（Ｃ３）。好ましくは、光起電力電池は、図７においてアセンブリの１つまたはそれ以上の端面上（Ｃ１）にのみ配置される。

図８に例示された本発明の実施形態は、図２の実施形態の変形である。この変形によると、デバイスは、絶縁性の複数のグレイジングユニットを形成し、かつ
−機能層Ｆを被覆し、かつ３ｍ^−１より低い波長λ２における吸収係数を有するガラスシートＶ２と；
−（例えば、空気によって充てんされた）ガス充てんキャビティＬによって機能層Ｆから間隔をあけられた、少なくとも１つのガラスシートＶ２’と；
−上記ガラスシートＶ２’を被覆し、かつキャビティＬの側面において絶縁性の複数のグレイジングユニット内に位置する、太陽制御または低放射率（「低ｅ」）層である層Ｓと
をさらに含んでなる。

ガラスシートＶ２を含んでなる図２、４および８の実施形態において、ガラスシートＶ２は、２ｍ^−１より低い、またはさらに１．５ｍ^−１より低い、なおより好ましくは、１ｍ^−１より低い、またはさらに０．８ｍ^−１より低い波長λ２における吸収係数を有する。加えて、ガラスシートＶ２は、好ましくは、１０％より高い、またはなお良好には２０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。好ましくは、ガラスシートＶ２は、３０％より高い、またはなお良好には４０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。より好ましくは、ガラスシートＶ２は、５０％より高い、またはさらには６０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。最も好ましくは、ガラスシートＶ２は、７０％より高い、またはさらには８０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。これは、建築分野において、特に美的グレイジングユニットとして、本発明によるデバイスを使用することが可能となるという利点を有する。ガラスシートＶ２は、フロート法、引上法または回転法、あるいは溶融ガラス組成物からガラスシートを製造するためのいずれかの他の既知の方法によって得られるガラスシートであってよい。好ましくは、ガラスシートＶ２はフロートガラスシートである。ガラスシートＶ２は、０．１〜２５ｍｍの範囲の厚さを有し得る。有利には、本発明によるガラスシートＶ２は、４〜１２ｍｍの厚さを有し得る。ガラスシートＶ２は、ベース組成物に関して様々な分類に属する可能性のあるガラスから製造される。したがって、ガラスは、ソーダ石灰−シリカ、アルミノシリケートまたはボロシリケート型などのガラスであることが可能である。好ましくは、ガラスシートＶ２のベース組成物は、ガラスの全重量によるパーセンテージで表される含有量で、
ＳｉＯ_２ ５５〜８５％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜３０％
Ｂ_２Ｏ_３ ０〜２０％
Ｎａ_２Ｏ ０〜２５％
ＣａＯ ０〜２０％
ＭｇＯ ０〜１５％
Ｋ_２Ｏ ０〜２０％
ＢａＯ ０〜２０％
を含んでなる。

より好ましくは、ガラスシートＶ２のベース組成物は、ガラスの全重量によるパーセンテージで表される含有量で、
ＳｉＯ_２ ５５〜７８％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜１８％
Ｂ_２Ｏ_３ ０〜１８％
Ｎａ_２Ｏ ０〜２０％
ＣａＯ ０〜１５％
ＭｇＯ ０〜１０％
Ｋ_２Ｏ ０〜１０％
ＢａＯ ０〜５％
を含んでなる。

最も好ましくは、本発明によるガラスシートＶ２は、ソーダ石灰−シリカガラスのシートである。有利には、本発明によると、ガラスシートＶ２のベース組成物は、ガラスの全重量によるパーセンテージで表される含有量で、
ＳｉＯ_２ ６０〜７５％
Ａｌ_２Ｏ_３ ０〜６％
Ｂ_２Ｏ_３ ０〜４％
ＣａＯ ０〜１５％
ＭｇＯ ０〜１０％
Ｎａ_２Ｏ ５〜２０％
Ｋ_２Ｏ ０〜１０％
ＢａＯ ０〜５％
を含んでなる。

そのベース組成物に加えて、ガラスシートＶ２は、望ましい効果が得られるように調節された性質および量の他の成分を含んでなってよい。

加えて、ガラスシートＶ２は、有利に、ガラスの全重量によるパーセンテージで表される含有量で、
全鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３の形態で表される） ０．００２〜０．０６％；
Ｃｒ_２Ｏ_３ ０．０００１〜０．０６％
を含んでなる組成物を有し得る。

この特定の実施形態によれば、ガラスシートＶ２の組成物は、好ましくは、ガラスの全重量に関する重量で０．００２％〜０．０６％の範囲のクロム（Ｃｒ_２Ｏ_３の形態で表される）含有量を含んでなる。

ガラスシートＶ２は、ガラスの全重量によるパーセンテージで表される含有量で、
全鉄（Ｆｅ_２Ｏ_３の形態で表される） ０．００２〜０．０６％；
Ｃｒ_２Ｏ_３ ０．００１５〜１％
Ｃｏ ０．０００１〜１％
を含んでなる組成物も有し得る。

