JP4155361B2

JP4155361B2 - シート状集光器及びこれを用いた太陽電池シート

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Publication number: JP4155361B2
Application number: JP2006537711A
Authority: JP
Inventors: 利弥西林
Original assignee: DUELLER CORPORATION
Current assignee: DUELLER CORPORATION
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2005-09-26
Publication date: 2008-09-24
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Description

本発明は、太陽電池用の集光シート及びそれを用いた太陽電池シートに関する。詳しくは、本発明は、光を閉じこめる機能を有するため、太陽光等の光線の集光に好適に使用し得る多層プラスチック発泡シート、その製造方法及び該多層シートを用いた太陽電池装置、さらにその利用方法に関する。

近年、太陽電池は地球環境保全の点から再生型自然エネルギーを利用した発電方式として注目されている。しかしながら太陽光はエネルギー密度が低いことと、その太陽光エネルギーを太陽電池によって電力に変換する効率が高くないことや、太陽電池素子の製造コストが高いことなどから、採算を取れるほどの経済性がないため、実用的な発電方法として本格的に普及するには至っていない。このため、太陽光を効率良く電力に変換するために、発電効率の高い太陽電池素子の開発や、エネルギー密度を上げるための集光方法の検討、更に太陽電池素子のコストダウン等が鋭意検討されている。

この中で発電効率の高い太陽電池素子の開発としては、単結晶シリコン型、化合物(３−５族、２−６族、その他)半導体型太陽電池などが開発されており、またコストダウンの方法としては、アモルファスシリコン型太陽電池の開発が進められている。

また、エネルギー密度を上げるための集光方法としては、集光レンズ方式、反射鏡方式、プリズム方式等が検討されており、コストの高い太陽電池の面積が狭くても広い面積の太陽光線をエネルギー変換することを目的としている。

この集光方式の太陽電池は、比較的低コストでエネルギー効率の良い方法として注目されているが、集光する方式により一長一短があり、広く普及するには至っていない。

集光方法の最も一般的なものとして、フルネルレンズを使った方式がある(特許文献１、２、３)。この方式は、フルネルレンズの焦点位置に太陽電池素子を配置することにより、高いエネルギー密度を実現することができるというものである。しかし、この方式では、太陽光線の方角を正確に追尾する必要があることや、追尾装置の設置が必要なため、設置場所にも制約がある。反射鏡を用いたシステムも同様の制約が考えられる。
特許文献４，５，６，７には、断面が三角形状のプリズムで反射と全反射を利用して集光する集光器の例が開示されている。しかし、プリズムに進入する光線の角度の制約があり、また、集光倍率や製造コストにも問題がある。

一方、シートの表面に小さなプリズムや半円柱状、半球状の突起を配置したものが特許文献８に開示されている。また、太陽電池素子と表面シートの中間にプリズム状の構造を持ち、この部分に太陽電池素子からの反射光を閉じこめるという機能を持ったものが特許文献９に開示されている。しかし、これらの集光方法は集光倍率が低く、集光型のメリットである太陽電池素子の面積を小さくすることはあまり期待できない。
また、特許文献１０、１１にプリズムの形状をくさび形にすることにより、確実に集光するアイデア等が開示されている。しかし、製造方法の困難さや設置方法の困難さなどから、実現することは難しいと考えられる。

更に、透明樹脂の中に屈折率の異なる樹脂を分散させる方法なども報告されているが(特許文献１０)、集光効率の点から困難が予想される。

特開2002-289897号公報特開2002-289898号公報特開2004-214470号公報特開昭54-018762号公報特開平06-275859号公報特開平07-122771号公報特開2004-047752号公報特開2000-031515号公報特開2000-323734号公報特開平10-221528号公報特開平10-335689号公報

このように、上述した従来の集光型太陽電池には、集光倍率の限界と太陽光線追従性の困難、さらには設置スペースの制約等の問題点があり、これらを適正化し、生産性が良好で、太陽電池として好適な集光型太陽電池シートを開発すべき課題が存在する。

