JP2022056319A - 太陽スペクトル波長変換発光素材およびこれを含む太陽電池 - Google Patents

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Abstract

【課題】太陽電池の光電流変換効率を向上させ得る安価のアロマティックリング基盤の太陽スペクトル波長変換素材、および光電流変換率が優秀な太陽電池を提供する。【解決手段】１－ピレンカルボン酸（１－ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）がアンカリング（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）された水酸化アルミニウム前駆体を含む太陽スペクトル波長変換素材、およびそれを用いた太陽電池を提供する。【選択図】図２ａ

Description

本発明は効率が向上した太陽スペクトル波長変換素材およびこれを含む太陽電池に関する。
最も一般的に商用化されている太陽電池はシリコン単一素材で製造されたものであって、自然太陽スペクトル波長スペクトルとシリコン単一物質のバンドギャップ（ｂａｎｄ ｇａｐ）の不一致によって約３０％の光を使用できずにいる。すなわち、自然太陽スペクトル波長スペクトルは紫外線から赤外線波長領域まで広い分布（２８０～２５００ｎｍ、０．５～４．４ｅＶ）を有する反面、これに比べてシリコン太陽電池は紫外線および可視光線波長領域の一部の波長のみ吸収することができる。
最近これを補完して自然太陽スペクトル波長とシリコン太陽電池の光電流変換効率を向上させるために、太陽スペクトル波長変換素材（ｓｏｌａｒ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を利用する研究が提案されている（Ｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．Ｒｅｖ．、２０１３、４２、１７３）。すなわち、シリコンの太陽スペクトル波長の吸収が足りない紫外線領域やシリコンのバンドギャップより小さなエネルギーの赤外線領域の光を、シリコンがよく吸収できる可視光線領域に変換させる太陽スペクトル波長変換素材をシリコン太陽電池に導入することである。
Ｗａｎｇ、Ｆｅｎｇｙｏｕ、ｅｔ ａｌ．，Ｂｏｏｓｔｉｎｇ ｓｐｅｃｔｒａｌ ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ ｍｕｌｔｉ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｗｉｔｈ Ｍｎ２＋ｄｏｐｅｄ ＣｓＰｂＣｌ３ ｑｕａｎｔｕｍ ｄｏｔｓ ｄｏｗｎｃｏｎｖｅｒｔｅｒによると、マンガン（Ｍａｎｇａｎｅｓｅ）がドーピング（ｄｏｐｉｎｇ）されたＣｓＰｂＣｌ３を多結晶シリコン太陽電池（ｍｕｌｔｉ ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ－Ｓｉ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ）に導入する場合、ダウンコンバータ（ｄｏｗｎｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）としてより多くの太陽スペクトル波長を確保することができるため、効率をＥＱＥ測定値６．２％上げることができるとした。この素材はぺラブスカイト（ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅ）素材であって、鉛を使うことによって人体に有害であるという特性を有しているだけでなく、紫外線耐久性と水分に脆弱であるという短所を有している。
Ｆｉｘ，Ｔ．ｅｔ ａｌ．，Ｅｎｈａｎｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓｉｌｉｃｏｎ ｓｏｌａｒ ｃｅｌｌｓ ｂｙ ｄｏｗｎｓｈｉｆｔｉｎｇ ｗｉｔｈ Ｅｕ ａｎｄ Ｔｂ ｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎ ｃｏｍｐｌｅｘｅｓでは、ランタン系列の元素をドーパント（ｄｏｐａｎｔ）として使ったＣＩＧＳ物質をＥＶＡに導入してｃ－Ｓｉ ｃｅｌｌの効率を８％（ＥＱＥ測定）上げたとした。該当論文ではモノセル（ｍｏｎｏ ｃｅｌｌ）に８％の効率を上げたものの、ＣＩＧＳという高価のコンバータ（ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）を使っており、このため、まだ商用化され難いという短所を有している。
本発明の目的は、太陽電池の光電流変換効率を向上させ得る安価のアロマティックリング基盤の太陽スペクトル波長変換素材を提供することである。
本発明のさらに他の目的は、光電流変換率が優秀な太陽電池を提供することである。
本発明の目的を達成するために本発明は、１－ピレンカルボン酸（１－ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）がアンカリング（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）された水酸化アルミニウム前駆体を含む太陽スペクトル波長変換素材を提供する。
本発明のさらに他の目的を達成するために本発明は、本発明に係る太陽スペクトル波長変換素材を含む太陽電池を提供する。
前述した通り、本発明に係る太陽スペクトル波長変換素材は太陽電池に適用する場合、ダウンコンバージョン効果による出力量の上昇と共に紫外線の遮断による太陽電池の耐久性を向上させ得るため、太陽電池の発電単価を下げ、長期出力を保障することができる。
また、前記素材がコーティングされた素子あるいは素材が導入された封止材の形態で太陽電池の界面に位置する場合、非反射コーディング効果による光生成電流の増加、モジュールの強化ガラスで発生するＮａ＋イオンの捕集による太陽スペクトル波長モジュールの抗電圧誘起劣化（ａｎｔｉ－ＰＩＤ（ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ））効果および紫外線の遮断および放熱特性による抗高温光誘起劣化（ａｎｔｉ－ＬｅＴＩＤ（ｌｉｇｈｔ ａｎｄ ｅｌｅｖａｔｅｄ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｉｎｄｕｃｅｄ ｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎ））効果を期待することもできる。
また、先行技術とは異なり、ワンポット（ｏｎｅ－ｐｏｔ）合成方法を使うことによって合成の便利性を得たし、安価の光収穫（ｌｉｇｈｔ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ）素材を作ることができるという差異点を有する。また、太陽スペクトル波長変換変換効率が高い単結晶シリコンセル（ｍｏｎｏ－ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｓｉ ｃｅｌｌ）でも高い効率を示す。