クロムの代わりに、ガラスシートＶ２用に適切である他の組成物は、欧州特許出願第１３１９３３４５．９号明細書に記載されている。

図２、４および８の実施形態において、ガラスシートＶ１およびＶ２は、実質的に同一の組成物を有していてもよく、あるいは代わりに、それらは異なる組成物を有していてもよい。

図５、６、７および８の実施形態において、ガラスシートＶ２’は、フロート法、引上法または回転法、あるいは溶融ガラス組成物からガラスシートを製造するためのいずれかの他の既知の方法によって得られるガラスシートであってよい。好ましくは、ガラスシートＶ２’はフロートガラスシートである。ガラスシートＶ２’は、０．１〜２５ｍｍの範囲の厚さを有し得る。有利には、本発明によるガラスシートＶ２’は、４〜１２ｍｍの厚さを有し得る。ガラスシートＶ２’は、ベース組成物に関して様々な分類に属する可能性のあるガラスから製造される。したがって、ガラスは、ソーダ石灰−シリカガラス、アルミノシリケートガラスまたはボロシリケートガラスなどであってよい。

本発明による機能層Ｆは、シートＶ１の第２の主要面ｆ２を被覆し、そしてその中に発光素子が分散されたマトリックスを含んでなる。「分散された」とは、本発明によると、発光素子がマトリクス中に溶解する、および／または粒子形態で懸濁することを意味する。

本発明のマトリクスは、発光素子を分散させ、ガラスシートと接着させ、さらには積層することを可能にするいずれかの種類の材料から製造されてよい。それは、例えば、プラスチック、例えば、ＰＶＢ、ＰＵのシート、イオノマーまたはＥＶＡの課題であり得る。それは、また、例えば、エポキシ樹脂またはメタクリレートの層などの透明ラッカーの層（クリアコート）であってもよい。

有利には、本発明による機能層Ｆは、５ｍ^−１より低い、好ましくは３ｍ^−１より低い波長λ２における吸収係数を有する。より好ましくは、本発明による機能層Ｆは、２ｍ^−１より低い、またはさらには１．５ｍ^−１より低い、さらにより好ましくは１ｍ^−１より低い、またはさらには０．８ｍ^−１より低い波長λ２における吸収係数を有する。

有利には、発明による機能層Ｆは、１．３；１．４；１．５または１．６または１．７より高い、あるいは実際に２より高い屈折率を有する。これは、その中の全内反射によって伝搬させられることなく、ガラスから直接漏れる再放射された放射の比率を制限するという長所を有する。

有利には、機能層Ｆは、好ましくは、１０％より高い、またはなお良好には２０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。好ましくは、機能層Ｆは、３０％より高い、またはなお良好には４０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。より好ましくは、機能層Ｆは、５０％より高い、またはさらには６０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。最も好ましくは、機能層Ｆは、７０％より高い、またはさらには８０％より高い光透過率ＴＬＡ４を有する。これは、建築分野において、特に美的グレイジングユニットとして、本発明によるデバイスを使用することが可能となるという利点を有する。

本発明による発光素子は、波長λ１の入射放射Φ１を吸収し、そしてそれをλ１より長く、かつ８００〜１４００ｎｍの間に含まれる波長λ２で再放出することができる。

本発明による発光素子は、有機および／または無機性を有してよいが、好ましくは、長期間の安定性の理由のため、無機性である。本発明による発光素子は、（ｉ）上記マトリックス中に分散された粒子および懸濁液の形態を取り得、そして／または（ｉｉ）マトリックスの材料中に溶解されていてもよい。発光素子が粒子の形態を取る場合、上記粒子のサイズは、理想的に、それらが本発明によるアセンブリの美しさおよび透明度に高い影響を与えないように選択されるであろう。マトリクス中の発光素子の濃度は、理想的に、発光素子およびマトリックスの材料の適合性を考慮に入れながら、アセンブリの美しさ／透明度に対する影響およびデバイスのＰＶ性能の間のバランスを達成するために選択される。例として、約０．０１重量％〜０．５またはさらに１重量％の濃度が、しばしば非常に十分である。

本発明において有用な発光素子（ＬＥ）の例は、対応する波長λ１およびλ２も記載されている次の表に示される。

本発明による機能層は、異なる発光素子の混合物を含んでなってもよい。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、波長λ１は、２８０〜３８０ｎｍの間に含まれる。可視外、特にＵＶ中でλ１を選択することによって、デバイスが、建築用途においてしばしば望ましくない色を有するように現われることを防ぐことが可能である。

本発明の１つの有利な実施形態によれば、波長λ１は、７５０〜９５０ｎｍの間に含まれる。可視外、特に近赤外中でλ１を選択することによって、デバイスが、建築用途においてしばしば望ましくない色を有するように現われることを防ぐことが可能である。

理想的には、２つの波長λ１およびλ２の間の差異は、放射Φ２の再吸収によるエネルギー損失影響を防ぐために十分大きく、特に、好ましくは、（λ２−λ１）≧２０ｎｍ、そしてさらに良好には、（λ２−λ１）≧５０ｎｍである。