上記課題は、以下に記載する本発明によって解決される。
即ち、本発明に係る太陽電池用シート状集光器は、高屈折率物質から成る導光層を低屈折率物質から成る受光層及び中間層で挟むことにより形成される導光シートの中間層側に当該中間層と同じ主原料組成であって多数の気泡を内包する透明樹脂から成り、内部に入り込んだ光を前記気泡の界面で散乱反射し、且つ前記中間層と一体形成された乱反射層を積層し、前記導光層の受光層側又は中間層側に前記導光層から光を取り出すための採光部を設けたことを特徴とするものである。

この乱反射層１４は、図１に示すように、多数の気泡を内包する（透明又は半透明の）樹脂から成ることが望ましい。また、乱反射層１４はガス発泡押出により形成されていることが望ましい。そして、受光層１１、導光層１２、中間層１３及び乱反射層１４が熱可塑性樹脂から成り、且つ共押出により一体形成されていることが望ましい。

本発明に係るシート状集光器１０は、更に、次のような構成を有することが望ましい。まず、受光層１１の表面には、図１に示すように、光閉じ込め効果を持つ凹凸が形成されていることが望ましい。次に、受光層１１の面積は、採光部１５の面積の２倍以上であることが望ましい。更に好ましくは５倍以上である。２倍に満たないときには、シート状集光器のコストメリットが得られないため、シート状集光器１０を採用する価値がなくなる。

そして、受光層１１の表面には防汚層が形成されていることが望ましい。この場合、防汚層が光活性触媒を有することが望ましい。

このシート状集光器と、受光面が前記採光部に対向するように配置された太陽電池と、を設けることにより、太陽電池シートとして使用することができる。

本発明の一実施形態におけるシート状集光器を用いた太陽電池シートを示す概略説明図。気泡界面での光の反射を示す概略説明図。実施例１の実験の概略説明図。実施例２の実験の概略説明図（黒色画用紙４０なし）。実施例２の実験の概略説明図（黒色画用紙４０あり）。

符号の説明

１０、１０’…シート状集光器
１１、１１’…受光層
１２、１２’…導光層
１３、１３’…中間層
１４、１４’…乱反射層
１５、１５’…採光部
１６…太陽電池素子
２０…気泡
３１…シート状集光器の採光部に対向して設けた太陽電池素子
３２…暗室内太陽電池素子
３３…アルミホイルカバー
３４…暗室
３５…ハロゲンランプ
４０…黒色画用紙

発明を実施するための最良の形態及び効果

高屈折率物質から成る導光層を低屈折率物質から成る受光層及び中間層で挟んだ導光シートの内部では、所定の臨界角度以上の浅い角度で界面に進入した光は、導光シートの外部に出ることができない。しかし、最初にこの導光シートに入射する太陽光は、この臨界角度以下の深い角度でも入ってくるため、多くの太陽光がこの導光シートを通過して逃げてしまう。特許文献８に示されている、表面にプリズム形状の凹凸を設けるという方法によっても、あらゆる角度に対応して光を閉じこめることは困難である。そこで本発明者は鋭意検討した結果、導光シートの、太陽光が入射する側とは反対側の面に乱反射層を設けるという方法に想到した。この乱反射層は、導光シートを通過してきた光の反射角度を変えることにより、反射光が導光シートに臨界角度以上の浅い角度で再侵入する確率を高める。これにより、導光シートから外に出ようとする光が全て導光シートに戻され、しかも、そのうちの多くが導光シート内に閉じこめられるようになる。すなわち、光の集光効率を大きく高めることができる。

この乱反射層としては、鏡面や金属面のような単純な全反射面に細かいスクラッチ（掻き傷線）を入れたものでもよいが、多数の気泡を内包する透明樹脂層も有効である。図２に示す通り、気泡２０の球状の界面で反射した光が、進入角度と異なる角度で反射することを利用することにより、導光層へ浅い角度での再進入を果たすことができ、このため導光層内での光の集光、蓄積が可能となることを見出した。

本発明の積層シートを共押出シートとすることにより、積層面での接着剤等による光の吸収ロスが起こらない。乱反射層の気泡界面での散乱反射にて、臨界角度以下の角度で反射したため、系外に放出される光線は許容される。