製造例１により製造された太陽電池の発光能力を紫外線ランプ（ＵＶ ｌａｍｐ）で照らして示した写真である。 それぞれ比較製造例１～４および製造例１により製造された太陽電池の波長Ｓｈｉｆｔ変化を示すグラフである。 それぞれ比較製造例１～４および製造例１により製造された太陽電池の波長Ｓｈｉｆｔ変化を示すグラフである。 それぞれ比較製造例１～４および製造例１により製造された太陽電池の波長Ｓｈｉｆｔ変化を示すグラフである。 それぞれ比較製造例１～４および製造例１により製造された太陽電池の波長Ｓｈｉｆｔ変化を示すグラフである。 それぞれ比較製造例１～４および製造例１により製造された太陽電池の波長Ｓｈｉｆｔ変化を示すグラフである。 実施例１の太陽電池の導入による素子のＥＱＥグラフとＵＶ側で効率の上昇をさらに拡大して示したグラフである。 実施例１の太陽電池の導入による素子のＥＱＥグラフとＵＶ側で効率の上昇をさらに拡大して示したグラフである。 比較実施例１の太陽電池の導入による素子のＥＱＥグラフとＵＶ側で効率の上昇をさらに拡大して示したグラフである。 比較実施例１の太陽電池の導入による素子のＥＱＥグラフとＵＶ側で効率の上昇をさらに拡大して示したグラフである。 製造例１と比較製造例４に対するＦＴＩＲ分析をしたグラフである。 実施例３と比較実施例３の紫外線露出による透過度の変化を示したグラフである。
以下、本発明をより詳細に説明するが、これは本発明をより具体的に説明するためのものであって、本発明の範囲を限定しようとするものではない。
本発明の一実施例によると、１－ピレンカルボン酸（１－ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）がａｎｃｈｏｒｉｎｇされた水酸化アルミニウム前駆体を含む太陽スペクトル波長変換素材を提供する。
ここで１－ピレンカルボン酸がａｎｃｈｏｒｉｎｇされた水酸化アルミニウム前駆体とは、単に１－ピレンカルボン酸と水酸化アルミニウム前駆体を単純な攪拌（ｓｔｉｒｒｉｎｇ）を利用して物理的に結合させるものではなく熱分解合成を経てａｎｃｈｏｒｉｎｇされるものであって、ＦＴＩＲ分析を進行する時、－ＯＨピークがＣ＝０ピークに比べて強く現れる場合にａｎｃｈｏｒｉｎｇされたと定義する。１－ピレンカルボン酸が水酸化アルミニウム前駆体と単純に混合されたものと比べて太陽電池の効率が非常に高くなる。
太陽スペクトル波長変換素材は、光変換方法によってダウンコンバージョンとアップコンバージョンの二つに大別される。
まず、ダウンコンバージョン（ｄｏｗｎ－ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）はシリコンのバンドギャップより高いエネルギーを有する短波長（例えば紫外線）の光子（ｐｈｏｔｏｎ）の一つを吸収して、シリコンがよく吸収できる、低いエネルギーを有する長波長領域の一つの光子に変換させるダウンシフト（ｄｏｗｎ－ｓｈｉｆｔｉｎｇ）と、吸収した波長の２倍以上の長波長の低いエネルギー領域で２個以上の光子に変換させる量子切断（ｑｕａｎｔｕｍ－ｃｕｔｔｉｎｇ）に分かれる。
これとは反対に、シリコンのバンドギャップよりエネルギーが小さいためシリコンに吸収できずに透過する赤外線領域の２個の光子を吸収して、シリコンで吸収が容易な高い可視光線領域の一つの光子に変換させる技術をアップコンバージョン（ｕｐ－ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ）という。
本発明は安価の発光性水酸化アルミニウムを含む効率が向上した太陽スペクトル波長変換素材およびこれを含む太陽電池に関し、この素材を太陽電池にコーティングして素子を作ったり、あるいは太陽電池と太陽スペクトル波長が入射する前面の封止材の界面に位置させてダウンコンバージョン、非反射コーディング効果および耐久性の向上を誘導して短絡電流の増加による光電流変換効率を向上させる技術に関する。
特に、アロマティックリング化合物またはこの誘導体；ランタン系イオン；およびアップコンバータ物質からなる群から選択された１種以上をａｎｃｈｏｒｉｎｇする化合物をさらに含むことが好ましい。前記アップコンバータ物質は例えば、ＧａＡｓあるいはレアアースイオン（ｒａｒｅ ｅａｒｔｈ ｉｏｎｓ）などが使われ得る。
本発明の一実施例によると、前記アルミニウム前駆体は、アルミニウムモノアセテート、アルミニウムトリアセテート、アルミニウムジアセテート、アルミニウムトリエチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、アルミニウムアルコキシド、ジエチルアルミニウムクロライド、アルミニウムスルフェート、アルミニウムシアニド、アルミニウムニトライト、アルミニウムカーボネート、アルミニウムスルフィート、アルミニウムヒドロキシド、アルミニウムオキシド、アルミニウムクロラート、アルミニウムスルフィート、アルミニウムクロメート、アルミニウムトリクロリド、アルミニウムパークロラート、アルミ
ニウムニトレート、アルミニウムパーマンガネート、アルミニウムハイドロジェンカーボネート、アルミニウムホスフェート、アルミニウムオキサレート、アルミニウムハイドロジェンホスフェート、アルミニウムチオスルフェート、アルミニウムクロライト、アルミニウムハイドロジェンスルフェート、アルミニウムジクロメート、アルミニウムブロマイド、アルミニウムハイポクロライト、アルミニウムクロライドヘキサハイドレート、アルミニウムジハイドロジェンホスフェート、アルミニウムホスフィート、アルミニウムポタシウムスルフェートドデカハイドレート、アルミニウムブロメート、アルミニウムナイトライドまたはこれらの誘導体のうちいずれか一つおよびこれらの誘導体のうちいずれか一つである。
前記太陽スペクトル波長変換素材はＡｌ（ＯＨ）３、ＡｌＯＯＨ、５Ａｌ２Ｏ３・２Ｈ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３等の構造を含むことができ、本発明では前記構造を以下ａｌｕｍｉｎｕｍ ｈｙｄｒｏｘｉｄｅ、ＡｌＯＨまたは水酸化アルミニウムと表記する。
本発明の一実施例によると、アロマティックリング化合物およびその誘導体を適切に添加する場合、水酸化アルミニウムにａｎｃｈｏｒｉｎｇされて水酸化アルミニウムのトラップ状態（ｔｒａｐ ｓｔａｔｅ）が変化することもあり、発光波長の位置もそれに依存して調節される。
またアロマティックリング化合物およびその誘導体で吸収した光がトラップエミッション（ｔｒａｐ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）より高いエネルギーに位置する場合には、アロマティックリング化合物およびその誘導体で水酸化アルミニウムのトラップ状態でエネルギー遷移（ｅｎｅｒｇｙ ｔｒａｎｓｆｅｒ）が可能である。この場合、追加的なエネルギー遷移によって発光性水酸化アルミニウムの発光強度が増幅することになる。すなわち、アロマティックリング化合物およびその誘導体が紫外線波長領域の光を捕獲して水酸化アルミニウムに伝達するアンテナの役割を遂行することになるのである。