有利には、λ１が近赤外に位置する場合、λ１およびλ２が非常に近くなることを防ぐことが望ましく、したがって、再吸収を防ぐことが望ましい場合、波長λ２は９００ｎｍより長い。また有利には、通常、商業的に入手可能な太陽電池（結晶ＳｉおよびＣＩＧＳ電池）がこの波長を越えると無感応であるため、波長λ２は１２００ｎｍより短い。非常に有利には、波長λ２は、９００〜１２００ｎｍの間に含まれる。

２８０〜３８０ｎｍの間に含まれる波長λ１および９００〜１２００ｎｍの間に含まれる波長λ２を組み合わせる実施形態が有利である。

２８０〜３８０ｎｍの間に含まれる波長λ１、９００〜１２００ｎｍの間に含まれる波長λ２および（λ２−λ１）≧５０ｎｍを組み合わせる実施形態が特に有利である。したがって、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕは、本発明におけるエレクトロルミネッセンス素子として特に適切な選択であると言える。

７５０〜９５０ｎｍの間に含まれる波長λ１、９００〜１２００ｎｍの間に含まれる波長λ２および（λ２−λ１）≧５０ｎｍを組み合わせる実施形態が特に有利である。

本発明は、もちろん、入射放射が、発光素子によって８００〜１４００ｎｍの間に含まれる波長λ２、λ２’、λ２’’・・・に変換される２８０〜１０００ｎｍの間に含まれる波長λ１、λ１’、λ１’’・・・の複数の成分Φ１、Φ１’、Φ１’’・・・から構成され；次いで、デバイスが、λ２に感応性である少なくとも１つの光起電力電池、λ２’に感応性である少なくとも１つの光起電力電池、λ２’’に感応性である少なくとも１つの光起電力電池などを含んでなる場合も包含し；上記光起電力電池が、λ２、λ２’、λ２’’・・・からの単一波長に特定的であっても、またはそうではなくてもよいことは理解される（おそらく、１つの電池が、λ２、λ２’、λ２’’・・・の中の複数の波長に感応性である）。

有利には、一実施形態によれば、本発明のデバイスは、１０％より高い、好ましくは２０％より高い、またはさらに良好には３０％より高い、またはさらに４０％より高い全光透過率を有する。より好ましくは、デバイスは、５０％、６０％または７０％より高い、最も好ましくは８０％より高い全光透過率を有する。これは、建築分野において、特に美的グレイジングユニットとして、本発明によるデバイスを使用することが可能となるという利点を有する。

有利には、ガラスシートＶ１は、（面ｆ１において）外部的に反鏡映処理または層で被覆されてもよく、したがって、最大入射放射が光起電力デバイスに貫入することが可能となる。

望ましい特性および／または用途次第で、本発明のガラスシートの一面および／または他の面上で、他の層／他の処理が析出／実行されてよい。例えば、高レベルの太陽保護を必要とする建築用途に関しては、本発明のデバイスは、半透明光起電力フィルムと組み合わせられてよい。これは、吸収性ガラスを使用せずに、適切なレベルの太陽保護を提供しながら、本発明のデバイスの出力および光起電力フィルムの出力を組み合わせるという利点を有する。

Claims (10)

1. ２８０〜１０００ｎｍの間に含まれる波長λ１の入射放射Φ１を電気へと変換することが意図される光起電力デバイスであって、
   −ａ．２つの主要面ｆ１およびｆ２を有し、前記面ｆ１は、それを介して前記入射放射がアセンブリ中に貫入するものであり、かつ前記入射放射Φ１に対して透明であるガラスシートＶ１と；
   ｂ．前記シートＶ１の前記主要面ｆ２を被覆し、かつ波長λ１の前記入射放射Φ１を吸収し、そしてそれをλ１より長く、かつ８００〜１４００ｎｍの間に含まれる波長λ２で再放出することができる発光素子が分散されたマトリックスを含んでなる機能層Ｆと
   を含んでなるアセンブリ、ならびに
   −波長λ２の前記再放出された放射が到達し、かつ前記波長λ２に対して感応性である、少なくとも１つの光起電力電池（Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３・・・）
   を含んでなり、前記ガラスシートＶ１が、３ｍ^−１より低い前記波長λ２における吸収係数を有する、光起電力デバイス。
2. 前記波長λ１が、２８０〜３８０ｎｍの間に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力デバイス。
3. 前記波長λ１が、７５０〜９５０ｎｍの間に含まれることを特徴とする、請求項１に記載の光起電力デバイス。
4. （λ２−λ１）≧２０ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
5. （λ２−λ１）≧５０ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
6. 前記光起電力電池が、アセンブリの１つまたはそれ以上の端面上にのみ配置されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
7. 前記ガラスシートＶ１が、２ｍ^−１より低い前記波長λ２における吸収係数を有することを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
8. 前記ガラスシートＶ１が、１．５ｍ^−１より低い前記波長λ２における吸収係数を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
9. 前記ガラスシートＶ１が、１ｍ^−１より低い前記波長λ２における吸収係数を有することを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。
10. 前記機能層Ｆが、５ｍ^−１より低い前記波長λ２における吸収係数を有することを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光起電力デバイス。