本発明による発泡シート層は、シート中に含まれる気泡のうち80%以上が0.1〜50μmの範囲の気泡径を有するようにしておくことが望ましい。これにより、良好な反射特性が得られる。更に、シート中に含まれる気泡のうち80%以上が0.4〜20μmの範囲の気泡径を有していることが好ましい。気泡径が小さ過ぎる場合には、光干渉効果などを引き起こすため、十分な反射が得られない。逆に、気泡径が大き過ぎる場合には、シートに垂直な方向へ反射する面積が大きくなるため、好ましくない。

本発明による発泡シート層は、空隙率が20〜80%の範囲にあることが望ましい。これにより、良好な反射特性が得られる。空隙率は、発泡シートに含まれる気泡の密度に相当し、シートの気相占有率を表すが、シート及び用いる樹脂の密度とシート体積から、これを求めることができる。シートの空隙率は、更には50〜70%であることが好ましい。これは気泡の形状が真球状を維持するためには、理論的な最大の空隙率は約70%であり、これを大きく超えると、気泡がつぶれてしまい、良好な反射特性を得ることができないからである。逆に、空隙率が低過ぎる場合には、気泡の密度が低くなり過ぎるため、所望の反射特性が得られない。

本発明における高屈折率樹脂を基材とした導光層とその両面に積層された低屈折率樹脂を基材とした受光層及び中間層は、導光層と受光層及び中間層の界面で臨界角度以上の角度で進入した光を高屈折率層から外部に漏洩することを防止することが出来るため、導光層に光を閉じこめることができる。導光層と受光層及び中間層は屈折率の差が大きいほど臨界角度を小さくすることが出来るため、より望ましい。

本発明において発泡を有する乱反射層を構成する主たる熱可塑性樹脂は、微細な発泡を促すため、溶融張力の高い樹脂であることが好ましい。従って、溶融状態の流動性を示すメルトフローレート(ASTM D1238-98に準じた測定値)が0.5〜44g/10分である熱可塑性樹脂が好ましく、溶融状態の流動性が1.4〜30g/10分の熱可塑性樹脂がより好ましい。熱可塑性樹脂の流動性は、ASTM D1238-98に記載された各種ポリマーに関する測定条件(温度、荷重等)に準じて決定し得る。

本発明において乱反射層、及び導光層、及び受光層及び中間層それぞれに使用し得る熱可塑性樹脂の具体例としては、例えば、アクリル樹脂、メタクリル樹脂、ポリオレフィン、ポリアミド、ポリエステル、ポリカーボネート、スチレン系樹脂、ポリエーテル、ポリウレタン、ポリフェニレンスルフィド、ポリエステルアミド、ポリエーテルエステル、ポリ塩化ビニル、変性ポリフェニレンエーテル、ポリアリレート、ポリサルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、及びこれらを主たる成分とする共重合体、並びにこれらの混合物等を挙げることができるが、これらに限定されない。

とりわけ、本発明における乱反射層を構成する主たる熱可塑性樹脂としてアクリル樹脂及び／又はメタクリル樹脂を用いると、特に良好な微細発泡性、成形性が得られるため好ましく、また、樹脂そのものの透明度が高いため、結果的に気泡界面における反射も良好となる。更に、耐光性も優れており、原料樹脂も比較的安価に入手し得る。受光層及び中間層にも同様の樹脂を用いることが好ましい。またこのとき導光層にはポリカーボネート樹脂を用いると、受光層及び中間層のアクリル樹脂層よりも屈折率が高く好ましい。

このようなアクリル樹脂又はメタクリル樹脂の具体例としては、例えば、アクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルの単独重合体或いはアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルを50重量%以上と、他の1種以上のビニル単量体との共重合体が挙げられ、なかでも、メタクリル酸エステルを50重量%以上と、他の1種以上のビニル単量体との共重合体が好ましく、とりわけ、メタクリル酸アルキルエステルを50重量%以上と、アクリル酸アルキルエステルを50重量%以下と、メタクリル酸アルキルエステル及びアクリル酸アルキルエステルの少なくとも一方と共重合可能なビニル単量体の1種以上を49重量%以下との共重合体が好ましい。共重合体に含まれるアクリル酸アルキルエステルは、0.1重量%〜40重量%であることが好ましく、1重量%〜15重量%であることがより好ましい。上記のアクリル樹脂又はメタクリル樹脂は、それぞれを単独で又はブレンドして使用してよい。