したがって、水酸化アルミニウムのみを素材として使う場合よりこれに１－ピレンカルボン酸の組み合わせをａｎｃｈｏｒｉｎｇする場合に、効果的な紫外線の吸収量増加およびより強い可視光線および近赤外線発光を具現してダウンコンバージョンを誘導し、光電流効率をより向上させることができるようになる。また、トラップの状態位置が低くなることによって発光波長がより長波長に移動して、吸収波長と発光波長の差であるストークシフト（Ｓｔｏｋｅｓ ｓｈｉｆｔ）が大きくなって素材から放出される光の再吸収（ｒｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）を減らすことができる。
本発明の一実施例によると、前記アロマティックリング化合物は芳香族炭化水素、環を作る炭素原子の一部が酸素、窒素、または硫黄原子で置換された芳香族ヘテロ環化合物、または前記芳香族炭化水素および芳香族ヘテロ環化合物分子のうち水素の一部を作用基で置換した誘導体のうちいずれか一つ以上が選択され得る。
本発明の一実施例によると、前記アロマティックリング化合物は、フラン、ベンズベンゾフラン、イソベンズベンゾフラン、ピロール、インドール、イソインドール、チオフェン、ベンズベンゾチオフェン、ベンズベンゾチオフェン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、プリン、ピラゾール、インダゾール、オキサソール、ベンゾオキサソールベンゾオキサソール、オキサソールイソオキサゾール、ベンゾオキサソールイソオキサゾール、チアゾール、ベンズベンゾチアゾール、ベンズベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ピリジン、キノキサリン、アクリジン、ピリミジン、キナゾリン、ピリダジン、シンノリン、フタラジン、１，２，３－トリアジン、１，２，４－トリアジン、１，３，５－トリアジンおよびその誘導体のうち一つ以上から選択され得る。
前記アロマティックリングに１－ピレンカルボン酸が組み合わせられた素材に近赤外線発光が可能なランタン系イオンを追加導入して、紫外線の吸収および可視光線、近赤外線の同時発光が可能であるため可視光線と近赤外線波長領域で優れた発電効率を有する高効率太陽電池に適用する場合、より高い光電流変換率を具現することができる。
また、発光性水酸化アルミニウムに１－ピレンカルボン酸が組み合わせられた素材に、Ｅｒ３＋ドープされた（ｄｏｐｅｄ） ＮａＹＦ４、Ｔｍ３＋ｄｏｐｅｄ ＮａＹＦ４、またはＨｏ３＋ＮａＹＦ４などのようなアップコンバータ物質を添加して、太陽電池が高いエネルギーの短波長帯の自然太陽スペクトル波長だけでなく低いエネルギーの長波長帯の自然太陽スペクトル波長まで吸収して、ｄｏｗｎｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ＋ｕｐｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎを通じて光電流効率をより高めることができる。
前記太陽スペクトル波長変換素材は水熱（ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌ）、ゾル－ゲル（ｓｏｌ－ｇｅｌ）、熱分解（ｔｈｅｒｍａｌ ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）合成方法などを利用して製造され得る。本発明では熱分解合成方法を通じて本発明をさらに詳細に説明するが、本発明の範囲はこれに限定されはしない。
前記熱分解合成方法で発光性水酸化アルミニウムを合成する場合には、前記アルミニウム前駆体の熱分解温度より高い沸点を有する物質を溶媒として活用することができる。例えばヘキサデシルアミン（ｈｅｘａｄｅｃｙｌａｍｉｎｅ）、１－エイコセン（１－ｅｉｃｏｓｅｎｅ）、１－オクタデセン（１－ｏｃｔａｄｅｃｅｎｅ）、ドコサン（ｄｏｃｏｓａｎｅ）、フェニルエーテル（ｐｈｅｎｙｌ ｅｔｈｅｒ）、ベンジルエーテル（ｂｅｎｚｙｌ ｅｔｈｅｒ）、オクチルエーテル（ｏｃｔｙｌ ｅｔｈｅｒ）、オレイン酸（ｏｌｅｉｃ ａｃｉｄ）、オレイルアミン（ｏｌｅｙｌａｍｉｎｅ）、ポリイソブチレン（ｐｏｌｙｉｓｏｂｕｔｙｌｅｎｅ）等の２００℃以上の高い沸点を有する物質を溶媒として活用する。
前記溶媒は溶媒として作用することもでき、炭素、カルボニルラジカル（ｃａｒｂｏｎｙｌ ｒａｄｉｃａｌ）、オキサリックホスホリック（ｏｘａｌｉｃ ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ）ラジカル、硫酸（ｓｕｌｆｕｒｉｃ ａｃｉｄ）等の不純物を提供して発光特性を調節したり、発光性能を追加的に改善する役割をすることもできる。
熱分解合成段階で１－ピレンカルボン酸を添加すると、発光性水酸化アルミニウムの吸収、発光の増加および大きいＳｔｏｋｅ’ｓ ｓｈｉｆｔなどを誘導することができる。
前記アルミニウム前駆体のうち一つ以上をアロマティックリング化合物およびその誘導体のうち一つを前記溶媒に分散させた後、アルミニウム前駆体の熱分解温度で反応させる。反応が終結すると、生成物を分離および精製して最終発光性水酸化アルミニウム（太陽スペクトル波長変換素材）を得ることができる。１－ピレンカルボン酸の場合、アルミニウム前駆体とともに開始段階に入れて合成を進行させてもよく、水酸化アルミニウム合成後に追加で入れて合成を進行させて素材を得てもよい。
熱分解合成によって生成された水酸化アルミニウムが発光特性を示す原因は金属酸化物内の欠陥（ｄｅｆｅｃｔｓ）から現れるトラップステートエミッション（ｔｒａｐ ｓｔａｔｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎ）である。Ｔｒａｐ ｓｔａｔｅ ｅｍｉｓｓｉｏｎは素材の欠陥が存在する時に基底状態（ｇｒｏｕｎｄ ｓｔａｔｅ）と励起状態（ｅｘｃｉｔｅｄ
ｓｔａｔｅ）の間にさらに他のエネルギー準位であるトラップ状態が形成され、外部エネルギーによって基底状態から励起状態に遷移した電子は欠陥により生成されたさらに低いエネルギー準位に安定化して移動することになり、最終基底状態に遷移されながら光を放出することになる。
本発明の一実施例によると、前記太陽スペクトル波長変換素材の粒子の大きさは５００μｍ以下が好ましいと判断される。
太陽スペクトル波長変換素材は太陽電池の前面部に位置するため、太陽電池に入射する太陽スペクトル波長の波長より大きさが小さい粒子が有利である。もし太陽スペクトル波長の波長と類似するか大きい粒子の大きさを有するのであれば、入射する太陽スペクトル波長が散乱または反射して全体の太陽電池の効率がかえって減少することもある。したがって、前記太陽スペクトル波長変換素材の粒子の大きさは０．１ｎｍ以上～５００μｍ以下、好ましくは１００μｍ以下、より好ましくは１０μｍであることが好ましい。
前記太陽スペクトル波長変換素材をシリコン太陽電池に適用するためには、紫外線波長領域で吸収があり、可視光線波長領域で発光特性がなければならない。具体的には、吸収波長領域は３００～４８０ｎｍで形成されることが好ましい。また、発光波長領域は４５０～１２００ｎｍで形成されることが好ましい。