このようなアクリル酸エステルとしては、例えば、アクリル酸メチル、アクリル酸エチル、アクリル酸ブチル、アクリル酸シクロヘキシル、アクリル酸フェニル、アクリル酸ベンジル、アクリル酸2−エチルヘキシル、アクリル酸2−ヒドロキシエチル等を挙げることができ、とりわけ、アクリル酸メチル、アクリル酸エチルが好ましい。また、メタクリル酸エステルとしては、例えば、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチル、メタクリル酸ブチル、メタクリル酸シクロヘキシル、メタクリル酸フェニル、メタクリル酸ベンジル、メタクリル酸2−エチルヘキシル、メタクリル酸2−ヒドロキシエチル等を挙げることができ、とりわけ、メタクリル酸メチル、メタクリル酸エチルが好ましい。共重合可能な他のビニル単量体としては、上記のアクリル酸エステル又はメタクリル酸エステルのほか、例えば、アクリル酸、メタクリル酸などの不飽和酸類、スチレン、α−メチルスチレン、アクリロニトリル、メタクリロニトリル、無水マレイン酸、フェニルマレイミド、シクロヘキシルマレイミド等を挙げることができる。

上記のアクリル樹脂又はメタクリル樹脂の重量平均分子量(Mw)は、4万〜40万であることが好ましく、さらに好ましくは6万〜30万である。Mwが小さ過ぎると得られる発泡シート層の機械強度が十分でない場合があり、Mwが大き過ぎると溶融粘度が高くなり、押出性能が低下する場合がある。

更に、上記のアクリル樹脂又はメタクリル樹脂は、ゴム状重合体を含むものであってもよい。アクリル樹脂又はメタクリル樹脂へゴム状重合体を配合することにより、樹脂の粘性及び靭性が向上するため、耐衝撃性の良好な発泡シートが得られる。

本発明における熱可塑性樹脂には、シート状集光器の光学特性を損なわない範囲内で、少量の、好ましくは3重量%以下の範囲で、結晶化核剤、結晶化促進剤、気泡化核剤、抗酸化剤、安定剤、加工助剤、可塑剤、帯電防止剤、耐衝撃助剤、発泡剤、充填剤、艶消剤、離型剤、難燃剤、紫外線吸収剤、紫外線防止剤、顔料、染料、滑剤、蛍光増白剤などの各種添加剤が配合されていてよい。

このうち気泡化核剤として機能する無機微粒子としては、それ自体を核として孔を形成し得るものが好ましく、例えば炭酸カルシウム、炭酸マグネシウム、炭酸亜鉛、酸化チタン(アナターゼ型、ルチル型)、酸化亜鉛、硫酸バリウム、硫化亜鉛、塩基性炭酸錫、雲母チタン、酸化アンチモン、酸化マグネシウム、リン酸カルシウム、シリカ、アルミナ、マイカ、タルク、カオリンなどを用いることができる。これらの中で、400〜700nmの可視光域において吸収の少ない炭酸カルシウム、硫酸バリウムを用いることが特に好ましい。可視光域に吸収があると、輝度が低下する問題が発生することがある。

シート中に気泡を形成させるため、押出機内で熱可塑性樹脂中に溶解させる気体としては、例えば二酸化炭素、窒素、ブタン、ヘリウム、アルゴン等が挙げられる。その中でも二酸化炭素、窒素は、ガス透過率が低く、安価で安全に取り扱える点で好ましく、これらを単独で、或いは組み合わせて使用してもよい。

本発明の受光層表面には、防汚層を設けることが出来る。防汚層は、Rf-(OC₃F₆)_n-O-(CF₂)_m-(CH₂)_l-O-(CH₂)_s-Si(OR₃)₃で示されるパーフルオロポリエーテル基含有シランカップリング剤からなることが好ましい。防汚層がこのような材料で形成されることで、シート最表面での汚れが付着しにくくなり、また付着しても容易に洗い流すことができる。

また、この防汚層として、光触媒作用をもつ光活性物質を本発明の集光シート最表面に用いることができる。こうした構成をとることで、防汚層の表面に付着した塵埃を光の作用によって分解して粘着性を破壊し、雨や水分で洗い流すことで表面を清浄に保つことを容易にする。光活性物質としては、TiO₂、ZnO、SrTiO₃、CdS、CaP、InP、GaAs、BaTiO₃、K₂TiO₃、K₂NbO₃、Fe₂O₃、Ta₂O₃、WO₃、SnO₂、Bi2O₃、NiO、Cu₂O、SiC、SiO₂、MoS₂、InPb、RuO₂、CeO₂などや、これらにPt、Rh、RuO₂、Nb、Cu、Sn、Ni、Feなどの金属及び／又はこれらの金属酸化物を混合した組成物を使用できる。

本発明によるシート状集光器は、受光層表面に凹凸柄が転写されていてもよい。このような凹凸柄加工は、表面に微細な模様を形成させたキャスティングロール上で熱可塑性樹脂シートに模様を転写させる方法、又は無地のキャスティングロールでシート化された発泡シートを一旦ロール上に巻き取った後、改めて微細な模様を表面に持つカレンダー装置にかけてシートに模様を転写させる方法などにより行うことができる。微細な模様としては、光の反射を効率よく行うための、断面が三角形、台形、半円形など傾斜面を有する凸条(畝状)もしくは凹条を配列した形状、又は、ピラミッド形などの角錐形、角錐の上部をカットした台形、ドーム形などの半球状、或いは曲率をつけた半球状などの凸部もしくは凹部を配列した形状が好ましく、特に、ピラミッド形など四角錐形の凸部もしくは凹部の配列で、対向する斜面同士のなす角度(頂角)が90゜のものが好ましい。又はそれらの複合模様などが挙げられる。

本発明によるシート状集光器全体の厚みは、100〜1000μmであることが好ましく、150〜500μmがより好ましい。厚みが小さ過ぎる場合、シートの平坦性を確保することが困難となり、シート状集光器として用いた際に、集光効率が低下する。一方、厚みが大き過ぎると鋼板等とのラミネートが難しくなる。

本発明によるシート状集光器は、共押出、押出ラミネーション、熱ラミネーション、コーティング、蒸着等により形成されたものであってよい。なかでも、共押出による積層シートが好ましい。このような積層シートは、例えば、発泡層用主押出機と無発泡層用の副押出機からのポリマーを、ダイ内のマニホールド部若しくはダイに入る前に設置されたフィードブロック部で合流させることにより形成し得る。この共押出積層シートは、接着剤層を設ける必要がないため、反射特性にとって有利であると同時に生産性も良好である。さらに好ましくは、中間層と乱反射層の主原料組成を同じくすることにより、例えば乱反射層の発泡部分と中間層の無発泡部分に境界がなくなるなど、中間層と乱反射層の境界面の影響を少なくすることができるため、特にシート状集光器として使用する場合に有利であり得る。

本発明における太陽電池もしくは太陽電池素子とは、半導体の光起電力効果を利用して発電するものを意味しており、シリコン(単結晶系、多結晶系、アモルファス系)太陽電池、化合物半導体(３−５族、２−６族、その他)太陽電池、湿式太陽電池、色素増感太陽電池、有機半導体太陽電池などが挙げられる。

本発明の別の態様では、シート状集光器並びにこれを用いた太陽電池シートを鋼板にラミネートしても良い。この鋼板にラミネートされたシート状集光器並びにこれを用いた太陽電池は、屋根材等の建築材料、自動車又はバス、船舶等の輸送機器の構成材料に使うことが出来る。

本発明において使用可能なシート成形機は、通常、樹脂を溶融させるための押出機、シート化するためのフラットダイ、シートを冷却するためのキャストロール、シートの引取り装置、巻取り装置から構成される。フラットダイはＴダイが好ましく、ダイ内部で積層させるマルチマニホールドタイプや、ダイの直前で積層させるフィードブロック装置を備えるものも挙げられる。キャストロールは通常、温調機能を備えており、温調方法は、冷却水、温水、又はオイル等を循環させたものや、さらに誘導加熱方式と組み合わせる場合もある。シート引取り装置は、キャストロールに引き続きロールの温調機能を持たせてもよく、また、厚み測定装置、欠点検出装置、帯電防止装置、コロナ処理やフレーム処理などの表面処理装置を備えることも可能である。巻取り装置はターレット機構、タッチロール機構、巻替え機構、張力制御装置などを備えることもできる。