一実施例によると、前記太陽スペクトル波長変換素材を導入した封止材は、光透過性樹脂に分散した厚さ１００μｍ以下のフィルム形態であることが好ましい。
特に、太陽スペクトル波長変換素材は吸収波長と発光波長領域が重ならないことが好ましく、Ｓｔｏｋｅｓ ｓｈｉｆｔが大きい素材が有利である。その理由は吸収波長と発光波長が重なる場合、素材から放出される光を再び吸収する再吸収が損失として作用するためである。
前記製造された発光性水酸化アルミニウムは、前駆体、溶媒、不純物または熱分解反応温度、時間などの変数に応じて多孔性を有するように合成できるが、多孔性を有する場合、表面積が増加して太陽スペクトル波長モジュールの耐湿、耐熱などの耐久性が向上し得る。
太陽スペクトル波長変換素材、特にダウンコンバージョン素材で要求される特性としては、高い発光効率、高い吸光係数、高い光安全性、紫外線の吸収、可視光線波長以下の発光および大きなＳｔｏｋｅ’ｓ ｓｈｉｆｔ（最大吸収波長と最大発光波長間の波長差（Δλ＝λｅｍ－λａｂ）等がある。
ダウンコンバージョン素材を太陽電池に適用するためには前記要求特性を適切に満たさなければならず、そうでない場合、かえって太陽電池の効率が減少することもある。例えば、低い発光効率素材を太陽電池の前面部に導入する場合、太陽スペクトル波長を吸収はするものの可視光線に変換させることができないため、太陽電池の太陽スペクトル波長の吸収をかえって妨害することもある。
また、低い吸光係数を有する素材は発光効率が高くても吸収効率自体が低いため、ダウンコンバージョン効果を期待し難い。紫外線波長領域より低い可視光線波長領域で吸収がある素材の場合、商用化されたシリコン太陽電池はすでに可視光線波長領域での光電流変換効率が９０％水準に高いため、追加的なダウンコンバージョン効果を期待することができない。さらに小さいＳｔｏｋｅ’ｓ ｓｈｉｆｔを有する素材は吸収波長と発光波長の重複度が大きいため放出された光の再吸収（ｒｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）による損失が発生し得るため、効果的なダウンコンバージョン効果を期待し難い。
一方、ｑｕａｎｔｕｍ－ｃｕｔｔｉｎｇを誘導する場合、太陽電池が吸収できない短波長の光子が太陽電池の変換効率が高い長波長の光子２個以上に放出されて太陽電池の効率
を飛躍的に向上させ得る。
以下では、本発明により製造された太陽スペクトル波長変換素材が太陽電池の効率を向上させ得る優れている太陽スペクトル波長変換素材であることを立証するために図面を参照して説明する。
図２a-２eは、このように製造した発光性水酸化アルミニウム複合体の吸収および発光
スペクトルを示す。図２ａは水酸化アルミニウムに前駆体に１－ピレンカルボン酸ではないフルオレン－９－カルボン酸（Ｆｌｕｏｒｅｎｅ－９－ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）をドーパント（ｄｏｐａｎｔ）を使って合成した素材の発光スペクトルである。１－ピレンカルボン酸と同様にカルボン酸（ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）という（アンテナ）ａｎｔｅｎｎａは有しているものの、アロマティックリングの係数を異にして合成した化合物であって、４６０ｎｍで狭く発光ピークが見えることを確認することができる。図２ｂは水酸化アルミニウムにピレンを添加した化合物の発光スペクトルであって、ピレンは１－ピレンカルボン酸と同様に４個のアロマティックリングを保有するものの、ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ ａｎｔｅｎｎａがない形態であって、４００ｎｍと４７０ｎｍで発光特性ピークを示す。図２ｃは水酸化アルミニウム単独（ＡｌＯＨ）の発光スペクトルであって、３９０ｎｍ、４５０ｎｍで発光特性ピークを示す。図２ｄの結果から熱分解合成段階でアロマティックリング化合物を導入する場合、紫外線領域の吸収が向上し、最大吸収波長と発光波長間の差がさらに増加することによって再吸収による損失を最小化することができる。図２ｅは本発明で主張する水酸化アルミニウム前駆体に１－ピレンカルボン酸がａｎｃｈｏｒｉｎｇされた発光素材のスペクトルである。
アロマティックリング化合物およびその誘導体の添加による発光性水酸化アルミニウムの発光特性の変化およびアロマティックリング化合物およびその誘導体による太陽電池の効率の向上は、外部量子収率（ＥＱＥ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｙｉｅｌｄ））測定を通じてより明確に理解することができる。
図３ａと３ｂは水酸化アルミニウムに１－ピレンカルボン酸を入れた化合物のＥＱＥであって、既存のコーディングされていないベアセル（ｂａｒｅ ｃｅｌｌ）に比べて前記素材をコーディングした被覆ｃｅｌｌの場合、紫外線波長帯で効率が上がったことを確認することができる。
本発明の一実施例によると、太陽電池を構成する素材の種類と大きさはこれに限定されず、例えば、本発明は有機太陽電池（ｏｒｇａｎｉｃ ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ ｃｅｌｌｓ、ＯＰＶ）、セレン化銅インジウムガリウム（ｃｏｐｐｅｒ ｉｎｄｉｕｍ ｇａｌｌｉｕｍ ｓｅｌｅｎｉｄｅ、ＣＩＧＳ）、カドミウムテルル化物（ＣｄＴｅ（ｃａｄｍｉｕｍ ｔｅｌｌｕｒｉｄｅ））、Ｐｅｒｏｖｓｋｉｔｅなどの半導体基盤太陽電池、シリコン基盤太陽電池、および半導体－シリコンタンデム（ｔａｎｄｅｍ）構造基盤太陽電池など、素材の種類にかかわらず適用が可能であり、太陽電池の光電流変換効率の向上を特徴とする太陽電池に関するものである。ただし、説明のために、６インチ（ｉｎｃｈ）単結晶シリコン太陽電池を利用して説明した。
本発明の一実施例によると、この素材を太陽電池にコーティングして素子を作ったりあるいは太陽電池と太陽スペクトル波長が入射する前面の封止材の界面の間に太陽スペクトル波長変換素材が位置した太陽電池において、本発明に係る前記太陽スペクトル波長変換素材が使われ得る。
前記で合成した太陽スペクトル波長変換素材を太陽電池に導入する方法は、素材が導入される位置により、シリコン太陽電池を保護する役割の封止材に分散させてシート（ｓｈ
ｅｅｔ）状に製造する方法、シリコン太陽電池の前面に直接塗布する方法、太陽電池の前面と接合する封止材の表面に塗布する方法などがあり得る。
まず、太陽電池の封止材はエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ、ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、ポリオレフィンエラストマー（ＰＯＥ、ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）、架橋ポリオレフィン（ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｅｄ ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ、ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、ポリビニルブチラル（ＰＶＢ、ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｂｕｔｙｒａｌ）、シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）、シリコン／ポリウレタンハイブリッド（ｓｉｌｉｃｏｎｅ／ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｈｙｂｒｉｄ）、アイオノマー（ｉｏｎｏｍｅｒ）等の素材を利用し、ＥＶＡまたはＰＯＥが最も多く利用される。
一般的に太陽スペクトル波長変換素材を封止材の内部に導入して太陽電池の前面に位置させた後、熱接着（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）を通じて太陽電池モジュールを製造する方法が多く報告されており、商業生産に適用される事例もある。
しかし、この場合には封止材を構成するＥＶＡまたはＰＯＥなどの高分子の屈折率（ｎ～１．４）とシリコン太陽電池の表面ＳｉＮｘの屈折率（ｎ～２．５）の大きな差によって封止材の内部の光変換素材から放出される光が太陽電池に進行することができず、封止材の内部の内部全反射による光導波（ｗａｖｅｇｕｉｄｅ）現象が優勢となって封止材シートの側面に進行することになる。
これとは反対に、太陽スペクトル波長変換素材が太陽電池の表面または封止材の表面に塗布される場合には封止材と太陽電池の界面に位置することになり、数μｍまたは数十μｍのシリコンテクスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）構造によって光が側面に進行できずに太陽電池の内部に進行することになる。また、太陽スペクトル波長変換素材が封止材の屈折率（ｎ～１．４）と太陽電池の表面の屈折率（ｎ～２．５）の間の値を有するように調節できるのであれば、スネルの法則（Ｓｎｅｌｌ’ｓ ｌａｗ）に沿って、封止材、光変換素材、太陽電池の方向に光の進入が非常に有利となって太陽電池の側面で光をより活用できるようになることによって、光電流変換効率を向上させることができるようになる。すなわち、太陽スペクトル波長変換素材のダウンコンバージョン効果とともに非反射コーディング効果をすべて期待することができる。
太陽スペクトル波長変換素材を溶媒に分散すれば太陽電池の表面に塗布することができるが、前記太陽電池の表面に塗布する方法としては、スピンコーディング（ｓｐｉｎ ｃｏａｔｉｎｇ）、バーコーディング（ｂａｒ ｃｏａｔｉｎｇ）、スプレーコーディング（ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇ）、ディップコーディング（ｄｉｐ ｃｏａｔｉｎｇ）、スクリーンプリンティング（ｓｃｒｅｅｎ ｐｒｉｎｔｉｎｇ）等があり得る。また、封止材に塗布する場合にもスピンコーディング方法を除いてはすべて適用可能である。
本発明では太陽スペクトル波長変換素材の商業的生産の適用を考慮して、迅速かつ均一な塗布が可能なスプレーコーディング方法を利用した。しかし、これに限定されない。
以下、本発明の好ましい実施例を挙げて詳細に説明することにするが、下記の実施例は本発明の理解を助けるために提示されるものに過ぎず、本発明の範囲は下記の実施例に限定されるものではない。
製造例１：発光性水酸化アルミニウムおよび太陽スペクトル波長変換素材の製造
３－ネックボトルグラス（ｎｅｃｋ ｂｏｔｔｌｅｄ ｇｌａｓｓ）に１．０～３．０ｇのアルミニウムアセテート（Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｃｅｔａｔｅ（Ａｌｕｍｉｎｕｍ
ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ））と０．０１～０．１ｇの１－ピレンカルボン酸（１－Ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）と５０～３００ｍＬの１－オクタデセン（１－Ｏｃｔａｄｅｃｅｎｅ）を入れて、真空状態で撹はんしながら１００℃まで熱を加えて前処理を進行させる。この状態で１時間程度維持した後、真空で 酸素と水を除去して窒素また
はアルゴンにパージ(purge)される。その後、約２７０～３２０℃に熱を加えた後、２～
４時間維持して熱分解を進行させる。その後、常温で冷ましてワークアップ（ｗｏｒｋ－ｕｐ）を進行して太陽スペクトル波長変換素材を製造した。
［ワークアップ］
アセトン（Ａｃｅｔｏｎｅ）とトルエン（Ｔｏｌｕｅｎｅ）を利用して 太陽スペクト
ル波長変換素材を洗浄後に保管する。
※使った原料（Ｒａｗ ｍａｔｅｒｉａｌ）の情報
－Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ａｃｅｔａｔｅ（ＭＷ：１６２．０８ｇ／ｍｏｌ）；Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ
－１－Ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ（ＭＷ：２４６．２６ｇ／ｍｏｌ）；Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ
－１－Ｏｃｔａｄｅｃｅｎｅ（ＭＷ：２５２．４８ｇ／ｍｏｌ）；Ｓｉｇｍａ－Ａｌｄｒｉｃｈ
－Ａｃｅｔｏｎｅ（ＭＷ：５８．０８ｇ／ｍｏｌ）；Ｄａｅｊｕｎｇ
－Ｔｏｌｕｅｎｅ（ＭＷ：９２．１４ｇ／ｍｏｌ）；Ｊ．Ｔ．Ｂａｋｅｒ
比較製造例１：
製造例１で、１－Ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄをｄｏｐａｎｔとして使う代わりに、Ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄを保有するが４個の芳香環（ａｒｏｍａｔｉｃ ｒｉｎｇ）を有していないｄｏｐａｎｔ（Ｆｌｕｏｒｅｎｅ－９－ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）を使ったことを除いては製造例１と同一にして太陽スペクトル波長変換素材を製造した。
比較製造例２
９６４個のａｒｏｍａｔｉｃ ｒｉｎｇを保有するがｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ
ｇｒｏｕｐというａｎｔｅｎｎａがないｄｏｐａｎｔ（Ｐｙｒｅｎｅ）を使ったことを除いては製造例１と同一にして太陽スペクトル波長変換素材を製造した。
比較製造例３
ｄｏｐａｎｔを使わないことを除いては製造例１と同一にして太陽スペクトル波長変換素材を製造した。
比較製造例４
完成された比較製造例３に１－Ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄを入れた後、５分間ｓｔｉｒｒｉｎｇを進行させる。その後、ＡｃｅｔｏｎｅとＴｏｌｕｅｎｅを利用して遠心分離して太陽スペクトル波長変換素材を製造した。