本発明において使用可能なキャスト装置には、キャストロール若しくはキャストロールに続く、引取り装置中のロール上方に、ロールの曲率に沿った断面を持つ真空チャンバー装置を備えることができる。この真空チャンバー装置はシートに合わせた幅のボックス状の装置であって、外部に設けた真空ポンプによって、チャンバー内部の空気を排気して減圧させ得るものである。チャンバーボックスは、真空を保持するためのシール機構を有し、必要に応じ、複数の部屋で構成されている。このような真空チャンバー装置は、所望の発泡シートを得るために、チャンバーの内部を30kPa以下に減圧することが可能であることが好ましい。

本発明において使用可能なチャンバー装置に付属するシール機構は、シートの流れ方向に対して入口側のインレットシール、出口側のアウトレットシール、両側に配置されるサイドシールを含んで構成され、インレットシール及びアウトレットシールには、ラビリンスシールタイプ、接触ローラー方式シールタイプ等を採用することができる。サイドシールとしては、ラビリンスシールタイプ、接触ガイドタイプ等を採用することができる。

本発明によるシート状集光器並びにこれを用いた太陽電池シートの製造方法について、その好ましい具体例を以下に説明するが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。

まず、必要に応じて、加熱及び／又は乾燥された原料となる熱可塑性樹脂チップを、それぞれ予め加熱された発泡押出可能な乱反射層用主押出機(A)、及び、発泡を行わない受光層及び中間層に用いる副押出機(B)、さらに導光層用副押出機(C)に供給する。主押出機(A)には、機外に置かれたガス供給装置によって、好ましくは超臨界条件以上の条件にて、ガスを供給する。主押出機(A)内部で、溶融した熱可塑性樹脂とガスを十分混錬し、熱可塑性樹脂中にガスを溶解させて押し出す。

主押出機(A)から押し出されたポリマー(a)と副押出機(B)から押し出されたポリマー(b)さらに副押出機(C)から押し出されたポリマー(c)を、フィードブロックにて(b)(c)(b)(a)の４層となるように合流させた後、Tダイに供給してシート状に吐出させる。このとき、ポリマー(a)は、ガスは溶解しているが、発泡していない無発泡シート状態となるように、ガス供給量を調整する。

Ｔダイから吐出させたシートを、キャスティングロールに着地させて冷却させる。このとき、シートは通常、透明状態の均一なシートである。キャスティングロール上で所定の温度まで冷却した後、キャスティングロールに続く引取りロールにシートを導入させる。次いで、引取りロール上に設けた真空チャンバーにより、シートを真空状態に晒す。すると、シートは微細な発泡を生じ、純白色のシートに変化する。その後、このシートを巻取り機によって、ロール状に巻き取る。

本発明による上記積層シートは、気体が溶解した熱可塑性樹脂を押出すことにより発泡させる工程を含む方法により製造し得る。この場合、真空チャンバー装置を用いずに発泡を行ってよく、無発泡状態又は発泡状態のシートを真空チャンバー装置に通過させてもよい。

本発明はある態様において、気体を溶解させた熱可塑性樹脂の溶融ポリマーを無発泡状態でシート化する工程、シートを50〜200℃の温度条件下で真空に晒すことにより気泡を発生させる工程、を含む発泡シートの製造方法に関する。かかる製造方法は、本発明による上記発泡シート又は積層シートの製造に適したものであり、上記各工程は、連続していることが好ましい。ここで、温度条件は、70〜120℃であることがより好ましい。

本発明において「無発泡状態でシート化する」とは、溶融樹脂ポリマーに気体を溶解させるが、ダイ部分で吐出させる際に発泡することの無い状態でシート化することであって、溶解させる気体の量を減らし、及び／又は吐出条件を制御することによって行い得る。この無発泡状態のシートは、ポリマー中に気体が溶解しているため、シートに減圧等の刺激を与えることにより、容易に発泡させることが可能である。

このシート化後の後発泡方法によれば、シートの温度や減圧等の条件を調整することにより、気泡の発生状態を容易にコントロールできるため、気泡サイズや気泡数を最適化し易い点で好ましい。

このように、本発明の発泡シートは、ガス供給押出に続くシート化装置、真空チャンバー装置を用いることにより得ることができる。従って、インラインで、反射特性、加工性、表面平滑性に優れたシートを生産性良く製造することが可能である。