実施例１：太陽スペクトル波長変換素材をコーディングした太陽電池の製造
６インチ（ｉｎｃｈ）単結晶シリコン太陽電池を利用した。
製造例１により製造された太陽スペクトル波長変換素材溶液をスプレーコーディング方法を利用して６インチ単結晶シリコンセルの表面に塗布する。このように製造する場合、太陽スペクトル波長変換素材は太陽電池の表面に位置することになって、ＥＱＥ（外部量子効率）測定をする場合、塗布された太陽スペクトル波長変換素材によって太陽電池の効率がどのように変化するかが分かるように製造した。
比較実施例１
製造例１を比較製造例３に種類変化させたことを除いては、実施例１と同じ方法で太陽電池を製造した。
実施例２：太陽スペクトル波長変換素材を含む太陽電池の製造
実施例１で製造された太陽スペクトル波長変換素材をコーディングした太陽電池４枚を利用して、２×２でハンダ付けを進行させた後、太陽電池モジュールを製作した。
光が入射する前面からガラス／封止材／太陽スペクトル波長変換素材／太陽電池／封止材／バックシート（ｂａｃｋ ｓｈｅｅｔ）の順序で積層した後、ラミネーション（ｌａｍｉｎａｔｉｏｎ）を通じてシリコン太陽電池モジュールを製造した。このように製造された太陽電池モジュールで発光性水酸化アルミニウムは封止材と太陽電池の界面の間に位置することになる。太陽電池を構成する太陽スペクトル波長変換素材の構成は前記方法で製造された発光性水酸化アルミニウムを使った。
比較実施例２
光変換素材を太陽電池に塗布せずにｂａｒｅ ｃｅｌｌを利用したことを除いては、実施例２と同じ方法で太陽電池を製造した。
実施例３：耐久性評価用太陽電池封止材の製造
エチレン－酢酸ビニル共重合体１００重量部に対し、製造例１の１－Ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄがａｎｃｈｏｒｉｎｇされた水酸化アルミニウム０．２重量部をコンパウンディングして混合物を製造した。その後、架橋剤および架橋補助剤を配合して封止材組成物を製造した。封止材組成物を１００℃のＴ－ダイ押出工程に適用して３００マイクロメーター厚さの封止材を製造した。
比較実施例３
製造例１を比較製造例４に種類を変化させたことを除いては、実施例１と同じ方法で封止材を製造した。
実験例１：発光能力確認
実施例１により製造された太陽電池の発光能力を確認するためにＵＶランプに照らして確認した。ＵＶランプに照らしてみた結果、自然光では黄色であった化合物が青色に発光することを確認することができる。結果は図１に示した。
図１に示された通り、本発明により製造された実施例１の太陽電池はＵＶ側を吸収し、これによる発光能力が優れていることが分かる。
実験例２：光変換素子を含む太陽電池の性能評価
実施例１および比較例１～４による太陽電池の性能を比較するためにＰｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ Ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒを使って発光波長帯を測定し、それぞれによるシフト（ｓｈｉｆｔ）変化を確認した。図２ａ～図２ｅにそれぞれ示した。
図２ａは、水酸化アルミニウムに前駆体に１－ピレンカルボン酸ではないＦｌｕｏｒｅｎｅ－９－ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄをｄｏｐａｎｔとして使って合成した素材の発光スペクトルである。１－ピレンカルボン酸と同様に、ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄというａｎｔｅｎｎａは有しているものの、アロマティックリングの係数を異にして合成した化合物であって、１－ピレンカルボン酸よりは前の波長帯で発光して吸収と重複度の面積が大きくなり、これによって効率も低下するものと予想される図である。図２ｂは水酸化アルミニウムにピレンを添加した化合物の発光スペクトルであって、ピレンは１－
ピレンカルボン酸と同様に、４個のアロマティックリングを保有するものの、ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ ａｎｔｅｎｎａがない形態である。この形態の化合物の発光スペクトルを見ると、Ｆｌｕｏｒｅｎｅ－９－ｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄよりも前の波長帯で発光するため、吸収スペクトルと多く重なって再吸収（ｒｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）率が高く、このため、太陽電池の効能が低下するということが分かる。図２ｃは水酸化アルミニウム単独（ＡｌＯＨ）の発光スペクトルであって、３９０ｎｍ、４５０ｎｍで発光特性ピークを示す。このスペクトルも吸収スペクトルとの重複度が大きいものと予想される。図２ｄは水酸化アルミニウムに１－ピレンカルボン酸をａｎｃｈｏｒｉｎｇせず、単純物理的合成を進行して共に入れてｓｔｉｒｒｉｎｇした化合物の発光スペクトルである。この形態の化合物の発光スペクトルを見ると、１－ピレンカルボン酸の影響でレッド（ｒｅｄ）波長帯側である４８０ｎｍでピーク（ｐｅａｋ）を見せるとともに、既存の水酸化アルミニウムの発光スペクトルである図２ｃのように４００ｎｍでもｐｅａｋを形成する。これは、１－ピレンカルボン酸が水酸化アルミニウムに確実にａｎｃｈｏｒｉｎｇされずに、両者が化合物内にともに存在するため現れるスペクトルであって、ａｎｃｈｏｒｉｎｇされた化合物より発光波長をレッドシフト（ｒｅｄ－ｓｈｉｆｔ）することができなかった。図２ｅは本特許で主張する化合物である水酸化アルミニウムと１－ピレンカルボン酸の発光波長帯であって、図２ａ～２ｄに比べて発光波長帯が長波長帯である５００ｎｍにシフト（ｓｈｉｆｔｉｎｇ）し、これによって重複度も少なく、また太陽電池に応用した場合、効率が上がる理由を説明する。
実験例３：ＥＱＥ測定を通じてＵＶ側から効率上昇確認
太陽スペクトル波長変換素材導入に対する効率を検証するために、実施例１と比較実施例１の太陽電池に対するＥＱＥ（Ｅｘｔｅｒｎａｌ Ｑｕａｎｔｕｍ Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；外部量子効率）を測定して評価した。
図３ａと３ｂは、水酸化アルミニウムに１－ピレンカルボン酸を導入した合成物を６－ｉｎｃｈ ｃ－Ｓｉ ｃｅｌｌにｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇした後のＥＱＥである。図３ａを見ると、同図にあるｂａｒｅ ｃｅｌｌに比べて外部量子効率が上がったことを確認することができる。このうち、紫外線部分で受けた太陽放射照度スペクトル（irradiance spectrum）によって量子効率の向上効果を確認するために図３ｂのように拡大した。
図３ｂを見ると、ｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇした太陽電池部分がｂａｒｅ ｃｅｌｌに比べて上昇し、これは水酸化アルミニウム＋１ピレンカルボン酸の導入によりダウンコンバージョン効果があったことが分かる。
１－ピレンカルボン酸を水酸化アルミニウムと共に合成した時と、していない時のＥＱＥ効率上昇差を確認するために、１－ピレンカルボン酸を導入していない水酸化アルミニウム（比較製造例３）を太陽電池にｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇしてＥＱＥ測定をした（比較実施例１）。これに対する結果は図３ｃと３ｄで確認することができる。
図３ｃを見ると、水酸化アルミニウムをｓｐｒａｙ ｃｏａｔｉｎｇした太陽電池の場合、ｂａｒｅ ｃｅｌｌに比べて効率が上がったことを確認することができる。しかし、図３ｄのように紫外線部分の拡大スペクトルを見ると、図３ｂに比べて紫外線部分で効率上昇が顕著に少ないことを確認することができる。これは、１－ピレンカルボン酸を水酸化アルミニウムに共に合成していない場合、ダウンコンバージョンの効率が大きく上昇しないことを示す。
本発明は発光性水酸化アルミニウムを太陽スペクトル波長用封止材に分散させて太陽電池および太陽スペクトル波長モジュールを構成する場合、封止材の耐久性を向上させて封止材層の透過性を維持させることによって、太陽電池および太陽スペクトル波長モジュールの長期耐久性の向上および時間の経過による出力低下を最小化して発電量を保障する技
術を提供する。
実験例４：ＦＴＩＲ分析を通じてａｎｃｈｏｒｉｎｇされた素材とａｎｃｈｏｒｉｎｇされていない素材の差を確認
光変換素材に対して、ａｎｃｈｏｒｉｎｇの確認のためにＦＴＩＲ分析を進行した。製造例１と比較製造例４はそれぞれ同じ物質を入れて製造したものの、合成方法を異にして進行させた。製造れ１は熱分解合成を経てａｎｃｈｏｒｉｎｇさせる反面、比較製造例４は単純ｓｔｉｒｒｉｎｇを利用して両物質を物理的に結合させた。
Fig 4のピークから出るＣ－Ｏ 結合（ｂｏｎｄ）ピークはアセテートがあるという証
拠と見ることができる。よくＣ＝Ｏ ｂｏｎｄは１７００ｃｍ－１付近に現れると知られているが、アセテート基で発生するＣ－Ｏ ｂｏｎｄはそれぞれ～１４１５ｃｍ－１と～１５７０ｃｍ－１で対称（ｓｙｍｍｅｔｒｉｃ）と非対称（ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ストッレチング モード（ｓｔｒｅｔｃｈｉｎｇ ｍｏｄｅ）を示す。この中でも一個のメタルと結合される単座のアセテート（ｕｎｉｄｅｎｔａｔｅ ａｃｅｔａｔｅ）の場合、Ｃ＝Ｏ ｂｏｎｄを形成し、ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ ｂｅｎｄが少し後である１５９０～１６５０ｃｍ－１に形成される。したがって、図４で示される結果のように、熱を加えて合成した製造例１と熱を加えずに共に両物質を入れた比較製造例４はいずれも～１５９０ｃｍ－１でＣ＝Ｏを示す。これと共に、両物質はいずれも３４００ｃｍ－１で広い－ＯＨピークを示すが、これは１－ピレンカルボン酸の酸（ａｃｉｄ）によって現れるピークであり、両物質はいずれも１－ピレンカルボン酸が含まれていると言える。図４ではこの両ピーク（Ｃ＝０ピークと－ＯＨピーク）の強度差が重要である。
製造例１のグラフは（青色実線）－ＯＨピークがＣ＝０ピークに比べて強度が強い反面、比較製造例４のグラフ（赤色実線）は製造例１とは反対に強度が形成されている。これは、サンプルの中にある－ＯＨとＣ＝Ｏの比率と見ることができる。熱を加えると、Ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｃｅｔａｔｅにあるアセテート基からアセト基が離れ、このところにａｎｃｈｏｒｉｎｇされた１－ピレンカルボン酸が位置することになる。反面、熱を加えずに両物質を入れてｓｔｉｒｒｉｎｇのみ進行させた場合、１－ピレンカルボン酸がアルミニウムアセテートにａｎｃｈｏｒｉｎｇされないためアルミニウムに残余アセテートが多く、これによってＦＴＩＲグラフにアセテート基のＣ＝０ピークを明確に見ることができる。したがって、熱を加えて合成した製造例１のＣ＝０ピークは、－ＯＨピークに比べて弱く現れて－ＯＨとＣ＝０の比率が少なくなったことを知らせてくれる反面、物理的に混ぜた比較製造例４の場合、Ｃ＝Ｏ ｂｏｎｄが物質の内部に多く残っているため相対的にＣ＝０ピークが－ＯＨピークに比べて強度が強く現れる。このような結果は、該当特許の合成方法の通りに進行する場合、１－ピレンカルボン酸がアルミニウムにａｎｃｈｏｒｉｎｇされるということを示す。
実験例５：太陽スペクトル波長変換素材が塗布された太陽電池の屋外評価を通じての性能評価
１－Ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄがａｎｃｈｏｒｉｎｇされた水酸化アルミニウムの導入による太陽電池効率の変化を分析するために屋外評価装置を利用し、水酸化アルミニウムコーディング前と後の効率の変化を特定した。表１は、それぞれ製造例１が塗布された６インチ単結晶シリコン太陽電池を４－セルミニモジュール（４－ｃｅｌｌ ｍｉｎｉ ｍｏｄｕｌｅ）で組み立てた（実施例２）太陽電池と、光変換素材が塗布されていない６インチ単結晶シリコン太陽電池を４－ｃｅｌｌ ｍｉｎｉ ｍｏｄｕｌｅで組み立てた（比較実施例２）を屋外に据え置いた後、効率を測定した結果である。
Figure 2022056319000002
表１で１－Ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄがａｎｃｈｏｒｉｎｇされた発光性水酸化アルミニウムを塗布する場合、塗布していないｂａｒｅ ｃｅｌｌより短絡電流と出力がいずれも増加したことが分かる。すなわち、光変換素材の紫外線光吸収および可視光線発光によるダウンコンバージョン効果によって、シリコン太陽電池の短絡電流密度の増加による太陽電池の効率が増加したのである。
実験例６：Ａｎｃｈｏｒｉｎｇの有無に変化を与えた太陽スペクトル波長変換素材の紫外線露出による透過度評価
熱を加えて水酸化アルミニウムと１－Ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄをａｎｃｈｏｒｉｎｇさせた物質（製造例１）と、単純に水酸化アルミニウムと１－Ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄを共に入れた後に遠心分離して得た物質（比較製造例４）との耐久性評価を進行した。耐久性評価は透過度分析で進行したし、理由は透過度分析を通じて特定の波長帯で物質が如何に多くの光を受けることができるかが分かるためである。本光変換素材は紫外線波長帯の光を変換させ、光転換効率が上昇するため、紫外線波長帯での良い透過度を有することが重要である。しかし、太陽電池は紫外線を受ける場合、かすみ（ｈａｚｅ）が発生して光を遮蔽する現象が発生する。遮蔽現象が発生する場合、多くの光を通過させることが難いため、太陽電池の効率が相対的に低下する。このため、太陽電池の耐久性評価は太陽電池の評価において重要な要素であり、該当物質のうち、どのように合成された太陽スペクトル波長変換素材を太陽電池に導入すれば耐久性に少なく影響を与えつつ光変換効率を示すかを調べてみた。