本発明による上記積層シートは、シート状集光器並びにこれを用いた太陽電池シートとして好適に使用し得る。

光学用アクリル樹脂(住友化学(株)スミペックスMGSS)を予め120℃の条件で4時間加熱したものを原料とし、これを１段目として35mm、L/Dが34の単軸押出機、２段目として50mm、L/Dが28の単軸押出機のタンデム構成押出機に供給し、さらに押出機の機外に設置した高圧ガス供給装置から、超臨界条件を越える38℃、15MPaにて、炭酸ガスを１段目押出機の溶融圧縮部のシリンダ部に設けたノズルに供給し、樹脂中に溶解、混錬させた。このときの炭酸ガスの供給量は、押出機の吐出量14.3kg/hに対して、炭酸ガスの割合を0.03kg/hとした。このときの押出温度は、１段目240℃、２段目200℃であった。

これをスリット幅150mm、スリット間隙0.8mmのダイから吐出させてシート化したところ、透明の平滑なシートが得られた。このシートを90℃に加熱しながら、デシケーター(真空容器)に入れて28kPaに減圧したところ、発泡し白濁した。この得られた白色シートA(平均厚み：205μm)をミクロトームにてフィルム断面を潰すことなく切断し、切断した断面を走査型電子顕微鏡S-2100A型((株)日立製作所製)を用いて、500倍にて観察したところ、気泡径は中心が10μmで気泡の85%以上が20μm以下の範囲の気泡径を有していた。

同じ押出機を用いて発泡シート同じ樹脂(住友化学(株)スミペックスMGSS)を吐出量8.5kg/hにて炭酸ガスの供給を行わないで押出ししてシート化し、平均厚み122μmの透明シートBを得た。

さらに同じ押出機を用いて異なるポリカーボネート樹脂(住友ダウ株式会社製ガリバー301-10)を吐出量12.5kg/hにて炭酸ガスの供給を行わないで押出ししてシート化し、平均厚み180μmの透明シートCを得た。

受光層１１として透明シートBを80mm幅×80mmにカットしたものを、導光層１２として透明シートCを80mm幅×120mm長さにカットしたものを、中間層１３として透明シートBを80mm幅×120mm長さにカットしたものを、乱反射層１４として白色シートAを80mm幅×120mm長さにカットしたものを、それぞれ準備する。

図３に示すように、この４枚のシートを受光層１１、導光層１２、中間層１３、乱反射層１４の順で、微量の水で湿らせながらそれぞれの間の空気を排除するように重ね合わせてシート状集光器１０を作製する。両端部をアルミホイル３３でカバーした上で、クリップで留めて固定する。受光層１１と導光層１２の長さの違いのため、導光層１２の一部には受光層１１に覆われていない部分がある。この部分が導光層１２から光を採り出すための採光部１５となる。

こうして作製したシート状集光器１０を、図３のように受光層１１を上側として、採光部１５を含む一部が暗室３４の外側に張り出し、残りの部分が暗室３４内になるように配置する。暗室３４内をハロゲンライト３５で照らす。このとき暗室３４内に太陽電池素子(日本イーテックソーラーパネル SPM01単結晶シリコン型 33mm×62mm)３２をシートと同じ高さに配置する。

採光部１５の上に、暗室３４内に入れたものと同型の太陽電池素子３１をその受光面が採光部１５に向き合うように配置する。この状態でハロゲンランプ３５を点灯し、暗室３４内の太陽電池素子３２及び暗室３４外の太陽電池素子３１の短絡電流と開放電圧を測定し、電力を算出する。

その結果、暗室外の太陽電池素子３１により得られた電力が暗室３４内の太陽電池素子３２により得られた電力の155%であることを確認した。

実施例１と同様にして白色シートA、透明シートB及び透明シートCを得た。
受光層１１’として透明シートBを80mm幅×120mm長さにカットしたものを、導光層１２’として透明シートCを80mm幅×120mm長さにカットしたものを、中間層１３’として透明シートBを80mm幅×80mm長さにカットしたものを、乱反射層１４’として白色シートAを80mm幅×80mm長さにカットしたものを、それぞれ準備する。