紫外線露出を通じての耐久性評価はＡＴＬＡＳのＵＶ－ｃｏｎ装備を利用して分析し、製造例１と比較製造例４をそれぞれ実施例３と比較実施例３でｐｒｅｓｓ ｓｈｅｅｔを製造し、これをｇｌａｓｓ／ｇｌａｓｓに入れた後、０．５Ｗ．４０℃、１５ｈｒの紫外線露出仕様で測定を進行した。
図５は、それぞれ実施例３と比較実施例３の透過度を比較したグラフである。青色の実線と紫色の実線は実施例３の紫外線耐久性評価前後の透過度であり、赤色と緑色の実線は比較実施例３の紫外線耐久性評価前後の透過度である。通常、物質が紫外線を多く受ける場合、透過度が落ちる現象を見ることができる。しかし、熱分解方法で合成した実施例３の場合、単純合成した比較実施例３よりは前後それぞれ耐久性が優秀であると判断され、耐久性評価後の実施例３は耐久性評価前の比較実施例３よりも良い透過度を示すことが分かる。すなわち、１－Ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄを水酸化アルミニウムにａｎｃｈｏｒｉｎｇする場合、新しい化合物が形成されて耐久性の面で有利に作用し、これによって強い紫外線露出後にも光変換効率の低下が遅く進行されるのである。

Claims (12)

  1. １－ピレンカルボン酸（１－ｐｙｒｅｎｅｃａｒｂｏｘｙｌｉｃ ａｃｉｄ）がアンカリング（ａｎｃｈｏｒｉｎｇ）された水酸化アルミニウム前駆体を含むことを特徴とする、太陽スペクトル波長変換素材。
  2. 前記水酸化アルミニウム前駆体はアルミニウムモノアセテート、アルミニウムトリアセテート、アルミニウムジアセテート、アルミニウムトリエチルアルミニウム、トリメチルアルミニウム、アルミニウムアルコキシド、ジエチルアルミニウムクロライド、アルミニウムスルフェート、アルミニウムシアニド、アルミニウムニトライト、アルミニウムカーボネート、アルミニウムスルフィート、アルミニウムヒドロキシド、アルミニウムオキシド、アルミニウムクロラート、アルミニウムスルフィド、アルミニウムクロメート、アルミニウムトリクロリド、アルミニウムパークロラート、アルミニウムニトレート、アルミニウムパーマンガネート、アルミニウムハイドロジェンカーボネート、アルミニウムホスフェート、アルミニウムオキサレート、アルミニウムハイドロジェンホスフェート、アルミニウムチオスルフェート、アルミニウムクロライト、アルミニウムハイドロジェンスルフェート、アルミニウムジクロメート、アルミニウムブロマイド、アルミニウムハイポクロライト、アルミニウムクロライドヘキサハイドレート、アルミニウムジハイドロジェンホスフェート、アルミニウムホスフィート、アルミニウムポタシウムスルフェートドデカハイドレート、アルミニウムブロメート、アルミニウムナイトライドまたはこれらの誘導体のうちいずれか一つであることを特徴とする、請求項１に記載の太陽スペクトル波長変換素材。
  3. 前記太陽スペクトル波長変換素材がＡｌ（ＯＨ）３、ＡｌＯＯＨ、ＡｌＯＨ、５Ａｌ２Ｏ３・２Ｈ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３の構造を含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽スペクトル波長変換素材。
  4. アロマティックリング化合物またはこの誘導体；ランタン系イオン；およびアップコンバータ物質からなる群から選択された１種以上を含む化合物をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の太陽スペクトル波長変換素材。
  5. 前記アロマティックリング化合物はフラン、ベンズベンゾフラン、イソベンズベンゾフラン、ピロール、インドール、イソインドール、チオフェン、ベンズベンゾチオフェン、ベンズベンゾチオフェン、イミダゾール、ベンゾイミダゾール、プリン、ピラゾール、インダゾール、オキサソール、ベンゾオキサソールベンゾオキサソール、オキサソールイソオキサゾール、ベンゾオキサソールイソオキサゾール、チアゾール、ベンズベンゾチアゾール、ベンズベンゼン、ナフタレン、アントラセン、ピリジン、キノキサリン、アクリジン、ピリミジン、キナゾリン、ピリダジン、シンノリン、フタラジン、１，２，３－トリアジン、１，２，４－トリアジン、１，３，５－トリアジンおよびその誘導体のうちいずれか一つ以上であることを特徴とする、請求項４に記載の太陽スペクトル波長変換素材。
  6. 前記太陽スペクトル波長変換素材の粒子の大きさは０．１ｎｍ以上～５００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽スペクトル波長変換素材。
  7. 前記太陽スペクトル波長変換素材の最大吸収波長は３００～４８０ｎｍの間で形成され、最大発光波長は４５０～１２００ｎｍの間で形成されることを特徴とする、請求項１に記載の太陽スペクトル波長変換素材。
  8. 前記太陽スペクトル波長変換素材は光透光性樹脂に分散された厚さ１００μｍ以下のフィルム形態であることを特徴とする、請求項１に記載の太陽スペクトル波長変換素材。
  9. 太陽スペクトル波長が入射する太陽電池の前面部封止材と、前記太陽電池の界面に太陽スペクトル波長変換素材が位置した太陽電池において、前記太陽スペクトル波長変換素材が、請求項１～請求項８のいずれか一項に記載された太陽スペクトル波長変換素材であることを特徴とする、太陽電池。
  10. 前記太陽スペクトル波長変換素材が前記太陽電池の前面または前記太陽電池の前面部封止材の後面にコーティングされたことを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池。
  11. 前記コーティングは、スプレーまたはスクリーンコーティングであることを特徴とする、請求項１０に記載の太陽電池。
  12. 前記封止材はエチレン酢酸ビニル（ＥＶＡ、ｅｔｈｙｌｅｎｅ ｖｉｎｙｌ ａｃｅｔａｔｅ）、ポリオレフィンエラストマー（ＰＯＥ、ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）、架橋ポリオレフィン（ｃｒｏｓｓ－ｌｉｎｋｅｄ ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎ）、熱可塑性ポリウレタン（ＴＰＵ、ｔｈｅｒｍａｌ ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）、ポリビニルブチラル（ＰＶＢ、ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ ｂｕｔｙｒａｌ）、シリコン（ｓｉｌｉｃｏｎｅ）、シリコン／ポリウレタンハイブリッド（ｓｉｌｉｃｏｎｅ／ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ ｈｙｂｒｉｄ）、アイオノマー（ｉｏｎｏｍｅｒ）のうち いずれか一つであることを特徴とする、請求項９に記載の太陽電池。
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