図４に示すように、この４枚のシートを受光層１１’、導光層１２’、中間層１３’、乱反射層１４’の順で、微量の水で湿らせながらそれぞれの間の空気を排除するように重ね合わせて集光器１０’を作製する。両端部をアルミホイル３３でカバーした上で、クリップで留めて固定する。導光層１２’と中間層１３’の長さの違いのため、導光層１２’の一部には中間層１３’に覆われていない部分がある。この部分が採光部１５’となる。
実施例１で用いたものと同型の太陽電池素子３１をその受光面が採光部１５’に向き合うように配置する。シート状集光器１０’を受光層１１’が上になるように置き、太陽電池素子の短絡電流と開放電圧を測定し電力を算出する。
また、図５のように、受光層１１’の上に、80mm幅×80mm長さにカットした黒色の画用紙４０（大王製紙再生色画用紙くろ坪量122.1g/m²）を被せ、乱反射層１４’に太陽光が入射しないようにした状態、即ち本発明の作用が生じない状態で太陽電池素子の短絡電流と開放電圧を測定し電力を算出する。

以上の測定を屋外（京都市内、北緯34°59′、東経135°46′）において、曇天時（2005年3月15日）の午後0時に行った。その結果、黒色画用紙４０を被せなかった時に得られた電力はそれを被せた時の電力の147%であった。
また、晴天時（2005年3月21日）の午後0時に同様の測定を行った。その結果、黒色画用紙４０を被せなかった時に得られた電力はそれを被せた時の電力の140%であった。

これらの測定結果は、晴天時、曇天時のいずれにおいても、本実施例のシート状集光器１０’を用いることにより太陽電池素子への光の集光効率が高まったことを示している。

本発明のシート状集光器並びにこれを用いた太陽電池シートは、その集光性、加工性、低コスト性などから、汎用太陽電池シート、太陽電池からなるロールスクリーン、太陽電池ラミネート鋼板、太陽電池建築材料、太陽電池輸送機器等に適用可能であるが、その適用範囲はこれらに限られるものではない。

Claims

高屈折率物質から成る導光層を低屈折率物質から成る受光層及び中間層で挟むことにより形成される導光シートの中間層側に当該中間層と同じ主原料組成であって多数の気泡を内包する透明樹脂から成り、内部に入り込んだ光を前記気泡の界面で散乱反射し、且つ前記中間層と一体形成された乱反射層を積層し、前記導光層の受光層側又は中間層側に前記導光層から光を取り出すための採光部を設けたことを特徴とするシート状集光器。
乱反射層がガス発泡押出により形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシート状集光器。
受光層、導光層、中間層及び乱反射層が熱可塑性樹脂から成り、且つ共押出により一体形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシート状集光器。
受光層の表面に光閉じ込め効果を持つ凹凸が形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のシート状集光器。
受光層の面積が採光部の面積の２倍以上であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のシート状集光器。
受光層の表面に防汚層が形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のシート状集光器。
防汚層が光活性触媒を有することを特徴とする請求項６に記載のシート状集光器。
高屈折率物質から成る導光層を低屈折率物質から成る受光層及び中間層で挟むことにより形成される導光シートの中間層側に当該中間層と同じ主原料組成であって多数の気泡を内包する透明樹脂から成り、内部に入り込んだ光を前記気泡の界面で散乱反射し、且つ前記中間層と一体形成された乱反射層を積層し、前記導光層の受光層側又は中間層側に前記導光層から光を取り出すための採光部を設けたシート状集光器と、
受光面が前記採光部に対向するように配置された太陽電池と、
を備えることを特徴とする太陽電池シート。
乱反射層がガス発泡押出により形成されていることを特徴とする請求項８に記載の太陽電池シート。
受光層、導光層、中間層及び乱反射層が熱可塑性樹脂から成り、且つ共押出により一体形成されていることを特徴とする請求項８又は９に記載の太陽電池シート。
受光層の表面に光閉じ込め効果を持つ凹凸が形成されていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の太陽電池シート。
受光層の面積が採光部の面積の２倍以上であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の太陽電池シート。
受光層の表面に防汚層が形成されていることを特徴とする請求項８〜１２のいずれかに記載の太陽電池シート。
防汚層が光活性触媒を有することを特徴とする請求項１３に記載の太陽電池シート。